專利名稱：微柱捕獲器及捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子束微柱(micro-column)，特別是涉及微柱捕獲器(extractor)及捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)(aligning)方法，具體地說涉及利用電子發(fā)射源發(fā)射的電子束，比較容易地校準(zhǔn)微米量級(jí)的捕獲器光圈和從微柱電子發(fā)射源探針(tip)發(fā)射的電子的捕獲器及它們的校準(zhǔn)方法。
本發(fā)明涉及通過直接探測電子發(fā)射源發(fā)射的電子束中的電子，確定發(fā)射源及電子束探測器的相對(duì)位置，進(jìn)而確定被測物體的相對(duì)位置的測量系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及通過上述探測電子束，確定被測物體位置并進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，具體地說電子束探測器探測電子發(fā)射源發(fā)射的電子束，確認(rèn)被測物體的相對(duì)位置，進(jìn)而更有效地進(jìn)行一般校準(zhǔn)，并能進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
基于微米大小電子透鏡部件的電子束微柱和校準(zhǔn)原理，二十世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)了用于掃描透射顯微鏡(STM)或遠(yuǎn)程位置微調(diào)節(jié)器的電子發(fā)射源。電子束微柱具有體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，可以產(chǎn)生集中的電子束，不僅能夠改善電子束電流，還能實(shí)現(xiàn)高分辨率，所以廣泛應(yīng)用于電子束平板印刷和電子顯微鏡等領(lǐng)域。
微柱使用的校準(zhǔn)方法是利用準(zhǔn)確的X-Y-Z遠(yuǎn)程位置調(diào)節(jié)器來控制很尖的探針、使用微柱時(shí)電子發(fā)射源探針的位置，利用探針發(fā)射的電子來控制并測定探針位置，其作用與STM類似。
圖1是電子發(fā)射源110和電子光學(xué)柱120的分解結(jié)構(gòu)示意圖。電子發(fā)射源110包括由單晶鎢、碳化鉿或金剛石制成的電子發(fā)射源探針112，或者包括Zr/O/W schottky電子發(fā)射源探針112。電子發(fā)射源的探針112安裝在小型3軸遠(yuǎn)程位置微調(diào)節(jié)器114上。遠(yuǎn)程位置微調(diào)節(jié)器114分別沿X-Y-Z方向，具有數(shù)納米至1mm以上的移動(dòng)范圍。遠(yuǎn)程位置微調(diào)節(jié)器114用于校準(zhǔn)電子光學(xué)柱120和電子發(fā)射源探針112。小型3軸遠(yuǎn)程位置微調(diào)節(jié)器114的尺寸一般約為2×2×1.1cm。
電子光學(xué)柱120一般由包含具有分別數(shù)微米至數(shù)百微米直徑的電極128和捕獲器124的電子透鏡122及電子控制部件組成。捕獲電極124由具有幾微米孔徑的數(shù)微米至數(shù)百微米厚的硅(Si)膜或金屬膜制成。為實(shí)現(xiàn)最佳工作狀態(tài)，電子發(fā)射源探針112需要與捕獲器光圈126靠得非常近，并精確校準(zhǔn)。
捕獲器124與電子發(fā)射源110接近的時(shí)候，校準(zhǔn)電子發(fā)射源探針112和捕獲器光圈126是非常困難的。這個(gè)問題隨著捕獲器光圈126的尺寸和整個(gè)電子光學(xué)柱尺寸的變化將變得更加突出。為了得到良好的校準(zhǔn)狀態(tài)，STM型X-Y遠(yuǎn)程位置調(diào)節(jié)器主要是在真空狀態(tài)下將探針伸到捕獲器電極上面。但是這種接近方法，不能準(zhǔn)確確定電子發(fā)射源探針的位置，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。
所以急需能夠方便、準(zhǔn)確地校準(zhǔn)捕獲器光圈和電子發(fā)射源的方法。以此為背景，曾經(jīng)有人提案過國際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US1999/25430的校準(zhǔn)方法，這種方法使用4個(gè)V型槽，在真空外可以實(shí)現(xiàn)比較精確的校準(zhǔn)，但是如果需要在真空內(nèi)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，就需要其它輔助裝置。
此外，如果長時(shí)間使用電子柱，電子發(fā)射源和捕獲器光圈的校準(zhǔn)將會(huì)發(fā)生變化，但是想要探測這種變化是非常困難的。
此外，對(duì)于像微柱一樣，需要測量和/或校準(zhǔn)的部件很小且要求精度較高時(shí)，就需要反復(fù)進(jìn)行測量和/或校準(zhǔn)。這就需要投入大量的費(fèi)用和時(shí)間進(jìn)行部件的測量及/或校準(zhǔn)。此外，使用過程中確定組裝狀態(tài)并保持這個(gè)狀態(tài)是很難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題而提出，目的是通過捕獲器直接探測電子發(fā)射源發(fā)射的電子束位置，更加方便地校準(zhǔn)微柱捕獲器光圈和電子發(fā)射源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)，即使長時(shí)間使用電子柱也能夠很容易地保證準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。
本發(fā)明目的還在于，提供利用微柱發(fā)射的電子束及其探測原理，即直接探測電子發(fā)射源發(fā)射的電子束，更加容易地對(duì)被測物體進(jìn)行測量或校準(zhǔn)的測量系統(tǒng)及測量方法。
