TWI620996B - 電子束微影方法及其系統 - Google Patents

Abstract

一種電子束微影方法，包含以下步驟。經由圖案尺寸模擬系統運算且輸出正型電子敏感層之顯影持續時間與電子束裝置之條件參數。低溫處理顯影液以冷卻顯影液。依據圖案尺寸模擬系統所輸出之條件參數，使用電子束以照射正型電子敏感層之曝光區。依據圖案尺寸模擬系統所輸出之顯影持續時間，使用已冷卻之顯影液顯影正型電子敏感層之顯影區，顯影區係位於曝光區內，且顯影區的面積係小於曝光區的面積。如此一來，上述電子束微影方法可較精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸，亦可有效地縮小正型電子敏感層之顯影圖案的最小尺寸。

Description

電子束微影方法及其系統

本揭露係關於一種電子束微影方法及其系統，特別係關於一種可較精確地控制顯影圖案之尺寸之電子束微影方法及其系統。

近年來，半導體積體電路(integrated circuit；IC)工業歷經指數性的成長。積體電路材料及設計的技術發展促使各代積體電路產生，而新一代擁有比先前一代更小和更複雜的結構。一般而言，半導體積體電路係運用光微影以形成曝光圖案，然而，光微影存在光學繞射極限的問題，因此難以縮小曝光圖案的尺寸與解析度。此外，光微影需要針對不同曝光圖案製作不同光罩，從而增加額外的生產成本。

因此，如何進一步改善曝光圖案的尺寸與解析度，以實現半導體積體電路之更小和更複雜的結構，已成為相關研究領域研發課題之一。其中，電子束微影係利用電子束聚焦直寫的方式，不需要製作光罩，且可克服一般光學微影的繞射極限，故逐漸受到矚目。

本揭露提供一種電子束微影方法及其系統，其可有效地控制電子束之鄰近效應(proximity effect)，從而較精確地控制顯影圖案之尺寸與解析度。

依據本揭露之部分實施方式，一種電子束微影方法，包含以下步驟。低溫處理顯影液以冷卻顯影液。使用電子束以照射正型電子敏感層之曝光區。使用已冷卻之顯影液顯影正型電子敏感層之顯影區，顯影區係位於曝光區內，且顯影區的面積係小於曝光區的面積。

依據本揭露之部分實施方式，一種電子束微影系統包含一電子束裝置、一顯影裝置、一冷卻裝置與一控制裝置。電子束裝置係用以照射一正型電子敏感層之曝光區。顯影裝置係用以容納一顯影液，且顯影液係用以顯影被電子束裝置照射之正型電子敏感層之之顯影區，顯影區係位於曝光區內，且顯影區的面積係小於曝光區的面積。冷卻裝置係安裝於顯影裝置中。控制裝置係用以控制冷卻裝置在顯影正型電子敏感層之前，先冷卻顯影液。

於上述之多個實施方式中，藉由冷卻裝置與控制裝置，本揭露之電子束微影系統可降低顯影液的溫度，從而控制顯影液溶解正型電子敏感層之溶解速率，俾利於較精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸，亦可有效地縮小正型電子敏感層之顯影圖案的最小尺寸。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

10‧‧‧電子束微影系統

100‧‧‧電子束裝置

110‧‧‧電子束

120‧‧‧電子束參數收發裝置

130‧‧‧電子束參數調整裝置

200‧‧‧顯影裝置

210‧‧‧顯影時間收發裝置

220‧‧‧致動器

300‧‧‧冷卻裝置

310‧‧‧溫度感測裝置

320‧‧‧溫度回饋裝置

400‧‧‧控制裝置

500‧‧‧圖案尺寸模擬系統

510‧‧‧顯影速率資料庫

520‧‧‧顯影時間決定單元

530‧‧‧材料資料庫

540‧‧‧電子束條件資料庫

550‧‧‧電子束條件參數決定單元

600‧‧‧可移動載具

610‧‧‧致動器

700‧‧‧正型電子敏感層

710‧‧‧第一部分

712‧‧‧中央區

714‧‧‧周邊區

A‧‧‧點

E‧‧‧能量

F‧‧‧片段

N11、N12、N13、N21、N31‧‧‧節點

O‧‧‧原點

R‧‧‧局部區域

P‧‧‧邊緣

S10~S30‧‧‧步驟

閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本揭露之多個樣態。需留意的是，圖式中的多個特徵並未依照該業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上，所述之特徵的尺寸可以任意的增加或減少以利於討論的清晰性。

第1圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束微影系統之示意圖。

第2圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束裝置照射於正型電子敏感層之後的俯視圖。

第3圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束裝置照射於正型電子敏感層之電子束能量大小與正型電子敏感層之空間分布的示意圖。

