JP2854601B2 - 棒状光学コラム並びに関連するアレイワンド及び荷電粒子源 - Google Patents

棒状光学コラム並びに関連するアレイワンド及び荷電粒子源

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JP2854601B2 JP1105704A JP10570489A JP2854601B2 JP 2854601 B2 JP2854601 B2 JP 2854601B2 JP 1105704 A JP1105704 A JP 1105704A JP 10570489 A JP10570489 A JP 10570489A JP 2854601 B2 JP2854601 B2 JP 2854601B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、荷電粒子ビームの使用によるターゲット上
の種々のパターンの露出に関するものである。本発明
は、電子デバイスに使用される基板のマイクロリソグラ
フィー、リソグラフィー印刷、選択的イオン打込み、選
択的材料デポジション、又は選択的放射線損傷（radiat
ion damage）に使用するのに適している。
（従来技術） 集積回路の製作には、基板上に正確、精密なパターン
の描画が要求される。これらのパターンは、ドーピング
や内部結線に対する領域を限定する。リソグラフィー
は、パターンが反応性ポリマーフィルム（レジスト）に
転写され、このパターンの転写がエッチングのような方
法を通して下にある基板に転写されるプロセスである。
リソグラフィー法には数種類の形式がある。すなわち、
短波長ホトリソグラフィー、Ｘ線リソグラフィー、電子
ビームリソグラフィー、及びイオンビームリソグラフィ
ーがこれである。本発明の第１の適用は、電子及びイオ
ンビームリソグラフィーに対してである。
（発明が解決しようとする課題） 電子ビームリソグラフィーは、サブミクロンのパター
ンを形成することができ、非常に正確であり、かつ欠陥
密度が低い（low defect density）。現行の電子ビーム
法の重要課題は、スループット密度（throughput densi
ty）が低いことと高価なことである。イオンビーム法
は、イオンがレジストを通過するときに電子ほど散乱し
ないので、解像度（resolution）が改善されるという利
点がある。イオンビーム法の主要な不利益点は強電流を
伴った安定な線源の欠如に加えて、システムの速度が遅
いということである。
従来のリソグラフィー システムに存在する課題は、
正確さ、速度及び所要の資本投資額を含む。
したがって、電子及びイオンビームリソグラフィーに
使用するために、高解像度と迅速かつ正確なアラインメ
ント（alignment）能を有するアセンブリを提供するこ
とが本発明の一つの目的である。
電子又はイオンビームを偏向させる表面マウント導電
体使用のためのイオン又は電子ビーム偏向ワンド（wan
d）アセンブリを提供することもさらに一つの目的であ
る。
本発明のさらに他の一つの目的は、モノリシックなイ
オン源を提供することである。
（課題を解決するための手段） 一つの態様において、本発明は基板に所望のパターン
を描画するために、単一又は複合した（multiple）荷電
粒子のビームを選択的かつ正確に整形し（shaping）又
は偏向させることができる荷電粒子ビームの整形及び制
御に適用するためのアレイワンド（array wand）であ
る。このワンドは好ましくは、粒子の平行ビームの形成
に役立つ、エッチングされた１個又はそれ以上の貫通空
洞を有する半導体材料からなるモノリシックブロックの
形をとる。アレイワンドは、数種類の随意的な特徴を用
いることができ、その一つは荷電粒子ビームを精密に集
束させるために静電電極を有するアインセル（Einsel）
レンズ構造である。アインセル レンズは、モノリシッ
ク基板上に、荷電粒子ビームに対して、レンズ、開口部
（aperture）、及びビームライトとして同時に作用する
順次に連接した層を含む。この型の構造の利点は、小さ
く集束されたビームを形成する能力と結びついた精密度
を伴って、大量に製造できるという能力である。このア
レイワンドの重要な適用は、種々の回路基板の上に回路
パターンを描画するために荷電粒子の小さな精密ビーム
が用いられるマイクロリソグラフィーへの適用において
である。
本発明はまた、新規なモノリシックイオン源を提供す
る。このイオン源は、アレイワンドから離れて形成する
ことができ、又は一態様においては、モノリシック形の
アレイワンドと結合して形成することができる。イオン
源は棒状光学コラム（wand optics culumn）における利
用から離れてイオン源としても有用である。
さらに他の態様において、本発明は、電荷のリボン
