KR20220118909A - 다극자 유닛 및 하전 입자선 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 높은 위치 정밀도 및 조립의 용이성의 양립을 도모할 수 있고, 자속의 전달률의 저하를 억제할 수 있는 다극자 유닛을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 다극자 유닛(109a)은, 연자성 금속재로 이루어지는 극자(1)와, 연자성 금속재로 이루어지며, 또한, 극자(1)에 자기적으로 접속된 샤프트(2)와, 샤프트(2)에 휘감긴 코일(3)을 구비한다. 극자(1)는, 제1 오목부 또는 제1 볼록부를 이루는 제1 끼워 맞춤부(JP1)를 갖는다. 샤프트(2)는, 제2 볼록부 또는 제2 오목부를 이루는 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 갖는다. 제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2)는, 극자(1) 및 샤프트(2)가 물리적으로 이간하도록, 서로 끼워 맞춰져 있다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 다극자 유닛(109a)은, 연자성 금속재로 이루어지는 극자(1)와, 연자성 금속재로 이루어지며, 또한, 극자(1)에 자기적으로 접속된 샤프트(2)와, 샤프트(2)에 휘감긴 코일(3)을 구비한다. 극자(1)는, 제1 오목부 또는 제1 볼록부를 이루는 제1 끼워 맞춤부(JP1)를 갖는다. 샤프트(2)는, 제2 볼록부 또는 제2 오목부를 이루는 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 갖는다. 제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2)는, 극자(1) 및 샤프트(2)가 물리적으로 이간하도록, 서로 끼워 맞춰져 있다.
Description
본원에서 개시되는 기술은, 다극자 유닛 및 하전 입자선 장치에 관한 것이며, 특히, 샤프트에 자기적으로 접속된 극자를 구비하는 다극자 유닛, 및, 그 다극자 유닛을 갖는 하전 입자선 장치에 관한 것이다.
하전 입자빔을 응용한 현미경 및 반도체 제조 장치 등의 하전 입자선 장치에 있어서, 하전 입자빔의 편향기 또는 수차(收差) 보정기에, 복수의 극자를 구비한 다극자 유닛이 이용되고 있다. 최근, 이들 하전 입자선 장치에서는, 10 나노미터의 오더에서의 가공, 및, 0.1 나노미터의 오더에서의 관찰이 행해지고 있다. 이와 같은 스케일에서의 가공 및 관찰을 실현하기 위해서, 하전 입자선 장치 내의 편향기 또는 수차 보정기에서는, 높은 위치 정밀도로 다극자 유닛을 조립하는 것이 필요해진다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 복수의 극자와 환상의 요크(외부 자로)의 고정부에 있어서, 상기 요크에 설치된 슬롯 형상의 개구에, 극자 지지봉을 고정하는 기술이 개시되어 있다. 이 고정 방법에서는 2점의 선 접촉으로 되므로, 극자에의 응력 인가를 저감하여, 극자의 위치 어긋남을 저감할 수 있다.
또한, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에는, 극자의 선단부와, 코일이 휘감긴 자성재 샤프트를 별도 부재로 한 구조가 나타나 있다.
특허문헌 2에는, 복수의 극자를 광축 방향으로 나열해서 배치하고, 극자 간을 유지하는 절연 지주(支柱)에 복수의 극자를 경납땜함으로써, 다단 극자를 형성하는 기술이 개시되어 있다. 그리고, 광축 방향과 평행한 가이드 홈을 복수 갖는 비자성재의 하우징에 대해서, 가이드 홈에 다단 극자를 끼워 넣어서 고정하고, 극자에 샤프트를 고정하고, 샤프트에 요크를 장착함으로써, 다단 다극자 유닛이 형성되어 있다.
특허문헌 3에는, 극자의 선단부와, 코일이 휘감긴 샤프트를 물리적으로 이간시킨 구조가 개시되어 있다. 샤프트로부터 나온 자속은, 이간부의 공극에 누설되고, 극자의 선단부에 전달된다. 이것에 의해, 극자 및 샤프트가, 자기적으로 접속된다. 또한, 이간부에 진공 격벽을 설치함으로써, 극자의 선단부를 진공 중에 배치할 수 있고, 코일을 대기 중에 배치할 수 있다.
특허문헌 1에서는, 극자에 코일이 휘감기고, 극자의 선단부로부터 환상 요크에 고정되는 기단부까지, 극자가 일체의 부재로 만들어져 있다. 일체의 극자에서는, 그 길이가 길어지므로, 기단부의 고정 개소에 있어서 약간 고정 각도가 어긋나면, 극자의 선단부에 있어서 큰 위치 어긋남이 발생한다. 이 위치 어긋남을 방지하기 위해서는, 복수의 극자가, 높은 위치 정밀도 및 높은 각도 정밀도로 동시에 조립될 때까지, 위치 조정 및 각도 조정과, 조립을 반복할 필요가 발생한다. 그 때문에, 다극자 유닛의 제작에는, 팽대(膨大)한 시간이 필요해진다. 또, 특허문헌 1에서는, 복수의 극자가 동일한 요크에 고정되어 있어, 각 극자 간의 전기 절연을 할 수 없으므로, 정전형의 다극자 유닛을 제작할 수 없다.
특허문헌 2에서는, 비자성의 하우징 및 극자를, 높은 정밀도로 가공할 수 있다. 그리고, 하우징의 가이드 홈을 따라서 위치 결정을 하고, 가이드 홈에 극자를 끼워 넣으므로, 하우징에 대해서 높은 위치 정밀도로 극자를 고정할 수 있다. 그러나, 하우징과 극자 사이에는 극간이 있으므로, 극자에 자성재 샤프트를 부착할 때에, 극자에 응력이 가해진다. 그 때문에, 극자가 변형할 우려, 및, 극자의 위치가 어긋날 우려가 있다. 극자의 변형 및 위치 어긋남이 발생한 다극자 유닛에서는, 다극 자장을 출력할 때에, 예기치 못한 기생 장이 발생하여, 기생 수차가 발생한다. 그러면, 그 다극자 유닛을 하전 입자선 장치에 이용한 경우, 관찰상의 분해능이 악화한다는 문제가 있다.
특허문헌 3에서는, 극자 및 자성재 샤프트가, 물리적으로 접촉하고 있지 않고, 서로 단면(端面)에서 대향하도록, 단순히 이간되어 있다. 그 때문에, 극자 및 샤프트의 체결 시에 응력이 발생하지 않으므로, 극자가 변형할 우려, 및, 극자의 위치가 어긋날 우려가 발생하지 않는다. 그러나, 자속의 전달을 고려하면, 극자 및 샤프트를 단순히 이간하는 것만으로는, 코일에서 발생한 자속의 대부분이 공기 중으로 달아나 버린다. 그 때문에, 극자에의 자속의 전달률이 크게 악화한다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 극자를 진공 중에 배치하기 위하여, 이간부에 진공 격벽을 배치하는 예도 개시되어 있다. 그러나, 진공 격벽의 두께 이상으로 이간부의 거리를 크게 할 필요가 있으므로, 진공 격벽을 배치하면, 자속의 전달률이 더 악화되어 버린다.
본원의 주된 목적은, 높은 위치 정밀도 및 조립의 용이성의 양립을 도모하여, 자속의 전달률의 저하를 억제할 수 있는 다극자 유닛을 제공하는 것에 있다. 그리고, 그 다극자 유닛을 적용함으로써, 관찰상의 분해능의 악화를 억제하는 등, 하전 입자선 장치의 성능을 향상시킨다. 그 밖의 과제 및 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해진다.
일 실시형태에 있어서의 다극자 유닛은, 연자성 금속재로 이루어지는 극자와, 연자성 금속재로 이루어지며, 또한, 상기 극자에 자기적으로 접속된 샤프트와, 상기 샤프트에 휘감긴 코일을 구비한다. 상기 극자는, 제1 오목부 또는 제1 볼록부를 이루는 제1 끼워 맞춤부를 갖고, 상기 샤프트는, 제2 볼록부 또는 제2 오목부를 이루는 제2 끼워 맞춤부를 갖고, 상기 제2 끼워 맞춤부는, 상기 제1 끼워 맞춤부가 상기 제1 오목부인 경우에 제2 볼록부를 이루며, 또한, 상기 제1 끼워 맞춤부가 상기 제1 볼록부인 경우에 제2 오목부를 이루고, 상기 제1 끼워 맞춤부 및 상기 제2 끼워 맞춤부는, 상기 극자 및 상기 샤프트가 물리적으로 이간하도록, 서로 끼워 맞춰져 있다.
