具有纳米结构针尖的电子发射体以及使用该电子发射体的电子柱的制作方法

专利名称：具有纳米结构针尖的电子发射体以及使用该电子发射体的电子柱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有纳米结构针尖的电子发射体以及使用该电子发射体的电子
柱；具体而言，涉及一种包括纳米结构针尖的电子发射体，该纳米结构针尖具有从数个纳米
到数十个纳米的管状、柱状、或块状的结构，其由例如纳米碳管(CNT)、氧化锌纳米管(Zn0
纳米管)、氧化锌纳米棒、氧化锌纳米柱、氧化锌纳米线、氧化锌纳米粒子等等所组成；当施
加电压于纳米结构针尖时，因为在纳米结构针尖的末端会形成高电场，所以其可以容易地
发射出电子；且该纳米结构针尖能够容易地与其它电子透镜对准、以及容易地使用。 此外，本发明涉及一种使用该电子发射体所制造的电子柱；具体而言，涉及一种使
用该电子发射体所制造的电子柱，而该电子发射体可以容易地制造成单一电子柱以及多重
电子柱。
背景技术：
涉及本发明的一种用来发射电子的电子发射体，被用来当作用具或设备的电子束 源，例如微型化电子束柱或微柱(microcolumn)。 在20世纪80年代首先提出的微型化电子束柱，其基于电子发射体及微结构电子 光学元件制造，其操作依据扫描式隧道显微镜(STM)的基本原理。微型化电子束柱通过精 确地制造微透镜及组装精密零件以减少光学像差来改善其性能；且通过将多个电子柱并行 或连续地排列，其可用作阵列式多重电子柱。 图1是示出了微型化电子束柱的结构的剖面图。电子发射体、源透镜、偏转器以及 单透镜排列在一个轴上。电子束通过偏转器而被扫瞄。 通常，微柱是微型化电子束柱的一个典型例子，微柱包括电子发射体IO，用来发
射电子；源透镜20，用来使电子发射体10发射出来的电子形成电子束B;偏转器30，用来使
电子束B偏转；以及聚焦透镜40 (单透镜40)，用来使电子束B聚焦在样品S上。 在常规的电子柱或电子显微镜中，电子发射体是基本组件之一，电子发射体的例
子包括场发射体(field emitter, FE)、热发射体(thermal emitter, TE)、作为热场发射体
(TFE)的肖特基发射体(Schottky emitter)等等。理想的电子发射体应具有稳定的电子发
射、高亮度、小的实际射束尺寸、高电流密度发射、低能量发散以及长的生命周期。 电子柱的例子包括单一电子柱和多重电子柱。单一电子柱包括电子发射体和电子
透镜，电子透镜用来控制从电子发射体发射出来的电子束。多重电子柱包括电子发射体的
阵列和电子透镜的阵列，该电子透镜的阵列用来控制从该电子发射体的阵列发射出来的电
子束的阵列。 多重电子柱的例子包括晶圆级电子柱、组合型电子柱以及安装型(mounting type)电子柱。晶圆级电子柱包括电子发射体和电子透镜，该电子发射体具有形成在衬底 (例如半导体晶圆)上的电子发射体针尖的阵列，而该电子透镜具有透镜层，该透镜层具有 形成在晶圆衬底中的开口的阵列。组合型电子柱使用透镜层(其具有开口的阵列)控制从
