JP3736487B2

JP3736487B2 - Diamond wafer for lithography, mask blank and mask, and method for manufacturing diamond wafer

Info

Publication number: JP3736487B2
Application number: JP2002083933A
Authority: JP
Inventors: 昭雄西山; 竜一松木; 秀夫大島; 美紀足立; 二郎松尾
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003282411A

Description

【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：４０００〜１００００Ｔｏｒｒ
・加速電圧：２０〜５０Ｋｅｖ
・イオン化電圧：２００〜５００Ｖ
・イオン化電流：２００〜５００ｍＡ
・照射量：３ｅ＋１７〜１ｅ＋１９ｉｏｎｓ／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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a diamond wafer, a mask blank and a mask for lithography used for forming an integrated circuit of a semiconductor device, and a method for manufacturing the diamond wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an integrated circuit pattern formed on a mask is transferred to a semiconductor substrate by irradiating a semiconductor substrate, which is a transfer target, with a light beam from an exposure light source through a mask, and the integrated circuit is transferred to the semiconductor substrate through an etching process or the like. Lithographic techniques for forming the are known.
In a stepper (exposure apparatus) used in this technology, an integrated circuit pattern transferred to a semiconductor substrate is usually reduced by reducing an integrated circuit pattern on a mask surface formed by an absorption film for irradiated light through a lens. Is highly integrated.
In recent years, with the further integration of integrated circuits in semiconductor devices, excimer lasers such as KrF laser (wavelength 248 nm) and ArF laser (wavelength 193 nm), electron beams, and X-rays are used to improve transfer resolution. Steppers using an exposure light source having a shorter wavelength such as (wavelength 1 nm) are being put into practical use.
[0003]
In a stepper that uses an exposure light source with a short wavelength as described above, in order to eliminate the decrease in resolution due to diffraction phenomenon such as irradiation light and increase the depth of focus, the lens used in the reduction exposure is abolished and the same magnification exposure is performed. It is possible to accurately perform the exposure of the resolution.
Further, by eliminating the lens, the apparatus can be simplified and the semiconductor substrate can be irradiated without reducing the irradiation area (eg, 50 mm × 50 mm) of the standardized exposure light source, so that the exposure area can be maximized. It can be provided in the limit.
[0004]
Here, as shown in FIG. 8, in the stepper 1 using X-rays as an exposure light source, for example, the X-rays 5 taken out from the SR ring 4 are irradiated to the semiconductor substrate 2 as a transfer target through a mask 10, The integrated circuit pattern is transferred to the resist film 3 formed on the surface of the semiconductor substrate 2.
On the other hand, in the mask 10, an artificial diamond transmission film 12 having a very good X-ray transmittance is formed on the surface of a mask substrate 11 made of, for example, silicon having a transmission hole 14 so as to cover the transmission hole 14. An X-ray absorber 16 having a desired integrated circuit pattern is formed on the surface of a membrane (self-supporting film portion) 15 covering the substrate.
[0005]
The mask 10 is required to have higher accuracy than the case of the reduced exposure in order to cope with the same magnification exposure. Therefore, by reducing the surface roughness of the membrane 15 as an arrangement site of the absorber 16 as much as possible and stabilizing the film quality of the absorption film 16a which is the state before the absorber 16 formed on the surface is processed, The fine integrated circuit pattern (line width 30 nm to 0.1 μm) formed by the absorber 16 is accurate. Furthermore, the membrane 15 is made thinner by forming the permeable membrane 12 with an average film thickness of 1 to 20 μm, and the X-ray transmittance is further increased.
Then, the semiconductor substrate 2 and the mask 10 are arranged to face each other with a small gap (G in the figure) of 20 to 30 μm, and the semiconductor substrate 2 is irradiated with X-rays 5 through the mask 10.
In this way, by irradiating the semiconductor substrate 2 with a light having a short wavelength through the high-accuracy mask 10 disposed opposite to the semiconductor substrate 2 with a minute gap, a highly integrated integrated circuit pattern is highly resolved. It becomes possible to transfer with.
When the transfer of the integrated circuit pattern to one place on the semiconductor substrate 2 is completed, the mask 10 is once separated from the semiconductor substrate 2 by the stepper 1 and relatively moved in the surface direction of the semiconductor substrate 2 and then again opposed to another place with a minute gap. Place and start transcription. The integrated circuit pattern is sequentially transferred over the entire area of the semiconductor substrate 2 while repeating this process.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a stepper 1 for the same magnification exposure, since the mask 10 and the semiconductor substrate 2 are disposed in direct proximity and facing each other, for example, the mask 10 moves to another location and again approaches the semiconductor substrate 2 again. In such a case, when the mask 10 and the semiconductor substrate 2 come into contact with each other, the absorber 16 formed on the surface of the membrane 15 of the mask 10 comes first to the semiconductor substrate 2 and gives priority to the membrane 15 having the weakest strength. Since a load is applied, there is a problem that the mask 10 is easily damaged.
