Электронно-оптическая система микрозондового устройства Советский патент 1983 года по МПК H01J37/04 

емого ЭОС при обеспечении независимой регулировки энергии.

Указанная цель достигается тем, что электронно-оптическая система, содержащая соосно расположенные автоэмиссионный источник электронов, два анода, конденсорную линзу с двумя полюсными башмаками, формирукяцую линЗУ, отклоняющую систему и апертурную ,диафрагму, снабжена по крайней мере эдним дополнительным электродом, размещенным в области промежуточного изображения источника электронов между кондёнсорной и формующей nnasatftt, а аноды размещены внутри кондёнсорной линзы у ее первого по ходу пучка полюсного башмака.

На чертеже показана схема устройства.

ЭОС микрозондового устройства содержит размещенные соосно автоэмиссионный источник 1 электронов, два анода 2 и 3, образующие ускоряющий промежуток, магнитную конденсорную линзу 4 с двумя полюсными башмаками 5 и 6. Аноды 2 и 3 размещены в конденсорной Линзе 4, причем первый из ник 2 установлен в непосредственной близости от первого полюсного башмака 5, В главной, плоскости формирукацей линзы 7 размещена апертурная диафрагма 8, а перед формирующей линзой 7 введены подключенные к источнику 9 напряжения один или несколько дополнительных электродов 10, размещенных в области промежуточного изображения источника 1 электронов.За формирую111ей линзой 7 расположен образец 11, а в ее пределах - отклонякадая система 12,

Устройство работает следующим образом.

Автоэмиссионный источник 1 электронов эмиттирует пучок электронов либо в результате холодной автоэлектронной эмиссии, либо в результате смешанной автотермоэмиссии. В последнем случае катод подогревается до температуры порядка . В обоих случаях эмиссия обеспечивается наложением разности потенциалов между катодом i и первым анодом 2 ускоряющего промежутка, который находится под более положительным потенциалом, чем катод, .электроны, вышедшие из источника 1, ускоряются, начиная с момента их выхода из катода и кончая моментом, выхода из поля ускорякщего промежутка, при этом второй анод 3 находится под .положительным потенциалом относительно первого анода 2. Однако ускоряющий, промежуток работает в таком режиме, что он формирует только виртуальное изображение источника электронов, расположенное на небольшом расстоянии. Расположение анодов 2 и 3 внутри конденсорной линзы. 4, в непосредствен- ной близости от первого полюсного

башмака 5 кондёнсорной линзы 4, обеспечивает максимальное приближение виртуального изображения источника 1 электронов к кондёнсорной линзе 4, которая преобразует это виртуальное изображение в действительное промежуточное изображение источника электронов. При минимальных потерях тока пучка коэффициенты центральных аберраций ускоряющего промежутка и магнитной кондёнсорной линзы 4 будут, малыми вследствие того, что упомянутое виртуальное изображение расположено близро (5-7 мм) от внешней граничной поверхности полюсного башмака 5 .кондёнсорной линзы 4 и входного отверстия первого анода 2. Действительное промежуточное изображение, сформированно системой ускоряющий промежуток - конденсорная линза располагается на оптической оси в области дополнительных электродов 10. При прохождении электронным пучком электродов 10 энергия электронов пучка может быть изменена в соответствии с требуемой энергией взаимодействия с образцом 11. Пучок может ускоряться- или замедляться путем регулировки напряжения, подаваемого от источника 9 на указанные электроды. При этом их положение по отношению к действительному промежуточному изображению источника 1 электронов гарантирует малое влияние.собственных центральных аберраций на размер этого изображения вследствие того, что углы схождения электронов ма лы и траекторий электронов, формирующих это действительное изображение, фактически параксиальны. Действительное промежуточное изображение источника электронов отображается с умень.шением посредством формирующей линзы 7 на поверхность образца 11. Апертурная диафрагма 8, ограничивакадая пу-. чок электронов и установленная в главной плоскости формирующей линзы 7, обеспечивает получение заданного диаметра сечения электронного зонда в плоскости образца 11. Отклоняющая система 12 производит перемещение сформированного электронного пучка по поверхности образца 11 в соответствии с программой обработки или исследования.

Таким образом, предлагаемая электронно-оптическая система микрозондового устройства позволяет за счет максимального приближения кондёнсорной линзы к плоскости виртуального изображения источника электронов и соответствующего размещения дополнительных электродов, регулирующей конечную энергию пучка, получить максимальный ток пучка зонда при заданном диаметре его сечения в плоскости образца, при этом обеспечить возможноЬть -независимой регулировки энергии электронов пучка до требуемой величины по отношению к энергии Электронов на выходе из ускоряющего промежутка. Проведенные расчеты показывают, что при диаметре пучка в плоскости изделия порядка 500-1000 предлагаемая ЭЮС позволяет ПОЛУЧИТЬ ток пучка зонда А при угловой плотности тока эмиссии в 130.-10 А/стер, токов эмиссии 1010 А/стер и энергии электронов пучка в 20 кэВ. Это примерно ,в 100 раз больше, чем вЭОС, взятой за прототип, и при этом во столько же раз повышается производительность устройства для изготовления микрорнсунков на изделии.

Предлагаемая ЭОС может быть широко использована в электроннолучевых микрозондовых приборах для исследовамия обработки объектов, где она позволяет з.а счет увеличевяя формируемого пучка при обеспечении независимой регулировки его энергии в niKtcкобти взаимодействия с образцом повысить качество и производительность ксследований и обработки. . Форлула изобретения

Электронно-оптическая система микрозондового устройства, содер)11сащая

соосно расположённые автоэмиссионный источник электронов, два анода, конденсорную линзу с двумя полюсными башмаками, фОЕМ ирукхцую линзу, отклоняющую систему и апёртурную диафраг му, о т. л и ч а ю щ а я с я тем, что с целью повышения тока электронного пучка при обеспечении независимой регулировки энергии электронов, она снабжена по крайней мере одним допол нительным электродом, размещенным в области промежуточного изображения источника электронов между конденсор ной и формирующей линзами, а аноды . размещены внутри, конденсориой линзы у ее гГервого по ходу пучка полюсного башмака.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Chang, В. Wallntann. Acomputer controled electron beam maqhine for microcircuit fabrication. Trans Electron Devices, v.ED-12, 1977, p. 629-635.

2. G. Sille, B. Astrand. A fietd emitter electron beam exposure system Phys. Scripta, v. Ifr, 1978, p. 367371 (прототип).