JPS58500306A - スクリ−ンレンズアレ−板の製造方法 - 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】 スクリーンレンズアレー板の製造方法 発明の背景 この発明は荷電粒子ビームリトグラフィシステム、そして特に多重荷電粒子ビー ム露出システムに用いるだめのスクリーンレンズアレーを製造するための方法に 関するものである。

近年、集積回路がより複雑になるに従って半導体産業技術における一般的傾向は デバイス集積密度を増大することに向けられるようになった。デバイス集積密度 を上げれば、１チップ当りの回路要素数を増大するか、又はチップサイズを縮小 すルコトができる。現在の技術概念はこのチップサイズを可能な限り縮小し、デ バイス集積密度を高めようとするものである。しかしながら、チップサイズは現 在用いられている写真平版グラフィック工程における固有の分解能にょシ制限さ れるため、任意にこれを縮小することはできないものである。特に光の波長は１ μｍの領域において精細な再現性Ｑ障害となるものである。

この分解能の問題を解決するために多くの方法が提案されてきたが、これは半導 体産業における−２つの流れに結びついている。これらの解決方法は分解能の制 限を克服するために可視光線より短い波長の粒子を採用するリトグラフィ技術に 基づくものである。一般に短い波長の粒子としては光、すなわち高エネルギーフ ォトン（Ｘ線）及び電子からなる２つのクラスを選択的に用いることが提案され ている。

最適なりトグラフイシステムは集積回路の製造において有益な要素となるべき所 定の属性をもつことが要求される。これらの属性は分解能適用範囲、リトグラフ 速度、整合能力及び安定性でろる。

目下のところ、再現可能な最小の線幅は１μｍでｂるが、将来の集積回路構造は 所望のシステム分解能として１／４μｍ以下を要求するであろう。露出システム はこの分野で現在用いられている標準型の７５酊及び１００　ｒｔｔｍのウェー ハを覆うことができるとともに、より大きいサイズのウェーハ（１２５〜１５０ １１ｆｆ）を覆うことができるものでなければならない。そして数十分から数時 間にまで及ぶような顕著なウェーハ露出時間はＩＣ製造工程の露出システムにお いては受け容れ不可能である。ウェーハ露出時間として許容されるスループット 条件は７５１ｆｆ及び１ｏｏｆｆウエーハにおいて数分が限度である。

１９８１年４月１０日付でなされた国際特許願ＰＣＴ／ＵＳ８１１０Ｏ４Ｂ８号 （ＣＰ出願）には平行荷電粒子ビームシステムが記載されており、これらの記載 をここに参考として引用する。このシスチムニおいては通常型のリトグラフシス テムのスループット容量は多重荷電粒子ビーム露出システムを用いることにより 顕著に高められ、これによって標的面上の複数の位置に１つの集光回路パターン を同時に、かつ直接的にライティングするようにしたものである。この開示され たシステムの一実施例においては電子発生源により対物絞り孔を照射するだめの 電子ビームが生成される。多数の孔から々るスクリーンレンズは対物絞り孔から 出射された電子ビームを中断して多束ビームとし、それらの焦点を整合して感応 層、いわゆる感光膜を有する基板上に平行に入射させる。レンズ板における各孔 はそのウェーハにスクリーンレンズに関して正の電位が印加されたときに小さい 絞りレンズとして作用する。

最適なスクリーンレンズアレーを製造する方法は、スクリーンレンズアレーの製 造においてきわめて重要な性能を左右する同軸のビーム制限用開口及び開口レン ズアレーを製造できるものでなければならない。特に製造されたスクリーンレン ズアレーは２枚の導電性物質からなる薄板からなり、それらの両面に２５μｍ以 下の間隔で集中した開口アレーを持つべきである。各上側開口、すなわちゝ絞り 孔“は０．２５〜１．Ｏｆｆの直径を有し、各下側開口、すなわち小レンズは１ ．０〜２．０間の直径を有するべきである。これらの開口を有する前記二面間の 間隔は１．○〜３，０ｆｆｌ＋の範囲内にしなければならない。上記の開口径は レンズ板間においては±２５μｍ、そして与えられたレンズ板内においては±１ ２μｍの精度を有しなければならない。端縁のぎざぎざは避けるべきであるが、 存在するとしてもそれがレンズ軸に向かって突出するときは２μｍ以下であり、 レンズ軸から離れる向きに突出するときは５μｍ以下でなければならない。

