KR100685588B1 - 전자 광학 경통 및 그 제조 방법 - Google Patents

전자 광학 경통 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형화에 적합한 전자 광학 경통 및 그 제조 방법을 제공한다.
통체(1)는 내통(11)과 외통(12)을 구비하고 있다. 통체는 전체적으로 고저항 도전성의 세라믹스에 의해 구성되어 있다. 내통의 내면(111)에는, 정전 렌즈(21, 22, 23, 24)가 도금, 증착 그 외의 수단에 의해 부착되어 있다. 렌즈를 구성하는 전극 또는 전극편(211~213, 221, 231, 232, 241~243) 중, 공통 전위의 것은 공통의 배선에 의해 접속되어 있다. 이것에 의해, 공통 전위의 전극 또는 전극편을 종합하여 외부 배선에 접속할 수 있다.

Description

전자 광학 경통 및 그 제조 방법 {ELECTRONIC OPTICAL LENS BARREL AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은 전자 광학 경통 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전자 광학경통은, 예를 들면, 주사형 전자 현미경(SEM)이나, 이온 빔(EB) 장치에 있어서 전자선에 대한 렌즈 작용을 행하기 위해 사용되고 있다. SEM에 사용되는 경통의 일례는, 특개평 6-187901호 공보에 정전(靜電) 렌즈로서 기재되어 있다.
그런데, 최근에는 미세 가공 등을 위해, 전자선을 고정밀도로 집속시키고 싶다고 하는 요청이 있다. 전자선의 집속도를 향상시키기 위해서는, 높은 전압을 인가함으로써 전자에 대한 고가속을 행할 필요가 있다. 그러면, 장치가 대형으로 되고 또한 고가로 된다고 하는 문제가 생긴다. 또한, 전자의 속도가 높아지면 다음과 같은 문제가 있다.
(a) 시료 표면을 전자선이 돌파하기 때문에, 표면의 관찰에는 적합하지 않게 된다.
(b) 전자선에 의해 시료가 파괴되는 등의 악영향이 발생한다.
(c) 생물 시료의 경우에는, 비도전 물질이기 때문에 차지업하기 쉬워진다. 차지업을 일으키면, 전계에의 영향이 생겨 전자선의 집속 정밀도가 열화할 수 있 다.
그렇지만, 만약 소형이고 또한 고정밀도의 경통을 얻을 수 있으면, 전극으로부터 전자선까지의 거리를 짧게 할 수 있다. 그러면, 전자에 대한 가속 전압이 낮아도 전자선에 대하여 큰 전계를 부여할 수 있고, 따라서, 전자선을 고정밀도로 집속시킬 수 있게 된다.
그런데, 전자 광학 경통에 사용되는 정전 렌즈는, 설치나 치수에 높은 정밀도가 필요하게 된다. 경통을 작게 한 경우에는, 정전 렌즈의 설치나 치수에 있어서의 오차가 커지기 십상이어서, 집속 정밀도가 열화할 우려가 있다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명은, 소형화에 적합한 전자 광학 경통 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 전자 광학 경통은, 통체와, 이 통체의 내면에 배치된 정전 렌즈를 구비하고 있다. 상기 통체의 내면은 고저항 도전성으로 되어 있다.
상기 전자 광학 경통에 있어서의 상기 통체의 내면은, 고저항 도전성을 갖는 세라믹스에 의해서 구성되어 있어도 된다.
상기통체는, 실질적으로 단일의 재료에 의해서 구성되어 있어도 된다.
상기 단일의 재료란, 고저항 도전성을 갖는 세라믹스라도 된다.
상기 고저항 도전성이란, 예를 들면 저항률이 108∼1010 Ω·㎝의 상태이다.
상기 통체는 내통과 외통을 가져도 된다. 상기 내통은 상기 외통의 내부에 배치될 수 있다.
상기 정전 렌즈는, 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비할 수 있다. 상기 전극에는, 이 전극에 전압을 인가하기 위한 배선을 접속할 수 있다. 상기 배선은 상기 내통과 외통과의 사이에 배열 설치할 수 있다.
상기 전극을 복수로 할 수 있다. 상기 배선은 상기 전극 중 동전위(同電位)의 것을 서로 접속할 수 있다.
상기 배선은, 상기 전극 중에서 다른 전위의 것을, 저항 또는 스위칭 소자를 통하여 서로 접속하는 구성이라도 된다.
상기 정전 렌즈는, 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비할 수 있다. 상기 전극은 상기 통체의 내면에 부착되어 있어도 된다.
복수의 정전 렌즈에 구비된 전극은, 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비해도 된다. 상기 각 전극에 있어서의 전극편의 수는 같아도 된다.
