JP2001210575A - Lithography method, masking material and resist material thereof - Google Patents

Lithography method, masking material and resist material thereof

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JP2001210575A
JP2001210575A JP2000015557A JP2000015557A JP2001210575A JP 2001210575 A JP2001210575 A JP 2001210575A JP 2000015557 A JP2000015557 A JP 2000015557A JP 2000015557 A JP2000015557 A JP 2000015557A JP 2001210575 A JP2001210575 A JP 2001210575A
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resist
film
mask
field emission
pattern
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Koji Maeda
康二 前田
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithography method for forming a new pattern of submicron order, a masking material and a resist material thereof. SOLUTION: A method includes the steps of 1) forming a material as a masking film 1, of which the threshold level of field emission varies, as a result of a property variation while receiving irradiation of an electron beam or injection of a tunneling current, 2) drawing a prescribed pattern on the masking film formed by an electron beam, so that the threshold level of field emission varies, 3) forming a material of which the property varies by field emission as a resist film 3 on a semiconductor substrate, 4) putting the masking film on the resist film, 5) transcribing the variation in properties corresponding to the pattern of the masking film to the resist film by making a field emission partially generated by putting voltage between the masking film 1 and the resist film 3, and 6) partially removing the resist film, depending on a variation of these properties.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、サブミクロンオ
ーダーのパターンを形成するためのリソグラフィー方法
及びそのためのマスク材料並びにレジスト材料に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a lithography method for forming a pattern on the order of submicrons, a mask material therefor, and a resist material.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路を製造するための方法として、
リソグラフィー(lithography)が知られている。リソ
グラフィーは、シリコン等の半導体基板をレジストとい
う光や電子に感ずる膜で一様におおい,特定のパターン
用原板を通して所定の表面部分を露光源(光、X線また
は電子ビーム)で照射する工程を備える。リソグラフィ
ーにより、半導体基板上に微細にパターンを形成しさま
ざまな回路を実現できる。
2. Description of the Related Art As a method for manufacturing an integrated circuit,
Lithography is known. Lithography is a process of uniformly covering a semiconductor substrate such as silicon with a resist or a film sensitive to light or electrons, and irradiating a predetermined surface portion with an exposure source (light, X-ray or electron beam) through a specific pattern original plate. Prepare. By lithography, various circuits can be realized by forming fine patterns on a semiconductor substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来のリソグラフィー
を用いる場合、0.15μm程度の分解能が限界であっ
た。それ以上に微細なパターンを形成しようとすると、
別のリソグラフィー技術を用いなければならない。この
種のサブミクロンパターンを形成するためのリソグラフ
ィー技術として、DUV(深紫外光)を利用するものが
ある。この方法によれば、0.08μm程度のパターン
を形成可能であるとされているが、DUV用の適当なレ
ンズがないという問題点がある。
When conventional lithography is used, the resolution is limited to about 0.15 μm. If you try to form a finer pattern than that,
Another lithography technique must be used. As a lithography technique for forming such a submicron pattern, there is a technique utilizing DUV (Deep Ultraviolet Light). According to this method, a pattern of about 0.08 μm can be formed, but there is a problem that there is no appropriate lens for DUV.

【0004】また、EUV(極紫外光=ソフトX線)を
用いれば、さらに微細なパターン形成が可能とされてい
るが、使いやすい強力な線源がなく、たとえば、SOR
(シンクロトロン放射:synchrotron radiation:相対
論的に大きなエネルギーをもつ荷電粒子(通常は電子)が
磁界で曲がるときに起こる電磁放射)のような大掛かり
な設備を必要とする。また、細く絞った電子線を用いて
直接露光する方法があるが、この方法はパターンを一筆
書きで描かなければならず、さらに、基板ごとにパター
ン描画を行わなければならず時間がかかり、量産に適し
ないという問題がある。
[0004] Further, if EUV (extreme ultraviolet light = soft X-ray) is used, it is possible to form a finer pattern. However, there is no easy-to-use powerful radiation source.
Large equipment is required, such as synchrotron radiation (electromagnetic radiation that occurs when charged particles (usually electrons), which have relatively high energy, bend in a magnetic field). In addition, there is a method of directly exposing using a narrowly focused electron beam, but this method requires drawing a pattern with a single stroke, and requires drawing a pattern for each substrate, which is time-consuming, There is a problem that is not suitable for.

