专利名称：使用选择性生长的碳纳米管的电子发射光刻装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种使用选择性生长的碳纳米管的电子发射光刻装置以及方法，更具体地，涉及一种用选择性生长的碳纳米管作为电子发射源以进行纳米构图、并用磁场精确地控制电子轨迹的电子发射光刻装置以及方法。
背景技术：
光刻术表示一种把掩模的图案照原样转印到在诸如半导体晶片这样的衬底表面上形成的薄抗蚀剂上的技术。通常，光刻术可以分为光学光刻术和辐射光刻术。光学光刻术表示紫外线(UV)光刻术，而辐射光刻术表示使用X射线、电子束(e束)或离子束的光刻术。
传统光学光刻术难以获得70nm或更小的精确的临界尺寸。在电子束光刻术的情况中，由于电子束的特性，在衬底的中心和其边缘之间产生偏差。需要在单个衬底上多次进行电子束光刻，以便减小偏差。因此，光刻装置的产量明显地减小。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种使用选择性生长的碳纳米管作为光刻的电子发射源的电子发射光刻装置以及方法，从而，可以很精确地控制临界尺寸，在作为光刻对象的试样上不会产生偏差，并且能提高生产量。
为了达到本发明的目的，提供一种电子发射光刻装置，它包括电子发射源，设置在一个腔室内；平台，该平台以预定距离与电子发射源相隔，试样安装在这个平台上。电子发射源是一个具有电子发射能力的碳纳米管。
优选地，通过在多孔衬底中形成碳纳米管而制造电子发射源，该衬底包含Si或Al2O3。
优选地，电子发射光刻装置还包括磁场发生器，能够对碳纳米管发出的电子施加磁场；以及绝缘薄膜，在碳纳米管之上形成图案。
这里还提供一种使用碳纳米管的电子发射光刻方法。电子光刻方法包括步骤(a)为具有碳纳米管的衬底施加电压以使电子从碳纳米管中射出；(b)控制所发射的电子以到达试样上对应于碳纳米管的部分；以及(c)用电子在形成于试样上的电子束抗蚀剂上进行光刻。
优选地，通过用磁场发生器对所发射的电子施加磁场、并根据碳纳米管和试样上电子束抗蚀剂之间的距离来控制施加到电子上的磁场强度来实施步骤(b)。
还提供一种制造光刻电子发射器的方法。该方法包括步骤(a)通过在衬底上进行阳极氧化而形成用于形成碳纳米管的纳米模板；(b)通过注入碳纳米管生长气体而使碳纳米管在纳米模板中生长；以及(c)在碳纳米管的预定部分上形成非导电层。
优选地，步骤(a)包括通过进行第一阳极氧化处理而在碳纳米管得以生长的位置上形成孔；以及通过进行第二阳极氧化处理而在孔的位置上形成用于使碳纳米管生长的纳米模板。
优选地，步骤(b)包括注入诸如氩气或氮气这样的稀释气体。
本发明的上述目的和优点将通过结合附图对优选实施例进行详细描述而变得更加清楚，在这些附图中图1是本发明实施例的用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻装置的剖面图；图2A和2B是本发明的使用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻装置中电子发射器的两个实施例的透视图，该电子发射器通过用纳米模板选择性生长碳纳米管、并把碳纳米管形成需要的形状而形成；图3A和3B表示本发明实施例的用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻方法，通过这种方法，形成在试样上的抗蚀剂被暴露给电子束，然后被显影并形成图案；图4A至4E表示本发明实施例的制造使用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻阵列的方法的步骤；以及图5A至5B是本发明实施例的电子发射源中通过将碳纳米管生长为电子发射源所形成的碳纳米管电子发射阵列的透射电子显微镜(TEM)照片。
具体实施例方式
