TW201528312A - 陰極配置、電子槍以及包含此電子槍的微影系統 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種陰極配置，其包含：一熱離子陰極，其包含一發射部分與一貯存器，該發射部分具備一用於發射電子的發射表面，該貯存器則用於保留一材料，其中，該材料在受熱時會釋放功函數降低微粒，該些功函數降低微粒會朝該發射部分擴散並且以第一蒸發速率從該發射表面處發出；一聚焦電極，其包含一聚焦表面，用以聚焦從該陰極的發射表面處被發射的電子；以及一可調整的熱源，其被配置成用以保持該聚焦表面在可防止功函數降低微粒累積在該聚焦表面上的溫度處。

Description

陰極配置、電子槍以及包含此電子槍的微影系統
本發明關於一種陰極配置、一種包含此陰極配置的電子槍、以及一種包含此電子槍的微影系統。再者，本發明還關於一種調節點從此陰極配置裡面的一表面處釋放功函數降低微粒的方法。
電子槍通常包含：一電子發射源或是陰極，其具備一發射表面；一聚焦電極，用以將該被發射的電子引導至一預設空間受限的軌道；以及一或更多個其它電極，用以加速該些被發射的電子並且將朝一目標物偏折。一電子發射源可以為熱離子陰極類型。熱離子陰極可以被定義為一受到加熱元件(舉例來說，電細絲)加熱的陰極，從而導致該陰極釋放具有足夠能量的電子，用以克服存在於該發射表面上的材料的功函數。一般來說，該聚焦電極的位置相對靠近該陰極的發射表面並且位在和該陰極相同的電位處。該聚焦電極的形狀經過選擇，俾使得從該發射表面處發出的被發射電子會以所希望的方式被排斥。
分注器型熱離子陰極為熱離子陰極的一種類型，其包含連續性重新放回已蒸發材料的措施。舉例來說，一分注器型熱離子陰極可以包含一陰極本體，其具有充滿一材料的內部貯存器，當加熱時，其會讓功函 數降低微粒從該貯存器處擴散至該發射表面。存在於該發射表面處的功函數降低微粒會降低用於電子發射所需要的最小能量。不幸的係，擴散在一熱離子陰極裡面的功函數降低微粒不僅可以刺激電子發射，該些微粒或是由該些微粒所形成的反應產物亦可能沉積在該聚焦電極的發射表面上。舉例來說，當該些功函數降低微粒為帶正電的鋇離子而該聚焦電極保持在負電電位用以將該些被發射的電子排斥至一電子射束之中時便會發生沉積。功函數降低微粒累積在該聚焦電極的表面上會導致尺寸的改變並且可能充電該聚焦電極，其可能會顯著地干擾被施加用於聚焦該些電子的電場。倘若該聚焦電極的位置靠近該陰極發射表面的話，在該聚焦電極上的任何微粒累積可能還會扭曲該陰極發射表面處的發射分佈。再者，在該聚焦電極上的微粒累積可能還會改變它的功函數，其可能會導致增加來自該聚焦電極的電子發射。此些效應都可能會對所產生的電子射束的品質有負面影響。
於利用熱離子陰極的應用中，例如，用於電子射束微影術的電子槍，可能會需要有來自該陰極的既高且穩定的電子發射以及電流密度。為達成此目的，該發射表面與該聚焦電極的對齊非常重要，因為小額的對齊偏差都可能造成無法接受的射束特性(例如，射束電流及/或電流密度)改變。
本發明希望提供一種在較長的時間週期中具有良好效能的熱離子陰極，也就是，有改善的壽命。為達成此目的，本發明於第一項觀點中提供一種陰極配置，其包含：一熱離子陰極，其具有一發射部分與一貯存器，該發射部分具備一用於發射電子的發射表面，該貯存器則用於保 留一材料，當受熱時，該材料釋放功函數降低微粒，該些功函數降低微粒會朝該發射部分擴散並且以第一蒸發速率從該發射表面處發出；一聚焦電極，其包含一聚焦表面，用以在使用期間聚焦在該陰極的發射表面處被發射的電子；以及一可調整的熱源，其被配置成用以保持該聚焦電極的聚焦表面在可防止，或者至少最小化，功函數降低微粒累積在該聚焦表面上的溫度處。
該聚焦表面的溫度可以保持在一臨界溫度處或以上，於該臨界溫度處，功函數降低微粒會以等於或是高於功函數降低微粒抵達該聚焦表面之速率的第二蒸發速率從該聚焦表面處被釋放或是蒸發。
功函數降低微粒會在該陰極的使用期間因為該發射表面的溫度的關係而從該發射表面處發出，並且可以沉積在該聚焦電極的表面上，尤其是該聚焦表面上。藉由保持該聚焦表面在來自該聚焦表面的功函數降低微粒的蒸發速率高於功函數降低微粒抵達該聚焦表面的速率的溫度處便能夠避免，或者至少最小化，功函數降低微粒累積在該聚焦表面上。從而，該陰極配置的壽命可以增加。
或者，甚至更明確地說，本發明提供一種陰極配置，其包含：一熱離子陰極，其具有一發射部分與一貯存器，該發射部分具備一用於發射電子的發射表面，該貯存器則用於保留一材料，其中，該材料在受熱時會釋放功函數降低微粒，該些功函數降低微粒會朝該發射部分擴散並且以第一蒸發速率從該發射表面處發出；一聚焦電極，其被提供在該陰極的該發射表面附近，該聚焦電極包含一聚焦表面，用以在使用期間聚焦在該陰極的發射表面處被發射的電子；以及一可調整的熱源，其被配置成用以保 持該聚焦電極的聚焦表面在一臨界溫度以上的溫度處，該臨界溫度對應於以第二蒸發速率從該聚焦表面處釋放功函數降低微粒的速率等於功函數降低微粒抵達該聚焦表面的速率或是等於該第一蒸發速率的溫度。
本文中的「附近」一詞所指的係在該陰極的發射部分以及面向該發射部分的聚焦電極的一表面之間約1至15微米(μm)的距離。該聚焦表面可以背向該陰極發射表面，並且明確地說，可以與其配向成鈍角。
該發射部分可以包含一丸體，舉例來說，一包含鎢的多孔性矩陣，其位於包含該些功函數降低微粒的貯存器之上。或者，該陰極可以包含一浸漬丸體(impregnated pellet)，其中，該丸體本身含有該些功函數降低微粒。
聚焦電極，亦稱為皮爾斯電極(Pierce electrode)，可以包含一圓盤狀部分，其具有一電子透射孔徑，該電子透射孔徑藉由一孔徑周圍被連結在該透射孔徑的最小區段處。該孔徑周圍較佳的係可以被排列在該發射部分附近。介於一由該孔徑周圍所定義的平面(用以形成該透射孔徑的最小孔徑)以及一由該發射表面所定義的平面之間的距離較佳的係約1至15μm。
該聚焦表面可以形成一截頭圓錐削切部，其具有一約138°的錐角。被形成在一面向該發射部分的內電極表面與該聚焦表面之間的角度經常被稱為皮爾斯角。由該聚焦表面與該內電極表面連結的聚焦電極部分的厚度應該很薄。該聚焦表面，明確地說，介於該聚焦表面與該陰極的發射部分之間的距離，會明顯地影響該發射表面所發射的電子的軌跡並且因而還會影響由該陰極配置所產生的電子射束的特性。理想上，從該陰極 處發射出來的電子的軌道應該為實質上筆直，沿著一遠離該發射表面的實質上縱向方向。介於該內電極表面與該發射部分之間的距離可以在從該發射表面處發射出來的電子的軌道中造成一彎折或是彎曲，其導致干擾該電子射束。
該透射孔徑可以小於該發射表面。倘若該透射孔徑周圍與一發射表面周圍兩者皆為圓形的話，該透射孔徑周圍的直徑可以小於該發射表面周圍，通常在100至200μm的範圍中。舉例來說，該透射孔徑可以有1mm的直徑，並且該陰極發射表面可以由1.2mm的直徑。因此，對齊需求可以比較不重要。即使在該聚焦電極與該陰極之間有小幅的對齊偏差，被發射的電子的電流仍可以維持恆定。
於某些實施例中，該熱離子陰極包含一陰極本體，其亦稱為陰極外殼，用以容納該發射部分與該貯存器。該發射部分較佳的係可以被排列成使得該發射表面實質上齊平於該陰極本體的包圍框邊。該聚焦電極可以包含一熱陷捕表面，其面向該陰極本體的至少一部分並且被排列成用以接收在使用期間由該陰極本體所發射的熱輻射。因此，該熱陷捕表面有一延伸部分，例如，用以面向該陰極本體的至少一部分。該熱陷捕表面會與該聚焦表面熱交流。較佳的係，該熱陷捕表面至少部分包圍該陰極本體的一外表面。
較佳的係，該聚焦電極的該熱陷捕表面會在該熱離子陰極裡面的典型熱輻射波動的時標中與該聚焦表面有良好的熱接觸。該熱接觸可以藉由具有高導熱性的一或更多種材料來製造該聚焦表面、該熱陷捕表面、以及它們的互連部分而達成，舉例來說，金屬(例如，鉬、鋯、或是鈦) 或是包含鉬、鋯、及/或鈦的合金(舉例來說，TZM合金)。
於某些實施例中，一或更多個徑向間隙會被定義在該熱陷捕表面與該陰極本體的一外表面之間。該些徑向間隙可能會降低該陰極本體與該聚焦電極的熱陷捕表面之間的熱傳導。該陰極本體與該聚焦電極之間的低熱傳導會提高熱輻射對於此兩個結構之間的熱傳輸的相對影響。三個或更多個徑向分隔體或垂片可以被提供在該圓柱形殼狀體的內側用以在該陰極本體與該熱陷捕表面之間提供一徑向間隙。
