專利名稱:中性粒子束平版印刷的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種中性粒子束平版印刷，尤其是涉及一種中性粒子束平版印刷，其中對形成在晶片上的抗蝕劑進行的平版印刷是利用中性粒子束進行的，從而曝光和顯影同時完成。
背景技術：
已經廣泛用于平版印刷的傳統(tǒng)方法是光學平版印刷，如圖1所示。這種光學平版印刷包括曝光步驟和顯影步驟，曝光步驟為將光暴露給形成在晶片20上的抗蝕劑30，所述抗蝕劑30被其上具有圖案圖像的近似定位掩膜10掩蓋，顯影步驟為利用顯影液蝕刻曝光區(qū)域(或未曝光區(qū)域)。光學平版印刷的理論分辨率由公式1確定公式1 其中，k1代表系統(tǒng)系數(shù)，λ代表波長，且NA代表數(shù)值孔。
如公式1所示，隨著光的波長減小，分辨率上升且獲得較小的特征尺寸。兩個代表性的光源為具有248nm波長的KrF激光和具有193nm波長的ArF激光。利用ArF激光的光學平版印刷的理論分辨率為70nm，同時目前已經獲得約75nm的特征尺寸(feature size)。盡管正在嘗試使用具有較短波長的F2激光的光學平版印刷(波長157nm，分辨率65-50nm)，然后由于與設備更換相關聯(lián)的高成本，還沒有被廣泛地采用。
用于形成具有70nm以下特征尺寸的細小圖案的NGL(下一代平版印刷)的例子包括采用諸如EUV(遠紫外，波長10-100nm)或X-射線的光源和采用諸如電子束或離子束的粒子束源的平版印刷。EUVL(遠紫外平版印刷)的示例性技術用于利用具有13.5nm波長的光源和具有放大率為4的掩膜在晶片上形成圖像。盡管EUVL是當前正被研發(fā)的具有許多世界范圍利益的潛在NGL源，但其使用反射鏡以代替光學透鏡系統(tǒng)。結果，反射鏡的顯著低的反射效率將繼續(xù)使得研發(fā)新的EUV源非常困難。使用X-射線作為NGL光源的例子是PXL(鄰近X-射線平版印刷)，其中具有1.3nm波長的X-射線通過位于其上具有圖案圖像的晶片附近的掩膜用于平版印刷。然而，由于其1∶1的成像比率的限制，這種方法具有需要其上具有高分辨率圖像的掩膜的缺點。
與光子(光粒子)不同，電子束或離子束的波長由德布羅意提出的公式2確定公式2λ=hmv]]>其中，λ為波長，h為普朗克常數(shù)，m為粒子質量且v為粒子速度。
如公式2所示，通過控制粒子質量和粒子速度能夠實質上減小粒子束的波長。例如，具有100KeV的電子的波長恰為0.004nm。因此，純從波長方面，電子比光子有利的多。作為電子束平版印刷，可以提及使用光學透鏡系統(tǒng)的EPL(電子束投射平版印刷)，以及將電子束輻射到其上具有細小圖案圖像并且放置在晶片附近的掩膜上的PEL(鄰近電子束平版印刷)。然而，所述方法仍然存在由于改變電子軌跡的、通過帶電電子在焦點上聚集產生的空間電荷引起的圖像模糊的問題。
為了克服上述問題，已經提出了中性粒子束平版印刷，美國專利No.5894058公開了一種在晶片上形成細小圖案的方法。所述專利方法包括將多個細小粒子直接分布到晶片上且利用準直中性原子束輻射晶片的表面以便在其上形成細小圖案，其中每個細小粒子作為屏蔽工作。然而，所述方法的缺點是細小粒子在晶片表面上的圖案布置沒有確實地達到，并且可能發(fā)生由于與細小粒子直接接觸引起的晶片的表面損壞。而且，上述方法要求完美的線性。即使在準直中性粒子的情況下，也難以實現(xiàn)完美的線性，因此，所述方法仍然存在由于其入射沒有與晶片表面很好垂直的中性粒子束引起的不利效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種平版印刷，該平版印刷能夠在同一時間執(zhí)行曝光和顯影，以便克服與采用曝光和顯影的單獨處理的傳統(tǒng)光學平版印刷相關聯(lián)的問題和限制。
