专利名称：阵列式电子束蚀刻装置及蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及一种蚀刻机构，特别涉及一种具有阴极电子发射源的 蚀刻装置。
背景技术：
目前的电子束蚀刻加工技术，是利用电子束高速撞击于待蚀刻的 基材上，同时将电子束所产生的动能转变为热能，以进行蚀刻或工件 加工。
如图1所示，当前的电子束蚀刻加工装置(electron beam lithography)的基本原理为利用CRT方式，在真空环境下，由阴极电 子发射源产生电子束后，利用外部提供的数十至数百KV的高低电位 差加速电子束的速度，以进行蚀刻，其中该阴极电子发射源利用热电 子源来热激发单一阴极电子发射源，所产生的电子束通过阳极后，利 用复杂的收敛电极结构将电子束收敛，再由电磁偏向线圈引导至预设 位置，以高速的聚焦电子束撞击特定区域，同时在特定区域中电子束 以动能转换热能的形式形成局部高温，破坏该位置的材料，从而进行 光刻或图样化蚀刻作用，如图2的电子束钻孔操作示意流程所示。另 外，为了使被蚀刻的工件产生图样化，还设置有偏向线圏以使电子束 产生偏移，或利用X-Y平台的二维位移来实现偏移。
然而电子束蚀刻技术是一种高精密的加工技术，因此所要求的精 密度标准也较高。传统的电子束蚀刻加工装置是利用热电子发射源(如 鵠灯丝)以热驱动方式来产生电子束，此类的热电子发射源除了需要 较高的电能来汲引电子外， 一旦热电子发射源出现损坏的情况，其上 被损害的组件无法单独更换，而是必须将该热电子发射源装置全部更 新，同时设备中正在进行蚀刻的物料也需要被废弃，以新的物料重新 再来进行蚀刻工艺，这样，除了造成工艺上的不便性外，还增加了制
造成本上的负担。
近年来， 一种新的碳纳米管材料已经作为电子发射源被成熟应用 于场发射电子发射源上，其可以在真空环境下直接通过电压差汲取电 子产生电子束。由于碳納米管电子发射源无需使用热驱动来引发电子， 因此所需要的电场能量大幅下降，同时该材料所产生的电子效率极高， 已经可以满足各种需要电子发射源的应用装置的要求，而且碳纳米管
电子发射源还可进一步制作成矩阵式阵列结构，从而对现有的电子束 蚀刻加工装置进行更进一步的改良。
发明内容
针对上述现有技术中的缺点，本发明的主要目的在于提供一种以 碳纳米管材料作为阴极电子发射源的阵列式电子束蚀刻装置及蚀刻方 法，由此利用了碳纳米管材料的可置换性及制作成本较低的优点，同 时提供蚀刻品质更加优良的电子束蚀刻装置。
一种具有碳纳米管电子发射源的阵列式电子束蚀刻装置及蚀刻方 法，该装置的结构主要包括真空腔体、阴极板、阳极板及驱动单元， 其中该阴极板及阳极板均设置于真空腔体中，该阴极板上具有多个独 立构成的阴极单元，阳极板与阴极板对应平行设置，该阳极板用于设 置待进行蚀刻的基材，最后驱动单元与阳极板及阴极板上的各阴极单 元电连接，各独立的阴极单元通过驱动单元所提供的电场产生电子束 以进行蚀刻，由此使得蚀刻工艺的精密度增加，同时具有该阴极单元 可替换的优势。
图l是现有电子束蚀刻加工装置结构的剖视示意图2是现有的电子束蚀刻流程示意图3是本发明的电子束蚀刻装置的结构剖视图4是本发明的操作示意放大图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下
真空腔体1 上盖11
阴极板2
阴极电子发射源211
阴极单元21 阴才及电4及212
阳极板3 支撑体5 固定箝7
驱动单元4 蚀刻把材6 真空泵8
电子束30
具体实施例方式
图3是本发明的电子束蚀刻装置的结构剖视图，可以看出，本实 施例的装置结构主要包括真空腔体1、阴极板2、阳极板3及驱动单元 4,其中阴极板2和阳极板3均设置于真空腔体1内，在本实施例中阴 极板2为玻璃材质，其上设有多个各自独立的阴极单元21，阴极单元 21包括阴极电子发射源211和阴极电极212，阴极电子发射源211由 碳纳米管材质构成，且多个阴极单元21在阴极板2上呈阵列式排列。 阳极板3与阴极板2平4亍相互对应以形成一种二极结构，且在阴才及板 2及阳极板3之间间隔的两端分别设置有绝缘支撑体5，支撑体5被设 置为使得阴极板2和阳极板3之间保持均匀间隔，从而使阴极板2及 阳极板3间所产生的电场均匀。在本实施例中，阳极板3包括待进行 蚀刻的基板，如图3中设置于支撑体5上方的待蚀刻基板，基板为一 种具有导体特性的材质，同时可在基板待蚀刻的表面设置蚀刻靶材6，
以限定待蚀刻区域，并控制电子束蚀刻的位置及深浅。在阴极板2及 阳极板3两端外側设置有固定箝7，从而固定阴极板2及阳极板3间 的位置以防止偏移。
