JPH07283113A

JPH07283113A - アパーチャ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07283113A
Application number: JP7058394A
Authority: JP
Inventors: Kenta Hayashi; 健太林; Tadashi Matsuo; 正松尾
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1994-04-08
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】荷電ビームが照射された際にチャージアップが
発生したり加熱によるパターン歪みが発生したりせず、
また製造工程中で不要な応力の発生も無く、そして製造
プロセスを根本的に変更する必要も無いようにし、且つ
一括露光法等に使用出来るうえに作製も容易である、と
いうアパーチャとその製造方法を提供する。【構成】荷電ビームが通過出来る部分と出来ない部分と
からなるパターン領域を持つ第一部材と、それを支持す
る第二部材とからなるアパーチャで、パターン領域を含
めた第一部材の表面と該第二部材との表面には、金属元
素を含有する膜が形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等に代
表される、微細なパターンの形成に用いられる、成形ビ
ーム方式の荷電ビーム露光装置におけるアパーチャおよ
びその製造技術に関わり、特に高密度な繰り返しパター
ン作製に際し、描画速度向上を図るため、ビーム形成手
段の改良を図ったアパーチャおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路のパターンは、年々微細
化の傾向にあり、複雑化してきている。このようなパタ
ーンを荷電ビーム露光装置を用いて（使用目的から、通
常は非常に微細な）パターンを描画により形成するため
に、同一のパターンで繰り返し使用される単一の図形あ
るいは図形群などをアパーチャに設けておき、当該アパ
ーチャを介して、一回のショットでひと纏まりのパター
ンを描画する露光方式が提案されている。そしてこの露
光方式は、例えば、一括露光法、ブロック露光法、セル
プロジェクション法、あるいはキャラクタプロジェクシ
ョン法、と称されている。尚、荷電ビームの代表例とし
ては、電子線（電子ビーム）、荷電粒子ビームあるいは
イオンビームが挙げられる。

【０００３】従来のビーム露光方式のうち、一般にポイ
ントビーム方式と称されるものの場合にはアパーチャは
丸い孔を、また、一般に可変成形ビーム方式と称される
ものの場合にはアパーチャは矩形の孔をそれぞれ形成し
てあるものを使用し、これを荷電ビーム露光装置内に装
填して露光していた。一方、（本発明が係わる）前記の
一括露光法等の方式が、前記従来のビーム露光方式と最
も大きく異なる点は、荷電ビーム露光装置内に装填され
るアパーチャにろある。つまり、この一括露光法等の場
合のアパーチャは、露光に繰り返し使われる単一の図形
や、あるいは複数個の図形の組み合わせからなる図形群
を、一つのアパーチャ内に作り込んでおくことにより、
それらの図形又は図形群を一回のショットで纏めて露光
し、これにより所望するパターンを描画してしまう、と
いう考え方であり、この方式によると露光工程のスルー
プットを飛躍的に向上させることが出来る。

【０００４】この一括露光法等の方式に使用されるアパ
ーチャのうちの従来のものは、図３（ａ）に示すよう
に、支持基板として厚いＳｉ基板１を用意しておき、図
３（ａ）に示すようにバックエッチングストッパ８を形
成し、図３（ｃ）に示すようにその上にパターン作製層
となるＳｉ基板を貼り合わせ、次いで適当な厚さまで研
磨した後、図３（ｄ）に示すように裏側からバックエッ
チングのためのマスキングパターン９を形成してから、
Ｓｉ基板の結晶方位に従った化学エッチングを行ない、
繰り返し使用される図形ならびに図形群を図３（ｅ）に
示すようにパターン作製層に作り込む。ここで、場合に
よってはその上から金属元素を含有する膜を形成するこ
とによって構成する。そして、アパーチャを例えば電子
線描画装置に装填して実際に使用する際には、パターン
作製層の開口部以外の領域でにおいては荷電ビーム（代
表例としては電子線）が照射されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（イ）電子線描画の際のＳｉ基板のチャージアップの発
生を問題視する場合、パターン作製層がＳｉ製であるこ
とから、その導電性はあまり高いものが得られず、むし
ろ電気抵抗率は比較的に高いといってよい。つまり、そ
のＳｉ基板の電気抵抗率は、少なくとも室温では２×１
０¹⁰μΩ・ｃｍである。そのためチャージアップ発生に
より、パターンが正確には転写露光され難くなる可能性
があり、ひどい場合には全く転写されなくなる。（ロ）貼り合わせ時に加熱を行なうことや、ＳｉとＳｉ
との間にＳｉ酸化膜を介すことなどから応力が発生して
パターンが歪む。（ハ）電子線を照射することにより、アパーチャが加熱
され、パターンが歪み、ひどい場合にはパターンが溶解
する。（ニ）上記（イ）〜（ニ）に記載の問題点を解決しよう
とする際に根本的に作製プロセスを変更しなければなら
ない。以上（イ）〜（ニ）に記載の問題点が生じていた。

