JP2001210540A - 電磁コイルの製造方法、それを用いた荷電粒子線露光装置並びに半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

電磁コイルの製造方法、それを用いた荷電粒子線露光装置並びに半導体デバイスの製造方法

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JP2001210540A
JP2001210540A JP2000353786A JP2000353786A JP2001210540A JP 2001210540 A JP2001210540 A JP 2001210540A JP 2000353786 A JP2000353786 A JP 2000353786A JP 2000353786 A JP2000353786 A JP 2000353786A JP 2001210540 A JP2001210540 A JP 2001210540A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の方法ではコイルのパターン位置精度が悪
い、銅コイルを固定及び整列させるために特別な装置を
必要とする、基板に対して銅コイルを接着させるために
接着剤を必要とする等の課題がある。 【解決手段】電磁コイルの製造方法であって、基板にス
ルーホールを形成する工程と、基板の両面に金属の薄い
層を形成する工程と、前記薄い層の上にレジストを形成
し、該レジストをフォトリソグラフィー工程によってパ
ターニングし、コイルパターンを形成する工程と、前記
コイルパターン上にめっき処理により所望の厚さの金属
を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、前
記薄い金属層を除去する工程と、前記基板と前記堆積金
属とを接合するために焼成する事を特徴とする電磁コイ
ルの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線投影装
置に関し、より詳細には荷電粒子線投影装置に用いられ
る高精度で熱的に安定した電磁コイルの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ヨーク
（偏向器）や電磁レンズは、電子線装置、電子顕微鏡、
ＣＲＴ、イオンビーム装置等の荷電粒子線装置に幅広く
用いられている。トロイダル（環状）型電磁コイルを用
いたヨークとレンズは、電子線露光装置で一般に使われ
ており、電子線を基板上に集束させたりする事によっ
て、半導体デバイスのサブミクロンのパターニングが行
われている。
【０００３】米国特許第4,251,728号（発明者ファイフ
ァー）はトロイダル型電磁偏向ヨークの例を示す。図１
はファイファーが開示したものと類似した一般的なトロ
イダル型ヨークの上面図を示す。この一般的なヨークは
溝１〜２０が形成されたプラスチックの枠を有する。こ
の溝はコイルの軸を形成し、この溝にはＸ、Ｙ軸方向の
偏向を行うための複数のコイルが各々固定される。
【０００４】現在、電磁コイルはプラスチックの枠に刻
み込まれた複数の放射溝に形成された巻き線によって形
成されている。また、偏向ヨークは接着可能な絶縁被膜
を伴った円形の巻き線を有する。放射状の溝の数と巻き
線の数を大きくすると、コイルの作製が困難となり、ま
た、作製時間も増加する。
【０００５】特願平2000-169086号の明細書及び図面で
は、薄い基板に精確に接着される矩形断面形状の非絶縁
線の２つの相補的なパターン（アメリカ式針金ゲージ規
格で約22-23）を有する電磁コイルを製造するための方
法と装置が開示されている。好ましくはこのワイヤーは
銅の薄い板（シート）であり、ワイヤー放電加工によっ
て作られる。この方法は、複数の銅シートを積層して固
定し、これを切ることにより、多くのコイル（好ましく
は５０若しくはそれ以上）を製造可能とする。
【０００６】この方法によって作られたワイヤーの断面
形状は、垂直な側壁を有する矩形である。この方法は基
板に製作されたコイルを機械的に整列させて固定するた
めの特別な装置と基板にコイルを接着するための接着剤
を必要とする。米国特許第5,100,714号はセラミック基
板に接着される薄い銅フィルムの製造方法を開示してい
る。この銅フィルムはフォトリソグラフィーによりパタ
ーン化され、銅の厚さを厚くするためにめっきされる。
米国特許第5,733,468号は同様なフォトリソグラフィ工
程を開示しており、薄い銅をパターニングし、その後銅
の厚さを増加するためにめっきを行う。始めの薄い銅は
銅箔である。
【０００７】米国特許第5,454,927号はセラミック基板
に設けられた穴を導電性物質で埋める方法が開示されて
いる。しかしながら、この方法は実質的な電流を伝達さ
せる目的のデバイスに用いられているのではなく、電子
デバイス等のプリント基板の製造のために用いられてい
る。
【０００８】本発明の目的は、コイルのパターン位置精
度が向上された電磁コイルの製造法を提供することであ
る。本発明の他の目的は、銅コイルを固定及び整列させ
るために特別な装置を必要としない電磁コイルの製造法
を提供することである。
【０００９】本発明の他の目的は、基板に対して銅コイ
ルを接着させるための接着剤を必要としない電磁コイル
の製造法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、軸ずら
