JPH04179116A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 一：３− ［産業上の利用分野］ 本発明は、荷電粒子線装置の改良に関し、特にそれにお
ける荷電粒子線照射光学系の改良構造に関するものであ
る。

【従来の技術１ 例えば走査型電子顕微鏡、電子線記録装置、電子線描画
装置など、荷電粒子線を細く集束して試料上に照射する
荷電粒子線装置においては、その荷電粒子線照射光学系
の小型軽量化が要請されるようになってきている。

また、最近では、微小間隔で複数の荷電粒子線を放出で
きるようにした所謂マルチビーム型の荷電粒子線装置の
開発も盛んに行なわれている。この−例としては、特開
昭６３−１５０８３７号公報を挙げることができる。そ
こには、電子放出源と制御用電極と集束電極とを一体に
構成してなる電子放出装置、さらには、それらを７トリ
クス状に配列してなるマルチビーム型電子放出装置につ
いて開示されている。

［発明が解決しようとする課題ｌ 上記従来例においては、集束電極をも一体化した構造と
しているため、放出電子線を細く集束し。

所要方向に精度良く指向させることが可能であるが、放
出される電子線の偏向手段を備えていないため、個々の
放出電子線を偏向走査させることができない。このため
、単一の放出電子線によってパターンを描かせることは
できない。また、複数の電子放出源をマトリクス状に配
列してマルチビーム型としたものにおいては、マトリク
ス内の所望位置の電子放出源を動作させることによって
パターンを描かせることができるが、その場合の画素ピ
ッチは、マトリクスのピッチ、つまりは電子放出源の配
列間隔によって決まってしまうため、現状では満足でき
るような微小な画素ピッチを実現することは困難である
。

本発明の目的は、荷電粒子線の偏向手段をも具備した高
度に小型化された荷電粒子線照射系を有する荷電粒子線
装置を提供することである。

本発明の他の目的は、荷電粒子線の発生手段、集束手段
、および偏向手段を具備した高度に小型化された荷電粒
子線照射系を有する荷電粒子線装置を提供することであ
る。

本発明のさらに他の目的は、荷電粒子線の発生手段、集
束手段、および偏向手段を一体に集ｆ！ｉ化してなる高
度に小型化された荷電粒子線照射系を有する荷電粒子線
装置を提供することである、。

本発明のさらに他の目的は、照射する＆電粒子線を高精
度にコントロールする機能を有する荷電粒子線装置を提
供することである。

本発明のさらに他の目的は、小型化された荷電粒子線照
射系を７トリツクス状に配列することにより、マルチビ
ーム化された荷電粒子線装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、半導体のりソグラフィ・エツチングの加工
技術によって形成した以下の５種類の基板な、位置合わ
せマークを用いて積層し、接合してワンチップ化を達成
することで解決できる。

（１）１位置合わせマークを有し、該マークから所定距
離の位置に荷電粒子線源を形成してなる基板。

（２）１位置合わせマークを有し、該マークからから所
定距離の位置に荷電粒子線源から荷電粒子−を引き出す
ための引出電極を形成してなる基板。

（３）０位置合わせマークを有し、該マークから所定距
離の位置に荷電粒子線を集束するためのレンズ電極を形
成してなる基板。

（４）１位置合わせマークを有し、該マークから所定距
離の位置に荷電粒子線を偏向するための静電偏向電極ま
たは電磁偏向コイルを形成してなる基板。

（５）１位置合わせマークを有し、該マークから所定距
離の位置に荷電粒子線を通過させるための開口等を形成
してなる絶縁物スペーサ。

［作用］ 半導体のパターニング・エツチングの技術を用いると、
基板上に位置合わせマークを形成し、該位置合わせマー
クを基準とした所定の位置に荷電粒子線源を形成するこ
とが可能になる。さらに、荷電粒ｅ線を集束するための
電子レンズや荷電粒＝７− 子線を偏向走査するための偏向手段も、荷電粒子線源と
同様の位置合わせマークを有する基板Ｉ−に各々独立に
形成することができる。そして、このような半導体技術
を応用することによって、断面寸法が１．ｃｍ角程度の
荷電粒子線装置の製作か可能となる。

従来の荷電粒子線装置は、極力小型化されたものでも、
その断面・］゛法で直径数十ｍｍ以十と大型であり、こ
のため、機械の加工公差による組立て誤差が生じ、荷電
粒子線源、電子レンズ及び偏向器等の位置関係に少なく
とも２０μｍ以」二の位置すれを生じていた。このため
、位置ずれ補正を行うアライメン１−手段としてのアラ
イメントコイルを設４−１で、試行錯誤的にアライメン
ト調整を行なっていた。この点、本発明によれば、それ
ぞれの基板は位置合わせマークを有しており、該位置合
わせマークを１１（準どして基板間の位置合わせを行な
った１−で−・体に接合することにより、位置ずれが１
〜２ｐｍ以下の高精度な組立が可能となり、アライメン
トコイルなどのアライメント手段を不要にできる。

