專(zhuān)利名稱(chēng)：電子束單元投影孔徑生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子束曝光裝置元件，特別是一種單元投影孔徑的生成方法。
諸如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)之類(lèi)的半導(dǎo)體電子元件的集成度已經(jīng)增加，并要求超精細(xì)的加工工藝。為了在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中完成超精細(xì)的抗蝕圖形，人們對(duì)一種采用局部單元投影方法的電子束曝光方法給予了極大的期望。該曝光方法使用一種具有與部分半導(dǎo)體圖形或整個(gè)半導(dǎo)體圖形相同形狀孔徑的Si基片的單元投影孔徑。
通常，通過(guò)采用諸如使用光刻蝕法蝕刻抗蝕圖形，使用等離子體的蝕刻工藝，或濕法蝕刻工藝之類(lèi)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體加工工藝制備一種單元投影孔徑，以便穿過(guò)一Si基片獲得想要的圖形。(見(jiàn)Y.Nakayama,H.Satoh等人的“用于EB單元投影光刻法的Si掩膜的熱特性”，Jpn.J.應(yīng)用物理，卷31(1992)，頁(yè)4268到4272，第一部分，No.12B,1992年12月[1]，以及Y.Nakayama,S.Okazaki，和N.Satoh的“電子束單元投影光刻法一種新的使用特殊修整的Si孔徑的高產(chǎn)率電子束直接記錄技術(shù)”，J.Vac.Sci.技術(shù)B8(6),1990年11月/12月[2])更具體的，首先從表面對(duì)Si基片進(jìn)行等離子體蝕刻深度為15到30微米。此后，對(duì)Si基片進(jìn)行底蝕刻以便通過(guò)蝕刻所保留的500到600微米從Si基片的底部打開(kāi)一圖形。
圖7顯示了按照前述文獻(xiàn)[1]和[2]的一單元投影孔徑的生成方法。下面將按照各個(gè)單元投影孔徑的生成步驟說(shuō)明單元投影孔徑的生成方法。
首先，在Si基片表面旋涂厚度為1微米的保護(hù)層5，使用g射線或i射線放大投影曝光裝置，接觸曝光裝置，電子束曝光裝置等等對(duì)之進(jìn)行曝光，并顯影獲得一抗蝕圖形(圖7A，單元圖形曝光/顯影步驟)。經(jīng)常使用的Si基片是一種由兩片Si基片8a和8b通過(guò)Si氧化物膜作為蝕刻掩膜9接合在一起的雙面Si基片8(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為Si基片8)。
接著，使用保護(hù)層5作為蝕刻掩膜，對(duì)Si基片8進(jìn)行等離子體蝕刻大約20微米的深度(圖7B,Si蝕刻步驟)。在此，為了獲得最佳的蝕刻形狀，可用Si氧化物膜而不是保護(hù)層5作為蝕刻掩膜。此時(shí)，在采用保護(hù)層之前，使用熱氧化或CVD(化學(xué)蒸發(fā)沉積)在Si基片的表面上形成厚約1微米的Si氧化物膜，此后通過(guò)用于Si氧化物膜形成圖形的前述抗蝕圖形對(duì)Si氧化物膜進(jìn)行蝕刻。接著，剝離保護(hù)層5以便使已形成圖形的Si氧化物膜被用作蝕刻Si基片8的蝕刻掩膜。
接著，在Si基片8的頂表面和底表面形成氮化物膜6，并且還應(yīng)用了保護(hù)層5。根據(jù)頂表面圖形進(jìn)行校直，底表面圖形被曝光和顯影以對(duì)保護(hù)層5制圖形(圖7C，氮化物膜制備，采用保護(hù)層/曝光/顯影步驟)。
該抗蝕圖形被用作蝕刻Si氮化物膜6的蝕刻掩膜。去除保護(hù)層后，使用Si氮化物膜6作為蝕刻掩膜，使用KOH溶液或類(lèi)似物從底表面對(duì)Si基片8蝕刻厚度約600微米(圖7D，底蝕刻步驟)。
最后，使用熱磷酸去除Si氮化物膜6，并且用諸如Au之類(lèi)的金屬膜覆蓋Si基片8的頂表面作為導(dǎo)電層7(圖7E，導(dǎo)電層制備步驟)?；磺谐深A(yù)定的尺寸，由此完成一單元投影孔徑。
如上所述，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法相當(dāng)復(fù)雜并需要昂貴的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備和高精度的加工工藝。生產(chǎn)量很低也是一個(gè)問(wèn)題。
單元投影輻射型電子束曝光裝置的放大比率，即晶片的尺寸與孔徑尺寸的比率為1/10到1/100。例如，為了在晶片上獲得0.1微米的圖形，圖形在孔徑上的寬度為1到10微米。如果此寬度下Si的蝕刻深度為15到20微米，深寬比(深度和寬度的比率)的最大值為20。目前，在工藝上很難獲得此種深寬比。
而且，由于蝕刻率很低，使用諸如KON之類(lèi)的蝕刻溶液從底表面對(duì)Si基片進(jìn)行深蝕刻500到600微米需要很長(zhǎng)的時(shí)間。因此，在蝕刻時(shí)Si基片的表面被蝕刻溶液損壞，導(dǎo)致生產(chǎn)量很低。