【０００６】本発明は前記一括露光法等に使用されてい
た従来のアパーチャの問題点（イ）〜（ニ）を解決し、
且つ一括露光法等に使用出来るうえに作製も容易であ
る、というアパーチャとその製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決する手段】前記課題を解決する為に本発明
が提供する手段とは、すなわち、少なくとも、荷電ビー
ムが通過出来る部分と出来ない部分とが選択的にパター
ン状に形成されたパターン領域を持つ第一部材と、該第
一部材を支持する第二部材とからなるアパーチャにおい
て、該パターン領域を含めた該第一部材の表面と該第二
部材の表面には、金属元素を含有する膜が形成されてい
ることを特徴とするアパーチャである。

【０００８】好ましくは請求項２に記載の、前記金属元
素を含有する膜が導電性材料であることを特徴とする請
求項１記載のアパーチャである。

【０００９】また、好ましくは請求項３に記載の、前記
金属元素を含有する膜は、前記第一部材もしくは第二部
材をなす主材料よりも導電性が高いことを特徴とする請
求項１又は２に記載のアパーチャである。

【００１０】また、好ましくは請求項４に記載の、前記
金属元素を含有する膜は、前記パターン領域よりも熱伝
導度が高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載のアパーチャである。

【００１１】また、好ましくは請求項５に記載の、前記
金属元素を含有する膜と前記パターン領域との各部分に
使用される主な材料は、少なくとも絶対温度２７３Ｋか
ら３７３Ｋの範囲では熱による線膨張率の差が５×１０
^-6／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載のアパーチャである。

【００１２】あるいは請求項６に記載の、少なくとも、
（イ）前記第一部材用材料と第二部材用材料とを接着す
る工程、（ロ）該第二部材用材料中の支持領域を残し
て、該第一部材用材料が露出するまで第二部材用材料を
エッチングし、第二部材の開口部を形成する工程、
（ハ）該第一部材用材料に、荷電ビームが通過出来る部
分と出来ない部分とを選択的にパターン状に形成しパタ
ーン領域を得る工程、（ニ）表面に前記金属元素を含有
する膜を形成する工程、以上（イ）から（ニ）を具備す
ることを特徴し、請求項１乃至５のいずれかに記載のア
パーチャの製造方法である。

【００１３】

【作用】本発明によれば、（ｉ）作製したアパーチャ表面全面にアパーチャの主た
る材料であるＳｉよりも電気伝導度が高い金属を形成す
るため、電子は該表面金属元素を含有する膜からアース
に流れるためチャージアップが発生しない。そのため転
写パターンの歪みが防止出来る。（ii）作製したアパーチャ表面全面にアパーチャの主た
る材料であるＳｉよりも熱伝導度が高い金属を形成する
ため、熱は該表面金属元素を含有する膜から放散され
る。そのため、アパーチャの歪みが防止出来る。（iii)作製したアパーチャ表面全面にアパーチャの主た
る材料であるＳｉと同等の線膨張率の金属を形成するた
め、アパーチャに応力が発生しない。そのため、アパー
チャの歪みが防止出来る。（iv）従来のアパーチャの工程で出来上がったものの表
面全体に該金属元素を含有する膜を製膜するだけである
ため従来のアパーチャ工程を変更する必要がない。という作用が生じる。なお、第一部材あるいは第二部材
をなす主たる材料とは、Ｓｉ単結晶以外であっても、裏
面側の開口部の（ウェット）エッチング時に図１（ｄ）
のように異方性エッチングが出来且つ上面のパターン形
成時に微細パターンを良好に作製できるという性質をも
つものであれば、Ｓｉ単結晶とほぼ同様であることから
やはり好適に使用できる。このような例としては、Ｇａ
Ａｓ単結晶が挙げられる。

