JP5425475B2

JP5425475B2 - 電子カラム用真空度差維持器具

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Publication number: JP5425475B2
Application number: JP2008553172A
Authority: JP
Inventors: キム・ホセオブ
Original assignee: CEBT Co Ltd
Current assignee: CEBT Co Ltd
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: EP1982346A1; KR100994516B1; CN101379585B; US20090224650A1; KR20080096767A; US8912506B2; CN101379585A; EP1982346A4; WO2007089124A1; JP2009525581A

Description

本発明は、電子カラム用真空度差維持器具に係り、さらに詳しくは、電子カラムが使用されるチャンバーの真空度と、試料が位置したチャンバーの真空度とを差別化させるための電子カラムの真空度差器具に関する。

周知のように、電子カラムは電子を放出させて電子ビームを形成するものである。マイクロカラムは、既存のＣＲＴ、電子顕微鏡、電子ビームリソグラフィー、および各種電子ビーム装置などで電子ビームを制御する原理を用いた電子カラムを小型化して効率を高めた、非常に小さい電子カラムである。

図１は代表的な超小型電子カラムであるマイクロカラム１００の構造を示しており、基本的構成として電子放出源１１０、ソースレンズ１４０、デフレクター１６０、およびフォーカスレンズ１７０を含む。

電子放出源ホルダー１２０は、中心に貫通孔１２１が設けられており、この貫通孔１２１に電子放出源１１０が挿入される。電子放出源１１０が挿入された電子放出源ホルダー１２０はホルダーベース１３０と同軸に結合する。

ホルダーベース１３０の下面１３１には下方のソースレンズ１４０が結合するが、ボンディングなどによって下面１３１に直接結合できる。前記ソースレンズ１４０付きのホルダーベース１３０は、下方のカラムベース１５０に挿着される。

カラムベース１５０は、中空円筒状の形状をしており、電子放出源からの電子ビームが貫通できるように中心軸上に貫通溝（図示せず）が設けられた端部部分１５１を含む。カラムベース１５０は、ホルダーベース１３０が収容、結合されるための空間を有し、放射状に配列した多数の貫通孔が設けられており、この貫通孔にデフレクター１６０が挿入されている。端部部分１５１の下端にはフォーカスレンズ１７０がボンディングなどによって結合する。したがって、端部部分１５１の位置によってフォーカスレンズ１７０の垂直位置が決定できる。

一般に、電子カラムは、電子放出源が電子を安定的に放出することができるように真空度を高く維持する必要がある。電子カラムとして代表的なマイクロカラムは、電子放出源の特性上、約１０^−９Ｔｏｒｒの超高真空で使用する。超高真空はイオンポンプやゲッタポンプなどのポンプを用いて作られるが、超高真空を速く作るためには一般にベークアウト(bake-out)が必要である。

ところが、電子カラムにより発生した電子ビームは、超高真空ではなく、約１０^−３Ｔｏｒｒの真空状態でも十分に活用可能である。すなわち、電子カラムにより発生した電子ビームが試料に照射されるとき、試料の位置したチャンバーまたは空間は、超高真空を保つ必要がなく、真空状態のみを維持しても十分である。

したがって、超高真空の下で電子カラムおよび試料を使用すると、試料交換の際に時間が多くかかり、超高真空用チャンバーを大きく製作することに費用が高くかかる。すなわち、電子カラムから走査された電子ビームが到達する試料の位置したチャンバーを超高真空度に維持することは、多くの費用がかかって好ましくない。

このため、電子カラムの使用において、電子カラムの使用されるチャンバーと試料のあるチャンバーとを分離して圧力差を維持する必要がある。

そこで、本発明は、前述した従来の技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、電子ビームを生成する電子カラム用チャンバーと、試料が設置されるチャンバーとを区分し、２つのチャンバー間に真空度差を維持させる電子カラム用真空度差維持器具を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、電子カラムが真空度差を維持することを可能にする簡単な構造のチャンバーを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、電子放出源、レンズ部、およびこれらを固定するハウジングを含む電子カラムと試料間の真空度差を維持するための電子カラム用真空度差維持器具であって、前記ハウジングと真空密閉されるように結合するカラムハウジング結合部と、中央に設けられ、電子カラムから放出される電子ビームが貫通する中空と、ガスケットの役割をする真空密閉部と、を一体に結合し、前記ハウジングと結合して、電子ビームが放出される経路において最終的に位置するレンズの電極層の口径または前記中空を用いて前記真空度差維持器具を基準として両側の真空度の差がｔｏｒｒ単位を基準に１０倍以上を維持することを特徴とする、電子カラム用真空度差維持器具を提供する。

