JP2010506374A - 永久磁石を有する磁気レンズ層を用いた電子カラム - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気レンズ層は、電子ビームを集束させる役割を果たすので、電子カラムのフォーカスにおいて、精密なフォーカスを実現することができ、フォーカスに使用される電圧を低めることができてフォーカスの制御に有利である。磁気レンズ層は、電子ビームを集束させて偏向をより容易に制御することを可能にする。係る磁気レンズ層は、支持体を導体から形成し、フォーカスレンズの一つのレンズ層の代わりに使用して電子カラムの構造を単純化させることができる。
【解決手段】
磁気レンズ層を用いた電子カラムが開示される。この電子カラムは、永久磁石を用いて電子ビームを集束させるための磁気レンズ層を含む。この磁気レンズ層は、支持板、前記支持板の内部に貫設されたアパーチャ、および前記アパーチャを中心として配列され、前記支持板の上に位置しあるいは前記支持板の内部に挿入された永久磁石を含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子カラム用レンズ組立体に係り、より詳しくは、電子カラムにおいて永久磁石を用いた磁気レンズ層を介して電子ビームをプリフォーカスし、さらに精密フォーカスすることにより、電子ビームフォーカスまたは制御をより容易にするためのレンズ組立体およびフォーカス方法に関する。

一般に、マイクロカラムを含んだ電子カラムは、電子を放出する電子放出源、有効な電子ビームを形成するためのソースレンズ、電子ビームを偏向させるためのデフレクター、および電子ビームをフォーカスするためのフォーカスレンズを含んでなる。必要に応じて、電子カラムはソースレンズを用いてフォーカスを行うこともある。よって、フォーカスはフォーカス専用レンズ（例えば、アインツェルレンズ）またはソースレンズでも行われる。

このようなフォーカスは２つ以上の電極層からなるレンズを用いて行われる。典型的なフォーカスレンズとしてのアインツェルレンズは、３つの電極層からなり、中間の電極層に電圧を印加し、残りの上下層の電極は接地させて使用する。このようなアインツェルレンズは、中間の電極層に電圧を印加する量によってフォーカスを調節するが、場合に応じては高い電圧を印加しなければならない。また、ソースレンズは３つの電極層から構成される。最上層の電極はエクストラクタと呼ばれるし、電子放出源から電子をよく放出させる役割を果たし、２番目の電極層はアクセラレータと呼ばれるし、電子放出源から放出された電子を加速させる役割を果たし、最後の電極層はリミッティングアパーチャと呼ばれるし、有効な電子ビームを形成し得るように電子を制限またはフィルタリングする役割を果たす。ソースレンズにおいて前述の役割を果たすために、主にエクストラクタに電圧が印加され、アクセラレータおよびリミッティングアパーチャは接地されて使用される。ところが、場合に応じて、電子カラムではソースレンズのアクセラレータ電極層にフォーカス電圧を印加してフォーカスを行うこともある。すなわち、この場合にはアクセラレータとリミッティングアパーチャ電極層を用いてフォーカスする。

図１は従来のフォーカスレンズとしてのアインツェルレンズを用いて電子ビームをフォーカスすることを概念的に示す断面図である。３つの電極層Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３からなるフォーカスレンズは、上下電極層Ｆ１、Ｆ３が接地されて使用され、中間の電極層Ｆ２にのみ電圧が別途に印加される。電子ビームＢは、フォーカスレンズのホールに入射し、中間の電極層Ｆ２に印加された電圧によって屈折されてフォーカスされる。フォーカスレンズは、３つの電極層からなり、光学レンズの凸レンズの役割を果たす。

図２は電子放出源Ｓから放出された電子を有効ビームに作る役割を果たす従来のソースレンズを示す。第１電極層Ｌ１はエクストラクタと呼ばれるし、電子放出源Ｓから電子がよく放出されるようにする役割を果たす。第２電極層Ｌ２はアクセラレータと呼ばれるし、放出された電子を加速する役割を果たす。第３電極層Ｌ３はリミッティングアパーチャと呼ばれるし、実際に有効な電子ビームを形成し易い電子のみを通過するように制限する役割を果たす。このようなソースレンズの電極層は、第１電極層Ｌ１に電圧を印加し、他の電極層Ｌ２、Ｌ３は接地させた状態で基本的な構造および役割を果たす。ところが、必要に応じてソースレンズでフォーカスを行うかあるいは偏向の役割を行うことができるので、目的に応じて電極層の配列または電圧印加方式を状況に合わせて変更することができる。

