JPH0712033B2 - Fine pattern formation method by ion beam - Google Patents

Fine pattern formation method by ion beam

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JPH0712033B2
JPH0712033B2 JP59093538A JP9353884A JPH0712033B2 JP H0712033 B2 JPH0712033 B2 JP H0712033B2 JP 59093538 A JP59093538 A JP 59093538A JP 9353884 A JP9353884 A JP 9353884A JP H0712033 B2 JPH0712033 B2 JP H0712033B2
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ion
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祥男 小宮
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工業技術院長
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/486Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using ion beam radiation

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、励起された反応性粒子とイオンビームとの相
乗効果による物質の変化により基板に所要のパターンを
形成する方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a desired pattern on a substrate by changing a substance by a synergistic effect of excited reactive particles and an ion beam.

ここで、励起された反応性粒子とは、後述のように、反
応室とは離れた位置でマイクロ波励起され、反応室まで
輸送することのできる長寿命ラジカルから成る反応性励
起粒子や、短波長電磁光波を含む広義の光化学励起反応
によって励起された反応性励起粒子を含む総称である。
Here, the excited reactive particles are, as described later, excited by microwaves at a position apart from the reaction chamber, and are composed of long-lived radicals that can be transported to the reaction chamber or short-lived reactive particles. It is a general term including reactively excited particles excited by a photochemically excited reaction in a broad sense including a wavelength electromagnetic light wave.

従来から報告されているプラズマエッチにおいては、レ
ジストパターンを予め形成することによつて保護マスク
とし、全面プラズマ反応を行わせることによつて、パタ
ーンエッチを行つている。
In the conventionally reported plasma etching, a pattern is formed by forming a resist pattern in advance and using it as a protective mask, and then performing a plasma reaction over the entire surface.

また、減圧した酸素の放電(酸素のプラズマ)内で半導
体や金属の表面に酸化膜を成長させるプラズマ酸化は低
温で形成できるので広い応用の可能性をもつ。
In addition, plasma oxidation for growing an oxide film on the surface of a semiconductor or a metal in a reduced-pressure oxygen discharge (oxygen plasma) can be formed at a low temperature, and thus has a wide range of potential applications.

これらのプロセスにおいて、選択的なパターン形成はマ
スク用の遮蔽物質がないかぎり不可能であつた。光化学
反応はガス状分子を励起して、反応性励起粒子にする作
用をもつが、一方では光パターン照射しながら反応性ガ
スまたは反応性励起粒子を送れば、直接パターンを形成
できる特徴をもつている。しかしながら、イオンビーム
によるパターン形成と比べると、多くの場合、微細加工
性において劣つている。
In these processes, selective patterning was not possible without masking masking materials. Photochemical reactions have the effect of exciting gaseous molecules into reactively excited particles, but on the other hand, they have the characteristic that they can directly form a pattern by sending a reactive gas or reactively excited particles while irradiating a light pattern. There is. However, in many cases, it is inferior in fine workability as compared with pattern formation by an ion beam.

一方、イオンビームによるパターン形成はイオンビーム
リソグラフィーにおいて、いくつかのイオン源をもちい
て、実験データが出されている。多くは液体金属イオン
源を用いるもので、Ga,Auなど報告がある。
On the other hand, for pattern formation by an ion beam, experimental data has been issued by using several ion sources in ion beam lithography. Most of them use a liquid metal ion source, and there are reports such as Ga and Au.

またB,As,Si,Be等のマスクレスイオン注入に重要なイオ
ン種は、共晶合金を使つた液体金属イオン源から引き出
される。このために集束イオンビーム装置には質量分離
機能が付加される必要があり、E×B質量分離器などが
利用されることが多い。気体イオン源を用いるものはH
など若干例があるが、未だ技術的に困難が多いものであ
る。従つて、イオンビームによるパターン形成もイオン
源が限られていることやイオン電流の問題などのため直
接パターン形成プロセスを能率よく行えるほどのスルー
プットをあげていない。
Ion species such as B, As, Si and Be, which are important for maskless ion implantation, are extracted from a liquid metal ion source using a eutectic alloy. For this reason, it is necessary to add a mass separation function to the focused ion beam device, and an E × B mass separator or the like is often used. H using a gas ion source
There are some examples, but it is still technically difficult. Therefore, the pattern formation by the ion beam is not high enough to efficiently perform the direct pattern formation process due to the limitation of the ion source and the problem of the ion current.