【0005】また、電子線を用いた平行露光法も提案さ
れているが、単位面積あたりの照射強度が十分でないた
め時間がかかり、また、電磁レンズの分解能を上げるた
め大きなエネルギーを持った電子線を用いる必要がある
ため、基板が高温に加熱されてしまう問題がある。ま
た、あらかじめ用意した微細な凹凸パターンを持った型
をレジストに押し当てるインプリンティング法がある
が、位置決めが難しいという問題がある。
Although a parallel exposure method using an electron beam has been proposed, it takes a long time because the irradiation intensity per unit area is not sufficient, and an electron beam having a large energy to increase the resolution of an electromagnetic lens. Since it is necessary to use the substrate, there is a problem that the substrate is heated to a high temperature. Further, there is an imprinting method in which a mold having a fine uneven pattern prepared in advance is pressed against the resist, but there is a problem that positioning is difficult.

【0006】以上のように、10ナノメートルオーダー
のパターンを形成するリソグラフィーの方法として、現
時点では最善のものはなかった。この発明はまったく新
しい10ナノメートルオーダーのパターンを形成するリ
ソグラフィー方法及びそのためのマスク材料並びにレジ
スト材料を提供することを目的とする。
As described above, at present, there is no best lithography method for forming a pattern on the order of 10 nanometers. An object of the present invention is to provide a lithography method for forming a completely new pattern on the order of 10 nanometers, and a mask material and a resist material therefor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】係る課題を解決するため
に、本発明に係るリソグラフィー方法は、電子ビームの
照射を受けて物性が変化し、フィールドエミッションあ
るいはトンネリングのしきい電圧が変化する材料をマス
ク膜として形成する工程と、フィールドエミッションあ
るいはトンネリングのしきい電圧が変化するように、形
成された前記マスク膜上に電子ビームあるいはトンネル
電流で所定パターンを描く工程と、フィールドエミッシ
ョンあるいはトンネリングにより物性が変化する材料を
レジスト膜として半導体基板上に形成する工程と、前記
マスク膜を前記レジスト膜に重ねる工程と、前記マスク
膜と前記レジスト膜の間に電圧をかけてフィールドエミ
ッションあるいはトンネリングを部分的に生じさせるこ
とにより、前記マスク膜のパターンに対応する物性の変
化を前記レジスト膜に生じさせる転写工程と、前記物性
の変化に応じて前記レジスト膜を部分的に除去する工程
とを備える。
In order to solve the above problems, a lithography method according to the present invention uses a material whose physical properties are changed by irradiation with an electron beam and whose threshold voltage for field emission or tunneling is changed. A step of forming a mask film, a step of drawing a predetermined pattern with an electron beam or a tunnel current on the formed mask film so that a threshold voltage of field emission or tunneling is changed, and a step of forming physical properties by field emission or tunneling. Forming a changing material as a resist film on a semiconductor substrate; superposing the mask film on the resist film; and applying a voltage between the mask film and the resist film to partially perform field emission or tunneling. Cause the Comprising a transfer step of causing a change in the physical properties corresponding to the pattern of the click film on the resist film, a step of the resist film partially removed in accordance with a change in the physical properties.

【0008】マスクのパターニングに使う前記電子ビー
ムは、例えば、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた低
エネルギー電子照射により実現される。あるいは、マス
クのパターニングに使う前記電子ビームは、例えば、公
知の電子線描画装置を用いて発生させることができる。
前記STMを用いる場合と比べて分解能が少し悪くなる
おそれはあるが、それでも普通の電子リソグラフィー程
度の分解能は得られる。マスクのパターニングに使う前
記トンネル電流は、例えば、走査トンネル顕微鏡(ST
M)により実現される。トンネル電流は、電子及びホー
ルの両方を含む。STMのトンネリングを用いるとホール
注入が行なえ、電子注入の場合より解像度を上げること
ができる可能性がある。
The electron beam used for patterning the mask is realized by, for example, low-energy electron irradiation using a scanning tunneling microscope (STM). Alternatively, the electron beam used for patterning the mask can be generated using, for example, a known electron beam drawing apparatus.
Although there is a possibility that the resolution is slightly deteriorated as compared with the case where the STM is used, a resolution comparable to ordinary electron lithography can be obtained. The tunnel current used for patterning the mask is, for example, a scanning tunneling microscope (ST
M). Tunneling current includes both electrons and holes. The hole injection can be performed by using the tunneling of the STM, and the resolution may be higher than in the case of the electron injection.

【0009】好ましくは、前記マスク膜のパターンは電
子放出源あるいはホール放出源である。
Preferably, the pattern of the mask film is an electron emission source or a hole emission source.

【0010】好ましくは、前記マスク膜を形成する工程
において、前記マスク膜の材料はtaC(四面体結合性
非晶質炭素:tetrahedral amorphous Carbon)である。
Preferably, in the step of forming the mask film, the material of the mask film is taC (tetrahedral amorphous carbon).

