电子束记录衬底的制作方法

专利名称：电子束记录衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括抗蚀膜的电子束记录衬底，其中电子束信息记录在该抗蚀膜上进行。
背景技术：
通过电子束进行的信息记录已经已被用在半导体装置的掩模的写入，以提高线宽度的精度。在半导体装置的制造过程中执行电子束曝光时，在半导体衬底上施加对电子敏感的材料，并且在半导体衬底接地的情况下，将电子束直接照射在该对电子敏感的材料上。
针对密度比DVD(数字通用光盘)的密度更高的记录介质的制造，已经开发出使用电子束的信息记录设备(例如，参见日本未审查专利公开号No.H06-131706(专利号No.3040887))。光盘等通过由母盘形成压模(stamper)，并使用该压模利用合成树脂执行注模而形成，其中母盘通过利用电子束对由涂覆于盘衬底上的对电子敏感的材料形成的抗蚀膜进行曝光，以便形成并记录迹道型式信息的潜像而获得(例如，参见日本未审查专利公开号No.2002-230847)。
在用于掩模制造的曝光系统和使用电子束的信息记录设备中，通过提高电子枪中的加速电压可以使抗蚀膜上的潜像更加精细。
但是，提高加速电压将导致抗蚀膜的敏感性降低，其原因如下。随着加速电压的提高，抗蚀膜中的前向散射的影响变小，电子能量的对比度提高。这提高了分辨率及尺寸可控型。但是，电子直接进入到抗蚀膜中，这将降低对电子敏感的材料的敏感性。

发明内容
相应地，本发明的目的是提供一种能够实现抗蚀膜的高敏感性的电子束记录衬底。
为实现上述目的，根据本发明的一种电子束记录衬底包括抗蚀膜，在该抗蚀膜上执行电子束信息记录，且该抗蚀膜具有由一种材料制成的表面层区域，该材料抑制通过从抗蚀膜一侧照射的电子束在内部扩散的电子的散射分布直径的扩大。


图1是显示根据本发明的使用电子束的电子束记录器的示意性框图；和图2至图6是分别显示使用根据本发明的电子束记录衬底的母盘的一部分的局部放大的示意性截面图。
具体实施例方式
作为一个例子，下面将参照

