JPH0441462B2 - - Google Patents
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- JPH0441462B2 JPH0441462B2 JP58152371A JP15237183A JPH0441462B2 JP H0441462 B2 JPH0441462 B2 JP H0441462B2 JP 58152371 A JP58152371 A JP 58152371A JP 15237183 A JP15237183 A JP 15237183A JP H0441462 B2 JPH0441462 B2 JP H0441462B2
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- electrode
- lens
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/12—Lenses electrostatic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜発明の背景＞
この発明は、複合された静電対物および放射レ
ンズに関するものである。
ンズに関するものである。
帯電粒子（電子、イオン）の助けによつて固体
の表面や本体を検査する方法は、特に材料研究、
金属組織学、固態物理、半導体技術、地球化学、
生化学、および環境保護の分野で重要になりつゝ
ある。
の表面や本体を検査する方法は、特に材料研究、
金属組織学、固態物理、半導体技術、地球化学、
生化学、および環境保護の分野で重要になりつゝ
ある。
これらの方法の１つは２次イオン質量分光学
（SIMS）と呼ばれるもので、これは特に高感度
で、同時同位体分離に関してすべての元素に適用
することができ、また微量分析も可能である。
（SIMS）と呼ばれるもので、これは特に高感度
で、同時同位体分離に関してすべての元素に適用
することができ、また微量分析も可能である。
SIMSによつてサンプルの制限された狭い面の
検査（微量分析）を行なうには、１次ビームを静
電対物レンズによつてサンプルの面上に正確に集
束する必要がある。発生された２次電子を対物レ
ンズを通して後方へ送り出す構成は、高電流密度
を有し最小の１次ビーム径を得るという点で特に
有効であることが立証された。この形式の微小ビ
ーム・プローブについては例えば西独特許
2223367号明細書中に示されている。
検査（微量分析）を行なうには、１次ビームを静
電対物レンズによつてサンプルの面上に正確に集
束する必要がある。発生された２次電子を対物レ
ンズを通して後方へ送り出す構成は、高電流密度
を有し最小の１次ビーム径を得るという点で特に
有効であることが立証された。この形式の微小ビ
ーム・プローブについては例えば西独特許
2223367号明細書中に示されている。
上述の微小ビーム・プローブは、直列に配列さ
れた回転対称体の短焦点の２個の静電レンズと、
それらの間に配列されたダイヤフラムとを含んで
いる。検査される表面は導電性である。レンズお
よび検査される表面は、２個のレンズによる電界
の合成作用により、放射線束がサンプルの領域上
に集束されるように、１次放射線束のエネルギに
対して配置され且つバイアスされている。ダイヤ
フラムは１次放射線束に対する遮蔽体として作用
し、同時にサンプルの領域で発生される２次粒子
は、第２のレンズの電極と導電性のサンプル表面
とによつて形成されるレンズによつてダイヤフラ
ムの開孔内に集束される。１次放射線源と対物レ
ンズとの間には偏向磁界または電界を発生する装
置が配置されており、この装置はこれらの各放射
線束の粒子のエネルギが相違することによつて１
次放射線束と２次放射線束とを分離する。この公
知の微小ビーム・プローブでは、サンプルの表面
に隣接する静電レンズの焦点距離は短かくなけれ
ばならず、そのためこの公知の構成では、サンプ
ルの表面での許容電界強度は極く小さくなる。こ
のことは、静電放射レンズでは、放射点の仮想上
の（見掛け上の）直径が、表面の電界強度に対す
る２次粒子の初期エネルギの商に比例するので好
ましくない。表面における電界強度が強くなれば
なる程、２次放射線束の放射が良好になる。すな
わち、仮想直径と、この点から出る２次放射線束
の開孔角との積が大きくなる。
れた回転対称体の短焦点の２個の静電レンズと、
それらの間に配列されたダイヤフラムとを含んで
いる。検査される表面は導電性である。レンズお
よび検査される表面は、２個のレンズによる電界
の合成作用により、放射線束がサンプルの領域上
に集束されるように、１次放射線束のエネルギに
対して配置され且つバイアスされている。ダイヤ
フラムは１次放射線束に対する遮蔽体として作用
し、同時にサンプルの領域で発生される２次粒子
は、第２のレンズの電極と導電性のサンプル表面
とによつて形成されるレンズによつてダイヤフラ
ムの開孔内に集束される。１次放射線源と対物レ
ンズとの間には偏向磁界または電界を発生する装
置が配置されており、この装置はこれらの各放射
線束の粒子のエネルギが相違することによつて１
次放射線束と２次放射線束とを分離する。この公
知の微小ビーム・プローブでは、サンプルの表面
に隣接する静電レンズの焦点距離は短かくなけれ
ばならず、そのためこの公知の構成では、サンプ
ルの表面での許容電界強度は極く小さくなる。こ
のことは、静電放射レンズでは、放射点の仮想上
の（見掛け上の）直径が、表面の電界強度に対す
る２次粒子の初期エネルギの商に比例するので好
ましくない。表面における電界強度が強くなれば
なる程、２次放射線束の放射が良好になる。すな
わち、仮想直径と、この点から出る２次放射線束
の開孔角との積が大きくなる。
静電放射レンズは西独特許第2842527号により
既に知られていることは事実である。このレンズ
では、サンプルの導電性表面における電界強度
は、実際には、サンプルの表面とこの表面に続く
第１レンズ電極との間の部分の降服電界強度によ
つてのみ制限される。しかしながら、この周知の
放射レンズは１次ビームを集束するための対物レ
ンズとしては使用されず、むしろこ後者は電極の
別の開孔を通る放射レンズの軸に対して比較的大
きな角度で側方に導かれる。
既に知られていることは事実である。このレンズ