【0011】好ましくは、前記レジスト膜を形成する工
程において、前記レジスト膜の材料はC60を含む炭素
物質である。
Preferably, in the step of forming the resist film, the material of the resist film is a carbon material containing C60.

【0012】好ましくは、前記転写工程において、レジ
スト膜側に正電圧を、マスク膜側に負電圧を加えること
により、前記マスク膜のパターンから前記レジスト膜に
対して電子を注入する。
Preferably, in the transfer step, a positive voltage is applied to the resist film side and a negative voltage is applied to the mask film side to inject electrons from the pattern of the mask film into the resist film.

【0013】好ましくは、前記転写工程において、レジ
スト膜側に負電圧を、マスク膜側に正電圧を加えること
により、前記マスク膜のパターンから前記レジスト膜に
対してホールを注入する。
Preferably, in the transfer step, holes are injected from the pattern of the mask film into the resist film by applying a negative voltage to the resist film side and a positive voltage to the mask film side.

【0014】この発明に係るリソグラフィー用のマスク
材料は、電子ビームの照射あるいはトンネル電流の注入
を受けて物性が変化し、フィールドエミッションあるい
はトンネリングのしきい電圧が変化することを特徴とす
る。
The mask material for lithography according to the present invention is characterized in that physical properties are changed by irradiation with an electron beam or injection of a tunnel current, and a threshold voltage for field emission or tunneling is changed.

【0015】この発明に係るリソグラフィー用のレジス
ト材料は、フィールドエミッションあるいはトンネリン
グにより物性が変化し、溶媒に対して不溶化あるいは可
溶化することを特徴とする。
[0015] The resist material for lithography according to the present invention is characterized in that its physical properties change due to field emission or tunneling and become insoluble or soluble in a solvent.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】発明の実施の形態1.この発明の
好適な実施の形態について図を用いて説明する。図1
は、本発明の実施の形態に係るリソグラフィー方法にお
いてマスクを製造する工程を示す。図2は、本発明の実
施の形態に係るリソグラフィー方法において前記マスク
を用いて半導体基板上のレジストを所定のパターンに形
成する工程を示す。図3は、本発明の実施の形態に係る
マスク製造工程の説明図(図3(a)(b))及びマス
クを用いて半導体基板上のレジストを所定のパターンに
形成する工程の説明図(同図(c))である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 of the Invention A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
Shows a step of manufacturing a mask in the lithography method according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a step of forming a resist on a semiconductor substrate into a predetermined pattern using the mask in the lithography method according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram (FIGS. 3A and 3B) of a mask manufacturing process according to an embodiment of the present invention and an explanatory diagram of a process of forming a resist on a semiconductor substrate into a predetermined pattern using a mask (FIG. FIG.

【0017】まず、図1に基づいてマスクを製造する工
程について説明する。マスクの材料を準備する(S
1)。マスクの材料を物理的あるいは化学的な方法で基
板2上に堆積させてマスク用の膜2を形成する。マスク
の材料が備えるべき物性は、電子ビームの照射あるいは
トンネル電流の注入を受けて物性が変化し、フィールド
エミッションあるいはトンネリングのしきい電圧が変化
することである。望ましくは、これに加えて、フィール
ドエミッションあるいはトンネリングにおける電流密度
が高いこと、電圧―電流特性が非常に非線型であるこ
と、平坦な膜が得られること、電気的絶縁性が高いこ
と、化学的に安定であること、耐磨耗性があり機械的に
安定で、多数回の密着露光に耐えること、である。
First, a process of manufacturing a mask will be described with reference to FIG. Prepare the mask material (S
1). The mask material is deposited on the substrate 2 by a physical or chemical method to form a mask film 2. The physical property that the material of the mask should have is that the physical property changes due to the irradiation of the electron beam or the injection of the tunnel current, and the threshold voltage of the field emission or the tunneling changes. Desirably, in addition to this, the current density in field emission or tunneling is high, the voltage-current characteristics are very nonlinear, a flat film is obtained, the electrical insulation is high, and the chemical That it is abrasion resistant, mechanically stable, and withstands many times of contact exposure.

【0018】このようなマスクの材料として、例えば、
taC(四面体結合性非晶質炭素:tetrahedral amorph
ous Carbon)を用いる。具体的には、アーク放電等によ
り生成したカーボンイオンを加速し基板上に照射堆積さ
せる。化学的な方法で堆積させるとマスク膜には水素が
含まれ経時変化の原因となりやすいので、物理的な方法
を用いることが望ましい。
As a material of such a mask, for example,
taC (tetrahedral amorph)
ous Carbon). Specifically, carbon ions generated by arc discharge or the like are accelerated and irradiated and deposited on a substrate. When deposited by a chemical method, the mask film contains hydrogen and is likely to cause a change with time. Therefore, it is desirable to use a physical method.