4每一个电子发射体发射出来的电子束，如同在单一电子柱中一样。安装型电子柱具有外壳， 可将单一 电子柱安装在其中。组合型电子柱的使用，可以采用与晶圆式电子柱相同的方式， 除了该电子发射体被单独地分开的差异。 因此，电子发射体是微柱的一个重要组件，并且在各种使用电子束的领域，例如电 子束微影、电子显微镜、场发射显示器(FED)、扫瞄式场发射显示器(SFED)等中作为电子束 源有很重要的应用。 此外，在电子柱或其它使用电子束的装置或设备的领域中，只有当电子发射体被 精确地对准在电子透镜(特别是源透镜)的光轴中心时，电子柱或使用电子束的装置或设 备才能够展现出最大的性能。为此，电子发射体的针尖必须适当地对准在电子透镜的光轴 上，而且，针尖本身必须沿着电子透镜的光轴相应地制造或形成。当针尖本身并未沿着电子 透镜的光轴而相应地制造或形成时，要校正其它已制造或已形成的针尖是困难的，而且为 了校正已制造或已形成的针尖，需要额外的零件或控制处理。 特别地，在半导体和显示器领域中，元件的结构变得细小，面积则变大。各种使用 电子束的装置日益地被需求，以作为精确及快速地处理、测量和检查这些微结构的技术或 装置；伴随地，多重电子柱日益地被需求，因此，对应于多重电子柱的电子发射体也更加被 需求。 因此，需要一种电子发射体，可满足电子发射体的必要所需功能，而且能够适当地 对准，还能适用在单一电子柱和多重电子柱中。

发明内容
技术问题 因此，将现有技术中所发生的前述问题牢记在心，而提出了本发明。本发明的目的 在于提出一种具有纳米结构针尖的电子发射体，即使在低电压下也能够发射电子，且能够 容易地加以制造及使用，而与使用在电子柱或电子束照射装置中的常规电子发射体有所不 同。 本发明的另一目的在于提出一种方法，可容易地对准、附着及沉积电子发射体的 纳米结构针尖、以及使用该电子发射体的电子柱。 本发明的再一 目的在于提出一种电子发射体，该电子发射体具有能够容易地与电
子透镜对准的纳米结构针尖。 技术方案 为达成前述目的，本发明提出一种电子发射体，包括衬底，其包括形成在该衬底 的预定位置的盲孔(凹面或井)或突出部；催化剂层或附着层，附着于该盲孔或突出部；以 及纳米结构针尖，生长及附着于该催化剂层或附着层上。 在本发明中，纳米结构针尖由选自碳(C)、锌(Zn)、金(Au)、银(Ag)、硅(Si)、钨 (w)、氧(0)等中的至少一个原子所制成。此外，纳米结构针尖可以以具有纳米等级的大小
的纳米管、纳米棒、纳米柱、纳米线、或纳米粒子的形式制成。当施加电压于这样的纳米结 构，在纳米结构的顶端会形成高电场，因此大量的电子可以容易地从其中发射出来。也就 是说，因为纳米大小的材料可容易地发射电子，所以可以使用纳米大小的材料来制造用来
直接发射电子的纳米结构针尖；而经由沉积、生长、或附着处理，这样的纳米结构针尖被使用于电子发射体中。这样的纳米结构的例子包括纳米碳管(CNT)、氧化锌纳米管(Zn0纳米 管)、氧化锌纳米棒、氧化锌纳米柱、氧化锌纳米线、氧化锌纳米粒子、氧化硅(Si0)纳米棒、 金(Au)纳米粒子、铝(Al)纳米粒子、铜(Cu)纳米粒子、镓-锑(Ga-Sb)纳米粒子、氧化铌 (Nb205)纳米管及纳米柱、钯(Pd)纳米管等等。 在电子发射体的制造方法中，首先，通过蚀刻或沉积衬底以形成孔或突出部，接着 在该孔或突出部上形成纳米结构针尖。在这种情况下，该孔或突出部是通过微影处理而形 成膜(membrane)，该膜是薄膜，且光线或激光可通过该膜。此处，膜的厚度并无限制，只要该 纳米结构针尖可以稳定地附着于该膜、且位于该膜下端的透镜孔的形状能够经由通过透镜 开口的光线或激光而加以识别即可。此膜可通过蚀刻或研磨而形成。位于该孔或突出部之 下的衬底的厚度及大小在数个纳米到数十个纳米的间的范围内。优选的是，该孔或突出部 的形状，是对应于电子透镜的孔或开口的形状，例如圆形。该孔或突出部涂有催化剂，而纳 米结构针尖附着或生长于该催化剂上。通过微影处理，纳米结构针尖可以被准确地形成。
