JP2001326156A

JP2001326156A - パターン形成方法及び情報記憶媒体及び複合高真空装置

Info

Publication number: JP2001326156A
Application number: JP2000141231A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tani; 仁谷; Shigeyasu Mori; 重恭森; Takeshi Shiomi; 竹史塩見
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体集積回路の製造工程において用いる
パターン形成方法であって、かつ、従来方法よりも更な
る微細化が可能なパターン形成方法を提供する。【解決手段】基板１０の表面にレジスト膜１１を塗布
し、次いで、前記レジスト膜１１上に原子１２の層を形
成した後、走査型トンネル顕微鏡の探針１３を用いて設
計パターン様に前記原子１２の層から原子１２を引き抜
く。そして、前記原子１２が引き抜かれた部分の前記レ
ジスト膜１１にプラズマエッチングを施し、更に前記レ
ジスト膜１１が除去された部分の前記基板１０をプラズ
マエッチングする。その後、残された前記レジスト膜１
１を現像することにより、設計パターン様にパターニン
グされた基板１０を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種固体素子の微
細パターンを形成するためのパターン形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体の高集積化、高機能化の著しい進
展に伴い、１００nm以下のナノメータリソグラフィ技術
が求められるようになってきており、特に超微細電子線
（Electron Beam;ＥＢ)描画技術は微細加工の限界を究
める先端プロセスの研究ツールとして注目されている。

【０００３】そして、この中でも走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）や走査型力顕微鏡（ＳＦＭ）を用いたＥＢ描
画によってレジスト上の膜をパターニングして、その微
細パターンを基板に転写する従来の技術が、例えば特表
平１０−５１３５７２号公報に以下のように開示されて
いる。

【０００４】即ち、２００nm以下のパターンをフォトリ
ソグラフィにより形成する方法において、基板上に１eV
以下の光学バンド間隔を有する非晶質水素含有炭素（ａ
−Ｃ：Ｈ）からなる層又はスパッタされた非晶質炭素
（ａ−Ｃ）からなる層をボトムレジスト（層厚≦５００
nm）として施し、このボトムレジスト上に電子線に敏感
なシリコンシリコン含有又はシリル化可能のフォトレジ
ストをトップレジスト（層厚≦５０nm）として備え、こ
のトップレジストをＳＴＭ又はＳＦＭを用いて８０eV以
下のエネルギーの電子線でパターン化し、このパターン
を異方性酸素プラズマでのエッチングによりボトムレジ
ストに転写し、次にプラズマエッチングにより基板に転
写する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電子線によるレジストのパターン化においては、数
十nmレベルの転写は可能であるが、原子数個レベルでの
パターン形成が不可能である。つまり、半導体集積回路
の微細化が更に進んで、最小寸法が１nm以下であるよう
な半導体集積回路を製造する場合、上記の従来のリソグ
ラフィー方法では所望する微細な集積回路パターンを転
写することができないという問題が生じる。

【０００６】本発明は上記従来の問題に鑑みてなされた
ものであり、半導体集積回路の製造工程において用いる
パターン形成方法であって、かつ、従来方法よりも更な
る微細化が可能なパターン形成方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるパターン形成方法は、基板表面に形成
されたレジスト膜上に走査型トンネル顕微鏡の探針を用
いてエッチング若しくは露光に対するマスクとなる原子
を操作することを特徴とする。これによると、原子スケ
ールの微細パターンを得るためのマスクとなる原子の層
がレジスト膜上に形成される。

【０００８】また本発明によるパターン形成方法は、基
板表面にレジスト膜を塗布する工程と、前記レジスト膜
上に原子層を形成する工程と、走査型トンネル顕微鏡の
探針を用いて設計パターン様に前記原子層から原子を引
き抜く工程と、前記原子を引き抜かれた部分の前記レジ
スト膜及び前記基板をエッチングする工程と、前記レジ
スト膜を現像する工程とを有することを特徴とする。

