JPH08315760A

JPH08315760A - ビーム成形絞りとその作成方法およびこれを用いた荷電粒子ビーム露光装置

Info

Publication number: JPH08315760A
Application number: JP12336595A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nakayama; 義則中山; Hidetoshi Sato; 秀寿佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】微細なパターンを高精度に露光するための荷
電粒子ビーム露光装置およびそのビーム成形絞りを提供
すること。【構成】複数の異なる結晶軸の方向を有する単結晶基
板で構成されたビーム成形絞りであり、この絞りを作成
する工程として、湿式異方性エッチング工程が含まれて
いる。また、荷電粒子ビーム露光装置においては、従来
の構成の他に、上述の作成方法で作成したビーム成形絞
りを搭載している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として半導体工業に
おいて用いられる荷電粒子ビーム露光装置、および、そ
れに用いるビーム成形絞りとその作成方法に関し、特に
エッジの直線性や直交度に優れたビーム成形絞りとその
作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子ビーム露光装置では、鏡体内に
設置されたビーム成形絞りの開口部に荷電粒子ビーム銃
により発生した荷電粒子ビームを照射して、ビーム成形
絞りの開口により荷電粒子ビームを成形し、この荷電粒
子ビームをレンズで縮小し、かつ、偏向器により試料上
の所望の位置に偏向して、パターン露光を行う。可変成
形法の電子ビーム露光装置用ビーム成形絞りでは、矩形
開口絞りを用いる。上述の如きビーム成形絞りの作成
方法については、例えば、ジャーナルオブバキューム
サイエンスアンドテクノロジー(Ｊounal of Ｖacuum
Ｓcience ＆Ｔechnology)Ｂ８(６),11/12月号,1990年,1
836〜1840頁に開示されている方法が知られている。こ
の方法では、ビーム成形部分は、一枚の基板をドライエ
ッチングにより加工している。

【０００３】すなわち、ビーム成形絞りの開口は、図５
(ａ)〜(ｄ)に示す如き工程により作成する。まず、マス
ク基板１４上に塗布したレジスト膜１３(図５(ａ))に、
開口パターン１５を露光・現像により形成する(図５
(ｂ))。次に、このパターン１５をマスク基板にドライ
エッチングにより転写して、貫通穴をつくる(図５
(ｃ))。最後に、レジスト膜１３を除去する(図５
(ｄ))。従来のビーム成形絞りでは、金属板やシリコン
基板を等方性エッチングやドライエッチングを用いて加
工する。この、ビーム成形絞り部材を加工する際には、
寸法シフトが生じるため、図６(ｂ)に示す如く、設計パ
ターンである矩形２１に対して、角の丸まった開口パタ
ーン２２に変形してしまう。一例では、１５０μm角の
矩形に対して、寸法シフトは０.５μm以上生じた。ま
た、マスク材に存在したエッジラフネスも、０.２μmか
ら０.５μmと大きくなってしまった。従って、できあが
った開口パターンは、図４，図６(ｂ)に示した如き形状
のものとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＬＳＩの高集積
化が進み、荷電粒子ビーム露光装置用の転写マスクパタ
ーン寸法の微細化や高密度化が進行してきている。この
ため、ビーム成形絞りについても、エッジの直線性や直
交度等、高精度な加工や調整が必要になる。このビーム
成形絞りは、図７に示した電子ビーム露光装置に搭載し
て用いられる。可変成形法では、２枚の矩形ビーム成形
絞り２５，２９を用いる。電子銃２３から射出された電
子ビーム２４を第１のビーム成形絞り２５で矩形に成形
した後、偏向器２７を用いて、第２の矩形ビーム成形絞
り２９上に照射して任意の面積の矩形ビームを生成す
る。この成形ビームをレンズ３０，３２および偏向器３
１により縮小偏向して、ウェーハ３３上に露光する。

