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JP4538441B2 - Electron beam application equipment - Google Patents
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JP4538441B2 - Electron beam application equipment - Google Patents

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JP4538441B2 JP2006291965A JP2006291965A JP4538441B2 JP 4538441 B2 JP4538441 B2 JP 4538441B2 JP 2006291965 A JP2006291965 A JP 2006291965A JP 2006291965 A JP2006291965 A JP 2006291965A JP 4538441 B2 JP4538441 B2 JP 4538441B2
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本発明は電子顕微鏡、電子描画装置等の電子銃に係り、特に電子銃の小型化に関する。   The present invention relates to an electron gun such as an electron microscope and an electronic drawing apparatus, and more particularly to downsizing of an electron gun.

従来の走査型電子顕微鏡(SEM)や電子線描画装置(EB)は、電界放出型もしくは
、熱電界放出型の電子源により構成される電子銃から放出される電子線を加速し、電子レ
ンズで細い電子ビームとし、これを一次電子ビームとして走査偏向器を用いて試料上に走
査し、SEMであれば得られる二次電子あるいは反射電子を検出して像を得るものであり
、EBであれば、試料上に塗布されたレジスト膜上に予め登録されたパターンを描画する
ものである。電子源の材料としては、汎用SEMの場合は、タングステンを用いている。
また、半導体用の電子源には、タングステンにジルコニアを含有させる場合がある。さら
に、EBの場合には、LaBを用いることがある。
A conventional scanning electron microscope (SEM) or electron beam lithography system (EB) accelerates an electron beam emitted from an electron gun composed of a field emission type or thermal field emission type electron source, and uses an electron lens. A thin electron beam is used as a primary electron beam to scan on the sample using a scanning deflector, and an image is obtained by detecting secondary electrons or reflected electrons obtained in the case of SEM, and in the case of EB. A pattern registered in advance on a resist film coated on a sample is drawn. As a material for the electron source, tungsten is used in the case of a general-purpose SEM.
In addition, an electron source for semiconductors may contain zirconia in tungsten. Further, in the case of EB, LaB 6 may be used.

上記電子源から良好な電子ビームを長期間にわたって放出させるには、電子源周りを高
真空(10-9〜10−10Torr)に保つ必要がある。このために、従来においては
、図2に示すように電子銃16周りをイオンポンプ13で強制排気する方法が取られてい
た。イオンポンプ13は、可動部がなく通電のみにより10−10Torr以下の圧力に
維持できる長所があるものの、数十cm角以上の大きさを有する上に、磁場を発生するた
めに、電子銃側に磁気シールド15が必要になるなど、相当の容積を必要とする。
In order to emit a good electron beam from the electron source over a long period of time, it is necessary to maintain a high vacuum (10 −9 to 10 −10 Torr) around the electron source. For this reason, conventionally, as shown in FIG. 2, a method of forcibly evacuating the periphery of the electron gun 16 with the ion pump 13 has been adopted. Although the ion pump 13 has an advantage that it can be maintained at a pressure of 10 −10 Torr or less only by energization without moving parts, it has a size of several tens of cm square or more and generates a magnetic field. A considerable volume is required, for example, the magnetic shield 15 is required.

特開2000−149850号公報の [0033]段落には、電子光学系を小型化する
手段として、鏡筒内にゲッターイオンポンプを内蔵した荷電粒子線装置が開示されている
。また、米国特許4、833、362号のFIG.3や特開平6−111745号公報の [0
033]段落および図2には、電子銃室内に非蒸発ゲッターポンプを内蔵した荷電粒子線
装置が開示されている。ここで、ゲッターポンプとは、加熱によりゲッターを活性化・揮
発させ、ゲッターに不純物を吸着する形式の真空ポンプである。また、非蒸発ゲッターポ
ンプとは、ゲッターを蒸発させずに加熱するだけでガス吸着する合金を用いて構成された
真空ポンプのことである。小型化の観点からは、非蒸発ゲッターポンプの方が適している
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-149850 discloses a charged particle beam apparatus in which a getter ion pump is built in a lens barrel as means for reducing the size of an electron optical system. Further, FIG. 3 of US Pat. No. 4,833,362 and [0] of JP-A-6-111745
[033] The paragraph and FIG. 2 disclose a charged particle beam device incorporating a non-evaporable getter pump in an electron gun chamber. Here, the getter pump is a vacuum pump that activates and volatilizes the getter by heating and adsorbs impurities to the getter. The non-evaporable getter pump is a vacuum pump configured using an alloy that adsorbs gas only by heating the getter without evaporating it. From the viewpoint of miniaturization, the non-evaporable getter pump is more suitable.

更に、特開2000−294182号公報の [0014]段落には、電子源の軸調整の
ための軸調整ネジがフランジ円周上に設けられた電子銃が開示されている。また、特開平
6−188294号公報の図9には、電子源周りを超高真空に保つための差動排気構造を
備えた構造の荷電粒子装置が開示されている。更にまた、特開2001−325912号
公報には、試料室に残留しているハイドロカーボン系ガスを、試料室に導入した活性酸素
と反応させることにより、排気されやすい水や二酸化炭素に分解し、真空室の排気効率を
向上する技術が開示されている。
Furthermore, paragraph [0014] of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-294182 discloses an electron gun in which an axis adjusting screw for adjusting the axis of an electron source is provided on the circumference of the flange. Further, FIG. 9 of JP-A-6-188294 discloses a charged particle device having a differential evacuation structure for maintaining an ultrahigh vacuum around the electron source. Furthermore, in JP 2001-325912 A, the hydrocarbon-based gas remaining in the sample chamber is reacted with active oxygen introduced into the sample chamber, thereby being decomposed into water and carbon dioxide that are easily exhausted. A technique for improving the exhaust efficiency of the vacuum chamber is disclosed.

特開2000−149850号公報JP 2000-149850 A

米国特許4,833,362号US Pat. No. 4,833,362 特開平6−111745号公報JP-A-6-111745 特開2000−294182号公報JP 2000-294182 A 特開平6−188294号公報JP-A-6-188294 特開2001−325912号公報JP 2001-325912 A

電界放出型の電子銃を用いる場合、10−9〜10−10Torrという高い真空度が
要求されるので、電子銃用カラム11の真空排気には専用のイオンポンプ12が用いられ
ている。従来の技術では、図2に示すようにイオンポンプが大きく、かつ、磁場のもれが
あるために電子銃から一定の距離をおいて設置する必要があるため、小型化が困難であっ
た。
また、イオンポンプの筐体の構造をドーナッツ型として電子銃用カラムと同軸構造にする
などの方法を取ることもあるが、イオンポンプ筐体の直径は最低でも数十cm程度あるた
め、小型化には限界があった。
非蒸発ゲッターポンプを用いれば、理論的には電子光学系を小型化できると考えられる。
しかしながら、非蒸発ゲッターポンプでは、ヘリウムやアルゴンといった希ガス、メタン
等の化学的に安定なガスの排気が困難であり、実質的に高真空を保つことができず、実用
化に至っていない。吸着にはガスが微小に電位を有している必要があるが、希ガスやフロ
ロカーボン等の化学的に安定なガスの場合、完全に平衡であるので排気しにくくなる。
更に、電子源を動作させると、放出された電子の一部が電子銃の構成部品に当たって雑多
なガスが放出され、このため真空度が劣化して、結果的に電子銃の寿命が短くなるという
課題がある。特に電子銃を小型化して容積が小さくなると、上記希ガスの分圧が低くても
全圧が上昇し、真空度が劣化する傾向が顕著になるので、問題である。
When a field emission type electron gun is used, a high degree of vacuum of 10 −9 to 10 −10 Torr is required, and a dedicated ion pump 12 is used for evacuating the electron gun column 11. In the conventional technique, as shown in FIG. 2, since the ion pump is large and the magnetic field is leaked, it is necessary to install it at a certain distance from the electron gun.
In addition, the ion pump housing structure may be made donut-shaped and coaxial with the electron gun column, but the ion pump housing diameter is at least several tens of centimeters, so it is downsized. There were limits.
If a non-evaporable getter pump is used, the electron optical system can be theoretically reduced in size.
However, non-evaporable getter pumps are difficult to evacuate chemically stable gases such as rare gases such as helium and argon, and methane, and cannot substantially maintain a high vacuum, and have not been put into practical use. For the adsorption, the gas needs to have a very small potential. However, in the case of a chemically stable gas such as a rare gas or fluorocarbon, it is difficult to exhaust gas because it is completely balanced.
Furthermore, when the electron source is operated, a part of the emitted electrons hits the components of the electron gun, and a miscellaneous gas is released, which deteriorates the degree of vacuum and consequently shortens the life of the electron gun. There are challenges. In particular, when the electron gun is downsized and the volume is reduced, the total pressure rises even when the partial pressure of the rare gas is low, and the tendency of the degree of vacuum to deteriorate becomes significant.

