TWI581294B - 用於產生電子束之方法及電子源 - Google Patents

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羅伯特Ｇ 海尼斯
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Description

用於產生電子束之方法及電子源
本發明大體而言係關於電子束裝置及其使用方法。
電子束裝置包含掃描電子顯微鏡(SEM)儀器(諸如用於經製造基板之自動檢驗及檢查中之彼等SEM儀器)、電子束微影系統及使用電子束技術之其他裝置。此類電子束裝置通常使用一電子源或一電子源陣列產生一或多個電子束。
所揭示之一項實施例係關於一種用於產生一電子束之電子源。該電子源包含具有一尖端之一電子發射體，自該尖端萃取一電子束。該電子源進一步包含具有一萃取器開口及一內建電子束限制孔隙之一非平面萃取器。該萃取器開口大於該電子束限制孔隙，且該萃取器開口及該電子束限制孔隙兩者之中心軸皆沿著一電子束軸與該尖端對準。
另一實施例係關於一種使用具有一非平面萃取器之一電子源產生一電子束之方法。使該電子束行進穿過該非平面萃取器之一萃取器開口及一電子束限制孔隙兩者。
另一實施例係關於一種用於產生一電子束陣列之電子源陣列。該電子源陣列包含一電子發射體陣列及一非平面萃取器結構陣列。
本發明亦揭示其他實施例、態樣及特徵。
102‧‧‧發射體
103‧‧‧尖端
104‧‧‧習用平面萃取器/平面萃取器
106‧‧‧極片
108‧‧‧電子束
112‧‧‧發射體-萃取器間隙
118‧‧‧萃取器開口
122‧‧‧厚度
132‧‧‧極片-萃取器間隙
200‧‧‧電子源/源
202‧‧‧發射體
203‧‧‧尖端
204‧‧‧非平面萃取器/萃取器
206‧‧‧極片
208‧‧‧電子束
212‧‧‧外間隙
218‧‧‧較大圓柱形萃取器開口/萃取器開口
222‧‧‧外厚度
223‧‧‧外徑
226‧‧‧圓形或圓角邊緣
228‧‧‧內傾斜表面
230‧‧‧內建電子束限制孔隙/較小圓柱形電子束限制孔隙/電子束限制孔隙
231‧‧‧孔隙厚度
232‧‧‧極片-萃取器間隙
240‧‧‧差動抽氣系統
300‧‧‧電子源/源/火山形電子源
302‧‧‧發射體
303‧‧‧尖端
304‧‧‧非平面「火山形」萃取器/火山形萃取器/萃取器/非平面萃取器
306‧‧‧極片
308‧‧‧電子束
312‧‧‧外間隙
314‧‧‧最小間隙
316‧‧‧高場區域
318‧‧‧較大圓柱形萃取器開口/萃取器開口
322‧‧‧外厚度
323‧‧‧外徑
324‧‧‧外傾斜表面
326‧‧‧圓形或圓角邊緣
328‧‧‧內傾斜表面
330‧‧‧內建電子束限制孔隙/較小圓柱形電子束限制孔隙/電子束限制孔隙
331‧‧‧孔隙厚度
332‧‧‧極片-萃取器間隙
340‧‧‧差動抽氣系統
400‧‧‧一維電子源陣列/陣列
402‧‧‧電子源
500‧‧‧陣列/電子源陣列
502‧‧‧電子源
圖1係具有一習用平面萃取器之一電子源之一剖面圖。
圖2係根據本發明之一實施例之具有帶有一內建電子束限制孔隙之一非平面萃取器之一電子源的一剖面圖。
圖3係根據本發明之另一實施例之具有帶有一內建電子束限制孔隙之一「火山形」萃取器之一電子源的一剖面圖。
圖4係根據本發明之一實施例之一個一維電子源陣列之一平面圖。
圖5係根據本發明之一實施例之一個二維電子源陣列之一平面圖。
圖1係具有一習用平面萃取器104之一電子源100之一剖面圖。電子源100圍繞電子束108之電子束軸徑向對稱，以使得該剖面圖穿過電子源100之一直徑。
