JP2003513407A - Improved thermal field emission alignment - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 電子ビームマイクロカラムをその場で整列させるための方法およびシステムが、小型のショットキー電子または他の電界放出源用の分割サプレッサキャップを含む。分割サプレッサキャップは、４つまたはそれ以上の電気的に絶縁された電極要素に分割され、別々の偏向電圧で電極要素が個別に駆動制御されて、機械的な動きを必要とせずに電子ビームを走査する。ソース３０は、複数のシリコンウェーハまたはチップ６０、６２、および６４を含み、これらに１００から５００ミクロン厚の絶縁層６６および６８で間隔を設けている。絶縁層６６および６８は、パイレックス（Ｐｙｒｅｘ）という商標名で販売されているガラスから一般に形成される。次に、絶縁層６６および６８は正確に整列されて、通常、電気化学陽極接合により接合されて、ソースレンズ３０を形成する。 SUMMARY A method and system for aligning an electron beam microcolumn in situ includes a split suppressor cap for small Schottky electrons or other field emission sources. The split suppressor cap is divided into four or more electrically insulated electrode elements, and the electrode elements are individually driven and controlled with separate deflection voltages to deliver the electron beam without the need for mechanical movement. Scan. Source 30 includes a plurality of silicon wafers or chips 60, 62, and 64, which are spaced by 100 to 500 micron thick insulating layers 66 and 68. The insulating layers 66 and 68 are generally formed from glass sold under the trade name Pyrex. Next, insulating layers 66 and 68 are precisely aligned and joined, typically by electrochemical anodic bonding, to form source lens 30.
Description
【０００１】[0001]
本発明は、電子ビームを用いた荷電粒子の結像に関し、さらに詳しくは、電界
放出ビームを整列するための方法およびシステムに関する。The present invention relates to imaging charged particles with an electron beam, and more particularly to methods and systems for aligning a field emission beam.
【０００２】[0002]
近年、材料の表面検査、計測、試験およびリソグラフィでの応用を目的とした
低電圧の走査電子ビームシステムへの関心が著しく高まっている。In recent years, there has been a significant increase in interest in low voltage scanning electron beam systems for surface inspection, metrology, testing and lithographic applications of materials.
【０００３】
従来の走査電子ビームシステムは、動かすことができない大型の装置である。
走査電子ビームシステムには、半導体関連の検査や試験など、多くの応用がある
が、従来の走査電子ビームシステムの有効性は、そのサイズ、不動性、および関
連するコストが起因して制限される。例えば、電子顕微鏡に対して観察する試料
を検査プロセス中に移動させなければならないため、従来の走査電子顕微鏡では
、試料よりもかなり大きい真空チャンバを使用する必要がある。さらに、試料は
、三次元表面特徴画像形成に必要なビーム入射角を生成するように従来の捜査電
子顕微鏡に対してある角度で位置決めされることが必要であり、大きなあるいは
精密な試料を扱うことが困難になる。さらに、従来の電子顕微鏡のスループット
は、１つの電子顕微鏡のみで一度に一つの試料を観察するため制限される。Conventional scanning electron beam systems are large devices that cannot be moved.
Scanning electron beam systems have many applications, such as semiconductor inspection and testing, but the effectiveness of conventional scanning electron beam systems is limited due to their size, immobility, and associated costs. . For example, conventional scanning electron microscopes require the use of a much larger vacuum chamber than the sample, because the sample to be observed with respect to the electron microscope must be moved during the inspection process. In addition, the sample needs to be positioned at an angle relative to a conventional forensic electron microscope to produce the beam incidence angle required for 3D surface feature imaging, and to handle large or precise samples. Becomes difficult. Moreover, the throughput of conventional electron microscopes is limited because only one electron microscope observes one sample at a time.
【０００４】
電子ビームシステムを改良する試みがなされた結果が小型の電子ビームマイク
ロカラム（「マイクロカラム」）である。マイクロカラムは、微細加工された電
子「光学」部品および電界放出源をベースにしたもので、これらは走査トンネル
顕微鏡（ＳＴＭ）を利用した整列原理であるＳＴＭ整列電界放出（ＳＡＦＥ）と
も呼ばれるものに類似した原理に基づいて動作する。マイクロカラムで使用され
る整列原理は、鋭い先端を制御し、先端からの放出を利用して先端の位置を測定
するために、高精度のＸ−Ｙ−Ｚポジショナを使用する点でＳＴＭに類似してい
る。Ｔ．Ｈ．Ｐ．Ｃｈａｎｇ等による論文「リソグラフィおよび関連する応用の
ための電子ビームマイクロカラム（Electron-Beam Microcolumns for Lithograp
hy and Related Applications)」、Journal of Vacuum Science Technology、Bulle
tin 14(6)、pp.3774-81、Nov./Dec.1996において、マイクロカラムについて総体的
に述べられており、この内容は参照により本願明細書に引用されたものとする。Attempts to improve electron beam systems have resulted in small electron beam microcolumns (“microcolumns”). Microcolumns are based on microfabricated electronic "optical" components and field emission sources, which are also known as STM aligned field emission (SAFE), which is an alignment principle using a scanning tunneling microscope (STM). It operates on a similar principle. The alignment principle used in the microcolumn is similar to the STM in that it uses a high precision XYZ positioner to control the sharp tip and utilize the emission from the tip to measure the tip position. is doing. T. H. P. Chang et al., “Electron-Beam Microcolumns for Lithography and Related Applications.
