JPS60165723A - Forming method for fine pattern - Google Patents

Forming method for fine pattern

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JPS60165723A
JPS60165723A JP2099384A JP2099384A JPS60165723A JP S60165723 A JPS60165723 A JP S60165723A JP 2099384 A JP2099384 A JP 2099384A JP 2099384 A JP2099384 A JP 2099384A JP S60165723 A JPS60165723 A JP S60165723A
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JP
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light
substrate
gas
thin film
fine pattern
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Application number
JP2099384A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Sekine
誠 関根
Haruo Okano
晴雄 岡野
Yasuhiro Horiike
靖浩 堀池
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • 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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Abstract

PURPOSE:To obtain a pattern by exposing in a mixture gas of raw material gas containing a raw material of a thin film to be accumulated and reactive gas containing halogen element, emitting a light to accumulate the thin film, and selectively emitting the prescribed energy beam in high vacuum. CONSTITUTION:An Si substrate 41, on which a SiO2 film 42 is superposed, is used as a sample 12, a mixture gas of Si(CH3)4 and Cl2 is fed into a vessel 11, an excimer laser light 18 is emitted to ionize the Cl2, to react it with the Si(CH3)4, thereby accumulating a thin organic film 43. The vessel 11 is evacuated, a light shielding material 46 is coated on a glass plate 45, and the film 43 is selectively emitted with the prescribed energy beam 21 through a mask plate 47 formed by coating the material 46 on the glass plate 45. The film 43 is exposed and developed by this emission to form a pattern of the mask 47. In this case, a light source 20 and the sample 12 are approached as near as possible. According to this configuration, the processing accuracy is more preferable than a method using liquid. The raw material gas uses Ge(CH3)4, Cd(CH3)2 or the other, a sensitizer Hg may be added and Hg exciting light may also be used.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本光明は、光化学反応を利用して形成した薄膜にマスク
パターン等を形成する微細パターン形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a fine pattern forming method for forming a mask pattern or the like on a thin film formed using a photochemical reaction.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

近年、集積回路は微細化の一途を辿り、最近では最小パ
ターン寸法が1〜2[zzm]の超LSIも試作開発さ
れるに至っている。このような微細加工は、被加工試利
十にエツチングマスクを形成し、これをマスクどして反
応性イオンエツチング等により試料を選択的にエツチン
グするのが通常であり、エツチングマスクとしては有機
感光材料であるフA1〜レジスト或いはPMMA(ポリ
メチルメタクリレ−1・)等の電子線レジストが用いら
れる。即ち、有(幾溶剤に溶解したレジスト材料をウェ
ハに塗布し焼き固めた後露光を行い、次いで現像液に浸
しマスクパターンを形成してエツチングマスクを形成し
、その後さらに焼き固めて次のエツチング工程へと進む
わけである。
BACKGROUND ART In recent years, integrated circuits have become increasingly finer, and recently, prototypes of ultra-LSIs with a minimum pattern size of 1 to 2 [zzm] have been developed. In such microfabrication, an etching mask is usually formed on the sample to be processed, and the sample is selectively etched using reactive ion etching using this mask. An electron beam resist such as a resist material such as F-A1 or PMMA (polymethyl methacrylate-1.) is used. That is, a resist material dissolved in a solvent is applied to a wafer, baked and hardened, and then exposed to light, then immersed in a developer to form a mask pattern to form an etching mask, and then further baked and hardened for the next etching process. This is how we proceed.

しかしながら、この積の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、現在のエツチングマスク形成工程では
液体の処理剤を用いる必要があり、液体を用いた場合そ
の表面張力のため、微細パターンに均一に処理液が供給
されないことが起こる。
However, this product method has the following problems. That is, in the current etching mask forming process, it is necessary to use a liquid processing agent, and when a liquid is used, the processing liquid may not be uniformly supplied to the fine pattern due to its surface tension.

このため、形成すべきパターンが微細化する程加工精度
が低下し、将来のサブミクロンのパターン形成にはこれ
らの工程は不適であると考えられている。また、上述し
たレジスト塗布→露光→現像→エツチング等の一連の工
程は集積回路のパターンを形成する重要な工程であり、
空気中の塵の付着によるパターンの欠陥を防ぐため、特
に程度の高いクリーンルームな必要とする工程である。
For this reason, the finer the pattern to be formed, the lower the processing accuracy, and these processes are considered to be unsuitable for future submicron pattern formation. In addition, the series of processes such as resist coating → exposure → development → etching described above are important steps for forming the pattern of an integrated circuit.
This process requires a particularly high level of clean room to prevent pattern defects due to the adhesion of dust in the air.

そして、集積回路の微細化が進むに伴いこのクリーンル
ームもさらに塵の少ないものが要求され、非常に高額な
設備が必要となっている。また、現在5− 用いられている電子線レジストではエツチングマスクと
しての耐エツチング性が低く、エツチングに強い材料が
望まれている。
As integrated circuits become increasingly finer, clean rooms are required to be even more dust-free, necessitating extremely expensive equipment. Furthermore, the electron beam resist currently used has low etching resistance as an etching mask, and a material that is resistant to etching is desired.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、液体の処理剤を用いることなくエツチ
ングマスクの基どなる薄膜及びそのパターンを形成する
ことができ、パターン加工精度の向上をはかり得る微細
パターン形成方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fine pattern forming method that can form a thin film that is the basis of an etching mask and its pattern without using a liquid processing agent, and can improve pattern processing accuracy.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の骨子は、光化学反応を利用してエッチグマスク
の基どなる有機薄膜を形成すると共に、エネルギービー
ムの選択照射により上記薄膜に所望のパターンを形成す
ることにある。
The gist of the present invention is to form an organic thin film that is the basis of an etching mask using a photochemical reaction, and to form a desired pattern on the thin film by selective irradiation with an energy beam.

