JPH01184920A - 電子ビーム転写用マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔（既　　要〕 電子ビーム転写用マスクに関し。

高い電子放射効率と均一な放射電子分布を有する低コス
トの電子ビーム転写用マスクを提供することを目的とし
。

透明基板と、該透明基板に支持された光透過性の導電薄
膜と、該導電薄膜上に積層されたエピタキシャル炭化珪
素（ＳｉＣ）薄膜から成り、転写される所定パターンに
対応する光電子放出領域を有する光電面を備えることに
より構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は所定パターンに成形された光電面から放出され
た電子ビーム像をレジスト層に転写するためのマスクに
関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造において、レジスト層に細い電子
ビームを照射して所望パターンを描画する露光方法が現
在のところ最も細密なパターンを形成できる手段である
。しかしなから、この方法は露光工程のスループットが
低い。そこで、電子ビームによる高解像性と光を用いる
通常のマスクの転写可能性とを兼ね備えた電子ビーム転
写用マスクを用いる方法が捉案された。（Ｓｏｌｉｄ−
３ｔａｔｅＥｌｅｃｔｒｏｒｉｉｃｓ（１’ｅｒＨａｍ
ｏｎ　Ｐｒｅｓｓ）、１９６９．Ｖｏｌ、１２．ｐｐ。

この方法は２例えば、所定パターンが形成された光マス
クと重ね合わせた光電面を、電子ビーム露光されるレジ
スト層に対向して配置し、光電面とレジスト層（正確に
はレジスト層背面に存在する半導体ウェハ等の導電体）
間に所定の大きさの電界と磁界を印加した状態で、光マ
スクを通して光電面に光を照射する。その結果、光電面
から放射された電子は電界と磁界により加速・集束され
。

レジスト層上に電子ビーム像を形成する。このようにし
て、光マスク上のパターンが電子ビーム像としてレジス
トに転写される。

なお、上記における光マスクの代わりに、光電面におけ
るレジスト層と対向する側に光電子を遮るための光電子
阻止層を設ける方法もある。

〔発明が解決しようとする問題点１ 本明細書においては、上記電子ビーム転写において用い
られる光電面と光マスクまたは光電子防止層を含めて電
子ビーム転写用マスクと称すことにする。

このような電子ビーム転写用マスクにおける光電面とし
て単結晶シリコン層を用いた。第２図に示す構造のもの
が提案されている。（特願昭６２＝２０５４０３、昭和
６２年０８月１９日付）例えば、サファイヤ基板１上に
、単結晶シリコン層２がエピタキシャル成長されている
。この単結晶シリコン層２が光電面として機能する。単
結晶シリコン層２上に、これから放出される光電子を部
分的に遮るための光電子阻止層３が設けられている。さ
らに、光電子阻止層３およびこれから露出している単結
晶シリコン層２を覆う薄い絶縁層４および薄い導電層５
が形成されている。このようにして一つの電子ビーム転
写用マスク１０が構成される。そして、電子ビーム転写
用マスク１０は。

単結晶シリコン層２がシリコンウェハ等の半導体基板６
上に塗布されたレジスト層７と対向するようにして真空
中に配置される。

導電層５を負極として半導体基板６との間に電界と磁界
を印加するとともに、サファイヤ基板１の背面から光を
照射する。その結果、サファイヤ基板１を透過した光は
単結晶シリコン層２を励起し、光電子を生成する。光電
子阻止層３が存在しない領域で発生した光電子は薄い絶
縁層４と導電層５をトンネル効果で透過し、真空中に放
出される。一方、光電子マスク層３の下部で生成した光
電子は真空中へ飛び出すことができない。なお。

符号８は上記加速電界を形成するための高圧電源。

符号９は単結晶シリコン層２中で生成した光電子をレジ
スト層７側にドリフトさせるための低圧電源である。

上記のようにして真空中に放出された光電子は。

前記電界により加速されレジスト層７に衝突し。

これを感光させる。この場合、前記電界と磁界を適当な
値に選ぶと、単結晶シリコン層２の一点から放射された
光電子は、レジスト層７上の一点に集束される。したが
って、単結晶シリコン層２の露出部分、すなわち、露光
すべき所定パターンに対応する電子ビー１、像がレジス
ト層７上に形成される。