では、サンプルの導電性表面における電界強度
は、実際には、サンプルの表面とこの表面に続く
第１レンズ電極との間の部分の降服電界強度によ
つてのみ制限される。しかしながら、この周知の
放射レンズは１次ビームを集束するための対物レ
ンズとしては使用されず、むしろこ後者は電極の
別の開孔を通る放射レンズの軸に対して比較的大
きな角度で側方に導かれる。
しかしながら、上記の周知のレンズの最も重要
な欠点は、１次粒子および２次粒子が反対符合の
電荷をもたなければならないという点である。
な欠点は、１次粒子および２次粒子が反対符合の
電荷をもたなければならないという点である。
従つて、この発明の基礎なる問題は、同じ符合
の電荷をもつた１次および２次粒子に適した複合
対物および放射レンズを提供することにある。こ
のレンズによると、１次ビームをサンプルの表面
上に細く正確に集束することができ、生成された
２次イオンを集中して取出すことができ、実際上
サンプル表面に隣接する部分の分力によつてのみ
限定された最大の電界強度によつて、２次ビーム
の最適の小放射が得られる。
の電荷をもつた１次および２次粒子に適した複合
対物および放射レンズを提供することにある。こ
のレンズによると、１次ビームをサンプルの表面
上に細く正確に集束することができ、生成された
２次イオンを集中して取出すことができ、実際上
サンプル表面に隣接する部分の分力によつてのみ
限定された最大の電界強度によつて、２次ビーム
の最適の小放射が得られる。
この問題は、特許請求の範囲第１項の特にこの
発明の特徴部分に示されている形式の複合静電対
物および放射レンズによつて解決される。
発明の特徴部分に示されている形式の複合静電対
物および放射レンズによつて解決される。
この発明の合成レンズのさらに発展した有効な
形式については特許請求の範囲第２項乃至第４項
の要部に示されている通りである。
形式については特許請求の範囲第２項乃至第４項
の要部に示されている通りである。
この発明による複合対物および放射レンズは、
同じ符合をもつた１次および２次粒子用として使
用することができるものであり、２次放射線束の
放射が非常に小さいという特徴を具えている。こ
れはサンプル表面における電界強度が、サンプル
の表面とこの表面に隣接する電極間の降服電界強
度によつてのみ制限されるからである。この複合
レンズは１次ビームによつて軸方向に移動させら
れ、これによつて１次ビームは極めて正確に集束
される。サンプルの表面と第１レンズ電極との間
に形成される高吸引電界によつて最適の像解力が
得られるのみならず、影像の誤差あるいは欠陥が
最小になる。
同じ符合をもつた１次および２次粒子用として使
用することができるものであり、２次放射線束の
放射が非常に小さいという特徴を具えている。こ
れはサンプル表面における電界強度が、サンプル
の表面とこの表面に隣接する電極間の降服電界強
度によつてのみ制限されるからである。この複合
レンズは１次ビームによつて軸方向に移動させら
れ、これによつて１次ビームは極めて正確に集束
される。サンプルの表面と第１レンズ電極との間
に形成される高吸引電界によつて最適の像解力が
得られるのみならず、影像の誤差あるいは欠陥が
最小になる。
広範囲に適用することができるということに関
して好ましいこの発明による複合対物および放射
レンズの実施例は変更が容易であり、そのため幾
何学的な状態の変更を行なうことなく、同符号あ
るいは反対符号の１次および２次電子をもつて検
査を行なうことができる。
して好ましいこの発明による複合対物および放射
レンズの実施例は変更が容易であり、そのため幾
何学的な状態の変更を行なうことなく、同符号あ
るいは反対符号の１次および２次電子をもつて検
査を行なうことができる。
西独特許2223367号で知られているレンズ系で
必要としたような電極系内に配置される開孔遮蔽
あるはダイヤフラムは、この発明の複合レンズで
は必要でない。
必要としたような電極系内に配置される開孔遮蔽
あるはダイヤフラムは、この発明の複合レンズで
は必要でない。
＜実施例の説明＞
以下、図を参照しつゝこの発明を詳細に説明す
る。
る。
この発明の複合静電対物および放射レンズは、
導電性のサンプル面POに隣接して配置された電
極を有し、これら電極は各々薄い平板あるいは厚
い平板のいずれでもよく、あるいは他の形式とし
て例えば円錐形の回転対称系をもつた１組のダイ
ヤフラム状の電極B1，…Bi…Boの形態をもつた
ものでもよい。そしてこれらの各電極にはサンプ
ル面（平面と仮定されている）に垂直なレンズ軸
と同軸的に開孔が形成されており、各電極には動
作に当つて適当な電位が与えられる。各電極の指
標ｉは電極の順序を示し、ｉ＝１はサンプル面
POに最も近い電極を示す。電位に関して言えば、
サンプル面は基準電位（Ｖ＝０）にあると仮定さ
れている。
導電性のサンプル面POに隣接して配置された電
極を有し、これら電極は各々薄い平板あるいは厚
い平板のいずれでもよく、あるいは他の形式とし
て例えば円錐形の回転対称系をもつた１組のダイ
ヤフラム状の電極B1，…Bi…Boの形態をもつた
ものでもよい。そしてこれらの各電極にはサンプ
ル面（平面と仮定されている）に垂直なレンズ軸
と同軸的に開孔が形成されており、各電極には動
作に当つて適当な電位が与えられる。各電極の指
標ｉは電極の順序を示し、ｉ＝１はサンプル面
POに最も近い電極を示す。電位に関して言えば、
サンプル面は基準電位（Ｖ＝０）にあると仮定さ
れている。
この発明の複合対物および放射レンズの必須の
特徴は、サンプル面POと第１電B1との間の距離
および電位差は、形成される電界が非常に高く、
真空の降服電界強度あるいは誘電体強度（約
10KV／mm）の少なくも約40％、好ましくは少な
くとも50％となるように選択されている点であ
る。
特徴は、サンプル面POと第１電B1との間の距離
および電位差は、形成される電界が非常に高く、
真空の降服電界強度あるいは誘電体強度（約
10KV／mm）の少なくも約40％、好ましくは少な
くとも50％となるように選択されている点であ
る。
レンズは、サンプルの表面の小さな直径のスポ
ツトの比較的高いエネルギ（例えば103eVの単位
の大きさの粒子エネルギ）の１次放射線の平行束
を集束し、またこの点から放射される低出力エネ