一方、上述のプラズマ中の反応性励起粒子や光化学反応
による反応性励起粒子は、直接各種の物質をエッチ、酸
化等の処理が可能である。
On the other hand, the reactive excitation particles in the plasma or the reactive excitation particles due to the photochemical reaction can be directly treated with various substances such as etching and oxidation.

本発明は、上記の実情に鑑み、基板上にレジストパター
ンまたはSiO2膜などの遮蔽パターンを予め設置しない
で、イオンビーム自体にパターン情報を付与し、基板上
でのイオンビームと反応性励起粒子雰囲気との作用によ
る物質の変化を、選択した場所にのみ生じさせ、イオン
ビームの照射のない部分には、そうした変化をわづかし
か起こさせないか、また、適当に選択された条件で殆ど
起こさせないようにすることを主目的としたものであ
り、イオンビームによるパターンの微細化を維持しなが
ら、なおかつ、直接パターン形成をより広範囲に能率よ
く行うことができるようにしたものである。
In view of the above situation, the present invention does not preliminarily install a resist pattern or a shielding pattern such as a SiO 2 film on the substrate, imparts pattern information to the ion beam itself, and the ion beam and the reactive excitation particles on the substrate Changes in substances due to the action with the atmosphere occur only in selected locations, and in areas where there is no irradiation of the ion beam, such changes occur only infrequently, or hardly under appropriately selected conditions. The main purpose is to do so, and the direct pattern formation can be efficiently performed in a wider range while maintaining the miniaturization of the pattern by the ion beam.

本発明の方法を概説すると、適当に選択された加速エネ
ルギーをもつイオンビームを用いて、差動排気などで可
能になつた反応性励起粒子を含む雰囲気中にある基板上
に、イオン光学系によつて結像させることにより二次元
パターンを描画し、もつて同一素工程で反応性励起粒子
とイオンビームとの相乗効果による反応を基板上に合理
的に行わせる反応性励起粒子の選択的処理が可能なパタ
ーン形成方法であると要約することができる。以下本発
明について実施例に基づき詳細に説明する。
To outline the method of the present invention, an ion optics system is provided on a substrate in an atmosphere containing reactively excited particles made possible by differential evacuation, etc., by using an ion beam having an appropriately selected acceleration energy. Selective treatment of reactively excited particles that draws a two-dimensional pattern by forming an image and makes a reaction on the substrate by the synergistic effect of the reactively excited particles and the ion beam in the same elementary process. Can be summarized as a possible pattern formation method. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

第1図は本発明のイオンビームにパターン情報を付与
し、イオン光学系を介して、反応性励起粒子を含む雰囲
気中にある基板上にイオンビームを投影することによ
り、反応室内の基板部においてイオンビームと反応性励
起粒子の雰囲気とが基板物質に作用することによつて生
じる物質の変化をパターン化した状態で形成し得る装置
の概略構成図である。一つの構成例である第1図におい
て、パターン情報を付与されたイオンビーム1は、上部
の筐筒より、絞り2を通つてイオン光学系によつて集束
されたイオンビーム1となつて、基板3に到達する。絞
り2より上部のイオンビーム集束制御、偏向系はいろい
ろな種類がありうるが、これについて詳しく規定するこ
とが本発明の主旨ではない。これらは現在進展の著しい
イオンビームリソグラフィーと関連がある。
FIG. 1 shows that in the substrate portion in the reaction chamber, pattern information is given to the ion beam of the present invention, and the ion beam is projected on the substrate in the atmosphere containing the reactive excitation particles through the ion optical system. It is a schematic block diagram of the apparatus which can form in the state which patterned the change of the substance which arises when an ion beam and the atmosphere of a reactive excitation particle act on a substrate substance. In FIG. 1, which is one example of the configuration, an ion beam 1 to which pattern information is added is an ion beam 1 focused by an ion optical system from an upper casing through a diaphragm 2 to form a substrate. Reach 3. There may be various types of ion beam focusing control and deflection systems above the aperture stop 2, but it is not the main purpose of the present invention to specify these in detail. These are related to ion-beam lithography, which is currently making remarkable progress.