복수의 정전 렌즈는 전극을 구비하고 있고, 상기 전극은 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하고 있으며, 상기 전극편 중 동전위의 전극편은, 배선에 의해서 서로 전기적으로 접속되어 있는 구성으로 할 수도 있다.
본 발명의 전자 광학 경통은 상기 통체가 내통과 외통을 가지며, 내통이 상기 외통의 내측에 배치되고, 복수의 정전 렌즈가 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 각각 구비하며, 상기 전극이 상기 통체의 내면에 부착되고, 상기 전극이 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하며, 상기 전극편 중 동전위의 전극편이 배선에 의해 서로 전기적으로 접속되고, 상기 배선이 상기 내통과 상기 외통과의 사이에 배치된 구성이라도 된다.
혹은, 본 발명의 전자 광학 경통은 상기 통체가 내통과 외통을 가지며, 상기 내통이 상기 외통의 내측에 배치되고, 상기 정전 렌즈가 복수로 되며, 상기 각 정전 렌즈가 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비하고, 상기 전극이 상기 통체의 내면에 부착되며, 상기 전극이 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하고, 상기 전극편이 이들 전극편에 대해 다른 전압을 부여하기 위한 배선 및 저항을 통하여 서로 접속되며, 상기 배선 및 저항이 상기 내통과 상기 외통과의 사이에 배치되어 있는 구성이라도 된다.
혹은, 본 발명의 전자 광학 경통은 상기 통체가 내통과 외통을 가지며, 상기 내통이 상기 외통의 내측에 배치되고, 상기 정전 렌즈가 복수로 되며, 상기 각 정전 렌즈가 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비하고, 상기 전극이 상기 통체의 내면에 부착되며, 상기 전극이 서로 이간된 복수의 전극편을 구비하고, 상기 전극편이 이들 전극편에 대해 다른 전압을 부여하기 위한 배선 및 스위칭 소자를 통하여 서로 접속되며, 상기 배선 및 스위칭 소자가 상기 내통과 상기 외통과의 사이에 배치되어 있는 구성이라도 된다.
상기 전자 광학 경통은 상기 정전 렌즈가 복수로 되며, 상기 정전 렌즈끼리의 사이에 홈이 형성된 구성이라도 된다.
상기 전자 광학 경통은 정전 렌즈가 복수의 전극을 구비하고, 상기 전극끼리의 사이에 홈이 형성된 구성이라도 된다.
상기 전자 광학 경통은 상기 정전 렌즈가 전극을 구비하고, 상기 전극이 복 수의 전극편을 구비하며, 상기 전극편끼리의 사이에 홈이 형성된 구성이라도 된다.
상기 전자 광학 경통은, 상기 통체의 일단에 전자총실을 구비한 구성이라도 된다.
상기 전자 광학 경통은, 통체의 타단에 2차 전자 디텍터를 구비한 구성이라도 된다.
상기 전자 광학 경통은, 통체의 일단에 전자총실 설치용의 플랜지를 통체와 일체로 설치한 것이어도 된다.
상기 전자 광학 경통은, 상기 통체의 일단에 전자총실의 측벽을 구성하는 통부를 상기 통체와 일체로 설치한 것이라도 된다.
본 발명의 주사형 전자 현미경은 상기한 경통을 구비한 것이다.
본 발명의 이온 빔 장치는 상기한 경통을 구비한 것이다.
본 발명의 전자 광학 경통의 제조 방법은 다음의 스텝을 갖고 있다.
(1) 통체의 내면에 도전 재료를 피막하는 스텝,
(2) 상기 피막된 도전 재료의 일부를 제거함으로써, 정전 렌즈를 구성하기 위한 1세트의 전극을 얻는 스텝.
혹은, 전자 광학 경통의 제조 방법은, 「통체의 내면에 소정의 패턴으로 도전 재료를 피막함으로써, 렌즈를 구성하기 위한 1세트의 전극을 얻는 스텝」을 갖고 있어도 된다.
혹은, 본 발명의 전자 광학 경통의 제조 방법은 다음의 스텝을 갖고 있어도 된다.
(1) 통체의 내면에 도전 재료를 피복하는 스텝,
(2) 상기 피막된 도전 재료의 일부를 제거함으로써, 하나 또는 복수의 렌즈를 구성하기 위한 복수의 전극을 얻는 스텝,
(3) 상기 복수의 전극 중 동전위의 것을 배선에 의해 접속하는 스텝.
혹은, 본 발명의 전자 광학 경통의 제조 방법은 다음의 스텝을 갖고 있어도 된다.
(1) 통체의 내면에 도전 재료를 피복하는 스텝,
(2) 상기 피막된 도전 재료의 일부를 제거함으로써, 정전 렌즈용의 전극을 구성하기 위한 복수의 전극편을 얻는 스텝,
(3) 상기 복수의 전극편 중 동전위의 것을 배선에 의해 접속하는 스텝.
