阅读说明：本技术 光束弯折器 (light beam bending device ) 是由 村上武司 于 2019-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种光束弯折器,能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性。在沿着通过光束弯折器(12)的内侧曲面(17)与外侧曲面(19)之间的电子射线的行进方向的第一剖面中,设定成内侧曲面的曲率和外侧曲面的曲率分别恒定,内侧曲面的曲率中心与外侧曲面的曲率中心一致。在与电子射线的行进方向垂直的第二剖面中,设定成内侧曲面的曲率和外侧曲面的曲率分别恒定,内侧曲面的曲率中心与外侧曲面的曲率中心一致。第二剖面中的内侧曲面的曲率半径被设定得比第一剖面中的内侧曲面的曲率半径大,第二剖面中的外侧曲面的曲率半径被设定得比第一剖面中的外侧曲面的曲率半径大。(The invention provides a beam bender capable of improving the convergence of electron beams bent by the beam bender. In a first cross section along the traveling direction of an electron beam passing between an inner curved surface (17) and an outer curved surface (19) of a beam bender (12), the curvature of the inner curved surface and the curvature of the outer curved surface are set to be constant, and the center of curvature of the inner curved surface and the center of curvature of the outer curved surface are aligned. In a second cross section perpendicular to the traveling direction of the electron beam, the curvature of the inner curved surface and the curvature of the outer curved surface are set to be constant, and the center of curvature of the inner curved surface and the center of curvature of the outer curved surface coincide with each other. The radius of curvature of the inner curved surface in the second cross section is set larger than the radius of curvature of the inner curved surface in the first cross section, and the radius of curvature of the outer curved surface in the second cross section is set larger than the radius of curvature of the outer curved surface in the first cross section.)

光束弯折器

关联申请的相互参照

本申请要求保护的范围基于在2018年6月11日申请的日本优先权专利申请JP2018-110915的权益，本申请引用其全部内容。

技术领域

本发明涉及用于弯曲电子射线的轨道的光束弯折器。

背景技术

以往，在电子显微镜等中，使用用于弯曲电子射线的光束弯折器。例如，在多光束扫描方式的电子显微镜中，提出弯曲多个电子射线(多光束)的轨道的光束弯折器(例如参照专利文献1)。在电子显微镜等电子射线装置中，需要将一次光学系统(用于将从电子枪射出的电子射线向试料W照射的光学系统)和二次光学系统(用于将从试料W放出的二次电子向检测器引导的光学系统)配置在壳体内的有限的空间内。

例如，在多光束SEM中，在试料附近一次电子的轨道与二次电子的轨道几乎重叠的情况较多，为了将这些轨道分离，使用维恩过滤器和利用了磁场的光束弯折器的情况较多。但是，关于这些光学要素，轨道的弯曲角越大则产生越大的像差和分散，因此在扫描显微镜中尤其希望使重视分辨率的一次电子束的弯曲角最小。但是，若一次光学系统的电子射线的轨道与二次光学系统的二次电子的轨道接近，则构成一次光学系统的机器与构成二次光学系统的机器会干扰，有时配置在壳体内的有限的空间是很难的或者是不可能的。在这样的情况下，通过使用光束弯折器而主要将二次光学系统的二次电子的轨道弯曲得大，能够将一次光学系统和二次光学系统配置在壳体内。例如，像这样在电子显微镜等中使用光束弯折器。

然而，在以往的光束弯折器中，存在由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性不高这样的问题。更具体而言，存在相对于电子射线的中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线在通过了光束弯折器之后与中心轨道交叉的位置的偏移较大这样的问题。

发明内容

本发明鉴于上述的课题，目的在于，提供一种光束弯折器，能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性。

