CN1497356A - 利用二次电子的电子投影光刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用二次电子的电子投影光刻装置。该装置包括：二次电子发射器，它与基板固定器间隔预定距离，在该二次电子发射器的朝向基板固定器的表面上形成已构图的掩模；一次电子发射器，它在二次电子发射器背对基板固定器的方向上与二次电子发射器间隔预定距离，并向二次电子发射器发射一次电子；第二电源，它在基板固定器和二次电子发射器之间施加预定电压；第一电源，它在二次电子发射器和一次电子发射器之间施加预定电压；和磁场发生器，它控制由二次电子发射器发射的二次电子的路径。

Description

利用二次电子的电子投影光刻装置
技术领域
本发明涉及一种利用二次电子的电子投影光刻装置，更具体地说，本发明涉及一种利用二次电子的电子光刻装置，其中利用冷发射技术提供电压并在室温下发射电子从而发射一次电子，使一次电子注入发射器，在形成于发射器表面上的已构图的封闭掩模所暴露的区域发射二次电子，使二次电子投射到基板上。
背景技术
电子投影光刻装置，通过由发射器发射电子并使电子投射到与发射器间隔预定距离的电子抗蚀剂上，来实现曝光过程。美国专利6,476,402号公开了一种电子投影光刻装置，其中通过在真空状态下加热热电发射器来发射电子。
作为发射电子的方法，通过用电子枪辐射发射器来发射二次电子的方法是公知的。在真空室中金刚石基板与电子枪间隔预定的距离，当用电子枪辐射金刚石基板(发射器)的后侧时，从金刚石基板的前侧发射二次电子。这种情况下，将图案化的掩模置于金刚石基板的前侧上，以距金刚石基板前侧预定的距离放置电子抗蚀剂。这样，根据掩模图案利用二次电子对电子抗蚀剂构图。
然而，在具有上述结构的常规电子投影光刻装置中，电子枪是单独安装的，这样，光刻装置很大且不方便。而且，常规的电子投影光刻装置不包括形成磁场的部件，这样，当以1∶1的比例将图案投影到底板上时，分辨力将降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种结构紧凑、利用二次电子的电子投影光刻装置，其中通过场效应发射的一次电子入射在一发射器上，而由该发射器发射二次电子。
根据本发明的一个方面，提供一种利用二次电子的电子投影光刻装置。该装置包括：二次电子发射器，它与基板固定器间隔预定距离，在该二次电子发射器的朝向基板固定器的表面形成已构图的掩模；一次电子发射器，它在二次电子发射器背对基板固定器的方向上与二次电子发射器间隔预定距离，并向二次电子发射器发射一次电子；第二电源，它在基板固定器和二次电子发射器之间施加预定电压；第一电源，它在二次电子发射器和一次电子发射器之间施加预定电压；和磁场发生器，它控制由二次电子发射器发射的二次电子的路径。
优选所述一次电子发射器是多个微电极头或碳纳米管，第一电源向该电子发射器提供预定电压，而该电子发射器向二次电子发射器发射一次电子。
优选在一次电子发射器和二次电子发射器之间放置垫片，使得它们之间保持间隔。
所述磁场发生器是置于第一电子发射器之下和基板固定器之上的永磁体或电磁体。也可选择所述磁场发生器为围绕第二电子发射器和基板固定器的侧边的直流电磁场发生器。
同时，优选所述二次电子发射器是从由掺杂的金刚石单晶板、掺杂的氧化镁板、掺杂的AIN板和掺杂的AIGaN板所组成的组中选取的一种板。
优选由用于中途阻挡电子的材料形成掩模。
优选由第二电源提供正电压，第一电源提供负电压，且第二电子发射器接公用地线。
附图说明
通过结合附图对优选实施方式进行详细描述可以更清楚地了解本发明的上述和其它方面及优点。附图中：
图1示意性地说明了根据本发明优选实施方式、利用二次电子的电子投影光刻装置的结构；和
图2示意性地说明了根据本发明改型的实施方式、利用二次电子的电子投影光刻装置的结构。
具体实施方式
下文通过结合附图对优选实施方式的叙述，将对本发明进行详细描述。图1示意性地说明了根据本发明优选实施方式、利用二次电子的电子投影光刻装置的结构。参考图1，将涂覆有电子抗蚀剂14的基板10置于基板固定器12上。二次电子发射器20与基板10间隔预定距离，在该二次电子发射器20的朝向基板固定器12的表面形成已构图的掩模22。一次电子发射器固定器30在二次电子发射器背对基板固定器12的方向上与二次电子发射器20间隔预定距离。一次电子发射器32形成于一次电子发射器固定器30的面向二次电子发射器20的那一面上。一次电子发射器32发射出的一次电子35进入二次电子发射器20。第二电源52在基板固定器12和二次电子发射器20之间施加预定的正电压，第一电源51在二次电子发射器20和一次电子发射器固定器30之间施加预定的负电压。而且，将控制从二次电子发射器20的面向电子抗蚀剂14的那一面发射的二次电子25的永磁体40和40’置于基板固定器12和一次电子发射器固定器30的外面，使得形成平行于电场的磁场。
本光刻装置的结构紧凑，其中一次电子发射器固定器30和二次电子发射器20作为一整体形成。向一次电子发射器32提供预定的电压时，在场效应作用下，发射一次电子。图1中，例如，在一次电子发射器固定器30和二次电子发射器20之间施加数KV的预定电压。在一次电子发射器固定器30和二次电子发射器20之间放置垫片34以保持约50-100μm的间隔。并且，将如钼电极头之类的微电极头或碳纳米管在一次电子发射器固定器30上排成一行作为一次电子发射器32。
而且，所述光刻装置在高真空状态下，如在2×10-5乇或更低的压力下运行。
如果一次电子发射器固定器30和二次电子发射器20之间的电位差维持在约3-10KV，微电极头32发射电子，电子经过真空区域而进入二次电子发射器20。
如果将预定电压，如20KV的直流电压，施加到二次电子发射器20和基板固定器12之间，那末，基板固定器12起阳极的作用，二次电子发射器20起阴极的作用。
优选用掺杂的金刚石单晶制得的平板作为二次电子发射器20。这是因为，当用多晶板作为二次电子发射器20时，电子沿晶粒的边界流动，这样发射的电子不均匀。也可选择掺杂的外延生长的金刚石板、掺杂的氧化镁板、掺杂的AIN板和掺杂的AIGaN板作为二次电子发射器20。
形成于二次电子发射器20上的掩模22已被构图。掩模22用于中途阻止电子。由Ti、Au、Pt、Ta或Al形成的、厚度约500的薄层，或者如SiO2等介电层都可作为掩模22。而且，可通过氢处理形成掩模22，使得氢处理过的区域不发射二次电子，或者通过铯(Cs)处理形成掩模22以增强铯处理过的表面的电子发射，这样，在铯处理过的区域和其它区域之间由发射器表面发射的电子束就有反差。
二次电子发射器20和掩模22应具有良好的导电性，以使电场分布均匀。
同时，第二电源52在基板固定器12和二次电子发射器20之间施加正电压，使得二次电子25朝向基板10发射。并且，第一电源51在二次电子发射器20和一次电子发射器固定器30之间施加负电压，使得一次电子35朝向二次电子发射器20发射。于是，可将二次电子发射器20接公用地线。
同时，可以使用电磁体来代替每个永磁体40或40’。而且，围绕二次电子发射器20和基板固定器12的侧边可设置直流电磁场发生器(图2中的60)，使得产生平行于电场的外部磁场。例如，直流电磁场发生器60包括线圈61和给线圈61提供直流电的直流电源(未示出)。可通过平行于电场的矢量分量和垂直于电场的矢量分量表示电子运动。
如图1所示，当产生的外部磁场平行于电场时，电场和磁场中的电子呈现螺旋运动。也就是说，平行于电场的电子运动矢量分量平行于电场移动，垂直于电场的电子运动矢量分量转动。平行运动分量和旋转运动分量合成形成螺旋运动。所述螺旋运动有周期。如果按多倍螺旋运动周期的距离放置基板10，那末二次电子发射器20上的图案会以1∶1的比例准确地投影到基板10上。一般来说，磁场和二次电子发射器20与基板10之间的距离是固定的，可通过调节电压(电场)16实现聚焦。
下文将结合附图详细描述具有上述结构的光刻装置的运行。
首先，将涂覆有电子抗蚀剂14的基板10置于基板固定器12上，光刻装置处于高真空状态下，如2×10-5乇或更低的压力下。然后，由第一电源51在二次电子发射器20和一次电子发射器固定器30之间施加-3KV的电压。而由第二电源52在二次电子发射器20和基板固定器12之间施加20KV的电压，将二次电子发射器20接公用地线。接下来，微电极头32发射一次电子35。被发射的一次电子35进入二次电子发射器20，从二次电子发射器20的表面或表面邻近区域发射出二次电子25。由已构图的掩模22所暴露的区域发射二次电子25，二次电子25在永磁体40和40’形成的磁场的作用下作螺旋运动，而且二次电子25对基板10上的电子抗蚀剂14构图。在这种情况下，将基板10置于与多倍二次电子25的螺旋运动周期一致的位置，使得掩模22上形成的图案以1∶1的比例投影到基板10上。
如上所述，虽然使用二次电子，本发明的利用二次电子的电子光刻装置结构仍很紧凑，而且，当图案以1∶1的比例投影到基板上时，其分辩力提高了。
虽然上面参考优选实施方式具体描述了本发明，但是，不难理解，在不超出所附的权利要求书所限定的本发明的构思和保护范围的前提下，本领域技术人员可以在形式和细节上作出各种改变。

