JP2000114207A - Microfabrication method and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体・光部品等の
サブミクロンレベルの微細加工方法に係り、特にFAB
(高速原子線)を用いたアスペクト比の高いエッチング
加工が可能な微細加工方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a submicron level fine processing method for semiconductors and optical parts, and more
The present invention relates to a fine processing method capable of performing an etching process with a high aspect ratio using (high-speed atomic beam).
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスや光部品等においては、
サブミクロン以下、特に0.1μm以下のサイズの微細
加工が要求される場合がある。このような超微細なサイ
ズのエッチング加工に、考えられる加工方法としては従
来のプラズマを用いた異方性エッチングがある。これ
は、予め被加工試料の表面にレジスト膜の微細パターン
を形成しておき、これをマスクとしてプラズマを用いて
エッチング加工を行うものである。即ち、この異方性エ
ッチングは、エッチング性を有するガスを電離してプラ
ズマ状態として、これにより生じるイオンに電界を付与
することにより方向性を持たせ、このイオンを被加工試
料に対して照射することによりエッチング加工を行うも
のである。2. Description of the Related Art In semiconductor devices and optical components,
In some cases, fine processing with a size of submicron or less, particularly 0.1 μm or less is required. A possible processing method for such an ultra-fine etching process is a conventional anisotropic etching using plasma. In this method, a fine pattern of a resist film is formed on the surface of a sample to be processed in advance, and etching is performed by using this as a mask and using plasma. In other words, in the anisotropic etching, a gas having an etching property is ionized to be in a plasma state, and an ion generated by the ionization is given an electric field so as to have directionality, and the ions are irradiated on a sample to be processed. In this way, an etching process is performed.
【0003】しかしながら、プラズマを用いた加工で
は、エネルギー粒子の方向性が悪いため、高いアスペク
ト比の加工は困難である。また、イオンビームを用いた
微細パターンのエッチング加工も考えられるが、通常、
微細パターンを形成するマスク材料は樹脂等の絶縁材料
が用いられることが多いので、この電荷により著しい影
響を受ける。イオンビームではビーム自体が電荷を有す
るため、表面のチャージアップの影響を受けて、異方性
の加工つまり、垂直な加工壁の実現は困難である。However, in processing using plasma, it is difficult to perform processing with a high aspect ratio because the directionality of energetic particles is poor. In addition, etching of a fine pattern using an ion beam can be considered, but usually,
Since an insulating material such as a resin is often used as a mask material for forming a fine pattern, the charge is significantly affected by the charge. Since the ion beam itself has an electric charge, it is difficult to perform anisotropic processing, that is, to realize a vertical processing wall under the influence of the surface charge-up.
【0004】このような問題を回避するために、FAB
を用いた微細加工方法が検討されている。特に、FAB
は、電気的に中性で直進性の優れた高速の原子又は分子
のビームであるため、高いアスペクト比の加工に優れた
特性を有している。FABは、プラズマ中のイオンが電
界によって加速され、ビーム放出孔中にて残留ガス粒子
と電荷交換を行い、中性化されて放出される。通常エッ
チング等の加工に用いられる時は、エネルギーとして、
約100eV〜10keVが用いられている。In order to avoid such a problem, FAB
A microfabrication method using is studied. In particular, FAB
Since is a high-speed atomic or molecular beam that is electrically neutral and excellent in straightness, it has excellent characteristics for processing with a high aspect ratio. In the FAB, ions in the plasma are accelerated by an electric field, exchange charges with residual gas particles in the beam emission holes, and are neutralized and emitted. When usually used for processing such as etching,
About 100 eV to 10 keV are used.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、FAB
による加工では、パターンマスクとなる例えばレジスト
膜等も共にエッチングされるという問題がある。特に微
細加工パターンの最小寸法が0.1μm以下の場合、レ
ジスト膜厚が薄くなり、高アスペクト比の加工を行うこ
とが困難となる。この場合には、微細パターンのマスク
材となるレジスト膜自体を厚くする必要があるが、超微
細なパターンの形成のためにはレジスト膜はなるべく薄
くする必要があり、なるべく薄いレジスト膜で且つ、被
加工試料とマスク材とのエッチングの選択比を高くする
必要がある。しかしながら、FABは強力なエネルギー
を有するために従来の一般のFABを用いた加工方法で
はこの選択比を高く取ることが困難であった。SUMMARY OF THE INVENTION However, FAB
However, there is a problem that, for example, a resist film serving as a pattern mask is also etched. In particular, when the minimum dimension of the fine processing pattern is 0.1 μm or less, the resist film thickness becomes thin, and it becomes difficult to perform processing with a high aspect ratio. In this case, it is necessary to increase the thickness of the resist film itself as a mask material for the fine pattern, but it is necessary to make the resist film as thin as possible in order to form an ultra-fine pattern. It is necessary to increase the etching selectivity between the sample to be processed and the mask material. However, since FAB has strong energy, it is difficult to obtain a high selectivity by a conventional processing method using general FAB.
