JPH0643629A

JPH0643629A - フォトリソグラフ用炭化ケイ素単結晶基板

Info

Publication number: JPH0643629A
Application number: JP21727592A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Maeda; 泰宏前田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｘ線を露光用光源とする高密度集積回路作製
時のフォトリソグラフに好適なマスク支持体又はＸ線フ
ィルターを得る。【構成】この炭化ケイ素単結晶基板は、一面が絶縁性
であり、他面に高ドープした高導電性層が形成されてい
る。一面から他面に向け、厚み方向に１ｍｍ当り１０²
〜１０³ ／ｃｍ³ の傾斜した濃度勾配でキャリア濃度が
分布している。【効果】可視光透過性であるためマスク合せを正確に
行うことができ、吸収Ｘ線量の増加を招くことなく必要
な強度を確保するため比較的厚い支持体とすることも可
能である。また、マスク作製時の電子ビーム露光によっ
て電荷が基板表面に蓄積されず、滲み等の欠陥がない高
精度のパターンが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大規模集積回路の製作
等に使用されるフォトリソグラフ用のＸ線フィルター，
マスク支持体等に適した炭化ケイ素単結晶基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路を半導体ウエハに作り込むと
き、回路パターンをウエハ上に写真焼付けするフォトリ
ソグラフが採用されている。このとき、回路の集積度を
上げることが機能上，経済上等から強く要求される。集
積度の上昇に応じ、フォトリソグラフ工程における回路
パターンをより細密にする必要がある。

【０００３】フォトマスクを通して回路パターンを写真
焼付けするための露光用光源の波長は、回路パターンの
細密化に伴って極端に短くなる。たとえば、比較的低密
度の回路パターンでは紫外線や更に波長の短い真空紫外
線の光源が使用されている。しかし、ナノメータオーダ
ーの高密度素子用パターンを焼き付けるためには、露光
用光源としてＸ線を使用し、Ｘ線源の大きさ，マスクと
ウエハとの位置関係，マスクパターン及びレジストのＸ
線吸収度合い等から、波長数Åの軟Ｘ線を用いることが
望まれている。

【０００４】露光時間を短縮して生産性を向上させるた
めには、Ｘ線強度を大きくすることが必要である。しか
し、マスク支持体として従来から使用されているシリコ
ン単結晶板は、Ｘ線の吸収係数が大きい。厚みを数μｍ
程度にしたシリコン単結晶基板を使用することによっ
て、シリコンによるＸ線吸収を抑制し、照射されたＸ線
をパターン形成に効率よく利用できるが、薄肉化によっ
てマスクの機械的強度が低下する問題が生じる。

【０００５】また、シリコンは、可視光を透過しないの
で、マスク支持体として使用するときウエハとマスクと
の位置合せが面倒になる。この位置合せを容易にするた
め、可視光を透過する性質をもつ二酸化ケイ素，窒化ケ
イ素等の薄膜が一部で使用されている。しかし、二酸化
ケイ素，窒化ケイ素等は、Ｘ線の長波長領域において大
きな吸収係数を呈し、強度的に問題がある。Ｘ線の長波
長領域における吸収係数が小さなものとして、マイラ
ー，カプトン，パリレン等の有機膜の使用も試みられて
いる。しかし、これら有機膜は、マスク製作時の化学
的，熱的処理に十分耐えるものではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線源を照射光源とす
るフォトリソグラフで使用するマスクは、精度が高く、
強度や加工性に優れており、しかも露光時間を短縮して
生産性を向上させるためにＸ線の吸収係数が小さい材料
であることが要求される。

【０００７】マスク製作工程で、Ｘ線吸収用金属をパタ
ーン化するために電子ビーム露光，イオンビームエッチ
ング等が使用されている。このとき、絶縁性材料である
従来のマスク支持体ではビーム露光中に電荷が蓄積さ
れ、パターン形状に滲み等が発生し、形状精度が低下す
る。この欠陥発生を避けるためには、ある程度の導電性
を呈するマスク材料の開発が望まれる。

