JPH07130710A - 微細パターン形成方法とその装置 - Google Patents
微細パターン形成方法とその装置Info
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- JPH07130710A JPH07130710A JP27392993A JP27392993A JPH07130710A JP H07130710 A JPH07130710 A JP H07130710A JP 27392993 A JP27392993 A JP 27392993A JP 27392993 A JP27392993 A JP 27392993A JP H07130710 A JPH07130710 A JP H07130710A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 真空一貫プロセスが可能な極微細構造形成方
法の確立。 【構成】 被加工物１０３に吸着層１０４を形成して表
面不活性処理を施してガスエッチングに対するマスクと
してから、電子ビーム１０６を照射して所望の領域の吸
着原子を取り除いた後にガスエッチングを行い、微細パ
ターンを転写する。
法の確立。 【構成】 被加工物１０３に吸着層１０４を形成して表
面不活性処理を施してガスエッチングに対するマスクと
してから、電子ビーム１０６を照射して所望の領域の吸
着原子を取り除いた後にガスエッチングを行い、微細パ
ターンを転写する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子層レベルの不活性層
マスクと、電子ビームによるマスクパターン描画を応用
した微細構造形成のための技術であり、次世代半導体素
子および新機能デバイスの作製に関するものである。
マスクと、電子ビームによるマスクパターン描画を応用
した微細構造形成のための技術であり、次世代半導体素
子および新機能デバイスの作製に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】微細パターンの形成技術はＬＳＩの高集
積化や新機能デバイスの実現に重要であり、より低損傷
の極微細構造の形成方法が要求されている。現在のＬＳ
Ｉの製造工程においては、各種リソグラフィー方法によ
り作製したレジストパターンをマスクとして、イオンに
よるアシスト効果を利用したエッチング方法（例えば反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法など）により被加工
物に転写している。
積化や新機能デバイスの実現に重要であり、より低損傷
の極微細構造の形成方法が要求されている。現在のＬＳ
Ｉの製造工程においては、各種リソグラフィー方法によ
り作製したレジストパターンをマスクとして、イオンに
よるアシスト効果を利用したエッチング方法（例えば反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法など）により被加工
物に転写している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なパタ
ーン転写方法には、以下のような問題点がある。まず、
エッチング過程においてイオン衝撃による反応促進効果
を用いたとき被加工物中に欠陥が導入され、電気的・光
学的特性を劣化させる。また、レジストパターンはエッ
チング工程に耐えるために一定以上の膜厚が要求され
る。従って極微細パターン形成が困難となる。さらにレ
ジスト塗布工程で大気に曝されたり、レジストを構成す
る高分子が表面を汚染するため、再成長界面の不純物濃
度が高く実用に耐えない。この様な問題は、素子の微細
化が進むに従って顕著になる。
ーン転写方法には、以下のような問題点がある。まず、
エッチング過程においてイオン衝撃による反応促進効果
を用いたとき被加工物中に欠陥が導入され、電気的・光
学的特性を劣化させる。また、レジストパターンはエッ
チング工程に耐えるために一定以上の膜厚が要求され
る。従って極微細パターン形成が困難となる。さらにレ
ジスト塗布工程で大気に曝されたり、レジストを構成す
る高分子が表面を汚染するため、再成長界面の不純物濃
度が高く実用に耐えない。この様な問題は、素子の微細
化が進むに従って顕著になる。
【０００４】これらの問題点を解決するために、電子ビ
ームを用いた、レジスト塗布工程のないエッチング方法
が検討されている。特開平２−１８２５３０号公報に
は、ウェーハ表面に大気中で吸着した酸素、炭素に対
し、真空中で電子ビームを照射すると、照射部分の酸
素、炭素がはぎ取られてウェーハ表面が露出するので、
反応性ガスを接触させることでエッチングできる、とい
う発明が記載されている。
ームを用いた、レジスト塗布工程のないエッチング方法
が検討されている。特開平２−１８２５３０号公報に
は、ウェーハ表面に大気中で吸着した酸素、炭素に対
し、真空中で電子ビームを照射すると、照射部分の酸
素、炭素がはぎ取られてウェーハ表面が露出するので、
反応性ガスを接触させることでエッチングできる、とい
