JP2000268755A - 薄型静電偏向器及び走査型荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型静電偏向器及び走査型荷電粒子ビーム装
置に関し、短い作動距離のもとでも広い走査範囲を得、
また、多数の電子ビームを同時に試料に照射した場合の
検出信号間のクロストークを防止する。 【解決手段】 互いに対向する少なくとも１対の偏向電
極３からなる偏向電極組を少なくとも１組を備えた薄型
静電偏向器を構成する偏向電極３の対向方向の長さを厚
さより大きくして偏平状とし、試料と偏向電極３との間
の空間に主とした偏向作用を持つ電場を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄型静電偏向器及び
走査型荷電粒子ビーム装置に関するものであり、特に、
微小冷陰極（エミッタ）を電子源として用いる走査型電
子ビーム装置において、微小電子鏡筒下端のアパーチャ
から出射された電子ビームを所定の位置へ偏向するため
の多極電極等を有する薄型静電偏向器及び走査型荷電粒
子ビーム装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷陰極等の荷電粒子ビーム源から
放出された荷電粒子ビームを細く絞って試料に照射する
走査型荷電粒子ビーム装置は、観察、露光、分析、検
査、或いは、記録等の多くの分野で広く利用されてい
る。

【０００３】近年、半導体集積回路装置技術分野におけ
る微細加工技術を他の機械部品や構造物の加工に利用し
た所謂マイクロマシニング技術（必要ならば、例えば、
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ａ１０
（４），ｐ．６１１−６１６，１９９２参照）が注目さ
れており、このようなマイクロマシニング技術を走査型
電子顕微鏡に代表される走査型電子ビーム装置に適用
し、多数の細く絞った電子ビームを発生・利用する超小
型装置の実現を目指した研究開発が活発に行われるよう
になってきた。

【０００４】これらの超小型装置の特徴は、 従来装置と同等或いはそれを凌駕する電子光学特性
が、超小型で安価な装置として得られること、及び 多数の微小電子源と微小電子鏡筒を集積回路の要領で
集積化できること、で、従来にない応用が期待されてい
る。

【０００５】この上記の特徴は、微小電子鏡筒の電子
光学系には種々の設計上の工夫が有るとはいえ、本質的
には各電子光学要素の寸法が小さくなったことによる収
差係数値の低下によって、その高い電子光学特性が達成
されたために得られるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このこ
とは同時に、レンズの焦点距離も小さくなっていること
に他ならず、それに伴い微小電子鏡筒の最下面と試料と
の距離、所謂作動距離を十分に確保することが困難にな
るという問題がある。

【０００７】例えば、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ
ｏｌ．，Ｂ１４（６），ｐ．３７９２−３７９６，１９
９６（以下、文献１と言う）においては、１ｋｅＶの電
子ビームで、試料面上での直径が１０ｎｍを切るために
は、鏡筒下端の直ぐ上の対物レンズ下端から約１ｍｍの
距離に像を結ばなければならないことが示されている。

【０００８】この様な作動距離が短くなることに伴って
発生する問題はいくつか考えられるが、その中でも重要
な問題の一つは、走査型装置として用いる以上、走査範
囲が狭くなることである。

【０００９】また、作動距離が短いことによって、対物
レンズと電子ビーム照射対象となる試料との間に、従来
型の静電偏向器を配置することができず、文献１におい
ては、対物レンズよりも電子銃側に２組の偏向器を配置
して電子ビームを二段に偏向している。例えば、八極電
極を構成する互いに対向する１組の電極の内径をｄ（ｍ
ｍ）とし、電極の電子の進行方向の厚さをＬ（ｍｍ）と
し、１組の電極間の電位差をＶ（Ｖ）とし、電子銃から
エネルギーＥ（ｅＶ）をもった電子が放出された場合、
電極によって偏向される電子の偏向角θ（ｒａｄ）は、 θ＝〔Ｖ×Ｌ〕／〔Ｅ×ｄ〕 で表され、偏向角θを大きくするためには、電極の厚さ
Ｌをある程度大きくする必要があるが、作動距離が約１
ｍｍ程度では、電極の厚さＬを大きくした偏向器を配置
できないためである。

【００１０】この様な２組の偏向器を配置した構成によ
って、偏向中心の位置を対物レンズ主面の位置に近づけ
て、電子ビームの軌道が対物レンズの中心軸から外れる
ことによる電子ビーム直径や歪みの増大を最低限に抑え
ながら視野を拡げる工夫をしている。

【００１１】しかし、電子ビーム直径を犠牲にすること
により、作動距離を拡げて、作動距離を５ｍｍに設定し
ても、電子ビーム直径や歪みの増大により実効的な走査
範囲或いは視野は１００μｍに止まってしまう（必要な
らば、文献１のＦｉｇ．５及びＦｉｇ．６参照）という
問題がある。