また、半導体のパターニング・エツチングの技術は、基
板」二に荷電粒子線発生手段、集束手段および偏向手段
を極めて微細に形成することを可能にし、これらの基板
を積層・接合する構造を採用することによって荷電粒子
線装置の超小型化が可能になる。

さらに、半導体のパターニング技術は、微細化された二
ニット構造物を基板ｌｆｌ而」二に繰返し並へて形成で
きるので、小型化された複数の荷電粒子線装置ユニット
を一次元アレイ状または二次元７１ヘリクス状に配列形
成することができる。

［実施例） 以下、本発明の実施例につき、図面を参照して詳細に説
明する。

第１図に、本発明の一実施例になる荷電粒子線装置の概
略構成を示す。本実施例は、荷電粒子線源として電子線
源を用い、荷電粒子線偏向１段として静電的偏向手段を
用いた例である。

すなわち、本実施例の電７−線装置は、電子線源１、引
出電極（グリッド）２、対物レンズ３を構成する二つの
レンズ電極３ａ、３ｂ、および静電偏向電極４から構成
されている。これら電子線源および電極は、例えばシリ
コンウェハ等からなる基板５ａ〜５ｅ上に作り付けられ
ており、これら基板の各間は酸化物やセラミクス等の電
気絶縁物からなる＃！縁ススペーサ６８〜６ｄ介して隔
てられ、鉛ガラス等の接着剤層を介して互いに接合され
。

一体化（積層化）されている。なお、７８〜７ｅは、シ
リコン基板５８〜５ｅ上に形成された酸化膜を示してい
る。

電子線源１から放出される電子線量は、引出電極２に印
加する引出電圧によって制御できる。放出された電子線
は、対物レンズ３内において、まずレンズ電極３ａを通
過した後に一旦発散され、次いでレンズ電極３ｂの近傍
において強く集束されるが、このレンズ作用の強さにつ
いては、両しンズ電極３ａ、３ｂ間の電界強度を調節す
ることによって制御することができる。対物レンズ３に
よって細く絞られた電子線は、次いで、偏向電極４によ
って静電的に偏向され、試料８の表面上で二次元的に走
査される。

また、本発明においては、第３図（ａ）に示すように、
シリコンウェハ等からなる基板５上に予め位置合わせマ
ーク９を設けておき、該マークを用いることによって、
電子線源１、引出電極２、レンズ電極３ａ、３ｂや偏向
電極４を該位置合わせマーク９に対してｌｐｍ以下の位
置合わせ精度で形成するようにしているので、各基板間
もこの位置合わせマーク９を基準にして位置合わせしな
がら接合するようにすれば、±１ｐｍ程度の高精度で積
層化された荷電粒子線装置１０がマトリクス状に多数配
列されたマルチビーム装置１００が実現できる。上記位
置合わせマーク９としては、例えば第３図（ｂ）に示す
十字マーク９ａや第３図（ｃ）に示す四角マーク９ｂを
用いることができる。なお、マルチ化した場合における
各電極の取り出し方法については、第１４図、第１５図
を用いて後述する。

次に、本発明の特徴を従来との比較において述へる。従
来の荷電粒子線装置は、その電子光学系が大型であり、
機械的な公差のもとて位置決め組立てを行なっているた
め、荷電粒子線源、電子レンズ及び偏向器の位置関係に
少なくとも２０ｐｍ以上のずれを生じていた。このため
、これら各部の電子光学軸間に大きな位置ずれや傾きず
れが生じていた。この位置ずれや傾きずれは、荷電粒子
線の収差を増大させ、荷電粒子線のスポット径を大きく
して、分解能を低下させる要因につながるため、電子レ
ンズの収差補正のためのアライメント手段を設ける必要
があった。

本発明は、このようなアライメント手段を不要にするも
のである。また、本発明は、半導体のりソグラフィ・エ
ツチング技術を用いることによって、各パーツの微細化
を可能にすると共に、各パーツの主要部分の位置を正確
にパターニング形成することを可能にしている。そして
、これら各パーツを接合して積層化する構造を採用する
ことによって、一つの荷電粒子線装置ユニッ！・を１ｃ
ｍ角以内に形成することを可能にしている。

また、本発明によれば、第１図示の電子線装置ユニット
を７１−リクス状に配列してマルチビーム化することが
できるので、大面積試料表面の複数個所に電子線装置ユ
ニットを対向配置して複数ヘッドの走査型電子顕微鏡と
して使用することにより、試料表面上の複数の個所を同
時に観察することができる。また、ＬＳＩの製造工程に
おける電子ビーム描画に際して、マルチビーム型の描画
装置として用いることにより、描画スループットを向上
させることも可能である。さらに、電子的に情報を書き
込み、あるいは読み出す機能を付加することによって、
マルチビーム型の電子線記録再生装置として使用するこ
とも可能である。

第２図に、本発明の他の一実施例になる荷電粒子線装置
の概略構成を示す。本実施例は、荷電粒子線源として電
子線源を用い、荷電粒子線偏向手段として電磁的偏向手
段を用いた例である。