而且，半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)要求5％或更低的加工尺寸精度。因此，孔徑加工精度應(yīng)具有0.05到0.5微米的高精度。而且，為了允許通過(guò)具有最佳形狀的電子束，蝕刻后的圓錐連接角應(yīng)為89度或更高。用傳統(tǒng)的工藝很難達(dá)到這種嚴(yán)格的加工精度。
而且，用傳統(tǒng)的加工工藝，很難形成具有不同深度的孔徑。因此，很難生產(chǎn)可通過(guò)區(qū)分在圖形的想要的位置的電子束透射比來(lái)補(bǔ)償鄰近效應(yīng)的單元投影孔徑。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用聚焦的離子束蝕刻基片的單元投影孔徑生成方法。
按照本發(fā)明的電子束投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面的步驟，以便蝕刻成可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度以在頂表面形成想要的圖形的開(kāi)口；以及把聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便蝕刻至達(dá)到開(kāi)口的深度。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便蝕刻成可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束施加到其底表面已被蝕刻的基片的頂表面的步驟，由此形成想要的圖形的開(kāi)口。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便蝕刻成可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束還施加到已被蝕刻的基片的底表面的步驟，由此形成想要的圖形的開(kāi)口。
按照本發(fā)明的又一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面的步驟，以便通過(guò)蝕刻圖形的周邊部分到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的第一薄膜厚度的深度，并蝕刻圖形的中心部分到可獲得比第一薄膜厚度小的第二薄膜厚度的深度，從而在想要的位置蝕刻具有不同蝕刻深度的想要的圖形的開(kāi)口，以及把聚焦的離子束施加到除去邊緣部分的基片的底表面的步驟，以便均勻蝕刻至達(dá)到開(kāi)口的最深部分的深度以形成一通孔，同時(shí)開(kāi)口的其它部分具有保留的薄膜。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便均勻蝕刻到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束施加到基片的頂表面的步驟，以便在根據(jù)基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的想要的圖形的開(kāi)口，這樣，開(kāi)口的最深部分為一通孔，開(kāi)口的其它部分具有如同開(kāi)口底部的薄膜。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便均勻蝕刻到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束再施加到已被蝕刻的基片的底表面的步驟，以便在根據(jù)基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的想要的圖形的開(kāi)口，這樣，開(kāi)口的最深部分為一通孔，開(kāi)口的其它部分具有如同開(kāi)口底部的薄膜。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到離子束照射的位置的步驟，以便蝕刻到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度并且在基片的頂表面上形成想要的圖形的開(kāi)口，以及把聚焦的離子束和蝕刻氣體施加到除去基片邊緣部分的基片的底表面的步驟，由此均勻蝕刻至達(dá)到開(kāi)口的深度。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到被離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去基片邊緣部分的基片底表面到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束施加到底表面已被蝕刻的基片的頂表面，同時(shí)把蝕刻氣體施加到聚焦的離子束照射的位置的步驟，由此形成想要的圖形的開(kāi)口。