制造微柱透镜部件的方法及由该方法制造的微柱透镜部件转让专利
申请号 : CN200480021502.7
文献号 : CN1830053B
文献日 : 2010-06-02
发明人 : 金浩燮
申请人 : 电子线技术院株式会社
摘要 :
本发明提供了一种制造具有多个微透镜和多个在所述微透镜之间交替间隔的绝缘层的微柱的透镜部件的方法。所述方法包括通过将绝缘层(101)和微透镜(102)阳极接合在一起而形成至少一个第一微透镜部件组(set_1)；将第二微透镜部件组(set_2)分层堆积在所述第一微透镜部件组(set_1)上；以及扫描激光束，从而将所述第一微透镜部件组(set_1)焊接到所述第二微透镜部件组(set_2)的微透镜。本发明的方法进一步包括将所述微透镜部件组阳极接合在一起。
权利要求 :
1.一种制造具有多个在中央位置设置了孔的微透镜和多个在所述微透镜之间交替间隔的绝缘层的电子束微柱透镜部件的方法，所述方法包括：通过将绝缘层和微透镜阳极接合在一起使得所述绝缘层的一部分表面不被所述微透镜覆盖而形成至少一个第一微透镜部件组；
在对齐所述微透镜的孔时，将所述第一微透镜部件组分层堆积在第二微透镜或者第二微透镜部件组上，从而所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜与所述第一微透镜部件组的绝缘层接触，同时所述第一微透镜部件组的绝缘层的不被所述第一微透镜覆盖的部分与所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜接触；以及扫描激光束以将所述第一微透镜部件组的绝缘层的没有被所述第一微透镜覆盖的部分通过将所述激光束穿过所述第一微透镜部件组的绝缘层的所述部分而接合到所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜，从而将所述第一微透镜部件组焊接到所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个微透镜部件组的微透镜和绝缘层在所述每个微透镜部件组的微透镜在所述绝缘层上绕其上的孔旋转预定角度后被阳极接合在一起。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当将所述第一微透镜部件组在所述第二微透镜部件组上绕所述孔旋转预定角度时设置所述微透镜部件组，从而所述第一微透镜部件组的绝缘层和所述第二微透镜部件组的微透镜形成了所述激光束扫描期间的激光束路径，由此在所述第一微透镜部件组的绝缘层和所述第二微透镜部件组的微透镜上形成焊接点。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述每个孔为圆形或者多边形。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
在扫描所述激光束后将所述微透镜部件组阳极接合在一起。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述阳极接合是通过将具有比使用线电极的情况的接触点更宽的接触表面的平板电极与所述微透镜的上表面接触而进行的。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述没有被覆盖的微透镜部分提供有线路连接。
8.一种通过根据权利要求1至7中任何一者所述方法制造的透镜部件。
说明书 :
技术领域
本发明总的来说涉及一种制造电子束微柱透镜部件的方法以及通过所述方法制造的透镜部件，并且尤其涉及一种制造电子束微柱透镜部件的方法以及具有很高分辨率的用于电子束光刻和电子显微镜的精细透镜部件。
背景技术
在1980年引入了按照扫描隧道显微镜(STM)基本原理工作的电子发射源和基于具有微结构的电子光学元件的电子束微柱。在电子束微柱中，微元件被精细组装以最小化光学数值，从而形成改进的电子柱。而且，由于微结构，多个电子束微柱的设置采用串行或者并行的多个电子柱。
所述微柱为高纵横比(high-aspect-ratio)微机械结构，包括微透镜和反射镜(deflector)。组成微柱的微透镜部件为多层硅芯片(具有透镜电极的膜窗)，或者为通过厚度为100至150μm的绝缘层互相隔开的硅膜。微柱的微透镜部件包括直径为若干微米至数百微米的钻孔。为了最佳性能，钻孔的圆度必须在纳米范围内并且元件之间的校准误差需要在小于1μm的范围内。