第4圖為第3圖之正型電子敏感層之局部區域於接收電子束之能量所形成之多個片段的示意圖。

第5圖為依據本揭露之部分實施方式之正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之示意圖。

第6圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束微影方法之流程示意圖。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本揭露之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭露之實施例後，當可由本揭露所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭露之精神與範圍。舉例而言，敘述「第一特徵形成於第二特徵上方或上」，於實施例中將包含第一特徵及第二特徵 具有直接接觸；且也將包含第一特徵和第二特徵為非直接接觸，具有額外的特徵形成於第一特徵和第二特徵之間。此外，本揭露在多個範例中將重複使用元件標號以及/或文字。重複的目的在於簡化與釐清，而其本身並不會決定多個實施例以及/或所討論的配置之間的關係。

在本文中所使用的術語，僅是用以描述特定實施例，不應以此敘述限制本揭露。在本文中，除非上下文中另外明確指明，否則單數形式「一」以及「所述」亦欲包含複數形式。進一步理解，術語「包括」、「包含」以及「具有」，在本說明書使用時，用以表示所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件和/或成分的存在，但不排除存在或添加一個或多個特徵、區域、整體、步驟、操作、元件、成分，和/或以上組合。

宏觀而言，在電子束微影製程中，正型電子敏感層係被塗佈於基材上，當電子束照射正型電子敏感層時，電子束於正型電子敏感層上的照射範圍即為正型電子敏感層之曝光範圍。然而，當電子束進入正型電子敏感層時，電子與電子之間的交互作用力會導致電子束產生正向散射曝光(forward scattering exposure)，亦即電子束之部分電子會偏轉一小角度，從而擴大電子束於正型電子敏感層之曝光範圍。此外，當電子束進入正型電子敏感層而抵達於基材時，電子束之部分電子會撞擊基材，使得部分電子產生大角度散射，導致正型電子敏感層之背向散射曝光(backward scattered exposure)，從而擴大電子束於正型電子敏感層上的曝光範圍。也就是說，電子束之正向散射與背向散射會使得電子束於正型電子敏感層產 生鄰近效應(proximity effect)，亦即，電子束於正型電子敏感層之部分位置之曝光能量會產生疊加，從而導致預設的曝光圖案尺寸與實際圖案尺寸不同。舉例而言，實際的曝光圖案之最小線寬會大於預設圖案之最小線寬。此外，當預設圖案尺寸越小(例如：最小線寬越小)時，電子束之鄰近效應會越明顯，因而限制電子束之最小顯影圖案尺寸與解析度。

有鑑於此，本揭露提供一種電子束微影方法及其系統，其可有效地控制電子束之鄰近效應，使得實際的顯影圖案尺寸能夠更接近預設的顯影圖案尺寸，亦可改善電子束之最小顯影圖案尺寸與解析度。

同時參照第1圖與第2圖。第1圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束微影系統之示意圖。第2圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束裝置照射於正型電子敏感層之後的俯視圖。於部分實施方式中，電子束微影系統10包含電子束裝置100、顯影裝置200、冷卻裝置300與控制裝置400。電子束裝置100係用以照射一正型電子敏感層700之第一部分710(亦即曝光區)，且正型電子敏感層700之第一部分710具有中央區712與位於周央區周圍的周邊區714。顯影裝置200係用以容納顯影液，且顯影液係用以顯影被電子束裝置100照射之正型電子敏感層700之第一部分710之中央區712(亦即顯影區)，中央區712的面積係小於第一部分710的面積，且中央區712係位於第一部分710內。換句話說，顯影裝置200係經控制以顯影正型電子敏感層700之中央區712，但不顯影正型電子敏感層700之周邊區714。冷卻裝置300係安裝於顯影裝置300中。控制裝置400係控制冷卻裝置300在顯影正型電子敏感層 之前，先冷卻顯影液。也就是說，經由電子束裝置100曝光之正型電子敏感層係被浸泡於已冷卻的顯影液中，而於相對低溫的條件下進行顯影製程。亦即，顯影液與正型電子敏感層係在相對低溫環境下產生化學反應，從而溶解正型電子敏感層之至少一部分，使得正型電子敏感層形成顯影圖案。在此，所謂的「相對低溫」表示此溫度低於未被冷卻的顯影液溫度。由於顯影液之溫度會影響顯影液與正型電子敏感層之間的化學反應，因此，藉由冷卻裝置300與控制裝置400，本揭露之電子束微影系統10可降低顯影液的溫度，從而控制顯影液溶解正型電子敏感層之溶解速率，俾利於較精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸，亦可有效地縮小正型電子敏感層之顯影圖案的最小尺寸。