【0006】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、FABを用いて且つ被加工試料とマスク材とのエ
ッチングの選択比が高くとれ、これにより良好なアスペ
クト比の高い微細パターンの加工を行うことができる微
細加工方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to obtain a high etching selectivity between a sample to be processed and a mask material by using a FAB. It is an object to provide a fine processing method capable of performing processing.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、真空容器内にFAB源と冷却ステージとを備え、該
冷却ステージ上に被加工試料を載置して、該被加工試料
表面には、レジスト材料などのマスク材により加工パタ
ーンが形成されており、前記FAB源から放出されたF
ABを該被加工試料表面に照射することによって、前記
マスク材の加工パターンを転写する微細加工方法であっ
て、該マスク材を前記冷却ステージによって冷却するこ
とにより、該マスク材の加工量に対する前記被加工試料
の加工量の割合を高くして、前記被加工試料に対してア
スペクト比の高い加工を行うことを特徴とする微細加工
方法である。According to a first aspect of the present invention, an FAB source and a cooling stage are provided in a vacuum vessel, and a sample to be processed is mounted on the cooling stage, and a surface of the sample to be processed is provided. Has a processing pattern formed by a mask material such as a resist material, and F is discharged from the FAB source.
A fine processing method for transferring a processing pattern of the mask material by irradiating AB to the surface of the sample to be processed, wherein the mask material is cooled by the cooling stage, and the processing amount of the mask material is reduced. A micromachining method characterized by increasing the ratio of the processing amount of a sample to be processed and performing processing with a high aspect ratio on the sample to be processed.
【0008】上述した本発明によれば、レジストなどの
マスク材が冷却ステージによって冷却され、これにより
FABによるエッチング耐性が向上する。従って、被加
工材料に対するエッチング速度に対して、マスク材のエ
ッチング速度を著しく低減することができる。これによ
りマスク材が微細パターンの形成のために薄くても、被
加工材料に対してアスペクト比の高いエッチング加工が
可能となる。According to the present invention, the mask material such as the resist is cooled by the cooling stage, thereby improving the etching resistance by the FAB. Therefore, the etching rate of the mask material can be significantly reduced with respect to the etching rate of the material to be processed. Thus, even when the mask material is thin for forming a fine pattern, etching with a high aspect ratio can be performed on the material to be processed.
【0009】前記冷却ステージを冷却する媒体として、
アルコール又はフロン系冷媒を使用してもよい。これに
よりアルコール系冷媒を用いることにより冷却ステージ
を−60℃に冷却することができ、又フロン系冷媒を用
いることにより冷却ステージを−70℃程度まで冷却す
ることができる。As a medium for cooling the cooling stage,
Alcohol or CFC-based refrigerants may be used. Thus, the cooling stage can be cooled to −60 ° C. by using the alcohol-based refrigerant, and the cooling stage can be cooled to about −70 ° C. by using the CFC-based refrigerant.
【0010】また、前記冷却ステージを冷却する媒体と
して、液化窒素を使用するようにしてもよい。これによ
り、液化窒素を使用することで77K(−195℃)程
度まで冷却することが可能である。Further, liquefied nitrogen may be used as a medium for cooling the cooling stage. Thereby, it is possible to cool to about 77K (-195 ° C) by using liquefied nitrogen.
【0011】また、前記冷却ステージを冷却する媒体と
して、液化水素又は液化ヘリウムを用いるようにしても
よい。これにより冷却ステージを液化水素又は液化ヘリ
ウムを用いることで4K(−269℃)程度に冷却する
ことが可能である。Further, liquefied hydrogen or liquefied helium may be used as a medium for cooling the cooling stage. This makes it possible to cool the cooling stage to about 4K (−269 ° C.) by using liquefied hydrogen or liquefied helium.
【0012】請求項2に記載の発明は、前記冷却ステー
ジは冷却媒体により冷却され、該冷却媒体を被加工試料
に接触させることを特徴とする。これにより、冷却ステ
ージの板体上に被加工試料を載置するのと比較して、冷
却媒体を直接被加工試料に接触させるので、被加工試料
の冷却の効率を高めることができる。The invention according to a second aspect is characterized in that the cooling stage is cooled by a cooling medium, and the cooling medium is brought into contact with a sample to be processed. This allows the cooling medium to come into direct contact with the sample to be processed, as compared to placing the sample on the plate of the cooling stage, thereby improving the cooling efficiency of the sample to be processed.
【0013】また、前記冷却ステージに熱電素子を備
え、該熱電素子により前記被加工試料の熱を除去するこ
とにより、前記マスク材を冷却するようにしてもよい。
これにより、ペルチェ素子等の熱電素子により被加工試
料の冷却が可能となり、液化窒素等の冷媒を用いること
なく簡単に冷却することが可能となる。即ち、熱電素子
を用いると、冷却機構がコンパクトになるのと、電気的
な制御が行いやすいので、簡便で効果的な冷却方法を実
現できる。Further, a thermoelectric element may be provided on the cooling stage, and the mask material may be cooled by removing heat of the sample to be processed by the thermoelectric element.
Thus, the sample to be processed can be cooled by a thermoelectric element such as a Peltier element, and can be easily cooled without using a refrigerant such as liquefied nitrogen. That is, when a thermoelectric element is used, the cooling mechanism becomes compact and electrical control is easily performed, so that a simple and effective cooling method can be realized.
【0014】請求項3に記載の発明は、被加工試料表面
に形成されているマスク材のパターンが三次元形状を備
え、前記FABにより加工されて、該三次元形状が前記
被加工試料に転写されることを特徴とする。これによ
り、被加工試料の三次元的な形状の微細加工が可能とな
る。According to a third aspect of the present invention, the pattern of the mask material formed on the surface of the sample to be processed has a three-dimensional shape, is processed by the FAB, and the three-dimensional shape is transferred to the sample to be processed. It is characterized by being performed. Thereby, it is possible to perform fine processing of the three-dimensional shape of the sample to be processed.
