專利名稱：多束電子光刻系統(tǒng)的電子柱光學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使電子源成像在遠(yuǎn)端表面上的裝置和方法。本發(fā)明特別用在電子束光刻系統(tǒng)中。
光刻系統(tǒng)的主要用途之一是在半導(dǎo)體領(lǐng)域中制造集成電路和類似器件。一般，通過(guò)在晶片上形成大量相似的集成電路(半導(dǎo)體芯片)，然后將晶片分割成單個(gè)芯片加工成完成的半導(dǎo)體晶片。可通過(guò)包括光學(xué)光刻、X射線光刻、直接寫圖電子束光刻等各種不同方式在晶片上形成集成電路圖形。光學(xué)光刻采用受可達(dá)到的最小特征尺寸限制的掩模和光柵，并存在一套工藝中每個(gè)后續(xù)掩?；蚬鈻疟仨毰c預(yù)先形成圖形層準(zhǔn)確地對(duì)齊的額外缺陷。另外，掩模生成、檢驗(yàn)和檢修增加了大量費(fèi)用和延時(shí)，由于每一步驟必須用單獨(dú)的和昂貴的機(jī)器完成。
在光刻過(guò)程中，晶片被涂覆一層光敏乳膠，一束光(或其它激發(fā)粒子)通過(guò)該掩?；蚬鈻?，然后使晶片上光敏乳膠中的元件、電路、互連線等曝光。例如，在過(guò)去，已發(fā)現(xiàn)X射線束可用于使小于一微米寬的線曝光。其問(wèn)題是用單束X射線使許多個(gè)芯片中的所有特征曝光需要大量時(shí)間。另外，當(dāng)晶片的尺寸從100mm的直徑增加到300mm的直徑時(shí)，該問(wèn)題更加嚴(yán)重。
已設(shè)計(jì)了一些多束電子光刻系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)受可被寫圖的晶片的尺寸限制，即，由于采用產(chǎn)生射束和聚焦裝置，可被同時(shí)曝光的區(qū)域受到限制。通常，由于同時(shí)控制所有射束，僅能在晶片上寫上單一類型的圖形，雖然可同時(shí)將該單一類型的圖形寫在許多集成電路上。另外，在許多實(shí)例中，必須為所加工的每種尺寸的晶片提供不同系統(tǒng)。另外，由于射束產(chǎn)生裝置和聚焦元件，要限制束斑大小和套刻精度，以致最終的分辨率僅略好于其它方法可產(chǎn)生的分辨率。
在1995年8月8日寄給美國(guó)專利局并轉(zhuǎn)讓給同一受讓人，記載有申請(qǐng)人的審查編號(hào)CR95-125，題為″多束電子光刻系統(tǒng)的電子源″的待審申請(qǐng)中公開(kāi)了一種用于多束電子光刻系統(tǒng)的電子源。由于該新電子源中產(chǎn)生的多射束的尺寸和形狀，使電子源在諸如半導(dǎo)體晶片之類的遠(yuǎn)端表面上成像極為困難。
為多束電子光刻系統(tǒng)和能使諸如上述電子源在遠(yuǎn)端表面上成像的類似系統(tǒng)提供電子柱光學(xué)器件將非常有利。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件，它便于在多束電子光刻系統(tǒng)中使用，以便更準(zhǔn)確和多用途地使用這些系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件，它可與多束電子源結(jié)合基本上可在任何尺寸的晶片上使用，并可在電子束光刻系統(tǒng)中使用，以便同時(shí)在單晶上寫入各種不同的集成電路圖形。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供使多束電子源在遠(yuǎn)端表面上成像的新改進(jìn)的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件，它能夠減少像散現(xiàn)象并放大電子源的圖像，以便在遠(yuǎn)端表面上提供基本為方形的像素。
