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JPH05175176A - Fine pattern formation method - Google Patents

Fine pattern formation method

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Publication number
JPH05175176A
JPH05175176A JP4146712A JP14671292A JPH05175176A JP H05175176 A JPH05175176 A JP H05175176A JP 4146712 A JP4146712 A JP 4146712A JP 14671292 A JP14671292 A JP 14671292A JP H05175176 A JPH05175176 A JP H05175176A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
substrate
light energy
light
reaction chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4146712A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0777208B2 (en
Inventor
Yoshio Komiya
祥男 小宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP4146712A priority Critical patent/JPH0777208B2/en
Publication of JPH05175176A publication Critical patent/JPH05175176A/en
Publication of JPH0777208B2 publication Critical patent/JPH0777208B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子ビームにより、基板に直接にパターンを
描画するに際し、より効率的で、多様な処理の可能な手
法を提案する。 【構成】 反応室16内に収めた基板12に対してほぼ
垂直に、パターン情報を持った電子ビーム11を照射す
る。これと同時に、電子ビーム11の照射方向とは斜め
な方向から基板12に対し光学的手段(25,26,2
7,28,29)により光エネルギビーム24aを照射
する。基板12上にあって上記のパターン情報に応じた
部分にのみ、電子ビーム11と光エネルギビーム24a
との反応効果による物質の変化を起こす。
(57) [Abstract] [Purpose] We propose a more efficient and versatile method for directly drawing a pattern on a substrate using an electron beam. [Structure] The substrate 12 housed in a reaction chamber 16 is irradiated with an electron beam 11 having pattern information substantially vertically. At the same time, optical means (25, 26, 2) is applied to the substrate 12 from a direction oblique to the irradiation direction of the electron beam 11.
7, 28, 29) to irradiate the light energy beam 24a. The electron beam 11 and the light energy beam 24a are provided only on the portion of the substrate 12 corresponding to the pattern information.
Causes a substance to change due to the reaction effect with.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は基板上に微細なパターン
を形成する方法に関し、特に、所要のパターン情報が付
与された電子ビームと光エネルギビームとの反応効果に
よるか、または所要のパターン情報が付与された電子ビ
ームと光エネルギビームに加え、反応性励起粒子との間
での反応効果をも利用し、当該基板に微細なパターンを
形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a fine pattern on a substrate, and more particularly, to a desired pattern information due to a reaction effect between an electron beam provided with required pattern information and a light energy beam. The present invention relates to a method of forming a fine pattern on a substrate by utilizing the reaction effect between the reactively excited particles in addition to the electron beam and the light energy beam to which is added.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、基板上に微細パターンを形成する
場合、当該基板上にレジストマスク等を設けることが普
通であったが、このようなマスクを用いることなく、直
接描画により、所望の微細パターンを形成する手法も考
えられてはいた。例えば光化学反応によりガス状分子を
励起して反応性励起粒子とし、基板をこの反応性励起粒
子に曝しながら光パターンを照射する方法がある。これ
に対し、アニールを利用しての微細パターン形成法とし
ては、電子ビーム単独でのアニール法や、光エネルギビ
ーム単独でのアニール法等も提案されてはいる。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a fine pattern is formed on a substrate, a resist mask or the like is usually provided on the substrate. However, a desired fine pattern can be formed by direct drawing without using such a mask. A method of forming a pattern has also been considered. For example, there is a method in which a gaseous molecule is excited by a photochemical reaction to form a reactive excited particle and a substrate is exposed to the reactive excited particle to irradiate a light pattern. On the other hand, as a fine pattern forming method using annealing, an annealing method using only an electron beam, an annealing method using only a light energy beam, and the like have been proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、プラズマ励
起された反応性励起粒子や光化学反応による反応性励起
粒子を利用し、光パターンを照射する方法は、電子ビー
ムによる描画等に比べると多くの場合、微細加工性にお
いて劣っている。また、電子ビーム単独での微細パター
ン形成法(アニール法)も、処理対象基板の結晶性や結
晶の均一性につき、問題が残っている。対してレーザ光
束等の光エネルギビーム単独による場合も、結晶粒界や
不均一性の問題がある。そして、これら電子ビーム単独
または光エネルギビーム単独の場合には、パターン描画
に関する諸パラメータの設定自由度にも制約が多く、パ
ターン描画時の微妙な調整等にも難点がある。本発明は
このような実情に鑑み、微細パターンの直接描画法とし
て、これまでに提案されたことのない新たなる手法を提
示し、微細パターン形成に関する技術の豊富化を計るも
のであり、電子ビームによる微細パターンの直接形成能
力を生かしながら、より広範囲かつ高能率で、あるいは
また、より正確、より細かな制御によって微細パターン
を描ける手法を提案せんとするものである。