【0015】また、被加工試料表面に形成されているマ
スク材のパターンが二次元形状であり、前記FABによ
り加工されて、三次元形状が前記被加工試料に転写され
るようにしてもよい。これにより、被加工試料の三次元
的な形状の微細加工が可能となる。The pattern of the mask material formed on the surface of the sample to be processed may have a two-dimensional shape, and may be processed by the FAB so that the three-dimensional shape is transferred to the sample to be processed. Thereby, it is possible to perform fine processing of the three-dimensional shape of the sample to be processed.
【0016】また、前記マスク材のパターンの最小寸法
が、0.1μm以下であることが好ましい。これによ
り、従来のプラズマを用いたエッチング、或いはイオン
ビームを用いたエッチングでは困難な微細パターンのエ
ッチング加工が可能となる。Preferably, the minimum dimension of the mask material pattern is 0.1 μm or less. This makes it possible to perform etching of a fine pattern, which is difficult with conventional etching using plasma or etching using ion beams.
【0017】請求項4に記載の発明は、真空容器と、該
容器内に配置されたFAB源と被加工試料を載置するス
テージとからなり、該ステージには冷却装置を備え、前
記被加工試料を該被加工試料上に配置されたマスク材が
FABに対するエッチング耐量が増加する程度に冷却す
ることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a vacuum vessel, a FAB source disposed in the vessel, and a stage on which a sample to be processed is mounted. It is characterized in that the sample is cooled to such an extent that the mask material arranged on the sample to be processed increases the etching resistance against FAB.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。尚、各図中、同一
又は相当部分には同一符号を付して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference characters.
【0019】図1は、本発明の実施の形態の微細加工装
置を示す。真空容器11にはポンプ12を備え、真空容
器内を排気可能としている。真空容器11には、FAB
源13を備え、各種エネルギーのFABを照射すること
ができるようになっている。又、冷却ステージ15を備
え、冷却ステージ上には被加工試料16を載置し、FA
Bの照射によりエッチング加工が可能となっている。符
号17はレジスト等のマスク材であり、そのマスク材1
7のパターンに従って、被加工試料16のエッチング加
工が行われる。この装置には冷媒源20を備え、例えば
フロン系冷媒や液体窒素等の冷媒が冷却ステージを冷却
する。フロン系冷媒であるフロリナート(商品名)であ
ると−70℃、又、液体窒素であると−195℃程度に
冷却できるようになっている。又、冷媒としてアルコー
ルを用いる場合には−50℃、液体ヘリウム等を用いる
場合には−269℃程度の極低温に冷却することが可能
である。FIG. 1 shows a fine processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The vacuum vessel 11 is provided with a pump 12 so that the inside of the vacuum vessel can be evacuated. In the vacuum container 11, FAB
A source 13 is provided so that FAB of various energies can be irradiated. Further, a cooling stage 15 is provided, and a sample 16 to be processed is mounted on the cooling stage.
Etching can be performed by irradiation with B. Reference numeral 17 denotes a mask material such as a resist.
The sample 16 to be processed is etched according to the pattern 7. This apparatus includes a refrigerant source 20, and a refrigerant such as a CFC-based refrigerant or liquid nitrogen cools a cooling stage. Fluorinert (trade name), which is a Freon-based refrigerant, can be cooled to about -70 ° C, and liquid nitrogen can be cooled to about -195 ° C. In addition, when alcohol is used as the refrigerant, it can be cooled to -50 ° C, and when liquid helium or the like is used, it can be cooled to an extremely low temperature of about -269 ° C.
【0020】そして冷却ステージ15は、冷媒の流入路
18と流出路19とを備え、上述した冷媒が冷却ステー
ジ15内を循環することにより冷却ステージ15の被加
工試料を載置する冷却板を冷却し、ひいては被加工試料
16及びこの表面に設けられたレジスト膜のマスク材1
7を冷却する。また、駆動機構21を備え、冷却ステー
ジ15は回転可能となっている。更に真空容器11内に
は赤外線放射温度計23を備え、冷却ステージ15の表
面温度を検出することが可能である。また、制御器24
を介して冷媒源20を制御することにより、冷却ステー
ジ15の温度を所要の温度に制御するようにしても良
い。The cooling stage 15 has a refrigerant inflow path 18 and a refrigerant outflow path 19, and the above-mentioned refrigerant circulates through the cooling stage 15 to cool the cooling plate on which the sample to be processed of the cooling stage 15 is mounted. Then, the sample 16 to be processed and the mask material 1 for the resist film provided on this surface
Cool 7 The cooling stage 15 is rotatable with a driving mechanism 21. Further, an infrared radiation thermometer 23 is provided in the vacuum vessel 11 so that the surface temperature of the cooling stage 15 can be detected. Also, the controller 24
The temperature of the cooling stage 15 may be controlled to a required temperature by controlling the coolant source 20 via the cooling medium.
