JPH02206110A - パターン形成方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パターン形成方法に関し、特に、表面に凹凸
を有する基体上に極微細パターンを形成する場合に適用
して好適なものである。

〔発明の概要〕

本発明は、パターン形成方法において、表面に凹凸を有
する基体上にガス状の原料を含む雰囲気中で荷電粒子ビ
ームを選択的に照射することにより上記原料から上記基
体上に生成される物質から成るパターンを形成する工程
を有する。これによって、振幅の大きい凹凸を表面に有
する基体上に極微細幅のパターンを容易に形成すること
ができる。。

〔従来の技術〕

従来、微細パターンの形成方法としては、フォトリソグ
ラフィーを用いたものと、電子ビームリソグラフィーを
用いたものとがある。このうち、フォトリソグラフィー
を用いたパターン形成方法では、より微細なパターンを
形成するためにより波長の短い光が用いられており、特
に最近では波長がサブハーフミクロン（１／４μｍ）の
いわゆるディープＵＶ光が用いられるようになってきて
いる。ところが、このような短波長の光を用いた場合に
は、焦点深度が数千人程度と浅いので、数千人程度以上
の振幅の凹凸を表面に有する基体をパターンニングする
ことは困難である。すなわち、逆に言えば、数千人程度
以下の振幅の凹凸を有する基体のパターンニングしか行
うことができない。

一方、電子ビームリソグラフィーを用いたパターン形成
方法では、ネガ型レジスト及びポジ型レジストのいずれ
を用いた場合も、あらかじめ基体上にレジストを塗布し
た後に電子ビームによりこのレジストの露光を行う必要
がある。ところが、第３図に示すように基体１０１の表
面が平坦である場合にはレジスト１０２を均一の厚さに
塗布することができるが、例えば第４図に示すように基
体１０１の表面に例えば振幅が数μｍ以上の凹凸が存在
するような場合にはその凹部にレジスト１０２かたまっ
てしまうため、このレジスト１０２を均一の厚さに塗布
することは困難である。この第４図のような場合には、
レジスト１０２の現像も困難であり、また仮に現像がで
きたとしても得られるレジストパターンはドライエツチ
ングを行う際のマスクとして用いることができる程度の
耐ドライエツチング性は有していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のこと、従来のパターン形成方法では、第５図に示
すように、ある基準面からの高さが等しい（ｈ＝ｈ′）
等高構造のパターンを幅Ｄ≦１００ＯＡに形成すること
はできても、第６図に示すようにｈ≠ｈ′の非等高構造
のパターンを幅Ｄ′≦１０００人に形成することは困難
であった。

従って本発明の巨的は、振幅が大きい凹凸を表面に有す
る基体上に極微細幅のパターンを容易に形成することが
できるパターン形成方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、パターン形成方
法において、表面に凹凸を有する基体（１）上にガス状
の原料を含む雰囲気中で荷電粒子ビーム（２）を選択的
に照射することにより原料から基体（１）上に生成され
る物質から成るパターン（３）を形成する工程を有して
いる。

上記荷電粒子ビーム（２）としては、電子ビームのほか
に陽電子ビーム、ミューオンビームなどを用いることが
できる。電子ビームを用いる場合には、干渉性の良好な
電子ビームを発生させることができる電界放射電子銃（
ｆｉｅｌｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｇｕｎ）を用いるのが
好ましい。

また、この荷電粒子ビーム（２）の照射装置としては、
焦点深度が基体（１）の表面の凹凸の振幅と同程度また
はそれ以上のものを用いることが好ましい。電子ビーム
を用いる場合、この照射装置としては例えば走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）と同様な構成のものを用いることがで
きる。特に、試料を対物レンズの下方に配置する、いわ
ゆるアウト・オン・レンズ（ｏｕｔ　ｏｆ　１ｅｎｓ）
型ＳＥＭ構成の照射装置を用いた場合には、加速電圧に
もよるがその焦点深度は１〜１０μｍ程度であり、光学
式の露光装置より一桁大きいので、特に基体（１）の表
面の凹凸の振幅が大きい場合に好ましい。

