JP5641391B2 - 電極を有するマルチビーム・デフレクタアレー装置の製造方法、マルチビーム・デフレクタアレー装置、及び、照射リソグラフィシステム。 - Google Patents
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Description
この発明は、粒子線照射装置、特にＣＭＯＳウェハから始まる照射リソグラフィシステム用の複数の開口を有する、マルチビーム・デフレクタアレー装置の製造方法に関する。“ＣＭＯＳウェハ”なる語句は、ここでは第一側に接触層下の回路層及び保護層として作用するカバー層を有するシリコンウェハを表す。ＣＭＯＳ回路は、供給電圧又は作動中の能動素子（フリップフロップなど）により生じる電気的浮遊磁界がＣＭＯＳ層外の領域に対して遮蔽されるように、適切に配置される。
更に、本発明は、上記方法で製造される粒子線照射装置用のマルチビーム・デフレクタアレー装置に関する。
粒子線照射装置において、粒子線は照射システムにより生成され、かつ形成され、ターゲット表面上に照射されるビームパターンを画定するアパチュアアレーを有するパターン画定手段を照射する。この種の粒子線照射装置の一つの重要な用途は、ナノスケール装置の製造又は機能化に利用される、ダイレクトイオンビーム材料改良による、または電子ビームまたはイオンビーム誘発エッチングおよび／又は蒸着による、ナノスケールパターニング分野にある。別の重要な用途は、基板表面上に所望パターンを画定するため、基板、例えばシリコンウェハが放射線感知レジスト層で覆われるリソグラフィ装置として半導体技術で利用されるマスクレス粒子線リソグラフィの分野にある。前の照射段階により画定されるパターンに応じて、部分的除去によるポジティブレジストの場合、望ましい構造は、次に生成されるフォトレジスト上に照射される。生成されるレジストは、反応性エッチングなどの更なる構造化工程のためのマスクとして使用される。
粒子線照射装置は、米国特許Ｎｏ５，３６９，２８２に記載される。Ａｒａｉ他は、その中で、パターン画定手段の役割を果たすいわゆるブランキングアパチュアアレー（ＢＡＡ）を利用する電子線照射システムについて論じている。ＢＡＡは多くの列のアパチュア有し、アパチュア画像は、アパチュア列に直角方向の制御された連続運動で基板表面上を走査する。列は、アパチュアが走査方向に沿って見られるように、ジグザグ線を形成するように、インターレース方式で互いに配列される。このように、ジグザグ線は、それらが基板に対して移動し、これにより照射される基板全域を覆うので、その間にギャップを残すことなく基板表面の連続線を走査する。
出願人／代理人による米国特許Ｎｏ６，７６８，１２５Ｂ２は、順に積み重ねられた多くのプレート、特にアパチュアアレー手段（アパチュアプレート）及びデフレクタアレー手段（ブランキングプレート）を備えるパターン画定（ＰＤ）装置を利用するマルチビーム・マスクレスリソグラフィの概念、吹き替えＰＭＬ２（プロジェクションマスクレス・リソグラフィ＃２’には短い）を提示する。これらの分離したプレートは、例えばケースに保持され画定された距離で共に搭載される。２つ以上のプレート間の高精度の配列及び入射ビームの方向への優れた配列が要求される。
アパチュアプレートは、小ビームから構成されターゲット表面上へ照射されるビームパターンを画定するアパチュアアレーを備える。アパチュアプレートを使用して、小ビームの形状を形成する。アパチュアプレートの別の機能は、入射ビームにより与えられる熱負荷の大部分を吸収することである。ブランキングプレート上の対応するブランキング開口は前記アパチュアに関連する。これらのブランキング開口は小ビームの各々が小ビームを画定する各アパチュアに対応するブランキング開口を横断するように設置される。各ブランキング開口には、２つの偏向状態、即ち偏向手段が開口を通過する粒子がターゲットへの公称経路に沿って移動できる状態を取る第一状態（‘スイッチオン’）と、偏向手段が開口を通して搬送された粒子を前記経路から偏向させ、粒子がターゲットに到達しない第二状態（‘スイッチオフ’）との間のブランキング信号により制御することができる偏向手段を備える。
各偏向手段は、一組、基本的には一対のビームブランキング電極を備える。出願人／代理人の米国Ｎｏ７，２７６，７１４は、最新の電気メッキ技術を利用する垂直成長により、ブランキング開口の周りに電極を形成することを提案する。この文献は、電極の１つ、いわゆる接地電極を、ブランキングプレートを越えるのに十分な高さを有するように、そしてもう１つの電極、いわゆるブランキング電極を、より低い高さになるように形成することを提案する。これは、クロストークと他の望まない効果に対して、ブランキングアパチュアのより良い遮蔽を提案するために行われる。
従来技術：例えば前記ブランキング手段を製造する安価な方法は勿論のこと、クロストークに対するブランキングアパチュアの遮蔽、に記載されるように、パターン画定装置の使用にはいくつかの問題がある、特に直交成長を利用する電極の形成は、かなり複雑は工程である。更に、この種の電極は変形と応力に非常に敏感である。
