JPS5811744B2 - ホトカソ−ド源の製造方法および基体の主面の正確に位置決めした領域を選択照射する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明の分野 この発明は、１９７２年７月２５日付で特許になったア
メリカ合衆国特許第３６７９４９７号明細書に記載され
た電子ビーム式回路パターン製作装置を改良したもので
ある。

先行技術との関係 電子ビーム式回路パターン製作装置は、ホトカソード源
またはエレクトロマスクを作るために走査形電子顕微鏡
を用いる。

ホトカソード源は、例えば紫外線で照射される時、所望
のパターンの電子ビームを投射するようになっている。

この電子ビームは、基体の主面上のエレクトロレジスト
層に当ってこのエレクトロレジスト層に異なる溶解度（
すなわち照射された領域と照射されなかった領域）を刻
み込む。

照射後エレクトロレジスト層の溶けやすくなった部分を
除去すれば、エレクトロレジスト層の下層あ基体（また
は基体上の層）が選択的に露出され、次いでこれは例え
ばエツチング、拡散または沈着により所望の回路部品パ
ターンのエレクトロレジストに窓を介して選択的に転写
され得る。

エレクトロマスクは、写真性版技術では周知のホトマス
クに似た、パターン付はホトカソード・アセンブリを表
わす。

エレクトロマスクは、ホトカソード源を支持する、石英
のような光透過性基板を備える。

ホトカソード源は、ホトカソード材料が感知する光を通
さない二酸化チタンのような層で基板を覆うことにより
、パターン化された電子ビームを通常発生するようにな
っている。

所望の回路部品パターンのネガは非透過性層に形成され
、この非透過性層上にはパラジクムのようなホトカソー
ド材料の層が形成される。

しかるのちに、基板および非透過性層を介してホトカソ
ード層を照射することにより、パターン化された電子ビ
ームは発生される。

これについては、例えばアメリカ合衆国特許第３５８５
４３３号、３５８８５７０号３６８６０２８号および３
６７２９８７号の各明細書を参照されたい。

このような製作装置の走査形電子顕微鏡は、エレクトロ
レジスト層またはその類似物にミクロン以下（ｓｕｂ−
ｍｉｃｒｏｎ）の精度を有するプレーナ状回路部品パタ
ーンを生じるために、微小直径の電子ビームを使用する
ことを包含する。

電子ビームは、電算機からの命令でパターン・マトリク
スによって自動的に動かされる。

ビーム制御情報は、電算機にかけられる磁気テープに記
憶されることができ、電子ビームの位置および動きを命
令するために使用される。

このような走査電子ビーム装置は集積回路を製作する際
エレクトロレジストに高解像度のパターンを直接現像す
るのに使用できるが、電子ビーム式回路パターン製作装
置は電子像投射装置用のホトカソード源を作るためにそ
のような走査電子ビームを使用することを包含する。

そのような走査電子ビームを使用する際の主な問題は、
全パターン・フィールド（ｆｉｅｌｄ）上に精度を維持
することである。

そのような場合の解像度は走査電子ビームを使用すれば
問題ではない。

幅が０．５ミクロンよりも狭い線は、レジスト材料で確
実に再現できる。

しかしながら、集積回路のパターンフィールドのサイズ
は典形例では２０００Ｘ２０００ミクロン程も大きく、
しばしば４０００Ｘ４０００ミクロンにもなる。

電子−光学的理由のだめに、電子ビームを数度以上偏向
させかつそれでもまた例えばＯ，Ｓミクロンの高解像度
を保持することは実際的ではない。

ホトカソードとエレクトロレジストの間の距離を拡げる
ことによってフィールドのサイズを大きくすることは可
能であるが、これに相応して集束電子ビームの直径が大
きくなり、ひいては解像度’４牲にすることになる。

従って、成る一定の解像度では、走査電子ビームのフィ
ールドのサイズは、集積回路の基体サイズよりも相当率
さい値に通常部数される。

例えば、直径０．２ミクロンの電子ビームおよび０．５
ミクロンの解像度では、電子ビームの走行距離は５０ｍ
ｍ（２インチ）にそしてフィールドのサイズは直径約２
０００ミクロンに制限される。

フィールドのサイズに関する他の制限は、電子ビームが
偏向され得る精度である。

これは、ビームの位置を制御するために使用されるエレ
クトロニクスに主として依存する。

現在では、２０００ミクロンのフィールドにおける直径
０．２ミクロンの電子ビームの偏向精度は最高的０．５
ミクロンで１ある。

従って、製作装置の２０００×２０００ミクロンのフィ
ールドは、典形例では、４０００×４０００の点配列に
分けられ（間隔は０．５ミクロン）、そして１２ビツト
のディジタル−アナログ変換器によって各軸に４０００
ものアドレスが提供される。

これよりももつと多数のアドレスを有するメモリイも人
手できるが、同一サイズのフィールド内でこれ以上大き
なフィールドおよび解像度はビームの偏向に制限がある
ので得ることができない。

理想的には、この問題は、小さなフィールドのマルチパ
ターンでエレクトロレジストを順次現像することにより
、解決できる。

しかしながら、隣接フィールド間の正確な一致は、その
ような技術の実施にとって重要である。

電子ビーム式回路パターン製作装置の例えば０．５ミク
ロンの高解像度は、もし連続するパターンの位置合わせ
中に同一の解像度を維持できないならば、低下する。

従って、各フィールドの電子線は、０．５ミクロン以下
の精度でもって隣接フィールドに吋して位置合わせされ
なければならない。

さもなければ、製作装置の精度および経済性は集積回路
装置中で達成されないだろう。

正確な一致を維持するためにレーザー・ビームを使用し
て基体（集積回路はこの基体に機械的手段によってフィ
ールドからフィールドへ形成されるようになっている）
をたんに正確に動かすことだけが提案されており、これ
については例えばアメリカ合衆国特許第３６３２２０５
号および第３７１９７８０号明細書を参照されたい。

しかしながら、そのような装置に市場性があるとは思え
ない。

基体の物理的な位置合わせ中にわずか０．０１係変化し
ても、これは隣接フィールドを一致させるのに０．２ミ
クロンの誤差を生しことになり得る。

５０Ｘ５０ｉｍ（２Ｘ２インチ）の基体上では、そのよ
うな位置谷わせ誤差は直径が６．０５０ｍｍ（２ミル）
変化することに由来する。

更に、電子ビームの偏向収差は、フィールドの規則正し
い矩形配列が達成不能であるようなものである。

たとえ補償しても、隣接するフィールド間の不一致に加
わる歪がまだ残る。

従って、所望のエレクトロレジスト・パターンの隣接フ
ィールドを正確かつ素早く登録するマルチ順次位置合わ
せ装置の必要性が存在する。

この必要性は大規模集積回路（ＬＳＩ）技術では特に激
しい。

ＬＳＩは、同一の半導体ウェーバ中に極めて複雑な電子
回路（例えば１０００個を越えるゲート）を提供する集
積回路につけられた名前である。

論理的ＬｓＩ技術はより大きなウェーバを必要とする。

現在では側面で測って５０〜７５ｍｍ（２〜３インチ）
のＬＳＩウェーバが使用される。

しかしながら、フィールド間の正確な一致が重要である
場合、幾つかのフィールドを組合わせるだけにより、そ
のように大きいパターンは走査電子ビームでもって生じ
られ得る。

加えて、ＬＳＩ技術は、電子回路部品の高密度化を要求
し、次いで短な位置合わせを要求する。

このような量的集積高はウェーバのサイズに直接対応す
る。

単結晶構造中の欠陥の可能性はウェー・の容積に正比例
して増える。

従って、解像度が高くなればなる程、回路の集積度は高
くなり、ウエーノは小さくなり、量的集積高は大きくな
る。

電子像投射装置でも、パターン化された電子ビームと基
体を正確に一致（ｒａｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）させかつ
位置合わせする必要がある。

集積回路中で高い量的一致高および信頼できる電子性能
を達成するには、基体の主面の正確に位置決めした領域
および部分を変えることが必要である。

複数の連続する表面処理および変更が一つの基体に対し
て行なわれるようになっている時には、この正確さは特
に重要である。

これに関連して、六つ以上の連続する処理および変更は
、複雑な電子用の集積回路を作るのに普通必要である。

もし基体と連続するホトカソード源との位置合わせ中に
例えば０．５ミクロン以下の同一の高解像度が維持でき
ないならば、電子像投射装置の高解像度は並置されたプ
レーナ状回路部品パターン中で低下する。

