KR20210002112A - 전자 방출기를 위한 확산 장벽이 있는 금속 보호 층 - Google Patents

전자 방출기를 위한 확산 장벽이 있는 금속 보호 층 Download PDF

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KR20210002112A
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프란시스 힐
길다르도 델가도
루디 가르시아
게리 로페즈
마이크 로메로
카테리나 아이오아케이미디
제프람 마크스
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케이엘에이 코포레이션
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Abstract

직경이 100 ㎚ 이하인 방출기가 보호 캡 층과 방출기와 보호 캡 층 사이의 확산 장벽과 함께 사용된다. 보호 캡 층은 방출기의 외부 표면 상에 배치된다. 보호 캡 층은 몰리브덴 또는 이리듐을 포함한다. 방출기는 전자 빔을 생성할 수 있다. 방출기는 펄싱될 수 있다.

Description

전자 방출기를 위한 확산 장벽이 있는 금속 보호 층
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은 2018년 5월 25일자에 출원되어 미국 출원 번호 제 62/676,735 호가 부여된 가출원에 대한 우선권을 주장하고, 이 출원의 개시 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
[기술분야]
본 개시는 코팅을 갖는 전자 방출기에 관한 것이다.
전자 방출에 사용되는 작은 팁 직경(예를 들어, 100 ㎚ 이하)을 갖는 방출기는 진공 상태에 의해 영향을 받는다. 진공 상태는 전계 방출 성능을 저하시킬 수 있다. 일반적인 전자 방출기는 산화 또는 탄소 축적으로부터 보호하기 위한 보호 코팅이 없다. 초고진공(UHV) 상태에서 전자 빔을 방출하는 동안 음극 팁의 표면에서 탄소 층이 성장한다. UHV 환경에서 표면의 산화가 또한 발생할 가능성이 있다. 예를 들어, 이전 설계는 산화 또는 탄소 층의 제거에 견고하지 않았다. 진공에서 나온 분자(예를 들어, 수소, 일산화탄소, 산소, 질소 및 물)가 또한 음극 팁에 흡착될 수 있으며, 이는 전계 방출 전류의 하락과 전계 방출 전류의 불안정성을 초래할 수 있다.
실리콘은 잘 확립된 실리콘 미세 제조 기술로 인해 전자 방출기로 사용되는 나노 팁을 만드는 데 좋은 후보 물질이다. 그러나, 실리콘 방출기는 산화에 매우 민감하여 방출기 팁을 실리콘 산화물로 변환시킨다. 실리콘 산화물은 실리콘 산화물의 높은 일 함수로 인해 전자 방출에 대해 팁을 작동하지 못하게 할 것이다. 방출기 상의 실리콘 산화물의 존재에 의해 안정성도 또한 영향을 받는다. 시스템 수명 동안 이러한 현상이 발생하지 않도록 하는 명확한 방법은 없다.
따라서, 필요한 것은 개선된 전자 방출기와 작동 방법이다.
제 1 실시예에서 장치가 제공된다. 이 장치는 직경이 100 ㎚ 이하인 방출기를 포함한다. 방출기의 외부 표면 상에 보호 캡 층이 배치된다. 보호 캡 층은 몰리브덴을 포함한다. 방출기는 15 ㎚ 미만의 직경을 가질 수 있다. 보호 캡 층은 1 ㎚ 내지 20 ㎚의 두께를 가질 수 있다.
방출기와 보호 캡 층 사이에 확산 장벽이 배치될 수 있다. 확산 장벽은 TiN, 탄소, B4C, 붕소 또는 니오븀을 포함할 수 있다.
보호 캡 층은 적어도 방출 영역에서 핀홀이 없을 수 있다.
보호 캡 층은 104 개 미만의 불순물을 가질 수 있다. 불순물은 탄소, 산화물, 용존 기체로서의 산소, 나트륨 또는 칼륨을 포함할 수 있다.
보호 캡 층은 25 % 이하의 다공성을 가질 수 있다.
보호 캡 층은 0.92 이상의 패킹 밀도를 가질 수 있다.
시스템은 제 1 실시예의 방출기를 갖는 전자 소스, 스테이지 및 검출기를 포함할 수 있다.
제 2 실시예에서 장치가 제공된다. 이 장치는 직경이 100 ㎚ 이하인 방출기를 포함한다. 방출기의 외부 표면 상에 보호 캡 층이 배치된다. 보호 캡 층은 이리듐을 포함한다. 방출기는 15 ㎚ 미만의 직경을 가질 수 있다. 보호 캡 층은 1 ㎚ 내지 20 ㎚의 두께를 가질 수 있다.
방출기와 보호 캡 층 사이에 확산 장벽이 배치될 수 있다. 확산 장벽은 TiN, 탄소, B4C, 붕소 또는 니오븀을 포함할 수 있다.
보호 캡 층은 적어도 방출 영역에서 핀홀이 없을 수 있다.
보호 캡 층은 104 개 미만의 불순물을 가질 수 있다. 불순물은 탄소, 산화물, 용존 기체로서의 산소, 나트륨 또는 칼륨을 포함할 수 있다.
보호 캡 층은 25 % 이하의 다공성을 가질 수 있다.
보호 캡 층은 0.92 이상의 패킹 밀도를 가질 수 있다.
시스템은 제 2 실시예의 방출기를 갖는 전자 소스, 스테이지 및 검출기를 포함할 수 있다.
제 3 실시예에서 방법이 제공된다. 이 방법은 방출기의 외부 표면 상에 배치된 보호 캡 층을 포함하는 방출기를 제공하는 단계를 포함한다. 방출기는 100 ㎚ 이하의 직경을 갖는다. 전기장이 방출기에 인가된다. 전자 빔이 방출기에서 생성된다. 방출기가 펄싱되어 방출기로부터 흡착물을 제거한다.
보호 캡 층은 몰리브덴, 이리듐, 루테늄 또는 기타 물질을 포함할 수 있다.
본 개시의 본질 및 목적의 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명을 참조해야 한다.
도 1은 본 개시에 따른 전자 방출 시스템의 일 실시예의 정면도이다.
도 2는 본 개시에 따른 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 개시에 따른 다른 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 개시에 따른 시스템의 일 실시예이다.
도 5는 추출기 전류 및 프로브 전류에 대한 실험 결과를 도시한다.
도 6은 다른 예에서 추출기 전류 및 프로브 전류에 대한 실험 결과를 도시한다.
