JPH10261566A

JPH10261566A - ビーム電流測定用貫通孔の製造方法

Info

Publication number: JPH10261566A
Application number: JP6489197A
Authority: JP
Inventors: Jun Takamatsu; 潤高松; Munehiro Ogasawara; 宗博小笠原; Tetsuo Nakasugi; 哲郎中杉; Yoshimitsu Kato; 善光加藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JP2944559B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成形ビームの高精度測定に必要となる０．１
μｍφ程度の微小貫通孔を、ビームを遮るための薄膜に
精度良く形成することができ、電子ビーム露光装置にお
ける描画精度向上等に寄与する。【解決手段】電子ビーム露光装置におけるビーム電流
測定に使用されるビーム電流測定用貫通孔の製造方法に
おいて、Ｓｉ基板６１の表面側にＷ薄膜６３を成膜した
後、基板６１の裏面側から該基板６１を選択エッチング
して開口を設け、次いでＦＩＢを用いたエッチングによ
ってＷ薄膜６３に所望の貫通孔径よりも大きな径の第１
の開口６３ｂを形成し、しかるのちＦＩＢを用いたエッ
チングによって第１の開口６３ｂの底部に所望の貫通孔
径の第２の開口６３ａを形成して開口を貫通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクやウェハ等
の試料へのパターン描画或いはパターン転写に用いられ
る荷電ビーム露光装置において、ビームの寸法，形状，
位置，電流密度，電流密度分布等を測定するために使用
するビーム電流測定用貫通孔の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩデバイスの集積化が進むにつれ
て、ＬＳＩの製造に用いられるリソグラフィ装置の精度
及びスループットに対する要求は、益々厳しくなってき
ている。現在、リソグラフィ装置として用いられている
電子ビーム露光装置では、十分なスループットを確保す
るために、可変成形ビーム（Variable Shaped Beam: Ｖ
ＳＢ）方式、又はキャラクタプロジェクション（Charac
ter Projection：ＣＰ）方式という描画方式を採用して
いる。

【０００３】図１は、ＶＳＢ方式の電子ビーム露光装置
を示す模式図であり、図中の１０は試料基板（ウェ
ハ）、１１は電子銃、１２はコンデンサレンズ、１３は
第１成形アパーチャ、１４はプロジェクションレンズ、
１５は成形偏向器、１６は第２成形アパーチャ、１７は
副偏向器、１８は対物レンズ、１９は主偏向器を示して
いる。ＶＳＢ方式では、図中の２つのアパーチャ、即ち
第１成形アパーチャ１３と第２成形アパーチャ１５を用
いてビームの成形を行う。

【０００４】一方、ＣＰ方式では、第２成形アパーチャ
に図２のようなＣＰ用アパーチャを用いる。図中の２１
はＳｉ基板、２２はアパーチャ薄膜、２３はＣＰ用アパ
ーチャである。ＬＳＩデバイスのパターンには、ＤＲＡ
Ｍに代表されるように、繰り返しパターンを多く含むも
のがある。ＣＰアパーチャ上には、このような繰り返し
パターンから抽出した単位パターンを形成しておく。こ
れによってＣＰ方式は、ＶＳＢ方式と比較して大幅にシ
ョット数を減らすことができるため、描画のスループッ
トを格段に向上させることができる。

【０００５】ＶＳＢ方式，ＣＰ方式とは異なるパターン
露光方法として、パターン転写方式がある。これは、形
成しようとするパターンの全体或いは一部分を予めマス
クに形成しておき、転写するという方式である。パター
ン転写方式は、比較的広い領域を一括して転写する。そ
のため、ＣＰ方式と比較して、成形ビームの面積が大き
いことが特徴である。

【０００６】ＶＳＢ方式，ＣＰ方式，或いは転写方式の
いずれにおいても、成形されたビームの形状，寸法，位
置，及びビームエッジの解像度等を測定し、これらを最
適値に調整することは、高精度の描画のために不可欠な
作業である。また、特にＣＰ方式や転写方式において
は、成形されたビームの面積が大きいため、成形ビーム
の電流密度分布を知りそれを調整することは、高精度の
パターン形成のために不可欠になる。

【０００７】成形ビームの形状等を測定する従来方法と
して、金（Ａｕ）或いはタングステン（Ｗ）等の微小マ
ーク（大きさは、例えば０．１〜０．５μｍ）を用いる
方法があるが、この方法では、十分なＳ／Ｎ比（コント
ラスト）を得ることができない、高精度の測定ができな
い、反射電子信号の強度をビーム電流に換算することが
難しい等の問題がある。