こ＼でもまた、ＬＳＩ技術はこの要件に特定のストレス
をかける。

電子ビームを基体の主面の選択した領域と所望の精度例
えば０．５ミクロン以下で位置合わせするだめの方法お
よび装置が提供される。

光学的な歪および走査電子ビームの偏向の不正確さは、
小さなフィールド例えば２００Ｘ２００ミクロンで走査
させることにより、総て除去できる。

その理由は、この発明がフィールド間に維持される正確
な位置合わせのためである。

この発明はまた、電子像投射装置中で基体の主面の選択
した領域と１個または一連のホトカソード源を正確に位
置合わせさせ、かつホトカソード源から投射されたパタ
ーン化された電子ビームを減じる検出マークなしでホト
カソード源を正確に製作する。

一般に少なくとも一つ望ましくは少なくとも二つの検出
マークは、基体の主面に隣接して形成され、各マークの
電子ビームで照射された領域に対応するカソードルミネ
センスを発せる。

マークは、所定の形状をしており、かつ互に正確な空間
的関係に在ることが望ましい。

少なくとも一つのカッ。−ドルミネセンス・マークは、
位置合わせされるべき電子ビームの対応する位置合わせ
ビーム部分で照射される。

位置合わせビーム部分は所定の断面形状をしており、か
つ所望の精度例えば直径０．５ミクロンおよび幅０．５
ミクロンに対応するサイズであることが望ましい。

照射されたカソードルミネセンス・マークからの光は、
基体を通してホトディテクタで検出されることが望まし
い。

照射されたカソードルミネセンス・マークからの検出さ
れたカソードルミネセンスが位置合わせビー分と対応す
るカソードルミネセンス・マークとの位置合わせを指示
するまで、電子ビームは基体に対して動かされる。

位置合わせビーム部分とカソードルミネセンス・マーク
は、もし両者の形状が所定の形状であるならば、実施限
界内で任意適当な相対的サイズであってよい。

しかしながら、各位置合わせビーム部分は対応するカソ
ードルミネセンス・マークの所定形状と同一の断面形状
を有し、ホトディテクタからの電気信号の最大値または
最小値を読み取るだけで位置合わせを決定できるように
することが望ましい。

さもなければ、電気信号を電気的に処理することが必要
になる。

その際、位置合わせビーム部分と対応するカソードルミ
ネセンス・マークとＯ最適位置合わせを決定するために
、位置合わせビーム部分は対応するカソードルミネセン
ス・マーク上で振動させられる。

カソードルミネセンス・マークは、或る場合には、所定
の形状で、主面上または主面中に直接形成されることが
できる。

別な或る場合には、カソードルミネセンス・マークは、
光または電子線を通さない非透過性層をカソードルミネ
センス層に隣接して形成することにより、形成されるほ
うが都合がよい。

非透過性層は、カソードルミネセンス層によって発生さ
れたカソードルミネセンスを阻止するか、或はカソード
ルミネセンス層茶照射する電子線を阻止することにより
、カソードルミネセンス層から投射されるカソードルミ
ネセパに差を生じさせる。

→りとして、カソードルミネセンス層からのカソードル
ミネセンスを減じることのできる非透過性層は基体の主
面に隣接して形成され、その後所望のカソードルミネセ
ンス・マークに対応する窓を非透過性層にあけ、そして
非透過性層がカソードルミネセンス層の一部茶所定形状
で区画するようにカソードルミネセンス層は主面上の少
なくとも窓において形成される。

基体の、電子ビームとは同一の側に配置されたホトディ
テクタでカソードルミネセンスの反射光が検出される場
合には、工程は同じであっても順序は変る。

すなわち、基体に対する非透過性層とカソードルミネセ
ンス層の相対位置は逆になる。

同様な実施例では、カソードルミネセンス層の露出部分
を所定の形状で区画するために、非透過性層はカソード
ルミネセンス層上に置かれる。

非透過性層は、カソードルミネセンス層を照射する電子
線を実質的に低減臥。

次いで投射されたカソードルミネセンスではなくてカソ
ードルミネセンス層によって発生されたカソードルミネ
センスを低滅する。

更に、これらの種々の実施例のネガは若干の用途で所望
される。

すなわち、非透過性層はカソードルミネセンス層Ｑ上ま
たは下に所定形状で形成され得る。

或は、カソードルミネセンス層は主面の露出部分をたん
に区画し、露出部分はカソードルミネセンス・マーク用
の所定形状に在る。

高部品密度および高解像度の集積回路を製作する際、基
体によって支持されたエレクトロレジスト層に非常に正
確な回路部品パターン「製作するのに」位置合わせ方法
が使用されることが望ましい。

前述したアメリカ合衆国判許第３６７９４９７号明細書
に記載されたような電子像投射装置用の走査電子ビーム
を利用することが望ましい。

走査電子ビームが使用された場合には、ビームはその全
部が装置中で位置合わせビーム部分として動作し、かつ
隣接フィールド例えば２００Ｘ２００ミクロンに選択照
射が行なわれることが望ましい。

電子ビームは、フィールドの境界沿いにカソードルミネ
センス・マークを対称的に配置することにより、フィー
ルドからフィールドへ基体と電子ビームを一致させるた
めに、少なくとも各フィールドの照射の開基体と位置合
わせされる。

電子像投射装置を使用する場合には１選択照射は基体の
全表面上で通常同時に行なわれ、かつ所定形状の少なく
とも二つのカソードルミネセンス・マーク（その間隔は
広い）は位置合わせを行なう際同時に照射される。

ホトカソード源によって投射されるパターン化された電
子ビームは、対応するカソードルミネセンス・マークと
事実上同一の形状であることが埴ましい所定の断面形状
の位置合わせビーム部分を含む。

更に、電子像投射装置では、集積回路またはその他の超
微小電子部品を製作する際−組の回路部品パターンの平
行配置位置合わせに位置合わせ方法が使用できる。

パターン化された電子ビームの一部として事実上同一の
断面形状および空間的位置を有する位置合わせビーム部
分が一組のホトカソード源によって提供される。

位置合わせ工程は、従って、集積回路を正確に製作する
際に用意された一組のホトカソード源のうちの異なるホ
トカソード源で順次繰り返され得る。

この発明は、前述したアメリカ合衆国特許第３６７９４
９７号明細書に記載されたような電子像投射装置に使用
するための新規なホトカソード源を製作する際、利用さ
れることが望ましい。

このようなホトカソード源は、照射された時紫外線のよ
うな光を感知して所定の回路部品パターンで電子ビーム
を投射するようになっている。

この発明のホトカソード源は、照射された領域に対応す
るカソードルミネセンスを発生できかつホトカソード材
料が感知する光を実質的に通す所定形状の位置合わせ用
マークを含む。

このカソードルミネセンス・マークは、ホトカソード層
が感知する光を実質的に通しかつホトカソード層を支持
する基板の主面に隣接して配置される。

成る場合には、ホトカソード源のカソードルミネセンス
・マークは隣接の非透過性層とともに上述したように形
成され得る。

この非透過性層は、カソードルミネセンス層の一部を所
定形状で区画しかつ所望のカソードルミネセンス・マー
クを形成するために上記部分におけるカソードルミネセ
ンス層によって投射されるカソードルミネセンスに差を
つける。

この発明は、添附図面についての以下の例示的な説明か
らもつと簡単に明らかとなるだろう。

ホトカソード源の一実施例（第１図〜第７図）第１図に
おいて、対抗する主面１１および１２を有する基板１０
は、問題の照射線を透過する材料の中から選んで作られ
る。

後述するようなホトカソード源を作るために、基板１０
は例えば石英で作られる。

石英を選んだ理由は、紫外線を実質的に透過しかつ比較
的安価なためである。

石英の代りにサファイアや弗化リチウムを使ってもよい
。

カソードルミネセンス材料から成るマークの規則正しい
配列は、まず主面１１へエレクトロレジスト層１３を被
着することにより、主面１１に隣接して形成される。

エレクトロレジストは、電子線を感知してその層の中に
溶解度が異なるパターンを形成する材料セある。

すなわち、エレクトロンジ３ト層の電子線で照射された
部分は、照射されなかった部分にくらべて成る種の溶剤
に対してもつと溶けやすくなるか逆にもつと溶けにく−
なる。

エレクトロレジスト層は、感光性で比較的安定しており
、しかも比較的長いシェルフ・ライフ（ｓｈｅｌｆ １
ｉｆｅ）を有することが望ましい。

負動作形レジストの例は、ポリスチレン、ポリアクリル
アミド、ポリビニルクロライドおよび成る種の選ばｊた
ハイドロカーボン・シリコーンである。

正動作形レジストの例は、ポリイソブチレン、ポリメチ
ルメタクリレートおよびポリ（α−メチルスチレン）で
ある。

良い正動作形レジストは、処理中ピンホールを避けるた
めに、分子量５００００以下のポリマーを極く小量含有
した平均分子量１０００００以上のポリメチルメタクリ
レートである。

