(57)【要約】  本発明は電子放出源及びレンズを含む超小型電子カラムに係り、より詳しくは電子放出源及びレンズの整列及び組立てがより容易に行える構造の超小型電子カラムに関するものである。  本発明による、電子放出源、ソースレンズ及びデフレクターを含む電子カラムは、前記ソースレンズが二つ以上のレンズ層でなってフォーカシングの役目を兼ねることを特徴とする。また、前記ソースレンズのレンズ層の一つ以上がデフレクター型レンズ層でなって、デフレクターの役目を兼ねることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出源、及びレンズ部を含む電子カラムにおいて、
前記レンズ部が二つ以上のレンズ層で構成されて、ソースレンズの役目及びフォーカシングの役目を同時に行うことを特徴とする、電子カラム。
【請求項２】
前記レンズ部が一つ以上のデフレクター型レンズ層を備えてデフレクターの役目を兼ねることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム。
【請求項３】
前記電子カラムがマルチ電子カラムで構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子カラム。
【請求項４】
前記マルチ電子カラムがウェハータイプであることを特徴とする、請求項３に記載の電子カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出源及びレンズを含む超小型電子カラムに係り、より詳しくは電子放出源及びレンズの整列及び組立てをより容易になし得る構造の超小型電子カラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の基本原理の下で作動する電子放出源及び微細構造の電子光学部品に基づく超小型電子カラムは１９８０年代に初めて導入された。超小型電子カラムは、微細な部品を精巧に組立てて光学数値を最小化して、向上した電子カラムを形成し、小さな構造は多数個を配列して並列または直列構造のマルチ電子カラム構造に使用可能である。
【０００３】
このような超小型電子カラムは、超小型電子レンズ及びデフレクター（ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含む高縦横比の機械的微細構造物であって、一般に、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、アインツェルレンズを含んで構成されている。
【０００４】
超小型電子カラムにおいて、電子放出源、ソースレンズ、アインツェルレンズの整列及び固定は、超小型電子カラムの性能と関連して非常に重要である。このような超小型電子カラムの整列及び固定に関連し、従来の超小型電子カラムが１９９６年に発行されたＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ ＆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ１４（６）の３７９２−３７９６ページの“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ２０×２０ｍｍ ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ ｍｉｃｒｏｃｏｌｕｍｎ”に紹介されている。
【０００５】
図１は従来の超小型電子カラムの斜視図であって、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、及びアインツェルレンズが整列及び固定されている従来の超小型電子カラムである。上部プレート２は、上部に位置するマイクロポジション（図示せず）とともに電子放出源を支持する部材を形成し、その中心には電子放出源１が位置するように貫通ホールが形成されている。上部プレート２とレンズを収容する支持部材としての下部プレート５は、図１においては、四つの支持バー６を介在して、上部のボルトによって結合される。下部プレート５の上部には、ソースレンズ３が電子放出源１と相互に位置整列し、エポキシボンディングなどによって固定されている。下部プレート５の左右には、デフレクター４が配置されている。また、下部プレート５の下部には、ソースレンズ３と対向するように、アインツェルレンズ（図示せず）がソースレンズと同様に整列固定されている。上部及び下部プレート２、５は、電子放出源１から放出された電子ビームがレンズ及びデフレクターを貫通するように、中心軸に貫通孔が形成されている。