hy and Related Applications) '', Journal of Vacuum Science Technology, Bulle
In tin 14 (6), pp. 3774-81, Nov./Dec. 1996, microcolumns are generally described, the contents of which are incorporated herein by reference.
【０００５】
マイクロカラムは、マイクロレンズやデフレクタを含む高アスペクト比のマイ
クロ機械構造で形成される。ＳＴＭポジショナは、電界放出電子ビームの位置決
めに適したものであるが、プロトタイプシステムにおいて最も有益なものである
。ＳＴＭの機械的整列では複雑な機械構造が必要であり、その動作は望ましいレ
ベルの精度のものではない。さらに、電界放出システムの動作中の放出電子ビー
ムの位置ドリフトを動的に修正することが望ましい。Microcolumns are formed of high aspect ratio micromechanical structures including microlenses and deflectors. Although suitable for positioning field emission electron beams, STM positioners are most useful in prototype systems. Mechanical alignment of STMs requires complex mechanical structures and their operation is not at the desired level of accuracy. Furthermore, it is desirable to dynamically correct the position drift of the emitted electron beam during operation of the field emission system.
【０００６】
したがって、機械構造を利用せずにマイクロカラムの動作中に電界放出ビーム
を整列することが望まれる。Therefore, it is desirable to align the field emission beam during operation of the microcolumn without utilizing mechanical structures.
【０００７】[0007]
電子ビームマイクロカラムの放出源をその場で整列させるための方法およびシ
ステムは、小型のショットキー電子または他の電界放出源用の分割サプレッサキ
ャップを含む。分割サプレッサキャップは、４つまたはそれ以上の別々の電極要
素に分割され、別々の偏向電圧で電極要素が個別に制御されて、機械的な動きが
なくとも電子ビームを走査できる。また、電子制御により、マイクロカラムの動
作中に電界放出ビームのドリフトを動的に修正することができる。Methods and systems for in-situ alignment of electron beam microcolumn emission sources include split suppressor caps for small Schottky electrons or other field emission sources. The split suppressor cap is split into four or more separate electrode elements and the electrode elements are individually controlled with different deflection voltages to allow scanning of the electron beam without mechanical movement. Also, electronic control allows dynamic correction of field emission beam drift during operation of the microcolumn.
【０００８】
異なる図面で同じ参照番号を用いたものは、構造的および／または機能的に類
似または同一の要素を表す。The use of the same reference numbers in different drawings indicates structurally and / or functionally similar or identical elements.
【０００９】[0009]
図１を参照すると、従来技術のマイクロカラムが、概して参照番号１０により
示されており、格子試料１２と、電子透過試料から走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥ
Ｍ）像を生成するために利用されるチャンネル型電子検出器１４とを備えるよう
に図示されている。マイクロカラムは電子源（図示せず）を含み、この電子源は
、電界放出素子の先端１６をもつ小型冷陰極電界またはショットキー放出素子で
あってよい。先端１６は、Ｚｒ／Ｏ／Ｗショットキー型放出素子の先端であるか
、または冷陰極放出素子であれば、単結晶タングステン、炭化ハフニウムまたは
ダイヤモンドの先端であってよい。先端１６は、３軸のＳＴＭ型Ｘ−Ｙ−Ｚポジ
ショナなどのポジショナ１８上に取り付けられることが好ましい。ポジショナ１
８は、それぞれの軸でおよそ数十ミクロンから約１ミリメートル（ｍｍ）までの
運動範囲をもつ。ポジショナ１８は、ナノメートルスケールの位置決め精度能力
をもち、先端１６を電子光学カラム２０に整列させるために利用される。カラム
２０は、およそ３．５ｍｍの長さをもつ。Referring to FIG. 1, a prior art microcolumn is indicated generally by the reference numeral 10 and includes a grating sample 12 and an electron transparent sample to a scanning transmission electron microscope (STE).
M) and a channel electron detector 14 used to generate the image. The microcolumn includes an electron source (not shown), which may be a miniature cold cathode field or Schottky emission device with a field emission device tip 16. The tip 16 may be the tip of a Zr / O / W Schottky type emitting element or, if it is a cold cathode emitting element, the tip of single crystal tungsten, hafnium carbide or diamond. The tip 16 is preferably mounted on a positioner 18, such as a triaxial STM type XYZ positioner. Positioner 1
8 has a range of motion on each axis of approximately tens of microns to approximately 1 millimeter (mm). Positioner 18 has positioning accuracy capability on the nanometer scale and is used to align tip 16 with electro-optic column 20. The column 20 has a length of approximately 3.5 mm.
