(57)【要約】【課題】原子間力顕微鏡を用いた極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーの製造方法を提供すること。【解決手段】基板の多層薄膜構造上に蒸着させた吸収体のパターニング時に原子間力顕微鏡の探針と吸収体間の陽極酸化現象を利用し、基板から所定の高さと幅を有する金属酸化物層を形成させ、この金属酸化物層をエッチング処理して超微細線幅の吸収体パターンを形成させる原子間力顕微鏡リソグラフィー技術を利用した極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーの製造方法。  本発明によると、高い解像度を有する極紫外線露光マスクミラーを製造することができ、既存の方法に比べて微細の吸収体パターンサイズ（線幅３０ｎｍ未満）を有する反射型多層薄膜ミラーを製造することができる。【選択図】図２
2007512702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーを製造する方法において、
（ａ）シリコン基板上に反射型多層薄膜及び保護膜を蒸着する段階と；
（ｂ）前記多層薄膜及び保護膜の上に、吸収体としてクロム、タンタル及びタングステンのうちから選ばれた一つの金属薄膜を蒸着する段階と；
（ｃ）原子間力顕微鏡を用いて探針と前記薄膜構造の基板の間に電界を印加し、基板上に所定の高さと幅を有する金属酸化物層を選択的に形成する段階と；
（ｄ）この金属酸化物層をエッチング処理し、超微細線幅の吸収体パターンを形成する段階と；
を含むことを特徴とする原子間力顕微鏡リソグラフィー技術を用いた極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーの製造方法。
【請求項２】
前記吸収体の金属薄膜を蒸着する段階以降、吸収体の金属薄膜の上にレジスト物質として有機物薄膜を蒸着する段階を含み、この有機物薄膜を金属酸化物層のエッチング処理後に洗浄することを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡リソグラフィー技術を用いた極紫外線露光工程用多層薄膜ミラーの製造方法。
【請求項３】
前記金属酸化物層を形成する段階が、印加電圧、リソグラフィー速度及び湿度の調節によりパターンサイズを調節する過程を含むことを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡リソグラフィー技術を用いた極紫外線露光工程用多層薄膜ミラーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡のリソグラフィー技術を用いた極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーの製造方法に関するもので、基板の多層薄膜構造の上に蒸着させた吸収体のパターニング時に、原子間力顕微鏡の探針と吸収体間の陽極酸化現象を利用し、基板から所定の高さと幅とを有する金属酸化物層を形成させ、この金属酸化物層をエッチング処理し、超微細線幅の吸収体パターンを形成、製造する原子間力顕微鏡のリソグラフィー技術を用いた極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程中、リソグラフィー（lithography）工程は、光に敏感な感光膜を塗布した基板上に光を当てて回路パターンを形成させる半導体の核心工程技術で、光源としてレーザーを使用しているが、最小線幅が７０ｎｍ以下世代の素子製造には適用できないため、既存の光学露光工程は技術的限界点に達していた。
それゆえ極紫外線（extreme ultraviolet；ＥＵＶ）、電子ビーム（electron beam）、Ｘ線、イオンビームなどの新しい光源が模索されており、このうち極紫外線と電子ビームが次世代の露光技術方式として脚光を浴びている。
特に、極紫外線露光技術は、いくつかの次世代露光工程技術のうち最も可能性のある技術であり、極紫外線を用いた露光工程の核心要素はブラッグ（Bragg）反射を可能にする反射型多層薄膜ミラーであると言える。
【０００３】