【０００８】そこで最近、微小マークからの反射電子信
号を測定するという方法の他に、図３に示すように、微
小貫通孔を通過したビームの電流を直接測定するという
方法が検討されている。図中の３０は電子ビーム、３１
は微小貫通孔３１ａを有する薄膜、３２は制限アパーチ
ャ、３３はファラデーカップ、３４は電流計を示してい
る。この電流測定の方法を用いれば、微小マークの方法
に比べて、ビームの形状，寸法，位置，ビームエッジの
解像度の測定において、Ｓ／Ｎ比，解像度，及び位置分
解能が向上し、高精度の測定ができる。この方法は、電
流密度分布の測定にも応用することができる。

【０００９】この微小貫通孔３１ａを用いたビーム電流
測定の概要は、以下の通りである。まず、薄膜３１に測
定対象となる成形ビームの断面積よりも微小な貫通孔３
１ａを形成する。そして、この微小貫通孔３１ａ上を成
形ビームでスキャンし、微小貫通孔３１ａを通過してき
たビームの電流をファラデーカップ３３で測定する。こ
のビーム電流の測定値とスキャン信号とを用いれば、成
形ビームの形状、或いは電流密度分布等を知ることがで
きる。

【００１０】このような微小貫通孔を構成するには、薄
膜としてシリコン（Ｓｉ）が用いられ、また微小貫通孔
の形成にはリソグラフィの手法が用いられてきた。具体
的に述べると、パターニングしたレジストをマスクにし
てＲＩＥによってＳｉ薄膜をパターニングし、微小貫通
孔を形成するのである。Ｓｉ薄膜のパターニングに、パ
ターン・トランスファの手法を用いることもある。即
ち、レジストとＳｉ薄膜との間にＳｉ酸化膜の中間層を
形成しておき、まずパターニングされたレジストをマス
クにしてＳｉ酸化膜の中間層をエッチングし、さらにこ
の中間層をマスクにしてＳｉ薄膜をエッチングするので
ある。

【００１１】しかしながら、この種の方法にあっては次
のような問題があった。まず、従来用いられてきたＲＩ
Ｅ等によるエッチングの手法によって、アスペクト比の
高い貫通孔を形成することは、一般的には容易ではな
い。薄膜が厚い場合、エッチング中に微小開口の径が徐
々に大きくなり、所望の径の貫通孔を得ることが難しく
なる。

【００１２】薄膜を薄くすることによって、貫通孔のア
スペクト比を小さくし微細な貫通孔を形成しやすくする
という手法が考えられるが、この場合、薄膜がビームの
透過限度膜厚よりも薄くなる。例えば、Ｓｉ薄膜の場
合、０．１μｍφの貫通孔を形成するためには、薄膜の
厚さを１μｍ程度にするのが望ましい。しかし、５０ｋ
ｅＶの電子に対する透過限度膜厚は２０μｍであるの
で、薄膜に照射されたビームのかなりの部分は、薄膜を
透過してファラデーカップに到達してしまう。このよう
な薄膜部分を透過してきたビームは、Ｓ／Ｎ比を劣化さ
せる要因になる。

【００１３】この問題を解決するために、微小貫通孔３
１とａファラデーカップ３３との間に、制限アパーチャ
３２を設けるという方法が提案されている。この方法で
は、微小貫通孔３１ａを有する薄膜部分３１を透過して
きた電子ビーム３０の多くは、薄膜３１によって散乱さ
れて進行方向が変化する。そこで、制限アパーチャ３２
を設けることによって、薄膜３１中で散乱されて進行方
向が変わったビームを遮断して、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上
させるのである。

【００１４】しかしながら、この方法にも次のような問
題がある。即ち、薄膜３１中で散乱されたビームの中
で、小さな散乱角のビームを遮断するためには、制限ア
パーチャ３２の開口径を小さくするか、又は薄膜３１と
制限アパーチャ３２との間の距離を大きくしなければな
らない。制限アパーチャ３２の開口径を小さくした場
合、薄膜３１に設けた微小貫通孔３１ａと制限アパーチ
ャ３２とのアライメントに高い精度が要求されるように
なる。また、装置上の制約から、薄膜３１と制限アパー
チャ３２との間の距離の大きさには制限がある。従っ
て、制限アパーチャ３２の開口径をできるだけ小さくす
ると共に、制限アパーチャ３２と薄膜３１の微小貫通孔
３１ａとのアライメントを高精度に行う必要がある。し
かし、これらを容易に行える方法がないのが現状であ
る。