采用使電子源在遠(yuǎn)端表面上成像的電子柱光學(xué)器件基本解決了上述和其它問(wèn)題并可實(shí)現(xiàn)上述和其它目的，該光學(xué)器件包括一個(gè)為接收來(lái)自電子源的電子，并用來(lái)將電子加速到第一加速度范圍而設(shè)置的第一電透鏡組件，該第一電透鏡組件進(jìn)一步用來(lái)基本上補(bǔ)償由第一加速度產(chǎn)生的像散現(xiàn)象；和一個(gè)為接收來(lái)自第一電透鏡組件的電子，并用來(lái)將電子加速到第二加速度范圍而設(shè)置的第一電透鏡組件，與遠(yuǎn)端表面結(jié)合，該第二電透鏡組件進(jìn)一步用來(lái)將接收的電子聚焦在該遠(yuǎn)端表面上。
采用使電子源在遠(yuǎn)端表面上成像的方法基本解決了上述和其它問(wèn)題并可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述和其它目的，該方法包括下以各步驟提供包括多個(gè)像素的電子源，用于產(chǎn)生多個(gè)電子束，該多個(gè)像素通常定義一個(gè)垂直于光軸的短軸，和一個(gè)比該短軸長(zhǎng)，垂直于該光軸的長(zhǎng)軸；以設(shè)置在一端的電子源和設(shè)置在另一端的遠(yuǎn)端電子接收表面定義一個(gè)光軸，將來(lái)自該電子源的電子加速到第一加速度范圍并補(bǔ)償由該第一加速度產(chǎn)生的像散現(xiàn)象，并將處在第一加速度范圍內(nèi)的電子加速到第二加速度范圍并將接收的電子聚焦到該遠(yuǎn)端表面上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的電子柱光學(xué)器件的簡(jiǎn)化剖面圖；圖2是來(lái)自圖1所示的電子柱光學(xué)器件的電子源的放大頂視圖；圖3是電子發(fā)射極的二維陣列被剖掉一部分并以剖面示出的放大透視圖；圖4是來(lái)自圖1所示的電子柱光學(xué)器件的第一電透鏡組件被剖掉一部分并以剖面示出的放大透視圖；圖5是在圖4所示的結(jié)構(gòu)包含光軸的平面中說(shuō)明一般尺寸和尺度的剖面圖6是圖4所示的結(jié)構(gòu)的放大示意圖，說(shuō)明了電勢(shì)等位線和來(lái)自電子源的電子束；圖7是來(lái)自圖1所示的電子柱光學(xué)器件的第二電透鏡組件被剖掉一部分并以剖面示出的放大透視圖；圖8是在圖7所示的結(jié)構(gòu)在包含光軸的平面的說(shuō)明一般尺寸和尺度的剖面圖；圖9是圖7所示的結(jié)構(gòu)一部分在包含光軸的平面的放大剖面圖，說(shuō)明了一般尺寸和尺度；圖10是圖9所示的結(jié)構(gòu)一部分的放大示意圖，說(shuō)明電勢(shì)等位線和來(lái)自電子源的電子束。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，其中相同元件由相同標(biāo)號(hào)表示，圖1以簡(jiǎn)化的剖面圖形式說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電子柱光學(xué)器件10。光學(xué)器件10包括一個(gè)電子源12、一個(gè)第一電透鏡組件13、一個(gè)第二電透鏡組件14、和一個(gè)遠(yuǎn)端表面15。排列電子柱光學(xué)器件10的各個(gè)元件形成一個(gè)光軸16，電子源12設(shè)置在其一端，遠(yuǎn)端表面15設(shè)置在其另一端，第一和第二電透鏡組件13和14沿光軸16設(shè)置在電子源12和遠(yuǎn)端表面15之間。
現(xiàn)具體參考圖2，該圖說(shuō)明電子源12的放大頂視平面圖。對(duì)電子源12更完整的描述包含在上述的待審美國(guó)專利申請(qǐng)中，其描述收入本文作為參考。電子源12包括一個(gè)電子發(fā)射極二維陣列20的非正交行-列矩陣。每個(gè)陣列20作為單個(gè)像素發(fā)光器工作，每個(gè)發(fā)光器使遠(yuǎn)端表面15的一部分上的像素曝光，發(fā)光源12在該遠(yuǎn)端表面15上聚焦。應(yīng)該理解，為便于說(shuō)明，這里采用電子發(fā)射極陣列，特別是場(chǎng)致發(fā)射的發(fā)射極陣列作為發(fā)光器，如果需要也可用其它像素發(fā)光器替代。