ルギ（粒子が引続いて加速されるエネルギに比し
て低い）の帯電した２次粒子は例えば実質的に平
行な放射線の束として１次ビームと反対方向に電
極構体から出て行く。従つて、電極構体は１次ビ
ームに対しては対物レンズとして作用し、２次粒
子に対しては放射レンズとして作用する。２つの
場合、すなわち同極性の電荷と反対極性の電荷の
１次および２次粒子についてさらに区別して説明
する必要がある。
ツトの比較的高いエネルギ（例えば103eVの単位
の大きさの粒子エネルギ）の１次放射線の平行束
を集束し、またこの点から放射される低出力エネ
ルギ（粒子が引続いて加速されるエネルギに比し
て低い）の帯電した２次粒子は例えば実質的に平
行な放射線の束として１次ビームと反対方向に電
極構体から出て行く。従つて、電極構体は１次ビ
ームに対しては対物レンズとして作用し、２次粒
子に対しては放射レンズとして作用する。２つの
場合、すなわち同極性の電荷と反対極性の電荷の
１次および２次粒子についてさらに区別して説明
する必要がある。
状況によつて放射レンズは、１次ビームがサン
プルの表面上に衝突するこによつてその点から放
射された２次粒子によつて、電極構体内のターゲ
ツト・スポツトの中間実像を生成することができ
る。あるいはこの放射レンズは放射された２次粒
子を直接平行化して実質的に平行な束すなわちビ
ームを形成することができる。
プルの表面上に衝突するこによつてその点から放
射された２次粒子によつて、電極構体内のターゲ
ツト・スポツトの中間実像を生成することができ
る。あるいはこの放射レンズは放射された２次粒
子を直接平行化して実質的に平行な束すなわちビ
ームを形成することができる。
第１図に示すように、平坦な導電性サンプル面
と、間隔をおいて配置された平板状ダイヤフラム
電極と、軸に沿つて配置された円形の開孔とから
なる構成は、周知の方法｛ベー・ウー・チム
（B.U.Timm）氏の論文、「静電レンズの設計」、
ジヤーナル フオー サイエンテイフツク リサ
ーチ（Zeitschrift f¨ur Naturforschung）10a
（1955）、p.P.593乃至603｝の変換マトリツクスを
使つて１次近似で解析することができる。ダイヤ
フラムによる合成電界部分のマトリツクス変換関
数は、１次粒子の通路に対しては、 ri-1 r′i-1p＝〔Mi〕ri r′ipｉ＝ｎ…１ (1) となる。こゝで、変換マトリツクスは次の通りで
ある。
と、間隔をおいて配置された平板状ダイヤフラム
電極と、軸に沿つて配置された円形の開孔とから
なる構成は、周知の方法｛ベー・ウー・チム
（B.U.Timm）氏の論文、「静電レンズの設計」、
ジヤーナル フオー サイエンテイフツク リサ
ーチ（Zeitschrift f¨ur Naturforschung）10a
（1955）、p.P.593乃至603｝の変換マトリツクスを
使つて１次近似で解析することができる。ダイヤ
フラムによる合成電界部分のマトリツクス変換関
数は、１次粒子の通路に対しては、 ri-1 r′i-1p＝〔Mi〕ri r′ipｉ＝ｎ…１ (1) となる。こゝで、変換マトリツクスは次の通りで
ある。
ここで
１／fpi＝１／４〔１／di（Vp±V
i-1／Vp±Vi−１）＋１／di+1（Vp±Vi+1／Vp±Vi−１
）〕(3) 電位VpおよびViの符号は常に正であり、ダイ
ヤフラムBiを通過する１次ビーム粒子の運動エネ
ルギは｜ｅ｜（Vp±Vi）の値を持ち、同極性の１
次および２次粒子の場合は正の符号が適用され、
反対極性に対しては負の符号が適用され（ｅ＝基
本電荷）、各場合の２次粒子の運動エネルギは｜
ｅ｜Viである。
i-1／Vp±Vi−１）＋１／di+1（Vp±Vi+1／Vp±Vi−１
）〕(3) 電位VpおよびViの符号は常に正であり、ダイ
ヤフラムBiを通過する１次ビーム粒子の運動エネ
ルギは｜ｅ｜（Vp±Vi）の値を持ち、同極性の１
次および２次粒子の場合は正の符号が適用され、
反対極性に対しては負の符号が適用され（ｅ＝基
本電荷）、各場合の２次粒子の運動エネルギは｜
ｅ｜Viである。
従つて、ダイヤフラムBoからサンプル面への
１次粒子の通路に対する完全な変換マトリツクス
は、すべての個々のマトリツクスMiの積になり、
次式で表わされる。1 〓i=n 〔Mi〕≡〔Ｐ〕≡p11 p12 p12 p22 (4) および r0 r′0p＝〔ｐ〕ro r′o （4a） 軸に接きして入り込む粒子の平行の放射線がサ
ンプルの面上に集中するに必要な条件は P11＝０ (5) によつて満たされる。
１次粒子の通路に対する完全な変換マトリツクス
は、すべての個々のマトリツクスMiの積になり、
次式で表わされる。1 〓i=n 〔Mi〕≡〔Ｐ〕≡p11 p12 p12 p22 (4) および r0 r′0p＝〔ｐ〕ro r′o （4a） 軸に接きして入り込む粒子の平行の放射線がサ
ンプルの面上に集中するに必要な条件は P11＝０ (5) によつて満たされる。
この方法で得られる対物レンズの焦点距離は、
fp＝−１／p21となる。
fp＝−１／p21となる。
２次粒子の通路に対しては、ダイヤフラムの部
分の電界部分のマトリツクス変換関数は、 ri r′ip＝〔Mi〕ri-1 r′i-1pｉ＝１…ｎ (6) となる。こゝで、変換マトリツクスは となる。こゝで、 １／f1＝１／４〔１／di（Vi-1
／Vi−１）＋１／di+1（Vi+1／Vi−１）〕(8) である。
分の電界部分のマトリツクス変換関数は、 ri r′ip＝〔Mi〕ri-1 r′i-1pｉ＝１…ｎ (6) となる。こゝで、変換マトリツクスは となる。こゝで、 １／f1＝１／４〔１／di（Vi-1
／Vi−１）＋１／di+1（Vi+1／Vi−１）〕(8) である。
サンプル面からの最後のダイヤフラムBoまで
の２次粒子通路に対する完全な変換マトリツクス
は、すべての個々のマトリツクス〔Ni〕の積と
なり、r 〓i=1 〔Ni〕≡〔Ｓ〕≡S11 S12 S12 S22 (9) で表わされる。また次式が成立する。
の２次粒子通路に対する完全な変換マトリツクス
は、すべての個々のマトリツクス〔Ni〕の積と
なり、r 〓i=1 〔Ni〕≡〔Ｓ〕≡S11 S12 S12 S22 (9) で表わされる。また次式が成立する。
ro
r′os＝〔Ｓ〕r0
r′0s （9a）