도 7은 1 ㎚ 니오븀 필름 상에 증착된 5 ㎚ 몰리브덴 필름을 갖는 실리콘 방출기의 명시야 이미지를 도시한다.
도 8은 본 개시에 따른 다른 방법의 흐름도이다.
도 9는 30 초마다 500 ms 폭 펄스를 갖는 시간에 따른 추출기 전류의 차트이다.
도 10은 고정 방출과 펄스 방출 사이의 잡음을 비교하는 차트이다.
도 11은 실리콘 상의 1 ㎚ 니오븀 확산 장벽 상의 5 ㎚ 몰리브덴 코팅에 대한 고정 전계 방출 및 펄스 전계 방출의 안정성을 비교한다.
도 12는 실리콘 상의 5 ㎚ 몰리브덴 코팅에 대한 고정 전계 방출 및 펄스 전계 방출의 안정성을 비교한다.
도 13은 펄스 전계 방출을 도시한다.
도 14는 이리듐 필름이 증착된 실리콘 방출기의 명시야 이미지를 도시한다.
도 15는 1 ㎚ B4C 상에 5 ㎚ 루테늄으로 코팅된 방출기에 대해 8 시간의 고정 전계 방출에 이어 8 시간의 펄스 전계 방출이 뒤따르는 동안 인접한 수집된 데이터 포인트 간의 상대적 추출기 전류 변화율 ΔI/I의 시간당 카운트를 비교하는 차트이다.
청구된 주제가 특정 실시예들에 관하여 설명될 것이지만, 본 명세서에 기재된 모든 이점 및 특징을 제공하지 않는 실시예들을 포함하는 다른 실시예들도 또한 본 개시의 범위 내에 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 구조적, 논리적, 공정 단계 및 전자적 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시의 범위는 오직 첨부된 청구 범위를 참조하여 정의된다.
본 명세서에 개시된 실시예는 높은 전자 전류 안정성 및 수명을 갖는 방출기 및 방출기 작동 방법을 제공한다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 방출기의 팁은 몰리브덴 및/또는 이리듐의 보호 캡 층으로 코팅된다. 몰리브덴 및 이리듐 코팅된 실리콘 팁은 n 형 실리콘 또는 p 형 실리콘 방출기에 비해 더 높은 방출 전류를 생성하고 더 양호한 방출 전류 안정성을 제공한다. 또한, 몰리브덴 및 이리듐 표면은 분자 수소, 가열된 분자 수소, 수소 플라즈마 또는 기타 플라즈마를 사용하여 탄소 오염 및 산화를 제거할 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예는 기존 시스템에 새로 장착될 수 있어 재설계 비용을 감소시킬 수 있다.
보호 캡 층은 흡착된 분자가 금속으로부터 용이하게 제거될 수 있고 보호 캡 층이 없는 것보다 금속 표면이 더 오래 깨끗하게 유지될 수 있도록 선택된다. 분자 흡착물은 가열, 자외선, 전자 자극 탈착에 의해 또는 높은 전기장을 사용하여 팁으로부터 제거될 수 있다. 초고진공 상태에서도, 보호 캡 층이 없는 실리콘 음극 팁 표면 상의 탄소 층 성장이 전자 빔 방출 동안 여전히 발생할 수 있으며, 이러한 표면의 산화가 또한 발생할 가능성이 있다. 보호 캡 층은 산화 및 탄소 축적에 대해 저항한다.
도 1은 방출기(101) 및 방출기 장착 기구(102)를 포함하는 전자 방출 시스템(100)의 정면도이다. 전자 방출 시스템(100)은 전자 방출 시스템(100) 주위의 환경 또는 공간으로 전자를 방출하도록 구성된다. 방출기(101)는 제 1 섹션(103), 제 2 섹션(104) 및 둥근 팁(105)을 갖는다. 제 1 섹션(103)은 원통형일 수 있다. 둥근 팁(105) 없이, 제 2 섹션(104)은 일반적으로 절두 원추형일 수 있다. 제 2 섹션(104)은 제 1 섹션(103)의 말단부 상에 배치될 수 있다. 제 2 섹션(104)은 제 1 섹션(103)과 둥근 팁(105) 사이에 테이퍼링 폭 또는 직경을 가질 수 있다. 제 1 섹션(103) 및 제 2 섹션(104)은 일반적으로 둥글 수 있지만, 제 1 섹션(103) 및 제 2 섹션(104)은 결정 구조로 인해 패싯될 수 있다. 제 2 섹션(104)의 말단부 상에 배치된 둥근 팁(105)은 일반적으로 잘린 구형일 수 있다. 둥근 팁(105)은 적어도 부분적으로 또는 완전히 둥글 수 있다. 본 명세서에 설명된 것 이외의 다른 모양도 가능하다.
제 1 섹션(103) 또는 제 1 섹션(103) 및 제 2 섹션(104)은 방출기(101)의 "샤프트"로서 설명될 수 있다. 방출기(101)의 샤프트는 방출기 장착 기구(102)에 의해 유지된다.
방출기(101), 제 1 섹션(103), 제 2 섹션(104) 또는 둥근 팁(105)의 치수는 변할 수 있다. 방출기(101)의 샤프트 또는 방출기(101) 자체는 길이 및 직경 모두에 대해 나노 미터 스케일 또는 미크론 스케일일 수 있다.
방출기(101)는 방출기 코어(110) 및 보호 캡 층(111)을 포함한다. 보호 캡 층(111)은 방출기 코어(110)의 외부 표면 상에 배치된다. 방출기 코어(110)의 외부 표면 전체 또는 그 이하가 보호 캡 층(111)에 의해 덮일 수 있다. 따라서, 방출기(101)의 노출된 표면의 100 % 또는 100 % 미만이 보호 캡 층(111)에 의해 덮일 수 있다. 그러나, 방출기(101)의 적어도 둥근 팁(105) 또는 방출기(101)의 적어도 방출 영역이 보호 캡 층(111)에 의해 덮일 수 있다.
방출기 코어(110)는 실리콘 또는 다른 물질일 수 있다. 보호 캡 층(111)은 몰리브덴, 이리듐 또는 몰리브덴과 이리듐의 합금일 수 있다. 다른 물질이 또한 몰리브덴 및/또는 이리듐과 합금할 수 있다. 몰리브덴 또는 이리듐은 > 99 % 순도와 같이 > 90 % 순도일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 냉전계 방출기가 미세 제조 공정을 사용하여 구성된다. 그런 다음, 스퍼터링된 몰리브덴 및/또는 이리듐 박막이 실리콘 냉전계 방출기 상에 증착된다.