いくつかの適用例において、レンズは絞す及ヒレンズ孔を形成する固形物質から 得ることができる。

標準型の１０Ｏｎウエーハの場合、レンズ板は直径１００Ｎ又はそれ以上であり 、平行座標格子上に配列された最小で５０個、最大で１０００個の小レンズを具 備すべきである。小レンズ間の最も近い距離は±２５μｍの精度に維持すべきで ある。絞り開口板及びレンズ板は±１２μｍの範囲内で平行面を形成すべきであ る。

スクリーンレンズアレーを形成するだメのいくつかの方法は、現在においてもよ く知られている。

しかしながらこれら周知の方法は前述した国際特１ｆＦＩＪ［Ｈｃオイて開示さ れた型のスクリーンレンズアレーを形成するためにはふされしくない、いくつか の制限もしくは決定を有するものである。たとえばこれらの従来技術はホウ素拡 散技術（１ｎ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　）の利用を開示し ているが、それらは本発明が解決しようとする課題の満足的な解決策を提供する ものではない。特にホウ素適用のだめの、いわゆる１スピンコーテイング技術は 前述した性能的特徴を有する満足なスクリーンレンズアレーを提供するものでは ない。さらに開示されたホウ素浸透（２μｍ程度）は十分な機械的強度を有しな いものである。又、従来技術は使用可能なホウ素原子集中密度をどのようにしで 構成するかに言及していない。

したがって本発明の基本目的は周知の方法に関する前述した制限及び不利益を克 服して前述した要求を満たすために必要な属性のすべてを有する荷電粒子ビーム 露出システムにおいて使用するスクリーンレンズアレーを製造する方法を提供す ることである。

本発明の特定の目的は、高分解能のスクリーンレンズアレーを製造するための方 法を提供することである。

本発明の他の目的は以下の詳細な説明及び並びに本発明の実施例において明確に なるであろう。

図面の簡単な説明 本発明の好ましい実施例を図解するために添付の図面には絞り開口板及びレンズ 板からなる単体のスクリーンレンズアレーが示されている。

発明の要約 本発明の前述した、又はそれ以外の目的及び判明において、又は本発明の実施例 において明確となるものであり、それらは次に要約した発明の構成により達せら れる。すなわち本発明の方法は約０．５酊の厚さの円形の研磨したシリコンウェ ーハよりスクリーンレンズアレー板を形成する。だめの方法であって、シリコン ウェーハの両゛側を研磨する段階と、前記シリコンウェーハの両側を酸化させて 約２μｍの厚さを有する高密度少孔性の酸化被膜を形成する段階と、前記シリコ ンウェーハの両側を写真もしくは電子ビームリトグラフィ技術により所定のパタ ーンで露出する段階と、前記ウェーハの両側にホウ素を拡散的に被着させること により深さ約１０μｍでホウ素原子密度が約７Ｘ１０１９原子／ｄとなるように したホウ素層を形成する段階及び前記所定、のパターンが前記ウェーハの厚みを 通じて形成されるまでそのシリコンウェーハを異方性的にエツチングする段階か らなることを特徴とするものである。

好ましい実施例の詳細々説明 以上、略述した通りにレンズ板及び絞り開口板の製造が行なわれ、それらは１ス クリーンレンズ“と、称される電子レンズの高性能アレーとして組み立てられ゛ る。このスクリーンレンズは前述した国際特許出願において記載されたような平 行ライティング電子ビーム露出システムの重要な部分を形成する。より特定すれ ば、それは電子感応膜をミクロンサイズ以下の分解能でパターン処理するために 要求される時間を顕著に短縮するものである。