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到被離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去基片邊緣部分的基片底表面到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束再施加到已被蝕刻的基片的表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到聚焦的離子束照射的位置的步驟，由此形成想要的圖形的開(kāi)口。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到離子束照射的位置的步驟，以便通過(guò)蝕刻圖形的周邊部分到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的第一薄膜厚度的深度并蝕刻圖形的中心部分到可獲得比第一薄膜厚度小的第二薄膜厚度的深度從而在想要的位置蝕刻具有不同蝕刻深度的想要的圖形的開(kāi)口，以及把聚焦的離子束施加到具有所形成的開(kāi)口的基片的底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到聚焦的離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去基片邊緣部分的基片至達(dá)到開(kāi)口的最深部分以形成一通孔的深度，同時(shí)開(kāi)口的其它部分具有保留的薄膜。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去基片邊緣部分的基片底表面到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束施加到基片的頂表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到聚焦的離子束照射的位置的步驟，以便在根據(jù)基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的想要的圖形的開(kāi)口，這樣，開(kāi)口的最深部分為一通孔，開(kāi)口的其它部分具有如同開(kāi)口底部的薄膜。
按照本發(fā)明的另一方面，電子束單元投影孔徑生成方法包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去基片邊緣部分的基片底表面到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把聚焦的離子束還施加到已被蝕刻的基片的底表面和同時(shí)把蝕刻氣體施加到聚焦的離子束照射的位置的步驟，以便在根據(jù)基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的想要的圖形的開(kāi)口，這樣，開(kāi)口的最深部分為一通孔，開(kāi)口的其它部分具有如同開(kāi)口底部的薄膜。
圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施例的Si基片的橫截面透視圖；圖2是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的Si基片的橫截面圖；圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施例的Si基片的橫截面圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明第四實(shí)施例的Si基片的橫截面圖；圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明第五實(shí)施例的Si基片的橫截面圖；圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明第六實(shí)施例的Si基片的橫截面圖；圖7是用于說(shuō)明傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法中各個(gè)生產(chǎn)步驟的Si基片的橫截面圖；圖8是示出用于本發(fā)明生產(chǎn)方法中的聚焦離子束裝置的例子的示意圖。
下面參照


本發(fā)明的最佳實(shí)施例。實(shí)施例1圖1A，圖1B和圖1C是本發(fā)明第一實(shí)施例的單元投影孔徑生成方法的不同步驟中的Si基片的透視圖。而且，圖8概略地顯示了在第一實(shí)施例中使用的聚焦離子束裝置的一個(gè)例子。圖8所示的聚焦離子束裝置包括一離子源(離子源21，屏蔽電極22，槍孔徑23)，一離子聚焦系統(tǒng)(聚焦鏡24，孔徑25，掃描電極26，目鏡27)，一氣體供給系統(tǒng)(管嘴28，加熱器29，貯存器30，氣體源31，閥32，搖動(dòng)裝置33，閥手柄34)，一檢測(cè)器35，一X-Y驅(qū)動(dòng)裝置36，及一用于放樣品的X-Y工作臺(tái)。
