專(zhuān)利名稱(chēng)：用作多束電子平版印刷設(shè)備的電子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子源，特別涉及適用于多束電子平版印刷設(shè)備中的電子源。
平版印刷設(shè)備的主要用途之一是用于制造集成電路以及諸如此類(lèi)的半導(dǎo)體技術(shù)中。通常，整個(gè)半導(dǎo)體薄片是經(jīng)在薄片上形成大量的同樣的集成電路(半導(dǎo)體蕊片)然后把薄片切割成單個(gè)蕊片來(lái)加工處理的。用包括光平版印刷、X射線平版印刷、直接寫(xiě)入電子束平版印刷等等各種不同的方法能夠在薄片上印刷成集成電路圖案。光平版印刷使用掩模和標(biāo)度線，掩模和標(biāo)度線受能夠達(dá)到的最小零件尺寸的限制并且有每個(gè)后續(xù)的成套掩模或標(biāo)度線必須準(zhǔn)確地與現(xiàn)有的制成圖案對(duì)齊的附加缺點(diǎn)。此外，由于每一步驟必須用專(zhuān)用而又昂貴的機(jī)器處理，所以掩模制備、檢驗(yàn)和修補(bǔ)增加了相當(dāng)大的費(fèi)用并且耽誤時(shí)間。
在平版印刷中，薄片涂敷光敏乳膠并且一束光(或其他能量粒子)通過(guò)掩?；驑?biāo)度線然后就在薄片上的光敏乳膠中曝光出元件、電路、中間連接線等等。在過(guò)去，已發(fā)現(xiàn)例如能用X-射線束使線寬小于1微米。問(wèn)題是用單束X-射線曝光出許多蕊片的所有零件化費(fèi)了大量時(shí)間。進(jìn)一步，隨著薄片的尺寸從直徑為100mm增加到直徑為300mm那么大，這個(gè)問(wèn)題更為嚴(yán)重。
雖然設(shè)計(jì)了一些多束電子平版印刷設(shè)備，但是設(shè)備在能夠?qū)懭氲谋∑叽缟鲜芟拗?，也就是說(shuō)由于產(chǎn)生電子束和所使用聚焦的方法使能夠同時(shí)曝光的面積受限制。雖然在一些集成電路上能夠同時(shí)寫(xiě)入單一式的圖案，但是由于所有的電子束同時(shí)受控制，所以通常只能夠在薄片上寫(xiě)入單一式圖案。而且，在許多例子中對(duì)于加工處理的每一種尺寸的薄片必須提供不同的設(shè)備。進(jìn)一步，由于電子束產(chǎn)生方式和聚焦元件而使電子束斑點(diǎn)尺寸和對(duì)準(zhǔn)精確度受限制，以致極限分辯率僅比用其他方法所能達(dá)到的極限分辯率稍微好一些。
提供一種更可控制的并且具有較高平版印刷分辯率的用作多束電子平版印刷設(shè)備的電子源將會(huì)非常具有優(yōu)勢(shì)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有比現(xiàn)有技術(shù)的電子源更高分辯率的新穎而又改進(jìn)的電子源。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供能夠方便地在多束電子平版印刷設(shè)備中使用的一種新穎而又改進(jìn)的電子源以使這些設(shè)備更為順從和通用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種大體上對(duì)任何薄片尺寸都能夠應(yīng)用而且能夠在電子束平版印刷中用以在單個(gè)薄片上同時(shí)寫(xiě)入各種不同集成電路圖案的新穎而又改進(jìn)的電子源。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種不需要X-Y掃描偏轉(zhuǎn)器新穎而又改進(jìn)的電子源。
本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的目的是提供一種大大減少所使用的每一個(gè)單獨(dú)的電子發(fā)射極的電流需要量的新穎而又改進(jìn)的電子源。
一個(gè)電子源包含場(chǎng)致發(fā)射電極二維陣列的非正交行一列矩陣、鄰近有關(guān)聯(lián)的場(chǎng)致發(fā)射電極陣列列組安裝的控制電極陣列和使每一列組中的一個(gè)陣列與每個(gè)其他列組中相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)陣列并聯(lián)連接的電連接線，就這種電子源而論，至少部分地解決了上述的問(wèn)題和其它問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)了上述的目的。列組沿行軸安裝并且每個(gè)列組中的陣列沿與行軸成一角度的列軸彼此留有相隔間距，以致在投影到行軸時(shí)陣列彼此留有均勻的間距。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)向所選擇的與場(chǎng)致發(fā)射電極陣列連接的行軸電連接線之一并同時(shí)向一個(gè)或多個(gè)控制電極供給起作用的電壓， 可以使每個(gè)列組中的一單個(gè)發(fā)射極陣列同時(shí)發(fā)射。為了消除鄰近控制極對(duì)電子束的靜電影響，在每個(gè)控制電極的相對(duì)二側(cè)形成場(chǎng)補(bǔ)償電極并且環(huán)繞電極延伸在相鄰的場(chǎng)補(bǔ)償電極之間。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，進(jìn)行一列尋址，以便經(jīng)由向控制電極之一供給一個(gè)起作用的電壓而同時(shí)向一條或多條行一列場(chǎng)致發(fā)射電極陣列尋址連接導(dǎo)線供給一個(gè)起作用電壓，可以使一單個(gè)列組內(nèi)所有發(fā)射極陣列發(fā)射。