本發(fā)明的目的還在于利用探測到的數(shù)據(jù)，確定電子發(fā)射源和電子束探測器的相對(duì)位置，提供更加簡便的部件校準(zhǔn)方法，甚至自動(dòng)校準(zhǔn)方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的微柱中使用的捕獲器包括能夠使電子發(fā)射源發(fā)射的電子束中的電子形成電流的多個(gè)探測區(qū)域；由截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體形成，并分割上述探測區(qū)域的絕緣部。
本發(fā)明涉及的微柱的捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)方法包括所述捕獲器的各探測區(qū)域探測所述電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的步驟；確認(rèn)探測到的探測區(qū)域的位置及入射的電流量的步驟；根據(jù)確認(rèn)的探測區(qū)域的位置及入射的電流量來計(jì)算捕獲器光圈和電子發(fā)射源之間相對(duì)位置的步驟；根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)來移動(dòng)所述電子發(fā)射源或所述捕獲器，或者同時(shí)移動(dòng)所述電子發(fā)射源和所述捕獲器的步驟。
本發(fā)明利用了即使電子發(fā)射源發(fā)射的電子束沒有準(zhǔn)確與捕獲器光圈校準(zhǔn)，仍有部分電子會(huì)射入捕獲器的事實(shí)，同時(shí)利用了電子束也可以像電流一樣探測電子的流動(dòng)和流量的原理。由捕獲器直接探測上述發(fā)射的電子束，并利用探測的數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程位置調(diào)節(jié)器等裝置對(duì)電子發(fā)射源和捕獲器光圈進(jìn)行校準(zhǔn)。為此，需要在捕獲器上形成能夠準(zhǔn)確確認(rèn)探測到電子束的位置和入射電子量(例如測量電流量)的探測部，本發(fā)明為能夠探測電子發(fā)射源發(fā)射的電子束，對(duì)探測部進(jìn)行分區(qū)，由與電子發(fā)射源方向相對(duì)的金屬板或p-n結(jié)(junction)層制成，大小為微米量級(jí)。只要對(duì)此區(qū)域進(jìn)行精細(xì)的分區(qū)，就可以準(zhǔn)確確認(rèn)電子束入射的位置。利用這個(gè)原理，還可以對(duì)電子發(fā)射源和捕獲器光圈進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明涉及的利用電子束的位置探測系統(tǒng)包括電子發(fā)射源；具有多個(gè)探測區(qū)域和絕緣部的電子束探測器，其中通過所述多個(gè)探測區(qū)域能夠傳導(dǎo)電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的電子，所述絕緣部包括截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體，并且所述絕緣部分割所述多個(gè)探測區(qū)域；傳導(dǎo)入射到各探測區(qū)域中的電子的連接部；通過連接部與各探測區(qū)域相連，測量各探測區(qū)域探測到的電子束量的探測部。
本發(fā)明涉及的利用電子束探測的位置測量方法包括將電子發(fā)射源提供給被測對(duì)象的第一側(cè)的步驟；并將能夠探測發(fā)射的電子束的電子束探測器提供給被測對(duì)象的第二側(cè)的步驟，所述電子束探測器包含能夠傳導(dǎo)電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的多個(gè)探測區(qū)域及截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體形成并分割探測區(qū)域的絕緣部；各探測區(qū)域探測上述電子發(fā)射源發(fā)射的電子的步驟；在上述電子束探測器確認(rèn)探測到的電子在各探測區(qū)域的位置，并測量入射到各探測區(qū)域中電子束量的步驟；利用探測到的電子在各探測區(qū)域的位置及各電子入射量的測量數(shù)據(jù)來計(jì)算第一側(cè)和第2方相對(duì)位置的步驟。
本發(fā)明涉及的利用電子束探測的校準(zhǔn)方法，包括將電子發(fā)射源提供給校準(zhǔn)對(duì)象的第一側(cè)的步驟；并將能夠探測發(fā)射的電子束的電子束探測器提供給校準(zhǔn)對(duì)象的第二側(cè)的步驟，所述電子束探測器包含能夠傳導(dǎo)電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的多個(gè)探測區(qū)域及截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體形成并分割探測區(qū)域的絕緣部；各探測區(qū)域探測上述電子發(fā)射源發(fā)射的電子的步驟；在上述電子束探測器確認(rèn)探測到電子的各探測區(qū)域的位置，并測量入射到各探測區(qū)域中電子束量的步驟；利用探測到電子的各探測區(qū)域的位置及各電子入射量的測量數(shù)據(jù)計(jì)算第一側(cè)和第二側(cè)相對(duì)位置的步驟；根據(jù)確認(rèn)的相對(duì)位置，移動(dòng)第一側(cè)或第二側(cè)，或者同時(shí)移動(dòng)第一側(cè)及第二側(cè)的步驟。
本發(fā)明涉及的利用電子束探測的探測系統(tǒng)及方法，直接采用了前面說明的捕獲器及利用捕獲器校準(zhǔn)的原理，通過電子束探測器的探測區(qū)域探測到的電子束位置和入射到各探測區(qū)域的電流量確認(rèn)電子發(fā)射源和電子束探測器之間的相對(duì)位置。