該熱陷捕表面能夠在操作期間吸收由該陰極本體所發射的熱輻射。該聚焦電極的聚焦表面接著會被從該熱陷捕表面至該聚焦電極的熱傳輸加熱。「熱輻射」一詞在本文中係指透過輻射(舉例來說，紅外線及/或多種光學頻率)和加熱有關的電磁效應與能量效應。
在操作期間，該陰極本體會來到非常高的溫度，以便讓該發射部分以所希望的速率發射電子。可以運用各種方法來加熱該陰極本體與該發射部分。較佳的係，此些方法係加熱該陰極本體與發射部分，而沒有直接加熱該聚焦電極。
該可調整的熱源可以透過在使用期間來自該陰極本體的熱輻射而間接加熱該聚焦電極。該可調整的熱源可用於加熱該陰極，明確地說，加熱至會發生指定電子發射的標稱溫度處。
藉由設計根據本文中所述之實施例的陰極配置，尤其是聚焦電極的幾何形狀與可能的材料以及該陰極本體與該聚焦電極之間的相對距離，該聚焦表面可以達到上面所定義的溫度。明確地說，用以接收從該陰極本體處輻射的熱能的一內聚焦電極表面區以及用以藉由來自該聚焦電極 的熱輻射而提供冷卻的一外聚焦電極表面區之間的關係會影響該聚焦電極的溫度。
於某些實施例中，該可調整的熱源可以被排列成用於加熱該貯存器，俾使得該些功函數降低微粒朝該發射部分擴散並且以第一蒸發速率在該發射表面處發出。
該可調整的熱源可以包含一加熱器陰極，其可以被排列成用以藉由從一加熱器陰極發射表面所發射的電子來加熱該陰極配置的貯存器。該加熱器陰極可以被排列成使得已發射電子被聚焦，舉例來說，藉由一加熱器陰極聚焦電極，至一照射在該熱離子陰極上的射束或是其一部分。該加熱器陰極可以被配置成用以產生一具有約1至10mA射束電流的電子射束。
或者，該可調整的熱源可以被排列在該陰極本體裡面或是由該陰極本體所形成的一容器裡面。該可調整的熱源可以包含一被排列在該熱離子陰極裡面的加熱細絲，用以加熱該貯存器與該陰極本體。或者，該可調整的熱源可以包含一雷射，由該雷射所發射的一雷射光射束被配置成用以加熱該貯存器與該陰極本體。另外，於此些配置中，該聚焦電極可以透過來自該陰極本體的熱輻射被加熱。
或者，該可調整的熱源可以被排列成用於直接加熱該聚焦電極。這可以藉由一被排列在該聚焦電極裡面的加熱細絲來實現，或是藉由雷射照射來加熱該聚焦電極。或者，該可調整的熱源可以包含一如上面排列的加熱器陰極，並且由該加熱器陰極所發射的電子的一部分可以轉向至該聚焦電極，以便直接加熱該聚焦電極。
於某些實施例中，該聚焦電極包含一包圍該陰極本體的殼狀體，該殼狀體具備一內表面，其至少一部分形成該熱陷捕表面。該殼狀體可以為圓柱形。
該殼狀體的實質上整個內表面可以形成該熱陷捕表面。或者，該內表面的一或更多個部分可以形成該熱陷捕表面。該熱陷捕表面的面積會影響被該聚焦電極吸收的熱輻射的數額。該聚焦電極可以因來自該外聚焦電極表面的熱輻射而損失熱能。所以，該聚焦電極的內面積與外面積之間的比值會影響該聚焦電極的溫度。相對較大的外面積意謂著該聚焦電極有更多冷卻。依此方式，對一固定的陰極溫度來說，端視該聚焦電極幾何形狀而定，其能夠達到該聚焦表面的900K至1300K範圍中的溫度。
所以，舉例來說，藉由調整該熱陷捕表面的面積、其與該陰極本體的配向(舉例來說，介於該陰極本體與該些熱陷捕表面之間的距離)、以及該聚焦電極的外表面面積，便能夠調整該聚焦電極的溫度，並且明確地說，因而能夠調整該聚焦表面的溫度。
一或更多個熱屏蔽元件可以被排列在該陰極本體與該聚焦電極之間，及/或用以提供較低熱吸收的多個塗層或層可以被提供在該聚焦電極的內表面上，以便限制從該陰極本體的抵達該聚焦電極的熱輻射數額。從而，可以調整該聚焦電極的幾何形狀，並且因而調整它的溫度。
於某些實施例中，該發射部分具備一包圍該發射表面的非發射表面，其中，該聚焦電極包含一面向該發射部分的內電極表面，且其中，該內電極表面與該非發射表面中的至少其中一者包含三個分隔結構，亦稱為z襯墊，用以在該聚焦電極與該發射表面之間提供一分隔距離。
該非發射表面可以包含該陰極本體的一框邊，其包圍並且較佳的係齊平於該發射表面。該些分隔結構可以對齊一由該孔徑周圍所定義的平面以及一由該發射表面所定義的平面，兩個平面彼此實質上平行，具有一縱向分隔距離。該些分隔結構較佳的係具有小於該發射部分的尺寸，以便限制該聚焦電極與該發射表面之間的熱傳導。舉例來說，該發射表面的表面積大小可以為0.5至6平方毫米，而每一個分隔體結構的最大剖面積大小可以為0.01至0.1平方毫米。該些分隔結構較佳的係具有1至10μm的高度以及約100μm的寬度。它們可以由與該聚焦電極相同的材料製成。或者，它們可以包含其它材料，舉例來說，鋁(Al)或是熱絕緣材料。該些分隔結構可以為實質上圓柱形。或者，它們可以有其它合宜的形狀，舉例來說，角錐形或是截頭圓錐形。
藉由小型且已定義尺寸的三個分隔結構，可以在該非發射表面與該聚焦電極，尤其是該內電極表面，之間達成穩定且妥適定義的距離以及受控制的機械性接觸。從而，可以限制該發射部分與該聚焦電極之間的熱傳導。
該熱離子陰極與該聚焦電極較佳的係被排列成使得可以避免或者至少最小化從該陰極(也就是，從該外殼或是該發射表面)至該聚焦電極的直接熱傳導。從該陰極至該聚焦電極的熱傳輸因此主要藉由熱輻射來進行。透過熱輻射的熱傳輸被認為比藉由熱傳導的熱傳輸更穩定並且可以再生。舉例來說，熱傳導相依於被連接的結構元件之間的接觸壓力與接觸面積。
為藉由該些分隔元件提供被形成在該陰極本體與該聚焦電 極之間的機械性接觸的熱穩定性，該些分隔元件可以包含不允許燒結的一或更多個阻隔層，該阻隔層較佳的係會導電。或者，該機械性接觸亦可以透過允許燒結的層來形成，但是其被配置成即使燒結的程度隨著時間增加，熱傳導的程度仍不會改變。
或者，可以在該非發射表面與該內電極表面之間提供一龐大的接觸面積，舉例來說，最大化的接觸面積，俾使得即使在該陰極的使用期間發生燒結，該陰極與該聚焦電極之間的熱傳導仍不會隨著時間改變。
該殼狀體可以包含一或更多個有角度的間隙，用以提供一約束配置，以便以該聚焦電極及/或一支撐結構為基準來約束該陰極本體。此些有角度的間隙可以被形成為該殼狀體結構中的多條狹縫或是削切部。
該陰極配置可以包括一支撐結構，其具備一約束配置用於以該支撐結構為基準來約束該聚焦電極及/或該陰極本體或是限制該聚焦電極及/或該陰極本體的移動。因此，該陰極本體可以該聚焦電極為基準受到抑制。該聚焦電極可以該支撐結構為基準受到抑制。該支撐結構可以包含下面所述的電子槍中的一支撐墊及或是形成其一部分。
該約束配置可以包含一或更多個末端止動部，其具有多個表面區域，該些表面區域面向該陰極本體及/或該聚焦電極的一或更多個表面區域，但是被排列在與其相隔一距離處。其因而可以避免該約束配置與該陰極配置之間的實體接觸，從而最小化該陰極配置與該支撐結構之間的熱傳導。該約束配置可以包含一或更多個聚焦電極末端止動部及/或一或更多個陰極末端止動部。該聚焦電極末端止動部與該陰極末端止動部可以為一體成形的單元，或者，可以由分開的結構構成。
藉由此配置，當該陰極在使用期間被定位在預期的配向中時，該陰極本體會藉由重力而座落在該內電極表面上，明確地說，座落在該些分隔結構上。同樣地，該聚焦電極藉由重力而座落在該支撐結構上。於此配向中，該些末端止動部被排列在與該陰極配置的表面相隔一距離處。然而，倘若該陰極配置與該支撐結構一起傾斜於該預期配向的話，舉例來說，上下顛倒，那麼，該些末端止動部將會防止該陰極配置的該些元件崩解並且防止它們脫離該支撐結構。
該些功函數降低微粒可以包含鋇。於此情況中，該可調整的熱源較佳的係被配置成用以保持該聚焦電極的聚焦表面的溫度在900K的臨界溫度以上。保持該聚焦表面溫度在900K以上，已經被沉積在該聚焦表面上的鋇從該聚焦表面處蒸發的速率會高於已經從該發射表面處發出的鋇微粒抵達該聚焦表面的速率。因此，鋇微粒在該聚焦表面上的累積會降低。特別地，其可以降低至單一單體層。理想上，可以避免鋇微粒的沉積以及最後的累積。
本發明雖然希望保持該聚焦電極在高溫處以避免對其造成污染；不過，提高聚焦電極溫度卻會提高從該聚焦表面的電子發射的機率。所以，聚焦表面的溫度應該低於該陰極本體的溫度。
於某些實施例中，該可調整的熱源進一步被配置成用以保持該聚焦表面的溫度在1300K的另一臨界溫度以下。藉由保持該電極溫度在1300K以下，較佳的係，結合含碳酸(carbonated)或是塗佈著一功函數提高塗層的聚焦表面，由該聚焦電極所發射的電子電流會保持在由該陰極的發射表面所發射的電子電流的0.01%至0.1%以下。
