(57)【要約】      （修正有）【課題】線幅の玄海値を改善可能な、鉛系物質を利用した電子ビームリソグラフィ法を提供する。【解決手段】基板１０上に鉛系物質の薄膜１１を蒸着により形成し、この薄膜に電子ビームを照射して、薄膜を部分的に揮発させてパターニングし、続いて基板１０を溶解除去することでパターンを形成するステップを含む電子ビームリソグラフィ法であり、鉛系物質から形成された薄膜を、電子ビームによりパターニングすることにより、従来より狭い線幅を得ることができる。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛系物質で薄膜を形成する薄膜形成ステップと、
電子ビームを照射して、前記薄膜を部分的に揮発させてパターニングするパターニングステップと、
を含むことを特徴とする電子ビームリソグラフィ法。
【請求項２】
前記鉛系物質は、Ｐｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉのうち、何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項３】
前記パターニングステップは、電子ビーム源と集光レンズとを有する電子ビーム装置を利用して行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項４】
前記電子ビーム装置は、ＴＥＭ装置であることを特徴とする請求項３に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項５】
基板を準備する基板準備ステップと、
鉛系物質を前記基板に蒸着して薄膜を形成する薄膜形成ステップと、
前記基板を除去して前記薄膜を得る基板除去ステップと、
電子ビームを照射して、前記薄膜を部分的に揮発させてパターニングするパターニングステップと、を含むことを特徴とする電子ビームリソグラフィ法。
【請求項６】
前記薄膜形成ステップは、物理蒸着法または化学蒸着法を利用して行うことを特徴とする請求項５に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項７】
前記薄膜形成ステップは、前記薄膜を１００ｎｍ以下に形成することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項８】
前記鉛系物質は、Ｐｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉのうち、何れか一つであることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項９】
前記基板は、ポリカーボネートまたは塩化ナトリウムからなることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１０】
前記基板除去ステップは、前記基板がポリカーボネートである場合にはクロロホルムを、塩化ナトリウムである場合には水をそれぞれ使用して、前記基板を除去することを特徴とする請求項９に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１１】
前記パターニングステップは、電子ビーム源及び集光レンズを有する電子ビーム装置を利用して行うことを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１２】
前記電子ビーム装置は、ＴＥＭ装置であることを特徴とする請求項１１に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１３】
基板を準備する基板準備ステップと、
鉛系物質を前記基板に所定厚さに蒸着して、鉛系物質層を形成する層形成ステップと、
前記鉛系物質層と前記基板とを厚さ方向に切断して薄膜を形成する薄膜形成ステップと、
電子ビームを照射して、前記薄膜を部分的に揮発させてパターニングするパターニングステップと、を含むことを特徴とする電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１４】
前記層形成ステップは、物理蒸着法または化学蒸着法を利用して行うことを特徴とする請求項１３に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１５】
前記層形成ステップは、前記鉛系物質層を１〜１００μｍ範囲以内の厚さに形成することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１６】
前記鉛系物質は、Ｐｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉのうち、何れか一つであることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１７】
前記薄膜形成ステップは、ＦＩＢ装置を利用して、前記鉛系物質層と基板とを厚さ方向に切断することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１８】
前記薄膜形成ステップは、前記薄膜の厚さを１００ｎｍ以下に形成することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項１９】
前記パターニングステップは、電子ビーム源及び集光レンズを有する電子ビーム装置を利用して行うことを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【請求項２０】
