JPH0586020B2 - - Google Patents

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JPH0586020B2
JPH0586020B2 JP1278329A JP27832989A JPH0586020B2 JP H0586020 B2 JPH0586020 B2 JP H0586020B2 JP 1278329 A JP1278329 A JP 1278329A JP 27832989 A JP27832989 A JP 27832989A JP H0586020 B2 JPH0586020 B2 JP H0586020B2
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JP
Japan
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cathode
photons
electron beam
electron
objective lens
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JPH02213037A (ja
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Peetaa Fuoiyaabaumu Hansu
Furojiin Yurugen
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AI SHII TEII INTEGUREETETSUDO
AI SHII TEII INTEGUREETETSUDO SAAKITSUTO TESUTEINGU G FUYUUA HARUPURAITAA PURYUUFUTEKUNITSUKU MBH
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AI SHII TEII INTEGUREETETSUDO
AI SHII TEII INTEGUREETETSUDO SAAKITSUTO TESUTEINGU G FUYUUA HARUPURAITAA PURYUUFUTEKUNITSUKU MBH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/06Electron sources; Electron guns
    • H01J37/073Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/317Cold cathodes combined with other synergetic effects, e.g. secondary, photo- or thermal emission

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

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。
〔従来の技術〕
電子ビーム測定装置はAppl.Phys.Lett.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LaB6電界放射源をレーザビー
ムパルス(パルス繰返し周波数γ=100MHz,パ
ルス幅≒1〜2ps)によつて動作する光陰極で置
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、
特に高速砒(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=1064nm)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=4.5eV)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、J.Phys.E.Sci.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、この刺激によつて電子を熱放射さ
せている。この装置においても、ヤグレーザ
(Nd−YAG laser)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。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題(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う
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。
〔課題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
方法によつて解決される。すなわち、電子ビーム
測定装置の陰極をエネルギEphがEph<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。
〔作用〕
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。
〔実施例〕
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。
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K、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=
1064nm,繰返し周波数γ=100MHz)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Lと、集光レンズKLと、少なくとも4個
の8極又は12極素子K1〜K4より成る補正部
KOと、集光レンズKLによつて作られる光電子
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、測定点のポテンシヤルを決め
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、ほぼ半球形の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=
1064nm)はタングステン陰極K(尖端の直径ι0
0.1〜0.5μm、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ヤル障
壁すなわち仕事関数を外部電界によつて次の条件
が満たされるまで減少させる。
WeffEPh ただし、Weff=外部電界の中での仕事関数 Eph=光エネルギ 外部電界は、陰極Kと反対に正に帯電された引
出し電極AEによつて形成する。そのポテンシヤ
ル(仕事関数)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。したがつて、陰極の尖端
付近の電界の強さは、約106〜107V/cmの臨界値
を越えないようにする。引出しポテンシヤルは、
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K尖端の半
径、陰極K及び引出し電極AE間の距離)とによ
つて決まる。接地電位にある試料ICをエネルギ
EPE=1keVの電子で照射するには、例えば、陰極
Kに電位Uk=−1kVを、引出し電極AEに電位
UAE=0.5〜6kVを、陽極Aに電位UA=0kVを加
えればよい。勿論、はじめに光電子を例えばEPE
=10keV(UA=9kV)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と平坦又は放物線鏡USとにより陰極尖端
に焦点を合せている。放物線鏡USは、光電子が
通り抜ける間隙(孔)をあけ、同一電位UAEにあ
る2つの引出し電極AE1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i
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。したがつて、加熱電流iは、陰極温度が熱放
射の臨界値である約2000K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L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K1〜K4より成る補正部KOを設
ける。この多極光学系は、Optik 34,Vol.3
(1971)の285〜311頁並びにProceedings of the
9th International Congress on Electron
Microscopy,Toronto 1978,Vol.3の186〜196
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 aperture
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iPE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iPEは式iPE∝α2
に従つて100倍に増加することになる。
直接対物レンズの上に置くを可とする補正部
KOの1つの多極素子Ki(i=1〜4)の概略を
第4図に示す。この多極素子は、陽極Aの電位
UAにある8個の内極片PIを有し、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PAには、それぞれ励磁コ
イルSが巻かれている。各素子Ki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K2及びK3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極又は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つ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。
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。
〔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
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。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。
【図面の簡単な説明】
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(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。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光子ビームLSによつて動作する陰極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つて、 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を生じるが電界放
    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によつて動作する陰極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つて、 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。
JP1278329A 1988-11-24 1989-10-25 電子ビーム測定装置の作動方法 Granted JPH02213037A (ja)

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