Further, in order to perform further high-resolution exposure, it is required that the gap between the mask 10 and the semiconductor substrate 2 be close to 10 to 20 μm or more, and countermeasures for the above problems are more important. .
Therefore, the present invention provides a high-resolution exposure by sandwiching the mask and a transferred object such as a semiconductor substrate, and avoids damage to the mask even if the mask and the transferred object are in contact. Diamond wafers, mask blanks and masks, and a method for producing a diamond wafer are provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is an object for lithography in which a transmission film of diamond is formed on a surface of a mask substrate having a transmission hole so as to cover the transmission hole. The diamond wafer is characterized in that a concave portion is provided on a surface of the transmissive film on the transfer target side where an absorber such as irradiation light is disposed.
By configuring in this way, the absorber is disposed on the bottom surface of the concave portion at a position lower than the general surface of the permeable membrane on the transfer target side, so that the permeable membrane protrudes from the general surface on the transfer target side. It is possible to reduce the amount or eliminate the protrusion of the absorber. In addition, the permeable membrane at the site where the absorber is disposed can be made thinner.
Here, said irradiation light etc. are the concepts containing an electron beam and an X-ray.
[0008]
The invention described in claim 2 is characterized in that the peripheral edge of the recess is provided in a wider range than the peripheral edge of the transmission hole.
By configuring in this way, the permeable membrane is formed on the surface of the mask substrate and the self-supporting membrane portion composed of only the permeable membrane, the changed portion of the permeable membrane on the transferred material side and the bottom surface of the recess. Since the boundary portion with the supported film portion can be provided at different positions, when a load is applied to the mask, it is possible to reduce the load applied to the self-supporting film portion that is structurally weakest.
In addition, since the bottom surface of the concave portion can be formed wider than the transmission hole that is a transmission portion for irradiation light or the like, the absorber disposed on the bottom surface of the concave portion can be formed to the maximum within the opening range of the transmission hole. Accordingly, it is possible to maximize the exposure area of the mask.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the concave portion is formed by irradiation with a gas cluster ion beam, and the surface roughness of the bottom surface is Rms = 0.1 to 10 nm.
By comprising in this way, the absorption film which is the state before processing of an absorber is on the bottom surface where the surface roughness is flattened with high accuracy up to Rms (root mean square surface roughness) = 0.1 to 10 nm. Since it is formed, it is possible to improve the film quality of the absorption film.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a diamond wafer for lithography, comprising: a step of forming a diamond permeable film on a mask substrate; and a step of forming a membrane comprising only the permeable film. A concave portion having a bottom surface with a surface roughness of Rms = 0.1 to 10 nm is formed by irradiation with a gas cluster ion beam on the surface of the transmission film on the side of the transferred body where an absorber such as irradiation light is disposed. Including a process.
By this method, concave processing of a hard material such as diamond is performed, and the fact that the processing surface is flattened with high accuracy as the characteristics of the gas cluster ion beam is used, so that the entire area of the bottom surface of the concave portion is Rms = 0. It is possible to flatten with high accuracy from 1 to 10 nm.
Here, it is desirable that the peripheral shape of the recess has a minimum width in order to shorten the processing step, and therefore, it is desirable that the peripheral shape be a short shape along the peripheral shape of the transmission hole. In this case, since it is difficult to planarize the entire bottom surface of the recess with high accuracy by ordinary dry etching or mechanical polishing, the use of the characteristics of the gas cluster ion beam is particularly effective.
[0011]
Further, the invention described in claim 5 is a mask blank for lithography in which an absorption film for irradiation light or the like is formed on the surface of the transfer surface of the diamond wafer, and on the bottom surface of the concave portion of the diamond wafer. An absorption film is formed.