【0021】ここでFABとしては、SF6、CH
F3、Cl2、Ar、O2等のガスから形成されたビー
ムが用いられる。被加工試料としては、Si、Ga、A
s、ガラス等の基板が用いられる。尚、FAB源として
は、平行平板型のビーム源が好適である。これは多数の
原子放出孔を有する板状陰極と、この板状陰極に対向し
て設置された同様に多数の孔を有する板状陽極とが対向
して配置されており、陰極に負電位、陽極に正電位を与
える。陰極と陽極との間にガスを導入して、そのガスを
プラズマ状態とし、生成されたイオンを加速して板状陰
極の原子放出孔を通過する際に、これを中性化すること
によりFABを形成する。係る装置構成によれば、均質
で且つ直進性が高く、比較的ビーム径の大きなFABを
形成することができる。Here, as the FAB, SF 6 , CH
A beam formed from a gas such as F 3 , Cl 2 , Ar, and O 2 is used. Samples to be processed include Si, Ga, A
Substrates such as s and glass are used. Note that a parallel plate type beam source is preferable as the FAB source. This is a plate-shaped cathode having a large number of atom emission holes, and a plate-shaped anode having a large number of similarly placed holes placed opposite to the plate-shaped cathode, are arranged facing each other. A positive potential is applied to the anode. A gas is introduced between the cathode and the anode, the gas is turned into a plasma state, and the generated ions are accelerated to neutralize the atoms when passing through the atom emission holes of the plate-shaped cathode. To form According to such an apparatus configuration, it is possible to form an FAB that is uniform, has high straightness, and has a relatively large beam diameter.
【0022】図2は、図1に示す冷却ステージ15の変
形例を示す。このステージ15は、被加工試料16を載
置する冷却板15Aに開口15Bを備えている。そして
被加工試料16は、クランプ26及びOリング27を介
して冷却板15Aにシールされつつ固定される。従っ
て、流入路18からステージ15内に入った冷媒は、直
接開口15Bを通り被加工試料16に接触することにな
る。そして、流出路19を通り、冷媒はステージ15か
ら排出される。これにより冷媒が被加工試料16に直接
接触するので、被加工試料の冷却の効率を高めることが
できる。冷却ステージを用いて、被加工試料を冷却する
と、それにより、FAB照射中における試料の温度上昇
を抑え、被加工表面のパターン材料の温度上昇を抑え、
該パターン材料の化学反応性や化学スパッタリング量を
低減し、結果として、選択比(レジスト膜の加工量/被
加工試料の加工量)を高くすることができる。FIG. 2 shows a modification of the cooling stage 15 shown in FIG. The stage 15 has an opening 15B in a cooling plate 15A on which a workpiece 16 is placed. The workpiece 16 is fixed to the cooling plate 15A while being sealed via the clamp 26 and the O-ring 27. Accordingly, the refrigerant that has entered the stage 15 from the inflow path 18 directly contacts the workpiece 16 through the opening 15B. Then, the refrigerant is discharged from the stage 15 through the outflow path 19. As a result, the coolant directly contacts the sample 16 to be processed, so that the efficiency of cooling the sample to be processed can be increased. When the sample to be processed is cooled using the cooling stage, the temperature of the sample is suppressed from rising during the FAB irradiation, and the temperature of the pattern material on the surface to be processed is suppressed.
The chemical reactivity and the chemical sputtering amount of the pattern material are reduced, and as a result, the selectivity (the processing amount of the resist film / the processing amount of the sample to be processed) can be increased.
【0023】図3は、冷却ステージ15の更に他の変形
例を示す。この実施例の場合にはペルチェ素子等の熱電
素子29を冷却ステージ15上に載置している。熱電素
子29は、電流を供給することにより、その表面の熱を
裏面側に移送する。そして冷却ステージ15内の冷媒の
流入路18から水を供給し、流出路19に排出すること
で、熱電素子29の裏面側に移送された熱を除去する。
即ち、被加工試料18の裏面側から熱電素子29により
吸熱し、これを冷却ステージ15により水冷することに
より、被加工試料16を冷却することができる。冷却温
度は、熱電素子の段数及び容量等によるが、数十℃程度
の冷却が可能である。このような被加工試料の冷却方法
によれば、市販されているペルチェ素子と一般的な水冷
機構との組合せにより被加工試料の冷却が可能となるの
で、液化窒素或いはフロン系冷媒等を用いることと比較
してより簡単に、且つ効率的な冷却が可能である。FIG. 3 shows still another modification of the cooling stage 15. In the case of this embodiment, a thermoelectric element 29 such as a Peltier element is mounted on the cooling stage 15. The thermoelectric element 29 transfers the heat of the front surface to the rear surface side by supplying a current. Then, water is supplied from the inflow path 18 of the refrigerant in the cooling stage 15 and discharged to the outflow path 19, thereby removing the heat transferred to the back side of the thermoelectric element 29.
That is, heat is absorbed by the thermoelectric element 29 from the back surface side of the sample to be processed 18, and is cooled by the cooling stage 15, so that the sample to be processed 16 can be cooled. The cooling temperature depends on the number of thermoelectric elements, the capacity, and the like, but cooling of about several tens of degrees Celsius is possible. According to such a method for cooling a sample to be processed, the sample to be processed can be cooled by a combination of a commercially available Peltier element and a general water cooling mechanism. Simpler and more efficient cooling is possible as compared with.