혹은, 본 발명의 전자 광학 경통의 제조 방법은 다음의 스텝을 갖고 있어도 된다.
(1) 내통의 외면에 배선을 배치하는 스텝,
(2) 상기 내통의 내면에 배치되어야 할 전극과 상기 배선을 접속하기 위한 관통 구멍을, 상기 스텝 (1)의 전 또는 후에 상기 내통에 형성하는 스텝,
(3) 상기 내통의 외측에 외통을 끼워 맞추는 스텝,
(4) 상기 외통에, 상기 배선과 외부 회로를 접속하기 위한 관통 구멍을, 상기 스텝 (3)의 전 또는 후에 상기 외통에 형성하는 스텝.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련되는 경통의 종단면에 있어서, 배선 의 기재를 생략한 설명도.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따르는 개략적인 단면도.
도 3은 도 1의 경통에 있어서의 렌즈 작용을 설명하기 위한 설명도.
도 4는 도 2의 주요부의 확대도.
도 5는 도 1의 B-B 선에 따르는 개략적인 주요부 단면도.
도 6은 도 1의 경통에 사용하는 전자총실의 종단면도.
도 7은 도 1의 경통에 있어서 배선의 기재를 가한 설명도.
도 8은 도 7의 C-C 선에 따르는 단면도.
도 9는 도 7의 D-D 선에 따르는 단면도.
도 10은 도 7의 B-E 선에 따르는 단면도.
도 11a 내지 도 11d는 도 1의 경통의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도.
도 12a 내지 도 12f는 도 1의 경통의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관련되는 경통의 종단면에 있어서의 설명도.
도 14는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 배선 구조를 설명하기 위한 모식적인 설명도.
본 발명의 제1 실시 형태에 관련되는 전자 광학 경통을, 도 1∼ 도 12에 의거하여 이하에 설명한다. 본 실시 형태에 관련되는 경통은, 통체(1)와 이 통체(1)의 내면에 배치된 정전 렌즈(본 명세서에 있어서는 렌즈로 약칭하는 경우가 있다 .)(2)와, 전자총실(3)과, 배선(4)과, 2차 전자 디텍터(5)를 구비하고 있다(도 1 및 도 7 참조).
통체(1)는 내통(11)과, 외통(12)과, 플랜지(13)를 구비하고 있다(도 1 참조). 이들의 재질로서는, 본 실시 형태에서는 모두, 고저항 도전성의 세라믹스가 사용되고 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 고저항 도전성 세라믹스의 저항률은 108 ∼1010 Ω·㎝로 되어 있다. 보다 바람직하게는, 이 저항률은 108∼109 Ω·㎝ 정도이다. 저항률이 너무 높으면, 전하의 리크가 없어져 차지업을 발생하기 쉬워진다. 저항률이 너무 낮으면, 전극 사이의 누설 전류가 커져버리고 만다. 이 저항률은, 차지업을 유효하게 방지할 수 있는 정도로 전하의 리크를 발생시키도록 설정되는 것이 바람직하다. 이 범위라면, 누설 전류를 막기 위해 저항률을 높게 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서 사용되는 세라믹스의 조성으로서는, 예를 들면, 주원료로서의 Al2O3에 10% 내지 20%의 TiO2를 혼입한 것, 혹은 주원료로서의 ZrO 2에 약 30%의 Fe2O3, 4%의 Y2O3을 혼입한 것이 사용된다. 또, SiC를 주원료로서 B, A12O3, Y2O3을 0.2% 내지 1% 정도 혼입시킨 것을 사용할 수도 있다. 본 실시 형태에 있어서의 세라믹스는, 비교적 고저항(109 Ω·㎝ 정도)이며, 또한 밀도가 순수한 재료에 가까운 것이 바람직하다. 이 관점으로부터는, 순수한 Al2O3나, 이것에 특성이 가까운 Al2 O3에 15%의 TiO2를 혼입한 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 통체(1)의 내면(즉, 내 통(11)의 내면(111))은, 고저항 도전성의 세라믹스에 의해 구성된 것으로 되어 있다. 또, 상기의 구성에 의해, 통체(1)는 실질적으로 단일의 재료(즉, 고저항 도전성 세라믹스)에 의해 구성된 것으로 되어있다. 내통(11) 및 외통(12)은, 일반적으로 세라믹스의 분말을 고압으로 성형한 후, 소결함으로써 얻을 수 있다.
내통(11)은 원통 형상으로 되어 있다. 내통(11)에는 내면(l11)과 외면(112)을 연통시키는 관통 구멍(113)이 형성되어 있다(도 7 참조). 관통 구멍(113)의 내부에는, 내면(111)에 설치된 전극(후술)에 접속되며, 또한 외면(112)까지 연장된 배선(114)이 배치되어 있다.
