專利名稱：具有簡單結(jié)構(gòu)的微柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括電子發(fā)射源和透鏡的微型電子柱，更具體地涉 及一種具有可便于對準和組裝電子發(fā)射源和透鏡的結(jié)構(gòu)的微型電子柱。
背景技術(shù)：
在二十世紀八十年代首先提出了作為微型電子柱的微柱，其根據(jù)掃
描隧道顯微鏡(STM)的基本原理進行操作，并且基于具有微結(jié)構(gòu)的電 子發(fā)射源和電子光學部件。微柱由微部件精密組裝而成，從而最小化光 學數(shù)值，并因此構(gòu)造出改進的電子柱。設(shè)置有多個微結(jié)構(gòu)，并且所述微 結(jié)構(gòu)可以用于具有并聯(lián)或串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多微柱。
微柱為機械式微結(jié)構(gòu)，其包括微電子透鏡和偏轉(zhuǎn)器并具有高縱橫比。 通常，微柱包括電子發(fā)射源、源透鏡、偏轉(zhuǎn)器和單透鏡。
對微柱而言，電子發(fā)射源、源透鏡和單透鏡的對準和緊固對于微柱 的性能來說非常重要。關(guān)于微柱的這種對準和緊固，在1996年出版的雜 志《Vacuum & Science Technology)) B146的第3792-3796頁的名稱為 "Experimental evacuation of a 2020mm footprint microcolumn"的文章公開 了一種傳統(tǒng)微柱。
圖1為傳統(tǒng)微柱的立體圖，其示出了其中電子發(fā)射源、源透鏡、偏 轉(zhuǎn)器和單透鏡對準并緊固的傳統(tǒng)微柱。上板2與設(shè)置在上板2的頂部上 的微型定位器(未示出) 一起形成用于支撐電子發(fā)射源的構(gòu)件，并且在 所述構(gòu)件的中央形成有通孔，以將電子發(fā)射源1定位在其中。如圖1中 所示，用作用于容納上板2和透鏡的支撐構(gòu)件的下板5利用上螺栓經(jīng)由 四個支撐桿6緊固。源透鏡3與電子發(fā)射源1對準，并且通過環(huán)氧樹脂 粘合劑等附連至下板5的頂部。偏轉(zhuǎn)器4設(shè)置在下板5的左右兩側(cè)。此 夕卜，單透鏡(未示出)以與源透鏡相同的方式布置并緊固至下板5的底
部，與源透鏡3相對。上板2和下板5在它們的中心軸線處分別設(shè)有通
孔，這樣，從電子發(fā)射源l發(fā)射出的電子束可以穿過透鏡和偏轉(zhuǎn)器。
圖2為示出了傳統(tǒng)電子柱的操作的概念圖，其中示出了傳統(tǒng)電子柱
的操作原理。
在圖2-A中，從電子發(fā)射源1發(fā)射出的電子束B穿過源透鏡3的孔， 通過偏轉(zhuǎn)器4偏轉(zhuǎn)，并通過聚焦透鏡6聚焦在樣品上。上述傳統(tǒng)微柱的 不利之處在于因偏轉(zhuǎn)器4的布線和聚焦透鏡6的布線導致其組裝和使用 不便。此外，相關(guān)的過程復雜。
圖2-B示出了利用偏轉(zhuǎn)器型透鏡層執(zhí)行聚焦和偏轉(zhuǎn)從而省略偏轉(zhuǎn)器 的實施方式。該技術(shù)公開于1995年出版的《Vacuum & Science Technology》 雜志B13 (6)的第2445-2449頁的名稱為"Lens and deflector design for microcolumn"的文章和第3802-3807頁的名稱為"The electrostatic moving objective lens and optimized deflection systems for Microcolumn"的文章。
