(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのレンズ電極を含む多層静電レンズアレイを作成するための方法に関し、より詳細には、位相板を生産するための方法、ならびに、前記レンズアレイ、前記位相板、および、前記位相板を含む透過電子顕微鏡に関する。レンズアレイまたは位相板は、目視可能なチップ内に搭載される一方、追加の層が堆積される薄い支持されていないシリコン窒化物膜から作成されている。中央孔および開口開口部はイオンビームによりミリングされる。
2009506485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡（１）内への取り付けのための位相板（２０）の生産のための方法であって、
管理しやすい安定したチップ（３２）を設けるステップであって、前記チップ（３２）は前記チップの膜窓（３４）内に配列された少なくとも１つの薄い自立膜（３０）を呈し、前記膜は前記チップの平坦な前面（３０ａ）を画定し、かつ、前記膜は、生成される前記位相板（２０）の一部として第１の絶縁層の形態で残るステップと、
前記前面の反対側の前記膜の背面（３０ｂ）上に導電性の第１のシールド層（４０）を設置するステップと、
前記膜の前面（３０ａ）上に導電性材料で作られた電極（５２）およびリード部（５４）を作成するステップと、
電極担体領域（３９）の窪みおよび作成される懸垂要素（９２）の一部としての少なくとも１つの接続要素（３８）を備えた開口開口部（３６）を前記膜（３０）からミリングするステップであって、前記電極担体領域（３９）は前記接続要素（３８）上に懸垂されているステップと、
前記電極担体領域（３９）および前記懸垂要素（９２）上に電気絶縁性の第２の絶縁層（６０）を設置し、これにより、前記電極（５２）および少なくとも前記リード部（５４）の一部は、第２の絶縁層（６０）により覆われるステップであって、前記第１と第２の絶縁層（３０、６０）の間に前記電極（５２）および前記リード部（５４）の一部が包囲されるステップと、
前記電極の反対側の前記第２の絶縁層（６０）の側面上に電気絶縁性の第２のシールド層（７０）を設置するステップであって、前記電極担体領域（３９）の横方向面（９１、９３）および前記懸垂要素（９２）の少なくとも一部を前記第２のシールド層の導電性材料でコーティングするために、前記位相板（２０）は傾けられ、かつ／または、回転させられ、前記第１と第２のシールド層（４０、７０）の間の電気的コンタクトが作成され、その結果、前記第１および第２のシールド層は、前記電極（５２）および前記リード部（５４）の少なくとも一部の周囲に閉鎖電気シールド・ケージを形成し、かつ、前記シールド・ケージは、前記第１および第２の絶縁層（３０、６０）により前記電極（５２）から電気的に絶縁されるステップと、
これに続く、前記電極（５２）の前記領域内に前記位相板（２０）を介して孔を開けるステップであって、前記電極内の内部開口部（８０）は、１ｎｍと１００μｍとの間の直径を有して作成され、それにより、処理において、前記電極（５２）の輪状形状が作成され、かつ、前記レンズ配列体の前記諸層が前記孔（８０）に露出されるステップとを含む方法。
【請求項２】
特に電子顕微鏡レンズ（９）の焦点面に取り付けるための枠状搭載チップ（３２）を備えた位相板（２０）であって、位相板（２０）は、前記電子顕微鏡において散乱電子（１６）のための開口開口部（３６）を規定する枠状開口絞り（３７）を呈し、かつ、前記開口開口部（３６）内に、電気レンズ（９０）が、前記レンズ（９０）の通過の場合にヌルビーム（１０）の位相シフトのために設けられている位相板であって、
少なくとも第１の懸垂要素（９２）は、前記開口開口部（３６）に架橋し、かつ、前記レンズ（９０）は、少なくとも前記第１の懸垂要素（９２）により前記開口絞り（３７）上に懸垂されており、
位相板（２０）は、少なくとも前記レンズ（９０）の領域内に、
ａ）第１の導電性シールド層（４０）と、
ｂ）電気絶縁性材料から作られた第１の絶縁層（３０）と、
ｃ）前記レンズおよびリード部（５４）に所属する電極（５２）を備えた導電性構造化電極層（５０）と、
ｄ）電気絶縁性材料から作れた第２の絶縁層（６０）と、
ｅ）第２の導電性シールド層（７０）との少なくとも５つの層ａ）からｅ）を呈し、
前記レンズ（９０）は、電気レンズ場（１２）を生成するための前記電極（５２）への電位の印加により、順に孔（８０）の周囲に輪状電極として前記電極（５２）が構築されるように、前記レンズ（９０）の前記諸層を介して連続したチャンネルを形成する前記孔（８０）を呈し、
位相板（２０）は、前記チップ（３２）の窓（３４）内に懸垂されている位相板。
【請求項３】
前記諸層ａ）、ｂ）、ｄ）、または、ｅ）の少なくとも１つは、前記チップ（３２）の枠領域（３３）に延在する請求項２に記載の位相板（２０）。
【請求項４】
前記１つの層は、前記膜窓（３４）内に配列された自立膜（３０）および前記膜と一体に構築された周辺領域（３１ａ）を含み、前記領域は、前記チップの前記枠領域（３３）上に平坦な形で延在する請求項３に記載の位相板（２０）。
【請求項５】
前記懸垂要素（９２）の前記領域内の前記１つの層の厚さのみは、前記開口開口部（３６）内に前記中央レンズ（９０）に所属する前記電極（５２）を懸垂するために、既に十分に大きく寸法が取られている請求項３または４に記載の位相板（２０）。
【請求項６】
前記１つの層は、前記第１の絶縁層である請求項３乃至５のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項７】
前記第１の絶縁層は、シリコン窒化物層である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項８】
前記第１の絶縁層は、１ｎｍと５μｍとの間の厚さを呈する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項９】
前記リード部（５４）は、外部から前記電極（５２）に電位を印加することを可能とするために、前記輪状電極（５２）と一体に構築され、かつ、前記懸垂要素（９２）に沿って、前記輪状電極（５２）から前記チップ（３２）に延在する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項１０】
前記リード部（５４）は、前記第１の接続要素（３８）上を放射状に前記輪状電極（５２）から前記チップ（３２）に延在する矩形の接続区画（５５）、および、前記接続区画（５５）に順に隣接する前記チップ（３２）上のボンディング・フィールド（５８）を、前記ボンディング・フィールド（５８）に接続された電源により電圧を前記輪状電極に供給することを可能にするために、含み、前記輪状電極（５２）、前記接続区画（５５）、および、前記ボンディング・フィールド（５８）は一体に構築されている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の位相板。
【請求項１１】
位相板（２０）は、前記レンズの周囲に星状に配列され、かつ、前記開口開口部（３６）に放射状にまたがるいくつかの懸垂要素（９２）を呈し、これにより、前記開口開口部（３６）内の前記レンズは、前記開口絞り（３７）上に懸垂されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項１２】
前記さらなる懸垂要素（９２）は、サンドイッチ状に構成され、かつ、少なくとも４つの層ａ）、ｂ）、ｄ）、および、ｅ）を含む請求項１１に記載の位相板（２０）。
【請求項１３】
前記さらなる懸垂要素（９２）の前記諸層は、各々が、前記中央レンズおよび前記第１の懸垂要素（９２）の対応する層と一体に構築されている請求項１１または１２に記載の位相板（２０）。
【請求項１４】
前記懸垂要素の前記領域内の前記層ａ）からｃ）の厚さのみは、前記開口開口部（３６）内に前記レンズに所属する前記電極（５２）を懸垂するために、十分大きく寸法が取られている請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項１５】
前記第１および第２の絶縁層（３０、６０）は、前記輪状電極（５２）の周囲の空気絶縁性被覆、および、外部に対して閉鎖された前記リード部（５４）を合同して形成し、前記被覆は、前記輪状電極（５２）の周囲を環状の形で這い回り、かつ、前記開口開口部（３６）の少なくとも外部エッジに延在する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項１６】
