FR2507816A1 - Systeme deflecteur de focalisation pour faisceau de particules chargees - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DEFLECTEUR DE FOCALISATION POUR UN FAISCEAU DE PARTICULES CHARGEES. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UNE LENTILLE MAGNETIQUE 1, DES ANNEAUX 3 EN MATERIAU MAGNETIQUE AGENCES CONCENTRIQUEMENT AVEC LA LENTILLE A L'INTERIEUR D'ELLE, EN ETANT DIVISE DANS LA DIRECTION DE L'AXE CENTRAL DE LA LENTILLE POUR FORMER UNE DISTRIBUTION PREDETERMINEE DU CHAMP MAGNETIQUE DE FOCALISATION; ET UN DEFLECTEUR ELECTROSTATIQUE EN UN ETAGE AYANT DES ELECTRODES DE DEVIATION 4 DIVISEES EN DIRECTION CIRCONFERENTIELLE DE LA LENTILLE, CONCENTRIQUES A L'INTERIEUR DE LA LENTILLE ET S'ETENDANT DANS LA DIRECTION DE L'AXE CENTRAL POUR FORMER UNE DISTRIBUTION PREDETERMINEE DU CHAMP ELECTROSTATIQUE DE DEVIATION, LE FAISCEAU DE PARTICULES CHARGEES PASSANT PAR LES ELECTRODES DE DEVIATION POUR ETRE DEVIE SELON LA TENSION APPLIQUEE A ELLE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX TUBES A RAYONS CATHODIQUES, TUBES DE CAMERA DE TELEVISION, EQUIPEMENT DE TRAITEMENT DE FAISCEAUX D'ELECTRONS, EQUIPEMENT D'EXPOSITION AUX FAISCEAUX D'ELECTRONS, MICROSCOPES ELECTRONIQUES A BALAYAGE.

Description

La présente invention se rapporte à un système déflecteur de focalisation

pour un faisceau de particules

chargées ayant une lentille magnétique et un déflecteur élec-

trostatique. En général, un système déflecteur de focalisation pour un faisceau de particules chargées (appelé ci-après simplement"faisceau"), est largement utilisé dans des tubes à rayons cathodiques, des tubes de caméra de télévision, des équipements de traitement de faisceaux d'électrons, des équipements d'exposition aux faisceaux d'électrons, des microscopes électroniques du type à balayage ou analogues. Par exemple, tandis que la technique de VLSI (Circuit Intégré à très Grand Echelle) se développe, le développement d'tun equipement dexpositiorn aux faisceaux d'électrons ayant une grande vitesse et vn:e forte précisin est fortement souhaité Afin de réaliser im tel équipement d'exposition, il est essentiel de développer un système déflecteur de focalisation de haute performance Dans un équipement d'exposition à un faisceau d'électrons, un faisceau produit par un canon d'électrons est configuré en un faisceau de section carrée Ce faisceau carré est alors dégrossi Le faisceau dégrossi est alors focalisé et dévié pour être projeté en une position souhaitée sur un plan

d'une cible ou une pastille échantillon sur une table.

Pour le système déflecteur de focalisation, il faut que les aberrations dues à la déviation du faisceau, comme l'aberration chromatique, l, aigrette d'astigmatisme, la courbure du champ et la distorsion soient faibles et que l'angle d'impact auquel le faisceau est incident sur

la cible soit faible Si les aberrations et l'angle d'im-

pact sont importants, cela diminue la résolution et la précision de la formation du motif Par ailleurs, du point de vue déviation très rapide du faisceau, la déviation

électrostatique est plus préférable que la dévia-ion magné-

tique. En général, quand un faisceau est focalisé et dévié par un champ magnétique de focalisation et un champ électrostatique de déviation qui se chevauchent et que ces champs se distribuent uniformément sur la totalité de, l'espace defocalisation par déviation, les aberrations sont extrêmement faibles et l'angle d'impact est suffisamment faible pour que le faisceau soit incident verticalement sur

un plan de l'image ou cible.

Dans un équipement d'exposition à un faisceau d'électrons cependant, une lentille de dégrossissement est disposée du côté plan objet du système déflecteur de focalisation et une pastille ou platine est disposée du côté plan image, il est donc difficile d'obtenir un champ électromagnétique totalement uniforme sur tout l'espace de

Localisation par déviation.

Il y a des franges du côté plan de l'objet et

du côté plan de l'image du système déflecteur de focalisa-

tion, o le champ électrique et le champ magnèique chan-

gent brusquement Si le champ électromagnétique a dsfranges de cette façon, les propriétés optiques des électrons du

système déflecteur de focalisation sont différentes des pro-

priétés dans le cas d'un distribution uniforme Il s'ensuit

que les aberrations et l'angle d'impact augmentent.

Par exemple, un déflecteur magnétique du type dans la lentille ou dans l'objectif est révélé par J L. Mauer et autres dans "Electron Optics of an Electron-,bam Lithographic System", IBM J RES DEVELOP, page 514-521, Novembre 1977 Ce déflecteur a des aberrations importantes et un angle important d'impact et comme on emploie la déviation magnétique dans ce déflecteur, sa vitesse de

déviation est lente.