【００１４】

【実施例】

＜実施例＞図１は、本発明の一実施例を示した工程図で
ある。まず、図１（ａ）に示すように、５００μｍ厚の
＜100＞Ｓｉ上に０．５μｍのＳｉ窒化膜４を形成した
支持基板１とパターン形成層用に薄いＳｉ基板２を用意
した。このＳｉ基板２は後の工程で２０μｍ厚以下、好
ましくは５〜１０μｍ程度まで研磨を行なうため、作業
上問題ない厚さであればなるべく５〜１０μｍ厚に近い
方がよく本実施例では約１００μｍ厚のものを使用し
た。

【００１５】次いで、図１（ｂ）に示すように、支持基
板１とＳｉ基板２とをメルトさせて貼り合わせる。次に
図１（ｃ）に示すように、貼り合わせたＳｉ基板２の部
分を厚さ15μｍまで研磨する。その後支持基板１に開口
部３を形成する。この開口部３は上部に形成するパター
ンの大きさよりも大きければ良く、本実施例では５００
μｍ□とした。この際、この開口部３の形成方法は、従
来公知のフォトリソグラフィの手法を使用した。すなわ
ち、基板にレジストを塗布し、アライナで、露光を行な
い、レジストを現像、ドライエッチング装置にてＳｉ窒
化膜4のエッチングを行ない、レジストを剥離するとい
う方法で作製した。

【００１６】その後図１（ｄ）に示すように、エッチン
グ治具５を使用し、Ｓｉ窒化膜４をマスクとして開口部
３の部分をエッチングする。この際に、エッチング治具
５には加熱したＫＯＨ水溶液が満たされており、支持基
板１は面方位＜１００＞であるために、前記エッチング
は厚さ方向には他の方向と比較して格段に速い速度でエ
ッチングが進んでゆき、最終的には図１（ｅ）のように
Ｓｉ窒化膜４が露出するところで（実用上の）エッチン
グ停止が起こる。

【００１７】図１（ｆ）に示すように、エッチングを行
なった開口部３と反対側のＳｉ基板１上にパターン６を
形成した。但しその際、あらかじめ後の工程で形成する
金属元素を含有する膜７の膜厚分だけパターン幅を広げ
て形成を行なった。ここでは、従来公知のリソグラフィ
手法を使用した。すなわち、Ｓｉ基板２上に電子線レジ
スト（東レ株式会社製、商品名：ＥＢＲ−９００）を約
１μｍの膜厚で塗布し、電子線描画装置（株式会社日立
製作所製、商品名：ＨＬ−７００）によりパターンを描
画する。この時の描画パターンの線幅は後の工程で形成
する金属元素を含有する膜７の厚さの２倍、すなわち１
μｍだけオフセットしたものとした。

【００１８】次いで、所定の現像処理の後に、ドライエ
ッチング装置（ＧＣＡ製、商品名：ＷＥ６１６）にてチ
ャンバ内にＳＦ₆ガスを導入してＳｉ基板２のエッチン
グを行ない、その後に、ＳＦ₆ガスに換えてＣ₂Ｆ₆ガ
スを導入しＳｉ窒化膜４のエッチングを行ない、レジス
トパターンを除去した。

【００１９】この段階では、従来のアパーチャと同じ構
成のものが出来上がった。尚、これまでの工程、つまり
図１（ａ）〜図１（ｅ）の工程は、工程が前後に適宜に
入れ替わっても構わない。順序を入れ換えた工程を例示
すると、まず支持基板１を用意してこの上に開口部３を
設け、次に支持基板１とＳｉ基板２とをメルトして貼り
合わせ適当な厚さまで研磨を行ない、次にＳｉ基板２上
に微細パターンを形成し、支持基板１に形成した開口部
３をマスクにして支持基板１のエッチングを行なう、と
いうものでもよい。