【０００９】この方法によると、設計パターン様にパタ
ーニングされた原子スケールの微細な凹パターンが基板
に形成される。この場合、走査型トンネル顕微鏡装置か
らエッチング装置へ前記基板を真空中で移動することに
より、製造時の時間的ロスが少なくなるとともに、基板
表面へのゴミの付着が防止される。このようなパターン
形成方法は、走査型トンネル顕微鏡装置と、エッチング
装置と、真空搬送経路とからなる複合高真空装置により
実現できる。

【００１０】また本発明によるパターン形成方法は、基
板表面にレジスト膜を塗布する工程と、走査型トンネル
顕微鏡の探針を用いて設計パターン様に前記レジスト膜
上に原子層を配置する工程と、前記原子層に覆われない
部分の前記レジスト膜及び前記基板をエッチングする工
程と、前記レジスト膜を現像する工程とを有することを
特徴とする。

【００１１】この方法によると、設計パターン様にパタ
ーニングされた原子スケールの微細な凸パターンが基板
に形成される。この場合、走査型トンネル顕微鏡装置か
らエッチング装置へ前記基板を真空中で移動することに
より、製造時の時間的ロスが少なくなるとともに、基板
表面へのゴミの付着が防止される。このようなパターン
形成方法は、走査型トンネル顕微鏡装置と、エッチング
装置と、真空搬送経路とからなる複合高真空装置により
実現できる。

【００１２】また本発明によるパターン形成方法は、基
板表面にフォトレジスト膜を塗布する工程と、前記フォ
トレジスト膜上に原子層を形成する工程と、走査型トン
ネル顕微鏡の探針を用いて設計パターン様に前記原子層
から原子を引き抜く工程と、前記原子が引き抜かれた部
分の前記フォトレジスト膜を露光する工程と、前記フォ
トレジスト膜を現像する工程と、上記現像により前記フ
ォトレジストが除去された部分の前記基板をエッチング
する工程とを有することを特徴とする。

【００１３】この方法によると、設計パターン様にパタ
ーニングされた原子スケールの微細なパターンが基板に
形成される。この場合、フォトレジストとして、ポジ型
フォトレジストを用いると、基板に形成される微細なパ
ターンは凹パターンとなり、ネガ型フォトレジストを用
いると、基板に形成される微細なパターンは凸パターン
となる。

【００１４】また本発明によるパターン形成方法は、基
板表面にフォトレジスト膜を塗布する工程と、走査型ト
ンネル顕微鏡の探針を用いて設計パターン様に前記フォ
トレジスト膜上に原子を配置する工程と、前記原子層に
覆われない部分の前記フォトレジスト膜を露光する工程
と、前記フォトレジスト膜を現像する工程と、上記現像
により前記フォトレジストが除去された部分の前記基板
をエッチングする工程とを有することを特徴とするパタ
ーン形成方法。

【００１５】この方法によると、設計パターン様にパタ
ーニングされた原子スケールの微細なパターンが基板に
形成される。この場合、フォトレジストとして、ポジ型
フォトレジストを用いると、基板に形成される微細なパ
ターンは凸パターンとなり、ネガ型フォトレジストを用
いると、基板に形成される微細なパターンは凹パターン
となる。

【００１６】尚、上記方法により得られた基板を情報記
憶媒体として用いることにより、原子スケールで情報が
記録されたコンパクトで大容量な情報記憶媒体を実現で
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】＜第１の実施形態＞本発明の第１
の実施形態について図１を参照して説明する。まず、図
１（ａ）に示すように、導電性を有するＳｉ基板１０上
にエッチング耐性のあるレジスト膜１１を１０nm〜１０
０nmの膜厚で塗布する。ここで、基板１０はＳＴＭの探
針１３（図１（ｂ）参照）との間にトンネル電流が流れ
やすいように導電性のあるものが好ましく、Ｓｉ以外に
Ｓｉ上にＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属をＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition）法又はＰＶＤ（Physical Vapor De
position）法によって堆積させたものでもよい。

