КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО, ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА И УСТАНОВКА ЛИТОГРАФИИ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКУЮ ЭЛЕКТРОННУЮ ПУШКУ Российский патент 2019 года по МПК H01J3/02 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное изобретение относится к катодному устройству, электронной пушке, содержащей такое катодное устройство, и установке литографии, содержащей такую электронную пушку. Кроме того, данное изобретение относится к способу регулирования высвобождения понижающих работу выхода частиц с некоторой поверхности внутри такого катодного устройства.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Электронные пушки обычно содержат источник электронной эмиссии или катод, снабженный эмиссионной поверхностью, фокусирующий электрод для направления эмитированных электронов по заранее заданной, пространственно ограниченной траектории и один или более дополнительных электродов для ускорения и отклонения эмитированных электронов к мишени. По своему типу источник электронной эмиссии может относиться к термокатодам. Термокатод может быть определен как катод, нагреваемый нагревательным элементом, например, электрической нитью накала, побуждая высвобождение катодом электронов с достаточной энергией, чтобы преодолеть работу выхода из материала, находящегося на эмиссионной поверхности. Обычно, фокусирующий электрод расположен относительно близко к эмиссионной поверхности катода и имеет тот же потенциал, что и катод. Форму фокусирующего электрода выбирают таким образом, чтобы эмитированные электроны, испускаемые с эмиссионной поверхности, отталкивались необходимым образом.

[0003] Термокатоды диспенсерного типа являются классом термокатодов, предусматривающим меры для непрерывной замены испаренного материала. Например, термокатод диспенсерного типа может содержать тело катода с внутренним резервуаром, заполненным материалом, который после нагревания побуждает, чтобы понижающие работу выхода частицы диффундировали из резервуара к эмиссионной поверхности. Наличие понижающих работу выхода частиц на эмиссионной поверхности уменьшает минимальную энергию, необходимую для электронной эмиссии. К сожалению, понижающие работу выхода частицы, диффундирующие внутри термокатода, могут не только стимулировать электронную эмиссию, но и, кроме того, эти частицы или продукты реакций, образовавшиеся из этих частиц, могут осаждаться на поверхностях фокусирующего электрода. Осаждение, например, будет происходить, когда понижающие работу выхода частицы являются положительно заряженными ионами бария, в то время как фокусирующий электрод поддерживается при отрицательном потенциале для отталкивания эмитированных электронов в электронном пучке. Накопление понижающих работу выхода частиц на поверхности фокусирующего электрода приводит к изменениям размеров и, возможно, изменению фокусирующего электрода, что может существенно исказить электрическое поле, приложенное для фокусировки электронов. Если фокусирующий электрод расположен вблизи эмиссионной поверхности катода, то любое накопление частиц на фокусирующем электроде может также исказить распределение эмиссии на эмиссионной поверхности катода. Кроме того, накопление частиц на фокусирующем электроде может изменить его работу выхода, что может привести к увеличенной электронной эмиссии из фокусирующего электрода. Эти эффекты могут негативно повлиять на качество генерируемого электронного пучка.

[0004] В применениях с использованием термокатодов, таких как электронные пушки для электронно-лучевой литографии, могут быть необходимы высокая и стабильная электронная эмиссия и плотность тока катода. Для обеспечения этого является критическим выставление эмиссионной поверхности относительно фокусирующего электрода, поскольку даже малое рассогласование может вызвать неприемлемые изменения характеристик пучка, таких как ток пучка и/или плотность тока.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Необходимо обеспечить термокатод с хорошими техническими характеристиками в течение более длительного периода времени, т.е., обеспечить улучшенный срок службы термокатода. Для этой цели, в первом аспекте предоставлено катодное устройство, содержащее: термокатод, имеющий эмиссионный участок, снабженный эмиссионной поверхностью для эмиссии электронов, и резервуар для хранения материала, который при нагревании высвобождает понижающие работу выхода частицы, которые диффундируют к эмиссионному участку и испускаются с эмиссионной поверхности с первой скоростью испарения; фокусирующий электрод, содержащий фокусирующую поверхность для фокусировки электронов, эмитированных с эмиссионной поверхности катода во время использования, и регулируемый источник тепла, выполненный с возможностью поддержания фокусирующей поверхности фокусирующего электрода при температуре, при которой предотвращается или по меньшей мере минимизируется накопление понижающих работу выхода частиц на фокусирующей поверхности,.

[0006] Температура фокусирующей поверхности может поддерживаться равной или выше пороговой температуры, при которой понижающие работу выхода частицы высвобождаются или испаряются с фокусирующей поверхности со второй скоростью испарения, которая равна или выше скорости, с которой понижающие работу выхода частицы прибывают на фокусирующую поверхность.

[0007] Понижающие работу выхода частицы будут испускаться с эмиссионной поверхности вследствие температуры эмиссионной поверхности во время использования катода и могут осаждаться на поверхностях фокусирующего электрода, в частности, на фокусирующей поверхности. При поддержании фокусирующей поверхности при температуре, при которой скорость испарения понижающих работу выхода частиц с фокусирующей поверхности является более высокой, чем скорость прибытия понижающих работу выхода частиц на фокусирующую поверхность, может быть предотвращено или по меньшей мере минимизировано накопление понижающих работу выхода частиц на фокусирующей поверхности. Таким образом, срок службы катодного устройства может быть увеличен.

[0008] Альтернативно или более конкретно, предоставлено катодное устройство, содержащее: термокатод, имеющий эмиссионный участок, снабженный эмиссионной поверхностью для эмиссии электронов, и резервуар для хранения материала, причем этот материал при нагревании высвобождает понижающие работу выхода частицы, которые диффундируют к эмиссионному участку и испускаются с эмиссионной поверхности с первой скоростью испарения; фокусирующий электрод, обеспеченный вблизи эмиссионной поверхности катода, причем фокусирующий электрод содержит фокусирующую поверхность для фокусировки электронов, эмитированных с эмиссионной поверхности катода во время использования, и регулируемый источник тепла, выполненный с возможностью поддержания фокусирующей поверхности фокусирующего электрода при температуре выше пороговой температуры, которая соответствует температуре, при которой высвобождение понижающих работу выхода частиц с фокусирующей поверхности со второй скоростью испарения равно скорости прибытия понижающих работу выхода частиц на фокусирующую поверхность или равно первой скорости испарения.

[0009] Термин «вблизи» относится в настоящем документе к расстоянию примерно 1-15 микрон (мкм) между эмиссионным участком катода и поверхностью фокусирующего электрода, обращенной к эмиссионному участку. Фокусирующая поверхность может быть обращена от эмиссионной поверхности и может быть, в частности, ориентирована к ней под тупым углом.

[0010] Эмиссионный участок может содержать гранулу, например, пористую матрицу, содержащую вольфрам, расположенную выше резервуара, содержащего понижающие работу выхода частицы. Альтернативно, катод может содержать внедренную гранулу, причем эта гранула сама содержит понижающие работу выхода частицы.

[0011] Фокусирующий электрод, также называемый электродом Пирса (Pierce), может содержать участок в форме диска, имеющий апертуру пропускания электронов, ограниченную периметром апертуры в наименьшей секции апертуры пропускания. Периметр апертуры предпочтительно может быть расположен вблизи эмиссионного участка. Расстояние между плоскостью, определяемой периметром апертуры, образующей наименьшую апертуру пропускания, и плоскостью, определяемой эмиссионной поверхностью, предпочтительно составляет примерно 1-15 мкм.

[0012] Фокусирующая поверхность может образовывать усеченный конический вырез, имеющий угол конусности, равный примерно 138°. Угол, образованный между внутренней электродной поверхностью, обращенной к эмиссионному участку, и фокусирующей поверхностью, часто называют углом Пирса. Толщина участка фокусирующего электрода, ограниченная фокусирующей поверхностью и внутренней электродной поверхностью, должна быть мала. Фокусирующая поверхность, в частности, расстояние между фокусирующей поверхностью и эмиссионным участком катода, будет сильно влиять на траекторию электронов, эмитированных эмиссионной поверхностью и, таким образом, будет также сильно влиять на свойства электронного пучка, генерируемого катодным устройством. Идеально, траектории электронов, эмитированных из катода, должны быть практически прямолинейными вдоль практически продольного направления от эмиссионной поверхности. Расстояние между внутренней электродной поверхностью и эмиссионным участком может обуславливать изгиб или кривизну в траекториях электронов, эмитированных с эмиссионной поверхности, что обуславливает искажение электронного пучка.

[0013] Апертура пропускания может быть меньше, чем эмиссионная поверхность. Если периметр апертуры пропускания и периметр эмиссионной поверхности оба являются круговыми, то периметр апертуры пропускания может иметь меньший диаметр, чем диаметр периметра эмиссионной поверхности обычно на величину в диапазоне 100-200 мкм. Например, апертура пропускания может иметь диаметр, равный 1 мм, а эмиссионная поверхность катода может иметь диаметр, равный 1,2 мм. Благодаря этому, требования к выставлению могут быть менее критическими. Ток эмитированных электронов может оставаться постоянным, даже если существует небольшое рассогласование между фокусирующим электродом и катодом.

[0014] В некоторых вариантах осуществления термокатод содержит тело катода, также называемое корпусом катода, вмещающее эмиссионный участок и резервуар. Эмиссионный участок предпочтительно может быть расположен так, чтобы эмиссионная поверхность была практически заподлицо с окружающей кромкой тела катода. Фокусирующий электрод может содержать улавливающую тепло поверхность, обращенную к по меньшей мере участку тела катода и выполненную с возможностью приема теплового излучения, излучаемого телом катода во время использования. Улавливающая тепло поверхность, таким образом, имеет удлинение, выполненное таким образом, чтобы она была обращена, например, к по меньшей мере участку тела катода. Улавливающая тепло поверхность находится в тепловой связи с фокусирующей поверхностью. Предпочтительно, улавливающая тепло поверхность по меньшей мере частично окружает внешнюю поверхность тела катода.

[0015] Предпочтительно, улавливающая тепло поверхность фокусирующего электрода находится в масштабе времени типичных флуктуаций теплового излучения внутри термокатода, в хорошем тепловом контакте с фокусирующей поверхностью. Тепловой контакт может быть обеспечен посредством изготовления фокусирующей поверхности, улавливающей тепло поверхности и их соединительных участков из одного или более материалов с высокой теплопроводностью, например, металла, такого как молибден, цирконий или титан, или сплава, содержащего молибден, цирконий и/или титан, например, сплава TZM.

[0016] В некоторых вариантах осуществления между улавливающей тепло поверхностью и внешней поверхностью тела катода образован один или более радиальных промежутков. Радиальные промежутки могут снизить условия теплопередачи между телом катода и улавливающей тепло поверхностью фокусирующего электрода. Сниженные условия теплопередачи между телом катода и фокусирующим электродом увеличивают относительное влияние теплового излучения относительно переноса тепла между этими двумя структурами. Три или более радиальных разделителей или упоров могут быть предусмотрены на внутренней части цилиндрической оболочки для обеспечения радиального промежутка между телом катода и улавливающей тепло поверхностью.

