TWI672722B - 電子發射器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示電子發射器及製造該等電子發射器之方法。根據某些實施例，一電子發射器包括具有一平坦區之一頂端，該平坦區具有在大約(0.05至10)微米範圍內之一直徑。該電子發射器頂端經組態以釋放場發射電子。該電子發射器進一步包括塗佈於該頂端上之一功函數降低材料。

Description

電子發射器及其製造方法
本發明大體上係關於帶電粒子源之場，且更特定而言係關於用於電子束裝置中之電子發射器及製造該等電子發射器的方法。
在積體電路(IC)之製造過程中，未完成或已完成電路組件經檢測以確保其係根據設計而製造且無缺陷。利用光學顯微鏡之檢測系統通常具有降至幾百奈米的解析度；且該解析度由光之波長限制。隨著IC組件之實體大小繼續減小至低於100或甚至低於10奈米，需要比利用光學顯微鏡之彼等具有更高解析度的檢測系統。 具有降至小於一奈米解析度之帶電粒子(例如，電子)束顯微鏡(諸如掃描電子顯微鏡(SEM)或透射電子顯微鏡(TEM))充當用於檢測具有低於100奈米之特徵大小的IC組件之可行的工具。藉由SEM，在檢測下，可將單一原電子束之電子或複數個原電子束之電子集中於晶圓的預定掃描位置處。原電子與晶圓相互作用且可反向散射或可使得晶圓發射二次電子。包含反向散射電子及二次電子之電子束之強度可基於晶圓的內部及/或外部結構之性質而變化且因此指示該晶圓是否具有缺陷。 然而，由於其之較高解析度，典型的電子束檢測工具具有較低產量。此限制了將電子束檢測工具大規模地應用至晶圓檢測。改良產量之一種方式係增大原電子束之光束電流，使得該光束電流可掃描晶圓上之更大區域，或可將該光束電流***成多個小波束(beamlet)用於同時掃描多個單獨區域。儘管當前電子發射器(諸如蕭特基(Schottky)發射器)能夠產生明亮照明，但僅具有可從其發射電子之一較小發射區域。此限制在給定亮度下可實現的最大光束電流。此外，在較高亮度(亦即，高溫及/或較高電場)操作期間發射區域可輕易地變形，其導致所發射電子束之不穩定性或減小該發射區域。因此，當前電子發射器無法滿足高產量要求。
本發明之實施例係關於電子發射器及製造電子發射器之方法。在一些實施例中，提供電子發射器。該電子發射器包括具有平坦區之頂端，該平坦區具有在大致(0.05至10)微米範圍內之直徑。該電子發射器進一步包括塗佈於該頂端上之功函數降低材料。 在一些實施例中，提供一種熱場發射陰極。該熱場發射陰極包括發射器，該發射器進一步包括經組態以釋放場發射電子之頂端，該頂端具有一平坦區，該平坦區具有在大致(0.05至10)微米範圍內之直徑。該熱場發射陰極亦包括塗佈於該頂端上之功函數降低材料。該熱場發射陰極進一步包括組態以將熱能提供至發射器之加熱組件。 在一些實施例中，提供一種製造電子發射器之方法。該方法包括將限制件應用至具有頂端之電子發射器。方法亦包括，在限制件下，在頂端上形成一平坦區。方法進一步包括移除限制件。 在一些實施例中，提供一種製造電子發射器之方法。該方法包括將功函數降低材料塗佈於具有基礎材料之電子發射器之頂端上。該功函數降低材料包括以下中之至少一者：鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、或釷之氧化化合物；鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物；及鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮、或釷之氮氧化化合物。 在以下描述內容中將部分闡述所揭示實施例的額外目標及優點，且將部分自所述描述內容顯而易見，或可藉由對該等實施例的實踐習得。所揭示實施例之該等目標及優點將藉助闡述於申請專利範圍中之要素及組合來實現及獲得。 應理解，前文大體描述及以下詳細描述兩者僅為例示性及解釋性而非限制所主張之所揭示實施例。