すなわち、本実施例では、第１図における静電偏向電極
４の代わりに電磁偏向コイル１１を用いて電子線を偏向
させる構造となっている。該電磁偏向コイル１］も、基
板１２中に埋め込み形成されており、該基板の外周面一
１−には電極１３が設けられている。そして、第１図の
場合と同様に、積ＩＮ・接合によって装置全体が組立て
られている。

なお、］−記組電極３に非磁性材料を用いれば、電磁偏
向コイル１１を該電極１３の外側に配置することもでき
る。また、本実施例においては、レンズ電極３ａ、３ｂ
間に電磁偏向コイルＪ１をｌ’ｌ［！　ｉ西”している
が、第１図における静電偏向電極４の場合と同様に、レ
ンズ電極３ｂの下方に電磁偏向コイル１１を配置しても
同様の効果が得られる。

次に、各パーツの製造方法に関して詳述する。

第５図（ａ）〜（ｇ）に電子線源１の一製法例を示す。

まず、同図に１）において、面方位が（１００）のシリ
コン基板５０の両面上に酸化膜５１を形成する。

次いで、片面（ｌ二面）にレジスト膜５２を塗布し、こ
れに正方形の開ロバターン５３を形成する（同図（ｂ）
）。その後、レンズ１−膜５２をマスクとして酸化膜５
１をエツチングし、該酸化膜に正方形の開口部を形成す
る。次いで、酸化膜５１をマスクとじてＫＯトＩのよう
なアルカリ水溶液を用いて基板５０’＆異方性エツチン
グすることによって、（１］、　１．　）面登斜面とす
る先端部が極めて鋭利な四角錐状の四部５４を形成する
（同図（Ｃ））。この後、フッ化水素酸とフッ化アンモ
ニウ１１の混合液を用いて基板５０−１：の全酸化膜を
エツチングで除去した上で、該基板５０の上に開口５６
を有する別の基板５ａを重ね合わせ、位置合オ）せマー
クを基準にして位置合わせをしてから、両者間を接合す
る（同図（ｄ））。基板５ａの接合面には予め釦ガラス
等の接着剤層がスパッタ等の手法により形成されており
、両基板を位置合わせ密着した後に５００℃程度に加熱
することにより」二組接着剤層が融けて両系板間が接合
される。なお、開１１付き基板５ａの製法については後
述する。両基板の接合後、例えば電鋳法によって、開口
部５６および凹部５４内に電子線源１となる電子放出材
料を充填する（同図（ｅ））。得られる電子線源１の尖
針部５７は、前記の四部５４にならって鋭利に形成され
ている。この後、同図（ｆ）に示すように、下側の基板
５０をＫ　ＯＦＴのエツチング液によって下側からエツ
チングにより削り取って、同図（ｇ）にｉｊテすような
、電子線源１を有する基板５ａを形成する。この結果、
高さが数百ｐｍ以−■ｚの小型で高精度の電子線源が容
易に製作可能となる。

次に、第４図（ａ）〜（１゛）を用いて、第５図で使用
した開］］付き基板５ａの作成方法について述べる。ま
ず、面方位が（１，００）のシリコン基板５ａの両面に
酸化膜４０を形成する（同図（ａ））。その後、両面に
レンズ１〜膜４１を塗布して５ｍ光現像することにより
、両面のレジスト膜に矩形状の開［１パターン４２を形
成する（同図（ｂ））。さらに、このレジスト膜をマス
クとして酸化膜４０をエツチングし、該酸化膜に矩形状
開］−１部４２３を形成する（同図（Ｃ））。次いで、
この酸化膜をマスクとして、ＫＯＨ水溶液を用いて、シ
リコン基板５ａをエツチングするが、このとき基板５ａ
の異方性によって（１１］−）面が現れて四角錐台状の
凹部４４が形成され（同図（ｄ））、さらにエツチング
が進行するとやがて基板５ａに貫通孔が形成される（同
図（ｄ））。この後、（１１１）面の交線部４５がエツ
チングされて、所定時間経過後、垂直に切り立った側壁
面を有する貫通開口５６を有する基板５ａが形成される
（同図（ｆ））。かくして得られた基板５ａの両面の酸
化膜４０を一旦除去してから、改めて熱酸化によって基
板５ａの全表面に酸化膜７ａを形成する。この状態の基
板５２１を第５図（ｄ）〜（ｇ）における開１］付き基
板として使用すれば、複数個の電子線源１をマトリクス
状に位置決め配列した−にで、各電子線源間を電気的に
絶縁した状態に保持できる。