前記第１および第２のシールド層（４０、７０）は、外部に対して閉鎖された前記電気絶縁性被覆の周囲に導電性ケージを合同して形成し、前記導電性ケージは、前記被覆の周囲を環状の形で這い回り、かつ、前記開口開口部（３６）の少なくとも前記外部エッジに延在する請求項１５に記載の位相板（２０）。
【請求項１７】
前記第１の懸垂要素（９２）は、前記レンズ（９０）から前記開口開口部（３６）の前記外部エッジまでの自身の全長にわたり、前記５つの層ａ）からｅ）のサンドイッチの形で構成されている請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項１８】
前記レンズ（９０）の前記５つの層ａ）からｅ）、および、少なくとも前記開口開口部（３６）の前記外部エッジまでの前記第１の懸垂要素（９２）の前記５つの層ａ）からｅ）は、対になって一体に構築される請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の位相板（２０）。
【請求項１９】
光透過法で電子ビーム（４）を使用したサンプル（８）の照射のための電子源（２）と、
画像形成レンズ・システムと、
請求項２乃至１８のいずれか１項に記載の位相板（２０）であって、位相板（２０）の後方の前記サンプルの拡大画像の写真撮影のための電子顕微鏡レンズ（９）および画像記録デバイス（２４）の後部焦点面内に配列された位相板（２０）とを含む位相コントラスト透過電子顕微鏡（１）。
【請求項２０】
レンズ電極の内部開口部（８０）内に電場を生成するために、シールド層（３０、６０）により両面上で電気的にシールドされた少なくとも１つの前記レンズ電極（５２）を備えた多層静電レンズ配列体（２０、１００）の生産のための方法であって、
ａ）第１の膜材料から作られた膜（３０）を備えた少なくとも１つの膜窓（３４）を呈するチップ（３２）を設けるステップであって、前記膜（３００）は、生産される前記レンズ配列体（２０、１００）の第１の層（３１）となるステップと、
ｂ）前記膜（３０）の第１の面（３０ｂ）上にコーティング材料から作られた第２の層（４０）を設置するステップであって、前記膜材料が電気絶縁性材料であって前記コーティング材料が導電性材料であるか、または、前記膜材料が導電性材料であって前記コーティング材料が電気絶縁性材料であるかのいずれかであり、それにより、電気絶縁性第１の絶縁層および導電性第１のシールド層（４０）から少なくとも２層膜（３０、４０）が作成されるステップと、
ｃ）前記膜（３０）の前記電気絶縁層上に導電性材料から電極（５２）およびリード部（５４）を作成するステップと、
ｄ）少なくとも前記電極（５２）および前記リード部（５４）上に、電気絶縁性第２の絶縁層（６０）を設置するステップと、
ｅ）前記第２の絶縁層（６０）上に導電性第２のシールド層（７０）を設置するステップであって、これにより、少なくとも前記５つの以下の層、すなわち、前記第１のシールド層、前記第１の絶縁層、前記電極、前記第２の絶縁層、および、前記第２のシールド層を、前記電極の前記領域内に含むサンドイッチ状層配列体が前記膜窓（３４）において作成されるステップと、
ｆ）前記電極（５２）の前記領域内に前記層配列体を介して孔を開けるステップであって、前記内部開口部（８０）は前記電極（５２）内に作成されるステップとを含む方法。
【請求項２１】
前記チップ（３２）の前記膜（３０）として、ステップａ）において、シリコン窒化物膜が使用される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記膜（３０）は１ｎｍと５μｍとの間の厚さを呈する請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記層配列体の前記孔開けは、マイクロミリングまたはナノミリングにより行われる請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記層配列体の前記孔開けは、収束イオンビームにより行われる請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
ステップｃ）は、
スピン・コーティングおよびリフトオフ技術を使用したフォトリソグラフィまたは電子ビーム・リソグラフィにより、前記膜の前記電気絶縁性層に設置された導電性電極層（５０）の構造化のステップであって、前記電極（５２）の形態および前記リード部（５４）の基本的に矩形の形態が作成されるステップを含む請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記レンズ配列体は、電子顕微鏡（１）のための位相板（２０）の形態に作成され、前記位相板（２０）は、前記電子顕微鏡における散乱電子（１６）のための内部開口開口部（３６）を画定する枠状開口絞り（３７）を呈し、レンズ電極（５２）は、前記開口絞り（３７）上に少なくとも１つの懸垂要素（９２）により、前記開口開口部内に懸垂されており、
前記膜（３０）は、少なくとも前記開口絞り（３７）のサイズを呈し、かつ、
少なくともステップａ）に続くステップｇ）において、前記開口開口部（３６）が作成され、前記電極（５２）の周囲の電極担体領域、および、前記膜（３０）の少なくとも第１の接続要素（３８）は、前記電極担体領域（３９）が前記開口絞り（３７）上の前記第１の接続要素（３８）により前記開口開口部（３６）の内部に懸垂されるように、存在したまま残る請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
ステップｇ）において、前記開口開口部（３６）は、前記電極担体領域（３９）および少なくとも１つの接続要素（３８）の窪みを備えて前記膜（３０）からミリングされる請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ミリングは、収束イオンビームにより行われる請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ステップｇ）のための前記配列体の位置決めのための複数の位置マーク（５６）は、前記開口開口部（３６）の作成前に作成される請求項２６乃至２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
ステップｇ）において、前記電極担体領域の周囲に星状の形で配列されたいくつかの接続要素（３８）は、存在したまま残り、これにより、前記電極担体領域（３９）は、前記開口絞り（３７）上に懸垂される請求項２６乃至２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
ステップｂ）において、前記第２の層は、少なくとも前記開口絞り（３７）の面積全体に設置されている請求項２６乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
ステップｃ）において、前記リード部（５４）は、前記電極（５２）から、前記膜窓（３４）を縁取る前記チップ（３２）の少なくとも１つの枠領域（３３）に延在するように作成される請求項２６乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記リード部（５４）は前記第１の接続要素（３８）上に這い回り、前記接続要素は前記リード部（５４）よりも大きな幅を呈し、かつ、前記電極担体領域（３９）は前記電極（５２）よりも大きな直径を呈し、かつ、前記リード部（５４）および前記電極（５２）は前記基板材料により上面図において縁取りされている請求項２６乃至３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の絶縁層（６０）の前記設置は、ステップｇ）による前記開口開口部（３６）の作成の後に、ステップｄ）により行われる請求項２６乃至３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
ステップｄ）からｇ）は、順序、
ステップｇ）による前記開口開口部の作成と、
これに続く、ステップｄ）による前記第２の絶縁層（６０）の設置と、
これに続く、ステップｅ）による前記第２の絶縁層（６０）上への前記第２のシールド層（７０）の設置と、