【００１８】また、導電性のない基板を用いる場合に
は、基板上に導電性物質を敷き、それを介してパターニ
ングを行うこともできる。そして、ここでのレジスト膜
１１としてはエッチング耐性が強いようにベンゼン環や
二重結合を有するような有機膜、またはＡｇ、Ｃｕ等の
金属膜等が挙げられるが、有機レジスト膜の場合には基
板までトンネル電流が流れないことがあるため、例えば
膜中に電解質を加えたり、後にレジスト膜上に付着させ
る原子と基板との間に金属を介在させたりすることで、
導電性を確保する必要がある。

【００１９】そして、図１（ａ）に示すように、レジス
ト膜１１上にＩｎ、Ａｇ等の原子１２を付着させる。こ
こで、付着させる原子１２はトンネル電流が流れやすい
ように導電性を有する金属の原子であって、かつ、エッ
チング耐性のあるものが望ましい。

【００２０】この原子１２の付着方法の１つとしては、
１．０×１０^-7Torr以下の真空中において、粒上の金属
をＴａ箔に包んでから直径１mm程度の円状の穴を開けた
ものを、穴が基板１０上のレジスト膜１１の表面に向い
た状態になるように基板１０の上方に設置した後、通電
加熱することで金属を蒸着させるという方法が挙げられ
る。ただし、この過程では付着させる原子１２以外のも
のができるだけ付かないようにするため、設置したＴａ
箔を予め加熱して脱気処理をしておく方がよい。また、
このとき付着する原子１２の厚さが２原子層以下ではエ
ッチング耐性に対して弱く、５原子層以上ではＳＴＭで
の操作が難しく生産性が悪いため、３原子層若しくは４
原子層がより好ましい。

【００２１】次に、図１（ｂ）に示すように、ＳＴＭの
探針１３をおよそ−２０Ｖに負荷した状態で５００nm/s
の速度で走査することにより、付着させた原子１２を幅
０．５〜１．０nmの範囲で引き抜く。ここで用いる探針
１３とは材質は広く一般的に使用されているＷ（タング
ステン）やＰｔ−Ｉｒ（白金−イリジウム）が好まし
く、形状は原子スケールの微細な精度を得るため、先端
が原子１個程度に尖った形状が理想であり、単に劈開し
たものでもよいが、理想の形に近づけるためには電解研
磨で加工したものがより望ましい。

【００２２】Ｗは安価で、かつ、電解研磨が容易であ
り、Ｐｔ−Ｉｒは大気中でもほとんど反応しない程化学
的に安定であるという特徴をそれぞれ持っており、どち
らとも探針１３として非常に有効な材質である。また、
探針１３も蒸着源と同様、使用前に加熱処理して水や酸
化膜を除去しておくことで、よりスムーズに原子操作が
できるようになる。更に、ここで述べた原子１２の引き
抜き及び探針１３の加熱処理工程は、大気中のダストや
不純物の影響をより少なくするために、１．０×１０^-9
Torr以下の真空中において行われるのが最適である。

【００２３】そして、図１（ｃ）に示すように、上記工
程においてレジスト膜１１の上に残った原子１２の層を
マスクとして、例えば、酸素プラズマを用いたドライエ
ッチングを行うことで、ＳＴＭの探針１３によって形成
されたパターンをレジスト膜１１に転写する。このとき
のエッチング方法としては、例えば、誘導結合型プラズ
マエッチング装置を用いて酸素ガスを１００sccmで流し
ながらチャンバー内圧力を５．０mTorrで一定に維持し
た状態で、アンテナパワーを５００Ｗ、基板バイアスパ
ワーを５０Ｗの値でエッチングする方法が挙げられる。
また、エッチングの終点は終点検出器を用いて行い、オ
ーバーエッチ量は２０％とする。

【００２４】更に、図１（ｄ）に示すように、例えば臭
化水素ガスによるプラズマを用いたドライエッチングを
することで、Ｓｉ基板１０にこのパターンを転写する。
このときのエッチング方法としては、例えば、誘導結合
型プラズマエッチング装置を用いて臭化水素ガスを５０
sccmで流しながらチャンバー内圧力を５．０mTorrで一
定に維持した状態で、アンテナパワーを１５０Ｗ、基板
バイアスパワーを５０Ｗの値でエッチングする方法が挙
げられる。また、エッチングの終点は終点検出器を用い
て行い、オーバーエッチ量は２０％とする。

