(57)【要約】【課題】マスクパターンの寸法精度を向上させるとともに、転写パターンの精度を向上させることができるメンブレンマスクの製法を提供する。【解決手段】回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして表面研磨したダイヤモンド膜を用いて、該ダイヤモンド膜をエッチングしてパターンを形成する。該ダイヤモンド膜の表面粗さとしては、０．１〜１０ｎｍであり、前記ダイヤモンド膜のエッチング用のエッチングマスクとして重金属層を用いて作製する。また、このダイヤモンド膜のエッチング後も該重金属層を除去しないで作製することもできる。また、前記ダイヤモンド膜に代えて、金属膜または炭化けい素膜を用いることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして表面研磨したダイヤモンド膜を用いて、該ダイヤモンド膜をエッチングしてパターンを形成するメンブレンマスクの製法。
【請求項２】
前記ダイヤモンド膜の表面粗さが０．１〜１０ｎｍである請求項１記載のメンブレンマスクの製法。
【請求項３】
前記ダイヤモンド膜のエッチング用のエッチングマスクとして重金属層を用いる請求項１記載のメンブレンマスクの製法。
【請求項４】
前記ダイヤモンド膜をエッチングしたのち、前記重金属層を除去しない請求項３記載のメンブレンマスクの製法。
【請求項５】
回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして金属膜を用いて、該金属膜をエッチングしてパターンを形成するメンブレンマスクの製法。
【請求項６】
回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして表面研磨した炭化けい素膜を用いるとともに、該炭化けい素膜のエッチングマスクとしてクロムを含む膜を用いて、該炭化けい素膜をエッチングしてパターンを形成するメンブレンマスクの製法。
【請求項７】
前記炭化けい素の表面粗さが０．１〜１０ｎｍである請求項６記載のメンブレンマスクの製法。
【請求項８】
回路パターン転写用のメンブレンマスクであって、表面研磨した炭化けい素膜からなるメンブレンを用いるとともに、該炭化けい素膜にエッチングマスクとしてクロムを含む膜が用い、該炭化けい素膜にエッチングしてパターンが形成されてなるメンブレンマスク。
【請求項９】
前記炭化けい素の表面粗さが０．１〜１０ｎｍである請求項８記載のメンブレンマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメンブレンマスクの製法および該製法を用いたメンブレンマスクに関する。さらに詳しくは、デバイスの回路パターンを形成するための露光工程で用いられる、たとえばＸ線マスクまたは電子線マスクであるメンブレンマスクの製法および該製法を用いたメンブレンマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｘ線マスクや電子線マスクに用いられる転写マスクとして、支持枠部に支持された炭素系材料の薄膜部に開口を形成したものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この転写マスクはつぎのようにして作製されている。まず両面研磨シリコン基板上に、ＥＣＰ−ＣＶＤ法により厚さが５μｍのダイヤモンド膜を形成する。ついで該ダイヤモンド膜上に、ＳｉＯ２膜を１０００オングストロームの厚さで形成したのち、ＳｉＯ２膜上にレジストを塗布し、これをパターニングしてレジストパターンを形成する。ついでこのレジストパターンをマスクにして、ＳｉＯ２膜のエッチングを行ないＳｉＯ２パターンを形成する。
【０００４】
ついでこのＳｉＯ２パターンをマスクにして、エッチングガスとして酸素ガスを用いて、ダイヤモンド膜のエッチングを行ないダイヤモンド膜に所定の開口パターンを形成する。
【０００５】
ついでシリコン基板の裏面側にＳｉＯ２膜を形成し、これをエッチングしてＳｉＯ２膜にウインドパターンを形成する。
【０００６】
