无掩膜光子电子点格栅阵列光刻机制造技术

本发明专利技术提供了一种高分辨率、高数据速率点格栅阵列光刻机系统，其中通过利用电子束扫描衬底形成表示待记录到初缩掩膜版或半导体晶片层上的图形的图像。实施例包括光刻机，该光刻机包括利用基本平行的光束照射光子电子变换器的光辐射源，单独调制该光束以对应于要记录到衬底上的图像。光子电子变换器产生由对应于调制光束的电子束阵列构成的中间图像。缩微器插在光子电子变换器与衬底之间，用于减小中间图像的大小。可运动工作台在衬底与光子电子变换器之间实现相对运动，以致利用电子束扫描衬底。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无掩膜光子电子点格栅阵列光刻系统。本专利技术尤其可以应用于对半导体衬底进行成像的光刻技术。要求临时专利申请的优先权本专利申请要求第60/331,035号美国临时专利申请的优先权。
技术介绍
光刻技术是一种用于在半导体衬底上产生图像的技术。通常，如果曝光涂布在该衬底上的抗蚀剂，则将在掩膜或“初缩掩膜版(reticle)”形成的图像转印到半导体衬底上。要求在半导体衬底上图形化越来越小的特征图形，这样就要求在成像该图形时使用越来越短波长的光。使用远紫外线(UV)波长光线的光刻系统以约0.25微米的分辨率产生图形。进一步将波长降低到193nm可以以0.18微米和0.13微米的分辨率成像图形。为了进一步提高分辨率，需要使用更短的波长，而且为了以0.1微米或者低于0.1微米的分辨率成像图形，人们已经提出了许多使用更短波长电子束的系统。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))内的电子束掩膜投影使用被电子照射的散射掩膜图形化衬底。尽管这种系统的分辨率高，但是它们受到要求制造多个特殊掩膜、要求包括多个电子透镜以及波束中各粒子之间的随机库仑相互作用的极限的制约。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描述了一种基于传统远紫外线缩微扫描仪-步进器、使用4X掩膜的混合光子电子阵列光刻机。在该建议中，利用微透镜阵列形成的106-108子光束照射4X掩膜。在缩微后，这些子光束在光子电子变换板上聚焦。子光子束触发发出窄电子束。该电子束单独聚焦在晶片上。利用许多波束扫描掩膜和晶片，从而曝光整个晶片。使用光学成像系统简化成像过程，而使用最终电子图形化过程提供改进的分辨率。此外，这种理论克服了SCALPEL系统内存在的库仑相互作用的相干问题。不幸的是，因为缺少设计规则而且广泛使用诸如OPC(近光校正(Optical Proximity Correction))和PSM(移相掩膜)的RET(分辨率增强技术)，所以用于图像投影系统的掩膜越来越困难，而且制造昂贵。掩膜重复的电子投影系统还极端困难，而且制造昂贵。由于形成制造集成电路所需的多个图形，需要许多掩膜，所以制造掩膜的时间延迟和掩膜本身的花费是半导体制造过程中的显著成本。对于其中不能将掩膜的成本分摊到大量器件的小批量器件的情况，尤其如此。因此，最好提供一种不需要昂贵掩膜制造半导体芯片的快速光刻设备。此外，最好提高光刻技术可实现的分辨率。此外，这种装备最好用于直接图形化少量衬底，例如运行原型装备，而且用于制造掩膜。因此，最好开发一种具有高分辨率电子成像系统、简化、快速光学系统以及大吞吐量掩膜或大规模并行写系统，但是这样做又不需要掩膜的混合光子电子系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种无掩膜光子电子点格栅阵列光刻系统。根据本专利技术，由空间光线调制器(SLM)阵列调制的光束的大型阵列产生图形。光束聚焦在光子电子变换器上，这样形成相应电子束阵列。将电子束阵列聚焦到衬底上，以在涂布了电子敏感抗蚀剂的衬底上曝光要求的图形。根据本专利技术，利用用于光刻(printing)的方法，可以部分地实现上述以及其他优点，该方法包括步骤产生基本平行的光束阵列；根据要记录到衬底上的图像的采样，调制各光束，以形成点格栅图形；将调制的光束变换为电子束，以提供相应电子束点格栅图形；以及在执行产生、调制、变换以及扫描步骤时相对于电子束，扫描衬底，以致将图像记录到衬底上。本专利技术的另一个优点是对可运动工作台的机械不精确性进行补偿的步骤。根据下面的详细说明，本
