專利名稱：用于電子柱的多極透鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子透鏡，并且尤其涉及一種多極電子透鏡，該多極電子透鏡用于最 小化由電子透鏡(該電子透鏡控制電子柱(諸如，微柱)中的電子束)的電子光學視點中 的像差所導致的電子束畸變。
背景技術：
電子柱包括電子發(fā)射源和電子透鏡，創(chuàng)建并掃描電子束，并用于電子顯微鏡、半導 體光刻、或使用電子束的檢驗設備，諸如用于檢驗半導體設備的通路孔/接觸孔的設備、用 于檢驗和分析樣本表面的設備、或用于檢驗TFT-LCD設備的薄膜晶體管(TFT)的設備。此類電子柱的代表例為微柱?；陔娮影l(fā)射源以及具有微細結(jié)構(gòu)的電子光學部分 的微柱于1980年被首次引入，該微柱可根據(jù)掃描式隧道顯微鏡(STM)的基本原理來工作。 微柱可通過允許微細結(jié)構(gòu)被巧妙地組裝(從而可形成改善的電子柱)來使得光學像差最小 化?？蓪Χ鄠€細小結(jié)構(gòu)進行排列，然后可將其用于具有并聯(lián)式或串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的多型電子柱 結(jié)構(gòu)中。圖1為示出了微柱的結(jié)構(gòu)的示意圖，該圖顯示了電子發(fā)射源、源透鏡、偏轉(zhuǎn)器以及 單透鏡被對準并掃描電子束。一般而言，微柱(即，典型的非常小型的柱)包括電子發(fā)射源10，該電子發(fā)射源10 被配置為發(fā)射電子；源透鏡20，該源透鏡20被配置為包括三個電極層，以發(fā)射、加速以及控 制電子束，并將所發(fā)射的電子轉(zhuǎn)換為有效的電子束B;偏轉(zhuǎn)器30，該偏轉(zhuǎn)器30用于對電子束 進行偏轉(zhuǎn)；以及聚焦透鏡(單透鏡)40，該聚焦透鏡40被配置為將電子束聚焦至樣本S。一 般而言，所述偏轉(zhuǎn)器位于源透鏡與單透鏡之間。為了以一般方式操作微柱，可將范圍為大約-100 _2kV的負電壓施加至電子發(fā) 射源，且源透鏡的電極層共同接地。所述單透鏡(即，聚焦透鏡的一個示例，用于對電子束進行聚焦)以下述方式來對 電子束進行聚焦，即，將該單透鏡兩側(cè)的外部電極層接地，并將負(_)電壓(減速模式)或 正⑴電壓(加速模式)施加至中心電極層。在同一操作距離處，減速模式中的聚焦電壓幅值小于加速模式中的聚焦電壓幅 值。可施加同步偏轉(zhuǎn)電壓，以調(diào)節(jié)電子束的路徑，并在之后以規(guī)則的時間周期將該電子束掃 描至樣本表面。所述電子透鏡(諸如，上述源透鏡或聚焦透鏡)包括兩個或更多個電極層 (每一電極層在其中心處包括具有圓形或預定形狀的孔，以允許電子束從中穿過)，并控制 所述電子束。該電子透鏡一般由三個電極層構(gòu)成。所述電子發(fā)射源(即，傳統(tǒng)電子柱的核心組件之一)為用于發(fā)射電子的源，且場致 發(fā)射發(fā)射器(FEE)、用作熱離子發(fā)射源的熱發(fā)射器(TE)、或熱場發(fā)射器(TFE)可用作該電子 發(fā)射源。所述電子發(fā)射源要求穩(wěn)定的電子發(fā)射、高電流、小體積、低能量擴散以及長壽命。所述電子柱可被分類為單個(single)電子柱和多型(multi-type)電子柱，每一 所述單個電子柱包括單個電子發(fā)射源以及用于控制由該電子發(fā)射源所生成的電子束的電子透鏡，而每一所述多型電子柱包括用于控制由多個電子發(fā)射源所發(fā)射的多個電子束的電 子透鏡。所述多型電子柱可被分類為薄片型電子柱、組合型電子柱以及陣列型柱。每一所 述薄片型電子柱包括電子發(fā)射源和電子透鏡，該電子發(fā)射源被配置以使得多個電子發(fā)射源 尖端被設置于單個層(諸如，半導體片)中，該電子透鏡被配置以使得其中單個層中形成有 多個孔的透鏡層相互堆疊。