專利名稱：無掩膜光子電子點格柵陣列光刻機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無掩膜光子電子點格柵陣列光刻系統(tǒng)。本發(fā)明尤其可以應用于對半導體襯底進行成像的光刻技術。
要求臨時專利申請的優(yōu)先權本專利申請要求第60/331,035號美國臨時專利申請的優(yōu)先權。
背景技術：
光刻技術是一種用于在半導體襯底上產生圖像的技術。通常，如果曝光涂布在該襯底上的抗蝕劑，則將在掩膜或“初縮掩膜版(reticle)”形成的圖像轉印到半導體襯底上。要求在半導體襯底上圖形化越來越小的特征圖形，這樣就要求在成像該圖形時使用越來越短波長的光。使用遠紫外線(UV)波長光線的光刻系統(tǒng)以約0.25微米的分辨率產生圖形。進一步將波長降低到193nm可以以0.18微米和0.13微米的分辨率成像圖形。為了進一步提高分辨率，需要使用更短的波長，而且為了以0.1微米或者低于0.1微米的分辨率成像圖形，人們已經提出了許多使用更短波長電子束的系統(tǒng)。
例如SCALPEL(L.R.Harriott，S.D.Berger，J.A.Liddle，G.P.Watson，和M.M.Mkrtchyan，J.Vac.Sci.Technology，B12，3533(1994))內的電子束掩膜投影使用被電子照射的散射掩膜圖形化襯底。盡管這種系統(tǒng)的分辨率高，但是它們受到要求制造多個特殊掩膜、要求包括多個電子透鏡以及波束中各粒子之間的隨機庫侖相互作用的極限的制約。
在High throughput electron lithography with multiple aperturepixel by pixel enhancement of resolution concept，Journal of VacuumScience and Technology B 16(6)，Nov/Dec 1998，p.3177描述了一種基于傳統(tǒng)遠紫外線縮微掃描儀-步進器、使用4X掩膜的混合光子電子陣列光刻機。在該建議中，利用微透鏡陣列形成的106-108子光束照射4X掩膜。在縮微后，這些子光束在光子電子變換板上聚焦。子光子束觸發(fā)發(fā)出窄電子束。該電子束單獨聚焦在晶片上。利用許多波束掃描掩膜和晶片，從而曝光整個晶片。使用光學成像系統(tǒng)簡化成像過程，而使用最終電子圖形化過程提供改進的分辨率。此外，這種理論克服了SCALPEL系統(tǒng)內存在的庫侖相互作用的相干問題。
不幸的是，因為缺少設計規(guī)則而且廣泛使用諸如OPC(近光校正(Optical Proximity Correction))和PSM(移相掩膜)的RET(分辨率增強技術)，所以用于圖像投影系統(tǒng)的掩膜越來越困難，而且制造昂貴。掩膜重復的電子投影系統(tǒng)還極端困難，而且制造昂貴。由于形成制造集成電路所需的多個圖形，需要許多掩膜，所以制造掩膜的時間延遲和掩膜本身的花費是半導體制造過程中的顯著成本。對于其中不能將掩膜的成本分攤到大量器件的小批量器件的情況，尤其如此。因此，最好提供一種不需要昂貴掩膜制造半導體芯片的快速光刻設備。此外，最好提高光刻技術可實現的分辨率。此外，這種裝備最好用于直接圖形化少量襯底，例如運行原型裝備，而且用于制造掩膜。
因此，最好開發(fā)一種具有高分辨率電子成像系統(tǒng)、簡化、快速光學系統(tǒng)以及大吞吐量掩膜或大規(guī)模并行寫系統(tǒng)，但是這樣做又不需要掩膜的混合光子電子系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種無掩膜光子電子點格柵陣列光刻系統(tǒng)。根據本發(fā)明，由空間光線調制器(SLM)陣列調制的光束的大型陣列產生圖形。光束聚焦在光子電子變換器上，這樣形成相應電子束陣列。將電子束陣列聚焦到襯底上，以在涂布了電子敏感抗蝕劑的襯底上曝光要求的圖形。