これは、５ｘｌＯ−５り一ロン／ｃ１ｍを供給するだめ
に１０キロボルトの電子ビームにあてられる時、９５％
のエタノール（残り５係は水）で、或は３０容量係のメ
チルエチル・ケトンと７０容量チのイソプロパツールと
の混合物で簡単に溶けるようになる。

照射された部分は上述した溶剤で溶けるが、照射されな
かった部分はそのような溶剤では溶けない。

ポリアクリルアミドは良い負動作形レジストである。

その理由は、３×１０−２り一ロン／ｃｍｄを供給する
１０キロボルトの電子ビームがポリアクリルアミドを脱
イオレ水で溶ける速度を遅らせるようになるからである
。

他方、照射されなかった部分は濃燐酸に耐え、これはア
ルミニウムの被覆として有用になる。

このエレクトロレジストは、メタノールのような大抵の
有機溶剤では除去されない。

それは、基板のスパッタリング、エツチング処理のだめ
の優れたマスクを形成する。

良い結果を与えた良いポリアクリルアミド・レジストの
平均分子量は４５Ｘ１０７である。

エレクトロレジストは、電子衝撃を感知して特定の溶剤
でもつと溶けやすくなるか逆に溶けにくくなる種々の市
販の１ホトレジスト〃のどれもにより、また提供され得
る。

そのようなホトレジストの３種類は、シッフシー（ｓｈ
ｉｐｌｅｙ）社が作ったＡＺ−１３５０およびＡＺ−１
３５０Ｈ並びにＧＡＦ社が作ったマイクロライン（ｍｉ
ｃｒｏｌｉｎｅ）ＰＲ−１０２である。

エレクトロレジストは、種々の無機化合物および有機化
合物のうちのどお一つでもよい。

基板上。の例えば二酸化シリコン膜および窒化シリコン
（ｓｉ３Ｎ４）膜は、電子ビームがあたる時、成る種の
エツチング液でもつとよく溶けるようにされる。

緩衝弗化水素酸は、二酸化シリコン膜の電子ビームで処
理されなかった部分にくらべ処理された部分をもつと簡
単に溶かす。

この特性は’ＢＥＥＲ’効果（すなわち、電子衝撃によ
るエツチング速度の増加）として知られる。

約３のエツチング増加比が得られるので、電子ビームで
衝撃された部分は完全にエツチングされで除かれるが、
第３の非衝撃層（これはエツチングで除かれる）が少し
だけ残る。

例えば、約１０９０ＯＡの厚さの酸化膜が形成されたシ
リコン基板は、全部で０．５クーロン／ｃｒＡまで電子
照射された領域を有し、その後６ボルトで′Ｐ“エツチ
ング液により電解的にエツチングされる。

シリコンは、非照射領域に対して１４２Ａ／分そして照
射領域に対して４１６Ａ／分のエツチング速度を生じる
だめの陽極である。

同一のシリコン基板を陰極にしてその他の状態を諾て同
じにした時、エツチング速度は非照射部分に対して１３
４Ａ／分そして照射部分に対して３９１Ｘ／分であった
。

また、シリコン基板を１５ボルトの陰極にしだ時には、
相対エツチング速度は非照射部分に対して１５３Ａ／分
そして照射部分に対して４６０Ａ／分であったヶこの例
では、使用したエツチング液が弗化水素酸の緩衝溶液（
ｐＨ６，５）であったことに注目されたい。

これは、１０ＭのＮＨ４Ｆと２６２ＭのＨＦとの水溶液
である。

厚さ１００ＯＯＡの二酸化シリコン膜のエツチング速度
増加を保証するために０．２５〜１シ一ロンΔｄｍｍ２
程少い電子ビームが供給され得ることがまた分ったし、
非照射部分は７０００Ｘ８０００Ａの厚さまでエツチン
グされそして０．５〜１．０り一ロン／ｃｍ３照射され
た部分は完全にエツチングされた。

組成の如何とは無関係に、エレクトロレジスト層１３の
厚さは、その中に形成されるパターンの鮮明変にとって
また重要である。

エレクトロレジスト層１３の厚さは、回路部品パターン
に所望される解像度と同じ程度でなければならない。

典形的な厚さの例は、約０．２〜１．０ミクロンである
。

もし所望の解像度が０．１ミクロンならば、その時には
エレクトロレジスト層は０．５ミクロン以下の程度にす
る必要がある。

再び第１図において、所定パターンの窓１４（これは所
望の配列のカソードルミネセンス・マークに対応する所
定形状を有する）はエレクトロレジスト層１３に形成さ
れる。

エレクトロレジスト層１３に異なる溶解度のマーク・パ
ターンを刻むために、エレクトロレジスト層１３は小さ
なサイズ例えば直径０．２ミクロンの走査電子ビーム（
図示しない）によって照射される。

電子ビームの位置は電算機からの命令によりエレクトロ
レジスト層で順次動かされ、エレクトロレジスト層を選
択照射しかつ所望のパターンを作る（２以上の説明は前
述したアメリカ合衆国特許第 ３６７９４９７号明細書の記載を参照されたい）。

照射後、エレクトロレジスト層１３は、窓１４をあけか
つ基板１０の主面１１の選択した部分を露出するために
、現像される。

このために使用した溶剤は、前述したようにエレクトロ
レジスト層の組成によって変る。

エレクトロレジネト層１３に所定パターンのマークを形
成したのち、所望配列および所定形状のカソードルミネ
センス・マークに対応するパターンは、窓１４を介して
基板１０に凹みパターン１５をエツチングすることによ
り、基板１０中のパターンに転写される。

このための適当なエツチング液は、基板１０の材質次第
で変る。

石英の基板に対しては、弗化水素酸溶液が適当なエツチ
ング液である。

凹みパターン１５の深さは、使用した特定のエツチング
液のエツチング時間で決められる。

貝形例では、エツチング時間は、基板１ｏは少なくとも
約６０ＯＡの深さの凹みパターンを形成するのに足りる
時間である。

第２図において、残ったエレクトロレジスト層１３は適
当な溶剤で除去され、そしてカソードルミネセンス材料
の層１６は普通の高周波スパッタリングまたは蒸着技術
によって主面１１上に形成され凹みパターン１５を哩め
る。

特定のカソードルミネセンス材料はこの発明の特定の用
途で変る３図示ｍように、所定形状のカソードルミネセ
ンス・マーク（その間隔が狭い）の規則正しい配列を有
する基板１０を集積回路用基板として直接使用するため
に、電子ビームおよび後述するようなホトディテクタの
感度に依存するどんなカソードルミネセンス材料も使用
できる。

ホトカソード源を製作する際に使用するためには、カソ
ードルミネセンス材料は、紫外線などを実質的に透過す
る材料例えばマンガンで活性化された弗化カルシウム（
すなわちＣａＦ２：Ｍｎ）が望ましい。

従って、ホトカソード源から投射されるパターン化され
た電子ビームの一部としてカソードルミネセンス・マー
クが再生される際にはどんな困難にも出会わない。

カソードルミネセンス層１６は、その形成後、研磨もし
くは積極的にラップ・エツチングされて主面１１上のカ
ソードルミネセンス層が除去されるが、凹みパターン中
に残されたカソードルミネセンス材料は規則正しい配列
でかつ所定形状（例えば図示のように正方）のカソード
ルミネセンス・マーク１７を形成する。

プレーナ面は、従ってカソードルミネセンス・マーク１
７でもってその位置に提供される。

後述するような集積回路またはその他の超微小電子回路
部品を作るために、基板は、この発明に従い、この形態
で使用できる。

所定形状のカソードルミネセンス・マーク１７のパター
ンは、所望どおりどんな規則正しい配列であってもよい
。

パターンは、後述するようにフィールド（ｆｉｅｌｄ）
からフィールドへ走査電子ビームの位置合わせを容易に
するために、対称的であることが望ましい。

第３図ないし、３５図は、カソードルミネセンス・マー
ク１７の幾種類かの代表的なパターンを示す。

カソードルミネセンス・マークは、第３図に示すような
平行線パターン、第４図に示すような格子状パターン或
は第５図に示すような行列パターンを形成し得る。

どの場合にも、カソードルミネセンス・マーク１７の形
状およびその間隔は所望の位置合わせ精度を提供するよ
うに選ばれ、そしてカソードルミネセンス・マーク１７
のサイズすなわち幅まだは面積は所望の位置合わせ精度
に対応するように選ばれる。

