Электронно-оптическая система микрозондового устройства

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕЙИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихВеспублии пп 997135 сифгфе(22) Заявлено 13,0781 (21) 3315249/18-21с присоединением заявки Йо(И) М. Ка.з Н 01 Ю 37/04 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийР 31 УДК 621,385, .833(088.8) Дата опубликования описания 150283(54) ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИИКРОЗОНДОВОГОУСТРОЙСТВА Изобретение относится к электронно-оптическому приборостроению и можут быть использовано в мнкрозондовыхустройствах для изготовления микрори"суиков на изделии, а также в микрозондовых устройствах для исследованияобъектов.Известна электронно-оптическая система (ЭОС) -мнкрозондового устройства,например, для изготовления микрорисунков наизделии, содержащая размеЪенные соосно источник термоэлектронов, две конденсорные линзы, Формирующую линзу, апертурную диафрагму,бланкирующую систему и двухъярусную . 15отклоняющую систему. Данная электронно-оптическая система. позволяет Формировать электронный пучок (зонд) диа-,метром 500 А при ускоряющем напряжении 20 кВ с током 1-5 10 А (1,оНедостатком этой ЭОС является малое значение тока электронного пучкав плоскости обработки, что не позволяет. использовать ее для прямого изготовления изделий методом плаларнойтехнологии вследствие малой произво .дительности.Наиболее близкой по техническойсущности к изобретению является ЭОСмикрозондового устройства для изготов ления микрорисунков, содержащая соосно расположенные автоэмиссионный источник электронов, два анода, конденсорную линзу с двумя полюсными бапиаками, Формирующую линзу, отклоняющуюсистему и апертурную диафрагму 2) . Эта ЭОС позволяет сканировать электронною пучком площадь 4 х 4 мм , цриа.чем ток пучка составляет 3-4 10 фА, а диаметр сечения пучка в плоскости обработки равен л 500 А. Однако величина тока, пучка Формируемого данной ЭОС, также. недостаточна для обеспечения необходимой производительности при непосредственном экспонировании электроиорезистов в процессе изготовления микрорисунков на изделии, кроме того, данная ЭОС не позволяет независимо изменять энергию взаимодействия электронов пучка с объектом обработки, поскольку Фокусировка пучка в плоскостиизделия обеспечивается только при определенном отношении потенциала второго анода к потенциалу первого анода, а потенциал первого анода определяется током автоэлектронной эмиссии катода.Целью изобретения является повышение тока электронного пучка, формиру997135 Таким образом, предлагаемая электронно-оптическая система микроэондового устройства позволяет за счет максимального приближения конденсорной 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 возможность;независимой регулировки энергии электроемого ЭОС при обеспечении независимойрегулировки энергии.Указанная цель достигается тем,что электронно-оптическая система, содержащая соосно расположенные автоэмиссионный источник электронов, два 5анода, конденсорную линзу с двумяполюсными башмаками, формирующую линзу, отклоняющую систему и апертурную,диафрагму, снабжена по крайней мереодним дополнительным электродом, раз"10мещенным в области промежуточного изображения источника электронов междуконденсорной и Формующей линзами, ааноды размещены внутри конденсорнойлинзы у ее первого по ходу пучка полюсного башмака.На чертеже показана схема устройства.ЭОС микрозондового устройства содержит размещенные соосно автоэмисси онный источник 1 электронов, два анода 2 и 3, образующие ускоряющий промежуток, магнитную конденсорную линзу 4 с двумя полюсными башмаками 5и 6. Аноды 2 и 3 размещены в конден- д 5сорной Линзе 4, причем первый из них2 установлен в непосредственной бли"зости от первого полюсного башмака 5В главной. плоскости формирующей лин"зы 7 размещена апертурная диафрагма8, а перед формирующей линзой 7 введены подключенные к иоточнику 9 напряжения один или несколько дополнительных электродов 10, размещенных вобласти промежуточного изображенияисточника 1 электронов. За формирующейлинзой 7 расположен образец 11, а вее пределах - отклоняющая система 12,Устройство работает следующим образом. 40Автоэмиссионный источник 1 электронов эмиттирует пучок электронов либо в результате холодной автоэлектроннойэмиссии, либо в результате смешанной , автотермоэмиссии. В последнем случае 45катод подогревается до температурыпоряцка 1500 С. В обоих случаях эмиссия обеспечивается наложением разности потенциалов между катодом 1 и первым.