根據本發(fā)明，利用用于光刻(printing)的方法，可以部分地實現上述以及其他優(yōu)點，該方法包括步驟產生基本平行的光束陣列；根據要記錄到襯底上的圖像的采樣，調制各光束，以形成點格柵圖形；將調制的光束變換為電子束，以提供相應電子束點格柵圖形；以及在執(zhí)行產生、調制、變換以及掃描步驟時相對于電子束，掃描襯底，以致將圖像記錄到襯底上。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是對可運動工作臺的機械不精確性進行補償的步驟。
根據下面的詳細說明，本技術領域內的熟練技術人員容易理解本發(fā)明的其他優(yōu)點，其中通過僅描述為了實現本發(fā)明而設想的最佳方式，只對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述和說明。正如所實現的那樣，本發(fā)明可以有其他不同實施例，而且可以在各顯而易見的方面，對其許多細節(jié)進行修改，這些修改均屬于本發(fā)明范圍。因此，附圖和描述均被認為是說明性的，而非限制性的。


參考附圖，在附圖中，具有同樣參考編號表示類似的單元，附圖包括圖1示出根據本發(fā)明實施例的光刻機。
圖1A示出圖1所示電子光學器件155的一個實施例。
圖1B示出光子電子變換器145的變換實施例。
圖1C示出電子光學器件155的另一個實施例。
圖1D示出電子光學器件155的另一個實施例。
圖1E示出圖1D所示電子偏轉器陣列。
圖2是根據本發(fā)明另一個實施例的光刻機的剖視圖。
圖3示出傾斜掃描圖形的一個例子。
圖4是根據本發(fā)明另一個實施例的光刻機的剖視圖。
圖5A示出針孔陣列限幅器。
圖5B示出光孔陣列。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種包括無掩膜直接寫混合光學/電子成像系統(tǒng)的光刻機?？删幊坦鈱W系統(tǒng)形成被分別聚焦到光子電子變換器上的大規(guī)模光束陣列。將由聚焦光束形成的點格柵圖形變換為聚焦到被涂布了電子敏感抗蝕劑的半導體襯底上的電子束的相應點格柵圖形，以利用點格柵陣列圖形使該抗蝕劑曝光。然后，在將后續(xù)圖形聚焦到襯底上時，利用可運動工作臺使襯底相對于電子束陣列位移，以在襯底上建立最終全像。
在本發(fā)明的特定實施例中，本發(fā)明光刻機的光學輻射源包括光源，用于產生基本平行的光束陣列；以及可編程空間光線調制器，選擇性地調制光束陣列中的光束。設置微透鏡陣列，用于對從光源進入光子電子變換器的光學進行聚焦?？梢栽诳臻g光線調制器和微透鏡陣列之間使用諸如光學縮微器的中繼光學器件，以減小光學圖像的尺寸，從而使各像素從空間光線調制器映射到微透鏡陣列的相應單元。微透鏡可以是二維陣列的衍射或折射微透鏡。光子電子變換器產生對應于入射到其上的光學圖像、但是顯著減小了點尺寸的點格柵陣列電子圖像。然后，利用適當電子透鏡，將該電子圖像聚焦到襯底上。
可運動工作臺使襯底在相對于電子束的一個軸線稍許傾斜的基本線性掃描方向相對于電子束陣列運動，以致在傾斜電子束陣列掃描襯底時，使襯底表面完全曝光。在本發(fā)明的各種實施例中，可運動工作臺和陣列結構提供替換掃描圖形，包括重疊的圖形、不重疊的圖形、提供冗余度的圖形以及提供各種程度的隔行掃描的圖形。在電子束陣列掃描襯底時，對光學和電子系統(tǒng)產生的圖形進行編程，以在襯底上建立最終全像。
圖1示出根據本發(fā)明實施例的光刻機。參考圖1，光源105可以是連續(xù)波激光器或脈沖激光器，它提供光輻射，準直透鏡110使該光輻射準直，然后，射束分裂器115將它反射到二維空間光線調制器(SLM)120。
空間光線調制器120對該光線進行調制，以產生對應于要求圖形的平行陣列調制光束。在本發(fā)明的一個實施例中，SLM 120包括微透鏡陣列，例如可以從美國德克薩斯州的達拉斯市的德州儀器公司(TexasInstruments)獲得的Model DMD。SLM 120的各微反射鏡響應輸入圖形數據信號100，以致每個SLM單元(還被稱為像素)選擇性地反射光線，從而產生要求圖形的平行光束。通過射束分裂器115，該平行光束返回中繼光學器件125。
