专利名称：使用图案化发射体的电子束光刻装置和发射体的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种使用图案化发射体(patterned emitter)的电子束光刻装置和图案化发射体的制造方法，更具体地说，涉及一种使用热电板(pyroelectricplate)作为电子束源的电子束光刻装置以及一种制造图案化发射体的方法，热电板使用介电板作为掩模，介电板具有形成在其上的图案化半导体薄膜。
背景技术：
已知的大面积电子投影光刻装置包括热电子式电子光刻装置和光电阴极式电子投影装置。
热电子式电子光刻装置用电场和磁场控制电子束。然而，为了取得大面积电子源，必须提供一种用于保持螺旋散射电子束成平行的独立装置，该装置具有相当复杂的结构。
光电阴极式电子投影装置极易感受空气污染，使得很难取得其商业化。
近年来，研究出使用电子束源的各种投影装置。具体地，美国公开申请第2003-6381号公开了利用形成在热电板上的掩模而从发射体的露出部分发射出电子。
然而，很难蚀刻用于屏蔽电子束的金属膜，并且在构图形成在热电板上的金属膜期间，热电板可能被光致抗蚀剂污染。同样，金属膜易于在烘烤期间热损坏。
发明内容
本发明提供一种使用图案化发射体的电子束光刻装置，图案化发射体具有作为掩模并容易构图的半导体薄膜。
本发明还提供一种制造图案化发射体的方法，是通过在热电板上设置独立制备的图案化掩模来制造的。
在本发明的一个方案中，提供一种用于提供图案的1∶1投影的电子束光刻装置，该装置包括离开基板支座一预定距离设置的热电发射体，该发射体包括具有在其表面上的介电板的热电板和在介电板上且面对基板支座的图案化半导体薄膜；加热该热电发射体的加热源；以及在发射体和基板支座外部设置以便控制由发射体发射的电子的路径的永磁铁或电磁铁。
在本发明的另一个方案中，提供一种用于提供图案的X∶1投影的电子束光刻装置，该装置包括离开基板支座一预定距离设置的热电发射体，该发射体包括具有在其表面上的介电板的热电板和在介电板上并面对基板支座的图案化半导体薄膜；加热该热电发射体的加热源；以及设置在发射体和基板支座之间以便控制由热电发射体发射的电子的路径的偏转单元。
在本发明的又一个方案中，提供一种制造热电发射体的方法，设置热电发射体离开基板支座一预定距离，该发射体包括具有在其表面上的介电板的热电板和在介电板上并面对基板支座的图案化半导体薄膜，该方法包括制备热电板，通过在具有预定厚度的介电板上形成图案化半导体薄膜来制备图案化掩模，以及在热电板上设置图案化掩模。
通过参考附图详细描述其优选实施例，本发明的上述和其它方案及有益效果将变得更加明白，其中图1是根据本发明一个实施例的用于1∶1投影(one-to-one projection)的电子束光刻装置的示意截面图；图2是当在室温至120℃的温度范围内加热平板并且然后冷却到室温时，取决于设置在平板上的硅膜的存在或不存在，从由LiNbO3形成的平板上产生的电流值的示图；图3是根据本发明另一个实施例的用于X∶1投影(X-to-one projection)的电子束光刻装置的示意截面图；以及图4A至4E是示例根据本发明制造作为电子源的图案化热电发射体的方法的截面图。
具体实施例方式
下文，通过参考附图描述优选实施例，将详细说明根据本发明的使用图案化发射体的电子束光刻装置。应该意识到，为了清楚示例，图中所示的一些层和区域的尺寸相对于其它元件被夸大了。
图1是根据本发明一个实施例的用于1∶1投影的电子束光刻装置的示意截面图，其中还示出了具有在其上形成的电子抗蚀剂(electron resist)的基板。
参考图1，涂覆有电子抗蚀剂124的基板120设置在基板支座122上。在发射体固定架112上安装有热电发射体110，热电发射体110与基板120间隔预定距离并且当在真空中加热时发射出电子束117。
