用于光刻法的孔装置及其制造方法 本发明涉及一种装置，其包括孔(aperture)和夹具，其中电子束通过该孔射到形成在半导体衬底上的构图光刻胶膜上，用于在其上形成电路图形，所述夹具用于稳固地支撑该孔。本发明还涉及制造这种装置的方法。
现今已广泛使用光刻技术用于在作为半导体衬底的晶片上形成精细图形。在这种光刻法中，为使构图的光刻胶膜暴露于光下，已采用了一种步进的和重复曝光系统(分档器(stepper))。分档器首先使用紫外线光束作为光源。但是，如今，为了形成更小尺寸的图形已经使用发射更小波长的光的光源。例如，汞灯中具有436nm波长的g-射线，汞灯中具有365nm波长的i-射线，然后，至今已使用具有249nm波长的KrF激光束。
通过使用发射更短波长的光的光源可以提高分辨率。但是，这种光源伴随着聚焦深度的减少，这会引起这样地问题，即由于模糊现象(blooming)而使图形的清晰度下降。
为了这个原因，电子束曝光引起了人们的注意，因为它具有比光曝光更大的聚焦深度。电子束曝光使形成比光曝光更高度清晰的图形成为可能，但是它的缺点是生产率低。
但是，现在已经发展了一种曝光工艺，可以解决上述问题，即大大提高生产率。在该曝光工艺中，借助于孔，电子束被聚焦成一定尺寸的矩形图形，这样，聚焦的图形一次都转移到晶片上，并且这些图形彼此连接，从而将所有的电路图形都转送到晶片上。
图1A-1D是用在上述曝光系统中的孔的剖面图，表示制造该孔的方法的各个步骤。
如图1A所示，第一和第二硅衬底1a和1b彼此粘在一起形成晶片1。第一和第二硅衬底1a和1b是在界面2处彼此粘在一起的。然后，通过常规光刻法和腐蚀在晶片1表面上形成带有开口1c的所要求图形的(100)平面方位角(azimuth)。然后在晶片1的整个上表面、侧面和下表面上利用化学汽相淀积(CVD)形成保护膜3，用于保护晶片1不受湿腐蚀。例如，保护膜3是硅氮化膜。
然后，如图1B所示，在晶片1的下表面上形成光刻胶膜，然后构图，从而使光刻胶膜在晶片1的开口1c下面具有开口。再用构图的光刻胶膜4作掩模，干腐蚀保护膜3，由此在保护膜3中形成窗口5。
接着，如图1C所示，在通过窗口5暴露的区域深腐蚀晶片1的下表面。借助于湿腐蚀溶液腐蚀晶片1，直到出现第一硅衬底1a为止。即，整个第二硅衬底1b和界面2都被腐蚀。这样，在晶片1的下表面形成开口6。例如，可以使用诸如氢氧化钾和肼的加热的碱性溶液作为湿腐蚀溶液。
由于在湿腐蚀过程中平面方位角(111)出现在开口6中，所以开口6可以设计成具有锥形壁形状。
此后，如图1D所示，将构图的光刻胶膜4和保护膜3都去掉。为了防止在电子束射到晶片1的上表面上时发生电荷积累(charge-up)，通过溅射在晶片1的上表面形成导电膜7。例如，导电膜7是金制成。
这样就完成了如图2A-2C所示的孔10，其中图2A是孔10的剖面图，图2B是孔10的顶视平面图，图2C是开口6的放大示意图。如图2B所示，形成在孔10中的开口6是由按4×3排到的小开口6a组成的。每个开口6a被设计得具有如图2C所示的图形。也就是，每个开口6a包括彼此平行的多个水平延伸的狭缝6b，当电子束通过具有每个都包括狭缝6b的多个小开口6a的开口6射到光刻胶膜上时，与狭缝6b对准的部分光刻胶膜被曝光，这样，这部分光刻胶膜可被腐蚀掉，或者不被腐蚀掉。
这样完成的孔10固定到夹具20上，如图3A和3B所示。夹具20是由具有中心窗口21的框架构成，通过中心窗口21孔10的开口6暴露出来，并且夹具20具有围绕中心窗口21且厚度减少的台阶部分22。台阶部分22的上表面作为粘附表面23，孔10借助于例如由银膏组成的粘接层30在其边缘部分粘着于粘附表面23上。例如，孔10可以通过下列方法固定到夹具20的台阶部分22上；首先在粘附表面23上施加粘合剂，然后将孔10压到台阶部分22上。
上面参照图1A-3B已解释了包括固定到夹具20上的孔10的装置，但这种装置有这样的问题：粘合剂30的一部分30a可能被压出来并进入夹具20的中心窗口21，或者一部分30b可能被压出来到孔10的上表面上，流入孔10和夹具20之间。粘合剂30的这些部分30a和30b会污染装置，并引起用电子束刻图的准确度减少，孔10的寿命减少的问题。