貝形例では、カソードルミネセンス・マーク幅（）たは
直径）は０．５ミクロンよりも小さくかつ中心から中心
までの間隔は２００〜２０００ミクロンである。

得られた位置合わせ装置の精度は通常０．５ミクロン以
下である。

これに関連して注目されたいことは、カソードルミネセ
ンス・マーク１７のネガでカソードルミネセンス材料を
形成することにより等価なカソードルミネセンス・マー
クＪ得られることである。

すなわち、所望のカソードルミネセンス・マークの所定
形状で基板の主面の露出部分を区画するように、カソー
ドルミネセンス層は形成される。

第６図および第７図において、主面１１に隣接したカソ
ードルミネセンス・マーク１７を有する基板１０はホト
カソード源に作られる。

紫外線を通さない隣接の非透過性層１８は主面１１およ
びカソードルミネセンス・マーク１７に被着される。

非透過性層１８は、紫外線を反射するものでもよいし或
は吸収してしまうものでもよい。

非透過性ｚ層１８は、吸収層の場合には、二酸化チタン
を含有する酸化物の形態のチタン・イオン含有材料、ま
たはＦｅ＋ｓ含有材料のような他の材料で作れる。

チタンの酸化物を使用する時には、非透過性層１８は、
酸化性雰囲気中でチタンを反応スパッタリングするか、
総二酸化チタン自体の高周波スパッタリングにより、作
れる。

或は、チタン層を蒸着臥、その後その場で全体的に或は
部分的に酸化して非透過性層１８を提供してもよい。

非透過性層１８が反射層の場合には、厚さ約８０ＯＡの
アルミニウムまたはクロム層は、普通のスパッタリング
技術により、主面１１の露出部分およびカソードルミネ
センス・マーク１７上に被着され得る。

どちらの場合も、厚さ約１５０ＯＡの例えば石英または
他のガラスの保護層（図示しない）は、非透過性層１８
上に形成され、次の酸化’ｌぎかつ／または新しいホト
カソード材料でホトカソード源を周期的に再適合させる
。

それから、非透過性層１８上にエレクトロレジスト層１
９を被着し、所望の回路部品パターンのポジまたはネガ
は、エレクトロンジスＭ層１９を走査電子ビームまたは
電子像投射装置で照射すること（これについては、アメ
リカ合衆国特許第３６７９４９７号明細書を参照された
い）により、異なる溶解度でエレクトロレジスト層１９
に刻み込まれる。

所望の回路部品パターンは、エレクトロレジスト層１９
のより溶けやすい部分を適当な溶剤で溶かすことによっ
て非透過性層１８の選択した表面部分を露出させるため
に、エレクトロレジスト層１９に形成される。

所望の回路部品パターンは、エレクトロレジスト層１９
の窓２０を介して非透過性層１８をエツチングまたはイ
オン・ミリング（ｉｏｎｍｉｌｌｉｎｇ）することによ
り、非透過性層１８へ転写される。

このための適当なエツチング液は希弗化水素酸である。

第７図において、エレクトロレジスト層１９の残された
部分はトリクロロエチレンまたはアセトンのような適当
な溶剤で除去され、そしてホトカソード材料から成る層
２２は主面１１の露出した表面部分、カソードルミネセ
ンス・マーク１７および非透過性層１８上に被着される
。

ホトカソード材料は、パラジウム、金、白金、アルミニ
ウム、バリウム、銅またはヨー化セシウムのような、空
気に触れても安定な材料であることが望ましい。

そのようなホトカソード材料は真空蒸着または高周波ス
パッタリングによって被着される。

このようにして得られた非透過性層１８とホトカソード
層２２の組合わせは、従って紫外線のような光を感知す
ることによって照射で所定の回路部品パターンの電子ビ
ームを投射するのに適したホトカソード源になった。

第７図に示す最終製品のホトカソード源は、後述するよ
うにこの発明に従って使用できる。

カソードルミネセンス・マークが基板の中に引っ込んで
いるので、この発明に用いられるホトカソード源は非プ
レーナ状面に由来する光学的歪なしに作られ得る。

これに関して、紫外線を実質的に通すカソードルミネセ
ンス・マーク１７の重要さは、ホトカソード源を設計し
かつ製作する際に不必要な困難を避けるように強調され
る。

得られたホトカソード源がネガを投射することにもまた
注目されたい。

すなわち、所望の回路部品パターンのネガであるパター
ン化された電子ビームを発生するように設計されるので
ある。

それは、負動作形エレクトロレジストとともに電子像投
射装置中で使用するために設計される。

ホトカソード源の他の実施例（第８図〜第１０図）第８
図ないし第１０図には、この発明のホトカソード源を製
作するための他の実施例が示されている。

対抗する主面３１および３２を有する基板３０は、基板
１０と同一の考慮で選ばれた材料で作られる。

主面３１上には、ホトカソード源に使用されるカソード
ルミネセンス材料から放出される光を通さない材料の層
３３が形成される。

この非透過性層３３はチタンのような金属で作られるこ
とが望ましい。

非透過性層３３上には、エレクトロレジストの層３４が
形成される。

所望のパターン配列のカソードルミネセンス・マークま
たはそのネガ（これは、エレクトロレジストが正動作形
のものか或は負動作形のものかに依存する）は、前述し
たように走査電子ビームまたは電子像投射装置を使用す
ることにより、異なる溶解度のパターンとしてエレクト
ロレジスト層に刻み込まれる。

エレクトロレジスト層は、それから、エレクトロレジス
トの組成に応じた適当な溶剤で現像され、所望配列のカ
ソードルミネセンス・マークに対応する窓３５を形成し
て非透過性層３３を選択した部分を露出させる。

エレクトロレジスト層３４の窓３５を介して選択エツチ
ングまたはイオン・ミリングすることにより、所望配列
のカソードルミネセンス・マークに対応する窓３６が非
透過性層３３にあけられる。

この非透過性層３３にチタンを使用した場合には、この
目的のための適当なエツチング液は希弗化水素酸である
。

所定形状のカソードルミネセンス・マークの所望配列に
対応するパターンは、従って非透過性層３３に形成され
る。

エレクトロレジスト層３４の残された部分は、トリクロ
ロエチレンまたはアセトンのような適当な溶剤で除去さ
れる。

主面３１の露出部分上および非透過性層３３上には、所
定形状のカソードルミネセンス・マークを提供するため
に問題のカソードルミネセンス材料の層３７が被着され
る。

このカソードルミネセンス層３７は、普通の高周波スパ
ッタリングまたは真空蒸着技術によって被着されること
が望ましい。

カソードルミネセンス材料は、ＣａＦ２：Ｍｎのような
材料が望ましい。

第８図および第９図に関してこの点で注目されためこと
は、カソードルミネセンス・マーク用の所望の窓を有す
る非透過性層をカソードルミネセンス層の上方ではなく
下方に形成することにより、位置合わせ装置に関する所
定形状の等価なカソードルミネセンス・マークを形成で
きることである。

この実施例中での非透過性層は、カソードルミネセンス
層へ達する電子線を低減するか、或はカソードルミネセ
ンス層により主面上に定置された検出体へ投射されるカ
ソードルミネセンスを低減し得る。

或は、カソードルミネセンス層へ達する電子線またはカ
ソードルミネセンス層によっｅ投射されるカソードルミ
ネセンスを低減するために、非透過性層はカソードルミ
ネセンス層の上方または下方で所定形状に在り得る。

１非透過性１とは、カソードルミネセンスまたは電子線
を全部吸収ないし反射するのではなく、発生されたカソ
ードルミネセンスに認識できる相違を与えるのに足りる
光または電子線を吸収ないし反射するだけが必要な層を
意味する。

非透過性層は、もしカソードルミネセンス・マークによ
って発せられるカソードルミネセンスと明白に異なるカ
ソードルミネセンスを発するならば、それ自体がカソー
ドルミネセンス性であってよい。

実施例とは無関係に、この形態すなわち非透過性層３３
およびカソードルミネセンス層３７を有する基板３０は
、後述するように集積回路またはその他の超微ｌ電子部
品を製作する際、直接基板として使用できる。

しかしながら、基板は更に処理され、カソードルミネセ
ンス層３７上に非透過性層３８を形成することによって
ホトカソード源を形成することが望ましい。

この非透過性層３８は、所望のホトカソード材料が感知
する紫外線または他の照射線を吸収してもよいし或は反
射してもよい。

非透過性層３８は、上述した非透過性層１８と同一の材
料およびやり方で作られることが望ましい。

非透過性層３８上にはそれからエレクトロレジスト層３
９が被着される。

その後、所望の回路部品パターンまたはそのネガ（使用
したエレクトロレジストか正動作形のものか或は負動作
形のものかによって違う）は、電子線が照射されること
によって異なる溶解度のパターンが刻み込まれる。

