(57)【要約】【課題】小型電子カラムにおける従来の電場デフレクターの問題点を解決し且つ性能を向上させるためのもので、電子ビームを電場より収差の少ない磁場を用いてデフレクトし、或いは電場および磁場を選択的にまたは同時に使用することが可能なデフレクターを提供する。【解決手段】  本発明は、電子ビームを生成する電子カラムのデフレクターに関し、より詳しくは、磁場を用いて電子ビームをスキャンまたはシフトし或いは収差補正器の役割を果たすことが可能なデフレクターに関する。本発明に係るデフレクター（１００）は、導体または半導体からなるコア（１２）と、前記コア（１２）に巻き付いているコイル（１１）とを含むデフレクター電極を一つ以上含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体または半導体からなるコアと、
前記コアに巻き付いているコイルとを含むデフレクター電極を一つ以上含むことを特徴とする、電子カラム用磁場デフレクター。
【請求項２】
前記デフレクター電極は、２つ以上が各コイルの間に直列に連結されて同一に制御されることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム用磁場デフレクター。
【請求項３】
前記デフレクター電極は、電子ビームが通る経路に対して垂直となるように放射状に互いに対向して配列され、或いは円形または多角形の形状に配列されることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム用磁場デフレクター。
【請求項４】
前記コアが互いに対向して配置された場合、前記コアと前記コイルは、それぞれ制御電圧または電流が印加できるため、選択的にまたは同時に制御できることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子カラム用磁場デフレクター。
【請求項５】
前記コアおよび前記コイルのうち、いずれか一つは非点収差補正器または偏向器の役割を行い、もう一つはデフレクターの役割を選択的に或いは同時に行うことを特徴とする、請求項４に記載の電子カラム用磁場デフレクター。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項の磁場デフレクターを使用することを特徴とする、超小型電子カラム。
【請求項７】
前記磁場型デフレクターのコアが互いに対向して配置された場合、前記コアと前記コイルは、それぞれ制御電圧または電流が印加できるため、選択的にまたは同時に制御できることを特徴とする、請求項６に記載の超小型電子カラム。
【請求項８】
前記コアおよび前記コイルのうち、いずれか一つは非点収差補正器の役割を行い、もう一つはデフレクターの役割を選択的にまたは同時に行うことを特徴とする、請求項７に記載の超小型電子カラム。
【請求項９】
前記磁場型デフレクターがフォーカスレンズの下部に配置されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の超小型電子カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを生成する電子カラムのデフレクターに係り、より詳しくは、磁場を用いて電子ビームをスキャンまたはシフトし或いは収差補正器(stigmator)の役割を果たすことが可能なデフレクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来の電子カラムは、電子放出源から電子を放出し、前記電子をソースレンズで電子ビームに形成させ、デフレクターで電子ビームをデフレクトし、デフレクトされた電子ビームをフォーカスレンズで試料にフォーカシングすることにより作動する。
【０００３】
電子カラムにおいて磁場デフレクターが使用された例はあるが、これは大型電子カラムで使用されたもので、一般な磁場デフレクターに過ぎず、その大きさが非常に大きい。
【０００４】
よって、従来の超小型電子カラムなどの小型電子カラムにおいて、この種のデフレクターは主に電場を用いて電子ビームをデフレクトした。
【０００５】
