JPH05190517A - 微細パターン形成方法 - Google Patents

微細パターン形成方法

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JPH05190517A
JPH05190517A JP2594292A JP2594292A JPH05190517A JP H05190517 A JPH05190517 A JP H05190517A JP 2594292 A JP2594292 A JP 2594292A JP 2594292 A JP2594292 A JP 2594292A JP H05190517 A JPH05190517 A JP H05190517A
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JP
Japan
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etching
electron beam
gas
reaction
processed
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JP2594292A
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English (en)
Inventor
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】 電子ビームエッチングによる直接描画を行う
にあたり、ガスエッチングを抑え、表面マスク層等を用
いることなく、高精度の微細パターン直接描画を行う。 【構成】 被加工物表面に電子線を照射することで微細
パターンの直接描画を行う直描電子ビームエッチングに
おいて、被加工物を冷却しつつ電子ビームエッチングを
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子ビームエッチングを
利用した微細パターン直描技術をさらに高精度で実現す
る微細パターン形成方法に関し、特に、低損傷の微細構
造形成が要求される次世代半導体素子や新機能デバイス
の作製に用いられる微細パターン形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術およびその課題】微細パターンの形成方法
はLSIの高集積化や新機能デバイスの実現に重要な技
術であり、より低損傷の極微細構造形成方法の実現が望
まれている。現在のLSI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(イオンビームエッチング、反応性イオンエッ
チング、反応性イオンビームエッチング)により転写し
ている。また近年、集束したイオンビームを被加工物に
直接照射することで微小領域の加工を行う、集束イオン
ビームアシストエッチング等に関する研究報告がある。
しかし、これらのイオンビームを用いた加工法は、イオ
ン衝撃により被加工物中に欠陥が導入されるため、低損
傷の微細構造形成方法としては問題が残る。一方、電子
ビームエッチングでは、被加工物表面に形成した反応ガ
ス吸着層に電子ビームを照射して化学反応を促進し、加
工物の表面原子を反応ガスとの揮発性反応生成物として
取り除く加工法である。本加工法においては、従来のイ
オンを用いた加工法に比べて質量が軽い電子線による試
料表面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。
【0003】また電子ビームエッチングにおいても励起
ビームを集束することで微小領域の反応を促進し、ビー
ムを走査して直接描画が可能である。これまで塩素ガス
を用いたGaAs、SiおよびInPのエッチング、お
よびClF3やXeF2を用いたSiのエッチング例が報
告されているが、これらの多くの場合、被加工物と反応
ガスとの反応性が高いため、直接描画に際してビームが
あたっていない領域もガスエッチングにより加工され
る。図3は電子ビーム照射付近にノズル307を介して
反応ガス302を照射した際に得られる典型的なエッチ
ングプロファイルであり、電子ビームエッチング305
と表面およびサイドのガスエッチング303,304が
同時に進行するため、エッチングプロファイルが2段に
なり、所望のパターン形成が困難である。従って、図4
に示すように、ガスエッチングに対して耐性を有する表
面マスク層402を被加工物403表面に形成したの
ち、電子ビーム401を用いてこの表面層を加工するこ
とで直接描画を行っている。図中、406は反応ガス、
407はガスノズルである。後者の報告例としてはGa
As基板上に形成した表面酸化膜をマスクとした直接描
画がある。しかし、この方法では表面マスク層を新たに
形成する必要があるばかりか、マスク層を直接描画の後
に先ほどと同様なサイドのガスエッチング404が進行
するため、本質的な改善法にはならない。本発明は、こ
のような従来の問題点を解決して、電子ビームエッチン
グによる直接描画をマスク層を用いることなく、高精度
で行うことのできる微細パターン形成方法を提供するこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、反応ガス吸着
層を形成した被加工物表面に集束電子ビームを照射して
微細パターンの直接描画を行う微細パターンの形成方法
において、被加工物を冷却しつつ微細パターン描画を行
うことを特徴とする微細パターン形成方法である。
【0005】
【作用】これまで電子ビームエッチングを応用した直接