值得注意的是，基於分子動力學，顯影液之溫度會影響顯影液與正型電子敏感層之至少一部分的化學反應程度，亦即，顯影液溫度會改變顯影液溶解正型電子敏感層的溶解速率。舉例而言，當顯影液的溫度越低時，顯影液與正型電子敏感層的化學反應活性會越低，因此，顯影液溶解正型電子敏感層的溶解速率會越慢。相反地，當顯影液的溫度越高時，顯影液與正型電子敏感層的化學反應活性會越大，因此，顯影液溶解正型電子敏感層的溶解速率會越快。如此一來，本揭露之電子束微影系統10可藉由降低顯影液溫度，以減緩被電子束照射之正型電子敏感層的顯影速率，從而增加預設曝光圖案之尺寸對於顯影時間的容忍誤差範圍。舉例來說，當顯影圖案之尺寸較小時，使用相對低溫的顯影液顯影正型電子敏感層，較容易控制顯影時間而調整顯影圖案之尺寸，否則當顯影速率過 快時，不同顯影圖案之尺寸之顯影時間的差異會太小，而難以控制。舉例而言，在顯影速率較快的條件下，6奈米與8奈米之顯影圖案之間的顯影時間差異可能僅有毫秒，而難以精確地控制。因此，本揭露之電子束微影系統10係藉由降低顯影液的溫度，俾利於正型電子敏感層形成較小尺寸之顯影圖案。

於部分實施方式中，控制裝置400係控制冷卻裝置300冷卻顯影液至溫度範圍約攝氏-25度至約攝氏40度，以有效地降低顯影液之顯影速率，從而精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸。更詳細地說，當顯影液被放置於顯影裝置200時，控制裝置400可控制冷卻裝置300每單位時間所欲降低的溫度、與降溫的持續時間，從而使得顯影液之溫度可達到一預設溫度，且穩定地維持在此預設溫度。舉例而言，於部分實施方式中，冷卻裝置300之降溫的持續時間可為12小時至18小時、18小時至24小時、24小時至30小時、30小時至36小時，以使得顯影液的溫度可穩定地維持在預設溫度，但本揭露不以此為限。於部分實施方式中，顯影液之預設溫度可為攝氏-25度至-20度、-20度至-15度、-15度至-10度、-10度至-5度、-5度至0度、0度至5度、5度至10度、10度至15度、15度至20度、20度至25度、25度至30度、30度至35度、或35度至40度，但本揭露不以此為限。值得注意的是，當顯影液之溫度小於攝氏度-25度時，可能會導致顯影液凝固，而使得顯影液無法溶解正型電子敏感層。當顯影液之溫度大於40度時，則會導致顯影液溶解正型電子敏感層的溶解速率過快，而無法精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案的尺寸。因此，顯影液之溫度係介於攝氏-25度至40度之間，或介於-25度至20度之間。此外，不 同顯影液可具有不同的溫度範圍，只要可有效地降低顯影速率，且不會導致顯影液凝固即可。

舉例而言，於部分實施方式中，顯影裝置200可為化學槽、或其他適當的裝置。於部分實施方式中，冷卻裝置300可具有壓縮機、冷凝器、冷卻器、循環風扇馬達、或其他適當的裝置，但本揭露不以此為限。於部分實施方式中，冷卻裝置300更具有溫度感測裝置310與溫度回饋裝置320。溫度感測裝置310係用以量測位於顯影裝置200中的顯影液的實際溫度，而溫度回饋裝置320可用以傳送具有此實際溫度資訊之訊號予控制裝置400。隨後，控制裝置400可依據此實際溫度與預設溫度的差異，從而調整或控制冷卻裝置300，使得冷卻裝置300將顯影液控制在預設溫度，但本揭露不以此為限。

整體而言，本揭露之電子束微影系統10係藉由分析與控制顯影速率，而較精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸。以下將更詳細地說明電子束裝置200於正型電子敏感層之能量分布對於正型電子敏感層於顯影裝置300之顯影速率的關係，以更清楚地了解本揭露。

參照第3圖。第3圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束裝置照射於正型電子敏感層之電子束能量大小與正型電子敏感層之空間分布的示意圖。於部分實施方式中，電子束裝置100可發射一電子束110以照射正型電子敏感層700之局部區域R(亦即第2圖之第一部分710)，且電子束110之移動軌跡係被控制以定義出曝光圖案，其中電子束110之移動軌跡係由電子束裝置100控制的，舉例來說，如第3圖所示，電子束裝置100可設置於可移動載具600，並隨著可移動載具600 移動。可移動載具600之移動路徑可由致動器610控制，致動器610可儲存有預設路徑資料，此預設路徑資料係對應正型電子敏感層700所欲定義出的曝光圖案。藉此，電子束裝置100可沿著預設路徑移動，以在正型電子敏感層700上形成預設的曝光圖案。此外，此被電子束110所照射之局部區域R所接收之電子束110的能量E大小係與局部區域R的位置有關，且照射於局部區域R之電子束110之能量E的大小與局部區域R之空間位置之關係可近似為一二維高斯函數。更白話地說，如第3圖所示，當電子束110照射正型電子敏感層700之局部區域R時，若以電子束110之照射中心點為局部區域R之中心原點O，則位於原點O之局部區域R所接收之電子束110的能量E可最大，而越遠離原點O之局部區域R(例如：位於點A之局部區域R)所接收之電子束110之能量E會越小。換句話說，當以第3圖中所示之X方向或Y方向遠離原點O時，局部區域R所接收之電子束的能量E會越小，亦即，局部區域R所接收之電子束110的能量E大小係由中心處(例如：原點O)往邊緣處(例如：點A)逐漸變小。如此一來，在執行正型電子敏感層700之局部區域R之顯影製程時，局部區域R之顯影速率亦係由中心處(例如：原點O)往邊緣處(例如：點A)逐漸變慢，詳細理由將於以下說明。