【００１２】一方、特開平７−１９２６８２号公報（以
下、文献２と言う）においては、通常の意味での対物レ
ンズを持たず、最初の電子銃レンズを拡大系で動作させ
ることで、焦点距離に対して相対的に大きな作動距離を
実現することが提案されている。

【００１３】しかし、この場合、元々の電子銃レンズの
寸法がμｍオーダーであるため、たとえ、１０００倍近
い拡大系で動作させても、１ｍｍ（＝１０００μｍ＝１
μｍ×１０００）程度の作動距離を得るのがせいぜいで
あり、ましてや、文献２に記載されている等倍での照射
となれば、その利用には大きな困難が予想される。

【００１４】また、文献２においては、装置全体或いは
電子ビーム照射対象を機械的に動かすことで相対的に電
子ビームを走査することが記載されているが、この様な
機械的な走査は、電子光学的な走査に比べて走査速度が
下がることは避けられず、また、記載されている様な等
倍での利用では、作動距離は極めて短くなるために、双
方を相対的に動かすことにさえ困難が予想される。

【００１５】さらに、小型走査型電子ビーム装置を顕微
鏡や分析装置に利用する場合には、作動距離が短くなる
ことで、試料からの情報を担っている二次電子や反射電
子を、外部に個別に設けた検出器で検出することが困難
になってきている。

【００１６】そこで、従来の作動距離の短い走査型電子
ビーム装置において採用されている技術を転用して、こ
れらの二次電子或いは反射電子を微小電子鏡筒内に導い
て、内部に設けた検出器で検出することも考えられる
が、小型走査型電子ビーム装置の微小電子鏡筒の孔径は
サブｍｍ程度であるので、この様な微小電子鏡筒内に十
分な量の電子を導くことは容易ではない。

【００１７】そこで、上記の文献１においては、微小電
子鏡筒の底面にＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ Ｐ
ｌａｔｅ）検出器を設けて、二次電子或いは反射電子を
検出することが提案されている。なお、ＭＣＰとは、内
径が２０〜２００μｍ程度のガラス管を環状に束ね、ガ
ラス管の内壁に電子放出係数の大きな高抵抗材料を付着
させるとともに、束ねたガラス管の切り口面に金属を蒸
着して電極を設けたものである。

【００１８】この方法は、上述ので述べた特徴である
多数の微小電子鏡筒を集積した装置であり、この様に集
積化することによって多数の電子ビームを同時に試料に
照射することになるが、多数の電子ビームを同時に照射
することによって新たな問題を引き起こすことになる。

【００１９】即ち、集積化するということは、各微小電
子鏡筒毎に底面にＭＣＰ検出器を備えることになるが、
ある微小電子鏡筒から出射された電子ビームが試料に照
射されることによって生成された二次電子が、その隣の
微小電子鏡筒に設けられたＭＣＰ検出器に飛び込んでし
まう場合があり、各ＭＣＰ検出器の検出信号間に一種の
クロストークが発生し、特に、走査範囲を広くしようと
した場合、走査の周辺部でこの様な問題が著しくなる。

【００２０】この様に、高い分解能と広い走査範囲は、
走査型電子ビーム装置に常に求められる特性の両輪であ
り、短い作動距離のもとでも広い走査範囲が得られて、
また、多数の電子ビームを同時に試料に照射しても検出
信号間にクロストークが起こりにくくなる工夫が必要と
なる。

【００２１】したがって、本発明は、短い作動距離のも
とでも広い走査範囲を得、また、多数の電子ビームを同
時に試料に照射した場合の検出信号間のクロストークを
防止することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１
（ａ）は、薄型静電偏向器の上面図であり、また、図１
（ｂ）は薄型静電偏向器の断面図であり、さらに、図１
（ｃ）は薄型静電偏向器の偏向電極を示す底面図であ
る。 図１（ａ）乃至（ｃ）参照 （１）本発明は、互いに対向する少なくとも１対の偏向
電極３からなる偏向電極組を少なくとも１組を備えた薄
型静電偏向器において、偏向電極３の対向方向の長さを
厚さより大きくして偏平状とし、試料と偏向電極３との
間の空間に主とした偏向作用を持つ電場を形成すること
を特徴とする。

【００２３】この様に、試料と偏向電極３との間の空間
に主とした偏向作用を持つ電場を形成できる程度に偏向
電極３の対向方向の長さを厚さより大きくして偏平状に
することによって、静電偏向器を薄型にすることがで
き、それによって、作動距離の短くなった走査型荷電粒
子ビーム装置の微小鏡筒下端と試料との間に静電偏向器
を配置することができ、広い走査範囲を得ることができ
る。即ち、偏向電極３の対向方向の長さを非常に長くす
ることによって、偏向電極３の対向面のみならず、偏向
電極３全体に荷電粒子ビームに対する偏向作用を持たせ
るものである。

【００２４】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、偏向電極３を支持する電極支持部材１が、絶縁性部
材または高抵抗部材のいずれかによって構成されること
を特徴とする。

