JP2908433B1

JP2908433B1 - ビーム成形用アパーチャマスク及び荷電ビーム露光装置

Info

Publication number: JP2908433B1
Application number: JP15731998A
Authority: JP
Inventors: 潤高松; 宗博小笠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-06-21
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: JPH11354406A

Abstract

【要約】【課題】Ｓｉ基板の表面にＡｕ薄膜を形成したものにお
いても、ＳｉとＡｕとの共融混合物が生成されるのを防
止でき、ビーム照射耐性の向上をはかる。【解決手段】Ｓｉ単結晶基板１３に電子ビームを成形
するためのアパーチャ１７を形成すると共に、基板１３
の表面に帯電防止用のＡｕ薄膜１６を形成して構成され
たビーム成形用アパーチャマスクにおいて、Ｓｉ単結晶
基板１３とＡｕ薄膜１６との間に、これらの共融混合物
の形成を阻止するためのバリア層としてのＳｉ酸化膜１
４が形成され、さらにＳｉ酸化膜１４とＡｕ薄膜１６と
の間に密着性向上のためのＴｉ薄膜１５が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料上にＬＳＩ等
の微細パターンを描画するための荷電ビーム露光装置
と、これに用いられるビーム成形用アパーチャマスクに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子ビーム露光装置のビーム成形
用アパーチャマスクとしては、ＰｔやＴａ等の重金属薄
板を機械加工（打ち抜き成形）したものが用いられてき
た。しかし、これらのアパーチャマスクは、機械加工の
ため、十分な加工精度が得られないという問題があっ
た。

【０００３】そこで最近、ＬＳＩ製造装置の高精度化に
対応するため、アパーチャの加工精度を向上させる目的
で、リソグラフィ技術を応用したアパーチャマスクの製
作方法が開発されている。例えば、Ｓｉ基板上に設けた
Ｓｉ等の薄膜をエッチング加工して成形したものや、Ｓ
ｉ基板上にリフトオフの手法によってＷ，Ａｕ等の薄膜
をパターニングして成形したもの等がその例である。

【０００４】典型的なアパーチャマスクの構成の例を、
図４に示す。ここでは、Ｓｉ基板をエッチング加工して
アパーチャを形成した、いわゆるＳｉアパーチャマスク
の例を示している。このようなＳｉアパーチャマスクは
通常、Ｓｉの張り合わせ基板（ＳＯＩ＝Silicon On Ins
ulator）を用いて製作される。このＳＯＩ基板は、表面
にＳｉＯ₂ 膜２を形成したＳｉ基板１と厚さの薄いＳｉ
基板（Ｓｉ薄膜層）３とを接合して得られる。

【０００５】ＳＯＩ基板を用いてアパーチャマスクを製
作する場合には、Ｓｉ薄膜層３にビーム成形用の孔（ア
パーチャ）５を形成し、Ｓｉ基板１を支持体とする。基
板裏面の開口（Ｓｉ基板１の開口）は、アルカリ溶液に
よる異方性エッチングを用いて形成される。ＳｉＯ₂ 膜
２は、通常１〜２μｍ厚さであり、裏面開口を形成する
エッチングの際のエッチングストップ層として用いられ
る。

【０００６】Ｓｉ薄膜層３の厚さは、入射ビームの透過
率を考慮して決められる。通常、透過限度膜厚以上の厚
さが選ばれる。例えば、５０ｋｅＶの電子ビームに対し
ては、Ｓｉ薄膜層３の厚さを２１μｍ以上とする。Ｓｉ
薄膜層３にアパーチャ５を形成するには、ドライエッチ
ング法が用いられている。

【０００７】なお、Ｓｉ表面には一般に、Ｓｉの自然酸
化膜が存在する。Ｓｉ酸化膜は絶縁体であるので、ビー
ムが照射されるとチャージアップする。電子ビーム露光
装置に搭載されたＳｉ製のアパーチャマスクがチャージ
アップすると、電子ビームの軌道に影響を与え、描画精
度が劣化してしまう。このようなチャージアップを防止
する目的で、Ｓｉ薄膜層３の表面に、厚さ５０〜１００
ｎｍのＡｕ膜４を成膜する。