일 실시형태에 따르면, 높은 위치 정밀도 및 조립의 용이성의 양립을 도모하여, 자속의 전달률의 저하를 억제할 수 있는 다극자 유닛을 제공할 수 있다. 또한, 그 다극자 유닛을 적용함으로써, 하전 입자선 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 실시형태 1에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 평면도.
도 2는, 실시형태 1에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 3은, 실시형태 1에 있어서의 다극자 유닛의 효과를 설명하기 위한 요부(要部) 단면도.
도 4는, 실시형태 2에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 평면도.
도 5는, 실시형태 2에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 6은, 실시형태 3에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 7은, 실시형태 4에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 8은, 실시형태 5에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 평면도.
도 9는, 실시형태 5에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 10은, 실시형태 6에 있어서의 하전 입자선 장치를 나타내는 모식도.
도 2는, 실시형태 1에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 3은, 실시형태 1에 있어서의 다극자 유닛의 효과를 설명하기 위한 요부(要部) 단면도.
도 4는, 실시형태 2에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 평면도.
도 5는, 실시형태 2에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 6은, 실시형태 3에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 7은, 실시형태 4에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 8은, 실시형태 5에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 평면도.
도 9는, 실시형태 5에 있어서의 다극자 유닛을 나타내는 단면도.
도 10은, 실시형태 6에 있어서의 하전 입자선 장치를 나타내는 모식도.
이하, 실시형태를 도면에 의거해서 상세히 설명한다. 또, 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한, 이하의 실시형태에서는, 특히 필요할 때 이외는 동일 또는 마찬가지인 부분의 설명을 원칙으로 해서 반복하지 않는다.
또한, 실시형태를 설명하기 위한 도면에서는, 각 구성을 알기 쉽게 하기 위하여, 해칭이 생략되어 있는 경우도 있다.
본원에 있어서 설명되는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 서로 교차하며, 직교하고 있다. 본원에서는, Z 방향을 어느 구조체의 상하 방향, 높이 방향 또는 두께 방향으로서 설명한다.
(실시형태 1)
이하에 도 1 및 도 2를 이용해서, 실시형태 1에 있어서의 다극자 유닛(109a)에 대하여 설명한다.
다극자 유닛(109a)은, 주로, 복수의 극자(1)와, 복수의 샤프트(2)와, 복수의 코일(3)과, 하우징(4)과, 외부 자로(자기 요크)(6)를 구비한다. 또한, 다극자 유닛(109a)은, 예를 들면 후술의 도 10에 나타나는 하전 입자선 장치(100)에 다극자 렌즈로서 적용되고, 12극자 4단의 수차 보정기(109)로서 적용된다.
또, 다극자 유닛(109a)의 적용 방법은, 수차 보정기(109)만으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 다극자 유닛(109a)은, 편향기, 스티그메이터(stigmator) 또는 빈 필터(Wien filter)에도 적용할 수 있다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 복수의 극자(1) 및 복수의 샤프트(2)는, 평면에서 보았을 때에 있어서, 하전 입자선 장치(100)의 광축 OA에 대해서 동심원 형상으로 배치되고, 원통 형상의 하우징(4)에 고정되어 있다. 또한, 복수의 샤프트(2)는, 평면에서 보았을 때에 있어서, 환상의 외부 자로(6)에 자기적으로 접속되어 있다. 복수의 코일(여자(勵磁) 코일)(3)은, 각각 복수의 샤프트(2)에 휘감겨 있다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 극자(1)는, 하우징(4)의 내벽에 대해서 나사(5)에 의해서 고정되고, 샤프트(2)는, 하우징(4)의 외벽에 대해서 나사(5)에 의해서 고정되어 있다. 하우징(4)에는, 극자(1)의 위치 결정을 위한 가이드로 되는 홈이 파여 있고, 이 홈을 따라서 극자(1)를 끼워 넣음으로써, 극자(1)가, 하우징(4)에 대해서 높은 위치 정밀도로 고정된다.
외부 자로(6)에는, 샤프트(2)를 고정하기 위한 구멍이 뚫려 있고, 이 구멍에 샤프트(2)를 구성하는 부재의 일부인 팽이 형상부(7)를 끼워 넣음으로써, 샤프트(2) 및 외부 자로(6)가 연결된다.
극자(1), 샤프트(2), 외부 자로(6) 및 팽이 형상부(7)는, 예를 들면 순철, 퍼멀로이 또는 퍼멘듀르와 같은 연자성 금속재로 이루어진다. 이것에 의해, 극자(1), 샤프트(2), 외부 자로(6) 및 팽이 형상부(7)는, 자기적으로 접속되어, 이들 사이에서의 자속의 전달이 가능해진다.
하우징(4)은, 비자성 금속재로 이루어진다. 이것에 의해, 하우징(4)의 내부에 위치하는 복수의 극자(1)에 대해서, 하우징(4)의 외부로부터 공급되는 자장을 극자(1)마다 분리해서 전달할 수 있다.
또한, 극자(1)는, 제1 오목부 또는 제1 볼록부를 이루는 제1 끼워 맞춤부(JP1)를 갖고, 샤프트(2)는, 제2 볼록부 또는 제2 오목부를 이루는 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 갖는다. 제2 끼워 맞춤부(JP2)는, 제1 끼워 맞춤부(JP1)가 제1 오목부인 경우에 제2 볼록부를 이루며, 또한, 제1 끼워 맞춤부(JP1)가 제1 볼록부인 경우에 제2 오목부를 이룬다. 이후의 설명에서는, 제1 끼워 맞춤부(JP1)가 제1 오목부를 이루며, 또한, 제2 끼워 맞춤부(JP2)가 제2 볼록부를 이루는 경우에 대하여 설명한다. 그러나, 제1 끼워 맞춤부(JP1)가 제1 볼록부를 이루며, 또한, 제2 끼워 맞춤부(JP2)가 제2 오목부를 이루는 경우여도, 본원의 기술사상은 적용 가능하다.
샤프트(2)의 단부에 설치된 제2 끼워 맞춤부(JP2)는, 극자(1)의 단부에 설치된 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 삽입되어 있다. 여기에서, 제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2)가 직접 접촉하지 않도록, 극자(1)와 샤프트(2) 사이(제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2) 사이)에는, 공극이 설치되어 있다. 즉, 제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2)는, 극자(1) 및 샤프트(2)가 물리적으로 이간하도록, 서로 끼워 맞춰져 있다.
또, 이후에는, 제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2)와 같이, 제1 구조체와, 제1 구조체에 삽입된 제2 구조체 사이에 공극이 존재하고, 양자가 물리적으로 직접 접촉하지 않는 관계에 있는 것을, 「헐겁게 삽입(遊揷)」으로 설명한다.
또한, 샤프트(2)의 고정 개소에 있어서 고정 각도의 어긋남이 커질수록, 샤프트(2)의 선단부(극자(1)측)에 있어서의 위치 어긋남도 커진다. 그 때문에, 위치 어긋남의 허용 범위를 고려해서, 제1 구조체와 제2 구조체 사이의 공극의 폭을 설계할 필요가 있다. 이 공극의 폭을 작게 할 수 있으면, 자속의 전달률을 더 향상시킬 수 있다. 이후의 설명에서는, 공극의 폭을 작게 하는 것을, 조립 공차를 흡수한다고 설명하는 경우도 있다.
도 2에 나타나는 거리 L1 및 거리 L2는, 각각, 상기 공극의 폭이며, 극자(1)와 샤프트(2) 사이의 거리이다. 거리 L1은, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 끼워 맞추는 방향(X 방향)과 수직인 방향에 있어서의 거리이며, X 방향과 수직인 단면에서 보았을 때에 있어서의 거리이다. 거리 L2는, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 끼워 맞추는 방향(X 방향)과 평행한 방향에 있어서의 거리이다.
또, 거리 L1 및 거리 L2는 같은 값이 아니어도 되고, 실시형태 1에서는, 거리 L1은 수백 ㎛이고, 거리 L2는 수 ㎜이다. 또한, 다른 실시형태에서 설명되는 거리 L3, L5, L7, L9는, 실시형태 1에 있어서의 거리 L1과 같은 정의의 거리이고, 거리 L4, L6, L8, L10은, 실시형태 1에 있어서의 거리 L2와 같은 정의의 거리이다.