Ainsi, certaines propositions ont été faites o plusieurs étages de déflecteurs sont prévus et ajustés de façon que les aberrations par déviation, dues aux déflecteurs respectifs s'annulent les unes les autres pour réaliser de faibles aberrations et un petit angle d'impact dans tout le système dans son ensemble On peut voir par exemple "Advanced deflection concept for

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large area, high résolution e-beam lithography" de H C. Pfeiffer et autres, J Vac Sci Technol, 19 ( 4), Novembre/

Décembre, 1981, pp 1058-1063 Dans la lentille à axe varia-

ble révélée, on utilise quatre étages de déflecteurs et un stigmateur dynamique pour réduire les aberrations de dévia- tion et l'angle d'impact Les aberrations de déviation sont totalement retirées et la condition d'inpactvertio Lest ée 2 ement

satisfaite par un tel système déflecteur à plusieurs étages.

Ces faits sont théoriquement prouvés par T Hosokawa dans "Systematic élimination of third order aberrations in electron beam scanning system", Optik, Vol 56, NO 1 ( 1980),

pp 21-30.

Cependant, dans ce cas, le nombre de sources de courant pour entraîner le déflecteur est accru

du fait des déflecteurs en plusieurs étages.

Comme la source de courant d'un tel système déflecteur de focalisation est très coûteuse, le prix de ce système déflecteur à plusieurs étages est très

élevé De plus, il faut des techniques précises de fabri-

cation, car le nombre d'étages déflecteurs augmente Cette

condition constitue également une barrière contre la réa-

lisation d'un système déflecteur à plusieurs étages.

Etant donné ce qui précède, la présente invention a pour objet un système déflecteur de focalisation pour un faisceau de particules chargées ayant un agencement simple, permettant d'atteindre la réduction des aberrations et de

l'angle d'impact.

La présente invention a pour autre objet un système déflecteur de focalisation pourunfaisceau de

particules chargées o un champ électromagnétique uni-

forme sans frange n'est pas dirigé, mais les franges produites dans une distribution de champ électromagnétique du système déflecteur de focalisation sont utilisées et les franges sont ajustées de façon à obteniravec une

construction simple, une distribution de champ électroma-

gnétique ayant de faibles aberrations et un faible angle d'impact, comme dans le cas d'un champ électromagnétique uniforme sans frange La présente invention a pour autre objet un

système déflecteur de focalisation pour un faisceau de par-

ticules chargées o les paramètres du système déflecteur de focalisation sont choisis de façon qu'un champ magné-

tique de focalisation et un champ électrostatique de dévia-

tion aient sensiblement une distribution uniforme dans

une partie centrale d'une lentille magnétique, afin d'évi-

ter les inconvénients ci-dessus décrits.

Afin d'atteindre ces objectifs, un système déflec-

teur de focalisation selon l'invention comprend une lentil-

le magnétique pour focaliser un faisceau de particules chargées, un certain nombre d'anneaux faits en un matérieu magnétique qui sont agencés sensiblement concentriquement avec la lentille magnétique à l'intérieur de celle-ci, l'anneau étant agencé de façon divisée dans la direction de l'axe central de la lentille magnétique afin de former une distribution prédéterminée de champ magnétique de Localisation, et un déflecteur électrostatique en un étage ayant un certain nombre d'électrodes de déviation qui sont divisée en direction circonférencielle de la lentille magnétique, sont agencées sensiblement concentriques à la lentille magnétique, à l'intérieur de celle-ci et s'étendent dans la direction de l'axe central afin de

former une distribution prédéterminée de champ électrosta-

tique de déviation, pour que le faisceau de particules chargées passe par les électrodes de déviation qui sont agencées concentriquement afin d'être dévié selon la

tension appliquée aux électrodes de déviation.

Dans un mode de réalisation préféré de l'inven-

tion, des électrodes deuise à la masse de forme annulaire

sont disposées sensiblement concentriques avec la lentil-

le magnétique du côté plan objet et du oatd plan image de déflecteur électrostatique le long du passage du faisceau

de particules chargées.

Il est préférable d'insérer des pièces d'espa-

cement de forme annulaire, faites en un matériau non magnétique, et ayant sensiblement le même diamètre que

l 1 'anneau entre ceux-ci, afin que la distribution de dhampma-

gnétiquede focalisation soit ajustée par les épaisseurs des anneaux dans la direction de l'axe central et les épaisseurs des pièces annulaires d'espacement. Il est également préférable de prévoir un espace pour ajuster le champ électrostatique de déviation entre

les électrodes annulaires de mise à la masse et le déflec-

teur électrostatique afin que la distribution de champ électrostatique de déviation soit ajustée suivant la

longueur de l'espace Par exemple, le champ électrostati-

que de déviation a une frange abrupte dans le cas o-

l'espace est étroit Par ailleurs, afin d'avoir une

frange abrupte dans la distribution de cnaiip t L diamè-

tre interne de l'électrode annulaire de i;i e la masse

peut être plus reduit que le diamètre interne de l'électro-

de de déviation.

IL est égalemint préférable le u e déflecteur électrostatique -ait sa partie extréme du Oté plan de l'image décalée de a partietrre etrme de l'ar-neau du c Oté

plan de l'image vers le côte pla e e ' 'ojet dans ia direc-

tion de l'axe central.

De préférence, le dúflecteur sélectrostatique peut avoir un diamètre interne sensibément égal à celui

de l'électrode annulaire de mise à la mniasse.

Il est également préférable de prévoir une élec-

trode de blindage, par exemple, sous forme d'un cylindre

creux,autour du pourtour externe du déflecteur électrosta-

tique.

Dans un mode de réalisation préféré de l'inven-

tion, on prévoit un bottier avec une première chambre pour recevoir la bobine de la lentille magnétique, une seconde chambre pour recevoir les anneaux et une troisième chambre

par recevoir le déflecteur électrostatique et les électro-

des annulaires de mise à la masse Le bottier peut avoir une bride qui s'étend vers l'intérieur pour couvrir l'électrode annulaire de mise à la masse disposée du côté

plan del'ott du déflecteur électrostatique Il est préf é-

rable de prévoir un organe d'étanchéité fait en un

matériau non magnétique entre les première et seconde cham-

bres afin que la seconde chambre soit obturée de façon étanche au vide et que les anneaux soient fixés en des po-

sitions prédéterminées.

