(57)【要約】【課題】良好な真円度の開口を電極基板に形成することが可能となる荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法を提供する。【解決手段】荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法であって、  電極基板に設けた開口の少なくとも一方の端面の真円度が、開口の内部領域を基板面に平行な面でスライスして得られる任意の断面の真円度よりも小さい荷電粒子線静電レンズの電極を製造するに際し、  電極基板を構成する基板に設けた孔の内部に、該基板とは異なる材料の犠牲層を充填した基板を準備する工程と、  犠牲層を充填した基板の少なくとも一方の面に薄膜を形成する工程と、  薄膜の上にマスクを形成してエッチング加工する工程と、  犠牲層を除去する工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】            図１
2013168217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法であって、
任意の平面図形に対して図形全体を内側に含む円と図形内部に含まれる円とからなる一組の同心円について、それぞれの円の半径の差が最小となるように同心円の中心を決めた場合の半径の差を平面図形の真円度とするとき、
前記荷電粒子線静電レンズの電極基板に設けた開口の少なくとも一方の端面の真円度が、前記開口の内部領域を前記電極基板面に平行な面でスライスして得られる任意の断面の真円度よりも小さい該荷電粒子線静電レンズの電極を製造するに際し、
前記電極基板を構成する基板に設けた孔の内部に、該基板とは異なる材料の犠牲層を充填した基板を準備する工程と、
前記犠牲層を充填した基板の少なくとも一方の面に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜の上にマスクを形成してエッチング加工する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法において、
前記基板を準備する工程が、前記静電レンズの電極を構成する基板としてＳｉ層、ＳｉＯ２層、Ｓｉ層からなるＳＯＩ基板を用い、該ＳＯＩ基板における一方のＳｉ層に設けた孔の内部に、該基板とは異なる材料の犠牲層を充填した基板を準備する工程を含み、
前記薄膜を形成する工程と前記エッチング加工する工程に代えて、少なくとも、もう一方のＳｉ層にマスクを形成してエッチング加工する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法。
【請求項３】
前記荷電粒子線静電レンズの電極基板に設けた開口は、少なくとも一方の端面の真円度が、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線露光機等に用いられる荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線レンズ、特に電子線レンズには大きく分けて電磁レンズと静電レンズとが挙げられる。
静電レンズは磁界レンズに比べて、構成が容易であり小型化や高集積化に有利である。
電子ビーム露光装置に用いられている静電レンズは、例えば、いわゆるアインツェルレンズが一般的に用いられている。
このアインツェルレンズを構成する３枚の電極基板のうち、上下両端の２枚の電極基板には通常アース電位が付与されており、中間の電極基板には負または正の電位が印加されている。
各電極基板には円形の開口があいており、その開口を通過する電子ビームに対してアインツェルレンズは収束効果を発生する。
【０００３】
しかしながら、静電レンズは、電磁レンズと比較して一般的に製作は容易であるが、静電レンズの電極に設けた開口の製造誤差に対する光学収差の敏感度が高い。即ち、開口形状の設計値からのずれが光学収差に影響を与え易い。特に、開口端面の真円度に対する非点収差の敏感度が高い。
開口端面の真円度が悪くなると静電レンズによって収束された電子ビームは、非点収差やその他高次項の収差を持ってしまう。
