JPH1131657A - 貫通孔および埋め込みパターンの形成方法、ビーム調整方法、ならびに荷電ビーム露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】厚いＷ膜に微細な貫通孔を形成すること。 【解決手段】Ｓｉ基板１上にＷ膜２を形成し、次にＷ膜
２上にＳｉＯ₂ 膜３を形成し、これをパターニングして
ＳｉＯ₂ 膜３からなる微細な貫通孔パターンを形成し、
次にＷ膜２上に貫通孔パターン（ＳｉＯ₂ 膜３）を覆う
Ｗ膜６を形成し、次に貫通孔パターンを横切るように、
Ｓｉ基板１、Ｗ膜２、貫通孔パターンおよびＷ膜６を切
断し、次に切断して現れた面を必要な厚さまで研磨し、
最後に貫通孔パターンをウエットエッチングにより除去
することで、Ｗ膜２，６に微細な貫通孔を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貫通孔および埋め
込みパターンの形成方法、この形成方法により得られた
貫通孔および埋め込みパターンを用いたビーム調整方
法、ならびに上記形成方法により得られた貫通孔をアパ
ーチャに利用した荷電ビーム露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化が
進むにつれて、ＬＳＩの製造に用いられるリソグラフィ
装置の精度およびスループットに対する要求は、ますま
す厳しくなってきている。

【０００３】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には、レティクル（マスク）描
画装置と、ウェハ直接描画装置との２種類がある。これ
らの装置では、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:VSB)方式、また
はキャラクタプロジェクション(Character Projection:
CP) 方式という描画方式を採用している。

【０００４】図２７は、ＶＳＢ方式の電子ビーム露光装
置を示す模式図である。図中、１２１は鏡筒、１２２は
試料室、１１５はファラデーカップ、１１６は電流計、
１１７は電子銃、１１８は電子ビーム、１１９は第１成
形アパーチャ、１２０は第２成形アパーチャ、１１０は
ステージ、１１１は試料（ウェハ）、１１２は反射電子
検出器を示している。

【０００５】ＶＳＢ方式では、電子銃１１７から放出さ
れた電子ビーム１１８を第１成形アパーチャ１１９と第
２成形アパーチャ１２０によって任意の大きさの矩形ビ
ームを形成するというものである。この矩形ビームはス
テージ１１０上に置かれた試料１１１に照射される一
方、ＣＰ方式では、第２成形アパーチャとして、図２８
に示すようなＣＰ用アパーチャを用いる。ＬＳＩデバイ
スのパターンには、特にＤＲＡＭ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
ターンが形成されたものである。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、描画のスループットを格段に向上させる
ことができる。なお、ＣＰ方式は、ＶＳＢ方式と併用し
て用いられる。

【０００６】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または一部分をあらかじ
めマスクに形成しておき、転写するという方式である。

【０００７】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
ビームの面積は大きくなる。このパターン転写用マスク
は、等倍体または数倍体であり、開口部分を有するステ
ンシル型または薄膜上に散乱体を形成した散乱型があ
る。

【０００８】ＶＳＢ方式、ＣＰ方式および転写方式のい
ずれにおいても、成形されたビームの形状、寸法、位置
およ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。

【０００９】また、特にＣＰ方式、転写方式において
は、成形されたビームの面積が大きいので、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。

【００１０】成形ビームの形状等を測定する従来方法と
して、金（Ａｕ）やタングステン（Ｗ）などからなる微
小マーク（大きさは、例えば０．１〜０．５μｍ）を用
いる方法がある。

【００１１】この方法では、基板上に置いた微小マーク
を成形ビームでスキャンし、その反射電子信号を検出す
る。微小マークの大きさが成形ビームの大きさと同程度
か、それ以下である場合には、スキャン信号と反射電子
信号とを用いて、成形ビームの形状を得ることができ
る。

【００１２】しかし、このような微小マークからの反射
電子信号を用いる方法では、成形ビームの電流密度分布
を高い精度で測定することは難しい。それは、以下の理
由による。

【００１３】まず、成形ビームの電流密度が小さい場
合、または微小マークが小さいために反射電子信号が十
分強くない場合には、十分なＳ／Ｎ比（コントラスト）
を得ることができない。

【００１４】逆に、微小マークが大きくなるにつれ、反
射信号強度は強くなるが、解像度および位置分解能は悪
くなり、高精度の測定ができなくなってしまう。また、
ビームの反射率は、マークの表面状態によって異なるた
め、反射電子信号の強度をビーム電流に換算すること
は、容易ではない。

【００１５】ところで、微小マークからの反射電子を用
いる方法以外には、貫通孔の透過電流を検出する方法
や、ナイフエッジの反射電子または透過電流を検出する
方法等がある。

【００１６】図２９に、従来の貫通孔の形成方法の工程
断面図を示す。まず、図２９（ａ）に示すように、Ｓｉ
基板２０１上に厚さ１μｍのＷ膜２０２をスパッタ法に
より形成する。ここでは、重金属膜としてＷ膜２０２を
形成しているが、他の重金属膜を形成しても良い。

【００１７】次に図２９（ｂ）上に示すように、Ｗ膜２
０２上にレジストパターン２０３となるレジストを塗布
した後、露光、現像を行なって幅が０．３μｍの貫通孔
を有するレジストパターン２０３を形成する。

【００１８】次に図２９（ｃ）に示すように、レジスト
パターン２０３をマスクにして、Ｗ膜２０２をＳＦ₆ と
Ｃｌ₂ の混合ガスを用いてドライエッチングし、Ｗ膜２
０２に貫通孔を形成する。この後、レジストパターン２
０３を剥離する。ここで、エッチング条件はＤＣ電力が
例えば２００Ｗ、ＳＦ₆ ／Ｃｌ₂ の流量が例えば３０／
２０ｓｃｃｍである。

【００１９】次に図２９（ｄ）に示すように、ＫＯＨ溶
液を用いてＳｉ基板２０１をウエットエッチングするこ
とにより、Ｗ膜２０２の貫通孔と交わる開口部をＳｉ基
板２０１に形成する。

【００２０】また、従来のナイフエッジの形成方法は、
重金属と軽金属の組み合わせの多層膜を断面ＴＥＭ試料
を作製する方法により薄膜化し形成している。

【００２１】しかし、これらの従来の形成方法には、以
下のような問題がある。

【００２２】すなわち、従来の貫通孔の作製方法の場
合、Ｗ膜２０２をエッチングして貫通孔を形成するが、
レジストパターン２０３とＷ膜２０２とのエッチング選
択比が小さいために、１０μｍ程度の厚いＷ膜２０２に
１０ｎｍ径程度の微小な貫通孔を形成することは困難で
ある。

【００２３】Ｗ膜２０２の膜厚を厚くする理由は、膜厚
が薄いとビームがＷ膜２０２を透過し、この透過の際に
ビームが散乱するからである。このような散乱は高精度
の測定の妨げの原因となる。

【００２４】また、従来のナイフエッジの形成方法の場
合、同一マークから２次元のビーム電流の強度分布を得
ることは不可能である。また、ナイフエッジの反射電子
または透過電流を検出する方法では、反射電子または透
過電流の信号コントラストは、重金属と軽金属の反射電
子または透過電流との差である。したがって、貫通孔の
ような重金属と開口部の信号コントラストを比較すると
劣ることになる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、成形ビー
ムの形状等を測定する際に、貫通孔を用いる方法が知ら
れているが、厚い重金属膜に微細な貫通孔を形成するこ
とができず、精度の高い測定が困難であるという問題が
あった。

【００２６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、厚い膜に微細な貫通
孔、埋め込みパターンを形成することができる貫通孔お
よび埋め込みパターンの形成方法、ならびに精度の高い
ビーム調整を行なうことができるビーム調整方法および
高精度の露光を行なうことができる荷電ビーム露光方法
を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】

［構成］上記目的を達成するために、本発明に係る貫通
孔の形成方法（請求項１）は、基板上に第１の膜を形成
する工程と、この第１の膜上に貫通孔パターンを形成す
る工程と、前記第１の膜上に前記貫通孔パターンを覆う
第２の膜を形成する工程と、前記貫通孔パターンを横切
るように、前記基板、前記第１の膜、前記貫通孔パター
ンおよび前記第２の膜を切断する工程と、切断して現れ
た面を研磨する工程と、前記貫通孔パターンを除去する
工程とを有することを特徴とする。