【００１５】これらの問題を軽決するには、薄膜に電子
阻止能の高い重金属を用いるという方法がある。重金属
薄膜を用いれば、Ｓｉ薄膜よりも薄い膜厚で入射電子ビ
ームを遮断することができ、また制限アパーチャを設け
なくても、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。しかし、
重金属薄膜にＲＩＥ等によるエッチングの手法を用いて
微小貫通孔を形成する場合にも、Ｓｉ薄膜の場合と同様
に、微小貫通孔の径を小さくするのが容易ではないとい
う問題が生じる。

【００１６】薄膜に微小貫通孔を形成する別の方法とし
て、パターニングされたレジストを鋳型にしたリフトオ
フ法がある。この方法では、薄膜に重金属を用いること
ができるので、薄い膜厚でも電子阻止能を高くできる。
しかし、鋳型として用いるレジストの孤立パターンが細
く、かつアスペクト比が高くなるにつれ、レジストが倒
れやすくなるという問題がある。例えば、レジストにＰ
ＭＭＡを用いた場合、外径が１μｍφ以下では、アスペ
クト比が２〜３より大きくなると、孤立パターンは容易
に倒れてしまう。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、微小
貫通孔を用いてビームを高精度に測定するには、貫通孔
を形成する薄膜の膜厚を電子透過限度膜厚より厚くし、
かつ貫通孔の径を０．１μｍφ程度と極めて小さくしな
ければならないが、このような微細孔を形成するのは困
難であった。

【００１８】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、成形ビームの高精度
測定に必要となる０．１μｍφ程度の微小貫通孔を、ビ
ームを遮るための薄膜に精度良く形成することができ、
荷電ビーム露光装置における描画精度向上等に寄与し得
るビーム電流測定用貫通孔の製造方法を提供することに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、荷電ビーム露光
装置におけるビーム電流測定に使用されるビーム電流測
定用貫通孔の製造方法において、基板の表面側に薄膜を
成膜する工程と、前記基板の裏面側から該基板を選択エ
ッチングして開口を設ける工程と、集束イオンビーム
（ＦＩＢ）を用いたエッチングにより前記薄膜に貫通孔
を形成する工程とを含み、前記貫通孔を形成する工程と
して、所望の貫通孔径よりも大きな径の第１の開口を形
成したのち、第１の開口の底部に所望の貫通孔径の第２
の開口を形成して開口を貫通させることを特徴とする。

【００２０】また本発明は、荷電ビーム露光装置におけ
るビーム電流測定に使用されるビーム電流測定用貫通孔
の製造方法において、基板の表面側に集束イオンビーム
或いは電子ビームを用いて柱状の堆積物を堆積させる工
程と、前記柱状堆積物を鋳型として前記基板上に薄膜を
成膜する工程と、前記基板の裏面から該基板を選択エッ
チングして開口を設ける工程と、前記薄膜を成膜後に前
記柱状堆積物を除去して該薄膜に貫通孔を形成する工程
とを含むことを特徴とする。

【００２１】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 薄膜の材料として、Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，
Ｐｄ，Ａｇ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｐｂの単体、或いはそれらの合金を用いること。ま
た、これらの成膜方法として、メッキ法，スパッタリン
グ法，真空蒸着法，或いはＣＶＤ法を用いること。

【００２２】(2) ＦＩＢによるエッチングにＸｅＦ₂ ，
Ｃｌ₂ ，Ｉ₂ をエッチング用アシストとして用いてもよ
いこと。 (3) ＦＩＢによる柱状堆積物の堆積法に代わりに、電子
ビームを用いて柱状堆積物を堆積させること。

【００２３】(4) 柱状堆積物が、炭素，炭化水素，或い
は酸化シリコンを単独、又は複合して含むこと。 (5) 鋳型として用いる柱状堆積物を堆積させる工程が、
所望の外径よりも大きな径の柱状堆積物を堆積させる第
１の工程と、この大きな径の柱状堆積物の上部に所望の
外径の柱状堆積物を堆積させる第２の工程からなるこ
と。

【００２４】(6) 貫通孔の内径が、測定対象のビームの
断面よりも小さいこと。 (7) 同一基板上に、大きさの異なる複数の貫通孔を配置
すること。 (8) 貫通孔は、内径の異なる２つ以上の部分から成るこ
と。

