(57)【要約】【課題】拡散工程を必要とせずに、さらには中間絶縁膜層を薄膜化せずに、内部応力を引っ張り応力に制御された自立メンブレンを形成可能なＳＯＩ基板とその製造方法及びそれを用いたマスクブランクおよび転写マスク及びその露光方法を提供する。【解決手段】中間酸化膜層が、シリコンおよび酸素、および窒素と、それ以外の元素の炭素、リン、ナトリウム、鉛、ビスマス、カドミウム、テルルを含むシリコン化合物からなり、酸素の元素比より窒素の元素比ほうが大きいＳＯＩ基板であり、前記中間酸化膜層の成膜手段は、減圧ＣＶＤ法で、ＳｉＨ４  ガスの流量を固定し、Ｎ２  Ｏガス流量を制御するこで低応力の中間酸化膜層を形成するＳＯＩ基板及び内部応力が０ＭＰａ以上の引っ張り応力を有する自立メンブレン付きＳＯＩ基板の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハ支持基板と単結晶シリコン層の間に、中間絶縁膜層を有するＳＯＩ基板において、中間絶縁膜層がシリコンおよび酸素に加えて、前記２つ以外の元素を含むシリコン化合物から形成されることを特徴とするＳＯＩ基板。
【請求項２】
前記中間絶縁膜層が、少なくともシリコンおよび酸素および窒素を含むシリコン化合物から形成されることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩ基板。
【請求項３】
前記中間絶縁膜層において、酸素の元素比より窒素の元素比が大きいことを特徴とする請求項１、又は２項記載のＳＯＩ基板。
【請求項４】
前記中間絶縁膜層が、少なくともシリコンおよび酸素の他に、炭素、リン、またはナトリウム、鉛、ビスマス、カドミウム、テルルのいずれか１つ以上を含むシリコン化合物であることを特徴とする請求項１乃至３項のいずれか１項記載のＳＯＩ基板。
【請求項５】
前記シリコンウエハ支持基板上面に中間絶縁膜層、単結晶シリコン層を積層した三層よりなる請求項１乃至４項のいずれか１項記載のＳＯＩ基板を用いて、シリコンウエハ支持基板及び中間絶縁膜層の一部を除去し内部応力が引っ張り応力を有する単結晶シリコン層からなる自立メンブレンを有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクブランク。
【請求項６】
請求項５の荷電粒子線露光用マスクブランクを用いて、前記単結晶シリコン層に荷電粒子線の転写パターンを形成したことを特徴とする転写マスク。
【請求項７】
請求項１乃至４項のいずれかのＳＯＩ基板の製造方法であって、前記中間絶縁膜層を形成する成膜手段として、少なくとも減圧ＣＶＤ法で、ＳｉＨ４  ガスの流量を固定し、Ｎ２  Ｏガス流量を制御することで低応力の中間絶縁膜層を形成することを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項８】
請求項６の転写マスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を成形して、被転写基板上に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴とする荷電粒子線の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＯＩ基板及びその製造方法に関する。詳しくは、単結晶シリコン層、中間絶縁膜層、シリコンウエハ支持基板が形成されたＳＯＩ基板およびその製造方法に関し、シリコンウエハ支持基板を一部除去し、単結晶シリコン層による自立メンブレンを作製した際、同自立メンブレンの内部応力を引っ張り応力に制御するＳＯＩ基板とその製造方法及びそれを用いたマスクブランク及び転写マスク及びその露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３（ａ）〜（ｂ）は、従来の貼り合わせ法により作製したＳＯＩ基板および、自立メンブレンを説明する断面図である。
【０００３】
図３に示すように、ＳＯＩ基板４は、従来の貼り合わせ法では、単結晶シリコン層１、中間絶縁膜層２、シリコンウエハ支持基板３が形成されものである（図３ａ参照）。
【０００４】