本發(fā)明的另一目的是解決由于空間電荷引起的在電子或離子束平版印刷中固有的圖像模糊問題。
本發(fā)明的再一目的是提供一種平版印刷，該平版印刷能夠克服由屏蔽直接分布到晶片表面上和由中性粒子的非線性引起的不利效果。



圖1是示出怎樣通過傳統(tǒng)光學平版印刷形成圖像的框圖；圖2是示出通過怎樣根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的中性粒子束平版印刷形成圖像的截面圖；圖3是示出怎樣通過根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的中性粒子束平版印刷形成圖像的另一截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明用于晶片的有選擇的預加熱的預加熱裝置的優(yōu)選實施例的截面圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及一種通過中性粒子束平版印刷在形成于晶片上的抗蝕劑上形成圖案圖像的方法，包括a)將準直的自由基(radical)中性粒子束引入到具有通孔的透鏡內以便聚焦所述自由基中性粒子束，b)使已經通過透鏡的自由基中性粒子束穿過位于透鏡下面的掩膜，和c)將自由基中性粒子束引入到形成在晶片上的抗蝕劑上以便同時執(zhí)行曝光和顯影工序。更優(yōu)選地，本發(fā)明還可附加地在步驟b)和c)之間包括使已經通過掩膜的中性粒子束穿過位于抗蝕劑形成于其上的晶片的附近的孔。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的中性粒子束平版印刷的優(yōu)選實施例。準直的自由基中性粒子束垂直地進入透鏡100，在透鏡100內已經形成了通孔101。透鏡100聚焦自由基中性粒子束并且消除由非線性或非垂直中性粒子引起的負面效應。即，非線性或非垂直中性粒子與形成在透鏡100內的通孔101的壁101a碰撞一次或更多次，透鏡100使得非線性或非垂直中性粒子不但改變它們的路線而且釋放它們的能量。如本領域通常公知的，在中性粒子第一次與通孔101的壁101a碰撞時中性粒子釋放它們能量的大約70％。因此，已經與通孔101的壁101a碰撞多于一次的中性粒子具有充分地的能量，從而即使它們通過位于透鏡100下面的掩膜，它們也不會進行形成在晶片300的表面上的抗蝕劑400的蝕刻。透鏡100的優(yōu)選形狀為彎月形透鏡或凸板。并且形成在透鏡100內的通孔101布置為覆蓋形成在掩膜200上的圖像。
準直的自由基中性粒子能夠通過電荷交換或反射產生。由電荷交換產生的準直的自由基中性粒子通過正離子與重金屬的碰撞，正離子與電子的碰撞，和正離子與中性原子或中性分子的碰撞產生。由反射產生的準直的自由基中性粒子通過利用反射板朝著預定方向反射產生。產生準直的自由基中性粒子的中性粒子束發(fā)生器的例子在美國專利No.5640009，No.5859428和WO01/84611中公開。中性粒子優(yōu)選由能夠在碰撞時去除抗蝕劑400的物質形成。作為例子，諸如F2，Cl2，SF6，CF4的鹵素化合物和氧可以提及?？紤]到環(huán)境和成本方面，氧更優(yōu)選。
已經通過透鏡100內的通孔101的中性粒子進入具有圖案圖像的掩膜200，并且然后，已經通過掩膜200的中性粒子與形成在晶片300的表面上的抗蝕劑400碰撞并且利用各向異性去除抗蝕劑400。結果，與形成在掩膜200上的圖像相同的圖像形成在抗蝕劑400上，并且由此不需要用于抗蝕劑去除的額外的顯影工序。這里，掩膜200是具有1∶1放大率的蠟紙掩膜且鄰近地位于抗蝕劑400形成于其上的晶片300上。所述方法能夠使由傾斜的中性粒子引起的任何不利效應最小。