JPH067466B2

JPH067466B2 - 荷電ビ−ム用静電偏向器

Info

Publication number: JPH067466B2
Application number: JP61282831A
Authority: JP
Inventors: 善郎塩川
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1986-11-27
Filing date: 1986-11-27
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPS63136449A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、微細加工、元素分析等に用いる荷電ビーム
用静電偏向器に関し露光装置、電子顕微鏡、質量分析
器、局所分析装置等に用いて効力を発揮するものであ
る。

（従来技術とその問題点）従来の静電偏向器は、例えばその正面断面図を第４図
Ａ、平面断面図を第４図Ｂに示すように、銅製の偏向用
電極２が酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）や酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）で作られた絶縁物の電極支持体１に気密に
ロー付けされ、さらにこの電極支持体１が、接地された
ステンレス鋼製フレーム４に気密にロー付けされて固定
される構成を採用している。このようにした偏向用電極
２が、Ｘ，Ｙ軸の両方向に１対宛設けられ、それらに印
加される偏向電圧によって荷電ビーム３をＸ，Ｙ両方向
に静電偏向するようになっている。偏向用電極２へのリ
ード線５は、フレーム４に明けられた穴４０と電極支持
体１にあけられた穴１０の両者を通って、偏向用電極２
の裏面にロー付けされている。

第４図Ｃに示すのは、そのうちの１つの偏向用電極２に
対する電圧印加の等価回路である。偏向用電極２には制
御電源６からリード線５を経由して偏向用電圧が印加さ
れているが、電極支持体１の前記材料の体積抵抗率が非
常に高く１０¹²乃至１０¹⁴Ωｃｍもあるため、その抵抗
値は通常１０¹²乃至１０¹⁴Ω台の高い接地抵抗値を示
し、従って、接地されたフレーム４と偏向用電極２の間
に挿入される電極支持体１の等価抵抗Ｒ１は絶縁に近い
高抵抗である。

さて、上記の構成の静電偏向器で荷電ビーム３の偏向を
行なって、試料（図示せず）上の任意の位置にビーム照
射を行ない、微細な加工や分析を行なう訳であるが、ビ
ーム照射には非常に高い位置精度が要求される。例え
ば、露光装置では１０ｍｍ程度の偏向幅に対し０．１μ
ｍ以下の精度、即ち１０^-5程度と言う高精度が要求され
ている。

従って、偏向用電極２に印加される電圧値の変動の許容
値は非常に小さく厳しいものとなり、外乱ノイズその他
に対しては深刻に対処せざるを得なくなっている。

上記の従来の静電偏向器の構成は次の不具合を生む。

その１つは、静電偏向器へのリード線５が外界のノイズ
を拾い易いことであり、リード線から侵入する外乱のノ
イズ電圧が偏向電圧に重畳し、これに禍されて、荷電ビ
ーム３が不正規に振動乃至動揺することである。

他の１つは、電荷ビーム３の一部が散乱して電極支持体
１の表面１１に付着する現象のあることであり、荷電ビ
ームの散乱は到底除き切れるものでないため、電極支持
体の表面１１の電位は荷電粒子の付着、剥落によって大
きく変動し、これが荷電ビーム３の偏向電圧を歪ませて
偏向に不測の浮動を生じたり、荷電ビーム３の収束を妨
げたりする不都合を生じていた。

これらに対する従来の対策としては次記のものがあっ
た。

即ち、前者に対しては、リード線５を厳重にシールド
（５１）すると共に、放電時の電源保護対策を兼ねて、
適宜の抵抗Ｒ５を偏向用電極２の近くに付加する処理が
採られた。しかし、その成果はあまり上がっていない。

後者に対しては、第５図Ａに示すように、偏向用電極の
一部２１で電極支持体１を覆うなどして、電極支持体の
表面を露出させないようにする対策が採られた。しか
し、これも実施してみると、小型の装置で偏向の精度が
高度に要求されるような場合には、大方の場合対策が不
十分であることが判明した。

一般に、静電偏向器は小型に高精度に仕上げされ組み立
てられ、また、第５図Ｂに示すように、偏向の精度を高
める目的で８極以上の構成にしたり、更に、こうしたも
のを軸方向に幾段も重ねたりすることが多く、非常に加
工に手間がかかり、高価に成り易いものである。第５図
Ａの対策は実際上仲々煩雑で、実施は困難であった。

念のため、第５図Ｃには、第５図Ｂの各偏向用電極に印
加する電圧の配分法を示している。Ｘ，Ｙ軸方向の偏向
電圧±Ｖｘ，±Ｖｙは、抵抗ｒで作られる抵抗回路網の
四方のノードに印加され、その他の各ノード部の電圧が
偏向用電極２に印加される。

（発明の目的）本発明は、上記の問題を解決し、外乱ノイズの影響を受
け難く、かつ、ビームの収束を妨げるような電位の変動
を生ずることのない、静電偏向器の提供を目的とする。

