(57)【要約】  【課題】  非磁性で、且つ、電荷が帯電しチャージアップすることなく、高電圧をかけられても静電偏向器の内周部に複数に分極されている電極間で導通がされることのない好適な体積固有抵抗値を有する材質からなる静電偏向器を得ること。【解決手段】  内周部に複数の電極３を備えた筒状基体２を備えた静電偏向器１において、筒状基体２は、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、該チタン酸化物の一部は化学等量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物として存在し、前記各電極間の幅が１ｍｍ以下となるように形成するとともに、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上であるアルミナセラミックスからなること。【選択図】図１
2005190853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周部に複数の電極を備えた筒状基体を備えた静電偏向器において、前記筒状基体は、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、該チタン酸化物の一部は化学等量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物として存在し、前記各電極間の幅が１ｍｍ以下となるように形成するとともに、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上であるアルミナセラミックスからなることを特徴とする静電偏向器。
【請求項２】
上記アルミナセラミックスの出発原料がチタン酸アルミニウムの粉末を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電偏向器。
【請求項３】
上記出発原料をアルミナの粉末が７０〜８５重量％、チタン酸アルミニウムの粉末が１５〜３０重量％としたことを特徴とする請求項１に記載の静電偏向器。
【請求項４】
上記アルミナセラミックスのボイド占有率が２％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ＥＢ露光装置や検査装置、電子顕微鏡などに使用される電子ビーム照射装置の静電偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路の微細化及び高密度化が進み、長年微細パターン形成の主流であったフォトリソグラフィ技術に代わって、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを用いた露光法、或いはＸ線を用いる新しい露光法が検討され、実現化されている。
【０００３】
従来、微細な配線パターンを露光するＥＢ露光装置や、電子線を利用した高感度、高解像度な電子線検査装置などに代表される電子線を用いた電子ビーム照射装置の静電偏向器としては、電子ビームの軌道を偏向させ集光部分が電極から等距離に配置するために円筒基体が用いられ、その材質として絶縁セラミックスが用いられている。そして、その円筒基体の内周表面には、複数に分極したＡｕ，Ｐｔ等の薄い金属膜からなる電極を形成している。この分極の手法としては、筒状基体の内周部に軸方向の小さな溝を形成し、径方向に対して複数の電極を形成する方法が一般的に採用されていた。そして、上記複数の電極に電圧を印加させることで磁場を発生させ、所望の電子ビームの照射方向を制御できるものであった。
【０００４】
この時、露光の分解能を上げるためには、できるだけ高い電圧をかけることが望ましいが、筒状基体が絶縁である場合、高い電圧を印加すると、筒状基体に形成した各電極間でチャージアップする問題があった。この為、チャージアップを防止する目的で、溝形状を大きくし、電極間の幅を広げる手段を採用していたが、この為、静電偏向器そのものが大型化することにつながり、その結果、静電偏向器を搭載したＥＢ露光装置や、電子線検査装置などは、装置自体が大型化してしまい、装置の立ち上げやメンテナンスに時間が掛かる問題や、装置自体のコストが高くなるなど、大きな問題となっていた。また、近年の技術動向として、ＥＢ露光装置の場合、露光のスループットを上げる為に、電子顕微鏡の場合では、観察する試料の電子線によるダメージを軽減する目的で、電子ビームを低加速電圧で照射することが注目されている。そのため、電子ビームを照射する静電偏向器自体を小型化する要求もある。
【０００５】
ところが、従来の絶縁セラミックスを静電偏向器の筒状基体として用いると、分極した電極間でのチャージアップがより顕著になる。これは、静電偏向器の筒状基体が小型になると必然的に分極した電極間の幅が小さくなるので各電極に電荷が帯電しやすい構造になるためである。従って、筒状基体の電極間の幅を狭めるのにも限界があり小型化の要求を満たすことはできなかった。
