JPH0354824A - 半導体加工方法と半導体加工装置 - Google Patents
半導体加工方法と半導体加工装置Info
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- JPH0354824A JPH0354824A JP19170189A JP19170189A JPH0354824A JP H0354824 A JPH0354824 A JP H0354824A JP 19170189 A JP19170189 A JP 19170189A JP 19170189 A JP19170189 A JP 19170189A JP H0354824 A JPH0354824 A JP H0354824A
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- electron beam
- semiconductor
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- spectrophotometer
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Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体の加工方法と半導体加工装置、さらに詳
しくはナノメータレベルの精密な加工と装置に関する。
しくはナノメータレベルの精密な加工と装置に関する。
半導体のドライエッチングは半導体デバイスのプロセス
上重要である。特に最近では量子効果が現われるナノメ
ータレベルの微細加工が注目されている。このようなナ
ノメータレベルの半導体の加工には、収束電子ビームを
用いた塩素ガスのアシストエッチングが、特願昭６１−
３００７８５に提案されている。第３図は従来の電子ビ
ームアシストエクチング装置の概略図である。
上重要である。特に最近では量子効果が現われるナノメ
ータレベルの微細加工が注目されている。このようなナ
ノメータレベルの半導体の加工には、収束電子ビームを
用いた塩素ガスのアシストエッチングが、特願昭６１−
３００７８５に提案されている。第３図は従来の電子ビ
ームアシストエクチング装置の概略図である。
従来例は主に電子ビームガン３１１と収束レ／ズ３０９
を鏡筒３１０に内蔵した電子ビーム照射系と、試料室３
０８と、副試料室３０６及び反応ガス収納室３０１とか
ら構威されている。従来例にかいては、Ｃｔ２ を反
応ガスとして用い、集束された電子ビーム照射によｆｉ
ＧａＡｓ基板３０５を直接加工している。ＣｔＺ ガ
スを反応ガス収納室３０１に入れ、Ｇ ａ Ａ ｓ基板
３０５を試料台３０４にセクトする。電子ビーム照射系
と試料室３０８を１０−’Ｔｏｒｒ程度以上の高真空に
排気する。副試料室３０６に設置されたビンホール３０
７は副試料室３０６内部と外部との差を保つためと電子
ビーム３０２を基板３０５上に照射するための通路とし
て設置されている。副試料室３０６と反応ガス収納室３
０１とは配管３０３によって接続されてシシ、試料室３
０８を真空排気することによりビンホール３０７を通し
て、副試料室内部及び反゛応ガス収納室３０１内部が真
空排気される。反応ガスが配管３０３を通ｂ１副試料室
３０６内部が反応ガスであるＣｔ，で充満される。ピン
ホールを通って集束された電子ビームがＧａＡｓ基板３
０５に照射され、照射された場所の基板がエクチングさ
れる。
を鏡筒３１０に内蔵した電子ビーム照射系と、試料室３
０８と、副試料室３０６及び反応ガス収納室３０１とか
ら構威されている。従来例にかいては、Ｃｔ２ を反
応ガスとして用い、集束された電子ビーム照射によｆｉ
ＧａＡｓ基板３０５を直接加工している。ＣｔＺ ガ
スを反応ガス収納室３０１に入れ、Ｇ ａ Ａ ｓ基板
３０５を試料台３０４にセクトする。電子ビーム照射系
と試料室３０８を１０−’Ｔｏｒｒ程度以上の高真空に
排気する。副試料室３０６に設置されたビンホール３０
７は副試料室３０６内部と外部との差を保つためと電子
ビーム３０２を基板３０５上に照射するための通路とし
