JP3194363B2 - Patterning method and patterning apparatus - Google Patents
Patterning method and patterning apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光化学反応を利用
して微細なパターンを選択的に形成するパターニング方
法およびパターニング装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a patterning method and a patterning apparatus for selectively forming a fine pattern using a photochemical reaction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】大容量の情報を高速に伝送し処理する各
種のシステムを形成するために不可欠とされる集積回路
部品には、その集積度を向上させるために配線等のパタ
ーンをより微細化することが求められている。2. Description of the Related Art Integrated circuit components, which are indispensable for forming various systems for transmitting and processing a large amount of information at a high speed, require finer patterns such as wiring in order to improve the degree of integration. Is required.
【０００３】微細なパターンを形成するために開発され
ている種々のプロセス技術は、いずれも材料を任意の平
面形状に堆積する技術と、同様に除去する技術とを組み
合わされて実現されるものである。具体的には、リソグ
ラフィ技術によりマスクパターンを作成した後に、リフ
トオフ法により材料を選択的に成長または除去させる２
段階からなるプロセスである。[0003] Various process techniques developed for forming fine patterns are realized by combining a technique of depositing a material into an arbitrary planar shape and a technique of removing the material in a similar manner. is there. Specifically, after a mask pattern is created by a lithography technique, a material is selectively grown or removed by a lift-off method.
It is a process that consists of stages.
【０００４】ところが、上記のプロセス技術には、加工
損傷、寸法精度の低下、プロセスの複雑化などの問題が
あった。そこで、これらの問題を生じることなく微細な
パターンを形成できるプロセス技術として、光を利用す
る気相成長法が検討されている。However, the above-described process techniques have problems such as processing damage, reduction in dimensional accuracy, and complication of the process. Therefore, as a process technology capable of forming a fine pattern without causing these problems, a vapor phase growth method using light is being studied.
【０００５】例えば、原料ガスとしてＡｌ（ＣＨ3）3を
用いてアルミニウム膜を堆積させる化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）において、所望のパターンが形成されたマスクを通
してＡｒＦレーザ光を基板に照射し、レーザ光が照射さ
れた部分でのみＡｌ（ＣＨ3）3を励起することによっ
て、基板上に上記マスクのパターンに応じてアルミニウ
ム膜を選択的に堆積させることができる。For example, chemical vapor deposition (CV) in which an aluminum film is deposited using Al (CH 3 ) 3 as a source gas.
In D), the substrate is irradiated with an ArF laser beam through a mask on which a desired pattern is formed, and Al (CH 3 ) 3 is excited only in a portion irradiated with the laser beam, whereby the pattern of the mask is formed on the substrate. The aluminum film can be selectively deposited according to the conditions.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、光を用いて材
料を選択的に成長または除去する方法には、寸法が描画
光の波長程度以下であるパターンを形成できないという
問題がある。これは、加工精度が光の回折限界により制
限されるためである。また、マスクを用いるため、成膜
中にパターンの形状を変化させたり、膜厚方向の形状を
連続的に変化させることが困難であるなどの問題があ
る。However, the method of selectively growing or removing a material using light has a problem in that a pattern whose size is less than the wavelength of drawing light cannot be formed. This is because the processing accuracy is limited by the diffraction limit of light. In addition, since a mask is used, there is a problem in that it is difficult to change the shape of a pattern during film formation or to continuously change the shape in a film thickness direction.
【０００７】本発明は、このような問題を解決するため
に行われたものであり、描画光の波長により加工精度が
制限されることがなく、任意形状のパターンを形成する
ためにマスクを用いる必要もないパターニング方法およ
びパターニング装置を提供することを目的としている。The present invention has been made to solve such a problem, and the processing accuracy is not limited by the wavelength of drawing light, and a mask is used to form a pattern of an arbitrary shape. It is an object of the present invention to provide a patterning method and a patterning device that do not need to be used.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに提案する本発明のパターニング方法は、材料表面に
任意形状のパターンを形成するパターニング方法におい
て、膜を形成するための原料ガスを基板表面に吸着させ
る原料ガス吸着工程と、上記原料ガスが吸着した基板表
面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにされた所
定波長の光により描画して核を生成する核生成工程と、
上記基板表面に上記原料ガスを再び供給して、上記核が
生成された部分に光化学反応により膜を選択的に成長さ
せる膜成長工程とを有することを特徴とするものであ
る。According to a patterning method of the present invention proposed to solve the above-mentioned problems, a patterning method for forming a pattern of an arbitrary shape on a material surface comprises the steps of: A source gas adsorption step of causing the surface to be adsorbed, and a nucleation step of drawing a desired pattern on the surface of the substrate on which the source gas is adsorbed with light having a predetermined wavelength that is equal to or smaller than the diffraction limit to generate a nucleus;
A film growth step of supplying the raw material gas again to the substrate surface and selectively growing a film by a photochemical reaction in a portion where the nucleus is generated.