[0017] Улавливающая тепло поверхность обеспечивает возможность поглощения теплового излучения, излучаемого телом катода при работе. Фокусирующая поверхность фокусирующего электрода, соответственно, нагревается посредством переноса тепла от улавливающей тепло поверхности к фокусирующему электроду. Термин «тепловое излучение» относится к электромагнитным и энергетическим эффектам, относящимся к нагреванию посредством излучения, например, на инфракрасных и/или оптических частотах.

[0018] Во время работы тело катода доводится до достаточно высокой температуры для того, чтобы эмиссионный участок эмитировал электроны с необходимой скоростью. Могут быть использованы различные способы нагревания тела катода и эмиссионного участка. Предпочтительно, эти способы совершают нагревание тела катода и эмиссионного участка и непрямое нагревание фокусирующего электрода.

[0019] Регулируемый источник тепла может обеспечить непрямое нагревание фокусирующего электрода посредством теплового излучения от тела катода во время использования. Регулируемый источник тепла может быть обеспечен для нагревания катода, в частности, до номинальной температуры, при которой происходит заданная электронная эмиссия.

[0020] Посредством конструкции катодного устройства, в частности, посредством геометрии и, возможно, посредством материалов фокусирующего электрода и относительных расстояний между телом катода и фокусирующим электродом согласно вариантам осуществления, описанным в настоящем документе, фокусирующая поверхность может достичь температуры, определенной выше. В частности, соотношение между площадью внутренней поверхности фокусирующего электрода, принимающей тепло, излучаемое от тела катода, и площадью внешней поверхности фокусирующего электрода, обеспечивающей охлаждение посредством теплового излучения от фокусирующего электрода, влияет на температуру фокусирующего электрода.

[0021] В некоторых вариантах осуществления регулируемый источник тепла может быть выполнен с возможностью нагревания резервуара так, чтобы понижающие работу выхода частицы диффундировали к эмиссионному участку и испускались с эмиссионной поверхности с первой скоростью испарения.

[0022] Регулируемый источник тепла может содержать катод косвенного накала, который может быть выполнен с возможностью нагревания резервуара катодного устройства посредством электронов, эмитированных с эмиссионной поверхности катода косвенного накала. Катод косвенного накала может быть расположен таким образом, чтобы эмитированные электроны фокусировались, например, фокусирующим электродом катода косвенного накала, в пучок, падающий на термокатод или его участок. Катод косвенного накала может быть выполнен с возможностью генерации электронного пучка с током пучка, равным примерно 1-10 мА.

[0023] Альтернативно, регулируемый источник тепла может быть расположен внутри тела катода или внутри приемника, образованного телом катода. Регулируемый источник тепла может содержать нагревательную нить накала, расположенную внутри термокатода, для нагревания резервуара и тела катода. Альтернативно, регулируемый источник тепла может содержать лазер, причем пучок лазерного света, излучаемый лазером, выполнен с возможностью нагревания резервуара и тела катода. Также, в этих конфигурациях, фокусирующий электрод может быть нагрет посредством теплового излучения от тела катода.

[0024] Альтернативно, регулируемый источник тепла может быть выполнен с возможностью прямого нагревания фокусирующего электрода. Это может быть реализовано посредством нити косвенного накала, расположенной внутри фокусирующего электрода, или посредством нагревания фокусирующего электрода лазерным излучением. Альтернативно, регулируемый источник тепла может содержать катод косвенного накала, который выполнен как описано выше, и часть электронов, эмитированных катодом косвенного накала, может быть отведена к фокусирующему электроду для его прямого нагревания.

[0025] В некоторых вариантах осуществления фокусирующий электрод содержит оболочку, которая окружает тело катода, причем эта оболочка снабжена внутренней поверхностью, по меньшей мере участок которой образует улавливающую тепло поверхность. Эта оболочка может быть цилиндрической.

[0026] Практически вся внутренняя поверхность оболочки может образовывать улавливающую тепло поверхность. Альтернативно, один или более участков внутренней поверхности могут образовывать улавливающую тепло поверхность. Площадь улавливающей тепло поверхности влияет на величину теплового излучения, которое поглощается фокусирующим электродом. Фокусирующий электрод может терять тепло посредством теплового излучения с внешней поверхности фокусирующего электрода. Таким образом, соотношение между внутренней площадью и внешней площадью фокусирующего электрода влияет на температуру фокусирующего электрода. Относительно большая внешняя площадь означает большее охлаждение фокусирующего электрода. Таким образом, при фиксированной температуре катода в зависимости от геометрии фокусирующего электрода может быть достигнута температура фокусирующей поверхности в диапазоне 900K - 1300K.

[0027] Таким образом, посредством регулирования, например, площади улавливающей тепло поверхности, ее ориентации относительно тела катода, например, расстояния между телом катода и улавливающими тепло поверхностями, и площади внешней поверхности фокусирующего электрода, может быть подобрана температура фокусирующего электрода и, посредством этого, в частности, температура фокусирующей поверхности.

[0028] Один или более теплозащитных элементов могут быть расположены между телом катода и фокусирующим электродом, и/или покрытия или слои, обеспечивающие низкое поглощение тепла, могут быть обеспечены на внутренней поверхности фокусирующего электрода для ограничения величины теплового излучения от тела катода, которое достигает фокусирующего электрода. Посредством этого могут быть подобрана геометрия фокусирующего электрода, и, таким образом, его температура.

[0029] В некоторых вариантах осуществления эмиссионный участок снабжен неэмиссионной поверхностью, окружающей эмиссионную поверхность, причем фокусирующий электрод содержит внутреннюю электродную поверхность, которая обращена к эмиссионному участку, и, причем по меньшей мере одна внутренняя электродная поверхность и неэмиссионная поверхность содержат три промежуточные структуры, также называемые z-опорами, для обеспечения промежутка между фокусирующим электродом и эмиссионной поверхностью.

[0030] Неэмиссионная поверхность может содержать кромку тела катода, окружающую и предпочтительно находящуюся заподлицо с эмиссионной поверхностью. Промежуточные структуры могут выставить плоскость, определяемую периметром апертуры, и плоскость, определяемую эмиссионной поверхностью практически параллельно друг другу с обеспечением продольного промежутка. Промежуточные структуры предпочтительно имеют малые размеры по сравнению с эмиссионным участком для ограничения теплопередачи между фокусирующим электродом и эмиссионной поверхностью. Эмиссионная поверхность может, например, иметь площадь поверхности порядка 0,5-6 квадратных миллиметров, в то время как наибольшее поперечное сечение каждой промежуточной структуры может быть порядка 0,01-0,1 квадратных миллиметров. Промежуточные структуры предпочтительно имеют высоту, равную 1-10 мкм, и ширину, равную примерно 100 мкм. Они могут быть выполнены из того же материала, что и фокусирующий электрод. Альтернативно, они могут содержать другой материал, например, алюминий (Al) или теплоизолирующий материал. Промежуточные структуры могут быть практически цилиндрическими. Альтернативно, они могут иметь другие подходящие формы, например, форму пирамиды или усеченного конуса.

[0031] Посредством трех промежуточных структур, имеющих малые и заданные размеры, может быть получено стабильное и хорошо установленное расстояние и контролируемый механический контакт между неэмиссионной поверхностью и фокусирующим электродом, в частности, внутренней электродной поверхностью. Посредством этого, теплопередача между эмиссионным участком и фокусирующим электродом может быть ограничена.

[0032] Термокатод и фокусирующий электрод предпочтительно расположены так, чтобы предотвратить или по меньшей мере минимизировать прямую теплопередачу от катода, т.е., от корпуса или эмиссионной поверхности к фокусирующему электроду. Таким образом, перенос тепла от катода к фокусирующему электроду в основном посредством теплового излучения. Перенос тепла посредством теплового излучения, как предполагается, является более стабильным и воспроизводимым, чем перенос тепла посредством теплопередачи. Теплопередача зависит, например, от давления в зоне контакта и площади контакта между соединяемыми структурными элементами.

[0033] Чтобы обеспечить тепловую стабильность механических контактов, образованных между телом катода и фокусирующим электродом посредством промежуточных элементов, промежуточные элементы могут содержать один или более блокирующих слоев, которые не допускают спекание, причем блокирующий слой предпочтительно является электропроводным. Альтернативно, механический контакт может быть образован через слои, которые допускают спекание, но выполнены таким образом, что даже если степень спекания увеличится со временем, степень теплопередачи не изменится.

[0034] Альтернативно, большая площадь контакта, например, увеличенная до максимума площадь контакта, может быть обеспечена между неэмиссионной поверхностью и внутренней электродной поверхностью так, чтобы даже если спекание происходит во время использования катода, теплопередача между катодом и фокусирующим электродом не изменялась во времени.

[0035] Оболочка может содержать один или более угловых промежутков для размещения ограничительного приспособления для ограничения тела катода относительно фокусирующего электрода и/или опорной структуры. Они могут быть выполнены в виде прорезей или вырезов в структуре оболочки.

[0036] Катодное устройство может содержать опорную структуру, снабженную ограничительным приспособлением для ограничения или обеспечения предела для перемещения фокусирующего электрода и/или тела катода относительно опорной структуры. Посредством этого, тело катода может быть зафиксировано относительно фокусирующего электрода. Фокусирующий электрод может быть зафиксирован относительно опорной структуры. Опорная структура может содержать или быть частью опорного электрода в электронной пушке, описанной ниже.

[0037] Ограничительное приспособление может содержать один или более концевых ограничителей, имеющих области поверхности, обращенные к одной или более областям поверхности тела катода и/или фокусирующего электрода, но находящиеся на расстоянии от них. Физический контакт между ограничительным приспособлением и катодным устройством может быть, таким образом, предотвращен, что минимизирует теплопередачу между катодным устройством и опорной структурой. Ограничительное приспособление может содержать один или более концевых ограничителей фокусирующего электрода и/или один или более концевых ограничителей катода. Концевой ограничитель фокусирующего электрода и концевой ограничитель катода могут быть монолитным блоком, или могут содержаться в отдельных структурах.

[0038] Посредством этого приспособления, когда катод расположен в ориентации, предназначенной для использования, тело катода опирается на внутреннюю электродную поверхность, в частности, на промежуточные структуры, под действием силы тяжести. Подобным образом, фокусирующий электрод опирается на опорную структуру, под действием силы тяжести. В этой ориентации концевые ограничители расположены на расстоянии от поверхностей катодного устройства. Однако, если катодное устройство, вместе с опорной структурой, было бы наклонено относительно заданной ориентации, например, приведено в перевернутое положение, то концевые ограничители предохранят элементы катодного устройства от распада на части и от выпадения из опорной структуры.

[0039] Понижающие работу выхода частицы могут содержать барий. В этом случае регулируемый источник тепла предпочтительно выполнен с возможностью поддержания температуры фокусирующей поверхности фокусирующего электрода выше пороговой температуры, равной 900K. При поддержании температуры фокусирующей поверхности выше 900K скорость, с которой барий, который мог быть осажден на фокусирующую поверхность, испаряется с фокусирующей поверхности выше, чем скорость, с которой частицы бария, которые были испущены с эмиссионной поверхности, прибывают на фокусирующую поверхность. В результате, накопление частиц бария на фокусирующей поверхности уменьшается. В частности, оно может быть уменьшено до единственного монослоя. В идеале осаждение, и, в конечном счете, накопление частиц бария может быть предотвращено.