極紫外線露光工程では、既存の屈折式光学系、透過型マスクとは異なり、反射型ミラー（reflective mirror）を用いて光を反射させ、マスクのイメージを半導体基板に転写させる。この時、素子の収率は各ミラーの反射度に最も大きな影響を受けるため、この技術を次世代露光技術に適用させるためには高い反射度を有する低欠陥ミラーを製作することが必須的である。
極紫外線領域の光は物質を透過することができずに吸収されるため、現在開発されている多層薄膜ミラーの場合、屈折率などの光学的特性の差が大きいＭｏ層とＳｉ層の積層構造が利用されており、これは特許文献１（米国特許第６，１１０，６０７号）に開示されている。
また、このようなＭｏ／Ｓｉ多層薄膜より優れた反射度を有する多層薄膜を製作するため、いくつかの別の物質を利用して多層薄膜構造を製作している。例えば、特許文献２（米国特許第６，２２９，６５２号）ではＭｏ2Ｃ／Ｂｅ多層薄膜構造が開示されており、また特許文献３（米国特許第６，２２８，５１２号）にはＭｏＲｕ／Ｂｅ多層薄膜構造が開示されている。
【０００４】
一方、最近の半導体技術は素子の高集積化により、素子のパターンサイズを減らすと同時に、多量の素子の集積化を要求しており、したがって素子のパターンサイズを減らすためには、まず露光工程で微細パターンの実現が必要となる。
次世代リソグラフィー用極紫外線露光マスクは１３．５ｎｍ波長の極紫外線領域が全ての物質により吸収されるため、それに伴う充分な反射度を有する多層薄膜の製造が非常に重要で、またそれに伴う素子のパターンサイズを減少させるために吸収体（absorber）の微細パターンを実現することが非常に重要である。
このような次世代リソグラフィー用極紫外線露光マスクもやはり既存のフォトマスクと同様に、微細パターンの実現が電子ビームリソグラフィー装置に依存しており、詳しくは下記の通りである。
【０００５】
添付した図１に示した通り、反射型多層薄膜ミラーの製造過程は、基本的にシリコン基板（１）に多層薄膜（３）、保護膜（５）及び吸収体（７）を蒸着した後、パターニング（patterning）することによって構成され、特に従来は吸収体（７）をパターニングする工程で、電子ビームリソグラフィー技術を利用した。
より詳しくは、反射型多層薄膜は、シリコン基板（１）にＭｏ／Ｓｉ基本構造、前記Ｍｏ／Ｓｉ基本構造を基に、多層薄膜の物性を向上させたＲｕ／Ｍｏ／Ｓｉ構造、Ｍｏ2Ｃ／ＢｅまたはＭｏＲｕ／Ｂｅ構造のような多層薄膜（３）を蒸着した後、この多層薄膜（３）を保護するためにシリコンオキサイド（ＳｉＯ2）のような保護膜（capping layer；５）を蒸着して多層薄膜構造を形成する。
次に、前記多層薄膜構造の上にクロム（Ｃｒ）などの吸収体（７）を蒸着させ、電子ビームリソグラフィーにより多層薄膜構造の表面に蒸着したクロムなどの吸収体（７）をパターニングすることで反射型多層薄膜ミラーを製作する。吸収体のパターニング工程では、多層薄膜の基板に吸収体としてクロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）を蒸着し、この吸収体のパターニングのためにレジスト物質を塗布する。
【０００６】
このレジスト物質を、電子ビームリソグラフィーを用いて数ｎｍサイズにパターニングした後、下部吸収体薄膜物質を乾式エッチングまたは湿式エッチングして加工し、その後、洗浄してレジスト物質を除去することで、所望形状のパターンマスクを得ることができる。しかし、吸収体のパターニングのために前記のような電子ビームリソグラフィー装置を用いる場合、電子ビームの散乱により基板の損傷だけでなく微細パターンの実現がかなり難しく、また実現可能な線幅も３０ｎｍ付近が限界である。
したがって、次世代リソグラフィー用極紫外線露光マスクミラーの特性を維持しながら、従来使用されていた電子ビームリソグラフィーによるパターン線幅の限界を克服することができ、高価の電子ビームリソグラフィー装置と高真空状態を必要とせず、またマスクの製作工程がより単純化する新しい方法が切実に要求されている。
【０００７】