【０００８】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、炭化ケイ素単結晶基板の一面をド
ーピングによって低抵抗体とすることにより、マスク製
作時に滲み等の欠陥発生がなく、強度，加工性，耐薬品
性，耐熱性等に優れ、高精度でパターンを形成するのに
適したマスク支持体，Ｘ線用フィルター等を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の炭化ケイ素単結
晶基板は、その目的を達成するため、一面に高ドープし
た高導電性層をもち、厚み方向に１ｍｍ当り１０² 〜１
０³ ／ｃｍ³ の傾斜キャリア濃度をもつことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明の炭化ケイ素単結晶基板は、絶縁性の
基体に広禁制帯幅を持たせた半導体単結晶である。基板
面の一方向に向かってドーピング濃度を変化させること
により、一面を低抵抗体とし、可視光を透過させる結晶
基板としている。そのため、マスク製作工程で電子ビー
ム等が照射されたとき、滲みの原因となる電荷の蓄積が
避けられる。また、広禁制帯幅をもつことから、放射線
により生じる禁制帯内の欠陥レベルが光学特性に与える
影響が少なく、フィルター，マスク支持体等として有効
である。更に、可視光透過性であることから、ウエハに
対するマスクの位置合わせも容易になる。

【００１１】炭化ケイ素単結晶は、たとえば図１に示す
設備構成で製造される。黒鉛ルツボ１内に、種結晶とし
ての単結晶板２及び炭化ケイ素原料３をセットする。炭
化ケイ素原料３は、粉末状又は粒状のものが使用され、
多孔質黒鉛板４で仕切られている。黒鉛ルツボ１をＡｒ
等の不活性ガス雰囲気で圧力制御されたチャンバー５内
に配置し、ヒータ６によって２２００〜２４００℃の温
度勾配を付けて加熱する。炭化ケイ素原料３は、加熱に
よって昇華する。昇華ガスは、比較的低温度に維持され
ている単結晶板２に接触し、単結晶板２の上に結晶成長
する。

【００１２】結晶成長によって単結晶板２が適当な厚さ
になったとき、窒素ガス又はトリメチルアルミニウム等
をドーピングガスとしてチャンバー５内に導入する。結
晶成長に伴ってドーピングガスの流量を増加させると、
厚み方向に関してキャリア濃度が増加する状態で結晶成
長が継続される。低抵抗が得られる所望のキャリア濃度
（約５×１０¹⁸／ｃｍ³)に達するまで結晶成長させた
後、ヒータ６により加熱を止め、結晶成長を終える。

【００１３】得られた単結晶を切り出し、円板状に加工
する。作製された単結晶板は、絶縁性の一面をもち、厚
み方向に傾斜して増加するキャリア濃度のため他面では
低抵抗体となっている。可視光透過性は５０％以上であ
り、７０％のＸ線透過性でマスクとしての許容範囲にあ
る。

【００１４】

【実施例】黒鉛質ルツボ１の底部に単結晶板２を配置
し、多孔質黒鉛板４で仕切った上部に炭化ケイ素原料３
を収容した。黒鉛ルツボ１をチャンバー５内にセット
し、チャンバー５内を排気・減圧した後、Ａｒを不活性
ガスとして導入し、雰囲気圧を約１０トールに調整し
た。炭化ケイ素原料３側が２４００℃，単結晶板２側が
２２００℃となる温度勾配を付けて、ヒータ６で炭化ケ
イ素原料３を加熱した。

【００１５】加熱された炭化ケイ素原料３が昇華し、昇
華蒸気によって単結晶板２の上に結晶成長が開始した。
このとき、結晶成長速度が１ｍｍ／時となるように、加
熱条件及び不活性ガス導入・排出条件を制御した。１時
間の結晶成長後、窒素ガスを不活性ガスと共にチャンバ
ー５に導入した。窒素ガスの導入量は、流入開始段階で
０．１ｍｌ／分に設定し、時間経過と共に増加させ、最
終的に１ｍｌ／分に調整した。また、窒素ガスの導入量
増加に応じて、チャンバー５内の雰囲気圧力が一定に維
持されるように不活性ガスの導入量及び排気量を調節し
た。結晶成長を２時間継続した後、ヒータ６による加熱
を中止し、チャンバー５から黒鉛ルツボ１を取り出し
た。得られた単結晶を厚さ２ｍｍに切り出して両面を研
磨し、直径２ｃｍ及び厚さ２ｍｍの炭化ケイ素単結晶基
板とした。

【００１６】作製された炭化ケイ素単結晶基板は、可視
光でほぼ透明であり、一面が絶縁性で、他の面が０．１
Ω／ロの面抵抗をもつ導電性であった。炭化ケイ素単結
晶基板の厚み方向に関するキャリア濃度を測定するた
め、サンプルを適当な厚さに研磨した後、ホール測定を
行った。その結果、図２に示すキャリア濃度の分布がみ
られた。基板の厚さに対するキャリア濃度の変化は、厚
さ１ｍｍ当り１０² 〜１０³ ／ｃｍ³ であった。このキ
ャリア濃度の傾斜度合いは、片面が絶縁性である結晶板
の他面を低抵抗面とする濃度変化として最適である。な
ぜなら、このような濃度勾配のものでは、可視光透過性
の向上等のために厚さを薄くする場合等において、一面
は常に低抵抗面としてもつことができる。本実施例で
は、厚さ１ｍｍで、絶縁面と１〜２Ω／ロの低抵抗面が
得られた。