參閱附圖

圖1是放得很大的透視圖，其剖開(kāi)并以斷面表示的部分是電子發(fā)射極二維陣列；圖2是電子發(fā)射極二維陣列的放得很大的頂視圖，與圖1所示的相似，示出了一些典型尺寸及其元件的數(shù)量；圖3是類(lèi)似于圖2的頂視圖，示出了具體的電子發(fā)射極的二維陣列；圖4是根據(jù)圖3中的線4-4剖開(kāi)來(lái)看的剖面圖；圖5是類(lèi)似于圖2的頂視圖，示出了另一種具體的電子發(fā)射極的二維陣列；圖6是根據(jù)圖5的線6-6剖開(kāi)來(lái)看的剖面圖；圖7是類(lèi)似于圖2的頂視圖，示出了另一種具體的電子發(fā)射極的二維陣列；圖8是圖7中的線8-8剖開(kāi)來(lái)看的剖面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的電子源的放大頂視圖；圖10是類(lèi)似于圖9的頂視圖，為了方便地示出內(nèi)部連接線，其部分被去除；圖11是圖10中所示的內(nèi)部連接線的放得很大的頂視圖；圖12是圖11中的一部分的放得很大的頂視圖；圖13是圖9中的一部分的放大圖，示出了元件的各種角度和尺寸；圖14-15是在二種不同的運(yùn)作狀態(tài)下圖13中的一部分的類(lèi)似的放大剖面圖；圖16-19是根據(jù)本發(fā)明的電子源的另一實(shí)施例的圖，類(lèi)似于圖10-13；圖20-21是根據(jù)本發(fā)明的電子源的另一實(shí)施例的圖；和圖22-24是說(shuō)明偽控制電極的運(yùn)作的圖。
具體參閱圖1，在透視圖中示出了電子發(fā)射極22的二維陣列20，為理解的方便起見(jiàn)，其部分被剖開(kāi)并用斷面圖表示。在這個(gè)具體的實(shí)施例中，在絕緣襯底24上形成陣列20，在絕緣襯底24上面有一層導(dǎo)電材料層25，層25用作發(fā)射極基座。在層25上形成絕緣層26并在絕緣層26的表面上形成第二導(dǎo)電層27。多個(gè)彼此留有間距的園筒形孔道28穿透層27和26而形成以致向下延伸而露出導(dǎo)電層25的表面。在每個(gè)孔道28中的導(dǎo)電層25上形成一個(gè)電子發(fā)射極22。
通常，上述的陣列20能夠用任何簡(jiǎn)便的方法制作，例如在美國(guó)專(zhuān)利NO.5,007,873中所述的方法，題名為“具有用相當(dāng)正規(guī)的氣相沉積工藝形成的發(fā)射極的非平面場(chǎng)致發(fā)射器件”1991年4月16日頒發(fā)而且包含在這里用作參考。此外，在這個(gè)具體的實(shí)施例中雖然采用了通常在工業(yè)中稱(chēng)之為“紡錘電極尖(spindt tips)”的園錐形場(chǎng)致發(fā)射電極尖，應(yīng)該理解到也可采用許多其他類(lèi)型的場(chǎng)致發(fā)射器件和電子發(fā)射極，例如，鉆石和其他低逸出功材料(low work function material)類(lèi)型發(fā)射射極，這些從下面說(shuō)明中將會(huì)明白。
正如在場(chǎng)致發(fā)射技術(shù)中所了解的那樣，第二導(dǎo)電層27用作陣列20的抽取或控制電極。通常，把電子發(fā)射極22的電極尖近似地固定在第二導(dǎo)電層27的平面內(nèi)，第二導(dǎo)電層27離每個(gè)電極尖留有等距離的間隔并且其周邊環(huán)繞每個(gè)電極尖。由于所有的電子發(fā)射極22是在公開(kāi)的導(dǎo)電層25上形成并與公開(kāi)的導(dǎo)電層25接觸以及由于單一的第二導(dǎo)電層27形成陣列20中每個(gè)電子發(fā)射極22的公開(kāi)控制極，所以陣列20中所有電子發(fā)射極22是并聯(lián)的并且或是同時(shí)發(fā)射或是同時(shí)不發(fā)射。
在把適當(dāng)?shù)碾妷菏┘佑趯?dǎo)電層25和第二導(dǎo)電層27之間時(shí)，在每個(gè)電極尖周?chē)a(chǎn)生很高的電場(chǎng)，由于場(chǎng)致發(fā)射導(dǎo)致每個(gè)電極尖發(fā)射電子。通常，由于一個(gè)陣列20中所有的電子發(fā)射極22一起運(yùn)作產(chǎn)生單一的電子束，所以一個(gè)陣列被看作一個(gè)象素。并且，由于所有的電子發(fā)射極并聯(lián)運(yùn)作，所以由單個(gè)發(fā)射電極22必須提供的電流量顯著地減少(通常低于1微安)并有一定的余量。
