(57)【要約】【課題】パターン間隔が狭くなっても近接効果を起こさずに超微細加工を行うことができるシリコン基板の加工方法を提供すること。【解決手段】シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２を形成する。このようにシリコン基板１１上に形成されたシリコン酸化膜１２の溝加工領域に電子線１３を照射して、溝加工領域のシリコン酸化物を還元してシリコン１４にする。このシリコン酸化膜１２をマスクとして溝加工領域のシリコン１４及びシリコン基板１１をシリコンに対するエッチャント１６を用いてエッチングして溝１５を加工する。シリコン酸化物に対するエッチャント１７を用いてシリコン基板１１上に残存したシリコン酸化膜１２をエッチングして除去する。【選択図】図１
2006202841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜表面の溝加工領域に電子線を照射して、シリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにする工程と、前記シリコン酸化膜をマスクとして前記溝加工領域の還元により形成された前記シリコン及びその直下の前記シリコン基板をエッチングにより除去する工程と、前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を具備することを特徴とするシリコン基板の加工方法。
【請求項２】
シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜表面の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにする工程と、前記シリコン酸化膜を除去して還元により形成された前記シリコンで構成された凸状部を形成する工程と、を具備することを特徴とするシリコン基板の加工方法。
【請求項３】
シリコン基板上に金属膜を介してシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにする工程と、該シリコンをエッチングにより除去する工程と、前記シリコンを除去した後の前記シリコン酸化膜をマスクとして前記溝加工領域の前記金属膜をエッチングする工程と、前記エッチング後の金属膜をマスクとして前記シリコン基板をエッチングして溝を加工する工程と、前記シリコン酸化膜及び前記金属膜を除去する工程と、を具備することを特徴とするシリコン基板の加工方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法により得られたパターンを有するシリコン基板で構成されたことを特徴とするシリコン型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン基板の加工方法に関し、特に約１００ｎｍ以下の線幅の超微細加工に適したシリコン加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン基板に対して線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を施す場合、シリコン基板上に有機材料であるレジスト材料をスピンコートなどの方法で塗布してレジスト層を形成し、このレジスト層に対して電子ビームなどを照射してパターニングを行い、電子ビームの照射部、未照射部の現像液に対する溶解力差により生じた残存レジスト層をマスクとしてシリコン基板をエッチングしていた（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−８６１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように有機材料であるレジストをマスクとしてパターニングを行う場合、パターン間隔が狭くなるにしたがって、いわゆる近接効果によりパターン形成を行うことが困難となる。この近接効果の主たる原因は、レジスト層内でのビームの散乱のためビーム径の周囲のレジストまで露光されてしまうことによると考えられ、レジスト層の厚さが増加するほど顕著に現れる。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、パターン間隔が狭くなっても近接効果を起こさずに超微細加工を行うことができるシリコン基板の加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のシリコン基板の加工方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜表面の溝加工領域に電子線を照射して、シリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにする工程と、前記シリコン酸化膜をマスクとして前記溝加工領域の還元により形成された前記シリコン及びその直下の前記シリコン基板をエッチングにより除去する工程と、前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この方法によれば、シリコン酸化膜をマスクとしてエッチングを行っている。シリコン酸化膜はシリコンのエッチングに対して選択比が高く（すなわちシリコンと比較してエッチングされにくく）、マスクとしての厚さを薄くできるので、従来のレジスト層とは異なり前述の近接効果が発生しない。したがって、線幅が狭い凹パターンであっても加工することができ、線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を実現することができる。
