CN1973350B - 控制多微柱中的电子束的方法以及使用所述方法的多微柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制多微柱中的电子束的方法，其中具有电子发射器、透镜以及偏转器的单元微柱被排列在n×m矩阵中。电压被均等或者不同地施加给各个电子发射器或者吸引器。相同的控制电压或者不同电压被施加给各个吸引器的控制划分区域中的坐标区域从而偏转电子束。并不对应于吸引器的透镜层被共同或者单独控制以有效控制单元微柱的电子束。而且，提供了使用所述方法的多微柱。

Description

控制多微柱中的电子束的方法以及使用所述方法的多微柱

技术领域

本发明涉及一种用于控制多微柱中的电子束的方法，并且尤其涉及一种用于控制从多微柱的电子发射器发射的电子束的方法。而且，本发明涉及能够使用所述控制方法的多微柱。 

背景技术

传统的微柱可以认为是通过使用在例如阴极射线管(CRT)、扫描电子显微镜、电子束光刻设备等设备中控制电子束的原理对电子柱体进行微型化的高效率的微小电子柱体。尽管传统上仅开发了单微柱，但是对多微柱的需求以及制造单微柱结合类型的多微柱和晶圆类型的多微柱的可能性是显然的。 

在微柱中，电子束通常通过电子发射器产生、通过各种透镜发射并且通过偏转器进行偏转。在现有的单微柱中，通过在各个透镜系统或者偏转器中施加单独的电压而控制电子束。在韩国专利申请No.2003-66003中公开了单微柱结构的一个示例并且示于图1中。参考图1，单微柱10基本上由电子发射器(未图示)、源头透镜13、偏转器15以及聚焦透镜16组成。而且，单微柱10包括用于支撑电子发射器的电子发射器固定器11、用于容纳源头透镜13的固定器底座12、用于容纳偏转器15的柱体底座14，用于容纳聚焦透镜16的以及透镜板17。 

对单微柱中的单个电子束的控制已进行了充分地研究。然而，在多微柱情况下，如何集成多个单微柱并且如何控制电子束的问题尚待解决。换言之，如何控制多个单微柱的问题仍尚待解决。 

发明内容

技术问题 

本发明的一个目标是提供一种用于在多微柱中控制电子束的方法，该方法能够从多个单元微柱中每一个的各个电子发射器发射电子以形成电子束，并且有效控制所述电子束以简单而有效的控制所述多微柱。 

本发明的另一个目标是提供一种晶圆类型的多微柱，对该晶圆类型多微柱可以应用上述方法。 

本发明的又一个目标是提供一种结合晶圆类型多微柱和传统多微柱的混合多微柱，对该混合多微柱可以应用上述方法。 

技术解决方案 

本发明的一个典型实施例提供了一种用于在多微柱中控制电子束的方法，其中用于发射电子以形成并且控制电子束的单元微柱排列为n×m的矩阵。所述方法包括：根据第一类型或者第二类型施加电压给各个电子发射器，并根据所述第一类型或者所述第二类型施加电压给电子透镜的各个吸引器以引起发射和电子流；以及根据第三类型或者第四类型施加电压以偏转电子束；其中，所述第一类型对单元微柱的电子穿过的所有孔径或者所有电子发射器施加单个电压，所述第二类型对各个单元微柱的各个孔径或者电子发射器施加单独的电压，所述第三类型对每个单元微柱的各个相同方向的电极施加相同电压，以及所述第四类型对每个单元微柱的各个电极施加单独的电压。 

本发明的另一个典型实施例提供了一种具有单元微柱的多微柱，所述单元微柱包括电子发射器和至少一个透镜，并且排列为n×m的矩阵。所述多微柱的特征在于：各个电子发射器被构建在一层上，其中所有的电子发射器被电连接，或者所有的电子发射器不被电连接；各个电子透镜使用选自以下的透镜层来被有选择地构建：第一类型的透镜层，其中，所述单元微柱的电子穿过的所有孔径被电连接，第二类型的透镜层，其中，所述单元微柱的电子穿过的所有孔径不被电连接，第三类型的透镜层，其中，每个单元微柱的 所有相同方向的电极被电连接，以及第四类型的透镜层，其中，每个单元微柱的所有相同方向的电极不被电连接；并且，吸引器层是所述第一类型的透镜层或所述第二类型的透镜层以引起发射和电子流。 

在多微柱的配置中，电子发射器、源头透镜、偏转器以及聚焦透镜通常以该顺序排列。聚焦透镜可以设置在偏转器之前。而且，聚焦透镜和偏转器可以结合在一起。换言之，包含源头透镜和/或聚焦透镜在内的透镜以及偏转器的排列可以根据需要而改变。 

通常的，多微柱由组件组成，以通过施加电压到电子发射器产生电子的方式形成电子束，并且根据需要控制电子束的强度(电流)和方向。特别的，由于电子发射器和源头透镜的吸引器之间的电势差而从各个电子发射器发射出电子。发射电子通过穿过源头透镜而形成电子束，并且形成的电子束被偏转和/或聚焦。对此，电子束的量、方向等被控制。通过这种方式多微柱被驱动。 

根据在多微柱中形成并且控制电子束的方法，通常从电子发射器发射电子，仅有必需的小部分发射电子形成电子束，并且形成的电子束根据需要被偏转并且聚焦在样本上。对此，多微柱通常由用于发射电子的电子发射器、用于将从电子发射器发射的电子形成为电子束的源头透镜、用于偏转电子束的偏转器、以及用于将偏转的电子束聚焦到目标样本上的聚焦透镜组成。当然，可以构建具有上述功能的不同类型的多微柱，但是该多微柱仍将包括被形成并且聚焦到样本上的电子束。组成微柱的各个透镜或者偏转器可以根据需要而选择。 