【００１０】
先端１６は、例えば、エキストラクタ２４にある５ミクロンの孔２２と整列さ
れる。エキストラクタ２４は、およそ１００ミクロンの孔２８をもつアノード２
６と組み合わされて、選択的に縮小拡大される二重電極構造のソースレンズ３０
を形成する。ここから生じた電子ビーム３２は、孔部材３６にある照射野限定孔
３４に向けられる。孔３４は、２．５ミクロンとして示されているように、およ
そ数ミクロン直径のものである。選択される間隔および孔のサイズで、格子試料
１２での結果的に得られる電子ビーム３８の収束が決まる。The tip 16 is aligned with, for example, a 5 micron hole 22 in the extractor 24. The extractor 24 is an anode 2 having a hole 28 of about 100 microns.
A source lens 30 having a double electrode structure which is combined with 6 and is selectively scaled up and down.
To form. The electron beam 32 generated from this is directed to the irradiation field limiting hole 34 in the hole member 36. The holes 34 are approximately a few microns in diameter, shown as 2.5 microns. The spacing and hole size selected will determine the focus of the resulting electron beam 38 at the grating sample 12.
【００１１】
孔３４からのビーム３８は、単一ユニットまたは複数ユニットの８極スキャナ
／スチグマトールであってよいビームデフレクタ４０を通る。デフレクタ４０は
、試料１２全体にビーム３８を偏向または走査するために利用される。多電極ア
インツェルレンズ４２が、１から２ｍｍの作動距離４４でビーム３８を試料１２
に集束させる。レンズ４２は、例えば、およそ２００ミクロン直径の孔５２をそ
れぞれがもつ３つの電極４６、４８、５０を含んでよい。The beam 38 from the hole 34 passes through a beam deflector 40, which may be a single unit or multiple unit 8-pole scanner / stigmator. The deflector 40 is utilized to deflect or scan the beam 38 across the sample 12. A multi-electrode Einzel lens 42 directs the beam 38 onto the sample 12 at a working distance 44 of 1 to 2 mm.
Focus on. Lens 42 may include, for example, three electrodes 46, 48, 50 each having a hole 52 of approximately 200 microns diameter.
【００１２】
また、マイクロカラム１０は、二次電子および後方散乱電子用のマイクロチャ
ンネルプレート電子検出器または低エネルギー後方散乱電子用の金属半導体検出
器であってよい電子検出器５４を含んでよい。マイクロカラム１０は、１ＫｅＶ
のビーム３８を発生するように動作されてよい。The microcolumn 10 may also include an electron detector 54, which may be a microchannel plate electron detector for secondary and backscattered electrons or a metal semiconductor detector for low energy backscattered electrons. Micro column 10 is 1 KeV
May be operated to generate a beam 38 of
【００１３】
図１が示すものは、マイクロカラム１０において利用されてよい多数の可能な
電界放出源および電子光学カラムの一例にすぎないことを理解されたい。一般に
、マイクロカラム１０において使用されてよいさらなる電界放出源および電子光
学カラムに関しては、以下の論文および特許を参照されたい。すなわち、Ｅ．Ｋ
ｒａｔｓｃｈｍｅｒ等による「２０×２０ｍｍフットプリントマイクロカラムの
実験評価（Experimental Evaluation of a 20×20mm Footprint Microcolumn)」、
Journal of Vacuum Science Technology、Bulletin 14(6)、pp.3792-96、Nov./Dec.
1996；Ｔ．Ｈ．Ｐ．Ｃｈａｎｇ等による「電子ビーム技術―ＳＥＭからマイクロ
カラムへ（Electron Beam Technology-SEM to Microcolumn)」、Microelectronic
Engineering 32、pp.113-130、1996；「電子ビーム源および荷電粒子光学系（Elec
tron-Beam Sources and Charged-Particle Optics)」、SPIE Vol.2522、pp.4-12、19
95；Ｍ．Ｇ．Ｒ．ＴｈｏｍｓｏｎおよびＴ．Ｈ．Ｐ．Ｃｈａｎｇによる「マイク
ロカラムのレンズおよびデフレクタデザイン（Lens and Deflector Design for
Microcolumns)」、Journal of Vacuum Science Technology、Bulletin 13(6)、pp.22
45-49、Nov./Dec.1995；Ｈ．Ｓ．Ｋｉｍ等による「小型ショットキー電子源（Min
iature Schottky Electron Source)」、Journal of Vacuum Science Technology、B
ulletin 13(6)、pp.2468-72、Nov./Dec.1995；Ｃｈａｎｇ等の米国特許第５、１２
２、６６３号；Ｃｈａｎｇ等の米国特許第５、１５５、４１２号である。これら
の内容全体は、すべて参照により本願明細書に引用する。It is to be understood that what FIG. 1 shows is only one example of the many possible field emission sources and electron optic columns that may be utilized in the microcolumn 10. See generally the following articles and patents for additional field emission sources and electro-optic columns that may be used in the microcolumn 10. That is, E. K
"Experimental Evaluation of a 20x20mm Footprint Microcolumn" by ratschmer et al.,
Journal of Vacuum Science Technology, Bulletin 14 (6), pp.3792-96, Nov./Dec.
