轉印掩模用基板、轉印掩模及轉印掩模的制造方法

專利名稱：轉印掩模用基板、轉印掩模及轉印掩模的制造方法
技術領域：
本發明涉及用于電子束、離子束等電荷束曝光的轉印掩模用基板、轉印掩模及轉印掩模的制造方法。
背景技術：
最近，作為下一代的具有超細微圖形的元件的制造技術，在曝光光源中使用電子束和離子束的電子束微圖刻蝕法、離子束微圖刻蝕法等受到關注。在這些制造技術的曝光中使用轉印掩模，作為在該轉印掩模的制造中使用的轉印掩模用基板，從細微加工的容易度出發，使用SOI(Silicon On Insulator)基板。
SOI基板由成為支承體的下部單晶硅晶片、形成在該下部單晶硅晶片上的成為腐蝕阻擋部的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上的形成轉印圖形的上部單晶硅晶片所構成。
構成作為轉印掩模用基板的SOI基板的一部分的氧化硅膜的厚度一般為1μm～2μm程度。但是，當使用具有該厚度的氧化硅膜時，在轉印掩模的制造工序中，由于氧化硅膜的應力，在上部單晶硅晶片上產生龜裂，轉印圖形被破壞，而存在，降低了轉印掩模的生產率的問題。
本發明的目的是提供一種轉印掩模用基板，其間通過氧化硅膜而層疊兩層的硅層，當使用該轉印掩模用基板來制造轉印掩模時，形成在上部硅層上的轉印圖形不會因氧化硅膜的應力而被破壞，即，能夠穩定制造沒有缺陷的轉印掩模。
本發明的另一個目的是提供一種轉印掩模，在上述轉印掩模用基板的上部硅層上形成轉印圖形，在其制造時，形成在上部硅層上的轉印圖形不會因氧化硅膜的應力而被破壞，即，提供沒有缺陷的轉印掩模。
本發明的另一個目的是提供一種上述轉印掩模的制造方法，制造出形成在上部硅層上的轉印圖形不會因氧化硅膜的應力而被破壞，即，沒有缺陷的轉印掩模。
發明的內容根據本發明，提供一種轉印掩模用基板，具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上的第2硅層。
而且，根據本發明，提供一種轉印掩模，具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上并形成轉印圖形的第2硅層，在上述第1硅層上形成開口部，除去與該開口部相對應的上述氧化硅膜的部分。
而且，根據本發明，提供一種轉印掩模的制造方法，包括以下工序提供轉印掩模用基板，該轉印掩模用基板具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上的第2硅層；在上述第2硅層上形成轉印圖形；在形成上述轉印圖形的工序之前或之后，在上述第1硅層上形成開口部；以及，除去與上述開口部相對應的上述氧化硅膜的部分。
而且，根據本發明，提供一種轉印掩模的制造方法，包括以下工序提供轉印掩模用基板，該轉印掩模用基板具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上的第2硅層；在上述第1硅層上形成開口部；除去與上述開口部相對應的上述氧化硅膜的部分；以及，在上述第2硅層上形成轉印圖形。
而且，根據本發明，提供一種帶電粒子束的曝光方法，包括以下工序在上述轉印掩模上照射帶電粒子束，把帶電粒子束整形為轉印圖形的形狀；以及，使上述被整形的帶電粒子束的圖形通過透鏡成象在試樣上。
在本發明中，第2硅層最好具有0.1～50μm的膜厚。而且，第2硅層最好由單晶硅構成。