【００２５】この様に、偏向電極３を支持する電極支持
部材１は、各偏向電極３を相互に絶縁分離する観点から
は、ガラス基板等の絶縁性部材またはＳｉＣ基板等の高
抵抗部材で構成することが望ましく、絶縁性部材を用い
た場合には、照射する電子ビームが絶縁性部材の露出側
端面に蓄積するチャージアップによる偏向特性の変化を
防止するために、絶縁性部材に設ける開口部を凹部５が
形成されるようにビーム通過孔４より大きく形成し、偏
向電極３が庇状になるようにすることが望ましい。一
方、高抵抗部材で構成した場合には、照射する電子ビー
ムのチャージアップは生じないので、高抵抗部材に凹部
５を設ける必要がない。なお、電極支持部材１の偏向電
極３を形成した面と反対側の面には一定の電圧を印加す
るための一様電極２を形成する。

【００２６】（３）また、本発明は、上記（１）におい
て、偏向電極３を支持する電極支持部材１が、ボロンド
ープシリコン層の表面に絶縁膜を形成した部材からな
り、且つ、ボロンドープシリコン層の周囲がｎ型シリコ
ン枠部材で支持されていることを特徴とする。

【００２７】この様に、偏向電極３を支持する電極支持
部材１はシリコン基板を用いて構成しても良く、選択エ
ッチング技術等の半導体集積回路装置分野における微細
加工技術を用いることによって、精度良く微小な薄型静
電偏向器を構成することができる。

【００２８】（４）また、本発明は、上記（１）におい
て、偏向電極３を支持する電極支持部材１が二次電子及
び反射電子の少なくとも一方を検出する検出素子であ
り、偏向電極３は、検出素子の試料に対向する面に形成
されることを特徴とする。

【００２９】この様に、偏向電極３を支持する電極支持
部材１を二次電子及び反射電子の少なくとも一方を検出
する検出素子で構成することによって、走査型電子顕微
鏡や走査型走査装置を構成することができる。なお、検
出素子としては、固体表面での電子放出を利用した電子
増倍作用を有する検出器、例えば、ＭＣＰ検出器等の薄
型検出器を用いることによって静電偏向器を薄型に構成
することができる。また、検出素子として、半導体の表
層で生成した電子正孔対を検出する半導体検出素子、例
えば、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ−Ｍｅｔａｌ）検出素子等の薄型検出素子（必要なら
ば、例えば、Ｊ．Ｖａｃ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ１３
（６），ｐ．２５５３−２５５５，１９９５、Ｊ．Ｖａ
ｃ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ１３（６），ｐ．２５５６−
２５６０，１９９５、及び、Ｊ．Ｖａｃ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．，Ｂ１４（６），ｐ．３８２１−３８２４，１９９
６参照）を用いることによって静電偏向器を薄型に構成
することができる。

【００３０】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）において、偏向電極組を、同一電極支持部材１上
に複数組設けてマルチ静電偏向器を構成することを特徴
とする。

【００３１】この様に、偏向電極組を、同一電極支持部
材１上に複数組設けてマルチ静電偏向器を構成すること
によって、多数の荷電粒子ビームを同時に試料に照射・
走査する装置を構成することができる。

【００３２】（６）また、本発明は、走査型荷電粒子ビ
ーム装置において、上記（１）乃至（４）に記載の静電
偏向器を微小電子鏡筒の底面に配置し、この薄型静電偏
向器によって荷電粒子ビームを偏向することを特徴とす
る。

【００３３】この様に、上記（１）乃至（４）に記載の
薄型静電偏向器を微小電子鏡筒の底面に配置して走査型
荷電粒子ビーム装置を構成することによって、短い作動
距離のもとで、広い走査範囲を得ることができる。

【００３４】（７）また、本発明は、マルチ荷電粒子ビ
ーム型の走査型荷電粒子ビーム装置において、上記
（５）記載の薄型静電偏向器を構成する各偏向電極組の
それぞれに対し、個別の微小電子鏡筒及び微小荷電粒子
ビーム源を設けたことを特徴とする。

【００３５】この様に、上記（５）記載のマルチ静電偏
向器を用いてマルチ荷電粒子ビーム型の走査型荷電粒子
ビーム装置を構成することによって、多数の荷電粒子ビ
ームを同時に試料に照射・走査する装置を構成すること
ができる。特に、荷電粒子ビームが電子ビームであり、
且つ、電極支持部材１が検出素子を兼ねる場合、隣接す
る偏向電極組間に働く派生電場によって検出信号間のク
ロストークを防止することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図９を参照し
て、本発明の各実施の形態を説明するが、まず、図２及
び図３を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明す
る。なお、図２（ａ）は本発明の第１の実施の形態の静
電偏向器の概略的断面図であり、また、図２（ｂ）は概
略的底面図であり、さらに、図３は本発明の第１の実施
の形態における走査範囲の説明図である。 図２（ａ）及び（ｂ）参照 まず、中心部に直径が２００μｍ以上の開口部を形成し
た厚さが、例えば、５０μｍのガラス基板１１の上側の
主面にリン青銅及びＡｕの積層構造からなるとともに、
その総計の厚さが、例えば、３０μｍで、且つ、中心部
の直径が、例えば、２００μｍの電子ビーム通過孔１４
を設けたドーナツ状の一様電極１２を接着するととも
に、ガラス基板１１の下側の主面にリン青銅及びＡｕの
積層構造からなるとともに、その総計の厚さが、例え
ば、３０μｍで、中央部に直径が２００μｍの電子ビー
ム通過孔１４が形成される形状の８枚の扇状の偏向電極
１３を接着して八極電極を形成することによって、薄型
静電偏向器の基本構成が完成する。