De plus, il est préférable que l'électrode annulai-

re de mise à la masse du côté plan de l'image ait une bride

pour supporter les anneaux.

Par ailleurs, une bobine de stigmateur peut être

enroulée sur le pourtour d'une partie du déflecteur élec-

trostatique qui fait saillie des anneaux vers le côté du plan de l'objet Une bobine de focalisation dynamique peut

être enroulée sur la bobine de stigmateur.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts,

caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparat-

tront plus clairement au cours de la description explicati-

ve qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple, illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesqe Is la figure 1 A est une vue en coupe longitudinale montrant schématiquement un agencement fondamental d'un système déflecteur de focalisation selon l'invention; la figure 1 B est une coupe transversale faite sat 4 antla ligne A-A';

la figure 2 est un schéma d'explication mon-

trant schématiquement un champ magnétique de focalisation et un champ électrostatique de déviation dans le système déflecteur de focalisation selon l'invention, en faisant plus particulièrement remwqu Er luxihui Eic Adistributionsde champ à la partie centrale; les figures 3 A 3 D sont des schémas expliquant les franges du champ magnétique de focalisation et du champ électrostatique de déviation; la figure 4 est un diagramme réelimaginaire illustrant la position entre la position des franges et le coefficient d'astigmatisme déflecteur; Ies figures 5 A et 5 B sont des diagrammes de distribution illustrant une distribution ee champ magnétique axial de focalisation et une distribution de champ

électrostatique axial de déviation avant ajustement respec-

tivement;

les figures 6 A et 6 B sont des diagrammes de dis-

tribution illustrant une distribution de champ magnétique axial de focalisation et une distribution de champ

électrostatique axial dé déviation après ajustement, res-

pectivement; la figure 7 est un diagramme réel-imaginaire illustrant la relation entre le coefficient de longueur de l'aigrette de déviation et la largeur de la frange; la figure 8 est un diagramme réel-imaginaire illustrant la relation entre le coefficient de longueur de l'aigrette de déviation et la position des franges; la figure 9 est un diagramme réelimaginaire illustrant la relation entre le coefficient d'astigmatisme déflecteur et la largeur de la frange; la figure 10 est un diagramme réelimaginaire illustrant la relation entre le coefficient d'astigmatisme déflecteur et la position des franges; la figure 11 est un diagramme réelimaginaire illustrant la relation entre le coefficient d'aberration chromatique de déviation et la largeur de la frange; la figure 12 est un diagramme réel-imaginaire illustrant la relation entre le coefficient d'aberration chromatique de déviation et la position des franges; la figure 13 est un diagramme réel-imaginaire illustrant la relation entre le coefficient d'erreur d'impact vertical et la largeur de la frange; la figure 14 est un diagramme réel-imaginaire illustrant la relation entre le coefficient d'erreur d'impact vertical et la position des franges;

la figure 15 A et 15 B sont des schémas d'expli-

cation illustrant les définitions de la largeur de la frange et de la positon des franges des figures 7-14; les figures 16 A et 16 B sont des diagrammes de distribution illustrant les distributions optimale et réelle de champ magnétique de focalisation axial ainsi que les distributions optimale et réelle, de champ axial de déviation électrostatique respectivement; la figure 17 est une vue en coupe longitudinale montrant un mode de réalisation d'une structure d'un système déflecteur de focalisation selon l'invention avec un exemple des dimensions des diverses parties; la figure 18 est une vue en coupe longitudinale montrant un mode de réalisation spécifique d'une structure d'un système déflecteur de focalisation selon l'invention;et la figure 19 est une vue en coupe transversale

montrant un mode de réalisation d'un déflecteur électrosta-

tique avec une électrode de blindage.

Les figures 1 A et 1 B montrent schématiquement un mode de réalisation d'une structure d'un système déflecteur de focalisation selon l'invention Sur les figures 1 A et 1 B, le repère 1 désigne urm lentille magnétique pour focaliser un faisceau incident de particules chargées, 2 est une

bobinede focalisation et 3 représente des anneaux magnéti-

ques en un matériau magnétique qui sont disposés sensiblement

concentriquement et à l'intérieur de la lentille magnétique 1.

Ces anneaux 3 sont disposés en étant divisés dans la direc-

tion de l'axe central de la lentille magnétique 1 Le repère

4 désigne des électrodes de déviation d'un déflecteur élec-

trostatique disposées sensiblement concentriquement avec la lentille magnétique 1 et à l'intérieur des anneaux 3, et et 5 ' désignent des électrodes annulaires de mise à la masse qui sont disposées sensiblement concentriquement à la lentille magnétique 1 du côté plan de l'objet et du côté plan de l'image du déflecteur électrostatique Les repères Ej 61, 6 " désignent des pièces d'espacement en un matériau non magnétique pour maintenir et supporter les anneaux 3 et les électrodes annulaires 5 et 5 ' de mise à la masse, 7 désigne un isolateur cylindrique pour supporter les électrodes de déviation 4, et 8 et 8 ' des espaces ou intervalles prévus entre les électrodes 5 et 5 ' et les électrodes de déviation 4 pour ajuster la force du champ électrostatique de déviation Les électrodes de déviation 4 dans le déflecteur électrostatique sont agencées à l'intérieur de la lentille magnétique 1 en étant

supportées par l'isolateur 7 de façon que le champ magné-

tique de focalisation recouvre ou chevauche le champ électrostatique de déviation comme on peut le voir sur

la figure 2.

