JP4614760B2

JP4614760B2 - 静電偏向器及びそれを用いた電子線装置

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Publication number: JP4614760B2
Application number: JP2004375041A
Authority: JP
Inventors: 裕工藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006185637A

Description

本発明は、電子線装置に用いられる電子光学系におけるレンズ、アパーチャなどの静電偏向器に関し、特に、電子線装置に配置されている電子光学系の光学要素を高い位置決め精度で保持できる静電偏向器、およびそれを用いた電子線装置に関する。

一般的に、電子線装置は、電子線を放出する電子銃、電子銃からの電子線を集束して試料に照射するための静電偏向器からなる一次電子光学系、試料からの二次電子を検出器に入射させる二次電子光学系、及び二次電子を検出する装置などを備えている。

従来、上記静電偏向器は、内周には長手方向に沿って、複数の電極部を形成し、該電極部の表面は高精度の真円度及び同軸度で加工されていた。そして、上記電極を精度よく加工する為に、静電偏向器は、高精度のはめあい公差加工された筒状の部品に、高精度に仕上げた複数の光学要素を個々に挿入して、光学要素自体を一段ずつ積み重ねて、段毎の調整を行いながら積み重ねることにより、それぞれの光学要素を相互に高精度に位置決めを行うことで、長尺な静電偏向器を構成するものであった。

しかしながら、上述のような加工精度に頼る方法では要求される精度を現状の機械加工精度で達成することが困難であるという問題、及びはめあい公差を厳しくすると僅かな加工誤差でも筒状の部材から光学要素を組み付けることや、筒状体の部材から光学要素を取り外すことが困難であった。上記方法とは別に、筒状の部材と光学要素とのはめあい公差を緩くして、組立時に半径方向からの位置決め調整を可能とするような方法も考えられるが、そのような調整は手間がかかり非効率的で、個々の光学要素に対して行うことは大きな労力と時間とを要することになる。また、精度を維持できても、メンテナンスを行う必要が生じた際に、分解した後に再組立を行った場合に分解前の精度を再現することは大変困難であった。

一方、近年において、例えば、シリコンウエハに電子線を照射して回路を形成する場合、シリコンウエハ上に描画する線などが、ますます微細化するに従い、描画精度を高精度に制御する電子線装置が要求されるようになっている。

従って、電子線装置に設けられる各光学要素相互の位置決め精度についても極めて高い精度が必要となってきている。しかしながら、上述のような加工精度に頼る方法では、要求される精度を現状の機械加工精度で達成することが困難であるという問題があった。また、はめあい公差を厳しくすると、僅かな加工誤差でも筒状の部材に光学要素を組み付けることや、筒状の部材から光学要素を取り外すことは困難であった。

そこで、これらを解決する方法として、特許文献１には、複数の光学要素を収納する筒体が円周方向に等間隔に３分割して構成するとともに、各分割点を保持する保持器に設けられたボルトによって加工前の光学要素を３点保持した後、光学要素の光軸加工を行うとともに、光学要素をマーキングした後、筒体から光学要素を取り外して電極形成等の後処理を行い、その後、再度、筒体の保持器に光学要素を挿入して３点にて微調整を行う光学要素組立方法が提案されている。
特開２００２−３４１２１６号公報

しかしながら、上述したように高精度の真円度、同軸度で加工するために、一般的な光学要素の位置決めは、高精度のはめあい公差にて加工された部品に挿入することにより行われ、また、作業者が一段ずつ精度を確認しながら積み上げ式に組み立てるので、各々の光学要素の位置決めに関しては、熟練者による組立技術が必要で、組立にも時間がかかるものであった。

これに対して、位置決め精度を高くしようとすると、高精度のはめあい公差を、より一層厳しくする必要があるが、はめあい公差を厳しくすると、組立や分解の作業時に噛み込みが生じるといった課題があった。また、金属製や樹脂の筒体や光学要素であれば、組立時の変形が懸念されていた。

さらに、近年において、評価されるべき対象物が高度に微細化されることにより、ますます高度な検出精度を有する装置が要求され、単純に熟練者の精度に負うのではなく、誰でもが簡易に組み立てる方法が望まれていた。

