專利名稱：用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器及其制造和操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子束投影光刻系統(tǒng)(electron-beam projectionlithography system)，更具體而言，涉及一種用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器及其制造和操作方法，該發(fā)射器能夠局部地發(fā)射用于改正或修復(fù)的電子。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，使用各種光刻系統(tǒng)將襯底表面處理為期望的圖案。使用光的光刻系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，但其受到可以實(shí)現(xiàn)的線寬的限制。因此，目前已經(jīng)提出了下一代光刻(NGL)系統(tǒng)，已知其用于實(shí)現(xiàn)具有納米單位線寬的、更精密集成的半導(dǎo)體集成電路。NGL系統(tǒng)可以分為電子束投影光刻(EPL)系統(tǒng)、離子投影光刻(IPL)系統(tǒng)、極紫外線光刻(EUVL)系統(tǒng)、接近式X射線光刻(PXL)系統(tǒng)等等。
EPL系統(tǒng)是一種通過使用由發(fā)射器射出的電子束按期望的圖案對涂覆在目標(biāo)襯底上的電子抗蝕劑(electron-resist)進(jìn)行構(gòu)圖的系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于電子束發(fā)射器可以容易地實(shí)現(xiàn)且設(shè)備的構(gòu)造相對簡單。
圖1中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電子束投影光刻發(fā)射器的一示例。參照圖1，投射式電子束光刻發(fā)射器10具有絕緣層12和柵電極層(gate electrodelayer)13順序疊置在硅襯底11上的結(jié)構(gòu)。絕緣層12由氧化硅膜形成，而柵電極層13由諸如鋁(Al)的導(dǎo)電金屬形成。
發(fā)射器10的絕緣層12按照包括薄部和厚部的預(yù)定圖案構(gòu)圖。當(dāng)在硅襯底11與柵電極層13之間施加電壓時(shí)，電子通過絕緣層12的薄部由硅襯底11射出，射出的電子與面對發(fā)射器10、涂覆在將處理的目標(biāo)襯底上的電子抗蝕劑碰撞。結(jié)果，電子抗蝕劑按照與絕緣層12相同的圖案構(gòu)圖。
如上所述，由于電子通過整個(gè)區(qū)域射出，形成在發(fā)射器10上的圖案圖像投射在將處理的目標(biāo)襯底上。然后，在遍及整個(gè)區(qū)域的第一次構(gòu)圖后，可能需要局部地修復(fù)已構(gòu)圖的電子抗蝕劑。然而，如上構(gòu)造的常規(guī)發(fā)射器10的缺點(diǎn)在于無法進(jìn)行局部電子發(fā)射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器，其能夠在全面的第一次構(gòu)圖后局部地發(fā)射電子從而進(jìn)行局部的改正或修復(fù)。
另外，本發(fā)明提供了一種操作用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的方法。
另外，本發(fā)明提供了一種制造用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器，該發(fā)射器包括光電導(dǎo)(photoconductor)襯底；絕緣層，形成在光電導(dǎo)襯底的前表面上；柵電極層，形成在絕緣層上并被構(gòu)圖為具有薄部和相對于薄部的厚部；以及基電極層(base electrode layer)，形成在光電導(dǎo)襯底的后表面上并由透明導(dǎo)電材料形成。
光電導(dǎo)襯底可包括GaAs襯底和非晶Si襯底中的至少一種。
絕緣層可由陽極化的金屬形成，例如氧化鋁。
柵電極層可利用從由金(Au)、鈀(Pd)、鈦(Ti)和鋁(Al)構(gòu)成的組中選取的一種金屬形成，而基電極層可由ITO形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一操作用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的方法，其中在基電極層與柵電極層之間施加電壓，使光從發(fā)射器的后側(cè)被投射到光電導(dǎo)襯底的局部上，從而將部分光電導(dǎo)襯底轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，使得電子僅從光投射到的局部射出。