【0024】図4乃至図8は、本発明の微細加工方法の
実施例を示す。図4は、冷却ステージの冷却板15Aを
フロン系冷媒を使用して−70℃程度に冷却した場合で
ある。この実施例においては、被加工試料16は、Ga
As、Si、ポリイミド等の薄板である。これによりマ
スク材17として、PMMA等の電子線レジストが配置
され、例えば幅50nm、ピッチ100nm等の凹凸パ
ターンが形成されている。このように被加工試料16を
冷却すると、これと共にマスク材17も冷却され、マス
ク材17はFABに対するエッチング耐性が高くなる。
このため、FAB14を照射すると、被加工試料16の
マスク材17で覆われていない部分がエッチングされ、
図中斜線でハッチングを付した部分が除去される。この
際、マスク材17も同様に斜線を付した部分がFABの
照射によりエッチングされるが、上述したようにマスク
材は冷却されておりエッチング耐性が高い。このため、
FABの照射による除去量は僅かであり、L1程度であ
る。これに対して被加工材料16は、FABに対するエ
ッチング速度は冷却と関係がない。このためFABに対
して通常のエッチング速度が得られ、同時間のFABの
照射により深さL2までエッチングが進行する。このよ
うに、被加工試料を冷却することによりマスク材のFA
Bに対するエッチング耐性を高めることができ、被加工
試料のエッチング速度に対してマスク材のエッチング速
度を極めて低減することができる。従って図示するよう
なアスペクト比の高いエッチング溝を被加工試料16に
形成することができる。4 to 8 show an embodiment of the fine processing method of the present invention. FIG. 4 shows a case where the cooling plate 15A of the cooling stage is cooled to about -70 ° C. using a chlorofluorocarbon-based refrigerant. In this embodiment, the sample to be processed 16 is Ga
It is a thin plate of As, Si, polyimide or the like. As a result, an electron beam resist such as PMMA is arranged as the mask material 17, and an uneven pattern having a width of 50 nm and a pitch of 100 nm is formed. When the workpiece 16 is cooled in this way, the mask material 17 is also cooled, and the mask material 17 has high etching resistance to FAB.
For this reason, when the FAB 14 is irradiated, a portion of the sample 16 to be processed that is not covered with the mask material 17 is etched,
The hatched portions in the figure are removed. At this time, the hatched portion of the mask material 17 is also etched by the FAB irradiation, but the mask material is cooled and has high etching resistance as described above. For this reason,
Removals by irradiation of FAB is slight, on the order L 1. On the other hand, in the material 16 to be processed, the etching rate for FAB is not related to cooling. Therefore the typical etching rate obtained for FAB, etched to a depth L 2 by irradiation of the same time FAB progresses. Thus, by cooling the sample to be processed, the FA of the mask material is reduced.
The etching resistance to B can be increased, and the etching rate of the mask material can be extremely reduced with respect to the etching rate of the sample to be processed. Therefore, an etching groove having a high aspect ratio as shown in the drawing can be formed in the sample 16 to be processed.
【0025】次に、上記実施例による実験結果の一例に
ついて説明する。上述した平行平板型のFAB源を使用
し、CHF3ガスを用い、ガス流量20sccm、放電電圧
3kvで、放電電流50mA、ビーム径80mmφのF
ABを生成する。ビーム源から200mmの距離に厚さ
6000Å程度のフォトレジストパターンを備えた石英
ガラス基板を配置する。この基板は、厚さ0.5mmで
あり、サイズ20×20mmである。そして、加工室圧
力を2×10−4Torr程度に保ち、ステージを2rpm
程度に緩やかに回転する。このステージは冷媒としてア
ルコールを用いた冷却が可能であり、(A)常温(25℃
程度)、及び(B)−15℃程度の低温でエッチングを試
みた。その実験結果として、 (A)常温(25℃程度)の場合、 レジスト加工量250Å 基板加工量1294Å 選択比 5.2 (B)−15℃程度の場合、 レジスト加工量 16Å 基板加工量1142Å 選択比71.4 の結果が得られた。従って、基板を−15℃程度に冷却
することで、選択比が5.2から71.4に、約14倍
向上するということが実証された。Next, an example of an experimental result according to the above embodiment will be described. Using the above-mentioned parallel plate type FAB source, CHF 3 gas, a gas flow rate of 20 sccm, a discharge voltage of 3 kv, a discharge current of 50 mA, and a beam diameter of 80 mmφ.
Generate AB. A quartz glass substrate provided with a photoresist pattern having a thickness of about 6000 ° is arranged at a distance of 200 mm from the beam source. This substrate has a thickness of 0.5 mm and a size of 20 × 20 mm. Then, the processing chamber pressure is maintained at about 2 × 10 −4 Torr, and the stage is set at 2 rpm.
Rotate gently to the extent. This stage can be cooled using alcohol as a refrigerant, and (A) normal temperature (25 ° C.)
) And (B) etching at a low temperature of about −15 ° C. The experimental results are as follows: (A) At room temperature (about 25 ° C.), resist processing amount 250Å substrate processing amount 1294Å selectivity 5.2 (B) At -15 ° C., resist processing amount 16Å substrate processing amount 1142Å selectivity A result of 71.4 was obtained. Therefore, it was demonstrated that cooling the substrate to about −15 ° C. improves the selectivity from 5.2 to 71.4, about 14 times.