第２図に示す構造の電子ビーム転写用マスクは次のよう
な問題点を有する。

（１）高価であること：光電面が多結晶であると生成し
た光電子が結晶粒界で散乱され、放射方向およびエネル
ギーの分布が広がり、転写パターンの解像度が低下する
。このために光電面は単結晶である必要があるが、現状
では大面積の単結晶シリコン層２をエピタキシャル成長
が可能な透明基板として、サファイヤ基板１を用いる必
要があり。

高価になることが避けられない。

（２）電子放射効率が低い：絶縁層４および導電層５を
トンネル効果により通過する際の減衰が大きいため、真
空中に放出される有効な光電子が少なくなる。その結果
、露光に長時間を要し、転写パターンのかぶり、および
、解像度の低下を生じやすい。

（３）露光にむらが生じゃすい：絶縁層４および導電層
５の厚さの不均一性があると、これをトンネル効果によ
り通過する光電子の分布が大きな影響を受け、その結果
、転写パターンに露光むらが生じ、転写パターンの解像
度が低下する。

（４）光電子の集束が困難である二扉電層５が平坦面で
ないため半導体基板６との間の電界が均一でなく、この
ために、レジスト層７上における光電子の集束性が悪く
、転写パターンの解像度が低下する。

本発明は上記問題点を解決し、低廉かつ高解像度の転写
パターンを形成できる電子ビーム転写用マスクを提供可
能とすることを目的とする。

〔問題点を解決°するための手段〕

上記目的は、透明基板と、該透明基板に支持された光透
過性のＲ電薄膜と、該導電薄膜上に積層され、転写され
るべき所定パターンに対応する光電子放出領域を有する
エピタキシャル炭化珪素薄膜光電面とから構成されるこ
とを特徴とする特許発明に係る電子ビーム転写用マスク
およびその製造方法によって達成される。

〔作　用〕

シリコンウェハ上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長
させ、該炭化珪素薄膜を選択的にエツチングするかある
いは選択的にマスクすることにより該所定パターンに対
応する光電子放出効率を形成する。一方、光電面となる
該炭化珪素薄膜を有するシリコンウェハ上に光透過性の
導電薄膜を形成し、該導電薄膜上に透明基板を重ね合わ
せて該シリコンウェハと該透明基板を接合したのち、該
シリコンウェハをエツチングにより除去することにより
該炭化珪素薄膜光電面を表出させる。このようにして、
上記問題点が解決された低度で高解像度の電子ビーム転
写用マスクが得られる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る電子ビーム転写用マスクの基本的
構造を説明するための要部断面図である。

例えば８１”ＳＧ　（硼燐珪酸ガラス）から成る透明基
板２１上に９８例えば厚さ約３００人の金（八ｕＬ　白
金（Ｐ　Ｌ）から成る光透過性導電薄膜２２が設けられ
ている。

光透過性馨電薄！１り２２上には５図示しないレジスト
層に転写されるパターンと同形に成形された厚さ約３０
００人のエピタキシャル炭化珪素薄膜２３が配置されて
いる。このようにして、電子ビーム転写用マスク２０が
構成される。

電子ビーム転写用マスク２０のエピタキシャル炭化珪素
薄ｖ２３を前記レジスト層と対向させて真空、中に設置
する。そして、エピタキシャル炭化珪素薄膜２３を負極
とし、前記レジスト層が塗布された半導体ウェハ（図示
省略）の間に同方向の電界と磁界を印加した状態で、透
明基板２１の背面から光２４を照射する。その結果、エ
ピタキシャル炭化珪素薄膜２３から光電子２５が放出さ
れる。この光電子２５は前記電界および磁界により加速
・集束され。

前記レジスト層上にエピタキシャル炭化珪素薄膜２３に
対応する電子ビーム像を形成する。これにより所定パタ
ーンの電子ビーム露光が行われる。なお、同図において
符号？７は光電子２５の加速電源である。