これに続く、ステップｆ）による作成される前記位相板（２０）を介した孔開けとにおいて行われる請求項２６乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記位相板（２０）は、少なくとも前記電極担体領域（３９）の横方向面（９１）を前記第２のシールド層（７０）の導電性材料でコーティングするために、前記第２のシールド層（７０）の設置の場合に傾けられ、かつ／または、回転させられ、前記第１と第２のシールド層（４０、７０）の間の電気的コンタクトが作成され、その結果として、前記第１および第２のシールド層は、前記電極（５２）の周囲に閉鎖電気シールド・ケージを形成し、かつ、前記シールド・ケージは、前記第１および第２の絶縁層（３０、６０）により前記電極（５２）から電気的に絶縁される請求項２６乃至３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
請求項１乃至３６のいずれか１項に記載の方法を使用して作成可能な多層レンズ配列体（２０、１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般には、少なくとも１つのレンズ電極を備えた多層静電レンズ配列体の生産のための方法全般に、より詳細には位相板の生産のための方法に、ならびに、レンズ配列体、この位相板、および、この位相板を備えた透過電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明はいわゆるＢｏｅｒｓｃｈ位相板を生産する必要から想起された。しかし、本発明者により開発された方法は、他の多層静電レンズ配列体の生産のためにも使用することができる。
【０００３】
例えば、生物医学関連の物体の構造の検査のための１つの頻繁に採用されている方法は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）であり、同顕微鏡の場合、１ｎｍ未満の範囲の解像度を達成することができる。同顕微鏡を使用して、ほぼ原子の寸法の範囲の物体の構造上の詳細を示すことができる。しかし、生物学関連の物体は、炭素、水素、および、酸素のような軽い元素から主に構成され、そのため、画像の形成のために使用される高エネルギー電子が実質的に吸収されない。この理由のために、使用可能な振幅コントラストは生じず、そのため、画像中の物体は、振幅コントラスト測定の場合に目視不能のままとなる。
【０００４】
しかし、電子の位相はわずかにシフトしている。したがって、この特性を有する物体を位相物体と称する。したがって、位相物体は、位相コントラスト電子顕微鏡を使用して目視可能になる。位相物体の場合に考えられる最高の位相コントラストの生成のために、非散乱電子（ヌルビーム電子）の位相は約９０度だけシフトされる。これは、後に続く位相シフト非散乱電子の散乱電子との干渉パターンへの重ね合わせの場合に最大位相コントラストを得るためである。ヌルビームの位相シフトは、原則として位相板により実現することができる。
【０００５】
光学顕微鏡では、位相コントラスト顕微鏡に対する位相板の使用は、実際に既に実現されている。この目的のために、対物レンズの後部焦点面におけるλ／４板の形態で、いわゆるＺｅｒｎｉｃｋｅ位相板が使用されている。
【０００６】
ＴＥＭのための知られている方法は、位相板を使用しない位相コントラストの生成を使用して機能する。これに関連して、物体についての構造に関する情報を得るために、画像から焦点を外すことが必要となる。空間周波数の考えられる最大の範囲を網羅するために、いわゆる焦点外れシリーズ（様々な焦点外しを伴ったいくつかの画像）が記録される。これは、非常に不器用かつ退屈である。画像シリーズの記録においてさらに複雑なことは、サンプルが頻繁に光感応性であり、かつ、重大な放射線損傷のない低い電子照射量のみを照射できるという事実である。この理由のために、焦点外れシリーズの画像における信号対雑音比は低い。したがって、画質は改善が強く必要とされている。本発明者の最善の知識では、この方法は、位相コントラスト電子顕微鏡のための唯一の実際に実現可能な方法となっている。
【０００７】
本発明者の知識による位相コントラストの生成のための他の解決策は、しかしながら、現在まで未だに多かれ少なかれ理論的であるが、透過電子顕微鏡の対物レンズの後部焦点面における散乱電子と非散乱電子との間の典型的に９０度の所望の位相シフトを生成するＴＥＭのための位相板の使用に基づく。
【０００８】
しかし、ＴＥＭのための位相板の技術的な実現は極端に困難であり、可視光（４．．．７×１０−７ｍ）の波長と比較して、１０−２２ｍの大きさにおける電子の極端に小さな波長という事実がある。
【０００９】
研究段階にある一実施形態は、顕微鏡の対物レンズの後部焦点面内に位置決めされている炭素薄フィルムを提供する。約１μｍの直径を有する小さな穴が炭素フィルムの中央に所在しており、この穴を非散乱電子のビームが通過する。一方、散乱電子は、炭素フィルムを通過し、かつ、炭素フィルムの内部電位を介して、非散乱電子に関して追加の位相シフトを受ける。このような位相板は、Ｚｅｒｎｉｃｋｅ位相板とも呼ばれる。このようなＺｅｒｎｉｃｋｅ位相板の使用は、以下の困難により現在まで実現不可能であることが判明している。
【００１０】
炭素フィルム内での電子の非弾性的散乱により、電子のコヒーレンスは特に失われる。さらに、炭素フィルムの粒状性が位相シフトの空間に関する変動につながる。加えて、炭素フィルムは高エネルギー電子により損傷を受ける。約３×１０−８のわずかな厚さに関連した炭素フィルムの空間に関して不均一な汚染は、荷電および制御不能な位相シフトにつながる。さらに、この位相シフトは、フィルムの厚さによってのみ制御可能である。この厚さが、例えば汚染を介して変化すれば、この板は、高い費用で除去され、かつ、新しい板により置き換えられる。原則として、位相シフトの設定は、板を交換せずには不可能である。
【００１１】
これらの理由のために、ＴＥＭのためのＺｅｒｎｉｃｋｅ位相板の使用は、実現不可能であることが判明していた。
【００１２】
最近、Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ９９、２１１（２００４年）においてＬｅｎｔｚｅｎは、イメージング・システム内の二重ヘキサポール収差補正器の支援を得てＺｅｒｎｉｃｋｅ位相板を実現することを提案した。しかし、提案された構造は高価、かつ、極端に費用集約的である。
【００１３】
本発明者の意見における位相板に対するかなり良い改変形態は、いわゆるＢｏｅｒｓｃｈ位相板である。これが、「Ａｂｏｕｔ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔｓ  ｏｆ  Ａｔｏｍｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」、Ｚ．Ｎａｔｕｒｆｏｒｓｃｈｕｎｇ、２ａ、６１５〜６３３、１９４７年においてＨａｎｓ  Ｂｏｅｒｓｃｈにより１９４７年に既に提案されていたことが真実である一方、本発明者の最善の知識では、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の実際の生産は、しかしながら、正に今日までやり遂げられていない。極端な困難は、位相板の小さな寸法、および、それにもかかわらず複雑な構造にある。この理由により、多かれ少なかれ理論的な手法は、ＥＰ０  ７８２  １７０  Ａ２およびＷＯ０３／０６８３９９から知られる。より良い理解のために、まず、位相コントラスト顕微鏡の基礎が説明される。
【００１４】
位相コントラスト電子顕微鏡の原理は、図１に示されている。透過電子顕微鏡１の場合、電子源２が高エネルギー電子ビーム４を生成し、同ビーム４は、上部対物レンズに対してサンプル８を投影するために、第１および第２のコンデンサレンズ５、６により差向けられる。散乱電子および非散乱電子は、対物レンズ９により合焦され、かつ、対物レンズ９の後部焦点面内の位相板２０を横切る。
【００１５】
ヌルビーム１０、すなわち、非散乱電子は、円環電極１４によって生成された電場１２を介して誘導される。電場１２を介して、ヌルビーム電子１０は、電場を通過しない散乱電子１６と比較して、位相シフトを受ける。
【００１６】
第１の中間画像１７の後、サンプルの画像２２を、例えば、フィルムまたはＣＣＤチップ２４の上に生成するために、この電子は中間レンズ１８および投影レンズ・システム１９を通過する。
【００１７】
【非特許文献１】Ｌｅｎｔｚｅｎ、Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ９９、２１１（２００４年）
【非特許文献２】Ｈａｎｓ  Ｂｏｅｒｓｃｈ、「Ａｂｏｕｔ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔｓ  ｏｆ  Ａｔｏｍｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」、Ｚ．Ｎａｔｕｒｆｏｒｓｃｈｕｎｇ、２ａ、６１５〜６３３、１９４７年