【００３７】この様にガラス基板１１の中心部に設ける
開口部の直径を２００μｍ以上にすることによって、凹
部１５を形成することができ、この凹部１５を設けるこ
とによって、ガラス基板１１の露出側端面に電子が蓄積
して偏向制御に影響を与えるチャージアップ現象を防止
することができる。

【００３８】この様に構成した薄型静電偏向器を微小電
子鏡筒の鏡筒下端１６に、微小電子鏡筒のアパーチャ１
７の中心軸と電子ビーム通過孔１４の中心軸とが一致す
るように配置し、各偏向電極１３には図２（ｂ）に示し
た電圧を印加する。

【００３９】即ち、Ｙ軸を中心に右回りに、各偏向電極
１３にｋＶ_X ＋Ｖ_Y 、Ｖ_X ＋ｋＶ_Y、Ｖ_X −ｋＶ_Y 、ｋ
Ｖ_X −Ｖ_Y 、−ｋＶ_X −Ｖ_Y 、−Ｖ_X −ｋＶ_Y 、−Ｖ_X
＋ｋＶ_Y 、及び、−ｋＶ_X ＋Ｖ_Y を印加するものであ
り、互いに対向する偏向電極１３に印加される偏向電圧
は正負が逆になっている。なお、Ｖ_X をＸ方向の偏向電
圧、Ｖ_Y をＹ方向の偏向電圧、及び、Ｖを偏向電圧の振
幅とすると、 −Ｖ≦Ｖ_X ，Ｖ_Y ≦＋Ｖ ｋ＝２^1/2 −１ で表される。

【００４０】図３参照 次に、図３を参照して、走査範囲を説明すると、偏向電
極１３と試料１９の表面の距離、即ち、作動距離が、例
えば、１ｍｍとなるように配置し、一様電極１２を０Ｖ
にし、互いに対向する偏向電極１３の一方に＋１５０Ｖ
を印加し、他方に−１５０Ｖを印加した場合、１ｋｅＶ
の加速エネルギーの電子ビーム１８に対して約２００μ
ｍの走査範囲が見込まれることになり、上述の文献１の
場合よりも、距離で２倍、面積で４倍の走査範囲とな
り、従来よりも走査範囲を広くすることができる。

【００４１】なお、この場合の偏向電極１３による偏向
作用は、電子ビーム通過孔１４の孔径程度の近傍の作動
空間内に形成された電場によって行われるが、この様な
偏向電場は、偏向電極１３の対向面のみならず、偏平に
拡がった偏向電極１３全体によって、特に、試料１９と
偏向電極１３との間の空間に形成されるものである。

【００４２】また、この第１の実施の形態においては、
偏向電場による電子ビーム１８の偏向は、対物レンズを
通過したのちに行われているので、従来のように通過前
に偏向されたために傾いた軌道で対物レンズを通過して
受ける電子ビームの歪みとは無縁であるので、より大き
な偏向が可能になり、それによっても、短い作動距離の
もとで広い走査範囲を得ることができる。

【００４３】次に、図４（ａ）を参照して、本発明の第
２の実施の形態の静電偏向器を説明する。 図４（ａ）参照 まず、厚さが、例えば、５０μｍのＳｉＣ基板２０の上
下の両主面にＣｒを蒸着することによって厚さが１μｍ
になるように堆積させたのち、選択的にエッチングする
ことによって、上面側においては一様電極１２を形成
し、下面側においては８分割した扇状の偏向電極１３か
らなる八極電極を形成する。

【００４４】次いで、一様電極１２、ＳｉＣ基板２０、
及び、偏向電極１３を順次選択エッチングすることによ
って、中心部に直径が、例えば、２００μｍの開口部を
形成して電子ビーム通過孔１４とすることによって、薄
型静電偏向器の基本構成が完成する。

【００４５】この第２の実施の形態においては、上記の
第１の実施の形態における電極支持部材としてのガラス
基板を高抵抗のＳｉＣ基板２０に置き換えたものであ
り、その他の構成は上記の第１の実施の形態とほぼ同様
である。この場合のＳｉＣ基板２０の抵抗率は、電子ビ
ーム通過孔１４に臨むＳｉＣ基板２０の側端面における
電子のチャージアップが生じない程度の抵抗率にするも
のであり、それによって、ＳｉＣ基板２０に設ける開口
部を大きさを電子ビーム通過孔１４の大きさと同じにす
ることができる。

