KR960010432B1

KR960010432B1 - 펄스 비임 발생 방법 및 발생 장치

Info

Publication number: KR960010432B1
Application number: KR1019930008386A
Authority: KR
Inventors: 유이찌로 야마자끼
Original assignee: 가부시기가이샤 도시바; 사또 후미오
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1996-07-31
Also published as: JPH05325867A; KR930024280A; JP3046452B2; US5406178A

Abstract

내용없음

Description

펄스 비임 발생 방법 및 발생 장치

제1도는 본 발명에 따른 펄스 발생 방법 및 그 발생 장치의 한 실시예를 도시하는 도면.

제2도는 애퍼쳐의 다른 실시예를 도시하는 도면.

제3도는 종래의 펄스 발생 장치를 도시하는 도면.

제4도는 종래의 펄스 발생 장치의 편향 수단과 애퍼쳐를 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 비임 발생 장치10 : 얇고 긴 성형 수단

13 : 편향기15 : 애퍼쳐

16 : 복귀 성형 수단19 : 시료면

30 : 대물 렌즈

본 발명은 전자 비임 또는 이온 비임 등의 하전 비임을 이용한 펄스 비임 발생 방법 및 펄스 비임 발생장치에 관한 것이다.

피코초 정도의 펄스폭의 펄스 비임은 주로 EB 테스터에 이용되고 있다. 펄스 비임의 발생 방법으로서는 전자 비임을 횡방향 전계를 이용해서 편향하고, 이것을 애퍼쳐로 절취하는 비임 편향 방식이 이용된다. 이 방법은 주사 전자 현미경(SEM)에 장착이 간단하고, 나노초 내지 피코초까지의 펄스폭을 용이하게 낼 수 있는 이점이 있다.

제3도에 EB 테스트용 펄스 비임 발생 장치 및 그 광선도를 도시한다. 제3도에 도시하는 바와 같이 음극(101)과 웨넬트(Wehnelt)(102)와 양극(103)으로 이루어지는 전자총에 의해, 대략 원형의 단면형상을 갖는 전자 비임(110)이 가속된 상태에서 출사된다. 방사상으로 출사된 전자 비임(110)은 컨덴서 렌즈(106) 및 대물 렌즈(107)에 의해 수속(收束)되어 시료면(109)상에 음극의 상이 결상된다. 이때 원형 개구를 갖는 대물 애퍼쳐(쵸핑 애퍼쳐)(108)이 컨덴서 렌즈(106)과 대물 렌즈(107) 사이에 설치되어 비임의 개방각이 결정된다. 컨덴서 렌즈(106)과 전자총 사이에 편향기(104)가 설치되고, 전원(105)에서 정현파나 펄스를 편향기(104)로 입력하면 편향기(104)에 의해 전자 비임(110)이 편향된다. 그리고 대물 애퍼쳐(108)에 의해 전자비임(110)이 주기적으로 절취되어 펄스 비임이 형성된다.

쵸핑·애퍼쳐, 편향기 및 전자 비임의 관계를 모식적으로 제4도에 도시한다. 전자 비임(210)은 평행 평판형 편향기(201)에 의해 편향되고 쵸핑 애퍼쳐(202)[대물 애퍼쳐의 공역상(共役傷)]에 의해 비임이 절취된다. 이때의 쵸핑 애피쳐(202)의 개구 내경을 Da, 애피쳐(202)상에서의 비임 직경을 da로 하면 얻어지는 펄스 비임의 펄스폭 τ는

τ=2dVa(da+Da)/khLda……………………………………(1)

로 표시된다.

식(1)에서는 d는 편향기의 전극 간격, h는 편향기의 전극 길이, Va는 전자 비임의 가속 전압, Lda는 편향기에서 쵸핑·애피쳐까지의 거리, k는 편향 전압의 변화 속도이다. 식(1)에서 알수 있는 바와 같이 펄스폭 τ는 쵸핑 애퍼쳐의 개구 내경 Da의 애퍼쳐 상에서의 비임 직경 da의 합(da+Da)에 비례한다.

식(1)에서 알 수 있는 바와 같이, 짧은 펄스폭의 펄스 비임을 발생하기 위해서는 (da+Da)를 작게 할 필요가 있다. 그러나 애퍼쳐의 개구 내경 Da는 대물 렌즈(107)(제3도)의 성능을 결정하는 것으로 전자광학조건에 따라 결정되어 버린다. 한편 애퍼쳐 상에서의 비임 직경 da는 애퍼쳐 보다도 작아지는 경우는 없다. (da+Da)를 작게 할 경우 애퍼쳐(202)를 통과하는 전자 비임의 비임 전류가 감소해 버린다. 특히 전자총으로서 전계 방출형 전자총을 사용하면 광학계의 축소율이 저하되기 때문에, 소정 비임 전류를 얻기 위한 쵸핑·애퍼쳐의 개구 내경 Da를 크게 할 필요가 있다.

