TW413856B - Electron-beam cell projection aperture formation method - Google Patents

Description

413856 五、發明說明（1) 【發明之背景】 發明之領域 ;·· 本發明係關於一種電子束曝光設備元件，尤有關一種 單元投射栅孔形成方法。 習知枯術之描述 因為例如動態隨機存取記憶體（dram)之半導體電子零 件已增加其密集度，所以需要一種極細微化的製程技術。 在半導體製程中，關於用以執行一種極細微化的光阻圖案 的裝置之高度所望之，係落在一種採用局部單元投射方法 的電子束曝光方法上。此曝光方法係使用一種Si基板的單 元投射柵孔，而此單元投射柵孔具有一個與半導體圖案之 一部份或整個半導體圖案相同構造的柵孔。 傳統上，藉由採用一種例如使用光刻的光阻圖案化技 術、使用電漿的蝕刻技術、或濕式蝕刻技術的習知半導體 製程技術，即可製造出一單先投射柵孔，俾能經由一 S i基 板而獲得所望之圖案。（請參見Y· Nakayama, H. Satoh， e t a 1 "Thermal Characteristics of Si Mask for E B Cell Projection Lithography", Jpn. J, Applied Physics, Vo 1. 3 1 ( 1 9 9 2 )，pp. 4268 to 4272, Part 1， No_ 12B, December 1992，以下稱為文獻[1];與 Y.

Nakayama, S. Okazaki, and N. Sat oh "Electron-Beam Cell Projection Lithography: A New H i gh-Throughput! Electron Beam Direct-Writing Technology. Using a Specially Tailored Si Aperture", J· Vac. Sc i.

_413856_ 五 '發明說明（2)

Technology B8 (6), Nov/Dec 1990，以下稱為文獻[2]) 具體而言，一 Si基板首先受到一電漿從表面蝕刻至15 至3 0 μ m的深度。然後，S i基板受到背面蝕刻，俾能藉由 触刻剩下的500至600 /zm而從Si基板的背面開啟一圖案。 圖7顯示依據前述文獻[1]與[2]的一種單元投射柵孔 形成方法。以下將依據個別的單元投射柵孔形成步驟而說 明單元投射柵孔形成方法。 首先，Si基板表面以1 厚度的光阻5執行旋轉塗 佈，而藉由使用一 g射線或i射線的縮小投射曝光設備 '接 觸曝光設備' 電子束曝光設備等等，會使光阻5曝光並顯 影以獲得一光阻圖案（圖7A '之單元圖案曝光/顯影步驟)。 常用的Si基板係為兩面的Si基板8(以下，僅稱為Si基▲ 8 )’此S i基板8係由隔著作為蝕刻光罩9的s i氧化膜而接合 在一起的兩個S i基板8 a與8 b所組成。 其次，使用光阻5作為一蝕刻光罩，s i基板8受到電衆 蝕刻掉大約20 μιη的深度（圖7B之Si蝕刻步驟）。於此，為 了獲得一較佳的·娃刻構造，可使用一 S丨氧化旗以取代作為 姓刻光罩的光阻5。於此情況下，在採用光阻之前’使用 熱氧化法或CVD(化學氣相沈積），會在具有大約1 /zm厚度 的Si基板表面上形成一Si氧化膜，然後，藉由用以將Si氧 化膜圖.案化之前述光阻圖案而蝕刻S丨氧化膜。接著’剝離 光阻5，俾能使用圖案化的g丨氧化臈作為一種用以蝕刻S 1 基板8之餘刻光罩。 然後，於Si基板8之頂面與背面上形成一氮化矽膜6，

第6頁 413856 五、發明說明（3) 並更塗敷一光阻5。對於頂面圖案執行對準，而使背面圖 案露出並顳影，用以將光阻5刻以圖案（圖7 C之氮化膜形 成、光阻塗敷/曝光/顯影步驟）。 光阻圖案係使用作為一個用以蝕刻氮化矽膜6的蝕刻 光罩。在移除光阻之後，使用氮化矽膜6作為一蝕刻光 罩，藉由使用KOH溶液等等而使S i基板8從背面受到6 Ο Ο μ m 的蝕刻（圖7 D之背面蝕刻步驟）。 最後，使用熱磷酸而移除氮化矽膜6，而Si基板8之頂 面係以例如Au的金屬膜配線所覆蓋以作為一導電層7 (圖7E 之導電層形成步驟）。將基板切割為一預先決定的尺寸， 從而完成一單元投射柵孔。 如上所述，習知之製造方法是相當複雜並需要昂貴的 半導體製造設備與高度的製程技術。亦存在有良率太低的 問題。 一單元投射型電子束曝先設備之普通的縮小比率（亦 即，一晶圓之尺寸與柵孔尺寸之比率）為1 / 1 0至1 / 1 〇 0。舉 例而言，為了在晶圓上獲得0. 1只m的圖案，此圖案在柵孔 必須具有1至1 0 /z m的寬度。如果要以這種寬度蝕刻S i至1 5 至2 Ο μ m的深度，則縱橫比（深度與寬度的比率）最大會變 成20 °目前在技術上是難以獲得的。 此外，因為蝕刻速率太低，所以使用例如KOH的蝕刻 溶液而從S i基板之背面進行背面蝕刻到5 0 0至6 0 0 /z m是需 要一段長時間的。因此，在蚀刻期間，S i基板之表面會由 蝕刻溶液所劣化，從而導致低的良率。