【０００５】このようにして微細なビーム寸法で描画す
る場合には、図８(ｂ)に示す如く、２つの矩形３９，４
０の重なりのうち、対角同士がビーム成形絞りの角部の
丸みを反映してしまうために、実際のビーム形状４４
は、矩形から大きくずれてきてしまう。この影響は、ビ
ーム寸法が微細になればなるほど顕著になり、０.２μm
以下のパターン４１，４２では、連続して描画した場合
に、各ショットでパターン接続にすき間ができてしま
う。上述の如く、従来のビーム成形絞り作成プロセスに
おけるドライエッチングでは、レジストパターン加工時
のエッジラフネスがそのまま引き継がれてしまったり、
あるいは、寸法シフトによりエッジラフネスが増大した
り、エッジ交点部が丸まってしまう。そして、このため
に、上述の如く、エッジの直線性や直交度に劣化が生じ
てしまうという問題があった。本発明は上記事情に鑑み
てなされたもので、その目的とするところは、従来の技
術における上述の如き問題を解消し、エッジの直線性や
直交度に優れた荷電粒子ビーム露光装置用のビーム成形
絞りとその作成方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上述の目的は、
荷電粒子ビームの形状を制御する開口部を有するビーム
成形絞りにおいて、互いに相異なる結晶軸方向を有する
複数の単結晶基板で構成されていることを特徴とするビ
ーム成形絞り、および、その作成方法によって達成され
る。より具体的には、本発明に係るビーム成形絞りの構
造は、複数の結晶方位の異なる貼り合わせ基板で構成す
ることで実現できる。特に、結晶軸が水平方向に互いに
９０度回転した、等厚のシリコン基板が酸化膜を挟んで
貼り合わされた基板で構成することで、より高精度なビ
ーム成形絞りを実現することができる。また、その加工
プロセスでは、湿式異方性エッチングを用いることで、
上記目的を達成することができるものである。

【０００７】

【作用】本発明に係るビーム成形絞りにおいては、複数
の結晶方位の異なる貼り合わせ基板構造を採用したこと
により、以下の効果が得られる。まず、通常の単一単結
晶基板あるいは同一結晶軸方向の貼り合わせ基板を用い
た場合には、異方性を利用した湿式エッチングでも垂直
断面の矩形開口を実現することは不可能で、必ずどちら
かの辺が斜面となる。このため従来の加工法は、一枚の
単結晶基板上に開口パターンを作り、ドライエッチング
で垂直断面を加工していた。この方法では、開口レジス
トパターンの段階で発生するエッジラフネスがそのまま
転写されたり、寸法シフトが発生するためにパターンの
角の部分が丸まったり、直線が湾曲したりする。また、
加工断面部も異方性とは言え、完全な垂直度は得られな
い。これに対し、本発明に係るビーム成形絞りでは、複
数の基板を使用し、かつ、湿式異方性エッチングを応用
する。

【０００８】すなわち、一つの基板である方向の垂直断
面を、湿式異方性エッチングにより形成し、同様に他の
基板でも湿式異方性エッチングにより形成する。これら
の基板の結晶軸をあらかじめ異ならせておけば、複数の
垂直なエッジ面を組み合わせることで、開口パターンを
作ることができる。この複数の基板同士を、最初から適
当な方位に選定して貼り合わせておけば、エッジ面同士
の直交度の調整も不要である。湿式異方性エッチングは
ドライエッチングと異なり、面方位によるエッチング速
度差を利用したものなので、完全な垂直断面を実現でき
る。このような垂直断面を実現する場合には、エッチン
グ速度の極端に遅い単結晶の(１１１)面を利用するの
が、都合がよい。この(１１１)面が表面に対して垂直と
なるためには、表面の面方位が(１１０)面である必要が
ある。更に、上記二つの基板を等しい厚さにしておけ
ば、同一湿式異方性エッチングにより、一回のプロセス
で両面のエッチングを完了させることが可能である。ま
た、この方法で作成したビーム成形絞りを用いた荷電粒
子ビーム露光装置では、ある基板で一方向の直線性に優
れた成形ビームが、次の基板で残りの方向のビームを直
線性のよいエッジで成形するので、最終的にどの方向に
も直線性のよいビーム成形が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の一実施例に係る荷電粒子
ビーム露光装置用のビーム成形絞りの構造を示す斜視
図、図２(ａ),(ｂ)はそれぞれ、そのＡ-Ａ',Ｂ-Ｂ'断面
図を示しており、図３(ａ)〜(ｄ)は、その作成方法の実
施例の説明図である。まず、本実施例に係るビーム成形
絞りの作成方法では、直線性、直交度ともに優れたビー
ム成形絞りを実現するために、図３(ａ)〜(ｄ)に示した
如きプロセスで、ビーム成形絞りを作成した。すなわ
ち、まず、(１１０)面を表面とした２枚のシリコン基板
１，３を、互いに水平方向に９０度回転させて貼り合わ
せる。なお、この２枚の間には、１μm厚の酸化膜２が
内在されている。