前述した従来の問題点を解決するために、本発明は、電子カラムが使用されるチャンバーと、試料が収容されるチャンバーとが真空度１０^１〜１０^４ｔｏｒｒ以上の差を簡単に維持することを可能にする簡単な構造の真空度差維持器具に関する。

電子カラムにおいて、一般に電子ビームが通過する最後のレンズとしてフォーカスレンズが使用される。よって、本発明の核心は、フォーカスレンズまたはフォーカスレンズの最後の電極層の口径が最終的な電子カラムハウジング組立体の通路となるようにすることである。すなわち、電子カラムが収容されるチャンバーと、試料が収容されるチャンバー間の唯一の通路を電子カラムの電子レンズの口径とする。

もし電子カラムのハウジングに配線のための空間によってレンズの口径のみから前記通路を形成することが難しい場合には、本発明の真空度差維持器具の中空（貫通溝）を電子レンズのように作って最大限電子カラムに近接させて使用することもできる。この際、前記中孔は、メンブレインのようになるべく細くて小さい孔であって、電子カラムに最大限近接することが好ましい。

電子カラムが収容される超高真空用チャンバーとして円形または六面体キュービックや多様なクロスフランジなどが使用でき、これらのチャンバー間を結合させるとき、或いは前記チャンバーにポンプまたはその他の超高真空用部品を結合させるとき、中空円板タイプなどのガスケットを使用することが一般的である。前記ガスケットは、金属製であって、一般な高真空または低真空用チャンバーなどにおいて密閉のためのシーリング用に使われるゴム輪とは異なる。ガスケットの材料としては、代表的に超高真空（UHV）でガスが発生しない金属製品が主に使用される。

本発明に係る電子カラム用真空度差維持器具は、このようなガスケットの特性を用いて従来のガスケットの機能（形状）を含んで、カラムの構成部品と一体に結合する一体型と、カラムハウジングとは別途に結合する分離結合型にそれぞれ区分される。すなわち、本発明に係る電子カラム用真空度差維持器具は、ガスケットの役割を果たし且つ電子カラムと結合して電子カラムの電子レンズの孔または口径のみによって隙間を維持するようにして、それぞれ必要な真空度をポンプを用いて維持するようにする。両チャンバー間の真空を差別的に維持するためには、それぞれ要求される真空度と大きさに応じるポンプを用いて真空を作り、維持しなければならないところ、なるべく小さい隙間が両チャンバーの間に存在するようにすることが好ましく、前述したように別途の小さい孔をチャンバーの間に作って真空条件を異にすることは、電子ビームの経路に妨害となるので、なるべくレンズ口径などをそのまま用いることがよい。

もし電子カラムにおける最後の構成要素がワイヤタイプデフレクターの場合には、カラムベースのデフレクターホールをレンズ口径のような概念で使用すればよい。場合によっては、ソースレンズに電子ビームが最後に通過する場合も、本発明ではフォーカスレンズが最終レンズとして使用される場合と同一に適用できるのは勿論である。

また、電子カラムの収容されるチャンバーが、試料チャンバーと別個に結合するのではなく、試料チャンバー内に挿入される場合は、本発明の真空度差維持器具のガスケットの役割を果たす部分がＯリングの機能を果たすので、十分に本発明の器具として真空度差を維持することができる。

本発明に係る真空度差維持器具は、電子カラムの電子放出源から電子が容易に放出されるようにするための超高真空（ＵＨＶ）をできる限り小さく維持することができるようにし、電子ビームが照射される試料の真空度とは別個の真空度差を持つことができるようにして、全体電子カラムの製作および維持への費用および時間を節減することができるようにする。

また、超高真空を作るための費用の他にも、ベークアウトなどの時間を減らすことができるため、試料交換の際に時間および費用をさらに節減することができるところ、特に時間の面では、試料交換の際にはより短時間に交換／交替が可能になる。そして、超高真空の大きい空間を維持するために、大きい容量のイオンポンプまたはゲッタポンプなどの高価な装備または超高真空用チャンバーをさらに大きく作るための費用が非常に節減される。