[0040] Хотя необходимо поддерживать повышенную температуру фокусирующего электрода для предотвращения его загрязнения, увеличение температуры фокусирующего электрода увеличивает вероятность электронной эмиссии с фокусирующей поверхности. Температура фокусирующей поверхности должна быть ниже температуры тела катода.

[0041] В некоторых вариантах осуществления регулируемый источник тепла дополнительно выполнен с возможностью поддержания температуры фокусирующей поверхности ниже дополнительной пороговой температуры, равной 1300 K. Благодаря поддержанию температуры электрода ниже 1300 К, предпочтительно в сочетании с карбонизацией фокусирующей поверхности или нанесением на нее увеличивающего работу выхода покрытия, ток электронов, которые эмитированы фокусирующим электродом, остается ниже 0,01-0,1% тока электронов, эмитированных эмиссионной поверхностью катода.

[0042] Фокусирующая поверхность может быть подвергнута обработке, которая увеличивает работу выхода при температурах выше 1100 K. Посредством этого, электронная эмиссия может быть подавлена также при температурах выше 1100 K. Например, фокусирующий электрод или по меньшей мере фокусирующая поверхность могут быть выполнены из подавляющего электронную эмиссию покрытия или на них может быть нанесено это покрытие. Фокусирующий электрод, в частности, фокусирующая поверхность, может быть покрыт цирконием или сплавом, содержащим титан-цирконий-молибден. Альтернативно, фокусирующая поверхность может быть карбонизирована.

[0043] Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к фокусирующему электроду, содержащему цилиндрическую оболочку, задающую полость для размещения тела катода, и переднюю крышку, снабженную круглой апертурой пропускания электронов и фокусирующей поверхностью на внешней поверхности, причем улавливающая тепло поверхность обеспечена на внутренней поверхности цилиндрической оболочки. Эту оболочка может считаться окружающей внутреннее пустое пространство или полость, для размещения катода, такого как термокатод. Посредством круглой апертуры может быть сгенерирован симметричный электронный пучок. Этот фокусирующий электрод может быть фокусирующим электродом любого из катодных устройств, описанных здесь.

[0044] Цилиндрическая оболочка может содержать угловые промежутки для размещения ограничительного приспособления для ограничения фокусирующего электрода и/или тела катода относительно опорной структуры. Это может быть ограничительное приспособление, описанное выше.

[0045] Фокусирующая поверхность предпочтительно ориентирована под углом к внутренней электродной поверхности передней крышки, посредством чего образован острый угол при апертуре пропускания электронов, как описано выше. Таким образом, фокусирующая поверхность и внутренняя электродная поверхность сходятся у апертуры пропускания.

[0046] Фокусирующий электрод может быть снабжен тремя промежуточными структурами на внутренней электродной поверхности для обеспечения промежутка между фокусирующим электродом и телом катода. Эти промежуточные структуры могут быть подобными или идентичными промежуточным структурам, описанным выше со ссылкой на катодное устройство.

[0047] Фокусирующий электрод может быть снабжен радиальными разделителями на внутренней стороне цилиндрической оболочки, для обеспечения одного или более радиальных промежутков между телом катода и фокусирующим электродом. Предпочтительно, обеспечивают три или четыре радиальных разделителя.

[0048] Обеспечен способ регулирования высвобождения понижающих работу выхода частиц из поверхности. Этот способ содержит обеспечение катодного устройства согласно любому из вариантов осуществления, описанных выше, и поддержание температуры фокусирующего электрода выше пороговой температуры, соответствующей высвобождению понижающих работу выхода частиц из фокусирующей поверхности со скоростью испарения, которая равна скорости испарения понижающих работу выхода частиц, прибывающих на фокусирующую поверхность или испускаемых с эмиссионной поверхности катода. А именно, фокусирующий электрод поддерживают при температуре, при которой испаренный поток понижающих работу выхода частиц и/или их продуктов реакций равен скорости прибытия на фокусирующую поверхность понижающих работу выхода частиц, испускаемых с эмиссионной поверхности катода. Предпочтительно, фокусирующая поверхность может поддерживаться при температуре, при которой скорость испарения понижающих работу выхода частиц с фокусирующей поверхности является более высокой, чем скорость осаждения понижающих работу выхода частиц и/или их продуктов реакций на фокусирующий электрод. Предпочтительно, фокусирующую поверхность поддерживают при самой низкой возможной температуре, при которой это происходит.

[0049] Этот способ может содержать поддержание температуры фокусирующего электрода ниже дополнительной пороговой температуры, соответствующей первой плотности тока электронов, созданной эмиссией электронов с фокусирующей поверхности, которая составляет 0,01-0,1% второй плотности тока электронов, созданной эмиссией электронов с эмиссионной поверхности катода.

[0050] Понижающие работу выхода частицы могут содержать барий. Этот способ может предусматривать поддержание температуры фокусирующего электрода между 900 K и 1300 K во время использования катодного устройства.

[0051] Для получения высокой и стабильной плотности тока электронного пучка, генерируемого электронной пушкой, содержащей катодное устройство, важно выставление катода относительно фокусирующего электрода. Согласно второму аспекту, обеспечено катодное устройство, которое содержит:

- тело катода, вмещающее эмиссионную поверхность, чтобы эмитировать электроны в продольном направлении, причем эмиссионная поверхность ограничена периметром эмиссии; и

- фокусирующий электрод, по меньшей мере частично охватывающий тело катода в поперечном направлении, и содержащий апертуру пропускания электронов вблизи эмиссионной поверхности, для фокусировки электронов, эмитируемых эмиссионной поверхностью во время работы, причем упомянутая апертура ограничена периметром апертуры.

Тело катода подвижно размещено внутри фокусирующего электрода при максимальном поперечном расстоянии от выставленного положения, а периметр апертуры поперечно простирается над эмиссионной поверхностью и за периметр эмиссии на расстояние перекрытия, которое превышает максимальное поперечное расстояние.

[0052] Катод катодного устройства согласно второму аспекту может быть термокатодом, описанным со ссылкой на первый аспект.

[0053] Фокусирующий электрод может быть нагрет, например, для предотвращения накопления понижающих работу выхода частиц на фокусирующем электроде, способом, подобным способу, описанному выше в отношении первого аспекта.

[0054] Периметр эмиссии может быть образован посредством границы или стыка между эмиссионной поверхностью и окружающей кромкой тела катода. Эмиссионная поверхность предпочтительно выполнена заподлицо с кромкой тела катода. Эмиссионная поверхность может содержаться в катодной грануле, например, пористой грануле, расположенной над резервуаром, содержащим понижающие работу выхода частицы, как описано в отношении вариантов осуществления катодного устройства согласно первому аспекту.

[0055] Периметр апертуры расположен радиально внутри периметра эмиссии. А именно, периметр эмиссии охватывает большую площадь поверхности, чем периметр апертуры. Эмиссионная поверхность является, таким образом, большей, чем площадь в периметре апертуры. Другими словами, фокусирующий электрод поперечно простирается над эмиссионной поверхностью за периметр эмиссии. Поскольку расстояние перекрытия является большим, чем максимальное поперечное расстояние, связанное с максимальной величиной свободного хода, возможного для тела катода внутри фокусирующего электрода, апертура будет всегда полностью расположена над эмиссионной поверхностью. А именно, даже если тело катода не находится в идеально выставленном положении относительно фокусирующего электрода, это не повлияет на ток электронов, эмитированных катодом. Таким образом, даже если тело катода отклонится от выставленного положения, апертура пропускания электронов будет полностью спроецирована на эмиссионную поверхность, видимую в продольном направлении.

[0056] Максимальное поперечное расстояние предпочтительно находится в диапазоне 10-35 мкм, более предпочтительно примерно 10-15 мкм. Максимальное поперечное расстояние является расстоянием, на которое тело катода может переместиться от центрального выставленного положения.

[0057] Расстояние перекрытия может находиться в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм, и предпочтительно может быть равным 50 мкм. Благодаря этому требования по допускам на механическую обработку могут быть снижены с примерно 1 мкм для катодного устройства, где периметр пропускания равен по размеру периметру эмиссии, до примерно 50 мкм.

[0058] Как описано выше, фокусирующий электрод может быть расположен так, чтобы внутренняя электродная поверхность фокусирующего электрода, обращенная к эмиссионному участку, могла быть расположена на расстоянии 1-15 мкм, предпочтительно 1 мкм или 5 мкм, от эмиссионной поверхности или кромки тела катода, находящейся заподлицо с эмиссионной поверхностью. Фокусирующий электрод может быть фокусирующим электродом, описанным выше со ссылкой на первый аспект.

[0059] Периметр апертуры и периметр эмиссии могут быть иметь подобную форму и предпочтительно являются круговыми. Круговой периметр апертуры обеспечивает возможность образования симметричного электронного пучка.

[0060] Фокусирующий электрод предпочтительно имеет внутреннюю электродную поверхность, обращенную к эмиссионной поверхности, и три промежуточных элемента, выполненных с обеспечением промежутка между фокусирующим электродом и эмиссионным участком. Эти промежуточные элементы могут быть промежуточными элементами, описанными выше.

[0061] Радиальные разделители или упоры, предпочтительно три или четыре, могут быть обеспечены на внутренней поверхности цилиндрической оболочки, образованной фокусирующим электродом, для обеспечения кольцевого зазора между внутренней поверхностью цилиндрической оболочки и телом катода.

[0062] Согласно третьему аспекту обеспечен фокусирующий электрод. Фокусирующий электрод содержит цилиндрическую оболочку, образующую полость для размещения катода, имеющего тело катода, и переднюю крышку, расположенную на первом конце цилиндрической оболочки, причем передняя крышка имеет внутреннюю электродную поверхность, фокусирующую поверхность и апертуру пропускания электронов. Цилиндрическая оболочка снабжена угловыми промежутками для размещения ограничительного приспособления для ограничения фокусирующего электрода и/или тела катода относительно опорной структуры.

[0063] Фокусирующий электрод первого и/или второго аспекта может быть фокусирующим электродом согласно третьему аспекту. Разные признаки, варианты осуществления и преимущества, описанные выше для фокусирующего электрода, согласно третьему аспекту могут быть, таким образом, подобными признакам, описанным выше в отношении первого и второго аспектов. Ограничительное приспособление может быть ограничительным приспособлением, описанным выше в отношении первого аспекта.

[0064] Угловые промежутки могут быть обеспечены посредством прорезей и вырезов в структуре оболочки. Вырезы могут простираться от второго конца цилиндрической оболочки и заканчиваться на некотором расстоянии от первого конца. Это расстояние является предпочтительно большим, чем размер первого конца тела катода вдоль продольного направления. Посредством этого, некоторое расстояние может быть обеспечено между концевыми ограничителями ограничительного приспособления, выполненных с возможностью образования выступов в угловых промежутках и обращенных к поверхности тела катода.

