JPH0778748A

JPH0778748A - アパーチャマスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0778748A
Application number: JP5224366A
Authority: JP
Inventors: Jun Takamatsu; 潤高松; Katsuya Okumura; 勝弥奥村; Haruo Okano; 晴雄岡野; Nobuo Hayasaka; 伸夫早坂; Motosuke Miyoshi; 元介三好; Kazuyoshi Sugihara; 和佳杉原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた寸法精度の電子ビームの成形用開口部
分を持つ電子阻止能率の高いアパーチャマスクの製造方
法を提供することにある。【構成】キャラクタ・プロジェクション方式の電子ビ
ーム描画装置に用いられるアパーチャマスクの製造方法
において、Ｓｉ基板２１の一主面上にＳｉＯ₂ 膜２３を
形成したのち、ＳｉＯ₂ 膜２３上に導電膜としてＴｉ膜
２４，Ｐｄ膜２５を形成し、次いで重金属薄膜の鋳型材
料として電子線用レジスト２６を形成し、レジスト２６
を露光するのに必要な照射量を多数回の露光に分けて照
射し、かつ各回の描画において互いのビームショットの
境界が重ならないように露光することにより鋳型２７を
形成し、次いで鋳型２７内に所望の厚さだけＡｕ膜を成
長させ、次いで鋳型２７を除去したのち基板２１を裏面
側からエッチングしてＡｕ膜２８に設けられた開口が貫
通するようしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電ビーム描画装置に
用いられるアパーチャマスクに係わり、特にキャラクタ
・プロジェクション方式の荷電ビーム描画装置に用いら
れるアパーチャマスク及びその製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームを使ってレジストを露光する
電子ビーム描画装置は、電子の加速電圧を５０ｋＶ程度
に高めることで、極めて急峻なビームプロファイルが得
られるため、超ＬＳＩ、例えば１Ｇビット以降のＤＲＡ
Ｍの描画で必要になる０．１５μｍ以下の線幅を解像す
ることができる。しかしながら、このような高解像度の
電子ビーム描画装置の弱点は、スループットの低さにあ
る。

【０００３】近年、このスループットを画期的に向上さ
せる方式として、図９に示すようなキャラクタ・プロジ
ェクション（ＣＰ）方式が提案されている。第１成形ア
パーチャマスク１には矩形アパーチャＡが形成されてお
り、第２成形アパーチャマスク２には可変成形用のアパ
ーチャＢと共に、メモリＬＳＩ等において繰り返し現れ
るキャラクタパターン（アパーチャ）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
３，Ｃ４が形成されている。

【０００４】繰り返しパターンを描画する際には、マス
ク１のアパーチャＡを通して成形されたビーム４をマス
ク２のキャラクタパターンＣに選択的に照射し、マスク
２を通過して生成されるビームパターン５を試料３上に
縮小投影する。この場合、従来の可変成形描画方式等に
おいて多数のショット数を要したパターンを、１度の照
射で露光できるため、描画速度を大幅に向上させること
ができる。

【０００５】ＣＰ方式を実際にＬＳＩ描画に適用する場
合、複雑な開口形状を持つアパーチャマスク（ステンシ
ルマスク）を高精度に製作する必要がある。最小線幅
０．１５μｍが要求される１Ｇビット以降のＤＲＡＭの
描画においては、その線幅に対する描画精度は±０．０
１μｍ以下が要求される。仮に、描画装置の光学系の縮
小率を１／４０とすると、アパーチャ開口部分の加工精
度は±０．４μｍ未満にしなければならないことにな
る。

【０００６】従来のＣＰ用アパーチャの製作には、微細
加工に適したシリコン（Ｓｉ）半導体の製造技術が利用
されてきた。即ち、アパーチャマスクの主な材質にはＳ
ｉ単結晶の薄膜が用いられ、ＲＩＥ(Reactive Ion Etch
ing ：反応性イオンエッチング）を用いて開口部を形成
していた。

【０００７】ところで、アパーチャマスクの厚さは、電
子ビームを完全に遮断できる条件から決められる。例え
ば、Ｓｉ薄膜で５０ｋｅＶの電子を完全に遮断するに
は、２０μｍ程度の膜厚が必要になる。しかし、２０μ
ｍの深い開口をＲＩＥによって形成しようとした場合、
開口部の側壁を完全に垂直にするのは難しく、斜めに傾
いたり（テーパ形状）、弧状になったりする。

【０００８】このようにアパーチャマスクの開口部側壁
が完全に垂直ではない場合、成形された電子像の形状精
度が劣化することになる。特に傾きに関しては、マスク
の膜厚が厚くなるに従って、僅かの傾きでも電子像の形
状精度に大きく影響するようになる。前述の例のよう
に、電子像の形状精度を±０．０１μｍ以下、即ち開口
部側壁の加工精度を±０．４μｍ未満にするためには、
２０μｍ厚のＳｉ薄膜の場合、開口部側壁の傾きを法線
方向に対して１deg.以下にしなければならない。しか
し、このような加工は、現状の技術では実質的に不可能
である。

【０００９】これに対して、アパーチャマスクの材質に
金（Ａｕ），タングステン（Ｗ）等の重金属を用いる
と、Ｓｉを用いた場合に比べて薄膜化が可能になる。例
えば、５０ｋｅＶの電子を完全に遮断するのに必要な膜
厚は、Ｓｉの２０μｍに対してＡｕ，Ｗでは３．８μｍ
でよい。膜厚が薄い場合には、厚い場合と比較して、開
口部側壁の傾きに起因する精度の劣化が抑えられる。実
際、膜厚が３．８μｍの場合、開口部側壁の加工精度を
±０．４μｍ以下にするには、側壁の傾きを法線方向に
対して６deg.以下にすればよい。