ところで、従来においては、特許文献１では、ＳＯＩ基板を用いて静電レンズ電極の製造を行うに当たり、ビームが通過する開口部分をＳｉのディープＲＩＥにより加工するようにした荷電粒子線レンズアレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４９７０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のものでは、静電レンズ電極に設けた開口の真円度について考慮されていない。
特に、開口がアレイ状に連なったメンブレン形状の板に対して十分な強度を与えるためには、基板厚さが少なくとも１００μｍ以上であることが好ましい。
しかし、厚さ１００μｍのＳｉをディープＲＩＥにより加工する場合、加工時間が長くなるために、開口端面の形状を真円度よく作ることは困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、良好な真円度の開口を電極基板に形成することが可能となる荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法は、
任意の平面図形に対して図形全体を内側に含む円と図形内部に含まれる円とからなる一組の同心円について、それぞれの円の半径の差が最小となるように同心円の中心を決めた場合の半径の差を平面図形の真円度とするとき、
前記荷電粒子線静電レンズの電極基板に設けた開口の少なくとも一方の端面の真円度が、前記開口の内部領域を前記電極基板面に平行な面でスライスして得られる任意の断面の真円度よりも小さい該荷電粒子線静電レンズの電極を製造するに際し、
前記電極基板を構成する基板に設けた孔の内部に、該基板とは異なる材料の犠牲層を充填した基板を準備する工程と、
前記犠牲層を充填した基板の少なくとも一方の面に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜の上にマスクを形成してエッチング加工する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、良好な真円度の開口を電極基板に形成することが可能となる荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態及び実施例１の荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法の製造工程について説明する図。
【図２】本発明の第２の実施形態及び実施例２の荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法の製造工程について説明する図。
【図３】本発明の実施形態における真円度について説明する図。
【図４】本発明の実施例１における基板に設けた孔に犠牲層を充填する製造工程について説明する図。
【図５】本発明の実施例３における片面加工による荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法の製造工程について説明する図。
【図６】本発明の実施例４における荷電粒子線静電レンズを組み立てる例について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態における荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法について説明するが、本発明における真円度は次のように定義された真円度を意味する。
すなわち、本発明においては、任意の平面図形に対して図形全体を内側に含む円と図形内部に全体が含まれる円とからなる一組の同心円について、
それぞれの円の半径の差が最小となるように同心円の中心を決めた場合の半径の差を、その平面図形の真円度と定義される。
【００１１】
本発明の第１の実施形態では、荷電粒子線静電レンズにおける電極が図１に示す工程により製造される。なお、図１における左側が断面、右側が表面から見た図である。
すなわち、第１の実施形態では、静電レンズの電極基板に設けた開口の少なくとも一方の端面の真円度が、
開口の内部領域を該電極基板面と平行な面でスライスして得られる任意断面の真円度よりも小さい良好な真円度の静電レンズを製造するに際し、つぎのように製造する。
まず、前記静電レンズにおける電極を製造する工程として、基板１に設けた孔の内部に該基板とは異なる材料の犠牲層２を充填した基板を準備する（図１（ａ））。
次に、基板の少なくとも一方の面に電極端面を形作る薄膜３を成膜する（図１（ｂ））。