【特許文献１】ＥＰ０  ７８２  １７０  Ａ２
【特許文献２】ＷＯ０３／０６８３９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ＥＰ０  ７８２  １７０  Ａ２において、位相コントラスト電子顕微鏡のための位相板について提案がなされている。検討されている生産のために、両面が耐エッチング性層で覆われたシリコン基板から作られた基部が使用される。しかし、この層配列体はサブ担体に過ぎず、生産されるべき位相板の構成部分ではない（ＥＰ０  ７８２  １７０  Ａ２の図６ａから６ｅと比較されたい）。位相板の構造は、絶縁層および金属層の堆積ならびにエッチング法により行われる。しかし、最後に、耐エッチング性層を備えたシリコン担体は、高感度位相板のエッチングにより２段階処理において完全に除去されなければならない。ＥＰ０  ７８２  １７０  Ａ２は、これがどのようにして行われるか詳細については触れていない。同様に、他の点についても、生産は多くの点において不明のままである。しかし、同方法は、多くの堆積およびエッチングのステップ、ならびに、臨時基板の除去により複雑になっている。加えて、臨時基板の除去の際に高感度位相板が破壊される高い確率が存在する。この理由のために、同方法は、少なくともほとんど実現不可能であるように思われる。
しかし、実際の実現は知られていない。
【００１９】
加えて、ＥＰ０  ７８２  １７０  Ａ２の図６ａから６ｅおよび７ページの４行目から３５行目の説明は、位相板の中央電極の生産を示すに過ぎない。しかし、前記電極は、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の場合に開口絞り内に懸垂されなければならない。ＥＰ０  ７８２  １７０  Ａ２は、これがどのようにしてなされるのかについてはまったく情報を与えていず、そのため、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の生産についての完全な教示は、ここからは推定できない。
【００２０】
さらに、ＷＯ０３／０６８３９９は電子顕微鏡のための位相板について説明している。しかし、この公報においては、電極の担体の非鏡像対称配列体が主題となっている。この特別な幾何学形状は、フリーデル対称を使用した画像情報の再構築のために有利である説明されている。この位相板は、約１μｍの内径を有する環状電極からなり、ヌルビームが、これを介して誘導される。輪状電極は、台座に、例えば、３つのウェブ板を介して締結されている。担体から形成されたいくつかの好ましい形態の搭載用デバイス（ＷＯ０３／０６８３９９の図１〜３と比較されたい）を別にすれば、同文書は、自身の生産方法を詳述していない。ＥＰ０  ７８２  １７０は、位相板の構造の詳細に関してのみ参照される。この理由のため、上記に説明された短所および問題は同じである。
【００２１】
Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板は、Ｈａｎｓ  Ｂｏｅｒｓｃｈにより１９４７年に既に提案されていたが、ＥＰ０  ７８２  １７０およびＷＯ０３／０６８３９９からの教示を含めてさえ、今日まで、実際に生産されたＢｏｅｒｓｃｈ位相板は知られていない。本発明者の最善の知識でも、本発明者は、本明細書に提案された生産方法を使用して、これを行うことに初めて成功した。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
したがって、本発明の目的は、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板のための実際に実現可能な生産方法を提供することである。
【００２３】
本発明のさらなる目的は、マイクロレンズまたはナノレンズ全般の生産のための汎用性のある、かつ、改善された方法を提供することである。
【００２４】
本発明のさらに他の目的は、特に高い生産量のＢｏｅｒｓｃｈ位相板の連続生産に適したマイクロレンズまたはナノレンズの配列体の生産のための単純な費用効果のある方法を提供することである。
【００２５】
本発明のさらに他の目的は、十分に管理しやすい、安定、定性的に高値、かつ、費用効果のあるマイクロレンズおよびナノレンズの配列体、または、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板を提供することである。
【００２６】
本発明の目的は、独立した各請求項の主題により解決されている。本発明の好ましい実施形態は、従属した各請求項に定義されている。
【００２７】
本発明によれば、多層静電マイクロレンズ配列体の生産のための方法が提案され、この方法において、レンズ電極の内部開口部内に電気レンズ場を生成するために、少なくとも１つのレンズ電極が、両面上でシールド層により電気的にシールドされる。この方法は、以下のステップを含む。
【００２８】
ａ）生産されるレンズ配列体よりも大幅に大きく厚く、かつ、チップの基板材料に関した第１の膜材料から作られたかなり薄くされたか、または、自立膜を備えた少なくとも１つの薄くされた膜窓を呈する管理しやすい安定な搭載用チップを設けるステップであって、膜または本来の膜は、特にチップと一体に膜窓に固定され、かつ、膜は、生産されるレンズ配列体の第１の層に相当するステップ。すなわち、膜は、同時に、頑強かつ十分に管理しやすいチップまたはウェハの構成部分であり、好ましくは、自身の前部平面の表面を形成している。好ましくは、膜は、チップの背面を薄くする前にチップの前面上に生産される薄層または薄フィルムであり、かつ、目視可能な搭載用チップよりもかなり薄い。
【００２９】
ｂ）膜の第１の側面上にコーティング材料から作られた第２の層を設置するステップであって、膜もしくはチップ材料のいずれかは電気絶縁性材料であり、コーティング材料が導電性材料であるか、または、膜もしくはチップ材料が導電性材料であり、コーティング材料が電気絶縁性材料であり、それにより、チップの窓内に固定された電気絶縁性第１の絶縁層および導電性第１のシールド層の２層膜が作成されるステップ。第２の層は、好ましくは、知られているＰＶＤまたはＣＶＤの技術により設置される。しかし、直流電気または電子またはイオンビームに支援された堆積も可能と思われる。そのため、例えば、絶縁性の本来の膜の場合、金属層は蒸着されるか、または、本来の膜として金属箔の場合、絶縁層が堆積される。この処理において、好ましくは、第１の絶縁層は前面に配列され、金属層は背面に配列される。
【００３０】
シリコン窒化物から作られた本来の膜は、特に適していると判明している。好ましくは、本来の膜は５μｍ未満、好ましくは３０ｎｍと１μｍの間の厚さを呈する。しかし、２０ｎｍまで、または、１０ｎｍさえまでの層厚が可能である。窓内の自立膜の表面は、好ましくは、約１０×１０μｍ２と数ｃｍ２の間、好ましくは、２０×２０μｍ２と５×５ｍｍ２の間の範囲にある。特に好ましくは、５０ｎｍから２００ｎｍの膜厚および５０×５０μｍ２と５００×５００μｍ２の間の膜サイズである。膜は四角形とすることができるか、または、別の近無作為二次元幾何学形態を有することができる。膜のサイズによっては、ウェハがいくつかの膜を呈することができるか、かつ／または、いくつかのレンズまたは位相板を１枚の膜内に作成することができる。
【００３１】
シリコン窒化物膜は、特に前面での、その後のリソグラフィ用塗料のスピンオン塗布のために十分に滑らかな表面を有利な形で有する。自立膜は以下のやり方で生産される。最初に、結晶シリコンのウェハまたはチップが研磨される。研磨された側面上に、シリコン窒化物層がＣＶＤにより堆積される。好ましくは、これは、化学量論的なシリコン窒化物よりも低い内部電圧を呈するシリコン濃縮シリコン窒化物層（Ｓｉ３＋ＸＮ４−Ｘ）である。小さな格子不整合により、シリコン濃縮シリコン窒化物層（Ｓｉ３＋ＸＮ４−Ｘ）は、化学量論的なシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）よりも電圧が大幅に低いシリコン上に成長する。しかし、（低減された）内部電圧が残存している。この内部電圧は、使用されている自立膜の場合にも存在する。しかし、シリコン濃縮シリコン窒化物から作られた自立膜において、大部分は、膜の一体性を危険にさらさずに、化学量論的な場合におけるよりもミリングされることができる。これは、非円対称の部分が膜から除去される場合に、特に有利である。例えば、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の開口開口部が、唯一ほぼ円対称である。
