JP2007085899A - X-ray absorber - Google Patents

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久貴 竹中
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政利 小田
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裕基 入口
Akira Ueda
亮 上田
Osamu Moriwaki
修 森脇
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an absorber pattern for extra-fine and high-accuracy X-ray optical elements. <P>SOLUTION: At least a portion of the components of X-ray absorber is set to be a Ta compound;, and tantalum oxide or tantalum nitride is available as the Ta compound. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、X線顕微鏡や極微小X線計測器の回折格子やフレネルゾーンプレート、あるいはX線リソグラフィ用のマスク等のX線光学素子に用いられる吸収体に関するものである。   The present invention relates to an absorber used for an X-ray optical element such as a diffraction grating of an X-ray microscope or a micro X-ray measuring instrument, a Fresnel zone plate, or a mask for X-ray lithography.

X線用のレンズやフィルタとして用いられる回折格子やフレネルゾーンプレート、あるいはX線リソグラフィ用のマスクは、通常、X線を良く透過する基板上にX線を良く吸収する材料からなる吸収体パターンを形成した構造を有する(例えば、非特許文献1〜非特許文献6参照)。ここで、X線光学素子としての性能を決定するのに重要なのは吸収体パターンであり、X線の波長が長く、基板による吸収が大きい場合は、基板を無くして吸収体の貫通孔パターンのみでX線光学素子を構成することもある。   A diffraction grating or Fresnel zone plate used as an X-ray lens or filter, or a mask for X-ray lithography usually has an absorber pattern made of a material that absorbs X-rays on a substrate that transmits X-rays well. It has the formed structure (for example, refer nonpatent literature 1-nonpatent literature 6). Here, it is the absorber pattern that is important for determining the performance as the X-ray optical element. When the wavelength of the X-ray is long and the absorption by the substrate is large, the substrate is eliminated and only the through-hole pattern of the absorber is used. An X-ray optical element may be configured.

吸収体パターンの寸法や形状は、対象とするX線の波長や素子の機能によって異なる。図3(A)はX線用回折格子の平面図、図3(B)は図3(A)のX線用回折格子の断面図、図4(A)はX線用フレネルゾーンプレートの平面図、図4(B)は図4(A)のX線用フレネルゾーンプレートの断面図である。図3、図4において、10,20は基板、11,21は吸収体パターン、12,22はSi支持体である。   The size and shape of the absorber pattern vary depending on the wavelength of the target X-ray and the function of the element. 3A is a plan view of the X-ray diffraction grating, FIG. 3B is a cross-sectional view of the X-ray diffraction grating of FIG. 3A, and FIG. 4A is a plane of the X-ray Fresnel zone plate. FIG. 4B is a cross-sectional view of the X-ray Fresnel zone plate of FIG. 3 and 4, 10 and 20 are substrates, 11 and 21 are absorber patterns, and 12 and 22 are Si supports.

X線用回折格子は、図3(A)、図3(B)に示すように一定幅の直線パターンの集合である吸収体パターン11を有するものであり、X線用フレネルゾーンプレートは、図4(A)、図4(B)に示すように同心円パターンで、半径が大きくなるに従ってライン幅が次第に小さくなる吸収体パターン21を有するものである。X線リソグラフィ用マスクの場合は、半導体集積回路などの複雑な吸収体パターンを有する。これらの吸収体パターンを如何に精度良く形成するかによってX線光学素子の性能が左右される。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the X-ray diffraction grating has an absorber pattern 11 that is a set of linear patterns having a constant width, and the X-ray Fresnel zone plate is shown in FIG. 4 (A) and 4 (B), it has a concentric pattern, and has an absorber pattern 21 in which the line width gradually decreases as the radius increases. In the case of a mask for X-ray lithography, it has a complicated absorber pattern such as a semiconductor integrated circuit. The performance of the X-ray optical element depends on how accurately these absorber patterns are formed.

