CN101128909B - 用于微柱的壳体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微柱的壳体，其可以容易地对准和装配微柱，并提高微柱的稳定性。该壳体用于制造包括电子发射体、偏转器和透镜的微柱，该壳体包括：电子发射体保持器，在该电子发射体保持器中插入所述电子发射体；保持器底座，在该保持器底座中插入所述电子发射体保持器；以及与所述保持器底座连接的柱底座，从而可以通过插入到塞孔中的螺栓或凹头固定螺钉在X轴和Y轴方向上在所述电子发射体保持器与所述保持器底座之间对所述电子发射体进行对准和固定。

Description

用于微柱的壳体

技术领域

本发明涉及在包括电子发射体和透镜的微柱中使用的壳体，更具体地说，涉及能够使电子发射体和透镜更容易对准和装配的用于微柱的壳体。

背景技术

在20世纪80年代首次引入了在基于微细结构的电子光学组件的扫描隧道显微镜(STM)和微柱的基本原理下工作的电子发射体。微柱通过精密组装微细组件使得光学像差(optical aberration)最小化而形成经改进的电子柱，并且可以通过排列多个小结构而在并行结构或者串行结构的多柱结构中使用小结构。

这种微柱是具有微透镜和偏转器(deflector)的精确制造的结构。这种微柱大致包括电子发射体、源透镜、偏转器和单透镜(Einzel lens)。

在该微柱中，电子发射体、源透镜和单透镜的对准和固定对于微柱的性能来说是至关重要的。关于这种微柱的对准和固定，在1996年出版的“Experimental evacuation of a20×20mm footprint microcolumn”on pp.3792and3796 of Journal of Vacuum & Science Technology B14(6)中公开了一种传统的微柱。

图1是该传统微柱的立体图。微柱10包括在其中对准并固定的电子发射体、源透镜、偏转器和单透镜。上板2与位于其上的微定位器(未示出)一起支撑电子发射体，并且具有形成在其中心处的用于定位电子发射体1的通孔。用于容纳透镜的上板2和下板5经由螺栓通过四个支撑杆6彼此连接。通过环氧树脂粘接的方式以源透镜3和电子发射体1在它们的位置方面对准的状态将源透镜3固定在下板5的上部。在下板5的左侧和右侧设置有偏转器4。此外，单透镜(未示出)以与源透镜相同的方式并与源透镜3相对地对准并固定在下板5的下方。上板2和下板5分别具有形成在其中心轴处的通孔，用于使得从电子发射体1发出的电子束能够穿过透镜和偏转器。

这种传统微柱需要用于对准和固定电子发射体和源透镜的微定位器。此外，如果透镜中存在任何误差，则很难用新的透镜对透镜进行替换。另外，在这种传统微柱中，没有针对透镜和偏转器的布线形成良好的屏蔽(shield)，因此，可能导致微柱的误操作以及电磁噪声。传统微柱昂贵，并且需要很多时间和精力来对准和固定电子发射体和透镜。此外，一旦多个透镜之一出现故障，则整个微柱都不能使用。

发明内容

因此，提出本发明，以解决现有技术中存在的上述问题，并且本发明的目的在于提供一种用于微柱的壳体，该壳体可以容易地对准和固定电子发射体和透镜，并且可以容易地采用新的组件对各个组件进行替换，并形成良好的屏蔽。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种在微柱中使用的壳体，该微柱包括电子发射体、偏转器和透镜，所述壳体包括：

电子发射体保持器，在该电子发射体保持器中插入所述电子发射体；

保持器底座，在该保持器底座中插入所述电子发射体保持器；以及

与所述保持器底座连接的柱底座，其中单独地装配所述电子发射体保持器、保持器底座和柱底座。

此外，根据本发明，将透镜插入到透镜板中，并且该透镜板可拆卸地与其他组件连接，以使得该透镜不与其他组件直接接触。

此外，一种在包括电子发射体、偏转器和透镜的微柱中使用的壳体包括：

电子发射体保持器，其具有中空部分，用于将电子发射体插入到其中；

保持器底座，在该保持器底座中同轴地插入所述电子发射体保持器，所述透镜的第一透镜部分与所述保持器底座的底面连接；

透镜板，在该透镜板中插入并固定有第二透镜部分，该透镜板具有中空孔(hollow hole)；以及

中空的柱底座，该中空的柱底座在其上部与所述保持器底座连接，该柱底座具有在其中心处沿径向形成的用于将偏转器插入到其中的通孔，以及形成在其内周边的用于将透镜插入到其中的台阶部。