即ち本発明は、微細加工すべき試料基板上にエツチング
マスクとなるS膜パターンを形成する微細パターン形成
方法において、上記基板を該基板上にjt1積すべき薄
膜の原料を含む原料ガスと少なくともハロゲン元素を含
む反応性ガスとの混合ガス中に晒し、上記混合ガスに光
を照射して光化学6一 反応により上記基板上に薄膜を堆積し、次いで前記基板
を高真空中に配置し、しかるのち前記基板上に形成すべ
きパターンに応じてKKljA板上の薄膜に所定のエネ
ルギービームを選択的に照!)j ’lるようにした方
法である。
That is, the present invention provides a fine pattern forming method for forming an S film pattern serving as an etching mask on a sample substrate to be microfabricated, in which the substrate is mixed with a raw material gas containing a raw material for a thin film to be deposited on the substrate, and at least a halogen gas. A thin film is deposited on the substrate by a photochemical reaction by exposing it to a gas mixture with a reactive gas containing an element, irradiating the mixture gas with light, and then placing the substrate in a high vacuum. A predetermined energy beam is selectively irradiated onto the thin film on the KKljA plate according to the pattern to be formed on the substrate! )j 'l.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、エツチングマスクの基となる薄膜の形
成及び露光・現像の工程をガス雰囲気中若しくは真空中
で連続して行うことができるので、液体を用いる従来方
法に比べ、パターン加Ii1度の向上をはかり得る。さ
らに、工程の短縮及び肢置数の低減にJ:り高1iIl
iなりリーンルームを節約することができる。このため
、将来の集積回路の1Jブミクロン化にも十分に対処す
ることができる。
According to the present invention, the formation of a thin film that is the basis of an etching mask, and the steps of exposure and development can be performed continuously in a gas atmosphere or in a vacuum. can be improved. In addition, it is possible to shorten the process and reduce the number of limbs.
It is possible to save lean room. Therefore, it is possible to sufficiently cope with the future trend toward 1J micronization of integrated circuits.

また、耐エツチング性に優れたエツチングマスクを形成
できる等の利点がある。
It also has the advantage of being able to form an etching mask with excellent etching resistance.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

まず、発明の詳細な説明する前に本発明の基礎となった
実験結果について説明する。二酸化シリコン賎を堆積し
たウェハを塩素とテトラメチルシラン; (CH3)4
 S i : (TMS)との混合ガス雰囲気中に配置
し、第1図(a>に示す如くウェハ1上方1[姻]をエ
キシマレーザ光(XeC1,波長308nm、出力2W
/′cd)2をウェハ1と平行に通過させて有機i11
!3を堆積さゼたとぎの混合ガス中の塩素の割合とI「
積速度との関係を第2図に示す。ここで、混合ガスの圧
力は10[torr]とした。その結果、塩素の割合が
60[v01%]@後で堆積速度は最大値を取ることが
判った。次に、エキシマレーザ光2を第1図(b)に示
す如くつ1ハ1に垂直に照口1した時の間合ガス中の1
11 vgの!i11合と堆積速度との関係を第3図に
示す。ここで、混合ガスの圧力は上記と同様に1Q[t
orr]どした。この場合、混合ガス中における塩素の
割合が少ない程、つまりTMSの割合が多い程堆積速度
は大きくなった。しかし、塩素が45[vo1%]の点
での11積膜は表面の凹凸が激しく塩素の鰻を70−□
〇〇[vo1%]とした方が均一な膜が再現性良く得ら
れた。さらに、第4図1まIJ!素の割合1:L85[
vo1%コに固定し、ウェハ1に垂直に光を照射したと
きの堆積速度と混合ガス圧力との関係を示す特性図であ
る。混合ガスの圧力の増加に伴いJi積速度も増加して
行くが、この場合もおよそ1000[入/10]以上の
高い堆積速度で形成した躾は均一性に劣り、10〜50
 [torr]程度の圧力が適当であると考えられる。
First, before explaining the invention in detail, the experimental results that formed the basis of the present invention will be explained. The wafer deposited with silicon dioxide was mixed with chlorine and tetramethylsilane; (CH3)4
Si: placed in a mixed gas atmosphere with (TMS), and as shown in Figure 1 (a), the upper part of the wafer 1 is exposed to excimer laser light (XeC1, wavelength 308 nm, output 2 W).
/'cd)2 is passed parallel to the wafer 1 and the organic i11
! 3, the proportion of chlorine in the mixed gas and I'
The relationship with the cumulative velocity is shown in Figure 2. Here, the pressure of the mixed gas was 10 [torr]. As a result, it was found that the deposition rate reached its maximum value when the proportion of chlorine was 60 [v01%]@. Next, when the excimer laser beam 2 is directed perpendicularly to the beam 1 as shown in FIG.
11 vg's! FIG. 3 shows the relationship between the i11 ratio and the deposition rate. Here, the pressure of the mixed gas is 1Q[t
[orr] What's up? In this case, the deposition rate increased as the proportion of chlorine in the mixed gas decreased, that is, as the proportion of TMS increased. However, the 11-layer film with chlorine content of 45 [vo1%] has a very uneven surface and the chlorine eel is 70-□
With 〇〇 [vo1%], a more uniform film was obtained with better reproducibility. Furthermore, Figure 4 1 Ma IJ! Raw ratio 1:L85[
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition rate and the mixed gas pressure when the wafer 1 is irradiated with light perpendicularly, with the VO fixed at 1%. As the pressure of the mixed gas increases, the JI deposition rate also increases, but in this case, the JI deposition rate formed at a high deposition rate of approximately 1000 [in/10] or more is inferior in uniformity, and the JI deposition rate is 10 to 50
A pressure of about [torr] is considered appropriate.

