(57)【要約】【課題】  フラーレンを除去可能なナノスペーサとして活用し１００nm以下の最小加工スケールを提供すること。【解決手段】  Ｃ60を加熱して昇華させ、その蒸気をプラズマ空間を通過させて正にイオン化させ、該イオンを、プラズマ空間より負の電圧に印加したＳｉＯ2被膜１１ａに引き込み、該ＳｉＯ2被膜１１ａの２００nm幅スケールの微細な溝２０ａの側壁に吸着させ、該側壁にＣ60層を形成する。その後、ＳｉＯ2で該溝２０ａの残余の部分を埋めた後にＣ60のみを除去する。この除去は、該Ｃ60をキシレン等の有機溶剤に溶かすことにより又は加熱して昇華させることにより行う。このとき微細溝内に電磁場を断続的に印加してＣ60分子構造を伸縮させ、その除去をアシストする。こうしてＣ60層の除去跡空間である超微細トレンチが形成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前工程で加工対象に形成した微細パターンの溝又は孔の壁面にスペーサ層であるフラーレン層を形成し、該溝又は孔の残余の部分を該溝又は孔を構成する物質で埋め戻した上で、該フラーレン層を除去してその層の厚みの超微細溝又は孔を形成する超微細パターン凹構造の形成方法であって、
前記溝又は孔の壁面への除去可能なフラーレン層の形成を該溝又は孔にフラーレン蒸気を注入することにより行うこととした超微細パターン凹構造の形成方法。
【請求項２】
前記フラーレン層をフラーレンを有機溶剤を用いて溶解して除去する請求項１の超微細パターン凹構造の形成方法。
【請求項３】
前記フラーレン層をフラーレンを加熱して昇華させることにより除去する請求項１の超微細パターン凹構造の形成方法。
【請求項４】
前記フラーレン層に電磁場を断続的に印加することにより高い分極率をもつフラーレン分子構造を伸縮させてフラーレンの除去を助長することとした請求項１、２又は３の超微細パターン凹構造の形成方法。
【請求項５】
前記フラーレン層の除去を、フラーレンをハロゲン物質で化学修飾した後に揮発させて助長することとした請求項１、２又は３の超微細パターン凹構造の形成方法。
【請求項６】
前記フラーレン層を形成するフラーレンとして、Ｃ60を採用した請求項１、２、３、４又は５の超微細パターン凹構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超微細パターン凹構造の形成方法に関し、特に現在一般に実施されている光リソグラフィー技術及び反応性イオンエッチング技術を用いてナノメートルスケールの超微細溝又は孔を形成することができる超微細パターン凹構造の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、リソグラフィー技術を用いた微細加工に於いては、主に回折限界により最小加工寸法が決まるため、光リソグラフィーから電子線リソグラフィーやＸ線リソグラフィーへと短波長化が進められてきている。
【０００３】
Ｆ2レーザ（１５７nm）光源で計画される最小加工スケール７０nmの露光装置に対抗して、電子線露光装置（ＬＥＥＰＬ）が実用化へ突入するが、超高圧水銀灯によるｉ線（３６５nm）光源の露光装置に比べてどちらの方式も数倍も高価であり、また高スループットの実現も保証されていない。
【０００４】
電子線露光装置用のレジストに関しては特許文献１及び２の提案がある。
特許文献１の提案する技術は、「基板上に設けられたフラーレンからなる薄膜層に、所定のパターン形状に従い、あるいは所定のマスクパターンを通して電子線を照射した後、フラーレン自体の電子線照射効果を利用して溶剤を用いて非照射部分を溶解除去し微細パターンを形成する微細パターン形成方法」である。
【０００５】
特許文献２の提案する技術は、特許文献１の技術を改良したもので、「酸素原子を含む所定の側鎖を持った複数の構造式のＣ60フラーレン誘導体のいずれかで構成されている電子線レジスト」である。
【０００６】
電子線リソグラフィーに用いるレジストは、十分な高解像度を得るためには、分子サイズがナノメートルオーダーの物質で、電子線に感光する性質を有していることが必要である。また当然ドライエッチ耐性に優れたものでなければならない。Ｃ60等のフラーレンは分子サイズが１nm以下であり、かつ電子線が照射されるとグラファイト化して有機溶媒に不溶となるため、そのような観点からは、前記特許文献１の微細パターン形成方法の有用性が認められる。