【００２８】なお、第１の膜を形成する工程、研磨する
工程は必ずしも必要ではない（他の発明においても同
様）。

【００２９】また、本発明に係る他の貫通孔の形成方法
（請求項２）は、基板上に第１の膜を形成する工程と、
この第１の膜上に貫通孔パターンを形成する工程と、前
記貫通孔パターンをエッチングにより細らせる工程と、
前記第１の膜上に前記貫通孔パターンを覆う第２の膜を
形成する工程と、前記貫通孔パターンを横切るように、
前記基板、前記第１の膜、前記貫通孔パターンおよび前
記第２の膜を切断する工程と、切断して現れた面を研磨
する工程と、前記貫通孔パターンを除去する工程とを有
することを特徴とする。

【００３０】ここで、上記エッチングとしてウエットエ
ッチングを用いることにより、前記貫通孔パターンを均
一に細らせることが可能である。

【００３１】また、本発明に係る埋め込みパターンの形
成方法（請求項１０）は、基板上に第１の膜を形成する
工程と、この第１の膜上にパターンを形成する工程と、
前記第１の膜上に前記パターンを覆う第２の膜を形成す
る工程と、前記パターンを横切るように、前記基板、前
記第１の膜、前記パターンおよび前記第２の膜を切断す
る工程と、切断して現れた面を研磨する工程とを有する
ことを特徴とする。

【００３２】また、本発明に係るビーム調整方法（請求
項１９）は、本発明に係る貫通孔の形成方法により形成
された貫通孔を使用し、ビーム調整を行なうことを特徴
とする。

【００３３】また、本発明に係るビーム調整方法（請求
項２０）は、本発明に係る埋め込みパターンの形成方法
により形成された埋め込みパターンを使用し、ビーム調
整を行なうことを特徴とする。

【００３４】また、本発明に係る荷電ビーム露光方法
（請求項２１）は、本発明に係る貫通孔の形成方法によ
り形成された貫通孔をアパーチャに利用することを特徴
とする。

【００３５】［作用］本発明（請求項１〜７）では、第
１、第２の膜をエッチングして貫通孔を形成するのでは
なく（従来方法）、第１、第２膜内の貫通孔パターン
（鋳型）を除去することにより、第１、第２膜内に貫通
孔を形成している。この貫通孔の大きさは、貫通孔パタ
ーンとなる膜の膜厚と、貫通孔パターンとなる膜に露光
する該貫通孔パターンの幅によって決まり、これらは容
易に小さくすることができる。

【００３６】したがって、第１、第２の膜の全体が厚く
ても、これらの膜に微細な貫通孔を形成することが可能
となる。また、微細な貫通孔を実現できることから、こ
れを利用することにより精度の高いビーム調整や荷電ビ
ーム露光が可能となる（請求項１９，２１）。

【００３７】また、本発明（請求項１０〜１６）では、
第１の膜上にパターンを形成し、このパターンを第２の
膜で覆うことにより、第１、第２膜内にパターン（埋め
込みパターン）を形成している。このパターンの大きさ
は、パターンとなる膜の膜厚と、パターンとなる膜に露
光する該パターンの幅によって決まり、これらは容易に
小さくすることができる。

【００３８】したがって、第１、第２の膜の全体が厚く
ても、これらの膜内に微細なパターン（埋め込みパター
ン）を形成することが可能となる。また、微細な埋め込
みパターンを実現できることから、これを利用すること
により精度の高いビーム調整が可能となる（請求項２
０）。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。

【００４０】（第１の実施形態）図１〜図３は、本発明
の第１の実施形態に係る貫通孔の形成方法を示す工程断
面図である。

【００４１】まず、図１（ａ）に示すように、厚さ６０
０μｍのＳｉ基板１上に厚さ５μｍの重金属膜であるＷ
膜２をスパッタ法を用いて形成する。このスパッタ成膜
において、ＤＣ電力は例えば１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例
えば１００ｓｃｃｍに設定する。

【００４２】次に図１（ｂ）に示すように、Ｗ膜２上に
厚さ５０ｎｍのＳｉＯ₂ 膜３をプラズマＣＶＤ法を用い
て形成する。

【００４３】次に図１（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜
３上にネガ型レジスト４を塗布した後、プリベークを行
なう。具体的には、例えば、ネガ型レジスト４としてシ
プレー社製のネガ型レジストＳＡＬ６０６を０．１μｍ
の膜厚に塗布した後、１２５℃／６０秒のプリベークを
行なう。

【００４４】次に図１（ｄ）に示すように、電子ビーム
露光装置を用いてネガ型レジスト４に電子ビーム５を照
射し、ネガ型レジスト４に幅５０ｎｍ、長さ１ｍｍのラ
インパターンを露光する。なお、照射量は２０μＣ／ｃ
ｍ² 、電子ビーム露光装置の加速電圧は５０ｋＶ、電流
密度は１０Ａ／ｃｍ² 、ビームはガウシアン、スキャン
方式はラスタ方式とする。

【００４５】次に図１（ｅ）に示すように、１１５℃／
１２０秒のＰＥＢ（Post-ExposureBake) を行なった
後、ＴＭＡＨ水溶液（０．３６Ｎ）を用いて１２０秒間
の現像を行なって、レジストパターン４を形成する。

【００４６】次に図２（ｆ）に示すように、レジストパ
ターン４をマスクにして、ＳｉＯ₂膜３をＲＩＥ（React
ive Ion Etching) し、ＳｉＯ₂ 膜３からなるラインパ
ターンを形成する。

【００４７】次に図２（ｇ）に示すように、Ｏ₂ アッシ
ャーによりレジストパターン４を除去する。

【００４８】次に図２（ｈ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜
３を覆うように、Ｗ膜２上に例えば厚さ５μｍのＷ膜６
をスパッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は例
えば１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば１００ｓｃｃｍであ
る。

【００４９】次に図３（ｉ）に示すように、Ｓｉ基板
１、Ｗ膜２、ＳｉＯ₂ 膜３およびＷ膜６（不図示）をＡ
−Ｂ線およびＣ−Ｄ線に沿って、つまりＳｉＯ₂ 膜３か
らなるラインパターンを横切るように２箇所で切断す
る。

【００５０】次に図３（ｊ）に示すように、切断して現
れた２つの切断面を必要な厚さになるまで研磨する。こ
の研磨には、例えばダイヤモンドスラリーを用いたラッ
ピング装置を使用する。これによって、表面粗度１０ｎ
ｍ程度の面（研磨面）が得られる。研磨面の間の厚さは
例えば１０μｍとする。この研磨面がビーム照射面また
は照射されたビームの出口の面になる。

【００５１】最後に、次に図３（ｋ）に示すように、フ
ッ化アンモン水溶液を用いたウェットエッチングによ
り、貫通孔の鋳型となったＳｉＯ₂ 膜３を除去し、貫通
孔が完成する。このようにして、厚さ１０μｍのＷ膜に
５０ｎｍ□の貫通孔を形成できる。

【００５２】以下に本実施形態の作用効果について説明
する。

【００５３】例えば従来のエッチングを用いた貫通孔の
形成方法では、厚さ１０μｍのＷ膜に０．１μｍ□以下
の貫通孔を形成することは困難である。その理由は、エ
ッチングによりＷ膜に貫通孔を形成する際に用いるエッ
チングマスクの形成が困難であるからである。

【００５４】すなわち、レジストとＷとのエッチングの
エッチング選択比は０．５程度であるので、厚さ１０μ
ｍのＷ膜に貫通孔をエッチングにより形成するには、厚
さ２０μｍのレジストに０．１μｍのパターンを形成し
なければならないが、これは困難を極めるプロセスであ
る。

【００５５】しかし、本実施形態によれば、貫通孔の大
きさをＳｉＯ₂ 膜３の膜厚と露光するラインパターンの
幅とで制御できるため、０．１μｍ□以下の微細な貫通
孔を容易に形成することができる。

【００５６】また、本実施形態では、Ｓｉ基板１、Ｗ膜
２、ＳｉＯ₂ 膜３およびＷ膜６の切断面を研磨すること
によって、電子ビームを遮蔽するＷ膜２，６の膜厚を制
御できるので、電子ビームを遮蔽する十分な厚さ、具体
的には１０μｍ程度の厚さのＷ膜２，６を容易に得るこ
とができる。

【００５７】かくして本実施形態によれば、０．１μｍ
□以下の微細な貫通孔を１０μｍ程度の厚いＷ膜に容易
に形成することができる。

【００５８】（第２の実施形態）図４〜図６は、本発明
の第２の実施形態に係る貫通孔の形成方法を示す工程断
面図である。

【００５９】まず、図４（ａ）に示すように、厚さ６０
０μｍのＳｉ基板１１上に厚さ５μｍのＷ膜１２をスパ
ッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は例えば
１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば１００ｓｃｃｍである。

【００６０】次に図４（ｂ）に示すように、Ｗ膜１２上
に厚さ７５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１３をプラズマＣＶＤ法を
用いて形成する。