現將詳細參考例示性實施例，其實例說明於附圖中。下列描述指代附圖，其中除非另外表示，否則不同圖紙中之相同編號表示相同或類似元件。闡述於例示性實施例之下列描述中之實施方式不表示符合本發明的所有實施方式。相反，其僅為符合關於所附權利要求書中所述之本發明之態樣的裝置及方法之實例。 本申請案揭示可產生具有較高亮度及光束電流之電子束之電子發射器以及製備或製造該等電子發射器的方法。所揭示電子發射器可用於許多技術中，諸如用於積體電路(IC)之製造製程中。圖 1 為說明根據本發明之實施例的例示性電子束工具10之示意圖。如圖 1 中所展示，電子束工具10包括機動載物台134及晶圓固持器136，該晶圓固持器由機動載物台134支撐以固持待檢測之晶圓150。電子束工具10進一步包括陰極100、陽極120、槍孔口122、光束限制孔口124、聚光透鏡126、源轉換單元128、接物鏡總成132、光束分離器138及電子偵測器140。在一些實施例中，源轉換單元128可包括微型偏轉器陣列129及小波束限制板130。在一個實施例中，接物鏡總成132可包括經改良擺動目標延遲浸沒透鏡(SORIL)，該擺動目標延遲浸沒透鏡包括極片132a、控制電極132b、偏轉器132c及激勵線圈132d。電子束工具10可額外包括能量色散X射線光譜儀(EDS)偵測器(未展示)以表徵晶圓上之材料。 在電子束工具10運行時，將待檢測晶圓150安裝或置放於由機動載物台134支撐之晶圓固持器136上。將電壓應用於陽極120與陰極100之間，陰極100發射電子束160。所發射電子束穿過槍孔口122及光束限制孔口124，該兩者可判定進入駐存於光束限制孔口124下方之聚光透鏡126之電子束的大小。在電子束160進入源轉換單元128之前，聚光透鏡126可聚焦所發射電子束160。微型偏轉器陣列129可將所發射光束***成多個原電子束160a、160b及160c。多個主光束之數目不限於三個且微型偏轉器陣列129可經組態以將所發射光束***成更大數目之原電子束。在多個原電子束進入接物鏡總成132之前，小波束限制板130可設定該多個原電子束之大小。偏轉器132c使原電子束160a、160b及160c偏轉以促進晶圓上之光束掃描。舉例而言，在掃描過程中，在不同時間點可控制偏轉器132c將原電子束160a、160b及160c同時偏轉至晶圓150之頂面之不同位置上，以提供用於晶圓150的不同部分之影像重構的資料。 激勵線圈132d及極片132a產生一磁場，該磁場在極片132a的一端處開始並且在極片132a之另一端處終止。由原電子束160掃描之晶圓150的部分可浸沒於磁場中且可為帶電的，該部分轉而產生一電場。在原電子束與晶圓碰撞之前，電場減小接近晶圓之表面之原電子束160之衝擊能量。與極片132a電隔離之控制電極132b控制晶圓上之電場以防止晶圓之微拱起並且確保合適的光束聚焦。 在接收原電子束160a、160b及160c後，可自晶圓150之部分發射反向散射原電子及二次電子。光束分離器138可將二次及/或散射電子束170a、170b及170c (包含反向散射及二次電子)導向至電子偵測器140之感測器表面。所偵測電子束170a、170b及170c可在電子偵測器140之感測器表面上形成對應光束點180a、180b及180c。電子偵測器140可產生表示所接收光束點之強度之信號(例如，電壓、電流等)，並且將信號提供至處理系統(圖 1 中未展示)。二次及/或散射電子束170a、170b及170c及所得光束點之強度可根據晶圓150之外部及/或內部結構而變化。此外，如上文所論述，可將原電子束160a、160b及160c投射至晶圓150之頂部表面之不同位置上來產生不同強度之二次及/或散射電子束170a、170b及170c (及所得光束點)。因此，藉由通過晶圓150之位置映射光束點之強度，處理系統可重構反映晶圓150的內部及/或外部結構之影像。 儘管圖 1 將電子束工具10展示為採用多個原電子小波束來同時掃描晶圓150上之多個位置的多光束檢測工具，但其意欲展示電子束工具10亦可為一次僅使用一個原電子束來掃描晶圓150之一個位置的單光束檢測工具。此外，亦可將電子束工具10實施為電子束微影(EBL)系統，諸如電子束直寫(EBDW)系統。本申請案不限制應用所揭示電子發射器之特定系統或技術領域。 無論電子束工具10係用於檢測晶圓抑或執行電子束微影，所揭示電子發射器可發射更大光束電流以便改良電子束工具10之產量。圖 2 為說明用於圖 1 之例示性電子束工具中之陰極100的示意圖。在例示性實施例中，陰極100可為熱場發射陰極(例如，蕭特基陰極)，其使用熱及電場之組合來發射電子。參看圖 2 ，陰極100包括電子發射器102、燈絲110、兩個電極112及基座114。 基座114係由電絕緣材料，諸如陶瓷或熱陶瓷製成。在一些實施例中，電絕緣材料可為二氧化鋯(ZrO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氮化鋁(AlN)等。基座114支撐兩個電極112。每一電極112具有嵌入於基座114中之一端。電極112係由諸如鎳鐵合金等導電材料製成。 燈絲110係導電線，其由(例如)鎢或錸製成。燈絲110之兩端分別焊接至兩個電極112。