JP2006163177A - Ｘ線マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大面積の窓領域を有する、製造効率の高いＸ線マスクを提供する。
【解決手段】 本発明のＸ線マスクは、Ｘ線リソグラフィにおいてレジストにパターンを転写するマスクであり、Ｘ線透過部と、Ｘ線透過部により保持されるＸ線吸収体とを備える。このＸ線透過部を構成するＸ線透過膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成される層を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線透過部が、ＡｌまたはＴｉなどの金属または金属化合物により構成される層を有するＸ線マスクおよびその製造方法に関する。

マイクロマシンおよびマイクロ光学の分野における３次元微細構造体は、Ｘ線リソグラフィにより製造することができる。特に、Ｘ線の中でもシンクロトロン放射のＸ線（以下、「ＳＲ」という。）を使用するＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung Abformung ）法は、高さ数百μｍで高いアスペクト比を有する３次元微細構造体を製造することができるとともに、高精度の加工が可能である。

Ｘ線リソグラフィにおいては、Ｘ線マスクを介してレジストにＸ線を照射し、Ｘ線マスクのパターンをレジストに転写する。Ｘ線マスクは、Ｘ線透過率の高い薄膜であるＸ線透過部（マスクブランク）と、Ｘ線透過部上に保持され、Ｘ線透過率の低いＸ線吸収体とを備える。Ｘ線透過部は、ＳｉＮなどからなり、一方、Ｘ線吸収体は、タングステン（Ｗ）などからなる。

ＬＩＧＡ法では、高さ数百μｍのレジストを露光するため、Ｘ線吸収体の厚さは５μｍ程度必要であり、このような厚膜のＸ線吸収体は、ＳｉＮなどのＸ線透過部上にスパッタリングした後、ドライエッチングすることにより形成することができる（非特許文献１参照）。

具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、支持基板４１の両面にＣＶＤ法により、Ｘ線透過部である厚さ２μｍのＳｉＮ膜４２ａ、４２ｂを形成する。つぎに、支持基板４１の下面のＳｉＮ膜４２ｂを、ＲＩＥなどにより、Ｘ線マスクの窓領域と同程度の大きさおよび形状となるようにエッチングし、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜４２ｃを形成する。

つぎに、図４（ｃ）に示すように、支持基板４１の上面にあるＳｉＮ膜４２ａ（マスクブランク）上に、スパッタリングにより厚さ０．１μｍのＡｌ₂Ｏ₃からなるエッチングストップ膜４２ｄと、厚さ５μｍのＷからなるＸ線吸収体膜４３ａと、厚さ０．２μｍのＡｌからなる膜４３ｂとを順次形成する。

その後、Ａｌからなる膜４３ｂ上にレジストを形成し、リソグラフィによりレジストをパターン化し、Ｃｌ₂を用いて、Ａｌからなる膜４３ｂをエッチングして、図４（ｄ）に示すようなエッチングマスク４３ｃを形成する。つづいて、パターン化したエッチングマスク４３ｃを利用して、ＳＦ₆のＥＣＲ（ electron cyclotron resonance ）プラズマにより、ＷからなるＸ線吸収体膜４３ａをドライエッチングし、レジスト４６を除去すると、図４（ｅ）に示すような構造体が得られる。最後に、支持基板４１の反対面をエッチングし、窓を開口すると、図４（ｆ）に示すようなＸ線マスク４０が得られる。形成する窓は、破損を避けるため、４０ｍｍ×２０ｍｍ以下とする。
奥山 浩、平田 嘉裕、「タングステンの高アスペクト比加工技術を用いたＸ線マスクの開発」、第９回機械学会設計工学システム部門講演会、１９９９年１０月、第１−４頁

しかし、このようにして得られるＸ線マスクは、Ｘ線の透過効率を高めるためにＸ線透過部を厚さ２μｍ程度の薄膜とする必要があり、また、ＷなどからなるＸ線吸収体膜の応力が大きいため、ＳｉＮなどからなるＸ線透過部が破損しやすい。したがって、大面積からなる窓を有するＸ線マスクを提供することが困難であるため、露光面積が狭く、製造効率が低い。

本発明の課題は、大面積の窓領域を有する、製造効率の高いＸ線マスクを提供することにある。

本発明のＸ線マスクは、Ｘ線リソグラフィにおいてレジストにパターンを転写するマスクであり、Ｘ線透過部と、Ｘ線透過部により保持されるＸ線吸収体とを備える。このＸ線透過部を構成するＸ線透過膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成される層を有することを特徴とする。