【００６１】次に図４（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜
１３上にネガ型レジスト１４を塗布した後、プリベーク
を行なう。具体的には、例えば、ネガ型レジスト１４と
してシプレー社製のネガ型レジストＳＡＬ６０６を０．
１μｍの膜厚に塗布した後、１２５℃／６０秒のプリベ
ークを行なう。

【００６２】次に図４（ｄ）に示すように、電子ビーム
露光装置を用いてネガ型レジスト１４に電子ビーム１５
を照射し、ネガ型レジスト１４に幅０．１μｍ、長さ１
ｍｍのラインパターンを露光する。なお、照射量は２０
μＣ／ｃｍ² 、電子ビーム露光装置の加速電圧は５０ｋ
Ｖ、電流密度は１０Ａ／ｃｍ² 、ビームは可変成形型、
スキャン方式はラスタ方式とする。

【００６３】次に図４（ｅ）に示すように、１１５℃／
１２０秒のＰＥＢを行なった後、ＴＭＡＨ水溶液（０．
３６Ｎ）を用いて１２０秒間の現像を行なって、レジス
トパターン１４を形成する。

【００６４】次に図５（ｆ）に示すように、レジストパ
ターン１４をマスクにして、ＳｉＯ₂ 膜１３をＲＩＥ
し、ＳｉＯ₂ 膜１３からなるラインパターンを形成す
る。

【００６５】次に図５（ｇ）に示すように、Ｏ₂ アッシ
ャーによりレジストパターン１４を除去する。

【００６６】次に図５（ｈ）に示すように、フッ化アン
モン水溶液を用いたウエットエッチングにより、ＳｉＯ
₂ 膜１３からなるラインパターンを均一に細らせる。具
体的には、ＳｉＯ₂ 膜１３からなるラインパターンの
幅、厚さをそれぞれ５０ｎｍ、厚さ５０ｎｍにまで均一
に細らせる。

【００６７】次に図５（ｉ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜
１３を覆うように、Ｗ膜１２上に例えば厚さ５μｍのＷ
膜１６をスパッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電
力は例えば１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば１００ｓｃｃ
ｍである。

【００６８】次に図６（ｊ）に示すように、Ｓｉ基板１
１、Ｗ膜１２、ＳｉＯ₂ 膜１３およびＷ膜１６（不図
示）をＡ−Ｂ線およびＣ−Ｄ線に沿って、つまりＳｉＯ
₂ 膜１３からなるラインパターンを横切るように２箇所
で切断する。

【００６９】次に図６（ｋ）に示すように、切断して現
れた２つの切断面を研磨する。この研磨には、例えばダ
イヤモンドスラリーを用いたラッピング装置を使用す
る。これによって、表面粗度１０ｎｍ程度の面（研磨
面）が得られる。研磨面の間の厚さは例えば１０μｍと
する。この研磨面がビーム照射面または照射されたビー
ムの出口の面になる。

【００７０】最後に、次に図６（ｌ）に示すように、フ
ッ化アンモン水溶液を用いたウェットエッチングによ
り、貫通孔の鋳型となったＳｉＯ₂ 膜１３を除去し、貫
通孔が完成する。このようにして、厚さ１０μｍのＷ膜
に５０ｎｍ□の貫通孔を形成できる。

【００７１】本実施形態でも第１の実施形態と同様な効
果が得られる。さらに、本実施形態によれば、図５
（ｈ）の工程で、ＳｉＯ₂ 膜１３からなるラインパター
ンを、フッ化アンモン水溶液を用いたウェットエッチン
グにより、均一に細らせているので、より微細な貫通孔
を形成することが可能である。

【００７２】（第３の実施形態）図７〜図９は、本発明
の第３の実施形態に係る貫通孔の形成方法を示す工程断
面図である。

【００７３】まず、図７（ａ）に示すように、厚さ６０
０μｍのＳｉ基板２１上に厚さ５μｍのＷ膜２２をスパ
ッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は例えば
１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば１００ｓｃｃｍである。

【００７４】次に図７（ｂ）に示すように、Ｗ膜２２上
に厚さ５０ｎｍのＳｉＯ₂ 膜２３をプラズマＣＶＤ法を
用いて形成する。

【００７５】次に図７（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜
２３上にネガ型レジスト２４を塗布した後、プリベーク
を行なう。具体的には、例えば、ネガ型レジスト２４と
してシプレー社製のネガ型レジストＳＡＬ６０６を０．
１μｍの膜厚に塗布した後、１２５℃／６０秒のプリベ
ークを行なう。

【００７６】次に図７（ｄ）に示すように、電子ビーム
露光装置を用いてネガ型レジスト２４に電子ビーム２５
を照射し、ネガ型レジスト２４に幅５０ｎｍ、長さ１ｍ
ｍのラインパターンを５μｍのピッチで３本並べて露光
する。なお、電子ビーム露光装置の加速電圧は５０ｋ
Ｖ、電流密度は１０Ａ／ｃｍ² 、ビームはガウシアン、
スキャン方式はラスタ方式とする。

【００７７】次に図７（ｅ）に示すように、１１５℃／
１２０秒のＰＥＢを行なった後、ＴＭＡＨ水溶液（０．
３６Ｎ）を用いて１２０秒間の現像を行なって、レジス
トパターン２４を形成する。

【００７８】次に図８（ｆ）に示すように、レジストパ
ターン２４をマスクにして、ＳｉＯ₂ 膜２３をＲＩＥ
し、ＳｉＯ₂ 膜２３からなる３本のラインパターンを形
成する。

【００７９】次に図８（ｇ）に示すように、Ｏ₂ アッシ
ャーによりレジストパターン２４を除去する。

【００８０】次に図８（ｈ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜
２３を覆うように、Ｗ膜２２上に例えば厚さ５μｍのＷ
膜２６をスパッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電
力は例えば１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば１００ｓｃｃ
ｍである。

【００８１】次に図８（ｉ）に示すように、図７（ｂ）
〜図８（ｈ）の工程をさらに２回繰り返し、３層構造の
ラインパターンを形成し、合計でＳｉＯ₂ 膜２３からな
る９本のラインパターンを形成する。

【００８２】次に図９（ｊ）に示すように、Ｓｉ基板２
１、Ｗ膜２２、ＳｉＯ₂ 膜２３およびＷ膜２６（不図
示）をＡ−Ｂ線およびＣ−Ｄ線に沿って、つまりＳｉＯ
₂ 膜２３からなるラインパターンを横切るように２箇所
で切断する。

【００８３】次に図９（ｋ）に示すように、切断して現
れた２つの切断面を研磨する。この研磨には、例えばダ
イヤモンドスラリーを用いたラッピング装置を使用す
る。これによって、表面粗度１０ｎｍ程度の面（研磨
面）が得られる。研磨面の間の厚さは例えば１０μｍと
する。この研磨面がビーム照射面または照射されたビー
ムの出口の面になる。

【００８４】最後に、次に図３（ｌ）に示すように、フ
ッ化アンモン水溶液を用いたウェットエッチングによ
り、貫通孔の鋳型となったＳｉＯ₂ 膜２３を除去し、貫
通孔が完成する。このようにして、厚さ１０μｍのＷ膜
に５０ｎｍ□の貫通孔を複数形成できる。すなわち、多
層貫通孔を形成できる。

【００８５】以上述べたように本実施形態によれば、図
７（ｂ）〜図８（ｈ）の工程を繰り返すことにより、微
細な複数の貫通孔（多層貫通孔）を厚いＷ膜に容易に形
成することができる。

【００８６】（第４の実施形態）図１０〜図１３は、本
発明の第４の実施形態に係る貫通孔の形成方法を示す工
程断面図である。本実施形態は、大きさの異なる複数の
貫通孔（多層貫通孔）をＷ膜に形成する方法である。

【００８７】まず、図１０（ａ）に示すように、厚さ６
００μｍのＳｉ基板３１上に厚さ５μｍのＷ膜３２をス
パッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は例えば
１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば１００ｓｃｃｍである。

【００８８】次に図１０（ｂ）に示すように、Ｗ膜３２
上に厚さ５０ｎｍのＳｉＯ₂ 膜３３をプラズマＣＶＤ法
を用いて形成する。

【００８９】次に図１０（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂
膜３３上にネガ型レジスト３４を塗布した後、プリベー
クを行なう。具体的には、例えば、ネガ型レジスト３４
としてシプレー社製のネガ型レジストＳＡＬ６０６を
０．１μｍの膜厚に塗布した後、１２５℃／６０秒のプ
リベークを行なう。

【００９０】次に図１０（ｄ）に示すように、電子ビー
ム露光装置を用いてネガ型レジスト３４に電子ビーム３
５を照射し、ネガ型レジスト３４に幅５０ｎｍ、長さ１
ｍｍのラインパターンを露光する。なお、電子ビーム露
光装置の加速電圧は５０ｋＶ、電流密度は１０Ａ／ｃｍ
² 、ビームはガウシアン、スキャン方式はラスタ方式と
する。

