CN101189537A - 具有简单结构的微柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有简单结构的微柱。本发明涉及一种包括电子发射源和透镜的电子柱，更具体地涉及一种具有可便于对准和组装电子发射源和透镜的结构的电子柱。根据本发明的具有电子发射源和透镜单元的电子柱的特征在于：所述透镜单元包括两个以上的透镜层，并执行源透镜功能和聚焦功能。此外，所述电子柱的特征在于：所述透镜单元包括一个以上的偏转器型透镜层，从而附加地执行偏转器功能。

Description

具有简单结构的微柱

技术领域

本发明涉及一种包括电子发射源和透镜的微型电子柱，更具体地涉及一种具有可便于对准和组装电子发射源和透镜的结构的微型电子柱。

背景技术

在二十世纪八十年代首先提出了作为微型电子柱的微柱，其根据扫描隧道显微镜(STM)的基本原理进行操作，并且基于具有微结构的电子发射源和电子光学部件。微柱由微部件精密组装而成，从而最小化光学数值，并因此构造出改进的电子柱。设置有多个微结构，并且所述微结构可以用于具有并联或串联结构的多微柱。

微柱为机械式微结构，其包括微电子透镜和偏转器并具有高纵横比。通常，微柱包括电子发射源、源透镜、偏转器和单透镜。

对微柱而言，电子发射源、源透镜和单透镜的对准和紧固对于微柱的性能来说非常重要。关于微柱的这种对准和紧固，在1996年出版的杂志《Vacuum&Science Technology》B146的第3792-3796页的名称为“Experimental evacuation of a 2020mm footprint microcolumn”的文章公开了一种传统微柱。

图1为传统微柱的立体图，其示出了其中电子发射源、源透镜、偏转器和单透镜对准并紧固的传统微柱。上板2与设置在上板2的顶部上的微型定位器(未示出)一起形成用于支撑电子发射源的构件，并且在所述构件的中央形成有通孔，以将电子发射源1定位在其中。如图1中所示，用作用于容纳上板2和透镜的支撑构件的下板5利用上螺栓经由四个支撑杆6紧固。源透镜3与电子发射源1对准，并且通过环氧树脂粘合剂等附连至下板5的顶部。偏转器4设置在下板5的左右两侧。此外，单透镜(未示出)以与源透镜相同的方式布置并紧固至下板5的底部，与源透镜3相对。上板2和下板5在它们的中心轴线处分别设有通孔，这样，从电子发射源1发射出的电子束可以穿过透镜和偏转器。

图2为示出了传统电子柱的操作的概念图，其中示出了传统电子柱的操作原理。

在图2-A中，从电子发射源1发射出的电子束B穿过源透镜3的孔，通过偏转器4偏转，并通过聚焦透镜6聚焦在样品上。上述传统微柱的不利之处在于因偏转器4的布线和聚焦透镜6的布线导致其组装和使用不便。此外，相关的过程复杂。

图2-B示出了利用偏转器型透镜层执行聚焦和偏转从而省略偏转器的实施方式。该技术公开于1995年出版的《Vacuum&Science Technology》杂志B13(6)的第2445-2449页的名称为“Lens and deflector design formicrocolumn”的文章和第3802-3807页的名称为“The electrostatic movingobjective lens and optimized deflection systems for Microcolumn”的文章。