本発明によれば、絞り及びレンズ板はシリコン材料において写真平版又は電子ビ ームリトグラフィ技術によるパターン処理を行なった後、ホウ素を拡散定着さ６ とともに異方性シリコンエツチングを行なうことにより形成される。これらの板 は互因に隔たった一対の平行対をなし、全面スクリーンレンズを形成すべく±２ ５μｍ以内の間隔で配列された開ロアレ七有する。図において比較的詳細に示さ れた通り１枚の板は絞り開口板α（ト）であり、他方の板はレンズ板（２００） である。前者は直径１００１ｆＮの単結晶シリコンウェーハ＜１００＞に多孔配 列（典型的には直径０．５〜０．７！Ｍ＊）を形成したものである。又、後者（ ２００）は同様のシリコンウェーハにより大きい孔（典型的には直径１，５　ａ 　）の配列を形成したものである。

理論的に学習され、かつ発明者らが経験的に確認した結果としてリトグラフィの きわめて高い分解能（０，２５μｍ未満）を提供するために板００［］及び（２ ００，）は、可能な限り平坦であり（ウェーハを通じて１２μｍ以上の凹凸があ ってはならない）、形成された開口は真円に近く（楕円偏差１μｍ未満）、さら にそれらの側壁はきわめて平滑（０，２５μｍ未満）でなければならない。

直径１００１１ｆｆｌの単結晶シリコンウェーハであって約０．５　ｆｉの厚さ を有するウェーハ（１００）は板（９）及び（２００）のための出発構造として 用いられる。各ウェーハの一方のみ（頂上面）は１２μｍ以下の凹凸となるよう に研磨され、反対側の面（底面）は５０μｍ未満の凹凸となるように研磨される 。ウェーハはｐ型又はｎ型のいずれでもよく、固有抵抗は０．１Ω工又はそれ以 上であるものとする。これらのウェーハは標準的な半導体洗浄技術を用いて洗浄 され１次いで両側を酸化されて高密度少孔性の厚さ２．Ｑ±０．３μｍの酸化膜 を形成する。

次にウェーハの両側のパターンはネガティブ感光膜及び高品質クロムマスクを用 いた写真平版技術において露光される。この感光膜は７０℃で０．５時間前焼き し、１５０℃で○。５時間後焼きした標準ＫＴＩレジストである。ウェーッーの 両側は露出されるべきものであるため、その表面及び裏面用のマスクは両側の孔 が±２５μｍの範囲内で対応するように予め整列させられる。両側の孔間に、と れより大きいずれが生じると、高分解能の像において顕著な非点収差が発生する 。

より高い分解能のパターンはネガティブ電子感応レジストを用い、そのレジスト を正確に配列された孔を有するマスター板を通じて電子に対し露出させることに より形成することができる。

現像及び後焼きの後において露出した酸化膜は、円形の島を残すように緩衝オキ サイドエツチングにおいてシリコン素地まで食刻される。この円形の島は次の生 段階であるホウ素拡散工程のマスクとなるものである。この膜（レジスト）は除 去され、次に約１，２００℃のガス混合物（典型的な組成ガスとしてジボラン及 び酸素を含む）中に３時間配置することにより、ホウ素ガラスを被着させる。

この被着したガラスは高周波中で除去され、ウェーハはｌ、２００℃の０２中で 再加熱され、この後、Ｎ２内に４時間以上配置してホウ素の定着をはかる。

この最終段階においてホウ素層はウェーハの両側に拡散定着し、深さ約１０μｍ 、密度７Ｘ’１Ｏ１９原子／ｄ以上の被膜を形成する。

ウェーハの表面側はいわゆる１クリロン“などのプラスチックマスクによって保 護され、酸化膜は緩衝オキサイドエツチングにより底面から除去される。ここで プラスチック層はイソプロピルアルコール中で洗浄（トルエン洗浄）されること により除去され、Ｎ２温風により乾燥される。

ｐ　ヲ５．６ωのエチレンジアミンに添加し、これに２．２　Ｃｒ−のＮ２０を 加えたもの）において完全に食刻される。このエツチングは窒素雰囲気下の凝集 システム（ｃｏｎｄｅｎｓ　ｉｎｇ　ｓｙｓ　ｔｅｍ　）において１１０℃で８ 〜１６時間配置することにより完成される。

この異方性食刻は（１１１）方向以外の配向性においてシリコンを選択的に除去 し、（１１１）面のみが維持されるとき効果的にエツチングを停止する。完成さ れたシリコン食刻ウェーハは除去され、残滓を除去すべく９０℃のＮ２０中に配 置され、さらにイソプロピルアルコールで洗浄され、Ｎ２温風により乾燥される 。