However, the method of irradiating a light pattern using reactively excited particles excited by plasma or reactively excited particles by a photochemical reaction is often used in comparison with electron beam drawing or the like. , Inferior in fine workability. Further, a fine pattern forming method (annealing method) using only an electron beam has a problem in terms of crystallinity and crystal uniformity of a substrate to be processed. On the other hand, when the light energy beam such as a laser beam alone is used, there are problems of grain boundaries and nonuniformity. In the case of using the electron beam alone or the light energy beam alone, there are many restrictions on the degree of freedom in setting various parameters related to pattern writing, and there is a problem in delicate adjustment during pattern writing. In view of such circumstances, the present invention proposes a new method that has not been proposed so far as a direct drawing method of a fine pattern, and aims to enrich the technology regarding the fine pattern formation. This paper proposes a method that can draw fine patterns with wider range and higher efficiency, or with more precise and finer control, while making use of the ability to directly form fine patterns by.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、反応室内に収めた基板に対し、ほぼ垂直に所
定のパターン情報を持った電子ビームを照射すると同時
に、光学的手段により当該電子ビームの照射方向とは斜
めな方向から光エネルギビームを照射することにより、
基板上にあって当該パターン情報に応じた部分にのみ、
電子ビームと光エネルギビームとの反応効果による物質
の変化を生じさせるという、微細パターンの直接形成手
法を提案する。すなわち、光エネルギビームの介在の
下、所定パターン情報に応じて電子ビームの照射されて
いる基板表面部分と照射されていない部分とで物質の変
化の生ずる程度を大幅に変更させることにより、所定パ
ターンを基板上に直接描画するのである。そのため、物
質の変化が例えばアニールであるならば、本発明では用
いる光ビームが光エネルギビームであるので、電子ビー
ムのエネルギ密度が不足であっても、当該光エネルギビ
ームにより、所望の配分比でその不足分を補うというよ
うな新たな手法を提供することができる。さらに、電子
ビームを用いる場合の諸パラメータと光エネルギビーム
を用いる場合の諸パラメータは本来的にはそれぞれ独立
であっても、本発明ではそれらの相乗効果で所定パター
ンを描画するので、結果として微妙な調整が可能とな
る。本発明ではまた、上記の主たる構成に加え、基板の
収められた反応室から離れた部位にて発生され、輸送管
によって輸送されてくる長寿命ラジカルから成る反応性
励起粒子をも反応室内に導入し、基板上に上記電子ビー
ム、光エネルギビームと当該反応性励起粒子との反応効
果による物質の変化をも生ずる手法も提案する。反応性
励起粒子は、上記の長寿命ラジカルに代え、反応室内に
導入されている所定の減圧雰囲気中のガス分子と光エネ
ルギビームとの電磁光波化学反応により励起されたもの
であっても良いし、また、反応室内に導入される上記の
光エネルギビームは複数本あって、その中の少なくとも
一本が、当該電磁光波化学反応を生起する光エネルギビ
ームとなっていても良い。
In order to achieve the above object, the present invention irradiates a substrate contained in a reaction chamber with an electron beam having predetermined pattern information substantially vertically, and at the same time, by an optical means. By irradiating the light energy beam from an oblique direction with the electron beam irradiation direction,
Only on the part corresponding to the pattern information on the board,
We propose a method of direct formation of fine patterns, in which a material is changed by the reaction effect of an electron beam and a light energy beam. That is, under the interposition of the light energy beam, the degree of change of the substance between the substrate surface portion irradiated with the electron beam and the non-irradiated portion is significantly changed according to the predetermined pattern information, thereby changing the predetermined pattern. Is drawn directly on the substrate. Therefore, if the change in the substance is, for example, annealing, the light beam used in the present invention is a light energy beam. Therefore, even if the energy density of the electron beam is insufficient, the light energy beam provides a desired distribution ratio. It is possible to provide a new method of compensating for the shortage. Further, although the parameters when using the electron beam and the parameters when using the light energy beam are originally independent of each other, the present invention draws a predetermined pattern by their synergistic effect, resulting in a subtle result. Can be adjusted. In the present invention, in addition to the above-mentioned main structure, reactive excited particles composed of long-lived radicals generated at a site apart from the reaction chamber containing the substrate and transported by a transport pipe are also introduced into the reaction chamber. Then, a method is also proposed in which a substance is changed on the substrate due to a reaction effect between the electron beam or the light energy beam and the reactive excitation particles. The reactive excited particles may be those excited by an electromagnetic light wave chemical reaction between gas molecules and a light energy beam in a predetermined reduced pressure atmosphere introduced into the reaction chamber, instead of the above long-lived radicals. Also, there may be a plurality of the light energy beams introduced into the reaction chamber, and at least one of them may be the light energy beam that causes the electromagnetic light wave chemical reaction.