【0019】電子ビームでマスク上に所定パターンを描
く(S2)。図3(a)に示されるように、基板2の上
に形成されたtaC膜のマスク1に対して、所定のエネ
ルギーで加速された電子を照射する。例えば、解像度を
上げるように、10keV前後の電子ビームを電流密度
を下げつつ照射する。すると、図3(b)に示すよう
に、電子が照射された部分1aの構造が変化し、これに
伴い物性が変化する。具体的に述べると、電子が照射さ
れた部分1aのsp/sp軌道混成比率が変化し、
フィールドエミッションあるいはトンネリングのしきい
電圧が変化する。taCの場合は、しきい電圧は増加す
る。このことをさらに詳しく説明する。
A predetermined pattern is drawn on the mask with an electron beam (S2). As shown in FIG. 3A, electrons accelerated at a predetermined energy are irradiated on a mask 1 of a taC film formed on a substrate 2. For example, an electron beam of about 10 keV is applied while lowering the current density so as to increase the resolution. Then, as shown in FIG. 3B, the structure of the portion 1a irradiated with electrons changes, and the physical properties change accordingly. Specifically, the sp 3 / sp 2 orbital hybrid ratio of the portion 1a irradiated with electrons changes,
Field emission or tunneling threshold voltage changes. In the case of taC, the threshold voltage increases. This will be described in more detail.

【0020】図4はtaC膜のsp軌道混成率(sp
軌道混成にもとづく四面体結合性の炭素原子のわりあ
いを表す量)と1μA/cmのフィールドエミッショ
ン電流を生じるしきい電圧の関係を示すグラフである。
このグラフからわかるように、sp軌道混成率が高い
とフィールドエミッションのしきい電圧は低くなる。
FIG. 4 shows the sp 3 orbital hybrid ratio (sp) of the taC film.
4 is a graph showing a relationship between a threshold voltage that generates a field emission current of 1 μA / cm 2 and an amount representing a relation between carbon atoms having tetrahedral bonding based on three- orbit hybridization.
As can be seen from this graph, the higher the sp 3 orbital hybridization rate, the lower the field emission threshold voltage.

【0021】図5はフィールドエミッション電流密度と
taC膜表面の電界強度の関係を示すグラフである。s
軌道混成率が高いときフィールドエミッションのし
きい電圧が小さくなっていることがわかる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the field emission current density and the electric field intensity on the taC film surface. s
p 3 it can be seen that the threshold voltage of the field emission when orbital hybridization rate is high is reduced.

【0022】図5からわかるように、電流密度―電界強
度の関係は非常に非線型である。このため、膜に適当な
電界強度の電圧を加えたとき、sp軌道混成率の違い
に対応して、電流密度に大きな差をつけることができ
る。
As can be seen from FIG. 5, the relationship between current density and electric field intensity is very nonlinear. Therefore, when a voltage is applied in the appropriate field strength to the membrane, in correspondence with the difference in the sp 3 orbital hybridization rate, it is possible to give a large difference in current density.

【0023】また、走査トンネル顕微鏡(STM)の探針
からtaC膜に電流注入を行なうと、局所的にsp
結合構造をsp的結合構造に改変できることが知られ
ている(T.W.Mercer et al., Appl. Phys. Lett. 72, 2
244 (1998))。
It is also known that when a current is injected into the taC film from the tip of a scanning tunneling microscope (STM) into the taC film, the sp 3 -like structure can be locally changed to the sp 2 -like structure (TWMercer et al.). ., Appl. Phys. Lett. 72, 2
244 (1998)).

【0024】同様なsp的結合構造からsp的結合
構造への改変を通常の電子線描画装置の電子ビームで行
ない、改変部のフィールドエミッションのしきい電圧を
局所的に増加させる。なお、マスクは電子線照射によっ
てしきい電圧が減少する場合もありえる。このことは、
マスク膜の始状態に依存する可能性がある。いずれの場
合も、本発明に含まれる。
A similar modification from the sp 3 -like coupling structure to the sp 2 -like coupling structure is performed by an electron beam of a usual electron beam lithography apparatus, and the threshold voltage of the field emission of the modified portion is locally increased. The threshold voltage of the mask may be reduced by the electron beam irradiation. This means
It may depend on the starting state of the mask film. Either case is included in the present invention.