전술과 같이, 실시형태 1에서는, 극자(1) 및 샤프트(2)가, 나사(5)에 의해서 각각 독립해서 하우징(4)에 고정되어 있으므로, 이들을 하우징(4)에 대해서 높은 위치 정밀도로 고정할 수 있다.
또한, 극자(1) 및 샤프트(2)를 헐겁게 삽입한 구조로 함으로써, 다극자 유닛(109a)을 조립할 때에, 샤프트(2)로부터 극자(1)에 응력을 인가하지 않고 조립하는 것이 가능하다. 따라서, 극자(1)의 위치 어긋남을 방지할 수 있으므로, 다극 자장의 출력 시에 예기치 못한 기생 장의 발생을 억제하여, 기생 수차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
그 때문에, 다극자 유닛(109a)의 조립 시에, 극자(1)의 위치 조정이 불요해지므로, 조립 작업자의 기능에 좌우되지 않고, 각 극자(1)의 치수, 각 극자(1)의 위치 및 둘레 방향의 방위의 균일성을 높이면서 다극자 유닛(109a)을 조립할 수 있다.
즉, 실시형태 1에 따르면, 높은 위치 정밀도 및 조립의 용이성의 양립을 도모할 수 있는 다극자 유닛(109a)을 제공할 수 있다. 또한, 다극자 유닛(109a)을 하전 입자선 장치에 적용했을 때에, 기생 수차의 발생을 억제할 수 있으므로, 관찰상의 분해능의 악화를 억제할 수 있어, 하전 입자선 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하에 도 3을 이용해서, 극자(1)와 샤프트(2) 사이의 공극, 및, 자속 전달률의 관계에 대하여 설명한다. 도 3에는, 본원 발명자들이 특허문헌 3을 바탕으로 검토한 검토예의 구조와, 실시형태 1의 구조가 나타나 있다.
검토예에서는, 극자(1) 및 샤프트(2)가 물리적으로 이간하고 있지만, 서로의 평면이 대향하는 구조이다. 그 때문에, 코일(3)에서 발생한 자속의 대부분이 공기 중에 달아나 버린다. 즉, 극자(1) 및 샤프트(2)를 단순히 이간하는 것만으로는, 극자에의 자속의 전달률이 크게 악화한다는 문제가 있다.
이것에 대해서 실시형태 1에서는, 제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2)는, 물리적으로 이간하면서, 서로 끼워 맞춰져 있다. 그 때문에, 코일(3)에서 발생한 자속의 대부분은, 샤프트(2)의 제2 끼워 맞춤부(JP2)로부터 공극으로 스며 나와서 투과하고, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)로 전달된다. 즉, 제2 끼워 맞춤부(JP2)로부터 누출된 자속을 제1 끼워 맞춤부(JP1)에서 수취할 수 있으므로, 자속의 전달률의 저하를 억제할 수 있다.
이와 같이, 실시형태 1에 따르면, 높은 위치 정밀도 및 조립의 용이성의 양립을 도모할 수 있음과 함께, 자속의 전달률의 저하를 억제할 수 있는 다극자 유닛(109a)을 제공할 수 있다.
이하에, 실시형태 1에 있어서의 다극자 유닛(109a)의 조립 방법에 대하여 설명한다.
우선, 나사(5)에 의해서, 극자(1) 및 하우징(4)을 고정한다. 다음으로, 샤프트(2)의 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 헐겁게 삽입한다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 샤프트(2)를 하우징(4)에 고정하고, 팽이 형상부(7)에 의해서, 샤프트(2)를 외부 자로(6)에 고정한다.
이하에 기재하는 항목은, 실시형태 1로 한정되지 않으며, 후술의 실시형태 2∼5에 대해서도 마찬가지이다.
예를 들면, 실시형태 1에 있어서, 제1 끼워 맞춤부(JP1) 및 제2 끼워 맞춤부(JP2)의 요철 형상의 조합에 대해서는, 헐겁게 삽입이 가능하면, 특히 제한은 없다. 예를 들면, 원통형의 오목부 및 원기둥형의 볼록부의 조합, 사각 구멍의 오목부 및 각기둥형의 볼록부의 조합, 또는, 원통형의 오목부 및 각기둥형의 볼록부의 조합 등, 임의의 형상의 조합을 적용할 수 있다.
또한, 실시형태 1의 설명에서는, 다극자 유닛(109a)은, 원둘레 방향으로 등간격으로 배치된 12개의 극자(1)를 갖고, 이 다극자 유닛(109a)이, 광축 OA를 따른 방향으로 4단 배치되고, 12극자 4단의 수차 보정기(109)로서 적용되어 있다. 그러나, 극자(1)의 수는 4개, 6개 또는 8개 등 임의의 수여도 되고, 원둘레 방향의 극자(1)의 배치의 간격도 임의여도 된다. 또한, 단수는 1단 또는 2단 등, 임의의 단수로 할 수도 있다.
(실시형태 2)
이하에 도 4 및 도 5를 이용해서, 실시형태 2에 있어서의 다극자 유닛(109a)에 대하여 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 실시형태 1과의 상위점에 대하여 주로 설명하고, 실시형태 1과 중복하는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
실시형태 2에 있어서의 극자(1)는, 전자계 복합형 극자를 구성한다. 이것을 실현시키기 위하여, 도 4 및 도 5에 나타나는 바와 같이, 샤프트(2)에는, 샤프트(2)에 소정의 전압을 공급하기 위한 전압 공급 단자(8)가 설치되어 있다. 여기에서는, 샤프트(2)를 구성하는 부재의 일부인 팽이 형상부(7)에 전압 공급 단자(8)가 설치되어 있다.
또한, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제2 끼워 맞춤부(JP2) 사이의 공극에는, 극자(1) 및 샤프트(2)가 전기적으로 접속되도록, 도전성을 갖는 탄성 부재(9)가 설치되어 있다. 탄성 부재(9)는, 예를 들면 금속제의 스프링, 도전성 겔 또는 도전성 폴리머 등이다. 그러나, 도전성 및 탄성을 갖는 부재이면, 탄성 부재(9)는, 다른 구조체 및 다른 재료여도 된다.
또, 실시형태 2에서는, 탄성 부재(9)가 설치되므로, 거리 L4는 수 ㎜를 필요로 하지만, 거리 L3은, 거리 L4보다 짧으며, 수백 ㎛이다. 이것에 의해, 자속의 전달률의 저하를 억제할 수 있다.
극자(1)에 전압을 인가하는 경우, 극자(1) 및 하우징(4)을 전기적으로 절연시킬 필요가 있다. 그 때문에, 극자(1)의 상하에, 고정용 금구(金具)(10)와, 애자(碍子) 등으로 이루어지는 절연 부재(11)를 더하여, 고정용 금구(10) 및 하우징(4)을 나사(5)에 의해서 고정한다. 즉, 극자(1)는, 하우징(4)에 대해서 전기적으로 절연되도록, 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)를 개재해서 하우징(4)에 고정되어 있다. 또, 극자(1), 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)는, 경납땜 등에 의해 장착된다.
또한, 샤프트(2) 및 하우징(4)도 극자(1)와 마찬가지로, 전기적으로 절연시킬 필요가 있다. 그 때문에, 샤프트(2)와 하우징(4) 사이, 및, 샤프트(2)와 나사(5) 사이에, 절연 부재(12)를 끼워 넣는다. 즉, 샤프트(2)는, 하우징(4)에 대해서 전기적으로 절연되도록, 절연 부재(12)를 개재해서 하우징(4)에 고정되어 있다.
또한, 샤프트(2) 및 팽이 형상부(7)와, 외부 자로(6) 모두, 전기적으로 절연시킬 필요가 있다. 그 때문에, 샤프트(2) 및 팽이 형상부(7)와, 외부 자로(6) 사이에 절연 슬리브(13)를 배치한다. 즉, 샤프트(2)는, 외부 자로(6)에 대해서 전기적으로 절연되도록, 절연 슬리브(13)를 개재해서 외부 자로에 고정되어 있다. 또, 절연 부재(12) 및 절연 슬리브(13)는, 절연성을 갖는 수지로 이루어지며, 예를 들면 폴리페닐렌설파이드(PPS)로 이루어진다.
