JPH0458178B2 - - Google Patents

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JPH0458178B2
JPH0458178B2 JP16596483A JP16596483A JPH0458178B2 JP H0458178 B2 JPH0458178 B2 JP H0458178B2 JP 16596483 A JP16596483 A JP 16596483A JP 16596483 A JP16596483 A JP 16596483A JP H0458178 B2 JPH0458178 B2 JP H0458178B2
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xef
thin film
fluorocarbon
substrate
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Katsumi Mori
Shinji Matsui
Susumu Asata
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子ビームによつて昇華する有機高分
子の作成方法と、極めて細く集束した電子ビーム
と上記有機高分子とを用いて極微なパターンを形
成する極微細パターン形成方法に関する。
超LSI技術の発達を支えて来た重要な技術とし
て超微細加工技術があるが、その中で感放射線レ
ジストは不可欠の利用技術として認められて来
た。感放射線レジストは放射線照射によつて溶剤
に溶解されにくくなるように変性する特性、ある
いは逆に溶解され易くなるように変性する特性を
利用して、感放射線レジストに所望にのみ放射線
を照射し、残留あるいは溶解せしめてパターンを
形成することになる。パターンを形成するために
はレジストの塗布、焼きなまし、露光、現像、更
に焼きなましの工程が必要となる。
従来最も細い描画ができる電子ビーム描画で
も、レジストに電子ビームを照射すると、レジス
ト内の原子と入射して来た電子とが、衝突をくり
返し、入射する際の電子ビームの径より、はるか
に広範囲まで、電子が散乱するため露光される範
囲が広がつてしまう。更に露光後、レジスト膜に
パターンを作るために現像液と呼ばれる溶剤に浸
して、レジストの不必要な部分を溶解してパター
ン化した保護膜が形成される訳である。その際、
溶剤がレジスト分子の間に入り込んで、レジスト
が膨潤などの現象でレジストパターン自体が変形
を生じる。従つて従来の方法で形成できるパター
ンの寸法は0.1μm(1000Å)程度が限界と思われ
ている。
しかるに、今日の科学の発展により1000Å以下
の、極微構造物性の新しい分野が開拓されつつあ
るが、1000Å以下の極微構造を制御性をもたせて
加工する技術は極めて困難と思われて来た。
1000Å以下の極微構造を形成するためには、電
子の散乱をできるうるがぎり少なくすることが必
要で、そのためにはレジストを薄くすると同時に
基板までも極薄にすることが要求されるが、この
方法で250Åのパターンを形成したという報告が
あるが、実用的に必要な金属細線や半導体極微構
造の形成が困難であり、取り扱いに必要な十分な
強度も得られず、実用的価値を見出し得ないもの
である。1000Å以下の極微構造の実現には特殊の
ものを除いて実用的に耐える技術はほとんどない
といえる。
本発明の目的は上記の事情を考慮して、十分な
取り扱い強度をもつた基板の上に電子の散乱の影
響がなく極微構造を実現する方法を提供すること
である。
さて、1000Å以下の極微構造を実現するために
必要なリソグラフイ技術は荷電ビームを利用する
以外に適当な手段はない。荷電粒子の内でも最も
小さく集束しえて分解能が高いのは電子ビームで
ある。電子ビームは荷電量がすべての粒子で同じ
であり制御性が良いことから、極微構造のリソグ
ラフイ技術として適している。電子ビームを使つ
て最も極微な構造を作りうる方法は電子ビーム直
接描画と呼ばれる方法である。この方法はレジス
トと呼ぶ保護膜を用いるための電子の散乱は避け
ることができずこの現象が解像限界を与えてい
た。解像限界を破る方法として電子の散乱の影を
なくす方法が提案できる。それには二つある。一
つはレジストを直接電子ビームでエツチングして
しまう方法、もう一つは基板上に直接物質をデポ
ジシヨンさせる方法である。本発明は前者の直接