次に、電子線引出電極２の一製法例について、第６図（
ａ）〜（１）を用いて説明する。初めに、第３図に示し
たような位置合わせマーク９を有するシリコン（１００
）両基板５　ｂの片面に酸化膜６０を形成し、他面にＡ
ｕ、Ｃｒ膜６］を蒸着等によって形成する（同図（ａ）
）。次いで、Ａ、ｕ、Ｃｒ膜６］−ににレジスト膜６２
を塗布し、露光・現像によりレンズＩ・膜に円形間［Ｊ
パターン６２ａを形成する（同図（１）））。その後、
レンズＩ・膜６２をマスクとしてＡｕ、Ｃｒ膜６１をエ
ツチングして、Ａｕ、Ｃｒ膜に円形開ロバターン６１ａ
を形成する（同図（ｃ））。この後、Ａｕ、Ｃｒ膜６１
の上から例えばＳｉＯ□などの酸化物層６３を被着する
（同図（ｄ））。次に、酸化物層６３の表面に接着剤層
となる鉛ガラスの膜をスパッタによって付着させた後、
その上にＣｒ等の金属膜６４を蒸着により形成する（同
図（ｅ））　。Ａｕ、Ｃｒ膜６１の蒸着、酸化物Ｍ６３
の被着、および金属膜６４の蒸着の際には、位置合わせ
マーク９が被覆されてしまうことがないように、適当に
マスキングしてやる必要があるが、これは例えば金属板
メツシュに所定のマスキングパターンを形成しておき、
該マスキングパターン部分で位置合わせマーク部分をカ
バーする等の方法により実現可能である。

次に、位置合わせマーク９を基準にしながら、同図（ｂ
）〜（ｃ）と同様のプロセスを用いて、金属膜６４に円
形開口６４ａを形成し、その後、該金属膜６４をマスク
として酸化物Ｎ６３をフッ化水素酸などで等方的にエツ
チングし、酸化物層６３に円形開口部６３ａを形成する
（同図（ｆ））。次に、金属膜６４をエツチング除去す
る（同図（ｇ））が、この時Ａｕ、Ｃｒ膜６１はその上
面がＡｕでカバーされているので、該膜６１がエツチン
グされることはない。

次に、位置合わせマーク９を基準にしながら、同図（ｂ
）〜（ｃ）と同様のプロセスを用いて、基板５ａの反対
側の面に形成した酸化膜６０に矩形間ロバターン６０ａ
を形成しく同図（ｈ））、次いで、シリコン基板５ｂを
下側から異方性エツチングすることにより、角錐台状の
開口部６５を形成する（同図（ｊ））。この結果、第１
図に示したような、絶縁スペーサ６ａとシリコン基板５
ｂとによってはさまれた構造のグリッド電極２が形成さ
れる。

そして、絶縁スペーサ６ａ上に予め鉛ガラス膜を付着し
ておけば、電子線源１を設けた基板５ａとの積層・接合
が可能である。

第７図（ａ）〜（ｅ）に、レンズ電極３ａの作成方法を
示す。まず、シリコン（１００）面基板５Ｃの片面に酸
化膜７０を形成しく同図（ａ））、他面にＡｕ、Ｃｒ膜
７１を蒸着等によって形成する（同図（ｂ））、次いで
、Ａｕ、Ｃｒ膜７１に円形開ロバターン７１ａを形成す
る（同図（Ｃ））。しかる後、酸化膜７０に矩形間［１
パターン７０　ａを形成しく同図（ｄ））、該酸化膜７
０をマスクとして、シリコン基板５Ｃを下側から異方性
エツチングすることにより、角錐台状の開口部７５を形
成する（同図（ｅ））。この結果、第１図に示したよう
な、シリコン基板５ｃ上に保持されたレンズ電極３ａを
得ることができる。

なお、レンズ電極３ｂは、上記したレンズ電極３ａの作
成方法と全く同様の方法により作成することができる。

次に、第１図における偏向電極４の形成方法について、
第８図（ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。まず、第４図
（ａ）〜（ｆ）に示したのと同様な手法を用いて、シリ
コン基板５ｅに断面正方形の貫通孔８１を形成する（同
図（ａ））。次に、該基板５ｅ」二に上記貫通孔８１の
一辺を横切るような矩形窓８２を有する蒸着マスク８３
をセット（同図（ｂ））し、該マスクを介して斜め上方
から電極４の材料となる金属を蒸着する。この結果、同
図（ｃ）に示すような電極４ａが得られる。貫通孔８１
の他の三辺についても上記と同様の蒸着操作を行なうこ
とにより、他の三電極４ｂ、４ｃ、４ｄが得られる。

次に、第２図における電磁偏向コイル１１の形成方法に
ついて、第９図（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。まず
、第４図（ａ）〜（ｆ）に示したのと同様な手法により
複数の貫通孔９１をマトリクス状に形成した基板９０を
複数枚用意しく同図（ａ））、該複数枚の基板を重ねあ
わせて釦ガラス等の接着剤層で接合することによって、
深い貫通孔９２を有する積層基板１２を得る（同図（ｂ
））。次いで、この貫通孔９２中に低融点の金属を溶か
しこんで複数の埋込金属柱９３を形成し、積層基板１２
の表面および裏面において、該複数の金属柱９３間を接
続導体層９４により順次電気接続することによってコイ
ル１１を形成する（同図（Ｃ））。この電気接続につい
ては、第１１図を参照して後述するプロセスによること
ができる。

