JPH0484429A - 電子ビーム励起ドライエッチング方法及び装置 - Google Patents
電子ビーム励起ドライエッチング方法及び装置Info
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- JPH0484429A JPH0484429A JP19965190A JP19965190A JPH0484429A JP H0484429 A JPH0484429 A JP H0484429A JP 19965190 A JP19965190 A JP 19965190A JP 19965190 A JP19965190 A JP 19965190A JP H0484429 A JPH0484429 A JP H0484429A
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- etching gas
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Landscapes
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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、半導体素子製造工程等に用いる基板上へのパ
ターン転写方法及び装置に係わり、詳しくは電子ビーム
を用いた電子ビーム励起ドライエツチング方法及びドラ
イエツチング装置に関する。
ターン転写方法及び装置に係わり、詳しくは電子ビーム
を用いた電子ビーム励起ドライエツチング方法及びドラ
イエツチング装置に関する。
（従来の技術）
ＭＯＳＦＥＴ等の素子寸法の微細化や量子効果素子の製
造の要求に伴い、その製造工程には無損傷及び単原子層
レベルの高精度な加工技術が要求されてきている。
造の要求に伴い、その製造工程には無損傷及び単原子層
レベルの高精度な加工技術が要求されてきている。
一方リングラフィによって形成されたパターンをマスク
材として下地基板にパターンを転写するエツチングは、
従来反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）に代表されるよ
うに、真空容器内に導入したエツチングガスを直流また
は高周波放電によりプラズマ状態にし、そこから得られ
る活性種及びイオンの物理的及び化学的反応の相互作用
によりエツチングを行う方法が用いられてきた。
材として下地基板にパターンを転写するエツチングは、
従来反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）に代表されるよ
うに、真空容器内に導入したエツチングガスを直流また
は高周波放電によりプラズマ状態にし、そこから得られ
る活性種及びイオンの物理的及び化学的反応の相互作用
によりエツチングを行う方法が用いられてきた。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながらこの従来のエツチング方法では、第３図（
ａ）に示すようにエツチングにプラズマ放電により得ら
れる活性種３２及びイオン３１を用いているが、そのプ
ラズマ放電は直流酸るいは高周波の印加による連続的な
放電であるため、被加工物への活性種の供給及びイオン
の入射は連続的になり、被加工物を単原子層単位で精度
良くエツチングする事は不可能であった。またこの従来
の反応性イオンエツチングでは、エツチング過程にイオ
ンによる物理作用を用いているため、被加工物に第３図
（ｂ）に示すようにイオン衝撃による損傷３５が与えら
れ、素子特性の劣化を引き起こしていた。またマスク材
３３を用いて被加工基板３４をエツチングする場合、基
板３４だけでなくマスク材３３に対しても物理スパッタ
を引き起こし、マスク材と被加工基板のエツチングレー
トの低下、すなわち選択比の低下を引き起こしていた。
ａ）に示すようにエツチングにプラズマ放電により得ら
れる活性種３２及びイオン３１を用いているが、そのプ
ラズマ放電は直流酸るいは高周波の印加による連続的な
放電であるため、被加工物への活性種の供給及びイオン
の入射は連続的になり、被加工物を単原子層単位で精度
良くエツチングする事は不可能であった。またこの従来
の反応性イオンエツチングでは、エツチング過程にイオ
ンによる物理作用を用いているため、被加工物に第３図
（ｂ）に示すようにイオン衝撃による損傷３５が与えら
れ、素子特性の劣化を引き起こしていた。またマスク材
３３を用いて被加工基板３４をエツチングする場合、基
板３４だけでなくマスク材３３に対しても物理スパッタ
を引き起こし、マスク材と被加工基板のエツチングレー
トの低下、すなわち選択比の低下を引き起こしていた。
更にイオン及び活性種が空間中を移動してくる間に散乱
等により方向性を失い、第３図（ｂ）中の破線で示すよ
うにパターンの側壁方向にエツチングが進行する事も高
精度なパターン転写を阻害する要因となっていた。
等により方向性を失い、第３図（ｂ）中の破線で示すよ
うにパターンの側壁方向にエツチングが進行する事も高
