專利名稱：電子束記錄襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括抗蝕膜的電子束記錄襯底，其中電子束信息記錄在該抗蝕膜上進行。
背景技術(shù)：
通過電子束進行的信息記錄已經(jīng)已被用在半導(dǎo)體裝置的掩模的寫入，以提高線寬度的精度。在半導(dǎo)體裝置的制造過程中執(zhí)行電子束曝光時，在半導(dǎo)體襯底上施加對電子敏感的材料，并且在半導(dǎo)體襯底接地的情況下，將電子束直接照射在該對電子敏感的材料上。
針對密度比DVD(數(shù)字通用光盤)的密度更高的記錄介質(zhì)的制造，已經(jīng)開發(fā)出使用電子束的信息記錄設(shè)備(例如，參見日本未審查專利公開號No.H06-131706(專利號No.3040887))。光盤等通過由母盤形成壓模(stamper)，并使用該壓模利用合成樹脂執(zhí)行注模而形成，其中母盤通過利用電子束對由涂覆于盤襯底上的對電子敏感的材料形成的抗蝕膜進行曝光，以便形成并記錄跡道型式信息的潛像而獲得(例如，參見日本未審查專利公開號No.2002-230847)。
在用于掩模制造的曝光系統(tǒng)和使用電子束的信息記錄設(shè)備中，通過提高電子槍中的加速電壓可以使抗蝕膜上的潛像更加精細。
但是，提高加速電壓將導(dǎo)致抗蝕膜的敏感性降低，其原因如下。隨著加速電壓的提高，抗蝕膜中的前向散射的影響變小，電子能量的對比度提高。這提高了分辨率及尺寸可控型。但是，電子直接進入到抗蝕膜中，這將降低對電子敏感的材料的敏感性。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)抗蝕膜的高敏感性的電子束記錄襯底。
為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種電子束記錄襯底包括抗蝕膜，在該抗蝕膜上執(zhí)行電子束信息記錄，且該抗蝕膜具有由一種材料制成的表面層區(qū)域，該材料抑制通過從抗蝕膜一側(cè)照射的電子束在內(nèi)部擴散的電子的散射分布直徑的擴大。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的使用電子束的電子束記錄器的示意性框圖；和圖2至圖6是分別顯示使用根據(jù)本發(fā)明的電子束記錄襯底的母盤的一部分的局部放大的示意性截面圖。
具體實施例方式
作為一個例子，下面將參照

使用電子束記錄襯底(下文中稱作“襯底”)利用電子束將信息記錄在母盤上的情況。
該母盤是在制造高密度光盤的過程中成為原版的信息記錄介質(zhì)，且適應(yīng)使用電子束的母盤制作技術(shù)。電子束母盤制作的要點是這樣的在電子束記錄襯底上涂覆抗蝕膜，隨后執(zhí)行電子束曝光，在該抗蝕膜上直接照射電子束，然后通過顯影處理去除抗蝕膜被曝光的部分(正像形成)，由此在抗蝕膜上形成作為記錄信息的坑或者槽。
<信息記錄設(shè)備>
圖1是顯示在電子束母盤制作中的電子束記錄器或者信息記錄設(shè)備的示意性框圖。該電子束記錄器包括真空室1，相對真空室1垂直設(shè)置的電子束柱2，和控制器3。
真空室1中具有保持母盤4水平的同時轉(zhuǎn)動母盤的主軸馬達5，在預(yù)定方向上向后和向前移動主軸馬達5的移動工作臺6，連接至移動工作臺6的一端的鏡子7，以及用于檢測電子束焦點位置的光電傳感器8和9。放置在主軸馬達5的旋轉(zhuǎn)臺上的母盤4在電子束柱2一側(cè)沉積有抗蝕膜。
主軸馬達5被控制器3控制以在電子束曝光時，以固定的線速度旋轉(zhuǎn)。在接收到外部電馬達11的驅(qū)動力之后，移動工作臺6被控制器3水平移動。將一激光束照射在鏡子7上并檢測反射光的距離測量單元12可檢測移動工作臺6的移動位置并將該位置提供給控制器3。控制器3執(zhí)行移動工作臺6的反饋控制。
電子束柱2包括電子槍、聚光透鏡、消隱電極、孔徑、偏轉(zhuǎn)電極、聚焦透鏡、物鏡等。在控制器3的控制下，電子束柱2通過聚光透鏡和消隱電極使從電子槍射出的電子偏轉(zhuǎn)為電子束，根據(jù)記錄信息執(zhí)行電子束調(diào)制，通過偏轉(zhuǎn)電極調(diào)整位置，通過聚焦透鏡設(shè)定焦距，通過物鏡將電子束限制得更窄，并將電子束射在母盤4的表面上。就是說，控制器3根據(jù)來自光電檢測器8和9的照射位置檢測信息，執(zhí)行開/關(guān)(ON/OFF)控制和電子束的位置調(diào)整，以及電子束的焦距控制。