【００２５】（作用）本発明によれば、ＦＩＢを用いた
２段階のエッチング又はＦＩＢを用いた柱状堆積物の形
成に続くリフトオフにより貫通孔を形成することによっ
て、ＲＩＥによるエッチングでは形成が困難な薄膜上の
微小貫通孔を容易に形成することができる。

【００２６】また、本発明では、薄膜に電子阻止能の大
きい重金属を用いることができるので、従来のＳｉ製の
薄膜の場合と比較して、同程度の膜厚であっても、より
高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

【００２７】しかも貫通孔の内径を、径が小さくしかも
一様な部分と、径が大きい部分との２段階の構成にして
いるため、薄膜の膜厚が厚い場合でも、貫通孔の形成が
容易で、かつ制限アパーチャを設けなくても十分なＳ／
Ｎ比を得ることができる。これは、径の小さい部分の薄
膜を透過してきた電子ビームの一部は、薄膜中で散乱さ
れて進行方向が変わり、散乱された電子ビームの一部は
径の大きい部分の薄膜で阻止されるためである。

【００２８】

【発明の実施の形態】発明の実施形態の形成を説明する
前に、本発明の基本的プロセスについて説明する。（１）微小貫通孔を形成する手段として、集束イオンビ
ーム（ＦＩＢ）によるエッチング作用を応用する。ＦＩ
Ｂのビーム径は、３０ｎｍ程度、或いはそれ以下に絞
り、微小貫通孔の形成に適するようにする。貫通孔の形
成には、ＦＩＢのスパッタリング作用を用いたＦＩＢス
パッタエッチング、或いはアシストガスを用いたＦＩＢ
アシストエッチングを適用する。

【００２９】薄膜が厚く、微小な貫通孔を形成するのが
困難な場合には、以下に述べるような２段階（又はそれ
以上の段階）のエッチング工程を適用する。まず、第１
段階として、所望の開口径よりも大きな径の第１の開口
を形成する。この第１の開口は貫通させないようにす
る。この段階においては、ＦＩＢアシストエッチングを
用いてもよい。第２段階では、ＦＩＢスパッタエッチン
グを行い、第１段階で形成した第１の開口の底部に、所
望とする微小な径の第２の開口（貫通孔）を形成し、開
口を貫通させる。これにより、図４（ａ）に示すような
貫通孔が形成される。図中の４１は微小貫通孔４１ａを
有する薄膜、４２は開口を有するＳｉ基板である。

【００３０】このような２段階のエッチング工程を行う
理由は、以下の通りである。ＦＩＢスパッタリングにお
いては、エッチングされた原子が開口の側壁に再び付着
するという、いわゆる再付着の現象が起こる。この再付
着現象のために、径が小さくかつ深い開口を形成しよう
とする場合、開口を貫通できない場合がある。しかし、
開口の径が大きい場合には、深い開口の形成も容易にな
ってくる。

【００３１】また、特にＦＩＢアシストエッチングは、
スパッタリング作用のみの通常のエッチングと比較し
て、エッチングレートを大きくすることができ、深い開
口を得るのが容易である。しかし、ＦＩＢアシストエッ
チングは、開口径の制御が難しく、同じ径のビームを用
いた場合でも、ＦＩＢスパッタリングの場合よりも大き
な径の貫通孔が形成される。そこで、ある深さまでは、
アシストエッチングを用いて開口を形成し、その後、こ
の開口を貫通させるのには、アシストガスを用いずにス
パッタリング作用のみでエッチングを行うという、２段
階のエッチングを行うとよい。

【００３２】また、径の異なる孔を設ける代わりに、図
４（ｂ）に示すように、テーパ状の孔を設けるようにし
てもよい。（２）集束イオンビームを用いて基板上に柱状の堆積物
を形成し、これを微小貫通孔の鋳型としてリフトオフ法
で微小貫通孔を形成する。

【００３３】（３）電子ビームを用いて基板上に柱状の
堆積物を形成し、これを微小貫通孔の鋳型としてリフト
オフ法で微小貫通孔を形成する。上記の（２）、（３）において、リフトオフ法をメッキ
によって行う場合には、柱状の鋳型は、図４（ｃ）に示
したようにメッキ下地層４３上に形成される。或いは、
リフトオフ法で形成される薄膜と基板４１との密着性が
良くない場合、層４３は接着用の層としても良い。ま
た、層４３を用いず直接に基板４１にリフトオフ用の薄
膜を形成しても良い。ここで、柱状鋳型の形状は、外径
が一様で所望の太さを持つもの４４でもよいし、外径が
場所によって異なるような形態４５であってもよい。製
造の容易さからは、後者のように２つの径を有するもの
或いはテーパ形状となり、先端側の径が小さくなってい
るものが望ましい。