前述したように走査電子ビームまたは電子像投射装置を
使って電子線を発生させることが望ましい。

選択照射されたエレクトロレジストはその後適当な溶剤
で現像され、所望の回路部品パターンのポジに対応する
窓４０をエレクトロレジスト層３９に形成する。

しかるのちに、窓４０を介して非透過性層３８、カソー
ドルミネセンス層３７および非透過性層３３に窓パター
ン４１を選択エツチングまたはイオン・ミリングするこ
とによって主面３１の一部を露出させるために、所望の
電子部品パターンは非透過性層３８べ転写される。

この目的のための適当なエツチング液は希弗化水素酸で
ある。

第１０図にお―て、エレクトロレジスト層３９の残った
部分はトリクロロエチレンのような適当な溶剤で除去さ
れ、ホトカソード材料の層４２が非透過性層３Ｂおよび
主面３１の露出部分に被着されてホトカソード源を仕上
げる。

ホトカソード層２２について前述したのと同一のホトカ
ソード材料被着技術をこのホトカソード層４２にも使用
することが望ましい。

出来上つなホトカソード源は、ポジを投射することに注
目されたい。

すなわちこのホトカソード源によって発生されるパター
ン化された電子ビームは所望の電子回路部品のポジであ
る。

従って、このホトカソード源は、正動作形のエレクトロ
レジストとともに電子像投射装置中で使用するように設
計される。

エレクトロレジストへのパターン製作方法（走査電子ビ
ームを使用する例） 第１１図ないし第１３図は、基体に対して１子ビームを
位置合わせすることによって基板上のエレクトロレジス
トに非常に正確なパターンを作るだめの方法を説明する
ものである。

この発明に適用できる走査電子ビームはアメリカ合衆国
特許第３６７９４９７号明細書に示されている。

こ＼で使用される基体は、第３，４または５図に示した
ように作った基板、或は第９図から非透過性層３８およ
びエレクトロレジスト層３９を除去した基板が望ましい
。

説明の便宜上、第３，４または５図に示されかつ説明さ
れたようにして作った基板１０が基体１１’として使用
されこの基体１０’が走査電子ビームとともに使用する
ために第１１図に示される。

或は、基体は、半導体ウェーバまだは適当な絶縁性基板
もしくは半導体基板（この基板上にエピタキシャル成長
層が作られている）でもよい。

第１１図について詳しく説明すれば、基板１０の主面１
１に隣接して、所定形状のカソードルミネセンス・マー
ク１７がら成る小間隔で規則正しい配列が形成されてい
る。

金属、絶縁体まだは半導体のような所望の材料で作られ
、かつ回路部品パターンが所望される層５０は、スパッ
タリング、蒸着、エピタキシャル成長または他の任意適
当な技術によって主面１１およびカソードルミネセンス
・マーク１７の露出部分上に形成される。

しかるのち、エレクトロレジスト層５１は、主面１１お
よびカソードルミネセンス０マーク１７上の層５０に被
着される。

４のホトディテクタ５３は、カソードルミネセンス・マ
ーク１７を区画するために、基体１０′の反対側の主面
１２に隣接した基体受け５７の中に配置される。

すなわち、各ホトディテクタ５３は、カソードルミネセ
ンス・マーク１７が照射されることによって発生したカ
ソードルミネセンスを検出するために、カソードルミネ
センス・マーク１７の近くに配置される。

この構成はもちろん基体がカソードルミネセンスを実質
的に通す場合であって、逆にもし基体がカソードルミネ
センスを通さないならば、ホトディテクタは、発生した
カソードルミネセンスの散乱による解像度の低下を避け
るために、基体の走査電子ビーム５２と同じ側にかつ物
理的にできるだけカソードルミネセンス・マーク１７に
近づけて配置され得る。

第１２図および第１３図について詳しく説明すれば、こ
の構成は、基体の主面の正確に選択した領域を選択照射
するために、フィールドから隣接するフィールドへ、走
査電子ビームを基体１０／の主面１１と位置合わせする
のに使用できる。

第１２図に示すように、基体１０／は隣接するフィール
ドに分けられる。

フイーレドはカソードルミネセンス・マーク１７によっ
て左右対称的に境界がつけられることが望ましく、例え
ば成るカソードルミネセンス・マークは各フィールドの
交差点に在るが、成るカソードルミネセンス・マークは
各フィールドの各側面沿いの中心に在る。

走査電子ビーム５２を例えばフィールド５４と位置合わ
せするために、走査電子ビーム５２は、対角線上の２個
のカソードルミネセンス・マーク例えば１７１．１７２
に順次重なるように変調される。

カソードルミネセンス・マーク１７．．１７２１近＜に
配置されたホトディテクタ５３からの出力信号は、陰極
線管（ＣＲＴ）５５へ供給される。

これはまた、走査電子ビーム５２を制御する電算機５６
から入力される正確な位置合わせのためにカソードルミ
ネセンス・マークの意図した位置を有する。

２個のホトディテクタ５３１，５３２（図示せず）から
の信号が走査電子ビームとカソードルミネセンス・マー
クの最適位置合わせおよびカソードルミネセンス・マー
ク１７１．１７２の意図した位置の重畳入力の位置合わ
せを指示するまで、走査電子ビーム５２は基体１０′に
対して動かされる。

その後、走査電子ビーム５２は対角線上の他の２個のカ
ソードルミネセンス・マーク１７３．１７４に順次重な
るように変調され、これはカソードルミネセンス・マー
クに対応するホトディテクタからの出力がカソードルミ
ネセンス・マークと走査電子ビームの最適位置合わせお
よび電算機５６からのカソードルミネセンス・マーク１
７３および１７４（図示せず）用の重畳された理論的入
力の位置合わせでもってＣＲＴ５５上で→牧するまで続
く。

走査−子ビーム５２は、その後位置合わせされかつ電算
機５６からの命令でフィールドを選択照射するだめの用
意をする。

フィールド５４の照射の終りに、基体１０′ は、走査
電子ビームの走。

査フィールドが基体１０′上の次に選択照射されるべき
フィールド５４′と一致するように、物理的に動かされ
る。

位置合わせシーケンスはそれから前述したように繰り返
される。

各フィールド５４において、前述したアメリカ合衆国特
許第３６７９４９７号明細書に記載されたように走査電
子ビーム５２に対して基体１０′を動かすか、逆に走査
電子ビームを電磁的に偏向することによって基体１０′
に対しで走査電子ビーム５２を動かす手段を手動で或は
自動的に作動することにより、位置合わせが行なわれる
。

ホトディテクタ＆３によって検出された光の放出がその
所定位置合わせ値を指示するまで、走査電子ビームまた
は基体を相手に対して動かすことにより、位置合わせは
達成される。

上述した所定の位置合わせ値は、カソードルミネセンス
・マーク１７の所定形状と走査電子ビーム５２の所定の
断面形状との相対関係で変ることに注目されたい。

所定の形状が同一である場合には、問題はたんにカソー
ドルミネセンスの最大値を読み取るか逆に最小値を読み
取るかである。

走査電子ビーム５２の所定の断面形状が対応するカソー
ドルミネセンス・マークの所定形状と違う場合には、位
置合わせを決定するだめの読みは少し違う。

最適位置合わせは、カソードルミネセンスの信号の読み
を最大値または最小値ではもはや指示されない。

むしろ、走査電子ビームとカソードルミネセンス・マー
クの幾何学的形状のどんな変化も考慮に入れてピーク状
態中の成る点を選択することにより、或は走査電子ビー
工が対応するカソードルミネセンス・マークへ出入りす
る時ホトディテクタからの信号の立上がりの成る点を選
択することにより、信号の読みはピニク状態に達しかつ
最適位置合わせは達成される。

後者の位置合わせシーケンスは、カソードルミネセンス
・マークの縁と位置合わせされる。

第１３図に示した位置合わせ装置は、オペレータがＣＲ
Ｔ上の読み取りに従って位置合わせの調節を行なえるの
で、当業者にとっては手動装置を意味する。

これは、位置合わせシーケンスを完了するだめに比較的
長い時間を要するので、望ましい装置ではない。

従って、位置合わせシーケンスは後述するような電気信
号処理同格を有する自動位置合わせ装置に適用されるこ
とが望ましい。

位置合わせ後、層５０に形成されるべき所望の回路部品
パターンまたはそのネガに対応する所定のマトリクスに
より、走査電子ビーム５２は各フィールド５４において
動かされる。

走査電子ビーム５２が所望の回路部品パターンのポジを
照射するか或はネガを照射するかは、使用するエレクト
ロレジストの形式次第である。

もし正動作形のエレクトロレジストを使用するならば、
すなわち照射された結果エレクトロレジスト層が所定の
溶剤でもつと溶けやすくなるならば、その時には層５１
に所望の電子回路部品パターンのポジを形成すべくエレ
クトロレジスト層５１は照射される。