描画技術の報告例では、Cl2ガスを用いたGaAsの
エッチングや、XeF2ガスを用いたSiのエッチング
があるが、これらの組み合わせは非常に反応性に富むた
め、清浄な被加工物表面が反応ガスにさらされると、室
温でもガスエッチングが進行する。一方、電子ビームエ
ッチングは電子線による表面反応促進と、電子線刺激脱
離効果を利用した加工法であるので、低温下でのエッチ
ングも可能である。本発明は、電子ビームエッチングに
より直接描画を行う際に、ガスエッチングが起きない温
度まで被加工物を冷却することで、ビーム照射部分だけ
のエッチングを行うものであり、被加工物表面のマスク
層を用いることなく、より微細な構造形成が可能であ
る。
【0006】本発明の方法を、図1を参照して以下に説
明する。直描電子ビームエッチングは、図1(a)に示
すように、反応ガス吸着層102が形成された被加工物
103表面に集束電子線101を照射することで微小領
域の反応を促進するものである。本発明では被加工物を
冷却することでエッチング進行時に起きる試料表面なら
びに加工側壁のガスエッチングを抑え、図1(b)およ
び(c)に示すように高精度の微細パターンの直描を行
うものである。これは電子ビームエッチングが反応ガス
分子と被加工物表面原子の化学反応を促進するととも
に、電子線刺激脱離効果により反応生成物104を効率
的に取り除き、電子ビームが照射されない部分では低温
のためガスエッチングが全く起きないようにすることで
ビーム励起によるエッチングのみが可能となることによ
る。従って、加工時の冷却温度の設定は被加工物と反応
ガスとの組み合わせにより、ガスエッチングが進行しな
いような温度域に設定すればよい。
【0007】
【実施例】以下、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(Cl2)を用いたと
きのGaAsの直描電子ビームエッチング例を示す。実
験に際しては図2に示した装置を用いた。実験装置は超
高真空槽206、反応励起用電子銃202、ガス導入シ
ステム209〜212および基板ホルダ208からな
る。真空排気系204はケミカル使用のターボ分子ポン
プを用い、到達真空度は10-10Torr台である。反
応励起用電子銃202は集束レンズ系203およびビー
ム走査用の偏向系205を持ち、差動排気システムによ
りガス導入時でも集束電子ビーム照射が可能である。反
応ガスである塩素211はガスノズル209を介してビ
ーム照射領域付近に吹き付けられるため、真空槽206
全体の圧力を高めることなくガス導入が可能である。基
板ホルダ208は抵抗線加熱による昇温、ならびに液体
窒素導入による冷却が可能である。電子銃のレンズ系2
03および偏向系205は電子統電源201および電気
制御系213により制御されており、微細パターン描画
を行うことができる。
【0008】GaAs(100)基板を塩酸系のウェッ
トエッチングにより処理し、表面酸化膜を取り除いて真
空槽に導入した。真空排気後、基板加熱し、GaAs表
面の自然酸化膜を除去した。その後、基板ホルダに液体
窒素を導入して基板冷却してから、塩素ガスをノズルよ
り被加工物表面に吹き付けるとともに、集束電子線を照
射して直描電子ビームエッチングを行った。上記のエッ
チングプロセスは超高真空系での低損傷の直接描画が可
能であるため、MBEのような薄膜成長室と連結するこ
とで成長と加工ならびに加工面への再成長が可能な一貫
プロセスに応用できる。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると低
損傷加工である電子ビームエッチングによる直接描画を
行うにあたり、ガスエッチングを抑えることが可能であ
り、表面マスク層等を用いることなく、高精度の微細パ
ターン直接描画が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を工程順に示す工程断面図であ
る。
【図2】本発明の方法に用いられる直描電子ビームエッ
チング装置の一例の構成図である。
【図3】従来の方法によるガスノズルを用いた直描電子
ビームエッチングのエッチングプロファイルを示す図で
ある。
【図4】従来の方法による表面マスク層を用いた直描電
子ビームエッチングのエッチングプロファイルを示す図
である。
【符号の説明】
101 集束電子線 102 反応ガス
吸着層 103 被加工物 104 反応生成
物 201 電子銃電源 202 電子銃 203 レンズ系 204 排気系 205 偏向系 206 真空槽 207 被加工物 208 基板ホル
ダ 209 ガスノズル 210 ガス収納
室 211 塩素 212 バルブ 213 電気制御系 301 集束電子
線 302 反応ガス 303 表面のガ
スエッチング 304 サイドのガスエッチング 305 電子線ア
シスト 306 被加工物 307 ガスノズ
ル 401 集束電子線 402 表面マス
ク層 403 被加工物 404 ガスエッ
チング 405 電子線アシスト 406 反応ガス 407 ガスノズル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応ガス吸着層を形成した被加工物表面
    に集束電子ビームを照射して微細パターンの直接描画を
    行う微細パターンの形成方法において、被加工物を冷却
    しつつ微細パターン描画を行うことを特徴とする微細パ
    ターン形成方法。
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Effective date: 19990316