[发明专利]多束电子光刻系统的电子柱光学器件

说明书

本发明涉及使电子源成像在远端表面上的装置和方法。本发明特别用在电子束光刻系统中。

光刻系统的主要用途之一是在半导体领域中制造集成电路和类似器件。一般，通过在晶片上形成大量相似的集成电路(半导体芯片)，然后将晶片分割成单个芯片加工成完成的半导体晶片。可通过包括光学光刻、X射线光刻、直接写图电子束光刻等各种不同方式在晶片上形成集成电路图形。光学光刻采用受可达到的最小特征尺寸限制的掩模和光栅，并存在一套工艺中每个后续掩模或光栅必须与预先形成图形层准确地对齐的额外缺陷。另外，掩模生成、检验和检修增加了大量费用和延时，由于每一步骤必须用单独的和昂贵的机器完成。  

在光刻过程中，晶片被涂覆一层光敏乳胶，一束光(或其它激发粒子)通过该掩模或光栅，然后使晶片上光敏乳胶中的元件、电路、互连线等曝光。例如，在过去，已发现X射线束可用于使小于一微米宽的线曝光。其问题是用单束X射线使许多个芯片中的所有特征曝光需要大量时间。另外，当晶片的尺寸从100mm的直径增加到300mm的直径时，该问题更加严重。

已设计了一些多束电子光刻系统，但这些系统受可被写图的晶片的尺寸限制，即，由于采用产生射束和聚焦装置，可被同时曝光的区域受到限制。通常，由于同时控制所有射束，仅能在晶片上写上单一类型的图形，虽然可同时将该单一类型的图形写在许多集成电路上。另外，在许多实例中，必须为所加工的每种尺寸的晶片提供不同系统。另外，由于射束产生装置和聚焦元件，要限制束斑大小和套刻精度，以致最终的分辨率仅略好于其它方法可产生的分辨率。

在1995年8月8日寄给美国专利局并转让给同一受让人，记载有申请人的审查编号CR95-125，题为″多束电子光刻系统的电子源″的待审申请中公开了一种用于多束电子光刻系统的电子源。由于该新电子源中产生的多射束的尺寸和形状，使电子源在诸如半导体晶片之类的远端表面上成像极为困难。

为多束电子光刻系统和能使诸如上述电子源在远端表面上成像的类似系统提供电子柱光学器件将非常有利。

因此，本发明的一个目的是提供新改进的电子柱光学器件。

本发明的另一个目的是提供新改进的电子柱光学器件，它便于在多束电子光刻系统中使用，以便更准确和多用途地使用这些系统。

本发明的再一个目的是提供新改进的电子柱光学器件，它可与多束电子源结合基本上可在任何尺寸的晶片上使用，并可在电子束光刻系统中使用，以便同时在单晶上写入各种不同的集成电路图形。

本发明的再一个目的是提供使多束电子源在远端表面上成像的新改进的方法。

本发明的再一个目的是提供新改进的电子柱光学器件，它能够减少像散现象并放大电子源的图像，以便在远端表面上提供基本为方形的像素。

采用使电子源在远端表面上成像的电子柱光学器件基本解决了上述和其它问题并可实现上述和其它目的，该光学器件包括一个为接收来自电子源的电子，并用来将电子加速到第一加速度范围而设置的第一电透镜组件，该第一电透镜组件进一步用来基本上补偿由第一加速度产生的像散现象；和一个为接收来自第一电透镜组件的电子，并用来将电子加速到第二加速度范围而设置的第一电透镜组件，与远端表面结合，该第二电透镜组件进一步用来将接收的电子聚焦在该远端表面上。

采用使电子源在远端表面上成像的方法基本解决了上述和其它问题并可进一步实现上述和其它目的，该方法包括下以各步骤：提供包括多个像素的电子源，用于产生多个电子束，该多个像素通常定义一个垂直于光轴的短轴，和一个比该短轴长，垂直于该光轴的长轴；以设置在一端的电子源和设置在另一端的远端电子接收表面定义一个光轴，将来自该电子源的电子加速到第一加速度范围并补偿由该第一加速度产生的像散现象，并将处在第一加速度范围内的电子加速到第二加速度范围并将接收的电子聚焦到该远端表面上。

图1是根据本发明的电子柱光学器件的简化剖面图；

图2是来自图1所示的电子柱光学器件的电子源的放大顶视图；

图3是电子发射极的二维阵列被剖掉一部分并以剖面示出的放大透视图；

图4是来自图1所示的电子柱光学器件的第一电透镜组件被剖掉一部分并以剖面示出的放大透视图；

图5是在图4所示的结构包含光轴的平面中说明一般尺寸和尺度的剖面图；

图6是图4所示的结构的放大示意图，说明了电势等位线和来自电子源的电子束；

图7是来自图1所示的电子柱光学器件的第二电透镜组件被剖掉一部分并以剖面示出的放大透视图；

图8是在图7所示的结构在包含光轴的平面的说明一般尺寸和尺度的剖面图；