【００２５】その後、図１（ｅ）に示すように、濃硫酸
と過酸化水素水を平行して加える現像処理を施し、レジ
スト膜１１と原子１２の層を剥離することによって原子
スケールでパターニングされた基板１０が完成する。こ
のとき、形成されたパターンの寸法は最小０．５nmであ
り、エッチング工程におけるアンテナパワーや基板バイ
アスパワーを変化させることで、マスクパターンと比較
しておよそ５〜１０％の範囲で精度よく制御することが
できる。

【００２６】また、本実施形態は原子１２の引き抜きに
よって作製したマスクを用いてパターニングを行ってい
ることにより、基板１０に図１（ｅ）に示すような微細
な凹パターンを形成する際に非常に有効な方法である。

【００２７】＜第２の実施形態＞本発明の第２の実施形
態について図２を参照して説明する。まず、図２（ａ）
に示すように、導電性を有するＳｉ基板１０上にエッチ
ングに耐性のあるレジスト膜１１を１０nm〜１００nmの
膜厚で塗布する。ここで、基板１０及びレジスト膜１１
の条件は第１の実施形態での条件と同じである。

【００２８】そして、そのレジスト膜１１上にＳＴＭの
探針１３におよそ＋３０Ｖの負荷を与えた状態で５００
nm/sの速度で走査することにより、予め探針１３に付着
させていた原子１２（例えば、Ｉｎ、Ａｇ等）を幅０．
５〜１．０nmの範囲で放出してレジスト膜１１上に配置
する。

【００２９】ここで、探針１３に原子１２を付着させる
方法の１つとしては、上記第１の実施形態１で述べたレ
ジスト膜１１（図１（ａ））上に原子１２（図１
（ａ））を蒸着するときの方法と同様のものが挙げられ
る。また、付着させる原子及びその層厚、真空条件並び
に探針の材質、形状、作製方法、前処理工程といった諸
条件は上記第１の実施形態での条件と同じである。

【００３０】それから、図２（ｂ）に示すように、上記
のようにしてレジスト膜１１上に付着させた原子１２の
層をマスクとして、例えば酸素プラズマを用いたドライ
エッチングを行うことで、ＳＴＭの探針１３によって形
成されたパターンをレジスト膜１１に転写する。ただ
し、このときのエッチング方法は上記第１の実施形態と
同様である。

【００３１】更に、図２（ｃ）に示すように、例えば臭
化水素ガスによるプラズマを用いたドライエッチングを
施すことで、Ｓｉ基板１０にパターンを転写する。ただ
し、このときのエッチング方法は上記第１の実施形態と
同様である。

【００３２】その後、図２（ｄ）に示すように、濃硫酸
と過酸化水素水を平行して加える処理を施し、レジスト
膜１１と原子１２の層を剥離することによって原子スケ
ールでパターニングされた基板１０が完成する。このと
き、形成されたパターンの寸法は最小０．５nmであり、
エッチング工程におけるアンテナパワーや基板バイアス
パワーを変化させることで、マスクパターンと比較して
およそ５〜１０％の範囲で精度よく制御することができ
る。

【００３３】また、本実施形態は原子１２の放出によっ
て作製したマスクを用いてパターニングを行っているこ
とにより、基板１０に図２（ｄ）に示すような微細な凸
パターンを形成する際に非常に有効な方法である。

【００３４】＜第３の実施形態＞本発明の第３の実施形
態について図３を参照して説明する。まず、図３（ａ）
に示すように、導電性を有するＳｉ基板１０の上にポジ
型フォトレジスト膜１４を１０nm〜１００nmの膜厚で塗
布し、更にその上に例えばＩｎ、Ａｇ等の原子１２を付
着させる。

【００３５】ここで、基板の材質、原子の付着方法及び
付着させる原子の種類、層の厚さの条件は上記第１の実
施形態での条件と同じである。また、フォトレジスト膜
１４においては、基板１０までトンネル電流が流れるよ
うに、例えばフォトレジスト膜１４中に電解質を加えた
りしておく。

