JPH02213037A - 電子ビーム測定装置の作動方法 - Google Patents
電子ビーム測定装置の作動方法Info
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- JPH02213037A JPH02213037A JP1278329A JP27832989A JPH02213037A JP H02213037 A JPH02213037 A JP H02213037A JP 1278329 A JP1278329 A JP 1278329A JP 27832989 A JP27832989 A JP 27832989A JP H02213037 A JPH02213037 A JP H02213037A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
- H01J37/073—Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/317—Cold cathodes combined with other synergetic effects, e.g. secondary, photo- or thermal emission
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電子ビーム測定装置の作動方法に関するもの
である。
である。
電子ビーム測定装置は、Ａｐｐ１、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅ
ｔｔ、 ５１（２）、 １９８７の１４５〜１４７頁に
記載されていて公知である。その装置では、熱ＬａＢ、
電界放射源をレーザビームパルス（パルスＭｌ 返シＦ
ｉ 波数ｒ ＝ １０ｆＥＨｚ。
ｔｔ、 ５１（２）、 １９８７の１４５〜１４７頁に
記載されていて公知である。その装置では、熱ＬａＢ、
電界放射源をレーザビームパルス（パルスＭｌ 返シＦ
ｉ 波数ｒ ＝ １０ｆＥＨｚ。
パルス幅−１〜２ ｐｓ） によって動作する光陰径
で置き換えている。この装置は、発生される光電子パル
スの幅がほぼレーザパルスの幅に等しいので、特に高速
上（ひ）化ガリウム回路のストロボ測定に適している。
で置き換えている。この装置は、発生される光電子パル
スの幅がほぼレーザパルスの幅に等しいので、特に高速
上（ひ）化ガリウム回路のストロボ測定に適している。
しかし、光電子パルスを発生する装置は高価である。レ
ーザ光（λ＝ １０６４ｎｌＴ！ ）の周波数は、陰極
として働く金の層（電子放出の仕事関数Ｗ ＝ ４．５
ｅＶ）から光電子を放出させるため２倍にしなければな
らない。
ーザ光（λ＝ １０６４ｎｌＴ！ ）の周波数は、陰極
として働く金の層（電子放出の仕事関数Ｗ ＝ ４．５
ｅＶ）から光電子を放出させるため２倍にしなければな
らない。
走査電子顕微鏡は１．Ｊ、Ｐｈｙｓ、日、 Ｓｃｉ、
Ｉｎｓｔｒｕｍ。
Ｉｎｓｔｒｕｍ。
２０（１９８７）の１４９１〜１４９３頁に記載されて
いて公知である。この装置では、タングステン陰極をレ
ーザビームパルスにより融点以上の温度まで２〜３ナノ
秒間加熱し、この刺激によって電子を熱放射させている
。この装置においても、ヤグレーザ（Ｎｄ−ＹＡＧ １
ａｓｅｒ）で発生される１次放射光の周波数を２倍にす
る必要がある。しかも、レーザのエネルギレベルが高い
場合、別の電子パルスが発生するので、これを偏向装置
によりふるい分けなければならない。
いて公知である。この装置では、タングステン陰極をレ
ーザビームパルスにより融点以上の温度まで２〜３ナノ
秒間加熱し、この刺激によって電子を熱放射させている
。この装置においても、ヤグレーザ（Ｎｄ−ＹＡＧ １
ａｓｅｒ）で発生される１次放射光の周波数を２倍にす
る必要がある。しかも、レーザのエネルギレベルが高い
場合、別の電子パルスが発生するので、これを偏向装置
によりふるい分けなければならない。
また、陰極物質の蒸発率が高いので、陰極の動作寿命が
限られている。
限られている。
本発明の課Ｍ（目的）は、１次レーザ光の周波数を２倍
にすることなく光電子パルスを発生しろる電子ビーム測