更に、ブランキングプレートを越えるのに十分な高さを有する電極は、ブランキングプレート近辺で許容できる電界強度に限界を課す（これは、電力線に対する境界条件により生じる電極周りの浮遊磁界による）。これは、電極を備えるブランキングプレートの側部を利用して、負（拡散）および／または正（集束）静電レンズの静電位を画定する、特にブランキングプレートがグリッドレンズの一部として使用される（出願人/代理人による米国Ｎｏ５，８０１，３８３及び米国Ｎｏ６，３２６，６３２に記載の例に関して）場合、欠点を示す。
出願人／代理人の米国Ｎｏ２００８０２０３３１７Ａ１は、それらが設置されるプレートを越えて突出する電極により生じる問題を克服するための異なる解を開示する。ここでは、電極はブランキングプレート表面の１つ（正面または裏面で、上側は入射ビームの方向を向く）に形成される凹部に設置される。このように、クロストークは、それらがマルチビーム・デフレクタアレー手段の基板材料により遮蔽されるので、それらの夫々の電極を有するアパチュア間で効果的に低減される。
この発明は、低価格で高機能の前記マルチビーム・デフレクタアレー手段の製造方法を提供することを提示する。
本発明によると、以下の段階からなるこの文献の導入部に記述される方法によりこの課題を解決する：
ａ）下の回路層が機能しない領域のエッジで、ウェハブランクの第一側で、保護層と回路層を通ってバルク材料層へ達し、前記領域の寸法に応じて互いに所定距離に設置される、少なくとも一対の互いに平行な溝の生成段階
ｂ）溝の側壁と底面の保護段階
ｃ）導電充填材料の溝への設置による電極として機能するように設計された充填材料のカラムの生成段階
ｄ）それらがＣＭＯＳウェハの第一側の溝から出て、到達する電極への金属製接点手段の取り付け段階
ｅ）開口側壁上で互いに対向して配置されるように、段階ａ）で述べた領域を越えて伸びる電極間の開口の構築段階
ａ）下の回路層が機能しない領域のエッジで、ウェハブランクの第一側で、保護層と回路層を通ってバルク材料層へ達し、前記領域の寸法に応じて互いに所定距離に設置される、少なくとも一対の互いに平行な溝の生成段階
ｂ）溝の側壁と底面の保護段階
ｃ）導電充填材料の溝への設置による電極として機能するように設計された充填材料のカラムの生成段階
ｄ）それらがＣＭＯＳウェハの第一側の溝から出て、到達する電極への金属製接点手段の取り付け段階
ｅ）開口側壁上で互いに対向して配置されるように、段階ａ）で述べた領域を越えて伸びる電極間の開口の構築段階
この方法は、各開口が、マルチビーム・デフレクタアレー手段を形成するウェハ材料に埋め込まれた、少なくとも一対の溝電極が関係する、複数の開口を有するマルチビーム・デフレクタアレー装置の製造を可能にする。電極は、段階ｂ）の保護（または絶縁）による残りの構造と独立して、金属製または導電性（充填材料の性質に応じて）開口側壁を構成する。とりわけ、保護は互いに異なる材料を電気的に絶縁し、水やナトリウムイオンに対して機械的保護と拡散障壁として作用する。選択材料は例えば窒化シリコンや二酸化シリコンである。
溝電極は、例えば正方形、長方形、または多角形などの様々な断面形状の１つを有する。溝電極で、それらの間に形成される開口を通過する荷電粒子の小ビームに影響を及ぼすことが可能となる。開口は、ウェハブランクの第一側の下に埋め込まれたＣＭＯＳスタックが夫々作動しない、または機能しない場所に設置される。これは、これらの場所の下のＣＭＯＳ構造が、装置全体の機能にとって必要でないことを意味する。このように、開口は装置の機能を限定することなく、ＣＭＯＳスタックにより構造化することができる。
本発明の変形で、二対の平行溝がウェハブランクの第一側にａ）段階で生成され、第一対の溝の方向は、第二対の溝の方向に直交し、第二対の溝は第一対の１つの溝へ接続され、ウェハブランクの第一側にＵ型溝を形成する。
この方法は、各々が半導体工業で十分確立されており、様々な技術分野に適用することができる技術を含む逐次工程段階の組み合わせから構成される。更に、本方法は、僅かな工程段階しか必要でないデフレクタアレー手段の製造を可能にし、これにより最新技術方法のいずれよりも安価になる。
有利なことに、深部反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）は、本発明による方法の段階ａ）で溝を構築するために使用される。ＤＲＩＥは、低温又はＢｏｓｃｈ技術のいずれかを適用する微小電子機械装置（ＭＥＭＳ：Miｃro System Teｃhnology−欧州ではＭＳＴ）の製造で使用される十分確立された方法である。その高い異方性により、ＤＲＩＥは、ここで要求されるような、深く急傾斜の孔と溝の生成を可能にする。
本発明の変形で、導電性充填材料はタングステン（Ｗ）またはシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）である。これらの材料は高い縦横比の溝充填工程によく適していることで知られ、高い抵抗絶縁層（電極と、無機能層とも称される酸化ＣＭＯＳスタック下のシリコンバルク材料との間の短絡を回避するために必要な）の製造のための半導体工程を提供する。
充填材料のカラム又は電極夫々の良好な接触を得るため、カラムを窒化チタン（ＴｉＮ）または他の適切な導電材料と接触させる。このセラミック材料は、ウェハブランクの第一側へ到達するカラム上面に蒸着される、３０〜７０μΩｃｍのその導電性で、それは良好な電気接続を可能にする。