【０００６】
その為、静電偏向器を小型化した筒状基体に用いる材質は絶縁材質ではないものが好ましいと考えられ、特許文献１では、静電偏向器の電極が、少なくとも１０−５〜１０Ω・ｍの範囲で選定された比抵抗をもつ導電性セラミックの表面に金属被膜を形成してなる電子ビーム露光装置の静電偏向器が提案されている。
【０００７】
一方、上述の静電偏光器の用途とは異なるが、絶縁ではないセラミックスとして特許文献２〜５に開示されている。
【０００８】
特許文献２に、アルミナに酸化チタン、五酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガンなどを添加した１０５〜１０１１Ω・ｍの抵抗率を有する材料が提案されている。
【０００９】
特許文献３では、記録再生用装置に用いられる導電性材質として、１０〜１０６Ω・ｍの範囲の体積固有抵抗値を有する半導通材料が提案され、基本組成がアルミナと残部が球状のチタン酸化物からなり、少なくともチタン酸化物の一部は化学等量よりも酸素量が少ないアルミナとの複合酸化物として存在するものが提案されている。
【００１０】
特許文献４に、静電チャック用部材として体積固有抵抗値が１０７〜１０１１Ω・ｍの範囲の半導電性材料が提案され、チタン酸化物をＴｉ換算で０．５〜３．６質量％、ボロン及び／またはボロン化合物をＢ換算で０．０４〜０．９質量％含み、残部が実質的にアルミナからなり、非酸化性雰囲気焼成で得られてなるものが提案されている。
【００１１】
特許文献５に、体積固有抵抗値が１０８Ω・ｍ以上の半導電性材料として、特許文献５に記録再生ヘッド用非磁性セラミックスが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１１９３７号公報
【特許文献２】特開平８−６７５５３号公報
【特許文献３】特開２００１―１９５３６号公報
【特許文献４】特開２００３―１１９０７１号公報
【特許文献５】特開平７−２８７８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述のように特許文献１には円筒状基体の体積固有抵抗が１０−５〜１０Ω・ｍの材質を静電偏向器に適用しているが、近年では、偏向機能の精度向上、応答速度の高速化の為、５ｋＶ以上の高い電圧を印加する場合が多く、体積固有抵抗が１０−５〜１０Ω・ｍだと静電偏向器の筒状基体の内周部に複数に分極されている電極間で導通してしまうといった課題があった。
【００１３】
また、チャージアップ防止として絶縁ではない材質が開示されている特許文献２〜５の材質を用いることも考えられるが、いずれも静電偏向器に使用するには問題がある。即ち、特許文献２においては、円筒状基体を構成するセラミックスのボイド占有率が大きく、真空引を行った場合、ボイドに吸着されている水分や有機系の付着物がアウトガスの発生源になる場合があり、しかも、導電性を得る為に添加している酸化クロムや酸化マンガン自体が磁性を有しており、静電偏向器として使用した場合、磁場に歪みが発生してしまうという課題があった。
【００１４】
また、特許文献３でも、気孔率が２．８〜８．３％と非常に大きく、静電偏向器として使用した場合、特許文献２と同様にアウトガスの発生源となるといった課題があった。また、アルミナ粉末とチタン酸化物粉末の混合粉末を還元雰囲気で焼成するため、アルミナ結晶が緻密に焼結されない為、アルミナ粒界にＡｌ２ＴｉＯＸが均一に分散して固溶する状態となりにくく、Ａｌ２ＴｉＯＸが電子の通り道となるドーパントとして作用されにくく、絶縁耐力としては低い値であることが課題であった。
【００１５】
さらに、特許文献４では、窒化ホウ素または炭化ホウ素を添加している為、大気雰囲気で焼成すると、窒化ホウ素または炭化ホウ素が酸化されるため、非酸化雰囲気で焼成する必要がある。このため、アルミナ粉末とチタン酸化物とホウ素化合物の粉末をホットプレス、ＨＩＰまたはガス圧焼成で焼結せざるを得ず、必然的に静電偏向器の電極として用いる筒状基体のような複雑で高精度な焼結体を得ることが難しく、静電偏向器としては不向きであった。また、アルミナ粉末とチタン酸化物とボロン化合物の粉末をホットプレス、ＨＩＰまたはガス圧焼成で焼結させる為、短時間での焼成プロファイルとせざるを得ず、アルミナ結晶の焼結過程で、アルミナ粒界にＡｌ２ＴｉＸとボロン化合物が、均一に分散させることが困難となり、絶縁耐力も低くなり、電極間でチャージアップが発生しやすく
いとう課題があった。
【００１６】
またさらに、特許文献５では、記録再生用ヘッド用材料として、摺動による静電気をリークさせる目的で、体積固有抵抗が１０８Ω・ｍ以上、望ましくは１０９Ω・ｍ以上、さらに１０１０Ω・ｍ以上が最適とされているが、静電偏向器として使用することの記載はまったくないばかりか、仮に使用した場合でも高い電圧が印加されることから、上記体積固有抵抗値を有する基体では、電荷が帯電しチャージアップするといった課題があった。