【0025】上記において、フィールドエミッションの
しきい電圧の増加は、トンネリングにおいてはトンネリ
ングのしきい電圧の増加をもたらすので、後述のレジス
ト露光をトンネリングモードで行なう場合であっても、
本方法は適用できる。
In the above description, an increase in the threshold voltage of the field emission causes an increase in the threshold voltage of the tunneling in the tunneling. Therefore, even when the resist exposure described later is performed in the tunneling mode,
The method is applicable.

【0026】次に、図2に基づいて半導体基板上のレジ
ストを所定のパターンに形成する工程を説明する。半導
体基板上にレジスト膜3を形成する(S3)。レジスト
膜3としてC60系レジスト材を用いることができる。
レジスト膜3が備えるべき物性は、電子あるいはホール
の注入を受けて溶媒に対して不溶化(以下簡単のため固
化と呼ぶ)すること、そのための注入エネルギーがなる
べく低いこと、である。
Next, a process of forming a resist on a semiconductor substrate in a predetermined pattern will be described with reference to FIG. A resist film 3 is formed on a semiconductor substrate (S3). As the resist film 3, a C60-based resist material can be used.
The physical properties that the resist film 3 should have are that it is injected with electrons or holes to be insolubilized in a solvent (hereinafter referred to as solidification for simplicity), and that the injection energy for that is as low as possible.

【0027】マスク1をレジスト3に重ねる(S4)。
マスク1はレジスト3になるべく密着することが望まし
い。マスク1とレジスト3の間に電圧をかけてマスク1
のパターンを転写する(S5)。図3(c)の例では、
レジスト3側の基板4に正電圧を、マスク側の基板2に
負電圧を加えている。この場合、マスク1のパターン1
aから、レジスト3に対して電子が注入される。レジス
トの性質として、なるべく低い電圧で重合することが望
ましい。レジスト材に含まれるC60(炭素のみからな
る大型分子.60個の炭素原子が六角形および五角形で
つながりあった表面網目構造をもつ中空クラスタ)は、
例えばマスクーレジスト膜間の間隔を1nmとし、ここ
に6V程度の電圧を加えるとトンネリングにより1nA
程度の電流を1nmの領域に流すことができる。この
ときの電流密度は10mA/cmに達する。またフ
ィールドエミッションであっても、図5からわかるよう
に、電流密度は0.1mA/cmに達しえる。C60
系レジストの感度は1mC/cm(ちなみに、この感
度以上では重合の統計ゆらぎが大きくなり、固化の均一
性を損なう)なので、いずれの場合も数秒以下で重合固
化する。また、レジストに形成されるパターンのアスペ
クト比の点からは、レジスト膜はなるべく薄いことが望
ましい。なお、図3(c)に示す電圧の印加とは逆に、
マスク1側に正電圧を印加してもよい。この場合、レジ
ストにホールが注入されるが、電子の場合と同様にレジ
ストが固化する。
The mask 1 is overlaid on the resist 3 (S4).
It is desirable that the mask 1 be as close as possible to the resist 3. A voltage is applied between the mask 1 and the resist 3 so that the mask 1
Is transferred (S5). In the example of FIG.
A positive voltage is applied to the substrate 4 on the resist 3 side, and a negative voltage is applied to the substrate 2 on the mask side. In this case, the pattern 1 of the mask 1
From a, electrons are injected into the resist 3. As a property of the resist, it is desirable to polymerize at a voltage as low as possible. C60 (a large molecule consisting only of carbon; a hollow cluster having a surface network structure in which 60 carbon atoms are connected in a hexagonal and pentagonal form) contained in the resist material,
For example, when the distance between the mask and the resist film is 1 nm, and a voltage of about 6 V is applied thereto, 1 nA
A small amount of current can flow in a region of 1 nm 2 . The current density at this time reaches 10 8 mA / cm 2 . Also, even in the case of field emission, as can be seen from FIG. 5, the current density can reach 0.1 mA / cm 2 . C60
Since the sensitivity of the system resist is 1 mC / cm 2 (however, if the sensitivity is higher than this, the statistical fluctuation of polymerization becomes large, and the uniformity of solidification is impaired). Further, from the viewpoint of the aspect ratio of the pattern formed on the resist, it is desirable that the resist film is as thin as possible. In addition, contrary to the application of the voltage shown in FIG.
A positive voltage may be applied to the mask 1 side. In this case, holes are injected into the resist, but the resist solidifies as in the case of electrons.

【0028】現像する(S6)。具体的には固化しなか
ったレジスト膜を溶媒により除去する。
Develop (S6). Specifically, the resist film that has not been solidified is removed with a solvent.

