WO2005114332A1 - 電子ビーム記録基板 - Google Patents

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WO2005114332A1
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beam recording
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recording substrate
resist film
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Masahiro Katsumura
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Pioneer Corp
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G03F7/2059—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a scanning corpuscular radiation beam, e.g. an electron beam
    • G03F7/2061—Electron scattering (proximity) correction or prevention methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/26—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of record carriers
    • G11B7/263—Preparing and using a stamper, e.g. pressing or injection molding substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P76/00—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography
    • H10P76/20—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising organic materials
    • H10P76/204—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising organic materials of organic photoresist masks
    • H10P76/2045—Electron beam lithography processes

Definitions

  • the present invention relates to a substrate material for use in electron beam lithography, and more particularly to an electron beam recording substrate carrying a resist film on which information is recorded by an electron beam.
  • Information recording with an electron beam is used for mask drawing of semiconductor devices and the like in order to reduce the line width.
  • an electron-sensitive material that is, a resist film is coated on a substrate made of a semiconductor, the substrate is set in the device, and the electron-sensitive material on the substrate is directly irradiated with an electron beam to expose the substrate.
  • a direct drawing method using light is known.
  • an indirect drawing method using a mask is also known.
  • the electron beam recording substrate can be applied to a master of an electron beam mastering technique for manufacturing a master for manufacturing a high-density optical disk using an electron beam.
  • the outline of the electron beam mass ring is as follows: a resist film is applied on a substrate, electron beam exposure is performed by irradiating the electron beam directly on the resist film, and the electron beam exposed portion of the resist film is developed. By removing (positive type), a pit or group, which is recorded information, is formed on the resist film.
  • FIG. 1 shows an electron beam recorder that is an information recording device in the electron beam mass ring.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a decoder.
  • Electron beam recorder is a vacuum chamber
  • a spindle motor 5 for rotating the substrate 4 while keeping it horizontal, a moving stage 6 for moving the spindle motor 5 in a predetermined direction, a mirror 7 mounted on the moving stage 6, a substrate Optical sensors 8 and 9 for detecting the height fluctuation of 4 are provided.
  • the substrate 4 mounted on the turntable of the spindle motor 5 has a resist film formed on the surface on the electron beam column 2 side.
  • the spindle motor 5 is controlled by the controller 3 to rotate at a constant linear velocity during electron beam exposure.
  • the moving stage 6 is horizontally moved by the controller 3 by receiving a driving force of an external electric motor 11.
  • a length measuring device 12 that irradiates a laser beam to the mirror 7 and detects a reflected light thereof detects a moving position of the moving stage 6 and supplies moving position information to the controller 3.
  • the controller 3 controls the movement position by feeding back the movement position information obtained from the controller 3 to the movement stage 6 and the deflection electrode in the electron beam column 2.
  • the electron beam column 2 includes an electron gun, a condenser lens, a blanking electrode, an avatar, a deflection electrode, a focus lens, an objective lens, and the like. Under the control of the controller 3, the electron beam column 2 deflects the electron beam emitted from the electron gun via the condenser lens by the blanking electrode, and performs beam modulation according to the recorded information. In addition, by adjusting the irradiation position of the electron beam using the deflection electrode based on the position information of the moving stage 6 obtained from the length measuring device 12, More accurate recording position correction is possible.
  • the focal length is controlled by the focus lens, the object lens is narrowed down narrowly, and the surface of the substrate 4 is irradiated. That is, under the control of the controller 3, on / off control of the electron beam, adjustment of the irradiation position of the electron beam, and focus control of the electron beam according to the height change detection information of the substrate 4 from the optical sensors 8 and 9 are performed. .
  • a region on the substrate 4 is subjected to electron beam exposure by driving the spindle motor 5 and the moving stage 6 while irradiating the resist film surface of the substrate 4 with an electron beam.
  • the resist film is exposed to the electron beam based on the recorded information, and a latent image of a fine concave / convex pattern such as a pit or a group is formed on the resist film by the trajectory of the electron beam spot.
  • the factors that limit the resolution of the pattern shape are, as shown in Fig. 2, the effect of the forward scattered electrons in the resist of the primary electron beam incident on the resist to form the pattern, and the The effect of backscattered electrons is that returned electrons return to the resist again. In particular, the backscattered electrons have a significant effect on the resolution of the pattern shape.