本發明所涉及的轉印掩模用基板最好是在兩張單晶硅晶片之間粘合了氧化硅膜的SOI基板。
附圖的簡要說明

圖1是表示本發明的一個實施例所涉及的轉印掩模用基板(SOI基板)的斷面圖；圖2是表示使用本發明的一個實施例所涉及的轉印掩模用基板(SOI基板)而制造的轉印掩模的一例的斷面圖；圖1A～3I是按工序表示使用本發明的轉印掩模用基板來制造轉印掩模的工藝的一例的斷面圖；圖2A～4I是按工序表示使用本發明的轉印掩模用基板來制造轉印掩模的工藝的另一例的斷面圖；圖3A～5F是按工序表示使用本發明的轉印掩模用基板來制造轉印掩模的工藝的另一例的斷面圖。
實施本發明的最佳方式下面參照附圖來對本發明的一個實施例所涉及的轉印掩模用基板和轉印掩模進行說明。
圖1是表示本發明的一個實施例所涉及的轉印掩模用基板(SOI基板)的斷面圖。在圖1中，轉印掩模用基板(SOI基板)4具有把氧化硅膜2插在將要形成開口部的下部單晶硅晶片3與將要形成轉印圖形的上部單晶硅晶片1之間而粘合的構造。而且，該氧化硅膜2的厚度具有0.2μm至0.8μm的范圍。
當氧化硅膜2的厚度薄于0.2μm時，一般，在上部單晶硅晶片1的干腐蝕過程中，考慮面內分布和圖形尺寸所形成的腐蝕深度的分布，而進行過腐蝕，因此，氧化硅膜2的耐腐蝕性不夠，易于發生穿透氧化硅膜而腐蝕的現象。
而且，當穿透氧化硅膜2而被腐蝕了時，在下部單晶硅晶片3上形成開口部時的濕腐蝕中，濕腐蝕液從該穿透的部分漏出，而發生破壞形成在上部單晶硅晶片1上的轉印圖形的問題。
而且，當用冷媒直接冷卻基板來進行在下部單晶硅晶片3上形成開口部時的腐蝕的干腐蝕的情況下，當腐蝕前進而到達氧化硅膜時，作為冷媒的惰性氣體從穿透部泄漏，而存在用于腐蝕的放電中途停止的問題。該惰性氣體的泄漏同樣會在轉印圖形形成之前進行下部單晶硅晶片3的腐蝕時發生。
而且，當氧化硅膜2的厚度厚于0.8μm時，當通過在下部單晶硅晶片3上形成開口部的濕腐蝕和干腐蝕使氧化硅膜2露出時，由于氧化硅膜2的應力在轉印圖形上產生龜裂，而成為使轉印圖形被破壞的問題。
即，通過使氧化硅膜2的厚度處于0.2μm至0.8μm的范圍內，能夠防止在轉印圖形上產生龜裂而破壞的現象。
而且，可以取代上部單晶硅晶片1，而使用在氧化硅膜2上成膜的單晶硅或多晶硅的硅層。
而且，在本發明中，上部單晶硅晶片或上部硅層的厚度最好為0.1～50μm，為1～50μm更好。
當把本發明的轉印掩模用于散射型轉印掩模時，上部單晶硅晶片或上部硅層的厚度最好為0.1～3μm，當用于遮蔽型轉印掩模時，上部單晶硅晶片或上部硅層的厚度最好為5～50μm。
在任一種情況下，當過薄時，當為了提高生產率而使電流上升時，上部單晶硅晶片或上部硅層溶解，當過厚時，難于形成轉印圖形。
而且，本發明中的下部單晶硅晶片的厚度最好為400μm～1mm。當下部單晶硅晶片的厚度不足400μm時，不能維持作為轉印掩模的功能，當超過1mm時，難于進行支承體的加工。
圖2是與本發明的另一個形態相關的使用上述轉印掩模用基板(SOI基板)4而制造的轉印掩模的斷面圖。如圖2所示的那樣，本發明的另一個形態所涉及的轉印掩模40由形成開口部9的下部單晶硅晶片13、形成開口部的氧化硅膜12、形成轉印圖形6的上部單晶硅晶片11所構成。
而且，在圖2所示的構成中，表示了這樣的例子在形成開口部的下部單晶硅晶片13上形成導電膜20a，在形成轉印圖形的上部單晶硅晶片11上形成導電膜20b，但是，這些導電膜20a，20b在本發明的轉印掩模中不是必須的，可以沒有。