【００１０】次に、湿式異方性エッチングのマスク材と
して、両面に酸化膜８を付ける。そして、図１に示した
ような矩形パターン９，１０を、表面裏面ともに、(１
１２）方向に長手になるようにパターン形成を行う。こ
のとき、表面と裏面とは結晶軸が９０度回転しているの
で、上述の矩形パターンも９０度回転するように設定す
ることになる。この基板を、水酸化カリウム水溶液（４
０％、６０℃)でエッチングする。このエッチング液
は、酸化膜とシリコンとでエッチング速度が大きく異な
り、酸化膜はほとんどエッチングされないという特性を
有しているものである。

【００１１】また、上述のエッチング液は、シリコンに
対しても、結晶面によりエッチング速度が大きく異な
り、(１１１)面は他の面に比べて、１００倍以上エッチ
ング速度が遅い。図２(ａ),(ｂ)および図３(ｃ),(ｄ)に
示す如く、本実施例に係るビーム成形絞り形成材料で
は、矩形パターンの長手方向が(１１１)面に垂直となっ
ているために、図１，図３に示すように、(１１１)面４
が垂直断面となってエッチングが進んで行き、酸化膜２
のところで停止する。そして、これ以外の方向では、エ
ッチングは同じように(１１１)面で停止するが、表面と
の角度は、９０度とは異なった斜面となる。この状況
は、図１〜図３に示されている。図中、４,５,６および
７は(１１１)面を示している。

【００１２】最後に、酸化膜２を除去して開口部が形成
される。この表面パターンと裏面パターンとによって形
成される開口パターン２０は、図２，図６(ａ)に示す如
く、すべて垂直面で形成されたものとなる。このため、
開口部は、直線性，直交度に優れた矩形となっている。
なお、直線性は、(１１１)面のエッチング速度が遅いこ
とから、もともとあったマスク部のエッジラフネスより
も小さなものとなる。マスク部のエッジラフネスは、
０.２μm程度あったものが、湿式異方性エッチング後は
０.１μm以下に減少した。

【００１３】直交度についても、その精度は、２枚の基
板を貼り合わせるときの精度で決定される。この精度
は、１ミリラジアン以下で実現できた。上記実施例によ
れば、開口部を、直線性，直交度に優れた矩形としたビ
ーム成形絞りの作成が可能になるという大きな効果が得
られる。また、上述の如き方法で作成したビーム成形絞
り２５，２９を、図７に示した電子ビーム露光装置に用
いた結果、図８に示した如く、微細なビーム４３に対し
ても矩形の成形ができ、０.１μm以下のパターン３７，
３８でも精度良く接続することができた。

【００１４】なお、上記実施例は本発明の一例を示した
ものであり、本発明はこれに限定されるべきものではな
いことは言うまでもないことである。例えば、(１１０)
面を表面として貼り合わせる、２枚のシリコン基板の結
晶軸を、上述の例と異なり９０度以外の角度に設定すれ
ば、平行四辺形や三角形など矩形以外の形状について
も、直線性のよいビーム成形絞りを実現することが可能
になる。なお、図７に示した如く、矩形開口は複数個設
定しても、その性能は全く等価であるので、どの矩形開
口を用いても同様の精度が得られる。