段階ａ）と同様に、本発明による方法の段階ｄ）における開口のエッチングは、好ましくはＤＲＩＥを使用することにより行われる。再度、これは、ほぼ垂直側壁を有する開口の高異方性エッチングを可能にする。
本発明の変形で、段階ｅ）は、ウェハブランクの第一側と反対の第二側の研磨サブステップを含み、これにより開口が全ウェハブランクを貫通するまで、ウェハブランク厚さを薄くする。換言すると、ウェハブランクの厚さは、開口の底部が除去され、開口がウェハブランクの全厚さに到達するまで薄くされる。研磨の前に、開口の底部は、好ましくは異方性エッチングを利用して拡大され、これによりバルク材料に球状空洞を生成し、次にウェハブランクの第二側を減少させることにより開口になる。
有利なことに、段階ｅ）の後の追加段階ｆ）は、マルチビーム・デフレクタアレー装置の第一側のカバープレートの備えを含み、前記カバープレートはシリコン皮膜を備え、複数のアパチュアを有し、各アパチュアはマルチビーム・デフレクタアレー装置の続く開口と関連する。カバープレートは絶縁層によりマルチビーム・デフレクタアレー装置の表面から電気的に分離されている。カバープレートは半導体技術の普通の工程を利用して、マルチビーム・デフレクタアレー装置の第一側上に絶縁層とシリコン皮膜を連続形成することにより製造される。
別の変形で、カバープレートはマルチビーム・デフレクタアレー装置と別に製造され、ボンディングまたはクランピングにより、マルチビーム・デフレクタアレー装置に固定される。カバープレートはシリコンウェハ上に絶縁材料層を成長させることにより、またはシリコン層と絶縁層が要求される厚さになるまで、シリコンオンアイソレータ（ＳＯＩ）ウェハを薄くすることにより製造することができる。
いずれの変形においても、カバープレートの絶縁層は、夫々のアパチュアと開口を通過する粒子線により荷電されることを回避するため、夫々のアパチュアおよび開口から後退させなければならない。開口／アパチュアからの絶縁層の適切な距離は、絶縁層の厚さの４倍である。
カバープレートは、機械的、例えばクランピングにより、またはボンディングにより、マルチビーム・アパチュアアレー装置に固定することができる。カバープレート及びマルチビーム・アパチュアアレー装置は、直接接触状態にあるが、それらは、それらの間のギャップをできる限り小さく維持すべきであるが、互いにずらしても配置される。
カバープレートのアパチュア直径は、好ましくは続く開口径と同じか又はそれより小さい。
カバープレートは、マルチビーム・デフレクタアレー装置の隣接する開口／アパチュア間のクロストークを回避することに役立つ。カバープレートは入射ビームに向かう等電位表面を形成し、隣接する開口／アパチュアを相互浮遊磁界から遮蔽する。このように、隣接するアパチュア／開口の小ビームは互いに影響しない。
本発明は、更に荷電粒子線を利用する粒子線照射装置用で、上記方法により製造される上記マルチビーム・デフレクタアレー装置に関する。
以下に、この発明を、図面を参照してより詳細に記述する：
以下に論じられる本発明の好適実施例は、出願人／代理人の米国Ｎｏ６，７６８，１２５及び米国Ｎｏ７，２７６，７１４で開示される、パターン画定システムを有し、及び大規模縮小照射システムを有するＰＭＬ２型粒子線照射装置に関係する。以下に、最初に本発明に関する範囲で本装置の技術的背景を論じ、次に本発明を詳細に提示する。
本発明は、本発明の可能な用途の一つを単に表示する以下の実施例またはＰＤシステムの特定レイアウトに限定されないことは認識されるべきである。本発明は、照射ステージを有する粒子線を利用する他のタイプの処理システムにも適する。
（マスクレス粒子線処理装置）
図１は、それ自身が従来技術で知られるが、この発明の方法により製造される装置を具体化するのに適したマスクレス粒子線処理装置ＰＭＬ２の概略図を示す。構成要素は正確な縮尺ではない。特に粒子線Ｉｂ、ｐｂの横幅は誇張されている。以下にそれらの詳細が本発明を開示するのに必要な範囲で記述される。より詳細については、読者は米国Ｎｏ６，７６８，１２５及び米国Ｎｏ７，２７６，７１４を参照されたい。
図１は、それ自身が従来技術で知られるが、この発明の方法により製造される装置を具体化するのに適したマスクレス粒子線処理装置ＰＭＬ２の概略図を示す。構成要素は正確な縮尺ではない。特に粒子線Ｉｂ、ｐｂの横幅は誇張されている。以下にそれらの詳細が本発明を開示するのに必要な範囲で記述される。より詳細については、読者は米国Ｎｏ６，７６８，１２５及び米国Ｎｏ７，２７６，７１４を参照されたい。
この例で、図１で垂直下向きに走るリソグラフィビームＩｂ、ｐｂの方向に対応するリソグラフィ装置１の主な構成要素は、照射システム２、パターン画定（ＰＤ）システム３、照射システム４及びウェハステージ１４で保持され、かつ位置決めされる、基板１３を有するターゲットステーション５である。装置全体は、装置の光軸ｃｘに沿ったビームＩｂ、ｐｂのスムーズな伝播を保証するため、高真空に保持される真空匡体（表示なし）に収納される。光学システム２,４は、参照番号６で符号表示される静電または電磁レンズを使用して実現される。
