(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過孔を有するマスク基板の被転写体側の面上に前記透過孔を覆うようにダイヤモンドの透過膜が形成されてなるリソグラフィー用のダイヤモンドウェハにおいて、前記透過膜の被転写体側の面であって照射光等の吸収体を配設する部位に凹部が設けられたことを特徴とするリソグラフィー用のダイヤモンドウェハ。
【請求項２】
前記凹部の周縁部が前記透過孔の周縁部よりも広い範囲で設けられていることを特徴とする請求項１記載のリソグラフィー用のダイヤモンドウェハ。
【請求項３】
前記凹部はガスクラスターイオンビームの照射によって成形され、その底面の表面粗さがＲｍｓ＝０．１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１，２記載のリソグラフィー用のダイヤモンドウェハ。
【請求項４】
マスク基板上にダイヤモンドの透過膜を形成する工程と、透過膜のみで構成されるメンブレンを形成する工程とを含むリソグラフィー用のダイヤモンドウェハの製造方法において、前記透過膜の被転写体側の面であって照射光等の吸収体を配設する部位にガスクラスターイオンビームの照射によって表面粗さがＲｍｓ＝０．１〜１０ｎｍの底面を有する凹部を形成する工程を含むことを特徴とするリソグラフィー用のダイヤモンドウェハの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかに記載のダイヤモンドウェハの被転写体側の面上に照射光等の吸収膜が形成されてなるリソグラフィー用のマスクブランクスにおいて、前記ダイヤモンドウェハの凹部の底面上に前記吸収膜が形成されたことを特徴とするリソグラフィー用のマスクブランクス。
【請求項６】
請求項５記載のマスクブランクスの吸収膜が所望の転写パターンを有する吸収体に形成されてなるリソグラフィー用のマスクにおいて、前記吸収体の厚さをＴ、前記凹部深さをＨとすると、Ｔ≦Ｈであることを特徴とするリソグラフィー用のマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の集積回路の形成に用いられるリソグラフィー用のダイヤモンドウェハ、マスクブランクス及びマスク並びにダイヤモンドウェハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被転写体である半導体基板にマスクを介して露光光源から光線等を照射してマスク上に形成された集積回路パターンを半導体基板に転写し、エッチング工程等を経て半導体基板に集積回路を形成するリソグラフィー技術が知られている。
この技術において用いられるステッパ（露光装置）では、通常、照射光の吸収膜によって形成されるマスクの面上の集積回路パターンをレンズを介して縮小することで、半導体基板に転写される集積回路パターンを高集積化している。
そして近年、半導体装置の集積回路の更なる高集積化に伴い、転写解像性を高めるため、例えばＫｒＦレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザー（波長１９３ｎｍ）のようなエキシマレーザー、電子線、Ｘ線（波長１ｎｍ）といった、より波長の短い露光光源を用いたステッパが実用化されつつある。
【０００３】
上記のような短波長の露光光源を用いるステッパでは、照射光等の回折現象による解像力の低下を無くすと共に焦点深度を深めるため、縮小露光で用いられていたレンズを廃して等倍露光とし、高解像の露光を正確に行うことを可能としている。
また、レンズを廃することにより装置の簡素化ができると共に、規格化された露光光源の照射面積（例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ）を縮小することなく半導体基板に照射することができるため、露光面積を最大限に設けることができる。
【０００４】