第7頁 413856 五、發明說明¢4) 此外，半導體裝置的製造需要5%或以下之製程尺寸精 度。因此，柵孔製程精度應具有0.05至0.5 Mm之高精度。^ 再者，為了允許傳遞具有一較佳構造之電子束，在蝕刻之 後的圓錐角應為8 9度以上。習知技術難以獲得這麼嚴格的 製程精度。 再者，習知技術難以形成具有不同深度的柵孔。因 此，難以產生一種可藉由使在一圖案之所望之位置的電子 束透明度產生差異而補償近接效應的單元投射栅孔。 【發明之綜合說明】 依據本發明之電子束單元投射柵孔形成方法包含：施 加一集中離子束至一基板之頂面，俾能被蝕刻至一個能獲 得用以吸收或散射一電子束之足夠薄膜厚度的深度，藉以 於上述頂面上形成所望之圖案之開口部的步驟；以及均勻 地施加上述集中離子束至上述基板之除上述基板之緣部以 外之背面，俾能被蝕刻至到達上述開口部的深度之步驟。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形 成方法包含：均勻地施加一集中離子束至一基板之除上述 基板之緣部以外之背面，俾能被鈦刻至一個能獲得用以吸 收或散射一電子束之足夠薄膜厚度的深度之步驟，‘以及施 加上述集中離子束至背面已被蝕刻之上述基板之頂面，籍 以形成所望之圖案的開口部之步驟。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形 成方法包含··均勻地施加一集中離子束至一基板之除上述 基板之緣部以外之背面，俾能被蝕刻至一個能獲得用以吸

413856 五、發明說明（5) 收或散射一電子束之足夠薄膜厚度的深度乏步驟；以及更 進一步的施加上述集中離子束至已被蝕刻之上述基板之上— 述背面，藉以形成所望之圖案之開口部之步驟。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形 成方法包含：施加一集中離子束至一基板之頂面，用以藉 由蝕刻上述圖案之周園部分至一個能獲得足夠用以吸收或 散射電子束之一第一薄膜厚度的深度，並触刻上述圖案之 中央部分至一個能獲得小於上述第一薄膜厚度之一第二薄 膜厚度的深度，以在所望之的位置蝕刻具有不同蝕刻深度 之所望之圖案之開口部之步驟；以及施加上述集中離子束 至上述基板之一背面，俾能均勻地將除上述基板之緣部以 外的部分蝕刻至一個到達上述開口部之最深部分的深度以 形成一貫通孔，而上述開口部之其餘部分具有一殘留薄膜 之步驟。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形 成方法包含：施加一集中離子束至一基板之背面，俾能均 勻地將除上述基板之緣部以外的部分蝕刻至一個能獲得用 以吸收或散射一電子束之足夠厚度的深度之步驟；以及施 加上述集中離子束至上述基板之頂面，俾能依據位於上述 基板上方之位置來控制蝕刻深度而執行蝕刻，以形成具有 不同深度之所望之圖案之開口部之步驟，其中，使上述開 口部之最深部分成為一貫通孔，且上述開口部之其餘部分 餘留一薄膜以作為上述開口部之底部。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形

413856 五、發明說明（6) 成方法包含：施加一集中離子束至一基板之背面，俾能均 勻地將除上述基板之緣部以外的部分蝕刻至一個能獲得用 以吸收或散射一電子束之足夠厚度.的深度之步驟；以及更 進一步施加上述集中離子束至上述基板之該背面，俾能依 據位於上述基板上方之位置來控制蝕刻深度而執行蝕刻， 以形成具有不同深度之所望之圖案之開口部之步驟，其 中，使上述開口部之最深部分成為一貫通孔，且上述開口 部之其餘部分餘留一薄膜以作為上述開口部之底部。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形 成方法包含：施加一集中離子束至一基板之頂面同時施 加一蝕刻氣體至被上述離子束所照射之一位置.，藉以執行 蝕刻至一個能獲得用以吸收或散射一電子束之足夠薄膜厚 度的深度，並藉以於上述基板之上述頂面上形成所望之圖 案之開口部之步驟；以及施加上述集中離子束與上述钱刻 氣體至上述基板之除上述基板之緣部以外之背面，藉以執 行均勻的蝕刻至一個到達上述開口部的深度之步驟。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形 成方法包含：施加一集中離子束至一基板之背面，同時施 加一蝕刻氣體至被上述離子束所照射之一位置，藉以執行 除上述基板之緣部以外之均勻的蝕刻至一個能獲得用以吸 收或散射一電子束之足夠薄膜厚度的深度之步驟；以及施 加上述集中離子束至背面已被蝕刻之上述基板之一頂面， 同時施加一蝕刻氣體至一個被上述集中離子束所照射之位 置，藉以形成所望之圖案之開口部之步驟。