（平らな帯状の荷電粒子流）を作るための荷電粒子（イ
オン又は電子）源と、帯状荷電粒子流のｘ、ｙ、θオリ
エンテイションを調整するためのプロポジションニング
偏向器（prepositioning deflector）と、アレイワンド
と、アレイワンドから出るビームのアレイのためのポジ
ションニング偏向器（ｘ、ｙ、θ）と、ターゲット基板
と、ターゲット用の関連したステッピング テーブルと
を含む全体的な棒状光学コラムとして見ることもでき
る。
（発明の作用及び効果） 本発明は、その新規な構成と作用とによって、従前の
リソグラフィー システムに存在する諸課題を解決し、
正確性、迅速性、資本投資額の低減の達成を図ることに
成功した。
（実施例） 本発明は、添付図面を参照して以下にいっそう完全に
記載され、その中には本発明の好ましい実施態様も示さ
れるが、以下の記載の冒頭において、当業者ならば、こ
こに記載された発明の態様を変更し、さらに好ましい結
果を得ることが可能であることを理解すべきである。し
たがって、以下の記載は当業者に向けられた広い教示的
な開示であって、本発明を限定するものではないことを
理解すべきである。
第１図には、本発明による棒状光学コラム20の略図を
示す。棒状光学コラム20は、平らな帯状の荷電粒子流を
供給する電子又はイオン源の形での荷電粒子源22を含
む。同リボンは、第１図に方向が示されているように、
加速制御手段24を通して下向きに射出される。帯状の荷
電粒子流は、基本的には、それぞれに平行された荷電粒
子のビームのラインの形をなす。他の幾何学的配置もま
た実施される。加速制御手段の下流には、プリポジショ
ニング偏向器28があり、これは帯状の荷電粒子流のｘ、
ｙ、θのオリエテーションを調整する役をする荷電板の
形をとる。ポジショニング偏向器28は、ステッピング
ステージ（stepping stage）又はピエゾ電子ポジション
ニング手段によって制御される機械的支持部材に取り付
けられている。プレポジションニング偏向器28によりプ
レポジショニングされ整形されて入射する帯状の荷電粒
子流は次にアレイワンド アセンブリ30に入射するが、
同アセンブリは、ここに図示された態様においては、ア
レイワンド32、ゲッタリグ開口部（gettering apertur
e）34、冷却背板36、スペーサ38を含み、これらはすべ
て支持ブロック40によって支持されている。支持ブロッ
ク40は、好ましくはｘ、ｙ、θの機械的制御手段を含
む。アレイワンドの詳細な記載と関連して本明細書中で
後述するように、入射する帯状の荷電粒子流は、ターゲ
ット基板44上に所望のパターンを描く目的で精密にアラ
インされた平行ビームのアレイを提供するためにアレイ
ワンド アセンブリ30によって作用される。アレイワン
ド アセンブリ30から出るビームのアレイは、ある場合
には直接にターゲット基板44に進むこともある。しか
し、第１図に示された態様においては、ターゲット基板
に入射するビームのアレイをさらに制御し整形する目的
で、ｘ、ｙ、θポジショニング偏向器とｘ走査偏向器と
からなるアセンブリ46がアレイワンド アセンブリ30と
ターゲット基板44との間に位置している。二次電子に対
する１対のデテクタ48,50がアセンブリ46とターゲット
基板44との間に位置している。ターゲット基板44は、ス
テッピング テーブルによって支持されているが、同テ
ーブルは技術上知られた方法で描画作業中に基板を要求
に応じてｘ又はｙ方向にステップさせるようになってい
る。
本発明実施の好ましい方法に従えば、棒状光学コラム
20のすべての部品は、第１図に示したように、真空系中
に収容されていることが認識されるであろう。また、ア
センブリ28、46は技術上知られた偏向器システムに類似
した構造とすることができるとともに認識されるであろ
う。さらに、プレポジションニング偏向器は、源泉出力
の変動に何ら問題のない場合には不必要である。最後
に、本システムは、ポジショニング偏向器によるか、タ
ーゲットが取り付けられたステージを動かすか、又は双
方によるかを訪わず、アレイワンド及び発射ビームに対
してターゲットを移動させる何らかの手段を含まなけれ
ばならない。
第２図を参照して、記載をアレイワンドの解説に向け
よう。第２図は本発明のアレイワンドの基本的概念を示
す断面図である。符号60はアレイワンドの一部であり、
ブロッキング層62と偏向体層64とを含む、ブロッキング
層62は、使用されている入射荷電粒子（例えばイオン又
は電子）を効果的にブロックする材料から形成されてい
る。以下に詳細に説明するように、ブロッキング層は特
定のシステムに対して所望の結果が得られるように、任
意の数の材料から作られる。ブロッキング層62の下流表
面は、導電性材料から形成された偏向体層64と接合され