燈絲110亦可在中心部分彎曲。燈絲110之彎曲角可介於10至100度範圍內。將電子發射器102安裝在燈絲110之中心部分上，使得燈絲110凸出至在中心部分之電子發射器102。 電子發射器102包括發射器頂端104，該發射器頂端具有頂點106。頂點106可為平坦區。所發射電子係在狹窄能帶中且係自頂點106發射至發射錐體中。通常，為自電子發射器102脫逃，電子必須獲得足夠能量以克服由存在於頂點106之表面處的原子及/或分子造成的能量障壁。克服該能量障壁所需要之能量之量被稱為電子發射器102之功函數。在例示性實施例中，發射器頂端104且確切地說頂點106可塗佈有薄的塗層材料108層以降低功函數。在本發明中，構成電子發射器102之主體的材料被稱為「基礎材料」且塗層材料108被稱為「功函數降低材料」。 在陰極100被實施為蕭特基陰極時，電流經由電極112供應至燈絲110。燈絲110加熱電子發射器102並且熱激發電子發射器102中之電子使得他們可脫逃功函數障壁。另外或替代地，陰極100及陽極120可在發射器頂端112處產生強電場，該強電場藉由穿隧通過功函數障壁而促進電子之發射。藉由調整發射器溫度及/或電場之強度，陰極100可改變自電子發射器102發射之光束電流。 蕭特基陰極能夠產生光亮電子束。用於典型蕭特基陰極中之發射器(亦即，典型蕭特基發射器)係由定向於＜100＞、＜110＞、＜111＞或＜310＞定向中之單鎢晶製成。蕭特基發射器亦可由其他基礎材料，諸如鉬、銥或錸製成。蕭特基發射器亦可塗佈有功函數降低材料包括(例如)化合物，諸如，鋯、鈦、鉿、釔、鈮、釩、釷、鈧、鈹、或鑭之氧化、氮化及碳化化合物。舉例而言，藉由將蕭特基發射器之頂點表面製成為(100)鎢晶體平面並且使用氧化鋯(ZrO)作為功函數降低材料，蕭特基發射器之功函數可自4.5 eV降低至2.8 eV。功函數之減小使得蕭特基發射器成為更亮的電子源。此塗佈ZrO之鎢發射器之工作溫度，亦即發射器之頂點處的溫度係在(300至1,800) K範圍內。 儘管鎢蕭特基發射器能夠產生光亮電子束，但應用在發射器上之電場及溫度可導致發射器的頂點處之表面自擴散。特定言之，在蕭特基發射器處於較高工作溫度時，基礎材料及塗層材料傾向於自發射器頂點蒸發，這將頂點之原始平面表面變化成彎曲表面。同時，較高電場導致頂點處之基礎材料及塗層材料遷移且因此導致頂點之表面收縮，例如，使發射器的頂端銳化。因而，高溫及較高電場之組合效應傾向於使得頂點具有不規律表面。圖 3A 為說明無塗層材料之習知鎢發射器之頂端204的示意圖。如圖 3A 中所展示，頂端204包括頂點206，該頂點最初具有平面表面(未展示)。然而，隨著鎢發射器在高溫及較高電場下保持運行，頂點206之表面逐漸變形導致電子發射的不穩定性並且減少光束電流。 返回參看圖 2 ， 在所揭示實施例中，為減小表面變形，電子發射器102之基礎材料可選自過渡金屬碳化化合物及/或過渡金屬硼化化合物。舉例而言，該過渡金屬碳化化合物可為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬或鈮之碳化化合物。亦例如，該過渡金屬硼化化合物可為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之硼化化合物。 相較於鎢，過渡金屬碳化物或過渡金屬硼化物具有更高熔點、更高硬度及更低功函數。舉例而言，碳化鉿具有4,163K之熔點且具有在(3.3至3.6) eV範圍內之功函數。過渡金屬碳化物及過渡金屬硼化物之此等性質使其在高溫及/或較高電場下不易受到表面變形。 在一些實施例中，可將功函數降低材料塗佈於過渡金屬碳化物及過渡金屬硼化物上以進一步降低其功函數。功函數降低材料可包括鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者。 替代地或另外，功函數降低材料可包括鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者。 替代地或另外，功函數降低材料可包括鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。圖 3B 為根據本發明之實施例的說明塗佈有功函數降低材料108之發射器頂端104之示意圖。發射器頂端104之基礎材料包括過渡金屬碳化物及/或過渡金屬硼化物。功函數降低材料108包括上文所揭示的功函數降低材料且可降低過渡金屬碳化物及/或過渡金屬硼化物之功函數，例如，自大約3.3 eV降低至大約2.3 eV。