なお、第９図（ｃ）における貫通孔９２中への金属の充
填に際しては、まず、第１０図（Ｘｌ）に示すように、
貫通孔の−・方の開Ｄ−１−に溶融金属９５をおき、次
いで、同図（ｂ）に示すように、他方の開口側を真空引
きする等の方法により両開口間に圧力差（Ｐ　１＞　Ｐ
　２）を与えて、溶融金属を貫通孔内に引き込んでやる
。これにより、細くて深い貫通孔中にも溶融金属を容易
に充填できる。なお、基板表面に残留凝固した金属は研
磨等によって除去し、基板面と貫通孔中に充填した金属
の外面とが同一面となるようにする。

また、電磁偏向コイル１１を形成するために、第９図（
０）に示した金属柱９３間を接続するには、第１１図（
ａ）〜（ｄ）に示すようなりフトオフ法を用いることが
できる。初めに、基板１２の片側にレジスト膜９６を塗
布しく同図（ａ））、該レジス！・膜を露光・現像する
ことによってレジスト開［１部９６ａを形成する（同図
（ｂ））。しかる後、該レジスト膜の−にからＡｕ、Ｃ
ｒ等の金属膜９７紮全面に蒸着する（同図（Ｃ））。最
後に、レジス１へ膜９６を除去することによってレジス
１へ膜−にの金属膜をリフトオフ除去して開１］部９６
ａに蒸着された金属膜部分（接続導体Ｈ）９４のめを残
し、該接続導体層９４により基板１２中に埋め込み形成
されている金属柱９３同士の間を電気的に導通させる（
同図（ｄ））。かくして、第９図（ｃ）に示すようなコ
イルを形成することができる。

次に、基板５ｂ〜５ｅの各間を絶縁するための絶縁物ス
ペーサ６ｂ〜６ｄの一製法例について、第１２図（ａ）
〜（ｄ）を用いて説明する。まず、セラミクス基板６の
片面−ににＣｒ等の金属膜１４を蒸着する（同図（ａ）
）。次いで、その」二にレジスト膜を塗布して第６図（
＋３）〜（ｃ）と同様のプロセスにより金属膜１４に開
口部１４ａ、＋４１）を形成する（同図（ｂ））。その
後、金属膜１４をマスクとして、選択的ドライエツチン
グ法により位置合わせマーク１５ａ、］、５ｂを基板６
の深さ方向に形成してから、金属膜１４をエツチング等
によって除去する。上記マークを基準にして座標を決−
２：Ｉ　− 定し、ドリル加工あるいは超音波加工等によって２７１
〜リクス状に配列された複数の開口部１６　ａ　。

１．６ｂ、１６ｃを形成する。

次に、位置合わせマーク登有する複数の基板を積層して
位置合わせ・接合する方法について、第１３図を用いて
説明する。図において、光学顕微鏡１．７ａ、］、７ｂ
は、それぞれ基板１８ａの位置合わせマーク１９ａ、基
板１．８　ｂの位置合わせマーク１９ｂを観察するため
のものであり、両者の光学軸が完全に一致するようにセ
ットされている。

また、光学顕微鏡１７ｃ、１７ｄは、それぞれ基板１．
８　ａの位置合わせマーク１９　ｃ　、基板１８ｂの位
置合わせマーク１９ｄを観察するためのものであり、両
者の光学軸も完全に一致するようにセットされている。

位置合わせされるへき基板］、８ａ、１８ｂはそれぞれ
真空吸着板２０　ａ　、　２０　ｂ　、、、Ｉ：に吸着
保持されており、該真空吸着板２０ａ、２０ｂはそれぞ
れＸ方向移動テーブル２１ａ、２１ｂ、Ｙ方向移動テー
ブル２２ａ、２２ｂ、Ｚ方向移動テーブル２３ａ、２３
ｂ、及びＯ方向回転テーブル２４　ａ　。

２４ｂによって三次元方向微動調整及び回転方向微動調
整ができるように構成されている。この微動調整機構に
より、基板上の各位置合わせマークがそれぞれに対応す
る観察用顕微鏡の視野中心に一致するように位置決めす
る。これにより、位置合わせマークを基準としての基板
１．８ａ、１８ｂの位置合わせが完了した状態となる。

この後、基板１．８ａ、］、８ｂのいずれか一方をＺ方
向（光学顕微鏡の光学軸方向）に移動させ、基板同士を
密着させる。この状態で、吸着板２０ａ、２０ｂに内蔵
させであるヒータによって両基板を加熱し、両基板の接
合面に予め設けられている釦ガラス等の接着剤層を溶融
させて、両法板間の接合を完了する。