  • the problem to be solved by the present invention is to clarify the main factors for reducing the degree of backscattered electrons to the resist film, and to provide an electron beam recording substrate capable of improving the resolution of latent image drawing. Is an example.
  • the electron beam recording substrate of the present invention is an electron beam recording substrate that carries a resist film on which information is recorded by an electron beam.
  • the electron beam recording substrate has an average of electrons that travel inside due to irradiation of the electron beam from the resist film side. It is characterized by having a surface region made of a material whose free path is larger than a predetermined value.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an electron beam recorder using a beam according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of an electron beam recording substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of an electron beam recording substrate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration of a substrate 4 as an example of an electron beam recording substrate.
  • the substrate 4 includes a substrate main body S and a resist film R carried on the substrate main body and on which information is recorded by an electron beam.
  • the resist film R is applied by, for example, spin coating.
  • the substrate body S includes a surface layer region 40 of a material in which the mean free path of electrons traveling inside by irradiation of the electron beam from the resist film R side is larger than a predetermined value.
  • the inventor studied the scattering distribution of electrons inside the resist film and inside the substrate when the resist film on the substrate was irradiated with an electron beam. As a result, they found that the range affected by backscattering depends not only on the atomic number of the substrate material but also on the atomic weight and density.
  • the incident electrons perform elastic or inelastic scattering with the nuclei of the atoms constituting the substrate, so that the width of the electron beam increases.
  • elements that limit the resolution of a pattern shape include: There is the effect of the forward scattered electrons in the resist of the primary electron beam incident on the resist to form the evening and the backscattered electrons returning to the resist when the electrons reach the substrate. In particular, the influence of backscattered electrons on the resolution of the pattern shape is significant.
  • the inventor believes that the backscattered electrons of the electron beam reaching the substrate are We believe that reducing the amount returned to the sub-beam exposure unit is a useful technique to improve the resolution of the pattern shape.
  • the trajectories of electrons in the substrate were calculated by actual simulations, and it was confirmed that the scattering of electrons varies greatly depending on the energy of the electron beam, the atomic number of the solid, and the density.
  • the total scattering area ⁇ is given by the following equation (2) in which the effect of inelastic scattering is considered by Murataeta 1 (1977-1).
  • Z atomic number
  • Q esu E
  • kinetic energy of the electron e VZ300 (V: acceleration voltage)
  • the screening parameter i3 is given by the following equation (3) by N i gam e ta 1 (1 595).
  • the mean free path ⁇ of the distance the electron travels until it undergoes one scattering depends on the atomic number ⁇ , the atomic density ⁇ , the atomic weight ⁇ , and the accelerating voltage V.
  • the relationship of the mean free path depending on the substrate material is proportional to the accelerating voltage and the atomic weight, and inversely proportional to the density and the atomic number.
  • the mean free path ⁇ of a silicon substrate widely used as a substrate material is obtained.
  • Silicon has an atomic number ( ⁇ ) of 14, an atomic weight ( ⁇ ) of 28.086, and a density ( ⁇ ) of 2.33 gZcm 3 . Substituting these parameters into equation (4) at an acceleration voltage of 50 kV. Then, the mean free path ⁇ is 92.359 ⁇ m as shown in the following equation (5).
  • a ( Si) atomic weight
  • p ( S i ) density
  • Z ( S i) atomic number.
  • the mean free path ⁇ when amorphous carbon is used as a substrate material is determined.
  • Amorphous carbon substrates have a mean free path about 1.86 times longer than when silicon substrates are used.
  • the exposure and the ratio using the silicon substrate In comparison, since the interval between collisions with the next substrate material molecule or atom becomes longer, the amount of backscattered electrons returning to the electron beam primary exposure area can be reduced, and the resolution of the exposure pattern shape can be improved. it can.
  • the mean free path ⁇ in the case of diamond-structured carbon (density: 3.51) can be expressed by the following equation. (4), which is 74.52 nm, the mean free path is shorter than that of the silicon substrate.
  • the effect of backscattering becomes large, simply coating the substrate material with a carbon thin film having a small atomic number, which is described in Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • the material of the surface layer in contact with the resist film has a mean free path of electrons traveling inside by the irradiation of the electron beam from the resist film side. It can be seen that the material should be selected from the large materials.