根据本发明的用于在多微柱中控制电子束的方法被设计为以各种方式施加电压给电子发射器和透镜从而控制各个电子束的形成、电流以及传播。换言之，基于各个部分的特性按照尽可能简单的方式施加电压给需要被控制的各个部分，从而有效控制电子束。多微柱是通过组合单元微柱而形成的， 各个单元微柱对应于现有的单微柱。各个单元微柱的组件等同于或者充分类似于现有的单微柱。换言之，本发明的多微柱的各个组件，例如电子发射器、电子透镜和偏转器，具有基于在现有文献和相关专利中公开的传统单微柱的工作原理的基本工作原理。关于此原理的文献包括E.Kratschmer等人提出的“An Electron Beam Microcolumn With Improved Resolution，Beam Current，and Stability”(J.Vac.Sci.Technol.B13(6)，pp.2498-2503，1995)，以及“Experimental Evaluation of a 20×20mm Footprint Microcolumn”(J.Vac.Sci.Technol.B14(6)，pp.3792-3796，1996)。相关专利包括US 6,297,584，US6,281,508，以及US 6,195,214。 

多微柱可以由多个单微柱串联或并联排列的单柱体模块(SCM)组成，或者由两个或更多标准化的单片集成的柱体模块(MCMs)，即采用2×1或者2×2作为一组的微柱组成。此外，还存在由晶圆级的柱体模块(WCM)组成的多柱结构，其中一片晶圆作为柱体的透镜部分。 

在T.H.P.Chang等人的“Electron Beam Microcolumns for Lithography andRelated Applications”(J.Vac.Sci.Technol.B14，pp.3774-3781，1996)中公开了这种基本概念。 

另一种模式为混合多模式，其中一个或者多个柱体可以通过SCM、MCM或者WCM设置在一起，并且微柱的某些透镜部件可以采用SCM、MCM或者WCM。基本实验结果公开在以下论文中：Ho-Seob KIM等人的“Multi-Beam Microcolumns Based on Arrayed SCM and WCM”(Journal of theKorean Physical Society，Vol.45，No.5，pp.1214-1217，2004)，Ho-Seob KIM等人的“Microelectronic Engineering”(pp.78-79，pp.55-61，2005)，以及“ArrayedMicrocolumn Operation With a Wafer-Scale Einzel Lens.”。 

根据本发明的用于在多微柱中控制电子束的方法被设计为共同或者单独的控制各个单元微柱的组件，例如电子发射器、电子透镜以及偏转器，从而有效控制整个多微柱的电子束。 

根据本发明的用于控制电子束的方法可以应用到各种多微柱，例如成组使用现有的单微柱、使用晶圆类型多微柱以及结合晶圆类型多微柱和现有单微柱的混合多微柱。 

这样，根据本发明的用于控制电子束的方法可以在任何多微柱中使用，但是为了更容易理解本发明，下面参考附图来描述控制晶圆类型多微柱的基本组件的电子发射器、包含吸引器的源头透镜、偏转器以及聚焦透镜的方法。在图2至图5中，描述了由四个单元微柱组成的多微柱。然而，单元微柱的数量可以变化，只要具有两个或以上并且可以同样应用所述控制方法的原理即可。 

首先，简要描述根据本发明的在多微柱中控制电子束的原理。 

对所有电子发射器均施加相同的电压。如图6所示，在晶圆类型微柱中，各个电子发射器形成为一层并且被施加相同电压。换言之，设置预定电压，并且施加一种电压到所有电子发射器。同时，现有的微柱被布线并且被控制以使得所有电子发射器被施加相同的电压。在此情况下，尽管施加了相同电压，但是从电子发射器发射的电子束的强度和方向可能不同。 

因此，吸引器控制从各个电子发射器发射的电子，并且所需电子束的量和方向也需要控制。因此，另外施加单独电压从而独立地控制各个吸引器。施加给各个电子发射器和/或各个吸引器的电压可以通过检查最终从各个单元微柱发射的电子束电流(穿过各个透镜和偏转器的最终电流)而确定。这可以通过现有单微柱的控制方法而执行。例如，当在预定单元微柱中使用的电子束电流低于预设参考值时，通常对电子发射器额外的施加负电压以发射电子。因此，并不影响在吸引器额外的施加正电压。如果一个电子束电流远大于其他电流，则将更低的正电压(或者更高的负电压)施加给对应的吸引器。特别的，各个电子束的电流是在多微柱中测量的，最低的正电压(或者 最高的负电压)被施加给电子束电流最大的单元微柱的吸引器，并且相对高的正电压(或者低的负电压)被施加给其他吸引器。 

该方法的优点在于单元微柱的各个电子束的能量可以控制为均等地到达样本。电子束可以通过所述方法的相反关系来控制。详细来说，由于各个电子发射器的电子发射是由于电子发射器和吸引器之间的电势差导致的，电子发射器被单独控制并且吸引器被共同控制。而且，当一个或者多个电子控制电极层被添加到与吸引器一起时，通过加速和限制电子，提高各个电子束、探测束电流等等的效率和分辨率是可能的。 

并且，被包含吸引器的源头透镜控制的电子束分别被偏转器偏转。所述偏转依赖于多微柱的使用而被不同的控制。根本的，各个单元偏转器具有多个电极。通过对各个电极施加单独电压而在所需方向上偏转电子束。因此，在偏转器中，如果四个偏转器中的每一个偏转器具有四个电极，则总共施加16个不同的电压。然而，当施加不同电压给所有电极难以控制时，当多微柱的电子束的控制并不精确时，当对各个预设坐标等同地执行扫描时，或者当上述几者结合时，在各个单元坐标施加相同的电压，从而将整个电子束控制在相同的方向。因此，待控制的目标的数量可以轻而易举地降低。在此情况下，待控制的电压数量与单元坐标的数量相同。 