逆に、もし負動作形のエレクトロレジストを使用するな
らば、すなわち照射された結果エレクトロレジスト層が
所定の溶剤でもつと溶けにくくなるならば、その時には
層５０に所望の電子回路部品パターンのネガを形成すべ
くエレクトロレジスト層５１は照射される。

どちらの場合も、装置の精度は、エレクトロレジスト層
５１が照射されるフィールド５４のサイズ並びにカソー
ドルミネセンス・マーク１７のサイズおよび間隔に主と
して基づく。

例えば、もし５基体上に形成されるべき集積回路のサイ
ズが２×２ｉｍ（８０Ｘ８０ミル）でありかつ１ミクロ
ンよりも小さい精度が所望されるならば、電子走査はサ
イズ１×１ｍｍ（４０Ｘ４０ミル）の４個のフィールド
で行なわれなければならない。

或は、もし０．２ミクロンよりも小さい精度が所望され
るならば、同一の基体は２００Ｘ２００ミクロンの４０
０のフィールドで走査されることが望ましい。

カソードルミネセンス・マーク１７のサイズは、検出が
全く質的であるようにされる。

すなわち、カソードルミネセンス・マークはそのサイズ
が例えば０．５Ｘ０．５ミクロン以下（間隔が例えば２
００±０．２ミクロン）であるので、ホトディテクタ５
３によってどんな光も検出される時にはいつでも基体１
０’に対する走査電子ビーム５２の位置は０．２ミクロ
ンの許容値内で知られるようになる。

逆に、カソードルミネセンス・マーク１７のサイズがも
つと大きくかつ光が量的に測定されるならば、基体１０
’に対する走査電子ビーム５２の位置は正確に知られる
ようになる。

ともあれ、カソ一ドルミネセンス・マーク１７は、走査
電子ビームの断面形状と同一の所定形状であることが望
ましい。

走査電子ビームの偏向および歪に由来する解像度誤差は
、位置合わせ装置でもって所望の精度まで減少される０
走査電子ビーム５２は、例えば前述したアメリカ合衆国
特許第３６７９４９７号明細書に記載された従来形の位
置合わせ装置で得られる精度よりも大きい精度で基体と
位置合わせされることができる。

エレクトロレジストへのパターン製作方法（電子像投射
装置を使用する例） 第１４図ないし第１６図について詳しく説明すれば、こ
の発明は、電子像投射装置中の基体上のエレクトロレジ
スト層に非常に正確なパターンを作るのに使用される。

ホトカソード源４３は第１図に示されかつ説明したとお
りであるが、カソードルミネセンス層が局部化され、か
つ所定形状の２個のカソードルミネセンス・マーク６１
および６１′が基体６０の周辺部で互に直径の両端に設
けられる点が違う。

ホトカソード源から発生されるパターン化された電子ビ
ームは、所定の断面形状を有しかつ間隔が基体６０上に
付けられたカソードルミネセンス・マーク６１および６
１′に実質的に対応する一組の位置合わせビーム部分を
含む。

これに関して注目されたいことは、カソードルミネセン
ス・マーク６１および６１′は実際には層６２の開口部
であることである。

層６２は、この上のカソードルミネセンス層から発せら
れる光を通さない。

従って、カソードルミネセンス層６３からの発光パター
ンは、非透過性層６２の開口部に対応しかつ前述したよ
りなカソードルミネセンス・マークの非常に規則正しい
配列の等何物となる。

非透過性層６２およびカソードルミネセンス層６３を有
する基体６０は、金属または半導体のような適当な材料
で作った層６４（この層６４に或はこの層６４を介し集
積回路の一部が基体６０の主面６５に形成されるように
なっている）を接着またはエピタキシャル成長させるこ
とにより、電子像投射装置用に作られる。

しかるのちに、所望の高精度の回路部品パターンが形成
されるべきエレクトロレジスト層６６は層６４の上に被
着される。

エレクトロレジスト層６６を被着したのち、基体６０は
、第１４図ないし第１６図に示されかつ説明されている
ようなそして前述したアメリカ合衆国特許第３６７９４
９７号明細書にもつと詳しく述べられているような電子
像投射装置の中ヘホトカソード源４３（これもまた電子
像投射装置の中に置かれる）と事実上平行関係で挿入さ
れる。

第１４図は、電子像投射装置を示す。

非磁性体で作られかつハーメチックシールされた室７０
は、諸部品を出し入れするために、取り外し可能な端キ
ャップ７１および７２を備える。

室７０がハーメチックシールされたあとで室７０の中で
部分真空を作れるように、室７０の側壁には吸出しロア
３がまた設けられている。

円筒状のホトカソード源すなわちエレクトロマスク７４
と位置合わせ可能な基体６０の主面の選択した領域とは
、事実上平行にかつ間隔を置いて、室７０の内部に置か
れる。

基体６０は、あとでもつと詳しく説明するような基体受
け７５で支持される。

ホトカソード源７４、基体受け７５はそれぞれ環状のさ
ら形支持物７６．７７によって平行配列に置かれる。

ホトカソード源７４と基体受け７５は管状のスペーサ７
８によって正確に離される。

スペーサ７８は、支持物７６．７７の周辺の近くでそれ
ぞれガスケツ）８１．８２を介して溝付きフランジ７９
．８０と係合する。

これらの全アセンブリは、室内のホトカソード源および
基体の位置替えを簡単にするために、支持物７６で室７
０の端キャップ７１から支持される。

ホトカソード源７４は陰極として作られかつ基体６０は
陽極として作られ、ホトカソード源７４から放出された
電子を基体６０に向けかつ加速する。

これを行なうために、基体受け７５並びに支持物７６お
よび７７は高導電性材料で作られ、そしてスペーサ７８
は高絶縁性材料で作られる。

例えば−１０キロボルトの電源７８Ａの電圧は支持物７
６および７７並びに基体受け７５を通してホトカソード
源７４および基体６０にかけられる。

室７０のまわりには３組の電磁コイルが互に垂直に置か
れ、基体６０に当る電子ビームを制御する。

すなわち、円筒状の電磁コイル８３１，８３２゜および
８３３は、ホトカソード源７４から基体臼への電子ビー
ム路沿いに軸方向に置かれ、電子がカソード源から基体
までの距離を走行する時電子を旋回させかつ半径方向に
動かす。

これらの電磁コイルは、ホトカソード源から放出された
パターン化された電子ビームの回転θおよびサイズＭを
制御し次いでパターン化された電子ビームを集束する。

短形の電磁コイル８４．および８４２並びに８５１およ
び８５２は、ヘルムホルツ対で互に垂直にかつ電磁コイ
ル８３．〜８３３とも垂直に対称配置され、電子がホト
カソード源から基体までの距離を走行する時電子を横に
偏向させる。

これらの電磁コイルは、ホトカソード源から放出された
パターン化された電子ビームの方向（Ｘ座標およびＹ座
標の方向で）制御する。

動作時、後に反射体８７が在る水銀灯のような光源８６
は、ホトカソード源７４中のホトカソード１８８（例え
ば金またはパラジウム）を照射する。

このホトカソード層８８は、所望の回路部品パターンの
ネガを含む層９０が上に在る石英のような事実上透明な
基板８９を通して照射される。

層９０は光を通さない材料（例えば二酸化チタ巧）で作
られる。

従って、ホトカソード層は、エレクトロレジストが正動
作形のものか或は負動作形のものかに依存して層６４（
第１６図）に形成されるべき所望の回路部品パターン或
はそのネガに対応するパターン化れた電子ビームを放出
する材料で作られる。

ホトカソード源７４から放出されたパターン化された電
子ビームの一部は、所定の断面形状（例えば３００×３
００ミクロンの正方形）を有する少なくとも一つ望まし
くは二つの比較的小さい位置合わせビーム部分９１およ
び９２（第１６図）である。

これらの位置合わせビーム部分９１と９２は、その間隔
が広く、ホトカソード源からのパターン化された電子ビ
ームの周辺沿いのそれぞれの両端に位置することが望ま
しい。

