CN101243531A - 改变电子柱中的电子束的能量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有效改变产生电子束的电子柱中的电子束的能量的方法。该方法包括以下步骤:向电极额外地施加电压,使得所述电子束最终具有所期望的能量,从而当所述电子束到达样本时,能够自由地控制所述能量。
Description
技术领域
本发明涉及有效地改变电子柱(electron column)中的电子束的能量的方法。
背景技术
改变电子柱中的电子束的能量对于其应用而言是非常重要的功能。例如,当使用电子柱执行刻印(lithography)时,当电子束用于显示时,或当将电子柱用作电子显微镜时,到达样本(sample)的电子束的能量影响电子束入射到样本的穿透深度、对该样本的损害以及分辨率。
到达样本的电子束的能量取决于施加到电子柱中发射电子的电子发射源的电压。然而在微柱(micro-column)等的具有非常微小和精细结构的电子柱中,施加到电子发射源以增加微柱中的电子束的能量的最大可能电压是受限的。就微柱而言,韩国专利申请No.2003-66003中公开了单微柱的结构示例。
相关文献包括1995年出版的Crashmer等人的题为“An electron-beammicrocolumn with improved resolution,beam current,and stability”(J.VacSci.Technol.B 13(6),pp.2498-2503)的文献,以及1996年出版的题为“Experimental evaluation of a 20×20mm footprint microcolumn”(J.Vac Sci.Technol.B 14(6),pp.3792-3796)的文献。相关的外国专利包括美国专利No.6 297 584,6 281 508,以及6 195 214。此外,可以由通过串列或并列地排布多个单微柱而构建的单柱模块(single column module,SCM)来形成多微柱。也可以由两个或更多个标准化的整体柱模块(MonolithicColumn Modules,MCM)(这是一组2×1或2×2的模块)来形成多微柱,或者使用其中由单个晶片构成电子柱透镜部分的晶片级柱模块(Wafer-scale Column Module,WCM)来构建多微柱。在1996年出版的H.P.Ching等人的题为“Electron-beam microcolumns for lithography andrelated applications”(J.Vac Sci.Technol.B 14,pp.3774-3781)的文献中,公开了这样的基本原理。另一方案是混合及多类型的方案,其中,连同SCM、MCM或WCM一起排列一个或更多个柱体,或者,以SCM、MCM或WCM的形式来构建一些柱体透镜部分。在1994年出版的Hosup Kim等人的题为“Multi-beam microcolumns based on arrayed SCM and WCM”(Journal of Korean Physical Society 45(5),pp 1214-1217)的文献中,以及在Hosub Kim等人于1995年出版的题为“Arrayed microcolumn operationwith a wafer-scale Einzel lens”(Microelectronic Engineering pp 78-79 and55-61)的文献中,公开了该方案的相关试验结果。
在电子柱中,电子发射源与第一电极(例如抽取器,extractor)之间的距离大约为100mm。将数百伏到一千伏之间的负电压施加到电子发射源,而将接地电压(0伏)施加到该电极。随着所施加的电压升高,发射出更多的电子。但是,随着电压的升高,电子束变得不稳定,而且在最糟糕的情况下,电子发射源会损毁。