【０００７】
しかしフラーレンは電子線に対する感度が低く、描画に時間が掛かること及びスピンコートのような簡単な方法でレジスト膜を形成することが困難であること等の問題もあり、特許文献２はこれらの問題を解決したものだとされる。特許文献２で提案されたレジストを構成するＣ60フラーレン誘導体は電子線が照射されると有機溶媒に不溶となる性質を有し、かつその電子線に対する感度はＣ60フラーレンの３倍程度であるとされている。またレジスト膜はスピンコートによって形成することができるとされている。それ故電子線レジストとして十分な有用性を認めることができることとなる。
【０００８】
短波長化を目指す露光装置の価値は高まりつつあると認められるが、前記したように、その価格は、すでに超高圧水銀灯によるｉ線（３６５nm）光源の露光装置に比べて数倍も高価であり、更に高スループットの実現も保証されていない。そのため現時点では、現行の装置で同様な最小加工寸法の実現できる加工方法が得られることが望ましい。
【０００９】
最近、光の回折に影響されないナノインプリント技術が数１０nmスケールのレジスト作製や超微細構造の製作に応用されている。光、磁気ディスク、ＤＮＡチップなどのデバイスへの展開が進み、その装置も６インチ対応になってきている。しかしながら、ナノメートルスケールのパターンを製作する場合には電子線で描画するものであるが、前記のように、そのために使用する電子線装置が高価であること、また１つのモールドで約１００回と転写能力に乏しいこと、更には熱をかけてプレスするものであるため残留応力が避けられないこと、加えて、ガラスには同じパターンを転写することができない等の問題があり、まだ不十分であって、これらの研究開発も並行して進められているのが現状である。
【００１０】
一方、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置により、鉄やシリコン基板上に於ける最小１０nmの溝形成が可能であると言われていて、鉄では幅１００nm、深さ３μmの溝を実現している。しかしながらパターンニングの処理速度が乏しく、現在要求されている大面積試料のパターン形成には適していない。
【００１１】
【特許文献１】特許第２８６０３９９号公報
【特許文献２】特許第３０２６１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来の光リソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術とを採用しながら、最小加工寸法が１００ナノメートル以下となる超微細パターン凹構造を高スループットかつ高速に実現できる超微細パターン凹構造の形成方法を提供することを解決の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１は、前工程で加工対象に形成した微細パターンの溝又は孔の壁面にスペーサ層であるフラーレン層を形成し、該溝又は孔の残余の部分を該溝又は孔を構成する素材で埋め戻した上で、該フラーレン層を除去してその層の厚みの超微細溝又は孔を形成する超微細パターン凹構造の形成方法であって、
前記溝又は孔の壁面への除去可能なフラーレン層の形成を該溝又は孔にフラーレン蒸気を注入することにより行うこととした超微細パターン凹構造の形成方法である。
【００１４】
本発明の２は、本発明の１の超微細パターン凹構造の形成方法に於いて、前記フラーレン層を有機溶剤を用いて除去することとしたものである。
【００１５】
本発明の３は、本発明１の超微細パターン凹構造の形成方法に於いて、前記フラーレン層をフラーレンを昇華させることにより除去することとしたものである。
【００１６】
本発明の４は、本発明の１、２又は３の超微細パターン凹構造の形成方法に於いて、前記フラーレン層に電磁場を断続的に印加することにより高い分極率をもつフラーレン分子構造を伸縮させてフラーレンの除去を助長することとしたものである。
【００１７】
本発明の５は、本発明の１、２又は３の超微細パターン凹構造の形成方法に於いて、前記フラーレン層の除去を、そのフラーレンをハロゲン物質で化学修飾した後に揮発させて助長することとしたものである。
