(57)【要約】      （修正有）【課題】マスクレスのため低コストで電子ビーム投影リソグラフィを可能にする、電子反射板のアレイから制御可能に電子を反射する方法と、反射電子ビームリソグラフィのためのダイナミックパターン生成機の装置を提供する。【解決手段】入射電子ビームが電子源から形成され、入射ビームは電子反射板のアレイに導かれる。第１の複数の反射板は、反射板を出る反射した電子が合焦ビームを形成する第１反射モードで電子を反射するように構成される。第２の複数の反射板は、反射板を出る反射した電子がデフォーカスする第２反射モードで電子を反射するように構成される。【選択図】図３Ａ
2011176316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子反射板のアレイから電子を制御可能に反射する方法であって、
電子源からの入射電子ビームを形成することと、
入射電子ビームを電子反射板のアレイに導くことと、
反射板を出る反射した電子が合焦したビームを形成する第１反射モードで電子を反射するように、第１の複数の反射板を構成することと、
反射板を出る反射した電子がデフォーカスする第２反射モードで電子を反射するように、第２の複数の反射板を構成することと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記電子反射板が各々複数の電極を有する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記電子反射板が、各々ベース電極と、前記ベース電極を取り囲む側壁中の絶縁層によって分離された複数の積み重ねられた電極とを含む、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、
第１の電圧がベース電極に印加されて第１反射モードを達成し、第２電圧が前記ベース電極に印加されて第２反射モードを達成する、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記ベース電極が凹電極を含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記入射電子ビームが２電子ボルトより高いエネルギー広がりを有する、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記反射した電子が、第１反射モードに構成された電子反射板を出る際に実質的に平行な軌道を有し、第２反射モードに構成された電子反射板を出る際に実質的に発散する軌道を有する、方法。
【請求項８】
反射電子ビームリソグラフィのためのダイナミックパターン生成機の装置であって、
複数の電子反射板のアレイと、
前記反射板を出る反射した電子が合焦ビームを形成する第１反射モードで電子を反射するように第１の複数の反射板を構成する制御回路と、
前記反射板を出る反射した電子がデフォーカスする第２反射モードで電子を反射するように第２の複数の反射板を構成する制御回路と、
を備える装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
前記電子反射板が各々複数の電極を有する、装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置において、
前記電子反射板が各々ベース電極と、前記ベース電極を取り囲む側壁中の絶縁層によって分離された複数の積み重ねられた電極とを含む、装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置において、
第１の電圧がベース電極に印加されて第１反射モードを達成し、第２電圧が前記ベース電極に印加されて第２反射モードを達成する、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、
前記ベース電極が凹電極を含む、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
前記入射電子ビームが２電子ボルトより高いエネルギー広がりを有する、装置。
【請求項１４】
請求項８に記載の装置において、
前記反射した電子が、第１反射モードに構成された電子反射板を出る際に実質的に平行な軌道を有し、第２反射モードに構成された電子反射板を出る際に実質的に発散する軌道を有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して半導体製造および関連技術に関する。さらに詳細には、本発明は電子ビームリソグラフィに関する。
【０００２】
米国政府は、本発明における支払済みのライセンスを有し、防衛高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）によって与えられた契約番号第ＨＲ００１１−０７−９−０００７の項目によって提供される妥当な項目に基づいて、制限された条件で特許所有者に他者への許諾を要求する権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