在圖2-B的電子柱中，聚焦透鏡6'在其中間層中包括稍后將描述的 偏轉(zhuǎn)器型透鏡層6b(參考圖4的說明)，從而執(zhí)行聚焦功能和偏轉(zhuǎn)器功能， 替代了圖2-A的偏轉(zhuǎn)器
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
相應地，本發(fā)明考慮到現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，本發(fā)明的目的 在于提供一種具有簡單結(jié)構(gòu)的電子柱，該電子柱通過將偏轉(zhuǎn)器和聚焦透 鏡組合在一起而形成。
此外，本發(fā)明的電子柱降低了布線的復雜性，從而簡化了生產(chǎn)過程。
此外，本發(fā)明的電子柱旨在簡化多電子柱的布線和控制過程。
技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的具有簡單結(jié)構(gòu)的電子柱基本上包括電子發(fā)射源、源透 鏡和偏轉(zhuǎn)器。
此外，本發(fā)明提供了一種具有電子發(fā)射源和透鏡單元的電子柱，其 中所述透鏡單元包括兩個以上的透鏡層，并執(zhí)行源透鏡功能和聚焦透鏡功能。
此外，與傳統(tǒng)微柱相比，根據(jù)本發(fā)明的微柱，源透鏡可以附加地執(zhí) 行聚焦透鏡的功能。此外，源透鏡可以執(zhí)行聚焦功能和偏轉(zhuǎn)功能。
本發(fā)明的微柱結(jié)構(gòu)使用已經(jīng)研究出的微柱技術(shù)(參考[l] H. S. Kim， D. W. Kim， S. J. Ahn， Y. C. Kim， S. S. Park, S. K. Choi， D. Y. Kim， J. Korean Phys. Soc.， 43(5)， 831， (2003); [2] E. Kratschmer， H. S. Kim， M. G. R. Thomson, K.Y. Lee， S.A. Rishton， M丄.Yu， S. Zolgharnain， B.W. Hussey， and T. H. P. Chang, J. Vac. Sci. Techno. B 14(6)， 3792(1996); [3] T. H. P. Chang, M. G. R. Thomson, E. Kratschmer， H. S. Kim， M. L. Yu， K. Y. Lee， S. A. Rishton， and B.W. Hussey， J. Vac. Sci. Techno. B 14(6) ， 3774(1996》。 電子柱基本包括構(gòu)造成發(fā)射電子的電子發(fā)射源；源透鏡單元，其包括 三個電子透鏡層并且構(gòu)造為控制電子束且濾出部分電子束；用于掃描電 子束的兩對8電極偏轉(zhuǎn)器；以及用于聚集電子束的單透鏡或聚焦透鏡。 該結(jié)構(gòu)為用于電子顯微鏡或光刻技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)。電子柱并非總是制造 成具有這種結(jié)構(gòu)。電子柱的整個長度小于等于3.5mm，這是從電子發(fā)射 源至聚焦透鏡的最末電極的整個長度。與傳統(tǒng)電子柱相比尺寸顯著減小 的電子柱可以最大化射束流并最小化各種透鏡偏差，從而增大分辨率。 此外，由于利用1 2kV的低壓來發(fā)射電子束，因此可以解決在傳統(tǒng)技術(shù) 中使用高于10kV的電壓時出現(xiàn)的空間充電和電子一電子散射的問題。在 利用先前研究出的半導體微制造技術(shù)時，這種電子柱可以利用硅或金屬 膜制造。
有益效果
由于根據(jù)本發(fā)明的電子柱不具有固有的聚焦透鏡，因此與傳統(tǒng)電子 柱相比其結(jié)構(gòu)得以簡化，從而便于進行布線和控制，并且對多電子柱而 言，電子柱的制造和透鏡的控制進一步簡化且便利。


