JP2000501562A - 偏向磁界内における固体粒子検出器の取付け - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 荷電粒子ビームシステムの時間的変動を伴う偏向磁界内に固体の電子またはｘ線検出器を取り付ける。動的偏向歪みの原因となる渦電流を最小に抑えるためにこの取付け体には最小体積の高抵抗率導体および絶縁材料を用いる。セグメント状の導電性エラストマー部材で前記検出器の能動表面との電気的機械的接触を形成する。フレキシブル配線板で前記検出器の能動領域を外部の信号処理電子回路に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】 偏向磁界内における固体粒子検出器の取付け 発明の背景 発明の技術分野 この発明は荷電粒子ビームシステムに関し、より詳しくいうと、その種のシス テムにおける反射粒子および二次粒子の検出のための検出器に関する。 従来技術の説明 電子ビームリソグラフィ、電子ビーム検査システム、走査型電子顕微鏡その他 の粒子光学系は荷電粒子ビームを基板上に集束するために電磁気的対物「レンズ 」を通常用いる。それらビームを基板に位置づける（偏向させる）ために電磁偏 向性をしばしば用いる。定常的な電磁レンズ集束磁界に時間的に変化する電磁偏 向磁界を重畳させて基板にできるだけ近く位置づけ、軸方向レンズ収差および偏 向歪みを最小に抑える。 上述の粒子光学系は一次ビーム照射により基板から生ずる二次粒子およびＸ線を 検出する環状検出器を通常備える。ラスタ走査またはベクトル走査粒子ビームと 関連づけてこれら二次粒子を画像の形成または基板の組成の特定に使う。電子ビ ームリソグラフィ、検査またはイオンビーム切削工具の場合は、二次電子もしく は反射電子またはイオン検出画像を基板上のビーム位置の目合せに用いる。検出 信号を最大にするには検出器が基板からみて大きい立体角に相対する状態にする ことが重要である。すなわち、検出器も電磁レンズも偏向コイルも基板に近接し ていなければならない。 したがって、電磁対物レンズ／偏向系と基板との間の領域に電磁レンズ素子、 偏向素子および検出素子を備えなければならない。これら素子の占める空間を最 小に抑えるように電磁レンズ作用、偏向作用および検出作用を重畳させることが とくに重要である。 粒子ビームシステムにおいて環状の固体検出器は周知である。基板の結合構造 についてより多くの情報を得るために互いに異なるアジマス角度からの信号を別 々に記録する必要がある場合があり、そのために一つの検出器基板にいくつかの 個別の検出器（能動領域）を備える環状検出器も用いられる。その種の検出器は 高不純物濃度でドープしたシリコンの薄い基板に形成したプレーナダイオード構 成を通常備える。各検出器セグメント（能動領域）は薄いドープした層とその層 を覆うさらに薄い導電性被膜とを備える。裏側表面にバイアス電圧を印加してシ リコン中に空乏層を形成する。高エネルギー粒子は空乏層領域まで貫通して多数 の電子正孔対、すなわち抽出時に入力電流信号の増幅出力となる正孔対を形成す る。 概要 この発明は電磁レンズおよび偏向磁界の中にそのレンズと基板との間の距離を 最小にするように検出器を取り付けることを対象とする。それら検出器をレンズ 収差および偏向収差を抑えた状態で収容しシステム性能を改善する。 この発明によると、分割した固体検出器組立体を複合電磁レンズ／偏向器組立 体の磁極片の中に配置する。電磁レンズおよび偏向磁界の中に検出器を配置する と特別の問題が生ずることを発明者らは見出し、その問題に対処する。電磁レン ズ用定常磁界の歪みを回避するために、検出器構成材料および取り付け部材材料 を真空の透磁率に近い透磁率を有する非磁性材料で構成する。偏向磁界が広帯域 でビームを位置づけるために迅速に変化する形式のものである場合は、さらに追 加の解決すべき課題がある。磁界を変化させると導電性材料に渦電流を誘起し、 偏向磁界と逆向きの磁界を抵抗による減衰まで生ずる。これら渦電流「セットラ ー」の大きさは偏向磁界内の材料の体積および電気抵抗率ならびにビームへの近 接の度合いによって定まる。この発明の検出器は偏向磁界内に配置するので、導 電性材料の体積は最小になり、電気抵抗率は検出器素子への適当な電気的接続と 合致してできるだけ高い。 