With such a configuration, the absorption film can be formed on the bottom surface of the concave portion flattened with high accuracy, and thus it is possible to form an absorption film having a high film quality free from stress due to surface roughness. .
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a lithography mask in which an absorption film of the mask blank is formed on an absorber having a desired transfer pattern, wherein the thickness of the absorber is T and the depth of the recess. If H is H, T ≦ H.
By configuring in this way, it is possible to prevent the protruding upper surface in the thickness direction of the absorber formed on the bottom surface of the concave portion of the permeable membrane from being the same as or more than the general surface of the permeable membrane on the transferred material side. It becomes.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective explanatory view of a mask 10 for lithography according to the present invention.
As shown in the figure, a mask 10 according to this embodiment is configured based on a diamond wafer 13 in which a transparent film 12 of artificial diamond is formed on one surface of a disk-shaped mask substrate 11 made of, for example, silicon. Has been.
A 50 mm × 50 mm transmission hole 14 is formed in the central portion of the diamond wafer 13, and a portion constituted only by the transmission film 12 covering the transmission hole 14 is a membrane 15.
[0014]
Irradiation formed on the surface of the membrane 15 opposite to the mask substrate 11 side through an antireflection film (not shown) (which may be absent) made of, for example, metal W, tantalum Ta, etc., and formed in a desired integrated circuit pattern An absorber 16 for light or the like (including electron beams and X-rays) is provided.
In the stepper 1 (not shown), the mask 10 having such a configuration is arranged so that the transmission film 12 side faces the semiconductor substrate 2 as a transfer target and the mask substrate 11 side faces the exposure light source 6 side.
[0015]
2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
As shown in the figure, the central portion of the mask substrate 11 is removed, and a transmission hole 14 having a substantially tapered peripheral surface 14a extending toward the exposure light source 6 side (lower side in FIG. 2) is formed. Has been.
On the surface of the mask substrate 11 on the semiconductor substrate 2 side (the upper side in FIG. 2), a transmission film 12 is formed so as to cover the transmission holes 14.
The ridge line between the interface 11 a between the mask substrate 11 and the permeable film 12 and the peripheral surface 14 a of the transmission hole 14 forms a short shape of 50 mm × 50 mm, and the ridge line becomes the peripheral part 14 b of the transmission hole 14. In addition, a portion constituted only by the permeable membrane 12 surrounded by the peripheral edge portion 14b is the membrane 15. A portion of the permeable membrane 12 formed on the surface of the mask substrate 11 is a supported film portion 15a.
[0016]
A recess 17 having a bottom surface 17c parallel to the general surface 12a is provided on the surface of the permeable membrane 12 on the semiconductor substrate 2 side.
The concave portion 17 has a peripheral surface 17 a provided substantially perpendicular to the general surface 12 a of the permeable membrane 12, and a ridge line between the peripheral surface 17 a and the bottom surface 17 c becomes the peripheral portion 17 b of the concave portion 17. The peripheral edge portion 17 b is provided in a wider range than the peripheral edge portion 14 b of the transmission hole 14.
[0017]
Here, the recess 17 is formed by irradiation with a well-known gas cluster ion beam GCIB. The surface roughness of the general surface 12a of the permeable membrane 12 is about Rms = 30 to 100 nm, but the bottom surface 17c of the recess 17 has a high precision simultaneously with the recess processing of the recess 17 due to the characteristics of the gas cluster ion beam GCIB. The surface roughness is the best and is flattened to Rms = 0.1 nm.
The concave portion 17 is formed to have a constant depth within a range of 0.2 to 1.0 μm. If the depth of the concave portion 17 is smaller than 0.2 μm, the absorber 16 formed on the bottom surface 17c protrudes from the general surface 12a of the permeable membrane 12, and the effect of the present invention is reduced. On the other hand, when it is deeper than 1.0 μm, the strength of the membrane 15 is greatly reduced.
[0018]
An absorber 16 having a thickness of 0.2 to 0.3 μm is formed on the bottom surface 17c of the concave portion 17 and inside the peripheral edge portion 14b of the transmission hole 14, that is, on the membrane 15. Yes.
The absorber 16 is formed by forming an absorption film 16a formed on the bottom surface 17c into a desired integrated circuit pattern. Since the bottom surface 17c of the absorption film 16a is flattened with high accuracy, there is little stress such as distortion or residual stress due to surface roughness. Therefore, even when a highly integrated integrated circuit pattern is formed, it can be accurately formed with a fine line width.
Further, since the depth of the recess 17 (H in the figure) is the same as the thickness of the absorber 16 (T in the figure), it is formed deeper than that. It does not protrude from the general surface 12a.