しビーム偏向を発生させるために用いる事の可能な高電
流容量、高精度及び温度的に安定した偏向ヨーク（偏向
器）の製造方法を提供する事が可能となる。
【００１１】好ましい実施例では、電磁コイルは矩形断
面形状の非絶縁線の２つの相補的なパターン（アメリカ
式針金ゲージ規格で約25-28）が形成される。銅線は、
基板の対向する側壁に銅を精確にめっきし、続けて基板
に銅を接着することによって形成される。好ましくは、
薄い基板の熱膨張係数は低くする。例えば、好適な実施
例では熱膨張係数がおよそ７×１０-6／℃のセラミック
を用いることができる。２つの相補的な銅コイルパター
ンはめっきされたスルーホールによって電気的に接続さ
れる。近接する銅線の間隔はできうる限り小さくして銅
線のパターン密度を大きくする。その結果としてコイル
の効率を向上させることができる。
【００１２】本発明の方法では、高分解能なフォトリソ
グラフィー露光によってフラッシュコートされた銅に高
密度な銅のパターンを作っている。さらに、要求される
銅の厚さが得られるように、高分解能なパターニングさ
れた銅の上及びスルーホール内にめっきによって銅を堆
積させる。その後、焼成操作を行うことによって接着剤
を用いずに銅線を基板に接着することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図面を参照しながら、本発明の実
施形態を説明する。特に図２は本発明の工程を示すフロ
ーチャートを示し、図４はスルーホール部分を含む電磁
コイルの部分断面図を示す。最初の工程201では、スル
ーホール400が基板303に空けられる。
【００１４】この穴400はコイルパターン301,302の間の
電気的な接続に用いられる。穴あけは好ましくは従来用
いられている方法やレーザー加工によって行われる。好
ましくは、基板303は低熱膨張係数のものが用いられ
る。例えば、熱膨張係数がおよそ７×１０-6／℃の特別
なセラミックを用いる。勿論、他の基板を本発明に用い
ても良い。例えば、ショット社のZerodurを基板として
用いても良い。
【００１５】工程202では銅401の薄い層が無電解めっき
によって基板303の全面とスルーホール400内に堆積され
る。この工程では、後述するめっき層402をその上に形
成するために必要な伝導層を基板表面とスルーホール40
0の内側面に形成する。無電解めっきによって形成され
る薄い銅層（伝導層）401の厚さはおよそ2-3μｍであ
り、最終的な銅の厚さに比べてとても薄い。尚、本実施
の形態ではコイルに銅を用いたが他の材料を用いても良
い。また、薄い金属層と厚い金属層とを異なる材料にし
ても良い。更に、銅の形成方法としては本実施の形態に
説明する方法が好ましいが他の方法によって形成しても
良い。
【００１６】工程203では、所望の銅線パターンを作る
ためのネガマスクを設けるために、一般的な手法によっ
て基板303にフォトレジスト層が形成され、その後、露
光、現像が行われ、フォトレジストはパターニングされ
る。工程204ではフォトレジスト層によって部分的に露
出している（パターニングされている）基板303上の伝
導（銅）層上に相対的に厚い銅の層を堆積させるために
電解めっきによって銅パターン402を形成する。電解め
っきは、基板303上のレジストが取り除かれた部分とス
ルーホール400内に厚い層を堆積させる。好ましくは、
図３に示すように、電磁コイルは２つの相補的な銅コイ
ルパターン301,302を有する。
【００１７】また、このコイルパターンは好ましくはア
メリカ式針金ゲージが約25-28であり、伝導性の矩形断
面を持った線である。この方法によって形成されたコイ
ルの断面形状は実質的に垂直な側壁を有する矩形とな
る。パターン301,302内の隣接した線の間隔は銅線のパ
ターン密度が可能な限り大きくなるように小さいことが
好ましい。
【００１８】こうすることによって、コイルの効率を向
上させることができる。銅線の幅と間隔の比は少なくと
も2.5:1であることが好ましい。図４に示すように、薄
い銅層401と同様に、電解めっき層402はスルーホール40
0を介してコイルパターン301と302とを接続させる働き
がある。図４では基板の上側に形成された電解めっき層
（厚い銅層）402がコイルパターン302を形成し、下側に
形成された銅層402がコイルパターン301を形成する。フ
ォトレジスト層は次の工程205で取り除かれる。
【００１９】工程206では、基板303はエッチングされ
る。基板303上の全ての露出された銅を除去するため
に、好ましくは塩化銅(II)溶液が用いられる。エッチン
グ溶液は厚い銅のパターン層の厚さを少し減少させ、わ
ずかにパターンの角を丸くする。しかしながら、電解め
っきによる厚い銅パターン402は十分に厚いため、銅パ
ターン402に重大な影響を与える前に、薄い銅層401を基
板303の表面から完全に除去することが可能である。エ
ッチング溶液としては上述の溶液が好ましいが、アンモ
ニアエッチング溶液等の他のエッチング液を用いること
も可能である。
【００２０】工程207では、基板と銅コイルパターンを
炉に入れ、銅の融点よりも低い温度で焼成される。特
に、銅に自然に形成される酸化銅及び銅の共融混合物の
融点の温度で焼成される事が好ましい。銅と酸化銅の共
融混合物は基板303との接着に用いられ、いわゆる共晶
結合が行われる。