這種由電子束探測器直接探測發(fā)射的電子束并利用此探測數(shù)據(jù)的原理與前面說明的電子束微柱使用的技術(shù)原理相同，而且更加精密。根據(jù)本發(fā)明，如果通過電子束微柱的遠(yuǎn)程位置調(diào)節(jié)器等裝置來校準(zhǔn)電子發(fā)射源和電子束探測器的相對(duì)位置，電子束探測系統(tǒng)不僅能夠確認(rèn)位置，還能進(jìn)行更加精密的位置控制。


圖1是以往使用的微柱的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明涉及的自動(dòng)校準(zhǔn)方法(automatic alignment method)流程圖。
圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式涉及的微柱捕獲器的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3所示實(shí)施方式的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖3所示的電子發(fā)射源發(fā)射的電子射入捕獲器的簡略平面示意圖。
圖6是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式涉及的微柱捕獲器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明涉及的電子束探測器的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是圖7所示實(shí)施方式的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是圖7所示實(shí)施方式中的電子束射入的平面示意圖。
圖10是圖7所示實(shí)施方式的一種變例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是圖7所示實(shí)施方式的另一種變例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明如下。
附圖所示為本發(fā)明實(shí)施方式，并非為了限定發(fā)明范圍，附圖中相同的編號(hào)代表類似的部件。
如圖2至圖4所示，圖2是本發(fā)明涉及的自動(dòng)校準(zhǔn)捕獲器光圈和電子發(fā)射源的流程圖，按順序給出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明校準(zhǔn)的各個(gè)步驟。圖3是本發(fā)明實(shí)施方式涉及的微柱捕獲器的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3中涉及的實(shí)施方式的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。捕獲器210包括位于其中心的捕獲器光圈211、被以捕獲器光圈211為中心的呈直角的4個(gè)由絕緣體或低摻雜半導(dǎo)體形成的絕緣部213分為4個(gè)區(qū)域的探測區(qū)域212。每個(gè)探測區(qū)域212與對(duì)應(yīng)的探測器230通過導(dǎo)線220相連。探測區(qū)域212的底部由例如低摻雜的硅等低摻雜的半導(dǎo)體層215組成。探測區(qū)域212包括導(dǎo)電性好的金屬等導(dǎo)體層或高摻雜的硅等半導(dǎo)體層。本實(shí)施方式中以導(dǎo)線220作為連接部，其作用只是將入射到探測區(qū)域212的電子束中的電子輸送到探測器230。探測器230確認(rèn)連接部發(fā)送來的電流并測量電流量，可以使用電流表。絕緣部213位于各探測區(qū)域212之間，主要是截?cái)嗷驕p少各探測區(qū)域212之間的電子流動(dòng)。絕緣部213的寬度取決于電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束的直徑等因素。即使電子束入射到絕緣部213，在與絕緣部213相鄰的探測區(qū)域212中也能在一定程度上探測到散射的電子束，并能通過相應(yīng)的探測器230確認(rèn)，所以絕緣部213的寬度能夠使相鄰的探測區(qū)域212確認(rèn)電子束的存在即可，因此絕緣部213的寬度根據(jù)使用系統(tǒng)的電子發(fā)射源110和需要校準(zhǔn)的對(duì)象不同而有所不同。但是一般都將絕緣部213的寬度定得盡可能小，原因是絕緣部213通過電子束被充電(charging)后在某個(gè)瞬間可能會(huì)放電(discharging)。因此，形成絕緣部213的材料也是選取不容易被電子束充電的低摻雜的硅等半導(dǎo)體材料。所選材料不同時(shí)，寬度也會(huì)有所不同，一般取能夠截?cái)嗷驕p少探測區(qū)域212之間電子流動(dòng)的最小寬度。因此，一般可以用已知的低摻雜的硅等半導(dǎo)體材料組成絕緣部213。
圖5給出了電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束入射到圖3所示的捕獲器210中的狀態(tài)。參照?qǐng)D5，對(duì)本發(fā)明涉及的捕獲器210進(jìn)行說明如下電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束入射到捕獲器210的左上方探測區(qū)域212a。左上方探測區(qū)域212a對(duì)應(yīng)的探測器230a探測到電流并測量電流量。這樣就能知道電子束入射到哪個(gè)探測區(qū)域212以及入射量是多少。如果電子束同時(shí)入射上方左右兩個(gè)探測區(qū)域212a、212b，探測器230a、230b將分別探測到電流并記錄電流量。如果電子束入射到捕獲器光圈211的中心附近，探測區(qū)域212a、212b、212c、212d分別對(duì)應(yīng)的探測器230a、230b、230c、230d將分別探測到電流并記錄電流量。