【００３４】このように本発明では、先にも説明したよ
うに、ＲＩＥによるエッチングでは形成が困難な薄膜上
の微小貫通孔を、容易に形成することができる。そし
て、薄膜に電子阻止能の大きい重金属を用いることがで
きるので、従来のＳｉ製の薄膜の場合と比較して、同程
度の膜厚であっても、より高いＳ／Ｎ比を得ることがで
きる。

【００３５】しかも貫通孔の内径を、径が小さくしかも
一様な部分と、径が大きい部分との２段階の構成にして
いるため、薄膜の膜厚が厚い場合でも、貫通孔の形成が
容易で、かつ制限アパーチャを設けなくても十分なＳ／
Ｎ比を得ることができる。その理由を、図５で説明す
る。図中の５０は電子ビーム、５１は微小貫通孔５１ａ
を有する薄膜、５３はファラデーカップ、５４は電流計
である。径の小さい部分の薄膜を透過してきた電子ビー
ムの一部は、薄膜中で散乱されて、進行方向が変わって
いる。このため、これら散乱された電子ビームの一部を
径の大きい部分の薄膜で阻止することができるのであ
る。

【００３６】以下、本発明の各実施形態を説明する。（第１の実施形態）ＦＩＢを用いた２段階のエッチング
によって、薄膜に微小貫通孔を形成する例を述べる。

【００３７】ＦＩＢを用いたエッチングで、薄膜に微小
開口を形成する場合、前述した再付着の現象のために、
例えば厚さ４μｍ程度の薄膜に、一様な内径０．１μｍ
φ程度の微小な貫通孔を形成するのは難しい。そこで、
次のような２段階の工程を用いる。まず、第１段階とし
て径が大きく、かつ深い第１の開口をまず形成し、次い
で第２段階として、この開口の底に径が小さく浅い第２
の開口を形成する。このような２段階のエッチングの手
法を用いれば、薄膜に微小貫通孔を形成することができ
る。

【００３８】ここでは、スパッタリング成膜によって、
Ｓｉ（１００）基板上に形成した厚さ４μｍのＷ薄膜に
貫通孔を形成する例を述べる。まず、図６（ａ）に示す
ように、Ｓｉ（１００）基板６０の両面に、ＬＰＣＶＤ
によって、厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜６２を成膜
する。続いて、基板６０の一方の面上にスパッタリング
成膜によって、厚さ４μｍのＷ薄膜６３を成膜する。

【００３９】次いで、基板裏面にレジスト（図示せず）
を塗布し、露光装置を用いてレジストをパターニング
し、このレジストをマスクにしてＲＩＥによって、図６
（ｂ）に示すように、裏面側のシリコン窒化膜６２に開
口形成用パターンを形成する。そして、シリコン窒化膜
６２をマスクにして、ＫＯＨ水溶液により基板６１をエ
ッチングすることによって、基板裏面に開口を形成す
る。

【００４０】次いで、ＣＤＥを用いて、基板６１の裏面
及び開口の底部に露出している主表面側のシリコン窒化
膜６２を除去した後、図６（ｄ）（ｅ）に示すように、
ＦＩＢによるＷ薄膜の２段階エッチングを、基板の裏面
側から行う。

【００４１】第１段階のエッチングでは、図６（ｃ）に
示すように、径が０．５μｍ、深さが３μｍの第１の開
口６３ｂを形成する。この場合、エッチングレートを速
くするために、ＸｅＦ₂ ，Ｃｌ₂ ，Ｉ₂ 等のアシストガ
スを用いてもよい。

【００４２】第２段階のエッチングでは、図６（ｄ）に
示すように、第１段階で形成した開口６３ｂの底部に、
径が０．１μｍの第２の開口（微小貫通孔）６３ａを薄
膜６３が貫通するように形成する。このようにして、厚
さ４μｍのＷ薄膜６３に微小貫通孔を形成できる。

【００４３】そして、上記のような微小貫通孔を有する
治具を前記図５に示すように設置してビーム電流測定等
に用いることにより、成形ビームの形状，寸法，位置，
及びビームエッジの解像度等の測定を高精度に行うこと
ができる。これにより、電子ビーム露光装置における描
画精度向上等に寄与することが可能となる。