通常，已經(jīng)表明當(dāng)施加到導(dǎo)電層27(控制電極)的電壓比電子發(fā)射級(jí)22的電壓正40V到100V的范圍時(shí)引起充分的發(fā)射。并且，當(dāng)使用由低逸出功材料例如鉆石制成的電子發(fā)射極時(shí)，該電壓可以降至2到5伏。為了說(shuō)明方便起見(jiàn)在下面將討論一些具體的電壓，并且貫穿這個(gè)討論始終，假定在導(dǎo)電層27(控制電極)上電壓比導(dǎo)是層25上的電壓正100伏的確保運(yùn)作正常。此外，為了說(shuō)明方便起見(jiàn)，導(dǎo)電層22上的偏置電壓在發(fā)射時(shí)假定為-6000伏而在不發(fā)射時(shí)假定為-5900伏。
在圖2中示出了一種普通的二維電子發(fā)射極陣列20，以便能夠方便地了解元件的大小和相對(duì)的位置。在本領(lǐng)域中那些精通技術(shù)的人們將會(huì)了解到會(huì)同圖2(和圖3-8)所揭示的具體大小和尺寸適合采用紡錘電極尖電子發(fā)射極的實(shí)施例，而對(duì)于不同類(lèi)型的電子發(fā)射極可以采用不同大小和形狀的陣列。圖2中的陣列20沿水平方向上的每條線上有N個(gè)電極尖而沿垂直方向上的每條線上有2N個(gè)電極尖。并且，在水平方向和垂直方向上相鄰電極尖的中心對(duì)中心留有的間隔為0.5μm，同時(shí)陣20的電極尖基座(導(dǎo)電層25)的尺寸在垂直和水平二個(gè)方向上各添加1.0μm。
參閱圖3-6，為了更好地了解圖2中示出的陣列20的一般模型，用圖例舉二維電子發(fā)射極陣列的二個(gè)不同的具體例子。在圖3和圖4中示出了一個(gè)4×8電極尖陣列，其在水平方向和垂直方向上相鄰電極尖的中心對(duì)中心留有的間路為0.5μm，這樣使發(fā)射極基座具有水平尺寸為3.0μm而垂直尺寸為5.0μm。正如在圖4中能最清楚地看到那樣，發(fā)射極基座(導(dǎo)電層25)近似為0.15μm厚，絕緣層26近似為0.4m厚以及控制電極(第二導(dǎo)電層27)近似為0.15μm厚。在圖5和圖6中示出了10×20電極尖陣列，其在水平方向和垂直方向上相鄰電極尖的中心對(duì)中心留有的間距為0.5μm，這樣使發(fā)射極基座具有水平尺寸為6.0μm而垂直尺寸為11.0μm。其厚度尺寸和圖4中的各層厚度尺寸基本類(lèi)似。
在圖7和圖8中示出陣列20的第三實(shí)施例，在第三實(shí)施例中提供了較大的中心對(duì)中心的保持間距，為1.0μm揭示了5×10電極尖陣列，并且正如在圖8中能最清楚地看到那樣，發(fā)射極基座(導(dǎo)電層25)近似為0.30μm厚，絕緣層26近似為1.0μm厚度及控制電極(第二導(dǎo)電層27)近似為0.3μm厚。正如那些在本領(lǐng)域中精通技術(shù)的人們所了解的那樣，在制作紡錘電極尖時(shí)絕緣層26的厚度直接取決于孔道28的直徑因而也取決于電極尖22的高度。在圖7和圖8示出的實(shí)施例中較大的電極尖間隔允許用較厚的絕緣層26，這樣導(dǎo)致發(fā)射極基座(導(dǎo)電層25)和抽取電極(第二導(dǎo)電層27)之間較大的間隔。這個(gè)的較大間隔本身也減小抽取一對(duì)一基座電容并為電壓上較高的關(guān)斷速度(blanking speeds)創(chuàng)造條件(馬上會(huì)解釋)。
現(xiàn)在詳細(xì)地參閱圖9，圖9示出了按照本發(fā)明的照射(電子)源30的頂視圖。電子源30包含電子發(fā)射極二維陣列非的正交行一列矩陣，每個(gè)陣列與一般的陣列20(見(jiàn)圖2)相同。如現(xiàn)在將要說(shuō)明的那樣，每個(gè)一陣列(例如普通陣列20)起單個(gè)象素照射器作用，每個(gè)照射器在照射源30聚焦部分表面上曝光出一個(gè)分立的象素應(yīng)該理解到這里是為說(shuō)明方便起見(jiàn)，用電子發(fā)射極陣列以及特別是場(chǎng)致發(fā)射電極陣列作為照射器，但是如果希望的話能用別的象素照射器代替。行一列矩陣中的陣列是以許多陣列列組32來(lái)排列的，在這個(gè)的具體實(shí)施例中，列組32總數(shù)為16組，每一個(gè)列含26個(gè)電子發(fā)射極的分立的陣列。所有16個(gè)列組32被安裝在一個(gè)公開(kāi)的平面內(nèi)，例如所有列組32可以安置在共用的底座襯底24上。
在圖9中，每個(gè)列組32具有一個(gè)共用的細(xì)長(zhǎng)控制電極或抽取電極33，同時(shí)為了與外電壓源(示表示出)連接，交錯(cuò)的抽取電極33垂直地向下和向上延伸。每個(gè)抽取電極33有一個(gè)鄰接于上放置的分立的細(xì)長(zhǎng)的通常或U型的場(chǎng)補(bǔ)償電極34，同時(shí)多個(gè)場(chǎng)補(bǔ)償電極34被安置在與抽取電極33共同的平面里。正如從與圖l相關(guān)的抽取電極27的上述說(shuō)明中將會(huì)明白的那樣，含有抽取電極33和場(chǎng)補(bǔ)償電極34的平面與發(fā)射極基座(導(dǎo)電層25)留有絕緣層26厚度的間隔。單一的環(huán)繞電極35被安置在與抽取電極33和場(chǎng)補(bǔ)償電極34共同的平面內(nèi)，以便環(huán)繞電極35部分在相鄰的場(chǎng)補(bǔ)償電極之間延伸。在圖9中，環(huán)繞電極35接通源30的每一終端并且以連接盤(pán)旋的方式盤(pán)繞在相鄰的場(chǎng)補(bǔ)償電極34之間。