定装置の作動方法を提供することである。更に、１次放
射電流を著しく増大させることも含まれる。
にすることなく光電子パルスを発生しろる電子ビーム測
定装置の作動方法を提供することである。更に、１次放
射電流を著しく増大させることも含まれる。
ＣＩ！８を解決するための手段〕
この課題は、請求項１及び２に記載した本発明方法によ
って解決される。すなわち、電子ビーム測定装置の陰極
をエネルギＥ、ｈがＥ、ｈ＜Ｗ （ｗは陰極物質の電子
放出仕事関数である。）の光子で照射し、外部−電界に
よりその仕事関数を光電子放射は生じるが電界放射は生
じない程度に減少させるのである。
って解決される。すなわち、電子ビーム測定装置の陰極
をエネルギＥ、ｈがＥ、ｈ＜Ｗ （ｗは陰極物質の電子
放出仕事関数である。）の光子で照射し、外部−電界に
よりその仕事関数を光電子放射は生じるが電界放射は生
じない程度に減少させるのである。
本発明の１次放射電流を増大させるための有利な具体例
は、従属請求項に示した。
は、従属請求項に示した。
上述の方法によれば、普通のレーザ源を用いて光電子パ
ルスを発生させることが可能となる。
ルスを発生させることが可能となる。
以下、図面により本発明の有利な具体例について説明す
る。
る。
第１図は本発明を用いる電子ビーム測定装置を示す図、
第２及び第３図はその電子銃の例を示す図である。第１
図に概略を示す電子ビーム測定装置は、電界放射陰極に
１引出し電極ＡＥ及び陽極Ａより成る電子ビーム発生部
（電子銃）と、ヤグレーザであるレーザ源ＬＡと、パル
ス（λ＝１０６４ｒｕｎ、 繰返し周波数γ＝ １０
０ＭＨｚ ）の形で放射されるレーザ光ＬＳの焦点を陰
極の尖端に合せる光学系りと、集光レンズＫＬと、少な
くとも４個の８極又は１２極素子に１〜に４より成る補
正部ＫＯと、集光レンズＫＬによって作られる光電子源
の中間像を真空試験室に配置した試料ＩＣの上に縮尺で
再生する対物レンズＭＬとを有する。対物レンズＭＬは
、光電子及び測定点で放出される２次電子の両方をそれ
ぞれ光軸ＯＡ上の１点に集束させるもので、焦点距離が
短い磁気レンズＯＬと、偏向部ＡＳと、測定点のポテン
シャルを決めるための２次電子分光計ＳＰとより成る。
第２及び第３図はその電子銃の例を示す図である。第１
図に概略を示す電子ビーム測定装置は、電界放射陰極に
１引出し電極ＡＥ及び陽極Ａより成る電子ビーム発生部
（電子銃）と、ヤグレーザであるレーザ源ＬＡと、パル
ス（λ＝１０６４ｒｕｎ、 繰返し周波数γ＝ １０
０ＭＨｚ ）の形で放射されるレーザ光ＬＳの焦点を陰
極の尖端に合せる光学系りと、集光レンズＫＬと、少な
くとも４個の８極又は１２極素子に１〜に４より成る補
正部ＫＯと、集光レンズＫＬによって作られる光電子源
の中間像を真空試験室に配置した試料ＩＣの上に縮尺で
再生する対物レンズＭＬとを有する。対物レンズＭＬは
、光電子及び測定点で放出される２次電子の両方をそれ
ぞれ光軸ＯＡ上の１点に集束させるもので、焦点距離が
短い磁気レンズＯＬと、偏向部ＡＳと、測定点のポテン
シャルを決めるための２次電子分光計ＳＰとより成る。
集電極の電界で加速される２次電子の焦点は、対物レン
ズ本体の上に配置された上記分光計の部分において、は
ぼ半球形の２つの電極間に形成された球面状に対称の対
向電界の中心にある。上記分光計の電界により形成され
る最小限界エネルギレベル以上のエネルギレベルをもつ
２次電子は、光軸ＯＡに対し対称に配置された２つの検
出器ＤＴに検出される。
ズ本体の上に配置された上記分光計の部分において、は
ぼ半球形の２つの電極間に形成された球面状に対称の対
向電界の中心にある。上記分光計の電界により形成され
る最小限界エネルギレベル以上のエネルギレベルをもつ
２次電子は、光軸ＯＡに対し対称に配置された２つの検
出器ＤＴに検出される。
レーザ光の光子エネルギＥｐｈ＝１゜１７ｅＶ （λ＝
１０６４１１ｍ ）はタングステン陰極Ｋ（尖端の直径
τ。
１０６４１１ｍ ）はタングステン陰極Ｋ（尖端の直径
τ。
＝０． ｔ〜０．５ μｍ、仕事関数ｗ ＝４．５ｅＶ
）から電子を放出させるのに十分でないので、本発明に
おいては、金属と真空の境界面におけるポテンシャル障
