JPH02284340A - 可変焦点距離複合電磁レンズ - 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〕 本発明は可変焦点距離を備え、物体または像のいずれを
もシフトすることなく、焦点距離の大きな変化を可能に
する、とくにレンズから観察される物体までの距離を決
定することを目的とする、複合電磁レンズに関するもの
で、前記距離はアブレビエーションＶＤ（または作用距
離）として知られている。

上記装置は走査式電子顕微鏡および／または走査式電子
顕微鏡から得られる器具、電子ビームまたは電子マイク
ロプローブを使用する集積回路テスタの製造に応用され
、−次電子ビームの観察されるまたは探知される物体へ
の集束は、電磁レンズとくにいわゆる“物体へのビーム
集束”によって得られる。たとえば集束の光学的特性お
よびこのレンズの側に置かれた探知器（または電子）の
感度はこのレンズによって生ずる軸方向磁場Ｂ　（Ｚ）
にかなり依存する。

〔従来の技術〕

これらの用途において、−次電子ビームの検査される物
体への衝突によって生じた二次電子の発生は器具の対物
レンズを構成する集束レンズ下方または検査される物体
またはサンプルもしくは物体の上方に置かれた検出器に
よって測定され、物体またはサンプルから放出された二
次電子は対物レンズを形成する集束レンズの中央通路を
通って指向される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、二次電子検出の感度は各用途において検
査される物体またはサンプル上方の磁場の分布に依存す
るため、とくに用途を特定された各集束レンズは、これ
らの装置が“エバーハルト−ラーンレイ２装置または“
インレンズ１装置のような公知の型のものであるとして
も、集束装置または二次電子検出装置において、大きい
変更がなされない限り一般に他の用途に対しては適さな
い。

しかして、電子顕微鏡において光学的アブレーションを
大幅に減少しようとする公知の方法は、検査される物体
を集束レンズの強い場の区域に、検査される物体をレン
ズの間隙にまたは他の単極半じゃへいレンズの前に置く
ことよりなり、その主要な像平面はレンズ前面と検査さ
れる物体との間に設置される。しかしながら、上記改善
のいずれも、たとえば、検査される物体において、レン
ズの間隙に利用しうるよりも一層小さい、誘導場を得る
ことができないとき集積回路テスタをつくるのに適さな
い。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は上記欠点を解決することである。

このため、本発明の目的を達成する装置は、第２単極レ
ンズに組み合わされた第１シールドレンズを有し、前記
二つのレンズは両レンズに共通の光学軸線に沿って延び
るまったく同一の中心通路と交差し、第１および第２レ
ンズを通して観察する物体またはサンプルとの間で往復
する荷電粒子の通過を可能にし、各レンズは誘導コイル
を備え合成複合レンズの光学軸線上の位置を第１および
第２の誘導コイルの励磁電流の関数としてシフトする可
変焦点距離複合電磁レンズである。

本発明の主要な利点は、二つのレンズが単一の磁気ブロ
ックに総合されることにより、走査式電子顕微鏡ならび
に、高分解能電子顕微鏡または集積回路テスタに使用し
うる可変焦点距離レンズを得ることが可能になることで
ある。また、たとえば検査される物体またはサンプル上
方の距離の調節のような、機械的調節をいずれにしても
必要とせず、大型サンプルの検査および器具の電子光学
的特性の変更を可能にするものである。

本発明の他の特徴および利点は、図面に基づく下記の記
載から明らかになるであろう。

〔実施例〕

第１図に示す可変焦点距離電磁レンズはまったく同じ軸
線１の周りの二つの接合された電磁レンズの集合体から
形成され、それらは両レンズに共通の磁気回路４に設け
られた二つの誘導コイル２．３によって励磁される、そ
れぞれじゃへいされた単極電磁レンズである。第１のし
やへいレンズは最終レンズと同じ形を有し、それによっ
て電子顕微鏡は全体的に嵌合している。光学軸線１の周
りの回転によって形成された好ましくは円筒形の本体５
の内側には、一定方向に環状間隙によって円筒形極片７
から分離された前方極片が設けられ、環状間隙平面は光
学軸に垂直である。極片７は励磁コイル２を支持する。

極片７は円筒形本体５の第１の端部５ａを囲む環状支持
体９を有し、第１に、円筒形本体５、前方極片６および
支持体９によって画定される間隙内の誘導コイル２の収
納ならびに、第２に、前方極片６、円筒形本体５、間隙
８および支持体９によって形成された磁気回路に誘導さ
れる磁束流を可能にする。前方極片６および円筒形極片
７にはレンズの中央通路を形成する孔ＩＯが貫通してい
る。孔ｌＯは光学軸１と同じその縦方向軸線を有し、光
学軸１に沿ってレンズを通る電子流または荷電粒子の流
れを可能にしている。前方極片６は截頭円錐形を有し、
コイル２の側面２ａに接する支持体１１を備え、コイル
２が環状間隙８から離れることを可能にし、また、前方
部分６内に、支持体９に向き合って環状間隙８を形成す
る極片７の端部と係合することを可能にしている。