선택적인 확산 장벽(112)이 방출기(101)와 보호 캡 층(111) 사이에 배치될 수 있다. 확산 장벽(112)은 방출기 코어(110)와 보호 캡 층(111) 사이에서 확산을 방지하거나 감소시킨다. 확산 장벽(112)은 예를 들어 TiN, 탄소, B4C, 붕소, 니오븀, 또는 다른 물질일 수 있다. 확산 장벽(112)의 두께는 예를 들어 금속이 방출기 코어(110)의 실리콘으로 확산되는 것을 방지하거나 감소시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 확산 장벽(112)은 1 내지 2 ㎚의 두께를 갖지만 더 두꺼운 층이 가능하다. 더 두꺼운 확산 장벽(112)은 더 낮은 밝기를 초래할 수 있지만, 이것은 특정 애플리케이션의 경우 허용 가능할 수 있다. 확산 장벽(112) 내의 산소 함량은 존재하는 산소의 양을 최소화하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 확산 장벽(112)이 적용되기 전에, 아르곤 플라즈마가 방출기(101)로부터 금속 산화물을 제거하기 위해 사용된다. 예를 들어, 아르곤 플라즈마, 확산 장벽(112) 및 보호 캡 층(111)은 진공을 파괴하지 않고 동일한 챔버에서 적용된다.
보호 캡 층(111)은 또한 확산 장벽(112) 없이 방출기(101)에 직접 적용될 수 있다. 예를 들어, 허용 가능한 성능을 갖는 확산 장벽(112) 없이 몰리브덴 보호 캡 층(111)이 방출기(101)에서 테스트되었다.
보호 캡 층(111)은 방출기(101)가 산화 및 탄소 축적에 대해 저항하게 할 수 있다. 보호 캡 층(111)은 또한 이온에 의한 침식을 견디기 위해 비교적 낮은 스퍼터율을 가질 수 있다. 몰리브덴 및 이리듐 박막은 분자 수소, 가열된 분자 수소, 수소 플라즈마 또는 기타 플라즈마를 사용하여 탄소 축적 및 산화를 제거할 수 있다. 보호 캡 층(111)은 낮은 스퍼터율을 가질 수 있어서 이온에 의한 침식을 견딜 수 있다. 몰리브덴 및 이리듐 박막도 낮은 스퍼터율을 갖고, 이는 이러한 박막이 이온에 의한 침식을 견딜 수 있음을 의미한다. 낮은 스퍼터율은 몰리브덴 및 이리듐을 역류 이온으로 인한 이온 충격으로부터 방출기 팁을 보호하는 좋은 후보로 만든다.
몰리브덴 및 이리듐은 모두 높은 용융 온도를 갖는다(몰리브덴의 경우 약 2623 ℃, 이리듐의 경우 약 2446 ℃). 높은 용융 온도는 보호 캡 층(111)이 열역학적으로 안정되도록 할 수 있다. 가열 중 재결정화는 보호 캡 층(111)에 바람직하지 않다. 보호 캡 층(111)은 가열(예를 들어, 전계 방출 동안의 줄 가열 및/또는 노팅엄 효과)로 인한 필름의 임의의 구조적 변화 없이 최대 수백 마이크로 암페어의 전류를 방출해야 할 수 있다. 바람직하게, 방출이 따뜻한 전계 방출 모드에서 실행될 때(예를 들어, 방출기를 약 500 ℃까지 가열) 그리고 진공 챔버가 10-11 내지 10-10 Torr의 진공 레벨에 도달하도록 베이킹하는 동안 가열될 때(예를 들어, 300 ℃까지 가열), 증착된 보호 캡 층(111)은 안정되어야 한다.
방출기 장착 기구(102)의 구성은 도 1에 도시된 것과 다를 수 있다. 일 예에서, 방출기 장착 기구(102)는 세라믹 절연체 상에 안착된 텅스텐 헤어핀과 헤어핀 레그용 전극을 사용하여 방출기 팁을 지지한다. 헤어핀을 가열하여 플래시 세정을 제공하거나 방출기 온도를 열전계 방출(thermal field emission; TFE) 값(예를 들어, 약 1800 K)으로 올릴 수 있다. 접지 기준 전원 공급 장치가 약 5 kV일 수 있는 바이어스 전압을 방출기에 제공할 수 있다. 예를 들어, 1 내지 2 kV의 바이어스 전압이 사용된다.
둥근 팁(105)은 전자 방출 시스템(100) 주위의 비워진 공간으로 자유 전자를 방출하도록 구성된다. 전자 방출 시스템(100)에 또는 그 주위에 전기장을 인가함으로써 전자가 생성될 수 있다. 전기장은 대전된 판을 사용하거나 다른 기술을 사용하여 인가될 수 있다.
방출기(101)는 1 ㎛2 미만의 방출 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 방출기(101)의 방출 영역은 100 ㎚2 이하일 수 있다. 이 방출 영역은 둥근 팁(105)의 외부 표면(107)의 일부일 수 있다.
둥근 팁(105)은 균일하게 둥글거나 불균일하게 둥글 수 있다. 둥근 팁(105)은 평평한 방출 패싯(109)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 작은 <100> 배향 나노 플랫 형태의 평평한 방출 패싯(109)이 있을 수 있다. 이 평평한 방출 패싯(109)은 잘 시준된 전자 빔을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 평평한 방출 패싯(109)은 1 ㎛2 미만의 방출 영역을 제공할 수 있다.
다른 예에서, 둥근 팁(105)은 일반적으로 반구형 또는 포물선 모양을 가지며, 이는 평평한 방출 패싯을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이러한 모양은 전자 방출을 더 넓게 분산시켜 전자 광학 장치로 전달되는 더 작고 더 밝은 부분의 전자를 야기할 수 있다.
원하는 둥근 팁(105)을 제공하기 위해, 표면 결정화도가 제어될 수 있다.