一方、非特許文献１（M．Sundermannの論文（M．Sundermann外７名，Surface Science，v．454-456，p．1104，2000））によると、吸収体として金（Ａｕ）を用いてＭｏ／Ｓｉ多層薄膜に蒸着させる実験を行い、下記の通り報告した。この研究によると、多層薄膜の上に、吸収体として金（Ａｕ）を蒸着させ、その後レジスト物質として自己組織化単分子層（self-assembled monolayer；ＳＡＭ）を吸着させた。そして、走査型トンネル顕微鏡（scanning tunneling microscope；ＳＴＭ）リソグラフィー工程を利用し、ＳＡＭ物質を選択的に損傷させ、露出した吸収体を湿式エッチングしてパターンを製造した。
しかし、このような方法は金（Ａｕ）のように金属酸化物を形成しない吸収体にのみ適用が可能であるという短所があった。したがって、このような限界を克服し、高い吸光係数を有する全ての物質に適用が可能で、形成された酸化物を湿式エッチングまたは乾式エッチングすることによって、更に良い構造形態を有するパターンイメージを実現することができる方法が切実に要求されている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，１１０，６０７号
【特許文献２】米国特許第６，２２９，６５２号
【特許文献３】米国特許第６，２２８，５１２号
【非特許文献１】M.Sundermann外７名，Surface Science，v.454-456，p.1104，2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前述した問題点を解決することにある。すなわち、既存の電子ビームリソグラフィー方式による線幅実現の限界から抜け出し、原子間力顕微鏡を用いて吸収体パターンを最小数ｎｍまで実現することができる極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーの製造方法を提供することであり、また、薄膜ミラーの吸収体パターンサイズを画期的に減らすだけでなく、高価な電子ビームリソグラフィー装置と高真空状態を必要とすることなく、大気中でもマスクを製作することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明は、極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーを製造する方法において、シリコン基板上に反射型多層薄膜及び保護膜を蒸着する段階と；この多層薄膜及び保護膜の上に吸収体としてクロム、タンタル及びタングステンのうちから選ばれた一つの金属薄膜を蒸着する段階と；原子間力顕微鏡を用いて探針と前記薄膜構造の基板の間に電界を印加し、基板上に所定の高さと幅を有する金属酸化物層を選択的に形成させる段階と；この金属酸化物層をエッチング処理し、超微細線幅の吸収体パターンを形成させる段階とを含むことを特徴とする。
特に、本発明の製造方法は、前記吸収体の金属薄膜を蒸着する段階以降、吸収体金属薄膜の上に、レジスト物質として有機物薄膜を蒸着する段階を含んでおり、金属酸化物層のエッチング処理後、この有機物薄膜を洗浄することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の製造方法によると、従来の電子ビームリソグラフィー技術では３０ｎｍ程の微細パターンしか実現されないのに対して、原子間力顕微鏡のリソグラフィー技術の利用により吸収体のパターンサイズを数ｎｍ以下に減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明を更に詳細に説明する。
本発明は、半導体メモリー素子、ＴＦＴ−ＬＣＤなどの半導体に係る製造工程でリソグラフィー技術に適用可能な次世代技術として、ナノリソグラフィー（nanolithography）を行う原子間力顕微鏡（atomic force microscope；ＡＦＭ）のリソグラフィー技術を利用し、吸収体をパターニングする過程を含む、極紫外線露光工程用多層薄膜ミラーの製造方法に関する。
