JPH04360526A - 微細パターン形成方法 - Google Patents
微細パターン形成方法Info
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- JPH04360526A JPH04360526A JP13520091A JP13520091A JPH04360526A JP H04360526 A JPH04360526 A JP H04360526A JP 13520091 A JP13520091 A JP 13520091A JP 13520091 A JP13520091 A JP 13520091A JP H04360526 A JPH04360526 A JP H04360526A
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Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微細パターン形成方法
、特に、電子ビーム励起ドライエッチングによる微細パ
ターン形成方法に関する。
、特に、電子ビーム励起ドライエッチングによる微細パ
ターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体加工技術として代表的な反
応性イオンエッチングの問題点、ならびにこれを克服す
るための電子ビーム励起ドライエッチング技術について
述べる。
応性イオンエッチングの問題点、ならびにこれを克服す
るための電子ビーム励起ドライエッチング技術について
述べる。
【０００３】現在ＬＳＩ製造工程の微細加工においては
、図５に示すように、被加工物５０４上のレジストパタ
ーン５０３を反応ガス（活性種５０２）のプラズマを用
いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって転写す
ることでハーフミクロン程度の微細構造を形成している
。しかし、この方法では半導体基板をプラズマまたはプ
ラズマ内で生成された荷電粒子（イオン）５０１に曝す
ためイオン衝撃による損傷５０５を生じることが問題と
なっている。
、図５に示すように、被加工物５０４上のレジストパタ
ーン５０３を反応ガス（活性種５０２）のプラズマを用
いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって転写す
ることでハーフミクロン程度の微細構造を形成している
。しかし、この方法では半導体基板をプラズマまたはプ
ラズマ内で生成された荷電粒子（イオン）５０１に曝す
ためイオン衝撃による損傷５０５を生じることが問題と
なっている。
【０００４】一方、図４に示すように、電子ビーム励起
ドライエッチングは、被加工物４０３の表面に形成した
反応ガスの吸着層４０１に電子ビーム４０４を照射して
化学反応を促進し、加工物の表面原子４０２を反応ガス
との揮発性反応生成物４０５として取り除く加工法であ
る。この加工法においては従来の反応性イオンエッチン
グで用いているようなイオンに比べて質量がはるかに小
さい電子線の照射に伴う被加工物表面での化学反応を利
用しているため、低損傷の加工が実現できる。さらに電
界をかけて電子線に方向性を持たせることで従来のイオ
ンエッチングと同様の異方性エッチングが可能である。
ドライエッチングは、被加工物４０３の表面に形成した
反応ガスの吸着層４０１に電子ビーム４０４を照射して
化学反応を促進し、加工物の表面原子４０２を反応ガス
との揮発性反応生成物４０５として取り除く加工法であ
る。この加工法においては従来の反応性イオンエッチン
グで用いているようなイオンに比べて質量がはるかに小
さい電子線の照射に伴う被加工物表面での化学反応を利
用しているため、低損傷の加工が実現できる。さらに電
界をかけて電子線に方向性を持たせることで従来のイオ
ンエッチングと同様の異方性エッチングが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように電子ビー
ム励起ドライエッチングは、低損傷の微細構造を形成す
る加工法として優れたものであるが、反応ガスと被加工
物との反応が室温でも容易に進行して、ガスエッチング
が無視できないような材料とガスの組み合わせについて
は微細パターンの高精度転写が困難となる。つまり図１
（ａ）に示すように、被加工物１０４に対し、縦方向に
進行する電子ビーム励起ドライエッチングおよびガスエ
ッチング１０５と並行して加工側壁のガスエッチング１
