專利名稱：用帶構圖的發射器進行發射光刻的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用帶圖案的發射器進行發射光刻的一種方法和裝置。
背景技術：
一種使用帶圖案發射器進行鐵電開關光刻的裝置，通過接通一個帶構圖的鐵電發射器發射電子以暴光襯底上的電子抗蝕劑，形成和發射器上圖案相同的圖案。鐵電開關發射是不利的，這是因為在發射器上借助掩模形成的電極吸收電子。還有，在沒接到電極上時，發射器不能穩定地發射電于。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的特征包括使用帶構圖的發射器的發射光刻的裝置和方法，其中，當在真空中用紅外線、激光或加熱裝置加熱時，熱電發射器或鐵電發射器發射電子。發射器通過掩模構圖，以便從發射器發射的電子暴光在襯底上的電子抗蝕劑，形成和發射器上的圖案相同的圖案。
根據本發明，一種發射光刻的裝置包括一個與襯底座相隔預定距離的平板型發射器，該平板型發射器在面對襯底座的表面上有一個所需的圖案，發射器是由一種熱電材料或是鐵電材料形成的；一個用于加熱該平板型發射器的加熱源；以及配置在發射器和襯底座外面的、用于控制從平板型發射器中發射出的電子的軌跡的磁鐵或直流磁場發生器。
優選的是，加熱源是一種產生紅外線或激光的遙控加熱源，或者一個使用電阻加熱的接觸加熱板。形成的加熱源用來把發射器加熱到物相轉變溫度或更高。
還提供了一種方法，該方法提供了一種發射光刻的1∶1投射，包括把一個襯底暴露給發射器，發射器在對著襯底座的表面上帶有所需圖案；在發射器和襯底之間加一個電壓，讓電子沿著從發射器到襯底的路徑發射；用配置在發射器和襯底座外面的磁鐵或是直流磁場發生器控制電子的路徑；以及加熱發射器。
進一步，還提供了一種裝置，用于發射光刻的X∶1投射，包括一個與襯底座相隔預定距離的平板型發射器，該平板型發射器在對著襯底座的表面上有一個所需的圖案，發射器是由一種熱電材料或是鐵電材料形成的；一個用于加熱該平板型發射器的加熱源；以及放置在發射器和襯底之間的一個偏轉系統，用于控制從平板型發射器發射出的電子的路徑。
優選的是，加熱源是一種產生紅外線或激光的遙控加熱源，或者是一個使用電阻加熱的接觸加熱板。加熱源產生足夠的熱量把發射器加熱到物相轉變溫度或更高。偏轉系統包括用于使從發射器發射的電子偏轉的偏轉器；一個放置在偏轉器之間的磁透鏡，磁透鏡聚焦所發射的電子；一個帶孔膜片，該膜片使由磁透鏡聚焦的電子通過，并使從聚焦電子中偏離出來的電子濾掉。
另外，還提供了一種方法，用于發射光刻的X∶1投射，包括把一個襯底暴露給發射器，發射器在對著襯底座的表面上帶所需圖案；在發射器和襯底之間加一個電壓，讓電子沿著從發射器到襯底的路徑發射；使用偏轉系統控制從發射器裝置向要被刻蝕的物體的路徑；以及加熱發射器。
參考附圖，通過舉例說明的實施例，本發明的上述特點和長處將變得更為明顯。其中圖1是用帶圖案的發射器用于發射光刻的一種裝置的截面示意圖，根據本發明的這種裝置能完成圖案的1∶1投射。
圖2是用帶圖案的發射器用于發射光刻的一種裝置的截面示意圖，根據本發明的這種裝置能完成圖案的X∶1投射。
圖3是一種熱電材料和一種鐵電材料在物相轉變溫度時的典型的物相轉變曲線。
具體實施例方式
根據本發明用帶圖案的發射器進行發射光刻的一種裝置中，一種熱電發射器或是鐵電發射器是使用掩模構圖的然后再加熱，以便發射器上被蓋住的部分不發射電子，未被掩模蓋住的暴露部分發射電子，從而發射器圖案的形狀被投射到襯底上。由于這時發射的電子束可能不平行于發射器與物體間的路徑，而是散開的，可能發生發射器的像圖案是模糊的。為了減少模糊，用磁鐵或是直流磁場發生器來控制該電子束。優選的是，發射器被加熱到物相轉變溫度或是更高，以便提供足夠的電子量。