這種平版印刷技術可以被稱為鄰近中性粒子束平版印刷(PNL)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的中性粒子束平版印刷的另一個優(yōu)選實施例。當自由基中性粒子通過具有通孔101的彎月形透鏡100時，可由非線性或非垂直中性粒子引起的任何不期望的平版印刷效果都被消除。然后，中性粒子束聚焦在位于晶片300附近的孔500的中心A，其中抗蝕劑400涂覆到晶片300上。這里，孔500的中心A沿與透鏡的中心相同的豎軸形成。已經通過透鏡100的通孔101的中性粒子束進入其上具有預定圖案圖像的掩膜200，然后已經通過掩膜200的中性粒子束在孔500的中心A相交它們的路徑。此后，中性粒子束與形成在晶片300表面上的抗蝕劑400碰撞并且在抗蝕劑400上形成預定的圖案圖像。
如同3所示，通過適當?shù)卣{節(jié)掩膜200的特征尺寸和掩膜200與孔500之間的距離(L’)和其上涂覆抗蝕劑400的晶片300與孔500之間的距離(L)的比率能夠容易地簡單控制形成在晶片300上的特征尺寸。例如，為了在晶片300上形成20nm的細小圖案，掩膜200的特征尺寸可以設定為100nm同時放大比率M(M＝L’/L)調節(jié)到5。為了使用具有200nm特征尺寸的掩膜200代替具有100nm特征尺寸的掩膜200在晶片300上形成20nm的細小圖案，將放大率M簡單地調節(jié)到10就可以滿足。因此，所述方法進一步使得能夠在晶片上形成具有小于70nm的特征尺寸的細小圖案且沒有減小掩膜200的特征尺寸，并且不但消除了非線性中性粒子的不期望的效果而且在同一時間同時執(zhí)行曝光和顯影處理。期望地，放大率M調節(jié)為小于20，因為超過該比率可能會導致由存在于掩膜200和孔500之間的空間內的粒子引起的不期望的效果。優(yōu)選的是，放大率M調節(jié)在2-10的范圍內。
晶片300可以旋轉或水平搖擺以便實現(xiàn)均勻的平版印刷。而且，其可以被預加熱以便改善通過中性粒子束進行的抗蝕劑400的去除效率。預加熱器可以安裝在晶片保持器內，可選地，僅僅抗蝕劑400通過輻射有選擇地被預加熱。更優(yōu)選的是通過輻射有選擇地預加熱抗蝕劑400。
圖4是用于通過輻射有選擇地預加熱抗蝕劑400的預加熱裝置的優(yōu)選實施例的截面圖。預加熱裝置500利用反射板502反射來自輻射熱源501的輻射熱503并且有選擇地預加熱形成在晶片300表面上的抗蝕劑400。作為輻射熱源，可以為使用鎳-鉻絲或碳作為加熱元件的輻射熱源或象石英鹵素燈一樣的紅外輻射熱源。從輻射熱源501釋放出的輻射熱503由反射板502反射并且將形成在晶片300表面上的抗蝕劑400預加熱到合適的程度。如圖4所示，反射板502優(yōu)選具有聚焦輻射熱503的凹形。利用凹形反射板502，待預加熱的特定目標區(qū)域A能夠有選擇地被預加熱。即，通過利用輻射熱僅預加熱特定的目標區(qū)域A，能夠附加地提高預加熱的效率并且能夠防止由于預加熱不需要加熱的區(qū)域引起的任何負面效應。待預加熱的抗蝕劑400和輻射熱源501之間的距離(L1)與輻射熱源501和反射板502之間的距離(L2)的比率，即L1/L2，能夠被調節(jié)在1-10的范圍內。如果比率L1/L2保持在小于1，那么通過反射板502進行有選擇的預加熱困難，并且如果比率大于10，那么由于基板300與輻射源501之間的距離變得太遠，預加熱的效率顯著降低。更優(yōu)選的是，該比率被調節(jié)在3-5的范圍內。輻射熱源501與反射板502之間的水平距離L3與垂直距離L2的比率，即L3/L2，優(yōu)選調節(jié)在2到0.5的范圍內，更優(yōu)選為從3/2到2/3的范圍。如果比率大于2，聚焦輻射熱困難，如果比率小于0.5，將被加熱的區(qū)域變得太小。