【００１０】ところで、アパーチャマスクの開口部分を
精度良く形成するのに、レジストを鋳型として、メッキ
法を用いてＡｕを成膜する方法がある。この方法は、Ｘ
線露光用のマスク製作で実績のある方法であり、しかも
プロセスの簡略化の点で大きなメリットを持っている。
鋳型として電子線レジスト（例えばＰＭＭＡ）を用いる
と、メッキ時の鋳型の変形も少なく、鋳型の下へのメッ
キ液のしみ込みもないので、垂直なエッジプロファイル
を持ったＡｕ薄膜を形成することができる。

【００１１】しかしながら、Ｘ線露光用マスクではＡｕ
膜の厚さが０．５μｍ程度であるのに対して、５０ｋｅ
Ｖ電子ビーム用のＣＰアパーチャマスクでは前述のよう
に４μｍ程度の膜厚が必要になる。厚さ４μｍのＡｕ膜
の鋳型として用いるには、レジストの厚さは５μｍ程度
必要になる。しかし、電子ビームレジストでは厚膜化に
伴って、描画中にレジストヒーティングが起こりパター
ン精度が劣化する、また現像後のレジストプロファイル
が弧状になったり、裾引きを生じたりして垂直にならな
い、さらに可変成形ビームのショットつなぎや、描画フ
ィールドのつなぎの精度が十分でない場合、パターンエ
ッジのラフネスが増長される等の問題が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、ＣＰ
方式のアパーチャマスクにおいては、寸法精度の良いビ
ーム成形用開口孔を形成するのは極めて困難であり、ビ
ームのつなぎや描画フィールドのつなぎ精度が不十分と
なり、描画精度の低下を招く問題があった。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、優れた寸法精度の荷電
粒子ビームの成形用開口部分を持つ電子阻止能率の高い
アパーチャマスク及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、キャラクタ・プロジェクション方式の荷電ビーム
描画装置に用いられるものであり、複数種の所望パター
ン形状の開口が形成され、荷電粒子ビームの選択的な照
射によりいずれかのパターン形状のビームを成形するア
パーチャマスクにおいて、荷電粒子ビームを成形するた
めに使用するビームの遮断阻止膜に重金属薄膜を用いた
ことを特徴とする。

【００１５】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) ビームの遮断阻止膜に使われる重金属膜は、金或い
はタングステンであること。 (2) アパーチャマスクが多数個作られたＳｉ基板には、
アパーチャマスクを切り出すための切断溝が予め設けら
れていること。 (3) 荷電粒子ビームを成形するために使用するビームの
遮断阻止膜と、遮断阻止膜を取り囲むように配置された
同材質から成る周辺薄膜と、遮断阻止膜と周辺薄膜とを
つなぐブリッジとを具備したこと。 (4) アパーチャマスクに使われるＳｉ基板は、その面方
位が（１１０）であること。

【００１６】また本発明は、上記アパーチャマスクの製
造方法において、シリコン基板の一主面上にバッファ膜
を形成したのち、このバッファ膜上に導電膜を形成し、
次いでこの導電膜上に重金属薄膜を選択的に成長させる
ための鋳型を形成し、次いでこの鋳型内に所望の厚さだ
け重金属薄膜を成長させ、次いで鋳型を除去したのち重
金属薄膜の裏面側を該薄膜に設けられた開口が貫通する
ように除去するようにした方法である。

【００１７】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 鋳型の製作工程は、重金属薄膜の鋳型材料として電
子線用レジストを用い、レジストの描画には荷電粒子ビ
ームを用い、レジストを露光するのに必要な照射量を多
数回の露光に分けて照射し、かつ各回の描画において互
いのビームショットの境界が重ならないようにビームを
照射して露光する。 (2) 重金属薄膜の成長工程として、重金属薄膜をメッキ
法によって成長させたこと。 (3) 導電膜として多結晶Ｓｉ膜を用い、重金属薄膜の鋳
型材料としてＳｉ酸化物を用い、Ｓｉ酸化物はレジスト
或いはカーボン膜をマスクにしてＣＦ₃ ＋ＣＯ＋Ａｒを
含むエッチングガスを用いて多結晶Ｓｉ膜が露出するま
で加工して鋳型を形成し、エッチング工程で生じた多結
晶Ｓｉ膜表面のダメージを少なくともコリン処理を含む
洗浄工程で除去したこと。 (4) 重金属薄膜の成長工程として、重金属薄膜をタング
ステンの選択ＣＶＤ法によって成長させたこと。 (5) 重金属薄膜をタングステンの選択ＣＶＤ法によって
成長させる重金属薄膜の成長工程において、タングステ
ン膜の成長を多段階にすると共に、各回毎に膜のアニー
ル工程を設けたこと。

【００１８】

【作用】本発明によれば、ビームの遮断阻止膜に重金属
薄膜を用いることにより、その膜厚をＳｉよりも十分に
薄くすることができ、開口部分の精度を向上させること
ができる。つまり、アパーチャ・マスク製作プロセスを
容易にして、しかも優れた寸法精度の荷電粒子ビームの
成形用開口部分を持つ電子阻止能率の高いアパーチャマ
スクを提供することができる。

【００１９】また、ビームの遮断阻止膜と該膜を取り囲
むように配置された同材質から成る周辺薄膜とをつなぐ
ブリッジを設けることにより、ビーム遮断阻止膜で発生
した熱を効率良く逃がすことができ、ビーム遮断阻止膜
の温度上昇を抑えることができる。また、電子ビームレ
ジストを用いた鋳型の製作工程として、レジストを露光
するのに必要な照射量を多数回の露光に分けて照射し、
かつ各回の描画において互いのビームショットの境界が
重ならないようにビームを照射することにより、レジス
トヒーティングの影響を抑えることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。（第１実施例）図１は本発明の第１の実施例に係わるア
パーチャマスクの構造を説明するためのもので、（ａ）
は断面図、（ｂ）は斜視図である。本実施例のアパーチ
ャマスク１０には、可変成形ビーム生成用の矢印型アパ
ーチャＢと共に、繰り返しパターンを描画するための、
いわゆるキャラクタ・プロジェクション描画用の複数個
のキャラクタアパーチャＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が配置
されている。

