(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧電子銃であって、
第１の開放端及び第２の開放端を有する絶縁性隔離子と、
前記絶縁性隔離子上の抵抗層であり、前記絶縁性隔離子の少なくとも内面上にある、抵抗層と、
前記絶縁性隔離子の前記第１の開放端に結合されるカソードホルダであり、そこから電子が放出されるカソードエミッタを保持する、カソードホルダと、
前記絶縁性隔離子の前記第２の開放端に結合され、前記放出された電子から形成された電子ビームがそれを通って出力される開口部を有する、アノードと、
前記カソードホルダと前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第１の制御電極と、
前記絶縁性隔離子を貫通して前記第１の制御電極に至る第１の電気接続部と、
前記第１の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第２の制御電極であり、前記第１の制御電極が前記第２の制御電極より小さく、前記第１の制御電極が前記第２の制御電極よりも前記電子ビームからより離れて位置し、前記第２の制御電極の内径が前記第１の制御電極の内径より小さい、第２の制御電極と、
前記絶縁性隔離子を貫通して前記第２の制御電極に至る第２の電気接続部と、
前記第２の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第３の制御電極であり、前記第２の制御電極が前記第３の制御電極より小さく、前記第２の制御電極が前記第３の制御電極よりも前記電子ビームからより離れて位置し、前記第３の制御電極の内径が前記第２の制御電極の内径より小さい、第３の制御電極と、
前記絶縁性隔離子を貫通して前記第３の制御電極に至る第３の電気接続部と、
を備える電子銃。
【請求項２】
前記電子ビームにおける電子が１０キロ電子ボルトから１メガ電子ボルトの範囲内の平均エネルギーを有するように、前記アノード及び前記カソードエミッタに電圧が印加される、請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
前記第３の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第４の制御電極であり、前記第４の制御電極が前記第３の制御電極より小さく、前記第４の制御電極が前記第３の制御電極よりも前記電子ビームからより離れて位置する、第４の制御電極と、
前記絶縁性隔離子を貫通して前記第４の制御電極に至る第４の電気接続部と、
をさらに備える、請求項１に記載の電子銃。
【請求項４】
前記絶縁性隔離子が円筒形であり、前記第１の開放端と前記第２の開放端がそれぞれ円形の端部を備える、請求項１に記載の電子銃。
【請求項５】
前記抵抗層が金属と金属酸化物の混合物を含む、請求項１に記載の電子銃。
【請求項６】
前記抵抗層が、その中に金属が拡散されたセラミックを含む、請求項１に記載の電子銃。
【請求項７】
前記抵抗層がダイヤモンド状炭素を含む、請求項１に記載の電子銃。
【請求項８】
前記抵抗層が帯電防止コーティングを含む、請求項１に記載の電子銃。
【請求項９】
前記抵抗層がシリコンクロメートを含む、請求項１に記載の電子銃。
【請求項１０】
前記抵抗層が、５ｎｍ〜１００ミクロンの範囲内の厚さ及び１０６〜１０１５Ω／ｓｑの範囲のシート抵抗を有する、請求項１に記載の電子銃。
【請求項１１】
電子銃の中で電子ビームを形成する方法であって、
カソードエミッタから、抵抗層で被覆される絶縁性隔離子を有する銃チャンバの中に、電子を放出することであり、前記銃チャンバは、前記絶縁性隔離子と、前記絶縁性隔離子の第１の端におけるカソードホルダと、前記絶縁性隔離子の第２の端におけるアノードと、複数の制御電極とによって形成され、
前記銃チャンバの中で電子ビームを形成することであり、前記複数の制御電極に制御電圧を付与して、前記カソードホルダと前記アノードの間で前記銃チャンバ内に前記電子ビームを合焦させることを含み、前記複数の制御電極が、前記カソードホルダと前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第１の制御電極と、前記第１の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第２の制御電極であり、前記第１の制御電極が前記第２の制御電極より小さく、前記第１の制御電極が、前記第２の制御電極より大きい内径を有すると共に、前記第２の制御電極よりも前記電子ビームからより離れて位置する、第２の制御電極と、前記第２の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第３の制御電極であり、前記第２の制御電極が前記第３の制御電極より小さく、前記第２の制御電極が、前記第３の制御電極より大きい内径を有すると共に、前記第３の制御電極よりも前記電子ビームからより離れて位置する、第３の制御電極とを含む、電子ビームを形成すること、及び