該聚焦表面可以曝露於會在1100K以上的溫度處提高功函數的處理中。從而，該電子發射亦可以在1100K以上的溫度處受到抑制。舉例來說，該聚焦電極，或者至少該聚焦表面，可以由一電子發射抑制塗層所製成，或者可以塗佈著一電子發射抑制塗層。該聚焦電極，明確地說，該聚焦表面，可以塗佈著鋯或是包含鈦-鋯-鉬的合金。或者，該聚焦表面可以含有碳酸。
本發明的某些實施例和一聚焦電極有關，其包含：一圓柱形殼狀體，用以定義一容納一陰極本體的腔穴；以及一前蓋部，其具備一圓形的電子透射孔徑以及一位在一外表面上的聚焦表面，其中，一熱陷捕表面被提供在該圓柱形殼狀體的一內表面上。該殼狀體被視為包圍一內空隙或腔穴，用以容納一陰極，例如，一熱離子陰極。藉由一圓形孔徑可以產生一對稱的電子射束，此聚焦電極可以為本文中所述之陰極配置中任一者的聚焦電極。
該圓柱形殼狀體可以包含多個有角度的間隙，用以提供一約束配置，以便以一支撐結構為基準來約束該聚焦電極及/或該陰極本體。這可以為如上面所述的約束配置。
該聚焦表面較佳的係被配向成與該前蓋部的內電極表面形成某個角度，藉以在該電子透射孔徑處形成一銳角，如上面所述。因此，該聚焦表面與該內電極表面聚集在該透射孔徑處。
該聚焦電極可以在該內電極表面上具備三個分隔結構，用以在該聚焦電極與該陰極本體之間提供一分隔距離。此些分隔結構可以雷同或是完全等於上面參考陰極配置所述的分隔結構。
該聚焦電極可以在該圓柱形殼狀體內側具備多個徑向分隔體，用以於該陰極本體與該聚焦電極之間提供一或更多個徑向間隙。較佳的係提供三或四個徑向分隔體。
本發明提供一種用於調節從一表面處釋放功函數降低微粒的方法。該方法包含：提供一種根據上面所述任一實施例的陰極配置；以及保持該聚焦電極的溫度在一臨界溫度以上，該臨界溫度對應於從該聚焦表面處釋放功函數降低微粒的蒸發速率會等於功函數降低微粒抵達該聚焦表面或是從該陰極的發射表面處發出的蒸發速率。也就是，該聚焦電極保持在功函數降低微粒的蒸發流出量(evaporation flux)等於從該陰極的發射表面處發出的功函數降低微粒抵達該聚焦表面之速率的溫度處。較佳的係，該聚焦表面可以保持在來自該聚焦表面的功函數降低微粒的蒸發速率高於功函數降低微粒及/或它們的反應產物沉積在該聚焦電極上的速率的溫度處。較佳的係，該聚焦表面保持在會發生此情況的最低可能溫度處。
該方法可以包含保持該聚焦電極的溫度在另一臨界溫度以下，該另一臨界溫度對應於由該聚焦表面所發射的電子所創造的第一電子電流密度為由該陰極的發射表面所發射的電子所創造的第二電子電流密度的0.01%至0.1%。
該些功函數降低微粒可以包含鋇。該方法可以包含在該陰極配置的使用期間保持該聚焦電極的溫度在900K與1300K之間。
為取得由一包含一陰極配置的電子槍所產生的電子射束的既高且穩定的電流密度，該陰極對齊該聚焦電極非常重要。根據第二項觀點提供一種陰極配置，其包含： 一陰極本體，其容納一發射表面，用以在一縱向方向中發射電子，其中，該發射表面由一發射周圍界定；以及一聚焦電極，其至少部分在一橫向方向中封閉該陰極本體，並且在該發射表面附近包含一電子透射孔徑，用以在操作期間聚焦由該發射表面所發射的電子，其中，該孔徑由一孔徑周圍界定。
該陰極本體以可移動的方式在與一對齊位置相隔一最大橫向距離的上方被排列在該聚焦電極裡面，並且該孔徑周圍橫向延伸在該發射表面上方並且在超過該最大橫向距離的重疊距離上方超越該發射周圍。
根據第二項觀點的陰極配置的陰極可以為一熱離子陰極，如參考第一項觀點所述。
該聚焦電極可以雷同於上面針對第一項觀點所討論的方式被加熱，例如，以便避免功函數降低微粒累積在該聚焦電極上。
該發射周圍可以由介於該發射表面與該陰極本體的一包圍框邊之間的邊界或界面來形成。該發射表面較佳的係齊平於該陰極本體的框邊。該發射表面可以包含在一陰極丸體之中，舉例來說，如配合根據第一項觀點的陰極配置的實施例所述之被排列在一包含功函數降低微粒的貯存器上方的多孔性丸體。
該孔徑周圍被徑向定位在該發射周圍的內側。也就是，該發射周圍封閉的表面積大於該孔徑周圍。因此，該發射表面大於該孔徑周圍的面積。換言之，該聚焦電極橫向延伸在該發射表面上方，超出該發射周圍。因為該重疊距離大於該最大橫向距離，和最大發射數額有關，其可能針對該聚焦電極裡面的陰極本體，所以，該孔徑會一直被完全定位在該發 射表面的上方。也就是，即使該陰極本體沒有處在與該聚焦電極完美對齊的位置，這仍不會影響由該陰極所發射的電子的電流。依此方式，即使該陰極本體偏離該對齊位置，在縱向方向中仍會看見該電子透射孔徑被完全投射在該發射表面上。
該最大橫向距離較佳的係在10至35μm的範圍中，更佳的係約10至15μm。該最大橫向距離為該陰極本體能夠從該中央對齊位置處移動的距離。
該重疊距離可以在10μm至100μm的範圍中，並且可以較佳的係等於50μm。因此，在該透射周圍的大小等於該發射周圍的陰極配置中，機械性公差可以從約1μm放寬至約50μm。
如上面所述，該聚焦電極可以被排列成使得面向該發射部分的該聚焦電極的一內電極表面可以被定位在與該發射表面或是與齊平於該發射表面的該陰極本體的一框邊相隔1至15μm的距離處，較佳的係，1μm或5μm。該聚焦電極可以為如上面參考第一項觀點所述的聚焦電極。
該孔徑周圍與該發射周圍可以有雷同的形狀，且較佳的係，為圓形。一圓形的孔徑周圍可形成一對稱的電子射束。
該聚焦電極較佳的係有一面向該發射表面的內電極表面，以及三個分隔元件，該三個分隔元件被排列成用以在該聚焦電極與該發射部分之間提供一分隔距離。此些分隔元件可以為如上面所述的分隔元件。
多個徑向分隔體或垂片，較佳的係，三個或四個，可以被提供在由該聚焦電極所形成的一圓柱形殼狀體的內表面上，用以在該圓柱形殼狀體的該內表面與該陰極本體之間提供一環狀隙縫。
根據第三項觀點提供一種聚焦電極。該聚焦電極包含：一圓柱形殼狀體，用以定義一腔穴，以便容納一具有一陰極本體的陰極；以及一前蓋部，位於該圓柱形殼狀體的第一末端，該前蓋部具有一內電極表面、一聚焦表面、以及一電子透射孔徑。該圓柱形殼狀體具備多個有角度的間隙，用以提供一約束配置，以便以該支撐結構為基準來約束該聚焦電極及/或該陰極本體。
該第一項及/或第二項觀點的聚焦電極可以為根據第三項觀點的聚焦電極。所以，上面針對根據第三項觀點的聚焦電極所述的不同特點、實施例、以及優點可以雷同於上面針對第一項觀點與第二項觀點所述的特點。該約束配置可以為如同上面配合第一項觀點所討論的約束配置。
該些有角度的間隙可以由該殼狀體結構中的多條狹縫或是削切部來提供。該些削切部可以延伸自該圓柱形殼狀體的一第二末端並且結束在與該第一末端相隔某個距離處。此距離較佳的係大於該陰極本體的第一末端在縱向方向中的尺寸。因此，一距離可以被提供在一約束配置的多個末端止動部之間，它們被排列成用以突出貫穿該些有角度的間隙並且面向該陰極本體的一表面。
該聚焦表面可以由該前蓋部中的一圓錐形削切部排列而成。該聚焦表面以及該內電極表面可以聚集在該透射孔徑處，用以形成一透射孔徑周圍。
該內電極表面可以具備三個分隔元件，它們被調適成用以支撐陰極前表面，明確地說，用以支撐包圍一發射表面的非發射表面。如上面所述，該些分隔結構被配置成用以對齊由該發射表面所定義的一平面平 行於由該透射孔徑所定義的一平面。
該圓柱形殼狀體可以具備延伸自該圓柱形殼狀體的多個支撐元件。該些支撐元件與該些支撐結構可以被配置成使得該聚焦電極透過被形成在三個支撐元件與該支撐結構之間的三個實質上點接觸而藉由重力座落在該支撐結構上。進一步的支撐元件可以被提供，用以約束該聚焦電極的橫向移動及/或該聚焦電極繞著該縱軸的旋轉。
根據第四項觀點，一陰極配置包含一來源陰極配置並且提供一加熱器陰極配置。該來源陰極配置可以為根據第一項觀點或第二項觀點之任何實施例的陰極配置。
該來源陰極配置包含一陰極本體與一發射部分，該發射部分具備一用於發射電子的發射表面，以及一貯存器或是一丸體，其包含受熱時用以釋放功函數降低微粒的材料，該貯存器及/或丸體被配置成使得該些功函數降低微粒朝該發射表面擴散。該加熱器陰極配置包含一加熱器陰極，其被配置成用以加熱該陰極本體的一部分，俾使得該材料釋放功函數降低微粒並且使得該發射表面發射電子。
該加熱器陰極配置可以包含一聚焦電極，其被排列成用以將從該加熱器陰極處所發射的電子聚合至一電子射束之中。該加熱器陰極與該來源陰極較佳的係以彼此為基準來排列，俾使得由該加熱器陰極配置所產生的電子射束會被聚焦在由該陰極本體的一部分所封閉的體積之中，該體積稱為容器。該容器具備一最內側的末端表面，其面向該來源陰極配置的貯存器或丸體。該容器可以形成一中空的圓柱體，其中一端被該最內側的末端表面閉合，並且深度會最小化從該容器處逃出的電子數額。