与偏转无关的其他单元透镜可以不具有单独电极，通过施加相同电压来控制电子束。 

有益效果 

根据本发明的在多微柱中控制电子束的方法能够简单而容易地控制多微柱的电子束。并且，根据本发明的多微柱允许有效地执行所述控制方法。 

附图说明

图1为传统的单微柱的分解透视图； 

图2为显示根据本发明的第一类型的多微柱的电子束控制层的平面图； 

图3为显示根据本发明的第二类型的多微柱的电子束控制层的平面图； 

图4为显示根据本发明的第三类型的多微柱的电子束控制层的平面图； 

图5为显示根据本发明的第四类型的多微柱的电子束控制层的平面图； 

图6为显示根据本发明的多微柱中的电子束的控制的截面图； 

图7为显示根据本发明的多微柱的晶圆类型电子发射器层的示意透视图； 

图8为根据本发明的复杂多微柱的局部的示意透视图； 

图9为显示根据本发明的第二类型的另一个控制层的实例的平面图； 

图10为显示根据本发明的第三和/或第四类型的另一个控制层的实例的平面图； 

图11A和图11B为显示根据本发明的多微柱的工作的典型实施例的概念图； 

图12A和图12B为显示根据本发明的多微柱的工作的另一个典型实施例的概念图； 

图13A和图13B为显示根据本发明的多微柱的一个典型实施例的分解透视图。 

具体实施方式

下面详细描述根据本发明典型实施例的多微柱中的电子束的精确控制。 

图2至图5显示了支持应用根据本发明的用于在多微柱中控制电子束的方法的典型实施例，其中根据电压施加方法对各个晶圆类型电子透镜或者偏转器进行分类。 

在第一类型中，单个电压被施加给电子穿过的孔径或者各个单元微柱的电子发射器。如图2所示，单个电压被施加给所有的层。当单个电压从外部 被施加给连接22时，相同电压被施加给各个单元微柱的组件，例如透镜孔径。 

在第二类型中，不同的电压被施加给各个孔径或者各个单元微柱的电子发射器。如图3所示，不同电压被施加给各层的各个单元微柱的组件(孔径或者电子发射器)。不同电压从外部被施加给电极32。 

在第三类型中，相同的电压被施加给孔径或者各个单元微柱的电子发射器的各个相同方向(坐标)的电极。如图4所示，在对应于各层的各个单元微柱的各个组件(孔径)的坐标处的电极施加相同电压。因此，施加的单独控制电压对应于受控制的坐标的数量而与单元微柱的数量无关。 

在第四类型中，施加不同电压给各个孔径(或者电子发射器)和各个单元微柱的各个电极(方向或者坐标)。如图5所示，对在各个坐标的各层的各个单元微柱的各个组件(孔径)提供电极，并且对各个孔径的电极施加不同电压，从而单独控制各个单元微柱中的电子束。因此，可以单独施加对应于单元微柱的数量和受控坐标的数量的乘积的控制电压。 

单元微柱的透镜具有至少一个具有一个孔的层。所述孔具有一定形状以确定所发射波束的形状，并且通常为圆形。可替换地，所述孔可以具有多边形形状，例如三角形、矩形等等。另外，所述孔可以具有字符形状，例如L、D等等，以及特别的符号等等。具有该形状的孔在偏转前或后和/或偏转中在层中定位，从而为电子束定形。 

按照第一类型电压被施加给各个单元电子发射器，并且按照第二类型单独的电压被施加给源头透镜的各个吸引器，反之亦然。这样，可以从电子发射器发射电子束。 

当施加给电子发射器时，电压被施加给上述的源头透镜的各个单元吸引器，从而使得从各个单元微柱发射的电子束的电流恒定。对此，在各个单元微柱的吸引器处检查电子束电流并且反馈，从而可以确定施加给各个单元吸 引器的电压。电子束电流可以在吸引器中以及附加的电极层中控制。另外，电子束电流可以使用与现有单微柱中相同的方法来检查和补偿。当需要不同的能量或者电子束电流时，基于预设数据的相对电压或者预设电压可以施加到各个单元吸引器。当按照第二类型施加给电子发射器时，仅需控制施加给各个单元电子发射器的电压，而不需要控制施加给各个吸引器的电压。可替换地，电压可以按照第二类型同时施加给电子发射器和吸引器。 

穿过各个单元吸引器的电子束具有预设强度。因此，可以按照第一类型施加相同电压给各个透镜层，从而精确控制源头透镜的其他透镜层所需的电子束的形状、电流和/或能量。当然，可以施加不同电压给各个透镜层，并且各个透镜层可以控制为第二类型。然而，易于将各个透镜层控制为第一类型。因此，当源头透镜的各个单元透镜层被控制为第一类型时，各个单元微柱的电子束由于施加了相同电压而具有相同形状。 

穿过源头透镜的电子束被偏转器偏转。为了被控制为第三或者第四类型，单元偏转器具有两个或者更多电极，并且对各个电极施加单独的电压。因此，可以精确控制电子束的偏转。通过这种方式，按照与单个偏转器中相同的方法控制各个偏转。而且，如上所述，可以按照第三类型通过施加相同电压给各个单元坐标以执行偏转。为了整体上在相同方向上精确偏转，可以在各个单元微柱中使用两个单元偏转器。在此情况下，按照第四类型第一偏转器在各个单元偏转器的单元坐标施加不同电压，从而精确控制各个单元电子束的方向。然后，按照第三类型第二偏转器在各个单元坐标施加相同电压，从而整体上在相同方向上偏转穿过第一偏转器的电子束，反之亦然。 

穿过偏转器的电子束被聚焦透镜聚焦，并且控制为最终的电子束。此处，按照第一类型对单元微柱的各个聚焦透镜的组件施加相同电压，并且对聚焦透镜的各个透镜层施加不同电压。聚焦透镜通常根据需要而使用两个或者三个透镜层，并且分别施加电压给各个透镜层。因此，具有相同形状的电子束 被聚焦到目标物体上。 