上記特許文献１のような光学要素の組立方法によれば、光学要素を保持、光軸加工を経て再度光学要素を筒体に組み込むようにしているために、作業が繁雑となるばかりか、３点で微調整を行うので精度が出ないといった課題があった。また、光学要素の内周面に金属膜などで独立した電極部を形成することは非常に困難であるという課題もあった。

本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、電子光学系における複数の光学要素相互の高度な位置決め精度を簡易な構成で実現することができる電子線装置用の光学要素組立体及びその組立方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記のような光学要素組立体を備えた良好な描画精度や検出精度を有する電子線装置を提供することにある。

そこで、本発明の静電偏向器は、内周面の長手方向に沿って中心軸側に開口する複数の凹溝が形成された非磁性の導体からなる筒状の支持体と、上記複数の凹溝内にそれぞれ配置され、表面の上記中心軸に向かう部位に導電膜が形成されている電極片とを有する静電偏向器であって、上記凹溝は、上記中心軸に向かうように配置された底部と、該底部の両側に設けられた側壁とを備え、上記凹溝の上記側壁に斜面が形成されているとともに、上記電極片の側壁に上記凹溝の上記斜面に合致する斜面が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の静電偏向器は、上記凹溝の上記中心軸に向かう開口の面積が、上記底部の面積よりも大きいことを特徴とするものである。

さらに、本発明の静電偏向器は、上記凹溝の上記底部と上記電極片との間に微小隙間を有することを特徴とするものである。

またさらに、本発明の静電偏向器は、上記電極片が、アルミナ質焼結体からなる基体の表面に導電膜を形成してなることを特徴とするものである。

そして、本発明の電子線装置は上記静電偏向器を用いたことを特徴とするものである。

本発明の構成によれば、上記凹溝の側壁が傾斜状に形成されるとともに、上記電極片の側壁に上記凹溝の側壁に合致する傾斜部が形成されていることから、組立時間が非常に短縮でき、且つ、分解、組立を繰り返しても精度良く組立ができる。特に複数の電極の位置決め精度を高精度に維持でき、簡易な構成で実現可能な静電偏向器を提供することができる。

また、前記複数の電極の位置決めを容易にすることで、メンテナンスを行う必要が生じる等の理由で、分解した後に再組立を行った場合でも、安定した繰り返し組立と分解を実現でき、熟練者でなくとも作業が容易とすることができる。

また、電極片がアルミナ質焼結体からなる基体を有することから、組立や分解時においても変形することがなく、摩耗による精度劣化が少なく、さらに熱がかかっても変形量を小さく抑えることが可能な静電偏向器を提供することができる。

また、上記凹部の開口面積が、上記凹溝の底部よりも大きく、また、上記電極片が上記外周側に向かう方向に押圧されていることで、内周加工の際に外周方向に負荷をかけることが可能となり、加工精度の向上が得られる。

さらに、上記凹溝の底部と上記電極片との間に微小隙間を有することで、確実に支持体の凹溝側壁と電極片の傾斜部が当接することが可能となる。

また、そのような静電偏向器を備えた電子線装置を提供することによって、良好な描画精度や検出精度を有し、高精度で安価な電子線装置を提供することができる。

以下、本発明の実施するための最良の形態を説明する。

図１、図２は本発明に係る静電偏向器一実施例を示す図であり、図１（ａ）は斜視図を、図１（ｂ）は分解斜視図をそれぞれ示し、図２（ａ）は上面図を、図２（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面の断面図をそれぞれ示している。

図１、２に示すように、本発明の静電偏向器１は、非磁性の導体からなり、その長手方向に沿って中心軸Ａ側に開口する複数の凹溝４が等間隔に形成された筒状の支持体５と、上記凹溝４内に配置された複数の電極片６とから構成される。

上記支持体５は、その外形が円形、多角形等からなる筒状体であって、加工性から考えると図１に示すような円形が好ましく、円筒研削加工やホーニング加工で精度良く加工することが可能となる。