외통(12)은, 내통(11)의 외측에 끼워 맞춰지는 원통 형상으로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 외통(12)의 내경은 내통(11)의 외경보다 약간 작게 되어 있어서, 소결 끼움 또는 가냉 끼움에 의해 내통(11)에 끼워 맞출 수 있게 되어 있다. 외통(12)에는 내통(11)과 동일하게, 내면(121)과 외면(122)을 연통시키는 관통 구멍(123)이 형성되어 있다(도 7 참조). 관통 구멍(123)의 내부에는, 내통(11)의 배선(114), 또는 내통(11)의 외면에 배치된 배선(4)에 접속되며, 또한 외통(12)의 외면(122)까지 연장된 배선(124)이 배치되어 있다.
렌즈(2)는, 건 렌즈(21)와, 비점수차 보정기(22)와, XY 편향기(23)와, 대물 렌즈(24)를 구비하고 있다(도 1 참조). 렌즈(2)의 렌즈 작용을 도 3에 모식적으로 나타내었다. 건 렌즈(21)는, 전극(211, 212 및 213)을 구비한 트라이오드형으로 되어 있다(도 1 참조). 이와 같이, 복수의 전극에 의해 하나의 렌즈가 구성되어 있는 경우, 이들 복수의 전극을 1세트의 전극이라 칭한다. 각 전극(211∼213)은 얇은 두 께의 링 형상으로 되어 있다. 각 전극(211∼213)의 두께는, 예를 들면 2∼5㎛로 되어 있다. 각 전극(211∼213)의 폭은, 예를 들면 3∼6㎜로 할 수 있다. 이 폭은, 렌즈에 요구되는 전자 광학 특성과 가공상의 용이도에 의해 일반적으로 결정된다. 각 전극(211∼213) 끼리의 사이에는, 내통(11)의 둘레 방향으로 연장된 홈(1111)이 형성되어 있다. 이 홈(1111)에 의해, 전극(211∼213) 끼리 분리되어 있다. 양단의 전극(211 및 213)에는 0 V(어스)가 접속되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 「어스에 접속되어 있는 경우」에 대해서도 「전압이 인가되고 있다」고 칭하고 있다. 중앙의 전극(212)에는, 적절한 전압(필요한 전계를 생성할 수 있는 전압)이 인가되게 되어 있다(배선에 대해서는 후술함).
비점수차 보정기(22)는 하나의 전극(221)을 구비하고 있다. 전극(221)은, 내통(11)의 둘레 방향에 따라 배치된 8개의 전극편(2211∼8)을 구비하고 있다. 도 4에 각 전극편(2211∼8)의 배치를 나타내었다. 각 전극편(2211∼8)의 사이에는, 내통(1)의 축방향으로 연장된 홈(1112)이 형성되어 있다. 홈(1112)에 의해서, 전극(221)이 전극편(2211∼8)으로 분할되어 있다. 각 전극편(2211∼8)에는, 배선(후술함)을 통하여 각각 이하의 전압이 인가되도록 되어 있다. 또한, 0V의 경우는, 어스에 접속된다고 하는 의미이다.
전극편(2211, 2215) : Vy [V],
전극편(2212, 2213, 2216, 2217) : 0 [V],
전극편(2214, 2218) : Vx [V].
여기서, 첨자의 x, y는, 서로 직교하는 방향인 것을 나타내고 있다. 전압 Vy 는, y 방향으로 발생한 비점수차를 지우기 위해 필요한 전압 V라는 의미이다. 전압 Vx 는, y 방향과 직교하는 방향인 x 방향으로 발생한 비점수차를 지우기 위해 필요한 전압 V라는 의미이다.
전위가 공통되는 복수의 전극편끼리는, 후술하는 바와 같이 배선(4)에 의해 서로 접속되어 있다.
XY 편향기(23)는, 둘레 방향으로 뻗어있는 2개의 전극(231 및 232)을 구비하고 있다(도 1 참조). 전극(231)과 전극(232)과의 사이는, 둘레 방향으로 뻗는 홈(11l1)에 의해 분리되어 있다. 각 전극(231 및 232)은 각각, 8개의 전극편(2311∼8 및 2321∼8)을 구비하고 있다. 도 2 및 도 5에, 이들 전극편의 배치를 나타내었다. 각 전극편의 사이에는, 비점수차 보정기(22)의 경우와 동일하게, 축방향의 홈(1112)이 형성되어 있다. 각 전극편(2311∼8 및 2321∼8)에는, 배선(후술함)을 통하여 각각 이하의 전압이 인가되도록 되어 있다.