【００１７】Ｘ線マスクの製作方法にはいくつかある
が、本実施例では、代表的なプロセスでＸ線マスクを製
作した。前述のようにして得られた炭化ケイ素基板の低
抵抗側をマスクパターン、他の絶縁又は高抵抗側を装置
に固定したフレーム等と合体する面とした。先ず、炭化
ケイ素基板の低抵抗面に、Ｘ線吸収材としてＡｕめっき
を施した。なお、Ｘ線吸収層は、めっきに替えスパッタ
リング等で形成することもできる。次いで、Ａｕめっき
層の上にレジストを塗布し、電子線描画によりマスクパ
ターンを形成した。その後、ドライエッチングにより、
レジストと同様のパターンをＡｕめっき層に形成した。
このとき、レジスト法に替えてイオンビームエッチング
法を採用し、Ａｕめっき層に直接パターンを形成するこ
とも可能である。

【００１８】従来のＳｉ基板を使用するとき、このよう
なパターン形成後にＳｉをエッチング除去することによ
り、マスクとして必要な機械的強度が著しく低下する。
しかし、本発明に従った炭化ケイ素基板では、基板その
ものを使用することから、強固さが確保される。また、
電子線描画やイオンビームエッチングの際、基板のパタ
ーン形成面が低抵抗体となっていることから、この面に
電荷の蓄積がない。そのため、パターンのアイランド同
士の帯電がなく、パターン形成の精度が向上した。更
に、炭化ケイ素基板の他の面が絶縁性又は高抵抗体であ
ることから、パターン形成時の支持或いはマスクとして
使用するときの固定支持に関し、特にガラスフレーム等
の装置との電位を分離する固定支持体を考慮する必要が
なく、この点でもマスクとしての位置精度の向上に役立
っている。すなわち、マスク支持体として、傾斜キャリ
ア濃度をもつ炭化ケイ素単結晶基板の有効に使用され
る。以上の炭化ケイ素単結晶基板を使用したマスクを、
Ｘ線リソグラフに応用した結果、Ｘ線透過性６８％及び
可視光透過性５０％であり、実際にＸ線照射を１５０時
間継続してもストレス透過性に変化がみられなかった。

【００１９】本実施例においては、窒素ガスを導入する
ことによってｎ型の単結晶基板を製造している。ｐ型単
結晶基板を作製する場合、窒素ガスに替えてトリメチル
アルミニウムをドーピングガスとして使用する。何れの
場合においても、Ｘ線用フィルター，マスク支持体等と
して使用するとき、ｎ型及びｐ型の間に有意差はみられ
ない。ただし、製作が比較的容易なことから、ｎ型の単
結晶基板が有利であるといえる。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の炭化ケ
イ素単結晶基板は、一方の面が絶縁性であり、他方の面
に向かって傾斜したキャリア濃度が分布し、他方の面で
低抵抗体となっている。また、可視光に対する透過性に
優れ、Ｘ線吸収係数も小さい。そのため、Ｘ線を露光用
光源とする高密度集積回路作製時のフォトリソグラフに
マスク支持体又はＸ線フィルターとして使用するとき、
マスク合せを正確に行うことができると共に、吸収Ｘ線
量の増加を招くことなく必要な強度を確保するため比較
的厚い支持体とすることも可能である。また、マスク作
製時の電子ビーム露光によって電荷が基板表面に蓄積さ
れず、滲み等の欠陥がない高精度のパターンが形成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭化ケイ素単結晶基板を製造する装置の一例

【図２】本発明実施例で製造された炭化ケイ素単結晶
基板のキャリア濃度分布

【符号の説明】

１黒鉛ルツボ２単結晶板（種結晶）３
炭化ケイ素原料４多孔質黒鉛板５チャンバー６
ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面に高ドープした高導電性層をもち、
厚み方向に１ｍｍ当り１０² 〜１０³ ／ｃｍ³ の傾斜キ
ャリア濃度をもつことを特徴とするフォトリソグラフ用
炭化ケイ素単結晶基板。