如現(xiàn)在將要更詳細(xì)地解釋的那樣，在圖9中陣列20的每個(gè)列組32沿一條水平或者以X方向延伸的軸(通常稱(chēng)為行軸)安置并與相鄰的列組32留有間隔。進(jìn)一步，各個(gè)列組32的安裝是在每個(gè)列組32中的陣列20沿與行軸成一角度的列軸彼此留有間隔分開(kāi)，以使陣列20在投影到行軸方向時(shí)彼此留有均勻的間距。因而，當(dāng)每一陣列20的垂直位置變化列組長(zhǎng)度(本實(shí)施例中為±140μm)± 的最大值時(shí)，所有的陣列20沿水平行軸彼此留有相同的間距。
現(xiàn)在參閱圖10，圖10是為了說(shuō)明列組32中的陣列20的各條行連接線，在去除部分控制電極33、場(chǎng)補(bǔ)償電極34和環(huán)繞電極35的情況下類(lèi)似于圖9的圖。如在圖11的放大圖中能更清楚地看到，每個(gè)列組32包含26個(gè)電子發(fā)射極分立的陣列20，陣列20排成每行13個(gè)陣列的有斜角的二行。每個(gè)陣列20被安置在其列組內(nèi)，在水平方向上具有最短的尺寸(N電極尖)而在垂直方向上具有最長(zhǎng)的尺寸(2N電極尖)。進(jìn)一步，如在圖12的放得很大的圖中能最清楚地看到的那樣，相對(duì)于水平行軸安放每個(gè)列組32的角度以使所有的陣列20在投影到水平行軸時(shí)彼此留有等距的間隔。
參閱圖12，在放大得很大的圖中示出了陣列20的單一列組32的一部分。在列組32的成斜角的第一列中的13個(gè)陣列20具有以“0”開(kāi)始的偶列號(hào)數(shù)而在列組32的成斜角的第二列中的13個(gè)陣列20具有以“1”開(kāi)始的奇列號(hào)數(shù)。應(yīng)該特別注意在水平方向上(行軸)安放每一個(gè)陣列20，以使每一個(gè)陣列(例如“ 0”陣列)中最右的發(fā)射極電極尖列在水平方向離下一個(gè)陣列20(例如“1”陣列)中最左的發(fā)射極電極尖列留有距離，這個(gè)距離等于其本身的陣列20(即“0”陣列)中最右的發(fā)射極電極尖列與本陣列中下一個(gè)發(fā)射極電極尖列留有的距離。
如在圖11和圖12進(jìn)一步很清楚地示出的那樣，在每個(gè)列組32中相同列號(hào)數(shù)的陣列20電連接于共同的電導(dǎo)線，以形成陣列20的行組26。因而，每列組32中的第一個(gè)陣列20(開(kāi)始在底產(chǎn)并且垂直向上移動(dòng))與其他15個(gè)列組32中的每一個(gè)列組32內(nèi)第一個(gè)陣列20連接以形成一個(gè)行組26。如在圖12中能很清楚地看到的那樣，5微米寬的行導(dǎo)線連接所有16個(gè)具有列號(hào)數(shù)“1”的陣列20，形成一個(gè)行組26。同樣，5μm寬的行導(dǎo)線連接所有具有號(hào)列數(shù)“3”的陣列20形成第二行組26。因而，使用在數(shù)目上與每個(gè)列組32中的多個(gè)陣列20(在本實(shí)施例中有26個(gè))相等的多個(gè)導(dǎo)電行導(dǎo)線37、38等等把陣列20連接成多個(gè)行組26。
在本實(shí)施例中，在相鄰的行導(dǎo)線37、38等等之間形成5μm間距，這足以使每個(gè)陣列20和下一條相鄰的行導(dǎo)線之間留下2μm的間隙。如在領(lǐng)域中精通技術(shù)的人們將明白的那樣，在襯底(例如圖1中的襯底24)上制成行導(dǎo)線37、38等的圖案并在襯底上制成電極尖基座圖案(圖1中的層25)，作為行導(dǎo)線37、38等等的整體部分。這樣，在電子源30中通過(guò)選擇一條專(zhuān)用的行導(dǎo)線37、38等等和選擇一個(gè)專(zhuān)用的抽取電極33，每一個(gè)陣列20是單獨(dú)和排他地可尋址的。而且，多個(gè)陣列20(從每列組32中來(lái)的一個(gè)陣列20)能同時(shí)發(fā)射，以使能夠同時(shí)產(chǎn)生從1到16的任一個(gè)數(shù)目的電子束。
詳細(xì)地參閱圖13，示出了圖9中源30的一部分的放大圖，示出元件各種角度和尺寸。能看到所示出的陣列20的列組32和有關(guān)聯(lián)的控制電極33相對(duì)于水平行軸以arctg(2)＝63.434°的角度安放。限定在列組32和行軸間的角度可以在45°和80°之間變化，取決于各種元件的彼此留有的間距和尺寸，在投影到行軸時(shí)相鄰陣列間留有的間距為重要特征。
在這個(gè)具體的實(shí)施例中，控制電極33為42μm寬，在其每一側(cè)的邊上安置21μm寬的場(chǎng)補(bǔ)償電極34并離控制電極33留有2μm的間隙。而且，環(huán)繞電極35的部分在相鄰的補(bǔ)償電極34間延伸并且在與之留有2μm的間隙。這樣，控制電極33，場(chǎng)補(bǔ)償電極34和環(huán)繞電極35彼此都留有間隔并且在電學(xué)上是分立的，以便向其施加不同的電壓。