전극편(2311, 2312, 2321, 2322) : Vy [V],
전극편(2313, 2318, 2323, 2328) : b0Vy [V],
전극편(2314, 2317, 2324, 2327) : -b0Vy [V],
전극편(2315, 2316, 2325, 2326) : -Vy [V].
다만, {b }_{0} = SQRT {2} -1 이다.
여기서도, 전위가 공통되는 복수의 전극편은, 후술하는 바와 같이 배선(4)에 의해 서로 접속되어 있다.
대물 렌즈(24)는, 건 렌즈(21)와 동일하게, 전극(241, 242 및 243)을 구비한 트라이오드형으로 되어 있다(도 1 참조). 각 전극(241∼243)은 얇은 두께의 링 형상으로 되어 있다. 양단의 전극(241 및 243)에는 0V(어스)가 접속되어 있다. 중앙의 전극(212)에는 적절한 전압(필요한 전계를 생성할 수 있는 전압)이 인가되도록 되어 있다(배선에 대해서는 후술함). 대물 렌즈(24)에 있어서의 다른 구성은 건 렌즈(21)와 동일하다.
전자총실(3)은, 진공 챔버(31)와, 이온 펌프(32)와, 전자총 캐소드(33)를 구비하고 있다(도 6 참조). 진공 챔버(31)는, 통체(1)의 플랜지(13)에 장착되어 있다. 전자총 캐소드(33)는, 통체(1)와 동축으로 되는 위치에 배치되어 있다. 전자총 캐소드(33)의 기초부는, 진공 챔버(31)의 내면에 설치되어 있다. 전자총 캐소드(33)의 선단부는, 통체(1)를 향해서 배치되어 있다.
이온 펌프(32)는, 요크(321)와, 영구자석(322)과, 캐소드(323)와, 애노드(324)를 구비하고 있다. 요크(321)는 원통 형상의 본체(3211)와, 그 양단에 일체로 형성된 두 개의 플랜지(3212)를 구비하고 있다. 영구자석(322)은, 2개의 플랜지부(3212)의 대향면에 각각 장착되어 있다. 캐소드(323)는, 본체(3211)의 측면(외주면)에 배치되어 있다. 애노드(324)는, 진공 챔버(31)의 내면으로서, 또한 캐소드(323)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 캐소드(323) 및 애노드(324)는, 예를 들면 도금이나 증착에 의해서 형성할 수 있다.
배선(4)은 내통(11)과 외통(12)과의 사이에 배치되어 있다. 배선(4)은 본 실시 형태에서는 동전위의 전극 또는 전극편에 접속된, 내통(11)의 배선(114)을 외통 (12)의 배선(124)에 접속하고 있다(도 7 참조). 배선(4)은, 통체(1)의 축방향으로 연장된 배선(41)과 둘레 방향으로 연장된 배선(42)을 포함하고 있다(도 9 참조). 배선(41)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 다음의 2개소에 배치되어 있다. 참고를 위해, 도 8에 도 7의 C-C 선에 따르는 단면도를 나타낸다.
(1) 건 렌즈(21)를 구성하는 전극(211과 213)에 접속된 배선(114) 끼리를 접속하는 위치,
(2) 대물 렌즈(24)를 구성하는 전극(241과 243)에 접속된 배선(114) 끼리를 접속하는 위치.
통체(1)의 둘레 방향으로 연장된 배선(42)은, 다음의 개소에 배치되어 있다.
(1) 도 9 및 도 10 에 나타내는 바와 같이, XY 편향기(23)의 전극(231)에 있어서의 전극편(2311∼2318) 중 동전위의 것을 각각 접속하는 위치,
(2) 상기 (1)과 동일하게, 전극(232)에 있어서의 전극(2321∼8) 중 동전위의 것을 접속하는 위치(도시하지 않음),
(3) 상기 (1) 및 (2)와 동일하게, 비점수차 보정기(22)의 전극편(22l1∼8) 중 동전위의 것을 접속하는 위치(도시하지 않음).
2차 전자 디텍터(5)는, 통체(1)의 선단에 장착되어 있다(도 1 및 도 7 참조). 2차 전자 디텍터(5)의 구성은, 종래부터 알려져 있는 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
다음에, 본 실시 형태에 있어서의 경통의 제조 방법을, 도 11 및 도 12에 의거하여 설명한다. 먼저, 소결 등의 적당한 방법에 의해, 내통(11) 및 외통(12)을 얻는다. 이어서, 바람직하게는 치수 정밀도를 높이기 위해, 내통(11)의 내면(111)을 연마한다. 이어서, 내통(11)의 측면에 내외 방향으로 관통하는 관통 구멍(113)을 형성한다. 이어서, 관통 구멍(113)의 내부에 납재료 등의 도전 재료를 충전한다. 이것에 의해, 내통(11)에 있어서의 배선(114)을 얻는다. 이어서, 내통(11)의 외면(112)에 배선(4)을 형성한다(도 11a). 배선(4)은, 도금이나 증착 등의 임의의 방법에 의해 형성할 수 있다.