集束イオンビーム制御、偏向のシステムはいくつか報告
されている。基板に近い方から述べると、第1図に示さ
れるように、まず、X−Y偏向用に偏向電極23がある。
偏向電極23の前段にアインツエルレンズなどより成る対
物レンズ24がある。これより以前の前段はイオン源の種
類や質量分離機能があるかどうかによつて異なつてく
る。従つて第1図にはイオンビーム制御、偏向系の詳細
を記さないことにする。
Several systems of focused ion beam control and deflection have been reported. Speaking from the side closer to the substrate, as shown in FIG. 1, first, there is a deflection electrode 23 for XY deflection.
In front of the deflection electrode 23, there is an objective lens 24 composed of an Einzel lens or the like. The previous stages before this differ depending on the type of ion source and whether it has a mass separation function. Therefore, details of the ion beam control and deflection system will not be shown in FIG.

単体元素よりなる電界放出液体金属イオン源(Gaなど)
の場合は質量分離機能を必要としない。この場合は、イ
オン源、引き出し電極、可動絞り、収束レンズ、偏向
器、基板などのような順次が一つの構成例になる。
Field emission liquid metal ion source consisting of a single element (Ga, etc.)
In case of, the mass separation function is not required. In this case, the order of the ion source, the extraction electrode, the movable diaphragm, the converging lens, the deflector, the substrate, and the like is one configuration example.

一方、共晶合金(Si−Au,B−Ni−Ptなど)を使つた液体
金属イオン源の場合は、イオン源、引出し電極、コンデ
ンサレンズ、質量分離(E×B方式)、偏向器、絞り、
対物レンズ、主偏向器、基板などのような順次が一つの
構成例となる。
On the other hand, in the case of a liquid metal ion source using a eutectic alloy (Si-Au, B-Ni-Pt, etc.), an ion source, an extraction electrode, a condenser lens, mass separation (E × B method), a deflector, a diaphragm ,
One example of the configuration is the order of the objective lens, the main deflector, and the substrate.

また、電子ビームの描画装置と類似の発想で、例えば、
正方形の開口部をもつた第1絞り、第2絞りを用いて可
変成形ビーム方式で描画することも可能である。
In addition, with an idea similar to the electron beam drawing device, for example,
It is also possible to perform drawing by the variable shaped beam system using the first diaphragm and the second diaphragm having a square opening.

電子ビーム転写の技術があるように、イオンビームにも
縮小転写が可能である。
As with the electron beam transfer technology, reduction transfer is possible with ion beams.

H、He、Ne、Arなどの気体イオンソースを用いて、数十
KeVのエネルギーのイオンを10:1程度の縮小イオン光学
系で転写することが可能である。イオンビームの転写の
場合、マスクが一つの問題となるが、金属膜などからな
る自己支持マスクで、10:1の縮小転写が高精度で可能で
あるという報告もある。イオンビームによるパターン形
成と電子ビーム、光によるパターン形成とは異なる点が
ある。電子ビーム、光のパターン形成はエネルギービー
ムの局所的照射と考えてよく、最終的にそれ自体は基板
中に残らない。一方、イオンビームの局所的照射、注入
はエネルギービームの照射という面と物質ビームの局所
的注入、照射という二つの異なる性質をもつている。前
記の意味でイオンビームの注入は基板内にその注入物質
が残る場合のプロセスがありうるという点で光、電子ビ
ームと大きな差がある。
Using gas ion sources such as H, He, Ne, Ar
It is possible to transfer ions with KeV energy with a reduced ion optical system of about 10: 1. In the case of ion beam transfer, the mask is one problem, but it is also reported that a self-supporting mask made of a metal film or the like can achieve 10: 1 reduction transfer with high accuracy. There is a difference between pattern formation using an ion beam and pattern formation using an electron beam or light. The patterning of electron beam and light may be considered as local irradiation of energy beam, and eventually it does not remain in the substrate. On the other hand, the local irradiation and implantation of the ion beam have two different properties: the surface of irradiation of the energy beam and the local implantation and irradiation of the material beam. In the above sense, the ion beam implantation has a large difference from the light and electron beams in that there may be a process when the implanted material remains in the substrate.