上記本発明の電子ビーム転写用マスクにおいては、第２
図に示した従来の構造におけるように薄い絶縁層４およ
び導電層５が存在せず、エピタキシャル炭化珪素薄膜２
３中で生成した光電子は直接真空中に放出される。光電
面を構成するエピタキシャル炭化硅素薄膜２３に入射す
る光２４は光透過性導電薄膜２２を通過するが、光の波
長は物質波である電子の波長より充分長いので、前記従
来の構造において絶縁層４および導電層５を透過する光
電子程の大きな影響を受けない。したがって、同一強度
の照射光２４の下における光電子放出効率が向上する。

また、前記従来の構造におけるような絶縁Ｎ４および導
電層５の厚さの不均一性の影響を受けず。

放出光電子の分布が均一となる。さらに、露出している
光透過性導電薄膜２２はエピタキシャル炭化珪素薄膜２
３の間の部分だけであり、この部分は同一平面上にある
ので、電界分布が均一化される。

これらの結果、レジスト層上に光電子を集束するための
制御が容易となり、転写パターンの解像度が向上される
。さらにまた、サファイヤ等の高価な透明基板を用いな
いので、低コストの電子ビーム転写用マスクを提供でき
る。

第３図は本発明に係る電子ビーム転写用マスクの一実施
例の構造を示す要部断面図である。本実施例の構造の電
子ビー１、転写用マスク３０は、光透過性導電薄膜２２
上のエピタキシャル炭化珪素薄膜２３が存在しない領域
に１例えば５ｉＯｚから成る絶縁層２６が埋め込まれて
いる以外は、第１図に示した構造の電子ビーム転写用マ
スク２０と同じである。

絶縁層２６は、露出している光透過性導電薄膜２２から
の僅かな電子放射を阻止し、転写パターンのかぶりを防
止する効果がある。なお、前記実施例と同様に、符号２
７は加速電源を示す。

第４図は本発明に係る電子ビーム転写用マスクの別な実
施例の構造を示す要部断面図である。本実施例の構造の
電子ビーム転写用マスク４０においては、透明基板２１
によって支持されている光透過性導電薄膜２２上に形成
された炭化珪素薄膜２３′を所定パターンに成形するこ
となく、その上に転写パターンに対応する開口２８を有
する光電子マスク層２９が設けられている。光電子マス
ク層２９は５０００人程度０厚さを有し、レジスト層、
　Ａｕ等の金属層あるいはＳｉＯ２または、Ｓｉ３Ｎ４
等の絶縁層から成り。

炭化珪素薄膜２３′からの光電子の放出を阻止する。

本実施例の電子ビーム転写用マスク４０によっても、前
記実施例の電子ビーム転写用マスク２０および３０が有
するのと同様の利点が得られる他に、光電子マスク層２
９のパターンニング工程が簡単かつ少ないため、高精度
でありより微細化が可能である利点を有する。また、転
写パターンを形成する工程前段階のマスクを用意してお
けば、所望の転写パターンを有するマスクを短期間に作
製することができる。さらに、炭化珪素薄膜２３′は物
理的・化学的に安定しているので、パターンニングされ
た光電子マスク層２９のみを選択的に除去し、あらたに
別のパターンを有する光電子マスク層２９を形成する如
き使用方法も可能である。

第５図は上記本発明の電子ビーム転写用マスク３０の製
造工程の一実施例を示す要部断面図である。

第５図（ａ）を参照して５例えばシリコンウェハから成
る基板３１」二に、厚さ約３０００人の炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）薄膜３２′をエピタキシャル成長させる。炭化珪素
薄膜のエピタキシャル成長は９本出願人による出願（特
開昭（１１２−１５５５１２，、昭和６２年年子７月０
日付。

特開昭６２−１６３３７０．昭和６２年０７月２０１１
付、特願昭６１−１６７８２３．昭和６１年年子７月１
日付）の方法を用いればよい。要約すれば、減圧ＣＶＤ
　（化学気相堆積）法を用い、原料ガスとして５ｉＨＣ
１３（）リクロロシラン）とＣ３１１［＋　（プロパン
）を１０００℃程度の温度で反応させることにより、シ
リコンウェハ上に炭化珪素（ＳｉＣ）薄膜　をエピタキ
シャル成長させる。

