CN101379585A - 用于为电子柱维持不同真空度的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于为电子柱维持不同真空度的装置，该装置用于将电子柱和样品保持在不同的真空度下，所述电子柱包括电子发射器、透镜部件和用于固定电子发射器、透镜部件的壳体。所述装置包括：柱壳体连接部，所述柱壳体连接部连接到壳体以隔离真空；中空部，所述中空部通过装置的中心部分限定，以允许从电子柱发出的电子束通过该中空部；以及真空隔离部，所述真空隔离部具有用于真空连接的垫圈的结构，其中，通过选择最后定位在发射电子束所沿的路径中的透镜电极层的合适的直径或利用所述中空部，将装置的两侧之间的真空度差保持为不小于10托。

Description

用于为电子柱维持不同真空度的装置

技术领域

本发明涉及一种用于为电子柱维持不同真空度的装置，更具体地说，涉及这样一种为电子柱维持不同真空度的装置，该装置将其中使用电子柱的室的真空度与其中放置样品的室的真空度保持为彼此不同。

背景技术

如现有技术中一般公知的那样，电子柱被用来通过发射电子而产生电子束。微柱是通过小型化电子柱而构造成的非常小的电子柱，其利用通常在CRT、电子显微镜(用于电子束光刻)以及各种电子束设备中采用的控制电子束的原理。

图1示出了作为典型的非常小的电子柱的微柱100的结构。微柱100包括作为其基本部件的电子发射器110、源透镜140、偏转器160和聚焦透镜170。

电子发射器保持器120在其中心部分限定有通孔121，并且电子发射器110插入到该通孔121中。其中插入有电子发射器110的电子发射器保持器120同心地连接到保持器底座130。

源透镜140连接到保持器底座130的下表面131。源透镜140可以通过粘接等直接连接到保持器底座130的下表面131。源透镜140连接到其上的保持器底座130插入到柱底座150中。

柱底座150具有中空的圆筒构造，并包括端部151，该端部151具有限定在它的中心部分的通孔(未示出)，使得从电子发射器发射的电子束可以通过该通孔。柱底座150具有容纳并连接固定器保持器底座130的空间。多个通孔径向布置在柱底座150上并贯穿柱底座150，并且，偏转器160插入到这些通孔中。聚焦透镜170通过粘接等连接到柱底座150的端部151的下端。因此，聚焦透镜170的垂直位置可以通过端部151的位置确定。

通常，在电子柱中，为了允许电子柱稳定地发射电子，必须保持高真空。由于电子发射器的特性而必须在大约10^-9托的超高真空中采用作为典型电子柱的微柱。超高真空通过离子泵或抽气泵形成。为了快速形成真空，必须进行烘烤。

但是，通过电子柱产生的电子束即使在不是超高真空的约10^-3托的真空中也可以有效地使用。也就是说，当通过电子柱产生的电子束入射到样品上时，放置样品的室或空间不需要保持在超高真空状态下，并且将室或空间保持在(正常的)真空状态下就足够了。

在这方面，如果电子柱和样品在超高真空中使用，更换样品需要较长的时间，并且制造室以形成超高真空的成本增加。也就是说，由于所产生的较高的成本，最好不将放置样品以允许从电子柱发射的电子束入射到样品上的室保持在超高真空状态下。

因此，当使用电子柱时，必须将其中使用电子柱的室与其中放置样品的室分开，并在这两个室中保持不同的压力。

发明内容

技术问题

因此，本发明致力于解决在相关技术中出现的问题而作出，并且本发明的目的在于提供一种用于为电子柱维持不同真空度的装置，其中用于产生电子束的电子柱的室和用于放置样品的室彼此分开，并在两个室中保持不同的真空度。