第10頁 413856 五'、 發明說明 ：7) 依 據 本 發 明 另 - 個 實 施 樣 態 之 電 子 束 單 元 投 射 柵 孔 形 成 方 法 包 含 二 施 加 ，— 集 中 離 子 束 至 一 基 板 之 背 面 同 時 施’ 加 刻 氣 體 至 一 個 被 上 述 離 子 束 所 昭 射 之 位 置 藉 以 執 行 除 上 述 基 板 之 緣 部 以 外 之 均 勻 的 触 刻 至 一 個 能 獲 得 用 以 吸 收 或 散 射 一 電 子 束 之 足 夠 薄 膜 厚 度 的 深 度 之 步 驟 以 及 更 進 -— 步 的 施 加 上 述 集 中 離 子 束 至 已 被 刻 之 上 述 基 板 之 上 述 表 面 i 同 時 施 加 施 加 一 刻 氣 體 至 個 被 上 述 集 中 離 子 束 所 照 射 之 位 置 ， 藉 以 形 成 所 望 之 圖 案 之 開 口 部 之 步 驟 〇 依 據 本 發 明 另 個 實 施 樣 態 之 電 子 束 單 元 投 射 柵 孔 形 成 方 法 包 含 藉 由 蝕 刻 上 述 圖 案 之 周 圍 部 分 至 — 個 能 獲 得 足 夠 用 以 吸 收 或 散 射 - 電 子 束 之 一 第 —— 薄 膜 厚 度 的 深 度 5 並 藉 由 刻 上 述 圖 案 之 中 央 部 分 至 一 個 能 獲 得 小 於 上 述 第 - 薄 膜 厚 度 之 一 第 二 薄 膜 厚 度 的 深 度 以 施 加 _ 一 集 中 離 子 束 至 基 板 之 頂 面 同 時 施 加 —· 刻 氣 體 至 —^ 個 被 上 述 集 中 離 子 束 所 昭 / 射 之 位 置 ί 用 以 在 所 望 之 的 位 置 蝕 刻 具 有 不 同 蝕 刻 深 度 之 所 望 之 圖 案 之 開 U 部 之 步 驟 t 以 及 施 加 上 述 集 中 離 子 束 至 形 成 上 述 開 σ 部 之 上 述 基 板 之 背 面 同 時 施 加 - 4k 刻 氣 體 至 — 個 被 上 述 集 中 離 子 束 所 昭 射 之 位 置 俾 能 均 勻 地 將 除 上 述 基 板 之 緣 部 以 外 之 上 述 基 板 4k 刻 至 一 個 到 達 上 述 開 Π 部 之 最 深 部 分 之 深 度 以 形 成 一 貫 通 孔 而 上 述 開 α 部 之 其 餘 部 分 具 有 殘 留 的 薄 膜 之 步 驟 〇 依 據 本 發 明 另 一 個 實 施 樣 態 之 電 子 束 單 元 投 射 栅 孔 形 成 方 法 包 含 施 加 琴— 集 中 離 子 束 至 基 板 之 背 面 同 時 施

413856 五、發明說明（8) 加一蝕刻氣體至一個被上述集中離子束所照射之位置，用 以均勻地蝕刻除上述基板之緣部以外的部分至一個能獲# 用以吸收或散射一電子束之足夠厚度的深度之步驟；以及 在施加一蝕刻氣體至一個被該集中離子束所照射之位置以 執行蝕刻之同時，施加上述集中離子束至上述基板之頂 面，俾能依據位於上述基板上方之位置來控制蝕刻深度而 執行蝕刻，以形成具有不同深度之所望之圖案之開口部之 步驟，其中，使上述開口部之最深部分成為一貫通孔，且 上述開口部之其餘部分餘留一薄膜以作為上述開口部之底 部。 依據本發明另一個實施樣態之電子束單元投射柵孔形 成方法包含：施加一集中離子束至一基板之背面，同時施 加一蝕刻氣體至一個被上述集中離子束所照射之位置，用 以均勻地蝕刻除上述基板之緣部以外的部分至一個能獲得 用以吸收或散射一電子束之足夠厚度的深度之步騍；以及 在施加一蝕刻氣體至一個被該集中離子束所照射之位置以 執行飯刻之同時，更進一步施加上述集中離子東至上述基 板之該背面，俾能依據位於上述基板上方之位置來控制蝕 刻深度而執行蝕刻，以形成具有不同深度之所望之圖案之 開口部之步驟，其中，使上述開口部之最深部分成為一貫 通孔，且上述開口部之其餘部分餘留一薄膜以作為上述開 口部之底部。 【圖式之簡單說明】 圖1係用以說明本發明第一實施例之S i基板之剖面

第12頁 413856 五、發明說明（9) .圖。 圖2係用以說明本發明第二實施例之S i基板·之剖面 圖。 圖3係用以說明本發明第三實施例之S i基板之剖面 圖。 圖4係用以說明本發明第四實施例之S i基板之剖面 圖。 圖5係用以說明本發明第五實施例之S i基板之剖面 圖。 圖6係用以說明本發明第六實施例之S i基板之剖面 圖。 圖7係為一種習知之製造方法之個別製造步驟之S i基 板的剖面圖。 圖8概要地顯示使用於依據本發明之製造方法之集中 離子束設備的一個例子。 【符號之說明】 d〜深度（厚度） 1〜離子束 2〜S i基板 3〜薄膜 1 0、1Oa、1 Ob ~ 開口部 21 ~ 離子源 2 2 ~ 屏蔽電極 2 3〜噴槍柵孔