【００４４】このように本実施形態によれば、大きさが
０．１μｍφ以下の内径を持つ、ビーム電流測定用の微
小な貫通孔を持つＷ薄膜６３を容易に形成できる。そし
てこの場合、貫通孔を内径の大きい部分６３ｂと小さな
部分６３ａとからなる構造にすることによって、薄膜６
３の厚さを電子ビームが遮断できる程度に厚くしても、
貫通孔の形成は容易である。また、内径の小さな部分６
３ａに相当する薄膜部分を透過してしまったビームの一
部分を、内径の大きな部分６３ｂに相当する薄膜部分で
遮断できるので、貫通孔と電流測定用ファラデーカップ
との間に制限アパーチャを設けなくても、十分なＳ／Ｎ
比で測定が可能になる。

【００４５】なお、本実施形態では、Ｗ薄膜６３の成膜
にスパッタリング法を用いたが、ＣＶＤ法を用いてもよ
い。また、Ｗ薄膜の代わりに、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍ
ｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｐｂの単体、或いはそれらの合金を用いてもよい。
この場合の成膜の方法には、スパッタリング法，メッキ
法，蒸着法，ＣＶＤ法等を用いればよい。

【００４６】（第２の実施形態）ＦＩＢによるアシスト
成膜によって基板上に鋳型を形成して、リフトオフの手
法によって微小貫通孔を形成する方法を述べる。図７に
形成プロセスの概略を示す。

【００４７】まず、図７（ａ）に示すように、主表面の
面方位が（１００）のＳｉ基板７１の両面に、ＬＰＣＶ
Ｄ法を用いて、１００ｎｍ厚のシリコン窒化膜７２を成
膜する。これらシリコン窒化膜７２は、ＫＯＨエッチン
グのマスクとして用いる。続いて、この基板７１の主表
面に、チタン（Ｔｉ）膜７３を１００ｎｍ厚さに、パラ
ジウム（Ｐｄ）膜７４を５０ｎｍ厚さにスパッタによっ
て成膜する。Ｔｉ膜７３はシリコン窒化膜７２とＰｄ膜
７４との接着層として、Ｐｄ膜７４は電解メッキの下地
として用いる。

【００４８】次いで、図７（ｂ）に示すように、ＦＩＢ
を用いて、カーボン（或いはハイドロカーボン）のピラ
ー７５を基板上（Ｐｄ上）に形成する。カーボンのピラ
ー７５を形成するには、成膜用ガスとして、スチレン或
いはピレン等を用いればよい。ＦＩＢには、３０ＫｅＶ
のＧａ⁺ を用いた。この条件では、１イオン当たり１０
個のカーボン原子を堆積させることができる。ピラー７
５の太さは、照射ビームの径で調節することができる。
ここでは、３０ｎｍ径のビームを用いて、直径０．１μ
ｍ、高さ４μｍのカーボン製ピラーを形成した。このピ
ラーは、根元に近ずくにつれ、やや太さを増すような形
状を持っている。根元の径は０．３μｍであった。

【００４９】次いで、図７（ｃ）に示すように、このピ
ラー７５を鋳型として、電解メッキによってＡｕ薄膜７
６を厚さ３．５μｍ成膜する。次いで、図７（ｄ）に示
すように、基板７１の裏面から開口を形成する。具体的
には、基板７１の裏面にレジスト（図示せず）を塗布
し、基板７１の裏面開口と主表面に設けたピラー７５の
位置とが合うように、両面アライナーを用いて基板開口
用パターンを形成する。そして、パターニングしたレジ
ストをマスクにして、シリコン窒化膜７２をＲＩＥを用
いてパターニングする。

【００５０】基板７１の開口工程には、このシリコン窒
化膜７２をマスクにしたＫＯＨ水溶液による異方性エッ
チングを適用する。Ｓｉ（１００）基板を用いた場合、
開口はテーパ角が５４．７度のピラミッド状になるの
で、基板の厚さが分れば開口パターンの大きさを決める
ことができる。開口パターンの大きさは、開口が主表面
に到達する部分での大きさが１０μｍφになるようにす
る。

【００５１】次いで、Ｏ₂ とＣＦ₄ を用いたケミカルド
ライエッチング（ＣＤＥ）により、基板７１の裏面及び
基板開口によって露出したシリコン窒化膜７２を除去す
る。次いで、希ＨＦで基板開口内に露出しているＴｉ膜
７３を除去し、さらに塩酸：硝酸：酢酸（３：３０：２
００）の混合液で同様のＰｄ膜７４を除去する。