かかる層は、スパッタリングまたはＣＶＤまたは蒸着により形成することができる。また、薄膜状のＸ線透過膜を支持フレームに固定することにより形成することができる。さらには、板状体を切削することにより形成することができる。

Ｘ線透過膜が破損しにくいため、Ｘ線マスクの窓領域を広くすることができる。

（Ｘ線マスク）
本発明のＸ線マスクの典型的な例を図１（ｆ）に示す。図１（ｆ）に示すように、本発明のＸ線マスク１０は、Ｘ線透過部１２と、Ｘ線透過部１２により保持されるＸ線吸収体１３ｄとを備え、Ｘ線リソグラフィにおいてレジストにパターンを転写することができる。このＸ線マスク１０においては、Ｘ線透過部１２が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成されるＸ線透過膜１２ａを有することを特徴とする。

ＳＲなどのＸ線は透過力が強いため、リソグラフィにより露光するレジストとして、化薬マイクロケム製のＳＵ−８などの高感度レジストを使用する場合には、Ｘ線透過部が、金属または金属化合物により構成される層を有するものであっても十分に露光することができる。このような金属層または金属化合物からなる層を有するＸ線透過部は、従来のＳｉＮ製の薄膜と異なり、割れなどの破損が生じにくいため、大面積の窓を有するＸ線マスクを提供することが可能であり、露光面積が広く、製造効率を高めることができる。

たとえば、厚さ２μｍのＳｉＮ膜を透過部に備えるＸ線マスクは、２０ｍｍ×４０ｍｍより大きな窓領域を形成すると、ＳｉＮ膜の割れが生じやすくなる。これに対して、たとえば、厚さ２μｍのＮｉ膜を透過部に有する本発明のＸ線マスクは、透過部が破損しにくいため、４５ｍｍ×４５ｍｍ程度にまで大幅に窓領域を拡大することができる。

Ｘ線透過部には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成される層を有する。金属化合物としては、酸化物、窒化物などが好ましい。

この金属層または金属化合物層の厚さは、構成する材料の種類によって異なるが、一般的には、機械的強度を維持する点で、２μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。また、Ｘ線透過率を高める点で、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。

（Ｘ線マスクの製造方法）
本発明のＸ線マスクの製造方法は、上記Ｘ線マスクの製造方法であって、Ｘ線透過部における金属層または金属化合物層は、スパッタリングまたはＣＶＤまたは蒸着により形成し、または、薄膜状のＸ線透過膜を支持フレームに固定することにより形成し、または、板状体を切削することにより形成することができる。

実施の形態１
本実施の形態においては、Ｘ線透過部における金属層または金属化合物層を、スパッタリングまたはＣＶＤまたは蒸着により形成する。かかる層は、金属層または金属化合物層であるため、スパッタリングまたはＣＶＤまたは蒸着などの通常の方法により容易に形成することができる。

まず、支持基板１１の下面に、ＬＰＣＶＤ（ Low Pressure Chemical Vapor Deposition ）法などによりＳｉＮ膜を形成し、つづいて、図１（ａ）に示すように、ＲＩＥまたはレーザ加工などにより、Ｘ線マスクの窓領域と同程度の大きさおよび形状となるようにエッチングし、ＳｉＮ膜１５を形成する。支持基板１１には、直径３インチ、厚さ１ｍｍのＳｉ基板などを使用することができる。また、ＳｉＮ膜１５は、厚さ２μｍ程度形成するのが好ましい。

つぎに、図１（ｂ）に示すように、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物からなるマスクブランク１２ａを、支持基板１１の上面に形成する。マスクブランク１２ａは、スパッタリングまたはＣＶＤまたは蒸着により容易に形成することができ、厚さは２μｍ〜１００μｍとするのが好ましい。

その後、図１（ｃ）に示すように、マスクブランク１２ａ上に、スパッタリングにより、Ａｌ₂Ｏ₃などからなるエッチングストップ膜１２ｂと、ＷまたはＷＮなどからなるＸ線吸収体膜１３ａと、Ａｌなどからなる膜１３ｂとを順次形成する。エッチングストップ膜１２ｂは厚さ０．１μｍ程度、ＷなどからなるＸ線吸収体膜１３ａは厚さ５μｍ程度、Ａｌなどからなる膜１３ｂは厚さ０．２μｍ程度形成するのが好ましい。