【００２１】図３は本発明で得られた電磁コイルを示
す。図３Ａはコイルの表面を示し、図３Ｂは裏面を示
す。コイルパターン301,302に設けられたパッド305は電
磁コイルに電流を加えるための電流源との電気的な接続
を行うために用いられる。図４に示すように、基板303
に予め穴空けされたスルーホールはめっき工程でめっき
されたスルーホール400が形成されている。めっきされ
たスルーホール400はコイルパターン301とコイルパター
ン302を電気的に接続する。そして、図３に示す完成し
た電磁コイルが出来上がる。
【００２２】上述したように、本発明は高精度で温度的
に安定した電磁コイルの製造方法を提供する。本発明の
このような効果は上述した実施形態に限らずに各種の変
形例においても達成される。例えば、図５に示すように
本発明は基板303の各々の面に複数のコイルパターン30
1,302を設けることができる。図５はコイルの上面を示
し、１枚の基板303に３つのコイル302が形成されてい
る。
【００２３】本発明は上述の実施形態に限られるわけで
はなく、当業者であれば本発明の主旨を逸脱しない範囲
で各種変形が可能である。図６は、本発明の実施の形態
の一例である荷電粒子線露光装置の光学系を示す概要図
である。図６において、611は荷電粒子線源、612は照明
用レンズ、613はビーム整形アパーチャ、614は開口絞
り、615はマスク、616は投影用レンズ、617はコントラ
ストアパーチャ、618はウエハ等の感応基板、619,620は
偏向器である。
【００２４】荷電粒子線源611から放出された荷電粒子
線は、照明用レンズ612によりマスク615上を均一に照明
する。マスク上に照明される荷電粒子線は偏向器619に
よってその位置が調整可能となる。マスク615上に形成
されたパターンの像は投影用レンズ616によってウエハ6
18上に結像し、ウエハ618上のレジストを感光させる。
【００２５】ウエハ上に投影されるパターン像は偏向器
620によってその位置を調整可能である。開口絞り614は
マスクに入射する荷電粒子線の開口角を制限する。コン
トラストアパーチャ617はマスクで散乱された荷電粒子
線をカットする。マスク615と光学的に共役な位置にビ
ーム成形アパーチャ613が設けられており、マスク615の
照明領域を所定のサブフィールドの大きさに制限してい
る。また、マスク615とウエハ618は各々不図示のステー
ジに搭載され、相対的にその位置が移動可能である。
【００２６】本実施の形態では偏向器619,620に図2-5に
示される方法によって製造された電磁コイルを有する偏
向器を用いている。コイルのパターン位置精度が高い偏
向器であるため、より設計に近い電子線露光装置を提供
することが可能である。従って、この電子線露光装置で
はウエハに転写されるパターン像の位置精度や結像特性
が向上される。
【００２７】次に本発明の露光装置の使用形態を説明す
る。 図７は本発明を適用する半導体デバイス製造方法
を示すフローチャートである。製造工程は、ウェハを製
造するウェハ製造工程、（またはウェハを準備するウェ
ハ準備工程）、次工程で使用するマスクを製作するマス
ク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）、
ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工
程、ウェハ上に形成されたチップを１個づつ切り出し、
動作可能にならしめるチップ組立工程、出来たチップを
検査する、チップ検査工程を主工程とし、それぞれの工
程は更に幾つかのサブ工程からなっている。
【００２８】この主工程の中で半導体のデバイスの性能
に決定的な影響を有する主工程がウェハプロセッシング
工程である。この工程では、設計された回路パターンを
ウェハ上に順次積層し、メモリーやＭＰＵとして動作す
るデバイスチップを多数形成することである。
【００２９】このために、ウェハプロセッシング工程で
は、絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、電極部を形成す
る金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッ
タリング等を用いる）、この薄膜層やウェハ基板を酸化
する酸化工程、薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工す
るためにマスク（レチクル）を用いてレジストのパター
ンを形成するリソグラフィ工程、レジストパターンに従
って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばド
ライエッチング技術を用いる）やイオン・不純物注入拡
散工程、レジスト剥離工程、更に加工されたウェハを検
査する検査工程を有している。尚、ウェハプロセッシン
グ工程は必要な層数だけ繰り返し行われ、設計通り動作
する半導体デバイスが製造される。
【００３０】図８はこのウェハプロセッシング工程の中
核をなすリソグラフィ工程を示すフローチャートであ
る。前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ上に
レジストをコートするレジスト塗布工程、レジストを露
光する露光工程、露光されたレジストを現像してレジス
トのパターンを得る現像工程、現像されたレジストパタ