【００３６】次に、図３（ｂ）に示すように、ＳＴＭの
探針１３を用いて、フォトレジスト膜１４上に付着させ
た原子１２を幅０．５〜１．０nmの範囲で引き抜く。た
だし、このときの真空条件及び探針の材質、形状及び作
製方法並びに前処理工程、走査方法といった諸条件は上
記第１の実施形態と同様である。

【００３７】そして、図３（ｃ）に示すように、上記の
ようにしてレジスト膜１４の上に残った原子１２の層を
マスクとして露光することで、ＳＴＭの探針１３によっ
て形成されたパターンを反映した形で光反応が生じる。
次に、図３（ｄ）に示すように、現像液により光反応を
起こしたレジスト部を溶解させる。

【００３８】更に、図３（ｅ）に示すように、例えば臭
化水素ガスによるプラズマを用いたドライエッチングを
することで、Ｓｉ基板１０にこのパターンを転写する。
ただし、このときのエッチング方法は上記第１の実施形
態と同様である。

【００３９】その後、図３（ｆ）に示すように、濃硫酸
と過酸化水素水を平行して加える処理を施し、フォトレ
ジスト膜１４と原子１２の層を剥離することによって原
子スケールでパターニングされた基板１０が完成する。
このとき、形成されたパターンの寸法は最小０．５nmで
あり、露光工程における露光量や露光時間、又はエッチ
ング工程におけるアンテナパワーや基板バイアスパワー
を変化させることで、マスクパターンと比較しておよそ
５〜１０％の範囲で精度よく制御することができる。

【００４０】また、本実施形態ではポジ型フォトレジス
トを用い、かつ、原子１２の引き抜きによって作製した
マスクを用いてパターニングを行っていることにより、
基板１０に図３（ｆ）に示すような微細な凹パターンを
形成する際に非常に有効な方法である。

【００４１】＜第４の実施形態＞本発明の第４の実施形
態について図４を参照して説明する。まず、図４（ａ）
に示すように、導電性を有するＳｉ基板１０の上にポジ
型フォトレジスト膜１４を１０nm〜１００nmの膜厚で塗
布する。ここで、基板１０及びフォトレジスト膜１４の
条件は上記第３の実施形態と同様である。

【００４２】そして、そのフォトレジスト膜１４上にお
いてＳＴＭの探針１３を走査することにより、予め探針
１３に付着させていた原子１２（例えば、Ｉｎ、Ａｇ
等）を幅０．５〜１．０nmの範囲で放出してフォトレジ
スト膜１４上に配置する。

【００４３】ここで、探針１３に原子１２を付着させる
方法の１つとしては上記第１の実施形態で述べた、レジ
スト膜上に原子を付着させる方法と同様のものが挙げら
れる。また、付着させる原子及びその層厚、真空条件及
び探針の材質、形状、作製方法、前処理工程といった諸
条件は上記第１の実施形態と同様である。ただし、探針
１３の走査方法は第２の実施形態で述べた条件と同様で
ある。

【００４４】次いで、図４（ｂ）に示すように、上記の
ようにして形成したフォトレジスト膜１４の上に付着さ
せた原子１２の層をマスクとして露光することで、ＳＴ
Ｍの探針１３によって形成されたパターンを反映した形
で光反応が生じる。そして、図４（ｃ）に示すように、
現像液により光反応を起こしたレジスト部を溶解させ
る。

【００４５】その後、図４（ｄ）に示すように、例えば
臭化水素ガスによるプラズマを用いたドライエッチング
をすることで、Ｓｉ基板１０にこのパターンを転写す
る。ただし、このときのエッチング方法は上記第１の実
施形態と同様である。

【００４６】更に、図４（ｅ）に示すように、濃硫酸と
過酸化水素水を平行して加える処理を施し、フォトレジ
スト膜１４と原子１２の層を剥離することによって原子
スケールでパターニングされた基板１０が完成する。こ
のとき、形成されたパターンの寸法は最小０．５nmであ
り、露光工程における露光量や露光時間、又はエッチン
グ工程におけるアンテナパワーや基板バイアスパワーを
変化させることで、マスクパターンと比較しておよそ５
〜１０％の範囲で精度よく制御することができる。