て設置されている。副試料室３０６と反応ガス収納室３
０１とは配管３０３によって接続されてシシ、試料室３
０８を真空排気することによりビンホール３０７を通し
て、副試料室内部及び反゛応ガス収納室３０１内部が真
空排気される。反応ガスが配管３０３を通ｂ１副試料室
３０６内部が反応ガスであるＣｔ，で充満される。ピン
ホールを通って集束された電子ビームがＧａＡｓ基板３
０５に照射され、照射された場所の基板がエクチングさ
れる。
このような電子ビームアシストエッチングは、電子ビー
ムのビーム径がナノメータ程度に絞れることからナノメ
ータレベルのエッチングに適する。
ムのビーム径がナノメータ程度に絞れることからナノメ
ータレベルのエッチングに適する。
またイオンに比べて１万倍以上も軽い電子を照射するエ
ッチングのため従来のイオン照射を用いたドライエッチ
ングのようなイオン衝撃による損傷がなく、非常に低損
傷である。
ッチングのため従来のイオン照射を用いたドライエッチ
ングのようなイオン衝撃による損傷がなく、非常に低損
傷である。
上記のような特徴を持つ電子ビームアシストエッチング
では、ナノメータレベルの微細性に対応してエッチング
量もナノメータレベルの制御が必要となる。また本エッ
チング方式は低損傷であるから、大気に汚染された基板
表面やイオン照射を用いたドライエッチング後の損傷層
を除去する表面清浄化技術にも適するが、この場合にも
エクチング量の精密制御が必要となる。このためには筐
さにエッチングしている部分の半導体の組或や損傷の程
度をエッチング中に検知できればよい。
では、ナノメータレベルの微細性に対応してエッチング
量もナノメータレベルの制御が必要となる。また本エッ
チング方式は低損傷であるから、大気に汚染された基板
表面やイオン照射を用いたドライエッチング後の損傷層
を除去する表面清浄化技術にも適するが、この場合にも
エクチング量の精密制御が必要となる。このためには筐
さにエッチングしている部分の半導体の組或や損傷の程
度をエッチング中に検知できればよい。
しかし、従来技術によってはこのようなエクチング中の
観測は非常に困難である竺例えば電子ビームと同時にレ
ーザー光をガリウムヒ素に照射してそれによって生じる
７オトルミネッセンスやラマン光を観測する方法も考え
られるが、塩素ガス中でのレーザー光照射はそれのみで
エッチングが進行するため正確を観測ができ々い。
観測は非常に困難である竺例えば電子ビームと同時にレ
ーザー光をガリウムヒ素に照射してそれによって生じる
７オトルミネッセンスやラマン光を観測する方法も考え
られるが、塩素ガス中でのレーザー光照射はそれのみで
エッチングが進行するため正確を観測ができ々い。
本発明は、上述の如き従来の問題点に着目してなされた
ものであって、その構成は２つあう，１つは、半導体表
面に反応性ガスもしくはラジカルを供給しながら集束電
子ビーム被加工領域に照射することにより前記半導体を
直接加工する工程にかいて、前記集束電子ビームを照射
することによって生じるカソ一ドルミネフセンスを分光
光度計に導入して発光スペクトルを観測することにょう
エッチング部の組或と損傷の程度を測定しながら加工を
行い、該カソードルミネッセンス分析の発光スペクトル
に基き前記収束電子ビームを制御することを特徴とする
構戒である。もう１つは、真空装置内に半導体試料を加
工する収束電子ビーム発生手段と該半導体試料表面近傍
に反応性ガスを導入できる微小ノズルまたは該半導体試
料表面近傍にラジカルを導入できるラジカル発生管と、
収束電子ビーム照射によシ発生したカソ一ドルミネクセ
ンスを前記真空装置外へ取り出す光学顕微鏡を備え、該
真空装置外部へ取シ出したカソードルミネクセンスをレ
ンズ系を通して導入する分光光度計を該真空装置近傍に
設け、該分光光度計から出力される発光スペクトルに基
き前記収束電子ビームを制御できる制御装置を備えたこ
とを特徴とする収束電子ビームを用いた半導体加工装置
である。
ものであって、その構成は２つあう，１つは、半導体表
面に反応性ガスもしくはラジカルを供給しながら集束電
子ビーム被加工領域に照射することにより前記半導体を
直接加工する工程にかいて、前記集束電子ビームを照射