前記シリコンウエハ支持基板３及び中間絶縁膜層２の一部を除去して単結晶シリコン層１よりなる自立メンブレン５を形成し、自立メンブレン付きＳＯＩ基板が完成する。前記自立メンブレン５を形成する際（図１ｂ参照）、一般的に中間絶縁膜層２にシリコン熱酸化膜、単結晶シリコン層１にＳｉ単結晶を利用しているため、熱収縮率の違いによる残留応力の影響などから、自立メンブレン５は面外方向に撓み、自立メンブレン５は平坦を保つことができない。自立メンブレン５の面外変形量は、単結晶シリコン層１の厚み、中間絶縁膜層２の厚みに依存するが、単結晶シリコン層１の厚みが３μｍ以下において特に大きくなる。例えば、自立メンブレン５の大きさが１ｍｍ□の正方形であり、中間絶縁膜層２の厚みが１μｍ、単結晶シリコン層１の厚みが２μｍの場合、自立メンブレン５の面外変形は約２μｍであることが観察された。
【０００５】
自立メンブレンの使用例としては、例えば、近年、半導体集積回路の微細化に伴い、その製造技術として電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー、またはＸ線リソグラフィー等の研究開発が盛んにおこなわれており、これらリソグラフィー技術のマスクブランクスとして厚さ２μｍ以下のＳｉ自立メンブレンが使われている。
【０００６】
詳しくは、かかるリソグラフィ技術の中でも半導体の微細化に対応する方法として、電子線を用いたセルプロジェクション露光法やブロック露光法と呼ばれる方法、さらに高スループット化が可能なＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法と呼ばれる露光法が開発されている。
【０００７】
図４は、ＥＰＬ法を説明する断面図である。ＥＰＬ法では、図４で示すような転写マスク６を用いて回路パターン８を感応基板７に転写する。転写マスク６では、電子線を散乱する厚さを有する自立メンブレン内に、回路パターン８をステンシル（開口部）９として設けてあり、電子線がステンシル９を透過し、回路パターン８が感応基板７に転写される。
【０００８】
自立メンブレンの厚みは、電子線を散乱し、自立メンブレンの剛性を強めるために、厚い程好ましいが、ステンシルの加工性や自重撓みの問題から自立メンブレンの厚みには制限がある。そこで自立メンブレンの厚みとして、照射する電子線の加速電圧などにより１〜３μｍ程度が知られている。しかし、上記のような撓んだ自立メンブレンでは、微細な回路パターンを高精度に形成することは不可能である。そのため、自立メンブレンには、引っ張りの内部応力（張力）を有し、ステンシルのパターン変形を防ぐため引っ張り応力は５０ＭＰａ以下であることが望ましい。
【０００９】
自立メンブレンの内部応力を制御する方法としては、単結晶シリコン層１に不純物を拡散の方法が知られており、特許文献に示されている。
【００１０】
図５（ａ）〜（ｅ）は、従来の方法により作製した自立メンブレンの一例を説明する断面図である。この製造法により、厚さ２μｍの自立メンブレンを作製する場合について説明する。図５ａで示すような、２μｍの単結晶シリコン層１、１μｍのシリコン熱酸化膜より成る中間絶縁膜層２および５２５μｍのシリコンウエハ支持基板層３を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる基板４を用意する。
【００１１】
次に、引っ張り応力を有する自立メンブレンを得るために、ＳＯＩ基板４の単結晶シリコン層１にボロンを熱拡散する。仮に拡散処理を行わずに自立メンブレンを形成すると、シリコン熱酸化膜の応力により自立メンブレンは撓んでしまい、引っ張り応力とはならない。またボロン濃度が高すぎると、引っ張り応力が大きくなりすぎるので、５０ＭＰａ以下の引っ張り応力を得るためにボロン濃度は１×１０２０／ｃｍ３程度になるように調整しなければならない。なお、拡散不純物はリンでもよく、拡散方法はイオン注入でも良い。
【００１２】