第13頁 413856 五、發明說明（ίο) 24〜聚光鏡 2 5〜柵孔 2 6 ~ 掃瞎電極 27 ~ 物透鏡 28 ~ 喷嘴 2 9 ~ 加熱器 3 0 ~儲存器 31〜氣體源 32 ~ 閥 33〜頂推裝置 3 4 ~ 閥調節器 35 ~偵測器 36 ~ X-Y驅動裝置 37〜X-Y載物台 38〜XeF2氣體 40〜箭號 【較佳實施例之說明】 以下，將參考附圖而說明本發明之較佳實施例。 [第一實施例] 圖1 A、圖1 B與圖1 C係依據本發明第一實施例之在不同 步驟中之單元投射柵孔形成程序之Si基板的立體圖。此 外，圖8概要地顯示使用於第一實施例中之集中離子束設 備之一個例子。圖8之集中離子束設備包含：一離子源系 統（離子源21、一屏蔽電極22、一喷槍柵孔23)、一離子

第14頁 413856 五、發明說明（11) 集中.系統（聚光鏡24、柵孔25、掃瞄電極26、物透鏡27)、 一氣體供應系統（喷嘴28、加熱器29、一儲存器30、一氣 體源3 1 、一閥3 2、一頂推裝置3 3、一閥調節器3 4 )、一偵 測器35、一X-Y驅動裝置36、以及一供試料用之X-Y載物台 37 0 一Si基板2係置於X-Y載物台37上，並將受到從離子源 21發射而由聚光鏡24與物透鏡27所會聚的Ar離子束1之處 理。舉例而言，首先，如圖1A所示，當在具有620/zm之厚 度的6吋的Si基板2中形成一貫通孔以獲得一單元投射柵孔 時，則在真空之下依據用以蝕刻所望之圖案之圖案資料， 會使集中於Si基板2之表面上的Ar離子束1係受掃瞄電極2 6 之控制而轉向。於此，從S i基板2發射之二次電子係由偵 測器3 5偵測到，並記錄作為一個所欲監視的視頻資料。蝕 刻係以一個使吾人能獲得在電子束曝光期間完全遮蔽一電 子束所需要的薄膜厚度d的深度d而執行。 在第一實施例中，蝕刻係執行至20 /zm的深度。依據 一模擬結果，此一 2 0 μ m的深度使吾人能獲得一足夠薄膜. 厚度，用以在一種具有50keV之加速電壓的電子束曝光設 備中完全地遮蔽電子。若電子被吸收與散射而導致一能量 損失與發射肖之分佈改變，致使已通過薄膜之電子無法到 達Si基板，則薄膜厚度d可小於完全遮蔽電子之數值，亦 即，比2 0 # m淺。即使已通過薄膜之電子到達了 S i基板， 若能獲得一足夠之對比，亦不成問題。這亦適用至將說明 於後的其他實施例。

第15頁 413856 五、發明說明（12) 其次，將Si基板2倒置並以Ar離子束1掃瞄，用以從Si 基板2.之背面蝕刻至6 0 0 的深度，幾留一緣部以獲得一 貫通之開口部10，如圖1B所示。因此，可完成圖1C之單元 投射柵孔。

因此，依據本發明，當控制集中離子束1偏轉時，可 依據一圖案資料而使用集中離子束1 ，俾能直接地照射一 Ar離子束至Si基板2上以完成蝕刻，而不需要習知方法之 光阻的塗敷、顯影、或剝離。此外，S i表面之背面亦受到 集中離子束的融刻，因此，不存在有受到一種作背面银刻 的蝕刻溶液而導致頂面劣化的危險。亦即，可用以避免產 生一圖案缺陷，從而改善良率。再者，藉由改變集中離子 束之照射角，即可改變所欲藉由蝕刻而形成的側壁之角 度。因此，藉由執行一種垂直照射，可獲得一個具有近似 垂直的圓錐角的柵孔。 吾人應注意到，在詳述於後的其他實施例中，亦可獲 得前述的效果。 雖然已利用Ar離子束之偏轉/掃瞄而說明第一實施 例，但亦可能在使用X-Y驅動裝置36以驅動/掃瞄具有安置 於其上之Si基板2的X-Y載物台時，將Ar離子束固定於某個 方向。

在前述的第一實施例中之拇孔係為一貫通孔，但亦可 能設置一薄膜作為柵孔之底部。亦即，取代從S i基板之頂 面的2 0 //m之姓刻的是：當從背面執行600 //in的#刻時， 可執行一種較淺的飯刻以殘留一薄膜。又，亦可從頂面執

第16頁 413856 五、發明說明（13) ： --- 2 2/ 的触刻與從背面執行一種比6〇。淺的钕 i牵模以作為柵孔之底#。當形成-種同軸 圖案時，通種方法是相當有利的。 [第二實施例] 圖2Α與圖2Β係為在依據本發明第二實施例之 栅孔形成步驟的Si基板之剖面圖。於本實施例中，f$ 護在si基板之表面上的加工圖案，首先，從Si基板之^ 均勻地執行蝕刻，然後，從Si基板之背面執行更進一步的 蝕刻，以在頂面上獲得一加工圖案。以下，將參考圖2與 圖8而詳細說明。 首先，具有620以m之厚度的一個6吋的Si基板2，係以 其背面向上的方式置於χ-γ载物台37上。如圖2A所示，藉 由在真空狀態下執行光柵掃瞄的Ar離子束1，會使Ar離子 束1連續地施加至Si基板2之背面，用以均勻地蝕刻Si基板 2之中央部分’從而像那樣地殘留緣部。這種蝕刻係以一 .個足以獲得在電子束曝光期間所需之用以完成遮蔽電子束 之薄膜厚度"d"的深度而執行.。在第二實施例中，钱刻係 從Si基板2之背面執行至600 /zm的深度，從而殘留2〇 的 薄膜厚度°在一種50 keV的加速電壓的電子束曝光設備 中，此20;m的厚度係足夠用以完全遮蔽電子。此薄膜厚 度d亦可以與第一實施例中所說明之相同的方式而變化。 其次’如圖2B所示，依據一圖案資料，使得Ar離子束 1受到控制而偏轉，而Ar離子束係施加至Si基板2之背面， 俾能從背靣餘刻掉2 0 /z m的S i基板2。因此，可形成一個作