纳米结构针尖可使用其它类似的方法沉积在该孔或突出部上。例如，通过只打开 纳米结构针尖将被沉积的部分、并且使用保护材料来保护其它不会被沉积的部分，可沉积 纳米结构针尖。常规的方法可被用作生长纳米结构针尖的方法。此外，生长或蚀刻纳米大 小的材料的常规方法，例如化学气相沉积(CVD)、电弧、蚀刻、沉积等，也可以用来当作纳米 结构针尖的生长方法。此外，使一个已长成的纳米结构针尖附着到该孔或突出部是可能的， 但若考虑到后续的纳米结构针尖的对准，直接生长纳米结构针尖是优选的。因此，已生长或 已附着的纳米结构针尖由一个或多个纳米管、纳米棒、纳米柱、纳米粒子等组成。
优选的是，衬底是以半导体(例如硅)加以掺杂而成为导电的，然后被使用。当衬 底的厚度在数个微米到数十个微米之间的范围中时，该孔可以容易地在衬底中形成。此外， 最好将纳米结构针尖的生长长度加以考虑。 因此，当硅衬底被蚀刻以形成电子发射体时，硅衬底的被蚀刻部分形成了膜的形 状。本发明的电子发射体可能具有与使用在电子柱(例如微柱)中的电子透镜相同的形状。 因此，如同将透镜孔彼此结合的方法，在将电子发射体与电子透镜对准时，可直接使用对准 透镜的方法。 因此，当使用根据本发明的电子发射体时，可使用硅衬底上的透镜的对准方法，而 容易地制造电子柱。此外，施加电压于电子发射体的高掺杂硅部分，以便容易地施加所有的 电压于电子发射体，进而容易地控制电子柱。也可以使用金属膜或一般的膜当作衬底。在 此例中，因为金属膜或一般的膜非常薄，所以光线可以通过它们。 此外，电子发射体通过将纳米结构针尖沉积或附着到薄的硅或金属膜而形成，所 以使用显微镜而让光线通过该膜，可直接观察到纳米结构针尖的位置，因此可以更容易地 将电子发射体与电子透镜的开口对准。 此外，当纳米结构针尖设置于高掺杂硅部分(其通过进一步地蚀刻或沉积金属膜 或高掺杂硅膜而形成)之中，纳米结构针尖设置在硅衬底的U形孔(凹面或井)的中央、并
被周围环境所覆盖，或设置在硅衬底的n形突出部的中央端。当施加电压于纳米结构针尖
时，电压也被施加于高掺杂硅部分，从而在纳米结构针尖的末端形成强电场，因而发射出电 子。特别地，在纳米结构针尖和硅衬底的U形孔的情况下，电压平均地施加于每个地方，且 在U形孔两侧之间的电压用来防止从纳米结构针尖发射出的电子往外发散，因而减小了电子束的发射角。 用来提供纳米管或纳米结构针尖的衬底可以由金属或半导体材料所制成，其可以
是导电材料，经由该导电材料，相同的电压被施加于针尖以及衬底的u形或n形部分。此
处，因为众所皆知的是，硅具有高度可加工性、并且常常被用于蚀刻处理中，所以硅被使用 于本发明的实施例中。 在电子发射体中，若纳米结构针尖的顶端在垂直方向上并未精确地对准，从纳米 结构针尖发射出的电子将无法通过电子透镜的开口或孔。在这种情况下，因为纳米结构针 尖能够使用离子束而在垂直方向上对准，所以使用该电子发射体可容易地制造电子柱。除 了电子柱之外，用作电子束照射装置的电子束设备，也能够使用制造电子柱的相同方法而 加以制造。在使用离子束对准纳米结构针尖时，若将平行离子束垂直地施加于电子透镜、 然后施加电压于电子透镜，则电子透镜如同聚焦透镜一样操作，以使得离子束在纳米结构 针尖被设置的地方聚焦，同时，使用此入射的离子束将纳米结构针尖在垂直方向上对准。另 外，经由电子透镜的孔，将聚焦离子束聚焦在纳米结构针尖上，也可以将纳米结构针尖在垂 直方向上对准。 进一步地，本发明提出一种电子发射体的纳米结构针尖的对准方法，包括将具有 纳米结构针尖的电子发射体与电子透镜层的开口对准，从电子发射体发射出的电子通过该 电子透镜层的开口 ；以及经由该电子透镜层的开口，将离子束垂直地照射于纳米结构针尖。