次に、このようにして堆積形成した有機WIIlaの熱
に対する特性を調べた結果を示す。第5図は5000[
人]の堆積膜(有III薄膜)が付着したウェハを真空
中で加熱した時のウェハの温度上昇ど堆積膜の減少した
鋤との関係を示した特性図である。温度上昇と共に堆積
膜は蒸発していき約110[℃]では完全になくなった
。このことは、上記堆積膜をレジストとして用いた場合
、真空中で選択的に光や電子線を照射することで露光ど
現像を同時に行うことが可能であることを示唆している
。さらに、第6図は基板を特定の温度に保ち、そこへ前
述の混合ガス中で基板と平行に光を通過させ堆積膜を形
成した場合の基板濃度と堆積速度との関係を示す特性図
である。50 [℃]前後に9− ピークが存在し、80[℃]程度で堆積は起こらなくな
る。このことよりJi積速度を速くしたい時は基板を5
0 [℃]程度に4制御するとよい。また、局所的に8
0 [℃]以上に加熱するこ°とで、その部分には股は
形成されず、選択的ti積が可能となる。また、このj
ti積膜の耐エツチング性を確認するために半導体材料
のエツチング種として代表的な塩tiラジカルと弗素ラ
ジカルに晒したところ全くエツチングされないことが確
認された。
Next, the results of investigating the thermal characteristics of the organic WIIla deposited in this manner will be shown. Figure 5 shows 5000 [
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature rise of the wafer and the decrease in the amount of the deposited film when a wafer to which a deposited film (III thin film) has been attached is heated in a vacuum. As the temperature rose, the deposited film evaporated and disappeared completely at about 110[° C.]. This suggests that when the deposited film is used as a resist, exposure and development can be performed simultaneously by selectively irradiating light or electron beams in a vacuum. Furthermore, Fig. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between substrate concentration and deposition rate when a deposited film is formed by keeping the substrate at a specific temperature and passing light parallel to the substrate in the aforementioned mixed gas. be. A 9-peak exists around 50 [°C], and no deposition occurs at about 80 [°C]. From this, if you want to increase the Ji stacking speed, change the board to 5
It is preferable to control the temperature to about 0 [°C]. Also, locally 8
By heating to 0[° C.] or higher, no crotch is formed in that part, and selective Ti product becomes possible. Also, this j
In order to confirm the etching resistance of the Ti film, it was exposed to salt Ti radicals and fluorine radicals, which are typical etching species for semiconductor materials, and it was confirmed that there was no etching at all.

また、本発明者等の実験では塩素とT M Sとの混合
ガス中に微量の水銀を添加し、水銀を励起する光を斂出
する低圧水銀ランプを用い、この光を工:tシマレーザ
光と併用して照射し、水銀増感法による堆積速度の増加
を試みた。第7図はウェハ付近にエキシマレーザ光と1
」oランプ光を共にウェハと平行に通過させた時の混合
ガス中の塩素の割合に対する堆積速度の変化を調べた結
果である。
In addition, in experiments conducted by the present inventors, a small amount of mercury was added to a mixed gas of chlorine and TMS, and a low-pressure mercury lamp was used to emit light that excited the mercury. An attempt was made to increase the deposition rate by mercury sensitization by irradiation in combination with mercury sensitization. Figure 7 shows excimer laser light and 1 near the wafer.
This is the result of investigating the change in deposition rate with respect to the proportion of chlorine in the mixed gas when O lamp light was passed parallel to the wafer.

この図から判るように、塩素が70[vo1%]前後含
まれる時に堆積速度はピークを持つが、塩素を80〜9
0[v01%]とした方が平坦な均一性10− の良い薄膜が得られた。また、第2図と比較し水銀増感
法を用いることでlfi積速度は約2倍に増加すること
が判る。第8図は塩素の割合を85[v01%]として
混合ガス圧力に対するjft積速度の変化を調べた結束
であり、同様に水銀増感法を用いている。
As can be seen from this figure, the deposition rate peaks when chlorine is contained at around 70 [vol%];
When the value was 0 [v01%], a flat thin film with good uniformity of 10- was obtained. Furthermore, compared to FIG. 2, it can be seen that the lfi product rate increases approximately twice by using the mercury sensitization method. FIG. 8 shows a bond in which the change in the jft bulk velocity with respect to the mixed gas pressure was investigated with the proportion of chlorine being 85 [v01%], similarly using the mercury sensitization method.