次に、第１図に示した荷電粒子線装置を複数個マトリク
ス状に配列して形成した場合における各電極等への配線
方法について、第１４図を用いて説明する。なお、ここ
では、−例として、第１図における電子線引出電極２の
配線引出方法について述べる。第１４図における各基板
の大きさは、第３図（ａ）に示した荷電粒子線装置ユニ
ット１０の一つの大きさに対応している。つまり、第１
図における各基板は、第１４図における各基板の中央部
分に相当している。

基板５ａの中央部には荷電粒子線源１が設けられ、周縁
部には複数の絶縁体部２５が設けられている。ｔＩＡｍ
体部２５は、ガラスやセラミック等の絶縁物からなり、
その中央部に貫通孔２６が設けられている。この絶縁物
としては、熱膨張率が基板５ａを構成するシリコン単結
晶のそれとほぼ同等である硼珪酸ガラス（融点：約９５
０℃、耐電圧：約ＬＯｋＶ／ｃｍ）が適当である。該＃
１ａ体部２５は、予め第４図（、）〜（ｆ）と同様の手
法により基板５ａの周縁部に設けた開口中に」二組硼珪
酸ガラスを埋め込んで、その表裏両面を研磨加工した上
で、超音波加工やマイクロドリル加［Ｌ等により貫通孔
２６を形成することによって作成される。この場合、貫
通孔２６の周りの′ＭＡ縁体の横方向の厚さを１ｍｍ程
度に設定すれば、約１ｋＶの電圧に耐えることができる
。

基板５ｂの中央部には、電子線引出電極２が設けられ、
周縁部には上記と同様の複数の絶縁体部２５と配線引出
用の接続端子部２７とが設けられている。接続端子部２
７は、第１５図に示すように、四角錐台状の貫通孔２８
の内壁斜面上に配線導体層２９を蒸着して構成されてお
り、該配線導体層２９は電子線引出電極２に接続されて
いる。

基板５ｂ上には、Ｍ縁スペーサとしての役割をもつ酸化
物層６ａが設けられているが、該酸化物層６ａの上記電
子線引出電極２に対応する部分には円形開口６３ａが、
上記四角錐台状貫通孔２８に対応する部分には耐力形状
の開口３０が設けられている。

一方、絶縁スペーサ６ｂは、その中央部に荷電粒子線が
通過するための開口１６を有しており、その周縁部には
前記した基板６ａ、６ｂに形成された貫通孔２６．２８
にそれぞれ対応する位置に貫通孔３１が形成されている
。

上記した構成の基板５ａ、５ｂおよび絶縁スぺ−サ６ｂ
を位置合わせして積層・接合すれば、第１５図に示すよ
うに、それぞれに設けられた貫通孔２６．２８，３０．
３１の対応するもの同士が重なり合って、縦方向に連な
る貫通孔列が形成される。この貫通孔列に金属等の導電
物質を充填して縦方向リード線とすれば、該リード線は
貫通孔２８の位置で配線導体層２９と電気的に接続され
。

もって、基板５ａの上方、つまり、マトリクスの」三方
から引出電極２に導通を取ることができる。

なお、この時の金属の充填は第１０図に示した方法と同
様の手法で達成できる。ここでは、荷電粒子線源用基板
５ａ、引出電極用基板５ｂおよび絶縁スペーサ６ｂの積
層・接合に際しての荷電粒子線引出電極２のための縦方
向リード線を形成する方法について例示したが、第１図
におけるレンズ電極３ａ、３ｂや偏向電極４、さらには
、第２図における偏向コイル１１からの縦方向リード線
の取り出しについても、上記と同様の手法で行なうこと
ができる。

次に、電子線装置ユニットをマトリクス状あるいはアレ
イ状に配列して、マルチビーム化された走査型電子顕微
鏡を実現する上で必要な、マトリクス状あるいはアレイ
状に並べられた電子線源からの電子線照射によって発生
する二次的粒子（反射電子や二次電子等）を検出する手
段について。

第１６図、第１７図を参照して説明する。第１６図は、
−個の電子線装置ユニットについて示したものである。

ここでは、例えばショットキーバリアダイオードのよう
な小型な二次電子検出器３４を試料８の上方に設置し、
該検出器３４により電子線源１からの電子線３２の照射
によって試料８から発生した二次電子３３を検出する。

なお、検出器３４は、−吹型子線３２を通過させるため
の開口部３５の周りにリング状に形成されている。

第１７図は、マトリクス状に配列された複数の電子線装
置ユニットの各位置に対応して、上記した構成の検出器
３４を一枚の基板−ヒに複数個配列形成した状態を示し
ている。すなわち、シリコン基板３６に、−吹型子線３
２を通過させるための開口部３５をマトリクス状に配列
形成し、各開口部の周囲の二次電子検出部となるべき部
分にリング状のＡｕ膜３７を形成する。なお、このＡｕ
膜を形成する部分以外は酸化シリコンで被覆しておく。