圖1為傳統(tǒng)微柱的立體圖2-A和圖2-B為示出了傳統(tǒng)電子柱的操作的概念圖3-A為示出了根據(jù)本發(fā)明的電子柱的操作的實施方式的概念圖； 圖3-B為示出了根據(jù)本發(fā)明的電子柱的操作的另一實施方式的概念
圖4為示出了在本發(fā)明中使用的電子柱的偏轉(zhuǎn)器型透鏡的平面圖； 圖5為示出了在本發(fā)明中使用的多電子柱的普通透鏡的實施方式的 平面圖6為示出了在本發(fā)明中使用的多電子柱的偏轉(zhuǎn)器型透鏡的實施方 式的平面圖7-A為示出了根據(jù)本發(fā)明的多電子柱的實施方式的剖視立體以及
圖7-B為示出了根據(jù)本發(fā)明的多電子柱的另一實施方式的剖視立體圖。
具體實施例方式
參考附圖，將在以下詳細描述本發(fā)明的微柱。
圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的電子柱的操作的實施方式的概念圖，其 與圖2的傳統(tǒng)電子柱的操作相對應。圖4為示出了本發(fā)明的源透鏡的透 鏡層的平面圖，其附加地執(zhí)行偏轉(zhuǎn)器功能。
在圖3-A中，從電子發(fā)射源11發(fā)出的電子束B'穿過源透鏡13的孑L。 源透鏡13包括上透鏡層13a、中間透鏡層13b和下透鏡層13c。在這種 情況下，上透鏡層13a起到提取器的作用并促使從電子發(fā)射源11發(fā)射電 子，而中間透鏡層13b執(zhí)行對從電子發(fā)射源11發(fā)射的電子進行加速的加 速器功能和聚焦功能。下透鏡層13c執(zhí)行聚焦功能，致使電子束B'根據(jù) 需要聚焦在樣品上，并對從電子發(fā)射源ll發(fā)射的電子進行限制，以形成 有效的電子束。此外，如上所述聚焦的電子束通過偏轉(zhuǎn)器14朝向樣品偏 轉(zhuǎn)。
在圖3-B中，從電子偏轉(zhuǎn)源11發(fā)射的電子束B'穿過源透鏡13'的孔。 此外，已經(jīng)穿過源透鏡13'的電子束B'聚焦在樣品上并被偏轉(zhuǎn)。圖3-B 的源透鏡13'包括上透鏡層13a、中間透鏡層13b'和下透鏡層13c。圖3-B 的電子柱的特征在于透鏡單元僅僅包括源透鏡，并且尤其是中間透鏡 層13b'為偏轉(zhuǎn)器型，因此，可以僅僅利用三個透鏡層(電極)構(gòu)造簡單 的電子柱。也就是說，利用偏轉(zhuǎn)器型透鏡層，可以制造包括具有簡單結(jié) 構(gòu)的透鏡單元的電子柱。此外，在圖3-B的構(gòu)造中，整個源透鏡可以利 用偏轉(zhuǎn)器型透鏡層進行構(gòu)造，但是由于與普通透鏡相比偏轉(zhuǎn)型透鏡層在 透鏡的布線和控制方面比較復雜，因此優(yōu)選的是僅使用必要數(shù)量的偏轉(zhuǎn)
器型透鏡層。在具有圖3-B的構(gòu)造的電子柱中，上透鏡層13a起提取器 作用，并由此促使從電子發(fā)射源11發(fā)射電子，而中間透鏡層13b'執(zhí)行對 從電子發(fā)射源11發(fā)射的電子進行加速的加速器功能以及聚焦和偏轉(zhuǎn)器功 能。下透鏡層13c執(zhí)行聚焦功能，致使電子束B'很好地聚焦在樣品上， 并對從電子發(fā)射源11發(fā)射的電子進行限制，以形成有效的電子束。
在圖3中示出的根據(jù)本發(fā)明的電子柱的操作被構(gòu)造為在源透鏡的透 鏡層(電極)之間產(chǎn)生電壓差，并且可以在穿過源透鏡的電子束上附加 地執(zhí)行聚焦。
圖4的透鏡層40為與構(gòu)造源透鏡13或聚焦透鏡16的三個透鏡層的 中間透鏡層13b、 13b'和6b相對應的透鏡層，并且其附加地執(zhí)行偏轉(zhuǎn)功 能。在圖4的透鏡層40中，單個透鏡層被分成四個區(qū)域，或者說電極41、 42、 43和44。這四個區(qū)域通過四個絕緣部49彼此絕緣，由此可以向四 個區(qū)域41、 42、 43和44分別施加單獨的電壓。在這種情況下，絕緣部 49由絕緣材料制成，或者利用Pyrex (耐熱玻璃)劃分和緊固透鏡層，在 它們之間設(shè)置較窄的空間間隙，由此僅通過劃分就可形成絕緣部。