【００１７】
以上のように従来の材質では、静電偏向器の筒状基体として適した材質はなく、しかも、偏向機能を有する筒状基体を小型化させた場合でも、非磁性で電子ビームのゆがみが発生せず、且つ、電荷が帯電しチャージアップすることなく、高電圧をかけられても静電偏向器の内周部に複数に分極されている電極間で導通がされることのない高精度な静電偏向器が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
そこで、本発明者は上記課題を鑑み、本発明の静電偏向器は、内周部に複数の電極を備えた筒状基体を備えた静電偏向器において、前記筒状基体は、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、該チタン酸化物の一部は化学等量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物として存在し、前記各電極間の幅が１ｍｍ以下となるように形成するとともに、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上であるアルミナセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００１９】
上記アルミナセラミックスの出発原料がチタン酸アルミニウムの粉末を含むことを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、上記出発原料をアルミナの粉末が７０〜８５重量％、チタン酸アルミニウムの粉末が１５〜３０重量％としたことを特徴とする請求項１に記載の静電偏向器。
【００２１】
上記アルミナセラミックスのボイド占有率が２％以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の構成によれば、本発明者らが鋭意検討の結果、筒状基体を小型化にすることで内周部に形成する各電極間の幅が１ｍｍ以下になったとしても、上述の真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上のアルミナセラミックスを用いると電極間に電荷が帯電してチャージアップすることがなく、逆に、各電極間が導通することもなく、完全に各電極間を分極させることが可能となり、これにより、安定的した電子ビームが通過できる静電偏光器を提供することができる。従って、これを用いることにより電子ビームの焦点精度、及び応答速度が向上するので高精度の静電偏向器を得ることができる。
【００２３】
さらに、静電偏向器に可能限り電圧を高くしても充分作動することができるので、分極されている電極間の幅を極小化することが可能となり、従来の静電偏向器に比べて小型化させることが可能となった。従って、本発明の静電偏向器を搭載したＥＢ露光装置や電子線検査装置を小型化でき、設置面積、装置コスト面で優位となるばかりか、露光精度、分解能などの特性に優れるなどの特徴がある。
【００２４】
また、本発明の静電偏向器は、上記チタン酸化物が、チタン酸アルミニウムであることを特徴としているので、アルミナ粒界にαアルミナとの反応生成物であるＡｌ２ＴｉＯ５が均一に分散して固溶する状態を作りやすく絶縁耐力を向上させることができる。
【００２５】
さらに、本発明の静電偏向器用の筒状基体は、上記アルミナが７０〜８５重量％で、且つ上記チタン酸アルミニウムが１５〜３０重量％であることを特徴としているので、アルミナ本来の高い強度を損ねることがなく、複雑かつ高精度な静電偏向器の加工にも対応できるようになる。
【００２６】
そして、上述した静電偏向器の筒状基体のボイド占有率が２％以下とすることにより、真空圧下においてのアウトガスの発生量を極力少なくすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施するための最良の形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明に係る静電偏向器１の一実施例を示す図で、（ａ）は径方向の断面図を、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面をそれぞれ示す図である。
【００２９】
本発明の静電偏向器１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として用いられ筒状基体２と、後述の筒状基体２の内周部に形成した電極３に電圧印加用のコネクタとして外部から電圧を与えるピン４とから構成されている。
【００３０】
筒状基体２は円柱の中央に形成した貫通孔により筒状と成したものであり、その内周部には複数の電極３が円周方向に溝部５を介して形成されている。また、上述のピン４が筒状基体２の側壁を貫通して電極３と接続している。
【００３１】