анодом 2 ускоряющего промежутка, который находится под более положительным потенциалом, чем катодЭлектроны, вышедшие из источника 1, ускоряются, начиная с момента их выхода иэ катода и кончая моментом. выхода из поля ускоряющего промежутка, при этом 555 второй анод 3 находится под .положительным потенциалом относительно первого анода 2. Однако ускоряющий. промежуток работает в таком режиме, что он формирует только виртуальноеизображение источника электронов, расположенное на небольшом расстоянии. Расположение анодов 2 и 3 внутри конденсорной линзы 4, в непосредственной близости от первого полюсного 65 башмака 5 конденсорной линзы 4, обеспечивает максимальное приближение вир"туального изображения источника 1электронов к конденсорной линзе 4,которая преобразует это виртуальноеиэображение в действительное промежуточное изображение источника электронов. При минимальных потерях тока пучка коэффициенты центральных аберрацийускоряющего промежутка и магнитнойконденсорной линзы 4 будут, малымивследствие того, что упомянутое виртуальное изображение расположено близо (5-7 мм) от внешней граничной поверхности полюсного башмака 5 .конденсорной линзы 4 и входного отверстияпервого анода 2, Действительное промежуточное изображение, сформированноесистемой ускоряющий промежуток - конденсорная линза располагается на оп"тической оси в области дополнительныхэлектродов 10. При прохождении электронным пучком электродов 10 энергияэлектронов пучка может быть измененав соответствии с требуемой энергиейвзаимодействия с образцом 11. Пучокможет 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. собст- .венных центральйых аберраций на размер этого изображения вследствие того, что углы схождения электронов малы и траектории электронов, Формирующих это действительное изображение,фактически параксиальны. Действительное промежуточное изображение источника электронов отображается с умень-ьшением посредством Формирующей линзы7 на поверхность образца 11. Апертурная диафрагма 8, ограничивающая пучок электронов и установленная в главной плоскости формирующей линзы 7,обеспечивает .получение заданного диаметра сечения электронного зонда вплоскости образца 11, Отклоняющаясистема 12 производит перемещениесформированного электронного пучкапо поверхности образца 11 в соответствии с программой обработки или исследования,-997135 нов пучка до требуемой величины поотношению к энергии электронов на выходе из ускоряющего промежутка. Проведенные расчеты показывают, что при диаметре пучка в плоскости изделия порядка 500-1000 А предлагаемая ЭОС позволяет полнить ток пучка зонда 1510 А при угловой плотности тока эмиссии в 130. 10 6 А/стер, токов эмиссии 10 10 6 А/стер и энергии электронов пучка в 20 кэВ. Это примерно,в10 100 раз больше, чем .в ЭОС, взятой за . прототип, и при этом во столько же раз повышается производительность устройства для изготовления микрорисунков на изделии. 5Предлагаемая ЭОС может быть широ-ко использована в электроннолучевых икрозондовых приборах для. исследова ния обработки объектов, где она позволяет эа .счет увеличения тока Формы-;И руемого пучка при обеспечении независимой регулировки его энергии в плоскости взаимодействия с образцом новы- сить качество и йроизводительность нсследований и обработки.- формула изобретенияЭлектронно-оптическаясистема микрозондового устройства, содержащая 4соосно расположенные автоэмиссионный источник электронов, два анода, конденсорную линзу с двумя полюснмаи башмаками, формирующую линзу, отклоняющую систему и апертурную 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 однйм допол нительньи электродом, размещеннзм в области промежуточного иэображения источника электронов между конденсорной и формирующей линзами, а аноды . размещены внутри конденсорной линзы у ее первого по ходу пучка полюсного барака. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 3 СЬапд, В, Иа 11 аапп. Асоври 1 егсоп 1 го 1 ей е 1 есггоп Ьеаа щасЫпе ХогщХсгос 1 гсиЫ ЕаЬгХсаМ 1 оп. 1 ЕЦ:, ТгапзЕ 1 есйгоп Веч 1 сее, ч.Е 0-12, 1977,р. 629-635.2. О, ЯИ 1 е, В. Авйгав. А Е 1 е 16ев 11 ег е 1 есСгоп Ъеай ехрозиге зузВев,Рйуз. Воган.рйа, ч. 18, 1978, р. 367-371 (прототип).У 9/135 оставитель В. Гаврюшинехред А.Бабинец Корректор М. Демчик дактор М н аказ 94 илиал ППП Пат Ужгород, ул. Проектная,Тираж 701 ВНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж, Подписноеого комитета СССРний и открытийушская наб., д. 44