在上述的圖3中，只有源透鏡13'的中間層13b'由用于偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn) 器型透鏡層形成，然而，所有三層均可以由偏轉(zhuǎn)器型透鏡層形成。艮口， 源透鏡可以通過選擇一個或多個偏轉(zhuǎn)器型透鏡層作為源透鏡的各個層中 的一個或多個層而構(gòu)成。通常，源透鏡或聚焦透鏡由一個以上的透鏡層 形成，然而，根據(jù)本發(fā)明的源透鏡單元需要兩個以上的透鏡層。通過利 用偏轉(zhuǎn)器型透鏡層形成一個或多個層，可以實施圖3-B的操作。
針對各個透鏡層對透鏡單元施加單獨的電壓。然而，向偏轉(zhuǎn)器型透 鏡施加與偏轉(zhuǎn)區(qū)域數(shù)量相等的不同電壓，這與施加至普通透鏡層的電壓
不同。因此，向偏轉(zhuǎn)器型透鏡層施加必須施加至相應層的電壓加上或減 去用于相應區(qū)域的偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)電壓。盡管，在本實施方式中，偏轉(zhuǎn)器型 透鏡層被分成四個區(qū)域并起偏轉(zhuǎn)器作用，但是偏轉(zhuǎn)器型透鏡層可以分成 八個區(qū)域而使用。通過劃分獲得的區(qū)域數(shù)量可以根據(jù)需要確定。此外， 盡管在圖3中，偏轉(zhuǎn)器由單個層形成，然而也可以由兩個以上的層形成 并進行偏轉(zhuǎn)。 '
圖5和圖6為分別示出了多電子柱中的透鏡層的視圖，所述透鏡層 用于構(gòu)造本發(fā)明的利用偏轉(zhuǎn)器型透鏡層的源透鏡。
圖5示出了用于普通多電子柱的透鏡層50，其不是偏轉(zhuǎn)器型透鏡層； 圖6示出了偏轉(zhuǎn)器型透鏡層60。與用于上述單一型電子柱的源透鏡類似， 用于多電子柱的源透鏡可以通過將圖5的普通多電子柱透鏡層與圖6的 多電子柱透鏡層結(jié)合而制造，或者用于多電子柱的源透鏡可以僅僅利用 用于多電子柱的透鏡層50來制造。g卩，透鏡可以被構(gòu)造為具有與圖3中 示出的單一型電子柱的透鏡構(gòu)造相同或類似的構(gòu)造。在圖5中，附圖標 記52表示電子束可以穿過的孔，附圖標記53表示單個單元透鏡電極。 即，附圖標記53與單一型電子柱的各透鏡層相對應，并且單個單元透鏡 電極53環(huán)繞孔52。
圖6示出了用于多電子柱的偏轉(zhuǎn)器型透鏡層60，其中，偏轉(zhuǎn)器型透 鏡利用與圖5中的方法相同的方法制造為多型。在圖6中，附圖標記62 表示電子束可以穿過的孔，并且電極63a、 63b、 63c和63d與多型透鏡 層的單一型電子柱的各透鏡層相對應。絕緣部69與圖4的透鏡層的絕緣
部相同。各個層的操作被執(zhí)行為除了基本所需的電壓之外，還向各個 區(qū)域施加用于偏轉(zhuǎn)的單獨電壓，這與圖4的單一型電子柱的偏轉(zhuǎn)器型透 鏡的操作類似。然而，為了操作多電子柱中的各個偏轉(zhuǎn)器，基于偏轉(zhuǎn)器 型透鏡的方向?qū)Ω鱾€區(qū)域單獨布線，由此既執(zhí)行偏轉(zhuǎn)功能又執(zhí)行相應透 鏡層的功能。在多電子柱中，根據(jù)本方案，通過沿各方向施加相同電壓 可進一步便于布線和電壓控制。在這種情況下，考慮到電子束的特征， 沿相同方向向各區(qū)域施加偏轉(zhuǎn)電壓與相應透鏡層的功能所需的電壓相加 而獲得的電壓。例如，優(yōu)選的是沿各方向?qū)ο鄳獏^(qū)域使用與用于聚焦和