イオンビームが物質ビームの局所的な輸送、注入、デポ
ジションという面をもつために、一筆書き的なビームの
描画とイオンビーム一括転写とでは、直接パターン形成
プロセスとして大きな違いがでてくる。
Since the ion beam has the aspects of local transport, implantation, and deposition of the material beam, there is a big difference between the single-stroke writing beam writing and the ion beam batch transfer as a direct pattern forming process.

イオンビームの転写マスクの製作問題があるにしても、
同時に複数の個所へ微細物質ビームを注入または導入で
きることは、複雑なパターン構成をもつた集積回路など
を直接パターン形成方式で、製造する上で重要な概念と
なる。
Even if there is a problem of making an ion beam transfer mask,
Being able to inject or introduce a fine material beam into a plurality of locations at the same time is an important concept in manufacturing an integrated circuit or the like having a complicated pattern structure by a direct pattern formation method.

特に、B、Siなどの不純物の注入というプロセスの他、
OやNの注入が可能になると、ICなどのアイソレーショ
ン方式や局部的な物質層の改質方法として画期的な方法
をもたらすことになる。
In particular, in addition to the process of implanting impurities such as B and Si,
If O or N can be injected, it will bring an epoch-making method as an isolation method such as IC or a method for locally modifying the material layer.

以上でイオンビームによるパターン形成の考えられる方
式について述べた。
The possible methods of pattern formation by the ion beam have been described above.

次に、反応室の構成について説明する。基板が設置され
ている反応室とイオン集束光学系とは所要の真空度が大
巾に異なるので、複数の排気系によつて差動排気を行
い、イオン光学系への反応性励起粒子などによる汚染を
防止する。
Next, the structure of the reaction chamber will be described. Since the required vacuum degree differs greatly between the reaction chamber in which the substrate is installed and the ion focusing optical system, differential evacuation is performed by multiple evacuation systems, and the reactive excitation particles to the ion optical system are used. Prevent pollution.

また、イオンビームの集束と偏向制御に必要な真空度を
維持することにする。
Further, the degree of vacuum required for focusing and deflection control of the ion beam will be maintained.

集束されたイオンビーム1は基板3に照射され、パター
ンが描画される。基板3は基板支持台4の上に設置さ
れ、必要に応じて低温の加熱などの基板部の温度制御が
可能なように、支持台が構成されている。
The focused ion beam 1 is applied to the substrate 3 to draw a pattern. The substrate 3 is installed on the substrate support 4, and the support is configured so that the temperature of the substrate portion such as low temperature heating can be controlled if necessary.

支持台4はX−Y移動機構5、6の上に設置されてお
り、通常のイオンビーム描画装置と同等程度の精密位置
合わせと精密移動ができる。反応室7内の各種の材料は
プラズマなど反応性励起粒子で腐触されない材料で構成
される。
The support base 4 is installed on the X-Y moving mechanisms 5 and 6, and can perform precision positioning and precision movement equivalent to those of an ordinary ion beam drawing apparatus. Various materials in the reaction chamber 7 are composed of materials that are not corroded by reactive excitation particles such as plasma.

第1図の実施例ではイオンビーム光学系の筐筒は排気口
8aなど複数個の排気口から必要に応じて排気できる。反
応室7は排気口9によつて排気される。反応室内の圧力
は、これらの排気口9、8aなどの排気能力によつて決め
られる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the casing of the ion beam optical system is an exhaust port.
Can be exhausted as needed from multiple exhaust ports such as 8a. The reaction chamber 7 is exhausted through the exhaust port 9. The pressure in the reaction chamber is determined by the exhaust capacity of these exhaust ports 9 and 8a.