特に、本発明の製造方法の特徴は、吸収体のパターニング時に原子間力顕微鏡の探針（カンチレバーチップ；cantilever tip）と基板の間に所定の電圧を印加して電子を照射し、これに探針と基板の間の水柱（water column）を通して基盤上で酸化物物質を選択的に成長させた後、この酸化物物質を乾式または湿式エッチングすることで吸収体パターンを形成することである。
【００１３】
以下、前述した本発明の望ましい具体例を更に詳細に説明する。
添付した図２は、本発明による反射型多層薄膜ミラーの製造方法に対する一具体例を表した工程図であり、図３は、本発明による反射型多層薄膜ミラーの製造方法に対する別の具体例を表した工程図である。
図示した通り、数ｎｍほどの超微細パターンサイズを有する反射型多層薄膜ミラーを製造するために、まずシリコン基板（１）上に反射率が高い多層薄膜（３）を蒸着し、これにシリコンオキサイド（ＳｉＯ2）のような物質の保護膜（５）を蒸着して多層薄膜構造を形成する。
図２の具体例はシリコン基板（１）上にＭｏ／Ｓｉ構造の多層薄膜（３）を積層したもので、図３の具体例はＲｕ／Ｍｏ／Ｓｉ構造の多層薄膜（３）を積層した例である。
【００１４】
次に、前述した多層薄膜（３）及び保護膜（５）の上に、パターン実現のために吸収体（７）を蒸着させるが、この時蒸着させる吸収体としてクロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）を使用する。
この時、マグネトロンスパッタ（ＭＳ−２１００）を用いて吸収体であるクロム、タンタルまたはタングステンの金属薄膜物質を蒸着するが、蒸着条件としては、アルゴン（Ａｒ）雰囲気下でＤＣ ｐｏｗｅｒを１００〜５００Ｗに、工程圧力を１〜１０ｍｔｏｒｒにして金属薄膜を２〜１０ｎｍの厚さで蒸着する。
このように本発明では、薄膜蒸着時、スパッタリングシステムを用いて反射型多層薄膜と吸収体を同時に蒸着することで基板の汚染を減らすことができ、特に原子間力顕微鏡の微細パターンを実現するためのリソグラフィー工程時、主要因子である表面粗度の低下を実現することができる。
【００１５】
次に、前述したように吸収体（７）を蒸着した後、この吸収体（７）をパターニングすることになるが、原子間力顕微鏡の探針（１１）と多層薄膜構造を有する基板（１０）に各々（−）と（＋）の電圧をかけて、探針（１１）と基板（１０）の間に電界を印加する（図４参照）。
このように探針（１１）と基板（１０）の間に電界を印加すると、基板上に図２及び図３に示したような所定の高さ及び幅の金属酸化物層（９）が得られる。そして、電界を印加して形成される探針と基板の間の水柱を通して、基板上に選択的に金属酸化物層を成長させる。
原子間力顕微鏡のリソグラフィーにより突き出た（protruding）金属酸化物層（９）は、数ｎｍ以下の高さ及び数十ｎｍ以下の幅を持ち、この高さと幅によって吸収体（７）のパターンサイズが決定される。
【００１６】
本発明の製造方法では、原子間力顕微鏡を用いたリソグラフィー工程時に生成される金属酸化物層（９）の高さと幅は、印加電圧、リソグラフィー速度そして湿度によって調節が可能である。
この時、図３に示したようにリソグラフィー工程時、吸収体（７）の上に有機レジスト物質（８）を塗布すると、有機レジスト物質がない時と同等な金属酸化物（９）が得られ、これはエッチング工程時に選択比を高める役割をする。
【００１７】
ここで、本発明の製造方法に適用される原子間力顕微鏡を用いたリソグラフィー技術について、添付した図４を参照しながら更に詳しく説明する。
添付した図４は、原子間力顕微鏡リソグラフィー技術のメカニズムを説明するための概略図であり、原子間力顕微鏡の探針（１１）と基板（１０）の間に数Ｖ〜数十Ｖの電圧を印加して電子を照射すると、探針（１１）と基板（１０）の間に水柱が形成されながら下記のような反応が起きる。
基板上        Ｍ  ＋  ｘＨ2Ｏ  →  ＭＯｘ  ＋  ２ｘＨ+  ＋  ２Ｘｅ-
２Ｈ2Ｏ  →  Ｏ２  ＋  ４Ｈ+  ＋  ４ｅ-
チップ上      ２Ｈ2Ｏ  ＋  ２ｅ  →  Ｈ2  ＋  ２ＯＨ-
【００１８】
このような反応により基板へＯＨ-とＯ-のイオン拡散（ionic diffusion）が起き、結局基板上で陽極酸化現象が起きて酸化物層（図２及び図３の符号９）が形成される。