尽管能够使用图5中的第四类型的典型实施例具有复杂的布线，电压可以按照图2、图3和图4中的第一、第二和第三类型的任何一者而施加。而且，在能够使用第三类型的典型实施例中，电压可以按照第一或者第二类型而施加。在能够使用第二类型的典型实施例中，电压可以按照第一类型而施加。因此，如果各个组件的控制方法必须改变，则两个典型实施例均布线为具有第四类型或者其他修改类型的构造。可以根据需要选择并且使用上述任何一种类型。 

以上基于晶圆类型描述了电子束控制方法。然而，在组合常规单微柱(图1)以形成多微柱的情况下的控制方法是相同的。换言之，当执行附图所示的布线来控制向各个透镜或者偏转器施加电压的方法时，可以充分使用本发明的方法。换言之，相同的电压被施加给各个电子发射器并且不同的电压被施加给各个吸引器。而且，偏转器被布线为附图所示的第三或者第四类型以施加电压，并且聚焦透镜被布线为第一或者第二类型以施加电压。 

下面描述在多微柱中发射电子束以扫描样本的方法。 

参考图6，按照第一类型施加单个的电压给电子发射器61以产生各个电子发射器61与各个吸引器62之间的电势差，并且按照第二类型施加单独的电压给吸引器62。从而，各个电子发射器61发射电子。然而，各个电子发射器可能具有不同形状和其自身特性。因此，为了使得各个单元微柱的电子束电流均匀，对源头透镜的吸引器62施加补偿电压。(反过来也是可能的，并且补偿电压可以根据单元微柱的各个组成部件而不同。) 

为了控制发射的电子束的加速、形状和/或吞吐量，按照第一类型对源头透镜的一个或者多个其他层63施加相同电压。为了更加精确控制，可以添加一个或者多个层。如果需要，可以按照第一或者第二类型施加电压。 

为了精确控制电子束的扫描路径，为各个单元微柱分配两个偏转器64和65。然而，可以使用所需数量的偏转器，例如一个或者多个偏转器。第一偏转器64按照第四类型被精确控制，并且第二偏转器65按照第三类型被控制，从而各个单元微柱的电子束可以在相同方向上执行扫描。而且，可以使用第二偏转器65加宽扫描角度。在此情况下，第二偏转器65可以按照第三或者第四类型被控制。 

聚焦透镜(例如Einzel透镜)使用一个或者多个透镜层。所需电压按照第一类型被施加给各个透镜层，从而聚焦透镜对电子束进行聚焦。在本典型实施例中，第一、第二和第三透镜层66、67和68被用于更加精确的聚焦。为了聚焦电子束，优选的，对相邻的透镜层不施加相同的电压。 

电子发射器61和吸引器62、源头透镜的层63、第一透镜层66以及第三透镜层68中的任何一者可以接地并且不通过单独的施加电压而使用。 

组合偏转器和聚焦透镜的结构由三个透镜层组成。在这三个透镜层中，第一和第三透镜层按照第一或者第二类型被控制，并且第二透镜层按照第三或者第四类型被控制。第二透镜层的数量可以为一个或者更多。 

执行根据本发明的用于控制电子束的方法的多微柱是通过在n×m矩阵中排列晶圆类型柱体和/或现有的微柱而形成的。 

下面，描述所述多微柱的示例。首先，作为最基本的示例，描述晶圆类型的多微柱。 

在单微柱中，电子透镜典型的由孔径周围的薄膜而形成，并且偏转器经常使用厚度大于所述薄膜的常规的电极或者导线形成。此处，所述薄膜具有几微米至数千微米的厚度。作为晶圆类型的多微柱，如同所述薄膜一样使用电子透镜层并且组成晶圆。源头透镜或者聚焦透镜可以通过组合透镜层的方式来执行其功能。偏转器被做得更厚，并且并不需要按照薄膜类型在孔径附近形成。因此，电子透镜和偏转器均通过以下所述的四种类型的控制方法的组合而被控制。首先，参考附图描述晶圆类型的微柱。在附图中，一个晶圆 层包括四个单元微柱，各个单元微柱分配到一个孔。为了控制电子束，四个电极(90度)形成在各个孔中。晶圆层中包含的微柱的数量和为控制工作而分配的电极的数量根据需要而被调整。在本典型实施例中，为了方便理解本发明数量被简单的设置为四个。以下四种类型的透镜层可以分别被认为是一个模块。 

作为施加单个电压到单元微柱部件的所有孔径或者电子发射器的第一类型(见图2)，由一种材料形成整个层20从而相同的电压被施加给整个层20而与单元组件(孔径21)无关，并且向整个层20提供了连接22，从而从外部为整个层20提供电压。换言之，当施加电压到所述连接时，整个层由相同材料形成，使得在整个层上施加相同电压。可以使用能够施加电压以产生相同的电势的导体或者半导体作为所述材料。 

作为分别施加电压到单元微柱部件的各个孔径或者电子发射器的第二类型(见图3)，仅对层30的各个单元孔径31提供一个电极32，并且单独施加电压给各个单元孔径。为了将各个电极连接到外部，连接33的数量在优选模式下等于孔径的数量，也就是得到了单元微柱的数量。换言之，一个晶圆层适合于对各个孔径包括一个电极，从而控制电压可以对应于单元微柱例如吸引器的数量而单独施加。第二类型的主要材料类似于第一类型的主要材料，并且需要在孔径之间绝缘。在附图中，单元绝缘部件包围孔径31，优选具有圆形形状，并且它可以具有某种其他形状，例如多边形形状。 