【００４６】また、この第２の実施の形態における各偏
向電極１３は、機械的な組立ではなく、蒸着とパターニ
ングによって形成されるため、各偏向電極１３の位置出
しが容易であり、給電パターンも共に作り込めるという
利点がある。

【００４７】次に、図４（ｂ）を参照して、本発明の第
３の実施の形態の静電偏向器を説明する。 図４（ｂ）参照 まず、主面が（１００）面のｎ型シリコン基板２１の表
面にＢイオンを注入してＢドープ層２２を形成したの
ち、表面を熱酸化してＳｉＯ₂ 膜２３を形成する。次い
で、ＳｉＯ₂ 膜１２の全面にＣｒを蒸着することによっ
て厚さが１μｍになるように堆積させたのち、エッチン
グすることによって、中央部を電子ビーム通過孔１４を
有する８枚の偏向電極１３からなる八極電極を形成する
とともに、ＳｉＯ₂ 膜２３及びＢドープ層２２の中央部
にも電子ビーム通過孔１４となる開口部を形成する。

【００４８】次いで、偏向電極１３を形成した側を保護
するレジスト層（図示せず）を設けたのち、反対側の面
にレジストパターン（図示せず）を設け、このレジスト
パターンをマスクとして、エチレンジアミン及びピロカ
テコールの混合溶液であるＥＤＰを用いて異方性エッチ
ングを施し、Ｂドープ層２２が露出するまでエッチング
を行う。この場合、ＥＤＰは、Ｂドープ層２２に対する
エッチングレートがｎ型シリコン基板２１に対するエッ
チングレートの約１／５０と極端に小さいため、Ｂドー
プ層２２の表面でエッチングは自動的に停止する。ま
た、ＥＤＰは、シリコンの｛１１１｝面に対するエッチ
ングレートが、｛１００｝面に対するエッチングレート
より著しく小さく、｛１１１｝面を残してエッチングが
進行するので、ｎ型シリコン基板２１の側面は｛１１
１｝面で構成されることになる。

【００４９】次いで、偏向電極１３を保護するレジスト
層を除去したのち、全面にＣｒを蒸着によって総計の厚
さが１μｍになるように堆積させ、次いで、新たに設け
たレジストパターン（図示せず）をマスクとしてエッチ
ングすることによって、中央部に電子ビーム通過孔１４
を有するドーナツ状の一様電極１２を形成する。

【００５０】次いで、電子ビーム通過孔１４が露出する
開口部を有する新たなレジストパターン（図示せず）を
マスクとして、ＳｉＯ₂ 膜２３の露出している側端面を
フッ酸緩衝液を用いて電子のチャージアップを防止する
凹部２４をサイドエッチングによって形成することによ
ってシリコン基板を用いた薄型静電偏向器の基本構造が
完成する。

【００５１】この様に、本発明の第３の実施の形態にお
いては、薄型静電偏向器を半導体集積回路装置の製造技
術を応用したマイクロマシニング技術によって形成して
いるため、寸法精度が高く、微小電子銃などのマイクロ
マシニング技術によって製作される他の電子光学要素と
の相性も良くなる。

【００５２】次に、図５を参照して、本発明の第４の実
施の形態のマルチ静電偏向器を説明する。 図５参照 図５は、マルチ静電偏向器の概略的構成を示す斜視図で
あり、このマルチ静電偏向器は、一枚のＳｉＣ基板２０
に複数の電子ビーム通過孔１４をマトリクス状に設け、
この電子ビーム通過孔１４が一致するように偏向電極１
３及び一様電極（図示せず）を設けたものである。

【００５３】この様に８つの偏向電極１３からなる八極
電極を複数マトリクス状に配置することによって、複数
の電子ビームを同時に照射・偏向することができる。ま
た、複数の八極電極を半導体製造技術を用いて形成して
いるので、複数の八極電極を集積化することによる製造
工程の増加はほとんど生じない。

【００５４】次に、図６を参照して、本発明の第５の実
施の形態を説明する。なお、図６（ａ）は本発明の第５
の実施の形態の静電偏向器の概略的断面図であり、ま
た、図６（ｂ）は概略的底面図である。 図６（ａ）及び（ｂ）参照 まず、二次電子３７の検出素子となり中央部に直径が、
例えば、２００μｍの電子ビーム通過孔３４を設けたＭ
ＣＰ基板３１を電極支持部材とし、このＭＣＰ基板過孔
３４の上下の主面に蒸着されたＮｉ−Ｃｒからな電極を
パターニングすることによって、上面側においてはドー
ナツ状の有孔一様電極３２を形成するとともに、下面側
においては、８枚の扇状の有孔偏向電極３３からなる八
極電極を形成することによって、薄型静電偏向器の基本
構成が完成する。