【００２１】このアパーチャマスク１０は、薄膜部８と
それを支持する基板部１とから構成されている。基板部
１はシリコン単結晶からなり、厚さは約６００μｍであ
る。薄膜部８は例えば金（Ａｕ）層５を含む複数の層
２，３，４からなり、例えば金層５は電子ビームを遮断
するのに十分な厚さ、例えば４μｍ厚を持つ。このアパ
ーチャマスク１０に照射された電子ビーム７は、薄膜部
８の開口部分で定義される形状に成形され、試料面（図
示せず）上に縮小投影される。

【００２２】図２は、本実施例に基づくアパーチャマス
クの製造工程を示す断面図である。まず、図２（ａ）に
示すように、面方位（１００）のＳｉ結晶の基板２１の
主表面に、熱酸化炉を用いてシリコン酸化膜（ＳｉＯ
₂ ）２３を１．５μｍ厚で成膜する。さらに、基板裏面
に、減圧ＣＶＤ装置を用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）
２２を１５０ｎｍ成膜する。続いて、Ａｕメッキの下地
として、スパッタリング成膜装置を用いて、基板主表面
に導電膜としてのＴｉ膜（１００ｎｍ）２４及びＰｄ膜
（５０ｎｍ）２５を順次成膜する。

【００２３】次いで、図２（ｂ）に示すように、メッキ
下地の上に、電子線用レジスト（ＰＭＭＡ）２６を５μ
ｍ厚に、スピンコータを使用して塗布する。このとき、
例えば粘度６５ｃＰのＰＭＭＡを３００rpm でスピン塗
布した後、オーブンによって１８０℃で６０分間ベーキ
ングを行うと１μｍ厚が得られる。この工程を５回繰り
返すことによって、約５μｍの膜厚を得ることができ
る。

【００２４】次いで、電子線直接描画装置（本実施例で
は、加速電圧４０ｋＶ）を用いて、アパーチャパターン
を描画する。本実施例のようにレジストが厚い場合に、
垂直なレジストプロファイルを得るためには、照射量を
通常より増やし、かつそれに相応して現像時間を短くす
ればよい。本実施例では、通常の照射量の３〜５倍にあ
たる３００〜５００μＣ／ｃｍ² を照射した。

【００２５】しかし、これだけの照射量を１度に照射す
ると、レジストヒーティングが起こってレジストが融
け、パターンのエッジラフネスを悪化させる他、著しい
場合には沸騰したレジストが飛散して描画室内を汚す恐
れがある。そこで、レジストヒーティングの影響が抑え
られる２５μＣ／ｃｍ² を１回の照射量として、１２重
〜２０重の描画を行った。

【００２６】この際、同一形状のビームショット、同一
の描画フィールドで描画すると、ビームショット間のつ
なぎ、描画フィールド間のつなぎの誤差が多重描画によ
って一層顕著になり、描画パターンのエッジ・ラフネス
を悪化させる。そこで、描画フィールドの大きさ及びシ
ョットのサイズや位置を１回の描画毎に変更することに
よって、つなぎの位置が各々の描画毎に変わるようにし
て、パターンのエッジラフネスの平均化をはかった。描
画後、酢酸イソペンチルを用い照射量に応じて１分間〜
３分間現像し、イソプロピルアルコールでリンスして鋳
型２７を形成する。

【００２７】次いで、図２（ｃ）に示すように、Ａｕ薄
膜２８を電解メッキによって鋳型２７内部の導電膜２５
上に成膜する。このとき、パルスメッキ法を用いること
によって、密度の大きい緻密な膜２８を成膜することが
できる。

【００２８】次いで、図２（ｄ）に示すように、酸素プ
ラズマ灰化装置でレジスト２６を除去すると、Ａｕ薄膜
２８にアパーチャパターンの開口部分ができる。次い
で、基板２１の裏面にフォトレジスト２９を塗布し、プ
リベークを行った後、両面露光装置を用いて、主表面の
Ａｕのアパーチャパターンとの位置を合わせて、ウエハ
裏面に基板開口用のパターン３０を形成する。その後、
基板裏面のＳｉＮ膜２２をフォトレジスト２９をマスク
にしてＲＩＥ装置（エッチングガスは、ＣＦ₄ ：Ｏ₂ ）
を用いてエッチングする。

【００２９】次いで、図２（ｅ）に示すように、ＳｉＮ
膜２２をマスクにして、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶
液によって、Ｓｉ（１００）基板２１の異方性ウェット
エッチングを行い、基板裏面に（１１１）面３１が露出
したテーパ形状の開口部分を形成する。ＫＯＨ水溶液の
濃度を３０重量％、温度を９０℃とした場合、シリコン
の（１００）面を、２．２μｍ／分のレートでエッチン
グすることができる。このとき、基板の上表面はエッチ
ング液が回り込まないように弗素樹脂製の板と弗素ゴム
製のＯリングとを組み合わせた治具（図示せず）によっ
て保護する。また、メッキ下地の下のＳｉＯ₂ 膜２３
は、ＫＯＨエッチングのストップ層として用いられる。
ＫＯＨエッチングが、このストップ層に達した時点でエ
ッチングを終了する。

【００３０】その後、硫酸と過酸化水素の混合液でアパ
ーチャパターンの開口部分のメッキ下地２４，２５を除
去し、さらにフッ化アンモニウム溶液によってＳｉＯ₂
膜２３を、熱リン酸にてＳｉＮ膜２２を除去する。

