JP2003328161A - 集束された電子ビームによって誘導された化学反応を用いた材料表面のエッチング方法 - Google Patents
集束された電子ビームによって誘導された化学反応を用いた材料表面のエッチング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、表面で化学反応を誘導する集束さ
れた電子ビームによって表面で材料をエッチングするた
めの方法に関する。 【解決手段】 本発明は、エッチングすべき材料を真空
雰囲気で、少なくとも一つの分子ビーム、少なくとも一
つの光子ビーム、及び少なくとも一つの電子ビームを用
いて照射し、照射された材料と前記分子ビームの分子と
を、前記材料及び前記分子の組成による所定の化学反応
が起こって反応生成物が形成されるように励起し、前記
反応生成物を前記材料の表面から除去する、すなわち照
射及び除去ステップを備えることを特徴とする。
れた電子ビームによって表面で材料をエッチングするた
めの方法に関する。 【解決手段】 本発明は、エッチングすべき材料を真空
雰囲気で、少なくとも一つの分子ビーム、少なくとも一
つの光子ビーム、及び少なくとも一つの電子ビームを用
いて照射し、照射された材料と前記分子ビームの分子と
を、前記材料及び前記分子の組成による所定の化学反応
が起こって反応生成物が形成されるように励起し、前記
反応生成物を前記材料の表面から除去する、すなわち照
射及び除去ステップを備えることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前段の
特徴に係る、表面に集束された電子ビームによって誘導
された化学反応を用いて表面で材料をエッチングするた
めの方法に関する。一般に本発明は、集束された電子ビ
ームによって誘導された化学反応、及びこれらの材料処
理への応用に関する。特に本発明は、電子ビームによっ
て誘導されたエッチングを用いて高空間分解能で材料を
除去することに関する。本発明はまた、フォトマスクを
修復すること、並びにナノメートルスケールで集積回路
及び他の素子を改良・改造することにも関する。
特徴に係る、表面に集束された電子ビームによって誘導
された化学反応を用いて表面で材料をエッチングするた
めの方法に関する。一般に本発明は、集束された電子ビ
ームによって誘導された化学反応、及びこれらの材料処
理への応用に関する。特に本発明は、電子ビームによっ
て誘導されたエッチングを用いて高空間分解能で材料を
除去することに関する。本発明はまた、フォトマスクを
修復すること、並びにナノメートルスケールで集積回路
及び他の素子を改良・改造することにも関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】そのほ
とんどが集束された粒子又は光子ビームに基づく、多く
の直接書き込み技術（direct writing technology）
は、ナノメートルスケールでの材料の改良・改造を可能
にすることを開発してきた。半導体産業でこれらの技術
が応用される場所の例は、フォトマスクの修復と集積回
路の改良・改造とを含む。これらの応用のほとんどにお
いて、マイクロメーター未満の精度で材料を除去及び添
加することのできる技術が要求されている。材料を添加
する上では、特定の化学的及び物理的性質を有する複数
の材料を堆積させることが必要となる可能性がある。材
料を除去する上では、複数の材料の組み合わせから選択
的に一つの材料を、残りの材料に損傷を与えることなく
除去することが要求される可能性がある。他に要求され
ることとしては、得られるプロセスの位置決め精度及び
最小機能サイズ、例えば分解能が含まれる。これら要求
されることのうちのいくつかは、この発明の好ましい応
用の一つであるフォトリソグラフィック・マスクの修復
に対して以下に図示されている。
とんどが集束された粒子又は光子ビームに基づく、多く
の直接書き込み技術（direct writing technology）
は、ナノメートルスケールでの材料の改良・改造を可能
にすることを開発してきた。半導体産業でこれらの技術
が応用される場所の例は、フォトマスクの修復と集積回
路の改良・改造とを含む。これらの応用のほとんどにお
いて、マイクロメーター未満の精度で材料を除去及び添
加することのできる技術が要求されている。材料を添加
する上では、特定の化学的及び物理的性質を有する複数
の材料を堆積させることが必要となる可能性がある。材
料を除去する上では、複数の材料の組み合わせから選択
的に一つの材料を、残りの材料に損傷を与えることなく
除去することが要求される可能性がある。他に要求され
ることとしては、得られるプロセスの位置決め精度及び
最小機能サイズ、例えば分解能が含まれる。これら要求
されることのうちのいくつかは、この発明の好ましい応
用の一つであるフォトリソグラフィック・マスクの修復
に対して以下に図示されている。
【０００３】この目的のために、光子ビーム・アブレー
ション（photon beam ablation）、光子ビームによって
誘導された化学エッチング（photon beam induced chem
icaletching）、イオンビームスパッタリング、及びイ
オンビームによって支援された化学エッチング（ion be
am assisted chemical etching）が、半導体製造プロセ
スにおいてフォトマスクに使用される材料をエッチング
するために用いられるか、又は部分的に用いられる可能
性がある。
ション（photon beam ablation）、光子ビームによって
誘導された化学エッチング（photon beam induced chem
icaletching）、イオンビームスパッタリング、及びイ
オンビームによって支援された化学エッチング（ion be
am assisted chemical etching）が、半導体製造プロセ
スにおいてフォトマスクに使用される材料をエッチング
するために用いられるか、又は部分的に用いられる可能
性がある。
【０００４】フォトリソグラフィック・マスクは通常、
１００ｎｍの厚さの構造化したクロム金属層を有する光
透過性基板、例えばガラス、石英からなる。マスクのあ
る区域には、これら区域における光の透過を遮断するた
めに、クロムのような光吸収材料、すなわち吸収材を用
いてパターンが形成されている。これらマスクは、光感
受性の基板、例えばフォトレジストで覆われたウエハ上
のマスクに配置されたパターンを投影するために、半導
体産業で使用されている。これらのマスクは、修復する
必要のある欠陥を少なくとも２種類有することがある。
１００ｎｍの厚さの構造化したクロム金属層を有する光
透過性基板、例えばガラス、石英からなる。マスクのあ
る区域には、これら区域における光の透過を遮断するた
めに、クロムのような光吸収材料、すなわち吸収材を用
いてパターンが形成されている。これらマスクは、光感
受性の基板、例えばフォトレジストで覆われたウエハ上
のマスクに配置されたパターンを投影するために、半導
体産業で使用されている。これらのマスクは、修復する
必要のある欠陥を少なくとも２種類有することがある。
【０００５】１）吸収材があるべき場所で吸収材料が欠
けている、すなわち透明欠陥と、 ２）吸収材がないはずの区域に吸収材料がある、すなわ
ち不透明欠陥とである。
けている、すなわち透明欠陥と、 ２）吸収材がないはずの区域に吸収材料がある、すなわ
ち不透明欠陥とである。
【０００６】現在、一般的なマスク修復ツールは、レー
ザビーム又は集束されたイオンビーム（focussed ion b
eam）、すなわちＦＩＢに基づいている。これらのツー
ルに必要とされるか、又は必要とされる可能性のある化
学的及び／又は物理的プロセスは、光子ビーム・アブレ
ーション、光子ビームによって誘導された化学エッチン
グ、イオンビームスパッタリング、並びにイオンビーム
によって支援された化学反応、堆積、及びエッチングで
ある。
ザビーム又は集束されたイオンビーム（focussed ion b
eam）、すなわちＦＩＢに基づいている。これらのツー
ルに必要とされるか、又は必要とされる可能性のある化
学的及び／又は物理的プロセスは、光子ビーム・アブレ
ーション、光子ビームによって誘導された化学エッチン
グ、イオンビームスパッタリング、並びにイオンビーム
によって支援された化学反応、堆積、及びエッチングで
ある。
【０００７】集束されたレーザビームによってクロムの
ような吸収材を除去することは、最先端のことである。
通常、高エネルギーのショートパルスレーザビームが用
いられる。レーザビームと材料との間の相互作用は、例
えば光熱又は光化学であり得る。マスクを修復するため
にレーザアブレーションが用いられ、レーザアブレーシ
ョンではレーザビームを用いてマスクを局所的に加熱す
ることによって材料が蒸発する。レーザによって誘導さ
れた化学反応はまた潜在的に、マスクを修復するために
も用いることができ、ここではレーザビームがエネルギ
ーを供給して材料と塩素のような適切なガスとの間で反
応を起こさせ、その結果脱着する揮発性生成物を生成す
る。この内容は、R. Haight, D. Hayden, P. Long, T.
Neary and A. Wagner による非特許文献１「ＭＡＲＳ：
Femtosecond laser mask advanced repair system in m
anufacturing」、及び D. J. Ehrlich and J. Y. Tsao
による非特許文献２「A review of laser-microchemica
l processing」に引用されている。
ような吸収材を除去することは、最先端のことである。
通常、高エネルギーのショートパルスレーザビームが用
いられる。レーザビームと材料との間の相互作用は、例
えば光熱又は光化学であり得る。マスクを修復するため
にレーザアブレーションが用いられ、レーザアブレーシ
ョンではレーザビームを用いてマスクを局所的に加熱す
ることによって材料が蒸発する。レーザによって誘導さ
れた化学反応はまた潜在的に、マスクを修復するために
も用いることができ、ここではレーザビームがエネルギ
ーを供給して材料と塩素のような適切なガスとの間で反
応を起こさせ、その結果脱着する揮発性生成物を生成す
る。この内容は、R. Haight, D. Hayden, P. Long, T.