電極３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。電極３は、筒状基体２の中心軸線と同軸上に複数形成され、且つ、同一円周上にも複数形成されており、同一円周上にある電極３は１個または２個以上の偶数個になっている。電極３が同一円周上で２個以上の偶数個となる場合は、その面積はほぼ等しいことが望ましい。また、２個以上の偶数個となる場合は、基本的に電気的に独立した電極となる。尚、図１では電極３が同一円周上で４個を形成した場合を示している。
【００３２】
そして、電極３は軸方向に設置された溝５により隣接する電極３同士と分極がなされる。溝５は電極３だけの溝５であっても、筒状基体２の厚み方向にも溝が形成されたものでもよい。尚、図１における溝は筒状基体２まで溝５が形成された図である。
【００３３】
筒状基体２の内周部の円筒度、真円度、同軸度などの寸法精度は、静電偏向器１として必要十分な性能を得る為、数μｍからサブミクロンオーダーに加工する必要があり、好ましくは２μｍ以下の円筒度、真円度と、外径に対する内径の同軸度は２μｍ以下であることがよい。
【００３４】
ピン４の材質としてはＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等の非磁性のものが用いられ、筒状基体２及び電極３の双方にロウ付けにより接合され電極３と電気的に導通させるようにする。ピン４のロウ付け部については、ＡｇやＣｕ、Ｔｉなどの非磁性のロウ材であればよく、筒状基体２の内周部と外周部との気密性を確保する為、１０−７ｔｏｒｒ以下の気密性が必要となる。
【００３５】
筒状基体２の材質としては、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、そのチタン酸化物の一部は化学等量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物（以下、「酸素欠乏チタン酸化物」という）として存在するアルミナセラミックスとすることが重要であり、特に、アルミナセラミックスに酸素欠乏チタン酸化物を存在させる方法として、出発原料がアルミナ粉末にチタン酸アルミニウムの粉末を含有させたものを成形、焼成した後、更に、還元雰囲気下にて再焼成することでアルミナセラミックスを作製することが重要である。即ち、チタン酸アルミニウム粉末をアルミナ粉末に含めたものを成形、焼成することで、アルミナ粒界にαアルミナとの反応生成物であるＡｌ２ＴｉＯ５が均一に分散して固溶する状態を作りやすくできる。そして、この均一に分散されたＡｌ２ＴｉＯ５の一部を、還元雰囲気で焼成して酸素欠乏チタン酸化物とすることで、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗とし、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上の筒状基体２を安定的に得ることができる。
【００３６】
これに対し、特許文献２〜５に示されているように、単純なチタン酸化物、例えばＴｉＯ２を１５〜３０重量％アルミナに加えた場合、アルミナ粒界には、Ａｌ２ＴｉＯ５の生成が少なくなり、ＴｉＯ２がアルミナ粒界に大部分存在する組織となるため、このＴｉＯ２をアルミナに加えたアルミナセラミックスを更に還元雰囲気で焼成し、アルミナセラミックスの一部が化学等量的に酸素量を少なくしたアルミナとの複合酸化物にしたものと、本発明のようにチタン酸化物換算で同量のチタン酸アルミニウムを添加したものと比較すると、体積固有抵抗値と真空下における電圧印加時の絶縁耐力の値に差が生じることが見出された。
【００３７】
ところで、酸素欠乏チタン酸化物であることとは、アルミナ粒界に固溶しているチタン酸化物、例えばＴｉＯ２、Ａｌ２ＴｉＯ５のＴｉ４＋の一部がＴｉ３＋に還元されている状態を言い、これらはＸ線回折またはオージェ電子分光分析によって確認することができる。
【００３８】
本発明のアルミナセラミックスを構成する出発原料の含有量としては、アルミナ粉末７０〜８５重量％とチタン酸アルミニウム粉末１５〜３０重量％とから成るのがよく、チタン酸アルミニウム粉末の含有量が１５重量％より少ないと、焼成後のセラミックスを再度還元して酸素欠乏チタン酸化物としても、体積固有抵抗が１０１０Ω・ｍよりも大きくなってしまい、電子ビーム放出時の際、高電圧を静電偏向器１に印加した場合、複数に分極されている電極３間に電荷が帯電しチャージアップしてしまう。一方、チタン酸アルミニウム粉末の含有量が３０重量％より多いと、チタン酸化物の一部が還元焼成により酸素欠乏チタン酸化物としても体積固有抵抗が１０４Ω・ｍ以下となってしまい、静電偏向器１の筒状体の内周部に複数に分極されている電極３間で導通してしまう為、分極構造が維持できず、安定して電子ビームを放出することが困難になってしまう。その為、アルミナ粉末が７０〜８５重量％で、且つチタン酸アルミニウムの粉末が１５〜３０重量％であることが好ましい。さらに好ましい範囲としてはアルミナが７２〜７７重量％で、且つチタン酸アルミニウムの粉末２３〜２８重量％とすることで安定して体積固有抵抗を１０５〜１０８Ω・ｍとすることができる。