【０００９】また、上記の課題を解決するために提案す
る本発明の別のパターニング方法は、材料表面に任意形
状のパターンを形成するパターニング方法において、材
料表面をエッチングするための反応ガスを基板表面に吸
着させる反応ガス吸着工程と、上記反応ガスが吸着した
材料表面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにさ
れた所定波長の光により描画して核を生成する核生成工
程と、上記基板表面に上記反応ガスを再び供給して、上
記材料表面の核が生成された部分を光化学反応により選
択的に除去するエッチング工程とを有することを特徴と
するものである。Another patterning method of the present invention proposed to solve the above-mentioned problem is a patterning method for forming a pattern of an arbitrary shape on a material surface, wherein a reactive gas for etching the material surface is provided on the substrate surface. A nucleation step of drawing a desired pattern on the surface of the material on which the reaction gas has been adsorbed with light of a predetermined wavelength that is equal to or smaller than the diffraction limit to generate a nucleus; and An etching step of supplying the reaction gas to the surface again and selectively removing a portion of the material surface on which nuclei are generated by a photochemical reaction.
【００１０】さらに、本発明は、材料表面に任意形状の
パターンを形成するパターニング装置において、表面に
パターンが形成される材料を収容する反応容器と、上記
材料表面に堆積し、または上記材料表面を除去するため
のガスを上記反応容器内に供給するガス供給手段と、上
記反応容器内のガスを排出する排気手段と、上記反応容
器内に設けられ、上記反応ガスが吸着した材料表面に所
望のパターンを回折限界以下の大きさにされた所定波長
の光により描画して核を選択的に生成する描画手段とを
備えることを特徴とする。Further, the present invention provides a patterning apparatus for forming a pattern of an arbitrary shape on a surface of a material, comprising: a reaction container for accommodating a material having a pattern formed on the surface; Gas supply means for supplying a gas for removal into the reaction vessel, exhaust means for discharging the gas in the reaction vessel, and a gas supply means provided in the reaction vessel and having a desired surface on a material surface on which the reaction gas is adsorbed And a drawing means for drawing a pattern with light having a size equal to or less than the diffraction limit and having a predetermined wavelength to selectively generate a nucleus.
【００１１】上記の本発明によれば、光の回折限界より
も短い寸法を含む任意形状のパターンをも形成すること
ができ、しかもマスクを必要としないパターニング方法
およびパターニング装置を提供できる。According to the present invention, there can be provided a patterning method and a patterning apparatus which can form a pattern of an arbitrary shape including a dimension shorter than the diffraction limit of light and which does not require a mask.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下に、本発明のパターニング方
法およびパターニング装置の好ましい実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a patterning method and a patterning apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１３】図１は、本発明のパターニング装置の基本
的な構成を模式的に示している。FIG. 1 schematically shows a basic configuration of a patterning apparatus according to the present invention.
【００１４】このパターニング装置は、原料ガス供給
系、反応容器、および排気系から構成されている。This patterning apparatus comprises a source gas supply system, a reaction vessel, and an exhaust system.
【００１５】原料ガス供給系は、原料ガス供給源Ｓ１、
キャリアガス供給源Ｓ２、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３、マ
スフローコントローラ１０、およびこれらと反応容器と
を接続する配管などから構成される。The source gas supply system includes a source gas supply source S1,
It comprises a carrier gas supply source S2, valves V1, V2, V3, a mass flow controller 10, and piping connecting these to the reaction vessel.
【００１６】原料ガス供給源Ｓ１およびキャリアガス供
給源Ｓ２としては、ボンベなどが使用される。なお、キ
ャリアガスは、上記の原料ガスを反応に適当な濃度に希
釈して輸送するためものであり、通常は不活性なガスが
用いられる。A cylinder or the like is used as the source gas supply source S1 and the carrier gas supply source S2. The carrier gas is used for transporting the above-mentioned raw material gas after diluting it to an appropriate concentration for the reaction, and usually an inert gas is used.