【0029】以上の手順により、半導体基板4上のレジ
スト膜3に10ナノメートルオーダーのパターンを形成
することができる。
According to the above procedure, a pattern on the order of 10 nm can be formed on the resist film 3 on the semiconductor substrate 4.

【0030】この発明の実施の形態の方法/装置によれ
ば、10nmという非常に高い分解能で所望のパターン
を形成することができる。しかも、エッチング用のレジ
スト上に細く絞った電子ビームを用いてひとつひとつパ
ターンを形成する方法に比べて量産性が高く、かつ、簡
単な設備で実現できるという利点がある。
According to the method / apparatus of the embodiment of the present invention, a desired pattern can be formed with a very high resolution of 10 nm. In addition, there is an advantage in that mass productivity is high and it can be realized with simple equipment as compared with a method of forming patterns one by one using an electron beam narrowed down on an etching resist.

【0031】また、この発明の実施の形態によれば、低
エネルギー電子線を使うため、2次電子が発生するなど
の副次的効果が生じないので、パターンぼけなどを大幅
に抑制することができる。また、電流密度が1mA/c
程度の場合、発熱量は1mA/cm×10V=1
0mW/cmであるので、温度上昇を回避することが
できる。
According to the embodiment of the present invention, since a low-energy electron beam is used, there is no secondary effect such as generation of secondary electrons. it can. Also, the current density is 1 mA / c
In the case of about m 2 , the calorific value is 1 mA / cm 2 × 10 V = 1
Since it is 0 mW / cm 2 , a rise in temperature can be avoided.

【0032】また、この発明の実施の形態によれば、ト
ンネリングを利用することで、電子ビームの広がりを回
避することができるとともに、ホールの注入も可能であ
る。
Further, according to the embodiment of the present invention, by utilizing the tunneling, the spread of the electron beam can be avoided, and the hole can be injected.

【0033】また、この発明の実施の形態によれば、密
着露光方式を採用しているので、電子ビームの広がりを
回避することができるとともに、熱ドリフト等によるパ
ターンのずれを回避することができる。
Further, according to the embodiment of the present invention, since the contact exposure method is employed, the spread of the electron beam can be avoided, and the displacement of the pattern due to thermal drift or the like can be avoided. .

【0034】また、この発明の実施の形態によれば、マ
スクとしてtaC膜を用いるので、電界電子放出能が高
く(適切な表面処理をすれば、10V/μmで1mA/
cm )、平坦な膜が得られる。しかも、絶縁性が高く
マスクとレジストが密着してもかまわないので、位置決
めが容易である。そして、水素が含まれてなく化学的に
安定である。しかも、耐磨耗性があり機械的に安定で、
多数回の密着露光に耐えることができる。
Further, according to the embodiment of the present invention,
Since a taC film is used as a mask, the field electron emission capability is high.
(With appropriate surface treatment, 1 mA /
cm 2), And a flat film can be obtained. Moreover, the insulation is high
Since the mask and resist can be in close contact,
Is easy. And chemically without hydrogen
It is stable. Moreover, it is wear-resistant and mechanically stable,
It can withstand a large number of contact exposures.

【0035】また、この発明の実施の形態によれば、レ
ジストとしてC60系の材料を用いるので、1nmφ程
度の小さなサイズのパターンを形成することができると
ともに、低エネルギーの電子線露光が可能である。C60
系レジスト(C60に修飾分子を付けたC60誘導体)は、分
子サイズが0.7nmと小さいため、高解像度の描画が可
能である。また、エッチング耐性という観点からは、現
像後の残存部分がカーボン膜であるものが望ましく、そ
の意味では、C60系は好適である。
According to the embodiment of the present invention, since a C60-based material is used as a resist, a pattern having a small size of about 1 nmφ can be formed, and low-energy electron beam exposure can be performed. . C60
Since the system resist (C60 derivative obtained by adding a modifying molecule to C60) has a small molecular size of 0.7 nm, high-resolution drawing can be performed. Further, from the viewpoint of etching resistance, it is desirable that the remaining portion after development is a carbon film, and in that sense, C60 is preferable.

【0036】なお、本発明に適用できるレジスト材はC6
0系に限らない。従来の電子線露光用のネガタイプ(露
光により固化するタイプ)レジスト材も、低エネルギー
の電子線照射で固化すると考えられる。したがって、こ
れらの材料も本発明に適用することは可能である。
The resist material applicable to the present invention is C6
Not limited to 0 series. It is considered that the conventional negative type (type which solidifies by exposure) resist material for electron beam exposure is also solidified by low energy electron beam irradiation. Therefore, these materials can also be applied to the present invention.

