JPH09205058A - 荷電ビーム露光用アパーチャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】荷電ビ−ム露光用アパ−チャとしての必要な性
能を備え、且つ荷電ビ−ム照射による温度上昇を抑え、
熱膨張による荷電ビ−ム露光パタ−ンの形状の劣化を防
止する荷電ビ−ム露光用アパ−チャを提供することにあ
る。 【解決手段】荷電ビ−ムの透過孔が形成された第一のシ
リコン基板と、該第一のシリコン基板を支持する第二の
シリコン基板とを、二酸化珪素膜で接着した貼り合わせ
基板を用いて作製された荷電ビ−ム露光用アパ−チャに
おいて、該第一のシリコン基板側の荷電ビ−ムの透過孔
の周囲の表面、及び該第二のシリコン基板側の開口部の
周囲の表面に、荷電ビ−ムが透過しない放熱用パタ−ン
を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路や
マイクロマシン等の製造に代表されるような、極めて微
細な回路あるいは構造物を形成する際の手段として、荷
電ビ−ム露光により微細加工を施す場合に、荷電ビ−ム
露光装置に装填され、荷電ビ−ムによる露光パタ−ンを
特定の形状に成形するための荷電ビ−ム露光用アパ−チ
ャに関する。詳しくは、繰り返しのある露光パタ−ンの
形成に際して、パタ−ンの描画速度の向上を図るべく、
繰り返しパタ−ンの基本ユニットに当たるパタ−ンが設
けられた荷電ビ−ム露光用アパ−チャ（以下アパ−チャ
と記す）に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路やマイクロマシン等の製
造に代表されるような、極めて微細な回路あるいは構造
物は、現在は勿論、これから将来にかけてますます微細
化が進む傾向にあり、且つとりわけ半導体集積回路につ
いてはパタ−ンの複雑さもより一層増してゆく傾向にあ
る。これらを荷電ビ−ム露光により形成する際に、荷電
ビ−ム露光で描画するパタ−ンに繰り返し性がある場合
に、繰り返し使用される図形あるいは図形群（図に限ら
ず文字や記号でもよい）を基本ユニットに当たるパタ−
ンとして、荷電ビ−ムによる一回のショットでまとめて
描画し、これを複数回繰り返して描画するという方法が
提案されている。この方法は一般的には、一括露光法、
ブロック露光法、セルプロジェクション法、あるいはキ
ャラクタプロジェクション法等と様々な名称で呼ばれて
いる。そして、露光に用いる荷電ビ−ムには電子ビ−ム
やイオンビ−ムが代表例として挙げられる。

【０００３】この方法に使用されるアパ−チャの構造お
よびその製造方法については、例えば特願平２−５０４
９９０に記されている。従来のアパ−チャの構造を説明
するために、従来のアパ−チャの代表的な製造工程の例
を、図７（ａ）〜（ｄ）に従って説明する。

【０００４】先ず、熱酸化等によって二酸化珪素膜２３
が形成された第二のシリコン（以下Ｓｉと記す）基板２
２と第一のＳｉ基板２１とを、熱接着した貼り合わせ基
板３１を用意する。このような貼り合わせ基板３１は、
一般的にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）と呼ばれ、センサ類を作製するための基板とし
て一般的に使用されている（例えば、石田誠、季栄泰：
応用物理７、ｐ７００（１９９５））。アパ−チャとし
て使用する場合には、通常第二のＳｉ基板の厚さは５０
０μｍ程度、第一のＳｉ基板の厚さは２０μｍ程度であ
る。

【０００５】次に、第一のＳｉ基板２１上に導電層２４
を成膜し、第二のＳｉ基板２２側に、後工程で開口部２
７を形成する（以下この工程をバックエッチングと記
す）際の保護膜２５を成膜する（図７（ａ）参照）。次
に、ドライエッチング等の方法によりこの保護膜２５を
エッチングして、開口部２７を形成する（バックエッチ
ングをする）際のマスクとなる保護膜パタ−ン２５a を
形成する（図７（ｂ）参照）。この時の保護膜２５は、
アパ−チャの完成後には裏面の帯電防止に効果があるよ
うな導電性の膜が望ましい。