【0026】図5は、第2の実施例の微細加工方法を示
す。この場合は、冷却ステージ15は、液体窒素を用い
て77K(ー195℃)に冷却されている。被加工試料
16としては、石英ガラス、ガラス、GaAs、Si、
ポリイミド等である。そしてマスク材17としてはホト
レジストが用いられている。このマスク材17は、図示
するように鋸歯状波のような3次元形状を有するパター
ンである。これにFAB14を照射すると、マスク材1
7に覆われていない部分か又は薄い部分がFABにより
エッチングされる。そして、被加工試料16のエッチン
グと共にマスク材17もエッチングが進行し、最終的に
マスク材17がなくなるまでFAB14を照射すると、
図中斜線で示す部分がエッチングにより除去される。従
って、(b)に示すような鋸歯状波形状が被加工材料1
6に形成される。この際マスク材17は液体窒素により
低温に冷却されているので、マスク材のFABに対する
エッチング耐性が高められ、マスク材のエッチング速度
に対して被加工材料のエッチング速度を格段に大きくす
ることができる。これによりマスク材の3次元形状はア
スペクト比の低いものであっても、これが転写された被
加工材のアスペクト比を格段に高いものとすることがで
きる。FIG. 5 shows a fine processing method according to the second embodiment. In this case, the cooling stage 15 is cooled to 77 K (−195 ° C.) using liquid nitrogen. The sample 16 to be processed includes quartz glass, glass, GaAs, Si,
Polyimide and the like. A photoresist is used as the mask material 17. The mask material 17 is a pattern having a three-dimensional shape like a sawtooth wave as shown in the figure. When this is irradiated with the FAB 14, the mask material 1
Portions not covered by 7 or thin portions are etched by FAB. Then, the etching of the mask material 17 progresses along with the etching of the sample 16 to be processed, and when the FAB 14 is irradiated until the mask material 17 finally disappears,
Portions indicated by oblique lines in the figure are removed by etching. Therefore, the sawtooth wave shape as shown in FIG.
6 is formed. At this time, since the mask material 17 is cooled to a low temperature by the liquid nitrogen, the etching resistance of the mask material to FAB is enhanced, and the etching rate of the material to be processed can be significantly increased with respect to the etching rate of the mask material. . Thereby, even if the three-dimensional shape of the mask material has a low aspect ratio, the aspect ratio of the workpiece to which the mask material has been transferred can be significantly increased.
【0027】石英ガラスの加工例においては、FABは
上述した平行平板型のビーム源を用い、CHF3ガスを
使用して、加速電圧2〜3V、放電電流200mA、ビ
ーム径80mmφを用いている。マスク材の3次元形状
は、スタンプ方式又は電子線量制御露光方式を用いて形
成している。このような方法で最小パターン幅0.1〜
1μm、高さ1〜5μmの鋸歯状波構造が実現可能であ
る。これにより、図6(a)に示すようなマイクログレ
ーティング構造、及び図6(b)に示すようなマイクロ
レンズアレイを製造することが可能である。In the quartz glass processing example, the FAB uses the above-mentioned parallel plate type beam source, uses CHF 3 gas, has an acceleration voltage of 2 to 3 V, a discharge current of 200 mA, and a beam diameter of 80 mmφ. The three-dimensional shape of the mask material is formed by using a stamp method or an electron dose control exposure method. In this way, the minimum pattern width is 0.1 to
A sawtooth wave structure of 1 μm and height of 1 to 5 μm can be realized. This makes it possible to manufacture a micrograting structure as shown in FIG. 6A and a microlens array as shown in FIG. 6B.
【0028】図7は、2次元のレジスト膜パターンから
被加工試料に3次元構造を形成する例を示す。図7
(a)は通常のホトリソグラフィにより被加工試料に2
次元のレジストパターンを形成することを示している。
即ち、ガラスマスク41には、2次元のCrパターン4
1Aを備え、このパターンを被加工試料16の表面に塗
布したレジスト膜17に通常の露光方式を用いて転写す
る。このパターンは、紙面に垂直な方向に形成された各
種の幅を有する溝である。そして(b)に示すように被
加工試料16を、例えば−70℃程度に冷却しつつFA
B14の照射を行う。これによりレジスト膜からなるマ
スク材17は冷却によりエッチング耐性が高くなり、エ
ッチング速度が著しく低減される。これに対して例えば
石英ガラスからなる被加工試料16のエッチング速度
は、通常の温度の時と変わらないので、比較的高いエッ
チング速度が得られる。そして、マスク材17が完全に
消滅するまでFAB14によるエッチングを継続するこ
とにより、マスク材17に覆われていない部分のエッチ
ング速度が、覆われている部分のエッチング速度に比べ
て著しく高くなる。このため、マスク材17が消滅した
後には、マスク材があった部分となかった部分とのエッ
チング速度が変わらなくなる。従って、レジストパター
ンの細隙部が埋められ、被加工試料16は図中の点線で
示すような3次元形状に加工される。これによりマスク
材に2次元パターンを形成しておくことにより被加工試
料に3次元構造を形成することができる。FIG. 7 shows an example in which a three-dimensional structure is formed on a sample to be processed from a two-dimensional resist film pattern. FIG.
(A) shows that a sample to be processed is 2
This shows that a two-dimensional resist pattern is formed.
That is, the two-dimensional Cr pattern 4 is formed on the glass mask 41.
1A, this pattern is transferred to a resist film 17 applied to the surface of the sample 16 to be processed by using a normal exposure method. This pattern is a groove having various widths formed in a direction perpendicular to the paper surface. Then, as shown in (b), the work sample 16 is cooled to, for example, about -70 ° C.
The irradiation of B14 is performed. Thereby, the etching resistance of the mask material 17 made of a resist film is increased by cooling, and the etching rate is significantly reduced. On the other hand, since the etching rate of the sample 16 to be processed made of, for example, quartz glass is not different from that at a normal temperature, a relatively high etching rate can be obtained. Then, by continuing the etching by the FAB 14 until the mask material 17 completely disappears, the etching speed of the portion not covered by the mask material 17 becomes significantly higher than the etching speed of the covered portion. For this reason, after the mask material 17 has disappeared, the etching rate of the portion where the mask material was present and the etching speed of the portion where the mask material was not present remain unchanged. Accordingly, the narrow portion of the resist pattern is filled, and the sample 16 to be processed is processed into a three-dimensional shape as shown by a dotted line in the figure. Thus, by forming a two-dimensional pattern on the mask material, a three-dimensional structure can be formed on the sample to be processed.
