專利名稱：使用圖案化發(fā)射體的電子束光刻裝置和發(fā)射體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用圖案化發(fā)射體(patterned emitter)的電子束光刻裝置和圖案化發(fā)射體的制造方法，更具體地說，涉及一種使用熱電板(pyroelectricplate)作為電子束源的電子束光刻裝置以及一種制造圖案化發(fā)射體的方法，熱電板使用介電板作為掩模，介電板具有形成在其上的圖案化半導(dǎo)體薄膜。
背景技術(shù)：
已知的大面積電子投影光刻裝置包括熱電子式電子光刻裝置和光電陰極式電子投影裝置。
熱電子式電子光刻裝置用電場和磁場控制電子束。然而，為了取得大面積電子源，必須提供一種用于保持螺旋散射電子束成平行的獨(dú)立裝置，該裝置具有相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
光電陰極式電子投影裝置極易感受空氣污染，使得很難取得其商業(yè)化。
近年來，研究出使用電子束源的各種投影裝置。具體地，美國公開申請第2003-6381號公開了利用形成在熱電板上的掩模而從發(fā)射體的露出部分發(fā)射出電子。
然而，很難蝕刻用于屏蔽電子束的金屬膜，并且在構(gòu)圖形成在熱電板上的金屬膜期間，熱電板可能被光致抗蝕劑污染。同樣，金屬膜易于在烘烤期間熱損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種使用圖案化發(fā)射體的電子束光刻裝置，圖案化發(fā)射體具有作為掩模并容易構(gòu)圖的半導(dǎo)體薄膜。
本發(fā)明還提供一種制造圖案化發(fā)射體的方法，是通過在熱電板上設(shè)置獨(dú)立制備的圖案化掩模來制造的。
在本發(fā)明的一個方案中，提供一種用于提供圖案的1∶1投影的電子束光刻裝置，該裝置包括離開基板支座一預(yù)定距離設(shè)置的熱電發(fā)射體，該發(fā)射體包括具有在其表面上的介電板的熱電板和在介電板上且面對基板支座的圖案化半導(dǎo)體薄膜；加熱該熱電發(fā)射體的加熱源；以及在發(fā)射體和基板支座外部設(shè)置以便控制由發(fā)射體發(fā)射的電子的路徑的永磁鐵或電磁鐵。
在本發(fā)明的另一個方案中，提供一種用于提供圖案的X∶1投影的電子束光刻裝置，該裝置包括離開基板支座一預(yù)定距離設(shè)置的熱電發(fā)射體，該發(fā)射體包括具有在其表面上的介電板的熱電板和在介電板上并面對基板支座的圖案化半導(dǎo)體薄膜；加熱該熱電發(fā)射體的加熱源；以及設(shè)置在發(fā)射體和基板支座之間以便控制由熱電發(fā)射體發(fā)射的電子的路徑的偏轉(zhuǎn)單元。
在本發(fā)明的又一個方案中，提供一種制造熱電發(fā)射體的方法，設(shè)置熱電發(fā)射體離開基板支座一預(yù)定距離，該發(fā)射體包括具有在其表面上的介電板的熱電板和在介電板上并面對基板支座的圖案化半導(dǎo)體薄膜，該方法包括制備熱電板，通過在具有預(yù)定厚度的介電板上形成圖案化半導(dǎo)體薄膜來制備圖案化掩模，以及在熱電板上設(shè)置圖案化掩模。


通過參考附圖詳細(xì)描述其優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它方案及有益效果將變得更加明白，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的用于1∶1投影(one-to-one projection)的電子束光刻裝置的示意截面圖；圖2是當(dāng)在室溫至120℃的溫度范圍內(nèi)加熱平板并且然后冷卻到室溫時(shí)，取決于設(shè)置在平板上的硅膜的存在或不存在，從由LiNbO3形成的平板上產(chǎn)生的電流值的示圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的用于X∶1投影(X-to-one projection)的電子束光刻裝置的示意截面圖；以及圖4A至4E是示例根據(jù)本發(fā)明制造作為電子源的圖案化熱電發(fā)射體的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下文，通過參考附圖描述優(yōu)選實(shí)施例，將詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的使用圖案化發(fā)射體的電子束光刻裝置。應(yīng)該意識到，為了清楚示例，圖中所示的一些層和區(qū)域的尺寸相對于其它元件被夸大了。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的用于1∶1投影的電子束光刻裝置的示意截面圖，其中還示出了具有在其上形成的電子抗蝕劑(electron resist)的基板。
參考圖1，涂覆有電子抗蝕劑124的基板120設(shè)置在基板支座122上。在發(fā)射體固定架112上安裝有熱電發(fā)射體110，熱電發(fā)射體110與基板120間隔預(yù)定距離并且當(dāng)在真空中加熱時(shí)發(fā)射出電子束117。