【００３９】
また、これらの筒状基体２は、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有することが重要である。体積固有抵抗の範囲を１０４〜１０１０Ω・ｍとしたのは、１０１０Ω・ｍよりも高い値だと、例えば、ＥＢ露光装置の場合、電子ビーム放出時の際、高電圧を静電偏向器１に印加すると、筒状基体２の内周部に複数に分極されている電極３間に電荷が帯電しチャージアップしてしまう。逆に、１０４Ω・ｍよりも小さい値だと、体積固有抵抗値が低すぎることで、分極されている電極３間で導通してしまうといった問題が発生してしまい、安定して露光することが困難になる。
【００４０】
そのため、静電偏向器１の体積固有抵抗は１０４〜１０１０Ω・ｍの範囲とすることが好ましく、さらに１０５〜１０８Ω・ｍの体積固有抵抗がより好ましい。ここで体積固有抵抗は、東亜電波工業製のＤＳＭ−８１０３等の絶縁抵抗計を用いて、ＪＩＳ  Ｃ  ２１４１に準拠した三端子法における体積固有抵抗を測定することができる。
【００４１】
さらに、真空下で、電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上であることが必要である。
【００４２】
即ち、本発明者らが鋭意検討の結果、筒状基体２を小型化にすることで内周部に形成する各電極３間の幅が１ｍｍ以下になったとしても、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上のアルミナセラミックスを用いると電極３間に電荷が帯電してチャージアップすることがなく、逆に、各電極３間が導通することもなく、完全に各電極３間を分極させることが可能となり、これにより、安定的に電子ビームが通過できる静電偏向器を提供することができる。従って、これを用いることにより電子ビームの焦点精度、及び応答速度が向上するので高精度の静電偏向器を得ることができる。尚、絶縁耐力としては、好ましくは５ｋＶ/ｍｍ以上、さらに好ましくは５〜１５ｋＶ/ｍｍとすると良い。
【００４３】
尚、本発明における絶縁体力を測定する際の真空下とは、１０−５ｔｏｒｒ以下の大気圧を言うものとする。
【００４４】
ここで絶縁耐力とは、任意サイズの試験体（本発明では筒状基体の用いる材質）に、ＡｕやＰｔなどの導通膜をメッキしたのち、ダイヤモンドツールなどで、幅０．３ｍｍ、深さ０．３ｍｍの貫通溝を加工したものを絶縁耐力測定用の試験片とする。この本試験片を真空チャンバー内に設置し、貫通溝の両サイドの導通膜のメッキ部に電圧を印加できる端子を接続し、電源装置に接続されたケーブルの片側を＋に、もう一方を−につなぐ。そして、真空チャンバー内を１０−５ｔｏｒｒ以下に真空引きした後、接続した両端子に段階的に電圧を印加して貫通溝間でチャージアップした電圧を絶縁耐力としている。この際、電源装置、溝形状などについては、特に限定されるものではない。
【００４５】
またさらに、筒状基体２のボイド占有率は２％以下であることが好ましく、ＥＢ電子ビーム照射に必要な真空圧１０−７ｔｏｒｒ以下において、アウトガスの発生量を極力少なくすることが可能になる。
【００４６】
ところで、ボイド占有率が２％よりも大きい値だと、ＥＢ電子ビーム照射に必要な真空圧１０−７ｔｏｒｒ以下において、ボイドに入り込んだ水分や有機物が、アウトガスの発生源となり、真空引きが困難になるばかりか、アウトガスにコンタミ源となるような物が含まれていた場合、真空チャンバー内と汚染するなど悪影響を及ぼす結果になるためである。
【００４７】
その為、アルミナとチタン酸アルミニウムの原料精製工程の制御と焼成プロファイルの最適化により、均一で微細な結晶粒径とすることで、ボイド占有率を２％以下とすることで、ＥＢ電子ビーム照射に必要な真空圧１０−７ｔｏｒｒ以下において、アウトガスの発生量を極力少なくすることが可能としている。静電偏向器１の用途によっては、真空圧が１０−９ｔｏｒｒ以下とする場合もあり、アウトガスの放出量をより抑える為に、電偏向器１のボイド占有率を１％以下とすることがより好ましい。
【００４８】
尚、ボイド占有率の測定としては、任意サイズのセラミックス焼結体を作製し、表面を鏡面研磨したのち、ニレコ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳ等の画像処理装置にて画像処理によって測定することができる。
【００４９】
また、本発明の筒状基体２の内径を２０ｍｍ以下のものが用いられるが、好ましくは内径３〜１０ｍｍの小型のものが用いられる。この内径Ｗが小さくなるに従って、電極３の幅ｗも小さく形成されるが、その幅ｗは１ｍｍ以下となるものが好ましく、さらに好ましくは幅ｗ０．２〜０．６ｍｍとする。
【００５０】