図１は、代表的な超小型電子カラムであって、公知のＳＴＭ整列フィールド方式の概念に基づいた１ｋＶのマイクロカラムを概念的に示す断面図である。図１にはソースレンズ１、デフレクター２およびアインツェルレンズ３が示されている。スキャニングトンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）方式のポジショナーに取り付けられた電子放出源５は、サンプルの平面９に向かって電子ビーム６を放射する。このような電子ビーム６は、まず、シリコンマイクロレンズからなるソースレンズ１、例えば、中央軸に直径５μｍの口径を有するエクストレクタ、直径１００μｍの口径を有する加速電極、および直径２．５μｍの口径を有する制限開口(limiting aperture)を通過する。ソースレンズ１の下方にはデフレクター２が位置する。前記デフレクター２は、右の参考平面図Ａのように８つの電極からなり、ソースレンズ１から放出された電子ビーム６をスキャンする。その後、電子ビーム６はアインツェルレンズ３を通過するが、このようなアインツェルレンズ３は直径１００〜２００μｍのシリコンマイクロレンズからなり、これらのマイクロレンズの中心部には厚さ１〜２μｍの１×１ｍｍサイズのシリコンホールが設けられている。それぞれのシリコン層は、絶縁スペーサによって一定の間隔で分離される。その後、電子ビーム６がサンプルの平面９に入射して２次電池を放出し、これらをチャネルトロン検出器(Channeltron detector)などで検出する。
【０００６】
一般に、前述したレンズおよびデフレクターは、ＭＥＭＳ(Micro-electro-mechanical systems)工程を経て電子レンズに製作されて使用される。勿論、デフレクターの場合は、導体ワイヤーを通じて使用が可能であるが、電子カラムの製作の便利性だけでなく精密性のために、ＭＥＭＳ工程を通じても製作される。ところが、一般に、電子レンズは電場または磁場を用いて光学レンズと同様の役割を行い、デフレクターも電場を用いてデフレクトを主に行う。ところが、電場は、レンズの側面からみて球面収差または色収差が良くないか、或いは１００Ｖ内外の高電圧を印加しなければならない。よって、超小型電子カラムの大きさのため、一般な磁場デフレクターの使用は難しい状況であり、これにより超小型電子カラムに使用可能な磁場デフレクターの開発が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した小型電子カラムにおける従来の電場デフレクターの問題点を解決し且つ性能を向上させるためのもので、電子ビームを電場より収差の少ない磁場を用いてデフレクトし、或いは電場および磁場を選択的にまたは同時に使用することが可能なデフレクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の電子カラム用デフクレターは、コアおよび前記コアの外周に巻き付いているコイルを含む電極を一つ以上含んでなる。また、前記一つ以上の電極が電子ビームの経路上に放射状にまたは周囲に設けられたことを特徴とする。
【０００９】
以下、本発明に係る磁場デフクレターの基本原理について考察する。
【００１０】
図１０は磁場と電場によって力を受ける電子を示す。電場デフレクターは、印加された電圧によってデフレクターの中央に電場Ｅ＝Ｖ／ｄを生成させる。これにより、電子はｑｅＥの力を受ける。磁気デフクレターは、巻き付けられたコイルに電流を流すと、コイルの中央に磁場
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が生成される。この空間を通る電子は、磁場によってｑｅｖＢの力を受ける。ここで、ｖは電子の速力で電子放出チップ電圧Ｖｔｉｐによって決定される。すなわち、
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磁気デフクレターにより発生する磁気力が既存の電気デフレクターにより発生する電気力と同一であるための条件は、
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である。よって、磁気力は、コイルの巻数Ｎ、およびコイルに流す電流Ｉを調節することにより制御することができる。上記式によれば、ＮＩはコイルの半径ａ、間隔ｄ、および電子の速力ｖに依存するが、これに該当するグラフは図１１に示されている。
【００１１】
チップ電圧が大きくなると、電子の速力が増加する。速力が増加するにつれて、磁場の強さが一定であっても磁気力は増加する。よって、電子の速力に反比例して小さい値のＮＩで電子を制御することができることを意味する。これは、電子の速力が大きくなるにつれて高い電圧を印加しなければならない電場デフレクターに比べて大きい利点であるといえる。
【００１２】
デフレクターの中心における磁場の強さは間隔ｄと半径ａに依存する。よって、ＮＩもこの２つの値に応じて変わる。ＮＩの前記２つの値に対する依存性は図１２および図１３に示されているとおりである。
【００１３】
ＮＩは、デフレクターの間隔ｄと半径ａが大きくなるにつれて減少してさらに増加する様子を見せる。デフレクターの間隔または半径が大きくなると、中央で磁場および電場の強さが弱くなって高いＮＩ値が要求される。ＮＩ値が最小となる条件はａ２−２ｄ２＝０である。よって、