【０００６】
また、図２は従来の電子カラムの作動方式を示す概念図で、従来の電子カラムの作動概念を説明する。
【０００７】
図２−Ａにおいて、電子放出源１から放出された電子ビームＢは、ソースレンズ３のホールを通過してデフレクター４によって偏向され、フォーカスレンズ６によって試料にフォーカシングされる。このような従来の電子カラムは、デフレクター４の配線とフォーカスレンズ６の配線など、組立て及び使用において不便である。さらに、その工程が複雑である。
【０００８】
図２−Ｂはデフレクター型レンズ層を使用してフォーカシングと偏向を共に実行して、デフレクターを無くした実施例である。この技術は、１９９５年に発行されたＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ ＆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ１３（６）の２４４５−２４４９ページの“Ｌｅｎｓ ａｎｄ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｃｏｌｕｍｎ”、及び３８０２−３８０７ページの“Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｍｏｖｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｃｏｌｕｍｎ”に紹介されている。
【０００９】
図２−Ｂの電子カラムは、図２−Ａのデフレクター４の代わりに、フォーカスレンズ６’が中間層に、以下に説明する（図４説明参照）デフレクター型レンズ層６ｂを含んで、フォーカシング及びデフレクターの役目をする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、既存の超小型電子カラムとは異なり、デフレクターをフォーカスレンズと結合させて、単純な構造の電子カラムを提供することをその目的とする。
【００１１】
また、前記のような本発明の超小型電子カラムは、配線の複雑性を減らして工程を単純化させた。
【００１２】
また、本発明の超小型電子カラムは、マルチ超小型電子カラムでの配線及び制御工程を単純化させることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の単純構造を有する超小型電子カラムは、基本的に、電子放出源、ソースレンズ、及びデフレクターを含む。
【００１４】
また、本発明の電子カラムは、電子放出源、及びレンズ部を含む電子カラムにおいて、前記レンズ部が二つ以上のレンズ層で構成されて、ソースレンズの役目及びフォーカシングを同時に行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による超小型電子カラムは、従来の電子カラムと比較すると、ソースレンズがフォーカスレンズの機能を兼ねることができるものである。また、ソースレンズがフォーカシング及び偏向機能を兼ねることができるものである。
【００１６】
本発明の電子カラムの構造は、既に開発された電子カラム（ｍｉｃｒｏ ｃｏｌｕｍｎ）技術を応用したものである（［１］Ｈ．Ｓ．Ｋｉｍ， Ｄ．Ｗ．Ｋｉｍ， Ｓ．Ｊ．Ａｈｎ， Ｙ．Ｃ．Ｋｉｍ， Ｓ．Ｓ．Ｐａｒｋ， Ｓ．Ｋ．Ｃｈｏｉ， Ｄ．Ｙ．Ｋｉｍ， Ｊ． Ｋｏｒｅａｎ Ｐｈｙｓ． Ｓｏｃ．， ４３（５）， ８３１，（２００３）， ［２］Ｅ．Ｋｒａｔｓｃｈｍｅｒ， Ｈ．Ｓ．Ｋｉｍ， Ｍ．Ｇ．Ｒ．Ｔｈｏｍｓｏｎ， Ｋ．Ｙ．Ｌｅｅ， Ｓ．Ａ．Ｒｉｓｈｔｏｎ， Ｍ．Ｌ．Ｙｕ， Ｓ．Ｚｏｌｇｈａｒｎａｉｎ， Ｂ．Ｗ．Ｈｕｓｓｅｙ， ａｎｄ Ｔ．Ｈ．Ｐ．Ｃｈａｎｇ， Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ． Ｂ１４（６），３７９２（１９９６）， ［３］Ｔ．Ｈ．Ｐ．Ｃｈａｎｇ， Ｍ．Ｇ．Ｒ．Ｔｈｏｍｓｏｎ， Ｅ．Ｋｒａｔｓｃｈｍｅｒ， Ｈ．Ｓ．Ｋｉｍ， Ｍ．Ｌ．Ｙｕ， Ｋ．Ｙ．Ｌｅｅ， Ｓ．Ａ．Ｒｉｓｈｔｏｎ， ａｎｄ Ｂ．