ここで図８に示すように、例えばＸ線を露光光源とするステッパ１においては、ＳＲリング４から取り出されたＸ線５をマスク１０を介して被転写体である半導体基板２に照射し、半導体基板２の面上に形成されたレジスト膜３に集積回路パターンを転写するものである。
一方マスク１０は、透過孔１４を有する例えばシリコンからなるマスク基板１１の面上にその透過孔１４を覆うようにＸ線透過率の非常に良い人工ダイヤモンドの透過膜１２が形成され、透過孔１４を覆うメンブレン（自立膜部）１５の面上に所望の集積回路パターンを有するＸ線の吸収体１６が形成されてなるものである。
【０００５】
このマスク１０は、等倍露光に対応するために、縮小露光の場合と比べて一層の高精度化が要求されている。そのため、吸収体１６の配設部位であるメンブレン１５の表面粗さをできるだけ小さくし、その面上に形成される吸収体１６の加工前の状態である吸収膜１６ａの膜質を安定させることで、吸収体１６が形成する微細な集積回路パターン（線幅３０ｎｍ〜０．１μｍ）を正確なものとしている。更に、透過膜１２を平均膜厚１〜２０μｍに形成することでメンブレン１５を薄膜化し、Ｘ線透過率をより高めている。
そして、半導体基板２とマスク１０とが２０〜３０μｍの微小ギャップ（図中におけるＧ）で対向配置され、マスク１０を介して半導体基板２にＸ線５が照射される。
このように、微小ギャップで半導体基板２に対向配置される高精度なマスク１０を介して、半導体基板２に短波長の光線を照射することにより、高集積化された集積回路パターンを高解像で転写することが可能となる。
半導体基板２上の一箇所に集積回路パターンの転写が完了すると、マスク１０はステッパ１によって一度半導体基板２から離れ、半導体基板２の面方向で相対移動した後に、他箇所に再度微小ギャップで対向配置されて転写を開始する。この工程を繰り返しながら半導体基板２の全域に順次集積回路パターンが転写されていく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような等倍露光のステッパ１においては、マスク１０と半導体基板２とが直接近接して対向配置されているため、例えばマスク１０が他箇所に移動して再度半導体基板２に近接するような時にマスク１０と半導体基板２とが接触した場合、マスク１０のメンブレン１５の面上に形成される吸収体１６が半導体基板２に先あたりし、強度的に最も弱いメンブレン１５に優先的に負荷が加わってしまうため、マスク１０が容易に破損してしまうという問題がある。
また、更なる高解像の露光を行うため、マスク１０と半導体基板２とのギャップを１０〜２０μｍ又はそれ以上に近接させることが要求されており、上記問題の対策がより重要となっている。
そこでこの発明は、マスクと半導体基板等の被転写体とを挟ギャップ化し高解像の露光を実現すると共に、万が一マスクと被転写体とが接触した場合にもマスクの破損を回避できるリソグラフィー用のダイヤモンドウェハ、マスクブランクス及びマスク並びにダイヤモンドウェハの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、透過孔を有するマスク基板の被転写体側の面上に前記透過孔を覆うようにダイヤモンドの透過膜が形成されてなるリソグラフィー用のダイヤモンドウェハにおいて、前記透過膜の被転写体側の面であって照射光等の吸収体を配設する部位に凹部が設けられたことを特徴とする。
このように構成することで、吸収体は、透過膜の被転写体側の一般面よりも低い位置にある凹部の底面上に配設されるため、透過膜の被転写体側の一般面からの突出量を減少させる又は吸収体の突出を無くすことが可能となる。また、吸収体の配設部位の透過膜をより薄膜化することが可能となる。
ここで、上記の照射光等とは、電子線、Ｘ線を含む概念である。
【０００８】
また、請求項２に記載した発明は、前記凹部の周縁部が前記透過孔の周縁部よりも広い範囲で設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、透過膜の被転写体側の一般面と凹部の底面との変化部分と、透過膜のみで構成される自立膜部とマスク基板の面上に形成される透過膜の被支持膜部との境界部分とを、異なる位置に設けることができるため、マスクに負荷が加わった場合、構造的に最も弱い自立膜部にかかる負荷を低減することが可能となる。