图1为传统的基于公知的STM校准的场发射(SAFE)的1kV微柱的截面图，显示了源透镜部件1和Einzel透镜部件3。依附到扫描隧道显微镜(STM)型定位器的电子发射源5向样本板25发射电子束6。电子束6首先穿过由硅微透镜组成的源透镜1，以及例如具有5μm直径的轴向设置的提取器(extractor)7，具有100μm直径孔的加速电极11，以及具有2.5μm直径孔的限制光圈13。三个微透镜由两个绝缘隔离片9间隔。绝缘间隔片9优选的由Pyrex制成，但是可以由绝缘材料例如Hoya生产的SD-2玻璃制成。源透镜1安装在具有由八个电极组成的反射镜17的铝基座15上。此后，电子束6穿过Einzel透镜3。Einzel透镜3包括直径为100至200μm的硅微透镜19和23。硅微透镜19和23在其中心处具有厚度为1至2μm并且尺寸为1mm×1mm的硅孔单元21。硅层之间通过绝缘层9以规则间距相互隔开。此后，电子束6到达样本板25上并且发射第二电子。通道检测器(channeltrondetector)27检测所述第二电子。
为了组装传统微柱的透镜部件，由硅制成的微透镜和绝缘Pyrex间隔片顺次分层堆积。此后，分层透镜和绝缘材料阳极接合在一起。所述阳极接合如图2和3所示为将玻璃耦合到金属和半导体的电化学过程。在高温下(300-600℃)，Pyrex或其他玻璃中的Na2O的钠离子和氧离子被激活。当通过电源52施加电压而在硅微透镜层53和玻璃绝缘层55之间形成电场后，玻璃中的钠离子在箭头63所示方向上从分界面迁移。氧阴离子61向硅阳极中的感应正电荷59移动以形成化学键。
所述过程以前仅用于单方接合。然而近来所述过程被扩展到了多层接合。在第一个硅-玻璃接合之后，另一硅芯片或者膜如图3所示可以通过反向施加电压而接合到玻璃的自由表面。在此情况下，当通过电源52施加反向电压时，第二硅层57置于玻璃绝缘层55上。此时，感应正电荷59在箭头63表示的方向上移动钠离子，从而氧阴离子61与第二硅层57形成化学键。为了达到满意的多层接合，控制温度、施加电压、接合时间以及特别是层的表面条件非常重要。
然而，上述阳极接合是在多个微透镜和绝缘层交替分层堆积后进行的。因此，在需要高精度校准的微柱透镜部件的分层堆积物被加热到高温并且冷却后，这些层会对不齐，因此可能降低精度。而且，对于阳极接合，上面的电极使用导线连接到接触点。因此，通过使用线电压在整个区域中阳极接合透镜部件需要很长的时间。
除了上述组装方法，在韩国专利申请No.2001-7003679(2001年3月22日提交)中提出了使用激光点接的微柱透镜部件，下面将参考图4对其进行描述并且在本发明的描述中引用。
图4显示了通过激光点接的微柱的透镜部件93，其中三个微透镜81、85和89以及两个绝缘层77和87交替分层堆积。
在透镜部件93中，第一绝缘层77和第二绝缘层87具有从第一绝缘层77和第二绝缘层87的相反边缘水平向外突出的两个扩展部分。也就是说，第一绝缘层77和第二绝缘层87分别具有耳状部分79和88。由于微柱的微透镜光圈具有2μm或更小的直径，可以强制将微柱的多层精确对齐。
当从激光器中发射激光束时，激光束完全通过第一绝缘层77以加热第二微透镜85的表面。因此，第一绝缘层和微透镜的表面立即熔合在一起。按照相同方式，由于激光束穿过待熔化的部件84，第二绝缘层87的表面立即熔合。
换言之，当微透镜的硅在高温下熔化并且此后再结晶时，绝缘层相邻部分被加热。在大约400至500℃的温度下，玻璃绝缘层开始流动。此时，在两层之间的激光点焊或者微焊位置84处形成直径大约为100μm至500μm的微焊部分。
所述微柱为高纵横比(high-aspect-ratio)微机械结构，包括微透镜和反射镜(deflector)。组成微柱的微透镜部件为多层硅芯片(具有透镜电极的膜窗)，或者为通过厚度为100至150μm的绝缘层互相隔开的硅膜。微柱的微透镜部件包括直径为若干微米至数百微米的钻孔。为了最佳性能，钻孔的圆度必须在纳米范围内并且元件之间的校准误差需要在小于1μm的范围内。
图1为传统的基于公知的STM校准的场发射(SAFE)的1kV微柱的截面图，显示了源透镜部件1和Einzel透镜部件3。依附到扫描隧道显微镜(STM)型定位器的电子发射源5向样本板25发射电子束6。电子束6首先穿过由硅微透镜组成的源透镜1，以及例如具有5μm直径的轴向设置的提取器(extractor)7，具有100μm直径孔的加速电极11，以及具有2.5μm直径孔的限制光圈13。三个微透镜由两个绝缘隔离片9间隔。绝缘间隔片9优选的由Pyrex制成，但是可以由绝缘材料例如Hoya生产的SD-2玻璃制成。源透镜1安装在具有由八个电极组成的反射镜17的铝基座15上。此后，电子束6穿过Einzel透镜3。Einzel透镜3包括直径为100至200μm的硅微透镜19和23。硅微透镜19和23在其中心处具有厚度为1至2μm并且尺寸为1mm×1mm的硅孔单元21。硅层之间通过绝缘层9以规则间距相互隔开。此后，电子束6到达样本板25上并且发射第二电子。通道检测器(channeltrondetector)27检测所述第二电子。
为了组装传统微柱的透镜部件，由硅制成的微透镜和绝缘Pyrex间隔片顺次分层堆积。此后，分层透镜和绝缘材料阳极接合在一起。所述阳极接合如图2和3所示为将玻璃耦合到金属和半导体的电化学过程。在高温下(300-600℃)，Pyrex或其他玻璃中的Na2O的钠离子和氧离子被激活。当通过电源52施加电压而在硅微透镜层53和玻璃绝缘层55之间形成电场后，玻璃中的钠离子在箭头63所示方向上从分界面迁移。氧阴离子61向硅阳极中的感应正电荷59移动以形成化学键。
