JP2004327439A - 永久磁気レンズおよび静電レンズを備える粒子光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランディングエネルギーに依存しない集束位置が集束装置に関して固定された位置を有し、集束装置が小型化のために適切である粒子光学装置を提供する。
【解決手段】粒子光学装置は、磁気または静電レンズでサンプル８上に荷電粒子のビーム１を集束する。異なるビームエネルギーでかかる装置を使用できることが望ましいがビームの集束位置９のサンプル８に関するシフトは望ましくない。永久磁気物質６の使用は磁気レンズ小型化に有利であるが、レンズ力を調整することは容易に可能ではない。本発明は、永久磁気物質を備えた磁気レンズと静電レンズによってビーム１での粒子エネルギーと関係なく集束位置９をどのようにして一定に維持することができるかを示す。かかる静電レンズは、加速レンズとして具体化される。
【選択図】図２

Description

本発明は、集束位置で荷電粒子のビームを集束する目的の光軸を有する集束装置を備えて提供され、当該集束装置は、磁極部分の支援で集束磁界を生成するための磁気レンズと、該ビームがエネルギー変化を受ける、集束電界を生成するための静電レンズとを含み、集束電界が集束磁気レンズと集束位置との間に位置する領域に関して上流に位置することを特徴とする粒子光学装置に関する。

上述のような装置は知られており（例えば、特許文献１参照）、特に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）およびデュアルビーム顕微鏡（イオンビームと電子ビームの両ビームが採用される）として知られている。上述した装置は、例えば、半導体工業の開発、検査および製造分野で特に現在使用されている。この状況において、リソグラフィーマスクなどの製造手段並びにウェハーなどの製品および中間製品の両者は、電子ビームおよび／もしくはイオンビームを使用する様々な位相で検査、修理または製造される。荷電粒子を備えたサンプルを照射する際に、情報は、二次的な粒子の支援およびサンプルで励起された放射線の支援など様々な手法で得ることができる。検出器の支援でこの情報を収集して処理することによって、サンプルのある物理的な特性に対する洞察を得ることができる。

検査されるサンプルの望ましくない荷電を防ぎ、および／または検査されるサンプルに対する損傷を防ぐように、あるランディング（landing）エネルギーは、サンプルの性質に依存する照射ビームの粒子に要求されるだろう。電子を使用する検査の場合、所望のランディングエネルギーは、一般的に０．５乃至５ｋｅＶの範囲である。サンプルの構成が位置から位置へと変化できるので、この変化する構成と相応してランディングエネルギーを調整することが望ましいかもしれない。この状況において、ビームの集束位置が集束装置に関してシフトしないことが望ましい。これは、集束の調整が不利に生産処理能力に対して影響を及ぼしうる、ウェハーの検査中などの製造環境において特に重要である。

そのような装置の磁気レンズは、集束磁界を発生する磁極部分の支援で、通常はコイルで具体化される。磁界の発生において必要な電流は、コイルの熱消費を引き起こすだろう。磁気レンズの物理的な規模は、存在するすべての冷却手段のために必要なコイルおよびスペースのサイズによって決定される。螺旋型冷却などの冷却手段は、極部分の温度変化から発生する機械的な変化のような消費の望ましくない結果を制限するように要求されてよい。

粒子光学装置の分野において、例えば、検出器におけるスペースを生成するように、または集束装置を備える荷電粒子の複数のビームの支援で一つ以上のサンプルの複数の位置から情報を同時に獲得するように、ここに記載のような集束装置を小型化することが望ましい。

特許文献１を参照するに、コイルおよび磁極部分の支援で集束磁界を発生するための磁気レンズと、電界がビームのエネルギーを変化する、集束電界を発生するための静電レンズとから構成される集束装置が記載されている。磁界と全体的または部分的に一致する静電界を採用することによって、この周知の集束装置は状況を達成するために奮闘し、それによって避けられないレンズ異状は、磁気レンズを単独で使用する場合に達成することができるレンズ異状より小さい。ビームのエネルギーの変化に関して、ビームのエネルギーは静電界で減少することを記載しているだけである（特許文献１を参照）。
米国特許第４，７８５，１７６号明細書

本発明は、ランディングエネルギーに依存しない集束位置が集束装置に関して固定された位置を有し、集束装置が小型化のために適切である序章で記載した種類の装置を提供することを目的とする。