光源可為紫外光源或激光束。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一制造用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的方法，該方法包括制備光電導(dǎo)襯底；在光電導(dǎo)襯底的后表面上形成基電極層；在光電導(dǎo)襯底的前表面上形成絕緣層；以及在絕緣層上沉積導(dǎo)電金屬并構(gòu)圖所沉積的導(dǎo)電金屬，使得其具有薄部和相對于薄部的厚部，從而形成柵電極層。
可在形成柵電極層后進(jìn)行基電極層的形成。
形成絕緣層可包括在光電導(dǎo)襯底的整個(gè)表面上沉積可陽極化的金屬；以及陽極化所沉積的金屬。
形成柵電極層可包括在絕緣層上沉積第一導(dǎo)電金屬以形成第一導(dǎo)體層；對第一導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖以形成預(yù)定的導(dǎo)體層圖案；以及在第一導(dǎo)體層和通過構(gòu)圖步驟暴露的絕緣層上沉積第二導(dǎo)電金屬，從而形成第二導(dǎo)體層。


通過參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的示例性實(shí)施例，將使本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯易懂，附圖中圖1表示用于電子束投影光刻系統(tǒng)的常規(guī)發(fā)射器的截面圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的結(jié)構(gòu)及其操作方法的截面圖；以及圖3至9表示根據(jù)本發(fā)明制造圖2的用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖更加全面地介紹本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器結(jié)構(gòu)及其操作方法的截面圖。
參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器100包括光電導(dǎo)襯底110、形成在光電導(dǎo)襯底110前表面上的絕緣層120、形成在絕緣層120上的柵電極層130、以及形成在光電導(dǎo)襯底110后表面上的基電極層140。
襯底110由光電導(dǎo)體形成。光電導(dǎo)體表示在陰暗區(qū)域具有絕緣性，僅在光照區(qū)域具有導(dǎo)電性的材料。換言之，當(dāng)光部分地投射在光電導(dǎo)襯底110上時(shí)，僅光投射到的區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，而其余光未投射到的區(qū)域保持絕緣性?？梢允褂酶鞣N材料作為光電導(dǎo)體，例如，GaAs或非晶硅(Si)。
絕緣層120可以由陽極化的金屬形成，例如氧化鋁。具體而言，絕緣層120可以通過在光電導(dǎo)襯底110的前表面上以預(yù)定厚度沉積可陽極化的金屬，例如鋁，隨后陽極化所沉積的鋁而形成。
柵電極層130形成在絕緣層120上，且由導(dǎo)電金屬形成。例如，柵電極層130利用從由金(Au)、鈀(Pd)、鈦(Ti)和鋁(Al)構(gòu)成的組中選取的一種金屬形成。另外，柵電極層130具有被構(gòu)圖為含有薄部和相對于薄部的厚部的形狀。
通常，電子發(fā)射特性根據(jù)柵電極層130的材料性質(zhì)和厚度敏感地變化。特別地，隨著柵電極層130厚度增大，輸送至柵電極層130和從柵極電極層130射出的電子數(shù)量突然下降。因此，電子幾乎未通過柵電極層130的相對較厚的部分射出，但可以容易地通過柵電極層130相對較薄的部分射出。利用上述特性，柵電極層130的圖案可以投射在涂覆于將被處理的目標(biāo)襯底150表面上的電子抗蝕劑151上。
基電極層140形成在光電導(dǎo)襯底110的后表面上，并由透明導(dǎo)電材料形成，使得投射在光電導(dǎo)襯底110上的光可以透過?？梢允褂醚趸熷a(ITO)作為透明導(dǎo)電材料。
接著，將介紹用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器100的操作方法。
參照圖2，在上述構(gòu)造的本發(fā)明發(fā)射器100中，柵電壓VG由第一電源161施加在基電極層140與柵電極層130之間。此時(shí)，由于光電導(dǎo)襯底110具有絕緣性，因此熱電子未從發(fā)射器100內(nèi)部產(chǎn)生。然而，若從發(fā)射器100的后側(cè)向光電導(dǎo)襯底110上局部投射光，例如，紫外線或激光束，光投射到的光電導(dǎo)襯底110的部分(P)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，使得電子僅在此部分(P)內(nèi)開始加速。
由此，根據(jù)依賴于柵電極層130厚度的電子發(fā)射特性，僅在光電導(dǎo)襯底110的局部中產(chǎn)生的熱電子透過柵電極層130的薄部，并隨后射出。由發(fā)射器100射出的熱電子通過由第二電源162施加于柵電極層130與將被處理的目標(biāo)襯底150之間的加速電壓VA加速，并與涂覆在目標(biāo)襯底150表面上的電子抗蝕劑151碰撞。