従来、X線を良く透過する基板の材料として0.2〜2μm厚のSiNが使用され、吸収体の材料としてNi、AuあるいはTaが使用され、基板を支える材料としてSi板が使用されてきた。SiNは、X線透過率が高い上に、化学的に安定し、組成が均一かつ平滑で、高強度である等の特長を持っており、薄膜基板材料として広く使用されている。
一方、吸収体材料については対象とするX線の波長や製造技術によって使用する材料が分かれている。Niは、メッキ法で容易にパターン形成でき、図5に示すように他の材料に比較して比較的長波長領域のX線をよく吸収することから長波長X線用の吸収体として用いられてきた。Auも、メッキ法でパターン形成でき、広い波長領域のX線に対して吸収係数が大きいことから汎用の吸収体材料として用いられている。
Conventionally, SiN having a thickness of 0.2 to 2 μm has been used as a material for a substrate that transmits X-rays well, Ni, Au, or Ta has been used as a material for an absorber, and a Si plate has been used as a material for supporting the substrate. . SiN has features such as high X-ray transmittance, chemical stability, uniform and smooth composition, and high strength, and is widely used as a thin film substrate material.
On the other hand, materials used for the absorber material are different depending on the wavelength of the target X-ray and the manufacturing technology. Ni can be easily patterned by a plating method and absorbs X-rays in a relatively long wavelength region as compared with other materials as shown in FIG. 5, so it is used as an absorber for long-wavelength X-rays. I came. Au is also used as a general-purpose absorber material because it can be patterned by a plating method and has a large absorption coefficient for X-rays in a wide wavelength region.

近年、メッキ法より欠陥が少なく、安定したパターン形成が可能なドライエッチングの技術が用いられるようになった。NiやAuはドライエッチングができない材料であることから、これらと同等のX線吸収係数を持ち、ドライエッチングが可能な材料としてTa吸収体が出現した。Ta吸収体は、化学的に安定で、微細なパターンまで形成可能であることから、現在では50nm級の微細パターンまで含んだ回折格子やフレネルゾーンプレートに用いられている。   In recent years, dry etching techniques have been used that have fewer defects than plating methods and enable stable pattern formation. Since Ni and Au are materials that cannot be dry-etched, Ta absorbers have emerged as materials that have an X-ray absorption coefficient equivalent to these materials and can be dry-etched. Ta absorbers are chemically stable and can form fine patterns, and are currently used for diffraction gratings and Fresnel zone plates including fine patterns of 50 nm class.

図6(A)〜図6(D)はTa吸収体を使ったX線用フレネルゾーンプレートの製造工程を示す断面図である。まず、薄膜堆積であるが、図6(A)に示すように、Si板30上にSiN膜31を所定の厚さに堆積し、次にTa膜32を堆積する。SiN膜31の堆積には通常LP−CVD法が用いられ、Ta膜32はスパッタ法で形成される。次に、電子ビーム描画装置を用いて、図6(B)のようにレジストパターン33を形成する。そして、このレジストパターン33をマスクにTa膜32をドライエッチングする(図6(C))。最後に、図6(D)に示すように、裏面のSiN膜31を部分的に除去し、アルカリ液でSi板30をバックエッチングし、フレネルゾーンプレートの製造が終了する。   6 (A) to 6 (D) are cross-sectional views showing a manufacturing process of an X-ray Fresnel zone plate using a Ta absorber. First, as for thin film deposition, as shown in FIG. 6A, an SiN film 31 is deposited on the Si plate 30 to a predetermined thickness, and then a Ta film 32 is deposited. LP-CVD is usually used for depositing the SiN film 31, and the Ta film 32 is formed by sputtering. Next, using an electron beam drawing apparatus, a resist pattern 33 is formed as shown in FIG. Then, the Ta film 32 is dry-etched using the resist pattern 33 as a mask (FIG. 6C). Finally, as shown in FIG. 6D, the SiN film 31 on the back surface is partially removed, the Si plate 30 is back-etched with an alkaline solution, and the manufacture of the Fresnel zone plate is completed.

図6の例では、Ta膜をレジストパターンマスクでエッチングしているが、Ta膜とレジストパターンとの間に例えばSiO2 のようなハードマスク材を形成して、レジストパターンをマスクにハードマスク材をエッチングし、エッチング後のハードマスクを用いてTa膜をエッチングする場合もある。また、薄膜形成後にバックエッチングを行い、Ta膜とSiN膜だけの薄膜領域を形成してから、レジスタパターンを形成し、Ta膜のエッチングを行なう場合もある。 In the example of FIG. 6, the Ta film is etched with a resist pattern mask. However, a hard mask material such as SiO 2 is formed between the Ta film and the resist pattern, and the hard mask material is used with the resist pattern as a mask. In some cases, the Ta film is etched using a hard mask after etching. In some cases, after the thin film is formed, back etching is performed to form a thin film region including only the Ta film and the SiN film, and then a resistor pattern is formed and the Ta film is etched.