이상과 같이 해서, 전압이 인가되는 개소(극자(1), 탄성 부재(9), 샤프트(2), 팽이 형상부(7) 및 전압 공급 단자(8))는, 외부 자로(6), 하우징(4) 및 다른 극자(1)로부터 전기적으로 절연된다. 복수의 극자(1) 사이가 절연되므로, 복수의 극자(1)의 각각에 전기적으로 접속되어 있는 전압 공급 단자(8)로부터, 복수의 극자(1)에 서로 다른 전압을 독립해서 인가할 수 있다. 이와 같이 해서, 전계 및 자계를 동시에 출력 가능한 전자계 복합형 극자가 형성된다.
또한, 탄성 부재(9)가, 자속의 전달이 가능한 재료로 이루어지며, 예를 들면 연자성 금속재로 이루어지는 경우, 탄성 부재(9)는, 샤프트(2)로부터의 자속을 극자(1)에 전달할 수 있다. 그 경우, 자속의 전달률의 저하를 더 억제할 수 있어, 자장의 균일성이 더 향상한다.
이하에, 실시형태 2에 있어서의 다극자 유닛(109a)의 조립 방법에 대하여 설명한다.
우선, 극자(1), 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)를, 예를 들면 경납땜에 의해서 장착한다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 고정용 금구(10) 및 하우징(4)을 고정한다. 다음으로, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에, 탄성 부재(9)를 설치한다. 다음으로, 샤프트(2)의 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 헐겁게 삽입하면서, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 탄성 부재(9)에 접촉시킨다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 절연 부재(12)를 개재해서 샤프트(2)를 하우징(4)에 고정하고, 팽이 형상부(7)에 의해서, 절연 슬리브(13)를 개재해서 샤프트(2)를 외부 자로(6)에 고정한다.
여기에서, 실시형태 2에서는, 극자(1)와 샤프트(2) 사이에 탄성 부재(9)가 배치되므로, 샤프트(2)를 헐겁게 삽입할 때에, 탄성 부재(9)를 개재해서 극자(1)에 응력이 인가된다. 그러나, 이 응력은, 스프링 등으로 이루어지는 탄성 부재(9)의 탄성력 정도로 작다. 따라서, 이 응력에 의해서, 극자(1)의 위치 어긋남 및 변형이 거의 발생하지 않으므로, 예기치 못한 기생 장의 발생을 억제할 수 있다.
(실시형태 3)
이하에 도 6을 이용해서, 실시형태 3에 있어서의 다극자 유닛(109a)에 대하여 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 실시형태 2와의 상위점에 대하여 주로 설명하고, 실시형태 2와 중복하는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 실시형태 3에 있어서의 극자(1)는, 실시형태 2와 마찬가지로, 전자계 복합형 극자를 구성하고 있지만, 실시형태 3에서는, 샤프트(2)는, 제1 샤프트 부재(2a)와, 제1 샤프트 부재(2a)에 물리적으로 접촉한 제2 샤프트 부재(2b)로 구성된다. 또, 제1 샤프트 부재(2a) 및 제2 샤프트 부재(2b)를 접촉시킨 상태의 전체의 길이는, 실시형태 1 또는 실시형태 2에 있어서의 샤프트(2)의 길이와 동등하다.
제1 샤프트 부재(2a) 및 제2 샤프트 부재(2b)는, 실시형태 1에서 설명한 샤프트(2)와 마찬가지로, 예를 들면 순철, 퍼멀로이 또는 퍼멘듀르와 같은 연자성 금속재로 이루어진다. 또한, 코일(3)은, 제1 샤프트 부재(2a)에 휘감기고, 전압 공급 단자(8)는, 제1 샤프트 부재(2a)(팽이 형상부(7))에 설치되어 있다.
제2 샤프트 부재(2b)는, 제1 샤프트 부재(2a)보다도 극자(1)의 근처에 설치되며, 또한, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 구성하고 있다. 제2 끼워 맞춤부(JP2)가, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 헐겁게 삽입된다. 이것에 의해, 자속은, 제1 샤프트 부재(2a)로부터 제2 샤프트 부재(2b)를 개재해서 극자(1)에 전달된다.
제2 샤프트 부재(2b)는, 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 설치된 탄성 부재(9)로부터 탄성력을 받아, 제1 샤프트 부재(2a)측으로 밀려 나온다. 그 때문에, 제1 샤프트 부재(2a) 및 제2 샤프트 부재(2b)는, 서로 물리적으로 접촉한다.
실시형태 1 및 실시형태 2에서는, 샤프트(2)가 길기 때문에, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제2 끼워 맞춤부(JP2) 사이의 공극(거리 L1, L3)은, 조립 공차를 흡수하기 위하여, 적어도 수백 ㎛일 필요가 있었다.
이것에 대해서 실시형태 3에서는, 제1 샤프트 부재(2a)의 조립 공차를 흡수하기 위하여, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제1 샤프트 부재(2a) 사이의 공극은, 수백 ㎛로 확보되어 있다. 한편, 제2 샤프트 부재(2b)의 길이는, 실시형태 1 및 실시형태 2의 샤프트(2)의 길이보다도 짧고, 실시형태 3의 제1 샤프트 부재(2a)의 길이보다도 짧다.
그 때문에, 제2 끼워 맞춤부(JP2)인 제2 샤프트 부재(2b)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 직접 헐겁게 삽입함으로써, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제2 끼워 맞춤부(JP2) 사이의 거리 L5를 수십 ㎛ 이하로 할 수 있다. 즉, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 샤프트(2) 사이의 거리 중 가장 짧은 거리는, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 끼워 맞추는 방향(X 방향)과 수직인 방향에 있어서의, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제2 샤프트 부재(2b) 사이의 거리 L5이다. 또, 거리 L6은, 수 ㎜이다.
실시형태 3에서는, 거리 L5가, 실시형태 1의 거리 L1 및 실시형태 2의 거리 L3보다도 짧으므로, 자속의 전달률을 향상시킬 수 있다. 또한, 공극이 작음으로써, 극자(1)마다의 자속의 전달률의 불균일이 저감되어, 극자(1)의 선단부에서 발생시키는 자장의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이하에, 실시형태 3에 있어서의 다극자 유닛(109a)의 조립 방법에 대하여 설명한다.
우선, 극자(1), 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)를, 예를 들면 경납땜에 의해서 장착한다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 고정용 금구(10) 및 하우징(4)을 고정한다. 다음으로, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에, 탄성 부재(9)를 설치한다. 다음으로, 제2 샤프트 부재(2b)(제2 끼워 맞춤부(JP2))를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 헐겁게 삽입하고, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 탄성 부재(9)에 접촉시킨다. 다음으로, 제1 샤프트 부재(2a)를 제2 샤프트 부재(2b)에 눌러 댄다. 제2 샤프트 부재(2b)는, 탄성 부재(9)로부터의 탄성력에 의해서 제1 샤프트 부재(2a)측으로 밀려 나오고, 제1 샤프트 부재(2a)에 접촉한다.
다음으로, 나사(5)에 의해서, 절연 부재(12)를 개재해서 제1 샤프트 부재(2a)를 하우징(4)에 고정하고, 팽이 형상부(7)에 의해서, 절연 슬리브(13)를 개재해서 제1 샤프트 부재(2a)를 외부 자로(6)에 고정한다. 제2 샤프트 부재(2b)가 제1 샤프트 부재(2a)에 접촉한 상태에서, 제1 샤프트 부재(2a)의 위치가 고정됨으로써, 제2 샤프트 부재(2b)의 위치도 고정된다.
(실시형태 4)
이하에 도 7을 이용해서, 실시형태 4에 있어서의 다극자 유닛(109a)에 대하여 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 실시형태 3과의 상위점에 대하여 주로 설명하고, 실시형태 3과 중복하는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
도 7에 나타나는 바와 같이, 실시형태 4에서는, 제2 샤프트 부재(2b)는, 단순한 원기둥 또는 직방체와 같은 형상은 아니며, 중복(中腹)부에 튀어나온 돌출부(2c)를 포함한다. 또한, 다극자 유닛(109a)은, 보호 부재(14)를 더 구비하고 있다. 보호 부재(14)는, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 고정되고, 제2 샤프트 부재(2b)가 통과 가능한 관통 구멍(14a)을 갖는다.
보호 부재(14)는, 링 형상의 부재이며, 제2 샤프트 부재(2b)가 제1 끼워 맞춤부(JP1)로부터 탈락하는 것을 방지하기 위해서 설치되어 있다. 또, 보호 부재(14)를 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 고정하는 방법으로서는, 예를 들면, 보호 부재(14)의 측면부에 나사산부를 깎고, 이 나사산부를 극자(1)에 설치된 나사 구멍에 고정하는 방법, 또는, 보호 부재(14)의 측면부를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 압입하는 방법을 들 수 있다.