軸に近いサンプル点から小さな初期エネルギ｜
ｅ｜V0（≪｜ｅ｜Vi）で半分の空間に放射される
２次粒子のビームが平行な束としてダイヤフラム
Boから去つて行くのに必要な条件は次式によつ
て満たされる。
ｅ｜V0（≪｜ｅ｜Vi）で半分の空間に放射される
２次粒子のビームが平行な束としてダイヤフラム
Boから去つて行くのに必要な条件は次式によつ
て満たされる。
S22＝０ (10)
この方法で限定される放射レンズの焦点距離は
fs＝１／S21で表わされる。
fs＝１／S21で表わされる。
影像特性は軸に沿う電位曲線による１次近似に
よつて完全に決定される。上述の解析方法では、
軸に沿う電位は直線と折点部とからなる多角形状
の線である。
よつて完全に決定される。上述の解析方法では、
軸に沿う電位は直線と折点部とからなる多角形状
の線である。
原則的には、軸に沿う所望の電位曲線は、たと
えそれが任意の回転対称な形状をもつた軸を中心
とした電極開孔によつて生成されるものであつて
も、細かく再分割された多角形状の線によつて近
似することができ、また上記のような方法で処理
あるいは取扱うことができる。
えそれが任意の回転対称な形状をもつた軸を中心
とした電極開孔によつて生成されるものであつて
も、細かく再分割された多角形状の線によつて近
似することができ、また上記のような方法で処理
あるいは取扱うことができる。
この発明の複合対物および放射レンズでは、
P11＝０とS22＝０条件を同時に満たす必要があ
る。この条件を満たすためには、電極の数ｎ、連
続する電極間の距離di、各電極Biに印加される作
動電圧Vi、および１次イオンの侵入エネルギ｜ｅ
｜（Vp±Vo）を変数として得ることができる。電
界の存在しないドリフト部分すなわちVi＝Vi-1、
あるいはドリフト距離も存在する。好ましい解析
を行なうには、上述の２つの条件を満たすことに
加えて、さらに多く要求、例えば影像の誤差が小
さいという条件も多かれ少なかれ満たされる必要
がある。
P11＝０とS22＝０条件を同時に満たす必要があ
る。この条件を満たすためには、電極の数ｎ、連
続する電極間の距離di、各電極Biに印加される作
動電圧Vi、および１次イオンの侵入エネルギ｜ｅ
｜（Vp±Vo）を変数として得ることができる。電
界の存在しないドリフト部分すなわちVi＝Vi-1、
あるいはドリフト距離も存在する。好ましい解析
を行なうには、上述の２つの条件を満たすことに
加えて、さらに多く要求、例えば影像の誤差が小
さいという条件も多かれ少なかれ満たされる必要
がある。
解析の例
反対極性の粒子について、
この場合、１次粒子が正、２次粒子が負、あ
るいは１次粒子が負、２次粒子が正である。
るいは１次粒子が負、２次粒子が正である。
この場合、２個だけの電極（ｎ＝２）をもつ
た例について解析する。この場合、条件p11＝
０は明らかである。
た例について解析する。この場合、条件p11＝
０は明らかである。
条件S22＝０は明らかである。
式(12)の解はd1／d2＝3/4、V1／V2＝４であ
る。これらの値を式(11)に代入し、Vpを適当に
選択することによつて式(11)を解くことができ
る。第２図に示した装置の場合、解はVp＝5V2
である。
る。これらの値を式(11)に代入し、Vpを適当に
選択することによつて式(11)を解くことができ
る。第２図に示した装置の場合、解はVp＝5V2
である。
式(12)の解はd1／d2＝1/3、V1／V2＝6.56であ
る。これを式(11)に代入すると、式(11)に対する解
としてVp＝7.63V2（第３図）が得られる。
る。これを式(11)に代入すると、式(11)に対する解
としてVp＝7.63V2（第３図）が得られる。
ｎ＝３の装置で、サンププ面に最も近くに配
置された電極に続いて電界の無いドリフト部分
は、開孔の設けられた３枚の薄いダイヤフラム
B1，B2，B3によつて実現され、これらのダイ
ヤフラムの第１および第２のものは同電位にあ
る。軸方向の間隔d2で配置された同じ電位の開
孔の形成された２枚の薄いダイヤフラムの代り
に厚さd2の厚い単一のダイヤフラムを使用する
こともできる。この場合、P11＝０は明らかで
ある（但しV2＝V1）。
置された電極に続いて電界の無いドリフト部分
は、開孔の設けられた３枚の薄いダイヤフラム
B1，B2，B3によつて実現され、これらのダイ
ヤフラムの第１および第２のものは同電位にあ
る。軸方向の間隔d2で配置された同じ電位の開
孔の形成された２枚の薄いダイヤフラムの代り
に厚さd2の厚い単一のダイヤフラムを使用する
こともできる。この場合、P11＝０は明らかで
ある（但しV2＝V1）。
条件S22＝０は次の通りである。
第４図に示されている２つの条件の解はd1＝
d3、d2／d3＝4/9、V1／V3＝４、Vp＝4.9V3で
ある。
d3、d2／d3＝4/9、V1／V3＝４、Vp＝4.9V3で
ある。
同極性の粒子について
この場合、１次および２次粒子は共に正ある
いは共に負である。
いは共に負である。
こゝで先づ２個の電極のみを有する電極装置
について述べると、こゝではP11＝０は明らか
である。
について述べると、こゝではP11＝０は明らか
である。
こゝで、(a)間隔の比d1／d2＝4/3（第１の例
と同様）、(b)Vp＝3V2（これは第２図の例と同じ
入射エネルギ、すなわち4eV2を与える。同符
号の場合の入射エネルギはｅ（Vp＋V2）に等し
く、反対符号の場合はｅ（Vp−V2）になるから
である）と選定すると、式(15)の解はVp＝
0.21V1になる。
と同様）、(b)Vp＝3V2（これは第２図の例と同じ
入射エネルギ、すなわち4eV2を与える。同符
号の場合の入射エネルギはｅ（Vp＋V2）に等し
く、反対符号の場合はｅ（Vp−V2）になるから
である）と選定すると、式(15)の解はVp＝
0.21V1になる。
この解はP11＝０に対するもので、S22＝０に
対する解は存在しない。しかしながら２次粒子
の通路が選定されると、サンプル面から数えて
２番目のダイヤフラムの少し後方にサンプルの
放射点の影像が生成されることが判つた。そこ
で、もし３以上のダイヤフラム電極からなる別
のレンズを、サンプル面から見てこの影像点の
後方に配置して上記影像がその焦点面に位置す
るようにすると、この映像から発生する２次粒
子の発散ビームは上記別のレンズによつて平行