下面對本發明的另一個形態所涉及的轉印掩模的制造工藝進行說明。
首先，對于上部單晶硅晶片11形成細微圖形。該細微圖形形成工藝依次進行以下工序向上部單晶硅晶片11上的抗蝕劑圖形的形成工序、對使用該抗蝕劑圖形作為掩模的上部單晶硅晶片11進行干腐蝕的工序；抗蝕劑圖形5的剝離工序。
用于形成抗蝕劑圖形的曝光最好使用利用電子束抗蝕劑的電子束直描、利用光致抗蝕劑的阻擋層曝光。
而且，當進行上述上部單晶硅晶片的干腐蝕時，在抗蝕劑的耐腐蝕性不足的情況下，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、碳化硅膜等無機化合物以及鉻、鎢、鉭、鈦、鎳、鋁等金屬、包含這些金屬的合金或者這些金屬或合金與氧、氮、碳等的金屬化合物等作為腐蝕掩模。這些腐蝕掩模可以通過各種薄膜形成法來形成。例如，具有濺射法、CVD法、蒸鍍法等形成方法。
對于干腐蝕，干腐蝕方法和腐蝕條件等并沒有特別的限制。作為在腐蝕中使用的氣體，可以列舉出SF6氣體、把CF4氣體的氟類氣體作為主體的混合氣體、Cl2氣體、以SiCl4氣體的氯類氣體作為主體的混合氣體、以HBr氣體的溴類氣體作為主體的混合氣體等。而且，作為干腐蝕裝置，可以列舉出使用RIE、磁控管RIE、ECR、ICP、微波、螺旋波、NLD等放電方式的干腐蝕裝置。
接著，在下部單晶硅晶片上形成開口部。在該工序中，可以使用干腐蝕、濕腐蝕、超聲波加工、噴沙器等。
而且，向上部單晶硅晶片的轉印圖形的形成工序、向下部單晶硅晶片的開口部的形成工序哪一個先進行都可以。
接著，除去開口部的氧化硅膜。氧化硅膜用氟酸等除去，根據需要，在兩面上形成導電膜，完成轉印掩模。
作為導電膜，具體地說，可以使用金、鉑、鈀、鉭、鎢、鉬、鋨等金屬、包含這些金屬的合金等。而且，這些金屬可以單獨或者與襯底層一起使用。而且，作為導電膜的成膜法，可以使用濺射法、CVD法、蒸鍍法、電鍍法、電焊法、離子噴鍍法等。
如上述那樣，可以在向上述上部單晶硅晶片的轉印圖形的形成之前，進行向下部單晶硅晶片的開口部的形成。此時，可以在向上述上部單晶硅晶片的轉印圖形的形成之前，除去在下部單晶硅晶片的開口部中露出的氧化硅膜。在這樣工藝工藝中，在轉印圖形形成時，由于這部分上的氧化硅膜不存在，不會因在氧化硅膜上產生的應力，而在轉印圖形上產生龜裂及被破壞。
但是，當在上述上部單晶硅晶片上形成轉印圖形的干腐蝕時，為了防止基板冷卻的惰性氣體的泄漏，必須把下部單晶硅晶片放置在導熱性高的支架上。
實施例下面參照附圖來對本發明的具體實施例進行詳細說明。
實施例1圖3A～3I是表示使用本發明的轉印掩模用基板來制造轉印掩模的工藝的一例的部分斷面圖。首先，如圖3A所示的那樣，使用面方位為(100)的SOI基板作為轉印掩模用基板4。該轉印掩模用基板4具有在上部單晶硅晶片1與下部單晶硅晶片3之間插入氧化硅膜2而粘貼的構成，上部單晶硅晶片1的厚度為20μm，氧化硅膜2的厚度為0.5μm，下部單晶硅晶片3的厚度為500μm。
在轉印掩模用基板的上部單晶硅晶片1上，涂敷0.5μm厚度的由ZEP520(日本ゼオン(株)社制)構成的電子束抗蝕劑，使用加速電壓50kV的電子束描繪機來對其進行描繪，然后，使用作為專用的顯影液的ZED-N50(日本ゼオン(株)社制)進行顯影，如圖3B所示的那樣，形成抗蝕劑圖形5。
