KR102359077B1 - 캐소드 어레인지먼트, 전자총, 및 그런 전자총을 포함하는 리소그래피 시스템 - Google Patents

캐소드 어레인지먼트, 전자총, 및 그런 전자총을 포함하는 리소그래피 시스템 Download PDF

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에릭 페트러스 호거보스트
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명은 길이 방향(Z)으로 전자들을 방사하기 위한 방사 표면(32)을 하우징하는 캐소드 바디 ― 상기 방사 표면은 방사 둘레(35)에 의해 한정됨 ―; 횡 방향으로 캐소드 바디를 적어도 부분적으로 에워싸고 방자 표면에 의해 방사된 전자들을 포커싱하기 위한 전자 전달 애퍼처(44)를 포함하는 포커싱 전극(40)을 포함하는 캐소드 어레인지먼트(20)에 관한 것이고, 애퍼처는 애퍼처 둘레(45)에 의해 한정되고, 캐소드 바디는 정렬된 포지션(Ro)으로부터 최대 횡 방향 거리(d1)에 걸쳐 포커싱 전극 내에 이동 가능하게 배열되고, 그리고 애퍼 둘레는 방사 표면을 넘어 그리고 최대 횡 방향 거리를 초과하는 오버랩 거리(d2)를 넘어 방사 둘레를 지나 횡 방향으로 연장된다.

Description

캐소드 어레인지먼트, 전자총, 및 그런 전자총을 포함하는 리소그래피 시스템{CATHODE ARRANGEMENT, ELECTRON GUN, AND LITHOGRAPHY SYSTEM COMPRISING SUCH ELECTRON GUN}
[0001] 본 발명은 캐소드 어레인지먼트(arrangement), 그런 캐소드 어레인지먼트를 포함하는 전자 총, 및 그런 전자 총을 포함하는 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 그런 캐소드 어레인지먼트 내의 표면으로부터 일 함수 저하 입자들의 방출을 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.
[0002] 전자 총들은 통상적으로 방사 표면을 가진 전자 방사 소스 또는 캐소드, 방사된 전자들을 미리 결정된 공간적으로 한정된 궤도로 지향시키기 위한 포커싱 전극, 및 방사된 전자들을 타겟 쪽으로 가속하고 편향시키기 위한 하나 또는 그 초과의 추가 전극들을 포함한다. 전자 방사 소스는 열전자(thermionic) 캐소드 타입을 가질 수 있다. 열전자 캐소드는 가열 엘리먼트, 예컨대 전기 필라멘트에 의해 가열된 캐소드로서 정의될 수 있고, 이는 캐소드가 방사 표면상에 존재하는 재료의 일 함수를 극복하기에 충분한 에너지로 전자들을 방출하게 한다. 일반적으로, 포커싱 전극은 캐소드의 방사 표면에 비교적 가깝게 위치되고, 그리고 캐소드와 동일한 전위이다. 포커싱 전극의 형상은, 방사 표면으로부터 방사하는 방사된 전자들을 원하는 방식으로 밀어내도록 선택된다.
[0003] 분산기(dispenser) 타입 열전자 캐소드들은 증발된 재료를 연속으로 대체하기 위한 조치들을 포함하는 열전자 캐소드들의 카테고리이다. 예컨대, 분산기 타입 열전자 캐소드는 가열될 때 일 함수 저하 입자들이 저장소로부터 방사 표면으로 분산하게 하는 재료로 충전된 내부 저장소를 가진 캐소드 바디를 포함할 수 있다. 방사 표면에서 일 함수 저하 입자들의 존재는 전자 방사를 위해 요구된 최소 에너지를 낮춘다. 바람직하지 않게, 열전자 캐소드 내에 분산된 일 함수 저하 입자들은 전자 방사를 촉진할 뿐 아니라, 입자들, 또는 입자들로부터 형성된 반응 생성물들은 포커싱 전극의 표면들 상에 증착될 수 있다. 증착은 예컨대, 포커싱 전극이 방사된 전자들을 전자 빔 내로 밀어내기 위해 네거티브 전위로 유지되는 동안, 일 함수 저하 입자들이 포지티브적으로 충전된 바륨 이온들일 때 발생할 것이다. 포커싱 전극의 표면상에 일 함수 저하 입자들의 축적은 포커싱 전극의 치수 변화들 및 아마도 충전을 초래하고, 이는 전자들을 포커싱하기 위하여 인가된 전기장을 상당히 섭동시킬 수 있다. 포커싱 전극이 캐소드 방사 표면에 가깝게 위치되면, 포커싱 전극 상에 임의의 입자 축적은 또한 캐소드 방사 표면에 방사 분배를 왜곡시킬 수 있다. 게다가, 포커싱 전극상에 입자들의 축적은 포커싱 전극의 일 함수를 변경할 수 있고, 이는 포커싱 전극으로부터 증가된 전자 방사를 유도할 수 있다. 이들 효과들은 생성된 전자 빔의 품질에 대해 악영향을 미칠 수 있다.
[0004] 전자 빔 리소그래피를 위한 전자 총들 같은 열전자 캐소드들을 사용하는 애플리케이션들에서, 캐소드로부터 높고 안정된 전자 방사 및 전류 밀도가 필요할 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 포커싱 전극에 관하여 방사 표면의 정렬은, 이미 작은 오정렬이 빔 전류 및/또는 전류 밀도 같은 빔 특성들의 허용 가능하지 않은 변화들을 유발할 수 있기 때문에, 중요하다.
[0005] 보다 긴 시간 기간, 즉 개선된 수명 동안 우수한 성능을 가진 열전자 캐소드를 제공하는 것이 바람직하다. 이런 목적을 위하여, 제 1 양상에서 캐소드 어레인지먼트가 제공되고, 상기 캐소드 어레인지먼트는: 전자들을 방사하기 위한 방사 표면을 가진 방사 부분 및 가열될 때 방사 부분 쪽으로 분산되고 그리고 제 1 증발 레이트(rate)로 방사 표면에서 방사하는 일 함수 저하 입자들을 방출하는 재료를 홀딩하기 위한 저장소를 가진 열전자 캐소드; 사용 동안 캐소드의 방사 표면에서 방사된 전자들을 포커싱하기 위한 포커싱 표면을 포함하는 포커싱 전극, 및 포커싱 표면상에 일 함수 저하 입자들의 축적이 방지되거나, 적어도 최소화되는 온도에서 포커싱 전극의 포커싱 표면을 유지하도록 구성된 조절 가능 가열 소스를 포함한다.
[0006] 포커싱 표면의 온도는, 일 함수 저하 입자들이 포커싱 표면에 도달하는 레이트보다 같거나 높은 제 2 증발 레이트에서 포커싱 표면으로부터 일 함수 저하 입자들이 방출되는, 또는 증발하는 임계 온도에서 또는 그 초과에서 유지될 수 있다.
[0007] 일 함수 저하 입자들은 캐소드의 사용 동안 방사 표면의 온도로 인해 방사 표면으로부터 방사할 것이고, 포커싱 전극의 표면들, 특히 포커싱 표면상에 증착할 수 있다. 포커싱 표면으로부터 일 함수 저하 입자들의 증발 레이트가 포커싱 표면상의 일 함수 저하 입자들의 도달 레이트보다 높은 온도에서 포커싱 표면을 유지함으로써, 포커싱 표면상의 일 함수 저하 입자들의 축적은 회피될 수 있거나 적어도 최소화될 수 있다. 이에 의해, 캐소드 어레인지먼트의 수명이 증가될 수 있다.
[0008] 대안적으로 또는 보다 구체적으로, 캐소드 어레인지먼트가 제공되고, 캐소드 어레인지먼트는: 전자들을 방사하기 위한 방사 표면을 가진 방사 부분 및 재료를 홀딩하기 위한 저장소를 가진 열전자 캐소드 ― 상기 재료는, 가열될 때, 방사 부분 쪽으로 분산하고 제 1 증발 레이트로 방사 표면에서 방사하는 일 함수 저하 입자들을 방출함 ―; 캐소드의 방사 표면 가까이 제공된 포커싱 전극 ― 상기 포커싱 전극은 사용 동안 캐소드의 방사 표면에서 방사된 전자들을 포커싱하기 위한 포커싱 표면을 포함함 ―, 및 제 2 증발 레이트로 포커싱 표면으로부터 일 함수 저하 입자들의 방출이 포커싱 표면에 일 함수 저하 입자들의 도달 레이트와 동일하거나 제 1 증발 레이트와 동일한 온도에 대응하는 임계 온도를 초과하는 온도에서 포커싱 전극의 포커싱 표면을 유지하도록 구성된 조절 가능 가열 소스를 포함한다.
[0009] 용어 "가까이"는 본원에서 캐소드의 방사 부분과 방사 부분을 향하는 포커싱 전극의 표면 사이에서 약 1-15 마이크론(㎛)의 거리를 지칭한다. 포커싱 표면은 캐소드 방사 표면을 등지고, 특히 캐소드 방사 표면과 둔각으로 배향될 수 있다.
[0010] 방사 부분은 예컨대 일 함수 저하 입자들을 포함하는 저장소 위에 위치된 펠릿(pellet), 예컨대 텅스텐을 포함하는 다공성 매트릭스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 캐소드는 침지된(impregnated) 펠릿을 포함할 수 있고, 펠릿 자체는 일 함수 저하 입자들을 포함한다.
[0011] 또한 피어스(Pierce) 전극으로 지칭되는 포커싱 전극은 전달 애퍼처(aperture)의 가장 작은 섹션의 애퍼처 둘레(perimeter)에 의해 본딩된 전자 전달 애퍼처를 가진 디스크형 부분을 포함할 수 있다. 애퍼처 둘레는 바람직하게 방사 부분 가까이 배열될 수 있다. 전달 애퍼처 중 가장 작은 애퍼처를 형성하는, 애퍼처 둘레에 의해 정의된 평면과 방사 표면에 의해 정의된 평면 사이의 거리는 바람직하게 약 1-15㎛이다.
[0012] 포커싱 표면은 약 138°의 원추 각을 가지는, 원뿔대형 컷-아웃(cut-out)을 형성할 수 있다. 방사 부분을 향하는 내부 전극 표면과 포커싱 표면 사이에 형성된 각도는 종종 피어스 각도로서 지칭된다. 포커싱 표면 및 내부 전극 표면에 의해 본딩된 포커싱 전극 부분의 두께는 얇아야 한다. 포커싱 표면, 특히 포커싱 표면과 캐소드의 방사 부분 사이의 거리는 방사 표면에 의해 방사된 전자들의 궤도 및 따라서 또한 캐소드 어레인지먼트에 의해 생성된 전자 빔의 특성들에 의해 강하게 영향을 줄 것이다. 이상적으로, 캐소드로부터 방사된 전자들의 궤적들은 방사 표면으로부터 멀어지는 실질적으로 길이방향을 따라 실질적으로 직선이어야 한다. 내부 전극 표면과 방사 부분 사이의 거리는 방사 표면으로부터 방사된 전자들의 궤도들 내에서 굽거나, 곡률을 유발할 수 있고, 이는 전자 빔의 왜곡을 유발한다.
[0013] 전달 애퍼처는 방사 표면보다 작을 수 있다. 전달 애퍼처 둘레 및 방사 표면 둘레 둘 다가 원형이면, 전달 애퍼처 둘레는 방사 표면 둘레보다 작은 직경, 통상적으로 100-200㎛ 범위를 가질 수 있다. 예컨대, 전달 애퍼처는 1mm의 직경을 가질 수 있고, 캐소드 방사 표면은 1.2mm의 직경을 가질 수 있다. 이에 의해 정렬 요건들이 덜 중요할 수 있다. 방사된 전자들의 전류는, 포커싱 전극과 캐소드 사이의 작은 오정렬이 있는 경우에도 일정하게 있을 수 있다.
[0014] 일부 실시예들에서, 열전자 캐소드는 방사 부분 및 저장소를 하우징하는 캐소드 하우징으로서 또한 지칭되는 캐소드 바디를 포함한다. 방사 부분은 바람직하게, 방사 표면이 캐소드 바디의 주변 림(rim)과 실질적으로 동일 평면이도록, 배열될 수 있다. 포커싱 전극은 캐소드 바디의 적어도 일부를 향하는 열 트랩핑(trapping) 표면을 포함할 수 있고, 사용 동안 캐소드 바디에 의해 방사된 열 조사선을 수신하도록 배열된다. 따라서 열 트랩핑 표면은 캐소드 바디의 적어도 일부를 향하는 것과 같은 확장부를 가진다. 열 트랩핑 표면은 포커싱 표면과 열적 소통한다. 바람직하게, 열 트랩핑 표면은 캐소드 바디의 외부 표면을 적어도 부분적으로 둘러싼다.