次に、減圧ＣＶＤ法（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈａｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマＣＶＤ法（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等でシリコン窒化膜２２を形成する（図５ｂ）。前記シリコン窒化膜２２に、反応ガスとしてＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８等を用いたいドライエッチ等で開口部１５を形成し（図５ｃ）、濃度３０ｗｔ％、温度９０℃の熱ＫＯＨ溶液に浸責し、シリコンウエハ支持基板３の一部を除去する（図５ｄ）。
【００１３】
次に、濃度１０ｗｔ％のＨＦにＳＯＩ基板を浸責し、中間絶縁膜層２を除去し、厚さ２μｍ、内部応力が１０ＭＰａ程度の自立メンブレン５を有するＳＯＩ基板４を得る（図５ｅ）。
【００１４】
従来の製造法では、単結晶シリコン層１の膜厚が２μｍ程度の薄い自立メンブレン５を形成すると、自立メンブレンは平坦を保つことができず、撓んでしまうため、前記自立メンブレン５を有するＳＯＩ基板４をもちいた転写マスクでは高精度なパターン形成が不可能となる。
【００１５】
また、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン層１にボロン、リンなどの不純物を拡散する方法では、不純物の拡散プロセスとして熱拡散炉またはイオン注入装置のような大規模かつ高価な装置が必要であり、費用が大幅に上昇する問題がある。
【００１６】
さらに、拡散する不純物濃度制御にばらつきが生じ、濃度が大きくなると自立メンブレンの内部応力が増加し、パターン変形を生じさせ、歩留まりを低下させる問題がある。また、一度拡散したウエハを再生することは困難であり、なおかつＳＯＩ基板は通常のウエハに比べ高価であることから、マスクの作製費用を上昇させている問題がある。
【００１７】
さらに、不純物をＳｉ中に拡散させると、転位と呼ばれるＳｉ結晶中の欠陥を生じるために、ステンシル９により形成される回路パターンの亀裂や破壊、加工不良等の致命欠陥を起こすこともある。
【００１８】
上記、中間絶縁膜の影響を抑制するためには中間絶縁膜の膜厚を可能な限り薄膜化すればよいが、シリコンウエハ支持基板をウエットエッチングもしくは、ドライエッチングにより除去する工程において、中間絶縁膜はエッチングストップ層として作用するため、薄膜化は困難である。
【００１９】
【特許文献１】
【特開平１１−１６２８２３号公報】
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の問題に鑑みされたもので、かかる目的は、拡散工程を必要とせずに、さらには中間絶縁膜層を薄膜化せずに、内部応力を引っ張り応力に制御された自立メンブレンを形成可能なＳＯＩ基板とその製造方法及びそれを用いたマスクブランク及び転写マスク及びその露光方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、シリコンウエハ支持基板と単結晶シリコン層の間に、中間絶縁膜層を有するＳＯＩ基板において、中間絶縁膜層がシリコンおよび酸素に加えて、前記２つ以外の元素を含むシリコン化合物から形成されることを特徴とするＳＯＩ基板である。
【００２２】
本発明の請求項２に係る発明は、前記中間絶縁膜層が、少なくともシリコンおよび酸素および窒素を含むシリコン化合物から形成されることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩ基板である。
【００２３】
本発明の請求項３に係る発明は、前記中間絶縁膜層において、酸素の元素比より窒素の元素比が大きいことを特徴とする請求項１、又は２項記載のＳＯＩ基板である。
【００２４】
本発明の請求項４に係る発明は、前記中間絶縁膜層が、少なくともシリコンおよび酸素の他に、炭素、リン、またはナトリウム、鉛、ビスマス、カドミウム、テルルのいずれか１つ以上を含むシリコン化合物であることを特徴とする請求項１乃至３項のいずれか１項記載のＳＯＩ基板である。
【００２５】
本発明の請求項５に係る発明は、前記シリコンウエハ支持基板上面に中間絶縁膜層、単結晶シリコン層を積層した三層よりなる請求項１乃至４項のいずれか１項記載のＳＯＩ基板を用いて、シリコンウエハ支持基板及び中間絶縁膜層の一部を除去し内部応力が引っ張り応力を有する単結晶シリコン層からなる自立メンブレンを有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクブランクである。