することによって生じるカソ一ドルミネフセンスを分光
光度計に導入して発光スペクトルを観測することにょう
エッチング部の組或と損傷の程度を測定しながら加工を
行い、該カソードルミネッセンス分析の発光スペクトル
に基き前記収束電子ビームを制御することを特徴とする
構戒である。もう１つは、真空装置内に半導体試料を加
工する収束電子ビーム発生手段と該半導体試料表面近傍
に反応性ガスを導入できる微小ノズルまたは該半導体試
料表面近傍にラジカルを導入できるラジカル発生管と、
収束電子ビーム照射によシ発生したカソ一ドルミネクセ
ンスを前記真空装置外へ取り出す光学顕微鏡を備え、該
真空装置外部へ取シ出したカソードルミネクセンスをレ
ンズ系を通して導入する分光光度計を該真空装置近傍に
設け、該分光光度計から出力される発光スペクトルに基
き前記収束電子ビームを制御できる制御装置を備えたこ
とを特徴とする収束電子ビームを用いた半導体加工装置
である。
〔作用〕
本発明では、電子ビームアシストエッチングと同時に半
導体のエッチング箇所から発生するカン一ドルミネクセ
ンスを観測することができるため、その発光スペクトル
を分析することによってエッチング箇所の組或や損傷の
程度がわかる。従って電子ビームアシストエクテングが
進行するに従って変化する組或や損傷の程度がエッチン
グをしながら検知することができる。さらにエクチング
箇所の組或や損傷の程度に基づき電子ビームアシストエ
ッチングを制御することが可能である。例えハ電子ビー
ムアシストエッチングを行って所望の半導体組或が得ら
れたところでエッチングを終了することも可能である。
導体のエッチング箇所から発生するカン一ドルミネクセ
ンスを観測することができるため、その発光スペクトル
を分析することによってエッチング箇所の組或や損傷の
程度がわかる。従って電子ビームアシストエクテングが
進行するに従って変化する組或や損傷の程度がエッチン
グをしながら検知することができる。さらにエクチング
箇所の組或や損傷の程度に基づき電子ビームアシストエ
ッチングを制御することが可能である。例えハ電子ビー
ムアシストエッチングを行って所望の半導体組或が得ら
れたところでエッチングを終了することも可能である。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の電子ビームエクチ／グ装置
の概略図である。本装置は主に電子ビームガン１０１及
び収束レンズ１０２を鏡筒１０４内に収納した電子ビー
ム照射系と、試料室１０８と、微小ノズル１０６と、光
学顕微鏡１０９と、分光光度計１１３と、コンビ為一夕
１１４と、電子ビームコントローラー１１５、とから構
或されている。本実施例にかいては、塩素ガス１０５を
反応ガスとして用い、集束された電子ビーム１０３の照
射により試料１０７を直接加工した。試料１０７から発
生したカソードルミネッセンス１１１は、光学顕微鏡１
０９によシ試料室１０８の外部へ石英ガラス１１０を通
してとシ出し、レンズ系１１２をを通して分光光度計１
１３へ導入する。
の概略図である。本装置は主に電子ビームガン１０１及
び収束レンズ１０２を鏡筒１０４内に収納した電子ビー
ム照射系と、試料室１０８と、微小ノズル１０６と、光
学顕微鏡１０９と、分光光度計１１３と、コンビ為一夕
１１４と、電子ビームコントローラー１１５、とから構
或されている。本実施例にかいては、塩素ガス１０５を
反応ガスとして用い、集束された電子ビーム１０３の照
射により試料１０７を直接加工した。試料１０７から発
生したカソードルミネッセンス１１１は、光学顕微鏡１
０９によシ試料室１０８の外部へ石英ガラス１１０を通
してとシ出し、レンズ系１１２をを通して分光光度計１
１３へ導入する。
分光光度計１１３で得られた発光スペクトルをコンビエ
ーター１１４で分析し、これを基に電子ビームコントロ
ーラー１１５を制御する。本実施例の試料１０７は、ガ
リウムヒ素基板上にアルミニウムガリウムヒ素のｚｏｏ
ｏ！厚のＰｗＩとさらにその上にキャップ層（ガリウム
ヒ素）をＡ゛長させ、次にこのキャップ層を反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ） を用いて除去した。