中繼光學器件125使每個SLM單元成像到微透鏡陣列(MLA)130內的相應微透鏡上。中繼光學器件125優(yōu)先保證減小光學圖形的總體尺寸，以便與相對于SLM 120具有較小優(yōu)選尺寸的微透鏡陣列130對應。然而，通常，中繼光學器件125的功能是使SLM 120產生的光學點格柵圖形(被稱為“第一中間圖形”)映射到微透鏡陣列135上。因此，正如以下所作的詳細說明。正如SLM 120和微透鏡陣列135的相對尺寸所要求的那樣，中繼光學器件可以進行1X或者更大倍數的放大。
微透鏡陣列130包括微透鏡陣列，其中一個微透鏡與SLM 120的每個單元對應。每個微透鏡將入射到其的光束聚焦到光子電子變換器145上的光點140上。這樣，在光子電子變換器145的表面上形成的光學點格柵圖形(被稱為“第二中間圖形”)與第一中間圖形對應，只是其總體尺寸被中繼光學器件125放大(或者縮微)，而各光束的尺寸被微透鏡陣列130的聚焦效應縮小為較小的點。
聚焦在光子電子變換器145上的點140互相良好分離，以防止各光束之間發(fā)生串音或干擾。在優(yōu)選實施例中，光子電子變換器145包括光電陰極，響應入射光束，該光電陰極產生陣列電子源150。因此，光子電子變換器145產生的電子源的點格柵圖形(被稱為第三中間圖形)與聚焦在光子電子變換器145上的第二中間圖形對應。
電子光學器件155將從光子電子變換器145的各電子源出來的電子聚焦到襯底160上的點。結果，將點格柵圖形成像在襯底160上(被稱為第四中間圖形)。在下面描述的各實施例中提供了電子光學器件155的不同替換件，它們在第三中間圖形與第四中間圖形之間實現各種程度的縮微。(參考圖1A-1D和相應的討論)然而，就一切情況而論，相對于SLM 120產生的第一中間圖形，顯著減小第四中間圖形的點的尺寸。在優(yōu)選實施例中，利用電子成像在程度160上的點165的大小具有25納米的典型尺寸。顯著減小點的尺寸導致本發(fā)明的分辨率提高。
圖1A示出電子光學器件155的變換實施例。在圖1A所示的變換實施例中，電子光學器件155包括光孔陣列170和Einzel透鏡陣列172。作為用于聚焦電子束的靜電透鏡，Einzel透鏡眾所周知。如圖1A所示，Einzel透鏡包括3塊平行板，其中上板和下板(172A和172C)具有同樣電位。電子束分別通過3塊板上的通孔，然后，聚焦到襯底160上的點。在該實施例中，襯底160上相鄰點之間的間距低于入射到光子電子變換器145的光點之間的間距，但是各點的尺寸被顯著減小，從而顯著提高分辨率。
圖1B示出光子電子變換器145的變換實施例。在該變換實施例中，將微透鏡陣列130產生的第二中間圖形聚焦到相應微尖端(microtip)陣列174上。任選激活的微尖端，例如電子顯微鏡使用的微尖端是物理尺寸小的尖銳電子源。響應入射光照度，每個微尖端產生電子，并由微尖端的物理尺寸確定電子源的尺寸。這些電子源的“尖端的尖端(tip ofthe tip)”在顯微鏡下小，而且微尖端的電子發(fā)射尖端的物理尺寸比入射到微尖端的光點的尺寸小得多。因此，第四中間圖形的點尺寸比第二中間圖形的點尺寸小得多。因此，在該實施例中，微尖端保證顯著減小點尺寸，并相應地提高分辨率。電子光學器件156將微尖端源陣列174發(fā)出的電子聚焦為電子束陣列176，這樣就在襯底160上形成第四中間圖形。電子光學器件156必須對各微尖端發(fā)出的電子進行聚焦，并使它們加速到達襯底160。這種電子光學器件眾所周知，它可以包括例如與靜電場組合在一起的均勻磁場，它們二者均對準z軸(垂直于襯底的表面)。
圖1C示出電子光學器件155的另一個實施例。在該實施例中，電子光學器件155包括在電子顯微技術領域公知的縮微透鏡180。在該實施例中，縮微過程可以減小第四中間圖形的總體尺寸、相鄰點之間的距離以及各點的尺寸。減小各點的尺寸提高分辨率。然而，該實施例需要設計寬視野(wide field)光學物鏡，這種寬視野光學物鏡可能發(fā)生變形。
