JP2973136B2 - 粒子線装置 - Google Patents

粒子線装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特許請求の範囲請求項1の前段に記載した
型式の粒子線装置に関するものである。
〔従来の技術〕
請求項1の前段に記載した型式の装置は、既に公知で
ある(日本特許抜粋Vol.13,No.184参照)。
今日、粒子線装置は、試料のマイクロ処理、例えば材
料の除去又は被覆、及び解析に使用されている。これら
の装置を画像作成モードで使用する場合、1次粒子線を
試料上に集束させ、その結果生じる2次放射線を検出し
てプロット(曲線を作成)している。
すなわち、2次放射線によって試料の表面上に画像が
生じるのである。該装置の解像力を増すため、粒子プロ
ーブ(筒)の直径をそれに応じて減少し、次式により1
次粒子プローブの電流iを減少している。
i=R・π2/4・d2・α ただし、R=粒子源のビーム指向値、 d=粒子プローブのプローブ直径、 α=プローブ直径dを達成するために許容し
うる対物レンズの開口角度。
その結果、2次放射線も減少し、信号・雑音比S/Nが
悪くなる。したがって、S/N比を良好に保ち高画質の画
像を作成するには、画像記録時間を長くする必要があ
る。
公知の粒子線装置では、対物集束レンズと試料の間に
検出器を配置して2次放射線を検出している。この場
合、適当にバイアスした電極によって2次放射線を偏向
させ、加速してシンチレータに当てている。そこで発生
した光は、光増幅器で電気信号に変換すると共に増幅し
ている。他の検出器では、偏向された2次放射線をシン
チレータを介することなく直接増幅している。
しかし、かような配置の吸引電界は、1次粒子線に悪
い影響を与える。それは、一方において1次粒子線を偏
向させ、他方において粒子プローブを拡大させるからで
ある。
極端に小さい粒子プローブで動作する高解像度の装置
では、対物レンズの収差を十分小さく保つため、対物レ
ンズと試料の間隔を小さくする。すなわち、焦点距離を
極めて短くしなければならない。そうすると、2次放射
線を従来の検出器の配置で偏向させる場合、更に問題が
生じる。すなわち、一方において、上記の動作間隔を小
さくすればする程吸引電界力の浸透を弱め、他方におい
て、対物レンズの静電的集束電界が近いために競合する
吸引電界が生じる。これら2つの事実は、2次放射線の
収集及び検出を害する。
静電的対物レンズの中央電極を収集(コレクタ)電極
として使用すると、殆どすべての2次放射線を中央電極
に収集することができる。そこにシンチレータ材料を配
すると、2次放射線が光パルスに変換される。かような
構成により、最適なS/N比で極めて短時間に試料の画像
を作ることができる。
上述の構成にすれば、対物レンズと試料の間に検出器
を配置するためのスペースを設ける必要がない。よっ
て、対物レンズの動作距離、したがってレンズ収差を小
さく保つことができる。
このような配置はまた、中央電極の静電界が回転対称
であるため、1次粒子線に悪い影響を与えることがな
く、特に、粒子プローブの望ましくない偏向や拡大を起
こさない。
上記の日本特許抜粋Vol.13,No.184による一般的な装
置では、対物レンズの3つの電極の開口は直径が同じで
ある。この場合、シンチレータとして構成される中央電
極は光導体によって検出器に接続されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、2次放射によってシンチレータ上に
発生する光エネルギができるだけ少ないロスで検出器に
転送されるように粒子線装置を構成することである。
〔課題を解決するための手段及び作用〕
この課題は、本発明によれば、請求項1ないし3の特
徴事項によって達成される。
〔実施例〕
以下、図面により本発明を具体的に説明する。
第1図は、本発明の実施例を示す一部断面図である。
同図において、(1)は粒子線装置を全体として示し、
該装置は、1次粒子線(2)を発生する装置(図示せ
ず)を含み、静電的対物レンズ(3)により該粒子線
(2)を試料(4)上に集束させる。装置に応じ、1次
粒子線(2)は、イオン・ビーム又は電子ビームによっ
て形成しうる。
