JPS62256352A - 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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JPS62256352A
JPS62256352A JP62097253A JP9725387A JPS62256352A JP S62256352 A JPS62256352 A JP S62256352A JP 62097253 A JP62097253 A JP 62097253A JP 9725387 A JP9725387 A JP 9725387A JP S62256352 A JPS62256352 A JP S62256352A
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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〕 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
かつ高分解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Ｃ７
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１次エネルギーが低下するに従って増大する０分解能
を決める試料上のビーム直径ｄは次式：％式％） で与えられる。ここでｄｏ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、ｄ２は色収差によって作られた収差
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ＣＦ、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 ｄｖｍＣｖ−ａ・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′＃Ｉ（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Ｃ２
の低下だけによって達成される。
文献「レコード・オン・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（Ｒ
ｅｃｏｒｄ　ｏｒ　ｔｈｅ　　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ９ｔｈ　
　　Ａｎｎｕａｌ　　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　　ｏｎ　　
Ｅｌｅｃｔｒｏｒｉ＋　　Ｉｏｎａｎｄ　Ｌａ５ｅｒ　
　Ｂｅａｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ３Ｔ　）　Ｊ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増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
成の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
の最大強度は磁掻片間隙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ａＳＳ体Ｓと共に磁気レンズ
ＭＬ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で内張すすることができる。この磁極片は静
電界浸レンズの下側の電極を構成する０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
びに磁橿片間隙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ｌ／１０に低下させると、単純磁気レ
ンズの収差定数の１／１Ｇ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０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
離を持つがら、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橋を構成する。
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−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は陰極電位が一１ｋＶ、
−次電子の加速が１０ｋｅＶまでであり、−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。
【図面の簡単な説明】
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は磁気レンズのけ橋
片、ＲＥは円筒電極である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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浸レンズから成
    り、静電界浸レンズは異る電位に置かれる２つの電極（
    ＲＥ、ＵＰ）を備え、磁気レンズの内部にその対称軸（
    ＯＡ）に対して対称的に設けられ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）磁気レンズ（ＭＬ）の１つの磁極片（ＵＰ）が静電
    界浸レンズの１つの電極を形成し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）静電界浸レンズの少くとも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項又は第２項記載の
    静電磁気複合レンズ。 ４）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項乃至
    第３項の１つに記載の静電磁気複合レンズ。 ５）電極（ＲＥ、ＳＥ）の少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項乃至第４項の１つに
    記載の静電磁気複合レンズ。 ６）電極（ＲＥ、ＳＥ）の少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
    乃至第５項の１つに記載の静電磁気複合レンズ。 ７）磁気レンズ（ＭＬ）の下方の磁極片（ＵＰ）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項乃至第６項の１つに記載の静電磁
    気複合レンズ。 ８）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項乃至第７項の１つに記載の静
    電磁気複合レンズ。 ９）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項乃至第７項の１つに記載の
    静電磁気複合レンズ。 １０）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項乃至第７項の１つに記載
    の静電磁気複合レンズ。
JP62097253A 1986-04-24 1987-04-20 粒子線装置の静電磁気複合レンズ Expired - Fee Related JPH0624106B2 (ja)

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