(57)【要約】【課題】  回転対称系における従来の収差補正システムの問題を解決し、低コストでかつ小型の荷電粒子ビーム用軌道補正器の製作方法を提供する。【解決手段】  荷電粒子ビーム源から発生する荷電粒子ビームの通路に設置される荷電粒子ビーム用軌道補正器において、導電体であって前記荷電粒子ビームを電流で制御する複数の電極と、複数の絶縁体とが、拡散接合により互い違いに接合され、内部が電子線通路として構成されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム源から発生する荷電粒子ビームの通路に設置される荷電粒子ビーム用軌道補正器の製作方法において、導電体であって前記荷電粒子ビームを電流で制御する複数の電極と、複数の絶縁体とを、拡散接合により互い違いに接合させることを特徴とする荷電粒子ビーム用軌道補正器の製作方法。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記電極は、チタンを含む金属であることを特徴とする荷電粒子ビーム用軌道補正器の製作方法。
【請求項３】
荷電粒子ビーム源から発生する荷電粒子ビームの通路に設置される荷電粒子ビーム用軌道補正器において、導電体であって前記荷電粒子ビームを電流で制御する複数の電極と、複数の絶縁体とが、拡散接合により互い違いに接合され、内部が電子線通路として構成されることを特徴とする荷電粒子ビーム用軌道補正器。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記電極は、複数段の分割電極群が上下に配置されたものであり、該複数段の各段に異なる電圧を与えて前記荷電粒子ビームの軌道を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム用軌道補正器。
【請求項５】
請求項４の記載において、前記複数段の分割電極群は、その中心点を点対称として構成されていることを特徴とする荷電粒子ビーム用軌道補正器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム装置の光学系における荷電粒子ビーム用軌道補正器、及び、荷電粒子ビーム用軌道補正器の製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子の一種である電子やイオンビームを用いた装置のうち、電子を収束させて試料面上に結像照射する電子顕微鏡，電子ビーム露光装置，イオンビーム装置などの荷電粒子ビーム装置は、広範なナノテクノロジー分野で重要な役割を果たしている。これらの荷電粒子ビームの収束には、電極又は磁極で構成された電子レンズが用いられる。このような電子レンズを用いるときに問題となるのが、電子光学的な収差である。一般に、回転対称な構成の電子レンズは、軸外側でその電磁極に近いほど収束作用が大きくなり、凸レンズとして機能する。さらに、この電磁場と荷電粒子ビームの相互作用で、高次の摂動成分である収差により、ある点から発した荷電粒子ビームについて、レンズへの入射条件に依存して微小な分散が発生することが知られている。そのため、理想的な点光源であっても、その放射角分布や中心軌道軸に依存して、結像点に有限の広がり、いわゆるビームぼけを発生してしまう。このように収差は、収束荷電粒子ビームによる試料観察での分解能劣化や、微細加工での重大な精度劣化要因となる。
【０００３】
ビーム電流分布やエネルギー分散があると、軸上でビームぼけが発生する。一般に荷電粒子ビーム装置では、光源より発した荷電粒子ビームを広く取り込むほど収束レンズ内の軌道分布が広がり、収差量が増加する。収差量を低減するためには、収差源となる電子レンズを強く励起して短焦点として作用長を短くし、軌道分散すなわちぼけを低減する方法がとられる。
【０００４】
また、この収差を補正する方法として、回転対称でない多極子を多数段配置して、その発散と収束を制御する収差補正方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。具体的には、磁界型の６極子系または４極子４段と８極子３段を交互に配列した系による球面収差補正器、更には１２極子電磁極による色，球面収差補正器等が提案されている。
【０００５】
これらの多極子補正系を構成する全ての電磁極は、機械加工，配置に極めて高精度が要求される。微細な収差を補正するにはノイズや電源変動の影響も受けやすく、高安定な電源，調整法が多数必要となる。また、磁極を用いる磁場型では、磁化ヒステリシスも問題となり、特性のばらつき要因となる。特に、収差補正器のように、突き出した磁極の場合は、高透磁率材の使用が外部からの磁場ノイズを誘導する要因ともなる。一方、静電系は複雑な絶縁構造や真空内でビームに対向するため、コンタミネーションによるドリフト影響低減も実用化のための課題となる。このような技術的な困難さやコスト的な課題が大きく、多極子補正系は、まだ一部の電子顕微鏡に適用されているのみである。このような課題を解決し、安価で高精度かつ調整が容易な多極子補正システムの実現が大きな技術課題となっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