当技術分野で良く理解されているように、リソグラフプロセスは、レジストの部分を選択的に除去して、エッチング、材料堆積、注入等による選択的工程のための下地領域を露出できるように、レジストのパターン形成露光を含む。従来のリソグラフプロセスは、レジストの選択的露光のために紫外線の形の電磁気エネルギーを用いる。電磁気エネルギー（Ｘ線を含む）の替わりとして、高解像リソグラフレジスト露光のために荷電粒子ビームが用いられた。詳細には、電子の小さな質量が比較的低パワーと比較的高速で比較的正確な制御を可能にするので、電子ビームが用いられた。電子ビームリソグラフシステムは、電子ビーム直接描画（ＥＢＤＷ）リソグラフィシステムおよび電子ビーム投影リソグラフィシステムに分類することができる。
【０００４】
ＥＢＤＷリソグラフィにおいて、基板は合焦した電子ビームによって逐次的に露光され、ビームは試料全体を線の形で走査して、対応するビームを消去することによって所望の設計構造が対象物に書き込まれるか、または、ベクトル走査法のように、合焦した電子ビームは露光すべき領域に案内される。ビームスポットはダイアフラムによって成形することができる。ＥＢＤＷは、回路ジオメトリをコンピュータに記憶し、選択的に変化させることができるので、順応性の高さが特徴である。さらに、電子−光学像形成システムで小さな直径を有する電子焦点を得ることができるので、電子ビーム描画によって非常に高い解像度を得ることができる。しかし、逐次的な点による書き込みであるため、工程に非常に時間がかかることは欠点である。したがって、ＥＢＤＷは現在、主として投影リソグラフィに必要なマスクの製造に用いられる。
【０００５】
電子ビーム投影リソグラフィにおいて、光学リソグラフィと同様にマスクの大部分は同時に照明され、投影光学系によってウェーハ上に縮小尺度で像形成される。電子ビーム投影リソグラフィにおいて、全ての領域が同時に像形成されるので、得ることのできる処理量は電子ビーム描画に比べて顕著に大きくすることができる。従来の電子ビーム投影リソグラフィシステムの欠点は、露光される各構造について対応するマスクが必要なことを含む。マスク製造に伴うコストが高いので、少量の顧客特定回路の調製は経済的ではない。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態は電子反射板のアレイから電子を制御可能に反射する方法に関する。入射電子ビームは電子源から形成され、入射ビームは電子反射板のアレイに導かれる。第１の複数の反射板は、反射板を出る反射した電子が合焦したビームを形成する第１反射モードで反射するように構成される。第２の複数の反射板は、反射板を出る反射した電子がデフォーカスした第２反射モードで電子を反射するように構成される。
【０００７】
他の実施形態は、反射電子ビームリソグラフィのためのダイナミックパターン生成機の装置に関する。装置はアレイ状の複数の電子反射板を含む。制御回路は、反射板を出る反射した電子が合焦したビームを形成するように、第１反射モードで電子を反射する第１の複数の反射板を構成するために提供され、反射板を出る反射した電子がデフォーカスするように、第２反射モードで電子を反射する第２の複数の反射板を構成するために構成される。
【０００８】
他の実施形態、態様、および特徴も開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のダイナミックパターン生成機の基本動作を示す図である。
【図２】従来のダイナミックパターン生成機のピクセルと本発明の一実施形態による新規なダイナミックパターン生成機のピクセルの間の実質的な動作の相違を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるダイナミックパターン生成機のピクセルのための切り換え可能な複数電極電子反射板を示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるダイナミックパターン生成機の一部を上から下へ見た断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による平坦ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の第１動作モードにおける入射および反射電子線を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による平坦ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の第２動作モードにおける入射および反射電子線を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による平坦ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の三次元設計を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による平坦ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板から電子が反射する際に、点源からの電子の軌道を描いた電子線を辿る図である。