電子ビームでレジストをエツチングしてしまう方
法を与えるものである。
電子ビーム描画に用いられるレジストは
PMMA,PGMAなど多くのレジストが開発され
ているが、いずれも直接電子ビームでエツチング
することはできない。そこで電子ビームの照射に
よつて揮発しやすいフツ化物の高分子膜を利用し
て、これをレジストとして、1000Å以下の極微構
造金属線又は半導体線等を形成しようとするもの
である。
まず第1に、フツ化物の高分子膜の形成方法に
関して説明する。
フツ化物高分子はプラズマ重合反応を利用して
形成する。理解をしやすくするため図を用いて説
明する。
第1図は本発明に用いる装置の概略図で、電子
ビームを発生し集束する部分と反応ガスXeF2
供給部と、電子ビームと反応ガスとを反応させる
容器の3つの部分から成ることを示している。
電子ビーム112は電子光学系109を通じて
集束されており、基板105上に必要な電流密度
と、ビーム径を与える様に調整できるようにして
いる。XeF2の供給部101は反応容器106中
と細いパイプ103で継がつており、容器の中で
フツ化物の高分子反応に必要なCはCF4,CHF3
などのフロロカーボンガスが1%以下の濃度で
XeF2の中に稀釈された状態で送り出されている。
反応容器106は10mtorr程度になるまで圧力は
さげられており、この状態では、基板のまわりは
XeF2とフロロカーボン分子雰囲気にあり、基板
表面に接したXeF2およびフロロカーボン分子が
基板表面に自然吸着し、基板上にXeF2およびフ
ロロカーボン分子の数分子層の厚さの吸着層が形
成される。基板105上に吸着したフロロカーボ
ン層分子に電子ビームを照射することで、吸着分
子はイオン化し表面上でマイクロプラズマ状態と
なる。この状態でイオン化した吸着分子は電子ビ
ームによる励起エネルギーによつて反応し、プラ
ズマの高分子化反応を生ずる。第2図は模式的に
マイクロプラズマによる反応を示したもので21
はシリコンや酸化シリコンなどの基板で23は吸
着する前の供給している(XeF2+Cx)の分子、
22は表面に吸着している分子を示している。電
子ビーム26の照射によつてイオン化した吸着分
子は電子から受けたエネルギーによつて着脱し、
マイクロプラズマ状態になることを示している。
マイクロプラズマ状態で高分子化は進行し、電
子ビーム照射点を中心に高分子化したF,Cの高
分子膜が基板上に形成される。
この時の電子ビームの電流密度は0.5A/cm2
上あることが望ましい。プラズマ重合反応は拡散
するためビーム点から数mmはなれても高分子膜を
形成できる。高分子膜の形成される範囲と厚さ
は、Cの密度、反応容器の圧力、反応ガスの流
速、電子ビームの電流密度などが関係している。
形成された高分子は分子量がそれ程大きくない
が、通常の湿式エツチングには十分耐えうる保護
膜となつている。一方この方法で得た高分子膜を
10-7torr以下の超高真空下で電子ビームを照射す
ると、容器に気化する性質を示す。我々の実験で
は、10-8torrの真空下で10pA、ビーム径5μm、
加速電圧30KeVで照射すると数秒で気化し、
1μmの厚みの高分子膜に加工できた。
このように本発明を実施すれば微細な径の電子
ビームで散乱による電子の拡がりの影響を受けず
に極微なパターンを形成することができる。
次にこのような電子ビームに照射で気化するプ
ラズマ高分子をレジストとして極微な金属線ある
いは半導体細線を形成する方法について詳述す
る。
第3−1図で31が基板、32はシリコン酸化
膜、33はポリシリコン、34が、マイクロプラ
ズマによる高分子薄膜である。この高分子膜は電
子ビームの照射によつて気化する性質を示すので
あるが、従来の電子ビームレジストと異なり、レ
ジスト内あるいは基板表面から散乱する電子によ
つて影響を受けない。従つて極細径の電子ビーム
で気化すればほとんど電子ビーム径と同じ程度の
加工ができる。IBMのBroers達はNaClに電子ビ
ームを照射することで2nmの径の穴をあけた事を
報告している。その際の手法はNAClが電子ビー
ムで気化するという特性を利用したものである。
本発明のプラズマ重合高分子膜は感度はNaClよ
り2〜3桁高く、実用性は格段に優れている。第
3−2図は電子ビームでパターンが形成された際
の断面図を示している。高分子膜の下にはポリシ
リコン薄膜33が設けられている。第3−3図に
おいて、ポリシリコン薄膜33をXeF2の雰囲気