圖6是圖3所示實(shí)施方式的另一種變例，探測區(qū)域相比圖3所示實(shí)施方式的探測區(qū)域分得更細(xì)，并且包括p-n結(jié)的各探測區(qū)域212比一般導(dǎo)體更加容易確認(rèn)電流及電流量。在圖6中，捕獲器310使用了由編號(hào)為312的p型半導(dǎo)體物質(zhì)、編號(hào)為314的n型半導(dǎo)體物質(zhì)、以及編號(hào)為313的擴(kuò)散部(diffusion)組成的典型的p-n結(jié)，與各p-n結(jié)對(duì)應(yīng)的探測器330仍然通過導(dǎo)線320連接。每個(gè)p-n結(jié)通過絕緣部315分隔。
本發(fā)明涉及的捕獲器光圈211和電子發(fā)射源110校準(zhǔn)方法，無論使用哪種捕獲器210、310，其原理都十分相似，可以通過圖2及圖3-5所示的實(shí)施方式說明如下。
對(duì)于本發(fā)明涉及的捕獲器光圈211和電子發(fā)射源110的校準(zhǔn)方法，參照?qǐng)D2的流程圖及圖5，電子發(fā)射源110發(fā)射的電子在左上方探測區(qū)域212a被探測到。于是探測器230a確認(rèn)電流并記錄電流量。如果通過移動(dòng)捕獲器210進(jìn)行校準(zhǔn)，則將捕獲器210向左側(cè)和上方移動(dòng)一定距離。如果電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211仍沒有準(zhǔn)確校準(zhǔn)，在同一個(gè)和/或其它探測區(qū)域212將會(huì)探測到電子。如果在同一個(gè)探測區(qū)域探測到電子，則捕獲器繼續(xù)移動(dòng)一定距離，然后重復(fù)此過程。如果在其它探測區(qū)域探測到電子，則向相反方向，以小于先前的移動(dòng)距離移動(dòng)捕獲器。例如，右下方探測區(qū)域探測到電子，則向右側(cè)和下方移動(dòng)捕獲器，移動(dòng)的距離分別小于先前各方向移動(dòng)的距離。重復(fù)此過程，則電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束終將以橫向或縱向的某個(gè)絕緣部213為中心分布或穿過捕獲器光圈211的中心。如果電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束在橫向或縱向被包括絕緣部213在內(nèi)的多個(gè)探測區(qū)域212a、212b同時(shí)探測到，則將捕獲器210沿捕獲器光圈211的中心軸的縱向向上移動(dòng)，使電子發(fā)射源110能夠位于捕獲器光圈211的中心。通過該移動(dòng)，如果在捕獲器210的反方向包括絕緣部213在內(nèi)的多個(gè)探測區(qū)域212c、212d探測到電子，則再向反方向以小于先前移動(dòng)的距離移動(dòng)捕獲器210。繼續(xù)重復(fù)此過程，就能校準(zhǔn)捕獲器光圈211的中心與電子發(fā)射源110。雖然上面只用移動(dòng)捕獲器210的方法進(jìn)行了說明，但由于我們關(guān)心的是捕獲器210和電子發(fā)射源110的相對(duì)位置，所以移動(dòng)電子發(fā)射源110或同時(shí)沿規(guī)定方向以規(guī)定距離移動(dòng)捕獲器210和電子發(fā)射源110，也能達(dá)到同樣的目的。通過反復(fù)上述過程，捕獲器光圈211和電子發(fā)射源110將位于同一軸線上。此后，為調(diào)整捕獲器光圈211和電子發(fā)射源110之間的高度間隔，只需上下移動(dòng)捕獲器210和/或電子發(fā)射源110，這可以通過下面敘述的確認(rèn)電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211的校準(zhǔn)狀態(tài)的方法實(shí)現(xiàn)。
確認(rèn)電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211是否校準(zhǔn)，根據(jù)電子束直徑和捕獲器光圈大小不同，其方法而有所不同。如果捕獲器光圈211比電子束直徑大很多，那么在各探測區(qū)域212將無法探測到電子流動(dòng)，但是由于一般電子發(fā)射源發(fā)射的電子，其分布分散，所以捕獲器210的各探測區(qū)域212探測到的電子流動(dòng)將是均一的。即，各探測器230探測到的電流量將相同，或電流量之差在允許范圍之內(nèi)。由此可以判定電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211將位于同一軸線上。在此基礎(chǔ)上確認(rèn)各探測器230的電流量，就能確認(rèn)捕獲器光圈211和電子發(fā)射源110之間的距離。原因在于，電子束中的電子呈放射狀發(fā)射，在電子束一定的情況下，根據(jù)捕獲器光圈211和電子發(fā)射源110之間的距離不同，探測器230探測到的電流量也將不同。所以只要預(yù)先測好電流量相關(guān)數(shù)據(jù)，就能夠確認(rèn)間距。即，如果探測器230探測到的電流量小于基準(zhǔn)值，只需減小距離，相反則加大距離。
如果電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211沒有校準(zhǔn)，只需重復(fù)進(jìn)行從捕獲器210檢測電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束的步驟到確認(rèn)電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211校準(zhǔn)狀態(tài)的步驟，即可自動(dòng)完成電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211的校準(zhǔn)。
