CN1333482A - 用带构图的发射器进行发射光刻的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用带图案的发射器发射光刻的方法和装置。发射光刻的装置中,热电发射器或铁电发射器使用掩模构图然后再加热的。加热时,发射器上被掩模盖住的地方不发射电子,未被掩模盖住的暴露部分发射电子,从而发射器图案的形状被投射到衬底上。为防止被发射电子束的散开,需要平行电子束,用磁铁、直流磁场发生器或是偏转系统来控制该电子束,从而把所需图案精确地1∶1或是X∶1投射刻蚀到衬底上。

Description

用带构图的发射器进行发射光刻的方法和装置

本发明涉及用带图案的发射器进行发射光刻的一种方法和装置。

一种使用带图案发射器进行铁电开关光刻的装置，通过接通一个带构图的铁电发射器发射电子以暴光衬底上的电子抗蚀剂，形成和发射器上图案相同的图案。铁电开关发射是不利的，这是因为在发射器上借助掩模形成的电极吸收电子。还有，在没接到电极上时，发射器不能稳定地发射电子。

为了解决上述问题，本发明的特征包括：使用带构图的发射器的发射光刻的装置和方法，其中，当在真空中用红外线、激光或加热装置加热时，热电发射器或铁电发射器发射电子。发射器通过掩模构图，以便从发射器发射的电子暴光在衬底上的电子抗蚀剂，形成和发射器上的图案相同的图案。

根据本发明，一种发射光刻的装置包括：一个与衬底座相隔预定距离的平板型发射器，该平板型发射器在面对衬底座的表面上有一个所需的图案，发射器是由一种热电材料或是铁电材料形成的；一个用于加热该平板型发射器的加热源；以及配置在发射器和衬底座外面的、用于控制从平板型发射器中发射出的电子的轨迹的磁铁或直流磁场发生器。

优选的是，加热源是一种产生红外线或激光的遥控加热源，或者一个使用电阻加热的接触加热板。形成的加热源用来把发射器加热到物相转变温度或更高。

还提供了一种方法，该方法提供了一种发射光刻的1：1投射，包括：把一个衬底暴露给发射器，发射器在对着衬底座的表面上带有所需图案；在发射器和衬底之间加一个电压，让电子沿着从发射器到衬底的路径发射；用配置在发射器和衬底座外面的磁铁或是直流磁场发生器控制电子的路径；以及加热发射器。

进一步，还提供了一种装置，用于发射光刻的X：1投射，包括：一个与衬底座相隔预定距离的平板型发射器，该平板型发射器在对着衬底座的表面上有一个所需的图案，发射器是由一种热电材料或是铁电材料形成的；一个用于加热该平板型发射器的加热源；以及放置在发射器和衬底之间的一个偏转系统，用于控制从平板型发射器发射出的电子的路径。

优选的是，加热源是一种产生红外线或激光的遥控加热源，或者是一个使用电阻加热的接触加热板。加热源产生足够的热量把发射器加热到物相转变温度或更高。偏转系统包括用于使从发射器发射的电子偏转的偏转器；一个放置在偏转器之间的磁透镜，磁透镜聚焦所发射的电子；一个带孔膜片，该膜片使由磁透镜聚焦的电子通过，并使从聚焦电子中偏离出来的电子滤掉。

另外，还提供了一种方法，用于发射光刻的X：1投射，包括：把一个衬底暴露给发射器，发射器在对着衬底座的表面上带所需图案；在发射器和衬底之间加一个电压，让电子沿着从发射器到衬底的路径发射；使用偏转系统控制从发射器装置向要被刻蚀的物体的路径；以及加热发射器。

本发明是用附加权利要求书具体提出的。

参考附图，通过举例说明的实施例，本发明的上述特点和长处将变得更为明显。其中

图1是用带图案的发射器用于发射光刻的一种装置的截面示意图，根据本发明的这种装置能完成图案的1：1投射。

图2是用带图案的发射器用于发射光刻的一种装置的截面示意图，根据本发明的这种装置能完成图案的X：1投射。

图3是一种热电材料和一种铁电材料在物相转变温度时的典型的物相转变曲线。

根据本发明用带图案的发射器进行发射光刻的一种装置中，一种热电发射器或是铁电发射器是使用掩模构图的然后再加热，以便发射器上被盖住的部分不发射电子，未被掩模盖住的暴露部分发射电子，从而发射器图案的形状被投射到衬底上。由于这时发射的电子束可能不平行于发射器与物体间的路径，而是散开的，可能发生发射器的像图案是模糊的。为了减少模糊，用磁铁或是直流磁场发生器来控制该电子束。优选的是，发射器被加热到物相转变温度或是更高，以便提供足够的电子量。

