JPH0624106B2 - 粒子線装置の静電磁気複合レンズ - Google Patents

粒子線装置の静電磁気複合レンズ

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JPH0624106B2
JPH0624106B2 JP62097253A JP9725387A JPH0624106B2 JP H0624106 B2 JPH0624106 B2 JP H0624106B2 JP 62097253 A JP62097253 A JP 62097253A JP 9725387 A JP9725387 A JP 9725387A JP H0624106 B2 JPH0624106 B2 JP H0624106B2
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、粒子線装置に使用される静電磁気複合レン
ズに関するものである。 〔従来の技術〕 微小電子デバイスの開発と製造の分野では現在集積回路
製造工程のコントロール、マスクとウェーハの検査、電
子線リソグラフィによる微細構造の製作等に対して粒子
線装置が導入されている。 特に逆電場分光計と高速ビーム偏向系を備える改良型走
査電子顕微鏡が重視され、それを使用して高密度集積回
路の論理ならびに設計の誤りを例えば特定の結節点にお
いて電圧の時間経過を測定することにより既に開発段階
において検知し除去することができる。放射線に敏感な
検査対象の充電や損傷を避けるため粒子線装置は約0.
5乃至5kVの低い加速電圧で操作するが、このような加
速電圧では在来の走査型電子顕微鏡を使用して分解度の
高い検査を行うことは不可能である。従って半導体工業
の総ての分野において微小電子デバイスに対して迅速か
つ高分野能の検査を行うための高性能低電圧走査型電子
顕微鏡に対する要望が次第に高まって来た。 試料に当るときの電子ビームの直径dによって与えられ
る走査型電子顕微鏡の分解能は、低加速電圧の場合主と
して集束作用を妨害する電子間のクーロン斥力即ちベル
シュ効果と結像レンズの軸方向色収差とによって決ま
る。この色収差は次に示す関係式に従って色収差係数C
に比例し、ビーム電子のエネルギー分布の幅を一定と
して一次エネルギーが低下するに従って増大する。分解
能を決める試料上のビーム直径dは次式: d=(d +d 1/2 で与えられる。ここでdはビーム発生点と試料の間で
電子間のクーロン斥力によって拡大された幾何光学的プ
ローブ直径であり、dは色収差によって作られる収差
円盤の直径である。dはビーム開口α,レンズの色収
差係数C、および電子の一次エネルギーeUとエネル
ギー分布幅eΔUに関係し d=C・α・ΔU/U で与えられる。従って分解能の向上は電子・電子相互作
用の有害な影響(エネルギー分布幅eΔUに及ぼされる
ベルシュ効果およびプローブ直径に及ぼされる横方向ベ
ルシュ効果)ならびに使用レンズの色収差係数Cの低
下だけによって達成される。 文献「レコード・オブ・ディ・アイ・イー・イー・イー
・ナインス・アニュアル・シンポジウム・オン・エレク
トロン・アイオン・レーザービーム・テクノロジー(Re
cord of the IEEE 9th Annual Symposium o
n Electron,Ion and Laser Beam Technology
)」バークレイ9−11 1967年5月、176−
187頁に記載されている公知の走査型電子顕微鏡で
は、最初高い運動エネルギーに加速された一次電子が試
料の直前に作られた逆電場によって所望の低エネルギー
にまで減速される。試料に当るときのビーム直径を測定
することにより、この装置の対物レンズが逆電場操作に
際して逆電場を加えない通常の磁気レンズに比べて明ら
かに小さい色収差定数と球面収差定数を示すことが証明
される。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この発明の目的は、粒子線装置用のレンズとして高エネ
ルギー粒子を所望の低い最終エネルギーに減速すること
ができ、従来の磁気レンズよりも小さい色収差定数と球
面収差定数を示すものを提供することである。 〔問題点を解決するための手段〕 この目的は特許請求の範囲第1項に特徴として挙げた構