本発明の筒状基体２は、アルミナ粒界に微小なＡｌ２ＴｉＯＸを均一に分散させる為に、アルミナとチタン酸アルミニウムの原料精製工程において、アルミナ及びチタン酸アルミニウムの湿式混合粉体の粉砕粒径を０．２〜０．８μｍとなるよう制御し、有機系の分散材の添加によりアルミナ中のチタン酸アルミニウムの分散が均一になるようにして、スプレードライヤーによって乾燥、造粒を行い、ニ次原料を作製する。
【００５１】
ここで、アルミナおよびチタン酸化物を０．２〜０．８μｍの粉砕粒径にすると、再凝集することがある。特にチタン酸化物が再凝集するとアルミナ粒界で均一に分散する状態を得にくくなるため、アルミナ粒界でＡｌ２ＴｉＯＸを均一に分散させるために有機系の分散剤の利用が効果的である。有機系の分散剤は、チタン酸化物の粉砕時もしくは、アルミナとチタン酸化物を混合および粉砕する時に添加すると効果的である。また、用いる分散剤は、アセチレン系、カルボン酸系もしくはエステル系の分散剤が効果的である。
【００５２】
また、焼成工程における焼成プロファイルを、最高温度が１４００〜１６００℃でかつ、収縮開始温度から最高温度までと、最高温度から結晶粒成長が止まるまでの温度域を制御することで、アルミナの結晶粒径のサイズが微細になり、アルミナ粒界にαアルミナとの反応生成物であるＡｌ２ＴｉＯ５が均一に分散する固溶状態のアルミナ−チタン酸アルミニウム焼結体を得た。これにより、電気の通り道となるＡｌ２ＴｉＯＸを、アルミナ粒界に均一に分散している状態を得るばかりか、アルミナの結晶粒径のサイズを１．０〜１０μｍと微細にすることで、電気の通り道を最短にすることができ、絶縁耐力を高めることが可能となった。
【００５３】
以下に本発明の静電偏向器１の製造方法について説明する。
【００５４】
まず、出発原料として、アルミナ純度９９％以上で、平均粒径が０．３〜１μｍのアル粒子と、チタン酸アルミニウム純度９９％以上で、平均粒径が０．３〜２μｍのチタン酸アルミニウムを作製し、有機物添加剤を添加して、湿式状態にて混合、粉砕した後、スプレードライヤーによって乾燥、造粒を行い、ニ次原料を作製する。
【００５５】
得られた２次原料は、ＣＩＰ成形またはメカプレス成形等の公知の成形方法にて８０〜２００ＭＰａの範囲の成形圧力をかけて所望の形状に成形し、公知の切削加工によって所望の形状を形成する。
【００５６】
次に、最高温度が１４００〜１６００℃の範囲となるように焼成し、アルミナ−チタン酸アルミニウム焼結体を形成する。この時、静電偏向器１の基体２としての性能を満たす為、収縮開始温度から最高温度までと、最高温度から結晶粒成長が止まるまでの温度域を、最適条件となるよう制御し、アルミナ粒界にαアルミナとの反応生成物であるＡｌ２ＴｉＯ５が均一に分散する固溶状態を作り、電気特性的にも、ボイド占有率の観点からも安定で、且つ変形の少ないアルミナ−チタン酸アルミニウム焼結体を得る。
【００５７】
次に、このアルミナ−チタン酸アルミニウム焼結体を還元雰囲気中で熱処理を行う。即ち、水素、窒素、あるいはアルゴンなどの還元雰囲気の焼成炉による熱処理、またはＨＩＰ処理にて１０００〜１５００℃にて熱処理を行う。そして、公知の研削・研磨等によって、所定の形状に仕上げる。
【００５８】
次に、ピン４を基体２にロウ付けし、内周側表面に電極３を被着させ、静電偏向器１とする。この時、電極を形成する手段としてはメッキ、ＣＶＤ、ＰＶＤなど公知の金属成膜手段で行う。
【００５９】
ところで、本発明の静電偏向器１は、チタン酸化物が、チタン酸アルミニウムであることを特徴としているが、チタン酸化物がチタン酸アルミニウムだと、アルミナ粒界にαアルミナとの反応生成物であるＡｌ２ＴｉＯ５が均一に分散して固溶する状態を作りやすく、還元焼成により、化学等量より酸素量を少なくすることで、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ１０−５ｔｏｒｒ以下の真空下で、電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上であることを特徴とする静電偏向器１を安定的に得ることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の実施例を示す。
【００６１】
（実施例１）
アルミナ純度９９．５％で、平均粒径が０．５μｍのアルミナ原料と、チタン酸アルミニウム９９．７％で、平均粒径が１．２μｍのチタン酸アルミニウム原料を焼結体組成が表１となるように秤量し、９９．９％のアルミナボールとイオン交換水を加え、粉砕粒度が０．３μｍとなるまで湿式粉砕し、乾燥後８０メッシュを通し整粒した後、φ６０の金型に粉体を充填し、１００ＭＰａの圧力でメカプレス成形した。得られた成形体を、１５００℃の焼結温度で焼成した後、水素雰囲気で１３５０℃で還元焼成し、還元処理を行った。
【００６２】
得られた焼結体の特性を表１に示す。
【表１】
2005190853.tif 000003
【００６３】