ーター１１４で分析し、これを基に電子ビームコントロ
ーラー１１５を制御する。本実施例の試料１０７は、ガ
リウムヒ素基板上にアルミニウムガリウムヒ素のｚｏｏ
ｏ！厚のＰｗＩとさらにその上にキャップ層（ガリウム
ヒ素）をＡ゛長させ、次にこのキャップ層を反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ） を用いて除去した。
この時のＲＩＢＥ条件ｒｕｎ速［圧３ｏｏＶ， 塩素ガ
ス圧１．ＯＸ１０−３Ｔｏｒｒである。従って試料１０
７の表面はイオン衝撃による損傷を受けている。このよ
うな試料１０７のアルξニクムガリウムヒ素層に電子ビ
ームアシストエッチングを行った。エッチング条件は、
微小ノズル１０５内塩素ガス圧０．１５ Ｔｏｒｒ ，
電子ビーム１０３のビーム径１５０孟、ビーム電流２０
０ｐＡで行った。この時のエッチング量は電子ビーム１
０３の照射量に比例し照射量ＩＸＩＯ”／５”でａｏｏ
ｉのエクチング量が得られた。次に電子ビームアシスト
エフチングと同時に褥られるカソ一ドルミ多ツセンスの
発光スペクトルを第２図に示す。
ス圧１．ＯＸ１０−３Ｔｏｒｒである。従って試料１０
７の表面はイオン衝撃による損傷を受けている。このよ
うな試料１０７のアルξニクムガリウムヒ素層に電子ビ
ームアシストエッチングを行った。エッチング条件は、
微小ノズル１０５内塩素ガス圧０．１５ Ｔｏｒｒ ，
電子ビーム１０３のビーム径１５０孟、ビーム電流２０
０ｐＡで行った。この時のエッチング量は電子ビーム１
０３の照射量に比例し照射量ＩＸＩＯ”／５”でａｏｏ
ｉのエクチング量が得られた。次に電子ビームアシスト
エフチングと同時に褥られるカソ一ドルミ多ツセンスの
発光スペクトルを第２図に示す。
第２図（ａ）は、電子ビームアシストエッチング開始時
に得られた発光スペクトルである。波長８８２０Ａ付近
のピークは基板のガリウムヒ素から発光であり、アルミ
ニウムガリウムヒ素層からの発光はイオン衝撃によるア
モルファス化した表面層のために波長７７ｏｏＸ付近の
ピークは非常にブロードになっている。電子ビームアシ
ストエッチングが進みアルミニウムガリウムヒ素表面の
アモルファス層を除去するに従い、第２図（ｂ）に示す
ように波長７ ７ Ｏ ｏＡ付近のピークはシャープに
なる。従って波長７ ７ ０ ｏＡのピークがシャープ
になったところでその部分のエッチングを終了すること
により、アルミニウムガリウムヒ素の損傷層だけを除去
することかできる。さらにエッチングが進みアルミニウ
ムガリウムヒ素が完全に除去された部分では、第２図（
ｃ）に示すように波長ｒｒｏｏＡのピークが消える。従
ってアルミニウムガリウムヒ素からの発光ピークが消え
たところでその部分のエッチングを終了することにより
アルミニウムガリウムヒ素だけを除去することができる
。
に得られた発光スペクトルである。波長８８２０Ａ付近
のピークは基板のガリウムヒ素から発光であり、アルミ
ニウムガリウムヒ素層からの発光はイオン衝撃によるア
モルファス化した表面層のために波長７７ｏｏＸ付近の
ピークは非常にブロードになっている。電子ビームアシ
ストエッチングが進みアルミニウムガリウムヒ素表面の
アモルファス層を除去するに従い、第２図（ｂ）に示す
ように波長７ ７ Ｏ ｏＡ付近のピークはシャープに
なる。従って波長７ ７ ０ ｏＡのピークがシャープ
になったところでその部分のエッチングを終了すること
により、アルミニウムガリウムヒ素の損傷層だけを除去
することかできる。さらにエッチングが進みアルミニウ
ムガリウムヒ素が完全に除去された部分では、第２図（
ｃ）に示すように波長ｒｒｏｏＡのピークが消える。従
ってアルミニウムガリウムヒ素からの発光ピークが消え
たところでその部分のエッチングを終了することにより
アルミニウムガリウムヒ素だけを除去することができる
。
本実施例では微小ノズル１０６を用いて塩素ガスを供給
したが、微小ノズル１０６の代ｂにラジカル発生管を設
けて塩素ラジカルを供給しながら電子ビームアシストエ
クチングを行う場合でも本発明は可能である。また本実
施例ではアルミニウムガリウムヒ素を塩素ガスを用いて