413856 五、發明說明（14) 為所望之圖案之貫通孔的開口部10，而完成一單元投射栅 孑L 〇 吾人應注意到，可取代依據一圖案資料以偏轉控制A r 離子束1的是：能以與圖2 A相同的方式而間歇地控制作為 光柵掃瞄之Ar離子束1，俾能只照射所欲形成開口部1 〇的 部分。 [第三實施例] 圖3 A與圖3 B係在依據第三實施例之單元投射柵孔形成 步驟令的S i基板之剖面圖。第三實施例係與第二實施例類 似’為了保護在Si基板表面之加工圖案，首先從si基板之 背面執行背面餘刻，然後，頂面受到蝕刻以作圖案加工。' 以下’將參考圖3與圖8而詳細說明。 首先’將一個具有620 /zm厚度的6吋Si基板2置於X-Y 載物台上°如圖3A所示，藉由光柵掃瞄如箭號4 〇所示的Ar 離子束1 ’會使Ar離子束1連續地施加至Si基板之背面，用 以均勻地，刻掉中央部分而殘留緣部。蝕刻係執行到達一 個足^獲得用以在電子束曝光期間完全地遮蔽電子束所需 ，的薄膜厚度d的深度。於第三實施例中，背面蝕刻係執 行至600 /zm的深度，以殘留一個2〇#m的薄膜。在一種具 有50 keV加速電壓的電子束曝光設備中，此2〇的薄膜 係為一個用以完全遮蔽電子的足夠薄膜厚度。此薄膜厚度\ 可以如說明於第一實施例中的方式變化。 其次’如圖3B所示，Si基板係以其頂面向上的方式置 放’而A r離子束1係依據一圖案資料而受控制以偏轉，俾

413856 五、發明說明（15) 能從Si基板之頂面施加Ar離子東j、 可形成一個作為所望之圖案之貫、/餘刻掉2 0 y m。因此， 單元投射柵孔。 < 孔的開口部1 0，而完成 吾人應注意到，取代依據〜 離子束1的是，亦可能以類似於陶案資料以控制/偏轉Ar A r離子束之照射，俾能僅照射所 A ,的方式而間歇地控制 在前述的第一、第二與第三形成開口部1〇的部分。 偏轉/掃瞄。然而，亦可能移動^具貧施例中，集中離子束會 而不用偏轉/掃瞄集中離子束。、有Si基板之X-Y載物台， [第四實施例] ' 圖4A與圖4B係在依據第四f 離子 將參 步驟中之Si基板的剖面圖。在第施例之單元投射柵孔形成 束辅助蝕刻以蝕刻S i基板，用以=實施例中，係籍由離子 考圖4與圖8而詳細說明。 4圖案加工。以 面向上的方式而置於χ-γ载物台上基板2係以其頂 基板2之頂面，且XeFjj氣體38從」.° fGa離子束1施加至Si 之表面而形成所望之圖案之開口 中雖子束，而可依據一圖案資二 夺’不需控制偏轉集 >料並藉由X- 首先，一個具有620 //in之厚许 上的方式而晉於X-V都払a ^的6忖Si基板2係以其頂

, 〖子束I 喷嘴28射出以蝕刻Si基板2 〇 控制具.有51基板2之义-¥載物合37二稍田人~^驅動裝置36以 吾人能獲得一個用以在電子東碟，f動。银刻係執行至使 所需要的薄膜厚度d的深度d。立:期間完全地遮蔽電子束 頂面執行至2 0从m的深度，從而 四實施例中，蝕刻係從 ,.9n n m ^ m as- / 而殘留 6〇〇/zm 之厚度。 此2 0 μ m的厚度係為一個m ^ 十又 ^ W在一種具有5〇 keV加速

413856 五、發明說明（16) 電壓的電子束曝光設備中完全遮蔽電子的足夠厚度β此薄 膜厚度d能以與說明於第一實施例中相同之方式而變化。 關於XeF2氣體38 ’XeF2係被導入至儲存器30以作為氣 體源’並被加熱器29加熱以昇華成一種從嘴嘴28經由閥32 而以喷射物釋放出的XeF2蒸汽。釋放的XeF2氣體38被離子 束分解成X e與F 2，其中的F 2係用以蝕刻S i基板2。於此情況 下’藉由結奋離子錢鐘法與F 2之姓刻而執行姓刻，以增加 製程速度為比當單獨使用離子濺鍍法時快1 〇倍。 其次’如圖4 B所示，S i基板2係以其背面向上的方式 而置放於X-Y載物台37上。當Ga離子束與XeF2氣體連續施 加至Si基板之背面時，X-Y載物台37係受到如箭號40所示 的光栅掃晦，俾能用以從Si基板之背面執行姓刻至6〇〇从m 的深度’從而向那樣的殘留緣部。因此，可形成作為所望 之圖案之貫通孔的開口部1 0，從而完成單元投射栅孔。 在前述的第四實施例中，當加工s i基板之表面時，可 依據圖案資料以控制X-Y載物台的移動。這亦可被χ_γ載物 台之光柵掃瞄所置換’用以控制僅將(；3離子束施加到所欲 形成開口部1 0的部分。於此情況下，當氣體喷射物與Ga離 子束同步ΟΝ/OFF時’可控制XeF2氣體的施加，或者是不管 離子束之ON/OFF ’可連續地施加XeF2。任何一種方法皆可 選擇採用。 [第五實施例] 圖5A與圖5B係在依據第五實施例之單元投射柵孔形成 步驟中之S i基板的剖面圖。在第五實施例中，為了保護在