  • V acceleration voltage [Volt]
  • a (x) average atomic weight
  • p (x) density
  • Z) atomic number.
  • the mean free path ⁇ (Si) of electrons of the silicon substrate material is expressed by the following equation (7), as in the equation (4).
  • V is the electron acceleration voltage [Volt].
  • a ( x ) average atomic weight
  • p (x) density [gZcm 3 ]
  • z) average The atomic number
  • an amorphous carbon substrate (density: 1.52 g Z cm 3 ) and a silicon substrate were prepared, and an electron beam resist was formed on each of them by spin coating to a thickness of 70 nm. The film was formed, and a line pattern was formed by electron beam recording. Thereafter, the same developing step using a developing solution was performed for both substrates, and the pattern shape was evaluated. '
  • Tables 1 and 2 show the relationship between line spacing and line width, and the variation in line width, respectively.
  • the line width variation p—p is the peak-to-peak distance.
  • backscattering occurs randomly and causes variations in the formed line width.
  • the substrate having a large influence of backscattering has a large variation in line width.
  • the influence of backscattering becomes larger, and it is thought that the formed line width increases or decreases.
  • the electron beam characteristics in the experiment were an acceleration voltage of 50 kV, a beam diameter of 55 nm (), and a beam current of 120 nA.
  • the linear dose at the time of recording was 0.81 C / cm. table 1
  • the surface layer was composed of a single material, and the value of mean free path was calculated based on the physical properties of various elements. Note that the electron acceleration voltage was 50 kV. Table 3 shows the results.
  • elements such as fluorine are in a gaseous state at normal temperature and normal pressure. However, considering that these elements have a strong tendency to form ionic bonds with other elements when they form a solid, electrons of these elements are rare. Density based on the standard radius of ions in gas (closed shell) structure The degree value was determined and used. Further, as described above, since there are various possible forms of carbon, calculation results on the assumption that the density is the same as Si are added.
  • the surface region is an element that gives a large mean free path to the Si substrate, namely, Li, Be, B, C, ⁇ , F, Na, Mg, Si, P, S, K, Ca , Rb.
  • the surface layer is an element that gives a large mean free path to the Si substrate, that is, Li, Be, B, C, ⁇ , F, Na, Mg, Si, P, It is preferable to use a material containing at least one of S, K, Ca, and Rb in an amount of 50 wt% or more.
  • the surface region is an element that gives a large mean free path to the Si substrate, that is, Li, Be, B, C, 0, F, Na, Mg, Si, P, S, K, Ca, R It is preferable to use a material containing at least two or more of b and containing 50 wt% or more of the total contained elements.
  • the surface layer region 40 of the substrate may be formed by a thin film having a plurality of layers 40a and 40b as shown in FIG. 3 in addition to a single layer.
  • the electron beam recording substrate can be entirely composed of only the same material as the material of the surface layer region.
  • the manufacture of the optical disk substrate was described. According to the present invention, a substrate on which a pre-pattern (servo pattern) is formed concentrically is formed, and a magnetic recording layer is formed thereon. Magnetic disks and hard disks can be manufactured.
  • the sequential exposure of the electron beam by the electron beam recorder Although light has been described, it can also be applied as batch exposure. That is, the present invention can be applied to a magnetic disk substrate manufactured using a substrate material satisfying the above conditions and an electron beam exposure device.