上記の炭化珪素薄膜３？′上に１図示しないレジストマ
スク層を形成したのち、　５ｉＣ１４（四塩化珪素）と
Ｃｈ（塩素）ガスを用いる公知の異方性エツチング法に
より、炭化珪素薄膜３２′を選択的にエツチングし、第
５図（ｂ）に示すように、転写パターンに対応する所定
パターンのＳｉＣ光電面３２に成形する。

第３図に示した電子ビーム転写用マスク３０を製造する
場合には、上記工程に引き続き、　ＳｉＣ光電面３２を
マスクとして、シリコンウェハ基板３１を選択的に酸化
する。この酸化工程は、窒化シリコン薄膜をマスクとし
て用いる公知のＬＯＣＯ５法と同等である。このように
して、第５図（ｅ）に示すように。

ＳｉＣ光電面３２から露出している基板３１表面に５ｉ
Ｏｚ膜３３が生成される。Ｓ　ｉ　０２ｖ！３３は、そ
の表面がＳｉＣ光電面３２の表面と同一高さになるよう
に生成しておくと都合がよい。

なお、上記酸化工程において、　ＳｉＣ光電面３２の表
面が酸化されＳｉＯ□を生成するが、　ＳｉＣの酸化速
度はＳｉの酸化速度の１７１０程度（９００℃）である
ので。

選択酸化のマスクとして用いることができる。ＳｉＣ光
電面３２の表面に生成したＳｉ０ｇ膜（図示省略）は、
弗酸を用いる公知の５ｉ０２エツチング法により除去す
る。

次いで、　ＳｉＣ光電面３２を有する基板３１上の全面
に、厚さ約３００人の光透過性導電薄膜３４を形成する
。第５図（ｄｌにおいては、光透過性導電薄膜３４を前
記５ｉ０２膜３３が生成されている基板３１に形成した
場合が示されている。光透過性導電薄膜３４の材料およ
び形成方法としては、金（Ａｕ）または白金（ｒ’ｔ）
を蒸着あるいはスパッタ等の公知の薄膜技術を用いて形
成する。

上記ののら、第５図（ｅ）に示すように、光透過性導電
薄膜３４上に５例えば前記ＢＩ’ＳＧから成る厚さ約２
ｍ１１１の透明基板３５を重ね合わせ、真空中で透明基
板３５が軟化し始める温度（ＢＩ’ＳＧ等の組成によっ
て異なるが最低で約５００℃）に加熱する。これにより
基板３１と透明基板３５が接合される。ＢＩ’ＳＧ透明
基板３５を接合する代わりに１例えば光透過性導電薄ｌ
ｌ１２３４上に、公知のＣＶＤ法を用いて、上記透明基
板３５と同じ厚さのＳｉ０２層を形成してもよい。

次いで、基板３１を選択的に除去することにより。

透明基板３５によって支持されたＳｉＣ光電面３２が表
出される。この除去は、基板３１を厚さ２００μｍ程度
まで）ａ械的研磨し、残った部分をＫＯＩ＋（水酸化カ
リウム）水溶液あるいは弗酸と硝酸の混合液から成る公
知のシリコンエツチング液を用いて選択エツチングを行
う。ＳｉＣ光電面３２とＳｉＯ２層３３はエツチングさ
れず、ストッパーとして機能する。

このようにして、第５図（ｆ）に示すように、電子ビー
ム転写用マスクが得られる。第５図（ｆ）においては、
第３図に示した構造の電子ビーム転写用マスク３０が示
されている。

なお、第５図（Ｃ）を参照して説明したＳｉＯ２膜３３
の生成工程を行わなかった場合には、第１図に示した電
子ビーム転写用マスク２０と同等のものが得られる。す
なわち、この場合には光透過性導電膜３４は、　ＳｉＣ
光電面３２上およびＳｉＣ光電面３２の間に露出してい
る基板３工上に形成される。そして、基板３１と１例え
ばＢＰＳＧから成る透明基板３５が接合された場合、透
明基板３５がＳｉＣ光電面３２間の隙間を埋め込む。し
たがって、基板３１を除去したときに露出する光透過性
導電膜３４は同一平面上にあるので。