热电发射体110具有叠层结构，其中热电板111设置在其最下面的部分上并且介电板113堆叠在其上。以预定图案形成的半导体薄膜114设置在介电板113上。
通过例如使用电阻型加热的接触型加热板或产生红外线的遥控加热器的加热源118来加热热电板111。
用于控制从热电发射体110发射的电子束117的路径的电磁铁或永磁铁130和130′设置在热电板111和基板支座122的外侧。
热电板111可以由例如LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3或Pb(Zr、Ti)O3的热电材料形成，并且当在真空中被加热源118加热时发射出电子。
半导体薄膜114由容易制备的、廉价并且在半导体工艺中广泛使用的硅形成，并且优选形成100至10,000_的厚度。
介电板113优选由蓝宝石形成0.1至1mm的厚度。
图2是当加热由LiNbO3所形成的1mm厚的热电板111时所产生的电流值的示图，这取决于设置在热电板111上的硅膜存在与否。
参考图2，当热电板111被加热到从室温至120℃的温度范围内并且然后冷却到室温时，直到在大约50℃的温度处开始电子的发射，在更低的温度时没有电子从热电板111中发射出来，并且在大约110℃的温度下提供用于构图电子抗蚀剂所需的电子剂量(在图2所示的无遮蔽LN的情况下)。当具有大约500_厚度的非晶硅薄膜沉积在热电板111上时(在图2所示的a-Si/LN的情况下)以及当未掺杂的非晶硅薄膜沉积在热电板111上时(在图2所示的未掺杂a-Si/LN的情况下)，即使当加热时也几乎没有电子从热电板111中发射出来。这暗示硅薄膜阻止了电子的发射。
根据本发明的用于1∶1投影的上述电子束光刻装置如下工作。首先，把其上涂覆有电子抗蚀剂124的基板120安装在基板支座122上，然后加热发射体110。如果用加热源118在如2×10-5乇或更低的真空中将热电板111加热到预定温度例如110℃时，那么从由图案化半导体薄膜114露出的介电板113中发射出电子束117。通过由电磁铁或永磁铁130或130′产生的大约0.8特斯拉的DC磁场使电子束117直线地移动，以便将在基板120上的电子抗蚀剂124构图。这时，由半导体薄膜114形成的发射体110的图案按照1∶1的比例被投影到基板120上。为了重复投影循环，重复加热并冷却发射体110。
尽管示例了把热电发射体110固定在发射体固定架112上的上述实施例，但可以用加热板取代发射体固定架112。
同样，产生红外线的遥控加热器(未示出)可以用作加热源118。
图3是根据本发明另一个实施例的用于X∶1投影的电子束光刻装置的示意截面图，其中，电子抗蚀剂形成在基板表面上。如前述实施例中的元件相同的元件用同一参考数字标记，并且不再给出其详细说明。
参考图3，涂覆有电子抗蚀剂224的基板220设置在基板支座222上。在发射体固定架212上安装有热电发射体210，热电发射体210与基板220间隔预定距离并且当被外部加热源加热时发射出电子束217。
发射体固定架212具有叠层结构，其中热电板211设置在最下面的部分上并且介电板213堆叠在其上。被构图成预定图案的半导体薄膜214形成在介电板213上。
通过例如使用电阻型加热的接触型加热板或产生红外线的遥控加热器的加热源218加热热电板211。
偏转板252、磁透镜254和孔256(所有上述部件可以共同称为偏转单元)设置在热电板211和基板支座222之间，偏转板252使从发射体210发射出的电子束217偏转，磁透镜254设置在偏转板252上并且聚焦偏转的电子束，孔256使被磁透镜254聚焦的电子束通过并且过滤掉偏离聚焦电子束的电子。
热电板211可以由例如LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3或Pb(Zr、Ti)O3的热电材料形成，并且当在真空中被加热源218加热时发射出电子。