Si基片2被放置在X-Y工作臺(tái)37上用由離子源21發(fā)射的Ar離子束進(jìn)行處理并且由聚焦鏡24和目鏡27進(jìn)行聚焦。例如，當(dāng)在具有620微米的厚度的6英寸Si基片上形成一通孔以獲得一單元投影孔徑時(shí)，首先，如圖1A所示，在真空中按照用于蝕刻想要的圖形的圖形數(shù)據(jù)由掃描電極26控制聚焦在Si基片2表面上的Ar離子束1偏轉(zhuǎn)。此處，從Si基片2發(fā)射的二次電子由檢測(cè)器35檢測(cè)并被記錄為受到監(jiān)視的視頻數(shù)據(jù)。蝕刻是按一深度d進(jìn)行，在該深度能夠在電子束曝光期間獲得完全遮住一電子束所要求的薄膜厚度d。
在第一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻20微米的深度。按照模擬結(jié)果，該20微米的深度能夠在50keV加速電壓的電子束曝光裝置中獲得完全遮住電極的足夠的薄膜厚度。薄膜厚度d可以小于完全遮住電極的值，即，如果電子被吸收及散射而導(dǎo)致能量損失及發(fā)射角度分布變化，并且已傳過(guò)薄膜的電子不能到達(dá)Si基片則可淺于20微米。即使穿過(guò)薄膜的電子到達(dá)Si基片，如果能獲得足夠的對(duì)比度也沒(méi)有問(wèn)題。這將在后面描述的其它實(shí)施例中采用。
接著，把Si基片2顛倒放置并受到Ar離子束的掃描以從Si基片2的底表面蝕刻600微米的深度，留下邊緣部分以獲得一貫穿的開(kāi)口10，如圖1B所示。由此完成圖1C所示的單元投影孔徑。
因此，按照本發(fā)明，使用聚焦的Ar離子束1并根據(jù)圖形數(shù)據(jù)控制其偏轉(zhuǎn)以便把Ar離子束直接照射到Si基片2上進(jìn)行蝕刻，不需要采用在傳統(tǒng)方法中的保護(hù)層，顯影或剝離。而且，也由聚焦的離子束蝕刻Si表面的底表面，由此，不會(huì)出現(xiàn)由蝕刻溶液進(jìn)行底蝕刻時(shí)損壞頂表面的危險(xiǎn)。也即，可防止圖形缺陷的產(chǎn)生，增加產(chǎn)量。而且，通過(guò)改變離子束的照射角度，可以改變蝕刻形成的側(cè)壁的角度。因此，通過(guò)進(jìn)行垂直照射，可以獲得具有幾乎垂直錐度角的孔徑。
應(yīng)當(dāng)注意，在將要隨后描述的其它實(shí)施例中也能獲得前述的效果。
第一實(shí)施例描述了Ar離子束的偏轉(zhuǎn)/掃描，也可以把Ar離子束固定在一特定的方向上，同時(shí)使用X-Y驅(qū)動(dòng)裝置36驅(qū)動(dòng)/掃描其上放有Si基片2的X-Y工作臺(tái)。
在前述第一實(shí)施例中，孔徑為一通孔，但是也可以提供作為孔徑底部的一薄膜。也即，不從Si基片的頂表面蝕刻20微米，可以在從底表面蝕刻600微米時(shí)，進(jìn)行淺的蝕刻以留下一薄膜。另外，可以從頂表面蝕刻20微米并進(jìn)行比從底表面600微米淺的蝕刻，以便留下一作為孔徑底部的薄膜。該方法有利于形成同軸圖形。
實(shí)施例2圖2A和圖2B是本發(fā)明第二實(shí)施例的單元投影孔徑生成方法中的Si基片的橫截面圖。在該實(shí)施例中，為了保護(hù)Si基片表面上加工的圖形，首先，從Si基片的底表面進(jìn)行均勻蝕刻，此后從Si基片的底表面再進(jìn)行蝕刻以獲得在頂表面上加工的圖形。下面將參照?qǐng)D2和圖8進(jìn)行說(shuō)明。
首先，把厚度為620微米的6英寸的Si基片2底表面向上放置在X-Y工作臺(tái)37上。如圖2A所示，通過(guò)在真空中進(jìn)行光柵掃描Ar離子束1，在Si基片2的底表面連續(xù)施加Ar離子束1以均勻蝕刻Si基片2的中心部分，留下邊緣部分。蝕刻能夠在電子束曝光期間獲得完全遮住電子束所要求的薄膜厚度“d”的足夠的深度。在該第二實(shí)施例中，從Si基片2的底表面蝕刻600微米的深度，留下20微米的薄膜厚度。該20微米的厚度能夠在50keV加速電壓的電子束曝光裝置中足夠完全遮住電子。薄膜厚度d可以用在第一實(shí)施例中說(shuō)明的同樣的方法修正。
接著，如圖2B所示，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)控制并偏轉(zhuǎn)Ar離子束1，同時(shí)把Ar離子束施加到Si基片2的底表面以便從Si基片2的底表面蝕刻20微米。由此形成作為想要的圖形的通孔的開(kāi)口10并完成單元投影孔徑。
應(yīng)當(dāng)注意，取代根據(jù)圖形數(shù)據(jù)控制并偏轉(zhuǎn)Ar離子束1，可以間歇地控制Ar離子束1進(jìn)行圖2A中所示的同樣方式的光柵掃描，以便僅照射將要形成開(kāi)口10的部分。
實(shí)施例3圖3A和圖3B是第三實(shí)施例的單元投影孔徑生成步驟中的Si基片的橫截面圖。在此實(shí)施例中，與第二實(shí)施例一樣，為了保護(hù)Si基片表面上加工的圖形，首先，從Si基片的底表面進(jìn)行底蝕刻，此后頂表面受到蝕刻以獲得加工的圖形。下面將參照?qǐng)D3和圖8進(jìn)行說(shuō)明。