參照第4圖。第4圖為第3圖之正型電子敏感層700之局部區域R於接收電子束之能量E所形成之多個片段F的示意圖。於部分實施方式中，當電子束110照射正型電子敏感層700之局部區域R時，電子束110可提供局部區域R能量E以打斷局部區域R之鍵結，以使得局部區域R的正型電子敏感層形 成如第4圖所示之多個正型電子敏感層片段F(fragment)。值得注意的是，由於電子束110於局部區域R之不同位置所提供之能量E大小係不同的，因此，局部區域R之不同位置所形成之多個正型電子敏感層片段F之分子量亦係不同的。更詳細地說，由於局部區域R於中心處(例如：原點O)所接收之電子束110之能量E較大，故局部區域R於中心處所形成之正型電子敏感層片段F的分子量會較小。由於局部區域R於中心處所形成之正型電子敏感層片段F的分子量較小，亦即，每一正型電子敏感層片段F所具有之鍵結量較少，故正型電子敏感層700之局部區域R於中心處之顯影速率會較快。反之，由於局部區域R於邊緣處(例如：點A)所接收之電子束110之能量E較小，故局部區域R於邊緣處所形成之正型電子敏感層片段F的分子量會較大。由於局部區域R於邊緣處所形成之正型電子敏感層片段F的分子量較大，亦即，每一正型電子敏感層片段F所具有之鍵結量較多，故正型電子敏感層700之局部區域R於邊緣處之顯影速率會較慢。因此，在顯影正型電子敏感層700之局部區域R時，局部區域R之顯影速率並非等速的，而係由中心處往邊緣處逐漸變慢。

於部分實施方式中，如第1圖與第2圖所示，電子束微影系統10更包含一圖案尺寸模擬系統500。圖案尺寸模擬系統500係用以依據正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之尺寸運算，從而輸出正型電子敏感層之一顯影持續時間T1。換句話說，圖案尺寸模擬系統500係經由運算而獲得顯影正型電子敏感層700之第一部分710之中央區712的顯影持續時間T1。亦即，當顯影裝置200顯影正型電子敏感層700之顯影時 間係小於或等於顯影持續時間T1時，顯影裝置200便不會顯影正型電子敏感層700之周邊區714。如此一來，本揭露可控制正型電子敏感層700之曝光範圍(亦即第一部分710)不等於顯影範圍(亦即第一部分710之中央區714)，使得正型電子敏感層700之顯影範圍係小於正型電子敏感層700之曝光範圍，俾利於精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸。

進一步來說，於部分實施方式中，圖案尺寸模擬系統500係基於上述之電子束之能量大小分布與顯影速率之關係所建立之數學模型，從而計算顯影持續時間T1。更詳細地說，於部分實施方式中，圖案尺寸模擬系統500具有一顯影速率資料庫510與一顯影時間決定單元520。顯影速率資料庫510可儲存多個條件下的顯影速率，例如：於不同顯影持續時間之下的顯影速率、不同顯影溫度之下的顯影速率、或正型電子敏感層之不同曝光位置之下的顯影速率、或其他適當條件參數之下的顯影速率，但本揭露不以此為限。顯影時間決定單元520可訊號連接顯影速率資料庫510，因此，當使用者輸入一預設圖案之尺寸於圖案尺寸模擬系統500時，顯影時間決定單元520可基於顯影速率資料庫510所儲存之數據與數學模型，而輸出顯影持續時間T1。