【００９１】次に図１０（ｅ）に示すように、１１５℃
／１２０秒のＰＥＢを行なった後、ＴＭＡＨ水溶液
（０．３６Ｎ）を用いて１２０秒間の現像を行なって、
レジストパターン３４を形成する。

【００９２】次に図１１（ｆ）に示すように、レジスト
パターン３４をマスクにして、ＳｉＯ₂ 膜３３をＲＩＥ
し、ＳｉＯ₂ 膜３３からなるラインパターンを形成す
る。

【００９３】次に図１１（ｇ）に示すように、Ｏ₂ アッ
シャーによりレジストパターン３４を除去する。

【００９４】次に図１１（ｈ）に示すように、ＳｉＯ₂
膜３３を覆うように、Ｗ膜３２上に例えば厚さ５μｍの
Ｗ膜３６をスパッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ
電力は例えば１．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば１００ｓｃ
ｃｍである。

【００９５】次に図１１（ｉ）に示すように、図１０
（ｂ）〜図１１（ｈ）の工程と同様の工程をさらに４回
繰り返し、上層ほど厚さおよび幅が大きくなる、５層構
造のＳｉＯ₂ 膜３３からなるラインパターンを形成す
る。

【００９６】具体的には、第２層のラインパターンの厚
さおよび幅はそれぞれ０．１μｍおよび０．１μｍ、第
３層のラインパターンの厚さおよび幅はそれぞれ０．２
μｍおよび０．２μｍ、第４層のラインパターンの厚さ
および幅はそれぞれ０．３μｍおよび０．３μｍ、第４
層のラインパターンの厚さおよび幅はそれぞれ０．４μ
ｍおよび０．４μｍとする。

【００９７】なお、ラインパターンの厚さおよび幅を変
えるには、ＳｉＯ₂ 膜３３の膜厚と露光するパターンの
幅を変えれば良い。

【００９８】次に図１１（ｊ）に示すように、Ｓｉ基板
３１、Ｗ膜３２、ＳｉＯ₂ 膜３３およびＷ膜３６（不図
示）をＡ−Ｂ線およびＣ−Ｄ線に沿って、つまりＳｉＯ
₂ 膜３３からなるラインパターンを横切るように２箇所
で切断する。

【００９９】次に図１２（ｋ）に示すように、切断して
現れた２つの切断面を研磨する。この研磨には、例えば
ダイヤモンドスラリーを用いたラッピング装置を使用す
る。これによって、表面粗度１０ｎｍ程度の面（研磨
面）が得られる。研磨面の間の厚さは例えば１０μｍと
する。このようにして研磨された面がビーム照射面また
は照射されたビームの出口の面になる。

【０１００】最後に、次に図１２（ｌ）に示すように、
フッ化アンモン水溶液を用いたウェットエッチングによ
り、貫通孔の鋳型となったＳｉＯ₂ 膜３３を除去し、貫
通孔が完成する。このようにして、厚さ１０μｍのＷ膜
に５０ｎｍ□の貫通孔、０．１μｍ□の貫通孔、０．２
μｍ□の貫通孔、０．３μｍ□の貫通孔、０．４μｍ□
の貫通孔を形成できる。

【０１０１】本実施形態によれば、貫通孔の大きさをＳ
ｉＯ₂ 膜３３の膜厚と露光するラインパターンの幅によ
り制御できるため、微細かつ大きさの異なる貫通孔を厚
いＷ膜に容易に形成することができる。

【０１０２】なお、本実施形態ではラインパターンの断
面形状は各層で同じ、つまり長方形であるが、各層で変
えても良い。また、同じ長方形でもその長辺と短辺を各
層で変えても良い。これらはＳｉＯ₂ 膜３３の膜厚と露
光するラインパターンの幅を制御することによりでき
る。すなわち、本実施形態によれば、微細かついくつか
の相異なる形状および大きさをもつ貫通孔を厚いＷ膜に
容易に形成することが可能となる。

【０１０３】（第５の実施形態）次いで本発明の第５の
本実施形態に係るビームの焦点調整方法について説明す
る。

【０１０４】本実施形態では、図２７に示した電子ビー
ム露光装置を使用する。なお、加速電圧は５０ｋＶ、電
流密度は１０Ａ／ｃｍ² 、ビームは可変成形型、スキャ
ン方式はベクタである。

【０１０５】本装置では電子銃１１７から放出された電
子ビーム１１８がアパーチャ１１９，１２０によって任
意の大きさの矩形ビームに成形され、ステージ１１０上
に置かれた試料１１１に照射されるものである。なお、
成形可能な電子ビームの大きさは最大５μｍ□である。

【０１０６】ビームの焦点調整は以下の要領で行なっ
た。ここでは、第４の実施形態で作製した貫通孔を用い
た。また、ビームの大きさを０．５μｍ□にした。

【０１０７】ステージ１１０に備え付けた貫通孔１１４
をファラデーカップ１１５の真上に移動した。ここで、
貫通孔１１４と試料１１１の高さは同じとする。５０ｎ
ｍ□の貫通孔１１４を０．５μｍ□に成形した電子ビー
ム１１８を５ｎｍピッチで走査した。

【０１０８】このとき、貫通孔１１４を通過した電子ビ
ームによる電流をファラデーカップ１１５で検出し、電
流計１１６で測定した。この結果、図１５に示すような
電流波形が得られた。図中、横軸はビームスキャン位
置、縦軸はファラデーカップ１１５で検出された電流を
示している。

【０１０９】この電流波形において、図中５１で示した
電流の最高値から図中５２で示した電流の最低値を引い
た値を１００％にしたときの１０％（図中５４で示した
ところ）から９０％（図中５３で示したところ）の範囲
（図中５５で示したところ）をビーム分解能とする。

【０１１０】ビームの最適焦点を得るために対物レンズ
の電流を変化させて、ビーム分解能を測定した。ビーム
分解能の測定値が最小のときの対物レンズの電流を最適
焦点とする。以上の方法によってビームの焦点調整がで
きる。

【０１１１】次に第４の実施形態で作製した貫通孔を用
いてビーム分解能の測定を行なった。測定方法は以下の
要領で行なった。

【０１１２】焦点を調整し、０．５μｍ□に成形した電
子ビーム１１８で、５０ｎｍ□、０．１μｍ□、０．２
μｍ□、０．３μｍ□、０．４μｍ□の貫通孔１１４を
走査した。

【０１１３】この際、電子ビーム１１８は５ｎｍピッチ
で走査した。貫通孔１１４を通過したビーム電流をファ
ラデーカップ１１５で検出し、電流計１１６で測定し、
貫通孔１１４の大きさ毎のビーム分解能を求めた。

【０１１４】図１６に、貫通孔の大きさと測定したビー
ム分解能との関係を示す。図中、横軸はマークの大き
さ、縦軸は測定ビーム分解能を示している。ここで、測
定したビーム分解能は、貫通孔の大きさと本来のビーム
分解能とのたたみ込み（コンボリューション）となる。

【０１１５】したがって、本来のビーム分解能を求める
ためには、測定ビーム分解能から貫通孔の大きさを差し
引く必要がある。図１６から、貫通孔の大きさ０μｍの
点におけるビーム分解能８１を外挿により求めた。これ
により、ビーム分解能４０ｎｍを得た。

【０１１６】以下に本実施形態の作用効果についてを説
明する。

【０１１７】例えば従来のビームの焦点調整に用いてい
る重金属凸型マークおよび凹型マークでは、直接のビー
ム電流ではなく反射電子信号を検出している。このた
め、マークの微細化および電流密度の低下等により、Ｓ
／Ｎ比が低下し信号検出が困難となる。

【０１１８】しかし、本実施形態では、貫通孔を通過し
たビームをファラデーカップでビーム電流を直接計測す
るので、微細な貫通孔でも信号検出に必要なＳ／Ｎ比を
確保できる。

【０１１９】また、貫通孔の寸法制御が容易なこと、５
０ｎｍ□程度の微細な貫通孔の形成が容易なこと、およ
び高Ｓ／Ｎ比であることから、大きさの異なる微細な貫
通孔からビーム分解能をそれぞれ測定し、貫通孔の大き
さ０μｍのときのビーム分解能を求めることが可能とな
り、これにより従来の反射型マーク等と比べて、さらに
正確なビーム分解能を知り得ることも可能となる。この
ように本実施形態によれば、高精度なフォーカス調整と
高精度なビーム分解能測定とが可能となる。