前記電子ビーム装置は、ＴＥＭ装置であることを特徴とする請求項１９に記載の電子ビームリソグラフィ法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームリソグラフィ法に関し、より詳細には、従来用いられたことのない鉛系物質を利用して行われる電子ビームリソグラフィ法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームリソグラフィは、半導体集積回路の製造過程において回路パターンの作製に用いられている。一般にリソグラフィ工程は、フォトレジストにマスクパターンを転写する工程と、転写されたフォトレジストのパターンを使用して、下層にエッチングする工程とに大別される。パターン転写工程としては、主に光、特に紫外線によるパターン転写方法が使用されるが、半導体が高集積及び大容量化されるにつれ、線幅を狭めるための技術が急激に開発されている。しかし例えば従来の微細加工技術である紫外線フォトリソグラフィ法では、線幅の限界が１μｍであり、さらに線幅を狭めることは困難である。そこで、微細線幅のパターンを形成するための多様な技術及び装置が開発されており、関連の応用技術も急速に発展している。その結果、照射エネルギー源として、遠赤外線以外に電子ビーム、Ｘ線、イオンビーム、レーザーなどが開発され使用されている。
【０００３】
ところで、０．１μｍ以下の微細線幅のパターンを形成するための方法の一つとして、従来使用されている電子ビームリソグラフィ技術では、一般的に基板上にフォトレジストを塗布し、所定のマスク層を介して高速電子線を走査することで前記フォトレジストを部分的に露光させた後、現像してパターンを形成する。しかし、従来の電子ビームリソグラフィにより具現できる微細線幅は限界に達している。例えば、波長が１９３ｎｍであるＡｒＦを使用したリソグラフィによると、具現できる線幅の限界は、約４５ｎｍであり、ＳＥＭリソグラフィによると、具現できる線幅の限界は、約３０ｎｍである。したがって、更に高集積及び大容量化された半導体を製造するために、リソグラフィによって具現できる線幅の限界値を更に改善することが要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、リソグラフィを行う際に従来用いられなかった鉛系物質を採用して、具現できる線幅の限界値を改善できる（線幅をより狭くする）電子ビームリソグラフィ法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電子ビームリソグラフィ法は、鉛（Ｐｂ）系物質で薄膜を形成する薄膜形成ステップと、電子ビームを照射して、前記薄膜を部分的に揮発させてパターニングするパターニングステップと、を含む。
【０００６】
前記鉛系物質は、Ｐｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉのうち、何れか一つであることができる。
【０００７】
前記パターニングステップは、電子ビーム源と集光レンズとを有する電子ビーム装置を利用して行うことができる。前記電子ビーム装置は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）装置であってもよい。
【０００８】
本発明の他の実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法は、基板を準備する基板準備ステップと、鉛系物質を前記基板に蒸着して薄膜を形成する薄膜形成ステップと、前記基板を除去して前記薄膜を得る基板除去ステップと、電子ビームを照射して、前記薄膜を部分的に揮発させてパターニングするパターニングステップと、を含む。
【０００９】
前記薄膜形成ステップは、物理蒸着法（以下「ＰＶＤ」と称する）または化学蒸着法（以下「ＣＶＤ」と称する）を利用して行うことができる。
【００１０】
前記薄膜形成ステップは、電子ビームが透過できるように、前記薄膜を１００ｎｍ以下に形成することが好ましい。
【００１１】
前記鉛系物質は、Ｐｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉのうち、何れか一つであることができる。
【００１２】
前記基板は、ポリカーボネートまたは塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）からなりうる。前記基板除去ステップは、前記基板がポリカーボネートである場合には、クロロホルムを、塩化ナトリウムである場合には水をそれぞれ使用して、前記基板を除去するのが好ましい。
【００１３】
前記パターニングステップは、電子ビーム源及び集光レンズを有する電子ビーム装置を利用して行うことができる。前記電子ビーム装置は、ＴＥＭ装置であってもよい。
【００１４】
本発明の更に他の実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法は、基板を準備する基板準備ステップと、鉛系物質を前記基板に所定厚さに蒸着して、鉛系物質層を形成する層形成ステップと、前記鉛系物質層と前記基板とを厚さ方向に切断して薄膜を形成する薄膜形成ステップと、電子ビームを照射して、前記薄膜を部分的に揮発させてパターニングするパターニングステップと、を含む。
【００１５】
前記層形成ステップは、ＰＶＤまたはＣＶＤを利用して行える。
【００１６】
前記層形成ステップは、前記鉛系物質層を１〜１００μｍ範囲以内の厚さに形成することが好ましい。
【００１７】
前記鉛系物質は、Ｐｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉのうち、何れか一つであることができる。
【００１８】
前記薄膜形成ステップは、ＦＩＢ（集束イオンビーム）装置を利用して、前記鉛系物質層及び基板を厚さ方向に切断するのが好ましい。
【００１９】
前記薄膜形成ステップは、電子ビームが透過できるように、前記薄膜の厚さを１００ｎｍ以下に形成することが好ましい。
【００２０】
前記パターニングステップは、電子ビーム源及び集光レンズを有する電子ビーム装置を利用して行える。前記電子ビーム装置は、ＴＥＭ装置であってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