また、凹部の底面を照射光等の透過部分である透過孔よりも広く形成できるため、凹部の底面上に配設される吸収体を透過孔の開口範囲で最大限に形成することができる。従って、マスクの露光面積を最大限に設けることが可能となる。
【０００９】
また、請求項３に記載した発明は、前記凹部はガスクラスターイオンビームの照射によって成形され、その底面の表面粗さがＲｍｓ＝０．１〜１０ｎｍであることを特徴とする。
このように構成することで、吸収体の加工前の状態である吸収膜が、表面粗さがＲｍｓ（二乗平均表面粗さ）＝０．１〜１０ｎｍまで高精度に平坦化された底面上に形成されるため、吸収膜の膜質を高めることが可能となる。
【００１０】
また、請求項４に記載した発明は、マスク基板上にダイヤモンドの透過膜を形成する工程と、透過膜のみで構成されるメンブレンを形成する工程とを含むリソグラフィー用のダイヤモンドウェハの製造方法において、前記透過膜の被転写体側の面であって照射光等の吸収体を配設する部位にガスクラスターイオンビームの照射によって表面粗さがＲｍｓ＝０．１〜１０ｎｍの底面を有する凹部を形成する工程を含むことを特徴とする。
この方法により、ダイヤモンドのような堅い物質の凹加工を行うと共に、ガスクラスターイオンビームの特性として加工面が高精度に平坦化されることを有効利用して、凹部の底面の全域をＲｍｓ＝０．１〜１０ｎｍまで高精度に平坦化することが可能となる。
ここで、凹部の周縁形状はその加工工程を短縮させるために最小限の広さとすることが望ましく、従って透過孔の周縁形状に沿った短形状であることが望ましい。この場合、通常のドライエッチングや機械研磨によって凹部の底面の全域を高精度に平坦化することが困難であるため、ガスクラスターイオンビームの特性の利用が特に有効である。
【００１１】
また、請求項５に記載した発明は、前記ダイヤモンドウェハの被転写体側の面上に照射光等の吸収膜が形成されてなるリソグラフィー用のマスクブランクスにおいて、前記ダイヤモンドウェハの凹部の底面上に前記吸収膜が形成されたことを特徴とする。
このように構成することで、高精度に平坦化された凹部の底面上に吸収膜を形成することができるため、面粗さによるストレスのない膜質の高い吸収膜を形成することが可能となる。
【００１２】
また、請求項６に記載した発明は、前記マスクブランクスの吸収膜が所望の転写パターンを有する吸収体に形成されてなるリソグラフィー用のマスクにおいて、前記吸収体の厚さをＴ、前記凹部深さをＨとすると、Ｔ≦Ｈであることを特徴とする。
このように構成することで、透過膜の凹部の底面上に形成された吸収体の厚さ方向の突出上面を、透過膜の被転写体側の一般面と同一かそれよりも突出させないことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明に係るリソグラフィー用のマスク１０の斜視説明図である。
同図に示すように、この実施の形態によるマスク１０は、例えばシリコンからなる円盤状のマスク基板１１の一方の面に、人工ダイヤモンドの透過膜１２を形成してなるダイヤモンドウェハ１３を基に構成されている。
ダイヤモンドウェハ１３の中央部には、５０ｍｍ×５０ｍｍの透過孔１４が形成されており、この透過孔１４を覆う透過膜１２のみで構成される部分がメンブレン１５となる。
【００１４】
メンブレン１５のマスク基板１１側と反対側の面には、図示しない反射防止膜を介して（無い場合もある）、例えば金属Ｗ、タンタルＴａ等からなり、所望の集積回路パターンに形成された照射光等（電子線、Ｘ線を含む）の吸収体１６が設けられている。
このような構成を有するマスク１０が、図示しないステッパ１において、その透過膜１２側を被転写体である半導体基板２側に、マスク基板１１側を露光光源６側に向くように配置される。
【００１５】
図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