本発明が解決しようとする課題の一つは、電子ビームを放出中であっても高真空を維持
可能、かつ従来よりも小型の電子銃を提供することである。また別の課題としては、該小
型電子銃を搭載した電子顕微鏡、あるいは電子線描画装置を提供することである。
One of the problems to be solved by the present invention is to provide an electron gun that can maintain a high vacuum even during emission of an electron beam and is smaller than the conventional one. Another object is to provide an electron microscope or an electron beam drawing apparatus equipped with the small electron gun.

本発明は、電子源と、該電子源を保持する真空容器と、該真空容器の内部に設けられた
ゲッターポンプと、前記真空容器の内部を真空排気するための開口部と、前記電子源の動
作中に発生するガスを分解する手段とを備えることにより、前記の課題を解決する。
The present invention relates to an electron source, a vacuum container holding the electron source, a getter pump provided inside the vacuum container, an opening for evacuating the inside of the vacuum container, The above-described problem is solved by providing a means for decomposing gas generated during operation.

本発明を用いることによりイオンポンプを必要とせずに、10−10Torr台の高真
空を維持できる小型電子銃を備えた電子顕微鏡、電子線描画装置を得ることができる。
By using the present invention, an electron microscope and an electron beam drawing apparatus having a small electron gun capable of maintaining a high vacuum of 10 −10 Torr level without requiring an ion pump can be obtained.

図1には、本実施例の電子銃の構成を示す。電子源としては、熱電界放出型の電子銃(
TFE)1を用いている。この電子源1は、ICF70のフランジに取り付けられており
、図示しない電極(サプレッサ、引出し、チップ)への導入端子12と結合されている。
この電子源1は、電子銃用カラム11に挿入、固定される。
このカラムの内径は37mm程度である。カラム11には、内径に沿ってシート状の非
蒸発ゲッターポンプ2を備えている。この非蒸発ゲッターポンプ2は、過熱することによ
り活性化して吸気する。このための第1の加熱用ヒータ4が電子銃用カラム11の外部に
設けられる。本実施例では、シーズヒータを巻きつけて使用した。このようなヒータの構
成のほかに、真空容器の内部すなわち電子銃カラムの内部に、非蒸発ゲッターポンプの加
熱手段を設けてもよいことはいうまでもない。電子銃用カラム11の側面に熱電対8があ
り、非蒸発ゲッターポンプ2の加熱温度をモニタする。なお、本実施例においては、40
0℃、10分で活性化する非蒸発ゲッターポンプを用いた。
電子銃カラム11の筐体の一部に、電離機能付きポンプ部101が設けられる。電離機
能付きポンプ部101内部には、電子銃のエミッション中に発生する雑多なガスを分解す
るための発熱体が格納される。本実施例では、発熱体として、フィラメント6を用いる。
電離機能付きポンプ部101は、電子銃カラム11の筐体に別な部品として取り付けても
良いし、電子銃カラム11の筐体の一部として設けても良い。電離機能付きポンプ部10
1の内部構成は後段で説明する。
FIG. 1 shows the configuration of the electron gun of this embodiment. The electron source is a thermal field emission electron gun (
TFE) 1 is used. The electron source 1 is attached to a flange of the ICF 70 and is coupled to an introduction terminal 12 to an electrode (suppressor, drawer, chip) (not shown).
The electron source 1 is inserted and fixed in an electron gun column 11.
The inner diameter of this column is about 37 mm. The column 11 is provided with a sheet-like non-evaporable getter pump 2 along the inner diameter. The non-evaporable getter pump 2 is activated and sucked by overheating. For this purpose, a first heater 4 is provided outside the electron gun column 11. In this example, a sheathed heater was wound around. In addition to such a heater configuration, it is needless to say that heating means of a non-evaporable getter pump may be provided inside the vacuum vessel, that is, inside the electron gun column. A thermocouple 8 is provided on the side surface of the electron gun column 11 and monitors the heating temperature of the non-evaporable getter pump 2. In the present embodiment, 40
A non-evaporable getter pump activated at 0 ° C. for 10 minutes was used.
A pump unit 101 with an ionization function is provided in a part of the housing of the electron gun column 11. A heating element for decomposing miscellaneous gases generated during emission of the electron gun is stored in the pump unit 101 with an ionization function. In this embodiment, the filament 6 is used as a heating element.
The pump unit 101 with an ionization function may be attached as a separate part to the casing of the electron gun column 11 or may be provided as a part of the casing of the electron gun column 11. Pump unit with ionization function 10
The internal configuration of 1 will be described later.

次に、電子銃各構成部品の動作について説明する。電子源1が電子をエミッションする
と、放出された電子の一部が構成部品に当たってハイドロカーボンを含んだガスを放出す
る。本実施例のように電子銃用カラムの容積が小さく、イオンポンプによる強制排気のな
い条件では、ハイドロカーボンガスは非蒸発ゲッターポンプ2では排気されない。従って
、電子銃内の真空度が劣化して電子源1に悪影響をもたらす問題がある。
このため、電子銃用カラム11の側面に、タングステン製のフィラメント6を備えた電
離機能付きポンプ部101を設ける。フィラメント6は、電子銃用カラム11中のハイド
ロカーボン(主にメタン)を炭素と水素とに熱電離分解するためのものである。すなわち
、非蒸発ゲッターポンプでは排気できないハイドロカーボンを熱電離分解する手段を電子
銃に付加することにより、ハイドロカーボンを排気可能にする。電離機能付きポンプ部1
01は、電子銃カラム11の筐体に開口を設けて筐体に取り付けられる。電離機能付きポ
ンプ部101の内壁面には、第2の非蒸発ゲッターポンプが設けられ、電離分解されたハ
イドロカーボンガスを吸着させる。このように、フィラメント近傍に第2の非蒸発ゲッタ
ーポンプを設けることにより、より排気効率が向上する。電離機能付きポンプ部101筐
体の外部には、第2の非蒸発ゲッターポンプを過熱するため、第2の加熱ヒータ5が設け
られる。電子銃の過熱を防ぐため、電子銃のエミッション中には、電子銃カラムの筐体を
加熱する第1の加熱ヒータはオフしておく方が好ましい。従って、電離機能付きポンプ部
101に設けた第2の加熱ヒータを第1の加熱ヒータとは別に設けることにより、電子銃
がエミッション中であっても第2の非蒸発ゲッターポンプを加熱できる。すなわち、ハイ
ドロカーボンガスの発生源周辺のみを真空排気することができる。
Next, the operation of each component part of the electron gun will be described. When the electron source 1 emits electrons, a part of the emitted electrons hits a component and releases a gas containing hydrocarbons. The hydrocarbon gas is not exhausted by the non-evaporable getter pump 2 under the condition that the volume of the electron gun column is small and there is no forced exhaust by the ion pump as in this embodiment. Therefore, there is a problem in that the degree of vacuum in the electron gun deteriorates and adversely affects the electron source 1.
For this purpose, a pump unit 101 with an ionization function including a tungsten filament 6 is provided on the side surface of the electron gun column 11. The filament 6 is for thermoionizing the hydrocarbon (mainly methane) in the electron gun column 11 into carbon and hydrogen. That is, by adding a means for thermally ionizing and decomposing hydrocarbons that cannot be exhausted by a non-evaporable getter pump, the hydrocarbons can be exhausted. Pump unit with ionization function 1
01 is attached to the housing by providing an opening in the housing of the electron gun column 11. A second non-evaporable getter pump is provided on the inner wall surface of the pump unit 101 with an ionization function to adsorb the ionized and decomposed hydrocarbon gas. Thus, exhaust efficiency is further improved by providing the second non-evaporable getter pump in the vicinity of the filament. In order to overheat the second non-evaporable getter pump, the second heater 5 is provided outside the casing of the pump unit 101 with the ionization function. In order to prevent overheating of the electron gun, it is preferable to turn off the first heater for heating the housing of the electron gun column during the emission of the electron gun. Therefore, the second non-evaporable getter pump can be heated even when the electron gun is emitting by providing the second heater provided in the pump unit 101 with the ionization function separately from the first heater. That is, only the vicinity of the hydrocarbon gas generation source can be evacuated.