【図７】本発明の代替の実施形態によるダイナミックパターン生成機のピクセルのための切り換え可能な複数電極電子反射板の断面図である。
【図８】本発明の代替の実施形態による凹ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の三次元設計を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による凹ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板から電子が反射する際に、点源からの電子の軌道を描いた電子線を辿る図である。
【図１０】３つの複数電極電子反射板設計について、ピクセル収率対エネルギー広がりのグラフを示す図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による凹ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の第１動作モードにおける入射および反射電子線を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による凹ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の第２動作モードにおける入射および反射電子線を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるマスクレス反射電子ビーム投影リソグラフィシステムの概要図である。
【図１３】本発明の一実施形態による部品をさらに示すマスクレス反射電子ビーム投影リソグラフィシステムの概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は従来のダイナミックパターン生成機の基本動作を示す図である。図１（Ａ）はピクセル列（または行）を示すＤＰＧ基板１０２の断面を示す。各ピクセルは導電性領域１０４を含む。制御された電圧レベルが各ピクセルに印加される。図１（Ａ）に示した例において、４つのピクセル１０４は「オン」（反射モード）であり、接地（そこには０ボルトが印加される）され、１つのピクセル（１０４ｘと表示される導電性領域を有する）は「オフ」（吸収モード）であり、そこに印加された正の電圧（１ボルト）を有する。特定の電圧はシステムのパラメータによって変化するであろう。得られる局部等電位線１０６が示され、「オフ」ピクセルに関する歪１０６ｘが示される。この例において、ＤＰＧ１１２に近づく入射電子１０８は、各「オン」ピクセルの前で停止し反射されるが、入射電子１０８ｘは「オフ」ピクセルによって引っ張られ吸収される。得られる反射した電流（任意の単位）は図１（Ｂ）に示される。図１（Ｂ）に示されているように、反射した電流は「オフ」ピクセルでは「０」であり、「オン」ピクセルでは「１」である。
【００１１】
図２は従来のダイナミックパターン生成機のピクセルと本発明の一実施形態による新しいダイナミックパターン生成機のピクセルの間の動作の大きな相違を示す図である。示されているように、各ピクセルについてＯＮ状態とＯＦＦ状態の２つの状態がある。図１に示したように、従来のＤＰＧについて、ピクセルはＯＮ状態で電子を反射し、ＯＦＦ状態で電子を吸収する（逆も真なり）。
【００１２】
対照的に、本発明の一実施形態による新規なＤＰＧについては、ピクセルはＯＮおよびＯＦＦ状態の両方で電子を反射する。入射電子はＯＮおよびＯＦＦ状態の両方で反射されるが、反射モードはＯＮとＯＦＦ状態の間で異なる。示したように、ピクセルはＯＮ状態において「モードＡ」で電子を反射することができ、ＯＦＦ状態において「モードＢ」で電子を反射することができる（逆も真なり）。さらに下で説明するように、例えば、電子はモードＡにおいて合焦した状態で、または平行に、反射することができ、モードＢにおいてデフォーカス状態で、または発散して反射することができる。
【００１３】
図３Ａは本発明の一実施形態によるダイナミックパターン生成機のピクセルについての切り換え可能な複数電極電子反射板の断面図である。図３Ａに示した電子反射板構造は、本発明の一実施形態による、電子を収集、合焦（またはデフォーカス）、および抽出するように構成された複数に積み重ねられた電極を含む。
【００１４】
示したように、各ウェル（カップ）開口部３０２を取り囲む側壁は、絶縁層３１０によって分離された複数の導電性層または電極（例えば、３１１、３１２、３１３、３１４）の積み重ねを含む。さらに、各ウェルは各ウェルの底部にベース電極３２０を含む。積み重ねられた電極ウェル構造は（基板上の酸化物層を備える）シリコン基板上に作ることができる。
【００１５】
図３Ａに示すように、好ましい実施形態はウェル構造中にベース電極と４つの積み重ねた電極（合計５つの電極）を含むことができる。他の実施形態はウェル構造中に合計３〜１０個の電極を含むことができる（すなわち、ベース電極および２〜９個の積み重ね電極）。各積み重ね電極層は、実際に、シリコン基板上に作られたマイクロレンズのアレイである。
【００１６】