如圖1中所展示，源100包含具有一尖端103之一發射體102，自尖端103發射一電子束108。電子束108傳輸穿過平面萃取器104之一萃取器開口118。如所進一步展示，平面萃取器104具有一均勻厚度122。在發射體102之一平面與平面萃取器104之間存在一發射體-萃取器間隙112。
在通過萃取器開口118之後，電子束108可藉由一磁透鏡之極片106來聚焦。如圖1中所繪示，在平面萃取器104與極片106之間存在一極片-萃取器間隙132。
申請人已判定習用電子源100之結構之幾個缺點。首先，結構中之相對大之陷獲容積導致發射體區域中之一相對不良真空。另外，大多數源通常所需之角度電子束過濾必須發生於在行中進一步向下之一 單獨模組(未展示)中。
圖2係根據本發明之一實施例之具有帶有一內建電子束限制孔隙230之一非平面萃取器204之一電子源200的一剖面圖。電子源200圍繞電子束208之電子束軸徑向對稱，以使得該剖面圖穿過電子源200之一直徑。
如圖2中所展示，源200包含具有一尖端203之一發射體202，自尖端203發射一電子束208。發射體202之尖端203可(舉例而言)使用鎢(W)、具有一個氧化鋯層之鎢(ZrO/W)或碳奈米管形成。
電子束208傳輸穿過非平面萃取器204之一較大圓柱形萃取器開口218且穿過一較小圓柱形電子束限制孔隙230，其中萃取器開口218及電子束限制孔隙230兩者之一中心軸與發射體202之尖端203對準。非平面萃取器204可(舉例而言)使用金或另一導電非磁性金屬或合金形成。將一磁性金屬或合金用於非平面萃取器204亦可係可能的。
如所進一步展示，非平面萃取器204之電子束限制孔隙230在電子束限制孔隙230處具有實質上小於一外徑223處之一外厚度222之一孔隙厚度231。在發射體202之一平面與非平面萃取器204之外徑223之間存在一外間隙212。
外徑223與萃取器開口218之間的過渡可包含一圓形或圓角邊緣226。萃取器開口218與電子束限制孔隙230之間的過渡可包含非平面萃取器204之一內傾斜表面228。
在被電子束限制孔隙230成角度地限制之後，電子束208可藉由一磁槍透鏡之極片206來聚焦。如圖2中所繪示，在非平面萃取器204與極片206之間存在一極片-萃取器間隙232。
如圖2中所進一步繪示，一差動抽氣系統240可經組態以便將發射體202與萃取器204之間的容積抽氣至一較高真空(較低壓力)而將萃取器204之另一側上之容積抽氣至一較低真空。與習用平面萃取器104 相比，此類差動抽氣在使用非平面萃取器204之情況下更有效。
有利地，圖2中之電子源200之結構亦提供一電子束限制孔隙230以過濾緊接近於發射體202之電子束中之電子之角度軌跡。另外，圖2中之電子源200之結構可藉助與發射體分離以允許模組構造易於替換諸如發射體202之組件之一萃取器幾何體來實施。此外，圖2中之電子源200之結構允許發射體202之尖端203附近之高真空。
圖3係根據本發明之另一實施例之具有帶有一內建電子束限制孔隙330之一非平面「火山形」萃取器304之一電子源300的一剖面圖。電子源300圍繞電子束308之電子束軸徑向對稱，以使得該剖面圖穿過電子源300之一直徑。
如圖3中所展示，源300包含具有一尖端303之一發射體302，自尖端303發射一電子束308。發射體302之尖端303可(舉例而言)使用鎢(W)、具有一個氧化鋯層之鎢(ZrO/W)或碳奈米管形成。
電子束308傳輸穿過火山形萃取器304之一較大圓柱形萃取器開口318且穿過一較小圓柱形電子束限制孔隙330，其中萃取器開口318及電子束限制孔隙330兩者之一中心軸與發射體302之尖端303對準。火山形萃取器304可(舉例而言)使用金或另一導電非磁性金屬或合金形成。將一磁性金屬或合金用於火山形萃取器304亦可係可能的。