精度なパターン転写を阻害する要因となっていた。
本発明の目的は従来困難であった低損傷かつ高選択性お
よび単原子層レベルの制御が可能な高精度パターン転写
を可能とするドライエツチング方法及び装置を提供する
事にある。
よび単原子層レベルの制御が可能な高精度パターン転写
を可能とするドライエツチング方法及び装置を提供する
事にある。
（課題を解決するための手段）
本発明によれば、真空雰囲気下で基板上にパターン転写
を行うドライエツチング方法において、真空雰囲気下に
設置した被エツチング物たる基板上に、エツチングガス
を流して表面に吸着させ、そのあと、浮遊しているガス
を排気する工程、及びその後エツチングガスが吸着した
基板に電子ビームを照射して、吸着したエツチングガス
と基板を反応させて基板をエツチングする工程とを含む
事、を特徴とする電子ビーム励起ドライエツチング方法
が得られる。また本発明によれば、真空雰囲気下でマス
ク材を用いて基板上にパターン転写を行うドライエツチ
ング装置において、真空容器内に基板支持台及び、前記
支持台に対向する部分に設置された電子銃及び、エツチ
ングガス導入装置とを具備する事を特徴とする電子ビー
ム励起ドライエツチング装置によって得られる。
を行うドライエツチング方法において、真空雰囲気下に
設置した被エツチング物たる基板上に、エツチングガス
を流して表面に吸着させ、そのあと、浮遊しているガス
を排気する工程、及びその後エツチングガスが吸着した
基板に電子ビームを照射して、吸着したエツチングガス
と基板を反応させて基板をエツチングする工程とを含む
事、を特徴とする電子ビーム励起ドライエツチング方法
が得られる。また本発明によれば、真空雰囲気下でマス
ク材を用いて基板上にパターン転写を行うドライエツチ
ング装置において、真空容器内に基板支持台及び、前記
支持台に対向する部分に設置された電子銃及び、エツチ
ングガス導入装置とを具備する事を特徴とする電子ビー
ム励起ドライエツチング装置によって得られる。
（作用）
被加工物を設置した真空容器内にエツチングガスを導入
して速やかに排気すると、被加工物の表面−様にエツチ
ングガスが単原子層吸着する。この状態で電子ビームを
被加工物に一様に短時間照射する事により、吸着したエ
ツチングガスは励起され活性種となり、被加工物表面の
表面第１層のみと化学的に反応し、反応生成物を生じる
。こ゛こで反応生成物が揮発性となるようなエツチング
ガスを用いれば、揮発性生成物は被加工物表面から速や
かい脱離し、真空排気装置によって排気され、それ以上
エツチングガスの供給がない事、電子ビームの照射を短
時間の照射で停止する事などにより、エツチングは被加
工物の表面単原子層で停止する。またここでエツチング
には被加工物表面で生成された活性種による化学的反応
のみを用いており、被加工物に照射されるのは電子ビー
ｔ、のみであるため、被加工物にイオン衝撃による損傷
は導入されない。またマスクパターンを形成してエツチ
ングする場合でも物理スパッタによるマスク材料のエツ
チングも起きない。従ってマスク材料に例えば塩素ラジ
カルに対する５ｉ０２のような、活性種に対して化学的
に安定な物質を用いる事により、マスク材と被加工基板
のエツチングレートの差、即ち選択比を大きくする事が
出来、無損傷かつ高精度な加工が可能となる。また電子
ビームは被加工物の法線方向から被加工物に対して垂直
に照射されるよう電子銃を設置する事により、被加工物
の側壁に吸着したエツチングガスは電子ビームの照射を
受けないため活性化されず、被加工物の側壁方向にはエ
ツチングが起こらない事も高精度な加工を可能とする要
因となる。
して速やかに排気すると、被加工物の表面−様にエツチ
ングガスが単原子層吸着する。この状態で電子ビームを
被加工物に一様に短時間照射する事により、吸着したエ
ツチングガスは励起され活性種となり、被加工物表面の
表面第１層のみと化学的に反応し、反応生成物を生じる
。こ゛こで反応生成物が揮発性となるようなエツチング
ガスを用いれば、揮発性生成物は被加工物表面から速や
かい脱離し、真空排気装置によって排気され、それ以上
エツチングガスの供給がない事、電子ビームの照射を短
時間の照射で停止する事などにより、エツチングは被加
工物の表面単原子層で停止する。またここでエツチング
には被加工物表面で生成された活性種による化学的反応
のみを用いており、被加工物に照射されるのは電子ビー
ｔ、のみであるため、被加工物にイオン衝撃による損傷
は導入されない。またマスクパターンを形成してエツチ
ングする場合でも物理スパッタによるマスク材料のエツ
チングも起きない。従ってマスク材料に例えば塩素ラジ
カルに対する５ｉ０２のような、活性種に対して化学的
に安定な物質を用いる事により、マスク材と被加工基板
のエツチングレートの差、即ち選択比を大きくする事が
出来、無損傷かつ高精度な加工が可能となる。また電子
ビームは被加工物の法線方向から被加工物に対して垂直
に照射されるよう電子銃を設置する事により、被加工物
の側壁に吸着したエツチングガスは電子ビームの照射を