０２が起きるためにサイドエッチ１０３が生じ、初期の
レジストパターン１０１を忠実に転写できなくなる。ま
たガスエッチングの速度に面方位依存性が顕著に現れる
ような材料の場合についても、任意の加工形状を得るこ
とが困難となる。
ム励起ドライエッチングは、低損傷の微細構造を形成す
る加工法として優れたものであるが、反応ガスと被加工
物との反応が室温でも容易に進行して、ガスエッチング
が無視できないような材料とガスの組み合わせについて
は微細パターンの高精度転写が困難となる。つまり図１
（ａ）に示すように、被加工物１０４に対し、縦方向に
進行する電子ビーム励起ドライエッチングおよびガスエ
ッチング１０５と並行して加工側壁のガスエッチング１
０２が起きるためにサイドエッチ１０３が生じ、初期の
レジストパターン１０１を忠実に転写できなくなる。ま
たガスエッチングの速度に面方位依存性が顕著に現れる
ような材料の場合についても、任意の加工形状を得るこ
とが困難となる。
【０００６】本発明の目的は、電子ビーム励起ドライエ
ッチングによるより微細なパターン形成を行うために、
上述したガスエッチングによる効果を抑え、電子ビーム
照射領域のみのエッチングを実現する微細パターン形成
方法を提供することにある。
ッチングによるより微細なパターン形成を行うために、
上述したガスエッチングによる効果を抑え、電子ビーム
照射領域のみのエッチングを実現する微細パターン形成
方法を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、電子ビーム励起ドラ
イエッチングによる微細パターン形成方法においてさら
に高精度のパターン転写を実現することにある。
イエッチングによる微細パターン形成方法においてさら
に高精度のパターン転写を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】一般に反応性ガスによる
ガスエッチングの速度は基板の温度の上昇に伴い増大し
、化学反応における障壁を熱エネルギーにより越えると
いう熱活性化過程をとる。一方、電子ビーム励起ドライ
エッチングでは電子線照射による反応励起効果はこの熱
効果とは異なるものであるため、エッチングに際して基
板を冷却することにより、ガスエッチングを抑え状態で
の加工が可能となる。図１（ｂ）に示すように、被加工
物１０４に対し、縦方向に電子ビーム励起ドライエッチ
ング１０６のみが進行する。
ガスエッチングの速度は基板の温度の上昇に伴い増大し
、化学反応における障壁を熱エネルギーにより越えると
いう熱活性化過程をとる。一方、電子ビーム励起ドライ
エッチングでは電子線照射による反応励起効果はこの熱
効果とは異なるものであるため、エッチングに際して基
板を冷却することにより、ガスエッチングを抑え状態で
の加工が可能となる。図１（ｂ）に示すように、被加工
物１０４に対し、縦方向に電子ビーム励起ドライエッチ
ング１０６のみが進行する。
【０００９】本発明は従来の電子ビーム励起ドライエッ
チング装置に基板冷却機構を備えた試料台を増設するこ
とにより、低温下でのドライエッチングを行い、より高
精度の微細パターン転写を実現する。
チング装置に基板冷却機構を備えた試料台を増設するこ
とにより、低温下でのドライエッチングを行い、より高
精度の微細パターン転写を実現する。
【００１０】
【作用】基板表面に形成された吸着層に対して電子線の
照射を行うと、励起状態を実現することが可能であり、
その結果反応ガス分子と基板材料との化学反応を促進す
ることができる。吸着ガスとして基板構成原子と反応し
て揮発性の反応生成物を作るようなガスを用いた場合、
電子線の照射と反応ガスの供給を同時に行うことでエッ
チングを行うことが可能である（電子ビーム励起ドライ
エッチング）。
照射を行うと、励起状態を実現することが可能であり、
その結果反応ガス分子と基板材料との化学反応を促進す
ることができる。吸着ガスとして基板構成原子と反応し
て揮発性の反応生成物を作るようなガスを用いた場合、
電子線の照射と反応ガスの供給を同時に行うことでエッ
チングを行うことが可能である（電子ビーム励起ドライ
エッチング）。
【００１１】電子ビーム励起ドライエッチングによるマ
スクパターン転写は以下のようにして行うことができる
。光露光や電子ビーム露光によりレジストパターンを形
成した被加工物を洗浄して真空槽に設置し排気を行い、
十分に高真空を得たのちイオンシャワーなどにより基板
表面の酸化膜を除去してクリーンな基板表面を得る。そ
の後、基板を所定の温度まで冷却してから電子線の照射