う発明が記載されている。
【０００５】また特開平３−１１７２１号公報ににはＧ
ａＡｓ基板を有機溶剤に浸して表面に炭素、酸素の吸着
を行い、塩素ガスを当てながら電子ビームを照射する
と、照射部分の吸着層が除去され、その部分の基板が塩
素によってエッチングされる、という発明が記載されて
いる。
ａＡｓ基板を有機溶剤に浸して表面に炭素、酸素の吸着
を行い、塩素ガスを当てながら電子ビームを照射する
と、照射部分の吸着層が除去され、その部分の基板が塩
素によってエッチングされる、という発明が記載されて
いる。
【０００６】しかしこれらの発明では、表面のマスク層
を大気中での吸着で形成しており、制御性と再現性に問
題がある。また実際には表面に酸化膜が形成されている
はずであり、それも制御性と再現性に悪影響を与える。
また炭素や酸素は明らかに汚染物質であり、その汚染物
質をマスク材料として使うため基板が汚染するという問
題がある。
を大気中での吸着で形成しており、制御性と再現性に問
題がある。また実際には表面に酸化膜が形成されている
はずであり、それも制御性と再現性に悪影響を与える。
また炭素や酸素は明らかに汚染物質であり、その汚染物
質をマスク材料として使うため基板が汚染するという問
題がある。
【０００７】本発明の目的は上述した問題点をなくした
微細パターン形成方法とその装置を提供することにあ
る。
微細パターン形成方法とその装置を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空中で被加
工物の清浄表面に吸着層を形成することで不活性処理を
施し、これを以後のエッチングに対するマスク層として
用いることを特徴とする微細パターン形成方法である。
工物の清浄表面に吸着層を形成することで不活性処理を
施し、これを以後のエッチングに対するマスク層として
用いることを特徴とする微細パターン形成方法である。
【０００９】エッチングとしては、不活性層マスクに電
子線を照射して所望の領域の吸着層をはぎ取ってパター
ン形成し、その後にガスエッチングを行う方法を用いる
と良い。
子線を照射して所望の領域の吸着層をはぎ取ってパター
ン形成し、その後にガスエッチングを行う方法を用いる
と良い。
【００１０】ガスエッチングの後に真空中で再び所望の
領域の不活性層を除去して清浄表面を得て、引き続き新
たなパターン形成あるいは再成長を行うこともできる。
領域の不活性層を除去して清浄表面を得て、引き続き新
たなパターン形成あるいは再成長を行うこともできる。
【００１１】また吸着層としては水素や硫化水素などを
用い、ラジカル化して供給すると、単に吸着させるより
制御性や再現性が向上する。
用い、ラジカル化して供給すると、単に吸着させるより
制御性や再現性が向上する。
【００１２】また本発明の微細パターン形成方法を実現
するための装置としては、吸着層を形成するガスを供給
する導入口とそのガスをラジカル化する装置を備えた吸
着層形成用真空チャンバと、電子銃とその偏向系および
被加工物の精密移動機構を備えた電子線照射用真空チャ
ンバと、ガスエッチング用真空チャンバを備え、これら
のチャンバを真空搬送機構で接続したものを用いる。
するための装置としては、吸着層を形成するガスを供給
する導入口とそのガスをラジカル化する装置を備えた吸
着層形成用真空チャンバと、電子銃とその偏向系および
被加工物の精密移動機構を備えた電子線照射用真空チャ
ンバと、ガスエッチング用真空チャンバを備え、これら
のチャンバを真空搬送機構で接続したものを用いる。
【００１３】
【作用】本発明の概念を図１に示す。超高真空において
被加工物１０３に基板加熱など各種の処理を施し清浄表
面を得る。この清浄面は例えばシリコンやガリウム砒素
などの半導体材料では再配列などを起こすものの基板構
成原子１０２が露出し、基本的には表面にダングリング
ボンド１０１が存在して材料内部に比べて非常に活性な
状態であり、これがある条件下で反応性ガスに曝される
とガスエッチングが進行する。本発明ではこの様な清浄
表面へ特定の分子・原子またはラジカルを供給する事で
表面に不活性層１０４を形成し、被加工物と反応性ガス
との接触を防げるマスクとして用いる。ここで不活性層
の形成に際しては、被加工物表面で基板構成原子と化学
的に結合し、安定な吸着層を作るようなガスを真空層内
へ導入すればよい。また、上述の化学結合１０５を促進
させるためには基板を昇温したり、供給すべきガスの加
熱やプラズマからラジカルを取り出すなどの手段が有効
である。さらにガスの選択にあたってはガスエッチング
に用いる反応性ガスへの耐性も考慮すべきである。一
方、上述した不活性層のパターニングには電子ビーム１
０６照射に伴う吸着原子の脱離効果（電子衝撃脱離効
果）を利用して行う。電子衝撃脱離は電子ビームの照射
領域の表面反応を励起して吸着物を取り除くものであ
り、活性表面１０７が再び露出することになる。従って
先に形成した不活性層表面に集束電子線を照射し、これ
を所望の形状に走査する事でマスク層のパターニングが
行える。一般に電子線は各種のレンズ・偏向系を通して