一方、反応性励起粒子の中で一つの重要な要素である電
界励起されたプラズマは輸送管10を通して導入すること
ができる。輸送管の前にはマグネトロン発振によつて発
生された2.45GHzのマイクロ波が導波管11aに導入され、
導波管の一部に石英管反応部12が挿入されている。導波
路の終端は整合器11bによつてインピーダンス整合が保
たれている。石英管の中に導入管12aを通してCF4+O2
スを0.1Torr程度で導入する。この程度の圧力で導入す
ると、発生したプラズマは電力の増大に対しても殆ど広
がらず、安定な状態となり、ガスの流量の変化に対して
も整合条件はくずれない。プラズマの輸送管10はテフロ
ンコートにしておけば、放電部で生じた活性種は約1m離
れた反応室においても、あまり減衰することなしに反応
室7に導入される。すなわち、こうした活性種は、長寿
命ラジカルである。
On the other hand, electric field-excited plasma, which is one of the important elements among the reactive excitation particles, can be introduced through the transport tube 10. 2.45 GHz microwave generated by magnetron oscillation is introduced into the waveguide 11a in front of the transport tube,
A quartz tube reaction part 12 is inserted in a part of the waveguide. Impedance matching is maintained at the end of the waveguide by a matching device 11b. CF 4 + O 2 gas is introduced into the quartz tube through the introduction tube 12a at about 0.1 Torr. When introduced at a pressure of this level, the generated plasma hardly spreads even with an increase in electric power, becomes in a stable state, and the matching condition is not broken even with a change in gas flow rate. If the plasma transport tube 10 is coated with Teflon, the active species generated in the discharge part can be introduced into the reaction chamber 7 without being significantly attenuated even in the reaction chamber about 1 m away. That is, such active species are long-lived radicals.

このような2.45GHzのマイクロ波励起のプラズマエッチ
法については、従来から報告されている。この方法によ
れば多結晶シリコン、Si3N4、SiO2、Nb、W、Mo、フォ
トレジスト等の各種薄膜がエッチされる。その条件はCF
4の圧力0.12Torr程度でPr=Po2/PCF4が0〜4程度まで
でエッチが可能である。この励起法によるプラズマエッ
チ法の利点は反応室7において放電用の電極を必要とし
ないことである。上記のプラズマ励起の方法において、
導入ガスとしてO2またはN2を用いて、プラズマ活性化さ
れた酸素または窒素によるプラズマ酸化または窒化も条
件によつては可能となる。
The 2.45 GHz microwave-excited plasma etching method has been reported so far. According to this method, various thin films such as polycrystalline silicon, Si 3 N 4 , SiO 2 , Nb, W, Mo and photoresist are etched. The condition is CF
Etching is possible when the pressure of 4 is about 0.12 Torr and Pr = Po 2 / P CF 4 is about 0 to 4. The advantage of the plasma etching method based on this excitation method is that no electrode for discharge is required in the reaction chamber 7. In the above plasma excitation method,
Depending on the conditions, plasma oxidation or nitridation with plasma-activated oxygen or nitrogen using O 2 or N 2 as the introduction gas is also possible.

以上の説明においては、反応室7内における反応性励起
粒子は、既述の通り、約1m離れた所で発生させても余り
減衰することなく当該反応室内に至り得るので、プラズ
マ励起されたいわゆる長寿命ラジカルである。しかし、
反応室7内に反応性励起粒子を形成できる手段はプラズ
マ励起に限らない。最近では、赤外光、可視光、紫外線
やdeep UV光(短波長紫外線)等の光励起反応による反
応性ガス粒子の報告も数多くある。また、場合によって
は上述のdeep UV光からさらにX線に至る短波長の電磁
光波によっても電磁光波化学反応により、気相粒子の励
起は行える。光化学反応プロセスとしては、例えば、Si
はCl2やBr2のガスを4880Åや2570Åのレーザ光で光励起
することにより、ドライエッチし得ることが知られてい
る。また、GaAsやInPも、CH3Brのガスのdeep UV励起光
による反応でエッチ可能である。本発明の一実施例とし
て提案する、電磁光波光化学反応による反応性ガス粒子
の効果をも取り入れた、パターン情報を持つイオンビー
ム描画によるパターン形成法は、上述した各種反応の報
告の知見に基づいている。
In the above description, the reactive excitation particles in the reaction chamber 7 can reach the reaction chamber without being significantly attenuated even if they are generated at a distance of about 1 m, as described above. It is a long-lived radical. But,
The means for forming the reactive excitation particles in the reaction chamber 7 is not limited to plasma excitation. Recently, there have been many reports of reactive gas particles caused by photoexcitation reactions such as infrared light, visible light, ultraviolet light and deep UV light (short wavelength ultraviolet light). Further, in some cases, the gas phase particles can be excited by the electromagnetic light wave chemical reaction even by the electromagnetic light waves of a short wavelength from the deep UV light to the X-rays. As the photochemical reaction process, for example, Si
It is known that dry etching can be performed by optically exciting Cl 2 or Br 2 gas with a laser beam of 4880Å or 2570Å. GaAs and InP can also be etched by the reaction of CH 3 Br gas with deep UV excitation light. The pattern formation method by ion beam drawing having pattern information, which incorporates the effect of the reactive gas particles by the electromagnetic light wave photochemical reaction proposed as one embodiment of the present invention, is based on the findings of the reports of various reactions described above. There is.