電子銃1の下方には、開口7が設けてあり、エミッションした電子は、この開口7を通
過して電子光学系用カラム9内に設けられた電子光学系に導かれる。通常は、電子光学系
用カラム内の真空度の方が、電子銃用カラム内の真空度よりも低いため、開口7を隔てて
、電子光学系用カラムと電子銃用カラムとは差動排気構造となる。このため、上述したハ
イドロカーボンを含むガスは、この開口7から電子光学系用カラムへ侵入することも考え
られる。従って、本発明によるハイドロカーボンガスの熱電離機能は、非蒸発ゲッターポ
ンプを用いる上で重要な機能となるといえる。
フィラメント6の動作によっては、電子源1から発生する電子の軌道が影響を受けるこ
とがある。従って、電子銃カラム11の筐体内部で、電子源6の電子線放出位置よりも下
流にあると、電子源から放出された電子線がフィラメント6の動作により影響を受けるこ
とがある。よって、フィラメント6または電離機能付きポンプ部101の配置される位置
ないし電子銃カラム11と電離機能付きポンプ部101と接続する開口部の位置は、電子
源1の電子線発生位置(例えば電子線の引出し電極など)よりも上部にあることが好まし
い。
An opening 7 is provided below the electron gun 1, and the emitted electrons pass through the opening 7 and are guided to the electron optical system provided in the electron optical system column 9. Usually, the degree of vacuum in the electron optical system column is lower than the degree of vacuum in the electron gun column, so the electron optical system column and the electron gun column are differentially pumped across the opening 7. It becomes a structure. For this reason, it is also conceivable that the gas containing hydrocarbon described above enters the electron optical system column from the opening 7. Therefore, it can be said that the thermal ionization function of the hydrocarbon gas according to the present invention is an important function when the non-evaporable getter pump is used.
Depending on the operation of the filament 6, the trajectory of electrons generated from the electron source 1 may be affected. Therefore, if the electron gun column 11 is located downstream of the electron beam emission position of the electron source 6 in the housing of the electron gun column 11, the electron beam emitted from the electron source may be affected by the operation of the filament 6. Therefore, the position where the filament 6 or the pump unit 101 with ionization function is arranged or the position of the opening connecting the electron gun column 11 and the pump unit 101 with ionization function is the electron beam generation position of the electron source 1 (for example, the position of the electron beam). It is preferable to be above the extraction electrode).

次に、本実施例の電子銃を稼働させる際の手順について説明する。
まず試料室の真空を引くために,図示しない真空ポンプを駆動して,大気圧からの粗排
気を開始する。次に第1の加熱ヒータ4と第2のヒータ5を加熱してベーキングを行う。
ベーキングの初期段階においては,200℃程度に保ち,主に筐体内部の水やハイドロカ
ーボン等のガスを焼きだす。6時間から12時間程度ベーキングすれば,ほとんどの場合
において内壁面からの脱ガスは問題にならない程度まで低減する。次に第1及び,第2の
加熱ヒータへの印加電力を増して目標温度を400℃〜500℃として,非蒸発ゲッター
ポンプ2,3を活性化する。昇温後10〜20分程度維持すれば,十分に活性化する。
Next, a procedure for operating the electron gun of this embodiment will be described.
First, to evacuate the sample chamber, a vacuum pump (not shown) is driven to start rough evacuation from atmospheric pressure. Next, baking is performed by heating the first heater 4 and the second heater 5.
In the initial stage of baking, the temperature is kept at about 200 ° C., and water, hydrocarbons, and other gases inside the housing are mainly baked out. If baking is performed for 6 to 12 hours, in most cases, degassing from the inner wall surface is reduced to a level that does not cause a problem. Next, the non-evaporable getter pumps 2 and 3 are activated by increasing the power applied to the first and second heaters to set the target temperature to 400 ° C. to 500 ° C. If it is maintained for about 10-20 minutes after the temperature rise, it will be fully activated.

この電子銃を組み上げて、真空排気、ベーキングを行い、真空度10−10Torrを
達成した。また、電子源に2kVを印加して電子を放出させた条件において、真空度10
−10Torrを維持することができた。高真空の維持が可能であることから、本実施例
で用いた熱電界放射型電子源のほか、冷陰極型電子源(CFE)、ショットキー型電子源
を用いてもよい。電子銃全体の概略寸法も、幅15cm、高さ15cm程度と、従来の構
成に比べて格段に小型化できた。
本電子銃用カラム11を大気から高真空に排気するためには、開口7からの排気では不
十分である場合には、電子銃カラム11に粗排気用のポートを設けてもよい。
The electron gun was assembled and evacuated and baked to achieve a degree of vacuum of 10 −10 Torr. In addition, the degree of vacuum was 10 under the condition that 2 kV was applied to the electron source to emit electrons.
−10 Torr could be maintained. Since a high vacuum can be maintained, a cold cathode electron source (CFE) or a Schottky electron source may be used in addition to the thermal field emission electron source used in this embodiment. The overall size of the electron gun was also about 15 cm wide and about 15 cm high, which was much smaller than the conventional configuration.
In order to exhaust the electron gun column 11 from the atmosphere to high vacuum, if exhaust from the opening 7 is insufficient, a port for rough exhaust may be provided in the electron gun column 11.

本実施例においては、実施例1で述べてきた電子銃を走査型電子顕微鏡に適用した場合
について説明する。
図3に本実施例になる走査形電子顕微鏡の概略構成を示す。小型化に有利という観点か
ら、本実施例に用いる電子光学系は、すべて静電レンズにより構成された小型電子光学系
を用いている。図3において、電界放出型の電子銃17から電界放出された電子線18は
、その下方に設けられた第3レンズ電極19、第2レンズ電極20、第1レンズ電極21
から成る静電レンズのそれぞれの電極間に形成された電界によって集束作用を受け、細く
集束されて試料25上に照射される。それと同時に、電子線18は、偏向器24によって
第二レンズ電極20の内部空間内で偏向作用を受け、試料25上で2次元的に走査される
。また、電子線18と上記静電レンズとの光軸合わせのために、アラインメントコイル2
3によって電子線18の光軸をシフトできるようになっている。また、電子線18の非点
収差補正を行なうために、スティグマコイル22が設けられている。電子線18の照射に
より試料25から発生した2次電子33は、2次電子検出器26に到達し検出される。こ
の検出信号を画像形成手段27に入力することにより、試料25表面の2次元2次電子像
が得られる。本実施例では、半導体の表面観察などの用途に適するように、電子線の照射
による試料表面の帯電や損傷を少なくすることのできる低加速電圧での観察を対象として
おり、従って、電子線18の加速電圧Vaは3kV以下(主に1kV前後)に設定してある
In this embodiment, a case where the electron gun described in Embodiment 1 is applied to a scanning electron microscope will be described.
FIG. 3 shows a schematic configuration of the scanning electron microscope according to the present embodiment. From the viewpoint of being advantageous for miniaturization, the electron optical system used in the present embodiment is a small electron optical system that is composed of an electrostatic lens. In FIG. 3, an electron beam 18 emitted from a field emission electron gun 17 is provided with a third lens electrode 19, a second lens electrode 20, and a first lens electrode 21 provided therebelow.
Are subjected to a focusing action by an electric field formed between the respective electrodes of the electrostatic lens, and are focused finely and irradiated onto the sample 25. At the same time, the electron beam 18 is deflected in the internal space of the second lens electrode 20 by the deflector 24 and is scanned two-dimensionally on the sample 25. For alignment of the optical axis between the electron beam 18 and the electrostatic lens, the alignment coil 2 is used.
3 can shift the optical axis of the electron beam 18. A stigma coil 22 is provided to correct astigmatism of the electron beam 18. Secondary electrons 33 generated from the sample 25 by the irradiation of the electron beam 18 reach the secondary electron detector 26 and are detected. By inputting this detection signal to the image forming means 27, a two-dimensional secondary electron image of the surface of the sample 25 is obtained. The present embodiment is intended for observation at a low accelerating voltage that can reduce charging and damage of the sample surface due to electron beam irradiation so as to be suitable for applications such as semiconductor surface observation. The acceleration voltage Va is set to 3 kV or less (mainly around 1 kV).

図3に示した実施例においては、静電レンズのみで電子光学系を構成しているため、電
子光学鏡筒は外径34mm、高さ150mmと非常に小型になっている。また、本実施例
では、高分解能(加速電圧1kVで6nm)を実現している。また、電子光学系は、開口
板7を挟んで電子銃17とは別の真空容器に挿入されている。この真空容器は、ターボ分
子ポンプ28により真空に保たれる。開口板7は電子線を電子銃外に導出するための開口
部を備えている。
このように、本発明の小型電子銃と静電レンズにより構成された電子光学系の組合せに
より、従来にない小型で高分解能の走査型電子顕微鏡が実現できた。
In the embodiment shown in FIG. 3, since the electron optical system is constituted only by the electrostatic lens, the electron optical lens barrel is very small with an outer diameter of 34 mm and a height of 150 mm. In this embodiment, high resolution (6 nm at an acceleration voltage of 1 kV) is realized. The electron optical system is inserted into a vacuum container different from the electron gun 17 with the aperture plate 7 interposed therebetween. This vacuum vessel is kept in a vacuum by a turbo molecular pump 28. The aperture plate 7 is provided with an aperture for leading the electron beam out of the electron gun.
As described above, a combination of an electron optical system composed of a small electron gun and an electrostatic lens according to the present invention has realized an unprecedented small-sized high-resolution scanning electron microscope.