ついでこの裏面側ＳｉＯ２膜をマスクにして、露出したウインドエリアのシリコンを裏面側からウエットエッチングによりエッチング加工して、ウインドを形成する。これにより、シリコン支持枠部および該シリコン支持枠部に支持されたダイヤモンド薄膜部を形成する。
【０００７】
つぎに不要となった表裏のＳｉＯ２膜を除去したのち、マスクの表裏面に金属膜を形成して、転写マスクを製造する。
【０００８】
前記炭素系材料の薄膜部として、前記ダイヤモンド膜以外にもカーボン、ＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）またはグラファイトなどからなる炭素系の膜とすることができる。
【０００９】
また、炭素系の膜を酸素を主ガスとしたドライエッチングにより開口パターンを形成している。なお、その際、エッチングマスク層として、ＳｉＯ２の代わりに、ＳｉＣや、Ｓｉ３Ｎ４、サイアロン（ＳｉとＡｌの複合混合物）、ＳｉＯＮなどの無機材料、レジスト、感光性フィルムなどの有機材料、チタン、アルミニウム、タングステン、ジルコニウム、クロム、ニッケルなどの金属、これらの金属を含む合金、これらの金属または合金と酸素、窒素、炭素などとの金属化合物などの金属材料が用いられている。
【００１０】
また、前記転写マスクの表裏面の代わりに、形成した開口パターンの照射面または全面に金属膜を形成することもできる。この金属膜として、イリジウム（Ｉｒ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）または銀（Ａｇ）などがあげられている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−１８９４３５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の転写マスクでは、炭素系の膜としてダイヤモンド膜を用いているが、このダイヤモンド膜の表面には当然凹凸が発生している。この凹凸は大きなパターンのパターニング時には問題はない。これに対し、微細パターンのパターニングの際には、寸法精度が低下するという問題がある。これはダイヤモンド膜の凹部に入ったエッチングマスクが、エッチングマスクのパターニング時に残りやすく、その結果、ダイヤモンド膜を酸素でエッチングするときに、凹部に残ったエッチングマスクにより、ダイヤモンド膜のエッチング時に針状のダイヤモンド膜の残渣が発生したり、パターンのエッジラフネスが増加して寸法精度が低下するためである。このため、このようなマスクを用いて転写をすると、転写パターンの寸法精度が低下し、デバイス精度が劣るという問題がある。
【００１３】
また、前記ダイヤモンド膜をエッチングする際のエッチングマスクの選択がわるいために、ダイヤモンド膜を精度よくエッチングされず、その結果、転写パターンの寸法精度が低下するという問題がある。
【００１４】
また、ダイヤモンド膜は電気導電性がわるいため、ダイヤモンド膜を用いた電子線マスクの場合、ダイヤモンド膜上でチャージアップが発生し、その結果、電子線が曲げられ、転写パターンの精度が低下するという問題がある。その解決のため従来の転写マスクでは、形成した開口パターンの表裏面、照射面または全面に金属膜を形成しているが、この場合、開口パターンの側面にも金属膜が成膜されてしまう結果、開口の大きさが狭くなり、マスクの寸法精度が低下し、転写パターンの寸法精度が低下するという問題がある。
【００１５】
また、メンブレンのチャージアップを防止するため、導電性のあるメンブレンとして炭化けい素があげられるが、このメンブレンを精度よくエッチングするのは難しい。その結果、転写パターンの寸法精度が低下するという問題がある。
【００１６】