【0005】[0005]

【実施例】図1には、本発明の一実施例を実施するため
の装置構成例が示されている。図中、中央に示されてい
る電子光学系に関し、上から説明すると、電子を供給す
る電子銃1があり、その下に順次、第1絞り2、アライ
ナ3、第1電磁レンズ4、ブランキング板5、第2絞り
6、第2電磁レンズ7、第3電磁レンズ9が続いてい
る。第3電磁レンズ9の中には二重偏向コイル8a、ス
ティグメータ8bが配置されている。このような装置系
により出射される電子ビームは、第2絞り10を介して
反応室16内に入射する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of the apparatus configuration for carrying out one embodiment of the present invention. The electron optical system shown in the center of the drawing will be described from above. There is an electron gun 1 for supplying electrons, and below the electron gun 1 are a first diaphragm 2, an aligner 3, a first electromagnetic lens 4 and a blanking. The plate 5, the second diaphragm 6, the second electromagnetic lens 7, and the third electromagnetic lens 9 follow. A double deflection coil 8 a and a stigmator 8 b are arranged in the third electromagnetic lens 9. The electron beam emitted by such an apparatus system enters the reaction chamber 16 via the second diaphragm 10.

【0006】基板12が設置されている反応室16と、
上記した電子ビーム光学系とは所要の真空度が大幅に異
なるので、複数の排気系によって差動排気を行い、電子
ビーム光学系が反応室内に存在する反応性励起粒子によ
り汚染されるのを防止しながら、電子ビーム走査と制御
に必要な真空度を確保する。
A reaction chamber 16 in which the substrate 12 is installed,
Since the required degree of vacuum is significantly different from the electron beam optical system described above, differential evacuation is performed by multiple evacuation systems to prevent the electron beam optical system from being contaminated by the reactive excitation particles present in the reaction chamber. However, the degree of vacuum required for electron beam scanning and control is secured.

【0007】電子ビーム光学系により集束された電子ビ
ーム11は基板12に照射され、所定のパターンが描画
される。基板12は支持台13の上に設置され、この支
持台13はまた、必要に応じて低温加熱等、基板温度の
制御が可能なように構成される。支持台13はX−Y移
動機構14,15の上に設置されており、通常の電子ビ
ーム描画装置と同程度の精密位置合わせと精密移動がで
きる。反応室16内の各種の材料は、後述する反応性励
起粒子で腐食されない材料で構成される。
The electron beam 11 focused by the electron beam optical system is irradiated on the substrate 12 to draw a predetermined pattern. The substrate 12 is installed on a support base 13, and the support base 13 is also configured so that the substrate temperature can be controlled by heating at a low temperature or the like as required. The support base 13 is installed on the X-Y moving mechanisms 14 and 15, and can perform precision alignment and precision movement similar to those of an ordinary electron beam drawing apparatus. Various materials in the reaction chamber 16 are composed of materials that are not corroded by the reactive excitation particles described later.

【0008】図示実施例では、電子ビーム光学系はそれ
ぞれの排気口17,18,19により上記の差動排気が
行われ、反応室16は排気口20によって排気される。
反応室16内の圧力は、上記の排気口19,20等から
の排気能力によって決められる。
In the illustrated embodiment, the electron beam optical system performs the above-described differential evacuation through the exhaust ports 17, 18 and 19, and the reaction chamber 16 is exhausted through the exhaust port 20.
The pressure in the reaction chamber 16 is determined by the exhaust capacity from the exhaust ports 19 and 20.

【0009】一方、反応性励起粒子の中で一つの重要な
要素である電界励起されたプラズマは、輸送管21を通
して導入される。輸送管21の前には、マグネトロン発
振によって発生された24.5GHzのマイクロ波が導
波管22aに導入され、導波管22aの一部に石英管反
応部23が挿入されている。導波管22aの終端は整合
器22bによってインピーダンス整合が取られている。
導入管23aを介し、CF4 +O2 ガスを0.1Tor
r程度の圧力で導入すると、発生したプラズマは電力の
増大に対しても殆ど広がらず、安定な状態となり、ガス
流量の変化に対しても整合条件は崩れない。そこで、プ
ラズマの輸送管21をテフロンコートしておけば、放電
部で生じた活性種は約1m離れた反応室16内にも余り
減衰することなく導入でき、換言すれば、そのようなプ
ラズマにおいて特に長寿命ラジカルを反応室16内に導
入できる。
On the other hand, the electric field-excited plasma, which is one of the important elements among the reactive excitation particles, is introduced through the transport tube 21. In front of the transport tube 21, a microwave of 24.5 GHz generated by magnetron oscillation is introduced into the waveguide 22a, and the quartz tube reaction part 23 is inserted in a part of the waveguide 22a. The end of the waveguide 22a is impedance-matched by a matching device 22b.
CF 4 + O 2 gas is supplied at 0.1 Torr through the introduction pipe 23a.
When the plasma is introduced at a pressure of about r, the generated plasma hardly spreads even when the electric power is increased, becomes a stable state, and the matching condition is not broken even when the gas flow rate changes. Therefore, if the plasma transport tube 21 is coated with Teflon, the active species generated in the discharge part can be introduced into the reaction chamber 16 at a distance of about 1 m without being significantly attenuated. In other words, in such plasma. Particularly, long-lived radicals can be introduced into the reaction chamber 16.