その多極子補正システムの実現に当たり、多極子である絶縁体と導電体を接合させ電極を製作することも技術課題の一つでもある。その接合方法として、大きく分けて３つの接合法がある。
【０００７】
まずボルトやはめあいで接合させる機械的接合法、次に無機材や有機材またはろう材などを用いる中間材法、最後に摩擦熱や化学反応や高温圧力を用いる直接的接合法がある。機械的接合法ではボルトによる締付具合により絶縁体を破損させる課題があった。中間材法では、有機材や無機材の接着剤を利用する接合方法がある。その接合では、所定の形状に加工した導電体と絶縁体の間に接着剤を塗り、接着させるために固定させる。しかし、接着剤の流れが制御できず荷電粒子通路側にはみ出し、電荷が接着材へ帯電し荷電粒子線が所定の軌道が得られず偏向してしまうという課題があった。他の中間材法ではろう材を使用した接合方法としてメタライズと呼ばれる接合方法がある。この場合、絶縁体の両面に銀等のろう材を絶縁体に塗布し高温で処理し塗布した面をメタライズ化させる。その絶縁体と導電体の熱膨張率が中間の物となるような部材、例えばコバールとよばれるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を絶縁体に乗せ、再度熱処理を施し接合させる。最終的にコバールと導電体にＴＩＧ溶接を施す。しかし、一般的な方法では位置ずれが発生してしまう課題があった。
【０００８】
これらを解決するために、テーパー角度を設けることで位置ずれを防止する方法が考案されているが、絶縁体と導電体が２mm以下と薄く外径がΦ２０mm以下の場合取り扱いし難く、特に多段に接合させる場合にろう材の厚さにより傾くという課題があった。さらに、コバールには鉄が含まれているため荷電粒子線が所定の軌道が得られずドリフトしてしまうため、非磁性材料で接合しなければならないという課題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２６８７７０号公報
【非特許文献１】H. Rose, “Outline of an ultracorrector compensating for all primary chromatic and geometrical aberrations of charged-particle lenses”,Nucl. Instrum. Meth., A 519(2004),12-27.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、回転対称系における従来の収差補正システムの問題を解決するために、低コストでかつ小型の荷電粒子ビーム用軌道補正器、その製作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、荷電粒子ビーム源から発生する荷電粒子ビームの通路に設置される荷電粒子ビーム用軌道補正器において、導電体であって前記荷電粒子ビームを電流で制御する複数の電極と、複数の絶縁体とが、拡散接合により互い違いに接合され、内部が電子線通路として構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転対称系における従来の収差補正システムの問題を解決し、低コストでかつ小型の荷電粒子ビーム用軌道補正器、その製作方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の実施態様を説明する。
【実施例１】
【００１４】
上記の原理に基づき、以下、本発明の第１の実施例を説明する。図１は、荷電粒子ビーム用軌道補正器の製作フローを示すフローチャート、図２は、荷電粒子ビーム用軌道補正器の構成図で、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は断面図である。
【００１５】
荷電粒子ビーム用軌道補正器は、荷電粒子ビーム源から発生する荷電粒子ビームのビーム放射軸を少なくとも分割数２以上で直角に分割し、ビーム軸に沿って垂直に配置した多段の同軸電極系と、回転対称な磁界レンズ斜入射軌道を組み合わせて解決する荷電粒子ビームの軌道を制御するように構成する。電極間に設置される絶縁体は、セラミック（Ａｌ2Ｏ3）をＴｉ入り銀ろう材でメタライズ化させる。電極は、Ｔｉを含む導電体を真空高温炉で拡散接合させる。そして、非磁性材同士で絶縁体と導電体を接合させ、接合時の高温処理をバッチ処理する。
【００１６】
薄板の絶縁体と導電体の接合にコバール等の中間材を用いない方法として、拡散接合がある。この拡散接合法は、絶縁体にチタン入りのろう材を塗布し、高温処理により絶縁体にメタライズ層を形成させた後、Ｔｉを母材とした導電体を乗せ、真空中で８００℃から１１００℃の高温処理をすることで接合するものである。このとき、絶縁体のメタライズ層のＴｉと導電体であるチタンが真空中にて高温処理をすることで、Ｔｉが拡散して、拡散層が５から２０μｍ形成されて、接合が可能となる。これは、文献  日本金属学会誌 51 839-847(1987)，文献  表面科学 8 254-260 (1987)に記載されている。電極となる導電体がＮＣ加工機などによる部品加工が可能な寸法であれば、接合することができるので、小型化が可能で、さらに真空中での高温処理時、数個から数十個を１バッチで処理することで低コストも実現できる。
