JPH06139983A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子線装置

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JPH06139983A
JPH06139983A JP4289984A JP28998492A JPH06139983A JP H06139983 A JPH06139983 A JP H06139983A JP 4289984 A JP4289984 A JP 4289984A JP 28998492 A JP28998492 A JP 28998492A JP H06139983 A JPH06139983 A JP H06139983A
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JP
Japan
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charged particle
particle beam
extraction electrode
chromatic aberration
spherical aberration
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JP4289984A
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English (en)
Inventor
Mamoru Nakasuji
護 中筋
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸上色収差又は球面収差が良好に補正されて
いると共に、高輝度の荷電粒子線装置を提供する。 【構成】 半球面状のカソード6と、カソード6に対し
て凹型の半球面状で且つアパーチャ7bが形成されたア
ノード7と、アパーチャ7bを通過した電子ビームをタ
ーゲット5上に導く集束レンズ3とを有する。カソード
6及びアノード7により発生される負の軸上色収差又は
球面収差により集束レンズ3で発生する軸上色収差又は
球面収差を相殺する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば軸上色収差又は
球面収差の補正機構を備えた走査型電子顕微鏡等の荷電
粒子線装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子等の微細パターンを基板上に
形成する際に、走査型電子顕微鏡又はイオンビーム縮小
転写装置等の荷電粒子線装置が使用されている。斯かる
荷電粒子線装置で、より微細なパターンを高い解像度で
形成するには、軸上色収差又は球面収差等の収差を低減
する必要がある。
【0003】従来は、そのような収差を低減するための
手法として、荷電粒子線ビームの通路に張設された薄い
金属膜(フォイル)を収差補正用のフォイルレンズとし
て機能させる手法や、4極子レンズを用いる手法等が報
告されている。また、例えば走査型電子顕微鏡等におい
て、電子ビームの放出面が凹面のカソードと凸面のアノ
ードとよりなる電子銃を用いて、この電子銃で形成され
るクロスオーバ(電子線源の像)により電子光学系の収
差を打ち消す手法も提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の中で、フォイルレンズを用いる手法では、荷電粒子線
の進行方向がフォイルにより曲げられるため、荷電粒子
線の集束領域で新たなぼけが生じるという不都合があ
る。一方、4極子レンズを用いる手法では、荷電粒子線
ビームのアライメントが困難であり、軸合わせ不良によ
る新たな収差が発生し易いという不都合がある。
【0005】また、従来の電子ビームの放出面が凹面の
カソードを用いた手法では、ビームの輝度が小さく、小
さいビーム径では大きい電流が得られないという不都合
があった。本発明は斯かる点に鑑み、軸上色収差又は球
面収差が良好に補正された荷電粒子線装置を提供するこ
とを目的とする。更に、本発明は、それらの収差が良好
に補正されていると共に、小さいビーム径で大きい電流
が得られる高輝度の荷電粒子線装置を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の荷電
粒子線装置は、例えば図2に示す如く、荷電粒子線の発
生方向に対して凸型の荷電粒子線源(6)と、荷電粒子
線源(6)に対して凹型で、且つ荷電粒子線源(6)か
ら放出される荷電粒子線を通過させる開口(7b)を有
する荷電粒子線引き出し電極(7)と、荷電粒子線引き
出し電極(7)の開口(7b)を通過した荷電粒子線を
ターゲット(5)上に導く集束性の電子レンズ(3)と
を有し、荷電粒子線源(6)及び荷電粒子線引き出し電
極(7)により発生される負の軸上色収差又は負の球面
収差によりそれぞれ集束性の電子レンズ(3)で発生す
る軸上色収差又は球面収差の少なくとも一部を相殺する
ようにしたものである。
【0007】この場合、荷電粒子線源(6)の表面(6
a)は、集束性の電子レンズ(3)の光軸を軸とする第
1の回転楕円体の外面の一部であり、荷電粒子線引き出
し電極(7)の表面(7b)は、その光軸を軸とする第
2の回転楕円体の内面の一部であることが望ましい。ま
た、その回転楕円体には球面も含まれる。
【0008】また、本発明の第2の荷電粒子線装置は、
例えば図1に示す如く、荷電粒子線の発生部(1a)が
装置全体の光軸に垂直な平面の一部である荷電粒子線源
