(57)【要約】【課題】電子線露光用マスクの電子線遮蔽膜、帯電防止膜、支持膜として、個別の材料によって形成された膜が用いられているが、この構成では種々の材料を用いる関係で高価になるだけでなく、複雑な加工工程を経る必要があった。【解決手段】支持膜及び電子線遮蔽膜として機能するダイヤモンド膜を有すると共に、当該ダイヤモンド膜を帯電防止膜として機能する炭化珪素薄膜で覆った構成の電子線露光用マスクが得られる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド膜と、当該ダイヤモンド膜表面に形成された炭化珪素薄膜とを有するマスク部を備えていることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項２】
請求項１において、前記ダイヤモンド膜及び炭化珪素薄膜はパターニングされていることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかにおいて、前記ダイヤモンド膜はそれ自体で自己及び前記炭化珪素薄膜を機械的に支持する部分を有し、それ以外の部分の少なくとも一部において支持体によって支持され、該支持体はシリコンを含むことを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項４】
請求項３において、前記シリコンが前記ダイヤモンド膜に直接又は間接に接する表面は（１００）面からずれた面を有し、該ずれは、璧開面が前記ダイヤモンド膜に垂直にならない程度であることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記ダイヤモンド膜は電子線遮蔽膜、熱伝導膜、及び、マスク部支持膜として機能し、他方、前記炭化珪素薄膜は帯電防止膜として機能することを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記ダイヤモンド膜は０．１μｍ以上の厚さを有していることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項７】
請求項６において、前記電子線露光用マスクは１〜４ｋｅＶの電子線による露光に使用されることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項８】
請求項３において、前記支持体は前記シリコンの裏面に設けられた補強膜を含むことを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項９】
請求項８において、前記補強膜はＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、及びＳｉＣから選択されることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項１０】
請求項４において、ずれは少なくとも±５°であることを特徴とする電子線露光用マスク。
【請求項１１】
ダイヤモンド膜を形成する工程と、当該ダイヤモンド膜の表面に炭化珪素を形成する工程とを有することを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、更に、（１００）からずれた表面を有するシリコン基板を用意する工程を備え、前記ダイヤモンド膜は前記表面に形成されることを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、前記炭化珪素薄膜を形成する工程は前記ダイヤモンド膜上にシリコン膜を成膜する工程と、当該シリコン膜に電子線を照射して、前記炭化珪素にする工程とを含んでいることを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、シリコン膜を成膜する工程はダイヤモンド膜表面にスパッタによって成膜する工程であることを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１５】
請求項１３において前記シリコン膜を成膜する工程では、３〜１０ｎｍのシリコン膜を設けることを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１６】
請求項１１又は１２において、前記炭化珪素薄膜を形成する工程は前記ダイヤモンド膜をシリコンを含むガス雰囲気に曝し、前記ダイヤモンド膜表面にシリコンを吸着させる工程と、前記シリコンに電子線を照射して前記炭化珪素薄膜を生成する工程とを有することを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１７】
請求項１１乃至１６のいずれかにおいて、前記シリコン基板を前記ダイヤモンド膜を成膜した表面とは反対側の裏面から除去し、前記ダイヤモンド膜及び炭化珪素薄膜によって形成された１つまたは複数のマスク部を残すことを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１８】