图1是本发明实施例的用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻装置的剖面图。根据本发明的实施例的使用选择性生长的碳纳米管作为电子发射源的该电子发射光刻装置具有如下结构。
试样14设置在衬底12上面，并以预定距离与衬底12隔开，在试样14上形成要被形成图案的电子束抗蚀剂15，而在衬底12上形成位于腔室内的作为电子发射源的碳纳米管11。衬底12和试样14设置在用于控制从碳纳米管11发出的电子的路径的磁场发生器13和13’之间。这里，分开设置电压供应单元16，用于施加电压以使电子从碳纳米管中射出。
设计磁场发生器13和13’，以根据碳纳米管11与要被形成图案的试样14之间的距离来精确地控制磁场，从而使从碳纳米管11发出的电子17能分别到达试样14上的相应位置。
下面的说明涉及使用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻方法。如图1所示，如果电压从电压供应单元16施加给每个碳纳米管11，那么就从碳纳米管11的端部发射出电子17。这里，所发射的电子17必须到达其上形成有电子束抗蚀剂15的试样14上的所需位置。由磁场发生器13和13’精确控制的磁场控制从碳纳米管11发出的电子17的运动轨迹。电子17盘旋一次并到达由电子束抗蚀剂15覆盖的试样14表面上的所需位置。
换言之，在磁场的作用下，从碳纳米管11发射出的电子17到达与由电子束抗蚀剂15覆盖的试样14上的碳纳米管11相对应的预定位置。所以，可以在试样14上照原样投射出形成于衬底12上的碳纳米管11的形状。因此，可以在试样14上以所需的图案进行光刻处理。之后，如果进行显影处理，当电子束抗蚀剂15是负性的，则保留电子束抗蚀剂15暴露给电子束的部分，而当电子束抗蚀剂15是正性的，则保留电子束抗蚀剂15未暴露给电子束的部分。
图2A和2B是本发明的使用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻装置中电子发射器的两个实施例的透视图，通过用纳米模板选择性生长碳纳米管、并把碳纳米管形成需要的形状而形成该电子发射器。在图2A中，碳纳米管11选择性地从多孔衬底12上的需要部分生长。在图2B中，绝缘薄膜18沉积在于衬底12上生长的碳纳米管11的顶部，以便按照所需图案使碳纳米管11发出电子。
图3A和3B表示本发明实施例的用碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻方法。在图3A和3B中，电子束已经到达了电子束抗蚀剂15’，电子束抗蚀剂15’已经被显影并形成图案。这里，电子束抗蚀剂15和15’是负性的。如上所述，如果电子束抗蚀剂15和15’是正性的，那么被曝光的电子束抗蚀剂15’被清除。
下面将参照图4A至4E说明本发明的制造使用选择性生长的碳纳米管作为电子发射源的电子发射光刻阵列的方法。图4A至4E表示制造本发明的电子发射光刻阵列的步骤。
通过阳极氧化处理而在衬底12中生长碳纳米管11的位置处形成孔19。如图4A所示，在衬底12上进行第一阳极氧化处理，该衬底12例如是一个铝(Al)衬底。结果，其中生长碳纳米管11的孔19形成于衬底12之中。
下面，如图4B所示，进行第二阳极氧化处理以加深孔19，因此形成纳米模板20。纳米模板20确定碳纳米管11生长的位置，优选地，纳米模板20的直径为大约1000nm或更小。如果完成第一和第二阳极处理，则铝衬底被氧化成为Al2O3。
接着，如图4C所示，碳纳米管生长气体21被注入具有纳米模板20的衬底12内，从而生长碳纳米管11。这里，甲烷被用作碳纳米管生长气体，而氩气或氮气被用作稀释气体。
这里，如图4D所示，碳纳米管11可以按照需要的图案生长，并可以直接用作电子发射源。可选地，如图4E所示，非导电层18，例如SiO2层，形成于具有所生长的碳纳米管11的衬底12上，并用电子束进行构图以形成所需要的图案。