下面的源30運(yùn)作和所使用電壓的具體例子只是為了說(shuō)明源的運(yùn)作而無(wú)論如何不是用來(lái)限定本發(fā)明的。再參閱圖12，與行導(dǎo)線37連接的每一個(gè)陣列具有列標(biāo)號(hào)“1”，與行導(dǎo)線38連接的每一個(gè)陣列具有列標(biāo)號(hào)“3”等等。一開(kāi)始，所有26條行導(dǎo)37、38等等被加偏壓到-5900伏，一種關(guān)斷狀態(tài)。控制電極33(圖13)可以是-5900伏或是-6000伏。如現(xiàn)在將更詳細(xì)地說(shuō)明的那樣，場(chǎng)補(bǔ)償電極34(圖13)可以是-5900伏或是-5800伏。環(huán)繞電極35始終為-5900伏。
最初所有行導(dǎo)線37、38等等上的電壓被設(shè)定在-5900伏。如果那個(gè)列組的列“1”陣列發(fā)射，則16個(gè)列組32的每個(gè)列組32的抽取電極33和場(chǎng)補(bǔ)償電極34二者均被設(shè)定在-5900伏。如果那個(gè)列組32的列“1”陣列不發(fā)射，則那個(gè)列組的抽取電極33被設(shè)定在-6000伏而場(chǎng)補(bǔ)償電極34被設(shè)定在-5800伏。在把電壓設(shè)定在預(yù)期值以及提供使電壓穩(wěn)定的時(shí)間之后，行導(dǎo)線37(行“1”)上的電壓從-5900伏變到-6000伏，它在抽取電壓為-5900伏時(shí)(凈正100伏電壓差)打開(kāi)所有的陣列。在提供必須的寫(xiě)入時(shí)間(基于關(guān)閉速度)后行導(dǎo)線37恢復(fù)到-5900伏。對(duì)具有列標(biāo)號(hào)“3”、“ 0”、“5”、“2”等的其余25行(行導(dǎo)線38等等)中的每一行重復(fù)上述程序。
假定源30正在被用作平版印刷設(shè)備中在半導(dǎo)體薄片上用于寫(xiě)入的電子源，在所有26行(列數(shù)號(hào)“0”一直到“25”)已完成上述的程序后，在其上面被寫(xiě)入的薄片在垂直于X方向的Y方向上移動(dòng)一個(gè)象素的距離(例如在薄片表面上成象的一個(gè)陣列20的長(zhǎng)度)。然后對(duì)所有列數(shù)號(hào)“0”一直到“25”的26行重復(fù)上述程序。之后在遍及薄片的整個(gè)寬度上在Y方向上重復(fù)這個(gè)程序，因而在X方向上寫(xiě)入近似100μm寬的一長(zhǎng)條。然后薄片在X方向上步進(jìn)一段等于被寫(xiě)入長(zhǎng)條的寬度的距離并且薄片平行于Y一軸以相反的方向移回時(shí)重復(fù)整個(gè)程序。
由于相鄰控制電極33的緊密貼近，所以從16個(gè)列組32的陣列20同時(shí)發(fā)射的各束電子束之間有“互相干擾”的電壓。源30的正常運(yùn)作要求幾乎完全矯正這種效應(yīng)，為了這個(gè)目的，在源30中包含場(chǎng)補(bǔ)償電極34。參閱圖14和圖15，示出了源30一部分的二個(gè)簡(jiǎn)化橫截面圖以說(shuō)明場(chǎng)補(bǔ)償器34的工作原理。
在圖14說(shuō)明的運(yùn)作狀態(tài)中，抽取電極33是在-6000伏，相當(dāng)于關(guān)斷陣列20。場(chǎng)補(bǔ)償電極34被設(shè)定在-5900伏，也就是場(chǎng)補(bǔ)償電極不起作用，而環(huán)繞電極35是正常的-5900伏。由于以場(chǎng)補(bǔ)償電極34和環(huán)繞電極35的電壓為基準(zhǔn)在抽取電極33上的電壓是-100伏。這相當(dāng)于在比陣列20的列組32長(zhǎng)得多的整個(gè)抽取電極33的長(zhǎng)度上分布相對(duì)負(fù)的凈電荷，因而對(duì)于從任一個(gè)相鄰的陣列20的列組32出射的電子束表現(xiàn)為有效無(wú)限長(zhǎng)的線狀電荷分布。由于線狀電荷分布產(chǎn)生的電場(chǎng)隨1/R衰減，此處R是離抽取電極33的距離(垂直于抽取電極33軸測(cè)量)，所以這種線狀電荷的使電子束偏轉(zhuǎn)的作用可以潛伏很長(zhǎng)的距離。
現(xiàn)在參閱圖15，示出了運(yùn)作的第二種狀態(tài)，其中補(bǔ)償電極34起作用。在這種狀態(tài)中，抽了電極33重新處在-6000伏，相當(dāng)于關(guān)斷陣列20。設(shè)定場(chǎng)補(bǔ)償電極34到-5800伏，也就是場(chǎng)補(bǔ)償電極34起作用，而環(huán)繞電極35處于正常的-5900伏。二個(gè)場(chǎng)補(bǔ)償電極34的每一個(gè)場(chǎng)補(bǔ)償電極34的寬度為抽取電極33的寬度的一半并且以環(huán)繞電極35的電壓為基準(zhǔn)，-5800伏電壓產(chǎn)生凈+100伏。場(chǎng)補(bǔ)償電極34和抽取電極33的組合相當(dāng)于線性四極電場(chǎng)，與單個(gè)抽取電極33的線狀單極電場(chǎng)大不相同(上面的圖14)。因?yàn)橛删€狀四極產(chǎn)生的電場(chǎng)隨1/R3衰減，所以對(duì)附近電子束的靜電偏轉(zhuǎn)影響大大減小。