本发明的一实施方式的光束弯折器包括具有内侧曲面的内电极和具有外侧曲面的外电极，用于借助于电场使通过所述内侧曲面与所述外侧曲面之间的电子射线弯曲，所述电场通过对所述内电极和所述外电极分别施加不同的电位而产生，其中，设定成：在沿着通过所述内侧曲面与所述外侧曲面之间的所述电子射线的行进方向的第一剖面中，所述内侧曲面的曲率和所述外侧曲面的曲率分别恒定，所述内侧曲面的曲率中心与所述外侧曲面的曲率中心一致，设定成：在与所述电子射线的行进方向垂直的第二剖面中，所述内侧曲面的曲率和所述外侧曲面的曲率分别恒定，所述内侧曲面的曲率中心与所述外侧曲面的曲率中心一致，所述第二剖面中的所述内侧曲面的曲率半径被设定得比所述第一剖面中的所述内侧曲面的曲率半径大，所述第二剖面中的所述外侧曲面的曲率半径被设定得比所述第一剖面中的所述外侧曲面的曲率半径大。

附图说明

图1是应用本发明的实施方式的光束弯折器的电子射线装置(多光束扫描式的电子显微镜)的说明图。

图2是本发明的实施方式的光束弯折器的剖视图(图3的A-A剖视图)。

图3是本发明的实施方式的光束弯折器的剖视图(图2的B-B剖视图)。

图4是本发明的实施方式的光束弯折器的电子射线的集束性的说明图。

图5是示出本发明的实施方式的光束弯折器的电压调整的流程的流程图。

图6是示出本发明的实施方式的光束弯折器的集束性的图表。

符号说明

1 电子射线装置

2 一次光学系统

3 二次光学系统

4 工作台

5 电子枪

6 聚光透镜

7 多开口板

8 聚光透镜

9 偏转器

10 维恩过滤器

11 物镜

12 光束弯折器

13 投影透镜

14 多开口检测板

15 检测器

16 电压控制部

17 内侧曲面

18 内电极

19 外侧曲面

20 外电极

21 接地电极

具体实施方式

以下，对实施方式的基板干燥装置进行说明。另外，以下说明的实施方式示出实施本技术的情况的一例，本技术不限于以下说明的具体的结构。在本技术的实施中，可以适当地采用与实施方式对应的具体的结构。

本发明的一实施方式的光束弯折器包括具有内侧曲面的内电极和具有外侧曲面的外电极，用于借助于通过对所述内电极和所述外电极分别施加不同的电位而产生的电场，使通过所述内侧曲面与所述外侧曲面之间的电子射线弯曲，在沿着通过所述内侧曲面与所述外侧曲面之间的所述电子射线的行进方向的第一剖面中，设定成所述内侧曲面的曲率和所述外侧曲面的曲率分别恒定，所述内侧曲面的曲率中心与所述外侧曲面的曲率中心一致，在与所述电子射线的行进方向垂直的第二剖面中，设定成所述内侧曲面的曲率和所述外侧曲面的曲率分别恒定，所述内侧曲面的曲率中心与所述外侧曲面的曲率中心一致，所述第二剖面中的所述内侧曲面的曲率半径被设定得比所述第一剖面中的所述内侧曲面的曲率半径大，所述第二剖面中的所述外侧曲面的曲率半径被设定得比所述第一剖面中的所述外侧曲面的曲率半径大。

根据该结构，能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性。更具体而言，相对于入射到内侧曲面与外侧曲面之间的电子射线的中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面与外侧曲面之间后与中心轨道交叉的位置的偏移能够变小。

另外，在本发明的一实施方式的光束弯折器中，也可以是，在所述第二剖面中，通过所述内侧曲面的中心位置的所述内侧曲面的法线与通过所述外侧曲面的中心位置的所述外侧曲面的法线一致，所述电子射线通过的位置被设定在所述法线上，所述内侧曲面的曲面形状具有以所述法线为中心的对称形状，所述外侧曲面的曲面形状具有以所述法线为中心的对称形状。

根据该结构，内侧曲面和外侧曲面具有对称形状，因此能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的对称性。

另外，在本发明的一实施方式的光束弯折器中，也可以是，设定所述第二剖面中的所述内侧曲面的曲率半径和所述外侧曲面的曲率半径，以使得：在所述第一剖面中，相对于通过上述内侧曲面与上述外侧曲面之间的中点的电子射线的中心轨道，离开规定的距离而平行地入射的电子射线在通过了上述内侧曲面与上述外侧曲面之间后与上述中心轨道交叉的位置的偏移变小。

