JP2985321B2 - マスクパタ−ン形成方法 - Google Patents

マスクパタ−ン形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子ビ―ム励起ドライエ
ッチングを行う際に用いられるマスクパタ−ン形成方法
に関する。本発明により形成したマスクパタ−ンは、原
料ガスを基板材料に応じて適切に選択することにより、
電子ビ―ム励起ドライエッチングに対して理論的には選
択比が無限大のマスクとして働くため、原子層オ−ダ−
の薄いマスクで高アスペクト比の微細パタ−ン転写が可
能となり、次世代の半導体製造工程および新機能デバイ
スの作製に必要な超微細加工技術として期待できるもの
である。
【0002】
【従来の技術およびその課題】現在LSIの製造工程に
おいては、光露光や電子ビ―ム露光などにより形成した
レジストパタ−ンを反応ガスのプラズマを用いた反応性
イオンエッチング(RIE)によって転写することで微
細構造を形成している。(図6)。しかしこの方法では
図6(a)に示すように、被加工物604をプラズマま
たはプラズマ内で生成された荷電粒子601に曝すた
め、エッチング後においては図6(b)に示すように、
イオン衝撃による加工損傷605が生じることに加え
て、試料表面での反応性ラジカルとの化学的なエッチン
グ効果と共に、イオンによる物理的なスパッタリング効
果が働き、基板とマスク材料とのエッチング速度の比
(選択比)が小さくなり、実際のエッチングに際しては
この効果を考慮してマスクを厚くしなければならないこ
とが問題となっている。従って、マスクの厚さに制限が
ある場合には、高アスペクト比の微細構造の形成におい
て、マスクパタ−ンの形成ならびにパタ−ン転写が困難
となる。本発明は、このような従来の問題点を解決する
ためになされたもので、低損傷の微細構造形成を行うた
めの、高選択比を有し、かつ原子層オ−ダ−の薄いマス
クパタ−ンを形成する方法を提供することを目的とす
る。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明は、マスクパタ−
ンの形成された試料表面に反応ガスを吸着させ、次いで
電子線を照射して電子ビ―ム励起ドライエッチングを行
う際に用いられるマスクパタ−ン形成方法であって、真
空槽中の残留カ―ボンまたは意図的に真空槽中に導入し
た原料ガスが吸着した試料表面に電子線を照射して所定
のパタ−ンを有する堆積層を形成することよりなること
を特徴とするマスクパタ−ン形成方法である。電子ビ―
ム励起ドライエッチングは被加工物表面に形成した反応
ガスの吸着層に電子線を照射して化学反応を促進し、加
工物の表面原子を反応ガスとの揮発性反応生成物として
取り除く加工法である。電子ビ―ム励起ドライエッチン
グでは純粋な化学反応を利用しているため、従来の反応
性イオンエッチングに比べて低損傷の加工を実現するこ
とが可能である。またマスク材料として化学的に安定
で、反応ガスと容易には化合物を形成しないような物質
を用いることにより、選択比の非常に高いマスクが得ら
れることが特徴である。本発明では電子ビ―ム励起ドラ
イエッチングにおけるマスクパタ−ンの形成方法とし
て、電子線照射に伴う原料ガスの堆積効果(EBデポジ
ション)により原子層オ−ダ−でのマスクを形成するこ
とにより、高選択比の薄いマスクパタ−ンを形成する。
【0004】
【作用】基板表面に形成された吸着層に対して電子線の
照射を行うと、容易に励起状態を実現することが可能で
あり、その結果、吸着層と基板材料との化学反応が促進
される。吸着ガスとして、基板材料と反応して揮発性の
反応生成物を作るような反応ガスを用いた場合には、電
子線照射とガスの供給を同時に行うことでエッチングを
実現することが可能である。これは電子ビ―ム励起ドラ
イエッチングと呼ばれている。図4はこの方法を工程順
に示したもので、まず図4(a)に示すように、被加工
物403の表面原子402に反応ガスが弱い結合で吸着
して反応ガス吸着層401を形成する。次いで電子ビ―
ム404を照射すると、図4(b)に示すように、反応