添付した図５乃至図７は、５〜２５Ｖの電圧を印加し、湿度３０〜６０％、リソグラフィー速度１〜１０μｍ／ｓｅｃの条件下で、原子間力顕微鏡によって形成された酸化物の原子間力顕微鏡の表面イメージを表したものである。
最後に、前記のような酸化物層を形成した後は、酸化物の乾式エッチングまたは湿式エッチングを行い、最終的にレジスト物質の洗浄作業を行って超微細線幅の吸収体パターンを有する反射型多層薄膜ミラーが完成する。
【００１９】
前述した本発明の製造工程によると、半導体の製造工程中、リソグラフィー段階で原子間力顕微鏡を用いて、基板の損傷なしに数ｎｍまでの微細パターンを実現することができ、また数種類のパターンイメージが得られる。
特に、本発明の製造方法によると、従来の電子ビームリソグラフィーの限界線幅を克服し、３０ｎｍ未満の超微細吸収体パターンを実現することができ、この工程を用いて、露光工程で数種類の形の数ｎｍのマスクパターンイメージを基板に転写することができる超微細パターンの極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーを製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
前述した通り、本発明による極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーの製造方法によると、吸収体のパターニング時に原子間力顕微鏡のリソグラフィーを用いて製造することで、露光工程で数種類の形の数ｎｍのマスクパターンイメージを基板に転写することができる超微細パターンの極紫外線露光工程用反射型多層薄膜ミラーを製造することができる。
特に、従来の電子ビームリソグラフィーの利用時にも限界線幅が３０ｎｍ以下の超微細パターンを基板の損傷なしに実現することができ、また、パターンイメージの多様化及び素子の小型化が可能になる。
また、本発明の製造方法では、高価の電子ビームリソグラフィー装置と高真空の状態を必要としないという長所がある。
また、本発明の製造工程に適用された原子間力顕微鏡のリソグラフィーを用いた吸収体パターニング工程は、高い吸光係数を有しながら金属酸化物を形成する全ての吸収体への適用が可能である。
本発明の製造方法は、半導体メモリー素子、ＴＦＴ−ＬＣＤなどの半導体関連製品の製造工程でのリソグラフィー技術に有用に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】Ｍｏ／Ｓｉ多層薄膜構造を有する通常の反射型ミラーを図示した断面図である。
【図２】本発明による反射型多層薄膜ミラーの製造方法の一具体例を示した工程図である。
【図３】本発明による反射型多層薄膜ミラーの製造方法の別の具体例を示した工程図である。
【図４】本発明の製造方法で用いられる原子間力顕微鏡リソグラフィー技術のメカニズムを説明するための概略図である。
【図５】本発明の製造方法による原子間力顕微鏡を用いて、リソグラフィー工程を行った後の吸収体の表面イメージを示した図面である。
【図６】本発明の製造方法による原子間力顕微鏡を用いて、リソグラフィー工程を行った後の吸収体の表面イメージを示した図面である。
【図７】本発明の製造方法による原子間力顕微鏡を用いて、リソグラフィー工程を行った後の吸収体の表面イメージを示した図面である。
【符号の説明】
【００２２】
１：シリコン基板                          ３：多層薄膜
５：保護膜                                ７：吸収体
８：有機レジスト                          ９：金属酸化物層
１０：基板                                １１：探針
【図１】
2007512702.tif 000003
【図２】
2007512702.tif 000004
【図３】
2007512702.tif 000005
【図４】
2007512702.tif 000006
【図５】
2007512702.tif 000007
【図６】
2007512702.tif 000008
【図７】
2007512702.tif 000009
【国際調査報告】
2007512702.tif 000010