内的熟练技术人员容易理解本专利技术的其他优点，其中通过仅描述为了实现本专利技术而设想的最佳方式，只对本专利技术的优选实施例进行了描述和说明。正如所实现的那样，本专利技术可以有其他不同实施例，而且可以在各显而易见的方面，对其许多细节进行修改，这些修改均属于本专利技术范围。因此，附图和描述均被认为是说明性的，而非限制性的。附图说明参考附图，在附图中，具有同样参考编号表示类似的单元，附图包括图1示出根据本专利技术实施例的光刻机。图1A示出图1所示电子光学器件155的一个实施例。图1B示出光子电子变换器145的变换实施例。图1C示出电子光学器件155的另一个实施例。图1D示出电子光学器件155的另一个实施例。图1E示出图1D所示电子偏转器阵列。图2是根据本专利技术另一个实施例的光刻机的剖视图。图3示出倾斜扫描图形的一个例子。图4是根据本专利技术另一个实施例的光刻机的剖视图。图5A示出针孔阵列限幅器。图5B示出光孔阵列。具体实施例方式本专利技术提供了一种包括无掩膜直接写混合光学/电子成像系统的光刻机。可编程光学系统形成被分别聚焦到光子电子变换器上的大规模光束阵列。将由聚焦光束形成的点格栅图形变换为聚焦到被涂布了电子敏感抗蚀剂的半导体衬底上的电子束的相应点格栅图形，以利用点格栅阵列图形使该抗蚀剂曝光。然后，在将后续图形聚焦到衬底上时，利用可运动工作台使衬底相对于电子束阵列位移，以在衬底上建立最终全像。在本专利技术的特定实施例中，本专利技术光刻机的光学辐射源包括光源，用于产生基本平行的光束阵列；以及可编程空间光线调制器，选择性地调制光束阵列中的光束。设置微透镜阵列，用于对从光源进入光子电子变换器的光学进行聚焦。可以在空间光线调制器和微透镜阵列之间使用诸如光学缩微器的中继光学器件，以减小光学图像的尺寸，从而使各像素从空间光线调制器映射到微透镜阵列的相应单元。微透镜可以是二维阵列的衍射或折射微透镜。光子电子变换器产生对应于入射到其上的光学图像、但是显著减小了点尺寸的点格栅阵列电子图像。然后，利用适当电子透镜，将该电子图像聚焦到衬底上。可运动工作台使衬底在相对于电子束的一个轴线稍许倾斜的基本线性扫描方向相对于电子束阵列运动，以致在倾斜电子束阵列扫描衬底时，使衬底表面完全曝光。在本专利技术的各种实施例中，可运动工作台和阵列结构提供替换扫描图形，包括重叠的图形、不重叠的图形、提供冗余度的图形以及提供各种程度的隔行扫描的图形。在电子束阵列扫描衬底时，对光学和电子系统产生的图形进行编程，以在衬底上建立最终全像。图1示出根据本专利技术实施例的光刻机。参考图1，光源105可以是连续波激光器或脉冲激光器，它提供光辐射，准直透镜110使该光辐射准直，然后，射束分裂器115将它反射到二维空间光线调制器(SLM)120。空间光线调制器120对该光线进行调制，以产生对应于要求图形的平行阵列调制光束。在本专利技术的一个实施例中，SLM 120包括微透镜阵列，例如可以从美国德克萨斯州的达拉斯市的德州仪器公司(TexasInstruments)获得的Model DMD。SLM 120的各微反射镜响应输入图形数据信号100，以致每个SLM单元(还被称为像素)选择性地反射光线，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电子束阵列形成的图像使衬底曝光的无掩膜光刻设备，该系统包括：可编程光辐射源，用于提供响应输入数据信号调制的光束阵列并形成一系列光学图形；光子电子变换器，用于将光束变换为电子束，并形成一系列电子束图形；电子光学 器件，用于使电子束聚焦到衬底上；以及移位器，用于在衬底与电子束之间实现相对运动，以致利用形成图像的一系列电子束图形使该衬底曝光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉拉德艾茂基，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]