請求項１７において、前記マスク部のダイヤモンド膜及び炭化珪素薄膜をパターニングする工程を含むことを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜５のいずれかの電子線露光用マスクを半導体基板に近接して配置し、該マスクを介して電子線を該半導体基板に照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線によりパターンを転写するために使用される電子線露光用マスク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体集積回路等の分野においては、更に高い集積度が要求され、これに伴い微細加工技術は更に進歩する傾向にある。このため、従来広く採用されてきたフォトリソグラフィー技術による微細加工は光の波長との関係で限界に近づきつつある。このような状況の下で、電子線或いはＸ線を用いた露光技術が注目を集めている。電子線露光に必要な電子線露光用マスクはＸ線露光用マスクに比較して容易に作成できるため、電子線露光技術に期待が集まっている。
【０００３】
この種、電子線露光技術に使用される電子線露光用マスクとして、当該マスクに電子線を照射し、レジストを塗布された半導体ウェハ等の基板上にマスクを透過した電子線を入射させて、レジストを電子線によって感光する電子透過型マスクがある。
【０００４】
一方、電子線の照射を受ける電子線露光用マスクでは、高い機械的強度と高い熱伝導性を有することが要求される。更に、マスクに形成されるパターンの開口寸法と開口高さ（即ち、深さ）との比であるアスペクト比はできるだけ小さい方が好ましい。このことは、マスクは厚さを薄くしても、充分な機械的強度を有する材料で形成されるのが望ましいことを意味している。
【０００５】
特開２００２−２１７０９４号公報（特許文献１）には、転写すべきパターンを備えたマスク部とこのマスク部を支持する支持枠とを備えた電子線透過型マスクが開示されている。開示されたマスクは１０ＫＶ程度の加速電圧で加速された電子線を露光光源として使用するシステムに適用することを前提としている（０００３段落）。
【０００６】
具体的に言えば、電子線透過型マスクはシリコンウェハを使用して構成されており、そのマスク部はシリコンウェハの中央部に形成されている。この場合、支持枠はマスク部の周辺に残されたシリコンウェハによって形成されている。また、マスク部はシリコン窒化膜、当該シリコン窒化膜上に形成されたダイヤモンド膜、及び、ダイヤモンド膜上に設けられたタンタル膜を順次積層した構成を備えている。ここで、タンタル膜は露光用の電子線を遮蔽する電子線遮蔽膜として機能する。
【０００７】
更に、特許文献１に示された電子線透過型マスクは、ダイヤモンド膜の電子線入射側に、白金パラジウムによって形成された帯電防止膜を備え、この帯電防止膜によって露光用の電子線によってマスクが帯電するのを防止している。また、電子線遮蔽膜を構成するタンタル膜の代わりに、タングステン或いはクロムを使用すること、及び、帯電防止膜を形成する白金パラジウム膜を電子線遮蔽膜として使用することも記載されている。
【０００８】
更に、ダイヤモンド膜が露出された場合、その光学透過率が高いことによって、マスク部分のパターンのコントラストが低くなることを防止するために、金属等の光学反射率の高い膜を形成することも記載されている（特許文献１、００２２段落）。
【０００９】
一方、この種の電子線露光技術として、低いエネルギーの電子線（例えば、２ＫＶ程度の加速電圧で加速された電子線）を用いて露光を行うことも提案されており、この技術はＬｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ（ＬＥＥＰＬ）として知られている。この技術では、露光されるべき半導体基板に対して極めて近接した位置（例えば、基板から５０μｍ離れた位置）に配置された電子線露光用マスクに対して、低エネルギーの電子線を照射することによって半導体基板上に電子線露光用マスクに形成されたパターンが転写される。このため、半導体基板上にはマスクに形成されたパターンが等倍露光されることになる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２１７０９４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示された電子線透過型マスクは当該マスクに照射される電子線が高いエネルギーを有しているため、電子線を遮蔽するために、タンタル、タングステン、クロムのような原子番号の大きい物質が使用され、更に、白金等の帯電防止膜をも使用する必要があった。この結果、特許文献１に示された電子線透過型マスクはダイヤモンド膜のほかに、タンタル等の電子線遮蔽膜、及び、白金等の帯電防止膜を備えなければならず、構成が複雑であるだけでなく、非常に高価であり、実現性に乏しかった。
【００１２】
上記したように、電子線を遮蔽するためには、原子番号の大きい物質が使用されているが、本発明者等の実験、研究によれば、低エネルギーの電子線では、必ずしも原子番号の大きい物質を使用する必要がないことが判明した。例えば、２ｋＶの加速電圧で加速された電子線はＰｏｌｙ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＰＭＭＡ）のように密度の低い物質でも充分に遮蔽できると言う事実が判明した。
【００１３】
