JP2010034075A

JP2010034075A - 光学要素組立体の組立方法

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Publication number: JP2010034075A
Application number: JP2009256361A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kudo; 裕工藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】電子光学系の複数の光学要素相互の高度な位置決め精度を簡易な構成で実現することができる電子線装置用の光学要素組立体の組立方法を提供すること。
【解決手段】複数の光学要素と、該光学要素を収容する筒体とを備え、筒体の側面に複数の貫通孔が形成された光学要素組立体の組立方法である。光学要素組立体の組立方法は、筒体の中に複数の光学要素を挿入する工程と、複数の貫通孔に位置決め部材を挿入して、複数の貫通孔と対向する筒体の内周面側に複数の光学要素を当接させる工程と、複数の光学要素を筒体に固定する工程と、位置決め部材を複数の貫通孔から脱抜させる工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電子線装置に用いられる電子光学系のレンズ、アパーチャ部材及び偏向器等（以下、光学要素と呼ぶ）を保持する光学要素組立体の組立方法に関し、特に、電子線装置に配置されている電子光学系の光学要素に対して、高い位置決め精度で保持できる光学要素組立体の組立方法に関する。

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

従来、上記一次電子光学系に用いられる光学要素は、高精度の真円度及び同軸度で加工されていて、高精度のはめあい公差加工された筒状の部品にそれぞれ個々に挿入することにより、これら光学要素相互の高い位置決め精度が得られていた。また、光学要素自体を一段ずつ積み重ねて、段毎の調整を行いながら積み重ねることにより、高い位置決め精度が得られていた。

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

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

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

特開２００２−３４１２１６号公報

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

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

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

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

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

そこで、本発明の光学要素組立体の組立方法は、複数の光学要素と、該光学要素を収容する筒体とを備え、前記筒体の側面に複数の貫通孔が形成された光学要素組立体の組立方法であって、前記筒体の中に前記複数の光学要素を挿入する工程と、前記複数の貫通孔に位置決め部材を挿入して、前記複数の貫通孔と対向する前記筒体の内周面側に前記複数の光学要素を当接させる工程と、前記複数の光学要素を前記筒体に固定する工程と、前記位置決め部材を前記複数の貫通孔から脱抜させる工程とを有することを特徴とする。

本発明の光学要素組立体の組立方法において、好ましくは、前記複数の光学要素の外周面に溝又は孔が形成されており、前記複数の貫通孔に前記位置決め部材を挿入する際に、前記位置決め部材の先端が前記溝又は孔に挿入されることを特徴とする。

本発明の光学要素組立体の組立方法において、好ましくは、前記筒体及び前記光学要素がセラミックスにて形成されたことを特徴とする。

本発明の光学要素組立体の組立方法において、好ましくは、前記セラミックスがアルミナから形成されたことを特徴とする。

本発明の構成によれば、電子光学系における複数の光学要素相互の高度な位置決め精度を簡易な構成で実現することができる光学要素組立体の組立方法を提供することができる。

本発明に係る光学要素組立体の一実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図を、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図をそれぞれ示している。本発明に係る電子線装置を示す概略図である。本発明に係る光学要素組立体の一実施例を示す断面図である。本発明に係る光学要素組立体の一実施例を示す断面図である。本発明に係る光学要素組立体の一実施例を示す断面図である。

以下、本発明の実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明に係る光学要素組立体の一実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図を、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図をそれぞれ示している。
また、図２は、本発明に係る電子線装置を示す概略図である。

本発明の光学要素組立体１は、複数の光学要素２と、光学要素２を収容する筒体３とからなり、電子線装置１０に組み込み可能に構成された光学要素組立体１において、筒体３の側面に、複数の貫通孔５が筒体３の軸方向に略一列に形成されており、かつ、貫通孔５と対向する筒体３の内周面３ａに光学要素２が当接した状態で固定されている。

光学要素２が、筒体３の内周面３ａに一方向に押圧された状態で位置決めがなされるので、組立や分解を繰り返しても毎回同じ精度を維持した光学要素組立体１を提供することが可能となる。この時、押圧する方向が一方向になるので、調整を必要としない。

ところで、光学要素２とは電子光学に用いられる電子光学系におけるレンズ、アパーチャ部材や偏光器のことであり、形状は中央に貫通穴を有する円盤状体をなし、内周の貫通孔には電極が形成されている。電極としては非磁性の金属膜であればよく、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＴｉＮ、ＴｉＣ等の金属の１種または複数の金属膜から形成される。

光学要素２は中心軸線と同軸上に且つ同一円周上に配置される複数の電極を有しており、同一円周上にある電極は１個または２個以上の偶数個で形成されており、２個以上の偶数個ある場合は、その面積はほぼ等しいことが望ましい。また、２個以上の偶数個ある場合は、基本的に電気的に独立した電極となる。また、各光学要素２間にはシールドと呼ばれる超硬や金属製の内周に光学要素２と同様な穴形状を有する薄板を介在させても良い。

