JPH03194837A - デルターフアイ・マイクロレンズ - 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、電子顕微鏡又はイオン類ｗ１＃！ｌで使用す
るに適した電界マイクロレンズの構造に関する。

［従来の技術］ 電界マイクロレンズは、直径がサブマイクロメータの範
囲にある正確に整合された穴を有する１組の導電性プレ
ートから成る。これらのプレートは通常は互いに分離き
れている。この型のマイクロレンズは、非常に鋭くした
導電性の先端部と組合わせて、狭く収束した電子又はイ
オンのビーム源を形成することができる。

この技術分野において周知のように、レンズ効果を与え
るために、即ち電界のない空間における粒子の進む軌道
から粒子を偏向（屈折）きせるために、異なる電位をマ
イクロレンズのプレートにそれぞれ印加して、ビーム収
束用の電位傾斜を与えることが行われている。この電位
傾斜はマイクロレンズの穴によって規定されるようなア
パーチャ及び先端部を貫く放射線と等しい光学軸に関し
て回転対称に生ぜられる。

前述のようなアパーチャを有するマイクロレンズは、欧
州特許出願筒８８１１ｉ８０３．８号に見出される。こ
の欧州特許出願のマイクロレンズは、少なくとも２つの
金属フォイルの積層体からなる。これらのフォイルはそ
の間に中間絶層媒体を含んでいて、互いに並行に配設さ
れている。全ての金属フォイル及び絶縁体の層には、正
確に位置合せされた穴が設けられている。この穴の直径
は、この特許出願に記載きれている特別なドリル方法に
よって、１μｍより小さくされている。

粒子ビームをできる限り収束させるために、非常に小き
な開口部を有するアパーチャにするばかやでなく、先端
部をできる限り鋭くすることが望ましい。理論的には、
先端部がその頂点において１つの原子のみを有するよう
にすることができる。

そのような先端部は、実際製造可能である。安定した単
一原子先端部の製造方法は、ＩＢＭ　　Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍ
ｅｎｔｓ　Ｖｏｌ、　３０、Ｎｏ、５　（１９８６年）
　、　ｐｐ、４６０〜４６５に記述されている。

典型的なレンズシステムにみられるように、個々のレン
ズの要素の間の間隙（この場合絶縁用スペーサの厚さ）
は、レンズ要素の外側の縁部において強い非線形の電位
傾斜を生ぜしめる。これらの電位傾斜は、球面収差を生
ぜしめ、このためひずみのない光の部分を光学軸に近い
領域に限定することになる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の主な目的は、従来技術で必要ときれていたレン
ズ要素間の絶縁用スペーサを排除することによって、従
来技術の欠点を解決することである。具体的には、本発
明の目的は、従来技術のレンズを構成する複数の金属層
にそれぞれ印加されていた異なる電位を廃止することで
ある。本発明の別の目的は、アパーチャに外部電圧を印
加せずに所定の電位傾斜を与えることである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のデルタ−ファイ・マイクロレンズは低エネルギ
ー粒子ビーム用なので、粒子ビーム源、即ち鋭くとがら
せた先端部と組み合わせて動作する。このマイクロレン
ズは、前記先端部と非常に接近して配置された少な（と
も２つの金属フォイルから成り、その各々は前記先端部
の軸と正確に整合された穴を有する。本発明のマイクロ
レンズは、前記金属フォイルの１つが基板として作用す
ること、前記先端部側とは反対側の前記基板の表面の少
なくとも一部分に他のフォイルがコーティングされるこ
と、そして前記金属フォイルを前記のように組み合わせ
たときその仕事関数の差（ΔΦ）が最高になるように前
記金属フォイルの材料が選択されることを特徴とする。

［実施例］ 添付の図面は、収束された粒子ビームの軌道だけでなく
マイクロレンズ及び先端部の配置を示す。

以下、この図面を参照して、本発明に従うマイクロレン
ズの２つの具体的な例について詳述する。

本発明は、サブマイクロメートル程度のアパーチャと組
み合わせた鋭くとがった先端部（ビーム源）によって生
まれる。低エネルギー粒子、即ち３０ｅＶ又はそれ以下
のエネルギーを有する粒子に関するものである。このよ
うな配置においては、短い距離の僅かな電位差を利用す
ることにより、これらの低エネルギー粒子に相当な偏向
を与えることができる。

低エネルギー電子は前記で概説したシナリオに適合する
が、低エネルギーイオンを用いることも可能である。し
かしながら、先端部の上の電界イオン化によってイオン
を発生すると、これらの粒子は先端部に直接生じる電子
の約１０倍のエネルギーを有するようになる。その結果
、これらのより高いエネルギーを有するイオンは制御し
にくくなる。即ち、イオンビーム上のマイクロレンズの
偏向の効果は顕著ではない。当業者には理解されるよう
に、本発明を実現するために用いられる粒子の特性に依
存して、超高真空又は不活性ガスの雰囲気が必要である
。以下の記載は、主に低エネルギー電子及び超高真空状
態についてされている。