首先，把厚度為620微米的6英寸的Si基片2底表面向上放置在X-Y工作臺(tái)上。如圖3A所示，如箭頭40所示的通過(guò)光柵掃描Ar離子束1，在Si基片2的底表面連續(xù)施加Ar離子束1以均勻蝕刻Si基片2的中心部分，留下邊緣部分。蝕刻能夠在電子束曝光期間獲得完全遮住電子束所要求的薄膜厚度“d”的足夠的深度。在該第三實(shí)施例中，底蝕刻600微米的深度，留下20微米的薄膜。該20微米的薄膜為能夠在50keV加速電壓的電子束曝光裝置中完全遮住電子的足夠的薄膜厚度。該薄膜厚度可以用在第一實(shí)施例中說(shuō)明的同樣的方法修正。
接著，如圖3B所示，把Si基片2頂表面向上放置，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)控制并偏轉(zhuǎn)Ar離子束1，這樣施加Ar離子束1以從Si基片的頂表面蝕刻20微米。由此形成作為想要的圖形的通孔的開(kāi)口10并完成單元投影孔徑。
應(yīng)當(dāng)注意，取代根據(jù)圖形數(shù)據(jù)控制/偏轉(zhuǎn)Ar離子束1，如圖3A所示，可以間歇地控制Ar離子束1的照射，以便僅照射將要形成開(kāi)口10的部分。
如前面第一、第二和第三實(shí)施例所述，聚焦的離子束被偏轉(zhuǎn)/掃描。然而，也可以移動(dòng)具有Si基片的X-Y工作臺(tái)，而不必偏轉(zhuǎn)/掃描聚焦的離子束。
實(shí)施例4圖4A和圖4B是第四實(shí)施例的單元投影孔徑生成步驟中的Si基片的橫截面圖。在該第四實(shí)施例中，通過(guò)離子束輔助蝕刻蝕刻Si基片以進(jìn)行圖形的處理。下面將參照?qǐng)D4和圖8進(jìn)行說(shuō)明。
首先，把厚度為620微米的6英寸的Si基片2頂表面向上放置在X-Y工作臺(tái)上。不必控制偏轉(zhuǎn)聚焦的離子束，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)由X-Y驅(qū)動(dòng)裝置36控制具有Si基片2的X-Y工作臺(tái)37的移動(dòng)，同時(shí)把Ga離子束1施加到Si基片2的頂表面并且從管嘴28中噴發(fā)XeF2氣體38以蝕刻Si基片2的表面形成想要的圖形的開(kāi)口10。蝕刻能夠在電子束曝光期間獲得完全遮住電子束所要求的薄膜厚度的深度d。在該第四實(shí)施例中，從頂表面蝕刻20微米的深度，留下600微米的厚度。
該20微米的厚度為能夠在50keV加速電壓的電子束曝光裝置中完全遮住電子的足夠的厚度。該薄膜厚度d可以用在第一實(shí)施例中說(shuō)明的同樣的方法修正。
至于XeF2氣體38,XeF2被注入到貯存器30中作為氣體源并由加熱器29加熱升華為XeF2蒸氣，由管嘴28通過(guò)閥32噴出。噴出的XeF2氣體38由離子束分離為Xe和F2，其中F2用來(lái)蝕刻Si基片2。此時(shí)，離子噴射的蝕刻混合著F2的蝕刻，比單獨(dú)用離子噴射加工速度增加10倍。
接著，如圖4B所示，把Si基片2底表面向上放置在X-Y工作臺(tái)37上，X-Y工作臺(tái)37進(jìn)行如箭頭40所示的光柵掃描，同時(shí)Ga離子束和XeF2氣體被連續(xù)施加到Si基片的底表面，以便從Si基片的底表面蝕刻600微米的深度，留下邊緣部分。由此形成作為想要的圖形的通孔的開(kāi)口10并完成單元投影孔徑。
在前述第四實(shí)施例中，當(dāng)加工Si基片表面時(shí)，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)控制X-Y工作臺(tái)的移動(dòng)。這也可以由X-Y工作臺(tái)的光柵掃描代替，以控制Ga離子束僅施加到將要形成開(kāi)口10的部分。此時(shí)，與Ga離子束同步，可以控制XeF2氣體的使用作為氣體噴射開(kāi)/關(guān)，或者連續(xù)施加X(jué)eF2氣體而不考慮離子束的開(kāi)/關(guān)?？梢赃x擇任何方法。
實(shí)施例5圖5A和圖5B是第五實(shí)施例的單元投影孔徑生成步驟中的Si基片的橫截面圖。在該第五實(shí)施例中，為了保護(hù)Si基片表面上加工的圖形，首先，從Si基片的底表面進(jìn)行底蝕刻，此后頂表面受到離子束輔助蝕刻以獲得加工的圖形。下面將參照?qǐng)D5和圖8進(jìn)行說(shuō)明。
首先，把厚度為620微米的6英寸的Si基片2底表面向上放置在X-Y工作臺(tái)上。不必掃描聚焦的離子束，由X-Y驅(qū)動(dòng)裝置36控制具有Si基片2的X-Y工作臺(tái)37的移動(dòng)以進(jìn)行圖5A中箭頭40所示的光柵掃描，同時(shí)把Ga離子束1連續(xù)施加到Si基片2的頂表面并且從噴嘴28中噴發(fā)XeF2氣體38以均勻蝕刻Si基片2的中心部分而留下邊緣部分。蝕刻能夠在電子束曝光期間獲得完全遮住電子束所要求的薄膜厚度的深度d。在該第五實(shí)施例中，從Si基片的底表面蝕刻600微米的深度，留下20微米的厚度。