【０００６】次に第一のＳｉ基板２１上の導電層２４を
通常のフォトパターニングプロセスによりパターン加工
し導電層パターン２４ａを形成する。さらに、導電層パ
ターン２４ａをマスクにして第１のＳｉ基板２１をドラ
イエッチング等の方法によりエッチングし、第１のＳｉ
基板パターン２１ａを形成し、導電層パターン２４ａ上
のレジストパタ−ンを剥離して荷電ビームの透過孔２８
を形成する（図７（ｃ）参照）。

【０００７】次に保護膜パタ−ン２５ａをマスクとし
て、第二のＳｉ基板２２をＫＯＨ水溶液等によりバック
エッチングして、開口部２７を形成した後、二酸化珪素
膜２３を除去して荷電ビームの透過孔２８を貫通するこ
とにより、従来のアパ−チャが完成する（図７（ｄ）参
照）。また、アパ−チャの構成は図７（ｄ）に示される
ものである。また、図７では省略しているが、荷電ビ−
ム露光装置に依存する露光条件によっては荷電ビームの
透過孔２８上面の導電層パターン２４ａ、もしくは裏面
の保護膜パターン２５ａはなくてもよい場合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の従来の
アパ−チャでは、アパ−チャに照射された荷電ビ−ムの
うち、露光に寄与しない、つまりアパ−チャの荷電ビ−
ムの透過孔以外の部分に入射した荷電ビ−ムのエネルギ
−は、そのほとんどが熱エネルギ−に変換されるために
アパ−チャの温度が上昇するといった問題があった。ア
パ−チャの温度の上昇は、アパ−チャの熱膨張によって
荷電ビ−ムの透過孔からなるパタ−ンの変形（伸び縮
み）を引き起こすために、荷電ビ−ムの透過孔を透過し
て露光に供される荷電ビ−ムパタ−ンは本来の形状（寸
法）から歪んでしまうといった問題が生じる。

【０００９】一般的に熱の移動は、伝導、対流、輻射に
よる。しかし、アパ−チャが使用される低圧力の環境で
は対流による熱の移動は小さいので、アパ−チャの温度
上昇を抑えるためには、伝導や輻射によって効率よく熱
を移動させてやることが望ましい。ステファン−ボルツ
マン（Ｓｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎ）の輻射の法則
によると、温度Ｔの表面はＴ⁴ に比例するエネルギ−を
常に放射し、一方で他の物体より放出されるエネルギ−
を吸収している。この結果Ｔ₁ 、Ｔ₂ の二つの温度の異
なる面がある時、高温側（Ｔ₂ ）から低温側（Ｔ₁ ）へ
の輻射による熱エネルギ−の移動速度Ｑは、Ｑ＝５. ６
７×１０^-12 εＡ（Ｔ₂ ⁴−Ｔ₁ ⁴）で与えられ、εは二つ
の面の平均の放射率、Ａは面の面積（ここでは等しいと
した場合）であって、それぞれの面のε₁ 、ε₂ によっ
て表される（例えば、田沼静一編：実験物理学講座１５
全３３巻，「低温」、共立出版、ｐ７３）。しかる
に、アパ−チャの輻射による熱の移動を容易にするに
は、アパ−チャを構成する物質（材料）は熱の放射率が
大きく、面の面積は広い方が望ましい。しかしながら、
アパ−チャを構成する物質は、アパ−チャの製造工程、
コストなどにより制約される。したがって、アパ−チャ
の輻射による熱の移動を容易にするには、アパ−チャの
表面積を広くすることが望ましい。