Par exemple, l'anneau 3 peut être en permalloy avec un diamètre interne de l'ordre de 80 mm, un diamètre externe de l'ordre de 120 mm, et une épaisseur de -15 mm Les anneaux 3 sont empilés de façon alternée avec les pièces annulaires d'espacement 6 Il faut noter

que les électrodes de déviation 4, les électrodes annu-

laires 5 et 5 ' de mise à la masse et les pièces d'espa-

cement 6, 6 ' et 6 " sont forméesen un conducteur non magné-

tique comme du bronze plosphoreux Le déflecteur électro-

statique a au moins quatre, habituellement hlit par exem-

ple 8 à 12 électrodes de déviation 4 ou plus (pour empê-

cher une aberration quadruple) agencées ciconférentiellemn Et en étant divisées ou réparties Chacune des électrodes 4 a une forme allongée comme une plaque, une tige ou un cylindre habituellement d'une longueur de 50150 mm La forme peut être modifiée comme on le souhaite, tant que

chaque électrode a la même forme Les électrodes respec-

tives 4 sont agencées de façon isolée sous forme d'une

cage et sont concentriques avec la lentille magnétique 1.

Le diamètreirifnedudéfledeur électrostatique est de 40 mm

et son diamètre externe est de 50-60 mm.

Dans ce mode de réalisation, le champ magnéti-

que de focalisation et le champ électrostatique de dévia-

tion sont déterminés de façon à avoir des forces sensi-

blement uniformes à la partie centrale de la lentille

magnétique 1, à la façon qui suit.

( 1) La position des anneaux 3 dans la l J ai We magnétique 1, les diamètres internetexterne et la forme en coupe ou analogue de l'anneau 3 sont avantageusement choisis comme des paramètres de façon que le champ magnétique de focalisation soit ajusté pour avoir une force sensiblement uniforme à un intervalle prédéterminé dans la partie centrale de la lentile magnétique 1 et que les parties

de frange du champ magnétique de focalisation s Lent ajustées.

( 2) La position, les diamètres interne et externe la largeur et la forme en coupe de l'électrode de déviation 4 du déflecteur électrostatique, et la position, les diamèties :interne pt externe,lalargeur et la forme en coupe des électrodes annulaires 5 et 5 ' de mise à la masse agencées de deux côtés des plans de l'objet et de l'image sont avantageusement choisis comme des paramètres, de façon que le champ électrostatique de déviation dans le déflecteur électrostatique,c'est-à-dire dans la lentille magnétique 1, at une force sensiblement uniforme dans un intervalle prédéterminé à la partie centrale de la lentille magnétique 1 Et la position, les diamètre interne et externe, la lareur etla forme en coupe des électrodes annulaires de mise à la masse 5 et 5 ' agencées des deux côtés des plans objet et image sont particulièrement avantageusement choisis pour contrôler les parties de frange de la

distribution de champ électrostatique de déviation.

De cette façon, les aberrations diminuent et le faisceau est verticalement incident ou avec un faible angle d'impact sur le plan de la cible, en utilisant le

champ magnétique de focalisation et le champ électrosta-

tique de déviation ayant une force sensiblement uniforme à l'intervalle approprié à la partie centrale de la lentille magnétique 1 et en ajustant les parties de frange du champ e&ectromagnétique

La figure 2 illustre schématiquement une distri-

bution de champ magnétique de focalisation et une distri-

bution de champ électrostatique de déviation dans le système selon l'invention qui est représenté sur la figure 1 Il faut noter que la figure 2 montre, de façon exagérée, l'uniformité de ces distributions à proximité de la partie centrale de la lentille formant un champ magnétique de Localisation En réalité, il est difficile de réaliser un

champ magnétique de Localisation et un champ électrostati-

que de déviation sensiblement uniformes sur tout l'espace de Localisation par déviation dans le système déflecteur

de Localisation Comme le montre la figure 2, la distribu-

tion de champ magnétique defocalisation 9 et la distribu-

tion de champ électrostatique de déviation 10 diminuent

à proximité des deux extrémités de la lentille magnétique 1.

Dans la présente invention, cependant, la longueur de la

partie o les champs se distribuent sensiblement unifor-

mémentdans la partie centrale de la lentille magnétique 1 et l'allure décroissante des forces des champs à proximité des deux parties extrêmes de la lentille magnétique 1,

c'est-à-dire les parties des franges, peuvent être facile-

ment contrôlées en faisant varier de façon appropriée les paramètres cidessus décrits de la lentille magnétique 1

et du déflecteur électrostatique Par suite, les augmenta-

tions des aberrations du faisceau ainsi que de l'angle

d'impact du faisceau sont supprimées.

Plus particulièrement, les présents inventeurs ont trouvé les faits suivants après les diverses analyses des formules d'aberration par rapport à un système o un champ magnétique de Localisation et un champ électrostatique de déviation sont superposés En effet, si la distribution de champ magnétique de Localisation et la distribution de champ électrostatique de déviation sont ajustéesd'une

façon appropriée par les anneaux 3, les électrodes de dévia-

tion 4 et les électrodes annulaires de mise à la masse 5

et 5 ', les influences des parties des franges sur les aber-

rations et l'angle d'erreur d'impact vertical peuvent être

annulées par l'ajustement ci-dessus mentionné avec seule-

ment un déflecteur en un étage, d'une façon différente de l'art antérieur ci-dessus décrit nécessitant un certain

nombre de déflecteurs.