所述过程以前仅用于单方接合。然而近来所述过程被扩展到了多层接合。在第一个硅-玻璃接合之后，另一硅芯片或者膜如图3所示可以通过反向施加电压而接合到玻璃的自由表面。在此情况下，当通过电源52施加反向电压时，第二硅层57置于玻璃绝缘层55上。此时，感应正电荷59在箭头63表示的方向上移动钠离子，从而氧阴离子61与第二硅层57形成化学键。为了达到满意的多层接合，控制温度、施加电压、接合时间以及特别是层的表面条件非常重要。
然而，上述阳极接合是在多个微透镜和绝缘层交替分层堆积后进行的。因此，在需要高精度校准的微柱透镜部件的分层堆积物被加热到高温并且冷却后，这些层会对不齐，因此可能降低精度。而且，对于阳极接合，上面的电极使用导线连接到接触点。因此，通过使用线电压在整个区域中阳极接合透镜部件需要很长的时间。
除了上述组装方法，在韩国专利申请No.2001-7003679(2001年3月22日提交)中提出了使用激光点接的微柱透镜部件，下面将参考图4对其进行描述并且在本发明的描述中引用。
图4显示了通过激光点接的微柱的透镜部件93，其中三个微透镜81、85和89以及两个绝缘层77和87交替分层堆积。
在透镜部件93中，第一绝缘层77和第二绝缘层87具有从第一绝缘层77和第二绝缘层87的相反边缘水平向外突出的两个扩展部分。也就是说，第一绝缘层77和第二绝缘层87分别具有耳状部分79和88。由于微柱的微透镜光圈具有2μm或更小的直径，可以强制将微柱的多层精确对齐。
当从激光器中发射激光束时，激光束完全通过第一绝缘层77以加热第二微透镜85的表面。因此，第一绝缘层和微透镜的表面立即熔合在一起。按照相同方式，由于激光束穿过待熔化的部件84，第二绝缘层87的表面立即熔合。
换言之，当微透镜的硅在高温下熔化并且此后再结晶时，绝缘层相邻部分被加热。在大约400至500℃的温度下，玻璃绝缘层开始流动。此时，在两层之间的激光点焊或者微焊位置84处形成直径大约为100μm至500μm的微焊部分。
发明内容
然而，在通过上述方法的激光点接的微柱的透镜部件中，透镜部件仅通过激光焊接的焊接部件84而维持。因此，这种透镜部件存在的问题在于维持所述结构存在困难，，从而降低了稳定性。而且，这种透镜部件的问题还在于每个绝缘层必须具有耳状部分79、88以提供激光焊接的单独部分。
并且，其缺陷还在于使用指定部分(耳状部分)对透镜分层堆积的动作必须从最底层顺次执行。
因此，本发明着眼于现有技术中的上述问题，并且本发明的一个目标是提供一种制造微柱的透镜部件的方法以及所述透镜部件，其中所述微透镜部件组在初步工艺中通过将微透镜和绝缘层阳极接合在一起而形成，从而两层之间的接合很稳定，并且减少组装时间。
本发明的另一个目标是提供一种制造微柱的透镜部件的方法以及所述透镜部件，其中所述微柱的透镜部件通过分层堆积多个微透镜部件组而形成，同时由激光进行点接以很容易地组装所述微透镜部件组，并且此后执行阳极接合以提供牢固接合，从而增强透镜部件的稳定性。
本发明的又一个目标是提供一种制造微柱的透镜部件的方法以及所述透镜部件，能够确保连接到每个微透镜的导线路径和稳定的线路连接，并且不用考虑分层堆积微透镜的顺序，从而提高透镜部件生产工艺的生产率。
本发明提供了一种微柱的透镜部件，其中提供了多个微透镜部件组并且所述微透镜部件组分层堆积，从而减少了分层堆积所述微透镜部件组所需的时间。
在本发明中，组成各个微透镜部件组的微透镜和绝缘层接合在一起，同时微透镜在绝缘层上旋转预定角度。而且，微透镜部件组在互相旋转预定角度的同时还互相分层堆积。因此，可以很容易执行维持所述设置的激光点接。并且，可以很容易在所需方向上扫描激光束。
而且，由于使用平板电极进行阳极接合，接合的层的结构可以稳定维持，并且减少了阳极接合的时间。
尽管下面为了示例目的将描述本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以理解，各种修改、添加和替代都是可能的，但是并不背离所附权利要求书中限定的本发明的范围和实质。
并且，其缺陷还在于使用指定部分(耳状部分)对透镜分层堆积的动作必须从最底层顺次执行。
因此，本发明着眼于现有技术中的上述问题，并且本发明的一个目标是提供一种制造微柱的透镜部件的方法以及所述透镜部件，其中所述微透镜部件组在初步工艺中通过将微透镜和绝缘层阳极接合在一起而形成，从而两层之间的接合很稳定，并且减少组装时间。
本发明的另一个目标是提供一种制造微柱的透镜部件的方法以及所述透镜部件，其中所述微柱的透镜部件通过分层堆积多个微透镜部件组而形成，同时由激光进行点接以很容易地组装所述微透镜部件组，并且此后执行阳极接合以提供牢固接合，从而增强透镜部件的稳定性。
本发明的又一个目标是提供一种制造微柱的透镜部件的方法以及所述透镜部件，能够确保连接到每个微透镜的导线路径和稳定的线路连接，并且不用考虑分层堆积微透镜的顺序，从而提高透镜部件生产工艺的生产率。