【００１８】
本発明の６は、本発明の１、２、３、４又は５の超微細パターン凹構造の形成方法に於いて、前記フラーレン層を形成するフラーレンとしてＣ60を採用したものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の１の超微細パターン凹構造の形成方法によれば、従来の光リソグラフィー技術及び反応性イオンエッチング技術を用いて１００ナノメートルスケール以下の超微細溝又は孔構造を容易に精度良くかつ迅速に形成することができる。
【００２０】
本発明の２の超微細パターン凹構造の形成方法によれば、スペーサとして埋設状態になっているフラーレン層を簡明な手段で溶解除去して、除去跡にナノメートルスケールの超微細溝又は孔構造を形成することができる。
【００２１】
本発明の３の超微細パターン凹構造の形成方法によれば、例えば、真空度の高い状態で温度を上昇させ、気化させることにより、フラーレンを除去し、その除去跡に容易にナノメートルスケールの超微細溝又は孔構造を形成することができる。
【００２２】
本発明の４の超微細パターン凹構造の形成方法によれば、有機溶剤で溶解除去する際、高温で昇華させて除去する際又はその他の各種の除去方法を実施する際に、フラーレンの分子構造を伸縮させて、溝又は孔からの除去を効果的に補助し、より効率的にフラーレンを除去することができる。
【００２３】
本発明の５の超微細パターン凹構造の形成方法によれば、これを実施するためのハロゲン物質による化学修飾が比較的容易であると共に、これによってフラーレンの昇華が一層容易になり、その溝又は孔からの除去がより効果的に行われることとなる。
【００２４】
本発明の６の超微細パターン凹構造の形成方法によれば、フラーレンとしてＣ60を採用したため、前工程で薄膜等の加工対象に形成した微細溝又は孔の壁面にスペーサ層であるフラーレン層を他のそれを用いるよりも容易に密に配列することが可能となる。またより安定した分子であるため、微細溝又は孔の壁面に付着させた際に、その結合がファン・デル・ワールス力のような単なる物理的な結合となり、化学的な結合が生じることがない。それ故より除去しやすい利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、現在の光リソグラフィー技術及びイオンエッチング技術によって可能なレベルの微細溝又は孔の少なくとも壁面にフラーレンを吸着させてスペーサ層を形成し、スペーサ層であるフラーレン層の周囲を該微細溝又は孔を構成する物質で埋め直した後に、該スペーサ層を形成するフラーレンのみを除去して、その除去跡に該スペーサ層の厚みに相当する寸法の超微細溝又は孔を生じさせるものである。
【００２６】
本発明で利用可能な微細溝又は孔はフラーレン蒸気を吸着させてその壁面にフラーレン層を形成することが可能な最小幅を越えるそれである。この最小幅は必ずしも明瞭ではないが、本発明は、現在の光リソグラフィー及びエッチングの技術を利用することを前提とし、これらのみを利用するものであり、現実的には、これらの技術によって形成可能な１５０nm程度の幅を越える微細溝又は孔が利用対象となる。
【００２７】
このような微細溝又は孔の壁面へのフラーレン層の形成は、フラーレンの蒸気を該溝又は孔に注入することによって行う。これは一般の真空蒸着法によって実施することが可能である。蒸着源としては、抵抗加熱蒸着源、高周波加熱蒸着源、或いは電子ビーム蒸着源等を自由に採用することができる。フラーレン、例えば、Ｃ60はこれを加熱すると、４００℃付近から蒸気圧が上昇し始め、５００℃付近を越えると急激に上昇する。また９００℃程度まで加熱しても熱分解を生じない。従って高温まで加熱することが可能である。
【００２８】
フラーレンの蒸気は、プラズマ中を通過させ、これをプラズマ中の高速電子と衝突させて正のイオンにイオン化し、プラズマ中より負の電圧を印加した対象物の微細溝又は孔に引き込まれるようにすることができる。フラーレンがフラグメントを起こさない程度に加速しておくのが適当である。こうしてスピーディに前記微細溝等の壁面にスペーサ層であるフラーレン層を形成することができる。この層の厚みは、例えば、蒸着速度を、フラーレンに対する加熱温度や対象物に印加する負の電圧等を制御することにより、所望のそれに調節し、かつ蒸着時間を設定すれば、自由に所望のそれとすることができる。なおフラーレン層の厚みは、中心部から周辺部に向かって薄くなっていく傾向が認められるが、これは対象物の表面にプラズマ空間からフラーレン正イオンをソフトに衝撃させたり、対象物を加熱することによりこれを解消することができる。後者の場合は、加熱によってその厚みの厚い部位に位置するフラーレンが移動して微細溝の中に入り込みその壁面に付着するのを促進することができる。