本実施例においては、実施例1で述べてきた電子銃を電子線描画装置に適用した場合に
ついて説明する。
実施例2で述べてきた小型の走査型電子顕微鏡にパターン描画機能を備えれば、電子線
描画装置として用いることができる。図4は、本実施例の概略を示している。予め描画す
るパターンのレイアウト等のデータが蓄えられたパターン記録制御手段30のデータを逐
一読み出して、そのパターンを形成するように電子線18を偏向器24により偏向するこ
とによって、試料31に塗布されたレジスト膜上に分解能6nmのパターンを描画できる
。また、位置合わせ用マーク(図示せず)近傍領域から発生する二次電子33を二次電子
検出器26によりを検出して、描画するパターンの位置を検出できる構成となっている。
In this embodiment, a case where the electron gun described in Embodiment 1 is applied to an electron beam drawing apparatus will be described.
If the small scanning electron microscope described in Embodiment 2 has a pattern drawing function, it can be used as an electron beam drawing apparatus. FIG. 4 shows an outline of this embodiment. The data of the pattern recording control means 30 in which data such as the layout of the pattern to be drawn in advance is stored one by one, and the electron beam 18 is deflected by the deflector 24 so as to form the pattern. A pattern with a resolution of 6 nm can be drawn on the resist film. In addition, the secondary electrons 33 generated from the region near the alignment mark (not shown) can be detected by the secondary electron detector 26 to detect the position of the pattern to be drawn.

本実施例においては、加速電圧は1kV程度の低加速で用いるので、厚膜レジスト(1
μm以上)への描画はできない。そのため、用途としては薄膜レジスト(0.3μm以下
)の表面にパターン形成するプロセスに向いている。特徴としては、近接効果の影響を低
くできるので、補正の手間が軽減されること、装置サイズを大幅に小型化できること、高
解像度の描画が比較的容易に得られることなどが挙げられる。
In this embodiment, since the acceleration voltage is used at a low acceleration of about 1 kV, a thick film resist (1
(μm or larger) cannot be drawn. Therefore, it is suitable for the process of forming a pattern on the surface of a thin film resist (0.3 μm or less) as an application. As features, the influence of the proximity effect can be reduced, so that the labor of correction can be reduced, the apparatus size can be greatly reduced, and high-resolution drawing can be obtained relatively easily.

本実施例では、電子源の光軸合わせのための位置決め機構と、電子銃カラムを真空排気
する際の、粗排気・主排気の自動切替機構を備えた電子銃の構成について示す。いうまで
もなく電子線や荷電粒子線応用装置を使用する場合、電子線の光軸合わせは正確に行なう
必要がある。しかしながら、電子銃や電子銃を搭載する装置を小型化する場合、小型化の
制約から、複雑な位置決め手段や光軸合わせ手段を装置に搭載することは困難である。
一方、装置の真空排気に関しても、装置小型化の観点からは、荷電粒子線装置全体で使
用する真空排気装置の数は可能な限り少ないことが好ましい。従って、電子銃の下部に配
置される電子光学系や、種々の検出装置が配置される測定光学系等で、真空排気手段は共
通化することが好ましいといえる。そこで、本実施例では、簡便な構成で正確に電子銃の
光軸合わせを行うことが可能な小型電子源向けの位置決め機構と、電子銃カラムと電子光
学系カラム間で、粗排気手段を共通化することが可能な粗排気・主排気の自動切替機構を
備えた電子銃を提供することを目的とする。
In the present embodiment, a configuration of an electron gun provided with a positioning mechanism for aligning the optical axis of an electron source and an automatic switching mechanism between rough exhaust and main exhaust when the electron gun column is evacuated will be described. Needless to say, when an electron beam or charged particle beam application apparatus is used, it is necessary to accurately align the optical axis of the electron beam. However, when downsizing an electron gun or an apparatus on which the electron gun is mounted, it is difficult to mount complicated positioning means and optical axis alignment means on the apparatus due to restrictions on downsizing.
On the other hand, regarding the evacuation of the apparatus, it is preferable that the number of evacuation apparatuses used in the entire charged particle beam apparatus is as small as possible from the viewpoint of downsizing of the apparatus. Therefore, it can be said that it is preferable to use a common vacuum evacuation means in an electron optical system disposed below the electron gun, a measurement optical system in which various detection devices are disposed, and the like. Thus, in this embodiment, a positioning mechanism for a small electron source capable of accurately aligning the optical axis of the electron gun with a simple configuration, and a rough exhaust means are shared between the electron gun column and the electron optical system column. It is an object of the present invention to provide an electron gun equipped with an automatic switching mechanism for rough exhaust and main exhaust that can be converted into a general exhaust.

図5には、本実施例の電子銃の構成を示す。なお、図5には本実施例の電子銃の応用例
として、本実施例の電子銃を更に走査電子顕微鏡に搭載した場合の構成例を示す。引出番
号17は電子銃を示す。電子源1や電離機能付きポンプ部101等、図1に示した構成の
電子銃と共通な部分の説明は省略する。本実施例の電子銃は、電子源11を電子重要カラ
ム11に固定するためのコンフラットフランジ39やベローズ40、あるいは先端部に調
節ネジのついたつまみ39等を含む位置決め機構と、粗排気用自動開閉バルブ102を備
えた差動排気部200を備える点で、実施例1の電子銃と異なる。実際に荷電粒子線装置
を構成する際には、電子銃17は、電子光学系カラム9と結合されて使用される。電子光
学系カラム9は、偏向器や対物レンズ等、走査電子顕微鏡を構成するために一般的に必要
な部品を格納した電子光学系鏡筒36や試料台35を備える。電子光学系カラム9には、
真空ポンプ34が接続されている。33は二次電子検出器、27は二次電子検出器で検出
された信号から二次電子画像を形成する画像形成手段である。図5では区別して記載して
はいないが、真空ポンプ34は粗排気用真空ポンプと主排気用真空ポンプを含む。
FIG. 5 shows the configuration of the electron gun of this embodiment. FIG. 5 shows a configuration example in which the electron gun of this embodiment is further mounted on a scanning electron microscope as an application example of the electron gun of this embodiment. A drawer number 17 indicates an electron gun. Descriptions of parts common to the electron gun having the configuration shown in FIG. 1, such as the electron source 1 and the pump unit 101 with an ionization function, are omitted. The electron gun of this embodiment includes a positioning mechanism including a conflat flange 39 and a bellows 40 for fixing the electron source 11 to the electron important column 11, or a knob 39 having an adjustment screw at the tip, and a rough exhaust. The difference from the electron gun of the first embodiment is that a differential exhaust unit 200 including an automatic opening / closing valve 102 is provided. When actually configuring a charged particle beam apparatus, the electron gun 17 is used in combination with the electron optical system column 9. The electron optical system column 9 includes an electron optical system barrel 36 and a sample stage 35 in which components generally necessary for constituting a scanning electron microscope, such as a deflector and an objective lens, are stored. The electron optical system column 9 includes
A vacuum pump 34 is connected. Reference numeral 33 denotes a secondary electron detector, and 27 denotes image forming means for forming a secondary electron image from a signal detected by the secondary electron detector. Although not shown separately in FIG. 5, the vacuum pump 34 includes a rough exhaust vacuum pump and a main exhaust vacuum pump.

最初に、電子銃の位置決め機構の構成と動作について説明する。電子源1から出射され
る電子線を効率よく開口部を通過させるために、電子源1の位置を調整する必要がある。
開口板7の中心に設けられた開口は、直径0.5mm程度であるため、移動ストローク1
mm程度を光軸に垂直な面内で実現する必要がある。電子源1は、直径70mmのコンフ
ラットフランジ39に固定され、各種電線が電子源1のチップ(図示せず)、電極(図示
せず)をフィードスルーに設けられた電極12を介して結合される。ここで、フィードス
ルーとは、各種電線を真空容器内に引き込むために真空容器に設けられる導入部のことで
ある。これらの構造物は、ベローズ40を介して電子銃用カラム10に結合されており、
電子源1は、電子銃用カラム10に対してベローズ40の変形量分移動可能な構成となっ
ている。両者の相対的な位置は、電子源位置決め用つまみ38を回しながら、電子光学系
用カラム9に透過してくる電子線が最大となるように調整する。なお、この電子源位置決
め用つまみは、図1には1箇所のみ示しているが、実際には対向する2個で1組であり、
互いに直行する方向に1組ずつ合計4箇所に設けられる。電子源1の位置が決まったら、
互いに対向するつまみを締め切ってロックすることにより、位置ずれを防止できる。
First, the configuration and operation of the electron gun positioning mechanism will be described. In order to efficiently pass the electron beam emitted from the electron source 1 through the opening, it is necessary to adjust the position of the electron source 1.
Since the opening provided in the center of the opening plate 7 has a diameter of about 0.5 mm, the moving stroke 1
It is necessary to realize about mm in a plane perpendicular to the optical axis. The electron source 1 is fixed to a conflat flange 39 having a diameter of 70 mm, and various electric wires are coupled via a tip (not shown) of the electron source 1 and an electrode (not shown) via an electrode 12 provided in a feedthrough. The Here, the feedthrough is an introduction portion provided in the vacuum container in order to draw various electric wires into the vacuum container. These structures are coupled to the electron gun column 10 via the bellows 40.
The electron source 1 is configured to be movable by the deformation amount of the bellows 40 with respect to the electron gun column 10. The relative positions of the two are adjusted so that the electron beam transmitted to the electron optical system column 9 is maximized while turning the electron source positioning knob 38. The electron source positioning knob is shown only in one place in FIG. 1, but in actuality, it is a set of two facing each other.
One set is provided at a total of four locations in a direction perpendicular to each other. Once the position of the electron source 1 is determined,
Position locking can be prevented by closing and locking the knobs facing each other.