本発明は、叙上の事情に鑑み、マスクパターンの寸法精度を向上させるとともに、転写パターンの精度を向上させることができるメンブレンマスクの製法および該製法を用いたメンブレンマスクを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のメンブレンマスクの製法は、回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして表面研磨したダイヤモンド膜を用いて、該ダイヤモンド膜をエッチングしてパターンを形成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のメンブレンマスクの製法は、回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして金属膜を用いて、該金属膜をエッチングしてパターンを形成することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のメンブレンマスクの製法は、回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして表面研磨した炭化けい素膜を用いるとともに、該炭化けい素膜のエッチングマスクとしてクロムを含む膜を用いて、該炭化けい素膜をエッチングしてパターンを形成することを特徴とする。
【００２０】
さらに本発明のメンブレンマスクは、回路パターン転写用のメンブレンマスクであって、表面研磨した炭化けい素膜からなるメンブレンを用いるとともに、該炭化けい素膜にエッチングマスクとしてクロムを含む膜が用い、該炭化けい素膜にエッチングしてパターンが形成されてなることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、メンブレンマスクのパターンを精度よくエッチングすることができる。このマスクを用いることにより、電子線転写の場合はチャージアップを防止することができる。このため、このマスクを用いて転写を行なうと、転写パターンの精度を向上させることができる。その結果、精度の高いデバイスを歩留りよく製造でき、かつコストを低減させることができる。
【００２２】
以下、添付図面に基づいて、本発明のメンブレンマスクの製法および該製法を用いたメンブレンマスクを説明する。
【００２３】
実施の形態１
図１〜３は本発明の実施の形態１にかかわるメンブレンマスクの製法を説明するための断面図である。
【００２４】
本発明のメンブレンマスクは、製法回路パターン転写用のメンブレンマスクであって、Ｘ線露光または電子線描画露光に用いられるマスクに適用することができる。Ｘ線露光として用いられるマスクは、図１に示されるように、シリコン基板１と、該シリコン基板１上に形成された表面粗さが０．１〜１０ｎｍになるように表面研磨されたダイヤモンド膜５と、該ダイヤモンド膜５のエッチングマスクおよびＸ線の吸収体を兼ねた重金属層（以下、重金属吸収体という）４とからなり、該重金属吸収体４およびダイヤモンド膜５のエッチングを途中で止めて、所定の穴１１（非貫通孔）のパターンが形成されている。前記重金属吸収体４としては、たとえばタングステンまたはタンタルなどを用いることができる。このマスクは、高加速の電子を透過させるタイプの電子線マスクとして使用することができる。このマスクは、Ｘ線位相シフトマスクとしても使用することができる。この場合、ダイヤモンド膜５のエッチング量によりＸ線の位相シフト量を変化させることができる。その結果、微細パターンの転写が可能となる。
【００２５】
これに対し、電子線描画露光として用いられるマスクは、図２に示されるように、前記シリコン基板１と、前記表面研磨されたダイヤモンド膜５と、該ダイヤモンド膜５のエッチングマスクおよび電子線の吸収体を兼ねた前記重金属吸収体４とからなり、該重金属吸収体４およびダイヤモンド膜５のエッチングを最後まで行なって所定の貫通孔２１のパターンが形成されている。
【００２６】
本実施の形態１では、残渣がなく、また、精度よくダイヤモンド膜のエッチングを行なうことができる。また、その際、表面粗さを０．１〜１０ｎｍとすると、さらにマスクパターンの寸法精度が向上し、１００ｎｍ以下のパターン描画のデバイスに適用可能となる。表面粗さは、ゼロに近い方が好ましいが、実際にはゼロということはあり得ないので、現実的な下限値としては０．１ｎｍ程度となる。また、ダイヤモンド膜のエッチングを途中で止めた場合は、ダイヤモンド膜のエッチング量によりＸ線の位相を制御することができる。その結果、微細パターンの転写が容易になる。また、研磨されたダイヤモンド膜のエッチングに使用するエッチングマスクとして重金属吸収体を用いると、重金属吸収体は酸素でエッチングされないため、エッチング時のダイヤモンド膜との選択比を確保することができ、精度のよいエッチングが可能となる。また、通常のエッチングマスクは、エッチング後に除去しなくてはならないが、重金属吸収体は電子やＸ線阻止能に優れているため、ダイヤモンド膜のエッチング後にそのまま残しておくことができる。さらに電子線によるチャージアップを防止できるため、ダイヤモンド膜のエッチング後にエッチングマスクを除去して、チャージアップ防止用の金属膜を成膜する必要もない。