更詳細地說，於部分實施方式中，顯影裝置200更包含顯影時間收發裝置210與致動器220。顯影時間收發裝置210係訊號連接或電性連接致動器220與顯影時間決定單元520，而可用以接收顯影時間決定單元520所輸出之帶有顯影持續時間T1的訊號。當顯影時間收發裝置210接收帶有顯影持續時間T1的訊號後，顯影時間收發裝置210亦可依據顯影持續 時間T1發出訊號予致動器220，使得致動器220可依據顯影持續時間T1致動顯影裝置200。舉例而言，當顯影時間收發裝置210接收顯影時間決定單元520所輸出之顯影持續時間T1為30秒時，顯影時間收發裝置210會發出訊號予致動器220，致動器220會致動顯影裝置200於30秒後停止顯影正型電子敏感層，例如：致動器220可致動正型電子敏感層於30秒後離開顯影裝置200，但本揭露不以此為限。於部分實施方式中，圖案尺寸模擬系統500係進一步依據正型電子敏感層之材料，以決定顯影持續時間T1。進一步來說，圖案尺寸模擬系統500具有一材料資料庫530。材料資料庫530可儲存多個材料參數，此些材料參數係經由多次實驗所取得，而與顯影過程中的顯影速率相關。舉例來說，材料參數可為不同正型電子敏感層材料之移動率(mobility)、不同顯影液材料之擴散率、或其他適當的材料參數，但本揭露不以此為限。換句話說，當輸入一預設圖案之尺寸於圖案尺寸模擬系統500時，顯影時間決定單元520可訊號連接顯影速率資料庫510與材料資料庫530，而同時考慮電子束條件資料庫540所提供之電子束能量分布與顯影速率之關係，以及考慮材料資料庫530所提供之正型電子敏感層之材料與顯影液之材料與顯影速率之關係，而計算出顯影持續時間T1。進一步來說，顯影時間決定單元520可具有接收裝置(未繪示於圖中)，且顯影速率資料庫510與材料資料庫530可具有對應顯影時間決定單元520之接收裝置的發送裝置(未繪示於圖中)。顯影時間決定單元520之接收裝置係訊號連接或電性連接顯影時間決定單元520，而可用以接收來自顯影速率資料庫510與材料資料庫530的資料訊息，從而幫助顯影時間決定單 元520計算顯影持續時間T1。舉例而言，於部分實施方式，顯影時間決定單元520之接收裝置可為無線接收模組、或有線接收模組，且影速率資料庫510與材料資料庫530之發送裝置可為無線發送模組、或有線發送模組，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，圖案尺寸模擬系統500係用以依據正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之尺寸運算，從而輸出電子束裝置100的條件參數。進一步來說，圖案尺寸模擬系統500具有一電子束條件資料庫540與一電子束條件參數決定單元550。電子束條件資料庫540可儲存多個電子束相關條件下的顯影速率，例如：電子束於不同電壓值之下的顯影速率、電子束於不同電流值之下的顯影速率、電子束於不同劑量之下的顯影速率、或電子束於不同大小(spot size)之下的顯影速率、或電子束於其他適當參數之下的顯影速率，但本揭露不以此為限。電子束條件參數決定單元550可訊號連接電子束條件資料庫540，因此，當使用者輸入一預設圖案之尺寸於圖案尺寸模擬系統500時，電子束條件參數決定單元550可基於電子束條件資料庫540所儲存之數據與數學模型，而輸出電子束裝置100的條件參數，例如：輸出電子束的電壓值、電流值、或劑量，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，舉例而言，電子束之條件參數至少包含一高電流參數，且高電流參數係介於30pA至300pA之間。更詳細地說，本揭露之圖案尺寸模擬系統500係基於前述之電子束之能量與空間位置之二維高斯函數之數學模型，亦即，當電子束照射於正型電子敏感層700之局部區域R時，局部區域R於厚度方向(Z方向)所接收之電流密度係實質 上相等的，從而幫助於增加電子束於正型電子敏感層700之景深，使得電子束於正型電子敏感層700之景深可大於150奈米，亦即當正型電子敏感層700的厚度大於150奈米時，正型電子敏感層700於不同深度下仍可均勻地接收電子束的能量。然而，基於馬克士威(maxwell)之電磁學理論，當電子束之電流參數過小時，電子束之能量與空間位置之關係便不會符合二維高斯函數分布。此外，當電子束之電流參數過大時，則會影響電子束裝置200之機台運作之極限。因此，當電子束之高電流參數係介於30pA至300pA之間時(例如：30pA至70pA、70pA至130pA、130pA至230pA、或230pA至300pA)，圖案尺寸模擬系統500可合理地基於二維高斯函數之數學模型，從而較準確地輸出顯影持續時間T1與電子束的條件參數。值得注意的是，不同電子束裝置會因機台品牌、類別之差異，而具有不同高電流參數之範圍，只要電子束於此高電流參數下可符合二維高斯函數分布之數學模型，而不會超出機台極限即可，且不應以此電流參數之數值範圍限制本揭露。

更詳細地說，於部分實施方式中，電子束裝置可包含電子束參數收發裝置120與電子束參數調整裝置130。電子束參數收發裝置120係訊號連接或電性連接電子束參數調整裝置130與電子束條件參數決定單元550，且電子束參數收發裝置120可用以接收電子束條件參數決定單元550所提供之條件參數。當電子束參數收發裝置120接收條件參數後，電子束參數收發裝置120亦可依據條件參數發出訊號予電子束參數調整裝置130，使得電子束參數調整裝置130可依據條件參數調整電子束裝置200的參數。舉例而言，當電子束參數收發裝置 120接收電子束條件參數決定單元550所輸出之條件參數為電流100pA、電壓100keV、劑量10fC時，電子束參數收發裝置120會發出訊號予電子束參數調整裝置130，使得電子束參數調整裝置130調整電子束裝置100所發射之電子束之電流為100pA、電壓為100keV、劑量為10fC，但本揭露不以此為限。