各光学要素２は、高精度な円筒度と同軸度で加工されていることが重要で、大きさに係わらず、外内径の円筒度は２μ以下、外径と内径の同軸度は２μｍ以下で仕上げることが好ましい。また、光学要素２の外周部と筒体３の内周部３ａのクリアランスは３μｍ以下に仕上げられおり、好ましくは２μ以下のクリアランスに仕上げられている。

また、本発明では、筒体３の外周面側３ｂから貫通孔５に挿入して、光学要素２の位置を決める位置決めピン４を具備したことを特徴としている。この位置決めピン４によって光学要素２を一方向に容易に押圧可能とできる。なお、位置決めピン４は光学要素２を押圧した後、光学要素２を、ボルト６で上下の蓋８を筒体３に固定することで、光学要素２を挟み込んで固定すればよく、その後に位置決めピン４を脱抜しても、しなくてもどちらでも問題はない。

光学要素２は位置決めピン４によって位置が決定されるが、その固定方法に関しては、ボルト６を締結することによって蓋５を介して、上下方向で挟み込んで固定を行う。

さらに、複数の光学要素２の外周面に、位置決めピン４で位置を決める為の位置決め領域７を備えたことを特徴としている。

複数の光学要素の外周面に位置決め領域を備えたことによって、安定した繰り返し組立と分解を実現でき、熟練者でなくとも作業が容易となる。

ところで、位置決め領域７とは、位置決めピン４を取り付けるザグリ孔や溝、切り欠き、Ｄカット面などであり、位置決めピン４の押圧に対して光学要素２が動かない形状であればよく、特に回転方向の力を抑止して位置決めを行う形状であればよい。形状としてはＶ字形状の溝や円錐形状のザグリ孔が好ましく、テーパ形状を有することによって、位置決めピン４が奥に入るに従い、光学要素２がより動かなくなる。

次に筒体３の外周形状は、円筒形、多角形体のいずれでもよく、一例を示すと、図３〜５のような形状である。

好ましくは筒体３の内周形状は、加工性から考えると図４に示す円筒形状がよく、円筒研削加工やホーニング加工で精度よく仕上げることが可能となる。

筒体３の側面には、複数の貫通孔５が形成されているが、この貫通孔５は筒体３の中心軸に対して放射線状に配置され、筒体３の軸方向に直線的に配置さることが好ましい。直線的に配置されることで、同一方向に光学要素２を押圧することが可能となる。但し、厳密な一直線でなくとも、クリアランスが小さい場合には、その影響は少ないので、構造によっては他の部品と干渉する場合には、若干避けるような直線状であっても構わない。

また、蓋８は片側のみに取り付ける構造であっても良い。また、位置決めピン４だけでも固定できるのであれば、蓋８を用いずに固定しても構わない。

ところで、筒体３及び光学要素２の材質としては、非磁性で、組立に充分な強度があればよく、金属でも良いが、好ましくはセラミックスにて形成されたことが良い。

セラミックスで形成されることにより、組立や分解時においても変形することがなく、摩耗による精度劣化が少なく、さらに熱がかかっても変形量を小さく抑えることが可能となる。

セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ＡｌＴｉＣなどであれば良く、筒体３や光学要素２としては、剛性や硬度、絶縁性を考慮して、アルミナや窒化珪素が好ましい。また、光学要素２は、印加される電流がチャージアップを防ぐために必要に応じて、半導電性のセラミックスを用いればよい。

次に位置決めピン４の形状は、特に決まった形状はないが、光学要素２に形成された位置決め領域７にガタ無くスムーズに挿入できることが必要であり、材質としては、非磁性で位置決めに耐えうる強度を有することが必要で、金属やセラミックスで形成したものでよい。また、位置決めピン４はネジ形状を有するものであっても構わない。

また、位置決め後に上下の蓋５によって光学要素２を固定できるのであれば、位置決めピン４を抜脱しても問題ない。

蓋５の材質としては、筒体と同様に、非磁性で、組立に充分な強度があればよく、金属でも良いが、好ましくはセラミックスにて形成されたことが良い。

本実施形態の構成によれば、筒体に形成した貫通孔と対向する前記筒体の内周面に前記光学要素が当接した状態で固定されているだけであるため、組立時間が非常に短縮でき、且つ、分解、組立を繰り返しても精度良く組立が出来る。特に複数の光学要素の相互の高度な位置決め精度に対して、簡易な構成で実現し、且つ互換性のある光学要素組立体を提供することができる。

次に、上述したセラミックスの製造方法に関して説明する。

例えば、アルミナとしては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）９９〜９９．９重量％に対し、焼結助剤としてシリカ（ＳｉＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）を合計で０．１〜１重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中や真空雰囲気中にて１５００〜１８００℃の温度で焼成したものや、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）９２〜９９重量％に対し、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、セリア（ＣｅＯ_２）等の安定化剤で安定化あるいは部分安定化されたジルコニアを１〜７重量％添加し、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは水素雰囲気中や窒素雰囲気中にて１５００〜１７００℃の温度で焼成したものが良い。

あるいは、半導電性材料のアルミナであれば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）６０〜８０重量％に対し、炭化チタン（ＴｉＣ）またはチタン酸アルミニウムを４０〜２０重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは減圧雰囲気下にて１５００〜１７００℃の温度で焼成した後、還元雰囲気中で熱処理を行う。即ち、窒素あるいはアルゴンなどの還元雰囲気の焼成炉にて５００〜１４００℃にて熱処理を行えば良い。