如上所述，與接通鐵電發射器以發射電子對照的是，根據本發明的發射光刻的裝置加熱鐵電或是熱電發射器，如附圖1所示，在真空中，被諸如紅外線、激光或是加熱器這種加熱源1加熱時，由熱電或是鐵電材料形成的一種發射器3發射電子。發射器3原先已構圖，從而使電子在發射器被掩模4屏蔽的部分不發射電子。而在發射器未被掩模4蓋住的地方發射電子。這樣，發射器的圖案被投射到襯底6上。由于電子束7可能不是平行的而是散開的，可能出現模糊的像圖案。為了減少模糊，用磁鐵或是直流磁場發生器(一種像電磁鐵或是線圈這樣的能產生直流磁場的儀器)來控制電子束7。而且，優選的是，發射器3加熱到物相轉變溫度Tp或是更高，以便提供足夠的電子量。
在1∶1投射系統中，發射器結構包括安裝在發射器架2上的發射器3和掩模4，要被刻蝕的目標涂上電子抗蝕劑5，襯底6牢牢地固定在襯底座61上，該發射器結構被放置在永磁鐵或是直流磁鐵發生器8和8′之間。電壓源9加在襯底6和發射器3之間(電源9通過發射器架2和襯底座61加在發射器3和襯底6上)。為了把電子投射到襯底6上，襯底6被作為陽極。發射器3通過紅外線或是激光1遠距加熱，也可以用一個與發射器3接觸的加熱板(可借助發射器架2實現)用電阻加熱。例如加熱板可以涂一層鉭(Ta)膜或是金屬氧化物膜。
在如圖2所述的1∶1偏轉系統中，偏轉器11，磁透鏡12和隔膜13被放在發射器結構前面，發射器結構包括安裝在發射器架2上的發射器3和掩模4，該偏轉系統用來折射電子束并在襯底6上形成尺寸縮小了的圖案。電壓源9加在襯底座61和發射器架2之間。
下面的說明提出用上述裝置發射光刻的操作原理。帶有構圖的掩模4的發射器裝置在真空中加熱時，電子束7從發射器3上未被掩模4蓋住的部分發射電子。這時，電源9加在發射器3和襯底6之間，從而形成一個電場。然后，電子束7被導向襯底6，電子的運動可以用一個平行于電場方向的矢量分量和一個垂直(即正交)于電場方向的矢量分量來表示。
如附圖1所示，當外磁場加在平行于電場方向上時，電場和磁場中的電子做螺旋運動。換句話說，一個平行于磁場的電子運動矢量導致電子平行磁場方向運動，垂直于電場的電子運動矢量導致環形(簡諧)電子運動。平行運動與環形運動結合在一起就咸了螺旋運動7。這樣，螺旋運動就有一個周期。當襯底6與發射器分開相當于螺旋運動周期的半個波長或一個波長的倍數的一段距離時，發射器3的圖案按一比一的比例準確地投射到襯底6上。這就是1∶1投射的原理。一般地，通過調節電壓(電場)和確定磁場以及發射器與帶有要被刻蝕的物體的襯底之間的距離，來得到準確的圖案。
完成發射光刻的1∶1投射的一種方法包括把襯底6暴露給發射器3，發射器3在對著襯底座61的表面上帶有所需圖案；在發射器3和襯底6之間如一個電壓，讓電子沿著從發射器3到襯底6的路徑發射；用配置在發射器3和襯底座61外面的磁鐵或是直流磁場發生器8和8′控制電子的路徑；以及加熱發射器3。加熱步驟可包括至少用紅外線、激光、電阻加熱器中的一種加熱發射器3。加熱步驟還可包括把發射器3加熱到接近物相轉變溫度或更高。
如圖2所示，在X∶1投射中，偏轉器11和磁透鏡12被放在發射器結構前面來聚焦散開了的電子束并縮小發射器上圖案的尺寸。帶一孔徑的膜3用于清晰地投射發射器的圖案到襯底6上。因為為了縮小在襯底6上形成的發射器上圖案的像的尺寸，一般需要的是小面積而非大面積，所以發射器結構是部分地加熱的。或者，整個發射器上的圖案投射到襯底6上，而發射器圖案的像的尺寸減小，即使是當整個發射器裝置被加熱。
優選的是，發射器裝置加熱到接近物相轉變溫度Tp或是更高的溫度，來獲得足夠的電于量。為重復投射，就要重復地加熱和冷卻。在這種情況下，為獲得高的產出量，發射器結構優選的是冷卻到比物相轉變溫度Tp略低，加熱到比物相轉變溫度Tp略高，如圖3所示。這是因為，從發射器中發射的電子量正比于自發極化率，自發極化率是在最低操作溫度和物相轉變溫度之間變化的。對最低操作溫度，室溫可以看作它的極限。但是，這不是必須的，因為物相轉變可以在比室溫相當高的溫度完成。