検出器の能動領域への電気的および機械的接触は軟質磁性材料から成り能動領 域表面を損なわない導電性エラストマー材料のセグメントで達成する。実際の検 出器はこれらセグメントおよび比較的高い抵抗率材料製の薄い反対側裏あてリン グの間に挿む。前置増幅器など外部回路への電気的接続は、特別の高抵抗率ネジ と渦電流の影響下の材料全部の体積を最小にし抵抗率を最大にするフレキシブル 印刷配線板とによって形成する。この取付け手法によってシステム内の渦電流セ ットラーを最小にする。 図面の簡単な説明 図１は電磁レンズ偏向システム内に取り付けたこの発明のセグメント化固体検 出器の一つの実施例の断面図を示す。 図２Ａはこの発明による検出器取付け部材の断面図を示す。 図２Ｂは図２Ａの構成の上面図、図２Ａは図２Ｂの線Ａ−Ａにおける断面図を 示す。 図２Ｃは図２Ａの構成の底面図を示す。 図３Ａはセグメント化したエラストマー部材の細部平面図、図３Ｂは図２Ａの フレキシブル印刷配線板接続導線の平面図を示す。 詳細な説明 図１は電磁レンズおよび偏向系内のこの発明による固体検出器組立体の断面図 を示す。一つ以上の能動領域を備える慣用の薄い環状固体検出器１を粒子ビーム 対物電磁レンズの円錐状フェライト製下側磁極片２の中に配置してある。この検 出器組立体（検出器およびそのハウジング、ただしハウジングは図示してない） は基板４上の種々の位置へのビームの迅速な偏向のための鞍状またはトロイダル 偏向コイル３の直下に位置づける。検出器１の能動（下側）表面は円錐状バッフ ル６によって一次ビーム５（図示してない供給源からの）から遮へいされている が、この検出器の環状の領域は粒子ビームの照射を受ける基板４の部分７に面し ている。バッフル６は発明者リー エッチ．ヴェネクラーセンおよびリディア ジ ェイ．ヤングによる同時出願中の米国特許第０８／７３３，６７３号「粒子ビー ム系内の電荷ドリフトを減らすための円錐状バッフル」により詳細に説明してあ り、ここに参照してこの明細書に組み入れるが、この発明の実施には上記バッフ ルは不可欠ではない。また、円筒状磁極片は発明者リー エッチ．ヴェネクラー センおよびウィリアム ジェイ．デヴォアによる同時出願中の米国特許出願第０ ８／７２１，２８７号「円錐状磁極片付きの共中心空隙複合電磁レンズおよび偏 向器」に記載してあり、ここに参照してこの明細書に組み入れる。ステージなど 基板４の支持体は慣用のものであり図示してない。いくつかの導体８（概略的に 図示）が磁極片囲い部材２の外部に延び、検出器１を外部の信号処理電子回路（ 図示してない）に電気的に接続する。この取付け部材は円錐状磁極片を必要とせ ず、例えば図１においてバッフル６を省略し互いに等しい直径の上側および下側 磁極片 を用いてもこの検出器組立体の使用になる。 図２Ａは検出器組立体内の渦電流損を最小に抑えるこの検出器組立体のいくつ かの側面を断面で示す。渦電流は偏向帯域幅を減少させるので好ましくない。検 出器１の下側表面にある能動領域への接触は導電性エラストマー部材１０を経て 形成する。各エラストマー部材１０は、例えば単一の円形または長方形０リング から切り出し、同様に分割した導電性信号コンタクトリング１１上の浅い溝に挿 入した円弧状のセグメントである。エラストマー部材１０の軟らかい表面が検出 器１の能動領域への充分な電気的コンタクトをそれら能動領域への損傷を伴うこ となく形成する。エラストマー部材１０の抵抗率はミリアンペア程度の信号電流 を目立つほどの電圧効果を伴うことなく伝導するのに十分な程度に低く、しかも 渦電流の発生を抑えるのに十分な程度に高い。シリコン検出器１は、後述のとお り四つの象限（能動領域）を備える以外は慣用の構成を備える。 薄いシリコン検出器１をエラストマー部材１０とその検出器１の裏面に接する バッキングリング１２との間に挿む。リング１２はチタン、熱分解黒鉛、エラス トマーなどで構成し、検出器１の裏側表面のアルミ化表面とバイアス電気コンタ クトを形成するとともに、能動領域コンタクト１０からの集中した力で脆弱なシ リコン検出器１がひび割れするのを防ぐ機械的支持を形成する。絶縁性基体１３ は検出器組立体のための取付け部材（ハウジング）を形成する。いくつかのごく 小さいねじ１４と付随ワッシャ１５（図２Ａの断面図にねじ１４の頭部を示す） とを抵抗率の比較的大きい金属（チタンなど）で構成する。