次に、差動排気部200の構成と構成と動作について説明する。本電子銃用カラム10
を大気から高真空に排気するためには、開口7からの排気では不十分である。従来は、こ
のために粗排気用のポートを電子銃カラム10に設けており、外形サイズの増大を招いて
いた。一方、実施例1の電子銃においては、開口板7に設けられた開口部が粗排気用ポー
トの役割を果たすため、電子銃17と電子光学系用カラム9とで粗排気用真空排気手段を
共用でき、従って装置を小型化することが可能である、しかしながら、実施例1の電子銃
では、開口板7に開けられた穴径が小さく、粗排気時のコンダクタンスが小さいという問
題がある。しかし、開口板7に設けられる開口の大きさをあまり大きくすることはできな
い。電子光学系用カラム9内の真空度の方が電子銃用カラム11内の真空度よりも低いた
め、開口板7の穴径を大きくし過ぎると、電子光学系カラム9内の残留ガスが電子銃用カ
ラム11内に逆流し、十分な真空度の維持が困難になる恐れがあるからである。そこで、
本実施例の電子銃では、開口板7に電子線通過用の開口とは別の粗排気用開口を設けて、
更に粗排気用開口に自動開閉バルブ102を付加する。
Next, the configuration, configuration, and operation of the differential exhaust unit 200 will be described. This electron gun column 10
In order to exhaust the air from the atmosphere to a high vacuum, exhaust from the opening 7 is not sufficient. Conventionally, a rough exhaust port is provided in the electron gun column 10 for this purpose, which leads to an increase in the outer size. On the other hand, in the electron gun of Example 1, since the opening provided in the aperture plate 7 serves as a rough exhaust port, the electron gun 17 and the electron optical system column 9 provide a rough exhaust vacuum exhaust means. The electron gun according to the first embodiment has a problem that the diameter of the hole formed in the aperture plate 7 is small and the conductance during rough exhaust is small. However, the size of the opening provided in the opening plate 7 cannot be increased too much. Since the degree of vacuum in the electron optical system column 9 is lower than the degree of vacuum in the electron gun column 11, if the hole diameter of the aperture plate 7 is made too large, the residual gas in the electron optical system column 9 becomes electrons. This is because it may flow back into the gun column 11 and it may be difficult to maintain a sufficient degree of vacuum. Therefore,
In the electron gun of this example, the opening plate 7 is provided with a rough exhaust opening different from the opening for electron beam passage,
Further, an automatic opening / closing valve 102 is added to the rough exhaust opening.

図6を用いて、粗排気用自動開閉バルブ102の構成と動作について詳しく説明する。
図6(a)は、開口板7を上から見た平面図を、図6(b)は、図6(a)の位置A−A’を図に
示した一点鎖線に沿って切断した断面図をそれぞれ示す。なお、図5の差動排気部200
では、一枚の開口板7につき、一つの自動開閉バルブ102しか示されていないが、実際
には、一枚の開口板7には2つのバルブが付加されている。図6(b)の左側のハッチング
は、差動排気部200(または電子銃カラム11)の内壁面を示す。46は、開口板7と
可動アーム45とを内壁面に固定するための固定台である。開口板7の中心には、電子ビ
ームが通過する第1の開口42がある。第1の開口42とは別に第2の開口43を設ける
。穴径は、開口42よりも十分に大きく取ると粗引きの際のコンダクタンスが大きくなり
効果的である。この開口43にはフタ44が対応している。フタ44は、自律可動型のア
ーム45によって内壁面と結合されており、内壁面を基準に上下運動する。本実施例では
、アーム45の材料として加熱により変形するバイメタルを用いた。本実施例では、自律
可動型アーム45を加熱によって変形するバイメタルを用いて構成したが、形状記憶合金
を用いても同様な効果を得ることができる。また、バイメタルの材料としては、通常、F
eNi-NiFeCr合金などの磁性材料が使用されているが、可動アームの材料として
磁性材料を使用すると、第1開口42を通過する電子線の軌道が曲げられる。従って、可
動アームの材料としては非磁性材料を用いたバイメタルを使用する方が好ましい。非蒸発
ゲッターの動作温度を考慮すると、バイメタルは高温耐性を有することが好ましく、更に
その中でもステンレス合金とタングステン等の低熱膨張金属を組み合わせたバイメタルが
好適であることを、実験により確認した。
The configuration and operation of the rough exhaust automatic opening / closing valve 102 will be described in detail with reference to FIG.
6A is a plan view of the aperture plate 7 as viewed from above, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line in FIG. 6A at the position AA ′. Each figure is shown. In addition, the differential exhaust part 200 of FIG.
Then, only one automatic opening / closing valve 102 is shown for one opening plate 7, but actually, two valves are added to one opening plate 7. The hatching on the left side of FIG. 6B shows the inner wall surface of the differential exhaust unit 200 (or the electron gun column 11). 46 is a fixing base for fixing the opening plate 7 and the movable arm 45 to the inner wall surface. At the center of the aperture plate 7, there is a first aperture 42 through which the electron beam passes. A second opening 43 is provided separately from the first opening 42. If the hole diameter is sufficiently larger than the opening 42, the conductance during roughing is increased, which is effective. A lid 44 corresponds to the opening 43. The lid 44 is coupled to the inner wall surface by an autonomously movable arm 45 and moves up and down with respect to the inner wall surface. In this embodiment, a bimetal that is deformed by heating is used as the material of the arm 45. In the present embodiment, the autonomously movable arm 45 is configured by using a bimetal that is deformed by heating, but a similar effect can be obtained by using a shape memory alloy. In addition, the bimetal material is usually F.
Although a magnetic material such as an eNi—NiFeCr alloy is used, when a magnetic material is used as the material of the movable arm, the trajectory of the electron beam passing through the first opening 42 is bent. Therefore, it is preferable to use a bimetal using a nonmagnetic material as the material of the movable arm. Considering the operating temperature of the non-evaporable getter, the bimetal preferably has high-temperature resistance, and among them, it was confirmed by experiments that a bimetal combining a stainless alloy and a low thermal expansion metal such as tungsten is suitable.

電子銃カラム11の気密維持のため、主排気時には、フタ44は開口板7と密着してい
る必要がある。フタ44の密着性を考慮すると、フタ44は、密着時に塑性変形すること
が好ましく、従って、フタ44を構成する材料の弾性率は、開口板7を構成する材料の弾
性率よりも小さい方が良い。また、開口板7は、中心部の開口42を電子線が通過するた
め、汚れが付着する場合がある、また、可動アーム45やフタ44等も、開口板7との密
着・開放動作を繰り返すうちに経時劣化する場合がある。従って、開口板7や可動アーム
45やフタ44は、容易に交換可能である必要がある。そこで、本実施例では、開口板7
と可動アーム45を、固定ネジ201により内壁面に固定した。また、フタ44と可動ア
ーム45とは、固定ネジ202により固定した。このように、開口板7、フタ44および
可動アーム45の内壁面への固定手段を別々に設けることにより、開口板7や可動アーム
45やフタ44が容易に交換可能な電子銃を提供することができる。なお、図6(b)では
、可動アーム45と開口板7の固定手段が同じであるため可動アームと開口板とを独立に
は交換できないが、固定ネジを2つにして可動アームと開口板とを別々に内壁面に固定す
れば、開口板7や可動アーム45とを独立して交換可能な電子銃を実現することができ、
よりメンテナンスの容易な電子銃が提供可能となる。また,開口板7の上下流間の機密を
維持するために,開口板7を内壁面に溶接してもよい。この際に開口42は,交換可能な
ように別の部品とする必要があることは,いうまでもない。
In order to maintain the airtightness of the electron gun column 11, the lid 44 needs to be in close contact with the aperture plate 7 during main exhaust. Considering the adhesion of the lid 44, the lid 44 is preferably plastically deformed at the time of adhesion. Therefore, the elastic modulus of the material constituting the lid 44 should be smaller than the elastic modulus of the material constituting the aperture plate 7. good. In addition, the opening plate 7 may be contaminated because the electron beam passes through the opening 42 in the center, and the movable arm 45 and the lid 44 repeat the close contact / opening operation with the opening plate 7. It may deteriorate over time. Therefore, the aperture plate 7, the movable arm 45, and the lid 44 need to be easily exchangeable. Therefore, in this embodiment, the aperture plate 7
The movable arm 45 was fixed to the inner wall surface with a fixing screw 201. Further, the lid 44 and the movable arm 45 were fixed by a fixing screw 202. Thus, by providing the fixing means to the inner wall surface of the aperture plate 7, the lid 44, and the movable arm 45 separately, an electron gun in which the aperture plate 7, the movable arm 45, and the lid 44 can be easily replaced is provided. Can do. In FIG. 6 (b), the movable arm 45 and the aperture plate 7 have the same fixing means, so the movable arm and the aperture plate cannot be replaced independently. Are separately fixed to the inner wall surface, an electron gun that can replace the aperture plate 7 and the movable arm 45 independently can be realized.
An electron gun that is easier to maintain can be provided. Moreover, in order to maintain the confidentiality between the upstream and downstream of the aperture plate 7, the aperture plate 7 may be welded to the inner wall surface. Needless to say, the opening 42 needs to be a separate part so that it can be replaced.