前記電子ビームを前記アノードの開口部の外に向けて加速すること、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記複数の制御電極は、前記第３の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第４の制御電極であり、前記第４の制御電極が前記第３の制御電極より小さく、前記第４の制御電極が前記第３の制御電極よりも前記電子ビームからより離れて位置する、第４の制御電極をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電子ビームリソグラフィのための装置であって、
入射電子ビームを放出する電子銃であり、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードの間に位置する、抵抗層で被覆された絶縁性隔離子とを有する電子銃と、
前記絶縁性隔離子の中に配置される複数の制御電極であり、
前記電子銃の前記カソードと前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第１の制御電極と、
前記第１の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第２の制御電極であり、前記第１の制御電極が前記第２の制御電極より小さく、前記第１の制御電極が、前記第２の制御電極より大きい内径を有すると共に、前記第２の制御電極よりも前記入射電子ビームからより離れて位置する、第２の制御電極と、
前記第２の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第３の制御電極であり、前記第２の制御電極が前記第３の制御電極より小さく、前記第２の制御電極が、前記第３の制御電極より大きい内径を有すると共に、前記第３の制御電極よりも前記入射電子ビームからより離れて位置する、第３の制御電極と、
前記絶縁性隔離子を貫通して前記第３の制御電極に至る第３の電気接続部とを備える複数の制御電極と、
前記絶縁性隔離子を貫通して前記複数の制御電極の各制御電極に至る電気接続部と、
前記入射電子ビームを照射され、パターン形成された電子ビームアレイを反射させる、パターン生成器アレイと、
前記パターン形成された電子ビームアレイを合焦及び縮小させるイメージングシステムと、
前記パターン形成された電子ビームアレイの下にターゲット基板を保持するためのステージと、
を備える装置。
【請求項１４】
前記入射電子ビームにおける電子が、１０キロ電子ボルトから１メガ電子ボルトの範囲内の平均エネルギーを有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の制御電極が、前記第３の制御電極と前記アノードの間で前記絶縁性隔離子内に配置される第４の制御電極であり、前記第４の制御電極が前記第３の制御電極より小さく、前記第４の制御電極が前記第３の制御電極よりも前記入射電子ビームからより離れて位置する、第４の制御電極をさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｇｕｎ」と題する２０１１年１１月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／５６４，７４０号の利益を主張するものである。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、ＤＡＲＰＡから受託した契約番号ＨＲ００１１−０７−９−０００７の下で、米国政府支援でなされたものである。政府は本発明における一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、高電圧電子銃及び高電圧電子銃を用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
高電圧電子銃は、種々の分野で、（半導体マスクの製造等に用いられる場合の）例えば電子ビームリソグラフィにおける電子源として知られており、また、走査型電子顕微鏡、集積回路の電子ビームテスト、及び半導体産業で用いられる線幅計測機器における電子源としてもよく知られている。こうした銃はまた、半導体産業以外、例えば、一般に走査型電子顕微鏡での用途も有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ソビエト連邦特許出願公開第１５０１８２９  Ａ１号公報