な放射線の束になるように平行化される。これ
によつてS22＝０の条件は、５個のダイヤフラ
ム電極からなる全電極構成に対して満たされる
ことになる。この種の構成は第５図に示されて
いる。１次粒子通路PSおよび２次粒子通路ST
が示されており、これらの粒子通路の水平座標
は、明確にするために電極の表示に比べて著し
く拡大して示されている。５個のダイヤフラム
状電極はB1乃至B5によつて示されている。サ
ンプルのスポツトPFの影像は電極B1とB2とに
よつて点BPに生ずる。別のレンズは電極B3，
B4，B5から成る。
対する解は存在しない。しかしながら２次粒子
の通路が選定されると、サンプル面から数えて
２番目のダイヤフラムの少し後方にサンプルの
放射点の影像が生成されることが判つた。そこ
で、もし３以上のダイヤフラム電極からなる別
のレンズを、サンプル面から見てこの影像点の
後方に配置して上記影像がその焦点面に位置す
るようにすると、この映像から発生する２次粒
子の発散ビームは上記別のレンズによつて平行
な放射線の束になるように平行化される。これ
によつてS22＝０の条件は、５個のダイヤフラ
ム電極からなる全電極構成に対して満たされる
ことになる。この種の構成は第５図に示されて
いる。１次粒子通路PSおよび２次粒子通路ST
が示されており、これらの粒子通路の水平座標
は、明確にするために電極の表示に比べて著し
く拡大して示されている。５個のダイヤフラム
状電極はB1乃至B5によつて示されている。サ
ンプルのスポツトPFの影像は電極B1とB2とに
よつて点BPに生ずる。別のレンズは電極B3，
B4，B5から成る。
１次ビームのエネルギは非常に大きいので、
追加された別のレンズB3乃至B5が１次ビーム
PSに及ぼす影響は非常に小さい。そして、も
し必要ならば１次粒子の加速電圧Vpの僅かな
変化を考慮に入れることもできる。
追加された別のレンズB3乃至B5が１次ビーム
PSに及ぼす影響は非常に小さい。そして、も
し必要ならば１次粒子の加速電圧Vpの僅かな
変化を考慮に入れることもできる。
先のの場合と同様にこの例にさらに実施的
な解も可能である。
な解も可能である。
反対極性あるいは同じ極性の粒子に対して任
意に変更可能な構成 ある電極構成を用いると、反対極性および同
極性の１次および２次粒子の双方に対して同じ
電極構成で自由にP11＝０、S22＝０の２条件を
満たすことが可能である。この場合、電極の電
位あるいは一部の電位を変更しさえすればよ
い。この発明のこのような実施例が第６図に示
されている。
意に変更可能な構成 ある電極構成を用いると、反対極性および同
極性の１次および２次粒子の双方に対して同じ
電極構成で自由にP11＝０、S22＝０の２条件を
満たすことが可能である。この場合、電極の電
位あるいは一部の電位を変更しさえすればよ
い。この発明のこのような実施例が第６図に示
されている。
第６図による複合対物および放射レンズは３
個の電極B1，B2，B3および別のレンズELから
なる。電極B1とサンプル面との間に距離、隣
接する電極B1，B2，B3相互間の距離はそれぞ
れｄに等しい。
個の電極B1，B2，B3および別のレンズELから
なる。電極B1とサンプル面との間に距離、隣
接する電極B1，B2，B3相互間の距離はそれぞ
れｄに等しい。
反対極性の粒子に対する条件が第６図ａに示
されている。別のレンズELの電極は電極B3の
電位にあり、従つて、別の電極は活性化されな
い。１次粒子の加速電圧Vpを基準とした電極
の電位は、 Vp＝4.5V3 V1＝V2＝3.55V3 １次粒子に対する焦点距離fpは1.9d、２次粒子
に対する焦点距離fSは3.3dである。
されている。別のレンズELの電極は電極B3の
電位にあり、従つて、別の電極は活性化されな
い。１次粒子の加速電圧Vpを基準とした電極
の電位は、 Vp＝4.5V3 V1＝V2＝3.55V3 １次粒子に対する焦点距離fpは1.9d、２次粒子
に対する焦点距離fSは3.3dである。
同極性の粒子に対する条件が第６図ｂに示され
ている。P11＝０を得るための条件あるいは必要
な条件は、Vp＝2.5V3、V1＝3.55V3、V2＝10V3、
焦点距離fp＝2.26dによつて満たされる。
ている。P11＝０を得るための条件あるいは必要
な条件は、Vp＝2.5V3、V1＝3.55V3、V2＝10V3、
焦点距離fp＝2.26dによつて満たされる。
別のレンズELの主面は電極B3からde＝1.83dの
距離にある。
距離にある。
別のレンズELの中間電極D5をVeで付勢するこ
とによつてS22＝０の条件が満たされる。これは
ダイヤフラムB3の後方0.76dの距離に生成される
サンプルのスポツトPFの影像BPが別のレンズ
ELの焦点と一致するように選定されている。
とによつてS22＝０の条件が満たされる。これは
ダイヤフラムB3の後方0.76dの距離に生成される
サンプルのスポツトPFの影像BPが別のレンズ
ELの焦点と一致するように選定されている。
第６図に示す実施例は、同極性、反対極性の両
方の場合について、１次粒子の入射エネルギは同
じ、すなわちｅ（Vp±V3）＝3.5eV3、サンプル面
の電界強度は同じ、すなわち3.55V3／ｄ、この複
合レンズの放射レンズ部分の焦点距離は同じ、す
なわちf3＝3.3dとなるように選定されている。
方の場合について、１次粒子の入射エネルギは同
じ、すなわちｅ（Vp±V3）＝3.5eV3、サンプル面
の電界強度は同じ、すなわち3.55V3／ｄ、この複
合レンズの放射レンズ部分の焦点距離は同じ、す
なわちf3＝3.3dとなるように選定されている。
実際には第５図による実施例では、次のパラメ
ータ、すなわちV2＝1KV、d1＝２mmが使用され
る。第６図の実施例では、V1＝7.1KV、V3＝
2KV、ｄ＝１mmが使用される。他のパラメータ
はそれぞれ示された関係から選定される。
ータ、すなわちV2＝1KV、d1＝２mmが使用され
る。第６図の実施例では、V1＝7.1KV、V3＝
2KV、ｄ＝１mmが使用される。他のパラメータ
はそれぞれ示された関係から選定される。
微小ビーム・プローブにおいて実施する場合
は、サンプル面に関して複合レンズの後方に周知
の態様で１次報射線源から複合レンズに入射する
１次放射線の束の通路の外へ上記複合レンズから