因此在本发明中，使用具有纳米结构针尖的孔或突出部，将纳米结构针尖与电子 透镜层对准，然后使用离子束重新对准纳米结构针尖。
有益效果 根据本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体能够容易地被对准，因为使用半导 体制造方法可以将纳米结构针尖设置在精确的位置。 此外，因为纳米针尖从硅衬底凸出或凹入，所以通过施加电压于硅衬底的整个高 掺杂硅的部分，根据本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体能够发射出有效的电子，且 能够容易地加以控制。 另外，因为可以在衬底(例如硅晶圆)上形成电子发射体的阵列，所以根据本发明 的具有纳米结构针尖的电子发射体的制造成本低、且很容易使用于多重电子柱。当电子发 射体形成于硅晶圆上时，其被独立地切割成为电子透镜，因此其很容易形成电子发射体，以 用于单一电子柱或多重电子柱。 再者，根据本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体，因为电子发射体可以制造 成电子透镜的形式，所以能够容易地与电子透镜对准，特别是用于微型化电子束柱的电子 透镜，因此，使用电子发射体来制造电子柱的处理可以容易地实施。此外，本发明的电子发 射体能够很容易地用来当作多重电子柱中的电子发射体。


图1是示出了微型化电子束柱的结构的剖面图； 图2是示出了根据本发明的电子发射体100的制造流程的图； 图3是用来解释根据本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体的结构的剖面图； 图4是示出了在电子柱中使用本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体的示例
7的俯视图和剖面图； 图5是示出了在电子柱中使用本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体的示例的俯视图和剖面图，其中该电子柱是多重电子柱； 图6是示出了图5的硅衬底的另一示例的剖面图和俯视图；以及 图7是概念性地示出了用来重新对准本发明的电子发射体的纳米结构针尖的离
子束的照射的剖面图。
具体实施例方式
在下文中，参考附图，本发明的优选实施例将被详细地描述。 图2是示出了使用硅晶圆来制造电子发射体100的流程的图。图2中的(a) (d)示出了使用硅晶圆来沉积纳米结构针尖的流程。此处，俯视图在图2的左侧，而剖面图在图2的右侧。 首先，图2中的(a)是示出了盘状的硅晶圆110的剖面图。以导电硅晶圆110作为衬底，通过在硅晶圆110中形成纳米结构针尖，纳米结构针尖被用作电子发射体的针尖。硅晶圆IIO可以具有数微米(ym)到数百微米的厚度。可以制造成膜的形式的金属板或一般的薄板可以用来当作衬底，以取代硅晶圆。至于非导电衬底，只有针尖所在的部分可以用导体处理、然后被用电线连接(wired)。这样的衬底是有利的，因为其以多重射束结构的形式而加以使用。 图2中的(b)示出了硅晶圆IIO，在其中心形成一个孔130。孔130通过半导体蚀刻处理而形成，孔130的深度必须被适当地设定，使得孔130不会贯穿硅晶圆110。位于孔130底部之下的硅晶圆110的部分的厚度必须像膜一样薄。S卩，位于孔130底部之下的硅晶圆110的部分的厚度不同于硅晶圆110的其余部分的厚度。因此，当激光穿透硅晶圆110时，穿透位于孔130底部之下的硅晶圆110的部分的激光与穿透硅晶圆的其余部分的激光是可区别的。 