【００２９】
こうしてフラーレン層は、対象物の微細溝等の壁面を含む全表面に形成されることとなるが、その層の厚みは、前記のように制御することで、最小寸法で、フラーレンの直径に相当する寸法、例えば、フラーレンがＣ60である場合は、約１nmの厚みを実現することが可能であり、これを越える数十nmの厚みのフラーレン層を形成することは容易に実現できる。この方法によって形成される超微細溝等は、このフラーレン層の除去跡空間として形成されるものであるから、これは、最少１nmの幅寸法から数十nmの幅寸法の超微細溝等を形成できることを示している。
【００３０】
対象物の表面に形成される、以上のフラーレン層の厚みの制御に関して、フラーレンとしてＣ60を例にとって若干具体的に説明する。
【００３１】
Ｃ60の分子量は７２０．６６g/molである。７．２０６６mgのＣ60を抵抗加熱オーブンの内壁に塗布し、オーブン温度を６００℃にした場合、Ｃ60がなくなるまでの連続昇華時間は、経験則から質量損失を１μg/sとして、７２０６．６s（約２時間）となる。このとき、放出したＣ60の全個数は６．０２２×１０18個となる。放出した全てのＣ60が６インチ円板ウエハ（基板面積Ｓ＝１．８２４×１０-2m2）上に均一に吸着していくと仮定すると、０．１３５m四方の基板にＣ60が１nm間隔で配列すると考えて、１層を形成するのに必要な個数は、０．１３５×１０9×０．１３５×１０9=１．８２３×１０16個となる。
【００３２】
それ故、前記７．２０６６mgのＣ60が形成するＣ60層は、前記７２０６．６s間に３３０．４層となる。また層レートは約０．０５層/sとなる。従ってこの条件では、蒸着時間を２０sにすれば１層のＣ60層が、４０sにすれば２層のＣ60層が形成される。オーブン温度を一定に保つ場合は蒸着時間を適切に制御することで基板に所望の厚みのＣ60層を形成することができる訳である。オーブン温度を上昇させ質量損失を大きくした場合には、同じ膜厚を短時間で得ることができる。
【００３３】
以上のようにしてウエハに形成されるＣ60層は、該ウエハの中心部から縁に向かい膜厚が薄くなっていく傾向がある。ある程度の膜厚に違いは、Ｃ60蒸気をプラズマ空間を通過させ、イオン化されたＣ60+イオンをウエハ上にソフトに衝撃させたり、ウエハを加熱することにより平坦化することができる。厚みの厚い部分のＣ60がウエハ表面を動き回りながら凹部にはまり込むのを促進することができるわけである。層レートが０．０５層/sと遅いので、ウエハを掃引して均一度を向上することもできる。
【００３４】
このようなＣ60を含むフラーレンは、それら相互の結合はファンデルワールス力程度であり、何らかの薄膜や結晶等の対象物中に於ける微細孔や孔の壁面への結合は、一般に上記フラーレン相互の結合力より弱いものであることが知られている。それ故、これらのフラーレンを、以上のようにして、対象物の微細溝等の壁面を含む表面に所望の厚みで層状に配した後、その周囲を該対象物を構成する物質（ハロゲン化合物を除く）で埋め戻し、その後、これを該対象物から除去し、その除去跡空間をフラーレン層の厚みの溝構造とすることができるわけである。
【００３５】
この埋め戻しは、対象とする微細溝等の壁面に吸着させたフラーレン層以外のフラーレン層を除去する工程を含む二段階で行う。
【００３６】
第一段階の埋め戻しは、対象物の微細溝を含む全面に該対象物を構成する物質を堆積させることで行う。その後、その表面を表面側のフラーレン層が現れない限度で平坦化した上で、レジストを塗布し、マスクを対象の微細溝等の壁面（溝側面）に形成したフラーレン層の厚み分だけ、その部位のフラーレン層を被覆するようにシフトして露光し、かつ現像後、エッチングを行う。このエッチングは対象の微細溝等の底面のフラーレン層が除去されるまで行う。こうして対象の微細溝等の内部については、その壁面に形成されたフラーレン層のみを残す。