【００５２】次いで、酸素アッシャ装置を用いて、カー
ボンのピラー７５を除去すると、この部分が貫通孔とな
る。以上の製作工程によって、図７（ｅ）に示すよう
に、厚さ３．５μｍのＡｕ薄膜７６に、最小部分の径が
０．１μｍφの微小貫通孔７６ａを形成することができ
る。

【００５３】なお、メッキする金属薄膜としては、Ａｕ
の他に、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｔ，の単
体、或いはそれらの合金を用いてもよい。（第３の実施形態）本実施形態では、第２の実施形態の
微小貫通孔形成法において、ピラーの形成方法に、電子
ビームを用いた方法を適用した場合について述べる。電
子ビーム照射装置としては、例えばＳＥＭ（走査型電子
顕微鏡）を用いる。この方法では、電子ビーム照射の結
果として生じるエネルギーの低い２次電子ＳＥＭによっ
て、試料表面及び試料室内の残留ガスが励起分解され、
ピラー状の堆積物が生じるという現象を利用している。
このピラー状の堆積物の組成は、主に炭化水素化合物と
水であることが知られている。堆積物が生じる原因とな
る残留ガス成分は、試料室内に残留している油分子であ
ると考えられている。これは、主として真空ポンプに由
来すると考えられている。

【００５４】細くかつ高いピラーをＳＥＭを用いて形成
するためのポイントは２つある。１つは、ビームを十分
細く絞ることである。ここでは、０．１μｍφにビーム
を絞った。加速電圧は、３０ｋＶとした。２つめは、ピ
ラーの形成中に、焦点を時々調節することによって、電
子ビームの焦点が常にピラーの先端に合うようにするこ
とである。もし、焦点を最初の状態のまま固定してピラ
ーを形成すると、ピラーの径はビーム径よりも太く形成
される。

【００５５】ここでは、焦点を細かく調整することによ
って、径が０．１μｍφで、高さが４μｍの、ほぼ一様
の太さのピラーを形成した。ピラーは、電子ビームに沿
った方向に形成されるため、電子ビームを試料面に垂直
に入射させると、試料を動かさない限り、垂直なピラー
を形成することができる。

【００５６】このＳＥＭを用いたピラーを、第２の実施
形態で述べたＴｉ／Ｐｄのメッキ下地の上に形成し、そ
の他の工程は、第２の実施形態に準拠すれば、第２の実
施形態と同様の微小貫通孔を製作することができる。ピ
ラーの組成は炭化水素化合物であるので、酸素アッシャ
ー装置によって簡単に除去することができる。この実施
形態においては、厚さ４μｍのＡｕ薄膜に、ほぼ一様な
内径０．１μｍφの貫通孔が形成できた。

【００５７】（第４の実施形態）第２の実施形態におい
て、カーボンのピラーの代わりに二酸化シリコンのピラ
ーを用いてもよい。この二酸化シリコンのピラーの形成
法を以下に説明する。

【００５８】二酸化シリコンのピラーをＦＩＢを用いて
形成するには、例えばＴＭＣＴＳ（1.3.5.7-tetramethy
1cyclotetrasiloxane ）と酸素の混合ガスを用いればよ
い。ＦＩＢには、３０ＫｅＶのＧａ⁺ を用いる。二酸化
シリコンは絶縁物である。そのため、ピラー形成中にお
けるピラーのチャージアップを防ぐために、ピラーに電
子ビームを照射して、イオンビームのチャージを中和す
る。

【００５９】ピラーを形成する以外の工程は、第２の実
施形態に準拠する。但し、微小開口を貫通させるために
鋳型として用いた二酸化シリコン製ピラーを除去する工
程には、フッ酸或いは弗化アンモニウム水溶液を用いた
ウェットエッチングを適用する。以上の製作工程によっ
て、厚さ３．５μｍのＡｕ膜に最小部分の径が０．１μ
ｍφの微小貫通孔を形成することができた。

【００６０】なお、メッキする金属薄膜として、Ａｕの
他に、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｔの単体、或
いはそれらの合金を用いてもよい。（第５の実施形態）第２〜第４の実施形態で述べた、鋳
型を用いた微小貫通孔の形成方法においては、メッキ工
程の代わりに、他の成膜法を用いてもよい。例えば、ス
パッタリング成膜法を用いて成膜を行う。この場合、薄
膜としては、Ａｕの他に、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｐ
ｄ，Ａｇ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｂの
単体、或いはそれらの合金でもよい。