具體參考圖3，以透視圖說(shuō)明電子發(fā)射極22的二維陣列20，為便于理解，將其截掉一部分并以剖面圖示出。在該具體實(shí)施例中，陣列20形成在絕緣基片24上，導(dǎo)電材料層25形成在絕緣基片24上，層25作為發(fā)射極基板。絕緣層26形成在層25上，第二導(dǎo)電層27形成在絕緣層26的表面上。貫穿層27和26形成多個(gè)隔開(kāi)的圓形開(kāi)口28，以便向下延伸至并露出導(dǎo)電層25的表面。一個(gè)電子發(fā)射極22形成在每個(gè)開(kāi)口28的導(dǎo)電層25上。
通常，如所描述的，陣列20可由任何常規(guī)裝置制造，例如可由1991年4月16日發(fā)表的并收入本文作為參考，題為″具有通過(guò)基本正常的汽相淀積工藝形成的發(fā)射極的非平面場(chǎng)致發(fā)射器件″的美國(guó)專利No.5,007,873中描述的設(shè)備制造。此外，在該具體實(shí)施例中采用一般在工業(yè)上稱為″Spindt極頭″的錐形場(chǎng)致發(fā)射極頭時(shí)，應(yīng)以理解，也可采用許多其它類型的場(chǎng)致發(fā)射器件和電子發(fā)射極，例如，金剛石和其它低功函數(shù)材料型發(fā)射極，從下面的說(shuō)明將會(huì)理解。
如在場(chǎng)致發(fā)射領(lǐng)域中所理解的，第二導(dǎo)電層27作為陣列20的抽取或控制電極。通常，電子發(fā)射極22的極頭大致位于第二導(dǎo)電層27的平面內(nèi)，第二導(dǎo)電層27與每個(gè)極頭間隔相等距離并圍繞在每個(gè)極頭的周圍。由于所有電子發(fā)射極22形成在公共導(dǎo)電層25上并與公共導(dǎo)電層25接觸并且一個(gè)單獨(dú)的第二導(dǎo)電層27形成陣列20中的每個(gè)電子發(fā)射極22的公共控制電極，陣列20中的所有電子發(fā)射極22為并聯(lián)并同時(shí)激發(fā)或停止激發(fā)。
當(dāng)在導(dǎo)電層25和第二導(dǎo)電層27之間施加適當(dāng)?shù)碾妱?shì)時(shí)，在每個(gè)極頭周圍產(chǎn)生很高的電場(chǎng)，使每個(gè)極頭通過(guò)場(chǎng)致發(fā)射而發(fā)射電子。通常，由于陣列20中的所有電子發(fā)射極22合作產(chǎn)生單束電子，一個(gè)陣列被看作一個(gè)像素。另外，由于所有電子發(fā)射極并聯(lián)工作，則顯著地降低了必須由單個(gè)電子發(fā)射極22產(chǎn)生的電流量(一般低于一微安)并存在一定量的冗余。
通常，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)向?qū)щ妼?7(控制電極)施加40伏至100伏范圍，比電子發(fā)射極形成的電子發(fā)射極時(shí)，該電勢(shì)可下降到低達(dá)2至5伏。為便于說(shuō)明和貫穿該討論，假設(shè)導(dǎo)電層27(控制電極)上的電勢(shì)為100伏高于導(dǎo)電層25上的電勢(shì)以確保正確操作。另外，為便于說(shuō)明，假設(shè)電子發(fā)射極22上的偏置電勢(shì)在其處在激發(fā)時(shí)大約為-6000伏，而在其處在停止激發(fā)時(shí)大約為-5900伏。
再參考圖2，行-列矩陣中的陣列20被排列成多個(gè)陣列的列組32。在該具體實(shí)施例中，總共16個(gè)列組32的每一個(gè)包含26個(gè)分離的電子發(fā)射極陣列20。所有16個(gè)列組32被安裝在一個(gè)公共平面上，例如可以全部設(shè)置在一個(gè)公共支撐基片24上(見(jiàn)圖3)。