[0015] 바람직하게, 포커싱 전극의 열 트랩핑 표면은 열전자 캐소드 내의 통상적인 열적 조사선 변동들의 기간에서, 포커싱 표면과 우수하게 열적 콘택한다. 열적 콘택은 포커싱 표면, 열 트랩핑 표면, 및 높은 열 전도성을 가진 하나 또는 그 초과의 재료들, 예컨대 몰리브덴, 지르코늄 또는 티타늄 같은 금속, 또는 몰리브덴, 지르코늄 및/또는 티타늄을 포함하는 합금, 예컨대 TZM 합금으로부터 이들의 상호연결 부분들을 만들어 달성될 수 있다.
[0016] 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 방사상 사이 간격들은 열 트랩핑 표면과 캐소드 바디의 외부 표면 사이에 정의된다. 방사상 사이 간격들은 캐소드 바디와 포커싱 전극의 열 트랩핑 표면 사이의 열 전도성을 감소시킬 수 있다. 캐소드 바디와 포커싱 전극 사이의 감소된 열 전도성은 이들 2개의 구조들 사이에서 열 전달에 관하여 열적 조사선의 상대적 영향을 증가시킨다. 3, 또는 그 초과의 방사상 스페이서(spacer)들 또는 탭(tab)들은 캐소드 바디와 열 트랩핑 표면 사이에 방사상 사이 간격을 제공하기 위go 원통형 쉘(shell) 내부 상에 제공될 수 있다.
[0017] 열 트랩핑 표면은 동작 동안 캐소드 바디에 의해 방사된 열 조사선의 흡수를 가능하게 한다. 포커싱 전극의 포커싱 표면은 후에 열 트랩핑 표면으로부터 포커싱 전극으로 열 전달에 의해 가열된다. 용어 "열 조사선"은 본원에서 예컨대 적외선 및/또는 광학 주파수들의 조사선에 의한 가열에 관련된 전자기 및 에너지 효과들을 지칭한다.
[0018] 동작 동안, 캐소드 바디는 방사 부분이 원하는 레이트로 전자들을 방사하기에 충분히 높은 온도로 가져가 진다. 캐소드 바디 및 방사 부분을 가열하는 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 바람직하게, 이들 방법들은, 포커싱 전극을 직접 가열하지 않으면서, 캐소드 바디 및 방사 부분의 가열을 유발한다.
[0019] 조절 가능 가열 소스는 사용 동안 캐소드 바디로부터의 열적 조사선을 통해, 포커싱 전극의 간접 가열을 제공할 수 있다. 조절 가능 가열 소스는, 특히 특정 전자 방사가 발생하는 공칭 온도로 캐소드를 가열하기 위하여 제공될 수 있다.
[0020] 본원에 설명된 실시예들에 따라 캐소드 바디와 포커싱 전극 사이의 상대적 거리들 및 포커싱 전극의 특히 기하구조 및 아마도 재료들에 의한 캐소드 어레인지먼트의 설계에 의해, 포커싱 표면은 상기 정의된 온도를 달성할 수 있다. 특히, 캐소드 바디로부터 조사된 열을 수신하는 내부 포커싱 전극 표면 영역과, 포커싱 전극으로부터의 열적 조사에 의한 냉각을 제공하는 외부 포커싱 전극 표면 영역 사이의 관계는 포커싱 전극의 온도에 영향을 준다.
[0021] 일부 실시예들에서, 조절 가능 가열 소스는, 일 함수 저하 입자들이 방사 부분 쪽으로 분산하고 제 1 증발 레이트로 방사 표면에서 방사하도록, 저장소를 가열하기 위해 배열될 수 있다.
[0022] 조절 가능 가열 소스는 가열기 캐소드 방사 표면으로부터 방사된 전자들에 의해 캐소드 어레인지먼트의 저장소를 가열하도록 배열될 수 있는 가열기 캐소드를 포함할 수 있다. 가열기 캐소드는, 방사된 전자들이 예컨대 가열기 캐소드 포커싱 전극에 의해, 열전자 캐소드 상에 부딪히는 빔, 또는 이들의 일부로 포커싱되도록 배열될 수 있다. 가열기 캐소드는 약 1 내지 10 mA의 빔 전류로 전자 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.
[0023] 대안적으로, 조절 가능 가열 소스는 캐소드 바디 내 또는 캐소드 바디에 의해 형성된 리셉터클(receptacle) 내에 배열될 수 있다. 조절 가능 가열 소스는 저장소 및 캐소드 바디를 가열하기 위하여 열전자 캐소드 내에 배열된 가열 필라멘트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 조절 가능 가열 소스는 레이저를 포함할 수 있고 레이저에 의해 방사된 레이저 광 빔은 저장소 및 캐소드 바디를 가열하도록 구성된다. 또한 이들 구성들에서, 포커싱 전극은 캐소드 바디로부터 열적 조사를 통하여 가열될 수 있다.
[0024] 대안적으로, 조절 가능 가열 소스는 포커싱 전극을 직접 가열하기 위하여 배열될 수 있다. 이것은 포커싱 전극 내에 배열된 가열기 필라멘트에 의해, 또는 레이저 방사에 의하여 포커싱 전극을 가열함으로써 실현될 수 있다. 대안적으로, 조절 가능 가열 소스는 상기된 바와 같이 배열된 가열기 캐소드를 포함할 수 있고, 그리고 가열기 캐소드에 의해 방사된 전자들의 일부는 이를 직접 가열하기 위하여 포커싱 전극 쪽으로 방향 변경(divert)될 수 있다.
[0025] 일부 실시예들에서, 포커싱 전극은 캐소드 바디를 둘러싸는 쉘을 포함하고, 쉘은 내부 표면을 가지며, 내부 표면의 적어도 일부는 열 트랩핑 표면을 형성한다. 쉘은 원통형일 수 있다.
[0026] 이후 쉘의 전체 내부 표면은 열 트랩핑 표면을 형성할 수 있다. 대안적으로, 내부 표면의 하나 또는 그 초과의 부분들은 열 트랩핑 표면을 형성할 수 있다. 열 트랩핑 표면의 영역은 포커싱 전극에 의해 흡수되는 열 조사 양에 영향을 미친다. 포커싱 전극은 외부 포커싱 전극 표면으로부터의 열적 조사에 의해 열을 손실할 수 있다. 그러므로, 포커싱 전극의 내부 영역과 외부 영역 사이의 비율은 포커싱 전극의 온도에 영향을 미친다. 비교적 더 큰 외부 영역은 포커싱 전극의 더 나은 냉각을 의미한다. 이런 방식으로, 고정된 캐소드 온도 동안, 포커싱 전극 기하구조에 따라, 900K 내지 1300K 범위의 포커싱 표면 온도에 도달될 수 있다.
[0027] 그러므로, 예컨대 열 트랩핑 표면의 영역, 캐소드 바디에 관한 열 트랩핑 표면의 배향, 예컨대 캐소드 바디와 열 트랩핑 표면들 사이의 거리, 및 포커싱 전극의 외부 표면 영역을 조절함으로써, 포커싱 전극의 온도, 및 이에 의해 특히 포커싱 표면의 온도가 조절될 수 있다.
[0028] 하나 또는 그 초과의 열 차폐 엘리먼트들은 캐소드 바디와 포커싱 전극 사이에 배열될 수 있고, 및/또는 더 낮은 열 흡수를 제공하는 코팅들 또는 층들은 포커싱 전극에 도달하는 캐소드 바디로부터의 열 조사량을 제한하기 위하여 포커싱 전극의 내부 표면상에 제공될 수 있다. 이에 의해, 포커싱 전극의 기하구조, 및 따라서 이의 온도가 조절될 수 있다.
[0029] 일부 실시예들에서, 방사 부분은 방사 표면을 둘러싸는 비-방사 표면을 가지며, 여기서 포커싱 전극은 방사 부분을 향하는 내부 전극 표면을 포함하고, 그리고 내부 전극 표면 및 비-방사 표면 중 적어도 하나는 포커싱 전극과 방사 표면 사이에 간격을 제공하기 위하여 z 패드들로서 또한 지칭되는 3개의 간격 구조들을 포함한다.
[0030] 비-방사 표면은 방사 표면을 둘러싸고 방사 표면과 바람직하게 동일한 평면인 캐소드 바디의 림을 포함할 수 있다. 간격 구조들은 애퍼처 둘레에 의해 정의된 평면 및 서로 실질적으로 평행한 방사 표면에 의해 정의된 평면을 길이방향 간격으로 정렬할 수 있다. 간격 구조들은 바람직하게 포커싱 전극과 방사 표면 사이의 열 전도를 제한하기 위하여 방사 부분에 비교될 때 작은 치수들을 가진다. 방사 표면은 예컨대 0.5-6 제곱 밀리미터 정도의 표면적을 가질 수 있는 반면, 각각의 스페이서(spacer) 구조의 가장 큰 단면은 0.01-0.1 제곱 밀리미터 정도일 수 있다. 간격 구조들은 바람직하게 1-10㎛의 높이 및 약 100㎛의 폭을 가진다. 간격 구조들은 포커싱 전극과 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 간격 구조들은 다른 재료, 예컨대 알루미늄(Al) 또는 열적 절연 재료를 포함할 수 있다. 간격 구조들은 실질적으로 원통형일 수 있다. 대안적으로, 간격 구조들은 다른 적당한 형상들, 예컨대 피라미드 또는 절단된-원뿔형을 가질 수 있다.
[0031] 작고 정의된 치수들의 3개의 간격 구조들에 의해, 비-방사 표면과 포커싱 전극, 특히 내부 전극 표면 사이의 안정되고 잘 정의된 거리 및 제어된 기계적 콘택이 얻어질 수 있다. 이에 의해, 방사 부분과 포커싱 전극 사이의 열 전도성은 제한될 수 있다.
[0032] 열전자 캐소드 및 포커싱 전극은 바람직하게, 캐소드, 즉 하우징 또는 방사 표면으로부터 포커싱 전극으로의 직접 열 전도가 회피되거나 적어도 최소화되도록 배열된다. 따라서 캐소드로부터 포커싱 전극으로의 열 전달은 주로 열 조사선에 의해 발생한다. 열 조사선을 통한 열 전달은 열 전도에 의한 열 전달보다 보다 안정되고 재생 가능하다고 고려된다. 열 전도는 예컨대 연결된 구조적 엘리먼트들 사이의 콘택 압력 및 콘택 영역에 따른다.
[0033] 간격 엘리먼트들에 의해 캐소드 바디와 포커싱 전극 사이에 형성된 기계적 콘택들의 열적 안정성을 제공하기 위하여, 간격 엘리먼트들은 소결을 허용하지 않는 하나 또는 그 초과의 차단 층들을 포함할 수 있고, 차단 층은 바람직하게 전기 전도된다. 대안적으로, 기계적 콘택은 소결을 허용하지만, 소결 정도가 시간에 따라 증가하더라도, 열 전도 정도가 변화하지 않도록 구성되는 층들을 통해 형성될 수 있다.
[0034] 대안적으로, 큰 콘택 영역, 예컨대 최대화된 콘택 영역은 비-방사 표면과 내부 전극 표면 사이에 제공될 수 있어서, 소결이 캐소드의 사용 동안 발생하더라도, 캐소드와 포커싱 전극 사이의 열적 전도가 시간에 따라 변화하지 않는다.
[0035] 쉘은 포커싱 전극 및/또는 지지 구조에 관하여 캐소드 바디를 한정하기 위한 한정 어레인지먼트를 수용하기 위하여 하나 또는 그 초과의 각진 사이 간격들을 포함할 수 있다. 이들은 쉘 구조에서 슬릿(slit)들 또는 컷-아웃들로서 형성될 수 있다.
[0036] 캐소드 어레인지먼트는 지지 구조에 관하여 포커싱 전극 및/또는 캐소드 바디의 한정, 또는 움직임 제한을 위하여 한정 어레인지먼트를 가진 지지 구조를 포함할 수 있다. 이에 의해, 캐소드 바디는 포커싱 전극에 관하여 제한될 수 있다. 포커싱 전극은 지지 구조에 관하여 억제될 수 있다. 지지 구조는 하기 설명되는 전자 총 내의 지지 전극, 또는 이의 일부를 포함하거나 형성할 수 있다.