照射システム２は、例えば、電子銃７、抽出システム８、及び収束レンズシステム９を備える。一般的はブランキングデフレクタ９ａも存在する。しかし、一般に電子の代わりに、他の荷電粒子を使用することができることに注目すべきである。電子の他に、それらは例えば水素イオン又はより重いイオン、荷電原子集団、又は荷電分子である。この開示と関係して、“より重いイオン”はＯ，Ｎ、又は希ガス、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ、ＸｅなどのＣより重い元素のイオンを指す。
集束レンズシステム９により、照射システム２から放出される粒子は、リソグラフィビームＩｂとして機能する幅広い、本質的にテレセントリックな粒子線に形成される。リソグラフィビームＩｂは、次にリソグラフィビームＩｂの経路の特定位置に保持されるＰＤシステム３を照射する。ＰＤシステム３は、基板１３上に照射されるビームパターンを画定するレギュラアレーに配置される複数の開口および／またはアパチュア３０を有する多くのプレートを備える。
アパチュア及び／又は開口のいくつかは、それらがそれを通ってターゲットへ伝送されるビーム（小ビーム）の一部を許容するという意味で、入射ビームを透過するように、“スイッチオン”または“オープン”状態にある。他のアパチュアおよび／または開口は、対応する小ビームがターゲットに到達することができない（それらがＰＤシステムを離れて、照射システム４の一部を通って進むが）という意味で、“スイッチオフ”または”クローズ“である。事実上、これらの“スイッチオフ”アパチュアおよび／または開口は、ビームに対して不透過（不透明）である。この結果、リソグラフィビームＩｂはパターン化ビームｐｂになり、ＰＥシステム３を出る。リソグラフィビームＩｂを透過するPEシステム３の一部のみであるスイッチオンのアパチュアおよび／または開口のパターンは、基板１３上に照射されるパターンに応じて選択される。小ビームの“スイッチオン／オフ”は、通常PEシステム３のプレートの１つに備えられる適切な種類のブランキング手段により実現されることは注目されるべきである：“スイッチオフ“の小ビームは、それらの経路から偏向（非常に小さい角度だけ）され、そのため、それらはターゲットへ到達できず、リソグラフィ装置のどこか、例えば吸収プレート１０により吸収されるだけである。図１で、パターン化されたビームｐｂの５本の小ビームのみが、実際の非常に多くの小ビームの代表として示される。小ビームの１つはスイッチオフで、吸収プレート１０で吸収される一方、その他の４本の小ビームはターゲット１３へ向かい、そこでそれらは夫々のアパチュア３０の画像を形成する。
図１に示す実施例で、照射システム４は、静電及び／又は電磁レンズ及び他の偏向手段から構成される多くの連続した粒子光学照射ステージから構成される。これらのレンズ及び手段は、それらの実現が従来技術でよく知られているので、記号形式のみで示す。照射システム４は、２つの交差ｃ１,ｃ２による縮小画像を利用する。両ステージの縮小係数は、総縮小率が数百、例えば２００となるように選択される（図１は正確な縮尺ではない）。このオーダの縮小率は、ＰＤ装置における縮小問題を軽減するため、リソグラフィ組み立てに特に適する。
照射システム４全体で、色収差と幾何収差に対してレンズ及び／又は偏向手段を広範囲に補正するための準備が行われる。全体として横方向に、即ち光軸ｃｘに直角方向に沿って画像を移動させる手段として、偏向手段１１と１２が照射システム４に備えられる。偏向手段は、例えば第一偏向手段１１の図１に示すように、交差近辺かまたは図１の第二ステージ偏向手段１２の場合のように、夫々の照射器の最終レンズの後かのいずれかに設置される多極電極システムとして実現することができる。この装置で、多極電極は、ステージ移動に関して画像を移動させるため、および位置決めシステムに関して画像システムの修正のための両方に、偏向手段として利用される。これらの偏向手段１１,１２は、前者は全体として粒子線を扱うだけのため、パターン化されたビームｐｂ“オン”または“オフ”の選択された小ビームを切り替えるために使用されるＰＤシステムのブランキングアレー手段と混同してはならない。
図２は、光軸ｃｘに平行な平面に沿った断面図で、図１のＰＤシステム３の詳細を示す。ここで、ＰＤシステム３は、２つのプレート，アパチュアプレート３ａ及びマルチビーム・デフレクタアレー手段３ｂを備える。アパチュアプレート３ａは、入射リソグラフィビームＩｂを複数の小ビームへ分割するように機能する多くのアパチュア３０を有する。小ビームの数はアパチュアプレート３ａにおけるアパチュア３０の数に依存する。
マルチビーム・デフレクタアレー手段３ｂは、複数の開口３０’を有するプレート形状を有し、各開口３０’はアパチュアプレート３ａのアパチュア３０に関係する。このように、任意アパチュア３０の小ビームは，マルチビーム・デフレクタアレー手段３ｂの対応する開口３０’に充満する。マルチビーム・デフレクタアレー手段３ｂの各開口３０’は、小ビームに影響を及ぼすため、少なくとも２つのブランキング電極（図２に示さず）を有する。電極の状態（“スイッチオフ”／オープンまたは“スイッチオン”／クローズ）に応じて、小ビームは影響されずに（電極“スイッチオフ”）、開口３０’を通過するか又はそれらの経路から偏向される（電極“スイッチオン“）かのいずれかである。後者の場合、小ビームはターゲット（図１のターゲット１３）へ到達せず、吸収プレート（図１の１０）により吸収される。簡単化のため、図２は、４本だけの小ビームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを示す：それらの内の２つは影響を受けず（Ａ，Ｂ）、リソグラフィ装置１へのそれらの通過を継続する一方、２つの小ビーム（Ｃ，Ｄ）は、作動する電極によりそれらの経路から偏向される。偏向角度は動作原理を図示するため、図２に非常に誇張して表現されている。