在本實(shí)施方式中，探測區(qū)域212的劃分越細(xì)，電子發(fā)射源110和捕獲器光圈211之間相對(duì)距離的數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確，所需校準(zhǔn)時(shí)間也會(huì)大幅縮短。即，利用根據(jù)探測區(qū)域212記錄的電子射入量而得到的相對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以一次完成水平及豎直方向的校準(zhǔn)。
此外，可以用金屬薄膜下方設(shè)置半導(dǎo)體電路的方法來代替各探測區(qū)域212對(duì)應(yīng)的探測器230，更加簡便地確認(rèn)哪個(gè)探測區(qū)域探測到電子。即，只要捕獲器210包含能夠探測電子流動(dòng)的各種裝置，就可以使用上述方法。
此外，上述捕獲器210、310在附圖中雖然呈矩形，也可以根據(jù)需要制成圓形等其它形狀。
上述電子發(fā)射源和捕獲器光圈的校準(zhǔn)方法及各種捕獲器只不過是具體實(shí)施方式
之一。在上述說明中，第一個(gè)實(shí)施方式涉及的捕獲器探測區(qū)域雖然分成4個(gè)區(qū)域，也可以分成更多的區(qū)域。此外，根據(jù)各區(qū)域探測到的電子束位置，移動(dòng)捕獲器的距離，也是單純的反復(fù)操作，盡管操作者可以事先設(shè)置充足的距離進(jìn)行移動(dòng)，也可以通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行控制移動(dòng)距離，減少各步驟的重復(fù)次數(shù)。第二個(gè)實(shí)施方式涉及的捕獲器，為了確認(rèn)電子入射的位置，采用了測量電流量的方法或利用p-n結(jié)的原理，相比前面的實(shí)施方式縮短了校準(zhǔn)時(shí)間。如上所述，捕獲器探測電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的方法有利用p-n結(jié)原理來探測電子或探測電子入射，一般是由測量電流或利用p-n結(jié)的原理來實(shí)現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以依據(jù)本發(fā)明的詳細(xì)說明提出多種實(shí)施方式。這些方法同樣適用于電子柱。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以以多種形式組成捕獲器，但是自動(dòng)校準(zhǔn)電子發(fā)射源和捕獲器光圈的方法將由本發(fā)明涉及的技術(shù)思想體現(xiàn)。
圖7-9及圖11與圖3至圖6幾乎相同。只不過與捕獲器不同，中央的捕獲器光圈211不是必需的，所以沒有圖示。
參照?qǐng)D7及圖8，圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電子束探測器的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是圖7所示實(shí)施方式的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7及圖8與前面的圖3及圖4的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，即，電子束探測器10與捕獲器210對(duì)應(yīng)，4個(gè)探測區(qū)域11與探測區(qū)域212對(duì)應(yīng)，絕緣部12與絕緣部213對(duì)應(yīng)，導(dǎo)線17與導(dǎo)線220對(duì)應(yīng)。因?yàn)殡娮邮綔y器10的中心不需要通過電子束，所以在中心位置沒有光圈。除捕獲器光圈211以外，其結(jié)構(gòu)完全可以與圖3及圖4所示結(jié)構(gòu)相同。因此，對(duì)探測區(qū)域11、導(dǎo)線17、探測器19、絕緣部12的說明適用于圖3及圖4的說明，因此不再贅述。至于絕緣部12的放電，由于是瞬間行為，即使忽略探測器19探測的瞬間電流量變化，也不會(huì)有什么問題。
圖9是表示圖7中電子發(fā)射源(沒有圖示)發(fā)射的電子束入射到電子束探測器10的狀態(tài)，幾乎與圖5相同。本發(fā)明涉及的電子束探測器系統(tǒng)可以參照?qǐng)D9進(jìn)行說明，這同樣與圖5中進(jìn)行的說明相同，這里也不再贅述。圖9中沒有給出電子發(fā)射源，電子發(fā)射源可以使用一般的電子槍。如圖9所示，電子發(fā)射源只要能夠發(fā)射一定的圓錐形電子束即可，但是為了超小型、超精密的位置確認(rèn)和/或控制，一般都采用電子束微柱中使用的電子發(fā)射源。
圖10是圖7中實(shí)施方式的變例，為減小電子束探測器10的尺寸，探測區(qū)域11之間用絕緣部12分開。即，探測區(qū)域11之間與絕緣部一起連接，可以最小化本發(fā)明涉及的電子束探測器10的尺寸。此外，如圖10所示形成捕獲器的光圈，就可以制成如圖10所示的結(jié)構(gòu)。
圖11是圖7所示實(shí)施方式的另一種變例，與圖6對(duì)應(yīng)。探測區(qū)域比圖7所示實(shí)施方式的探測區(qū)域分得更細(xì)，各探測區(qū)域11使用了比一般導(dǎo)體更容易確認(rèn)電流及電流量的p-n結(jié)。
在圖11中電子束探測器20使用了由編號(hào)為21的p型半導(dǎo)體物質(zhì)、編號(hào)為23的n型半導(dǎo)體物質(zhì)、編號(hào)為22的擴(kuò)散部(diffusion)組成的典型的p-n結(jié)，與各p-n結(jié)對(duì)應(yīng)的探測器29通過導(dǎo)線27連接。各p-n結(jié)之間由絕緣部25區(qū)分開。