同図に示すように、マスク基板１１はその中央部が除去されており、露光光源６側（図２においては下方側）に向かって広がる略テーパ状の周面１４ａを有する透過孔１４が形成されている。
マスク基板１１の半導体基板２側（図２においては上方側）の面上には、透過孔１４を覆うように透過膜１２が形成されている。
マスク基板１１と透過膜１２との界面１１ａと、透過孔１４の周面１４ａとの稜線は５０ｍｍ×５０ｍｍの短形状を形成しており、その稜線が透過孔１４の周縁部１４ｂとなる。また、この周縁部１４ｂで囲まれた透過膜１２のみで構成される部分がメンブレン１５となる。尚、透過膜１２のマスク基板１１の面上に形成される部分を被支持膜部１５ａとする。
【００１６】
そして、透過膜１２の半導体基板２側の面には、その一般面１２ａと平行な底面１７ｃを有する凹部１７が設けられている。
この凹部１７は透過膜１２の一般面１２ａに対して略垂直に設けられた周面１７ａを有しており、その周面１７ａと底面１７ｃとの稜線が凹部１７の周縁部１７ｂとなる。そして、この周縁部１７ｂは、透過孔１４の周縁部１４ｂよりも広い範囲で設けられている。
【００１７】
ここで、凹部１７は周知のガスクラスターイオンビームＧＣＩＢの照射によって形成されている。透過膜１２の一般面１２ａの表面粗さはＲｍｓ＝３０〜１００ｎｍ程度であるが、凹部１７の底面１７ｃにおいては、ガスクラスターイオンビームＧＣＩＢの特性により凹部１７の凹加工と同時に底面１７ｃが高精度に平坦化されており、その表面粗さは最良でＲｍｓ＝０．１ｎｍまで平坦化されている。
また、凹部１７は０．２〜１．０μｍの範囲内で一定の深さとなるように形成されている。凹部１７の深さが０．２μｍより浅いと、その底面１７ｃに形成される吸収体１６が透過膜１２の一般面１２ａから突出し、この発明の効果が低下してしまう。また、１．０μｍより深いとメンブレン１５の強度が大きく低下してしまう。
【００１８】
そして、凹部１７の底面１７ｃ上であって透過孔１４の周縁部１４ｂの内側の範囲には、つまりメンブレン１５には、０．２〜０．３μｍの厚さを有する吸収体１６が形成されている。
この吸収体１６は、底面１７ｃ上に製膜された吸収膜１６ａを所望の集積回路パターンに形成してなるものである。吸収膜１６ａは、底面１７ｃが高精度に平坦化されているため、面粗さによる歪みや残留応力等のストレスが少ない。従って、高集積化された集積回路パターンを形成する場合でも、微細な線幅で正確に形成することが可能となる。
また、凹部１７の深さ（図中におけるＨ）が吸収体１６の厚さ（図中におけるＴ）と同一がそれよりも深く形成されているため、吸収体１６の突出上面１６ｂが透過膜１２の一般面１２ａから突出することはない。
尚、吸収膜１６ａが集積回路パターンに形成される前の状態のデバイスをマスクブランクス１０ａとする。
【００１９】
以上の構成により、半導体基盤２とマスク１０とが万が一接触した場合でも、吸収体１６が半導体基盤２に先あたりすることがなく、マスク基板１１の面上に形成される透過膜１２の被支持膜部１５ａ及び吸収体１６の突出上面１６ｂが同時に接触するか被支持膜部１５ａのみが接触するため、メンブレン１５が優先的にダメージを受けることがなく、マスク１０と半導体基盤２とを狭ギャップ化した場合でもマスク１０の破損を回避することができる。
【００２０】
また、凹部１７が形成されたことにより、メンブレン１５が薄膜化されて照射光等の透過率を一層向上させている。更に、凹部１７は透過孔１４よりも広く形成されているため、露光面積を最大限に設けることができる。そして、凹部１７の底面１７ｃが高精度に平坦化されているため、そこに形成される吸収体１６の加工前の吸収膜１６ａの膜質を高めて微細な転写パターンを正確に形成することができる。
【００２１】
そして、凹部１７の周縁部１７ｂが透過孔１４の周縁部１４ｂを避けた位置に形成されているため、メンブレン１５に負荷が加わった場合に、透過膜１２の一般面１２ａと凹部１７の底面１７ｃとの変化部分での応力集中と、メンブレン１５と被支持膜部１５ａとの境界部分での応力集中とが、同一箇所で生じることを防止することができる。従って、マスク１０の破損を回避することができる。