第1図において、光ビーム13は走査可能な光化学反応励
起用の光束である。光源よりの光束13Lはレーザなどか
らの光化学反応励起用光源とする。光束13Lを時間的に
スイッチするため、または空間的に光束の方向、位置な
どを変化させるため、光束制御系14を配置する。光束制
御系14を出射した光束13Mは反射鏡15と反射鏡16、光束
透過用窓17、平面または凹筒反射鏡18を経て試料近傍へ
到達する光束13aとなる。
In FIG. 1, a light beam 13 is a scannable light beam for exciting a photochemical reaction. The light flux 13L from the light source is used as a light source for exciting a photochemical reaction from a laser or the like. A light flux control system 14 is arranged for temporally switching the light flux 13L or for spatially changing the direction, position, etc. of the light flux. The light flux 13M emitted from the light flux control system 14 becomes a light flux 13a which reaches the vicinity of the sample through the reflecting mirror 15, the reflecting mirror 16, the light flux transmitting window 17, and the flat or concave cylindrical reflecting mirror 18.

光化学反応用のガスはガス源20、21よりバルブ19を経て
反応室7へ導入される。
The gas for photochemical reaction is introduced into the reaction chamber 7 from the gas sources 20 and 21 through the valve 19.

光化学反応用ガスは減圧した雰囲気の中で光束13bの位
置のような反応室内の光通過空間で光化学励起をうけ
る。
The photochemical reaction gas is subjected to photochemical excitation in the light passage space in the reaction chamber such as the position of the light flux 13b in the depressurized atmosphere.

更に、試料面近傍や試料面に直接照射される光束13aは
光化学反応に対してより強力に作用する。特に、試料面
に直接照射されると試料面の光励起による局部加熱、電
子−正孔励起などが加味されるから多要素の反応機構が
付加されることになる。
Further, the luminous flux 13a directly irradiated to the vicinity of the sample surface or the sample surface acts more strongly on the photochemical reaction. In particular, when the sample surface is directly irradiated, local heating due to photoexcitation of the sample surface, electron-hole excitation, and the like are added, so that a multi-element reaction mechanism is added.

光束13を走査可能にして、試料面で光照射の均一性、制
御性を増すことも可能である。機械的にはミラー15、1
6、18を微小移動制御機構で駆動してもよい。より高速
に行うには電子的光スイッチまたは光路変更デバイスを
光束制御系14中に設置することによつて可能となる。
It is also possible to make the light beam 13 scannable to improve the uniformity and controllability of light irradiation on the sample surface. Mechanically mirrors 15, 1
6 and 18 may be driven by a fine movement control mechanism. Faster operation is possible by installing an electronic optical switch or optical path changing device in the light flux control system 14.

また、幾つかの偏光による光スイッチやハーフミラー、
マイクロレンズアレー、光ファイバーなどを用いれば、
複数個の光束の同時、並列処理ができる。これによつ
て、複数の光束の夫々独自の時間的断続、空間的な配置
が可能になる。
In addition, optical switch and half mirror with some polarization,
If you use microlens array, optical fiber, etc.,
Multiple light fluxes can be processed simultaneously and in parallel. As a result, it becomes possible for each of the plurality of light beams to have their own temporal discontinuity and spatial arrangement.

第1図に示した光束制御系14、ミラー15、16、18などの
光学系は1つの実施例である。この他にもいろいろの光
束群制御がありうることがわかる。
The optical system including the light flux controlling system 14 and the mirrors 15, 16 and 18 shown in FIG. 1 is one embodiment. It will be understood that various other light flux group controls are possible.