在图2-B的电子柱中，聚焦透镜6′在其中间层中包括稍后将描述的偏转器型透镜层6b(参考图4的说明)，从而执行聚焦功能和偏转器功能，替代了图2-A的偏转器4。

发明内容

技术问题

相应地，本发明考虑到现有技术中出现的上述问题，本发明的目的在于提供一种具有简单结构的电子柱，该电子柱通过将偏转器和聚焦透镜组合在一起而形成。

此外，本发明的电子柱降低了布线的复杂性，从而简化了生产过程。

此外，本发明的电子柱旨在简化多电子柱的布线和控制过程。

技术方案

根据本发明的具有简单结构的电子柱基本上包括电子发射源、源透镜和偏转器。

此外，本发明提供了一种具有电子发射源和透镜单元的电子柱，其中所述透镜单元包括两个以上的透镜层，并执行源透镜功能和聚焦透镜功能。

此外，与传统微柱相比，根据本发明的微柱，源透镜可以附加地执行聚焦透镜的功能。此外，源透镜可以执行聚焦功能和偏转功能。

本发明的微柱结构使用已经研究出的微柱技术(参考[1]H.S.Kim，D.W.Kim，S.J.Ahn，Y.C.Kim，S.S.Park，S.K.Choi，D.Y.Kim，J.KoreanPhys.Soc.，43(5)，831，(2003)；[2]E.Kratschmer，H.S.Kim，M.G.R.Thomson，K.Y.Lee，S.A.Rishton，M.L.Yu，S.Zolgharnain，B.W.Hussey，and T.H.P.Chang，J.Vac.Sci.Techno.B 14(6)，3792(1996)；[3]T.H.P.Chang，M.G.R.Thomson，E.Kratschmer，H.S.Kim，M.L.Yu，K.Y.Lee，S.A.Rishton，and B.W.Hussey，J.Vac.Sci.Techno.B 14(6)，3774(1996))。电子柱基本包括：构造成发射电子的电子发射源；源透镜单元，其包括三个电子透镜层并且构造为控制电子束且滤出部分电子束；用于扫描电子束的两对8电极偏转器；以及用于聚集电子束的单透镜或聚焦透镜。该结构为用于电子显微镜或光刻技术的基本结构。电子柱并非总是制造成具有这种结构。电子柱的整个长度小于等于3.5mm，这是从电子发射源至聚焦透镜的最末电极的整个长度。与传统电子柱相比尺寸显著减小的电子柱可以最大化射束流并最小化各种透镜偏差，从而增大分辨率。此外，由于利用1～2kV的低压来发射电子束，因此可以解决在传统技术中使用高于10kV的电压时出现的空间充电和电子一电子散射的问题。在利用先前研究出的半导体微制造技术时，这种电子柱可以利用硅或金属膜制造。

有益效果

由于根据本发明的电子柱不具有固有的聚焦透镜，因此与传统电子柱相比其结构得以简化，从而便于进行布线和控制，并且对多电子柱而言，电子柱的制造和透镜的控制进一步简化且便利。

附图说明

图1为传统微柱的立体图；

图2-A和图2-B为示出了传统电子柱的操作的概念图；

图3-A为示出了根据本发明的电子柱的操作的实施方式的概念图；

图3-B为示出了根据本发明的电子柱的操作的另一实施方式的概念图；

图4为示出了在本发明中使用的电子柱的偏转器型透镜的平面图；

图5为示出了在本发明中使用的多电子柱的普通透镜的实施方式的平面图；

图6为示出了在本发明中使用的多电子柱的偏转器型透镜的实施方式的平面图；

图7-A为示出了根据本发明的多电子柱的实施方式的剖视立体图；以及

图7-B为示出了根据本发明的多电子柱的另一实施方式的剖视立体图。

具体实施方式

参考附图，将在以下详细描述本发明的微柱。

图3为示出了根据本发明的电子柱的操作的实施方式的概念图，其与图2的传统电子柱的操作相对应。图4为示出了本发明的源透镜的透镜层的平面图，其附加地执行偏转器功能。

在图3-A中，从电子发射源11发出的电子束B′穿过源透镜13的孔。源透镜13包括上透镜层13a、中间透镜层13b和下透镜层13c。在这种情况下，上透镜层13a起到提取器的作用并促使从电子发射源11发射电子，而中间透镜层13b执行对从电子发射源11发射的电子进行加速的加速器功能和聚焦功能。下透镜层13c执行聚焦功能，致使电子束B′根据需要聚焦在样品上，并对从电子发射源11发射的电子进行限制，以形成有效的电子束。此外，如上所述聚焦的电子束通过偏转器14朝向样品偏转。

在图3-B中，从电子偏转源11发射的电子束B′穿过源透镜13′的孔。此外，已经穿过源透镜13′的电子束B′聚焦在样品上并被偏转。图3-B的源透镜13′包括上透镜层13a、中间透镜层13b′和下透镜层13c。图3-B的电子柱的特征在于：透镜单元仅仅包括源透镜，并且尤其是中间透镜层13b′为偏转器型，因此，可以仅仅利用三个透镜层(电极)构造简单的电子柱。也就是说，利用偏转器型透镜层，可以制造包括具有简单结构的透镜单元的电子柱。此外，在图3-B的构造中，整个源透镜可以利用偏转器型透镜层进行构造，但是由于与普通透镜相比偏转型透镜层在透镜的布线和控制方面比较复杂，因此优选的是仅使用必要数量的偏转器型透镜层。在具有图3-B的构造的电子柱中，上透镜层13a起提取器作用，并由此促使从电子发射源11发射电子，而中间透镜层13b′执行对从电子发射源11发射的电子进行加速的加速器功能以及聚焦和偏转器功能。下透镜层13c执行聚焦功能，致使电子束B′很好地聚焦在样品上，并对从电子发射源11发射的电子进行限制，以形成有效的电子束。

在图3中示出的根据本发明的电子柱的操作被构造为在源透镜的透镜层(电极)之间产生电压差，并且可以在穿过源透镜的电子束上附加地执行聚焦。

图4的透镜层40为与构造源透镜13或聚焦透镜16的三个透镜层的中间透镜层13b、13b′和6b相对应的透镜层，并且其附加地执行偏转功能。在图4的透镜层40中，单个透镜层被分成四个区域，或者说电极41、42、43和44。这四个区域通过四个绝缘部49彼此绝缘，由此可以向四个区域41、42、43和44分别施加单独的电压。在这种情况下，绝缘部49由绝缘材料制成，或者利用Pyrex(耐热玻璃)划分和紧固透镜层，在它们之间设置较窄的空间间隙，由此仅通过划分就可形成绝缘部。

在上述的图3中，只有源透镜13′的中间层13b′由用于偏转的偏转器型透镜层形成，然而，所有三层均可以由偏转器型透镜层形成。即，源透镜可以通过选择一个或多个偏转器型透镜层作为源透镜的各个层中的一个或多个层而构成。通常，源透镜或聚焦透镜由一个以上的透镜层形成，然而，根据本发明的源透镜单元需要两个以上的透镜层。通过利用偏转器型透镜层形成一个或多个层，可以实施图3-B的操作。