돌출부(2c)는, Z 방향에 있어서, 그 주위의 제2 샤프트 부재(2b)의 폭 및 관통 구멍(14a)의 구경보다도 큰 폭을 갖는다. 또한, 돌출부(2c)는, 보호 부재(14)보다도 제1 샤프트 부재(2a)로부터 멀리 위치하고 있다. 제2 샤프트 부재(2b)의 일부는, 관통 구멍(14a)을 통과하지만, 돌출부(2c)는, 관통 구멍(14a)을 통과하지 않고, 보호 부재(14)에 접촉한다.
실시형태 4에서도 실시형태 3과 마찬가지로, 제1 샤프트 부재(2a) 및 제2 샤프트 부재(2b)가 물리적으로 접촉하고 있음으로써, 자속이 전달된다. 여기에서는, 제2 샤프트 부재(2b) 중 돌출부(2c)보다도 제1 샤프트 부재(2a)에 가까운 개소가, 관통 구멍(14a)의 내부를 통과하며, 또한, 제1 샤프트 부재(2a)에 물리적으로 접촉하고 있다.
또한, 실시형태 4에서도 실시형태 3과 마찬가지로, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제1 샤프트 부재(2a) 사이의 공극을 수백 ㎛로 하고, 거리 L7을 수십 ㎛ 이하로 하고, 거리 L8을 수 ㎜로 할 수 있다. 즉, 실시형태 4에 있어서도, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 샤프트(2) 사이의 거리 중 가장 짧은 거리는, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 끼워 맞추는 방향(X 방향)과 수직인 방향에 있어서의, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제2 샤프트 부재(2b) 사이의 거리 L7이다.
따라서, 실시형태 4에서도, 거리 L7이 짧으므로, 자속의 전달률을 향상시킬 수 있다. 또한, 공극이 작으므로, 극자(1)마다의 자속의 전달률의 불균일이 저감되어, 극자(1)의 선단부에서 발생시키는 자장의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이하에, 실시형태 4에 있어서의 다극자 유닛(109a)의 조립 방법에 대하여 설명한다.
우선, 극자(1), 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)를, 예를 들면 경납땜에 의해서 장착한다. 다음으로, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에, 탄성 부재(9)를 설치한다. 다음으로, 제2 샤프트 부재(2b)(제2 끼워 맞춤부(JP2))를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 헐겁게 삽입하고, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 탄성 부재(9)에 접촉시킨다.
다음으로, 제2 샤프트 부재(2b)의 일부가 관통 구멍(14a)을 통과하도록, 보호 부재(14)를 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 고정한다. 여기에서, 제2 샤프트 부재(2b)는, 탄성 부재(9)로부터의 탄성력에 의해서 극자(1)로부터 떨어지는 방향으로 밀려 나오지만, 돌출부(2c)가 보호 부재(14)를 통과하지 않으므로, 돌출부(2c)가 보호 부재(14)에 접촉한 상태에서, 제2 샤프트 부재(2b)의 위치가 고정된다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 고정용 금구(10) 및 하우징(4)을 고정한다.
이와 같이, 실시형태 4에서는, 제2 샤프트 부재(2b)가 제1 끼워 맞춤부(JP1)로부터 탈락하는 것을, 보호 부재(14)에 의해서 방지할 수 있다. 따라서, 극자(1)를 하우징(4)에 고정하기도 전에, 탄성 부재(9), 제2 샤프트 부재(2b) 및 보호 부재(14)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 도입할 수 있고, 이들의 위치를 고정할 수 있다. 그 때문에, 극자(1)를 하우징(4)에 고정한 후, 극자(1)에 응력이 인가되는 작업이 발생하지 않으므로, 극자(1)의 위치 어긋남 및 변형을 보다 효율적으로 방지할 수 있어, 조립의 용이성을 도모할 수 있다.
그 후, 제1 샤프트 부재(2a)를 제2 샤프트 부재(2b)에 눌러 댄다. 제2 샤프트 부재(2b)는, 제1 샤프트 부재(2a)에 접촉하면서, 극자(1)측으로 밀려 나온다. 따라서, 돌출부(2c)가 보호 부재(14)로부터 이간한 상태로 된다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 절연 부재(12)를 개재해서 제1 샤프트 부재(2a)를 하우징(4)에 고정하고, 팽이 형상부(7)에 의해서, 절연 슬리브(13)를 개재해서 제1 샤프트 부재(2a)를 외부 자로(6)에 고정한다. 제2 샤프트 부재(2b)가 제1 샤프트 부재(2a)에 접촉한 상태에서, 제1 샤프트 부재(2a)의 위치가 고정됨으로써, 제2 샤프트 부재(2b)의 위치도 고정된다.
또, 여기에서는, 제1 샤프트 부재(2a)를 제2 샤프트 부재(2b)에 눌러 댄 후, 돌출부(2c)가 보호 부재(14)로부터 이간한 상태로 된다고 설명했지만, 최종 구조로서 돌출부(2c)가 보호 부재(14)로부터 이간하고 있는 것은, 필수는 아니다. 제2 샤프트 부재(2b)의 위치가 적정하며, 또한, 제1 샤프트 부재(2a) 및 제2 샤프트 부재(2b)의 물리적 접촉이 이루어져 있으면, 필요 이상으로 제1 샤프트 부재(2a)를 제2 샤프트 부재(2b)에 눌러 대지 않고, 최종 구조로서 돌출부(2c)가 보호 부재(14)에 물리적으로 접촉하고 있어도 된다.
(실시형태 5)
이하에 도 8 및 도 9를 이용해서, 실시형태 5에 있어서의 다극자 유닛(109a)에 대하여 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 실시형태 4와의 상위점에 대하여 주로 설명하고, 실시형태 4와 중복하는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
도 8 및 도 9에 나타나는 바와 같이, 실시형태 5에서는, 극자(1)는, 제1 극자 부재(1a)와, 제1 극자 부재(1a)에 물리적으로 접촉한 제2 극자 부재(1b)로 구성된다. 제2 극자 부재(1b)는, 제1 극자 부재(1a)보다도 제2 샤프트 부재(2b)의 근처에 설치되며, 또한, 제1 끼워 맞춤부(JP1)를 구성하고 있다. 제2 극자 부재(1b)에는 나사산부를 깎고, 이 나사산부를 제1 극자 부재(1a)에 설치된 나사 구멍에 고정함으로써, 제1 극자 부재(1a) 및 제2 극자 부재(1b)가, 연결되어, 물리적으로 접촉하고 있다.
또한, 제1 극자 부재(1a) 및 제2 극자 부재(1b)는, 실시형태 1에서 설명한 극자(1)와 마찬가지로, 예를 들면 순철, 퍼멀로이 또는 퍼멘듀르와 같은 연자성 금속재로 이루어진다.
제1 극자 부재(1a)는, 하우징(4)에 대해서 전기적으로 절연되도록, 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)를 개재해서 하우징(4)에 고정되어 있다. 또, 제1 극자 부재(1a), 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)는, 경납땜 등에 의해 장착된다. 또한, 보호 부재(14)는, 제2 극자 부재(1b)에 고정되어 있다.
실시형태 5에서도 실시형태 4와 마찬가지로, 극자(1)의 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제1 샤프트 부재(2a) 사이의 공극을 수백 ㎛로 하고, 거리 L9를 수십 ㎛ 이하로 하고, 거리 L10을 수 ㎜로 할 수 있다. 즉, 실시형태 5에 있어서도, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 샤프트(2) 사이의 거리 중 가장 짧은 거리는, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 끼워 맞추는 방향(X 방향)과 수직인 방향에 있어서의, 제1 끼워 맞춤부(JP1)와 제2 샤프트 부재(2b) 사이의 거리 L9이다.
따라서, 실시형태 5에서도, 거리 L9가 짧으므로, 자속의 전달률을 향상시킬 수 있다. 또한, 공극이 작으므로, 극자(1)마다의 자속의 전달률의 불균일이 저감되어, 극자(1)의 선단부에서 발생시키는 자장의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시형태 5에서는, 다극자 유닛(109a)은, 격벽(15)을 더 구비한다. 격벽(15)은, 비자성 금속으로 이루어지며, 제1 샤프트 부재(2a)가 통과 가능한 관통 구멍(15a)을 갖는다. 실시형태 5에서도 극자(1)는, 전자계 복합형 극자를 구성하고 있으므로, 극자(1) 및 샤프트(2)는, 하우징(4) 및 외부 자로(6)뿐만 아니라, 격벽(15)으로부터도 전기적으로 절연되어 있을 필요가 있다.