また、上記支持体５は非磁の導体であればよく、複雑な形状を加工することから放電加工のできる超硬やチタン合金等が好ましい。さらには、組立や分解時においても変形することがなく、摩耗による精度劣化が少ない超硬がより好ましい。

上記電極片６は、アルミナ質焼結体やジルコニア質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体などのいずれか１種からなる非磁性なセラミックスの基体９と、該基体９の中心軸Ａ側の面にＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＴｉＮ、ＴｉＣ等の金属の１種または複数の金属からなる非磁性の金属膜からなる導電膜７を形成してなる。

基体９は、非磁性、絶縁性であるアルミナ質焼結体、ジルコニア質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスからなることが好ましく、組立や分解時においても変形することがなく、摩耗による精度劣化が少なく、さらに熱がかかっても変形量を小さく抑えることが可能となる。

また、電極片６は、静電偏向器１の電極として作用するため、中心軸Ａと同軸上に且つ同一円周上に２個以上の偶数個が形成され、その面積はほぼ等しいことが望ましい。

ここで、本発明では、上記凹溝４の側壁４ａが傾斜状に形成されるとともに、上記電極片６の側壁に上記凹溝４の側壁４ａに合致する傾斜部６ａを有することが重要である。

これにより、上記凹溝４の側壁４ａと上記電極片６の傾斜部６ａの間で隙間のない状態で摺り合わせができ、面で受けることが可能となる。その為、繰り返し組立てや分解作業を行っても毎回同じ位置で位置決めを行うことが可能となる。

また、図１、２に示すように、上記凹溝４の開口面積Ｋが、底部の面積Ｓよりも大きくなるように傾斜していることが好ましい。

これにより、電極片６が外周側に向かって押圧されて固定しやすくなり、電極片６が支持体５の凹溝４の側壁４ａに押圧された状態で位置決めがなされるため、組立や分解を繰り返しても毎回同じ精度を維持した静電偏向器１を提供することが可能となる。

電極片６を押圧して固定する方法としては、図１（ｂ）に示すように、雌ネジ部を電極片６に形成し、また、支持体５に上記雌ネジ部と現合する位置に貫通孔を形成して、支持体５の外周方向からボルト等の雄ネジ１０によって、外周側に引っ張り、電極片６の側面が凹溝４の側壁４ａに押圧するように固定すればよい。

さらに、凹溝４の開口面積Ｋは、底部の面積Ｓに対して、大きくすることが好ましく、好ましい凹溝４の側壁４ａや電極片６の傾斜部６ａの角度としては３〜４５度で形成されれば良い。そして、これらの角度は電極片６の配置によって、肉厚などを考慮して決めれば良く、支持体５の外径と斜面の角度によって面積は決定される。ところで、角度が３度より小さい場合は、組立てや分解時に傾斜部６ａと側壁４ａの間で隙間を得ることが難しくなってしまう。また、４５度よりも角度が大きくなると、電極片６が極端に外径側で先細りとなって強度を損ねてしまう。また、６個以上で電極片６を構成する場合に、隣り合う電極片６と干渉してしまう為、好ましい角度としては３〜４５度の範囲が良い。開口面積として大きくすることが好ましいが、大きくする場合に、隣り合う電極片６が干渉して、凹溝４の側壁４ａの肉厚があまり薄くならないような面積で形成すればよく、その際の目安としては側壁４ａの肉厚が０．５ｍｍ以上となるように形成さればよく、好ましくは１ｍｍ以上の肉厚で形成することが好ましい。側壁４ａの肉厚を確保して面積を大きくなるようにすれば良い。

また、図１のように途中までストレートで形成し、奥の方のみが傾斜となる形状であっても構わない。

また、凹溝４の底部４ｂと電極片６との間には、微小隙間８を有することが好ましい。

これらの微小隙間８は組み付け時に必要であり、これらの微小隙間が全く無い状態で組付けを行った場合、電極片６が途中で噛み込むなどの不具合を生じやすい。しかしながら、この微小隙間８を設けることで、組み付けや分解時にはこの微小隙間８を極力無くすようにしながら電極片６を支持体５に挿入し、奥まで挿入後に電極片６を押圧すれば、テーパー部でギャップが生じて噛み込みを防止することができる。