本發(fā)明涉及的利用電子束探測器10、20進(jìn)行位置測定及控制或校準(zhǔn)的方法，無論使用哪種電子束探測器10、20，其原理都非常類似。因而可以用圖7及圖8所示的實(shí)施方式進(jìn)行說明，而且與圖3及圖4中說明相同或類似。下面的說明中，測量或校準(zhǔn)對(duì)象及電子發(fā)射源都沒有圖示。實(shí)際使用過程中，電子發(fā)射源應(yīng)該固定在測量或校準(zhǔn)對(duì)象的第一側(cè)，電子束探測器應(yīng)該固定在第二側(cè)。為方便說明被測物體的相對(duì)位置確認(rèn)及校準(zhǔn)方法，我們以第一側(cè)為電子發(fā)射源，第二側(cè)為電子束探測器的情形為例進(jìn)行位置確認(rèn)和校準(zhǔn)。被測物體及本發(fā)明的電子發(fā)射源、電子束探測器的固定可以是永久固定也可以是臨時(shí)固定。如果使用微柱技術(shù)，電子發(fā)射源及電子束探測器將會(huì)特別小，甚至可以達(dá)到微米水平，所以永久固定也會(huì)變得比較簡單。當(dāng)然，也可以使用夾具進(jìn)行臨時(shí)固定，但是為了連續(xù)的測量和校準(zhǔn)，一般都采用粘接、螺釘、夾具等進(jìn)行永久固定。
如圖8所示，電子發(fā)射源發(fā)射的電子在左上方探測區(qū)域11a被探測到。探測器19a確認(rèn)電流及電流量。據(jù)此，可以通過移動(dòng)電子發(fā)射源和/或電子束探測器10進(jìn)行電子發(fā)射源和電子束探測器10的校準(zhǔn)，所述移動(dòng)可以使用合適的位置移動(dòng)器完成。如果使用微柱的遠(yuǎn)程距離調(diào)節(jié)器等位置移動(dòng)器，可以進(jìn)行超小型、超精密的位置移動(dòng)。下面將以移動(dòng)電子束探測器10的情形進(jìn)行說明。這種情況下將電子束探測器10向左側(cè)和上方移動(dòng)一定距離。如果電子發(fā)射源110和電子束探測器10的中心還沒有校準(zhǔn)，那么在同一個(gè)和/或其它探測區(qū)域11仍將探測到電子。如果被同一個(gè)探測區(qū)域探測到，電子束探測器可以繼續(xù)移動(dòng)一定距離，然后重復(fù)此過程。如果被其它探測區(qū)域探測到，則以小于先前的移動(dòng)距離向反方向移動(dòng)電子束探測器。例如，在右下方探測區(qū)域11c探測到電子，則電子束探測器10將向右側(cè)和下方移動(dòng)。重復(fù)進(jìn)行此過程，電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束將在橫向或縱向落到某個(gè)絕緣部12的中心位置，或落到電子束探測器10的中心。如果電子發(fā)射源110發(fā)射的電子束在橫向或縱向被包括絕緣部12在內(nèi)的多個(gè)探測區(qū)域11同時(shí)探測到，則將電子束探測器10沿電子束探測器10的中心的移動(dòng)，使電子發(fā)射源110能夠位于電子束探測器10的中心。
通過該移動(dòng)，如果在電子束探測器10反方向的包括絕緣部12在內(nèi)的多個(gè)探測區(qū)域11探測到電子，則再向反方向以小于先前移動(dòng)距離移動(dòng)電子束探測器10。繼續(xù)反復(fù)此過程，就能校準(zhǔn)電子束探測器10的中心與電子發(fā)射源110。雖然上面用移動(dòng)電子束探測器10的方法進(jìn)行說明，但由于我們關(guān)心的是電子束探測器10和電子發(fā)射源110的相對(duì)位置，所以移動(dòng)電子發(fā)射源或同時(shí)沿規(guī)定方向以規(guī)定距離移動(dòng)電子束探測器10和電子發(fā)射源110，也能達(dá)到同樣的目的。通過反復(fù)上述方法，電子發(fā)射源將位于電子束探測器的中心位置。
確認(rèn)電子發(fā)射源和電子束探測器10是否校準(zhǔn)時(shí)，由于電子發(fā)射源發(fā)射的電子具有分散的分布，電子束探測器10的各探測區(qū)域11a、11b、11c、11d探測到的電子流動(dòng)量是均一的。即，各探測器19a、19b、19c、19d測量的電流量相同或其差值在允許范圍以內(nèi)。這樣就可以確認(rèn)電子發(fā)射源和電子束探測器10的中心位于同一軸線上。
在此狀態(tài)下，確認(rèn)各探測器19記錄的電流量時(shí)，可以確認(rèn)電子束探測器10的中心和電子發(fā)射源之間的距離。當(dāng)然，由于在本實(shí)施方式中探測區(qū)域11分為4個(gè)區(qū)域，確認(rèn)距離可能會(huì)變得困難一些。但是只要電子束探測器10的各探測區(qū)域11分得足夠細(xì)，由于一般來說電子束中電子以放射狀分布，在電子束均一的情況下，根據(jù)電子束探測器10中心和電子發(fā)射源之間的距離不同，探測器19探測到的電流量及探測到的探測區(qū)域11的數(shù)量也會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)各探測區(qū)域11中入射的電子量也會(huì)發(fā)生變化，所以只要預(yù)先確定電子束的特性，就可以對(duì)此進(jìn)行確認(rèn)。如果在電子束探測器中心形成一個(gè)洞，只用4個(gè)探測區(qū)域也能進(jìn)行確認(rèn)。原因在于各探測區(qū)域11測量的電流量根據(jù)電子束探測器10與電子發(fā)射源之間的距離不同，通過電子束探測器10中心孔的電子量也會(huì)不同，只要預(yù)先確定有關(guān)電流量的數(shù)據(jù)，足可以確定豎直間隔的校準(zhǔn)狀態(tài)。即，如果探測器230探測到的電流量小于基準(zhǔn)值，只需減小距離，相反則加大距離。所以根據(jù)與高度相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以通過上下移動(dòng)電子束探測器10和/或電子發(fā)射源，調(diào)節(jié)電子束探測器10和電子發(fā)射源之間的高度間隔。
至于自動(dòng)校準(zhǔn)方法，是通過移動(dòng)電子發(fā)射源和/或電子束發(fā)射器以后確認(rèn)電子發(fā)射源和電子束探測器10的校準(zhǔn)狀態(tài)，如果沒有校準(zhǔn)，則利用電子發(fā)射源發(fā)射的電子束和電子束探測器10之間的位置數(shù)據(jù)，繼續(xù)重復(fù)上述過程，這樣就能自動(dòng)完成電子發(fā)射源和電子束探測器10中心的校準(zhǔn)。
