JPH0242714A - 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

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】 （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（ｒａｄｉａ
ｔｉｏｎ　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ツチ
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（ｔ
ｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ）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はど散乱しないので、解像度（ｒ
ｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）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、高解像度と迅速がっ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
るや 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
描画するなめに、単一又は複合した（ｍｕｌｔｉｐｌｅ
）荷電粒子のビームを選択的がっ正確に整形しく　ｓｈ
ａｐｉｎｇ）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（ａｒ
ｒａｙ　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、エツチングされた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
るアインゼル（Ｅｉｎｓｅｌ）レンズ構造である。アイ
ンゼル　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
びビームライン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・ソゲラフイ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−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　ｃｏｌｕ
ｍｎ）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、電荷のリボンを作
るための荷電粒子（イオン又は電子）源と、リボンのｘ
、ｙ、θオリエンティションを調整するためのプレポジ
ショニング偏向器（ｐｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｄ
ｅｆｌｅｃｔｏｒ）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、電子又はイオンの形にお
ける荷電粒子のリボンを供給する荷電粒子源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。荷電リボ
ンは、基本的には、それぞれに平行にされた荷電粒子の
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、プレポジショニン
グ偏向器２８があり、これは荷電リボンのｘ、ｙ、θオ
リエンテーションを調整する役をする荷電板の形をとる
。ボジショニング偏向器２８は、ステッピング　ステー
ジ（ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｓｔａｇｅ）又はピエゾ電気ポ
ジショ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。プレボジショニング偏向器２８に
よりブレポジショニングされ整形されて入射するリボン
の電荷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、ゲッタリング開口部（ｇｅｔｔｅ
ｒｉｎｇ　ａｐｅｒｔｕｒｅ）　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４
０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、入射するリボンの電荷は、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ボ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２
０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ことも認識されるであ
ろう。さらに、プレポジショニング偏向器は、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
によるかを問わず、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、ある数
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
を通してエツチングされた開口部（ｏｐｅｎｉｎｇ　ｏ
ｒａｐｅｒｔｕｒｅ）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
の荷電を通ってビーム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８
０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ＳｉＯ□）であ
る。膜８４は多くの場合に随意的（ｏｐｔｉｏｎａ　Ｉ
　）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５ｉ０２）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ツチングさ
れた後の構造を示す。始めに表面がリソグラフィツク材
料で被覆され、利用できる技術を用いてバターニングさ
れる。開口部はついで反応性イオンエツチング（ＲＩＥ
）法を用いてエツチングされる。エツチング方法は層の
おのおのに対して利用できる。各層はその層に最も適し
た方法を用いてエツチングされる。（例えばブロッキン
グ層８０はシリコンであり、層８２．８４はＳ　ｉ０２
である。）残留したリソグラフィツ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。レストリフタ（ｒｅｓｔｒ
ｉｃｔｏｒ）　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。レストリフタの目的は、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。

レストリク夕形成の方法の２例は次のとおりである。

レストリフタ形成のための第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５ｉ０２）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５ｉＨ２Ｃ１２＋Ｎ２０）。次
いで開口部にレストリクティング（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉ
ｎｇ）ＣＶ　Ｄ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（ａｎｉｓｏｔｒｏ
ｐｉｃａｌｌｙ）に反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）
が施される。最終の開口部直径はレストリフタの最終厚
みによって決定される。レストリフタは所望ならばバッ
クサイドメタル（ｂａｃｋｓｉｄｅ　ｍｅｔａｌ）に露
出するために両側からエツチングされる。（後述） レストリフタを形成するための第２の方法は、「側壁成
長Ｊ　　（ｓｉｄｅｗａｌｌ　ｇｒｏｗｔｈ）である。

この方法によれば、開口部壁の容積を増す化学的プロセ
スが起らなければならない。−例としては、５ｉ０２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である。（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
リフ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５
ｉ０２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、随意的なりストリフ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
Ｊ　　（１ｉｆｔ　　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ツクプロセスが行わ
れる。膜８２の表面をリソグラフィツク材料で被覆し、
これに続くプロセッシングについで、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
ソグラフィツ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　１ｉｎｅ）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（ａ
ｐｅｒｔｕｒｅ　５ｉｔｅ）はリングラフイック材料の
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
電可能なし、ストリフタが使用され、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、レストリフタとしても使用
することができる。符号９６．９８はそれぞれ金属膜９
０．９２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材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であ
ろう。符号１０２は背後側支持部材１００の孔（ｏｐｅ
ｎｉｎｇ　５ｌｏｔ）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
ツチングは背後側から行われ、高ボロン層８０に達する
とエツ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　エッチ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａ
ｍｉｎｅ　ｐｙｒｏｃａｔｅｃｈｏｌ　ｐｌｕｓ　ｐｉ
ｒａｚｉｎｅ　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、アインゼル　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、窒化ボロンウェハを
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１
１２で示すように約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。シリコンウェハ中におけるボロ
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０２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Ｈ２０＋０□雰囲
気中でおよそ１０００℃の温度で酸化される。

第５Ｃ及び５Ｄ図について、基板はコンタクトプリンテ
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ングラフイー技術を
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ｔｉ衝醋酸化物エツチング剤ｂｕ
ｆｆｅｒｅｄ　ｏｘｉｄｅ　ｅｔｃｈａｎｔ）（ＢＯＥ
）でウェットエツチングされ、ホトレジストはストリッ
プされる。

第５Ｅ図について、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
ンはエツチングされる。エツ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５ｉ０２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ツチン
グ方法も許容される。背後側の導電体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、ＣＶＰ、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
のと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、アインゼル　レンズ
の極は、モノリシック構造のバックリング（ｂｕｃｋｌ
ｉｎｇ）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、アインゼル　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５工図について、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ツ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ツチングされる。