【００３１】このように本実施例によれば、電子ビーム
を遮断する薄膜として重金属薄膜を用いることによっ
て、アパーチャマスク製作プロセスを容易にして、しか
も優れた寸法精度の荷電粒子ビームの成形用開口部分を
持つ電子阻止能率の高いアパーチャマスクを実現するこ
とができる。特に、レジストの露光に際し、１回の照射
量を少なくして多数回の照射により通常の照射量の３〜
５倍に当たる量を照射しているので、厚いレジストであ
っても垂直なプロファイルを得ることができ、垂直な断
面形状を有する良好な鋳型を形成することができる。（第２の実施例）第１の実施例で説明したように、アパ
ーチャマスクの製造に際し、ＫＯＨ異方性エッチングに
よって、面方位（１００）のＳｉ基板の裏面から、（１
１１）面を側壁として基板主表面に至るテーパ形状の開
口を形成する場合、裏面開口部の底面部分の方形の一辺
の長さは、２^1/2 ×（基板の厚さ）＋（開口部上面の一辺の長さ）になる。第１の実施例のように、各アパーチャ個別に開
口部を形成しようとした場合、裏面の開口の大きさに対
応させて、アパーチャの間隔を広げなければならない。
例えば、基板の厚さを６００μｍとし、アパーチャ開口
領域（被照明部分）の一辺の長さ、即ち開口部上面の一
辺の長さを１００μｍとした場合、開口部底面の一辺は
９５０μｍとなるので、アパーチャ同士の間隔も８５０
μｍ以上にしなければならない。

【００３２】ところで、電子線描画装置では、アパーチ
ャマスク上に配置されているアパーチャを、ビーム上流
に設けられたアパーチャ選択用の偏向器によって選択す
るため、アパーチャを配置できる領域は、この偏向器の
偏向可能な領域内に限定される。従って、アパーチャマ
スク上に配置できるアパーチャの数は制限される。

【００３３】ここで、仮にアパーチャ選択用偏向器の偏
向可能領域を２ｍｍ□とした場合、上記の例から分かる
ように、６００μｍ厚の基板には、最多で２×２＝４種
類のアパーチャしか配置できないことになる。さらに多
数のアパーチャを配置するには、基板の厚さを薄くしな
ければならない。上記の例で、基板の厚さを１８０μｍ
すると、最多で６×６＝３６種類のアパーチャが配置で
きる。

【００３４】一方、面方位（１１０）のＳｉ単結晶の基
板を用いると、以下に述べるように配置できるアパーチ
ャ数を基板の厚さに依存しないようにすることができ、
なおかつアパーチャの数も上記の（１００）基板の場合
より増やすことができる。

【００３５】面方位（１１０）のＳｉ基板には、（１１
０）面（基板両面）を垂直に切り、かつ（１００）面を
θ＝ tan^-1（２^1/2 ）で切る（１１１）面が存在する。
従って、ＫＯＨ異方性エッチングによって、（１１０）
Ｓｉ基板の両面に対して垂直な（１１１）面の側壁を持
つ、溝状の開口を形成することができる。この溝状の開
口の上に沿ってアパーチャを配置すればよい。

【００３６】図３は、本発明の第２の実施例に係わるア
パーチャマスクの製造工程を示す断面図である。まず、
図３（ａ）に示すように、面方位（１１０）のＳｉ結晶
の基板４１を用い、この基板４１の主表面及び裏面に第
１の実施例と同様にして、シリコン酸化膜２３，シリコ
ン窒化膜２２を成膜し、さらにＡｕメッキの下地として
のＴｉ膜２４，Ｐｄ膜２５を成膜する。

【００３７】次いで、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すよう
に、第１の実施例と同様にして、電子線用レジストＰＭ
ＭＡ２６を塗布し、複数回に分けた露光を行い、さらに
現像を行うことにより鋳型２７を形成する。続いて、Ａ
ｕ薄膜２８を電解メッキによって成膜し、酸素プラズマ
灰化装置でレジスト２６を除去する。その後、基板４１
の裏面にフォトレジスト２９を塗布し、プリベークを行
った後、両面露光装置を用いて、主表面のＡｕのアパー
チャパターンとの位置を合わせて、ウエハ裏面に基板開
口用のパターン３０を形成する。続いて、基板裏面のＳ
ｉＮ膜２２をフォトレジスト２９をマスクにしてＲＩＥ
装置（エッチングガスは、ＣＦ₄ ：Ｏ₂ ）を用いてエッ
チングする。

【００３８】次いで、図３（ｅ）に示すように、ＳｉＮ
膜２２をマスクにして、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶
液によって、Ｓｉ（１１０）基板４１の異方性ウェット
エッチングを行い、基板裏面に（１１１）面３２が露出
した垂直断面形状の開口部分を形成する。ここで、ＫＯ
Ｈ水溶液の濃度を３０重量％、温度を９０℃とした場
合、シリコンの（１００）面を、２．２μｍ／分のレー
トでエッチングすることができる。このとき、基板の上
表面はエッチング液が回り込まないように保護する。ま
た、メッキ下地の下のＳｉＯ₂ 膜２３は、ＫＯＨエッチ
ングのストップ層として用いられる。ＫＯＨエッチング
が、このストップ層に達した時点でエッチングを終了す
る。

【００３９】その後は第１の実施例と同様に、硫酸と過
酸化水素の混合液でアパーチャパターンの開口部分のメ
ッキ下地２４，２５を除去し、さらにフッ化アンモニウ
ム溶液によってＳｉＯ₂ 膜２３を、熱リン酸にてＳｉＮ
膜２２を除去する。