静電的対物レンズ(3)は、平坦な環状円板として構
成した3つの電極(3a),(3b),(3c)を有する。こ
れら3電極(3a),(3b),(3c)は、1次粒子線
(2)の方向に、該粒子線の軸が対物レンズ(3)の軸
(3d)と一致するように並べて配置する。
中央の電極(3b)の開口の周りの狭い環状部分の、少
なくとも試料(4)から遠い側の面に、シンチレータ
(5)を形成するシンチレータ材料を固着する。例えば
光増幅器のような感光検出器(6)を、中央電極(3b)
のシンチレータ(5)に合せて静電的対物レンズ(3)
の上方に配置する。
対物レンズにより集束した第1図に示すような1次粒
子線(例えば正イオン・ビーム)(2)は、試料(4)
上の衝突点Aにおいて2次放射線を発生する。対物レン
ズ(3)の2つの外側の電極(3a),(3c)は接地する
が、中央電極(3b)には強い正電圧を加える。そうする
と、2次放射線の負の粒子(例えば電子)は、中央電極
(3b)の面上、したがってシンチレータ(5)の面上に
加速して当たる(線(7)で示す)。シンチレータ
(5)に当たった2次放射線は光パルスを発生し、該光
パルスは、光増幅器(6)に送られて電気信号に変換さ
れると共に増幅される。
シンチレータ(5)は中央電極(3b)と共に十分に高
い電圧を有するので、2次放射線をシンチレータ(5)
に加速して当てるのに更に電圧を追加する必要がない。
シンチレータ(5)は対物レンズ(3)の内部にある
ので、対物レンズ(3)と試料(4)の間の動作距離b
を小さくすることができ、したがって、レンズ収差も小
さくすることができる。また、中央電極(3b)の電界は
回転対称であるため、一方において衝突点Aにおける望
ましくない偏向を、他方において衝突点Aにおける粒子
プローブの拡大を防止できる。
第2図は、本発明要部の第2の例を示す断面図であ
る。本例では、対物レンズ(3)の上方にミラー装置
(10)より成る送光体を設ける。シンチレータ(5)に
生じる光パルスは、破線(11)で示すようにミラー装置
(10)により偏向されて光増幅器(6)に送られる。
上述したミラー装置(10)のような送光体のほかに、
レンズ装置を使用することもできる。
第1図の対物レンズ(3)の中央電極(3b)には、2
つの電極(3a),(3c)の開口より小さい直径Dbをもつ
開口がある。該2電極(3a),(3c)は中央電極(3b)
に対し対称に構成し、配置してある。
第3図は、本発明要部の第3の例を示す断面図であ
る。本例の対物レンズ(3′)は、同じく平坦な静電的
対物レンズであるが電極の構成が非対称である。対物レ
ンズ(3′)の試料に近い外側の電極(3′c)は、他
の2つの電極(3′a),(3′b)の開口より小さい
直径D′cをもつ開口を有する。中央電極(3′b)の
開口の直径D′bは、試料から遠い外側の電極(3′
a)の開口の直径D′aより同じく小さい。
第4図は、本発明要部の第4の例を示す一部断面図で
ある。本例の対物レンズ(3″)は円錐状の静電的対物
レンズで、その3つの電極(3″a),(3″b),
(3″c)は、それぞれ1次粒子線(2)の方向に次第
に先端が細くなる円錐素子として構成する。
本発明には、あらゆるタイプの静電的対物レンズを使
用することができる。例えば、単体レンズ、平坦で円錐
構造のものや液浸レンズ等を用いることも可能である。
〔発明の効果〕
上記の〔課題を解決するための手段及び作用〕に記載
した事項は本発明の効果にほかならないので、重複記載
を省略する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す一部断面図、第2図は本
発明要部の第2の例を示す断面図、第3図は本発明要部
の第3の例を示す断面図、第4図は本発明要部の第4の
例を示す断面図である。 なお、図面の符号については、特許請求の範囲において
図示の実施(具体)例と対応する構成要素に付記して示
したので、重複記載を省略する。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 37/244 H01J 37/12

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)1次粒子線(2)を発生する装置と、 b)該1次粒子線(2)を試料(4)上に集束し、該1