在利用電子束進行記錄時，當主軸馬達5和移動工作臺6被驅(qū)動的同時電子束照射在母盤4的薄膜的表面上時，母盤4被電子束掃過。相應(yīng)地，抗蝕膜基于記錄信息而被電子束曝光，通過電子束光點的軌跡，在抗蝕膜上形成了微小的凹槽和突出，例如預(yù)凹坑(prepits)或者槽的潛像。
<母盤的電子束記錄襯底>
圖2是顯示母盤4的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。母盤4包括電子束記錄襯底(下文中稱作“襯底”)S和抗蝕膜R，抗蝕膜R被保持在襯底S上且信息通過電子束被記錄在抗蝕膜R上?？刮g膜R通過例如旋涂法而被涂覆。襯底S具有表面層區(qū)域40，其由可抑制通過來自抗蝕膜(R)一側(cè)的電子束照射在內(nèi)部擴散的電子的散射分布直徑ED的擴大的材料形成。
如圖3所示，表面層區(qū)域40與形成為襯底S中襯底主體MB的表面層的抗蝕膜R接觸。
如圖4所示，與抗蝕膜R接觸的整個襯底主體可以由與用于表面層區(qū)域40的材料相同的單一材料形成，因此表面層40本身可以形成為襯底。
考慮到在電子束將被照射到襯底上的抗蝕膜上時，抗蝕膜中所存儲的能量的多少對隨后的顯影(正像的情況下)或者固化(負像的情況下)消解的影響，本發(fā)明的發(fā)明人研究了襯底中的電子散射分布對存儲的能量的多少的影響。發(fā)明人進一步發(fā)現(xiàn)，由于進入的電子的散射而將在抗蝕膜中擴散的存儲能量的多少，將受到襯底中的通過抗蝕膜的電子束的散射分布的影響。
當電子進入襯底時，它們被構(gòu)成襯底的原子的原子核彈性散射，或者利用構(gòu)成襯底的電子執(zhí)行非彈性散射，這樣增加了電子束的寬度。由于進入的電子的部分能量被給予相配的原子，或者由于衰減輻射放電，電子的能量變小了。
相應(yīng)地，發(fā)明人通過實際模擬計算了襯底中的電子的軌跡，并確認電子的軌跡將被展寬的散射分布尺寸將根據(jù)電子束能量和固體的原子序數(shù)、密度等明顯變化。
電子在經(jīng)歷單散射之前的行程的平均距離λ由下列等式表示λ=1nΣ=ANAρΣ]]>在上面的等式中，n為單位體積的原子數(shù)量，∑為散射的總的截面面積，NA為阿伏加德羅常數(shù)＝6.02×1023，ρ為原子密度，A為原子量。
在上面的等式中，散射的總的截面面積∑根據(jù)Murata等人的參考文獻(1971年)通過下列等式給出，在該等式中考慮了非彈性散射效應(yīng)。
Σ=nZ(Z+1)e44β(β+1)E2]]>在這個等式中，Z為原子序數(shù)，e為電子電量＝-4.08029×10-10靜電單位，E為電子的動能＝eV/300(V為加速電壓)，β為篩選參數(shù)(screening parameter)。
在上面的等式中，篩選參數(shù)β根據(jù)Nigam等人的參考文獻(1959年)通過下列等式給出。
β=5.44VZ23]]>由上述可以明顯看出電子在經(jīng)歷單散射之前的行程的平均距離λ取決于原子序數(shù)Z、原子密度ρ、原子量A以及加速電壓V。
利用包括由鎂(Mg)、硅(Si)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、釕(Ru)和金(Au)的單一材料制成的表面層區(qū)域的襯底，模擬了襯底的表面層區(qū)域中的電子的軌跡，以及將要到達表面的電子束能量。該模擬在下列條件下完成加速電壓V為50KV，襯底材料的物理特性值用“元素名稱(Z原子序數(shù)，A原子量，ρ原子密度)”來表示，并分別具體給出為Mg(Z12，A24.312，ρ1.738)、Si(Z14，A28.086，ρ2.33)、Ti(Z22，A47.90，ρ4.50)、Ni(Z28，A58.71，ρ8.908)、Ru(Z44，A101.07，ρ12.41)、Au(Z79，A196.97，ρ19.32)。電子在經(jīng)歷單散射之前行程的平均距離λ(元素)為λ(Mg)＝130.19μm，λ(Si)＝92.359μm，λ(Ti)＝45.751μm，λ(Ni)＝20.731μm，λ(Ru)＝14.2μm以及λ(Au)＝8.227μm。