몰리브덴 및 이리듐 필름의 두께는 개선된 전자 방출을 위해 설계될 수 있다. 도 1의 라인(113)으로 도시된 바와 같이, 보호 캡 층(111)의 코팅 이후의 방출기 팁 직경은 전자 빔이 높은 밝기를 갖도록 작을 수 있다. 따라서, 보호 캡 층(111)의 두께는 얇을 수 있다. 0.1 ㎚ 사이의 모든 값과 범위를 포함하는 1 ㎚ 내지 20 ㎚의 두께를 갖는 몰리브덴 및/또는 이리듐 코팅이 사용될 수 있다. 정확한 두께는 방출기(101)의 초기 팁 직경에 의존할 수 있다. 예를 들어, 두께가 1 ㎚ 내지 20 ㎚ 범위인 몰리브덴 및 이리듐 보호 캡 층이 1 ㎚ 내지 50 ㎚ 범위의 팁 반경에 사용될 수 있다. 감소된 밝기가 허용 가능한 경우, 더 두꺼운 보호 캡 층이 가능하다. 예를 들어, 2 ㎚ 두께의 확산 장벽(112)을 갖는 10 ㎚ 두께의 보호 캡 층(111)이 테스트되었다. 조밀한 코팅은 이온 또는 마그네트론 스퍼터링, 원자 층 증착(atomic layer deposition; ALD), 또는 조밀하고 균일한 보호 캡 층(111)을 허용하는 다른 방법에 의해 증착될 수 있다. 조밀한 코팅은, 예를 들어, 균질하고 균일할 수 있으며, 약 80 % 이상의 패킹 밀도를 가질 수 있다. 두께가 방출기(101)의 반경에 의존할 수 있기 때문에, 20 ㎚보다 두꺼운 보호 캡 층(111)이 또한 사용될 수 있다.
보호 캡 층(111)의 외부 표면에서의 직경을 제어하여 전자 빔의 특성(예를 들어, 밝기, 팁의 전기장, 전류-전압 특성, 전자-전자 상호 작용)을 조절할 수 있다. 보호 캡 층(111)의 외부 표면에서의 직경은 방출기 코어(110)의 직경과 방출기(101)의 단면의 양측 상의 보호 캡 층(111)의 두께 및 방출기(101)의 단면의 양측 상의 선택적인 확산 장벽(112)의 합으로 구성된다. 방출기 코어(110)의 직경을 선택할 때, 제조의 용이성, 반복성 및 방출기 간의 치수 가변성과 같은 고려할 제조 문제가 있다. 보호 캡 층(111)의 두께를 선택할 때, 입자 구조, 입자 경계, 불연속성, 표면 커버 가능성, 핀홀, 필름 밀도 또는 표면 거칠기와 같은 필름의 품질이 제어될 수 있다. 방출기를 코팅하는 보호 캡 층(111)이 균일하고, 조밀하고, 연속적이며, 특히 방출기(101)의 팁에서 매우 낮은 표면 거칠기를 갖는 것이 중요할 수 있다. 보호 캡 층(111)은 또한 측벽 상에서 균일하고 등각일 수 있다. 전기장 관통을 처리하기 위해, 보호 캡 층(111) 두께의 하한은 하나의 단층일 수 있다. 하나의 단층 위에서, 필름 두께는 필름 품질을 최적화하도록 선택될 수 있다. 방출기 코어(110)와 보호 캡 층(111)의 총 직경은 전자 빔 특성을 최적화하도록 선택될 수 있다.
둥근 팁(105)의 방출 영역은 1 ㎛2 미만일 수 있다. 둥근 팁(105)의 방출 영역은 둥근 팁(105)의 전체 표면 영역 또는 둥근 팁(105)의 표면 영역의 단지 일부에 대응할 수 있다. 예를 들어, 방출 영역은 평평한 방출 패싯(109)에 대응할 수 있다. 둥근 팁(105)의 방출 영역은 돌출부를 갖지 않을 수 있고, 원자적으로 매끄러울 수 있다.
보호 캡 층(111)의 전부 또는 일부는 핀홀이 없을 수 있다. 예를 들어, 방출기(101)의 적어도 방출 영역에는 핀홀이 없을 수 있다. 방출 영역은 팁 근처의 5 내지 10 ㎚ 영역 또는 다른 영역일 수 있다. 핀홀의 영향은 전자 빔을 끌어당기는 데 필요한 높은 추출 필드에 의해 확대될 수 있다.
보호 캡 층(111)의 전부 또는 일부는 개재물이 없을 수 있다. 예를 들어, 방출기(101)의 적어도 방출 영역에는 개재물이 없을 수 있다.
보호 캡 층(111)의 최대 결함 직경 또는 길이 치수는 1 ㎚ 미만일 수 있다. 결함은 스퍼터링 파라미터를 통해 제어될 수 있는 막대 또는 덩어리와 같은 증착된 필름의 과도한 구조물을 포함한다.
보호 캡 층(111)은 103 또는 104 개 미만의 불순물을 가질 수 있다. 불순물은 탄소, 산화물, 용존 기체로서의 산소, 나트륨, 칼륨 또는 기타 물질을 포함할 수 있다. 불순물은 전자 방출의 균일성에 영향을 미치는 보호 캡 층(111)의 일 함수에 영향을 미친다.
보호 캡 층(111)의 다공성은 25 % 이하일 수 있다. 보호 캡 층(111)의 패킹 밀도는 0.92 이상일 수 있다. 다공성(P)은 다음 수학식에서 굴절률을 사용하여 정의되고 측정될 수 있다.
Figure pct00001
여기서 nf는 증착된 박막의 굴절률이고, nB는 벌크 물질의 굴절률이다.
필름의 패킹 밀도(PD)는 다음 수학식을 사용하여 평균 필름 밀도(ρf)와 벌크 밀도(ρB)의 비율로 정의된다.
Figure pct00002
필름 굴절률과 패킹 밀도 사이의 상관관계는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure pct00003
전계 방출이 발생하는 방출기(101)의 표면은 금속 원자로 균질하게 만들어질 수 있다.
보호 캡 층(111)은 탄소 오염 및 산화를 감소시킨다. 몰리브덴, 이리듐 또는 그 합금은 분자 수소, 수소 플라즈마 또는 기타 플라즈마로 제거될 수 있다. 따라서, 보호 캡 층(111) 상의 임의의 탄소 오염 또는 산화는 예를 들어 열 및/또는 산소와 함께 H2 +를 사용하여 제거될 수 있다.
몰리브덴 또는 이리듐을 포함하는 보호 캡 층(111)은 전자 전계 방출에 또는 높은 전기장의 존재에 견고하다. 이러한 보호 캡 층(111)은 또한 이온 스퍼터링 및 세정에 견고하다.
보호 캡 층(111)은 이온 또는 마그네트론 스퍼터링, ALD, 또는 당업자에게 공지된 다른 방법에 의해 증착될 수 있다. 이러한 기술은 원하는 밀도 및 균일성을 갖는 보호 캡 층(111)의 형성을 가능하게 할 수 있다.