如即將更詳細(xì)說(shuō)明的，沿在圖2中水平，或X方向延伸的軸(一般稱為行軸)設(shè)置陣列20的每個(gè)列組32并與相鄰的列組32分開(kāi)。此外，每個(gè)列組32與每個(gè)列組32中的陣列20沿一個(gè)列軸分開(kāi)排列，與行軸成一角度，以便當(dāng)陣列20插入行軸方向時(shí)被均勻地分開(kāi)。因此，當(dāng)每個(gè)陣列20的垂直位置改變最大為±1/2列組32的長(zhǎng)度(該實(shí)施例中為±140μm)時(shí)，所有陣列20沿水平行軸等距分開(kāi)。
應(yīng)該理解，僅為該說(shuō)明目的而采用電子源12，并且可采用許多其它電子源，包括上述待審美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)的任何附加實(shí)施例，所有這些均收入本文作為參考。
圖4所示的是來(lái)自電子柱光學(xué)器件10的第一電透鏡組件13被剖掉一部分并以截面示出的透視放大圖。由于如何將電子源12顯露給電透鏡組件13是其本質(zhì)，圖4中以平板狀的矩形說(shuō)明電子源12。通常，電子柱光學(xué)器件10的目的是將電子源12在X方向(矩形源12的長(zhǎng)軸)放大小于1倍和在Y方向(矩形源12的短軸)放大小于1倍。在本實(shí)施例中，電子源在X方向被放大0.050和在Y方向被放大0.025?，F(xiàn)在應(yīng)理解，該放大率是這種新構(gòu)形的結(jié)果，因此，將電子源12中的每個(gè)像素，或陣列制造成高度(Y方向)是其寬度(X方向)的兩倍，以便在遠(yuǎn)端表面15產(chǎn)生方形圖像。應(yīng)該理解，這些量值和放大率僅用于本具體實(shí)施例，并可針對(duì)不同實(shí)施例或用途，以及針對(duì)不同源而改變。
透鏡組件13的另一個(gè)目的是加速電子束，在本實(shí)施例中，電子束被從100eV的初始能量加速到6000eV。透鏡組件13的再一個(gè)目的是在電子源12的短軸(Y方向)和長(zhǎng)軸(X方向)兩者通過(guò)相同的虛擬或視在位置從電子源12向第二透鏡組件14輸送射線或電子。即，電子源12應(yīng)該看起來(lái)好象位于X-Y平面，在本實(shí)施例中略微在實(shí)際電子源12之后。另外，構(gòu)制透鏡組件13以便最大數(shù)量地截取來(lái)自電子源12的電子束，電子束以特大的角度射向光軸16，以使第二透鏡組件14的發(fā)熱降至最小。如即將說(shuō)明的，從所需的電子源12到第二透鏡組件14中的照射孔徑的所有射線必須經(jīng)過(guò)透鏡組件13發(fā)送。
參考圖4和5，可以看出，透鏡組件13包括一個(gè)外殼40，并帶有一個(gè)下部組件41和一個(gè)上部組件42。兩個(gè)組件互為鏡像。組件41和42之間構(gòu)成一個(gè)沿光軸16延伸的矩形光通道，該矩形光通道具有一個(gè)入口端43和一個(gè)開(kāi)口端44。組件41和42由垂直于光通道和光軸16延伸的壁45連接，該壁45與入口端43分開(kāi)的原因?qū)⒃谙旅嬲f(shuō)明。一個(gè)一般為矩形的狹縫孔徑46形成在壁45中，狹縫孔徑46的短尺寸方向與電子源12的短軸(X方向)平行延伸，長(zhǎng)尺寸方向與電子源12的長(zhǎng)軸(Y方向)平行延伸。由于壁45截取了相當(dāng)大量的來(lái)自電子源12的射線，將水冷管道47形成在外殼40的下和上部組件41和42中。
在外殼40中沿光軸16的位置形成一個(gè)二重透鏡50以接收來(lái)自狹縫孔徑46的電子。為形成二重透鏡50，構(gòu)成具有矩形鏡像通道51和52的外殼40，該鏡像通道51和52設(shè)置光通道的相對(duì)著的兩端面并與光通道和光軸垂直延伸。一對(duì)電極55設(shè)置在通道51和52中，每個(gè)電極與外殼40分離并設(shè)置在光通道的相對(duì)著的兩端面。外殼40在鏡像通道51和52的一側(cè)定義一個(gè)入口56，并由外殼40在另一側(cè)定義一個(gè)與光通道的出口端共同延伸的出口。