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

また、炭化珪素を用いる場合、ＳｉＣ９０重量％〜９９重量％に対し、焼結助剤としてＢとＣ、あるいはＡｌ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３を合計で１０重量％〜１重量％添加したものを所望の形状に成形した後、不活性ガス雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて１９００℃〜２１００℃の温度で焼成したものを用いることができる。

また、窒化珪素としては、Ｓｉ_３Ｎ_４９６重量％〜９８重量％に対し、焼結助剤としてＡｌ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３を合計で２重量％〜４重量％添加したものを、所望の形状に成形した後、窒素雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて１８００℃〜２０００℃の温度で焼成したものを用いれば良い。

また、ＡｌＴｉＣとしては、Ａｌ_２Ｏ_３６０〜８０重量％に対し、炭化チタン（ＴｉＣ）を４０〜２０重量％添加して所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは減圧雰囲気中にて１３００℃〜２０００℃の温度で焼成したものを用いれば良い。

次に、光学要素組立体１の組立方法について説明する。

筒体３の中に複数の光学要素２を挿入し、位置決めピン４を貫通孔５に挿入して、貫通孔５と対向する筒体３の内周面３ａ側に光学要素２を当接させた後、光学要素２を筒体３に固定する。また、位置決めピン４で筒体３の内周面３ａ側に光学要素２を当接させた状態で、位置決めピン４を、貫通孔５から脱抜させることで組立が完了する。

次に本発明に用いられる電子線装置１０について図２を用いて説明する。この電子線装置１０は、上述した光学要素組立体１上に電子銃１００を配置するとともに、下側に被加工体用台板１０１を配置してなる。そして、上述のような高精度に複数の光学要素（図２では不図示）を組み込まれた光学要素組立体１を用いることで、電子ビームが電子銃１００より照射されて、光学要素組立体１の内部を通過する際に、光学軸の調整を行い、電子ビームの照射される位置を微調整できるので、被加工体用台板１０１上の被加工体については良好な描画精度を有するものである。

なお、図２に示すような配置で使用すれば、より高い検出精度を有し、且つ組立、分解やレンズを取り替えて繰り返し使用してもその精度を維持することができる電子線装置１０が得られる。

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

次に本発明の実施例について説明する。

外径φ４０ｍｍ、内径φ２０ｍｍ、全長６３ｍｍ、側面に７個のφ３ｍｍの貫通孔を形成した９９％純度アルミナ製の筒体と、外径φ２０ｍｍ、内径φ５ｍｍ、全長８ｍｍで、内周に金メッキの電極を４個備えたアルミナ製の光学要素と、外径φ３ｍｍ、全長１０ｍｍのアルミナ製の位置決めピンと、外径φ２０、内径φ２２、厚み８ｍｍの蓋と、外径φ２０ｍｍ、内径φ５ｍｍ、厚み１ｍｍのステンレス製のシールド６枚を準備し、光学要素組立体の組立を行った。

前記筒体の中に前記光学要素と前記シールドを交互に挿入し、前記位置決めピンを前記貫通孔に挿入して、前記貫通孔と対向する前記筒体の内周面側に前記光学要素を当接させて位置決めを行った後、前記光学要素を前記筒体に固定した。

前記光学要素は、外内径の円筒度は２μ以下、外径と内径の同軸度は２μｍ以下で仕上げたものを使用し、前記光学要素の外周部と前記筒体の内周部のクリアランスは３μｍ以下に仕上げたものを用いたところ、組立と分解を繰り返しても毎回同じ値の同軸度の光学要素組立体を得ることができた。

本発明は、電子線装置の電子光学系におけるレンズ、アパーチャ部材及び偏向器等を保持する光学要素組立体、及びそれを用いた電子線装置に利用できる。

１・・・光学要素組立体
２・・・光学要素
３・・・筒体
３ａ・・内周部
４・・・位置決めピン
５・・・貫通孔
６・・・ボルト
７・・・位置決め領域
８・・・蓋
１０・・・電子線装置

Claims

複数の光学要素と、該光学要素を収容する筒体とを備え、前記筒体の側面に複数の貫通孔が形成された光学要素組立体の組立方法であって、
前記筒体の中に前記複数の光学要素を挿入する工程と、
前記複数の貫通孔に位置決め部材を挿入して、前記複数の貫通孔と対向する前記筒体の内周面側に前記複数の光学要素を当接させる工程と、
前記複数の光学要素を前記筒体に固定する工程と、
前記位置決め部材を前記複数の貫通孔から脱抜させる工程と
を有することを特徴とする光学要素組立体の組立方法。
前記複数の光学要素の外周面に溝又は孔が形成されており、
前記複数の貫通孔に前記位置決め部材を挿入する際に、前記位置決め部材の先端が前記溝又は孔に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の光学要素組立体の組立方法。
前記筒体及び前記光学要素がセラミックスにて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学要素組立体の組立方法。
前記セラミックスがアルミナから形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学要素組立体の組立方法。