如上所述，通過在光電導(dǎo)襯底110上局部投射光，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器100有可能局部發(fā)射電子，從而對涂覆在目標(biāo)襯底150上的電子抗蝕劑151進(jìn)行局部構(gòu)圖。因此，有可能在全面首次對電子抗蝕劑151進(jìn)行構(gòu)圖后，局部改正和修復(fù)電子抗蝕劑151。
以下，將參照圖3至9逐步介紹根據(jù)本發(fā)明如圖2所示的用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的優(yōu)選制造方法。
首先，參照圖3，制備具有預(yù)定厚度的光電導(dǎo)襯底110?？墒褂檬熘母鞣N光電導(dǎo)體作為光電導(dǎo)襯底110，例如被處理為預(yù)定厚度的GaAs襯底或非晶硅襯底。
接著，如圖4所示，在光電導(dǎo)襯底110的后表面上形成基電極層140。具體而言，通過以預(yù)定厚度沉積透明導(dǎo)電材料，例如氧化銦錫(ITO)，形成基電極層140。
同時(shí)，可以在如下介紹的形成絕緣層120和柵電極層130后進(jìn)行基電極層140的形成。
接著，如圖5所示，在光電導(dǎo)襯底110的前表面上形成絕緣層120。具體而言，通過真空蒸發(fā)(vacuum evaporation)或?yàn)R射(sputtering)以預(yù)定厚度沉積可陽極化的金屬，例如鋁，并陽極化所沉積的可陽極化金屬從而形成氧化鋁(Al2O3)。氧化鋁構(gòu)成絕緣層120。
圖6至9示出了在絕緣層120上形成柵電極層130的步驟。
首先，如圖6所示，在絕緣層120上形成第一導(dǎo)體層131。具體而言，通過利用真空蒸發(fā)或?yàn)R射，以預(yù)定厚度在絕緣層120上沉積導(dǎo)電金屬，例如金(Au)、鈀(Pd)、鈦(Ti)或鋁(Al)，形成第一導(dǎo)體層131。
接著，在第一導(dǎo)體層131的整個(gè)表面上形成抗蝕劑(R)，隨后以期望圖案構(gòu)圖。此時(shí)，可以通過普通的光刻如光光刻(photolithography)或電子束投影光刻進(jìn)行抗蝕劑(R)的構(gòu)圖。
接著，如圖8所示，在通過使用被構(gòu)圖的抗蝕劑(R)作為蝕刻掩模，蝕刻并去除第一導(dǎo)體層131的暴露部分后，剝離被構(gòu)圖的抗蝕劑(R)。
接著，如圖9所示，通過在圖8所得產(chǎn)物的整個(gè)表面上通過真空蒸發(fā)或?yàn)R射以預(yù)定厚度再次沉積導(dǎo)電金屬，例如金(Au)、鈀(Pd)、鈦(Ti)或鋁(Al)，形成第二導(dǎo)體層132。由此，在絕緣層120上形成包含第一導(dǎo)體層131和第二導(dǎo)體層132并被構(gòu)圖為具有薄部和厚部的柵電極層。
如前所述，由于根據(jù)本發(fā)明的用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器可以通過使用光電導(dǎo)襯底局部地發(fā)射電子，提供了可以在整體的第一次構(gòu)圖后局部地進(jìn)行改正和修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)。
雖然已參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例對其進(jìn)行了具體的示范和說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可以在不脫離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的基礎(chǔ)上對其中的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改動(dòng)。例如，發(fā)射器的絕緣層、柵電極層和基電極層可以用未列出的材料形成。另外，由于每種材料的疊置和形成方法僅為示例，因此可以采用各種沉積和蝕刻方法。另外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的制造方法中各個(gè)操作的順序可以改動(dòng)。因此，本發(fā)明的實(shí)際技術(shù)保護(hù)范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器，該發(fā)射器包括一光電導(dǎo)襯底；一絕緣層，形成在所述光電導(dǎo)襯底的前表面上；一柵電極層，形成在所述絕緣層上并被構(gòu)圖為具有一薄部和相對于該薄部的一厚部；以及一基電極層，形成在所述光電導(dǎo)襯底的后表面上并由透明導(dǎo)電材料形成。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中所述光電導(dǎo)襯底包括GaAs襯底和非晶Si襯底中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中所述絕緣層由陽極化的金屬形成。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)射器，其中所述絕緣層由陽極化的氧化鋁形成。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中所述柵電極層利用從由金(Au)、鈀(Pd)、鈦(Ti)和鋁(Al)構(gòu)成的組中選取的一種金屬形成。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中所述基電極層由ITO形成。