Ｗ．Ｈｕｓｓｅｙ， Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ． Ｂ１４（６），３７７４（１９９６）参照）。電子カラムは、電子を放出する電子放出源、及び電子ビームを制御してビームの一部を濾す三つの電極（レンズ層）からなるソースレンズ部分、電子ビームをスキャンするための２対の８極デフレクター、及び電子ビームを集束するアインツェル（Ｅｉｎｚｅｌ）レンズまたはフォーカシングレンズで構成されることが一般的である。このような構造は電子顕微鏡及びリソグラフィーのための基本構造であって、電子カラムがいつもこの構造に製作されるものではない。電子カラムの全長は３．５ｍｍ以下に製作可能であり、これは電子放出源からフォーカスレンズの最後の電極までの全長である。既存のカラムに比べて超小型化したカラムは、ビーム電流を極大化させることができ、各種レンズの収差を最小化することができるので、分解能を高めることができる。また、１〜２ｋＶの低電圧で電子ビームが放出されるので、既存の高電圧（１０ｋＶ以上）を使用するときに問題になっているスペースチャージング（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ）、電子−電子スキャタリング（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）問題を解決することができる特徴を持っている。このような電子カラムは、既に開発された半導体微細加工技術を活用すれば、シリコンまたは金属メンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）で製作可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による電子カラムは、別途のフォーカシングレンズがなくて、従来の電子カラムに比べてその構造が単純になることにより、配線及び制御が容易になり、また、マルチ電子カラムにおいては、電子カラムの製作及びレンズ制御がより簡単で容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて、本発明の超小型電子カラムをより具体的に説明する。
【００１９】
図３は本発明による電子カラムの作動方式の実施例を示す概念図で、図２の従来の電子カラムの作動方式に対応するものである。図４は本発明によるソースレンズにおいて、デフレクターの役目を兼ねるレンズ層の平面図である。
【００２０】
図３−Ａにおいて、電子放出源１１から放出された電子ビームＢ’はソースレンズ１３のホールを貫通する。そして、ソースレンズ１３は、上部レンズ層１３ａ、中間レンズ層１３ｂ及び下部レンズ層１３ｃで構成されている。ここで、上部レンズ層１３ａは、エクストラクタの役目をして、電子放出源１１から電子放出を誘導し、中間レンズ層１３ｂは、電子放出源１１から放出された電子を加速させるアクセルレーターの役目及びフォーカシングの役目を兼ねることになる。下部レンズ層１３ｃは、フォーカシングの役目とともに、電子ビームＢ’が試料によくフォーカシングされるようにし、有効な電子ビームを形成するため電子放出源１１から放出される電子を制限する。そして、このようにフォーカシングされた電子ビームは、デフレクター１４によって試料に偏向される。
【００２１】
図３−Ｂにおいて、電子放出源１１から放出された電子ビームＢ’は、ソースレンズ１３’のホールを貫通する。そして、ソースレンズ１３’を貫通した電子ビームＢ’は、試料にフォーカシングされ、偏向される。図３−Ｂのソースレンズ１３’は、上部レンズ層１３ａ、中間レンズ層１３ｂ’及び下部レンズ層１３ｃで構成されている。図３−Ｂの電子カラムはレンズ部がソースレンズのみで構成されたもので、特に中間レンズ層１３ｂ’がデフレクター型で、三つのレンズ層（電極）のみで簡単な電子カラムを構成することが特徴である。すなわち、デフレクター型レンズ層を使用することで、簡単な構造のレンズ部を有する電子カラムを製作することができる。また、図３−Ｂの構成において、ソースレンズをすべてデフレクター型レンズ層で構成することもできるが、一般のレンズに比べ、デフレクター型レンズ層は、レンズ配線または制御が複雑なので、必要な分だけ使用することが好ましい。図３−Ｂの構成を有する電子カラムは、上部レンズ層１３ａがエクストラクタの役目をして電子放出源１１から電子放出を誘導し、中間レンズ層１３ｂ’は、電子放出源１１から放出された電子を加速させるアクセルレーターの役目、フォーカシングの役目及びデフレクターの役目を一緒に行うことになる。下部レンズ層１３ｃは、フォーカシングの役目とともに、電子ビームＢ’が試料によくフォーカシングされるようにし、有効な電子ビームを形成するため電子放出源１１から放出される電子を制限するようにする。
