JPH05109675A - 電子ビーム励起ドライエツチング方法および装置 - Google Patents

電子ビーム励起ドライエツチング方法および装置

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JPH05109675A
JPH05109675A JP29189191A JP29189191A JPH05109675A JP H05109675 A JPH05109675 A JP H05109675A JP 29189191 A JP29189191 A JP 29189191A JP 29189191 A JP29189191 A JP 29189191A JP H05109675 A JPH05109675 A JP H05109675A
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JP
Japan
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electron beam
plasma
dry etching
processing
potential
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JP29189191A
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English (en)
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Heiji Watabe
平司 渡部
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ECRプラズマより大電流、大面積かつ低加
速の電子線シャワ―と反応性ラジカルを取り出して電子
ビ―ム励起ドライエッチングを行うことにより効率的に
低損傷の微細構造を形成する。 【構成】 プラズマ電位に対して引き出し電極をプラス
に設定することで、反応性ガスからなるECRプラズマ
からの高密度の電子ビ―ムを取り出して、大面積、大電
流かつ低加速の電子線シャワ―を得ると共に、プラズマ
中からの拡散により被加工物表面にラジカル種の供給を
行い、電子ビ―ム励起ドライエッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子線を利用して低損傷
の微細構造形成を行う電子ビ―ム励起ドライエッチング
において、ECRプラズマを利用することで電子線とラ
ジカル種を同時に得、効果的に加工を行うドライエッチ
ング方法ならびに装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、LSI製造工程の微細加工におい
ては、被加工物上のレジストパタ―ンを反応ガスのプラ
ズマを用いた反応性イオンエッチング(RIE)や反応
性イオンビ―ムエッチング(RIBE)により転写する
ことで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
粒子に曝すためイオン衝撃による損傷を生じることが問
題となっている。図4はこのことを示したもので、被加
工物404上のマスク材403で形成されたレジストパ
タ―ンを反応ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッ
チングにより転写すると(図4(a))、イオン衝撃に
よる加工損傷405を生じる(図4(b))。一方、電
子ビ―ム励起ドライエッチングは、図3に示すように、
被加工物304表面に形成した反応ガスやラジカル種の
吸着層301に電子ビ―ム305を照射して化学反応を
促進し、加工物表面の原子を反応ガスとの揮発性反応生
成物306として取り除く加工法である。本加工法にお
いては、従来のエッチング法で用いているイオンに比べ
て量質がはるかに小さい電子の照射に伴う被加工物表面
での化学反応を用いているので低損傷の加工が期待でき
ると共に、直進性の優れた電子線によるアシスト効果を
利用しているので異方性エッチングが可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のように電子ビ―
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、化学反応の促進効果
のみを用いているため従来の加工法に比べてエッチング
速度が遅いことが問題となるだけでなく、被加工物の表
面状態(酸化膜や表面の汚染)に敏感であるという問題
もある。このエッチング法において反応性を増大させる
ためには、ラジカル種のように通常の気体分子に比べて
活性度の高いものを被加工物表面に供給すると共に、電
子線によるアシスト効果を増大させるために電流密度の
高い電子線を照射することが必要である。また、その量
産性を考慮した場合、大面積にわたる電子線シャワ―の
実現が望まれる。さらに分子と電子との衝突に伴う各種
の相互作用の断面積は一般に電子線の加速電圧が数十〜
数百eVで最大となることから、低加速の電子線を用い
ることにより加工速度の増大が期待できるだけでなく、
微小な効果とはいえ電子線の照射による損傷が導入され
ると言う観点からも有効である。
【0004】しかし実際に上記の問題点を解決するに際
して、ラジカルを基板表面に供給するためには、プラズ
マなどを用いたラジカル発生装置を新たに増設する必要
がある。また、電子線源として通常のフィラメントタイ
プの電子銃を用いた場合には大面積かつ電流密度の高い
低加速電子線シャワ―を得ることは困難であるだけでな
く、反応ガス導入時にフィラメント保護のため電子銃部
分を高真空に保つ必要があり差動排気を行わなければな
らない。本発明は高密度の電子を大面積にわたり低加速
で引き出すことができ、かつラジカル種を用いることで
さらに反応性を高め、効果的に電子ビ―ム励起ドライエ
ッチングを行うための方法およびその装置を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、被加工物表面
に形成した反応ガス分子またはラジカル種の吸着層に電
子線を照射することにより加工を行う電子ビ―ム励起ド
ライエッチング方法において、反応性ガスのECRプラ
ズマ内で生成された高密度の電子を引き出して得られる
電子線シャワ―と、プラズマ中から拡散するラジカル種
とを被加工物表面に供給して電子ビ―ム励起ドライエッ
チングを行い、低損傷の微細構造を形成することを特徴
とする電子ビ―ム励起ドライエッチング方法である。ま
た、上記の方法に用いられる装置は、ECRプラズマ生
成室と被加工物を保持する加工室とをプラズマ電位に対
してプラス電位に設定された引き出し電極を介して接続