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413856 __.. 五、發明說明（1乃

Si基板表面之加工圖案，首先’從Si基板之背面執行蝕 刻’然後’頂面受到離子束的辅助蝕刻以作圖案加工。以 下’將參考圓5與圖8而詳細說明。 首先，一個具有620从m之厚度之6吋的Si基板2係以其 月面向上的方式而置放於X-Y載物台上〇在不施行集中離 子束掃晦的情況不，藉由X-Y驅動裝置36的控制，如圖5A 之箭號40所示般，控制載置有Si基板2之X-Y載物台37移動 進行光栅掃瞄，同時以Ga離子束1連續照射於Si基板2之背 面’並由噴嘴28噴射出XeF2氣體38以均勻地蝕刻81基板2 之中央部分’而殘留一緣部。蝕刻係執行至使吾人能獲得 一個在電子束曝光期間用以完全遮蔽電子束所需要的薄膜 厚度ci之深度d。在第五實施例中，蝕刻係從s i基板之背面 執行至600 //in之深度，從而殘留20 /xm之厚度。在一種具 有5 0 keV加速電壓的電子束曝光設備中，此'2〇 的厚k 係為一個用以完全遮蔽電子之足夠厚度。此薄膜厚度d能 以與說明於第一實施例相同之方式而變化β 其次，如圖5Β所示，Si基板2係以其頂面向上的方式 而置放於X-Y載物台37上。當Ga離子束與XeF2氣體38施加 至Si基板之頂面時，χ-γ載物台37係依據一圖案資料而移 動’俾能從S丨基板之頂面執行蝕刻至2 0 /z m的深度，從而 像那樣地殘留緣部。因此，可形成作為所望之圖案之貫通 孔的開口部1 0，從而完成單元投射柵孔。 在前述的第五實施例中，當加工Si基板之表面時，可 依據圖案資料而控制X-Y載物台的移動。這亦可被χ-γ載物

第2；[頁 413856 五、發明説明。8) 台之光柵掃猫所置換’用以控制僅將Ga離子束施加至 形成開口部1 〇的部分。 此外，在上述說明中，Si基板之背面係於頂面的加工 之前受到加工。然而’可以類似於第二實施例而執行下述 的一種背面的均勻敍刻’此種餘刻方法係藉由照射以離子 束與施加XeFs氣體至背面，用以蝕刻殘留的2〇而形 所望之圖案以獲得一貫通孔。 [第六實施例] 圖6A與圖6B係在依據第六實施例之單元投射柵孔形成 步驟之S i基板的刹面圖。在第六實施例中，可依據所望之 的深度而選擇蚀刻之深度’舉例而言，如圖6 b所示，具有 任意厚度之薄膜3係殘留於圖案之中央部分，並改變通過 周圍部分之電子之強度，俾能獲得一個柵孔以補償所謂的 近接效應，而此近接效應係由於在中央部分與周圍部分間 之電子的背向散射所產生的曝光量差異所導致。以下，將 參考圖6與圖8而詳細說明。 首先，一個具有6 20 μιη之厚度之3吋的Si基板2係以其 背面向上的方式而置放於X-Y載物台上。如圖6A所示，藉 由在真空下光柵掃瞄Ar離子束1，俾能使其連續地被施加 至S i基板2之背面。因此，可均勻蝕刻一中央部分，從而 殘留S i基板2之周圍部分。蝕刻係執行至使吾人能獲得— 個在電子束曝光期間用以完全遮蔽電子束所需要的薄膜厚 度d之深度d 在第六實施例中’蝕刻係從S i基板之背面執 行至600 /zm之深度’從而殘留20 之厚度《

第22頁 413856 五、發明說明（19) 在一種具有50keV加速電壓的電子束曝光設備中，此 20 //m的厚度係為一個用以完全遮蔽電子之足夠厚度。此 薄膜厚度d可以與說明於第一實施例中相同之方式而變 化。 . 其次’如圖6B所示’Si基板2係以其頂面向上的方式 而置放於X-Y載物台37上。依據一圖案資料，可使Ar離子 束施加至Si基板2之頂面，俾能從si基板2的頂面執行蝕刻 以形成所望之的開口部圖案’從而完成一單元投射柵孔。