本発明の目的は上記した事実に基づき、低エネルギー電子線を用いた露光に適したマスクを提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は透明性、高熱伝導度、及び、耐久性が高く、且つ、加工性も優れた上記したマスクを提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は簡単な構造で帯電をも防止できる電子線露光用マスクを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は低エネルギーの電子線による露光に適した電子線露光用マスクを製造する方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、ダイヤモンド膜と、当該ダイヤモンド膜表面に形成された炭化珪素薄膜とを有するマスク部を備えていることを特徴とする電子線露光用マスクが得られる。
【００１８】
更に、マスク部は支持部（即ち、支持体）によって囲まれており、当該支持体はシリコンによって形成されている。この場合、シリコンは（１００）面からずれていることが望ましい。これは、シリコンの（１００）面では、その璧開面が前記ダイヤモンド膜に垂直となり、この結果、割れやすいからである。換言すれば、シリコンはその璧開面が前記ダイヤモンド膜に垂直にならない程度に（１００）面からずれていることが望ましい。
【００１９】
上記したマスクにおいて、前記ダイヤモンド膜は０．１μｍ以上の厚さを有し、電子遮蔽膜、熱伝導膜、及び、マスク部支持膜として機能し、他方、前記炭化珪素薄膜は帯電防止膜として機能する。このような電子線露光用マスクは１〜４ｋｅＶの電子線による露光に使用するのが好適である。
【００２０】
次に、本発明の他の態様によれば、ダイヤモンド膜を形成する工程と、当該ダイヤモンド膜の表面に炭化珪素を形成する工程とを有することを特徴とする電子線露光用マスクの製造方法が得られる。この場合、ダイヤモンド膜は実質的に（１００）表面を有するシリコン基板上に形成されるのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態に係る電子線露光用マスクの製造方法を工程順に説明する。まず、図１に示されたように、（１００）表面からずれた表面を有するシリコンウェハ１０が用意される。具体的には、シリコンウェハは±５°以上、（１００）面からずれている面を有していることが望ましく、このようなシリコンウェハを使用することによって電子線照射によって割れにくいマスクを製造することができる。
【００２２】
続いて、シリコンウェハ１００の主表面上には、０．１〜１μｍ（好ましくは、０．１〜０．５μｍ）の厚さのダイヤモンド膜１０１が例えば、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法により形成される。このダイヤモンド膜１０１の形成方法については、例えば、プラズマ・核融合学会誌第７６巻第９号、第８３３〜８４１頁（２０００年９月）に「プラズマＣＶＤ法による高品質ダイヤモンドの合成」と題する論文に記述された方法を利用できるので、ここでは、詳述しない。
【００２３】
ダイヤモンド膜は毎時１μｍの成長速度で気相成長できるから、上記した厚さのダイヤモンド膜１０１は３０分程度の気相成長を行なうことにより、容易に作成できる。このようにして得られたダイヤモンド膜１０１は他の材料に比較して高い硬度（ヤング率）と熱伝導度を有しており、更に、赤外から紫外領域に亘る広い波長範囲において透過性を示すので、マスク材料としては理想的であるが、絶縁体であるために帯電防止手段を付加する必要がある。
【００２４】
本発明者等の実験によれば、広い波長範囲に亘って透過性を示すダイヤモンド膜１０１は１〜４ｋＶ程度の加速電圧で加速された電子線に対しては、高い電子線遮蔽効果を示すことが判明した。実際に、２ｋＶの加速電圧で加速された電子線を厚さ０．１５μｍのダイヤモンド膜１０１に垂直に打ち込んだ場合、当該電子線はダイヤモンド膜１０１の深さ方向に０．１０μｍ以上には進入しないことが判った。このことから、０．１μｍ以上の厚さのダイヤモンド膜１０１は低いエネルギーの電子線を遮蔽する遮蔽膜として役立つことが判明した。
【００２５】
次に、図２に示すように、ダイヤモンド膜１０１上に炭化珪素薄膜１０２が１０原子層以上形成される。この炭化珪素薄膜１０２はダイヤモンド膜１０１よりも抵抗が低く、ダイヤモンド膜１０１に比較して導電性を示す。実際に、炭化珪素薄膜１０２は２０μΩ・ｃｍ以下の比抵抗を示すから、本発明では、この性質を利用して、当該炭化珪素薄膜１０２を帯電防止層として使用する。このように、炭化珪素薄膜１０２をダイヤモンド膜１０１の表面に形成した場合、ダイヤモンド膜１０１自体の透明性に比較して、透明性は低下するが、前述したように、炭化珪素薄膜１０２の厚さは非常に薄いから、実際上、透明性の低下は以後の工程では問題とはならない程度であった。
【００２６】
ここで、図２に示された炭化珪素薄膜１０２の形成方法について具体的に説明する。
【００２７】
ダイヤモンド膜１０１の表面に５〜１０ｎｍの厚さのシリコン膜をスパッタによって形成し、続いて、このシリコン膜に電子ビームを照射することによって、ダイヤモンド膜１０１の表面のシリコン膜を炭化珪素薄膜１０２に変化させることができた。
【００２８】
また、他の炭化珪素薄膜１０２の形成方法として、シリコンを含むガス、例えば、シロキサン、シラン等のガスをダイヤモンド膜１０１に吸着させた後、電子ビームを照射することによっても、ダイヤモンド膜１０１上に炭化珪素薄膜１０２を形成することができた。
【００２９】