每一所述組合型電子柱被配置為通過使用具有多個孔的單個透 鏡層以類似于單個電子柱的方式控制由各個電子發(fā)射源所發(fā)射的電子束。每一所述陣列型 柱被配置以使得單個電子柱被安裝且用于單個殼體內(nèi)。在組合型電子柱的情況下，電子發(fā) 射源是分開的，但透鏡的使用方式與薄片型柱中的透鏡的使用方式相同。針對電子柱的性能，電子透鏡具有類似于一般光學透鏡的電子光學像差問題，從 而電子柱的電子透鏡內(nèi)會因像差(諸如，電子光學視點的球面像差、像散以及慧形像差 (coma))而發(fā)生諸如射束畸變現(xiàn)象或散焦現(xiàn)象的問題。此外，由于制造過程所出現(xiàn)的機械精 度問題，孔的形狀不是完全對稱、或者而并未實現(xiàn)相互之間的孔的對準，而且電極的污染會 影響場強，從而不可能制造出可產(chǎn)生電場強度完全對稱的電場的電子透鏡。因此，即使所述 孔是圓形的，一般亦會發(fā)生像散。為緩解這些問題，提出了八極透鏡，且該八極透鏡已成為 傳統(tǒng)技術。此外，在電子柱中，電子束必須被偏轉(zhuǎn)，并在之后掃描樣本。因此，當電子束因偏 轉(zhuǎn)而偏離聚焦透鏡的中心光軸、并穿過該聚焦透鏡時，可對該電子束進行扭曲。因像散和電 子束畸變現(xiàn)象而導致的電子束擴大現(xiàn)象會對電子柱的分辨率產(chǎn)生負面影響。此外，傳統(tǒng)的八極透鏡以及其他多極透鏡因多個電極分布于單個透鏡層上而具有 難以制造、控制以及對準的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在用于對電子束進行聚焦的透鏡中提供一種多極透鏡(該多 極透鏡易于制造，且可使用簡單操作方法進行操作)，以改善電子柱內(nèi)因像散而產(chǎn)生的分辨 率降低現(xiàn)象。本發(fā)明的另一目的在于，獨立提供用于對電子束的對準進行調(diào)節(jié)的裝置以及用于 對上述改進電子透鏡結(jié)構(gòu)中的電子束進行偏轉(zhuǎn)的裝置，以改善由聚焦透鏡內(nèi)的像散所導致 的電子束畸變現(xiàn)象。為實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明提供一種聚焦透鏡結(jié)構(gòu)，該聚焦透鏡結(jié)構(gòu)在電子柱的電 子光軸周圍的各個角度處具有電極。此外，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)，其中聚焦透鏡結(jié)構(gòu)包括四個電極層，兩個外側(cè)的電極 層包括標準孔，而兩個內(nèi)側(cè)的電極層包括縱向長度孔或橫向長度孔。此外，為實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明提供一種多極電子透鏡，該多極電子透鏡包括兩個 或更多個電極層，其中每一電極層具有跨越中心光軸延伸的狹縫，電子束沿所述中心光軸 通過，且所述電極層沿著電子光軸排列，以使得所述狹縫位于不同方向。此外，本發(fā)明提供一種電子柱，其中聚焦透鏡包括多極透鏡。本發(fā)明所優(yōu)選提出的縱向長度狹縫或孔以及橫向長度狹縫或孔被配置成他們相 互相對的結(jié)構(gòu)。上述包括具有狹縫或孔的電極層的電子透鏡被稱之為多極透鏡。此外，本發(fā)明提供一種包括電子發(fā)射源、電子透鏡以及偏轉(zhuǎn)器的電子柱，其中所述 聚焦透鏡包括多極透鏡。