Neary and A. Wagner による非特許文献１「ＭＡＲＳ：
Femtosecond laser mask advanced repair system in m
anufacturing」、及び D. J. Ehrlich and J. Y. Tsao
による非特許文献２「A review of laser-microchemica
l processing」に引用されている。
【０００８】
【非特許文献１】Japanese Vacuum Science Technolog
y, 17(6), Nov./Dec. 1999, 3137-3143.
y, 17(6), Nov./Dec. 1999, 3137-3143.
【非特許文献２】J. Vac. Sci. Technol. B 1 (4), Oc
t.-Dec. 1983.
t.-Dec. 1983.
【０００９】しかしながら、処理をベースにした全ての
光子ビームは、得られる分解能が使用している光の波長
の略０．５倍であることを教えているアッベの回折分解
能規準（Abbe diffraction resolution criterion）の
ために、分解能が限定されるという難点がある。
光子ビームは、得られる分解能が使用している光の波長
の略０．５倍であることを教えているアッベの回折分解
能規準（Abbe diffraction resolution criterion）の
ために、分解能が限定されるという難点がある。
【００１０】イオンビームスパッタリングは、潜在的に
１０ｎｍの分解能を有する有効な方法であるが、いくつ
かの適用に対しては耐えられない損傷を基板に与えてし
まう。化学エッチングによって支援されたイオンビーム
はまた、いくぶん低い分解能を有する有効な方法である
が、これまたいくつかの適用に対しては耐えられない損
傷を基板に与えてしまう。両者の方法は、フォトマスク
を修復する時に、不透明な欠陥をエッチングするために
適用されている。
１０ｎｍの分解能を有する有効な方法であるが、いくつ
かの適用に対しては耐えられない損傷を基板に与えてし
まう。化学エッチングによって支援されたイオンビーム
はまた、いくぶん低い分解能を有する有効な方法である
が、これまたいくつかの適用に対しては耐えられない損
傷を基板に与えてしまう。両者の方法は、フォトマスク
を修復する時に、不透明な欠陥をエッチングするために
適用されている。
【００１１】次世代のチップ製造に対するフォトマスク
の分解能要求が増加するにつれて、かつ光学近接効果の
構造（optical proximity effect structure）又は位相
シフトマスク、及びＥＵＶ−多層マスクのような所望の
分解能を得るためのマスクパターンの技術がさらに改良
・改造されるにつれて、半導体産業は今日、レーザアブ
レーション及び堆積、イオンビームスパッタリング、並
びに化学的に支援されたイオンビームエッチング及び堆
積といった定評ある方法がもはや限界に来ているという
状況にある。というのも、修復後の基板の分解能及び透
過性が欠如しているからである。したがって、非破壊的
な柔軟かつ清潔な化学エッチング方法を、フォトマスク
及びＥＵＶマスクのような「次世代マスク」の不透明な
欠陥に適用する必要がある。化学エッチング方法は、金
属イオンを基板へ注入せず、かつイオン衝突によって導
入された構造上の損傷を引き起こす原因となる下の材料
の混合といったものも生じない。
の分解能要求が増加するにつれて、かつ光学近接効果の
構造（optical proximity effect structure）又は位相
シフトマスク、及びＥＵＶ−多層マスクのような所望の
分解能を得るためのマスクパターンの技術がさらに改良
・改造されるにつれて、半導体産業は今日、レーザアブ
レーション及び堆積、イオンビームスパッタリング、並
びに化学的に支援されたイオンビームエッチング及び堆
積といった定評ある方法がもはや限界に来ているという
状況にある。というのも、修復後の基板の分解能及び透
過性が欠如しているからである。したがって、非破壊的
な柔軟かつ清潔な化学エッチング方法を、フォトマスク
及びＥＵＶマスクのような「次世代マスク」の不透明な
欠陥に適用する必要がある。化学エッチング方法は、金
属イオンを基板へ注入せず、かつイオン衝突によって導
入された構造上の損傷を引き起こす原因となる下の材料
の混合といったものも生じない。
【００１２】現在は、集束された電子ビームのみが、吸
収材料を局所的に添加することによって透明な欠陥を修
復するために用いられている。修復は、電子ビームを用
いて選択された局所的な区域を露出し、それと同時にこ
の区域へ前駆気体の流れを供給することによって行われ
る。次いで電子ビームは、前駆気体、例えば炭化水素、
無機又は有機金属分子を分解し、電子ビームによって走
査された区域には堆積物が後に残る。電子は集束された
イオンビームのようには基板原子を追い出す、例えばス
パッタリングするのに十分な運動量を放出しないので、
材料の除去はより困難である。今、電子ビームエッチン
グについては、集束された電子ビームによって活性化さ
れた化学反応が誘発され、これにより揮発性生成物が生
じ、かくして材料除去がなされる２，３の材料装置を説
明したのみである。
収材料を局所的に添加することによって透明な欠陥を修
復するために用いられている。修復は、電子ビームを用
いて選択された局所的な区域を露出し、それと同時にこ
の区域へ前駆気体の流れを供給することによって行われ
る。次いで電子ビームは、前駆気体、例えば炭化水素、
無機又は有機金属分子を分解し、電子ビームによって走
査された区域には堆積物が後に残る。電子は集束された
イオンビームのようには基板原子を追い出す、例えばス
パッタリングするのに十分な運動量を放出しないので、
材料の除去はより困難である。今、電子ビームエッチン
グについては、集束された電子ビームによって活性化さ
れた化学反応が誘発され、これにより揮発性生成物が生
じ、かくして材料除去がなされる２，３の材料装置を説
明したのみである。
【００１３】電子ビームによって誘導されたエッチング
反応に関する研究はほんの僅かに行われているに過ぎな
いが、反応は確かに、いくつかの反応単位からなる複合
シーケンスであり、前駆気体分子の吸着、すなわち物理
吸着（physisorption）及び／又は化学吸着、前駆物質
分子又はそれらの断片の基板への拡散、これら前駆物質
分子と基板原子との間の一つ又は複数の反応、及び最後
に反応生成物の堆積、のような複数のステップを含む。
集束された電子ビームに露出されることで本プロセスの
高空間分解能を提供する区域にエッチングプロセスを閉
じ込めるために、エッチングプロセスは自発的に起こら
ず、かつこの反応シーケンスにおける少なくとも一つの
ステップが電子ビーム露光によって誘導されねばならな
いということが要求される。電子ビームによって誘導さ
れたエッチングの例は、ＸｅＦ２による二酸化ケイ素、
すなわちＳｉＯ２の除去である。このエッチングは電子
ビーム及びＸｅＦ２分子に同時に露出されてきた区域の
みで生ずる。例えば、TedLiang, A. Stivers, G. Liu,
G. Dao, V. Liberman, M. Rothschild, S.T. Palmacci
and L. Scipioni による非特許文献３「Damage-free Ma
sk Repair Using Electron Beam Induced Chemical Rea
ctions」を参照されたい。
反応に関する研究はほんの僅かに行われているに過ぎな
いが、反応は確かに、いくつかの反応単位からなる複合
シーケンスであり、前駆気体分子の吸着、すなわち物理
吸着（physisorption）及び／又は化学吸着、前駆物質
分子又はそれらの断片の基板への拡散、これら前駆物質
分子と基板原子との間の一つ又は複数の反応、及び最後
に反応生成物の堆積、のような複数のステップを含む。
集束された電子ビームに露出されることで本プロセスの
高空間分解能を提供する区域にエッチングプロセスを閉
じ込めるために、エッチングプロセスは自発的に起こら
ず、かつこの反応シーケンスにおける少なくとも一つの
ステップが電子ビーム露光によって誘導されねばならな
いということが要求される。電子ビームによって誘導さ
れたエッチングの例は、ＸｅＦ２による二酸化ケイ素、
すなわちＳｉＯ２の除去である。このエッチングは電子
ビーム及びＸｅＦ２分子に同時に露出されてきた区域の
みで生ずる。例えば、TedLiang, A. Stivers, G. Liu,
G. Dao, V. Liberman, M. Rothschild, S.T. Palmacci
and L. Scipioni による非特許文献３「Damage-free Ma
sk Repair Using Electron Beam Induced Chemical Rea
ctions」を参照されたい。
【００１４】
【非特許文献３】2nd Int’l. Symp. on 157nm Lithogr
aphy, Dana Point, CA (May 2001)
aphy, Dana Point, CA (May 2001)
【００１５】半導体産業は、紫外線光波長以下の構造を