【００１７】バルブＶ１は原料ガス供給源Ｓ１から供給
される原料ガスの量を調節するためのものであり、バル
ブＶ２はキャリアガス供給源Ｓ２から原料ガス供給源Ｓ
１に供給されるキャリアガスの量を調節するためのもの
である。また、バルブＶ３は、キャリアガス供給源Ｓ２
から、上記のキャリアガスと混合された原料ガスに加え
られるキャリアガスの量を調節するためのものである。
このバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により、原料ガスとキャリ
アガスの混合割合が決められて所定の濃度にされる。The valve V1 is for adjusting the amount of the source gas supplied from the source gas supply source S1, and the valve V2 is for controlling the amount of the source gas supply source S2 from the carrier gas supply source S2.
This is for adjusting the amount of the carrier gas supplied to 1. Further, the valve V3 is connected to a carrier gas supply source S2.
Therefore, the amount of the carrier gas added to the source gas mixed with the carrier gas is adjusted.
The mixing ratio of the source gas and the carrier gas is determined by the valves V1, V2, and V3 so as to have a predetermined concentration.
【００１８】マスフローコントローラ１０は、上記のバ
ルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により所定の割合でキャリアガス
と混合された原料ガスの供給量（質量流量）を精密に制
御するためのものである。The mass flow controller 10 is for precisely controlling the supply amount (mass flow rate) of the raw material gas mixed with the carrier gas at a predetermined ratio by the valves V1, V2 and V3.
【００１９】反応容器は、真空チャンバ２０と、その内
部に収容される基板上に所望のパターンを形成するため
の図示していない描画手段とを含んで構成される。The reaction vessel includes a vacuum chamber 20 and drawing means (not shown) for forming a desired pattern on a substrate housed therein.
【００２０】真空チャンバ２０は、その内部に基板を収
容して、高真空や任意の圧力のガス雰囲気に保持するた
めの容器であり、内部を観察するための窓や、必要に応
じて各種の機器を取り付けることができるポートを備え
ている。この真空チャンバ２０の内部には、マスフロー
コントローラ１０を介して原料ガスが導入される。この
真空チャンバ２０の内部の図示していない描画手段につ
いては後述する。The vacuum chamber 20 is a container for accommodating a substrate therein and maintaining a high-vacuum or gas atmosphere at an arbitrary pressure, and includes a window for observing the inside and various kinds of It has a port to which equipment can be attached. Source gas is introduced into the vacuum chamber 20 via the mass flow controller 10. Drawing means (not shown) inside the vacuum chamber 20 will be described later.
【００２１】なお、この反応容器全体は、外部からの振
動を遮断するために定盤や除震台の上に設置されること
が望ましい。The whole reaction vessel is desirably installed on a surface plate or a vibration isolation table in order to block external vibrations.
【００２２】排気系は、真空チャンバ２０の内部を任意
の圧力にするためのものであり、バルブＶ４を介して接
続される真空ポンプから構成される。ここでは、比較的
高い圧力から動作して高真空にまで排気することがで
き、軽いガスに対しても比較的大きな排気速度が得られ
るターボ分子ポンプ３１と、その補助ポンプとして油回
転ポンプ（ロータリーポンプ）を用いる構成を例示して
いる。The evacuation system is for making the inside of the vacuum chamber 20 have an arbitrary pressure, and is constituted by a vacuum pump connected via a valve V4. Here, a turbo-molecular pump 31 that can operate from a relatively high pressure to evacuate to a high vacuum and obtain a relatively high evacuation speed even for a light gas, and an oil rotary pump (rotary) as its auxiliary pump (Pump).
【００２３】なお、この排気系により真空チャンバ２０
から排出されるガスは、必要に応じて後処理が施された
後に放出される。It is to be noted that the vacuum system 20 is
Is discharged after being subjected to post-processing as required.
【００２４】次に、上述した真空チャンバ２０の内部の
描画手段について説明する。Next, the drawing means inside the vacuum chamber 20 will be described.