如所進一步展示，火山形萃取器304之電子束限制孔隙330在電子束限制孔隙330處具有實質上小於外徑323處之一外厚度322之一孔隙厚度331。在發射體302之一平面與火山形萃取器304之外徑323之間存在一外間隙312。
外徑323與萃取器開口318之間的過渡可包含一外傾斜表面324，後跟一圓形或圓角邊緣326。萃取器開口318與電子束限制孔隙330之間的過渡可包含萃取器304之一內傾斜表面328。
根據本發明之一實施例，在形成於圓形或圓角邊緣326之一外徑 向範圍處之一圓與發射體302之平面之間可存在一最小間隙314。在由其中包含發射體302之尖端303之最小間隙314界定之一圓柱形容積內形成一高場區域316。
在被電子束限制孔隙330成角度地限制之後，電子束308可藉由一磁透鏡之極片306來聚焦。如圖3中所繪示，在火山形萃取器304與極片306之間存在一極片-萃取器間隙332。
如圖3中所進一步繪示，一差動抽氣系統340可經組態以便將發射體302與萃取器304之間的容積抽氣至一較高真空(較低壓力)而將萃取器304之另一側上之容積抽氣至一較低真空。與習用平面萃取器104相比，此類差動抽氣在使用非平面萃取器304之情況下更有效。
有利地，圖3中之火山形電子源300之結構給一小發射體或給一基於MEMS(微機電系統)之發射體陣列中之每一發射體提供一實質上增強之局部萃取場。另外，圖3中之電子源300之結構允許發射體302之尖端303附近之高真空。
圖3中之電子源300之結構亦提供一電子束限制孔隙330以過濾緊接近於發射體302之電子束中之電子之角度軌跡。另外，圖3中之電子源300之結構可藉助與發射體分離以允許模組構造易於替換諸如發射體302之組件之一萃取器幾何體來實施。
圖4係根據本發明之一實施例之一個一維電子源402陣列400之一平面圖。在一項實施方案中，電子源402陣列400可使用微機電系統(MEMS)技術形成。陣列400中之每一電子源402可包括如上文所闡述之一電子源200或300。
圖5係根據本發明之一實施例之一個二維電子源陣列之一平面圖。在一項實施方案中，電子源502陣列500可使用MEMS技術形成。陣列500中之每一電子源502可包括如上文所闡述之一電子源200或300。
上文所闡述圖式未必按比例且意欲係圖解說明性的且不限於一特定實施方案。在上文說明中，給出眾多特定細節以提供對本發明之實施例之一透徹理解。然而，本發明之所圖解說明之實施例之上文說明並非意欲係窮盡性的或將本發明限於所揭示之精確形式。熟習相關技術者應認識到，可在不藉助該等特定細節中之一或多者或藉助其他方法、組件等之情況下實踐本發明。在其他例項中，不詳細展示或闡述眾所周知之結構或操作以避免使本發明之態樣模糊。儘管出於圖解說明性目的而在本文中闡述了本發明之特定實施例及實例，但如熟習相關技術者應認識到，可在本發明之範疇內進行各種等效修改。
可依據上文詳細說明對本發明做出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。相反，本發明之範疇將由以下申請專利範圍判定，申請專利範圍將根據申請專利範圍解釋之所創建之原則來加以理解。
200‧‧‧電子源/源
202‧‧‧發射體
203‧‧‧尖端
204‧‧‧非平面萃取器/萃取器
206‧‧‧極片
208‧‧‧電子束
212‧‧‧外間隙
218‧‧‧較大圓柱形萃取器開口/萃取器開口
222‧‧‧外厚度
223‧‧‧外徑
226‧‧‧圓形或圓角邊緣