其中沿X轴、Y轴和Z轴方向在所述电子发射体保持器的内部对准并固定所述电子发射体。

根据本发明的用于微柱的壳体不需要昂贵的微定位器以及用于调整电子发射体的位置的构件，因此结构简单。

当诸如电子发射体或者透镜的组件出现故障时，根据本发明的用于微柱的壳体可以快速且容易地利用新的组件更换有缺陷的组件，从而容易对昂贵的微柱进行修理或者再利用。

根据本发明的用于微柱的壳体将所有的布线都设置在所述壳体的内部，从而通过屏蔽布线使其不受电磁场以及其他信号的影响以及安全地保护布线的效果来优化所述微柱的性能。

尽管已经参照具体的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是本发明不受这些实施方式的限制，而是应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员可以对这些实施方式进行改进和修改。

附图说明

图1是传统微柱的立体图。

图2是用于根据本发明的优选实施方式的用于微柱的壳体的分解立体图。

图3是根据本发明的另一优选实施方式的用于微柱的壳体的分解立体图。

具体实施方式

下面，参照图2和图3，对利用根据本发明的壳体制造的微柱的结构进行详细说明。

图2示出了利用根据本发明的第一优选实施方式的壳体制造的微柱100的结构。在图2中，微柱包括电子发射体、源透镜、偏转器以及作为聚焦透镜的单透镜。

根据本发明的壳体包括电子发射体保持器110、保持器底座120以及柱底座140。以下将参照附图对本发明进行更详细的描述。

电子发射体保持器110包括形成在其中心处的用于将电子发射体(未示出)插入到其中的通孔111，并通过穿过相对于中心轴沿径向形成的塞孔(tap hole)113的固定螺栓或者凹头固定螺钉(socket set screw)114来固定插入到通孔111中的电子发射体。可以通过凹头固定螺钉114来调节、对准和固定电子发射体的X轴、Y轴和Z轴。然而，根据情况，可以粘接该电子发射体。电子发射体保持器110还包括形成在其下部的螺纹112，因此该电子发射体保持器110可以与保持器底座120同轴地螺纹连接。如图所示，可以在电子发射体保持器110的下部形成螺纹112，但是也可以在电子发射体保持器110的整个外周形成螺纹，以扩大同轴螺纹连接的范围。除了电子发射体保持器110的形成有螺纹112和通孔111的区域以外的电子发射体保持器110的其余区域可以具有圆形或者多边形的外观。

保持器底座120为空心圆柱体的形式，并且包括与电子发射体保持器110的螺纹112相对应的螺纹121，以与电子发射体保持器110同轴地螺纹连接。此外，源透镜130通过直接粘接而与保持器底座120的底面122连接。在保持器底座120中从保持器底座120的中心轴沿直角方向(rectangular direction)径向地形成四个塞孔123，以通过螺栓或者凹头固定螺钉124更牢固地与电子发射体保持器110连接。可以根据需要设定塞孔123和凹头固定螺钉124的数量，但是优选的是形成三个或者更多个塞孔123和凹头固定螺钉124，以进行对准。其中插入有电子发射体的电子发射体保持器110和通过粘接而连接有源透镜130的保持器底座120彼此螺纹连接。此时，通过穿过塞孔113和123的凹头固定螺钉114和124来对准电子发射体和源透镜130的X轴和Y轴，并且通过调整螺纹连接电子发射体保持器110和保持器底座120时形成的高度来对准它们的Z轴。因此，可以容易地对准并固定电子发射体和源透镜130。使用凹头固定螺钉来进行对准和固定并不是必要的，如果螺纹连接可以确保稳固的固定，则不需要附加的固定装置，并且可以将诸如楔形物或者定位销(dowel pin)的其他装置插入到塞孔中。形成在保持器底座120的上部和下部上的保护部(refuging portion)125用于源透镜130的布线，即，源透镜130的布线可以向上延伸而垂直地穿过形成在保护部125内部的通孔126。如果在同轴线上通孔126之间的直径(对角线)距离大于电子发射体保持器110的外径，则源透镜130的布线可以沿垂直方向向上行进。形成在保持器底座120的外周上的螺纹128与位于保持器底座120下方的柱底座140螺纹连接。