ている。偏向体層は好ましくはブロッキング層にデポジ
ットさせる。さらに、アレイワンドは、以下に詳細に説
明する技術によってブロッキング層62及び偏向体層64を
通してエッチングされた開口部（opening or apertur
e）66を含む。簡単に言えば、アレイワンドのブロッキ
ング層は入射する荷電粒子をブロックする役をもち、他
方開口部66は、各開口部において平行にビームを形成す
るために荷電粒子を通過させる役をもつ。
作用において、開口部66を通過した平行ビームは、ビ
ーム68で示されるように妨げられることなく、下方にタ
ーゲット基板44に向けられるか、又は偏向体層64に荷電
する（電荷を加える）ことによってビーム70のパスに沿
ってゲッタリング開口部34に向って偏向される。
アレイワンドの製作、構造及び作用のさらに詳細な説
明は、第3A−3D図と関連して行う。
第3A図について、アレイワンドは、ブロッキング層80
の役をする基板材料のモノリシックブロックからなる。
ブロッキング層として用いるのに適切な材料としては、
モリブデン（Mo）、タングステン（Ｗ）、シリコン（好
ましい選択）、及び二酸化シリコンを含む。ブロッキン
グ層の厚さを増すと、構造を製作するのに必要な時間は
消費するが、ビームの平行化は改善される。
第3B図は、絶縁膜82、84がブロッキング層の各側にデ
ポジットされた又は成長した後のブロッキング層80を示
す。膜82、84は絶縁物（例えばSiO2）である。膜84は多
くの場合に随意的（optional）であるが、ブロッキング
材料のおのおのの側にある同様な膜のひずみは相殺する
傾向があるので、ひずみの制御に対して望ましいともい
える。膜82はもしブロッキング層80に対して絶縁材料
（例えばSiO2）が選ばれれば必要ではないが、もしブロ
ッキング層が導電体であり、かつ多くの場合にドーピン
グされた半導体であるとすれば膜82は必要である。
第3C図は開口部86がパターニングされエッチングされ
た後の構造を示す。始めに表面がリソグラフィック材料
で被覆され、利用できる技術を用いてパターニングされ
る。開口部はついで反応性イオンエッチング（RIE）法
を用いてエッチングされる。エッチング方法は層のおの
おのに対して利用できる。各層はその層に最も適した方
法を用いてエッチングされる。（例えばブロッキング層
80はシリコンであり、層82、84はSiO2である。）残留し
たリソグラフィック材料は当業者には同様に知られてい
るRIE及び／又は化学的ストリッピング法を用いて除去
される。レストリクタ（restrictor）88（第3C図に点線
で示す）は、開口部直径、ひいては粒子ビームの直径を
減らすために随意的に形成される。レストリクタの目的
は、ビームに対して実質的により大きな平行性を得るこ
とで、これに伴なう全開口部86の開口寸法を減らす必要
性に基づく。レストリクタ形成の方法の２例は次のとお
りである。
レストリクタ形成のための第１の方法はCVD（ケミカ
ル ベーパ デポジション）とRIE法である。この方法
によると、CVD材料（例えばSiO2）の薄膜が、ブロッキ
ング層80上と同時に開口部86にデポジットされる（反応
例:900℃,5 TorrにおいてSiH2Cl2＋N2O）。次いで開口
部にレストリクティング（restricting）CVD材料の側壁
を残すために、当業者に知られている技術を用いて、異
方性的に（anisotropically）に反射性イオンエッチン
グ（RIE）が施される。最終の開口部直径はレストリク
タの最終厚みによって決定される。レストリクタは所望
ならばバックサイドメタル（backside metal）に露出す
るための両側からエッチングされる。（後述） レストリクタを形成するための第２の方法は、「側壁
成長」（sidewall growth）である。この方法によれ
ば、開口部壁の容積を増す科学的プロセスが起らなけれ
ばならない。一例としては、SiO2を形成するために、シ
リコンのブロッキング層を用い、酸化プロセスを行わせ
ることができる（例：大気圧において蒸気中1000℃）酸
化プロセスの継続期間がレストリクタの壁厚を決定す
る。酸化側壁成長によって形成されるこの例において
は、開口部以外の領域に付加的なSiO2が形成されるのを
防ぐために、リソグラフィー工程の前にCVD窒化シリコ
ン膜をデポジットさせることができるであろう。
第3D図は、随意的なリストリクタを有する最終のアレ
イワンド構造を示す。側壁形成についで、「リフトオ
フ」（lift off）構造を創成するために、技術上知られ
た様式でリソグラフィックプロセスが行なわれる。膜82
の表面をリソグラフィック材料で被覆し、これに続くプ
ロセッションについで、使用できる技術（真空中におけ
蒸着のような）を用いて、導電体90がリソグラフィック