接著，使用抗蝕劑圖形5作為掩模，使用ICP(感應耦合等離子)干腐蝕裝置，使用以作為氟類氣體的SF6為主體的混合氣體作為腐蝕劑，把上部單晶硅晶片1腐蝕到到達氧化硅膜2的深度，如圖3C所示的那樣，形成轉印圖形6。
接著，剝離抗蝕劑圖形5，使用LPCVD(Low Pressure ChemicalVapor Deposition)裝置，如圖3D所示的那樣，在轉印掩模用基板的兩面及周邊形成0.3μm厚度的氮化硅膜7。
然后，使用RIE(Reactive Ion Etching)裝置用以CHF3氣體為主體的混合氣體干腐蝕在下部單晶硅晶片表面上形成的氮化硅膜，由此，如圖3E所示的那樣，形成濕腐蝕用的保護圖形8。
接著，把形成保護圖形8的基板設置在夾具中，保護形成在上部單晶硅晶片的轉印圖形，投入到加熱到約90℃的KOH水溶液的腐蝕液中。使用保護圖形8作為掩模，對下部單晶硅晶片3進行沿著面方位的各向異性腐蝕而到達起到腐蝕阻擋層作用的氧化硅膜2。如圖3F所示的那樣，形成開口部9。標號3’表示形成開口部9的下部單晶硅晶片。
接著，如圖3G所示的那樣，用約170℃的熱磷酸腐蝕除去保護圖形8。接著，如圖3H所示的那樣，用磷酸腐蝕除去氧化硅膜2露出的部分。標號2’表示形成開口部的氧化硅膜。
最后，在兩面上使用磁控管濺射裝置形成約0.1μm厚度的鉑一鈀合金膜，形成導電膜10a、10b，如圖3I所示的那樣，完成轉印掩模。
在以上那樣制造的轉印掩模中，沒有因氧化硅膜的應力而產生的上部單晶硅晶片的龜裂，而能夠得到良好品質的轉印掩模。
實施例2圖4A～4I涉及本發明的另一個實施例的按工序表示使用上述轉印掩模用基板來制造轉印掩模的另一例的斷面圖。首先，如圖4A所示的那樣，使用面方位為(100)的SOI基板作為轉印掩模用基板4。該轉印掩模用基板4具有與實施例1相同的構成，上部單晶硅晶片1的厚度為20μm，氧化硅膜2的厚度為0.5μm，下部單晶硅晶片3的厚度為500μm。
如圖4B所示的那樣，通過CVD在該轉印掩模用基板4的兩面及周邊的整個表面上形成氮化硅膜7，接著，刻圖在下部單晶硅晶片3表面上所形成的氮化硅膜，如圖4C所示的那樣，形成濕腐蝕用的保護圖形8。
接著，把形成保護圖形8的下部單晶硅晶片3設置在夾具中，浸入加熱到約90℃的KOH水溶液的腐蝕液中。由此，使用保護圖形8作為掩模，對下部單晶硅晶片3進行沿著面方位的各向異性腐蝕而到達起到腐蝕阻擋層作用的氧化硅膜2。如圖4D所示的那樣，形成開口部9。
而且，標號3’表示形成開口部9的下部單晶硅晶片。
接著，如圖4E所示的那樣，用約170℃的熱磷酸腐蝕除去保護圖形8。接著，在上部單晶硅晶片1表面上涂敷0.5μm厚度的電子束抗蝕劑，使用加速電壓50kV的電子束描繪機來對其進行描繪，然后，使用專用的顯影液進行顯影，如圖4F所示的那樣，形成抗蝕劑圖形5。電子束抗蝕劑、顯影液使用與實施例1相同的。
然后，使用抗蝕劑圖形5作為掩模，使用ICP(感應耦合等離子)干腐蝕裝置，使用以作為氟類氣體的SF6為主體的混合氣體作為腐蝕劑，把上部單晶硅晶片1腐蝕到到達氧化硅膜2的深度，如圖4G所示的那樣，形成轉印圖形6。
接著，如圖4H所示的那樣，剝離抗蝕劑圖形5，同時，通過緩沖磷酸來腐蝕除去氧化硅膜2露出的部分。標號2’表示形成開口部的氧化硅膜。
最后，如圖4I所示的那樣，在兩面上使用電子束蒸鍍裝置來形成約0.1μm厚度的鉭膜，形成導電膜10a、10b，得到轉印掩模。