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Abstract

　レジスト膜への後方散乱電子の度合いを低減し、潜像描画の分解能を改善できる電子ビーム記録基板を提供する。電子ビームで情報記録が行われるレジスト膜を担持する電子ビーム記録基板において、レジスト膜側からの電子ビームの照射により内部に進行する電子の平均自由行程が所定値より大である材料からなる表層領域を有する。

Description

明細書 電子ビーム記録基板 技術分野
本発明は、電子線リソグラフィ一に使用するための基板材料に関し、特に電子 ビームで情報記録が行われるレジスト膜を担持する電子ビーム記録基板に関す る。
背景技術
電子ビームでの情報記録は、線幅の細線化ため半導体装置などのマスク描画の 用途に用いられている。半導体装置の製造プロセスにおける電子ビーム露光では、 半導体からなる基板上に電子感応材料すなわちレジスト膜を塗布し、基板を装置 にセットし、基板上の電子感応材料に電子ビームを直接照射することによって露 光を行う直接描画法が知られている。 またその他の描画手法として、 マスクを用 いる間接描画法も知られている。
更に、電子ビーム記録基板は、高密度の光ディスクを製造するためのマスター を電子ビームを用いて作製する電子ビームマスタリング技術の原盤にも適用さ れ得る。 この電子ビームマス夕リングの概要は、 基板上にレジス卜膜を塗布し、 電子ビームをレジスト膜上に直接照射する電子ビーム露光を行った後、レジスト 膜の電子ビーム露光された部分を現像処理によって除去（ポジ型）することによ り、 レジスト膜上に記録情報であるピッ卜又はグループを形成する。
図 1は、'電子ビームマス夕リングにおける情報記録装置である電子ビームレコ ーダの構成を示す概略ブロック図である。電子ビームレコーダは、真空チャンバ
1と、真空チャンバ 1上方に設置された電子ビームカラム 2と、 コントローラ 3 などで構成されている。
真空チャンバ 1内には、基板 4を水平に保ちつつ回転させるスピンドルモータ 5と、 スピンドルモータ 5を所定方向に移動させる移動ステージ 6と、移動ステ ージ 6上に取り付けられたミラー 7と、基板 4の高さ変動を検出するための光セ ンサ 8及び 9が設けられている。スピンドルモータ 5のターンテーブル上に載置 された基板 4は電子ビームカラム 2側の面に成膜されたレジスト膜を備えてい る。
スピンドルモー夕 5は、 コントローラ 3により、電子ビーム露光の際に一定の 線速度で回転するよう制御されている。移動ステージ 6は、 コントローラ 3によ り、外部の電動モ一夕 1 1の駆動力を受けて水平移動する。 ミラ一 7に対してレ 一ザ一光を照射しその反射光を検知する測長器 1 2は、移動ステージ 6の移動位 置を検出しコントローラ 3に移動位置情報を供給している。 コントローラ 3は、 コントローラ 3から得た移動位置情報を移動ステージ 6および電子ビームカラ ム 2内の偏向電極にフィードバックすることにより移動位置制御をなす。
電子ビームカラム 2は、 電子銃、 コンデンサレンズ、 ブランキング電極、 アバ 一チヤ、 偏向電極、 フォーカスレンズ、 対物レンズなどで構成されている。 電子 ビームカラム 2は、 コントローラ 3からの制御により、 電子銃から放射される電 子をコンデンサレンズを介した電子ビームをブランキング電極によって偏向し、 記録情報に応じたビーム変調を行う。また測長器 1 2より得られた移動ステージ 6の位置情報から偏向電極を用いて電子ビームの照射位置を調整することによ り正確な記録位置補正が可能である。さらに光センサ 8及び 9から得られた基板 4の高さ変化情報に応じて、 フォーカスレンズで焦点距離を制御すると共に、対 物レンズによって細く絞り、 基板 4の表面に照射する。 すなわち、 コントローラ 3からの制御により、電子ビームのオンオフ制御及び電子ビームの照射位置調整 や、光センサ 8及び 9からの基板 4の高さ変化検出情報に応じて電子ビームのフ オーカス制御がなされる。
電子ビーム記録の際には、基板 4のレジスト膜表面に電子ビームを照射しつつ スピンドルモ一夕 5と移動ステージ 6を駆動することで、基板 4上の領域に電子 ビーム露光を行う。 これにより、記録情報に基づいてレジスト膜を電子ビーム露 光し、電子ビームスポッ卜の軌跡によって、 ピットまたはグループなどの微小凹 凸パターンの潜像がレジスト膜に形成される。