備える新しい回路およびマスクに対するフォトマスク補
償及び回路転写工程における非常に高い解像度及び材料
エッチング精度を実現する上で、そのような構造を補償
するために新しい技術を用いる必要がある。
備える新しい回路およびマスクに対するフォトマスク補
償及び回路転写工程における非常に高い解像度及び材料
エッチング精度を実現する上で、そのような構造を補償
するために新しい技術を用いる必要がある。
【００１６】したがって、この発明の目的は、引用され
た欠点を克服するように、表面に集束された電子ビーム
によって誘導された化学反応を用いて材料の表面をエッ
チングするための方法を改善すること、及び高空間分解
能で材料を局所的に除去するための方法を提出すること
にある。
た欠点を克服するように、表面に集束された電子ビーム
によって誘導された化学反応を用いて材料の表面をエッ
チングするための方法を改善すること、及び高空間分解
能で材料を局所的に除去するための方法を提出すること
にある。
【００１７】特に本発明の目的は、時にはたった数１０
ｎｍの厚さしかない金属及び絶縁体の層を混合せずに多
層構造をエッチングすることにある。
ｎｍの厚さしかない金属及び絶縁体の層を混合せずに多
層構造をエッチングすることにある。
【００１８】この目的は、請求項１の前段部分の構成要
素と結合した、請求項１に規定されたような特徴的な構
成要素によって達成される。
素と結合した、請求項１に規定されたような特徴的な構
成要素によって達成される。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の下には、集束さ
れた電子ビーム、分子ビーム、及び光子ビームの組み合
わせが高空間分解能と化学反応のための所望の活性化エ
ネルギーとを提供することで、除去され得る反応生成物
を形成するという理解が横たわっている。これにより、
前記反応のみが、前記電子ビームによって露出されかつ
化学的に又は物理的に変異された区域で起こる。
れた電子ビーム、分子ビーム、及び光子ビームの組み合
わせが高空間分解能と化学反応のための所望の活性化エ
ネルギーとを提供することで、除去され得る反応生成物
を形成するという理解が横たわっている。これにより、
前記反応のみが、前記電子ビームによって露出されかつ
化学的に又は物理的に変異された区域で起こる。
【００２０】本発明によれば、方法は次のステップを備
えている。
えている。
【００２１】エッチングすべき材料を真空雰囲気で、少
なくとも一つの分子ビーム、少なくとも一つの光子ビー
ム、及び少なくとも一つの電子ビームを用いて照射し、
照射された材料と前記分子ビームの分子とを、前記材料
及び前記分子の組成による所定の化学反応が起こって反
応生成物が形成されるように励起し、前記反応生成物を
前記材料の表面から除去する。これは照射及び除去ステ
ップである。
なくとも一つの分子ビーム、少なくとも一つの光子ビー
ム、及び少なくとも一つの電子ビームを用いて照射し、
照射された材料と前記分子ビームの分子とを、前記材料
及び前記分子の組成による所定の化学反応が起こって反
応生成物が形成されるように励起し、前記反応生成物を
前記材料の表面から除去する。これは照射及び除去ステ
ップである。
【００２２】特に、エッチングすべき前記材料と前記分
子ビームの気体との間の前記化学反応は、電子ビーム露
光によって選択的に誘導された少なくとも一つの基本的
な化学反応又は少なくとも一つの基本的な物理反応から
なる。さらに、反応シーケンスにおける少なくとも一つ
の基本的な化学反応又は少なくとも一つの基本的な物理
反応は、該化学反応を誘導して前記照射及び除去ステッ
プで前記反応生成物を得るために、適切に指定されたエ
ネルギー及び持続時間を有する前記光子ビームによって
誘導されるか又は高められる。
子ビームの気体との間の前記化学反応は、電子ビーム露
光によって選択的に誘導された少なくとも一つの基本的
な化学反応又は少なくとも一つの基本的な物理反応から
なる。さらに、反応シーケンスにおける少なくとも一つ
の基本的な化学反応又は少なくとも一つの基本的な物理
反応は、該化学反応を誘導して前記照射及び除去ステッ
プで前記反応生成物を得るために、適切に指定されたエ
ネルギー及び持続時間を有する前記光子ビームによって
誘導されるか又は高められる。
【００２３】一方で、前記光子ビームによって供給され
たエネルギーは、特にレーザの強度及び波長によって制
御されたような所定量だけ、局所的にかつ一時的にエッ
チングすべき前記材料の表面温度を上昇させるために、
光熱とすることができる。
たエネルギーは、特にレーザの強度及び波長によって制
御されたような所定量だけ、局所的にかつ一時的にエッ
チングすべき前記材料の表面温度を上昇させるために、
光熱とすることができる。
【００２４】他方で、前記光子ビームによって供給され
たエネルギーは光化学反応を引き起こすことができ、特
にこれによってレーザ光の波長が、前記材料で、又は先
立つ電子ビーム露光によって生成された中間化学種内
で、共鳴電子励起を引き起こす波長に調整される。
たエネルギーは光化学反応を引き起こすことができ、特
にこれによってレーザ光の波長が、前記材料で、又は先
立つ電子ビーム露光によって生成された中間化学種内
で、共鳴電子励起を引き起こす波長に調整される。
【００２５】特に、光子ビームによって誘導された前記
基本的な反応は、反応生成物の蒸発温度よりも高い温度
まで局所的に材料を加熱する、前記パルス化されかつ集
束された光子ビームによって表面から反応生成物を蒸発
させることができる。
基本的な反応は、反応生成物の蒸発温度よりも高い温度
まで局所的に材料を加熱する、前記パルス化されかつ集
束された光子ビームによって表面から反応生成物を蒸発
させることができる。
【００２６】前記光子ビームは、赤外から可視、すなわ
ち２０００ｎｍから２５０ｎｍの波長を有する半導体ダ
イオードレーザのような連続レーザ源か、あるいは２０
００ｎｍから１５７ｎｍの波長を有するエキシマレーザ
又はイオンレーザのようなパルスレーザ装置によって供
給する。
ち２０００ｎｍから２５０ｎｍの波長を有する半導体ダ
イオードレーザのような連続レーザ源か、あるいは２０
００ｎｍから１５７ｎｍの波長を有するエキシマレーザ
又はイオンレーザのようなパルスレーザ装置によって供
給する。
【００２７】特に、前記照射及び除去ステップで、前記
分子ビームに由来する反応相手分子に吸着サイトの密度
分布を生成するために、０．１〜１０００ｎｍのスポッ
トサイズを有する集束された走査電子ビーム装置により
前記電子ビームを供給する。
分子ビームに由来する反応相手分子に吸着サイトの密度
分布を生成するために、０．１〜１０００ｎｍのスポッ
トサイズを有する集束された走査電子ビーム装置により
前記電子ビームを供給する。
【００２８】一つ又は複数のガスからなる前記分子ビー
ムは、前記照射及び除去ステップの間、ガス供給装置か
ら化学量論の組成で材料の表面へ供給することができ
る。
ムは、前記照射及び除去ステップの間、ガス供給装置か
ら化学量論の組成で材料の表面へ供給することができ
る。
【００２９】本発明の一実施形態のよれば、最初はエッ
チングすべき材料の表面を洗浄する。これは洗浄ステッ
プである。
チングすべき材料の表面を洗浄する。これは洗浄ステッ
プである。
【００３０】好適には、前記洗浄ステップは、表面層を
覆っている不純物、酸化物、又は他の材料を除去するた
めに化学反応によって達成する。一方で、前記表面層を
覆っている材料が炭素不純物によって形成されている場
合、さらなる反応生成物を形成する前記化学反応は、励
起された酸素及び／又はハロゲン原子を解放して前記表
面層の炭素と反応する水、過酸化水素、塩素、又は他の
ハロゲン化合物を含む付加的な分子ビームにより開始す
る。
覆っている不純物、酸化物、又は他の材料を除去するた
めに化学反応によって達成する。一方で、前記表面層を
覆っている材料が炭素不純物によって形成されている場
合、さらなる反応生成物を形成する前記化学反応は、励
起された酸素及び／又はハロゲン原子を解放して前記表
面層の炭素と反応する水、過酸化水素、塩素、又は他の
ハロゲン化合物を含む付加的な分子ビームにより開始す
る。
【００３１】さらに又はあるいは、前記洗浄ステップ
は、前記表面をさらなる反応生成物の蒸発温度よりも高
い温度まで加熱するために十分なエネルギー密度を有す
る集束された光子ビームを用いて洗浄すべき区域の表面
を加熱し、次いで蒸発させることによって達成する。
は、前記表面をさらなる反応生成物の蒸発温度よりも高
い温度まで加熱するために十分なエネルギー密度を有す
る集束された光子ビームを用いて洗浄すべき区域の表面
を加熱し、次いで蒸発させることによって達成する。
【００３２】本発明の一実施形態によれば、前記分子ビ
ームは異なる前駆気体を含む。
ームは異なる前駆気体を含む。
【００３３】好適には、前記ガス供給装置は、０．１〜
１００００モノレイヤー／秒の流速を有する複噴射装置
により形成されている。
１００００モノレイヤー／秒の流速を有する複噴射装置
により形成されている。
【００３４】例えば、前記ガス供給装置によって供給さ
れた少なくとも一つの前記前駆気体は、自発的に又は光
子ビームに露出されたときに反応しないが、前記電子ビ