【0029】例えば、この様なFAB加工条件を満たす
ために、加工時の圧力が1〜5×10−3Torrの真空容
器圧力を用いる。又、FAB放出孔の径を3〜5mmφ
で長さ5mmのFAB源を用いることにより達成するこ
とができる。For example, in order to satisfy such FAB processing conditions, a vacuum vessel pressure with a processing pressure of 1 to 5 × 10 −3 Torr is used. Also, the diameter of the FAB discharge hole is 3 to 5 mmφ.
By using a 5 mm long FAB source.
【0030】図8は、2次元のガラスマスクパターンか
ら被加工試料に3次元構造を形成する例を示す。ガラス
マスク41には、Cr膜のパターン41Aが形成され、
隙間の異なる2次元パターンが作られている。このガラ
スマスク41とレジスト17が塗布された基板16との
間を距離Lだけ開けて露光する。距離Lは1〜100μ
mが適当である。厚いレジスト17を用いると、光の回
折や散乱の効果により、光は広がり、あたかも連続の光
量変化があった様な感光特性を得る。この様な方法によ
って、レジスト17は3次元的形状に加工することがで
きる。従って、レジストパターンをマスク材17とし
て、FAB加工により基板に3次元パターンを転写する
ことができることは上述した通りである。FIG. 8 shows an example of forming a three-dimensional structure on a sample to be processed from a two-dimensional glass mask pattern. A pattern 41A of a Cr film is formed on the glass mask 41,
Two-dimensional patterns with different gaps are created. Exposure is performed with a distance L between the glass mask 41 and the substrate 16 on which the resist 17 is applied. Distance L is 1-100μ
m is appropriate. When the thick resist 17 is used, the light spreads due to the effect of light diffraction and scattering, and a photosensitive characteristic as if there was a continuous light quantity change is obtained. By such a method, the resist 17 can be processed into a three-dimensional shape. Therefore, as described above, the three-dimensional pattern can be transferred to the substrate by the FAB process using the resist pattern as the mask material 17.
【0031】しかしながら、実際にFABで加工する時
にこの3次元形状レジストパターンの形状が変形する
と、基板の加工形状が設計値と異なってしまう。この
時、レジスト17を冷却し、レジスト17のエッチング
を最小限に抑えることにより、レジスト17の3次元形
状を正確に被加工基板に転写するFABによる加工が可
能となる。例えば、(b)に示すように基板16を−3
0〜−70℃に冷却したステージに載置して、CHF3
又はSF6ガスを用いたFAB源を、加速電圧3kv、
放電電流100mA、ビーム径80mmφで石英ガラス
基板16上に形成されたレジスト17に照射すると、上
述の効果によって、レジスト17の3次元形状が図中点
線で示すように基板16に精度良く転写加工される。即
ち、常温(室温)の加工では、レジスト17の3次元パ
ターンの形状がFABによるエッチングの途中で変形し
て、精度の良い加工が困難である。これは、FAB14
がレジスト17に照射した時に、ジュール加熱により表
面層が加熱して変形するのが原因である。冷却ステージ
を用いることで、この悪影響を防止して、高精度な加工
が可能となる。However, if the shape of the three-dimensional resist pattern is deformed during actual processing by FAB, the processed shape of the substrate differs from the design value. At this time, by cooling the resist 17 and minimizing the etching of the resist 17, it is possible to perform processing by FAB that accurately transfers the three-dimensional shape of the resist 17 to the substrate to be processed. For example, as shown in FIG.
Placed on a stage cooled to 0 to -70 ° C, CHF 3
Alternatively, an FAB source using SF 6 gas is set to an acceleration voltage of 3 kv,
When the resist 17 formed on the quartz glass substrate 16 is irradiated with a discharge current of 100 mA and a beam diameter of 80 mmφ, the three-dimensional shape of the resist 17 is accurately transferred to the substrate 16 as shown by a dotted line in the figure due to the above-described effect. You. That is, in the processing at room temperature (room temperature), the shape of the three-dimensional pattern of the resist 17 is deformed during the etching by the FAB, and it is difficult to perform the processing with high accuracy. This is FAB14
When the resist 17 is irradiated on the resist 17, the surface layer is heated and deformed by Joule heating. By using the cooling stage, this adverse effect can be prevented and high-precision processing can be performed.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、F
AB照射に際して、被加工試料を冷却することで、マス
ク材のエッチング耐性が高くなり、被加工試料に対して
アスペクト比の高い微細パターンの加工を行うことがで
きる。即ち、従来のFAB加工方法では、高アスペクト
比の加工がマスク材の選択比に依存していた。本発明に
より、パターン材料の選択比を飛躍的に向上できるた
め、より、高アスペクト比の加工、特に、パターン最小
寸法が0.1μm以下の加工を実現することができる。As described above, according to the present invention, F
By cooling the sample to be processed at the time of AB irradiation, the etching resistance of the mask material is increased, and a fine pattern with a high aspect ratio can be processed on the sample to be processed. That is, in the conventional FAB processing method, processing with a high aspect ratio depends on the selection ratio of the mask material. According to the present invention, since the selectivity of the pattern material can be dramatically improved, processing with a higher aspect ratio, particularly processing with a minimum pattern dimension of 0.1 μm or less, can be realized.
