[发明专利]无掩膜光子电子点格栅阵列光刻机

说明书

本申请是申请号为02824637.3、申请日为2002年11月7日、发明名称为“无掩膜光子电子点格栅阵列光刻机”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种无掩膜光子电子点格栅阵列光刻系统。本发明尤其可以应用于对半导体衬底进行成像的光刻技术。

要求临时专利申请的优先权

本专利申请要求第60/331,035号美国临时专利申请的优先权。

背景技术

光刻技术是一种用于在半导体衬底上产生图像的技术。通常，如果曝光涂布在该衬底上的抗蚀剂，则将在掩膜或“初缩掩膜版(reticle)”形成的图像转印到半导体衬底上。要求在半导体衬底上图形化越来越小的特征图形，这样就要求在成像该图形时使用越来越短波长的光。使用远紫外线(UV)波长光线的光刻系统以约0.25微米的分辨率产生图形。进一步将波长降低到193nm可以以0.18微米和0.13微米的分辨率成像图形。为了进一步提高分辨率，需要使用更短的波长，而且为了以0.1微米或者低于0.1微米的分辨率成像图形，人们已经提出了许多使用更短波长电子束的系统。

例如SCALPEL(L.R.Harriott，S.D.Berger，J.A.Liddle，G.P.Watson，和M.M.Mkrtchyan，J.Vac.Sci.Technology，B12，3533(1994))内的电子束掩膜投影使用被电子照射的散射掩膜图形化衬底。尽管这种系统的分辨率高，但是它们受到要求制造多个特殊掩膜、要求包括多个电子透镜以及波束中各粒子之间的随机库仑相互作用的极限的制约。

在High throughput electron lithography with multiple aperture pixelby pixel enhancement of resolution concept，Journal of Vacuum Scienceand Technology B 16(6)，Nov/Dec 1998，p.3177描述了一种基于传统远紫外线缩微扫描仪-步进器、使用4X掩膜的混合光子电子阵列光刻机。在该建议中，利用微透镜阵列形成的106-108子光束照射4X掩膜。在缩微后，这些子光束在光子电子变换板上聚焦。子光子束触发发出窄电子束。该电子束单独聚焦在晶片上。利用许多波束扫描掩膜和晶片，从而曝光整个晶片。使用光学成像系统简化成像过程，而使用最终电子图形化过程提供改进的分辨率。此外，这种理论克服了SCALPEL系统内存在的库仑相互作用的相干问题。

不幸的是，因为缺少设计规则而且广泛使用诸如OPC(近光校正(Optical Proximity Correction))和PSM(移相掩膜)的RET(分辨率增强技术)，所以用于图像投影系统的掩膜越来越困难，而且制造昂贵。掩膜重复的电子投影系统还极端困难，而且制造昂贵。由于形成制造集成电路所需的多个图形，需要许多掩膜，所以制造掩膜的时间延迟和掩膜本身的花费是半导体制造过程中的显著成本。对于其中不能将掩膜的成本分摊到大量器件的小批量器件的情况，尤其如此。因此，最好提供一种不需要昂贵掩膜制造半导体芯片的快速光刻设备。此外，最好提高光刻技术可实现的分辨率。此外，这种装备最好用于直接图形化少量衬底，例如运行原型装备，而且用于制造掩膜。

因此，最好开发一种具有高分辨率电子成像系统、简化、快速光学系统以及大吞吐量掩膜或大规模并行写系统，但是这样做又不需要掩膜的混合光子电子系统。

发明内容

本发明提供了一种无掩膜光子电子点格栅阵列光刻系统。根据本发明，由空间光线调制器(SLM)阵列调制的光束的大型阵列产生图形。光束聚焦在光子电子变换器上，这样形成相应电子束阵列。将电子束阵列聚焦到衬底上，以在涂布了电子敏感抗蚀剂的衬底上曝光要求的图形。

根据本发明，利用用于光刻(printing)的方法，可以部分地实现上述以及其他优点，该方法包括步骤：产生基本平行的光束阵列；根据要记录到衬底上的图像的采样，调制各光束，以形成点格栅图形；将调制的光束变换为电子束，以提供相应电子束点格栅图形；以及在执行产生、调制、变换以及扫描步骤时相对于电子束，扫描衬底，以致将图像记录到衬底上。

本发明的另一个优点是对可运动工作台的机械不精确性进行补偿的步骤。