【0010】このような2.45GHzのマイクロ波励
起の長寿命ラジカルによるプラズマエッチ法それ自体に
ついてならば、従来からも報告がある。すなわち、この
方法によれば、多結晶シリコン,Si34 ,SiO
2 ,Nb,W,Mo,フォトレジスト等の各種薄膜をエ
ッチ可能である。その条件は、CF4 の圧力を0.12
Torr程度としたとき、Pr=Po2/PCF4 が0〜4
程度までである。この励起法によるプラズマエッチの利
点は、反応室16内において放電用の電極を必要としな
いことである。また、同様のプラズマ励起法において導
入ガスとしてO2かN2 を用いれば、条件により、プラ
ズマ活性化された酸素または窒素によるプラズマ酸化ま
たはプラズマ窒化も可能となる。
There has been a report on the plasma etching method itself using a long-lived radical excited by microwaves of 2.45 GHz as described above. That is, according to this method, polycrystalline silicon, Si 3 N 4 , SiO
Various thin films such as 2 , Nb, W, Mo and photoresist can be etched. The condition is that the pressure of CF 4 is 0.12.
When it is set to about Torr, Pr = P o2 / P CF4 is 0 to 4
To the extent. The advantage of plasma etching by this excitation method is that no electrode for discharge is required in the reaction chamber 16. Further, if O 2 or N 2 is used as an introduction gas in the same plasma excitation method, plasma oxidation or plasma nitridation with oxygen or nitrogen activated by plasma can be performed depending on the conditions.

【0011】以上の説明においては、反応室16内にお
ける反応性励起粒子は、既述した通り、約1m離れたと
ころで発生させても余り減衰することなく当該反応室1
6内に至り得る、プラズマ励起されたいわゆる長寿命ラ
ジカルである。しかし、反応室16内に反応性励起粒子
を形成できる手段は上述の励起法に限らない。最近で
は、赤外光、可視光、紫外線やdeepUV(遠紫外
線)光等の光励起反応による反応性ガス粒子の報告も数
多くある。また、場合によっては、上述のdeepUV
光からさらにX線に至る短波長の電磁光波によっても、
電磁光波化学反応により、気相粒子の励起は行える。光
化学反応プロセスとしては、例えば、SiはCl2 やB
2 のガスを4880Åや2570Åのレーザ光で光励
起することにより、ドライエッチし得ることが知られて
いる。また、GaAsやInPについても、CH3 Br
のガスのdeepUV励起光による反応でエッチ可能で
ある。本発明は、先に述べたように、また本実施例に関
して後述のように、光ビームと電子ビームとの反応効果
による物質の変化により、基板上に所定の微細パターン
を形成する点に主眼があるが、さらにその下位の一実施
態様としてこの実施例で提案する、電磁光波光化学反応
による反応性ガス粒子の効果をも取り入れた電子ビーム
描画によるパターン形成法は、上述した各種反応の報告
の知見に基づいている。
In the above description, the reactive excited particles in the reaction chamber 16 are not attenuated so much even if they are generated at a distance of about 1 m, as described above.
6 is a plasma-excited so-called long-lived radical that can reach within 6. However, the means for forming the reactive excitation particles in the reaction chamber 16 is not limited to the above-mentioned excitation method. Recently, there have been many reports of reactive gas particles caused by photoexcitation reaction of infrared light, visible light, ultraviolet light, deep UV (far ultraviolet) light, and the like. In some cases, the deepUV described above is used.
With electromagnetic light waves of short wavelength from light to X-ray,
Excitation of gas phase particles can be performed by an electromagnetic light wave chemical reaction. As the photochemical reaction process, for example, Si is Cl 2 or B.
It is known that dry etching can be performed by optically exciting the gas of r 2 with a laser beam of 4880Å or 2570Å. Also, for GaAs and InP, CH 3 Br
Etching is possible by the reaction of deep UV excitation light of the above gas. As described above and as will be described later with respect to the present embodiment, the present invention mainly focuses on forming a predetermined fine pattern on the substrate by the change of the substance due to the reaction effect of the light beam and the electron beam. However, the pattern forming method by electron beam drawing, which is also proposed in this example as one embodiment of the lower order thereof, which also incorporates the effect of the reactive gas particles by the electromagnetic light wave photochemical reaction, is the finding of the reports of various reactions described above. Is based on.