熱電發(fā)射體110具有疊層結(jié)構(gòu)，其中熱電板111設(shè)置在其最下面的部分上并且介電板113堆疊在其上。以預(yù)定圖案形成的半導(dǎo)體薄膜114設(shè)置在介電板113上。
通過例如使用電阻型加熱的接觸型加熱板或產(chǎn)生紅外線的遙控加熱器的加熱源118來加熱熱電板111。
用于控制從熱電發(fā)射體110發(fā)射的電子束117的路徑的電磁鐵或永磁鐵130和130′設(shè)置在熱電板111和基板支座122的外側(cè)。
熱電板111可以由例如LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3或Pb(Zr、Ti)O3的熱電材料形成，并且當(dāng)在真空中被加熱源118加熱時(shí)發(fā)射出電子。
半導(dǎo)體薄膜114由容易制備的、廉價(jià)并且在半導(dǎo)體工藝中廣泛使用的硅形成，并且優(yōu)選形成100至10,000_的厚度。
介電板113優(yōu)選由藍(lán)寶石形成0.1至1mm的厚度。
圖2是當(dāng)加熱由LiNbO3所形成的1mm厚的熱電板111時(shí)所產(chǎn)生的電流值的示圖，這取決于設(shè)置在熱電板111上的硅膜存在與否。
參考圖2，當(dāng)熱電板111被加熱到從室溫至120℃的溫度范圍內(nèi)并且然后冷卻到室溫時(shí)，直到在大約50℃的溫度處開始電子的發(fā)射，在更低的溫度時(shí)沒有電子從熱電板111中發(fā)射出來，并且在大約110℃的溫度下提供用于構(gòu)圖電子抗蝕劑所需的電子劑量(在圖2所示的無遮蔽LN的情況下)。當(dāng)具有大約500_厚度的非晶硅薄膜沉積在熱電板111上時(shí)(在圖2所示的a-Si/LN的情況下)以及當(dāng)未摻雜的非晶硅薄膜沉積在熱電板111上時(shí)(在圖2所示的未摻雜a-Si/LN的情況下)，即使當(dāng)加熱時(shí)也幾乎沒有電子從熱電板111中發(fā)射出來。這暗示硅薄膜阻止了電子的發(fā)射。
根據(jù)本發(fā)明的用于1∶1投影的上述電子束光刻裝置如下工作。首先，把其上涂覆有電子抗蝕劑124的基板120安裝在基板支座122上，然后加熱發(fā)射體110。如果用加熱源118在如2×10-5乇或更低的真空中將熱電板111加熱到預(yù)定溫度例如110℃時(shí)，那么從由圖案化半導(dǎo)體薄膜114露出的介電板113中發(fā)射出電子束117。通過由電磁鐵或永磁鐵130或130′產(chǎn)生的大約0.8特斯拉的DC磁場使電子束117直線地移動，以便將在基板120上的電子抗蝕劑124構(gòu)圖。這時(shí)，由半導(dǎo)體薄膜114形成的發(fā)射體110的圖案按照1∶1的比例被投影到基板120上。為了重復(fù)投影循環(huán)，重復(fù)加熱并冷卻發(fā)射體110。
盡管示例了把熱電發(fā)射體110固定在發(fā)射體固定架112上的上述實(shí)施例，但可以用加熱板取代發(fā)射體固定架112。
同樣，產(chǎn)生紅外線的遙控加熱器(未示出)可以用作加熱源118。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的用于X∶1投影的電子束光刻裝置的示意截面圖，其中，電子抗蝕劑形成在基板表面上。如前述實(shí)施例中的元件相同的元件用同一參考數(shù)字標(biāo)記，并且不再給出其詳細(xì)說明。
參考圖3，涂覆有電子抗蝕劑224的基板220設(shè)置在基板支座222上。在發(fā)射體固定架212上安裝有熱電發(fā)射體210，熱電發(fā)射體210與基板220間隔預(yù)定距離并且當(dāng)被外部加熱源加熱時(shí)發(fā)射出電子束217。
發(fā)射體固定架212具有疊層結(jié)構(gòu)，其中熱電板211設(shè)置在最下面的部分上并且介電板213堆疊在其上。被構(gòu)圖成預(yù)定圖案的半導(dǎo)體薄膜214形成在介電板213上。
通過例如使用電阻型加熱的接觸型加熱板或產(chǎn)生紅外線的遙控加熱器的加熱源218加熱熱電板211。
偏轉(zhuǎn)板252、磁透鏡254和孔256(所有上述部件可以共同稱為偏轉(zhuǎn)單元)設(shè)置在熱電板211和基板支座222之間，偏轉(zhuǎn)板252使從發(fā)射體210發(fā)射出的電子束217偏轉(zhuǎn)，磁透鏡254設(shè)置在偏轉(zhuǎn)板252上并且聚焦偏轉(zhuǎn)的電子束，孔256使被磁透鏡254聚焦的電子束通過并且過濾掉偏離聚焦電子束的電子。
熱電板211可以由例如LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3或Pb(Zr、Ti)O3的熱電材料形成，并且當(dāng)在真空中被加熱源218加熱時(shí)發(fā)射出電子。
半導(dǎo)體薄膜214由容易制備的、廉價(jià)并且在半導(dǎo)體工藝中廣泛使用的硅形成，并且優(yōu)選形成100至10,000_的厚度。