圖1D示出電子光學器件155的另一個實施例。圖1D所示實施例與微電子透鏡陣列192組合使用電子偏轉器陣列190。圖1E進一步示出電子偏轉器陣列190，它包括用于將每條電子束偏轉到點“f”的四極(quadrapole)偏轉器陣列。如圖所示，電子偏轉器陣列190包括用于通過各電子束光孔陣列以及4個圍繞每個光孔設置的靜電板193a、193b、193c以及193d。對每塊靜電板施加電壓信號，以通過點f偏轉電子束。每個微電子透鏡陣列192的結構均與圖1A所示Einzel透鏡陣列的結構類似，定位微電子透鏡陣列192以重新準直用于形成縮微圖像的電子束。即，與第三中間圖形相比，第四中間圖形的總體尺寸小，而且其各點的尺寸較小。因此，使用偏轉器陣列可以減小點尺寸以及各點之間的距離(總體圖像尺寸)，而無需像在圖1C中那樣設計寬視野物鏡。
圖1示出支承襯底160的機械工作臺167。機械工作臺167在y方向移動襯底160，y方向導致平行于第四中間圖形的電子束陣列的軸線y之一。選擇從平行位置偏移，以致襯底160相對于射束陣列位移，而且在調制該射束陣列以形成順序點格柵圖形時，該點格柵圖形交織或交錯，以便在機械交叉掃描方向(x方向)不留間隙。這樣，該全像被掃描到襯底160上。有多種方式可以實現這種傾斜掃描。例如，波束可以跟蹤與中心隔離開像素寬度的軌跡，或者它們可以跟蹤與中心隔離開二分之一像素寬度的軌跡，而且掃跡上的點可以沿y軸偏移二分之一像素寬度，導致襯底上更緊密容納點陣列。此外，可以使其掃描線之間的間距小于1個像素寬度的掃描圖形交錯。
現在，將參考圖2說明本發(fā)明的另一個實施例。圖2所示的光刻機包括圖1所示光刻機的上述部件，圖1所示光刻機包括光源105和準直透鏡110。在該實施例中，SLM 220是選擇性透射空間光線調制器，與SLM 120類似，它響應圖形數據信號100調制平行光束陣列。即，根據該像素的接通或斷開狀態(tài)，選擇性地透射或者阻斷入射到每個單元或像素的光。在“A proposal for maskless，zone-plate-arry nanolithography”，Smith，Henry I.，J.Vac.Sci Techno.B 14(6)，Nov/Dec 1996和1999年5月4日授予Henry I.Smith的第5,900,637號美國專利“MasklessLithography Using a Multiplexed Array of Fresnel Zone Plates”中，對適于這種功能的微型快門陣列進行了描述。
仍參考圖2，SLM 220發(fā)出的光束225被射束成形器230整形，在該光束傳輸到聚焦光學器件235之前，射束成形器230使它們變窄。聚焦光學器件235包括用于使每條光束聚焦到光學縮微器240上的微透鏡。聚焦光學器件235將調制光束225聚焦為其大小基本等于SLM 220產生的原始圖像，然而各點尺寸被顯著減小的圖像。
光學縮微器240使SLM 220產生的圖形的總圖像尺寸減小，并進一步減小各點的尺寸。光學縮微器240將縮微圖像聚焦到光子電子變換器145的表面上。
圖2所示的配置可以使用較低成本的聚焦光學器件235，例如具有較小數值孔徑(NA)的微透鏡。聚焦光學器件235可以使用幾種透鏡，例如折射型或衍射型的標準透鏡或微透鏡。對于較小NA和較大視場(FOV)，可以采用塑料衍射單元。這樣可以實現幾十厘米寬甚或更寬的FOV。對于大NA應用，可以使用微透鏡陣列(通常10微米寬)。如果使用衍射透鏡單元，則該透鏡陣列可以進一步包括光孔陣列(即，針孔陣列)，以截斷衍射單元產生的高階散射。在結合短波長光線，例如約13nm的極遠紫外線(EUV)使用時，衍射透鏡尤其適合實現本發(fā)明。
文獻中對微透鏡陣列的例子進行了充分說明，文獻包括“Microlensarray with spatial varitions of the optical functions”，Hessler et al，PureAppl.Opt.6(1997)673-681和“A Microlens Direct-Write Concept forLithography”，Davidson，Mark，SPIE VOL.3048，PP.346。