在傳統(tǒng)電子柱(如圖1所示的電子柱)中，當電子束聚焦于樣本上并掃描穿過樣 本時，會發(fā)生電子束束斑散焦和畸變。具體而言，當偏轉(zhuǎn)器對電子束進行偏轉(zhuǎn)時，該電子束 偏離聚焦透鏡的中心光軸，從而使得該電子束所形成的束斑的形狀被扭曲。上述電子束束斑的擴大及畸變現(xiàn)象由發(fā)生于源透鏡和聚焦透鏡中的像散以及發(fā) 生于聚焦透鏡中的球形及慧形像差所引起。因此，本發(fā)明提供一種電子透鏡的電極結(jié)構(gòu)，以減小電子束束斑的尺寸擴大以及 形狀畸變?？梢灾圃祀娮又?，在該電子柱中，可通過使用本發(fā)明的多極透鏡來作為聚焦透鏡 (例如，單透鏡)的內(nèi)部中心電極層、并適當將使用多極透鏡的聚焦透鏡布置于對準器與偏 轉(zhuǎn)器之間，來減小由散焦所導致的電子束束斑的擴大以及由偏離電子束的中心光軸所導致 的電子束束斑的畸變。對于單透鏡(即，本發(fā)明中的聚焦透鏡)而言，可使用上述多極透鏡替換中心電 極層(該中心電極層為三個電極層之一且未接地，并對其單獨施加電壓)，且對于源透鏡而 言，上述多極透鏡可用于未接地的中心電極層。雖然整個源透鏡可接地并在之后被使用， 但包括三個電極層的源透鏡可用于通過施加電壓至中心電極層而將電子束聚焦，在此情況 下，可將多極透鏡應用至中心電極層。對于上述聚焦透鏡而言，優(yōu)選地，其中兩個透鏡層在 正交方向上對稱排列的四極透鏡可用作多極透鏡。對此的原因是，當其用于傳統(tǒng)單透鏡時，優(yōu)選使用總共四個透鏡層。以下將對具體 原因進行詳細描述。根據(jù)本發(fā)明的包括多極透鏡電極的單透鏡以及包括源透鏡的電子柱可被設計成 各種排列，且本發(fā)明的多極透鏡電極可不包括于單透鏡或源透鏡內(nèi)，但可用作單獨的獨立 電極。根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡的優(yōu)點在于，可通過使用類似于在具有傳統(tǒng)圓形或類似形 狀孔的透鏡電極層中提供狹縫、或橢圓或類似形狀孔的方法，來容易地制造每一電極層。使用根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡的電子柱可改善電子柱的分辨率，因為其可創(chuàng)建小的 均勻電子束束斑。此外，根據(jù)本發(fā)明的使用多極透鏡、對準器以及偏轉(zhuǎn)器的電子柱可改善實際有效 偏轉(zhuǎn)區(qū)域，因為其可減小由樣本周圍區(qū)域內(nèi)所發(fā)生的各種類型的畸變所導致的電子束束斑 偏轉(zhuǎn)散焦。此外，根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡可助于透鏡的控制，因為與傳統(tǒng)電子透鏡相比，當多 極透鏡用于執(zhí)行聚焦功能的電子透鏡中時，減少了待控制的電極的數(shù)量。此外，根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡具有助于多型微柱的制造的優(yōu)點，因為其可以以類 似于傳統(tǒng)電子透鏡電極層的薄片形式而被很容易制造，且具有助于透鏡的控制的優(yōu)點，因 為待控制的電極的數(shù)量很少。


圖1為示出了傳統(tǒng)微柱的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡的一個示例的透視圖；圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡的另一個示例的透視圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡的再一個示例的透視圖；以及圖5為示出了使用根據(jù)本發(fā)明的四極透鏡的微柱的結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明被提供用于通過在電子柱內(nèi)使用多極透鏡，來形成低像差、高分辨率的電 子束束斑。本發(fā)明提供了一種靜電多極透鏡，該透鏡不僅可校正像散，而且還可對整個偏轉(zhuǎn) 場的射束束斑的形變進行校正，以改善電子柱的性能。本發(fā)明的靜電多極透鏡結(jié)構(gòu)簡單，且通過在聚焦透鏡中使用多極透鏡，減小了因 由電子柱所掃描的電子束在樣本周圍所生成的各種類型的畸變而產(chǎn)生的電子束束斑偏轉(zhuǎn) 散焦。圖2示意性地示出了具有簡單結(jié)構(gòu)以及正交孔的多極透鏡的一個示例。