[0037] 한정 어레인지먼트는 캐소드 바디 및/또는 포커싱 전극의 하나 또는 그 초과의 표면 영역들을 향하지만, 멀리 떨어져 배열된 표면 영역들을 가진 하나 또는 그 초과의 단부 정지부(stop)들을 포함할 수 있다. 한정 어레인지먼트와 캐소드 어레인지먼트 사이의 물리적 콘택은 이에 의해 회피될 수 있어서, 캐소드 어레인지먼트와 지지 구조 사이의 열 전도가 최소화된다. 한정 어레인지먼트는 하나 또는 그 초과의 포커싱 전극 단부 정지부들 및/또는 하나 또는 그 초과의 캐소드 단부 정지부들을 포함할 수 있다. 포커싱 전극 단부 정지부 및 캐소드 단부 정지부는 모놀리식 유닛일 수 있거나, 별개의 구조들로 구성될 수 있다.
[0038] 이런 어레인지먼트에 의해, 캐소드가 사용 동안 의도된 배향으로 포지셔닝될 때, 캐소드 바디는 중력에 의해 내부 전극 표면상에, 특히 간격 구조들 상에 있는다. 유사하게, 포커싱 전극은 중력에 의해 지지 구조상에 있는다. 이런 배향에서, 단부 정지부들은 캐소드 어레인지먼트의 표면들로부터 멀리 떨어져 배열된다. 그러나, 지지 구조와 함께 캐소드 어레인지먼트가 의도된 배향에 관하여 기울어지면, 예컨대 뒤집어 엎어지면, 단부 정지부들은 캐소드 어레인지먼트의 엘리먼트들이 지지 구조에서 떨어져 부서지고 지지 구조로부터 떨어져 나가는 것을 방지할 것이다.
[0039] 일 함수 저하 입자들은 바륨을 포함할 수 있다. 이 경우에, 조절 가능 가열 소스는 바람직하게 포커싱 전극의 포커싱 표면 온도를 900K의 임계 온도 초과로 유지하도록 구성된다. 포커싱 표면 온도를 900K로 유지하여, 포커싱 표면상에 증착될 수 있는 바륨이 포커싱 표면으로부터 증발하는 레이트는 방사 표면으로부터 방사되는 바륨 입자들이 포커싱 표면에 도달하는 레이트보다 높다. 결과로서, 포커싱 표면상의 바륨 입자들의 축적은 감소된다. 특히, 단일 단분자층 쪽으로 감소될 수 있다. 이상적으로, 바륨 입자들의 증착, 및 궁극적으로 축적은 회피될 수 있다.
[0040] 이들 오염을 회피하기 위하여 상승된 온도에서 포커싱 전극을 유지하는 것이 원해지더라도, 포커싱 전극 온도를 증가시키는 것은 포커싱 표면으로부터 전자 방사 가능성을 증가시킨다. 포커싱 표면 온도는 캐소드 바디의 온도보다 낮아야 한다.
[0041] 일부 실시예들에서, 조절 가능 가열 소스는 1300 K의 추가 임계 온도 미만으로 포커싱 표면의 온도를 유지하도록 추가로 구성된다. 바람직하게 일 함수 증가 코팅으로 코팅되거나 탄산화된 포커싱 표면과 결합에서 전극 온도를 1300 K 미만으로 유지함으로써, 포커싱 전극에 의해 방사된 전자들의 전류는 캐소드의 방사 표면에 의해 방사된 전자 전류의 0.01-0.1% 미만으로 있는다.
[0042] 포커싱 표면은 1100 K 초과의 온도들에서 일 함수를 증가시키는 처리에 노출되었을 수 있다. 이에 의해, 전자 방사는 또한 1100 K 초과의 온도들로 억제될 수 있다. 예컨대, 포커싱 전극, 또는 적어도 포커싱 표면은 전자 방사 억제 코팅으로 만들어질 수 있거나, 상기 코팅으로 코팅될 수 있다. 포커싱 전극, 특히 포커싱 표면은 지르코늄 또는 티타늄-지르코늄-몰리브덴을 포함하는 합금으로 코팅될 수 있다. 대안적으로, 포커싱 표면은 탄산화될 수 있다.
[0043] 본 발명의 일부 실시예들은 캐소드 바디를 수용하기 위한 공동을 정의하는 원통형 쉘, 및 원형 전자 전달 애퍼처 및 외부 표면상의 포커싱 표면을 가진 전면 커버를 포함하는 포커싱 전극에 관한 것이고, 열 트랩핑 표면은 원통형 쉘의 내부 표면상에 제공된다. 쉘은 캐소드, 이를테면 열전자 캐소드를 수용하기 위한 내부 보이드(void), 또는 공동을 둘러싸는 것으로 고려될 수 있다. 원형 애퍼처에 의해, 대칭 전자 빔이 생성될 수 있다. 이런 포커싱 전극은 본원에 설명된 캐소드 어레인지먼트들 중 임의의 하나의 포커싱 전극일 수 있다.
[0044] 원통형 쉘은 지지 구조에 관하여 포커싱 전극 및/또는 캐소드 바디를 한정하기 위한 한정 어레인지먼트를 수용하기 위한 각진 사이 간격들을 포함할 수 있다. 이것은 상기 설명된 바와 같이 한정 어레인지먼트일 수 있다.
[0045] 포커싱 표면은 바람직하게 전면 커버의 내부 전극 표면에 비스듬히 배향되고, 이에 의해 예각이 상기 설명된 바와 같이 전자 전달 애퍼처에 형성된다. 따라서, 포커싱 표면 및 내부 전극 표면은 전달 애퍼처에서 수렴된다.
[0046] 포커싱 전극은 포커싱 전극과 캐소드 바디 사이에 간격을 제공하기 위하여 내부 전극 표면상에 3개의 간격 구조들을 가질 수 있다. 이들 간격 구조들은 캐소드 어레인지먼트를 참조하여 상기 설명된 간격 구조들과 유사하거나 동일할 수 있다.
[0047] 포커싱 전극은 캐소드 바디와 포커싱 전극 사이에 하나 또는 그 초과의 방사상 사이 간격들을 제공하기 위하여 원통형 쉘의 내부 상에 방사상 스페이서들을 가질 수 있다. 바람직하게, 3 또는 4개의 방사상 스페이서들이 제공된다.
[0048] 표면으로부터 일 함수 저하 입자들의 방출을 조절하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 상기 설명된 실시예들 중 임의의 하나에 따른 캐소드 어레인지먼트를 제공하는 단계, 및 포커싱 표면에 도달하거나 캐소드 방사 표면으로부터 방사되는 일 함수 저하 입자들의 증발 레이트와 동일한 증발 레이트로 포커싱 표면으로부터 일 함수 저하 입자들의 방출에 대응하는 임계 온도를 초과하여 포커싱 전극의 온도를 유지하는 단계를 포함한다. 즉, 포커싱 전극은, 일 함수 저하 입자들 및/또는 이들의 반응 생성물들의 증발 플럭스(flux)가 캐소드의 방사 표면으로부터 방사하는 일 함수 저하 입자들의 포커싱 표면에 도달하는 레이트와 동일한 온도로 유지된다. 바람직하게, 포커싱 표면은, 포커싱 표면으로부터 작업의 증발 레이트가 포커싱 전극 상에 일 함수 저하 입자들 및/또는 이들의 반응 생성물들의 증착 레이트보다 높은 온도로 유지될 수 있다. 바람직하게, 포커싱 표면은 이것이 발생하는 가장 낮은 가능한 온도로 유지된다.
[0049] 방법은 캐소드의 방사 표면으로부터 전자들의 방사에 의해 생성된 제 2 전자 전류 밀도의 0.01-0.1%인 포커싱 표면으로부터 전자들의 방사에 의해 생성된 제 1 전자 전류 밀도에 대응하는 추가 임계 온도 미만으로 포커싱 전극의 온도를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
[0050] 일 함수 저하 입자들은 바륨을 포함할 수 있다. 방법은 캐소드 어레인지먼트의 사용 동안 900 K와 1300 K 사이로 포커싱 전극의 온도를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
[0051] 캐소드 어레인지먼트를 포함하는 전자 총에 의해 생성된 전자 빔의 높고 안정된 전류 밀도를 얻기 위하여, 포커싱 전극에 관하여 캐소드의 정렬은 중요하다. 제 2 양상에 따라, 캐소드 어레인지먼트가 제공되고, 캐소드 어레인지먼트는:
- 길이 방향으로 전자들을 방사하기 위한 방사 표면을 하우징하는 캐소드 바디 ― 상기 방사 표면은 방사 둘레에 의해 한정됨 ―; 및
- 횡 방향으로 캐소드 바디를 적어도 부분적으로 에워싸고, 그리고 동작 동안 방사 표면에 의해 방사된 전자들을 포커싱하기 위해 방사 표면에 가까운 전자 전달 애퍼처를 포함하는 포커싱 전극 ― 상기 애퍼처는 애퍼처 둘레에 의해 한정됨 ―을 포함한다.
캐소드 바디는 정렬된 포지션으로부터 최대 횡 방향 거리를 넘어 포커싱 전극 내에서 이동 가능하게 배열되고, 애퍼처 둘레는 방사 표면을 넘어 그리고 최대 횡단 거리를 초과하는 오버랩 거리에 걸쳐 방사 둘레를 지나 횡 방향으로 연장된다.
[0052] 제 2 양상에 따른 캐소드 어레인지먼트의 캐소드는 제 1 양상을 참조하여 설명된 바와 같이 열전자 캐소드일 수 있다.
[0053] 포커싱 전극은 제 1 양상에 관련하여 상기 논의된 바와 유사한 방식으로, 포커싱 전극 상에 일 함수 저하 입자들의 축적을 회피하기 위한 것과 같이 가열될 수 있다.
[0054] 방사 둘레는 캐소드 바디의 방사 표면 및 주위 림 사이의 경계부 또는 인터페이스에 의해 형성될 수 있다. 방사 표면은 바람직하게 캐소드 바디의 림과 동일 평면이다. 방사 표면은 캐소드 펠릿, 예컨대 제 1 양상에 따른 캐소드 어레인지먼트의 실시예들과 관련하여 설명된 바와 같이 일 함수 저하 입자들을 포함하는 저장소 위에 배열된 다공성 펠릿으로 구성될 수 있다.
[0055] 애퍼처 둘레는 방 둘레의 방사상 내부에 포지셔닝된다. 즉, 방사 둘레는 애퍼처 둘레보다 큰 표면 영역을 에워싼다. 따라서 방사 표면은 애퍼처 둘레의 영역보다 크다. 다른 말로, 포커싱 전극은 방사 둘레를 지나, 방사 표면을 넘어 횡 방향으로 연장된다. 오버랩 거리가 포커싱 전극 내의 캐소드 바디에 대하여 가능한, 플레이(play)의 최대량에 관련된 최대 횡 방향 거리보다 크기 때문에, 애퍼처는 항상 방사 표면을 넘어 충분히 포지셔닝될 것이다. 즉, 캐소드 바디가 포커싱 전극에 관하여 완벽하게 정렬된 포지션에 있지 않더라도, 이것은 캐소드에 의해 방사된 전자들의 전류에 영향을 미치지 않을 것이다. 이런 방식으로, 캐소드 바디가 정렬된 포지션으로부터 벗어나더라도, 전자 전달 애퍼처는 길이 방향으로 보면 방사 표면 상에 충분히 투사될 것이다.
[0056] 최대 횡 방향 거리는 바람직하게 10 내지 35 ㎛, 보다 바람직하게 약 10-15 ㎛의 범위 내에 있는다. 최대 횡 방향 거리는, 캐소드 바디가 중앙 정렬 포지션으로부터 이동할 수 있는 거리이다.
[0057] 오버랩 거리는 10㎛ 내지 100㎛의 범위 내일 수 있고, 바람직하게 50㎛와 동일할 수 있다. 이에 의해, 기계적 허용 오차들은, 전달 둘레가 방사 둘레와 사이즈가 동일한 캐소드 어레인지먼트에 대해 약 1㎛로부터 약 50㎛까지 완화될 수 있다.
[0058] 상기 설명된 바와 같이, 포커싱 전극은, 방사 부분을 향하는 포커싱 전극의 내부 전극 표면이 방사 표면과 동일한 평면인 캐소드 바디의 방사 표면 또는 림으로부터 1 내지 15㎛, 바람직하게 1㎛ 또는 5㎛의 거리에 포지셔닝될 수 있도록 배열될 수 있다. 포커싱 전극은 제 1 양상을 참조하여 상기 설명된 바와 같은 포커싱 전극일 수 있다.