使用电子束记录衬底(下文中称作“衬底”)利用电子束将信息记录在母盘上的情况。
该母盘是在制造高密度光盘的过程中成为原版的信息记录介质，且适应使用电子束的母盘制作技术。电子束母盘制作的要点是这样的在电子束记录衬底上涂覆抗蚀膜，随后执行电子束曝光，在该抗蚀膜上直接照射电子束，然后通过显影处理去除抗蚀膜被曝光的部分(正像形成)，由此在抗蚀膜上形成作为记录信息的坑或者槽。
<信息记录设备>
图1是显示在电子束母盘制作中的电子束记录器或者信息记录设备的示意性框图。该电子束记录器包括真空室1，相对真空室1垂直设置的电子束柱2，和控制器3。
真空室1中具有保持母盘4水平的同时转动母盘的主轴马达5，在预定方向上向后和向前移动主轴马达5的移动工作台6，连接至移动工作台6的一端的镜子7，以及用于检测电子束焦点位置的光电传感器8和9。放置在主轴马达5的旋转台上的母盘4在电子束柱2一侧沉积有抗蚀膜。
主轴马达5被控制器3控制以在电子束曝光时，以固定的线速度旋转。在接收到外部电马达11的驱动力之后，移动工作台6被控制器3水平移动。将一激光束照射在镜子7上并检测反射光的距离测量单元12可检测移动工作台6的移动位置并将该位置提供给控制器3。控制器3执行移动工作台6的反馈控制。
电子束柱2包括电子枪、聚光透镜、消隐电极、孔径、偏转电极、聚焦透镜、物镜等。在控制器3的控制下，电子束柱2通过聚光透镜和消隐电极使从电子枪射出的电子偏转为电子束，根据记录信息执行电子束调制，通过偏转电极调整位置，通过聚焦透镜设定焦距，通过物镜将电子束限制得更窄，并将电子束射在母盘4的表面上。就是说，控制器3根据来自光电检测器8和9的照射位置检测信息，执行开/关(ON/OFF)控制和电子束的位置调整，以及电子束的焦距控制。
在利用电子束进行记录时，当主轴马达5和移动工作台6被驱动的同时电子束照射在母盘4的薄膜的表面上时，母盘4被电子束扫过。相应地，抗蚀膜基于记录信息而被电子束曝光，通过电子束光点的轨迹，在抗蚀膜上形成了微小的凹槽和突出，例如预凹坑(prepits)或者槽的潜像。
<母盘的电子束记录衬底>
图2是显示母盘4的结构的示意性截面图。母盘4包括电子束记录衬底(下文中称作“衬底”)S和抗蚀膜R，抗蚀膜R被保持在衬底S上且信息通过电子束被记录在抗蚀膜R上。抗蚀膜R通过例如旋涂法而被涂覆。衬底S具有表面层区域40，其由可抑制通过来自抗蚀膜(R)一侧的电子束照射在内部扩散的电子的散射分布直径ED的扩大的材料形成。
如图3所示，表面层区域40与形成为衬底S中衬底主体MB的表面层的抗蚀膜R接触。
如图4所示，与抗蚀膜R接触的整个衬底主体可以由与用于表面层区域40的材料相同的单一材料形成，因此表面层40本身可以形成为衬底。
考虑到在电子束将被照射到衬底上的抗蚀膜上时，抗蚀膜中所存储的能量的多少对随后的显影(正像的情况下)或者固化(负像的情况下)消解的影响，本发明的发明人研究了衬底中的电子散射分布对存储的能量的多少的影响。发明人进一步发现，由于进入的电子的散射而将在抗蚀膜中扩散的存储能量的多少，将受到衬底中的通过抗蚀膜的电子束的散射分布的影响。
当电子进入衬底时，它们被构成衬底的原子的原子核弹性散射，或者利用构成衬底的电子执行非弹性散射，这样增加了电子束的宽度。由于进入的电子的部分能量被给予相配的原子，或者由于衰减辐射放电，电子的能量变小了。
相应地，发明人通过实际模拟计算了衬底中的电子的轨迹，并确认电子的轨迹将被展宽的散射分布尺寸将根据电子束能量和固体的原子序数、密度等明显变化。
电子在经历单散射之前的行程的平均距离λ由下列等式表示λ=1nΣ=ANAρΣ]]>在上面的等式中，n为单位体积的原子数量，∑为散射的总的截面面积，NA为阿伏加德罗常数＝6.02×1023，ρ为原子密度，A为原子量。
在上面的等式中，散射的总的截面面积∑根据Murata等人的参考文献(1971年)通过下列等式给出，在该等式中考虑了非弹性散射效应。
Σ=nZ(Z+1)e44β(β+1)E2]]>在这个等式中，Z为原子序数，e为电子电量＝-4.08029×10-10静电单位，E为电子的动能＝eV/300(V为加速电压)，β为筛选参数(screening parameter)。
在上面的等式中，筛选参数β根据Nigam等人的参考文献(1959年)通过下列等式给出。
β=5.44VZ23]]>由上述可以明显看出电子在经历单散射之前的行程的平均距离λ取决于原子序数Z、原子密度ρ、原子量A以及加速电压V。
利用包括由镁(Mg)、硅(Si)、钛(Ti)、镍(Ni)、钌(Ru)和金(Au)的单一材料制成的表面层区域的衬底，模拟了衬底的表面层区域中的电子的轨迹，以及将要到达表面的电子束能量。该模拟在下列条件下完成加速电压V为50KV，衬底材料的物理特性值用“元素名称(Z原子序数，A原子量，ρ原子密度)”来表示，并分别具体给出为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)。电子在经历单散射之前行程的平均距离λ(元素)为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，确认了对衬底的表面层区域使用具有较小平均距离λ(较高散射效应)的元素，将降低衬底的表面层区域的顶层处的散射束能量扩散，这样使减少到达衬底表面层区域的散射束的影响的范围成为可能。除该结果之外，与可抑制通过电子束照射而在衬底内扩散的电子的散射分布直径ED的扩大的材料，例如Si相比，具有更小的平均距离λ的高散射效应元素在下表1中示出。
表1