在以上那樣制造的轉印掩模中，沒有因氧化硅膜的應力而產生的上部單晶硅晶片的龜裂，而能夠得到良好品質的轉印掩模。
實施例3圖5A～5F涉及本發明的另一個實施例的按工序表示使用上述轉印掩模用基板來制造轉印掩模的另一例的斷面圖。首先，如圖5A所示的那樣，使用面方位為(100)的SOI基板作為轉印掩模用基板4。該轉印掩模用基板4具有與實施例1相同的構成，上部單晶硅晶片1的厚度為2μm，氧化硅膜2的厚度為0.7μm，下部單晶硅晶片3的厚度為500μm。
如圖5B所示的那樣，通過通常的光刻法來下部單晶硅晶片3的表面上形成抗蝕劑圖形5，使用該抗蝕劑圖形5作為掩模，使用ICP(感應耦合等離子)干腐蝕裝置，使用以作為氟類氣體的SF6為主體的混合氣體作為腐蝕劑，進行下部單晶硅晶片3的背面腐蝕，如圖5C所示的那樣，形成開口部9。
此時，當完全除去了在腐蝕后將要形成開口部9的下部單晶硅晶片3的部分時，厚度0.7μm的氧化硅膜2充分起到作為腐蝕阻擋層的作用。而且，腐蝕后形成開口部的下部單晶硅晶片3’的斷面接近于大致垂直。
接著，如圖5D所示的那樣，通過氧等離子研磨處理抗蝕劑圖形5而除去，然后，通過緩沖磷酸來腐蝕除去氧化硅膜2露出的部分。標號2’表示形成開口部的氧化硅膜。
然后，在上部單晶硅晶片1表面上涂敷1.0μm厚度的電子束抗蝕劑，使用加速電壓100kV的電子束描繪機來對其進行描繪，然后，使用專用的顯影液進行顯影，如圖5E所示的那樣，制作抗蝕劑圖形5。
然后，使用該抗蝕劑圖形5作為掩模，使用ICP(感應耦合等離子)干腐蝕裝置，使用以HBr為主體的混合氣體作為腐蝕劑，形成透過帶電粒子束的轉印圖形6，用有機溶媒來除去抗蝕劑圖形5，其結果，如圖5F所示的那樣，完成具有轉印圖形6的轉印掩模。
把按上述那樣制作的轉印掩模搭載在帶電粒子束曝光裝置上，對試樣進行曝光。使用電子束作為帶電粒子束。
即，把從電子槍所射出的電子束照射到配置在預定位置上的工作臺上的轉印掩模，把帶電粒子束整形為轉印掩模的形狀，用電子透鏡縮小該整形后的帶電粒子束的圖形，投射成象在形成抗蝕劑膜的試樣上。其結果，能夠進行符合設計值的高精度的曝光。
比較例1除了使氧化硅膜的厚度為0.1μm之外，在與實施例1相同條件下，制造轉印掩模。觀察所制造的轉印掩模的上部單晶硅晶片，發生了由濕腐蝕液所產生的轉印圖形的破壞。
比較例2除了使氧化硅膜的厚度為1μm之外，在與實施例1相同條件下，制造轉印掩模。觀察所制造的轉印掩模的上部單晶硅晶片，但是了由氧化硅膜的應力所產生的龜裂，沒有龜裂的轉印掩模的收縮率為0％。
如以上說明的那樣，根據本發明，在兩層硅層之間插入氧化硅膜來層疊的轉印掩模用基板上，使氧化硅膜的厚度為0.2μm至0.8μm的范圍內，因此，其效果是在制造轉印掩模的工序中，上部單晶硅晶片的轉印圖形不會因氧化硅膜的應力而被破壞。
而且，使用上述轉印掩模用基板的轉印掩模不會使上部單晶硅晶片被破壞，是高質量性能的。
而且，根據使用上述轉印掩模用基板的轉印掩模的制造方法，能夠穩定制造沒有缺陷的轉印掩模。
而且，根據使用上述轉印掩模的帶電粒子束的曝光方法，能夠對于形成在試樣上的抗蝕劑進行精度高的圖形曝光，其結果，能夠以高成品率進行半導體等的圖形的制造。
權利要求
1.一種轉印掩模用基板，其特征是具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、及形成在該氧化硅膜上的第2硅層。