於此’控制A r離子束的照射時間，俾能以下述方式改 變每一個開口部之蝕刻深度：在圖案之周圍部分之開口部 10a為一貫通孔，而且在圖案之中央部分之開口部具有 一薄膜3以作為底部。由此所獲得的柵孔改變了在周圍部 分與中央部分之間的通過電子之強度D 在前述的第六實施例中，如圓6 B所示，中心開口部 1 0 b具有薄臈3以作為其底部，此薄膜3係比鄰近的開口部 1 〇 b之薄膜來得厚。再者，形成於開口部丨〇 b外部的開口部 1 0 a係為貫通孔。開口部1 〇 a亦可具有一薄膜。 因此，使用一集中離子束以執行蝕刻的本發明，可控 制蚀刻深度至所望之值。亦即，難以依據習知方法而產生 之一個在不同位置具有不同飯刻深度的開口部，卻可依據 第六實施例而容易地獲得。 於第六實施例中’蝕刻係首先被執行至S i基板之背 面β然而，亦可能類似於第一實施例地首先執行蝕刻至S i 基板的頂面以形成一圖案，然後再蝕刻Si基板之背面。

第23頁 413856 五 '發明說明（20) 此外，於此第六實施例中’在加工頂面之前，s i 先受到背面加工。然而，亦可能類似於第二實施例地， 飯刻S i基板之背面，然後，背面受到G a離子束的照射:^ 以處理殘留的20 /zm。亦即，在基板之周圍部分'與中^部 分之間蝕刻深度會改變，俾能使中央部分具有包含薄膜°之 一開口部’而周圍部分具有一貫通孔。於此情況下，薄膜 係形成於S i基_板之頂_面側上。 再者’在第四與第五實施例中，當施加一種例如x e Fz 的氣體之蝕刻氣體至受集中離子束的照射之部分時，亦^ 實行餘刻。 在前述的第一至第六實施例中，開口部係為一貫通 孔°然而’如在開口部1 0 b —樣地，在第一至第六實施例 之所有的開口部亦可具有薄膜。 如像那樣所說明地，在依據本發明之單元投射栅孔形 、方法中 係使用一集中離子束以對一基板執行餘刻，不 Ϊ ΐ知夂光阻塗敷、顯影、光阻剝離等等的製程。 ., @夕挪孔形成所需的時間" 张* & &里因為可在任何位置控制蝕刻深度，所以可依據 一合难五而容易地形成一個具有不同蝕刻深度的栅孔。 \可容易地形成一個能補償近接效應並能獲得一 _ A 、等級之高製程精度的栅孔0 ，，為一Si基板之背面亦受刻集中離子束的勒^ j ® 1 ΐ路在〜背面#刻期間’不具有以一種#液劣 ^ 。這可避免圖案缺陷之產生，從而提高良率。

第24頁 413856 五、發明說明（21) 此外，藉由改變集中離子束之照射角，可能改變藉由 蝕刻所形成的側壁之角度。因此，藉由垂直地施加集中離 子束，可能獲得一個具有幾乎垂直的圓錐角的柵孔。這會 使吾人可容易地以一種高製程尺寸精度形成一個具有大縱 橫比的柵孔，並形成一微小圖案。 在不背離本發明之精神或基本特徵之下，本發明可以 其他的特定形式而具體化°因此’本實施例可於如例示的 所有方面納入考量，而不受限於那些方面，本發明之範疇 與其由上述的說明表示，毋寧以下述的申請專利範圍表 示，因此，落在與申請專利範圍同等意義與範圍之内的所 有改變是被認為包含於其中。包含說明書、申請專利範 圍、圖式與發明概要之日本特原頁平10-045656(申請於1997 年2月26曰）之整個揭露書，在此併入作為參考文獻。

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Claims (1)

1. 413856 六、申諳專利範圍 1. 一種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 施加一集中離子束至一基板之頂面，俾能被蚀刻至一 個能獲得用以吸收或散射一電子束之足夠薄膜厚度的深 度，藉以於該頂面上形成所望之圖案之開口部的步驟；以 及 均勻地施加該集中離子束至該基板之除該基板之緣部 以外之背面，俾能被蝕刻至到達該開口部的深度之步驟。 2. —種電子束單元投射柵孔形成方法，包含：

   均勻地施加一集中離子束至一基板之除該基板之緣部 以外之背面，俾能被蝕刻至一個能獲得用以吸收或散射一 電子束之足夠薄膜厚度的深度之步驟；以及 施加該集中離子束至背面已被蝕刻之該基板之頂面， 藉以形成所望之圖案的開口部之步驟。 3. —種電子束單元投射柵孔形成方法〜，包含： 均勻地施加一集中離子束至一基板之除該基板之緣部 以外之背面，俾能被蝕刻至一個能獲得用以吸收或散射一 電子束之足夠薄膜厚度的深度之步驟；以及 更進一步的施加該集中離子束至已被蝕刻之該基板之 該背面，藉以形成所望之圖案之開口部之步驟。 4. 一種電子束單元投射柵孔形成方法，包含：

   施加一集中離子束至一基板之頂面，用以藉由蝕刻該 圖案之周圍部分至一個能獲得足夠用以吸收或散射電子束 之一第一薄膜厚度的深度，並蝕刻該圖案之中央部分至一 個能獲得小於該第一薄膜厚度之一第二薄膜厚度的深度，