1996; T. H. P. "Electron Beam Technology-SEM to Microcolumn" by Chang et al., Microelectronic
Engineering 32, pp.113-130, 1996; "Electron beam source and charged particle optics (Elec
tron-Beam Sources and Charged-Particle Optics) '', SPIE Vol.2522, pp.4-12, 19
95; M. G. R. Thomson and T.W. H. P. Chang, “Lens and Deflector Design for
Microcolumns) '', Journal of Vacuum Science Technology, Bulletin 13 (6), pp.22
45-49, Nov./Dec. 1995; S. "Small Schottky electron source (Min
iature Schottky Electron Source) '', Journal of Vacuum Science Technology, B
ulletin 13 (6), pp.2468-72, Nov./Dec. 1995; Chang et al., US Pat.
2,663; Chang et al., U.S. Pat. No. 5,155,412. The entire contents of which are incorporated herein by reference.
【００１４】
図２を参照すると、ソースレンズ３０およびアインツェルレンズ４２の構造の
一例が示されている。組み立てに関するさらなる詳細が必要であれば、本願明細
書に参照により引用されたものとする、Ｋ．Ｙ．Ｌｅｅ、Ｓ．Ａ．Ｒｉｓｈｔｏ
ｎ、およびＴ．Ｈ．Ｐ Ｃｈａｎｇによる「高アスペクト比整列多層マイクロ構
造の組み立て（High Aspect Ratio Aligned Multilayer Microstructure Fabric
ation)」、Journal of Vacuum Science Technology、Bulletin 12(6)、pp.3425-30、N
ov./Dec.1994を参照されたい。ソース３０は、複数のシリコンウェーハまたはチ
ップ６０、６２、および６４を含み、これらに１００から５００ミクロン厚の絶
縁層６６および６８で間隔を設けている。絶縁層６６および６８は、一定の比例
に拡大して描かれていない。絶縁層６６および６８は、パイレックス（Ｐｙｒｅ
ｘ）という商標名で販売されているガラスのようなガラスから一般に形成される
。次に、絶縁層６６および６８は正確に整列されて、通常、電気化学陽極接合に
より接合されて、ソースレンズ３０を形成する。Referring to FIG. 2, an example of the structure of the source lens 30 and the Einzel lens 42 is shown. If further details regarding the assembly are required, they are incorporated herein by reference, K. Y. Lee, S.H. A. Rishto
n, and T. H. “High Aspect Ratio Aligned Multilayer Microstructure Fabric” by P Chang.
ation) '', Journal of Vacuum Science Technology, Bulletin 12 (6), pp.3425-30, N
See ov./Dec.1994. The source 30 includes a plurality of silicon wafers or chips 60, 62, and 64, which are spaced by 100-500 micron thick insulating layers 66 and 68. Insulation layers 66 and 68 are not drawn to scale. The insulating layers 66 and 68 are made of Pyrex.
x) is generally formed from glass, such as the glass sold under the trade name. The insulating layers 66 and 68 are then precisely aligned and bonded, typically by electrochemical anodic bonding, to form the source lens 30.
【００１５】
接合プロセスの前に、シリコンチップは、電子ビームリソグラフィおよび反応
性イオンエッチングで処理されて、チップ６０、６２および６４のそれぞれにシ
リコン薄膜７０、７２および７４をそれぞれ形成する。次に、それぞれの孔２２
、２８および３４など、必要とされるビーム孔が薄膜７０、７２および７４に形
成される。薄膜７０、７２および７４は、１から２ミクロンの厚みのオーダーで
ある。薄膜７０、７２および７４および孔２２、２８および３４は、レンズ３０
の要素２４、２６および３６を形成する。Prior to the bonding process, the silicon chips are processed by electron beam lithography and reactive ion etching to form silicon thin films 70, 72 and 74, respectively, on the chips 60, 62 and 64, respectively. Next, each hole 22
, 28 and 34 are formed in the thin films 70, 72 and 74 as required. Thin films 70, 72 and 74 are on the order of 1 to 2 microns thick. Membranes 70, 72 and 74 and holes 22, 28 and 34 are provided in lens 30.
Forming elements 24, 26 and 36 of.