以下に、上記マルチビーム・デフレクタアレー手段の製造方法を、図３．１〜図３．１７で詳細に論じ、本方法の製造ステップを示す。図３．１ａ，図３．５ａ，図３．８ａ，図
３．１１ａ、図３．１２ａおよび図３．１５ａは、より良き理解のため対応する逐次段階を示し、図３．１ａ図３．１１ａおよび図３．１２ａは夫々線Ｉ−Ｉ、ＩＩ―ＩＩ、ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図を示す。
３．１１ａ、図３．１２ａおよび図３．１５ａは、より良き理解のため対応する逐次段階を示し、図３．１ａ図３．１１ａおよび図３．１２ａは夫々線Ｉ−Ｉ、ＩＩ―ＩＩ、ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図を示す。
図３．１〜図３．１７は、本発明による一つの変形工程の逐次段階１〜１６により処理されるウェハ断面図を示す。明確化のため、製造は１つの開口およびそれに関係する電極（これは断面図及び平面図に適用される）に集中して説明される。勿論マルチビーム・デフレクタアレー手段は、複数の開口と電極から構成される。更に、構造は正確な縮尺ではない。以下の説明はこの発明に対して如何なる種類の制約も意味しない。
約３００μｍ厚さを有するスタートウェハ１００は、図３．１〜図３．１７に示す製造方法のための基本材料である。スタートウェハ１００は好ましくはＣＭＯＳウェハで“ＣＭＯＳウェハ”なる語句は，ここでは、シリコンウェハの第一側に適用され、接触層と保護層１０１により覆われる回路層１１４、１１４’を有するバルク材料としてのシリコンウェハを指す。
断面図で示される図３．１のスタートウェハは、スタートウェハ１００の表面にわたって伸びる窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）の保護層１０１により部分的に覆われる、金属材料の２つのパッド１０２を有する接触層を有する。二酸化シリコンのような他の保護材料も使用される。これ以降、上面上にここで示すＳｉ3Ｎ4層を有する側をウェハ１００の第一側ＦＳと称し、その反対側（下面）を第二側ＳＳと称する。
更に、スタートウェ１００は埋め込み回路層１１４を含む。語句“回路層”は、ここでは多くの固有層、例えば４〜１６又はそれ以上の層を指し、スタックを形成する。明確化のため、これら全ての層は図では示されていない。回路層１１４はウェハブランク１００の殆どにわたって伸びるが、ある部分では、回路層１１４は穿孔され、夫々作動しない又は機能しない。これは、例えば以下に記載するように、それを穿孔することにより、回路層１１４の作動しない回路１１４’のこれらの領域に与えられた損傷が、層全体の機能に影響しないことを意味する。ＣＭＯＳ回路は、供給電圧又は作動中の能動素子（例、フリップ・フロップ）により生じる電気的浮遊磁界を回路層１１４の外側領域に対して遮蔽することを保証する適切な方法で配置される。一つの適切な方法は、最上または最下の金属層を接地電位（表面電位に対して＝０Ｖ）に設定し、垂直ビア構造をビームが回路層１１４を通過する領域の周り（即ち、開口が形成されるＣＭＯＳの機能しない領域の周り）に形成されるように、ＣＭＯＳ構造を設計することである。
図３．１で、この種の作動しない回路１１４’の埋め込みスタックは、２つの金属パッド１０２間に設置される。これらの金属パッド１０２は、予想される金属接点である。金属パッド１０２はビア接点で回路層１１４へ接続される。これらの接点は、明確化のため図には表示されていない。ここで示す方法の変形で、金属パッド１０２は相互距離１３μｍで配置される。
図３．１ａは、２つの金属パッドが互いに対向して配置される、スタートウェハ１００の第一側ＦＳの線Ｉ−Ｉに沿った断面図を示す。破線でマークしたパッド間の領域１１５は、作動しない回路１１４’が設置される領域である。
製造工程（図３．２）の第一段階で、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１０３はウェハブランク１００の第一側ＦＳに生成される。図３．３に示す次の段階で、二酸化シリコン層の厚さは、適切な工程、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）により薄くされる。
エッチングを含む次の段階に対して、接地を備えるため、エッチング停止層１０４が、図３．４に示す段階でウェハブランク１００の第一側ＦＳ上に生成される。その後、二酸化シリコン層１０３と窒化シリコン層１０１を、溝構造を準備するため、ドライエッチングを適用することによりエッチングする。