図３Ａに示した特定の実装例は以下でさらに説明する。他の特定の寸法および電圧は、実装される特定のシステムに応じて、他の実装例を用いることができる。図３Ａに示したように、各ウェルは断面約１．４ミクロンとすることができる。
【００１７】
一つの実装例において電極に印加される電圧は以下のようにすることができる。
【００１８】
「頂部」導電性層（電極１）３１１は例えば＋３ボルトの印加電圧を有することができる。最上部導電性電極に印加されたこの比較的弱い正の電圧は、流入する電流から絶縁材を遮蔽し、低いエネルギーで流入する電子を最も近いウェルの内部に向かって偏向する。
【００１９】
「上部」導電性積み重ね層（電極２）３１２（「頂部」導電性積み重ね層の約１ミクロン下）は、例えば、＋８．１ボルトの印加電圧を有することができる。この比較的強い正の電圧は、流入する電子をウェルの中に引っ張ることによって合焦させ、それらをウェルの外へ引っ張ることによって反射した電子を引き出すことの両方のために、この電極（これは最上部電極の直下にある）に印加される。
【００２０】
「中間」導電性積み重ね層（電極３）３１３（「上部」導電性積み重ね層の約１ミクロン下）、および「下部」導電性積み重ね層（電極４）３１４（「中間」導電性積み重ね層の約１ミクロン下）は、それぞれ＋６．９ボルト〜＋２．２ボルトの印加電圧を有することができる。積層中のこれらの２つの電極に印加された電圧は、電子を合焦させるのに用いることができる。
【００２１】
最終的に、ベース電極３２０は、２つの異なる反射モード（モードＡおよびモードＢ）を達成するために２つの電圧レベルの間で切り替えられる印加電圧を有することができる。例えば、モードＡ（ＯＮ状態の反射モード）を達成するために負の１．３ボルト（−１．３Ｖ）の電圧をベース電極に印加することができ、モードＢ（ＯＦＦ状態の反射モード）を達成するために正の０．２ボルト（＋０．２Ｖ）の電圧をベース電極に印加することができる。
【００２２】
モードＡにおいて、反射電子−光学系の焦点長さは無限遠であるかそれに近い。これによってビームの大部分が投影電子−光学系の瞳開口を通過するように合焦する反射ビームを得る。対照的に、モードＢにおいて、反射電子−光学系の焦点長さは焦点がウェル構造内にある。これは反射した電子ビームの分散またはデフォーカスを形成し、ビームの非常に少ない部分だけが投影電子−光学系の瞳開口部を通過することが可能である。
【００２３】
電極に印加された上記例の電圧は例示の目的のために提供されることに留意されたい。実際のシステムに印加される電圧は実装例に応じて変動する。例えば、上記実装例において、ベース電極上の電圧はモードＡからモードＢに行くために１．５Ｖ上昇するが、他の実装例において、ベース電極上の電圧を１．５Ｖ低下させることによってモードＡからモードＢに行くことができる。
【００２４】
図３Ｂは本発明の一実施形態によるダイナミックパターン生成機の一部を上から下へ見た図である。示されているように、この実施形態は矩形格子中の丸い形状であるウェル開口部または空洞３０２を含む。例えば、ウェル開口部は直径１．４ミクロンとすることができ、矩形格子のピッチは直径１．５ミクロンとすることができる。図３Ａに関して上で論じたように、隙間領域３５０はウェルの側壁を含み、金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属−絶縁体積み重ね（四極管または４電極レンズ）に形成することができ、各ウェル３０２の底部はベース電極を含むことができる。各ベース電極に印加される電圧はＯＮおよびＯＦＦ反射状態を達成するために個別に制御可能である。
【００２５】
図４Ａは本発明の一実施形態による平坦なベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の動作の第１モードにおける入射および反射した電子線を示す概要図である。この動作モードは上では反射モードＡと呼ばれる。複数電極ウェル内の入射電子線４０２は図の左側に示され、複数電極ウェル内の反射電子線４０４は図の右側に示される。示されているように、このモードにおいて、ウェル４０３の入口で平行な入射電子線４０２について、反射電子線４０４はウェル４０５の出口で実質的に平行である。
【００２６】
図４Ｂは、本発明の一実施形態による平坦なベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の動作の第２のモードにおける入射および反射した電子線を示す概要図である。この動作モードは上では反射モードＢと呼ばれる。複数電極ウェル内の入射電子線４０２は図の左側に示され、複数電極ウェル内の反射電子線４０６は図の右側に示される。示されているように、このモードにおいて、ウェル４０３の入口で平行な入射電子線４０２について、反射電子線４０６はウェル４０７の出口で実質的に分散する。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、モードＡにおける反射した電子線４０４の実質的に大部分が投影電子−光学系の瞳開口を通過し、パターン形成されるウェーハ上に衝突する。他方、モードＢにおけるこれらの反射した電子線４０６の非常に少ない部分だけが投影電子−光学系の瞳開口を通過し、パターン形成されるウェーハの上に衝突する。図４Ａおよび４Ｂにおいて、入射電子は、例えば１電子ボルト未満の（＜１．０ｅＶ）比較的小さなエネルギーの広がりを有することが考えられる。この場合、入射電子中に広がる実質的に大きなエネルギーは、その軌道が大きな角度の広がりを有する反射した電子線をもたらし、したがって、モードＡにおける反射した電子線４０４の実質的に小さな部分が投影電子−光学系の瞳開口を通過するであろう。