【特許文献２】ロシア連邦特許第２２６９１８１  Ｃ２号公報
【特許文献３】ロシア連邦特許第２２０６１８７  Ｃ１号公報
【特許文献４】米国特許第５８５４８２２  Ａ号明細書
【特許文献５】米国特許第３８４２４９５  Ａ号明細書
【特許文献６】米国特許第６５３３９６３  Ｂ１号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第１９９８３５５  Ａ３号明細書
【特許文献８】欧州特許出願公開第１９８６０５１  Ａ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高電圧電子銃を改善することが非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態は、抵抗層を有する絶縁性隔離子（insulator stand-off）を含む高電圧電子銃に関する。抵抗層は、絶縁性隔離子の少なくとも内面上にある。絶縁性隔離子の一方の端にカソードホルダが結合され、他方の端にアノードが結合される。抵抗層は、絶縁性隔離子に関する表面絶縁破壊強度（surface breakdown field strength）を有利に増加させ、ゆえに高電圧電子銃の小型設計を可能にする。
【０００８】
別の実施形態は、電子銃の中で電子ビームを形成する方法に関する。電子が、カソードエミッタから、その表面上に抵抗層を含む絶縁性隔離子を有する銃チャンバの中に放出される。銃チャンバは、絶縁性隔離子、絶縁性隔離子の第１の端におけるカソードホルダ、及び絶縁性隔離子の第２の端におけるアノードによって形成される。銃チャンバの中で電子ビームが形成され、電子ビームがアノードの開口部の外に向かって加速される。
【０００９】
別の実施形態は、電子ビームリソグラフィのための装置に関する。装置は、その表面上に抵抗層を備えた絶縁性隔離子を有する電子銃を含む。装置は、パターン生成器アレイ、イメージングシステム、及びターゲット基板を保持するためのステージをさらに含む。パターン生成器アレイに入射電子ビームが照射され、パターン形成された電子ビームアレイが反射する。イメージングシステムが、パターン形成された電子ビームアレイを合焦及び縮小し、ステージが、ターゲット基板をパターン形成された電子ビームアレイの下に保持する。
【００１０】
他の実施形態、態様、及び特徴も開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る高電圧小型電子銃の概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る１つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃の概略的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る２つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃の概略的な断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る３つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃の概略的な断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る４つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃の概略的な断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る反射型電子ビームリソグラフィ装置の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面は必ずしも縮尺で描かれておらず、本発明の明確な説明を提供する目的で本発明の実施形態を例証することを意図されていることに留意されたい。
【００１３】
従来の高電圧電子銃は、アルミナセラミックなどの高電圧絶縁体を用いていることがある。アルミナセラミックは、隔離子の表面にわたる１ｋＶ／ｍｍの最大電界を有する。したがって、５０ｋＶで動作する銃では、電気絶縁部の最小サイズは５０ｍｍとなるであろう。同様に、１００ｋＶで動作する銃では、電気絶縁部の最小サイズは１００ｍｍとなるであろう。これらの最小サイズは比較的長く、結果的に電子ビーム装置内の比較的長い照射経路長をもたらす。
【００１４】