ガスと表面原子402との間に反応が起こり、生じた揮
発性反応生成物405は図4(c)に示すように排気す
ることで除去され、エッチングが行われる。これに対し
て、電子線照射によって原料ガスが分解し、表面に堆積
層を形成するような原料ガスからなる吸着層を用いた場
合、非常に薄い堆積層を形成することができる。これは
EBデポジションと称することができる。図5はこの方
法を工程順に示したもので、まず図5(a)に示すよう
に、基板502の表面に原料ガスが吸着し、原料ガス吸
着層501が形成される。次いで電子ビ―ム503を照
射すると、図5(b)に示すように、原料ガスが分解
し、図5(c)に示すように堆積層504が形成され
る。
【0005】本発明では、上記の手法を用い、原料ガス
を適切に選択することによってEBデポジションで化学
的に安定な堆積層を形成し、これを電子ビ―ム励起ドラ
イエッチング工程におけるマスクとして利用する。図1
にEBデポジションで形成したマスクパタ−ンを用い
て、電子ビ―ム励起ドライエッチングによる微細パタ−
ンを形成する方法の手順の一例を示す。光露光または電
子ビ―ム露光によりレジストパタ−ン103を形成した
被加工物104を真空槽中にセットし、排気を行う。真
空槽に原料ガスを導入して表面に吸着層102を形成す
ると共に、電子ビ―ム101を照射する(図1
(a))。この操作により原料ガスの解離反応が促進さ
れ、レジストに覆われていない被加工物表面に原料ガス
の堆積層または原料ガスと基板構成元素との化合物より
なる堆積層105からなるマスクが形成される(EBデ
ポジション、図1(b))。その後、HClやHFなど
の酸処理やプラズマリアクタ−によるアッシングによっ
てレジスト103を剥離することで、レジストパタ−ン
の反転マスクパタ−ンが形成される(図1(c))。こ
の試料を再び真空槽中にセットして排気を行い高真空を
得た後、真空槽内に反応ガス106を導入すると共に電
子ビ―ム101を照射する(図1(d))。この際、反
応ガスとして、被加工物構成元素とは揮発性の反応生成
物を形成するが、EBデポジションにより作られたマス
ク材料とは容易に反応しないようなガスを選択すること
で、原子層オ−ダ−の非常に薄いマスクパタ−ンで高ア
スペクト比の微細パタ−ン転写を行うことができる(電
子ビ―ム励起ドライエッチング、図1(e))。
【0006】図2はマスクパタ−ンの形成に際して、レ
ジストパタ−ンの反転を行うのではなく、原料ガスの表
面吸着層202に集束した電子線201を走査して微小
領域の化学反応を励起し(図2(a))、直接にEBデ
ポジションによって堆積層204を形成することにより
(図2(b))、マスクパタ−ンの形成を行う例であ
る。この場合、電子銃系には集束用レンズと走査用の偏
向系が必要となる。EBデポジションによるマスクパタ
−ン形成に際しては、堆積層の材料として、導入した原
料ガスを用いるだけでなく、真空槽中の残留カ―ボンを
用いてカ―ボン層または炭素化合物層のマスクを形成す
ることも可能である。上記に示した一連の工程におい
て、マスクの形成とエッチングによる加工は真空槽中に
導入するガスの種類を変えるだけでよいため、同一の装
置で実施することができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。本
実施例では、真空槽内の残留カ―ボンによるマスクを利
用したGaAs基板のエッチング例を示す。図3は本実
施例に用いた装置の構成図で、真空槽307と反応励起
用電子銃302およびガス導入システムからなる。真空
排気系306にはタ―ボ分子ポンプならびにロ―タリ―
ポンプを用い、10-7Torr台の高真空を得ることが
できる。また真空槽307内には加熱ヒ−タを備えた試
料台308が設置されており、試料305を400℃ま
で昇温できる。反応励起用電子銃302は差動排気シス
テムにより、ガス導入時でも安定して電子線を試料に照
射することができる。ガス導入システムはガス収納室3
10ならびにガス導入弁309からなり、真空槽307
へはバリアブルリ―クバルブを通じてガスを供給する。