[0065] Фокусирующая поверхность может быть выполнена посредством конического выреза в передней крышке. Фокусирующая поверхность и внутренняя электродная поверхность могут сходиться у апертуры пропускания с образованием периметра апертуры пропускания.

[0066] Внутренняя электродная поверхность может быть снабжена тремя промежуточными элементами, выполненными с возможностью поддержания передней поверхности катода, в частности, неэмиссионной поверхности, окружающей эмиссионную поверхность. Как описано выше, промежуточные структуры выполнены с возможностью выставления плоскости, задаваемой эмиссионной поверхностью, параллельно плоскости, задаваемой апертурой пропускания.

[0067] Цилиндрическая оболочка может быть снабжена опорными элементами, простирающимися от цилиндрической оболочки. Опорные элементы и опорные структуры могут быть выполнены так, чтобы фокусирующий электрод опирался, под действием силы тяжести, на опорную структуру через три практически точечных контакта, образованных между тремя опорными элементами и опорной структурой. Могут быть обеспечены дополнительные опорные элементы, ограничивающие поперечные перемещения фокусирующего электрода и/или поворот фокусирующего электрода вокруг продольной оси.

[0068] Согласно четвертому аспекту катодное устройство содержит первичное катодное устройство и катодное устройство косвенного накала. Первичное катодное устройство может быть катодным устройством согласно любому варианту осуществления первого или второго аспекта.

[0069] Первичное катодное устройство содержит тело катода и эмиссионный участок, снабженный эмиссионной поверхностью для эмиссии электронов, и резервуар или гранулу, содержащие материал для высвобождения понижающих работу выхода частиц при нагревании, причем резервуар и/или гранула выполнены так, чтобы понижающие работу выхода частицы диффундировали по направлению к эмиссионной поверхности. Катодное устройство косвенного накала содержит катод косвенного накала, выполненный с возможностью нагревания участка тела катода так, чтобы этот материал высвобождал понижающие работу выхода частицы, и чтобы эмиссионная поверхность эмитировала электроны.

[0070] Катодное устройство косвенного накала может содержать фокусирующий электрод, выполненный с возможностью сведения электронов, эмитированных с катода косвенного накала, в электронный пучок. Катод косвенного накала и первичный катод предпочтительно расположены по отношению друг к другу так, чтобы электронный пучок, генерируемый катодным устройством косвенного накала, фокусировался в объеме, охваченном участком тела катода, называемым приемником. Приемник выполнен с самой внутренней концевой поверхностью, обращенной к резервуару или грануле первичного катодного устройства. Приемник может быть выполнен в виде полого цилиндра, закрытого на одном конце самой внутренней концевой поверхностью и имеющего некоторую глубину, например, для минимизации количества электронов, покидающих приемник.

[0071] Катодное устройство косвенного накала и первичное катодное устройство являются предпочтительно коаксиально выставленными вдоль продольной оси. В частности, фокусирующий электрод катода косвенного накала, может быть коаксиально выставлен с телом катода и/или с фокусирующим электродом первичного катода.

[0072] Катод косвенного накала может содержать термокатод, такой как термокатод I-типа, например, катод, содержащий внедренную гранулу. Катод косвенного накала может быть нагрет нитью накала. Катод косвенного накала может быть стандартным термокатодом.

[0073] Первичное катодное устройство может функционировать в качестве анода для катодного устройства косвенного накала. Разность потенциалов порядка 1 кВ может быть приложена между первичным катодным устройством и катодным устройством косвенного накала.

[0074] Фокусирующий электрод катода косвенного накала может иметь потенциал -6 кВ, причем такой же потенциал приложен к катоду косвенного накала. При расположении в электронной пушке фокусирующий электрод катода косвенного накала может называться GM1-электродом. Нить накала катода косвенного накала может иметь потенциал +8 В относительно фокусирующего электрода катода косвенного накала. Первичное катодное устройство может иметь потенциал -5 кВ.

[0075] Обеспечена электронная пушка или электронный источник для генерации электронного пучка. Электронная пушка содержит катодное устройство согласно любому из аспектов или вариантов осуществления, описанных выше, для эмиссии множества электронов; и по меньшей мере один формирующий электрод для формирования или фокусировки эмитированных электронов в электронный пучок.

[0076] Электронная пушка может содержать один или более формирующих электродов. Например, она может содержать три формирующих электрода. Каждый их формирующих электродов может содержать проводящее тело, снабженное апертурой, также называемой формирующей апертурой. Формирующие апертуры коаксиально выставлены.

[0077] Предпочтительно, формирующие апертуры коаксиально выставлены с апертурой пропускания фокусирующего электрода.

[0078] Некоторые варианты осуществления данного изобретения относятся к установке электронно-лучевой литографии для воздействия на мишень с использованием по меньшей мере одного элементарного луча, содержащая: генератор элементарных лучей для генерации упомянутого по меньшей мере одного элементарного луча электронов; модулятор элементарных лучей для структурирования упомянутого по меньшей мере одного элементарного луча электронов, чтобы сформировать по меньшей мере один модулированный элементарный луч; проектор элементарных лучей для проецирования упомянутого по меньшей мере одного модулированного элементарного луча на поверхность мишени; причем генератор элементарных лучей содержит электронную пушку согласно любому из вариантов осуществления, описанных выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Различные варианты осуществления будут дополнительно объяснены со ссылкой на варианты осуществления, показанные на чертежах, в которых:

[0079] Фиг. 1а схематично показывает разрез катодного устройства;

[0080] Фиг. 1b схематично показывает вид в перспективе участка разреза катодного устройства фиг. 1а;

[0081] Фиг. 2а схематично показывает вид в перспективе катодного устройства;

[0082] Фиг. 2b схематично показывает вид в перспективе участка фокусирующего электрода для катодного устройства;

[0083] Фиг. 3 схематично показывает сечение катодного устройства;

[0084] Фиг. 4 схематично показывает вид в перспективе разреза катодного устройства, установленного в опорной структуре, в частности, в электронной пушке;

[0085] Фиг. 5 схематично показывает разрез части электронной пушки; и

[0086] Фиг. 6 схематично показывает установку электронно-лучевой литографии.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0087] Фигуры и нижеследующее описание представлены в качестве примеров и иллюстраций различных вариантов осуществления и не предназначены для интерпретации в качестве ограничений. Возможны альтернативные варианты осуществления, не выходящие за рамки объема прилагаемой формулы изобретения.

[0088] «Продольное» относится к направлению, указанному Z-осью на фигурах, в то время как «поперечное» соответствует любому направлению, перпендикулярному Z-оси, т.е., любому направлению в плоскости, образованной X- и Y-осью. «Радиальное» относится к поперечному направлению в плоскости, образованной X- и Y-осью, и направленному от центральной оси вдоль Z-направления. Эта условность используется не для ограничения, а служит просто для разъяснения пространственных отношений в иллюстративных вариантах осуществления, описанных ниже.

[0089] Катодное устройство 20 выполнено с возможностью эмиссии множества электронов для образования электронного пучка. Катодное устройство 20 содержит термокатод, предпочтительно диспенсерного типа, и фокусирующий электрод 40 (Пирса). Термокатод, показанный на фиг. 1а, содержит тело катода или корпус 22, вмещающий эмиссионный участок 30, снабженный эмиссионной поверхностью 32, и резервуар 38 для хранения материала, который при нагревании высвобождает понижающие работу выхода частицы 70. Эмиссионный участок может содержать тело 28 пористой гранулы, например, вольфрамовую гранулу, запаянную к внутренней поверхности тела 22 катода таким образом, чтобы резервуар 38 обеспечивал герметизированное пространство внутри катода. Тело 28 гранулы может иметь цилиндрическую форму, выполненную с первой концевой поверхностью, образующей эмиссионную поверхность 32, и второй концевой поверхностью, обращенной к резервуару 38. Эмиссионный участок 30 обеспечен у первого конца 24 тела 22 катода. Тело 22 катода является полым телом, имеющим внешнюю поверхность 36, ограничивающую эмиссионный участок 30 и резервуар 38. Предпочтительно, у первого конца 24 тело 22 катода имеет достаточную толщину для образования поверхности или кромки 34, обращенной к фокусирующему электроду 40. Поверхность 34 является предпочтительно идеально выставленной с эмиссионной поверхностью 32. Эта кромка 34 здесь и далее называется неэмиссионной поверхностью 34. Предпочтительно, неэмиссионная поверхность 34 и эмиссионная поверхность 32 соединены друг с другом, например, посредством пайки твердым припоем, для образования единой катодной поверхности.

[0090] Резервуар 38 может быть чашеобразным с открытым концом, обращенным к эмиссионному участку 30, и может быть заполнен материалом, содержащим понижающие работу выхода частицы 70, которые после нагревания диффундируют из резервуара 38 через тело 28 пористой гранулы к эмиссионной поверхности 32. Предпочтительно, эти частицы образуют понижающий работу выхода слой на эмиссионной поверхности 32. Такой понижающий работу выхода слой уменьшает минимальную энергию, необходимую для электронной эмиссии с эмиссионной поверхности 32 катода, и может дополнительно улучшить однородность электронной эмиссии. Понижающие работу выхода частицы испускаются с эмиссионной поверхности 32 с первой скоростью испарения Φ_c во время использования катода. Эти частицы заменяются частицами 70, которые достигают эмиссионной поверхности 32 позже. Предпочтительно, термокатод диспенсерного типа обеспечивает возможность непрерывной замены понижающих работу выхода частиц на эмиссионной поверхности 32.

[0091] Фокусирующий электрод 40 выполнен из электропроводного материала. Фокусирующий электрод 40 содержит плоское тело, например, пластину, снабженную апертурой 44 пропускания электронов для пропускания электронов, эмитированных с эмиссионной поверхности 32. Апертура 44 пропускания электронов является предпочтительно круглой, чтобы обеспечить возможность генерации циркулярно симметричного электронного пучка.

[0092] Фокусирующий электрод 40 содержит фокусирующую поверхность 42 для фокусировки электронов, эмитированных с эмиссионной поверхности 32 катода. Фокусирующая поверхность 42 имеет форму, которая обеспечивает ей возможность генерации распределения электрического поля, подходящего для отталкивания электронов, испускаемых с эмиссионной поверхности 32, в необходимом направлении от эмиссионной поверхности 32. На фиг. 1a, 1b фокусирующая поверхность 42 фокусирующего электрода 40 задана скошенной наружу поверхностью усеченного конического выреза, и эта фокусирующая поверхность 42 окружает апертуру 44 пропускания.