以上の実験結果より、塩素とT M Sとの混合ガス中
で塩素を解離する光を照射することで有tiTa膜を形
成することができ、この膜はハロゲン元素のエツチング
種に対して耐エツチング性がある一方、真空中での加熱
により蒸発することが判った。
From the above experimental results, it is possible to form a TiTa film by irradiating light that dissociates chlorine in a mixed gas of chlorine and TMS, and this film has good etching resistance against etching species of halogen elements. It was found that while it has some properties, it evaporates when heated in a vacuum.

そのため、真空中で光、電子或いはイオン等を照射する
ことで微細パターンの形成ができるエツチングマスクと
して使用できることが明らかとなった。さらに、このよ
うな有機薄膜を形成するためには塩素とTMSといった
構成のみならずCHa基を含む化合物や水素及び炭素を
含む化合物等とハロゲン元素を含む反応性ガスとの構成
でも可能である。この場合、薄膜形成に用いる光は使用
したハロゲンガスを解離する波長を含む光を紫外からX
 HA fa Iaより選べばよい。また、VMS等の
有機化合物ガスを直接励起する短波長の光を用いても同
様の結果が得られた。さらに、水銀増感法により1((
積速度を増ハロすることができることも判明し lこ 
Therefore, it has become clear that it can be used as an etching mask that can form fine patterns by irradiating it with light, electrons, ions, etc. in a vacuum. Furthermore, in order to form such an organic thin film, it is possible to use not only a structure of chlorine and TMS but also a structure of a compound containing a CHa group, a compound containing hydrogen and carbon, and a reactive gas containing a halogen element. In this case, the light used to form the thin film ranges from ultraviolet to
You can choose from HA fa Ia. Similar results were also obtained using short wavelength light that directly excites organic compound gas such as VMS. Furthermore, 1((
It was also found that the stacking velocity could be increased.
.

1メ下、本発明を適用した各実施例方法について説明す
る。
Below, each example method to which the present invention is applied will be explained.

第9図は本発明の第1の実施例に使用した装置を示を概
略構成図である。図中11は真空容器で、この容器11
内には試料基板12を載置するウェハボルダ−13が配
置されている。このホルダー13は駆動1幾横14によ
り上下方向に移動されるものとなっている。また、容器
11にはjMs等の原料ガス及び塩素等の反応性ガスを
導入するためのガス導入口15及び容器11内のガスを
排気するためのガス排気口16が設けられている。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing the apparatus used in the first embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a vacuum container, and this container 11
A wafer boulder 13 on which a sample substrate 12 is placed is arranged inside. This holder 13 is moved in the vertical direction by a drive 1 and a lateral 14. Further, the container 11 is provided with a gas inlet 15 for introducing a source gas such as jMs and a reactive gas such as chlorine, and a gas exhaust port 16 for exhausting the gas inside the container 11.

一方、容器11の左方には上記反応性ガスを解離するた
めの光源17が配置されている。この光源17は、塩素
の吸収スペクトルに含まれる波長、約330 [nm]
付近の光を発生ずるもので、例えばエキシマレーザであ
る。イして、光源17がらの光18は容器11の側壁に
設けられた光通過窓19を介して容器11内に導光され
、原料ガスと反応性ガスとの混合ガスに照射されるもの
となっている。また、容器11の上方には光エッチング
のための光[20が配置されている。そして、この光源
20からの光21は図示しないマスク及び光通過窓22
等を介して容器11内に導光され、基板12上に垂直に
照射されるものどなつ−Cいる。
On the other hand, on the left side of the container 11, a light source 17 for dissociating the above-mentioned reactive gas is arranged. This light source 17 has a wavelength included in the absorption spectrum of chlorine, approximately 330 [nm]
A device that generates nearby light, such as an excimer laser. The light 18 from the light source 17 is guided into the container 11 through a light passing window 19 provided on the side wall of the container 11, and is irradiated onto the mixed gas of the raw material gas and the reactive gas. It has become. Further, above the container 11, a light [20] for photo-etching is arranged. The light 21 from this light source 20 is transmitted to a mask (not shown) and a light passing window 22 (not shown).
The light is guided into the container 11 through the light beams, etc., and is irradiated vertically onto the substrate 12.

なお、図中31は原料ガスの流量を制御I i″るカス
流量制御器、32は反応性ガスの流−を制御づ”るガス
流員制御器、33はに判基板12を容器11の内外で出
し入れするためのグー1〜バルブをぞれぞれ示している
In the figure, 31 is a waste flow rate controller that controls the flow rate of the raw material gas, 32 is a gas flow rate controller that controls the flow of reactive gas, and 33 is a gas flow rate controller that controls the flow rate of the raw material gas. Goo 1 to valves for putting in and taking out the inside and outside are shown respectively.