また、電極片６は、支持体５へ取り付けられた後、電極片６の略内径は、高精度な円筒度で加工さることが重要で、静電偏向器１の大きさに係わらず、略内径の円筒度は２μm以下で仕上げることが好ましい。また、電極片６の傾斜部６ａと凹溝４の側壁４ａの角度は、ほぼ隙間のない同程度の角度で仕上げられることが必要である。

また、図３及び図４は、本発明に係る静電偏向器の他の実施例を示す図であり、図３（ａ）は斜視図を、図３（ｂ）は分解斜視図をそれぞれ示し、図４（ａ）は上面図を、図４（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面の断面図をそれぞれ示している。

図３、図４の実施例では、上記凹溝４の開口面積Kが、底部の面積Sよりも小さくなるように傾斜しており、この場合、電極片６が上記の中心軸Ａ方向に押圧すればよく、押圧する方法としては、雌ネジ部を支持体５の外周部に貫通させて形成し、支持体５の外周方向からボルトなどによって電極片６を押圧して固定すればよい。また、電極片６が、支持体５の側壁４ａに押圧された状態で位置決めがなされるので、組立や分解を繰り返しても毎回同じ精度を維持した静電偏向器１を提供することが可能となる。この時、押圧する方向が一方向になるので、調整を必要としない。しかしながら、静電偏向器の内周を仕上げる際に外周側に研削抵抗をかける為、押圧時に固定側に働く、図１及び図２に示すように、凹溝４の開口面積Ｋが、底部の面積Ｓよりも大きくなるように傾斜していることが好ましい。

次に、上述した電極片６の基体９を形成するセラミックスの製造方法に関して説明する。例えば、アルミナ質焼結体としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）９９〜９９．９質量％に対し、焼結助剤としてシリカ（ＳｉＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）を合計で０．１〜１質量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中や真空雰囲気中にて１５００〜１８００℃の温度で焼成したものや、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）９２〜９９質量％に対し、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、セリア（ＣｅＯ_２）等の安定化剤で安定化あるいは部分安定化されたジルコニアを１〜７質量％添加し、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは水素雰囲気中や窒素雰囲気中にて１５００〜１７００℃の温度で焼成したものが良い。

また、ジルコニア質焼結体としては、３〜９ｍｏｌ％のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ_２）や、１６〜２６ｍｏｌ％のマグネシア（ＭｇＯ）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ_２）、あるいは８〜１２ｍｏｌ％のカルシア（ＣａＯ）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ_２）や８〜１６ｍｏｌ％のセリア（ＣｅＯ_２）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ_２）を所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて１４００〜１７００℃の温度で焼成したものを用いれば良い。

また、炭化珪素質焼結体を用いる場合、ＳｉＣ９０質量％〜９９質量％に対し、焼結助剤としてＢとＣ、あるいはＡｌ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３を合計で１０質量％〜１質量％添加したものを所望の形状に成形した後、不活性ガス雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて１９００℃〜２１００℃の温度で焼成したものを用いることができる。また、ＢとＣの焼結助剤としては、炭素成分として、カーボンブラック、グラファイト等の他に熱分解により炭素を生成しうるフェノール樹脂やコールタールピッチ等を用いることができる。また、ホウ素成分としては、Ｂ₄ Ｃや金属ホウ素等が挙げられる。これら焼結助剤の添加量は、原料粉末中の酸素量に依存し、炭化珪素原料中の酸素量１モルに対して１乃至５モルの炭素および０．１５乃至３モルのホウ素を必要とするが、およそ炭素分が１〜３質量％、ホウ素が０．２０〜１．５質量％となる量を添加することが望ましい
また、窒化珪素質焼結体としては、Ｓｉ_３Ｎ_４９６質量％〜９８質量％に対し、焼結助剤としてＡｌ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３を合計で２質量％〜４質量％添加したものを、所望の形状に成形した後、窒素雰囲気中あるいは真空雰囲気中や不活性雰囲気中にて１８００℃〜２０００℃の温度で焼成したものを用いれば良い。