根据该结构，通过适当地设定第二剖面中的内侧曲面的曲率半径和外侧曲面的曲率半径，能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性。

另外，在本发明的一实施方式的光束弯折器中，也可以是，所述第二剖面中的所述内侧曲面的曲率半径被设定得比所述第一剖面中的所述内侧曲面的曲率半径的1倍大、且为所述第一剖面中的所述内侧曲面的曲率半径的3倍以下，所述第二剖面中的所述外侧曲面的曲率半径被设定得比所述第一剖面中的所述外侧曲面的曲率半径的1倍大、且为所述第一剖面中的所述外侧曲面的曲率半径的3倍以下。

根据该结构，通过适当地设定第二剖面中的内侧曲面的曲率半径和外侧曲面的曲率半径，能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性。

根据本发明，能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性。另外，通过将本发明的光束弯折器作为分光器来使用，能够期待电子射线的分光特性的提高。

以下，使用附图对本发明的实施方式的光束弯折器进行说明。在本实施方式中，例示出多光束扫描式的电子显微镜等电子射线装置所使用的光束弯折器的情况。

图1是示出应用本实施方式的光束弯折器的电子射线装置(多光束扫描式的电子显微镜)的结构的说明图。如图1所示，电子射线装置1包括：用于将电子射线向试料W照射的一次光学系统2；以及用于检测从试料W放出的二次电子的二次光学系统3。试料W是例如半导体晶片等，载置在工作台4上。

一次光学系统2包括：放出电子射线的电子枪5；对从电子枪5放出的电子射线(电子束)进行集束的聚光透镜6；以及配置在聚光透镜6的下游的多开口板7。多开口板7具有多个开口，具备从电子束生成多个电子束(多光束)的功能。另外，一次光学系统2包括：缩小电子束的聚光透镜8；使电子束扫描的偏转器9；维恩过滤器10(E×B)；以及物镜11。

二次光学系统3包括：光束弯折器12，该光束弯折器12使通过维恩过滤器10而从一次光学系统2分离出的二次电子弯曲；一级以上的投影透镜13，该投影透镜13配置在光束弯折器12的下游；多开口检测板14，该多开口检测板14具有与多开口板7的多个开口对应的多个开口；以及多个检测器15，该多个检测器15接近地配置在与多开口检测板14的多个开口对应的位置。光束弯折器12具备用于进行电压调整(后述)的电压控制部16。

图2和图3是用于对光束弯折器12的结构进行说明的剖视图。如图2和图3所示，光束弯折器12包括：具有内侧曲面17的内电极18；具有外侧曲面19的外电极20；以及配置在内电极18和外电极20的外侧的接地电极21。该光束弯折器12具备如下的功能：借助于通过对内电极18和外电极20分别施加不同的电位而产生的电场，从而使通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的电子射线(二次电子)弯曲规定的角度(参照图4)。另外，图2是沿着通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的电子射线的行进方向的第一剖面的剖视图(图3的A-A剖视图)，图3是与电子射线的行进方向垂直的第二剖面的剖视图(图2的B-B剖视图)。

如图2所示，在第一剖面(沿着电子射线的行进方向的剖面)中，设定成内侧曲面17的曲率和外侧曲面19的曲率分别恒定，内侧曲面17的曲率中心与外侧曲面19的曲率中心一致。在图2中，第一剖面中的内侧曲面17的曲率半径用Ri1(例如，Ri1＝65mm)表示，第一剖面中的外侧曲面19的曲率半径用Ro1(例如，Ro1＝75mm)表示，第一剖面中的通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的中点的电子射线的中心轨道的曲率半径用R1(例如，R1＝70mm)表示，第一剖面中的内侧曲面17的曲率中心和外侧曲面19的曲率中心用C1表示。