波岡武他,「X線結像光学」,培風館,初版,p.96−99,1999年Takeshi Namioka et al., “X-ray imaging optics”, Baifukan, first edition, p. 96-99, 1999 A.Ozawa et al.,「APPLICATION OF X-RAY MASK FABRICATION TECHNOLOGIES TO HIGH RESOLUTION,LARGE DIAMETER Ta FRESNEL ZONE PLATES」,Microelectronic Engineering,Vol.35,p.525-529,1997A.Ozawa et al., "APPLICATION OF X-RAY MASK FABRICATION TECHNOLOGIES TO HIGH RESOLUTION, LARGE DIAMETER Ta FRESNEL ZONE PLATES", Microelectronic Engineering, Vol.35, p.525-529, 1997 Yoshio Suzuki et al.,「Performance Test of Fresnel Zone Plate with 50 nm Outermost Zone Width in Hard X-ray Region」,Japanese Journal of Applied Physics,Vol.44,No.4A,p.1994-1998,2005Yoshio Suzuki et al., “Performance Test of Fresnel Zone Plate with 50 nm Outermost Zone Width in Hard X-ray Region”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.44, No.4A, p.1994-1998, 2005 Y.Kagoshima et al.,「Scanning hard X-ray microscope with tantalum phase zone Plate at the Hyogo-BL(BL24XU) of SPring-8」,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research,Section A 467-468,p.872-876,2001Y. Kagoshima et al., “Scanning hard X-ray microscope with tantalum phase zone Plate at the Hyogo-BL (BL24XU) of SPring-8”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A 467-468, p.872. -876, 2001 Z.Chen et al.,「Design and fabrication of Fresnel zone Plates with large numbers of zones」,1997 American Vacuum Society,vol.15,No.5,p.2522-2527,1997Z. Chen et al., “Design and fabrication of Fresnel zone Plates with large numbers of zones”, 1997 American Vacuum Society, vol.15, No.5, p.2522-2527, 1997 D.hambach et al.,「High aperture diffractive x-ray and extrme ultraviolet optical elements for microscopy and lithography applications」,1999 American Vacuum Society,vol.17,No.6,p.3212-3216,1999D. hambach et al., “High aperture diffractive x-ray and extrme ultraviolet optical elements for microscopy and lithography applications”, 1999 American Vacuum Society, vol. 17, No. 6, p. 3212-3216, 1999

X線顕微鏡等の光学機器の性能が進展するにつれて、フレネルゾーンプレートや回折格子の吸収体パターンの形状や品質に対する要求が厳しくなってきた。具体的には、幅が30nm以下の吸収体パターンや高さが10nm以下の吸収体パターンが要求されたり、アスペクト比(高さと幅の比)が10以上の吸収体パターンが要求されたりしている。このような要求を実現するためには、図6の工程でTa膜のエッチングの高精度化が必要である。   As the performance of optical instruments such as an X-ray microscope progresses, demands on the shape and quality of the absorber pattern of the Fresnel zone plate and the diffraction grating have become strict. Specifically, an absorber pattern having a width of 30 nm or less, an absorber pattern having a height of 10 nm or less, or an absorber pattern having an aspect ratio (ratio of height to width) of 10 or more is required. Yes. In order to realize such a requirement, it is necessary to increase the accuracy of etching of the Ta film in the step of FIG.

一般に、Taのエッチングには反応性イオンエッチングが用いられ、ガスとしてCl2 のような塩素系ガスが用いられる。この系ではTaとClを反応させてTaCl3 を形成し、TaCl3 を排気除去することでエッチングが進行する。ところが、TaCl3 は室温での蒸気圧が低いので、温度を50℃〜100℃の範囲に上昇させ、揮発速度を増大させる必要がある。一方で、TaとClは非常に反応し易いので、温度を上昇させると方向性を持たない電気的に中性のCl活性種でも反応し、パターン側面方向にもエッチングが進行する、いわゆるアンダーカットが生じる。このため、微細なパターンになると、パターン形状の制御が困難になる。 In general, reactive ion etching is used for etching Ta, and a chlorine-based gas such as Cl 2 is used as a gas. In this system, Ta and Cl are reacted to form TaCl 3 , and etching proceeds by removing TaCl 3 by exhaust. However, since TaCl 3 has a low vapor pressure at room temperature, it is necessary to raise the temperature to the range of 50 ° C. to 100 ° C. to increase the volatilization rate. On the other hand, Ta and Cl react very easily, so when the temperature is raised, even electrically neutral Cl active species that do not have directionality react, and so-called undercut occurs in which etching proceeds in the direction of the pattern side surface. Occurs. For this reason, when it becomes a fine pattern, control of a pattern shape becomes difficult.