應(yīng)該注意當(dāng)有關(guān)聯(lián)的抽取電極33被打開(kāi)(也設(shè)定在-5900伏)時(shí)場(chǎng)補(bǔ)償電極34總是不起作用的。當(dāng)有關(guān)聯(lián)的抽取電極33被關(guān)斷(設(shè)定在-6000伏)時(shí)專(zhuān)用的場(chǎng)補(bǔ)償電極34起作用(設(shè)定在-5800伏)。
現(xiàn)在翻到圖16-19，圖16-19示出了與圖9中的電子源30稍有不同的電子源50的實(shí)施例。源50也包含排列在多個(gè)列組52中的電子發(fā)射極51的行一列矩陣，每一個(gè)列組52具有有關(guān)聯(lián)的控制電極53、場(chǎng)補(bǔ)償電極54和環(huán)繞電極55。在源50中的主要差別是設(shè)計(jì)了比源30更小的象素尺寸(更高的平版印刷分辯率)，所以在源50的每個(gè)列組52中含有更多的電子發(fā)射極陣列51。在這個(gè)具體的實(shí)施例中有16個(gè)列組52，同時(shí)每個(gè)列組52含有64個(gè)陣列51(見(jiàn)圖17)。正如能在圖18中所見(jiàn)到的那樣，陣列51更緊密地安置在一起，以致行導(dǎo)線57只有3μm寬而導(dǎo)線之間留有的間隔僅為1μm。抽取電極相對(duì)于行軸的斜角也是arctg(2)，或是63.434°。然后，如圖19中很清楚地示出的那樣，抽取電極53的寬度僅為24μm而場(chǎng)補(bǔ)償電極54的寬度為12μm(抽取電極53的一半寬度)。
圖20-24示出了電子源的第三個(gè)實(shí)施例，在第三個(gè)實(shí)施例中采用了與圖9-19示出的象素尋址模式不同的尋址模式。參閱圖20，電子源70包含電子發(fā)射極二維陣列的非正交行一列矩陣，同時(shí)每一個(gè)陣列與一般的陣列20(見(jiàn)圖2)相同。把在行-列矩陣內(nèi)的陣列排列成多個(gè)陣列列組72。在這個(gè)具體的實(shí)施例中，總數(shù)為16個(gè)列組72，每一每一列組72包含26個(gè)電子發(fā)射極分立的陣列20。所有16個(gè)列組72被安裝在一個(gè)共同平面內(nèi)，例如可以全部安置在一個(gè)共同底座襯底24上。
在圖20中每個(gè)列組有一個(gè)公共的細(xì)長(zhǎng)抽取電極73，它垂直延伸用以連接外電源(未表示出)。在多個(gè)列組的每一末端上，安置一個(gè)偽抽取電極74它相對(duì)于鄰近抽取電極73留有的間距等于每對(duì)相鄰抽取電極72之間留有的間距。在每對(duì)抽取電極73之間和在每個(gè)為抽取電極與其鄰近的抽取電極73之間是細(xì)長(zhǎng)的環(huán)繞電極75?？梢园央姌O73、74和75安置在一個(gè)共同平面內(nèi)。正如根據(jù)以前對(duì)與圖1相聯(lián)的抽取電極27的說(shuō)明應(yīng)該明白的那樣，含有電極73、74和75的共同平面離發(fā)射極基座(導(dǎo)電層25)留有的間距為絕緣層26的厚度。
在圖20中沿著水平延伸的行軸安置陣列20的各個(gè)列組72并且每一列組72離相鄰列組72留有間隔。進(jìn)一步，各個(gè)列組72的安裝是在每個(gè)列組72中的陣列20，沿與行軸成一角度的列軸彼此間隔分開(kāi)，以使陣列20在投影到行軸方向時(shí)彼此留有均勻的間距。
在圖21的擴(kuò)得很大的圖中示出了源70內(nèi)各個(gè)陣列20的電連接線。在相鄰的行導(dǎo)線77、78等等之間形成5μm的間隔，這足以在每個(gè)陣列20和下一個(gè)相鄰的行導(dǎo)線之間留下2μm間隙。正如在本領(lǐng)域中精通技術(shù)的人們將了解的那樣，在襯底(例如圖1中襯底24)上制成行導(dǎo)線77、78等等的圖案并在這個(gè)襯底上制成電極尖基座圖案(圖1中的層25)作為行導(dǎo)線77、78等等的整體組合部分。這樣在電子源70中用選擇一條專(zhuān)用行導(dǎo)線77、78等等和選擇一個(gè)專(zhuān)用的抽取電極73的方法，每一單個(gè)陣列20是單獨(dú)地和排他地可尋址的。而且多個(gè)陣列20(單個(gè)列組中的所有陣列)能同時(shí)發(fā)射以使能夠同時(shí)產(chǎn)生從1到26中的任一數(shù)目的電子束。
下面的源70運(yùn)作的具體例子和所使用的電壓只是為了說(shuō)明源70的運(yùn)作而不是以任何方式來(lái)限定本發(fā)明。參閱圖20和圖21，每個(gè)連接于行導(dǎo)線77的陣列20具有列標(biāo)號(hào)“1”，每個(gè)連接于行導(dǎo)線78的陣列20具有列標(biāo)號(hào)“3”，等等。一開(kāi)始，所有26條行導(dǎo)線77、78等等被加偏壓到-5900伏，一種關(guān)斷狀態(tài)?？刂齐姌O73(圖20)被設(shè)定在-6000伏。偽抽取電極74被設(shè)定在-6000伏，而環(huán)繞電極75被設(shè)定在-5900伏。