次に、本実施例の電子銃および当該電子銃を搭載した荷電粒子線応用装置を真空排気す
る際の手順について説明する。まず、装置を構成する要素を組み立てたら、粗排気を実行
する。この際に、非蒸発ゲッターポンプ3、41を活性化するためにヒータ4、5に通電
して筐体を加熱する。この時の加熱を利用し、自動開閉バルブを開口してコンダクタンス
を上げて、粗排気の効率を大幅に向上することができる。非蒸発ゲッターポンプの活性化
と粗排気が終了したら、ヒータへの通電をやめて、筐体を室温程度まで冷ます。室温程度
では、フタ44は開口43を塞ぐので、電子銃用カラム10との間のコンダクタンスは、
開口42によって決まることになり、良好な差動排気が自動的に実現する。本実施例にお
いては、電子光学系用カラム9の真空度10−4Paに対して電子銃カラム10内の真空
度を10−8Paと、4桁高い差動排気特性を得ることができた。
Next, the procedure for evacuating the electron gun of this embodiment and the charged particle beam application apparatus equipped with the electron gun will be described. First, when the elements constituting the apparatus are assembled, rough exhaust is performed. At this time, to activate the non-evaporable getter pumps 3 and 41, the heaters 4 and 5 are energized to heat the casing. By using the heating at this time, the open / close valve is opened to increase conductance, and the efficiency of rough exhaust can be greatly improved. When activation of the non-evaporable getter pump and rough exhaust are complete, turn off the power to the heater and cool the enclosure to room temperature. At about room temperature, the lid 44 closes the opening 43, so the conductance with the electron gun column 10 is
It is determined by the opening 42, and good differential pumping is automatically realized. In this example, the differential evacuation characteristics that are four orders of magnitude higher than the vacuum degree of the electron optical system column 9 of 10 −4 Pa and the vacuum degree of the electron gun column 10 of 10 −8 Pa could be obtained. .

以上、本実施例で述べてきた構成を実現することにより、幅15cm、高さ15cm程
度と、従来の構成に比べて電子銃全体の概略寸法を格段に小型化できた。この電子銃を組
み上げて、真空排気、ベーキングを行い、真空度10−10Torrを達成した。また、
電子源に2kVを印加して電子を放出させた条件において、真空度10−10Torrを
維持することができた。高真空の維持が可能であることから、本実施例で用いた熱電界放
射型電子源のほか、冷陰極型電子源(CFE)、ショットキー型電子源を用いてもよい。
As described above, by realizing the configuration described in the present embodiment, the overall dimensions of the entire electron gun can be significantly reduced as compared with the conventional configuration, such as a width of about 15 cm and a height of about 15 cm. The electron gun was assembled and evacuated and baked to achieve a degree of vacuum of 10 −10 Torr. Also,
The vacuum degree of 10 −10 Torr could be maintained under the condition that electrons were emitted by applying 2 kV to the electron source. Since a high vacuum can be maintained, a cold cathode electron source (CFE) or a Schottky electron source may be used in addition to the thermal field emission electron source used in this embodiment.

本実施例の構造の電子銃を用いて構成した図5の走査電子顕微鏡、あるいは本実施例の
電子銃を図3の走査電子顕微鏡に適用した走査電子顕微鏡は、電子源周りの真空気密性が
良いため、実施例2で説明した走査電子顕微鏡よりも小型,かつ,電子源のメンテナンス
期間の長い走査電子顕微鏡を実現できた。また、本実施例の電子銃を図4に示した電子線
描画装置に適用しても、従来よりも操作性の良い小型電子線描画装置が実現できることは
明かである。
The scanning electron microscope of FIG. 5 configured using the electron gun having the structure of this embodiment, or the scanning electron microscope in which the electron gun of this embodiment is applied to the scanning electron microscope of FIG. 3 has a vacuum tightness around the electron source. For this reason, it was possible to realize a scanning electron microscope that is smaller than the scanning electron microscope described in Example 2 and has a longer maintenance period of the electron source. Further, it is obvious that even if the electron gun of this embodiment is applied to the electron beam drawing apparatus shown in FIG. 4, a compact electron beam drawing apparatus having better operability than the conventional one can be realized.

本実施例では、実施例4に示した電子銃よりも位置決めが容易な位置決め機構を備えた
電子銃に付いて説明する。
図7(a)には、本実施例の位置決め機構の原理図を示す。また、図7(b)には、本実施例
の位置決め機構を図5の電子銃に応用した場合の構成図を、電子銃の要部と合わせて示す
。初めに、図7(a)を用いて本実施例の原理について説明する。本実施例の位置決め機構
は、x軸方向とy軸方向の位置合わせ基準面を別に設けたことを特徴とする。実施例4に
記載したように、位置決めの際には、電子光学系用カラム9に透過してくる電子線が最大
となるように調整する。しかしながら、小型の荷電粒子線応用装置では、高精度な移動位
置決め機構を持てないため、調整動作は装置ユーザが行なう。実施例4の電子銃では、電
子線源の位置決め用つまみ38は、全て同じ高さに配置されている。つまり、x方向の位
置決めとy方向の位置決めを同じ位置で行なわなければならない。一方、本実施例の電子
銃は、x方向の軸合わせ手段48とy方向の軸合わせ手段49とを独立して備えている。
従って、装置ユーザは、電子線源の位置決め時に、最初x方向またはy方向の位置決めを
行い、しかる後にy方向またはx方向の位置決めを行なうことができ、電子線源の軸調整
時の装置ユーザの負担が低減される。
In this embodiment, an electron gun provided with a positioning mechanism that is easier to position than the electron gun shown in the fourth embodiment will be described.
FIG. 7A shows a principle diagram of the positioning mechanism of the present embodiment. FIG. 7B shows a configuration diagram when the positioning mechanism of this embodiment is applied to the electron gun of FIG. 5 together with the main part of the electron gun. First, the principle of this embodiment will be described with reference to FIG. The positioning mechanism of the present embodiment is characterized in that alignment reference planes in the x-axis direction and the y-axis direction are provided separately. As described in Example 4, the positioning is performed so that the electron beam transmitted through the electron optical system column 9 is maximized. However, since a small charged particle beam application apparatus cannot have a highly accurate movement positioning mechanism, the adjustment operation is performed by the apparatus user. In the electron gun of Embodiment 4, all the electron beam source positioning knobs 38 are arranged at the same height. That is, the positioning in the x direction and the positioning in the y direction must be performed at the same position. On the other hand, the electron gun of this embodiment is provided with the x-direction axis alignment means 48 and the y-direction axis alignment means 49 independently.
Therefore, when the electron beam source is positioned, the device user can first perform positioning in the x direction or y direction, and then perform positioning in the y direction or x direction, and the device user can adjust the axis of the electron beam source. The burden is reduced.