【００２０】次に、このアパ−チャの表面（本実施例で
は全面）に金属元素を含有する膜を成膜する。ここで膜
の材料はタングステン（Ｗ）を使用した。Ｗは、ここで
のアパーチャの主たる材料であるＳｉと比較して、（１）電気伝導度が高い。電気抵抗率（単位：μΩ・ｃ
ｍ）で示すと、Ｓｉが２×１０¹⁰であるのに対して、Ｗ
は５．５である。（２）熱伝導度が高い。熱伝導度（単位：ｃａｌ／ｃｍ
・ｄｅｇ）は、Ｓｉが０．２０であるのに対して、Ｗは
０．３９である。（３）Ｓｉと同等の線膨張率を持つ。線膨張率（単位：
無次元）は、Ｓｉが９．６×１０^-6であるのに対して、
Ｗは４．５×１０^-6である。（出展：金属データブック
（丸善））という物性を持っている。

【００２１】図１（ｇ）に示すように、従来公知のＬＰ
ＣＶＤ法を用いて、Ｗ製の膜を基板表面の全面に成膜し
た。すなわち、基板をＬＰＣＶＤ装置の石英管内に入
れ、装置にＷＦ₆ガスとＳｉＨ₄ガスを１：１の割合で
導入し約８００℃に加熱して数分間の成膜を行なった。
この際、成膜したＷ膜の膜厚は０．５μｍであった。

【００２２】パターン部開口部は、あらかじめ１μｍの
オフセットを設けておいたのでパターン開口部境界の左
右（あるいは上下）両方に０．５μｍずつＷ膜を成膜す
ることが出来、設計寸法どおりの線幅となった。この際
に、金属元素を含有する膜の成膜方法としては、従来公
知の他の方法（例えばメッキ法を）用いても構わない。
以上で本発明に係わるアパーチャが完成した。出来上が
ったアパーチャを電子線描画装置に装填して露光を行な
ったところ、チャージアップは発生せず、且つ基板の歪
みや転写パターンの歪みも観測ず、また良好な転写結果
も得られた。

【００２３】＜実施例２＞まず、図２（ａ）に示すよう
に、５００μｍ厚で面方位が＜１００＞のＳｉ基板上に
０．５μｍのＳｉ窒化膜４を形成した支持基板１と、パ
ターン形成層用として薄いＳｉ基板２を用意した。この
Ｓｉ基板２は、後の工程で、２０μｍ厚以下まで、そし
て好ましくは５〜１０μｍ程度まで研磨により薄くす
る。このことから、Ｓｉ基板２の元々の厚さは、製造作
業上で問題のない範囲の厚さで、且つなるべくは５〜１
０μｍ厚に近い方がよい。この為、本実施例ではＳｉ基
板２として１００μｍ厚のものを使用した。

【００２４】図２（ｂ）に示すように、支持基板１とＳ
ｉ基板２とをメルトさせて貼り合わせる。次に図２
（ｃ）に示すように、貼り合わせたＳｉ基板２の部分を
厚さ１５μｍまで研磨する。その後、支持基板１に開口
部３を形成する。この開口部３は、その上方に形成する
パターンの大きさよりも大きければよく、本実施例では
５００μｍ□とした。この際、この開口部３の形成方法
としては、従来公知のフォトリソグラフィ手法を使用し
た。すなわち、基板にレジストを塗布し、アライナを用
い、露光を行ない、レジストを現像し、ドライエッチン
グ装置でＳｉ窒化膜４のエッチングを行ない、レジスト
を剥離し作製した。

【００２５】その後図２（ｄ）に示すように、エッチン
グ治具５を使用し、Ｓｉ窒化膜４をマスクとして開口部
３の部分をエッチングする。この際エッチング治具５に
は加熱したＫＯＨ水溶液が満たされており、支持基板１
は面方位は＜１００＞であるためエッチングは厚さ方向
に進んでゆき、最終的には図２（ｅ）のようにＳｉ窒化
膜４の部分で止まる。