【００２５】前述したように、光を用いる従来の選択的
パターニング方法は、自由空間を伝搬する光を集光して
使用しているため、０．１μｍ程度以下の加工精度（空
間分解能）を実現することが不可能であった。As described above, in the conventional selective patterning method using light, since light propagating in free space is condensed and used, a processing accuracy (spatial resolution) of about 0.1 μm or less is realized. It was impossible to do.
【００２６】これに対して、以下に説明する本発明に係
るパターニング装置に適用される描画手段は、自由空間
を伝搬する光を使用するものではないため、上記の加工
精度を実現できるものである。On the other hand, since the drawing means applied to the patterning apparatus according to the present invention described below does not use light propagating in free space, the above-described processing accuracy can be realized. .
【００２７】図２は、材料表面に所望のパターンを描画
するための光を、回折限界以下の大きさにするための光
ファイバの先端部を示している。FIG. 2 shows a tip of an optical fiber for making light for drawing a desired pattern on a material surface smaller than a diffraction limit.
【００２８】光ファイバ１２２は、一端がエッチング等
の方法により先鋭化された後に、不透明な金属膜１２３
が被着されたものである。先鋭化された先端部１２１
は、金属膜１２３が除去されてコアが露出しており、直
径が可視領域の波長（０．５μｍ程度）より小さい開口
部が形成されている。なお、以下では、このように加工
された光ファイバをプローブという。The optical fiber 122 has an opaque metal film 123 after one end is sharpened by a method such as etching.
Are attached. Sharpened tip 121
The metal film 123 is removed, the core is exposed, and an opening having a diameter smaller than the wavelength in the visible region (about 0.5 μm) is formed. Hereinafter, the optical fiber thus processed is referred to as a probe.
【００２９】このプローブ１２０の後端から光を入射す
ると、先端部１２１からは、通常の波としての光は出射
しないが、エバネッセント場と呼ばれる光の場がしみ出
る。このプローブ１２０を、エバネッセント場１３０の
光を物質表面１１０に照射しながら圧電アクチュエータ
などで微動送りしてスキャンさせることによって、光の
回折限界よりも短い寸法を含む所望のパターンを物質表
面１１０に描画することができる。When light is incident from the rear end of the probe 120, light as a normal wave is not emitted from the distal end portion 121, but a light field called an evanescent field exudes. By irradiating the probe 120 with the light of the evanescent field 130 and irradiating the material surface 110 with a fine movement using a piezoelectric actuator or the like and scanning, a desired pattern including a dimension shorter than the diffraction limit of the light is drawn on the material surface 110. can do.
【００３０】なお、プローブ１２０と物質表面１１０と
の距離は、シェアフォースを検出することにより制御さ
れる。The distance between the probe 120 and the material surface 110 is controlled by detecting a shear force.
【００３１】このエバネッセント場１３０は、プローブ
１２０の先端から光波長以下の距離にある極めて近い領
域（近接場領域）に存在する光のうちの非伝搬成分であ
る。The evanescent field 130 is a non-propagating component of the light existing in a very close area (near field area) which is less than the light wavelength from the tip of the probe 120.
【００３２】エバネッセント場１３０の光のパワーは、
プローブ１２０の先端から遠ざかるにつれて減少する
が、その減少の度合いを表す「しみ出しの厚み」は、プ
ローブ１２０の先端部１２１の寸法と同程度であり、光
波長には依存しない。また、エバネッセント場１３０の
光は、その単位断面積あたりのパワー密度が１００Ｗ／
ｃｍ2 にも達するため、プローブ１２０の先端を物質表
面１１０に近づけることにより光化学反応を誘起するこ
とができる。The power of light in the evanescent field 130 is
Although it decreases as the distance from the tip of the probe 120 decreases, the “thickness of the seepage” representing the degree of the decrease is substantially the same as the dimension of the tip 121 of the probe 120 and does not depend on the light wavelength. The light in the evanescent field 130 has a power density per unit sectional area of 100 W /
Since it reaches cm 2 , a photochemical reaction can be induced by bringing the tip of the probe 120 closer to the material surface 110.
【００３３】次に、本発明のパターニング方法につい
て、図１のパターニング装置の構成および図２のプロー
ブの構成を参照しながら説明する。Next, the patterning method of the present invention will be described with reference to the configuration of the patterning apparatus of FIG. 1 and the configuration of the probe of FIG.