[0059] 애퍼처 둘레 및 방사 둘레는 유사하게 형상화될 수 있고 바람직하게 원형이다. 원형 애퍼처 둘레는 대칭 전자 빔의 형성을 가능하게 한다.
[0060] 포커싱 전극은 바람직하게 방사 표면을 향하는 내부 전극 표면, 및 포커싱 전극과 방사 부분 사이에 간격을 제공하기 위하여 배열된 3개의 간격 엘리먼트들을 가진다. 이들 간격 엘리먼트들은 상기 설명된 바와 같은 간격 엘리먼트들일 수 있다.
[0061] 바람직하게 3개 또는 4개의 방사상 스페이서들, 또는 탭들은 원통형 쉘의 내부 표면과 캐소드 바디 사이에 환형 갭을 제공하기 위하여, 포커싱 전극에 의해 형성된 원통형 쉘의 내부 표면 상에 제공될 수 있다.
[0062] 제 3 양상에 따라, 포커싱 전극이 제공된다. 포커싱 전극은 캐소드 바디를 가지는 캐소드를 수용하기 위한 공동을 정의하는 원통형 쉘, 및 원통형 쉘의 제 1 단부에 위치된 전면 커버를 포함하고, 전면 커버는 내부 전극 표면, 포커싱 표면, 및 전자 전달 애퍼처를 가진다. 원통형 쉘은 지지 구조에 관하여 포커싱 전극 및/또는 캐소드 바디를 한정하기 위한 한정 어레인지먼트를 수용하기 위한 각진 사이 간격들을 가진다.
[0063] 제 1 및/또는 제 2 양상의 포커싱 전극은 제 3 양상에 따른 포커싱 전극일 수 있다. 그러므로, 제 3 양상에 따른 포커싱 전극에 대해 상기 설명된 상이한 피처들, 실시예들 및 장점들은 제 1 및 제 2 양상들에 대해 상기 설명된 피처들과 유사할 수 있다. 한정 어레인지먼트는 제 1 양상에 관하여 상기 논의된 바와 같은 한정 어레인지먼트일 수 있다.
[0064] 각진 사이 간격들은 쉘 구조 내의 슬릿들 또는 컷-아웃들에 의해 제공될 수 있다. 컷-아웃들은 원통형 쉘의 제 2 단부로부터 연장되어 제 1 단부로부터 멀리 떨어져 종료될 수 있다. 이 거리는 바람직하게 길이 방향을 따라 캐소드 바디의 제 1 단부의 치수보다 크다. 이에 의해, 각진 사이 간격들을 통해 돌출하도록 배열되고 캐소드 바디의 표면을 향하는 한정 어레인지먼트의 단부 정지부들 사이에 임의의 거리가 제공될 수 있다.
[0065] 포커싱 표면은 전면 커버 내 원뿔 컷-아웃에 의해 배열될 수 있다. 포커싱 표면 및 내부 전극 표면은 전달 애퍼처 둘레를 형성하기 위하여 전달 애퍼처에서 수렴될 수 있다.
[0066] 내부 전극 표면은 캐소드 전면 표면, 특히 방사 표면을 둘러싸는 비-방사 표면을 지지하도록 적응된 3개의 간격 엘리먼트들을 가질 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 간격 구조들은 전달 애퍼처에 의해 정의된 평면에 평행한 방사 표면에 의해 정의된 평면을 정렬하도록 구성된다.
[0067] 원통형 쉘은 원통형 쉘로부터 연장되는 지지 엘리먼트들을 가질 수 있다. 지지 엘리먼트들 및 지지 구조들은, 포커싱 전극이 중력에 의해 3개의 지지 엘리먼트들과 지지 구조 사이에 형성된 3개의 실질적으로 포인트 콘택들을 통해 지지 구조상에 있도록 구성될 수 있다. 추가 지지 엘리먼트들은 제공될 수 있고, 포커싱 전극의 횡 방향 움직임 및/또는 길이 방향 축 둘레 포커싱 전극의 회전을 한정한다.
[0068] 제 4 양상에 따라, 캐소드 어레인지먼트는 소스 캐소드 어레인지먼트를 포함하고 가열기 캐소드 어레인지먼트는 제공된다. 소스 캐소드 어레인지먼트는 제 1 또는 제 2 양상의 임의의 실시예에 따른 캐소드 어레인지먼트일 수 있다.
[0069] 소스 캐소드 어레인지먼트는 전자들을 방사하기 위한 방사 표면을 가진 캐소드 바디 및 방사 부분, 및 가열될 때 일 함수 저하 입자들을 방출하기 위한 재료를 포함하는 저장소 또는 펠릿을 포함하고, 저장소 및/또는 펠릿은 일 함수 저하 입자들이 방사 표면 쪽으로 분산하도록 구성된다. 가열기 캐소드 어레인지먼트는, 재료가 일 함수 저하 입자들을 방출하고 방사 표면이 전자들을 방사하도록, 캐소드 바디의 일부를 가열하도록 구성된 가열기 캐소드를 포함한다.
[0070] 가열기 캐소드 어레인지먼트는 가열기 캐소드로부터 방사된 전자들을 전자 빔 내에 수렴하기 위하여 배열된 포커싱 전극을 포함할 수 있다. 가열기 캐소드 및 소스 캐소드는 바람직하게, 가열기 캐소드 어레인지먼트에 의해 생성된 전자 빔이 리셉터클로서 지칭된 캐소드 바디의 일부에 의해 에워싸인 볼륨에 포커싱되도록 서로에 관하여 배열된다. 리셉터클은 소스 캐소드 어레인지먼트의 저장소 또는 펠릿을 향하는 최내부 단부 표면과 배열된다. 리셉터클은 최내부 단부 표면에 의해 일 단부가 폐쇄되고, 그리고 리셉터클로부터 탈출하는 전자들의 양을 최소화하는 것과 같은 깊이를 가지는 중공 원통을 형성할 수 있다.
[0071] 가열기 캐소드 어레인지먼트 및 소스 캐소드 어레인지먼트는 바람직하게 길이 방향 축을 따라 동축으로 정렬된다. 특히, 가열기 캐소드 포커싱 전극은 캐소드 바디, 및/또는 소스 캐소드 포커싱 전극과 동축으로 정렬될 수 있다.
[0072] 가열기 캐소드는 I-타입 열전자 캐소드 같은 열전자 캐소드를 포함할 수 있고, 예컨대 캐소드는 침지된 펠릿을 포함한다. 가열기 캐소드는 필라멘트 와이어에 의해 가열될 수 있다. 가열기 캐소드는 표준 열전자 캐소드일 수 있다.
[0073] 소스 캐소드 어레인지먼트는 가열기 캐소드 어레인지먼트에 대한 애노드로서 기능할 수 있다. 1 kV 정도의 전위 차이는 소스 캐소드 어레인지먼트와 가열기 캐소드 어레인지먼트 사이에 인가될 수 있다.
[0074] 가열기 캐소드의 포커싱 전극은 -6 kV의 전위를 가질 수 있고, 동일한 전위는 가열기 캐소드에 인가된다. 전자 총에 위치될 때, 가열기 캐소드 포커싱 전극은 GM1 전극으로 지칭될 수 있다. 가열기 캐소드 필라멘트는 가열기 캐소드 포커싱 전극에 관하여 +8V의 전위를 가질 수 있다. 소스 캐소드 어레인지먼트는 -5kV의 전위를 가질 수 있다.
[0075] 전자 빔을 생성하기 위한 전자 총, 또는 전자 소스가 제공된다. 전자 총은 복수의 전자들을 방사하기 위하여 상기 설명된 양상들 또는 실시예들 중 임의의 것에 따른 캐소드 어레인지먼트; 및 방사된 전자들을 형상화하거나, 전자 빔 내에 포커싱하기 위한 적어도 하나의 성형 전극을 포함한다.
[0076] 전자 총은 하나 또는 그 초과의 성형 전극들을 포함할 수 있다. 예컨대, 전자 총은 3개의 성형 전극들을 포함할 수 있다. 성형 전극들은 또한 성형 애퍼처라 지칭되는 애퍼처를 가진 전도 바디를 각각 포함할 수 있다. 성형 애퍼처들은 동축으로 정렬된다.
[0077] 바람직하게, 성형 애퍼처들은 포커싱 전극의 전달 애퍼처와 동축으로 정렬된다.
[0078] 본 발명의 일부 실시예들은 적어도 하나의 전자 빔릿(beamlet)을 사용하여 타겟을 노광하기 위한 전자 빔 리소그래피 시스템에 관한 것이고, 시스템은 적어도 하나의 전자 빔릿을 생성하기 위한 빔릿 생성기; 적어도 하나의 변조된 빔릿을 형성하기 위하여 적어도 하나의 전자 빔릿을 패턴화하기 위한 빔릿 변조기; 적어도 하나의 변조된 빔릿을 타겟의 표면상에 투사하기 위한 빔릿 투사기를 포함하고; 빔릿 생성기는 상기 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 전자 총을 포함한다.
다양한 실시예들은 도면들에 도시된 실시예들을 참조하여 추가로 설명될 것이다.
[0079] 도 1a는 캐소드 어레인지먼트의 단면을 개략적으로 도시한다.
[0080] 도 1b는 도 1a의 캐소드 어레인지먼트의 단면의 일부의 투시도를 개략적으로 도시한다.
[0081] 도 2a는 캐소드 어레인지먼트의 투시도를 개략적으로 도시한다.
[0082] 도 2b는 캐소드 어레인지먼트에 대한 포커싱 전극의 일부의 투시도를 개략적으로 도시한다.
[0083] 도 3은 캐소드 어레인지먼트의 단면도를 개략적으로 도시한다.
[0084] 도 4는 특히 전자 총의 지지 구조에 장착된 캐소드 어레인지먼트의 단면 투시도를 개략적으로 도시한다.
[0085] 도 5는 전자 총의 일부의 단면도를 개략적으로 도시한다.
[0086] 도 6은 전자 빔 리소그래피 시스템을 개략적으로 도시한다.
[0087] 도면들 및 다음 설명은 제한으로서 해석되는 것이 아니고, 다양한 실시예들의 예들 및 예시들을 위하여 의도된다. 대안적인 실시예들은, 첨부된 청구항들의 범위에서 벗어남이 없이 가능할 수 있다.
[0088] "길이방향"은 도면들에 의해 Z-축에 의해 표시된 방향을 지칭하는 반면, "횡 방향"은 Z-축에 수직인 임의의 방향, 즉 X- 및 Y-축에 의해 걸쳐진 평면에서 임의의 방향에 대응한다. "방사상"은 X 및 Y 축들에 의해 걸쳐지고, 그리고 Z- 방향을 따라 중심 축을 가리키는 평면의 횡단 방향을 지칭한다. 이런 관습은 비-제한적 방식으로 사용되고, 단지 하기 설명된 예시적 실시예들에서 공간 관계들을 명확히 하는 역할을 한다.
[0089] 캐소드 어레인지먼트(20)는 전자 빔을 형성하기 위하여 복수의 전자들을 방사하도록 구성된다. 캐소드 어레인지먼트(20)는 바람직하게 분산기 타입의 열전자 캐소드, 및 포커싱(피어스) 전극(40)을 포함한다. 도 1a에 도시된 열전자 캐소드는 캐소드 바디 또는 하우징(22), 방사 표면(32)을 가진 하우징 방사 부분(30), 및 가열될 때 일 함수 저하 입자들(70)을 방출하는 재료를 홀딩하기 위한 저장소(38)를 포함한다. 방사 부분은, 저장소(38)가 캐소드 내에 밀봉된 공간을 제공하도록, 캐소드 바디(22)의 내부 표면에 밀봉된 다공성 펠릿 바디(28), 예컨대 텅스텐 펠릿을 포함할 수 있다. 펠릿 바디(28)는 방사 표면(32)을 형성하는 제 1 단부 표면 및 저장소(38)를 향하는 제 2 단부 표면과 배열된 원통형 형상을 가질 수 있다. 방사 부분(30)은 캐소드 바디(22)의 제 1 단부(24)에 제공된다. 캐소드 바디(22)는 방사 부분(30)을 제한하는 외부 표면(36) 및 저장소(38)를 가진 중공 바디이다. 바람직하게, 제 1 단부(24)에서, 캐소드 바디(22)는 포커싱 전극(40)을 향하는 표면 또는 림(34)을 형성하기에 충분한 두께를 가진다. 표면(34)은 바람직하게 방사 표면(32)과 완전하게 정렬된다. 이 림(34)은 이후 비-방사 표면(34)으로서 지칭된다. 바람직하게, 비-방사 표면(34) 및 방사 표면(32)은 단일 캐소드 표면을 형성하기 위하여 예컨대 납땜에 의해 함께 접합된다.