此外，在此所稱微透鏡陣列，例如微透鏡陣列130和聚焦光學器件235可以是根據傳統(tǒng)光學技術的一個透鏡陣列，或串行排列的多個陣列，因此單獨陣列中的各透鏡單元的光程形成復合透鏡。這種排列可以產生其數值孔徑比單個透鏡的陣列獲得的數值孔徑大的復合透鏡陣列。通過層疊各透鏡陣列，可以利用機械方法組裝這種復合微透鏡陣列，或者利用例如眾所周知的MEMS(微電子機械系統(tǒng))制造技術制造這種復合微透鏡陣列。
衍射光學元件陣列的例子是非涅耳區(qū)板。它們可以在任何波長下工作，而且在被稱為區(qū)板陣列光刻(ZPAL)的處理過程中，非涅耳區(qū)板陣列已經用于光刻。在“Lithographic patterning and confocal imagingwith zone plates，”Gil et al，Vac.Sci.Technol.B 18(6)，Nov/Dec 2000和“Maskless，parallel patterning with zone-plate array lithography，”Carter et al，J.Vac.Sci.Technol.B 17(6)，Nov/Dec 1999中對這些陣列及其用法進行了描述。通常，這些衍射區(qū)板陣列適合替換折射光學微透鏡陣列。
在圖4所示的本發(fā)明的變換實施例中，將單獨控制的激光器陣列用作光源400，以產生入射到SLM 405的光束陣列。在本發(fā)明的該實施例中，可以將各激光調制到要求的強度(即，灰度級)，以便更精細控制圖像寫過程。光源400可以包括可以從Band Gap Engineering ofColorado獲得的垂直空腔表面發(fā)光激光器(VCSEL)的陣列。VCSEL是從芯片的頂部、向上發(fā)光的半導體激光器。
圖3示出掃描圖形的一個例子。如圖所示，點陣列(第四中間圖形)入射到襯底160。為了簡潔起見，圖3示出8寬(a-h)×6深(1-6)的點陣列。在實現本發(fā)明時，點陣列通常包括數百、數千甚或更多的電子束。在機械交叉掃描x方向，相鄰行上各點中心之間的偏移確定x方向上的像素尺寸(即，第一行e1上第e個點與第二行e2上第e個點之間的距離的x軸上的投影px)。為了連續(xù)覆蓋襯底160，列d6上的最后一個點必須跟蹤只有一個像素在交叉掃描的x方向離開相鄰列(c1)上的第一點的切線的軌跡。利用在兩次連續(xù)照射襯底160之間，給定點的點中心之間的橫跨距離，即，時間0時點f4的中心(“f4t0”)與一個照射間隔之后同一個點的中心(“f4t1”)之間的距離確定機械掃描y方向py(未示出)上的像素尺寸。通過將工作臺的速度乘以照射間隔，可以確定該距離。
在本發(fā)明的又一個實施例中，襯底160相對于射束陣列位移，以形成交錯圖形，因為在利用脈沖激光器光源(例如準分子激光器或Q激光器)作為光源105時，在連續(xù)照射襯底160期間，每個點移動的距離比兩個相鄰點之間的間距大。
利用確保精確、線性運動的任何裝置，可以使襯底160運動，例如可以由Anorad Corporation of New York市售的采用線性馬達和空氣軸承的傳統(tǒng)干涉儀控制工作臺使襯底160運動。此外，在本發(fā)明的變換實施例中，可以使襯底保持靜止，而使產生射束陣列的光學器件相對于襯底位移、相對于晶片位移。
為了對任何殘余不精確性，例如工作臺的機械振動產生的不精確性進行校正，引入用于對工作臺移動中的不精確性進行補償的補償器。參考圖2，將或者作為工作臺的一部分或者作為附加部件的二維干涉儀器件235安裝到工作臺上，以檢測其位置，并產生位置誤差信號。利用大量替換件可以補償這些誤差。首先，可以將補償器250連接到射束成形器230和聚焦光學器件235，以使它們移動足以對工作臺位置誤差進行補償的量。其次，可以將補償器260連接到縮微器240，以使它移動可以補償工作臺位置誤差的量。再次，可以將補償器連接到可以在兩個軸線上運動的反射鏡，用于改變從光源到光刻機(printer)的光學元件之一的入射角，以對工作臺位置誤差進行補償。例如，如果在射束成形器230與聚焦光學器件235之間將光路彎曲90度，而且定位可運動反射鏡以使射束成形器230發(fā)出的光照射聚焦光學器件235，則改變反射鏡的角度可以改變光線在聚焦光學器件235上的入射角，從而使聚焦圖像位移。
