JPH01255141A - 帯電粒子ビーム装置 - Google Patents

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） 本発明は、粒子源と、粒子光学系と、試料室内に収容さ
れた試粒テーブルと、超伝導性の材料より成るスクリー
ンとを有する帯電粒子ビーム装置に関するものである。

このような装置は米国特許第４．２１４．１６６号明細
書に記載されている。

（従来の技術） このような装置の分解能は特に光学系が改善されている
為に高められつつあり、従ってこの装置は特に磁界によ
って生ぜしめられる光学干渉に一層感応しやすくなる。

これを緩和するために超伝導性のスクリーン（遮蔽体）
を設けている。

（発明が解決しようとする課題） しかしこのような超伝導性のスクリーンはあまりにも大
きな空間を必要とし、特にスクリーンを熱絶縁させる必
要がある為にも空間を必要とする。

このようにこれらのスクリーンの寸法は比較的大きい為
、これらスクリーンをしばしば最適に配置することがで
きず、光学系或いはスクリーンが最適とならない。

本発明の目的は上述した欠点を軽減させることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、粒子源と、粒子光学系と、試料室内に収容さ
れた試粒テーブルと、超伝導性の材料より成るスクリー
ンとを有する帯電粒子ビーム装置において、粒子光学系
と試料室との双方またはいずれか一方の少なくとも一部
分を、外部冷却されるセラミック超伝導性材料より成る
スクリーンによって囲んだことを特徴とする。

漂遊磁界に感応する光学的空間或いは近辺で比較的強い
漂遊磁界が生じるおそれのある光学的空間をこのように
遮蔽することにより、装置の分解能を高めることができ
、このような装置で行う測定がより一層信頼的に且つ良
好に再現しうるものとなる。漂遊磁界としては例えば以
下のような磁界が生じるおそれがある。すなわち、外部
から装置の光学的空間に侵入する漂遊磁界例えば地磁界
、或いは電動機の漂遊磁界等である。

また漂遊磁界が望ましくない試料室や光学空間内に軸線
方向で侵入する帯電粒子ビーム装置の光学素子の漂遊磁
界や、光学空間の外部の空間が磁気的に不均一であるた
めに生じ漂遊磁界を介してレンズ磁界に影響を及ぼす磁
界空間のレンズ磁界中の妨害磁界もそうである。

本発明の例では、走査電子顕微鏡として構成する帯電粒
子ビーム装置の試料室を超伝導性のスクリーンにより囲
むのが好ましい。このようなスクリーンは電子源への方
向で、試料室にとって望ましくない磁界を発生する電子
光学素子の付近まで延在させることができ、このスクリ
ーンには電子光学素子に面する側で電子ビームを通過さ
せるための小さな孔のみをあけるようにすることができ
る。

他の例では、光学システム内の光学空間を能動的な光学
素子と一緒に超伝導性のスクリーンによって囲み、この
スクリーンは例えば粒子源側と試料側との双方で、粒子
ビームを通すための適切な孔を除いて封止されているよ
うにするのが好ましい。特にこのスクリーンは試料室を
も有するようにすることができ、このスクリーンは試料
室側で完全に封止するようにすることができる。

超伝導性の材料は、比較的高い転移温度と超伝導相での
比較的高い比熱とを関連させる超伝導セラミック材料の
層とするのが好ましい。この材料の層は特に容易に熱伝
導する材料、例えば銅の基体上に設ける。この場合この
基体は、必ず超伝導性のスクリーンの外部に設ける冷却
装置、例えば温度を例えば約８０によりも低くする液体
窒素留或いは冷却ガス冷凍機と良好に熱接触させる。

（実施例） 以下図面につき本発明を説明する。

第１図に示す走査電子顕微鏡は、電子放出素子２、例え
ば電界放出源又は半導体放出源を有する電子源１と、陽
極３と、ビームアライメントシステム４と、集光レンズ
５と、ビーム走査システム６と、磁極片８を有する出射
レンズ７と、調整機構１０を有する試料台９とを具えて
いる。これらの素子はすべて真空密外匣壁１３を有する
外匣１２内に収容されている。この外匣は試料室１４を
も有している。試料１５は走査電子顕微鏡において１０
−■Ａの電流強度およびＩＫＶに相当するエネルギーを
有する電子ビーム１６によって走査される。この電子ビ
ームはレンズ系により小さな、例えば５０　Ｘ　１０−
　”　ｍのスポットを形成するように試料上に集束され
る。