(1)と、荷電粒子線の発生部(1a)に対向する部分
がその光軸に垂直な平面の一部であると共に、荷電粒子
線源(1)から放出される荷電粒子線を通過させる開口
(2a)がその光軸を中心として形成された荷電粒子線
引き出し電極(2)と、この荷電粒子線引き出し電極
(2)の開口(2a)を通過した荷電粒子線をターゲッ
ト上に導く集束性の電子レンズ(3)とを有し、荷電粒
子線源(1)及び荷電粒子線引き出し電極(2)により
発生される負の軸上色収差又は負の球面収差によりそれ
ぞれ集束性の電子レンズ(3)で発生する軸上色収差又
は球面収差の少なくとも一部を相殺するようにしたもの
である。
【0009】
【作用】斯かる本発明の第1の荷電粒子線装置によれ
ば、荷電粒子線源(6)の荷電粒子線の放出面と荷電粒
子線引き出し電極(7)の荷電粒子線の入射面とはほぼ
平行である。従って、荷電粒子線源(1)の面から垂直
に放出された荷電粒子線は、荷電粒子線源(6)と荷電
粒子線引き出し電極(7)との間の空間では、電界の方
向と荷電粒子線の放出方向とが一致しているため、レン
ズ作用を受けることなく直進する。その後荷電粒子線
は、荷電粒子線引き出し電極(7)の開口(7b)が作
るアパーチャレンズの作用によって、発散方向に曲げら
れる。これにより、負の軸上色収差又は負の球面収差を
持つ荷電粒子線が得られる。この荷電粒子線を集束性の
電子レンズ(3)でターゲット(5)上に導くことによ
り、集束性の電子レンズ(3)が有する正の軸上色収差
又は正の球面収差の少なくとも一部が相殺される。ま
た、荷電粒子線源(6)の荷電粒子線の放出面が放出方
向に凸型であるため、高輝度の荷電粒子線が得られる。
【0010】更に、荷電粒子線源(6)の表面(6a)
が、集束性の電子レンズ(3)の光軸を軸とする第1の
回転楕円体の外面の一部であり、荷電粒子線引き出し電
極(7)の表面(7b)が、その光軸を軸とする第2の
回転楕円体の内面の一部である場合には、荷電粒子線源
(6)と荷電粒子線引き出し電極(7)との間の空間で
の設計パラメータの自由度が増えるので、より広い範囲
の球面収差や軸上色収差が得られるため、収束レンズの
収差を補正する能力が向上する。
【0011】また、本発明の第2の荷電粒子線装置にお
いては、荷電粒子線源(6)の荷電粒子線の放出面と荷
電粒子線引き出し電極(7)の荷電粒子線の入射面とは
平行であるため、第1の荷電粒子線装置と同様に軸上色
収差又は球面収差が相殺されて小さくなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明による荷電粒子線装置の一実施
例につき図1を参照して説明する。本実施例は走査型電
子顕微鏡(SEM)に本発明を適用したものである。図
1は本例の走査型電子顕微鏡の要部を示し、この図1に
おいて、カソード1の電子ビームの放出面1aを、電子
ビームが放出される領域より十分大きい面積の平面に形
成し、放出面1aを光軸AXに垂直に設定する。カソー
ド1の下方に、カソード1に平行な円板状で且つ光軸A
X上に円形のアパーチャ2aが穿設されたアノード2を
配置する。アノード2から下方に順に、磁気レンズより
なる集束レンズ3、走査用の偏向器4及びターゲット5
を配置する。また、図示省略するも、他に2次電子検出
器等が配置されている。
【0013】図1の動作につき説明するに、カソード1
の放出面1aとアノード2とは平行であるため、カソー
ド1とアノード2との間には光軸AXに平行な電界が形
成される。そして、カソード1から放出面1aに垂直に
放出された電子ビーム6は、カソード1とアノード2と
の間の電界に平行にアノード2に向かい、レンズ作用を
受けない。また、アノード2のアパーチャ2aを通過し
た電子ビーム6は、そのアパーチャ2aの持つ凹レンズ
作用により発散されて集束レンズ3に入射する。その電
子ビーム6は集束レンズ3によりターゲット5上に微小
スポットとして集束され、走査用の偏向器4によりその
微小スポットがターゲット5上で2次元的に走査され
る。
【0014】この場合、アノード2のアパーチャ2aの
持つ凹レンズ作用により発生する軸上色収差の符号は負
であり、集束レンズ3により発生する軸上色収差の符号
は正である。本例では、それら軸上色収差の絶対値が等
しくなるように、集束レンズ3の収差を調整する。これ
により、電子光学系の軸上色収差がほぼ0になり、結像
特性が向上する。また、アノード2のアパーチャ2aの
持つ凹レンズ作用により発生する球面収差の符号は負で
あり、集束レンズ3により発生する球面収差の符号は正
である。従って、それら球面収差の絶対値が等しくなる
ように、集束レンズ3の収差を調整することにより、電
子光学系の球面収差がほぼ0になり、結像特性が向上す
る。
【0015】次に、図2を参照して本発明の他の実施例
につき説明する。本例は図1の実施例の電子銃の部分を
変えたものであり、図2において図1に対応する部分に
は同一符号を付してその詳細説明を省略する。また、図
2では走査用の偏向器は省略してある。図2は本例の走
査型電子顕微鏡の要部を示し、この図2において、カソ
ード6の電子ビームの放出面6aを半径の小さい半球面
状に形成する。従って、その放出面6aは、電子ビーム
の放出方向に凸型である。カソード6の下方に、光軸A
Xを中心としたアパーチャ7bが穿設されたアノード7
を配置する。アノード7のカソード6に対向する面7a
を、カソード6の放出面6aと同心の球面状に形成す
る。従って、アノード7の面7aはカソード6に対して
凹である。
【0016】この実施例においても、カソード6の放出
面6aとアノード7の面7aとは平行であり、その放出