ームによって活性化され得る分子からなる。
れた少なくとも一つの前記前駆気体は、自発的に又は光
子ビームに露出されたときに反応しないが、前記電子ビ
ームによって活性化され得る分子からなる。
【００３５】その上、前記前駆気体はハロゲンを含むこ
とができ、解離電子付着として知られているプロセスで
前記電子ビームに露出されたとき、前記ハロゲンを解放
する。
とができ、解離電子付着として知られているプロセスで
前記電子ビームに露出されたとき、前記ハロゲンを解放
する。
【００３６】本発明の一実施形態によれば、前記分子ビ
ーム、前記光子ビーム、及び前記電子ビームを、所定の
供給時間と様々な露光の間の遅延とを用いて同期されか
つ適時に制御された状態で、同時に供給するか又は続け
て供給する。
ーム、前記光子ビーム、及び前記電子ビームを、所定の
供給時間と様々な露光の間の遅延とを用いて同期されか
つ適時に制御された状態で、同時に供給するか又は続け
て供給する。
【００３７】前記ビームを続けて供給する場合には、露
光のサイクルを、所望のエッチング深さに達するまで繰
り返す。繰り返すループの時間は、次の露出シーケンス
を開始する前に所定のタイムラグを生成するのに必要な
適時のシーケンスにおいて隣接する又は他のピクセルを
露出することによって、又は所定の時間電子ビームをオ
フにする、例えばビームブランキングをすることによっ
て制御することができる。
光のサイクルを、所望のエッチング深さに達するまで繰
り返す。繰り返すループの時間は、次の露出シーケンス
を開始する前に所定のタイムラグを生成するのに必要な
適時のシーケンスにおいて隣接する又は他のピクセルを
露出することによって、又は所定の時間電子ビームをオ
フにする、例えばビームブランキングをすることによっ
て制御することができる。
【００３８】この結合関係には、次の可能性がある。
【００３９】一つは、まず所定線量の前記分子ビーム
（Ａ）を供給し、次いで前記電子ビームにより露光し、
次いで所定線量の前記分子ビーム（Ｂ）を供給すること
である。
（Ａ）を供給し、次いで前記電子ビームにより露光し、
次いで所定線量の前記分子ビーム（Ｂ）を供給すること
である。
【００４０】もう一つは、まず所定線量の前記分子ビー
ム（Ａ）を供給し、次いで所定の持続時間、強度、及び
波長の前記光子ビームのパルスを供給し、次いで所定線
量の前記分子ビーム（Ｂ）を供給することである。
ム（Ａ）を供給し、次いで所定の持続時間、強度、及び
波長の前記光子ビームのパルスを供給し、次いで所定線
量の前記分子ビーム（Ｂ）を供給することである。
【００４１】本発明の一実施形態によれば、エッチング
すべき前記材料はクロムであり、かつ前記分子ビーム
は、ＸｅＦ２，Ｃｌ２，Ｂｒ２，又はＩ２のようなハロ
ゲンを含むことができ、すなわちハロゲンビームを含む
ことができる。さらに、前記分子ビームは、Ｏ２，Ｈ２
Ｏ，又はＨ２Ｏ２のような酸素を含むことができ、すな
わち酸素ビームを含むことができ、かつ前記ハロゲンビ
ームに加えて用いられる。前記ハロゲン及び酸素を含む
ビームは同時に供給する。すなわち、もし続けて供給す
る場合には、前記分子ビーム（Ａ）はハロゲンビームで
あり、かつ前記分子ビーム（Ｂ）は酸素ビームである、
又は、前記分子ビーム（Ａ）は酸素ビームであり、かつ
前記分子ビーム（Ｂ）はハロゲンビームである。
すべき前記材料はクロムであり、かつ前記分子ビーム
は、ＸｅＦ２，Ｃｌ２，Ｂｒ２，又はＩ２のようなハロ
ゲンを含むことができ、すなわちハロゲンビームを含む
ことができる。さらに、前記分子ビームは、Ｏ２，Ｈ２
Ｏ，又はＨ２Ｏ２のような酸素を含むことができ、すな
わち酸素ビームを含むことができ、かつ前記ハロゲンビ
ームに加えて用いられる。前記ハロゲン及び酸素を含む
ビームは同時に供給する。すなわち、もし続けて供給す
る場合には、前記分子ビーム（Ａ）はハロゲンビームで
あり、かつ前記分子ビーム（Ｂ）は酸素ビームである、
又は、前記分子ビーム（Ａ）は酸素ビームであり、かつ
前記分子ビーム（Ｂ）はハロゲンビームである。
【００４２】要するにこの発明は、除去すべき区域を画
定するために集束された電子ビームを用いて高空間分解
能で材料を除去する方法を述べたものである。材料は基
板材料とハロゲンのような適切な前駆気体との間の反応
によって除去される。反応の結果、表面から揮発性の化
合物が脱着する。集束された電子ビームとレーザビーム
との組み合わせが、前駆物質分子の吸着から始まって反
応生成物の堆積で終わる反応シーケンスを開始するため
に用いられる。反応シーケンス内で電子ビームは、一つ
又は複数の反応ステップを誘導する共に、プロセスの空
間分解能を提供する。レーザビームは、電子ビームのみ
によっては活性化され得ない一つ又は複数の反応ステッ
プに対して所望の活性化エネルギーを供給する。しかし
ながら、レーザビームによって誘導された反応は、電子
ビームによって露出されかつ「活性化された」すなわち
変異された区域でのみ起こる。
定するために集束された電子ビームを用いて高空間分解
能で材料を除去する方法を述べたものである。材料は基
板材料とハロゲンのような適切な前駆気体との間の反応
によって除去される。反応の結果、表面から揮発性の化
合物が脱着する。集束された電子ビームとレーザビーム
との組み合わせが、前駆物質分子の吸着から始まって反
応生成物の堆積で終わる反応シーケンスを開始するため
に用いられる。反応シーケンス内で電子ビームは、一つ
又は複数の反応ステップを誘導する共に、プロセスの空
間分解能を提供する。レーザビームは、電子ビームのみ
によっては活性化され得ない一つ又は複数の反応ステッ
プに対して所望の活性化エネルギーを供給する。しかし
ながら、レーザビームによって誘導された反応は、電子
ビームによって露出されかつ「活性化された」すなわち
変異された区域でのみ起こる。
【００４３】本発明のさらなる利点及び特徴は、添付の
図面を参照して次の実施形態の説明から明らかとなろ
う。
図面を参照して次の実施形態の説明から明らかとなろ
う。
【００４４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る方法のため
の公知の分子ビーム供給装置を有するマスク修復装置
（mask repair system）１０の概略図を示し、以下にガ
ス供給装置１２と、公知の電子ビーム装置１４と、公知
の光子ビーム装置と、レーザビーム装置１６と、分子ビ
ーム、光子ビーム、及び電子ビームといったこれらビー
ムを適時にトリガーして協働させるためのコンピュータ
制御装置１８と、が参照されている。
の公知の分子ビーム供給装置を有するマスク修復装置
（mask repair system）１０の概略図を示し、以下にガ
ス供給装置１２と、公知の電子ビーム装置１４と、公知
の光子ビーム装置と、レーザビーム装置１６と、分子ビ
ーム、光子ビーム、及び電子ビームといったこれらビー
ムを適時にトリガーして協働させるためのコンピュータ
制御装置１８と、が参照されている。
【００４５】ガス共有装置１２は、ペルチェ冷却された
液体又は固体前駆物質のための供給源２０と、気体前駆
物質の供給器２２と、加圧空気２４の供給器と、バルブ
制御装置２６と、圧力ゲージ２８と、供給源２０のため
の温度制御装置３０とを備えている。バルブ制御装置２
６と圧力ゲージ２８と温度ゲージとは、制御するために
ＣＡＮオープンバス３２を介してコンピュータ制御装置
１８へ接続されている。
液体又は固体前駆物質のための供給源２０と、気体前駆
物質の供給器２２と、加圧空気２４の供給器と、バルブ
制御装置２６と、圧力ゲージ２８と、供給源２０のため
の温度制御装置３０とを備えている。バルブ制御装置２
６と圧力ゲージ２８と温度ゲージとは、制御するために
ＣＡＮオープンバス３２を介してコンピュータ制御装置
１８へ接続されている。
【００４６】供給源２０は、複数のノズル３６を有する
供給器３４を介してノズル・マニホルド３８へ接続され
ている。また、複数のノズル３６を有する供給器２２
は、ノズル・マニホルド３８へ接続されている。ノズル
・マニホルド３８は、各ノズルにエンドバルブ４０を有
する。ノズル３６は、加圧空気と共に供給器２２及び３
４内でバルブを操作するためのバルブ制御装置２６と接
続されている。
供給器３４を介してノズル・マニホルド３８へ接続され
ている。また、複数のノズル３６を有する供給器２２
は、ノズル・マニホルド３８へ接続されている。ノズル
・マニホルド３８は、各ノズルにエンドバルブ４０を有
する。ノズル３６は、加圧空気と共に供給器２２及び３
４内でバルブを操作するためのバルブ制御装置２６と接
続されている。
【００４７】電子ビーム装置１４は電子ビーム制御ユニ
ット４２を備えている。
ット４２を備えている。
【００４８】レーザビーム装置１６は、レーザ電力供給
装置４４とレーザユニット４６とトリガーユニット７２
とを備えている。レーザユニットは、修復すべきマスク
５２上でレーザビーム５０を偏向させるためにミラー４
８と協働する。あるいは、レーザビームは、真空チャン
バ（不図示）内部の集束レンズ装置へ接続された光ファ
イバ装置を用いることによって、マスク上に向けられか
つ集束され得る。
装置４４とレーザユニット４６とトリガーユニット７２