그 때문에, 제1 샤프트 부재(2a)는, 격벽(15)에 대해서 전기적으로 절연되도록, 절연 부재(12)를 개재해서 격벽(15)에 고정되며, 또한, 외부 자로(6)에 대해서 전기적으로 절연되도록, 절연 슬리브(13)를 개재해서 외부 자로에 고정되어 있다. 또한, 제2 샤프트 부재(2b)는, 제1 샤프트 부재(2a) 중 관통 구멍(15a)의 내부를 통과한 개소에 물리적으로 접촉하고 있다.
또, 격벽(15)과, 절연 부재(12) 및 제1 샤프트 부재(2a)의 체결부에, 봉지(封止) 부재(16)를 도입함으로써, 격벽(15)의 내부를 진공 상태로서 봉지할 수 있다. 이 봉지 부재(16)에는, 예를 들면 O링을 적용할 수 있지만, 봉지 부재(16)는, O링으로 한정되지는 않으며, 다른 구성이어도 된다.
제1 극자 부재(1a), 제2 극자 부재(1b) 및 제2 샤프트 부재(2b)는, 격벽(15)에 의해서, 코일(3) 및 외부 자로(6)로부터 격리된다. 그 때문에, 제1 극자 부재(1a), 제2 극자 부재(1b) 및 제2 샤프트 부재(2b)가 설치된 공간의 압력을, 코일(3) 및 외부 자로(6)가 설치된 공간의 압력과 다른 압력으로 변경할 수 있다. 예를 들면, 전자의 공간을 진공 상태로 하고, 후자의 공간을 대기 중으로 할 수도 있다.
예를 들면, 코일(3)을 대기 중에 배치함으로써, 코일(3)로부터 방출되는 가스에 의한 진공도의 저하와, 시료 및 진공 중 부품의 오염을 방지할 수 있다. 또한, 코일(3)을 대기 중에 배치함으로써, 전류를 흘려보냈을 때에, 줄 열(Joule heat)을 대기에 전달할 수 있어, 온도 상승을 완화할 수 있다.
또, 격벽(15)을 이용한 격리 구조는, 실시형태 5로 한정되지 않으며, 실시형태 1∼4에 있어서도 적용 가능하다. 그 경우, 하우징(4)과는 별개로 격벽(15)을 설치하여, 전술의 격리 구조를 구성함으로써, 극자(1)를 진공 내에 배치하고, 샤프트(2)의 일부, 여자 코일(3) 및 외부 자로(6)를 대기 중에 배치할 수 있다.
이하에, 실시형태 5에 있어서의 다극자 유닛(109a)의 조립 방법에 대하여 설명한다.
우선, 제1 극자 부재(1a), 절연 부재(11) 및 고정용 금구(10)를, 예를 들면 경납땜에 의해서 장착한다. 다음으로, 제2 극자 부재(1b)(제1 끼워 맞춤부(JP1))에, 탄성 부재(9)를 설치한다. 다음으로, 제2 샤프트 부재(2b)(제2 끼워 맞춤부(JP2))를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 헐겁게 삽입하고, 제2 끼워 맞춤부(JP2)를 탄성 부재(9)에 접촉시킨다.
다음으로, 제2 샤프트 부재(2b)의 일부가 관통 구멍(14a)을 통과하도록, 보호 부재(14)를 제1 끼워 맞춤부(JP1)에 고정한다. 여기에서, 제2 샤프트 부재(2b)는, 탄성 부재(9)로부터의 탄성력에 의해서 극자(1)로부터 떨어지는 방향으로 밀려 나오지만, 돌출부(2c)가 보호 부재(14)를 통과하지 않으므로, 돌출부(2c)가 보호 부재(14)에 접촉한 상태에서, 제2 샤프트 부재(2b)의 위치가 고정된다.
다음으로, 제1 극자 부재(1a) 및 제2 극자 부재(1b)를 연결한다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 고정용 금구(10) 및 하우징(4)을 고정함으로써, 연결된 제1 극자 부재(1a) 및 제2 극자 부재(1b)가, 하우징(4)에 고정된다.
또, 먼저, 제1 극자 부재(1a)를 하우징(4)에 고정하고, 그 후에, 제2 극자 부재(1b)를 제1 극자 부재(1a)에 연결시켜도 된다. 이와 같이, 실시형태 5에서는, 실시형태 4와 마찬가지로, 극자(1)의 위치 어긋남 및 변형을 보다 효율적으로 방지할 수 있어, 조립의 용이성을 도모할 수 있다. 또한, 실시형태 5에서는, 실시형태 4와 비교해서 조립의 자유도가 높다.
그 후, 제1 샤프트 부재(2a)를 제2 샤프트 부재(2b)에 눌러 댄다. 제2 샤프트 부재(2b)는, 제1 샤프트 부재(2a)에 접촉하면서, 극자(1)측으로 밀려 나온다. 따라서, 돌출부(2c)가 보호 부재(14)로부터 이간한 상태로 된다. 다음으로, 나사(5)에 의해서, 절연 부재(12)를 개재해서 제1 샤프트 부재(2a)를 격벽(15)에 고정하고, 팽이 형상부(7)에 의해서, 절연 슬리브(13)를 개재해서 제1 샤프트 부재(2a)를 외부 자로(6)에 고정한다. 제2 샤프트 부재(2b)가 제1 샤프트 부재(2a)에 접촉한 상태에서, 제1 샤프트 부재(2a)의 위치가 고정됨으로써, 제2 샤프트 부재(2b)의 위치도 고정된다.
또, 실시형태 4와 마찬가지로, 최종 구조로서 돌출부(2c)가 보호 부재(14)에 물리적으로 접촉하고 있어도 된다.
(실시형태 6)
이하에 도 10을 이용해서, 실시형태 6에 있어서의 하전 입자선 장치(100)에 대하여 설명한다. 하전 입자선 장치(100)는, 예를 들면 주사형 전자현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)이며, 실시형태 1∼5에서 설명한 다극자 유닛(109a)을 갖는다. 또한, 하전 입자선 장치(100)는, 하전 입자빔(104)을 조사하기 위한 하전 입자총(200)과, 하전 입자빔(104)을 수속하기 위한 하전 입자빔 조사계(300)와, 각 구성의 동작을 제어하기 위한 제어부(150∼162)를 갖는다. 또한, 하전 입자선 장치(100)는, 그 내부 또는 외부에, 종합 제어부(162)에 전기적으로 접속된 화상 표시부(163)를 갖는다.
다극자 유닛(109a)은, 하전 입자빔 조사계(300)에 포함되고, 하전 입자빔(104)의 광축 OA를 따른 방향에 있어서 다단으로 배치되며, 또한, 하전 입자빔 조사계(300)에서 발생하는 수차를 보정하기 위한 수차 보정기(109)를 구성하고 있다.
또, 각 제어부(150∼161)는, 도 10에 나타나는 바와 같이, 하전 입자원(101) 등의 각 구성에 전기적으로 접속되어, 이들의 동작을 제어한다. 종합 제어부(162)는, 각 제어부(150∼161)에 전기적으로 접속되어, 이들을 통괄한다. 그 때문에, 본원에서는, 각 제어부(150∼161)를 종합 제어부(162)의 일부로 간주하여, 종합 제어부(162)를 단순히 「제어부」라 하는 경우도 있다.
하전 입자총(200)은, 하전 입자빔(104)을 생성하기 위한 하전 입자원(101)과, 제1 양극(102)과, 제2 양극(103)을 구비한다. 하전 입자총 제어부(150)로부터의 제어에 의해서, 하전 입자원(101)과 제1 양극(102) 사이에 전압을 인가함으로써, 하전 입자원(101)으로부터 하전 입자(전자)가 방출된다. 다음으로, 하전 입자총 제어부(150)로부터의 제어에 의해서, 제1 양극(102)과 제2 양극(103) 사이에 전압을 인가함으로써, 방출된 하전 입자는, 가속 및 집속되어, 하전 입자빔(일차 전자빔)(104)으로 된다. 이와 같이, 하전 입자빔(104)이, 하전 입자총(200)으로부터 하전 입자빔 조사계(300)에 조사된다.