在圖2中，每一四極透鏡400(即，用于電子光學設計的多極透鏡)被配置為包括 兩個相對的電極層400a和400b，該電極層400a和400b正交于箭頭所示的ζ軸。該電極層 400a和400b中的一者或兩者可包括一個非圓形孔或多個非圓形孔。此外，可將不同的電勢 施加至相對的電極層400a和400b。針對圖2所示的結(jié)構(gòu)，例如，在圖2(a)中，第一電極層 400a的縱向縫隙430與第二電極層400b的橫向縫隙440相對準，而在圖2(b)中，第二電 極層的橫向縫隙440與第一電極的縱向縫隙430相對準。在四極透鏡400中，為方便起見， 第一電極層400a與第二電極層400b相互之間的區(qū)別在于，第一電極層400a具有縱向縫隙 430，而第二電極層400b具有橫向縫隙440。雖然附圖中，電極層400a和400b的外形被示 為矩形，但他們可具有方形或圓形形狀。四極透鏡區(qū)域內(nèi)所生成的電場會以與具有四個或 八個電極的像散校正裝置所生成的電場相同的方式來影響穿過縫隙430和440的電子束， 但四極透鏡不需要多個受控電極，因而不像被配置以使得單個電極層被劃分為多個電極的 一般像散校正裝置那樣。作為四極透鏡的另一示例，優(yōu)選提供一種具有所謂的鑰匙孔形孔的四極透鏡，以 使得該四極透鏡可用于微柱。圖3中所給出的具有鑰匙孔形孔的透鏡電極層的平面圖僅作 為一個示例示出。所述鑰匙孔形孔包括圓形孔410和矩形狹縫或孔420。該矩形狹縫或孔 420的特征在于其寬度小于所述圓形孔410的直徑。所述圓形孔410為用于傳統(tǒng)電子透鏡的孔，且所述鑰匙孔形孔可通過對所述圓形 孔和矩形孔420進行重疊而形成。由于所述矩形孔420的寬度小于所述圓形孔410的直徑， 從而可整體形成鑰匙孔形。也就是說，矩形孔420對應于圖2所示的狹縫430和440之一， 且被添加至圓形孔。在此，施加圓形孔的目的在于精確地與現(xiàn)有的圓形孔進行對準。優(yōu)選 地，所述狹縫的寬度小于所述孔的直徑，以允許有效實現(xiàn)四極透鏡的效果。由于多極透鏡的 效果依賴于相對于狹縫長度的百分比而變化，優(yōu)選地，基于設計數(shù)據(jù)(諸如，源透鏡的性能 或至樣本的距離)來選擇最佳寬度和長度。此外，雖然圖3中以示例性方式示出了圓形孔，且通常使用圓形透鏡孔，但對于使 用具有特定形狀(諸如，成形射束的形狀)的孔的情況，還可以以如上所述的重疊方式來使 用狹縫。此外，本發(fā)明的靜電四極透鏡(可向其施加預定電極電壓)為如圖2和圖3所示6的聚焦透鏡，且可用作單透鏡的一部分。此外，如果透鏡電極層為方形(雖然在圖2中，透 鏡電極層被示為矩形)，可以如圖3的圓形透鏡電極層那樣制造前者的透鏡電極層，并在之 后基于狹縫對他們進行正交排列和使用。因此，這使得透鏡電極層的制造易于實現(xiàn)?？梢匀缥⒅哥R電極層的孔那樣來以膜片形式制造本發(fā)明的四極透鏡的狹縫或 孔，在此情況下，優(yōu)點在于可通過使用與制造一般透鏡的電極層的方法相同的制造方法來 制造四極透鏡的狹縫或孔。雖然在圖2和圖3中，狹縫的形狀均被示為縱向矩形，但其可具 有縱向橢圓形狀或多邊形形狀。要點在于，四極透鏡的電極層通過使用施加至電極層的電 壓而在狹縫內(nèi)側(cè)以橫向和縱向方向形成了不同的電場，從而如像散校正設備那樣對穿過狹 縫中心的電子束進行變形。使用根據(jù)本發(fā)明的四極透鏡的最優(yōu)方法之一為將該四極透鏡置于和用于聚焦透 鏡(例如，單透鏡)內(nèi)側(cè)。此類單透鏡的優(yōu)點在于，四極透鏡的結(jié)構(gòu)非常簡單，且易于組裝。 四極透鏡的作用在于可對樣本表面上因像散而發(fā)生的散焦進行校正，從而可改善包括單透 鏡的微柱的效率。因此，可通過施加四極電壓而進一步改善電子束的聚焦。上述使用根據(jù) 本發(fā)明的四極透鏡的電子柱僅再需要一個附加的適用電壓。下面將通過與傳統(tǒng)單透鏡的聚焦電壓的調(diào)節(jié)進行比較來描述根據(jù)本發(fā)明的四極 透鏡的操作。一般而言，在聚焦透鏡(例如，單透鏡)中，可將同一電壓施加至兩個外部電極，并 將不同電壓施加至中心電極。一般地，將聚焦電壓施加至單透鏡的中心電極，并將其他兩個 電極接地。表1為示出了傳統(tǒng)聚焦透鏡的中心電極的電壓調(diào)節(jié)的圖表。如表1所示，由橫向χ軸聚焦和縱向y軸聚焦所生成的最小射束束斑尺寸對應于 不同的電壓。對此的基本原因為電子透鏡的像散。因此，表1所示的最佳聚焦電壓通過考 慮橫向聚焦和縱向聚焦這兩方面而確定。