在該具體實(shí)施例中，外殼40具有施加于其上的近似于零(例如地電位)的電勢(shì)而電極5具有施加于其上的大約為1100伏至1200伏范圍的電勢(shì)。具體參考圖6，示意地說(shuō)明了透鏡組件13中電勢(shì)的等位線和來(lái)自電子源12的電子束。由于電子源12以近似-6000伏工作并且100伏用于發(fā)射電子，電子以近似-5900伏的電勢(shì)和近似100eV的初始能量離開(kāi)電子源12。鄰近光通道入口端43的等位線表示電子從大約100eV加速到大約6000eV。
等位線在入口端43向光通道彎曲產(chǎn)生一種透鏡效果，由于光通道的長(zhǎng)軸垂直于圖6的紙面，是一種柱面透鏡效果(即其操作類似于圓柱形光-光學(xué)透鏡)。在入口端43的透鏡效果僅在Y-Z平面聚焦電子束，Z軸與光軸16共線，并且在正交平面(X-Z平面)無(wú)第一級(jí)光學(xué)特性。在X-Z平面，由于電子從100eV加速到6000eV造成射線向Z軸彎曲，其與光軸16的反外推交點(diǎn)(定義該源的視在位置)移動(dòng)回到電子源12的平面的后面。
Y-Z平面的光學(xué)系統(tǒng)比X-Z平面的更復(fù)雜，由于必須考慮因電子束加速造成的角度縮小和來(lái)自發(fā)散狹縫透鏡效果的角度放大。由于等位線在入口端43向狹縫區(qū)突出造成狹縫透鏡在入口端43必須總是發(fā)散的(即角度放大)，不可避免地同時(shí)產(chǎn)生組合的電子束加速度和發(fā)散透鏡效果。當(dāng)Y-Z平面中的射線最初離開(kāi)電子源12時(shí)實(shí)質(zhì)上會(huì)″感覺(jué)″到與X-Z平面中的射線相同的加速度。然而，由于這些射線靠近外殼40的入口端43，隨著軸向速度的增加，其在傾斜下降的程度被發(fā)散透鏡效果減小。這些射線與Z軸的反外推交點(diǎn)導(dǎo)致一個(gè)將出現(xiàn)在實(shí)際電子源12前面的虛擬源。虛擬源在X-Z和Y-Z平面的分離導(dǎo)致大規(guī)模像散現(xiàn)象，這是不能接受的。
在該具體實(shí)施例中，約束電子柱到在X-Y平面上不大于10mm×10mm。透鏡組件13在Y方向的長(zhǎng)度受該約束的限制，因此將狹縫間隔做成足夠小(2.4mm)以使在電子束的邊緣場(chǎng)效應(yīng)降至最小，其相關(guān)部分占據(jù)該柱中心±1mm的范圍。在該±1mm范圍外側(cè)無(wú)射線通過(guò)第二透鏡組件14，因此其偏差對(duì)光學(xué)器件的性能不明顯。選擇3mm寬的狹縫孔徑46以確保來(lái)自電子源12外緣的射線正好離開(kāi)狹縫孔徑46的邊緣通過(guò)，從而避免任何場(chǎng)擾動(dòng)。0.2mm高(Y方向)的狹縫孔徑46足以通過(guò)來(lái)自電子源12的±150μm的上和下邊緣的射線，因?yàn)楫?dāng)它們到達(dá)狹縫孔徑46時(shí)，其Y軸位置已經(jīng)從其初始值減小了約0.5x(電子束寬度在狹縫孔徑46處約為±0.075μm)。這樣確保在透鏡組件13中攔截最大可能的電子束流量，仍發(fā)射所需的所有射線以照射第二透鏡組件14，如圖6所示。
為糾正單個(gè)開(kāi)縫透鏡(入口側(cè)43和狹縫孔徑46)產(chǎn)生的過(guò)度像散現(xiàn)象，裝配二重透鏡50。二重透鏡50的光學(xué)效果可從圖6看出。當(dāng)電子束接近入口56時(shí)，即第一加速度間隙，由突出的等位線產(chǎn)生聚焦或會(huì)聚效應(yīng)，隨后在電子束移入電極55之間的間隙時(shí)產(chǎn)生較弱的散焦或發(fā)散效果。然后，當(dāng)電子束接近第二或減速間隙時(shí)，出現(xiàn)散焦效果，隨后在電子束從出口端44射出時(shí)出現(xiàn)更強(qiáng)的聚焦效果。二重透鏡50實(shí)際上借助凈總聚焦透鏡效果(net total focusing lens effect)對(duì)電子束具有四重組合效果。電子能量的略微變化對(duì)二重透鏡50中的虛擬源位置略有影響，但該輕微的色差對(duì)遠(yuǎn)端表面15的最終束斑的分辨率沒(méi)有明顯影響。
