УСТРОЙСТВО ПРОЕКЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ЛИТОГРАФИИ Российский патент 2002 года по МПК H01J37/317 

Изобретение относится к области электронно-лучевой технологии, а именно к нанесению субмикронных рисунков в технологии изготовления полупроводниковых устройств при помощи проекционных электронно-лучевых систем.

Существуют два основных способа формирования изображения при изготовлении микроэлектронных полупроводниковых устройств - это электроннолучевая и оптическая литографии. В настоящее время оптическая литография занимает лидирующее положение, но метод уже находится вблизи порога, за которым дальнейшее увеличение разрешения будет практически невозможно из-за большой длины волны света и экономически невыгодно.

В электронно-лучевом методе литографии [1, 2] изображение на поверхности резиста (чувствительного слоя, нанесенного на обрабатываемую пластину) формируется путем засвечивания последнего электронами. Известны два метода формирования изображения на поверхности образца. Первый состоит в сканировании поверхности сфокусированным электронным пучком. Основной недостаток этого метода - очень малая производительность, не позволяющая применять технологию в массовом производстве. Второй метод схож с оптическим методом теневой печати. Изображение сначала формируется на маске (шаблоне), на которую нанесен рисунок и фотоэмиттирующее покрытие [3]. При облучении маски с тыльной стороны фотонами необходимой энергии будет происходить эмиссия электронов с облученных участков, имеющих открытое фотоэмиттирующее покрытие. Далее электроны ускоряются однородным электрическим полем и фокусируются при помощи средств электронной оптики на поверхность экспонируемого образца. Таким образом, рисунок, предварительно нанесенный на маску, переносится на обрабатываемую поверхность. В приведенной системе обыкновенно используемые фотокатоды, содержащие Cs (например, слой Csl, нанесенный на протравленную по форме нужного рисунка пленку Сr), которые недолговечны и неустойчивы к воздействию атмосферы, а потому непригодны к длительному использованию.

Наиболее близким по техническому существу является устройство проекционной электронно-лучевой литографии, содержащее вакуумированную камеру, в которой расположен источник излучения, генерирующий свободные электроны, установленный в зоне излучения столик с маскированной мембраной, обращенной к источнику излучения тыльной стороной и выполненной из материала с отрицательным сродством к электрону, системы электронной оптики и коррекции изображения, воздействующие на эмитированные мембраной электроны и столик с образцом, на который нанесен слой резиста, взаимодействующий с эмитированными мембраной электронами (5). Недостатком этого устройства является низкое качество нанесения рисунка и сложность процесса, вызванная недолговечностью мембраны, изготовленной из нестабильных соединений на основе Cs.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение качества нанесения рисунка и упрощение технологического процесса проекционной электронно-лучевой литографии.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве проекционной электронно-лучевой литографии, содержащем вакуумированную камеру, в которой расположен источник излучения, генерирующий свободные электроны, установленный в зоне излучения столик с маскированной мембраной, обращенной к источнику излучения тыльной стороной и выполненной из материала с отрицательным сродством к электрону, системы электронной оптики и коррекции изображения, воздействующие на эмиттированные мембраной электроны и столик с образцом, на который нанесен слой резиста, взаимодействующий с эмитированными мембраной электронами, мембрана выполнена в виде избирательно активированной алмазной пленки.

В качестве источника излучения может быть использован источник электронов или источник ультрафиолетового (УФ) излучения.

Мембрана может быть нанесена на подложку из материала, прозрачного для генерирующего электроны излучения.

Выполнение мембраны в виде избирательно активированной алмазной пленки обеспечивает повышение качества нанесения рисунка за счет ее механической прочности, устойчивости к действию воздуха, высокой теплопроводности, возможности снимать большие плотности тока с поверхности, малого разброса энергий электронов вторичной эмиссии, что способствует уменьшению хроматических аберраций в системе. Кроме того, она может использоваться многократно.

Основная идея устройства состоит в следующем. Электроны однородно по всей поверхности генерируются в зоне проводимости алмаза за счет внешнего источника излучения, генерирующего электроны, например, широкоаппертурного пучка электронов или УФ-излучения. На активной (эмитирующей) поверхности нанесен требуемый рисунок в виде пленки любого материала, не обладающего отрицательным электронным сродством. Эмиссия электронов будет происходить только с алмазной поверхности. Кроме того, поскольку гидрогенизированная поверхность алмаза имеет наиболее низкую работу выхода, то в качестве маски может быть использована дегидрогенизированная поверхность того же алмаза.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства.

Устройство расположено в вакуумированной камере.