【0037】なお、上記説明において、レジスト材とし
てC60系を用いてネガタイプのパターニングをすること
になっているが、所定の感度を有するポジタイプのレジ
スト材も本発明に適用可能である。もしマスクパターン
を書いたとき、上記の場合のように電子ビーム処理領域
のしきい電圧が上がるのであれば、ネガタイプの場合は
この部分のレジストが可溶となり、好都合である(レジ
スト開口部は狭くしたい場合は、マスク製作時の電子ビ
ーム処理領域を狭くできる)。逆にしきい電圧が下がる
場合でも、レジスト開口部を広くしたい場合にはポジタ
イプのレジスト材は好適である。
In the above description, negative type patterning is performed using a C60 type resist material. However, a positive type resist material having a predetermined sensitivity is also applicable to the present invention. If the threshold voltage of the electron beam processing area increases as in the above case when a mask pattern is written, in the case of a negative type, the resist in this portion becomes soluble, which is convenient (the resist opening is narrow. If it is desired, the electron beam processing area at the time of manufacturing the mask can be narrowed). Conversely, a positive resist material is suitable for widening the resist opening even when the threshold voltage is lowered.

【0038】上記発明の実施の形態の装置/方法におい
て、微細なパターンを正確に形成するには、マスクがレ
ジストに一様に接することが望ましい。そのためには、
次のような点に留意する必要がある。
In the apparatus / method according to the embodiment of the present invention, it is desirable that the mask be in uniform contact with the resist in order to accurately form a fine pattern. for that purpose,
It is necessary to keep the following points in mind.

【0039】レジストや基板の平坦性を確保する。例え
ば、Mechano Chemical Polisshing法を用いて解決す
る。
The flatness of the resist and the substrate is ensured. For example, the problem is solved by using the Mechano Chemical Polisshing method.

【0040】基板の反りによる密着性の低下を回避す
る。例えば、マスク全体に軽く物理的な圧力を加えるこ
とにより、マスクをレジストに密着させる(スタンプ方
式)。
It is possible to avoid a decrease in adhesion due to the warpage of the substrate. For example, the mask is brought into close contact with the resist by applying light physical pressure to the entire mask (stamp method).

【0041】低アスペクト比のレジストパターニングを
行う必要がある。すなわち、パターンの開口部分の大き
さと比べて、レジストの厚みはなるべく薄い方がよい。
微細なパターンになればなるほど、レジストは薄い方が
よい。そのためには、エッチング耐性にすぐれたレジス
ト膜を用いることが望ましいが、この種の材料としてカ
ーボン系のものが有望であると考えられる。
It is necessary to perform resist patterning with a low aspect ratio. That is, the thickness of the resist is preferably as thin as possible, as compared with the size of the opening of the pattern.
The finer the pattern, the better the resist. For this purpose, it is desirable to use a resist film having excellent etching resistance, but a carbon-based material is considered to be promising as this kind of material.

【0042】マスクを正確に位置決めする機構が必要で
ある。この機構は、ナノリソグラフにおいて共通に必要
とされるものであるが、ピエゾ効果を利用して微小な動
きを与える機構が考えられる。
A mechanism for accurately positioning the mask is required. Although this mechanism is commonly required in nanolithography, a mechanism that gives a minute movement using the piezo effect can be considered.

【0043】本発明は、以上の実施の形態に限定される
ことなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内
で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内
に包含されるものであることは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the appended claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say, this is done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態に係る、マスクを製造す
る工程を示す。
FIG. 1 shows a step of manufacturing a mask according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態に係る、マスクを用いて
半導体基板上のレジストを所定のパターンに形成する工
程を示す。
FIG. 2 shows a step of forming a resist on a semiconductor substrate into a predetermined pattern using a mask according to the embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施の形態に係るマスク製造工程の
説明図(図3(a)(b))及びマスクを用いて半導体
基板上のレジストを所定のパターンに形成する工程の説
明図(同図(c))である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a mask manufacturing process according to the embodiment of the present invention (FIGS. 3A and 3B) and an explanatory diagram of a process of forming a resist on a semiconductor substrate into a predetermined pattern using a mask (FIG. FIG.