【００３４】このパターニング方法は、上述したプロー
ブ１２０の先端部１２１からしみ出すエバネッセント場
１３０の光により光化学反応を誘起して、基板上に物質
を選択的に堆積したり物質表面を除去することにより、
光の波長以下の加工精度で任意形状のパターンを形成す
るものである。In this patterning method, a photochemical reaction is induced by the light of the evanescent field 130 seeping out from the tip 121 of the probe 120 to selectively deposit a substance on a substrate or remove the surface of the substance. ,
This is to form a pattern of an arbitrary shape with a processing accuracy equal to or less than the wavelength of light.
【００３５】図３は、本発明のパターニング方法によ
り、基板上に任意形状の薄膜を成膜する際の基本的な手
順を示している。FIG. 3 shows a basic procedure for forming a thin film of an arbitrary shape on a substrate by the patterning method of the present invention.
【００３６】ステップＳ１は、原料ガス吸着工程であ
り、薄膜を形成するための原料ガス（母体ガス）１１３
を真空チャンバ１２０内に導入して基板１１１の表面に
吸着させる。Step S1 is a source gas adsorption step in which a source gas (base gas) 113 for forming a thin film is formed.
Is introduced into the vacuum chamber 120 and is adsorbed on the surface of the substrate 111.
【００３７】ステップＳ２では、真空チャンバ１２０内
に導入された原料ガス１３０が、真空排気系により一旦
排出される。このとき、基板１１１の表面には、原料ガ
スの吸着層１１２が残る。In step S2, the source gas 130 introduced into the vacuum chamber 120 is once exhausted by the evacuation system. At this time, the source gas adsorption layer 112 remains on the surface of the substrate 111.
【００３８】ステップＳ３は、核生成工程であり、基板
１１１表面の膜を堆積させたい部分にのみプローブ１２
０の先端から光を照射して、所望のパターンを描画す
る。ここで照射される光は、前述したエバネッセント場
１３０の光である。この光の波長は、光（光子）エネル
ギが原料ガス１３０の分子を光分解するための解離エネ
ルギ以上に相当するように選択される。これにより、基
板１１１表面の薄膜を形成したい部分にのみ膜成長のた
めの核が選択的に生成される。Step S3 is a nucleation step in which the probe 12 is formed only on the portion of the substrate 111 where a film is to be deposited.
A desired pattern is drawn by irradiating light from the front end of the zero. The light irradiated here is the light of the evanescent field 130 described above. The wavelength of this light is selected so that the light (photon) energy is equal to or greater than the dissociation energy for photolyzing molecules of the source gas 130. As a result, nuclei for film growth are selectively generated only in the portion of the substrate 111 where a thin film is to be formed.
【００３９】ステップＳ４では、真空チャンバ１２０内
に原料ガス１３０が再び導入され、所定の圧力にされ
る。In step S4, the source gas 130 is introduced again into the vacuum chamber 120, and is brought to a predetermined pressure.
【００４０】ステップＳ５は、膜成長工程であり、収束
されていないレーザ光（励起光）１１５を基板１１１表
面の原料ガスの吸着層１１２に照射しながら薄膜の原料
ガス（母体ガス）１１３を供給することにより、描画さ
れたパターン形状に応じて選択的に生成された核１１４
から薄膜が成長して、所望のパターンを形成する。Step S5 is a film growth step, in which the thin film source gas (base gas) 113 is supplied while irradiating the laser beam (excitation light) 115 that has not been focused onto the source gas adsorption layer 112 on the surface of the substrate 111. By doing so, the nucleus 114 selectively generated according to the drawn pattern shape
A thin film is grown from the thin film to form a desired pattern.
【００４１】図４は、上記の各工程を模式的に示したも
のであり、図４（ａ）は原料ガス吸着工程、図４（ｂ）
は核生成工程、図４（ｃ）は膜成長工程をそれぞれ表し
ている。FIG. 4 schematically shows each of the above steps. FIG. 4 (a) is a raw material gas adsorption step, and FIG.
Represents a nucleation step, and FIG. 4C represents a film growth step.
【００４２】基板１１１には、シリコン、ガラス、サフ
ァイアなど種々の材料を用いることができる。なお、こ
の基板１１１には、脱脂洗浄などの前処理を予め施して
おく。この脱脂洗浄は、例えば、純水とイソプロピルア
ルコールを用いて超音波洗浄により行われる。Various materials such as silicon, glass, and sapphire can be used for the substrate 111. The substrate 111 is preliminarily subjected to pretreatment such as degreasing and cleaning. This degreasing cleaning is performed by ultrasonic cleaning using pure water and isopropyl alcohol, for example.