ソースレンズの場合、２つの電極層を用いてフォーカスを行うので過度のフォーカス電圧が印加され、精密なフォーカス制御を行うことが難しいことが多い。

また、超小型電子カラムとしてのマイクロカラムは使用される電圧が低いことが長所なので、フォーカスのために高い電圧を印加することが好ましくなく、高い電圧を一度に印加する場合に精密なレンズ制御が難しいおそれがある。

本発明は、前述した既存の電子カラムにおけるフォーカスをより容易かつ精密に制御することを可能にする電子カラムのレンズを提供することを目的とする。

また、本発明は、電子カラムにおけるフォーカス、偏向、またはソースレンズにおける電子ビーム制御の際に低電圧で精密制御を容易に行うことが可能な電子カラムのレンズを提供することを別の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、永久磁石を用いて電子ビームを集束させる磁気レンズ層を含む、電子カラムを提供する。

本発明は、電子カラムにおける電子ビームのプリフォーカスのために磁気レンズ層を使用するもので、磁気レンズ層を介して永久磁石を用いて別途の制御なしに磁場を形成して電子ビームをプリフォーカスする。アインツェルレンズの場合、アインツェルレンズ上に磁気レンズ層を置き、電子ビームが完全にフォーカスするのではなく、電子ビームの経路が中央に集まるようにして若干のプリフォーカスがなされるようにする。ソースレンズの場合も、フォーカス電圧を印加する電極層の前に磁気レンズ層を配置し、電子ビームが磁場の影響によりプリフォーカスされるようにする。

また、精密な電子ビームの制御または容易な電子ビームの制御のために、電子カラム内で電子ビームの進行経路の中心に向かって電子が集束または屈折されるようにすることにより、電子ビームの制御を容易にする。

本発明の磁気レンズ層は、電子ビームを集束させる役割を果たすので、電子カラムのフォーカスにおいて、精密なフォーカスを実現することができ、フォーカスに使用される電圧を低めることができてフォーカスの制御に有利である。

本発明に係る磁気レンズ層は、電子ビームを集束させて偏向をより容易に制御することを可能にする。

本発明に係る磁気レンズ層は、支持体を導体から形成し、フォーカスレンズの一つのレンズ層の代わりに使用して電子カラムの構造を単純化させることができる。

従来のレンズによって電子ビームをフォーカスすることを概念的に示す断面図である。 従来の電子カラムのソースレンズにおける電子ビームの進行を概念的に示す断面図である。 本発明に係る磁気レンズ層を用いて電子ビームをフォーカスすることを概念的に示す断面図である。 本発明に係る磁気レンズ層を用いて電子ビームを集束させることを概念的に示す断面図である。 本発明に係る磁気レンズ層の一例の平面図である。 本発明に係る磁気レンズ層と共に使用される一般レンズ層の例を示す平面図である。 図５のレンズ層がマルチ電子カラムで使用されるためにマルチ化された磁気レンズ層の例を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の様々な実施例について説明する。ここで、これらの実施例は、本発明を当業者が容易に理解し得るように説明するためのもので、本発明の権利を限定するものではない。

図３は本発明に係るフォーカスのためのレンズ層の断面を概念的に示す断面図、図４は本発明に係る永久磁石を用いた電極層がソースレンズで使用される例を示す断面図、図５は本発明に係る磁気レンズ層の平面図、図６は一般電子レンズの電極層の平面図である。

図３において、最上層の電極層Ｌ１および最下層の電極層Ｌ３は接地させ、中間の電極層Ｌ２には可変電圧を印加することにより、フォーカスを行う。磁気レンズ層Ｍは、最上層の電極層Ｌ１上に配置され、プリフォーカスを行う。図示の如く、マグネチック電極層Ｍに入射する電子ビームをプリフォーカスする。プリフォーカスは、完全なフォーカスではなく、分散して進む電子ビームを集束させる役割を果たすもので、最終フォーカスとは区分可能である。プリフォーカスは、フォーカスレンズにおいて、電圧の印加されるレンズ層Ｌ２上で電子ビームの経路を中央に集束させることにより、レンズ層Ｌ２に印加される電圧の大きさを減らし、精密なフォーカスを容易にする。すなわち、試料にフォーカスされることはレンズ層Ｌ２に印加される電圧または電流によって行われる。使用者は印加する電圧または電流量を調節しながらフォーカスを行う。