受けないため活性化されず、被加工物の側壁方向にはエ
ツチングが起こらない事も高精度な加工を可能とする要
因となる。
（実施例）
以下第１図及び第２図を用いて本発明の一実施例を説明
する。第２図に示した真空排気装置２２によりｌＸ１Ｏ
−５Ｐａまで排気した真空容器２１内にマスク材として
５ｉ０２マスク１１及び基板として面方位（１００）の
Ｓｉ基板１２から構成される被加工物２４を基板支持台
２４上に設置する（第１図（ａ））。つぎにこの真空容
器内２１にエツチングガスとしてＣＩ２ガス１３を第２
図のＣ１２ガス容器２５から真空バルブ２６の開閉によ
って１×１Ｏ−２Ｐａ導入する（第１図（ｂ））。ここ
で第２図に於て真空バルブ２６の開閉は電気制御系２９
により電気的に制御され、この場合１秒間間の状態とし
た。このとき５ｉ０２マスク１１及びＳｉ基板１２の表
面上にはエツチングガスであるＣＩ２ガス１３が全面に
吸着する（第１図（Ｃ））。そして第２図に於て真空バ
ルブ２６を閉ビた後は、Ｃ１２ガスを真空容器２１内に
供給しないので、真空容器２１内に残留したＣＩ２ガス
は排気装置２２により速やかに排気される。次いで排気
終了後真空容器２１の被加工物２４と対向する部分に設
置したピアス型電子銃２７から得られる電子ビームを被
加工物全面にほぼ垂直に照射する。このとき電子ビーム
１４の照射を受けた吸着ＣＩ２ガス１３は励起状態にな
り、Ｓｉ基板１２の５ｉ−８ｉ結合に化学的に作用し、
Ｓｉ基板１２の表面第１層にのみ反応生成物１５である
揮発性の５ｉＣ１４を生成するが、５ｉ０２ｖ ス’７
１１（７）Ｓｉ−０結合ニ対しては励起された活性種は
化学的に作用しないため、反応生成物は生じない（第１
図（ｄ））。このとき用いた電子ビームの電流密度はＩ
Ａ／ｃｍ２、照射時間は１秒であり、第２図において電
子銃２７及び電子銃制御電源２８は真空バルブ２６と同
様、電気制御系２９により電気的に制御される。その後
揮発性の反応生成物１５はＳｉ基板１２上から脱離して
排気され、その結果Ｓｉ基板１２の表面の単原子層のみ
が精度良くエツチングされる（第１図（ｅ））。このエ
ツチングガス導入と電子ビーム照射のサイクルを、第２
図に於て電気制御系２９により自動的に３００回繰り返
し、そのあとＳｉ基板１２のエツチング深さを測定した
ところ４１０人となった。５ｉ（１００）面の格子定数
は１．３６人なので４１０／１．３６牧３００となり一
回のサイクルでほぼ単原子層ずつ精度良くエツチングで
きていることが確認できた。またエツチング後のＳｉ基
板１２は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定の結果表
面層に損傷はほとんど与えられていなかった。またパタ
ーン側壁方向及び５ｉ０２マスク１１のエツチングもほ
とんど観察されなかった。
する。第２図に示した真空排気装置２２によりｌＸ１Ｏ
−５Ｐａまで排気した真空容器２１内にマスク材として
５ｉ０２マスク１１及び基板として面方位（１００）の
Ｓｉ基板１２から構成される被加工物２４を基板支持台
２４上に設置する（第１図（ａ））。つぎにこの真空容
器内２１にエツチングガスとしてＣＩ２ガス１３を第２
図のＣ１２ガス容器２５から真空バルブ２６の開閉によ
って１×１Ｏ−２Ｐａ導入する（第１図（ｂ））。ここ
で第２図に於て真空バルブ２６の開閉は電気制御系２９
により電気的に制御され、この場合１秒間間の状態とし
た。このとき５ｉ０２マスク１１及びＳｉ基板１２の表
面上にはエツチングガスであるＣＩ２ガス１３が全面に
吸着する（第１図（Ｃ））。そして第２図に於て真空バ
ルブ２６を閉ビた後は、Ｃ１２ガスを真空容器２１内に
供給しないので、真空容器２１内に残留したＣＩ２ガス
は排気装置２２により速やかに排気される。次いで排気
終了後真空容器２１の被加工物２４と対向する部分に設
置したピアス型電子銃２７から得られる電子ビームを被
加工物全面にほぼ垂直に照射する。このとき電子ビーム
１４の照射を受けた吸着ＣＩ２ガス１３は励起状態にな
り、Ｓｉ基板１２の５ｉ−８ｉ結合に化学的に作用し、
Ｓｉ基板１２の表面第１層にのみ反応生成物１５である
揮発性の５ｉＣ１４を生成するが、５ｉ０２ｖ ス’７
１１（７）Ｓｉ−０結合ニ対しては励起された活性種は
化学的に作用しないため、反応生成物は生じない（第１
図（ｄ））。このとき用いた電子ビームの電流密度はＩ
Ａ／ｃｍ２、照射時間は１秒であり、第２図において電
子銃２７及び電子銃制御電源２８は真空バルブ２６と同
様、電気制御系２９により電気的に制御される。その後
揮発性の反応生成物１５はＳｉ基板１２上から脱離して
排気され、その結果Ｓｉ基板１２の表面の単原子層のみ
が精度良くエツチングされる（第１図（ｅ））。このエ
ツチングガス導入と電子ビーム照射のサイクルを、第２
図に於て電気制御系２９により自動的に３００回繰り返
し、そのあとＳｉ基板１２のエツチング深さを測定した
ところ４１０人となった。５ｉ（１００）面の格子定数
は１．３６人なので４１０／１．３６牧３００となり一
回のサイクルでほぼ単原子層ずつ精度良くエツチングで
きていることが確認できた。またエツチング後のＳｉ基