On suppose maintenant qu'il n'y a qu'une frange

dans la distribution de champ magnétique,axial de focali-

sation(a)et la distribution de champ électrostatique axial de déviation(b) comme le montrent les figures 3 A-3 D et que la frange est simulée par une forme appropriée comme une forme sinusoïdale Dans ce cas, la relation entre le coef- ficient d'astigmatisme de déviation et la position des franges est représentée sur la figure 4 Dans ce cas, on

suppose que la largeur de la frange est fixe et que la po-

sition de la frange est prise comme paramètre Par ailleurs, les figures 3 A et 3 B montrent des franges de la distribution de champ magnétique axial defocalisation du côté plan objet(c) et du côté plan image(d) respectivement Les figures 3 C et 3 D

illustrent les franges de la distribution de champ électro-

statique axial sur le côté plan objet et le côté plan image,

respectivement.

On suppose de plus que l'astigmatisme déflecteur

se trouve au point A avant i' ajustement ci-dessus décrit.

Dans cette situation, la frange (I) du côté plan objet et la frange (II) du côté plan image du champ magnétique de focalisation se trouvent aux positions (I) et (II) de la figure 5 A, respectivement, et ces franges (I) et(II)

correspondent auxpoints X X() et (II) sur la figure 4 respec-

tivement De même la frange (III) du côté plan objet et la frange (IV) du côté plan image du champ électrostatique de déviation se trouvent aux positions (III) et (IV) sur la figure 5 B respectivement, et ces franges (III) et (IV) correspondent aux points X (III) et (IV) de la figure 4 respectivement. Dans un exemple spécifique, la distance entre le plan objet et le plan image est de 200 mm, et le coefficient d'astigmatisme déflecteur au point A est de 0,36 ? Par

ailleurs, ce coefficient d'astigmatisme déflecteur et d'au-

tres aberrations que l'on montrera dans ce qui suit, ont été mesurés à un coin d'une région électrostatique de déviation de 10 mm avec un angle d'ouverture du faisceau de 5 m rad Pour d'autres aberrations majeures, la longueur de l'aigrette de déviation était de 0,10, i, l'aberration

chromatique de déviation étitde 0,23/ et l'angle d'im-

pactétattde 2,2 m rad/1 mm Dans cet exemple, l'astig-

matisme de déviation est important, donc il doit être

réduit Dans ce but, dans la présente invention, la posi-

tion et la largeur des quatre franges sont ajustées de

façon que le lieu de l'astigmatisme de déviation s'appro-

che de l'origine O correspondant à une condition idéale.

Si les positions respectives des franges sont décalées vers la droite et vers la gauche, sur les figures 5 A et 5 B, les positions respectives des franges sur les lieux passent le long de la direction L ou R comme le montre la figure 4 Par exemple, si la frange (IV) du champ électrostatique de déviation du côté plan de l'image est décalée-mrs la gauche sur la figure 5 B, le point X (IV) correspondant se déplace le long de la direction L sur la figure 4 Par suite, le point A s'approche de l'origine O et l'astigmatisme déflecteur diminue Par exemple, quand la frange est décalée de 3 mm vers la gauche sur la figure 5 B, alors, le point A se déplace vers

le point B, et l'astigmatisme déflecteur diminue à 0,26 È.

Dans cet exemple, le coefficient de longueur de l'aigrette de déviation était de 0,11 T, le coefficient d'aberration chromatique de déviation était de 0,25 p et le coefficient d'erreur d'impact vertical était de 1,8 m rad/mm 2 Par suite, parmi les aberrations majeures, l'astigmatisme déflecteur est réduit à 2/3 de celui avant l'ajustement tandis que les aberrations restantes restent sensiblement

les mêmes que les valeurs avant ajustement.

Dans ce qui précédela réduction de l'astigmatis-

me déflecteur en ajustant les positions des franges de la distribution de champ magnétique de focalisation et de la distribution de champ électrostatique de déviation a été donnée à titre d'exemple Dans une conception réelle,les relations de la longueur de l'aigrette de déOa U 3 ede l'astigmatisme de déviation, de l'aberration chromatique de déviation 41 e l'angle d'impact avec les positions et les largeurs des franges sont obtenues comme le montrent les figures 7 à 14 Selon ces relations, on obtient les positions et largeurs optimales des franges qui diminuent les diverses aberrations ainsi que l'angle d'impact Là, les positions et les largeurs des franges des figures 7-14, sont définies comme le montrent les figures 15 A et 15 B En effet sur la figure 15 A, la largeur de la position de la

frange du côté plan objet du champ magnétique de focalisa-

tion sont respectivement de W 11 et Z 11 La largeur et la position de la frange du côté plan de l'image du champ magnétique de focalisation sont respectivement de-W 12 et Z 12 Sur la figure 15 B, la largeur et la position de la frange du côté plan objet du champ électrostatique de déviation sont respectivement de Wy 1 et ZY 1 Lalargeur et la position dela frange du côté plan de l'image du champ électrostatique de déviation sont respectivement

de Wy 2 et Zy 2.

De cette façon, la distribution optimale de champ magnétique de focalisation et la distribution optimale de champ électrostatique de déviation peuvent être obtenues, par exemple, comme le montrent les lignes

en pointillé des figures 16 A et 16 B, respectivement.