    次粒子線の方向に並べて配置した3つの回転対称の電極
    (3a,3b,3c)を有し、上記1次粒子線(2)の軸と一致
    する軸(3d)をもつ静電的対物レンズ(3)と、 c)上記1次粒子線(2)の衝突点(A)において上記
    試料(4)上で放射される2次放射線を偏向させる装置
    と、 d)上記2次放射線の通路内に配置され、上記対物レン
    ズ(3)の中央電極(3b)によって形成され、感光検出
    器(6)と結合されたシンチレータ(5)と を含むイオンビーム装置又は電子ビーム装置のような粒
    子線装置において、 e)上記シンチレータ(5)は上記検出器(6)とミラ
    ー装置又はレンズ装置によって結合され、 f)上記対物レンズ(3)の中央電極(3b)は、該中央
    電極と対称的に配置され構成された上記2つの電極(3
    a,3c)より小さい直径(Db)の開口を有する ことを特徴とする粒子線装置。
  2. 【請求項2】a)1次粒子線を発生する装置と、 b)該1次粒子線を試料上に集束し、該1次粒子線の方
    向に並べて配置した3つの回転対称の電極(3′a,3′
    b,3′c)を有し、上記1次粒子線の軸と一致する軸を
    もつ静電的対物レンズ(3′)と、 c)上記1次粒子線の衝突点において上記試料上で放射
    される2次放射線を偏向させる装置と、 d)上記2次放射線の通路内に配置され、上記対物レン
    ズ(3′)の中央電極(3′b)によって形成され、感
    光検出器と結合されたシンチレータ(5)と を含むイオンビーム装置又は電子ビーム装置のような粒
    子線装置において、 e)上記シンチレータ(5)は上記検出器とミラー装置
    又はレンズ装置によって結合され、 f)上記対物レンズ(3′)の上記試料に面する電極
    (3′c)は、他の2つの電極(3′a,3′b)より小
    さい直径(D′c)の開口を有し、その中央電極(3′
    b)は、上記試料から遠い電極(3′a)より小さい直
    径(D′b)の開口を有する ことを特徴とする粒子線装置。
  3. 【請求項3】a)1次粒子線(2)を発生する装置と、 b)該1次粒子線(2)を試料上に集束し、該1次粒子
    線の方向に並べて配置した3つの回転対称の電極(3″
    a,3″b,3″c)を有し、上記1次粒子線(2)の軸と一
    致する軸をもつ静電的対物レンズ(3″)と、 c)上記1次粒子線の衝突点において上記試料上で放射
    される2次放射線を偏向させる装置と、 d)上記2次放射線の通路内に配置され、上記対物レン
    ズ(3″)の中央電極(3″b)によって形成され、感
    光検出器と結合されたシンチレータ(5)と を含むイオンビーム装置又は電子ビーム装置のような粒
    子線装置において、 e)上記シンチレータ(5)は上記検出器とミラー装置
    又はレンズ装置によって結合され、 f)上記対物レンズ(3″)の電極(3″a,3″b,3″
    c)は、それぞれ上記1次粒子線(2)の方向に先端が
    次第に細くなった円錐素子として構成される ことを特徴とする粒子線装置。
  4. 【請求項4】上記1次粒子線(2)がイオンビームによ
    って形成されることを特徴とする請求項1,2又は3記載
    の装置。
  5. 【請求項5】上記1次粒子線(2)が電子ビームによっ
    て形成されることを特徴とする請求項1,2又は3記載の
    装置。
  6. 【請求項6】上記対物レンズ(3;3′)の電極(3a,3b,3
    c;3′a,3′b,3′c)が平坦な環状円板として構成され
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の装置。
  7. 【請求項7】上記中央電極(3b,3′b,3″b)の開口の
    周囲の狭い環状部分の少なくとも上記試料から遠い面に
    シンチレータ材料を固着して上記シンチレータ(5)を
    形成することを特徴とする請求項1,2又は3記載の装
    置。
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