次に支持体５の製造方法について説明する。

支持体５は、例えばチタン合金であれば、Ｔｉ以外の含有物としてＦｅ０．５質量％以下、Ｎ０．０７質量％以下、Ｏ０．４０質量％以下、Ｈ０．０１５質量％以下の合金を用い、超硬であれば非磁性超硬であればよく、放電加工にて製作される。

このように作製された静電偏光器１は、図５に概要を示すような電子線装置２０として有効に用いられる。

電子線装置２０は、上述した静電偏向器１上に電子銃１００を配置するとともに、下側に被加工体用台板１０１を配置してなる。そして、上述のような高精度に複数の静電偏向器１を用いることで、電子ビームが電子銃１００より照射されて、静電偏向器１の内部を通過する際に、光学軸の調整を行い、電子ビームの照射される位置を微調整できるので、被加工体用台板１０１上の被加工体については良好な描画精度を有するものである。

なお、図５に示すような配置で使用すれば、より高い検出精度を有し、且つメンテナンス等のために分解や組立を繰り返し行ってもその精度を維持することができる電子線装置２０が得られる。

このような電子線装置は、良好な描画精度や検出精度を有し、高精度で安価な電子線装置を提供することができる。

次に本発明の実施例について説明する。

図１及び図２に示すような形状で、外径φ４０ｍｍ、全長１３０ｍｍ、内径に４箇所のテーパーを有した凹溝を形成した非磁性超硬合金製の筒体と、断面形状の寸法がほぼ５ｍｍ、１３ｍｍの長方形の一部に筒体のテーパー部と同形状の凸テーパーを形成した全長１３０ｍｍで且つ、前記断面においてテーパー部の反対側に金メッキを施し電極としたアルミナ製の電極片を４個準備し、静電偏向器１の組立を行った。

支持体５の中に電極片６を同形状のテーパー部が当接するように挿入し、雄ネジ１０を用いてテーパー部が隙間無く押圧されるように固定した。

静電偏向器１は精度良く同じく加工されているため、組立と分解を繰り返しても毎回同じ値の円筒度の静電偏向器１を得ることができた。

本発明は、電子線装置の電子光学系におけるレンズ等を保持する静電偏向器、及びそれを用いた電子線装置に利用できる。

本発明に係る静電偏向器の一実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は分解斜視図をそれぞれ示している。本発明に係る静電偏向器の一実施例を示す図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面の断面図をそれぞれ示している。本発明に係る静電偏向器の一実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は分解斜視図をそれぞれ示している。本発明に係る静電偏向器の一実施例を示す図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面の断面図をそれぞれ示している。本発明に係る電子線装置を示す概略図である。

符号の説明

１・・・静電偏向器
４・・・凹溝
４ａ・・・側壁
５・・・支持体
６・・・電極片
６ａ・・傾斜部
７・・・導電膜
８・・・微小隙間
９・・・基体
１０・・・雄ネジ
２０・・・電子線装置
１００・・・電子銃
１０１・・・被加工体用台板

Claims

内周面の長手方向に沿って中心軸側に開口する複数の凹溝が形成された非磁性の導体からなる筒状の支持体と、上記複数の凹溝内にそれぞれ配置され、表面の上記中心軸に向かう部位に導電膜が形成されている電極片とを有する静電偏向器であって、上記凹溝は、上記中心軸に向かうように配置された底部と、該底部の両側に設けられた側壁とを備え、上記凹溝の上記側壁に斜面が形成されているとともに、上記電極片の側壁に上記凹溝の上記斜面に合致する斜面が形成されていることを特徴とする静電偏向器。
上記凹溝の上記中心軸に向かう開口の面積が、上記底部の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の静電偏向器。
上記凹溝の上記底部と上記電極片との間に微小隙間を有することを特徴とする請求項１または２に記載の静電偏向器。
上記電極片が、アルミナ質焼結体からなる基体の表面に導電膜を形成してなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の静電偏向器。
上記請求項１〜４の何れかの静電偏向器を用いたことを特徴とする電子線装置。