藉由降低的功函數，藉由發射電子之立體角劃分之經定義為電子電流(亦即，光束電流)之自頂點106發射之電子束之角強度可達到(15至400) mA/Sr之範圍。此外，可減小應用於發射器頂端104上以實現給定亮度所需之電場。此較弱電場減小頂點106處之表面變形之機會。如由圖 3B 所展示，頂點106之平面表面可保持不變形達很長時段。 在所揭示實施例中，發射區域，亦即電子發射器102之頂點106處之平坦區亦可經放大以增強自頂點106發射的電子之角強度。返回參看圖 2 ， 在一些實施例中，頂點106可經組態以具有在大約(0.05至10)微米範圍內之直徑。舉例而言，自具有此頂點直徑之鎢發射器發射之電子束之角強度可達到(1至25) mA/Sr之範圍。 傳統地，因為鎢之相對較低的機械強度，所以已難以放大鎢之頂點之大小。如上文所闡述，過渡金屬碳化物或過渡金屬硼化物具有比鎢更高的硬度。因此，相較於鎢發射器，更易於拋光由過渡金屬碳化物或過渡金屬硼化物製成之發射器頂端。此外，下文所描述之方法500及700可用於放大發射器頂端之頂點之大小，無論發射器頂端係由鎢、過渡金屬碳化物、過渡金屬硼化物或其他類型的基礎材料製成。 藉由所發射電子之增強的角強度，所揭示電子發射器102可幫助改良電子束工具10之產量。舉例而言，當電子束工具10為單光束檢測工具時，具有更高角強度之原電子束可用於掃描晶圓150上之更大區域或用於執行高縱橫比接觸(HARC)之電壓對比(VC)缺陷檢測。作為另一實例，當電子束工具10為多光束檢測工具時，該更高角強度使得可實行將原電子束分割成多個小波束，以使得可同時掃描晶圓150上之多個位置。此外，類似單光束檢測工具之情況，更高角強度使得多光束檢測工具執行電壓對比缺陷檢測成為可能。作為又一實例，當電子束工具10為EBDW系統時，更強角強度提供改良微影效能之更大光束電流。 接下來，揭示製備或製造所揭示電子發射器之例示性方法。圖 4 為根據本發明之一些實施例的製備電子發射器之例示性方法400之流程圖。舉例而言，電子發射器可為圖 2 中所展示之電子發射器102。電子發射器之基礎材料可包括過渡金屬碳化化合物或過渡金屬硼化化合物中之至少一者。過渡金屬碳化化合物可為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬或鈮之碳化化合物。過渡金屬硼化化合物可為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之硼化化合物。方法400可經執行以將功函數降低材料(例如，功函數降低材料108)塗佈於電子發射器之發射器頂端(例如，發射器頂端104)上來降低電子發射器之功函數。 參看圖 4 ， 方法400可包括下列步驟410至430中之一或多者。在步驟410中，發射器線或桿之端部分經蝕刻以形成電子發射器之發射器頂端。發射器線/桿之基礎材料包括過渡金屬碳化化合物或過渡金屬硼化化合物。在一些實施例中，可使用此項技術中之任何已知蝕刻方法電化學地蝕刻發射器線/桿。在一些實施例中，若已形成發射器頂端，諸如在電子發射器為可商購之發射器，其已具有發射器頂端之情況下，則可跳過步驟410。 在步驟420中，對電子發射器執行熱處理以解吸附發射器頂端之表面上的污染物。可加熱電子發射器，例如，藉由將直流電驅動通過電子發射器、使用電子轟擊電子發射器、直接將熱燈絲接觸至電子發射器或藉由場發射以電阻方式加熱電子發射器。本發明不限制執行熱處理之方法。 在步驟430中，發射器頂端塗佈有功函數降低材料(例如，功函數降低材料108)層。在所揭示實施例中，功函數降低材料可包括鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者。 替代地或另外，功函數降低材料可包括鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者。 替代地或另外，功函數降低材料可包括鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。圖 5 為根據本發明之一些實施例的製備電子發射器之例示性方法500的流程圖。舉例而言，電子發射器可為圖 2 中所展示之電子發射器102。電子發射器可已具有適合於發射電子之發射器頂端(例如，發射器頂端104)，且方法500可用於放大電子發射器之頂點(例如，頂點106)的大小。電子發射器之基礎材料可包括鎢、鉬、銥、錸、過渡金屬碳化化合物、過渡金屬硼化化合物或其他類型的基礎材料。 參看圖 5 ，方法500可包括下列步驟510至550中之一或多者。在步驟510中，將限制件應用至發射器頂端。