したことを特徴とする。本発明の方法によると、従来の
フィラメントタイプの電子銃に比べて大電流、大面積、
かつ低加速の電子線を得ることが可能となり、差動排気
の必要もない。また、中性ラジカルはプラズマ中より拡
散し被加工物表面に到達する。
【0006】
【作用】図1は本発明の方法を示す説明図である。電子
サイクロトロン共鳴を利用することで高密度プラズマを
生成することが可能であり(ECRプラズマ)、本方法
では電子ビ―ム励起ドライエッチングにおいてプラズマ
中の電子ならびに反応性ラジカルを用いる。装置は図に
示すようにプラズマ生成室101と加工室107から構
成されている。プラズマの発生は反応ガスを導入すると
共にマグネットコイルに印加する電流を適切に設定した
状態でマイクロ波を導波管を通じて導入することでEC
Rプラズマを形成する。このプラズマ中には高密度の電
子、反応ガスのイオンおよび各種の中性ラジカルが存在
している。その後、引き出し電極103をプラズマの電
位に対してプラスにすることで、プラズマ中の負の荷電
粒子を加工室107中に取り出すことが可能である。こ
こで反応ガスはプラズマ内で励起されて正または負のイ
オンとなるが、一般に電離気体中では電子のはぎ取りが
支配的であるため、正イオンに比べて負イオンの総数は
十分に少ないと考えられる。従って、加工室中の基板に
電子線104が照射される。一方、プラズマ内の多量の
中性ラジカル105は拡散により加工室に到達して基板
表面に吸着層を形成する。電子ビ―ム励起ドライエッチ
ングはこの反応ガスおよびラジカル種の吸着層に電子線
を照射することで、被加工物の表面原子を揮発性の反応
生成物として除去する加工法である。
【0007】本発明によれば、従来のECRドライエッ
チング装置(反応性イオンビ―ムエッチング:RIB
E)において、プラズマと引き出し電極の電位を通常の
場合と逆転させるだけで、プラスイオンの代わりに電子
線が被加工物に照射され、電子ビ―ム励起ドライエッチ
ングが可能となる。従って、実際の微細構造形成に際し
ては通常のRIBEに引き続いてバイアスを逆転させ、
エッチングに伴う損傷領域を電子ビ―ム励起ドライエッ
チングにより除去するというプロセスが有効である。
【0008】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。本実
施例では反応ガスとして塩素を用いたGaAsの加工例
を示す。本発明の実施に際しては図2に示した超高真空
ECRドライエッチング装置を用いた。実験装置はEC
Rプラズマ生成室201、加工室204ならびに試料交
換室206からなる。真空排気系207はタ―ボ分子ポ
ンプならびにロ―タリ―ポンプを用い、10-9Torr
前半の超高真空を得ることができる。また、試料交換室
206を介して被加工物209を搬送することにより、
加工室204を大気に曝すことなく試料の交換が可能で
ある。加工室の上部にはECRプラズマ生成室201が
あり、マイクロ波発生器215と導波管214を通じて
連結されている。またプラズマ生成室の外には電子サイ
クロトロン共鳴用のマグネットコイル202が設置され
ており、ECRプラズマの発生が可能である。加工室2
04には基板加熱および冷却機構を備えた試料台208
が設置されている。また反応ガスである塩素はマスフロ
―コントロ―ラ212を通じてプラズマ生成室201内
に導入した。さらにプラズマと引き出し電極203間の
バイアス印加はプラス・マイナス共に1kVの範囲で制
御可能であり、大面積かつ大電流の正イオンまたは電子
ビ―ムを選択的に取り出すことができる。
【0009】次に、上記の装置を用いた電子ビ―ム励起
ドライエッチング方法の一実施例について述べる。本発
明に基づく微細パタ―ン形成にあたり、電子ビ―ム露光
によりSAL601−ER7レジストパタ―ンを作成し
たGaAsウエハの表面酸化膜を希薄塩酸で除去し、試
料交換室206にセットした。交換室の真空度が10-8
Torr台になった後、基板を加工室204へ搬送し
た。その後、加工室の真空度が2×10-9Torr以下
になってから、基板温度を75℃で安定させ、以下の手
順によりECRドライエッチング(反応性イオンビ―ム
エッチング:RIBE)でパタ―ン転写を行った。プラ
ズマ生成室201にマスフロ―コントロ―ラ212を通
じて塩素ガス210を導入し、真空槽内を2×10-4
orrとした。次に、導波管214を通じてマイクロ波
を導入すると共にマグネットコイル202の出力を適切
に設定してECRプラズマを発生させ、引き出し電極2
03の電位をプラズマに対して−400Vにすることに
よりRIBEでの加工を行った。引き続きRIBEによ
り導入された加工損傷層を取り除くために引き出し電極
とプラズマ電位間のバイアスを逆転させることで、電子
ビ―ム励起ドライエッチングを行った。上記の一連のプ
ロセスで大面積にわたる微細加工を短時間で効果的に行
うことが可能になると共に、電子ビ―ム励起ドライエッ
チングにより従来のイオンアシスト効果に基づく方法に
比べて低損傷の加工が実現できた。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
従来のECRドライエッチング装置を若干改造するだけ
で大電流、大面積かつ低加速の電子線シャワ―を用いた
電子ビ―ム励起ドライエッチングが可能となり、効率的
に低損傷の微細構造形成が実現できる。さらに、従来の
反応性イオンビ―ムエッチングに引き続き、電子ビ―ム
励起ドライエッチングを行えるので、加工損傷層を取り
除く工程としても用いることができ、量産性にも富んで
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるECRプラズマを利用した電子ビ
―ム励起ドライエッチング方法の説明図である。
【図2】本発明の方法を実施するための装置の一例の構
成図である。
【図3】電子ビ―ム励起ドライエッチングの機構の説明
図である。
【図4】イオンを用いたエッチング法の機構の説明図で
ある。
【符号の説明】
101 プラズマ生成室 102,202 マ
グネットコイル 103,203 引き出し電極 104 電子線シャ
ワ― 105 ラジカル種 106,209,304,404 被加工物 107,204 加工室 108 正イオン 109 負イオン 110 電子 201 ECRプラズマ生成室 205 搬送系 206 試料交換室 207 排気系 208 試料台 210 塩素ガス 212 マスフロ―コントロ―ラ 214 導波管 215 マイクロ波発生器 301 反応ガス吸
着層 302 中性ラジカル吸着層 303 表面原子 305 電子ビ―ム 306 揮発性反応
生成物 401 イオン 402 ラジカル種 403 マスク材 405 加工損傷