と反応ガスの供給を同時に行うことにより電子ビーム励
起ドライエッチングを行う。
スクパターン転写は以下のようにして行うことができる
。光露光や電子ビーム露光によりレジストパターンを形
成した被加工物を洗浄して真空槽に設置し排気を行い、
十分に高真空を得たのちイオンシャワーなどにより基板
表面の酸化膜を除去してクリーンな基板表面を得る。そ
の後、基板を所定の温度まで冷却してから電子線の照射
と反応ガスの供給を同時に行うことにより電子ビーム励
起ドライエッチングを行う。
【００１２】以上のようなガスエッチングを抑える効果
は集束した電子ビームにより微小領域での表面励起反応
を促進することによる直描技術においても有効である。 これは図２に示したようにガスノズル２０５を介して被
加工物２０６の表面に反応ガス２０２を供給した場合、
反応ガスの濃度分布に対応したガスエッチング２０３が
生じるため、集束ビーム２０１による電子ビーム励起ド
ライエッチング２０４を行ったときのエッチングパター
ンは図２（ａ）のようになるが、本発明によればガスエ
ッチングの効果を抑えることが可能となり図２（ｂ）の
ように希望するエッチングパターンを得ることができる
。
は集束した電子ビームにより微小領域での表面励起反応
を促進することによる直描技術においても有効である。 これは図２に示したようにガスノズル２０５を介して被
加工物２０６の表面に反応ガス２０２を供給した場合、
反応ガスの濃度分布に対応したガスエッチング２０３が
生じるため、集束ビーム２０１による電子ビーム励起ド
ライエッチング２０４を行ったときのエッチングパター
ンは図２（ａ）のようになるが、本発明によればガスエ
ッチングの効果を抑えることが可能となり図２（ｂ）の
ように希望するエッチングパターンを得ることができる
。
【００１３】
【実施例】以下、反応ガスとして塩素Ｃｌ２ を用いた
時のＧａＡｓのエッチング例を示す。
時のＧａＡｓのエッチング例を示す。
【００１４】本発明の実施に際しては図３に示した装置
を用いた。実験装置は真空槽３０９と反応励起用電子銃
３０２、ガス導入システムおよび基板加熱・冷却システ
ムからなる。真空排気系３０５にはターボ分子ポンプな
らびにロータリーポンプを用い、１０−７Ｔｏｒｒ台の
高真空を得ることができる。反応励起用電子銃３０２は
差動排気システムにより、反応ガス３１２の導入時でも
安定して電子線を試料に照射することができる。ガス導
入システムはガス収納室３１１ならびに導入弁３１０か
らなり、真空槽３０９へはバリアブルリークバルブを通
じてガスを供給する。また被加工物３０４を置く試料台
３０７は基板加熱ならびに冷却機構を備えている。基板
の加熱に際しては真空槽下部に設けた赤外線加熱ヒータ
ー３０８により被加工物を昇温可能である。さらにこの
試料台には真空槽外部から液体窒素３０６を導入するこ
とができるため、赤外線加熱機構と併用することにより
基板温度を液体窒素温度付近から数百℃までの広い範囲
に設定することが可能である。なお図３において、３０
１は電子銃電源を、３０３はレンズ系を示している。
を用いた。実験装置は真空槽３０９と反応励起用電子銃
３０２、ガス導入システムおよび基板加熱・冷却システ
ムからなる。真空排気系３０５にはターボ分子ポンプな
らびにロータリーポンプを用い、１０−７Ｔｏｒｒ台の
高真空を得ることができる。反応励起用電子銃３０２は
差動排気システムにより、反応ガス３１２の導入時でも
安定して電子線を試料に照射することができる。ガス導
入システムはガス収納室３１１ならびに導入弁３１０か
らなり、真空槽３０９へはバリアブルリークバルブを通
じてガスを供給する。また被加工物３０４を置く試料台
３０７は基板加熱ならびに冷却機構を備えている。基板
の加熱に際しては真空槽下部に設けた赤外線加熱ヒータ
ー３０８により被加工物を昇温可能である。さらにこの
試料台には真空槽外部から液体窒素３０６を導入するこ
とができるため、赤外線加熱機構と併用することにより
基板温度を液体窒素温度付近から数百℃までの広い範囲
に設定することが可能である。なお図３において、３０
１は電子銃電源を、３０３はレンズ系を示している。
【００１５】電子ビーム露光によりＳＡＬ６０１−ＥＲ
Ｕ７レジストパターンを形成したＧａＡｓウエハーにつ
いて、塩酸により基板表面の酸化膜を除去した後、真空
槽３０９内にセットして排気を行った。十分な高真空を
得てから試料の搬送中などに形成されたウエハー表面の
微量の汚染や酸化膜を取り除くため、基板温度を７５℃