【0012】さて、図1の装置構成中、光ビーム24は
走査可能な光化学反応励起用の光束である。光源(図示
せず)より発せられた光束24Lを時間的にスイッチす
るため、または空間的に光束の方向、位置等を変化させ
るため、光束制御系25を設ける。光束制御系25を出
射した光束24Mは、反射鏡26と27、光束透過用窓
28を介して反応室16内に導入され、当該反応室16
内に設けてある平面または凹面反射鏡29を経て試料
(基板12)に到達する光束24aとなる。励起される
べき光化学反応用のガスは、ガス源31,32よりバル
ブ30を経て反応室16内に導入される。導入された光
化学反応用ガスは、光束24にあって反応室内の部分2
4bに示されるような光の通過空間で、減圧雰囲気の
下、光化学励起を受ける。さらに、試料面近傍や試料に
直接照射される光束24aは、当該光化学反応に対して
より強力に作用する。特に試料面に直接照射されると、
試料面の光照射による局部加熱効果や活性化効果、電子
−正孔励起効果等が加味されるから、多要素の反応機構
が付加されることになる。もちろんこの光束24aは、
本発明に従い、試料(基板)に対してアニール効果を持
つ程に強度の高い光束とする。
In the configuration of the apparatus shown in FIG. 1, the light beam 24 is a light beam for exciting a photochemical reaction. A light flux control system 25 is provided to temporally switch the light flux 24L emitted from a light source (not shown) or to spatially change the direction, position, etc. of the light flux. The light flux 24M emitted from the light flux control system 25 is introduced into the reaction chamber 16 through the reflection mirrors 26 and 27 and the light flux transmission window 28, and the reaction chamber 16
It becomes a light beam 24a that reaches the sample (substrate 12) through a flat or concave reflecting mirror 29 provided inside. The gas for photochemical reaction to be excited is introduced into the reaction chamber 16 from the gas sources 31 and 32 through the valve 30. The introduced photochemical reaction gas is in the light flux 24 and is in the portion 2 inside the reaction chamber.
In the light passage space as shown by 4b, it is subjected to photochemical excitation under a reduced pressure atmosphere. Further, the light beam 24a that is directly irradiated to the vicinity of the sample surface or the sample acts more strongly on the photochemical reaction. Especially when the sample surface is directly irradiated,
Since a local heating effect, an activation effect, an electron-hole excitation effect, and the like due to the light irradiation of the sample surface are added, a multi-element reaction mechanism is added. Of course, this luminous flux 24a is
According to the present invention, the luminous flux is so high as to have an annealing effect on the sample (substrate).

【0013】局部加熱、アニール効果については電子ビ
ームにも認められる。電子ビームのスポットサイズ等の
集束条件や走査条件等の関連パラメータを適当なるよう
選択し、基板部の熱的応答時間より速い状態でx方向の
スキャンを重ねて単位面積当たりのビームエネルギ密度
を所望の値に向上させ、加熱または溶融部分をスキャン
幅と直交するy方向に僅かづつ動かす等すれば良い。
The effect of local heating and annealing is also observed in the electron beam. Select the relevant parameters such as focusing conditions and scanning conditions such as the spot size of the electron beam as appropriate and repeat the scan in the x direction at a speed faster than the thermal response time of the substrate to obtain the beam energy density per unit area. The value may be increased to a value of, and the heating or melting portion may be moved little by little in the y direction orthogonal to the scan width.

【0014】さらに、光ビームについても、導入される
一本または複数本の光ビームの少なくとも一つを光エネ
ルギビームとすることにより、電子ビームによるアニー
ルと光エネルギビームによるアニールとを基板の同一場
所に重畳させることができ、このようにすれば、電子ビ
ームだけによるアニールとするにはエネルギ密度に不足
があるような場合にも、それを光エネルギビームによ
り、所望の配分比に従って補う等、新たなプロセス形態
に従うアニール法を提供できる。
Further, regarding the light beam, at least one of the one or more light beams to be introduced is a light energy beam, so that the annealing by the electron beam and the annealing by the light energy beam are performed at the same location on the substrate. In this way, even if the energy density is insufficient to anneal only by the electron beam, it can be compensated by the light energy beam according to the desired distribution ratio. It is possible to provide an annealing method according to various process forms.