【００３７】
第二段階の埋め戻しは、レジストの除去を行わずに、対象物を構成する物質を、該エッチングで形成された微細溝を含む全表面に堆積させることで行う。レジストの除去を直ちに行わないのは、その過程で、微細溝の壁面に形成したフラーレン層に損傷を生じさせないためである。この後、レジストが現れるまで平坦化を行い、現れたレジストを除去し、更に微細溝等の壁面に形成されたフラーレン層の最上部が現れるまで平坦化を行う。この後は、残存するフラーレン層を除去することで、その除去跡空間に該フラーレン層の厚みに相当する超微細溝を形成することができる。
【００３８】
前記対象物を構成する物質による埋め戻しは、その物質に応じて、種々の薄膜形成方法を利用して行うことができる。対象物がシリコン基板上のＳｉＯ2薄膜である場合は、例えば、減圧ＣＶＤ法を用い、４００℃程度までに加熱しながらシランガス（ＳｉＨ4）及び酸素ガス（Ｏ2）を導入してＳｉＯ2薄膜を該シリコン基板上に堆積させることができる。この他に対象物の物質に応じて、その他の各種のＣＶＤ法や、真空蒸着法、スパッタ法又はイオンプレーティング法等の各種のＰＶＤ法を採用することが可能である。
【００３９】
前記残存するフラーレン層の除去は、種々の方法で実現することができる。
【００４０】
その一つは有機溶剤に溶解させて除去する方法である。有機溶剤としては、キシレン、トルエン、１，２−ジクロロベンゼン等を用いることができる。このような有機溶剤で溶解させる際に、併せて、該フラーレン層の充填されている微細溝構造内に電磁場を断続的に印加することにより、フラーレンの該微細溝構造からの除去をより効率的に行うことができる。特にＣ60は多数の炭素同士が共有結合していて高い分極率を持っている。そこでＣ60層に電磁場を断続的に印加することによりＣ60の分子構造を伸縮させることが可能となり、これによって壁面とＣ60やＣ60同士の結合を弱め、該微細溝からのＣ60の除去を助長することができることとなる訳である。
【００４１】
もう一つは加熱して昇華させる方法である。
フラーレンであるＣ60とＣ70の蒸気圧をオーブン温度４００〜６００℃の範囲で測定した結果によると（Vapor pressure of Buckminsterfullerene, J.Abrefah et al. Appl.Phys.Lett.Vol.60(11)1992）、Ｃ60とＣ70とについて、それぞれ３８±kcal/molと４５±１kcal/molの昇華熱が得られ、観測され得たオーブン温度範囲に渡り、Ｃ60とＣ70の蒸気圧範囲は、それぞれ１．８×１０-5〜１．４×１０-2Torrと１．４×１０-5〜８．７×１０-3Torrが得られている。Ｃ60の蒸気圧は４００度付近から急激に上昇し始めている。また５００℃に於いて、Ｃ60の蒸気圧はグラファイトの約１０35倍である。Ｃ60の気化エントロピーは、トルートンの規則に従っており、少なくとも６００℃までは解離を起こさないことが示されている。
【００４２】
従って、例えば、Ｃ60は、対象物を入れた真空容器の圧力をμTorr台に維持すれば、加熱温度が４００℃を越える条件で十分昇華させることができる。これは対象物を加熱して実施することができる。このとき、前記有機溶剤に溶解する場合と同様に、Ｃ60層の充填されている微細溝構造内に電磁場を断続的に印加することにより、Ｃ60の該微細溝構造からの昇華除去をより効率的に行うことができる。これは若干効率は低下するが他のフラーレンでも可能である。
【００４３】
更に上記二つのフラーレン層の除去方法に於いて、対象とする微細溝の材質がハロゲン物質と化合しない場合、フラーレンをハロゲン物質で化学修飾して揮発させる方法を併せて適用することができる。
【００４４】
要するに、前記対象物の微細溝中のフラーレンは、有機溶剤に可溶であること、電磁場を印加すると分子構造を伸縮させることができること、加熱昇華させることができること、及びハロゲン物質による化学修飾が容易であることの４つのフラーレン物性を組み合わせることにより、これを容易かつ確実に除去することができる。そしてその除去跡空間を超微細溝に利用することができるわけである。
【００４５】