第１５図に示すように、基体６０は、基体受け７５の中
に物理的に許容できる限界内で正確に装架され、従って
ホトカソード源７４に対して正確に装架される。

基体６０は平らな周辺部９３を有し、基体受け７５は基
体６０が適合するくぼみ鯛を有する。

基体受け７５は、くぼみ９４の１辺近くの各象限に位置
するピン９５，９６，９７および９８を有する。

基体６０は、その平らな周辺部９３をピン９５および９
６で支えかつその曲った周辺部９９をピン９７で支える
ことにより定着される。

従って、基体は約２５ミクロン以下の精度で位置決めさ
れる。

圧縮ばね１００に取り付けられた可動ピン９８は、基体
６０の曲った周辺部で押され、基体６０をしっかりと保
持し従って基体６０を正確に位置付ける。

第１６図に示すように、所定形状のカソードルミネセン
ス・マーク６１および６１／は、上述したように基体６
０に形成される。

カソードルミネセンス・マーク６１および６１′は、基
体の周辺近くに広間隔で配置され、かつ所定形状の位置
合わせビーム部分９１および９２（これらは照射された
ホトカソード源から放出されるパターン化された電子ビ
ームの一部を形成する）と同一の形状であることが望ま
しい。

ホトレジスト層またはエレクトロレジスト層（第８図な
いし第１０図について前述したような）中の所望の断面
の窓パターンを介して基体を選択エツチングもしくはイ
オン・ミリング（ｉｏｎ ｍｉｌｌｉｎｇ）することに
より、所定形状のカソードルミネセンス・マーク６１お
よび６１′は正確に形成できる。

位置合わせビーム部分およびカソードルミネセンス・マ
ークの所定形状は、従って、正方形、短形または円のよ
うな任意適当な幾何学的形状で良く、例えば＝辺ａが約
０．２５ｔｇ（１０ミル）の正方形であることが望まし
い。

基体受け７５中の所定形状のカソードルミネセンス・マ
ーク６１および６１／の後にはホトディテクタ１０１お
よび１０２が置かれる。

各ホトディテクタ１０１，１０２にはそれぞれリード線
１０３゜１０３Ａおよび１０４．１０４Ａが接続され、
これらのリード線は室７０の真空シール１０５を介して
外部へ出ている。

ホトディテクタ１０１および１０２はカソードルミネセ
ンス・マーク６１および６１′によって発生されたカソ
ードルミネセンス（これは通常光である）を基体６０を
通して検出するようになっており、かつ基体からのカソ
ードルミネセンスがカソードルミネセンス・マークの近
くでたとえ分散、散乱されても検出できるように、ホト
ディテクタはそのサイズがカソードルミネセンス・マー
ク６１および６１′よりもかなり大きい。

そのため、ホトディテクタ１０１および１０２はその幾
何学的形状の許す限シ基体６０のきわめて近くに置かれ
る。

この点に関して注意していたソきたいことは、成る種の
実施例例えば基体６０がカソードルミネセンスを透過し
なりものでは、カソードルミネセンスが検出されるよう
に、基体６０のホトカソード源と同じ側にホトデイテフ
タ１０１および１０２を置くほうがよいことである。

しかしながら、カソードルミネセンス・マークとホトデ
ィテクタの間でその解像度次いで位置合わせの精度が低
下しないように状態が許せばホトディテクタ１０１およ
び１０２はカソードルミネセンス・マーク６１および６
１′の近くに置かれることが望ましい。

従って、解像度およｑ精度が低下しない状態が可能な場
合には、ホトディテクタは基体６０のホトカソード源と
は反対側に置かれることが望ましい。

動作時、用定の断面形状をした位置合わせビーム部分９
１．９２は、所ポ形状のそれぞれカソードルミネセンス
・マーク６１，６１’に射突しかつ重なる。

電子ビームは、位置合わせビーム部分とカソードルミネ
センス・マークの重なりの度合に対応するカソードルミ
ネセンスを生じる。

従って、ホトディテクタ１０１および１０２で信号を観
察するだけで位置合わせは正確に記録できる。

位置合純せビーム部分とカソードルミネセンス台マーク
とは、従って、検出されたカソードルミネセンスが位置
合わせビーム部分とカソードルミネセンス・マークの最
適位置合わせを指示する場合の所定位置合わぜ値として
検出するだけにより、正確に位置合わせされ得る。

この発明は、従って、ホトカソード源７４によ２つて発
生されたパターン化された電子ビームを、基体６０の主
面の正確に位置決めされた領域へ位置合わせする方法を
提供する。

更に、総てのパターン化された電子ビームが所望の精度
例えば１ミクロンの分数値以内で基体に選択的に当るよ
うに同一のカソードルミネセンス・マークと連続するホ
トカソード源の同様な位置合わせビーム部分とを使用す
ることにより、基体は連続するホトカソード源と同様に
位置合わせされ得る。

カソードルミネセンス・マークと対応する位置合わせビ
ーム部分を放出するホトカソード源とが整形されかつ空
間的に位置決めされ得る精度まで誤差は小さくされる。

これは、走査形電子顕微鏡および電子像投射装置をもっ
てすれば全く容易である。

ホトディテクタ１０１および１０２から流れ出くる電流
は、適当な電子増幅器およびサーボ機構で処理され、も
ってパターン化された電子ビーム全体を基体に対して自
動的に移行させ、かつ位置合わせビーム部分９１．９２
をそれぞれカソードルミネセンス・マーク６１，６丁′
と一直線に正確に位置決めする。

この目的のために、変調手段のような適当な手段を使っ
て電磁コイルへの電気的入力を振動させ、もって位置合
わせビーム部分９１および９２をしてカソードルミネセ
ンス・マーク６１および６１／上で振動させるか或は代
表例では円を描かせる。

従って、ホトディテクタ１０１および１０２からの電気
的出力は変調されることになる。

第１７図にブロック図で示す電気回路は、カソードルミ
ネセンス・マーク６１および６１／に対してこれらと同
一の対応する所定形状の位置合わせビーム部分９１およ
び９２を調節し、かつホトカソード源７４からのパター
ン化されたｉ子ビーム全体に対して基体６０の主面の選
択した領域を正確に位置合わせするためのものである。

ホトディテクタ１０１からの変調された電気信号はリー
ド線１０４を通じて前置増幅器１０６へ送られ、その後
増幅された信号はリード線１０７を通じて同調増幅器１
０８へ送られる。

同調増幅器１０８の出力はリード線１０９を通じて位相
調節器１１０へ、その後リード線１１１を通じて位相検
波器１１２へ送られる。

ゲーテッド発振器１１３は、それぞれリード線１１４お
よび１１６，１１５および１１７を通じて互に９０°位
相がずれだ基準信号を位相検波器１１２へ供給する。

位相検波器１１２の出力は従ってリート線１１８を通じ
て送られるＸ誤差信号とリード線１１９を通じて送られ
るＹ誤差信号とから成り、これらの誤差信号はゲート１
２０を通ったのちリード線１２１，１２２によってそれ
ぞれ積分器１２３，１２４へ供給される。

積分器１２３，１２４はそれぞれ０算器１２５．１２６
へ直流出力を有し、この場合直流出力はゲーテッド発振
器１１３からそれぞれリード線１２７，１２８を通じて
送られて来た交流出力で変調される。

加え合わされた被変調信号は、電磁コイルこの例ではへ
ルムホルツ対の電磁コイル８４１および８４２並びに８
５１および８５２に給電するために普通に使用される形
式の電力装置（図示しない）中に制御器へ送られる。

同様に、ホトディテクタ１０２からの変調信号はリード
線１０４Ａを通じて前置増幅器１２９へ送られ、その後
リード線１３０を通じて同調増畷器１３１へ、更にリー
ド線１３２を通じて位相調節器１３３へそしてリード線
１３４を通じて位相検波器１３５へ送られる。

ゲーテッド発振器１１３はまた、上述した二つの基準信
号（位相が互に９０°違う）をそれぞれリード線１３６
，１３７により位相検波器１３５へ供給する。

従って、位相検波器１３５から二つの出力が発生される
。

一方の出力はリード線１３８を通じて送られるθ誤差信
号であって、これはゲート１４０およびリード線１４１
を通じてモータ被駆動精密ポテンシオメータ１４２へ送
られ、もって電磁コイル８３１゜８３２および８３３へ
の電流を増減することによってパターン化された電子ビ
ームの回転制御を行なう。

他方の出力はＭ誤差信号である。このＭ誤差信号は、主
集束磁界を調節するモータ被駆動連動ポテンシオメータ
１４４でパターン化された電子ビームのサイズを邪脚す
るだめに、リード線１３９、ゲート１４０およびリード
線１４３を通して送られる。

リード線１１８，１１９，１３８，１３９を通じて送ら
れる誤差信号は、またそれぞれリード線１４５．１４６
，１４７，１４８を通じて４人力遅延形零検出器１４９
へ電子的に交差供給される。

この零検出器１４９の出力はリード線１５０を通じてセ
ット−リセット形フリップフロップ１５１へ送られる。

このフリップフロップ１５１の動作は、スタート・シー
ケンス・スイッチを作動することによって開始される。

フリップフロップ１５１が動作を開始すると、電流はリ
ード線１５２および１５３を通って流れ始め、光源８６
（第１図）を附勢し、もってホトカソード源７４から電
子ビーム（所定の断面形状をした、二つの位置合わせビ
ーム部分９１および９２を含む）を放出させる。