【００１６】
同様に、レンズ４２の電極４６、４８および５０が中心にあるシリコン薄膜７
６、７８および８０とともに形成され、そこにそれぞれの孔５２が形成される。
レンズ４２も、複数のパイレックス絶縁層８４および８６を含み、これらの絶縁
層も、孔５２よりも直径が大きい孔８８および９０を含む。層４６、４８、５０
、８４および８６も整列されて、通常、接合されてレンズ４２を形成する。Similarly, the silicon thin film 7 centered on the electrodes 46, 48 and 50 of the lens 42.
6, 78 and 80, with respective holes 52 formed therein.
Lens 42 also includes a plurality of Pyrex insulating layers 84 and 86, which also include holes 88 and 90 having a larger diameter than hole 52. Layers 46, 48, 50
, 84 and 86 are also aligned and are typically cemented to form lens 42.
【００１７】
図３を参照すると、小型ショットキー電子源１００が示されており、これは、
マイクロカラム１０の放出素子源であり、放出素子の先端１６を含み得る。本願
明細書に参照により引用されたものとするＨ．Ｓ．Ｋｉｍ等による「小型ショッ
トキー電子源（Miniature Schottky electron source)」、Journal of Vacuum Sci
ence Technology、Bulletin 13(6)、pp.2468-72、Nov./Dec.1995により詳しく記載
されているように、電子源１００は、サプレッサキャップ１０２を含む。キャッ
プ１０２は、絶縁体１０４の上を覆って取り付けられ、この絶縁体は、先端１６
まで電力を維持し供給する一対の導体１０６、１０８を取り囲み絶縁する。Referring to FIG. 3, a compact Schottky electron source 100 is shown, which includes:
It is the source of the emitting element of the microcolumn 10 and may include the tip 16 of the emitting element. H.264, which is incorporated herein by reference. S. "Miniature Schottky electron source" by Kim et al., Journal of Vacuum Sci
ence Technology, Bulletin 13 (6), pp. 2468-72, Nov./Dec. 1995, the electron source 100 includes a suppressor cap 102. The cap 102 is mounted over the insulator 104, which has a tip 16
It surrounds and insulates a pair of conductors 106, 108 that maintain and supply power up to.
【００１８】
先端１６は、Ｚｒ／Ｏ／Ｗ合金の先端であり、サプレッサキャップ１０２内に
収容された小型フィラメント１１０上に取り付けられることが好ましい。先端１
６は、サプレッサキャップ１０２から開口１１２を介して延伸する。従来のショ
ットキー電子源は、通常、長さＬが約２０ミリメートル（ｍｍ）、幅（または直
径）Ｗが約１７ｍｍのものである。電子源１００は、長さＬが１３．７ｍｍ、幅
Ｗが４ｍｍのものである。従来の電子源は、１２５ミクロンのフィラメントを備
えるのに対して、電子源１００は、７５ミクロンのタングステンフィラメントを
備える。フィラメントサイズが小さいことにより、電子源１００は、１．５から
１．８ワットの加熱電力で動作できるのに対して、従来の電子源では２．５から
３．５ワットが必要となる。The tip 16 is a Zr / O / W alloy tip and is preferably mounted on a small filament 110 contained within a suppressor cap 102. Tip 1
6 extends from the suppressor cap 102 through the opening 112. A conventional Schottky electron source typically has a length L of about 20 millimeters (mm) and a width (or diameter) W of about 17 mm. The electron source 100 has a length L of 13.7 mm and a width W of 4 mm. The conventional electron source comprises a 125 micron filament, while the electron source 100 comprises a 75 micron tungsten filament. Due to the small filament size, the electron source 100 can operate with a heating power of 1.5 to 1.8 watts, while a conventional electron source requires 2.5 to 3.5 watts.
【００１９】
図１に示されているように、ＳＴＭポジショナ１８は、電子源１００、ひいて
は先端１６の位置決めを機械的に調節するように利用される。このような物理的
な整列は、多くの理由から最適ではない。図４を参照すると、本発明のサプレッ
サキャップの一実施形態が参照番号１１４で示されている。電子源１００は、先
端１６を介して、電子ビーム１１６を放出する。図１を参照。ビーム１１６は、
エキストラクタ２４の孔２２と完全に整列されるように示されているが、実際、
このように要求される最適な整列を達成することは困難である。孔２２の直径は
、およそ数ミクロンであり、先端１６は、孔２２からおよそ１００ミクロンの作
動距離１１８をもつ。サプレッサキャップ１０２または１１４により、フィラメ
ント１１０からと、先端１６のシャンク１２０（図３を参照）から熱イオン的に
放出される電子数が減少する。As shown in FIG. 1, the STM positioner 18 is utilized to mechanically adjust the positioning of the electron source 100 and thus the tip 16. Such physical alignment is not optimal for many reasons. Referring to FIG. 4, one embodiment of the suppressor cap of the present invention is shown at 114. The electron source 100 emits an electron beam 116 via the tip 16. See FIG. Beam 116
Although shown as being perfectly aligned with the holes 22 in the extractor 24, in practice
It is difficult to achieve the optimum alignment thus required. The diameter of the hole 22 is on the order of a few microns and the tip 16 has a working distance 118 of about 100 microns from the hole 22. The suppressor cap 102 or 114 reduces the number of electrons that are thermionically emitted from the filament 110 and from the shank 120 of the tip 16 (see FIG. 3).