[0093] По меньшей мере участок фокусирующего электрода 40 катодного устройства 20 обеспечен вблизи эмиссионной поверхности 32. Термин «вблизи» в этом контексте соответствует расстоянию D, равному примерно 1-15 мкм, между плоскостью S2, задаваемой эмиссионной поверхностью 32, и плоскостью S1 апертуры пропускания. Предпочтительно, продольный промежуток 60, равный примерно 5 мкм, возможно даже меньший, образован между внутренней электродной поверхностью 46 и поверхностью катода. Плоскость S1 апертуры пропускания перекрыта краем фокусирующей поверхности 42, обращенным к апертуре 44 пропускания электронов. Таким образом, плоскость S1 апертуры пропускания на фиг. 1a, 1b расположена в плоскости, в которой апертура пропускания электронов имеет наименьший диаметр, т.е., расположена ближе всего к эмиссионной поверхности 32. Предпочтительно, плоскость S1 апертуры пропускания выставлена параллельно эмиссионной поверхности 32 для обеспечения практически изотропного фокусирующего действия на электроны, эмитируемые эмиссионной поверхностью 32.

[0094] В одном варианте осуществления периметр 45 апертуры может перекрывать меньшее поперечное сечение, чем эмиссионная поверхность 32, так что внутренняя электродная поверхность 46 простирается с перекрытием перед эмиссионной поверхностью 32 аналогично катодному устройству, описанному в отношении фиг. 3. Посредством этого проекция периметра апертуры пропускания может всегда быть полностью расположена внутри периметра эмиссионной поверхности 32.

[0095] Срок службы термокатодного устройства может быть увеличен посредством поддержания температуры Te фокусирующей поверхности 42 фокусирующего электрода выше пороговой температуры Те-, при которой скорость высвобождения или испарения понижающих работу выхода частиц с фокусирующей поверхности 42 равна или превышает скорость Φ_c, с которой понижающие работу выхода частицы, испускаемые с эмиссионной поверхности 32, прибывают на фокусирующую поверхность 42. Поддержание фокусирующей поверхности 42 выше такой пороговой температуры Те- предотвращает развитие слоя, образованного осаждением понижающих работу выхода частиц на фокусирующую поверхность 42. Осаждение таких частиц негативно влияет на производительность катодного устройства 20. Другими словами, достаточно высокая температура фокусирующей поверхности 42 уменьшает и обычно даже предотвращает накопление понижающих работу выхода частиц на фокусирующей поверхности 42.

[0096] Могут быть использованы различные способы генерации тепла в теле 22 катода и эмиссионном участке 30 катода. Предпочтительно, эти способы вызывают нагревание тела 22 катода и/или эмиссионного участка 30 и непрямое нагревание фокусирующего электрода 40.

[0097] Для выполнения доведения фокусирующей поверхности 42 до достаточно высокой температуры катодное устройство 20 содержит регулируемый источник тепла для нагревания катода таким образом, чтобы фокусирующий электрод 40 также был нагрет. Предпочтительно, фокусирующий электрод 40 нагревают тепловым излучением Q, например, инфракрасным излучением, излучаемым телом 22 катода. Тело 22 катода и фокусирующий электрод 40 могут быть расположены и выполнены таким образом, чтобы перенос тепла от тела 22 катода и, возможно, также эмиссионной поверхности 32 обеспечивал температуру фокусирующей поверхности в пределах диапазона, определенного выше.

[0098] Геометрия и относительное расположение тела катода и фокусирующего электрода в сочетании с регулируемым источником тепла обеспечивают управление температурой фокусирующей поверхности 42 во время работы катода. Посредством соответствующего регулирования регулируемого источника тепла может быть обеспечено, чтобы температура электрода Те была выше пороговой температуры Те-, при которой скорость понижающих работу выхода частиц, испускаемых с эмиссионной поверхности катода, была практически равной скорости, с которой такие понижающие работу выхода частицы испаряются с фокусирующей поверхности 42.

[0099] В варианте осуществления, показанном на фиг. 1а, регулируемый источник тепла имеет вид вспомогательного катода или катода 50 косвенного накала, выполненного с возможностью нагревания термокатода. Катод 50 косвенного накала предпочтительно имеет регулируемый источник питания для управления скоростью, с которой эмитируются электроны и, таким образом, способен регулировать тепловую энергию, подаваемую на термокатод. Катод 50 косвенного накала может быть, например, выполнен с возможностью генерации электронного пучка с током пучка, равным примерно 1-10 мА, причем эмитированные электроны могут быть ускорены к телу 22 катода с помощью электрической разности потенциалов, равной 1 киловольту, что соответствует мощности, равной примерно 1-10 Вт. Такая мощность является достаточной для доведения первичного катода до температуры, равной, приблизительно, 1500 К.

[00100] Катод 50 косвенного накала выполнен с возможностью эмиссии электронов к заднему участку 25 тела 22 катода, называемому приемником или цилиндром 25 Фарадея. Предпочтительно, часть кинетической энергии электронов, принятая приемником 25, преобразуется в тепло. Приемник 25 выполнен с возможностью приема электронов, либо прямо с катода 50 косвенного накала, либо непрямо в виде обратно-рассеянных электронов после соударения электронов с поверхностью рядом с концом резервуара 38, обращенным от эмиссионной поверхности 32. Приемник 25 имеет глубину, необходимую для минимизации ухода электронов. В результате соударения электронов кинетическая энергия электронов преобразуется в тепло, что приводит к нагреванию приемника 25 и резервуара 38. Таким образом, после приема электронов от катода 50 косвенного накала (или другого регулируемого источника тепла) тело 22 катода будет нагрето. Нагретое тело 22 катода будет терять часть своей тепловой энергии посредством теплового (например, инфракрасного) излучения Q, которое по меньшей мере частично излучается наружу с внешней поверхности 36. Улавливающая тепло поверхность 52 фокусирующего электрода 40, окружающая тело 22 катода, будет принимать и поглощать основную часть теплового излучения Q, излучаемого телом 22 катода. Аналогично, улавливающая тепло поверхность 52 может быть расположена на внутренней электродной поверхности 46 для приема теплового излучения от неэмиссионной поверхности 34. Улавливающая тепло поверхность 52 находится в хорошей тепловой связи с поверхностью 42 фокусирующего электрода. В результате, существенная часть принятой тепловой энергии будет передана к фокусирующей поверхности 42.

[00101] Таким образом, регулируемый источник тепла подает управляемую величину тепловой энергии к резервуару 38 и влияет на количество теплоты, переносимое посредством теплового излучения к фокусирующему электроду 40. Соответственно, регулируемый источник тепла опосредованно управляет тепловой энергией, подаваемой к фокусирующему электроду 40 в целом и, в частности, к фокусирующей поверхности 42 фокусирующего электрода 40.

[00102] В альтернативных вариантах осуществления регулируемый источник тепла может быть образован посредством нагревательного элемента, имеющего прямую тепловую связь с фокусирующим электродом 40. Например, может быть использована электрическая нить накала, расположенная внутри фокусирующего электрода. Альтернативно, часть электронного пучка, излучаемого с катода косвенного накала, может быть отведена и направлена к фокусирующему электроду для его прямого нагревания.

[00103] Альтернативно или дополнительно, другие источники тепла могут быть использованы для нагревания термокатода. Например, управляемая электрическая нагревающая нить накала может быть обеспечена в теле 22 катода, или в приемнике 25. Также, в этом случае фокусирующий электрод 40 может быть нагрет посредством теплового излучения от тела 22 катода.

[00104] В некоторых вариантах осуществления регулируемый источник тепла может быть использован дополнительно к стандартному источнику тепла для нагревания резервуара в термокатоде диспенсерного типа, такому как электрическая нить накала.

[00105] В вариантах осуществления, показанных на фиг. 1a, 1b, 2a, 2b, фокусирующий электрод 40 содержит оболочку 54, окружающую тело 22 катода. Альтернативно, оболочка 54 может частично окружать тело 22 катода. Оболочка 54 снабжена внутренней поверхностью, и может иметь вид полого цилиндра. По меньшей мере участок внутренней поверхности образует улавливающую тепло поверхность 52, выполненную с возможностью поглощения теплового излучения Q, излучаемого телом 22 катода. В отношении примера, показанного на фиг. 1а, улавливающая тепло поверхность 52 окружает и обращена вовнутрь к внешней поверхности 36 тела 22 катода. Внутренняя электродная поверхность 46 может быть выполнена с возможностью поглощения теплового излучения, излучаемого неэмиссионной поверхностью 34. Поглощенное тепловое излучение Q будет нагревать фокусирующий электрод 40 и, в частности, его фокусирующую поверхность 42. Как описано выше, фокусирующая поверхность 42 находится в хорошей тепловой связи с улавливающей тепло поверхностью 52. Улавливающая тепло поверхность 52 обеспечивает возможность эффективного повторного использования теплового излучения Q, излучаемого телом 22 катода, посредством его поглощения для нагревания фокусирующего электрода 40 и, в частности, его фокусирующей поверхности 42.

[00106] Предпочтительно, оболочка 54 и тело 22 катода являются коаксиально выставленными. Между внешней поверхностью 36 катода и улавливающей тепло поверхностью 52 образован радиальный промежуток 58. Радиальный промежуток 58 простирается в радиальном направлении между улавливающей тепло поверхностью 52 и внешней поверхностью 36 катода, и простирается от первого конца 24 катода вдоль продольного направления Z. Радиальный промежуток может быть обеспечен посредством четырех радиальных разделителей, или выступов, 59, распределенных по окружности вокруг внутренней поверхности оболочки 54, обращенной к первому концу 24 катода, как показано на фиг. 2b.

[00107] Внутренняя электродная поверхность 46 предпочтительно снабжена тремя промежуточными структурами или контактными опорами 48, равномерно распределенными по окружности апертуры 44 пропускания, как показано на фиг. 1b и 2b. Промежуточные структуры 48 расположены в контакте с неэмиссионной поверхностью 34. Три промежуточные структуры 48 могут иметь практически цилиндрическую форму. Каждая промежуточная структура 48 предпочтительно имеет малое поперечное сечение по сравнению с сечением эмиссионного участка 30 для минимизации теплопередачи между фокусирующим электродом 40 и неэмиссионной поверхностью 34. Они могут быть выполнены из того же или другого материала, что и внутренняя электродная поверхность. Края трех промежуточных структур 48 дают три несовпадающие точки, которые образуют плоскость S2. Промежуточные структуры 48 помогают обеспечивать точное параллельное выставление плоскости S1 апертуры пропускания с эмиссионной поверхностью 32 при одновременном образовании продольного промежутка 60 между внутренней электродной поверхностью 46 и неэмиссионной поверхностью 34.

[00108] Предпочтительно, в радиальном промежутке 58 между телом 22 катода и оболочкой 54 обеспечивают вакуум. Такой вакуум обеспечивает тепловую изоляцию, которая уменьшает (или даже устраняет) теплопередачу между телом 22 катода и фокусирующим электродом 40. Благодаря минимизации теплопередачи между телом 22 катода и фокусирующим электродом 40 тепловое излучение Q становится преобладающим механизмом переноса тепла. Таким образом, устраняются большие градиенты температуры вследствие эффектов теплопередачи, что обеспечивает более однородное распределение температуры внутри фокусирующего электрода 40. Кроме того, фокусирующий электрод может быстрее достигнуть равновесной температуры.