이어서, 내통(11)의 외측에, 소결 끼움 또는 가냉 끼움에 의해, 외통(12)을 끼워 맞춘다(도 11b). 이어서, 외통(12)의 측면에 외통(12)을 내외 방향으로 관통하는 관통 구멍(123)을 형성한다(도 11c). 이어서, 관통 구멍(113)의 경우와 동일하게 하여, 관통 구멍(123)의 내부에 도전 재료를 충전한다(도 11d). 이것에 의해, 외통(12)에 있어서의 배선(124)을 얻을 수 있다. 상기한 각 관통 구멍이나 배선의 위치는, 미리 정해진 위치로 되어 있다. 이어서, 내통(11) 및 외통(12)의 단부에 플랜지(13)를 장착한다. 이와 같이 하여, 통체(1)를 얻을 수 있다(도 12a 및 b). 또한, 도 12에 있어서는, 도 11에 나타낸 배선이나 관통 구멍은 기재를 생략하고 있다.
이어서, 내통(11)의 내면에 도금이나 증착 등의 수단에 의해 금속 피막(V)을 형성한다(도 12c, d). 금속 피막(V)을 형성한 후, 표면 정밀도를 높이기 위한 연마 가공을 행한다. 이어서, 각 렌즈 및 전극을 분할하는 홈(1111 및1112)을 형성한다(도 12e, 12f). 홈(1111 및 1112)의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 포토리소그래피를 이용한 에칭을 이용할 수 있다. 물론, 기계 가공에 의해 이들 홈을 형성해도 된 다. 이와 같이, 홈을 형성하는 것에 의해, 금속 피막(V)을 분할하여 전극 또는 전극편을 얻을 수 있다.
이어서, 본 발명의 경통의 동작을 설명한다. 먼저, 전자총실(3)(도 6 참조)의 동작을 설명한다. 전자총실(3)에 있어서는, 캐소드(323)와 애노드(324)와의 사이에 고전압을 인가한다. 이것에 의해 캐소드로부터 인출된 전자는, 영구자석(322)에 의해 발생한 자계의 작용에 의해 나선 운동을 하며, 그 사이에 잔류 기체 분자에 충돌한다. 그러면, 잔류 기체 분자는 이온화하여, 캐소드(323)에 흡착된다. 이와 같은 이온 펌프의 작용은 잘 알려져 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다. 이와 같이 하여, 이온 펌프(32)의 내부를 고진공으로 할 수 있다.
이어서, 건 렌즈(21)의 작용에 의해, 전자총 캐소드(33)로부터 전자가 인출된다. 인출된 전자는, 비점수차 보정기(22), XY 편향기(23), 대물 렌즈(24)를 통과하여 대상물에 도달한다(도 3 참조).
본 실시 형태의 경통에 의하면, 통체(1), 특히 내통(11)을 고저항 도전성으로 하고 있으므로, 전극간에 있어서의 차지업량(산란한 전자가, 전극 사이에 노출한 절연물 표면에 퇴적해 생기는 전하량)을 감소시킬 수 있다. 통체(1)의 내면의 저항률이 너무 높으면 전극 사이에 차지업이 발생하며, 이것에 의해 통체(1)의 내부의 전계가 교란되고 만다고 하는 문제가 발생한다. 전계가 교란되면, 전자의 집속도가 저하되며, 예를 들면 SEM 화상의 왜곡을 일으키게 될 수 있다. 본 실시 형태의 경통에서는, 이러한 문제의 회피가 용이해진다.
또, 본 실시 형태의 경통에 의하면, 내통(11)을 단일 재료에 의해 구성하여, 내통(11)의 표면에 전극을 형성하고 있으므로, 용이하게, 또한 고정밀도로 전극을 배치할 수 있다.
게다가, 본 실시 형태의 경통에 의하면, 내통(11)과 외통(12)의 사이에 배선(4)을 설치하였으므로, 배선을 통체(1)의 외부에 설치하는 경우와 비교하여, 경통을 소형화하는 것이 용이해진다.