【０１２０】なお、貫通孔の代わりに、第７の実施形態
で説明する、埋め込みパターンをマークとして用いても
良い。

【０１２１】（第６の実施形態）本実施形態では、第１
〜第４の実施形態で作成した貫通孔を第２成形アパーチ
ャとして用いて、電子ビーム露光を行なう例である。こ
こで、用いた電子ビーム露光装置は図２７に示したもの
であり、第５の実施形態で使用したものと同様のもので
ある。

【０１２２】電子ビーム露光装置の縮小率は１／２０で
あり、ビームの最大寸法を１μｍとした場合、アパーチ
ャの開口部の大きさは２０μｍ角である。アパーチャで
ある貫通孔の形成は第１〜第４の実施形態と同様の方法
で行なった。

【０１２３】本実施形態では、試料面上で０．１μｍＬ
／Ｓを形成するためのＣＰアパーチャを形成した。この
場合、アパーチャ上で２μｍ幅の開口部を４μｍピッチ
で形成すればよい。

【０１２４】ここでは、まず重金属膜としてＷ膜を形成
し、次に厚さ２μｍのレジストを基板上に塗布して２０
μｍ×１０００μｍのレジストパターンを形成した。さ
らに、この工程を繰り返すことによって、ＣＰアパーチ
ャの開口面となる２μｍ×２０μｍのレジスト鋳型を４
μｍピッチで５層積層したパターンを形成した。

【０１２５】アパーチャの切り出しに際しては、すなわ
ち第１〜４の実施形態におけるＡ−Ｂ間およびＣ−Ｄ間
の長さをハンドリングを考慮して好ましい値である５０
０μｍとした。

【０１２６】アパーチャの厚さとなるＡ−Ｃ間およびＢ
−Ｄ間は、加速電圧５０ｋｅＶの電子に対する阻止能力
を考えれば２０μｍもあれば十分であるが、ここでは機
械的な強度の関係から１００μｍとした。切り出したア
パーチャに開口部を形成する方法は、第１〜第４の実施
形態と同様である。

【０１２７】図１４に、アパーチャのホルダの斜視図を
示す。アパーチャの取り付けは次のようにして行なっ
た。

【０１２８】すなわち、ホルダ４２には３０μｍ角の開
口部が設けられており、その横に位置合わせ用の突起４
３が設けられている。アパーチャ４１をセットする際に
は、アパーチャ４１の一辺を突起４３に合わせることで
粗い位置合わせを行なうことができる。アパーチャ４１
の固定には、取り外しが容易なように板バネ４４を用い
た。固定手段としては、導電性の接着剤等を用いても良
い。

【０１２９】実際の描画では、従来のＣＰ描画と同様
に、まずアパーチャをセットしたホルダを第二成形アパ
ーチャ部に取り付けた。次いで第二成形アパーチャ上の
ビーム偏向領域内にアパーチャを移動させ、アパーチャ
の回転など従来のＣＰ描画と同様のビーム調整を行なっ
てから、描画を行なった。

【０１３０】次に本実施形態の作用効果について説明す
る。

【０１３１】本実施形態によれば、貫通孔を形成する際
のスパッタ膜厚および酸化膜厚でアパーチャの開口部の
寸法を制御できるので、高精度なアパーチャを容易に作
製できる。また、アパーチャの切り出し寸法を変えるこ
とで、十分に厚いアパーチャを容易に作製することもで
きる。このアパーチャを用いて描画を行なった結果、従
来に比べて高精度なパターンを描画できることを確認し
た。

【０１３２】（第７の実施形態）図１７〜図１９は、本
発明の第７の実施形態に係る埋め込みマークの形成方法
を示す工程断面図である。

【０１３３】まず、図１７（ａ）に示すように、厚さ６
００μｍのＳｉ基板６１上に厚さ５μｍのＣ膜６２をス
パッタ法を用いて形成する。このスパッタ成膜におい
て、ＤＣ電力は例えば２．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば６
０ｓｃｃｍに設定する。

【０１３４】次に図１７（ｂ）に示すように、Ｃ膜６２
上に厚さ５０ｎｍのＷ膜６３をスパッタ法を用いて形成
する。

【０１３５】次に図１７（ｃ）に示すように、Ｗ膜６３
上にネガ型レジスト６４を塗布した後、プリベークを行
なう。具体的には、例えば、ネガ型レジスト６４として
シプレー社製のネガ型レジストＳＡＬ６０６を０．１５
μｍの膜厚に塗布した後、１２５℃／６０秒のプリベー
クを行なう。

【０１３６】次に図１７（ｄ）に示すように、電子ビー
ム露光装置を用いてネガ型レジスト６４に電子ビーム６
５を照射し、ネガ型レジスト６４に幅５０ｎｍ、長さ１
ｍｍのラインパターンを露光する。なお、電子ビーム露
光装置の加速電圧は５０ｋＶ、電流密度は１０Ａ／ｃｍ
² 、ビームはガウシアン、スキャン方式はラスタ方式と
する。

【０１３７】次に図１８（ｅ）に示すように、１１５℃
／１２０秒のＰＥＢを行なった後、ＴＭＡＨ水溶液
（０．３６Ｎ）を用いて１２０秒間の現像を行なって、
レジストパターン６４を形成する。

【０１３８】次に図１８（ｆ）に示すように、レジスト
パターン６４をマスクにして、Ｗ膜６３をＲＩＥし、Ｗ
膜６３からなる埋め込みパターンを形成する。ここで
は、埋め込みパターンとしてラインパターンを用いる。

【０１３９】次に図１８（ｇ）に示すように、Ｏ₂ アッ
シャーによりレジストパターン６４を除去する。

【０１４０】次に図１８（ｈ）に示すように、Ｗ膜６３
を覆うように、Ｃ膜６２上に例えば厚さ５μｍのＣ膜６
６をスパッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は
例えば２．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば６０ｓｃｃｍであ
る。

【０１４１】次に図１８（ｉ）に示すように、Ｓｉ基板
６１、Ｃ膜６２、Ｗ膜６３、Ｃ膜６６（不図示）をＡ−
Ｂ線およびＣ−Ｄ線に沿って、つまりＷ膜６３からなる
埋め込みパターンを横切るように２箇所で切断する。

【０１４２】次に図１９（ｊ）に示すように、切断して
現れた２つの切断面を必要な厚さまで研磨する。この研
磨には、例えばダイヤモンドスラリーを用いたラッピン
グ装置を使用する。これによって、表面粗度１０ｎｍ程
度の面（研磨面）が得られる。研磨面の間の厚さは例え
ば１０μｍとする。この研磨面がビーム照射面になる。
このようにして、厚さ１０μｍのＣ膜に５０ｎｍ□のＷ
膜６３からなる埋め込みパターンが埋め込まれた埋め込
みマークを形成できる。

【０１４３】次に本実施形態の作用効果について説明す
る。

【０１４４】例えば従来のエッチングを用いた形成方法
では、厚さ１０μｍのＷ膜に０．１μｍ□以下の埋め込
みマークを形成することは困難である。

【０１４５】しかし、本実施形態では、埋め込みマーク
の大きさをＷ膜の膜厚と露光するラインパターンの幅で
制御できるため、０．１μｍ□以下の埋め込みマークを
容易に形成することができる。すなわち、本実施形態に
よれば、微細な埋め込みマークを容易に形成することが
できる。

【０１４６】また、Ｗ膜の膜厚を、Ｗ膜のラインパター
ンの切断面の研磨によって制御しているため、照射した
電子ビームを透過させることなく十分な反射電子を得る
ことが容易である。

【０１４７】（第８の実施形態）図２０〜図２２は、本
発明の第８の実施形態に係る埋め込みマークの形成方法
を示す工程断面図である。本実施形態は、多層構造の埋
め込みマークを形成する例である。

【０１４８】まず、図２０（ａ）に示すように、厚さ６
００μｍのＳｉ基板７１上に厚さ５μｍのＣ膜７２をス
パッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は例えば
２．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば６０ｓｃｃｍである。

【０１４９】次に図２０（ｂ）に示すように、Ｃ膜７２
上に厚さ５０ｎｍのＷ膜７３をスパッタ法を用いて形成
する。ここで、ＤＣ電力は例えば１．０ｋＷ、Ａｒ流量
は例えば１００ｓｃｃｍである。

【０１５０】次に図２０（ｃ）に示すように、Ｗ膜７３
上にネガ型レジスト７４を塗布した後、プリベークを行
なう。具体的には、例えば、ネガ型レジスト７４として
シプレー社製のネガ型レジストＳＡＬ６０６を０．１μ
ｍの膜厚に塗布した後、１２５℃／６０秒のプリベーク
を行なう。