【００４０】このように本実施例によれば、電子ビーム
を遮断する薄膜として重金属薄膜を用いることによっ
て、アパーチャマスク製作プロセスを容易にして、しか
も優れた寸法精度の荷電粒子ビームの成形用開口部分を
持つ電子阻止能率の高いアパーチャ板を実現することが
できる。さらに、面方位（１１０）のＳｉ単結晶の基板
を用いることにより、配置できるアパーチャ数を基板の
厚さに依存しないようにすることができ、面方位（１０
０）基板の場合より増やすことができる。（第３の実施例）図４は、本発明の第３の実施例に係わ
るアパーチャマスクの製造工程を示す断面図である。こ
の実施例では、ビーム遮断阻止膜の形成方法として、タ
ングステンの選択ＣＶＤ法を用いている。

【００４１】まず、図４（ａ）に示すように、面方位
（１００）のＳｉ基板５１の主表面上に、熱ＳｉＯ₂ 膜
５２を１．５μｍ厚で成膜する。続いて、基板裏面に、
減圧ＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ膜５３を１５０ｎｍ成膜
する。さらに、基板主表面の熱ＳｉＯ₂ 膜５２の上に、
ＬＰＣＶＤ装置を用いて多結晶Ｓｉ膜５４を１．０μｍ
厚、常圧ＣＶＤ装置を用いてＢＰＳＧ膜５５を４．０μ
ｍ厚で順次形成する。なお、ＢＰＳＧ膜５５の代わりに
ＣＶＤ−ＳｉＯ₂ 膜を用いてもよい。その後、この基板
５１を８００℃で３０分間アニールする。

【００４２】次いで、図４（ｂ）に示すように、ＢＰＳ
Ｇ膜５５の上に、レジスト５６を塗布した後、光縮小投
影露光装置、或いは電子ビーム直接描画装置を用いて、
アパーチャパターンを露光する。レジスト５６を現像
後、レジスト５６に紫外線を用いた表面硬化処理を施
す。

【００４３】次いで、レジスト５６をマスクとして、Ｒ
ＩＥ装置を用いてＢＰＳＧ膜５５をエッチングする。こ
のとき、エッチングガスを、例えばＣＨＦ₃ ＋ＣＯ＋Ａ
ｒにすると、垂直に近い側壁を持った開口部（鋳型）５
７を形成することができる。続いて、レジスト５６を除
去した後、上記ＲＩＥの過程でＢＰＳＧ膜５５の下層に
ある多結晶Ｓｉ膜５４の表面に生じたダメージ層（図示
せず）を、コリン処理によって除去する。この処理によ
って、以下で述べるＣＶＤ−タングステン膜５８と、そ
の下地の多結晶Ｓｉ膜５４との間の密着力が向上する。

【００４４】次いで、図４（ｃ）に示すように、タング
ステンの選択的ＣＶＤ法によって、多結晶Ｓｉ膜５４上
にＷ膜５８を選択的に成膜させる。このときの成膜条件
は、例えば、基板温度３４０℃、六フッ化タングステン
（ＷＦ₆ ）及びシラン（ＳｉＨ₄ ）をそれぞれ２０scc
m，８sccm、成膜圧力を４．５mTorr とする。この条件
での成膜レートは、１００ｎｍ／分程度になる。その際
に、例えばＷの成膜を１．３μｍ厚ずつの３回に分け
て、各回毎に５００℃で真空アニールを行う。このよう
に多段階の成膜プロセスにすると、３μｍ厚以上の成膜
を剥がれ無しに行うのに効果的である。

【００４５】次いで、図４（ｄ）に示すように、アパー
チャ開口部分に相当する部分にあるＢＰＳＧ膜５５をフ
ッ化アンモニウム溶液によるウエットエッチングで、さ
らに多結晶Ｓｉ膜５４をＲＩＥによって除去する。続い
て、基板裏面のＳｉＮ膜５３上にフォトレジスト５９を
塗布し、両面露光装置を用い、表側のアパーチャパター
ンと位置を合わせて、ウエハ裏面に基板開口用のパター
ンを形成する。その後、ＲＩＥを用いてＳｉＮ膜５３に
基板開口用パターン６０を形成する。

【００４６】次いで、図４（ｅ）に示すように、ＳｉＮ
膜５３をマスクにして、ＫＯＨ異方性エッチングによっ
て、Ｓｉ（１００）基板５１の異方性ウエットエッチン
グを行い、基板裏面に（１１１）面６１が露出したテー
パ形状の開口部分６２を形成する。ここで、ＫＯＨ水溶
液の濃度を３０重量％、温度を９０℃とした場合、シリ
コンの（１００）面を、２．２μｍ／分のレートでエッ
チングすることができる。このとき、第１の実施例と同
様に、基板の上表面はエッチング液が回り込まないよう
に保護する。また、Ｗ膜５８の下のＳｉＯ₂ 膜５２は、
ＫＯＨエッチングのストップ層として用いられ、このス
トップ層に達した時点でエッチングを終了する。

【００４７】その後は第１の実施例と同様にして、フッ
化アンモニウム溶液でアパーチャパターンの開口部分の
Ｗ膜下地５２，５４を除去し、熱リン酸にてＳｉＮ膜３
２を除去する。

【００４８】このように本実施例によれば、電子ビーム
を遮断する薄膜として重金属薄膜を用いることによっ
て、アパーチャマスク製作プロセスを容易にして、しか
も優れた寸法精度の荷電粒子ビームの成形用開口部分を
持つ電子阻止能率の高いアパーチャ板を実現することが
できる。（第４の実施例）第２の実施例ではアパーチャマスク上
に配置する開口数を増やすために（１１０）Ｓｉ基板を
用いたが、ここでは他の開口数を増やすための別の例に
ついて、図５及び図６を用いて説明する。

【００４９】まず、図５（ａ）に示すように、面方位
（１００）のＳｉ結晶の基板２１の両表面にシリコン酸
化膜２２を１．５μｍ厚で成膜し、一方の主面上にＡｕ
メッキの下地として、Ｔｉ膜（１００ｎｍＡ）２４及び
Ｐｄ膜（５０ｎｍ）２５を順次成膜する。