ナノメーターレベルの集束ビームを高精度で制御可能で
あるだけでなく、取り除く表面層は吸着層に限られるた
め、微細パターンの形成が容易である。次に基板を一定
温度に設定して、反応性ガス１０８を供給することでガ
スエッチングを行う。ここで電子線により被加工物の活
性表面が露出した領域は反応性ガスの照射により反応生
成物１０９が脱離してエッチングが進行するのに対し
て、マスクとして不活性層が挿入された領域ではエッチ
ング反応が阻害される結果、微細パターンの形成が可能
となる。さらに、ある種の不活性層についてはエッチン
グ後に反応性ガスを排気してから基板を加熱する事で、
このマスク層の除去が可能であり、再び現れた清浄表面
を出発点としてさらに加工を進めたり、加工面上への再
成長が可能である。
被加工物１０３に基板加熱など各種の処理を施し清浄表
面を得る。この清浄面は例えばシリコンやガリウム砒素
などの半導体材料では再配列などを起こすものの基板構
成原子１０２が露出し、基本的には表面にダングリング
ボンド１０１が存在して材料内部に比べて非常に活性な
状態であり、これがある条件下で反応性ガスに曝される
とガスエッチングが進行する。本発明ではこの様な清浄
表面へ特定の分子・原子またはラジカルを供給する事で
表面に不活性層１０４を形成し、被加工物と反応性ガス
との接触を防げるマスクとして用いる。ここで不活性層
の形成に際しては、被加工物表面で基板構成原子と化学
的に結合し、安定な吸着層を作るようなガスを真空層内
へ導入すればよい。また、上述の化学結合１０５を促進
させるためには基板を昇温したり、供給すべきガスの加
熱やプラズマからラジカルを取り出すなどの手段が有効
である。さらにガスの選択にあたってはガスエッチング
に用いる反応性ガスへの耐性も考慮すべきである。一
方、上述した不活性層のパターニングには電子ビーム１
０６照射に伴う吸着原子の脱離効果（電子衝撃脱離効
果）を利用して行う。電子衝撃脱離は電子ビームの照射
領域の表面反応を励起して吸着物を取り除くものであ
り、活性表面１０７が再び露出することになる。従って
先に形成した不活性層表面に集束電子線を照射し、これ
を所望の形状に走査する事でマスク層のパターニングが
行える。一般に電子線は各種のレンズ・偏向系を通して
ナノメーターレベルの集束ビームを高精度で制御可能で
あるだけでなく、取り除く表面層は吸着層に限られるた
め、微細パターンの形成が容易である。次に基板を一定
温度に設定して、反応性ガス１０８を供給することでガ
スエッチングを行う。ここで電子線により被加工物の活
性表面が露出した領域は反応性ガスの照射により反応生
成物１０９が脱離してエッチングが進行するのに対し
て、マスクとして不活性層が挿入された領域ではエッチ
ング反応が阻害される結果、微細パターンの形成が可能
となる。さらに、ある種の不活性層についてはエッチン
グ後に反応性ガスを排気してから基板を加熱する事で、
このマスク層の除去が可能であり、再び現れた清浄表面
を出発点としてさらに加工を進めたり、加工面上への再
成長が可能である。
【００１４】
【実施例】本発明を実施するための試験装置の構成例を
図２に示す。装置は試料交換室２０１、マスク層形成室
２０２、電子線照射室２０３およびエッチング室２０４
の４室から成る。それぞれは真空排気系２０６を備えて
おり、試料交換室は操作性の点からターボ分子ポンプに
よる排気で１０- 7 Ｔｏｒｒ台前半の到達真空度であ
る。マスク層形成室およびエッチング室については、各
種のガスを真空層内に導入するため排気にはケミカル仕
様のターボ分子ポンプで排気しており、到達真空度は１
０- 1 0 Ｔｏｒｒ台である。また電子線照射室はイオン
ポンプにより排気し、到達真空度は１０- 1 0 Ｔｏｒｒ
台である。被加工物であるＳｉやＧａＡｓは装置への導
入の前に、各種のウエットエッチングにより試料表面の
各種汚染ならびに自然酸化膜を除去した。洗浄後素早く
試料交換室に導入し排気した。試料交換室の排気を十分
に行った後、トランスファーロッドによりマスク形成室
に試料を搬送した。次に加熱機構付き試料台２０７とス
パッタイオン銃２１３を用いたマスク形成室の真空度を
１０- 1 0 Ｔｏｒｒ台に保ったまま、基板加熱またはイ
オンスパッタクリーニングと基板加熱によるダメージ回
復工程で、被加工物の清浄表面を得た。この表面にラジ
カル発生装置２１０を通じて、Ｈ2 やＨ2 Ｓなどのマス
ク層構成ガス２１１をラジカル状態で供給して最表面に
数原子層分の厚さの不活性吸着層を形成した。ガスを排
気後試料を電子線照射室２０３へ搬送し、電子銃２０９
の偏向系や精密移動機構付き試料ステージ２０８を用い
て試料上への集束電子ビームを走査し、不活性吸着層を
脱離させマスク層のパターニングを行った。これをエッ
チング室２０４に搬送し、所望の基板温度に設定した後
にエッチングガス２１２を導入して、不活性マスク層に
覆われていない領域をエッチングし、微細パターン転写
を行った。また引き続き、別のエッチングを行う場合に
は、試料をマスク層形成室にて加熱して、試料全面の不
活性吸着層を熱的に脱離させ、再び被加工物の清浄表面