転写時における電界分布が均一化される。

第６図は本発明の電子ビーム転写用マスクの製造工程の
別の実施例を示す要部断面図である。本実施例において
は、透明基板３５として１例えば石英ガラス等の硬質ガ
ラス板を用い、その全面に。

公知のＣＶＤ技術を用いて、第６図（ａ）に示すように
、　　　゛比較的軟化点の低いＢＰＳＧ層３６全３６し
ておき、この透明基板３５を、第５図（ｄ）で説明した
工程を経た基板３１と接合する。このようにして、第６
図（ｂｌに示すような、　ＢＰＳＧ層３６全３６層とす
る電子ビーム転写用マスク５０が得られる。なお、接合
層を構成するＢＰＳＧ層３６全３６明基板３５上に生成
するかわりに、光透過性導電薄膜３４が形成された基板
３１上に生成させてもよい。

第７図は、第４図に示した電子ビーム転写用マスクを製
造するための実施例の工程における要部断面図である。

第７図（ａ）に示すように、前記実施例と同様にして１
例えばシリコンウェハから成る７１￥＋Ｎ　３１上に。

炭化珪素薄膜３２′をエピタキシャル成長させ１次いで
、第７図（ｂｌに示すように、その全面に光透過性導電
膜ｎり３４を形成する。そして、第７図（Ｃ）に示すよ
うに、光透過性導電薄膜３４上に１例えばＢＰＳＧから
成る透明基板３５を重ね合わせたのち、透明基板３５が
軟化し始める温度で真空中加熱し、基板３１と接合する
。

上記ののち、前記実施例と同様にして基板３１を選択的
に除去し、第７図（ｄ）に示す構造が得られる。

本実施例においては、基板３１を除去することにより表
出された炭化珪素ＷＩ　ＪＩ２３２　’上に、開口３８
を有する光電子阻止層３９を形成する。開口３８から露
出する炭化珪素薄膜３２′が、転写パターンに対応する
パターンを構成する。このようにして、第４図に示した
構造の電子ビーム転写用マスク４０が得られる。なお、
光電子阻止層３７としては１例えば厚さ５０００人程度
０レジスト層または篩等の金属層あるいはＳｉＯ□また
はＳｉ３Ｎ、等の絶縁層を用い、これらを公知のリソグ
ラフ技術によりパターンニングすればよい。

本実施例の場合にも、第６図により説明した実施例にお
けるのと同様に、　Ｂｒ’ＳＧ層から成る接合層を用い
て透明基板３５と基板３１を接合する方法を適用できる
。

本発明に係るエピタキシャル炭化珪素薄膜を光電面とし
て用いることの利点は、前記のようなコストおよび構造
に関連した利点の他に、アルカリ金属またはその化合物
から成る光電面に比して化学的に安定であり、その形成
および取り扱いが容易であること、また、第２図に示し
た従来の電子ビーム転写用マスクに比べ、シリコンより
大きなバンドギャップを有する炭化珪素を用いて光電面
を構成するので、真空中への電子の放射効率を高めるこ
とができる等の物性上の利点もある。

なお、上記実施例においては基板としてシリコンウェハ
を用いたが、炭化珪素薄膜がエピタキシャル成長可能で
あり、かつ、炭化珪素薄膜と選択的にエツチング除去で
きる基板であればシリコンウェハに限定されない。また
９本発明の思想は。