電子線リソグラフィにおいて、パターン形状の分解能を制限する要素には図 2 に示すように、パターンを形成するためのレジストに入射した 1次電子ビームの レジスト中における前方散乱電子の影響と、基板に到達した電子が再びレジスト に戻ってくる後方散乱電子の影響がある。特に、後方散乱電子がパターン形状の 分解能に与える影響は大きい。
電子ビーム記録の分解能において、レジスト膜へ入射した一次電子線の前方散 乱電子と後方散乱電子による露光の広がりが問題とされ、特に、後方散乱電子の 影響すなわち、 レジスト膜を透過した一次電子線が基板に衝突し、後方へ散乱し た電子が再度レジスト膜部まで到達し、レジスト膜が余分なところまで曝露され ることが問題になる。
この後方散乱電子の影響を低減して分解能を向上させるために、電子線リソグ ラフィー用の基板材料として、低熱膨張率ガラス板などの基板の片面をダイヤモ ンドライクグラフアイト層あるいはグラフアイト層などの炭素薄膜で被覆した ものが提案されている （特開平 7— 1 6 9 6 7 5号公報参照）。
発明の開示
しかし、特開平 7— 1 6 9 6 7 5号公報の説明に挙げられている原子番号の小 さい炭素薄膜で基板材料を単純に被覆しただけでは、後方散乱電子の影響が低減 され分解能が改善され無い。
そこで、本発明の解決しょうとする課題には、 レジスト膜への後方散乱電子の 度合いを低減するための主因子を明らかにし、これにより潜像描画の分解能を改 善できる電子ビーム記録基板を提供することが一例として挙げられる。
本発明の発明の電子ビーム記録基板は、電子ビームで情報記録が行われるレジ スト膜を担持する電子ビーム記録基板であって、レジスト膜側からの電子ビーム の照射により内部に進行する電子の平均自由行程が所定値より大である材料か らなる表層領域を有することを特徴とする。
図面の簡単な説明
図 1は、本発明によるビームを用いた電子ビームレコーダを示す概略ブロック 図である。
図 2は、 本発明による実施形態の電子ビーム記録基板の概略断面図である。 図 3は、本発明による他の実施形態の電子ビーム記録基板の概略断面図である。 発明を実施するための形態
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図 2は、 電子ビーム記録基板の一例の基板 4の構成を示す概略断面図である。 基板 4は、基板本体 Sと、 これに担持されかつ電子ビームで情報記録が行われる レジスト膜 Rとからなる。レジスト膜 Rは例えばスピンコーティングによって塗 設されている。基板本体 Sは、 レジスト膜 R側からの電子ビームの照射により内 部に進行する電子の平均自由行程が所定値より大である材料の表層領域 4 0を 含む。
発明者は、基板上のレジスト膜に電子ビームが照射された際のレジス卜膜及び 基板内部の電子の散乱分布を研究した。 その結果、 後方散乱の影響範囲は、 基板 材料の原子番号のみに依存するのではなく、その原子量、密度などによって変化 することを知見した。 レジスト膜を透過して基板に電子が入射すると、入射電子 は基板を構成する原子の核と弾性散乱あるいは非弾性散乱を行うため、電子ビー ムの幅が広がる。
図 1に示すような電子ビーム記録装置を用いた電子線リソグラフィにおいて、 パターン形状の分解能を制限する要素には 、。夕一ンを形成するためのレジスト に入射した 1次電子ビームのレジスト中における前方散乱電子と基板に到達し た電子が再びレジストに戻ってくる後方散乱電子の影響がある。特に後方散乱電 子によるパターン形状の分解能に与える影響は大きい。
パターン形状の分解能を制限する要素である前方散乱及び後方散乱を低減す ることは、 電子ビーム記録装置の加速電圧を高くすることにより可能であるが、 装置の安定性及びコストの点で大幅な加速電圧向上は困難と考えられる。 また、 前方散乱に関しては装置の加速電圧以外にレジスト材料に起因するが、パターン 形状特性の関係から大幅な変更は困難である。
ゆえに、 発明者は、 基板に到達した電子ビームの後方散乱電子が、 ふたたび電 子ビーム露光部へ戻る量を低減することが、パターン形状の分解能を向上するた めに有益な手法であると考える。
そこで、基板中での電子の軌跡を実際のシミュレーションで計算し、電子の散 乱は電子ビームのエネルギーや固体の原子番号、密度などによって大きく変わる ことを確かめた。
電子が 1回の散乱を受けるまでに進む距離の平均自由行程 λは次式（1)で表 される。 λ =— = ( 1)
"∑ NAp∑
上記式中、 η ：単位体積当りの原子数、 ∑ ：散乱全断面積、 ΝΑ：ァボカドロ 数 = 6. 0 2 X 1 023、 ρ ：密度、 Α：原子量である。