次に、上記iA1を用いた微細パターン形成方法につい
て説明する。まず、試料基板12としては第10図(a
)に示す如<Siウェハ41上に被加工材料として51
02膜42を形成したものを用いた。原料ガスとしてテ
トラメチルシラン(TMS>を、反応性ガスとして塩素
を用い、それぞ13− れのガスを容器11内に導入した。次いで、容器]1内
に光源17からの■キシマレーザ光18を導光した。こ
れにより、混合ガス中の塩素ガスが解離され、さらにこ
の塩素ラジカルとTMSとが反応して、第10図(b)
に示す如<5i0211142上に有a薄膜43が堆積
形成された。
Next, a method for forming a fine pattern using the iA1 described above will be explained. First, the sample substrate 12 is shown in FIG.
) As shown in <51 as a workpiece material on a Si wafer 41.
02 film 42 was used. Tetramethylsilane (TMS) was used as a raw material gas, and chlorine was used as a reactive gas, and these gases were introduced into the container 11. Next, ximer laser light 18 from the light source 17 was introduced into the container 1. As a result, the chlorine gas in the mixed gas is dissociated, and the chlorine radicals react with TMS, resulting in the reaction shown in Fig. 10(b).
As shown in FIG.

次いで、容器11内のガスを排気した後、光源20から
の光21ににり試料基板12をパターニングした。即ち
、第10図(C)に示す如く石英基板45上にマスク材
46を取着してなるマスク基板、47を介して有1薄8
143上に光21を選択的に照射した。この光照射によ
り、有機薄膜43が露光・現像され、エツチングマスク
のパターン44が形成された。なお、この露光・現像工
程では、光源と試料基板12とをできるだけ近付けた方
がh効である。
Next, after exhausting the gas in the container 11, the sample substrate 12 was patterned using light 21 from the light source 20. That is, as shown in FIG. 10(C), a mask substrate 47 is formed by attaching a mask material 46 to a quartz substrate 45.
143 was selectively irradiated with light 21. By this light irradiation, the organic thin film 43 was exposed and developed, and a pattern 44 of an etching mask was formed. In this exposure/development process, it is more effective to bring the light source and the sample substrate 12 as close as possible.

現像が終了した後は、ゲー]・バルブ33を介して試1
1 基板12を外部に取り出すことによってこの工程は
1g了するが、このゲートバルブ33を通して容器11
を次の真空容器に接続することで、14− 一連の微細加エエ稈を全て真空容器内で行うことが可能
である。
After the development is completed, test 1 is applied via the game valve 33.
1 This process is completed by taking out the substrate 12 to the outside, but the container 11 is taken out through this gate valve 33.
By connecting the culm to the next vacuum vessel, it is possible to carry out the entire series of 14- series of fine processing within the vacuum vessel.

このように本実施例によれば、エツチングマスクの基と
なる有機i%I膜43の形成■桿及びエツチングマスク
のパターン形成のための露光・現像の工程をガス雰囲気
中若しくは真空中で連続して行うことができるので、液
体を用いる従来方法に比べ、パターン加工tirIの向
上をはかり得る。さらに、工程の短縮及び装置数の低減
により高1IIIiなりリーンルームを節約することが
できる。このため、将来の集積回路のサブミクロン化に
も十分に対処することができる。また、耐エツチング性
に優れたエツチングマスクを形成できるので、該エツチ
ングマスクを用いた被加工材料の選択エツチングを容易
に行い得る等の利点がある。
As described above, according to this embodiment, the steps of forming the organic i%I film 43 that will become the base of the etching mask, exposing and developing the pattern of the rod and the etching mask are carried out in a gas atmosphere or in a vacuum. Since the process can be carried out using a liquid, the pattern processing efficiency can be improved compared to conventional methods using a liquid. Furthermore, by shortening the process and reducing the number of equipment, a large amount of lean room can be saved. Therefore, it is possible to fully cope with future submicronization of integrated circuits. In addition, since an etching mask with excellent etching resistance can be formed, there are advantages such as selective etching of the material to be processed using the etching mask.

第11図は本発明の第2の実施例方法に使用した装置を
示す概略構成図である。なお、第9図と同一部分には同
一符号を付して、その詳しいU1明は省略する。この装
置は、前記薄膜形成→パターニング→選択エツチングの
一連の工程をそれぞれ独立した別の容器で行うようにし
たものである。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an apparatus used in the second embodiment method of the present invention. Note that the same parts as in FIG. 9 are given the same reference numerals, and the detailed description of U1 is omitted. In this apparatus, the series of steps of thin film formation, patterning, and selective etching are performed in separate containers.

即ち、光化学反応により薄膜を形成するための真空容器
11a、該薄膜をエツチングするための真空容器11b
及び薄膜パターンをマスクとして下1111 mエツヂ
ング材料を選択エツチングするための真空容器11Cが
それぞれゲートバルブを介して順次接続されている。容
器11aの上方には前記光tA17が配置され、この光
8!17により試料12上に光が垂直に照射されるもの
となっている。
That is, a vacuum container 11a for forming a thin film by photochemical reaction, and a vacuum container 11b for etching the thin film.
and a vacuum chamber 11C for selectively etching the lower 1111m etching material using the thin film pattern as a mask are sequentially connected to each other via gate valves. The light tA17 is arranged above the container 11a, and the sample 12 is vertically irradiated with this light 8!17.