【０１５１】次に図２０（ｄ）に示すように、電子ビー
ム露光装置を用いてネガ型レジスト７４に電子ビーム７
５を照射し、ネガ型レジスト７４に幅５０ｎｍ、長さ１
ｍｍのラインパターンを５μｍのピッチで３本並べて露
光する。なお、電子ビーム露光装置の加速電圧は５０ｋ
Ｖ、電流密度は１０Ａ／ｃｍ² 、ビームはガウシアン、
スキャン方式はラスタ方式とする。

【０１５２】次に図２１（ｅ）に示すように、１１５℃
／１２０秒のＰＥＢを行なった後、ＴＭＡＨ水溶液
（０．３６Ｎ）を用いて１２０秒間の現像を行なって、
レジストパターン７４を形成する。

【０１５３】次に図２１（ｆ）に示すように、レジスト
パターン７４をマスクにして、Ｗ膜７３をＲＩＥし、Ｗ
膜７３からなるライン状の埋め込みパターンを形成す
る。

【０１５４】次に図２１（ｇ）に示すように、Ｏ₂ アッ
シャーによりレジストパターン７４を除去する。

【０１５５】次に図２１（ｈ）に示すように、Ｗ膜７３
を覆うように、Ｃ膜７２上に例えば厚さ５μｍのＣ膜７
６をスパッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は
例えば２．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば６０ｓｃｃｍであ
る。

【０１５６】次に図２２（ｉ）に示すように、図２０
（ｂ）〜図２１（ｈ）の工程をさらに２回繰り返し、３
層構造の埋め込みパターンを形成し、合計でＷ膜７３か
らなる９本の埋め込みパターンを形成する。

【０１５７】次に図２２（ｊ）に示すように、Ｓｉ基板
７１、Ｃ膜７２、Ｗ膜７３、Ｃ膜７６（不図示）をＡ−
Ｂ線およびＣ−Ｄ線に沿って、つまりＷ膜７３からなる
埋め込みパターンを横切るように２箇所で切断する。

【０１５８】次に図２２（ｋ）に示すように、切断して
現れた２つの切断面を研磨する。この研磨には、例えば
ダイヤモンドスラリーを用いたラッピング装置を使用す
る。これによって、表面粗度１０ｎｍ程度の面（研磨
面）が得られる。研磨面の間の厚さは例えば１０μｍと
する。この研磨面がビーム照射面になる。このようにし
て、厚さ１０μｍのＣ膜に５０ｎｍ□のＷ膜６３からな
る埋め込みパターンを複数形成できる。すなわち、多層
埋め込みマークを形成できる。

【０１５９】以上述べたように本実施形態によれば、図
２０（ｂ）〜図２１（ｈ）の工程を繰り返すことによ
り、微細な複数の埋め込みパターン（多層埋め込みパタ
ーン）を厚いＣ膜に容易に形成することができる （第９の実施形態）図２３〜図２６は、本発明の第９の
実施形態に係る埋め込みマークの形成方法を示す工程断
面図である。本実施形態は、大きさの異なる複数の埋め
込みパターンをＣ膜に形成する方法である。

【０１６０】まず、図２３（ａ）に示すように、厚さ６
００μｍのＳｉ基板８１上に厚さ５μｍのＣ膜８２をス
パッタ法を用いて形成する。ここで、ＤＣ電力は例えば
２．０ｋＷ、Ａｒ流量は例えば６０ｓｃｃｍである。

【０１６１】次に図２３（ｂ）に示すように、Ｃ膜８２
上に厚さ５０ｎｍのＷ膜８３をスパッタ法を用いて形成
する。ここで、ＤＣ電力は例えば１．０ｋＷ、Ａｒ流量
は例えば１００ｓｃｃｍである。

【０１６２】次に図２３（ｃ）に示すように、Ｗ膜８３
上にネガ型レジスト８４を塗布した後、プリベークを行
なう。具体的には、例えば、ネガ型レジスト８４として
シプレー社製のネガ型レジストＳＡＬ６０６を０．１μ
ｍの膜厚に塗布した後、１２５℃／６０秒のプリベーク
を行なう。

【０１６３】次に図２３（ｄ）に示すように、電子ビー
ム露光装置を用いてネガ型レジスト８４に電子ビーム８
５を照射し、ネガ型レジスト８４に幅５０ｎｍ、長さ１
ｍｍのラインパターンを５μｍのピッチで３本並べて露
光する。なお、電子ビーム露光装置の加速電圧は５０ｋ
Ｖ、電流密度は１０Ａ／ｃｍ² 、ビームはガウシアン、
スキャン方式はラスタ方式とする。

【０１６４】次に図２４（ｅ）に示すように、１１５℃
／１２０秒のＰＥＢを行なった後、ＴＭＡＨ水溶液
（０．３６Ｎ）を用いて１２０秒間の現像を行なって、
レジストパターン８４を形成する。

【０１６５】次に図２４（ｆ）に示すように、レジスト
パターン８４をマスクにして、Ｗ膜８３をＲＩＥし、Ｗ
膜８からなるライン状の埋め込みパターンを形成する。

【０１６６】次に図２４（ｇ）に示すように、Ｏ₂ アッ
シャーによりレジストパターン８４を除去する。

【０１６７】次に図２５（ｈ）に示すように、Ｗ膜８３
を覆うように、Ｃ膜８２上に例えば厚さ５μｍのＣ膜８
６をスパッタ法を用いて形成する。

【０１６８】次に図２５（ｉ）に示すように、図２２
（ｂ）〜図２３（ｈ）の工程と同様の工程をさらに４回
繰り返し、上層ほど厚さおよび幅が大きくなる、５層構
造のＷ膜８３からなるライン状の埋め込みパターンを形
成する。

【０１６９】具体的には、第２層の埋め込みパターンの
厚さおよび幅はそれぞれ０．１μｍおよび０．１μｍ、
第３層の埋め込みパターンの厚さおよび幅はそれぞれ
０．２μｍおよび０．２μｍ、第４層の埋め込みパター
ンの厚さおよび幅はそれぞれ０．３μｍおよび０．３μ
ｍ、第４層の埋め込みパターンの厚さおよび幅はそれぞ
れ０．４μｍおよび０．４μｍとする。

【０１７０】なお、埋め込みパターンの厚さおよび幅を
変えるには、Ｗ膜８３の膜厚と露光するパターンの幅を
変えれば良い。

【０１７１】次に図２６（ｊ）に示すように、Ｓｉ基板
８１、Ｃ膜８２、Ｗ膜８３、Ｃ膜８６（不図示）をＡ−
Ｂ線およびＣ−Ｄ線に沿って、つまりＷ膜８３からなる
埋め込みパターンを横切るように２箇所で切断する。

【０１７２】次に図２６（ｋ）に示すように、切断して
現れた２つの切断面を研磨する。この研磨には、例えば
ダイヤモンドスラリーを用いたラッピング装置を使用す
る。これによって、表面粗度１０ｎｍ程度の面（研磨
面）が得られる。研磨面の間の厚さは例えば１０μｍと
する。この研磨された面がビーム照射面になる。このよ
うにして、Ｗ膜８６からなり、厚さ１０μｍのＷ膜に５
０ｎｍ□の貫通孔、０．１μｍ□の貫通孔、０．２μｍ
□の貫通孔、０．３μｍ□の貫通孔、０．４μｍ□の埋
め込みパターンがＣ膜に埋め込まれた多層埋め込みマー
クを形成できる。本実施形態によれば、埋め込みパター
ンの大きさをＷ膜８３の膜厚と露光するラインパターン
の幅により制御できるため、微細かつ大きさの異なる埋
め込みパターンを厚いＣ膜に容易に形成することができ
る。

【０１７３】なお、本実施形態では埋め込みパターンの
断面形状は各層で同じ、つまり長方形であるが、各層で
変えても良い。また、同じ長方形でもその長辺と短辺を
各層で変えても良い。これらはＷ膜８３の膜厚と露光す
るラインパターンの幅を制御することによりできる。す
なわち、本実施形によれば、態微細かついくつかの相異
なる形状および大きさをもつ埋め込みパターンを厚いＣ
膜に容易に形成することが可能である。

【０１７４】（第１０の実施形態）次に本発明の第１０
の本実施形態に係るビームの焦点調整方法について説明
する。

【０１７５】本実施形態では、図２７に示した電子ビー
ム露光装置を使用する。ビーム分解能の測定は以下の要
領で行なった。ここでは、第７〜９実の施形態で作製し
たＷ埋め込みマークを用いた。また、ビームの大きさを
０．５μｍ□にした。

【０１７６】ステージ１１０に備え付けたＷ埋め込みマ
ーク１１３をビームの光軸の真下に移動した。ここで、
Ｗ埋め込みマーク１１３と試料１１１の高さは同じとす
る。５０ｎｍ□のＷ埋め込みマーク１１３を０．５μｍ
□に成形した電子ビーム１１８を５ｎｍピッチで走査し
た。