在本發(fā)明的又一個實施例中，本發(fā)明的光刻機包括位于光子電子變換器145之前的限幅器。該限幅器防止或者顯著減小因為與反射的光束、不平行光束、旁瓣等相互作用對光子電子變換器145產生的寫錯誤。參考圖5a，限幅器500包括針孔陣列，其中針孔501與所產生的光束陣列中的光束對應，以便照射光子電子變換器145。在圖5b所示的本發(fā)明的另一個實施例中，限幅器510包括光孔511的陣列，光孔511與光束陣列中的光束對應，每個光孔511的寬度w至少是每條光束的波長的一半。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是不需要高階縮小透鏡。更具體地說，具有掩膜的光刻系統(tǒng)通常采用其尺寸是要求的最終圖形尺寸的4倍或5倍(4X或5X)的掩膜。這樣就需要使用通常被稱為“步進器透鏡(stepper lens)”的縮微透鏡，“步進器透鏡(stepper lens)”通常非常昂貴。即使在例如“High throughput electron lithography with multiple aperture pixel bypixel enhancement of resolution concept”，Kruit，P.，J.Vac.Sci.Technol.B 16(6)，Nov/Dec 1998描述的、當前基于掩膜的混合光子電子系統(tǒng)中，情況也如此。相反，當象在本發(fā)明的各實施例中那樣，使用可編程無掩膜源時，源圖形與襯底之間的放大率不受這種限制，而且對于光子光學器件和電子光學器件，該放大率均為1。更容易設計低放大率的低變形光學器件。因此，可以設計低變形光學器件，并可以相應地裝載輸入數據信號圖形。即，由于利用點尺寸確定該系統(tǒng)的分辨率，所以根據對光子光學器件、電子光學器件選擇的配置以及寫策略，在適當時間，不需要將圖像縮微，而需要將要映射到襯底的圖形數據裝載到可編程源陣列。
寫策略和其他設計配置對設計選擇放大率產生影響。例如，如果采用稍許轉動掃描的簡單線性掃描，其中格柵包括間距為D的N×N像素，而且晶片上的地址單元的大小是d，則縮微率M為M＝D/(d*N)。在某些情況下，這樣可能產生小放大率。例如，如果D＝15微米、N＝1000，d＝25nm，則M＝0.6(小縮微率)。然而，對應于這種小縮微率的成本和變形明顯小于4X和5X步進器透鏡的成本和變形。
這樣就產生了更簡單、更無變形的光學器件。實際上，使用與最終圖像具有同樣尺寸的SLM圖像，即1X放大率可以獲得最佳光學器件。在其掩膜比要求的最終圖像大得多的掩膜系統(tǒng)中需要這種縮小單元，但是這種縮小單元或“步進器透鏡(stepper lens)”通常非常昂貴。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，這種單元有利。
下面的計算將說明根據本發(fā)明實施例的光刻機的吞吐量。
定義FOV-襯底上的視場(微米)(假定是正方形)
D-襯底上的點間距(微米)p-襯底上的像素尺寸(微米)ny和nx-分別是陣列內的行數和列數N-陣列內的總點數DR-數據速率要求(像素/秒/陣列)FR-幀速率要求(讀的陣列/秒)V-y方向上的工作臺速度(微米/秒)由于FOV＝D*nx，而且如果沒有交錯，ny＝D/p，則總點數N是N＝nx*ny＝(FOV/D)*(D/p)＝FOV/p對于給定的數據速率要求(DR)，則要求幀速率(FR)，并因此要求工作臺速度為FR＝DR/N＝DR*p/FOV以及V＝FR*p＝DR*p2/FOV例子FOV＝10mm＝10000微米DR＝10萬億像素/秒＝1012像素/秒P＝10nm＝0.01微米N＝10000/0.01＝1,000,000＝＞100*100陣列FR＝1010/104＝106＝1兆幀/秒V＝106*0.01微米＝10mm/秒本發(fā)明適用于制造各種類型的半導體器件，特別是采用約0.18□及以下設計規(guī)則的高密度半導體器件。