容器11bの上方には、光源20.マスク基板47及び
縮小レンズ系からなる光学的縮小転写装置49が配置さ
れている。そして、この装置49にJ、り試料基板12
上にマスク基板47のパターンが縮小転写されるものと
なっている。
Above the container 11b is a light source 20. An optical reduction transfer device 49 consisting of a mask substrate 47 and a reduction lens system is arranged. Then, the sample substrate 12 is attached to this device 49.
The pattern of the mask substrate 47 is transferred onto the mask substrate 47 in a reduced size.

なお、図中13a、13b、13cはホルダー、16a
、16b、16Cはガス排気口、33a。
In addition, in the figure, 13a, 13b, 13c are holders, 16a
, 16b, 16C are gas exhaust ports, 33a.

33b、33c、33dはゲートバルブ、50はガス導
入口をそれぞれ示している。
33b, 33c, and 33d are gate valves, and 50 is a gas inlet.

この装置を用いた場合、まず先の実施例と同様に容器1
.1a内で試料基板12上、つまり8102膜42上に
有機薄[143を堆積形成する。次いで、容器11a内
を真空排気した後、ゲートバルブ33bを開き基板12
を容器11bのホルダー13b上に載置する。ここで、
縮小転写装置49にJ:リマスクパターンを転写する。
When this device is used, first, as in the previous embodiment, the container 1 is
.. An organic thin film [143] is deposited on the sample substrate 12, that is, on the 8102 film 42 in 1a. Next, after evacuating the inside of the container 11a, the gate valve 33b is opened and the substrate 12 is removed.
is placed on the holder 13b of the container 11b. here,
Transfer the J: remask pattern to the reduction transfer device 49.

即ち、有機HII 43をマスクパターンに応じてエツ
チングし、エツチングマスクを形成する。次いで、ゲー
トバルブ33Cを開き基板12を容器11c内のホルダ
ー13C上に載置する。ここでは、通常のプラズマエツ
チング誌と同様にして、上記形成されたエツチングマス
クを用いて前記5102膜42を選択エツチングする。
That is, the organic HII 43 is etched according to the mask pattern to form an etching mask. Next, the gate valve 33C is opened and the substrate 12 is placed on the holder 13C inside the container 11c. Here, the 5102 film 42 is selectively etched using the etching mask formed above in the same manner as in normal plasma etching.

即ち、容器11c内にCI 2やCF4等の反応性ガス
を導入すると共に、ホルダー13cと容器11C(容器
の土壁)との間に高周波電力を印加し、平行平板型プラ
ズマエツチング誌と同様にしてS i 02の選択エツ
チングを行う。これにより、被加工材料としての5IO
2躾42を所望の形状に微細加工することができる。
That is, a reactive gas such as CI 2 or CF4 is introduced into the container 11c, and high frequency power is applied between the holder 13c and the container 11C (earth wall of the container) in the same manner as in the parallel plate plasma etching magazine. Selective etching of S i 02 is performed. As a result, 5IO as the material to be processed
It is possible to finely process the two-piece 42 into a desired shape.

なお、容器11c内でのエツチングでは試料基板12を
冷却しておく方がよい。
Note that during etching in the container 11c, it is better to cool the sample substrate 12.

17− かくして本実施例方法によれば、先の実施例方法と同様
に、エツチングマスクの基となる有機薄膜のj(f積、
該薄膜のパターニング及び被加工月利の選択エツチング
等の一連の工程を、真空中若しくはガス雰囲気中で行う
ことができ、従って先の実施例と同様の効果が得られる
。また、別々の真空容器11a、11b、Ilcを用い
ることにより、?!数の試$311板12を容器11a
−)容器11b→容器tieど一枚ずつ順次移動さ14
各容器で独立して処理を行うことができ、これにより生
産性の向上をはかり冑る。
17- Thus, according to the method of this embodiment, as in the method of the previous embodiment, j(f product,
A series of steps such as patterning of the thin film and selective etching of the processed material can be performed in a vacuum or in a gas atmosphere, and therefore the same effects as in the previous embodiment can be obtained. Also, by using separate vacuum containers 11a, 11b, Ilc? ! Number test $311 board 12 in container 11a
-) Container 11b → Container tie are moved one by one 14
Each container can be processed independently, thereby improving productivity.

第12図は本発明の第3の実施例方法に使用した装置を
示°す概略構成図である。この装置が前記第9図に示し
た装置と異なる点は、薄膜のエツチングを電子ビームで
行うことにある。即ち、前記光源20の代りに容器11
の上方には、電子銃51、各種(ノンズ系52.アパー
チャマスク53及び鍋内系54等からなる電子光学鏡筒
55が設けられている。そして、この電子光学鏡筒55
からの電子ビー1、は試料基板12上で走査されるもの
=18− となっている。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an apparatus used in the third embodiment method of the present invention. This apparatus differs from the apparatus shown in FIG. 9 in that the thin film is etched using an electron beam. That is, the container 11 is used instead of the light source 20.
An electron optical lens barrel 55 consisting of an electron gun 51, various types (nonsense system 52, aperture mask 53, pot inner system 54, etc.) is provided above.
The electron beam 1 from 1 is scanned on the sample substrate 12 = 18-.