【００２７】
実施例
つぎにメンブレンとしてダイヤモンド膜を用いる場合のメンブレンマスクの製法の一例を説明する。図３（ａ）に示されるように、まずシリコン基板（図示せず）上にダイヤモンドをＣＶＤ法などにより成膜した。そののち、該ダイヤモンド膜の表面を研磨し、ダイヤモンド膜５とした。ここで、後述するように研磨を行なわない場合はダイヤモンドの表面は０．１μｍ程度の凹凸を呈しており、微細パターンの形成が困難となる。そのため、１０ｎｍ以下の表面粗さになるように研磨を行なうとよい。
【００２８】
ついでＸ線や電子線吸収用の重金属吸収体４を成膜した。この重金属吸収体４の成膜は、たとえばタングステンやタンタルをスパッタすることにより得られる。そののち、その上に重金属パターニング用のエッチングマスク６を成膜した。このエッチングマスク６として、たとえばクロムや窒化クロムなどを用いることができる。そして、レジスト７を塗布し、電子線描画装置でレジストパターンを形成した。
【００２９】
ついで図３（ｂ）に示されるように、塩素−酸素の混合ガスでエッチングマスク６をエッチングした。そののち、本実施の形態では、レジスト除去工程を入れているが、本発明では、このレジスト除去工程を省くことができる。
【００３０】
ついで図３（ｃ）に示されるように、エッチングマスク６を用いて重金属吸収体４のエッチングを行なった。たとえば重金属吸収体４として、タングステンを用いる場合、ＳＦ６−ＣＨＦ３でエッチングを行ない、またはタンタルを用いる場合、塩素ガスでエッチングを行なう。そののち、本実施の形態では、エッチングマスク６の除去を行なっているが、本発明では、かかる除去工程を省くことができる。
【００３１】
ついで図３（ｄ）に示されるように、重金属吸収体４をマスクとしてダイヤモンド膜５を酸素ガスでエッチングを行なった。このとき、ダイヤモンド膜５のエッチングを途中で止めた。また、ダイヤモンド膜５のエッチングを最後まで行ない貫通孔も形成した。
【００３２】
このようにして、Ｘ線リソグラフィ用のメンブレンマスクと電子線リソグラフィ用のメンブレンマスクを製作した。
【００３３】
比較例
つぎにダイヤモンド膜の表面研磨を行なっていない場合、メンブレンマスクの寸法精度が低下することについて説明する。図４（ａ）、図５（ａ）に示されるように、前記シリコン基板（図示せず）上に成膜したダイヤモンド膜２の表面には、凹凸があるため、該凹凸のあるメンブレン上に成膜し、レジストパターンを形成した場合、凹部にレジスト７のスカムが残りやすくなる。なお、図４（ａ）において、４は重金属吸収体であり、６はエッチングマスクである。
【００３４】
ついで図４（ｂ）、図５（ｂ）に示されるように、エッチングマスク６のパターニングを行なうと、重金属吸収体４にエッチングマスク６が残った。
【００３５】
ついで図４（ｃ）、図５（ｃ）に示されるように、重金属吸収体４のエッチングを行なうと、ダイヤモンド膜２の表面の凹部に重金属吸収体４が残った。
【００３６】
ついで図４（ｄ）、図５（ｄ）に示されるように、ダイヤモンド膜２のエッチングを行なったが、残渣が発生するとともに、パターンのエッジラフネスが発生した。
【００３７】
このため、メンブレンマスクの寸法精度が低下した。
【００３８】
この寸法精度の低下の割合であるが、たとえばダイヤモンド膜の表面に１０ｎｍの凹部があると、そこにレジストやエッチングマスクが残りやすくなるため、一般的にエッジラフネスの大きさは１０ｎｍ程度の大きさとなる。Ｘ線露光や電子線露光では、主に１００ｎｍ以下のパターン描画が考えられており、その場合の寸法精度は１００ｎｍの１０％であるため、１０ｎｍをこえるエッジラフネスがあるとデバイスが動作不良を起こしやすい。そのため、ダイヤモンド膜の表面粗さは０．１〜１０ｎｍである。