因此，最好是，如图4所示与抗蚀膜R接触的整个衬底主体可以由单一材料形成，而具有表面层区域40的衬底主体单独应该由包含50wt％或更多的原子序数为21至36、38至54、57，以及72至83的元素中的至少一个的材料形成。
如图3所示，当衬底S的表面层区域40形成为衬底主体MB的表面层并与抗蚀膜R接触时，很明显表面层区域40的厚度可以超过或不超过散射分布直径ED的直径(深度)。在表面层区域40的厚度超出散射分布直径ED的直径(深度)的情况下，最好表面层区域40由包含50wt％或更多的原子序数73至79的元素中的至少一个的材料形成，而衬底主体MB由包含50wt％或更多的原子序数为13、14、21至36、38至54、56、57、72，以及80至83的元素中的至少一个的材料形成。这是因为使用这样的元素可以增强表面层区域40的散射效应。
作为另一个实施例，衬底的表面层区域40可以由多层薄膜构成，如图5所示。这时，最好是在表面层区域40的多层薄膜中，由高散射效应元素形成的至少一个散射层40a应该由包含50wt％或更多的原子序数为21至36、38至54、56、57、72至83，更具体地，原子序数为73至79的元素中的至少一个的材料形成。在这种情况下，最好是，表面层区域40的多层薄膜中除散射层40a以外的薄膜40b(辅助层)的元素应该从具有比散射层40a的元素更小的平均距离λ的元素中选择。例如，散射层40a由包含50wt％或更多的原子序数为73至79的元素中的至少一个的材料形成，而其它薄膜由包含50wt％或更多的原子序数为21至36、38至54、56、57、72，和80至83的元素中的至少一个的材料形成。
如图5所示，表面层区域中的散射层40a可以被布局为与抗蚀膜接触。
为了检查这种接触的散射层的效果，在衬底主体为硅、具有双层结构的表面层区域通过在硅衬底主体上沉积铬(Cr)层并进一步在铬层上沉积金散射层、设定铬层厚度为固定的100纳米、金散射层的厚度从300纳米变化为600纳米和1000纳米，且设定对于厚度为300纳米的金散射层平均距离λ为100的条件下，对λ比率进行了模拟。结果在下表2中给出。
表2

很明显形成更厚的金层将降低λ比率或使λ更小。研究发现，使由具有较小平均距离l的元素，例如金形成的散射层形成得更薄，将降低衬底的表面层区域的能量扩散。
可以看出，由于使用了包含具有比硅更小的平均距离λ的元素的散射层，因此可以积极地引起已经进入到衬底的表面层区域的电子束的散射。这时，对于电子来说进入衬底的表面层区域比较困难，因此更多的散射束聚集在衬底的表面层区域上，具体是，聚集在散射层上。这使增加对形成在衬底的表面层区域上的抗蚀膜产生贡献的电子的数量成为可能。增加的电子能够提高抗蚀膜的敏感性。因此，对于衬底的表面层区域的散射层，可使用的最理想的成分是主要包含(50wt％或更多的)具有与原子序数为73至79中的一个相同的原子序数的元素的化合物，另外，可以选择的还有主要包含(50wt％或更多的)具有与原子序数为21至36、38至54、57、72，和80至83的元素中的一个相同的原子序数的元素的化合物。
从上述可以明显看出，表面层区域的散射层具有降低在具有原子序数为73至79之一的元素或其复合物中散射的电子的能量密度的作用，其结果是减少到达抗蚀膜的电子能量以及提高敏感性。
虽然上述该实施例的说明中讨论了包括与抗蚀膜接触的散射层40a以及另一薄膜40b的多层的表面层区域，但该多层表面层区域也可以按图6所示的方式被构造为另一实施例，在散射层40a和抗蚀膜R之间提供另一薄膜40c，并使该薄膜40c与抗蚀膜接触以避免散射层和抗蚀膜之间的直接接触。
为了检查这种非接触的散射层的效果，在具有双层结构的非接触样本上，以及在仅具有在硅衬底主体上的厚度为600纳米的金散射层的接触样本上，在将该接触样本的平均距离λ设定为100的情况下对λ比率进行了模拟，其中具有双层结构的非接触样本通过在硅衬底主体上沉积厚度为600纳米的金散射层，并在该金散射层上仅沉积一厚度为600纳米的铬层形成。结果在下表3中给出。
表3

可以看出λ比率被降低了，就是说，通过形成铬层使金散射层形成非接触型，λ变得更小。进一步，模拟显示了当通过铬层的电子散射时，通过金散射层的电子的散射分布变得更小，并且电子在硅衬底主体中散射，即，电子的散射分布在金散射层处变得更窄。因此，确认了在层叠结构的中间放置包含具有较小平均距离l的元素，例如金的散射层，将使散射层起到过滤器的作用，并能减少衬底的表面层区域的能量扩散。由于已被散射层散射的电子束在抗蚀膜中在其较高的能量状态下单独散射，因此电子束看起来效率更低，这样实现了较高敏感性(提高了抗蚀膜的敏感性)。较高的敏感性可通过形成包含例如散射层40a和辅助层40b的多层结构以及利用降低散射束的能量的效应而被实现。
作为检查图5所示实施例的实验，通过在硅衬底主体上形成包括以所提及的顺序层叠的厚度为100纳米的铬层以及厚度为300纳米的金散射层的表面层区域，并随后在表面层区域上形成具有预定厚度的抗蚀膜，制备出母盘的一例样(example)。利用由50KV的加速电压照射的电子束，通过电子束记录器在0.7至1.4米/秒的记录速度下，在该母盘的抗蚀膜上实施线式记录实验。
为确认该实施例的效果，制备了仅具有在硅衬底上形成的一抗蚀膜的对比母盘。同样利用电子束对该母盘曝光，并在与该母盘例样相同的条件下对其实施线式记录实验。通过比较两个母盘的线宽度，对两个母盘的高敏感性实现效果进行了相互比较。结果在下表4中示出。
表4