〔作用〕

ガス状の原料を含む雰囲気中においては、基体（１）の
凹凸を有する表面にこの原料の分子が吸着している。従
って、焦点深度がこの凹凸の振幅よりも深い照射装置を
用いて荷電粒子ビーム（２）をこの基体（１）に照射す
ると、この荷電粒子ビーム（２）が照射された表面の凹
凸のどの部分でも吸着している原料分子が分解されて物
質が生成される。これによって、表面の凹凸の振幅がか
なり大きい場合でも、基体（１）上にこの生成物質から
成るパターン（３）を容易に形成することができる。し
かも、荷電粒子ビーム（２）のビーム径は数十人程度に
絞ることができるから、この荷電粒子の散乱の影響を考
えてもこのパターン（３）は例えば数百人程度もしくは
それ以下の極微細幅とすることができる。特に、アウト
・オン・レンズ型ＳＥＭ構成の照射装置を用いた場合に
は、すでに述べたように焦点深度が１〜１０μｍ程度と
大きいので、表面の凹凸の振幅が１〜１０μｍ程度の基
体（１）上に極微細幅のパターン（３）を容易に形成す
ることができる。そして、このパターン（３）をマスク
として基体（１）をエツチングすることにより、極微細
幅のパターン（４）を容易に形成することができる。ま
た、この極微細幅のパターン（３）自身を構造の一部と
して用いることもできる。

以上のようなパターン形成方法によれば、従来の平面的
なリソグラフィーでは困難であった立体的なリソグラフ
ィーを実現することができ、これによって極微細構造を
形成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例は、電子ビームによる直接描画を利
用したパターン形成方法に本発明を適用した実施例であ
る。

第１図Ａ及び第１図Ｂは本発明の一実施例を示す。

この実施例においては、第１図Ａに示すように、例えば
アウト・オン・レンズ型ＳＥＭと同様な構成を有する電
子ビーム照射装置の高真空（例えば、３　Ｘ　１０−’
Ｔｏｒｒ程度）に排気された試料室内に例えば半導体基
板１が配置される。この半導体基板１としては種々のも
のを用いることができるが、具体的には例えばヒ化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）基板を用いる。この半導体基板１の表
面には、あらかじめ例えば一方向に延びる凹凸が形成さ
れているとする。

この凹凸の振幅は例えば１〜１０μｍ程度であるとする
。

次に、試料室内にガス状のレジスト原料（例えば、アル
キル゛ナフタレン）を導入する。このレジスト原料ガス
の圧力は、例えばｉｏ−’〜１０Ｔｏｒｒの範囲内の値
、典型的には例えば１０　”’Ｔｏｒｒ程度とする。次
に、試料室内のレジスト原料ガスの圧力が所定値で安定
したら例えば電界放射電子銃により電子ビーム２を発生
させ、この電子ビーム２を半導体基板１上で例えば上述
の凹凸の延びる方向に垂直な方向に走査する。この場合
、この電子ビーム２のビーム径は例えば数十人程度に絞
っておく。

上述のレジスト原料ガス雰囲気中では、半導体基板ｌの
表面にはレジスト原料ガス分子が吸着している。この吸
着しているレジスト原料分子に上述のように電子ビーム
２が照射されると、この電子ビーム２が照射された部分
のレジスト原料分子は炭化水素化し、その結果、非晶質
炭化水素から成る物質がこの電子ビーム２の描画パター
ンとほぼ同一形状で半導体基板１上に生成される。これ
によって、この非晶質炭化水素から成るレジストパター
ン３が形成される。なお、このようにして形成されたレ
ジストは、Ｅ　Ｂ　Ｉ　Ｒ（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｔ　Ｂｅ
ａ屈Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｒｅ５ｉｓｔ）と呼ばれる。この
非晶質炭化水素から成るレジストパターン３は、高いド
ライエツチング耐性を有することが本発明者により確認
されている。電子ビーム２による一回の描画で形成され
るレジストパターン３の厚さは通常小さいので、必要に
応じて一旦形成されたレジストパターン３上に吸着する
レジスト原料分子に電子ビーム２を照射しては炭化水素
化するという工程を繰り返し、レジストパターン３の厚
さを所定の厚さにする。なお、この場合、電子ビーム２
が照射されない部分の半導体基板１上では、吸着してい
るレジスト原料分子が数原子層になるとこのレジスト原
料分子の吸着は飽和し、それ以上の吸着は起きなくなる
ので、この電子ビーム２が照射されない部分ではレジス
トの成長はほとんど起きないと言ってよい。

次に、上述のようにして形成されたレジストパターン３
をマスクとして半導体基板１を例えば反応性イオンエツ
チング（、ＲＩＥ）法により所定深さだけ異方性エツチ
ングした後、このレジストパターン３を除去する。これ
によって、第１図Ｂに示すように、レジストパターン３
と同一形状を有し、幅が例えば１００人程鹿の極微細線
４が形成される。