ねじ１４およびワッ シャ１５（または同等の締付け部材）はこの検出器組立体を一体に保つための機 械的な力をもたらすとともに、外部への電気的接続（図１に８で表示）のための フレキシブル印刷配線板組立体１６への電気的接続を形成する。 図２Ｂおよび２Ｃは図２Ａの構成の上面図および底面図をそれぞれ示し、図２ Ａは図２Ｂおよび図２Ｃの線Ａ−Ａにおける断面図である。図２Ｃに示した表面 全部が導体または導体被膜で構成してある。 図３Ａおよび図３Ｂは四「分割」エラストマー部材１０とそれに付随するフレ キシブル印刷配線板１６とのより詳細な平面図をそれぞれ示す。フレキシブル印 刷配線板はエレクトロニクスで周知のとおり薄いポリイミド膜１８の層の間に結 合した薄銅細条１７を有する。露出した導電性バイアホールは図２Ａの薄いワッ シャ経由でねじ１４と電気的コンタクトを形成する。フレキシブル印刷配線板１ ６の他端はヘッダ２０で終端し、このヘッダを前置増幅器やそれ以外の電子回路 （図示してない）に電気的に接続する。 この検出器組立体において、導電性エラストマーと併せて、高抵抗率非磁性部 品はシリコン黄銅、モリブデン、チタンなどの金属で構成する。絶縁性検出器基 部１３は例えばセラミック、ポリイミドなどの高剛性のプラスチック材料で構成 する。シリコン検出器１そのものに用いる材料は渦電流効果の影響を避けるに十 分な抵抗率を備える。 この組立体は高帯域偏向磁界内に配置するととくに有利である。渦電流損の最 小化およびビーム偏向の高精度化および高速化を達成するための二つの要素は最 小の体積および高抵抗率である。図解した実施例において基板に面する検出器組 立体部品はすべて導電性である。したがって、これら部品が電子ビームと干渉す る電荷を保持する可能性はない。また、図解した実施例における検出器組立体は 磁界内の金属を最小に抑えるためにはんだ付け接続は含んでいない。 この説明は例示的であって限定的でない。この記載に基づき当業者に自明の改 変は添付請求の範囲の範囲内に含めることを意図するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．粒子のビームを供給する粒子源と前記ビームに共中心状態で配置されそのビ ームを偏向させる偏向系と前記ビームの入射を受ける基板を支持する支持体とを 有する粒子ビームシステム用の検出器組立体であって、 前記偏向系の内側に前記ビームに共中心状態で配置され、前記基板から入射す るｘ線、電子およびその他の粒子の少なくとも一つを検出できる環状検出器と、 前記環状検出器を保持するハウジングと、 前記環状検出器を前記ハウジングから隔てるとともに各々が前記環状検出器の 対応の能動領域と電気的接触状態にある複数個の互いに隔てられた導電性エラス トマー部材と を含む検出器組立体。 ２．前記部材の各々が一つの円環のセグメントの形状を備える請求項１記載の検 出器組立体。 ３．前記環状検出器の前記能動領域を備える表面と反対の裏側表面を前記ハウジ ングから隔てる高電気抵抗率材料の板をさらに含む請求項１記載の検出器組立体 。 ４．前記板の形状が環状である請求項３記載の検出器組立体。 ５．前記ハウジングにはり付けられ、各々が前記環状検出器の一部と接触状態に ある複数の導体を表面に備えるフレキシブル配線板をさらに含む請求項１記載の 検出器組立体。 ６．前記ハウジング内に延び前記環状検出器と接触状態にある高抵抗率導電性材 料製の複数の留め具をさらに含む請求項１記載の検出器組立体。 ７．前記ハウジング内に延び前記フレキシブル印刷配線板を前記ハウジングには り付け前記環状検出器と接触状態にある高抵抗率導電性材料製の複数の留め具を さらに含む請求項５記載の検出器組立体。 ８．前記環状検出器の円環の中に配置した円錐状バッフルをさらに含む請求項１ 記載の検出器組立体。 ９．前記検出器組立体の前記基板に面する表面全体が導電性である請求項１記載 の検出器組立体。 １０．荷電粒子ビームシステムであって、 荷電粒子源と、 前記ビームに共中心状態で配置され前記ビームを偏向させる偏向組立体と、 基板から入射するｘ線、電子およびそれ以外の粒子の少なくとも一つを検出 する環状検出器であって、前記ビームに共中心状態で前記偏向器組立体の中に配 置された環状検出器と、 前記環状検出器を保持するハウジングと、 前記環状検出器を前記ハウジングから隔てるとともに各々が前記環状検出器 の対応の能動領域と電気的接触状態にある複数個の互いに隔てられた導電性エラ ストマー部材と を備える検出器組立体と を含む荷電粒子ビームシステム。