特别是，粘合剂30的部分30a被压出进入中心窗口21的量过多，部分30a可能会很不利地达到孔10的开口6，可能部分地覆盖开口6的狭缝6b，如图4B所示。如果在狭缝6b被粘合剂30b覆盖时电子束射到光刻胶膜上，则在光刻胶图形PR中可能会产生缺陷31，如图4C所示。
本发明的目的是提供孔装置及其制造方法，本发明能防止粘合剂被压出来进入孔的开口中或孔的上表面上。
在本发明的一个方案中，提供通过电子束进行光刻法在衬底上形成图形所用的装置，包括：(a)形成有至少一个开口的孔，电子束可从该开口穿过，(b)借助于粘合剂稳固支撑孔的夹具，其特征在于，在孔和夹具彼此粘接固定在一起的孔的表面和/或夹具的表面形成有至少一个凹槽，用于流入过量的粘合剂部分。
在本发明的另一方案中，所提供的利用电子束光刻法在衬底上形成图形使用的装置的制造方法，包括：(a)将第一和第二半导体衬底彼此粘在一起，(b)在第一半导体衬底的表面上形成构图的槽，(c)以整个厚度腐蚀第二半导体衬底，从而在其下表面处在第一半导体衬底的构图的槽下面形成开口，(d)在第二半导体衬底下表面围绕开口处或者在夹具的固定有粘接的第一和第二半导体衬底表面上以如下方式形成至少一个凹槽，当粘接的第一和第二半导体衬底固定到夹具上时，凹槽位于围绕开口的位置，(e)借助粘合剂将粘接的第一和第二半导体衬底在其下表面固定到夹具上。
根据上述的装置或方法，当借助粘合剂将孔固定到夹具上时粘合剂的过量部分流入一个凹槽或多个凹槽中，这样就可以防止粘合剂的过量部分被压出来进入孔的开口中或孔的上表面上。于是，孔的开口或上表面没有被粘合剂污染，这就保证了缺陷的减少和制造成品率的提高。另外，由于阻止了粘合剂进入孔的开口中，所以开口中的图形不再被粘合剂污染，这就保证了以高度准确性和可靠性形成图形。
图1A-1D是常规孔的剖面图，表示制造该孔的方法的各个步骤。
图2A是图1A-1D中所示常规孔的剖面图。
图2B是图2A中所示常规孔的顶部平面图。
图2C是开口的放大图。
图3A是常规孔装置的顶视平面图。
图3B是沿图3A中线ⅢB-ⅢB截取的剖视图。
图4A是常规孔装置的剖面图。
图4B是图4A中所示孔装置的开口的放大图。
图4C是利用图4A所示孔装置形成的图形的放大图。
图5A是根据本发明第一实施例孔装置的顶视平面图。
图5B是沿图5A中线ⅤB-ⅤB截取的剖面图。
图6A是图5A中所示孔装置的孔的剖面图。
图6B是图6A所示孔的底视图。
图7A-7F是图5A中所示孔装置的孔的剖面图，其每个表示制造该孔的各个步骤。
图8A是根据本发明第二实施例孔装置的顶视平面图。
图8B是沿图8A中的线ⅧB-ⅧB截取的剖面图。
图9A是根据本发明第三实施例孔装置的顶视平面图。
图9B是沿图9A中的线ⅨB-ⅨB截取的剖面图。
图5A和5B表示根据第一实施例的孔装置。所示的孔装置是由在其下表面具有开口6的孔10和其上固定孔10的夹具20构成。
夹具20是由具有中心窗口21的框架构成的，通过此中心窗口21，孔10的开口6暴露出来，夹具20具有围绕中心窗口21的减少厚度的台阶部分22。台阶部分22具有作为粘附表面23的上表面，借助粘接层30，孔10在其边缘部分粘接到粘附表面23上。如图5B所示，孔10通过下述方法固定到夹具20的台阶部分22上：首先在粘附表面23上施加粘合剂30，然后将孔10压到台阶部分22上。
图6A和6B是孔10的剖面图和底视图。如图所示，孔10在其下表面形成有多个矩形凹槽9。凹槽9被设计成沿着孔10的边缘彼此平行延伸。
图7A-7F是图6A和6B中所示孔10的剖面图，其每附图表示制造孔10的方法的各个步骤。
如图7A所示，第一和第二硅衬底1a和1b彼此粘接到一起，从而形成晶片1。第一和第二硅衬底1a和1b是在界面2彼此粘在一起的。然后，利用常规光刻法和腐蚀，在晶片1具有(100)平面方位角的下表面形成有开口1c的所要求的图形。