前記のように構成される本発明に係る電子ビームリソグラフィ法によれば、鉛系物質から形成された薄膜を電子ビームでパターニングすることにより、具現できる線幅の限界値を大きく改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法を詳細に説明する。以下の図面で、同じ符号は同じ構成要素を示す。図面で、層及び領域の厚さは、容易に理解できるように誇張されている。
【００２３】
本発明の電子ビームリソグラフィ法は、鉛系物質で薄膜を形成する薄膜形成ステップと、電子ビームを照射して、前記薄膜を部分的に揮発させてパターニングするパターニングステップとを含むものであるが、以下に具体的な態様を用いて説明する。
【００２４】
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の第１実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の工程を示す断面図である。
【００２５】
まず、図１Ａに示すように、基板１０を準備する。基板１０を形成する材料について特に制限はないが、本実施形態によれば基板１０は、その上に形成される薄膜１１に対するパターニング工程が行われる前に除去されるので、物理的又は化学的方法により容易に除去される物質で形成されることが好ましい。本実施形態では、基板１０は、クロロホルム溶液に可溶性のポリカーボネートで製造してもよい。あるいは基板１０は、水溶性の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）で製造してもよい。基板１０の形状・厚さは、その上に薄膜１１が確実に形成され、後に行う除去に差し支えのないものであれば、特に制限はない。
【００２６】
その後、図１Ｂに示すように、基板１０上に鉛系物質を蒸着して薄膜１１を形成する。鉛系物質を蒸着する方法は特に限定されないが、例えばＰＶＤまたはＣＶＤにより蒸着することができる。薄膜１１の厚さは特に限定されないが、本実施形態ではＴＥＭ装置によってパターニングされるため、薄膜１１の厚さは、電子ビームが透過できる程度、例えば、１００ｎｍ以下に形成することが好ましく、電子ビームの透過が容易になるため、１００ｎｍより薄く形成するのがさらに好ましい。
【００２７】
電子ビーム照射に対して揮発性を有する物質は種種あるが、鉛系物質は融点が低く電子ビームに対して極めて敏感に反応するため、他の物質に比べて微細な線幅を容易に得ることができる。本発明に係る電子ビームリソグラフィ法では、薄膜１１の材料として鉛系物質を用い、電子ビームを利用して薄膜１１に所定パターンをパターニングする。鉛系物質の例としてはＰｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
その後、図１Ｃに示すように、基板１０を除去して薄膜１１のみを得る。前記したように基板１０は、例えば物理的又は化学的方法により除去可能であるが、本実施形態で、基板１０がポリカーボネートで製造されている場合、基板１０は、それに対する溶媒であるクロロホルムにより除去することができる。そして、基板１０が塩化ナトリウムで製造されている場合、基板１０は、水により除去することができる。
【００２９】
その後、基板１０を除去して得た薄膜１１を、ＴＥＭ装置でパターニングする。前記したように、薄膜１１は、電子ビームに対して揮発性を有する鉛系物質で形成されるため、ＴＥＭ装置の電子ビームにより所定パターンでパターニングすることができる。この過程で、薄膜１１を、半導体製造工程で使用するマスクとして製作することもでき、また、薄膜１１自体に要求される回路パターンなどを直接パターニングすることもできる。ここで、薄膜１１をマスクとして利用する場合、薄膜１１をＥＵＶ（極紫外線）に露光することにより、薄膜１１に形成されたパターンをウェハーなどの基板に転写できる。
【００３０】
このように鉛系物質に電子ビームを照射し揮発させるパターニングでは、従来のものより狭い線幅を得ることが可能である。
【００３１】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第２実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の工程を示す斜視図である。
【００３２】
まず、図２Ａに示すように、基板２０を準備する。基板２０を形成する材料について特に制限はないが、一般的な基板材料であるシリコン（Ｓｉ）等で形成することができる。基板２０の厚さは、その上に鉛系物質層が確実に形成される厚さであれば、特に制限はない。
【００３３】
その後、図２Ｂに示すように、基板２０上に鉛系物質を蒸着して、鉛系物質層２１を形成する。鉛系物質を蒸着する方法は特に限定されないが、例えばＰＶＤまたはＣＶＤにより蒸着することができる。鉛系物質層２１の厚さは特に限定されないが、本実施形態ではＦＩＢにより切断されるため、鉛系物質層２１の厚さは、ＦＩＢにより容易に切断できる厚さ、例えば、１〜１００μｍに形成されることが好ましい。このような鉛系物質層２１の厚さは、ＦＩＢによる容易な切断のためのものである。他の装置により鉛系物質層２１が切断される場合、その厚さは、使用される装置に応じて容易に切断される数値を適宜選択すればよい。
【００３４】
そして、鉛系物質層２１は、電子ビームに対して揮発性を有する鉛系物質、例えば、Ｐｂ、ＰｂＯ、ＰｂＴｉ等からなるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
その後、鉛系物質層２１及び基板２０は、ＦＩＢ装置により切断線２２に沿って厚さ方向と平行な方向（基板・鉛系物質層に対して垂直方向）に切断される。このとき、鉛系物質層２１及び基板２０が切断される厚さは特に限定されないが、ＴＥＭ装置によりパターニングされうる厚さ、例えば、１００ｎｍ以下に形成することが好ましく、電子ビームの透過が容易になるため、１００ｎｍより薄く形成するのがさらに好ましい。本実施形態で、鉛系物質層２１及び基板２０を、ＦＩＢ装置により切断するが、本発明は、これに制限されるものではない。すなわち、本発明に係る電子ビームリソグラフィ法において、鉛系物質層２１及び基板２０に対して要求される厚さにより、ＦＩＢ装置以外の他の装置を使用することも可能である。