柱底座140为空心圆柱的形式，并且包括形成在其下部的内周上的台阶部142，并且台阶部142具有形成在其中心轴上的用于使从电子发射体发射的电子束通过的通孔(未示出)。柱底座140包括形成在其上部的内周上的要与保持器底座120的螺纹128进行螺纹连接的螺纹141，以及相对于中心轴沿径向形成的多个通孔。将偏转器150插入到这些通孔中。通过粘接将单透镜160与透镜板170连接，然后将其插入到柱底座140的台阶部142的下部。因此，可以根据台阶部142的位置来确定单透镜160的垂直位置。为了进行透镜板170和柱底座140之间的连接，在柱底座140的下部上相对于中心轴沿径向形成塞孔143。因此，当粘接单透镜160与透镜板170并将它们插入到柱底座140中时，通过螺栓和凹头固定螺钉144来对准并固定单透镜160和透镜板170。最后可以将单透镜160和透镜板170对准并固定在微柱100上，或者在预先通过凹头固定螺钉与柱底座140连接之后将单透镜160和透镜板170对准并固定在微柱100上。柱底座140具有形成在其外周上的用于偏转器150的布线的布线保护部145，从而偏转器150的布线可以垂直地弯曲并向上或者向下延伸。即，如果保护部145之间的直径(对角线)距离大于保持器底座120的外径，则偏转器150的布线可以容易地向上或者向下延伸。为了进行单透镜160的布线，柱底座140中垂直地形成有垂直孔146，并且该垂直孔146与径向地形成在其下端部处的通孔147连通。

透镜板170包括形成在其中心处的用于使电子束从其中通过的孔171，以及形成在其边缘上的用于单透镜160的布线的保护槽172。单透镜160被插入并粘接到透镜板170中。

单透镜160的布线穿过保护槽172，进入柱底座的通孔147，然后向上延伸通过垂直孔146。因此，在根据本发明的微柱中，源透镜、偏转器以及单透镜的所有布线都沿壳体的外壁向上延伸，因此，该用于微柱的壳体可以根据壳体的材料提供对电磁场的屏蔽效应，并且可以容易地对准并安全地保护其布线。

形成在柱底座140的外周的下端的螺纹148与其他组件(例如，样本或者检测器)连接，从而被形成为可以容易地使用该微柱。在该附图中，在柱底座140的外周上形成有螺纹148，但是该螺纹也可以形成在内周上或者形成在内周和外周上。

图3示出了通过使用根据本发明的另一优选实施方式的壳体制造的微柱200的结构。图3所示的微柱200也包括电子发射体、源透镜、偏转器以及作为聚焦透镜的单透镜。

根据该实施方式的壳体也包括电子发射体保持器210、保持器底座220以及柱底座240。下面将参照附图对该实施方式进行更详细的描述。

在图3所示的该实施方式中，电子发射体保持器210、保持器底座220、源透镜230、柱底座240、单透镜260以及透镜板270与图2所示的第一实施方式的那些组件在结构和功能方面相同或者类似，因此，以下主要对第一实施方式和第二实施方式之间的不同点进行描述。

电子发射体205被插入到鞘套(cap)206中，然后被插入到形成在电子发射体保持器210的中心处的通孔211中。此后，经由螺栓或者凹头固定螺钉通过相对于中心轴径向形成的塞孔213来固定电子发射体205。本实施方式的电子发射体保持器210具有以与图2的电子发射体保持器110相同的方式或者以与电子发射体保持器110类似的方式形成的螺纹212。