【０００８】
本発明のシリコン基板の加工方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜表面の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにする工程と、前記シリコン酸化膜を除去して還元により形成された前記シリコンで構成された凸状部を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、シリコン酸化膜を電子線で還元してシリコンの凸パターンとしている。したがって、線幅が狭い凸パターンであっても加工することができ、線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を実現することができる。
【００１０】
本発明のシリコン基板の加工方法は、シリコン基板上に金属膜を介してシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにする工程と、該シリコンをエッチングにより除去する工程と、前記シリコンを除去した後の前記シリコン酸化膜をマスクとして前記溝加工領域の前記金属膜をエッチングする工程と、前記エッチング後の金属膜をマスクとして前記シリコン基板をエッチングして溝を加工する工程と、前記シリコン酸化膜及び前記金属膜を除去する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、シリコン酸化膜及び金属膜をマスクとしてエッチングを行っている。シリコン酸化膜や金属膜はシリコンのエッチングに対して選択比が高く（すなわちシリコンと比較してエッチングされにくく）、マスクとしての厚さを薄くできるので、従来のレジスト層とは異なり前述の近接効果が発生しない。したがって、線幅が狭い深い凹パターンであっても加工することができ、線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を実現することができる。また、電子線を用いてシリコン酸化膜を還元する場合に、金属膜が存在することにより、シリコン酸化膜に帯電した電荷を除電することができ、シリコン酸化膜のチャージアップを防止し、電子線の照射を良好に行うことができる。
【００１２】
本発明のシリコン型は、上記方法により得られたパターンを有するシリコン基板で構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシリコン基板の加工方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜表面の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにし、このシリコン酸化膜をマスクとするので、マスクを薄くすることができ、従来のレジスト層とは異なり近接効果が発生せず、線幅が狭い凹パターンであっても加工することができ、線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、凹部（溝）を有するパターンをシリコン基板に形成する場合について説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係るシリコン基板の加工方法を説明するための断面図である。
【００１５】
本実施の形態に係るシリコン基板の加工方法においては、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにし、このシリコン酸化膜をマスクとして溝加工領域のシリコン及びシリコン基板をエッチングして溝を加工し、シリコン酸化膜を除去する。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２を形成する。シリコン基板１１としては、シリコン基板単体、シリコンウエハ及びシリコン基板以外の基板上にシリコン層が形成しているものも含む。シリコン基板単体、シリコンウエハ及びシリコン層のシリコンは、ｐ型、ｉ型、ｎ型のいずれのものであっても良い。また、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２を形成する方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの通常の薄膜成膜法を用いることができる。シリコン酸化膜１２の厚さは、シリコン基板１１に形成する凹部（溝）の深さによるが、電子ビームの散乱を考慮すると、２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、このようにシリコン基板１１上に形成されたシリコン酸化膜１２の溝加工領域に電子線１３を照射して、図１（ｂ）に示すように、溝加工領域のシリコン酸化物を還元してシリコン１４にする。ここで、電子線の他に、軽元素のイオンビームなどを用いることができ、シリコン基板に形成するパターンの線幅に応じて適宜選択する。また、電子線の照射条件などは、シリコン酸化物が還元するに十分な条件を適宜設定する。このように、シリコン酸化膜１２の溝加工領域に電子線１３を照射することにより、シリコン酸化膜１２を構成するシリコン酸化物が還元されてシリコン１４になる。
【００１８】
