TW497145B - Method for manufacture of semiconductor integrated circuits and electron beam exposure system - Google Patents
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Description
497145 A7
發明之領域 本發明係關於供製造半導體積體電路使用之微影蝕刻裝置 Ο 發明之背景 電子束曝光工具在半導體處理供微影蝕刻使用，巳超過二 十年。第一電子束曝光工具係依據在物體平面掃描之高度 永焦束光柵之飛點概念。電子束在其掃描時予以調變，因 而束本身產生微影蝕刻圖案。此等工具曾廣為使用供高精 度工作，諸如微影蝕刻光罩製作，但光柵掃描模式經發現 太k，而無法在半導體晶圓處理有所需要之高通過量。電 子束在此設備相似於在電子顯微鏡所使用者，亦即聚焦至 一小點束高亮度源。 最近，人們曾依據配合角限制投影電子束微影蝕刻之散射 (Scattering with Angular Limitation Projection
Electron-beam Lithography，簡稱 SCALPEL)技術， 發展成功一種新型電子束曝光工具。在此工具，將一寬面 積投影通過一微影光罩至物體平面。由於在一次可使相對 大面積半導體晶圓曝光（例如1平方毫米），通過量為可接受 。此工具之咼解析度使其對超細線微影姓刻亦即次微米具 有吸引力。 在S C ALPEL曝光工具，電子束源之需求顯著不同於習知 聚焦束曝光工具，或習知TEM或SEM者。雖然目標仍為高 解析度成像，此必須在相對高（1 0 0 - 1 〇 〇 〇毫安）槍電流達成 ’以便實現經濟性晶圓通過量。與供代表性聚焦束源之i 〇 4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） ___ B7 五、發明説明（2 ) 至lO^Acmdsi:·1之值比較，所需要之軸向亮度為相對低， 例如102至104AcnT2sr]。然而，在較大面積之束通量必 須高度均勻，以獲得所需要之微影蝕刻劑量寬容度及CD控 在開發SCALPEL工具之一項棘手障礙，為開發一種電子 源，其在相對大面積提供均勻電子通量，具有相對低亮度 ’並有一電子放射體具有足夠使用期限，以避免過度之停 機時間。在一種改良型W e h n e 11電子槍配置之六硼化鑭 (LaB0)放射體，經發現可望供此應用，並且第一代 S C A L P E L工具係利用此等電子源所構成。人們繼續致力改 進在L aB 6表面之電子放射分布之均勻性，但成功有限。以 簡單之鈕圓盤替代LaB6放射體，經發現改進表面放射均勻 性及穩定性。雖然SCALPEL系統被視為高度成功之細線微 影蝕刻曝光工具，但人們繼續致力改進電子束源之效率及 均勻性。 發明之概述 吾人發展成功一種用於S C A L P E L系統之新型電子束源， 其使用其使用一種改良型之We hne It槍設計，其中 Wehnelt電極在習知SCALPEL工具所使用之Wehnelt槍 之反向予以偏壓。改良型之Wehnelt槍也有一錐形開口， 有電子放射體凹入至錐形開口中。此等修改之結果為一有 低：¾度’並且基本上無交叉之層狀電子束。此等束特性對 SCALPEL工具合乎理想，其在近場不需要聚焦光學裝置。 本發明將在下列詳細說明予以更特別說明，配合附圖，其 -5- 將會更瞭解區別本發明與習知電子束源之諸多特色。 股之簡要說明 圖1為示意圖，例示SCALPEL曝光系統之原理； 圖2為一習知Wehnelt電讀，有-短圓盤放射體音 圖； 〜 圖3為一根據本發明所改良型之子槍之示意圖 y 圖4為自一習知Wehnelt電子槍之陰極之電子放射分布， 其亮·.度變化之曲線圖； 圖5為自根據本發明之反向偏壓WehneU之電子放射分布 ’其亮度變化之曲線圖； 圖6顯示由習知技術之陰極射出之電子放射圖案之示意圖 ，其中私子束61具有一又又（cr〇ss〇ver)，陰極以62代^ ’而W e h n e 11孔徑則以6 3代表； 圖7為類似圖6之示意圖，其中本發明之電子束7丨係成層 狀，而無交又；陰極係以72代表，而Wehnelt孔徑則以曰 代表。 元件參考符號說明： 11 電子之泛光束 1 1 a, lib, 11c 射線 12 微影光罩 13 高電子散射材料之部位 14 低電子散射材料之部位 15 透鏡 497145 A7 B7 五、發明説明（4 ) 16 後焦面阻斷濾光鏡 17 孔徑 19 光學平面 20 部位 2 1 部位 23 基座 24 陰極支承臂 25 陰極燈絲 26 電子放射體 27 Wehnelt支承臂 28 Wehnelt 孔徑 36 電子束放射體 37 Wehnelt 電極 3 8 圓形開口 4 1 層狀輸出束 45 習知Wehnelt之束亮度曲線 46 改良型Wehnelt之束亮度曲線 6 1 電子束 62 陰極 63 Wehnelt 孔徑 7 1 電子束 72 陰極 73 W e h n e 11 孑L 徑 詳細說明 如以上所指出 ，本發明之電子槍最宜在一 SCALPEL電子 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x 297公釐） 497145