壁すなわち仕事関数を外部電界によって次の条件が満た
されるまで減少させる。
）から電子を放出させるのに十分でないので、本発明に
おいては、金属と真空の境界面におけるポテンシャル障
壁すなわち仕事関数を外部電界によって次の条件が満た
されるまで減少させる。
Ｗ ＠ ｆ ｌ≦Ｅ ｐ ｈ
ただし、Ｗ、、、＝外部電界の中での仕事間数Ｅ、、＝
光エネルギ 外部電界は、陰極にと反対に正に帯電された引出し電極
ＡＥによって形成する。そのポテンシャル（仕事開数）
は、光電子放射は起こるが電界放射が起こらない「電界
下の光電子放射」が行われるように予め決定する。した
がって、陰極の尖端付近の電界の強さは、約１０６〜Ｉ
Ｑ’Ｖ／ｃｏの臨界値を越えないようにする。引出しポ
テンシャルは、光子のエネルギすなわち使用するレーザ
ＬＡの型と、電子銃内の幾何学的条件（陰極に尖端の半
径、陰極Ｋ及び引出し電極ＡＥ間の距離）とによって決
まる。接地電位にある試料ＩＣをエネルギＦｌ：ｐｇ＝
１ ｋｅＶの電子で照射するには、例えば、陰極Ｋに電
位Ｕｘ＝ １ｋＶを、引出し電極ＡＥに電位ＵＡＩ：
＝０．５〜６ｋＶを、陽極へに電位ＵＡ＝ＱｋＶを加ニ
レばよい。勿論、はじめに光電子を例えばＥｐｘ＝１０
ｋｅＶ （ＵＡ ＝ ９ ｋＶ ）の高いエネルギレベ
ルに加速し、それから電子銃の下で付加電極又は液浸集
光器により遅らせて、最終的に所望のエネルギレベルと
することも可能である。
光エネルギ 外部電界は、陰極にと反対に正に帯電された引出し電極
ＡＥによって形成する。そのポテンシャル（仕事開数）
は、光電子放射は起こるが電界放射が起こらない「電界
下の光電子放射」が行われるように予め決定する。した
がって、陰極の尖端付近の電界の強さは、約１０６〜Ｉ
Ｑ’Ｖ／ｃｏの臨界値を越えないようにする。引出しポ
テンシャルは、光子のエネルギすなわち使用するレーザ
ＬＡの型と、電子銃内の幾何学的条件（陰極に尖端の半
径、陰極Ｋ及び引出し電極ＡＥ間の距離）とによって決
まる。接地電位にある試料ＩＣをエネルギＦｌ：ｐｇ＝
１ ｋｅＶの電子で照射するには、例えば、陰極Ｋに電
位Ｕｘ＝ １ｋＶを、引出し電極ＡＥに電位ＵＡＩ：
＝０．５〜６ｋＶを、陽極へに電位ＵＡ＝ＱｋＶを加ニ
レばよい。勿論、はじめに光電子を例えばＥｐｘ＝１０
ｋｅＶ （ＵＡ ＝ ９ ｋＶ ）の高いエネルギレベ
ルに加速し、それから電子銃の下で付加電極又は液浸集
光器により遅らせて、最終的に所望のエネルギレベルと
することも可能である。
第２図に示す電子銃では、レーザ光ＬＳは、レンズＬと
平坦又は放旬線鏡ＵＳとにより陰極尖端に焦点を合せて
いる。放ｌＩｋｍ鏡！ＪＳは、光電子が通り抜ける間隙
（孔）をあけ、同一電位ＵＡ！にある２つの引出し電極
ＡＥＩ 及びＡＥ２の間に配置する。この電子銃は、光
電子の大部分が電子ビーム測定装置の光軸ＯＡの方向に
放射される点で、第１図のものより優れている。
平坦又は放旬線鏡ＵＳとにより陰極尖端に焦点を合せて
いる。放ｌＩｋｍ鏡！ＪＳは、光電子が通り抜ける間隙
（孔）をあけ、同一電位ＵＡ！にある２つの引出し電極
ＡＥＩ 及びＡＥ２の間に配置する。この電子銃は、光
電子の大部分が電子ビーム測定装置の光軸ＯＡの方向に
放射される点で、第１図のものより優れている。
第３図に示す電子銃では、陰極Ｋを加熱電流ｌにより光
電子放射は起こるが熱放射は起こらない「加熱下の光電
子放射」が行われる温度にしている。したがって、加熱
電流ｌは、陰極温度が熱放射の臨界値である約２０００
Ｋを越えないようにする。
電子放射は起こるが熱放射は起こらない「加熱下の光電
子放射」が行われる温度にしている。したがって、加熱
電流ｌは、陰極温度が熱放射の臨界値である約２０００
Ｋを越えないようにする。
また、光電子放射を引出し電極ＡＥによる電界で補助し
てもよい。勿論、レーザ光ＬＳを第２図に示した光学系
り及びＵＳにより陰極尖端上に集光することも可能であ
る。
てもよい。勿論、レーザ光ＬＳを第２図に示した光学系
り及びＵＳにより陰極尖端上に集光することも可能であ
る。
陰極Ｋから放射される１次電流を増加させるため、電子
ビーム測定装置に少なくとも４個の８極又は１２極素子
に１〜に４より成る補正部に○を設ける。コノ多極光学