最後に、残ったホトレジストがストリップされ、露出し
た各ポリシリコン層がアインゼル　フォーカシングレン
ズを形成するなめに所望の電力供給源に接続される。

第５Ａ−５工図のレンズは、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。

−例として、直径２μｍの孔を有する開口部の場合、前
記アインゼル　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。

上記のエツ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）
エツチング 物　　質　　　　　　　　　濃　炭 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ＬｔＬ　　　　　６時間 ｌ支　−−８０℃ （２］緩衝酸化物エツチング剤（ＢＯＥ）エラチン水中
　　４０％Ｎ８４Ｆ　　　　１０部水中　　４９％ＨＦ
　　　　　　　１部（３）フッ化水素（ＨＦ）　　デイ
ツプ水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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。

Ｈ２ＳＯ４１０部 Ｈ２Ｏ２１部 第６図について、４リング　アインゼル　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−５工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っぎっぎの膜から構成されている。

最初に、少量の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立方センチメートメ（ＣＣ）当たり
１ｏ１４原子以下である。次に、基板は二酸化シリコン
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。Ｓｉ３Ｎ４の層がウェハのプ
ラズマＣＶ　Ｄ　（ｐｌａｓｍａ　　ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｖａｐｏｒ　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。ウェハは次いで窒化ボロンウェハ
を用い、蒸気雰囲気炉中でおよそ９００’Ｃ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
はウェ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’Ｃで０２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、ボジ
ショニング偏向器、及びターゲットに関連して、第５Ａ
−５工図及び第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を貫通してエツチングに
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１
４４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。−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１０−６Ｔｏ
ｒｒ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（ｏｐｔｉｍｕ
ｍ　ｎｏｂｉｌｉｔｙ）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。

５ｉ０２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。抽出型［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が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２Ｎ
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１５０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がら取り出され、こ
れらの陽子は次いで電場によって基板表面がら離れて加
速される。第８図に示した態様において、開口部１５２
は荷電粒子のリボン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、Ｏｍｍ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（３μ
ｍ）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ｍ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
のリボンを提供する。

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がら発出する陽子（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　ｇ
ｒｉｄ）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１９
２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リボンは開口部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。

ンメン　の 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　ブレアラインメント、アライン
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、一方向く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。このシーフェンスは、第１
のバ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される。例えば、ワンドの開
口部中心間の距離が３μｍであり、がっターゲットにお
けるビーム　スポットサイト（ｂｅａｍｓｐｏｔ　５ｉ
ｔｅ）が０．１μｍであれば、全パターンを描くのに、
ｙ方向の１０分の１８ｍシフト２９回（２９ｔｅｎｔｈ
　ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ　５ｈｉｆｔｓ）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
ジを創出するが、前もってパターニングされた構造的ピ
クセル　シーフェ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
ｆｐｏｓｉｔｉｏｎ）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
されることができる。結果としての二次電子信号は、偏
向電圧の所与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。ワンド中の池のビームも同様に、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
（５ｅｐａｒａｔｉｏｎ　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作段階を示す断面図、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−５■図はアインゼル　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
ン源の断面図、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リシック様式に接
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・プレイワンド　
アセンブリ、３２．６０．１８４・アレイワンド、４４
・・・ターゲット基板（ターゲット）、６２．８０．１
１０．１４８・・ブロッキング層、６４．１６６．２０
０・・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、１５Ｏ・・・抽出電極、Ｐｏ ・第２の圧力。 ・第１の圧力、Ｐ２ 出願人　　マイクロエレクトロニツクスセンター　オブ
　ノースカロライナ 代理人　弁理士　長谷照−（外１名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電粒子ビームの使用によるターゲット上のパタ
   ーンの露出用棒状光学コラムであって、同コラムは、電
   子又はイオンの電荷供給用の荷電粒子源と、同荷電粒子
   源の下流に位置するアレイワンドとからなり、同アレイ
   ワンドは、入射する荷電粒子をブロックする材料から形
   成されたブロッキング層と、導電性偏向体層と、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
   口部とを含み、同開口部はこれを通過する荷電粒子から
   なる平行ビームを提供し、かつ前記偏向体は関連する前
   記開口部を通過する個々のビームを整形し、制御し、ま
   た偏向させるためのスイッチ電圧用一次導電パスを提供
   することからなる棒状光学コラム。
2. （２）入射する荷電粒子をブロックする材料から形成さ
   れたブロッキング層と、導電性偏向体層と、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ｌ個の開口部
   とを含み、かつ同開口部はこれを通過する荷電粒子から
   なる平行ビームを提供することからなるアレイワンド。
3. （３）前記開口部と作用的に関連し、前記偏向体層によ
   って偏向された荷電粒子を捕捉し、かつ偏向されなかっ
   た粒子をターゲットに向けて通過させるための手段と、
   さらに前記偏向体層に加えられる電荷を制御するための
   手段とを含む請求項２記載のアレイワンド。
4. （４）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Ｐ＿１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、前記基板から離れ前記ブロッキング層の面上にあ
   りかつ電位を供給する関連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Ｐ＿
   １よりも小さい第２の圧力Ｐ＿２に保持する手段とから
   なり、以上によって前記ガス室からのガスはＰ＿１とＰ
   ＿２との圧力差によつて前記基板を通過し、かつ前記開
   口部を通るイオンの流れを形成するために前記抽出電極
   によつてイオンが前記基板の表面から加速されるイオン
   源。