【００５０】次いで、図５（ｂ）に示すように、第１の
実施例と同様にして、メッキ下地の上に電子線用レジス
トＰＭＭＡ２６を塗布形成し、アパーチャパターンを描
画する。描画後、酢酸イソペンチルを用い照射量に応じ
て１分間〜３分間現像し、イソプロピルアルコールでリ
ンスして鋳型２７を形成する。そして、図５（ｃ）に示
すように、第１の実施例と同様にして、Ａｕ薄膜２８を
電解メッキによって鋳型２７内部の導電膜２５上に成膜
する。このとき、アパーチャパターンの開口部分ができ
る。

【００５１】次いで、図５（ｄ）に示すように、基板２
１を薄くするため基板２１の裏面のラッピングを行う。
ラッピング後の基板２１の厚さは、アパーチャマスク上
に配置する開口数によって決定される。

【００５２】次いで、図６（ａ）に示すように、基板２
１の裏面にＫＯＨエッチングのためのマスク材として、
カーボン膜（Ｃ）６３を形成する。このとき、スパッタ
・Ｃ膜６３、或いはスパッタ・シリコン（Ｓｉ）膜の上
に連続してスパッタ・Ｃ膜６３を成膜したものを用い
る。この理由は、既に主表面に金属（Ａｕ）があるの
で、基板温度が７００〜８００℃に上昇するプロセス、
例えばＳｉＮのＬＰＣＶＤ等は使えないためである。

【００５３】スパッタ・Ｃ膜６３自体には、十分なＫＯ
Ｈエッチング耐性があるが、スパッタ時の基板表面の状
態、例えば汚れが酷いとエッチング中に、Ｃ膜６３が剥
離してしまう場合がある。スパッタ・Ｃ膜６３のＫＯＨ
エッチング時の密着性は、このような基板表面の汚れに
依存するため、そこに至るまでの製造工程で以下に示す
ような対策を施す必要がある。例えばスパッタ直前に、
基板２１表面をポリッシングした後、希フッ酸溶液に浸
す等の処理を行う、スパッタ直前までＳｉＯ₂等の保護
膜を付けておく等の方法が効果的である。

【００５４】また、別の方法として、Ｓｉ基板に対して
密着性の良い膜、例えばＳｉをまず成膜し、その上に連
続してＣを成膜するという方法がある。スパッタ直後の
Ｓｉは清浄であるので、Ｃ膜の密着力が大きくなる。ス
パッタ・Ｃ膜６３は、導電性の膜であるので最終的に剥
離する必要がないという利点がある。また、ＳｉＮ膜に
比べて膜応力も小さい。基板裏面にスパッタ・Ｓｉ膜を
１００ｎｍ厚で成膜した後、連続して（大気中に出さな
いで）スパッタ・Ｃ膜６３を１５０ｎｍ厚で成膜する。

【００５５】次いで、図６（ｂ）に示すように、レジス
ト２６を除去する。そして、基板２１の裏面にフォトレ
ジスト２９を塗布し、プリベークを行った後、両面露光
装置を用いて、主表面のＡｕのアパーチャパターンとの
位置を合わせて、ウエハ裏面に基板開口用のパターン３
０を形成する。その後、基板裏面のＣ膜６３をフォトレ
ジスト２９をマスクにしてＲＩＥ装置（エッチングガス
は、ＣＦ₄ ：Ｏ₂ ）を用いてエッチングする。

【００５６】次いで、図６（ｃ）に示すように、このＣ
膜６３をマスクにして、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶
液によって、Ｓｉ（１００）基板２１の異方性ウェット
エッチングを行い、基板裏面に（１１１）面３１が露出
したテーパ形状の開口部分を形成する。ＫＯＨ水溶液の
濃度を３０重量％、温度を９０℃とした場合、シリコン
の（１００）面を、２．２μｍ／分のレートでエッチン
グすることができる。このとき、第１の実施例と同様
に、基板の上表面はエッチング液が回り込まないように
保護する。また、メッキ下地の下のＳｉＯ₂ 膜２３はＫ
ＯＨエッチングのストップ層として用いられ、ストップ
層に達した時点でＫＯＨエッチングが終了する。

【００５７】その後は、第１の実施例と同様に、硫酸と
過酸化水素の混合液でアパーチャパターンの開口部分の
メッキ下地２４，２５を除去し、さらにフッ化アンモニ
ウム溶液によってＳｉＯ₂ 膜２３を除去する。

【００５８】このように本実施例によれば、電子ビーム
を遮断する薄膜として重金属薄膜を用いることによっ
て、アパーチャマスクの製作プロセスを容易にして、し
かも優れた寸法精度の荷電粒子ビームの成形用開口部分
を持つ電子阻止能率の高いアパーチャマスクを実現する
ことができる。また、ラッピングにより基板を薄く削っ
ているので、アパーチャマスクに設けるアパーチャ数を
多くすることができる。さらに、上記の基板ラッピング
の後にカーボン膜を形成することにより、Ｓｉ基板を薄
く削った後のＫＯＨ溶液耐性膜が容易に得られる利点も
ある。（第５の実施例）図７は、本発明の第５の実施例に係わ
るアパーチャマスクの製造工程を示す断面図である。こ
の実施例は、Ｓｉ基板上に大量に一括で作られたアパー
チャマスクが破壊されるようなことなしに、容易に１個
１個に切断できるようにしたものである。

【００５９】図７（ａ）〜（ｃ）に示す工程までは、図
２（ａ）〜（ｃ）に示す工程と同様であり、この工程の
後に、図７（ｄ）に示すように、基板２１の裏面にフォ
トレジスト２９を塗布し、プリベークを行った後、両面
露光装置を用いて、主表面のＡｕのアパーチャパターン
との位置を合わせて、ウエハ裏面に基板開口用のパター
ン４０を形成する。この際に、ダイシング用のラインパ
ターン７０を電子線描画装置に搭載されるアパーチャマ
スクの大きさに合せて形成しておく。このとき、ダイシ
ング用のライン７０の方向をＳｉ結晶のへき開の方向に
一致させておくと、ダイシングがより容易になる。