Claims (9)

1.一种利用二次电子的电子投影光刻装置，该装置包括：
一个二次电子发射器，它与基板固定器间隔预定距离，在该二次电子发射器的朝向基板固定器的表面上形成已构图的掩模；
一个一次电子发射器，它在二次电子发射器背对基板固定器的方向上与二次电子发射器间隔预定距离，并向二次电子发射器发射一次电子；
一个第二电源，它在基板固定器和二次电子发射器之间施加预定电压；
一个第一电源，它在二次电子发射器和一次电子发射器之间施加预定电压；和
一个磁场发生器，它控制由二次电子发射器发射的二次电子的路径。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述一次电子发射器包括多个微电极头或碳纳米管，所述第一电源给该发射器提供预定的电压，并且该发射器朝所述二次电子发射器发射一次电子。
3.如权利要求2所述的装置，其中在所述一次电子发射器和二次电子发射器之间放置垫片，使得它们之间有间隔。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述磁场发生器包括置于第一电子发射器之下和基板固定器之上的永磁体或电磁体。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述磁场发生器包括围绕第二电子发射器和基板固定器的侧边的直流电磁场发生器。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述二次电子发射器包括从由掺杂的金刚石单晶板、掺杂的氧化镁板、掺杂的AIN板和掺杂的AIGaN板组成的组中选取的一种板。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述掩模由用于中途阻挡电子的材料构成。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述掩模通过氢处理或铯(Cs)处理形成。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述第二电源提供正电压，第一电源提供负电压，且第二电子发射器接公用地线。
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