系は、０ｐｔｉｋ ３４． Ｖｏ１、３（１９７１）の
２８５〜３１１頁並びにＰｒｏｃｅｅｃｆｉｎｇｓ ｏ
ｆ ｔｈｅ ９ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ
ｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ。
ビーム測定装置に少なくとも４個の８極又は１２極素子
に１〜に４より成る補正部に○を設ける。コノ多極光学
系は、０ｐｔｉｋ ３４． Ｖｏ１、３（１９７１）の
２８５〜３１１頁並びにＰｒｏｃｅｅｃｆｉｎｇｓ ｏ
ｆ ｔｈｅ ９ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ
ｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ。
Ｔｏｒｏｎｔｏ １９７ｇ、 Ｖｏ１、３の１８６〜１
９６頁に記載されていて公知であり、対物レンズの軸に
おける色誤差（ａｘｉａｌ ｃｏｌｏｕｒ ｅｒｒｏｒ
）及び（又は）軸における開口誤差（ａｘｉａｌ ａｐ
ｅｒｔｕｒｅ ｅｒｒｏｒ）の補正に用いられる。これ
を用いると、同じ解像度で開口αを相当大きくすること
ができる。１次電流＋ｐｅは対物レンズの開口αの２乗
に比例し、補正部ＫＯの使用により該開口αをほぼ１０
倍に増加しうるので、１次電流＋ｐｉは式Ｉ Ｐ Ｅ
ＣＸ：α２に従って１００倍に増加することになる。
９６頁に記載されていて公知であり、対物レンズの軸に
おける色誤差（ａｘｉａｌ ｃｏｌｏｕｒ ｅｒｒｏｒ
）及び（又は）軸における開口誤差（ａｘｉａｌ ａｐ
ｅｒｔｕｒｅ ｅｒｒｏｒ）の補正に用いられる。これ
を用いると、同じ解像度で開口αを相当大きくすること
ができる。１次電流＋ｐｅは対物レンズの開口αの２乗
に比例し、補正部ＫＯの使用により該開口αをほぼ１０
倍に増加しうるので、１次電流＋ｐｉは式Ｉ Ｐ Ｅ
ＣＸ：α２に従って１００倍に増加することになる。
直接対物レンズの上に貿くを可とする補正部ＫＯの１つ
の多極素子Ｋｉ（ｉ ＝ ｌ〜４）の概略を第４１！Ｉ
に示す。この多極素子は、陽極への電位ＵＡにある８個
の内極片Ｐｒを存し、円筒形の絶縁体Ｉｓにより接地電
位にある同数の外極片ＰＡと隔離されている。外極片Ｐ
Ａには、それぞれ励磁コイルＳが巻かれている。各素子
に１ に４極及び８極の磁界が生じ、対物レンズの開口
誤差を補正する。色誤差の補正は、補正部ＫＯの中央の
２つの多極素子に２及びに３の内極片ＰＩに対応する電
位を付加し、４極の電界を形成して行う。
の多極素子Ｋｉ（ｉ ＝ ｌ〜４）の概略を第４１！Ｉ
に示す。この多極素子は、陽極への電位ＵＡにある８個
の内極片Ｐｒを存し、円筒形の絶縁体Ｉｓにより接地電
位にある同数の外極片ＰＡと隔離されている。外極片Ｐ
Ａには、それぞれ励磁コイルＳが巻かれている。各素子
に１ に４極及び８極の磁界が生じ、対物レンズの開口
誤差を補正する。色誤差の補正は、補正部ＫＯの中央の
２つの多極素子に２及びに３の内極片ＰＩに対応する電
位を付加し、４極の電界を形成して行う。
対物レンズの軸における開口及び色の誤差を補正するに
は、４個の８掻又は１２極の素子Ｋｉ で十分であるが
、更に５個の多極素子を使用すれば、その他のレンズ軸
誤差を減少させることができる。
は、４個の８掻又は１２極の素子Ｋｉ で十分であるが
、更に５個の多極素子を使用すれば、その他のレンズ軸
誤差を減少させることができる。
第３オーダーの開口誤差を補正すると、補正部ＫＯと対
物レンズＭＬの距離と共に増加する第５オーダーの開口
誤差によって解像度が制限される。
物レンズＭＬの距離と共に増加する第５オーダーの開口
誤差によって解像度が制限される。
この影響はまた、１２極の素子を使用することにより、
低いオーダーの補正を制限することなく大幅に減少させ
ることができる。
低いオーダーの補正を制限することなく大幅に減少させ
ることができる。
本発明が上述の具体例に限定されるものでないことは、
いうまでもない。
いうまでもない。
置において、１次レーザ光の周波数を２倍にすることな
く光電子パルスを発生させることができる。
く光電子パルスを発生させることができる。