該加熱器陰極配置與該來源陰極配置較佳的係同軸對齊在一縱軸中。尤其是，該加熱器陰極聚焦電極可以與該陰極本體同軸對齊，及/或與一來源陰極聚焦電極同軸對齊。
該加熱器陰極可以包含一熱離子陰極，例如，I型的熱離子陰極，舉例來說，包含一浸漬丸體的陰極。該加熱器陰極可以被一細絲電線加熱。該加熱器陰極可以為一標準的熱離子陰極。
該來源陰極配置可以充當該加熱器陰極配置的陽極。大小為1kV的電位差可以被施加在該來源陰極配置與該加熱器陰極配置之間。
該加熱器陰極的聚焦電極可以有-6kV的電位，和要被施加至該加熱器陰極相同的電位。當被放置在一電子槍之中時，該加熱器陰極聚焦電極可被稱為GM1電極。該加熱器陰極細絲可相對於該加熱器陰極聚焦電極有+8V的電位。該來源陰極配置可以有-5kV的電位。
本發明提供一種用於產生電子射束的電子槍或是電子源。該電子槍包含：根據任何上面所述觀點或實施例的陰極配置，用以發射複數個電子；以及至少一塑形電極，用以將該些被發射的電子塑形成或是聚焦成該電子射束。
該電子槍可以包含一或更多個塑形電極。舉例來說，其可以包含三個塑形電極。該些塑形電極可以各包含一導電本體，其具備一孔徑，亦稱為塑形孔徑。該些塑形孔徑會同軸對齊。
較佳的係，該些塑形孔徑會與該聚焦電極的透射孔徑同軸對齊。
本發明的某些實施例關於一種利用至少一電子小射束來曝 光目標物的電子射束微影系統，該系統包含：一小射束產生器，用以產生該至少一電子小射束；一小射束調變器，用以圖案化該至少一電子小射束，以便形成至少一經調變的小射束；一小射束投射器，用以將該至少一經調變的小射束投射在該目標物的一表面上；其中，該小射束產生器包含一根據上面所述任一實施例的電子槍。
1‧‧‧帶電微粒微影系統
2‧‧‧電子槍
4‧‧‧電子射束
5‧‧‧帶電微粒小射束
6a‧‧‧電極
6b‧‧‧電極
6c‧‧‧電極
8‧‧‧電源供應單元
12‧‧‧準直器電極裝配件
13‧‧‧孔徑陣列
14‧‧‧小射束遮蔽器陣列
15‧‧‧小射束阻止器陣列
16‧‧‧小射束偏折器陣列
17‧‧‧投射透鏡配置
18‧‧‧目標物
19‧‧‧可移動的平台
20‧‧‧陰極配置
22‧‧‧陰極本體或外殼
24‧‧‧陰極本體的第一末端
24a‧‧‧表面
25‧‧‧法拉第杯
28‧‧‧丸狀本體
30‧‧‧發射部分
32‧‧‧發射表面
34‧‧‧表面或框邊
35‧‧‧發射周圍
36‧‧‧陰極本體外表面
38‧‧‧貯存器
40‧‧‧聚焦電極(皮爾斯電極)
42‧‧‧聚焦表面
44‧‧‧電子透射孔徑
45‧‧‧孔徑周圍
45a‧‧‧孔徑周圍投射
46‧‧‧內電極表面
48‧‧‧分隔結構或接觸襯墊
50‧‧‧輔助陰極或加熱器陰極
52‧‧‧熱陷捕表面
54‧‧‧殼狀體
54a‧‧‧殼狀體內表面
55a‧‧‧殼狀體分部
55b‧‧‧殼狀體分部
55c‧‧‧殼狀體分部
56a‧‧‧間隙
56b‧‧‧間隙
56c‧‧‧間隙
57‧‧‧支撐元件
57a‧‧‧聚焦電極支撐元件
57b‧‧‧橫向支撐元件
58‧‧‧徑向間隙
59‧‧‧徑向分隔體或襯墊
60‧‧‧縱向間隙
62‧‧‧支撐結構
65‧‧‧約束配置
65a‧‧‧末端止動結構
70‧‧‧功函數降低微粒
Q‧‧‧熱輻射
90‧‧‧控制單元
91‧‧‧資料儲存單元
92‧‧‧讀出單元
93‧‧‧資料轉換單元
下面將參考圖中所示的實施例來進一步解釋本發明的各種實施例，其中：圖1a概略顯示一陰極配置的剖面圖；圖1b概略顯示圖1a的陰極配置的剖面圖的一部分的透視圖；圖2a概略顯示一陰極配置的立體圖；圖2b概略顯示一陰極配置的聚焦電極的一部分的透視圖；圖3概略顯示一陰極配置的剖視圖；圖4概略顯示被安置在一支撐結構中，明確地說，被安置在一電子槍中，的陰極配置的剖面透視圖；圖5概略顯示一電子槍的剖視圖；以及圖6概略顯示一電子射束微影系統。
上面的圖式以及下面的說明的用意係作為本發明各種實施例的範例與圖解，而不應被詮釋為具有限制意義。可以有替代實施例，其並不會脫離隨附申請專利範圍的範疇。
本文中的「縱向」係指圖中的Z軸所示的方向，而「橫向」 則對應垂直於該Z軸的任何方向，也就是，由X軸與Y軸所展開的平面中的任何方向。本文中的「徑向」係指由X軸與Y軸所展開的平面中的橫向方向，並且遠離Z方向中的中央軸。此慣例用法並沒有限制意義，並且僅用來闡明下面所述的示範性實施例中中的空間關係。
陰極配置20被配置成用以發射複數個電子，以便形成一電子射束。該陰極配置20包含一熱離子陰極(較佳的係，分注器型)以及一聚焦電極(皮爾斯電極)40。圖1a中所示的熱離子陰極包含：一陰極本體或外殼22，用以容納一具備一發射表面32的發射部分30；以及一用以保留一材料的貯存器38，當受熱時，其會釋放功函數降低微粒70。該發射部分可以包含一多孔性的丸狀本體28，舉例來說，鎢質丸體，其被密封至該陰極本體22的內表面，俾使得該貯存器38在該陰極裡面提供一密封空間。該丸狀本體28可以為圓柱形形狀，其具備一用以形成該發射表面32的第一末端表面以及面向該貯存器38的第二末端表面。該發射部分30被提供在該陰極本體22的一第一末端24。該陰極本體22係一中空本體，其具有一外表面36，用以限制該發射部分30與該貯存器38。較佳的係，在該第一末端24處，該陰極本體22有足夠的厚度來形成一表面或框邊34，其面向該聚焦電極40。表面34較佳的係完美對齊該發射表面32。此框邊34於下文中被稱為非發射表面34。較佳的係，該非發射表面34與該發射表面32被接合在一起，舉例來說，藉由銅焊(brazing)，以便形成單一陰極表面。
該貯存器38可以為杯形形狀，其具有一面向該發射部分30的張開末端，並且可以充滿包含功函數降低微粒70的材料，在加熱時，其會從該貯存器38處擴散，通過該多孔性的丸狀本體28，抵達該發射表面32。 較佳的係，該些微粒在該發射表面32處形成一功函數降低層。此功函數降低層會降低用以從該陰極發射表面32處產生電子發射所需要的最小能量，並且可以進一步改善電子發射的均一性。該些功函數降低微粒在該陰極的使用期間以第一蒸發速率Φc從該發射表面32處發出。此些微粒會被稍後抵達該發射表面32的微粒70取代。較佳的係，該分注器型熱離子陰極會連續性的取代發射表面32處的功函數降低微粒。
聚焦電極40係由一導電材料製成。該聚焦電極40包含一平面本體，舉例來說，一平板，其具備一電子透射孔徑44，用以透射在該發射表面32處所發射的電子。該電子透射孔徑44較佳的係為圓形，以便達成圓形對稱的電子射束生成。
該聚焦電極40包含一聚焦表面42，用以聚焦在該陰極的發射表面32處所發射的電子。該聚焦表面42的形狀使其可產生適合在遠離該發射表面32的所希望方向中排斥從該發射表面32處發出的電子的電場分佈。在圖1a、1b中，聚焦電極40的聚焦表面42係由截頭圓錐削切部的向外傾斜表面所定義，並且此聚焦表面42包圍該透射孔徑44。
陰極配置20的聚焦電極40的至少一部分被提供在發射表面32附近。本文中的「附近」一詞對應於由發射表面32所定義的平面S2以及一透射孔徑平面S1之間約1至15μm的距離。較佳的係，一約5μm，甚至可能更小，的縱向間隙60會被形成在內電極表面46與該陰極表面之間。該透射孔徑平面S1係由面向該電子透射孔徑44的聚焦表面42的邊緣所展開。因此，圖1a、1b中的透射孔徑平面S1位在該電子透射孔徑有最小直徑的平面中，也就是，位在最靠近該發射表面32處。較佳的係，該透射 孔徑平面S1平行對齊該發射表面32，以便對由該發射表面32所發射的電子提供實質上等向的聚焦效果。
於一實施例中，孔徑周圍45可以展開一小於該發射表面32的剖面，俾使得該內電極表面46延伸重疊在該發射表面32上方，類似配合圖3所述的陰極配置。因此，一透射孔徑周圍的投射可以一直位在該發射表面32的周圍裡面。
一熱離子陰極配置的壽命可以藉由保持該聚焦電極的聚焦表面42在臨界溫度Te-以上的溫度Te處而延長，在該臨界溫度Te-處，從該聚焦表面42釋放或蒸發功函數降低微粒的速率等於或超過從發射表面32處發出的功函數降低微粒抵達該聚焦表面42的速率Φc。保持該聚焦表面42在此臨界溫度Te-以上會防止在該聚焦表面42上產生因功函數降低微粒的沉積而形成的層。此些微粒的沉積會負面影響該陰極配置20的效能。換言之，聚焦表面42的很高的溫度會降低，大部分甚至會防止，功函數降低微粒累積在該聚焦表面42上。
可以運用各種方法在該陰極的陰極本體22以及發射部分30中產生熱能。較佳的係，此些方法雖然導致該陰極本體22及/或發射部分30的加熱；但是，並不會直接加熱該聚焦電極40。