상기와 같은 짧은 펄스폭의 펄스 비임을 얻기 위해서는 애퍼쳐(202)의 개구 내경 Da와 애퍼쳐(202)상에서의 비임 직경 da의 합(da+Da)를 작게할 필요가 있다. 그러나 이와 같이 (da+Da)를 작게한 경우는 전자 비임의 비임의 비임 전류가 감소해서 전자 비임의 투과율이 감소해 버리는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 점을 고려해서 이루어진 것으로, 전자 비임의 투과율을 유지하면서 짧은 펄스폭의 펄스 비임을 얻을 수 있는 펄스 비임 발생 방법 및 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 하전에 의해 상기 하전 비임이 단면 형상을 얇고 길게 하고, 그후 상기 하전 비임을 단면 형상의 길이방향과 직교하는 방향으로 소정 주기로 편향시켜 하전 비임의 단면 형상에 대응하는 형상의 개구를 갖는 애퍼쳐에 의해 하전 비임을 절취하고, 애퍼쳐를 통과하는 하전 비임의 단면 형상을 대략 원형으로 하는 것을 특징으로 하는 펄스 비임 발생 방법 및 대략 원형 단면 형상을 갖는 하전 비임을 발생시키는 비임발생 장치, 상기 하전 비임의 단면 형상을 얇고 길게 하는 얇고 긴 성형 수단, 상기 하전 비임을 단면 형상의 길이 방향과 직교하는 방향으로 소정 주기로 편향하는 편향 수단, 상기 하전 비임의 얇고 긴 단면 형상에 대응하는 형상의 개구를 가지고 상기 하전 비임을 절취하는 애퍼쳐, 상기 하전 비임의 얇고 긴 단면 형상을 대략 원형으로 복귀시키는 복귀 성형 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비임 발생 장치이다.

본 발명에 따르면, 애퍼쳐 상에서의 하전 비임의 단면 형상을 얇고 길게 함과 동시에 애퍼쳐의 개구 형상을 하전 펄스의 단면 형상에 대응하는 형상으로 했으므로 애퍼쳐상의 하전 펄스의 길이 방향 성분을 통과시킬 수 있다.

이하 도면에 의해 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 제1도는 한 실시예를 도시하는 도면이다.

제1도(a)에 있어서 펄스 비임 발생 장치는 대략 원형 단면의 전자 비임(40)을 발생시키는 비임 발생 장치(1), 전자 비임(40)의 단면 형상을 얇고 길게하는 얇고 긴 성형 수단(10), 전자 비임(40)을 단면형상의 길이 방향과 직교하는 방향으로 편향하는 평행 평판 편향기(13), 전자 비임(40)을 절취하는 애퍼쳐(15), 전자 비임(40)의 얇고 긴 단면 형상을 대략 원형을 복귀시키는 복귀 성형 수단(16)을 구비한다.

다음에 각 구성 부재에 대해서 상세히 설명한다. 비임 발생 장치(1)은 ZrO/W 애미터를 이용한 전계방출형 음극(1a), 전계 방출형 음극(1a)에 대해 음전위가 인가되는 서프레서(suppressor) 전극(2), 인출 전극(3), 촛점 조정용 렌즈 전극(4), 접지된 양극(5)를 차례로 배치해서 구성된다. 또 전계 방출형 음극(1a), 서프레스 전극(2), 인출 전극(3) 및 촛점 조정용 렌즈 전극(4)에는 전압 인가용 전원(6,7,8 및 9)가 각각 접속되어 있다. 이중 전계 방출형 음극(1a)는 전원(6)에 의해 통전 가열되어 열전계 방출 모드에 의해 동작하도록 되어 있다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 비임 발생 장치(1)에 의해 대량 원형의 단면 형상을 갖는 전자 비임(40)이 발생한다.

또 얇고 긴 성형 수단(10)은 2개의 4중극 렌즈(35 및 36)을 2단을 배치해서 구성되고, 전자 비임의 단면 형상을 얄복 길게 하는 것이다. 4중극 렌즈(35)중 2개의 전극(35a 및 35b) 및 4중극 렌즈(36) 중 2개의 전극(36a 및 36b)가 각각 전압 인가용 전원(11)에 접속되어 있다. 또 4중극 렌즈(35) 중 나머지 2개의 전극(35c 및 35d) 및 4중극 렌즈(36) 중 남은 2개의 전극(36c 및 36d)가 각각 전압 인가용 전원(12)에 접속되어 있다. 전압 인가용 전원(11)은 -V₁볼트를 인가하고, 전압 인가용 전원(12)는 +V₁볼트를 인가하도록 되어 있으며, 4중극 렌즈(35 및 36)의 촛점 위치는 ±V₁볼트값을 변화함으로써 제어되도록 되어 있다.