図３．５に示す次の段階で、一対の溝１０５が深部反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）でスタートウェは１００へエッチングを行い、溝１０５は作動しない回路層１１４’を通ってバルク材料１００へ到達する。例えば、溝１０５の深さは３０μｍである。他の値も可能である。ＤＲＩＥの利用により、直径約１〜２μｍの非常に狭い溝を生成することができる。溝の断面は長方形又は円形であるが、他の形状の構造化も可能である。図３．５ａは溝１０５の配置を構造の上面図で示す。作動しない回路層１１４’が設置される領域は、再度破線でマークする。
図３．５ａの溝は２つの平行は溝として形成される。しかし、二対の溝を形成することも可能で、第一対の溝の方向は第二対の方向に直角である。第二対の溝は第一対の１つの溝へ接続され、これによりＵ型溝を形成する（図６参照）。
図３．６に示す更なる段階で、溝の側壁と底部は、酸化層１０６、例えばＳｉＯ２の蒸着により保護される。次に、接着層を蒸着して更なる生成段階を促進する。この段階は、続く段階で周囲の材料から形成される電極を絶縁するために非常に重要である。
図３．７は導電充填材料１０７の溝１０５への蒸着を示す。２つだけ挙げると、タングステン（Ｗ）のような金属、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のような半導体材料など様々な材料をこの作業に使用することができる。材料はウェハブランク１００の底部から表面まで溝全体を充填する。こうして充填材料１０７のカラムが各溝に形成され、予想される電極１１２を形成する。充填材料１０７は周囲材料から電気的に絶縁されることは非常に重要である。示す実施例で、これは先に生成された保護層により保証される。
余分な充填材料は、図３．８に示す更なる段階で化学機械研磨または同等の研磨法により除去される。図３．８ａは、電極１１２が溝に形成されるスタートウェは１００の上面図を示す。
更なる段階（図３．９）で、溝１０５／電極１１２の周りに酸化層１０３が形成され、第一側ＦＳの電極１１２上部と接触させるように一部が除去される。この接触は金属材料１１３、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）を蒸着することによりなされる。
図３．１〜図３．１５および図３．５ａ、３．８ａ、３．１１ａ、３．１２ａ及び３．１５ａに示すような溝１０５／電極１１２の設計と配置は、多くの可能な配置の一つだけである。図５ａ〜図５ｄは溝１０５／電極１１２を配置するための５つの典型的変形を示す。開口１１０の各側の３つの電極１１２を示す図５ｃで、各側の電極は見れば分かるように、互いに接続されなければならない。図６は１つの電極１１２がＵ型である上記実施例を示す。このため、二対の溝が形成され、第一対の溝の方向は第二対の方向に直角である。第二対の溝は第一対の１つの溝へ接続され、これによりＵ型溝を形成する。
次の段階は、電極１１２間の開口構造を示す。このためウェハは１００の第一側ＦＳは、レジスト層１０８（図３．１０）で覆われ、続くリソグラフ工程のためのウェハブランク１００を準備する。工程の途中で、リセス１０９がレジスト層１０８に構築され、リセス１０９が電極１１２間に設置される。
図３．１１はＤＲＩＥによる開口１１０のエッチングを示す。開口１１０の深さは、ここで論じられる本発明の変形では約１５０μｍである。開口１１０の直径は、開口１１０の側壁が電極１１２周りの酸化層１０６と一致するように選ばれる。更に、開口１１０の寸法は埋め込まれた回路層１１４が作動しない（機能しない）ウェハブランク１００の領域１１５の中にある。このように、作動しない回路層１１４’を貫通する開口１１０をエッチングすることにより、ＣＭＯＳの機能は影響されない。
図３．１１ａは開口１１０と電極１１２に対するその位置を線ＩＩ−ＩＩに沿ったウェハの平面図で示す。
異方性エッチングにより、空洞１１１が開口１１０（図３．１２）の底部に生成される。異方性エッチングは、それが電極１１２の周りの酸化層１０６まで伸びるように、開口１１０を拡大もさせる。図３．１２ａは線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ったそのステージでのウェハの上部断面図を示す。
更なる段階で、空洞１１１と開口１１０の直径は異方性エッチング（図３．１３）の更なる適用により拡大される。二酸化シリコン層１０６により尚覆われる電極１１２は、ここでは開口１１０へ殆ど完全に伸びる。
蒸気高周波エッチングの適用により、電極１１２の周りの酸化層１０６を除去して、開口１１０のブランク側壁を形成する．図３．１４は電極１１２を形成する裸の導電充填材料１０７が、ここでは開口１１０へ延びることを示す。電極１１２は開口１１０の金属（または電極１１２を形成するため溝を充填するのに使用される材料に応じて、より一般的には導電性の）側壁を形成する。もし十分に導電性でなければ、開口１１０の他の側壁（図３．１〜３．１５の断面図では表示されていない）は、ＣＭＯＳ形状の接地電位へ接続される金属層（電極１１２から絶縁された）で覆われる。図６に示すような実施例で、開口１１０の側壁は、全て金属側壁を生成する電極１１２により占有される。
原則として、図３．１２と３．１３に示す段階はオプションである：空洞１１１をエッチングする必要はなく、それに代わり、ウェハブランク１００の第二側ＳＳを直ちに減少させ、開口は直線に、即ち空洞なしにエッチングされる。しかし、電極１１２の周りの酸化層１０６（図３．１４におけるような）は、装置の適切な機能を可能にするように除去される必要がある。