[00109] Как упомянуто выше, понижающие работу выхода частицы, испускаемые с эмиссионной поверхности 32 катода, могут по меньшей мере частично осаждаться на фокусирующем электроде 40, в частности, на поверхностях вблизи эмиссионной поверхности, таких как фокусирующая поверхность 42. Однако если фокусирующая поверхность 42 достаточно нагрета, то такие осажденные частицы высвобождаются или испаряются с поверхности 42. Такое испарение понижающих работу выхода частиц имеет место при скорости Φe, зависящей от электродной температуры Te.

[00110] Таким образом, регулирование мощности, выдаваемой катодом 50 косвенного накала, обеспечивает управление величиной тепловой энергии, подаваемой к фокусирующему электроду 40. Посредством соответствующего регулирования выходной мощности катода 50 косвенного накала можно влиять на величину нагрева тела 22 катода и, вследствие этого, на величину нагрева фокусирующего электрода 40 и, в частности, его фокусирующей поверхности 42, так чтобы температура Te фокусирующего электрода 40 была соответствующим образом установлена и/или отрегулирована. Как описано выше, геометрия фокусирующего электрода, в частности, площадь улавливающей тепло поверхности и площадь внешней поверхности, влияет на температуру фокусирующего электрода. Как описано выше, благодаря поддержанию температуры Те электрода выше пороговой температуры Те- во время работы катода скорость Φe испарения понижающих работу выхода частиц будет выше скорости, с которой понижающие работу выхода частицы прибывают на фокусирующую поверхность.

[00111] К сожалению, слишком сильное увеличение температуры Те фокусирующего электрода 40 может привести к значительной эмиссии электронов фокусирующей поверхностью 42. Таким образом, предпочтительно поддерживать температуру фокусирующего электрода 40 ниже дополнительной пороговой температуры Те+. Эксперименты показали, что подходящее значение пороговой температуры Те+ соответствует температуре Те электрода, при которой электронная эмиссия с фокусирующей поверхности 42 составляет примерно 0,01% электронной эмиссии с эмиссионной поверхности 32 катода.

[00112] Понижающие работу выхода частицы 70, которые используются в вариантах осуществления данного изобретения, содержат барий (Ba). В этом случае, регулируемый источник 50 тепла может быть выполнен с возможностью поддержания температуры Те электрода выше пороговой температуры Те-, равной, приблизительно, 900 К, и ниже дополнительной пороговой температуры Те+, равной примерно 1300 К. В таком случае температура Те фокусирующей поверхности 42 может поддерживаться при температуре между 900K и 1300K с допустимыми температурными флуктуациями±50 K. В диапазоне более высоких температур, например, для температур фокусирующей поверхности в диапазоне 1200K - 1300K, фокусирующая поверхность должна быть предпочтительно подвергнута обработке, например, нанесению покрытия или карбонизации, для дополнительного увеличения ее работы выхода.

[00113] Как описано выше, температура Те фокусирующего электрода 40 выше 900 К обеспечивает, что скорость испарения Ва-содержащих частиц с фокусирующего электрода 40 является более высокой, чем скорость, с которой такие Ва-содержащие частицы испускаются с эмиссионной поверхности 32 катода, или по меньшей мере более высокой, чем скорость, с которой такие частицы достигают фокусирующей поверхности 42. Следовательно, накопление осажденных слоев бария на фокусирующей поверхности 42 уменьшается и, чаще всего, предотвращается. Поддержание температуры Те электрода ниже 1300 К в сочетании с увеличенной работой выхода обеспечивает, что текущая плотность электронов, эмитированных фокусирующим электродом 40, ниже 0,01-0,1% текущей плотности электронов, эмитированных эмиссионной поверхностью 32 катода.

[00114] Управление регулированием источника тепла может быть реализовано посредством компьютерного кода, т.е. компьютерного программного продукта, который обеспечивает команды для выполнения способа для обрабатывающего устройства (например, компьютерного устройства) при запуске на таком устройстве. Компьютерный программный продукт может храниться на машиночитаемом носителе.

[00115] Фиг. 2а схематично показывает вид в перспективе заднего участка из варианта осуществления катодного устройства 20. Фиг. 2а показывает фокусирующий электрод 40, содержащий цилиндрическую оболочку 54, имеющую конечную радиальную толщину вдоль углового (т.е., азимутального) направления и окружающую внутреннее пустое пространство или полость для размещения тела 22 катода. Тело 22 катода может быть телом катода, показанным на фиг. 1a и 1b. Оболочка 54 снабжена угловыми промежутками 56а, 56b, 56c, которые подразделяют оболочку 54 на три участка 55a, 55b, 55c оболочки, которые симметрично расположены вокруг общей оси, также называемой продольной осью. Фокусирующий электрод 40 имеет переднюю крышку, снабженную круглой апертурой 44 пропускания электронов, окруженной фокусирующей поверхностью 42 (не показана на фиг. 2а). Области внутренней поверхности участков 55a-55c цилиндрической оболочки совместно образуют улавливающую тепло поверхность 52. Угловые промежутки 56a - 56c, показанные на фиг. 2а, образованы вырезами, например, линейными или спиральными вырезами, которые простираются вдоль углового направления, а также продольного направления Z. Промежутки 56a - 56c могут быть использованы для размещения ограничительного приспособления для ограничения фокусирующего электрода 40 и/или тела 22 катода относительно опорной структуры, как описано со ссылкой на фиг. 4 и 5.

[00116] Оболочка 54 может быть снабжена опорными элементами 57а фокусирующего электрода, чтобы служить опорой фокусирующего электрода в продольном направлении. Опорные элементы 57а могут быть снабжены выступами, или контактными опорами, образующими контакты с опорным элементом 62, как показано на фиг. 4. Контактные опоры могут иметь диаметр, равный 150 мкм, и высоту, равную 100 мкм. Также, могут быть обеспечены три поперечных опорных элемента 57b, показанные в виде практически цилиндрических структур, простирающихся от фокусирующего электрода 40. Они ограничивают поворот фокусирующего электрода вокруг продольной оси. Опорные элементы 57 могут образовывать единое целое с цилиндрической оболочкой 54 или могут быть прикреплены к ней. Катодное устройство, содержащее цилиндрическую оболочку 54, описанную в настоящем документе, установленную на опорную структуру 62, содержащую ограничительное приспособление 65, имеющее структуры 65а концевых ограничителей, показано на фиг. 4.

[00117] Фиг. 2b схематично показывает вид в перспективе разреза фокусирующего электрода 40, содержащего цилиндрическую оболочку 54, снабженную угловыми промежутками 56a-c, опорными элементами 57a,b фокусирующего электрода, промежуточными структурами 48 и радиальными разделителями 59.

[00118] В электронно-лучевой литографии, необходимо работать с электронными пучками, которые являются в высокой степени однородными в поперечных направлениях, так чтобы могли быть минимизированы эффекты аберрации при управлении электронным пучком.

[00119] Фиг. 3 показывает продольное сечение варианта осуществления катодного устройства 20, в котором эмиссионная поверхность 32 катода и апертура 44 пропускания фокусирующего электрода 40 должным образом выставлены для улучшения однородности генерируемого электронного пучка. Тело 22 катода имеет эмиссионную поверхность 32 для эмиссии электронов в продольном направлении Z. Эмиссионная поверхность 32 ограничена периметром 35 эмиссии. Фокусирующий электрод 40 (по меньшей мере частично) охватывает тело 22 катода в поперечных направлениях X, Y. Фокусирующий электрод 40 содержит апертуру 44 пропускания электронов вблизи эмиссионной поверхности 32 для фокусировки электронов, эмитированных эмиссионной поверхностью 32 во время работы. Апертура 44 пропускания ограничена периметром 45 апертуры. Тело 22 катода подвижно размещено внутри фокусирующего электрода 40 при максимальном поперечном расстоянии d1 от выставленного положения R0. Периметр 45 апертуры поперечно простирается над эмиссионной поверхностью 32 и за периметр 35 эмиссии с расстоянием перекрытия d2, которое превышает максимальное поперечное расстояние d1. Другими словами, фокусирующий электрод перекрывает часть эмиссионной поверхности посредством простирания за периметр эмиссии на расстояние перекрытия d2. Как можно понять из фиг. 3, периметр 35 эмиссии задает большую область, чем периметр 45 апертуры. Предпочтительно, как периметр 45 апертуры, так и периметр 35 эмиссии, являются круговыми, причем диаметр периметра 45 апертуры является меньшим, чем диаметр периметра 35 эмиссии.

[00120] Расстояние перекрытия d2, превышающее максимальное поперечное расстояние d1, предполагает, что в выставленном положении R0 периметр 45 апертуры везде выступает вовнутрь больше, чем на поперечное расстояние d1 за периметр 35 эмиссии. В выставленном положении R0 тело 22 катода и апертура 44 пропускания являются оптимально выставленными для электронной эмиссии с эмиссионной поверхности 32 и для пропускания электронов через апертуру 44 пропускания. Любые поперечные отклонения от выставленного положения R0 откроют новый участок эмиссионной поверхности 32. Требование d2>d1 гарантирует, что любое поперечное рассогласование только откроет другой участок эмиссионной поверхности 32. Следовательно, плотность электронов, высвобождаемых эмиссионной поверхностью 32, и пропускаемых через апертуру 44, остается относительно однородной, что обеспечивает в результате относительно однородный электронный пучок 4.

[00121] Тело 22 катода имеет поверхность 36, обращенную к внутренней поверхности 54а оболочки 54. Максимальное поперечное расстояние d1 определено на фиг. 3 в виде расстояния между внутренней поверхностью 54а и поверхностью 36. Проекция 45а периметра 45 апертуры на эмиссионную плоскость S2, определяемую эмиссионной поверхностью, лежит полностью внутри периметра 35 эмиссии даже в случае неправильного выставления.

[00122] Фокусирующий электрод 40 имеет внутреннюю поверхность 46, которая обращена к эмиссионной поверхности 32 и расположена на продольном расстоянии h от эмиссионной поверхности 32. Это продольное расстояние h может быть обеспечено в виде продольного промежутка 60, например, посредством промежуточных структур 48, описанных для катодного устройства, показанного на фиг. 1a, 1b и 2b.

[00123] Расстояние перекрытия d2 предпочтительно находится в диапазоне от 10 мкм до 100 мкм в зависимости от максимального поперечного расстояния d1. Максимальное поперечное расстояние d1 может быть в диапазоне 10-35 мкм. Посредством этого механические допуски на выставление тела 22 катода относительно фокусирующего электрода 40 могут быть снижены.

[00124] Периметр 45 апертуры и периметр 35 эмиссии предпочтительно имеют подобную форму (или являются «гомоморфными»). В варианте осуществления, показанном на фиг. 1b, периметр 35 эмиссии и периметр 45 апертуры оба являются круговыми, что в результате обеспечивает в высокой степени симметричное катодное устройство 20, для которого любое поперечное рассогласование между эмиссионной поверхностью 32 и апертурой 44 пропускания зависит только от относительного радиального смещения от выставленного положения R0.

[00125] Фокусирующий электрод 40 катодного устройства, показанного на фиг. 3, может содержать цилиндрическую оболочку 54, описанную со ссылкой на фиг. 2a и 2b.

[00126] Катодное устройство, показанное на фиг. 3, может быть выполнено с возможностью нагревания фокусирующего электрода 40 таким же образом, как описано со ссылкой на фиг. 1a и 1b.