面6aの頂点近傍から放出される電子ビーム8は、電界
に平行にアノード7に向かうためレンズ作用を受けな
い。そして、アノード7のアパーチャ7aの持つ凹レン
ズ作用により発生する軸上色収差又は球面収差により、
それぞれ集束レンズ3で発生する軸上色収差又は球面収
差が相殺されるので、全体として収差が小さくなり結像
特性が向上する。
【0017】更に、図2の実施例では、電子ビームの放
出面6aが半球面状であるため、電子ビームのほとんど
がその放出面6aの頂点近傍から放出される。従って、
カソード6から放出される電子ビームは、単位面積当り
の電流が大きく高輝度である。なお、図2の実施例で
は、カソード6の電子ビームの放出面は球面状で、アノ
ード7の対向面も球面状であるが、カソード6の電子ビ
ームの放出面を光軸AXを軸とする第1の回転楕円面の
外面の一部として、アノード7の対向面をその第1の回
転楕円面とほぼ平行な面を有する第2の回転楕円面の外
面の一部より形成してもよい。更に、カソード6の電子
ビームの放出面を電子ビームの放出方向に凸状に形成し
て、アノード7の対向面をその凸状の放出面とほぼ平行
な凹面状に形成してもよい。また、図1及び図2におい
て、集束レンズ3は磁気レンズ以外の静電レンズであっ
てもよい。
【0018】また、上述実施例は本発明を走査型電子顕
微鏡(SEM)に適用したものであるが、本発明は例え
ば電子線描画装置、電子線縮小転写装置、イオンビーム
縮小転写装置等の荷電粒子線装置全般に適用することが
できる。このように、本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。
【0019】
【発明の効果】本発明の第1の荷電粒子線装置によれ
ば、荷電粒子線引き出し電極の開口の凹レンズ作用によ
り集束用の電子レンズで発生する軸上色収差又は球面収
差の少なくとも一部が相殺されるので、軸上色収差又は
球面収差を良好に補正できる利点がある。更に、荷電粒
子線源が凸型であるため、高輝度の荷電粒子線が得られ
る利点がある。
【0020】また、荷電粒子線源の表面が、光軸を軸と
する第1の回転楕円体の外面の一部であり、荷電粒子線
引き出し電極の表面が、その光軸を軸とする第2の回転
楕円体の内面の一部である場合には、荷電粒子線源と荷
電粒子線引き出し電極との間の設計パラメータが増え、
より広い範囲の負の球面収差、負の軸上色収差が得ら
れ、収束レンズのより大きい収差を補正することができ
る。また、本発明の第2の荷電粒子線装置によれば、荷
電粒子線引き出し電極の開口の凹レンズ作用により集束
用の電子レンズで発生する軸上色収差又は球面収差の少
なくとも一部が相殺されるので、軸上色収差又は球面収
差を良好に補正できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による荷電粒子線装置の一実施例の要部
を示す概略構成図である。
【図2】本発明の他の実施例の要部を示す一部断面に沿
う端面図を含む概略構成図である。
【符号の説明】
1,6 カソード 2,7 アノード 3 集束レンズ 4 走査用の偏向器 5 ターゲット 6,8 電子ビーム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子線の発生方向に対して凸型の荷
    電粒子線源と、 該荷電粒子線源に対して凹型で、且つ該荷電粒子線源か
    ら放出される荷電粒子線を通過させる開口を有する荷電
    粒子線引き出し電極と、 該荷電粒子線引き出し電極の開口を通過した荷電粒子線
    をターゲット上に導く集束性の電子レンズと、を有し、 前記荷電粒子線源及び前記荷電粒子線引き出し電極によ
    り発生される負の軸上色収差又は負の球面収差によりそ
    れぞれ前記集束性の電子レンズで発生する軸上色収差又
    は球面収差の少なくとも一部を相殺する事を特徴とする
    荷電粒子線装置。
  2. 【請求項2】 前記荷電粒子線源の表面は、前記集束性
    の電子レンズの光軸を軸とする第1の回転楕円体の外面
    の一部であり、前記荷電粒子線引き出し電極の表面は、
    前記光軸を軸とする第2の回転楕円体の内面の一部であ
    る事を特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
  3. 【請求項3】 荷電粒子線の発生部が装置全体の光軸に
    垂直な平面の一部である荷電粒子線源と、 前記荷電粒子線の発生部に対向する部分が前記光軸に垂
    直な平面の一部であると共に、前記荷電粒子線源から放
    出される荷電粒子線を通過させる開口が前記光軸を中心
    として形成された荷電粒子線引き出し電極と、 該荷電粒子線引き出し電極の開口を通過した荷電粒子線
    をターゲット上に導く集束性の電子レンズと、を有し、 前記荷電粒子線源及び前記荷電粒子線引き出し電極によ
    り発生される負の軸上色収差又は負の球面収差によりそ
    れぞれ前記集束性の電子レンズで発生する軸上色収差又
    は球面収差の少なくとも一部を相殺する事を特徴とする
    荷電粒子線装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002141281A (ja) * 2000-09-04 2002-05-17 Agere Guardian Systems Inc 電子ビーム投影装置及びフォーカシング方法
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20021118