【００４７】また、本実施形態はポジ型フォトレジスト
を用い、かつ、原子１２の放出によって作製したマスク
パターンを用いてパターニングを行っていることによ
り、基板１０に図４（ｅ）に示すような微細な凸パター
ンを形成する際に非常に有効な方法である。

【００４８】＜第５の実施形態＞本発明の第５の実施形
態について図５を参照して説明する。まず、図５（ａ）
に示すように、導電性を有するＳｉ基板１０上にネガ型
フォトレジスト膜１５を１０〜１００nmの膜厚で塗布
し、更にその上に原子１２（例えば、Ｉｎ、Ａｇ等）の
層を付着させる。ここで、基板、原子の付着方法及び付
着させる原子の種類、層厚といった諸条件は上記第１の
実施形態と同じである。また、フォトレジスト膜１５の
条件は上記第３の実施形態と同様である。

【００４９】次に、図５（ｂ）に示すように、ＳＴＭの
探針１３を用いて、フォトレジスト膜１５上に付着させ
た原子１２を幅０．５〜１．０nmの範囲で引き抜く。た
だし、このときの真空条件及び探針の材質、形状、作製
方法並びに前処理工程及び走査方法といった諸条件は上
記第１の実施形態と同様である。

【００５０】そして、図５（ｃ）に示すように、上記工
程においてフォトレジスト膜１５上に残った原子１２の
層をマスクとして露光することで、ＳＴＭの探針１３に
よって形成されたパターンを反映した形で光反応が生じ
る。

【００５１】次に、現像液により光反応を起こしたレジ
スト部以外のフォトレジスト膜１５を溶解させること
で、図５（ｄ）に示すように、原子スケールでパターニ
ングされたフォトレジスト膜１５が残る。それから、図
５（ｅ）に示すように、例えば臭化水素ガスによるプラ
ズマを用いたドライエッチングを施すことで、Ｓｉ基板
１０にこのパターンを転写する。ただし、このときのエ
ッチング方法は上記第１の実施形態と同様である。

【００５２】その後、図５（ｆ）に示すように、濃硫酸
と過酸化水素水を平行して加える処理を施し、フォトレ
ジスト膜１５と原子１２の層を剥離することによって原
子スケールでパターニングされた基板１０が完成する。
このとき、完成したパターンの寸法は最小０．５nmであ
り、露光工程における露光量や露光時間、又はエッチン
グ工程におけるアンテナパワーや基板バイアスパワーを
変化させることで、マスクパターンと比較しておよそ５
〜１０％の範囲で精度よく制御することができる。

【００５３】また、本実施形態ではネガ型フォトレジス
トを用い、かつ、原子１２の引き抜きによって作製した
マスクを用いてパターニングを行っていることにより、
基板１０に図５（ｆ）に示すような微細な凸パターンを
形成する際に非常に有効な方法である。

【００５４】＜第６の実施形態＞本発明の第６の実施形
態について図６を参照して説明する。まず、図６（ａ）
に示すように、導電性を有するＳｉ基板１０上にネガ型
フォトレジスト膜１５を１０nm〜１００nmの膜厚で塗布
する。ここで、基板１０及びフォトレジスト膜１５の条
件は上記第３の実施形態と同様である。

【００５５】そして、そのフォトレジスト膜１５上にお
いてＳＴＭの探針１３を走査することにより、予め探針
１３に付着させていた原子１２（例えば、Ｉｎ、Ａｇ
等）を幅０．５〜１．０nmの範囲で放出してフォトレジ
スト膜１５上に配置する。

【００５６】ここで、探針１３に原子１２を付着させる
方法の１つとしては、上記第１の実施形態で述べたレジ
スト膜１１（図１（ａ））上に原子１２（図１（ａ））
を付着させる方法と同様のものが挙げられる。また、付
着させる原子及びその層厚、真空条件、探針の材質、形
状、作製方法並びに前処理工程といった諸条件は上記第
１の実施形態と同様である。ただし、探針の走査方法は
第２の実施形態で述べた条件と同様である。