【００２８】
図５は本発明の一実施形態による平坦なベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の三次元（３Ｄ）設計である。３Ｄ設計は平坦なベース電極３２０および４個の積み重ねられた電極（電極１（３１１）、電極２（３１２）、電極３（３１３）、電極３１４）を示す。
【００２９】
図６は、本発明の一実施形態による平坦ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板から電子が反射する際に、点源からの電子の軌道を描いた電子線を辿る図である。図の左側に示されるのは、電子が複数電極電子反射板から反射される際の点源６０２からの電子の軌道である。図の線は、電子が点源６０２を離れ、頂部３１１、上部３１２、中間３１３、および下部３１４電極を通過し、ベース（底部）電極３２０によって反射される際の電子軌道を示す。
【００３０】
図の右側に示されるのは左側の仮想の鏡像である。第１の線６０４および第２の線６０６の近軸の反射径路は、左側が流入する線を表し、右側が反射した線を表すように折り曲げられなかった。ＰとＰ’の間の領域はマイクロ静電気ミラー（ベース電極３２０）に近い領域を表す。示されているように、第１線６０４および第２線６０６はＰとＰ’の間の領域で平行に保たれるが、それらは領域の外側で非対称になる（６１０参照）。２つの線が出口で近軸でないことは実質的な色収差の発生を示す。それらの収差は、平坦なベース電極を備える電子反射板を限られたエネルギー広がりのビームに使用することを制限し（ひどい収差を避けるために）、したがって、ビーム流を制限しシステムの処理量を低下させる。
【００３１】
図７は、本発明の代替の実施形態によるダイナミックパターン生成機のピクセルについての切り換え可能な複数電極電子反射板の断面図である。図７に示した反射板は図３Ａに示した反射板と類似している。２つの間の相違は、図７の反射板におけるベース電極７２０が凹であるが、図３Ａの反射板は平坦なことである。
【００３２】
一実施形態において、凹ベース電極を備える反射板のための電極に印加される電圧は以下の通りである。電極１（３１１）には＋５ボルト、電極２（３１２）には＋１３．２ボルト、電極３（３１３）には＋１８．２ボルト、電極４（３１４）には＋０．４ボルトである。凹ベース電極７２０については、モードＡについて負の５．２ボルト（−５．２Ｖ）を印加することができ、モードＢについて負の３．７ボルト（−３．７Ｖ）を印加することができる。
【００３３】
上記例の電極への印加電圧は例示の目的のためにのみ提供されることに留意されたい。実際のシステムに印加される電圧は実装例によって変動する。例えば、上記実装例において、ベース電極上の電圧はモードＡからモードＢに行くために１．５Ｖ上昇するが、他の実装例において、ベース電極上の電圧を１．５Ｖ低下することによってモードＡからモードＢに行くことができる。
【００３４】
図８は、本発明の代替の実施形態による凹ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の三次元（３Ｄ）設計を示す図である。３Ｄ設計は凹ベース電極７２０および４個の積み重ねられた電極（電極１（３１１）、電極２（３１２）、電極３（３１３）、電極３１４）を示す。
【００３５】
図９は、本発明の一実施形態による凹ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板から電子が反射する際に、点源からの電子の軌道を描いた電子線を辿る図である。図６と同様に、図の左側に示されるのは、電子が複数電極電子反射板から反射される際の点源６０２からの電子の軌道である。図の線は、電子が点源６０２を離れ、頂部３１１、上部３１２、中間３１３、および下部３１４電極を通過し、ベース（底部）電極７２０によって反射される際の電子軌道を示す。この実施形態において、ベース電極７２０は凹電極である。
【００３６】
図の右側に示されるのは左側の仮想鏡像である。第１の線９０４および第２の線９０６の近軸の反射径路は、左側が流入する線を表し、右側が反射した線を表すように折り曲げられなかった。ＰとＰ’の間の領域はマイクロ静電気ミラー（ベース電極７２０）に近い領域を表す。この場合、ベース電極７２０の凹形状は、図示された収束レンズを効率的に加える（ベース電極３２０に比べて）。電子線軌道は第１線９０４および第２線９０６がウェルを出る時平行であることを示す（９１０参照）。これは凹ベース電極７２０と頂部電極３１１の合焦作用がその間の発散効果を打ち消すからである（他の電極の組み合わせ効果による）。２つの線が出口で近軸であることは実質的な色収差がないことを示す。この収差のなさは、より広いエネルギーの広がりでビームを使用することを可能にし、それによって増加したビームの流れとより高いシステムの処理量を可能にする。