また上記式中、 散乱全断面積∑は Mu r a t a e t a 1 (1 9 7 1) によ り非弾性散乱の効果が考慮されている次式 （2) で与えられる。
Figure imgf000007_0001
上記式中、 Z ：原子番号、 e ：電子の電荷 =_ 4. 0 8 0 2 9 X 1 0— 1 Q e s u、 E ：電子の運動エネルギー =e VZ3 0 0 (V：加速電圧）、 β ·· スクリー ニングパラメ一夕である。
また上記式中、スクリーニングパラメータ i3は N i g am e t a 1 (1 9 5 9) により次式 （3) で与えられる。
仮に N i g amのスクリーニングパラメ一夕を考慮すると平均自由行程 λは 次式 （4) で与えられる。 λ = 5.54 X 10 ——； [nm ]
Figure imgf000008_0001
以上より、電子が 1回の散乱を受けるまでに進む距離の平均自由行程 λは、原 子番号 Ζ、 原子密度 ρ、 原子量 Α及び加速電圧 Vに依存することがわかる。 つま り、基板材料に依存する平均自由行程の関係は加速電圧及び原子量に比例し、密 度及び原子番号に反比例することがわかる。
現在、電子線リソグラフィ一において、基板材料として広く用いられているシ リコン基板における平均自由行程 λを求める。
シリコンは原子番号 （ Ζ )： 14、 原子量 （ Α)： 28. 086、 密度 （ ρ )： 2. 33 gZcm3である。 加速電圧 50 kVにおいてこれらのパラメ一夕を式 (4) に代入する。 すると次式 （5) のごとく平均自由行程 λは 92. 359 η mとなる。
,
A(i, ) = 5.54 X 10 -3 92.359 [nm ]
Figure imgf000008_0002
(5)
上記式中、 A (Si) :原子量、 p (S i) :密度、 Z (S i) :原子番号、 である。 また、例として無定形炭素を基板材料として使用した際の平均自由行程 λを求 める。無定形炭素は、原子番号（Ζ)： 6、原子量（Α)： 12. 01 1、密度（ρ)： 1. 52 g/cm3である。 上記同様に式 （4) より求められ、 平均自由行程 λ = 172. 1 nmとなる。 無定形炭素基板は、 シリコン基板を使用した際よりも 平均自由行程が 1. 86倍程度長くなる。 ゆえにシリコン基板を用いた露光と比 較し、次の基板材料分子又は原子に衝突する間隔が長くなるために後方散乱電子 が再び電子ビーム 1次露光部へ戻る量を低減することができ、露光パターン形状 の分解能を向上することができる。
つまり、 基板材料として平均自由行程としての関係式 （4 ) が例えばシリコン 基板より長いものを選定することにより、後方散乱の影響を低減することができ、 微細な電子ビーム記録が可能となる。
基板材料としては、 原子番号、 原子量、 密度の観点での選定が重要である。 例 えば、たとえ原子番号が 6である炭素のようにその結晶構造により密度が変化す る材料においては、 ダイヤモンド構造炭素 （密度： 3 . 5 1 ) の場合の平均自由 行程 λは、 同様に式 （4 ) より求められ、 7 4 . 5 2 n mとなることから、 シリ コン基板のものに対して平均自由行程は短いものになる。つまり、後方散乱の影 響は大きくなるので、特開平 7 _ 1 6 9 6 7 5号公報の説明に挙げられている原 子番号の小さい炭素薄膜で基板材料を単純に被覆しただけでは、電子線リソダラ フィーにおいて多く使われているシリコン基板に対して後方散乱の影響を軽減 することはできない。原子番号の小さい材料を被覆したにもかかわらず後方散乱 の影響を大きく受けることとなる。
以上のことから、基板材料として内部の電子の平均自由行程がシリコン基板の それより長い材料を選定することにより、後方散乱の影響を低減することができ る。従来電子ビーム記録において広く用いられているシリコン基板を用いたプロ セスに比べ、 微細なパターンの電子ビーム記録が可能となる。
レジスト膜に接する表層領域の材料を、レジスト膜側からの電子ビームの照射 により内部に進行する電子の平均自由行程が所定値例えばシリコンのものより 大である材料から選択すればよいことがわかる。
表層領域の材料の電子の平均自由行程 λ (χ) は式 （4) と同様に次式 （6) で示される。
Figure imgf000010_0001
上記式中、 V：加速電圧 [Volt]、 A (x)：平均原子量、 p (x)：密度、 Z ） ： 原子番号、 である。
シリコン基板材料の電子の平均自由行程 λ (Si) は式（4) と同様に次式（7) で示される。
, VA(si)
λ( .) = 5.54X10-3 ——■