半导体薄膜214由容易制备的、廉价并且在半导体工艺中广泛使用的硅形成，并且优选形成100至10,000_的厚度。
介电板213优选由蓝宝石形成0.1至1mm的厚度。
根据本发明的用于X∶1投影的上述电子束光刻装置如下工作。首先，把其上旋涂有电子抗蚀剂224的基板220固定在基板支座222上，然后加热发射体210。如果用加热源218在如2×10-5乇或更低的真空中将热电板211加热到预定温度例如110℃时，那么从由图案化半导体薄膜214露出的介电板213中发射出电子束217。用偏转板252和磁透镜254聚焦电子束217，使得发射体图案的尺寸按照预定比例，也就是，X∶1的比例缩小。
尽管示例了把热电发射体210固定在发射体固定架212上的上述实施例，但可以用加热板取代发射体固定架212。
图4A至4E是示例根据本发明制造作为电子源的图案化热电发射体的方法的截面图。
实质上，如前述实施例中的元件相同的元件用同一参考数字标记，并且不再给出其详细说明。
首先，使用例如LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3或Pb(Zr、Ti)O3的热电材料来制备具有预定厚度，例如，1mm的热电板(图4E中所示的211)。
然后，如下制备图案化掩模240。
如图4A所示，在介电板213上淀积例如硅薄膜的半导体薄膜214至大约100～10,000_范围的厚度，介电板213例如是蓝宝石板并具有0.1至1mm的厚度。然后，把抗蚀剂R旋涂在半导体薄膜214上。
接着，如图4B所示，利用光刻或电子束光刻工艺的曝光和显影对抗蚀剂R构图。
如图4C所示，使用图案化抗蚀剂R作为掩模，通过反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)对半导体薄膜214构图。
如图4D所示，在构图后除去剩余的抗蚀剂R，从而完成半导体薄膜214的图案。
图案化掩模240被设置在预先制作的热电板211上。然后，如图4E所示，完成用作电子束源的图案化发射体的制作。优选使用粘附剂例如环氧树脂将掩模240和热电板211彼此粘接。
如上所述，在使用图案化发射体的电子束光刻装置中，被构图在介电板上的半导体薄膜用作掩模。在加热发射体时，不会从被半导体薄膜覆盖的发射体部分中发射出电子，而是从没有被半导体薄膜覆盖的露出的发射体部分中发射电子，使得发射体图案的形状被投影到基板上。能用磁铁或偏转单元控制从发射体发射的电子束，从而取得1∶1或X∶1的投影。同样，由于分别制备热电板和图案化掩模并然后简单地彼此粘接，所以能容易地制造图案化发射体。此外，由于不需要在热电板上形成用于屏蔽电子束的金属膜，所以能避免在构图金属膜期间由于光致抗蚀剂引起的热电板的污染。
当示例上述实施例时，从这里的教导能够理解，可以在不脱离本发明精神的条件下构造替换实施例。因此，试图包含所有本领域技术人员所能实现的关于本发明主旨内容的实施例。
权利要求
1.一种用于提供图案的1∶1投影的电子束光刻装置，该装置包括离开基板支座预定距离设置的热电发射体，该发射体包括具有在其表面上的介电板的热电板和在该介电板上并面对该基板支座的图案化半导体薄膜；加热所述热电发射体的加热源；以及设置在所述发射体和所述基板支座外部以便控制由该发射体发射的电子的路径的永磁铁或电磁铁。
2.根据权利要求1的装置，还包括在所述热电板和所述介电板之间的、具有一预定厚度的粘附层。
3.根据权利要求1的装置，其中所述加热源是使用电阻型加热的接触型加热板。
4.根据权利要求1的装置，其中所述加热源是产生红外线的遥控加热器。
5.根据权利要求1的装置，其中从由LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3和Pb(Zr、Ti)O3组成的组中选择的热电材料形成所述热电板。