또, 본 실시 형태의 경통에서는, 공통 전위의 전극을 공통 배선으로 하고 있으므로, 통체(1)의 외측에 있어서의 결선 개소의 수를 줄일 수 있다. 예를 들면, 건 렌즈(21)에 있어서는, 공통 전위인 전극(211)과 전극(213)을 공통 배선으로 하고 있다. 가령, 각 전극에 대해 외부 배선과 각각 결선하면, 결선의 수는 3이 된다. 이에 대해, 본 실시 형태에 의하면 결선의 수를 2로 할 수 있다. 동일하게, 회선(4)을 설치함으로써, 비점수차 보정기(22), XY 편향기(23), 대물 렌즈(24)에 있어서도, 외부 배선과의 결선 수를 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, SEM이나 전자 빔 장치에 경통을 설치하는 작업을 용이하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태와 관련되는 경통을 도 13에 의거하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 전자총실(3)의 진공 챔버(31)가 통부(311)와 뚜껑부(312)를 갖고 있다. 통부(311)는 통체(1)의 플랜지(13)와 일체로 구성되어 있다. 뚜껑부(312)의 내면에는, 전자총 캐소드(33)와 요크(321)가 장착되어 있다. 통부(311)의 내면에는 애노드(324)가 장착되어 있다. 다른 구성은, 상기한 제1 실시 형태와 동일하므로 동일 부호를 부여하며 설명을 생략한다.
제2 실시 형태의 경통에 의하면, 진공 챔버(31)를 구성하는 통부(311)를 통 체(1)와 일체로 구성하고 있으므로, 전자총실(3)과 통체(1)와의 위치 결정을 정밀도 양호하게 행할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태와 관련되는 경통을 설명한다. 이 실시 형태에서는, 모든 전극이 도 4 또는 도 5에 나타내는 예와 같이, 축방향의 홈(1112)에 의해 8 분할되어 있다. 이 경우, 건 렌즈(21)나 대물 렌즈(24)와 같이, 회전 대칭의 전극에 대해서는 배선(4)을 사용하고, 각 전극편에 대해 공통의 배선으로 한다.
제3 실시 형태에 의하면, 모든 전극에 대해 홈(1112)을 형성하므로, 홈(1112)을 내통(11)의 내면을 따라서 단번에 형성할 수가 있고, 제조 작업을 간단하게 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 다른 구성 및 이점은, 상기한 제1 실시 형태와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 관련되는 경통을 도 14에 의거하여 설명한다. 또한, 도 14는 배선만을 설명하기 위해 모식적으로 기재되어 있다. 이 경통에 있어서는, 배선(4)에 저항(43)을 직렬로 삽입하고 있다. 이와 같이 하면, 배선(4)을 공통으로 하면서, 각 전극 또는 전극편에 가해지는 전압을 다르게 할 수 있다. 또, 저항(43)에 대신하여, 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 가해지는 전압을 보다 복잡하게 설정할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예의 기재는 단순한 일례에 지나지 않고, 본 발명에 필수의 구성을 나타낸 것은 아니다. 각부의 구성은, 본 발명의 취지를 달성할 수 있는 것이면 상기에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 각 실시 형태에서는, 통체(1) 전체를 고저항 도전성 세라믹스에 의해서 구성하고 있다. 그렇지만, 통체(1)의 내면만을 이 조성에 의해 구성해도 된다. 나아가서는, 전극 또는 전극편의 사이만을 이 조성으로 하는 것도 가능하다.
또, 전극 또는 전극편을 형성하는 경우에는, 예를 들면 인쇄법에 의해 처음부터 일정한 패턴으로 이들을 부착시키는 것도 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는 경통을 2층 구조로 하고 있으나, 이것에 한정하지 않고 3층 이상의 복층 구조로 할 수도 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 내통(11)과 외통(12)을 세라믹스의 소결 후에, 소결 끼움 또는 가냉 끼움에 의해 끼워 맞추고 있다. 그렇지만, 세라믹스를 고압으로 성형한 후, 소결 전에 양자를 끼워 맞추고, 이 상태로 양자를 함께 소결하는 것도 가능하다. 이 방법에 의해서도 내통과 외통을 끼워 맞출 수 있다.