【0015】もっとも、本発明の要旨構成における物質
の変化とは、基板または基板上の半導体層に対するパタ
ーン情報に応じての局部アニールの外、場合によりエネ
ルギ密度がパターン部分でより強力であれば蒸発をも含
むので、その意味で直接微細加工プロセスも提供でき
る。そして、いずれの場合にも、従来技術におけるよう
に、電子ビーム単独または光エネルギビーム単独であっ
た場合には、パターン描画に関する諸パラメータの設定
自由度にも制約が多く、パターン描画時の微妙な調整等
にも難点があったのに対し、本発明によると、より細か
な制御が可能となる。
However, the change of the substance in the gist of the present invention means the evaporation in the case where the energy density is stronger than the local annealing depending on the pattern information on the substrate or the semiconductor layer on the substrate, and in some cases the energy density is stronger in the pattern portion. In that sense, it is possible to directly provide a microfabrication process. In any case, as in the prior art, when the electron beam alone or the light energy beam alone is used, there are many restrictions on the degree of freedom in setting various parameters related to pattern writing, and there are subtleties in pattern writing. In contrast to the difficulty in adjustment and the like, the present invention enables finer control.

【0016】これに加え、長寿命プラズマラジカルか、
または電磁光励起反応による反応性励起粒子を基板近傍
に導入し、基板上にあって所望のパターン情報に応じた
部分にのみ、電子ビーム、光エネルギビームとこの反応
性励起粒子との反応効果による物質の変化を起こすこと
もできる。この場合、パターン化の結果は、反応性励起
粒子の性質によって様々で、エッチパターン、プラズマ
酸化領域パターン、微細デポジションパターン等を得る
ことができる。
In addition to this, a long-lived plasma radical,
Alternatively, by introducing reactive excitation particles by an electromagnetic light excitation reaction in the vicinity of the substrate, and by a reaction effect between the electron beam, the light energy beam and the reactive excitation particles, only on a portion of the substrate corresponding to desired pattern information. Can also cause changes. In this case, the patterning result varies depending on the nature of the reactive excitation particles, and an etch pattern, a plasma oxidation region pattern, a fine deposition pattern, etc. can be obtained.

【0017】光束24を走査可能にして、試料面で光照
射の均一性、制御性を増すこともできる。機械的にはミ
ラー26,27,29を微小移動機構で駆動しても良
い。より高速に行うには、電子的光スイッチとか光路変
更デバイスを光束制御系25中に設ければ良い。また、
幾つかの偏光による光スイッチやハーフミラー、マイク
ロレンズアレイ、光ファイバ等を用いれば、複数本の光
束の同時、並列処理が行える。これにより、複数本の光
束のそれぞれ独自の時間的断続、空間的な配置が可能に
なる。図示されている光束制御系25、ミラー26,2
7,29等の光学系は、あくまで一つの例である。この
他にもいろいろな光束群制御手法があることは、公知既
存の技術からして明らかである。
It is also possible to make the light beam 24 scannable to improve the uniformity and controllability of light irradiation on the sample surface. Mechanically, the mirrors 26, 27, 29 may be driven by a minute moving mechanism. For higher speed operation, an electronic optical switch or an optical path changing device may be provided in the light flux control system 25. Also,
By using an optical switch with several polarizations, a half mirror, a microlens array, an optical fiber, etc., it is possible to process a plurality of light beams simultaneously and in parallel. As a result, each of the plurality of luminous fluxes can be independently temporally intermittently and spatially arranged. Illustrated light flux control system 25, mirrors 26, 2
The optical system such as 7, 29 is just an example. It is apparent from known existing techniques that there are various light flux group control methods in addition to this.

【0018】図示のような電子ビームパターン描画系と
類似の構成に、別途、複数の光束透過用窓を開け、各光
束透過用窓に複数の光束群を空間的、時間的に断続させ
て入射させることもできる。光束は、真空中と大気中と
でその制御に差異がないという利点があるので、上記の
各種光束群の制御系を反応室16内に持ち込むことも可
能である。ただし、一本であろうと複数本であろうと、
反応室内の基板近傍の斜め上方よりそうした光束を入射
させることが良い。また、反応室内に光束制御系を設け
る場合には、当該制御系が反応性励起粒子によって損傷
を受けないように、石英板、テフロンコート等の素材に
より、それら制御系を保護する収容容器を備える必要が
ある。
A plurality of light beam transmitting windows are separately provided in a structure similar to that of the electron beam pattern drawing system as shown in the figure, and a plurality of light beam groups are intermittently and spatially incident on each light beam transmitting window. You can also let it. Since the control of the luminous flux is the same in vacuum and in the atmosphere, it is possible to bring the control system for the various luminous flux groups into the reaction chamber 16. However, whether it is one or more,
It is preferable to make such a light beam incident obliquely above the substrate in the reaction chamber. Further, when a light flux control system is provided in the reaction chamber, a container for protecting the control system with a material such as a quartz plate or Teflon coat is provided so that the control system is not damaged by the reactive excitation particles. There is a need.

【0019】以上のように、本発明に従えば、電子ビー
ムと光エネルギビームとの相乗効果によるパターンアニ
ールという新たなる手法を提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a new method of pattern annealing by the synergistic effect of the electron beam and the light energy beam.