本発明による装置は、磁気レンズがレンズの作用のために要求される集束磁界を発生するための永久磁気物質を備えて提供され、エネルギーの変化がエネルギー上昇の形態を有することを特徴とする。

与えられた磁気レンズの場合において、永久磁気物質の使用は、磁気レンズのビームの異なるエネルギーがかかるレンズの異なる集束距離に帰着する結果として、極部分間の一定の磁界を導く。

ビームでのエネルギーの変化が、ビームが磁気レンズの磁界を横断する前またはその間のエネルギー上昇である場合、磁気レンズおよび静電レンズの出力の変化が互いに補うような手法で磁気レンズおよび静電レンズを構成することは当業者にとって簡素になる。つまり、エネルギー変化がエネルギー上昇であることが必要であり、ビームのエネルギーの減少の場合に分かるように、静電レンズおよび磁気レンズの両レンズが出力で増加する。その結果、この後者の磁気レンズの場合では、補償は達成することができない。

参照される特許文献１に記載のシナリオが、そこに記載された別の目的を達成するためにビームのエネルギーの減少だけが採用される当該シナリオから分かるように、上述の可能性を提供しないことは価値がない。

本発明による装置の優先的な実施態様において、磁界および電界の両界が存在する光軸のまわりに存在する領域がある。測定は、電界および磁界がオーバーラップする地域があることを暗示する。電界と磁界のかかるオーバーラップの結果として、小型化することが望ましい、小型構成が可能である。

本発明による装置の別の実施態様において、磁気レンズのサンプル側の磁気部分は電気伝導性の物質からなり、静電レンズの電極として追加的に機能する。部品のこの統合の結果として、小型化することが望ましい、小型構成が可能であり、加えて、磁極部分に関して静電電極を集中する必要は、消滅したようになる。

本発明による装置のさらなる実施態様において、装置は、撮像中に装置によって一定に保持される調整可能な集束位置を与えるための調整手段を備えて提供される。これは、サンプルの巨視的な位置が一定のままである状況でサンプルでの不規則を許容する集束位置を調整することを可能にする。

本発明は添付図に基づいて明確にされ、同一の参照番号は対応する要素を示す。

本発明は、ランディングエネルギーに依存しない集束位置が集束装置に関して固定された位置を有し、集束装置が小型化のために適切である粒子光学装置を提供することができる。

図１ａは、本発明による走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの粒子光学装置を部分的に示し、それによって、電子のビームなどの荷電粒子のビーム１は装置の光軸１０に沿って移動する。このビーム１は、集束装置１１によって集束位置９に集光される。集束位置９がサンプル８上に位置することが意図される。集束装置１１は、磁気レンズおよび静電レンズから構成される。磁気レンズは永久磁気物質６が位置される２つの極部分４および５から構成され、それによって極部分は光軸１０の周りに延在するギャップ１３によって分離される。

静電レンズは、光軸１０の周りで互いに縦方向に延在して位置される２つの管状電極２および３から構成され、それによって電極３は接地電位にあり、電極２は電源に接続される。

電流によって活性化されるコイル７は、磁極部分４と５との間のギャップ１３に位置する。

電極２と３との間で、電圧差は電源１２の支援で適用される。この電圧差は、電極２と３との間の集束する電界を引き起こす。この集束電界の結果として、ビーム１は、ビーム１がサンプル８に衝突する、あるエネルギー（以下、ランディングエネルギーと呼ぶ）に加速される。

磁極部分４および５は、永久磁気物質６によって発生した磁気フラックスをギャップ１３によって光軸１０の周りの領域にガイドし、このフラックスは光軸１０の近辺の集束磁界を引き起こす。つまり、図面に描写される極部分４および５を使用する場合、永久磁気物質６は光軸１０と平行な磁気方向を有する。極部分４および５は、ギャップによる散乱界（scatter field）が、集束装置の外部の光軸１０でまたは光軸１０の近辺で相当な磁界を引き起こさないような手法で規模が測られる。