【０１７７】このとき、Ｗ埋め込みマーク１１３から反
射した電子を反射電子検出器１１２で検出した。この結
果、図１４に示めしたのと同様の電流波形が得られた。
第５の実施形態と同様に、電流の最高値から電流の最低
値を引いた値を１００％にしたときの１０％から９０％
の範囲をビーム分解能とする。

【０１７８】ビームの最適焦点を得るために対物レンズ
の電流を変化させて、ビーム分解能を測定した。ビーム
分解能の測定値が最小のときの対物レンズの電流を最適
焦点とする。以上の方法によってビームの焦点調整がで
きる。また、測定した最小ビーム分解能は９０ｎｍを得
た。

【０１７９】以下に本実施形態の作用効果について説明
する。

【０１８０】例えば従来の焦点調整に用いている重金属
凸型マークおよび凹型マークは、エッチング等の方法で
形成している。この方法では、微細な高アスペクト比の
重金属マークを形成することは困難となる。したがっ
て、反射電子検出に十分なＳ／Ｎ比が得られない。

【０１８１】しかし、本実施形態では、Ｗ膜の膜厚（Ｗ
埋め込みマークの長さ）は、基板、Ｗ膜、Ｃ膜の切断面
の研磨によって制御できるので、照射した電子ビームを
透過させることなく十分な反射電子を得ることが容易で
ある。したがって、本実施形態によれば、高精度にビー
ム分解能を求めることができ、より高精度な焦点調整が
可能となる。

【０１８２】（第１１の実施形態）次に本発明の第１１
の実施形態に係る貫通孔の形成方法について説明する。

【０１８３】まず、母体となる基板を容易する。この基
板の材質は、半導体基板やＡＢＳ樹脂（アクリローニト
リル ブタジエン スチレン共重体により作られる樹
脂）等何でも良い。

【０１８４】次に母体となる基板上に膜を形成するが、
この膜の材質は限定されない。成膜方法も限定されな
い。また、成膜しなくても良い。次にこの上に鋳型を形
成するが、この鋳型の材質は、鋳型以外の膜と溶解速度
が異なれば何でも良い。また、鋳型の形成方法は半導体
作製方法の工程等何でも良い。

【０１８５】次に鋳型の上に膜を形成するが、この膜の
材質は何でも良い。鋳型の下の膜の材質と異なっても良
い。成膜方法もスパッタ法や蒸着法等何でも良い。

【０１８６】次に鋳型の箇所を横切るように２箇所切断
するが、この２箇所は平行でなく斜めでも良い。また、
切断方法は限定されない。２箇所の切断面を研磨する方
法も限定されない。また、１箇所だけを研磨したり、全
く研磨しなくても良い。さらに、２箇所の研磨する面は
平行でなくても、鋳型に対して垂直でなくても良い。

【０１８７】次に鋳型を除去するが、この鋳型の除去方
法は、鋳型と鋳型を覆う膜との溶解速度が異なる気体ま
たは液体など何でも良い。

【０１８８】このように、貫通孔は多種多様な方法によ
り形成することが可能である。

【０１８９】（第１２の実施形態）まず、第１〜第４の
実施形態および第１１の実施形態の方法により形成した
貫通孔の使用方法は、第５、６の実施形態のような電子
ビーム露光装置のビーム調整方法や露光方法だけに限ら
れない。例えば、液体または気体のようなある物質を噴
出するノズルとして使用しても良い。

【０１９０】このように、上述した実施形態の形成方法
に従って形成された貫通孔には、多種多様な使用方法が
ある。

【０１９１】（第１３の実施形態）次に本発明の第１３
の実施形態に係る埋め込みパターン（マーク）の形成方
法について説明する。

【０１９２】まず、母体となる基板を用意する。この基
板の材質は半導体基板やＡＢＳ樹脂（アクリローニトリ
ル ブタジエン スチレン共重体により作られる樹脂）
等何でも良い。

【０１９３】次に母体となる基板上に膜を形成するが、
この膜の材質は限定されない。成膜方法も限定しない。
また、成膜しなくても良い。次にこの上に埋め込みパタ
ーンを形成するが、この埋め込みパターンの材質は、埋
め込みパターン以外の膜と異なれば何でも良い。埋め込
みパターンの形成方法は、半導体作製方法の工程等何で
も良い。

【０１９４】次に埋め込みパターンの上に膜を形成する
が、この膜の材質は何でも良い。埋め込みパターンの下
の膜の材質と異なっても良い。成膜方法もスパッタ法や
蒸着法等何でも良い。

【０１９５】次に鋳型の箇所を横切るように２箇所切断
した後、２箇所の切断面を研磨するが、この２箇所は平
行でなく斜めでも良い。また、切断方法は限定されな
い。２箇所の切断面を研磨する方法も限定されない。ま
た、１箇所だけを研磨したり、全く研磨しなくても良
い。さらに、２箇所の研磨する面は平行でなくても、埋
め込みパターンに対して垂直でなくても良い。

【０１９６】このように、埋め込みパターンは多種多様
な方法により形成することが可能である。

【０１９７】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記実施形態では、荷電ビーム
露光装置として電子ビーム露光装置を用いた場合につい
て説明したが、本発明はイオンビーム露光装置等の他の
荷電ビーム露光装置を用いた場合にも適用できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。

【０１９８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明（請求項１〜
７）によれば、第１、第２の膜内の貫通孔パターン（鋳
型）を除去し、第１、第２の膜内に貫通孔を形成するこ
とにより、第１、第２の膜の全体が厚くても、これらの
膜に微細な貫通孔を形成することが可能となる。また、
微細な貫通孔を実現できることから、これを利用するこ
とにより精度の高いビーム調整や荷電ビーム露光が可能
となる（請求項１５，１７）。

【０１９９】また、本発明（請求項８〜１４）によれ
ば、第１の膜上にパターンを形成し、このパターンを第
２の膜で覆い、第１、第２の膜内にパターン（埋め込み
パターン）を形成することにより、第１、第２の膜の全
体が厚くても、これらの膜内に微細なパターン（埋め込
みパターン）を形成することが可能となる。また、微細
な埋め込みパターンを実現できることから、これを利用
することにより精度の高いビーム調整が可能となる（請
求項１６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る貫通孔の前半の
形成方法を示す工程断面図