【００４３】また、上記の各工程において、基板温度は
室温にされている。In each of the above steps, the substrate temperature is set to room temperature.
【００４４】これらの工程によれば、光化学蒸気堆積法
（光ＣＶＤ法）を用いて、マスクを使用しない（マスク
レス）選択成長を行うことができる。According to these steps, selective growth without using a mask (maskless) can be performed by using a photochemical vapor deposition method (photo CVD method).
【００４５】また、パターニングが施される薄膜を基板
１１１上に予め成膜しておき、導入される原料ガス１３
０を適当に選択すれば、同様の工程により選択的なエッ
チングを行って任意の形状にパターニングすることもで
きる。A thin film to be patterned is formed on the substrate 111 in advance, and the source gas 13 to be introduced is formed.
If 0 is appropriately selected, selective etching can be performed in the same process to pattern into an arbitrary shape.
【００４６】次に、上述した本発明のパターニング方法
に用いられる光ＣＶＤについて、さらに説明する。Next, the optical CVD used in the above-described patterning method of the present invention will be further described.
【００４７】図５は、光ＣＶＤ法の原理を示している。
原料ガス１１３の分子に光１１５が照射されると、原料
ガス１１３の解離エネルギＥg よりも光（光子）１１５
のエネルギｈνが大きいときには、原料ガス１１３の分
子は、原子１１３ａと原子１１３ｂに解離する。この過
程が光分解である。ここで、ｈはプランク定数、νは光
の振動数である。FIG. 5 shows the principle of the photo-CVD method.
When light 115 is applied to the molecules of the raw material gas 113, the light (photons) 115 becomes larger than the dissociation energy Eg of the raw material gas 113.
Is large, the molecules of the source gas 113 are dissociated into atoms 113a and 113b. This process is photolysis. Here, h is Planck's constant, and ν is the frequency of light.
【００４８】この光分解により生じた原子１１３ａのみ
を基板１１１上に堆積させることにより、目的とする薄
膜１１４を得ることができる。一方、目的とする薄膜１
１４を得るために必要とされない原子１１４ｂは、反応
容器である真空チャンバ２０内から速やかに排出される
ようにする。なお、前述したように、真空チャンバ２０
内に導入される原料ガスの種類を適当に選択すれば、光
分解により生じる生成物により薄膜１１４を選択的に除
去することも可能である。By depositing only the atoms 113a generated by the photolysis on the substrate 111, a target thin film 114 can be obtained. On the other hand, the target thin film 1
The atoms 114b that are not required to obtain 14 are quickly discharged from the vacuum chamber 20, which is a reaction vessel. As described above, the vacuum chamber 20
By appropriately selecting the type of the source gas introduced into the inside, the thin film 114 can be selectively removed by a product generated by photolysis.
【００４９】このような光ＣＶＤ法は、プロセスの制御
性が良好でスループットが高いこと、適用可能な材料が
多様であること、得られる膜に損傷が少ないことなどの
優れた特徴を有している。なお、光ＣＶＤ法を適用可能
な材料については、具体的に後述する。Such an optical CVD method has excellent features such as good process controllability and high throughput, a variety of applicable materials, and little damage to the resulting film. I have. Note that materials to which the photo CVD method can be applied will be specifically described later.
【００５０】図６は、原料ガス１１３の分子を解離させ
るために必要な解離エネルギについて模式的に示してい
る。FIG. 6 schematically shows the dissociation energy required for dissociating the molecules of the raw material gas 113.
【００５１】ポテンシャル曲線６１は、分子を構成する
原子の核間距離とポテンシャルエネルギＥとの関係を示
している。すわわち、原料ガス１１３の分子を分解し
て、原子１１３ａと原子１１３ｂとを十分に引き離すた
めに必要なエネルギが解離エネルギＥg に相当する。ま
た、解離ポテンシャル曲線６２は、分子を構成する原子
の核間距離に反比例して低下する曲線である。The potential curve 61 shows the relationship between the internuclear distance of the atoms constituting the molecule and the potential energy E. That is, the energy required to decompose the molecules of the source gas 113 and sufficiently separate the atoms 113a and 113b corresponds to the dissociation energy Eg. Further, the dissociation potential curve 62 is a curve that decreases in inverse proportion to the internuclear distance of the atoms constituting the molecule.