とを備えている。レーザユニットは、修復すべきマスク
５２上でレーザビーム５０を偏向させるためにミラー４
８と協働する。あるいは、レーザビームは、真空チャン
バ（不図示）内部の集束レンズ装置へ接続された光ファ
イバ装置を用いることによって、マスク上に向けられか
つ集束され得る。
【００４９】電子ビーム制御ユニット４２は、電流を測
定するためのファラデーケージ５４と、第２電子検出器
５６と、対応する制御ユニット６８及び７０と、ビーム
偏向コイル７６とビーム・ブランカ（beam blanker）と
を備えている。
定するためのファラデーケージ５４と、第２電子検出器
５６と、対応する制御ユニット６８及び７０と、ビーム
偏向コイル７６とビーム・ブランカ（beam blanker）と
を備えている。
【００５０】以下に述べる本発明に係る方法を実施する
環境チャンバ５８が設けられている。本発明はまた、電
子ビーム装置を用いることによっても達成する（なぞら
える）ことができる。電子ビーム装置は、機器製造業者
によって供給されたような、様々な圧力又は環境真空圧
力の制御装置を用いて高圧でサンプルチャンバを稼動す
ることを可能にする。これらの装置はまた、電子ビーム
を稼動不能とすることなく、サンプルチャンバ内の圧力
を１５ｔｏｒｒまで上昇させることができる。ガス供給
装置１２と電子ビーム装置１４とレーザビーム装置１６
とは、環境チャンバ５８内で稼動する。モータ付ステー
ジ５９で制御された干渉計がマスク５２の位置を定める
ために設けられている。
環境チャンバ５８が設けられている。本発明はまた、電
子ビーム装置を用いることによっても達成する（なぞら
える）ことができる。電子ビーム装置は、機器製造業者
によって供給されたような、様々な圧力又は環境真空圧
力の制御装置を用いて高圧でサンプルチャンバを稼動す
ることを可能にする。これらの装置はまた、電子ビーム
を稼動不能とすることなく、サンプルチャンバ内の圧力
を１５ｔｏｒｒまで上昇させることができる。ガス供給
装置１２と電子ビーム装置１４とレーザビーム装置１６
とは、環境チャンバ５８内で稼動する。モータ付ステー
ジ５９で制御された干渉計がマスク５２の位置を定める
ために設けられている。
【００５１】コンピュータ制御装置１８は、マスク修復
装置１０を制御するために４つの窓、すなわち複噴射窓
６０と電子ビーム窓６２と修復制御窓６４と顕微鏡窓６
６とを備えている。さらに、ビーム制御コンピュータ６
８が電子ビームユニット４２を制御するために設けられ
ている。したがって、電子ビームコンピュータユニット
６０が、電流を測定するためのファラデーケージに接続
され、ビームコントロール７０が、従来技術の電子ビー
ムユニット４２に接続されている。
装置１０を制御するために４つの窓、すなわち複噴射窓
６０と電子ビーム窓６２と修復制御窓６４と顕微鏡窓６
６とを備えている。さらに、ビーム制御コンピュータ６
８が電子ビームユニット４２を制御するために設けられ
ている。したがって、電子ビームコンピュータユニット
６０が、電流を測定するためのファラデーケージに接続
され、ビームコントロール７０が、従来技術の電子ビー
ムユニット４２に接続されている。
【００５２】時間に依存した制御をするために、ビーム
コントロール７０とレーザ電力供給装置４４とに接続さ
れたトリガー７２が設けられている。
コントロール７０とレーザ電力供給装置４４とに接続さ
れたトリガー７２が設けられている。
【００５３】さらに、レーザ干渉計ステージ制御ユニッ
ト７４が、ステージ５９とコンピュータ制御装置１８と
に接続されている。
ト７４が、ステージ５９とコンピュータ制御装置１８と
に接続されている。
【００５４】マスク修復装置１０を用いた方法を以下に
述べる。
述べる。
【００５５】もっとも明るくかつ長時間安定している電
子供給源と、熱電解放出陰極（thermal field emission
cathode）とを用いた高分解能走査ビーム装置の電子ビ
ームを使用する。適切に開発された電子光学装置は、１
００ｅＶから４０ｋｅＶ又はさらに２００ｋｅＶまでの
エネルギーを有する２ｎｍのスポット径に電子ビームの
焦点に合わせることができる。ビームの交差路における
電子の分布は、レンズ収差が低い、電子源のエネルギー
幅が低い、かつビーム路が特殊化している、ある場合に
は（ビームのエネルギー幅が電子のクーロン相互作用に
よって拡がる場所で）交差路がないために、非常にシャ
ープに規定されている。原理的には電子ビーム装置は、
分解能及びエネルギー密度の点で、イオンビーム又は光
子ビーム装置よりもほぼそれぞれの大きさのオーダーだ
け、よりよい性能を発揮する。
子供給源と、熱電解放出陰極（thermal field emission
cathode）とを用いた高分解能走査ビーム装置の電子ビ
ームを使用する。適切に開発された電子光学装置は、１
００ｅＶから４０ｋｅＶ又はさらに２００ｋｅＶまでの
エネルギーを有する２ｎｍのスポット径に電子ビームの
焦点に合わせることができる。ビームの交差路における
電子の分布は、レンズ収差が低い、電子源のエネルギー
幅が低い、かつビーム路が特殊化している、ある場合に
は（ビームのエネルギー幅が電子のクーロン相互作用に
よって拡がる場所で）交差路がないために、非常にシャ
ープに規定されている。原理的には電子ビーム装置は、
分解能及びエネルギー密度の点で、イオンビーム又は光
子ビーム装置よりもほぼそれぞれの大きさのオーダーだ
け、よりよい性能を発揮する。
【００５６】電子ビームは、エネルギー密度の点で大き
さのオーダーだけイオンビームよりも優れている。しか
しながら、電子の部材の原子への運動量移行が低いため
に、同一の作用に対してイオンよりもかなり多くの電子
が必要とされる。通常イオンと比べて５０〜２５０倍多
くの電子が必要とされる。これはまた、電子よりもイオ
ンの質量数の平方根の４８倍遅い、遅いイオンの散乱断
面積がかなり大きく、それ故に原子とより相互作用する
結果でもある。さらに、プロセスにおける衝突のための
クーロン相互作用はイオンの核電荷の因子だけより強
い。しかしながら、イオン衝突によって、プロセスにお
いて一連の衝突が集中して生じ、これによってイオンの
運動量がサンプルの深さ方向へ移行し、そこで材料に損
傷を与える。イオン自身は、サンプルの表面付近の浅い
領域に注入され、不純物として作用し、そして深紫外光
子、特に１５７ｎｍを吸収する。
さのオーダーだけイオンビームよりも優れている。しか
しながら、電子の部材の原子への運動量移行が低いため
に、同一の作用に対してイオンよりもかなり多くの電子
が必要とされる。通常イオンと比べて５０〜２５０倍多
くの電子が必要とされる。これはまた、電子よりもイオ
ンの質量数の平方根の４８倍遅い、遅いイオンの散乱断
面積がかなり大きく、それ故に原子とより相互作用する
結果でもある。さらに、プロセスにおける衝突のための
クーロン相互作用はイオンの核電荷の因子だけより強
い。しかしながら、イオン衝突によって、プロセスにお
いて一連の衝突が集中して生じ、これによってイオンの
運動量がサンプルの深さ方向へ移行し、そこで材料に損
傷を与える。イオン自身は、サンプルの表面付近の浅い
領域に注入され、不純物として作用し、そして深紫外光
子、特に１５７ｎｍを吸収する。
【００５７】清潔かつ非破壊の方法は、化学物質の吸収
を使用し、基板材料と反応させて固体、液体、又は気体
の化合物を形成するために吸収された化学物質を活性化
させ、反応生成物が液体又は固体である場合には、熱に
よって表面を化学物質の昇華又は蒸発温度よりも高い温
度まで加熱する巧みに集束された高エネルギーレーザパ
ルスを用いて、これらの分子を表面から追い払うことで
ある。
を使用し、基板材料と反応させて固体、液体、又は気体
の化合物を形成するために吸収された化学物質を活性化
させ、反応生成物が液体又は固体である場合には、熱に
よって表面を化学物質の昇華又は蒸発温度よりも高い温
度まで加熱する巧みに集束された高エネルギーレーザパ
ルスを用いて、これらの分子を表面から追い払うことで
ある。
【００５８】本発明に係る方法は、独国特許発明第１０
０４２０９８号明細書及び国際公開第／０２１９５７５
号パンフレットに述べられているような、ガスフラック
ス・スイッチング容量の大きいガス供給装置１２を使用
する。これらの文書は、本発明と関連してこの明細書の
開示内容の一部をなす。これによって部材の表面に前駆
物質の単一の単分子層を堆積させることが可能となる。
適切に規定されたドウェルタイム及び電流密度を用いて
部材の表面にパターンを形成するために、走査電子顕微
鏡又はリソグラフィ装置のような走査電子ビーム装置が
必要とされる。
０４２０９８号明細書及び国際公開第／０２１９５７５
号パンフレットに述べられているような、ガスフラック
ス・スイッチング容量の大きいガス供給装置１２を使用
する。これらの文書は、本発明と関連してこの明細書の
開示内容の一部をなす。これによって部材の表面に前駆
物質の単一の単分子層を堆積させることが可能となる。
適切に規定されたドウェルタイム及び電流密度を用いて
部材の表面にパターンを形成するために、走査電子顕微
鏡又はリソグラフィ装置のような走査電子ビーム装置が
必要とされる。
【００５９】付加的なナノリソグラフィの方法は、H.W.