電子カラムの使用の際に真空度の差異が必要な場合、本発明の器具により簡単で、容易に使用が可能である。

以下、図面を参照して具体的な実施例として説明する。

まず、図２および図３を参照して実施例として説明する。図２は電子カラム２０用チャンバー３０としての４−ｗａｙないし６−ｗａｙクロスフランジまたはキュービックチャンバー等に本発明に係る真空度差維持器具１０が電子カラムのハウジングと結合して使用されたものを示す。電子カラムの構成要素である電子放出源２１、レンズ部２２と２３、デフレクター２５などが挿着されたカラムハウジング２９と、本発明に係る真空度差維持器具１０とが結合したままで、電子カラム用チャンバー３０のガスケット収容部３１に定着されている。真空度差維持器具１０は、下部フランジ４０または試料チャンバーのガスケット収容部４１と結合して真空密閉させる。本実施例において、図３に示すように、真空度差維持器具１０は、ハウジングに連結されるネジ山が設けられているカラムハウジング結合部１１、ハウジングの底面と接触し或いはＯリングによって真空を密閉する密閉面１２、電子ビームが通過する中空１３、およびチャンバーの真空密閉ができるようにガスケットの役割を果たす真空密閉部１５を含んでなる。中空１３は、前記密閉面１２に、電子カラムの電子ビームが通過する経路に影響を与えないように形成される。すなわち、ハウジング２９の下端の側面に形成されたネジ部２６に、本発明の真空度差維持器具１０の内面にネジ山を有するカラムハウジング結合部１１が締結されて、前記真空度差維持器具１０と前記ハウジング２９は、互いに結合する。本実施例では、密閉面１２とハウジング２９の下面との真空密閉のためにＯリング１９を使用した。本実施例において、真空度差維持器具１０とハウジング２９とがネジ山１１と２６間の結合および／またはＯリングによって結合するが、別途のボルト、スクリューまたは嵌め合いなどの多様な方法によってもハウジングと真空度差維持器具とは結合できる。すなわち、真空度差維持器具１０がガスケットの役割を果たしてチャンバー間、またはフランジおよび／またはキュービックなどの結合に使用され、且つ電子カラムハウジングと結合してハウジングと真空密閉結合できるようにする。電子カラム２０は、ハウジング２９に最終レンズがボンディングなどによって結合することにより、電子ビームの進行方向に最終レンズ層の口径以外には全て密閉されなければならない。よって、本発明に係る真空度差維持器具１０が電子カラムのハウジングと結合して、電子カラムが収容される電子カラムチャンバーと、電子ビームが照らされる試料チャンバーとの間を最終レンズの口径以外には全て真空密閉させるように構成される。このために、電子カラムハウジングの下面および／または側面と真空度差維持器具１０とが結合することにより、電子カラムチャンバーと試料収容チャンバーとが、ハウジングに収容された最終レンズまたはレンズ層の口径以外には全て真空密閉される。

図４は、本発明に係る他の実施例を示すもので、本発明の真空度差維持器具がハウジングの下部に一体に形成されたことを示す。すなわち、図２および図３に示した真空度差維持器具１０のカラムハウジング結合部１１とハウジング２９のネジ部２６とが、そして真空度差維持器具１０の密閉面１２とハウジングの底面とが一体に形成されている。その他に、残りは図２および図３の実施例と同様に使用される。すなわち、図４のハウジング２９’は、真空度差維持器具に該当する部分がさらに追加されて形成されたものである。前記ハウジング２９’は、下部に本発明の真空度差維持器具１０に該当する真空密閉部１５’を設けることによりチャンバー間の真空密閉を可能にし、両チャンバー間の真空度差を維持することを可能にする。この場合、好ましくは、配線組立済みの電子カラムが外部配線のためのフィードスルー(feedthrough)とソケット式で結合する場合に使用することが良い。

