[發明專利]電子槍及電子顯微鏡

在審

• 申請號: 201980061438.1
• 申請日: 2019-09-28
• 公開（公告）號: CN112740355A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 勇-霍·亞歷克斯·莊;銀英·肖-李;E·加西亞-貝里奧斯;約翰·費爾登;長尾昌善
• 申請（專利權）人: 科磊股份有限公司;國立研究開發法人產業技術綜合研究所
• 主分類號: H01J37/073
• 分類號: H01J37/073;H01J37/04
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉麗楠

本發明揭示一種用于電子顯微鏡或類似裝置的電子槍，其包含：場發射器陰極，其具有從單晶硅襯底的輸出表面延伸的場發射器突出部；及電極，其經配置以增強來自所述場發射器突出部的尖端部分的電子發射以產生主電子束。連續SiC薄層使用最小化所述SiC層中的氧化及缺陷的過程直接安置于所述場發射器突出部的至少所述尖端部分上。任選柵極層可被放置于所述場發射器尖端部分的高度、略低于或略高于所述高度以實現高發射電流及所述主發射束的快速及精確控制。所述場發射器可經p型摻雜且經配置以在反向偏壓模式中操作，或所述場發射器可經n型摻雜。

相關申請案

本申請案主張2019年9月11日申請的標題為“電子槍及電子顯微鏡(ELECTRON GUNAND ELECTRON MICROSCOPE)”的第16/568,110號美國專利申請案的優先權。本申請案還主張2018年10月12日申請且以引用的方式并入本文中的標題為“電子源(ELECTRON SOURCE)”的第62/744,890號美國臨時專利申請案的優先權。本申請案還主張2019年8月12日申請且以引用的方式并入本文中的標題為“電子槍及電子顯微鏡(ELECTRON GUN AND ELECTRONMICROSCOPE)”的第62/885,624號美國臨時專利申請案的優先權。

技術領域

本公開大體上涉及適用于掃描電子顯微鏡、電子束光刻系統及適用于檢視且檢驗樣本的其它系統(例如，光掩模、分劃板及半導體晶片)中的電子槍。特定來說，本公開涉及利用冷電子場發射器的電子槍，且涉及包含這些電子槍的檢視及檢驗系統。

背景技術

集成電路行業需要具有越發高的敏感度的檢驗工具來檢測約發小的缺陷及粒子，所述缺陷及粒子的大小可為幾十納米(nm)或更小。這些檢驗工具必須高速操作以便在短時段中檢驗光掩模、分劃板或晶片的面積的至少一大部分。例如，在IC生產期間執行的高速檢驗通常花費一個小時或更少。為研究及開發(RD)或故障排除目的執行的更詳細高速檢驗可花費最多幾個小時。高速檢驗工具使用具有比受關注表面缺陷或粒子的尺寸更大的像素或光點大小的入射能量束掃描樣本表面且監測從樣本表面偏轉的能量數量，借此通過偏轉能量的數量中的較小改變檢測表面缺陷或非所要粒子。最通常在使用配合超紫外線(UV)光源操作的檢驗工具的生產中執行高速檢驗。可使用電子槍執行在RD中執行的更詳細高速檢驗。

一旦通過高速檢驗發現缺陷或粒子，通常就必須制作更高分辨率的圖像及/或執行材料分析以確定粒子或缺陷的起源或類型。此過程通常被稱為檢視。通常用掃描電子顯微鏡(SEM)執行檢視。用于半導體制造中的檢視SEM通常需要每天檢視數千個潛在缺陷或粒子，借此檢視SEM需要按允許最多幾秒來可操作地掃描每一缺陷/粒子的速度操作。

電子顯微鏡(例如，SEM)利用電子槍(還稱作電子源)來產生電子束且將電子束引導向目標樣本。熱離子源通常包含由鎢或六硼化鑭(LaB₆)制成的陰極。在熱離子發射期間，當電子熱能足夠高以克服表面勢壘時，電子從材料表面沸騰出。熱離子發射器通常需要高溫(大于1300°K)來操作且具有若干缺點，例如低效率的電力消耗、廣能量散布、短壽命、低電流密度及有限亮度。

雖然熱離子源當前是最常見的市售電子槍類型，但對更高效率的電子槍的需求已驅使肖特基(Schottky)發射器及電子場發射器的開發。

肖特基發射器通常由具有涂覆有氧化鋯(ZrO_X)層的尖端的鎢絲制成，其展現遠低于常規熱離子發射器的功函數(～2.9eV)。肖特基發射器因有效勢壘在經施加外部電場下歸因于圖像電荷效應的降低而展現增強的熱離子發射。然而，熱輔助肖特基發射器需要在高溫(1000K)及高真空(～10^-7托)下操作，且其歸因于高操作溫度而具有比所期望更高的電子發射能量散布。因此，隨著IC特征大小(即，因此，受關注缺陷/粒子大小)持續縮減，肖特基發射器無法提供具有半導體晶片及掩模檢驗、檢視及光刻所需的較低能量散布、較高亮度(輻射)及較高電流密度的電子槍。