本发明的另一个目的在于提供一种室系统，该室系统具有简单的结构以允许电子柱处于不同的超高度真空中。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于为电子柱维持不同真空度的装置，用于将电子柱和样品保持在不同的真空度下，所述电子柱包括电子发射器、透镜部件和用于固定电子发射器和透镜部件的壳体，所述装置包括：柱壳体连接部，所述柱壳体连接部连接到所述壳体以隔离真空；中空部，所述中空部通过装置的中心部分限定，以允许从电子柱发射的电子束从该中空部通过；以及真空隔离部，所述真空隔离部具有用于真空连接的垫圈结构，其中，通过选择最后定位在发射电子束所沿的路径中的透镜电极层的合适的直径或使用所述中空部，可以将所述装置的上侧和下侧之间的真空度差保持为不小于10¹托。

为了解决传统技术的上述问题，本发明旨在提供一种用于为电子柱维持不同真空度的装置，该装置具有简单的结构，并可以在使用电子柱的室和容纳样品的室之间保持不小于10¹-10⁴托的真空度差。

在电子柱中，一般将聚焦透镜用作电子束最后通过的最后底部透镜。本发明的表征性特征在于通过聚焦透镜或聚焦透镜的最后电极层限定的孔口用作最终电子柱壳体组件的唯一通道。也就是说，容纳电子柱的室和容纳样品的室之间的唯一通道变成电子柱的电子透镜的孔口。

如果由于提供用于在电子柱的壳体中接线的空间而难于利用透镜的孔口形成通道，则根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置的真空部(通孔)可以类似于电子透镜的电极层形成，并可以在尽可能地靠近电子柱的状态中使用。在这种情况下，优选的是中空部具有薄并且尺寸较小的孔，诸如通过膜限定的孔，使得它可以尽可能地靠近电子柱。

作为用于超高真空的容纳有电子柱的室，可以使用诸如圆形或六面立方体、六通十字管(six way crosses)、多通十字管(various way crossess)之类的真空部件。当室相互连接并且用于超高真空的泵或其他部件连接到室时，一般使用具有中空盘等形状的垫圈。垫圈由金属制成，并且不同于用于密封高真空或低真空用途的室的目的的橡胶环。作为垫圈的材料，主要使用在UHV条件下不会产生气体的金属。

根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置包括传统垫圈的功能(构造)，其原因在于它具有这样的垫圈的特性。根据本发明的装置可以实现为整体式和分开式，对于整体式，所述装置与电子柱的组成部件一体连接，而对于分开式，装置分开地连接到柱壳体。换句话说，根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置执行垫圈的功能，同时连接到电子柱，使得只有电子柱的电子透镜的孔或孔口可以作为通道，并且可以使用真空泵产生并保持每个所需的真空度。为了在两个室之间保持不同的真空度，必须使用真空泵产生并保持真空条件，该真空泵的容量与室的各个所需的真空度和尺寸一致。关于这一点，优选的是两个室之间的通道尽可能地小。如上所述在室之间限定单独的小孔以保持不同的真空条件的情况下，用于电子束的通道会受到该单独的小孔的不利影响。因此，优选的是实际上只使用透镜的孔口。

在电子柱的最后部件是接线式的偏转器的情况下，根据与透镜的孔口相同的原理，可以使用通过柱底座限定的偏转器孔。根据具体情况，如果源透镜用作在电子柱中的最后部件(电子束最后通过该最后部件)，则在本发明中，可以以与如上所述使用聚焦透镜的方式相同的方式使用源透镜。

而且，如果容纳电子柱的室与样品室不是分开地连接，而是插入到样品室中，则在根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置中，可以在该装置的执行垫圈的功能的部分上放置O形环，由此可以使用本发明的装置有效地产生不同的真空度。

有益效果

由于上述特征，根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置提供的优点在于，可以在最小的空间内形成使电子容易地从电子柱的电子发射器发射的超高真空(UHV)，并且可以容易地实现与用于样品(电子束入射到该样品上)的真空度不同的用于电子柱的真空度。结果，可以降低制造和维护使用电子柱的设备的成本和时间。