該20微米的厚度為能夠在50keV加速電壓的電子束曝光裝置中完全遮住電子的足夠的厚度。該薄膜厚度d可以用在第一實(shí)施例中說(shuō)明的同樣的方法修正。
接著，如圖5B所示，把Si基片2頂表面向上放置在X-Y工作臺(tái)37上，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)移動(dòng)X-Y工作臺(tái)37，同時(shí)Ga離子束和XeF2氣體38被連續(xù)施加到Si基片的頂表面，以便從Si基片的頂表面蝕刻20微米的深度，留下邊緣部分。由此形成作為想要的圖形的通孔的開(kāi)口10并完成單元投影孔徑。
在前述第五實(shí)施例中，當(dāng)加工Si基片表面時(shí)，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)控制X-Y工作臺(tái)的移動(dòng)。這也可以由X-Y工作臺(tái)的光柵掃描代替，以控制Ga離子束間歇地僅施加到將要形成開(kāi)口10的部分。
而且，在上述說(shuō)明中，在加工頂表面前加工Si基片的底表面。然而，如實(shí)施例2中相同，可以均勻蝕刻底表面，即隨后由Ga離子束照射并且向底表面施加X(jué)eF2氣體以把保留的20微米蝕刻成想要的圖形而獲得一通孔。
實(shí)施例6圖6A和圖6B是第六實(shí)施例的單元投影孔徑生成步驟中的Si基片的橫截面圖。在該第六實(shí)施例中，可根據(jù)需要選擇蝕刻深度，例如，如圖6B所示，在圖形的中心部分留下一任意厚度的薄膜3并且改變流經(jīng)周邊部分的電子的密度以便獲得用于補(bǔ)償所謂的鄰近效應(yīng)的孔徑，該鄰近效應(yīng)是因?yàn)樵谥行牟糠趾椭苓叢糠种g的電子后反射而導(dǎo)致曝光數(shù)量不同而產(chǎn)生的。下面將參照?qǐng)D6和圖8進(jìn)行說(shuō)明。
首先，把厚度為620微米的6英寸的Si基片2底表面向上放置在X-Y工作臺(tái)上。如圖6A所示，在真空中進(jìn)行光柵掃描Ar離子束1以便連續(xù)施加到Si基片2的底表面。由此，中心部分受到均勻蝕刻，而留下Si基片2的邊緣部分。蝕刻能夠在電子束曝光期間獲得完全遮住電子束所要求的薄膜厚度的深度d。在該第六實(shí)施例中，從Si基片的底表面蝕刻600微米的深度，留下20微米的厚度。
該20微米的厚度為能夠在50keV加速電壓的電子束曝光裝置中完全遮住電子的足夠的厚度。該薄膜厚度d可以用在第一實(shí)施例中說(shuō)明的同樣的方法修正。
接著，如圖6B所示，把Si基片2頂表面向上放置在X-Y工作臺(tái)37上，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)把Ar離子束施加到Si基片的頂表面，以便從Si基片的頂表面蝕刻形成想要的開(kāi)口圖形，由此完成單元投影孔徑。
此處，控制Ar離子束的照射時(shí)間以便改變每一開(kāi)口的蝕刻深度，這樣，圖形周邊部分的開(kāi)口10a為一通孔，而圖形中心部分的開(kāi)口10b具有如底部的薄膜3。由此所獲得的孔徑改變?cè)谥苓叢糠趾椭行牟糠种g流經(jīng)的電子的密度。
在前述第六實(shí)施例中，如圖6B所示，中心開(kāi)口10b具有作為其底部的比鄰近開(kāi)口10b的薄膜厚的薄膜3。而且，形成在開(kāi)口10b外邊的開(kāi)口10a為通孔。開(kāi)口10a也可以具有薄膜。
因此，本發(fā)明的使用聚焦的離子束進(jìn)行的蝕刻能控制蝕刻深度到需要的值。也即，按照該第六實(shí)施例可輕易地獲得按照傳統(tǒng)的方法很難生成的在不同位置具有不同蝕刻深度的開(kāi)口。
在第六實(shí)施例中，首先蝕刻Si基片的底表面。然而，與第一實(shí)施例相同，可以首先蝕刻Si基片的頂表面以形成圖形，此后蝕刻Si基片的底表面。
而且，在第六實(shí)施例中，在處理頂表面前加工Si基片的底表面。然而，與實(shí)施例2中相同，可以均勻蝕刻底表面，隨后由Ga離子束照射底表面以加工保留的20微米。也即，在基片的周邊部分和中心部分之間改變蝕刻深度，這樣，中心部分為具有薄膜的開(kāi)口，而周邊部分為通孔。此時(shí)，在Si基片的頂表面?zhèn)刃纬杀∧ぁ?br> 而且，在第四和第五實(shí)施例中，進(jìn)行蝕刻時(shí)可把諸如XeF2之類(lèi)的蝕刻氣體施加到由聚焦的離子束照射的部分。
在前述第一實(shí)施例到第六實(shí)施例中，開(kāi)口為通孔。然而，如在開(kāi)口10b中那樣，第一實(shí)施例到第六實(shí)施例中的所有的開(kāi)口可具有薄膜。
如已經(jīng)描述過(guò)的，在本發(fā)明的單元投影孔徑生成方法中，使用聚焦的離子束蝕刻基片并相應(yīng)的不必執(zhí)行生成保護(hù)層，顯影，剝離保護(hù)層及類(lèi)似的傳統(tǒng)工藝。這大大縮短了孔徑生成所需的時(shí)間。