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を満足するとき、最小のＮＩ値を持つ。
【発明の効果】
【００１４】
前述した本発明に係る電子カラム用磁場デフクレターは、電場と磁場の両方ともを容易に発生させ、必要に応じて電子ビームを電場および／または磁場でデフレクトさせることができる。また、電子放出源のチップ電圧が高くなって電子の速力が速くなるとき、既存の電気デフレクターを使用する場合には高い電圧を印加しなければならないが、磁気デフレクターを使用する場合には少ない電流量でも充分制御することができるという利点がある。よって、電子の速力に応じて磁気デフレクターと電気デフレクターを選択的に使用して効果的に電子ビームを制御することができる。
【００１５】
また、本発明に係る電子カラム用磁場デフレクターは、非点収差を補正するための非点収差補正器(stigmator)としての役割も共に行うことができる。
【００１６】
また、本発明に係る超小型電子カラム用磁場デフレクターは、電子ビームの経路を一定の方向に偏向させる偏向器の役割を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一般な電子カラムの断面図である。
【図２】本発明に係る磁場デフレクターの平面図である。
【図３】本発明に係る磁場デフレクター電極の一実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る磁場デフレクター電極の製作流れ図である。
【図５】図４による磁場デフレクター電極からなるデフレクターの平面図である。
【図６】本発明に係る磁場デフレクターが使用された電子カラムの断面図である。
【図７】本発明に係るデフレクターで非点収差補正器(stigmator)の役割を行うことを示す平面図である。
【図８】図７によるデフレクターが電子ビームの収差を補正することを示す概略平面図である。
【図９】本発明に係る磁場デフレクター電極１０の配列を異ならせた例を示す平面図である。
【図１０】磁場と電場によって力を受ける電子を示す概念図である。
【図１１】ＮＩとチップ電圧(Tip Volt)間の関係を示すグラフである。
【図１２】ＮＩと半径ａ間の関係を示すグラフである。
【図１３】ＮＩと間隔ｄ間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電子ビームを走査対象物にスキャンするようにするデフレクターについて説明する。
【００１９】
まず、図２は本発明に係るデフレクターの一実施例を示す平面図である。図２において、デフレクター１００は４つのデフレクター電極１０から構成されている。前記単位デフレクター電極１０は、金属などの導体または高濃度ドープされた半導体などで形成されたコア１２、および前記コア１２を巻いているコイル１１を含んでなる。前記コイル１１は、前記コア１２を巻くことができるように、被覆のある導線、例えばエナメル線などが使用できる。点線で表示された円１７は、前記デフレクター１００内で電子ビームが通過する通路を表示したものである。 電子ビームはこの円１７内でデフレクトされる。図２に示すように、一般なデフレクター電極において、コアはモリブデンなどの導体金属棒を使用することが一般的であり、コイルは通常のエナメル線などを使用することができる。勿論、本発明に係る磁場デフレクターを導体コアなしでコイルのみから構成することができるが、より正確で強いデフレクトのために、導体コアを含んで構成することが好ましい。すなわち、デフレクター電極を電磁石と同じタイプに製作することであり、前記デフレクター電極を用いて既存の電子カラムにおけるデフレクターと同様に磁場デフレクターを作り、これによりデフレクトを行うことができる。
【００２０】
図３は２つのデフレクター電極１０が、１本の線が２つのコア１２にコイル１１の形でそれぞれ巻き付けられて構成されたことを示す。この場合は、コイル線１１が１本だけ使用されるため、制御されるデフレクター電極１０の配線が半分に減ることができる。これは、それぞれのデフレクター電極に１本の線でコイルが作られるときより、制御されるべき線の数が半分に減るためである。よって、図３のようなコイルが使用される場合、コアが対向するように使用されることが好ましい。ところが、必ずしも対向するように使用されなければならないのではなく、必要に応じて４５度、９０度または１２０度などに、特定の必要に応じて配置されて使用できる。他の用途として代表的なものは、後述する非点収差補正器としての役割である。もし３つのコアが一対をなして作用する場合、各コイルが直列に互いに連結されて前記３つのコアに対して２本の線が外部に連結されて制御できる。
【００２１】