另外，如图3所示，在第二剖面(与电子射线的行进方向垂直的剖面)中，设定成内侧曲面17的曲率和外侧曲面19的曲率分别恒定，内侧曲面17的曲率中心与外侧曲面19的曲率中心一致。在图3中，第二剖面中的内侧曲面17的曲率半径用Ri2(例如，Ri2＝75mm、115mm)表示，第二剖面中的外侧曲面19的曲率半径用Ro2(例如，Ro2＝85mm、125mm)表示，第二剖面中的通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的电子射线的中心轨道的曲率半径用R2(例如，R2＝80mm、120mm)表示，第二剖面中的内侧曲面17的曲率中心和外侧曲面19的曲率中心用C2表示。

在该情况下，第二剖面中的内侧曲面17的曲率半径(例如，Ri2＝75mm、115mm)被设定得比第一剖面中的内侧曲面17的曲率半径大(例如，Ri1＝65mm)。另外，第二剖面中的外侧曲面19的曲率半径(例如，Ro2＝85mm、125mm)被设定得比第一剖面中的外侧曲面19的曲率半径(例如，Ro1＝75mm)大。另外，第二剖面中的中心轨道的曲率半径(例如，R2＝80mm、120mm)被设定得比第一剖面中的中心轨道的曲率半径(例如，R1＝70mm)大。

另外，如图3所示，在第二剖面(与电子射线的行进方向垂直的剖面)中，通过内侧曲面17的中心位置的内侧曲面17的法线L与通过外侧曲面19的中心位置的外侧曲面19的法线L一致，电子射线通过的位置设定在法线L上。而且，内侧曲面17的曲面形状具有以法线L为中心的对称形状(图3的左右对称形状)，外侧曲面19的曲面形状具有以法线为中心的对称形状(图3的左右对称形状)。

在该情况下，如图4(a)所示，在二方向集束条件下，设定第二剖面中的内侧曲面17的曲率半径(例如，Ri2＝75mm、115mm)和外侧曲面19的曲率半径(例如，Ro2＝85mm、125mm)，以使得：在第一剖面(沿着电子射线的行进方向的剖面)中，与通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的电子射线的中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置的偏移变小。

为了在第一剖面(沿着电子射线的行进方向的剖面)中，与通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的电子射线的中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置的偏移变小，优选将第二剖面中的内侧曲面17的曲率半径设定为比第一剖面中的内侧曲面17的曲率半径的1倍大、且为第一剖面中的内侧曲面17的曲率半径的3倍以下(1×Ri1＜Ri2≤3×Ri1)，优选将第二剖面中的外侧曲面19的曲率半径设定为比第一剖面中的外侧曲面19的曲率半径的1倍大、且为第一剖面中的外侧曲面19的曲率半径的3倍以下(1×Ro1＜Ro2≤3×Ro1)。

在中心轨道为直线、并且为旋转对称的静电透镜或者电磁透镜的情况下，与中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线的焦距的相位依存性是不存在的。另一方面，在像本发明的光束弯折器那样，中心轨道为曲线的情况下，与中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线的焦距存在相对于包含中心轨道的平面的相位依存性。图4(a)视觉性地说明该情况。图示出电子射线的中心轨道O、图3中在相对于中心轨道O正上方的位置入射的轨道A、以及图3中在相对于中心轨道O正下方的位置入射的轨道B各自的轨道。各个轨道在通过光束弯折器后，首先轨道A与轨道O交叉，接着轨道B与轨道O交叉。在本说明书中，集束性是按照相位不同的光束的轨道与中心轨道交叉的位置的最大值与最小值之差的观点来讨论的。这里，称为与中心轨道的交叉位置偏移量。

与中心轨道的交叉位置偏移量还根据分别施加给内电极、外电极的电位而变化。图4(b)表示用于通过由电场计算和带电粒子轨道计算构成的数值模拟来评价与中心轨道的交叉位置偏移量的电子射线的入射时的相位。图4(b)中的上下左右与相对于图3的电子射线的中心轨道的上下左右一致。在该情况下，如图4(b)所示，对相对于电子射线的中心轨道O以-90度、-67.5度、-45度、-22.5度、0度、22.5度、45度、67.5度、90度的相位离开规定的距离r而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置进行计算，作为该最大值与最小值之差，对交叉位置偏移量进行计算。