特に、シリコンとダイヤモンドといった熱物性が異なる材料を組み合わせて形成されるダイヤモンドウェハ１３においては、その界面１１ａにストレスが生じているため、透過孔１４の周縁部１４ｂの応力集中を低減することの効果が高い。
【００２２】
次に、この発明に係るマスク１０の製造方法について、Ｘ線リソグラフィー用マスクを例に説明する。
先ず、シリコン単結晶から切り出された例えば直径１００ｍｍ、厚さ２０００μｍの寸法のマスク基板１１を形成する。そして、その上面をＲｍｓ＝０．１〜０．５ｎｍに鏡面加工し、人工ダイヤモンドを蒸着することで、図３に示すように透過膜１２（膜厚２μｍ）を有するダイヤモンドウェハ１３を形成する。
【００２３】
そして、ダイヤモンドウェハ１３の透過膜１２の上面であって、透過孔１４の周縁部１４ｂよりも広い範囲に、周知のガスクラスターイオンビームＧＣＩＢの照射によって０．２〜１．０μｍの範囲内で一定の深さを有する凹部１７を形成する。
更に、マスク基板１１の下面を覆い且つその中央部に５０ｍｍ×５０ｍｍの孔を有する保護シートを密着させ、その孔部分に露出したマスク基板１１をエッチング溶液で溶解除去することで、図４に示すように透過孔１４及びその透過孔１４を覆うメンブレン１５を形成する。
【００２４】
ここで、ガスクラスターイオンビームＧＣＩＢについて図７を用いて説明する。
同図に示すように、ガスクラスターイオンビーム装置５０は、主としてクラスター生成部５１と、イオン化部５２と、加速照射部５３とから構成されている。
クラスター生成部５１では、アルゴンガス等の原料ガスを高圧で真空中に噴出することにより、原料ガスが断熱膨張により凝縮して原料ガス原子の集団であるクラスター５５が生成される。
生成されたクラスター５５はイオン化部５２でイオン化され、加速照射部５３の加速電圧により加速されてガスクラスターイオンビームＧＣＩＢとなり被加工物５４に照射される。
照射されたガスクラスターイオンビームＧＣＩＢは被加工物５４に衝突してその加工表面５４ａをスパッタする。この時、衝突によってクラスター５５を形成していた原子が分離し、被加工物５４の加工表面５４ａと平行に飛散することで加工表面５４ａの突起をスパッタし、加工表面５４ａが高精度に平坦化される。
【００２５】
上記ガスクラスターイオンビームＧＣＩＢを用いて人工ダイヤモンドからなる透過膜１２に凹部１７を形成するに際して、その底面１７ｃの高精度な平坦化を伴う凹加工を行うためのガスクラスターイオンビームＧＣＩＢの主要パラメータを下記に示す。
・クラスター生成室圧力：４０００〜１００００  Ｔｏｒｒ
・加速電圧：２０〜５０  Ｋｅｖ
・イオン化電圧：２００〜５００  Ｖ
・イオン化電流：２００〜５００  ｍＡ
・照射量：３ｅ＋１７〜１ｅ＋１９  ｉｏｎｓ／ｃｍ2
【００２６】
人工ダイヤモンドのような硬い材料に凹部１７を形成するにあたって、通常のドライエッチングで加工を行った場合は、凹部１７の底面１７ｃの表面粗さが荒くなってしまう。また、機械研磨を行っても凹部１７の周縁部１７ｂ付近まで研磨することは困難である。
上記のガスクラスターイオンビームＧＣＩＢを用いれば、凹部１７を形成すると共にその底面１７ｃ全域の高精度な平坦化が可能であるため、生産効率が向上すると共に凹部１７の底面１７ｃに形成されるＸ線の吸収膜１６ａの膜質を高めることができる。
【００２７】
上記ガスクラスターイオンビームＧＣＩＢの照射によって形成された凹部１７の底面１７ｃは、その表面粗さがＲｍｓ＝０．１〜１０ｎｍに仕上げられており、図５に示すようにその底面１７ｃ上であって透過孔１４の周縁部１４ｂの内側の範囲に、つまりメンブレン１５に、図示しない反射防止膜を介して、例えばＴａ膜又はＷ−Ｔｉ合金膜（Ｔｉ：１．５％含有）等からなるＸ線の吸収膜１６ａを平均膜厚０．２〜０．３μｍで製膜し、マスクブランクス１０ａを形成する。
【００２８】
最後に、吸収膜１６ａの表面に、所望の集積回路パターンを描くように電子ビームを走査させた後にエッチング工程を経て、集積回路パターンを有する吸収体１６が形成されて、図６に示すリソグラフィー用のマスク１０が完成する。