単位デフレクター電極は、電子ビームが通過する経路の外部で放射状に対称となるように配置されることが好ましい。上記図の如く、配線を最小化して制御を容易にするために、対称となる電極は中心ホールを迂回して１本の連続したコイルを使用すると、同じ効果を示しながら、制御すべき対象の数を減らすことができる。
【００２２】
また、本発明に係るデフレクターは、ＭＥＭＳ工程を用いて前記デフレクターを製作することができる。
【００２３】
図４はＭＥＭＳ工程によって本発明に係る磁場デフレクターを製作することが可能な一例を示す。
【００２４】
まず、工程（ａ）では、絶縁板４１０に斜線として下部コイル４２０を作るために、７本の配線を金属などの導体または半導体物質などで長棒状にパターン化する。次いで、各コイルの両端部４２１、４２２は、積層し続けることを容易にするために別途に区域を設け、その間を斜めに下部コイル線４２５で連結する。工程（ｂ）では、工程（ａ）の積層区域（両端部）を除いては全て絶縁物質で覆って絶縁層４３０を形成し、両端部４３１、４３２をコイルの両端を維持するように残す。工程（ｃ）では、残った積層区域に続けて導体として両端部４４１、４４２を積層して絶縁物質上に突出させる。工程（ｄ）では、コイルの両端の間に、コアの役割を行うことができるように、導体や半導体などを長方体状に形成させてコア部４５０を作る。工程（ｅ）では、コイル両端の区画部４７１、４７２とコア部４５０を工程（ｂ）のように絶縁物質で覆って絶縁層４６０を形成し、両区画部４７１、４７２が工程（ａ）で形成されたパターンとずれるように、さらに長棒状のパターンで上部コイル線４７５を形成してコイルを完成する。これにより、コアを中心としてコイルを巻いた形態となるようにデフレクター電極４７３、４７４を形成することができる。工程（ｅ）において、両側の区画部４７１、４７２は配線のために使用でき、一つの平面に必要なデフレクター電極の数だけ製作できる。電子ビームが貫通する部分はエッチング工程またはレーザー加工などで製作できる。
【００２５】
図５は図４による磁場デフレクター電極から構成されるデフレクターの平面図であって、８つのデフレクター電極１０が一つの支持板１９の平面においてデフレクター１００を構成している。中央には開口(aperture)１７が設けられており、電子ビームが貫通しながら前記電子ビームがデフレクター電極１０によりデフレクトされる。ここで、開口は円として表されているが、本発明に係るデフレクターの開口は、電子ビームがデフレクトできるように十分な大きさを有する開口であって、例えば三角形、四角形などの多角形の開口であればよい。
【００２６】
本発明に係るデフレクターはコアによって開放型と閉鎖型に区分される。開放型デフレクターは、各電極が別個のコアを有し、独立に制御される。開放型デフレクターは、それぞれの電極が独立に制御され、デフレクトの際に変数が多くなるおそれがある。したがって、開放型デフレクターは、マルチ電子カラムの場合には制御が複雑になるおそれがあるが、多様な制御が必要な場合には好ましい。すなわち、コアを電場デフレクターのように複合型として使用する場合には開放型が有利である。
【００２７】
閉鎖型デフレクターは、各電極がコアを共有し、コイルのみを別個に使用する。よって、複数のデフレクター電極をデフレクターとして使用する場合、１本のコアに多数のコイルをそれぞれ巻いて使用すれば済むので有利である。
【００２８】
図６は本発明に係る磁場デフレクターが使用された電子カラムの断面図であって、本発明の磁場型デフレクター２００が使用される実施例を示す。図６の電子カラムは、図１の電子カラムと同一の構成でデフレクター２００が２層２１０、２２０として使用されたもので、絶縁層２３０によって間隔が維持され、上部層デフレクター２１０と下部層デフレクター２２０とが対向していることを示すものであって、一般なデフレクターと同様に使用することができる。
【００２９】
図７は本発明に係るデフレクターが非点収差補正器の役割を行うことを示す平面図であって、隣り合うデフレクター電極１０が一対をなして、中央の開口１７を通過する電子ビームの非点収差などの収差を補正し得るように使用される。一対のデフレクター電極がそれぞれ磁場を形成して電子ビームの収差を改善することができる。それぞれの電磁場が、中央の開口１７を通過する電子を押したり引いたりして非点を補正する。
【００３０】
図８は図７のデフレクターによって電子ビームＢを補正することを示す概略平面図であって、左図の潰れた円形の電子ビームＢを、本発明に係るデフレクターによって電磁場を用いて押したり引いたりしてさらに正常的な円形に作ることを示す。
【００３１】
本発明の磁場デフレクターで電子ビームをデフレクトする方法は、各デフレクター電極でコイルに印加される電流の方向および量を制御することである。前述した磁場デフレクターにおいて、コイルが外部の電流源に連結されて電流値と方向が制御されるのである。
【００３２】