而且，因?yàn)榭梢栽谌魏挝恢每刂莆g刻深度，所以可輕易形成具有取決于位置的不同蝕刻深度的一孔徑。這可輕易形成補(bǔ)償鄰近效應(yīng)的孔徑，并可獲得0.05微米的高的加工精度。
而且，因?yàn)橥ㄟ^(guò)聚焦的離子束蝕刻Si基片的底表面，所以不會(huì)出現(xiàn)在蝕刻底表面時(shí)使用蝕刻液體損壞頂表面的危險(xiǎn)。這防止了圖形缺陷的產(chǎn)生，提高了產(chǎn)量。
而且，通過(guò)改變聚焦的離子束的照射角度，可以改變蝕刻形成的側(cè)壁的角度。因此，通過(guò)垂直施加聚焦的離子束，可獲得幾乎垂直的錐度角的孔徑。這可形成具有高加工尺寸精度的大深寬比的孔徑并且可形成精細(xì)的圖形。
本發(fā)明可以有其它具體的實(shí)施例形式而不脫離其精神或本質(zhì)特征。本發(fā)明的實(shí)施例考慮了各個(gè)方面但并不受其限制，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書(shū)而不是由前面的描述所限制，等同于權(quán)利要求書(shū)的范圍及含義的任何變化都包含于本發(fā)明。
已公開(kāi)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)第10-045656號(hào)(在1998年2月26日提交)，包括說(shuō)明書(shū)，權(quán)利要求書(shū)，附圖和摘要都包含在此作為參考。
權(quán)利要求
1．一種電子束投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面的步驟，以便蝕刻成可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度以在所述頂表面形成想要的圖形的開(kāi)口；以及把所述聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的所述基片底表面的步驟，以便蝕刻到達(dá)到所述開(kāi)口的深度。
2．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便蝕刻成可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束施加到其底表面已被蝕刻的所述基片的頂表面的步驟，由此形成想要的圖形的開(kāi)口。
3．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便蝕刻成可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束進(jìn)一步施加到已被蝕刻的所述基片的所述底表面的步驟，由此形成想要的圖形的開(kāi)口。
4．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面的步驟，以便通過(guò)蝕刻所述圖形的周邊部分到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的第一薄膜厚度的深度，并蝕刻所述圖形的中心部分到可獲得比所述第一薄膜厚度小的第二薄膜厚度的深度，從而在想要的位置蝕刻具有不同蝕刻深度的所需要的圖形的開(kāi)口，以及把所述聚焦的離子束施加到除去邊緣部分的所述基片的底表面的步驟，以便均勻蝕刻到達(dá)到所述開(kāi)口的最深部分的深度以形成一通孔，同時(shí)所述開(kāi)口的其它部分具有保留的薄膜。
5．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便均勻蝕刻到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束施加到所述基片的頂表面的步驟，以便在根據(jù)所述基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的想要的圖形的開(kāi)口，這樣，所述開(kāi)口的最深部分為一通孔，所述開(kāi)口的其它部分具有如同所述開(kāi)口底部的薄膜。
6．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟，以便均勻蝕刻到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束進(jìn)一步施加到已被蝕刻的所述基片的所述底表面的步驟，以便在根據(jù)所述基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的想要的圖形的開(kāi)口，這樣，所述開(kāi)口的最深部分為一通孔，所述開(kāi)口的其它部分具有如同所述開(kāi)口底部的薄膜。
7．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述離子束照射的位置的步驟，以便蝕刻到可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度并且在所述基片的所述頂表面上形成所需的圖形的開(kāi)口，以及把所述聚焦的離子束和所述蝕刻氣體施加到除去所述基片邊緣部分的所述基片的底表面的步驟，由此均勻蝕刻至達(dá)到開(kāi)口的深度。