當發射器頂端處於壓力下時，限制件用以輔助發射器頂端承受機械張力，增強發射器頂端處之基礎材料之機械強度，藉由發射器頂端之基礎材料上之頂點放大製程緩解直接施加之壓力及/或阻止發射器頂端活動。以此方式，可拋光頂點而不破壞或損害發射器頂端。在一些實施例中，限制件可呈固持在發射器頂端周圍、緊固至、附接至、安裝至或膠合至發射器頂端之固定裝置、夾具或夾鉗的形式。圖 6 為說明根據本發明之一些實施例的附接至圖 2 之發射器頂端104的例示性固定裝置或夾具109之示意圖。參看圖 6 ， 固定裝置或夾具109可為應用於發射器頂端104上之蠟，例如，熱蠟。蠟109圍繞發射器頂端104形成一層。蠟層具有適合於有效地緩解發射器頂端104之基礎材料上之壓力的厚度。若發射器頂端104預塗佈有功函數降低材料108，則蠟109可直接地應用在功函數降低材料108之頂部上。替代地，可首先將功函數降低材料108自發射器頂端104移除且隨後將蠟109應用至發射器頂端104之基礎材料。 返回參看圖 5 ，在方法500之步驟520中，在限制件下，可在頂點處形成具有所要大小的平坦區。替代地，若在執行方法500之前頂點已具有平坦區，則可放大平坦區以達到所要大小。 可使用各種方法形成或放大平坦區。在一些實施例中，限制件可產生足夠力以在頂點處形成或放大平坦區。舉例而言，可在發射器頂端上應用固定裝置/夾具/夾鉗以直接形成平坦區。在另一實施例中，限制件下之發射器頂端可經拋光以形成或放大平坦區。可使用此項技術中已知的任何拋光方法電解地或機械地執行拋光。 因為將限制件(例如，固定裝置、夾具、夾鉗、蠟等)應用至發射器頂端，所以發射器頂端能夠承受更大張力或壓力且不破裂或變形。因而，具有直徑在(0.05至10)微米範圍內之平坦區可形成於頂點處且不損害發射器頂端。 在步驟530中，在具有所要大小之平坦區形成於頂點處之後，自發射器頂端移除限制件。舉例而言，若限制件呈蠟之形式，則可使用熱量熔融蠟並藉由丙酮洗滌。 在步驟540中，對電子發射器執行熱處理以解吸附發射器頂端之表面上的污染物。此步驟類似於方法400之步驟420。 在步驟550中，發射器頂端塗佈有功函數降低材料(例如，功函數降低材料108)層。可基於基礎材料之類型選擇功函數降低材料。舉例而言，當基礎材料為鎢、鉬、銥或錸時，功函數降低材料可為鋯、鈦、鉿、釔、鈮、釩、釷、鈧、鈹或鑭之氧化、氮化及碳化化合物。 作為另一實例，當基礎材料為過渡金屬碳化化合物或過渡金屬硼化化合物時，功函數降低材料可包括鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物；鋯、鈦、鈮、鈧、釩、或鑭之氮化化合物；及/或鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物。圖 7 為根據本發明之一些實施例的製備電子發射器之例示性方法700的流程圖。舉例而言，電子發射器可為圖 2 中所展示之電子發射器102。不同於方法600，方法700可經執行以使用無適合於發射電子之發射器頂端(例如，發射器頂端104)之發射器線或桿製備具有所要頂點大小之電子發射器。發射器線或桿由構成待製備之電子發射器之基礎材料製成。參看圖 7 ，方法700可包括下列步驟710至760中之一或多者。 在步驟710中，發射器線或桿之端部分經蝕刻以形成電子發射器之發射器頂端。步驟710類似於方法400之步驟410。 在步驟720中，將限制件應用至新形成之發射器頂端。步驟720類似於方法500之步驟510。 在步驟730中，在限制件下，具有所要大小之平坦區形成於發射器頂端之頂點處。步驟730類似於方法500之步驟520。 在步驟740中，在具有所要大小之平坦區域形成於頂點處之後，自發射器頂端移除限制件。步驟740類似於方法500之步驟530。 在步驟750中，對電子發射器上執行熱處理以解吸附發射器頂端之表面上的污染物。此步驟類似於方法400之步驟420及方法500之步驟540。 在步驟760中，發射器頂端塗佈有功函數降低材料(例如，功函數降低材料108)層。此步驟類似於方法500之步驟550。 可使用以下條款進一步描述實施例： 1. 一種電子發射器，其包含： 頂端，其具有直徑在大約(0.05至10)微米範圍內之平坦區；及 功函數降低材料，其塗佈於頂端上。 2. 如條款1之電子發射器，其中頂端包括單晶鎢。 3. 如條款2之電子發射器，其中單晶鎢具有＜100＞之晶體定向。 4. 如條款1之電子發射器，其中頂端包含過渡金屬碳化化合物或過渡金屬硼化物化合物中之至少一者。 5. 