【００５７】次いで、図６（ｂ）に示すように、上記の
ようにして形成したフォトレジスト膜１５上に付着させ
た原子１２の層をマスクとして露光することで、ＳＴＭ
の探針１３によって形成されたパターンを反映した形で
光反応が生じる。そして、図６（ｃ）に示すように、現
像液により光反応を起こしたレジスト部以外のフォトレ
ジスト膜１５を溶解させることで、原子スケールでパタ
ーニングされたフォトレジスト膜１５が残る。

【００５８】その後、図６（ｄ）に示すように、例えば
臭化水素ガスによるプラズマを用いたドライエッチング
をすることで、Ｓｉ基板１０にこのパターンを転写す
る。ただし、このときのエッチング方法は上記第１の実
施形態と同様である。

【００５９】更に、図６（ｅ）に示すように、濃硫酸と
過酸化水素水を平行して加える処理を施し、フォトレジ
スト膜１５と原子１２の層を剥離することによって原子
スケールでパターニングされた基板１０が完成する。こ
のとき、形成されたパターンの寸法は最小０．５nmであ
り、露光工程における露光量や露光時間、又はエッチン
グ工程におけるアンテナパワーや基板バイアスパワーを
変化させることで、マスクパターンと比較しておよそ５
〜１０％の範囲で精度よく制御することができる。

【００６０】また、本実施形態はネガ型フォトレジスト
を用い、かつ、原子１２の放出によって作成したマスク
パターンを用いてパターニングを行っていることによ
り、基板１０に図６（ｅ）に示すような微細な凹パター
ンを形成する際に非常に有効な方法である。

【００６１】ところで、近年の半導体集積回路の更なる
微細化に伴い、全体的又は部分的において数nmスケール
のパターニング技術が要求されている。そこで、上記の
第１〜第６の実施形態に示すパターン形成方法を用いる
ことで、数nmスケールのパターンを含むデバイスの製造
が可能となる。

【００６２】また、上記第１及び第２の実施形態におい
ては、ＳＴＭ装置とドライエッチング装置との複合高真
空装置を用いることで、レジスト膜上または探針に原子
を付着させる工程、ＳＴＭの探針を利用して原子を操作
する工程及び酸素プラズマや臭化水素ガスによるプラズ
マを用いてドライエッチングを行う工程を１つの装置で
連続して進めることができる。

【００６３】この複合チャンバーを図７に模式的に示
す。搬送ユニット搬出入口１６から選択的にウェハを搬
入出することができ、チャンバー１７ではレジスト膜上
に原子を付着させる工程、チャンバー１８ではＳＴＭの
探針を利用して原子を操作する工程、及びチャンバー１
９ではプラズマを用いてドライエッチングを行う工程が
可能であり、各チャンバーはこの順でアーム等により接
続されている。

【００６４】尚、すべてのチャンバー及び搬送ユニット
にはゲートバルブ２０が備わっており、それぞれのチャ
ンバーの真空度を一定に保つことができるとともに、お
互いのユニットの影響を防止できる。更に、搬送ユニッ
トにはロードロックチャンバー２１が備わっており、中
心の略球形のチャンバーの高真空をほとんど低下させる
ことなく、ウェハの搬入出をスムーズに行うことができ
る。

【００６５】また、本発明による方法を用いて形成され
たパターンを情報そのものとすることで、最小単位が原
子数個レベルであるような情報記憶媒体を作製すること
ができる。このときの媒体の材料としては、本発明の上
記各実施形態で記載したＳｉ等の半導体基板や導電性基
板等が挙げられる。