材料中の開口部間及び同材料の上にデポジットされる。
続いてリソグラフィツク材料は、各開口部から左右に走
る導電体ラインだけを残して、同材料上の導電体といっ
しょに除去される。導電体は層82に対する付着性がよく
かつ導電性のよい例えばアルミニウム、チタン、シリサ
イド、及びタングステンのような材料からなるであろ
う。これらのラインは、アレイワンドの開口部から発せ
られるビームのそれぞれの制御を可能にする。左のライ
ンと右のラインとの間に電圧を印加することによって、
開口部を通り導電体ライン間を通過する荷電粒子を偏向
させるために使用できる電場が開口部を横切って形成さ
れる。この能力は、本発明のこの態様の一つの重要な特
徴である。この構造は、多くのビームを同時にかつ独立
して整形し、制御することを可能にする。アレイライン
（arrey line）の端部の形はある適用に対しては重要で
あるので、開口部サイト（aperture site）はリソグラ
フィック材料の厚さより小さいことが望ましい。上記の
とおり、第3B図は、電場の制御を助けかつ導電体ライン
90に対する保護を提供することができる随意的の誘電体
コーティング84を示す。
随意的の背後側導電体92は、誘電体コーティング84と
同様にアレイワンドに含めることができるが、偏向のた
めに使用するのでなければ、開口部に孔を設けるだけで
よい。
符号94で示した導電体の薄膜は随意的であり、もし荷
電可能なレストリクタが使用され、かつその荷電からの
偏向が適用に対して重要であればデポジットさせること
ができる。薄膜導電体層94は、導電体層92から開口部に
かけて導電性の面を設けるために、使用できる技術（す
なわち、蒸着又はスパッター）を用いてデポジットさせ
ることができる。この膜94は、デポジットが図面で示さ
れるより厚ければ、レストリクタとしても使用すること
ができる。符号96、98はそれぞれ金属膜90、92を貫通す
る孔を示す。
随意的な背後側支持部材は符号100で示されている。
多くの適用に対して、このような背後側支持部材は、最
終のワンドの取り扱い、支持及び入射する粒子ビームに
よって生成される熱の除去を助けるために望ましい。第
3D図は、プロセッシング後にワンドの背後部に取り付け
られた背後側支持部100を示す。シリコンブロッキング
層80と結合したアレイワンドは、背後側支持部材100と
ブロッキング層との両者を同一材料でできた同じピース
により形成することができ、このような場合には膜90、
92は支持部材100と層80との間にはなくて、支持部材100
の外側表面上に設けられるのであろう。符号102は背後
側支持部材100の孔（opening slot）を示す。
符号104は随意的な絶縁体層を示す。
シリコン結晶基板から製作されたこの型の構造の変形
が第４図に示されている。この態様においては、ブロッ
キング層80と背後側支持部材100が一個の基板として始
まり、ブロッキング層80は好ましくは濃い1020+ボロン
ドーピングによって形成される。化学的選択エッチング
は背後側から行われ、高ボロン層80に達するとエッチン
グは著しく遅くなる。これは技術上知られているシリコ
ンに対するエチレンジアミンピロカテコール プラス
ピラジン エツチ（ethylene diamine pyrocatechol pl
us pirazine etch）によることができる。他のプロセッ
シングは第3A−3D図の前記例のそれと類似である。
基板に対して単結晶シリコンのような半導体材料の使
用は、プロセッシングの文献や設備で利用できるものが
多いので、プロセッシングの適応性が広い。また、これ
は制御電気回路を直接にアレイワンドの周辺部に置くこ
とができるという可能性を提供する。
第5A−5I図には、アインセル レンズを有するアレイ
ワンドの製作段階を示す。第5A図において、ブロッキン
グ層又は基板110が選ばれ、窒化ボロンウエハを使って
蒸気雰囲気炉中でおよそ900℃の温度でボロンドーピン
グされる。ボロンは焼きなまされ、又は符号112で示す
ように役２μｍの所望の深さまでドライブ（drive）さ
れる。シリコン基板の残りの部分114はポリシリコンで
ある。シリコンウエハ中におけるボロンの濃度は、好ま
しくは約1021である。好ましくは、焼きなましプロセス
はO2及びAr雰囲気中でおよそ1000℃の温度で起こるであ
ろう。
次の段階は、第5B図に示すように、基板の前及び背後
の両側における絶縁体層116a及び116b（好ましくは二酸
化シリコン）の成長である。絶縁体層は深さ約0.2μｍ
である。絶縁体層はついでH2O＋O2雰囲気中でおよそ100
0℃の温度で酸化される。
第5C及び第5D図について、基板はコンタクトプリティ
ング（contact printing）のような当業者に知られた利
用できるホトリソグラフィー技術を用いてパターニング