ーンを安定化させるためのアニール工程を有している。
【００３１】露光工程（リソグラフィ工程）に本発明の
リニアモータを備えた露光装置を用いるとリソグラフィ
工程のスループット、コスト、精度が大幅に改善され
る。特に、必要な最小線幅、及びそれに見合った重ね合
わせ精度を実現することに係わる工程はリソグラフィ工
程、その中でも位置合わせ制御を含めた露光工程であ
り、本発明の適用により、今まで不可能であった半導体
デバイスの製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術に関連するトロイダルヨーク（偏向
器）を示す上面図。
【図２】本発明の方法に関連するフローチャート。
【図３】図3A,Bは本発明に関連する電磁コイルを示す。
【図４】本発明に関連する基板を通した２つのコイルパ
ターン間の接続を示す図である。
【図５】本発明に関連する３つの電磁コイルを示す図で
ある。
【図６】本発明の実施形態の一例である荷電粒子線露光
装置の光学系を示す概要図である。
【図７】本発明の実施の形態による半導体デバイスの製
造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態によるリソグラフィー工程
を示すフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｂ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電磁コイルの製造方法であって、基板にス
    ルーホールを形成する工程と、基板の両面に金属の薄い
    層を形成する工程と、前記薄い層の上にレジストを形成
    し、該レジストをフォトリソグラフィー工程によってパ
    ターニングし、コイルパターンを形成する工程と、前記
    コイルパターン上にめっき処理により所望の厚さの金属
    を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、前
    記薄い金属層を除去する工程と、前記基板と前記堆積金
    属とを接合するために焼成する事を特徴とする電磁コイ
    ルの製造方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、 前記基板と堆積された金属は共融結合により接合される
    事を特徴とする電磁コイルの製造方法。
  3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の方法であって、前
    記コイルパターン化された金属の幅と金属間の幅の比が
    少なくとも2.5:1である事を特徴とする電磁コイルの製
    造方法。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法
    であって、 前記基板は低熱膨張係数を有する基板である事を特徴と
    する電磁コイルの製造方法。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の方法であって、 前記基板はセラミックであることを特徴とする電磁コイ
    ルの製造方法。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法
    であって、前記薄い金属層は銅を含むことを特徴とする
    電磁コイルの製造方法。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の方法であって、前記薄い
    金属層の厚さは2-3μｍである事を特徴とする電磁コイ
    ルの製造方法。
  8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法
    であって、めっきによって形成された金属層は銅を含む
    事を特徴とする電磁コイルの製造方法。
  9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法
    であって、前記薄い金属層は無電解めっきによって形成
    される事を特徴とする電磁コイルの製造方法。
  10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の方
    法であって、前記めっきによって形成された厚い層は電
    解めっきによって形成される事を特徴とする電磁コイル
    の製造方法。
  11. 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
    方法であって、前記焼成の温度は銅と酸化銅の共融混合
    物の融点に実質的に等しい温度である事を特徴とする電
    磁コイルの製造方法。
  12. 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載の
    方法で製造された電磁コイルを荷電粒子線光学系の偏向
    器に用いた事を特徴とする荷電粒子線露光装置。
  13. 【請求項１３】請求項１２に記載の荷電粒子線露光装置
    を使用し、マスク又はレチクルに形成されたパターンを
    感応基板上に露光転写する工程を有してなる事を特徴と
    する半導体デバイスの製造方法。
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