7.一種操作如權(quán)利要求1所述的用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的方法，其中在所述基電極層與所述柵電極層之間施加電壓，光從所述發(fā)射器的后側(cè)投射在所述光電導(dǎo)襯底的局部上，從而將部分光電導(dǎo)襯底轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，使得電子僅從光投射到的局部射出。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述光源為紫外光源或激光束。
9.一種制造用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器的方法，該方法包括制備一光電導(dǎo)襯底；在所述光電導(dǎo)襯底的后表面上形成基電極層；在所述光電導(dǎo)襯底的前表面上形成絕緣層；以及在絕緣層上沉積導(dǎo)電金屬并對所沉積的導(dǎo)電金屬進(jìn)行構(gòu)圖，使得其具有一薄部和相對于該薄部的一厚部，從而形成柵電極層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在形成所述柵電極層后進(jìn)行所述基電極層的形成。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述光電導(dǎo)襯底包括GaAs襯底和非晶Si襯底中的至少一種。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述基電極層由ITO形成。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述絕緣層包括在所述光電導(dǎo)襯底的整個(gè)表面上沉積可陽極化的金屬；以及陽極化所沉積的金屬。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述金屬為鋁，而通過陽極化該鋁所形成的為氧化鋁。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述柵電極層利用從由金(Au)、鈀(Pd)、鈦(Ti)和鋁(Al)構(gòu)成的組中選取的一種金屬形成。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述柵電極層包括在所述絕緣層上沉積第一導(dǎo)電金屬以形成第一導(dǎo)體層；對所述第一導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖以形成預(yù)定的導(dǎo)體層圖案；以及在所述第一導(dǎo)體層和通過構(gòu)圖步驟暴露的所述絕緣層上沉積第二導(dǎo)電金屬，從而形成第二導(dǎo)體層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中對所述第一導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖包括在所述第一導(dǎo)體層的上表面上涂覆抗蝕劑；對所涂覆的抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖；通過使用被構(gòu)圖的抗蝕劑作為蝕刻掩模選擇性地蝕刻所述第一導(dǎo)體層；以及剝離抗蝕劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電子束投影光刻系統(tǒng)的發(fā)射器及其制造和操作方法。該發(fā)射器包括光電導(dǎo)襯底、形成在光電導(dǎo)襯底的前表面上的絕緣層、形成在絕緣層上并被構(gòu)圖為具有薄部和相對于薄部的厚部的柵電極層、以及形成在光電導(dǎo)襯底的后表面上并由透明導(dǎo)電材料形成的基電極層。在基電極層與柵電極層之間施加電壓，光從發(fā)射器的后側(cè)投射在光電導(dǎo)襯底的局部上，從而將部分光電導(dǎo)襯底轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，使得電子僅從光投射到的局部射出。根據(jù)本發(fā)明，由于發(fā)射器可以局部地發(fā)射電子，因此可以在全面的第一次構(gòu)圖后進(jìn)行局部的改正或修復(fù)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1607465SQ20041005644
公開日2005年4月20日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月13日
發(fā)明者柳寅儆, 文昌郁, 崔昌勛 申請人:三星電子株式會(huì)社