而且，由于除了减小形成超高真空所产生的成本之外，不再需要烘烤时间，因此当更换样品时，可以进一步节省时间和成本。特别地，就时间方面来说，可以在较短时间内快速地更换或替换样品。此外，可以大幅度地节省在使用尺寸较大的离子泵或抽气泵以及形成室以在较大的空间中产生超高真空时所产生的费用。

当使用电子柱时，如果需要产生不同的真空度，可以以简单并且容易的方式使用根据本发明的装置。

附图说明

图1为分解的立体图，示意性地示出了传统的微柱的构造；

图2为剖面图，示出了一个实施例，其中根据本发明实施方式的用于为电子柱维持不同真空度的装置与电子柱一起使用；

图3为立体图，示出了图2中所示的根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置；

图4为示出了另一个实施例的剖面图，其中根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置与电子柱壳体整体形成；

图5为示出了另一个实施例的剖面图，其中根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的分开式的装置与电子柱一起使用；

图6为示出了一个状态的剖面图，在该状态中电子柱和根据本发明的用于为电子柱维持不同真空度的装置安装在一室中；

图7为示出了根据本发明另一个实施方式的用于为电子柱维持不同真空度的装置的立体图，该装置可以连接多个电子柱；

图8为示出了另一个状态的剖面图，在该状态中，图7所示的用于为电子柱维持不同真空度的装置与多个电子柱一起安装在一室中；以及

图9示出了根据本发明又一个实施方式的用于为电子柱维持不同真空度的装置，其中，图9A为立体图，图9B为剖面图。

具体实施方式

下面更详细地说明本发明的优选实施方式，附图中示出了该优选实施方式的实施例。首先，参考图2和图3描述本发明的一个实施方式。图2示出了一种状态，其中根据本发明一实施方式的用于为电子柱维持不同真空度的装置10在这样的状态下使用，在该状态中，装置10在用作电子柱20的室30的4通-6通十字管或立方室等中连接至电子柱的壳体。柱壳体29与根据本发明的用于维持不同真空度的装置10相互连接，所获得的结构接收在用于电子柱的室30的垫圈容纳部31中，电子发射器21、透镜部件22和23、偏转器25等作为电子柱的组成部件插入柱壳体29中并连接至该柱壳体29。装置10连接到下凸缘40的垫圈容纳部41或样品室，以执行真空隔离功能。在本实施方式中，如图3所示，用于维持不同真空度的装置10包括：柱壳体连接部11，在该柱壳体连接部中形成有与壳体接合的内螺纹；密封表面12，其与壳体的下表面接触，以利用O形环隔离或封闭真空；中空部13，电子束通过该中空部；和真空隔离部15，其执行垫圈的功能，以隔离真空。中空部13限定成使得它不对电子柱发出的电子束所通过的通道产生不利的影响。也就是说，由于本发明的装置10的形成有内螺纹的柱壳体连接部11锁定到形成在壳体29的下端部的外表面中的螺纹部26，因此装置10连接到壳体29。在本实施方式中，为了隔离密封表面12和壳体29的下表面之间的真空，使用了O形环19。在本实施方式中，虽然用于维持不同真空度的装置10和壳体29通过螺纹11和26之间的螺纹接合和/或通过O形环的中介相互连接，但容易理解它们可以通过各种其他的装置例如螺栓、螺钉或配件而相互连接。即，用于维持不同真空度的装置10执行用于连接凸缘、立方体和/或室的垫圈的功能，并连接到电子柱壳体，以隔离在壳体内的真空。最后透镜通过粘结等连接到壳体29，使得电子柱内的空间除最后透镜层的孔口以外可以在电子束通过的方向上封闭。因此，根据本发明的用于维持不同真空度的装置10以这样的方式构造，即，使它连接到电子柱壳体，使得容纳电子柱的电子柱室和包含其上入射电子束的样品的样品室除最后的透镜的孔口之外可以相互真空隔离。为此，当电子柱壳体的下表面和/或侧表面与用于维持不同真空度的装置10相互连接时，电子柱室与样品容纳室除了容纳在壳体中的最后透镜或透镜层的孔口之外在真空上是隔离的。