，於部分實施方式中，圖案尺寸模擬系統500包含一數學模型，此數學模型係基於之電子束之能量大小分布與顯影速率之關係，且擬合(fitting)電子散射分布模型與顯影過程中的分子動力模型，而簡化成公式(1)： ，其中r代表顯影圖案之尺寸，σ_r係與電子束之條件參數有關之係數，α係與正型電子敏感層材料、或顯影液材料有關之係數，而t係顯影持續時間。如此一來，藉由圖案尺寸模擬系統所建立之數學模型，圖案尺寸模擬系統500可依據正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之尺寸運算，而求得較佳的顯影持續時間T1。更詳細地說，藉由上述之公式(1)，圖案尺寸模擬系統500可推算出電子束照射於正型電子敏感層700之局部區域R於不同位置中的顯影速率，其中局部區域R的顯影速率係與照射於局部區域R之電子束能量成正比，且顯影速率係與顯影液之溫度成反比。

參照第5圖，第5圖為依據本揭露之部分實施方式之正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之示意圖。舉例而言，於部分實施方式中，電子束係依據所欲形成之預設圖案而均勻地以一固定能量照射於正型電子敏感層700，且電子束於正型 電子敏感層700之每一電子點(spot)之中心點可表示為第5圖所示之節點(node)N11、N12或N13，且相鄰兩節點係相隔一間距。藉由計算顯影液由節點向外顯影正型電子敏感層700的顯影速率，圖案尺寸模擬系統500可求得由節點向外顯影正型電子敏感層700之一特定距離所需的時間。例如：由節點N11向外顯影至節點N12與節點N21所需之顯影時間為第一顯影時間T1、由節點N12向外顯影至節點N13與N31所需之顯影時間為第二顯影時間T2。也就是說，若每一節點之電子束的能量係固定的，則顯影液由節點(例如：N11、N12、N21或N31)向外顯影至預設圖案之邊緣P所需的時間係不同的。然而，若節點向外顯影至預設圖案之邊緣P所需的時間係不同的，則正型電子敏感層700之顯影圖案的尺寸容易失真。因此，本揭露可藉由圖案尺寸模擬系統500而輸出一電子束之條件參數，以控制顯影液所顯影之正型電子敏感層700之顯影圖案尺寸與所欲形成之預設圖案之尺寸係相等的。

更詳細地說，於部分實施方式中，圖案尺寸模擬系統500可基於計算機科學之圖論(graph theory)，而以點或線的結構關係計算且求得預設圖案之邊緣P被顯影液顯影的最短路徑，亦即顯影液從節點顯影至預設圖案之邊緣P所需最短顯影時間(critical development time)。當實際顯影持續時間係等於最短顯影時間時，正型電子敏感層700之實際顯影圖案尺寸會等於預設圖案尺寸。換句話說，圖案尺寸模擬系統500可計算位於不同節點N之電子束的能量，再藉由電子束參數調整裝置130調整電子束裝置200之電子束參數，從而改變顯影液由不同節點向外顯影的顯影速率，使得顯影液由節點(例 如：N11、N12、N21或N31)向外顯影至預設圖案之邊緣P的所需顯影時間皆係實質上相同的，從而幫助更精確地控制顯影圖案尺寸。也就是說，圖案尺寸模擬系統500係經由計算而調整電子束於每一節點之能量，而求得顯影持續時間T1，使得顯影液從每一節點顯影至預設圖案之邊緣P所需最短顯影時間皆係等於顯影持續時間T1。

於部分實施方式中，舉例而言，圖案尺寸模擬系統500係基於計算機科學之演算法，而計算若顯影液從每一節點顯影至預設圖案之邊緣P所需最短顯影時間皆係相同的，則電子束於每一節點所需之能量。舉例而言，電子束於節點N12的能量可大於電子束於節點N13的能量、或電子束於節點N12的能量可小於電子束於節點N31的能量，但本揭露不以此為限。更詳細地說，圖案尺寸模擬系統500可藉多次疊帶電子束於每一節點N之能量，以最佳化節點N至邊緣P之最短顯影時間之標準差，使得每一節點N顯影至預設圖案之邊緣P所需最短顯影時間皆係相同的。此外，圖案尺寸模擬系統500之演算法可基於窮舉法(暴力演算法)或粒子群優化(particle swarm optimization)的方法，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，舉例而言，圖案尺寸模擬系統500係基於粒子群優化的方法而求得電子束於每一節點N所需之能量。更詳細地說，粒子群優化的方法包含以下步驟。輸入電子束於每一節點N的初始能量。計算每一節點N之間之最短顯影時間的標準差。藉由適應函數(fintness evaluation)求得最短顯影時間之標準差性能指標(performance index)。依據性能指標，循環地疊帶電子束於每一節點N的能量，直到求 得最佳化的最短顯影時間之標準差。亦即，在粒子群優化的計算過程中，圖案尺寸模擬系統500對計算電子束於每一節點所需之能量具有回饋機制與記憶機制，因此，可幫助最短顯影時間的標準差快速地收斂至最佳值，但本揭露不以此為限。