本発明に係るデフレクターは、既存のデフレクターの代わりに使用することができ、その位置は必要に応じて変更できる。すなわち、本発明に係るデフレクターは、既存のアインツェルレンズと試料との間に位置させ、デフレクトさせることもできる。必要に応じて特定の位置にデフレクターを位置させる場合にも、既存のデフレクターと同じ方式で使用することができる。
【００３３】
本発明に係る磁場デフレクターにおいてコアに配線を施すと、直ちに既存の電場デフレクターとして使用することができる。よって、同一の構造で配線をコイルおよびコアに連結すると、電場および／または磁場デフレクターとして兼用して使用することができる。もし本発明に係る磁場デフレクターにおいてコイルに電流源を印加せずコアにのみ電圧を印加すると、電場デフレクターとして使用することができ、これとは逆に、コイルに電流源から電流を送ると、磁場デフレクターとして使用することができ、コイルおよびコアの両方ともに電圧を印加すると、電磁気型デフレクターとして使用することができる。
【００３４】
本発明に係る磁場デフレクターは、従来のデフレクターと同一の必要によって使用できる。すなわち、現在までデフレクトするために使用される方法を全て同一に使用することができ、電場デフレクターのようにも使用可能なので、従来のデフレクターより多様な方式で使用可能である。例えば、図６においてデフレクター２００の位置をアインツェルレンズ３またはフォーカシングレンズの下部に取り付けてデフレクトすることも可能であり、さらに取り付けてデフレクトを最終的に追加することも可能である。また、電子カラム内のいずれの位置でも電子ビームの経路が間違った場合、電子ビームの経路をシフトするようにする偏向器の役割を行うことができる。
【００３５】
デフレクターの制御においても、電圧制御ではなくコイルの電流を制御すればよく、電場タイプで使用するときはコアに別途配線して電場タイプの電極のように電圧をコアに直接印加して制御すればよい。電流の印加または電圧の印加は、スキャンの際にはスキャンのための一般な制御を行えばよい。そして、偏向のとき、または非点収差補正器の役割を行うときは、各デフレクターの電極に一定の電流または電圧を印加すればよい。
【００３６】
図９は本発明に係る磁場デフレクター電極１０の配列を異ならせた例を示す平面図である。
【００３７】
図９に示すように、図５とは異なり、磁場デフレクター電極１０が支持板１９上に開口１７を基準として四角形に配列される。このように配列された磁場デフレクターは、コイルから発生する磁場を用いて電子ビームをデフレクトする。各磁場デフレクター電極１０は、配線２１を介して、支持板１９の一側に設けられた配線部２２に連結され、前記配線部２２を介して各磁場デフレクター電極１０を制御する。
【００３８】
図９では四角形状に磁場デフレクター電極が配列されたが、三角形以上の多角形形状にも配列可能であり、各磁場デフレクターを弧状にして、多数の磁場デフレクター電極を、電子ビームが通過する開口を基準として全体的に同一または類似の円形に配列することもできる。ところが、制御の側面からみて、前述の対称型配列がより便利である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
上述したように、本発明の磁場デフレクターを用いた電子カラムは、電子顕微鏡、半導体リソグラフィー、または電子ビームを用いた検査装置、例えば半導体素子のビアホール／コンタクトホールの異常有無検査、試料の表面検査および分析、ＴＦＴ−ＬＤ素子におけるＴＦＴ(Thin Film Transistor)の異常有無検査などに使用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・ソースレンズ  ２、１００・・・デフレクター  ３・・・アインツェルレンズ
５・・・電子放出源  ６・・・電子ビーム  ９・・・サンプルの平面
１０、４７３、４７４・・・デフレクター電極  １１・・・コイル      １２・・・コア
１７・・・円、開口  １９・・・支持版  ２１・・・配線  ２２・・・配線部
２００・・・磁場型デフレクター  ２１０・・・上部層デフレクター
２２０・・・下部層デフレクター  ２３０、４３０、４６０・・・絶縁層
４１０・・・絶縁板  ４２０・・・下部コイル  ４２１、４２２・・・コイルの両端部
４２５・・・下部コイル線
４３１、４３２、４４１、４４２・・・両端部      ４５０・・・コア部
４７１、４７２・・・コイル両端の区画部      ４７５・・・上部コイル線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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