图4示出了本发明的另一个实施方式，其中用于维持不同真空度的装置与壳体的下部整体形成。在这个实施方式中，图2和图3中所示的用于维持不同真空度的装置10的柱壳体连接部11与壳体29的螺纹部26相互整体形成，并且用于维持不同真空度的装置10的密封表面12与壳体的底表面相互整体形成。其他的部件以与图2和图3中所示的实施方式的那些部件相同的方式使用。换句话说，图4中所示的壳体29′额外地形成有相当于用于维持不同真空度的装置的部分。壳体29′具有相当于用于维持不同真空度的装置10的真空封闭部15′，以在室之间能够实现真空隔离或真空封闭，由此在两个室之间保持不同的真空度。在这种情况下，优选的是，已完成接线装配的电子柱以插座类型的方式连接到用于外部接线的引线(feedthrough)。

在图5中，不同于图4中所示的实施方式，用于维持不同真空度的装置50具有两个分开的部分，使得在微型电子柱的尺寸较小的情况下，也可以方便地进行透镜的接线或装配。也就是说，用于维持不同真空度的装置分成柱装配部51和真空封闭部52。在本实施方式中，柱装配部51首先装配到柱壳体20中，然后在其与柱及柱室30的上部上的接线整体装配的状态插入到柱室30中，并且将真空封闭部52定位在凸缘的垫圈插入部分中。因此，柱装配部51和真空封闭部52利用O形环18或螺纹17相互连接。当然，与柱壳体29和柱装配部51的情况一样(这种情况下，O形环可以用于保证可靠的真空隔离)，柱装配部51和真空封闭部52可以通过螺纹接合而直接相互连接。

图6是剖面图，示出了根据本发明的用于保持不同真空度的装置10连接到装配好的电子柱20的壳体29，并且由此形成的结构安装在电子柱室30中的状态。不同于其他的实施方式，在本实施方式中，柱室30利用凸缘33连接到其内插有样品的样品室90内。样品室90可以具有约10^-5～10^-7托的真空度，该真空度比柱室30低约10¹～10³托。闸阀34安装在凸缘32的下面，使得即使在更换电子柱或放置在台62上的样品61时，也可以持续地保持电子柱室30的真空。而且，电子柱20通过引线64连接到外部控制器(未示出)，并通过连接器28连接到该接线。

在通过凸缘32将根据本发明的用于维持不同真空度的装置10连接到柱壳体29的情况下，柱室30被保持成使得它具有不同于样品室90的真空度，并通过凸缘33固定到样品室90。虽然图中未示出，各个室30和90根据所需的真空度而可以使用各自的泵，或者可以连接到外部泵，以保持各自的真空度。

虽然在图中使用了如图2中所示的用于维持不同真空度的整体式的装置10，但是通过使用图5中所示的分开式的装置，柱组件可以更容易地插入到室中，并且柱室和样品室或其他部件可以更容易地装配。

图7和图8示出了一种状态，其中根据本发明的用于维持不同真空度的装置70连接有多个电子柱，以实现它们的多种用途。

如图7所示，用于维持不同真空度的装置70包括一个真空封闭部75和多个柱壳体连接部71。与图3中所示的用于维持不同真空度的装置相似，根据本实施方式的用于维持不同真空度的装置70具有中空部和相当于柱壳体连接部71的封闭表面，使得如图8所示，用于维持不同真空度的单个装置70可以连接有多个电子柱，同时维持室之间的不同的真空度。

图8是示出了一种状态的剖面图，其中，使用了图7中所示的用于维持不同真空度的装置70，而该装置连接到多个电子柱壳体80。在该实施方式中，图6中所示的电子柱壳体的构造以相同或相似的方式用作每个电子柱壳体80。换句话说，与图6相比，多个电子柱连接到一个用于维持不同真空度的装置，并且采用了数量上对应于电子柱的数量的引线64和连接器28。