【００３７】
図１０は、平坦なベース電極を備える第１設計、凹（湾曲した）ベース電極および積み重ねられた電極の間の厚さ１ミクロンの絶縁体（誘電体）層を備える第２設計、および凹（湾曲した）ベース電極および積み重ねられた電極の間の厚さ０．５ミクロンの絶縁体（誘電体）層を備える第３設計の３つの複数電極電子反射板設計についてのピクセル収率対エネルギー広がりのグラフである。ピクセル収率はシミュレーションから得られる。
【００３８】
示したように、入射ビームのエネルギー広がりが１．０電子ボルト（ｅＶ）未満であるとき、ピクセル収率は各設計について５０％〜６０％である。エネルギーの広がりが大きくなると、ピクセル収率は、平坦なベース電極を備える第１設計よりも凹ベース電極を備える第２および第３設計が実質的に高く維持される。したがって、エネルギーの広がりが２．０ｅＶ以上であるとき、ピクセル収率は凹ベース電極を備える設計が１０％高い。
【００３９】
この有利な高いピクセル収率は、本明細書に開示される凹ベース電極を備える複数電極反射板による無限遠焦点で色収差のないリレーマイクロレンズによるものと思われる。無限遠焦点状態はシステムの開口数を超えないために有利である。このマイクロ装置のオン／オフ切り換えは、オン状態を得る無限遠焦点状態を形成し、オフ状態を得る無限遠状態を破ることによって得られる。
【００４０】
図１１Ａは、本発明の一実施形態による凹ベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の第１動作モードにおける入射および反射電子線を示す図である。この動作モードは上で反射モードＡと呼ばれる。複数電極ウェル内部の入射電子線１１０２は図の左側に示され、同じ複数電極ウェル内部の反射電子線１１０４は図の右側に示される。示されているように、このモードにおいて、ウェル入口１１０３で平行な入射電子線１１０２について、反射電子線１１０４もウェルの出口１１０５で実質的に平行である。
【００４１】
図１１Ｂは、本発明の一実施形態による平坦なベース電極を備える切り換え可能な複数電極電子反射板の第２動作モードにおける入射および反射電子線を示す図である。この動作モードは上で反射モードＢと呼ばれる。複数電極ウェル内部の入射電子線１１０２は図の左側に示され、同じ複数電極ウェル内部の反射電子線１１０６は図の右側に示される。示されているように、このモードにおいて、ウェル入口１１０３で平行な入射電子線１１０２について、反射電子線１１０６もウェルの出口１１０７で実質的に発散している。
【００４２】
図１１Ａおよび１１Ｂにおいて、入射電子は、例えば、２電子ボルト超（＞２．０ｅＶ）の比較的大きな広がりを有するものと考えられる。有利なことに、入射電子における実質的に大きなエネルギー広がりにもかかわらず、反射板はモードＡ／Ｂを用いるオン／オフ切り換えとして有効に動作する。これは反射板の色収差を低減する凹ベース電極７２０によるものである。したがって、大きなエネルギー広がりにもかかわらず、モードＡにおける反射した電子線１１０４の大部分は投影電子−光学系の瞳開口を通過し、パターン形成されるウェーハ上に衝突する。他方、モードＢにおいて、これらの反射した電子線１１０６の非常に小さな部分だけが投影電子−光学系の瞳開口を通過しパターン形成されるウェーハ上に衝突する。
【００４３】
図１２は本発明の一実施形態によるマスクレス反射電子ビーム投影リソグラフィシステム１２００の概要図である。名称は反射電子ビームリソグラフィまたはＲＥＢＬシステムと略称することができる。図１２に描いたように、システム１２００は電子源１２０２、照明電子光学系１２０４、分離器１２０６、対物電子レンズ１２１０、ダイナミックパターン生成機（ＤＰＧ）１２１２、投影電子―光学系１２１４、およびリソグラフィでパターン形成されるウェーハまたは他の目標物を保持する台１２１６を含む。本発明の一実施形態によれば、システム１２００のさまざまな部品を以下のように実装することができる。
【００４４】
電子源１２０２は大面積上に低輝度で大電流（固定角度当たり単位面積当たり電流）を供給するように実装することができる。大電流は高い処理量速度を得るためである。源１２０２の材料は、約１０4または１０5Ａ／ｃｍ2ｓｒ（ｃｍ2ステラジアン当たりのアンペア）を提供できるのが好ましい。一実装形態は、従来の電子エミッタＬａＢ6を用い、これは典型的に源材料として約１０6Ａ／ｃｍ2ｓｒの輝度能力を有する。他の実施形態はタングステンディスペンサエミッタを用い、これは源材料として５０キロボルトで動作する時、典型的に１０5Ａ／ｃｍ2ｓｒの輝度能力を有する。他の可能なエミッタ実装例はタングステンショットキーカソード、または加熱された耐火金属ディスク（すなわちＴａ）を含む。
【００４５】