【００２６】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項５の荷電粒子線露光用マスクブランクを用いて、前記単結晶シリコン層に荷電粒子線の転写パターンを形成したことを特徴とする転写マスクである。
【００２７】
本発明の請求項７に係る発明は、請求項１乃至４項のいずれかのＳＯＩ基板の製造方法であって、前記中間絶縁膜層を形成する成膜手段として、少なくとも減圧ＣＶＤ法で、ＳｉＨ４  ガスの流量を固定し、Ｎ２  Ｏガス流量を制御することで低応力の中間絶縁膜層を形成することを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法である。
【００２８】
本発明の請求項８に係る発明は、請求項６の転写マスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を成形して、被転写基板上に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴とする荷電粒子線の露光方法である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明のＳＯＩ基板より作製した自立メンブレンの一例を説明する断面図である。
【００３０】
図１にしたがって製造方法を説明する。単結晶よりなるシリコンウエハ支持基板３を準備し、その両面に減圧ＣＶＤ法により中間絶縁膜層２としてＳｉＯｘＮｙ層１８を１μｍ形成し、絶縁膜層つきシリコンウエハ支持基板３を得る（図１ａ参照）。減圧ＣＶＤ法では、反応ガスとしてＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３を使用し、３００ｍＴｏｒｒ下で７５０℃に加熱した。ＳｉＯｘＮｙ層の内部応力は、ＳｉＨ４ガスの流量を固定し、ＮＨ３ガスに対するＮ２Ｏガスの比を増やすと、ＳｉＯｘＮｙ膜中の窒素比が増加、内部応力が引っ張り応力から圧縮応力側に変化するので、Ｎ２Ｏガス流量を調整することで低応力ＳｉＯｘＮｙ層を得られる。また、ＳｉＯｘＮｙの内部応力の絶対値は、できるだけ下げる必要があるが、５０ＭＰａ以下であることが望ましい。なお、反応ガスとしてＳｉＨ４の代わりにＳｉＨ２Ｃｌ２でもよく、減圧ＣＶＤ法の代わりにＰＥＣＶＤ法でもよい。
【００３１】
本発明では、シリコンウエハ支持基板と単結晶シリコン層の間に、シリコン支持基板に対する内部応力の絶対値、もしくは単結晶シリコン層に対する内部応力の絶対値が０〜５０ＭＰａである中間絶縁膜層を有するＳＯＩ基板である。
【００３２】
次に、Ｓｉ単結晶よりなる単結晶シリコン層１を準備し、シリコンウエハ支持基板３に、例えば圧着および１０００℃のアニール等の接合処理をおこなう。その後、単結晶シリコン層１の研削および鏡面仕上げをおこない、単結晶シリコン層１の厚みを２μｍ±１μｍに調整する。さらに、単結晶シリコン層１の端部のベベリングを行い、その基板の洗浄を行い、ＳＯＩ基板４を得る（図１ｂ）。なお別の方法としては、中間絶縁膜層２は、単結晶シリコン層１上に積層し、シリコンウエハ支持基板３に接合した後、単結晶シリコン層１の厚みを調整してもよいものとする。
【００３３】
次に、上記ＳＯＩ基板４の両面に減圧ＣＶＤ法により、反応性ガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２およびＮＨ３を用いて、エッチング保護膜としてシリコン窒化膜２２を形成する（図１ｃ）。
【００３４】
さらに、シリコンウエハ支持基板側（図面の底部）のシリコン窒化膜２２上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして公知のドライエッチングによりシリコン窒化膜２２およびＳｉＯｘＮｙ層の一部を除去する（図１ｄ）。
【００３５】
さらに、シリコン窒化膜２２をエッチングマスクにして、シリコンウエハ支持基板３を９０℃の熱ＫＯＨ水溶液により除去して、開口部１５を形成する（図１ｅ）。
【００３６】