【図1】本発明の実施の形態の微細加工装置の概要を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a microfabrication apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1における冷却ステージの変形例を示す図で
ある。FIG. 2 is a view showing a modification of the cooling stage in FIG.
【図3】図1における冷却ステージの変形例を示す図で
ある。FIG. 3 is a view showing a modification of the cooling stage in FIG. 1;
【図4】本発明の実施の形態の微細加工方法の一実施例
を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing one example of a fine processing method according to an embodiment of the present invention.
【図5】3次元形状パターンの転写を説明する図であ
り、(a)はFAB照射段階を示し、(b)は出来上が
り状態を示す。5A and 5B are diagrams for explaining transfer of a three-dimensional pattern, wherein FIG. 5A shows a stage of irradiating the FAB, and FIG.
【図6】(a)はマイクログレーティング構造を示し、
(b)はマイクロレンズアレイ構造を示す。FIG. 6A shows a micro-grating structure,
(B) shows a microlens array structure.
【図7】レジストの2次元パターンから3次元形状を形
成する方法の説明図であり、(a)は被加工試料上のマ
スク材の2次元パターンの形成段階を示し、(b)はF
AB照射による被加工試料の3次元形状の形成段階を示
す。7A and 7B are explanatory diagrams of a method of forming a three-dimensional shape from a two-dimensional pattern of a resist, wherein FIG. 7A shows a step of forming a two-dimensional pattern of a mask material on a sample to be processed, and FIG.
4 shows a stage of forming a three-dimensional shape of a sample to be processed by AB irradiation.
【図8】ガラスマスクの2次元パターンから3次元形状
を形成する方法の説明図であり、(a)は被加工試料上
のマスク材の3次元パターンの形成段階を示し、(b)
はFAB照射による被加工試料の3次元形状の形成段階
を示す。8A and 8B are explanatory diagrams of a method of forming a three-dimensional shape from a two-dimensional pattern of a glass mask, wherein FIG. 8A shows a step of forming a three-dimensional pattern of a mask material on a sample to be processed, and FIG.
Indicates a stage of forming a three-dimensional shape of the sample to be processed by the FAB irradiation.
11 真空室 13 FAB源 14 FAB 15 冷却ステージ 16 被加工試料 17 マスク材 18 冷却媒体の流入路 19 冷却媒体の流出路 20 冷媒源 Reference Signs List 11 vacuum chamber 13 FAB source 14 FAB 15 cooling stage 16 sample to be processed 17 mask material 18 cooling medium inflow path 19 cooling medium outflow path 20 refrigerant source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H096 AA25 AA28 EA08 EA30 FA03 HA11 5C001 AA08 BB02 CC08 5F004 AA05 BA11 BA20 BB25 BD03 CA05 DA04 DA16 DA18 DA23 DA26 DB00 DB01 DB19 DB20 DB25 DB27 EA08 EA30 EA37 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H096 AA25 AA28 EA08 EA30 FA03 HA11 5C001 AA08 BB02 CC08 5F004 AA05 BA11 BA20 BB25 BD03 CA05 DA04 DA16 DA18 DA23 DA26 DB00 DB01 DB19 DB20 DB25 DB27 EA08 EA30 EA37
Claims (4)
を備え、該冷却ステージ上に被加工試料を載置して、該
被加工試料表面には、レジスト材料などのマスク材によ
り加工パターンが形成されており、前記FAB源から放
出されたFABを該被加工試料表面に照射することによ
って、前記マスク材の加工パターンを転写する微細加工
方法であって、該マスク材を前記冷却ステージによって
冷却することにより、該マスク材の加工量に対する前記
被加工試料の加工量の割合を高くして、前記被加工試料
に対してアスペクト比の高い加工を行うことを特徴とす
る微細加工方法。1. A vacuum vessel is provided with a FAB source and a cooling stage, and a sample to be processed is mounted on the cooling stage, and a processing pattern is formed on the surface of the sample by a mask material such as a resist material. A fine processing method of transferring a processing pattern of the mask material by irradiating the FAB emitted from the FAB source to the surface of the sample to be processed, wherein the mask material is cooled by the cooling stage. Thereby increasing the ratio of the processing amount of the sample to the processing amount to the processing amount of the mask material, and performing processing with a high aspect ratio on the sample to be processed.
され、該冷却媒体を被加工試料に接触させることを特徴
とする請求項1に記載の微細加工方法。2. The micromachining method according to claim 1, wherein the cooling stage is cooled by a cooling medium, and the cooling medium is brought into contact with a sample to be processed.
材のパターンが三次元形状を備え、前記FABにより加
工されて、該三次元形状が前記被加工試料に転写される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の微細加工方
法。3. The pattern of a mask material formed on a surface of a sample to be processed has a three-dimensional shape, is processed by the FAB, and the three-dimensional shape is transferred to the sample to be processed. The microfabrication method according to claim 1.
B源と被加工試料を載置するステージとからなり、該ス
テージには冷却装置を備え、前記被加工試料を該被加工
試料上に配置されたマスク材がFABに対するエッチン
グ耐量が増加する程度に冷却することを特徴とする微細
加工装置。4. A vacuum container and an FA disposed in the container.
A B source and a stage on which the sample to be processed is mounted, and the stage is provided with a cooling device so that the mask material placed on the sample to be processed is so large that the etching resistance against FAB increases. A fine processing device characterized by cooling.
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