また、パターンが微細になると、方向性を持たない活性種がパターン側面に衝突してパターンの底部に到達しにくくなるので、エッチング速度が急激に低下するという現象が生じる。この現象はマイクロローディング効果と呼ばれている。Taのエッチングでは、中性活性種の影響が大きいため、マイクロローディング効果が大きく、50nm幅のパターンのエッチング速度は1μm幅のパターンのエッチング速度の1/3程度になり、30nm幅のパタ−ンになると1μm幅のパターンの1/7程度のエッチング速度になる。   Further, when the pattern becomes fine, active species having no directivity collide with the side surface of the pattern and it is difficult to reach the bottom of the pattern, resulting in a phenomenon that the etching rate rapidly decreases. This phenomenon is called a microloading effect. In the etching of Ta, since the influence of neutral active species is large, the microloading effect is large. The etching rate of a 50 nm wide pattern is about 1/3 of the etching rate of a 1 μm wide pattern, and a 30 nm wide pattern is obtained. Then, the etching rate is about 1/7 of the pattern having a width of 1 μm.

このため、30nm幅のパターンと1μm幅以上のパターンが混在するフレネルゾーンプレートでは、パターン幅によってエッチングが完了する時間が大きく異なるので、幅の広いパターンではオーバエッチング時間が長くなり、基板の損傷が大きくなる。また、30nm幅のパターンをエッチングするためにはエッチングマスクであるレジストの厚さも7倍以上必要となるが、レジストが厚くなると、微細パターンの形成が困難になるので、実質的に30nm幅のパターンを形成することは不可能である。当然のことながら、エッチングの深さ制御もパターン寸法制御もパターンの微細化に伴って非常に難しくなる。   For this reason, in a Fresnel zone plate in which a pattern with a width of 30 nm and a pattern with a width of 1 μm or more are mixed, the time for completing the etching varies greatly depending on the pattern width. growing. In addition, in order to etch a pattern with a width of 30 nm, the thickness of the resist as an etching mask is required to be seven times or more. However, if the resist is thick, it becomes difficult to form a fine pattern. It is impossible to form As a matter of course, both the etching depth control and the pattern dimension control become very difficult as the pattern becomes finer.

さらに、Taは室温で堆積した膜の方が結晶粒が小さく、微細なパターンまで形成できる。250℃以上の温度で形成すると、結晶粒が大きくなるためにパターン側壁に荒れが生じ、加工精度が低下する。室温で形成したTaは結晶粒が50nm以下であるために、幅50nm程度のパターンを形成しても結晶粒の影響を受けることはないが、エッチングによりパターン形成した直後、Taの応力が圧縮方向に大きく変化することが知られている。この現象は、Taのエッチングによって生じたパターン側面が大気によって酸化され、このTa酸化物が圧縮応力を持つことによると考えられている。したがって、幅の狭いパターンが密集した領域で激しい応力変化が生じることから、このような領域では薄膜の基板が変形し、皺やパターン位置ずれが発生する。フレネルゾーンプレートや回折格子にとって、このようなパターン変形は致命的で、素子として使用できないことになる。
以上のように、Ta吸収体には、加工特性上のいくつかの問題があり、極微細で高精度なX線光学素子の材料には適さないという問題点があった。
Furthermore, Ta has a smaller crystal grain in the film deposited at room temperature and can form fine patterns. When the film is formed at a temperature of 250 ° C. or higher, the crystal grains become large, so that the pattern side wall becomes rough and the processing accuracy is lowered. Since Ta formed at room temperature has a crystal grain of 50 nm or less, even if a pattern with a width of about 50 nm is formed, it is not affected by the crystal grain. It is known to change greatly. This phenomenon is thought to be due to the fact that the side surface of the pattern generated by etching of Ta is oxidized by the atmosphere, and this Ta oxide has a compressive stress. Accordingly, since a severe stress change occurs in a region where narrow patterns are densely packed, the thin film substrate is deformed in such a region, resulting in wrinkles and pattern displacement. For a Fresnel zone plate or a diffraction grating, such pattern deformation is fatal and cannot be used as an element.
As described above, the Ta absorber has several problems in processing characteristics and has a problem that it is not suitable as a material for an extremely fine and highly accurate X-ray optical element.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、極微細で高精度なX線光学素子用の吸収体パターンを実現することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize an extremely fine and highly accurate absorber pattern for an X-ray optical element.