成を静電磁気複合レンズによって達成される。 〔発明の効果〕 この発明の複合レンズによって達成される利点は、高い
ビーム流と低い加速電圧においても小さい断面積の粒子
線プローブを作ることができることである。 この発明の有利な実施態様とその展開は特許請求の範囲
第2項以下に示されている。 〔実施例〕 この発明の実施例を示す図面についてこの発明を更に詳
細に説明する。 第1図に示した静電磁気複合レンズは対称形又は非対称
形の磁気レンズMLに1つの静電界浸レンズが組合わさ
れたものである。できるだけ短焦点距離とするため励起
コイルSPによって作られた磁束が磁極片UPとOPを
通して導かれ、レンズ系の対称軸OAを取囲む小空間区
域に集束される。その際この軸に対して回転対称の磁場
の最大強度は磁極片間隙PS内に置かれる。静電界浸レ
ンズの1つの電極REはこの実施例の場合中空円筒の形
に作られ、同じく円筒形の絶縁体Sと共に磁気レンズM
Lの上方の磁極片OP内にその対称軸に対して同軸に設
けられ、磁極片間隙PSの区域まで拡がる。磁気レンズ
MLの下方の磁極片は地電位に置かれ、汚染防止のため
第2図に示すように磁性材料又は非磁性材料のビーム案
内管SFで内張りすることができる。この磁極片は静電
界浸レンズの下側の電極を構成する。円筒電極REが下
方の磁極片UPに対して正電位特に粒子ビーム発生器の
陽極電位に置かれると、磁気レンズML内には常に回転
対称の減速電場が形成される。 静電界浸レンズと磁気レンズで構成される粒子光学ユニ
ットの結像特性は、主として電極の印加電圧と寸法なら
びに磁極片間隙PS内の磁場の強さによって決められ
る。従って円筒電極REと下側の磁極片開口が等しい直
径であることは必要条件ではない。 円筒電極REの磁気レンズML内の位置、その直径と下
側磁極片からの間隔は、系全体に対して要求される粒子
光学特性に適合させなければならない。即ち静電界浸レ
ンズの焦点距離は円形の孔絞りBLによって変えられる
が、この孔絞りは円筒電極RE内部に置かれるかあるい
は第2図に示すように磁極片間隙PSを閉鎖するように
置かれる。第3図に示すように2つの互に異る長さの円
筒電極RE,SEを上方の磁極片OP内に同軸に設け、
制御電極として作用する外側円筒電極SEに適当な電圧
を印加することにより焦点距離を連続的に変えることが
できる。この場合円筒電極RE,SEをそれぞれ円形の
孔絞りBLによって閉鎖することも可能である。 この発明の静電磁気複合レンズは集束性の磁場に減速性
の電場が重ねられていることに基き単純な磁気レンズに
比べて球面収差定数と色収差定数が明らかに小さくなっ
ている。主として円筒電極REと下側の磁極片UPの間
の電位差によって決まる複合レンズの収差定数は、界浸
レンズの減速電場によって粒子の運動エネルギーをその
最初の値の例えば1/10に低下させると、単純磁気レンズ
の収差定数の1/10に低下する。この発明によるレンズは
更に電気的レンズと磁気的レンズの良好な中心合せが可
能であることに基き、容易に計算可能の粒子光学特性を
実際に実現させるという利点を示す。 円錐形磁気レンズを使用する実施例を第4図に示す。円
錐形対物レンズは例えば大面積の試料を傾斜状態におい
ても短い間隔で投影し検査できるようにするため走査型
電子顕微鏡に採用されている。このレンズはその磁極片
の形状に基いて大きな間隙PSとそれに伴う長い焦点距
離を持つから、球面収差と色収差の定数が焦点距離と共
に大きくなる。この発明により正電位に置かれる円筒電
極REを上方の磁極片OP内に設けることにより、円錐
磁気レンズMLと静電界浸レンズから成る粒子光学ユニ
ットの結像特性は円錐形単純レンズに比べて明らかに改
良される。この結像特性の改良は前記の収差定数の低下
と円錐磁気レンズの主面の試料に向っての移動によって
達成されるものである。主面が試料に向って移動すると
焦点距離の短縮によって収差が小さくなる。この実施例
においても主として地電位に置かれる下方の磁極片UP
が静電界浸レンズの一方の電極を構成する、 この発明による静電磁気複合レンズは、ベルシュ効果が
特に加速電圧が低いとき分解能を限定し又従来のレンズ
系が大きな収差を伴う走査型粒子線顕微鏡特に走査型電
子顕微鏡に使用すると有利である。プローブ直径に及ぼ
す横方向ベルシュ効果の影響は運動エネルギーが大きい