【００２６】図２（ｆ）に示すように、エッチングを行
なった開口部3と反対側のＳｉ基板１上にパターン６を
形成した。但しその際、あらかじめ後の工程で形成する
金属元素を含有する膜７の膜厚分だけパターン幅を広げ
て形成を行なった。この際、従来公知のリソグラフィ手
法を用いて行なった。すなわち、Ｓｉ基板２上に電子線
レジスト（東レ株式会社製、商品名：ＥＢＲ−９００）
を約１μｍの膜厚で塗布し、電子線描画装置（株式会社
日立製作所製、商品名：Ｈ−７００）によりパターンを
描画する。この時の描画パターンの線幅は後の工程で形
成する金属元素を含有する膜７の厚さの２倍、すなわち
１μｍだけオフセットしたものとした。

【００２７】所定の現像処理後、ドライエッチング装置
（ＧＣＡ製、商品名：ＷＥ６１６）にてチャンバ内にＳ
Ｆ₆ガスを導入してＳｉ基板２のエッチングを行ない、
また、Ｃ₂Ｆ₆ガスを導入しＳｉ窒化膜４のエッチング
を行なった後にレジストパターンを除去した。この段階
で、従来とは同じ構成に属するアパーチャが出来上がっ
たことになる。ここまでの工程、すなわち図２（ａ）〜
図２（ｅ）の工程は適宜に多少前後しても構わない。

【００２８】次に、金属元素を含有する膜７の成膜を行
なう。本実施例ではＭｏを使用した。Ｍｏはアパーチャ
の主たる材料であるＳｉと比較して、（４）電気伝導度が高い。電気抵抗率（単位：μΩ・ｃ
ｍ）で示すと、Ｓｉが２×１０¹⁰であるのに対して、Ｍ
ｏは５．７である。（５）熱伝導度が高い。熱伝導度（単位：ｃａｌ／ｃｍ
・ｄｅｇ）は、Ｓｉが０．２０であるのに対して、Ｍｏ
は０．３４である。（６）Ｓｉと同等の線膨張率を持つ。線膨張率（単位：
無次元）は、Ｓｉが９．６×１０^-6であるのに対して、
Ｍｏは５．１×１０^-6である。（出展：金属データブッ
ク（丸善））という物性を持っている。

【００２９】図２（ｇ）に示すように、従来公知のメッ
キ法で、Ｍｏ膜を作成途中の前記アパーチャ基板の表面
全面に成膜した。ここで、メッキ液の組成は、・三酸化モリブデン３６ｇ／ｌ・水酸化カリウム４３０ｇ／ｌ・アンモニア水（２８％）４００ｍｌ・蟻酸（８７％）５４０ｍｌであり、めっき浴のｐＨは５．８、温度は３５℃、電流
密度は５０Ａ／ｄｍ²の条件で数分間のメッキを行なっ
た。この際に、成膜したＭｏ膜の膜厚は０．５μｍであ
った。