長い照射経路長は、入射電子ビームの電子間のクーロン相互作用が増加するため一般に望ましくない。現在開示される発明の１つの目的は、照射経路長を短縮し、それにより入射電子ビームの電子間のクーロン相互作用を減少させるのに用いられ得る小型電子銃を提供することである。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る高電圧小型電子銃１００の概略的な断面図である。電子銃は、カソードエミッタ１０３を保持するカソードホルダ１０２、開口部１０５を有するアノード１０４、及び抵抗層１０７を有する絶縁体１０６を含む。（抵抗層１０７は、一般に比較的薄い層であり、見やすくするために図面では誇張された厚さで図示されていることに留意されたい。）
【００１６】
絶縁体１０６は、カソードホルダ１０２が取り付けられる第１の端と、アノード１０４が取り付けられる第２の端を有する。したがって、絶縁体１０６と、カソードホルダ１０２と、アノード１０４は、小さい真空チャンバ（銃チャンバ）１１０を共に形成する。
【００１７】
例示的な実施形態では、絶縁体１０６は、２つの円形端部を備える形態の円筒形であってもよく、アノード１０４は、その中央に開口部１０５を備える円形ディスクを構成してもよい。他の形状を用いることも可能である。抵抗層１０７が絶縁体１０６の少なくとも内面を覆ってもよい。一実装では、抵抗層１０７は絶縁体１０６のすべての表面を覆う。
【００１８】
アノード１０４とカソードエミッタ１０３との間の電圧差は、アノード１０４がカソード１０２に対して高い正電圧であるように維持される。例えば、カソードエミッタ１０３に高い負電圧が印加されてもよく、一方、アノード１０４は接地されていてよい。アノード１０４とカソード１０２との間の電圧差は、電子ビームが１０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）から１０メガ電子ボルト（ＭｅＶ）の範囲内のエネルギーを有するように、１０キロボルト（ｋＶ）から１０メガボルト（ＭＶ）の範囲内であってもよい。
【００１９】
上記の電圧差に起因して、カソードエミッタ１０３から電子が引き出され、アノード１０４の方に加速される。引き出された電子は、チャンバ１１０の中に閉じ込められ、合焦され、アノード１０４の開口部１０５から電子ビームとして出力される。
【００２０】
カソードエミッタ１０３は、例えば、フォーゲルマウント上にマウントされる炭化ハフニウム（ＨｆＣ）エミッタであってもよい。他のタイプのカソードエミッタが用いられてもよい。アノード１０４は、例えば、モリブデン、チタン、タングステン、又は合金材料などの耐火金属で作製されてもよい。絶縁体１０６は、高電圧絶縁体に適する材料で作製されてもよい。例えば、アルミナセラミックなどの導電性セラミックが用いられてもよい。
【００２１】
絶縁体１０６上の抵抗層１０７は、好ましくは１０６〜１０１５Ω／ｓｑの範囲内のシート抵抗を有する。抵抗層１０７は、絶縁性隔離子の表面での降伏電界（絶縁破壊電界）を有利に増加させる。例えば、出願人は、表面降伏を、アルミナセラミックを用いたときの１ｋＶ／ｍｍから、その表面上に抵抗層を有するアルミナセラミックを用いたときの４．５ｋＶ／ｍｍに増加させることができた。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、抵抗層１０７は、１００ナノメートル（ｎｍ）の厚さであり得る又はより一般には５ｎｍから１００ミクロン（μｍ）の範囲内の厚さを有する薄膜である。有利なことに、薄膜を備えた材料の導電性は所与のリーク電流に関して非常に高いことがあり、そのため望ましくない電荷をより効果的に排出する。こうした薄膜は、適切な前駆体材料と共に原子層堆積技術（ＡＬＤ）を用いて適用されてもよい。例えば、ＡＬＤフィルムは、例えば、チタン・アルミナ、タンタル・ニオブ酸化物、亜鉛・アルミナ、亜鉛・ジルコニア、スズ・アルミナ、又は他の金属＋金属酸化物組成物などの金属と金属酸化物の混合物を含んでもよい。
【００２３】
本発明の別の実施形態によれば、抵抗層１０７は、金属をセラミック表面の中に拡散させることによって形成されてもよい。拡散は、例えば半導体材料をセラミック絶縁体の表面に当接するように置くことによって行われてもよい。焼成プロセス中に、半導体がセラミック絶縁体の表面の中に僅かに拡散し、そのため表面で導電率の勾配が生じる。有利なことに、導体材料が主に表面上にあるのでリーク電流は小さく、ゆえに絶縁体が過熱しない。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、抵抗層１０７は、ダイヤモンド状炭素コーティング又はシリコンベースのコーティング（例えばシリコンクロメートなど）であってもよい。コーティング１０７を塗布する方法は、スプレーオンコーティング又はスパッタリングを用いることを含む。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態に係る１つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃２００の概略的な断面図である。図１の電子銃１００の構成部品に加えて、図２の電子銃２００は、銃チャンバ１１０内の電極２０２と、電極２０２に制御電圧Ｖ１を印加するために絶縁体１０６を通る電気接続部２０３を含む。
