專利名稱：用于電子束投影式微影系統的發射器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及電子束投影式微影系統，特別是涉及一電子束發射器，在該發射器的絕緣層內能夠確保電子場均勻，以及簡化其的制造方法。
背景技術：
在半導體制造過程中，使用各種印刷技術在一基板表面上形成所希望的圖案。常規光微影使用如紫外線射線，當使用該技術會有線寬的限制。由此，下一代微影技術(NGL)最近已經提出，用該技術能夠實現具有毫微量級線寬的更小型和集成的半導體。下一代微影術如包括電子束投影式微影(EPL)，離子投影式微影(IPL)，超紫外線微影術(EUVL)，及近X射線微影術。
在所述NGL系統中，由于EPL系統具有簡單的結構且易于使用大面積電子束發射器，現在廣泛地被使用；EPL系統是通過使用由發射器發出的電子束對覆在要處理的基板上的電子保護層進行加工而形成為所希望的圖案。具有各種結構的電子束發射器都能夠用于EPL系統，且其結構的兩個例子如圖1和圖2所示。
參考圖1，一常規金屬絕緣半導體(MIS)型發射器10具有一絕緣層12和一門電極13按順序疊在硅基板11上。該絕緣層12由氧化硅層形成，該門電極13由導電金屬如金(Au)制成。
如圖2所示，金屬-絕緣-金屬(MIM)型發射器具有一下部電極22，絕緣層23，及一門電極24，他們按順序疊在硅基板21上。通常，下部電極22由鋁(Al)-釹(Nd)合金制成，絕緣層23由陽極化的鋁制成，一門電極24由導電金屬如金(Au)制成。
常規MIS和MIM型發射器10和20中的絕緣層12和23分別以預定的圖案制成包括薄的和厚的部分。在上述發射器結構中，通過絕緣層12和23的薄的部分發射電子。
圖3A-3D是說明制造如圖1所示MIS型發射器10方法的剖面圖。參見圖3A，在硅基板11的表面上經過熱氧化而形成預定厚度的硅氧化層12。然后如圖3B，硅氧化層12a要制成所希望的圖案，且硅氧化層12b形成如圖3C所示圖案。這樣，絕緣層12以預定的圖案放在硅基板11上。最后如圖3D所示，導電金屬如金(Au)以預定厚度被淀積在整個絕緣層12上形成門電極13。在完成上述步驟后，MIS型發射器10的結構就完成了。
圖2中常規MIM型發射器20也是同樣方法制造。常規發射器10或20的制造過程包括通過兩步形成一氧化層和一步在氧化層上形成圖案而形成的絕緣層12或23和在分級的絕緣層12或23上形成門電極13或24。該過程過于復雜且由于其分級結構常規發射器10或20在絕緣層12或23內不能保證電場均勻。
發明內容
本發明提供一種能夠保證發射器絕緣層內電場均勻的電子束發射器及其制造工藝和方法。
根據本發明的一個發方面，提供了用于電子束投影式微影(EPL)系統的發射器，其中包括一基板，置于基板上的絕緣層；包括一基層的門電極，它在絕緣層上以均勻厚度形成，一以預定圖案在基層上形成的電子束阻擋層。這里絕緣層由氧化硅層構成。
如本發明的發射器進一步包括一下部電極，它置于基板和絕緣層之間，絕緣層由可陽極化的金屬構成。
當基層由常規金屬如金(Au)，鉑(Pt)，鋁(Al)，鈦(Ti)或鉭(Ta)，電子束阻擋層由能夠陽極化的金屬如鈦(Ti)，鋁(Al)，或釕(Ru)構成。基層和門電極的電子束阻擋層同樣可以由硅構成。
根據本發明的另一方面，提供了制造用于電子束投影式微影(EPL)系統的發射器的方法，其中包括(a)準備一基板；(b)在基板上形成絕緣層；(c)通過在絕緣層以預定厚度淀積導電金屬形成門電極的基層；(d)通過在基層以預定厚度淀積可陽極化的金屬形成門電極的電子束阻擋層；及(e)通過陽極化以預定圖案對電子束阻擋層進行構圖。