228‧‧‧內傾斜表面
230‧‧‧內建電子束限制孔隙/較小圓柱形電子束限制孔隙/電子束限制孔隙
231‧‧‧孔隙厚度
232‧‧‧極片-萃取器間隙
240‧‧‧差動抽氣系統

Claims (17)

  1. 一種用於產生一電子束之電子源，該電子源包括：一電子發射體，其具有一尖端，自該尖端萃取一電子束；及一非平面萃取器，其包括一萃取器開口及一電子束限制孔隙，其中該萃取器開口大於該電子束限制孔隙，且該萃取器開口及該電子束限制孔隙兩者之中心軸皆沿著一電子束軸與該尖端對準。
  2. 如請求項1之電子源，其進一步包括在該萃取器開口與該電子束限制孔隙之間的一內傾斜表面。
  3. 如請求項1之電子源，其進一步包括在該萃取器開口與該非平面萃取器之一外徑之間的一圓形邊緣。
  4. 如請求項3之電子源，其中一發射體平面與該非平面萃取器之間的一最小間隙位於該圓形邊緣之一外徑範圍處。
  5. 如請求項3之電子源，其進一步包括在該圓形邊緣與該非平面萃取器之一外徑之間的一外傾斜表面以使得該非平面萃取器具有一火山形狀。
  6. 如請求項1之電子源，其進一步包括一差動真空抽氣系統，該差動真空抽氣系統經組態以將該電子發射體與該非平面萃取器之一第一側之間的一第一空間抽氣至相對於該非平面萃取器之一第二側上之一第二空間較高之一真空。
  7. 一種用於產生一電子束之方法，該方法包括：使用一非平面萃取器自一電子發射體之一尖端萃取電子以便形成一電子束；及使該電子束傳輸穿過該非平面萃取器之一萃取器開口及一電子束限制孔隙兩者，其中該萃取器開口及該電子束限制孔隙兩 者之中心軸皆沿著一電子束軸與該尖端對準。
  8. 如請求項7之方法，其中該非平面萃取器包括一火山形萃取器。
  9. 如請求項8之方法，其中在由該發射體之一平面與該火山形萃取器之間的一最小間隙界定之一圓柱形高場區域中執行萃取該等電子。
  10. 如請求項7之方法，其進一步包括：將該電子發射體與該非平面萃取器之間的一第一空間差動真空抽氣至相對於該非平面萃取器之一第二側上之一第二空間較高之一真空。
  11. 一種用於產生一電子束陣列之電子源陣列，該電子源陣列包括：一電子發射體陣列，該等電子發射體中之每一者具有一尖端，自該尖端萃取一電子束；及一萃取器，其包括一非平面萃取器結構陣列，該等非平面萃取器結構中之每一者包括一萃取器開口及一電子束限制孔隙開口，其中該萃取器開口及該電子束限制孔隙開口兩者皆沿著一電子束軸與一對應尖端對準，其中該萃取器開口及該電子束限制孔隙兩者之中心軸皆沿著一電子束軸與一對應電子發射體之該尖端對準。
  12. 如請求項11之電子源陣列，其中該陣列包括一個一維源陣列。
  13. 如請求項11之電子源陣列，其中該陣列包括一個二維源陣列。
  14. 如請求項11之電子源陣列，其中該等非平面萃取器結構中之每一者進一步包括在該萃取器開口與該電子束限制孔隙之間的一內傾斜表面。
  15. 如請求項11之電子源陣列，其中該等非平面萃取器結構中之每一者進一步包括在該萃取器開口與該非平面萃取器結構之一外徑之間的一圓形邊緣。
  16. 如請求項15之電子源陣列，其中該等非平面萃取器結構中之每一者進一步包括在該圓形邊緣與該外徑之間的一外傾斜表面以使得該非平面萃取器結構具有一火山形狀。
  17. 如請求項11之電子源陣列，其進一步包括一差動真空抽氣系統，該差動真空抽氣系統經組態以將該電子發射體陣列與該萃取器之一第一側之間的一第一空間抽氣至相對於該萃取器之一第二側上之一第二空間較高之一真空。
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