作为施加相同电压到单元微柱部件的孔径或者电子发射器的相同方向(坐标)的电极的第三类型(见图4)，向层40的各个单元孔径41在对应坐标处提供电极42，并且施加相同电压给各个坐标的电极。因此，各个对应电极通过一个连接43(优选模式)连接到外部，从而可以施加对应于受控制坐标的数量而与单元微柱的数量无关的单独的控制电压。如图4中的第三类型所示，一层的各个孔径包括四个角度为90度的电极。特别的，四个电极位 于在各个坐标上的12点、3点、6点、9点方向。因此，第三类型可以在各个孔径的坐标处各施加四个不同电压。 

作为分别施加电压到单元微柱部件的各个孔径(或者电子发射器)和各个电极(方向或者坐标)的第四类型(见图5)，向层50的各个单元孔径51在各个坐标处提供电极52，并且分别施加电压给各个孔径的电极。由此在各个单元微柱中单独控制电子束。因此，单独施加的控制电压的数量和提供的连接53的数量必须等于单元微柱的数量和受控制坐标的数量的乘积。第四类型可以施加不同电压给各个孔径的四个电极。因此，在本典型实施例中，总共可以施加16个不同电压。在此情况下，可以在各个坐标按照第三类型施加相同电压，或者可以分别施加电压给单元孔径的各个电极而与坐标无关。 

第一类型用于聚合或者发散(散布)电子束或者控制电子发射器与吸引器之间的电势差。第二类型用于补偿电子发射器和吸引器之间的电势差并且补偿电子束的总体电流。也就是说，电子发射器和吸引器结合第一和第二类型使用。可替换地，电子发射器和吸引器可以仅按照第二类型使用。第三类型用于同时在多微柱中的指定方向上集体移置电子束。第四类型主要用于单独控制各个单元微柱中的电子束。特别的，第四类型可以具有多种修改。根据一种修改，当必须施加相同电压给所有孔径的相同坐标的电极或者必须个别地施加单独电压给单元孔径时，指定孔径之间的整个相邻区域被用于电极并且孔径之间的空间通过绝缘材料被绝缘。这样，第四类型可以在特定使用情况下被替换。在此情况下，当为各个分支孔径提供相同电极时，仅需改变对应于孔径数量的不同电压，从而可以减少与控制工作相关的情形的数量。因此，由于与控制工作相关的情形的数量多，第四类型更难制造，但是易于修改。第四类型可以作为第一、第二或者第三类型。第三类型可以作为第一或者第二类型。并且，第二类型可以作为第一类型。因此，当需要对各个组 件进行不同地修改或者改变各个组件单元的控制方法时，可以通过提供第四类型构造或者更加不同地修改类型的构造、执行布线并且根据需要改变控制方法而使用多微柱。 

尽管基于包括四个单元微柱的多微柱、参考使用四个电极控制穿过第三或者第四类型的单元微柱的各个孔径的电子束的情况而描述了本发明，但是单元微柱的数量或者排列可以根据需要而改变。各个孔径使用一个或者多个方向电极并没有关系。然而，通常使用四个至八个电极。虽然使用一个或者多个电极，但是为控制电子束而给电极施加电压的类型可以按照相同或者相似的方式执行。 

可以通过结合上述各种类型的层来控制根据本发明的晶圆类型多微柱的构造。 

限在参考图7，电子发射器70可以形成为第一或者第二类型，但是它由一个晶圆层组成，从而按照第一类型施加相同电压。尽管施加了相同电压，发射的电子束可以依赖于各个电子发射器的尖端71而改变。这是因为由于各种原因例如尖端形状的差别而导致实际上并没有发射相同量的电子。各个电子发射器可以为现有的电子发射器，例如通常使用的钨(W)发射器，肖特基发射器，硅(Si)发射器，钼发射器，CNT(纳米碳管)发射器等等。各个发射器均适合于被连接，以具有相同电压。 

因此，为了使得从电子发射器发射的电子束电流均匀，第一电子透镜(源头透镜)的各个吸引器的电压必须根据各个发射器而施加。基于此原因，吸引器层被用为第二类型。对于吸引器，各个孔径需要单独的电压，而不需要单独的方向。因此，优选的，各个单元孔径具有一个包围整个孔径的圆形电极以组成单元微柱。此处，从各个电子发射器发射的电子束的使用可以通过穿过柱体的电子束电流来检查，从而可以对各个电子发射器区别地提供所需的电压。由此，可以使得从电子发射器发射的电子束电流均匀一致。作为一 个示例，源头透镜类似于电子发射器具有第二类型的吸引器层和第一类型的其他层。换言之，其他层用于控制电子束的形状。优选的，其他层在特殊情况下被用为第三类型，在其他情况下被用为第一类型。除了吸引器之外的源头透镜的层的数量是考虑到对电子束形状的控制而确定的，并且依赖于所需的控制精度可以为一个或者更多。可替换地，电子发射器70和吸引器之间的关系可以相反。特别的，电子发射器70可以被用为第二类型，并且吸引器被用为第一类型。在此情况下，也可以获得相同结果。 

偏转器需要一个或者多个电极，并且在多微柱中可以被用为第三或者第四类型。如果所有电子束同时扫描相同的坐标，则偏转器可以被用为第三类型。为了使得电子束在多微柱中扫描相同坐标，第一偏转器按照第四类型精确控制电子束，然后按照第三类型在各个坐标处施加相同电压。由此，电子束可以扫描指定的坐标或者方向。此处，相反情况也是可能的，并且依赖于实际情况可能是更佳的。当根据需要单独控制各个电子束时，所有层可以仅按照第四类型使用。而且，可以使用第三和第四类型对电子发射器和吸引器更加精确地控制电子束。因此，可以对上述基于根据本发明的多微柱中的各个组件的类型进行不同的选择。在对偏转具有最低要求的最简单示例中，所有组件可以形成为第一类型。 

可以使用附加偏转器以加宽各个电子束的角度和扫描范围。换言之，两个或者更多电极被对称排列以加宽扫描范围，并且这样可以根据需要而增加偏转器。附加偏转器的数量可以根据所需扫描范围等等而确定。 