본 발명에 의하면, 소형화에 적합한 전자 광학 경통 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (29)

  1. 통체와, 이 통체의 내면에 배치된 정전 렌즈를 구비하고 있고, 상기 통체의 내면은 고저항 도전성으로 되어 있으며,
    상기 통체는 내통과 외통을 가지고, 상기 내통은 상기 외통의 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통체의 내면은 고저항 도전성을 갖는 세라믹스에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통체는 실질적으로 단일의 재료에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단일의 재료는 고저항 도전성을 갖는 세라믹스인 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고저항 도전성이란 저항률이 108∼1010 Ω·㎝의 상태인 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비하고 있고, 상기 전극에는 이 전극에 전압을 인가하기 위한 배선이 접속되어 있으며, 상기 배선은 상기 내통과 외통과의 사이에 배열 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극은 복수로 되어 있고, 상기 배선은 상기 전극 중 동전위의 것을 서로 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전극은 복수로 되어 있고, 상기 배선은 상기 전극 중에서 다른 전위의 것을 저항 또는 스위칭 소자를 통하여 서로 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비하고 있고, 상기 전극은 상기 통체의 내면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 복수로 되어 있고, 상기 각 정전 렌즈에 구비된 상기 전극은 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하고 있으며, 상기 각 전극에 있어서의 전극편의 수는 동일하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 복수로 되어 있고, 상기 각 정전 렌즈는 전극을 구비하고 있으며, 상기 전극은 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하고 있고, 상기 전극편 중, 동전위의 전극편은 배선에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 복수로 되어 있으며, 상기 각 정전 렌즈는 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비하고 있고, 상기 전극은 상기 통체의 내면에 부착되어져 있으며, 상기 전극은 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하고 있고, 상기 전극편 중 동전위의 전극편은 배선에 의해서 서로 전기적으로 접속되고 있으며, 상기 배선은 상기 내통과 상기 외통의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 복수로 되어 있으며, 상기 각 정전 렌즈는 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비하고 있고, 상기 전극은 상기 통체의 내면에 부착되어 있으며, 상기 전극은 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하고 있고, 상기 전극편은 이들 전극편에 대해 다른 전압을 부여하기 위한 배선 및 저항을 통하여 서로 접속되어 있으며, 상기 배선 및 저항은 상기 내통과 상기 외통의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 복수로 되어 있으며, 상기 각 정전 렌즈는 상기 통체의 내측에 전계를 발생시키기 위한 전극을 구비하고 있고, 상기 전극은 상기 통체의 내면에 부착되어 있으며, 상기 전극은 서로 이간되어진 복수의 전극편을 구비하고 있고, 상기 전극편은 이들 전극편에 대해 다른 전압을 부여하기 위한 배선 및 스위칭 소자를 통하여 서로 접속되어 있으며, 상기 배선 및 스위칭 소자는 상기 내통과 상기 외통의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 복수로 되어 있고, 상기 정전 렌즈끼리의 사이에는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  17. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 복수의 전극을 구비하고 있고, 상기 전극끼리의 사이에는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  18. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 전극을 구비하고 있고, 상기 전극은 복수의 전극편을 구비하고 있으며, 상기 전극편끼리의 사이에는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  19. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통체의 일단에는 전자총실이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  20. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통체의 타단에는 2차 전자 디텍터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  21. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통체의 일단에는 전자총실 설치용의 플랜지가, 통체와 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  22. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통체의 일단에는 전자총실의 측벽을 구성하는 통부가, 상기 통체와 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 광학 경통.
  23. 제1항 내지 제5항 또는 제7항 내지 제9항 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 경통을 구비한 주사형 전자 현미경.
  24. 제1항 내지 제5항 또는 제7항 내지 제9항 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 경통을 구비한 이온 빔 장치.
  25. (1) 통체의 내면에 도전 재료를 피막하는 스텝과,
    (2) 상기 피막된 도전 재료의 일부를 제거함으로써, 정전 렌즈를 구성하기 위한 1세트의 전극을 얻는 스텝을
    갖는 전자 광학 경통의 제조 방법.
  26. 통체의 내면에 소정의 패턴으로 도전 재료를 피막함으로써, 렌즈를 구성하기 위한 1세트의 전극을 얻는 스텝을 갖는 전자 광학 경통의 제조 방법.
  27. (1) 통체의 내면에 도전 재료를 피복하는 스텝과,
    (2) 상기 피막된 도전 재료의 일부를 제거함으로써, 하나 또는 복수의 렌즈를 구성하기 위한 복수의 전극을 얻는 스텝과,
    (3) 상기 복수의 전극 중 동전위의 것을 배선에 의해 접속하는 스텝을
    갖는 전자 광학 경통의 제조 방법.
  28. (1) 통체의 내면에 도전 재료를 피복하는 스텝과,
    (2) 상기 피막된 도전 재료의 일부를 제거함으로써, 정전 렌즈용의 전극을 구성하기 위한 복수의 전극편을 얻는 스텝과,
    (3) 상기 복수의 전극편 중 동전위의 것을 배선에 의해 접속하는 스텝을
    갖는 전자 광학 경통의 제조 방법.
  29. (1) 내통의 외면에 배선을 배치하는 스텝과,
    (2) 상기 내통의 내면에 배치되어야 할 전극과 상기 배선을 접속하기 위한 관통 구멍을, 상기 스텝 (1)의 전 또는 후에 상기 내통에 형성하는 스텝과,
    (3) 상기 내통의 외측에 외통을 끼워 맞추는 스텝과,
    (4) 상기 외통에, 상기 배선과 외부 회로를 접속하기 위한 관통 구멍을, 상기 스텝 (3)의 전 또는 후에 상기 외통에 형성하는 스텝을
    갖는 전자 광학 경통의 제조 방법.
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