さらに、電子源１２０２は低エネルギー広がりを有するように実装することができる。ＲＥＢＬシステム１２００は、その折り返し点（それがＤＰＧ１２１２上で反射する距離）が、例えば、約１００ナノメートル以内に比較的一定であるように、好ましくは電子のエネルギーを制御すべきである。折り返し点を約１００ナノメートル以内に保つために、電子源１２０２はエネルギーの広がりが０．５電子ボルト（ｅＶ）を超えないことが好ましい。ＬａＢ6エミッタは、典型的に１〜２ｅＶのエネルギーの広がりを有し、タングステンディスペンサエミッタは典型的に０．２〜０．５ｅＶのエネルギー広がりを有する。本発明の一実施形態によれば、源１２０２は、その通常の動作温度より数百℃低い温度で動作され、放出された電子のエネルギー広がりを低減するＬａＢ6源またはタングステン・ショットキーエミッタを含む。しかし、より冷たい動作温度は、例えば、源表面に固着する不純物によって源１２０２を不安定にし、それによってその信頼性と安定性を損なう。したがって、源材料は不純物が表面に移動して放出を閉塞しないような材料を選択するのが好ましい。さらに、システムの真空は不純物の問題を克服するためにより強くすることができる。従来のリソグラフィシステムは１０-6Ｔｏｒｒの真空で動作する。ＬａＢ6源を有する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は典型的に１０-7Ｔｏｒｒで動作する。ショットキーエミッタを有するＳＥＭは典型的にガン領域で１０-9Ｔｏｒｒまたはそれ以上で動作する。一実施形態によれば、ＲＥＢＬはガン領域の真空が１０-9Ｔｏｒｒ以下で動作して源１２０２の安定性を保護する。
【００４６】
照明電子−光学系１２０４は源１２０２からの電子を受け取り、平行にするように構成される。照明光学系１２０４はパターン生成機構造１２１２を照明する電流を設定し、したがって、基板を露光するのに用いられる電子ドーズ量を決定することを可能にする。照明光学系１２０４は、源１２０２からの電子を合焦するように構成された磁気および／または静電気レンズの配置を含むことができる。レンズ配置の特定の詳細は装置の特定のパラメータに依存し、当業者によって決定することができる。
【００４７】
分離器１２０６は照明光学系１２０４から入射ビーム１２０５を受け取るように構成することができる。一実装例において、分離器１２０６は磁気プリズムを含む。入射ビームがプリズムの磁場を横切るとき、磁場の強度に比例した力がその軌道に垂直な方向（すなわち、その速度ベクトルに垂直な方向）に電子に作用する。詳細には、入射ビーム１２０５の軌道は対物レンズ１２１０およびダイナミックパターン生成機１２１２に向かって曲げられる。一実施形態において、磁気プリズムは、例えば、「電子ビーム検査および欠陥調査のためのプリズムアレイ」の名称のマリオン・マンコス（Ｍａｒｉｏｎ  Ｍａｎｋｏｓ）の米国特許第６，８７８，９３７号に開示されたように、スティグマチックな合焦を提供するように不均一な磁場で構成することができる。
【００４８】
照明および投影副システムには分離器１２０６下部の対物光学系の電子−光学系部品が一般的である。対物光学系は対物レンズ１２１０および１つ以上の移動レンズ（図示されない）を含むように構成することができる。対物光学系は分離器１２０６からの入射ビームを受け取って減速させ、それがＤＰＧ１２１２に近づくと入射電子を合焦させる。対物光学系は、浸液カソードレンズとして（ガン１２０２、照明光学系１２０４、および分離器１２０６と協働して）構成され、ＤＰＧ１２１２の面上の大面積の平面上に均一な電流密度（すなわち、比較的均一な大量のビーム）を効率的に送達するのに用いられるのが好ましい。特定の一実装例において、投影レンズ１２１０は５０キロボルトのシステム動作電圧で動作するように実施することができる。他の実施例において、他の動作電圧を用いることができる。
【００４９】
ダイナミックパターン生成機１２１２はピクセルのアレイを含む。各ピクセルは、その電圧が制御可能に印加される複数電極電子反射板を含むことができる。
【００５０】
対物レンズ１２１０の抽出部分はＤＰＧ１２１２の前に抽出場を提供する。第１反射モード１２１３で反射した電子がＤＰＧ１２１２を離れると、対物光学系は反射した電子１２１３を分離器１２０６を通りその第２径路に向かって加速するように構成される。分離器１２０６は移動レンズ１２０８から反射した電子１２１３を受け取り、反射した電子の軌道を投影光学系１２１４に向かって曲げるように構成される。
【００５１】
投影電子−光学系１２１４は分離器１２０６とウェーハ台１２１６の間にある。投影光学系１２１４は、ウェーハ上のフォトレジスト上または他の目標に電子ビームを合焦および縮小するように構成される。縮小は、例えば、１ｘ〜２０ｘ縮小（すなわち、１ｘ〜０．０５ｘの拡大）することができる。投影光学系１２１４によるにじみおよび歪はピクセルサイズの分数であるのが好ましい。一実装例において、ピクセルサイズは、例えば、２２．５ナノメートル（ｎｍ）とすることができる。その場合、投影光学系１２１４は１０〜２０ｎｍ未満の収差および歪を有するのが好ましい。
【００５２】