束微影蝕刻機械利用作為電子源。在目前業界作法，在半 導體晶圓上製造半導體裝置，擬想聚合物抗蝕劑材料以光 化輻射（在此個案為電子束輻射）之細線圖案曝光。此係在習 知作法將光化輻射導引通過一微影光罩，並照射至一塗有 抗蝕劑之基材所達成。光罩可位於靠近基材處，以供近距 離印刷，或可置於遠離基材處，而將光罩之影像投影至基 材，以供投影印刷。 SCALPEL微影蝕刻工具之特徵為在很小線寬度，亦即， 〇 · 1微米或更小之高對比影像圖案。其結合光學投影系統之 南輸出量而可產生具有宽製程容度之高解析度影像。該高 輸出量係藉使用一泛光電子束使相對大面積之晶圓曝光而 可達成。使用包含標準磁場束轉向及聚焦之電子束光學裝 置，使泛光束成像至微影光罩，再投射至基材，亦即塗布 抗蝕劑之晶圓。微影光罩係以高電子散射之部位及低電子 散射之部位所構成，該等部位在圖案界定所希望之特色。 適當光罩結構之細節’可見於1992年1月7日及1993年11 月2日，均授予Berger等人之美國專利12號及 5,25 8,246 號。 'SCALPEL工具之一項重要特色，為置於在微影光罩與 基材間之後焦面濾光鏡。後焦面濾光鏡阻斷高度散射電子 ’同時使弱散射電子通過而作用，因而在基材上形成影像 圖案。阻斷濾光鏡因此吸收在影像上不想要之輕射。此與 在影像之不想要之輻射由光罩其本身所吸收，促使光罩^ 加熱及畸變，並促使縮短光罩使用期限之習知微影術工具 -8- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 497145 A7
497145 A7 ________B7 五、發明説明（7 ) 總成示為有基座23，陰極支承臂24，陰極燈絲25，由 Wehnelt支承#27所構成之Wehnelt電極及習知之 Wehnelt孔徑28。基座23可為陶瓷，支承構件24可為姮， 鋼或鉬。燈絲25可為鎢金屬線，形成Wehnelt孔徑之材料 可為鋼或鈕，及電子放射體26例如為鈕。電子放射體之有 效面積一般為在0.5-3.0毫米2之範圍。電子放射體較佳為 一圓盤，有一直徑在0.5-2.0毫米之範圍。如圖所示，放射 體與Wehnelt開口間係間隔一距離在〇1_1〇毫米之範圍。 為簡.明起見，陽極及控制裝置未示出。此等元件在該技藝 均為習知及熟知者。 在習知SCALPEL工具之Wehnelt槍，利用陰極亦即 Wehnelt開口予以偏壓，相對於陽極為負數百伏。 如較早所提及，用於SCALPEL曝光工具之電子源，其一 項重要特色，為相對低電子束亮度。供最有效曝光，束亮 度較佳為限於一值少於1 0 A c m 2 S Γ ·1。此係大為不同於供 最大亮度一般為予以最佳化之習知掃描束曝光工具。請見 例如1986年5月13日授予Liu等人之美國專利4,588,928號 〇 圖3中顯TF根據本發明之改良型電子槍。偏離標準 SCALPEL Wehnelt 之原理，Wehnelt 37 以一在 2000- 8〇oov範圍之偏愿予以正偏壓。相較於標準ScAlpel Wehnelt，此為一反向偏壓，並導致一層狀輸出束，而 有基本上平行之電子通量線’亦即在電子束圖案很少或無 交叉。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 497145 A7 ______B7 五、發明説明（8~Γ ' --- 為增強來自此反向偏壓Wehnelt之束特徵，電腦模擬示 Wehnelt開口較佳為錐形，如圖3中所示。圖3*wehneit 電極37包含一有圓形開口38之圓盤。圓盤37有一第一表面 及一第二表面，並且開口包含一圓柱形部份及一錐形部份 ，而圓柱形部份自圓盤之表面延伸至一在開口之距離χ，及 錐形部份自圓柱形部份延伸至圓盤之另一表面。錐形部份 之角度標示α。電子束放射體36如圖示位於在開口之錐形 部份内。 供Wehnelt開口之較佳為設計為： t=1.5-3.5毫米，較佳為2·〇-3·0毫米 α =1 5-40° Χ = 0·2-0·6 毫米，及 dj . d2=l.2-4.0 其中（^為Wehnelt開口之直徑，及&為電子放射體之直 徑。 圖4及5中示比較習知Wehnelt槍與本發明之反向偏壓 Wehnelt槍之輸出束特徵，其電腦模擬之結果。圖4中模擬 習知Wehnelt之曲線45，示束亮度減少顯著少於8 2 mrad 。對照而言，本發明之改良型Wehnelt之束亮度曲線46 , 示均勻及較低之束亮度至14.609 mr ad。 圖ό及7列示藉實際電腦模擬所作成之習知及改良型 Wehnelt之束分布之比較。圖6示本發明之改良型Wehnelt 之束分布’明顯可見無交叉。 為供在此處及在後附申請專利範圍之定義，電子放射體一 -11 - 本纸張尺度適用巾國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) ' -- 497145 A7 B7 五 、發明説明（9 ) 詞係用以界定一具有一近乎扁平放射表面之實心金屬主體 ，該扁平放射表面為對稱，亦即具有圓形或規律多邊形之 形狀。