図7(b)には、本実施例の位置決め機構を備えた電子銃の要部を示す。電子源1は、当
該電子源を真空容器内の所定位置に保持するための平行板ばね47により電子銃カラム1
1の内部に吊り下げられている。平行板ばねの内部には、各種電線50が保持される。平
行板ばね47の上部は、フィードスルーを備えたフランジに固定され、平行板ばね47の
下端部には電子源1を装着する。各種電線50は、ガイシ等により絶縁して上部のフィー
ドスルーへ導かれている。平行板ばね47の外周を、非蒸発ゲッターポンプ2が覆うよう
に囲っている。平行板ばね47には、位置決め機構48,49の動作に起因して、x方向
からの応力とy方向からの応力が加わる。つまり、平行板ばね47には捻り応力が加わる
。従って、位置決め機構48,49は、捻りに対する剛性を持っている必要があり、その
ため本実施例では、対向する2組のロック付の直線導入端子を用いて位置決め機構48,
49を構成した。図7(a)に示した位置決め機構の図は,電子銃筐体の外部から直線運動
を導入するために用いたベローズを示している。また,平行板ばね47は,xあるいは,
y方向に捻られて弾性変形するが,それと直交する方向には十分な剛性と弾性率を有して
おり,座屈や塑性変形は起こさないように設計されている。さらに,平行板ばね47を支
える固定板51,52は,位置決めするためにかかる力に対して,十分高い剛性と弾性率
を有していることはいうまでもない。なお、座屈や塑性変形を起こさないような部材であ
れば、平行板ばね以外の構造材で電子源の保持手段を構成しても良い。
FIG. 7B shows a main part of an electron gun provided with the positioning mechanism of the present embodiment. The electron source 1 includes an electron gun column 1 by a parallel leaf spring 47 for holding the electron source in a predetermined position in the vacuum vessel.
1 is suspended inside. Various electric wires 50 are held inside the parallel leaf spring. The upper part of the parallel leaf spring 47 is fixed to a flange having a feedthrough, and the electron source 1 is mounted on the lower end portion of the parallel leaf spring 47. The various electric wires 50 are led to the upper feedthrough after being insulated by insulators or the like. The outer periphery of the parallel leaf spring 47 is surrounded so as to cover the non-evaporable getter pump 2. Stress from the x direction and stress from the y direction are applied to the parallel leaf spring 47 due to the operation of the positioning mechanisms 48 and 49. That is, torsional stress is applied to the parallel leaf spring 47. Therefore, the positioning mechanisms 48 and 49 need to have rigidity against torsion. For this reason, in this embodiment, the positioning mechanisms 48 and 49 are formed using two opposing sets of linear introduction terminals with locks.
49 was constructed. The diagram of the positioning mechanism shown in FIG. 7A shows a bellows used for introducing linear motion from the outside of the electron gun housing. The parallel leaf spring 47 is x or
It is elastically deformed by being twisted in the y direction, but has sufficient rigidity and elastic modulus in a direction perpendicular to the y direction, and is designed not to buckle or plastically deform. Furthermore, it goes without saying that the fixing plates 51 and 52 that support the parallel leaf spring 47 have sufficiently high rigidity and elastic modulus with respect to the force applied for positioning. As long as the member does not cause buckling or plastic deformation, the electron source holding means may be formed of a structural material other than the parallel leaf spring.

平行板ばね47は、x、yの各方向の軸合わせ基準面をなす板ばね固定板51、52を
備えている。各板には、対抗する一対の位置決め機構が対応しており、直線導入端子を介
して電子銃カラム11の筐体外部にある操作つまみ38と結合されている。これにより大
気側から操作が可能な構造となっている。x方向の位置決めを行うには、x方向の駆動機
構を操作すればよい。この機構は、x方向の位置が決まったら、対向する駆動機構を締め
付けてロックすれば、時間的なドリフトを低減できて望ましい。y方向の位置決めも、基
本的にはx方向と同様に行えばよい。
このような構造をとることにより、電子源1は,x、y方向に干渉しないラスタ走査が
できるので、1mm×1mmの移動可能な領域を網羅的に効率よく移動できる。このため
,電子線を開口42から効率よく出射するための位置決めが容易となる特長がある。さら
に、小型化も容易に実現できる特長が両立して望ましい。
The parallel leaf spring 47 includes leaf spring fixing plates 51 and 52 that form axial reference planes in the x and y directions. Each plate corresponds to a pair of opposing positioning mechanisms and is coupled to an operation knob 38 outside the housing of the electron gun column 11 via a straight lead-in terminal. Thereby, it has a structure that can be operated from the atmosphere side. In order to perform positioning in the x direction, the driving mechanism in the x direction may be operated. This mechanism is desirable because once the position in the x direction is determined, it is possible to reduce temporal drift by locking the opposing drive mechanism. Positioning in the y direction may be basically performed in the same manner as in the x direction.
By adopting such a structure, the electron source 1 can perform raster scanning that does not interfere in the x and y directions, so that it is possible to comprehensively and efficiently move a movable area of 1 mm × 1 mm. For this reason, there is a feature that positioning for efficiently emitting an electron beam from the opening 42 is easy. Furthermore, it is desirable to have both the features that can be easily realized in size reduction.

本実施例の電子銃は、図3あるいは図5等に示した走査電子顕微鏡に適用することが可
能であり、その場合、実施例5の走査電子顕微鏡よりも更に位置決め操作の容易な電子顕
微鏡を実現することができる。また、図3に示した走査電子顕微鏡のように、電子光学系
の偏向器を静電レンズを用いて構成すれば、従来より更に小型の走査電子顕微鏡を実現す
ることが可能である。なお、本実施例の位置決め機構は、マニュアル動作で電子源の位置
決めを行なう形式の電子銃であれば、実施例1以外の構造の電子銃にも適用しても、位置
決めが容易になるという効果が得られる。
The electron gun of the present embodiment can be applied to the scanning electron microscope shown in FIG. 3 or FIG. 5, and in that case, an electron microscope that can be positioned more easily than the scanning electron microscope of the fifth embodiment. Can be realized. If the deflector of the electron optical system is configured using an electrostatic lens as in the scanning electron microscope shown in FIG. 3, it is possible to realize a scanning electron microscope that is smaller than the conventional one. If the positioning mechanism of the present embodiment is an electron gun of a type in which the electron source is positioned manually, the positioning can be easily performed even if it is applied to an electron gun having a structure other than that of the first embodiment. Is obtained.

本実施例では、図5の102に示された自動開閉バルブの別の構成例について説明する
。図8(a)は、開口板7を上から見た平面図であって、図6(a)と同じ図面である。図8(b
)〜図8(d)は、各種自動開閉バルブを搭載した開口板7を、図8(a)の位置A−A’に示
した一点鎖線に沿って切断した断面図である。
In the present embodiment, another configuration example of the automatic opening / closing valve shown by 102 in FIG. 5 will be described. FIG. 8A is a plan view of the aperture plate 7 as viewed from above, and is the same as FIG. 6A. FIG.
8 (d) to 8 (d) are cross-sectional views of the opening plate 7 on which various automatic opening / closing valves are mounted, taken along the alternate long and short dash line shown at position AA 'in FIG. 8 (a).

以下、図8(b)〜図8(d)に示した自動開閉バルブの特徴点について説明する。図8(b)
の自動開閉バルブは、フタ44に円錐形こまを用いた構成例である。フタ44の開閉に伴
う穴と弁の位置ずれ防止(自動調心)効果がある。上記バルブの位置ずれは,各部品の取
り付け誤差や,昇降温を伴うバルブ開閉動作を繰り返すうちに熱変形に起因して生じる現
象である。このようなバルブの位置ずれが生じると開口とバルブの密着性が損なわれて,
その隙間からガスが流出入して真空度が劣化する問題があるため,位置ずれの防止は十分
に考慮する必要がある。
図8(c)に示した自動開閉バルブは、フタ44の開口43に対する接触面を球面にした
構成例である。図8(b)に示したバルブと同様、自動調心効果がある。また、フタ44の
材料に汎用のボールを適用可能なため、バルブ製造のコストを低減できる効果がある。
図8(d)には、フタ44の開口板7との接触面に、円形の突起部(円形エッジ)203を
設けた構成のバルブを示した。このように円形エッジをフタ44に設けることにより、穴
とバルブの位置ずれに対する許容幅が大きくなる。円形エッジは、フタ44側ではなく、
開口板7側に形成しても同じ効果が得られる。
The features of the automatic opening / closing valve shown in FIGS. 8 (b) to 8 (d) will be described below. FIG. 8 (b)
This automatic opening / closing valve is a configuration example in which a conical top is used for the lid 44. There is an effect of preventing misalignment (automatic alignment) between the hole and the valve accompanying opening and closing of the lid 44. The valve displacement is a phenomenon that occurs due to thermal deformation while repeatedly performing valve opening / closing operations accompanied by temperature rise and fall, and mounting errors of components. When such a valve displacement occurs, the adhesion between the opening and the valve is impaired,
Since there is a problem that the degree of vacuum deteriorates due to gas flowing in and out of the gap, it is necessary to fully consider prevention of misalignment.
The automatic opening / closing valve shown in FIG. 8C is a configuration example in which the contact surface with respect to the opening 43 of the lid 44 is a spherical surface. Similar to the valve shown in FIG. 8 (b), it has a self-aligning effect. Further, since a general-purpose ball can be applied to the material of the lid 44, there is an effect that the cost for manufacturing the valve can be reduced.
FIG. 8D shows a valve having a configuration in which a circular protrusion (circular edge) 203 is provided on the contact surface of the lid 44 with the opening plate 7. By providing the circular edge in the lid 44 in this way, the allowable width for the positional deviation between the hole and the valve is increased. The circular edge is not on the lid 44 side,
Even if it is formed on the side of the aperture plate 7, the same effect can be obtained.