【００１０】本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、アパ−チャ
としての必要な性能を備え、且つ荷電ビ−ム照射による
温度上昇を抑え、熱膨張による荷電ビ−ム露光パタ−ン
の形状の劣化を防止するアパ−チャを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に於いて上記課題
を解決するために、荷電ビ−ムの透過孔が形成された第
一のシリコン基板と、該第一のシリコン基板を支持する
第二のシリコン基板とを、二酸化珪素膜で接着した貼り
合わせ基板を用いて作製された荷電ビ−ム露光用アパ−
チャにおいて、該第一のシリコン基板側の荷電ビ−ムの
透過孔の周囲の表面、および該第二のシリコン基板側の
開口部の周囲の表面に、荷電ビ−ムが透過しない放熱用
パタ−ンを設けたものである。

【００１２】本発明のアパ−チャにおいて、第一のＳｉ
基板表面と第二のＳｉ基板表面の片面または両面に、荷
電ビ−ムが透過しない輻射放熱用パタ−ンを合わせ有し
ていることにより、従来のアパ−チャに比べて表面積が
広くなり、荷電ビ−ム照射によって発生した熱を放熱
（詳しくは輻射伝熱による放熱）し易くなる。したがっ
て、従来のアパ−チャに比べて荷電ビ−ム照射中のアパ
−チャの温度上昇を抑え、熱膨張による荷電ビ−ム露光
パタ−ン形状の劣化を防止することができる。また、こ
れらの荷電ビ−ムが透過しない放熱パタ−ンは、荷電ビ
−ムの透過孔や開口部を形成する際に同時に形成するの
で、わざわざ工程を追加する必要がない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき説
明する。図１、図２、図３は本発明のアパ−チャの例を
示す断面図である。図１、図２、図３は全て、第一のＳ
ｉ基板１と第二のＳｉ基板２とを二酸化珪素膜３にて接
着した貼り合わせ基板を用いて作製されている。図１
は、第一のＳｉ基板１に形成された荷電ビ−ムの透過孔
８の周囲に荷電ビ−ムが透過しない放熱用パタ−ン９及
び第二のＳｉ基板２の開口部７の周囲にも荷電ビ−ムが
透過しない放熱用パタ−ン１０が形成されている。ま
た、図１の導電層パターン４ａ、もしくは保護膜パター
ン５ａはなくてもよい。

【００１４】図２は、第一のＳｉ基板１に形成された荷
電ビ−ムの透過孔８の周囲にのみ、荷電ビ−ムが透過し
ない放熱用パタ−ン９が形成されている。図３は、第二
のＳｉ基板２ａの開口部７の周囲にのみ、荷電ビ−ムが
透過しない放熱用パタ−ン１０が形成されている。ま
た、図２および図３において、導電層パターン４ａ、も
しくは保護膜パターン５ａはなくてもよいことは図１と
同様である。

【００１５】図１、図２、図３には示さなかったが、必
要に応じて、第一のＳｉ基板１側の荷電ビ−ムが透過し
ない放熱用パタ−ン９や第二のＳｉ基板２側の放熱用パ
タ−ン１０を形成した後（アパ−チャ作製工程の途中で
も、完成後でも構わない）、導電層４と同じ材料もしく
は他の導電性材料で、アパ−チャの上面および下面を被
覆してもよい。この際、放熱用パタ−ン９や放熱用パタ
−ン１０が埋まらない程度の薄い膜で被覆するのが好ま
しい。

【００１６】次に本発明のアパ−チャのうち、図２およ
び図３の構造を合わせ持つ図１のアパ−チャの製造工程
を図４、図５に従って説明する。先ず、第一のＳｉ基板
１と第二のＳｉ基板２とを、二酸化珪素膜３にて接着し
た貼り合わせ基板１１を用意する（図４（ａ）参照）。