【0020】さらに、電子ビームと光エネルギビームと
の相乗効果に加え、反応性励起粒子を含む雰囲気による
作用をも付加した本発明の一態様によれば、マイクロ波
プラズマ励起による長寿命ラジカルでのプラズマ処理
や、光化学反応性励起粒子によるフォトケミカル処理、
さらにそれら二種の反応性励起粒子の存在の下でのプロ
セスをも併せて組込みながら所定のパターン情報に応じ
た所望のパターンを直接プロセスで形成することができ
る。
Furthermore, according to one aspect of the present invention in which the action of the atmosphere containing the reactive excitation particles is added in addition to the synergistic effect of the electron beam and the light energy beam, the long-life radicals excited by microwave plasma are excited. Plasma treatment, photochemical treatment with photochemically reactive particles,
Furthermore, a desired pattern corresponding to predetermined pattern information can be directly formed by incorporating a process in the presence of these two kinds of reactive excitation particles together.

【0021】また、酸素の長寿命ラジカル等の反応性励
起粒子による酸化プロセスに関して言えば、酸化層の深
さの制御とパターン化や、酸化後におけるパターンビー
ムアニールによる膜質の改質とそのパターン化にも有効
である。
Regarding the oxidation process using reactively excited particles such as long-lived radicals of oxygen, the depth of the oxide layer is controlled and patterned, and the film quality is modified and patterned by pattern beam annealing after oxidation. It is also effective.

【0022】なお、本発明における電子ビームとは、こ
の種の技術分野で定義されている通り、電子光学工学技
術に基づき、公知既存の電子ビーム加速系ないし減速
系、電子ビーム集束・走行系、電子ビーム偏向系ないし
電子ビーム光学系により、操作または制御可能な文字通
りの電子ビームを指す。したがって、図1には通常の走
査型電子ビーム制御系に類似の装置系が示されている
が、可変成形ビーム描画系等、公知既存の他の電子ビー
ム描画系や、適当な条件設定の下であれば公知の電子ビ
ーム転写系等と類似の電子ビーム集束制御系を持つ装置
であっても良い。
The electron beam in the present invention is, as defined in the technical field of this kind, based on electron optical engineering technology, a known existing electron beam acceleration system or deceleration system, electron beam focusing / traveling system, A literal electron beam that can be manipulated or controlled by an electron beam deflection system or an electron beam optical system. Therefore, although an apparatus system similar to a normal scanning electron beam control system is shown in FIG. 1, other known existing electron beam drawing systems such as a variable shaped beam drawing system and an appropriate condition setting are used. Any device may be used as long as it has an electron beam focusing control system similar to a known electron beam transfer system.

【0023】また、このような電子ビームを制御、駆動
する電子ビーム光学集束系においては、関連する諸パラ
メータを可変制御または変更制御することにより、電子
ビームのエネルギや当該ビーム束の空間分布等に関し、
適当なるパラメータを選択することができ、本発明の適
用用途であるレジストレスパターン直接形成技術に対
し、ある程度の範囲で設計自由度を与えることができ
る。
Further, in such an electron beam optical focusing system for controlling and driving the electron beam, the related parameters are variably controlled or changed to control the energy of the electron beam and the spatial distribution of the beam bundle. ,
Appropriate parameters can be selected, and the degree of freedom in design can be given to a certain extent to the resistless pattern direct formation technology which is an application of the present invention.