図５は、図４の実施例とは異なるように真空度差維持器具５０が２つの分離された形態を持つものであって、超小型電子カラムの大きさが小さくてレンズ配線または組立がより便利になされるようにするためのものである。すなわち、真空度差維持器具がカラム組立部５１と真空密閉部５２に区分されている。この実施例において、カラム組立部５１は予めカラムハウジング２０に組み立てられ、チャンバーの上部でカラムおよび配線と一体になってカラムチャンバー３０の内部に挿入され、真空密閉部５２はフランジのガスケット挿入部分に位置する。よって、カラム組立部５１と真空密閉部５２とがＯリング１８またはネジ１７などで結合すればよい。勿論、カラム組立部５１と真空密閉部５２とをカラムハウジング２９とカラム組立部５１との結合のように直接螺合させることもでき、Ｏリングを用いてさらに確実に真空を維持するようにすることもできる。

図６は、本発明に係る真空度差維持器具１０が、組み立てられた電子カラム２０のハウジング２９と結合して電子カラムチャンバー３０内に設置された状態を示す断面図である。本実施例は、他の実施例とは異なり、前記カラムチャンバー３０が、試料の挿入される試料チャンバー９０内にフランジ３３を用いて結合している。試料チャンバー９０は、カラムチャンバー３０に比べて約１０^１〜１０^３ｔｏｒｒ低い約１０^−５〜１０^−７ｔｏｒｒ程度の真空度が維持できる。フランジ３２の下にはゲートバルブ３４が設置されることにより、電子カラムの交替時、またはステージ６２に置かれている試料６１の交替時に電子カラムチャンバー３０の真空を維持することができるようにする。また、電子カラム２０は、フィードスルー６４によって外部コントローラ（図示せず）に連結され、フィードスルーとはコネクタ２８によって結合する。

カラムチャンバー３０は、フランジ３２によって本発明の真空度差維持器具１０とカラムハウジング２９とが結合した状態で試料チャンバー９０とは真空度差を維持し、フランジ３３によって試料チャンバー９０に固定される。図示していないが、各チャンバー３０、９０には真空度に応じてポンプが個別的に使用されるか、或いは外部のポンプと連結されてそれぞれの真空度を維持する。

本図面において、真空度差維持器具１０は図２の一体型が使用されたが、図５の分離型を使用すると、チャンバー内でより容易にカラム組立体を挿入し、カラムチャンバーと試料チャンバーまたは他の部分とを結合させることができる。

図７および図８は本発明に係る真空度差維持器具７０が多数の電子カラムに結合して多重使用が実現されることを示す。

図７に示すように、真空度差維持器具７０は一つの真空密閉部７５と多数のカラムハウジング結合部７１を含む。本実施例に係る真空度差維持器具７０は、カラムハウジング結合部７１に対応して中空および密閉面などを図３の真空度差維持器具と同様に含んで、一つの真空度差維持器具７０が図８に示したように多数の電子カラムと結合して等差的な真空度を維持することができるようにする。

図８は、図７の真空度差維持器具７０が多数の電子カラムハウジング８０と結合して使用されることを示す断面図であって、それぞれの構成は図６の構成と同一または類似である。すなわち、図６における一つの真空度差維持器具に多数の電子カラムが結合して使用されたもので、電子カラムに用いられるフィードスルー６４とコネクタ２８がカラムに対応する数だけ使用された。

よって、本発明に係る真空度差維持器具は、一つの電子カラムだけでなく、マルチ電子カラムにも適用可能であり、多様な方式で応用可能である。重要なことは真空密閉部を用いて簡単に等差的な真空度を容易に維持することができることであり、小型電子カラムと使用時のマルチ化も容易に実現できる。

また、図６の実施例のような個別の電子カラムがそれぞれ差別的に真空されて多数配列すれば、マルチ化も可能である。

図９Ａは本発明に係る別の実施例としての真空度差維持器具１０の斜視図であって、図９Ｂは図９Ａの断面図である。本実施例の真空度差維持器具１０は、中空１３’を用いて真空度差を維持する。本実施例の真空度差維持器具１０は、電子カラムのハウジングに配線のために多くの溝があり、レンズの口径のみで真空度差を維持することが難しいときに使用することができる。よって、真空度差維持器具１０は、中空１３’の幅を出来る限り小さくし、且つ電子カラムのハウジングと結合させることにより、電子ビームの進行経路を妨害しないようにしたのである。前記中空の大きさと幅は出来る限り小さいことが良いが、その口径（溝の大きさ）は電子カラムから放出される電子ビームのスキャン範囲と真空度の差によって定められ、約２００マイクロメートル程度の大きさを持つことがよく、その大きさ（厚さ）はマイクロメートル級にメンブレイン化することが好ましい。