を得た後、次のプロセスを進めた。
図２に示す。装置は試料交換室２０１、マスク層形成室
２０２、電子線照射室２０３およびエッチング室２０４
の４室から成る。それぞれは真空排気系２０６を備えて
おり、試料交換室は操作性の点からターボ分子ポンプに
よる排気で１０- 7 Ｔｏｒｒ台前半の到達真空度であ
る。マスク層形成室およびエッチング室については、各
種のガスを真空層内に導入するため排気にはケミカル仕
様のターボ分子ポンプで排気しており、到達真空度は１
０- 1 0 Ｔｏｒｒ台である。また電子線照射室はイオン
ポンプにより排気し、到達真空度は１０- 1 0 Ｔｏｒｒ
台である。被加工物であるＳｉやＧａＡｓは装置への導
入の前に、各種のウエットエッチングにより試料表面の
各種汚染ならびに自然酸化膜を除去した。洗浄後素早く
試料交換室に導入し排気した。試料交換室の排気を十分
に行った後、トランスファーロッドによりマスク形成室
に試料を搬送した。次に加熱機構付き試料台２０７とス
パッタイオン銃２１３を用いたマスク形成室の真空度を
１０- 1 0 Ｔｏｒｒ台に保ったまま、基板加熱またはイ
オンスパッタクリーニングと基板加熱によるダメージ回
復工程で、被加工物の清浄表面を得た。この表面にラジ
カル発生装置２１０を通じて、Ｈ2 やＨ2 Ｓなどのマス
ク層構成ガス２１１をラジカル状態で供給して最表面に
数原子層分の厚さの不活性吸着層を形成した。ガスを排
気後試料を電子線照射室２０３へ搬送し、電子銃２０９
の偏向系や精密移動機構付き試料ステージ２０８を用い
て試料上への集束電子ビームを走査し、不活性吸着層を
脱離させマスク層のパターニングを行った。これをエッ
チング室２０４に搬送し、所望の基板温度に設定した後
にエッチングガス２１２を導入して、不活性マスク層に
覆われていない領域をエッチングし、微細パターン転写
を行った。また引き続き、別のエッチングを行う場合に
は、試料をマスク層形成室にて加熱して、試料全面の不
活性吸着層を熱的に脱離させ、再び被加工物の清浄表面
を得た後、次のプロセスを進めた。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、真空中でマスク層を形
成するため基板表面に酸化膜が形成されず制御性と再現
性が向上する。また水素や硫化水素などをラジカル状態
で供給して積極的にマスク層を形成しているので、単な
る炭素や酸素の吸着の場合より制御性と再現性に優れて
いる。また水素や硫化水素などはエッチングが終わった
あとで基板を加熱することで吸着層を脱離させることが
できるので、炭素や酸素マスクとして使う場合に比べ基
板が汚染されず、しかも、再び現れた清浄表面を出発点
としてさらに加工を進めたり、成膜したりすることがで
きる。またマスク層形成とそのパターニング、エッチン
グ、マスクの除去、それに続く加工や成膜をすべて真空
一貫プロセスで行えば加工や成膜の際界面の汚染等をな
くすことができる。
成するため基板表面に酸化膜が形成されず制御性と再現
性が向上する。また水素や硫化水素などをラジカル状態
で供給して積極的にマスク層を形成しているので、単な
る炭素や酸素の吸着の場合より制御性と再現性に優れて
いる。また水素や硫化水素などはエッチングが終わった
あとで基板を加熱することで吸着層を脱離させることが
できるので、炭素や酸素マスクとして使う場合に比べ基
板が汚染されず、しかも、再び現れた清浄表面を出発点
としてさらに加工を進めたり、成膜したりすることがで
きる。またマスク層形成とそのパターニング、エッチン
グ、マスクの除去、それに続く加工や成膜をすべて真空
一貫プロセスで行えば加工や成膜の際界面の汚染等をな
くすことができる。
【図１】本発明の概念図である。
【図２】本発明を実施するための実験装置の例を示す図
である。
である。
１０１ ダングリングボンド １０２ 基板構成原子 １０３ 被加工物 １０４ 不活性層 １０５ 化学結合 １０６ 電子ビーム １０７ 活性表面 １０８ 反応ガス １０９ 反応生成物 ２０１ 試料交換室 ２０２ マスク層形成室 ２０３ 電子線照射室 ２０４ エッチング室 ２０５ トランスファーロッド ２０６ 真空排気系 ２０７ 加熱機構付き試料台 ２０８ 精密移動機構付き試料ステージ ２０９ 電子銃 ２１０ ラジカル発生装置 ２１１ マスク層構成ガス ２１２ エッチングガス
Claims (6)
- 【請求項１】 真空中で被加工物の清浄表面に吸着層を
形成することで不活性処理を施し、これを以後のエッチ
ングに対するマスク層として用いることを特徴とする微
細パターン形成方法。 - 【請求項２】 前記不活性層のマスクに電子線を照射し
て所望の領域の吸着層をはぎ取ってパターン形成した後
にガスエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記
載の微細パターン形成方法。 - 【請求項３】 ガスエッチングの後に真空中で再び所望
の領域の不活性層を除去して清浄表面を得て、引き続き
真空中で新たなパターン形成あるいは再成長を行う請求