ここで密度はアルキメデス法を使い、強度は３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍサイズの試験片を切り出し、３０ｍｍのスパンで３点曲げ試験法により測定した。
【００６４】
次に、ＪＩＳ  Ｃ  ２１４１に準拠した三端子法における体積固有抵抗を測定した。
【００６５】
また、絶縁耐力は、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの試験片を作製し、表面にＡｕメッキを施した後、ダイヤモンドツールで、幅０．３ｍｍ、深さ０．３ｍｍの貫通溝を加工し、絶縁耐力測定用の試験片とした。本試験片を真空チャンバー内に設置し、貫通溝の両サイドの導通メッキ部に電圧を印加できる端子を接続し、電源装置に接続されたケーブルの片側を＋に、もう一方を−につなぎ、真空チャンバー内を１０−５ｔｏｒｒに真空引きしたのち、接続した両端子に段階的に電圧を印加していき、貫通溝間でチャージアップした電圧を絶縁耐力とする測定方法を選択した。
【００６６】
この結果、本発明の静電偏向器１のアルミナ−チタン酸アルミニウム焼結体に関しては、実施例４〜７については、体積固有抵抗、絶縁耐力、ボイド占有率とも静電偏向器１用基体２として十分な特性が得られている。これに対して実施例１〜３、８、比較例１〜３については、体積固有抵抗は良好な結果が得られているが、絶縁耐力が静電偏向器１として適用するには不十分な値であり、ボイド占有率が大きく、ＥＢ電子ビーム照射に必要な真空圧１０−７ｔｏｒｒ以下において、アウトガスの発生源となる可能性が高く、使用できないと判断する。
【００６７】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で試験片を作製し、試験片にサイズの異なる溝を形成し、絶縁耐力の試験を行った。
【００６８】
溝形状については、工業的に実施可能なサイズ、即ち溝幅０．３ｍｍ×溝深さ０．３ｍｍを最小のサイズとし、沿面距離が大きくする方向で絶縁耐力の測定を行った。実施例１同様、試験片を真空チャンバー内に設置し、貫通溝の両サイドの導通メッキ部に電圧を印加できる端子を接続し、電源装置に接続されたケーブルの片側を＋に、もう一方を−につなぎ、真空チャンバー内を１０−５ｔｏｒｒに真空引きしたのち、接続した両端子に段階的に電圧を印加していき、貫通溝間でチャージアップした電圧を絶縁耐力とする。
【００６９】
その結果を表２に示す。
【表２】
2005190853.tif 000004
【００７０】
この結果、工業的に実施可能な溝サイズ、即ち、溝幅０．３ｍｍ、深さ０．３ｍｍの場合、絶縁耐力は実施例９〜１１の何れの場合においても、３．０ｋＶ／ｍｍよりも高い値が得られた。また、溝幅と溝深さをサイズアップすることで沿面距離を大きくし、絶縁耐力を確認したところ、更に高い絶縁耐力の値を得ることができ、静電偏向器１に適用すれば、変更レンズの精度が上がり、応答速度の向上に繋がる。しかしながら、溝形状を大きくした場合、必然的に静電偏向器１のサイズが大きくなることから、溝形状を大きくすることは好ましくないと言える。従って、静電偏向器１のサイズを必要以上に大きくすることなく、静電レンズの性能として、必要十分な特性を得るためには、溝形状が幅０．６ｍｍ、深さ０．６ｍｍ程度が適当と思われ、その時の絶縁耐力は１４．３ｋＶ／ｍｍであることから、絶縁耐力としては、３〜１５ｋＶ／ｍｍの範囲が工業的に現実的な値と言える。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
電子ビームの偏向方向の精度及び応答速度が向上するＥＢ電子ビーム照射装置、ＥＢ露光装置、電子線検査装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る静電偏向器の一実施例を示す図であり、（ａ）は径方向の断面図を、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…静電偏向器
２…筒状基体
３…電極
４…ピン
５…溝
【図１】
2005190853.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月5日(2004.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周部に複数の電極を備えた筒状基体を備えた静電偏向器において、前記筒状基体は、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、該チタン酸化物の一部は化学当量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物として存在し、前記各電極間の幅が１ｍｍ以下となるように形成するとともに、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ／ｍｍ以上であるアルミナセラミックスからなることを特徴とする静電偏向器。