本発明の真空度差維持器具１０は、電子カラム用チャンバーと試料用チャンバーとの間でガスケットの役割も果たさなければならないので、真空密閉部１５が所定の厚さを持たなければならない。したがって、電子ビームの進行を妨害しないために前記中空１３’の厚さが小さくなるよう、中空１３’の下方には中空１３’よりさらに大きい凹部１４を形成した。よって、本発明の真空度差維持器具１０は、電子カラムと直接結合し、できる限り電子カラムに近接して中空１３’が形成されて電子ビームの進行経路を妨害しないながら真空度差を維持することを可能にする。

本発明に係る電子カラム用真空度差維持器具は、マイクロカラムを含んで、電子ビームを生成して放出する小型電子カラムの真空環境を改善することができるため、電子ビームを用いた検査装置、半導体リソグラフィー装置、電子顕微鏡などに使用することができる。

従来のマイクロカラムの構成を概略的に示す分解斜視図である。本発明に係る真空度差維持器具が電子カラムと共に使用される一例を示す断面図である。図２で使用された本発明に係る真空度差維持器具の斜視図である。本発明に係る真空度差維持器具が電子カラムハウジングと一体型に形成された他の例を示す断面図である。本発明に係る分離型真空度差維持器具が電子カラムと共に使用される例を示す断面図である。チャンバー内に電子カラムと本発明に係る真空度差維持器具が装着された状態を示す断面図である。本発明の他の実施例として多数の電子カラムと結合することが可能な真空度差維持器具の斜視図である。チャンバー内で図７の真空度差維持器具が多数の電子カラムに装着された状態を示す断面図である。図９Ａは本発明に係る他の実施例としての真空度差維持器具の斜視図であり、図９Ｂはその断面図である。

符号の説明

１０，５０，７０…真空度差維持器具１１，７１…カラムハウジング結合部
1２…密閉面１３，１３’…中空１５，１５’，５２…真空密閉部１７…ネジ
１８，１９…Ｏリング２０…電子カラム２１…電子放出源
２２，２３…レンズ部２５…デフレクター２６…ネジ部
２８…コネクタ２９，２９’…ハウジング３０…電子カラムチャンバー
３２，３３…フランジ３４…ゲートバルブ４０…下部フランジ
５１…カラム組立部８０…電子カラムハウジング９０…試料チャンバー

Claims

電子放出源、レンズ部、およびこれらを固定するハウジングを含む電子カラムと試料間の真空度の差を維持するための電子カラム用真空度差維持器具において、
前記ハウジングと真空密閉されるように結合するカラムハウジング結合部と、
中央に設けられ、電子カラムから放出される電子ビームが貫通する中空と、ガスケットの役割をする真空密閉部と、を一体に結合し、
前記ハウジングと結合して、電子ビームが放出される経路において最終的に位置するレンズの電極層の口径または前記中空を用いて前記真空度差維持器具を基準として両側の真空度の差がｔｏｒｒ単位を基準に１０倍以上を維持することを特徴とする、電子カラム用真空度差維持器具。
前記ハウジングと前記真空度差維持器具とが一体に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム用真空度差維持器具。
前記ハウジングと前記真空度差維持器具とがゴム輪を用いて結合することを特徴とする、請求項１または２に記載の電子カラム用真空度差維持器具。
前記真空度差維持器具は、前記カラムハウジング結合部および前記真空密閉部に対して着脱可能であることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム用真空度差維持器具。
前記カラムハウジング結合部が少なくとも２つ備えられることにより、少なくとも２つの電子カラムが装着できることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子カラム用真空度差維持器具。
請求項１〜５のいずれか１項の真空度差維持器具を用いて電子カラムチャンバーと試料チャンバーとが真空度の差を維持することを特徴とする、電子カラムシステム。
前記電子カラムチャンバーが前記試料チャンバー内に位置することを特徴とする、請求項６に記載の電子カラムシステム。
前記電子カラム用真空度差維持器具には、前記カラムハウジング結合部が少なくとも２つ備えられることにより、前記カラムハウジング結合部に対応する数だけの多数の電子カラムが装着できることを特徴とする、請求項６または７に記載の電子カラムシステム。