8．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去所述基片邊緣部分的基片底表面至可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束施加到底表面已被蝕刻的所述基片的頂表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述聚焦的離子束照射的位置的步驟，由此形成所需要的圖形的開(kāi)口。
9．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去所述基片邊緣部分的基片底表面至可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束進(jìn)一步施加到已被蝕刻的所述基片的所述表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述聚焦的離子束照射的位置的步驟，由此形成所需要的圖形的開(kāi)口。
10．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片頂表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述離子束照射的位置的步驟，以便通過(guò)蝕刻所述圖形的周邊部分至可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的第一薄膜厚度的深度并蝕刻所述圖形的中心部分至可獲得比所述第一薄膜厚度小的第二薄膜厚度的深度，從而在所需要的位置蝕刻具有不同蝕刻深度的所需要的圖形的開(kāi)口，以及把所述聚焦的離子束施加到具有所形成的所述開(kāi)口的所述基片的底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到聚焦的離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去基片邊緣部分的所述基片至達(dá)到所述開(kāi)口的最深部分以形成一通孔的深度，同時(shí)所述開(kāi)口的其它部分具有保留的薄膜。
11．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去所述基片邊緣部分的基片底表面至可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束施加到所述基片的頂表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述聚焦的離子束照射的位置的步驟，以便在根據(jù)所述基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的所需要的圖形的開(kāi)口，此時(shí)所述開(kāi)口的最深部分為一通孔，所述開(kāi)口的其它部分具有如同所述開(kāi)口底部的薄膜。
12．一種電子束單元投影孔徑生成方法，其特征在于，它包括把聚焦的離子束施加到基片底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述離子束照射的位置的步驟，以便均勻蝕刻除去基片邊緣部分的基片底表面至可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度，以及把所述聚焦的離子束進(jìn)一步施加到已被蝕刻的所述基片的所述底表面同時(shí)把蝕刻氣體施加到所述聚焦的離子束照射的位置的步驟，以便在根據(jù)基片上的一位置控制蝕刻深度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻，由此獲得具有不同深度的所需要的圖形的開(kāi)口，此時(shí)，所述開(kāi)口的最深部分為一通孔，所述開(kāi)口的其它部分具有如同所述開(kāi)口底部的薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電子束投影孔徑生成方法,它包括:把聚焦的離子束施加到基片頂表面的步驟,以便蝕刻成可獲得用于吸收或散射電子束的足夠的薄膜厚度的深度以在所述頂表面形成所需要的圖形的開(kāi)口;以及把所述聚焦的離子束均勻地施加到除去其邊緣部分的基片底表面的步驟,以便蝕刻至達(dá)到開(kāi)口的深度。
文檔編號(hào)G03F1/20GK1236976SQ9910084
公開(kāi)日1999年12月1日 申請(qǐng)日期1999年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月26日
發(fā)明者山下浩 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社