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工物表面に形成した反応ガス分子ま
    たはラジカル種の吸着層に電子線を照射することにより
    加工を行う電子ビ―ム励起ドライエッチング方法におい
    て、反応性ガスのECRプラズマ内で生成された高密度
    の電子を引き出して得られる電子線シャワ―と、プラズ
    マ中から拡散するラジカル種とを被加工物表面に供給し
    て電子ビ―ム励起ドライエッチングを行い、低損傷の微
    細構造を形成することを特徴とする電子ビ―ム励起ドラ
    イエッチング方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した電子ビ―ム励起ドラ
    イエッチング方法に用いられる装置であって、ECRプ
    ラズマ生成室と被加工物を保持する加工室とをプラズマ
    電位に対してプラス電位に設定された引き出し電極を介
    して接続したことを特徴とする電子ビ―ム励起ドライエ
    ッチング装置。
JP29189191A 1991-10-14 1991-10-14 電子ビーム励起ドライエツチング方法および装置 Pending JPH05109675A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119620555A (zh) * 2024-11-15 2025-03-14 深圳大学 一种低能电子照射光刻方法

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JPH01307225A (ja) * 1988-06-06 1989-12-12 Hitachi Ltd 負イオン生成方式及び基板処理方式
JPH03131024A (ja) * 1989-10-17 1991-06-04 Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk 半導体のエッチング方法

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