【００６０】また、基板の厚さがＤの場合、エッチング
用マスクの上に２^1/2 ・Ｄ未満の太さのラインをパター
ニングしておくとよい。次いで、基板裏面のＳｉＮ膜２
２を上記フォトレジスト２９をマスクにしてＲＩＥ装置
（エッチングガスは、ＣＦ₄：Ｏ₂ ）を用いてエッチン
グする。

【００６１】次いで、図７（ｅ）に示すように、ＳｉＮ
膜２２をマスクにして、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶
液によって、Ｓｉ（１１０）基板２１の異方性ウェット
エッチングを行い、基板裏面に（１１１）面３１が露出
したテーパ形状の開口部分とダイシング用のＶ溝７１を
形成する。ＫＯＨ水溶液の濃度を３０重量％、温度を９
０℃とした場合、シリコンの（１００）面を、２．２μ
ｍ／分のレートでエッチングすることができる。

【００６２】このとき、第１の実施例と同様に、基板の
上表面はエッチング液が回り込まないように保護する。
また、メッキ下地の下のＳｉＯ₂ 膜３３はＫＯＨエッチ
ングのストップ層として用いられ、このストップ層に達
した時点でＫＯＨエッチングが終了する。この際、ダイ
シング用のＶ溝７１はＳｉＮ膜２２によって一定形状ま
でエッチングされた後は変化しないで止まっている。

【００６３】その後は、第１の実施例と同様に、硫酸と
過酸化水素の混合液でアパーチャパターンの開口部分の
メッキ下地２４，２５を除去し、さらに、フッ化アンモ
ニウム溶液によってＳｉＯ₂ 膜２３を、熱リン酸にてＳ
ｉＮ膜２２を除去する。

【００６４】このように本実施例によれば、電子ビーム
を遮断する薄膜として重金属薄膜を用いることによっ
て、アパーチャマスク製作プロセスを容易にして、しか
も優れた寸法精度の荷電粒子ビームの成形用開口部分を
持つ電子阻止能率の高いアパーチャマスクを実現するこ
とができる。さらに、Ｓｉ基板のアパーチャマスク毎に
予め切断用のＶ溝が設けられているため、ダイヤモンド
ペン等を使った切断線の書き込みが必要なく、極めて容
易にアパーチャマスクの切り出しができる。（第６の実施例）図１に示したようなアパーチャマスク
１０においては、薄膜部８で吸収された電子ビームは熱
に変換され温度上昇を引き起こす。この温度上昇はアパ
ーチャマスク１０の機械的な変形を誘発し、試料面上に
縮小投影されたビームの形状寸法を劣化させる。従っ
て、電子ビームの吸収によって引き起こされる発熱はで
きる限り抑えられなければならない。このためにはアパ
ーチャマスク１０の薄膜部８から効率よく熱を吸収し、
アパーチャマスク自体の温度上昇をできる限り抑えるこ
とが必要になる。

【００６５】図８は、上述した問題を解決した本発明の
第６の実施例に係わるアパーチャマスクの構造を示す斜
視図である。なお、図１に示したアパーチャマスクと同
一の箇所には同一の番号を付けて、異なる部分について
詳しく説明を行う。

【００６６】アパーチャマスク８０上に、キャラクタ・
プロジェクション用開口Ｃと、成形偏向用開口Ｂとが設
けられている。これらの開口はいずれもこれらに照射さ
れる電子ビームよりも僅かに大きな面積を持つ第１の重
金属薄膜５の中央に形成されている。これによって電子
ビームの阻止を確実にし、かつ電子ビーム照射による温
度上昇で起こる薄膜部の熱変形を最小に抑えるためにで
きる限り小さく抑えられている。

【００６７】重金属薄膜５の周辺にはこれを取り囲むよ
うに第２の重金属薄膜８１が設けられている。この薄膜
８１は外部の吸熱体（図示せず）と接続される。第１の
重金属薄膜５と第２の重金属薄膜８１との間は同一の金
属でブリッジ８２が架けられている。これによって、重
金属薄膜５で発生した熱をブリッジ８２を介して重金属
薄膜８１に効率良く伝達し、ビーム遮断阻止用の重金属
薄膜５での温度上昇を抑えることができる。

【００６８】以下に、本実施例によるアパーチャマスク
の製造方法を、前記図２を流用して説明する。まず、図
２（ａ）に示すように、第１の実施例と同様にして、面
方位（１１０）のＳｉ結晶の基板２１の主表面にシリコ
ン酸化膜２３を１．５μｍ厚で成膜し、基板裏面にシリ
コン窒化膜２２を１５０ｎｍ成膜する。さらに、Ａｕメ
ッキの下地として、Ｔｉ膜（１００ｎｍ）２４，Ｐｄ膜
（５０ｎｍ）２５を順次成膜する。そして、メッキ下地
の上に、電子線用レジストＰＭＭＡ２６を５μｍ厚、ス
ピンコータを使用して塗布する。

【００６９】次いで、電子線直接描画装置（本実施例で
は、加速電圧４０ｋＶ）を用いて、アパーチャパターン
及びこれを取り囲むように第２の重金属薄膜８１とブリ
ッジ８２のパターンを描画する。本実施例のようにレジ
ストが厚い場合に、垂直なレジストプロファイルを得る
ためには、照射量を通常より増やし、かつそれに相応し
て現像時間を短くすればよい。本実施例では、第１の実
施例と同様に、レジスト・ヒーティングの影響が抑えら
れる２５μＣ／ｃｍ² を１回の照射量として、１２重〜
２０重の描画を行い、通常の照射量の３〜５倍にあたる
３００〜５００μＣ／ｃｍ² を照射した。描画後、酢酸
イソペンチルを用い照射量に応じて１分間〜３分間現像
し、イソプロピルアルコールでリンスして鋳型２７を形
成する。