因此，確認了對襯底的表面層區(qū)域使用具有較小平均距離λ(較高散射效應(yīng))的元素，將降低襯底的表面層區(qū)域的頂層處的散射束能量擴散，這樣使減少到達襯底表面層區(qū)域的散射束的影響的范圍成為可能。除該結(jié)果之外，與可抑制通過電子束照射而在襯底內(nèi)擴散的電子的散射分布直徑ED的擴大的材料，例如Si相比，具有更小的平均距離λ的高散射效應(yīng)元素在下表1中示出。
表1

因此，最好是，如圖4所示與抗蝕膜R接觸的整個襯底主體可以由單一材料形成，而具有表面層區(qū)域40的襯底主體單獨應(yīng)該由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為21至36、38至54、57，以及72至83的元素中的至少一個的材料形成。
如圖3所示，當襯底S的表面層區(qū)域40形成為襯底主體MB的表面層并與抗蝕膜R接觸時，很明顯表面層區(qū)域40的厚度可以超過或不超過散射分布直徑ED的直徑(深度)。在表面層區(qū)域40的厚度超出散射分布直徑ED的直徑(深度)的情況下，最好表面層區(qū)域40由包含50wt％或更多的原子序數(shù)73至79的元素中的至少一個的材料形成，而襯底主體MB由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為13、14、21至36、38至54、56、57、72，以及80至83的元素中的至少一個的材料形成。這是因為使用這樣的元素可以增強表面層區(qū)域40的散射效應(yīng)。
作為另一個實施例，襯底的表面層區(qū)域40可以由多層薄膜構(gòu)成，如圖5所示。這時，最好是在表面層區(qū)域40的多層薄膜中，由高散射效應(yīng)元素形成的至少一個散射層40a應(yīng)該由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為21至36、38至54、56、57、72至83，更具體地，原子序數(shù)為73至79的元素中的至少一個的材料形成。在這種情況下，最好是，表面層區(qū)域40的多層薄膜中除散射層40a以外的薄膜40b(輔助層)的元素應(yīng)該從具有比散射層40a的元素更小的平均距離λ的元素中選擇。例如，散射層40a由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為73至79的元素中的至少一個的材料形成，而其它薄膜由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為21至36、38至54、56、57、72，和80至83的元素中的至少一個的材料形成。
如圖5所示，表面層區(qū)域中的散射層40a可以被布局為與抗蝕膜接觸。
為了檢查這種接觸的散射層的效果，在襯底主體為硅、具有雙層結(jié)構(gòu)的表面層區(qū)域通過在硅襯底主體上沉積鉻(Cr)層并進一步在鉻層上沉積金散射層、設(shè)定鉻層厚度為固定的100納米、金散射層的厚度從300納米變化為600納米和1000納米，且設(shè)定對于厚度為300納米的金散射層平均距離λ為100的條件下，對λ比率進行了模擬。結(jié)果在下表2中給出。
表2

很明顯形成更厚的金層將降低λ比率或使λ更小。研究發(fā)現(xiàn)，使由具有較小平均距離l的元素，例如金形成的散射層形成得更薄，將降低襯底的表面層區(qū)域的能量擴散。
可以看出，由于使用了包含具有比硅更小的平均距離λ的元素的散射層，因此可以積極地引起已經(jīng)進入到襯底的表面層區(qū)域的電子束的散射。這時，對于電子來說進入襯底的表面層區(qū)域比較困難，因此更多的散射束聚集在襯底的表面層區(qū)域上，具體是，聚集在散射層上。這使增加對形成在襯底的表面層區(qū)域上的抗蝕膜產(chǎn)生貢獻的電子的數(shù)量成為可能。增加的電子能夠提高抗蝕膜的敏感性。因此，對于襯底的表面層區(qū)域的散射層，可使用的最理想的成分是主要包含(50wt％或更多的)具有與原子序數(shù)為73至79中的一個相同的原子序數(shù)的元素的化合物，另外，可以選擇的還有主要包含(50wt％或更多的)具有與原子序數(shù)為21至36、38至54、57、72，和80至83的元素中的一個相同的原子序數(shù)的元素的化合物。