各个聚焦透镜(第二透镜)用于控制扫描到样本上的电子束的形状。对此，尽管聚焦透镜根据需要包括一个或者多个层，但是通常使用三个层。所述层均按照第一类型使用并且对其施加不同电压。而且，相同电压被施加到一层的各个孔径。由此，扫描到样本上的电子束被聚焦透镜聚焦。施加给用于聚焦的第二电子透镜的电压与电子能量有关。因此，当电子发射器70的各个单元微柱具有相同能量时，优选使用第一类型的层作为第二电子透镜。相反的，如果各个单元微柱具有不同能量，则优选使用第二类型的层。而且，所有层被用为第二类型，能够对波束的能量进行补偿。换言之，当电子发射器被用为第二类型时，并且当由于柱体结构(单微柱)的差异而需要改变到达样本的波束能量时，可以控制施加给整个聚焦透镜的电压。 

由于在各个透镜或者偏转器中使用相同的类型，所施加的电压不必相同，所以可以根据需要而施加不同的电压。此处，当施加相同电压时，可以使用一个电源。各个晶圆类型的层被绝缘层(未显示)绝缘，所述绝缘层可以通过使用制造半导体晶圆的常规方法或者MEMS(微电子机械系统)工艺来制造。 

更具体的说，如图7所示，电子发射器层70是通过在电子发射器的层上形成(或者接合)对应于单元微柱的数量的n×m个发射器尖端来构造的，所述电子发射器的现有尖端和整个层由相同材料形成，或者所述电子发射器整体由硅材料形成。当施加电压给电子发射器时，电子从电子发射器的尖端发射。而且，仅在各个电子发射器层的中心形成尖端，尖端之外的其他部分被绝缘，并且各个尖端被施加相同电压。 

晶圆类型的多微柱可以层叠形成，这与区分单微柱的各个透镜或者偏转器的方式不同。然而，各个层或者电极的孔径的标准可以根据附图所示的各个类型而确定。需要孔径的数量等于单元微柱的数量。因此，所述层根据各个类型并且通过确定对各个层应用哪种类型而形成。各个类型是通过形成对其从外部施加电压的一个或者多个连接、形成各个孔径的电极、或者由可施加电压的材料形成整体结构而制造的。在形成电极后，除了电极之外的所有部件使用孔径的焦点上的绝缘材料。各个电极的布线可以使用附图中的示例来执行。在各个层例如单微柱之间必须保留间距。此处，各个间距由绝缘层形成。所述绝缘层形成为适当尺寸的孔径或者小孔，从而不会阻挡电子束的 路径。而且，图9是显示根据本发明的第二类型的另一个控制层的示例的平面图。该示例涉及在各个单元微柱中通过例如蚀刻第一类型的透镜层而形成的作为单元透镜的电极。包含透镜孔91的单元透镜92被蚀刻并且与其它相邻单元透镜一起被绝缘，从而单独施加电压给各个单元微柱的区域。为了施加电压给各个单元透镜，可以通过单独的蚀刻部分而执行布线(在具有很多单元微柱时)。在此情况下，单元透镜92可以通过蚀刻之外的其他工艺形成，但是最优选的还是通过蚀刻形成。这是因为在上部或者下部绝缘层上接合并且蚀刻常规的透镜层比通过例如接合的方式结合各个部件更加快速和准确。 

图10为显示根据本发明的主要形成偏转器层的第三和/或第四类型的另一个控制层的示例的平面图，该层用于通过细分并且蚀刻图9中的层而形成各个电极，而不是单独形成电极的坐标。也就是说，制造方法可以与用来形成图9所示的层的方法相同。因此，如图10所示，各个单元透镜或者偏转器在单元孔径91a的焦点上细分并且蚀刻单元电极92a、92b、92c和92d，从而在单元电极之间绝缘。在图10所示示例中，仅通过布线差异而区分第三和第四类型。布线可能通过使用图9所示的各个蚀刻部分而进行，并且接线方法可以通过例如在类似于图4或者图5所示的蚀刻部分外部或者内部的图案而执行。 

根据本发明的用于控制多微柱中的电子束的方法可以等同于除了晶圆类型多微柱之外在n×m阵列中排列通常的单微柱。而且，常规类型和晶圆类型之间的中间类型可以形成根据本发明的多微柱。例如，如图8所示，混合类型的多微柱80包括具有电子发射器尖端82和将尖端82固定到单元微柱上的固定物81的电子发射器层；具有吸引器层83、绝缘层84以及其他透镜层85的源头透镜；偏转器86；以及具有第一透镜层87、第二层88以及第三层89的聚焦透镜。在晶圆类型的各个层上分别提供四个组件并且可以固定到如同现有单微柱的封装90上。在此情况下，电子发射器层可以使用图7中的电子发射器层70。在此混合类型情况下，整个多微柱的封装90中，除晶圆类型层外的各个部分的组件单元使用固定装置例如所述固定物而插入并且固定，从而对应于被用为单微柱复合体的单元微柱，例如通过固定电子发射器尖端82到固定物81上。另外，由于预先通过多路复用传统单微柱的薄膜而制造晶圆类型的源头或者聚焦透镜是可能的，整个多微柱可以通过采用图1所示的封装90、预先设置电子发射器、源头透镜、偏转器以及聚焦透镜的位置并且预先形成晶圆类型的源头和聚焦透镜而制造。而且，混合类型的多微柱可以通过仅形成晶圆类型的电子发射器和源头透镜以及常规单微柱形式的其他部件并且使用类似于封装90中的固定物或者电子发射器的装置而制造。换言之，在混合类型的情况下，可以通过各种方式制造多微柱。 