[0090] 저장소(38)는 방사 부분(30)을 향하는 개방 단부를 가진 컵 형상일 수 있고, 가열될 때 저장소(38)로부터 다공성 펠릿 바디(28)를 통하여 방사 표면(32)으로 분산하는 일 함수 저하 입자들(70)을 포함하는 재료로 충전될 수 있다. 바람직하게, 입자들은 방사 표면(32)에 일 함수 저하 층을 형성한다. 그런 일 함수 저하 층은 캐소드 방사 표면(32)으로부터 전자 방사를 위하여 요구된 최소 에너지를 감소시키고, 그리고 전자 방사의 균질성을 추가로 개선할 수 있다. 일 함수 저하 입자들은 캐소드의 사용 동안 제 1 증발 레이트(
Figure 112016074879602-pct00001
)로 방사 표면(32)으로부터 방사한다. 이들 입자들은 이후 방사 표면(32)에 도달하는 입자들(70)에 의해 대체된다. 바람직하게, 분산기 타입 열전자 캐소드는 방사 표면(32)에서 일 함수 저하 입자들의 연속적인 대체를 허용한다.
[0091] 포커싱 전극(40)은 전기 전도 재료로 만들어진다. 포커싱 전극(40)은 방사 표면(32)에서 방사된 전자들을 전달하기 위한 전자 전달 애퍼처(44)를 가진 편평한 바디, 예컨대 플레이트를 포함한다. 전자 전달 애퍼처(44)는 바람직하게 원형 대칭 전자 빔 생성을 허용하도록 원형이다.
[0092] 포커싱 전극(40)은 캐소드의 방사 표면(32)에서 방사된 전자들을 포커싱하기 위한 포커싱 표면(42)을 포함한다. 포커싱 표면(42)은 방사 표면(32)으로부터 멀어지는 바람직한 방향으로 방사 표면(32)으로부터 방사되는 전자들을 밀어내기에 적당한 전기장 분포를 생성하게 하는 형상을 가진다. 도 1a, 도 1b에서, 포커싱 전극(40)의 포커싱 표면(42)은 절두된 원뿔형 컷아웃의 외부쪽으로 기울어진 표면에 의해 정의되고, 그리고 이 포커싱 표면(42)은 전달 애퍼처(44)를 둘러싼다.
[0093] 캐소드 어레인지먼트(20)의 포커싱 전극(40)의 적어도 일부는 방사 표면(32) 가까이에 제공된다. 이 문맥에서 용어 "가까이"는 방사 표면(32)에 의해 정의된 평면(S2)과 전달 애퍼처 평면(S1) 사이에서 약 1-15㎛의 거리(D)에 대응한다. 바람직하게, 약 5㎛, 아마도 그 보다 작은 길이방향 사이 간격(60)은 내부 전극 표면(46)과 캐소드 표면 사이에 형성된다. 전달 애퍼처 평면(S1)은 전자 전달 애퍼처(44)를 향하는 포커싱 표면(42)의 에지에 의해 스패닝(span)된다. 따라서, 도 1a, 도 1b의 전달 애퍼처 평면(S1)은, 전자 전달 애퍼처가 가장 작은 직경을 가지는 평면에 위치되고, 즉 방사 표면(32)에 가장 가깝게 위치된다. 바람직하게, 전달 애퍼처 평면(S1)은 방사 표면(32)에 의해 방사된 전자들에 대해 실질적으로 등방성 포커싱 효과를 제공하기 위하여, 방사 표면(32)에 평행하게 정렬된다.
[0094] 실시예에서, 애퍼처 둘레(45)는 방사 표면(32)보다 작은 단면에 스패닝할 수 있어서, 내부 전극 표면(46)은 도 3에 관하여 설명된 캐소드 어레인지먼트와 유사하게 방사 표면(32)을 넘어 오버랩하여 연장된다. 이에 의해 전달 애퍼처 둘레의 돌출부는 항상 방사 표면(32)의 둘레 내에 완전히 위치될 수 있다.
[0095] 열전자 캐소드 어레인지먼트의 수명은, 포커싱 표면(42)으로부터 일 함수 저하 입자들의 방출, 또는 증발 레이트가, 방사 표면(32)으로부터 방사하는 일 함수 저하 입자들이 포커싱 표면(42)에 도달하는 레이트(
Figure 112016074879602-pct00002
)와 동일하거나 초과하는 임계 온도(Te-)를 초과하는 온도(Te)에서 포커싱 전극의 포커싱 표면(42)을 유지함으로써 연장될 수 있다. 그런 임계 온도(Te-)를 초과하게 포커싱 표면(42)을 유지하는 것은 포커싱 표면(42) 상에 일 함수 저하 입자들의 증착에 의해 형성된 층의 현상을 방지한다. 그런 입자들의 증착은 캐소드 어레인지먼트(20)의 성능에 악영향을 미친다. 다른 말로, 포커싱 표면(42)의 충분히 높은 온도는 감소되고, 포커싱 표면(42) 상에 일 함수 저하 입자들의 축적을 심지어 대부분 방지한다.
[0096] 캐소드 바디(22) 및 캐소드의 방사 부분(30)에서 열을 생성하는 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 바람직하게, 이들 방법들은 캐소드 바디(22) 및/또는 방사 부분(30)의 가열을 유발하지만, 포커싱 전극(40)을 직접 가열하지 않는다.
[0097] 포커싱 표면(42)을 충분히 높은 온도로 가져오는 것을 달성하기 위하여, 캐소드 어레인지먼트(20)는, 포커싱 전극(40)이 또한 가열되도록 캐소드를 가열하기 위한 조절 가능 가열 소스를 포함한다. 바람직하게, 포커싱 전극(40)은 캐소드 바디(22)에 의해 방사되는 열 조사선(Q), 예컨대 적외선 조사선에 의해 가열된다. 캐소드 바디(22) 및 포커싱 전극(40)은, 캐소드 바디(22), 및 아마도 또한 방사 표면(32)으로부터 열 전달이 상기 특정된 범위 내의 포커싱 표면 온도를 초래하도록 배열 및 구성될 수 있다.
[0098] 조절 가능 가열 소스와 결합하여, 캐소드 바디 및 포커싱 전극의 기하구조 및 상대적 어레인지먼트는 캐소드 동작 동안 포커싱 표면(42)의 온도를 제어하기 위해 구성된다. 조절 가능 가열 소스의 적당한 조절에 의해, 전극 온도(Te)는, 캐소드의 방사 표면으로부터 방사되는 일 함수 저하 입자들의 레이트가, 그런 일 함수 저하 입자들이 포커싱 표면(42)으로부터 증발하는 레이트와 실질적으로 동일한 임계 온도(Te-) 초과이도록 달성될 수 있다.
[0099] 도 1a에 묘사된 실시예에서, 조절 가능 가열 소스는 열전자 캐소드를 가열하기 위하여 배열된 보조 캐소드 또는 가열기 캐소드(50)의 형태를 취한다. 가열기 캐소드(50)는 바람직하게, 전자들이 방사되는 레이트를 제어하기 위한 조절 가능 전원을 가지며, 따라서 열전자 캐소드에 공급되는 열적 에너지를 조절할 수 있다. 가열기 캐소드(50)는 예컨대 약 1 내지 10mA의 빔 전류로 전자 빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 여기서 방사된 전자들은 1 킬로볼트 전기 전위 차이를 통해 캐소드 바디(22) 쪽으로 가속화될 수 있고, 이는 약 1 내지 10 W의 파워를 초래한다. 그런 파워는 소스 캐소드를 대략 1500 K의 온도로 가져오기에 충분하다.
[00100] 가열기 캐소드(50)는 전자들을 리셉터클 또는 패러데이 컵(25)으로 지칭되는 캐소드 바디(22)의 후면 부분(25) 쪽으로 방사하도록 배열된다. 바람직하게 리셉터클(25)에 의해 수신된 전자들의 운동 에너지의 일부는 열로 변환된다. 리셉터클(25)은 가열기 캐소드(50)로부터 직접적으로 또는 방사 표면(32)을 등진 저장소(38)의 단부에 인접한 표면상에 전자들의 충돌 후 후방산란된 전자들의 형태로 간접적으로 전자들을 수용하기 위하여 배열된다. 리셉터클(25)은 전자들의 탈출을 최소화하는 것 같은 깊이를 가진다. 전자들의 충돌의 결과로서, 전자의 운동 에너지는 열로 변환되고, 이는 리셉터클(25) 및 저장소(38)의 가열을 초래한다. 따라서, 가열기 캐소드(50)(또는 다른 조절 가능 가열 소스)로부터 전자들의 수신 시, 캐소드 바디(22)는 가열될 것이다. 가열된 캐소드 바디(22)는 적어도 부분적으로 외부 표면(36)으로부터 외측으로 방사되는 열적(예컨대, 적외선) 조사선(Q)을 통하여 자신의 열 에너지 중 일부를 손실할 것이다. 캐소드 바디(22)를 둘러싸는 포커싱 전극(40)의 열 트랩핑 표면(52)은 캐소드 바디(22)에 의해 방사된 열 조사선(Q)의 대부분을 수신 및 흡수할 것이다. 유사하게, 열 트랩핑 표면(52)은 비-방사 표면(34)으로부터 열적 조사선을 수신하기 위하여 내부 전극 표면(46) 상에 배열될 수 있다. 열 트랩핑 표면(52)은 포커싱 전극 표면(42)과 우수한 열적 소통한다. 결과로서, 수신된 열 에너지의 대부분은 포커싱 표면(42) 쪽으로 전도될 것이다.
[00101] 따라서, 조절 가능 가열 소스는 제어 가능한 양의 열적 에너지를 저장소(38)에 공급하고, 열적 조사선에 의해 포커싱 전극(40) 쪽으로 전달된 에너지 양에 영향을 미친다. 결과적으로, 조절 가능 가열 소스는 일반적으로 포커싱 전극(40), 및 특히 포커싱 전극(40)의 포커싱 표면(42)에 공급되는 열적 에너지를 간접적으로 제어한다.
[00102] 대안적인 실시예들에서, 조절 가능 가열 소스는 포커싱 전극(40)에 직접적으로 열적으로 연결된 가열기 엘리먼트에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 포커스 전극 내에 배열된 전기 필라멘트가 사용될 수 있다. 대안적으로, 가열기 캐소드로부터 방사된 전자 빔의 일부는 포커스 전극을 직접적으로 가열하기 위하여 포커스 전극 쪽으로 방향 변경되고 지향될 수 있다.
[00103] 대안적으로, 또는 부가적으로, 다른 열 소스들은 열전자 캐소드를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대 제어 가능 전기 가열 필라멘트는 캐소드 바디(22), 또는 리셉터클(25) 내에 제공될 수 있다. 또한 이 경우에, 포커싱 전극(40)은 캐소드 바디(22)로부터의 열적 조사선에 의해 가열될 수 있다.
[00104] 일부 실시예들에서, 조절 가능 가열 소스는 전기 필라멘트 같은 분산기 타입 열전자 캐소드의 저장소를 가열하기 위한 표준 열 소스에 더하여 사용될 수 있다.
[00105] 도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b에 묘사된 실시예들에서, 포커싱 전극(40)은 캐소드 바디(22)를 둘러싸는 쉘(54)을 포함한다. 대안적으로, 쉘(54)은 캐소드 바디(22)를 부분적으로 에워쌀 수 있다. 쉘(54)은 내부 표면을 가지며, 중공 실린더 형태를 취할 수 있다. 내부 표면의 적어도 일부는 캐소드 바디(22)에 의해 방사된 열적 조사선(Q)을 흡수하도록 구성된 열 트랩핑 표면(52)을 형성한다. 예컨대 도 1a에 묘사된 바와 같이, 열 트랩핑 표면(52)은 캐소드 바디(22)의 외부 표면(36)을 둘러싸고 외부 표면(36) 쪽을 향한다. 내부 전극 표면(46)은 비-방사 표면(34)으로부터 방사된 열적 조사선을 흡수하도록 구성될 수 있다. 흡수된 열적 조사선(Q)은 포커싱 전극(40) 및 특히 이의 포커싱 표면(42)을 가열할 것이다. 상기 설명된 바와 같이, 포커싱 표면(42)은 열 트랩핑 표면(52)과 우수하게 열적 전도된다. 열 트랩핑 표면(52)은 포커싱 전극(40) 및 특히 이의 포커싱 표면(42)을 가열하기 위하여 열적 조사선(Q)을 흡수함으로써 캐소드 바디(22)에 의해 방사된 열적 조사선(Q)의 효율적인 재사용을 가능하게 한다.