第２の単極レンズはコイル３、前方極片６によって形成
された磁気回路４のその部分および前方極片６を囲む円
筒形本体５の前方部分１２によって形成される。コイル
３は前方極片６の截頭円錐に前方極片６と円筒形本体５
の内部１３との間の空間に取付けられ、コイル３によっ
て誘導された磁気の流れが前方極片６、円筒形本体５の
前方部分１２および環状間隙１５によって形成された磁
気回路に流れることを可能にしている。間隙１５は円筒
形本体５の前方部分によってまた截頭円錐１４の円錐部
分によって形成された二つのリップによって画定されて
いる。環状間隙１５の端部１５ａ　、　１５ｂは光学軸
線１に垂直な平面内に設置される。それらは、第１に、
円筒５の第２端部５ｂおよび内部１３の交点に、第２に
、截頭円錐の小さい基部１４とその円錐部分との交点に
設置される。

説明の便宜上、今後、本発明の複合レンズを構成する二
つのレンズは薄いレンズであるとし、各レンズは発生す
る磁場が最大となる場所で光学軸線に垂直な平面内にあ
る。しかして、第１レンズは間隙８の中央平面の近傍に
設置され、第２図の点Ｏ１を通っている。この位置にお
いてコイル２の励磁電流に無関係に止まる。

対照的に、光学軸１上の第２レンズの位置０２は第３図
に示すようにレンズの前方極片６の前方に設けられ、そ
の位置で間隙１５の磁束が最大となる。

電流が二つのコイル２．３を通って流れるとき、磁束は
二つの間隙８．１５の間を流れ加算される。

その結果、第４．５図に示すように、軸方向磁場Ｂ　（
Ｚ）の最終的分布は、それぞれコイル２．３によって誘
導された、分布Ｂ　　（Ｚ）と８２（Ｚ）との直線的組
み合わせとなる。要するに、曲線Ｂ　（Ｚ）は合成主平
面の位置を定めるように調節可能であり、中心０は限界
Ｏｔ　１０２内にある。しかして、サンプルに対するそ
の距ＭＺＰおよび焦点距離は、一定の作業距離ＶＤを備
えたレンズの出力側に設けられた場合でさえも、広い限
界内で可変かつ調節可能となる。

第４図に示すように、磁束が互いに加算される上記複合
の条件は、 距ＭＯ１０□が曲線Ｂ１（ｚ）、Ｂ２（ｚ）の（中位の
高さ）幅の平均値と同じかまたはそれより小さく、これ
は直線または加算的成分が二次的最大値（アベレーショ
ンによる）でないような場合である。

距離０１０□が曲線Ｂ　（Ｚ）の最高点０の位置に対し
て十分に大きいままで、重要な限界内で調節可能である
。

最後に、曲線Ｂ　（Ｚ）によって限定される主要平面（
物体および像）は最高点Ｏに密接しているため、薄いレ
ンズとして概算することができ、第５図の距離Ｚ、を与
える合成主要平面を考えることができる。

本発明による可変焦点距離を有するレンズを備えた器具
に、レンズの前面とテストされるサンプルの間の間隔Ｖ
Ｄを変化することなく、電子顕微鏡、集積回路テスタま
たは顕微鏡を走査するように作業しうろことは、この距
離Ｚｐの変化を生ずる可能性である。

実際、第６ａ図に示す装置を利用する作業は、レンズの
主要平面をサンプル表面から離すことにより容易に得る
ことができる。この場合は最大磁場とサンプルに作用す
る磁場との間のＢＭ／Ｂｏ比の高い値に対応する。この
調節は大きい走査面が可能になる大きい距離Ｚ、を生じ
、また最初の角度θ。（光学的軸線１に対する傾斜）に
おいてサンプル表面を離れるすべての二次電子は斜めに
なり、サンプル付近に設置された検出器ＤＥＴを貫通す
る前に光学的軸線から拡散を拡大する軌道に従う。この
設定値はコイル３よりはるかに大きいコイル２の設定値
に対応する。しかしながら、きわめて異なった配置に対
する作用もまた可能であり、これは第ｅｂ図の場合であ
り、検出器ＤＥＴおよびサンプルはレンズの両側にある
。対応する設定値は一方に近いＢＭ／Ｂｏ比を与える。