從上述可以明顯看出，表面層區(qū)域的散射層具有降低在具有原子序數(shù)為73至79之一的元素或其復(fù)合物中散射的電子的能量密度的作用，其結(jié)果是減少到達抗蝕膜的電子能量以及提高敏感性。
雖然上述該實施例的說明中討論了包括與抗蝕膜接觸的散射層40a以及另一薄膜40b的多層的表面層區(qū)域，但該多層表面層區(qū)域也可以按圖6所示的方式被構(gòu)造為另一實施例，在散射層40a和抗蝕膜R之間提供另一薄膜40c，并使該薄膜40c與抗蝕膜接觸以避免散射層和抗蝕膜之間的直接接觸。
為了檢查這種非接觸的散射層的效果，在具有雙層結(jié)構(gòu)的非接觸樣本上，以及在僅具有在硅襯底主體上的厚度為600納米的金散射層的接觸樣本上，在將該接觸樣本的平均距離λ設(shè)定為100的情況下對λ比率進行了模擬，其中具有雙層結(jié)構(gòu)的非接觸樣本通過在硅襯底主體上沉積厚度為600納米的金散射層，并在該金散射層上僅沉積一厚度為600納米的鉻層形成。結(jié)果在下表3中給出。
表3

可以看出λ比率被降低了，就是說，通過形成鉻層使金散射層形成非接觸型，λ變得更小。進一步，模擬顯示了當通過鉻層的電子散射時，通過金散射層的電子的散射分布變得更小，并且電子在硅襯底主體中散射，即，電子的散射分布在金散射層處變得更窄。因此，確認了在層疊結(jié)構(gòu)的中間放置包含具有較小平均距離l的元素，例如金的散射層，將使散射層起到過濾器的作用，并能減少襯底的表面層區(qū)域的能量擴散。由于已被散射層散射的電子束在抗蝕膜中在其較高的能量狀態(tài)下單獨散射，因此電子束看起來效率更低，這樣實現(xiàn)了較高敏感性(提高了抗蝕膜的敏感性)。較高的敏感性可通過形成包含例如散射層40a和輔助層40b的多層結(jié)構(gòu)以及利用降低散射束的能量的效應(yīng)而被實現(xiàn)。
作為檢查圖5所示實施例的實驗，通過在硅襯底主體上形成包括以所提及的順序?qū)盈B的厚度為100納米的鉻層以及厚度為300納米的金散射層的表面層區(qū)域，并隨后在表面層區(qū)域上形成具有預(yù)定厚度的抗蝕膜，制備出母盤的一例樣(example)。利用由50KV的加速電壓照射的電子束，通過電子束記錄器在0.7至1.4米/秒的記錄速度下，在該母盤的抗蝕膜上實施線式記錄實驗。
為確認該實施例的效果，制備了僅具有在硅襯底上形成的一抗蝕膜的對比母盤。同樣利用電子束對該母盤曝光，并在與該母盤例樣相同的條件下對其實施線式記錄實驗。通過比較兩個母盤的線寬度，對兩個母盤的高敏感性實現(xiàn)效果進行了相互比較。結(jié)果在下表4中示出。
表4

從表4中明顯可以看出，在相同的記錄條件下，母盤例樣的線寬度與對比母盤相比增加了。就是說，表4顯示了樣本的襯底的表面層區(qū)域具有增加抗蝕膜的曝光部分處的電子束的能量密度的高靈敏性效果。其結(jié)果是，可以通過具有尖銳形狀的邊界表面將曝光部分和未曝光部分分開，并實現(xiàn)了高密度記錄。
雖然上述對樣本的描述已經(jīng)給出了光盤襯底的制備過程，但是本發(fā)明也可以制備具有有同心地形成的預(yù)圖型(pre-patterns)(伺服圖型)的襯底，并在該襯底上形成磁記錄層，以制備磁盤或者硬盤的母板。本發(fā)明已經(jīng)解釋了在通過電子束記錄器利用電子束順序曝光的情況，本發(fā)明也可以應(yīng)用于完全曝光(full exposure)。
可以理解上述說明及附圖闡明了本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例。當然，根據(jù)前述教示，在不背離公開的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，各種變型、添加和替換設(shè)計對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。因此，應(yīng)該理解本發(fā)明并不限于所公開的實施例，而是可以在權(quán)利要求書的整個范圍內(nèi)實施。