本発明に従うと、粒子を偏向するのに必要な小さな電位
差は、導体の２層を絶縁しないで簡単に配置することに
よって発生することができる。図面を参照するに、薄い
金属フォイル３の穴２は、鋭い先端部１の軸と整合され
る。金属フォイル３の厚さは、１μｍのオーダである。

例えば、先端部１はタングステンからなり、その頂点に
おいては原子の三量体で終わるか又はそのような原子の
三量体で停止する単原子で終わるように鋭くされる。フ
ォイル３の穴２からの先端部１の距離は約１μｍである
。

フォイル３とは異なる金属層４は、先端部１とは反対側
にコーティングされる。層４のコーティングは、例えば
１１００ｎのオーダの厚ざでありかつ一般的な化学吸着
によって達せられる。通常、化学吸着はエバポレータ（
蒸発器）から直接行なうことができる。この場合、金属
フォイル３の表面全体が層４でコーティングされる。

このようなフォイル層マイクロレンズは、界浸レンズと
して特徴づけられるが、層４にフォイル３の材料からな
る他の層を付着させて単レンズを生むことも考えられる
。特性の変化は別として、層４に用いられる金属は一般
に遷移金属よりも化学的反応性に富むので、追加の層は
層４を腐食から保護する作用がある。

もし先端部１とは反対側のフォイル３の表面における穴
２の端にのみ層４が付着きれても、本発明のレンズは同
様に作用する。このために、収束された電子ビームは、
アパーチャ材料に物理吸着された種の誘発された電子の
解離を生じきせるために用いることができる。

アパーチャの穴をあける前又はあけた後に層４を化学吸
着することができる。この穴あけは、収束されたイオン
ビームを用いて実行される。イオンビームの摩耗力は、
文献において実証きれている。欧州特許出願用８８１１
１８０３．８号は、イオンによるアパーチャの形成につ
いて記述しているので参照きれたい。

層４の材料は、仕事関数によって選択され、フォイル３
の材料の上に吸着が起こる。フォイル３に対して材料は
決定的ではなく、電子の仕事関数が約４．５ｅｖ程度の
金、銀、銅、ニッケル等を含む遷移金属の広い群から得
られるが、層４の材料はこれらよりもかなり低い仕事関
数を有する金属から選択することが望ましい。

このような選択によって、３ｅｖのオーダの仕事関数の
差ΔΦ即ちデルタ−ファイが達成される。

適切な金属例としては、タングステンのフォイル３の上
に層４として付着させたセイウムがある。

前記のように、レンズとして作用する配置のために、層
４でフォイル３前面を覆う必要はない。先端部１とは反
対側の穴２の周囲を覆えば十分である。

層４の材料としてセシウムの谷、元素周期表のＩＡ族及
びＩＩＡ族の金属を前記遷移金属の１つと組み合わせる
こともできる。層４としてＩＡ族若しくはＩＩ　Ａ族の
１つの金属又はＩＡ族及びＩＩＡ族の両方若しくはその
一方の金属の合金と組み合わせた２以上の遷移金属の合
金をフォイル３に用いることによって本発明の実施が可
能であることは、当業者には明らかであろう。

大地電位にフォイル３を接続し、先端部１に約−３０Ｖ
の電圧をかけ（ΔΦに依存して一１０■から一４０Ｖで
ある）、そして装置全体を適切な真空状態にすると、先
端部１から吸い取られる電子ｅ−の軌道５が、先端部及
びアパーチャ又はその一方からなる軸６に向かって曲げ
られ、結局焦点７に収斂する。低エネルギーイオンの場
合、先端１における電位は正（かつ３０Ｖ以上できれば
３ＯＯＶ以上）にすべきである。

電子ビーム５のような低エネルギー粒子ビームの広がり
がナノメータであるようなビーム源からのある距離おけ
る光学軸に向うビームの偏向は、ビームの明るさを著し
く増加きせる結果となる。

この明るきは、偏向の角度に依存する。言い換えれば、
ビームエネルギー、穴の直径及び仕事関数の差ΔΦの関
数なのである。実際の電子光学の応用において重要とな
るのは、この明るきである。

例えば、リソグラフィにおける露光時間ばかりでなく、
高解像におけるリアルタイムのイメージング走査速度は
全て、利用するビーム源の明るきによって限定される。

明るきにおける同じような増加は、従来の装置では実現
で艶なかった。先端部の存在によって生じる電界貫通効
果のために、１組の穴の第１の穴は焦点をぼかす光学特
性を有するので、欧州特許出願用８８１１１８０３．８
号のポイント源及びサブミクロン・アパーチャの両方又
はその一方の機種きえも効果的でない。従ってより高い
電位に保たれる第２の穴は、まず第１の穴の焦点をぼか
す効果によって、そして第１のフォイル及び第２のフォ
イル間の絶縁用スペーサのためにビーム源からの増加さ
れた距離によってかなり広いビームを通す。