【００５５】この場合、有孔偏向電極３３及び有孔一様
電極３２が検出素子電極を兼ねることになり、有孔偏向
電極３３には図２（ｂ）に示した電圧と同様に、オフセ
ット電圧Ｖ_O を加えた偏向電圧Ｖ_D が印加されて、電子
ビーム通過孔３４を通過してきた電子ビームを偏向す
る。

【００５６】また、有孔偏向電極３３及び有孔一様電極
３２との間には、増倍電圧Ｖ_A が印加され、電子ビーム
を試料に照射することによって試料の表面で発生した二
次電子３７はＭＣＰ基板３１に設けられたチャンネル３
５内に入射し、チャンネル３５の内壁に成膜された電子
放出係数の大きな高抵抗膜によって電子増倍され、増倍
された電子は検出電圧Ｖ_d の印加された信号検出電極３
６によって検出信号として検出される。

【００５７】この様に、本発明の第５の実施の形態にお
いては、検出素子の検出面が偏向電極を兼ねることにな
るので、この様な薄型静電偏向器を用いることによって
走査型電子顕微鏡或いは走査型電子ビーム分析装置を構
成することができる。

【００５８】次に、図７を参照して、本発明の第６の実
施の形態のマルチ静電偏向器を説明する。 図７参照 このマルチ静電偏向器は、上記の第５の実施の形態のＭ
ＣＰ基板３１を用いた薄型静電偏向器を、上記の第４の
実施の形態と同様に複数の微小電子鏡筒を集積化した鏡
筒下端４１に複数個マトリクス状に配置したものであ
り、偏向作用自体は上記の第５の実施の形態と全く同様
であり、互いに対向する有孔偏向電極３３の間に偏向電
界Ｅ_D が形成され、この偏向電界Ｅ_D によって電子ビー
ム３８は偏向されることになる。

【００５９】しかし、この第６の実施の形態において
は、検出素子電極を兼ねる有孔偏向電極３３からなる八
極電極を隣接して設けることになるので、互いに隣接す
る八極電極を構成する有孔偏向電極３３の間に派生電界
Ｅ_P が形成される。したがって、個々の微小電子銃（図
示せず）から放出された電子ビーム３８を試料３９に照
射することによって、二次電子３７，４０が発生する
が、この二次電子３７，４０の内、隣接する検出素子に
向かう二次電子４０は、上述の派生電界Ｅ_P によって本
来の検出素子側に引き寄せられるので、各検出素子にお
いて検出された検出信号間のクロストークが防止される
ことになる。なお、この様な派生電界Ｅ_P の大きさは、
クロストークが生じやすくなる偏向電界Ｅ_D が大きくな
る時に合わせて大きくなるので、クロストーク防止効果
が顕著になる。

【００６０】次に、図８を参照して、本発明の第７の実
施の形態を説明する。なお、図８（ａ）は本発明の第８
の実施の形態の静電偏向器の概略的断面図であり、ま
た、図８（ｂ）は概略的底面図である。 図８（ａ）及び（ｂ）参照 まず、アンドープシリコン基板５１の上下の両主面にＴ
ｉを蒸着によって堆積させたのち、上面側からエッチン
グすることによって、一様電極５２の外周部を形成し、
次いで、中央部に例えば、直径が２００μｍの開口部を
有する新たなレジストパターン（図示せず）を設け、こ
のレジストパターンをマスクとして一様電極５２、アン
ドープシリコン基板５１、及び、偏向電極５３となるＴ
ｉ膜を順次選択エッチングすることによって、電子ビー
ム通過孔５４を形成する。

【００６１】次いで、偏向電極５３となる導電膜を、図
８（ｂ）に示すように、幅が、例えば、２５０ｎｍの櫛
歯状の偏向電極兼検出電極５３と検出電極５８との互い
の間隔が１．３μｍになるようにパターニングすること
によって、薄型静電偏向器の基本構成が完成する。

【００６２】この場合、偏向電極兼検出電極５３が、Ｍ
ＳＭ型半導体検出素子の検出素子電極を兼ねることにな
り、偏向電極兼検出電極５３には図２（ｂ）に示した電
圧と同様に偏向電圧が印加されて、鏡筒下端５５に設け
たアパーチャ５６及び電子ビーム通過孔５４を通過して
きた電子ビームを偏向する。

【００６３】また、このＭＳＭ型半導体検出素子におい
ては、例えば、１ｋｅＶの電子ビームによって、１ｋｅ
Ｖ以下の二次電子５７が発生することになるが、この様
な１ｋｅＶ以下の二次電子５７がアンドープシリコン基
板５１に入射した場合、アンドープシリコン基板５１の
表層で電子正孔対を発生させ、この発生した電子正孔対
をショットキーバリア電極を形成する偏向電極兼検出電
極５３及び検出電極５８によって検出信号として検出す
ることになる。