하전 입자빔(104)은, 제1 콘덴서 렌즈(105)에서 집속되고, 대물 조리개(106)의 개구부에 의해서 통과하는 하전 입자량이 제한된다. 대물 조리개(106)를 통과한 하전 입자빔(104)은, 제2 콘덴서 렌즈(107)에 입사하고, 광축 OA와 평행한 궤도로 조정되고, 2단 편향기(108)를 통과해서 수차 보정기(109)에 입사한다. 2단 편향기(108)에서는, 하전 입자빔(104)은, 수차 보정기(109)의 중심축을 향해서 시프트된다. 수차 보정기(109)에 입사한 하전 입자빔(104)은, 하전 입자빔 조사계(300)에서 발생하는 수차를 상쇄하기 때문에, 하전 입자의 궤도의 각도가 조정되어, 수차 보정기(109)로부터 사출된다.
수차 보정기(109)로부터 사출된 하전 입자빔(104)은, 2단 편향기(110)에서 제3 콘덴서 렌즈(111)의 중심축을 향해서 시프트되고, 제3 콘덴서 렌즈(111)에 입사한다. 제3 콘덴서 렌즈(111)에 입사한 하전 입자빔(104)은, 비점(非點) 보정기(112)에 의해서 궤도가 수정되어, 이차 전자 변환판(113)의 개구부를 통과하고, 광축 OA 상에 집속된다. 그 후, 하전 입자빔(104)은, ExB 편향기(114), 이미지 시프트 편향기(116) 및 주사 편향기(117)를 통과하고, 대물 렌즈(118)에 입사한다. 입사한 하전 입자빔(104)은, 대물 렌즈(118)에 의해서 시료(120) 상에 집속되어, 미소한 스폿이 형성된다. 또, 시료(120)는, 스테이지(119) 상에 설치되고, 스테이지(119)에는, 리타딩 전원(121)이 전기적으로 접속되어 있다.
시료(120) 상에 집속된 하전 입자빔(104)은, 주사 편향기(117)에 의해 시료(120) 상을 주사된다. 이때, 하전 입자빔(104)과, 시료(120) 상에 형성되어 있는 미소 패턴의 상호 작용에 의해서, 이차 전자 및 반사 전자 등의 신호 전자(122)가 발생한다. 발생한 신호 전자(122)는, 대물 렌즈(118)를 빠져나가서, 이차 전자 변환판(113)에 충돌하여, 삼차 전자(123)를 발생시킨다. 신호 전자(122) 및 삼차 전자(123)는, ExB 편향기(114)에 의해서 편향되고, 검출기(115)에 의해서 검출된다.
검출된 전자는, 주사와 동기한 전기 신호로 변환된다. 이 전자 신호는, 종합 제어부(162)에 도입되어, 종합 제어부(162)에 있어서 화상 처리가 행해지고, 화상 표시부(163)에 SEM 화상이 표시된다. 표시되는 화상의 시야를 이동하는 경우, 스테이지(119)를 이동시키거나, 또는, 이미지 시프트 편향기(116)에 의해서 시료(120) 상에서의 하전 입자빔(104)의 조사 위치를 이동시킨다.
예를 들면, 종래의 다극자 유닛에서는, 극자(1)의 위치 어긋남 및 변형이 발생한 경우, 예기치 못한 기생 장이 발생하여, 기생 수차가 발생한다는 문제가 있다. 그러면, 그 다극자 유닛을 하전 입자선 장치에 이용한 경우, 관찰상의 분해능이 악화한다는 문제가 있다.
이것에 대해서, 실시형태 1∼5에 있어서의 다극자 유닛(109a)을 실시형태 6의 하전 입자선 장치(100)에 이용함으로써, 관찰상의 분해능의 악화를 억제할 수 있다.
또, 실시형태 6에서는, 하전 입자선 장치(100)로서 주사형 전자현미경(SEM)을 예시했지만, 하전 입자선 장치(100)는, 다른 장치에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 하전 입자선 장치(100)는, 투과 전자현미경(TEM : Transmission Electron Microscope), 주사형 투과 전자현미경(STEM : Scanning Transmission Electron Microscope), 주사 이온현미경(SIM : Scanning ion microscope) 또는 집속 이온빔(FIB : Focused Ion Beam) 장치여도 된다. 하전 입자선 장치(100)가 주사 이온현미경(SIM) 또는 집속 이온빔(FIB) 장치인 경우, 하전 입자원(101)으로부터 이온이 생성되고, 하전 입자빔(104)은, 이온빔이다.
이상, 본 발명을 상기 실시형태에 의거해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경 가능하다.
JP1 : 제1 끼워 맞춤부(오목부, 볼록부)
JP2 : 제2 끼워 맞춤부(볼록부, 오목부)
OA : 광축 1 : 극자
1a : 제1 극자 부재 1b : 제2 극자 부재(캡)
2 : 샤프트 2a : 제1 샤프트 부재
2b : 제2 샤프트 부재 2c : 돌출부
3 : 코일 4 : 하우징
5 : 나사 6 : 외부 자로(자기 요크)
7 : 팽이 형상부 8 : 전압 공급 단자
9 : 탄성 부재 10 : 고정용 금구
11 : 절연 부재 12 : 절연 부재
13 : 절연 슬리브 14 : 보호 부재
14a : 관통 구멍 15 : 격벽
15a : 관통 구멍 16 : 봉지 부재
100 : 하전 입자선 장치 101 : 하전 입자원
102 : 제1 양극 103 : 제2 양극
104 : 하전 입자빔 105 : 제1 콘덴서 렌즈
106 : 대물 조리개 107 : 제2 콘덴서 렌즈
108 : 2단 편향기 109 : 수차 보정기
109a : 다극자 유닛 110 : 2단 편향기
111 : 제3 콘덴서 렌즈 112 : 비점 보정기
113 : 이차 전자 변환판 114 : ExB 편향기
115 : 검출기 116 : 이미지 시프트 편향기
117 : 주사 편향기 118 : 대물 렌즈
119 : 스테이지 120 : 시료
121 : 리타딩 전원 122 : 신호 전자
123 : 삼차 전자 150 : 하전 입자총 제어부
151 : 제1 콘덴서 렌즈 제어부 152 : 제2 콘덴서 렌즈 제어부
153 : 편향기 제어부 154 : 보정기 제어부
155 : 편향기 제어부 156 : 제3 콘덴서 렌즈 제어부
157 : 비점 보정기 제어부 158 : 검출기 제어부
159 : ExB 제어부 160 : 편향기 제어부
161 : 대물 렌즈 제어부 162 : 종합 제어부
163 : 화상 표시부 200 : 하전 입자총
300 : 하전 입자빔 조사계
JP2 : 제2 끼워 맞춤부(볼록부, 오목부)
OA : 광축 1 : 극자
1a : 제1 극자 부재 1b : 제2 극자 부재(캡)
2 : 샤프트 2a : 제1 샤프트 부재
2b : 제2 샤프트 부재 2c : 돌출부
3 : 코일 4 : 하우징
5 : 나사 6 : 외부 자로(자기 요크)
7 : 팽이 형상부 8 : 전압 공급 단자
9 : 탄성 부재 10 : 고정용 금구
11 : 절연 부재 12 : 절연 부재
13 : 절연 슬리브 14 : 보호 부재
14a : 관통 구멍 15 : 격벽
15a : 관통 구멍 16 : 봉지 부재
100 : 하전 입자선 장치 101 : 하전 입자원
102 : 제1 양극 103 : 제2 양극
104 : 하전 입자빔 105 : 제1 콘덴서 렌즈
106 : 대물 조리개 107 : 제2 콘덴서 렌즈
108 : 2단 편향기 109 : 수차 보정기
109a : 다극자 유닛 110 : 2단 편향기
111 : 제3 콘덴서 렌즈 112 : 비점 보정기
113 : 이차 전자 변환판 114 : ExB 편향기
115 : 검출기 116 : 이미지 시프트 편향기
117 : 주사 편향기 118 : 대물 렌즈
119 : 스테이지 120 : 시료
121 : 리타딩 전원 122 : 신호 전자
123 : 삼차 전자 150 : 하전 입자총 제어부
151 : 제1 콘덴서 렌즈 제어부 152 : 제2 콘덴서 렌즈 제어부
153 : 편향기 제어부 154 : 보정기 제어부
155 : 편향기 제어부 156 : 제3 콘덴서 렌즈 제어부
157 : 비점 보정기 제어부 158 : 검출기 제어부
159 : ExB 제어부 160 : 편향기 제어부