在图2中的(c)中，催化剂140被放在孔130之中，以使得纳米结构针尖被放置在孔130的底部131上。纳米结构针尖被沉积在催化剂140上。此处，假设纳米结构针尖是纳米粒子针尖，而纳米粒子针尖只能够通过沉积制造。在这种情况下，除了放置催化剂的部分以外，硅晶圆110完全被保护膜所覆盖；而纳米粒子针尖被沉积在催化剂上，然后从硅晶圆IIO移除保护膜，便可制造出纳米粒子针尖。 图2中的(d)示出了硅晶圆IIO，其中纳米结构针尖150被沉积在催化剂140上。在这种情况下，优选的是纳米结构针尖的高度等于或小于硅衬底110的高度。在图2中，绘示有一个纳米结构针尖；但如果有需要，可使用多于一个的纳米结构针尖。一个纳米结构针尖可以使用于电子显微镜、纳米微影术(nanolithogr即hy)等等；几个纳米结构针尖可以使用于扫瞄式场发射显示器(SFED)等等。也就是说，优选地，纳米结构针尖的数目取决于电子发射体的使用范畴的特性。 此外，孔130的形状是圆形，但也可以采用各种多边形。通过将硅衬底110蚀刻成这些形状可形成孔130。优选地，孔130的形状与电子透镜的开口的形状相同，且孔130的大小等于或小于电子透镜的开口的大小。在图2中的(d)中，示出了沉积在催化剂上的纳米结构针尖，但也可以使用已制成的纳米结构针尖，使其附着于如图2中的(c)所示的孔130的底部。 图3是用来解释根据本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体的结构的剖面图。图3中的(a)示出了图2的一般电子发射体100。图3中的(b)示出了电子发射体100，其中因为纳米结构针尖150的数目少或尺寸小，孔130形成在两个阶层中。图3中的(c)示出的电子发射体100与图2的一般电子发射体100不同，其中纳米结构针尖150形成在突出部上。图3中的(d)示出了另一个电子发射体100，其中纳米结构针尖150形成在突出部上。 图3中的(a)和(b)中示出的孔以及图3中的(c)和(d)中示出的突出部可以被使用来在制造电子柱时对准电子透镜或偏转器的开口。纳米结构针尖被设置于孔或突出部的中央。因为纳米结构针尖的尺寸非常小，在使纳米结构针尖与电子透镜的开口对准时，要确认纳米结构针尖的位置是困难的。因此，基于设置有纳米结构针尖的孔或突出部的形状来对准电子透镜的开口，可以容易地使纳米结构针尖与电子透镜的开口对准。如果纳米结构针尖并未精确地设置在孔或突出部的中央，因而产生定位偏差；考虑定位偏差的数据(其根据相对于孔或突出部的偏差)，可将纳米结构针尖与电子透镜的开口加以对准。艮P，根据定位偏差的数据，考虑纳米结构针尖从孔或突出部的中央偏离的角度，可将纳米结构针尖对准而使其位于电子透镜或偏转器的开口的光轴中心。 首先，在图3中的(a)和(b)中，解释了孔130与纳米结构针尖150之间的关系，如果可能，小尺寸的孔130是优选的，因为纳米结构针尖150会被经由孔130的底部131及侧壁所传送的电压所影响。 因此，孔130的大小取决于纳米结构针尖150的大小，而纳米结构针尖150通过沉积、附着或蚀刻而形成于孔130或131的中央。为了确保纳米结构针尖150的准确定位以及孔130的合适大小，可使用电子束微影；而在孔130的大小是微米等级的情况下，可使用光学微影。通过在孔130的中央形成微影图案，然后只在该微影图案上沉积催化剂、仅蚀刻该微影图案、或仅将针尖附着于该微影图案，可在孔130的中央形成纳米结构针尖150，以保持纳米结构针尖150与孔130的侧壁之间的距离。在这种情况下，纳米结构针尖150的高度等于孔130的高度是最佳的；而纳米结构针尖150的高度可以等于或小于所使用的衬底(例如硅衬底110)的高度。 此处，若有需要，根据孔130的大小，孔130可形成于两个阶层之中。并且，孔130形成于三个或更多个阶层之中是可能的，但通常使孔130形成于两个阶层之中是足够的。