【００１７】次に、前記貼り合わせ基板１１の上面、す
なはち第一のＳｉ基板１側の表面にスパッタリング法等
の公知の方法により、導電層４を成膜する。この導電層
４は、多層レジスト法に於ける下層レジストの役割を兼
ね備える。続いて、前記貼り合わせ基板１１の下面、す
なはち第二のＳｉ基板２側の下面に、同じくスパッタリ
ング法等の公知の方法により、保護膜５を成膜する（図
４（ｂ）参照）。

【００１８】次に、前記保護膜５を通常のフォトパター
ニングプロセスによりパターン加工し、保護膜パタ−ン
５ａを形成する（図４（ｃ）参照）。保護膜パタ−ン５
ａは、基板の端部から数ミリ程度内側、必要ならばそれ
以上内側に形成するのが好ましい。これは、アパ−チャ
完成後にアパ−チャが荷電ビ−ム露光装置に装填され、
保持あるいは固定される際に、アパ−チャの保持あるい
は固定された接触面の面積を大きくするためである。ま
た、第二のＳｉ基板２に、例えば主面の面方位が＜１０
０＞面で、厚さが５００μｍのＳｉ基板を用いた場合、
放熱用パタ−ン１０を形成するための保護膜パタ−ンの
寸法は、７００μｍ以下にすることが望ましい。

【００１９】この理由を、第二のＳｉ基板２に放熱用パ
タ−ン１０を形成した拡大図（図６）を用いて説明す
る。主面の面方位が＜１００＞面である第二のＳｉ基板
２は、例えばＫＯＨ水溶液でバックエッチングする際に
５４. ７゜の角度でエッチングされる。したがって、放
熱用パタ−ン１０の先端が二酸化珪素膜３に到達した場
合の放熱用パタ−ン１０の開口幅Ｘは、７０８μｍと計
算される。荷電ビ−ムが透過しない放熱用パタ−ン１０
の形成に於いては、後工程で形成される荷電ビ−ムの透
過孔８の周囲の荷電ビ−ムが透過しない放熱用パタ−ン
９との位置関係や第一のＳｉ基板１を支持する第二のＳ
ｉ基板２の強度を考慮しなければならない。したがっ
て、荷電ビ−ムが透過しない放熱用パタ−ン１０は、少
なくともバックエッチングの際に二酸化珪素膜３へ到達
しないように設計する方が望ましいため、放熱用パタ−
ン１０を形成するための保護膜５のパタ−ン寸法、すな
はち放熱用パタ−ン１０の開口幅Ｘは、７００μｍ以下
にすることが望ましい。

【００２０】次に、前記導電層４の上に上層レジストを
塗布し、フォトリソグラフィもしくは電子線リソグラフ
ィ等の公知の手段により、荷電ビームの透過孔８及び放
熱用パターン９を形成するための、レジストパタ−ン６
ａを形成する（図４（ｄ）参照）。放熱用パターン９
は、前記保護膜パタ−ン５ａと同様の理由により、基板
の端部から数ミリ程度内側、必要ならばそれ以上内側に
形成するのが好ましい。

【００２１】次に、前記レジストパタ−ン６ａをマスク
として、導電層４を公知の反応性イオンエッチング等の
手段によりエッチングし、導電層パタ−ン４ａを形成す
る。この後、前記レジストパタ−ン６ａを有機溶剤等の
剥離液にて剥離する（図４（ｅ）参照）。尚、前記レジ
ストパタ−ン６ａは、この工程で剥離せずに後工程にて
剥離しても構わない。

【００２２】次に、前記導電層パタ−ン４ａをマスクに
して、第一のＳｉ基板１を公知の反応性イオンエッチン
グ等の手段によりエッチングし、第一のＳｉ基板１に荷
電ビームの透過孔８及び放熱用パタ−ン９となる第一の
Ｓｉ基板１ａパタ−ンを形成する（図４（ｆ）参照）。
導電層パタ−ン４ａは剥離せずにそのまま残しておくこ
とにより、アパ−チャ完成後の上面の導電層とする。