這里，基板是硅晶體，絕緣層通過在該硅晶體進行熱氧化形成一硅氧化層構成絕緣層。
在步驟(b)之前，該方法可進一步包括一在基板上形成一下部電極。這時，通過淀積能陽極化的金屬到下部電極并對該金屬陽極化而形成絕緣層。
步驟(e)包括用掃描探針顯微鏡微影術(SPM)以預定模式對電子束阻擋層進行陽極化；并通過刻蝕去掉電子束阻擋層的陽極化部分的步驟。
步驟(e)也包括如下步驟在電子束阻擋層表面覆以保護層；以預定圖案對保護層進行加工；對從保護層模型露出的電子束阻擋層部分進行陽極化；并通過刻蝕去掉電子束阻擋層的陽極化部分并清除保護層。
本發明的另一EPL系統的發射器的制造方法包括(a)準備一基板；(b)在基板上形成絕緣層；(c)在絕緣層上以均勻厚度淀積第一硅層；(d)以預定圖案對該第一硅層進行構圖；及(e)在第一硅層和經過步驟(d)而露出的絕緣層上淀積一第二硅層并有所述第一和第二硅層構成門電極。
在此，步驟(d)包括在所述第一硅層表面覆以保護層；以預定圖案對保護層進行構圖；將保護層用作刻蝕模具刻蝕去掉第一硅層的步驟。
通過對實施例的詳細描述并參見附圖，本發明上述目的和優點會更明顯。
圖1是用在一電子束投影式微影(EPL)系統中的常規金屬半導體型發射器(MIS)結構的剖面圖。
圖2是用在一(EPL)系統中的常規金屬-絕緣-金屬型發射器(MIM)結構的剖面圖。
圖3A-3D是制造圖1所示常規MIS型發射器方法的按步驟的剖面圖。
圖4是根據本發明第一實施例使用一MIS發射器的EPL系統的示意圖。
圖5是門電極厚度與電子傳導速率之間關系的曲線圖。
圖6是根據本發明第二實施例中MIM型發射器的結構剖面圖。
圖7A-7H是按步驟制造根據圖1所示本發明第一實施例的MIS型發射器方法的剖面圖。
圖8A-8D是按步驟制造根據圖4所示本發明第二實施例的MIS型發射器方法的剖面圖；及圖9A-9C是按步驟制造根據圖6所示本發明一優選實施例的MIM型發射器方法的剖面圖。
具體實施例方式
如圖4，一電子束投影式微影(EPL)系統包括一金屬-半導體(MIS)型發射器100，該發射器向要處理的基板150上的電子保護層151發射電子束，電源161和162在發射器100和要處理基板150之間產生電場，磁鐵171和172放在發射器100和要處理基板150的外側，在發射器100和要處理基板150之間產生磁場。對于磁鐵171和172，可以用永磁或電磁鐵。
該MIS型發射器100包括一基板110，一置于基板110上的絕緣層120，和一置于絕緣層120上的門電極130。門電極130包括一基層131一致地置于絕緣層120上及以預定圖案在基層131上形成的電子束阻擋層132。
對于基板110可以用硅基板。絕緣層120可以包括通過在硅基板110上進行熱氧化形成的硅氧化層。不象常規技術，絕緣層120是以均勻厚度形成的，所以在絕緣層120內可產生均勻的電場。
而門電極130中的基層131是由導電金屬如金(Au)，鉑(Pt)，鋁(Al)，鈦(Ti)或鉭(Ta)，電子束阻擋層132由能夠陽極化的金屬如鈦(Ti)，鋁(Al)，或釕(Ru)構成。基層131和門電極的電子束阻擋層132同樣可以由硅構成。
在發射器100中，基層131以均勻厚度形成，且電子束阻擋層132具有預定圖案。由此基層131有被電子束阻擋層132蓋住和未蓋住的部分。也就是門電極130包括具有厚度的基層131和以預定圖案制成具有不同厚度的電子束阻擋層132。
發射器100的電子發射特性通常對門電極130的厚度和材料特性非常敏感。特別當門電極130變厚通過門電極130的電子發射明顯減少。門電極13的厚度與電子傳導率之間的關系如圖5所示。該曲線圖由KuniyoshiYokoo等人的論文所公開(見J.Vac.Sci.Technol.B(真空科學與社會雜志)，Vol，12，No.2，Mar/Apr 1994)。