또 평행 평판형 편향기(13)은 편향기 제어기(14)에 접속되어 편향기 제어기(14)에 편향기(13)으로 정현파 전압 또는 펄스상 전압이 인가되어 전자 비임(40)을 편향으로 되어 있다. 전자 비임(40)이 편향 방향은 전자 비임(40)의 단면 형상의 길이 방향(Y방향)과 직교하는 방향(X방향)으로 되어 있다.

또 애퍼쳐(15)는 개구(15a)를 가진다. 개구(15a)는 얇고 긴 전자 비임(40)의 단면 형상에 대응하여 직사각형으로 되어 있다.

또 복귀 성형 수단(16)은 2개의 4중극 렌즈(37 및 38)을 2단으로 배치해서 구성되고, 얇고 긴 전자 비임(40)의 단면 형상을 대략 원형으로 복귀시키는 것이다. 4중극 렌즈(37) 중 2개의 전극(37a 및 37b) 및 4중 극 렌즈(38)중 남은 2개의 전극(38a 및 38b)는 각각 인가용 전원(17)에 접속되어 있다. 또 4중극 렌즈(37) 중 남은 2개의 전극(37c 및 37d) 및 4중극 렌즈(38) 중 남은 2개의 전극(38c 및 38d)는 각각 전압 인가용 전원(18)에 접속되어 있다. 전압 인가용 전원(17)은 +V₂볼트를 인가하고, 전압 인가용 전원(18)은 -V₂볼트를 인가하도록 되어 있으며, 이들 ±V₂볼트의 실제값을 전자 비임(40)이 크로스 오버점(22)에서 촛점을 맺도록 제어된다. 그래서 크로스 오버점(22)를 통한 전자 비임(40)은 대물 렌즈(30)에 의해 시료면(19)에서 촛점을 맺도록 되어 있다.

다음에 이와 같은 구성으로 이루어지는 본 실시예의 작용에 대하여 설명한다. 제1도에서 (b)는 펄스 비임 발생 장치의 광선도이고, (c)는 전자 비임의 단면 형상을 도시한다. 또 광학계가 광축에 대해 대상(對象)으로 되어 있지 않으므로 광선도[제1도(b)]는 좌우에 xy축 궤도를 별도로 도시한다.

비임 발생 장치(1)의 전계 방출형 전극(1)에서 출사된 전자 비임(40)은 서프레서 전극(2), 인출 전극(3), 촛점 조정용 렌즈 전극(4) 및 양극(5)에 의해 양극(5) 하의 크로스 오버점(20)에서 크로스 오버를 맺는다. 비임 발생 장치(1)은 축대칭 구조로 되어 있어서 전계 방출형 음극(1a) 및 크로스 오버점(20)에 있어서 전자 비임의 단면 형상(23 및 24)는 각각 원형으로 되어 있다.

다음에 전자 비임(40)은 얇고 긴 성형 수단(10)의 2개의 4중극 렌즈(35 및 36)에 의해 그 단면 형상이 얇고 긴 형상으로 되어 편향기(13)의 편향 중심의 크로스 오버점(21)에서 크로스 오버를 맺는다. 따라서 크로스 오버점(21)의 전자 비임(40)의 단면형상은 얇고 길게(타원상)된다.

다음에 전자 비임(40)는 애퍼쳐(15)에 도달하고, 그 단면 형상(26)이 타원상으로 서로 닮은 꼴로 확대된다. 애퍼쳐(15)의 개구(15a)는 애퍼쳐(15)상의 전자 비임의 단면 형상(26)에 대응해서 직사각형 형상으로 되어 있고, 개구(15a)의 길이 방향은 전자 비임의 단면 형상(26)의 길이 방향과 일치한다. 따라서 편향기(13)에 의해 전자 비임(40)을 단면 형상의 길이 방향(y방향)과 직교하는 방향(x방향)으로 소정주기로 편향시킴으로써 애퍼쳐(15)에 의해 전자 비임(40)을 절취해서 펄스 비임을 발생시킬 수 있다.

애퍼쳐(15)의 개구(15a)를 통과한 전자 비임(40)은 그후 복귀 성형 수단(16)의 2개의 4중극 렌즈(37 및 38)에 의해 단면 형상이 원형으로 복귀된다. 즉 크로스 오버점(22)에 있어서, 크로스 오버를 맺고 그 단면형상(28)이 원형으로 된다.