本実施例において、マスク層の形成については、真空槽
中の残留カ―ボンを用いるため、導入ガスはエッチング
用の反応ガス312である塩素ガスのみを用いた。
【0008】GaAs基板上に電子ビ―ム露光によって
0.6μm厚のSAL601―ER7レジストパタ−ン
を形成した試料を試料台にセットし、排気を行う。真空
度が4×10-6Torrになった後、試料全面に電子線
照射を行った。この操作により、真空槽中の残留カ―ボ
ンが電子線の照射効果でGaAs基板上にカ―ボンの堆
積層または炭化物層を形成する。この後、試料を真空装
置より取り出し、塩酸(HCl)原液中に1分間浸して
レジストの剥離を行うと共に、レジスト剥離部分の表面
酸化膜を除去した。この時、先の操作で形成されたカ―
ボンからなるマスクは、塩酸処理に対しても耐性を持
ち、取り除かれることはなく、EBデポジションによる
反転マスクパタ−ンが形成される。これを再び試料台に
セットして排気を行い、真空度が5×10-7Torrに
なった後、試料を昇温し、基板温度を75℃で安定させ
る。さらにバリアブルリ―クバルブを通じて塩素ガスを
供給すると共に、電子線を試料に照射してGaAsの電
子ビ―ム励起ドライエッチングを行った。その結果、残
留カ―ボンからなるマスクの形成された部分のエッチン
グは全く観測されないのに対して、初期のレジストが覆
っていた領域(マスクのない部分)は加速電圧10k
V、電流密度1μA/cm2、塩素ガス分圧1.5×1
-4Torrの電子ビ―ム励起ドライエッチングで約4
μmのエッチングが観測され、EBデポジションにより
高選択比を有するマスクが形成できることがわかった。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマスクパ
タ−ン形成方法によると、低損傷の微細加工が可能な電
子ビ―ム励起ドライエッチングにおけるマスク材料とし
て、EBデポジションによる化学的に安定な堆積層を用
いることで、非常に高選択比を実現できるため、原子層
オ−ダ−の薄いマスクパタ−ンで高アスペクト比の微細
構造の形成が可能となり、次世代の半導体製造工程およ
び新機能デバイスの作製に必要な超微細加工技術として
期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるマスクパタ−ン形成方
法を工程順に示した工程断面図である。
【図2】本発明の別の一実施例によるマスクパタ−ン形
成方法を工程順に示した工程断面図である。
【図3】本発明の方法を実施するために用いられる装置
の一例の構成図である。
【図4】電子ビ―ム励起ドライエッチングの説明図であ
る。
【図5】EBデポジションの説明図である。
【図6】反応性イオンエッチングの説明図である。
【符号の説明】
101,404,503 電子ビ―ム 102,202,501 原料ガス吸着層 103 レジスト 104,203,403,604 被加工物 105,204,504 堆積層 106,401 反応ガス吸着層 201 集束した電子線 301 電子
銃電源 302 電子銃 303 レン
ズ系 304 偏向系 305 試料 306 排気系 307 真空
槽 308 試料台 309 ガス
導入弁 310 ガス収納室 311 原料
ガス 312 反応ガス 402 表面
原子 405 揮発性反応生成物 502 基板 601 荷電粒子 602 活性
種 603 マスク材 605 加工
損傷

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスクパタ−ンの形成された試料表面に
    反応ガスを吸着させ、次いで電子線を照射して電子ビ―
    ム励起ドライエッチングを行う際に用いられるマスクパ
    タ−ン形成方法であって、真空槽中の残留カ―ボンまた
    は意図的に真空槽中に導入した原料ガスが吸着した試料
    表面に電子線を照射して所定のパタ−ンを有する堆積層
    を形成することよりなることを特徴とするマスクパタ−
    ン形成方法。
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