利用傳統(tǒng)材料、方法和裝置，可以實現本發(fā)明。因此，在此不詳細說明這種材料、裝置和方法的細節(jié)。在上面的描述中，為了有助于全面理解本發(fā)明，對許多特定細節(jié)進行了說明，例如特定材料、結構、化學物質、處理過程等。然而，應該認為，不采用以上具體說明的細節(jié)，仍可以實現本發(fā)明。在其他例子中，為了不使本發(fā)明不必要地模糊不清，所以未對眾所周知的處理過程進行了詳細描述。
在本說明書中僅對本發(fā)明的典型實施例及其變型的幾個例子進行了描述。應該明白，本發(fā)明可以用于各種其他組合和環(huán)境，而且可以在在此描述的本發(fā)明原理范圍內對其進行變更和修改。此外，本說明書是說明性的，而非限制性的。例如，關于光線和光圖像，本發(fā)明的說明書引用光源(light source)并對光學光源(optical source)和光輻射進行了討論。然而，在本發(fā)明人引用“光線(light)”時，本發(fā)明人包括所有波長的電磁輻射，而并不局限于可見波長。例如，可以認為被稱為紫外線、遠紫外線、極遠紫外線、X射線等的所有短波長光線均包括在“光線(light)”范圍內，因為它們均指光子和電磁輻射，而且僅以輻射波長來區(qū)別它們。
權利要求
1.一種利用電子束陣列形成的圖像使襯底曝光的無掩膜光刻設備，該系統(tǒng)包括可編程光輻射源，用于提供響應輸入數據信號調制的光束陣列并形成一系列光學圖形；光子電子變換器，用于將光束變換為電子束，并形成一系列電子束圖形；電子光學器件，用于使電子束聚焦到襯底上；以及移位器，用于在襯底與電子束之間實現相對運動，以致利用形成圖像的一系列電子束圖形使該襯底曝光。
2.根據權利要求1所述的設備，其中電子光學器件縮微電子束圖形。
3.根據權利要求1所述的設備，該設備進一步包括插在可編程光輻射源與光子電子變換器之間的光學微透鏡陣列。
4.根據權利要求1所述的設備，其中可編程光輻射源包括單獨調制的激光器陣列。
5.根據權利要求1所述的設備，其中光輻射源包括光源；以及可編程空間光線調制器，用于提供響應輸入數據信號單獨調制的光束陣列。
6.根據權利要求4所述的設備，該設備進一步包括插在可編程光輻射源與光子電子變換器之間的光學微透鏡陣列，其被定位為使得在光束與微透鏡陣列的單元之間存在一一對應的關系。
7.根據權利要求5所述的設備，該設備進一步包括插在可編程光輻射源與光子電子變換器之間的光學微透鏡陣列，這樣定位該光學微透鏡陣列，以致在光束與微透鏡陣列的單元之間存在一一對應的關系。
8.根據權利要求3所述的設備，其中微透鏡是衍射型的。
9.根據權利要求1所述的設備，其中移位器使襯底沿相對于電子束圖形的一個軸線傾斜的軸線移動。
10.根據權利要求9所述的設備，其中可運動工作臺這樣移動襯底，以致在掃描方向上，襯底移動的距離基本等于電子束陣列的長度，在機械交叉掃描方向，電子束在襯底上跟蹤基本連續(xù)的軌跡。
11.根據權利要求3所述的設備，其中光束陣列是二維的。
12.根據權利要求9所述的設備，該設備進一步包括用于對可運動工作臺運動的不精確性進行補償的補償器。
13.根據權利要求12所述的設備，其中補償器包括用于移動電子束陣列以對工作臺運動的機械不精確性進行補償的伺服機構。
14.根據權利要求12所述的設備，該設備進一步包括選自可運動反射鏡、電光元件以及聲光元件的補償器，以改變從光源入射到透鏡陣列上的入射角，從而補償可運動工作臺的機械不精確性。
15.根據權利要求10所述的設備，其中可運動工作臺這樣移動襯底，以致電子束在跟蹤襯底表面上的連續(xù)軌跡時相互重疊。
16.根據權利要求1所述的設備，該設備進一步包括插在光輻射源與光子電子變換器之間、用于減小對光子電子變換器的寫錯誤的限幅器。
17.根據權利要求16所述的設備，其中限幅器包括具有對應于光輻射源發(fā)出的光束陣列的針孔的針孔陣列。
18.根據權利要求16所述的設備，其中對應于光輻射源發(fā)出的光束陣列的光孔陣列，每個光孔的寬度至少是每條光束的波長的一半。
19.一種利用圖像使襯底曝光的方法，該方法包括步驟產生光束陣列；響應輸入數據信號，單獨調制該光束；將光束變換為電子束，以提供中間電子束陣列；使電子束聚焦在襯底上，以用電子束圖形對襯底曝光；以及在執(zhí)行產生、調制、變換以及聚焦步驟時，相對于電子束移動襯底，以利用包括一系列電子束圖形的圖像使襯底曝光。
