[发明专利]来自场发射源的发射参数的确定

说明书

技术领域

本发明涉及场发射带电粒子源，并且特别地涉及用于使用电子束的仪器的电子源。

背景技术

在多种多样的仪器中都使用电子束，所述多种多样的仪器包括电子显微镜、电子束光刻系统、临界尺寸测量工具以及各种其他检查、分析以及处理工具。在大多数仪器中，通过观察电子束与样本的相互作用的结果来获取关于样本的信息。在此类仪器中，由电子源发射电子并形成为射束，其被电子光学镜筒（column）聚焦和指引。电子源通常包括：发射体，从该发射体发射电子；引出（extraction）电极，其从发射体引出电子；以及抑制电极，其抑制远离发射体尖端的电子的不期望发射。理想的电子源产生可以被聚焦至纳米或亚纳米尺度斑点的电子，具有足以提供快速、一致的数据收集或电子束处理的电子流。此类电子源通常以具有发射电子之间的低能量散度（energy spread）、高亮度和长期稳定性为特征。低能量散度减少电子镜筒中的射束的色差，因为色差是由于具有不同能量的电子被聚焦至不同的点而引起的。

为了被从固体表面释放，电子必须克服能量垒。此能量垒的高度被称为材料的“功函数”。电子源可以使用不同类型的发射体，其使用不同的方法来克服功函数。“热离子发射体”被丝极加热以便为电子提供足以克服能量垒并离开表面的热能。“场发射体”至少部分地依赖于电场以便从源拉出电子。

“冷场发射体”使用电场来提供用于电子遂穿能量垒的条件，而不是为电子提供足以穿过该垒的热能。“肖特基发射体”（“SE”）使用降低功函数的涂层材料、用以提供热能的热量以及用以释放电子的电场的组合。SE通常在约1,800卡尔文下操作。肖特基电子源已经变成其中要求高亮度和/或小能量散度的电子光学系统中最广泛使用的源。另一类型的发射体（“热场发射体”）通常在比SE更高的温度下操作，并且与冷场发射体类似地操作，但是仅在高温下以获得增加的发射稳定性。

发射体操作期间的高电场和/或高温导致发射体形状随时间推移而变化。图1A—1C示出了多种多样的发射体形状或“端部形状（end form）”。发射体可能将在1-3年的典型使用寿命期间采取全部的这三个端部形状。发射体端部形状被称为阶段0（图1A）、阶段1（图1B）和阶段2（图1C）。图1中所示的不同晶体小面增长或收缩，促使端部形状的整体形态改变，这接着又促使用于给定引出电压的场改变，并且因此发射特性改变。

可以通过从镜筒移除源并将其安装在具体地设计的昂贵的测试设备中来确定电子源的发射特性。让操作员“就地”确定源的特性（即其中源被安装在聚焦镜筒中（诸如在扫描电子显微镜（“SEM”）或透射电子显微镜（“TEM”）中））当前是不切实际的。当前可用的就地技术需要超过大多数仪器操作员的技能的复杂程序。例如，用于推断SEM中的源亮度的一个当前可用方法需要在虚拟源尺寸受限模式下操作镜筒并测量斑点尺寸。这种技术取决于系统操作员使镜筒对准以获得最佳斑点尺寸且然后进行适当测量的能力。由于不存在用以就地评估SE的状态的准确方法，所以常常以用于零件的显著成本和用于仪器的停机时间过早地移除发射体。