次いで、図１（ｃ）に示すように、このシリコン酸化膜１２をマスクとして溝加工領域のシリコン１４及びシリコン基板１１をシリコンに対するエッチャント１６を用いてエッチングして溝１５を加工する。このエッチングのエッチャント１６としては、ＳＦ6、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）、ＨＦ＋ＨＮＯ3＋ＣＨ3ＣＯＯＨ（フッ酸と硝酸と酢酸の混合溶液）などを用いることができる。エッチングの条件としては、エッチャントの種類に応じて適宜設定することができる。このとき、エッチングによりシリコン酸化膜１２の厚さも薄くなる。その後、図１（ｄ）に示すように、シリコン酸化物に対するエッチャント１７を用いてシリコン基板１１上に残存したシリコン酸化膜１２をエッチングして除去する。このエッチングのエッチャント１７としては、ＣＨＦ3、ＨＦ、ＨＦとＮＨ4Ｆの混合溶液などを用いることができる。エッチングの条件としては、エッチャントの種類に応じて適宜設定することができる。このようにして、図１（ｄ）に示すような線幅の細い微細な凹パターンを有するシリコン基板を得ることができる。
【００１９】
このようにして、本実施の形態に係るシリコン基板の加工方法によれば、シリコン酸化膜１２をマスクとしてエッチングを行っている。シリコン酸化膜１２はシリコンのエッチングに対して選択比が高く（すなわちシリコンと比較してエッチングされにくく）、マスクとしての厚さを薄くできるので、従来のレジスト層とは異なり近接効果が発生しない。したがって、線幅が狭い凹パターンであっても加工することができ、線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を実現することができる。
【００２０】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、凸部を有するパターンをシリコン基板に形成する場合について説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係るシリコン基板の加工方法を説明するための断面図である。
【００２１】
本実施の形態に係るシリコン基板の加工方法においては、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにし、前記シリコン酸化膜を除去して前記シリコンで構成された凸状部を形成する。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２を形成する。次いで、シリコン基板１１上に形成されたシリコン酸化膜１２の溝加工領域に電子線１３を照射して、図１（ｂ）に示すように、溝加工領域のシリコン酸化物を還元してシリコン１４にする。ここまでの処理については、実施の形態１と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００２３】
次いで、図２に示すように、シリコン酸化物に対するエッチャント１７を用いてシリコン基板１１のシリコン１４以外に形成されたシリコン酸化膜１２をエッチングして除去する。このエッチングのエッチャント１７としては、ＣＨＦ3、ＨＦ、ＨＦとＮＨ4Ｆとの混合溶液などを用いることができる。エッチングの条件としては、エッチャントの種類に応じて適宜設定することができる。このようにして、図２に示すような線幅の細い微細な凸パターンを有するシリコン基板を得ることができる。
【００２４】
このようにして、本実施の形態に係るシリコン基板の加工方法によれば、シリコン酸化膜１２を電子線で還元してシリコンの凸パターンとしている。したがって、線幅が狭い凸パターンであっても形成することができ、線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を実現することができる。
【００２５】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、深い凹部（溝）を有するパターンをシリコン基板に形成する場合について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態３に係るシリコン基板の加工方法の前半を説明するための断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３に係るシリコン基板の加工方法の後半を説明するための断面図である。
【００２６】
本実施の形態に係るシリコン基板の加工方法においては、シリコン基板上に金属膜を介してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜の溝加工領域に電子線を照射してシリコン酸化膜を構成するシリコン酸化物を還元してシリコンにし、前記シリコンを除去した後の前記シリコン酸化膜をマスクとして前記溝加工領域の前記金属膜をエッチングし、前記エッチング後の金属膜をマスクとして前記シリコン基板をエッチングして溝を加工し、前記シリコン酸化膜及び前記金属膜を除去する。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、シリコン基板２１上に金属膜２２を形成する。シリコン基板２１としては、実施の形態１と同じものを用いることができる。実施の形態１の方法でシリコン基板２１により深い凹部（溝）を形成する場合、シリコン酸化膜の厚さを厚くする必要がある。この場合において、シリコン酸化膜に電子線を照射すると、シリコン基板全体が帯電して、所望の位置に電子線を照射できないことが考えられる。そのため、本実施の形態においては、シリコン基板とシリコン酸化膜との間に金属膜を形成して帯電した電位をアースする。シリコン基板２１上に金属膜２２を形成する方法としては、スパッタリング法などの通常の薄膜成膜法を用いることができる。金属膜２２を構成する金属としては、クロム、チタン、金、銅などを用いることができる。金属膜２２の厚さは、金属の種類やシリコン酸化膜のチャージアップ防止などを考慮すると、２０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００２８】