P(si)Z(si)3 Z(si) + 1) (7ノ
基板材料として内部の電子の平均自由行程がシリコン材料のそれより長い材 料を選定するので、 次式 （8) — （10) の関係を満たすようにすればよい。 λ (-) > ½'·) ( § )
より具体的には、 数値を代入した次式 （9) の関係を満たすようにすればよい。 λ(χ) >1.84718 xlO- 3["m] ( 9 )
上式中で、 Vは電子の加速電圧 [Volt] である。
また、 選択すべき材料の物性値により材料の選定を行う視点からは、 式 （8) を基に、 下式の関係を満たすようにすればよい。
Figure imgf000010_0002
なお、 上式中、 A (x)：平均原子量、 p (x)：密度 [gZcm3]、 z ）：平均 原子番号、 である。
[実施例]
本発明により、基板材料の違いによる後方散乱の影響がどのようにパターン劣 化を及ぼすかを実験し、 検討した。
実施例として、 無定型炭素基板 （密度 1 . 5 2 g Z c m3) とシリコン基板を 用意し、それぞれの上に電子線レジストを 7 0 n mの厚さになるようにスピンコ ート法により成膜し、電子ビーム記録によりラインパターンを形成した。その後 に現像液を用いた同じ現像工程を両基板について行い、パターン形状評価を行つ た。 '
後方散乱の影響を比較するために、ライン間隔とライン幅の関係及びライン幅 のばらつきの増減を比較した。表 1及び表 2はそれぞれ、 ライン間隔とライン幅 の関係及びライン幅のばらつきを示す。 表中のライン幅のばらつき p— pは peak to peakの距離である。
基板材料の違いによる後方散乱の影響として、後方散乱はランダムに発生する ために形成したライン幅のばらつきを生じると考えられる。つまり、後方散乱の 影響が大きい基板はライン幅のばらつきが大きくなると考えられる。 また、 ライ ン間の距離が狭まることにより、後方散乱の影響は大きくなるために形成したラ イン幅の増減が生じると考えられる。
実験における電子ビーム特性は、加速電圧 5 0 k V、 ビーム径 5 5 n m ( ) , ビーム電流 1 2 0 n Aである。 記録時の線ドーズ 0 . 8 1 C / c mであった。 表 1
Figure imgf000012_0001
表 1， 2の結果から、平均自由行程の長い材料（後方散乱の影響が小さい材料) を基板に用いることによりライン幅のライン間隔変化に対する依存性が少ない こと、 及びライン幅ばらつきが少ない事が確認された。 つまり、 後方散乱の影響 を少なくする効果があると考えられる。
表層領域を単一材料で構成することとし、各種元素の物性値を基に平均自由行 程の値を算出した。なお電子の加速電圧は 5 0 k Vとした。 この結果を表 3に示 す。
表 3
Figure imgf000013_0001
なお表中で、 フッ素などの元素は常温常圧において気体状態であるが、 これら の元素が他元素と固体を構成する場合にイオン結合する傾向が強いことに鑑み、 これらの元素の電子が希ガス （閉殻）構造にある時のイオンの標準半径を基に密 度の値を求めてこれを用いた。 また、 上述したように、 炭素については種々の形 態があり得るので、その密度が S iと同一である場合を仮定した計算結果を加え た。
このように、 表層領域は S i基板に対して大きな平均自由行程を与える元素、 即ち、 L i、 Be、 B、 C, 〇、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K、 Ca、 R bからなることが好ましい。
また、 表層領域主成分が L i、 Be、 B、 C、 0、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K：、 Ca、 Rbの元素からなることにより、 後方散乱の影響を少なくする効 果があることから、表層領域は S i基板に対して大きな平均自由行程を与える元 素、 即ち、 L i、 Be、 B、 C、 〇、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K、 Ca、 Rbの少なくともいずれか 1 つを 50wt%以上含有する材料からなることが好 ましい。さらに、表層領域は S i基板に対して大きな平均自由行程を与える元素、 即ち、 L i、 Be、 B、 C、 0、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K、 Ca、 R bの少なくともいずれか 2つ以上を含有し、 その含有された元素の合計が 50 wt%以上含有される材料からなることが好ましい。