Источник излучения 1 генерирует поток электронов 2, проецирующийся в виде пятна на тыльную сторону маскированной мембраны 3 из алмазной пленки, зафиксированной на столике 5. Часть поверхности 4 мембраны активирована, например гидрогенизована - наводорожена, т.е. покрыта монослоем атомов водорода. Эмиссионные свойства алмазной пленки в гидрогенизованных областях при этом значительно лучше, чем в областях, свободных от адсорбата. Фактически, участки чистого алмаза не эмиттируют вовсе. То есть, активированные участки эмитируют электроны малой (порядка 0.1-0.2 эВ [6]) энергии. При облучении мембраны 3 с тыльной стороны электронами подходящей энергии, с активированных участков с другой стороны будет происходить вторичная электронная эмиссия со значительным (вплоть до 100%) выходом вторичных электронов 6. Для ускорения вторичных электронов до нужных энергий может применяется вытягивающий электрод 7, который может быть выполнен в виде перемещающейся в своей плоскости, либо неподвижной сетки. Сформированный таким образом рисунок переносится на поверхность образца при помощи системы электронной оптики 8 в масштабе 1:1 или с уменьшением. На пучок электронов воздействует также система коррекции изображения 8а, установленная для компенсации неточности взаимного расположения мембраны и образца или иных эффектов. После прохождения электронами системы электронной оптики и коррекции изображения они взаимодействуют с резистом 9, нанесенным на поверхность образца 10, закрепленного на столике 11.

Столики крепления мембраны и крепления образца могут быть снабжены устройством юстировки и системой перемещения для реализации сканнерного режима, при котором оба столика движутся с постоянными скоростями, пропорциональными фактору уменьшения.

Устройство помещено в откачанный до степени высокого вакуума (не менее 10-6 Тор) объем.

Монтаж мембраны из алмазной пленки при этом может производиться на воздухе. Для удаления рисунка маска стравливается или просто обрабатывается в водороде. Таким образом, однажды выращенная пленка с заданными характеристиками может использоваться многократно, что также облегчает технологический процесс.

Предлагаемая установка имеет следующие преимущества перед известными установками проекционной электронно-лучевой литографии электронов:
1. Предлагаемая установка обладает возможностью многократного применения эмиттирующей пленки, так как по сравнению с фотокатодами эксплуатируемая в предлагаемой установке алмазная пленка нечувствительна к действию воздуха.

2. Предлагаемая установка обеспечивает большую плотность тока, снимаемого с поверхности.

3. Электроны, выходящие с поверхности используемой в предлагаемой установке в качестве эмиттера вторичных электронов алмазной пленки, обладают низкими энергиями и малым энергетическим разбросом, что способствует уменьшению влияния хроматических аберраций на разрешающую способность устройства.

Литература
1. Валиев К.А. Физика субмикронной литографии. М.: Наука, 1990.

2. Броудай И. , Мерей Дж. Физические основы микроэлектроники. М.: Мир, 1985 г.

3. Патент US 5395738: Electron lithography using a photocathode, H 01 J 37/317, 1995.

4. Патент WO 99/48129: Tandem optical scanner/stepper and photoemission converter for electron beam lithography, H 01 J 37/317, 1999.

5. Патент US 5932966: Electron sources utilizing patterned negative electron affinity photocathodes. H 01 J 40/06, 1999.

6. J.E. Yater, A. Shih, J. Appl. Phys., 2000, v. 87. n.11, p. 8103-8112.

Изобретение относится к области электронно-лучевой обработки объектов. Техническим результатом является повышение качества нанесения рисунка и упрощение технологического процесса проекционной электронно-лучевой литографии за счет того, что алмазная пленка является многоразовой, устойчивой к действию воздуха, позволяет снимать большие плотности тока с поверхности и обладает малыми энергией и разбросом энергий электронов вторичной эмиссии, что способствует уменьшению хроматических аберраций в системе. Устройство состоит из источника излучения, генерирующего электроны, столика с маскированной мембраной, выполненной в виде избирательно активированной алмазной пленки, ускоряющего электрода, систем электронной оптики и коррекции изображения, столика с образцом с нанесенным на последний слоем резиста. Система расположена в вакуумированной камере. Столики крепления алмазной мембраны и образца могут быть снабжены системами юстировки и перемещения. Ускоряющий электрод, выполненный в виде сетки, может двигаться в своей плоскости. Источник излучения может быть выполнен в виде источника электронов или источника ультрафиолетового излучения. Алмазная пленка может быть нанесена на подложку из материала, прозрачного для генерирующего электроны излучения. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство проекционной электронно-лучевой литографии, содержащее вакуумированную камеру, в которой расположен источник излучения, генерирующий свободные электроны, установленный в зоне излучения столик с маскированной мембраной, обращенной к источнику излучения тыльной стороной и выполненной из материала с отрицательным сродством к электрону, системы электронной оптики и коррекции изображения, воздействующие на эмиттированные мембраной электроны и столик с образцом, на который нанесен слой резиста, взаимодействующий с эмиттированными мембраной электронами, отличающееся тем, что мембрана выполнена в виде избирательно активированной алмазной пленки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источником излучения является источник электронов. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источником излучения является источник ультрафиолетового излучения. 4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что мембрана нанесена на подложку из материала, прозрачного для генерирующего электроны излучения.