【００１７】
電極は、Ｔｉ母材またはＴｉを数パーセント含むＳＵＳ３２１を用い、第一電極５，第二電極６，第三電極７，第四電極８を一体で加工するとともに、外形とビーム通路である内径も一体で加工する（ステップ１００）。接合時の絶縁体Ａ３１の厚さを考慮し、球面加工中心２を、ＮＣ工作機械またはワイヤー放電加工機などを用いて、ビーム通路に直角に第一電極５と第二電極６，第三電極７と第四電極８に２分割する（ステップ１０１）。２分割した部材に対し絶縁体Ａ３１の挿入寸法を差し引いた球面加工中心２を元に、球面加工部９を加工する（ステップ１０３）。ここでさらに電極を分割させたい場合には、挿入する絶縁体Ａ３１の厚さを考慮して、ワイヤー放電加工機などを使い、第一電極５，第二電極６，第三電極７，第四電極８に切断する（ステップ１０３）。一方、絶縁体群３を構成する絶縁体Ａ３１，絶縁体Ｂ３２，絶縁体Ｃ３３の厚さは０.５mm以下とし、外径は第一電極５と同径とし、内径は球面加工部９のサイズより径で２mm以上とすることで、ビーム１が中心を通った場合、ビーム１の入射時と出射時の第一電極５と絶縁体Ａ３１、第四電極８と絶縁体Ｃ３３との距離が遠くなるため、電荷帯電の影響を防ぐことができる。
【００１８】
絶縁体群３は、厚さ０.５mm以下、外径は第一電極５と同径、内径は球面加工部９の大きさで成型後燒結させる（ステップ１０３）。この絶縁体にＴｉ入り銀ろう材を表裏のみに塗る（ステップ１０４）。表面を高温処理してＴｉ入り銀ろう材をメタライズ化させる（ステップ１０５）。Ｔｉで製作した部材第一電極５，第二電極６，第三電極７，第四電極８に、メタライズさせた絶縁体Ａ３１の外径基準で位置合わせしながら間に挟み、重ね合わせる（ステップ１０６）。絶縁体Ａ３１，絶縁体Ｂ３２，絶縁体Ｃ３３のＴｉ入りメタライズ層と、Ｔｉ部材の第一電極５，第二電極６，第三電極７，第四電極８を真空炉の中で高温処理し、それぞれ拡散接合させる（ステップ１０７）。拡散接合後、先に加工した球面加工中心２を仮想点とする点対象として接合させることができる。また、拡散接合部は、Ｈｅリーク漏れ量１.３×１０-10Ｐａ・ｍ3／秒以下と機密性が良く、内部を真空に保つことが可能なので、真空パイプを設けなくてもビーム通路として利用できる。
【００１９】
以上述べた本発明の実施例によれば、電源を含め極めて小型でかつ低コストに、収差補正等の汎用性が高い荷電粒子ビームの軌道補正が実現できる。その結果、回転対称系における従来の収差補正システムの問題を解決し、低コストでかつ小型の荷電粒子ビーム用軌道補正器を提供することができる。
【実施例２】
【００２０】
本発明の第２の実施例を説明する。図３は、荷電粒子ビーム用軌道補正器の構成図であり、斜視分解図でその構成を示す。
【００２１】
Ｔｉ母材またはＴｉを数パーセント含むＳＵＳ３２１で導入電極４を製作する。前述の実施例１で製作した電極に対し、ビーム軸方向と平行にビーム軸を通り、導入電極４と絶縁体Ｄ３４の厚さ分を差し引いて少なくとも２つに分割する。絶縁体Ｄ３４にＴｉ入り銀ろうを塗布し、高温処理しメタライズ化させる。メタライズ化させた絶縁体Ｄ３４で導入電極４を挟む。それらを重ね合わせた状態で再び真空炉の中で高温処理し、絶縁体Ｄ３４と導入電極４を再度拡散させ、接合させる。このとき、先に接合した温度まで到達させると接合部が溶けて分解してしまうため、実施例１で処理した温度以下で拡散接合させる。例えば、実施例１で接合した処理温度が９００℃ならば８４０℃とすれば、実施例１で接合した部分も外れることなく、全て拡散接合させることができる。また、強度を増したい場合、先に接合させた温度よりも低温度処理すれば、高強度となることが判明している。これは、文献「金属とセラミックスの接合、日本における接合研究の現状」（株）内田老鶴圃  265-283(1990)に記載されている。このように接合温度を変えることで、横または縦方向に電極の数を増やすことができる。従来の収差補正システムの問題点でもある収差補正をさせるには、極数を増やすことで回避することも可能で、Ｔｉの拡散接合を使うことで磁性材を使うことがなく製作上の問題を解決できる。また、小型のため高温処理時に一度に数個から数十個を処理できるため、低コストでかつ小型の荷電粒子ビーム用軌道補正器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】荷電粒子ビーム用軌道補正器の製作フローを示すフローチャート。
【図２】荷電粒子ビーム用軌道補正器の構成図。
【図３】荷電粒子ビーム用軌道補正器の構成図。
【符号の説明】
【００２３】
１  ビーム
２  球面加工中心
４  導入電極
５  第一電極
６  第二電極
７  第三電極
８  第四電極
９  球面加工部
３１  絶縁体Ａ
３２  絶縁体Ｂ
３３  絶縁体Ｃ
３４  絶縁体Ｄ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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