【００２６】
一実装では、図示されるように、電極２０２はリング形状であってもよい。電極２０２は、尖った角をもたないように好ましくは丸みのある縁部を有する。電極２０２に印加される電圧Ｖ１は、銃チャンバ１１０の中で形成される電子ビームの合焦を制御するために調整されてもよい。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態に係る２つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃３００の概略的な断面図である。図１の電子銃１００の構成部品に加えて、図３の電子銃３００は、銃チャンバ１１０内の第１の電極３０２と、第１の電極３０２に第１の制御電圧Ｖ１を印加するために絶縁体１０６を通る第１の電気接続部３０３を含む。電子銃３００は、銃チャンバ１１０内の第１の電極３０２から離間された第２の電極３０４と、第２の電極３０４に第２の制御電圧Ｖ２を印加するために絶縁体１０６を通る第２の電気接続部３０５をさらに含む。
【００２８】
一実装では、図示されるように、電極（３０２及び３０４）は、リング形状であってもよい。電極３０２及び３０４は、尖った角をもたないように好ましくは丸みのある縁部を有する。第１の電極３０２は、第２の電極３０４よりもカソードエミッタ１０３のより近くに配置されてもよく、より小さいサイズであってもよい。電極（３０２及び３０４）に印加される電圧Ｖ１及びＶ２は、銃チャンバ１１０の中で形成される電子ビームの合焦を制御するためにそれぞれ調整されてもよい。
【００２９】
図４は、本発明の一実施形態に係る３つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃４００の概略的な断面図である。図１の電子銃１００の構成部品に加えて、図４の電子銃４００は、銃チャンバ１１０内の第１〜第３の電極（４０２、４０４、及び４０６）と、絶縁体１０６を通る第１〜第３の電気接続部（４０３、４０５、及び４０７）を含む。第１〜第３の電気接続部（４０３、４０５、及び４０７）は、それぞれ第１〜第３の電極（４０２、４０４、及び４０６）に第１〜第３の制御電圧（Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３）を印加する。
【００３０】
一実装では、図示されるように、電極（４０２、４０４、及び４０６）は、リング形状であってもよい。電極（４０２、４０４、及び４０６）は、尖った角をもたないように好ましくは丸みのある縁部を有する。第１の電極４０２は、第２の電極４０４よりもカソードエミッタ１０３のより近くに配置されてもよく、より小さいサイズであってもよく、第２の電極４０４は、第３の電極４０６よりもカソードエミッタ１０３のより近くに配置されてもよく、より小さいサイズであってもよい。電極（４０２、４０４、及び４０６）に印加される電圧Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３は、銃チャンバ１１０の中で形成される電子ビームの合焦を制御するためにそれぞれ調整されてもよい。
【００３１】
図５は、本発明の一実施形態に係る４つの制御可能なレンズを組み込んでいる高電圧小型電子銃５００の概略的な断面図である。図１の電子銃１００の構成部品に加えて、図５の電子銃５００は、銃チャンバ１１０内の第１〜第４の電極（５０２、５０４、５０６、及び５０８）と、絶縁体１０６を通る第１〜第４の電気接続部（５０３、５０５、５０７、及び５０９）を含む。第１〜第４の電気接続部（５０３、５０５、５０７、及び５０９）は、それぞれ第１〜第４の電極（５０２、５０４、５０６、及び５０８）に第１〜第４の制御電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、及びＶ４）を印加する。
【００３２】
一実装では、図示されるように、電極（５０２、５０４、５０６、及び５０８）は、リング形状であってもよい。電極（５０２、５０４、５０６、及び５０８）は、尖った角をもたないように好ましくは丸みのある縁部を有する。第１の電極５０２は、第２の電極５０４よりもカソードエミッタ１０３のより近くに配置されてもよく、より小さいサイズであってもよい。同様に、第２の電極５０４は、第３の電極５０６よりもカソードエミッタ１０３のより近くに配置されてもよく、より小さいサイズであってもよい。第４の電極５０８は、第３の電極５０６よりもアノード１０４のより近くに配置されてもよく、より小さいサイズであってもよい。電極（５０２、５０４、５０６、及び５０８）に印加される電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、及びＶ４は、銃チャンバ１１０の中で形成される電子ビームの合焦を制御するためにそれぞれ調整されてもよい。