A device in a state before the absorption film 16a is formed in the integrated circuit pattern is referred to as a mask blank 10a.
[0019]
With the above configuration, even if the semiconductor substrate 2 and the mask 10 are in contact with each other, the absorber 16 does not reach the semiconductor substrate 2 and the supported transmissive film 12 formed on the surface of the mask substrate 11 is supported. Since the film portion 15a and the projecting upper surface 16b of the absorber 16 are in contact with each other at the same time or only the supported film portion 15a is in contact, the membrane 15 is not preferentially damaged, and the mask 10 and the semiconductor substrate 2 are narrowly spaced. Even in the case where the mask is changed, the damage of the mask 10 can be avoided.
[0020]
Further, since the concave portion 17 is formed, the membrane 15 is thinned to further improve the transmittance of irradiation light and the like. Furthermore, since the recess 17 is formed wider than the transmission hole 14, the exposure area can be provided to the maximum. Since the bottom surface 17c of the recess 17 is flattened with high accuracy, the film quality of the absorption film 16a before processing of the absorber 16 formed thereon can be improved and a fine transfer pattern can be accurately formed. .
[0021]
Since the peripheral edge portion 17b of the concave portion 17 is formed at a position avoiding the peripheral edge portion 14b of the transmission hole 14, when a load is applied to the membrane 15, the general surface 12a of the permeable membrane 12 and the bottom surface 17c of the concave portion 17 It is possible to prevent the stress concentration at the changed portion and the stress concentration at the boundary portion between the membrane 15 and the supported film portion 15a from occurring at the same location. Therefore, damage to the mask 10 can be avoided.
In particular, in the diamond wafer 13 formed by combining materials having different thermophysical properties such as silicon and diamond, stress is generated at the interface 11a. Therefore, the effect of reducing the stress concentration at the peripheral portion 14b of the transmission hole 14 is achieved. Is expensive.
[0022]
Next, a method for manufacturing the mask 10 according to the present invention will be described using an X-ray lithography mask as an example.
First, a mask substrate 11 having a size of, for example, a diameter of 100 mm and a thickness of 2000 μm cut out from a silicon single crystal is formed. Then, the upper surface is mirror-finished to Rms = 0.1 to 0.5 nm, and artificial diamond is deposited to form a diamond wafer 13 having a transmissive film 12 (film thickness 2 μm) as shown in FIG.
[0023]
Then, on the upper surface of the permeable film 12 of the diamond wafer 13 and in a range wider than the peripheral edge portion 14b of the transmission hole 14, it is constant within a range of 0.2 to 1.0 μm by irradiation with a known gas cluster ion beam GCIB. A recess 17 having a depth of 5 mm is formed.
Furthermore, a protective sheet that covers the lower surface of the mask substrate 11 and has a 50 mm × 50 mm hole in the center is adhered, and the mask substrate 11 exposed in the hole is dissolved and removed with an etching solution, as shown in FIG. In this way, the transmission hole 14 and the membrane 15 covering the transmission hole 14 are formed.
[0024]
Here, the gas cluster ion beam GCIB will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, the gas cluster ion beam apparatus 50 mainly includes a cluster generation unit 51, an ionization unit 52, and an acceleration irradiation unit 53.
In the cluster generation unit 51, a source gas such as argon gas is ejected into a vacuum at a high pressure, whereby the source gas is condensed by adiabatic expansion to generate a cluster 55 that is a group of source gas atoms.
The generated cluster 55 is ionized by the ionization unit 52, accelerated by the acceleration voltage of the acceleration irradiation unit 53, and becomes a gas cluster ion beam GCIB, which is irradiated onto the workpiece 54.
The irradiated gas cluster ion beam GCIB collides with the workpiece 54 and sputters the processed surface 54a. At this time, the atoms forming the cluster 55 are separated by collision, and the projections on the processed surface 54a are sputtered by scattering in parallel with the processed surface 54a of the workpiece 54, so that the processed surface 54a is flattened with high accuracy. Is done.
[0025]
When forming the concave portion 17 in the permeable membrane 12 made of artificial diamond using the gas cluster ion beam GCIB, the main parameters of the gas cluster ion beam GCIB for performing concave processing with high-precision flattening of the bottom surface 17c are as follows. Shown below.
-Cluster generation chamber pressure: 4000 to 10000 Torr
・ Acceleration voltage: 20-50 Kev
・ Ionization voltage: 200-500 V
-Ionization current: 200-500 mA
-Irradiation amount: 3e + 17 to 1e + 19 ions / cm ²
[0026]
When the recess 17 is formed in a hard material such as artificial diamond, when processing is performed by normal dry etching, the surface roughness of the bottom surface 17c of the recess 17 becomes rough. Further, even if mechanical polishing is performed, it is difficult to polish to the vicinity of the peripheral edge portion 17b of the concave portion 17.