[00127] Фиг. 4 схематично показывает катодное устройство 20, установленное на опорной структуре 62, такой как опорный электрод в электронной пушке. Катодное устройство 20 может быть катодным устройством согласно любому варианту осуществления, описанному выше. Катодное устройство 20 и опорная структура 62 показаны в ориентации, в которой они, как предполагается, позиционированы во время использования, например, в электронно-лучевой литографии. Опорная структура 62 может содержать опорный электрод, или G0, электронной пушки 2, например, как показано на фиг. 5 или 6. На опорный электрод 62 обычно подают такой же потенциал, что и на фокусирующий электрод 40, и он может быть частью электронной оптики электронной пушки. Также, этот потенциал может быть подан на ограничительное приспособление 65.

[00128] Тело 22 катода опирается под действием силы тяжести на внутреннюю электродную поверхность 46, предпочтительно на три промежуточные структуры 48, описанные выше. Три промежуточные структуры 48 выставляют эмиссионную плоскость S2 с плоскостью апертуры S1, и обеспечивают промежуток 60 между эмиссионным участком и внутренней электродной поверхностью 46.

[00129] Фокусирующий электрод 40 опирается на опорную структуру 62 через три продольные опорных элемента 57а также под действием силы тяжести. Как показано на фиг. 4, опорные элементы 57а могут образовывать точечные контакты с опорной структурой 62. Посредством образования трех точечных контактов между опорными элементами 57а и опорной структурой 62, фокусирующий электрод 40, в частности, плоскость апертуры S1, может быть выставлен параллельно плоскости поддерживающего электрода. Посредством точечных контактов минимизирована теплопередача между фокусирующим электродом 40 и опорной структурой 62.

[00130] Ограничительное приспособление 65 обеспечено для ограничения тела 22 катода относительно фокусирующего электрода 40, и фокусирующего электрода 40 относительно опорной структуры 62. Ограничительное приспособление 65 может содержать ограничительные структуры или концевые ограничители, 65а, выступающие через каждый угловой промежуток 56a-56c структуры 54 оболочки, для ограничения перемещения тела 22 катода относительно фокусирующего электрода 40. В частности, концевые ограничители 65а могут блокировать относительное перемещение во время монтажа, демонтажа, хранения и/или транспортировки электронной пушки 2, содержащей катодное устройство. Образован зазор между поверхностью 24а первого конца 24 тела 22 катода и поверхностью концевого ограничителя 65а, обращенной к поверхности 24а, и между периметром угловых промежутков 56a-56c и поверхностью 65а концевого ограничителя, обращенной к периметру промежутков.

[00131] Дополнительно, ограничительное приспособление может содержать блокирующие структуры, для ограничения поворота вокруг продольной оси и/или поперечного перемещения фокусирующего электрода 40, посредством поперечных опорных элементов 57b.

[00132] Расстояния между концевыми ограничителями 65а и соответствующими поверхностями катодного устройства 20 обеспечивают возможность теплового расширения разных структурных элементов без создания концевыми ограничителями 65а механических напряжений и/или деформации катодного устройства, что, в свою очередь, может вызвать деградацию электронного пучка, генерируемого электронной пушкой. Посредством этого, может быть предотвращена деформация или другое повреждение структур вследствие теплового расширения (различий в нем). Также, может быть предотвращена теплопередача между катодным устройством 20 и опорной структурой 62.

[00133] Фиг. 5 схематично показывает разрез электронной пушки 2, содержащей катодное устройство 20, показанное на фиг. 1a и 1b. Альтернативно, она может содержать катодное устройство 20, показанное на фиг. 3, или любой другой вариант осуществления катодного устройства, описанный здесь. Показан катод 50 косвенного накала, выполненный с возможностью нагревания приемника 25 и резервуара 38. Однако, альтернативно, могут быть использованы другие источники тепла, описанные выше. Как показано на фиг. 5, катод 50 косвенного накала коаксиально выставлен с термокатодом, в частности, с апертурой 44 пропускания. Электроны, эмитированные с катода косвенного накала, образуют электронный пучок, входящий в приемник 25, для нагревания тела 22 катода и резервуара 38, как описано выше. Может быть обеспечен фокусирующий электрод катода косвенного накала, для фокусировки электронов в приемник 25. Фокусирующий электрод катода косвенного накала может быть подобным по форме электродам 6a-6c, описанным ниже, и предпочтительно является коаксиально выставленным с ними и с апертурой 44 пропускания. Разность потенциалов, обычно, приблизительно, 1 кВ, прикладывают между катодом косвенного накала и катодным устройством 20, таким образом, чтобы электроны ускорялись от катода косвенного накала к термокатоду. Например, к устройству катода косвенного накала, в частности, его фокусирующему электроду, может быть приложен потенциал -6 кВ, а катодное устройство 20, включающее в себя фокусирующий электрод 40 и поддерживающий электрод 62, может иметь потенциал -5 кВ.

[00134] Электронная пушка 2 дополнительно содержит электроды 6a-6c, также называемые здесь формирующими электродами, расположенные коаксиально с апертурой 44 пропускания и в последовательном порядке, для образования электронного пучка 4 электронов, эмитированных с катода. Обычно, образованный расходящийся электронный пучок 4 направляют вдоль продольной оси. В терминологии электронных пушек, электроды 6a-6c могут также называться электродами G1-G3. Посредством приложения разных электрических потенциалов к отдельным электродам 6a-6c создают электрическое поле для направления электронов от эмиссионной поверхности 32 катодного устройства 20 таким образом, чтобы была получена необходимая форма пучка. Например, электрические потенциалы величиной +3 кВ, -4,2 кВ и +2,5 кВ могут быть приложены к электродам 6a, 6b и 6c, соответственно. На фиг. 5, показаны три электрода 6a-6c, хотя следует понимать, что может быть использовано другое количество электродов 6a-6c.

[00135] Формирующие электроды 6a-6c могут быть соединены с возможностью связи с блоком 8 питания, также называемым формирующим контроллером. Блок 8 питания может динамически управлять напряжением, приложенным к электродам 6a-6c, например, для компенсации изменений обстоятельств окружающей среды и/или для получения разных форм электронного пучка 4. Катод 50 косвенного накала, включающий в себя его нить накала и фокусирующий электрод, также может быть соединен с блоком 8 питания.

[00136] Каждый из формирующих электродов содержит проводящее тело, снабженное формирующей апертурой 10a-10c, которые предпочтительно являются идеально круглыми и коаксиально выставленными с высокой точностью.

[00137] Катодное устройство 20 установлено на опорной структуре 62, содержащей поддерживающий электрод, также называемый G0-электродом. Поддерживающий электрод может иметь форму, подобную форме первого формирующего электрода 6а, и может быть соединен с блоком 8 питания. Опорная структура 62 предпочтительно может быть опорной структурой, показанной на фиг. 4, содержащей ограничительное приспособление 65, имеющее концевые ограничители 65а.

[00138] Электронная пушка 2, описанная выше, может быть частью установки литографии с элементарными лучами заряженных частиц, например, установки литографии, описанной со ссылкой на фиг. 6, и, в частности, частью установки 1 литографии с многочисленными элементарными лучами заряженных частиц для переноса структуры на поверхность мишени 18 с использованием множества элементарных лучей 5 заряженных частиц.

[00139] Фиг. 6 показывает упрощенный схематичный чертеж варианта осуществления установки 1 литографии с использованием заряженных частиц. Установки литографии описаны, например, в патентах США с номерами 6897458, и 6958804, и 7019908, и 7084414, и 7129502, в публикации заявки на патент США № 20070064213, а также заявках на патент США, находящихся на рассмотрении, с серийными номерами 61/031573, и 61/031594, и 61/045243, и 61/055839, и 61/058596, и 61/101682, которые все закреплены за владельцем данного изобретения, и которые в полном объеме включены в данный документ по ссылке.

[00140] В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, установка 1 литографии содержит генератор 2, 12, 13 элементарных лучей, для генерации множества элементарных лучей 5, модулятор 14, 15 элементарных лучей для структурирования элементарных лучей 5 для формирования модулированных элементарных лучей, и проектор 16, 17 элементарных лучей, для проецирования модулированных элементарных лучей на поверхность мишени 18. Генератор 2, 12, 13 элементарных лучей содержит электронную пушку 2 для создания электронного пучка 4. На фиг. 6, электронная пушка 2 создает практически однородный расширяющийся электронный пучок 4. Генератор 2, 12, 13 элементарных лучей дополнительно содержит блок 12 коллимирующих электродов, для коллимирования электронного пучка 4, и массив 13 апертур, для образования множества элементарных лучей 5. Массив 13 апертур блокирует требуемую часть электронного пучка 4, тогда как другая часть электронного пучка 4 проходит массив 13 апертур для формирования множества элементарных лучей 5. Эта установка генерирует большое количество элементарных лучей 5, предпочтительно примерно 10000-1000000 элементарных лучей.

[00141] Модулятор 14, 15 элементарных лучей содержит массив 14 гасителей элементарных лучей и массив 15 подавителей элементарных лучей. Массив 14 гасителей элементарных лучей содержит множество гасителей для отклонения одного или более элементарных лучей 5 электронов. Отклоненные и неотклоненные элементарные лучи 5 электронов прибывают на массив 15 подавителей элементарных лучей, который имеет множество апертур. Массив 14 гасителей элементарных лучей и массив 15 подавителей элементарных лучей функционируют вместе для блокирования или разрешения прохода выбранных элементарных лучей 5. В общем, если массив 14 гасителей элементарных лучей отклоняет элементарных луч 5, то он не пройдет через соответствующую апертуру в массиве 15 подавителей элементарных лучей и будет заблокирован. Однако если массив 14 гасителей элементарных лучей не отклоняет элементарный луч 5, то тогда он пройдет через соответствующую апертуру в массиве 15 подавителей элементарных лучей. Альтернативно, элементарные лучи 5 могут пройти массив 15 подавителей элементарных лучей после отклонения соответствующими гасителями в массиве 14 гасителей элементарных лучей, и могут быть заблокированы массивом 15 подавителей элементарных лучей, если они не будут отклонены. Модулятор 14, 15 элементарных лучей выполнен с обеспечением структуры для элементарных лучей 5, на основе ввода данных структуры, обеспеченного блоком 90 управления. Блок 90 управления содержит блок 91 хранения данных, блок 92 считывания и блок 93 преобразования данных, и может быть расположен удаленно от остальной части установки 1, например, может быть расположен за пределами «чистой комнаты», в которой находится установка 1.

[00142] Модулированные элементарные лучи проецируют на поверхность мишени 18 посредством проектора 16, 17 элементарных лучей. Проектор 16, 17 элементарных лучей содержит массив 16 дефлекторов элементарных лучей для сканирования модулированными элементарными лучами по поверхности мишени, и устройство 17 проекционных линз, содержащее один или более массивов проекционных линз для фокусировки модулированных элементарных лучей на поверхности мишени 18. Мишень 18 обычно расположена на подвижной платформе 19, перемещением которой можно управлять посредством блока управления, такого как блок 90 управления.