為達成讓該聚焦表面42位在很高的溫度處，該陰極配置20包含一可調整的熱源以讓該聚焦電極40同樣會被加熱的方式來加熱該陰極。較佳的係，該聚焦電極40係由陰極本體22所發射的熱輻射Q(舉例來說，紅外線輻射)來加熱。該陰極本體22與該聚焦電極40可以被排列並且被配置成使得來自該陰極本體22(並且亦可能來自發射表面32)的熱傳輸會 導致位在上面規定範圍裡面的聚焦表面溫度。
該陰極本體與該聚焦電極的幾何形狀及相對排列，結合該可調整的熱源，會被配置成用以在陰極操作期間控制該聚焦表面42的溫度。藉由適當調整該可調整的熱源，可以達到一電極溫度Te，俾使得其會在臨界溫度Te-以上，在該臨界溫度Te-處，從該陰極的發射表面處所發出的功函數降低微粒的速率實質上等於此些功函數降低微粒從該聚焦表面42處蒸發的速率。
在圖1a中所描繪的實施例中，該可調整的熱源具有一輔助陰極或加熱器陰極50的形式，其被排列成用以加熱該熱離子陰極。該加熱器陰極50較佳的係有一可調整的電源供應器，用以控制電子被發射的速率，並且因而能夠調節被供應至該熱離子陰極的熱能。舉例來說，該加熱器陰極50可以被配置成用以產生一射束電流約1至10mA的電子射束，其中，該些被發射的電子可以在1千伏特電位差以上朝該陰極本體22被加速，從而導致約1至10W的功率。此功率足以讓該來源陰極變成約1500K的溫度。
該加熱器陰極50被排列成用以朝該陰極本體22的後面部分25發射電子，該部分稱為容器或是法拉第杯25。較佳的係，被容器25所收到的電子的動能的一部分會被轉換成熱能。該容器25被排列成用以接收電子，直接接收自該加熱器陰極50或是間接以在電子撞擊相鄰於背向該發射表面32之貯存器38末端的表面上之後的背散射電子的形式。該容器25的深度會最小化電子的逃散。因為電子撞擊的關係，該些電子的動能會被轉換成熱能，從而導致加熱該容器25以及該貯存器38。因此，在從該加熱器 陰極50(或是另一可調整的熱源)處接收電子時，該陰極本體22將被加熱。被加熱的陰極本體22將透過熱(舉例來說，紅外線)輻射Q損失其熱能的一部分，其至少部分從外表面36處向外輻射。胞為該陰極本體22的聚焦電極40的熱陷捕表面52將會接收與吸收由該陰極本體22所發射的熱輻射Q的主要部分。同樣地，一熱陷捕表面52可以被排列在內電極表面46上，用以從非發射表面34處接收熱輻射。該熱陷捕表面52會與該聚焦電極表面42有良好的熱交流。因此，被收到的熱能中的大部分都將被傳導至該聚焦表面42。
因此，該可調整的熱源會供應一可控制的熱能數額至該貯存器38，並且影響因熱輻射而朝該聚焦電極40被傳輸的熱能的數額。結果，該可調整的熱源通常會間接控制被供應至該聚焦電極40的熱能，並且明確地說，控制被供應至該聚焦電極40的聚焦表面42的熱能。
於替代的實施例中，該可調整的熱源可以由一加熱器元件來形成，該加熱器元件直接被熱連接至該聚焦電極40。舉例來說，能夠使用一被排列在該聚焦電極裡面的電細絲。或者，從該加熱器陰極處所發射的電子射束的一部分會轉向並且被引導朝向該聚焦電極，用以直接加熱此聚焦電極。
或者，甚至除此之外，可以使用其它熱源來加熱該熱離子陰極。舉例來說，一可控制的電加熱細絲可以被提供在陰極本體22之中，或是被提供在容器25之中。另外，於此情況中，該聚焦電極40亦可以由來自陰極本體22的熱輻射加熱。
於某些實施例中，除了用於加熱一分注型熱離子陰極之中的 貯存器的標準熱源之外，亦可以使用該可調整的熱源，例如，電細絲。
於圖1a、1b、2a、2b中所描繪的實施例中，該聚焦電極40包含一殼狀體54，其包圍該陰極本體22。或者，該殼狀體54可以部分封閉該陰極本體22。該殼狀體54具備一內表面，並且可以具有中空圓柱形的形式。該內表面的至少一部分形成一熱陷捕表面52，其被配置成用以吸收陰極本體22所發射的熱輻射Q。舉例來說，如圖1a中所描繪，該熱陷捕表面52包圍並且朝內面向該陰極本體22的外表面36。該內電極表面46可以被配置成用以吸收從非發射表面34所發射的熱輻射。被吸收的熱輻射Q將加熱該聚焦電極40且明確地說將加熱它的聚焦表面42。如上面所述，該聚焦表面42會與該熱陷捕表面52有良好的熱傳導。該熱陷捕表面52可藉由吸收陰極本體22所發射的熱輻射Q用來加熱該聚焦電極40，且明確地說，用來加熱聚焦電極40的聚焦表面42，而有效的重新使用陰極本體22所發射的熱輻射Q。
較佳的係，殼狀體54以及陰極本體22會同軸對齊。一徑向間隙58會被定義在會被定義在該外陰極表面36與該熱陷捕表面52之間。該徑向間隙58在一徑向方向中延伸在該熱陷捕表面52與該外陰極表面36之間，並且在縱向方向Z中延伸自該第一陰極末端24。該徑向間隙58可以由四個徑向分隔體或襯墊59來維持，它們以周圍分散圍繞面向該第一陰極末端24的殼狀體54的內表面，如圖2b中所示。
該內陰極表面46較佳的係具備三個分隔結構或接觸襯墊48，它們均勻地分散在透射孔徑44的周長中，如圖1b與2b中所示。該些分隔結構48被定位成接觸該非發射表面34。該三個分隔結構48可以實質 上具有圓柱形的形狀。每一個分隔結構48較佳的係有一小於發射部分30之剖面的橫向剖面，以便最小化該聚焦電極40與該非發射表面34之間的熱傳導。它們可以由和內電極表面相同或是不相同的材料來形成。三個分隔結構48的盡頭定義一展開平面S2的三個非同位點。該些分隔結構48會幫助保持透射孔徑平面S1與發射表面32的精確平行對齊，同時在內陰極表面46與非發射表面34之間同步地定義一縱向間隙60。
較佳的係，在陰極本體22與殼狀體54之間的徑向間隙58中會達成真空。此真空提供熱絕緣，其會降低(甚至消弭)陰極本體22與聚焦電極40之間的熱傳導。藉由最小化陰極本體22與聚焦電極40之間的熱傳導，熱輻射Q會變成主要的熱傳輸機制。肇因於熱傳導效應的高溫梯度因而可以被避免，從而會在聚焦電極40裡面造成更均一的溫度分佈。再者，該聚焦電極還可以更快速地達到平衡溫度。
如前面提及，從該陰極的發射表面32處發出的功函數降低微粒可以至少部分沉澱在該聚焦電極40上，明確地說，沉澱在緊密靠近該發射表面的表面上，例如，聚焦表面42。然而，倘若聚焦表面42被充分地加熱的話，此些已沉積的微粒便會從表面42處被釋放或是蒸發。此功函數降低微粒蒸發會以相依於電極溫度Te的速率Φe來進行。
因此，調節由加熱器陰極50所輸出的功率會控制被供應至該聚焦電極40的熱能數額。藉由合宜的調整加熱器陰極50輸出，陰極本體22的加熱數額且因此該聚焦電極40的加熱數額以及，明確地說，聚焦電極40的聚焦表面42的加熱數額可以受到影響而使得該聚焦電極40的電極溫度Te會被合宜地設定及/或調節。如上面的解釋，該聚焦電極的幾何形狀， 明確地說，熱陷捕表面面積以及外表面面積，會影響該聚焦電極的溫度。如先前的解釋，藉由在陰極操作期間保持電極溫度Te在臨界溫度Te-以上，該些功函數降低微粒的蒸發速率Φe會高於功函數降低微粒抵達該聚焦表面的速率。
不幸地，提高聚焦電極40的溫度Te太多可能導致聚焦表面42大量發射電子。所以，較佳的係，保持聚焦電極40的溫度在另一臨界溫度Te+以下。實驗顯示，臨界溫度Te+的合宜數值對應於來自聚焦表面42的電子發射為來自該陰極之發射表面32的電子發射的約0.01%時的電極溫度Te。
在本發明的實施例中所使用的功函數降低微粒70包含鈀(Barium)。於此情況中，該可調整的熱源50可以被配置成用以保持電極溫度Te在等於約900K的臨界溫度Te-以上並且保持電極溫度Te在等於約1300K的另一臨界溫度Te+以下。於此情況中，聚焦表面42的溫度Te可以保持在900K至1300K之間的溫度處，其允許有±50K的溫度變動。於較高的溫度範圍中，舉例來說，在1200K至1300K之間的聚焦表面溫度中，該聚焦表面應該較佳的係曝露於處理中，例如，塗佈或是碳酸化，以便進一步提高其功函數。
如前面的解釋，在900K以上的聚焦電極40的電極溫度Te會確保來自聚焦電極40的含Ba微粒的蒸發速率高於此些含Ba微粒從該陰極發射表面32處發出的速率，或者，至少高於此些微粒抵達聚焦表面42的速率。所以，累積在聚焦表面42上的鋇沉積物會減少，並且經常會避免。保持電極溫度Te在1300K以下，結合高功函數，可以確保由聚焦電極40 所發射的電子的電流密度在由陰極發射表面32所發射的電子的電流密度的0.01%至0.1%以下。