En comparant la distribution de champ magnétique de la figure 16 A à la distributbn de champ électrostatique de déviation de la figure 16 B, la position des franges

du côté plan de l'objet A du champ magnétique de focalisa-

tion coïncide avec celle du champ électrostatique de dévia-

tion Tandis que la position des franges est décalée vers

le côté plan de l'image B, le champ magnétique de focalisa-

tion augmente avec une forme d'onde sinusoïdale relativement lente à proximité de la position médiane entre le plan

objet A et le plan image B, la distribution de champ magné-

tique de focalisation a une partie ayant une force uniforme dans un court intervalle dans une partie médiane Alors, le champ magnétique de focalisation diminue de nouveau avec une forme d'onde sinusoïdale relativement lente Il faut noter ici que la frange du côté plan image B du champ magnétique de focalisation n'est pas égale à O à la position du plan d'image B et que la frange s'étend jusqu'à une position qui est un peu en dehors de la position du plan d'image B, par exemple jusqu'àla position d'un échantillon. Par ailleurs, le champ électrostatique de dévia - tion augmente de la position du plan objet avec une forme

d'onde sinusoïdale plus raide que celle du cas du champ ma-

gnétique de Localisation Après cette montée raide, le champ électrostatique de déviation conserve une force uniforme pendant un intervalle relativement long Alors,

à proximité de la position du plan image, le champ élec-

trostatique de déviation tombe avec une forme d'onde

sinusoïdale raide Il faut noter ici que le champ électro-

statique de déviation est totalement nul à la position du plan de l'image, contrairement au cas du champ magnétique

de focalisation.

Même si le champ électrostatique de déviation est nul à proximité de la position du pian d'image B de cette façon, le champ magnétique de Localisation a une valeur finie et donc la déviation de la particule chargée due au champ électrostatique de déviation peut être réduite

par le champ magnétique de Localisation jusqu'à l'échantil-

lon En conséquence, l'angle d'impact et les aberrations,

en particulier l'astigmatisme déflecteur>peuvent être dimi-

nués Le champ électrostatique de déviation se distribue uniformément sur une plus grande partie à l'exception des deux parties de franges, donc la particule chargée peut être déviée avec une quantité importante de déviation par une faible tension En conséquence, cela permet d'améliorer

la sensibilité du système déflecteur de Localisation.

Les formes et agencements spécifiques de la len-

tille magnétique de Localisation et du déflecteur électrosta-

tique sont déterminées à la façon qui suit -pour obtenir

une distribution optimale de champ électromagnétique.

Pour la lentille de Localisation magnétique 1, le nombre d'anneaux 3 et les largeurs et les distances des anneaux respectifs 3 sont ajustés en succession de façon

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la distribution réelle de champ magnétique de focalisation coïncide avec la distribution optimale représentée sur la figure 16 A Le diamètre interne de l'anneau 3 est déterminé de façon à recevoir le déflecteur électrostatique Cet anneau 3 sert à atténuer l'asymétrie du champ magnétique provoquée par le défaut d'uniformité del'enrouelement de

la bobine de focalisation 2.

Pour le déflecteur électrostatique, la longueur longitudinale de l'électrode de déviation 4 et les distances entre les électrodes de déviation 4 et les électrodes

annulaires 5 et 5 t de mise à la masse sont ajustéesen suc-

cession, de façon que la distribution réelle du champ élec-

trostatique de déviation coïncide avec la distribution opti-

* male de la figure 16 B L'uniformité du champ électrostatique de déviation est principalement obtenue par le déflecteur

électrostatique en un étage 4 Les franges du champ élec-

trostatique de déviation sont principalement formées par

les électrodes annulaires 5 et 5 ' de mise à la masse.

Par ailleurs, il est possible d'obtenir la distribution de champ électrostatique de déviation illustréesur la figure 16 B uniquement par le déflecteur électrostatique sans prévoir les électrodes annulaires 5 et 5 ' de mise à

la masse.

Afin d'améliorer la précision de fabrication, les électrodes de déviation 4 du déflecteur électrostatique et les électrodes annulaires 5 et 5 ' de mise à la masse

peuvent avoir les mêmes diamètres internes.

La figure 17 montre un mode de réalisation d'un système déflecteur de focalisation selon l'invention, qui a été formé de cette façon, avec un exemple des dimensions des diverses parties du système o les lettres ont les valeurs qui suivent; a= 20 mm, b = 14 mm, c = 3 mm, d = 89 mm, e = 29 mm, f = 35 mm,&= 40 mm, h = 80 mm, i = 265 mm, i = 190 mm, k = 40 mm, 1 = 50 mm et m = 65 mm Par ailleurs ces dimensions peuvent avoir d'autres valeurs tant que les

dimensions augmentent ou diminuent proportionnellement.

Selon ce système déflecteur de focalisation, la distribution de champ magnétique de focalisation et la distribution de champ magnétique de déviation ont été obtenues comme le montrent les lignes en trait pleins desfiges 16 A et 16 B respectivement Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, les électrodes de déviation 4 sntd J 6 oées db la partie extrême de l'anneau 3 du côté plan de l'image vers le côté plan de l'objet dans la direction de l'axe central de la bobine

magnétique 2 Les électrodes de déviation 4 ont le même dia-

mètre interne que les électrodes annulaires 5 et 5 ' de

mise à la masse.

La figure 18 montre un mode de réalisation spécifique d'un système déflecteur de focalisation selon l'invention Sur la figure 18, les mêmes repères que ceux

des figures 1 A et 1 B sont utilisés pour indiquer des par-

ties identiques Sur la figure 18, les repères 11 et 12

désignent des boîtiers supérieur-et inférieur en un maté-

riau magnétique pour recevoir la bobine de focalisation 2.