【００５２】原料ガス１１３の分子を解離させるための
過程には、前述した光分解による過程と熱分解による過
程がある。光分解はポテンシャル曲線６２に沿って進
み、熱分解はポテンシャル曲線６１に沿って進む。従っ
て、解離ポテンシャル曲線６２とポテンシャル曲線６１
との差に相当するエネルギが、励起光のエネルギｈνと
して供給される場合には光分解が支配的な過程になる。The process for dissociating the molecules of the source gas 113 includes the above-described process by photolysis and the process by thermal decomposition. Photolysis proceeds along a potential curve 62, and thermal decomposition proceeds along a potential curve 61. Therefore, the dissociation potential curve 62 and the potential curve 61
When the energy corresponding to the difference is supplied as the energy hv of the excitation light, photolysis is the dominant process.
【００５３】図７は、光ＣＶＤ法に用いられる原料ガス
の一例として、有機金属ガスであるＡｌ（ＣＨ3）3の解
離エネルギと励起光の波長との関係を示している。この
図において、横軸はＡｌ（ＣＨ3）3に照射される光波長
であり、縦軸は照射された光の透過率を示している。な
お縦軸は任意目盛である。FIG. 7 shows the relationship between the dissociation energy of the organometallic gas Al (CH 3 ) 3 and the wavelength of the excitation light as an example of the source gas used in the photo-CVD method. In this figure, the abscissa indicates the wavelength of light irradiated on Al (CH 3 ) 3 , and the ordinate indicates the transmittance of the irradiated light. The vertical axis is an arbitrary scale.
【００５４】Ａｌ（ＣＨ3）3の解離エネルギに相当する
光波長は４２９ｎｍであることから、励起光源に、例え
ばＡｒ+ レーザの第２高調波（波長λ＝２５７ｎｍ）を
用いた場合にはＡｌ（ＣＨ3）3ガスの分子が解離される
ことが分かる。Since the light wavelength corresponding to the dissociation energy of Al (CH 3 ) 3 is 429 nm, when the second harmonic (wavelength λ = 257 nm) of, for example, an Ar + laser is used as the excitation light source, Al It can be seen that the molecules of the (CH 3 ) 3 gas are dissociated.
【００５５】図８は、以上説明した本発明のパターニン
グ方法およびパターニング装置を用いて成膜される膜
の、堆積速度と照射されるレーザ光のパワーとの関係の
一例を示している。ここでは、原料ガスとしてＺｎ（Ｃ
Ｈ3）2を用い、圧力を６．６５×１０2 Ｐａ（５Ｔｏｒ
ｒ．）および１．３３×１０3 Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ．）
にして成膜した場合の結果を示している。FIG. 8 shows an example of the relationship between the deposition rate and the power of the laser beam applied to a film formed using the patterning method and patterning apparatus of the present invention described above. Here, Zn (C
Using H 3) 2, pressure 6.65 × 10 2 Pa (5Tor
r. ) And 1.33 × 10 3 Pa (10 Torr.)
The results in the case where the film is formed in the above manner are shown.
【００５６】このように、照射されるレーザパワーおよ
び原料ガスの圧力が大きくなるにつれて、膜の堆積速度
が増加する。As described above, as the irradiation laser power and the pressure of the source gas increase, the deposition rate of the film increases.
【００５７】図９〜図１１は、以上説明した本発明を適
用して良好な結果を得ることができる材料と、そのため
に好適な原料ガスおよび励起光源の具体例を示してい
る。図９は生成物として金属を得る場合、図１０は半導
体材料を得る場合、図１１は誘電体を得る場合につい
て、それぞれ示している。なお、図９に示す励起光源に
ついて、ＳＨとあるのは第２次高調波（Secondary Harm
onics ）を示している。FIGS. 9 to 11 show specific examples of materials which can obtain good results by applying the present invention described above, and material gases and excitation light sources suitable for the materials. 9 shows a case where a metal is obtained as a product, FIG. 10 shows a case where a semiconductor material is obtained, and FIG. 11 shows a case where a dielectric is obtained. In the pumping light source shown in FIG. 9, SH is the second harmonic (Secondary Harm).
onics).