在图3中的(c)和(d)中，纳米结构针尖150形成于突出部160的中央上，而不是孔130的中央。也就是说，纳米结构针尖150形成于突出部160的底部161的中央上。特别是，在图3中的(d)中，孔162形成于突出部160的相对侧上，其具有如图3中的(a)和(b)的孔130的相同形状。使孔162形成于突出部160的相对侧上的原因是，使突出部160的厚度减少到和孔130的底部厚度相同的程度。使用关于孔130所使用的相同方法可形成孔162。 图4示出了在电子柱中使用本发明的具有纳米结构针尖的电子发射体的示例。图4的左侧是电子发射体的俯视图，该电子发射体设在具有纳米结构针尖的最底层；而图4的右侧是该电子发射体的剖面图。 在图4中，源透镜200设置在根据本发明的电子发射体100之上。源透镜200包括三个电极层。电极层分别包括高掺杂部分220、240、260，以及硅层210、230、250。电极 层在硅衬底上高度掺杂，以形成一膜，而开口 222形成在该膜的中央，以使得电子束穿透该 膜。最底下的电极层250和260在电子柱中被称为引出器(extractor)，用来使电子发射体 100的纳米结构针尖150能够容易地发射出电子。中间的电极层230和240在电子柱中被 称为加速器(accelerator)，用来使从纳米结构针尖150发射出来的电子加速。最上层的电 极层210和220在电子柱中被称为限制开口 (limiting即erture)，用来使发射出来的电子 形成有效电子束。也就是说，源透镜200主要用来将电子发射体100发射出来的电子转换 成电子束，并且也用来执行聚焦等等。若有需要，可以移除硅层210、230和250。
在源透镜200中，绝缘层300分别插设在电极层之间，绝缘层300例如由耐热玻璃 (Pyrex)制成。此外，绝缘层300 (例如由耐热玻璃制成)也插设在引出器与电子发射体之 间。 图4示出了使用根据本发明的电子发射体的示例。因此，源透镜本身可能与电子 发射体结合，但构成源透镜的电极层可能通过半导体处理而堆迭在电子发射体的硅衬底 上，以满足关于对准及制造所需的方便性。 此外，通过从膜的底下照射光线或激光，可使纳米结构针尖150与源透镜200的开 口 222对准；或者，当从膜往下看源透镜的开口 222时，通过照射经过源透镜200的开口 222 的光线或激光，可使纳米结构针尖150与源透镜200的开口 222对准。特别是，可以使用对 准标记(alignment key)来使纳米结构针尖150与源透镜200的开口 222对准。若使用这 种方法，可以观察到纳米结构针尖150的对准程度。 通过聚焦的离子束(FIB)法，纳米结构针尖150与源透镜200彼此对准。通过使
纳米结构针尖150与源透镜200的光轴对准，可对准纳米结构针尖150。 图4示出了结合电子发射体与源透镜的示例。然而，也可以容易地使电子发射体
与其它电极层对准，而不是与源透镜对准。因此，也可以使FED或SFED的电极层与电子发