走査は通常テレビジョンラインパターンに応じて行われ
る。電子ビームと試料との相互作用により発生される放
射が検出され、検出信号が検出装置１７を介して、試料
走査と同期して動作するテレビジョンモニタ１８に供給
される。その結果試料と像との間には固定関係（走査点
と表示点とが対応する関係）が成立つ。倍率はモニタ像
と走査試料面との間の面積比によって与えられ、例えば
１０および２００．０００間で変えることができる。像
形成に用いるべき信号は例えば、反射電子、二次放出電
子、透過電子および吸収電子を検出することにより得る
ことができるも、試料中で発生されるＸ線放射或いは陰
極ルミネッセンス放射によっても得ることができる。こ
れらの放射の幾つかにとっては、放射がいかなる角度で
試料から射出されるか、或いは発生電磁放射がいかなる
波長のものとして測定されるかということが重要である
。試料室内には例えば、試料で反射された電子を検出す
る反射電子検出器２０、試料中で発生されるルミネッセ
ンス放射を検出するルミネッセンス放射検出器２２、二
次電子を検出する二次電子検出器２４および試料を通過
する電子を検出する透過電子検出器２６を収容する。

本発明によれば、種々の検出器を収容した試料室１４を
、電子ビームが通過する小さな孔を除いて完全に封止さ
れた超伝導性のスクリーン（遮蔽体）３０によって囲ん
でいる。実際例では、検出器ラインに対するリードスル
ーや試料台制御のためのリードスルーがスクリーン３０
を通過するも、これらも極めて細くすることができる。

超伝導性のスクリーンは、熱伝導度の良好な材料の基体
（キャリヤ上に例えば蒸着或いはスパッタリングにより
設けた超伝導材料の層を有するようにする。このように
して試料室を、例えば試料を移動させる電動機２７から
生じる外部漂遊磁界や、出射レンズ７のレンズ磁界から
保護する。或いは電動機を真空外匣内に配置し、この電
動機を同様に超伝導性のスクリーンで囲むようにするこ
とができる。レンズ磁界に対する遮蔽は、磁極片８にこ
れから熱的に分離させて超伝導性材料を設けることによ
っても実現しろる。装置の光学的空間を遮蔽するために
は、超伝導性材料の層より成るスクリーン３６を装置の
外匣壁１３と光学素子との間に設けることができる。例
えば、このスクリーン３６によりビームアライメントシ
ステム４を例えば妨害作用を有する後続の光学素子の磁
界からも遮蔽したり或いは電子源（粒子源）をビームア
ライメントシステムの漂遊磁界から遮蔽したりすること
ができる。このようなスクリーンには任意に、前記の光
学素子を相互遮蔽するための隔壁３８を設けることがで
きる。

またスクリーンには光学的空間と試料室との双方を設け
ることができ、この場臼も任意に隔壁を設けることがで
きる。上述したスクリーンは熱伝導体４２を介して超伝
導性のスクリーンの基体に連結された冷却装置４０によ
り冷却させる。良好な熱接触を達成するために、試料室
のスクリーンの下側面に追加の熱接触プレート４４を装
着する。このような追加の熱接触プレートは他の熱伝導
体４６と光学的空間を囲むスクリーン３６との間の熱接
触を改善するために円筒形態とすることもできる。

光学素子の１つが多極レンズを構成している粒子装置に
対する本発明によるスクリーンは特に好ましい効果を有
する。このような多極レンズは通常、光学系の光軸に平
行な面内に、例えばこの光軸を囲むと仮定した円筒の外
側面内に位置する磁気コイルを有する。従って、これら
光学素子は比較的大きな外部漂遊磁界を有し、従ってこ
の漂遊磁界によって覆われる領域内でこの漂遊磁界を介
する磁気妨害によりレンズ磁界中に磁界妨害が容易に生
じうるようになる。一方、周囲の材料の透磁率が回転対
称でないことにより生じる追加の双極磁界の問題がこれ
らの多極レンズに対ししばしば生じる。この磁界妨害も
、光学系の実際のコイルを超伝導スリーブ中に配置する
ことにより無くすことができる。