それぞれのＡｕ膜から基板外周に設けられた端ｒ：３８
に向けてリード線３９を引き出すことにより、それぞれ
の検出器を独立にドライブすることができる。Ａ　ｕ膜
３７とシリコン基板３６との間に逆バイアス電圧を印加
することによって、該Ａｕ膜直下のシリコン基板領域内
にキャリアが生成される。このキャリア生成部に試料８
からの二次電子３３が入射すると、生成キャリアの濃度
に変化が現オ）れる。したがって、このキャリア濃度の
変化を検出することによって、試料からの−Ｕ次電子入
射量を検出することができる。なお、入射−二次型ｒ・
のエネルギが小さい場合には、検出信号を適当に増幅し
てやればよい。

に記のようにして、マトリクス状に配列された二次電子
検出器を形成することができ、これと前述したマトリク
ス状に配列された電子線照射光学系を組み合わせること
によって、マルチビーム化された走査型電子顕微鏡が実
現できる。

試料に照射する電子線の加速電圧が低くなると、走査型
電子顕微鏡としての分解能の低下は避けられないが、第
１８図に示すように電子線の絞り開Ｄ　４．６　ａを有
する絞り板４６を設けることで分解能を高めることがで
きる。

この絞り開口４６ａの形成プロセスについて、第１９図
（ｄ）〜（ｃ）を用いて説明する。まず、シリコン基板
４７の一ヒ下両面に酸化膜４８を形成し、次いで、」―
而の酸化膜上にＡｕ、Ｃｒ膜４９を形成する（同図（ａ
））。さらに、第４図（ａ）〜（ｃ）または第６図（ａ
）〜（ｃ）と同様の手法によって、絞り開口４−６　ａ
の寸法に相当する円形間［１パターン４　ｆ’３　ｂを
、Ａｕ、Ｃｒ膜４９および酸化膜４８を貫通して形成す
る（同図（ｂ））。その後、下面の酸化膜に矩形間ＩＤ
　４８　ａを形成し、この矩形間ｆＸ’ｌを介してシリ
コン基板４７をその下側から、例えばＫ　ＯＨの水溶液
を用いてエツチングし、角錐台状の開口部４７ａを形成
する（同図（Ｃ））。なお、下面側にもＡｕ、Ｃｒのよ
うな金属膜を蒸着−：ｌＩ　− すれば、反射電子等によって帯電されることのない絞り
開に１を得ることができる。この後、上面側のＡｕ、Ｃ
ｒ膜をエツチングで除去することによって所望の寸法の
絞り開口を形成できる。また、この絞り開口は電子線装
置ユニットの配列に対応して形成し得ることは云うまで
もない。

以」二の実施例では、主として複数の荷電粒子線装置ユ
ニットを７１〜リクス状またはアレイ状に配列形成した
場合を例にとって述へたが、このようにして形成された
複数個の荷電粒子線装置から単一のユニツ１−を切り出
して単独で使用することも可能であり、悪い環境条件下
で使用する場合などには、単一の荷電粒子線装置ユニッ
トを切り出して使い捨てのような形で使用することも可
能である。また、本発明によるマルチビーム化された荷
電粒子線装置は、試料表面りの複数の個所を同時に観察
する走査型電子顕微鏡や、複数個の半導体素子を同時に
描画する電子線描画装置、電子線記録装置等への応用の
展開が可能である。