【００２３】次に、保護膜パタ−ン５ａをマスクとし
て、第二のＳｉ基板２をＫＯＨ水溶液によりバックエッ
チングして開口部７及び開口部７の周囲に荷電ビ−ムが
透過しない放熱用パタ−ン１０を形成する（図４（ｇ）
参照）。その後、開口部７の二酸化珪素膜３を緩衝フッ
酸処理により除去して荷電ビ−ムの透過孔８を貫通し
て、図１のアパ−チャが完成する（図４（ｈ）参照）。
この場合の緩衝フッ酸処理は、全面にわたって行われて
おり、放熱用パタ−ン９の下部の二酸化珪素膜３もエッ
チング除去されている。この際、放熱用パタ−ン９の間
隔が狭いと二酸化珪素膜３の膜厚によっては、第一のＳ
ｉ基板１からなるパタ−ンが崩れたり、剥離されたりす
る可能性がある。したがって、放熱用パタ−ン９を形成
するためのパタ−ン設計を容易にするために、二酸化珪
素膜３の膜厚はなるべく薄い方が好ましい。以下に実施
例を示して、本発明を更に説明する。

【００２４】

【実施例】主面の面方位が＜１１１＞面で、厚さ２０μ
ｍの第一のＳｉ基板１と、主面の面方位が＜１００＞面
で、厚さ５００μｍの第二のＳｉ基板２とを、第二のＳ
ｉ基板表面の二酸化珪素膜（厚さ１００ｎｍの熱酸化
膜）３にて接着した貼り合わせ基板１１を用意した（図
４（ａ）参照）。

【００２５】前記貼り合わせ基板１１の上面、すなはち
第一のＳｉ基板１側の表面に、荷電ビームの透過孔８及
び放熱用パタ−ン９を形成すための下層レジストとして
クロム（以下Ｃｒと記す）膜４を、スパッタリング法に
より約２００ｎｍの厚さに成膜した。その後、貼り合わ
せ基板１１の下面、すなはち第二のＳｉ基板側の下面
に、保護膜５としてＣｒ膜を同じくスパッタリング法に
より約１８０ｎｍの厚さに成膜した（図４（ｂ）参
照）。Ｃｒ膜はアルカリ水溶液に対して耐性があり、導
電性も備えているので選択した。

【００２６】次に、第二のＳｉ基板側の表面のＣｒ膜上
に、通常のフォトリソグラフィによりフォトレジストパ
タ−ンを作製し、このフォトレジストパタ−ンをマスク
としてＣｒ膜を通常のクロムエッチング水溶液でエッチ
ングし、開口部７及び放熱用パタ−ン１０を形成するた
めの保護膜パタ−ン５ａを形成した。その後フォトレジ
ストパターンは専用の剥離液にて剥離した（図４（ｃ）
参照）。この際、保護膜パタ−ン５ａは、第二のＳｉ基
板の端部から７ｍｍ内側に形成し、パタ−ン幅は２５０
μｍとした。

【００２７】次に、第一のＳｉ基板側の表面のＣｒ膜４
上に、上層レジストとして電子線レジストを塗布し、通
常の電子線リソグラフィにより荷電ビームの透過孔８及
び放熱用パタ−ン９を形成するための電子線レジストパ
タ−ン６ａを形成した（図４（ｄ）参照）。この際、放
熱用パタ−ン９を形成するための電子線レジストパタ−
ン６ａは、第一のＳｉ基板の端部から５ｍｍ内側に、一
辺２０μｍの正方形の形状で、４０μｍピッチに（いわ
ゆるドット状に）形成した。その後、前記電子線レジス
トパタ−ン６ａをマスクとして、下層のＣｒ膜４をＣＨ
２ＣＬ２とＯ２混合ガスを用いたドライエッチングによ
りエッチングしてＣｒ膜パタ−ン４ａを形成した。その
後、有機溶剤にて電子線レジストパターン６ａを剥離し
た（図５（ｅ）参照）。