If the gas cluster ion beam GCIB is used, the concave portion 17 can be formed and the entire bottom surface 17c of the concave portion 17 can be flattened with high accuracy. The film quality of the absorption film 16a can be improved.
[0027]
The bottom surface 17c of the recess 17 formed by irradiation with the gas cluster ion beam GCIB has a surface roughness of Rms = 0.1 to 10 nm, and is on the bottom surface 17c as shown in FIG. X-rays made of, for example, a Ta film or a W—Ti alloy film (containing Ti: 1.5%), for example, in a range inside the peripheral edge portion 14b of the transmission hole 14, that is, on the membrane 15 through an antireflection film (not shown). Is formed with an average film thickness of 0.2 to 0.3 μm to form a mask blank 10a.
[0028]
Finally, the surface of the absorption film 16a is scanned with an electron beam so as to draw a desired integrated circuit pattern, and then an etching process is performed to form the absorber 16 having the integrated circuit pattern. The mask 10 is completed.
[0029]
In the lithography mask 10 manufactured as described above, the concave portion 17 of the diamond wafer 13 is formed by the gas cluster ion beam GCIB, so that the concave portion 17 is concavely processed and the bottom surface 17c thereof is highly flattened. Since it can be performed simultaneously, the number of manufacturing steps of the diamond wafer can be reduced.
In addition, since the entire bottom surface 17c of the short concave portion 17 is flattened with high accuracy, the film quality of the absorption film 16a formed on the surface is improved, and a fine integrated circuit pattern is accurately formed. be able to.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to reduce the amount of protrusion of the absorbent body from the general surface of the transfer target body or to eliminate the protrusion of the absorbent body. Therefore, the gap between the mask and the transfer target can be further increased. Moreover, since it is possible to further reduce the thickness of the permeable film at the site where the absorber is disposed, it is possible to further increase the transparency of irradiation light and the like.
Therefore, exposure with higher resolution becomes possible, and there is an effect that it is possible to cope with higher integration of semiconductor devices.
[0031]
Further, according to the invention described in claim 2, when a load is applied to the mask, it is possible to reduce the load applied to the weakest free-standing film portion structurally, thereby increasing the strength of the free-standing film portion, This has the effect of preventing the mask from being easily damaged.
In addition, since the exposure area of the mask can be maximized, there is an effect that the semiconductor device can be further integrated.
[0032]
According to the invention described in claim 3, since the film quality of the absorber can be improved by flattening the bottom surface on which the absorption film is formed with high accuracy, a fine transfer pattern can be accurately formed. There is an effect that can be done.
[0033]
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to simultaneously form the concave portion and perform high-precision flattening of the entire area of the bottom surface, so that it is possible to reduce the number of manufacturing steps of the diamond wafer.
[0034]
In addition, according to the invention described in claim 5, since it is possible to form an absorption film with high film quality, when forming the absorption film in a desired transfer pattern, a pattern with a fine line width is accurately formed. There is an effect that can be formed.
[0035]
Further, according to the invention described in claim 6, since the upper surface of the absorber in the thickness direction can be made to be the same as or less than the general surface of the permeable membrane on the transfer target side, When the transfer object comes into contact, it can be prevented that only the protruding upper surface of the absorber formed in the opening range of the transmission hole comes first.
Therefore, it is possible to prevent the load from being concentrated on the self-supporting film portion having the weakest strength, and it is possible to avoid damage to the mask even when the gap between the mask and the transfer target is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory perspective view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a diamond wafer before processing.
FIG. 4 is a cross-sectional view after processing a diamond wafer.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a mask blank.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a mask.
FIG. 7 is a configuration explanatory diagram of a gas cluster ion beam apparatus.
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of a conventional stepper that uses an X-ray as an exposure light source.
[Explanation of symbols]
2 Semiconductor substrate 10 Mask 10a Mask blank 11 Mask substrate 12 Transmission film 13 Diamond wafer 14 Transmission hole 14b Peripheral part 15 Membrane 16 Absorber 16a Absorption film 17 Recess 17b Peripheral part 17c Bottom GCIB Gas cluster ion beam