与图2所示的保持器底座120类似，本实施方式的保持器底座220包括与电子发射体保持器210的螺纹连接的螺纹221、与保持器底座220下方所示的源透镜230连接的底面222、相对于中心轴径向地形成在其中的多个塞孔223，以及在其下部垂直形成的用于源透镜230的布线的保护部225和通孔226。其中插入有电子发射体的电子发射体保持器210和通过粘接而连接有源透镜230的保持器底座220彼此螺纹连接。此时，主要通过穿过塞孔213和223的凹头固定螺钉214和224来对准电子发射体和源透镜230的X轴、Y轴和Z轴，并且还可以通过调整在螺纹连接电子发射体保持器210和保持器底座220时形成的高度来对准其Z轴。与图2所示的具有形成在其外周的螺纹128的保持器底座120不同，保持器底座220在其外周没有螺纹。

与图2的柱底座140类似，柱底座240为空心圆柱的形式，并且包括用于固定插入到柱底座240中的保持器底座220的多个塞孔249。偏转器250穿过相对于柱底座240的中心轴径向形成的多个通孔插入到柱底座240中。柱底座240具有相对于中心轴在其下部径向形成的多个塞孔243，从而将通过粘接与透镜板270连接的单透镜260插入到柱底座240中，并通过插入到塞孔243中的螺栓或者凹头固定螺钉对准并固定到柱底座240上。此外，类似于图2中的台阶部142，柱底座240具有台阶部，单透镜260的垂直位置由该台阶部的位置确定。柱底座240具有形成在其外周的用于偏转器250和单透镜260的布线的多个保护部245，从而偏转器250的布线可以垂直弯曲并向上或者向下延伸。即，如果保护部245之间的直径(对角线)距离大于保持器底座220的外径，则偏转器250和单透镜260的布线可以容易地向上或者向下延伸。

透镜板270包括形成在其中心处的用于使电子束从其中通过的孔271，以及形成在其边缘的用于单透镜260的布线的保护槽272。单透镜260被插入并粘接到透镜板270中。

单透镜260的布线穿过保护槽272，并通过柱底座240的保护部245向上延伸。因此，在利用根据本发明的壳体的微柱中，源透镜、偏转器以及单透镜的所有布线都沿壳体的外壁向上延伸，因此，该微柱可以根据壳体的材料提供对电磁场的屏蔽效应，并且可以容易地对准并安全地保护其布线。

与图2不同，在本实施方式中，保持器底座220和柱底座240没有彼此螺纹连接，并且同样，电子发射体保持器210和保持器底座220可以利用塞孔213彼此连接，而不彼此螺纹连接。即，螺纹连接在根据本发明的壳体中不是必要的。此外，透镜板270和单透镜260还可以通过与图2所示的第一实施方式的连接方法相反的方式彼此连接。此外，在图2所示的第一实施方式中，透镜板270和单透镜260之间的这种连接与台阶部142形成表面接触，从而实现了更牢固的连接。

在图2和图3所示的微柱100和200中，所述源透镜通过直接粘接而连接到保持器底座的下端，但是还可以利用透镜板通过与单透镜和柱底座之间的连接相同的方式进行连接。

保持器底座和柱底座通过图2的直接螺纹连接来彼此连接，以及通过利用图3的塞孔来彼此连接，但是也可以通过与现有技术相同的方式利用附加的固定装置或者螺栓来进行彼此连接。

在附图中，电子发射体保持器、保持器底座和柱底座为空心圆柱的形式，但是也可以是多边形的形式。

将通过利用根据本发明的壳体装配的微柱的结构分为：电子发射体保持器和保持器底座之间的用于固定电子发射体的位置的连接结构、利用透镜和透镜板的使得容易对准、装配和更换透镜的结构、以及保持器底座和柱底座之间的用于使该微柱的布线容易的结构。