【００２８】次に、前記Ｃｒ膜パタ−ン４ａをマスクと
して、第一のＳｉ基板１をＳＦ６ガスを用いたドライエ
ッチングによりエッチングし、荷電ビームの透過孔８及
び放熱用パタ−ン９となる第一のＳｉ基板パタ−ン１ａ
を形成した（図５（ｆ）参照）。この際、ＳＦ６ガスを
用いたドライエッチングによりＣｒ膜も若干エッチング
されるが、約１８０ｎｍの厚さのＣｒ膜が残っており、
第一のＳｉ基板上面の導電層として充分使用が可能であ
る。

【００２９】次に、保護膜パタ−ン５ａをマスクとし
て、第二のＳｉ基板を３０重量％のＫＯＨ水溶液により
バックエッチングして、開口部７及び放熱用パタ−ン１
０を形成した（図５（ｇ）参照）。その後、開口部７の
二酸化珪素膜を緩衝フッ酸により除去して、本発明の図
１の構造のアパ−チャが完成する。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上の構成であるから、下記の
示す如き効果がある。すなはち、本発明のアパ−チャに
おいて、第一のＳｉ基板表面と第二のＳｉ基板表面の片
面または両面に、荷電ビ−ムが透過しない放熱用パタ−
ンを合わせ有していることにより、従来のアパ−チャに
比べて表面積が広くなり、荷電ビ−ム照射によって発生
した熱を輻射伝熱によって放熱し易くなる。したがっ
て、従来のアパ−チャに比べて荷電ビ−ム照射中のアパ
−チャの温度上昇を抑え、熱膨張による露光パタ−ン形
状の劣化を防止することができ、結果的に荷電ビ−ム露
光による転写精度が向上する。また、これらの荷電ビ−
ムが透過しない放熱用パタ−ンを、荷電ビ−ムの透過孔
や開口部を形成する際に同時に形成するので、従来の工
程に何ら別の工程を追加することなく簡単に作製でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアパ−チャの構造の例を示す断面
図である。

【図２】本発明によるアパ−チャの構造の例を示す断面
図である。

【図３】本発明によるアパ−チャの構造の例を示す断面
図である。

【図４】本発明によるアパ−チャの製造工程の例を示す
断面図である。

【図５】本発明によるアパ−チャの製造工程の例を示す
断面図である。

【図６】本発明によるアパ−チャの第二のＳｉ基板側の
放熱パタ−ンの拡大図を示す部分断面図である。

【図７】従来のアパ−チャの構造および製造工程例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１、２１………第一のＳｉ基板 １ａ、２１ａ………第一のＳｉ基板パターン ２、２２………第二のＳｉ基板 ２ａ、２２ａ………第二のＳｉ基板パターン ３、２３………二酸化珪素膜 ３ａ、２３ａ………二酸化珪素膜パターン ４、２４………導電層 ４ａ、２４ａ………導電層パターン ５、２５………保護膜 ５ａ，２５ａ………保護膜パターン ６ａ………レジストパタ−ン ７、２７………開口部 ８、２８………荷電ビ−ムの透過孔 ９………第一のＳｉ基板側の放熱用パタ−ン １０………第二のＳｉ基板側の放熱用パタ−ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電ビ−ムの透過孔が形成された第一のシ
   リコン基板と、該第一のシリコン基板を支持する第二の
   シリコン基板とを、二酸化珪素膜で接着した貼り合わせ
   基板を用いて作製された荷電ビ−ム露光用アパ−チャに
   おいて、該第一のシリコン基板側の荷電ビームの透過孔
   の周囲の表面、および該第二のシリコン基板側の開口部
   の周囲の表面に、荷電ビ−ムが透過しない放熱用パタ−
   ンを設けたことを特徴とする荷電ビ−ム露光用アパ−チ
   ャ。