次に、薄膜を加工するためにフォトレジスト４でパターニングする（図１（ｃ））。
次に、フォトレジストをマスクとして薄膜をエッチング加工して電極端面領域の開口５を形成し、レジストを剥離する（図１（ｄ））。
続いて、基板に充填されている犠牲層を除去して開口の内部領域６を貫通させる（図１（ｅ））。
【００１２】
この第１の実施形態による荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法によれば、静電レンズの電極基板に開口を設けるための加工において、開口の内部領域のＲＩＥ（ボッシュ法による）加工と開口の電極端面領域のＲＩＥ加工を独立に行うことができる。
そのため、電極基板に十分な強度を与えるために厚みを持たせた内部領域を真円度不問で加工し、開口の内部領域と比べて薄くした電極端面領域を真円度が小さくなるように加工できる。
【００１３】
また、本発明の第２の実施形態では、前記静電レンズにおける電極を製造する工程で用いる基板としてＳｉ層（活性層）８、ＳｉＯ2層（ボックス層）７、Ｓｉ層（ハンドル層）１’からなるＳＯＩ基板を用い、図２に示すようにして製造する。
ここでは、まず、ＳＯＩ基板の一方のＳｉ層（ハンドル層）１’に設けた孔の内部に該基板とは異なる材料の犠牲層２を充填した基板を準備する（図２（ａ））。
次に、孔の内部に犠牲層２を充填した基板の表面に薄膜３を成膜する（図２（ｂ））。
次に、上記薄膜３およびＳＯＩ基板のもう一方のＳｉ層である活性層８を加工するためにフォトレジスト４でパターニングする（図２（ｃ））。
次に、フォトレジストをマスクとして薄膜をエッチングして開口５を形成し、レジストを剥離する（図２（ｄ））。
次に、基板に充填されている犠牲層を除去して開口の内部領域６を貫通させる（図２（ｅ））。
この第２の実施形態による荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法によれば、ＳＯＩ基板が有するＳｉ層を、電極端面を形作る薄膜として利用できるので、片面に薄膜を形成する工程を省略することができる。
その際、一方のＳｉ層１’には薄膜を成膜せず、ＳＯＩ基板のもう一方のＳｉ層である活性層８だけをフォトレジスト４でパターニングして片面加工をするようにしてもよい。
また、上記実施形態１、２において、前記静電レンズにおける電極基板に設けた開口の少なくとも一方の端面の真円度が１００ｎｍ以下とすることにより、静電レンズの電極の収差に寄与する開口端面の真円度を規定範囲内に収めることができる。これにより、静電レンズの収差を規定範囲内に収めることが可能となる。
【００１４】
つぎに、本実施形態における荷電粒子線静電レンズにおける電極基板に形成される開口の真円度について、更に説明する。
電極基板に形成される開口が、図３（ａ）のように楕円の場合は、楕円の内接円と外接円が点線のように決定され、外接円の半径と内接円の半径の差を真円度と定義する。
また、それが図３（ｂ）のような任意図形の場合は、図形全体を内側に含む円と図形内部に含まれる円が一組の同心円として点線のように決定され、それぞれの円の半径の差が最小となるように同心円の中心を決めた時の半径の差を真円度と定義する。
静電レンズにおける電極基板の開口としては、真円度が小さいほど好ましい。最先端の半導体製造に用いられる電子ビーム露光装置に要求されるウエハ上でのパターン解像度は１０〜３０ｎｍである。
これを実現するために設けられる静電レンズにおける電極基板の開口の真円度は、１００ｎｍ以下であることが要求されるが、これは上記したように本実施形態の構成によって達成することができる。
【実施例】
【００１５】
[実施例１]
実施例１として、図１で説明した荷電粒子線静電レンズにおける電極の製造方法を用いて製造するに際し、基板としてＳｉウエハを使用する場合の例について説明する。
まず、図１（ａ）に示すような、電極基板を構成する基板に貫通孔を設けて、その貫通孔を犠牲層で充填した基板を準備するまでの工程を、図４に基づいて説明する。
静電レンズの電極基板として必要な厚さを有するＳｉウエハ基板１を準備する。本実施例では厚さ１４０μｍとする。
基板裏面にエッチングストップ層としてＣｒ薄膜９を厚さ１００ｎｍとなるように成膜する（図４（ａ））。