同時，盡管美國專利No.5155336，No.6023555，No.6122440公開了利用輻射熱預加熱基板的輻射加熱裝置，這些專利公開的輻射加熱裝置不能有選擇地預加熱待預加熱的目標表面而是通過從待預加熱的表面的相反側預加熱目標而預加熱整個目標。相反，圖4示出的預加熱裝置500能夠有選擇地僅預加熱抗蝕劑400，因此，提高了預加熱效率并且能夠防止由于晶片300的不期望加熱引起熱膨脹造成的任何損壞。進而，利用預加熱裝置500進行的抗蝕劑400的有選擇的預加熱顯著地提高了平版印刷的效率。
如上所述，與需要連續(xù)的曝光然后顯影的工序的光學平版印刷或其他平版印刷技術不同，根據(jù)本發(fā)明的方法具有同時進行曝光和顯影工序的優(yōu)點。由于本發(fā)明的方法在曝光后不需要任何附加的使用顯影液的顯影工序，因此，能夠消除由顯影液和去除的壁之間的摩擦引起的效應，結果，能夠防止在顯影期間對細小圖案的損壞。進而，由于本發(fā)明的方法在顯影后不需要任何的附加的干燥工序，因此能夠顯著地降低處理時間并且能夠防止在干燥期間對細小圖案的損壞。
進而，由于通過適當?shù)卣{節(jié)放大比率M能夠容易地形成小于70nm的細小圖案，而不論掩膜的特征尺寸如何，本發(fā)明的方法不依賴于掩膜的特征尺寸。因此，本發(fā)明的方法能夠使用容易批量生產的特征尺寸為50nm-200nm的掩膜容易地形成細小圖案。換而言之，本發(fā)明具有不需要制造特征尺寸小于50nm的掩膜的優(yōu)點，其中制造特征尺寸小于50nm的掩膜是非常困難的任務。
進而，本發(fā)明的方法使用沒有電荷的中性粒子束，從而能夠消除模糊，所述模糊是由于使用電子束或離子束時產生的空間電荷通過電子軌跡的改變引起的。而且，本發(fā)明的方法具有的另一個優(yōu)點是消除了通過非線性或非垂直中性粒子束進行的不期望的蝕刻，因此，不需要完美的線性。
權利要求
1.一種通過中性粒子束平版印刷在形成于晶片上的抗蝕劑上形成圖案圖像的方法，包括以下步驟a)將準直自由基中性粒子束引入到具有通孔的透鏡內以便對自由基中性粒子束調焦；b)使已經通過透鏡的自由基中性粒子束通過位于透鏡下面的掩膜；和c)將自由基中性粒子束引導到形成于晶片上的抗蝕劑上，以便同時執(zhí)行曝光和顯影工序。
2.根據(jù)權利要求
1所述的方法，進一步包括在步驟b)和步驟c)之間的步驟，該步驟為使已經通過掩膜的中性粒子束通過孔，該孔位于抗蝕劑形成于其上的晶片的附近。
3.根據(jù)權利要求
2所述的方法，其中掩膜和孔之間的距離L與孔和晶片之間的距離L’的比率被調節(jié)在2-10的范圍內。
4.根據(jù)權利要求
1所述的方法，其中所述自由基中性粒子由在碰撞時去除抗蝕劑的物質構成。
5.根據(jù)權利要求
1所述的方法，其中自由基中性粒子由鹵素化合物或氧構成。
6.根據(jù)權利要求
1所述的方法，其中在圖案圖像形成在晶片上的抗蝕劑上之前，所述抗蝕劑通過預加熱裝置被有選擇地預加熱，所述預加熱裝置包括輻射熱源和反射板，所述反射板將來自輻射熱源的輻射熱反射到將被預加熱的表面。
專利摘要
本發(fā)明提供一種利用準直自由基中性粒子束的平版印刷技術方法。所述方法通過中性粒子束平版印刷在形成于晶片上的抗蝕劑上形成圖案圖像，并且包括以下步驟a)將準直自由基中性粒子束引入到具有通孔的透鏡內以便聚焦自由基中性粒子束；b)使已經通過透鏡的自由基中性粒子束通過位于透鏡下面的掩膜；和c)將自由基中性粒子束引導到形成于晶片上的抗蝕劑上，以便同時執(zhí)行曝光和顯影工序。
文檔編號G21K1/02GKCN1754249SQ200480004893
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月21日
發(fā)明者李學柱 申請人:希姆科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan