JP3220523B2 - X線マスク - Google Patents

X線マスク

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博明 山下
安次 松井
健二 丸本
秀毅 矢部
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    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、X線リソグラフィー
を行うためのX線マスクに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は、例えばSemiconductor World 19
91 5月号(第107-111 頁)に示されたX線マスクの断面
図であり、図において、1はシリコン(Si)基板、2
はシリコン基板1の両面に成膜されたX線を透過するメ
ンブレン(membrane;膜)、3は半導体の微細パターン
3aが描画されたX線吸収体、4は高剛性の支持枠、5
はエッチングマスクである。ここで、シリコン基板1お
よびメンブレン2の厚さは、それぞれ約2mmおよび2μ
mである。またメンブレン2はX線透過率のよい軽元素
からつくり、他方X線吸収体3はタングステン(W)、
タンタル(Ta)等の重金属から形成する。エッチングマス
ク5は二酸化ケイ素(SiO2 )等から製造する。
【0003】このX線マスクは、X線リソグラフィー時
に、露光材を塗布したシリコンウエハと近接してこれに
平行に設置される。そして、シンクロトロン(SR)放
射光源等からこのX線マスクにX線を照射すると、X
吸収体3はX線を吸収し、メンブレン2はX線を透過す
るため、微細パターン3aを先の露光材を塗布したシリ
コンウエハ上に転写することができる。
【0004】ところで、X線吸収体3の微細パターン3
aを形成する場合は、現在二つのプロセスが用いられて
いる。一つはアディティブプロセス(additive proces
s)で上述のタングステンを選択成長させたり、あるい
は金をめっきしたりする。もう一つはサブトラクティブ
プロセス(subtractive process)で、スパッタ法により
一様に堆積させたタンタルあるいはタングステンのX線
吸収体薄膜をドライエッチング技術によりパターニング
する。
【0005】ドライ加工をするサブトラクティブプロセ
スは、めっき法等を用いるアディティブプロセスに比
べ、微細パターンの形成能力にすぐれているが、X線マ
スクの位置精度の向上に有利な低応力吸収体パターンの
形成に関しては、アディティブプロセスに劣る。
【0006】すなわち、サブトラクティブプロセスのよ
うに堆積によって薄膜を形成する場合には、その堆積方
法によらず、一般に内部応力が存在する。そうすると、
X線マスクではメンブレン2およびX線吸収体3の薄膜
の応力が相互に作用して、形成済みの微細パターン3a
の位置を変位させてしまう。これらの薄膜が有する応力
の影響はシリコン基板1が厚いときはほとんど問題にな
らないが、シリコン基板1が薄膜化され、基板1の剛性
が低下するときには薄膜応力の緩和に伴って基板1に変
形を生じさせる。
【0007】そこで、X線マスク用のメンブレン材料と
しては、従来からX線透過率が高く、しかも高剛性であ
る炭化ケイ素(SiC)や窒化ケイ素(SiN)が用い
られてきたが、近年さらに高剛性な材料として結晶ダイ
ヤモンドの利用が検討されている。
【0008】ダイヤモンドの薄膜はヤング率が大きく高
剛性であるため、X線吸収体3をエッチング除去した場
合、またSR光の照射によりX線吸収体膜の応力が変化
した場合にも微細パターン3aの位置ずれ(歪み)が生
じにくく、X線マスクの位置精度を高めることができる
という特長がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のダイヤモンド薄
膜は絶縁膜であるので、電子ビーム(EB)等でパター
ンの描画や回路パターンの検査を行ったり、SR露光を
行う場合、局所的なチャージアップが生じて不鮮明なパ
ターン像や歪みのあるパターン像となったり、極端な場
合にはEB像が得られなくなったりする。このため、寸
法精度の高い描画・検査やX線リソグラフィーが行いに
くいという問題点があった。
【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高剛性のメンブレンを有しなが
ら、上述の絶縁性ダイヤモンド薄膜に伴うパターン像の
歪み等が生じないX線マスクを提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係るX線マス
クは、シリコン基板上へのダイヤモンド膜形成時に、メ
タンに対するジボランの混合比を3%以上10%未満と
することにより、ホウ素を含有しかつ抵抗率が10 -1 Ω・
cm以下であるダイヤモンド膜を含むX線透過性のメン
ブレンと,メンブレン上に所定のパターンに沿って設け
られたX線吸収体と,を備える。
【0012】
【作用】この発明におけるX線マスクは、メンブレンが
ダイヤモンド微結晶からなるため高剛性を有し、かつこ
のダイヤモンド微結晶には導電性が付与されており、さ
らに反射防止膜が導電性であるため、回路検査用に電子
ビームを当てたときも、アースの効果によってチャージ
アップを生じることがなく鮮明なパターン像を得ること
ができる。また、X線露光用にSR光を照射したとき
も、X線吸収体から出てくる二次電子を安定に外部へ逃
がすことができるので、パターンの歪みを生じることも
ない。
【0013】
【実施例】実施例1. 以下、この発明を図について説明する。図1において、
1,3,3a,4および5は、先の図4に示したものと
同じである。そして6は、ホウ素(導電性不純物)を添
加したダイヤモンド微結晶からなるメンブレン、7はメ
ンブレン6の上(X線入射側)に形成される反射防止膜
である。メンブレン6はダイヤモンドを主要な材料とす
るが、ホウ素を含有するため導電性となる。また、反射
防止膜7はスパッタ成膜等で形成されるSiN膜などを
用いるが、メンブレン6と同様十分な導電性を有するも