脱出する２次放射線の束を偏向し、それを質量分
光器に導くための偏向装置、また例えば先に示し
た西独特許2223362号で既に知られているような
２次放射線の束を検査するためのエネルギ分析器
あるいは何らかの装置が配置されている。
は、サンプル面に関して複合レンズの後方に周知
の態様で１次報射線源から複合レンズに入射する
１次放射線の束の通路の外へ上記複合レンズから
脱出する２次放射線の束を偏向し、それを質量分
光器に導くための偏向装置、また例えば先に示し
た西独特許2223362号で既に知られているような
２次放射線の束を検査するためのエネルギ分析器
あるいは何らかの装置が配置されている。
以上説明したこの発明による複合静電対物およ
び放射レンズの特徴をまとめて示すと次の通りで
ある。
び放射レンズの特徴をまとめて示すと次の通りで
ある。
こゝで述べたえ微小ビーム・プローブ用の複合
対物および放射レンズは、同じ電荷の符号（正あ
るいは負）をもつた１次および２次粒子用として
適したものであり、このレンズによつて比較的高
いエネルギをもつた１次放射線の束を平板状サン
プル面の非常に小さなスポツト上に集束させるこ
とができ、またこのスポツトによつて放射された
２次粒子を集中させて２次放射線に平行化された
束にして、これを上記１次放射線束と実質的に反
対方向に上記複合レンズから脱出させることがで
きる。この発明の複合レンズでは、特にサンプル
面とそれに最も近いレンズ電極との間の電界強度
は、周知の複合対物および放射レンズに比して非
常に高く、１次ビーム・スポツトと同様に小さな
直径の２次ビームの放射が小さく、さらに２次粒
子を有効に集中させて平行化することが確実に行
なわれる。この発明の他の実施例は、同じ極性あ
るいは反対極性の１次および２次粒子に対して動
作し得るように自由に変更することができる点で
ある。
対物および放射レンズは、同じ電荷の符号（正あ
るいは負）をもつた１次および２次粒子用として
適したものであり、このレンズによつて比較的高
いエネルギをもつた１次放射線の束を平板状サン
プル面の非常に小さなスポツト上に集束させるこ
とができ、またこのスポツトによつて放射された
２次粒子を集中させて２次放射線に平行化された
束にして、これを上記１次放射線束と実質的に反
対方向に上記複合レンズから脱出させることがで
きる。この発明の複合レンズでは、特にサンプル
面とそれに最も近いレンズ電極との間の電界強度
は、周知の複合対物および放射レンズに比して非
常に高く、１次ビーム・スポツトと同様に小さな
直径の２次ビームの放射が小さく、さらに２次粒
子を有効に集中させて平行化することが確実に行
なわれる。この発明の他の実施例は、同じ極性あ
るいは反対極性の１次および２次粒子に対して動
作し得るように自由に変更することができる点で
ある。
第１図はこの本発明の基礎となる電荷キヤリヤ
ー光学原理を説明するための電極系を示す概略
図、第２図、第３図および第４図は、この発明の
複合対物および放射レンズの電極構造と、その右
側に、２個の電極のみを含み、反対極性の粒子に
適用するのに適した３レンズ系の関連する電位状
態とを示した図、第５図は同極性の１次および２
次粒子に適したこの発明による複合対物および放
射レンズの実施例の第２図に対応する図、第６図
ａおよびｂは各々反対極性あるいは同じ極性の粒
子と共に動作するように自由に変更することので
きるこの発明による複合対物および放射レンズの
他の実施例を第２図に関連して示した図で、第６
図ａは反対極性の粒子で動作する場合の状況を示
し、第６図ｂは同じ極性の粒子で動作する場合の
状況を示す図である。 第６図で、PO……サンプル面、B1……第１電
極、B2……第２電極、PF……スポツト、Bp……
中間影像、EL……別のレンズ。
ー光学原理を説明するための電極系を示す概略
図、第２図、第３図および第４図は、この発明の
複合対物および放射レンズの電極構造と、その右
側に、２個の電極のみを含み、反対極性の粒子に
適用するのに適した３レンズ系の関連する電位状
態とを示した図、第５図は同極性の１次および２
次粒子に適したこの発明による複合対物および放
射レンズの実施例の第２図に対応する図、第６図
ａおよびｂは各々反対極性あるいは同じ極性の粒
子と共に動作するように自由に変更することので
きるこの発明による複合対物および放射レンズの
他の実施例を第２図に関連して示した図で、第６
図ａは反対極性の粒子で動作する場合の状況を示
し、第６図ｂは同じ極性の粒子で動作する場合の
状況を示す図である。 第６図で、PO……サンプル面、B1……第１電
極、B2……第２電極、PF……スポツト、Bp……
中間影像、EL……別のレンズ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電位源に結合された電極からなり、この電極
が導電性のサンプル面と協同して１次放射線束を
上記サンプル面の小さなスポツト上に集束し、こ
のスポツトから放射された２次粒子を平行化して
上記１次放射線束と実質的に反対方向に電極系か
ら出て行く２次放射線束とする装置を具えた、
SIMS用の微小ビーム・プローブのような粒子−
光学器械用の複合対物および放射レンズであつ
て、 (a) サンプル面に隣接し、このサンプル面POと
所定の距離d1をもつて直接対向して設けられた
第１の電極構体であつて、この第１の電極構体
と上記サンプル面との間の電界強度が真空降服
電界強度の少なくとも40％となるような電位
V1が与えらえた上記第１の電極構体と、 上記第１の電極の上記サンプル面側と反対側
にこの第１の電極から所定の第２の距離d2隔て
られて配置され、上記サンプル面に関して第２
の電位V2が与えられた少なくとも第２の電極
とが設けられており、 上記各距離d1，d2および電位V1，V2は、所
定の加速電圧で加速された１次放射線束がサン
プル面のスポツト上に集束され、このスポツト
から放射された２次放射線束が、上記電極構体
の上記サンプル面と反対側でその最後の電極に
近い距離に位置した影像面に中間影像が形成さ
れるように集束されるような比に定められてお
り、 (b) 別のレンズELを形成する第２の電極構体が
設けられており、この第２の電極構体の焦点は
サンプル面が位置する側であつて、上位中間影