继续参阅图3,驱动单元4设置于真空腔体l之外，且驱动单元4 同时与阳极板3和设置于阴极板2上的各阴极单元21电连接，使各阴 极单元21成为独立且可受控制的发射单元，由驱动单元4提供高低电 位差，从而使阴极板2和阳极板3之间形成电场，并使阴极单元21 的电子发射源211产生电子束30 (如图4所示)。另外，真空腔体l 的上方具有可打开的上盖11,而真空腔体1的外部连接有真空泵8, 用以在进行蚀刻时使真空腔体1内部保持真空状态。
图4为本发明的操作示意放大图，将待进行蚀刻工艺的基材置入 真空腔体1后，将其与驱动单元4电连接而形成阳极板3的一部分， 再通过设置于腔体1外的真空泵8使腔体1内保持所需的真空度，然 后利用电于束30进行蚀刻；而设置于阴极板2上的多个阴极单元21 分別受设于外部的驱动单元4控制，并由驱动单元4提供高低电位差 而使阴极板2与阳极板3中的基板之间产生电场，以使得阴极单元21 的阴极电子发射源211产生电子而形成电子束30，对所对应的、其内 侧设置有蚀刻靶材6的基板进行蚀刻，同时通过驱动单元4的控制来 限制各独立的电子发射源211的状态以形成图样，并通过驱动单元4 所提供的高低电位差来控制电子束30的蚀刻深度，最终在基板材料上 形成蚀刻图样。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专 利范围，凡是在本发明特征范围内所作的其它等效变化或修饰，均应 包括在本发明的专利范围内。
权利要求
1.一种阵列式电子束蚀刻装置，包括真空腔体；阴极板，其设置于所述真空腔体中，所述阴极板上设有多个各自独立的阴极单元；阳极板，其设置于所述真空腔体中，且与所述阴极板对应平行设置，所述阳极板包括基板和蚀刻靶材，所述蚀刻靶材设置于所述基板内侧；驱动单元，其设置于所述真空腔体之外，且与所述阴极板上的各阴极单元及所述阳极板电连接。
2. 如权利要求1所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述真空腔 体上设有上盖。
3. 如权利要求1所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述真空腔 体连接有真空泵。
4. 如权利要求1所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述阴极单 元包括阴极电子发射源，所述阴极电子发射源与阴极电极相互连接。
5. 如权利要求4所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述阴极电 子发射源为碳纳米管材质。
6. 如权利要求4所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述多个阴 极单元呈阵列式排列。
7. 如权利要求1所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述基板为 具有导体特性的材料。
8. 如权利要求1所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述阴极板 与所述阳极板的两端分别设有支撑体。
9. 如权利要求8所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述支撑体 为绝缘体。
10. 如权利要求1所述的阵列式电子束蚀刻装置，其中所述阴极 板与阳极板的两端外侧设置有固定箝。
11. 一种阵列式电子束蚀刻的方法，包括下列步骤 提供固定的阳极蚀刻靶材；提供与所述阳极蚀刻靶材相对应的阴极板，其上具有多个可受控 制的阴极电子发射源；以对所述区域产生蚀刻作用
全文摘要
一种具有碳纳米管电子发射源的阵列式电子束蚀刻装置及蚀刻方法，该装置的结构主要包括真空腔体、阴极板、阳极板及驱动单元，其中该阴极板及阳极板均设置于真空腔体中，该阴极板上具有多个独立构成的阴极单元，阳极板与阴极板对应平行设置，该阳极板用于设置待进行蚀刻的基材，最后驱动单元与阳极板及阴极板上的各阴极单元电连接，各独立的阴极单元通过驱动单元所提供的电场产生电子束以进行蚀刻，由此使得蚀刻工艺的精密度增加，同时具有该阴极单元可替换的优势。
文档编号C23F4/00GK101110346SQ20061009924
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者詹德凤, 郑奎文, 郑正元 申请人:东元电机股份有限公司