【0024】一方、光化学励起用ビームとしては、遠紫
外域から赤外域にある各種レーザ光を利用することがで
きる。また、描画モードとしては、例えば1フレーム内
は電子ビームの走査または転写を行い、1フレームの終
了後、ステップアンドリピートで繰返しを行う。これに
対し、従来からも、荷電粒子または光ビームによるリソ
グラフィ等、各種ビームによるパターン描画技術とし
て、基板が設置されている移動台を精密移動させること
で、言わば筆書きの要領で基板上に所要のパターンを形
成する技術があるが、こうした周知慣用技術もまた、本
発明に適用可能である。
On the other hand, as the photochemical excitation beam, various laser beams in the far ultraviolet region to the infrared region can be used. As the drawing mode, for example, scanning or transfer of an electron beam is performed within one frame, and after one frame is completed, step and repeat is repeated. On the other hand, conventionally, as a pattern drawing technique using various beams such as lithography using charged particles or a light beam, by precisely moving the moving table on which the substrate is installed, it is necessary to write on the substrate in a writing manner. Although there is a technique for forming a pattern, the well-known conventional technique is also applicable to the present invention.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、真空排気系の中で大気
に曝すことなく、基板に対するレジストレス直接プロセ
スにより、新しい機構に基づくパターンアニールとかパ
ターンエッチ等、微細パターン形成が可能となり、今後
進展が予想される、微細パターン直接パターン形成プロ
セスの一環として有利に利用することができる。当然こ
れは、各種電子デバイス、集積回路の製造能率、性能の
向上に寄与する。
According to the present invention, it is possible to form a fine pattern such as pattern annealing and pattern etching based on a new mechanism by a resistless direct process for a substrate without exposing it to the atmosphere in a vacuum exhaust system. It can be advantageously used as a part of a fine pattern direct pattern formation process, which is expected to progress. Naturally, this contributes to improvement in manufacturing efficiency and performance of various electronic devices and integrated circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の微細パターン形成方法の一実施例を実
施するために使用し得る装置構成の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus configuration that can be used to carry out an embodiment of a fine pattern forming method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子銃, 11 電子ビーム, 12 基板, 13 支持台, 14,15 X−Y移動機構, 16 反応室, 17,18,19 排気口, 20 排気口, 21 プラズマ輸送管, 22a マイクロ波導波管, 23 石英反応管, 24 光ビーム, 25 光束制御系, 26,27 反射鏡, 28 透過窓, 29 反射鏡, 31 ガス源, 32 ガス源. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 electron gun, 11 electron beam, 12 substrate, 13 support stand, 14, 15 XY movement mechanism, 16 reaction chamber, 17, 18, 19 exhaust port, 20 exhaust port, 21 plasma transport tube, 22a microwave waveguide , 23 quartz reaction tube, 24 light beam, 25 light flux control system, 26, 27 reflecting mirror, 28 transmission window, 29 reflecting mirror, 31 gas source, 32 gas source.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応室内に収めた基板に対してほぼ垂直
に、パターン情報を持った電子ビームを照射し;同時
に、光学的手段により該電子ビームの照射方向とは斜め
な方向から上記基板に対し光エネルギビームを照射する
ことで;上記基板上にあって上記パターン情報に応じた
部分にのみ、上記電子ビームと上記光エネルギビームと
の反応効果による物質の変化を起こすこと;を特徴とす
る微細パターン形成方法。
1. An electron beam having pattern information is irradiated substantially perpendicular to a substrate contained in a reaction chamber; at the same time, the substrate is obliquely tilted by an optical means from the direction of irradiation of the electron beam. By irradiating with the light energy beam, the substance is changed only by the reaction effect of the electron beam and the light energy beam on the portion of the substrate corresponding to the pattern information. Fine pattern forming method.
【請求項2】 反応室内に収めた基板に対してほぼ垂直
に、パターン情報を持った電子ビームを照射し;同時
に、光学的手段により該電子ビームの照射方向とは斜め
な方向から上記基板に対し光エネルギビームを照射する
と共に;上記反応室とは離れた部位にて発生させた長寿
命ラジカルから成る反応性励起粒子を輸送手段により該
反応室内に導入することで;上記基板上にあって上記パ
ターン情報に応じた部分にのみ、上記電子ビームと上記
光エネルギビームと上記反応性励起粒子との反応効果に
よる物質の変化を起こすこと;を特徴とする微細パター
ン形成方法。
2. A substrate contained in a reaction chamber is irradiated with an electron beam having pattern information substantially perpendicularly thereto; at the same time, the substrate is obliquely tilted by an optical means from the direction of irradiation of the electron beam. On the other hand, by irradiating the substrate with a light energy beam; and by introducing into the reaction chamber, by means of a transport means, reactive excited particles composed of long-lived radicals generated at a site distant from the reaction chamber; A method for forming a fine pattern, characterized in that a substance is changed only by a portion corresponding to the pattern information due to a reaction effect of the electron beam, the light energy beam and the reactive excitation particles.
【請求項3】 請求項2記載の微細パターン形成方法で
あって;上記反応性励起粒子は、上記長寿命ラジカルに
代え、上記反応室内に所定の減圧雰囲気中でガス分子を
導入し、該ガス分子と上記光エネルギビームとの電磁光
波化学反応により励起されたものであること;を特徴と
する微細パターン形成方法。
3. The method for forming a fine pattern according to claim 2, wherein the reactive excited particles are replaced with the long-lived radicals, and gas molecules are introduced into the reaction chamber in a predetermined reduced pressure atmosphere to generate the gas. A method for forming a fine pattern, which is excited by an electromagnetic light wave chemical reaction between a molecule and the light energy beam.
【請求項4】 請求項3記載の微細パターン形成方法で
あって;上記光エネルギビームは複数本あり、上記電磁
光波化学反応を起こす光エネルギビームはその中の少な
くとも一本であること;を特徴とする微細パターン形成
方法。
4. The method for forming a fine pattern according to claim 3, wherein there are a plurality of the light energy beams, and at least one of the light energy beams causing the electromagnetic light wave chemical reaction is present. And a fine pattern forming method.
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