本発明のX線用吸収体は、構成材料の少なくとも一部がTa化合物であることを特徴とするものである。
また、本発明のX線用吸収体の1構成例において、前記Ta化合物は、酸化Taあるいは窒化Taである。
また、本発明のX線用吸収体の1構成例は、対象とするX線の波長やX線光学素子としての機能に応じた所定のパターンに形成されるものである。
The X-ray absorber of the present invention is characterized in that at least a part of the constituent material is a Ta compound.
In one configuration example of the X-ray absorber according to the present invention, the Ta compound is Ta oxide or Ta nitride.
Moreover, one structural example of the absorber for X-rays of this invention is formed in the predetermined | prescribed pattern according to the wavelength of the object X-ray, or the function as an X-ray optical element.

本発明によれば、X線顕微鏡等で多用されているX線用の回折格子やフレネルゾーンプレートの新しい吸収体の材料として、構成材料の少なくとも一部をTa化合物とすることにより、従来のCl系ガスではなく、F系ガスを用いた反応性イオンエッチングにより比較的容易にエッチングすることができ、安定したエッチング形状を得ることができる。また、Ta化合物を用いると、マイクロローディング効果がほとんど発生しないので、異なるパターン幅が混在する例えばフレネルゾーンプレートにおいて、パターン幅によってエッチングが完了する時間が大きく異なることがなくなり、結果として基板の損傷を抑えることができる。また、吸収体をエッチングするためのレジストの厚さをパターン幅に応じて変える必要がなくなるので、微細パターンの形成が容易となる。また、Ta化合物を用いると、エッチングによって生じたパターン側面が大気によって更に酸化されることがなくなるので、膜の応力が加工工程で変化することがなくなり、結果としてパターンが変形することがなくなる。こうして、本発明では、X線用吸収体を30nm以下の微細パターンまで高精度に加工できるので、高性能のX線光学素子を実現することができる。   According to the present invention, as a new absorber material for X-ray diffraction gratings and Fresnel zone plates frequently used in X-ray microscopes and the like, at least a part of the constituent material is made of a Ta compound, so that conventional Cl Etching can be performed relatively easily by reactive ion etching using F-based gas instead of system gas, and a stable etching shape can be obtained. In addition, when a Ta compound is used, the microloading effect hardly occurs. For example, in a Fresnel zone plate in which different pattern widths are mixed, the etching completion time does not vary greatly depending on the pattern width, resulting in damage to the substrate. Can be suppressed. In addition, since it is not necessary to change the thickness of the resist for etching the absorber according to the pattern width, it is easy to form a fine pattern. Further, when the Ta compound is used, the side surface of the pattern generated by etching is not further oxidized by the air, so that the stress of the film does not change in the processing step, and as a result, the pattern is not deformed. In this way, according to the present invention, the X-ray absorber can be processed with a high accuracy up to a fine pattern of 30 nm or less, so that a high-performance X-ray optical element can be realized.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は、加工特性に優れた新たなX線用吸収体材料を提供する。具体的な新吸収体材料は、TaN、Ta25等のTa化合物である。図1に示すように、TaNのX線吸収係数はTaの約95%、Ta25のX線吸収係数はTaの約1/2であり、Ta25でも短波長領域ではNiの吸収係数を上回っている。したがって、これらの材料はフレネルゾーンプレートや回折格子として十分使用できる材料である。また、これらのTa化合物では、Taはすべて他の元素と化学的に結合しているので、エッチングしてパターン側面に新しい表面が出ても更に酸化されることはない。このため膜の応力が安定で加工工程で変化することはない。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment provides a new X-ray absorber material having excellent processing characteristics. A specific new absorber material is a Ta compound such as TaN or Ta 2 O 5 . As shown in FIG. 1, X-ray absorption coefficient of TaN is about 95% Ta, X-ray absorption coefficient of Ta 2 O 5 is about 1/2 of Ta, and Ni in the short wavelength region, even Ta 2 O 5 It exceeds the absorption coefficient. Therefore, these materials are materials that can be sufficiently used as Fresnel zone plates and diffraction gratings. In these Ta compounds, since Ta is chemically bonded to other elements, even if a new surface appears on the side surface of the pattern after etching, it is not further oxidized. For this reason, the stress of the film is stable and does not change in the processing step.