【図4】 taC膜のsp軌道混成率と1μA/cm
のフィールドエミッション電流密度を与えるしきい電
界の関係を示すグラフである。
FIG. 4 shows sp 3 orbital hybrid ratio of taC film and 1 μA / cm.
4 is a graph showing a relationship between threshold electric fields giving field emission current densities of 2 ;

【図5】 異なるsp軌道混成率をもつtaC膜にお
ける電流密度対電界の強さを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing current density versus electric field strength in taC films having different sp 3 orbital hybridization rates.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マスク 2 基板 3 レジスト 4 半導体基板 Reference Signs List 1 mask 2 substrate 3 resist 4 semiconductor substrate

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子ビームの照射あるいはトンネル電流
の注入を受けて物性が変化し、フィールドエミッション
あるいはトンネリングのしきい電圧が変化する材料をマ
スク膜として形成する工程と、 フィールドエミッションあるいはトンネリングのしきい
電圧が変化するように、電子ビームあるいはトンネル電
流を用いて前記マスク膜上に所定パターンを描く工程
と、 フィールドエミッションあるいはトンネリングにより物
性が変化する材料をレジスト膜として半導体基板上に形
成する工程と、 前記マスク膜を前記レジスト膜に重ねる工程と、 前記マスク膜と前記レジスト膜の間に電圧をかけてフィ
ールドエミッションあるいはトンネリングを部分的に生
じさせることにより、前記マスク膜のパターンに対応す
る物性の変化を前記レジスト膜に生じさせる転写工程
と、 前記物性の変化に応じて前記レジスト膜を部分的に除去
する工程とを備えるリソグラフィー方法。
A step of forming, as a mask film, a material whose physical properties change due to irradiation of an electron beam or injection of a tunnel current and which changes a threshold voltage of field emission or tunneling; and a threshold of field emission or tunneling. A step of drawing a predetermined pattern on the mask film using an electron beam or a tunnel current so that a voltage changes, and a step of forming a material whose physical properties change by field emission or tunneling on a semiconductor substrate as a resist film, A step of superposing the mask film on the resist film; and applying a voltage between the mask film and the resist film to partially cause field emission or tunneling, thereby changing physical properties corresponding to the pattern of the mask film. The resist Lithography process and a step of removing the resist film is partially in response to changes in the transfer process and the physical properties cause the.
【請求項2】 前記マスク膜のパターンは電子放出源あ
るいはホール放出源であることを特徴とする請求項1記
載のリソグラフィー方法。
2. The lithography method according to claim 1, wherein the pattern of the mask film is an electron emission source or a hole emission source.
【請求項3】 前記マスク膜を形成する工程において、
前記マスク膜の材料はtaC(四面体結合性非晶質炭
素:tetrahedral amorphous Carbon)であることを特徴
とする請求項1記載のリソグラフィー方法。
3. In the step of forming the mask film,
The lithography method according to claim 1, wherein a material of the mask film is taC (tetrahedral amorphous carbon).
【請求項4】 前記レジスト膜を形成する工程におい
て、前記レジスト膜の材料はC60を含む炭素物質であ
ることを特徴とする請求項1記載のリソグラフィー方
法。
4. The lithography method according to claim 1, wherein in the step of forming the resist film, a material of the resist film is a carbon material containing C60.
【請求項5】 前記転写工程において、レジスト膜側に
正電圧を、マスク膜側に負電圧を加えることにより、前
記マスク膜のパターンから前記レジスト膜に対して電子
を注入することを特徴とする請求項1記載のリソグラフ
ィー方法。
5. In the transferring step, a positive voltage is applied to the resist film side and a negative voltage is applied to the mask film side, thereby injecting electrons from the pattern of the mask film into the resist film. The lithography method according to claim 1.
【請求項6】 前記転写工程において、レジスト膜側に
負電圧を、マスク膜側に正電圧を加えることにより、前
記マスク膜のパターンから前記レジスト膜に対してホー
ルを注入することを特徴とする請求項1記載のリソグラ
フィー方法。
6. In the transferring step, holes are injected from the pattern of the mask film into the resist film by applying a negative voltage to the resist film side and a positive voltage to the mask film side. The lithography method according to claim 1.
【請求項7】 電子ビームの照射を受けて物性が変化
し、フィールドエミッションあるいはトンネリングのし
きい電圧が変化することを特徴とするリソグラフィー用
のマスク材料。
7. A mask material for lithography, wherein physical properties change upon irradiation with an electron beam, and a threshold voltage for field emission or tunneling changes.
【請求項8】 フィールドエミッションにより物性が変
化し、溶媒に対して不溶化あるいは可溶化することを特
徴とするリソグラフィー用のレジスト材料。
8. A resist material for lithography, wherein the physical properties are changed by field emission, and the resist material is made insoluble or soluble in a solvent.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007525832A (en) * 2004-01-12 2007-09-06 ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ カリフォルニア Nanoscale electrolithography
JP4892684B2 (en) * 2004-01-12 2012-03-07 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア Nanoscale electrolithography
US8562795B2 (en) 2004-01-12 2013-10-22 The Regents Of The University Of California Nanoscale electric lithography

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