【００２０】
他の従来の電子源では、（図示されていないが）先端は、作動距離１１８の中
心に機械的に合わされて、孔２２と整列される。しかしながら、マイクロカラム
１０に必要とされる組み立て手順、ソースレンズ３０の電極の寸法が著しく小さ
いこと、さらにマイクロカラム１０の要素の総寸法により、電子源１００は、マ
イクロカラム１０に同様に機械的に整列できない。ＳＴＭポジショナ１８を利用
することは適しているが、これはマイクロカラム１０の複雑性が増しサイズが大
きくなり、望ましいほどの信頼性を得られず、広い領域にわたってビーム１１６
を操作するのにかかる時間よりも多くの時間がかかる。ビーム１１６が孔２２と
整列されるように示されているが、ビーム１１６’で示されているように、位置
ずれする可能性が高い。位置ずれしたビーム１１６’は、孔２２から完全（図示
されているように）または部分的に離れた方向に向けられる。これにより、ビー
ム１１６’が完全または部分的に孔２２を通過できなくなり、これが、整列時に
最終的にビーム３８（図１を参照）になる最大出力ビーム１２２をなす。In another conventional electron source, the tip (not shown) is mechanically centered about the working distance 118 and aligned with the hole 22. However, due to the assembly procedure required for the microcolumn 10, the significantly smaller dimensions of the electrodes of the source lens 30, and the overall dimensions of the elements of the microcolumn 10, the electron source 100 is mechanically similar to the microcolumn 10. I can't line up. Utilizing the STM positioner 18 is suitable, but this adds to the complexity and size of the microcolumn 10 and is not as reliable as desired, and the beam 116 is spread over a large area.
It takes more time than it takes to operate. Although beam 116 is shown aligned with aperture 22, it is likely to be misaligned, as shown by beam 116 '. The misaligned beam 116 'is directed completely (as shown) or partially away from the hole 22. This prevents the beam 116 'from passing through the hole 22 completely or partially, which constitutes the maximum output beam 122 which, when aligned, will eventually become the beam 38 (see FIG. 1).
【００２１】
本発明のサプレッサキャップ１１４により、図４および図５に示されているよ
うな４つまたはそれ以上の分割または分離された電極１２４、１２６、１２８、
１３０を利用することで、このような整列／走査集束問題が解決される。小型シ
ョットキー電子源として示され記載されるが、本発明のサプレッサキャップ１１
４は、あらゆるタイプの熱電界放出源とともに利用可能である。フィラメント１
１０と先端のシャンク１２０から熱イオン的に放出される電子数を減少させるた
めに利用されるサプレッサ電圧ＶSが、望ましい方向にビーム１１６を向けるよ
うに、例えば、電源（図示せず）から結合される電極セグメント１２４、１２６
、１２８および１３０のそれぞれに印加される所望の偏向電圧±Ｖyおよび±Ｖx
と加算される。電極１２４、１２６、１２８および１３０に傾斜電気信号が印加
されると、エキストラクタ２４にわたってビーム１１６を即座に走査して、ビー
ム１１６の最適な動作位置を特定する。偏向電圧±Ｖxおよび±Ｖyはまた、マイ
クロカラム１０の動作中など、電子源１０の動作中に、放射源ビーム１１６の位
置のドリフトを動的に修正するためにも利用可能である。The suppressor cap 114 of the present invention allows four or more split or separated electrodes 124, 126, 128, as shown in FIGS. 4 and 5,
Utilizing 130 solves this alignment / scan focusing problem. Although shown and described as a miniature Schottky electron source, the suppressor cap 11 of the present invention.
4 can be used with any type of thermal field emission source. Filament 1
The suppressor voltage V S, which is used to reduce the number of electrons that are thermionically emitted from 10 and the tip shank 120, is coupled, for example, from a power source (not shown), to direct the beam 116 in the desired direction. Electrode segments 124, 126
, 128 and 130, respectively, plus the desired deflection voltages ± V y and ± V x . When a tilted electrical signal is applied to the electrodes 124, 126, 128 and 130, the beam 116 is immediately scanned across the extractor 24 to identify the optimal operating position of the beam 116. The deflection voltages ± V x and ± V y can also be used to dynamically correct for drift in the position of the source beam 116 during operation of the electron source 10, such as during operation of the microcolumn 10.