【００３６】
前記のような切断作業が行われれば、図２Ｃに示すように、鉛系物質層２１及び基板２０を薄く切断した薄膜２５を得ることができる。薄膜２５は、鉛系物質層２１を薄く切断した鉛系物質層薄膜２４と、基板２０を薄く切断した基板薄膜２３とからなる。
【００３７】
その後、鉛系物質層薄膜２４をＴＥＭ装置でパターニングする。この過程で、鉛系物質層薄膜２４を、半導体製造工程で使用するマスクとして製作することもでき、または鉛系物質層薄膜２４自体に要求される回路パターンなどを直接パターニングすることもできる。ここで、鉛系物質層薄膜２４をマスクとして利用する場合、薄膜２４をＥＵＶに露光することにより、薄膜２４に形成されたパターンをウェハーなどの基板に転写することができる。
【００３８】
このように鉛系物質に電子ビームを照射し揮発させるパターニングでは、従来のものより狭い線幅を得ることが可能である。
【００３９】
以上で説明した実施形態では、鉛系物質で形成された薄膜をＴＥＭ装置でパターニングしたが、本発明がこれに制限されるものではない。すなわち、本発明に係る電子ビームリソグラフィ法において、電子ビーム源と、電子ビーム源から出る電子ビームを集束する集光レンズとを備える他の装置も、鉛系物質で形成された薄膜をパターニングするために使用することができる。
【００４０】
図３は、本発明に係る電子ビームリソグラフィ法により得られた構造を示すＴＥＭ写真であり、図４は、本発明に係る電子ビームリソグラフィ法により得られた構造を示すＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡）写真である。本実験例は、本発明の第１実施形態に係るものであって、次のような過程を通じて行われる。
【００４１】
まず、本実験例では鉛系物質としてＰｂＴｉを用いる。ＰｂＴｉをＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法によりポリカーボネート基板に蒸着する。その後、クロロホルム溶液を使用して基板を除去し、本実験に使用するための試片を製造する。
【００４２】
その後、試片をＴＥＭ装置に挿入した後、ＴＥＭ装置のモードをＳＴＥＭモードに切り換える。前記装置は、本実験に使用される電子ビームの強度と電子ビームプローブのサイズとを考慮してセットする。本実験例に使用したＴＥＭ装置は、加速電圧が２００ｋＶであり、その電子ビームの波長は０．０２５１Åである。その後、ＳＴＥＭモードで試片をパターニングする。ここで、電子ビームの強度と電子ビームプローブのサイズとが決定されれば、試片にパターニングされた線幅が決定される。そして、試片に対する電子ビーム照射時間は、電子ビーム強度、電子ビームプローブのサイズ及び試片の厚さなどを考慮して決定される。
【００４３】
その後、パターニングされた試片に対するＳＴＥＭ結果の写真を得て、前記装置をＴＥＭモードに切り換えた後、同じ試片に対するＴＥＭ結果の写真を得る。
【００４４】
前記のような過程を通じて得た写真を図３及び図４に示す。
【００４５】
図３及び図４に示すように、本発明に係る電子ビームリソグラフィ法によれば、薄膜に対して約３ｎｍの精巧な加工を行える。したがって、本発明に係る電子ビームリソグラフィ法によれば、具現できる線幅の限界値が大きく改善されることが分かる。なお、ここでの薄膜の厚さは１００ｎｍであったが、電子ビームが容易に薄膜を透過するという観点から、１００ｎｍより薄い膜厚においてもより容易に同様の効果を得ることができる。
【００４６】
図示した実施形態を参考に本発明を説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲により定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、半導体製造工程に関連した技術分野に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の一工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の一工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の一工程を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の一工程を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の一工程を示す斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施形態に係る電子ビームリソグラフィ法の一工程を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る電子ビームリソグラフィ法により得られた構造を示すＴＥＭ写真である。
【図４】本発明に係る電子ビームリソグラフィ法により得られた構造を示すＳＴＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、２０  基板
１１、２５  薄膜
２１  鉛系物質層
２２  切断線
２３  基板薄膜
２４  鉛系物質層薄膜
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2006186327.tif 000004
【図１Ｃ】
2006186327.tif 000005
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2006186327.tif 000007
【図２Ｃ】
2006186327.tif 000008
【図３】
2006186327.tif 000009
【図４】
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