如上所述，与接通铁电发射器以发射电子对照的是，根据本发明的发射光刻的装置加热铁电或是热电发射器，如附图1所示，在真空中，被诸如红外线、激光或是加热器这种加热源1加热时，由热电或是铁电材料形成的一种发射器3发射电子。发射器3原先已构图，从而使电子在发射器被掩模4屏蔽的部分不发射电子。而在发射器未被掩模4盖住的地方发射电子。这样，发射器的图案被投射到衬底6上。由于电子束7可能不是平行的而是散开的，可能出现模糊的像图案。为了减少模糊，用磁铁或是直流磁场发生器(一种像电磁铁或是线圈这样的能产生直流磁场的仪器)来控制电子束7。而且，优选的是，发射器3加热到物相转变温度Tp或是更高，以便提供足够的电子量。

在1：1投射系统中，发射器结构包括：安装在发射器架2上的发射器3和掩模4，要被刻蚀的目标涂上电子抗蚀剂5，衬底6牢牢地固定在衬底座61上，该发射器结构被放置在永磁铁或是直流磁铁发生器8和8’之间。电压源9加在衬底6和发射器3之间(电源9通过发射器架2和衬底座61加在发射器3和衬底6上)。为了把电子投射到衬底6上，衬底6被作为阳极。发射器3通过红外线或是激光1远距加热，也可以用一个与发射器3接触的加热板(可借助发射器架2实现)用电阻加热。例如，加热板可以涂一层钽(Ta)膜或是金属氧化物膜。

在如图2所述的1：1偏转系统中，偏转器11，磁透镜12和隔膜13被放在发射器结构前面，发射器结构包括：安装在发射器架2上的发射器3和掩模4，该偏转系统用来折射电子束并在衬底6上形成尺寸缩小了的图案。电压源9加在衬底座61和发射器架2之间。

下面的说明提出用上述装置发射光刻的操作原理。带有构图的掩模4的发射器装置在真空中加热时，电子束7从发射器3上未被掩模4盖住的部分发射电子。这时，电源9加在发射器3和衬底6之间，从而形成一个电场。然后，电子束7被导向衬底6，电子的运动可以用一个平行于电场方向的矢量分量和一个垂直(即正交)于电场方向的矢量分量来表示。

如附图1所示，当外磁场加在平行于电场方向上时，电场和磁场中的电子做螺旋运动。换句话说，一个平行于磁场的电子运动矢量导致电子平行磁场方向运动，垂直于电场的电子运动矢量导致环形(简谐)电子运动。平行运动与环形运动结合在一起就成了螺旋运动7。这样，螺旋运动就有一个周期。当衬底6与发射器分开相当于螺旋运动周期的半个波长或一个波长的倍数的一段距离时，发射器3的图案按一比一的比例准确地投射到衬底6上。这就是1：1投射的原理。一般地，通过调节电压(电场)和确定磁场以及发射器与带有要被刻蚀的物体的衬底之间的距离，来得到准确的图案。

完成发射光刻的1：1投射的一种方法包括：把衬底6暴露给发射器3，发射器3在对着衬底座61的表面上带有所需图案；在发射器3和衬底6之间如一个电压，让电子沿着从发射器3到衬底6的路径发射；用配置在发射器3和衬底座61外面的磁铁或是直流磁场发生器8和8’控制电子的路径；以及加热发射器3。加热步骤可包括：至少用红外线、激光、电阻加热器中的一种加热发射器3。加热步骤还可包括把发射器3加热到接近物相转变温度或更高。

如图2所示，在X：1投射中，偏转器11和磁透镜12被放在发射器结构前面来聚焦散开了的电子束并缩小发射器上图案的尺寸。带一孔径的膜3用于清晰地投射发射器的图案到衬底6上。因为为了缩小在衬底6上形成的发射器上图案的像的尺寸，一般需要的是小面积而非大面积，所以发射器结构是部分地加热的。或者，整个发射器上的图案投射到衬底6上，而发射器图案的像的尺寸减小，即使是当整个发射器装置被加热。

优选的是，发射器装置加热到接近物相转变温度Tp或是更高的温度，来获得足够的电子量。为重复投射，就要重复地加热和冷却。在这种情况下，为获得高的产出量，发射器结构优选的是冷却到比物相转变温度Tp略低，加热到比物相转变温度Tp略高，如图3所示。这是因为，从发射器中发射的电子量正比于自发极化率，自发极化率是在最低操作温度和物相转变温度之间变化的。对最低操作温度，室温可以看作它的极限。但是，这不是必须的，因为物相转变可以在比室温相当高的温度完成。