【００３２】
その後、シリコンチップは、反対側からフォトリソグラフィにより構造化され、かつ、シリコン窒化物層までウェットエッチングされ、この層は、この処理において、窓内の自立膜として残る。
【００３３】
あるいは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦｌ２、ニオブ酸化物、カーバイド、または、金属酸化物も、全般に、膜材料として使用することができる。膜の窓の周囲の枠状の目視可能チップは、好ましくは、１００μｍから数ｍｍの厚さおよび、例えば、１ｃｍ２のサイズを有する。すなわち、この膜は、チップの枠領域よりも１以上の倍率だけ少なくとも薄い。
【００３４】
ｃ）導電性層の反対側の膜の電気絶縁性層の側上に導電性材料の電極およびリード部を作成するステップ。好ましくは、電極の外形が基本的に円形であり、リード部は、ほぼ電極の幅以下の幅を有する矩形である。この目的のために、好ましくは、金属層が、特にリフトオフ技術により蒸着され、構造化されて、電極層として堆積される。リフトオフの場合、まず、露光可能な塗料が膜の絶縁層上、特に、膜の平坦な前面にスピン堆積され（いわゆるスピン・コーティング）、この前面は、続いて露光され、構造化され、蒸着され、かつ、剥離される。これらの方法は、基本的に当業者には知られている。基本的に、フォトリソグラフィまたは電子ビーム・リソグラフィ法が、対応する設置法とともに使用することができる。しかし、非常に微細な電極およびリード部の場合、電子ビーム・リソグラフィが特に適していると判明している。あるいは、リフトオフ法に対して、電極およびリード部の構造化堆積は、イオンビームまたは電子ビームに支援されたＣＶＤによっても行うことができる。特に、代替となる非球形の諸形態も電極のために可能である。
【００３５】
ｄ）少なくとも電極は特に完全に、および、リード部が第２の絶縁層により覆われるような、少なくとも電極、ならびに、電極の周囲のリード部および第１の絶縁層上に電気絶縁性第２の絶縁層を設置するステップであって、電気的に絶縁されるために、電極、および、少なくとも部分的にリード部が第１と第２の絶縁層の間で１０ｎｍから１，０００ｎｍの好ましい厚さを有し、特に好ましくは５０ｎｍから２５０ｎｍが含まれるステップ。
【００３６】
ｅ）自立サンドイッチ状の層配列体が膜の窓内に作成されるような、電極の反対側の第２の絶縁層の側上に導電性第２のシールド層を設置するステップであって、配列体は、電極およびリード部の領域において、これに続く順序において少なくとも以下の５つの層、すなわち、第１のシールド層、第１の絶縁層、電極層、第２の絶縁層、および、第２のシールド層を含むステップ。電極およびリード部の外部では、層配列体が、以下の順序において、好ましくは少なくとも４つの以下の層、すなわち、第１のシールド層、第１の絶縁層、第２の絶縁層、および、第２のシールド層を呈する。特に、サンドイッチ状の層配列体は自立し、かつ、後に除去されなければならない臨時の基板には設置されていない。
【００３７】
ｆ）電極の領域において、ステップａ）からｅ）に続いて、サンドイッチ状配列体、すなわち、生産されるレンズ配列体を構成する５つの層の全体が孔を開けられる。層配列体は孔開けのステップ中でも自立しており、そのため、膜を支持するために、臨時の基板は必要ない。したがって、本発明による方法の場合、本来の膜は、生産される層配列体の層の１つとして保存されて残る。この状況は有利である。なぜなら、臨時基板のエッチングによる除去が配列体の破壊につながり得るからである。
【００３８】
層配列体を介した完全な孔開けにより、電極内の連続した内部開口部が作成され、それにより、電極の輪形が作成され、かつ、レンズ配列体の各層が孔開けにさらされる。穴の直径は好ましくは１０ｎｍから１００μｍ、好ましくは１００ｎｍから１０μｍ、特に好ましくは５００ｎｍから４μｍの範囲にある。
【００３９】
５つの層を介した貫通穴は、好ましくは、マイクロミリングまたはナノミリングにより行われる。この目的のために、特別な手段において、収束されたイオンビームが発生され、制御され得るデバイス（いわゆる「収束イオンビーム・デバイス」または「Ｆｏｋｕｓｓｉｅｒｔｅｒ−Ｉｏｎｅｎｓｔｒａｈｌ−Ｇｅｒａｔ」）が適している。収束イオンビームにより、層材料は局所的にスパッタにより除去され、それにより、穿穴は切削される。この方法は、非常に精密な切開を有利な形で促進し、各層間の短絡を回避する。穴の最小達成可能直径は、イオンビームの直径と層配列体の厚さに依存している。さらに、円形の幾何学形状に沿って、例えば、四極／八極または六極対称などの他のレンズ形状も生成することができる。特に、ステップａ）はステップｂ）からｆ）の少なくとも前に行われる。明らかに規定されていない限り、他の点については、順序の制限が文字が付いたステップの指定によっては規定されない。例えば、ステップｂ）はステップｃ）の前または後で行うことができる。
【００４０】
膜窓を備えたチップの場合のレンズの生産は、穴の作成で好ましく完了した。多膜ウェハの使用の場合、その後、ウェハは、各々が１つまたは複数の膜窓を好ましくは備えた個々のチップに分割することができる。特にＴＥＭにおいて、いくつかの、必要であれば、異なったレンズ配列体または位相板さえ備えたチップを使用することが有利である。なぜなら、それらは、真空を損なわずに有利な形で交換することができるからである。同様に、１つのチップが追加の自由な窓を含むこともできる。
【００４１】
第１および／または第２のシールド層として、好ましくは、好ましくは１００ｎｍから２００ｎｍの厚さを有する貴金属、例えば、金、白金、または、銀が蒸着される。しかし、５０ｎｍ以下までの金属層の層厚が可能である。基本的に、１０ｎｍと５μｍとの間の層厚さえ可能である。
【００４２】
本発明による方法は、塊状の、すなわち、閉鎖表面を有するが非常に薄いレンズ配列体の生産のための上記に説明された実施形態において使用することができる。すなわち、有利な形で、本発明は、特に１μｍ未満の全体的な厚さ、および、特に数μｍから数百μｍ、または、それより小さくさえある領域の横方向寸法を備えた多層レンズ配列体の生産を全般に促進する。それらは、中でも、ナノテクノロジーの分野においてかなりの関心を集めている。レンズ配列体は、特に電子光学に適しており、かつ、電場の所望の空間的広がりに対するサイズおよび／またはレンズ厚の選択、所望の電場強度に対する絶縁層厚（誘電強度）の選択、ならびに、電場強度の分布の形態の選択を介して有利な形で様々に適合することができる。
【００４３】
本発明による方法の特別な実用例は、本発明の特別な実施形態による電子顕微鏡のためのＢｏｅｒｓｃｈ位相板の生産に自身を提供する。導入部において確認された理論的な手法は別にすると、本発明者は、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の生産のための実際の実現可能ないかなる方法も知り得ていない。いずれにしても、提案されている本方法、および、その結果は、かなり有利な単純さを有するが、精密でもある。
【００４４】
本発明によるＢｏｅｒｓｃｈ位相板は、電子顕微鏡における散乱電子のための内部開口開口部を画定する枠状の開口絞りを呈し、開口開口部内で、開口開口部を放射状に架橋する少なくとも１つの狭い懸垂要素によりレンズまたは輪状電極を備えたシールド・レンズは、開口絞り上に懸垂されている。この目的のために、まず、少なくとも開口絞りのサイズを呈する膜を備えたチップが使用される。位相板または開口絞りの直径は、例えば約５０μｍまでとなる。しかし、要件によっては、５μｍから数百μｍも可能である。
【００４５】
上記に説明されたステップに加えて、ステップｇ）において、開口開口部が作成される。この処理において、ステップｇ）は、少なくともステップａ）、および、ｃ）の少なくとも一部（例えば、塗装の後）に続いて、好ましくは、ａ）、ｂ）、および、ｃ）に続いて、ならびに／あるいは、ｄ）、ｅ）、および／または、ｆ）の前に行う。各ステップの特に好ましい順序は、ａ）、ｂ）、ｃ）、ｇ）、ｄ）、ｅ）、ｆ）である。
【００４６】
開口開口部は、好ましくは、イオンビームにより層配列体から切削されるか、または、ミリングされる。特に、同じ「収束イオンビーム・デバイス」は、孔をミリングするために後で使用される。しかし、ドライ・エッチング法、例えば、反応性イオン・エッチングも使用することができる。
【００４７】