偏轉(zhuǎn)的電壓施加相關(guān)的數(shù)據(jù)，或者使用偏轉(zhuǎn)電壓與源透鏡的相應電壓相 加而獲得的電壓。
在圖5至圖7中，每一個多電子柱均形成為由4個單一型電子柱構(gòu) 成的2x2排列。然而，多電子柱可以按與上述相同的方式形成多種nXm排列。
其操作方法可以與上述單一型電子柱的操作方法相同。對多電子柱 的操作方法而言，參考2004年7月5日遞交的名稱為"用于控制多微柱 中的電子束的方法及多微柱"的韓國專利申請No. 10-2004-0052102。
圖7-A為示出了根據(jù)本發(fā)明的多電子柱的實施方式的剖視立體圖， 其示出了根據(jù)本發(fā)明的多電子柱70的構(gòu)造。在圖7-A中，根據(jù)本發(fā)明的 多電子柱包括多型電子發(fā)射源71、源透鏡73以及包括兩個偏轉(zhuǎn)器型透鏡 層76b的偏轉(zhuǎn)器76。即，如附圖中所示，'源透鏡73由圖5的透鏡形成， 偏轉(zhuǎn)器76和電子發(fā)射源層71利用圖5和圖6的透鏡層構(gòu)造。在偏轉(zhuǎn)器 76的層之中，以附圖標記76b表示的層為偏轉(zhuǎn)器型透鏡層76b。偏轉(zhuǎn)器 型透鏡層76b之間的層旨在使偏轉(zhuǎn)器彼此分開，并且該層由與圖5的透 鏡層形狀相同的絕緣層形成。圖7-B為示出了根據(jù)本發(fā)明的多電子柱的 另一實施方式的剖視立體圖，其示出了具有與圖3-B的上述構(gòu)造相同的 簡單構(gòu)造的多電子柱，其中不存在單獨的偏轉(zhuǎn)器，并且源透鏡73的中間 層73b由偏轉(zhuǎn)器型透鏡層形成。
在圖7中，源透鏡和偏轉(zhuǎn)器由透鏡層結(jié)合而成。盡管未進行詳細描 述，但是可在各個透鏡層之間插設(shè)絕緣層，并且透鏡之間的結(jié)合利用傳 統(tǒng)方法實現(xiàn)。
在本發(fā)明中，上述源透鏡起到傳統(tǒng)源透鏡的作用，并且同時執(zhí)行聚 焦。盡管沿用傳統(tǒng)說法使用術(shù)語源透鏡，但是必須將本發(fā)明的源透鏡與 傳統(tǒng)源透鏡區(qū)別開。
工業(yè)應用
根據(jù)本發(fā)明的電子柱的構(gòu)造得以簡化，并且可以制造和使用具有簡 單結(jié)構(gòu)的多電子柱。
權(quán)利要求
1.一種電子柱，該電子柱具有電子發(fā)射源和透鏡單元，其中，所述透鏡單元包括兩個以上的透鏡層，并執(zhí)行源透鏡功能和聚焦功能。
2. 如權(quán)利要求l所述的電子柱，其中，所述透鏡單元包括一個以上 的偏轉(zhuǎn)器型透鏡層，從而附加地執(zhí)行偏轉(zhuǎn)器功能。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電子柱，其中，所述電子柱為多電子柱。
4. 如權(quán)利要求3所述的電子柱，其中，所述多電子柱為晶片型。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有簡單結(jié)構(gòu)的微柱。本發(fā)明涉及一種包括電子發(fā)射源和透鏡的電子柱，更具體地涉及一種具有可便于對準和組裝電子發(fā)射源和透鏡的結(jié)構(gòu)的電子柱。根據(jù)本發(fā)明的具有電子發(fā)射源和透鏡單元的電子柱的特征在于所述透鏡單元包括兩個以上的透鏡層，并執(zhí)行源透鏡功能和聚焦功能。此外，所述電子柱的特征在于所述透鏡單元包括一個以上的偏轉(zhuǎn)器型透鏡層，從而附加地執(zhí)行偏轉(zhuǎn)器功能。
文檔編號G02B3/00GK101189537SQ200680019662
公開日2008年5月28日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者金浩燮, 金秉辰 申請人:電子線技術(shù)院株式會社