为了解决这种对电子发射源的损害,可以使用在电子发射源周围保持超高真空的方法,或者使用在电子发射源与第一电极(抽取器或透镜层)之间施加低电压差的方法。但是,就成本及结构而言,保持超高真空带来许多困难,而使用电压差在可用电压方面有所限制。
发明内容
技术问题
对于上述问题作出本发明。本发明的目的在于,提供一种在电子柱中的电子发射源与第一电极之间使用低电压差时,使样本上方的最后的电极(透镜层或会聚透镜)悬浮以自由地控制电子束的能量的方法。
技术方案
为了实现上述目的,提出了一种改变电子束的能量的方法,该方法通过向相应的电极施加电压,使得所述电子束最终具有所期望的能量,从而当所述电子束到达样本时能够自由地控制所述能量。
根据本发明,向电子柱的电子发射源施加电压,以确保稳定的工作状况。这使得电子发射源以恒定的电子束能量发射电子束。为了在样本处能够自由地控制电子束能量,向紧接在样本上方的第一、第二和第三透镜(一般是会聚透镜)层施加电压。施加到第二透镜层(以执行会聚)的电压也会改变。
在本方法中,并不需要会聚透镜的最后一层与样本之间的电极,但是也可以增加该电极。然而,对于电子柱的复杂结构与电子束控制而言,使会聚透镜悬浮是最佳的。
为了使用电子柱来观察样本,需要用于检测二次电子(secondaryelectron)和/或后向散射电子(back-scattering electron,BSE)的装置(诸如SE检测器、MCP、BSE检测器或半导体检测器)。这种检测器被提供有高电压,或者在接地状态下发射出电子,从而可能改变电子束的能量。如果电子检测器位于电子柱的侧面,则它仅微小地影响电子束的能量。如果电子检测器的位置靠近电子柱或在电子柱的方向上,则它能极大地影响电子束的能量。就刻印而言,该检测器可以位于电子束轴线的侧面,由此仅微小地影响电子束的能量。在这种情况下,施加到会聚透镜的电压也被施加到该检测器,使得会聚透镜的电压与该检测器的电压相等或近似。对这种情况,可能需要额外的电子控制装置。
有益效果
如果使用根据本发明的改变电子柱中的电子束能量的方法,则能够在不必向电子发射源施加高电压的情况下适当地控制电子束的能量。这使得电子发射源的尖端的负载降低,并降低了维持超高真空状态的成本。
如果使用根据本发明的改变电子柱中的电子束能量的方法,则能够通过向会聚透镜施加电压来提高电子束的能量,由此提高电子柱的分辨率。
附图说明
图1为示意性地示出根据本发明的改变电子柱中的电子束的能量的方法的剖面图;
图2为示意性地示出根据本发明的改变电子柱中的电子束的能量的另一方法的剖面图;
图3为示意性地示出根据本发明的改变电子柱中的电子束的能量的再一方法的剖面图;
图4为示意性地示出根据本发明的改变电子柱中的电子束的能量的又一方法的剖面图。
具体实施方式
以下,参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1示出根据本发明的控制电子束的方法的实施方式。这是示出在一般的电子柱中控制电子束的剖面图。
如果将数百伏到一千伏之间的负电压(这高于施加到源透镜3的抽取器透镜层3a的电压)施加到电子发射源1,则从电子发射源发射出电子。如果有必要,将-500eV的电压施加到电子发射源1而将更高的电压(例如,-200eV到+200eV)施加到抽取器3a,以这样的方式使得从电子发射源1发射出电子。由加速器3b对电子束B中的发射电子进行加速,然后由限定孔3c对其进行会聚。如果需要,可以向各个透镜层施加电压,但是,一般是将接地电压施加到透镜3a和3c。
在电子束穿过限定孔3c之后,由偏转器4对该电子束进行偏转,然后,由会聚透镜6将其会聚在样本上。由检测器(未示出)检测二次电子和从样本反射的电子。可以用图像的形式使检测器的结果可视。在这种情况下,该检测器可以定位于与透镜同轴、与透镜分离、或基于其特性而以各种方法来定位。
虽然在本发明中该检测器沿着电子束的轴线与透镜同轴,但是该检测器也可以位于电子束的侧面。