Ces bottiers 11 et 12 sont connectés très serréspar une vis 13 La bobine de focalisation 2 est montée sur une pièce

annulaire d'espacement 14 qui est disposée au fond du boî-

tier inférieur 12 De plus, les bottiers 11 et 12 forment une chambre pour recevoir les anneaux 3,par exemple, en permalloy, et une chambre pour recevoir les électrodes

de déviation 4 du déflecteur électrostatique et les élec-

trodes 5 et 5 ' de mise à la masse Autour de la surface circonférentielle interne de la bobine de Localisation 2, un organe d'étanchéité 15 sous forme d'un cylindre creux en un matériau non magnétique, est disposé pour obturer

de façon étanche au vide, l'intérieur de l'organe d'étan-

chéité 15 L'organe d'étanchéité 15 permet également d'aligner l'anneau 3 et la pièce d'espacement 6 par exemple, en bronze phosphoreux L'organe d'étanchéité 15 est fixé de façon étanche à l'air, au Kboitien 11 et 12

par des joints toriques 16 et 17 A l'organe d'étan-

chéité 15 est attaché un connecteur 19 qui est connecté aux électrodes de déviation 4 par une broche de connexion 18 A l'organe d'étanchéité 15 sont également attachées des

broches de connexion 22 qui sont connectées à un stig-

mateur formé par un enroulement 21 sur une bobine 20.

Ces broches de connecteur 22 sont de plus reliées à un connecteur 23 fixé aux bottiers 11 et 12 Le repère 24 désigne une bobine de focalisation dynamique qui est agencée autour du stigmateur Un connecteur 25 pour amener du courant électrique à la bobine magnétique de focalisation 2 est également fixé au bottier 12 Une électrode de blindage 26 ayant la forme d'un cylindre

creux, entoure le pourtour externe de l'isolateur 7.

Tandis que l'électrode annulaire 5 ' de mise

à la masse du côté plan de l'image peut avoir la même for-

me que l'électrode annulaire 5 de mise à la masse du côté plan de l'objet, comme le montre la figure 1 A, dans ce mode de réalisation, l'électrode 5 ' de mise à la masse

a une bride 5 A' servant de pièce d'espacement pour suppor-

ter le déflecteur électrostatique, et elle a une partie annulaire étendue en direction axiale sur une plus grande distance que l'électrode 5 de mise à la masse du côté plan de l'objet Une ouverture 5 B' est prévue pour évacuer l'intérieur de l'électrode 5 ' de mise à la masse dans la paroi annulaire La partie extrême supérieure du bottier supérieur 11 a une bride 11 A pour couvrir l'électrode annulaire de mise à la masse 5 du côté plan de l'objet, de façon que le champ magnétique produit dans le système n'ait pas d'influence sur un pré-étage (côté plan de

l'objet) Par ailleurs, avec l'agencement o le déflec-

teur électrostatique ayant les électrodes de déviation 4 est décalé vers le côté plan de l'objet par rapport à la combinaison des anneaux 3 et des pièces d'espacement 6, l'épaisseur de la partie de surface supérieure 11 B du bottier supérieur 11 est plus importante que l'épaisseur de la partie de surface inférieure 12 A du bottier inférieur 12. Sur la figure 18, un repère 31 désigne une table d'échantillon pour placer un échantillon standard à utiliser pour confirmer la forme de la section du faisceau sur la surface objet du système déflecteur de focalisation Le repère 32 désigne un

détecteur des électrons réfléchis par la table de l'échan-

tillon 31, le repère 33 désigne une table d'échantillon

pour une pastille et 34 désigne un détecteur d'une con-

dition du faisceau sur la table 33 de l'échantillon. La figure 19 montre une vue en coupe transversale du déflecteur électrostatique ayant les électrodes de déviation 4 de la figure 18, en regardant du côté plan

de l'objet Comme on peut le voir sur la figure 19, l'iso-

lateur 7 est une bande attachée à l'électrode de déviation 4 Un certain nombre de combinaisons de l'électrode 4 et de la bande isolante 7 sont disposéescircon Lérentiellement en étant divisé sur la surface interne de l'électrode cylindrique de blindage 26 L'électrode de blindage 26 est maintenue équipotentiellelcomme au potentiel de la masse L'électrode de blindage 26 peut être formée en bronze phosphoreux Par ailleurs, comme le montre la figure 18, l'électrode de blindage 26 a une ouverture 26 A dans laquelle se trouve un isolateur 26 B ayant un trou 26 C. La broche de connexion 18 est insérée très serrée dans le trou 26 C, de façon que la broche 18 soit électriquement

connectée aux électrodes de déviation 4.

Sur la figure 19, l'électrode de déviation 4 et la bande isolante 7 sont feuilletées de façon à se recouvrir pour que la bande isolante 7 ne puisse être vue entre les électrodes divisées de déviation 4, mais que

l'électrode de blindage 26 puisse être vueentre ces élec-

trodes 4 quand ces électrodes de déviation 4 sont regardées à partir du centre du déflecteur électrostatique Selon cette structure, la bande isolante 7 ne peut être chargée et les influences du champ électrostatique externe sur le système déflecteur de focalisation sont empêchées par l'électrode de blindage 26 Ainsi, cela améliore le contrdle

du déflecteur électrostatique.

Quand un système déflecteur de focalisation selon l'invention est fabriqué, il faut considérer diverses tolérances de fabrication Ces tolérances peuvent être estimées en évaluant l'augmentation de l'aberration totale due aux erreurs de fabrication Le tableau 1 montre les tolérances calculées dans la condition o l'aberration totale est de 0,2 p ou moins Par ailleurs, parmi les erreurs de fabrication, les quatre types qui suivent

sont importants,_lorsque l'on obtient les tolérances.