【０００８】また、ビーム成形用アパーチャマスクに照
射されるビームのパワーは、数Ｗ以上になることがあ
る。Ｓｉアパーチャマスクの大きさが１ｃｍ² として、
ビーム照射によって注入された熱エネルギーが放射によ
ってのみ散逸すると仮定すれば、投入されるパワーが
２．５Ｗの場合、放射平衡温度は６００℃程度になる。
Ｓｉの融点は１４１４℃、Ａｕの融点は１０６４℃であ
るので、この程度の温度上昇では問題は生じないと考え
られていた。

【０００９】しかしながら、本発明者らの研究により次
のような事実が判明した。前記図４に示したようなビー
ム成形用アパーチャマスクにおいては、Ｓｉ薄膜層３の
表面にＡｕ膜４が形成されており、ＡｕとＳｉとは容易
に合金化し共融混合物を形成する。共融混合物において
は、一般的に融点が降下することが知られている。実
際、ＡｕとＳｉとの共融混合物の融点は混合比によって
は３６３℃になる場合がある。

【００１０】先にも説明したように、ビーム照射によっ
て放射平衡温度は６００℃程度になる。このため、アパ
ーチャマスクが溶解したり、或いはアパーチャマスクを
構成するＳｉが再結晶化して微粒子集合体状になって、
もはや一体の結晶状態ではなくなる。これがさらに昂じ
ると、ビームの遮断力が落ちたり、アパーチャマスクに
ビーム成形用以外の孔が開いたり、アパーチャのエッジ
部分のラフネスが大きくなったりして、高精度の描画に
はもはや適さなくなるという問題が生じる。

【００１１】なお、Ｓｉ薄膜層３とＡｕ膜５との間にこ
れらの密着性を良くするためにＴｉ膜４を挿入した例が
あり、この例ではＴｉがバリア層としても機能する。と
ころが、Ｔｉでは十分なバリア効果が得られず、Ｓｉと
Ａｕとが合金化して、結局アパーチャマスクのビーム照
射耐性が劣化してしまうという問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ｓｉ
薄膜層の表面に帯電防止のためにＡｕ等の導電性薄膜を
形成したビーム成形用アパーチャマスクにおいては、Ｓ
ｉとＡｕとの共融混合物が形成されてしまい、ビーム照
射耐性が著しく劣化するという問題があった。

【００１３】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、Ｓｉの表面にＡｕ等
の導電性薄膜を形成したものにおいても、Ｓｉと導電性
薄膜との共融混合物が生成されるのを防止でき、ビーム
照射耐性の向上をはかり得るビーム成形用アパーチャマ
スクを提供することにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、上記のビーム
成形用アパーチャマスクを用いることにより、パターン
描画精度の向上をはかった荷電ビーム露光装置を提供す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。
即ち本発明は、Ｓｉ単結晶基板に荷電ビームを成形する
ための孔を形成すると共に、該基板の表面に帯電防止用
の導電性薄膜を形成して構成されたビーム成形用アパー
チャマスクにおいて、前記Ｓｉ単結晶基板と導電性薄膜
との間に、これらの共融混合物の形成を阻止するための
絶縁物又はＳｉＣからなるバリア層を形成してなること
を特徴とする。

【００１６】また本発明は、荷電ビーム源から放出され
た荷電ビームを成形するビーム成形用アパーチャマスク
と、前記荷電ビームを試料上に投影露光する荷電ビーム
光学系と、前記荷電ビームを偏向して該ビームの試料上
の投影位置を可変する荷電ビーム偏向系とを備えた荷電
ビーム露光装置において、前記ビーム成形用アパーチャ
マスクは、Ｓｉ単結晶板に荷電ビームを成形するための
孔を形成すると共に、該基板の表面に帯電防止用の導電
性薄膜を形成して構成され、且つＳｉ単結晶基板と導電
性薄膜との間に、これらの共融混合物の形成を阻止する
ための絶縁物又はＳｉＣからなるバリア層を形成してな
ることを特徴とする。