波束抑制层可以参考所述控制方法来添加到任意层之间的多微柱上，但是优选位于偏转器之前。并且，尽管其结构可以被用为第三或者第四类型，其优选被用为具有两个电极的第三类型。依赖于实际情况，第四类型可能更有效。而且，为了形成预定形状的电子束，透镜层可以添加在偏转之前、之后或者中间作为第一类型。在此情况下，可以仅通过接地第一类型而控制电子束的形状。用于形成预定形状的波束抑制层和透镜层通过根据需要确定位置和数量来使用。因此，多微柱中各层的结构可以为第一、第二、第三和第四类型中的任何一者或者其结合。 

下面参考图11至图13描述本发明的各个典型实施例。 

图11和图12显示了微柱工作的典型实施例。图11显示了具有上述聚焦透镜的典型实施例，图12显示了不具有单独的聚焦透镜的典型实施例。 

在图11A中，从电子发射器100发射的电子束B穿过源头透镜130的孔。然后，电子束B被偏转器40偏转并且被聚焦透镜160聚焦在样本上。该典型实施例与上述示例不同在于具有一个偏转器，并且与上述工作或者多微柱 非常类似。 

图11B显示了去除单独的偏转器从而使用偏转器类型的透镜层执行聚焦和偏转的典型实施例。该技术在文献“Lens and Deflector Design forMicrocolumn”(Journal of Vacuum&Science Technology，B13(6)，pp.2445-2449，1995)以及“The Electrostatic Moving Objective Lens and Optimized DeflectionSystems for Microcolumn”(Journal of Vacuum&Science Technology，B13(6)，pp.3802-3807，1995)中进行了公开。对于图11B所示的微柱，第三或者第四类型的偏转器类型透镜层被插入聚焦透镜161的中间层中，以作为第三或者第四类型工作而不需要图11A所示的偏转器140，从而执行聚焦和偏转。 

在图12A中，从电子发射器100发射的电子束B’穿过源头透镜130的孔。源头透镜130由上部透镜层130a、中部透镜层130b以及下部透镜层130c组成。此处，上部透镜层130a作为激励从电子发射器100发射电子的吸引器。中间透镜层130b作为加速从电子发射器100发射的电子并且执行聚焦的加速器。下部透镜层130c改善电子束B’在样本上的聚焦并且限制有效的电子束。该聚焦后的电子束被偏转器40偏转到样本。 

在图12B中，从电子发射器100发射的电子束B’穿过源头透镜130的孔并且被偏转并且聚焦到样本上。图12B的源头透镜130由上部透镜层130a、中部透镜层130b’和下部透镜层130c组成。图12B的微柱的特征在于透镜在结构上类似于源头透镜，特别的，中部透镜层130b’同时执行偏转功能，并且只有三个透镜层构成简单的微柱。换言之，使用同时作为偏转器的透镜层允许具有所述透镜的微柱有简单的结构。而且，在图12B的配置中，所有的三个透镜层可以被用为同时作为偏转器的透镜层，但是执行偏转的透镜层在透镜的布线或者控制方面比常规透镜更加复杂。因此，优选的，仅使用所需数量的所述透镜层。在具有图12B所示配置的微柱中，上部透镜层130a作为吸引器以激励从电子发射器100发射电子。中部透镜层130b’执行加速器功能，对从电子发射器100发射的电子进行加速并且同时执行聚焦和偏转功能。下部透镜层130c执行聚焦功能，改善电子束B’在样本上的聚焦，并且限制有效的电子束。

图12所示的根据本发明的微柱被用于在源头透镜的透镜层之间形成电压差，从而同时对穿过源头透镜的电子束进行聚焦。 

执行上述偏转功能的操作可以使用上述的第三或者第四类型，并且透镜可以使用第三或者第四类型。尽管为了方便起见在附图中显示了一个单元微柱，但是通过如上所述的多路复用n×m阵列中的单元微柱可以同等地操作和/或配置多微柱。 

图11和图12的多微柱的操作和配置类似于上述的微柱。换言之，电子发射器100和源头透镜的吸引器通过相关互补的方式而以第一和第二类型进行同等地控制，并且通过配置第一和第二类型的方式而构建多微柱。并且，使用第三或者第四类型的透镜层构造偏转器140或者作为偏转器的透镜，并且控制偏转器的方法为第三或者第四类型。使用第一类型的透镜层将其他常规的透镜层控制为第一类型，或者根据需要使用第二类型的透镜层将其控制为第二类型。偏转功能和聚焦透镜、或者其他源头透镜的特定透镜层(吸引器、加速器等等)的功能可以不加变化的使用上述原理。 

 在图11B和12B的多微柱中，各个透镜层适合于一起执行偏转功能，但是优选的偏转器数量与所需层的数量一样多。当在对应透镜层的特定方向的电极之间保持电势差时执行偏转功能。而且，如上所述，因为通常施加相同电压给各个层，所以通过对各个偏转器的对应层累积各个电极的电势以施加累积电势而执行聚焦。换言之，不同的电势差被施加到各个层的电极以进行各个偏转，并且聚焦或者其他功能的电压被均等施加。然后，根据偏转需要保持特定电极的电势差，并且施加聚焦或者其他功能所需的电压到所有电极。当然，当如上所述并未在接地状态施加单独电压时，仅施加偏转所需的 电压而不需任何改变。在此情况下，可以通过结合偏转和其他功能(例如聚焦)而简化控制方法。 

图13以图示显示了基于图11和12的操作的多微柱的配置。 

图13A为根据本发明的多微柱的一个典型实施例的分解透视图，其中使用电子透镜形成多微柱170。图13A中的多微柱包括多电子发射器171，源头透镜173，以及由两个第三或者第四类型的偏转器类型透镜176b组成的偏转器176。也就是说，图12A所示的典型实施例配置为多微柱。偏转器类型透镜176b之间的层作为绝缘层以确保偏转器的绝缘和隔离。 

而且，图13B为显示根据本发明的多微柱的另一个典型实施例的分解透视图，具有类似于上述图12B的模式的简单的多电子柱体配置。此处，多电子柱体由透镜层组成，其中透镜层173的中间层173b同时执行第三或者第四类型的偏转功能而不需要单独的偏转器。 