몰리브덴 박막으로 실리콘을 코팅하면 작은 직경의 팁 어레이가 생성될 수 있다. 작은 직경(예를 들어, 직경 15 ㎚ 이하)을 갖는 방출기 어레이는 실리콘 미세 제조 기술을 사용하여 만들어질 수 있다. 실리콘은 금속 박막으로 코팅되어 방출 표면을 금속화한다. 코팅 기술은 구조적 결함 없이 고밀도, 고순도 코팅을 제공할 수 있다. 실리콘이 금속 박막으로 확산되는 것을 방지하거나 감소시키기 위해, 실리콘과 금속 박막 사이에 확산 장벽이 증착될 수 있다. 이 확산 장벽은 선택적이다.
한 테스트에서, 전계 향상을 증가시키기 위해 긴 원통형 실리콘 기둥 위에 나노 팁이 장착된다. 나노 팁과 기둥은 방출기의 예가 될 수 있다. 실리콘 나노 팁은 냉전계 방출을 위해 금속 박막으로 코팅된다. 선택적인 확산 장벽이 실리콘과 금속 박막 사이에 추가되어 실리콘이 금속 박막으로 확산되는 것을 감소시키거나 방지한다. 이것은 실리콘이 산화되어 불균일한 일 함수를 유발할 수 있는 경우 실리콘이 방출 표면으로 확산되는 것을 감소시키거나 방지한다. 결과적인 SiO2는 또한 높은 일 함수로 인해 전류를 제한할 수 있다. 테스트된 방출기는 실리콘으로 만들어졌지만, 방출기는 다른 물질로도 만들어질 수 있다.
실리콘 방출기에서 테스트된 상이한 금속 코팅 중에서, 이리듐 보호 캡 층이 있는 방출기가 전계 방출 안정성에 대해 가장 유망한 결과를 보여주었다. 그러나, 몰리브덴과 이리듐의 안정성 결과는 백금, 루테늄, 붕소 또는 텅스텐 박막보다 우수하다. 코팅의 균일성은 안정성에 영향을 미칠 수 있지만, 테스트 결과는 균일성의 차이가 있더라도 일반적으로 몰리브덴과 이리듐의 성능이 유사하다는 것을 나타낸다. 따라서, 이리듐 코팅과 몰리브덴 코팅 간의 균일성 차이는 성능에 영향을 미치지 않을 수 있다.
도 2는 본 개시에 따른 방법의 흐름도이다. 단계(200)에서, 외부 표면을 갖는 방출기가 제공된다. 방출기는 100 ㎚ 이하의 직경을 갖는다. 단계(201)에서, 방출기의 외부 표면에 보호 캡 층이 도포된다. 보호 캡 층은 몰리브덴 및/또는 이리듐을 포함한다. 도포는 스퍼터 증착, ALD 또는 이온 스퍼터링을 포함할 수 있다. 스퍼터 증착 및 ALD는 보호 캡 층의 원하는 등각성을 제공할 수 있다. 특히, 스퍼터 증착은 다공성, 공극의 존재 및 보호 캡 층의 핀홀의 존재를 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 개시에 따른 다른 방법의 흐름도이다. 단계(300)에서, 방출기의 외부 표면 상에 배치된 보호 캡 층을 포함하는 방출기가 제공된다. 방출기는 100 ㎚ 이하의 직경을 갖는다. 보호 캡 층은 몰리브덴 및/또는 이리듐을 포함한다. 단계(301)에서, 전기장이 방출기에 인가된다. 단계(302)에서, 전자 빔이 방출기에서 생성된다. 방출기는 5x10-10 Torr 내지 5x10-11 Torr와 같이 적어도 10-9 Torr의 진공에서 작동할 수 있다. 10-12 Torr와 같이 5x10-11 Torr 미만이 가능하다.
0.1 kV 사이의 모든 범위와 값을 포함하는 약 0.1 kV 내지 10 kV의 추출 전압이 전자 빔 생성 중에 사용될 수 있다. 예를 들어, 추출 전압은 약 0.5 kV 내지 10 kV, 약 1 kV 내지 10 kV, 약 1.5 kV 내지 10 kV, 또는 약 2.5 kV 내지 10 kV일 수 있다. 다른 추출 전압도 가능하다.
보호 캡 층이 있는 방출기의 전기장은 0.1 V/㎚ 사이의 모든 범위와 값을 포함하는 약 0.1 V/㎚ 내지 5 V/㎚의 범위가 될 수 있다. 전기장은 방출기의 외부 직경(보호 캡 층의 두께를 포함함)에 따라 달라질 수 있다. 5 V/㎚ 이상의 전기장이 고전류(예를 들어, 10 ㎂ 이상)에 사용될 수 있다.
본 개시의 실시예는 레티클 및 웨이퍼 검사 및 계측 시스템에서 사용될 수 있다. 시스템은 원하는 진공 환경 사양을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 시스템의 예로는 단일 또는 다중 전자 소스를 사용하는 전자 빔 웨이퍼 또는 레티클 검사 시스템; 단일 또는 다중 전자 소스를 사용하는 전자 빔 웨이퍼 또는 레티클 검토 시스템; 단일 또는 다중 전자 소스를 사용하는 전자 빔 웨이퍼 또는 레티클 계측 시스템; 또는 웨이퍼 또는 레티클 계측, 검토 또는 검사에 사용하기 위해 단일 또는 다중 전자 빔을 사용하여 x 선을 생성하기 위한 적어도 하나의 전자 소스가 필요한 시스템을 포함한다. 방출기로부터의 전자 스트림은 반도체 웨이퍼 또는 기타 워크피스와 같은 샘플을 향해 지향될 수 있다. 전자 스트림은 추출 및 집속 전극을 통해 이동하여 원하는 빔 에너지 및 빔 전류를 갖는 전자 빔을 형성할 수 있다. 하나 이상의 렌즈를 사용하여 샘플에 작은 전자 빔 스폿을 생성할 수 있다. 디플렉터를 사용하여 전자 빔을 스캔할 수 있다. 샘플은 전자 빔에 대해 스캐닝할 수 있는 스테이지에 놓일 수 있다. 전자 빔이 샘플에 부딪힐 때 샘플에서 2 차 전자와 후방 산란 전자가 방출될 수 있으며, 이를 수집하여 검출기를 향해 가속할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 도 4의 시스템(400)과 같은 시스템에 포함되거나 이 시스템에서 수행될 수 있다. 시스템(400)은 적어도 에너지 소스 및 검출기를 포함하는 출력 획득 서브시스템을 포함한다. 출력 획득 서브 시스템은 전자 빔 기반 출력 획득 서브 시스템일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 웨이퍼(404)에 지향된 에너지는 전자를 포함하고, 웨이퍼(404)로부터 검출된 에너지는 전자를 포함한다. 이러한 방식으로, 에너지 소스는 전자 빔 소스(402)일 수 있다. 도 4에 도시된 이러한 하나의 실시예에서, 출력 획득 서브 시스템은 컴퓨터 서브 시스템(407)에 결합된 전자 칼럼(401)을 포함한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전자 칼럼(401)은 하나 이상의 요소(403)에 의해 웨이퍼(404)에 포커싱되는 전자를 생성하도록 구성된 전자 빔 소스(402)를 포함한다. 전자 빔 소스(402)는 도 1의 전자 방출 시스템(100)의 방출기(101)와 같은 방출기를 포함할 수 있고, 하나 이상의 요소(403)는 예를 들어 건 렌즈, 애노드, 빔 제한 개구, 게이트 밸브, 빔 전류 선택 개구, 대물렌즈 및/또는 스캐닝 서브 시스템을 포함할 수 있다. 전자 칼럼(401)은 당 업계에 공지된 임의의 다른 적합한 요소를 포함할 수 있다. 단 하나의 전자 빔 소스(402)가 도시되어 있지만, 시스템(400)은 다수의 전자 빔 소스(402)를 포함할 수 있다.
