[發明專利]一種基于柔性納米伺服運動系統的掃描電鏡直寫光刻系統

有效

• 申請號: 202110116772.1
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112882353B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 張震;劉義杰;曲鈞天
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明公開一種基于柔性納米伺服運動系統的掃描電鏡直寫光刻系統，包括電子室、離子室、樣品室和控制系統；電子室包括電子室腔體、電子槍、陽極、電子束阻斷器、電磁透鏡和電子束偏轉線圈；離子室包括離子室腔體、離子源、離子束掃描偏轉電極等；樣品室包括樣品室腔體、次級電子探測器、納米精度柔性伺服運動平臺系統等；控制系統包括計算機、電子束掃描控制器、離子束掃描控制器等。電子室產生的電子束或離子室產生的離子束均可進行納米直寫制備，樣品室中的納米精度柔性運動平臺可與電子束/離子束協同運動(聯動)，避免制備中拼接誤差，以實現大面積無拼接誤差的納米直寫光刻。該系統還可在制備過程中進行原位檢測，便于實時觀察制備結果。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路直寫制備領域，具體涉及一種基于柔性納米伺服運動系統的掃描電鏡直寫光刻系統。

背景技術

目前，光刻是實現納米制備的主要途徑。光刻的特征尺度主要受限于光源的波長，通過光刻實現十納米級尺度制備相對困難。一般的電子束和離子束光刻具有以下特點：制備線寬可達幾納米級；具有一個尺寸十分有限的寫場(約100微米)；如需制備大面積納米尺度圖案，需要手動或通過步進電機帶動樣品移動，逐一寫場進行制備；不同寫場之間具有較大的拼接誤差。

現有的電子束光刻機主要包括電子發射槍、約束孔徑、多個約束磁塊、磁場偏轉線圈、偏轉電場產生裝置、光刻掩膜和晶圓放置臺。該電子束光刻機在晶圓放置臺和電子發生裝置之間設置有光刻掩膜，阻擋了不在光刻圖案路徑上的電子束，可有效增加光刻精度；設置有雙重的電子路徑約束設施，使得電子的通過路徑上即有偏轉電場，又有偏轉磁場，可以更精確的控制電子的方向。

上述電子束光刻機在以下缺陷：1)需要光刻掩膜，制備成本較高；2)無法進行原位測量；3)寫場較小，難以實現大面積制備；4)不同寫場制備過程中存在拼接誤差。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種電子束/離子束和納米精度柔性伺服運動平臺系統協同制備、在協同運動(聯動)范圍內無拼接誤差、直寫制備的掃描電鏡光刻系統。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于柔性納米伺服運動系統的掃描電鏡直寫光刻系統，包括電子室、離子室、樣品室和控制系統；所述電子室包括電子室腔體、電子槍、陽極、電子束阻斷器、電磁透鏡和電子束偏轉線圈；所述電子室與所述樣品室固定連接；所述離子室包括離子室腔體、離子源、抑制電極、引出電極、第一級透鏡、離子束快門編輯器、離子束快門阻擋膜孔、第二級透鏡和離子束掃描偏轉電極；所述離子室與所述樣品室固定連接；所述樣品室包括樣品室腔體、次級電子探測器、納米精度柔性伺服運動平臺系統、樣品、伸縮送料機構、抽真空裝置和基座；所述控制系統包括計算機、電子束掃描控制器、電子束阻斷器控制器、離子束掃描控制器、離子束快門控制器和柔性平臺執行單元驅動器；所述基于柔性納米伺服運動系統的掃描電鏡直寫光刻系統包含兩種模式，即制備模式和原位檢測模式，所述計算機控制兩種模式的切換；在制備模式下，所述電子束偏轉線圈通過電流使所述電子槍產生的電子束發生偏轉實現掃描，或所述離子束掃描偏轉電極通過電流使所述離子源產生的離子束發生偏轉實現掃描，所述納米精度柔性伺服運動平臺系統帶動所述樣品實現運動，通過所述計算機繪制或導入制備圖形，所述計算機將圖形智能分配到所述電子束偏轉線圈/離子束掃描偏轉電極和所述納米精度柔性伺服運動平臺系統作為運動子系統的參考軌跡，二者協同運動(聯動)實現無拼接直寫納米制備；在檢測模式下，所述電子束偏轉線圈通過電流使電子束掃描樣品表面，次級電子探測器可探測經樣品表面反射的電子，將其成像于所述計算機中，實現原位制備與檢測。