그후 전자 비임(40)은 대물 렌즈(30)을 거쳐 시료(19)점에 촛점을 맺는다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면 애퍼쳐(15)상에서의 전자 비임의 길이 방향(y방향) 성분에 대해 개구(15a)를 통가시킬 수 있고, 또 애퍼쳐(15)상에서의 전자 비임의 편향 방향(x방향)의 비임 직경 및 애퍼쳐(15)의 개구(15a) 내경을 작게할 수 있다. 따라서 식(1)에서 설명한 바와 같이 비임 전류 증대와 펄스폭의 단축을 동시에 달성할 수 있다.

또 상기 실시예에서는 얇고 긴 성형 수단(10) 및 복귀 성형 수단(16)을 정전형 4중극 렌즈(35,36,37 및 38)에 의해 구성한 예를 도시했으나, 이것으로 한정되지 않고 4중극 이상의 다중극 렌즈에 의해 구성해도 좋고 자계형 다중극 렌즈를 이용해도 좋다. 또 얇고 긴 성형 수단(10) 및 복귀 성형 수단(16) 중 어느 것도 4중극 렌즈를 2단 조합한 구조로 되어 있으나, 이것으로 제한되지 않고 2단 이상의 복수단의 다중극 렌즈를 조합 구성해도 좋다.

또 본 실시예에서는 1단의 평행 평판형 편향기(13)을 이용한 예를 도시했으나, 횡방향 전계형이면 어떤 형상의 편향기를 이용해도 좋고, 또 직행하는 2단이 편향기로 이루어지는 타원 편향 장치를 이용해도 좋다.

또 펄스 발생 장치(1)은 열전계 방출형 전자총으로 구성되어 있으나 전계 방출형 전자총의 구성이라도 좋다. 특히 열전계 방출형 및 전계 방출형 전자총을 이용한 광학계에서는 축소율이 낮아서 애퍼쳐의 개구 내경을 작게할 필요가 있기 때문에 본 발명의 효과는 크다. 또 LaB₆, W 등의 열전자 방출형 전자총을 이용해도 좋다.

또 애퍼쳐(15)로서 직사각형의 개구(15a)를 갖는 것을 이용한 예를 도시했으나, 제2도에 도시하는 바와 같이 프레임(50) 내에 2장의 판 부재(51)을 배치하고, 판 부재(51) 사이에 슬릿상 개구(53)을 형성해도 좋다. 또 개구(53)의 폭은 프레임(50)과 판 부재(51) 사이에 설치된 피에조 소자(52)를 이용해서 가변으로 할수 있다. 이와 같은 구조에 따르면 슬릿상 개구(53)의 비임 편향 방향의 폭을 임의로 가변할 수 있으므로 전자 광학 조건을 변경하지 않고 펄스 비임의 펄스폭을 변화시킬 수 있다. 또 개구(53)의 폭을 크게 해서 진공의 컨덕턱스를 크게 할 수 있다.

또 각 실시예에 있어서, 비임 발생 장치(1)에 비해 전자 비임(40)을 발생시키고 전자 비임(40)을 이용해서 펄스 비임을 발생시킨 예를 도시했으나 전자 비임 대신에 다른 하전 비임, 예를들면 이온 펄스을 발생시키고, 이것을 이용해서 펄스 비임을 발생시켜도 좋다.

또 본원 청구 범위의 각 구성 요건에 병기한 도면 참조 부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정하는 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 애퍼쳐상의 하전 펄스의 길이 방향 성분에 대해 애퍼쳐의 개구를 통과시킬 수 있다. 따라서 하전 펄스의 애퍼쳐에서의 통과 전류를 저하시키지 않고 펄스폭의 단축을 도모한 펄스 비임을 얻을 수 있다.

Claims

하전 비임을 발생시켜서 하전 비임의 단면 형상을 얇고 길게 하고, 그후 하전 비임을 단면 형상의 길이 방향과 직교하는 방향으로 소정 주기로 편향시켜서 하전 비임의 단면 형상에 대응하는 형상의 개구를 갖는 애퍼쳐에 의해 하전 비임을 절취하여 애퍼쳐를 통과하는 하전 비임의 단면 형상을 대략 원형을 복귀시키는 것을 특징으로 하는 펄스 비임 발생 방법.
대략 원형의 단면 형상을 가진 하전 비임(40)을 발생시키는 비임 발생장치(1), 상기 하전 비임의 단면형상을 얇고 긴 현상으로 하는 얇고 긴 성형수단(10), 상기 하전 비임을 단면 형상의 길이 방향과 직교하는 방향으로 소정 주기로 편향하는 편향 수단(13), 상기 하전 비임의 얇고 긴 단면 형상에 대응하는 형상의 개구(15a; 53)을 가지고 상기 하전 비임을 절취하는 애퍼쳐(15; 50,51,52 및 53), 상기 하전 비임의 얇고 긴 단면 형상을 대략 원형으로 복귀시키는 복귀 성형수단(16)을 구비하는 것을 특징으로 하는 펄스 비임 발생 장치.