JPH03173054A - 粒子線装置 - Google Patents

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。

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。

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を減少しでいる。

ｉ＝Ｒ・π２／４・ｄ２　・αま 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＝ニブローブ径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（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。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、本発明の課題は、請求項１の前段に記載し
た型式の粒子線装置を改良して、２次放射線の収集及び
検出の効率を高めることである。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明は、上記
の課題を請求項１の後段に記載した特徴的構成によって
解決した。

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。

本発明の他の特徴は、従属請求項に記載した。

〔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−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）の間の動作距離すを
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）の中央電極（３ｂ）の試料
（４）に向いた下面に光伝導体（９）を設ける。

動作時、シンチレータ（５）に生じた光は、光増幅器（
６）に直接送られないで光伝導体（９）を介して間接的
に送られる。

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。

上述した光伝導体（９）やミラー装置（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（３ｈ）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、配置しであ
る。

第４図は、本発明要部の第４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５図は、本発明要部の第５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。

は本発明要部の第４の例を示す断面図、第５図は本発明
要部の第５の例を示す一部断面図である。

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。

〔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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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したシンチレータ（
   ５）とを有する粒子線装置において、ｅ）上記対物レン
   ズ（３）の中央電極（３ｂ）に上記シンチレータ（５）
   を設けることを特徴とする粒子線装置。 ２、上記１次粒子線（２）をイオン・ビームによって形
   成することを特徴とする請求項１記載の装置。 ３、上記１次粒子線（２）を電子ビームによって形成す
   ることを特徴とする請求項１記載の装置。 ４、上記対物レンズ（３）の電極（３ａ、３ｂ、３ｃ）
   を平坦な環状円板として構成することを特徴とする請求
   項１記載の装置。 ５、上記対物レンズ（３）の中央電極（３ｂ）は、該中
   央電極（３ｂ）に対し対称的に構成され配置された２つ
   の電極（３ａ、３ｃ）の開口より小さい直径（Ｄｂ）の
   開口を有することを特徴とする請求項４の記載の装置。 ６、上記対物レンズ（３′）の上記試料に面する外側の
   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）の開口を有し、中央電
   極（３′ｂ）は、上記試料から遠い電極（３′ａ）の開
   口より小さい直径（Ｄ′ｂ）の開口を有することを特徴
   とする請求項４記載の装置。 ７、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したことを
   特徴とする請求項１記載の装置。 ８、上記シンチレータ（５）と結合する感光検出器（６
   ）を有し、該シンチレータ（５）は、光導体、ミラー装
   置又はレンズ装置などの送光体（９、１０）によって感
   光検出器（６）と結合することを特徴とする請求項１記
   載の装置。 ９、感光検出器（６）を上記シンチレータ（５）の後方
   に配置し、該シンチレータ（５）に生じる光を直接上記
   感光検出器（６）に投射することを特徴とする請求項１
   記載の装置。 １０、上記中央電極（３ｂ、３′ｂ、３″ｂ）の開口の
   周り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）と
   することを特徴とする請求項１記載の装置。