针对各个透镜层对透镜单元施加单独的电压。然而，向偏转器型透镜施加与偏转区域数量相等的不同电压，这与施加至普通透镜层的电压不同。因此，向偏转器型透镜层施加必须施加至相应层的电压加上或减去用于相应区域的偏转的偏转电压。尽管，在本实施方式中，偏转器型透镜层被分成四个区域并起偏转器作用，但是偏转器型透镜层可以分成八个区域而使用。通过划分获得的区域数量可以根据需要确定。此外，尽管在图3中，偏转器由单个层形成，然而也可以由两个以上的层形成并进行偏转。

图5和图6为分别示出了多电子柱中的透镜层的视图，所述透镜层用于构造本发明的利用偏转器型透镜层的源透镜。

图5示出了用于普通多电子柱的透镜层50，其不是偏转器型透镜层；图6示出了偏转器型透镜层60。与用于上述单一型电子柱的源透镜类似，用于多电子柱的源透镜可以通过将图5的普通多电子柱透镜层与图6的多电子柱透镜层结合而制造，或者用于多电子柱的源透镜可以仅仅利用用于多电子柱的透镜层50来制造。即，透镜可以被构造为具有与图3中示出的单一型电子柱的透镜构造相同或类似的构造。在图5中，附图标记52表示电子束可以穿过的孔，附图标记53表示单个单元透镜电极。即，附图标记53与单一型电子柱的各透镜层相对应，并且单个单元透镜电极53环绕孔52。

图6示出了用于多电子柱的偏转器型透镜层60，其中，偏转器型透镜利用与图5中的方法相同的方法制造为多型。在图6中，附图标记62表示电子束可以穿过的孔，并且电极63a、63b、63c和63d与多型透镜层的单一型电子柱的各透镜层相对应。绝缘部69与图4的透镜层的绝缘部相同。各个层的操作被执行为：除了基本所需的电压之外，还向各个区域施加用于偏转的单独电压，这与图4的单一型电子柱的偏转器型透镜的操作类似。然而，为了操作多电子柱中的各个偏转器，基于偏转器型透镜的方向对各个区域单独布线，由此既执行偏转功能又执行相应透镜层的功能。在多电子柱中，根据本方案，通过沿各方向施加相同电压可进一步便于布线和电压控制。在这种情况下，考虑到电子束的特征，沿相同方向向各区域施加偏转电压与相应透镜层的功能所需的电压相加而获得的电压。例如，优选的是沿各方向对相应区域使用与用于聚焦和偏转的电压施加相关的数据，或者使用偏转电压与源透镜的相应电压相加而获得的电压。

在图5至图7中，每一个多电子柱均形成为由4个单一型电子柱构成的2×2排列。然而，多电子柱可以按与上述相同的方式形成多种n×m排列。

其操作方法可以与上述单一型电子柱的操作方法相同。对多电子柱的操作方法而言，参考2004年7月5日递交的名称为“用于控制多微柱中的电子束的方法及多微柱”的韩国专利申请No.10-2004-0052102。

图7-A为示出了根据本发明的多电子柱的实施方式的剖视立体图，其示出了根据本发明的多电子柱70的构造。在图7-A中，根据本发明的多电子柱包括多型电子发射源71、源透镜73以及包括两个偏转器型透镜层76b的偏转器76。即，如附图中所示，源透镜73由图5的透镜形成，偏转器76和电子发射源层71利用图5和图6的透镜层构造。在偏转器76的层之中，以附图标记76b表示的层为偏转器型透镜层76b。偏转器型透镜层76b之间的层旨在使偏转器彼此分开，并且该层由与图5的透镜层形状相同的绝缘层形成。图7-B为示出了根据本发明的多电子柱的另一实施方式的剖视立体图，其示出了具有与图3-B的上述构造相同的简单构造的多电子柱，其中不存在单独的偏转器，并且源透镜73的中间层73b由偏转器型透镜层形成。

在图7中，源透镜和偏转器由透镜层结合而成。尽管未进行详细描述，但是可在各个透镜层之间插设绝缘层，并且透镜之间的结合利用传统方法实现。

在本发明中，上述源透镜起到传统源透镜的作用，并且同时执行聚焦。尽管沿用传统说法使用术语源透镜，但是必须将本发明的源透镜与传统源透镜区别开。

工业应用

根据本发明的电子柱的构造得以简化，并且可以制造和使用具有简单结构的多电子柱。

Claims (4)

1.一种电子柱，该电子柱具有电子发射源和透镜单元，其中，所述透镜单元包括两个以上的透镜层，并执行源透镜功能和聚焦功能。

2.如权利要求1所述的电子柱，其中，所述透镜单元包括一个以上的偏转器型透镜层，从而附加地执行偏转器功能。

3.如权利要求1或2所述的电子柱，其中，所述电子柱为多电子柱。

4.如权利要求3所述的电子柱，其中，所述多电子柱为晶片型。

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