然后，利用化学汽相淀积(CVD)在晶片1的上表面、侧面和下表面上形成保护膜3，用于保护晶片1不受湿腐蚀。例如，保护膜3是硅氮化膜。
接着如图7B所示，在晶片1的下表面上形成光刻胶膜并构图，从而使光刻胶膜在晶片1的开口1c下面具有开口。用构图的光刻胶膜4作掩模，干腐蚀保护膜3，从而在晶片1的开口1c下面，保护膜3中形成窗口5。
然后如图7C所示，在通过窗口5暴露的区域，在其下面深腐蚀晶片1。晶片1是利用湿腐蚀溶液腐蚀的，直到出现第一硅衬底1a为止。即，第二硅衬底1b与界面2以整个厚度被腐蚀了，如图7C所示。这样，在晶片1的下表面形成开口6。例如，可以使用诸如氢氧化钾和肼的加热的碱溶液作为湿腐蚀溶液。
由于在湿腐蚀过程中平面方位角(111)出现在开口6中，所以开口6可以设计成具有锥形壁。
然后，如图7D所示，构图的光刻胶膜4和保护膜3都被去掉。然后，为防止在电子束射到晶片1上表面上时产生电荷积累，利用溅射在晶片1上表面上形成导电膜7。例如，导电膜7是由金组成。
然后，如图7E所示，在晶片1下表面上围绕开口6形成光刻胶掩模8。光刻胶掩模8形成有多个槽形开口。用光刻胶掩模8作腐蚀掩模，在其下表面深腐蚀晶片1。结果，在晶片1下表面形成多个凹槽9，如图6B所示。
此后，去掉光刻胶掩模8。这样就完成了第一实施例中使用的孔10。
如此制造的孔10借助粘合剂30粘接到夹具20上，如图5B所示，具体作法是：将粘合剂30施加到夹具20的台阶部分22粘附表面23上，然后将孔10压到夹具20上。当孔10被压到夹具20的台阶部分2上时，粘合剂30的多余部分被压入形成在孔10下表面的凹槽9中。于是，这就防止了粘合剂30被压出进入开口6中或孔10的上表面上。这样开口6被粘合剂30污染、电子束绘图准确度的减少、以及孔寿命的减少等问题都被解决了。
图8A和8B表示根据第二实施例的孔装置。对应于或等效于第一实施例中的那些部分或元件用相同的参考标记表示。
在第二实施例中，图2A中所示的常规孔6用作孔10。夹具20在其台阶部分22的粘附表面23形成有沿着台阶部分22的边缘延伸的凹槽24。
夹具20在其四侧内部还形成有水平延伸的通孔25。每个通孔25垂直于凹槽24延伸，并连通凹槽24到夹具20的外表面，即连通凹槽24到大气中。夹具20是通过机械处理金属板形成的。通过切削工艺可以形成台阶部分22、凹槽24和通孔25。
孔10以常规方法固定到夹具20上。即，通过在夹具20的台阶部分22的粘附表面23上施加粘合剂30，并将孔10压到台阶部分22上，从而将孔10固定到夹具20上。在将孔10压到台阶部分22上过程中，夹在孔10和台阶部分22之间的粘合剂过量部分被压出进入形成在台阶部分22的粘附表面23上的凹槽24中。由于存在于凹槽24中的空气通过通孔25排放到外面，所以粘合剂30的过量部分可以平滑地流入凹槽24中。
如果流入凹槽24的粘合剂30过多，粘合剂30部分地被压出进入通孔25。结果，这就可以防止粘合剂30被压出进入开口6中或孔10的上表面上。这样，开口6被粘合剂30污染，电子束绘图准确度及孔寿命减少等问题都解决了。
如图9A和9B所示，可以在台阶部分22的粘附表面23形成另外的凹槽26，其与首先形成的凹槽24平行。增加数量的凹槽确保了粘合剂30的过量部分确实可靠地被压入凹槽24和26，结果，可以确实可靠地防止粘合剂30被压出进入开口6中或孔10的上表面上。
最好是，附加的凹槽26至少部分地与凹槽24相通。例如，通孔25可以设计成延伸到附加的凹槽26，用于连通附加的凹槽26到凹槽24。通过使附加凹槽26和凹槽24彼此连通，存在于附加凹槽26中的空气很容易地排放出去，过量的粘合剂30平滑地流入附加凹槽26中。
虽然没有说明，但是孔10和夹具20都可以形成有一个或多个凹槽。具体地说，孔10可以在其下表面形成有一个或多个凹槽，如图6A所示，另外，夹具20可以在台阶部分22的粘附表面23形成有一个或多个凹槽，如图8B和9B所示。但是，如果在孔10下表面和/或粘附表面23形成太多的凹槽，不能保证孔10和夹具20之间足够的接触面积，这将引起接触强度减弱的问题。因此，应该需要选择合适数量的凹槽和凹槽的合适宽度。