第1図のようなイオンビームパターン描画系に別途、複
数の光束透過用窓をあけ、各光束透過用窓に複数の光束
群を空間的、時間的に断続させて入射させることもでき
る。または、光束は真空と大気中とでその制御に差違が
ないという利点がある。従つて、上記の各種光束群制御
系を反応室7内へもちこむことも可能である。
It is also possible to separately provide a plurality of light beam transmitting windows in the ion beam pattern drawing system as shown in FIG. 1 and to make a plurality of light beam groups enter the respective light beam transmitting windows spatially and temporally intermittently. Alternatively, there is an advantage in that there is no difference in the control of the light flux between the vacuum and the atmosphere. Therefore, it is also possible to bring the above-mentioned various luminous flux group control systems into the reaction chamber 7.

反応室内の基板近傍の斜めより上記の光束群を入射させ
れば、基板内の特定の場合に複数個の光束を空間的分
布、時間的断続をもつて照射させることも可能である。
反応室内に光束制御系を設置する場合は、光束制御系が
反応性励起粒子によつて損傷を受けないように石英板、
テフロンコートの素材など保護できる収納容器などを設
ける必要がある。
It is possible to irradiate a plurality of light fluxes with a spatial distribution and a temporal discontinuity in a specific case within the substrate by making the above light flux groups enter obliquely in the vicinity of the substrate in the reaction chamber.
When installing the light flux control system in the reaction chamber, a quartz plate, so that the light flux control system is not damaged by the reactive excitation particles,
It is necessary to provide a storage container that can protect the material of Teflon coat.

以上詳細に説明したように、本発明のイオンビームによ
る微細パターン形成法を利用すれば、マイクロ波励起長
寿命ラジカルによるプラズマ処理やフォトケミカル反応
性励起粒子によるフォトケミカル処理、及びこれら二種
の励起法によって励起された反応性励起粒子を共に用い
てのプロセス等に、イオンビームによる微細パターン描
画機能を付加することができる。
As described in detail above, by utilizing the fine pattern forming method by the ion beam of the present invention, plasma treatment by microwave-excited long-lived radicals, photochemical treatment by photochemically reactive excited particles, and excitation of these two kinds A fine pattern drawing function by an ion beam can be added to a process or the like in which reactively excited particles excited by the method are used together.

更に、本発明によれば、イオンビームが当たった個所は
当該イオンビームと反応性励起粒子との基板上における
反応効果、例えば基板上の各種粒子による局部損傷、イ
オン注入効果等によって他の部分よりも深くエッチされ
る。プラズマ長寿命ラジカル形成条件や光化学励起反応
条件などの反応の強さを変化させるパラメータを、イオ
ンビームを当てない時には、殆ど反応が基板上で起きな
い程度にしておき、イオンビームが照射されると反応が
促進されて、そこだけエッチが起るようにも調整でき
る。つまり、このような条件を見つけることにより、レ
ジストレスのパターン形成エッチが可能となる。場合に
よつては、エッチされたウェーハの凹凸面は、さらにイ
オンビームによつて反応性ガスの遮断後にマスクレスイ
オン注入によつてパターンが形成できる。
Further, according to the present invention, the portion hit by the ion beam is more affected than other portions by the reaction effect of the ion beam and the reactive excitation particles on the substrate, for example, local damage by various particles on the substrate, ion implantation effect, etc. Is also deeply etched. The parameters that change the reaction strength such as plasma long-lived radical formation conditions and photochemically excited reaction conditions are set so that almost no reaction occurs on the substrate when the ion beam is not applied, and when the ion beam is irradiated. It can be adjusted so that the reaction is promoted and the etching occurs only there. That is, by finding such a condition, resistless pattern formation etching can be performed. In some cases, the textured surface of the etched wafer can be further patterned by maskless ion implantation after blocking the reactive gas by the ion beam.

また、プラズマ酸化などの反応性励起粒子による酸化プ
ロセスに関していえば、酸化層の深さの制御とパターン
化、酸化後における酸素以外の元素のイオン注入による
膜質の改質とそのパターン化に有効である。
Further, regarding the oxidation process using reactively excited particles such as plasma oxidation, it is effective for controlling the depth of the oxide layer and patterning, and for improving the film quality by ion implantation of an element other than oxygen after oxidation and the patterning thereof. is there.