【請求項２】
上記アルミナセラミックスの出発原料がチタン酸アルミニウムの粉末を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電偏向器。
【請求項３】
上記出発原料をアルミナの粉末が７０〜８５重量％、チタン酸アルミニウムの粉末が１５〜３０重量％としたことを特徴とする請求項１に記載の静電偏向器。
【請求項４】
上記アルミナセラミックスのボイド占有率が２％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電偏向器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
特許文献３では、記録再生用装置に用いられる導電性材質として、１０〜１０６Ω・ｍの範囲の体積固有抵抗値を有する半導通材料が提案され、基本組成がアルミナと残部が球状のチタン酸化物からなり、少なくともチタン酸化物の一部は化学当量よりも酸素量が少ないアルミナとの複合酸化物として存在するものが提案されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
そこで、本発明者は上記課題を鑑み、本発明の静電偏向器は、内周部に複数の電極を備えた筒状基体を備えた静電偏向器において、前記筒状基体は、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、該チタン酸化物の一部は化学当量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物として存在し、前記各電極間の幅が１ｍｍ以下となるように形成するとともに、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ／ｍｍ以上であるアルミナセラミックスからなることを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
筒状基体２の材質としては、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、そのチタン酸化物の一部は化学当量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物（以下、「酸素欠乏チタン酸化物」という）として存在するアルミナセラミックスとすることが重要であり、特に、アルミナセラミックスに酸素欠乏チタン酸化物を存在させる方法として、出発原料がアルミナ粉末にチタン酸アルミニウムの粉末を含有させたものを成形、焼成した後、更に、還元雰囲気下にて再焼成することでアルミナセラミックスを作製することが重要である。即ち、チタン酸アルミニウム粉末をアルミナ粉末に含めたものを成形、焼成することで、アルミナ粒界にαアルミナとの反応生成物であるＡｌ２ＴｉＯ５が均一に分散して固溶する状態を作りやすくできる。そして、この均一に分散されたＡｌ２ＴｉＯ５の一部を、還元雰囲気で焼成して酸素欠乏チタン酸化物とすることで、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗とし、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ／ｍｍ以上の筒状基体２を安定的に得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
これに対し、特許文献２〜５に示されているように、単純なチタン酸化物、例えばＴｉＯ２を１５〜３０重量％アルミナに加えた場合、アルミナ粒界には、Ａｌ２ＴｉＯ５の生成が少なくなり、ＴｉＯ２がアルミナ粒界に大部分存在する組織となるため、このＴｉＯ２をアルミナに加えたアルミナセラミックスを更に還元雰囲気で焼成し、アルミナセラミックスの一部が化学当量的に酸素量を少なくしたアルミナとの複合酸化物にしたものと、本発明のようにチタン酸化物換算で同量のチタン酸アルミニウムを添加したものと比較すると、体積固有抵抗値と真空下における電圧印加時の絶縁耐力の値に差が生じることが見出された。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
ところで、本発明の静電偏向器１は、チタン酸化物が、チタン酸アルミニウムであることを特徴としているが、チタン酸化物がチタン酸アルミニウムだと、アルミナ粒界にαアルミナとの反応生成物であるＡｌ２ＴｉＯ５が均一に分散して固溶する状態を作りやすく、還元焼成により、化学当量より酸素量を少なくすることで、１０４〜１０１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ１０−５ｔｏｒｒ以下の真空下で、電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする静電偏向器１を安定的に得ることができる。