次の段階（図３．１５）で、ウェハブランク１００の第二側ＳＳは研磨又はエッチングまたは他の技術により薄くされる。図３．１５は本発明による方法により製造されたマルチビーム・デフレクタアレー装置１１８の部分断面図を示す。ウェハブランク１００の厚さは、３０〜１００μｍに薄くされる。図３．１５ａは、開口１１０が全ウェハを貫通するウェハブランク１００の平面図を示す。
図３．１６と３．１７で示す更なる段階は、ウェハ１００の第一側ＦＳのクロストーク効果をもたらす、垂直電極１１２から発生する静電浮遊磁界を回避する配置を得るために付加される（註：作動するＣＭＯＳ構造の周りの垂直ビア構造と設置された金属層は同一領域でのＣＭＯＳ作動により浮遊磁界を生成させない）。多くの可能性の一つは、図３．１５に示すように、カバープレート１１９（アパチュアと絶縁層１１７を有する皮膜１１６を備える）をマルチビーム・デフレクタアレー装置１１８の第一側ＦＳにボンディングまたは接着または機械的に固定し、それによりクロストーク遮蔽構造を形成することである。このため、絶縁層１１７は、例えば１０〜３０μｍの厚さを有するシリコン皮膜１１６上に形成される。薄い絶縁層１１７は、例えば０．１〜１μｍの厚さの二酸化シリコン又は他の適切な絶縁材料である。シリコンオンアイソレータ（ＳＯＩ）ウェハを使用し、絶縁層とシリコンが所要厚さになるまでそれを薄くすることが可能である。また別の変形で、カバープレートはシリコン層が続く絶縁層を最初に蒸着することにより、マルチビーム・デフレクタアレー装置１１８の第一側に成長させることができる。
カバープレート１１９は複数のアパチュア１２０を有し、各アパチュア１２０は続くマルチビーム・デフレクタアレー装置１１８の開口１１０と一致する。カバープレート１１９のアパチュア１２０の直径は、マルチビーム・デフレクタアレー装置１１８の開口１１０の直径より小さいか、多くてこれに等しい。好ましくは、カバープレート１１９の絶縁層１１７のアパチュア１２０の直径は皮膜１１６のそれより大きい。このように、アパチュア１２０と開口１１０を通過する小ビームにより絶縁層１１７の荷電を防止することができる。
カバープレート１１９を図３．１７に示すようにマルチビーム・デフレクタアレー装置１１８へ結合する。結合は機械的に、例えばプランピングにより、ボンディングにより、又は他の適切な方法により行うことができる。別の方法は、例えば二次電子などの散乱粒子により生成する荷電現象を回避するため、絶縁層が開口１１０の直径に対して引き戻される（即ち、横方向へ後退させ）類似構成を達成するため、絶縁層および次に導電層を蒸着することである。更に、カバープレート１１９もマルチビーム・デフレクタアレー装置１１８からずらして配置することもできる。
図３．１７に示す調整により、一体化されたカバープレート１１９を有するマルチビーム・デフレクタアレー装置１１８を製造することで、浮遊磁界を遮蔽し、隣接ビームのクロストークを回避する。
図４は、やや異なるレイアウトで製造されたマルチビーム・デフレクタアレー手段を示す。ここで、電極１１２はウェハブランク１００の上側ＴＳの表面上に搭載され、電極１１２を接触させるための金属層１１３は異なって蒸着される。更に、電極１１２は完全に独立して立っているのではなく、ウェハブランク１００のバルク材料へ埋め込まれている。
1：リソグラフィ装置
2、4：照射システム
3：パターン画定システム（ＰＤ）
3ａ：アパチュアプレート
3ｂ：デフレクタアレー手段
5：ターゲットステーション
6：静電／電磁レンズ
7：電子銃
8：抽出システム
9：集束レンズシステム
9ａ：ブランキングデフレクタ
10：吸収プレート
11、12：偏向手段
13：ターゲット基板
14：ウェハステーション
30、120：アパチュア
30’、110：開口
100：ウェハ
101：窒化シリコン層
102：パッド
103：二酸化シリコン層
104：エッチング停止層
105：溝
106：酸化層
107：導電充填材料
108：レジスト層
109：リセス
111：空洞
112：電極
113：金属層
114、114’：回路層
115：領域
116：皮膜
117：絶縁層
118：マルチビーム・デフレクタアレー
119：カバープレート
2、4：照射システム
3：パターン画定システム（ＰＤ）
3ａ：アパチュアプレート
3ｂ：デフレクタアレー手段
5：ターゲットステーション
6：静電／電磁レンズ
7：電子銃
8：抽出システム
9：集束レンズシステム
9ａ：ブランキングデフレクタ
10：吸収プレート
11、12：偏向手段
13：ターゲット基板
14：ウェハステーション
30、120：アパチュア
30’、110：開口
100：ウェハ
101：窒化シリコン層
102：パッド
103：二酸化シリコン層
104：エッチング停止層
105：溝
106：酸化層
107：導電充填材料
108：レジスト層
109：リセス
111：空洞
112：電極
113：金属層
114、114’：回路層
115：領域
116：皮膜
117：絶縁層
118：マルチビーム・デフレクタアレー
119：カバープレート
Claims (9)