完成發射光刻的X∶1投射的方法包括把襯底6暴露給發射器3，發射器3在對著襯底座61的表面上帶所需圖案；在發射器3和襯底6之間加一個電壓，讓電子沿著從發射器3到襯底6的路徑發射；使用偏轉系統控制從發射器結構向要被刻蝕的目標的路徑；以及加熱發射器3。加熱步驟包括至少用紅外線、激光、電阻加熱器中的一種加熱發射器3。另外，加熱步驟還包括把發射器3加熱到接近物相轉變溫度或更高。控制步驟可包括偏轉從發射器3發射的電子，用磁透鏡12聚焦所發射的電子，聚焦之后，讓所發射的電子通過一個隔膜13來濾掉從電子聚焦路徑上漂移出的電子。
如上所述，在用帶構圖的發射器進行發射光刻的一種裝置或方法中，一種熱電發射器或是鐵電發射器是使用掩模構圖的。在加熱發射器時，從發射器被掩模蓋住的部分不發射電子，在發射器的未被掩模蓋住的暴露部分發射電子，因此發射器圖案的形狀被投射到帶有要被刻蝕的物體的襯底上。電子束需要平行于發射器和要被刻蝕的物體之間的路徑，為防止發射的電子束散開，電子束可以用一個磁鐵或是直流磁場發生器或是一個偏轉系統來控制，從而完成1∶1或是X∶1投射。
例子30μm寬的圖案是在0.27特斯拉的直流磁場、4kV直流偏壓、2.5mm距離下獲得的。BaTiO3發射器是由n+Si加熱板通過n+Si板加直流電加熱的。4kV電壓加在捕集器(電子抗蝕層)和加熱板之間。發射器、捕集器、加熱板、熱偶被放在真空管中用于測試，真空保持在低于2×10-5托。一個電磁鐵安裝在真空管外面來得到直流磁場。
盡管上述實施例是描述性的，但很明顯從這些教導中不離開本發明的實質就可以提出其他實施例。因此，本說明書意在使本領域技術人員能夠會所有實施例所包含的本發明的要點。
權利要求
1.一種用于發射光刻的X:1投射的裝置，包括一個與襯底座相隔預定距離的平板型發射器，該平板型發射器在對著襯底座的表面上有一個所需的圖案，發射器是由熱電材料或鐵電材料形成的；一個用于加熱該平板型發射器的加熱源；以及配置在發射器和襯底座之間的一個偏轉系統，用于控制從平板型發射器發射出的電子的路徑。
2.根據權利要求1的裝置，其中加熱源是一種產生紅外線或激光的遙控加熱源，或者一種使用電阻加熱的接觸加熱板。
3.根據權利要求1的裝置，其中形成的加熱源用來把發射器加熱到物相轉變溫度或更高。
4.根據權利要求1的裝置，其中偏轉系統包括用于使從發射器發射的電子偏轉的偏轉器；一個放置在偏轉器之間的磁透鏡，該磁透鏡聚焦所發射的電子；一個隔膜，用于使由磁透鏡聚焦的電子通過，并使從聚焦電子中漂移的電子濾掉。
5.一種提供發射光刻的X:1投射的方法，包括把一個襯底暴露給一個發射器，發射器在對著襯底座的表面上帶所需圖案；在發射器和襯底之間加一個電壓，讓電子沿著從發射器到襯底的路徑發射并加到襯底上；使用偏轉系統控制從發射器結構發射的電子向要被刻蝕的目標的路徑；以及加熱發射器。
6.根據權利要求5的方法，其中加熱步驟包括至少用紅外線、激光、電阻加熱器中的一種加熱發射器。
7.根據權利要求5的方法，其中加熱步驟包括把發射器加熱到高于物相轉變溫度。
8.根據權利要求5的方法，其中控制步驟包括偏轉從發射器發射的電子，用磁透鏡聚焦所發射的電子，聚焦之后，讓所發射的電子通過一個隔膜來濾掉從電子聚焦路徑上漂移出的電子。
全文摘要
提供了一種用帶圖案的發射器發射光刻的方法和裝置。發射光刻的裝置中，熱電發射器或鐵電發射器使用掩模構圖然后再加熱的。加熱時，發射器上被掩模蓋住的地方不發射電子，未被掩模蓋住的暴露部分發射電子，從而發射器圖案的形狀被投射到襯底上。為防止被發射電子束的散開，需要平行電子束，用磁鐵、直流磁場發生器或是偏轉系統來控制該電子束，從而把所需圖案精確地1∶1或是X∶1投射刻蝕到襯底上。
文檔編號H01J37/317GK1591190SQ20041004854
公開日2005年3月9日 申請日期2001年2月20日 優先權日2000年7月19日
發明者柳仁暻 申請人:三星電子株式會社, 弗吉尼亞技術知識資產公司