【００２２】
偏向電圧は、本質的には２つの同期する鋸歯状波として、例えば、走査発生器
により生成され得る。ビーム１１６の位置は、エキストラクタ２４、アノード２
６または照射野限定孔３４に入射するビーム電流を測定することによりモニタ可
能である。必要とされる偏向が小さく、ビーム電圧が低いため、高速電子装置を
利用して必要な走査信号を生成できる。The deflection voltage can be generated essentially as two synchronized sawtooth waves, eg by a scanning generator. The beam 116 is located at the position of the extractor 24, the anode 2
6 or the beam current incident on the irradiation field limiting hole 34 can be monitored. Due to the low deflection required and the low beam voltage, high speed electronics can be used to generate the required scan signals.
【００２３】
特定の実施形態を参照して本発明を記載してきたが、上述した実施形態は、本
発明の例であって制限を課すものではない。４つの電極１２２、１２４、１２６
および１２８を図示して記載してきたが、必要に応じて、さらなる電極セグメン
トが利用されてよい。当業者に理解されるように、本願明細書に記載した実施形
態のさまざまな他の適応および組み合わせは、請求項により規定される本発明の
範囲内のものである。Although the invention has been described with reference to particular embodiments, the embodiments described above are examples of the invention and are not limiting. Four electrodes 122, 124, 126
And 128 have been shown and described, additional electrode segments may be utilized if desired. As will be appreciated by those skilled in the art, various other adaptations and combinations of the embodiments described herein are within the scope of the invention as defined by the claims.
【図１】 本発明を組み込み得るマイクロカラムの拡大斜視図である。[Figure 1] FIG. 3 is an enlarged perspective view of a microcolumn in which the present invention can be incorporated.
【図２】
本発明を組み込み得るマイクロカラム放出源およびマイクロレンズの拡大斜視
図である。FIG. 2 is an enlarged perspective view of a microcolumn emission source and microlens that may incorporate the present invention.
【図３】 小型ショットキー電子源の側面断面図である。[Figure 3] It is a side sectional view of a small Schottky electron source.
【図４】 本発明の電子源用の分割サプレッサキャップの実施形態の側面図である。[Figure 4] FIG. 6 is a side view of an embodiment of a split suppressor cap for an electron source of the present invention.
【図５】 図４のサプレッサキャップの上面図である。[Figure 5] 5 is a top view of the suppressor cap of FIG. 4. FIG.
１０ マイクロカラム １２ 格子試料 １４ 電子検出器 １６ 電界放出素子の先端 １８ ポジショナ ２０ 電子光学カラム ２２、２８、３４、５２、８８、９０ 孔 ２４ エキストラクタ ２６ アノード ３０ ソースレンズ ３２、３８ 電子ビーム ３６ 孔部材 ４０ ビームデフレクタ ４２ アインツェルレンズ ４４、１１８ 作動距離 ４６、４８、５０ 電極 ５４ 電子検出器 ６０、６２、６４ シリコンウェーハ（チップ） ６６、６８、８４、８６ 絶縁層 ７０、７２、７４、７６、７８、８０ シリコン薄膜 １００ 電子源 １０２、１０４ サプレッサキャップ １０４ 絶縁体 １０６、１０８ 導体 １００ フィラメント １１２ 開口 １１６、１１６’ 電子ビーム １２０ シャンク １２２ 最大出力ビーム １２４、１２６、１２８、１３０ 電極セグメント 10 micro columns 12 Lattice sample 14 Electronic detector 16 Tip of field emission device 18 Positioner 20 Electro-optical column 22, 28, 34, 52, 88, 90 holes 24 Extractor 26 Anode 30 Source lens 32, 38 electron beam 36 hole member 40 beam deflector 42 Einzel lens 44, 118 Working distance 46, 48, 50 electrodes 54 electronic detector 60, 62, 64 Silicon wafer (chip) 66, 68, 84, 86 Insulation layer 70, 72, 74, 76, 78, 80 Silicon thin film 100 electron sources 102, 104 suppressor cap 104 insulator 106, 108 conductor 100 filament 112 openings 116,116 'electron beam 120 shank 122 maximum output beam 124, 126, 128, 130 Electrode segment
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャン， タイ−ホン， フィリップ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォスター シティ， ミニッツ レイン 1105 Ｆターム(参考） 5C030 AA03 AB01 CC01 CC02 CC03 CC07 CC10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Chang, Tai Hong, Philip United States of America, California, Foster City, Minute Rain 1105 F-term (reference) 5C030 AA03 AB01 CC01 CC02 CC03 CC07 CC10
Claims (15)
ントに分割し、放出ビームを移動させ整列するために、前記各電極に個別にサプ
レッサ電圧と偏向電圧をかけて前記各電極を駆動するステップを含む、熱電界放
出源の放出ビームを整列する方法。1. A method of aligning an emission beam of a thermal field emission source, the suppressor cap being divided into at least four electrode segments electrically insulated from each other, for moving and aligning the emission beam. A method of aligning an emission beam of a thermal field emission source, which comprises applying a suppressor voltage and a deflection voltage to each electrode individually to drive each electrode.