前記フラーレンには、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78、Ｃ82、Ｃ90、Ｃ96等が存在しているが、以上の説明からも理解されるように、データベースが確証されているＣ60を採用するのが最も好ましい。
【実施例１】
【００４６】
図１に示すように、この実施例の超微細パターン凹構造の形成方法で使用する装置は、加熱機能と高周波バイアス機能を備えた基板ホルダ２、微細溝の壁面に吸着したＣ60層に電磁場を断続的に印加してＣ60の分子構造を伸縮させるために後記格子（ホーラス）電極５と後記シリコン基板１２との間に高電圧パルスを断続的に印加する高電圧パルス源４、及び前記シリコン基板１２の表面に形成したＳｉＯ2薄膜１１ａの前面にセットする格子電極５を備えた移動式副真空容器１４と、微細溝の壁面に吸着したＣ60を溶解して除去するために基板ホルダ２に保持されたシリコン基板１２側にキシレンを噴射する有機溶剤噴射塗布機構３、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガス等を導入するためのハロゲン化合ガス供給源７、Ｃ60を加熱昇華させるためのオーブン８、プラズマ励起用の高周波電源９、及びプラズマ励起用のアンテナ電極１０を備えた本体真空容器１３と、被処理薄膜形成装置１５と、露光・現像（リソグラフィー）装置１６と、エッチング・平坦化装置１７と、レジスト除去（アッシング）装置１８とで構成したものである。以上の装置の内、被処理薄膜形成装置１５、 露光・現像装置１６、エッチング・平坦化装置１７及びレジスト除去装置１８は、既存の半導体プロセス装置を流用したものである。
【００４７】
なお、図１中、１はＣ60、６はＣ60プラズマを表している。
【００４８】
前記移動式副真空容器１４は、その内部の基板ホルダ２にシリコン基板１２を保持した状態で、処理工程に従って、前記本体真空容器１３、前記被処理薄膜形成装置１５、前記露光・現像装置１６、前記エッチング・平坦化装置１７及び前記レジスト除去装置１８の間を移動し、それらと合体して、各合体対象の装置と協同して対応する処理を行うようになっている。まず初めに該移動式副真空容器１４は被処理薄膜形成装置１５に移動してこれと合体すると、両装置の内部は高真空状態（１０-4Ｐａ）となり、他の各装置もその間に同様な高真空となり、全工程で処理が行われている間及び該移動式副真空容器１４が移動している間は、各装置はいずれもその内部が高真空状態を保持するように構成されている。
【００４９】
この実施例では、図２及び図３を参照しながら、以上の装置を用いてＳｉＯ2薄膜１１ａ中に超微細パターン凹構造であるトレンチを製作する工程を説明する。
【００５０】
初めに前記移動式副真空容器１４の基板ホルダ２にシリコン基板１２を保持させる。該移動式副真空容器１４を前記被処理薄膜形成装置１５上に移動させて合体させると、前記のように、合体した装置の内部は高真空状態となる。合体した装置中では、前記シリコン基板１２上にスパッタリング法によりＳｉＯ2薄膜１１ａが形成される。この実施例では、装置の内部に酸素ガスを導入し、石英板をターゲットとしてアルゴンイオンによりＳｉ原子をたたき出し、これを酸化させて対向するシリコン基板１２上にＳｉＯ2薄膜１１ａを堆積させるものである。このＳｉＯ2薄膜１１ａの膜厚は１μmとした。
【００５１】
該シリコン基板１２上へのＳｉＯ2薄膜１１ａの形成後、前記移動式副真空容器１４を露光・現像装置１６に移動させ、これと合体させる。前記ＳｉＯ2薄膜１１ａにレジストをスピンコートにより塗布し、２００nm四方の孔の開けてあるマスクを該ＳｉＯ2薄膜１１ａに重ね、次いで、超高圧水銀灯のｉ線（３６５nm）を使用して該レジスト面を露光した後、該レジストを現像する。図２(a)は現像後の状態を示している。図中１９ａは現像後のレジストを示している。
【００５２】
その後、前記移動式副真空容器１４を前記エッチング・平坦化装置１７に移動させ、これに合体させる。合体した装置内で、ＥＣＲ方式の反応性イオンエッチングにより前記シリコン基板１２上のＳｉＯ2薄膜１１ａに、図２(b)に示すように、２００nmの深さまで溝２０ａを形成する。これはエッチング種として四フッ化炭素（ＣＦ2）ガスを用いて行う。
【００５３】