也為供定義之目的，本文中所稱基材一詞，界定為 電子束曝光系統之物體平面，而不論是否有一半導體工件 存在於基材。電子光學裝置平面一詞可用以說明一在電子 束曝光系統，在電子槍之電子放射表面與電子束影像所聚 焦至之表面，亦即半導體晶圓所位於之物體平面之間，在 空間X - y平面。 精於此項技藝者將會想出本發明之各種另外修改。此專利 說明書基本上依靠此項技藝通過其而有進步之諸項原理及 其同等原理，與其旨意之所有變化，均適當視為在如所說 明及申請專利之本發明範圍以内。 -12- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
Claims (1)
- 497145 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種用於製造半導體積體電路之方法，包含至少一微影 蝕刻步驟，在此步驟，使用一透鏡系統將一作成圖案之 電子束投影至一抗蝕劑塗布之半導體晶圓之表面，該方 法包含下列步驟： (a) 順序通過下列，將一電子束投影至該抗姓劑塗布之 半導體晶圓： (i) 一微影光罩，及 (i i) 一後焦面濾光鏡，該後焦面濾光鏡基本上對電 子束中之電子為不透明， 該方法之特徵為，該電子束係藉一電子槍所產生， 並且該電子槍係藉下列操作 (b) 在一電子放射體及一與該電子放射體間開之陽極之 間建立偏壓，以使電子束自電子放射體流動至陽極 ，該電子槍另有Wehnelt孔徑圍繞電子放射體；以 及 (c) 在Wehnelt孔徑與陽極之間建立偏壓，而該Wehnelt 孔徑被正偏壓。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電子束有一亮度 少於 lf^Acn^sr·1。 3 . —種電子束曝光系統，包含： (a) —電子束放射體， (b) — Wehnelt電極圍繞該電子放射體， (c) 一陽極， (d) —微影光罩， -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 申請專利範圍 (e) —後焦面濾光鏡， (f) 一基材， (g) 包括有偏壓裝置之用於自該電子束放射體產生一電 子束之裝置， (h) 用於導引至少部份之電子束順序通過陽極通過微影 光罩再通過後焦面濾光鏡並至該基材之裝置；以及 (1)供相對於陽極正偏壓Wehnelt電極之裝置。 4 ·如申請專利範圍第3項之系統，其中該wehnelt電極包含 ••一有圓形開口之圓盤。 5 ·如申請專利範圍第4項之系統，其中該圓盤有一第一表 面及一第二表面，並且該開口包含一圓柱形部份及一錐 形部份，而該圓柱形部份自圓盤之第一表面延伸至一在 開口之距離X，及該錐形部份自圓柱形部份延伸至圓盤 之另一表面。 6·如申請專利範圍第5項之系統，其中該電子束放射體為 一圓盤。 7 ·如申請專利範圍第6項之系統，其中該電子束放射體位 於開口之錐形部份内。 8*如申請專利範圍第7項之系統，其中該開口有一直徑、 ，孩電子束放射體有一直徑d2，該Wehnelt電極有一厚 度t ’該錐形部份之角度為α，以及： t=1.5-3.5 毫米 Χ = 0·2-0·6 毫米 dj · d2=l.2-4.0 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公董） 49714f 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 a = 1 5 - 4 0 ° 〇 9 ·如申請專利範圍第8項之系統，其中該電子束放射體包 含一担圓盤。 1 0 .如申請專利範圍第3項之系統，其中該偏壓裝置為一 2000- 8000V之電壓源。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 申請曰期 8气· 7. 案 號 089108684 類 別 一阪Γ也~ (以上各欄由本局填笔 中 文 英 文 A4. C4 中文說明書修正本(91年4月） 497145 J專利説明書 用於製造半導體積體電路之方法及電子束曝光系統 METHOD FOR MANUFACTURE OF SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUITS AND ELECTRON BEAM EXPOSURE SYSTEM 姓 名 國 籍 發明 1·維多卡薩普 2·詹姆斯亞歷山大利鐸 3·衛倫Κ·衛斯勒維茲 L3·美國2.英國 ❿ 住、居所 裝 1 ·美國新澤西州貝爾米德市伊斯泰特路9號 2·美國新澤西州衛斯菲德市瑞威街1〇67號 3·美國新澤西州克林頓市賴夫街114號 訂 姓 名 (名稱） 國 籍 美商朗訊科技公司 美國 申請人 住、居所 (事務所) 美國新澤西州摩里山丘市山脈大道600號 麥克· R ·格林 丨）Α4規格(210X297公爱）
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