本发明提供了一种微柱的透镜部件，其中提供了多个微透镜部件组并且所述微透镜部件组分层堆积，从而减少了分层堆积所述微透镜部件组所需的时间。
在本发明中，组成各个微透镜部件组的微透镜和绝缘层接合在一起，同时微透镜在绝缘层上旋转预定角度。而且，微透镜部件组在互相旋转预定角度的同时还互相分层堆积。因此，可以很容易执行维持所述设置的激光点接。并且，可以很容易在所需方向上扫描激光束。
而且，由于使用平板电极进行阳极接合，接合的层的结构可以稳定维持，并且减少了阳极接合的时间。
尽管下面为了示例目的将描述本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以理解，各种修改、添加和替代都是可能的，但是并不背离所附权利要求书中限定的本发明的范围和实质。
附图说明
图1为通常的微柱的截面图；
图2和图3为显示阳极接合过程的图示；
图4显示了根据传统技术的通过激光点接组装的透镜部件的平面图和侧视图；
图5为根据本发明第一个实施例的微透镜部件组的平面图，其中微透镜在绝缘层上略微旋转；
图6为根据本发明第一个实施例的微透镜部件组的平面图，其中微透镜在绝缘层上旋转45°；
图7为显示将微透镜接合到绝缘层以形成图5中的微透镜部件组的工艺的侧视图；
图8为根据本发明的两个接合在一起的微透镜部件组的平面图；
图9为图8中的两个接合在一起的微透镜部件组的侧视图；
图10为根据本发明的三个接合在一起的微透镜部件组的平面图；
图11为图10中的三个接合在一起的微透镜部件组的侧视图；
图12为根据本发明修改的通过将自底向上不断减小直径的多个环形微透镜部件组分层堆积而形成的透镜部件的平面图；以及
图13为根据本发明修改的两个接合在一起并且具有带有矩形孔的微透镜的微透镜部件组的平面图。
图2和图3为显示阳极接合过程的图示；
图4显示了根据传统技术的通过激光点接组装的透镜部件的平面图和侧视图；
图5为根据本发明第一个实施例的微透镜部件组的平面图，其中微透镜在绝缘层上略微旋转；
图6为根据本发明第一个实施例的微透镜部件组的平面图，其中微透镜在绝缘层上旋转45°；
图7为显示将微透镜接合到绝缘层以形成图5中的微透镜部件组的工艺的侧视图；
图8为根据本发明的两个接合在一起的微透镜部件组的平面图；
图9为图8中的两个接合在一起的微透镜部件组的侧视图；
图10为根据本发明的三个接合在一起的微透镜部件组的平面图；
图11为图10中的三个接合在一起的微透镜部件组的侧视图；
图12为根据本发明修改的通过将自底向上不断减小直径的多个环形微透镜部件组分层堆积而形成的透镜部件的平面图；以及
图13为根据本发明修改的两个接合在一起并且具有带有矩形孔的微透镜的微透镜部件组的平面图。
具体实施方式
在一个方面中，本发明提供了一种制造具有多个在中央位置设置了孔的微透镜和多个在所述微透镜之间交替间隔的绝缘层的电子束微柱透镜部件的方法。所述方法包括：通过将绝缘层和微透镜阳极接合使得所述绝缘层的一部分表面不被所述微透镜覆盖而形成至少一个第一微透镜部件组；在对齐所述微透镜的孔时，将所述第一微透镜部件组分层堆积在第二微透镜或者第二微透镜部件组上，从而所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜与所述第一微透镜部件组的绝缘层接触，同时所述第一微透镜部件组的绝缘层的不被所述第一微透镜覆盖的部分与所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜接触；以及扫描激光束以将所述第一微透镜部件组的绝缘层的没有被所述第一微透镜覆盖的部分通过将所述激光束穿过所述第一微透镜部件组的绝缘层的所述部分而接合到所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜，从而将所述第一微透镜部件组焊接到所述第二微透镜或者第二微透镜部件组的微透镜。
在另一个方面中，通过上述方法制造的本发明的透镜部件包括通过将微透镜和绝缘层阳极接合在一起而形成的第一微透镜部件组，从而在所述第一微透镜部件组的绝缘层和第二微透镜部件组的微透镜之间形成焊接点的同时，通过在预定方向上扫描激光束将多个所述微透镜部件组激光点接在一起。
下面描述制造电子束微柱透镜部件的方法。
首先，根据本发明的制造电子束微柱透镜部件的方法简述如下。通过使用平板电极将微透镜和绝缘层阳极接合在一起而形成微透镜部件组。所述微透镜部件组分层堆积。使用激光进行点接将分层堆积的微透镜部件组接合在一起。此后，执行阳极接合以将通过点接接合在一起的分层堆积的微透镜部件组更加牢固的接合。
如图5和图7所示，根据本发明优选实施例，形成第一微透镜部件组set_1。具体的说，具有相同尺寸的矩形或者方形的平板的微透镜102和绝缘层101分层堆积，同时微透镜102在绝缘层101上旋转预定角度，例如45°或更少。此后，分层堆积的微透镜102和绝缘层101通过使用平板电极而阳极接合在一起，从而形成第一微透镜部件组set_1。