図５は永久磁石３２を用いて磁気レンズ電極層３０を形成する本発明に係る磁気レンズ層の一例を示す。３つの永久磁石３２は、中央のアパーチャ３１を中心として円周方向に沿って直列に配列され、アパーチャ３１を通過する電子ビーム上にプリフォーカスを行う。永久磁石の磁気力によってプリフォーカスの強さが決定される。永久磁石３２は、支持板３３上に取り付けられるかあるいは挿入されることにより整列できる。支持板３３は、パイレックス（登録商標）などの絶縁体または半導体シリコンを使用することができる。支持板３３は、永久磁石３２の磁場に影響を与えなければ特に材料に影響を受けず、中央のアパーチャ３１が他のフォーカスレンズの電極層と共に整列できるようにすればよい。よって、支持板３３は、他のレンズ層のように、シリコンからも製作可能であり、薄い金属板を用いることも可能である。本発明の磁気レンズ層は、電子ビームを制御するために永久磁石を使用するので、別途の制御が不要であり、永久磁石の磁気力を予め選択して電子ビームを当該磁気力だけ集束させるために使用するものである。図３の永久磁石３２の配列は一般な磁場レンズの配列方法によって様々に変形される。但し、中央のアパーチャ３１を通過する電子ビームＢが集束できるように配列すればよい。

図４は本発明に係る磁気レンズ層を図２のソースレンズ層に使用する一例を示す平断面図である。

図４のレンズ層では、図２の最上位電極層Ｌ１とその下の電極層Ｌ２との間に本発明に係る磁気レンズ層Ｍが位置する。電子ビームは電極層Ｌ１によってレンズのアパーチャに進入し、進入した電子ビームは磁気レンズ層Ｍによって中心に向かって集束する。したがって、電子放出源Ｓから放射状に広がっている電子ビームが中心軸に向かって屈折される。よって、最後レンズ層Ｌ３のアパーチャに電子がさらに多く通過して電子ビームの電子量が増加することにより、試料に到達するプローブビームの量が増加する。もしレンズ層Ｌ２がフォーカスを行うと、図３の場合のようにプリフォーカスの役割を行うことができる。

図６は本発明の磁気レンズ層と共に使用できる電子カラムの静電レンズ層の例として、四角形および円形のレンズ層４３に円形および四角形のアパーチャ４１を示している。ところが、図６の円形と四角形は一例に過ぎず、三角形、四角形などの多角形、円形、楕円形などを含む様々な形状が使用でき、アパーチャも必要に応じて所定の形状を持つことができる。本発明の磁気レンズ層は、他のレンズ層の外部およびアパーチャの形状に応じて製作できるが、場合によってはアパーチャを円形にしてプリフォーカスのみを行うことができる。本発明に係る磁気レンズ層、電場レンズ、または電磁場レンズなどのいずれでも使用可能である。

本発明に係る永久磁石を用いた磁気レンズ層は、フォーカスレンズだけでなく、ソースレンズで使用可能である。本発明に係る磁気レンズ層は、その役割が永久磁石の磁気力による集束なので、このような集束が必要なものには使用可能である。本発明の磁気レンズ層を使用することが可能な代表的な例として、電子ビームがフォーカシングの際にプリフォーカスの役割を行うように使用される。ところが、他の例として、本発明の磁気レンズ層はデフレクターの前で予めビームを集束させて偏向がより容易となるように使用することもできる。

まず、フォーカシングと関連しては、図３で説明したようにフォーカスのために電圧または電流が可変的に印加される電極層の前で電子ビームが予め集束するようにして、フォーカスが容易になるとともに精密なフォーカス制御が可能となるようにする。電子カラムにおいて、フォーカスは主に別途のフォーカスレンズで行われることが一般的であるが、別途のフォーカスレンズと関係なくソースレンズでフォーカスが行われる場合もある。この場合もフォーカスのための電圧または電流が印加される電極層の前に配置されて使用できる。