【００２２】
図３の本発明による電子カラムの作動方式は、ソースレンズのレンズ層（電極）間に電圧差を与えて、ソースレンズを通過する電子ビームのフォーカシングを併行するようにしたものである。
【００２３】
図４のレンズ層４０は、ソースレンズ１３またはフォーカシングレンズ１６を構成する三つのレンズのうち、中間層のレンズ１３ｂ、１３ｂ’、６ｂに相当するレンズ層であって、偏向の役目を行う。図４のレンズ４０は、一つのレンズ層が四つの区域または電極４１、４２、４３、４４に区分されている。四つの区域は四つの絶縁部４９によって絶縁され、それぞれ四つの区域４１、４２、４３、４４に別の電圧を印加することができる。ここで、絶縁部４９は、絶縁物質で形成することもでき、あるいは分離させて小さなギャップを与え、パイレックス（登録商標）などで固定すれば、分離することだけでも絶縁部を形成することができる。
【００２４】
図３において、ソースレンズ１３’の中間層１３ｂ’のみを偏向させるために、デフレクター型のレンズ層で構成したが、三つの層をすべてデフレクター型レンズ層で構成することもできる。すなわち、ソースレンズの各層のうち、一層以上をデフレクター型レンズ層にしてソースレンズを構成することができる。一般に、ソースレンズまたはフォーカスレンズは一層以上のレンズ層で形成できるが、発明によるソースレンズ部は二層以上が必要であり、そのうちいずれか一層以上をデフレクター型レンズ層に構成すれば、図３−Ｂの作動方式を具現することができる。
【００２５】
レンズ部には、各レンズ層別にそれぞれ電圧が印加される。しかし、一般のレンズ層とは異なり、デフレクター型レンズには、デフレクター型の数に対応する電圧が印加される。そして、デフレクター型レンズ層には、当該層に印加されるべき電圧を基準にして、偏向に必要な該当区域の部分に偏向のための電圧を付加または減少させて印加すれば良い。本実施例において、デフレクター型レンズ層は４区域に区分されてデフレクターの役目を行うが、８区域に区分して使用することもでき、分割する区域の数は必要によって分割すれば良い。また、図３において、デフレクターは一層で構成されたが、二層以上で構成して偏向させることも可能である。
【００２６】
図５及び図６は、マルチ電子カラムにおいて、本発明によるデフレクター型レンズ層を使用してソースレンズを構成するためのそれぞれのレンズ層を示すものである。
【００２７】
図５はデフレクター型ではない一般のマルチ電子カラム用レンズ層５０を示し、図６はデフレクター型レンズ層６０を示す。前記シングル型電子カラムのためのソースレンズと同様に、マルチ電子カラムのレンズも図５の一般マルチ電子カラム用レンズ層と図６のマルチ電子カラム用レンズ層を組み合わせるか、あるいはマルチ電子カラム用レンズ層５０だけを使用してマルチ電子カラム用ソースレンズを製作することができる。すなわち、図３で説明したシングル型電子カラムのレンズ構成と同一ないし類似の構成を有することができる。図５において、参照符号５２は電子ビームが貫通し得るホール５２であり、５３はシングルユニットのレンズ電極である。すなわち、５３は、シングル型電子カラムの各レンズ層に相当し、シングルユニットレンズ電極５３がホール５２を包囲する。
【００２８】