介電板213優(yōu)選由藍(lán)寶石形成0.1至1mm的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的用于X∶1投影的上述電子束光刻裝置如下工作。首先，把其上旋涂有電子抗蝕劑224的基板220固定在基板支座222上，然后加熱發(fā)射體210。如果用加熱源218在如2×10-5乇或更低的真空中將熱電板211加熱到預(yù)定溫度例如110℃時(shí)，那么從由圖案化半導(dǎo)體薄膜214露出的介電板213中發(fā)射出電子束217。用偏轉(zhuǎn)板252和磁透鏡254聚焦電子束217，使得發(fā)射體圖案的尺寸按照預(yù)定比例，也就是，X∶1的比例縮小。
盡管示例了把熱電發(fā)射體210固定在發(fā)射體固定架212上的上述實(shí)施例，但可以用加熱板取代發(fā)射體固定架212。
圖4A至4E是示例根據(jù)本發(fā)明制造作為電子源的圖案化熱電發(fā)射體的方法的截面圖。
實(shí)質(zhì)上，如前述實(shí)施例中的元件相同的元件用同一參考數(shù)字標(biāo)記，并且不再給出其詳細(xì)說明。
首先，使用例如LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3或Pb(Zr、Ti)O3的熱電材料來制備具有預(yù)定厚度，例如，1mm的熱電板(圖4E中所示的211)。
然后，如下制備圖案化掩模240。
如圖4A所示，在介電板213上淀積例如硅薄膜的半導(dǎo)體薄膜214至大約100～10,000_范圍的厚度，介電板213例如是藍(lán)寶石板并具有0.1至1mm的厚度。然后，把抗蝕劑R旋涂在半導(dǎo)體薄膜214上。
接著，如圖4B所示，利用光刻或電子束光刻工藝的曝光和顯影對抗蝕劑R構(gòu)圖。
如圖4C所示，使用圖案化抗蝕劑R作為掩模，通過反應(yīng)離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)對半導(dǎo)體薄膜214構(gòu)圖。
如圖4D所示，在構(gòu)圖后除去剩余的抗蝕劑R，從而完成半導(dǎo)體薄膜214的圖案。
圖案化掩模240被設(shè)置在預(yù)先制作的熱電板211上。然后，如圖4E所示，完成用作電子束源的圖案化發(fā)射體的制作。優(yōu)選使用粘附劑例如環(huán)氧樹脂將掩模240和熱電板211彼此粘接。
如上所述，在使用圖案化發(fā)射體的電子束光刻裝置中，被構(gòu)圖在介電板上的半導(dǎo)體薄膜用作掩模。在加熱發(fā)射體時(shí)，不會從被半導(dǎo)體薄膜覆蓋的發(fā)射體部分中發(fā)射出電子，而是從沒有被半導(dǎo)體薄膜覆蓋的露出的發(fā)射體部分中發(fā)射電子，使得發(fā)射體圖案的形狀被投影到基板上。能用磁鐵或偏轉(zhuǎn)單元控制從發(fā)射體發(fā)射的電子束，從而取得1∶1或X∶1的投影。同樣，由于分別制備熱電板和圖案化掩模并然后簡單地彼此粘接，所以能容易地制造圖案化發(fā)射體。此外，由于不需要在熱電板上形成用于屏蔽電子束的金屬膜，所以能避免在構(gòu)圖金屬膜期間由于光致抗蝕劑引起的熱電板的污染。
當(dāng)示例上述實(shí)施例時(shí)，從這里的教導(dǎo)能夠理解，可以在不脫離本發(fā)明精神的條件下構(gòu)造替換實(shí)施例。因此，試圖包含所有本領(lǐng)域技術(shù)人員所能實(shí)現(xiàn)的關(guān)于本發(fā)明主旨內(nèi)容的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于提供圖案的1∶1投影的電子束光刻裝置，該裝置包括離開基板支座預(yù)定距離設(shè)置的熱電發(fā)射體，該發(fā)射體包括具有在其表面上的介電板的熱電板和在該介電板上并面對該基板支座的圖案化半導(dǎo)體薄膜；加熱所述熱電發(fā)射體的加熱源；以及設(shè)置在所述發(fā)射體和所述基板支座外部以便控制由該發(fā)射體發(fā)射的電子的路徑的永磁鐵或電磁鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括在所述熱電板和所述介電板之間的、具有一預(yù)定厚度的粘附層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述加熱源是使用電阻型加熱的接觸型加熱板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述加熱源是產(chǎn)生紅外線的遙控加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中從由LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3和Pb(Zr、Ti)O3組成的組中選擇的熱電材料形成所述熱電板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述介電板是藍(lán)寶石板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述介電板是具有在大約0.1至大約1mm范圍厚度的板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述半導(dǎo)體薄膜是硅薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述半導(dǎo)體薄膜具有大約100至10,000_范圍內(nèi)的厚度。