[00106] 바람직하게, 쉘(54) 및 캐소드 바디(22)는 동축으로 정렬된다. 방사상 사이 간격(58)은 외부 캐소드 표면(36)과 열 트랩핑 표면(52) 사이에서 정의된다. 방사상 사이 간격(58)은 열 트랩핑 표면(52)과 외부 캐소드 표면(36) 사이에서 방사상 방향으로 연장되고, 제 1 캐소드 단부(24)로부터 길이 방향(Z)을 따라 연장된다. 방사상 사이 간격은 도 2b에 예시된 바와 같이, 제 1 캐소드 단부(24)를 향하는 쉘(54)의 내부 표면 둘레에 원주적으로 분포된 4개의 방사상 스페이서들, 또는 패드들(59)에 의해 유지될 수 있다.
[00107] 내부 전극 표면(46)은 바람직하게, 도 1b 및 도 2b에 예시된 바와 같이 전달 애퍼처(44)의 원주를 따라 균등하게 분포된 3개의 간격 구조들, 또는 콘택 패드들(48)을 가진다. 간격 구조들(48)은 비-방사 표면(34)과 콘택하여 포지셔닝된다. 3개의 간격 구조들(48)은 실질적으로 원통형 형상을 가질 수 있다. 각각의 간격 구조(48)는 바람직하게, 포커싱 전극(40)과 비-방사 표면(34) 사이에 열적 전도를 최소화하기 위하여, 방사 부분(30)의 단면과 비교하여 작은 횡단면을 가진다. 이들은 내부 전극 표면과 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있다. 3개의 간격 구조들(48)의 극단들은 평면(S2)을 스패닝하는 3개의 비-일치 포인트들을 정의한다. 스페이서 구조들(48)은, 내부 전극 표면(46)과 비-방사 표면(34) 사이에 길이 방향 사이 간격(60)을 동시에 정의하면서, 방사 표면(32)과 전달 애퍼처 평면(S1)의 정확한 평행 정렬을 유지하는데 도움을 준다.
[00108] 바람직하게, 캐소드 바디(22)와 쉘(54) 사이의 방사상 사이 간격(58)에 진공이 달성된다. 그런 진공은 캐소드 바디(22)와 포커싱 전극(40) 사이의 열적 전도를 감소(또는 심지어 제거)시키는 열적 절연을 제공한다. 캐소드 바디(22)와 포커싱 전극(40) 사이의 열적 전도를 최소화함으로써, 열적 조사선(Q)은 주된 열 전달 메커니즘이 된다. 따라서 열적 전도 효과들로 인한 높은 온도 기울기들은 회피되고, 포커싱 전극(40) 내에 보다 균질한 온도 분포가 생성된다. 게다가, 포커싱 전극은 더 빠르게 평형 온도에 도달할 수 있다.
[00109] 상기 언급된 바와 같이, 캐소드의 방사 표면(32)으로부터 방사하는 일 함수 저하 입자들은 적어도 부분적으로 포커싱 전극(40) 상에, 특히 포커싱 표면(42) 같은 방사 표면에 아주 근접한 표면들 상에 침적한다. 그러나, 포커싱 표면(42)이 충분히 가열되면, 그런 증착된 입자들은 표면(42)으로부터 방출 또는 증발한다. 일 함수 저하 입자들의 그런 증발은 전극 온도(Te)에 따라 레이트(
Figure 112016074879602-pct00003
)로 발생한다.
[00110] 따라서 가열기 캐소드(50)에 의해 출력된 파워의 조절은 포커싱 전극(40)에 공급되는 열적 에너지의 양에 걸쳐 제어를 제공한다. 가열기 캐소드(50) 출력의 적당한 조절에 의해, 캐소드 바디(22)의 가열 양, 및 이에 의한 포커싱 전극(40) 및 특히 이의 포커싱 표면(42)의 가열 양은, 포커싱 전극(40)의 전극 온도(Te)가 적당하게 설정되고 및/또는 조절되도록 영향을 받을 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 포커싱 전극의 기하 구조, 특히 열 트랩핑 표면 영역 및 외부 표면 영역의 기하구조는 포커싱 전극의 온도에 영향을 준다. 상기 설명된 바와 같이, 캐소드 동작 동안 임계 온도(Te-)를 초과하여 전극 온도(Te)를 유지함으로써, 일 함수 저하 입자들의 증발 레이트(
Figure 112016074879602-pct00004
)는 일 함수 저하 입자들이 포커싱 표면에 도달하는 레이트보다 높을 것이다.
[00111] 바람직하지 않게, 포커싱 전극(40)의 온도(Te)를 너무 많이 상승시키는 것은 포커싱 표면(42)에 의한 상당한 전자들의 방사를 초래할 수 있다. 그러므로, 추가 임계 온도(Te+) 미만으로 포커싱 전극(40)의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 실험들은, 임계 온도(Te+)에 대해 적당한 값이, 포커싱 표면(42)으로부터의 전자 방사가 캐소드의 방사 표면(32)으로부터 전자 방사의 약 0.01%인 전극 온도(Te)에 대응하는 것을 도시하였다.
[00112] 본 발명의 실시예들에 사용된 일 함수 저하 입자들(70)은 바륨(Ba)을 포함한다. 이 경우, 조절 가능 가열 소스(50)는 약 900K와 동일한 임계 온도(Te-)를 초과하고, 그리고 약 1300K와 동일한 추가 임계 온도(Te+) 미만으로 전극 온도(Te)를 유지하도록 구성될 수 있다. 그런 경우에, 포커싱 표면(42)의 온도(Te)는 ±50K의 허용된 온도 변동들을 가지며 900K 내지 1300K 사이의 온도로 유지될 수 있다. 더 높은 온도 범위에서, 예컨대 1200K 내지 1300K의 포커싱 표면 온도들에 대해, 포커싱 표면은 바람직하게 이들의 일 함수를 추가로 증가시키기 위하여, 코팅 또는 탄산화 같은 처리에 노출되었어야 한다.
[00113] 이전에 설명된 바와 같이, 900K를 초과하는 포커싱 전극(40)의 전극 온도(Te)는, 포커싱 전극(40)으로부터 Ba-함유 입자들의 증발 레이트가, 그런 Ba-함유 입자들이 캐소드 방사 표면(32)으로부터 방사하는 레이트보다 높거나, 또는 그런 입자들이 포커싱 표면(42)에 도달하는 레이트보다 높다는 것을 보장한다. 따라서, 포커싱 표면(42) 상에 바륨의 증착들의 축적은 감소되고, 대부분 회피된다. 증가된 일 함수와 결합하여 전극 온도(Te)를 1300K 미만으로 유지하는 것은, 포커싱 전극(40)에 의해 방사된 전자들의 전류 밀도가 캐소드 방사 표면(32)에 의해 방사된 전자들의 전류 밀도의 0.01-0.1% 미만인 것을 보장한다.
[00114] 열 소스의 조절 제어는 컴퓨터 코드, 즉 프로세싱 디바이스를 실행할 때 프로세싱 디바이스(예컨대, 컴퓨터 어레인지먼트)에 방법을 수행하기 위한 명령들을 제공하는 컴퓨터 프로그램 물건을 통해 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 물건은 컴퓨터 판독가능 매체상에 저장될 수 있다.
[00115] 도 2a는 캐소드 어레인지먼트(20)의 실시예의 후면 부의 투시도를 개략적으로 도시한다. 도 2a는 각도(즉, 방위각) 방향을 따라 유한 방사상 두께를 가지며, 캐소드 바디(22)를 수용하기 위하여 내부 보이드, 또는 공동을 둘러싸는 원통형 쉘(54)을 포함하는 포커싱 전극(40)을 도시한다. 캐소드 바디(22)는 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이 캐소드 바디일 수 있다. 쉘(54)은 쉘(54)을, 길향 축으로서 또한 지칭되는 공통 축을 중심으로 대칭적으로 배치된 3개의 쉘 부분들(55a, 55b, 55c)로 세분하는 각도 사이 간격들(56a, 56b, 56c)을 가진다. 포커싱 전극(40)은 포커싱 표면(42)에 의해 둘러싸인 원형 전자 전달 애퍼처(44)를 가진 전면 커버를 가진다(도 2a에 도시되지 않음). 원통형 쉘 부분들(55a-55c)의 내부 표면 구역들은 함께 열 트랩핑 표면(52)을 정의한다. 도 2a에 묘사된 각도 사이 간격들(56a-56c)은 각도 방향뿐 아니라 길이 방향(Z)을 따라 연장되는 컷아웃들, 예컨대 선형 또는 나선형 컷-아웃들에 의해 정의된다. 사이 간격들(56a-56c)은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 포커싱 전극(40) 및/또는 캐소드 바디(22)를 한정하기 위한 한정 어레인지먼트를 지지 구조에 수용하기 위하여 사용될 수 있다.
[00116] 쉘(54)은 길이 방향으로 포커싱 전극을 지지하기 위하여 포커싱 전극 지지 엘리먼트들(57a)을 가질 수 있다. 지지 엘리먼트들(57a)은 도 4에 예시된 바와 같이, 지지 엘리먼트(62)와 콘택들을 형성하는 돌출부들, 또는 콘택 패드들을 가질 수 있다. 콘택 패드들은 150㎛의 직경 및 100㎛의 높이를 가질 수 있다. 또한 3개의 횡 방향 지지 엘리먼트들(57b)은 제공되고, 포커싱 전극(40)으로부터 연장되는 실질적으로 원통형 형상 구조들로서 표시된다. 이들은 길이 방향 축을 중심으로 포커싱 전극의 회전을 한정한다. 지지 엘리먼트들(57)은 원통형 쉘(54)과 일체형으로 형성될 수 있거나, 원통형 쉘(54)에 부착될 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 단부 정지 구조들(65a)을 가진 한정 어레인지먼트(65)를 포함하는 지지 구조(62)에 장착된 원통형 쉘(54)을 포함하는 캐소드 어레인지먼트는 도 4에 예시된다.
[00117] 도 2b는 각도 교차점(56a-56c), 포커싱 전극 지지 엘리먼트들(57a, 57b), 간격 구조들(48) 및 방사상 스페이서들(59)을 가진 원통형 쉘(54)을 포함하는 포커싱 전극(40)의 단면의 투시도를 개략적으로 도시한다.
[00118] 전자 빔 리소그래피에서, 횡 방향들로 매우 균질한 전자 빔들로 작업하는 것이 바람직하여, 전자 빔 조종의 수차 효과들은 최소화될 수 있다.
[00119] 도 3은 캐소드 어레인지먼트(20)의 실시예의 길이방향 단면을 도시하고, 여기서 캐소드의 방사 표면(32) 및 포커싱 전극(40)의 전달 애퍼처(44)는 생성된 전자 빔의 균질도를 개선하기 위하여 적당하게 정렬된다. 캐소드 바디(22)는 길이 방향(Z)으로 전자들을 방사하기 위한 방사 표면(32)을 가진다. 방사 표면(32)은 방사 둘레(35)에 의해 한정된다. 포커싱 전극(40)(적어도 부분적으로)은 횡 방향들(X, Y)로 캐소드 바디(22)를 에워싼다. 포커싱 전극(40)은 동작 동안 방사 표면(32)에 의해 방사된 전자들을 포커싱하기 위하여 방사 표면(32) 가까이에 전자 전달 애퍼처(44)를 포함한다. 전달 애퍼처(44)는 애퍼처 둘레(45)에 의해 한정된다. 캐소드 바디(22)는 정렬된 포지션(R0)으로부터 최대 횡 방향 거리(d1)에 걸쳐 포커싱 전극(40) 내에서 이동 가능하게 배열된다. 애퍼처 둘레(45)는 방사 표면(32)을 넘어 그리고 최대 횡 방향 거리(d1)를 초과하는 오버랩 거리(d2)를 가지고 방사 둘레(35)를 지나 횡 방향으로 연장된다. 다른 말로, 포커싱 전극은 오버랩 거리(d2) 만큼 방사 둘레를 넘어 연장됨으로써 방사 표면의 일부를 오버랩한다. 도 3으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 방사 둘레(35)는 애퍼처 둘레(45)보다 큰 영역을 정의한다. 바람직하게, 애퍼처 둘레(45)와 방사 둘레(35) 둘 다는 원형이고, 이에 의해 애퍼처 둘레(45)의 직경은 방사 둘레(35)보다 작다.