として真空槽に１．５×１０−４Ｔｏｒｒの塩素ガスを
導入し、ガスエッチングにより表面数ｎｍ程度を除去し
てＧａＡｓの清浄な表面を得た。その後、基板を冷却し
て−５０℃とし、塩素ガスの供給と電子線の照射を同時
に行うことで電子ビーム励起ドライエッチングにより微
細パターンの転写を行った。エッチングに際しての塩素
ガス圧は１．５×１０−４Ｔｏｒｒ、電子線の加速電圧
および電流密度はそれぞれ１０ｋＶ，１．４μＡ／ｃｍ
２ とした。以上のようにして形成した試料について、
その微細パターンを基板温度を室温としてエッチングを
行った試料と比較した結果、ガスエッチングによるサイ
ドエッチの極めて少ない、良好なパターン転写が実現で
きていることがわかった。
Ｕ７レジストパターンを形成したＧａＡｓウエハーにつ
いて、塩酸により基板表面の酸化膜を除去した後、真空
槽３０９内にセットして排気を行った。十分な高真空を
得てから試料の搬送中などに形成されたウエハー表面の
微量の汚染や酸化膜を取り除くため、基板温度を７５℃
として真空槽に１．５×１０−４Ｔｏｒｒの塩素ガスを
導入し、ガスエッチングにより表面数ｎｍ程度を除去し
てＧａＡｓの清浄な表面を得た。その後、基板を冷却し
て−５０℃とし、塩素ガスの供給と電子線の照射を同時
に行うことで電子ビーム励起ドライエッチングにより微
細パターンの転写を行った。エッチングに際しての塩素
ガス圧は１．５×１０−４Ｔｏｒｒ、電子線の加速電圧
および電流密度はそれぞれ１０ｋＶ，１．４μＡ／ｃｍ
２ とした。以上のようにして形成した試料について、
その微細パターンを基板温度を室温としてエッチングを
行った試料と比較した結果、ガスエッチングによるサイ
ドエッチの極めて少ない、良好なパターン転写が実現で
きていることがわかった。
【００１６】
【発明の効果】本発明は反応ガス吸着層に電子線照射を
行うことで、表面励起反応を促進し低損傷のエッチング
を行う電子ビーム励起ドライエッチングにおいて、被加
工物基板を液体窒素などを用いて冷却することで反応ガ
スとのガスエッチングを抑え、電子ビーム照射効果に基
づくエッチングのみを行っている。本発明の方法による
と、パターン形成の際にガスエッチングによる効果を無
視できるため、設定値どうりの微細パターン転写が電子
ビーム励起ドライエッチングにより可能となる。すなわ
ち、ガスエッチによるサイドエッチの効果を抑えた条件
での電子ビーム励起ドライエッチングが可能となるため
、レジストパターン転写ならびに集束電子ビームによる
直接描画に際して、より高精度の微細パターンの形成が
可能となる。
行うことで、表面励起反応を促進し低損傷のエッチング
を行う電子ビーム励起ドライエッチングにおいて、被加
工物基板を液体窒素などを用いて冷却することで反応ガ
スとのガスエッチングを抑え、電子ビーム照射効果に基
づくエッチングのみを行っている。本発明の方法による
と、パターン形成の際にガスエッチングによる効果を無
視できるため、設定値どうりの微細パターン転写が電子
ビーム励起ドライエッチングにより可能となる。すなわ
ち、ガスエッチによるサイドエッチの効果を抑えた条件
での電子ビーム励起ドライエッチングが可能となるため
、レジストパターン転写ならびに集束電子ビームによる
直接描画に際して、より高精度の微細パターンの形成が
可能となる。
【００１７】以上のようにして作成した微細構造は電子
線照射による化学反応を利用した加工法に基づくもので
低損傷であることが特徴であり、次世代の半導体製造工
程および新機能デバイスに応用が期待できるものである
。
線照射による化学反応を利用した加工法に基づくもので
低損傷であることが特徴であり、次世代の半導体製造工
程および新機能デバイスに応用が期待できるものである
。
【図１】電子ビーム励起ドライエッチングにおける基板
冷却効果を説明する図である。
冷却効果を説明する図である。
【図２】電子ビーム励起ドライエッチングを用いた直描
技術方法を説明する図である。
技術方法を説明する図である。
【図３】本発明を実施するための実験装置を示す図であ
る。
る。
【図４】電子ビーム励起ドライエッチングのエッチング
機構を説明する図である。
機構を説明する図である。
【図５】反応性イオンエッチング機構を説明する図であ
る。
る。
１０１ レジストパターン
１０２ ガスエッチング
１０３ 加工側壁（サイドエッチ）
１０４ 被加工物
１０５ 電子ビーム励起ドライエッチング＋ガスエッ
チング １０６ 電子ビーム励起ドライエッチング２０１
集束電子ビーム ２０２ 反応ガス ２０３ ガスエッチング ２０４ 電子ビーム励起ドライエッチング２０５