最後に残りの酸化物は緩衝オキサイドエツチングにより除去され、レンズ全体が イソプロピルアルコール中で注意深く洗浄された後、Ｎ２温風により乾燥される 。

上述した通り、本発明の好ましい実施例は、それぞれ開口を有するスクリーンレ ンズを形成し、より大きい開口を有する板１０Ｇ　、　（２００）を背中合せに 支持するように処理するものである。この組立ては２枚の板（１０Ｇ　、　（２ ００）を直接面接触させて接着し、特定の開口の整列状態を維持するとともに、 外側の平面性を保つようにするか、又は絞り開口板とレンズ板との中間により大 きい開口を有するスペーサ板（３００）を配置して、レンズ板と絞り開口板の厚 さに左右されない間隔の所望の絞り及びレンズ素子を形成することができる。

スクリーンレンズとしては２枚板構造よりも電４ 子光学的分解能の小さい単一のレンズ素子（又は絞り開口素子）の板（４００） を用いることも可能である。絞り開口としては比較的小さい孔（４１０）が用い られ、レンズ要素としては比較的大きな孔（４２０）が用いられる。（この場合 、レンズ孔の直径は約１５ｓｔｇではな（０，７５１１１１１１程度となるであ ろう）したがって本発明の好ましい実施例について行なったこれまでの説明は、 本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は特許請求の範囲の記載において のみ限定されるものである。

浄書（内容に変更なし） 主 手続補正書（方式） 特許庁長官　殿 ｌ事件の表示　ＰＣＴｚ４ＪＳ８１１００５９５２、発明の名称　スクリーンレ ンズアレー板の動造方法３補正をする者 ３Ｊｉ　？’ｌとσ・関係　持許出願人氏名（名称）ヘーコ　インスッルメンツ 　インコーホレイテッド６補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　明ａｌｃ、請求の動囲及び図面の翻訳文８補正の内容 山　明刷駅１１；’；才の範囲及び図面の翻訳文の浄書（内容に変更なし）。