される。ホトレジスト層118が基板の背後側の二酸化シ
リコン上に置かれる。ホトレジストと二酸化シリコンは
緩衝酸化物エッチング剤（buffered oxide etchant）
（BOE）でウエットエッチングされ、ホトレジストはス
トリップされる。
第5E図において、ピラジンを含むエチレンジアミンピ
ロカテコール（EDPH）エツチングによって、シリコンは
エッチングされる。エッチングは濃くボロンドーピング
された材料112において緩慢になるであろう。上部のSiO
2層116aにおいて緩慢になり、濃くボロンドーピングさ
れた層の必要性を排除する他のエッチング方法も許容さ
れる。背後側の誘電体120は、この時点で、既知のスパ
ッター、CVD、PECVD又は蒸着技術を用いてレンズに配置
することができる。
第5F図に示した段階において、Ｎ＋ポリシリコン、又
はTiSi2のような他の適当な導電体の層122が、スパッタ
ーCVD、PECVD、又は蒸着技術を用いて、基板の前側にデ
ポジットされる。
第5G図について、二酸化シリコン又は他の適当な絶縁
体の絶縁体層124が、導電層122について使用したのど同
じ技術を用いて前側にデポジットされる。
第5H図において、導電層122と絶縁層124との交互の層
をデポジットした結果が見られる。（前述のように、導
電性又は絶縁性材料ならば使用できるが、代表的には導
電層に対してＮ＋ポリシリコンが用いられる。）必要条
件ではないが、アインセル レンズの極は、モノリシッ
ク構造のバックリング（buckling）を防ぐために、基板
の両側に位置することが望ましい。また、アインセル
レンズの多層構造は、モノリシック構造に構造的一体性
を付加し、かつデバイスのイオンブロッキング効果を増
加する。
第5H図はこの段階においてデポジットすることができ
る偏向用の頂部導電体126を示す。
第5I図について、デバイスの前側は、この場合には小
さな円であるが、ビームライン128を形成するためにパ
ターニングされる。また、パターンはビームラインから
ある距離にその後の電気的接続のための領域をあけてお
かねばならない。交互に異方性反応性イオンエッチング
技術を用いて、基板を前側から貫通するように、ビーム
ライン128がすべての層を通してエッチングされる。最
後に、残ったホトレジストがスリップされ、露出した各
ポリシリコン層がアインセル フォーカシングレンズを
形成するために所望の電力供給源に接続される。
第5A−5I図のレンズは、イオンビームの電流密度を大
きく増加し、これによりシステムの記入速度を増す。一
例として、直径２μｍの孔を有する開口部の場合、前記
アインセル レンズはビームを例えば0.1μｍの焦点に
集め、20分の１に縮小することができる。
上記のエッチングに対する好ましい濃度は次のとおり
である。
（１）エチレンジアミン ピロカテコール（EDPH）エッ
チング 物 質 濃 度 水 700 ミリリットル エチレンジアミン 2250 ミリリットル ピロカテコール 360 グラム ピラジン 13.3グラム 時間−−６時間 濃度−−80℃ （２）緩衝酸化物エッチング剤（BOE）エッチング 水中 40％NH4F 10部 水中 49％HF １部 （３）フッ化水素（HF） ディップ 水 50部 49％HF １部 （４）100−140℃におけるレジストのストリッピング H2SO4 10部 H2O2 １部 第６図について、４リング アインセル レンズと結
合したアレイワンドの断面が示されている。プロセッシ
ングは第5A−5I図との関連で説明したものと類似であ
る。第６図のワンドはモノリシック基板上にデポジット
されたつぎつぎの膜から構成されている。最初に、少量
でボロンでドーピングしたか、又はボロンでドーピング
しないシリコン基板が選ばれる。好ましくは、ボロン濃
度は１立方センチメートル（CC）当たり1014原子以下で
ある。次に、基板に二酸化シリコン層を形成するために
酸化される。好ましくは、酸化はおよそ1000℃の温度で
行われ、酸化物層は好ましくは0.5μｍの深さである。S
i3N4の層がウエハのプラズマCVD（plasma chemical vap
or deposition）を用いて基板の背後側にデポジットさ
れる。好ましくは、この層は約0.2μｍの厚さをもつ。
ウエハは次いで窒化ボロンウエハを用い、蒸気雰囲気炉
中でおよそ900℃の温度でボロンドーピングされる。次
いでボロンは焼きなまし、又はウエハ中に所望の深さま
でドライブされる。ボロンは好ましくは２μｍまでドラ
イブされる。これは好ましくは1000℃でO2雰囲気中で行
われる。第６図の構造は、荷電粒子のビームに対して、
レンズ、開口部及びビームラインとして同時に作用する
ことができる。
第７図は、棒状光学コラムのゲッタリング開口部、ポ