以上、図8(b)から図8(d)を用いて説明した構成の自動開閉バルブを用いることにより
、開口板7とフタ44との密着性が向上し、従って、電子銃カラム11内の真空気密性が
向上する。また、開口板7よりも弾性率の小さな材料でフタ44を構成すると、更に密着
性が向上することはいうまでもない。また、図6(b)に示したように固定ネジを用いてフ
タ44と可動アーム45を交換可能に構成すると、メンテナンス上便利であることは言う
までもない。
As described above, by using the automatic opening / closing valve having the configuration described with reference to FIGS. 8B to 8D, the adhesion between the opening plate 7 and the lid 44 is improved. Vacuum tightness is improved. Needless to say, if the lid 44 is made of a material having an elastic modulus smaller than that of the aperture plate 7, the adhesion is further improved. Moreover, it goes without saying that it is convenient in terms of maintenance if the cover 44 and the movable arm 45 are configured to be exchangeable using a fixing screw as shown in FIG. 6B.

本発明の電子銃を説明する図。FIG. 6 illustrates an electron gun of the present invention. 従来の電子銃の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the conventional electron gun. 本発明を用いた走査型電子顕微鏡を説明する図。FIG. 6 illustrates a scanning electron microscope using the present invention. 本発明を用いた電子線描画装置を説明する図。1A and 1B illustrate an electron beam drawing apparatus using the present invention. 本発明の電子銃の別構成例を説明する図。The figure explaining another structural example of the electron gun of this invention. (a)本発明の自動開閉バルブを用いた開口板の上面図、(b)本発明の自動開閉バルブの構造を説明する断面図。(a) Top view of an opening plate using the automatic opening / closing valve of the present invention, (b) A sectional view for explaining the structure of the automatic opening / closing valve of the present invention. (a)本発明の電子源位置決め機構を説明する原理図、(b)本発明の電子源位置決め機構を電子銃に適用した構造の説明図。(a) Principle diagram for explaining an electron source positioning mechanism of the present invention, (b) An explanatory diagram of a structure in which the electron source positioning mechanism of the present invention is applied to an electron gun. (a)自動開閉バルブの別の構成例、(b)自動開閉バルブの別の構成例、(c)自動開閉バルブの別の構成例、(d)自動開閉バルブの別の構成例。(a) Another configuration example of the automatic opening / closing valve, (b) Another configuration example of the automatic opening / closing valve, (c) Another configuration example of the automatic opening / closing valve, (d) Another configuration example of the automatic opening / closing valve.

符号の説明Explanation of symbols

1:電子源、2:非蒸発ゲッターポンプ、3:非蒸発ゲッターポンプ、4:ヒータ、5:
ヒータ、6:フィラメント、7:開口板、8:熱電対、9:電子光学系用カラム、10:
電子銃用カラム、11:コネクタ、12:導入端子、13:イオンポンプ、14:イオン
ポンプ、15:磁気シールド16:電子銃、17:電子銃、18:電子線、19:第3電
子レンズ、20:第2の電子レンズ、21:第1の電子レンズ、22:スティグマコイル
23:アラインメントコイル、24:偏向器、25:試料、26:2次電子検出器、27
:画像形成手段、28:ターボ分子ポンプ、29:試料ステージ、30:パターン記録制
御手段、 31:試料、 32:ターボ分子ポンプ、33:2次電子、34:真空ポンプ、
35:試料台、36:電子光学系鏡筒、37:試料、38:電子源位置決め用つまみ、3
9:電子源固定用フランジ、40:ベローズ、42:開口、43:粗排気用開口、44:
バルブ、45:加熱により変形する材料、46:固定台、47:平行板ばね機構、48:
平行板ばね位置決め機構、49:平行板ばね位置決め機構、50:電線,51:板ばね固
定板,52:板ばね固定板,101:電離機能付ポンプ、102:粗排気用自動開閉バル
ブ,200:差動排気部,201:固定ネジ,202:固定ネジ。
1: electron source, 2: non-evaporable getter pump, 3: non-evaporable getter pump, 4: heater, 5:
Heater, 6: Filament, 7: Opening plate, 8: Thermocouple, 9: Column for electron optical system, 10:
Column for electron gun, 11: connector, 12: introduction terminal, 13: ion pump, 14: ion pump, 15: magnetic shield 16: electron gun, 17: electron gun, 18: electron beam, 19: third electron lens, 20: second electron lens, 21: first electron lens, 22: stigma coil 23: alignment coil, 24: deflector, 25: sample, 26: secondary electron detector, 27
: Image forming means, 28: turbo molecular pump, 29: sample stage, 30: pattern recording control means, 31: sample, 32: turbo molecular pump, 33: secondary electron, 34: vacuum pump,
35: Sample stage, 36: Electro-optical system barrel, 37: Sample, 38: Electron source positioning knob, 3
9: Electron source fixing flange, 40: bellows, 42: opening, 43: rough exhaust opening, 44:
Valve: 45: Material deformed by heating, 46: Fixing base, 47: Parallel leaf spring mechanism, 48:
Parallel leaf spring positioning mechanism, 49: parallel leaf spring positioning mechanism, 50: electric wire, 51: leaf spring fixing plate, 52: leaf spring fixing plate, 101: pump with ionization function, 102: automatic open / close valve for rough exhaust, 200: Differential exhaust part, 201: fixing screw, 202: fixing screw.

Claims (5)

電子銃と、電子線の走査偏向手段と検出器を備えた電子線応用装置であって、
前記電子銃は、
電子源と、
該電子源を保持する真空容器と、
前記真空容器内を第1の真空室と第2の真空室に仕切る開口板と、
該真空容器の内部を真空排気する排気手段と、
前記開口板は前記電子源で発生した電子線を前記第2の真空室に導出するための第1の開口を有し、
前記開口板は、前記第1の開口よりも面積の大きな第2の開口と、前記真空容器の粗排気・主排気に応じて該第2の開口を開閉する可動バルブを備え
前記可動バルブは前記第2の開口を開閉するフタと、当該フタの開閉動作を行なう可動アームとを備え、該可動アームは非磁性のバイメタル合金で形成されたことを特徴とする電子線応用装置。
An electron beam application apparatus comprising an electron gun, an electron beam scanning deflection means and a detector,
The electron gun is
An electron source,
A vacuum vessel holding the electron source;
An opening plate for partitioning the inside of the vacuum vessel into a first vacuum chamber and a second vacuum chamber;
Exhaust means for evacuating the inside of the vacuum vessel;
The aperture plate has a first aperture for deriving an electron beam generated by the electron source to the second vacuum chamber;
The opening plate includes a second opening having a larger area than the first opening, and a movable valve that opens and closes the second opening according to rough exhaust and main exhaust of the vacuum vessel ,
Said movable valve and a lid for opening and closing the second opening, and a movable arm for opening and closing operation of the lid, movable arms electron beam apparatus, characterized in that formed in the non-magnetic bimetallic alloy .
請求項1に記載の電子線応用装置において、
前記真空容器内部を真空排気する前記排気手段として、
前記真空容器の内部に設けられた非蒸発ゲッターポンプと、
前記ゲッターポンプの加熱手段と、
前記電子源の動作中に発生するガスを分解する手段とを有することを特徴とする電子線応用装置。
In the electron beam application apparatus of Claim 1,
As the exhaust means for evacuating the inside of the vacuum container,
A non-evaporable getter pump provided inside the vacuum vessel;
Heating means of the getter pump;
An electron beam application apparatus, comprising: means for decomposing gas generated during operation of the electron source.
請求項1に記載の電子線応用装置において、
前記真空容器内部を真空排気する前記排気手段として、
前記真空容器の内部に設けられた非蒸発ゲッターポンプと、
前記ゲッターポンプの加熱手段と、
前記真空容器内に配置された発熱体とを有し、
該発熱体は、前記電子源よりも上部に配置されていることを特徴とする電子線応用装置。
In the electron beam application apparatus of Claim 1,
As the exhaust means for evacuating the inside of the vacuum container,
A non-evaporable getter pump provided inside the vacuum vessel;
Heating means of the getter pump;
A heating element disposed in the vacuum vessel,
An electron beam application apparatus, wherein the heating element is disposed above the electron source.
請求項1から3のいずれか1項に記載の電子線応用装置において、
前記非磁性のバイメタル合金として、ステンレス合金とタングステンからなるバイメタルを用いたことを特徴とする電子線応用装置。
In the electron beam application apparatus of any one of Claim 1 to 3,
An electron beam application apparatus using a bimetal made of a stainless alloy and tungsten as the nonmagnetic bimetal alloy .
請求項1から3のいずれか1項に記載の電子線応用装置において、
前記可動アームは、該可動アームは非磁性のバイメタル合金に代えて、非磁性の形状記憶合金で形成されたことを特徴とする電子線応用装置。
In the electron beam application apparatus of any one of Claim 1 to 3 ,
2. The electron beam application apparatus according to claim 1, wherein the movable arm is formed of a nonmagnetic shape memory alloy instead of a nonmagnetic bimetal alloy .
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