利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统及其成像方法技术方案

本发明专利技术涉及利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统及其成像方法，该成像系统包括光源、光刻版、物镜，所述光源产生的曝光光源穿过所述光刻版，射入所述物镜；光电效应板，从所述物镜射出的光束入射到所述光电效应板上，发生光电效应逸出电子；偏转磁场，用于改变所述光电效应板发射出的电子的运动方向，使所述光电效应板发射出的电子能被电子收集器收集并最终入射到所述硅片表面的光刻胶上；电子收集器，用于收集所述光电效应板发射出的电子；电子加速限位器，对所述电子收集器内的电子进行加速，以提高所述电子的能量，同时，所述电子在垂直于电子运动方向的平面内的间距，沿电子运动方向等比例逐渐缩小；和工件台，所述硅片放置在工件台上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造工艺
，尤其涉及一种。
技术介绍
图1所示为现有技术中的光学步进扫描光刻机成像系统，曝光光源11产生的激光照射到放置在掩模台(图1中未示)上的光刻版12上，所述光刻版12上设有图形12a，所述曝光光源11产生的激光穿过所述光刻版12，射入物镜13，从所述物镜13射出的激光照射到工件台14上的硅片15上，将所述光刻版12上的图形复制到硅片15表面的光刻胶上， 所述物镜13将所述光刻版12的图形缩小4 5倍，所述曝光光源11多采用紫外光源。伴随集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积和关键尺寸正变得越来越小。随着关键尺寸越来越小，集成电路产业面临越来越多的挑战。所面临的重要挑战之一是由现有技术的光学步进扫描光刻机的曝光光源(紫外光源)所决定，受曝光光源的衍射的影响，现有技术的光学步进扫描光刻机所能达到的光刻关键尺寸已经接近曝光机台的极限分辨率。半导体产业界一直致力于延长光学光刻平台的寿命，多种分辨率增强技术和光学临近修正技术已经得到了业界的普遍应用。双重图形化、光刻双重曝光、高折射率浸没式光刻技术等光刻分辨率增强技术在实现32纳米技术节点被普遍寄予了厚望。由于光刻机软硬件技术进步导致的生产率的提高，双重图形化技术和光刻双重曝光技术已成为目前业界32纳米主流解决方案。但是对于32纳米以下节点的光刻工艺中，现有的光刻平台已经没有新的手段和方法来达到目标分辨率。半导体业界都在着力于研发新架构和新概念的光刻平台，目前主流的开发方向有极紫外线曝光(EUV)和电子束直写等。极紫外线曝光是指使用极紫外的波长的光源进行曝光，其波长目前已经达到13. 5 纳米。中性的原子或者浓缩的物质不能发射EUV光源，EUV光源只能由跃迁到多电荷的正离子的电子发射出来，多电荷的正离子只可能存在于高温高密度的等离子体中，EUV光刻中用到的氙或锡等离子源是由放电产生或者激光产生。目前，业界对EUV的研发距离量产还有很多障碍首先，193氟化氩激光提供的光强大约为200W/cm2，而为EUV光刻生产等离子体的激光需要提供的强度则需要高得多，它需要激光或相等的能量来源的输出能量超过 10Kff/cm2 ；其次，EUV光刻还与目前深紫外线光刻有许多显著的差别，由于所有的物质都吸收EUV光，因此，EUV光刻需要在真空中进行，尽管如此，所有的光学组件，包括光刻版，都会对EUV光线有很强的吸收，这些组件中的任何一个镜子都会对入射的EUV光吸收约30%，由于所有物质对EUV光的高吸收率，光刻机内部的光学组件很容易被损坏；再次，EUV光刻的低产率相对量产的需求也是一个很大的障碍。另外一个主流的开发方向是电子束直写(EBL)，电子束直写的操作原理是通过一束可以来回移动的电子束直接照射在硅片表面，从而对硅片表面的光刻胶实现光刻，并通过对来回移动时的电子束的控制，来确定光刻胶表面是曝光还是非曝光。电子束直写的首要优点是高分辨率，由于不受传统光学光源的衍射的影响，电子束可以实现纳米级别的结构的光刻，所以这种无光刻版光刻方式被广泛的运用于光刻版制造、小产量的半导体器件制造及一些研究和开发领域。而电子束直写的最大缺点是低产率问题，极细的电子束通过来回移动扫描的方式曝完整片硅片(非步进曝光方式)，这种方式决定了每完成一片硅片电子束直写的时间需要以小时计；过长的曝光时间影响不仅仅是产率问题，还会连带出其他缺点，比如过长的曝光时间很容易使电子束在曝光工艺过程中发生状态偏移或不稳定， 这会大大增加硅片的返工率。结合以上的举例可以看出，尽管有希望实现对极限分辨率的延伸，但目前的新一代的光刻平台的开发方向都有自身难以克服的障碍和缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，结合步进扫描技术和电子束直写技术，提高了光刻机成像系统的分辨率和产率。