通過上述校準(zhǔn)方法，可以對(duì)被測物體進(jìn)行X-Y-Z三軸校準(zhǔn)或位置控制。本發(fā)明涉及的實(shí)施方式中探測區(qū)域劃分得越細(xì)，關(guān)于電子發(fā)射源和電子束探測器之間相對(duì)位置的數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確，不僅可以提高精度而且還能縮短時(shí)間。即，利用測量各探測區(qū)域確認(rèn)的電子入射量得到的相對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以一次完成水平及豎直方向的校準(zhǔn)。此外，電子束探測器的傾斜度發(fā)生變化時(shí)，各探測區(qū)域的電子入射量和電子束探測器探測到的探測區(qū)域數(shù)量也會(huì)發(fā)生變化，因此還可以調(diào)整傾斜度。
此外，可以用金屬薄膜等下方設(shè)置半導(dǎo)體電路的方法來代替各探測區(qū)域11對(duì)應(yīng)的探測器19，更加簡便地確認(rèn)哪個(gè)探測區(qū)域探測到電子。即，只要電子束探測器10包含能夠感應(yīng)電子流動(dòng)的各種裝置，就可以使用上述方法。
此外，在附圖中上述電子束探測器10、20雖然呈矩形，也可以根據(jù)需要制成圓形等其它形狀。
上述的利用電子發(fā)射源和電子束探測器的探測系統(tǒng)及探測方法、校準(zhǔn)方法只不過是一種實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的詳細(xì)說明，提出多種實(shí)施方式。即，可以使用能夠?qū)⑻綔y區(qū)域探測的電子量準(zhǔn)確地輸送到探測器的其它材料，此外探測區(qū)域與探測器之間的連接也可以用接觸式直接連接來替代導(dǎo)線連接，還可以轉(zhuǎn)換成其它信號(hào)經(jīng)過放大在探測部確認(rèn)相對(duì)電流量等等。即，本發(fā)明涉及的系統(tǒng)及方法，可以根據(jù)本發(fā)明體現(xiàn)的技術(shù)思想，根據(jù)實(shí)際情況有多種變形結(jié)構(gòu)和方法。上述說明中圖7所示的實(shí)施方式中電子束探測器的探測區(qū)域分成了4個(gè)區(qū)域，但是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的具體情況，也可以分為更多個(gè)區(qū)域。而且，如果預(yù)先準(zhǔn)備好與各探測區(qū)域探測到的位置和電流量相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以利用這些數(shù)據(jù)更加容易地確定被測物體的相對(duì)位置及移動(dòng)距離，還可以利用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出更加精密的相對(duì)位置和移動(dòng)距離，進(jìn)而在校準(zhǔn)時(shí)能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算移動(dòng)距離，減少重復(fù)次數(shù)。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明涉及微柱的捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)方法及捕獲器。利用本發(fā)明涉及的新型捕獲器可以自動(dòng)完成捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)。由于在以往校準(zhǔn)方法基礎(chǔ)上，不對(duì)捕獲器光圈和電子發(fā)射源探針進(jìn)行校準(zhǔn)，而單純地使電子發(fā)射源發(fā)射的電子束準(zhǔn)確通過捕獲器光圈，所以在微柱工作時(shí)，電子發(fā)射源探針發(fā)射的電子的中心軸能夠準(zhǔn)確地通過捕獲器光圈的中心軸，可以最大化電子柱的效率，同時(shí)校準(zhǔn)變成方便的自動(dòng)方式，可以節(jié)減電子柱工作準(zhǔn)備時(shí)間和使用費(fèi)用。
此外，還能夠探測到由于長時(shí)間使用電子柱而產(chǎn)生的電子發(fā)射源和捕獲器光圈的校準(zhǔn)變化，并進(jìn)行準(zhǔn)確校準(zhǔn)。
利用本發(fā)明涉及的系統(tǒng)及方法，能夠更加容易地確定被測物體的相對(duì)位置和/或校準(zhǔn)。而且還能進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。此外，如果將本發(fā)明涉及的系統(tǒng)固定在被測物體上使用，可以實(shí)時(shí)地確定被測物體相對(duì)位置并進(jìn)行控制，所以對(duì)于被測物體相對(duì)位置隨時(shí)間變化的情形也能方便地進(jìn)行控制。
雖然本發(fā)明限定在具體實(shí)施方式
進(jìn)行了說明，這只不過是具體實(shí)例，并非限定發(fā)明范圍，本發(fā)明范圍在不超過權(quán)利要求書范圍的前提下可以進(jìn)行相應(yīng)的修正和變形。
權(quán)利要求
1.一種微柱捕獲器，其特征是，包括能夠使電子發(fā)射源發(fā)射的電子束中的電子入射并且電傳導(dǎo)的多個(gè)探測區(qū)域；由截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體形成，并分割上述探測區(qū)域的絕緣部。
2.如權(quán)利要求1所述的微柱捕獲器，其特征是，所述探測區(qū)域由金屬等導(dǎo)體或高摻雜半導(dǎo)體形成。
3.如權(quán)利要求1所述的微柱捕獲器，其特征是，所述各探測區(qū)域包括p-n結(jié)。