ジショニング偏向器、及びターゲットに関連して、第5A
−5I図及び第６図に示したワンドに類似のワンドの使用
を明確化の目的で、絵画的に図示したものである。
第８図について、パターン化された水素イオンを生成
するためのイオン源140が示されている。イオン源140
は、水素ガスに対するインプット ライン142、水素ガ
ス室144、パラジウム基板146、ブロッキング層148、及
び抽出電極150を含む。開口部152は層148及び150を貫通
してエッチングによって形成される。
イオン源の構造及びその作用のさらに詳細については
次のとおりである。水素はライン142を通してガス室144
に供給される。室144中のガスは、基板146の反対側の開
口部152中の圧力より高い圧力に保持される。一例とし
て、室144中の圧力は大気圧であるのに対し、基板146の
反対側の圧力はおよそ10-6Torrである。基板146は水素
を拡散させる中実の無気孔材料から形成されている。好
ましくは最適の移動度（optimum mobility）のための単
結晶形のパラジウムが、第８図に図示した態様に対して
選ばれる。ガス室144は、室中のガスが室144と基板146
との間の全界面を通してパラジウムに実質的に露出され
るように物理的にパラジウム基板と接合されている。ブ
ロッキング層148が基板146上にデポジットされる。ブロ
ッキング層148用の材料は、水素イオンの移動に対して
効果的な障壁となり、その結果基板146から出るイオン
が開口部152のみを通って出るように選ばれる。SiO2又
はSi3N4がブロッキング層148に対して選択される材料で
ある。抽出電極150は電源に接続され、高圧の電場が電
極を横切って形成されたときに、基板146から水素イオ
ンを引き出すべく、電圧が印加される。抽出電極150は
単層又は多層の適切な導電体から形成される。50nmのシ
リコン層と500nmのチタン層（又はＮ＋ポリシリコン）
から形成される２層電極が適当である。
作用において、水素ガスがガス室144に供給され、基
板146を通して開口部152へ拡散する。電圧が抽出電極15
0に印加され、基板から水素イオンを抽出し、これを開
口部152に向けるような電場が形成される。単原子水素
は、熱的エネルギーと低エネルギー電子の衝突によって
イオンとして基板146から取り出され、これらの陽子は
次いで電場によって基板表面から離れて加速される。第
８図に示した態様において、開口部152は帯状の荷電粒
子流を生成するスリットであるが、もちろん他の幾何学
的配置も採用できる。
第８図に示す態様においては、パラジウム基板の厚さ
はおよそ1.0mmであり、また単結晶パラジウム材料が好
ましいが、これは必須であるとは考えられない。ブロッ
キング層の厚さはおよそ3000nmであり、開口部152の幅
はおよそ２−３μｍである。およそ109ボルト／メート
ル又はより大きい電圧が第８図のイオン源から発出する
陽子の適当な加速に対して望ましいことが見出された。
ブロッキング層の厚さ3000nm（３μｍ）が与えられる
と、抽出電極150によって提供される電圧はおよそ3000
ボルトが望ましい。
図示しないが、ある適用に対しては、パラジウム基板
はパラジウムの薄膜を有する支持部材で置き換えること
ができる。
イオン源は、水素イオンのほかのイオンの生成及び加
速のために、他の材料から形成することができることが
認識されるであろう。
第９図は、モノリシック形のイオン源／アレイワンド
の結合体160を示す。モノリシック構造のイオン源部分
は、第８図に示したイオン源140に実質的に類似してい
る。上述のとおり、このイオン源は高エネルギー陽子の
帯状粒子流を提供する。結合構造は、抽出電極150上に
絶縁層164を成長又はデポジットさせ、かつ絶縁層上に
偏向電極166を成長又はデポジットさせることによって
形成される。かくして、イオン源140から発出する陽子
（又は他のイオン）は、概して矢印168で示すように偏
向体層166によって偏向され、又は矢印170で示すように
妨げられることなく通過することが許されるであろう。
第10図について、アレイワンド184と関連するイオン
源182を有する他のイオン源／アレイワンドの結合体180
が断面で示されている。イオン源182は、水素又はヘリ
ウムのようなガスが供給されるガス分配室186を備え
る。ガスは室186から、孔を有するスラブ（slab）188を
通過し、これによってイオン化室190中に分配される。
イオン化されたガスは、電気グリッド（electric gri
d）191によって加速され、例えば水素又はヘリウムのよ
うなイオン化されたガスを容易に通過させる材料からな
る基板192を通って拡散する。イオン化されたガスは、
基板192の透過性と、室190と基板192の反対側の高真空
部位194との間に保たれている高い圧力差によって、基