熱源的調整控制可以透過電腦碼來施行，也就是，電腦程式產品，其會提供指令給一處理裝置(舉例來說，一電腦配置)，當該些指令在此裝置上運轉時可用以實現該方法。該電腦程式產品可以被儲存在一電腦可讀取的媒體中。
圖2a概略顯示一陰極配置20的一實施例的一後面部分的立體圖。圖2a顯示一聚焦電極40，其包含一圓柱形殼狀體54，其在該有角度(也就是，方位角)的方向中有一有限的徑向厚度，並且包圍一內空隙或腔穴，以便容納一陰極本體22。該陰極本體22可以為如圖1a與1b中所示的陰極本體22。殼狀體54具備有角度的間隙56a、56b、56c，它們將殼狀體54細分為三個殼狀體分部55a、55b、55c，該些殼狀體分部55a、55b、55c以一共同軸(亦稱為縱軸)為基準被對稱擺放。該聚焦電極40有一前蓋部，其具備一被一聚焦表面42(圖2a中並未顯示)包圍的圓形的電子透射孔徑44。該些圓柱形殼狀體分部55a至55c的內表面區域聯合定義一熱陷捕表面52。圖2a中所描繪的有角度的間隙56a至56c係由沿著該有角度的方向以及縱向方向Z延伸的多個削切部來定義，舉例來說，直線狀或是螺旋狀的削切部。該些間隙56a至56c可用於提供一約束配置，用以約束聚焦電極40及/或陰極本體22至一支撐結構，如參考圖4與5的解釋。
殼狀體54可以具備聚焦電極支撐元件57a，用以於該縱向方向中支撐該聚焦電極。該些支撐元件57a可以具備凸出部或是接觸襯墊，用以和一支撐元件62形成接觸，如圖4中所示。該些接觸襯墊可以具有150 μm的直徑以及100μm的高度。另外還可以提供三個橫向支撐元件57b，如圖中延伸自該聚焦電極40的實質上圓柱形的結構所示。此些元件會限制該聚焦電極繞著該縱軸旋轉。支撐元件57可以與圓柱形殼狀體54一體成形，或者，可以被附接至該圓柱形殼狀體54。圖4中顯示一包含如本文中所述之圓柱形殼狀體54的陰極配置，其被安置於包含一約束配置65的支撐結構62中，該約束配置65具有末端止動結構65a。
圖2b概略顯示一包含圓柱形殼狀體54的聚焦電極40的剖面透視圖，其具備有角度的間隙56a至c、聚焦電極支撐元件57a、b、分隔結構48、以及徑向分隔體59。
於電子射束微影術中會希望配合在橫向方向中非常均一的電子射束來運作，俾使得能夠最小化電子射束操控中的像差效應。
圖3所示的係一陰極配置20的一實施例的縱向剖面圖，其中，該陰極的發射表面32與該聚焦電極40的透射孔徑44會正確地對齊，以便改善所產生的電子射束的均一性。該陰極本體22有一發射表面32，用以在縱向方向Z中發射電子。該發射表面32由一發射周圍35界定。該聚焦電極40(至少部分)在橫向方向X、Y中封閉該陰極本體22。該聚焦電極40在該發射表面32附近包含一電子透射孔徑44，用以在操作期間聚焦由該發射表面32所發射的電子。該透射孔徑44由一孔徑周圍45界定。該陰極本體22以可移動的方式在與一對齊位置R0相隔一最大橫向距離d1的上方被排列在該聚焦電極40裡面。該孔徑周圍45橫向延伸在該發射表面32上方並且超越該發射周圍35，其重疊距離d2超過該最大橫向距離d1。換言之，該聚焦電極藉由延伸超越該發射周圍重疊距離d2而重疊該發射表面的一部 分。從圖3中能夠瞭解，該發射周圍定義的面積大於該孔徑周圍45。較佳的係該孔徑周圍45與該發射周圍35為圓形，因此，該孔徑周圍45的直徑會小於該發射周圍35。
超過該最大橫向距離d1的重疊距離d2隱喻在對齊位置R0中，該孔徑周圍45於每一個地方向內凸出超越該發射周圍35會大於該最大橫向距離d1。在對齊位置R0中，該陰極本體22與透射孔徑44會針對該發射表面32的電子發射以及針對穿過該透射孔徑44的電子透射而以最佳的方式對齊。與該對齊位置R0的任何橫向偏離都會顯露該發射表面32的一新的部分。必要條件d2>d1會確保任何的橫向對齊偏差都僅會顯露該發射表面32的一不同的部分。所以，由該發射表面32所釋放以及透射穿過孔徑44的電子的密度會維持相對的均一性，從而導致相對均一的電子射束4。
該陰極本體22有一表面36，其面向殼狀體54的內表面54a。在圖3中的最大橫向距離d1被定義為內表面54a與表面36之間的距離。即使在不正確對齊的情況中，孔徑周圍45在該發射表面所定義的發射平面S2上的投射45a仍會完全落在該發射周圍35裡面。
該聚焦電極40有一內表面46，其面向該發射表面32並且被定位在與該發射表面32相隔縱向距離h處。此縱向距離h可被提供成為一縱向間隙60，舉例來說，由分隔結構48來提供，如在圖1a、1b、以及2b中所示的陰極配置中所述。
該重疊距離d2較佳的係在10微米至100微米的範圍中，相依於該最大橫向距離d1。該最大橫向距離d1可以在10至35μm的範圍中。因此，該陰極本體22與該聚焦電極40的對齊機械性公差能夠被放寬。
該孔徑周圍45與該發射周圍35較佳的係有雷同的形狀(或是「同形態(homomorphic)」)。於圖1b中所示的實施例中，該發射周圍35與該孔徑周圍45兩者都為圓形，其會導致一非常對稱的陰極配置20，其中，該發射表面32與該透射孔徑44之間的任何橫向對齊偏差僅會相依於遠離該對齊位置R0的徑向相對位移。
圖3中所示的陰極配置的聚焦電極40可以包含一圓柱形殼狀體54，其已參考圖2a與2b說明過。
圖3中所示的陰極配置可以被配置成以和參考圖1a與1b所述類似的方式來加熱該聚焦電極40。
圖4概略顯示被安置在一支撐結構62上，例如，被安置在一電子槍的支撐電極上，的陰極配置20。該陰極配置20可以為根據上面所述之任何實施例的陰極配置。在圖中所示的陰極配置20與支撐結構62的配向中，舉例來說，它們預期在使用期間被定位在電子射束微影術之中。該支撐結構62可以包含一電子槍2的支撐電極或G0，舉例來說，如圖5或6中所示。該支撐電極62經常保持在和該聚焦電極40相同的電位處，並且可以形成該電子槍的電子光學元件的一部分。另外，該約束配置65可以被保持在此電位處。
該陰極本體22會藉由重力而座落在該內電極表面46上，較佳的係，座落在上面討論的三個分隔結構48上。該三個分隔結構48會將發射平面S2對齊孔徑平面S1，並且在該發射部分與該內電極表面46之間提供一分隔距離60。
該聚焦電極40同樣藉由重力透過三個縱向支撐元件57a而 座落在該支撐結構62上。如圖4中所示，該些支撐元件57a可以與該支撐結構62形成點接觸。藉由在該些支撐元件57a與該支撐結構62之間形成三個點接觸，該聚焦電極，明確地說，該孔徑平面S1，可以平行對齊該支撐電極的一表面。透過該些點接觸，該聚焦電極40與該支撐結構62之間的熱傳導會被最小化。
一約束配置65被提供用於以該聚焦電極40為基準來約束該陰極本體22並且以該支撐結構62為基準來約束該聚焦電極40。該約束配置65可以包含多個約束結構(或是末端止動部)65a，凸出穿過該殼狀體結構54的每一個有角度的間隙56a至56c，以便以該聚焦電極40為基準來約束該陰極本體22的移動。明確地說，該些末端止動部65a可以在包含該陰極配置的電子槍2的安置、卸除、儲存、及/或運輸期間阻隔相對移動。一隙縫會被形成在該陰極本體22的第一末端24的一表面24a以及面向該表面24a的末端止動部65a的一表面之間並且被形成在該些有角度的間隙56a至56c的周圍以及面向該間隙周圍的末端止動部65a的一表面之間。
進一步言之，該約束配置可以包含多個阻隔結構，用以透過橫向支撐元件57b來約束該聚焦電極40繞著該縱軸的旋轉及/或橫向移動。
該些末端止動部65a與該陰極配置20的對應表面之間的距離允許不同的結構性特徵元件的熱膨脹，該些末端止動部65a不會造成該陰極配置的機械性張力及/或變形從而損及該電子槍所產生的電子射束。因此，因熱膨脹(差異)所造成的結構變形或是其它破壞可以避免。另外，亦可以避免該陰極配置20與該支撐結構62之間的熱傳導。
圖5概略顯示一電子槍2的剖視圖，其包含如圖1a與1b中 所示的陰極配置20。或者，其可以包含如圖3中所示的陰極配置20或是本文中所述的陰極配置的任何其它實施例。圖中顯示一加熱器陰極50，其被排列成用以加熱容器25以及貯存器38。然而，亦可替代使用其它熱源，如上面的討論。如圖5中所示，該加熱器陰極50與該熱離子陰極同軸對齊，明確地說，與該透射孔徑44同軸對齊。從該加熱器陰極處所發射的電子會被形成一電子射束進入該容器25之中，以便加熱該陰極本體22以及該貯存器38，如上面所述。一加熱器陰極聚焦電極可以被提供用以將電子聚焦至該容器25之中。該加熱器陰極聚焦電極的形狀可以雷同於下面所述的電極6a至6c，並且較佳的係，與此些電極以及與透射孔徑44同軸對齊。一電位差，通常約1kV，會被施加在該加熱器陰極與該陰極配置20之間，俾使得該些電子會從該加熱器陰極處被加熱至該熱離子陰極。舉例來說，該加熱器陰極配置，尤其是它的聚焦電極，可以被施加一-6kV的電位，並且該陰極配置20(其包括該聚焦電極40與該支撐結構62)可以有-5kV的電位。