因此，第一狹縫透鏡(入口43和狹縫孔徑46)為整個(gè)電子束提供從100eV到6000eV的加速，而二重透鏡50是一個(gè)加速的″單透鏡(einzel)″型，電子束在其中經(jīng)第一次加速，然后在其通過(guò)電極55時(shí)減速，以與其進(jìn)入時(shí)相同的能量出去。所有單透鏡(einzel lenses)具有凈會(huì)聚效果，而與其中心電極相對(duì)于外電極是否為+或-無(wú)關(guān)。這種情況下，已發(fā)現(xiàn)最好在加速模式下使透鏡50運(yùn)作，按此模式電極55相對(duì)于外殼40被施加正電壓。
在透鏡組件13中，存在三種影響Y-Z平面中射線傾斜的因素電子束從電子源12加速進(jìn)入第一開(kāi)縫透鏡的會(huì)聚效果；第一狹縫透鏡的發(fā)散效果；和二重透鏡50的會(huì)聚效果。通過(guò)正確選擇電極55上的偏置電壓，已發(fā)現(xiàn)可做出反外推射線，以便大致在針對(duì)X-Z和Y-Z平面的相同平面從虛擬源進(jìn)行發(fā)射。從而由附加的二重透鏡50校正來(lái)自第一狹縫透鏡的像散現(xiàn)象。另外，Y-Z平面中的角度放大是X-Z平面中角度放大的2x，Y-Z平面中的源放大是X-Z平面中的源放大的0.5x。
第二透鏡組件14示于圖7和8。組件14包括一個(gè)電子束管結(jié)構(gòu)60，具有與光軸16垂直設(shè)置的第一板極61和包含一個(gè)位于中心的第一孔徑62，一個(gè)同心地環(huán)繞光軸16的電子束管63和一個(gè)具有位于中心的孔徑65的第二板極64。一個(gè)冷卻管66附加到結(jié)構(gòu)60上，因?yàn)橐恍╇娮尤詫⒆矒舭鍢O61，產(chǎn)生一些熱量。組件14與光軸16同軸設(shè)置，以便從第一透鏡組件13的出口44接收電子。
第一對(duì)Y軸偏轉(zhuǎn)使板70設(shè)置在光軸16兩側(cè)并與結(jié)構(gòu)60的孔徑65隔開(kāi)，以便當(dāng)適當(dāng)?shù)丶ぐl(fā)時(shí)使電子沿Y軸偏轉(zhuǎn)。具有位于中心的孔徑72的平板71被設(shè)置在鄰近Y軸偏轉(zhuǎn)板70的出口，以便限制連續(xù)沿光軸16來(lái)的任何不定的電子。第二對(duì)X軸偏轉(zhuǎn)板73設(shè)置在光軸16兩側(cè)并與平板71的孔徑72隔開(kāi)，以便當(dāng)適當(dāng)?shù)丶ぐl(fā)時(shí)使電子沿X軸偏轉(zhuǎn)。應(yīng)該指出，所有的孔徑62、65、和72基本上都是圓形的，并且所有的平板61、64、和71基本上都為零電勢(shì)，以便實(shí)施正常的光學(xué)偏轉(zhuǎn)(無(wú)透鏡效果)。
第二透鏡組件14還包括一個(gè)形成在平板81中的末級(jí)聚焦透鏡80，平板81垂直于光軸16設(shè)置并位于偏轉(zhuǎn)板73和設(shè)置用來(lái)使電子源12在其上成像的表面85之間。在圖9中最適合看出，聚焦透鏡80包括與入口處開(kāi)口87和出口處開(kāi)口88相關(guān)的末級(jí)孔徑86?？讖?6以及開(kāi)口87和88基本上都為圓形，開(kāi)口88的直徑大于孔徑86的直徑，而開(kāi)口87的直徑大于開(kāi)口88的直徑。例如，在本實(shí)施例中，孔徑86的直徑大約在0.080至0.164mm的范圍內(nèi)，開(kāi)口87的直徑大約為2.0mm，開(kāi)口88的直徑大約為0.8mm。另外，不同類型的開(kāi)口87和88將提供所需的結(jié)果，在本實(shí)施例中，開(kāi)口87和88是從相反側(cè)面形成在平板81中的兩個(gè)鏜孔(counterbore)，孔徑86以及開(kāi)口87和88全部相互并與光軸16同軸形成。