4.一種微柱的捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)方法，其特征是，所述方法包括在上述權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的捕獲器的各探測區(qū)域探測所述電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的步驟；確認(rèn)探測到電子的探測區(qū)域的位置及入射的電流量的步驟；根據(jù)確認(rèn)的探測到電子的探測區(qū)域的位置及入射的電流量，計(jì)算所述捕獲器光圈和電子發(fā)射源之間相對(duì)位置的步驟；根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)，移動(dòng)所述電子發(fā)射源或所述捕獲器，或同時(shí)移動(dòng)所述電子發(fā)射源和所述捕獲器的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的微柱的捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)方法，其特征是所述方法還包括將所述計(jì)算步驟上計(jì)算的數(shù)據(jù)和事先計(jì)算的電子發(fā)射源和捕獲器光圈的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的步驟，如果所述電子發(fā)射源和所述捕獲器光圈沒有校準(zhǔn)，則返回所述探測步驟重新開始，直到電子發(fā)射源和捕獲器光圈完成校準(zhǔn)，才結(jié)束校準(zhǔn)過程。
6.一種利用電子束探測的位置探測系統(tǒng)，包括電子發(fā)射源；具有多個(gè)探測區(qū)域和絕緣部的電子束探測器，其中通過所述多個(gè)探測區(qū)域能夠傳導(dǎo)電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的電子，絕緣部包括截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體，并且所述絕緣部分割所述多個(gè)探測區(qū)域；傳導(dǎo)入射到所述各探測區(qū)域中的電子的連接部；通過所述連接部與所述各探測區(qū)域相連，測量所述各探測區(qū)域探測到的電子束量的探測部。
7.如權(quán)利要求6所述的利用電子束探測的位置探測系統(tǒng)，其特征是，所述探測區(qū)域包括金屬等導(dǎo)體或高摻雜半導(dǎo)體。
8.如權(quán)利要求6所述的利用電子束探測的位置探測系統(tǒng)，其特征是，所述各探測區(qū)域包括p-n結(jié)。
9.一種利用電子束探測的位置探測方法，所述方法包括將電子發(fā)射源提供給被測對(duì)象的第一側(cè)的步驟；將能夠探測發(fā)射的電子束的電子束探測器提供給被測對(duì)象的第二側(cè)的步驟，所述電子束探測器包含能夠傳導(dǎo)電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的電子的多個(gè)探測區(qū)域，及包括能夠截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體并分割所述各探測區(qū)域的絕緣部；探測各探測區(qū)域中由所述電子發(fā)射源發(fā)射的電子的步驟；在所述電子束探測器上確認(rèn)探測到電子的探測區(qū)域的位置，并測量入射到各探測區(qū)域中的電子束量的步驟；和利用探測到電子的各探測區(qū)域的位置及各電子入射量的測量數(shù)據(jù)來計(jì)算第一側(cè)和第二側(cè)相對(duì)位置的步驟。
10.一種利用電子束探測的校準(zhǔn)方法，所述方法包括將電子發(fā)射源提供給校準(zhǔn)對(duì)象的第一側(cè)的步驟；將能夠探測發(fā)射的電子束的電子束探測器提供給校準(zhǔn)對(duì)象的第二側(cè)的步驟，所述電子束探測器包含能夠傳導(dǎo)所述電子發(fā)射源發(fā)射的電子束的電子的多個(gè)探測區(qū)域，及截?cái)嚯娏鞯慕^緣體或減少電子流動(dòng)的低摻雜半導(dǎo)體形成并分割所述探測區(qū)域的絕緣部；探測各探測區(qū)域中由所述電子發(fā)射源發(fā)射的電子的步驟；在所述電子束探測器上確認(rèn)探測到電子的各探測區(qū)域的位置，并測量入射到各探測區(qū)域中電子束量的步驟；利用探測到電子的各探測區(qū)域的位置及電子入射量的測量數(shù)據(jù)來計(jì)算第一側(cè)和第二側(cè)相對(duì)位置的步驟；和根據(jù)確認(rèn)的相對(duì)位置，移動(dòng)上述第一側(cè)或第二側(cè)，或者同時(shí)移動(dòng)第一側(cè)及第二側(cè)的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的利用電子束探測的校準(zhǔn)方法，其特征是所述方法還包括將所述第一側(cè)和第二側(cè)的相對(duì)位置數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的相對(duì)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的步驟，如果所述電子發(fā)射源和電子束探測器沒有校準(zhǔn)，則從探測步驟重新開始，直到所述電子發(fā)射源和電子束探測器校準(zhǔn)完畢，才結(jié)束校準(zhǔn)過程。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微柱捕獲器及捕獲器光圈和電子發(fā)射源的校準(zhǔn)方法。本發(fā)明還提供了一種利用所述校準(zhǔn)原理的探測系統(tǒng)、探測方法和校準(zhǔn)方法。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1754245SQ200380107967
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者金浩燮, 安承濬, 金大旭 申請(qǐng)人:電子線技術(shù)院株式會(huì)社