大體而言，依據正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之尺寸，圖案尺寸模擬系統500可運算而輸出顯影持續時間T1、電子束裝置100的條件參數、或其他適當的參數，因此，電子束微影系統10可較精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸，且經由本揭露之電子束微影系統10所製作之正型電子敏感層之最小顯影圖案尺寸可為4奈米至8奈米。

此外，本揭露之電子束微影系統10亦可有效地運用鄰近效應，以調整實際曝光圖案之尺寸與預設顯影圖案之尺寸。更詳細地說，依據顯影速率資料庫510、材料資料庫530、電子束條件資料庫540，圖案尺寸模擬系統500可運算出正型電子敏感層被鄰近效應所影響之臨界顯影持續時間T2，以調整實際顯影圖案之尺寸。舉例而言，於部分實施方式中，電子束110係以多個不連續的電子點(spot)照射於正型電子敏感層上，而於正型電子敏感層上形成多個被照射之不連續的局部區域R1，隨後，再藉由顯影製程而形成實際顯影圖案。然而，由於電子束之鄰近效應，任兩相鄰的局部區域R1之邊緣處的間隙亦可具有疊加的曝光能量。因此，當顯影持續時間T1大於某一臨界顯影持續時間T2時，此相鄰之局部區域R1之邊緣處之間隙亦會被顯影，使得實際顯影圖案可為連續的線型圖案。或者，當顯影持續時間T1小於某一臨界顯影持續時間T2時，此相鄰之局部區域R1之邊緣處之間隙便不會被顯影，使 得實際顯影圖案可為不連續的局部區域R1。也就是說，藉由圖案尺寸模擬系統500所運算之臨界顯影持續時間T2，可有效地控制電子束於正型電子敏感層的鄰近效應，從而調整實際顯影圖案的尺寸。

參照第6圖。第6圖為依據本揭露之部分實施方式之電子束微影方法之流程示意圖。於部分實施方式中，電子束微影方法包含以下步驟。於步驟S10中，低溫處理顯影液以冷卻顯影液。於步驟S20中，使用電子束以照射正型電子敏感層700之第一部分710(亦即曝光區)，且正型電子敏感層700之第一部分710具有中央區712與位於中央區712周圍的周邊區714。於步驟S30中，使用已冷卻之顯影液顯影正型電子敏感層700之第一部分710的中央區712(亦即顯影區)，且中央區712的面積係小於第一部分710的面積。換句話說，被電子束曝光之正型電子敏感層係被浸泡至一低溫的顯影液中，以在正型電子敏感層中形成顯影圖案。

更詳細地說，於部分實施方式中，正型電子敏感層可先被塗佈於一基材上。舉例而言，基材可為半導體基材，例如：矽基材、鍺基材、或其他適當的材料。或者，基材可為介電基材，例如：藍寶石(sapphire)、或其他適當的介電材料，但本揭露不以此為限。於部分實施方式中，正型電子敏感層係對電子束敏感之正型(positive-tone)阻劑，例如：ZEP520A、ZEP7000、PMMA、SML、P(MMA-MAA)、或其他適當的材料，但本揭露不以此為限。於部分實施方式中，顯影液可為乙酸正戊酯(ZED-N50)、甲基異丁酮(ZMD-C)、或其他適當的材料，但本揭露不以此為限。

舉例而言，於部分實施方式中，正型電子敏感層可為ZEP520A，並以單位時間3000轉至4000轉的轉速旋轉塗佈於矽基材上，而形成厚度約150奈米至300奈米之正型電子敏感層。隨後，電子束裝置100可發射電子束110於正型電子敏感層上，且電子束110係以90KeV至120KeV之電壓、3fC至10fC之劑量、或其他適當的條件曝光正型電子敏感層。隨後，被曝光之正型電子敏感層可被放置於ZED-N50的顯影液中，且顯影液的溫度範圍可介於攝氏-25度至40度之間。隨後，經由持續顯約1秒至50秒，正型電子敏感層可形成最終顯影圖案。經由以上電子束微影方法所製作之正型電子敏感層之顯影圖案的最小尺寸可為4奈米至約8奈米，且正型電子敏感層之高度與寬度的比值可為15：1至30：1，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，電子束微影方法更包含以下步驟。輸入正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之尺寸於一圖案尺寸模擬系統500，以及經由圖案尺寸模擬系統500之運算，獲得顯影正型電子敏感層之一顯影持續時間T1。此外，圖案尺寸模擬系統500係進一步依據正型電子敏感層之材料，以決定顯影持續時間T1。舉例而言，於部分實施方式中，當使用者所欲形成之預設圖案之尺寸為6奈米時，使用者可於圖案尺寸模擬系統500中選擇所欲成之預設圖案之尺寸為6奈米，再選擇所欲使用之正型電子敏感層的材料、顯影液的材料、顯影液溫度、及/或電子束裝置100的條件參數，隨後，基於顯影速率資料庫510、材料資料庫530、電子束條件資料庫540與顯影時間決定單元520之運作後，圖案尺寸模擬系統500可輸出一顯影持續時間T1。