【００６１】また、ＣＶＤ法を用いて成膜してもよい。
例えば、熱ＣＶＤ法を用いてＷ等を成膜する。さらに、
真空蒸着法を用いて成膜を行ってもよい。この場合に
も、スパッタリング成膜法で用いられるのと同様の金属
を用いることができる。

【００６２】（第６の実施形態）ＦＩＢを用いたアシス
ト成膜では、太さが均一でかつ高いピラーを形成するの
が難しい場合がある。例えば、高さが５μｍで、均一な
外径０．１μｍφのピラーを形成するのは容易ではな
い。

【００６３】そこで本実施形態では、ピラーの形状を前
記図４（ｃ）に示したように太いピラーに細いピラーが
載っているような構成にする。例えば、外径０．５μｍ
φ、高さ４μｍの第１のピラーを最初に形成しておき、
次いでその頂上に外径０．１μｍφ、高さ１μｍの第２
のピラーを形成する。外径が０．５μｍφ程度であれ
ば、高さ４μｍのほぼ一様な太さのピラーを形成するの
は、比較的容易である。また、高さが１μｍ程度であれ
ば、外径０．１μｍφのほぼ一様な太さのピラーを形成
するのも難しくない。

【００６４】このような釣り鐘型の鋳型を用い、全体の
工程は第２の実施形態に準じれば、例えば厚さ５μｍの
Ａｕ薄膜に、内径０．５μｍ，高さ４μｍの部分と、内
径０．１μｍ，高さ１μｍの部分とからなる貫通孔を形
成できる。なお、本発明は上述した各実施形態に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｆ
ＩＢを用いた２段階のエッチング又はＦＩＢを用いた柱
状堆積物の形成に続くリフトオフにより貫通孔を形成す
ることによって、ＲＩＥによるエッチングでは形成が困
難な薄膜上の微小貫通孔を容易に形成することができ
る。このため、成形ビームの高精度測定に必要となる
０．１μｍφ程度の微小貫通孔を、ビームを遮るための
薄膜に精度良く形成することができ、荷電ビーム露光装
置における描画精度向上等に寄与することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＶＳＢ方式の電子ビーム露光装置の概略構成を
示す図。

【図２】ＣＰ用アパーチャの構造を示す図。

【図３】微小貫通孔を用いたビーム電流測定システムの
構成例を示す図。

【図４】本発明による微小貫通孔及び該貫通孔形成のた
めのピラー形状を示す図。

【図５】本発明の微小貫通孔を用いたビーム電流測定シ
ステムの構成例を示す図。

【図６】第１の実施形態に係わる微小貫通孔の製造工程
を示す図。

【図７】第２の実施形態に係わる微小貫通孔の製造工程
を示す図。

【符号の説明】

４１…薄膜４１ａ…微小貫通孔４２…Ｓｉ基板４３…メッキ層４４，４５…柱状鋳型６１，７１…Ｓｉ基板６２，７２…シリコン窒化膜６３…Ｗ薄膜６３ａ…第２の開口（微小貫通孔）６３ｂ…第１の開口７３…Ｔｉ膜７４…Ｐｄ膜７５…カーボンのピラー７６…Ａｕ薄膜７６ａ…微小貫通孔

フロントページの続き (72)発明者加藤善光神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電ビーム露光装置におけるビーム電流測
定に使用されるビーム電流測定用貫通孔の製造方法にお
いて、基板の表面側に薄膜を成膜する工程と、前記基板の裏面
側から該基板を選択エッチングして開口を設ける工程
と、集束イオンビームを用いたエッチングにより前記薄
膜に貫通孔を形成する工程とを含み、前記貫通孔を形成する工程として、所望の貫通孔径より
も大きな径の第１の開口を形成したのち、第１の開口の
底部に所望の貫通孔径の第２の開口を形成して開口を貫
通させることを特徴とするビーム電流測定用貫通孔の製
造方法。
【請求項２】荷電ビーム露光装置におけるビーム電流測
定に使用されるビーム電流測定用貫通孔の製造方法にお
いて、基板の表面側に集束イオンビーム或いは電子ビームを用
いて柱状の堆積物を堆積させる工程と、前記柱状堆積物
を鋳型として前記基板上に薄膜を成膜する工程と、前記
基板の裏面から該基板を選択エッチングして開口を設け
る工程と、前記薄膜を成膜後に前記柱状堆積物を除去し
て該薄膜に貫通孔を形成する工程とを含むことを特徴と
するビーム電流測定用貫通孔の製造方法。