P. Koops, J. Kertz, M. Rodolph,M. Weber, G. Dahm,
and K. Lee の文献「Characterization and applicatio
n of materials grown by electron beam induced depo
sition」, Jpn. J. Appl. Phys Vol. 33 (1994) 7099-7
107. に記載されている。この文献は、本発明と関連し
てこの明細書の開示内容の一部をなす。
P. Koops, J. Kertz, M. Rodolph,M. Weber, G. Dahm,
and K. Lee の文献「Characterization and applicatio
n of materials grown by electron beam induced depo
sition」, Jpn. J. Appl. Phys Vol. 33 (1994) 7099-7
107. に記載されている。この文献は、本発明と関連し
てこの明細書の開示内容の一部をなす。
【００６０】電子ビームは潜在的に、反応性の高い分
子、例えばハロゲンを標的となる物質上に化学的に吸着
させることができるか、又は電子ビームによって誘導さ
れた活性の下でいくつかの他の方法により化学組成を変
えることができる。その一方で、電子ビームに露出され
ていない区域では化学吸着又は組成の変更は起こらな
い。
子、例えばハロゲンを標的となる物質上に化学的に吸着
させることができるか、又は電子ビームによって誘導さ
れた活性の下でいくつかの他の方法により化学組成を変
えることができる。その一方で、電子ビームに露出され
ていない区域では化学吸着又は組成の変更は起こらな
い。
【００６１】いかなる場合でも、局所的な電子ビーム露
光によって、露出された区域がある化学的に活性化され
た状態となり、レーザビームによって選択的に誘導され
た場合には、例えば光熱又は光化学活性によって、これ
らの区域がさらに反応して標的となる材料のエッチング
プロセスを引き起こすという効果がもたらされるであろ
う（図２参照）。活性化エネルギーを与え、かつ電子ビ
ームによって露出されない区域での自発的な反応を防止
するために、レーザ波長及び光強度を、電子ビームによ
って変異された区域内でのみ選択的に反応を引き起こす
ように調整する必要があろう。レーザ光は、プロセス全
体を通して照射され得るか、又は電子ビーム露光サイク
ルが終了した後に照射され得る。
光によって、露出された区域がある化学的に活性化され
た状態となり、レーザビームによって選択的に誘導され
た場合には、例えば光熱又は光化学活性によって、これ
らの区域がさらに反応して標的となる材料のエッチング
プロセスを引き起こすという効果がもたらされるであろ
う（図２参照）。活性化エネルギーを与え、かつ電子ビ
ームによって露出されない区域での自発的な反応を防止
するために、レーザ波長及び光強度を、電子ビームによ
って変異された区域内でのみ選択的に反応を引き起こす
ように調整する必要があろう。レーザ光は、プロセス全
体を通して照射され得るか、又は電子ビーム露光サイク
ルが終了した後に照射され得る。
【００６２】本発明に係る方法の新しい特徴の一つは、
電子ビームによって誘導された反応が起こる前又は後
に、吸着された化学物質の基板表面との化学反応を誘導
するためにスイッチがオンにされる、パルス化されたレ
ーザ光子ビームを適時に結合させることである。この連
動には、サンプルに対して特殊化したトリガーと光のレ
ーザパルス放出とが要求される。
電子ビームによって誘導された反応が起こる前又は後
に、吸着された化学物質の基板表面との化学反応を誘導
するためにスイッチがオンにされる、パルス化されたレ
ーザ光子ビームを適時に結合させることである。この連
動には、サンプルに対して特殊化したトリガーと光のレ
ーザパルス放出とが要求される。
【００６３】この「層ごとのエッチング」という構成に
おいて、電子ビームは、表面で一単分子層又は数単分子
層の化学的変異を引き起こすだけ十分に長い区域に亘っ
て走査されるか又はラスタされたい。次いで短いレーザ
パルスが、この変異した層を、例えば熱的に、又は変異
した層に存在するのみである分子の電子励起を引き起こ
すことによって光化学的に、選択的に脱着させるであろ
う。熱的な脱着は、文献ではレーザ誘導・熱脱着（lase
r induced thermal desorption）として知られている。
次いで材料が所望の深さに除去されるまで、電子ビーム
露光及びレーザパルスのサイクルを繰り返す（図３参
照）。
おいて、電子ビームは、表面で一単分子層又は数単分子
層の化学的変異を引き起こすだけ十分に長い区域に亘っ
て走査されるか又はラスタされたい。次いで短いレーザ
パルスが、この変異した層を、例えば熱的に、又は変異
した層に存在するのみである分子の電子励起を引き起こ
すことによって光化学的に、選択的に脱着させるであろ
う。熱的な脱着は、文献ではレーザ誘導・熱脱着（lase
r induced thermal desorption）として知られている。
次いで材料が所望の深さに除去されるまで、電子ビーム
露光及びレーザパルスのサイクルを繰り返す（図３参
照）。
【００６４】この発明で使用された実施可能なイベント
及びアクションは、表１に列挙されている。以下におい
て、この発明の概念は例として、フォトリソグラフィッ
ク・マスクに一般的に使用された吸収材料であるクロム
のエッチングを用いて図示されている。しかしながら、
記述された方法は、記述されたステップの性質及び順序
を含み、使用された化学物質は図示の目的のみのためで
あり、かつこの発明の範囲をこの特定の方法に限定する
ものではないということを理解されたい。
及びアクションは、表１に列挙されている。以下におい
て、この発明の概念は例として、フォトリソグラフィッ
ク・マスクに一般的に使用された吸収材料であるクロム
のエッチングを用いて図示されている。しかしながら、
記述された方法は、記述されたステップの性質及び順序
を含み、使用された化学物質は図示の目的のみのためで
あり、かつこの発明の範囲をこの特定の方法に限定する
ものではないということを理解されたい。
【００６５】エッチングプロセスを開始する前に、表面
を加熱するために短いレーザパルスを照射することによ
ってクロム表面を洗浄する。あるいは、又はレーザパル
スと組み合わせて、有機不純物から表面を洗浄するため
に適切なガス例えば水蒸気と、電子ビーム露光とを用い
ることができる。
を加熱するために短いレーザパルスを照射することによ
ってクロム表面を洗浄する。あるいは、又はレーザパル
スと組み合わせて、有機不純物から表面を洗浄するため
に適切なガス例えば水蒸気と、電子ビーム露光とを用い
ることができる。
【００６６】エッチングサイクルの第１のステップで
は、表面はハロゲンのような適切な前駆気体に、単独で
又は酸素もしくは水蒸気と組み合わせて、露出される。
一つ以上の気体、例えばＣｌ２及びＯ２が必要な場合に
は、これらの気体は同時に又は別々に、正確に制御され
た順序及び持続時間で供給することができる。
は、表面はハロゲンのような適切な前駆気体に、単独で
又は酸素もしくは水蒸気と組み合わせて、露出される。
一つ以上の気体、例えばＣｌ２及びＯ２が必要な場合に
は、これらの気体は同時に又は別々に、正確に制御され
た順序及び持続時間で供給することができる。
【００６７】第２のステップでは、除去すべき区域を電
子ビームに露出し、これによって吸着された前駆気体と
クロム基板との間の反応が引き起こされる。
子ビームに露出し、これによって吸着された前駆気体と
クロム基板との間の反応が引き起こされる。
【００６８】あるいは、ステップ１で単一のハロゲンを
供給する代わりに、フルオロカーボン又はクロロカーボ
ンのような非反応性ガスを用いることができる。これら
の化合物は、解離電子付着として知られているプロセス
により、電子ビーム露光の下で分解し、これによってハ
ロゲンが解放されることが知られている。このプロセス
は電子によってのみ選択的に誘導されるので、解放され
たハロゲンを、電子ビームによって露出された区域のみ
で標的とする材料上に吸着させることができる。
供給する代わりに、フルオロカーボン又はクロロカーボ
ンのような非反応性ガスを用いることができる。これら
の化合物は、解離電子付着として知られているプロセス
により、電子ビーム露光の下で分解し、これによってハ
ロゲンが解放されることが知られている。このプロセス
は電子によってのみ選択的に誘導されるので、解放され
たハロゲンを、電子ビームによって露出された区域のみ
で標的とする材料上に吸着させることができる。
【００６９】第３のステップでは、反応生成物、例えば
不揮発性のオキシ塩化クロムを、レーザビームで表面を
加熱することによって脱着させる。あるエッチング化学
に対しては、反応生成物の脱着温度よりも高い温度に局