【００６６】また、ＳＴＭでは走査範囲が狭く限られて
いるため、読み取り作業に時間がかかるが、走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）等のより広範囲で走査できる装置を用
いることで、高速にその情報を認識することが可能とな
る。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、基
板上に塗布したエッチング耐性のあるレジスト膜又はフ
ォトレジスト膜に走査型トンネル顕微鏡の探針を用いて
操作した原子をマスクとしてエッチング若しくは露光を
行うことによって、原子数個レベルでのパターン形成が
可能となる。これにより、最小寸法が１nm以下であるよ
うな微細パターンを有する半導体集積回路の製造が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るパターン形
成方法を製造工程順に示す断面模式図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係るパターン形
成方法を製造工程順に示す断面模式図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係るパターン形
成方法を製造工程順に示す断面模式図である。

【図４】本発明の第４の実施形態に係るパターン形
成方法を製造工程順に示す断面模式図である。

【図５】本発明の第５の実施形態に係るパターン形
成方法を製造工程順に示す断面模式図である。

【図６】本発明の第６の実施形態に係るパターン形
成方法を製造工程順に示す断面模式図である。

【図７】本発明の第１、第２の実施形態に係るパタ
ーン形成方法の実施に使用する複合高真空装置の一例の
簡略図である。

【符号の説明】

１０基板１１レジスト膜１２原子１３走査型トンネル顕微鏡の探針１４ポジ型フォトレジスト膜１５ネガ型フォトレジスト膜１６搬送ユニット搬入出口１７原子を付着させる工程を行うためのチャンバー１８ＳＴＭ用チャンバー１９エッチング用チャンバー２０ゲートバルブ２１ロードロックチャンバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者塩見竹史大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H025 AA02 AB16 AB17 AD01 AD03 DA02 DA03 DA40 FA01 2H096 AA25 BA00 DA10 HA11 5F004 AA16 BA20 DA00 DA26 DB00 DB01 DB09 DB26 EA05 5F046 AA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面に形成されたレジスト膜上に走
査型トンネル顕微鏡の探針を用いてエッチング若しくは
露光に対するマスクとなる原子を操作することを特徴と
するパターン形成方法。
【請求項２】基板表面にレジスト膜を塗布する工程
と、前記レジスト膜上に原子層を形成する工程と、走査
型トンネル顕微鏡の探針を用いて設計パターン様に前記
原子層から原子を引き抜く工程と、前記原子が引き抜か
れた部分の前記レジスト膜及び前記基板をエッチングす
る工程と、前記レジスト膜を現像する工程とを有するこ
とを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】基板表面にレジスト膜を塗布する工程
と、走査型トンネル顕微鏡の探針を用いて設計パターン
様に前記レジスト膜上に原子層を配置する工程と、前記
原子層に覆われない部分の前記レジスト膜及び前記基板
をエッチングする工程と、前記レジスト膜を現像する工
程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】基板表面にフォトレジスト膜を塗布する
工程と、前記フォトレジスト膜上に原子層を形成する工
程と、走査型トンネル顕微鏡の探針を用いて設計パター
ン様に前記原子層から原子を引き抜く工程と、前記原子
が引き抜かれた部分の前記フォトレジスト膜を露光する
工程と、前記フォトレジスト膜を現像する工程と、上記
現像により前記フォトレジストが除去された部分の前記
基板をエッチングする工程とを有することを特徴とする
パターン形成方法。
【請求項５】基板表面にフォトレジスト膜を塗布する
工程と、走査型トンネル顕微鏡の探針を用いて設計パタ
ーン様に前記フォトレジスト膜上に原子を配置する工程
と、前記原子層に覆われない部分の前記フォトレジスト
膜を露光する工程と、前記フォトレジスト膜を現像する
工程と、上記現像により前記フォトレジストが除去され
た部分の前記基板をエッチングする工程とを有すること
を特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】前記フォトレジストはポジ型フォトレジ
ストであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記
載のパターン形成方法。
【請求項７】前記フォトレジストはネガ型フォトレジ
ストであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記
載のパターン形成方法。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれかに記載の
パターン形成方法により得られた基板を用いた情報記憶
媒体。
【請求項９】走査型トンネル顕微鏡装置からエッチン
グ装置へ前記基板を真空中で移動することを特徴とする
請求項２又は請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】走査型トンネル顕微鏡装置と、エッチ
ング装置と、真空搬送経路とからなる請求項９に記載の
パターン形成方法を実現する複合高真空装置。