反向散射電子檢測(cè)器設(shè)置在朝向表面85的平板81的表面內(nèi)。當(dāng)由電子源12提供電子束時(shí)，撞擊表面85的電子將產(chǎn)生一些反向散射電子。通過(guò)檢測(cè)該反向散射流可提供表面85上的信息，例如對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置。檢測(cè)器90可以是安裝在平板81中的固態(tài)二極管檢測(cè)器并與能提供所需的檢測(cè)器偏置電壓和能收集檢測(cè)器信號(hào)電流的外部電路電連接。
透鏡組件14的目的是將電子源12中每個(gè)有效像素的聚焦圖像形成在表面85上，軸向和離軸光偏差最小化到符合表面85上所要求的末級(jí)束斑大小的水平。透鏡組件14的另一個(gè)目的是當(dāng)與透鏡組件13的光學(xué)效果組合時(shí)提供全部源在Y軸方向放大0.05x，在X軸方向放大0.025x。此外，透鏡組件14作為加速浸沒(méi)靜電透鏡工作，其被施加60,000伏至70,000伏范圍的電勢(shì)的表面85形成末級(jí)電極。
參考圖10，該圖說(shuō)明聚焦透鏡80以及電勢(shì)等位線和來(lái)自電子源12的電子束的示意圖。應(yīng)該指出，等位線向開(kāi)口88內(nèi)突出。由于作用在電子束的力總是垂直于等位線，等位線的彎曲形狀說(shuō)明了透鏡80的聚焦效果。如所見(jiàn)到的，從聚焦透鏡80到表面85的大部分距離上，電子束通過(guò)由所示直的、等間隔的等位線表示的基本為平滑和線性的場(chǎng)梯度。
因此，所公開(kāi)的新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件能夠使諸如如上所述的電子源在遠(yuǎn)端表面上成像。設(shè)計(jì)該新電子柱光學(xué)器件主要用于多束電子光刻系統(tǒng)和類似系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，這種新電子柱光學(xué)器件可用于許多其它用途。新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件可便于在多束電子光刻系統(tǒng)中使用，以便更準(zhǔn)確和多用途地使用這些系統(tǒng)。另外，新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件與多束電子源結(jié)合基本上可用于任何尺寸的晶片，并能用于電子束光刻系統(tǒng)以便在單晶上同時(shí)寫入各種不同的集成電路圖形。新改進(jìn)的電子柱光學(xué)器件可減少像散現(xiàn)象并放大電子源的圖像，以便在遠(yuǎn)端表面上提供基本為方形的像素，這些像素非常精確地成像在晶片或其它結(jié)構(gòu)的表面上。
至此我已示出并描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)存在其它變化和改進(jìn)。因此，我希望人們能夠理解，本發(fā)明不限于所示的特定形式，我的意圖是將不脫離本發(fā)明精神和范圍的所有改進(jìn)包括在所附權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.用于使電子源在遠(yuǎn)端表面上成像的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，該光學(xué)器件包括一個(gè)電子源；一個(gè)為接收來(lái)自該電子源的電子并用來(lái)將電子的第一加速度提供到第一加速度范圍而設(shè)置的第一電透鏡組件，該第一電透鏡組件進(jìn)一步用來(lái)基本上補(bǔ)償由第一加速度產(chǎn)生的像散現(xiàn)象；和一個(gè)為接收來(lái)自第一電透鏡組件的有第一加速度范圍的電子，并用來(lái)將電子的第二加速度提供到第二加速度范圍而設(shè)置的第二電透鏡組件，與遠(yuǎn)端表面結(jié)合，該第二電透鏡組件進(jìn)一步用來(lái)將接收的電子聚焦在該遠(yuǎn)端表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，電子柱光學(xué)器件定義一個(gè)光軸，