如條款4之電子發射器，其中過渡金屬碳化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬或鈮之碳化化合物。 6. 如條款4之電子發射器，其中過渡金屬硼化物化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之硼化物化合物。 7. 如條款4至6中任一項之電子發射器，其中功函數降低材料包含： 鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者。 8. 如條款4至6中任一項之電子發射器，其中功函數降低材料包含： 鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者。 9. 如條款4至6中任一項之電子發射器，其中功函數降低材料包含： 鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。 10. 一種熱場發射陰極，其包含： 發射器，其包含： 頂端，其經組態以釋放場發射電子，該頂端具有直徑在大約(0.05至10)微米範圍內之平坦區；及 功函數降低材料，其塗佈於頂端上；及 加熱組件，其經組態以將熱能提供至發射器。 11. 如條款10之熱場發射陰極，其中頂端包含單晶鎢。 12. 如條款11之熱場發射陰極，其中單晶鎢具有＜100＞之晶體定向。 13. 如條款10之熱場發射陰極，其中頂端包含過渡金屬碳化化合物或過渡金屬硼化化合物中之至少一者。 14. 如條款13之熱場發射陰極，其中過渡金屬碳化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬或鈮之碳化化合物。 15. 如條款13之熱場發射陰極，其中過渡金屬硼化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之硼化化合物。 16. 如條款13至15中任一項之熱場發射陰極，其中功函數降低材料包含： 鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者。 17. 如條款13至15中任一項之熱場發射陰極，其中功函數降低材料包含： 鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者。 18. 如條款13至15中任一項之熱場發射陰極，其中功函數降低材料包含： 鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。 19. 如條款10至18中任一項之熱場發射陰極，其中加熱構件包含附接至發射器之燈絲。 20. 如條款10至19中任一項之熱場發射陰極，其進一步包含： 基座； 兩個電極，該兩個電極嵌入於基座中；及 導電線，其包括兩端及中心部分，其中導電線之兩端分別連接至兩個電極且發射器係安裝在導電線之中心部分上，導電線凸出至中心部分處之發射器。 21. 一種方法，其包含： 將限制件應用至具有頂端之電子發射器； 在限制件下，在頂端上形成平坦區；及 移除限制件。 22. 如條款21之方法，其中在頂端上形成平坦區包含： 拋光電子發射器之頂端以形成平坦區。 23. 如條款21及條款22中任一項之方法，其中將限制件應用至電子發射器包含： 將固定裝置或夾具附接至頂端。 24. 如條款23之方法，其中在頂端上形成平坦區包含： 使用固定裝置或夾具形成平坦區。 25. 如條款21至23中任一項之方法，其中將限制件應用至電子發射器包含： 在頂端上應用蠟。 26. 如條項21至25中任一項之方法，其進一步包含： 在移除限制件之後，加熱電子發射器，其中加熱移除頂端上之污染物。 27. 如條款26之方法，其進一步包含： 在加熱之後，將功函數降低材料塗佈於頂端上。 28. 如條款21至27中任一項之方法，其中電子發射器包含單晶鎢。 29. 如條款28之電子發射器，其中單晶鎢具有＜100＞之晶體定向。 30. 如條款21至27中任一項之方法，其中電子發射器包含過渡金屬碳化化合物或過渡金屬硼化物化合物中之至少一者。 31. 如條款30之方法，其中過渡金屬碳化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬或鈮之碳化化合物。 32. 如條款30之方法，其中過渡金屬硼化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之硼化化合物。 33. 