この後、前記移動式副真空容器１４を前記レジスト除去装置１８に移動させ、これに合体させる。合体した装置内で、図２(c)に示すように、該ＳｉＯ2薄膜１１ａ上のレジスト１９ａを除去する。このレジスト１９ａの除去は酸素プラズマアッシングにより行ったものである。
【００５４】
次いで、前記移動式副真空容器１４を前記本体真空容器に１３に移動させ、これに合体させる。その後、Ｃ60１を充填したオーブン８を６００〜６５０℃に加熱してＣ60１を昇華させ、蒸気シャッター８ａを開いて該オーブン８のノズルからＣ60１の蒸気を噴出させる。他方、高周波電源９からプラズマ励起用アンテナ電極１０へ２５０MHz、正味電力４０Wの高周波電力を供給し、オーブン８の先端上方にプラズマを発生させ、該プラズマ空間を通るＣ60１を正イオン化させる。こうして生じたＣ60+イオンは、前記基板ホルダ２によってシリコン基板１２にプラズマ空間の電位に対して負の電圧を印加すると（高周波バイアス適用）、該シリコン基板１２上のＳｉＯ2薄膜１１ａの表面及びこれに形成した２００nm四方、２００nm深さの溝２０ａ内に引き込まれることとなる。このとき、Ｃ60+イオンの加速の程度は、前記基板ホルダ２による高周波バイアスの大小により調整し、Ｃ60１の構造を破壊しない程度の低速に設定する。この実施例では、シリコン基板１２に５０Ｖの高周波バイアス電圧を印加した。
【００５５】
オーブン８の温度を前記６００〜６５０℃の範囲で調節しながら水晶振動子膜厚計でＣ60層２１の層厚をモニターし、層レートを０．０５層／ｓ〜０．５層／ｓまで制御することが可能であり、Ｃ60層２１の膜厚は、層レートをオーブン温度により特定すれば、処理時間で決定することができる。この実施例では、オーブン８の温度を以上のようにして調節して層レートを決定し、蒸気シャッター８ａを４００秒間開いてシリコン基板１２上のＳｉＯ2薄膜１１ａの表面及び溝２０ａ内に、図２(d)に示すように、膜厚２０nmのＣ60層２１を形成した。
【００５６】
こうしてＳｉＯ2薄膜１１ａ上に膜厚２０nmのＣ60層２１が得られた後に、前記移動式副真空容器１４を被処理薄膜形成装置１５に移動させて合体させた上で、シリコン基板１２上のＳｉＯ2薄膜１１ａの表面及び溝２０ａ内のＣ60層２１上にＳｉＯ2を堆積させる。これは、先に述べたと同様にして行い、図２(e)に示すように、前記溝２０ａ内を完全に埋め尽くすまで行う。
【００５７】
この後、前記移動式副真空容器１４をエッチング・平坦化装置１７に移動させ、これと合体させて、その装置内で、堆積させたＳｉＯ2層１１ｂの凹凸を平坦化する。このとき、図２(f)に示すように、Ｃ60層２１が引き続くレジスト作製時の反応物質と触れないような最小厚のＳｉＯ2層１１ｂをその上に残す。この実施例では、２０nmの厚みのＳｉＯ2層１１ｂを残した。
【００５８】
次いで、前記移動式副真空容器１４を露光・現像装置１６に移動させ、これと合体させ、該装置内で、平坦化したＳｉＯ2層１１ｂ上にレジストを塗布し、前記マスクを、この実施例では、前記Ｃ60層２１の厚み分Ｌ、即ち、２０nmだけ矢印Ａ方向にシフトさせて重ねた後、前記したのと同様に、ｉ線（３６５nm）を使用して該レジスト面を露光し、レジスト感光部を除去する現像処理を行う。こうして、図２(g)に示すように、前記Ｃ60層２１の厚み分Ｌだけ、矢印Ａ方向にシフトしたレジスト１９ｂを残存させる。
【００５９】
更に前記移動式副真空容器１４をエッチング・平坦化装置１７に移動し、これと合体させ、装置内で、前記したのと同様に、反応性イオンエッチングにより前記シリコン基板１２上のＳｉＯ2薄膜に溝２０ｂを形成する。この溝２０ｂは、云うまでもなく、先に形成してあった溝２０ａから前記Ｃ60層２１の厚み分Ｌだけ矢印Ａ方向にシフトして形成されたものである。この深さは、該溝２０ａの深さと同様とし、底部のＣ60層２１も同時に除去されるようにする。当然、マスクがシフトされてレジスト１９ｂの被覆がなくなっている側の溝２０ａの壁面のＣ60層２１も同時に除去されることとなる。こうして、図２(h)に示すように、溝２０ｂ内ではその該当する壁面にのみＣ60層２１が残存することとなる。このＣ60層２１の厚みは、前記の通り、２０nmである。
【００６０】
その後、前記移動式副真空容器１４を前記被処理薄膜形成装置１５上に移動させて合体させ、前記したのと同様に、スパッタリング法によりＳｉＯ2を堆積させる。このＳｉＯ2の堆積はレジストの除去を行わずに、その上から行うものとし、図２(i)に示すように、溝２０ｂ内にＳｉＯ2層１１ｃが充填されるまで行う。