【００３３】
１つの特定の実装では、カソードエミッタ１０３とアノード１０４との間の電圧差は１００ｋＶであってもよく、制御電極（５０２、５０４、５０６、及び５０８）上の制御電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、及びＶ４）は、いずれか２つの隣接する電極（カソードエミッタ１０３及びアノード１０４を含む）にわたる最大電圧降下が３３ｋＶであるように分配されてもよい。電圧降下をこのように分配することは、高電圧降伏（絶縁破壊）の機会をさらに低減させる。このような実装では、カソードエミッタ１０３とアノード１０４との間の距離（経路長）は、２８０ｍｍの長さに有利に短縮されている。
【００３４】
電子ビームリソグラフィのための装置での例示的な使用
本明細書で開示される小型高電圧電子銃の１つの用途は、電子ビームリソグラフィのための装置にある。電子ビームで特徴を高分解能でパターン形成するために、電子ビームのエネルギーは、典型的には、例えば５０ｋｅＶを超える高いエネルギーである。高エネルギー電子が用いられる理由は、それらがレジストの中で横方向により散乱しにくいためである。より低エネルギーの電子では、レジストの中で散乱することに加えて、電子間の相互作用に起因して電子分解能が低下する。高エネルギー電子を発生させるために電子銃が用いられる。電子銃は、ビームを加速及び合焦させる電子及び電極を生成するために高（負）電圧で浮動するカソードからなる。加速電極及び合焦電極に対する電圧を分離するために、高アルミナセラミック絶縁体が用いられてもよい。
【００３５】
アーク又は誘電体降伏（絶縁破壊）を防ぐために、高電圧絶縁体が用いられるときにデザインルールが用いられる。バルク材料の表面に沿って又はその中を通して誘電体降伏又は絶縁体降伏が起こることがある。電子デバイスに用いられる最も一般的な材料はアルミナセラミックである。クリーンなアルミナセラミックは、２０ｋＶ／ｍｍのバルク誘電体降伏及び１ｋＶ／ｍｍの真空中の表面降伏を有する。表面降伏は、表面汚染、低い真空レベル、及び電子、イオン、又はＸ線からの放射などの他の条件に起因して、より低電界で起こることがある。
【００３６】
挑戦的な設計では、隔離子の１００ｋＶのために、アノードとカソードとの間の最小１００ｍｍの長さが必要とされるであろう。この長さは、電極自体を含まない絶縁体のみの長さである。最小１ｋＶ／ｍｍ付近に設計することは、電子銃における表面降伏のリスクを伴う。これは、壁に当たる自由電子が絶縁体に電荷を蓄積させ、インバランスを生じることがあるため、又は絶縁体に電荷を蓄積させるイオンを生じることがあるためである。
【００３７】
現在開示される発明の一実施形態は、電子ビームリソグラフィ装置に有利に用いられ得る。本明細書で開示される抵抗層を用いることによって、電子銃内の絶縁性隔離子に関する表面降伏が、例えば１ｋＶ／ｍｍから４．５ｋＶ／ｍｍに実質的に増加することがある。これは、照射ビームに関する実質的により短い経路長を有し、ゆえにビームにおけるクーロン相互作用を減少させる、小型高電圧電子銃の実装を可能にする。
【００３８】
図６は、本発明の一実施形態に係る反射型電子ビームリソグラフィ装置６００の概略的な断面図である。装置６００は、図１〜図５に関連して上述した電子銃（１００、２００、３００、４００、又は５００）のうちの１つであり得る電子銃６０２を含む。上述した電子銃（１００、２００、３００、４００、又は５００）はまた、電子ビームイメージング装置又は電子ビームを使用する他の装置に用いられてもよい。
【００３９】
図６に示すように、電子銃６０２は、電子ビーム６０７をＥｘＢセパレータ６１０の方に出力するように構成されてもよい。ＥｘＢセパレータ６１０は、ウィーンフィルタを備え、第１の縮小（demag）レンズ６１２のすぐ下に配置されてもよく、且つ電子ビーム６０７の軌道を動的パターン生成器（dynamic  pattern  generator：ＤＰＧ）６１８の方に屈曲又は偏向させるように配置されてもよい。この偏向は、電子ビームを含む電子の速度が主としてＥｘＢセパレータの電気的な力と磁気的な力（これらは等しい値である）を加算して偏向の力を二倍にするような方向であるために生じる。偏向角６０９は比較的小さく、例えば１０〜２０度の範囲内である。（セパレータ６１０による偏向角６０９は、セパレータ６１０への電子ビーム６０７の入射角６０９でもある。）