웨이퍼(404)로부터 반환된 전자(예를 들어, 2차 전자)가 하나 이상의 요소(405)에 의해 검출기(406)에 포커싱될 수 있다. 하나 이상의 요소(405)는, 예를 들어, 스캐닝 서브 시스템을 포함할 수 있으며, 이는 요소(들)(403)에 포함된 스캐닝 서브 시스템과 동일할 수 있다. 전자 칼럼(401)은 당 업계에 공지된 임의의 다른 적합한 요소를 포함할 수 있다.
도 4에서는 전자가 경사 입사각으로 웨이퍼(404)에 지향되고 다른 경사 각도로 웨이퍼로부터 산란되도록 전자 칼럼(401)이 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 전자 빔은 임의의 적합한 각도로 웨이퍼에 지향되고 웨이퍼로부터 산란될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 전자 빔 기반 출력 획득 서브 시스템은 (예를 들어, 상이한 조명 각도, 수집 각도 등으로) 웨이퍼(404)의 이미지를 생성하기 위해 다중 모드를 사용하도록 구성될 수 있다. 전자 빔 기반 출력 획득 서브 시스템의 다중 모드는 출력 획득 서브 시스템의 임의의 이미지 생성 파라미터에서 상이할 수 있다.
컴퓨터 서브 시스템(407)은 검출기(406)와 전자 통신할 수 있다. 검출기(406)는 웨이퍼(404)의 표면으로부터 반환된 전자를 검출하여 웨이퍼(404)의 전자 빔 이미지를 형성할 수 있다. 전자 빔 이미지는 임의의 적합한 전자 빔 이미지를 포함할 수 있다. 컴퓨터 서브 시스템(407)은 검출기(406)의 출력 및/또는 전자 빔 이미지를 사용하여 다른 기능 또는 추가 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 서브 시스템(407)은 도 3의 방법 또는 도 8의 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 4는 전자 빔 기반 출력 획득 서브 시스템의 구성을 일반적으로 도시하기 위해 본 명세서에 제공된 것임을 유념한다. 본 명세서에서 설명된 전자 빔 기반 출력 획득 서브 시스템 구성은 상업적 출력 획득 시스템을 설계할 때 일반적으로 수행되는 바와 같이 출력 획득 서브 시스템의 성능을 최적화하도록 변경될 수 있다. 또한, 본 명에서에 설명된 시스템은 기존 시스템을 사용하여 (예를 들어, 본 명세서에 설명된 기능을 기존 시스템에 추가함으로써) 구현될 수 있다. 이러한 일부 시스템의 경우, 본 명세서에 설명된 방법은 (예를 들어, 시스템의 다른 기능에 더하여) 시스템의 선택적 기능으로서 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 시스템(400)은 검사 시스템이다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 전자 빔 출력 획득 서브 시스템은 검사 시스템으로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(400)은 결함 검토 시스템이다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 전자 빔 출력 획득 서브 시스템은 결함 검토 시스템으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 시스템(400)은 계측 시스템이다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 전자 빔 출력 획득 서브 시스템은 계측 시스템으로 구성될 수 있다. 특히, 본 명세서에 설명되고 도 4에 도시된 시스템(400)의 실시예는 이들이 사용될 애플리케이션에 따라 상이한 이미징 능력을 제공하기 위해 하나 이상의 파라미터에서 수정될 수 있다. 하나의 이러한 예에서, 도 4에 도시된 시스템(400)은 검사보다는 결함 검토 또는 계측에 사용될 경우 더 높은 해상도를 갖도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 도 4에 도시된 시스템(400)의 실시예는 상이한 애플리케이션에 다소 적합한 상이한 이미징 능력을 갖는 출력 획득 서브 시스템을 생성하기 위해 다수의 방식으로 조정될 수 있는 시스템(400)에 대한 일부 일반적이고 다양한 구성을 설명한다.
시스템(400) 또는 전자 방출 시스템(100)의 실시예는 웨이퍼 및 레티클과 같은 표본의 검사, 결함 검토 및/또는 계측을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예는 마스크 검사, 레티클 검사, 레티클 계측, 웨이퍼 검사 및 웨이퍼 계측을 위해 주사 전자 현미경(SEM)을 모두 사용하도록 구성될 수 있다. 시스템(400) 또는 전자 방출 시스템(100)은 또한 웨이퍼 또는 레티클 계측, 검토 또는 검사를 위해 x 선 생성을 위한 전자 소스로서 구성될 수 있다.
특히, 본 명세서에 설명된 실시예는 전자 빔 검사기 또는 결함 검토 도구, 마스크 검사기, 가상 검사기, 또는 다른 디바이스와 같은 출력 획득 서브 시스템의 구성 요소이거나 이에 결합된 컴퓨터 노드 또는 컴퓨터 클러스터와 함께 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 명세서에 설명된 실시예는 웨이퍼 검사, 마스크 검사, 전자 빔 검사 및 검토, 계측 또는 다른 애플리케이션을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있는 출력을 생성할 수 있다. 도 4에 도시된 시스템(400)의 특성은 출력을 생성할 표본에 기초하여 전술한 바와 같이 수정될 수 있다.
