JP2003513407A - 改良された熱電界放出の整列 - Google Patents
改良された熱電界放出の整列Info
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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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
を整列することが望まれる。
【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。
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。
【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。
似または同一の要素を表す。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
／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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
【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。
図である。
【図３】
小型ショットキー電子源の側面断面図である。
【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。
【図５】
図４のサプレッサキャップの上面図である。
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
─────────────────────────────────────────────────────
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
Claims (15)
- 【請求項１】 熱電界放出源の放出ビームを整列する方法であって、 サプレッサキャップを互いに電気的に絶縁された少なくとも４つの電極セグメ
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。 - 【請求項２】 同じ偏向電圧を対向する電極対に印加するステップを含み、
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。 - 【請求項３】 前記電極対の前記偏向電圧を傾斜させて、ある領域にわたっ
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。 - 【請求項４】 前記サプレッサキャップをマイクロカラム放出源に設け、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
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。 - 【請求項５】 前記偏向電圧を変化させることにより、前記マイクロカラム
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ステップを含む請
求項２に記載の方法。 - 【請求項６】 改良された熱電界放出源であって、 互いに電気的に絶縁された少なくとも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。 - 【請求項７】 同じ偏向電圧を対向する電極対に印加する手段を含み、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６
に記載の熱電界放出源。 - 【請求項８】 前記電極対の前記偏向電圧を傾斜させて、ある領域にわたっ
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。 - 【請求項９】 マイクロカラム放出源の一部を形成する前記サプレッサキャ
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。 - 【請求項１０】 前記偏向電圧を変化させることにより、前記マイクロカラ
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。 - 【請求項１１】 放出ビームと、前記放出源を囲み互いに電気的に絶縁され
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。 - 【請求項１２】 対向する対の電極に結合された同じ偏向電圧を含み、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
１に記載の熱電界放出源。 - 【請求項１３】 ある領域にわたって前記放出ビームを走査させるために、
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。 - 【請求項１４】 マイクロカラム放出源の一部を形成する前記サプレッサキ
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。 - 【請求項１５】 前記偏向電圧で前記マイクロカラムを動作する間、前記エ
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。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17661398A | 1998-10-21 | 1998-10-21 | |
| US09/176,613 | 1998-10-21 | ||
| PCT/US1999/023704 WO2000024030A2 (en) | 1998-10-21 | 1999-10-07 | Improved alignment of a thermal field emission electron source and application in a microcolumn |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003513407A true JP2003513407A (ja) | 2003-04-08 |
Family
ID=22645098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000577692A Pending JP2003513407A (ja) | 1998-10-21 | 1999-10-07 | 改良された熱電界放出の整列 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1145272A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003513407A (ja) |
| KR (1) | KR20010080286A (ja) |
| WO (1) | WO2000024030A2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016531413A (ja) * | 2013-09-16 | 2016-10-06 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 多重極の電極構造を組み込んだ電子エミッタデバイス |
| WO2022003770A1 (ja) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | 株式会社日立ハイテク | 電子源、電子銃、及び荷電粒子線装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6288401B1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-09-11 | Etec Systems, Inc. | Electrostatic alignment of a charged particle beam |
| US6512235B1 (en) * | 2000-05-01 | 2003-01-28 | El-Mul Technologies Ltd. | Nanotube-based electron emission device and systems using the same |
| US9484179B2 (en) * | 2012-12-18 | 2016-11-01 | General Electric Company | X-ray tube with adjustable intensity profile |
| US10388489B2 (en) | 2017-02-07 | 2019-08-20 | Kla-Tencor Corporation | Electron source architecture for a scanning electron microscopy system |
| KR20210132599A (ko) | 2020-04-24 | 2021-11-04 | 아이엠에스 나노패브릭케이션 게엠베하 | 대전 입자 소스 |
| EP4095882A1 (en) | 2021-05-25 | 2022-11-30 | IMS Nanofabrication GmbH | Pattern data processing for programmable direct-write apparatus |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3358174A (en) * | 1964-12-18 | 1967-12-12 | Gen Electric | Electron gun having a segmented control electrode |
| DE3138896A1 (de) * | 1981-09-30 | 1983-04-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektronenoptisches system mit vario-formstrahl zur erzeugung und messung von mikrostrukturen |
| US4588928A (en) * | 1983-06-15 | 1986-05-13 | At&T Bell Laboratories | Electron emission system |
-
1999
- 1999-10-07 WO PCT/US1999/023704 patent/WO2000024030A2/en not_active Application Discontinuation
- 1999-10-07 KR KR1020017005019A patent/KR20010080286A/ko not_active Application Discontinuation
- 1999-10-07 JP JP2000577692A patent/JP2003513407A/ja active Pending
- 1999-10-07 EP EP99954854A patent/EP1145272A3/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016531413A (ja) * | 2013-09-16 | 2016-10-06 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 多重極の電極構造を組み込んだ電子エミッタデバイス |
| WO2022003770A1 (ja) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | 株式会社日立ハイテク | 電子源、電子銃、及び荷電粒子線装置 |
| JPWO2022003770A1 (ja) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | ||
| JP7366266B2 (ja) | 2020-06-29 | 2023-10-20 | 株式会社日立ハイテク | 電子源、電子銃、及び荷電粒子線装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010080286A (ko) | 2001-08-22 |
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| WO2000024030A2 (en) | 2000-04-27 |
| WO2000024030A3 (en) | 2002-10-10 |
| EP1145272A2 (en) | 2001-10-17 |
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