下面详细解释第一微透镜部件组set_1的阳极接合。如图7所示，当施加电压时，位于阳极支撑117上的硅微透镜层的感应正电荷通过化学键接到通过置于第一微透镜部件组set_1上的平板电极115产生的玻璃绝缘层的氧阴离子。此时，上面的阳极平板115保持接触状态从而以精确结构迅速接合微透镜，并且同时具有宽平面区域的平板电极117施加阳极电压。在本发明的优选实施例中，同时使用平板电极115可以进行宽区域接触。而且，通过宽区域施加电压，阳极接合的工艺时间与使用线电极的传统阳极接合相比显著减少。并且，阳极接合可以稳定执行。
此时，微透镜和绝缘层设置为将微透镜和绝缘层中央位置提供的圆形孔108对齐。孔108作为完成后的微柱的透镜部件中扫描电子束的路径。典型的，微柱的透镜部件的孔设置表示微透镜的孔的对齐。绝缘层的孔大于微透镜的孔。因此，与微透镜的孔设置不同，微透镜部件组的孔设置可以在短时间内形成。也就是说，微透镜的孔和绝缘层的孔可以通过肉眼对齐。在孔设置之后，直接执行阳极接合。这样，可以在短时间内形成微透镜部件组。
对旋转角度的描述如下。每个层在相邻层上绕每个孔108旋转预定角度以将预定部分暴露在外，从而在激光点接过程中形成激光束通道，这将在稍后描述。在旋转45°的情况下，如图6所示，由于旋转角度相对较大，在每个层上形成了足够宽的部分，其上形成用于激光点接的焊接点。在图6的情况下，优选的在预定方向上顺次执行微透镜部件组的分层堆积和激光点接。
在很小的旋转角度的情况下，如图5所示，暴露形成激光束焊接点的部分小于图6所示的情况。因此，可能很难设置微透镜部件组执行激光点接。然而，图5所示情况的优点在于可以分层堆积更多数量的微透镜部件组并且通过激光点接整体处理。如果仅有少量的微透镜部件组，则所提供的激光点接的部分是足够的。
这样，在准备好微透镜部件组之后，所需数量的微透镜部件组分层堆积以制造具有预定厚度的微柱的透镜部件。根据本发明该实施例，参考图8和图9，第二微透镜部件组set_2分层堆积在第一微透镜部件组set_1上。此时，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2设置为使得第一微透镜部件组set_1在第二微透镜部件组set_2上以与微透镜102和104在绝缘层101和103上旋转的相同角度和相同方向而旋转，角度为45°或更少。此后，进行激光点接以维持第一和第二微透镜部件组set_1和set_2之间的结构。当激光束在图9中箭头方向上在图8中参考符号表示的预定位置处扫描时，激光束穿过第二微透镜部件组set_2的透明绝缘层103。然后，激光束到达第一微透镜部件组set_1的微透镜102。由于所述激光束，在四个焊接点进行激光点接。由于激光点接，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2之间的结构得以稳定维持。
而且，图6中实施例的分层堆积更为简单(未显示)。更具体的，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2分层堆积，从而，与图8中实施例不同，每个绝缘层和每个微透镜近似互相对齐。然后，形成很宽的将由激光束扫描的部分，从而很容易设置第一和第二微透镜部件组set_1和set_2。换言之，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2互相分层堆积为使得第一微透镜部件组set_1的微透镜和第二微透镜部件组set_2的微透镜以45°角度相交。可以很容易的以相同方式连续的分层堆积更多微透镜部件组。
如图10和图11所示，三个微透镜部件组set_1、set_2和set_3分层堆积为使得每个微透镜部件组在相邻微透镜部件组上按照对两个微透镜部件组set_1和set_2的设置描述的相同方式而绕孔108旋转预定角度。此后，当激光束在图11中箭头方向上在图10中参考符号表示的预定位置处扫描时，第三微透镜部件组set_3的绝缘层105和第二微透镜部件组set_2的微透镜104在激光点焊中形成四个焊接点112。并且，第二微透镜部件组set_2的绝缘层103和第一微透镜部件组set_1的微透镜102形成其他四个位置的焊接点112。因此，三个微透镜部件组set_1、set_2和set_3被接合在一起。实际上，焊接点的数量并不限于四个，而是可以根据情况需要为更多或更少。也就是说，焊接点的数量可以选择为使得接合的微透镜部件组的结构不会散开。
图12中显示了根据实施例修改的分层堆积圆形微透镜和圆形绝缘层的方法。在此修改中，微透镜部件组按照上述实施例相同方式预先准备好。然而，所述微透镜部件组具有圆形形状，从而不需要将微透镜部件组在另一个微透镜部件组上旋转进行设置。由于微透镜部件组分层堆积为使得直径自底向上不断减小而呈金字塔形状，仅需要如图12所示形成接收激光束的暴露部分。因此，在此情况下，每个圆形微透镜和每个圆形绝缘层的尺寸根据制造微透镜部件组步骤中对它们进行分层堆积的次序而预先设定。