如果為了使列“1”陣列發(fā)射，行導(dǎo)線77被設(shè)定在-6000伏而如果為了使列“1”陣列不發(fā)射，行導(dǎo)線77被設(shè)定在-5900伏。同樣，設(shè)定行導(dǎo)線78等等取決于列“3”、“0”等等陣列的預(yù)期狀態(tài)。在把電壓設(shè)定在預(yù)期值并且經(jīng)過(guò)提供的電壓穩(wěn)定時(shí)間后，在最左邊的抽取電極73上的電壓從-6000伏變到-5900伏，它在行導(dǎo)線為-6000伏時(shí)(凈正100伏電壓差)打開(kāi)最左邊列組72內(nèi)的所有陣列。經(jīng)過(guò)提供的必需的寫(xiě)入時(shí)間后(基于關(guān)斷速度)最左邊控制電極73上的電壓恢復(fù)到-6000伏。對(duì)于其余15個(gè)控制電極73中的每個(gè)控制電極73重復(fù)上述的程序。
假定源70被用作平版印刷設(shè)備中在半導(dǎo)體薄片上用于寫(xiě)入的電子源，在所有的16個(gè)列組上完成上述的程序后，在其上面被寫(xiě)入的薄片在Y方向(垂直于行軸)上移動(dòng)一個(gè)象素的距離。然后對(duì)所有的16個(gè)列組重復(fù)上述的程序。然后遍及薄片在Y方向上的整個(gè)寬度重復(fù)這個(gè)程序，這樣在X方向(行)上寫(xiě)入近似100μm寬的一長(zhǎng)條。然后薄片在X方向上步進(jìn)一段等于被寫(xiě)入的長(zhǎng)條寬度的距離，并且薄片平行于Y軸以相反方向移回時(shí)重復(fù)整個(gè)程序。
由于相鄰控制電極73的緊密貼近，所以電子光聚焦和偏轉(zhuǎn)對(duì)從電子源70中單個(gè)列組72內(nèi)的26個(gè)陣列同時(shí)發(fā)射的各束電子束有影響。對(duì)于大部分列組72有二個(gè)相鄰的關(guān)斷軸取電極73(處于-6000伏)，它們對(duì)稱(chēng)放置在打開(kāi)抽取電極73(處于-5900伏)的每一側(cè)安置有一個(gè)關(guān)斷抽取電極73，如圖22所示。這就引起對(duì)從列組72發(fā)射的電子束80的對(duì)稱(chēng)的聚焦和對(duì)稱(chēng)的偏轉(zhuǎn)力。對(duì)于最左邊和最右邊的列組72僅有一個(gè)相鄰的關(guān)斷控制電極73(處于-6000伏)，如圖23所示。這就引起對(duì)從列組72發(fā)射的電子束82的非對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)力。
圖24示出了偽抽取電極74的運(yùn)作。二個(gè)偽抽取電極總是設(shè)定在-6000伏。在抽取電極73起作用時(shí)(設(shè)定到-5900伏)，由于對(duì)于這種源設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)一次僅有一個(gè)控制極起作用，所以相鄰的抽取電極73總是關(guān)斷的(設(shè)定到-6000伏)。對(duì)電子束84作用的來(lái)自偽控制電極74和控制電極73的合成靜電力是和在圖22所示的對(duì)電子束80作用的力完全一樣的一種對(duì)稱(chēng)的力。
因此，披露了一種新穎而又改進(jìn)的電子源，它使得比現(xiàn)有技術(shù)的光平版印刷設(shè)備具有更高的分辯率成為可能，并且這種電子源比現(xiàn)有技術(shù)的電子源寫(xiě)入得快得多。特別是，由于能使新穎而又改進(jìn)的電子源成形為電子源的X-Y矩陣，其中每個(gè)源用來(lái)制作單個(gè)集成電路圖案，而提供足夠的源以能夠同時(shí)制作任何大小的整個(gè)薄片的集成電路圖案，所以新穎而又改進(jìn)的源能方便地在多束電子平版印刷設(shè)備中應(yīng)用，以使這種設(shè)備更為順從和通用。進(jìn)一步，由于這種新穎而又改進(jìn)的電子源不需要X-Y電子束掃描偏轉(zhuǎn)器，因此簡(jiǎn)化了總體電子光學(xué)結(jié)構(gòu)，并且由于大大地減小所使用的每個(gè)單一電子發(fā)射極的電流需要量，因此允許使用很小的電子發(fā)射極，例如場(chǎng)致發(fā)射器件。
雖然我已示出和闡述本發(fā)明的具體的實(shí)施例，對(duì)于在本領(lǐng)域中精通技術(shù)的人們來(lái)說(shuō)將會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的更改和改進(jìn)。所以我希望大家明白這一點(diǎn)，本發(fā)明不限于所示出的特有形式并且我力圖在附加的權(quán)利要求中覆蓋沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神和范圍的所有更改。
權(quán)利要求