由圖5的曲線圖證明當門電極厚度增加時電子傳導率會大幅下降。例如，如果由鋁制成的門電極厚度由10納米加倍到20納米時，電子傳導率由10-4下降到10-6，有100倍之差。當門電極曲硅(Si)制成時也具有同樣特性。
回到圖4，在發射器100中，當在硅基板110和門電極130之間施加門電壓VG時，根據對應門電極130厚度的電子發射特性，發射器100通過未被電子束阻擋層132蓋住部分，也就是薄的部分的門電極130透射而發射電子束。但是，電子束幾乎不能從門電極130的厚的部分，如從被電子束阻擋層132蓋住的部分發射。由于增加在門電極130和要處理加倍150之間的電壓VA，發射器100所發射的電子束被加速，直接碰撞到覆在要處理基板150表面上的電子保護層151上。由此保護層151也形成電子束阻擋層132一樣的圖案。在此處，由外部磁鐵171和172在發射器100和要處理基板150之間產生磁場，用于集中電子束。
圖6是根據本發明第二實施例中MIM型發射器的結構剖面圖。參考圖6，根據本發明的MIM型發射器200包括一置于基板210上的下部電極215，置于下部電極215上的絕緣層220，置于絕緣層220上的門電極230。門電極230包括一置于絕緣層220上的基層231和一以預定圖案在基層231上制成的電子束阻擋層232。這樣，MIM型發射器200除了在基板210和絕緣層220之間有下部電極215外，其余都相同。由此，只對MIM型發射器的不同部分進行說明。
基板210可以使用硅基板。下部電極215有鋁(Al)釹(Nd)合金形成。絕緣層220有具有均勻厚度的陽極化鋁形成。
門電極230包括基層231和電子束阻擋層232，根據兩層的不同材料及結構，與在MIS型發射器中的門電極130相同。由于MIM型發射器200的操作和效果與MIS型發射器100相同，省略對其的說明。
參考圖7A-7H對圖4所示MIS型發射器的制造方法進行說明。
首先，參見圖7A，準備基板110，在基板110上形成絕緣層120。特別是，硅晶體可以用作基板110。在準備的基板110表面上經過熱氧化處理形成厚度均勻的硅氧化層。該硅氧化層用作絕緣層120。
圖7B示出在絕緣層120上形成基層131的狀況。特別地，為形成基層131，利用真空蒸發或噴濺裝置在所述絕緣層120上以預定厚度淀積常規金屬如金(Au)，鉑(Pt)，鋁(Al)，鈦(Ti)或鉭(Ta)。
圖7C表示基層131由電子束阻擋層132覆蓋的狀況。其中，利用真空蒸發或噴濺裝置在基層131上淀積能夠陽極化的金屬，如鈦(Ti)，鋁(Al)，或釕(Ru)，以形成電子束阻擋層132。
圖7D和圖7E表示以所希望的形式形成電子束阻擋層132的方法。如圖7D所示，要讓電子束發射的一部分電子束阻擋層132由掃描探針顯微鏡(SPM)微影術進行陽極化。由此，如圖7E所示，通過刻蝕將陽極化部分的電子束阻擋層132去掉。在此情況下，由于被陽極化的氧化層具有比未陽極化部分電子束阻擋層132高的刻蝕選擇性，通過刻蝕，陽極化的氧化層很容易去掉。
在進行上述步驟后，如圖7E所示，所示MIS型發射器100具有包括厚度均勻的基層131和所述形成圖案的電子束阻擋層132組成的門電極130。
同時，圖7F-7H表示以所希望的圖案制成電子束阻擋層132的方法。首先，參考圖7F，在如圖7C所示電子束阻擋層132整個表面上覆以保護層R并形成所希望的圖案。在此，可以用照相微影術或光微影術如EPL來完成保護層的制圖，然后如圖7G所示對電子束阻擋層132進行陽極化。此時，電子束阻擋層132露出部分被陽極化而被保護層R蓋住部分則不被陽極化。然后通過刻蝕去掉電子束阻擋層被陽極化的部分，并清除保護層R。此時，保護層可以在刻蝕過程前或后清除。經過上述步驟，完成的MIS型發射器100如圖7H所示。