前記偏向電圧が、前記電極の各対の電極それぞれで反対の極性のものである請求
項１に記載の方法。2. The step of applying the same deflection voltage to opposite electrode pairs,
The method of claim 1, wherein the deflection voltages are of opposite polarity at each electrode of each pair of electrodes.
て前記放出ビームを走査させるステップを含む請求項２に記載の方法。3. The method of claim 2 including ramping the deflection voltage of the electrode pair to scan the emitted beam over an area.
記偏向電圧を変化させて前記マイクロカラムにある前記放出ビームを整列させる
ことにより、前記放射源の出力ビームを最大にするステップを含む請求項２に記
載の方法。4. The step of providing the suppressor cap on a microcolumn emission source and maximizing the output beam of the radiation source by varying the deflection voltage to align the emission beam on the microcolumn. The method of claim 2.
の動作中に前記放出ビームの整列のドリフトを動的に修正するステップを含む請
求項２に記載の方法。5. The method of claim 2 including the step of dynamically correcting drift in alignment of the emitted beam during operation of the microcolumn by changing the deflection voltage.
ッサキャップを含む熱電界放出源の放出ビームを整列する手段と、放出ビームを
移動させ整列するために、前記各電極に個別にサプレッサ電圧と偏向電圧を印加
して前記各電極を駆動する手段とを含む、改良された熱電界放出源。6. An improved thermal field emission source comprising means for aligning an emission beam of a thermal field emission source comprising a split suppressor cap having at least four electrode segments electrically isolated from each other, and the emission beam. An improved thermal field emission source comprising means for individually applying a suppressor voltage and a deflection voltage to each electrode to move and align the electrodes to drive and align each electrode.
偏向電圧が、前記電極の各対の電極それぞれで反対の極性のものである請求項６
に記載の熱電界放出源。7. A means for applying the same deflection voltage to opposite electrode pairs, said deflection voltage being of opposite polarity at each electrode of each pair of said electrodes.
The thermal field emission source according to.
て前記放出ビームを走査させる手段を含む請求項７に記載の熱電界放出源。8. A thermal field emission source according to claim 7, including means for sloping the deflection voltage of the electrode pair to scan the emission beam over an area.
ップと、前記偏向電圧を変化させて前記マイクロカラムにある前記放出ビームを
整列させる手段を含むことにより、前記放射源の出力ビームを最大にする手段と
を含む請求項７に記載の熱電界放出源。9. An output beam of said radiation source by including said suppressor cap forming part of a microcolumn emission source and means for varying said deflection voltage to align said emission beam at said microcolumn. 8. The thermal field emission source of claim 7, including:
ムの動作中に前記放出ビームの整列のドリフトを動的に修正する手段を含む請求
項９に記載の方法。10. The method of claim 9 including means for dynamically correcting drift in alignment of the emitted beam during operation of the microcolumn by varying the deflection voltage.
た少なくとも４つの電極セグメントをもつ分割サプレッサキャップと、前記放出
ビームを移動させ整列するために、前記各電極を個別に駆動するようにサプレッ
サ電圧と偏向電圧を結合する電源とを含む、熱電界放出源を含む改良された熱電
界放出源。11. An emission beam, a split suppressor cap having at least four electrode segments surrounding the emission source and electrically isolated from each other, and each electrode individually for moving and aligning the emission beam. An improved thermal field emission source including a thermal field emission source including a power supply coupling a suppressor voltage and a deflection voltage to drive.
偏向電圧が、前記電極の各対の電極それぞれで反対の極性のものである請求項１
１に記載の熱電界放出源。12. The same deflection voltage coupled to opposite pairs of electrodes, the deflection voltages being of opposite polarity at each electrode of each pair of said electrodes.
1. The thermal field emission source described in 1.
前記電極対に傾斜された前記偏向電圧を含む請求項１２に記載の熱電界放出源。13. To scan the emitted beam over an area,
13. The thermal field emission source according to claim 12, including the deflection voltage tilted to the electrode pair.
ャップと、内部に孔をもつエキストラクタを含む前記マイクロレンズと、前記放
出源の最大にされた前記出力ビームと、前記偏向電圧により前記エキストラクタ
孔と前記マイクロカラムにおいて整列された前記放出ビームとを含む請求項１２
に記載の熱電界放出源。14. The suppressor cap forming part of a microcolumn emission source, the microlens including an extractor with holes therein, the maximized output beam of the emission source, and the deflection voltage. 13. The ejector beam aligned with the extractor hole and the microcolumn according to claim 12.
The thermal field emission source according to.
キストラクタ孔と動的に接続された前記放出ビーム整列を含む請求項１４に記載
の熱電界放出源。15. The thermal field emission source of claim 14, including the emission beam alignment dynamically connected to the extractor aperture during operation of the microcolumn at the deflection voltage.
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