エッチングストップ層の役割は基板に貫通孔を開けたときにＲＩＥ装置のウエハチャックがプラズマにさらされないようにすることである。基板表面に、貫通孔を開けるためのマスクとなるレジストパターン４を形成する（図４（ｂ））。
本実施例ではポジ型フォトレジストを３μｍ塗布し、ＭＰＡにて露光して、２．３８％ＴＭＡＨで現像することによりレジストパターンを得る。
貫通孔の直径を３０μｍとするためにレジストの開口径を３０μｍとする。レジストをマスクとしてボッシュ法を用いたＲＩＥ処理を行い、基板に貫通孔６を開ける（図４（ｃ））。
アッシング装置にてＯ2プラズマによるアッシング処理を行い、レジストを剥離する（図４（ｄ））。
一般にクロムエッチング液として市販されている硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液を用いて、基板裏面のＣｒ薄膜をエッチングする（図４（ｅ））。
熱酸化処理によりＳｉＯ2膜１１を厚さ１００ｎｍとなるように形成し、基板裏面に補助基板１０を貼り付ける（図４（ｆ））。貼り付け方法は陽極接合など一般的な接合法を用いる。
基板表面にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を成膜する（図４（ｇ））。
成膜する膜厚は基板反りの影響を考えて１〜５μｍの範囲内とする。ＣＭＰにより基板表面のＳｉＯ2膜を除去し、貫通孔内のＳｉＯ2膜のみ残す（図４（ｈ））。
プラズマＣＶＤ法による成膜とＣＭＰによる基板表面のＳｉＯ2膜除去を複数回繰り返すことにより、貫通孔をＳｉＯ2膜で充填することができる（図４（ｉ））。
基板裏面に貼り付けていた補助基板を研削により除去してＳｉＯ2膜を露出させ、ＣＭＰにより裏面のＳｉＯ2膜を除去する（図４（ｊ））。
以上の工程により図１（ａ）に示すような、基板に設けた貫通孔を犠牲層で充填した基板を準備することができる。
【００１６】
上記工程により準備した、貫通孔を犠牲層２で充填した基板の両面に、減圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜３を厚さ５μｍとなるように成膜する（図１（ｂ））。
ポリシリコン膜をＲＩＥ加工するためのマスクとなるレジストパターン４を形成する（図１（ｃ））。
本実施例ではポジ型フォトレジストを３μｍ塗布し、両面露光装置にて露光して、２．３８％ＴＭＡＨで現像することによりレジストパターンを得る。
レジストをマスクとして片面ずつＲＩＥ処理を行い、ポリシリコン膜に電極端面領域の開口５を設ける。
アッシング装置にてＯ2プラズマによるアッシング処理を行い、レジストを剥離する（図１（ｄ））。
充填していたＳｉＯ2膜をフッ酸によりエッチングして開口の内部領域６を貫通させる（図１（ｅ））。
【００１７】
以上の工程により、厚さ１５０μｍの静電レンズを製造することができる。
基板に設けた貫通孔６の真円度とポリシリコン膜に設けた開口５の真円度を比較すると、電極端面領域の開口５の方を小さくすることができ良好な真円度とすることができる。これはエッチング量が少ないことによる。
貫通孔６の真円度が大きくなる理由の一つとして、エッチング方法が挙げられる。
Ｓｉウエハに直径３０μｍ、深さ１４０μｍの穴を垂直に速いエッチングレートで掘るためには、一般にボッシュ法として知られるＲＩＥを用いる。
ボッシュ法の詳細は割愛するが、結果として得られる貫通孔の側壁にはスキャロップと呼ばれる蛇腹状の凹凸形状が形成される。
この側壁の凹凸形状が孔の任意断面形状の真円度を大きくする要因となる。
また深く掘れば掘るほどエッチングマスクの形状から変形する傾向にある。
【００１８】
[実施例２]
実施例２として、図２で説明した基板にＳＯＩ基板を使用して荷電粒子線静電レンズにおける電極を製造する場合の製造方法の例について説明する。以下、具体的な実施例を図２に基づいて説明する。
Ｓｉ層（活性層）８、ＳｉＯ2層（ボックス層）７、Ｓｉ層（ハンドル層）１’からなるＳＯＩ基板を準備する。
ＳＯＩ基板の厚さは、活性層５μｍ、ボックス層１μｍ、ハンドル層１３９μｍとする。
ＳＯＩ基板のハンドル層にボックス層にまで達する孔を設け、ＳｉＯ2膜で充填する方法は実施例１と同様であるため割愛する。
図２（ａ）に示すような、ＳＯＩ基板に設けた貫通孔を犠牲層２で充填した基板を準備することができる。
【００１９】
上記工程により準備した、貫通孔を犠牲層２で充填した基板の表面に、スパッタ成膜によりアモルファスシリコン膜３を５μｍ成膜する（図２（ｂ））。