この装置を用いても先の第1の実施例と同様な効果が得
られるのは、勿論のことである。
It goes without saying that even if this device is used, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

なお、本発明は、に述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、前記薄膜形成のために混合ガスに照射
する光と′して、反応性ガスを解離する波長の他に原料
ガスを励起する波長の光を併用するようにしてもよい。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, as the light irradiated to the mixed gas for forming the thin film, in addition to the wavelength that dissociates the reactive gas, light with a wavelength that excites the raw material gas may be used in combination.

さらに、IIIを露光・現像するためのエネルギービー
ムとしては、光や電子ビームに限るものではなく、イオ
ンビームを用いるようにしてもよい。また、原石ガスは
テ1〜ラメチルシランに同等限定されるものではなく、
金属若しくは半導体と炭素及び水素どの各種の化合物を
用いることが可能である。例えば、81(CH13)a
 、 Qe (Ct(3)4 、 Cd (CI−13
)2 。
Furthermore, the energy beam for exposing and developing III is not limited to light or electron beams, but ion beams may also be used. In addition, the raw gas is not equally limited to Te1-ramethylsilane,
It is possible to use various compounds such as metals or semiconductors and carbon and hydrogen. For example, 81(CH13)a
, Qe (Ct(3)4 , Cd (CI-13
)2.

Zn (C1−13)2 、 Sn (CI−13)4
 、 B l (CH3)3 、 Ga (C113>
3或いは Al2(CI9)s等を用いることも可能で
ある。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。
Zn (C1-13)2, Sn (CI-13)4
, B l (CH3)3 , Ga (C113>
It is also possible to use 3 or Al2(CI9)s. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第8図はそれぞれ本発明の基礎となった実験
結果を説明するためのもので第1図は光化学反応により
WI躾が形成される状態を示す断面図、第2図及び第3
図は堆積速度と混合ガス中のj8素の割合との関係を示
す特性図、第4図は堆積速度と混合ガス圧力との関係を
示す特性図、第5図は加熱時間に対するウェハ温度及び
堆積膜の減少聞の変化を示す特性図、第6図はウェハ温
度と堆積速度との関係を示す特性図、第7図は堆積速度
と混合ガス中の塩素の割合どの関係を示す特性図、第8
図は堆積速度と混合ガス圧力との関係を示寸特性図、第
9図は本発明の第1の実施例方法に使用した装置を示す
概略構成図、第10図は上記装置を用いた微細パターン
形成工程を示す断面図、第11図は第2の実施例方法に
使用した装置を示す概略構成図、第12図は第3の実施
例方法に使用した装置を示す概略構成図である。 1・・・ウェハ、2・・・光、3・・・有機薄膜(堆積
膜)、11.11a、Ilb、IIG・・・真空容器、
12・・・試料基板、13.13a、13b、 13c
m’yIハホルダー、14・・・駆動機構、15.50
・・・ガス1人D、16.16a、16b、16cm”
jjスIJ[気口、17・・・簿膜形成用光源、18・
・・薄膜形成用光、19.22・・・光通過窓、2o・
・・薄膜エツチング用光源、21・・・III!エツチ
ング用光、31゜32 ・= カスl l ilJ I
II !、33.33a、33b。 33c、33d・・・ゲートバルブ、49・・・光学的
縮小転写装置、55・・・電子光学鏡筒。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 21− 第1 図 −(讐@ml 七 弓 、O ト/−/ 寸 ぐ ど
Figures 1 to 8 are for explaining the experimental results that are the basis of the present invention, and Figure 1 is a cross-sectional view showing the state in which WI-based cells are formed by a photochemical reaction, and Figures 2 and 3 are
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition rate and the proportion of j8 element in the mixed gas, Figure 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition rate and the mixed gas pressure, and Figure 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition rate and the mixed gas pressure. Figure 6 is a characteristic diagram showing the relationship between wafer temperature and deposition rate; Figure 7 is a characteristic diagram showing the relationship between deposition rate and the proportion of chlorine in the mixed gas; 8
Figure 9 is a dimensional characteristic diagram showing the relationship between deposition rate and mixed gas pressure, Figure 9 is a schematic configuration diagram showing the equipment used in the method of the first embodiment of the present invention, and Figure 10 is a microscopic diagram using the above equipment. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the pattern forming process, FIG. 11 is a schematic diagram showing the device used in the method of the second embodiment, and FIG. 12 is a schematic diagram showing the device used in the method of the third embodiment. 1... Wafer, 2... Light, 3... Organic thin film (deposited film), 11.11a, Ilb, IIG... Vacuum container,
12... Sample substrate, 13.13a, 13b, 13c
m'yIha holder, 14...drive mechanism, 15.50
...Gas 1 person D, 16.16a, 16b, 16cm"
jjsu IJ [Air port, 17...Light source for film formation, 18.
...Light for thin film formation, 19.22...Light passing window, 2o.
...Light source for thin film etching, 21...III! Etching light, 31°32 ・= Kasl l ilJ I
II! , 33.33a, 33b. 33c, 33d... Gate valve, 49... Optical reduction transfer device, 55... Electron optical lens barrel. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue 21- Figure 1-