1.一種用于電子束平版印刷系統(tǒng)的電子源，包括多個(gè)能單獨(dú)可控制的電子發(fā)射極陣列， 每個(gè)陣列使在源聚焦表面的一部分上曝光出一個(gè)的獨(dú)立象素，源的特征在于電子發(fā)射極的二維陣列的非正交行-列矩陣安裝在第一平面并且包含多個(gè)電子發(fā)射極陣列列組，多個(gè)陣列列組中的每個(gè)列組包含多個(gè)陣列；多個(gè)控制電極安裝在與第一平面平行并且離第一平面留有間隔的第二平面中，同時(shí)多個(gè)控制電極中的每個(gè)控制電極貼近多個(gè)陣列列組中的有關(guān)聯(lián)的一個(gè)陣列列組安裝并且按離有關(guān)聯(lián)的一個(gè)列列組中的每個(gè)電子發(fā)射極的間隔關(guān)系安置；和在數(shù)量上多個(gè)電連接線和每個(gè)列組中的多個(gè)陣列至少相等，多個(gè)電連接線并聯(lián)連接每個(gè)陣列中的電子發(fā)射極并且使陣列的行-列矩陣中每個(gè)列組中的一個(gè)陣列與每個(gè)其他的列組中類(lèi)同的一個(gè)陣列連接，以致形成在數(shù)量上與每個(gè)列組中多個(gè)陣列相等的許多行組。
2.如在權(quán)利要求1中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于二維陣列中的電子發(fā)射極是場(chǎng)致發(fā)射類(lèi)發(fā)射極。
3.如在權(quán)利要求1中所要求的電子源其進(jìn)一步的特征在于陣列的行-列矩陣中每個(gè)陣列列組沿行軸并且按相隔間距關(guān)系放置，陣列列組的排列為在每個(gè)列組中的陣列沿與行軸成一角度的列軸彼此留有相隔間距，以使在投影到行軸時(shí)陣列彼此留有均勻的間距。
4.如在權(quán)利要求3中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于列軸和行軸間的角度是在45°和80°之間。
5.如在權(quán)利要求3中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于每個(gè)列組中的陣列被排列在沿行軸展延的多個(gè)彼此留有相隔間距的列內(nèi)。
6.如在權(quán)利要求5中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于陣列行-列矩陣的每個(gè)陣列中的電子發(fā)射極的排成為以短邊沿行軸延伸而長(zhǎng)邊垂直于行軸延伸而劃定的一個(gè)矩形。
7.如在權(quán)利要求6中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于每個(gè)二維陣列包括在平行短邊的直線內(nèi)的N個(gè)電子發(fā)射極和在平行長(zhǎng)邊的直線內(nèi)的2N個(gè)電子發(fā)射極，其中N是在2到10的范圍內(nèi)。
8.如在權(quán)利要求7中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于使電子發(fā)射極構(gòu)成平行于短邊的中心-對(duì)-中心間距在3μm到小于1μm的范圍內(nèi)而平行于長(zhǎng)邊的中心-對(duì)-中心間距在3μm到小于1μm的范圍內(nèi)。
9.如在權(quán)利要求1中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于控制電極沿行軸彼此留有相隔間距，并且電子源另外還包含多個(gè)場(chǎng)補(bǔ)償電極，每個(gè)控制電極具有沿行軸鄰接其側(cè)面安裝的一對(duì)有關(guān)聯(lián)的場(chǎng)補(bǔ)償電極，該對(duì)場(chǎng)補(bǔ)償電極互相電連接并且與該控制電極和所有其他的場(chǎng)補(bǔ)償電極對(duì)電隔離。
10.如在權(quán)利要求9中所要求的電子源，其進(jìn)一步的特征在于環(huán)繞電極安裝在第二平面內(nèi)并且具有在相鄰的場(chǎng)補(bǔ)償電極間延伸的部分。
全文摘要
一種電子源包括安置在陣列組內(nèi)的電子發(fā)射極二維陣列、公共控制電極和電連接線，連接線并聯(lián)發(fā)射極和使每個(gè)陣列組內(nèi)的陣列與其他陣列組中等同的陣列連接，形成與陣列組中陣列的數(shù)量相等的行組。陣列組沿第一軸方向安置并且排列在與第一方向成一角度的第二方向上，組中陣列彼此留有間距，以使陣列在第一方向上彼此留有均勻的間距。在一實(shí)施例中采用偽控制電極而在另一實(shí)施例中在控制電極的相對(duì)側(cè)上提供場(chǎng)補(bǔ)償電極，并且環(huán)繞電極延伸在相鄰場(chǎng)補(bǔ)償電極之間。
文檔編號(hào)B82B1/00GK1147753SQ9610939
公開(kāi)日1997年4月16日 申請(qǐng)日期1996年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月10日
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