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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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)
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。
するものである。
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。
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。
（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。
作寿命が限られている。
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。
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。
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。
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。
な具体例は、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。
光電子パ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3839707A DE3839707A1 (de) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | Verfahren zum betrieb eines elektronenstrahlmessgeraetes |
| DE3839707.2 | 1988-11-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02213037A JPH02213037A (ja) | 1990-08-24 |
| JPH0586020B2 true JPH0586020B2 (ja) | 1993-12-09 |
Family
ID=6367820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1278329A Granted JPH02213037A (ja) | 1988-11-24 | 1989-10-25 | 電子ビーム測定装置の作動方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5041724A (ja) |
| EP (1) | EP0370196B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02213037A (ja) |
| DE (2) | DE3839707A1 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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