板１２は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定の結果表
面層に損傷はほとんど与えられていなかった。またパタ
ーン側壁方向及び５ｉ０２マスク１１のエツチングもほ
とんど観察されなかった。
本実施例では、エツチングの際マスク１１を用い電子ビ
ームを全面照射したがこれに限らず、電子ビームをしぼ
ってエツチングしたい部分にだけ照射すればマスクを用
いる必要はない。
ームを全面照射したがこれに限らず、電子ビームをしぼ
ってエツチングしたい部分にだけ照射すればマスクを用
いる必要はない。
本実施例はＣＩ２ガスを用いた５ｉ０２マスクによるＳ
ｉ基板のエツチングに関するものであるが、本発明はこ
れに限定されるものでは無く、例えばエツチングガスと
してＦ２、ＣｌＦ３、ＮＦ３、ＸｅＦ２等、マスク材料
としてフォトレジスト、ＳｉＮ工、Ｗ、 ＡＩ等、また
エツチング対象物としてＧａＡｓ、 ５ｉ０２等を用い
ても良い。また基板そのものではなく基板上に形成した
膜をエツチング対象物とすることもできることは明らか
であるが、本発明ではこのような場合も含めてエツチン
グ対象物を「基板」と呼んでいる。またエツチングガス
の導入圧力及び導入時間は被加工物の全面に吸着し、そ
の後真空容器内に残留したエツチングガスが排気装置に
より速やかに排気される圧力及び時間の範囲で自由に設
定する事が出来る。さらに照射に用いた電子ビームは被
加工基板に対して垂直にかつ一様に照射され、吸着した
エツチングガスを励起及び解離し、エツチングを引き起
こすことができるものであれば、他の方式の電子銃から
得られる他のエネルギー及び電流密度の電子ビームを用
いて、任意の時間照射しても良い。また本実施例の装置
ではエツチングガス導入とその後の電子ビーム照射のタ
イミング及び時間の制御に電気制御系を用いたが、これ
は電気制御系によらずそれぞれを手動により制御しても
良い。
ｉ基板のエツチングに関するものであるが、本発明はこ
れに限定されるものでは無く、例えばエツチングガスと
してＦ２、ＣｌＦ３、ＮＦ３、ＸｅＦ２等、マスク材料
としてフォトレジスト、ＳｉＮ工、Ｗ、 ＡＩ等、また
エツチング対象物としてＧａＡｓ、 ５ｉ０２等を用い
ても良い。また基板そのものではなく基板上に形成した
膜をエツチング対象物とすることもできることは明らか
であるが、本発明ではこのような場合も含めてエツチン
グ対象物を「基板」と呼んでいる。またエツチングガス
の導入圧力及び導入時間は被加工物の全面に吸着し、そ
の後真空容器内に残留したエツチングガスが排気装置に
より速やかに排気される圧力及び時間の範囲で自由に設
定する事が出来る。さらに照射に用いた電子ビームは被
加工基板に対して垂直にかつ一様に照射され、吸着した
エツチングガスを励起及び解離し、エツチングを引き起
こすことができるものであれば、他の方式の電子銃から
得られる他のエネルギー及び電流密度の電子ビームを用
いて、任意の時間照射しても良い。また本実施例の装置
ではエツチングガス導入とその後の電子ビーム照射のタ
イミング及び時間の制御に電気制御系を用いたが、これ
は電気制御系によらずそれぞれを手動により制御しても
良い。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、従来法と比較し
て低損傷かつ単原子層レベルの高密度なパターン転写を
行う事が出来る。
て低損傷かつ単原子層レベルの高密度なパターン転写を
行う事が出来る。
第１図は本発明の方法の一実施例を説明するための基板
の部分断面図であり、第２図は本発明の装置一実施例を
説明するための装置構成図、また第３図は従来技術によ
る方法を説明するための基板の部分断面図である。 図において、１１・・・５ｉ０２マスク、１２・・・Ｓ
ｉ基板、１３・・・Ｃ１２ガス、１４・・・電子ビーム
、１５・・・反応生成物、２１・・・真空容器、２２・
・・排気装置、２３・・・基板支持台、２４・・・被加
工物、２５・・・Ｃ１２ガス容器、２６・・・真空ノテ
ルブ、２７・・・電子銃、２８・・・電子銃電源、２９
・・・電気制御系、３１０．・イオン、３２・・・活性
種、３３・・・マスク材、３４・・・基板、３５・・・
損傷である。
の部分断面図であり、第２図は本発明の装置一実施例を
説明するための装置構成図、また第３図は従来技術によ
る方法を説明するための基板の部分断面図である。 図において、１１・・・５ｉ０２マスク、１２・・・Ｓ
ｉ基板、１３・・・Ｃ１２ガス、１４・・・電子ビーム
、１５・・・反応生成物、２１・・・真空容器、２２・
・・排気装置、２３・・・基板支持台、２４・・・被加
工物、２５・・・Ｃ１２ガス容器、２６・・・真空ノテ
ルブ、２７・・・電子銃、２８・・・電子銃電源、２９
・・・電気制御系、３１０．・イオン、３２・・・活性
種、３３・・・マスク材、３４・・・基板、３５・・・
損傷である。
Claims (2)
- （１）真空雰囲気下で基板上にパターン転写を行うドラ
イエッチング方法において、真空雰囲気下に設置した被
エッチング物たる基板上にエッチングガスを流して表面