同时，在通过激光点接第一、第二和第三微透镜部件组set_1、set_2和set_3而完成透镜部件之后，整个微透镜部件组set_1、set_2和set_3可以使用置于透镜部件上表面和下表面的电极而阳极接合，从而提高接合强度。
而且，在所述透镜部件中，为了通过激光点接施加所需的接合力到微透镜部件组，需要将微透镜部件组分层堆积为使得微透镜置于每个最上层和最下层。为了实现上述意图，在最下层设置微透镜以替代微透镜部件组。如果最上层为绝缘层，则在最上层设置微透镜以替代微透镜部件组。换言之，在图8和图9或者图10和图11的实施例中，微透镜部件组set_1和/或set_3被新的微透镜代替以实现上述意图。通过相同方式，在图6和图12的实施例中也可以实现上述意图。
并且，绝缘层和微透镜分层堆积为使得在相同方向上互相旋转相同角度，从而微透镜置于最上层和最下层。此后，分层堆积的透镜部件被阳极接合。可替换的，可以使用单独制造的在两个微透镜之间间隔绝缘层的微透镜部件组以形成微柱的透镜部件。也就是说，微透镜部件组并不限于在初级步骤中通过将一个微透镜和一个绝缘层接合在一起而形成。孔设置中的不重要部分可以预先设置以通过单次阳极接合工艺形成微透镜部件组。然而，在孔设置很重要的情况下，优选的可以初步阳极接合绝缘层和微透镜。
在本发明的优选实施例中，微透镜102、104、106、302、202、204和绝缘层101、103、105、301、201、203均具有孔108。每个孔108具有圆形形状以便于维持透镜部件的排列。更具体的，尽管每层在相邻层上旋转，但由于孔108具有圆形形状，所以层的排列可以稳定维持。这样，每个孔108具有圆形形状以防止层的旋转轴在层旋转时产生不必要的震动。上述孔根据本发明优选实施例而提供。然而，所述孔并不限于圆形形状，可以具有多边形形状，例如三角形或者矩形形状。在等边多边形孔的情况下，微透镜分层堆积在绝缘层上使得微透镜的多边形孔和绝缘层的多边形孔互相对应形状。当然，微透镜部件组分层堆积使得微透镜部件组的多边形孔互相对应形状。换言之，微透镜部件组设置为使得所述多边形孔从最上面的微透镜到最下面的旋转后的微透镜在形状上互相对应。因此，激光束可以按照与具有圆形孔的微透镜部件组相同的方式穿过分层堆积的微透镜部件组的多边形孔。
参考图13中的实施例，在第一微透镜部件组set_1的微透镜302的方形孔308和第二微透镜部件组set_2的微透镜304的方形孔309之间具有45°的相位角度差。因此，当第一微透镜部件组set_1的微透镜302和第二微透镜部件组set_2的绝缘层303互相对齐时，方形孔308和309互相对应以允许激光点接。为了分层堆积多个微透镜部件组，预先准备多个第一和第二微透镜部件组set_1和set_2。此后，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2交替的分层堆积，其中每个第一微透镜部件组set_1分层堆积在每个第二微透镜部件组set_2上。
而且，在孔还具有三角形或者多边形形状的情况下，预先确定微透镜部件组互相旋转的预定角度。根据所述预定角度，在微透镜部件组的微透镜上形成具有预定相位角度差的孔。然后，微透镜部件组按照与上述分层堆积方法相同的方式分层堆积。然而，优选的，所述孔具有与图13所示实施例相同的相位角度差。在每个微透镜的孔的设置中，如果需要将微透镜设置为旋转不同角度，则在微透镜上形成具有不同相位角度差的孔。并且，在所述孔不具有等边多边形形状而是具有不规则多边形形状例如矩形形状的情况下，在第一和第二微透镜部件组的微透镜上按照与图13所示实施例相同的方式预先形成具有45°相位角度差的孔。然后，微透镜部件组可以按照与上述分层堆积方法相同的方式分层堆积。
而且，在图12中的实施例中，由于微透镜部件组没有旋转，所以微透镜部件组可以分层堆积而不必考虑微透镜的孔的形状。
在本发明的实施例中，尽管阐述了三个或者更少的微透镜部件组set_1、set_2和set_3的接合，以相同方式可以分层堆积更多微透镜部件组并且接合在一起。
在根据本发明的制造微透镜和透镜部件的方法中，可以在每个微透镜的局部形成传统的连接到每个透镜的导线路径，在其上可以进行激光点接。因此，可以确保稳定的导线连接。换言之，在微透镜用于激光点接的部分上使用传统的沉积金箔完成线路连接。因此，线路连接在物理上和电学上都是稳定的。而且还确保了导线路径。
工业适用性
根据本发明的微柱的透镜部件用于电子束光刻和电子显微镜。
在另一个方面中，通过上述方法制造的本发明的透镜部件包括通过将微透镜和绝缘层阳极接合在一起而形成的第一微透镜部件组，从而在所述第一微透镜部件组的绝缘层和第二微透镜部件组的微透镜之间形成焊接点的同时，通过在预定方向上扫描激光束将多个所述微透镜部件组激光点接在一起。
下面描述制造电子束微柱透镜部件的方法。