【００６４】この様に、本発明の第７の実施の形態にお
いては、ＭＳＭ型半導体検出素子の検出素子電極が偏向
電極を兼ねることになるので、この様な薄型静電偏向器
を用いることによって走査型電子顕微鏡或いは走査型電
子ビーム分析装置を構成することができる。なお、この
第７の実施の形態の薄型静電偏向器をマルチ化すること
によっても、上記の第６の実施の形態で説明したクロス
トーク防止効果が期待できる。

【００６５】次に、図９（ａ）を参照して、本発明の第
８の実施の形態を説明する。 図９（ａ）参照 図９（ａ）は、本発明の第８の実施の形態の小型走査型
荷電粒子ビーム装置の概念的構成図であり、電子レンズ
６２、二段の軸合わせ用偏向器６３、及び、電子レンズ
６４からなる微小電子鏡筒の下端に上述の第１乃至第７
の実施の形態の薄型の静電偏向器６５を配置したもので
ある。

【００６６】この様に、本発明の第１乃至第７の実施の
形態の静電偏向器６５は非常に薄く、作動距離が短い微
小荷電粒子ビーム装置の電子レンズ６５と試料６６との
間に静電偏向器６５を配置することができるので、荷電
粒子源６１から放出された荷電粒子ビーム６７を高い電
子光学特性を維持しながら広い走査範囲で走査すること
が可能になる。

【００６７】次に、図９（ｂ）を参照して、本発明の第
９の実施の形態を説明する。 図９（ｂ）参照 図９（ｂ）は、本発明の第９の実施の形態の小型走査型
荷電粒子ビーム装置の概念的構成図であり、上記の第８
の実施の形態の小型走査型荷電粒子ビーム装置をマトリ
クス状に配置してマルチ化したものである。この様に、
小型走査型荷電粒子ビーム装置をマルチ化することによ
って、複数の荷電粒子ビームを同時に試料に照射するこ
とができる。

【００６８】この様な、マルチ荷電粒子ビーム型の小型
走査型荷電粒子ビーム装置においては、静電偏向器とし
て第５の実施の形態に示したＭＣＰ基板を用いた静電偏
向器を用い、且つ、荷電粒子源６１として微小電子銃を
用いることによって、第６の実施の形態に示した通りの
クロストーク防止効果が得られる。なお、荷電粒子ビー
ムがプロトン等の正の電荷持つ粒子の場合には、偏向電
極の間の形成される偏向電界Ｅ_D の向きが電子ビームの
場合と逆になり、したがって、偏向電極に印加する電圧
によって派生する派生電界Ｅ_P の向きも逆になり、試料
６６において発生する二次電子に対してはクロストーク
を助長する方向の電界となるので、クロストーク防止効
果は全く期待できない。

【００６９】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は、各実施の形態に記載した構成に限られ
るものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上
記の第１の実施の形態の説明においては、偏向電極をガ
ラス基板に接着することによって形成しているが、上記
の第２の実施の形態のように蒸着及びエッチングによっ
て形成しても良いものであり、その場合には、上記の第
４の実施の形態の様にマルチ化が可能になる。なお、こ
の場合には、上記の第３の実施の形態におけるＳｉＯ₂
膜と同様にガラス基板を過剰にサイドエッチングして凹
部を形成する必要がある。

【００７０】また、上記の第２の実施の形態において
は、電極支持部材となる高抵抗部材として、ＳｉＣ基板
を用いているが、ＳｉＣに限られるものではなく、チャ
ージアップを防止できる程度の抵抗率を有し、且つ、選
択エッチングが容易な材料であれば使用可能である。

【００７１】また、上記の第３の実施の形態において
は、異方性エッチャントとしてＥＤＰを用いているがＥ
ＤＰに限られるものではなく、エチレンジアミン及びカ
テコールの混合溶液であるＥＰＷや、或いは、水酸化カ
リウム溶液（ＫＯＨ）を用いても良い。なお、ＫＯＨを
用いる場合には、ＳｉＯ₂ 膜に対するエッチングレート
も大きいので、ＳｉＯ₂ 膜の代わりにＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を用
いる必要がある。

【００７２】また、上記の各実施の形態において説明し
た製造工程の順序は、説明した順序に限られるものでは
なく、必要に応じて適宜変更可能である。例えば、上記
の第７の実施の形態においては、電子ビーム通過孔を形
成してから、偏向電極のパターニングを行っているが、
偏向電極のパターニングを行ったのちに、全体の電子ビ
ーム通過孔を形成しても良いものである。

【００７３】また、上記の第７の実施の形態において
は、シリコンを用いてＭＳＭ型検出素子を構成している
が、ＧａＡｓ等の他の半導体を用いてＭＳＭ型検出素子
を構成しても良いものである。

【００７４】また、上記の各実施の形態においては、一
様電極を鏡筒下端に接するように配置しているが、一様
電極を形成せずに、鏡筒下端に、例えば、０Ｖを印加
し、一様電極を兼ねる様にしても良いものである。