【００１７】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) バリア層としての絶縁物は、Ｓｉ酸化膜，Ｓｉ窒化
膜，アルミ酸化膜，チタン酸化膜のいずれかであるこ
と。 (2) 導電性薄膜としてＡｕ、バリア層としてＳｉ酸化膜
を用い、さらにＡｕとＳｉ酸化膜との間に接着層として
Ｔｉを挿入すること。 (3) Ｓｉ単結晶基板として、ＳＯＩ基板を用いること。

【００１８】（作用）ＳｉとＡｕ等の導電性薄膜の合金
化形成を阻止するバリア層として、金属ではなく、Ｓｉ
酸化膜，Ｓｉ窒化膜，Ａｌ酸化膜，Ｔｉ酸化膜等の絶縁
物質、若しくはシリコンカーバイト（ＳｉＣ）膜のよう
な半導体物質を用いると、金属で得られない大きなバリ
ア効果を得ることができる。本発明では、これを利用す
ることにより、ＳｉとＡｕ等の導電性物質との共融混合
物が生成されるのを防止している。また、Ａｕ等の導電
性物質と上記のＳｉ酸化膜等のバリア層との間の接着力
が十分でない場合がある。そのような場合には、導電性
物質層（Ａｕなど）とバリア層（ＳｉＯ₂ など）との間
に、接着層としてＴｉ膜等を入れるとよい。

【００１９】このように本発明によれば、導電性物質
（Ａｕなど）とＳｉとの間に上記のバリア層を設けるこ
とによって、Ｓｉと導電性物質との共融混合物が生成さ
れるのを防止でき、表面にチャージアップ防止用のＡｕ
が成膜されているＳｉ製アパーチャマスクのビーム照射
耐性を向上させることができる。これにより、パターン
描画精度の向上に寄与することが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によつて説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わるビーム成形用アパーチャマスクの概略構成を示す
断面図である。

【００２１】Ｓｉ基板１１とＳｉ薄膜層（Ｓｉ単結晶基
板）１３をＳｉ酸化膜（ＳｉＯ₂ ）１２で挟んでＳＯＩ
基板が形成され、このＳＯＩ基板のＳｉ基板１１は中央
部１８を除いてエッチング除去され、支持体として機能
するようになっている。Ｓｉ薄膜層１３はアパーチャマ
スク本体として機能するもので、このＳｉ薄膜層１３に
は電子ビームを成形するための孔（アパーチャ）が形成
されている。さらに、Ｓｉ薄膜層３上には、バリア層と
してのＳｉ酸化膜（ＳｉＯ₂ ）１４、接着層としてのＴ
ｉ膜１５、及び帯電防止層としてのＡｕ膜１６が順次積
層されている。

【００２２】次に、このビーム成形用アパーチャマスク
の具体的製造方法について述べる。まず、Ｓｉ薄膜層２
５μｍ厚、Ｓｉ酸化膜２μｍ厚、Ｓｉ基板（面方位（１
００））６００μｍ厚の構成を持つＳＯＩ基板の両面
に、厚さ１００ｎｍのＳｉ窒化膜（図示せず）をＬＰＣ
ＶＤ法を用いて成膜する。

【００２３】次いで、ＳＯＩ基板の表面側（Ｓｉ薄膜層
１３の表面）に１μｍ厚のレジストを塗布した後、フォ
トリソグラフィ或いは電子ビームリソグラフィの手法を
用いて、レジストにアパーチャのパターンを形成する。
続いて、パターニングされたレジストをマスクにしてド
ライエッチング法によって、Ｓｉ薄膜層１３にビーム成
形用の孔（アパーチャ）１７を形成する。ドライエッチ
ング法には、炭化弗素系の反応ガスによる反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）を用いる。