如條款30之方法，其進一步包含： 在將限制件移除之後，將功函數降低材料塗佈於頂端上，該功函數降低材料包含鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者。 34. 如條款30之方法，其進一步包含： 在將限制件移除之後，將功函數降低材料塗佈於頂端上，該功函數降低材料包含鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者。 35. 如條款30之方法，其進一步包含： 在將限制件移除之後，將功函數降低材料塗佈於頂端上，該功函數降低材料包含鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。 36. 如條款21至35中任一項之方法，其進一步包含： 蝕刻電子發射器之端部分以形成頂端。 37. 如條款21至36中任一項之方法，其中頂端之平坦區具有在大約(0.05至10)微米範圍內之直徑。 38. 一種方法，其包含： 將功函數降低材料塗佈於具有基礎材料之電子發射器之頂端上，其中功函數降低材料包含以下中之至少一者： 鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物； 鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物；及 鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物。 39. 如條款38之方法，其中電子發射器之基礎材料包含過渡金屬碳化化合物或過渡金屬硼化化合物中之至少一者。 40. 如條款38及條款39中任一項之方法，其中過渡金屬碳化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬或鈮之碳化化合物。 41. 如條款38及條款39中任一項之方法，其中過渡金屬硼化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之硼化化合物。 42. 如條款38至41中任一項之方法，其進一步包含： 在將功函數降低材料塗佈於頂端上之前，加熱電子發射器以移除頂端上之污染物。 43. 如條款42之方法，其進一步包含： 在加熱電子發射器以移除頂端上之污染物之前，蝕刻電子發射器之端部分來產生頂端。 應瞭解，本發明不限於已在上文所述且在附圖中說明之準確構造，且可在不背離其範疇下進行各種修改及變化。意欲本發明之範疇應僅受限於隨附申請專利範圍。
10‧‧‧電子束工具
100‧‧‧陰極
102‧‧‧電子發射器
104‧‧‧發射器頂端
106‧‧‧頂點
108‧‧‧塗層材料/功函數降低材料
109‧‧‧固定裝置/夾具/蠟
110‧‧‧燈絲
112‧‧‧電極
114‧‧‧基座
120‧‧‧陽極
122‧‧‧槍孔口
124‧‧‧光束限制孔口
126‧‧‧聚光透鏡
128‧‧‧源轉換單元
129‧‧‧微型偏轉器陣列
130‧‧‧小波束限制板
132‧‧‧接物鏡總成
132a‧‧‧極片
132b‧‧‧控制電極
132c‧‧‧偏轉器
132d‧‧‧激勵線圈
134‧‧‧機動載物台
136‧‧‧晶圓固持器
138‧‧‧光束分離器
140‧‧‧電子偵測器
150‧‧‧晶圓
160‧‧‧電子束
160a‧‧‧原電子束
160b‧‧‧原電子束
160c‧‧‧原電子束
170a‧‧‧二次/散射電子束
170b‧‧‧二次/散射電子束
170c‧‧‧二次/散射電子束
180a‧‧‧光束點
180b‧‧‧光束點
180c‧‧‧光束點
204‧‧‧頂端
206‧‧‧頂點
400‧‧‧方法
410‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
500‧‧‧方法
510‧‧‧步驟
520‧‧‧步驟
530‧‧‧步驟
540‧‧‧步驟
550‧‧‧步驟
700‧‧‧方法
710‧‧‧步驟
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圖 1 為說明根據本發明之實施例的例示性電子束工具之示意圖。圖 2 為說明用於圖 1 之例示性電子束工具中之例示性熱場發射陰極之示意圖。圖 3A 為說明無塗層材料之習知鎢發射器頂端之示意圖。圖 3B 為說明根據本發明之實施例的塗佈有功函數降低材料之發射器頂端之示意圖。圖 4 為根據本發明之實施例的製備電子發射器之例示性方法之流程圖。圖 5 為根據本發明之實施例的製備電子發射器之例示性方法之流程圖。圖 6 為說明根據本發明之實施例的附接至圖 2 之熱場發射陰極之發射器頂端的固定裝置或夾具之示意圖。圖 7 為根據本發明之實施例的製備電子發射器之例示性方法之流程圖。