板192を通って拡散する。基板192はイオン化されたガス
を自由に通過させるが、イオン化されないガスの流れを
制止する。イオン源182によって発生されたイオン化さ
れたガスは、アレイワンド184のブロッキング層196に入
射する。アレイワンドは上記のように作用し、イオン化
されたガスの平行ビーム又は帯状粒子流は開口部198を
通過し、偏向体層200によって偏向されるか、又は妨げ
られずに通過する。
走査とアラインメントの例 アレイワンドは、荷電粒子源とターゲットの間の真空
系中に据え付けるように設計されている。第１図に示す
とおり、ワンドに入射し、又はワンドから出るビームに
対する随意的な開口部又は偏向システムは、簡単化され
たビーム プレアラインメント、アライメント、マス
（mass）／エネルギー選択、及び走査に対して有用であ
る、静電偏向体板のような偏向システムによる全体アレ
イの走査は、露出中における機械的ステージ運動の正確
さに対する必要性を減らすことができる。代表的には、
このシステムは数cm（より大きい又は小さいフィールド
も可能であるが）までの小さなターゲット フィールド
を走査するのに使われるであろう。
パターンの形成は、ピクセル（pixel）のパターンを
形成するために、ワンドを用いてそれぞれのビームを偏
向させ又は偏向させないで、一方向（ｘ）にビームのア
レイを走査することによって行うことができる。ビーム
アレイは、上記走査に対して一方向90゜（ｙ）に一つ
のピクセルごとにシフトされ、それから次のセットのピ
クセルが走査される。このシークエンスは、第１のパス
のピクセル列間の領域が所望のパターンをもってプリン
トされるまで繰り返えされる。例えば、ワンドの開口部
中心間の距離が３μｍであり、かつターゲットにおける
ビーム スポットサイト（beam spot site）が0.1μｍ
であれば、全パターンを描くのに、ｙ方向の10分の１μ
ｍシフト29回（29 tenth micrometer shifts）とともに
ｘ方向の30回の走査が必要とされる。この型の描画シス
テムの利点は、それがアラインメントに与える容易さで
あろう。例えば、走査電子顕微鏡において行われるよう
に、検出された二次電子のターゲット パターンのイメ
ージを創出するか、前もってパターニングされた構造的
ピクセル シークエンスの指定されたシリーズに従って
ビームを走査することによって、オフ ポジション（of
f position）へ偏向された一つのビームを除くほかの全
ビームを用いて、ワンドはアレイの断面を走査させるこ
とができる。結果としての二次電子信号は、偏向電圧の
所余の組み合せに対し走査されたビームのポジションを
示す情報を提供するであろう。それから走査されたビー
ムが適当なアラインメントであることを示す所望のアラ
インメント信号を出すまで繰り返してミスアラインメン
トを修正するためのに偏向電圧を変化させることができ
る。アレイワンドの各端部におけるビームは、ｘ、ｙ及
びθ座標にアライニングさせるため使用することができ
る。ワンド中の他のビームも同様に、必要によりアライ
ンメント信号を提供するために使用できるであろう。組
み付けられたレンズを有するワンドは、終局のスポット
の寸法を変化させるために使うことができる。また、ス
ポットの寸法は、ビームが既知の寸法と分離距離（sepa
ration distance）を有するピクセルを走査されるとき
に生じる二次電子信号からも決定することができ、かつ
繰り返し所望のように修正することができる。
複合ビームの使用による高い有効ビーム電流、迅速な
露出能力、高解像能力、超高速で正確なアラインメント
能力、自動化された組立て及び作用に対する優れた能
力、及び極めて単純なデータトランスファシステムの使
用を許す高度に平行的なデータインプットは、本発明を
非常に興味のある有用な設計概念たらしめるものであ
る。
以上において、本発明の一定の態様を説明したが、本
発明の真の精神と範囲から外れることなく変更ができる
ことが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の棒状光学コラムの略図、第２図は本発
明のアレイワンドの基本形の断面図、第3A−3D図は変更
態様のアレイワンドの製造段階を示す断面図、第４図は
シリコン結晶基板を用いて製作されたアレイワンドの断
面図、第5A−5I図はアインセル レンズを有するアレイ
ワンドの製作段階を示す断面図、第６図は４リング ア
インセル レンズを組み込んだアレイワンドの断面図、
第７図はゲッタリング開口部及びターゲット基板と作用
的に関連した第６図類似のアレイワンドの絵画図、第８
図は本発明によって構成されたモノリシックイオン源の
側面図、第９図はイオン源／アレイワンドの結合を形成