その後、Ａｌなどからなる膜１３ｂ上にレジストを形成し、リソグラフィによりパターン化を行なうと、図１（ｄ）に示すようなレジスト１６が得られる。リソグラフィの代わりに、電子線描画法によりパターニングすることもできる。つづいて、Ｃｌ₂またはＢＣｌ₃によりＡｌなどからなる膜１３ｂをプラズマエッチングして、パターン化したエッチングマスク１３ｃを形成する。つぎに、エッチングマスク１３ｃを利用して、ＳＦ₆などによりＷなどからなるＸ線吸収体膜１３ａをプラズマエッチングし、レジスト１６を除去すると、図１（ｅ）に示すような構造体が得られる。

Ｘ線吸収体膜１３ａのエッチングに際しては、加工する構造体の厚さが増加するに伴ない、サイドエッチングも大きくなるため、パターンの加工精度およびプロファイル（形状）が劣化しやすい。そこで、低圧高密度プラズマであるＥＣＲプラズマを使用し、プラズマ圧力を低減することにより、エッチングプロファイルの異方性を高めるのが好ましい。また、基板温度を−４０℃程度に冷却すると、サイドエッチングを抑制することができるので好ましい。

最後に、支持基板１１の反対面をエッチングし、窓を開口すると、図１（ｆ）に示すような本発明のＸ線マスク１０が得られる。支持基板１１のエッチングは、４０％ＫＯＨ水溶液などのアルカリ水溶液により行なうことができるが、使用するアルカリ水溶液は、Ｘ線透過膜１２ａを保護するために、支持基板１１に対するエッチングレートが、Ｘ線透過膜１２ａに対するエッチングレートより十分に速いものを選択するのが好ましい。たとえば、２５％水酸化テトラメチルアンモン水溶液（ＴＭＡＨ）は、ＮｉからなるＸ線透過膜に対するエッチングレートより、Ｓｉからなる支持基板に対するエッチングレートの方が速いため、Ｘ線透過膜への影響を抑えながら、Ｓｉ基板を深くエッチングすることができる。

得られるＸ線マスク１０は、Ｘ線透過部１２とＸ線吸収体１３ｄとを備える。また、Ｘ線透過部１２は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属またはその金属化合物により構成されるＸ線透過膜１２ａを有するため、Ｘ線透過部が破損しにくく、大面積の窓領域を有するＸ線マスクを提供することができる。したがって、Ｘ線による露光効率を高め、製造コストを低減することができる。

実施の形態２
本実施の形態においては、Ｘ線透過部における金属層または金属化合物層は、薄膜状のＸ線透過膜を支持フレームに治具により固定して形成する。Ａｌ、ＴｉまたはＦｅなどからなる薄膜は、部品として容易に入手することができるので、この層を支持フレームに固定することにより、容易にＸ線透過部を形成することができ、製造コストを低減することができる。

まず、図２（ａ）に示すように、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物からなる層２２ａを、たとえば、ＳＵＳ製の支持フレーム２１に、張力を持たせた状態で治具２５により固定する。層２２ａは薄膜状のＸ線透過膜であり、厚さは２μｍ〜１００μｍが好ましい。

つぎに、図２（ｂ）に示すように、層２２ａ上に、スパッタリングにより、Ａｌ₂Ｏ₃などからなるエッチングストップ膜２２ｂと、ＷまたはＷＮなどからなるＸ線吸収体膜２３ａと、Ａｌなどからなる膜２３ｂとを順次形成する。エッチングストップ膜２２ｂは厚さ０．１μｍ程度、ＷなどからなるＸ線吸収体膜２３ａは厚さ５μｍ程度、Ａｌなどからなる膜２３ｂは厚さ０．２μｍ程度形成するのが好ましい。

その後、Ａｌなどからなる膜２３ｂ上にレジストを形成し、リソグラフィによりパターン化すると、図２（ｃ）に示すようなレジスト２６が得られる。リソグラフィの代わりに、電子線描画法によりパターン化することもできる。つづいて、Ｃｌ₂またはＢＣｌ₃によりＡｌなどからなる膜２３ｂをプラズマエッチングして、パターン化する。つぎに、パターン化したエッチングマスク２３ｃを利用して、ＳＦ₆などによりＷなどからなるＸ線吸収体膜２３ａをプラズマエッチングし、レジスト２６を除去すると、図２（ｄ）に示すような本発明のＸ線マスク２０が得られる。エッチングは、ＥＣＲプラズマを使用し、基板温度を−４０℃程度に冷却すると、サイドエッチングを抑制することができるので好ましい。

得られるＸ線マスク２０は、Ｘ線透過部２２とＸ線吸収体２３ｄとを備える。また、Ｘ線透過部２２は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属またはその金属化合物からなるＸ線透過膜２２ａを有し、Ｘ線透過部２２が破損しにくいため、大面積の窓領域を有するＸ線マスクを提供することができる。したがって、Ｘ線による露光効率を高め、製造コストを低減することができる。