電子源設(shè)置在一端，遠(yuǎn)端表面設(shè)置在另一端，第一和第二電透鏡組件沿光軸設(shè)置在電子源和遠(yuǎn)端表面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，電子源包括用于產(chǎn)生多個(gè)電子束的多個(gè)像素，該多個(gè)像素通常定義一個(gè)垂直于光軸的短軸，和一個(gè)比該短軸長(zhǎng)，垂直于該光軸的長(zhǎng)軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，第一電透鏡組件包括一個(gè)沿該源的長(zhǎng)軸平行延伸一般為矩形的狹縫孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，一般為矩形的狹縫孔徑被施加比從電子源發(fā)射的電子的電勢(shì)相對(duì)低的電勢(shì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，第一電透鏡組件進(jìn)一步包括沿光軸設(shè)置并由被施加第一電勢(shì)的入口定義的二重透鏡，一對(duì)定義與電子源的長(zhǎng)軸平行延伸并且也沿光軸延伸的通道的隔開(kāi)的電極，該對(duì)電極被施加比第一電勢(shì)高的第二電勢(shì)，和一個(gè)被施加第一電勢(shì)的出口，該二重透鏡沿光軸設(shè)置以便接收來(lái)自狹縫孔徑的電子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，第二電透鏡組件包括定義沿該光軸軸向?qū)?zhǔn)多個(gè)分開(kāi)的孔徑的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，電子源的每個(gè)像素一般以矩形形狀形成，每個(gè)像素具有一個(gè)與電子源的短軸平行的長(zhǎng)軸和一個(gè)與電子源的長(zhǎng)軸平行的短軸，第一和第二電透鏡組件具有組合的放大率，以使在遠(yuǎn)端表面上成像，每個(gè)像素基本為方形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的述的電子柱光學(xué)器件，其特征在于，第一和第二電透鏡組件的組合放大率小于1。
10.一種使電子源在遠(yuǎn)端表面上成像的方法，其特征在于，包括步驟提供包括用于產(chǎn)生多個(gè)電子束的多個(gè)像素的電子源，該多個(gè)像素通常定義一個(gè)垂直于光軸的短軸，和一個(gè)比該短軸長(zhǎng)，垂直于該光軸的長(zhǎng)軸；以設(shè)置在一端的電子源和設(shè)置在另一端的遠(yuǎn)端電子接收表面定義一個(gè)光軸；將來(lái)自該電子源的電子加速到第一加速度范圍并補(bǔ)償由該第一加速度產(chǎn)生的像散現(xiàn)象；和將處在第一加速度范圍內(nèi)的電子加速到第二加速度范圍并使電子源在該遠(yuǎn)端表面上成像。
全文摘要
電子柱光學(xué)器件包括一個(gè)為接收來(lái)自一個(gè)矩形電子源的電子并用來(lái)將電子加速到第一加速度范圍所設(shè)置的第一電透鏡組件;該第一電透鏡組件進(jìn)一步用來(lái)基本上補(bǔ)償由第一加速度產(chǎn)生的像散現(xiàn)象;一個(gè)為接收來(lái)自第一電透鏡組件的電子,并用來(lái)將電子加速到第二加速度范圍所設(shè)置的第二電透鏡組件,該第二電透鏡組件進(jìn)一步用來(lái)將接收的電子聚焦在一個(gè)遠(yuǎn)端表面上。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1172973SQ9612056
公開(kāi)日1998年2月11日 申請(qǐng)日期1996年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月13日
發(fā)明者N·威廉帕克 申請(qǐng)人:離子診斷公司