図６はデフレクター型マルチ電子カラム用レンズ層６０を示すもので、図４のデフレクター型レンズが図５のような方式でマルチ型に構成されたものである。図６において、参照符号６２は電子ビームが貫通し得るホール６２であって、電極６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄが一つのマルチ型レンズ層のシングル型電子カラムのレンズ層に相当する。絶縁部６９は図４のレンズ層の絶縁部と同一であり、それぞれの作動は図４のシングル型電子カラムのデフレクター型レンズの作動と同様に、基本的に必要な電圧の外に、偏向のために各区域に別個の電圧を印加すれば良い。しかし、マルチ電子カラムにおいて、それぞれのデフレクターを作動するために、デフレクター型レンズのそれぞれの方位によるそれぞれの区域に個別的配線を行って、偏向の役目と当該レンズ層の役目を同時に行うことができる。マルチタイプにおいては、状況によって各方位別に同じ電圧を印加して、配線及び電圧制御をより容易に行うことができる。この場合、予め電子ビームに対する特性を考慮し、同一方位の各区域に該当レンズ層の役目に必要な電圧に偏向のための電圧を付け加えて電圧を印加すれば良い。例えば、フォーカシング及び偏向のための電圧印加に対するデータを活用するか、または、ソースレンズの該当電圧に偏向のための電圧を各方位に相当する区域の為に付け加えて活用することが好ましい。
【００２９】
図５〜図７において、マルチ電子カラムは四つのシングル型電子カラムが２×２配列に形成されたものである。しかし、マルチ電子カラムは本発明の説明と同様な方式で、多様なｎ×ｍ配列に形成されることができる。
【００３０】
その作動方式も前記シングル型電子カラムと同様に作動させることができる。マルチ電子カラム用の作動方式は、２００４．０７．０５日付け提出の大韓民国特許出願第１０−２００４−００５２１０２号“マルチマイクロカラムにおける電子ビームの制御方法及びマルチマイクロカラム”を参照すれば良い。
【００３１】
図７−Ａは本発明によるマルチ電子カラムの一実施例の分解斜視図であって、本発明による電子レンズでマルチ電子カラム７０を形成したものを示す。図７−Ａに示すように、本発明によるマルチ電子カラムは、マルチ型電子放出源７１、ソースレンズ７３、及び二つのデフレクター型レンズ７６ｂを備えるデフレクター７６を含んで構成される。すなわち、図５のレンズでソースレンズ７３を形成し、図５及び図６のレンズ層で、図面のように、デフレクター７６及び電子放出源層７１を構成したものである。デフレクター７６の層のうち、参照符号７６ｂがデフレクター型レンズ層である。これらのレンズ層７６ｂ間の層は、デフレクター間に距離を置くためのもので、図５のレンズ層のような形状の絶縁層で構成される。また、図７−Ｂは本発明によるマルチ電子カラムの他の実施例の分解斜視図であって、前述した図３−Ｂのような方式の簡単な構造のマルチ電子カラムの構成によって、別のデフレクターの必要なしに、ソースレンズ７３の中間層７３ｂがデフレクター型レンズ層で構成されている。
【００３２】
添付図面において、レンズ層の組合せでソースレンズまたはデフレクターが形成される。各レンズ層の間には、詳細に説明しなかったが、絶縁層が介在することができ、レンズ間の結合などは従来の方法によってなされる。
【００３３】
前述したソースレンズは、本発明において、既存のソースレンズの役目を行うとともにフォーカシングの役目を行うもので、既存の名称を利用してソースレンズと言う用語を使用したが、本発明のソースレンズは従来のソースレンズとは区分されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上説明したように、本発明による電子カラムは、その構造が単純になり、かつ単純な構造のマルチ電子カラムを製作して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の超小型電子カラムの斜視図である。
【図２】図２−Ａ及び図２−Ｂは従来の電子カラムの作動方式を示す概念図である。
【図３】図３−Ａは本発明による電子カラムの作動方式の一実施例を示す概念図であり、図３−Ｂは本発明による電子カラムの作動方式の他の実施例を示す概念図である。
【図４】本発明で使用される電子カラムのデフレクター型レンズの一実施例を示す平面図である。
【図５】本発明で使用されるマルチ電子カラムの一般レンズの一実施例を示す平面図である。
【図６】本発明で使用されるマルチ電子カラムのデフレクター型レンズの一実施例を示す平面図である。
【図７】図７−Ａは本発明によるマルチ電子カラムの一実施例の分解斜視図であり、図７−Ｂは本発明によるマルチ電子カラムの他の実施例の分解斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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