次いで、金属膜２２上にシリコン酸化膜２３を形成する。シリコン酸化膜２３の形成方法や、シリコン酸化膜２３の厚さは、実施の形態１と同様である。次いで、図３（ａ）に示すように、このようにシリコン基板２１上に金属膜２２を介して形成されたシリコン酸化膜２３の溝加工領域に電子線２４を照射して、図３（ｂ）に示すように、溝加工領域のシリコン酸化物を還元してシリコン２５にする。ここで、電子線の照射条件は実施の形態１と同じである。このように、シリコン酸化膜２３の溝加工領域に電子線２４を照射することにより、シリコン酸化膜２３を構成するシリコン酸化物が還元されてシリコン２５になる。
【００２９】
次いで、図３（ｃ）に示すように、このシリコン酸化膜２３をマスクとして溝加工領域のシリコン２５をシリコンに対するエッチャント２７を用いてエッチングして露出部２６を形成する。このエッチングのエッチャント２７及びエッチング条件は実施の形態１と同じである。このとき、エッチングによりシリコン酸化膜２３の厚さも薄くなる。その後、図３（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜２３をマスクとして、金属膜２２の金属に対するエッチャント２９を用いて金属膜２２をエッチングして開口部２８を形成する。このエッチングのエッチャント２９としては、酸、塩素系ガス、酸、フッ素系ガス、などを用いることができる。エッチングの条件としては、エッチャントの種類に応じて適宜設定することができる。
【００３０】
次いで、図４（ａ）に示すように、このシリコン酸化膜２３及び金属膜２２をマスクとして溝加工領域のシリコン基板２１をシリコンに対するエッチャント２７を用いてエッチングして溝３０を加工する。このエッチングのエッチャント２７及びエッチング条件は実施の形態１と同じである。次いで、図４（ｂ）に示すように、シリコン酸化物に対するエッチャント３１を用いて金属膜２２上に残存したシリコン酸化膜２３をエッチングして除去する。このエッチングのエッチャント３１及びエッチング条件は実施の形態１と同じである。その後、金属膜２２の金属に対するエッチャント２９を用いて金属膜２２をエッチングして除去する。このエッチングのエッチャント２９及びエッチング条件は上記と同じである。このようにして、図４（ｃ）に示すような線幅の細い微細な深い凹パターンを有するシリコン基板を得ることができる。
【００３１】
このようにして、本実施の形態に係るシリコン基板の加工方法によれば、シリコン酸化膜２３及び金属膜２２をマスクとしてエッチングを行っている。シリコン酸化膜２３や金属膜２２はシリコンのエッチングに対して選択比が高く（すなわちシリコンと比較してエッチングされにくく）、マスクとしての厚さを薄くできるので、従来のレジスト層とは異なり近接効果が発生しない。したがって、線幅が狭い深い凹パターンであっても加工することができ、線幅約１００ｎｍ以下の超微細加工を実現することができる。また、電子線を用いてシリコン酸化膜を還元する場合に、金属膜が存在することにより、シリコン酸化膜に帯電した電荷を除電することができ、シリコン酸化膜のチャージアップを防止し、電子線の照射を良好に行うことができる。
【００３２】
上記実施の形態１〜３の方法により得られたシリコン基板は、線幅約１００ｎｍ以下のパターンを有する。このようなシリコン基板は、ナノプリント用の型として使用することができる。また、このような超微細な凹パターン及び／又は凸パターンを有する基板を、反射防止機能を有する基板とすることができる。
【００３３】
本発明は上記実施の形態１〜３に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態１〜３においては、シリコン基板としてシリコン基板単体を用いた場合について説明しているが、本発明においてはシリコン基板がシリコンウエハ又はシリコン基板以外の基板上にシリコン層が形成しているものなどである場合にも同様に適用することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係るシリコン基板の加工方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るシリコン基板の加工方法を説明するための断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態３に係るシリコン基板の加工方法の前半を説明するための断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３に係るシリコン基板の加工方法の後半を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１，２１  シリコン基板
１２，２３  シリコン酸化膜
１３，２４  電子線
１４，２５  シリコン
１５，３０  溝
１６，１７，２７，２９，３１  エッチャント
２２  金属膜
２６  露出部
２８  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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