在利用根据本发明的壳体装配的微柱中，如果电子发射体中存在任何误差，则仅使用新的电子发射体保持器迅速地替换该电子发射体保持器，并将该新的电子发射体保持器对准并固定到与所述保持器底座连接的源透镜上。而且，如果在源透镜中存在任何误差，则仅使用新的保持器底座迅速地替换该保持器底座，或者替换该源透镜的透镜板。如果在单透镜中存在任何误差，则仅迅速更换并对准单透镜和透镜板。因此，根据本发明的用于微柱的壳体在组件对准以及维修方面非常有用。

上述的根据本发明的用于微柱的壳体是最优选的微柱的实施例，并且快速且容易地实现了电子发射体的对准和固定、该电子发射体和透镜的对准和固定、以及透镜的对准和连接，因此容易地实现了整个柱的对准和连接。

即，在利用根据本发明的壳体的微柱中使用的透镜是源透镜和聚焦透镜，但是也可以使用普通电子透镜或具有电子透镜形式的其他物体。在本发明中，线型(wire type)偏转器不是必须的。此外，可以利用图2的第一实施方式的台阶部142来固定电子透镜。如果预先在X轴上限定台阶部的位置和厚度，则透镜可以分别或者选择性地通过直接粘接与该台阶部的上表面和下表面连接，而不需要透镜板。另选的是，可以利用透镜板将透镜连接在该台阶部的上表面和下表面上。即，利用该台阶部可以将电子透镜或者相同物体对准并连接在柱底座上。

根据本发明的精神和范围，不但使用源透镜和单透镜的柱，而且使用电子发射体和透镜的柱都可以容易地实现对准和连接。

工业适用性

使用根据本发明的用于微柱的壳体来制造微柱。该微柱可以应用于各种领域(例如光刻、电子内窥镜、显示器等)，根据本发明的壳体可以更容易地对准和装配微柱，并提高微柱的稳定性。

Claims (6)

1.一种在微柱中使用的壳体，该微柱包括电子发射体、偏转器和透镜，所述壳体包括：

电子发射体保持器，在该电子发射体保持器中插入所述电子发射体；

保持器底座，在该保持器底座中插入所述电子发射体保持器；以及

与所述保持器底座连接的柱底座，

其中单独地装配所述电子发射体保持器、所述保持器底座和所述柱底座，

其中所述保持器底座包括用于与所述透镜连接的底面，

其中可以沿X轴、Y轴和Z轴方向在所述保持器底座的内部对所述电子发射体保持器进行对准。

2.根据权利要求1所述的在微柱中使用的壳体，其中，所述透镜被插入到透镜板中，并且所述透镜板可拆卸地与其他组件连接，以使得所述透镜不与其他组件直接接触。

3.根据权利要求1或2所述的在微柱中使用的壳体，其中，所述电子发射体保持器包括用于将所述电子发射体插入到其中的中空部分，并且

其中，所述柱底座包括相对于其中心径向形成的用于将所述偏转器插入到其中的通孔，以及形成在其内周的用于将所述透镜插入到其中的台阶部。

4.根据权利要求1或2所述的在微柱中使用的壳体，其中，所述电子发射体保持器和保持器底座分别还包括彼此相对应的螺纹，或者所述保持器底座具有径向形成的多个塞孔，从而可以沿X轴、Y轴和Z轴方向在所述保持器底座的内部对所述电子发射体保持器进行对准。

5.根据权利要求2所述的在微柱中使用的壳体，其中，所述透镜板和保持器底座分别具有沿径向形成的用于所述透镜的布线的孔或槽，并且所述柱底座包括垂直形成的用于所述透镜和所述偏转器的布线的保护槽或保护孔。

6.根据权利要求1或2所述的在微柱中使用的壳体，其中，所述保持器底座包括沿径向形成在其上的多个塞孔，从而可以通过插入到所述塞孔中的螺栓和凹头固定螺钉在X轴和Y轴方向上在所述电子发射体保持器与所述保持器底座之间对所述电子发射体进行对准和固定。

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