上記したように、炭化珪素薄膜１０２を形成した後、図３に示すように、ダイヤモンド膜１０１を形成したシリコンウェハ１００の面とは反対側の面（裏面）上に、タンタル、チッカタンタル、或いは、チタン等の金属によって形成された補強膜１０３を形成した。この場合、補強膜１０３はスパッタ、ＣＶＤ等によって形成される。また、補強膜１０３は金属以外の膜、例えば、炭化珪素薄膜、チッカ珪素膜等によって形成されても良い。
【００３０】
続いて、図４に示すように、シリコンウェハ１００の裏面に形成された補強膜１０３を選択的に除去した後、シリコンウェハ１００を裏面側から補強膜１０３をマスクとして、ダイヤモンド膜１０１が露出するまでエッチングし、メンブレン化されたマスク部を形成する。この場合におけるシリコンウェハ１００のエッチングは例えばＫＯＨ溶液を用いたウェットエッチングでも良いし、ドライエッチングでも良い。
【００３１】
次に、図５に示すように、ダイヤモンド膜１０１及び炭化珪素薄膜１０２を酸素ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により選択的に除去し、ダイヤモンド膜１０１及び炭化珪素薄膜１０２のパターニングを行う。ダイヤモンド膜１０１及び炭化珪素薄膜１０２のエッチングは炭化珪素薄膜１０２上にパターンを形成されたレジスト等を配置した状態で行われる。
【００３２】
マスク部を構成するダイヤモンド膜１０１及び炭化珪素薄膜１０２が実質上透明であるため、目合せ等が容易である。したがって、ＲＩＥによるパターニングは高精度で行うことができる。このようにして、パターニングされたマスク部と、当該マスク部を囲む支持部（支持体）とを備えたダイヤモンドマスク２００が得られる。尚、図では支持体がマスク部を挟んで２つ設けられているが、実際には、これら支持体は基板の多数のマスク部領域を格子状に囲むように設けられている。
【００３３】
この構成では、ダイヤモンド膜１０１はそれ自体で自己及び炭化珪素薄膜１０２を機械的に支持する部分を有し、また、シリコンウェハ１００はダイヤモンド膜１０１に直接又は間接に接する表面は（１００）からずれた表面を有していることが判る。
【００３４】
図６を参照すると、本発明に係るダイヤモンドマスク２００の使用状態が示されている。図示されているように、ダイヤモンドマスク２００は半導体ウェハ２０１上に、５０μｍ程度の極めて狭い間隔をおいて配置される。このことからも明らかな通り、図示されたダイヤモンドマスク２００は等倍マスクである。
【００３５】
図示された状態で、図の上側から、２ｋＶ程度の加速電圧で加速された電子線が照射される。電子線の一部はダイヤモンド膜１０１及び炭化珪素薄膜１０２にパターニングによって形成された開口を通して、半導体ウェハ２０１上に照射される一方、電子線の他の一部はダイヤモンド膜１０１により遮蔽される。このように、ダイヤモンド膜１０１は電子線の照射によって加熱されるが、ダイヤモンド膜１０１自体高い熱伝導度を有しているため、これらの熱は効率良く分散される。
【００３６】
一方、ダイヤモンド膜１０１上には、導電性の炭化珪素薄膜１０２によって覆われているため、電子線によってダイヤモンド膜１０１が照射されても、電子線の照射に伴う２次電子等の荷電粒子は炭化珪素薄膜１０２を通じて放電される。この結果、ダイヤモンド膜１０１に形成された開口を通過する電子線はダイヤモンド膜１０１の帯電による影響を受けることなく、半導体ウェハ２０１上に照射される。尚、上記した実施形態では、（１００）面からずれた面を有するシリコンを使用した場合について説明したが、割れが問題にならない場合には、（１００）面を有するシリコンを使用しても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイヤモンド膜１０１は高い透明性、高い熱伝導度を備えると共に、機械的強度も高いことから、耐久性が高く、且つ、電子線照射に伴う加熱を最小限に留めることができ、変形することの少ないマスクが得られる。更に、ダイヤモンド膜１０１は導電性の炭化珪素薄膜１０２によって覆われているため、電子線の照射によって帯電を防止することができるため、電子線露光に最適なマスクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子線露光用マスクを製造する際における一工程を説明する断面図である。
【図２】図１の工程に続く工程を説明する断面図である。
【図３】図２の工程の後に行われる工程を説明する断面図である。
【図４】図３の工程に続く工程を説明する断面図である。
【図５】上記製造工程で得られた電子線露光用マスクを説明する断面図である。
【図６】本発明に係る電子線露光用マスクの使用状態を示す図である。
【符号の説明】
１００                          シリコンウェハ
１０１                          ダイヤモンド膜
１０２                          炭化珪素薄膜
１０３                          補強膜
２００                          電子線露光用マスク
２０１                          半導体ウェハ
【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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【図６】
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