图5A至5B是根据图4A至4E所示的步骤，使用本发明的电子发射光刻装置，由在衬底12中垂直生长作为电子发射源的碳纳米管11所形成的碳纳米管电子发射阵列的透射电子显微镜(TEM)照片。通过上述步骤，可以很精确地制造碳纳米管电子发射阵列。
如上所述，根据本发明，因为用碳纳米管作为电子发射源，所以可以以精确的临界尺寸进行光刻处理。另外，由于从碳纳米管发出的电子减小了电子束抗蚀剂的相对于碳纳米管的部分，所以，可以防止衬底的中心及其边缘之间的偏差。
权利要求
1.一种电子发射光刻装置，包括电子发射源，设置在一个腔室内；平台，该平台以预定距离与电子发射源相隔，且试样安装在此平台上，其中电子发射源是具有电子发射能力的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的电子发射光刻装置，其中通过在多孔衬底中形成碳纳米管而制造电子发射源。
3.如权利要求2所述的电子发射光刻装置，其中衬底包括Si或Al2O3。
4.如权利要求2所述的电子发射光刻装置，还包括磁场发生器，它能够对碳纳米管发出的电子施以磁场。
5.如权利要求2所述的电子发射光刻装置，还包括绝缘薄膜，该绝缘薄膜在碳纳米管上形成图案。
6.一种使用碳纳米管的电子发射光刻方法，该电子光刻方法包括步骤(a)将电压施加到具有碳纳米管的衬底上以使电子自碳纳米管射出；(b)控制所发射的电子以到达试样上对应于碳纳米管的部分；以及(c)用电子在形成于试样上的电子束抗蚀剂上进行光刻。
7.如权利要求6所述的电子发射光刻方法，其中通过用磁场发生器对所发射的电子施加磁场来实施步骤(b)。
8.如权利要求7所述的电子发射光刻方法，其中通过根据碳纳米管和试样上电子束抗蚀剂之间的距离来控制施加到电子上的磁场的强度来实施步骤(b)。
9.一种制造光刻电子发射器的方法，该方法包括步骤(a)通过在衬底上进行阳极氧化处理而形成用于形成碳纳米管的纳米模板；(b)通过注入碳纳米管生长气体而使碳纳米管在纳米模板中生长；以及(c)在碳纳米管的预定部分上形成非导电层。
10.如权利要求9所述的方法，其中步骤(a)包括通过进行第一阳极氧化处理而在生长碳纳米管的位置上形成孔；以及通过进行第二阳极氧化处理而在孔的位置上形成用于生长碳纳米管的纳米模板。
11.如权利要求9所述的方法，其中步骤(b)包括注入诸如氩或氮的稀释气体。
12.一种制造光刻电子发射器的方法，该方法包括步骤(a)通过在衬底上进行阳极氧化处理而在衬底中选择性地形成用于形成碳纳米管的纳米模板；(b)通过向衬底中注入碳纳米管生长气体而在形成于选定位置上的纳米模板中生长碳纳米管。
13.如权利要求12所述的方法，其中步骤(a)包括通过在衬底上进行第一阳极氧化处理而在生长碳纳米管的选定位置上形成孔；以及通过在衬底上进行第二阳极氧化处理而在孔的位置上形成用于生长碳纳米管的纳米模板。
14.如权利要求12所述的方法，其中步骤(b)包括注入诸如氩或氮的稀释气体。
全文摘要
本发明提供了一种使用选择性生长的碳纳米管的电子发射光刻装置以及方法。该电子发射光刻装置将碳纳米管用作电子发射源，其包括电子发射源，设置在一个腔室内；平台，以预定距离与电子发射源相隔，试样就安装在这个平台上。电子发射源是一个具有电子发射能力的碳纳米管。因此，因为用碳纳米管作为电子发射源，所以可以以精确的临界尺寸进行光刻处理。另外，由于从碳纳米管发出的电子减小了电子束抗蚀剂的与碳纳米管一一相对的部分，所以，可以防止衬底的中心和其边缘之间的偏差。因此，可以提供一种实现高产量的电子发射光刻装置。
文档编号H01J37/305GK1407602SQ02144390
公开日2003年4月2日 申请日期2002年6月4日 优先权日2001年6月4日
发明者崔原凤, 柳寅儆 申请人:三星电子株式会社