［発明の効果１ 本発明によれば、小型化された荷電粒子線装置に発生荷
電粒子線の集束手段だけでなく偏向手段をも付加するこ
とによって、発生荷電粒子線をより精密にコン１〜ロー
ルできるようになり、しかも複数の荷電粒子線装置ユニ
ットのワンチップ集積化が達成できる。この結果、超小
型電子線記録装置、マルチビームタイプの電子線描画装
置、マルチビームタイプの走査型電子顕微鏡などへの応
用展開が可能になる。特に、超小型化された荷電粒子線
装置が得られるため、半導体のドライエツチング装置を
はじめ各種真空装置の中に走査型電子顕微鏡として挿入
し、加工プロセス中における物理的、化学的現象を直接
観察し解明することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例になる荷電粒子線装置の概
略構成図。 第２図は、本発明の他の一実施例になる荷電粒子線装置
の概略構成図。 第３図は、基板」二に位置合わせマークを基準として複
数の荷電粒子線装置ユニットをマトリクス状に配列形成
した状態を示す模式図。 第４図は、シリコン基板に貫通穴を形成する加工プロセ
スを示す工程説明図。 第５図は、シリコン基板上に荷電粒子線源を形成する加
工プロセスを示す工程説明図。 第６図は、荷電粒子線引出電極の形成プロセスを示す工
程説明図。 第７図は、荷電粒子線集束用のレンズ電極の形成プロセ
スを示す工程説明図。 第８図は、荷電粒子線走査用の静電偏向電極の形成プロ
セスを示す工程説明図。 第９図は、荷電粒子線走査用の電磁偏向コイルの作成プ
ロセスを示す工程説明図。 第１０図は、電磁偏向コイルを形成するために深穴に金
属を充填する方法を示す工程説明図。 第１１図は、電磁偏向コイルを形成するために深穴に埋
め込んだ金属部間を電気接続する方法を示す工程説明図
、　　　　′ 第１２図は、絶縁物スペーサの加＝［プロセスを示す工
程説明図。 第１３図は、複数の基板を積層・接合するための装置の
概略構成図。 第１４図は、荷電粒子線引出電極の配線引出方法を示す
模式斜視図。 第１５図は、荷電粒子線引出電極のリード線取出方法を
示す模式□断面図。 第１６図は、試料から放出される二次電子を検出する二
次電子検出器の構成を示す模式断面図。 第１７図は、基板上に複数の二次電子検出器をマトリク
ス状に配列形成した状態を示す模式平面図。 第１８図は、荷電粒子線を絞りこむための絞り板の付設
位置を示す模式断面図。 第１９図は、絞り板の作成プロセスを示す工程説明図、
である。 図中、 １：電子線源。 ２：電子線引出電極。 ３：対物レンズ。 ３ａ、３ｂ：レンズ電極。 ４：静電偏向電極。 ５ａ〜５ｅ：基板。 ６ａ〜６ｄ：絶縁物スペーサ。 ７ａ〜７ｅ二酸化膜。 ８：試料。 １１：電磁偏向コイル。 １２：偏向コイル基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電粒子線を発生する荷電粒子線発生手段を具備し
   た基板と、発生された荷電粒子線を試料上に集束せしめ
   る荷電粒子線集束手段を具備した基板と、集束せしめら
   れた荷電粒子線を試料上で偏向走査せしめる荷電粒子線
   偏向手段を具備した基板とを少なくとも有し、これらの
   基板が各間に絶縁スペーサを介在させて積層・接合され
   てなることを特徴とする荷電粒子線装置。 ２、上記基板のそれぞれが、基板の積層・接合時におけ
   る基板間の相対的な位置合わせを行なうための位置合わ
   せマークを有していることを特徴とする請求項１記載の
   荷電粒子線装置。 ３、上記荷電粒子線偏向手段は、静電的な荷電粒子線偏
   向手段であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子
   線装置。 ４、上記荷電粒子線偏向手段は、電磁的な荷電粒子線偏
   向手段であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子
   線装置。 ５、上記荷電粒子線発生手段からの荷電粒子線の照射を
   受けて試料から放出される二次的粒子を検出するための
   検出手段を具備した基板をさらに付設してなることを特
   徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。 ６、上記荷電粒子線発生手段からの荷電粒子線を絞る機
   能を有する絞り手段をさらに付設してなることを特徴と
   する請求項１記載の荷電粒子線装置。 ７、上記の荷電粒子線発生手段を具備した基板はシリコ
   ン単結晶から成り、上記荷電粒子線発生手段は、上記シ
   リコン単結晶表面に形成された四角錐状の微小凹部内に
   電鋳法によって荷電粒子放出材料を充填することによっ
   て形成された荷電粒子線放出用尖針部を有してなること
   を特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。 ８、複数個の荷電粒子線発生源を具備した基板と、上記
   複数個の荷電粒子線発生源からの複数本の荷電粒子線を
   それぞれ試料上に集束せしめる複数個の荷電粒子線集束
   レンズを具備した基板と、上記複数個の荷電粒子線集束
   レンズによって集束された複数本の荷電粒子線をそれぞ
   れ偏向走査する複数個の荷電粒子線偏向器を具備した基
   板とを少なくとも有し、これらの基板が各間に絶縁スペ
   ーサを介在させて積層・接合されてなることを特徴とす
   る荷電粒子線装置。 ９、上記した複数個の荷電粒子線発生源は、その基板上
   でマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求
   項８記載の荷電粒子線装置。 １０、上記基板のそれぞれが、基板の積層・接合時にお
   ける基板間の相対的な位置合わせを行なうための位置合
   わせマークを有していることを特徴とする請求項８記載
   の荷電粒子線装置。 １１、上記の荷電粒子線偏向器は、静電的な偏向器であ
   ることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。 １２、上記の荷電粒子線偏向器は、電磁的な偏向器であ
   ることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。 １３、上記複数本の荷電粒子線のそれぞれによって照射
   された試料上の各領域から放出される二次的粒子を検出
   する複数個の二次的粒子検出器を具備した基板をさらに
   付設してなることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子
   線装置。 １４、上記複数個の荷電粒子線発生源からの荷電粒子線
   のそれぞれを絞りこむための複数個の絞り手段を具備し
   た基板をさらに付設してなることを特徴とする請求項８
   記載の荷電粒子線装置。 １５、上記複数個の荷電粒子線発生源を具備した基板は
   シリコン単結晶から成り、上記複数個の荷電粒子線発生
   源のそれぞれの荷電粒子線放出用尖針部は、上記シリコ
   ン単結晶表面に形成された四角錐状の微小凹部内に電鋳
   法によって荷電粒子放出材料を充填することによって形
   成されたものであることを特徴とする請求項１記載の荷
   電粒子線装置。