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料基板を該基板上に堆積すべぎ薄膜の原料を含
む原料ガスと少なくともハロゲン元系を含む反応性ガス
との混合ガス中に晒し、上記混合ガスに光を照射して光
化学反応により上記基板上に薄膜を堆積し、次いで前記
基板を高真空中【こ配冒し、しかるのち前記基板上に形
成すべきパターンに応じて該I!根上の薄膜に所定のエ
ネルギービームを選択的に照射することを特徴とする微
細パターン形成方法。
(1) A sample substrate is exposed to a mixed gas of a raw material gas containing raw materials for the thin film to be deposited on the substrate and a reactive gas containing at least a halogen element, and the mixed gas is irradiated with light to cause a photochemical reaction. A thin film is deposited on the substrate, then the substrate is exposed in a high vacuum, and then the I! A fine pattern forming method characterized by selectively irradiating a thin film on a root with a predetermined energy beam.
(2)前記I IIのJ[積を前記混合ガス及び光が導
入された反応容器内で行い、次いで上記容器を真空排気
したのち前記エネルギービームの照口・1を行うように
したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の微細
パターン形成方法。
(2) The product of I and II is performed in the reaction vessel into which the mixed gas and light are introduced, and then the energy beam is irradiated after the vessel is evacuated. A method for forming a fine pattern according to claim 1.
(3)前記wImの1「積を前記混合ガス及び光が導入
された反応容器内で行い、次いで上記薄膜がJr1積さ
れた基板を高真空排気された別の容器内に配置したのち
前記エネルギービームの照射を行うようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の微細パターン形成
方法。
(3) The above wIm is multiplied by 1 in a reaction vessel into which the mixed gas and light are introduced, and then the substrate on which the thin film is laminated is placed in another vessel evacuated to high vacuum, and then the above energy is applied. The method for forming a fine pattern according to claim 1, characterized in that beam irradiation is performed.
(4)前記エネルギービームを選択照射する手段として
、集束されたエネルギービームを前記基板、にで走査し
て該基板上の薄膜に所望パターンを描画するJ:うにし
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の微細パ
ターン形成方法。
(4) The means for selectively irradiating the energy beam scans the substrate with a focused energy beam to draw a desired pattern on the thin film on the substrate. The fine pattern forming method according to scope 1.
(5)前記エネルギービームを選択照射する手段どして
、マスク基板を介して前記W 板上にエネルギービーム
を照射し、該基板上の薄膜に上記マスクU板上のパター
ンを転写するようにしたことを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の微細パターン形成方法。
(5) The means for selectively irradiating the energy beam is configured to irradiate the energy beam onto the W plate through the mask substrate, and transfer the pattern on the mask U plate to the thin film on the substrate. A method for forming a fine pattern according to claim 1, characterized in that:
(6)前記エネルギービームとして、光、電子或いは−
イオンビームを用いるようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の微細パターン形成方法。
(6) The energy beam may be light, electrons or -
2. The fine pattern forming method according to claim 1, wherein an ion beam is used.
(7)^r1記原料ガスとして、金属若しくは半導体と
炭素及び水素との化合物を用いるようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の微細パターン形成方
法。
(7) The method for forming a fine pattern according to claim 1, wherein a compound of a metal or a semiconductor, carbon, and hydrogen is used as the raw material gas.
(8)前記原料ガスどして、S I (CHa ) 4
 。 S i (Chll )6 、 Ge (CH3)4 
、 Cd (CH3)2 、 Zn (CI43 )2
 、8n (CH3)4 。 B i (CH3) 3 、 Ga (CI−1:l 
) 3或いはAl1 (Of−h )6を用いるように
したことを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の微細
パターン形成方法。
(8) The source gas is S I (CHa) 4
. S i (Chll)6, Ge (CH3)4
, Cd (CH3)2, Zn (CI43)2
, 8n (CH3)4. B i (CH3) 3 , Ga (CI-1:l
) 3 or Al1(Of-h)6.
(9)前記混合ガスに照射する光として、前記反応性ガ
スを解離する波長の光を用いるようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の微細パターン形成方法
(9) The method for forming a fine pattern according to claim 1, wherein light having a wavelength that dissociates the reactive gas is used as the light irradiated to the mixed gas.
(10)前記混合ガスに照射する光として、前記反応性
ガスを解離する波長の光及び前記原料ガスを励起する波
長の光を用いるようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の微細パターン形成方法。
(10) As the light irradiated to the mixed gas, light with a wavelength that dissociates the reactive gas and light with a wavelength that excites the raw material gas are used. A method for forming fine patterns.
(11)前記原料ガス中に増感剤として水銀を添加し、
同時に前記反応性ガスを解離する光の他に上記水銀を励
起する光を併用するようにしたことを特徴とする特i!
!F請求の範囲第9項又は第10項記載の微細パターン
形成方法。
(11) adding mercury as a sensitizer to the raw material gas,
At the same time, in addition to the light that dissociates the reactive gas, the light that excites the mercury is used in combination!
! F. A method for forming a fine pattern according to claim 9 or 10.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6276627A (en) * 1985-09-30 1987-04-08 Toshiba Corp Dry etching device
JPS62165323A (en) * 1986-01-15 1987-07-21 Canon Inc Device for formation of deposit film
JPH0417685A (en) * 1990-05-09 1992-01-22 Canon Inc Formation of etching pattern

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