ガス中に置くだけでエツチングされ図に示す様に
等方的形状を得るすなわち高分子薄膜34のオー
バーハングを形成することができる。35は
XeF2の雰囲気ガスを示しており、エツチレート
の調整はN2ガスあるいはArガス又は真空度を下
げるなどすることで可能である。
第3−4図では上記のように形成したパターン
に金属膜又は半導体膜を蒸着すると36に示すよ
うな形で蒸着されパターン部分の金属又半導体は
基板32の上にパターンが形成される。この際パ
ターン中は電子ビームの径程度まで細くでき、
10nm以下でも形成が可能である。第3−5図は
上層のポリシリコン層をとりはらつて金属又は半
導体細線を絶線膜上に形成した際の断面図であ
る。この例では33としてポリシリコンを用いた
がアモルフアスシリコンでも単結晶シリコンでも
よい。なお前記の実施例ではフロロカーボン系の
高分子膜を形成するのにフロロカーボンガスと
XeF2をいつしよに流して電子ビームを照射した
が、まずフロロカーボンガスだけを流して表面に
吸着させてから流すのを止めその後XeF2を流し
て電子ビームを照射してもよい。フロロカーボン
ガスだけを流したときも、前記の実施例と同じく
基板のまわりはフロロカーボンガス分子雰囲気に
あり、基板表面に接したフロロカーボン分子が基
板表面に自然吸着し、基板上にフロロカーボンガ
ス分子の数分子層の厚さの吸着層が形成される。
そこにXeF2を流すとXeF2が同じく自然吸着し、
電子ビームを照射することでフロロカーボンガス
の高分子が形成される。
このように本発明の方法を用いることによつ
て、実用的に意味のある極微な構造の細線が形成
できる。
本発明を駆使することによつて極微構造を容易
に実現することができ、極微構造物性、極微構造
エレクトロニクス等の研究の発展に重要な役割を
果しうるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプラズマ重合膜形成するため
の装置の概略図。101はXeF2+Cxの供給用チ
エンバーで102に示すXeF2+Cxを昇華させ、
伝送管103で反応容器106に結ばれている。
104はステージ、105は試料基板で、107
は数mmの穴でここから電子ビーム112が照射さ
れる。108は真空を保つための容器で全体を
10-5torr以下に保つてある。109は電子光学
系、110は鏡筒、111は電子ビーム放射のた
めの電子銃である。 第2図は表面で生ずる反応を示す模式図。21
は基板、22は吸着分子、23は吸着前の分子、
24は電子ビームと反応を起こす分子、24は反
応した着脱分子でこれがイオン化しており、マイ
クロプラズマ状態になつている。 第3−1図〜第3−5図はリフトオフ法を用い
た極微構造パターン形成プロセスを説明するため
の断面図である。31は基板、32はシリコン酸
化膜、33はポリシリコン膜、34はプラズマ重
合高分子膜、35はXeF2ガス、36は金属又は
半導体膜で蒸着によつて得られる。37は本発明
によつて得られる極微構造の金属又は半導体パタ
ーンである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 フロロカーボンガスが吸着した表面にXeF2
    を流すかあるいはフロロカーボンガスとXeF2
    いつしよに流した状態で電子ビームを照射するこ
    とによつてフロロカーボン系有機高分子薄膜を作
    成し、次に電子ビームを所望の部分に照射して、
    その部分の前記有機高分子薄膜を昇華させること
    を特徴とする極微細パターン形成方法。 2 少なくとも表面にシリコン層を備えしかもそ
    の表面にフロロカーボンガスが吸着した基板上に
    XeF2を流すかあるいはフロロカーボンガスと
    XeF2をいつしよに流した状態で電子ビームを照
    射することによつてフロロカーボン系有機高分子
    薄膜を作成し、次に電子ビームを所望の部分に照
    射して、その部分の前記有機高分子薄膜を昇華さ
    せ、次にこの薄膜をマスクに、XeF2雰囲気中で、
    下層の前記シリコン層をオーバーハングが生ずる
    程度にエツチングした後、金属材料あるいは半導
    体材料を蒸着し、次に前記有機高分子薄膜及び前
    記シリコン層を取り去ることを特徴とする極微細
    パターン形成方法。
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