該電子槍2進一步包含電極6a至6c，在本文中亦稱為塑形電極，它們被排列成與透射孔徑44同軸並且循序排列用以形成由該陰極所發射的電子所組成的一電子射束4。一般來說會形成一發散的電子射束4，沿著該縱軸被引導。在電子槍的用語中，電極6a至6c亦可被稱為G1至G3電極。藉由施加不同的電位至該些獨特的電極6a至6c，一電場會被創造用以在遠離該陰極配置20的發射表面32的方向中導引該些電子，俾使得會達成一所希望的射束形狀。舉例來說，總額為+3kV、-4.2kV、以及+2.5kV的電位可以分別被施加至電極6a、6b、以及6c。在圖5中雖然顯示三個電極6a至6c；不過，應該瞭解的係，可以使用不同數量的電極6a至6c。
該些塑形電極6a至6c可以交流的方式被連接至一電源供應單元8，亦稱為塑形控制器。該電源供應單元8可以動態的方式控制被施加至該些電極6a至6c的電壓，舉例來說，以便補償變動的環境條件及/或達成電子射束4的不同形狀。加熱器陰極50(包括其細絲以及聚焦電極在內)亦可以被連接至該電源供應單元8。
該陰極配置20被安置至一支撐結構62，其包含一支撐電極，亦稱為G0電極。該支撐電極可以和第一塑形電極6a有雷同的形狀，並且被連接至電源供應器8。該支撐結構62較佳的係可以為如圖4中所示的支撐結構，其包含一具有多個末端止動部65a的約束配置65。
上面所述的電子槍2可以為一帶電微粒小射束微影系統的一部分，舉例來說，下面參考圖6所討論的微影系統，且明確地說，帶電微粒多重小射束微影系統1，其利用複數道帶電微粒小射束5將一圖案轉印至一目標物18的表面上。
圖6所示的係一帶電微粒微影系統1的一實施例的簡化略圖。舉例來說，微影系統已在美國專利案第6,897,458號與第6,958,804號與第7,019,908號與第7,084,414號與第7,129,502號中以及美國專利申請公開案第2007/0064213號中以及共同待審的美國專利申請案序號第61/031,573號與第61/031,594號與第61/045,243號與第61/055,839號與第61/058,596號與第61/101,682號中說明過，它們全部已受讓給本發明的擁有人，並且本文以引用的方式將它們全部完整併入。
於圖6中所示的實施例中，微影系統1包含：一小射束產生器2、12、13，用以產生複數道小射束5；一小射束調變器14、15，用以圖 案化該些小射束5而形成經調變的小射束；以及一小射束投射器16、17，用以將該些經調變的小射束投射在一目標物18的一表面上。小射束產生器2、12、13包含一電子槍2，用於產生一電子射束4。在圖6中，電子槍2會產生一實質上均一、擴大的電子射束4。小射束產生器2、12、13進一步包含：一準直器電極裝配件12，用以準直該電子射束4；以及一孔徑陣列13，用以形成複數道小射束5。該孔徑陣列13會阻隔該電子射束4的所希望的部分，而該電子射束4的另一部分則會通過該孔徑陣列13，以便產生該複數道小射束5。該系統會產生大量的小射束5，較佳的係，約10,000道至1.000,000道小射束。
小射束調變器14、15包含一小射束遮蔽器陣列14以及一小射束阻止器陣列15。該小射束遮蔽器陣列14包含複數個遮蔽器，用以偏折該些電子小射束5中的一或更多者。已偏折及未偏折的電子小射束5都會抵達小射束阻止器陣列15，其有複數個孔徑。該小射束遮蔽器陣列14以及小射束阻止器陣列15一起操作用以阻隔選定的小射束5或是讓選定的小射束5通過。一般來說，倘若小射束遮蔽器陣列14偏折一小射束5的話，其將不會通過小射束阻止器陣列15中的對應孔徑，而會被阻隔；然而，倘若小射束遮蔽器陣列14沒有偏折一小射束5的話，那麼，其將會通過小射束阻止器陣列15中的對應孔徑。或者，小射束5可以在被小射束遮蔽器陣列14中的對應遮蔽器偏折時通過該小射束阻止器陣列15；以及倘若它們沒有被偏折的話會被該小射束阻止器陣列15阻隔。該小射束調變器14、15被排列成以控制單元90所提供的圖案資料輸入為基礎來提供一圖案給該些小射束5。該控制單元90包含一資料儲存單元91、一讀出單元92、以及一資料 轉換單元93，並且其位置可以遠離系統1的其餘部分，舉例來說，位在該系統1所在的無塵室外面。
該些經調變的小射束會由小射束投射器16、17投射在一目標物18的一目標表面上。該小射束投射器16、17包含：一小射束偏折器陣列16，用以將該些經調變的小射束掃描在該目標表面上方；以及一投射透鏡配置17，其包含一或更多個投射透鏡陣列，用以將該些經調變的小射束聚焦在該目標物18的該表面上。該目標物18通常被定位在一可移動的平台19上，該可移動的平台的移動可以由一控制單元(例如，控制單元90)來控制。
在微影應用中，該目標物18經常包含一晶圓，其具備一帶電微粒敏感層或光阻層。該光阻膜中的多個部分會因該些電子小射束的照射結果而被化學改質。因此，該膜中被照射的部分將會或多或少可溶解於一顯影劑之中，從而在一晶圓上造成一光阻圖案。該晶圓上的光阻圖案接著會被轉印至一下方層，也就是，藉由半導體製造技術中已知的植入步驟、蝕刻步驟、及/或沉積步驟。顯見地，倘若該照射不均勻的話，該光阻可能不會以均勻的方式來顯影，從而在該圖案中造成缺陷。所以，高品質的投射和達成提供可再生結果的微影系統有重大關係。
偏折器陣列16可以具有掃描偏折器陣列的形式，其被排列成用以偏折通過小射束阻止器陣列15的每一道小射束。該偏折器陣列16可以包含複數個靜電偏折器，以便促成相對小驅動電壓的應用。圖中所繪的偏折器陣列16雖然在投射透鏡配置17的上游處；不過，該偏折器陣列16亦可以被定位在該投射透鏡配置17與目標物18的該表面之間。
投射透鏡配置17可以被排列成用以在該些小射束5被偏折器陣列16偏折之前或之後聚焦該些小射束5。較佳的係，該聚焦會造成直徑約10奈米至30奈米的幾何光點大小。於此較佳的實施例中，該投射透鏡配置17較佳的係被排列成用以提供約100倍至500倍的縮倍效果，最佳的係，盡可能越大倍數越好，舉例來說，落在300倍至500倍的範圍中。
上面所述的任何實施例能夠透過電腦碼來施行，也就是，電腦程式產品，其會提供指令給一處理裝置(舉例來說，控制單元90，其可以包含一電腦配置)，當該些指令在此裝置上運轉時可用以實現該方法。該電腦程式產品可以被儲存在一電腦可讀取的媒體中。
本文中參考陰極與電子槍所述的教示內容未必受限於產生與發射電子作為帶電微粒。該些教示內容同樣適用於產生其它類型的帶電微粒，例如，離子，其具有正電或負電。另外，必須瞭解的係，如圖6中所描繪的雷同系統可以用於不同類型的輻射，舉例來說，藉由使用一離子源來產生一離子射束。
20‧‧‧陰極配置
22‧‧‧陰極本體或外殼
24‧‧‧陰極本體的第一末端
25‧‧‧法拉第杯
28‧‧‧丸狀本體
30‧‧‧發射部分
32‧‧‧發射表面
34‧‧‧表面或框邊
36‧‧‧陰極本體外表面
38‧‧‧貯存器
40‧‧‧聚焦電極(皮爾斯電極)
42‧‧‧聚焦表面
44‧‧‧電子透射孔徑
50‧‧‧輔助陰極或加熱器陰極
52‧‧‧熱陷捕表面
54‧‧‧殼狀體
54a‧‧‧殼狀體內表面
57a‧‧‧聚焦電極支撐元件
58‧‧‧徑向間隙
62‧‧‧支撐結構
65a‧‧‧末端止動結構
70‧‧‧功函數降低微粒
Q‧‧‧熱輻射

Claims (29)

  1. 一種陰極配置(20)，其包含：一熱離子陰極，其包含一發射部分(30)與一貯存器(38)，該發射部分(30)具備一用於發射電子的發射表面(32)，該貯存器(38)則用於保留一材料，當受熱時，該材料釋放功函數降低微粒(70)，該些功函數降低微粒(70)會朝該發射部分擴散並且以第一蒸發速率(Φc)從該發射表面處發出；一聚焦電極(40)，其包含一聚焦表面(42)，用以聚焦從該陰極的發射表面(32)處被發射的電子；以及一可調整的熱源(50)，其被配置成用以保持該聚焦表面在可防止功函數降低微粒累積在該聚焦表面上的溫度(Te)處。