圖8A-8D是按步驟制造根據圖4所示本發明第二實施例的MIS型發射器方法的剖面圖。該實施例涉及到由硅制造門電極的狀況。
參見圖8A，準備基板110并在該基板110上形成絕緣層120。如以前實施例所示，硅晶體通過預定厚度處理后可用作基板110，且絕緣層120由氧化硅形成。利用化學蒸發淀積(CVD)以預定厚度在絕緣層120上淀積硅形成一第一硅層141。
然后，如圖8B所示，第一硅層141整個表面上覆以保護層R并制成所希望的圖案。在此，可以用照相微影術或光微影術如EPL來完成保護層的制圖，然后如圖8C所示，將保護層R用作刻蝕模具刻蝕去掉第一硅層141的露出部分，并去掉其余的保護層R。
圖8D表示形成圖案的第一硅層141已被第二硅層覆蓋下的狀態。特別地，利用化學蒸發淀積(CVD)以預定厚度在整個如圖8C所示的制成的圖案表面淀積硅形成第二硅層142，因此形成了包括制成圖案的第一硅層141和淀積在第一硅層141上的第二硅層1組成的門電極140。由此門電極140在制成圖案的每個部分具有不同的厚度。
與圖4所示發射器100的結構相比，發射器100′具有包括直接淀積在絕緣層120和第一硅層141上的第二硅層1組成的門電極140，而這兩層相當于圖4所示發射器100的基層131；而淀積在第一硅層141上的第二硅層142相當于發射器100中的電子束阻擋層132。
圖9A-9C是解釋按步驟制造根據圖6所示本發明一優選實施例的MIM型發射器200方法的剖面圖。在本實施例中于前實施例中相同的制造步驟將被省略。
參考圖9A，準備基板210并在該基板210上形成下部電極215。特別地，硅晶體通過預定厚度處理后可用作基板210。在基板210表面上以預定厚度淀積鋁(Al)-釹(Nd)合金而形成下部電極215。結果，如圖9B所示，能夠陽極化的金屬，如鋁(Al)被淀積到下部電極215上并進行陽極化而形成氧化層如氧化鋁。氧化鋁用作絕緣層220。
下面，如圖9C所示，門電極230包括在絕緣層22上形成的基層231和電子束阻擋層232，由此完成MIM型發射器200的制造。在此情況下，門電極230可以用于前例相同方法形成。也就是門電極230的基層231和電子束阻擋層232有導電金屬和能陽極化金屬過構成，以與圖7B-7E所述步驟或圖7B，7C，及圖7F-7H所述步驟相同的方法形成門電極230。
同時，如門電極230由硅構成，可以用與圖8A-8D所述方法形成。
如上所述，根據本發明的發射器具有一均勻厚度的絕緣層和一制成圖案的門電極。與常規方法比較，在發射器絕緣層內能夠提供均勻電場并提供簡化的制造方法。
因此，本發明只是參考優選的實施例進行說明，應該需要明白的是，本領域普通技術人員在不違背本發明的精神和范圍所作出的各種形式的變型都限定在所附的權利要求中。
權利要求
1.一用于電子束投影式微影術系統的發射器，其中包括一基板；一覆蓋在基板上的絕緣層；及一門電極，包括一以均勻厚度形成在所述絕緣層上的基層和一以預定圖案在所述基層上形成的電子束阻擋層。
2.如權利要求1所述發射器，其中所述絕緣層由硅氧化層形成。
3.如權利要求1所述發射器，在所述基板和所述絕緣層之間進一步還有一下部電極。
4.如權利要求3所述發射器，其中所述絕緣層由可陽極化的金屬形成。
5.如權利要求1或3所述發射器，其中基層由導電金屬形成，且電子束阻擋層由能夠陽極化的金屬形成。