絶縁用スペーサをなくすことは、レンズの球面収差を改
善する結果となる。レンズの外側の端に近い軌道をとる
粒子できえ、焦点に導かれる偏向作用をうける。

［発明の効果］ 本発明は、レンズの要素間に必要とされていた絶縁用ス
ペーサを排除することによって、従来技術の欠点を解決
することができた。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に従うマイクロレンズを示す図である。 １・・・・先端部、２・・・穴、３．４・・・・金属フ
ォイル、５・・・・電子の軌道、６・・・・軸、７・・
・・焦点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低エネルギー粒子ビームの源として作用する鋭くと
   がった先端部と共に動作させるために組み合わされ、か
   つ前記先端部にきわめて接近して配置した少なくとも２
   つの金属フォイルを含み、該金属フォイルの各々が前記
   先端部の軸に正確に整合された１つの穴をそれぞれ有す
   る低エネルギー粒子ビームに対するデルタ−ファイ・マ
   イクロレンズにおいて、前記金属フォイルのうち第１金
   属フォイルが基板として作用し、前記基板表面のうち前
   記先端部とは反対側の少なくとも１部に第２の金属フォ
   イルがコーティングされ、前記第１の金属フォイル及び
   第２の金属フォイルの材料は前記第１の金属フォイル及
   び第２の金属フォイルが組合わされた状態においてこれ
   らの仕事関数の差（ΔΦ）が最も大きくなるように選択
   されることを特徴とするデルタ−ファイ・マイクロレン
   ズ。 ２、前記第１の金属フォイルの材料が遷移金属からなる
   群から選択され、前記第２の金属フォイルの材料が元素
   の周期表の I Ａ族及びIIＡ族の金属からなる群から選
   択される請求項１記載のデルタ−ファイ・マイクロレン
   ズ。 ３、前記第１の金属フォイルの材料がタングステンであ
   り、前記第２の金属フォイルの材料がセシウムである請
   求項２記載のデルタ−ファイ・マイクロレンズ。 ４、前記第２の金属フォイルの材料が前記第１の金属フ
   ォイル上に化学吸着されることを特徴とする請求項１記
   載のデルタ−ファイ・マイクロレンズ。 ５、前記第２の金属フォイルの材料が前記第１の金属フ
   ォイル上に物理吸着されることを特徴とする請求項１記
   載のデルタ−ファイ・マイクロレンズ。 ６、前記第２の金属フォイルの材料が前記第１の金属フ
   ォイルの表面のうち前記先端部とは反対側の表面全体に
   コーティングされる請求項１記載のデルタ−ファイ・マ
   イクロレンズ。 ７、前記第２の金属フォイルの材料が前記第１の金属フ
   ォイルの上に前記穴の付近のみにコーティングされる請
   求項１記載のデルタ−ファイ・マイクロレンズ。 ８、前記第１の金属フォイルの材料及び前記第２の金属
   フォイルの材料の仕事関数の差（ΔΦ）が３ｅＶのオー
   ダになるように該材料が選択されることを特徴とする請
   求項１記載のデルタ−ファイ・マイクロレンズ。 ９、前記第１の金属フォイルの材料が前記遷移金属の２
   以上の合金であり、前記第２の金属フォイルの材料が元
   素の周期表の I Ａ族及びIIＡ族の金属からなる群から
   選ばれる請求項２記載のデルタ−ファイ・マイクロレン
   ズ。 １０、前記第１の金属フォイルの材料が遷移金属からな
   る群から選択され、前記第２の金属フォイルの材料が元
   素の周期表の I Ａ族及びIIＡ族の前記金属の２以上の
   合金である請求項１記載のデルタ−ファイ・マイクロレ
   ンズ。 １１、前記第１の金属フォイルの材料が前記遷移金属の
   ２以上の合金であり、前記第２の金属フォイルの材料が
   元素の周期表の I Ａ族及びIIＡ族の前記の金属の２以
   上の合金である請求項１記載のデルタ−ファイ・マイク
   ロレンズ。 １２、前記第１の金属フォイルの厚さは１μｍのオーダ
   であり、前記第２の金属フォイルの厚さは１００ｎｍの
   オーダである請求項１記載のデルタ−ファイ・マイクロ
   レンズ。 １３、前記第２の金属フォイルが前記第１の金属フォイ
   ルの材料からなる第３の金属フォイルでコーティングさ
   れる請求項１記載のデルタ−ファイ・マイクロレンズ。