本発明は殆ど電子顕微鏡につき前述したが、本発明はこ
れに限定されるものではない。本発明は例えば欧州特許
第１９６９５８号明細書に記載されているようなチップ
検査装置や、例えば英国特許第１３８４１８２号又は国
際公開第８６１０２７７４号明細書に記載されているよ
うなイオンビーム装置等にも用いることができる。この
ような装置に用いるスクリーンでは前述した説明をこの
ような装置の幾何学的形状および光学的特性に簡単に適
合せしめろる為、その詳細な説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の数個の実施例を説明する
ための線図である。 １・・・電子源　　　　　　２・・・電子放出素子３・
・・陽極 ４・・・ビームアライメントシステム ５・・・集光レンズ ６・・・ビーム走査システム ７・・・出射レンズ　　　　訃・・磁極片９・・・試料
台　　　　　　１０・・・調整機構１２・・・外匣　　
　　　　　１３・・・外匣壁１４・・・試料室　　　　
　　１５・・・試料１６・・・電子ビーム　　　　１７
・・・検出装置１８・・・テレビジョンモニタ ２０・・・反射電子検出器 ２２・・・ルミネッセンス放射検出器 ２４・・・二次電子検出器　　２６・・・透過電子検出
器２７・・・電動機 ３０、３６・・・超伝導性のスクリーン３８・・・隔壁
　　　　　　　４０・・・冷却装置４２、４６・・・熱
伝導体　　　４４・・・接触プレート第！図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒子源と、粒子光学系と、試料室内に収容された試
   粒テーブルと、超伝導性の材料より成るスクリーンとを
   有する帯電粒子ビーム装置において、粒子光学系と試料
   室との双方またはいずれか一方の少なくとも一部分を、
   外部冷却されるセラミック超伝導性材料より成るスクリ
   ーンによって囲んだことを特徴とする帯電粒子ビーム装
   置。 ２、請求項１に記載の帯電粒子ビーム装置において、こ
   の帯電粒子ビーム装置を走査電子顕微鏡として構成し、
   その試料室が超伝導性のスクリーンにより囲まれ、この
   試粒室が漂遊磁界から保護されるようになっていること
   を特徴とする帯電粒子ビーム装置。 ３、請求項２に記載の帯電粒子ビーム装置において、試
   料室のスクリーンが粒子光学系の集光レンズの方向に延
   在し且つこの集光レンズに面する側で電子ビームを通す
   ためのピンホールの孔を除いて封止されて前記の集光レ
   ンズの磁界を防護するようになっていることを特徴とす
   る帯電粒子ビーム装置。 ４、請求項１に記載の帯電粒子ビーム装置において、前
   記の粒子光学系が、外部漂遊磁界を遮蔽する超伝導性の
   スクリーンを具えていることを特徴とする帯電粒子ビー
   ム装置。 ５、請求項１または４に記載の帯電粒子ビーム装置にお
   いて、前記の粒子光学系が多極レンズ装置を具え、この
   多極レンズ装置が、各軸線端で孔を有する円筒状の超伝
   導スクリーンによって囲まれていることを特徴とする帯
   電粒子ビーム装置。 ６、請求項１〜５のいずれか一項に記載の帯電粒子ビー
   ム装置において、超伝導性のスクリーンを真空外匣内に
   存在させ、このスクリーンにより試料室を有する粒子光
   学系を囲んでいることを特徴とする帯電粒子ビーム装置
   。 ７、請求項１〜６のいずれか一項に記載の帯電電子ビー
   ム装置において、前記の超伝導性の材料は、容易に熱伝
   導する基体上に設けたセラミック超伝導性材料の層を以
   て構成されていることを特徴とする帯電粒子ビーム装置
   。 ８、請求項７に記載の帯電粒子ビーム装置において、超
   伝導性のスクリーンの基体を冷却するために、この基体
   を容易に熱伝導するように冷却装置に接触させているこ
   とを特徴とする帯電粒子ビーム装置。