【００４０】
第１の縮小（demag）レンズ６１２は、当該第１の縮小レンズ６１２の上にクロスオーバを形成し、且つＤＰＧ６１８上にカソードの縮小されたイメージを形成するように、向け直された電子ビーム６１３を合焦してもよい。カソードの縮小されたイメージは、ＤＰＧ６１８での照射の一様性の増加を図るために意図的に僅かに焦点がぼかされてもよい。ＤＰＧレンズ６１６は、向け直された電子ビーム６１３の電子を数ボルトのカソードポテンシャル内に減速させる静電レンズであってもよい。ＤＰＧレンズ６１６は、例えば、ＤＰＧ６１８の表面での平面内の大面積にわたって一様な実効電流密度（すなわち、比較的均質なフラッドビーム）を送達するように構成される液浸カソードレンズを含んでもよい。
【００４１】
ＤＰＧ６１８は、二次元のピクセルアレイを含んでもよい。各ピクセルは、電圧レベルが制御可能に印加される導電性コンタクトを含んでもよい。代替的に、動的パターン生成器が、例えば、パターンを動的に構成可能ではない静的パターン形成電子リフレクタなどの別のパターン形成電子リフレクタに置き換えられてもよい。
【００４２】
反射された電子６１９がＤＰＧ６１８を離れる際に、ＤＰＧレンズ６１６が、反射された電子６１９を、第１の縮小レンズ６１２及びＥｘＢセパレータ６１０を通るそれらの第２の経路の方に再び加速する。ＥｘＢセパレータ６１０は、第１の縮小レンズ６１２から反射された電子６１９を受け入れ、反射された電子を（偏向なしに）第２の（最後の）縮小レンズ６２０の方に通過させるように構成される。この場合、それらの速度に起因して偏向なしに通過した電子ビームを構成する電子は、主としてＥｘＢセパレータの電気的な力と磁気的な力が打ち消しあうような方向である。図示されるように、ＤＰＧ６１８からステージ６２４に進む投影軸（図６では垂直）は、図示された実施形態では直線である。
【００４３】
最後の縮小レンズ６２０は、ＥｘＢセパレータ６１０とターゲット基板６２２との間に配置される。最後の縮小レンズ６２０は、反射された電子ビーム６１９を合焦し、ビームをターゲット基板６２２の表面上に縮小するように構成される。ターゲット基板６２２は、例えば、その表面上にフォトレジスト層を有する半導体ウェーハであってもよい。最後の縮小レンズ６２０によるブラー及び歪みは、好ましくはほんの僅かなピクセルサイズである。
【００４４】
基板ステージ６２４がターゲット基板６２２を保持する。一実施形態では、ステージ６２４はリソグラフィ投影中に静止している。別の実施形態では、ステージ６２４はリソグラフィ投影中に動いている。ステージ６２４がリソグラフィ投影中に動いている場合、投影されたパターンがウェーハの移動に対応して動くように動きを補償するために、ＤＰＧ６１８上のパターンが動的に調整されてもよい。ステージ６２４は、直線運動又は回転運動用に構成されてもよい。
【００４５】
結言
上記の開示は、高電圧電子ビームを生成するための革新的な装置及び方法を提供する。装置及び方法は、電子ビームリソグラフィ、電子ビームイメージング、又は他の用途に用いるのに有利である可能性がある。
【００４６】
上記の図は、必ずしも縮尺で描かれておらず、特定の実装に限定することではなく例証となることを意図される。上記の説明では、本発明の実施形態の十分な理解を提供するために多くの具体的詳細が与えられる。しかしながら、本発明の示された実施形態の上記の説明は、網羅的となること又は本発明を開示された正確な形態に限定することを意図されていない。当該技術分野の当業者は、本発明を具体的詳細のうちの１つ以上を伴わずに、又は他の方法、構成部品などを伴って実施できることを認識するであろう。他の場合、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造体又は動作は詳細に図示又は説明されない。本発明の具体的な実施形態及びその例が、例証する目的で本明細書で説明されるが、当該技術分野の当業者であれば分かるように、本発明の範囲内で種々の等価な修正が可能である。
【００４７】
これらの修正は、上記の詳細な説明に照らして本発明に行うことができる。以下の請求項で用いられる用語は、本発明を本明細書で開示された具体的な実施形態及び請求項に限定するように解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、確立されたクレーム解釈論に従って解釈されるべき以下の請求項によって決定されることになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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