[00120] 최대 횡 방향 거리(d1)를 초과하는 오버랩 거리(d2)는, 정렬된 포지션(R0)에서, 애퍼처 둘레(45) 어디라도 방사 둘레(35)를 넘어 횡 방향 거리(d1)보다 많이 안쪽으로 돌출하는 것을 암시한다. 정렬된 포지션(R0)에서, 캐소드 바디(22) 및 전달 애퍼처(44)는 방사 표면(32)으로부터 전자 방사를 위해 그리고 전달 애퍼처(44)를 통해 전자 전달을 위하여 최적으로 정렬된다. 정렬된 포지션(R0)으로부터 임의의 횡 방향 편차는 방사 표면(32)의 새로운 부분을 드러낼 것이다. 요건(d2>d1)은, 임의의 횡 방향 오정렬이 상이한 부분의 방사 표면(32)만을 드러낼 것이라는 것을 보장한다. 따라서, 방사 표면(32)에 의해 방출되고 애퍼처(44)를 통해 전달되는 전자들의 밀도는 비교적 균질하게 있고, 이는 비교적 균질한 전자 빔(4)을 초래한다.
[00121] 캐소드 바디(22)는 쉘(54)의 내부 표면(54a)을 향하는 표면(36)을 가진다. 최대 횡 방향 거리(d1)는 내부 표면(54a)과 표면(36) 사이의 거리로서 도 3에 정의된다. 방사 표면에 의해 정의된 방사 평면(S2) 상에 애퍼처 둘레(45)의 돌출부(45a)는 부적당한 정렬의 경우에도, 방사 둘레(35) 내에 완전히 놓인다.
[00122] 포커싱 전극(40)은 방사 표면(32)을 향하고 방사 표면(32)으로부터 길이 방향 거리(h)에 포지셔닝된 내부 표면(46)을 가진다. 이런 길이 방향 거리(h)는 도 1a, 도 1b 및 도 2b에 예시된 캐소드 어레인지먼트에 대해 설명된 바와 같이, 예컨대 간격 구조들(48)에 의해 길이방향 사이 간격(60)으로서 제공될 수 있다.
[00123] 오버랩 거리(d2)는 바람직하게 최대 횡 방향 거리(d1)에 따라 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위에 있다. 최대 횡 방향 거리(d1)는 10-35㎛의 범위에 있을 수 있다. 이에 의해, 포커스 전극(40)에 관하여 캐소드 바디(22)의 정렬을 위한 기계적 허용 오차들은 완화될 수 있다.
[00124] 애퍼처 둘레(45) 및 방사 둘레(35)는 바람직하게 유사하게 형상화(또는 "동형화")된다. 도 1b에 도시된 실시예에서, 방사 둘레(35) 및 애퍼처 둘레(45)는 둘 다 원형이고, 이는 매우 대칭적인 캐소드 어레인지먼트(20)를 초래하고, 이 때문에 방사 표면(32)과 전달 애퍼처(44) 사이의 임의의 횡 방향 오정렬은 정렬된 포지션(R0)으로부터 멀어지는 방사상 상대적 변위에만 의존한다.
[00125] 도 3에 예시된 캐소드 어레인지먼트의 포커싱 전극(40)은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 원통형 쉘(54)을 포함할 수 있다.
[00126] 도 3에 예시된 캐소드 어레인지먼트는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 것과 유사한 방식으로 포커스 전극(40)을 가열하도록 구성될 수 있다.
[00127] 도 4는 전자 총의 지지 전극 같은 지지 구조(62) 상에 장착된 캐소드 어레인지먼트(20)를 개략적으로 예시한다. 캐소드 어레인지먼트(20)는 상기 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 캐소드 어레인지먼트일 수 있다. 캐소드 어레인지먼트(20) 및 지지 구조(62)는, 그들이 사용 동안 예컨대 전자 빔 리소그래피시 포지셔닝되도록 의도된 배향으로 예시된다. 지지 구조(62)는 예컨대 도 5 및 도 6에 예시된 바와 같이 지지부, 또는 Go, 전자 총(2)의 전극을 포함할 수 있다. 지지 전극(62)은 보통 포커싱 전극(40)과 동일한 전위로 유지되고, 그리고 전자 총의 전자 옵틱(optic)들의 일부를 형성할 수 있다. 또한 한정 어레인지먼트(65)는 이 전위로 유지될 수 있다.
[00128] 캐소드 바디(22)는 중력에 의해, 상기 논의된 내부 전극 표면(46), 바람직하게 3개의 간격 구조들(48) 상에 있는다. 3개의 간격 구조들(48)은 애퍼처 평면(S1)과 방사 평면(S2)을 정렬하고, 방사 부분과 내부 전극 표면(46) 사이에 간격(60)을 제공한다.
[00129] 포커싱 전극(40)은 또한 중력에 의해 3개의 길이방향 지지 엘리먼트들(57a)을 통해 지지 구조(62) 상에 있는다. 도 4에 예시된 바와 같이, 지지 엘리먼트들(57a)은 지지 구조(62)와 포인트 콘택들을 형성할 수 있다. 지지 엘리먼트들(57a)과 지지 구조(62) 사이에 3개의 포인트 콘택들을 형성함으로써, 포커스 전극(40), 특히 애퍼처 평면(S1)은 지지 전극의 평면과 평행하게 정렬될 수 있다. 포인트 콘택들을 통하여, 포커싱 전극(40)과 지지 구조(62) 사이의 열 전도가 최소화된다.
[00130] 한정 어레인지먼트(65)는 포커싱 전극(40)에 관하여 캐소드 바디(22)를 그리고 지지 구조(62)에 관하여 포커싱 전극(40)을 한정하기 위해 제공된다. 한정 어레인지먼트(65)는 포커싱 전극(40)에 관하여 캐소드 바디(22)의 움직임을 한정하기 위하여, 쉘 구조(54)의 각각의 각진 사이 간격(56a-56c)을 통해 돌출하는 한정 구조들, 또는 단부 정지부들(65a)을 포함할 수 있다. 특히, 단부 정지부들(65a)은 캐소드 어레인지먼트를 포함하는 전자 총(2)의 장착, 장착 해제, 스토리지 및/또는 운송 동안 상대적 움직임을 차단할 수 있다. 갭은 캐소드 바디(22)의 제 1 단부(24)의 표면(24a)과 표면(24a)을 향하는 단부 정지부(65a)의 표면 사이 및 각진 사이 간격들(56a-56c)의 둘레와 사이 간격 둘레를 향하는 단부 정지부 표면(65a)의 표면 사이에 형성된다.
[00131] 게다가, 한정 어레인지먼트는 길이 방향 축 둘레의 회전 한정 및/또는 횡 방향 지지 엘리먼트들(57b)을 통하여 포커싱 전극(40)의 횡 방향 움직임에 대한 차단 구조들을 포함할 수 있다.
[00132] 단부 정지부들(65a)과 캐소드 어레인지먼트(20)의 대응하는 표면들 사이의 거리들은 단부 정지부들(65a)이 캐소드 어레인지먼트의 기계적 장력들 및/또는 변형을 유발하지 않고, 차례로 전자 총에 의해 생성된 전자 빔의 품질 저하를 유발함이 없이 상이한 구조적 피처들의 열적 팽창을 허용한다. 이에 의해, 열적 팽창(차이들)으로 인한 구조들의 변형 또는 다른 손상은 회피될 수 있다. 또한, 캐소드 어레인지먼트(20)와 지지 구조(62) 사이의 열 전도가 회피될 수 있다.
[00133] 도 5는 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같은 캐소드 어레인지먼트(20)를 포함하는 전자 총(2)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 대안적으로, 도 5는 도 3에 예시된 바와 같은 캐소드 어레인지먼트(20), 또는 본원에 설명된 캐소드 어레인지먼트의 임의의 다른 실시예를 포함할 수 있다. 리셉터클(25) 및 저장소(38)를 가열하기 위하여 배열된 가열기 캐소드(50)가 예시된다. 그러나, 대안적으로 다른 열 소스들은 상기 논의된 바와 같이 사용될 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 가열기 캐소드(50)는 열전자 캐소드, 특히 전달 애퍼처(44)와 동축으로 정렬된다. 가열기 캐소드로부터 방사된 전자들은 상기 설명된 바와 같이, 캐소드 바디(22) 및 저장소(38)를 가열하기 위하여 리셉터클(25)에 진입하는 전자 빔으로 형성된다. 가열기 캐소드 포커싱 전극은 리셉터클(25)로 전자들을 포커싱하기 위하여 제공될 수 있다. 가열기 캐소드 포커싱 전극은 하기 설명되는 전극들(6a-6c)과 형상이 유사할 수 있고, 바람직하게 이들 및 전달 애퍼처(44)와 동축으로 정렬된다. 통상적으로 약 1kV의 전위 차이는 가열기 캐소드와 캐소드 어레인지먼트(20) 사이에 인가되어, 전자들은 가열기 캐소드로부터 열전자 캐소드로 가속된다. 예컨대, 가열기 캐소드 어레인지먼트, 특히 이의 포커싱 전극은 -6kV가 인가될 수 있고, 포커싱 전극(40) 및 지지 전극(62)을 포함하는 캐소드 어레인지먼트(20)는 -5kV의 전위를 가질 수 있다.
[00134] 전자 총(2)은 본원에서 성형 전극들이라 또한 지칭되고, 전달 애퍼처(44)와 동축 배열되고 캐소드로부터 방사된 전자들의 전자 빔(4)을 형성하기 위하여 직렬 순서로 배열된 전극들(6a-6c)을 더 포함한다. 일반적으로, 분기 전자 빔(4)은 형성되고 길이방향 축을 따라 지향된다. 전자 총들의 용어에서, 전극들(6a-6c)은 G1-G3 전극들로서 또한 지칭될 수 있다. 개별 전극들(6a-6c)에 상이한 전기 전위들을 인가함으로써, 전기장은, 원하는 빔 형상이 얻어지도록 캐소드 어레인지먼트(20)의 방사 표면(32)으로부터 멀어지는 방향으로 전자들을 가이드하도록 생성된다. 예컨대, +3kV, -4.2kV 및 +2.5kV에 달하는 전기 전위들은 각각 전극들(6a, 6b 및 6c)에 인가될 수 있다. 도 5에서, 3개의 전극들(6a-6c)은, 비록 상이한 수의 전극들(6a-6c)이 사용되는 것이 이해되어야 하지만, 예시된다.
[00135] 성형 전극들(6a-6c)은 성형 제어기로서 또한 지칭되는 전원 유닛(8)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 전원 유닛(8)은 동적 방식으로, 예컨대 가변하는 환경적 환경들을 보상하고 및/또는 상이한 형상들의 전자 빔(4)을 얻기 위하여 전극들(6a-6c)에 인가된 전압을 제어할 수 있다. 필라멘트 및 포커싱 전극을 포함하는 가열기 캐소드(50)는 또한 전원 유닛(8)에 연결될 수 있다.
[00136] 성형 전극들(6a-6c) 각각은 바람직하게 완벽히 원이고 높은 정밀도로 동축으로 정렬된 성형 애퍼처(10a-10c)를 가진 전도 바디를 포함한다.
[00137] 캐소드 어레인지먼트(20)는 G0 전극으로서 또한 지칭되는 지지 전극을 포함하는 지지 구조(62)에 장착된다. 지지 전극은 제 1 성형 전극(6a)과 유사한 형상을 가질 수 있고, 전원(8)에 연결될 수 있다. 지지 구조(62)는 바람직하게 단부 정지부들(65a)을 가지는 한정 어레인지먼트(65)를 포함하는, 도 4에 예시된 바와 같은 지지 구조일 수 있다.
[00138] 상기 설명된 충전된 입자 빔릿(beamlet) 리소그래피 시스템, 예컨대 전자 총(2)은 도 6을 참조하여 논의된 리소그래피 시스템, 및 특히 복수의 충전된 입자 빔릿들(5)을 사용하여 타겟(18)의 표면상에 패턴을 전사하기 위한 충전된 입자 다중-빔릿 리소그래피 시스템(1)의 일부일 수 있다.