光電面を構成する薄膜がエピタキシャル成長される基板
を選択的にエツチングする際に除去されない炭化珪素薄
膜以外の光電子放出材料に対しても適用されることは言
うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高価なサファイヤ基板を用いることな
く、半恵体単結晶層を光電面とし、高電子放出効率で高
解像度の電子ビーム転写用マスクを安価に提供可能とす
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子ビーム転写用マスクの基本的
構造を示す要部断面図。 第２図は従来の電子ビーム転写用マスクの構造を示す断
面図。 第３図は本発明に係る電子ビーム転写用マスクの一実施
例の構造を示す要部断面図。 第４図は本発明に係る電子ビーム転写用マスクの別の実
施例の構造を示す要部断面図。 第５図は本発明に係る電子ビーム転写用マスクの製造工
程の一実施例を示す要部断面図。 第６図は本発明の電子ビーム転写用マスクの製造工程の
別の実施例を示す要部断面図。 第７図は本発明の別な製造工程の実施例を示す要部断面
図 である。 図において。 ２０と３０と４０と５０は電子ビーム転写用マスク。 ２１と３５は透明基板。 ２２と３４は光透過性専電薄膜。 ２３と２３′と３２′はエピタキシャル炭化硅素薄膜。 ２４は光。 ２５は光電子。 ２６は絶縁層。 ２７は加速電源。 ２８と３８は開口。 ２９と３９は光電子阻止層。 ３１は基板。 ３２はＳｉＣ光電光電 ３３はＳｉ０ｇ膜。 ３６はＲＩ’ＳＧ層 ・−１−ノ 草２　囚 １　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定パターンに成形された光電子放出領域から放出
   された電子ビームを照射することによって該所定パター
   ンをレジスト層に転写するためのマスクであって、 透明基板と、 該透明基板に支持された光透過性の導電薄膜と、該所定
   パターンに対応する光電子放出領域を有し、該導電薄膜
   と積層を構成するエピタキシャル炭化珪素薄膜 とから構成される電子ビーム転写用マスク。 ２）該光電子放出領域以外の領域における該炭化珪素薄
   膜が除去されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電子ビーム転写用マスク。 ３）該光電子放出領域以外の領域における該炭化珪素薄
   膜上に光電子阻止層が設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム転写用マスク。 ４）該炭化珪素薄膜が除去されている領域に絶縁層が設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の電子ビーム転写用マスク。 ５）所定パターンに成形された光電子放出領域から放出
   された電子ビームを照射すにことによって該所定パター
   ンをレジスト層に転写するためのマスクの製造方法であ
   って、 基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる工程
   と、 該炭化珪素薄膜上に光透過性の導電薄膜を形成する工程
   と； 該炭化珪素薄膜に該所定パターンに対応する光電子放出
   領域を画定するための処理を施す工程と、該導電薄膜が
   形成され、かつ、該光電子放出領域を画定するための処
   理が施された該炭化珪素薄膜を有する該基板と透明基板
   を、相互の間に該導電薄膜が介在するようにして、重ね
   合わせたのち、該基板と該透明基板を接合する工程と、 該透明基板に接合された該基板を選択的に除去する工程 を含むことを特徴とする電子ビーム転写用マスクの製造
   方法。 ６）該光電子放出領域を画定するための処理として該光
   電子放出領域以外の領域における該炭化珪素薄膜を選択
   的にエッチングして除去する工程を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載の電子ビーム転写用マスク
   の製造方法。 ７）該基板はシリコンウェハであることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項記載の電子ビーム転写用マスクの製
   造方法。 ８）選択的にエッチングされた該炭化珪素薄膜から露出
   している該シリコンウェハを該炭化珪素薄膜をマスクと
   して選択的に酸化することにより、該光電子放出領域以
   外の領域に酸化珪素薄膜を生成することを特徴とする特
   許請求の範囲第７項記載の電子ビーム転写用マスクの製
   造方法。 ９）所定パターンに成形された光電子放出領域から放出
   された電子ビームを照射することによって該パターンを
   レジスト層に転写するためのマスクの製造方法であって
   、 基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる工程
   と、 該炭化珪素薄膜上に光透過性の導電薄膜を形成する工程
   と、 該導電薄膜上に透明基板を重ね合わせたのち、該基板と
   該透明基板を接合する工程と、 該透明基板と接合された該基板を選択的に除去すること
   により該炭化珪素薄膜を表出させる工程と、 該所定パターンに対応する開口を有する光電子阻止層を
   該表出された炭化珪素薄膜上に形成する工程 を含むことを特徴とする電子ビーム転写用マスクの製造
   方法。