權(quán)利要求
1.一種多極電子透鏡，該多極電子透鏡包括兩個或更多個電極層，其中，每一所述電極層具有跨過中心光軸延伸的狹縫，電子束沿所述中心光軸通過，并 且所述電極層沿著電子光軸排列，以使得所述狹縫位于不同方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多極電子透鏡，其中，所述多極電子透鏡為四極電子透鏡，在 該四極電子透鏡中，所述電極層由兩個電極層構(gòu)成，且其中不同的電壓被分別施加至所述 電極層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多極電子透鏡，其中每一所述電極層具有位于所述電子 束沿其通過的中心光軸周圍的附加孔，且形成于該孔周圍的狹縫被形成為比所述孔更窄且 更長。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多極電子透鏡，其中所述附加孔基本上具有圓形形狀，且包 括所述狹縫的形狀和所述附加孔的形狀的形狀為鑰匙孔形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多極電子透鏡，其中所述附加孔基本上具有圓形形狀，且包 括所述狹縫的形狀和所述附加孔的形狀的形狀為多邊形孔形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項權(quán)利要求所述的多極電子透鏡，其中，該多極電子透鏡 替換屬于聚焦透鏡的中心電極層或?qū)儆诰哂腥齻€或更多個電極層的源透鏡的中心電極層， 或者替換向其施加單獨的電壓且未接地的電極層。
7.一種電子柱，該電子柱包括電子發(fā)射源、一個或多個電子透鏡以及偏轉(zhuǎn)器，其中所述 一個或多個電子透鏡包括根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項權(quán)利要求所述的多極電子透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子柱，其中聚焦透鏡包括多極透鏡、設置于所述聚焦透鏡 前方的對準器、以及布置于電子束沿其通過的電子光軸上的最下游位置處的偏轉(zhuǎn)器，所述 多極透鏡為根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子柱，其中該電子柱為使用薄片型電子透鏡的多型微柱， 且所述多極透鏡由多型電極層構(gòu)成，在該多型電極層中，狹縫或多個狹縫及附加孔形成于 大的薄片中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于微柱的電子透鏡，并且更為具體地涉及一種多極電子透鏡，其中所述電子透鏡包括兩個或更多個電極層，每一電子層具有從電子束沿其通過的中心光軸延伸的狹縫，且所述兩個電極層在電子光軸上對準，以使得所述狹縫相互錯開。進一步，本發(fā)明涉及使用所述多極透鏡的微柱。根據(jù)本發(fā)明的多極透鏡可以以簡化方式被制造和控制，減小了微柱的散焦，并增大的有效偏轉(zhuǎn)區(qū)域。
文檔編號H01J37/147GK102047375SQ200980119732
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者吳泰植, 金浩燮 申請人:電子線技術院株式會社