所的に上昇させるために、プロセス全体に亘ってレーザ
光を照射する。しかしながら、電子ビーム露光サイクル
の最後では、短いレーザパルスを適用することが好まし
い。この「層ごとのエッチング」という構成において、
電子ビームは、表面で一単分子層又は数単分子層の化学
的な変異を起こすだけ十分に長い区域に亘ってラスタさ
れたい。次いで短いレーザパルスがこの変異した層を、
例えば熱的に、又は変異した層に存在するのみである分
子の電子励起を引き起こすことによって光化学的に、選
択的に脱着するであろう。熱的な脱着は、文献ではレー
ザ誘導・熱脱着として知られている。次いで材料が所望
の深さまで除去されるまで、前駆気体吸着、電子ビーム
露光、及びレーザパルスのサイクルを繰り返す。
不揮発性のオキシ塩化クロムを、レーザビームで表面を
加熱することによって脱着させる。あるエッチング化学
に対しては、反応生成物の脱着温度よりも高い温度に局
所的に上昇させるために、プロセス全体に亘ってレーザ
光を照射する。しかしながら、電子ビーム露光サイクル
の最後では、短いレーザパルスを適用することが好まし
い。この「層ごとのエッチング」という構成において、
電子ビームは、表面で一単分子層又は数単分子層の化学
的な変異を起こすだけ十分に長い区域に亘ってラスタさ
れたい。次いで短いレーザパルスがこの変異した層を、
例えば熱的に、又は変異した層に存在するのみである分
子の電子励起を引き起こすことによって光化学的に、選
択的に脱着するであろう。熱的な脱着は、文献ではレー
ザ誘導・熱脱着として知られている。次いで材料が所望
の深さまで除去されるまで、前駆気体吸着、電子ビーム
露光、及びレーザパルスのサイクルを繰り返す。
【００７０】金属をエッチングするときには化学的な選
択性があるが石英基板をエッチングするときには化学的
な選択性がない場合には、エッチングの終点は化学的に
決定される。この場合、材料の除去は、ひとたび石英表
面に到達すれば停止される。この終点はまた、変化して
いる第２電子又はエッチングされた箇所で後方散乱した
電子放出によって検出することができる。あるいは、脱
着及び蒸発は適切に定められた時間間隔で起こるので、
脱着された単分子層の材料はエッチングプロセスの間、
ＤＣ質量分光計又はロック・イン法（lock in method）
を用いてモニタすることができる。エッチングプロセス
の終点の検出はまた分光学的に、基板から放射された光
と、電子によって及び／又はレーザビームにより誘導さ
れたルミネッセンスによって生成された化学的な反応生
成物とを評価することによっても行うことができる。
択性があるが石英基板をエッチングするときには化学的
な選択性がない場合には、エッチングの終点は化学的に
決定される。この場合、材料の除去は、ひとたび石英表
面に到達すれば停止される。この終点はまた、変化して
いる第２電子又はエッチングされた箇所で後方散乱した
電子放出によって検出することができる。あるいは、脱
着及び蒸発は適切に定められた時間間隔で起こるので、
脱着された単分子層の材料はエッチングプロセスの間、
ＤＣ質量分光計又はロック・イン法（lock in method）
を用いてモニタすることができる。エッチングプロセス
の終点の検出はまた分光学的に、基板から放射された光
と、電子によって及び／又はレーザビームにより誘導さ
れたルミネッセンスによって生成された化学的な反応生
成物とを評価することによっても行うことができる。
【００７１】表１はエッチング方法の概略的なステップ
を示す。
を示す。
【表１】
【００７２】要するにこの発明は、電子ビーム露光のみ
では完全な反応シーケンスを誘導するのに十分でない箇
所で材料をエッチングするよう意図されている。これら
の場合、電子ビーム露光によって活性化され得る一つ又
は複数の初歩的な反応ステップに加えて、室温では十分
な速度で進行しない一つ又は複数の反応ステップが設け
られているということが想定されている。この場合、さ
らなる活性化エネルギーを与えるために、好ましくはレ
ーザ源からの光子ビームが用いられる。光子と材料との
間の相互作用は、光熱、例えば基板の局所的な加熱とす
るか、又は光化学、例えば中間反応生成物を活性化する
ために共鳴電子遷移を誘導する光子ビームとすることが
できる。
では完全な反応シーケンスを誘導するのに十分でない箇
所で材料をエッチングするよう意図されている。これら
の場合、電子ビーム露光によって活性化され得る一つ又
は複数の初歩的な反応ステップに加えて、室温では十分
な速度で進行しない一つ又は複数の反応ステップが設け
られているということが想定されている。この場合、さ
らなる活性化エネルギーを与えるために、好ましくはレ
ーザ源からの光子ビームが用いられる。光子と材料との
間の相互作用は、光熱、例えば基板の局所的な加熱とす
るか、又は光化学、例えば中間反応生成物を活性化する
ために共鳴電子遷移を誘導する光子ビームとすることが
できる。
【００７３】集束された電子ビームの書き込みによって
与えられる所望の空間分解を維持するために、反応シー
ケンスにおける少なくとも一つのステップは電子ビーム
によって活性化される必要がある。電子ビーム露光に
は、露出された区域がある化学的に活性化された状態に
あり、レーザビームによって選択的に誘導された場合
に、これらの区域はさらに変異して標的とする材料のエ
ッチングプロセスを引き起こす、という効果がある。活
性化エネルギーを与え、かつ電子ビームに露出されてい
ない区域での自発的な反応を防止するために、レーザ波
長及び光強度を、電子ビームによって変異された区域内
のみで選択的に反応が起こるように調整する必要があろ
う。
与えられる所望の空間分解を維持するために、反応シー
ケンスにおける少なくとも一つのステップは電子ビーム
によって活性化される必要がある。電子ビーム露光に
は、露出された区域がある化学的に活性化された状態に
あり、レーザビームによって選択的に誘導された場合
に、これらの区域はさらに変異して標的とする材料のエ
ッチングプロセスを引き起こす、という効果がある。活
性化エネルギーを与え、かつ電子ビームに露出されてい
ない区域での自発的な反応を防止するために、レーザ波
長及び光強度を、電子ビームによって変異された区域内
のみで選択的に反応が起こるように調整する必要があろ
う。
【００７４】本発明の好ましい実施形態において、電子
ビーム及び光子ビーム露光と一つ又は複数の分子ビーム
への露光とは、同時であるか、又は所定の露光時間と様
々な露光の間の遅延とを用いて制御された順序とするこ
とができる（図３参照）。この融通性があることによっ
て、エッチングすべき材料と前駆化学物質との特定の要
求に本方法を適応させることができる。エッチングプロ
セスに含まれているであろういくつかのステップは、上
述の表１に列挙されている。
ビーム及び光子ビーム露光と一つ又は複数の分子ビーム
への露光とは、同時であるか、又は所定の露光時間と様
々な露光の間の遅延とを用いて制御された順序とするこ
とができる（図３参照）。この融通性があることによっ
て、エッチングすべき材料と前駆化学物質との特定の要
求に本方法を適応させることができる。エッチングプロ
セスに含まれているであろういくつかのステップは、上
述の表１に列挙されている。
【図１】 本発明に係るマスク修復装置の概略図であ
る。
る。
【図２】 本方法の主なステップ、すなわち照射及び除
去ステップを示す概略図である。
去ステップを示す概略図である。
【図３】 本発明に係る電子、光子、及び分子の連続ビ
ームを示す概略図である。
ームを示す概略図である。
１０ マーク修復装置
１２ 分子ビーム装置／ガス供給装置
１４ 電子ビーム装置
１６ 光子ビーム装置／レーザビーム装置
１８ コンピュータ制御装置
２０ 液体又は固体前駆物質のための供給源
２２ 気体前駆物質の供給器
２４ 加圧空気の供給器
２６ バルブコントロール
２８ 圧力ゲージ
３０ 温度制御
３２ ＣＡＮオープンバス
３４ 供給器
３６ ノズル
３８ マニホルドノズル
４０ エンドバルブ
４２ 電子ビームユニット
４４ レーザ電力供給装置
４６ レーザユニット
４８ ミラー
５０ レーザビーム
５２ 修復すべきマスク
５４ ファラデーケージ
５６ 第２電子検出器
５８ 環境チャンバ
５９ 制御モータ付ステージ干渉計
６０ 複噴射窓
６２ 電子ビーム窓
６４ 修復制御窓
６６ マイクロスコープ窓
６８ ビーム制御コンピュータ
７０ ビームコントロール
７２ トリガー
７４ レーザ干渉計ステージ制御
７６ 電子ビーム検出器コイル及びビーム・ブラン
カ
カ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ハンス・ヴィルフリート・ペーター・コー
プス
ドイツ・64372・オーバー−ラムシュター
ト・エルンスト−ルートヴィッヒ−シュト
ラーセ・16
(72)発明者 クラウス・エディンガー
ドイツ・67120・ルートヴィッヒシャーフ