从表4中明显可以看出，在相同的记录条件下，母盘例样的线宽度与对比母盘相比增加了。就是说，表4显示了样本的衬底的表面层区域具有增加抗蚀膜的曝光部分处的电子束的能量密度的高灵敏性效果。其结果是，可以通过具有尖锐形状的边界表面将曝光部分和未曝光部分分开，并实现了高密度记录。
虽然上述对样本的描述已经给出了光盘衬底的制备过程，但是本发明也可以制备具有有同心地形成的预图型(pre-patterns)(伺服图型)的衬底，并在该衬底上形成磁记录层，以制备磁盘或者硬盘的母板。本发明已经解释了在通过电子束记录器利用电子束顺序曝光的情况，本发明也可以应用于完全曝光(full exposure)。
可以理解上述说明及附图阐明了本发明目前的优选实施例。当然，根据前述教示，在不背离公开的本发明的精神和范围的情况下，各种变型、添加和替换设计对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，应该理解本发明并不限于所公开的实施例，而是可以在权利要求书的整个范围内实施。
权利要求
1.一种在其上进行电子束信息记录的电子束记录衬底，其特征在于该衬底包括衬底主体；相对于衬底主体的抗蚀膜；以及表面层区域，该表面层区域由抑制通过来自抗蚀膜一侧的电子束照射而在内部扩散的电子的散射分布直径的扩大的材料形成。
2.根据权利要求1的电子束记录衬底，其中所述衬底主体位于相对于所述表面层区域，与所述抗蚀膜相对的一侧。
3.根据权利要求1的电子束记录衬底，其中所述电子束记录衬底仅由与所述表面层区域的所述材料相同的材料形成。
4.根据权利要求1的电子束记录衬底，其中所述表面层区域由包含50wt％或更多的原子序数为21至36、38至54和56至83的元素中的至少一个的材料形成。
5.根据权利要求1的电子束记录衬底，其中所述表面层区域由包含50wt％或更多的原子序数为73至79的元素中的至少一个的材料形成。
6.根据权利要求2的电子束记录衬底，其中所述表面层区域由包含50wt％或更多的原子序数为73至79的元素中的至少一个的材料形成，且所述衬底主体由包含50wt％或更多的原子序数为13、14、21至36、38至54、56、57、72和80至83的元素中的至少一个的材料形成。
7.根据权利要求2的电子束记录衬底，其中所述表面层区域包括多个薄膜。
8.根据权利要求7的电子束记录衬底，其中在所述多个薄膜中与所述抗蚀膜接触的薄膜，由包含50wt％或更多的原子序数为73至79的元素中的至少一个的材料形成，且除该与所述抗蚀膜接触的薄膜之外的那些薄膜，由包含50wt％或更多的原子序数为21至36、38至54、56、57、72和80至83的元素中的至少一个的材料形成。
9.根据权利要求7的电子束记录衬底，其中在所述多个薄膜中与所述抗蚀膜接触的薄膜，由包含50wt％或更多的原子序数为21至36、38至54、56、57、72和80至83的元素中的至少一个的材料形成，且除该与所述抗蚀膜接触的薄膜之外的那些薄膜，由包含50wt％或更多的原子序数为73至79的元素中的至少一个的材料形成。
全文摘要
一种电子束记录衬底，保持有一抗蚀膜，电子束信息记录在该抗蚀膜上进行，该衬底具有表面层区域，该表面层区域由抑制通过来自抗蚀膜一侧的电子束照射在内部扩散的电子的散射分布直径的扩大的材料形成。
文档编号G03F1/50GK1551169SQ20041000722
公开日2004年12月1日 申请日期2004年2月27日 优先权日2003年2月28日
发明者胜村昌 , 胜村昌広 申请人:先锋株式会社