ミリング（薄層のスパッタリング）において、電極支持領域が、内部で、好ましくは開口開口部の中央に、開口絞り上の接続要素により自立する形で懸垂されるように、電極の周囲の膜の中央電極支持領域、および、少なくとも１つまたは複数の接続要素が存在することを可能にする。
【００４８】
Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板が極端に小さいため、ミリングの場合に、位置の精度について強い要求がある。この目的のために、開口開口部のミリングの前に、層配列体上に１つまたは複数の位置マーク、いわゆる「位置合わせマーク」を作成することが有利であると判明している。前記位置合わせマークは、電極およびリード部と同じステップで好都合に作成できるか、または、堆積されて構造化することができる。これとともに、約１００ｎｍの電極を基準とした位置の正確さを達成することが実際に可能であった。
【００４９】
好ましくは、ステップｂ）において、接続要素の領域内に、すなわち、（後に）接続要素の１つの上を通過するリード部の領域内にもシールド回線を作成するために、第２の層は開口絞りまたは膜の少なくとも表面全体上に設置される。特に、ステップｃ）において、リード部は電極から開口絞りの少なくとも周辺領域に延在するように作成される。特に、接続要素はリード部よりも幾分か大きい幅を呈し、電極支持領域は電極よりも大きい直径を呈し、それにより、リード部および電極はチップ材料の上面図において縁取りされている。その結果、ステップｄ）による第２の絶縁層の堆積において、２つの絶縁層から電極およびリード部の周囲に閉鎖静電絶縁性被覆が作成される。好ましくは、第２の絶縁層は開口開口部の作成の後に、まず設置される。なぜなら、切削される層配列体がより薄く、位置合わせマークがより明確に認識されるからである。
【００５０】
ステップｄ）からｇ）は、好ましくは以下の順序で実行される。
位置合わせマークの支援を得た位置決めを使用して、ステップｇ）による開口開口部の作成、
これに続く、ステップｄ）による第２の絶縁層の設置、
これに続く、ステップｅ）による第２の絶縁層上での第２のシールド層の設置、
これに続く、ステップｆ）によるレンズの５つの層の孔開け。
これにより、完成した位相板は、中央に開口部を備えた輪状電極、電気リード部、２つの絶縁層、および、２つのシールド層を呈する。
【００５１】
好ましくは、第１および第２の絶縁層は、外部に対して閉鎖された輪状電極およびリード部の周囲に電気絶縁性被覆を、合同して形成し、被覆は、輪状電極の周囲を環状になる形で通過し、接続要素に沿って開口開口部の少なくとも外部エッジに延在する。
【００５２】
本発明による方法の好ましい実施形態によれば、電極支持領域および接続要素の横方向面を第２のシールド層の導電性材料でコーティングするために、位相板は、第２の導電性シールド層の設置中に、いくつかの方向に傾けられ、第１と第２のシールド層間の電気的接触が生成される。その結果、第１および第２のシールド層は電極の周囲に閉鎖導電性シールド・ケージを形成し、シールド・ケージは、第１および第２の絶縁層により、または、被覆により電極から電気的に絶縁される。この処理において、導電性ケージは、被覆の周囲を環状になる形で通過し、接続要素に沿って開口開口部の少なくとも外部エッジに延在もする。すなわち、懸垂要素も、輪状電極の外部領域における電場を効果的にシールドするため、または、荷電を防止するために、基本的に導電性層で完全に覆われている。しかし、孔の領域内にレンズ電場を生成するために、孔の内部、より詳細には、孔の外周付近には、５つの層ａ）からｅ）が露出されている。
【００５３】
その結果、電場は、電極の内部に制限され、可能な限り、外部に対して完全にシールドされており、そのため、散乱電子の位相は影響を受けない。散乱電子は、接続要素間または搭載要素間の電場のない領域において伝達される。
【００５４】
したがって、本発明の主題は、本発明により生産可能なレンズ配列体またはＢｏｅｒｓｃｈ位相板、および、顕微鏡の焦点面内に内蔵Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板を備えた位相コントラスト透過電子顕微鏡でもあり、ヌルビームは輪状電極を介して誘導され、散乱電子は基本的に開口開口部を介して誘導される。
【００５５】
結果的に、本発明により生産された位相板は、臨時基板により生産された位相板とは構造的に異なり、これは、レンズの層の少なくとも１つ、すなわち、第１の懸垂要素および開口絞りの外枠、すなわち、本来の膜が、チップ上に二次元的に設置された１つの同一の自立膜層から単に連続的または一体に機械加工されているという事実に少なくともよるものである。好ましくは、本来の膜は、レンズ配列体の第１の絶縁層として実現され、かつ、シリコン窒化物から作られている。ステップｂ）からｅ）において設置された残りの層、すなわち、第１のシールド層、第２のシールド層、電極層、および／または、第２の絶縁層は、特にＰＶＤまたはＣＶＤでの堆積層により蒸着または堆積される。
【００５６】
リード部は、好ましくは、輪状電極の第１の接続要素上をチップまで放射状に延在し、かつ、ボンディング・フィールドにおいて前面まで這い回る矩形のボンディング区画を含み、このボンディング・フィールドは、このボンディング・フィールドに結合された電圧源により電圧を輪状電極に供給可能とするために、従来技術および目視可能なコンタクト要素、例えば、コンタクト・ピンによりボンディングすることができる。この目的のために、ボンディング・フィールドは、接線方向において、リード部よりも大きな広がりを呈する。好ましくは、輪状電極、リード部、および、ボンディング・フィールドは、一体に構築されている。ボンディング・フィールドと輪状電極との間の距離は、広い範囲で可変である。
【００５７】
加えて、開口開口部に架橋する懸垂要素は、好ましくは、サンドイッチ状に構成されている。リード部が通過している第１の懸垂要素は、したがって、特にこの順序で、少なくとも層ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、および、ｅ）を、ならびに、残りの懸垂要素は、層ａ）、ｂ）、ｄ），および、ｅ）を、各々の場合、好ましくは、中央レンズから開口開口部の外部エッジまでの全長にわたって呈する。
【００５８】
好ましくは、追加の懸垂要素の層も、各々は、中央レンズおよび第１の懸垂要素の対応する層と一体に構築されている。
【００５９】
すなわち、５つの層、レンズのａ）からｅ）および第１の懸垂要素の５つの層ａ）からｅ）は、各々が、対になって開口絞りの外枠まで一体に構築されている。
【００６０】
しかし、本発明による生産により調整されると、懸垂要素のみの領域における層ａ）からｃ）の厚さは、中央レンズおよび関連電極担体領域に所属する電極を開口開口部内に自立する形で懸垂するために十分大きく寸法が取られている。特に好ましくは、懸垂要素のみの領域における本来の膜の厚さは、中央レンズに所属する電極を開口開口部内に自立する形で懸垂するために、および／または、レンズ開口部を自立状態に作成するために、十分大きく寸法が取られている。
【００６１】
以下、本発明は例示的実施形態の支援を得て、かつ、同一および類似の要素には、同じ参照記号が与えられることがあり、異なった例示的実施形態の特徴は互いに組み合わせることができる。図面を参照してより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
図１は、導入部に説明されたように、位相板２０を備えた透過電子顕微鏡１を示す。
層配列体の構成のための平坦な基部は、本発明の過程における後の方の構造化ステップの実現性に対して重要である。前記基部は、金属または絶縁体とすることができる。基部の厚さは、生産されるレンズ配列体の全体的厚さに決定的に影響を及ぼす。したがって、本発明の枠組み内では、非常に薄い膜が基部として使用される。膜は生産されるレンズ配列体の構成部分となる。これに関して、１００ｎｍ未満のレンズ配列体の全体的厚さを実現することができる。
【００６３】
図２を参照すると、シリコンウェハ上に堆積された厚さ約１００ｎｍのシリコン濃縮シリコン窒化物層が使用され、前記層は、２つの膜窓３４の各々の中に自立シリコン窒化物膜３０を形成する。特にシリコン窒化物が際立つ絶縁体であるために、前記膜は特に適していることが判明している。
【００６４】
膜または箔３０は、安定した管理可能な、すなわち、かなりより厚く、かつ、より大きい枠型のチップ３２により保持され、ならびに、図２ではチップ３２の下側に搭載され、その部分に平坦な表面を形成している。チップ３２は、膜３０を備えた単一の膜窓３４を含むことができるが、２つ（図２）またはそれ以上（図３）の膜窓３４も存在することができる。すなわち、いくつかの膜３０がウェハ内に保持または固定されている。