首先，根据本发明的制造电子束微柱透镜部件的方法简述如下。通过使用平板电极将微透镜和绝缘层阳极接合在一起而形成微透镜部件组。所述微透镜部件组分层堆积。使用激光进行点接将分层堆积的微透镜部件组接合在一起。此后，执行阳极接合以将通过点接接合在一起的分层堆积的微透镜部件组更加牢固的接合。
如图5和图7所示，根据本发明优选实施例，形成第一微透镜部件组set_1。具体的说，具有相同尺寸的矩形或者方形的平板的微透镜102和绝缘层101分层堆积，同时微透镜102在绝缘层101上旋转预定角度，例如45°或更少。此后，分层堆积的微透镜102和绝缘层101通过使用平板电极而阳极接合在一起，从而形成第一微透镜部件组set_1。
下面详细解释第一微透镜部件组set_1的阳极接合。如图7所示，当施加电压时，位于阳极支撑117上的硅微透镜层的感应正电荷通过化学键接到通过置于第一微透镜部件组set_1上的平板电极115产生的玻璃绝缘层的氧阴离子。此时，上面的阳极平板115保持接触状态从而以精确结构迅速接合微透镜，并且同时具有宽平面区域的平板电极117施加阳极电压。在本发明的优选实施例中，同时使用平板电极115可以进行宽区域接触。而且，通过宽区域施加电压，阳极接合的工艺时间与使用线电极的传统阳极接合相比显著减少。并且，阳极接合可以稳定执行。
此时，微透镜和绝缘层设置为将微透镜和绝缘层中央位置提供的圆形孔108对齐。孔108作为完成后的微柱的透镜部件中扫描电子束的路径。典型的，微柱的透镜部件的孔设置表示微透镜的孔的对齐。绝缘层的孔大于微透镜的孔。因此，与微透镜的孔设置不同，微透镜部件组的孔设置可以在短时间内形成。也就是说，微透镜的孔和绝缘层的孔可以通过肉眼对齐。在孔设置之后，直接执行阳极接合。这样，可以在短时间内形成微透镜部件组。
对旋转角度的描述如下。每个层在相邻层上绕每个孔108旋转预定角度以将预定部分暴露在外，从而在激光点接过程中形成激光束通道，这将在稍后描述。在旋转45°的情况下，如图6所示，由于旋转角度相对较大，在每个层上形成了足够宽的部分，其上形成用于激光点接的焊接点。在图6的情况下，优选的在预定方向上顺次执行微透镜部件组的分层堆积和激光点接。
在很小的旋转角度的情况下，如图5所示，暴露形成激光束焊接点的部分小于图6所示的情况。因此，可能很难设置微透镜部件组执行激光点接。然而，图5所示情况的优点在于可以分层堆积更多数量的微透镜部件组并且通过激光点接整体处理。如果仅有少量的微透镜部件组，则所提供的激光点接的部分是足够的。
这样，在准备好微透镜部件组之后，所需数量的微透镜部件组分层堆积以制造具有预定厚度的微柱的透镜部件。根据本发明该实施例，参考图8和图9，第二微透镜部件组set_2分层堆积在第一微透镜部件组set_1上。此时，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2设置为使得第一微透镜部件组set_1在第二微透镜部件组set_2上以与微透镜102和104在绝缘层101和103上旋转的相同角度和相同方向而旋转，角度为45°或更少。此后，进行激光点接以维持第一和第二微透镜部件组set_1和set_2之间的结构。当激光束在图9中箭头方向上在图8中参考符号表示的预定位置处扫描时，激光束穿过第二微透镜部件组set_2的透明绝缘层103。然后，激光束到达第一微透镜部件组set_1的微透镜102。由于所述激光束，在四个焊接点进行激光点接。由于激光点接，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2之间的结构得以稳定维持。
而且，图6中实施例的分层堆积更为简单(未显示)。更具体的，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2分层堆积，从而，与图8中实施例不同，每个绝缘层和每个微透镜近似互相对齐。然后，形成很宽的将由激光束扫描的部分，从而很容易设置第一和第二微透镜部件组set_1和set_2。换言之，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2互相分层堆积为使得第一微透镜部件组set_1的微透镜和第二微透镜部件组set_2的微透镜以45°角度相交。可以很容易的以相同方式连续的分层堆积更多微透镜部件组。
如图10和图11所示，三个微透镜部件组set_1、set_2和set_3分层堆积为使得每个微透镜部件组在相邻微透镜部件组上按照对两个微透镜部件组set_1和set_2的设置描述的相同方式而绕孔108旋转预定角度。此后，当激光束在图11中箭头方向上在图10中参考符号表示的预定位置处扫描时，第三微透镜部件组set_3的绝缘层105和第二微透镜部件组set_2的微透镜104在激光点焊中形成四个焊接点112。并且，第二微透镜部件组set_2的绝缘层103和第一微透镜部件组set_1的微透镜102形成其他四个位置的焊接点112。因此，三个微透镜部件组set_1、set_2和set_3被接合在一起。实际上，焊接点的数量并不限于四个，而是可以根据情况需要为更多或更少。也就是说，焊接点的数量可以选择为使得接合的微透镜部件组的结构不会散开。