- ＣＭＯＳウェハから開始する、粒子線照射装置用の複数開口を有するマルチビーム・デフレクタアレー装置の製造方法であって、第一側に接触層の下の回路層と、保護層として機能するカバー層と、を有するシリコンウェハを備え、前記ウェハ上の少なくとも１つの場所で実施される以下の段階、すなわち、
ａ）ウェハの第一側で下の回路層が機能しない領域のエッジに、前記保護層と前記回路層を通過してバルク層に到達し、前記領域の寸法に応じて互いに所定距離だけ離れて設置される、少なくとも一対の互いに平行な溝を生成させる段階と、
ｂ）前記溝の側壁と底面を保護する段階と、
ｃ）導電充填材料を前記溝に蒸着し、これにより電極として機能するように設計された前記導電充填材料のカラムを生成する段階と、
ｄ）前記電極が溝から出て前記ＣＭＯＳウェハの第一側に到達するための金属接点手段を取り付ける段階と、
ｅ）前記溝の電極が開口の側壁上で互いに対向して配置されるように、段階ａ）の前記領域に、前記電極間に位置する開口を構築する段階と、
ｆ）前記マルチビーム・デフレクタアレー装置の第一側にカバープレートを備える段階と、からなり、
前記カバープレートはシリコン皮膜を備え、マルチビーム・デフレクタアレー装置における続く開口に対応する複数のアパチュアを有し、
前記カバープレートは前記マルチビーム・デフレクタアレー装置とは別に製造され、ボンディングまたはクランピングにより前記マルチビーム・デフレクタアレー装置に固定されることを特徴とする方法。 - ＣＭＯＳウェハから開始する、粒子線照射装置用の複数開口を有するマルチビーム・デフレクタアレー装置の製造方法であって、第一側に接触層の下の回路層と、保護層として機能するカバー層と、を有するシリコンウェハを備え、前記ウェハ上の少なくとも１つの場所で実施される以下の段階、すなわち、
ａ）ウェハの第一側で下の回路層が機能しない領域のエッジに、前記保護層と前記回路層を通過してバルク層に到達し、前記領域の寸法に応じて互いに所定距離だけ離れて設置される、少なくとも一対の互いに平行な溝を生成させる段階と、
ｂ）前記溝の側壁と底面を保護する段階と、
ｃ）導電充填材料を前記溝に蒸着し、これにより電極として機能するように設計された前記導電充填材料のカラムを生成する段階と、
ｄ）前記電極が溝から出て前記ＣＭＯＳウェハの第一側に到達するための金属接点手段を取り付ける段階と、
ｅ）前記溝の電極が開口の側壁上で互いに対向して配置されるように、段階ａ）の前記領域に、前記電極間に位置する開口を構築する段階と、からなり、
前記段階ｅ）が前記ウェハの第一側に対向する第二側の研磨サブステップを含み、これにより前記開口が全ウェハを貫通するように前記開口まで前記ウェハの厚さを薄くし、
前記第二側の研磨サブステップの前に、前記開口の底部が異方性エッチングを利用して拡大され、これにより前記バルク材料に球状空洞が生成され、次に第二側の研磨サブステップが実行される、ことを特徴とする方法。 - ＣＭＯＳウェハから開始する、粒子線照射装置用の複数開口を有するマルチビーム・デフレクタアレー装置の製造方法であって、第一側に接触層の下の回路層と、保護層として機能するカバー層と、を有するシリコンウェハを備え、前記ウェハ上の少なくとも１つの場所で実施される以下の段階、すなわち、
ａ）ウェハの第一側で下の回路層が機能しない領域のエッジに、前記保護層と前記回路層を通過してバルク層に到達し、前記領域の寸法に応じて互いに所定距離だけ離れて設置される、少なくとも一対の互いに平行な溝を生成させる段階と、
ｂ）前記溝の側壁と底面を保護する段階と、
ｃ）導電充填材料を前記溝に蒸着し、これにより電極として機能するように設計された前記導電充填材料のカラムを生成する段階と、
ｄ）前記電極が溝から出て前記ＣＭＯＳウェハの第一側に到達するための金属接点手段を取り付ける段階と、
ｅ）前記溝の電極が開口の側壁上で互いに対向して配置されるように、段階ａ）の前記領域に、前記電極間に位置する開口を構築する段階と、からなり、
前記段階ａ）において、二対の互いに平行な溝が前記ウェハの第一側に生成され、第一の対の溝の方向が第二の対の溝の方向と直交し、前記第二の対の溝が前記第一の対の溝の一つに接続され、前記ウェハの第一側にＵ型溝を形成する、ことを特徴とする方法。 - 前記段階ａ）において、前記溝がＤＲＩＥ法を使用することにより構築される、請求項１または２または３に記載の方法。
- 前記段階ｃ）における前記導電充填材料が、タングステン（Ｗ）またはシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）である、請求項１または２または３に記載の方法。
- 前記段階ｄ）において前記カラムが窒化チタニウム（ＴｉＮ）と接触される、請求項１または２または３に記載の方法。
- 段階ｅ）において、前記開口のエッチングが、ＤＲＩＥ法を利用して行われる、請求項１または２または３に記載の方法。
- 請求項１〜７のいずれか一項の方法で生成されるマルチビーム・デフレクタアレー装置。
- 請求項８に記載のマルチビーム・デフレクタアレー装置を備える照射リソグラフィシステム。
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| EP09450018 | 2009-01-28 |
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