第1図に示したイオンビーム描画系は、走査系のイオン
ビーム制御系の1部を示したものだが、これは公知の他
のイオンビーム描画系へも適用できることは明らかであ
る。
The ion beam writing system shown in FIG. 1 shows a part of the ion beam control system of the scanning system, but it is obvious that this can be applied to other known ion beam writing systems.

本発明によれば真空排気系の中で、大気に曝すことな
く、基板ウェーハへレジストレス直接プロセスでサブミ
クロンまでのパターン形成が可能となる。
According to the present invention, a sub-micron pattern can be formed on a substrate wafer by a resistless direct process in a vacuum exhaust system without exposing it to the atmosphere.

本発明は今後進展が予想される直接パターン形成プロセ
スの一環として利用することができる。
The present invention can be used as part of a direct pattern formation process which is expected to progress in the future.

これによつて、各種電子デバイス、集積回路等の製造の
能率向上、性能向上に寄与することができる。
This can contribute to improving the efficiency and performance of manufacturing various electronic devices, integrated circuits and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の反応性励起粒子を含む雰囲気中におけ
るパターン情報をもつたイオンビームによる直接パター
ン形成法の実施例を説明するための図である。 図中、1はパターン情報をもつたイオンビーム、2は絞
り、3は基板、4は基板支持台、5、6はX、Y移動
台、7は反応室、8aは排気口、9は排気口、10はプラズ
マ輸送管、11aはマイクロ波導波管、12は石英管反応
部、12aはガス導入管、13は光化学反応用光束、14は光
束制御系、15、16、18は反射ミラー、17は透過窓、20、
21はガス源、19はガス導入管、22はイオンビーム光学系
の一部、23は偏向器、24は対物レンズである。
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a direct pattern forming method using an ion beam having pattern information in an atmosphere containing reactively excited particles according to the present invention. In the figure, 1 is an ion beam having pattern information, 2 is a diaphragm, 3 is a substrate, 4 is a substrate support, 5 and 6 are X and Y moving stages, 7 is a reaction chamber, 8a is an exhaust port, and 9 is an exhaust. Mouth, 10 is a plasma transport tube, 11a is a microwave waveguide, 12 is a quartz tube reaction section, 12a is a gas introduction tube, 13 is a light beam for photochemical reaction, 14 is a light beam control system, 15, 16 and 18 are reflection mirrors, 17 is a transparent window, 20,
Reference numeral 21 is a gas source, 19 is a gas introduction tube, 22 is a part of an ion beam optical system, 23 is a deflector, and 24 is an objective lens.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】反応室に対し、差動排気の可能な関係でイ
オンビームの集束光学系を配置し; 上記反応室内に反応性励起粒子を含む雰囲気中で、該反
応室内に収められている基板に対し、上記イオンビーム
集束光学系から、予め所定のパターン情報の付与された
イオンビームを照射し; 該イオンビームと該反応性励起粒子との相乗効果による
物質の変化により、上記基板に所定のパターンを形成す
ること; を特徴とするイオンビームによる微細パターン形成法。
1. An ion beam focusing optical system is arranged in a reaction chamber so that differential pumping is possible; the reaction chamber is housed in the reaction chamber in an atmosphere containing reactive excited particles. The substrate is irradiated with an ion beam to which predetermined pattern information is given from the ion beam focusing optical system; a predetermined amount of light is applied to the substrate due to a change in substance due to a synergistic effect of the ion beam and the reactive excitation particles. Forming a pattern of the above; and a fine pattern forming method using an ion beam.
【請求項2】上記反応性励起粒子は、上記反応室から離
れた所で発生され、該反応室にに輸送されて来た長寿命
ラジカルから成ること; を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の微細パター
ン形成法。
2. The reactive excited particles are composed of long-lived radicals generated at a distance from the reaction chamber and transported to the reaction chamber. The method for forming a fine pattern according to item.
【請求項3】上記反応性励起粒子は、上記反応室の外部
から透過窓を介し、該反応室内に導入される光ビームに
より、電磁光波化学反応により励起されたものであるこ
と; を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の微細パター
ン形成法。
3. The reactive excitation particles are those excited by an electromagnetic light wave chemical reaction by a light beam introduced into the reaction chamber from outside the reaction chamber through a transmission window. The fine pattern forming method according to claim 1.
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