2.根據權利要求1所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層具有0.1～50μm的膜厚。
3.根據權利要求1所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層是由單晶硅構成的。
4.一種轉印掩模，其特征是具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上并形成轉印圖形的第2硅層，在上述第1硅層上形成開口部，除去與該開口部相對應的上述氧化硅膜的部分。
5.根據權利要求4所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層具有0.1～50μm的膜厚。
6.根據權利要求4所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層是由單晶硅構成的。
7.一種轉印掩模的制造方法，其特征是包括以下工序提供轉印掩模用基板，該轉印掩模用基板具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上的第2硅層；在上述第2硅層上形成轉印圖形；在形成上述轉印圖形的工序之前或之后，在上述第1硅層上形成開口部；以及，除去與上述開口部相對應的上述氧化硅膜的部分。
8.根據權利要求7所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層具有0.1～50μm的膜厚。
9.根據權利要求7所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層是由單晶硅構成的。
10.一種轉印掩模的制造方法，其特征是包括以下工序提供轉印掩模用基板，該轉印掩模用基板具有由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上的第2硅層；在上述第1硅層上形成開口部；除去與上述開口部相對應的上述氧化硅膜的部分；以及，在上述第2硅層上形成轉印圖形。
11.根據權利要求10所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層具有0.1～50μm的膜厚。
12.根據權利要求10所述的轉印掩模用基板，其特征是，上述第2硅層是由單晶硅構成的。
13.一種帶電粒子束的曝光方法，其特征是包括以下工序在如權利要求4所述的轉印掩模上照射帶電粒子束，把帶電粒子束整形為轉印圖形的形狀；以及，使上述被整形的帶電粒子束的圖形通過透鏡成象在試樣上。
全文摘要
本發明提供一種轉印掩模用基板,其具有:由單晶構成的第1硅層、形成在該第1硅層上的具有0.2～0.8μm的膜厚的氧化硅膜、形成在該氧化硅膜上的第2硅層。使用該轉印掩模用基板而制造的轉印掩模,在其制造時,會因氧化硅膜的應力而在轉印圖形上產生龜裂和敗壞,而沒有缺陷。
文檔編號H01L21/033GK1381068SQ01801443
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月26日 優先權日2000年5月25日
發明者小西敏雄, 田村章, 伊藤考治郎, 佐佐木裕信, 江口秀幸 申請人:凸版印刷株式會社