他の実施形態としては、基板の表層領域 40を単一層以外に、 図 3に示すよう に、複数層 40 a、 40 bの薄膜で形成して構成することも可能である。さらに、 電子ビーム記録基板は、全体を表層領域の材料と同一の材料のみから構成できる。 さらに、 上記した例では、 光ディスク基板の作製について説明したが、 本発明 によれば、 同心円状にプリパターン （サーボパターン） が形成された基板を作製 し、その上に磁気記録層を形成して磁気ディスクや、ハードディスクのプラッ夕 を作製することができる。なお、電子ビームレコーダによる電子ビームの逐次露 光を説明したが、 一括露光としても応用できる。 すなわち、 上記条件を満たす基 板材料を用いて作製した磁気ディスク用基板や、電子ビーム露光デバイスに適用 できる。

Claims

請求の範囲
1. 電子ビームで情報記録が行われるレジスト膜を担持する電子ビーム記録 基板であって、レジスト膜側からの電子ビームの照射により内部に進行する電子 の平均自由行程が所定値より大である材料からなる表層領域を有することを特 徴とする電子ビーム記録基板。
2. 前記所定値は、 S iの単結晶における電子の平均自由行程であることを 特徴とする請求項 1に記載の電子ビーム記録基板。
3. 前記所定値は、 電子の加速電圧 [Volt] を Vとすると、 1. 847 VX 10_3 [nm] であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の電子ビーム記 録基板。
4. 前記材料は、 L i、 Be、 B、 C、 〇、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K、 Ca、 Rbの少なくともいずれか 1つを 50 w t %以上含有することを特徴 とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の電子ビーム記録基板。
5. 前記材料は、 L i、 B e、 B、 C、 0、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K：、 Ca、 R bの少なくとも 2つ以上を含有し、 それら材料の合計が
Figure imgf000016_0001
以 上含有することを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の電子ビーム記録 基板。
6. 前記表層領域に対して前記レジスト膜の反対側に基板本体を有すること を特徴とする請求項 1〜 5のいずれかに記載の電子ビーム記録基板。
7. 前記表層領域は複数の薄膜からなることを特徴とする請求項 6に記載の 電子ビーム記録基板。
8. 前記表層領域の材料と同一の材料のみからなる基板本体からなることを 特徴とする請求項 1〜 6のいずれかに記載の電子ビーム記録基板。
9. 電子ビームで情報記録が行われるレジスト膜を担持する電子ビーム記録 基板であって、 下記式、
Figure imgf000017_0001
(式中、 A (x) ：平均原子量、 p (X) ：密度 [gZcm3]、 Z (x) ：平均原 子番号、 である） を満たす単一又は複合材料からなる表層領域を有することを特 徴とする電子ビーム記録基板。
10. 前記単一又は複合材料は、 L i、 Be、 B、 C、 0、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K、 C a、 Rbの少なくともいずれか 1つを 5 Owt %以上含有 することを特徴とする請求項 9に記載の電子ビーム記録基板。
1 1. 前記単一又は複合材料は、 L i、 Be、 B、 C、 0、 F、 Na、 Mg、 S i、 P、 S、 K、 Ca、 Rbの少なくとも 2つ以上を含有し、 それら材料の合 計が 50 wt %以上含有することを特徴とする請求項 9に記載の電子ビーム記録 基板。
12. 前記表層領域に対して前記レジスト膜の反対側に基板本体を有するこ とを特徴とする請求項 9〜 1 1のいずれかに記載の電子ビーム記録基板。
13. 前記表層領域は複数の薄膜からなることを特徴とする請求項 12に記 載の電子ビーム記録基板。
14. 前記表層領域の単一又は複合材料と同一の材料のみからなる基板本体 からなることを特徴とする請求項 9〜 1 2のいずれかに記載の電子ビーム記録 基板。
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