  2. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該聚焦電極(40)被提供在該陰極的該發射表面附近；且其中，該可調整的熱源(50)被配置成用以保持聚焦表面的溫度在一臨界溫度(Te-)以上，於該臨界溫度(Te-)處，以第二蒸發速率(Φe)從該聚焦表面處釋放功函數降低微粒等於功函數降低微粒抵達該聚焦表面的速率或是等於該第一蒸發速率(Φc)。
  3. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該熱離子陰極進一步包含一陰極本體(22)，用以容納該發射部分與該貯存器，且其中，該聚焦電極(40)進一步包含一熱陷捕表面(52)，其面向該陰極本體的至少一部分並且被排列成用以接收在使用期間由該陰極本體所發射的熱輻射(Q)，以及其中，該熱陷捕表面會與該聚焦表面(42)熱交流，其中，較佳的係，該聚焦電極主要由來自該陰極本體的熱輻射來加熱。
  4. 根據申請專利範圍第3項的配置(20)，其中，一徑向間隙(58)會被定義 在該熱陷捕表面(52)與該陰極本體(22)的一外表面(36)之間。
  5. 根據申請專利範圍第3項的配置(20)，其中，該可調整的熱源(50)被配置成用以加熱該陰極本體(22)，該可調整的熱源(50)較佳的係包含一加熱器陰極(50)。
  6. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該可調整的熱源(50)被排列成用以加熱該貯存器(38)，俾使得該些功函數降低微粒(70)朝該發射部分(30)擴散並且以第一蒸發速率(Φc)在該發射表面(32)處發出。
  7. 根據申請專利範圍第3項的配置(20)，其中，該可調整的熱源(50)被排列在該陰極本體(22)裡面或是被排列在由該陰極本體所形成的容器(25)裡面。
  8. 根據申請專利範圍第3項的配置(20)，其中，該聚焦電極(40)包含一殼狀體(54)，其至少部分包圍該陰極本體(22)，該殼狀體具備一內表面(54a)，其至少一部分會形成該熱陷捕表面(52)。
  9. 根據申請專利範圍第8項的配置(20)，其包含一支撐結構(62)，其具備一約束配置(65)用於以該支撐結構為基準來約束該聚焦電極(40)及/或該陰極本體(22)，其中，該殼狀體(54)包含多個有角度的間隙(56a至56c)，用以提供一約束配置(65)，該約束配置較佳的係包含多個末端止動部(65a、65b)，每一個末端止動部都面向該陰極配置的一表面區。
  10. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該發射部分(30)具備一包圍該發射表面(32)的非發射表面(34)，其中，該聚焦電極(40)包含一面向該發射部分的內電極表面(46)，且其中，該內電極表面與該非發射表面中的至少其中一者具備三個分隔結構(48)，用以在該聚焦電極與該發射部分之間提 供一分隔距離。
  11. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該些功函數降低微粒(70)包含鋇(Ba)，其中，該可調整的熱源(50)被配置成用以保持該聚焦表面溫度(Te)在900K以上以及1300K以下。
  12. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該聚焦表面(42)具備一塗層，用以抑制電子發射。
  13. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該聚焦電極(40)包含一透射孔徑(44)，其具有一透射周圍(45)用以定義一小於發射表面面積的面積。
  14. 根據申請專利範圍第1項的配置(20)，其中，該可調整的熱源被排列成用以直接加熱該聚焦電極。
  15. 一種陰極配置(20)，其包含：一熱離子陰極，其包含一發射部分(30)與一貯存器(38)，該發射部分(30)具備一用於發射電子的發射表面(32)，該貯存器(38)則用於保留一材料，當受熱時，該材料釋放功函數降低微粒(70)，該些功函數降低微粒(70)會朝該發射部分擴散並且以第一蒸發速率(Φc)從該發射表面處發出；一聚焦電極(40)，其被提供在該陰極的該發射表面附近，該聚焦電極包含一聚焦表面(42)，用以聚焦在該陰極的發射表面處被發射的電子；以及一可調整的熱源(50)，其被配置成用以保持該聚焦電極的該聚焦表面在一臨界溫度(Te-)以上的溫度(Te)處，在該臨界溫度處，以第二蒸發速率(Φe)從該聚焦表面處釋放功函數降低微粒的速率等於功函數降低微粒抵達該聚焦表面的速率或是等於該第一蒸發速率(Φc)。
  16. 根據申請專利範圍第15項的配置(20)，其中，該熱離子陰極進一步 包含一陰極本體(22)，用以容納該發射部分與該貯存器，且其中，該聚焦電極(40)進一步包含一熱陷捕表面(52)，其面向該陰極本體的至少一部分並且被排列成用以接收在使用期間由該陰極本體所發射的熱輻射(Q)，以及其中，該熱陷捕表面會與該聚焦表面(42)熱交流，其中，較佳的係，該聚焦電極主要由來自該陰極本體的熱輻射來加熱。
  17. 根據申請專利範圍第16項的配置(20)，其中，一徑向間隙(58)會被定義在該熱陷捕表面(52)與該陰極本體(22)的一外表面(36)之間。
  18. 根據申請專利範圍第16項的配置(20)，其中，該可調整的熱源(50)被配置成用以加熱該陰極本體(22)，該可調整的熱源(50)較佳的係包含一加熱器陰極(50)。
  19. 根據申請專利範圍第15項的配置(20)，其中，該可調整的熱源(50)被排列成用以加熱該貯存器(38)，俾使得該些功函數降低微粒(70)朝該發射部分(30)擴散並且以第一蒸發速率(Φc)在該發射表面(32)處發出。
  20. 根據申請專利範圍第16項的配置(20)，其中，該可調整的熱源(50)被排列在該陰極本體(22)裡面或是被排列在由該陰極本體所形成的容器(25)裡面。
  21. 根據申請專利範圍第16項的配置(20)，其中，該聚焦電極(40)包含一殼狀體(54)，其至少部分包圍該陰極本體(22)，該殼狀體具備一內表面(54a)，其至少一部分會形成該熱陷捕表面(52)。
  22. 根據申請專利範圍第21項的配置(20)，其包含一支撐結構(62)，其具備一約束配置(65)用於以該支撐結構為基準來約束該聚焦電極(40)及/或該陰極本體(22)，其中，該殼狀體(54)包含多個有角度的間隙(56a至56c)，用 以提供一約束配置(65)，該約束配置較佳的係包含多個末端止動部(65a、65b)，每一個末端止動部都面向該陰極配置的一表面區。
  23. 根據申請專利範圍第15項的配置(20)，其中，該發射部分(30)具備一包圍該發射表面(32)的非發射表面(34)，其中，該聚焦電極(40)包含一面向該發射部分的內電極表面(46)，且其中，該內電極表面與該非發射表面中的至少其中一者具備三個分隔結構(48)，用以在該聚焦電極與該發射部分之間提供一分隔距離。
  24. 根據申請專利範圍第15項的配置(20)，其中，該些功函數降低微粒(70)包含鋇(Ba)，其中，該可調整的熱源(50)被配置成用以保持該聚焦表面溫度(Te)在900K以上以及1300K以下。
  25. 根據申請專利範圍第15項的配置(20)，其中，該聚焦表面(42)具備一塗層，用以抑制電子發射。
  26. 根據申請專利範圍第15項的配置(20)，其中，該聚焦電極(40)包含一透射孔徑(44)，其具有一透射周圍(45)用以定義一小於發射表面面積的面積。
  27. 根據申請專利範圍第15項的配置(20)，其中，該可調整的熱源被排列成用以直接加熱該聚焦電極。
  28. 一種用於產生電子射束(4)的電子槍(2)，該電子槍包含：根據申請專利範圍第1至27項中任一項的陰極配置(20)，用以產生複數個電子；以及至少一塑形電極(6a至6c)，用以將該些被產生的電子塑形成該電子射束。
  29. 一種利用至少一電子小射束(5)來曝光一目標物(18)的電子射束微影 系統(1)，該系統包含：一小射束產生器(2、12、13)，用以產生該至少一電子小射束；一小射束調變器(14、15)，用以圖案化該至少一電子小射束，以便形成至少一經調變的小射束；一小射束投射器(16、17)，用以將該至少一經調變的小射束投射在該目標物的一表面上；其中，該小射束產生器包含根據申請專利範圍第28項的的電子槍(2)。
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