（発明の構成）本発明の第１の発明は、フレームとの間に所定の電圧が
印加可能な偏向用電極と、その偏向用電極をフレームに
固定する電極支持体とで構成される静電偏向器におい
て、その電極支持体を体積抵抗率が１０²Ωｃｍ乃至１
０¹⁰Ωｃｍの範囲内にある材料で構成した荷電ビーム用
静電偏向器によつて、前記目的を達成したものである。

本願の第２の発明は、フレームとの間に所定の電圧が印
加可能な偏向用電極と、その偏向用電極をフレームに固
定する電極支持体とで構成される静電偏向器において、
その電極支持体を体積抵抗率が１０²Ωｃｍ乃至１０¹⁰
Ωｃｍの範囲内にある材料で構成すると共に、該偏向用
電極への電圧の印加を、該電極支持を経由して行なう荷
電ビーム用静電偏向器によって前記目的を達成したもの
である。

（実施例）先ず、本願の第１の発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図Ａにこの発明の実施例の荷電ビーム用静電偏向器
の正面断面図、第１図ＣにそのＡ−Ａ断面図を示す。第
１図Ｂは等価回路図であり、各部材の機能、名称、符号
は第４図Ａ，Ｂ，Ｃのそれらに対応する。

本発明では、従来の酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）や酸
化シリコン（ＳｉＯ₂）に代わって、炭化シリコン（Ｓ
ｉＣ）が電極支持体１に使用され、これに偏向用電極２
が気密にロー付けされている。接地されているフレーム
４に対して電極支持体１がこれも気密に支持されている
ことは従来同様である。

第１図Ｃで明らかなように、この実施例の炭化シリコン
製の電極支持体１は、各偏向用電極２に共通の環状体と
なっているが、これは第４図Ｂと同様に個別に設けても
よい。

もともと静電偏向器では、電界電圧の絶対値そのものは
比較的小さくて、１０¹乃至１０²Ｖ程度であり、荷電ビ
ーム３を発生させる加速管に印加される電圧の１０⁴乃
至１０⁵に較べると極めて小さい値となっている。従っ
て、静電偏向器の電極支持体には、加速管の電極支持体
のように絶縁物程の高抵抗は要求されないものである。
本願の発明はこれに注目してなされた。

本実施例の、炭化シリコン（ＳｉＣ）製電極支持体１で
生ずる、第１図Ｂの偏向用電極２の接地抵抗Ｒ１は１０
⁶Ω程度である。Ｒ１が１０⁶程度の抵抗値であれば、制
御電源から偏向用電極へ流れ込む電流１０^-4Ａ程度であ
って、制御電源６の負担には殆どならない。

この接地抵抗Ｒ１の絶縁に近い高抵抗から１０⁶程度へ
の大幅な低下によって、リード線５を経由する外乱ノイ
ズの影響は、従来に比べて格段に減少した。リード線５
に付加する抵抗Ｒ５の効果も著しく上昇した。

また、接地抵抗Ｒ１を通じて、表面に付着した電荷が忽
ち消失するため、電極支持体１の表面１１に荷電ビーム
３の散乱したものがふりかかったため起こっていた各種
の擾乱も、従来に比べて極めて小さくすることが出来
た。

電極支持体用材料として体積抵抗率の低い炭化シリコン
を選んだのには理由がある。

炭化シリコンを使用せずに、従来の材料即ち酸化アルミ
ニウムや酸化シリコンで偏向用電極２の接地抵抗値１０
⁶Ω程度にするには、電極支持体の厚みを非常に薄く、
１μｍ以下としなければならない。これは機械的強度お
よび空間絶縁の問題から実現不可能である。体積抵抗率
の現実的な値は、実験的，設計上の見地から、１０⁶Ω
ｃｍ台を中心にして上下に４桁、即ち１０²Ωｃｍ乃至
る１０¹⁰Ωｃｍの範囲で選ぶことが出来る。この範囲の
選定の理由は、外乱ノイズと表面電位変化の面からプラ
ス・マイナス２桁、また変無用電極、電極支持体の寸法
の面からさらにプラス・マイナス２桁、の変動が許され
る為である。接地抵抗値の加減は流れる電流によって生
ずる磁場の影響が偏向に及ぶことからも制限をうける。

なお、金属皮膜抵抗器と同様の考え方を採用して、従来
の酸化アルミニウム等の絶縁材料の表面に、金属あるい
は半導体膜を薄く被覆することでも、同様の導電性の表
面、および接地抵抗値を得ることは可能である。しかし
実際問題としてこの抵抗値を希望通りに制御することは
明かに困難であり、また、長期間使用するうちには、荷
電ビーム３に叩かれて皮膜が次第に剥離したりするおそ
れもある。