【００７０】これ以降は、図２（ｃ）〜（ｅ）に示すよ
うに、第１の実施例と同様にして、鋳型２７内部の導電
膜２５上にＡｕ薄膜２８を成膜したのち、レジスト２６
を除去し、Ａｕ薄膜２８にアパーチャパターンの開口部
分を形成する。さらに、基板の裏面にフォトレジスト２
９を塗布し、ウエハ裏面に基板開口用のパターン３０を
形成したのち、フォトレジスト２９をマスクにしてＳｉ
Ｎ膜２２を選択エッチングする。続いて、ＳｉＮ膜２２
をマスクにして、Ｓｉ（１１０）基板２１の異方性ウェ
ットエッチングを行い、基板裏面に（１１１）面３１が
露出したテーパ形状の開口部分を形成する。その後、硫
酸と過酸化水素の混合液でアパーチャパターンの開口部
分のメッキ下地２４，２５を除去し、さらに、フッ化ア
ンモニウム溶液によってＳｉＯ₂ 膜２３を、熱リン酸に
てＳｉＮ膜２２を除去することにより、図８に示す構造
が完成する。

【００７１】このように本実施例によれば、電子ビーム
を遮断する薄膜として重金属薄膜を用いることによっ
て、アパーチャマスク製作プロセスを容易にして、しか
も優れた寸法精度の荷電粒子ビームの成形用開口部分を
持つ電子阻止能率の高いアパーチャマスクを実現するこ
とができる。これに加え本実施例では次のような効果が
得られる。

【００７２】アパーチャマスク上のキャラクタ・プロジ
ェクション用開口Ｃと、成形偏向用開口Ｂとの重金属薄
膜５の周辺にはこれを取り囲むように重金属薄膜８１を
設けている。この薄膜８１は外部の吸熱体（図示せず）
と接続し、薄膜５と薄膜８１との間は同一の金属でブリ
ッジ８２を架けているため、これによって薄膜５で発生
した熱をブリッジ８２を介して薄膜８１に効率良く伝達
し、薄膜５での温度上昇を抑えることができる。この結
果、温度上昇に伴うアパーチャマスクの機械的な変形が
抑えられ、試料面上に縮小投影されたビームの形状寸法
の劣化を最小限に止めることができる。

【００７３】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。実施例では、電子ビー
ム描画装置用のアパーチャマスクとして説明したが、こ
れに限らず本発明はイオンビーム描画装置用のアパーチ
ャマスクにも同様に適用することができる。また、重金
属薄膜の材料や膜厚等の条件は、仕様に応じて適宜変更
可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、荷
電粒子ビームを遮断する薄膜として重金属薄膜を用いる
ことによって、アパーチャマスクの製作プロセスを容易
にして、しかも優れた寸法精度の荷電粒子ビームの成形
用開口部分を持つ電子阻止能率の高いアパーチャマスク
を実現することができる。この結果、これを用いて、精
度の高いビーム像が得られる荷電ビーム描画装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わるアパーチャマスクの構造
を示す断面図と斜視図。

【図２】第１の実施例に係わるアパーチャマスクの製造
工程を示す断面図。

【図３】第２の実施例に係わるアパーチャマスクの製造
工程を示す断面図。

【図４】第３の実施例に係わるアパーチャマスクの製造
工程を示す断面図。

【図５】第４の実施例に係わるアパーチャマスクの製造
工程の前半を示す断面図。

【図６】第４の実施例に係わるアパーチャマスクの製造
工程の後半を示す断面図。

【図７】第５の実施例に係わるアパーチャマスクの製造
工程を示す断面図。

【図８】第６の実施例に係わるアパーチャマスクの構造
を示す斜視図。

【図９】キャラクタプロジェクション方式を説明するた
めの模式図。

【符号の説明】

１…基板部５…重金属薄膜８…薄膜部１０…アパーチャ
マスク２１，４１，５１…Ｓｉ基板２２，５３…シリ
コン窒化膜２３，５２…シリコン酸化膜２４…Ｔｉ膜２５…Ｐｄ膜２６，５６…電子
線レジスト２７，５７…鋳型２８…Ａｕ薄膜２９…フォトレジスト３０，６０…基板
開口用パターン５４…多結晶Ｓｉ膜５５…ＢＰＳＧ膜５８…Ｗ膜

フロントページの続き (72)発明者早坂伸夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者三好元介神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝堀川町工場内 (72)発明者杉原和佳神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャラクタ・プロジェクション方式の荷電
ビーム描画装置に用いられるものであり、複数種の所望
パターン形状の開口が形成され、荷電粒子ビームの選択
的な照射によりいずれかのパターン形状のビームを成形
するアパーチャマスクにおいて、荷電粒子ビームを成形するために使用するビームの遮断
阻止膜に重金属薄膜を用いたことを特徴とするアパーチ
ャマスク。
【請求項２】キャラクタ・プロジェクション方式の荷電
ビーム描画装置に用いられるアパーチャマスクの製造方
法において、シリコン基板の一主面上にバッファ膜を形成する工程
と、前記バッファ膜上に導電膜を形成する工程と、前記
導電膜上に重金属薄膜を選択的に成長させるための鋳型
を作る工程と、前記鋳型内に所望の厚さだけ重金属薄膜
を成長させる工程と、前記鋳型を除去する工程と、前記
重金属薄膜の裏面側を該薄膜に設けられた開口が貫通す
るように除去する工程とを含むことを特徴とするアパー
チャマスクの製造方法。