続けて、開口部に露出した中間絶縁膜層２を緩衝フッ酸等で除去し、熱リン酸等で除去した後、自立メンブレン付きＳＯＩ基板１０すなわちマスクブランクを得る（図１ｆ）。
【００３７】
次に、自立メンブレン５の内部応力測定には、公知のバルジ測定法を適用し、作製した自立メンブレンの応力を測定し、応力が１５ＭＰａであることを確認した。また、自立メンブレン表面を二光束顕微鏡により観察したところ、メンブレンが平面であることを確認した。
【００３８】
本発明のＳＯＩ基板において、中間絶縁膜層の厚さが、単結晶シリコン層の５倍の厚さより小さい関係があり、この特徴を持つＳＯＩ基板のシリコンウエハ支持基板および中間絶縁膜の一部を除去し、内部応力が引っ張り応力を有する単結晶シリコン層から形成される自立メンブレンを有するＳＯＩ基板である。
【００３９】
次に、図２は、本発明の転写マスクの製造方法の一実施例を説明する工程の側断面図である。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、本発明のＳＯＩ基板１０の自立メンブレン５上に、電子線レジスト層２３を塗布形成した。
【００４１】
図２（ｂ）には、前記電子線レジスト層２３上に、電子線描画装置を用いて微細なパターンを照射形成し、電子線リソグラフィーにより、現像処理後、電子線レジストによる微細転写パターン２４を形成した。なお、電子線レジストの内部応力により自立メンブレン５の変化を生じさし、さらには微細転写パターンの位置精度を低下させることがあるので、電子線レジストの内部応力は１０ＭＰａ以下であることが望ましい。
【００４２】
図２（ｃ）には、前記電子線レジストによる微細転写パターン２４をマスクとして、単結晶シリコン層１をフロロカーボン等の混合ガスを用いて、単結晶シリコン層１の一部分をドライエッチングした後、酸素プラズマアッシングにより電子線レジストを除去した後、微細転写パターン２５を得る。
【００４３】
図２（ｄ）に示すように、アンモニア過水等を含む公知のＲＣＡ洗浄を行い転写マスク２６が完成した。得られた転写マスク２６では、自立メンブレン５の内部応力は１０ＭＰａ以下となっているので、微細転写パターンの形状や粗密にも依存するが、微細転写パターンの単結晶シリコン層１の位置精度が１０ｎｍ以内に押さえることができた。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のＳＯＩ基板によれば、不純物拡散プロセスを必要とせずに、中間絶縁膜の応力を制御することによりＳＯＩ層の応力を制御可能であり、平面度を保った、内部応力の低い自立メンブレンを作製することが可能である。さらには、本発明のＳＯＩ基板により作製した自立メンブレンを用いて、転写マスクを作製すれば、転写マスクの位置精度や転写精度が向上するという効果を奏する。更に、本発明の露光方法によると、被転写基板上に形成された電子線レジストに対し、位置が良いパターン露光が長期間使用可能となり、その結果半導体装置の製造を高い歩留まりで行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＯＩ基板より作製した自立メンブレンを説明する断面図である。
【図２】本発明の転写マスクの製造方法の一実施例を説明する工程の側断面図である。
【図３】従来の貼り合わせ法により作製したＳＯＩ基板および、自立メンブレンを説明する断面図である。
【図４】ＥＰＬ法を説明する断面図である。
【図５】従来の方法により作製した自立メンブレンを説明する断面図である。
【符号の説明】
１…単結晶シリコン層
２…中間絶縁膜層
３…シリコンウエハ支持基板
４…ＳＯＩ基板
５…自立メンブレン
６…転写マスク
７…感応基板
８…回路パターン
９…ステンシル（開口部）
１０…自立メンブレン付きＳＯＩ基板（マスクブランク）
１５…開口部
１８…ＳｉＯｘＮｙ層
１９…絶縁膜層付き支持基板ウエハ
２２…シリコン窒化膜
２３…電子線レジスト層
２４…電子線レジストによる微細転写パターン
２５…微細転写パターン
２６…転写マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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