電子ビームアシストエクチングしたが、他の半導体を他
の反応性ガスで電子ビームアシストエッチングする場合
でも本発明は適用できる。
したが、微小ノズル１０６の代ｂにラジカル発生管を設
けて塩素ラジカルを供給しながら電子ビームアシストエ
クチングを行う場合でも本発明は可能である。また本実
施例ではアルミニウムガリウムヒ素を塩素ガスを用いて
電子ビームアシストエクチングしたが、他の半導体を他
の反応性ガスで電子ビームアシストエッチングする場合
でも本発明は適用できる。
以上説明したように、本発明の電子ビームアシストエッ
チングによればエッチング箇所の組戒や損傷の程度を検
知しながらエクチングすることができ、これに基き電子
ビームアシストエクチングを制御することができる。従
って電子ビームアシストエクチングを行って損傷層が除
去されたことがただちに検出でき、その箇所のエッチン
グを終了することができる。また同様に電子ビームアシ
ストエクチ／グを行って、所望の半導体組或が得られた
ところでその箇所のエッチングを終了することができる
エンドポイントモニターとしても適用できる。本発明の
特徴は、マスクレス加工である電子ビームアシストエフ
チングに対応して、ミクロ領域の分析がエクチングと同
時に行えることにある。従ってまさにエッチングしてい
る局所部分の半導体の組或や損傷の程度をエッチング中
に検知することにより、本方式のようなマスクレスエク
チングのエッチング量の精密制御が可能である。
チングによればエッチング箇所の組戒や損傷の程度を検
知しながらエクチングすることができ、これに基き電子
ビームアシストエクチングを制御することができる。従
って電子ビームアシストエクチングを行って損傷層が除
去されたことがただちに検出でき、その箇所のエッチン
グを終了することができる。また同様に電子ビームアシ
ストエクチ／グを行って、所望の半導体組或が得られた
ところでその箇所のエッチングを終了することができる
エンドポイントモニターとしても適用できる。本発明の
特徴は、マスクレス加工である電子ビームアシストエフ
チングに対応して、ミクロ領域の分析がエクチングと同
時に行えることにある。従ってまさにエッチングしてい
る局所部分の半導体の組或や損傷の程度をエッチング中
に検知することにより、本方式のようなマスクレスエク
チングのエッチング量の精密制御が可能である。
第１図は本発明の一実施例を示した半導体加工装置の概
略図、第２図はカソ一ドルミネッセ／スの発光スペクト
ル、第３図は従来の電子ビームアシストエッチング装置
の概略図である。 図中、１０１・・・・・・電子ビームガン、１０２・・
・・・・収束レンズ、ｌ０３・・・・・・電子ビーム、
１０４・・・・・・＠＠，１０５・・・・・・Ｃｔ，ガ
ス、１０６・・・・・・微小ノズル、１０７・・・・・
・試料、１０８・・・・・・試料室、１０９・・・・・
・光学顕微鏡、１１０・・・・・・石英ガラス、１１１
・・・・・・カソードルミネッセンス、１１２・・・・
・・レンズ系、１１３・・・・・・分光光度計、１ｌ４
・・・・・・コンピュｆｉ−、１１５・・・・・・電子
ビームコントローラー３０１・・・・・・反応ガス収納
室、３０２・・・・・・電子ビーム、３０３・・・・・
・配管、３０４・・・・・・試料台、３０５・・・・・
・基板、３０６・・・・・・副チャ／バー、３０７・・
・・・・ビンホール、３０８・・・・・・試料室、３０
９・・・・・・収束レンズ，３１（ｌ筒、３１１・・・
・・・電子ビームガ／である。
略図、第２図はカソ一ドルミネッセ／スの発光スペクト
ル、第３図は従来の電子ビームアシストエッチング装置
の概略図である。 図中、１０１・・・・・・電子ビームガン、１０２・・
・・・・収束レンズ、ｌ０３・・・・・・電子ビーム、
１０４・・・・・・＠＠，１０５・・・・・・Ｃｔ，ガ
ス、１０６・・・・・・微小ノズル、１０７・・・・・
・試料、１０８・・・・・・試料室、１０９・・・・・
・光学顕微鏡、１１０・・・・・・石英ガラス、１１１
・・・・・・カソードルミネッセンス、１１２・・・・
・・レンズ系、１１３・・・・・・分光光度計、１ｌ４
・・・・・・コンピュｆｉ−、１１５・・・・・・電子