Claims (15)

  1. 一種電子發射器(electron emitter)，其包含：一頂端(tip)，其具有一直徑在大約(0.05至10)微米範圍內之一平坦區；及一功函數降低材料(work-function-lowering material)，其塗佈於該頂端上。
  2. 如請求項1之電子發射器，其中該頂端包含單晶鎢，其中該單晶鎢具有<100>之一晶體定向。
  3. 如請求項1之電子發射器，其中該頂端包含一過渡金屬碳化化合物或一過渡金屬硼化物化合物中之至少一者，其中該過渡金屬碳化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬或鈮之一碳化化合物，且其中該過渡金屬硼化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之一硼化化合物。
  4. 如請求項1之電子發射器，其中該功函數降低材料包含：鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者，或鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者，或鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。
  5. 一種熱場發射陰極(thermal field emission cathode)，其包含：一發射器，其包含：一頂端，其經組態以釋放(release)場發射電子，該頂端具有一直徑在大約(0.05至10)微米範圍內之一平坦區；及一功函數降低材料，其塗佈於該頂端上；及一加熱組件，其經組態以將熱能提供至該發射器。
  6. 如請求項5之熱場發射陰極，其中該頂端包含一過渡金屬碳化化合物或一過渡金屬硼化化合物中之至少一者，其中該過渡金屬碳化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、或鈮之一碳化化合物，且其中該過渡金屬硼化化合物為鉿、鋯、鉭、鈦、鎢、鉬、鈮或鑭之一硼化化合物。
  7. 如請求項5之熱場發射陰極，其中該功函數降低材料包含：鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者，或鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者，或鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。
  8. 如請求項5之熱場發射陰極，其進一步包含：一基座；兩個電極，該兩個電極嵌入於該基座中；及一導電線，其包括兩端及一中心部分，其中該導電線之該兩端分別 連接至該兩個電極且該發射器係安裝在該導電線之該中心部分上，該導電線凸出至該中心部分處之該發射器。
  9. 一種製造一電子發射器之方法，其包含：將一限制件(restraint)應用至具有一頂端之該電子發射器；在該限制件下，在該頂端上形成一平坦區；及移除該限制件。
  10. 如請求項9之方法，其中在該頂端上形成該平坦區包含：拋光該電子發射器之該頂端以形成該平坦區。
  11. 如請求項9之方法，其進一步包含：將一固定裝置或一夾具附接至該頂端；及使用該固定裝置或夾具形成該平坦區。
  12. 如請求項9之方法，其中將該限制件應用至該電子發射器包含：將蠟應用於該頂端上。
  13. 如請求項9之方法，其進一步包含：在將該限制件移除之後，加熱該電子發射器，其中該加熱移除該頂端上之污染物；及在該加熱之後，將一功函數降低材料塗佈於該頂端上。
  14. 如請求項9之方法，其進一步包含：在將該限制件移除之後，將一功函數降低材料塗佈於該頂端上，該功函數降低材料包含：鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦或釷之氧化化合物中之至少一者，或鋯、鈦、鈮、鈧、釩或鑭之氮化化合物中之至少一者，或鋯、鉿、鈦、鈧、釔、釩、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、鎦、鈮或釷之氮氧化化合物中之至少一者。
  15. 如請求項9之方法，其進一步包含：蝕刻該電子發射器之一端部分以形成該頂端。
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