【００２４】次いで、ＳＯＩ基板の裏面側（Ｓｉ基板１
１の表面）にレジストを塗布し、両面アライナを用い
て、表側のアパーチャパターンと位置を合わせて、裏面
開口用パターンを形成する。続いて、パターンが形成さ
れたレジストをマスクにしてＲＩＥ法によって、裏面の
Ｓｉ窒化膜をパターニングする。その後、このＳｉ窒化
膜をマスクにして、ＫＯＨ水溶液を用いた異方性エッチ
ングによって、基板の裏面から開口１８を形成する。こ
のＫＯＨエッチングは、Ｓｉ酸化膜１２で止めるように
する。

【００２５】次いで、弗化アンモニウム水溶液によるウ
ェットエッチングによって、Ｓｉ酸化膜１２を除去し
て、アパーチャ１７と開口１８を貫通させる。さらに、
ＣＦ₄，酸素のラジカルを利用した化学ドライエッチン
グ（ＣＤＥ）法を用いて、Ｓｉ窒化膜を除去する。

【００２６】次いで、ＲＦスパッタ法を用いて、ＳＯＩ
基板の両面に、厚さ１００ｎｍのＳｉ酸化膜１４を形成
し、続いてＤＣスパッタ法を用いて厚さ１００ｎｍのＴ
ｉ膜１５を、さらに厚さ２００ｎｍのＡｕ膜１６を形成
する。ここで、Ｓｉ酸化膜１４は、ＳｉとＡｕとの共融
混合物の生成を防止するためのバリア層であるが、自然
酸化膜のように数ｎｍの厚さではバリア層として機能し
ないので、５０ｎｍ以上の厚さに形成する必要がある。
また、Ｓｉ酸化膜１４，Ｔｉ膜１５，及びＡｕ膜１６は
Ｓｉ薄膜層３側のみならずＳｉ基板１１側にも形成した
が、電子ビームが照射されるＳｉ薄膜層３側のみに形成
してもよい。

【００２７】このように本実施形態によれば、Ｓｉ薄膜
層１３とＡｕ膜１６との間にバリア層としてのＳｉ酸化
膜１４を挿入しているので、ＳｉとＡｕとが共融混合物
を作成するのを未然に防止することができる。従って、
融点の低いＡｕ／Ｓｉ共融混合物が生成された場合と比
較して、ビーム照射耐性を著しく向上させることができ
る。また、Ｓｉ酸化膜１４とＡｕ膜１６との間にＴｉ膜
１５を挿入しているので、Ｓｉ酸化膜１４に対するＡｕ
膜１６の密着性の向上をはかることができる。従って、
帯電防止のために表面にＡｕ膜を設けた構造においても
十分大きなビーム照射耐性を実現することができ、電子
ビーム露光装置等に適用して描画精度の向上に寄与する
ことが可能となる。

【００２８】（第２の実施形態）第２の実施形態とし
て、第１の実施形態の工程において、Ｓｉ酸化膜１４の
ＲＦスパッタ成膜の代わりに、Ａｌ酸化膜（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）をＲＦスパッタ法を用いて成膜してもよい。この場
合のＡｌ酸化膜の厚さは１００ｎｍ程度でよい。また、
この工程において、Ａｌ酸化膜を成膜する代わりに、厚
さ１００ｎｍ程度のシリコンカーバイト（ＳｉＣ）膜を
ＲＦスパッタ法で成膜してもよい。

【００２９】これ以降の工程は、第１の実施形態で説明
した工程に準じ、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜１４を、更に
その上に厚さ２００ｎｍのＡｕ膜１５をＲＦスパッタ等
により成膜する。

【００３０】このように構成されたビーム成形用アパー
チャマスクにおいては、Ａｌ酸化膜やＳｉＣがＳｉとＡ
ｕとの共融混合物の生成を防止するバリア層として機能
することになり、第１の実施形態と同様の効果が得られ
る。

