[发明专利]用于电子柱的多极透镜

说明书

技术领域

本发明涉及电子透镜，并且尤其涉及一种多极电子透镜，该多极电子透镜用于最小化由电子透镜(该电子透镜控制电子柱(诸如，微柱)中的电子束)的电子光学视点中的像差所导致的电子束畸变。

背景技术

电子柱包括电子发射源和电子透镜，创建并扫描电子束，并用于电子显微镜、半导体光刻、或使用电子束的检验设备，诸如用于检验半导体设备的通路孔/接触孔的设备、用于检验和分析样本表面的设备、或用于检验TFT-LCD设备的薄膜晶体管(TFT)的设备。

此类电子柱的代表例为微柱。基于电子发射源以及具有微细结构的电子光学部分的微柱于1980年被首次引入，该微柱可根据扫描式隧道显微镜(STM)的基本原理来工作。微柱可通过允许微细结构被巧妙地组装(从而可形成改善的电子柱)来使得光学像差最小化。可对多个细小结构进行排列，然后可将其用于具有并联式或串联式结构的多型电子柱结构中。

图1为示出了微柱的结构的示意图，该图显示了电子发射源、源透镜、偏转器以及单透镜被对准并扫描电子束。

一般而言，微柱(即，典型的非常小型的柱)包括电子发射源10，该电子发射源10被配置为发射电子；源透镜20，该源透镜20被配置为包括三个电极层，以发射、加速以及控制电子束，并将所发射的电子转换为有效的电子束B；偏转器30，该偏转器30用于对电子束进行偏转；以及聚焦透镜(单透镜)40，该聚焦透镜40被配置为将电子束聚焦至样本S。一般而言，所述偏转器位于源透镜与单透镜之间。

为了以一般方式操作微柱，可将范围为大约-100～-2kV的负电压施加至电子发射源，且源透镜的电极层共同接地。

所述单透镜(即，聚焦透镜的一个示例，用于对电子束进行聚焦)以下述方式来对电子束进行聚焦，即，将该单透镜两侧的外部电极层接地，并将负(-)电压(减速模式)或正(+)电压(加速模式)施加至中心电极层。

在同一操作距离处，减速模式中的聚焦电压幅值小于加速模式中的聚焦电压幅值。可施加同步偏转电压，以调节电子束的路径，并在之后以规则的时间周期将该电子束扫描至样本表面。所述电子透镜(诸如，上述源透镜或聚焦透镜)包括两个或更多个电极层(每一电极层在其中心处包括具有圆形或预定形状的孔，以允许电子束从中穿过)，并控制所述电子束。该电子透镜一般由三个电极层构成。

所述电子发射源(即，传统电子柱的核心组件之一)为用于发射电子的源，且场致发射发射器(FEE)、用作热离子发射源的热发射器(TE)、或热场发射器(TFE)可用作该电子发射源。所述电子发射源要求稳定的电子发射、高电流、小体积、低能量扩散以及长寿命。

所述电子柱可被分类为单个(single)电子柱和多型(multi-type)电子柱，每一所述单个电子柱包括单个电子发射源以及用于控制由该电子发射源所生成的电子束的电子透镜，而每一所述多型电子柱包括用于控制由多个电子发射源所发射的多个电子束的电子透镜。所述多型电子柱可被分类为薄片型电子柱、组合型电子柱以及阵列型柱。每一所述薄片型电子柱包括电子发射源和电子透镜，该电子发射源被配置以使得多个电子发射源尖端被设置于单个层(诸如，半导体片)中，该电子透镜被配置以使得其中单个层中形成有多个孔的透镜层相互堆叠。每一所述组合型电子柱被配置为通过使用具有多个孔的单个透镜层以类似于单个电子柱的方式控制由各个电子发射源所发射的电子束。每一所述阵列型柱被配置以使得单个电子柱被安装且用于单个壳体内。在组合型电子柱的情况下，电子发射源是分开的，但透镜的使用方式与薄片型柱中的透镜的使用方式相同。

针对电子柱的性能，电子透镜具有类似于一般光学透镜的电子光学像差问题，从而电子柱的电子透镜内会因像差(诸如，电子光学视点的球面像差、像散以及慧形像差(coma))而发生诸如射束畸变现象或散焦现象的问题。此外，由于制造过程所出现的机械精度问题，孔的形状不是完全对称、或者而并未实现相互之间的孔的对准，而且电极的污染会影响场强，从而不可能制造出可产生电场强度完全对称的电场的电子透镜。因此，即使所述孔是圆形的，一般亦会发生像散。为缓解这些问题，提出了八极透镜，且该八极透镜已成为传统技术。此外，在电子柱中，电子束必须被偏转，并在之后扫描样本。因此，当电子束因偏转而偏离聚焦透镜的中心光轴、并穿过该聚焦透镜时，可对该电子束进行扭曲。因像散和电子束畸变现象而导致的电子束扩大现象会对电子柱的分辨率产生负面影响。

此外，传统的八极透镜以及其他多极透镜因多个电极分布于单个透镜层上而具有难以制造、控制以及对准的问题。

发明内容