【００６１】
次いで、前記移動式副真空容器１４をエッチング・平坦化装置１７に移動させ、これと合体させ、その装置内で、堆積させたＳｉＯ2層１１ｃの平坦化を行う。これは、図３(j)に示すように、レジスト１９ｂが現れるまで行い、レジスト１９ｂが現れた後は、該移動式副真空容器１４を前記レジスト除去装置１８に移動させ、これに合体させた上で、装置内で、図３(k)に示すように、該ＳｉＯ2層１１ｂ上のレジスト１９ｂを除去し、再度該移動式副真空容器１４をエッチング・平坦化装置１７に移動し、これと合体させ、溝２０ａの壁面に吸着したＣ60層２１の最上部の表面が現れるまで平坦化する。こうして図２(l)に示すように、ＳｉＯ2皮膜１１ａとこれと一体化したＳｉＯ2層１１ｃとの間に２０nmの幅で２００nmの深さ及び２００nmの奥行きのＣ60層２１によるスペーサ層が残存した状態となる。
【００６２】
この後は、以下のように、上記Ｃ60層２１によるスペーサ層を除去することにより、上記寸法のトレンチを形成することができることとなる。
【００６３】
上記スペーサ層の除去工程の第一例は、次の通りである。
まず前記移動式副真空容器１４を本体真空容器１３に移動させ、これと合体させ、前記処理によってスペーサ層が残存しているＳｉＯ2薄膜１１ａの表面に前記格子電極５をセットし、該格子電極５とこれと共に該ＳｉＯ2薄膜１１ａ（厚さ１μm）を挟むシリコン基板１２との間に前記高電圧パルス源４により２kV（スルーレート１kV/μs）で繰り返し周波数１０Hzのパルス電圧を印加しながら、該ＳｉＯ2薄膜１１ａの表面に前記有機溶剤噴射塗布機構３からキシレンを噴射する。
【００６４】
こうしてスペーサ層中のＣ60を変形させながらキシレンに溶解させてＳｉＯ2薄膜１１ａのスペーサ空間から洗い流す。この工程を１０秒間継続して、２０nmの幅で２００nmの深さ及び２００nmの奥行きのスペーサ層の洗い流しが完了し、図３(m)に示すように、同寸法のトレンチ２２を得た。
【００６５】
前記スペーサ層の除去工程の第二例は、次の通りである。
第一例と同様に、前記移動式副真空容器１４を本体真空容器１３に合体させ、前記ＳｉＯ2薄膜１１ａの表面に前記格子電極５をセットし、該格子電極５と該シリコン基板１２との間に前記高電圧パルス源４により、同様の電圧かつ繰り返し周波数のパルス電圧を印加しながら、前記基板ホルダ２の加熱機構によりＳｉＯ2薄膜１１ａを６００〜６５０℃に加熱してスペーサ層のＣ60を昇華させる。
【００６６】
こうしてＣ60を変形させながら加熱して昇華させ、それらのＣ60をＳｉＯ2薄膜１１ａのスペーサ空間から除去する。この工程を１２０秒間継続して、２０nmの幅で２００nmの深さ及び２００nmの奥行きのスペーサ層の昇華除去が完了し、図３(m)に示すように、同寸法のトレンチ２２を得た。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を実施する装置の一例を示した説明図。
【図２】(a)〜(i)は本発明方法の一実施例の前半の過程を示す説明図。
【図３】(j)〜(m)は本発明方法の一実施例の後半の過程を示す説明図。
【符号の説明】
【００６８】
１    Ｃ60
２    基板ホルダ
３    有機溶剤噴射塗布機構
４    高電圧パルス源
５    格子（ホーラス）電極
６    Ｃ60プラズマ
７    ハロゲン化合ガス供給源
８    オーブン
８ａ  蒸気シャッター
９    高周波電源
１０  プラズマ励起用のアンテナ電極
１１ａ  ＳｉＯ2薄膜
１１ｂ、１１ｃ  ＳｉＯ2層
１２  試料基板であるシリコン基板
１３  本体真空容器
１４  移動式副真空容器
１５  被処理薄膜の形成装置（ＳｉＯ2形成装置）
１６  露光・現像（リソグラフィー）装置
１７  エッチング・平坦化装置
１８  レジスト除去（アッシング）装置
１９ａ、１９ｂ  レジスト
２０ａ、２０ｂ  溝
２１  Ｃ60層
２２  トレンチ
Ａ    矢印
Ｌ    溝側壁を覆うＣ60層の厚み分
【図１】
2005144601.tif 000003
【図２】
2005144601.tif 000004
【図３】
2005144601.tif 000005