10.一種用于提供圖案的X∶1投影的電子束光刻裝置，該裝置包括離開基板支座預(yù)定距離設(shè)置的熱電發(fā)射體，該發(fā)射體包括具有在其表面上的介電板的熱電板和在該介電板上并面對該基板支座的圖案化半導(dǎo)體薄膜；加熱所述熱電發(fā)射體的加熱源；以及設(shè)置在所述發(fā)射體和所述基板支座之間以便控制由所述熱電發(fā)射體發(fā)射的電子的路徑的偏轉(zhuǎn)單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，還包括在所述熱電板和所述介電板之間的、具有一預(yù)定厚度的粘附層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述偏轉(zhuǎn)單元包括用于偏轉(zhuǎn)從所述發(fā)射體發(fā)射的電子的偏轉(zhuǎn)板；以及用于聚焦偏轉(zhuǎn)電子的至少一個磁透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述加熱源是使用電阻型加熱的接觸型加熱板。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述加熱源是產(chǎn)生紅外線的遙控加熱器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中從由LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3和Pb(Zr、Ti)O3組成的組中選擇的熱電材料形成所述熱電板。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述介電板是藍(lán)寶石板。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述介電板是具有在大約0.1至大約1mm范圍厚度的板。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述半導(dǎo)體薄膜是硅薄膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述半導(dǎo)體薄膜具有大約100至大約10,000_范圍內(nèi)的厚度。
20.一種制造熱電發(fā)射體的方法，該熱電發(fā)射體被設(shè)置為離開基板支座一預(yù)定距離，該發(fā)射體包括具有在其表面上的介電板的熱電板和在該介電板上并面對該基板支座的圖案化半導(dǎo)體薄膜，該方法包括制備熱電板；通過在具有預(yù)定厚度的介電板上形成圖案化半導(dǎo)體薄膜來制備圖案化掩模；以及在所述熱電板上設(shè)置圖案化掩模。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中圖案化掩模的制備包括在具有預(yù)定厚度的所述介電板上依次形成具有預(yù)定厚度的半導(dǎo)體薄膜和抗蝕劑；將所述抗蝕劑構(gòu)圖成預(yù)定圖案；使用所述圖案化抗蝕劑作為掩模來構(gòu)圖所述半導(dǎo)體薄膜；以及除去圖案化抗蝕劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中圖案化掩模的設(shè)置包括在所述熱電板上形成粘附層和在該粘附層上粘附所述圖案化掩模。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中從由LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3和Pb(Zr、Ti)O3組成的組中選擇的熱電材料形成所述熱電板。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述介電板由藍(lán)寶石形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中所述介電板被形成為具有在大約0.1至大約1mm范圍內(nèi)的厚度。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述半導(dǎo)體薄膜由硅形成。
27.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述半導(dǎo)體薄膜被形成為具有大約100至大約10,000_范圍內(nèi)的厚度。
全文摘要
提供一種使用圖案化發(fā)射體的電子束光刻裝置和一種圖案化發(fā)射體的制造方法，該圖案化發(fā)射體具有作為掩模并容易構(gòu)圖的半導(dǎo)體薄膜。該裝置包括離開基板支座一預(yù)定距離設(shè)置的熱電發(fā)射體，該發(fā)射體包括具有在其表面上的介電板的熱電板和在介電板上并面對基板支座的圖案化半導(dǎo)體薄膜。當(dāng)加熱所述熱電發(fā)射體時(shí)，從沒有被圖案化半導(dǎo)體薄膜覆蓋的介電板中發(fā)射出電子。
文檔編號H01J37/06GK1530996SQ20041000288
公開日2004年9月22日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者金東煜, 柳寅儆, 文昌郁 申請人:三星電子株式會社