ェン・マンハイマー・シュトラーセ・105
Ｆターム(参考） 4K057 DA11 DB08 DD04 DE01 DE06
DE11 DE14 DE20 DG07 DG20
DM37 DM39 DM40 DN01
5F004 BA11 BB01 BB02 DA00 DA04
DA19 DA26 DB08
Claims (26)
- 【請求項１】 表面に集束された電子ビームによって誘
導された化学反応により材料の表面をエッチングする方
法であって、 エッチングすべき材料を真空雰囲気で、少なくとも一つ
の分子ビーム、少なくとも一つの光子ビーム、及び少な
くとも一つの電子ビームを用いて照射し、照射された材
料と前記分子ビームの分子とを、前記材料及び前記分子
の組成による所定の化学反応が起こって反応生成物が形
成されるように励起し、前記反応生成物を前記材料の表
面から除去する、照射及び除去ステップを備えることを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、 エッチングすべき前記材料と前記分子ビームの気体との
間の前記化学反応は、電子ビーム露光によって選択的に
誘導された少なくとも一つの基本的な化学反応又は少な
くとも一つの基本的な物理反応からなることを特徴とす
る方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の方法において、 前記反応生成物を、前記材料を局所的に前記反応生成物
の蒸発温度よりも高い温度まで加熱するパルス化されか
つ集束された前記光子ビームによって前記表面から蒸発
させることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１から３のうちいずれか一項に記
載の方法において、 最初はエッチングすべき前記材料の前記表面を洗浄す
る、洗浄ステップを備えることを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の方法において、 前記洗浄ステップは、表面層を覆っている不純物、酸化
物、又は他の材料を除去するために化学反応によって達
成することを特徴とする方法。 - 【請求項６】 請求項５記載の方法において、 前記表面層を覆っている材料が炭素不純物によって形成
されている場合、さらなる反応生成物を形成する前記化
学反応は、励起されたハロゲン原子を解放して前記表面
層の炭素と反応する水、過酸化水素、塩素、又は他のハ
ロゲン化合物を含む付加的な分子ビームにより開始する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項７】 請求項４から６のうちいずれか一項に記
載の方法において、 前記洗浄ステップは、前記表面をさらなる反応生成物の
蒸発温度よりも高い温度まで加熱するために十分なエネ
ルギー密度を有する付加的な集束された光子ビームを用
いて洗浄すべき区域の表面を加熱し、次いで蒸発させる
ことによって達成することを特徴とする方法。 - 【請求項８】 請求項１から７のうちいずれか一項に記
載の方法において、 前記照射及び除去ステップで、前記電子ビームを、前記
分子ビームに由来する反応相手分子に吸着サイトの密度
分布を生成するために、０．１〜１０００ｎｍのスポッ
トサイズを有する集束された走査電子ビーム装置を用い
て供給することを特徴とする方法。 - 【請求項９】 請求項１から８のうちいずれか一項に記
載の方法において、 前記分子ビームは、前記照射及び除去ステップの間にガ
ス供給装置から前記材料の表面へ流出した化学量論組成
の選択された化学物質からなることを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 請求項１から９のうちいずれか一項に
記載の方法において、 前記分子ビームの気体は、前記照射及び除去ステップで
前記反応生成物を得る化学反応を誘導するために、適切
に指定されたエネルギー及び持続時間を有する前記光子
ビームによって励起することを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 請求項１から１０のいずれか一項に記
載の方法において、 前記光子ビームは、赤外から可視、すなわち２０００ｎ
ｍから２５０ｎｍの波長を有する半導体ダイオードレー
ザのような連続レーザ源か、あるいは２０００ｎｍから
１５７ｎｍの波長を有するエキシマレーザ又はイオンレ
ーザのようなパルスレーザ装置によって供給することを
特徴とする方法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の方法において、 前記光子ビームによって供給されたエネルギーは、特に
レーザの強度及び波長によって制御されたような所定量
だけ、局所的にかつ一時的にエッチングすべき前記材料
の表面温度を上昇させるために、光熱であることを特徴
とする方法。 - 【請求項１３】 請求項１１又は１２記載の方法におい
て、 前記光子ビームによって供給されたエネルギーは光化学
反応を引き起こし、特にこれによってレーザ光の波長
が、前記材料で、又は先立つ電子ビーム露光によって生
成された中間化学種内で、共鳴電子励起を引き起こす波
長に調整されることを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 請求項１から１３のうちいずれか一項
に記載の方法において、 前記分子ビームは、異なる前駆気体を含むことを特徴と
する方法。 - 【請求項１５】 請求項９から１４のうちいずれか一項
に記載の方法において、 前記ガス供給装置は、０．１〜１００００モノレイヤー
／秒の流速を有する複噴射装置により形成されているこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１６】 請求項１４又は１５記載の方法におい
て、 前記除去ステップに必要でありかつ前記ガス供給装置に
よって供給された少なくとも一つの前記前駆気体は、自
発的に又は前記光子ビームに露出されたときに反応しな
いが、前記電子ビームによって活性化され得る分子から
なることを特徴とする方法。 - 【請求項１７】 請求項１６記載の方法において、 前記前駆気体はハロゲンを含み、解離電子付着として知
られているプロセスで前記電子ビームに露出されたと
き、前記ハロゲンを解放することを特徴とする方法。 - 【請求項１８】 請求項１から１７のうちいずれか一項
に記載の方法において、 前記分子ビーム、前記光子ビーム、及び前記電子ビーム
は、同時に供給することを特徴とする方法。 - 【請求項１９】 請求項１から１８のうちいずれか一項
に記載の方法において、 前記分子ビーム、前記光子ビーム、及び前記電子ビーム
は、所定の供給時間と様々な露光の間の遅延とを用いて
同期されかつ適時に制御されるように、続けて供給する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項２０】 請求項１９記載の方法において、 露光のサイクルを、所望のエッチング深さに達するまで
繰り返すことを特徴とする方法。 - 【請求項２１】 請求項１９又は２０記載の方法におい
て、 まず所定線量の前記分子ビーム（Ａ）を供給し、次いで
前記電子ビームにより露光し、次いで所定線量の前記分
子ビーム（Ｂ）を供給することを特徴とする方法。 - 【請求項２２】 請求項１９又は２０記載の方法におい
て、 まず所定線量の前記分子ビーム（Ａ）を供給し、次いで
所定の持続時間、強度、及び波長の前記光子ビームのパ
ルスを供給し、次いで所定線量の前記分子ビーム（Ｂ）
を供給することを特徴とする方法。 - 【請求項２３】 請求項１から２２のうちいずれか一項
に記載の方法において、 エッチングすべき前記材料はクロムであり、かつ前記分
子ビームは、ＸｅＦ２，Ｃｌ２，Ｂｒ２，又はＩ２のよ
うなハロゲンを含む、すなわちハロゲンビームを含むこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項２４】 請求項２３記載の方法において、 前記分子ビームは、Ｏ２，Ｈ２Ｏ，又はＨ２Ｏ２のよう
な酸素を含み、すなわち酸素ビームを含み、かつ前記ハ
ロゲンビームに加えて用いられることを特徴とする方
法。 - 【請求項２５】 請求項２４記載の方法において、 前記ハロゲン及び酸素を含むビームを同時に供給するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項２６】 請求項２１から２４のうちいずれか一
項に記載の方法において、 前記分子ビーム（Ａ）はハロゲンビームであり、かつ前
記分子ビーム（Ｂ）は酸素ビームである、又は前記分子
ビーム（Ａ）は酸素ビームであり、かつ前記分子ビーム
（Ｂ）はハロゲンビームであることを特徴とする方法。
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