射体对准。 图5示出了一个多重电子柱。图5的多重电子柱可使用如同图4的电子柱所使用 的相同方法而加以对准。在图5的电子发射体100中，因为其孔中可能设置有纳米结构针 尖150的阵列，其可使用如同图3中所使用的相同方法而与电子透镜(特别是源透镜)对 准。 图5示出了一个多重电子柱，其包括5个单元电子柱，假设单元电子柱是用来使得 从每一纳米结构针尖发射出来的电子形成电子束的一个组件。在图5中，电子发射体的所 有纳米结构针尖形成在一板子上，并且被施以相同的电压。该板子可能由导体或绝缘材料 制成。当板子由绝缘材料制成时，只有设置有纳米结构针尖的部分可以用导体加以处理，然 后被用电线连接。使用高掺杂的硅层或金属层当作板子是优选的。在这种情况下，由各个 纳米结构针尖发射到样品的电子束具有相同的能量。因此，当需要分别施加不同的电压到 纳米结构针尖时，可通过将纳米结构针尖周围的板子单独地分割开来、或将邻近于电子发 射体的电极层周围的板子单独地分割开来，因而能够分别地施加电压到不同的纳米结构针 尖；因此，使用在每一个纳米结构针尖与邻近的电极层之间的电压差可控制电压的施加。
图6示出了另一个多重电子柱。 与图5不同，图6示出的多重电子柱中，每一个单元电子发射体的硅衬底是被隔绝
10的。因此，硅衬底并非掺杂的、或是部分掺杂而具有绝缘性。此外，如图6如示，掺杂部分 120形成在每一个纳米结构针尖150的衬底中。在图6中，对于每一个单元电子柱，其掺杂 部分120与源透镜200的电极层220、240、260是分别高掺杂的、及分别形成的。此外，在图 6中，因为电极阵列229经由导线223形成于掺杂部分120上，所以电压被分别地施加于各 个单元电子柱。至于电子发射体，其掺杂部分120可以是部分地被形成，而导线和电子阵列 可如同前文而形成。在多重电子柱中，图6的电子发射体是具有优势的，因为其可通过单独 地施加电压到纳米结构针尖而加以控制。 图6的多重电子柱额外设置有另外一层，使得每一个单元电子柱的电极(例如纳 米结构针尖)、对应于纳米结构针尖的引出器等等也可以被控制。 图5或图6的多重电子柱以晶圆的形式制造，然后切割成每一个单元电子柱，使得 切下来的电子柱可以单独地被使用。 在上述范例中，开口或孔的形状可以改变成各种多边形的形状，而硅衬底的形状 也可以改变成各种多边形的形状，例如矩形、正方形等等。 图7是概念性地示出了用来重新对准本发明的电子发射体的纳米结构针尖的离 子束的照射的剖面图。 在图7中，使用离子束照射装置600以垂直于电子束照射装置(例如电子柱)的 光轴方向照射离子束(I)，以在电子发射体的纳米结构针尖的初步对准后，在垂直方向重新 对准纳米结构针尖。当纳米结构针尖在垂直方向上并未被准确地重新对准、或处于一个偏 离光轴的位置时，纳米结构针尖的倾角会根据离子束的方向而改变；使用这种现象可实施 纳米结构针尖的重新对准。在图7中，通过施加电压到电子透镜的每一个电极层，可将离子 束(I)聚焦在纳米结构针尖上。在这种情况下，通过变化地施加电压于中间电极层、而使上 电极层和下电极层接地或施加不同的电压到中间电极层、上电极层和下电极层，也可以将 离子束(I)聚焦在纳米结构针尖上。在这种情况下，具有一个优点，其中纳米结构针尖完全 地与聚焦透镜对准。 在图4到图6中，将三个电极层对准及附着于电子发射体，但是，若有需要，偏转器 或聚焦透镜可以额外地对准及附着(或沉积)。使用透镜式的偏转器作为偏转器是优选的。
工业适用性 根据本发明的电子发射体可用于各种电子柱。电子发射体可用于采用电子束的测 量与及检查设备，例如电子显微镜、表面测量设备、用于表面分析的电子束设备、用于检查 通孔(via-hole)缺陷的电子束设备、微距量测扫瞄式电子显微镜(CD-SEM)、用于检查电性 缺陷的设备、用于检查微电路的断路及短路的设备、阵列检查设备、电子束微影、以及在半 导体与显示器工业领域中需要控制电子束形成的类似装置。