權(quán)利要求
1.一種在其上進行電子束信息記錄的電子束記錄襯底，其特征在于該襯底包括襯底主體；相對于襯底主體的抗蝕膜；以及表面層區(qū)域，該表面層區(qū)域由抑制通過來自抗蝕膜一側(cè)的電子束照射而在內(nèi)部擴散的電子的散射分布直徑的擴大的材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束記錄襯底，其中所述襯底主體位于相對于所述表面層區(qū)域，與所述抗蝕膜相對的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束記錄襯底，其中所述電子束記錄襯底僅由與所述表面層區(qū)域的所述材料相同的材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束記錄襯底，其中所述表面層區(qū)域由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為21至36、38至54和56至83的元素中的至少一個的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束記錄襯底，其中所述表面層區(qū)域由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為73至79的元素中的至少一個的材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電子束記錄襯底，其中所述表面層區(qū)域由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為73至79的元素中的至少一個的材料形成，且所述襯底主體由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為13、14、21至36、38至54、56、57、72和80至83的元素中的至少一個的材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的電子束記錄襯底，其中所述表面層區(qū)域包括多個薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電子束記錄襯底，其中在所述多個薄膜中與所述抗蝕膜接觸的薄膜，由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為73至79的元素中的至少一個的材料形成，且除該與所述抗蝕膜接觸的薄膜之外的那些薄膜，由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為21至36、38至54、56、57、72和80至83的元素中的至少一個的材料形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的電子束記錄襯底，其中在所述多個薄膜中與所述抗蝕膜接觸的薄膜，由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為21至36、38至54、56、57、72和80至83的元素中的至少一個的材料形成，且除該與所述抗蝕膜接觸的薄膜之外的那些薄膜，由包含50wt％或更多的原子序數(shù)為73至79的元素中的至少一個的材料形成。
全文摘要
一種電子束記錄襯底，保持有一抗蝕膜，電子束信息記錄在該抗蝕膜上進行，該襯底具有表面層區(qū)域，該表面層區(qū)域由抑制通過來自抗蝕膜一側(cè)的電子束照射在內(nèi)部擴散的電子的散射分布直徑的擴大的材料形成。
文檔編號G03F1/50GK1551169SQ20041000722
公開日2004年12月1日 申請日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者勝村昌 , 勝村昌広 申請人:先鋒株式會社