像面と実質的に一致するものとされている、 複合対物および放射レンズ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の複合対物および
放射レンズであつて、第１の電極系は２個の電極
を含み、その第１の電極はサンプル面から第１の
所定距離d1、第２の電極から第２の所定距離d2隔
てられて配置されており、d1／d2は4/3に等しく、
またVpを１次ビーム粒子の加速電圧とすると、
V2＝Vp／３、V1＝Vp／0.21と定められている、
上記複合対物および放射レンズ。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の複合対物および
放射レンズであつて、別のレンズが反対極性の１
次および２次粒子に対して自由に不作動状態とな
ることができ、第１の電極構体が１次粒子をサン
プル面上に集束し、２次粒子を実質的に平行な放
射線束となるように集中させ、あるいは同極性の
１次および２次粒子に対しては、第１の電極構体
は付勢状態にある別のレンズELによつて実質的
に影響を受けない１次粒子をサンプル面上に集束
し、サンプル面から放射された２次粒子を上記第
１の電極構体と別のレンズとの間にある影像面に
集束させ、上記別のレンズはその影像面から発散
する２次粒子を実質的に平行な放射線束に集中さ
せることができるように、第１および第２の電極
構体の各電極の電位が変化させられることを特徴
とする上記複合対物および放射レンズ。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の複合対物および
放射レンズであつて、第１の電極構体は３個の電
極を含み、その第１の電極はサンプル面および第
２の電極から所定の第１の距離ｄの位置に配置さ
れており、第３の電極は上記第２の電極から上記
所定の第１の距離ｄに配置されており、別のレン
ズELの焦点面は上記第３の電極から第２の所定
距離deの位置にあり、その第２の所定距離deは
第１の所定距離ｄの1.83倍であり、反対極性の粒
子の場合は、上記別のレンズの電極は第１の電極
構体の第３の電極の電位V3の電位とされており、
この電極構体の各電極の電位は１次粒子の加速電
圧Vpを基準として、 Vp＝4.5V3、 V1＝V2＝3.55V3 となるように定められており、 また同極性の粒子に対しては、 V3＝Vp／2.5、V1＝3.55V3、V2＝10V3 となるように定められており、 別のレンズの外側電極の電位は第１の電極構体
の第３の電極の電位に等しく、サンプルが配置さ
れた側にある上記別のレンズの焦点面は、第１の
電極構体がサンプル面によつて放射される２次粒
子を集束する面と一致するように、上記別のレン
ズの中間電極の電位が選定されていることを特徴
とする上記複合対物および放射レンズ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3231036.6 | 1982-08-20 | ||
| DE3231036A DE3231036A1 (de) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | Kombinierte elektrostatische objektiv- und emissionslinse |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5958749A JPS5958749A (ja) | 1984-04-04 |
| JPH0441462B2 true JPH0441462B2 (ja) | 1992-07-08 |
Family
ID=6171340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58152371A Granted JPS5958749A (ja) | 1982-08-20 | 1983-08-19 | 複合対物および放射レンズ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4551599A (ja) |
| JP (1) | JPS5958749A (ja) |
| DE (1) | DE3231036A1 (ja) |
| FR (1) | FR2532111B1 (ja) |
| GB (1) | GB2128396B (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0152501B1 (de) * | 1984-02-18 | 1989-04-12 | Leybold Aktiengesellschaft | Einrichtung zur Messung der Winkelverteilung von an einer Probenoberfläche gestreuten geladenen Teilchen |
| FR2575597B1 (fr) * | 1984-12-28 | 1987-03-20 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Appareil pour la micro-analyse ionique a tres haute resolution d'un echantillon solide |
| US4855596A (en) * | 1986-06-04 | 1989-08-08 | Arch Development Corp. | Photo ion spectrometer |
| US4889987A (en) * | 1986-06-04 | 1989-12-26 | Arch Development Corporation | Photo ion spectrometer |
| US4864130A (en) * | 1986-06-04 | 1989-09-05 | Arch Development Corporation | Photo ion spectrometer |
| DE3831940A1 (de) * | 1988-09-20 | 1990-04-05 | Siemens Ag | Elektronenstrahlerzeuger |
| JPH071681B2 (ja) * | 1990-04-19 | 1995-01-11 | 株式会社日立製作所 | 荷電粒子線装置 |