由电子发射源1与电子柱的最后一个透镜层6c或者样本之间的电压差,来确定到达样本的电子束的能量。通常,最后一个透镜层6c是接地的(0伏)。但是,在图1中,为了施加更高的电压,可以与检测器一起、或与检测器分开地,在会聚透镜6的下部设置单独的透镜层或电极层10。当然,在电子束被供有更多能量的情况下使用电极层10,或者将电极层10靠近样本以相对于施加到透镜的最后层(例如,6c)的电压增加和改变能量。可以根据需要来决定是否使用电极层10。
如果将数百eV到两千eV范围内的负电压施加到电子发射源,则当0伏或更高的正电压施加到最后的透镜层或电极时,可以增加电子束的能量。
在图1中,可以单独地向会聚透镜6的三个透镜层6a、6b和6c施加电压。由用于改变电子束的能量的电极10(诸如可以被施予电压的源透镜3和会聚透镜6中的一个电极层3a、3b、3c、6a、6b或6c)来最终改变电子束的能量。在计算出电极10处所需要的电压之后,将该电压施加到电极层10。如果没有使用电极层10,则计算会聚透镜6所需要的电压并施加该电压。在这种情况下,可以向会聚透镜6的各个透镜层6a、6b和6c施加电压,或者可以向最后的透镜层6c施加电压。但是,对于改变电子束的能量而言,优选的是向整个会聚透镜施加额外的电压。
图2中,检测器20(其可以包括或不包括电子束能量改变电极层)在电极层10的位置处与透镜同轴。如同在上述电极层中描述的,施加电压以改变电子束的能量。如果向检测器20施加用于检测的电压,则如在会聚透镜6中那样计算并施加所需要的电压(该电压有时高有时低)。图2中,可以只向会聚透镜的最后的层6c施加电压(在这种情况下,只使用检测器20),但是,可以按在图1中单独地或全体地向会聚透镜的各个层施加电压的方法,来向检测器20施加电压。
图3示出了本发明的另一实施方式。向样本施加单独的电压。由电子发射源与样本之间的电压差来确定电子束的最终能量。在这种情况下,可以向会聚透镜6和样本额外地施加电压,也可以不向会聚透镜6施加电压而只向样本施加所需的电压,由此改变到达样本的电子束的能量。
在根据本发明的具有最简单结构的电子柱中(图4),不存在单独的会聚透镜部分。将取出和会聚所需的电压施加到源透镜。如果需要增加能量,则向源透镜的所有部分3a、3b和3c或者所需要的层3b和/或层3c施加电压。在这种情况下,可以提高偏转器所需要的电压。但是,更简单的方法是向电子能量改变电极层10施加电压,由此最终改变能量。
虽然已经说明的是单型电子柱,但多型电子柱也能以相同的方式来控制电子束的能量。
就多型电子柱而言,以n×m矩阵的形式来排列并使用单位电子柱(每个单位电子柱对应于一个单型电子柱)。在现有控制方法的基础上,向附加的电极或透镜(层)施加电压,并且以控制常规的多柱体的方法来控制为控制电子束的能量而增加的电极。
在上述实施方式的说明中,图3中的样本可以连接到电源,以施加单独的电压,但是,在图1、2和4的示例中,各个样本是接地的或悬浮的。如果样本接地,则电子束的能量是施加到电子发射源的电压与样本的电压之间的电压差的结果。因此,当使用了电极10且该电极与样本之间的间隔被最小化(例如,减小到数毫米)时,可以由额外施加到电极10的电压来改变电子束的能量,而且,基于电子束能量的增加也提高了分辨率。
产业实用性
根据本发明的改变电子束的能量的方法,能够应用于使用电子柱的检查装置或刻印装置。此外,多电子柱可以应用于使用电子柱的检查装置或刻印装置。
Claims (5)
1、一种改变由电子柱产生的电子束的能量的方法,该方法通过向电极额外地施加电压,使得所述电子束最终在样本处具有所期望的能量,并且能够容易地控制所述能量。
2、根据权利要求1所述的方法,其中,所述电极是会聚透镜。
3、根据权利要求1所述的方法,其中,所述电极是独立的专用电极或者是用于控制所述电子束的能量的检测器。
4、根据权利要求4所述的方法,其中,施加到所述检测器的电压与施加到所述会聚透镜的电压相同,或者是接地电压。
5、根据权利要求1到4中任意一项所述的方法,该方法还包括向所述样本额外地施加电压的步骤。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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