本実施の形態は、Ta化合物がF系ガスを用いた反応性イオンエッチングにより比較的容易にエッチングできることが判明したことから考え出されたものである。TaNやTa25はCl系ガスではエッチング速度が小さい。しかし、SF6とNF3とCH4とArとの混合ガスでは比較的容易にエッチングされる。しかも、Ta化合物はシリコン酸化膜と同様に中性ラジカルとは容易に反応しないので、エッチング形状も安定している。また、マイクロローディング効果がほとんどなく、30nm幅のパターンも1μm幅のパターンも同じ速度でエッチングされる。さらに、Taのように多結晶ではないので、結晶粒の影響を受けることはない。製造工程は図6の工程でTa膜をTaN膜やTa25膜に置き換えるだけで、そのまま利用できるという利点もある。 This embodiment has been conceived since it has been found that Ta compounds can be etched relatively easily by reactive ion etching using an F-based gas. TaN and Ta 2 O 5 have a low etching rate with a Cl-based gas. However, etching is relatively easy with a mixed gas of SF 6 , NF 3 , CH 4 and Ar. In addition, since the Ta compound does not easily react with neutral radicals like the silicon oxide film, the etching shape is also stable. Further, there is almost no microloading effect, and a 30 nm wide pattern and a 1 μm wide pattern are etched at the same rate. Further, since it is not polycrystalline like Ta, it is not affected by crystal grains. The manufacturing process has the advantage that it can be used as it is by simply replacing the Ta film with a TaN film or Ta 2 O 5 film in the process of FIG.

上記のようなX線吸収特性や加工特性はTaN、Ta25だけでなく、TaS2、TaC等を含めたTa化合物の一般的な特性であり、本実施の形態はTa化合物全般に及ぶものである。
本実施の形態は吸収体材料に関するものであり、いかなる製造工程にも制限を受けるものではない。例えば図6の工程で、Ta化合物吸収体の上に何らかのハードマスク材を形成し、レジストパターンをマスクにハードマスク材をエッチングして、エッチング後のハードマスクを用いてTa化合物をエッチングする工程にも適用できる。
The X-ray absorption characteristics and processing characteristics as described above are general characteristics of Ta compounds including not only TaN and Ta 2 O 5 but also TaS 2 and TaC. This embodiment covers all Ta compounds. Is.
The present embodiment relates to an absorbent material and is not limited to any manufacturing process. For example, in the process of FIG. 6, a hard mask material is formed on the Ta compound absorber, the hard mask material is etched using the resist pattern as a mask, and the Ta compound is etched using the hard mask after etching. Is also applicable.

また、Ta化合物のエッチング方法として反応性イオンエッチングを例に挙げて説明しているが、反応性イオンエッチングに限られるものではなく、誘導結合型エッチング(ICP)やECRエッチング等のドライエッチングを用いることもできる。さらに、エッチングガスとして、SF6とNF3とCH4とArの混合ガスを取り上げているが、他のエッチングガス、例えばCF4、C26、C36、C48、C410あるいはこれらの混合ガスを用いることもできる。
また、従来のTaと本実施の形態のTa化合物を二層にして用いることもできる。
Further, although reactive ion etching is described as an example of the Ta compound etching method, it is not limited to reactive ion etching, and dry etching such as inductively coupled etching (ICP) or ECR etching is used. You can also. Furthermore, a mixed gas of SF 6 , NF 3 , CH 4 and Ar is taken up as an etching gas, but other etching gases such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 6 , C 4 F 8 , C 4 F 10 or can also be used a mixture of these gases.
Further, the conventional Ta and the Ta compound of the present embodiment can be used in two layers.

以上のように、本実施の形態のTa化合物によれば、幅が30nm以下の微細な吸収体パターンを形成することができ、その結果高解像度のX線顕微鏡に使用できるフレネルゾーンプレートが製造できる。また、X線回折格子の作製に適用すると、高精度な吸収体パターンが形成でき、高性能な回折格子を実現することができる。   As described above, according to the Ta compound of the present embodiment, a fine absorber pattern having a width of 30 nm or less can be formed, and as a result, a Fresnel zone plate that can be used for a high-resolution X-ray microscope can be manufactured. . Further, when applied to the production of an X-ray diffraction grating, a highly accurate absorber pattern can be formed, and a high-performance diffraction grating can be realized.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態の具体的な例を説明するものである。以下で説明するフレネルゾーンプレートの製造工程は、図6においてTa膜をTa25膜に置き換えたものに相当する。
本実施の形態では、直径4インチのSiウエハ上にSiH2Cl2とNH3を用いたLP−CVDでSiN膜を0.3μm厚に形成し、このSiN膜の上にTa25膜をO2雰囲気のECRスパッタ法により0.2μm厚に形成した。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a specific example of the first embodiment will be described. The manufacturing process of the Fresnel zone plate described below corresponds to the Ta film replaced with the Ta 2 O 5 film in FIG.
In the present embodiment, a SiN film is formed to a thickness of 0.3 μm by LP-CVD using SiH 2 Cl 2 and NH 3 on a Si wafer having a diameter of 4 inches, and a Ta 2 O 5 film is formed on the SiN film. Was formed to a thickness of 0.2 μm by ECR sputtering in an O 2 atmosphere.