コイル７によって発生した追加的な磁界は、所望であれば、光軸１０にすでに存在する集束磁界を穏やかに変化する。静電レンズによって発生されるような光軸１０上の集束電界Ｅは、曲線２０によって図１ｂに図解的に描写される。磁気レンズによって発生するような光軸上の集束磁界Ｂは、曲線２１によって図１ｂに図解的に描写される。光軸１０上のビーム１の電子エネルギーＵは、曲線２２によって図１ｂに描写される。この形態において、集束電界２０および集束磁界２１は、部分的で相互にオーバーラップする。集束磁界２１のサンプル側の領域２３に電界は存在しない。

集束磁界２１の集束作用は、特に、ビーム１の電子が集束磁界２１を横断するエネルギー２２によって決定される。ビーム１の電子が集束磁界２１の位置で高エネルギーを有する場合、集束作用はその場合より低く、それによって、ビーム１の電子は前述の位置で低エネルギーを有する。

集束磁界２１でのビーム１のエネルギーは、集束電界２０の位置および形状によって影響されるので、集束磁界２１に関する集束電界２０の位置および形状の選択は状況を成すことができ、それによって磁気レンズおよび静電レンズの出力での変化は互いに補う。この結果として、本発明によって望ましいように、集束位置９はランディングエネルギーとは独立できる。コイル７は、サンプル８のわずかな高さの変化を許容する集束位置９を調整する目的のための光軸１０上にすでに存在する集束磁界２１をわずかに変化できる磁界を発生でき、その結果、わずかな高さの変化は集束したビーム１を使用して続くことができる。集束位置９の調整範囲は、極部分５と集束位置９との間の距離のごくわずかである。したがって、電気コイル７によって引き起こされる磁界は、永久磁気物質６によって発生される集束磁界２１のわずかである。したがって、要求される調整範囲を達成するために必要な電気コイル７での電流は、永久磁気物質が存在しない場合に必要とされる電流のごくわずかであるだろう。レンズコイルの使用と関連する熱消費問題は、事実上除去される。

図２は、電極３が削除されていることが違うが、図１ａによる装置と事実上同一な装置を示す。電極３の機能は、図２では電気的な接地である極部分５によると仮定される。この手法において、磁極部分５はまた静電レンズの電極として作用し、集束電界は電極２と極部分５との間の電圧差によって形成される。つまり、磁極部分５は電気伝導性な物質からなり、接地電位に接続される。この実施態様に基づき導かれたシミュレーションは、集束位置９が確かにランディングエネルギーと無関係に成すことができ、形状が本発明によって望ましいように見ることができる手法で示される。

本発明による粒子光学装置で使用するための集束装置の概略図である。 図１ａに描写された粒子光学装置で発生するような軸電気と、磁界強度と、およびビームのエネルギーの分配のグラフである。 本発明による粒子光学装置で使用するための集束装置の概略図である。

符号の説明

１ ビーム
２ 管状電極
３ 管状電極
４ 極部分
５ 極部分
６ 永久磁気物質
７ コイル
８ サンプル
９ 集束位置
１０ 光軸
１１ 集束装置
１２ 電源
１３ ギャップ
２０ 曲線
２１ 曲線
２２ 曲線
２３ 領域

Claims (4)

1. 集束位置（９）上に荷電粒子のビーム（１）を集束するための光軸（１０）を有する集束装置（１１）を備えて提供される粒子光学装置であって、該集束装置（１１）は、
   磁極部分（４、５）の支援で集束磁界（２１）を生成するための磁気レンズと、
   前記ビーム（１）がエネルギー変化を受ける、集束電界（２０）を生成するための静電レンズと、を含み、
   前記集束電界（２０）が、前記集束磁気レンズ（２１）と前記集束位置（９）との間に位置する領域に関して上流に位置し、
   前記磁気レンズは、レンズ作用のために要求される前記集束磁界（２１）を発生するための永久磁気物質（６）を備えて提供され、
   前記エネルギー変化はエネルギー上昇の形態を有することを特徴とする粒子光学装置。
2. 前記集束磁界（２１）および集束電界（２０）の両界が存在する、前記光軸（１０）の周辺に領域が存在することを特徴とする請求項１に記載の粒子光学装置。
3. 前記磁気レンズのサンプル側の極部分（５）は電気伝導性の物質からなり、静電レンズの電極として追加的に機能することを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の粒子光学装置。
4. 撮像中に前記装置によって一定を維持される調整可能な前記集束位置（９）を与えるための調整手段を備えて提供されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粒子光学装置。

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