6.如權利要求5所述發射器，其中所述基層是由如金，鉑，鋁，鈦或鉭一組中選出的金屬形成。
7.如權利要求5所述發射器，其中電子束阻擋層是由如鈦，鋁，或釕一組中選出的金屬形成。
8.如權利要求1或3所述發射器，其中門電極的基層和電子束阻擋層是由硅形成的。
9.一種制造用在電子束投影式微影系統的發射器的方法，其中包括以下步驟(a)準備一基板；(b)在所述基板上形成絕緣層；(c)以預定厚度在所述絕緣層上淀積導電金屬而形成一所述門電極的基層；(d)以預定厚度在所述基層淀積能夠陽極化的金屬而形成一所述門電極的電子束阻擋層；及(e)通過陽極化處理在所述電子束阻擋層上形成預定的圖案。
10.如權利要求9所述方法，其中所述基板是硅晶片。
11.如權利要求10所述方法，其中在所述硅晶片上通過熱氧化形成的硅氧化層形成所述絕緣層。
12.如權利要求9所述方法，其中，在步驟(b)之前，還進一步包括在所述基板上形成下部電極。
13.如權利要求12所述方法，其中，在步驟(b)中，通過在所述下部電極淀積能夠陽極化的金屬并將該金屬陽極化形成所述絕緣層。
14.如權利要求9所述方法，其中，在步驟(c)之前，導電金屬是從如金，鉑，鋁，鈦或鉭一組中選擇的。
15.如權利要求9所述方法，其中在步驟(d)之前，能夠陽極化的金屬是從如鈦，鋁，或釕一組中選出的。
16.如權利要求9所述方法，其中步驟(e)包括利用掃描探針顯微鏡(SPM)微影以預定圖案對所述電子束阻擋層進行陽極化；及利用刻蝕去掉所述電子束阻擋層的陽極化的部分。
17.如權利要求9所述方法，其中步驟(e)包括在所述電子束阻擋層表面涂覆保護層；以預定圖案給保護層形成圖案；對被所述制成圖案的保護層露出的所述電子束阻擋層部分進行陽極化；及利用刻蝕將電子束阻擋層陽極化的部分去掉并清除所述保護層。
18.一種制造用在電子束投影式微影系統的發射器的方法，其中包括以下步驟(a)準備一基板；(b)在所述基板上形成絕緣層；(c)以均勻厚度在所述絕緣層上淀積第一硅層；(d)以預定圖案在所述第一硅層形成圖案；及(e)在所述絕緣層中通過步驟(d)露出的部分上和所述第一硅層上淀積一第二硅層，并由所述第一硅層和所述第二硅層構成一門電極。
19.如權利要求18所述方法，其中所述基板是一硅晶片。
20.如權利要求18所述方法，其中在所述硅晶片上通過熱氧化形成的硅氧化層形成所述絕緣層。
21.如權利要求18所述方法，其中，在所述步驟(b)之前，進一步包括在所述基板上形成一下部電極。
22.如權利要求20所述方法，其中，在所述步驟(b)中，在所述下部電極淀積能夠陽極化的金屬并將該金屬陽極化以便形成所述絕緣層。
23.如權利要求20所述方法，其中，在所述步驟(d)中，包括以下步驟在所述第一硅層表面涂覆保護層；以預定圖案對所述保護層形成圖案；及用所述保護層作為刻蝕掩模對所述第一硅層進行刻蝕。
全文摘要
本發明提供了用于電子束投影式微影系統的發射器和其制造方法。該電子束發射器包括一基板，一覆蓋在基板上的絕緣層，及一門電極，它包括一以均勻厚度形成在所述絕緣層上的基層和一以預定圖案在所述基層上形成的電子束阻擋層。一種制造方法包括以下步驟準備基板；在所述基板上形成絕緣層；以預定厚度在所述絕緣層上淀積導電金屬而形成一所述門電極的基層；以預定厚度在所述基層淀積能夠陽極化的金屬而形成一所述門電極的電子束阻擋層；及通過刻蝕在所述電子束阻擋層上刻蝕出預定的圖案。所述發射器能夠提供均勻電場并提供簡化的制造方法。
文檔編號H01J37/073GK1531020SQ0315979
公開日2004年9月22日 申請日期2003年9月25日 優先權日2003年3月15日
發明者柳寅儆, 文昌郁, 鄭守桓, 金東煜 申請人:三星電子株式會社