161 : 대물 렌즈 제어부 162 : 종합 제어부
163 : 화상 표시부 200 : 하전 입자총
300 : 하전 입자빔 조사계
Claims (11)
- 연자성 금속재로 이루어지는 극자와,
연자성 금속재로 이루어지며, 또한, 상기 극자에 자기적으로 접속된 샤프트와,
상기 샤프트에 휘감긴 코일
을 구비하고,
상기 극자는, 제1 오목부 또는 제1 볼록부를 이루는 제1 끼워 맞춤부를 갖고,
상기 샤프트는, 제2 볼록부 또는 제2 오목부를 이루는 제2 끼워 맞춤부를 갖고,
상기 제2 끼워 맞춤부는, 상기 제1 끼워 맞춤부가 상기 제1 오목부인 경우에 제2 볼록부를 이루며, 또한, 상기 제1 끼워 맞춤부가 상기 제1 볼록부인 경우에 제2 오목부를 이루고,
상기 제1 끼워 맞춤부 및 상기 제2 끼워 맞춤부는, 상기 극자 및 상기 샤프트가 물리적으로 이간하도록, 서로 끼워 맞춰져 있는, 다극자 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 샤프트에는, 상기 샤프트에 소정의 전압을 공급하기 위한 전압 공급 단자가 설치되고,
상기 제1 끼워 맞춤부와 상기 제2 끼워 맞춤부 사이의 공극에는, 상기 극자 및 상기 샤프트가 전기적으로 접속되도록, 도전성을 갖는 탄성 부재가 설치되어 있는, 다극자 유닛. - 제2항에 있어서,
상기 탄성 부재는, 연자성 금속재로 이루어지며, 또한, 상기 샤프트로부터의 자속을 상기 극자에 전달할 수 있는, 다극자 유닛. - 제2항에 있어서,
복수의 상기 극자와,
복수의 상기 샤프트와,
복수의 상기 코일과,
비자성 금속으로 이루어지는 하우징과,
연자성 금속재로 이루어지며, 또한, 상기 복수의 상기 샤프트에 자기적으로 접속된 외부 자로
를 더 구비하고,
상기 복수의 상기 극자는, 상기 하우징에 대해서 전기적으로 절연되도록, 각각 제1 절연 부재를 개재해서 상기 하우징에 고정되고,
상기 복수의 상기 샤프트는, 상기 하우징에 대해서 전기적으로 절연되도록, 각각 제2 절연 부재를 개재해서 상기 하우징에 고정되며, 또한, 상기 외부 자로에 대해서 전기적으로 절연되도록, 각각 절연 슬리브를 개재해서 상기 외부 자로에 고정되고,
상기 복수의 상기 극자의 각각에 전기적으로 접속되어 있는 상기 전압 공급 단자로부터, 상기 복수의 상기 극자에 서로 다른 전압을 독립해서 인가할 수 있는, 다극자 유닛. - 제2항에 있어서,
상기 샤프트는, 제1 샤프트 부재와, 상기 제1 샤프트 부재에 물리적으로 접촉한 제2 샤프트 부재로 구성되고,
상기 제1 샤프트 부재 및 상기 제2 샤프트 부재는, 각각 연자성 금속재로 이루어지고,
상기 코일은, 상기 제1 샤프트 부재에 휘감기고,
상기 전압 공급 단자는, 상기 제1 샤프트 부재에 설치되고,
상기 제2 샤프트 부재는, 상기 제1 샤프트 부재보다도 상기 극자의 근처에 설치되며, 또한, 상기 제2 끼워 맞춤부를 구성하고 있는, 다극자 유닛. - 제5항에 있어서,
상기 제1 끼워 맞춤부와 상기 샤프트 사이의 거리 중 가장 짧은 거리는, 상기 제2 끼워 맞춤부를 상기 제1 끼워 맞춤부에 끼워 맞추는 방향과 수직인 방향에 있어서의, 상기 제1 끼워 맞춤부와 상기 제2 샤프트 부재 사이의 거리인, 다극자 유닛. - 제5항에 있어서,
상기 극자의 상기 제1 끼워 맞춤부에 고정되며, 또한, 상기 제2 샤프트 부재가 통과 가능한 제1 관통 구멍을 갖는 보호 부재를 더 구비하고,
상기 제2 샤프트 부재는, 상기 제2 끼워 맞춤부를 상기 제1 끼워 맞춤부에 끼워 맞추는 방향과 수직인 방향에 있어서, 그 주위의 상기 제2 샤프트 부재의 폭 및 상기 제1 관통 구멍의 구경보다도 큰 폭을 갖는 돌출부를 포함하고,
상기 돌출부는, 상기 보호 부재보다도 상기 제1 샤프트 부재로부터 멀리 위치하고,
상기 제2 샤프트 부재 중 상기 돌출부보다도 상기 제1 샤프트 부재에 가까운 개소가, 상기 제1 관통 구멍의 내부를 통과하며, 또한, 상기 제1 샤프트 부재에 물리적으로 접촉하고 있는, 다극자 유닛. - 제7항에 있어서,
상기 극자는, 제1 극자 부재와, 상기 제1 극자 부재에 물리적으로 접촉한 제2 극자 부재로 구성되고,
상기 제1 극자 부재 및 상기 제2 극자 부재는, 각각 연자성 금속재로 이루어지고,
상기 보호 부재는, 상기 제2 극자 부재에 고정되고,
상기 제2 극자 부재는, 상기 제1 극자 부재보다도 상기 제2 샤프트 부재의 근처에 설치되며, 또한, 상기 제1 끼워 맞춤부를 구성하고 있는, 다극자 유닛. - 제8항에 있어서,
비자성 금속으로 이루어지는 하우징과,
연자성 금속재로 이루어지며, 또한, 상기 샤프트에 자기적으로 접속된 외부 자로와,
비자성 금속으로 이루어지며, 또한, 상기 제1 샤프트 부재가 통과 가능한 제2 관통 구멍을 갖는 격벽
을 더 구비하고,
상기 제1 극자 부재는, 상기 하우징에 대해서 전기적으로 절연되도록, 제1 절연 부재를 개재해서 상기 하우징에 고정되고,
상기 제1 샤프트 부재는, 상기 격벽에 대해서 전기적으로 절연되도록, 제2 절연 부재를 개재해서 상기 격벽에 고정되며, 또한, 상기 외부 자로에 대해서 전기적으로 절연되도록, 절연 슬리브를 개재해서 상기 외부 자로에 고정되고,
상기 제2 샤프트 부재는, 상기 제1 샤프트 부재 중 상기 제2 관통 구멍의 내부를 통과한 개소에 물리적으로 접촉하고,
상기 제1 극자 부재, 상기 제2 극자 부재 및 상기 제2 샤프트 부재는, 상기 격벽에 의해서, 상기 코일 및 상기 외부 자로로부터 격리되고,
상기 제1 극자 부재, 상기 제2 극자 부재 및 상기 제2 샤프트 부재가 설치된 공간의 압력을, 상기 코일 및 상기 외부 자로가 설치된 공간의 압력과 다른 압력으로 변경할 수 있는, 다극자 유닛. - 제1항에 기재된 다극자 유닛을 갖는 하전 입자선 장치로서,
하전 입자빔을 조사하기 위한 하전 입자총과,
상기 하전 입자총으로부터 조사된 상기 하전 입자빔을 수속하기 위한 하전 입자빔 조사계
를 갖고,
상기 다극자 유닛은, 상기 하전 입자빔 조사계에 포함되는, 하전 입자선 장치. - 제10항에 있어서,
상기 다극자 유닛은, 복수의 상기 극자, 복수의 상기 샤프트 및 복수의 상기 코일을 구비하고, 상기 하전 입자빔의 광축을 따른 방향에 있어서 다단으로 배치되며, 또한, 상기 하전 입자빔 조사계에서 발생하는 수차(收差)를 보정하기 위한 수차 보정기를 구성하고 있는, 하전 입자선 장치.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family
ID=82900837
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|---|---|---|---|
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| JP2005019071A (ja) | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Jeol Ltd | 多極子レンズ及び多極子レンズを備えた観察装置並びに多極子レンズの製造方法 |
| JP2012209130A (ja) | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Hitachi High-Technologies Corp | 多極子およびそれを用いた荷電粒子線装置 |
| JP2015207351A (ja) | 2014-04-17 | 2015-11-19 | 日本電子株式会社 | 多極子レンズ、収差補正装置、および電子顕微鏡 |
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Patent Citations (3)
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