完成发射光刻的X：1投射的方法包括：把衬底6暴露给发射器3，发射器3在对着衬底座61的表面上带所需图案；在发射器3和衬底6之间加一个电压，让电子沿着从发射器3到衬底6的路径发射；使用偏转系统控制从发射器结构向要被刻蚀的目标的路径；以及加热发射器3。加热步骤包括：至少用红外线、激光、电阻加热器中的一种加热发射器3。另外，加热步骤还包括把发射器3加热到接近物相转变温度或更高。控制步骤可包括：偏转从发射器3发射的电子，用磁透镜12聚焦所发射的电子，聚焦之后，让所发射的电子通过一个隔膜13来滤掉从电子聚焦路径上漂移出的电子。

如上所述，在用带构图的发射器进行发射光刻的一种装置或方法中，一种热电发射器或是铁电发射器是使用掩模构图的。在加热发射器时，从发射器被掩模盖住的部分不发射电子，在发射器的未被掩模盖住的暴露部分发射电子，因此发射器图案的形状被投射到带有要被刻蚀的物体的衬底上。电子束需要平行于发射器和要被刻蚀的物体之间的路径，为防止发射的电子束散开，电子束可以用一个磁铁或是直流磁场发生器或是一个偏转系统来控制，从而完成1：1或是X：1投射。

例子：

30μm宽的图案是在0.27特斯拉的直流磁场、4kV直流偏压、2.5mm距离下获得的。BaTiO₃发射器是由n＋Si加热板通过n＋Si板加直流电加热的。4kV电压加在捕集器(电子抗蚀层)和加热板之间。发射器、捕集器、加热板、热偶被放在真空管中用于测试，真空保持在低于2×10^-5托。一个电磁铁安装在真空管外面来得到直流磁场。

尽管上述实施例是描述性的，但很明显从这些教导中不离开本发明的实质就可以提出其他实施例。因此，本说明书意在使本领域技术人员能够会所有实施例所包含的本发明的要点。

Claims (14)

1.一种提供发射光刻的1：1投射的装置包括：

一个与衬底座相隔预定距离的平板型发射器，该平板型发射器在对着衬底座的表面上有一个所需的图案，发射器是由热电材料或是铁电材料形成的；

一个用于加热该平板型发射器的加热源；以及

配置在发射器和衬底座外面的、用于控制从平板型发射器发射出的电子的轨迹的磁铁或直流磁场发生器。

2.根据权利要求1的装置，其中加热源是一种产生红外线或激光的遥控加热源，或者一种使用电阻加热的接触加热板。

3.根据权利要求1的装置，其中形成的加热源用来把发射器加热到物相转变温度或更高。

4.一种用于发射光刻的X：1投射的装置，包括：

一个与衬底座相隔预定距离的平板型发射器，该平板型发射器在对着衬底座的表面上有一个所需的图案，发射器是由热电材料或铁电材料形成的；

一个用于加热该平板型发射器的加热源；以及

配置在发射器和衬底座之间的一个偏转系统，用于控制从平板型发射器发射出的电子的路径。

5.根据权利要求4的装置，其中加热源是一种产生红外线或激光的遥控加热源，或者一种使用电阻加热的接触加热板。

6.根据权利要求4的装置，其中形成的加热源用来把发射器加热到物相转变温度或更高。

7.根据权利要求4的装置，其中偏转系统包括：

用于使从发射器发射的电子偏转的偏转器；

一个放置在偏转器之间的磁透镜，该磁透镜聚焦所发射的电子；

一个隔膜，用于使由磁透镜聚焦的电子通过，并使从聚焦电子中漂移的电子滤掉。

8.一种提供发射光刻的1：1投射的方法包括：

把一个衬底暴露给一个发射器，发射器在对着衬底座的表面上带有所需图案；

在发射器和衬底之间加一个电压，让电子沿着从发射器到衬底的路径发射并加到衬底上；

用配置在发射器和衬底座外面的磁场或是直流磁场发生器控制电子的路径；以及

加热该发射器。

9.根据权利要求8的方法，其中加热步骤包括：至少用红外线、激光、电阻加热器中的一种加热发射器。

10.根据权利要求8的方法，其中加热步骤包括：把发射器加热到接近物相转变温度或更高。

11.一种提供发射光刻的X：1投射的方法，包括：

把一个衬底暴露给一个发射器，发射器在对着衬底座的表面上带所需图案；

在发射器和衬底之间加一个电压，让电子沿着从发射器到衬底的路径发射并加到衬底上；

使用偏转系统控制从发射器结构发射的电子向要被刻蚀的目标的路径；以及

加热发射器。

12.根据权利要求11的方法，其中加热步骤包括：至少用红外线、激光、电阻加热器中的一种加热发射器。

13.根据权利要求11的方法，其中加热步骤包括：把发射器加热到接近物相转变温度或更高。

14.根据权利要求11的方法，其中控制步骤包括：偏转从发射器发射的电子，用磁透镜聚焦所发射的电子，聚焦之后，让所发射的电子通过一个隔膜来滤掉从电子聚焦路径上漂移出的电子。

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