权利要求
一种电子发射体，该电子发射体包括衬底，该衬底包括形成于该衬底的预定位置的盲孔或突出部；以及形成于该盲孔或突出部的表面上的纳米结构针尖。
2. 根据权利要求1所述的电子发射体，其中所述盲孔或突出部的形状对应于电子透镜 的开口或孔的形状，该电子透镜与所述电子发射体对准，而所述盲孔或突出部的大小等于 或小于所述电子透镜的开口或孔的大小。
3. 根据权利要求1或2所述的电子发射体，其中，采用诸如金属层的导体层、诸如硅层 的半导体层、或非导电层作为所述衬底；当所述半导体层由非导电硅制成时，所述半导体层 是部分高掺杂的以覆盖所述纳米结构针尖；所述非导电层具有导电部分以包围所述纳米结 构针尖。
4. 根据权利要求3所述的电子发射体，其中所述半导体层的高掺杂部分或所述非导电 层的导电部分被用电线连接以使得外部电压单独地施加于其上。
5. 根据权利要求1-4中的任一权利要求所述的电子发射体，其中所述纳米结构针尖形 成于所述盲孔中，且所述纳米结构针尖位于所述衬底的上表面之下，从而在所述纳米结构 针尖的周围施加相同的电压。
6. 根据权利要求1-5中的任一权利要求所述的电子发射体，其中所述盲孔或突出部具 有10微米或更小的厚度，并且形成膜。
7. 根据权利要求1-6中的任一权利要求所述的电子发射体，其中，在所述盲孔或突出 部上形成催化剂层、附着层或蚀刻层，且所述纳米结构针尖生长、附着或突出于所述催化剂 层、所述附着层或所述蚀刻层上。
8. 根据权利要求1-7中的任一权利要求所述的电子发射体，其中所述衬底包括两个 或更多个盲孔或突出部，且在所述两个或更多个盲孔或突出部上分别设有所述纳米结构针 尖。
9. 一种电子束照射装置，该电子束照射装置包括根据权利要求1-8中的任一权利要求 所述的电子发射体。
10. 根据权利要求9所述的电子束照射装置，该电子束照射装置还包括电子透镜和偏 转器，其中所述电子透镜和所述偏转器构成电子柱，该电子柱具有与所述电子发射体的盲孔 或突出部相对应的开口。
11. 根据权利要求9所述的电子束照射装置，该电子束照射装置还包括源透镜、偏转器 以及聚焦透镜，其中该源透镜、该源透镜与该聚焦透镜、或者该源透镜和该偏转器及该聚焦透镜构成 多重电子柱，该多重电子柱具有与从所述电子发射体发射出来的电子束的数量相对应的开 □。
12. —种使用电子束照射装置来使电子发射体与电子透镜或偏转器对准的方法，其中 所述电子透镜的开口或所述偏转器的开口基于根据权利要求1-8中的任一权利要求所述 的电子发射体的所述盲孔或突出部的形状而加以对准。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中当纳米结构针尖并非位于所述盲孔或突出部的 中央时，测量偏差值，然后根据所测量的偏差值来对准所述纳米结构针尖，以使得所述纳米结构针尖位于所述电子束照射装置的光轴上'
全文摘要
本发明涉及一种具有纳米结构针尖的电子发射体，以及使用该电子发射体的电子柱。具体而言，涉及一种电子发射体，其包括可容易地发射出电子的纳米结构针尖，该纳米结构针尖由纳米碳管(CNT)、氧化锌纳米管(ZnO纳米管)、氧化锌纳米棒、氧化锌纳米柱、氧化锌纳米线、氧化锌纳米粒子等等所组成；以及涉及使用该电子发射体的电子柱。
文档编号H01J1/30GK101743607SQ200880024514
公开日2010年6月16日 申请日期2008年7月28日 优先权日2007年7月26日
发明者金浩燮 申请人:电子线技术院株式会社