この条件は小さい距離Ｚｐを与え磁気閉塞によって傾斜
θを制限する。しかして、レンズを通る電子の軌道は光
学的軸線１に達する。サンプルによって伝達された多数
の電子は光学的軸線１に沿って指向され、検出器に達す
る。最後に、いずれの作用モード、ならびに第４図に対
応する作用の中間モード（限界０１と０２の間のＯ）も
電子検出器の両方またはいずれかの型によって作用する
器具、走査電子顕微ｆｉ（ＳＥＮ）　、電子プローブマ
イクロアナライザ（ＥＰＭＡ）または電子プローブを使
用する集積回路テスタに使用することができる。

対応する設定の大きさは第７図に線図的に示されている
。サンプルに対する主要平面の距離ＺＰを変化させうる
ことは、また、従来技術のマイクロスコープに対してな
されるような、サンプルとレンズ正面との間の距離ＶＤ
を変更する必要なしに、走査電子顕微鏡モードにおいて
きわめて大きい可変拡大を達成することを可能にする。

また、本発明によるレンズは、検出がレンズを通してか
またはレンズとサンプルとの間に起こるかにより、きわ
めて大きい作業距、ＴＩＥＤたとえば数十分の一ミリを
可能にする。さらに、サンプルが前方極片６の前に置か
れるため、それらの寸法はレンズの物理的寸法によって
制限されることはなく、またしたがってきわめて大きい
直径のサンプルをテストすることができる。

〔発明の効果〕

第１レンズおよび第２レンズ組み合わせて合成複合レン
ズを構成し、各レンズの光学軸線上の位置を第１および
第２の誘導コイルの励磁電流の関数としてシフトするこ
とにより、走査式電子顕微鏡ならびに、高分解能電子顕
微鏡または集積回路テスタに使用しうる可変焦点距離レ
ンズを得ることが可能になるとともに、機械的調節をい
ずれにしても必要とせず、大型サンプルの検査および器
具の電子光学的特性の変更を可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による可変焦点距離レンズ実施例の断面
図、第２．３．４図は第１図に示すレンズの誘導コイル
を通る励磁電流の関数としての磁束密度を示すグラフ、
第５図はレンズを通るサンプルに一次電子の集中を示す
光学的線図、第８ａ。 Ｂｂ図は本発明による可変焦点距離レンズの主要平面に
対する検出器の二つの位置を示す簡単化した図、第７図
は本発明による焦点距離可変レンズの主要平面の設定の
大きさを示す図である。 １・・・光学的軸線、２．３・・・コイル、４・・・磁
気回路、５、・・・（円筒）本体、６．７・・・極片、
８・・・間隙、９・・・支持体、１０・・・孔、１１・
・・支持体、１２・・・前方部分、■３・・・内部、１
４・・・基部、１５・・・間隙。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第２単極レンズに組み合わされた第１シールドレン
   ズを有し、前記二つのレンズは両レンズに共通の光学軸
   線に沿つて延びるまつたく同一の中心通路と交差し、第
   １および第２レンズを通して観察する物体またはサンプ
   ルとの間で往復する荷電粒子の通過を可能にし、各レン
   ズは誘導コイルを備え合成複合レンズの光学軸線上の位
   置を第１および第２レンズの誘導コイルの励磁電流の関
   数としてシフトすることを特徴とする可変焦点距離複合
   電磁レンズ。 ２、観察される物体またはサンプルと第２レンズとの間
   の作用距離は焦点距離が変化するとき多かれ少なかれ一
   定である請求項１に記載のレンズ。 ３、第１および第２レンズは共通の磁気回路に取付けら
   れた第１誘導コイルおよび第２誘導コイルによつて励磁
   される請求項１に記載のレンズ。 ４、第１および第２レンズはその誘導場が最大である場
   所で光学軸線上に位置し、第１および第２レンズ間の距
   離が軸方向場曲線の中間高さにおける平均値に等しいか
   それより小さく、軸方向場の直線的組み合わせの合成曲
   線が第２の最大値を含まない請求項３に記載のレンズ。 ５、ほゞ円筒形本体の内側に、第１レンズの磁気回路が
   前方極片および環状間隙によつて分離された後方極片を
   有する請求項４に記載のレンズ。 ６、第１コイルが後方極片によつて支持された請求項５
   に記載のレンズ。 ７、第２レンズの磁気回路が前方極片、第２間隙および
   前方極片を囲むほゞ円筒形本体の端部によつて構成され
   た請求項５または６に記載のレンズ。 ８、前方極片が截頭円錐形をなし第１コイル側面上にあ
   つて第１コイルが環状間隙から離れて、截頭円錐内側の
   後方極片端部に、前方部分内側に、係合しうる請求項６
   または７に記載のレンズ。 ９、第２間隙が前方極片の截頭円錐部分およびそれに面
   する円筒形本体の部分に形成された二つのリップによつ
   て画定される請求項７に記載のレンズ。