[00139] 도 6은 충전된 입자 리소그래피 시스템(1)의 실시예의 간략화된 개략도를 도시한다. 리소그래피 시스템들은 예컨대 U.S. 특허 번호들 6,897,458 및 6,958,804 및 7,019,908 및 7,084,414 및 7,129,502, U.S. 특허 출원 공개 번호 2007/0064213, 및 공동 계류중인 U.S. 특허 출원 일련 번호들 61/031,573 및 61/031,594 및 61/045,243 및 61/055,839 및 61/058,596 및61/101,682에 설명되고, 이들은 본 발명의 소유자에게 모두 할당되고, 이로써 상기 인용물 모두는 그 전체가 인용에 의해 포함된다.
[00140] 도 6에 도시된 실시예에서, 리소그래피 시스템(1)은 복수의 빔릿(5)을 생성하기 위한 빔릿 생성기(2, 12, 13), 변조된 빔릿들을 형성하기 위하여 빔릿들(5)을 패터닝하기 위한 빔릿 변조기(14, 15), 및 변조된 빔릿들을 타겟(18)의 표면상에 투사하기 위한 빔릿 투사기(16, 17)를 포함한다. 빔릿 생성기(2, 12, 13)는 전자 빔(4)을 생성하기 위한 전자 총(2)을 포함한다. 도 6에서, 전자 총(2)은 실질적으로 균질하고 팽창하는 전자 빔(4)을 생성한다. 빔릿 생성기(2, 12, 13)는 전자 빔(4)을 시준하기 위한 시준기 전극 어셈블리(12) 및 복수의 빔릿들(5)을 형성하기 위한 애퍼처 어레이(13)를 더 포함한다. 애퍼처 어레이(13)는 전자 빔(4)의 원하는 부분을 차단하는 반면, 전자 빔(4)의 다른 부분은 복수의 전자 빔릿들(5)을 생성하기 위하여 애퍼처 어레이(13)를 통과한다. 시스템은 다수의 빔릿들(5), 바람직하게 약 10,000 내지 1,000,000 빔릿들을 생성한다.
[00141] 빔릿 변조기(14, 15)는 빔릿 블랭커(blanker) 어레이(14) 및 빔릿 정지부 어레이(15)를 포함한다. 빔릿 블랭커 어레이(14)는 전자 빔릿들(5) 중 하나 또는 그 초과를 편향하기 위한 복수의 블랭커들을 포함한다. 편향된 및 편향되지 않은 전자 빔릿들(5)은 복수의 애퍼처들을 가진 빔릿 정지부 어레이(15)에 도달한다. 빔릿 블랭커 어레이(14) 및 빔릿 정지부 어레이(15)는 선택된 빔릿들(5)을 차단하거나 통과하게 하기 위하여 함께 동작한다. 일반적으로, 빔릿 블랭커 어레이(14)가 빔릿(5)을 편향시키면, 빔릿(5)은 빔릿 정지부 어레이(15)의 대응하는 애퍼처를 통해 통과하는 것이 아니라, 차단될 것이다. 그러나, 빔릿 블랭커 어레이(14)가 빔릿(5)을 편향하지 않으면, 빔릿은 빔릿 정지부 어레이(15)의 대응하는 애퍼처를 통해 통과할 것이다. 대안적으로, 빔릿들(5)은 빔릿 블랭커 어레이(14)의 대응하는 블랭커들에 의해 편향시 빔릿 정지부 어레이(15)를 통과할 수 있고, 만약 편향되지 않으면 빔릿 정지부 어레이(15)에 의해 차단될 수 있다. 빔릿 변조기(14, 15)는 제어 유닛(90)에 의해 제공된 패턴 데이터 입력에 기초하여 패턴을 빔릿들(5)에 제공하도록 배열된다. 제어 유닛(90)은 데이터 스토리지 유닛(91), 판독 유닛(92) 및 데이터 변환 유닛(93)을 포함하고, 시스템(1)의 나머지로부터 멀리, 예컨대 시스템(1)이 포지셔닝되는 청정실 외부에 위치될 수 있다.
[00142] 변조된 빔릿들은 빔릿 투사기(16, 17)에 의해 타겟(18)의 타겟 표면 상에 투사된다. 빔릿 투사기(16, 17)는 타겟 표면에 걸쳐 변조된 빔릿들을 스캐닝하기 위한 빔릿 편향기 어레이(16), 및 변조된 빔릿들을 타겟(18)의 표면상에 포커싱하기 위한 투사 렌즈들의 하나 또는 그 초과의 어레이들을 포함하는 투사 렌즈 어레인지먼트(17)를 포함한다. 타겟(18)은 일반적으로 이동 가능 스테이지(19) 상에 포지셔닝되고, 이동 가능 스테이지(19)의 움직임은 제어 유닛(90) 같은 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다.
[00143] 리소그래피 애플리케이션들을 위하여, 타겟(18)은 보통 충전-입자 감지 층 또는 레지스트 층을 가진 웨이퍼를 포함한다. 레지스트 필름의 부분들은 전자 빔릿들에 의한 조사의 결과로서 화학적으로 변형될 것이다. 이들의 결과로서, 필름의 조사된 부분은 현상기에서 다소 용해 가능하여, 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 초래한다. 웨이퍼 상의 레지스트 패턴은 즉 반도체 제조 기술 분야에서 알려진 바와 같이 주입, 에칭 및/또는 증착 단계들에 의해 추후 하부 층으로 전사될 수 있다. 명백히, 조사선이 균일하지 않으면, 레지스트는 균일한 방식으로 현상되지 않을 수 있고, 이는 패턴에 결함들을 유도한다. 그러므로 고품질 투사는 재생 가능 결과를 제공하는 리소그래피 시스템을 얻는 것에 관련된다.
[00144] 편향기 어레이(16)는 빔릿 정지부 어레이(15)를 통해 통과하는 각각의 빔릿을 편향하도록 배열된 스캐닝 편향기 어레이의 형태를 취할 수 있다. 편향기 어레이(16)는 비교적 작은 구동 전압들의 인가를 가능하게 하는 복수의 정전기 편향기들을 포함할 수 있다. 편향기 어레이(16)가 투사 렌즈 어레인지먼트(17)의 업스트림에 도시되지만, 편향기 어레이(16)는 또한 투사 렌즈 어레인지먼트(17)와 타겟(18) 표면 사이에 포지셔닝될 수 있다.
[00145] 투사 렌즈 어레인지먼트(17)는 편향기 어레이(16)에 의한 편향 전 또는 후에 빔릿들(5)을 포커싱하도록 배열된다. 바람직하게, 포커싱은 약 10 내지 30 나노미터 직경의 기하구조 스폿(spot) 크기를 생성한다. 그런 바람직한 실시예에서, 투사 렌즈 어레인지먼트(17)는 바람직하게 약 100 내지 500 배의 축소, 대부분 바람직하게 가능한 크게, 예컨대 300 내지 500 배 범위의 축소를 제공하도록 배열된다.
[00146] 상기 설명된 방법들의 임의의 실시예들은 컴퓨터 코드, 프로세싱 디바이스(예컨대, 컴퓨터 어레인지먼트를 포함할 수 있는 제어 유닛(90)) 상에서 동작할 때 방법을 수행하기 위하여 프로세싱 디바이스에 명령들을 제공하는 컴퓨터 코드, 즉 컴퓨터 프로그램 물건을 통해 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 물건은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다.
[00147] 캐소드들 및 전자 총들을 참조한 본원의 지침들은 반드시 충전된 입자들로서 전자의 생성 및 방사로 제한되지 않는다. 그 지침들은 또한 포지티브이거나 네거티브 전기를 가지는 다른 타입들의 충전된 입자들, 이를테면 이온들의 생성에 똑같이 적용될 수 있다. 또한, 도 6에 묘사된 것과 유사한 시스템에 예컨대 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스를 사용함으로써 상이한 타입의 조사선이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (23)

  1. 캐소드 어레인지먼트(20)로서,
    길이 방향(Z)으로 전자들을 방사하기 위한 방사 표면(32)을 하우징하는 캐소드 바디(cathod body)(22) ― 상기 방사 표면은 방사 둘레(perimeter)(35)에 의해 한정됨 ―;
    횡 방향(X, Y)으로 상기 캐소드 바디를 적어도 부분적으로 에워싸고 상기 방사 표면에 의해 방사된 전자들을 포커싱하기 위한 전자 전달 애퍼처(transmission aperture)(44)를 포함하는 포커싱 전극(40)
    을 포함하고,
    상기 애퍼처는 애퍼처 둘레(45)에 의해 한정되고,
    상기 캐소드 바디는 정렬된 포지션(R0)으로부터 최대 횡 방향 거리(d1)를 넘어 상기 포커싱 전극 내에 이동 가능하게 배열되고, 그리고
    상기 애퍼처 둘레는 상기 방사 표면을 넘어 그리고 상기 최대 횡 방향 거리(d1)를 초과하는 오버랩(overlap) 거리(d2)를 넘어 상기 방사 둘레를 지나 횡 방향으로 연장되는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버랩 거리(d2)는 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터 범위 내에 있는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 애퍼처 둘레(45) 및 상기 방사 둘레(35)는 유사하게 형상화된,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 포커싱 전극(40)은 상기 방사 표면(32)을 향하는 내부 전극 표면(46)을 가지며, 3개의 간격 엘리먼트들(48)은 상기 포커싱 전극과 방사 부분 사이에 간격을 제공하도록 배열되는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    지지 구조(62)에 관하여 상기 포커싱 전극(40) 및/또는 상기 캐소드 바디(22)를 한정하기 위한 한정 어레인지먼트(64)를 가지는 지지 구조(62)를 더 포함하는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 한정 어레인지먼트는 상기 캐소드 어레인지먼트의 표면 영역을 각각 향하는 단부 정지부들(end stops)(65a, 65b)을 포함하는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캐소드 바디는 전자들을 방사하기 위한 방사 표면(32)을 가진 방사 부분(30), 및 재료를 홀딩하기 위한 저장소(38)를 포함하는 열전자 캐소드를 하우징하고, 상기 재료는 가열될 때, 상기 방사 부분 쪽으로 분산하고 제 1 증발 레이트(
    Figure 112019131401262-pct00015
    )로 상기 방사 표면에서 방사되는 일 함수 저하 입자들(7)을 방출하는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 포커싱 전극(40)은 상기 방사 표면으로부터 방사된 전자들을 포커싱하기 위한 포커싱 표면(42) 및 상기 포커싱 표면상에 일 함수 저하 입자들의 축적이 방지되는 온도(Te)로 상기 포커싱 전극의 상기 포커싱 표면을 유지하도록 구성된 조절 가능 가열 소스를 포함하는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 포커싱 전극(40)은 상기 캐소드 바디(22)의 적어도 일부를 향하고 사용 동안 상기 캐소드 바디에 의해 방사된 열 조사선(Q)을 수신하기 위해 배열된 열 트랩핑 표면(52)을 포함하고, 그리고 상기 열 트랩핑 표면은 상기 포커싱 표면(42)과 열적 소통하는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조절 가능 가열 소스는 상기 캐소드 바디를 가열하도록 구성된,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 포커싱 전극(40)은 상기 캐소드 바디(22)를 둘러싸는 쉘(shell)(54)을 포함하고, 상기 쉘은 내부 표면을 가지며, 상기 내부 표면 또는 상기 내부 표면의 일부는 열 트랩핑 표면(52)을 형성하는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 일 함수 저하 입자들(70)은 바륨(Ba)을 포함하는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 포커싱 표면(42)은 전자 방사를 억제하는 코팅을 가지는,
    캐소드 어레인지먼트(20).
  14. 전자 빔(4)을 생성하기 위한 전자 총(2)으로서,
    복수의 전자들을 생성하기 위한 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 캐소드 어레인지먼트(20); 및
    생성된 전자들을 상기 전자 빔으로 형상화하기 위한 적어도 하나의 성형 전극(6a-6c)
    을 포함하는,
    전자 빔(4)을 생성하기 위한 전자 총(2).
  15. 적어도 하나의 전자 빔릿(beamlet)(5)을 사용하여 타겟(18)을 노광하기 위한 전자 빔 리소그래피 시스템(1)으로서,
    적어도 하나의 전자 빔릿을 생성하기 위한 빔릿 생성기(2, 12, 13);
    적어도 하나의 변조된 빔릿을 형성하기 위하여 적어도 하나의 전자 빔릿을 패터닝하기 위한 빔릿 변조기(14, 15);
    상기 적어도 하나의 변조된 빔릿을 타겟의 표면상에 투사하기 위한 빔릿 투사기(16, 17)
    를 포함하고,
    상기 빔릿 생성기는 제 14 항에 따른 전자 총(2)을 포함하는,
    전자 빔 리소그래피 시스템(1).
  16. 삭제
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