於部分實施方式中，電子束微影方法更包含以下步驟。輸入正型電子敏感層所欲形成之預設圖案之尺寸於一圖案尺寸模擬系統500，以及經由圖案尺寸模擬系統500之運算，獲得照射正型電子敏感層之電子束的條件參數。舉例而言，於部分實施方式中，當使用者所欲形成之預設圖案之尺寸為6奈米時，使用者可於圖案尺寸模擬系統500中選擇所欲成之預設圖案之尺寸為6奈米，再選擇所欲使用之正型電子敏感層的材料、顯影液的材料、顯影液溫度、及/或顯影持續時間T1，隨後，基於顯影速率資料庫510、材料資料庫530、電子束條件資料庫540與電子束條件參數決定單元550之運作後，圖案尺寸模擬系統500可輸出一電子束的條件參數，例如：電子束的電壓值、電流值、劑量、或其他適當的參數，但本揭露不以此為限。

於上述之多個實施方式中，藉由藉由冷卻裝置與控制裝置，本揭露之電子束微影系統可降低顯影液的溫度，從而控制顯影液溶解正型電子敏感層之溶解速率，俾利於較精確地控制正型電子敏感層之顯影圖案尺寸，亦可有效地縮小正型電子敏感層之顯影圖案的最小尺寸。

雖然本揭露已以實施方式描述如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種電子束微影方法，包含：低溫處理一顯影液以冷卻該顯影液；使用一電子束以照射一正型電子敏感層，而形成該正型電子敏感層之一直射曝光區與鄰近該直射曝光區之一散射曝光區；以及使用該已冷卻之該顯影液顯影該正型電子敏感層之該直射曝光區，而不顯影該正型電子敏感層之該散射曝光區之至少一部分。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子束微影方法，更包含：在該使用該已冷卻之該顯影液顯影之前，輸入該正型電子敏感層所欲形成之一預設圖案之尺寸於一圖案尺寸模擬系統；以及在該使用該已冷卻之該顯影液顯影之前，經由該圖案尺寸模擬系統之運算，獲得該顯影該正型電子敏感層之該顯影區的一顯影持續時間，其中該使用該已冷卻之該顯影液顯影以小於或等於該顯影持續時間的時間進行。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電子束微影方法，其中該圖案尺寸模擬系統係進一步依據該正型電子敏感層之材料，以決定該顯影持續時間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子束微影方 法，更包含：在該電子束照射該正型電子敏感層之前，輸入該正型電子敏感層所欲形成之一預設圖案之尺寸於一圖案尺寸模擬系統；以及在該電子束照射該正型電子敏感層之前，經由該圖案尺寸模擬系統之運算，獲得該照射該正型電子敏感層之該電子束的一條件參數，其中該電子束照射該正型電子敏感層以該條件參數進行。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電子束微影方法，其中電子束之該條件參數至少包含一高電流參數，該高電流參數係介於30pA至300pA之間，以使得該圖案尺寸模擬系統基於一二維高斯函數之數學模型。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子束微影方法，其中該已冷卻之該顯影液之一溫度範圍係約攝氏-25度至約攝氏40度。
7. 一種電子束微影系統，包含：一電子束裝置，用以照射一正型電子敏感層，而形成該正型電子敏感層之一直射曝光區與鄰近該直射曝光區之一散射曝光區；一顯影裝置，用以容納一顯影液，且該顯影液係用以顯影被該電子束裝置照射之該正型電子敏感層；一圖案尺寸模擬系統，用以控制該顯影液顯影該正型電 子敏感層之該直射曝光區，而不顯影該正型電子敏感層之該散射曝光區之至少一部分；一冷卻裝置，安裝於該顯影裝置中；以及一控制裝置，控制該冷卻裝置在顯影該正型電子敏感層之該直射曝光區之前，先冷卻該顯影液。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子束微影系統，其中該控制裝置係控制該冷卻裝置冷卻該顯影液至溫度範圍約攝氏-25度至約攝氏40度。
9. 如申請專利範圍第7項所述之電子束微影系統，其中該圖案尺寸模擬系統用以依據該正型電子敏感層所欲形成之一預設圖案之尺寸運算且輸出該正型電子敏感層之一顯影持續時間與該電子束裝置的一條件參數；其中該圖案尺寸模擬系統係進一步依據該電子敏感層之材料，以決定該顯影持續時間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電子束微影系統，更包含：一電子束參數調整裝置，電性連接該電子束裝置，且該電子束參數調整裝置係用以依據該圖案尺寸模擬系統控制該電子束裝置之該條件參數，其中該條件參數至少包含電壓值、電流值、電子束尺寸、或以上組合。