【００７５】また、上記の各実施の形態においては、偏
向電極を八極電極として説明しているが、八極電極に限
られるものではなく、十二極電極或いは二十極電極等で
あっても良く、さらには、場合によっては、二極電極或
いは四極電極でも良い。

【００７６】また、上記の第１乃至第７の実施の形態に
おいては、荷電粒子ビームを電子ビームとして説明して
いるが、電子ビームに限られるものではなく、プロトン
や他の正の電荷を有する荷電粒子でも良く、例えば、正
の電荷を有する荷電粒子ビームを用いることによって、
微小ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置とし
て用いることができる。なお、正の電荷を有する荷電粒
子ビームを用いた場合には、第９の実施の形態の場合と
同様に、上記の第６の実施の形態で説明したクロストー
ク防止効果は期待できない。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロマシニング技
術等を用いて薄型の静電偏向器を作製しているので、小
型走査型荷電粒子ビーム装置において、短い作動距離の
もとで高い分解能と広い走査範囲が得られ、且つ、集積
化によりマルチ化した場合には、検出信号間のクロスト
ークを防止することができ、それによって、微小エミッ
タを備えた小型走査型荷電粒子ビーム装置の実用化・高
性能化に寄与するころが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の静電偏向器の概略
的構成図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態における走査範囲の
説明図である。

【図４】本発明の第２及び第３の実施の形態の静電偏向
器の概略的構成図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態のマルチ静電偏向器
の概略的構成図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態の静電偏向器の概略
的構成図である。

【図７】本発明の第６の実施の形態のマルチ静電偏向器
の作用の説明図である。

【図８】本発明の第７の実施の形態の静電偏向器の概略
的構成図である。

【図９】本発明の第８及び第９の実施の形態の小型走査
型荷電粒子ビーム装置の概念的構成図である。

【符号の説明】

１ 電極支持部材 ２ 一様電極 ３ 偏向電極 ４ ビーム通過孔 ５ 凹部 １１ ガラス基板 １２ 一様電極 １３ 偏向電極 １４ 電子ビーム通過孔 １５ 凹部 １６ 鏡筒下端 １７ アパーチャ １８ 電子ビーム １９ 試料 ２０ ＳｉＣ基板 ２１ ｎ型シリコン基板 ２２ Ｂドープ層 ２３ ＳｉＯ₂ 膜 ２４ 凹部 ３１ ＭＣＰ基板 ３２ 有孔一様電極 ３３ 有孔偏向電極 ３４ 電子ビーム通過孔 ３５ チャンネル ３６ 信号検出電極 ３７ 二次電子 ３８ 電子ビーム ３９ 試料 ４０ 二次電子 ４１ 鏡筒下端 ５１ アンドープシリコン基板 ５２ 一様電極 ５３ 偏向電極兼検出電極 ５４ 電子ビーム通過孔 ５５ 鏡筒下端 ５６ アパーチャ ５７ 二次電子 ５８ 検出電極 ６１ 荷電粒子源 ６２ 電子レンズ ６３ 軸合わせ用偏向器 ６４ 電子レンズ ６５ 静電偏向器 ６６ 試料 ６７ 荷電粒子ビーム

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する少なくとも１対の偏向電
   極からなる偏向電極組を少なくとも１組を備えた薄型静
   電偏向器において、前記偏向電極の対向方向の長さを厚
   さより大きくして偏平状にし、試料と前記偏向電極との
   間の空間に主とした偏向作用を持つ電場を形成すること
   を特徴とする薄型静電偏向器。
2. 【請求項２】 上記偏向電極を支持する電極支持部材
   が、絶縁性部材または高抵抗部材のいずれによって構成
   されることを特徴とする請求項１記載の薄型静電偏向
   器。
3. 【請求項３】 上記偏向電極を支持する電極支持部材
   が、ボロンドープシリコン層の表面に絶縁膜を形成した
   部材からなり、且つ、前記ボロンドープシリコン層の周
   囲がｎ型シリコン枠部材で支持されていることを特徴と
   する請求項１記載の薄型静電偏向器。
4. 【請求項４】 上記偏向電極を支持する電極支持部材
   が、二次電子及び反射電子の少なくとも一方を検出する
   検出素子であり、前記偏向電極は、前記検出素子の上記
   試料に対向する面に形成されることを特徴とする請求項
   １記載の薄型静電偏向器。
5. 【請求項５】 上記偏向電極組を、同一電極支持部材上
   に複数組設けてマルチ静電偏向器を構成することを特徴
   とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄型静電
   偏向器。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   薄型静電偏向器を微小電子鏡筒の底面に配置し、前記薄
   型静電偏向器によって荷電粒子ビームを偏向することを
   特徴とする走査型荷電粒子ビーム装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載の薄型静電偏向器を構成す
   る各偏向電極組のそれぞれに対し、個別の微小電子鏡筒
   及び微小荷電粒子ビーム源を設けたことを特徴とするマ
   ルチ荷電粒子ビーム型の走査型荷電粒子ビーム装置。