９添剛♂舶の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　厚さ約０．’５ｍの円形シリコンウェーハからスクリーンレンズアレー板を 形成するための方法であって、 ａ）シリコンウェーハの両側面を磨き上げ、ｂ）前記シリコンウェーハの両側面 を酸化させることにより厚さ約２μｍの高密度少孔性の酸化被膜を形成し、 Ｃ）前記シリコンウェーハの両側面を写真平版技術により所定のパターンにおい て露出し、ｄ）前記ウェーハの両側面にホウ素を拡散的に被着させることにより 、深さ約１０μｍでホウ素密度が約７×１０１９原子ＺＣｒｌのホウ素層を形を 通じて形成されるまで異夛的にエツチング干る ことを特徴とするスクリーンレンズアレー板の製造方法。 ２　厚さ約０．５酊の円形シリコンウェーハ１からスクリーンレンズアレー板を 製造するための方法であって、 ａ）シリコンウェーハの両側面を磨き上げ、ｂ）前記シリコンウェーハの両側面 を酸化させることにより厚さ約２μｍの高密度少孔性の酸化被膜を形成し、 Ｃ）前記シリコンウェーハの両側面を電子ヒームリトグラフイ技術により所定の パターンにおいて露出し、 ｄ）前記ウェーハの両側面にホウ素を拡散的に被着させることにより深さ約１０ μｍでホウ素密度が約７　Ｘ　１０１９原子／ｄのホウ素層を形成し、さらに ｅ）前記所定のパターンが前記ウェー／Ｍの厚みを通じて形成されるまで前記シ リコンウェーハを異方性的にエツチングする ことを特徴とするスクリーンレンズアレー板の製造方法。 ３　厚さ約０．５１ｆｆｆｆの円形シリコンウエーハカラスクリーンレンズアレ ー板を製造するための方法であって、 ａ）シリコンウェーハの両側面を磨き上げ、ｂ）前記シリコンウェーハの両側面 を酸化させることにより厚さ約２μｍの高密度少孔性の酸化被覆を形成し、 ｃ）　前記シリコンウェーハの両側面に薄いネガティブ感光膜の均一層を形成し 、 ｄ）前記シリコンウェーハの両側面を写真平版技術により所定のパターンにおい て露出し、ｅ）前記感光膜の露光パターンを現像し、ｆ）　Ｅ出した酸化膜をエ ツチングにより除去し、ｇ）前記残りの感光膜を除去し、 １］）前記ウェーハ及び酸化膜の表面の各々に約１．２００℃で３時間加熱して ホウ素を被着させ、ｌ）前記ウェーハの両側面にホウ素を拡散させて深さ約１０ μｍの範囲でホウ素密度が約７×１０　原子／ｉより大きいホウ素層を前記残存 した酸化膜によって保護されなかった範囲内に形成し、 Ｊ）前記残存した酸化膜をエツチングにより除去し、さらに ｋ）前記所定のパターンが前記ウェーハの厚みを通じて形成されるまで前記シリ コンウェーハを異方性的にエツチングする と、！＝１）徴とする、スクリーンレンズアレー板の製造方法。 ４　厚す約０．５ｍの円形シリコンウェーハカラスクリーンレンズアレー板を製 造するだめの方法であって、 ａ）シリコンウェーハの両側面を磨き上げ、ｂ）前記シリコンウェーハの両側面 を酸化させることにより、厚さ約２μｍの高密度少孔性の酸化被膜を形成し、 リ　前記シリコンウェーハの両側面に薄いネガティブ感応膜の均一層を形成し、 ｄ）前記シリコンウェーハの両側面を電子ビームリトグラフィ技術により所定の パターンにおいて露出し、 ｅ）前記露出された感応層のパターンを現像し、ｆ）露出した酸化膜をエツチン グにより除去し、ｇ）残りの感応膜を除去し、 ｈ）前記ウェーハ及び酸化膜の表面の各々に１．２００℃で３時間加熱しつつホ ウ素を被着させ、 ｌ）前記ウェーハの両側面にホウ素を拡散させることにより深さ約１０μｍの範 囲においてホウ素密度が約７　Ｘ　１０１９原子／ｉより大きいホウ素を前記残 存した酸化膜によって保護されなかった範囲に形成し、 Ｊ）前記残存した酸化膜をエツチングにより除去し、さらに ｋ）前記所定のパターンが前記ウェーハの厚みを通じて形成されるまで前記シリ コンウェーハを異方性的にエツチングする ことを特徴とするスクリーンレンズアレー板の製造方法。 ５　特許請求の範囲第１項に記載した製造方法に従って形成された２枚の板から なり、各板が所定のパターンで形成された開口配列を有し、これらの各板を対応 する開口配列が相互に整列するとともに、それらの外表面が実質上平行するよう に接合したことにより形成されたことを特徴トするスクリーンレンズアレー。 ６　特許請求の範囲第２項に記載した製造方法に従って形成された２枚の板から なり、前記各板は所定のパターンにおいて開口配列を有し、前記２枚の板をそれ らの開口配列が互いに整合するとともに、該表面が実質的に平行するように接合 して↓成されたことを特徴とするスクリーンレンズアレー。 ７　特許請求の範囲第３項に記載した方法に従って形成された２枚の板からなり 、前記各板には所定のパターンで形成された開口配列を有し、前記２枚の板をそ れらの開口配列が互いに整合するとともに、該表面が実質的に平行するように接 合して形成されたことを特徴とするスクリーンレンズアレー。 ８　特許請求の範囲第４項に記載した製造方法に従って形成された２枚の板から なり、各板には所定のパターンで形成された開口配列を有し、前記２枚の板をそ れらの開口配列が互いに整合するとともに、外表面が実質的に平行するように接 合して形成されたことを特徴とするスクリーンレンズアレー。 ９　特許請求の範囲第１項に記載した方法に従って形成された単一の板からなる スクリーンレンズアレー。 １０　特許請求の範囲第２項に記載した方法に従って形成された単一の板からな るスクリーンレンズアレー。 １１　特許請求の範囲第３項に記載された方法に従って形成された単一の板から なるスクリーンレンズアレー。 １２、特許請求の範囲第４項に記載、した方法に従って形成された単一の板から なるスクリーンレンース°アレー。