表面のアモルファスシリコン膜とＳＯＩ基板裏面の活性層８をＲＩＥ加工するためのマスクとなるレジストパターン４を実施例１と同様の方法により形成する（図２（ｃ））。
レジストをマスクとして片面ずつＲＩＥ処理を行い、アモルファスシリコン膜およびＳＯＩ基板の活性層に電極端面領域の開口５を設け、アッシング装置にてＯ2プラズマによるアッシング処理を行い、レジストを剥離する（図２（ｄ））。
充填していたＳｉＯ2膜をフッ酸によりエッチングして開口の内部領域６を貫通させる（図２（ｅ））。
以上の工程により、ＳＯＩ基板を用いて厚さ１５０μｍの静電レンズ電極を製造することができる。実施例１と比較して、片面の成膜を省略でき、エッチングストップ層が不要とすることが可能となる。
【００２０】
[実施例３]
実施例３として、基板の一方の面のみに真円度の小さい開口を設ける片面加工による場合の例について、図５に基づいて説明する。
Ｓｉ基板１を準備する。本実施例では５２５μｍとする。ウエハ表面に孔を設けるためのマスクとなるレジストパターン４を実施例１と同様の方法により形成する（図５（ａ））。
レジストをマスクとしてボッシュ法を用いたＲＩＥ処理を行い、深さ１６０μｍの孔６を設ける（図５（ｂ））。
アッシング装置にてＯ2プラズマによるアッシング処理を行い、レジストを剥離する（図５（ｃ））。実施例１と同様にプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2成膜とＣＭＰによる表面ＳｉＯ2膜除去を繰り返して孔をＳｉＯ2膜１１で充填する（図５（ｄ））。
実施例２と同様に、基板表面にアモルファスシリコン膜３を５μｍ成膜し（図５（ｅ））、レジストパターン４を形成し（図５（ｆ））、レジストをマスクとしてＲＩＥ処理を行い、アモルファスシリコン膜に電極端面領域の開口５を設ける（図５（ｇ））。
アッシング装置にてＯ2プラズマによるアッシング処理を行い、レジストを剥離する（図５（ｈ））。
ウエハ裏面の研削を行い、アモルファスシリコン膜も含めたウエハの厚さを１５０μｍとする（図５（ｉ））。
充填していたＳｉＯ2膜をフッ酸によりエッチングして開口の内部領域６を貫通させる（図５（ｊ））。
以上の工程により得られた電極において、研削面側に露出する開口端面の真円度は開口の内部領域の任意断面の真円度そのものである。
よってその反対の面のみに真円度が小さい開口を有する厚さ１５０μｍの静電レンズ電極を製造することができる。実施例１および実施例２と比較して片面のみの加工となり、工数を少なくすることが可能となる。
【００２１】
［実施例４］
実施例４として、上記した実施例１から実施例３によって製造された電極を組み合わせて静電レンズを組み立てる場合の例について説明する。
使用する電極は、実施例１で製造できる開口の両端の真円度が小さい電極１枚と、実施例３で製造できる開口の一方の端面のみ真円度が小さい電極２枚である。絶縁を保ちながらそれらを貼り合わせるために、スペーサとして厚さ４００μｍの無アルカリガラス基板を２枚準備する。
電極に設けた開口の位置に合わせてガラス基板にも貫通孔を設けておく。図６に示すように、電極３枚とガラス２枚を重ね合わせて開口の位置を合わせて貼り合わせる。
上下２枚の電極として一方の端面のみ真円度が小さい電極を真円度が小さい面が向かい合うように配置し、中間の電極として開口の両端の真円度が小さい電極を配置する。
電極間にはガラス基板を配置する。これらの電極およびガラス基板の貼り合わせは接着剤で行う。
特殊なものではなく、一般に真空部材に使用される接着剤でよい。これにより静電レンズが組み立てられる。
【符号の説明】
【００２２】
１：基板
２：犠牲層
３：端面の薄膜（実施例１：ポリシリコン膜、実施例２，３：アモルファスシリコン膜）
４：フォトレジストマスク
５：電極端面領域の開口
６：電極開口の内部領域（もしくは基板に設けた孔、貫通孔）
７：ＳｉＯ2層（ボックス層）
８：Ｓｉ層（活性層）
【図１】
2013168217.tif 000003
【図２】
2013168217.tif 000004
【図３】
2013168217.tif 000005
【図４】
2013168217.tif 000006
【図５】
2013168217.tif 000007
【図６】
2013168217.tif 000008