[00143] Для применений в литографии, мишень 18 обычно содержит пластину, снабженную чувствительным к заряженным частицам слоем или слоем резиста. Участки пленки резиста будут химически модифицированы в результате облучения элементарными лучами электронов. В результате этого, облученные участки пленки могут быть более или менее растворимыми в проявителе, что обеспечивает в результате структуру резиста на пластине. Структура резиста на пластине может быть впоследствии перенесена на лежащий ниже слой, т.е., посредством этапов имплантации, травления и/или осаждения, известных в данной области техники изготовления полупроводников. Очевидно, если облучение не является однородным, то резист может не быть проявлен однородно, что приводит к дефектам в структуре. Таким образом, высококачественное проецирование является уместным для получения установки литографии, которая обеспечивает воспроизводимый результат.

[00144] Массив 16 дефлекторов может иметь вид массива сканирующих дефлекторов, выполненного с возможностью отклонения каждого элементарного луча, который проходит через массив 15 подавителей элементарных лучей. Массив 16 дефлекторов может содержать множество электростатических дефлекторов, обеспечивающих возможность приложения относительно малых управляющих напряжений. Хотя массив 16 дефлекторов показан выше по ходу, чем устройство 17 проекционных линз, массив 16 дефлекторов может быть также расположен между устройством 17 проекционных линз и поверхностью мишени 18.

[00145] Устройство 17 проекционных линз может быть выполнено с возможностью фокусировки элементарных лучей 5 перед или после отклонения массивом 16 дефлекторов. Предпочтительно, фокусировка обеспечивает в результате геометрический размер пятна, равный примерно 10-30 нм в диаметре. В таком предпочтительном варианте осуществления устройство 17 проекционных линз предпочтительно выполнено с обеспечением уменьшения примерно в 100-500 раз, наиболее предпочтительно на столько, насколько это возможно, например, в диапазоне от 300 до 500 раз.

[00146] Любые варианты осуществления способов, описанных выше, могут быть реализованы посредством компьютерного кода, т.е., компьютерного программного продукта, который обеспечивает команды для обрабатывающего устройства (например, блока 90 управления, который может содержать компьютерное устройство), для выполнения способа при запуске на некотором устройстве. Компьютерный программный продукт может храниться на машиночитаемом носителе.

[00147] Указания, приведенные здесь со ссылкой на катоды и электронные пушки, не обязательно ограничены генерацией и эмиссией электронов в качестве заряженных частиц. Эти указания могут быть также успешно применены для генерации других типов заряженных частиц, таких как ионы, имеющие либо положительный, либо отрицательный электрический заряд. Также, следует понимать, что установка, подобная установке, показанной на фиг. 6, может быть использована с другим типом излучения, например, с использованием ионного источника для создания ионного пучка.

Изобретение относится к катодному устройству. Катодное устройство (20) содержит: тело (22) катода, вмещающее эмиссионную поверхность (32) для эмиссии электронов в продольном направлении (Z), причем эмиссионная поверхность ограничена периметром (35) эмиссии; фокусирующий электрод (40) по меньшей мере частично охватывающий тело катода в поперечном направлении и содержащий апертуру (44) пропускания электронов для фокусировки электронов, эмитированных эмиссионной поверхностью, причем эта апертура ограничена периметром (45) апертуры. Причем тело катода подвижно размещено внутри фокусирующего электрода при максимальном поперечном расстоянии (d1) от выставленного положения (R0. Периметр апертуры поперечно простирается над эмиссионной поверхностью и за периметр эмиссии на расстояние перекрытия (d2), которое превышает максимальное поперечное расстояние. Техническим результатом является высокая и стабильная электронная эмиссия и плотность тока катода, а также возможность управления температурой фокусирующей поверхности 42 во время работы катода. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Катодное устройство (20), содержащее:

- тело (22) катода, вмещающее эмиссионную поверхность (32) для эмиссии электронов в продольном направлении (Z), причем эмиссионная поверхность ограничена периметром (35) эмиссии;

- фокусирующий электрод (40), по меньшей мере частично охватывающий тело катода в поперечном направлении (X, Y) и содержащий апертуру (44) пропускания электронов для фокусировки электронов, эмитированных эмиссионной поверхностью, причем упомянутая апертура ограничена периметром (45) апертуры,

причем тело катода расположено с кольцевым зазором (d1) между телом катода и фокусирующим электродом,

при этом тело катода расположено так, чтобы сделать возможным его перемещение относительно фокусирующего электрода в кольцевом зазоре (d1)от коаксиального выставленного положения (R0),которое соответствует оси вдоль продольного направления (Z),

и при этом апертура пропускания меньше, чем эмиссионная поверхность, так что периметр апертуры поперечно простирается над эмиссионной поверхностью и за периметр эмиссии на расстояние перекрытия (d2), которое превышает кольцевой зазор (d1).

2. Устройство (20) по п. 1, причем фокусирующий электрод содержит цилиндрическую оболочку (54), имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к наружной поверхности тела катода и снабженную радиальными разделителями или упорами (59) для обеспечения упомянутого кольцевого зазора между внутренней поверхностью цилиндрической оболочки и телом катода, и/или причем фокусирующий электрод представляет собой электрод Пирса.

3. Устройство (20) по п. 1, причем расстояние перекрытия (d2) находится в диапазоне от 10 микрометров до 100 микрометров, и предпочтительно равно 50 микрометрам.

4. Устройство (20) по любому из пп. 1-3, причем периметр (45) апертуры и периметр (35) эмиссии имеют подобную форму и предпочтительно являются круговыми.

5. Устройство (20) по любому пп. 1-3, причем фокусирующий электрод (40) имеет внутреннюю электродную поверхность (46), обращенную к эмиссионной поверхности (32), и причем для обеспечения промежутка между фокусирующим электродом и эмиссионным участком расположены промежуточные элементы (48).

6. Устройство (20) по п. 5, причем в предназначенной для использования ориентации тело катода опирается на промежуточные элементы (48) под действием силы тяжести.

7. Устройство по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее опорную структуру (62), снабженную ограничительным приспособлением (65) для ограничения фокусирующего электрода (40) и/или тела (22) катода относительно опорной структуры.

8. Устройство по п. 7, причем ограничительное приспособление содержит концевые ограничители (65a, 65b), каждый из которых обращен к области поверхности тела катода и/или фокусирующего электрода и расположен с зазором между концевым ограничителем и областью поверхности.

9. Устройство по п. 1, причем тело катода вмещает термокатод, содержащий эмиссионный участок (30), снабженный эмиссионной поверхностью (32) для эмиссии электронов, и резервуар (38) для хранения материала, причем этот материал при нагревании высвобождает понижающие работу выхода частицы (70), которые диффундируют к эмиссионному участку и испускаются с эмиссионной поверхности с первой скоростью испарения (Φc).

10. Устройство по п. 9, причем фокусирующий электрод (40) содержит фокусирующую поверхность (42) для фокусировки электронов, эмитированных с эмиссионной поверхности, и устройство дополнительно содержит регулируемый источник тепла, выполненный с возможностью поддержания фокусирующей поверхности фокусирующего электрода при температуре (Те), при которой предотвращается накопление понижающих работу выхода частиц на фокусирующей поверхности.

11. Устройство по п. 10, причем фокусирующий электрод (40) дополнительно содержит улавливающую тепло поверхность (52), обращенную к по меньшей мере участку тела (22) катода и выполненную с возможностью приема теплового излучения (Q), излучаемого телом катода во время использования, и причем улавливающая тепло поверхность находится в тепловой связи с фокусирующей поверхностью (42).

12. Устройство по п. 10 или 11, причем регулируемый источник тепла выполнен с возможностью нагревания тела катода, и причем предпочтительно фокусирующая поверхность (42) нагревается в основном посредством теплового излучения от тела (22) катода.

13. Устройство по п. 11, причем фокусирующий электрод (40) содержит оболочку (54), которая окружает тело (22) катода, причем оболочка снабжена внутренней поверхностью, причем внутренняя поверхность или ее участок образует улавливающую тепло поверхность (52).

14. Устройство по любому из пп. 1-3, 9-11 или 13, причем тело катода и фокусирующий электрод расположены так, чтобы предотвратить или по меньшей мере минимизировать прямую теплопередачу от катода к фокусирующему электроду.

15. Устройство по п. 11 или 13, причем между улавливающей тепло поверхностью (52) и внешней поверхностью (36) тела (22) катода образован радиальный промежуток (58).

16. Устройство по любому из пп. 10, 11 или 13, причем понижающие работу выхода частицы (70) содержат барий (Ba).

17. Устройство по п. 16, причем регулируемый источник (50) тепла выполнен с возможностью поддержания температуры (Те) фокусирующей поверхности выше 900 К.

18. Устройство по п. 16, причем регулируемый источник (50) тепла дополнительно выполнен с возможностью поддержания температуры фокусирующей поверхности ниже 1300 К.

19. Устройство по любому из пп. 10, 11 или 13, причем фокусирующая поверхность (42) снабжена покрытием, подавляющим электронную эмиссию.

20. Устройство по любому из пп. 10, 11 или 13, причем регулируемый источник (50) тепла выполнен с возможностью нагревания резервуара (38) так, чтобы понижающие работу выхода частицы (70) диффундировали к эмиссионному участку (30) и испускались с эмиссионной поверхности (32) с первой скоростью испарения (Φc).

21. Устройство по любому из пп. 10, 11 или 13, причем регулируемый источник тепла содержит катод (50) косвенного накала.

22. Устройство по любому из пп. 10, 11 или 13, причем регулируемый источник (50) тепла расположен внутри тела (22) катода или внутри приемника (25), образованного телом катода.

23. Устройство по любому из пп. 11 или 13, причем регулируемый источник тепла выполнен с возможностью прямого нагревания фокусирующего электрода.

24. Электронная пушка (2) для генерации электронного пучка (4), содержащая:

- катодное устройство (20) по любому из пп. 1-3, 9-11 или 13 для генерации множества электронов; и

- по меньшей мере один формирующий электрод (6a - 6c) для формирования генерируемых электронов в электронный пучок.

25. Электронная пушка по п. 24, содержащая по меньшей мере два формирующих электрода (6a - 6c), образующих выставленный блок (12) электродов, причем каждый из формирующих электродов содержит проводящее тело, снабженное формирующей апертурой (10a - 10c), причем формирующие апертуры выставлены коаксиально.

26. Установка (1) электронно-лучевой литографии для воздействия на мишень (18) с использованием по меньшей мере одного элементарного луча (5) электронов, содержащая:

- генератор (2, 12, 13) элементарных лучей для генерации упомянутого по меньшей мере одного элементарного луча электронов;

- модулятор (14, 15) элементарных лучей для структурирования упомянутого по меньшей мере одного элементарного луча электронов, чтобы сформировать по меньшей мере один модулированный элементарный луч;

- проектор (16, 17) элементарных лучей для проецирования упомянутого по меньшей мере одного модулированного элементарного луча на поверхность мишени;

причем генератор элементарных лучей содержит электронную пушку (2) по п. 24.