続いて、Ta25膜の上に日本ゼオン製のポジ型電子ビームレジストであるZEP520を0.1μm厚に塗布し、190℃で30分ベークした後、電子ビーム露光装置を用いてフレネルゾーンプレートのパターンを形成した。このときのパターンは、直径520μm、第1輪帯幅2.3μm、最外周幅30nmであった。 Subsequently, ZEP520, which is a positive electron beam resist made by Nippon Zeon Co., is applied to the Ta 2 O 5 film to a thickness of 0.1 μm, baked at 190 ° C. for 30 minutes, and then Fresnel zone using an electron beam exposure apparatus. A pattern of plates was formed. The pattern at this time had a diameter of 520 μm, a first zone width of 2.3 μm, and an outermost peripheral width of 30 nm.

次に、このレジストパターンをマスクとして反応性イオンエッチングによりTa25膜をエッチングした。ここでは、エッチングガスとしてSF6とNF3とCH4とArの混合ガスを用い、SF6ガスの流量を10sccm、NF3ガスの流量を3sccm、CH4ガスの流量を1sccm、Arガスの流量を4sccmとした。このときのレジストとTa25膜とのエッチング速度比は1:3であった。マイクロローディング効果はほとんど観察されず、1μm級の幅のパターンにおいてエッチングに必要な時間の30%のオーバエッチングで30nm幅のパターンのエッチングも完了していた。Ta25膜とSiN膜のエッチング速度比は3:1であり、SiN膜の損傷はほとんどなかった。 Next, the Ta 2 O 5 film was etched by reactive ion etching using this resist pattern as a mask. Here, a mixed gas of SF 6 , NF 3 , CH 4 and Ar is used as an etching gas, the flow rate of SF 6 gas is 10 sccm, the flow rate of NF 3 gas is 3 sccm, the flow rate of CH 4 gas is 1 sccm, and the flow rate of Ar gas. Was 4 sccm. At this time, the etching rate ratio between the resist and the Ta 2 O 5 film was 1: 3. The microloading effect was hardly observed, and the etching of the pattern with a width of 30 nm was completed with 30% overetching of the time required for etching in the pattern with a width of 1 μm. The etching rate ratio between the Ta 2 O 5 film and the SiN film was 3: 1, and the SiN film was hardly damaged.

次に、裏面のSiN膜をC26ガスの反応性イオンエッチングでエッチングして窓を開け、30%のKOH溶液を用いてSiウエハをエッチングして1mm角のSiN基板を形成した。
以上により、良好なTa25パターンのフレネルゾーンプレートが形成できた。このフレネルゾーンプレートはX線のレンズとして十分な機能を果たすことが確認できた。
Next, the SiN film on the back surface was etched by reactive ion etching with C 2 F 6 gas to open a window, and the Si wafer was etched using a 30% KOH solution to form a 1 mm square SiN substrate.
As a result, a good Ta 2 O 5 pattern Fresnel zone plate could be formed. It was confirmed that this Fresnel zone plate performs a sufficient function as an X-ray lens.

[第3の実施の形態]
なお、第1、第2の実施の形態では、X線用吸収体材料としてTa化合物を用いたが、Ta化合物とW化合物を混合した材料を用いてもよいし、Ta化合物とHf化合物を混合した材料を用いてもよいし、Ta化合物とW化合物の2層構造を用いてもよいし、Ta化合物とHf化合物の2層構造を用いてもよい。Ta化合物と組み合わせる材料は、比較的X線吸収係数が大きく、ドライエッチングが可能な材料であることが好ましい。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, a Ta compound is used as the X-ray absorber material. However, a material obtained by mixing a Ta compound and a W compound may be used, or a mixture of Ta compound and Hf compound may be used. The material may be used, a two-layer structure of Ta compound and W compound may be used, or a two-layer structure of Ta compound and Hf compound may be used. The material combined with the Ta compound is preferably a material having a relatively large X-ray absorption coefficient and capable of dry etching.