【００３１】（第３の実施形態）第３の実施形態とし
て、第１の実施形態における、ＫＯＨエッチングのマス
クとして用いたＳｉ窒化膜をそのまま活用した工程を用
いてもよい。即ち、Ｓｉ窒化膜のＣＤＥエッチングによ
る除去を行わずに、Ｓｉ窒化膜をそのまま残し、その上
に、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜１５を、更にその上に厚さ
２００ｎｍのＡｕ膜１６を成膜する。つまり、Ｓｉ酸化
膜の代わりにＳｉ窒化膜をバリア層として用いる。

【００３２】なお、ＫＯＨエッチングによって、Ｓｉ窒
化膜が成膜時の厚さに比べて多少薄くなっている。そこ
で、ＲＦスパッタ法によって、Ｓｉ窒化膜を重ねて成膜
してもよい。その場合、Ｓｉ窒化膜のトータルの厚さは
５０ｎｍ以上で、例えば１００ｎｍ程度にする。

【００３３】このような構成であれば、Ｓｉ窒化膜がバ
リア層として機能することになり、第１の実施形態と同
様の効果が得られる。しかも、Ｓｉ窒化膜を除去する工
程が不要となるので、製造工程の簡略化をはかることが
できる。

【００３４】（第４の実施形態）図２は、本発明のビー
ム成形用アパーチャマスクを搭載した電子ビーム描画装
置の基本構成を示す模式図である。

【００３５】図中の２０は電子銃であり、この電子銃２
０から放出された電子ビームは、コンデンサレンズ２１
により第１成形アパーチャマスク２２上に結像照射され
る。第１成形アパーチャマスク２２で成形されたビーム
は、プロジェクションレンズ２３を介して第２成形アパ
ーチャマスク２４上に結像照射されると共に、成形偏向
器２５により第２成形アパーチャマスク２４上のビーム
位置が可変される。そして、成形偏向器２５による偏向
により、第１及び第２の成形アパーチャマスク２２，２
４の各アパーチャの光学的重なりが偏向され、これによ
りビーム寸法及び形状が可変されるようになっている。
第２成形アパーチャマスク２４で成形されたビームは、
対物レンズ２６により試料２７上に投影露光されると共
に、主偏向器２８及び副偏向器２９により偏向されて試
料２７上の位置が可変される。

【００３６】上記の基本構成は一般的な電子ビーム露光
装置と同様であるが、ビーム成形用アパーチャマスク２
２，２４として先の実施形態で説明したものを用いてい
る。このため、アパーチャマスク２２，２４における帯
電を防止できるのは勿論のこと、アパーチャマスク２
２，２４のビーム照射耐性の向上をはかることができ、
これにより描画精度の向上に寄与することが可能とな
る。

【００３７】（第５の実施形態）図３は、本発明のビー
ム成形用アパーチャマスクを搭載したイオンビーム露光
装置の基本構成を示す模式図である。

【００３８】図中の３０はイオン源であり、このイオン
源３０から放出されたイオンビームは、フォーカスレン
ズ３１により第１成形アパーチャマスク３２上に結像照
射される。第１成形アパーチャマスク３２で成形された
ビームは、成形偏向器３５により偏向されて第２成形ア
パーチャマスク３４上に照射される。そして、第２の成
形アパーチャマスク３４で成形されたビームは試料３７
上に照射される。

【００３９】上記の基本構成は一般的なイオンビーム露
光装置と同様であるが、ビーム成形用アパーチャマスク
３２，３４として先の実施形態で説明したものを用いて
いる。このため、アパーチャマスク３２，３４における
帯電を防止できるのは勿論のこと、アパーチャマスク３
２，３４のビーム照射耐性の向上をはかることができ、
これにより描画精度の向上に寄与することが可能とな
る。