【図２】本発明の第１の実施形態に係る貫通孔の中半の
形成方法を示す工程断面図

【図３】本発明の第１の実施形態に係る貫通孔の後半の
形成方法を示す工程断面図

【図４】本発明の第２の実施形態に係る貫通孔の前半の
形成方法を示す工程断面図

【図５】本発明の第２の実施形態に係る貫通孔の中半の
形成方法を示す工程断面図

【図６】本発明の第２の実施形態に係る貫通孔の後半の
形成方法を示す工程断面図

【図７】本発明の第３の実施形態に係る貫通孔の前半の
形成方法を示す工程断面図

【図８】本発明の第３の実施形態に係る貫通孔の中半の
形成方法を示す工程断面図

【図９】本発明の第２の実施形態に係る貫通孔の後半の
形成方法を示す工程断面図

【図１０】本発明の第４の実施形態に係る貫通孔の前半
の形成方法を示す工程断面図

【図１１】本発明の第４の実施形態に係る貫通孔の中半
の形成方法を示す工程断面図

【図１２】本発明の第４の実施形態に係る貫通孔の後半
の形成方法を示す工程断面図

【図１３】本発明の第４の実施形態に係る貫通孔の後半
の形成方法を示す工程断面図

【図１４】アパーチャのホルダを示す斜視図

【図１５】ファラデーカップで検出した電流波形を示す
図

【図１６】貫通孔の大きさと測定したビーム分解能との
関係を示す図

【図１７】本発明の第７の実施形態に係る埋め込みマー
クの前半の形成方法を示す工程断面図

【図１８】本発明の第７の実施形態に係る埋め込みマー
クの中半の形成方法を示す工程断面図

【図１９】本発明の第７の実施形態に係る埋め込みマー
クの後半の形成方法を示す工程断面図

【図２０】本発明の第８の実施形態に係る埋め込みマー
クの前半の形成方法を示す工程断面図

【図２１】本発明の第８の実施形態に係る埋め込みマー
クの中半の形成方法を示す工程断面図

【図２２】本発明の第８の実施形態に係る埋め込みマー
クの後半の形成方法を示す工程断面図

【図２３】本発明の第９の実施形態に係る埋め込みマー
クの前半の形成方法を示す工程断面図

【図２４】本発明の第９の実施形態に係る埋め込みマー
クの中半の形成方法を示す工程断面図

【図２５】本発明の第９の実施形態に係る埋め込みマー
クの後半の形成方法を示す工程断面図

【図２６】本発明の第９の実施形態に係る埋め込みマー
クの後半の形成方法を示す工程断面図

【図２７】ＶＳＢ方式の電子ビーム露光装置を示す模式
図

【図２８】ＣＰ用アパーチャを示す模式図

【図２９】従来の貫通孔の形成方法を示す工程断面図

【符号の説明】

１…Ｓｉ基板 ２…Ｗ膜（第１の膜） ３…ＳｉＯ₂ 膜（貫通パターン） ４…ネガ型レジスト ５…電子ビーム ６…Ｗ膜（第２の膜） １１…Ｓｉ基板 １２…Ｗ膜（第１の膜） １３…ＳｉＯ₂ 膜（貫通パターン） １４…ネガ型レジスト １５…電子ビーム １６…Ｗ膜（第２の膜） ２１…Ｓｉ基板 ２２…Ｗ膜（第１の膜） ２３…ＳｉＯ₂ 膜（貫通パターン） ２４…ネガ型レジスト ２５…電子ビーム ２６…Ｗ膜（第２の膜） ３１…Ｓｉ基板 ３２…Ｗ膜（第１の膜） ３３…ＳｉＯ₂ 膜（貫通パターン） ３４…ネガ型レジスト ３５…電子ビーム ３６…Ｗ膜（第２の膜） ４１…アパーチャ ４２…ホルダ ４３…位置合わせ用の突起 ４４…板バネ ６１…Ｓｉ基板 ６２…Ｃ膜（第１の膜） ６３…Ｗ膜（パターン） ６４…ネガ型レジスト ６５…電子ビーム ６６…Ｃ膜（第２の膜） ７１…Ｓｉ基板 ７２…Ｃ膜（第１の膜） ７３…Ｗ膜（パターン） ７４…ネガ型レジスト ７５…電子ビーム ７６…Ｃ膜（第２の膜） ８１…Ｓｉ基板 ８２…Ｃ膜（第１の膜） ８３…Ｗ膜（パターン） ８４…ネガ型レジスト ８５…電子ビーム ８６…Ｃ膜（第２の膜） １１０…ステージ １１１…試料 １１２…反射電子検出器 １１３…Ｗ埋め込みマーク １１４…貫通孔 １１５…ファラデーカップ １１６…電流計 １１７…電子銃 １１８…電子ビーム １１９…第１成形アパーチャ １２０…第２成形アパーチャ １２１…鏡筒 １２２…試料室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉原 和佳 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に第１の膜を形成する工程と、 この第１の膜上に貫通孔パターンを形成する工程と、 前記第１の膜上に前記貫通孔パターンを覆う第２の膜を
   形成する工程と、 前記貫通孔パターンを横切るように、前記基板、前記第
   １の膜、前記貫通孔パターンおよび前記第２の膜を切断
   する工程と、 切断して現れた面を研磨する工程と、 前記貫通孔パターンを除去する工程とを有することを特
   徴とする貫通孔の形成方法。
2. 【請求項２】基板上に第１の膜を形成する工程と、 この第１の膜上に貫通孔パターンを形成する工程と、 この貫通孔パターンをエッチングにより細らせる工程
   と、 前記第１の膜上に前記貫通孔パターンを覆う第２の膜を
   形成する工程と、 前記貫通孔パターンを横切るように、前記基板、前記第
   １の膜、前記貫通孔パターンおよび前記第２の膜を切断
   する工程と、 切断して現れた面を研磨する工程と、 前記貫通孔パターンを除去する工程とを有することを特
   徴とする貫通孔の形成方法。
3. 【請求項３】前記貫通孔パターンを形成する工程と前記
   第２の膜を形成する工程を繰り返し行なうことにより、
   積層構造の貫通孔パターンを形成することを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の貫通孔の形成方法。
4. 【請求項４】大きさの異なる貫通孔を複数個形成するこ
   とを特徴とする請求項３に記載の貫通孔の形成方法。
5. 【請求項５】前記基板として、半導体基板を用いること
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   の貫通孔の形成方法。
6. 【請求項６】前記第２の膜として、重元素金属からなる
   膜を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４
   のいずれかに記載の貫通孔の形成方法。
7. 【請求項７】前記第２の膜として、前記第１の膜の構成
   材料と同材料からなる膜を形成することを特徴とする請
   求項１ないし請求項４のいずれかに記載の貫通孔の形成
   方法。
8. 【請求項８】半導体基板上に第１のタングステン膜を形
   成する工程と、 このタングステン膜上に酸化膜およびレジスト膜を順次
   積層形成する工程と、 このレジスト膜をパターニングし、レジストパターンを
   形成した後、このレジストパターンをマスクにして前記
   酸化膜をパターニングし、酸化膜のラインパターンを形
   成する工程と、 前記レジストパターンを除去する工程と、 前記酸化膜のラインパターンを含む前記第１のタングス
   テン膜上に第２のタングステン膜を形成する工程と、 前記酸化膜のラインパターンを横切るように、前記半導
   体基板、前記第１のタングステン膜、前記酸化膜のライ
   ンパターンおよび前記第２のタングステン膜を切断する
   工程と、 前記酸化膜のラインパターンを除去する工程とを有する
   ことを特徴とする貫通孔の形成方法。
9. 【請求項９】前記酸化膜のラインパターンを形成する工
   程と前記第２のタングステン膜を形成する工程を繰り返
   し行なうことにより、積層構造の貫通孔パターンを形成
   することを特徴とする請求項８に記載の貫通孔の形成方
   法。
10. 【請求項１０】基板上に第１の膜を形成する工程と、 この第１の膜上にパターンを形成する工程と、 前記第１の膜上に前記パターンを覆う第２の膜を形成す
    る工程と、 前記パターンを横切るように、前記基板、前記第１の
    膜、前記パターンおよび前記第２の膜を切断する工程
    と、 切断して現れた面を研磨する工程とを有することを特徴
    とする埋め込みパターンの形成方法。
11. 【請求項１１】前記パターンを形成する工程と前記第２
    の膜を形成する工程を繰り返し行なうことにより、積層
    構造の埋め込みパターンを特徴とする請求項１０に記載
    の埋め込みパターンの形成方法。
12. 【請求項１２】大きさの異なるパターンを複数個形成す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の埋め込みパター
    ンの形成方法。
13. 【請求項１３】前記基板として、半導体基板を用いるこ
    とを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれかに
    記載の埋め込みパターンの形成方法。
14. 【請求項１４】前記パターンとして、重元素金属からな
    るパターンを形成することを特徴とする請求項１０ない
    し請求項１２のいずれかに記載の埋め込みパターンの形
    成方法。
15. 【請求項１５】前記第２の膜として、軽元素金属からな
    る膜を形成することを特徴とする請求項１０ないし請求
    項１２のいずれかに記載の埋め込みパターンの形成方
    法。
16. 【請求項１６】前記第２の膜として、前記第１の膜の構
    成材料と同材料からなる膜を形成することを特徴とする
    請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の埋め込
    みパターンの形成方法。
17. 【請求項１７】半導体基板上に第１のカーボン膜を形成
    する工程と、 このカーボン膜上にタングステン膜およびレジスト膜を
    順次積層形成する工程と、 このレジスト膜をパターニングし、レジストパターンを
    形成した後、このレジストパターンをマスクにして前記
    タングステン膜をパターニングし、タングステン膜のラ
    インパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンを除去する工程と、 前記タングステン膜のラインパターンを含む前記第１の
    カーボン膜上に第２のカーボン膜を形成する工程と、 前記タングステン膜のラインパターンを横切るように、
    前記半導体基板、前記第１のカーボン膜、前記タングス
    テン膜のラインパターンおよび前記第２のカーボン膜を
    切断する工程とを有することを特徴とする埋め込みパタ
    ーンの形成方法。
18. 【請求項１８】前記タングステン膜のラインパターンを
    形成する工程と前記第２のカーボン膜を形成する工程を
    繰り返して行なうことにより、積層構造の埋め込みパタ
    ーンを形成することを特徴とする請求項１７に記載の埋
    め込みパターンの形成方法。
19. 【請求項１９】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
    載の貫通孔の形成方法により形成された貫通孔を使用
    し、ビーム調整を行なうことを特徴とするビーム調整方
    法。
20. 【請求項２０】請求項１２ないし請求項１４のいずれか
    に記載の埋め込みパターンの形成方法により形成された
    埋め込みパターンを使用し、ビーム調整を行なうことを
    特徴とするビーム調整方法。
21. 【請求項２１】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
    載の貫通孔の形成方法により形成された貫通孔をアパー
    チャに利用することを特徴とする荷電ビーム露光方法。