ビームコントローラー３０１・・・・・・反応ガス収納
室、３０２・・・・・・電子ビーム、３０３・・・・・
・配管、３０４・・・・・・試料台、３０５・・・・・
・基板、３０６・・・・・・副チャ／バー、３０７・・
・・・・ビンホール、３０８・・・・・・試料室、３０
９・・・・・・収束レンズ，３１（ｌ筒、３１１・・・
・・・電子ビームガ／である。
Claims (2)
- （１）半導体表面に反応性ガスもしくはラジカルを供給
しながら集束電子ビームを被加工領域に照射することに
より前記半導体を直接加工する工程において、前記集束
電子ビームを照射することによって生じるカソードルミ
ネッセンスの発光スペクトルを観測しながら加工を行い
、該カソードルミネッセンスの発光スペクトルに基き前
記集束電子ビームを制御することを特徴とする半導体加
工方法。 - （２）真空装置内に、半導体試料を加工する収束電子ビ
ーム発生手段と該半導体試料表面近傍に反応性ガスを導
入できる微小ノズルまたは該半導体試料表面近傍にラジ
カルを導入できるラジカル発生管と収束電子ビーム照射
により発生したカソードルミネッセンスを前記真空装置
外へ取り出す光学顕微鏡とを備え、該真空装置外部へ取
り出したカソードルミネッセンスをレンズ系を通して導
入する分光光度計を該真空装置近傍に設け、該分光光度
計から出力される発光スペクトルに基き前記収束電子ビ
ームを制御できる制御装置を備えたことを特徴とする半
導体加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19170189A JPH0354824A (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 半導体加工方法と半導体加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19170189A JPH0354824A (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 半導体加工方法と半導体加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0354824A true JPH0354824A (ja) | 1991-03-08 |
Family
ID=16279041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19170189A Pending JPH0354824A (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | 半導体加工方法と半導体加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0354824A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2805925A1 (fr) * | 2000-03-01 | 2001-09-07 | X Ion | Procede de controle de l'uniformite de traitement d'une surface par un faisceau de particules et equipement de mise en oeuvre |
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| JP2011254007A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Chube Univ | 半導体基材の状態測定方法及び状態測定装置 |
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-
1989
- 1989-07-24 JP JP19170189A patent/JPH0354824A/ja active Pending
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