【００４０】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。Ｓｉ単結晶基板は、必ずしもＳＯ
Ｉ基板のＳｉ薄膜層に限るものではなく、単一のＳｉ基
板であってもよい。また、帯電防止のためにＳｉ単結晶
基板上に形成する薄膜はＡｕに限るものではなく、導電
性薄膜であればよい。また、バリア層はＳｉ酸化膜に限
るものではなく、Ｓｉ窒化膜、Ｓｉ窒化膜，Ａｌ酸化
膜，Ｔｉ酸化膜等の絶縁膜を用いることができる。さら
に、ＳｉＣ等の半導体膜を用いることも可能である。そ
して、バリア層の膜厚は十分なバリア効果が得られる範
囲で適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ａ
ｕ等の帯電防止のための導電性薄膜とＳｉ単結晶基板と
の間にＳｉ酸化膜等のバリア層を挿入することにより、
導電性物質とＳｉとの共融混合物が生成されるのを防止
することができ、ビーム成形用アパーチャマスクにおけ
るビーム照射耐性の向上をはかることができる。そして
このアパーチャマスクを荷電ビーム露光装置に用いるこ
とにより、パターン描画精度の向上に寄与することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態を説明するためのもので、Ａｕ
薄膜とＳｉ基板との間にバリア層を有するアパーチャマ
スクの構成を示す断面図。

【図２】第４の実施形態を説明するためのもので、本発
明のアパーチャマスクを搭載した電子ビーム露光装置の
基本構成を示す模式図。

【図３】第５の実施形態を説明するためのもので、本発
明のアパーチャをマスク搭載したイオンビーム露光装置
の基本構成を示す模式図。

【図４】従来のアパーチャマスクの構成を示す断面図。

【符号の説明】

１１…第１のＳｉ基板１２…ＳｉＯ₂ 膜１３…第２のＳｉ基板（Ｓｉ単結晶基板）１４…ＳｉＯ₂ 膜（バリア層）１５…Ｔｉ膜（接着層）１６…Ａｕ膜（帯電防止層）１７…ビーム成形用アパーチャマスク１８…開口２０…電子銃２１…コンデンサレンズ２２，３２…第１成形アパーチャマスク２３…プロジェクションレンズ２４，３４…第２成形アパーチャマスク２５，３５…成形偏向器２６…対物レンズ２７，３７…試料２８…偏向器３０…イオン源３１…フォーカスレンズ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ単結晶基板に荷電ビームを成形するた
めの孔を形成すると共に、該基板の表面に帯電防止用の
導電性薄膜を形成して構成されたビーム成形用アパーチ
ャマスクにおいて、前記Ｓｉ単結晶基板と導電性薄膜との間に、これらの共
融混合物の形成を阻止するための絶縁物又はＳｉＣから
なるバリア層を形成してなることを特徴とするビーム成
形用アパーチャマスク。
【請求項２】前記バリア層としての絶縁物は、Ｓｉ酸化
膜，Ｓｉ窒化膜，Ａｌ酸化膜，Ｔｉ酸化膜のいずれかで
あることを特徴とする請求項１記載のビーム成形用アパ
ーチャマスク。
【請求項３】荷電ビーム源から放出された荷電ビームを
成形するビーム成形用アパーチャマスクと、前記荷電ビ
ームを試料上に投影露光する荷電ビーム光学系と、前記
荷電ビームを偏向して該ビームの試料上の投影位置を可
変する荷電ビーム偏向系とを備えた荷電ビーム露光装置
において、前記ビーム成形用アパーチャマスクは、Ｓｉ単結晶板に
荷電ビームを成形するための孔を形成すると共に、該基
板の表面に帯電防止用の導電性薄膜を形成して構成さ
れ、且つＳｉ単結晶基板と導電性薄膜との間に、これら
の共融混合物の形成を阻止するための絶縁物又はＳｉＣ
からなるバリア層を形成してなることを特徴とする荷電
ビーム露光装置。