項２に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項４】 吸着層として、被加工物表面で基板構成
原子と化学的に結合して安定な吸着層を形成する物質を
用いる請求項１〜３に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項５】 吸着層として、ラジカル状態で水素ある
いは硫化水素を被加工物の清浄表面に供給して形成した
層を用いる請求項４に記載の微細パターン形成方法。 - 【請求項６】 吸着層を形成するガスを供給する導入口
とそのガスをラジカル化する装置を備えた吸着層形成用
真空チャンバと、電子銃とその偏向系および被加工物の
精密移動機構を備えた電子線照射用真空チャンバと、ガ
スエッチング用真空チャンバを備え、これらのチャンバ
を真空搬送機構で接続した微細パターン形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5273929A JP2737613B2 (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | 微細パターンの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5273929A JP2737613B2 (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | 微細パターンの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130710A true JPH07130710A (ja) | 1995-05-19 |
| JP2737613B2 JP2737613B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=17534545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5273929A Expired - Fee Related JP2737613B2 (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | 微細パターンの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2737613B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6099945A (en) * | 1996-04-11 | 2000-08-08 | Nec Corporation | Atomic mask and method of patterning a substrate with the atomic mask |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6057938A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-03 | Nec Corp | 極微細パタ−ン形成方法 |
| JPH0311721A (ja) * | 1989-06-09 | 1991-01-21 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 化合物半導体のパターン形成方法 |
| JPH0475335A (ja) * | 1990-07-18 | 1992-03-10 | Seiko Epson Corp | 原子加工法 |
| JPH0590230A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Nec Corp | ドライエツチング方法 |
| JPH05190517A (ja) * | 1992-01-17 | 1993-07-30 | Nec Corp | 微細パターン形成方法 |
-
1993
- 1993-11-02 JP JP5273929A patent/JP2737613B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6057938A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-03 | Nec Corp | 極微細パタ−ン形成方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US6099945A (en) * | 1996-04-11 | 2000-08-08 | Nec Corporation | Atomic mask and method of patterning a substrate with the atomic mask |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2737613B2 (ja) | 1998-04-08 |
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