１０⁶Ωｃｍ程度を固有の体積抵抗率を持っている炭化
シリコンを使用するときは、例えば、接地抵抗値として
１０⁶Ωをうるためには、電極支持体（各偏向用電極に
個別）の大きさを１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍにすればよ
く、極めて現実的な数値となる。その抵抗値は、当然の
ことながら、表面がどう変質しようと殆んど一定であ
り、長期に亙って安定である。

さらに炭化シリコンには、酸化アルミニウム等に比べて
熱電導率が非常に大きいという長所があり、熱設計も非
常に楽になる。

また炭化シリコンは、酸化アルミニウムと同様に表面の
メタライジングや偏向用電極，リード線のロー付け等も
容易であり、曲げ強度、硬度も若干上回っている。この
ため静電偏向器のように非常に高制度に偏向用電極を固
定しなければならない場合に最適な電極支持体用材料と
言える。さらにまた、従来、炭化シリコンはその良好な
耐摩耗性と耐薬品性とにより、軸受け等のシール部やケ
ミカルポンプ用部品として広く利用されており、その材
質の安定性も充分に実証されている。

ただし、本発明においては、電極支持体の材料は炭化シ
リコンに限られるものではなく、適当な体積抵抗率を持
つ物質であればすべて使用できる。

また、フレームは必ずしも接地されていることを要せ
ず、その材質も金属に限定されるものではない。

次に、本願の第２の発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第２図Ａにこの発明の実施例の荷電ビーム用静電偏向器
の正面断面図、第２図Ｂにこの等価回路図を示す。それ
ぞれは第１図Ａ，第１図Ｂに対応している。

この実施例では、リード線５を電極支持体１に対して、
偏向用電極２の丁度裏側にあたる位置にてロー付けして
いる。この構成の場合は、このロー付け位置から偏向用
電極２に至るまでの間の薄い炭化シリコン膜の抵抗値
が、第２図Ｂの抵抗Ｒ５となり、リード線からの外乱ノ
イズを防止する抵抗が、最良の位置を選んで自然に付加
されたことになっている。

この構成にはさらに実用上の長所がある。それは気密の
ロー付けを要する場所が、フレーム４と電極支持体１の
間だけとなるので、工程が簡略化されることである。

この第２の発明は、第３図（平面断面図）のように実施
するとき、さらに効果がある。即ち、炭化シリコンの電
極支持体１を環状に構成して、これをそれと一体の、ま
たは別途設けられた炭化シリコンの複数の脚体７でフレ
ーム４に固定し、環状の炭化シリコンのソリッドの抵抗
に先述の第５図Ｃの抵抗回路網の抵抗（群）ｒの代わり
の役を果たさせるのである。従来の第５図Ｂの装置をノ
イズに強くすると共に、装置を大幅に簡略化し安価にす
ることが出来る。偏向用電極数が８極よりも多く例えば
１６極なったときや、静電偏向器が軸方向にも積層され
るときなどには一層の効果を発揮する。

（発明の効果）本発明の荷電ビーム用静電偏向器によれば、荷電ビーム
を高精度に偏向できるばかりでなく、ノイズ防止用のシ
ールドやビーム散乱防止用のカバー等が不要となり、シ
ステム全体を非常に簡略化することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ，Ｃは、本願の第１の発明の実施例の静電
偏向器の正面断面図，等価回路図，平面断面図。第２図Ａ，Ｂは、本願の第２の発明の実施例の正面断面
図、等価回路図。第３図は、本願の第２の発明の別の実施例の平面断面
図。第４図Ａ，Ｂ，Ｃは、従来の静電偏向器の正面断面図，
平面断面図，等価回路図。第５図Ａは、従来の静電偏向器の部分的正面断面図。第５図Ｂは、従来の８極用の静電偏向器の平面断面図
で、第５図Ｃはそれに用いられる電圧配分用回路図。１…電極支持体、２…偏向用電極、３…荷電ビーム，４
…フレーム、５…リード線、６…制御電源、Ｒ１，Ｒ
５，ｒ…抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレームとの間に所定の電圧が印加可能な
偏向用電極と、その偏向用電極をフレームに固定する電
極支持体とで構成される静電偏向器において、その電極
支持体を体積抵抗率が１０²Ωｃｍ乃至１０¹⁰Ωｃｍの
範囲内にある材料で構成したことを特徴とする荷電ビー
ム用静電偏向器。
【請求項２】フレームとの間に所定の電圧が印加可能な
偏向用電極と、その偏向用電極をフレームに固定する電
極支持体とで構成される静電偏向器において、その電極
支持体を体積抵抗率が１０²Ωｃｍ乃至１０¹⁰Ωｃｍの
範囲内にある材料で構成すると共に、該偏向用電極への
該所定の電圧の印加を、該電極支持体を経由して行なっ
たことを特徴とする荷電ビーム用静電偏向器。