【００２９】
上述のように製造されたリソグラフィー用のマスク１０において、ダイヤモンドウェハ１３の凹部１７をガスクラスターイオンビームＧＣＩＢによって形成することにより、凹部１７の凹加工とその底面１７ｃの高精度な平坦化加工とを同時に行うことができるため、ダイヤモンドウェハの製造工数を低減できる。
また、短形状の凹部１７においても、その底面１７ｃの全域が高精度に平坦化されるため、その面上に形成される吸収膜１６ａの膜質が高まり、微細な集積回路パターンを正確に形成することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、吸収体の、透過膜の被転写体の一般面からの突出量を減少させる又は吸収体の突出を無くすことが可能となるため、マスクと被転写体とをより挟ギャップ化することができる。また、吸収体の配設部位の透過膜をより薄膜化することが可能となるため、照射光等の透過性をより高めることができる。
従って、より高解像の露光が可能となり、半導体装置の一層の高集積化に対応できる効果がある。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明によれば、マスクに負荷が加わった場合、構造的に最も弱い自立膜部にかかる負荷を低減することが可能となるため、自立膜部の強度を高め、マスクが容易に破損することを防止できる効果がある。
また、マスクの露光面積を最大限に設けることが可能となるため、半導体装置の一層の高集積化に対応できる効果がある。
【００３２】
また、請求項３に記載の発明によれば、吸収膜が形成される底面を高精度に平坦化することで吸収体の膜質を高めることが可能となるため、微細な転写パターンを正確に形成することができる効果がある。
【００３３】
また、請求項４に記載の発明によれば、凹部の形成とその底面の全域の高精度な平坦化とを同時に行うことが可能となるため、ダイヤモンドウェハの製造工数を低減できる効果がある。
【００３４】
また、請求項５に記載の発明によれば、膜質の高い吸収膜を形成することが可能となるため、その吸収膜を所望の転写パターンに形成するに際して、微細な線幅のパターンを正確に形成することができる効果がある。
【００３５】
また、請求項６に記載の発明によれば、吸収体の厚さ方向の突出上面が透過膜の被転写体側の一般面と同一かそれよりも突出させないことが可能となるため、万が一マスクと被転写体とが接触した場合に、透過孔の開口範囲に形成されている吸収体の突出上面のみが先あたりすることを防止できる。
従って、強度的に最も弱い自立膜部に負荷が集中することを防止することができ、マスクと被転写体とを挟ギャップ化した場合でもマスクの破損を回避することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の斜視説明図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】  ダイヤモンドウェハの加工前の断面図である。
【図４】  ダイヤモンドウェハの加工後の断面図である。
【図５】  マスクブランクスの断面図である。
【図６】  マスクの断面図である。
【図７】  ガスクラスターイオンビーム装置の構成説明図である。
【図８】  従来のＸ線を露光光源とするステッパの構成説明図である。
【符号の説明】
２  半導体基板
１０  マスク
１０ａ  マスクブランクス
１１  マスク基板
１２  透過膜
１３  ダイヤモンドウェハ
１４  透過孔
１４ｂ  周縁部
１５  メンブレン
１６  吸収体
１６ａ  吸収膜
１７    凹部
１７ｂ  周縁部
１７ｃ  底面
ＧＣＩＢ  ガスクラスターイオンビーム
【図１】
0003736487.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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