また、電子カラムにおいて、デフレクターは、電子ビームを試料にスキャンするために使用されるが、デフレクターの中心を電子ビームが通過するので、デフレクターでより容易に電子ビームを集束させて偏向させるために、本発明に係る磁気レンズ層をデフレクターの前に配置することができる。

本発明に係る磁気レンズは、別途の配線または接地が不要であるが、場合に応じて金属などの伝導体または高濃度にドープされたシリコン支持板を使用する場合、接地して別途の制御はしないが、電子ビームの加速またはレンズの一部としての役割を行うことができるようにすることも可能である。

特に、電場レンズの場合、図１のフォーカスレンズの上下層は接地されて使用されるように、特定のレンズ層は接地された状態で役割を果たすので、同じ役割を同時に行うことが可能である。すなわち、図１のフォーカスレンズの最上層の代わりに本発明の磁気レンズ層を使用することができる。この場合、永久磁石の支持板は導体または高濃度にドープされたシリコンで出来ている。

また、本発明に係る磁気レンズ層は、永久磁石を配列して使用されるもので、図４の場合は最上の電極層Ｌ１の下面に永久磁石を図５の磁石のように接着または結合させると、図４の例のような役割を果たすことができる。すなわち、別途の電極層を作らず、既存の電場レンズの場合には電場レンズの底面または上面に永久磁石を配列することにより、本発明の磁気レンズ層を形成することができる。勿論、電場レンズの場合、絶縁層または間隔を設けることが可能なもので、ある程度距離をおいてパイレックス（登録商標）などに永久磁石を配列して使用することもできる。既存の電場レンズは電極層をパイレックス（登録商標）などの絶縁層で絶縁しながら積層するので、このような積層の際にはパイレックス（登録商標）などの絶縁層に永久磁石を配列すればよい。

本発明に係る永久磁石を含んだ磁気レンズ層をマルチ電子カラムのレンズ層のように製作すると、マルチ電子カラムにおいても使用可能である。

図７は図５の磁気レンズ層３０がマルチ電子カラムで使用されるために、多数のアパーチャ５１を中心として多数の永久磁石５２が配置されているもので、他のレンズ層のようにウエハータイプで製作する。

永久磁石は、半導体工程によって製作し、あるいは別途に接着などを行って支持板５３に形成することが可能である。支持板５３は、全体が一つの層から構成され、永久磁石５２とアパーチャ５１を内部に単位電子カラム別に含んでいる。

前記支持板４３は、金属板から製作することもできるが、半導体工程によって製作するために、高濃度にドープされたシリコン、パイレックス（登録商標）などの絶縁層、または一般シリコン層から製作できる。

本発明の電子カラムは、半導体リソグラフィー工程、または電子ビームを用いた検査装置に使用可能である。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・電極層 Ｍ・・・磁気レンズ層
Ｓ・・・電子放出源 ３０・・・磁気レンズ電極層
３１、４１、５１・・・アパーチャ
３２、５２・・・永久磁石
３３、５３・・・支持板
４３・・・四角形および円形のレンズ層

Claims (6)

1. 電子カラムにおいて、
   前記電子カラムが、永久磁石を用いて電子ビームを集束させる磁気レンズ層を含むことを特徴とする、電子カラム。
2. 前記磁気レンズ層が、支持板、前記支持板の内部に貫設されたアパーチャ、および前記アパーチャを中心として配列され、前記支持板の上に位置しあるいは前記支持板の内部に挿入された永久磁石を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム。
3. 前記支持板が、導体または高濃度にドープされたシリコンで出来ている導電層または静電レンズ層であることを特徴とする、請求項２に記載の電子カラム。
4. 前記磁気レンズ層がレンズの電極層の間、レンズとレンズとの間、またはデフレクターの前に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子カラム。
5. 前記磁気レンズ層が、電子ビームをフォーカスするレンズの前に配置され、電子ビームをプリフォーカスすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子カラム。
6. 前記磁気レンズ層が、デフレクターの前に配置され、偏向の際に電子ビームを集束させることにより電子ビームが偏向するように電子ビームを集束させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子カラム。

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