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，包括光源、光刻版、物镜和工件台，所述光源产生的曝光光源穿过所述光刻版，射入所述物镜，所述光刻版上设有图形，所述工件台上放置有硅片，还包括光电效应板，从所述物镜射出的光束入射到所述光电效应板上，所述光电效应板在所述光束的照射下发生光电效应，发射出电子；偏转磁场，用于改变所述光电效应板发射出的电子的运动方向，使电子能够被电子收集器所收集；电子收集器，用于收集所述光电效应板发射出的电子，收集的电子垂直入射到所述硅片表面的光刻胶上；电子加速限位器，对所述电子收集器内的电子进行加速，同时使所述电子在垂直于电子运动方向的平面内的间距，沿电子运动方向等比例逐渐缩小。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，所述电子加速限位器集成在所述电子收集器内。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，还包括真空腔，所述光电效应板、偏转磁场、电子收集器、电子加速限位器和工件台设置在该真空腔内。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，所述电子收集器内的电子加速后的能量大于使光刻胶产生光酸的阈值。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，所述光电效应板采用金属材料或除金属材料外的其他光电效应材料制成。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，制成所述光电效应板的金属材料的极限频率小于所述光源产生的曝光光源的频率。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，所述电子加速限位器包括阴极电场和阳极电场，所述阴极电场设置在所述电子收集器的入口附近，所述阳极电场设置在所述电子收集器的出口附近，所述阴极电场的面积大于所述阳极电场的面积，所述阴极电场的电场强度比所述阳极电场的电场强度大。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，所述光电效应板的表面在有光束照射的区域有电子逸出，在无光束照射的区域无电子逸出。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，所述物镜汇聚穿过所述光刻版的光，将所述光刻版上的图形等比例缩小4 5倍。上述利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，其中，所述光刻版与所述硅片同步同向移动或者同步反向移动。本专利技术提供的另一技术方案是一种成像方法，包括以下步骤光源产生的曝光光源穿过光刻版射入物镜，经所述物镜汇聚后射出所述物镜，所述光刻版上设有图形；从所述物镜射出的光束入射到光电效应板上，使所述光电效应板发生光电效应，从所述光电效应板的表面逸出电子；从所述光电效应板表面逸出的电子在偏转磁场的作用下改变运动方向，使其能够被电子收集器所收集；所述电子收集器内的电子在电子加速限位器的作用下被加速，使其能量大于使光刻胶产生光酸的阈值，同时，所述电子在垂直于电子运动方向的平面内的间距，沿电子运动方向等比例逐渐缩小；所述电子收集器收集的电子垂直入射到所述硅片表面的光刻胶上，形成曝光图形，完成所述硅片一个场区的曝光；所述光刻版与所述硅片同步同向移动或者同步反向移动，完成整片所述硅片的曝光。上述成像方法，其中，曝光成像过程在真空条件下进行。本专利技术利用光束照射光电效应板，使光电效应板发生光电效应产生电子，由于光电效应产生的电子不受传统光学光刻的衍射的影响，间距缩小的电子可以实现更小级别的结构的光刻，与现有技术的光学步进扫描光刻机相比，具有更高的分辨率；本专利技术在光刻时掩模台和放置硅片的工件台是同步同向移动或同步反向移动的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统，包括光源、光刻版、物镜和工件台，所述光源产生的曝光光源穿过所述光刻版，射入所述物镜，所述光刻版上设有图形，所述工件台上放置有硅片，其特征在于，还包括：光电效应板，从所述物镜射出的光束入射到所述光电效应板上，所述光电效应板在所述光束的照射下发生光电效应，发射出电子；偏转磁场，用于改变所述光电效应板发射出的电子的运动方向，使电子能够被电子收集器所收集；电子收集器，用于收集所述光电效应板发射出的电子，收集的电子入射到所述硅片表面的光刻胶上；电子加速限位器，对所述电子收集器内的电子进行加速，同时使所述电子在垂直于电子运动方向的平面内的间距，沿电子运动方向等比例逐渐缩小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31