同様に、電流はリード線１５２および１５４を通ってゲ
ーテッド発振器１１３へ流れ、このゲーテッド発振器１
１３はリード線１１４および１２７゜１１５および１２
８を通じてそれぞれ加算器１２５１２６へ位相が互に９
０°違う正弦波の交流出力を供給する。

位置合わせビーム部分９１および９２を含むパターン化
された電子ビーム全体は、例えば４５ヘルツの周波数で
直径６ミクロンの円を描くように振動させられる。

積分器１２３，１２４およびポテンシオメータ１４２．
１４４の動作によって位置合わせビーム部分９１．９２
がそれぞれカソードルミネセンス・マーク６１．６１’
に一度実質的に位置合わせされ＼ば、リード線１４５，
１４６，１４７および１４８を流れる誤差信号は零の値
に達し、これは零検出器１４９で検出される。

零検出器１４９は、零を検出した時リード線１５０を通
じてフリップフロップ１５１へ送られる電気信号を発生
する。

これは、ゲーテッド発振器１１３の動作を終らせ、かつ
リード１１５５，１５６を通じて送られる信号によりそ
れぞれゲート１２０，１４０を閉じる。

この時基体６０の全領域上のエレクトロレジスト層の選
択性電子ビーム露光時間シーケンスは開始されかつエレ
クトロレジスト層が充分露光されるまで継続する。

エレクトロレジスト層６６を認め得る程度照射するのに
要した期間より相当短い期間で、検出および位置合わせ
は達成された。

エレクトロレジスト層を電子ビームで充分処理し、もっ
て選択した溶剤に対する溶解度を適当に異ならせるのに
適切な期間は通常３秒ないし１０秒ある。

次いで、ホトカソード源４３の所望の電子回路部品パタ
ーンは、位置合わせの歪なしに、エレクトロレジスト層
６６へ転写される。

更に、もしカソードルミネセンス・マーク６１および６
１′の間隔が狭くかつ規則正しければ、アメリカ合衆国
特許第３７１０１０１号明細書に記載された従来形の位
置合わせ装置には必要な回転補正を行なうことなく、た
んにＸ補正およびＸ補正を行なうだけで位置合わせを達
成できることに注目されたい。

その上、基体６０を物理的に動かし、かつ／またはパタ
ーン化された電子ビームを電磁的に偏向することにより
、位置合わせは手動で或は自動的に制御できることにも
注目されたい（これについては、前述したアメリカ合衆
国特許第３６７９４９７号および第３７１０１０１号を
参照されたい）。

どちらの場合も、ホトディテクタ１０１および１０２で
検出されたカソードルミネセンス・マーク６１および６
１′からの光がその所定位置合わせ値を指示するまで、
補正は継続される。

この発明は、基体によって支持されたエレクトロレジス
ト層へ所望の電子回路部品パターンを正確に転写する際
走査電子ビームまたは電子像投射装置を基体に位置合わ
せするのに特に適しかつそれについて詳しく説明したが
、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々変形できる
ことを理解されたい。

例えば、この発明は、各種の科学用お上び工業用の所望
の形状およびパターンを得るために、金属シートの選択
した領域を正確にエツチングするだめの手法に使用され
得る。

【図面の簡単な説明】

第１．２．６および７図はこの発明で使用するホトカソ
ード源の一部をその各種の製造段階で示す断面図、第３
，４および５図はホトカソード源の一部をその成る製造
段階で示す頂面図、第８゜９および１０図は別な例のホ
トカソード源の一部をその各種の製造段階で示す断面図
、第１１図はこの発明に従って走査電子ビームを利用し
基体上のエレクトロレジスト層に高精度の回路部品パタ
ーンを作る態様を示す略図、第１２図はエレクトロレジ
スト層をつけなかった場合の第１１図の基体の二部の頂
面図、第１３図は第１１図に示したような走査電子ビー
ムを位置合わせするためにこの発明を利用した場合の機
能構成部品の相互関係を示す流れ図、第１４図はこの発
明を具体化した電子像投射装置の断面図、第１５図は第
１４図の線Ｘ−Ｘから見た正面図、第１６図は第１５図
の線ＸＶ−ＸＶ沿いに切った一部の断面斜視図、第１７
図はこの発明に従ってパターン化された電子ビームを自
動的に位置合わせするために第１４図に示した電子像投
射装置用の電気回路のブロック図である。 １０’、６０は基体；１１，６５は基体の主面；１７．
６１，６１／はカソードルミネセンス・マーク；４３，
７４はホトカソード源；５２は走査電子ビーム；５３，
１０１，１０２はホトディテクタ；７８はスペーサ；７
８Ａは電源；８３１，８３２゜８３３．８４Ａ、８４２
，８５１．８５２は電磁コイル；９１．９２は位置合わ
せビーム部分である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光照射を感殖することによって照射時に所定パター
   ンの電子ビームを、使用中に、発生するようになってお
   りかつ前記光照射を実質的に透過する基板の主面によっ
   て支持されたホトカソード源を製造する方法であり、 Ａ、所定形状の複数個のカソードルミネセンス・マーク
   であって電子ビームで照射された各マークの面積に対応
   する強さの照射線を前記電子ビームでの照射時に発生す
   るものをミ前記ホトカソード源を形成する前に、前記基
   板の主面に隣接して形成する工程と、 Ｂ、基板の一部に電子線を当てないようにするために、
   電子線を透過しない層を所定バターｙで形成する工程と
   、 Ｃ０前記非透過性層の上にエレクトロレジストの連続す
   る層を被着する工程と、 Ｄ、前記所定パターンに従って電子ビームで前記エレク
   トロレジスト層を選択照射する工程と、Ｅ、前記工程り
   中、前記電子ビームの少なくとも一部が前記マークに当
   る時に前記マークから前記基板を通るカソードルミネセ
   ンス照射を周期的に検出して、検出されたカソードルミ
   ネセンス照射がその所定の位置合わせ値を示すまで前記
   電子ビームを前記基板に対して位置合わせする工程と、 Ｆ、前記エレクトロレジスト層を前記位置合わせされた
   電子ビームに露光させる工程と、 Ｇ、前記非透過性層および前記エレクトロレジスト層を
   エツチングする工程と、 Ｈ０前記主面並びに前記非透過性層および前記エレクト
   ロレジスト層の上にホトカソード材料の連続する層を形
   成する工程と、 を含む。 ホトカソード源の製造方法。 ２ 回路パターンを製作するために、基体の主面の正確
   に位置決めした領域を選択照射する装置であって、Ａ。 所定の断面形状の少なくとも一つの位置合わせビーム部
   分を含むパターン化された電子ビームを発生するだめの
   ホトカソード源と、Ｂ洛位置合わせビーム部分に対応し
   、かつ電子ビームでの照射時前記電子ビームで照射され
   たマーク面積に対応するカソードルミネセンスを発生で
   きる少なくとも一つのマークと、Ｃ前記基体を前記パタ
   ーン化された電子ビーム発生用のホトカソード源から離
   して位置決めするための手段と、Ｄ％前記基体と前記ホ
   トカソード源の間に電圧をかけ、もって前記ホトカソー
   ド源からの電子を前記基体の主面の選択した領域へ向け
   てこの選択領域を選択照射するだめの手段と、Ｅ、前記
   基体の主面の前記選択領域に近い縁部分を照射するよう
   に前記ホトカソード源からの前記パターン化された電子
   ビームを向け、かつ前記基体の主面の、対応するマーク
   に近い表面部分のうちの選択した部分を各位置合わせビ
   ーム部分が照射するようにするための電磁手段と、Ｆ。 前記対応するマークによって投射されたカソードルミネ
   センスを検出し、かつ前記位置合わせビーム部分によっ
   て照射されたマーク面積に対応する電気信号を発生する
   だめのディテクタ手段と、Ｇ。 前記基体に対して前記パターン化された電子ビームを動
   かすために、前記ディテクタ手段からの前記電気信号に
   応答して前記位置合わせビーム部分を対応するマークと
   位置合わせし、もって前記基体の主面の正確に位置決め
   した領域が前記パターン化された電子ビームで選択照射
   され得るように前記基体に対して前記ホトカソード源か
   らの前記パターン化された電子ビームを位置決めする電
   気回路とを備え、各マークが所定の形状を有すると共に
   前記パターン化された電子ビームと位置合わせされるべ
   き基体の主面に隣接して支持されることを特徴とする基
   体の主面の正確に位置決めした領域を選択照射する装置
   。