Claims

In a diamond wafer for lithography in which a transmission film of diamond is formed on a surface of a mask substrate having a transmission hole so as to cover the transmission hole, irradiation is performed on the surface of the transmission film on the side of the transfer target A diamond wafer for lithography, wherein a concave portion is provided in a portion where an absorber such as light is disposed.

2. The diamond wafer for lithography according to claim 1, wherein a peripheral edge of the recess is provided in a range wider than a peripheral edge of the transmission hole.

3. The diamond wafer for lithography according to claim 1, wherein the recess is formed by irradiation with a gas cluster ion beam, and the surface roughness of the bottom surface is Rms = 0.1 to 10 nm.

In a method for producing a diamond wafer for lithography, comprising a step of forming a diamond permeable film on a mask substrate and a step of forming a membrane composed of only the permeable film. A step of forming a recess having a bottom surface with a surface roughness of Rms = 0.1 to 10 nm by irradiation with a gas cluster ion beam at a portion where an absorber such as irradiation light is disposed. Diamond wafer manufacturing method.

The mask blank for lithography in which an absorption film for irradiation light or the like is formed on the surface of the transfer surface of the diamond wafer according to claim 1, wherein the absorption is performed on the bottom surface of the concave portion of the diamond wafer. A mask blank for lithography, wherein a film is formed.

6. A lithography mask in which the absorption film of the mask blank according to claim 5 is formed on an absorber having a desired transfer pattern, where T is the thickness of the absorber and H is the depth of the recess. A lithography mask characterized by being H.