と低減され、一方一次電子のエネルギー分布幅は特にビ
ーム発生器内でエネルギー的なベルシュ効果により明ら
かに減少するので、電子は第1ビーム交叉点(ビーム源
クロスオーバー)を低いエネルギー例えば2keVで通
過した後高エネルギー例えば10keVに加速し、試料
に当る直前に所望の低エネルギー例えば1keVに減速さ
せる。この場合一次電子の減速と集束はこの発明の静電
磁気複合レンズによるのが有利である。ここでは従来の
コンデンサレンズの1つ又は対物レンズが電子光学柱に
置き換えられ、円筒電極REは陰極電位が−1kV、一
次電子の加速が10keVまでであり、一次電子の所望最
終エネルギーが1keVのとき陽極電位即ち9kVに置か
れる。
【図面の簡単の説明】
第1図乃至第4図はこの発明の種々の実施例を示すもの
で、MLは磁気レンズ、OPとUPは磁気レンズの磁極
片、REは円筒電極である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−49364(JP,A) 特開 昭59−87742(JP,A) 実公 昭33−8228(JP,Y1)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ほぼ回転対称の磁場を発生する磁気レンズ
    (ML)とほぼ回転対称の電場を発生する静電界侵レン
    ズから成り、静電界侵レンズは異なる電位に置かれる2
    つの電極(RE、UP)を備えた静電磁気複合レンズに
    おいて、前記両電極は磁気レンズ(ML)の内部にその
    対称軸(OA)に対して対称的に設けられ、磁気レンズ
    (ML)の1つの磁極片(UP)が静電界侵レンズの1
    つの電極を形成していることを特徴とする粒子線装置の
    静電磁気複合レンズ。
  2. 【請求項2】静電界侵レンズの少なくとも1つの電極
    (RE)が中空円筒形に作られ、磁気レンズ(ML)の
    上方の磁極片(OP)内に対称軸(OA)に同軸に設け
    られていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の静電磁気複合レンズ。
  3. 【請求項3】1つの中空円筒形電極(SE)の内部に同
    じく中空円筒形に作られた第2電極(RE)がそれと同
    軸に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項または第2項記載の静電磁気複合レンズ。
  4. 【請求項4】電極(RE、SE)の少なくとも一方の内
    部に絞り(BL)がこの電極に導電結合されて設けられ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
    3項のいずれか1つに記載の静電磁気複合レンズ。
  5. 【請求項5】電極(RE、SE)の少なくとも一方が孔
    絞り(BL)で閉鎖されることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項ないし第4項のいずれか1つに記載の静電磁
    気複合レンズ。
  6. 【請求項6】磁気レンズ(ML)の下方の磁極片(U
    P)がビーム案内管(SF)で内張りされていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれ
    か1つに記載の静電磁気複合レンズ。
  7. 【請求項7】対称磁気レンズ(ML)が使用されること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項のいず
    れか1つに記載の静電磁気複合レンズ。
  8. 【請求項8】非対称磁気レンズ(ML)が使用されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項のい
    ずれか1つに記載の静電磁気複合レンズ。
  9. 【請求項9】円錐形磁気レンズ(ML)が使用されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項のい
    ずれか1つに記載の静電磁気複合レンズ。
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