【００６５】
ステップａ）
ここでの好ましい実施例において、膜窓３４内の絶縁性シリコン窒化物膜３０は、約１００ｎｍの厚さｄｍを呈する。図４を参照すると、第１のステップにおいて、チップ３２には、（上記図４から図１０において）平坦な前面３２ａ上に堆積された膜３０が設けられている。膜３０を形成するシリコン窒化物層３１は、窓３４内に自立領域を、および、自立領域または膜３０で一体に構築された周辺領域３１ａを、膜３０とともに呈しており、前記周辺領域は、チップ３２の外枠領域３３に平坦な形で接続されている。すなわち、層の少なくとも１つは、自立膜３０から作成され、前記膜は、チップ３２の枠領域３３に延在している。窓３４は、これらにおいて、チップ３２の（以下の図４から１０における）背面３２ｂから膜３０までエッチングされ、それにより、窓３４はチップ３２内に膜３０まで背面窪みを画定する。シリコン窒化物膜３０を備えた使用チップ３２は、Ｓｉｌｓｏｎ社（ｗｗｗ．ｓｉｌｓｏｎ．ｃｏｍ）から購入された。このシリコン窒化物膜３０は、後のステップにおいてスピンオン塗布を介して対応するリソグラフィ塗料を塗布するために、その前面３０ａ上に十分に滑らかな表面を有利に呈する。
【００６６】
点線による箱３４は生産される位相板の領域を示し、より小さな点線による箱３６は、後で開口開口部内に自立する形で懸垂される中央レンズ９０の領域を示す。シリコン窒化物膜３０は、位相板２０の２つの絶縁層の１つとして残る。処理において、断面図は縮尺どおりではない。
【００６７】
ステップｂ）
次のステップにおいて、図５に示された膜３０の下側３０ｂは、適した金属層４０で金属化される。この例示的な実施形態において、この目的のために、シリコン窒化物膜３０の背面３０ｂには、約２００ｎｍの厚さｄａｌを有する金層４０が蒸着される。
【００６８】
ステップｃ）
図６を参照すると、膜３０の前面３０ａ上に、電極５２およびリード部５４が画定されている。この目的のために、層３０および４０から作られた２層配列体の絶縁側面（ここでは、膜３０の前面３０ａ）は、（図示しない）光感応性または電子ビーム感応性の塗料で塗装される。後にレンズを画定することになるリード部および電極（１つまたは複数）は、この塗料に対して光学的に、または、電子ビーム・リソグラフィにより、露光される。処理において、いくつかの露光ステップおよび／または塗装ステップを実施することができる。個々の露光が行われる場所は、事前にサブミクロンの精度でチップ３２内の膜３０（１つまたは複数）の位置を知っているか、あるいは、露光する前に前記位置を決定するかのいずれかであるという事実の結果として与えられている。光学顕微鏡下でも、および、電子顕微鏡下でも、膜３０は、膜３０を局所化するために十分なコントラストを提供する。電子顕微鏡による位置決めの場合、かつ、電子ビーム感応性塗料が存在する場合、使用されている塗料の露光閾値照射量が超えられないことが確実となる。電極５２およびリード部５４を作成するために、塗料の露光および現像の後、サンプルの前面は金属化され、その後に、リフトオフが行われる。処理において、後にボンディング・フィールド５８にリード部５４をそこでボンディングすることを可能にするために、金属層５０が蒸着され、前記層はチップ３２に延在する。特に、同じステップにおいて、後で膜３０を精密に位置決め可能にするために、この実施例では３個である位置マーク５６は、好ましくは、電極５２の周囲に画定される（図１１と比較されたい）。さらなるリード部および／または電極を画定するために、サンプルは、さらに、塗料を再び塗布され、さらなる構造化ステップを受ける。
【００６９】
位置マーク５６、すなわち、いわゆるアライメントマーク、ならびに、約２μｍの長さの円形電極５２および約１μｍの幅のリード部５４は、図１１のＲＥＭ写真において最もよく認識することができる。構造化は、光学的にも、および、電子ビーム・リソグラフィによっても行うことができ、組み合わせられた方法を問題なく採用することも可能であった。
【００７０】
リソグラフィ法の選択は、構造、および、同法を使用した位相板の最小達成可能寸法に対する重要な基準である。ボンディング・フィールド５８のような粗い構造は、フォトリソグラフィを使用して効率的に生産される。本実施例において、電極５２、リード部５４のすぐ隣の区画、および、位置マーク５６は、電子ビーム・リソグラフィにより作成される。これとともに、３０ｎｍの幅までのリード部５４および電極５２に対する実験的寸法が達成可能であった。より微細でさえある電極５２の作成も、原子間力顕微鏡の支援を得て可能である。指定された方法を使用すると、電極の寸法、配列、および、形態は様々に設計可能であり、そのため、回転対称のみでなく、より複雑な対称を有する場の分布も実現することができる。したがって、例えば、四極、八極、または、六極対称を有する非球面レンズも作成することができる。
【００７１】
電極５２、リード部５４、および、位置マーク５６の作成のために、金層も、電極層５０として例示的実施形態において蒸着された。しかし、基本的に、他の金属も適している。電極の厚さｄｅは、例示的実施形態によっては５０ｎｍと２００ｎｍとの間に選択された。しかし、より薄く、より厚い電極、および、約１０ｎｍと数μｍとの間のリード部も可能である。
【００７２】
ステップｇ）
図７を参照すると、電極５２およびリード部５４を備えた電極層５０の設置および構造化の後、開口開口部３６が電極５２の周囲に作成される。本発明によれば、いわゆるＦｏｋｕｓｓｉｅｒｔｅ−Ｉｏｎｅｎｓｔｒａｈｌ−Ｇｅｒａｔ（「収束イオンビーム・デバイス」）が使用される。このデバイスは、Ｚｅｉｓｓ社から入手可能である。このデバイスを使用して、イオンビーム、例えば、３０ｋＶのガリウム・イオンにより、この実施例では３個の接続要素３８の窪みを備えた電極５２の周囲の開口開口部３６の領域における材料がミリングされ、その結果、位相板２０の開口開口部３６の全般的な内部形態が画定される（図１２と比較されたい）。このステップにおいて、シリコン窒化物膜３０、および、より低い金層４０の材料がスパッタされる。すなわち、これはリソグラフィではなく、塗料は必要とされない。さらに、収束イオンビームも、膜３０を位置決めするために、画像を形成するために使用することができる。さらに、採用された収束イオンビーム・デバイスは、やはり画像の形成が可能である追加の原子間力顕微鏡カラムを有する。これも、本方法の場合に採用された。
【００７３】
図１２で認識できるように。ミリングのステップを介して、電極５２の周囲の接続要素３８上に懸垂された膜の担体領域３９とともに、自立レンズ構築のための基本形態が出現している。位置マーク５６により、位置決めが約１００ｎｍの範囲の正確さで達成されている。
【００７４】
したがって、このステップｇ）において、開口開口部３６、接続要素３８、および、担体領域３９の形態が電極５２の周囲に作成される。しかし、このステップにおいて、レンズ孔８０はまだ作成されていない。
【００７５】
ステップｄ）
図８を参照すると、次のステップとして、第２の絶縁層６０が、電子イオンによるＰＶＤによりサンプルの前面に蒸着される。
【００７６】
処理において、リード部５４および電極５２を絶縁するために、第２の絶縁層６０は電極５２、および、リード部５４の内部領域または接続区画５５を完全に覆う。ボンディング・フィールド５８、いわゆるコンタクト・パッドは選抜され、絶縁されない。コンタクト・パッド５８上には、後で、電極５２のリード部５４を介した目視可能なリード部９６への電気的接続、例えば、コンタクト・ピンまたはワイヤが可能にされる。しかし、開口開口部３６のミリングの前に、第２の絶縁層６０を設置することも考えられる。例示的な実施形態において、約２００ｎｍの厚さｄｉ２を有するアルミニウム酸化物は、第２の絶縁層として特に好ましいことが判明している。
【００７７】
ステップｅ）
図９を参照すると、この実施例では金属層である第２のシールド層７０は、約２００ｎｍ（ｄｅ２）の厚さの金層が設置され、より詳細には蒸着される。好ましくは、金属層ａ）、ｃ）、および、ｅ）の中で、約５ｎｍの厚さのクロム接着剤層が蒸着される。
【００７８】