| US6586736B1 (en) * | 1999-09-10 | 2003-07-01 | Kla-Tencor, Corporation | Scanning electron beam microscope having an electrode for controlling charge build up during scanning of a sample |
| US6664546B1 (en) | 2000-02-10 | 2003-12-16 | Kla-Tencor | In-situ probe for optimizing electron beam inspection and metrology based on surface potential |
| FR2806527B1 (fr) * | 2000-03-20 | 2002-10-25 | Schlumberger Technologies Inc | Colonne a focalisation simultanee d'un faisceau de particules et d'un faisceau optique |
| GB2406704B (en) * | 2003-09-30 | 2007-02-07 | Ims Nanofabrication Gmbh | Particle-optic electrostatic lens |
| US20070221862A1 (en) * | 2006-03-22 | 2007-09-27 | Wayne State University | Coupled Electrostatic Ion and Electron Traps for Electron Capture Dissociation - Tandem Mass Spectrometry |
| JP4283843B2 (ja) * | 2006-11-24 | 2009-06-24 | 株式会社荏原製作所 | 幾何収差と空間電荷効果を低減した写像型電子顕微鏡 |
| US10586625B2 (en) | 2012-05-14 | 2020-03-10 | Asml Netherlands B.V. | Vacuum chamber arrangement for charged particle beam generator |
| US11348756B2 (en) | 2012-05-14 | 2022-05-31 | Asml Netherlands B.V. | Aberration correction in charged particle system |
| WO2013171214A1 (en) * | 2012-05-14 | 2013-11-21 | Mapper Lithography Ip B.V. | Charged particle lithography system and beam generator |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2223367C3 (de) * | 1972-05-12 | 1978-11-30 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen | Mikrostrahlsonde zur quantitativen Erfassung von geladenen Sekundärteilchen |
| JPS5336292A (en) * | 1976-09-16 | 1978-04-04 | Hitachi Ltd | Analyzer for charged particles |
| DE2842527C3 (de) * | 1978-09-29 | 1981-12-17 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., 3400 Göttingen | Elektrostatische Emissionslinse |
| DE2903077C2 (de) * | 1979-01-26 | 1986-07-17 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur berührungslosen Potentialmessung an einem elektronischen Bauelement und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
-
1982
- 1982-08-20 DE DE3231036A patent/DE3231036A1/de active Granted
-
1983
- 1983-08-19 JP JP58152371A patent/JPS5958749A/ja active Granted
- 1983-08-19 GB GB08322328A patent/GB2128396B/en not_active Expired
- 1983-08-19 FR FR8313484A patent/FR2532111B1/fr not_active Expired
- 1983-08-22 US US06/525,413 patent/US4551599A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2532111B1 (fr) | 1986-12-26 |
| JPS5958749A (ja) | 1984-04-04 |
| DE3231036C2 (ja) | 1992-09-17 |
| GB2128396A (en) | 1984-04-26 |
| FR2532111A1 (fr) | 1984-02-24 |
| US4551599A (en) | 1985-11-05 |
| GB2128396B (en) | 1986-04-03 |
| DE3231036A1 (de) | 1984-02-23 |
| GB8322328D0 (en) | 1983-09-21 |
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