のにする
【0014】図1のX線マスクにおける微細パターン3
aを電子ビームで検査する場合には、電子ビームがそれ
ぞれ導電性のX線吸収体3→反射防止膜7→メンブレン
6→シリコン基板1→支持枠4を経由してアースされる
ため、従来のX線マスクにみられたような局所的なチャ
ージアップは生じず、鮮明なパターン像を得ることがで
きる。また、SR光を照射してX線露光を行う際にも、
X線吸収体3から出てくる二次電子を安定に外部へ逃が
すことができるため、パターンの歪みを生じることもな
い。
【0015】次に、図1のX線マスクに用いるメンブレ
ン6の製造方法を説明する。図2は、メンブレン6を成
膜するためのダイヤモンド膜合成装置の構成図である。
このダイヤモンド膜合成装置は、マイクロ波放電法と称
される成膜方法を利用する。図において、10は反応
ャンバ、11は反応チャンバ内に設置される石英管、1
2は石英管11の上方に設けられる原料供給孔、13は
石英管11の下方に設けられる排気孔、14は石英管1
1内に設けられるシリコン基板1のホルダ、15はマイ
クロ波電源、16はスライド可能なマイクロ波反射板で
ある。石英管11内は真空排気装置(図示せず)により
所定圧力に保たれている。
【0016】この装置においては、ダイヤモンド膜形成
のための原料ガス(炭素源)として、通常メタンガス
(CH4)と水素ガス(H2)の混合気を用い、混合比
(CH4/H2)は、0.2〜10%(すなわち、CH4
/H2の体積比が0.002〜0.10)程度に設定す
る。なお、炭素源は、他の炭化水素ガスやアルコール類
でもよい。
【0017】さて、このダイヤモンド膜合成装置におい
て、マイクロ波電源15をONにし、周波数2.45G
Hzのマイクロ波を石英管11内に供給すると、ホルダ
の直上でマイクロ波放電が生じ、シリコン基板1は
イオン衝撃により700〜900℃程度まで昇温する。
その後、原料供給孔12から原料ガスを供給すると、原
料ガスはマイクロ波放電により分解され、CH3 ラジカ
ルやH原子が生じて、シリコン基板1の表面にダイヤモ
ンド微結晶からなる膜が形成される。
【0018】なお、メンブレン6は、こうして形成され
るダイヤモンド膜中にさらにホウ素(導電性不純物)を
ドーピングして完成するが、導電性不純物の添加は、原
料ガス中にこの導電性不純物を含むガスを混合すること
により、達成される。そこで、上記混合気等にホウ素を
含むジボランガス(B26)を添加した場合における
イヤモンド膜の抵抗率の変化を図3に示す。混合ガス中
のホウ素濃度が2%の場合は抵抗率は1Ω・cm以上と
高い値を示すが、ホウ素濃度(B26/CH4)の上昇
に伴って抵抗率は小さくなり、特にホウ素濃度が3%
(B26/CH4の体積比が0.03)以上のときには1
0 -1 Ω・cm以下と実用上十分な小さい値となることが
分かる。ただし、このホウ素の濃度は10%(B26
CH4の体積比が0.10)以上になると、メンブレン
6中にB4Cが生成するため好ましくない。
【0019】なお本実施例ではマイクロ波放電法により
ホウ素を含有するメンブレンを成膜する方法について示
したが、成膜方法はこの方法に限るものではなく、アー
クを用いた放電、熱フィラメント法、アセチレン炎を用
いた方法など種々のダイヤモンド形成法を用いてダイヤ
モンド膜中にホウ素を含有させることができるならば、
本実施例と同様の導電性で高剛性のメンブレンを得るこ
とができる。また導電性不純物を含む添加ガスもB2 H
6 に限るものではなく、B2 O3 やホウ素を含む有機材
料、およびリン(P)やヒ素(As)等の導電性不純物を用
いて、比抵抗を下げることもできる。その他、ダイヤモ
ンド膜の成膜後、B+ や+ 等の不純物イオンビームを
ダイヤモンド膜中に照射しても本実施例と同様のメンブ
レンを得ることができる。
【0020】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、高剛
性でかつ導電性のメンブレンと、導電性の反射防止膜と
備えたX線マスクが得られるため、応力の影響による
微細パターンの変位がなく、かつ電子ビームによるパタ
ーンの描画・回路検査時やX線リソグラフィー時にも、
局所的なチャージアップによるパターン像の歪み・鮮明
度の低下が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるX線マスクの断面図
である。
【図2】図1のX線マスクに用いるメンブレンを製造す
るダイヤモンド膜合成装置の構成図である。
【図3】図1のX線マスクに用いるメンブレンにおける
ホウ素濃度と比抵抗の関係を示すグラフ図である。
【図4】従来のX線マスクの断面図である。
【符号の説明】
3 X線吸収体 6 メンブレン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 博明 埼玉県大宮市北袋町1−297 三菱マテ リアル株式会社 中央研究所内 (72)発明者 松井 安次 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 丸本 健二 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 矢部 秀毅 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平4−107810(JP,A) 特開 昭58−135117(JP,A) 特開 平2−199098(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上へのダイヤモンド膜形成
    時に、メタンに対するジボランの混合比を3%以上10
    %未満とすることにより、ホウ素を含有しかつ抵抗率が
    10 -1 Ω・cm以下である前記ダイヤモンド膜を含むX線
    透過性のメンブレンと,前記メンブレン上に所定のパタ
    ーンに沿って設けられたX線吸収体と,を備えることを
    特徴とするX線マスク。
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