ガスノズル ２０６ 被加工物 ３０１ 電子銃電源 ３０２ 電子銃 ３０３ レンズ系 ３０４ 被加工物 ３０５ 排気系 ３０６ 液体窒素 ３０７ 試料台 ３０８ 赤外線加熱ヒーター ３０９ 真空槽 ３１０ ガス導入弁 ３１１ ガス収納室 ３１２ 反応ガス ４０１ 反応ガス吸着層 ４０２ 表面原子 ４０３ 被加工物 ４０４ 電子ビーム ４０５ 揮発性反応生成物 ５０１ イオン ５０２ 活性種 ５０３ レジストパターン ５０４ 被加工物 ５０５ 加工損傷
チング １０６ 電子ビーム励起ドライエッチング２０１
集束電子ビーム ２０２ 反応ガス ２０３ ガスエッチング ２０４ 電子ビーム励起ドライエッチング２０５
ガスノズル ２０６ 被加工物 ３０１ 電子銃電源 ３０２ 電子銃 ３０３ レンズ系 ３０４ 被加工物 ３０５ 排気系 ３０６ 液体窒素 ３０７ 試料台 ３０８ 赤外線加熱ヒーター ３０９ 真空槽 ３１０ ガス導入弁 ３１１ ガス収納室 ３１２ 反応ガス ４０１ 反応ガス吸着層 ４０２ 表面原子 ４０３ 被加工物 ４０４ 電子ビーム ４０５ 揮発性反応生成物 ５０１ イオン ５０２ 活性種 ５０３ レジストパターン ５０４ 被加工物 ５０５ 加工損傷
Claims (1)
- 【請求項１】反応ガスを吸着させた後に電子線を照射す
ることによる電子ビーム励起ドライエッチングにおいて
、被加工物を冷却して反応ガスとのガスエッチングを抑
え、電子線照射領域のみの異方性エッチングにより低損
傷の微細パターン転写を行うことを特徴とする微細パタ
ーン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13520091A JPH04360526A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 微細パターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13520091A JPH04360526A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 微細パターン形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360526A true JPH04360526A (ja) | 1992-12-14 |
Family
ID=15146192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13520091A Pending JPH04360526A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 微細パターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04360526A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8963052B2 (en) | 2001-04-30 | 2015-02-24 | Lam Research Corporation | Method for controlling spatial temperature distribution across a semiconductor wafer |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6154631A (ja) * | 1984-08-24 | 1986-03-18 | Jeol Ltd | エツチング方法 |
| JPS6276521A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-08 | Nec Corp | 電子ビ−ムエツチング方法 |
| JPH0279429A (ja) * | 1988-09-14 | 1990-03-20 | Nec Corp | ３−ｖ族化合物半導体のデジタルエツチング方法 |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP13520091A patent/JPH04360526A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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