以上のように、この実施例によれば、焦点深度が１〜１
０μｍ程度と深い電子ビーム照射装置を用いてレジスト
原料ガス中でビーム径を例えば数十人程度に細く紋った
電子ビーム２を半導体基板１に照射しているので、この
半導体基板１の表面の凹凸の振幅が１〜１０μｍ程度で
あっても、この凹凸を横切り、上下方向に曲がりくねっ
た例えば数百人またはそれ以下の極微細幅のレジストパ
ターン３を半導体基板１上に形成することができる。そ
して、このレジストパターン３をマスクとして半導体基
板１をエツチングすることにより、半導体基板１の表面
の凹凸を横切って上下方向に曲がりくねった極微細線４
を容易に形成することができる。

この実施例による方法を応用すれば、極微細線により構
成される１次元チャネルを用いることにより、例えば電
子とフォノンとの相互作用を小さくしてフォノンによる
電子の散乱を抑えた、電子フォノン分離型のトランジス
タを実現することができる。より具体的に言うと、この
場合には、１次元チャネルを構成する極微細線が半導体
基板上で上下方向に等間隔かつ一定振幅で規則的に折れ
曲がった構造とするとともに、この極微細線の各直線部
分の長さを例えば１０００人程度１またその幅を例えば
１００人程変色する。この場合には、極微細線の各直線
部分の長さによりフォノンの波長が制限されることから
、その分だけフォノンによる電子の散乱が抑えられる。

また、この実施例による方法は、例えば多層構造の半導
体集積回路の製造途中において振幅の大きな凹凸が存在
する表面に極微細幅のパターンを形成する場合に応用す
ることができる。

次に、本発明の他の実施例について第２図Ａ及び第２図
Ｂを参照しながら説明する。

この例では、第２図Ａに示すように、表面に階段状の段
差を有する半導体基板１上に上述の実施例と同様にして
レジストパターン３を形成する。

次に、このレジストパターン３をマスクとして例えばＲ
ＩＥ法により半導体基板１を所定深さだけ異方性エツチ
ングした後、このレジストパターン３を除去する。この
ようにして、第２図Ｂに示すように、階段状の段差を有
する半導体基板１の表面に極微細幅のパターン５を形成
することができる。

この実施例による方法は、例えば１〜３次元の半導体超
格子の製造に応用することが可能である。

例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ系の３次元超格子は、次の
ようにして製造することができる。すなわち、まず例え
ばＧａＡｓ基板上に一方向に延びる極微細幅のしシスト
パターンを互いに平行に多数形成した後、このレジスト
パターンをマスクとして例えばＲＩＥ法によりＧａＡｓ
基板を異方性エツチングすることにより矩形断面の溝を
互いに平行に多数形成する。

次に、このレジストパターンを除去した後、例えば上述
の溝と垂直な方向に延びる極微細幅の別のレジストパタ
ーンを形成する。この場合、ＧａＡｓ基板の表面には上
述の溝による振幅の大きな凹凸が存在するが、すでに述
べたようにこのような凹凸が存在してもレジストパター
ンの形成は支障なく行うことができる。次に、このレジ
ストパターンをマスクとしてＧａＡｓ基板を例えば上述
の１回目の異方性エツチングと同じ深さだけ異方性エツ
チングした後、このレジストパターンを除去する。次に
、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により
ＧａＡｓ層をバッファ層として形成する。この後、この
ＧａＡｓ層上にＡｌＡｓ層及びＧａＡｓ層を交互に成長
させる。このようにして、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ系の３次
元超格子が製造される。

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

、例えば、上述の二つの実施例においては、基体として
半導体基板１を用いた場合について説明したが、本発明
は、半導体基板以外の各種の基体上に極微細幅のパター
ンを形成する場合に適用することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上述べたように構成されているので、振幅
の大きな凹凸を表面に有する基体上に極微細幅のパター
ンを容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及び第１図Ｂは本発明の一実施例を工程順に説
明するための斜視図、第２図Ａ及び第２図Ｂは本発明の
他の実施例を工程順に説明するための斜視図、第３図及
び第４図は従来のパターン形成方法を説明するための断
面図、第５図及び第６図は従来のパターン形成方法を説
明するための斜視図である。 図面における主要な符号の説明 ：半導体基板、 ：電子ビーム、 ３　ニ レ ジストパターン、 ：極微細線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に凹凸を有する基体上にガス状の原料を含む雰囲気
   中で荷電粒子ビームを選択的に照射することにより上記
   原料から上記基体上に生成される物質から成るパターン
   を形成する工程を有することを特徴とするパターン形成
   方法。