20.根據權利要求19所述的方法，該方法進一步包括對移動步驟中的機械不精確性進行補償。
21.一種無掩膜光刻設備，該無掩膜光刻設備包括光源；空間光線調制器，其被定位為從光源接收光線，用于提供響應輸入數據信號單獨調制的光束陣列；透鏡陣列，用于聚焦每條光束；光子電子變換器，將該光子電子變換器定位在光束的焦點位置，用于將每條光束變換為電子束；光學器件，插在空間光線調制器與透鏡陣列之間，用于以一一對應方式，將射束映射到透鏡上；電子透鏡，插在光子電子變換器與襯底之間，用于使各電子束聚焦到襯底上；以及工作臺，用于在襯底與光子電子變換器之間實現相對運動，以致利用電子束陣列將圖像記錄到襯底上。
22.根據權利要求21所述的設備，其中可運動工作臺使襯底沿相對于電子束陣列的一個軸線稍許傾斜的方向移動。
23.一種無掩膜光刻設備，其中包括光源；空間光線調制器，其被定位為從光源接收光線，用于響應輸入信號提供單獨調制的光束陣列；透鏡陣列，用于聚焦每條調制光束；光子電子變換器，將該光子電子變換器定位在調制光束的焦點位置，用于將每條調制光束變換為電子束；電子縮微器，其插在光子電子變換器與襯底之間；以及可運動工作臺，用于支承襯底，并用于在襯底與光子電子變換器之間實現相對運動，以致利用電子束陣列將圖像記錄到襯底上。
24.根據權利要求23所述的設備，其中可運動工作臺使襯底沿相對于電子束陣列的一個軸線稍許傾斜的方向移動。
25.根據權利要求24所述的設備，其中空間光線調制器是微反射鏡陣列。
26.一種利用電子束陣列形成的圖像使襯底曝光的無掩膜光刻設備，該系統(tǒng)包括可編程光輻射源，用于提供響應輸入數據信號調制的光束陣列并形成一系列光學圖形；光子電子變換器，包括光敏微尖端陣列，用于將光束變換為電子點，并形成一系列電子束圖形；電子光學器件，用于使電子點發(fā)出的電子束聚焦到襯底上；以及移位器，用于在襯底與聚焦的電子束之間實現相對運動，以致利用形成圖像的一系列電子束圖形使該襯底曝光。
27.根據權利要求26所述的設備，該設備進一步包括插在可編程光輻射源與光子電子變換器之間的光學微透鏡陣列。
28.根據權利要求26所述的設備，其中可編程光輻射源包括單獨調制的激光器陣列。
29.根據權利要求26所述的設備，其中光輻射源包括光源；以及可編程空間光線調制器，用于提供響應輸入數據信號單獨調制的光束陣列。
30.根據權利要求28所述的設備，該設備進一步包括插在可編程光輻射源與光子電子變換器之間的光學微透鏡陣列，這樣定位該光學微透鏡陣列，以致在光束與微透鏡陣列的單元之間存在一一對應的關系。
31.根據權利要求29所述的設備，該設備進一步包括插在可編程光輻射源與光子電子變換器之間的光學微透鏡陣列，這樣定位該光學微透鏡陣列，以致在光束與微透鏡陣列的單元之間存在一一對應的關系。
32.根據權利要求27所述的設備，其中微透鏡是衍射型的。
33.根據權利要求26所述的設備，其中移位器使襯底沿相對于電子束圖形的一個軸線傾斜的軸線移動。
34.根據權利要求27所述的設備，其中光束陣列是二維的。
35.根據權利要求3所述的設備，該設備進一步包括插在光學微透鏡陣列與光子電子變換器之間的光學縮微器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高分辨率、高數據速率點格柵陣列光刻機系統(tǒng)，其中通過利用電子束掃描襯底形成表示待記錄到初縮掩膜版或半導體晶片層上的圖形的圖像。實施例包括光刻機，該光刻機包括利用基本平行的光束照射光子電子變換器的光輻射源，單獨調制該光束以對應于要記錄到襯底上的圖像。光子電子變換器產生由對應于調制光束的電子束陣列構成的中間圖像。縮微器插在光子電子變換器與襯底之間，用于減小中間圖像的大小?？蛇\動工作臺在襯底與光子電子變換器之間實現相對運動，以致利用電子束掃描襯底。
文檔編號H01J37/317GK1602451SQ02824637
公開日2005年3月30日 申請日期2002年11月7日 優(yōu)先權日2001年11月7日
發(fā)明者吉拉德·艾茂基 申請人:應用材料有限公司