本実施例において、内部に所在する開口開口部３６および構造体を備えた自立位相板２０の作成のために、チップに垂直９４と金属蒸気の進行の方向との間の角度が蒸着の場合に存在するように金属化システム内にチップ３２が取り付けられる。加えて、チップ３２のコーティングまたは金属化の最中に、様々な異なった方向での傾け、および／または、回転が行われる。この結果、位相板の中央レンズ９０および接続要素３８にも、金属が横方向に堆積され、したがって、金属内に完全に包み込まれ、それにより、リード部５４および電極５４への電圧の印加の場合に、電場は完全にシールドされる。この目的のために、動作において、第１および第２のシールド層４０、７０から形成されたシールド・ケージまたはファラディ・ケージが接地されている。
【００７９】
行われた実験は、２つの絶縁層３０、６０および２つのシールド層４０、７０のための材料が非常に様々なものにすることができることを示している。層の厚さは１０ｎｍと数μｍとの間で可変である。２つの絶縁層３０、６０の層厚は、処理において、桁において十分に厚く選択され、レンズの動作において破壊電圧を超えないように個々の絶縁材料に適合されている。
【００８０】
ステップｆ）
図１０を参照すると、収束イオンビーム・デバイスにより、中央レンズ開口部８０は、層パケットの、すなわち、レンズ電極５２を含めた５つの層ａ）からｅの全体を介してミリングまたは切削される。この結果、レンズ電極５２の輪状形が作成される。これに関連したミリングは、材料の局所的スパッタリングにより行われる。したがって、作成された開口部の直径は、例示的な実施形態において約１μｍになる。
【００８１】
収束イオンビーム・デバイスを使用したスパッタリング・ミリングにより、異なった金属層４０、５０、および、７０の間には何らの電気的短絡も生じないことを確実にすることができる。好ましい処理順序ｆ）からｅ）から｛ｄ）およびｇ）｝ならびに傾けを介して、接続要素３８および輪状電極５２の周囲の領域が金属層７０で外部から完全に覆われるが、３つの金属層４０、５０、７０が２つの絶縁層３０、６０により互いから絶縁されている孔８０の内周は覆わないことが確実になる。図１０において認識できるように。５つの層３０、４０、５０、６０、および、７０は孔８０の外周に露出されている。
【００８２】
最後に、ボンディング・フィールド５８は、目視可能なコンタクト要素９６によりボンディングされる。
【００８３】
本発明により生産された位相板は、破壊の安全性について試験され、２．６５Ｖを超える破壊電圧を呈する。これは、ＴＥＭ内でＢｏｅｒｓｃｈ位相板として動作するために十分である。ＴＥＭ内での典型的な動作電圧は１Ｖの範囲内である。
【００８４】
図１３は、Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の考えられる１つの設計を示している。図において、完成された位相板の層６０および７０は、電極を見えるようにするために不可視とされている。図１３に示されたように、位相板は、埋め込み輪状電極５２を備えた環状レンズ９０を含む。中央レンズ９０は、ＴＥＭ１のヌルビーム１０が誘導される約１μｍになる孔８０を有する。構成部分である接続要素３８が開口開口部３６において自立する形になっている３つの懸垂要素９２を介して、中央レンズ９０が懸垂されている。レンズ９０の動作において、電場は孔８０の領域に基本的に広がっているが、散乱電子が誘導される開口開口部３６の領域には広がっていない。
【００８５】
自身の開口開口部３６および枠状開口絞り３７を備えたＢｏｅｒｓｃｈ位相板は、枠状搭載チップ３２内に固定され、同チップ３２は、この実施例では２００μｍの、したがって、膜３０よりも約１，０００倍厚く、かつ、位相板２０の厚さ全体よりも少なくとも１００倍厚いかなり大きな厚さＤを呈する。リード部は、ボンディング・フィールド５８にまで這い回るために、接続区画５５、および、部分Ｃに拡大されて描かれた窓３４からチップ３２の枠領域に延在する外部につながるより広いリード区画５５ａを含む。したがって、層４０、５０、６０、７０は、ステップｂ）からｅ）において、膜窓３４に架橋する自立膜３０上に設置される。
【００８６】
図１４は、絶縁被覆およびシールドのための搭載要素９２の、および、中央輪状レンズ９０の孔８０内の層構造を示す。ここが、中央輪状レンズ９０および懸垂要素９２の横方向面９１、９３が第２のシールド層７０の導電性材料でコーティングされていることを認識するための最善の場所である。
【００８７】
ＴＥＭでの使用の場合に、Ｚｅｒｎｉｃｈｅ位相板に比較したＢｏｅｒｓｃｈ位相板の長所は、以下の通りである。
【００８８】
Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板が金属層により包囲されているという事実の結果、同位相板は、より長い時間にわたり電子を介した直接放射を耐える。
【００８９】
輪状電極に様々な電位を印加することにより、電場の強度、および、これによるヌルビームの位相シフトが、位相板を取り除かずに連続的に設定することができる。
【００９０】
画像生成電子と位相板の間の相互作用は、Ｚｅｒｎｉｃｈｅ位相板とは対照的に、低く、そのため、コヒーレンスおよび信号損失が大幅に低減されている。
【００９１】
加えて、非散乱電子と散乱電子との間の位相シフトが空間的に一定であり、そのため、Ｚｅｒｎｉｃｋｅ位相板の場合の粒状炭素層の場合のように、局所変動がない。
【００９２】
これまで、例示的実施形態の支援を得て、懸垂要素９２上に自立レンズ９０を備えたＢｏｅｒｓｃｈ位相板２０の生産が説明された。しかし、当業者には、本発明によるこの方法が、閉鎖表面を有する電極、または、マニフォルド型の電極の生産のためにも使用できることが明らかである。これに関して、開口開口部のミリングのステップ（ステップｇ））は省略され、配列体は、第２の金属化層７０の設置の場合に傾ける必要はない。
【００９３】
図１５は、開口開口部を持たないこのような二次元塊状レンズ配列体１００を介した断面についての１つの実施例を示している。
【００９４】
要約すると、静電マイクロレンズまたはナノレンズのための生産方法が提案され、同方法により、１μへのレンズ・サイズの低減が可能である。適した基板の選択、および、リソグラフィとナノ構造化技術の組合せを介して、レンズの寸法、電場の強度、および、電場の分布に関して大きな可変性を達成することができる。本発明による方法を使用すると、塊状多層マイクロレンズまたはナノレンズを実現することが可能であるだけでなく、本発明者の最善の知識によれば、自立レンズ構築である機能するＢｏｅｒｓｃｈ位相板を、初めて実際に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】位相板を備えた位相コントラストＴＥＭの概略断面図である。
【図２】２つのシリコン窒化物膜窓を備えたシリコンチップの電子顕微鏡写真である。
【図３】多膜チップの概略上面図および線ＡおよびＢに沿った２つの断面図である。
【図４】Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の本発明による生産の概略断面図である。
【図５】Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の本発明による生産の概略断面図である。
【図６】Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の本発明による生産の概略断面図である。
【図７】Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の本発明による生産の概略断面図である。
【図８】Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の本発明による生産の概略断面図である。
【図９】Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の本発明による生産の概略断面図である。
【図１０】Ｂｏｅｒｓｃｈ位相板の本発明による生産の概略断面図である。
【図１１】図６に示された手順ステップに相当する電極層の設置および構造化の後の膜の断面の電子顕微鏡写真である。
【図１２】図７に示された手順ステップによる電極および３つの接続要素の窪みを有する開口開口部のミリングの後の図１１からの膜を示す図である。
【図１３】拡大された区画Ｃを備えた、膜およびＢｏｅｒｓｃｈ位相体を有するチップの概略上面図である。層６０および７０は見えなくされている。
【図１４】３つの懸垂要素を備えた本発明により生産されたＢｏｅｒｓｃｈ位相板のレンズの概略切開斜視図である。
【図１５】本発明により生産された塊状レンズ配列体の概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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