T A B L E A U 1.

Type d'erreur Tolérance

déviation du déflecteur électrosta-

tique dans la direction de l'axe lmm ou moins central. déviation d'un angle auquel les électrodes de déviation 4 sont 0,030 ou moins divisées incompatibilité entre les axes centraux de la lentille magnétique 1 Qo ou moins et du déflecteur électrostatique

inclinaison de l'axe central du -

déflecteur électrostatique par 0,060 ou moins rapport à l'axe central de la

lentille magnétique.

Comme cela est clair par l'explication ci-dessus, selon la présente invention, les parties des franges du champ magnétique de focalisation de la lentille magnétique et les parties des franges du champ électrostatique de déviation du déflecteur électrostatique sont ajustées

par un sitp Le agencement ayant un déflecteur électrostati-

que et un étage pour obtenir des aberrations et un angle d'impact aussi faiblesque ceux du cas d'une distribution uniforme du champ électromagnétique Comme un déflecteur électrostatique à un seul étage est suffisant pour ajuster les parties des franges, il ne faut qu'un groupe de source de courant pour le système déflecteur de Localisation et

en conséquence, il ne faut qu'un petit nombre de convertis-

seurs analogiques-numériques rapides et précis et d'amplifi-

cateurs pour attaquer le déflecteur Cela a pour résultat

une réduction du prix total du système déflecteur de focali-

sation selon l'invention De plus, un système déflecteur de

Localisation selon l'invention a une vitesse élevée de dévia-

tion, car le déflecteur est du type électrostatique.

Claims (11)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1 Système déflecteur de focalisation pour un faisceau de particules chargées caractérisé en ce qu'il comprend: une lentille magnétique ( 1) pour focaliser un faisceau de particules chargées;

un certain nombre d'aneaux ( 3) en u'i matbi u ma-

gnétique, agencés sensiblement concentriques avec ladi-

te lentille magnétique à l'intérieur d'elle, l'anneau étant agencé de façon divisée dans la direction de l'axe central de ladite lentille magnétique afin de former une distribution prédéterminée de champ magnétique de Localisation; un déflecteur électrostatique en un étage ayant un certain nombre d'électrodes de déviation 24) qui sont divisées en direction circonférentielle de la lentille magnétique, qui sont agencées sensiblement

concentriques avec ladite lentille magnétique à l'inté-

rieur d'elle et qui s'étendent dans la direction de

l'axe central afin de former une distribution prédétermi-

née de champ électrostatique de déviation, le faisceau

de particules chargées passant à travers lesdites électro-

des de déviation agencées concentriquement pour être dévié selon la tension appliquée amzdites électrodes

de déviation.

2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des électrodes annulaires de mise à la masse ( 5, 5 ') qui sont disposées sensiblement concentriques avec la lentille magnétique

précitée des côtés plan objet et plan image du déflec-

teur électrostatique précité le long du passage du fais-

ceau de particules chargées.

3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que d es pièces annulaires d'espacement

( 6,6 ',6 ") en un matériau non magnétique et ayant sensi-

blement le même diamètre que l'anneau précité, sont insérées entre lesdits anneaux, afin que la distribution du champ magnétique de focalisation soit ajustéepar les épaisseurs desdits anneaux dans la direction de l'axe central et les épaisseurs desdites pièces annulaires d'espacement.

4 Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un espace ( 8,8 ') pour ajuster le champ électrostatique de déviation est prévu entre les électrodes annulaires précitées de mise à la masse et le déflecteur électrostatique précité afin

que la distribution de champ électrostatique de dévia-

tion soit ajustée selon la longueur dudit espace.

Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre interne de l'électrode

annulaire de mise à la masse est plus réduit que le dia-

mètre interne de l'électrode de déviation pour avoir une frange abrupte dans la distribution de champ

6 Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 ou 4 caractérisé en ce que le déflecteur élec-

trostatique précité à la partie extrême du côté plan ima-

ge qui est décalée par rapport à la partie extrême de l'anneau précité du côté plan image vers le côté plan

objet dans la direction de l'axe central.

7 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur électrostatique précité a un diamètre interne qui est sensiblement égal à celui de l'électrode annulaire de mise à la masse précitée. 8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un bottier ( 11,12) ayant une première chambre recevant la bobine de lal lentille magnétique, une seconde chambre pour recevoir les anneaux et une troisième chambre pour recevoir le déflecteur électrostatique et les électrodes annulaires

de mise à la masse.

9 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le bottier précité a une bride qui s'étend vers l'intérieur pour couvrir l'électrode annulaire de mise à la masse qui est disposée du côté

plan objet du déflecteur électrostatique précité.

Système selon la revendication 9, caractériséEn ce qu'il comprend de plus un organe d'étanchéité ( 15) en un matériau non magnétique entre les première et seconde chambres précitées de façon que ladite seconde chambre soit obturée defaçon étanche au vide et que les anneaux précités soient fixés en des

positions prédéterminées.

11 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode annulaire de mise à la masse précitée du côté plan image a une bride( 5 At)pour

supporter le déflecteur électrostatique précité.

12 Système selon la revendication 6, care 4 térisé en ce qu'une bobine de stigmateur ( 21) est enroulée sur le pourtour d'une partie du déflecteur électrostatique précité qui fait saillie des anneaux

précités vers le côté plan objet.

13 Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une bobine dynamique de focalisation

( 24)est enroulée sur la bobine de stigmateur précitée.

14 Système selon l'une quelconque des reven-

dications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une électrode de blindage ( 26) sur le pourtour externe

du déflecteur électrostatique précité.