因此，根据本发明的用于维持不同真空度的装置可以应用于一个电子柱以及呈各种模式的多个电子柱。特别要注意到，可以以简单的方式使用一个或多个真空封闭部来保持不同的真空度，并且当装置与微型电子柱一起使用时能够倍增(multiplication)。

而且，可以通过布置几个相应的电子柱来实现倍增，与图6所示的实施方式一样，该几个相应的电子柱分开地形成真空。

图9A是示出了根据本发明又一个实施方式的用于维持不同真空度的装置10的立体图，图9B是图9A的剖面图。根据该实施方式的装置10利用中空部13’保持不同的真空度。当在电子柱的壳体中为接线限定多个沟槽并且难于使用透镜的孔口保持不同的真空度时，可以使用根据该实施方式的装置10。因此，在中空部13’的直径减小到尽可能小的状态下，装置10连接到电子柱的壳体，从而不对电子束的通道产生不利的影响。优选的是中空部的尺寸和直径减小到尽可能的小，并且可以根据从电子柱发射的电子束的扫描范围和真空度的差确定直径(沟槽的尺寸)。优选的是，该直径可以是200μm，并且中空部的尺寸(厚度)可以减小到相当于薄膜的微米级。

由于根据本发明的用于维持不同真空度的装置10必须执行电子柱室和样品室之间的垫圈的功能，因此真空封闭部15必须具有预定的厚度。因此，为了对电子束的通道不产生不利的影响，在中空部13’下方限定尺寸大于中空部13’的凹部14，以减小中空部13’的厚度。因此，由于用于维持不同真空度的装置10直接连接到电子柱，并在最靠近电子柱的位置处限定有中空部13’，所以电子束的通道不会被阻塞，并且可以可靠地保持不同的真空度。

工业应用性

根据本发明的为电子柱保持不同真空度的装置可以为用于产生和发射电子束的微型电子柱(包括微柱)改进真空环境，从而可以在用于半导体光刻的检验装置和电子显微镜等中使用。

Claims (9)

1、一种为电子柱维持不同真空度的装置，该装置用于将电子柱和样品保持在不同的真空度下，所述电子柱包括电子发射器、透镜部件和用于固定所述电子发射器和所述透镜部件的壳体，所述装置包括：

柱壳体连接部，所述柱壳体连接部连接到所述壳体以隔离真空；

中空部，所述中空部通过所述装置的中心部分限定，以允许从所述电子柱发射的电子束通过该中空部；以及

真空隔离部，所述真空隔离部具有用于真空连接的垫圈的结构，

其中，通过选择最后定位在发射电子束所沿的路径中的透镜电极层的合适的直径或利用所述中空部，将所述装置的两侧之间的真空度差保持为不小于10¹托。

2、根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体和所述用于维持不同真空度的装置相互整体地形成。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述壳体和所述用于维持不同真空度的装置使用橡胶环相互连接。

4、根据权利要求1所述的装置，其中，所述用于维持不同真空度的装置能够附接到所述柱壳体连接部和所述真空隔离部，并能够从所述柱壳体连接部和所述真空隔离部分开。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述中空部包括薄膜，所述薄膜的厚度为薄的微米级，并用于保持不同的真空度。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，设置至少两个柱壳体连接部，使得能够安装至少两个电子柱。

7、一种电子柱系统，该电子柱系统利用根据权利要求1至6中任一项所述的用于维持不同真空度的装置来维持电子柱室和样品室之间的真空度差。

8、根据权利要求7所述的系统，其中，所述电子柱室放置在所述样品室中。

9、根据权利要求7或8所述的系统，其中，在所述用于维持不同真空度的装置中设置至少两个柱壳体连接部，使得能够安装与各个柱壳体连接部相对应的多个电子柱。

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