【００３９】
実施の形態２
本実施の形態２では、前記実施の形態１における表面研磨したダイヤモンド膜の代わりに、メンブレンとして金属膜を用いるメンブレンマスクとすることができる。かかる場合の金属膜の作製には、圧延などで薄膜化した金属膜をシリコンウエハなどに接着してからパターニングし、最後にシリコンを溶かして作製する方法や、ドーナツ型のシリコン基板に接着し、予めメンブレンとしてから作製する方法、シリコンウエハ上にスパッタやＣＶＤで作製する方法などがある。本実施の形態２では、前記方法のうち、いずれかの方法で金属膜を形成したのち、エッチングマスクを成膜する。ついでレジストを塗布して、金属膜のパターニングを行なうことにより、メンブレンマスクを作製する。
【００４０】
本実施の形態２では、前記実施の形態１と同様に、マスクパターンの寸法精度を向上させるとともに、転写パターンの精度を向上させることができる。これにより、精度の高いデバイスを歩留りよく製造でき、かつコストを低減させることができる。
【００４１】
実施の形態３
本実施の形態３では、前記実施の形態１における表面研磨したダイヤモンド膜の代わりに、メンブレンとして炭化けい素（ＳｉＣ）膜を用いるメンブレンマスクとすることができる。本実施の形態３では、まずシリコン基板上にＣＶＤで炭化けい素を成膜する。そののち、平滑になるように表面を研磨し、クロム（Ｃｒ）を含むエッチングマスクを成膜する。ついでレジストをパターニングして、塩素−酸素ガスでクロムを含む膜をエッチングする。ついでフッ素系のガス、たとえばＳＦ６などで炭化けい素膜のエッチングを行なったのち、メンブレンマスクを作製する。
【００４２】
ここで、炭化けい素膜を用いた場合、導電性があるため、電子線露光の際のチャージアップが減少するが、この炭化けい素膜は精度よくエッチングすることが難しい。しかし、クロムを含む膜を用いた場合、クロムは一般に塩素−酸素ガスを用いてエッチングされるが、フッ素系のガスにはまったくエッチングされない。それに対し、炭化けい素膜はフッ素系のガスで容易にエッチングされるが、塩素系のガスではまったくエッチングされない。
【００４３】
このように相異なる特性を有しているため、炭化けい素膜のエッチング時に大きな選択比、たとえば１０程度をとることが可能となり、その結果、本実施の形態３では、前記実施の形態１と同様に、マスクパターンの寸法精度を向上させるとともに、転写パターンの精度を向上させることができる。これにより、精度の高いデバイスを歩留りよく製造でき、かつコストを低減させることができる。
【００４４】
実施の形態４
前記表面研磨したダイヤモンド膜、金属膜または炭化けい素膜を用いてメンブレンのパターニングを行なうと、該メンブレンに残留した応力により歪みが発生する。概算では、０．５μｍの厚さで応力が１０ＭＰａのとき、約１０ｎｍの歪みが発生する。そこで、最初のマスクで歪みを測り、２番目のマスクでその歪みの逆の量を補正すれば、理論的には２番目のマスクによる歪みは、電子線露光機の描画精度以内となる。しかし、実際には、最初のマスクと２番目のマスクの応力が同じでないために、２番目のマスクによる補正差が発生する。これは２つのマスクの応力の再現性に依存する。成膜方法にも依存するが、一般的に応力の再現性は、応力値の１０％程度である。たとえば１００ＭＰａの応力ならば±１０ＭＰａの再現性となるため、９０〜１１０ＭＰａの再現性となる。
【００４５】
ここで、電子線描画やＸ線露光がターゲットとしている１００ｎｍパターンでは、所定のマスク精度はその１／３程度であるため、約３０ｎｍの位置精度が必要となる。つまり、±３０（３×１０）ＭＰａの再現性であるため、メンブレンの厚さが０．５μｍである場合、３００（３×１００）ＭＰａ以下のメンブレン応力が必要となる。この応力値は、メンブレンの厚さによって変化するため、たとえばメンブレン厚さが１μｍならば、１５０（０．５／１×３００）ＭＰａ、２μｍならば７５（０．５／２×３００）ＭＰａ、０．３μｍならば、５００（０．５／０．３×３００）ＭＰａとなる。つまり、メンブレンの応力値（ＭＰａ）＝１５０÷メンブレンの厚さ（μｍ）である。この応力値以下であれば、精度のよいマスクを作製することができる。
【００４６】