실온 전계 방출, 온열 전계 방출 또는 광음극 모드를 위한 방출기의 최적의 총 작동 압력은 5x10-10 Tor 내지 5x10-11 Torr과 같이 10-9 Torr 이하일 수 있다. 이 작동 압력은 진공 관련 분자(예를 들어, H2O, H2, CO, CO2, O2, N2 또는 탄화수소)의 모든 분분 압력을 합산한다. H2의 경우, 부분 압력 한계는 10-12 Torr일 수 있는 반면, 임의의 다른 분자의 경우, 부분 압력은 10-10 Torr 미만일 수 있다.
작동 압력은 작동 모드에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 작동 압력은 방출 메커니즘 및 표면 활성화 에너지에 따라 달라질 수 있다. 열 전계 방출 모드는 5x10-10 Torr 내지 5x10-11 Torr와 같이 10-9 Torr 이하에서 작동할 수 있다. 10-12 Torr와 같이 5x10-11 Torr 미만이 가능하다.
작동 압력 또는 다른 진공 파라미터는 방출기의 오염 또는 침식에 영향을 미친다. 습기 또는 다른 입자에 의해 야기되는 것과 같은 방출기 주위의 환경에 대한 높은 입자 수는 가속화된 질량 손실을 초래할 수 있다. 높은 일 함수 표면만 추출 필드에 노출되기 때문에, 일 함수 방출 영역이 사라지고 방출이 0에 가깝게 떨어질 수 있다. 방출 물질의 임의의 피팅(pitting)은 결정학적으로 손상될 수 있어 일 함수에 영향을 미칠 수 있다.
예를 들어, 방출 표면의 탄소 오염은 특히 낮은 작동 온도에서 전자 스트림 방출 표면에 얇은 탄소 층이 형성될 때 발생할 수 있다. 탄소 오염 물질은 휘발성 진공 시스템 관련 유기물(예를 들어, 오일 또는 윤활유), 광택제나 세제의 잔류물, 면봉이나 청소용 천의 잔류 섬유 또는 기타 원인에 의해 발생할 수 있다. 탄소 필름은 높은 일 함수 층으로 방출 표면을 오염시켜 방출 전류를 감소시킨다.
또 다른 예에서, 방출기로부터 물질의 산화, 승화 또는 증발이 습기로 인해 발생할 수 있다. 결과적으로, 내화물 또는 유전체 물질이 내부 표면, 개구 및 애노드 표면을 포함한 다른 표면 상에 형성될 수 있다.
탄소 오염, 습기 손상 또는 산화를 방지하기 위해, 전자 방출 시스템 주위의 진공 환경이 제어된다. 환경의 작동 압력은 작동 모드에 따라 달라질 수 있다.
도 5는 확산 장벽 없이 실리콘 방출기 상에 5 ㎚ 두께의 몰리브덴 보호 캡 층을 사용하는 전계 방출에 대해 추출기 전류 및 프로브 전류(예를 들어, 패러데이 컵에서)에 대한 실험 결과를 도시한다. 도 6은 실리콘 방출기 상에 5 ㎚ 두께의 이리듐 보호 캡 층이 있고 보호 캡 층과 방출기 사이에 B4C 확산 장벽이 있는 또 다른 예에서 추출기 전류 및 프로브 전류(예를 들어, 패러데이 컵에서)에 대한 실험 결과를 도시한다. 이 실험 결과에서, 수명 문제 없이 60 ㎂ 내지 120 ㎂의 최대 전류가 입증되었다. 방출기는 신뢰성 있게 작동했고 정착 시간 없이 즉시 켜졌다.
도 7은 1 ㎚ 니오븀 필름 상에 증착된 5 ㎚ 몰리브덴 필름을 갖는 실리콘 방출기의 명시야 이미지를 도시한다. 도 14는 이리듐 필름이 증착된 실리콘 방출기의 명시야 이미지를 도시한다.
도 8은 다른 방법의 흐름도이다. 단계(500)에서, 방출기의 외부 표면 상에 배치된 보호 캡 층 및 선택적인 확산 장벽을 포함하는 방출기가 제공된다. 방출기는 100 ㎚ 이하의 직경을 갖는다. 보호 캡 층은 몰리브덴 및/또는 이리듐을 포함할 수 있지만, 루테늄 또는 붕소와 같은 다른 물질도 가능하다. 단계(501)에서, 전기장이 방출기에 인가된다. 단계(502)에서, 전자 빔이 방출기에서 생성된다. 방출기는 5x10-10 Torr 내지 5x10-11 Torr와 같이 적어도 10-9 Torr의 진공에서, 또는 10-12 Torr와 같이 5x10-11 Torr 미만의 진공에서 작동할 수 있다. 단계(503)에서, 방출기는 펄싱된다. 도 9는 30 초마다 500 ms 폭 펄스를 갖는 시간에 따른 추출기 전류의 차트이다. FC 전류는 패러데이 컵(FC)과 같은 프로브의 전류를 나타낸다. 추출기 전류 및 프로브 전류는 전압 펄스의 결과로 값을 변경할 수 있지만 전류는 펄스 사이의 30 초 동안 일정하게 유지된다. 결과는 펄스 사이의 일련의 전류 "계단"이다. "계단" 사이의 프로브 전류 변화는 전압 피드백 보정 시스템으로 보정되어 안정된 빔 전류를 획득할 수 있다.
도 10은 고정 방출과 펄스 방출 사이의 잡음을 비교하는 차트이다. 방출 전류는 펄스 간 잡음 레벨이 1 % 미만인 빔 전류를 획득하기 위해 방출기를 주기적으로 펄싱함으로써 안정화될 수 있다.
짧은 시간 동안 큰 전류를 사용하여 방출기를 주기적으로 펄싱하여 팁 표면을 세정하면 펄스 사이의 시간 동안 전계 방출 전류의 안정성이 개선된다. 펄스는 고정 방출과 높은 전류의 교대 순서에 따라 주기적으로 적용될 수 있다. 웨이퍼 검사 또는 계측 측정은 100 마이크로초에서 최대 500 밀리초까지일 수 있는 높은 전류 기간 동안 중단될 수 있다. 펄스는 예를 들어 100 내지 500 마이크로초 또는 50 내지 500 밀리초일 수 있다. 방출기를 펄싱하면 방출기 상의 분자가 제거되기 때문에 안정성이 개선될 수 있다. 이것은 가열 또는 탈착을 통해 이루어질 수 있다.