吸着させそのあとガスを排気する工程及びその後基板に
電子ビームを照射して、吸着したエッチングガスと基板
を反応させて基板をエッチングする工程とを含む事、を
特徴とする電子ビーム励起ドライエッチング方法。 - （２）真空雰囲気下で基板上にパターン転写を行うドラ
イエッチング装置に於て、真空容器内に基板支持台及び
、前記支持台に対向する部分に設置された電子銃及び、
エッチングガス導入装置とを具備する事を特徴とする電
子ビーム励起ドライエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19965190A JPH0484429A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 電子ビーム励起ドライエッチング方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19965190A JPH0484429A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 電子ビーム励起ドライエッチング方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0484429A true JPH0484429A (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=16411385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19965190A Pending JPH0484429A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 電子ビーム励起ドライエッチング方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0484429A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0582043U (ja) * | 1992-04-08 | 1993-11-05 | 石川島播磨重工業株式会社 | ドライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置 |
| JP2017504176A (ja) * | 2013-10-02 | 2017-02-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 高密度低エネルギープラズマによる半導体表面の界面処理 |
| CN111370308A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-07-03 | 中国科学院微电子研究所 | 一种刻蚀方法及系统、刻蚀控制装置、电子器件及设备 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63304631A (ja) * | 1987-06-05 | 1988-12-12 | Hitachi Ltd | 光励起ドライエツチング方法およびその装置 |
| JPH01278023A (ja) * | 1988-04-30 | 1989-11-08 | Oki Electric Ind Co Ltd | ドライエッチング方法及びその装置 |
| JPH0437129A (ja) * | 1990-06-01 | 1992-02-07 | Fujitsu Ltd | エッチング方法及びエッチング装置 |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP19965190A patent/JPH0484429A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0582043U (ja) * | 1992-04-08 | 1993-11-05 | 石川島播磨重工業株式会社 | ドライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置 |
| JP2017504176A (ja) * | 2013-10-02 | 2017-02-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 高密度低エネルギープラズマによる半導体表面の界面処理 |
| TWI665734B (zh) * | 2013-10-02 | 2019-07-11 | 美商應用材料股份有限公司 | 以高密度低能量電漿進行半導體表面的介面處理 |
| CN111370308A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-07-03 | 中国科学院微电子研究所 | 一种刻蚀方法及系统、刻蚀控制装置、电子器件及设备 |
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