【００１５】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、直線性、直交度に優れたビーム成形絞りを実現で
きることから、これを荷電粒子ビーム露光装置に搭載す
ることで、高精度で高解像性の荷電ビーム露光装置を実
現できるという顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るビーム成形絞りの構造を示す図で
ある。

【図２】本発明に係るビーム成形絞りの断面構造を示す
図である。

【図３】本発明に係るビーム成形絞りの作成方法を説明
する図である。

【図４】従来のビーム成形絞りの構造を示す図である。

【図５】従来のビーム成形絞りの作成方法を示す図であ
る。

【図６】本発明に係るビーム成形絞り(ａ)と従来のビー
ム成形絞り(ｂ)を比較して示す上面図である。

【図７】電子ビーム露光装置構成図である。

【図８】本発明に係るビーム成形絞り(ａ)と従来のビー
ム成形絞り(ｂ)を比較して示すビーム成形とレジストパ
ターンを示す図である。

【符号の説明】

１,３ (１１０)シリコン基板２,８酸化膜４,５,６,７ (１１１)面９,１０開口パターン１１絞り板１２矩形開口パターン１３レジスト１４シリコン基板１５開口パターン１６上部基板の(１１１)面１７上部基板の矩形溝１８下部基板の(１１１)面１９下部基板の矩形溝第１転写マスク２０矩形開口２１露光時のレジストパターン２２ドライエッチング後の開口パターン２３電子銃２４電子ビーム２５第１ビーム成形絞り板２６,２８,３０,３２レンズ２７,３１偏向器２９第２ビーム成形絞り板３３ウェーハ３４ステージ３５,３９第２ビーム成形絞り矩形開口３６,４０第１ビーム成形絞りで成形した矩形ビーム３７,３８,４１,４２成形ビームで描画したレジスト
パターン４３,４４第１ビーム成形絞りおよび第２ビーム成形
絞りで成形した矩形ビーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームの形状を制御する開口部
を有するビーム成形絞りにおいて、互いに相異なる結晶
軸方向を有する複数の単結晶基板で構成されていること
を特徴とするビーム成形絞り。
【請求項２】前記複数の単結晶基板が、酸化膜を含ん
だ貼り合わせ基板であることを特徴とする請求項１記載
のビーム成形絞り。
【請求項３】前記複数の単結晶基板が、同じ厚さの単
結晶基板であることを特徴とする請求項１または２記載
のビーム成形絞り。
【請求項４】前記複数の単結晶基板が、同じ面方位で
かつ水平方向の結晶軸が互いに回転していることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載のビーム成形絞
り。
【請求項５】前記面方位が(１１０)結晶面であり、か
つ、互いに水平面内での結晶軸が９０度回転しているこ
とを特徴とする請求項４記載のビーム成形絞り。
【請求項６】前記ビーム成形絞りのビーム成形開口
が、ビーム成形絞りを構成する前記複数の単結晶基板の
それぞれの辺から形成されることを特徴とする請求項１
〜５のいずれかに記載のビーム成形絞り。
【請求項７】前記単結晶基板がシリコン単結晶基板で
あることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
ビーム成形絞り。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載のビーム
成形絞りの作成方法であって、前記複数の単結晶基板を
湿式異方性エッチングにより加工する工程を含むことを
特徴とするビーム成形絞りの作成方法。
【請求項９】鏡体内に設置された転写マスクの開口部
に荷電粒子ビームを照射して開口パターンの形状に荷電
粒子ビームを成形し、この荷電粒子ビームをレンズで縮
小し、かつ、偏向器により試料上の所望の位置に偏向し
て、パターン露光を行う荷電粒子ビーム露光装置であっ
て、請求項１〜７のいずれかに記載のビーム成形絞りを
用いることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。