[发明专利]一种基于柔性纳米伺服运动系统的扫描电镜直写光刻系统

说明书

本发明公开一种基于柔性纳米伺服运动系统的扫描电镜直写光刻系统，包括电子室、离子室、样品室和控制系统；电子室包括电子室腔体、电子枪、阳极、电子束阻断器、电磁透镜和电子束偏转线圈；离子室包括离子室腔体、离子源、离子束扫描偏转电极等；样品室包括样品室腔体、次级电子探测器、纳米精度柔性伺服运动平台系统等；控制系统包括计算机、电子束扫描控制器、离子束扫描控制器等。电子室产生的电子束或离子室产生的离子束均可进行纳米直写制备，样品室中的纳米精度柔性运动平台可与电子束/离子束协同运动(联动)，避免制备中拼接误差，以实现大面积无拼接误差的纳米直写光刻。该系统还可在制备过程中进行原位检测，便于实时观察制备结果。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路直写制备领域，具体涉及一种基于柔性纳米伺服运动系统的扫描电镜直写光刻系统。

背景技术

目前，光刻是实现纳米制备的主要途径。光刻的特征尺度主要受限于光源的波长，通过光刻实现十纳米级尺度制备相对困难。一般的电子束和离子束光刻具有以下特点：制备线宽可达几纳米级；具有一个尺寸十分有限的写场(约100微米)；如需制备大面积纳米尺度图案，需要手动或通过步进电机带动样品移动，逐一写场进行制备；不同写场之间具有较大的拼接误差。

现有的电子束光刻机主要包括电子发射枪、约束孔径、多个约束磁块、磁场偏转线圈、偏转电场产生装置、光刻掩膜和晶圆放置台。该电子束光刻机在晶圆放置台和电子发生装置之间设置有光刻掩膜，阻挡了不在光刻图案路径上的电子束，可有效增加光刻精度；设置有双重的电子路径约束设施，使得电子的通过路径上即有偏转电场，又有偏转磁场，可以更精确的控制电子的方向。

上述电子束光刻机在以下缺陷：1)需要光刻掩膜，制备成本较高；2)无法进行原位测量；3)写场较小，难以实现大面积制备；4)不同写场制备过程中存在拼接误差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电子束/离子束和纳米精度柔性伺服运动平台系统协同制备、在协同运动(联动)范围内无拼接误差、直写制备的扫描电镜光刻系统。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于柔性纳米伺服运动系统的扫描电镜直写光刻系统，包括电子室、离子室、样品室和控制系统；所述电子室包括电子室腔体、电子枪、阳极、电子束阻断器、电磁透镜和电子束偏转线圈；所述电子室与所述样品室固定连接；所述离子室包括离子室腔体、离子源、抑制电极、引出电极、第一级透镜、离子束快门编辑器、离子束快门阻挡膜孔、第二级透镜和离子束扫描偏转电极；所述离子室与所述样品室固定连接；所述样品室包括样品室腔体、次级电子探测器、纳米精度柔性伺服运动平台系统、样品、伸缩送料机构、抽真空装置和基座；所述控制系统包括计算机、电子束扫描控制器、电子束阻断器控制器、离子束扫描控制器、离子束快门控制器和柔性平台执行单元驱动器；所述基于柔性纳米伺服运动系统的扫描电镜直写光刻系统包含两种模式，即制备模式和原位检测模式，所述计算机控制两种模式的切换；在制备模式下，所述电子束偏转线圈通过电流使所述电子枪产生的电子束发生偏转实现扫描，或所述离子束扫描偏转电极通过电流使所述离子源产生的离子束发生偏转实现扫描，所述纳米精度柔性伺服运动平台系统带动所述样品实现运动，通过所述计算机绘制或导入制备图形，所述计算机将图形智能分配到所述电子束偏转线圈/离子束扫描偏转电极和所述纳米精度柔性伺服运动平台系统作为运动子系统的参考轨迹，二者协同运动(联动)实现无拼接直写纳米制备；在检测模式下，所述电子束偏转线圈通过电流使电子束扫描样品表面，次级电子探测器可探测经样品表面反射的电子，将其成像于所述计算机中，实现原位制备与检测。