6.根据权利要求1的装置，其中所述介电板是蓝宝石板。
7.根据权利要求1的装置，其中所述介电板是具有在大约0.1至大约1mm范围厚度的板。
8.根据权利要求1的装置，其中所述半导体薄膜是硅薄膜。
9.根据权利要求1的装置，其中所述半导体薄膜具有大约100至10,000_范围内的厚度。
10.一种用于提供图案的X∶1投影的电子束光刻装置，该装置包括离开基板支座预定距离设置的热电发射体，该发射体包括具有在其表面上的介电板的热电板和在该介电板上并面对该基板支座的图案化半导体薄膜；加热所述热电发射体的加热源；以及设置在所述发射体和所述基板支座之间以便控制由所述热电发射体发射的电子的路径的偏转单元。
11.根据权利要求10的装置，还包括在所述热电板和所述介电板之间的、具有一预定厚度的粘附层。
12.根据权利要求10的装置，其中所述偏转单元包括用于偏转从所述发射体发射的电子的偏转板；以及用于聚焦偏转电子的至少一个磁透镜。
13.根据权利要求10的装置，其中所述加热源是使用电阻型加热的接触型加热板。
14.根据权利要求10的装置，其中所述加热源是产生红外线的遥控加热器。
15.根据权利要求10的装置，其中从由LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3和Pb(Zr、Ti)O3组成的组中选择的热电材料形成所述热电板。
16.根据权利要求10的装置，其中所述介电板是蓝宝石板。
17.根据权利要求10的装置，其中所述介电板是具有在大约0.1至大约1mm范围厚度的板。
18.根据权利要求10的装置，其中所述半导体薄膜是硅薄膜。
19.根据权利要求10的装置，其中所述半导体薄膜具有大约100至大约10,000_范围内的厚度。
20.一种制造热电发射体的方法，该热电发射体被设置为离开基板支座一预定距离，该发射体包括具有在其表面上的介电板的热电板和在该介电板上并面对该基板支座的图案化半导体薄膜，该方法包括制备热电板；通过在具有预定厚度的介电板上形成图案化半导体薄膜来制备图案化掩模；以及在所述热电板上设置图案化掩模。
21.根据权利要求20的方法，其中图案化掩模的制备包括在具有预定厚度的所述介电板上依次形成具有预定厚度的半导体薄膜和抗蚀剂；将所述抗蚀剂构图成预定图案；使用所述图案化抗蚀剂作为掩模来构图所述半导体薄膜；以及除去图案化抗蚀剂。
22.根据权利要求20的方法，其中图案化掩模的设置包括在所述热电板上形成粘附层和在该粘附层上粘附所述图案化掩模。
23.根据权利要求20的方法，其中从由LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3和Pb(Zr、Ti)O3组成的组中选择的热电材料形成所述热电板。
24.根据权利要求20的方法，其中所述介电板由蓝宝石形成。
25.根据权利要求20的装置，其中所述介电板被形成为具有在大约0.1至大约1mm范围内的厚度。
26.根据权利要求20的方法，其中所述半导体薄膜由硅形成。
27.根据权利要求20的方法，其中所述半导体薄膜被形成为具有大约100至大约10,000_范围内的厚度。
全文摘要
提供一种使用图案化发射体的电子束光刻装置和一种图案化发射体的制造方法，该图案化发射体具有作为掩模并容易构图的半导体薄膜。该装置包括离开基板支座一预定距离设置的热电发射体，该发射体包括具有在其表面上的介电板的热电板和在介电板上并面对基板支座的图案化半导体薄膜。当加热所述热电发射体时，从没有被图案化半导体薄膜覆盖的介电板中发射出电子。
文档编号H01J37/06GK1530996SQ20041000288
公开日2004年9月22日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年3月14日
发明者金东煜, 柳寅儆, 文昌郁 申请人:三星电子株式会社