また、請求項８の発明によれば、陰極から放射される１
次電流を著しく増加させることができる。
次電流を著しく増加させることができる。
第１図は本発明を用いる電子ビーム測定装置を示す図、
第２及び第３図はその電子銃の例を示す図、第４図は対
物レンズの開口誤差及びく又は〉色誤差を補正するため
の多極光学系の１素子を示す図である。 なお、図面の符号については、特許請求の範囲において
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。 〔発明の効果〕 本発明の作動方法によれば、電子ビーム測定装代 理
人 松 隈 秀 盛 ＦＩＧ、１ オツトブルン アン デル オ
第２及び第３図はその電子銃の例を示す図、第４図は対
物レンズの開口誤差及びく又は〉色誤差を補正するため
の多極光学系の１素子を示す図である。 なお、図面の符号については、特許請求の範囲において
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。 〔発明の効果〕 本発明の作動方法によれば、電子ビーム測定装代 理
人 松 隈 秀 盛 ＦＩＧ、１ オツトブルン アン デル オ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光子ビーム（ＬＳ）によって動作する陰極（Ｋ）、
該陰極（Ｋ）より放出される電子を光軸（ＯＡ）の方向
に加速する陽極（Ａ）、対物レンズ（ＭＬ）及び試料（
ＩＣ）より放出される２次電子を検出する検出器（ＤＴ
）を有する電子ビーム測定装置の作動方法であって、 上記陰極（Ｋ）を該陰極物質の電子放出仕事関数より低
いエネルギレベルの光子で照射すると共に、外部電界を
使用して光電子放射は生じるが電界放射が生じない程度
に上記陰極物質の上記仕事関数を減少させることを特徴
とする電子ビーム測定装置の作動方法。 ２、光子ビーム（ＬＳ）によって動作する陰極（Ｋ）、
該陰極（Ｋ）より放出される電子を光軸（ＯＡ）の方向
に加速する陽極（Ａ）、対物レンズ（ＭＬ）及び試料（
ＩＣ）より放出される２次電子を検出する検出器（ＤＴ
）を有する電子ビーム測定装置の作動方法であって、 上記陰極（Ｋ）を該陰極物質の電子放出仕事関数より低
いエネルギレベルの光子で照射すると共に、光電子放射
は生じるが熱放射が生じない程度に上記陰極（Ｋ）を加
熱することを特徴とする電子ビーム測定装置の作動方法
。 ３、光子の放射源（ＬＡ）はパルスを生じるように動作
させることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４、光子を光軸（ＯＡ）の方向に放射させることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。 ５、光子を鏡（ＵＳ）により光軸（ＯＡ）の方向に偏向
させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１
項に記載の方法。 ６、間隙を有する鏡（ＵＳ）を第１及び第２の引出し電
極（ＡＥ１、ＡＥ２）の間のビーム通路内に配置するこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の方法。 ７、上記陰極（Ｋ）は尖端を有するものを使用すること
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
方法。 ８、多極光学系（ＫＯ）を用いて対物レンズ（ＭＬ）の
軸における色誤差及び（又は）軸における開口誤差を補
正することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１
項に記載の方法。 ９、多極光学系（ＫＯ）は、少なくとも４個の８極又は
１２極の素子（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４）を使用するこ
とを特徴とする請求項８記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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