图5是示出利用数值模拟来决定施加给光束弯折器12的内侧电极和外侧电极的电压时的流程的流程图。光束弯折器12的电压调整由电压控制部16进行。在该情况下，对内侧电极施加电压V1+V2，对外侧电极施加电压-V1+V2。

如图5所示，在进行光束弯折器12的电压调整时，首先，设定V1和V2的初始值(S1)，通过数值模拟来进行电场计算(S2)和轨道计算(S3)。而且，判定电子射线(二次电子)的弯曲角是否为规定的角(例如30度)(S4)，在弯曲角不是规定的角的情况下(在S4中为否)，调整电压V1(S5)。

若调整电压V1而电子射线(二次电子)的弯曲角成为规定的角(例如30度)(在S4中为是)，则对相对于电子射线(二次电子)的中心轨道O离开规定的距离r而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置的偏移进行测定。

在该情况下，对相对于电子射线的中心轨道O以-90度、-67.5度、-45度、-22.5度、0度、22.5度、45度、67.5度、90度的相位离开规定的距离r而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置的偏移进行测定。

而且，判定测定出的位置偏移量是否极小(S6)，在位置偏移量不是极小的情况下(在S6中为否)，调整电压V2(S7)。若调整电压V2的结果为位置偏移量极小，则结束该电压调整的处理。另外，一系列的工序也可以使用2变量的牛顿-拉夫逊法等公知的方法。

这里所求出的电压条件通常被称为二方向集束条件，与中心轨道的交叉位置偏移量极小，但不是0。二方向集束条件中的交叉位置偏移量是基于各个光束弯折器的机械式的结构的固有的值，该值越接近0则可以说是集束性越良好的光束弯折器。

在图6中，关于使第二剖面中的电子射线的中心轨道的曲率半径为R2＝70mm的比较例、采用R2＝80mm的实施例1、采用R2＝120mm的实施例2，将相对于电子射线的中心轨道O以-90度、-67.5度、-45度、-22.5度、0度、22.5度、45度、67.5度、90度的相位离开规定的距离r而平行地入射的电子射线在通过了分别被施加了二方向集束条件的电位的内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置作为相对于相位0度的交叉位置的相对值来表示。从图6的图中可知，与比较例相比实施例1的交叉位置偏移量较小，进一步地，与实施例1相比实施例2的交叉位置偏移量较小。交叉位置偏移量较小的光束弯折器的第二剖面中的电子射线的中心轨道的曲率半径R2像这样被决定。

根据这样的本实施方式的光束弯折器12，能够提高由光束弯折器12弯曲后的电子射线的集束性。更具体而言，相对于通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的电子射线的中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置的偏移能够变小。

另外，在以上的说明中，仅讨论了相对于通过内侧曲面17与外侧曲面19之间的电子射线的中心轨道离开规定的距离而平行地入射的电子射线在通过了内侧曲面17与外侧曲面19之间后与中心轨道交叉的位置的偏移变小，但关于不平行的电子射线入射的情况和分离距离根据相位而微小地不同的情况，只要预先了解该性状，就能够使用相同的方法而分别决定与中心轨道交叉的位置的偏移最小的内侧曲面17和外侧曲面19的曲率。

另外，在本实施方式中，内侧曲面17与外侧曲面19具有对称形状，因此能够提高由光束弯折器12弯曲后的电子射线的对称性。另外，通过适当地设定第二剖面中的内侧曲面17的曲率半径和外侧曲面19的曲率半径，能够提高由光束弯折器12弯曲后的电子射线的集束性。

以上，通过例示对本发明的实施方式进行了说明，本发明的范围不限于这些，在权利要求所记载的范围内能够根据目的而变更、变形。

本发明的光束弯折器也可以作为从各种能量混合的电子射线仅取出具有规定的能量的电子的分光器来使用。如果将本发明的光束弯折器作为分光器来使用，则如上述那样本发明的光束弯折器的电子射线的集束性较高，因此能够降低在分光后其他的能量的电子射线混入的比例，分光特性(能量分辨率)提高。

产业上的可利用性

以上，本发明的光束弯折器具有能够提高由光束弯折器弯曲后的电子射线的集束性这样的效果，在电子显微镜等中使用，是有用的。