【００３０】パターン部開口部は、あらかじめ１μｍの
オフセットを設けておいたのでパターン開口部境界の左
右（あるいは上下）両方に０．５μｍずつＭｏ膜を成膜
することが出来、設計寸法どおりの線幅となった。この
際、金属元素を含有する膜の成膜方法は従来公知の他の
方法（例えばＣＶＤ法）を用いてもよい。これで本発明
に係わるアパーチャは完成した。尚、当該アパーチャを
電子線描画装置に装填して描画を行なってみたところ、
チャージアップは発生せず、基板の歪みや転写パターン
の歪みも観測されず、且つ良好な転写結果が得られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明によると、当該アパーチャを荷電
ビーム露光装置に装填して露光を行なった際に、熱伝導
率のよい物質を具備しているため、該アパーチャ絞りの
熱による変形および溶解は発生しないという効果を得ら
れた。また、当該アパーチャを荷電ビーム露光装置に装
填して露光を行なった際に、金属元素を含有する膜が主
たる材料であるＳｉと同等の線膨張率を有しているため
に、アパーチャの歪みが発生しない（実用上は歪みの発
生が皆無とみなせる）という効果が得られた。また、当
該アパーチャを荷電ビーム露光装置に装填して露光を行
なった際に、金属元素を含有する膜が導電性を有してい
るために、チャージアップも生じないという効果が得ら
れた。しかも、前記の効果を達成するのに大がかりな製
造工程の変更は必要なかった。総じて、（前記の）（イ）電子線描画の際のＳｉ基板のチャージアップの発
生を問題視する場合、パターン作製層がＳｉ製であるこ
とから、その導電性はあまり高いものが得られず、むし
ろ電気抵抗率は比較的に高いといってよい。つまり、そ
のＳｉ基板の電気抵抗率は、少なくとも室温では２×１
０¹⁰μΩ・ｃｍである。そのためチャージアップ発生に
より、パターンが正確には転写露光され難くなる可能性
があり、ひどい場合には全く転写されなくなる。（ロ）貼り合わせ時に加熱を行なうことや、ＳｉとＳｉ
との間にＳｉ酸化膜を介すことなどから応力が発生して
パターンが歪む。（ハ）電子線を照射することにより、アパーチャが加熱
され、パターンが歪み、ひどい場合にはパターンが溶解
する。（ニ）上記（イ）〜（ニ）に記載の問題点を解決しよう
とする際に根本的に作製プロセスを変更しなければなら
ない。という以上（イ）〜（ニ）に記載の問題点を解決するこ
とが出来、且つ一括露光法等に使用されるうえに作製も
容易である、というアパーチャとその製造方法を提供す
ることが出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアパーチャ及びその製造方法に係わる
一実施例について、断面図を用いてその製造工程の概要
を示す説明図である。

【図２】本発明のアパーチャ及びその製造方法に係わる
別の一実施例について、断面図を用いてその製造工程の
概要を示す説明図である。

【図３】従来の技術のアパーチャ及びその製造方法に係
わる一例について、断面図を用いてその製造工程の概要
を示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・支持基板２・・・Ｓｉ基板３・・・開口部４・・・Ｓｉ窒化膜５・・・エッチング治具６・・・パターン７・・・金属元素を含有する膜８・・・バックエッチングストッパ９・・・マスキングパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、荷電ビームが通過出来る部分
と出来ない部分とが選択的にパターン状に形成されたパ
ターン領域を持つ第一部材と、該第一部材を支持する第
二部材とからなるアパーチャにおいて、該パターン領域を含めた該第一部材の表面と該第二部材
の表面には、金属元素を含有する膜が形成されているこ
とを特徴とするアパーチャ。
【請求項２】前記金属元素を含有する膜が導電性材料で
あることを特徴とする請求項１記載のアパーチャ。
【請求項３】前記金属元素を含有する膜は、前記第一部
材もしくは第二部材をなす主材料よりも導電性が高いこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載のアパーチャ。
【請求項４】前記金属元素を含有する膜は、前記パター
ン領域よりも熱伝導度が高いことを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載のアパーチャ。
【請求項５】前記金属元素を含有する膜と前記パターン
領域との各部分に使用される主な材料は、少なくとも絶
対温度２７３Ｋから３７３Ｋの範囲では熱による線膨張
率の差が５×１０^-6／Ｋ以下であることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれかに記載のアパーチャ。
【請求項６】少なくとも、（イ）前記第一部材用材料と
第二部材用材料とを接着する工程、（ロ）該第二部材用
材料中の支持領域を残して、該第一部材用材料が露出す
るまで第二部材用材料をエッチングし、第二部材の開口
部を形成する工程、（ハ）該第一部材用材料に、荷電ビ
ームが通過出来る部分と出来ない部分とを選択的にパタ
ーン状に形成しパターン領域を得る工程、（ニ）表面に
前記金属元素を含有する膜を形成する工程、以上（イ）
から（ニ）を具備することを特徴し、請求項１乃至５の
いずれかに記載のアパーチャの製造方法。