[发明专利]电子枪及电子显微镜

说明书

本发明揭示一种用于电子显微镜或类似装置的电子枪，其包含：场发射器阴极，其具有从单晶硅衬底的输出表面延伸的场发射器突出部；及电极，其经配置以增强来自所述场发射器突出部的尖端部分的电子发射以产生主电子束。连续SiC薄层使用最小化所述SiC层中的氧化及缺陷的过程直接安置于所述场发射器突出部的至少所述尖端部分上。任选栅极层可被放置于所述场发射器尖端部分的高度、略低于或略高于所述高度以实现高发射电流及所述主发射束的快速及精确控制。所述场发射器可经p型掺杂且经配置以在反向偏压模式中操作，或所述场发射器可经n型掺杂。

相关申请案

本申请案主张2019年9月11日申请的标题为“电子枪及电子显微镜(ELECTRON GUNAND ELECTRON MICROSCOPE)”的第16/568,110号美国专利申请案的优先权。本申请案还主张2018年10月12日申请且以引用的方式并入本文中的标题为“电子源(ELECTRON SOURCE)”的第62/744,890号美国临时专利申请案的优先权。本申请案还主张2019年8月12日申请且以引用的方式并入本文中的标题为“电子枪及电子显微镜(ELECTRON GUN AND ELECTRONMICROSCOPE)”的第62/885,624号美国临时专利申请案的优先权。

技术领域

本公开大体上涉及适用于扫描电子显微镜、电子束光刻系统及适用于检视且检验样本的其它系统(例如，光掩模、分划板及半导体晶片)中的电子枪。特定来说，本公开涉及利用冷电子场发射器的电子枪，且涉及包含这些电子枪的检视及检验系统。

背景技术

集成电路行业需要具有越发高的敏感度的检验工具来检测约发小的缺陷及粒子，所述缺陷及粒子的大小可为几十纳米(nm)或更小。这些检验工具必须高速操作以便在短时段中检验光掩模、分划板或晶片的面积的至少一大部分。例如，在IC生产期间执行的高速检验通常花费一个小时或更少。为研究及开发(RD)或故障排除目的执行的更详细高速检验可花费最多几个小时。高速检验工具使用具有比受关注表面缺陷或粒子的尺寸更大的像素或光点大小的入射能量束扫描样本表面且监测从样本表面偏转的能量数量，借此通过偏转能量的数量中的较小改变检测表面缺陷或非所要粒子。最通常在使用配合超紫外线(UV)光源操作的检验工具的生产中执行高速检验。可使用电子枪执行在RD中执行的更详细高速检验。

一旦通过高速检验发现缺陷或粒子，通常就必须制作更高分辨率的图像及/或执行材料分析以确定粒子或缺陷的起源或类型。此过程通常被称为检视。通常用扫描电子显微镜(SEM)执行检视。用于半导体制造中的检视SEM通常需要每天检视数千个潜在缺陷或粒子，借此检视SEM需要按允许最多几秒来可操作地扫描每一缺陷/粒子的速度操作。

电子显微镜(例如，SEM)利用电子枪(还称作电子源)来产生电子束且将电子束引导向目标样本。热离子源通常包含由钨或六硼化镧(LaB₆)制成的阴极。在热离子发射期间，当电子热能足够高以克服表面势垒时，电子从材料表面沸腾出。热离子发射器通常需要高温(大于1300°K)来操作且具有若干缺点，例如低效率的电力消耗、广能量散布、短寿命、低电流密度及有限亮度。

虽然热离子源当前是最常见的市售电子枪类型，但对更高效率的电子枪的需求已驱使肖特基(Schottky)发射器及电子场发射器的开发。

肖特基发射器通常由具有涂覆有氧化锆(ZrO_X)层的尖端的钨丝制成，其展现远低于常规热离子发射器的功函数(～2.9eV)。肖特基发射器因有效势垒在经施加外部电场下归因于图像电荷效应的降低而展现增强的热离子发射。然而，热辅助肖特基发射器需要在高温(1000K)及高真空(～10^-7托)下操作，且其归因于高操作温度而具有比所期望更高的电子发射能量散布。因此，随着IC特征大小(即，因此，受关注缺陷/粒子大小)持续缩减，肖特基发射器无法提供具有半导体晶片及掩模检验、检视及光刻所需的较低能量散布、较高亮度(辐射)及较高电流密度的电子枪。