图12中显示了根据实施例修改的分层堆积圆形微透镜和圆形绝缘层的方法。在此修改中，微透镜部件组按照上述实施例相同方式预先准备好。然而，所述微透镜部件组具有圆形形状，从而不需要将微透镜部件组在另一个微透镜部件组上旋转进行设置。由于微透镜部件组分层堆积为使得直径自底向上不断减小而呈金字塔形状，仅需要如图12所示形成接收激光束的暴露部分。因此，在此情况下，每个圆形微透镜和每个圆形绝缘层的尺寸根据制造微透镜部件组步骤中对它们进行分层堆积的次序而预先设定。
同时，在通过激光点接第一、第二和第三微透镜部件组set_1、set_2和set_3而完成透镜部件之后，整个微透镜部件组set_1、set_2和set_3可以使用置于透镜部件上表面和下表面的电极而阳极接合，从而提高接合强度。
而且，在所述透镜部件中，为了通过激光点接施加所需的接合力到微透镜部件组，需要将微透镜部件组分层堆积为使得微透镜置于每个最上层和最下层。为了实现上述意图，在最下层设置微透镜以替代微透镜部件组。如果最上层为绝缘层，则在最上层设置微透镜以替代微透镜部件组。换言之，在图8和图9或者图10和图11的实施例中，微透镜部件组set_1和/或set_3被新的微透镜代替以实现上述意图。通过相同方式，在图6和图12的实施例中也可以实现上述意图。
并且，绝缘层和微透镜分层堆积为使得在相同方向上互相旋转相同角度，从而微透镜置于最上层和最下层。此后，分层堆积的透镜部件被阳极接合。可替换的，可以使用单独制造的在两个微透镜之间间隔绝缘层的微透镜部件组以形成微柱的透镜部件。也就是说，微透镜部件组并不限于在初级步骤中通过将一个微透镜和一个绝缘层接合在一起而形成。孔设置中的不重要部分可以预先设置以通过单次阳极接合工艺形成微透镜部件组。然而，在孔设置很重要的情况下，优选的可以初步阳极接合绝缘层和微透镜。
在本发明的优选实施例中，微透镜102、104、106、302、202、204和绝缘层101、103、105、301、201、203均具有孔108。每个孔108具有圆形形状以便于维持透镜部件的排列。更具体的，尽管每层在相邻层上旋转，但由于孔108具有圆形形状，所以层的排列可以稳定维持。这样，每个孔108具有圆形形状以防止层的旋转轴在层旋转时产生不必要的震动。上述孔根据本发明优选实施例而提供。然而，所述孔并不限于圆形形状，可以具有多边形形状，例如三角形或者矩形形状。在等边多边形孔的情况下，微透镜分层堆积在绝缘层上使得微透镜的多边形孔和绝缘层的多边形孔互相对应形状。当然，微透镜部件组分层堆积使得微透镜部件组的多边形孔互相对应形状。换言之，微透镜部件组设置为使得所述多边形孔从最上面的微透镜到最下面的旋转后的微透镜在形状上互相对应。因此，激光束可以按照与具有圆形孔的微透镜部件组相同的方式穿过分层堆积的微透镜部件组的多边形孔。
参考图13中的实施例，在第一微透镜部件组set_1的微透镜302的方形孔308和第二微透镜部件组set_2的微透镜304的方形孔309之间具有45°的相位角度差。因此，当第一微透镜部件组set_1的微透镜302和第二微透镜部件组set_2的绝缘层303互相对齐时，方形孔308和309互相对应以允许激光点接。为了分层堆积多个微透镜部件组，预先准备多个第一和第二微透镜部件组set_1和set_2。此后，第一和第二微透镜部件组set_1和set_2交替的分层堆积，其中每个第一微透镜部件组set_1分层堆积在每个第二微透镜部件组set_2上。
而且，在孔还具有三角形或者多边形形状的情况下，预先确定微透镜部件组互相旋转的预定角度。根据所述预定角度，在微透镜部件组的微透镜上形成具有预定相位角度差的孔。然后，微透镜部件组按照与上述分层堆积方法相同的方式分层堆积。然而，优选的，所述孔具有与图13所示实施例相同的相位角度差。在每个微透镜的孔的设置中，如果需要将微透镜设置为旋转不同角度，则在微透镜上形成具有不同相位角度差的孔。并且，在所述孔不具有等边多边形形状而是具有不规则多边形形状例如矩形形状的情况下，在第一和第二微透镜部件组的微透镜上按照与图13所示实施例相同的方式预先形成具有45°相位角度差的孔。然后，微透镜部件组可以按照与上述分层堆积方法相同的方式分层堆积。
而且，在图12中的实施例中，由于微透镜部件组没有旋转，所以微透镜部件组可以分层堆积而不必考虑微透镜的孔的形状。
在本发明的实施例中，尽管阐述了三个或者更少的微透镜部件组set_1、set_2和set_3的接合，以相同方式可以分层堆积更多微透镜部件组并且接合在一起。
在根据本发明的制造微透镜和透镜部件的方法中，可以在每个微透镜的局部形成传统的连接到每个透镜的导线路径，在其上可以进行激光点接。因此，可以确保稳定的导线连接。换言之，在微透镜用于激光点接的部分上使用传统的沉积金箔完成线路连接。因此，线路连接在物理上和电学上都是稳定的。而且还确保了导线路径。
工业适用性
根据本发明的微柱的透镜部件用于电子束光刻和电子显微镜。