   第26頁 413856 六、申請專利範圍 以在所望之的位置蝕刻具有不同蝕刻深度之所望之圖案之 開口部之步驟；以及 - 施加該集中離子束至該基板t之一背面，俾能均勻地將 除該基板之緣部以外的部分蝕刻至一個到達該開口部之最 深部分的深度以形成一貫通孔，而該開口部之其餘部分具 有一殘留薄膜之步驟。 5. —種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 施加一集中離子束至一基板之背面，俾能均勾地將除 該基板之緣部以外的部分蝕刻至一個能獲得用以吸收或散 射一電子束之足夠厚度的深度之步驟；以及 施加上述集中離子束至上述基板之頂面，俾能依據位 於上述基板上方之位置來控制蝕刻深度而執行蝕刻，以形 成具有不同深度之所望之圖案之開口部之步騍，其中，使 上述開口部之最深部分成為一貫通孔，且上述開口部之其 餘部分餘留一薄膜以作為上述開口部之底部。 6. —種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 施加一集中離子束至一基板之背面，俾能均勻地將除 該基板之緣部以外的部分蝕刻至一個能獲得用以吸收或散 射一電子束之足夠厚度的深度之步驟；以及 更進一步施加上述集中離子束至上述基板之該背面， 俾能依據位於上述基板上方之位置來控制蝕刻深度而執行 蝕刻，以形成具有不同深度之所望之圖案之開口部之步 驟，其中，使上述開口部之最深部分成為一貫通孔，且上 述開口部之其餘部分餘留一薄膜以作為上述開口部之底

   第27頁 413856 六、申請專利範圍 部〇 7. —種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 施_加一集中離子束至一.基板之頂面，同時施加一韻刻 氣體至被該離子束所照射之一位置，藉以執行蝕刻至一個 能獲得用以吸收或散射一電子束之足夠薄膜厚度的深度， 並藉以於該基板之該頂面上形成所望之圖案之開口部之步 驟；以及 施加該集中離子束與該蝕刻氣體至該基板之除該基板 之緣部以外之背面，藉以執行均勻的蝕刻至一個到達該開 口部的深度之步驟。 8. —種電子束單元投射栅孔形成方法，包含： 施加一集中離子束至一基板之背面，同時施加一触刻 氣體至被該離子束所照射之一位置，藉以執行除該基板之 緣部以外之均勻的蝕刻至一個能獲得用以吸收或散射一電 子束之足夠薄膜厚度的深度之步驟；以及 施加該集中離子束至背面已被蝕刻之該基板之一頂 面，同時施加一蝕刻氣體至一個被該集中離子束所照射之 位置，藉以形成所望之圖案之開口部之步驟。 9. 一種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 施加一集中離子束至一基板之背面，同時施加一姓刻 氣體至一個被該離子束所照射之位置，藉以執行除該基板 之緣部以外之均勻的蝕刻至一個能獲得用以吸收或散射一 電子束之足夠薄膜厚度的深度之步驟；以及 更進一步的施加該集中離子束至已被蝕刻之該基板之

   第28頁 413856 六、申請專利範圍 .該表面，同時施加施加一蚀刻氣體至一個被該集中離子束 所照射之位置，藉以形成所望之圖案之開口部之步驟。 ίο. —種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 藉由蝕刻該圖案之周圍部分至一個能獲得足夠用以吸 收或散射一電子束之一第一薄膜厚度的深度，並藉由蝕刻 該圖案之中央部分至一個能獲得小於該第一薄膜厚度之一 第二薄膜厚度的深度，以施加一集中離子束至一基板之頂 面，同時施加一蝕刻氣體至一個被該集中離子束所照射之 位置，用以在所望之的位置蝕刻具有不同蝕刻深度之所望 之圖案之開口部之步驟；以及 施加該集中離子束至形成該開口部之該基板之背面， 同時施加一蝕刻氣體至一個被該集中離子束所照射之位 置，俾能均勻地將除該基板之緣部以外之該基板蝕刻至一 個到達該開口部之最深部分之深度以形成一貫通孔，而該 開口部之其餘部分具有一殘留的薄膜之步驟。 11. 一種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 施加一集中離子束至一基板之背面，同時施加一触刻 氣體至一個被該集中離子束所照射之位置，用以均勻地蝕 刻除該基板之緣部以外的部分至一個能獲得用以吸收或散 射一電子束之足夠厚度的深度之步驟；以及 在施加一蝕刻氣體至一個被該集中離子束所照射之位 置以執行蝕刻之同時，施加上述集中離子束至上述基板之 頂面，俾能依據位於上述基板上方之位置來控制蝕刻深度 而執行蝕刻，以形成具有不同深度之所望之圖案之開口部

   第29頁 413856 六、申諳專利範圍 之步驟，其中，使上述開口部之最深部分成為一貫通孔， 且上述開口部之其餘部分餘留一薄膜以作為上述開口部之 底部。 12. —種電子束單元投射柵孔形成方法，包含： 施加一集中離子束至一基板之背面，同時施加一蝕刻 氣體至一個被該集中離子束所照射之位置，用以均勻地蝕 刻除該基板之緣部以外的部分至一個能獲得用以吸收或散 射一電子束之足夠厚度的深度之步驟；以及 在施加一蝕刻氣體至一個被該集中離子束所照射之位 置以執行蝕刻之同時，更進一步施加上述集中離子束至上 述基板之該背面，俾能依據位於上述基板上方之位置來控 制蝕刻深度而執行蝕刻，以形成具有不同深度之所望之圖 案之開口部之步騍，其中，使上述開口部之最深部分成為 一貫通孔，且上述開口部之其餘部分餘留一薄瞑以作為上 述開口部之底部。

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