また、X線用吸収体材料として、Ta化合物とTaの2層構造を用いてもよい。薄いTaと組み合わせることにより、Ta化合物だけのときよりもX線吸収係数を大きくすることができ、Taエッチングの問題を軽減できる。また、Ta25はエッチング速度が小さいので、Ta膜のエッチングマスクとしてTa25膜を利用できる。この場合、Ta膜のエッチング後にTa25膜を除去することはできないので、Ta25膜とTa膜の2層構造となる。 Further, a two-layer structure of a Ta compound and Ta may be used as the X-ray absorber material. By combining with thin Ta, the X-ray absorption coefficient can be made larger than when only Ta compound is used, and the problem of Ta etching can be reduced. Further, since Ta 2 O 5 has a low etching rate, a Ta 2 O 5 film can be used as an etching mask for the Ta film. In this case, it is not possible to remove the Ta 2 O 5 film after etching the Ta film, a two-layer structure of the Ta 2 O 5 film and the Ta film.

また、X線用吸収体材料として、Ta化合物とSiN等の基板材料の2層構造を用いてもよい。長波長のX線では、基板での減衰を小さくするためにSiN基板を除去してTa化合物のパターンだけにするが、SiNを除去せずに、Ta化合物とSiNの2層のまま貫通のパターンを形成する。すなわち、Ta化合物のラインがないところはSiNをエッチングで除去して裏面まで貫通した開口部を有する構造とする。この場合のX線用回折格子の平面図を図2(A)に示し、このX線用回折格子の断面図を図2(B)に示す。このとき、Ta化合物からなる吸収体パターン11は、図2(A)の上下方向に残るTa化合物で支えられることになる。吸収体パターン11の下に残るSiN10は基板というよりも吸収体と見なせる。図2(A)、図2(B)のような構造にすれば、Ta化合物の単層構造に比べて機械的強度を高めることができる。   Further, as the X-ray absorber material, a two-layer structure of a Ta material and a substrate material such as SiN may be used. For long-wavelength X-rays, the SiN substrate is removed to reduce the attenuation at the substrate so that only the Ta compound pattern is removed. Form. That is, where there is no Ta compound line, SiN is removed by etching and an opening that penetrates to the back surface is formed. FIG. 2A shows a plan view of the X-ray diffraction grating in this case, and FIG. 2B shows a cross-sectional view of the X-ray diffraction grating. At this time, the absorber pattern 11 made of the Ta compound is supported by the Ta compound remaining in the vertical direction in FIG. SiN 10 remaining under the absorber pattern 11 can be regarded as an absorber rather than a substrate. 2A and 2B, the mechanical strength can be increased as compared with a single layer structure of a Ta compound.

本発明は、X線光学素子に適用することができる。   The present invention can be applied to an X-ray optical element.

本発明の第1の実施の形態に係るX線用吸収体材料のX線吸収係数を示す図である。It is a figure which shows the X-ray absorption coefficient of the absorber material for X-rays concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態におけるX線用回折格子の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of the diffraction grating for X-rays in the 3rd Embodiment of this invention. X線用回折格子の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of the diffraction grating for X-rays. X線用フレネルゾーンプレートの平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of a Fresnel zone plate for X-rays. 従来のX線用吸収体材料のX線吸収係数を示す図である。It is a figure which shows the X-ray absorption coefficient of the absorber material for conventional X-rays. Ta吸収体を使ったX線用フレネルゾーンプレートの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the Fresnel zone plate for X-rays using Ta absorber.

符号の説明Explanation of symbols

10,20…基板、11,21…吸収体パターン、12,22…Si支持体。
10, 20 ... Substrate, 11, 21 ... Absorber pattern, 12, 22 ... Si support.

Claims (3)

X線を吸収する材料からなるX線用吸収体において、
構成材料の少なくとも一部がTa化合物であることを特徴とするX線用吸収体。
In an X-ray absorber made of a material that absorbs X-rays,
An X-ray absorber, wherein at least a part of the constituent material is a Ta compound.
請求項1記載のX線用吸収体において、
前記Ta化合物は、酸化Taあるいは窒化Taであることを特徴とするX線用吸収体。
The X-ray absorber according to claim 1,
The X-ray absorber, wherein the Ta compound is Ta oxide or Ta nitride.
請求項1記載のX線用吸収体において、
対象とするX線の波長やX線光学素子としての機能に応じた所定のパターンに形成されることを特徴とするX線用吸収体。
The X-ray absorber according to claim 1,
An X-ray absorber characterized by being formed in a predetermined pattern according to the wavelength of the X-ray to be processed and the function as an X-ray optical element.
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