ウェーハ台１２１６は目標ウェーハを保持する。一実施形態において、台１２１６はリソグラフィ投影の間静止している。他の実施形態において、台１２１６はリソグラフィ投影の間、直線状に動く。台１２１６が動く場合、投影されたパターンがウェーハの動きに対応して動くようにＤＰＧ１２１２上のパターンを動的に調節して動きを補償することができる。他の実施形態において、ＲＥＢＬシステム１２００は半導体ウェーハ以外に他の目標に用いることができる。例えば、システム１２００はレチクルに用いることができる。レチクル製造工程は単一の集積回路層が製造される工程に類似している。
【００５３】
図１３は本発明の一実施形態によるさらに他の部品を示すマスクレス反射電子ビーム投影リソグラフィシステム１３００の概要図である。示された追加の部品は、高電圧源１３０２、平行データ路１３０４、干渉計１３０６、高さセンサー１３０８、フィードバック回路１３１０、およびビーム偏向器１３１２を含む。
【００５４】
高電圧源１３０２は、源１２０２およびＤＰＧ１２１２に高電圧を提供するものとして示される。提供された電圧は、例えば、５０キロボルトとすることができる。平行なデータ路１３０４は、ＤＰＧ１２１２に各ピクセルの電圧を制御する（それが第１反射モードまたは第２反射モードで電子を反射するように）制御信号を運ぶように構成される。
【００５５】
一実施形態において、シフトレジスタを通って動く信号の進路と実質的に同じで、かつウェーハの直線状の動きに一致する速度でパターンがＤＰＧピクセルアレイを横断して電気的に動くように、制御信号は調節される。この実施形態において、ウェーハ上の各露光点は、ＤＰＧピクセルの列（または行）全体から、第１反射モードで反射した電子を時間積分で受け取ることができる。この実施形態の一実装例において、ＤＰＧ１２１２は静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）回路に類似するように構成することができる。
【００５６】
他の実施形態において、制御信号はＤＰＧ１２１２が一時に１つの完全なフレームを露光する。この実施形態において、ＤＰＧ１２１２上の各ピクセルはウェーハ上の対応するピクセルを露光する。ＤＰＧ１２１２上のパターンは各フレームの露光中一定に保たれる。この実施形態の一実装例において、ＤＰＧ１２１２はダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）回路に類似するように構成される。
【００５７】
電子ビームの位置とウェーハ上の目標の間を緊密に結合し位置のフィードバックを提供する干渉計１３０６を含むことができる。一実施形態において、光学ビームは台上のミラーを反射して離れる。得られる干渉パターンは個々のビーム路の差に依存し、台とウェーハの位置の正確な測定を可能にする。縦の位置情報は高さセンサー１３０８によって提供することができる。位置情報は、制御ビーム偏向板１３１２を制御するようにフィードバック回路１３１０を経由してフィードバックすることができる。偏向板１３１２は、ウェーハの振動と位置移動を補償するために投影されたビームを偏向するように構成される。
【００５８】
図１２および１３は、本発明の一実施形態を実装することのできる例示的システムを描くが、本発明の実施形態は他のシステムでも同様に実装することができる。例えば、本発明の一実施形態は、磁気プリズム分離器ではなく、ウィーンフィルタで構成されるシステム内で実装することができる。それらの実施形態において、入射電子ビームはウィーンフィルタを通ってＤＰＧに真直ぐ進み、ＤＰＧから合焦して反射されるビームの一部はウィーンフィルタによって所定角度に偏向され、目標基板上に衝突するであろう。他の実施形態において、開示された複数電極電子反射板は、電子ビームリソグラフィ装置以外の装置内部に構成することができる。
【００５９】
上で説明した図は必ずしも厳密な尺度をもたず、例示を意図しており、特定の実装例に制限するものではない。上の説明において、多くの特定の詳細は本発明の実施形態の完全な理解を提供するために与えられる。しかし、例示された本発明の実施形態の上の説明は排他的ではなく、または、開示された正確な形に本発明を制限するものではない。当業者であれば、本発明が１つ以上の特定の詳細を用いることなく、または他の方法、部品等で実施できることを理解するであろう。他の例において、周知の構造または動作は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために詳細に図示または説明されない。本明細書において、本発明の特定の実施形態および実施例が例示の目的のために説明されたが、当業者であれば理解するように、本発明の範囲内でさまざまな均等な修正が可能である。
【００６０】
これらの修正は上記の詳細な説明に照らして行うことができる。以下の請求項に用いられる用語は、本発明を本明細書および請求項に開示される特定の実施形態に制限するものと解釈すべきではない。本発明の範囲は以下の請求項によって決定され、これは確立された請求項解釈の原理によって解釈すべきものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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