するためにアレイワンドにモノシリック様式に接合され
た第８図のイオン源の断面図、第10図はイオン源／アレ
イワンドの結合の他の形の断面図である。 符号の説明 20……棒状光学コラム、22（140、182）……荷電粒子源
（イオン源）、30……アレイワンド アッセンブリ、3
2、60、184……アレイワンド、44……ターゲット基板
（ターゲット）、62、80、110、148……ブロッキング
層、64、166、200……偏向体層、66、86、152、198……
開口部、68、70……荷電粒子ビーム、128……ビームラ
イン、144（186）……ガス室（ガス分配室）、146……
基板、150……抽出電極、P1……第１の圧力、P2……第
２の圧力。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−54855（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−3220（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−278725（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−248617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−237650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−42128（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−94741（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−36931（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−117387（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子又はイオンの電荷を供給するための荷
    電粒子源と、 同荷電粒子源の下流に位置し、入射する荷電粒子をブロ
    ックする材料で形成されたブロッキング層及び導電性材
    料で形成された偏向体層を含み、前記２層を貫通して少
    なくとも１個の開口部が入射荷電粒子のパスと実質的に
    平行なアラインメントにおいて形成されていて、その開
    口部がこれを通過する荷電粒子の平行ビームを提供する
    アレイワンドとを備えてなり、 前記偏向体は、荷電されたとき、前記開口部を通過する
    荷電粒子を整形し、制御し、また偏向させる役をするこ
    とを特徴とする 荷電粒子ビームの使用によりターゲット上にパターンを
    露出するための棒状光学コラム。
  2. 【請求項２】入射する荷電粒子をブロックする材料で形
    成されたブロッキング層と、導電性材料で形成された偏
    向体層と、 前記偏向体層に加えられる電荷を制御するための手段
    と、 入射する荷電粒子のパスと実質的に平行なアラインメン
    トにおいて前記２層を貫通して形成された少なくとも１
    個の開口部とを備えてなり、 前記開口部は、これを通過する荷電粒子の平行ビームを
    提供し、さらに、前記偏向体層によって偏向された荷電
    粒子を捕捉するとともに偏向されなかった粒子をターゲ
    ットに向けて通過させるための手段を含むものである ことを特徴とするアレイワンド。
  3. 【請求項３】イオン化され、イオン源によって加速され
    るガスを収容し、かつ同ガスを第１の圧力P1に保持する
    ための手段を有するガス室と、 同ガス室中のガスと連通する第１の面を有し、かつ前記
    ガスに対して透過性をもつ材料から形成された基板と 同基板の前記ガス室に対して反対側の第２の面上にあ
    り、かつ前記ガス又はイオンの流れをブロックする材料
    から形成されたブロッキング層と、 前記基板から離れた側の前記ブロッキング層の面上にあ
    り、かつそこに電位を供給する連係した手段を有する抽
    出電極と、 前記ブロッキング層と抽出電極とを貫通して形成され前
    記基板と連通する開口部と、 同開口部内の圧力をP1よりも小さい第２の圧力P2に保持
    する手段とを備えてなり、 前記ガス室からのガスは、P1とP2との圧力差によって前
    記基板を通過し、そのイオンが前記抽出電極によって前
    記基板の表面から加速されることにより、前記開口部を
    通ってそこから出てくるイオンの流れを形成することを
    特徴とするイオン源。
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