また、メンブレンの応力を小さくすると、マスクのパターニング時の歪みが小さくなり、高精度のマスクを作製することができるので、転写パターンの精度を向上させることができる。
【００４７】
実施の形態５
ダイヤモンドや炭化けい素膜のエッチングに使うエッチングマスクも応力値が小さいほど歪みは小さくなる。概算では、０．５μｍの厚さで応力が１０ＭＰａのとき、約１０ｎｍの歪みが発生する。これも理論的には、電子線描画で歪みを補正することが可能であるが、メンブレンの歪みも同時に補正するのは困難であるため、一般的にはエッチングマスクの歪みはエッチングマスクの低応力化で対応する必要がある。その場合、３０ｎｍ以下の歪みにするためには、エッチングマスクの応力を３０ＭＰａ以下にする必要がある。これも膜厚に依存するため、たとえばエッチングマスクの厚さが０．１μｍならば、応力は１５０ＭＰａ以下が望ましい。つまり、エッチングマスクの応力値（ＭＰａ）＝１５÷エッチングマスクの厚さ（μｍ）である。この応力値以下であれば、精度のよいマスクを作製することができる。
【００４８】
また、エッチングマスクの応力を小さくすると、マスクのパターニング時の歪みが小さくなり、高精度のマスクを作製することができるので、転写パターンの精度を向上させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、請求項１記載の本発明によれば、回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして表面研磨したダイヤモンド膜を用いて、該ダイヤモンド膜をエッチングしてパターンを形成するので、メンブレンマスクのパターンを精度よくエッチングすることができる。さらにこのマスクを用いることにより、電子線転写の場合はチャージアップを防止することができる。このため、このマスクを用いた転写を行なうと、転写パターンの精度を向上させることができる。その結果、精度の高いデバイスを歩留りよく製造でき、かつコストを低減させることができる。
【００５０】
また、請求項５記載の本発明によれば、回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして金属膜を用いて、該金属膜をエッチングしてパターンを形成するので、精度よくパターンを形成することができ、また、露光時にメンブレンがチャージアップすることがなく、寸法精度のよいパターンが形成できる。また、マスクを作製する際に、チャージアップ防止用の金属膜を成膜する必要もなく、工程が簡単になり、コストを低減させることができる。
【００５１】
さらに請求項６または８記載の本発明によれば、回路パターン転写用のメンブレンマスクのメンブレンとして表面研磨した炭化けい素膜を用いるとともに、該炭化けい素膜のエッチングマスクとしてクロムを含む膜を用いて、該炭化けい素をエッチングしてパターンを形成するので、炭化けい素のエッチング時に大きな選択比をとることが可能となり、マスクパターンの寸法精度を向上させるとともに、転写パターンの精度を向上させることができる。その結果、精度の高いデバイスを歩留りよく製造でき、かつコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわるメンブレンマスクの製法により得られるメンブレンマスクの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかわる他のメンブレンマスクの断面図である。
【図３】実施の形態１にかかわるメンブレンマスクの製法の一例を説明する図である。
【図４】比較例を説明する断面図である。
【図５】比較例を説明する平面図である。
【符号の説明】
１　シリコン基板、２　凹凸のあるダイヤモンド膜、４　重金属層（重金属吸収体）、５　表面研磨したダイヤモンド膜、６　エッチングマスク、７　レジスト、１１　穴、２１　貫通孔。
【図１】
2004111704.tif 000003
【図２】
2004111704.tif 000004
【図３】
2004111704.tif 000005
【図４】
2004111704.tif 000006
【図５】
2004111704.tif 000007