일 예에서, 전류는 30 초마다 500 ㎳ 동안 펄싱되었다. 전류 레벨은 펄스 사이에 계단 함수 방식으로 변동하지만, 펄스 사이의 전류는 안정적이며, 추출기 전류와 패러데이 전류 모두에서 펄스 데이터 세트의 1 % 미만의 잡음을 볼 수 있다.
실험에서, 1 ㎚ B4C 상에 5 ㎚ 루테늄으로 코팅된 방출기에서 데이터 세트를 수집하며, 8 시간 동안 고정 전계 방출을 측정하고 이어서 8 시간의 펄스 전계 방출(30 초마다 500 ㎳ 동안 20 내지 50 ㎂ 펄스)을 교대로 측정했다. 고정 방출에 비해 펄스 방출의 안정성 개선이 관찰되었고, 펄싱이 꺼진 후 방출 불안정성이 돌아왔다. 8 시간의 고정 전계 방출에 이어 8 시간의 펄스 전계 방출이 뒤따르는 동안 인접한 전류 데이터 포인트 간의 상대적 추출기 전류 변화율 ΔI/I의 시간당 카운트의 플롯이 도 15에 도시되어 있다.
몇시간 동안 꾸준히 방출한 방출기가 짧은 시간 동안 높은 전류로 한 번 펄싱되면 전반적인 안정성이 개선된다. 루테늄 또는 다른 물질로 코팅된 방출기의 경우, 단일 펄스로 인해 방출 전류가 최대 13 배까지 증가하며, 이는 방출 표면에서 최대 0.6 eV까지의 일 함수 하락에 해당한다. 펄스 후, 전류가 원래의 전류로 돌아가는 데 평균 5 시간이 걸리며, 이는 흡착물이 방출기 팁 표면에 다시 흡착되는 시간일 수 있다. 펄싱의 영향은 일시적이므로 방출 표면을 깨끗하게 유지하기 위해 펄스를 주기적으로 적용해야 할 수 있다. 일반적으로, 낮은 진공 압력에서 보다 안정적인 방출이 관찰되며, 펄스를 덜 자주 적용하거나 개선된 진공과 낮은 펄스 전류로 적용해야 할 수 있다.
추가 실험에서 방출 안정화에 대한 펄싱의 영향은 더 긴 펄스와 더 높은 펄스 전류로 개선된다는 것을 보여주었다.
두 가지 실험의 결과가 도시된다. 도 11은 실리콘 상의 1 ㎚ 니오븀 확산 장벽 상의 5 ㎚ 몰리브덴 코팅에 대한 고정 전계 방출 및 펄스 전계 방출의 안정성을 비교한다. 도 12는 실리콘 상의 5 ㎚ 몰리브덴 코팅에 대한 고정 전계 방출 및 펄스 전계 방출의 안정성을 비교한다.
도 13은 펄스 전계 방출을 도시한다. 계단 함수 전류는 펄스 사이에 변하지만, 전류는 펄스 사이에 일정하다.
방법의 각각의 단계는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 수행될 수 있다. 본 방법은 또한 본 명세서에서 설명된 제어기 및/또는 컴퓨터 서브 시스템(들) 또는 시스템(들)에 의해 수행될 수 있는 임의의 다른 단계(들)을 포함할 수 있다. 상기 단계들은 본 명세서에서 설명된 임의의 실시예들에 따라 구성될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템들에 의해 수행될 수 있다. 게다가, 전술한 방법은 본 명세서에 설명된 임의의 시스템 실시예들에 의해 수행될 수 있다.
본 개시가 하나 이상의 특정 실시예들에 관하여 설명되었지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 본 개시의 다른 실시예들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구 범위 및 그것의 합리적인 해석에 의해서만 제한되는 것으로 간주된다.

Claims (20)

  1. 장치에 있어서,
    직경이 100 ㎚ 이하인 방출기(emitter); 및
    상기 방출기의 외부 표면 상에 배치된 보호 캡 층 - 상기 보호 캡 층은 몰리브덴을 포함함 -
    을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방출기는 15 ㎚ 미만의 직경을 갖는 것인, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 1 ㎚ 내지 20 ㎚의 두께를 갖는 것인, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방출기와 상기 보호 캡 층 사이의 확산 장벽
    을 더 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 확산 장벽은 TiN, 탄소, B4C, 붕소, 또는 니오븀을 포함하는 것인, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 104 개 미만의 불순물을 가지며, 상기 불순물은 탄소, 산화물, 용존 기체로서의 산소, 나트륨, 또는 칼륨을 포함하는 것인, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 25 % 이하의 다공성을 갖는 것인, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 0.92 이상의 패킹 밀도를 갖는 것인, 장치.
  9. 시스템에 있어서,
    제1항의 방출기를 포함하는 전자 소스, 스테이지, 및 검출기
    를 포함하는, 시스템.
  10. 장치에 있어서,
    직경이 100 ㎚ 이하인 방출기; 및
    상기 방출기의 외부 표면 상에 배치된 보호 캡 층 - 상기 보호 캡 층은 이리듐을 포함함 -
    을 포함하는, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방출기는 15 ㎚ 미만의 직경을 갖는 것인, 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 1 ㎚ 내지 20 ㎚의 두께를 갖는 것인, 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 방출기와 상기 보호 캡 층 사이의 확산 장벽
    을 더 포함하는, 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 확산 장벽은 TiN, 탄소, B4C, 붕소, 또는 니오븀을 포함하는 것인, 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 104 개 미만의 불순물을 가지며, 상기 불순물은 탄소, 산화물, 용존 기체로서의 산소, 나트륨, 또는 칼륨을 포함하는 것인, 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 25 % 이하의 다공성을 갖는 것인, 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 0.92 이상의 패킹 밀도를 갖는 것인, 장치.
  18. 시스템에 있어서,
    제10항의 방출기를 포함하는 전자 소스, 스테이지, 및 검출기
    를 포함하는, 시스템.
  19. 방법에 있어서,
    방출기의 외부 표면 상에 배치된 보호 캡 층을 포함하는 방출기를 제공하는 단계 - 상기 방출기는 100 ㎚ 이하의 직경을 가짐 - ;
    상기 방출기에 전기장을 인가하는 단계;
    상기 방출기로부터의 전자 빔을 생성하는 단계; 및
    상기 방출기를 펄싱하여 상기 방출기로부터 흡착물을 제거하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 보호 캡 층은 몰리브덴 또는 이리듐을 포함하는 것인, 방법.
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