在图13B中，通过组合透镜层而形成源头透镜和偏转器。尽管没有详细描述透镜层之间的配置，但是绝缘层可以置于其间，并且可以通过传统方法连接透镜。 

图12和图13所示的源头透镜同时执行现有源头透镜的功能和聚焦功能。本发明的源头透镜不同于传统的源头透镜。图12和图13所示的典型实施例作为多微柱可以应用到所有类型的使用电子发射器发射电子束的设备。换言之，本发明可以应用到电子显微镜，电子束分析器，电子束光刻设备，以及很薄但是具有很大的显示区域的扫描场发射显示器(SFED)。 

并且，为了临时中断或者偏转从多微柱发射的电子束，可以在多微柱的透镜层之间添加波束熄灭透镜层，并且优选的在偏转之前。在此可以使用第三或者第四类型。换言之，因为通过偏离于电子束被发射处的坐标而在透镜层吸收或者偏转所有电子是没有关系的，所以仅需要施加产生电子束电流所需的电压。在此情况下，如同偏转器一样，不需要很多电极，通常两个电极 即足够。当相反电压或者电压被施加到一个电极，电子束被中断或者偏转。因此，优选使用两个电极和第三类型(通常一侧接地)。 

工业实用性 

由于上述多微柱非常微小和轻型，因此可以在传统的XYZ机器人、机械臂机器人等等中使用。当应用到多关节机器人等时，在多微柱可以很容易附在工业或者测量设备中，可以通过各种方式使用多微柱。例如，所述多微柱可以应用到已经应用了传统多微柱的光刻或者测量领域，从而实现更大范围的效果。在此情况下，连接方法可以为传统的方法而不加修改，例如在工业机器人等等中使用多微柱。通常的，电子束设备具有按照预定角度固定到样本上的多微柱，并且样本上、下、左、右移动，或者在预定角度倾斜。可替换地，多微柱可以在自身实时倾斜、上下左右移动的同时测量样本。这种方法对于测量大面积样本非常有效。而且，由于所述微柱可以自身移动或者与样本一起移动，因此可以缩短测量时间并且提高测量效率。 

而且，可以对薄的大面积显示器(薄膜类型)例如SFED使用所述多微柱控制方法或者修改后的多微柱。 

Claims (10)

1.一种用于在多微柱中控制电子束的方法，其中发射电子以形成并且控制电子束的单元微柱排列为n×m的矩阵，每个单元微柱包括发射器和一个或多个电子透镜，该电子透镜包括两个或更多个透镜层和一个偏转器，所述方法包括：

根据第一类型或者第二类型施加电压给各个电子发射器，并根据所述第一类型或者所述第二类型施加电压给电子透镜的各个吸引器以引起发射和电子流，其中不同时根据所述第一类型施加电压给所述电子发射器和所述吸引器；

根据第一类型以及第二类型向包括两个或更多个透镜层的电子透镜施加电压；以及

根据第三类型或者第四类型施加电压以偏转电子束；

其中：

所述第一类型对单元微柱的电子穿过的所有孔径或者所有电子发射器施加单个电压，

所述第二类型对各个单元微柱的各个孔径或者电子发射器施加单独的电压，

所述第三类型对每个单元微柱的各个相同方向的电极施加相同电压，以及

所述第四类型对每个单元微柱的各个电极施加单独的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括对各个电子束进行聚焦的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述偏转和聚焦步骤是同时执行的。

4.根据权利要求1至3中任何一者所述的方法，其中在所述偏转步骤中、所述偏转步骤之前或者所述偏转步骤之后，根据第一类型对具有预定形状的、用于组成电子透镜的透镜层施加电压，从而形成预定形状的各个电子束。

5.根据权利要求1至3中任何一者所述的方法，其中根据第三或者第四类型控制波束熄灭层以中断各个电子束。

6.一种具有排列为n×m的矩阵的单元微柱的多微柱，该单元微柱用于发射电子以形成并且控制电子束，每个单元微柱包括发射器和一个或多个电子透镜，该电子透镜包括两个或更多个透镜层和一个偏转器，其特征在于：

各个电子发射器被构建在一层上，其中所有的电子发射器被电连接，或者所有的电子发射器不被电连接；

各个电子透镜使用选自以下的透镜层来被有选择地构建：

第一类型的透镜层，其中，所述单元微柱的电子穿过的所有孔径被电连接，

第二类型的透镜层，其中，所述单元微柱的电子穿过的所有孔径不被电连接，

第三类型的透镜层，其中，每个单元微柱的所有相同方向的电极被电连接，以及

第四类型的透镜层，其中，每个单元微柱的所有相同方向的电极不被电连接；

吸引器层是所述第一类型的透镜层或所述第二类型的透镜层，当所有发射器被电连接时不使用所述第一类型的透镜层；

电子透镜包括一个或多个第一类型的透镜层以及一个或多个第二类型的透镜层；以及

偏转器或一个或多个透镜层是作为偏转器的所述第三类型的透镜层或者所述第四类型的透镜层。

7.根据权利要求6所述的多微柱，其中所述电子发射器和电子透镜具有通过半导体制造或者微电子机械系统工艺形成为晶圆类型并且通过绝缘层绝缘的层。

8.根据权利要求6或7所述的多微柱，其中所述多微柱附于工业机器人并且与之一起使用，所述工业机器人包括XYZ机器人、机械臂机器人、或者多关节传送机械装置。

9.根据权利要求6或7所述的多微柱，其中所述多微柱的各个透镜层的孔径具有预定形状以形成具有所述预定形状的各个电子束。

10.根据权利要求6或7所述的多微柱，其进一步包括在作为偏转器的电子透镜之前的第三或者第四类型的波束熄灭层，从而中断或者偏转所述多微柱的电子束。

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