実施の形態３
本実施の形態においては、Ｘ線透過部における金属層または金属化合物層は、板状体を切削して形成する。Ａｌ、ＴｉまたはＦｅなどからなる板状体の一部を切削することにより、薄膜状の窓領域を形成し、Ｘ線透過部として利用することができる。また、機械加工によるため低コストで製造することができ、フレームと透過部を同一の部材を利用して一度に形成することができる。

まず、図３（ａ）に示すような、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物からなる板状体を切削し、図３（ｂ）に示すような中央部に薄層３１ａを有する構造体３１を形成する。層３１ａの厚さは、２μｍ〜１００μｍが好ましい。

つぎに、図３（ｃ）に示すように、構造体３１の上面にスパッタリングにより、Ａｌ₂Ｏ₃などからなるエッチングストップ膜３２ｂと、ＷまたはＷＮなどからなるＸ線吸収体膜３３ａと、Ａｌなどからなる膜３３ｂとを順次形成する。エッチングストップ膜３２ｂは厚さ０．１μｍ程度、ＷなどからなるＸ線吸収体膜３３ａは厚さ５μｍ程度、Ａｌなどからなる膜３３ｂは厚さ０．２μｍ程度形成するのが好ましい。

その後、Ａｌなどからなる膜３３ｂ上にレジストを形成し、リソグラフィによりパターン化すると、図３（ｄ）に示すようなレジスト３６が得られる。リソグラフィの代わりに、電子線描画法によりパターン化することもできる。つづいて、Ｃｌ₂またはＢＣｌ₃によりＡｌなどからなる膜３３ｂをプラズマエッチングして、パターン化する。つぎに、パターン化したエッチングマスク３３ｃを利用して、ＳＦ₆などによりＷなどからなるＸ線吸収体膜３３ａをプラズマエッチングし、レジスト３６を除去すると、図３（ｅ）に示すような本発明のＸ線マスク３０が得られる。エッチングは、ＥＣＲプラズマを使用し、基板温度を−４０℃程度に冷却すると、サイドエッチングを抑制することができるので好ましい。

得られるＸ線マスク３０は、Ｘ線透過部とＸ線吸収体３３ｄとを備え、Ｘ線透過部は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属またはその金属化合物からなるＸ線透過膜３１ａを有するため、Ｘ線透過部が破損しにくい。したがって、大面積の窓領域を有するＸ線マスクを提供することができ、Ｘ線による露光効率を高め、製造コストを低減することができる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

窓領域の面積が広く、製造効率の高いＸ線マスクを提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるＸ線マスクの製造方法を示す工程図である。 本発明の実施の形態２におけるＸ線マスクの製造方法を示す工程図である。 本発明の実施の形態３におけるＸ線マスクの製造方法を示す工程図である。 従来のＸ線マスクの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１０ Ｘ線マスク、１２ Ｘ線透過部、１２ａ Ｘ線透過膜、１３ｄ Ｘ線吸収体、２１ 支持フレーム。

Claims (4)

1. Ｘ線リソグラフィにおいてレジストにパターンを転写するマスクであって、Ｘ線透過部と、該Ｘ線透過部により保持されるＸ線吸収体とを備え、前記Ｘ線透過部を構成するＸ線透過膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成される層を有することを特徴とするＸ線マスク。
2. Ｘ線リソグラフィにおいてレジストにパターンを転写するマスクの製造方法であって、前記マスクは、Ｘ線透過部と、該Ｘ線透過部により保持されるＸ線吸収体とを備え、前記Ｘ線透過部を構成するＸ線透過膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成される層を有し、該層は、スパッタリングまたはＣＶＤまたは蒸着により形成することを特徴とするＸ線マスクの製造方法。
3. Ｘ線リソグラフィにおいてレジストにパターンを転写するマスクの製造方法であって、前記マスクは、Ｘ線透過部と、該Ｘ線透過部により保持されるＸ線吸収体とを備え、前記Ｘ線透過部を構成するＸ線透過膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成される層を有し、該層は、薄膜状のＸ線透過膜を支持フレームに固定して形成することを特徴とするＸ線マスクの製造方法。
4. Ｘ線リソグラフィにおいてレジストにパターンを転写するマスクの製造方法であって、前記マスクは、Ｘ線透過部と、該Ｘ線透過部により保持されるＸ線吸収体とを備え、前記Ｘ線透過部を構成するＸ線透過膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもしくはＣｕのうち少なくとも１つの金属、または、その金属化合物により構成される層を有し、該層は、板状体を切削して形成することを特徴とするＸ線マスクの製造方法。

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