【００５８】このように、本発明は、適用できる材料が
多種にわたっており、様々な用途に応用できるものであ
り、例えば、ギガビット級ＤＲＡＭ（ダイナミックラン
ダムアクセスメモリ）などの製造プロセスに使用される
位相シフト型フォトマスクを修正するためのツールや、
半導体微粒子結晶の選択形成による量子効果素子を実現
する新プロセスなどにも適用可能なものである。As described above, the present invention is applicable to a wide variety of materials and can be applied to various uses. For example, a phase shifter used in a manufacturing process of a gigabit class DRAM (Dynamic Random Access Memory) or the like can be used. Tools to fix mold photomasks,
The present invention is also applicable to a new process for realizing a quantum effect device by selectively forming semiconductor fine particle crystals.
【００５９】[0059]
【発明の効果】本発明のパターニング方法およびパター
ニング装置によれば、材料表面に所望のパターンをエバ
ネッセント場の光により描画して核生成しておき、さら
に光化学反応を利用して物質を選択的に堆積または除去
するようにしたため、光の波長よりも短い寸法を含む任
意形状のパターンを、マスクを用いることなく直接形成
できる。According to the patterning method and the patterning apparatus of the present invention, a desired pattern is drawn on the surface of a material by the light of an evanescent field to generate nuclei, and a substance is selectively used by utilizing a photochemical reaction. Since the deposition or the removal is performed, a pattern having an arbitrary shape including a dimension shorter than the wavelength of light can be directly formed without using a mask.
【図１】本発明のパターニング装置の基本的な構成を模
式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a basic configuration of a patterning apparatus of the present invention.
【図２】材料表面に所望のパターンを描画するための光
を、回折限界以下の大きさにするための光ファイバプロ
ーブの先端部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a tip portion of an optical fiber probe for making light for drawing a desired pattern on a material surface smaller than a diffraction limit.
【図３】本発明のパターニング方法により、基板上の薄
膜を成膜する際の基本的な手順を示すフローチャートで
ある。FIG. 3 is a flowchart showing a basic procedure for forming a thin film on a substrate by the patterning method of the present invention.
【図４】本発明のパターニング方法の主要な工程につい
て説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining main steps of the patterning method of the present invention.
【図５】光ＣＶＤ法について説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a photo CVD method.
【図６】原料ガス分子の解離エネルギについて説明する
ための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the dissociation energy of source gas molecules.
【図７】原料ガスの一例として、Ａｌ（ＣＨ3）3の解離
エネルギと励起光の波長との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the dissociation energy of Al (CH 3 ) 3 and the wavelength of excitation light as an example of a source gas.
【図８】膜の堆積速度と照射されるレーザ光のパワーと
の関係の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the deposition rate of a film and the power of an irradiated laser beam.
【図９】本発明を適用して得ることができる金属材料
と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体例
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing specific examples of a metal material obtainable by applying the present invention, a raw material gas and an excitation light source suitable for the metal material.
【図１０】本発明を適用して得ることができる半導体材
料と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体
例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing specific examples of a semiconductor material which can be obtained by applying the present invention, a raw material gas and an excitation light source suitable for the semiconductor material.
【図１１】本発明を適用して得ることができる誘電体材
料と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体
例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing specific examples of a dielectric material obtainable by applying the present invention, a raw material gas and an excitation light source suitable for the dielectric material.
１１１ 基板、 １１２ 原料ガス吸着層、 １１３
原料ガス、 １１４薄膜、 １１４ａ 核、 １１５
レーザ光、 １２０ プローブ、 １２１先端部111 substrate, 112 source gas adsorption layer, 113
Source gas, 114 thin film, 114a nucleus, 115
Laser light, 120 probe, 121 tip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｘ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C23F 1/00 - 4/04 G03F 1/08 G03F 7/20 H01L 21/205 H01L 21/28 - 21/285 H01L 21/302 H01L 21/31 - 21/32 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 21/316 H01L 21/316 X (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 16/00-16 / 56 C23F 1/00-4/04 G03F 1/08 G03F 7/20 H01L 21/205 H01L 21/28-21/285 H01L 21/302 H01L 21/31-21/32 JICST file (JOIS)
Claims (15)
パターニング方法において、膜を形成するための原料ガ
スを基板表面に吸着させる原料ガス吸着工程と、上記原
料ガスが吸着した基板表面に所望のパターンを回折限界
以下の大きさにされた所定波長の光により描画して核を
生成する核生成工程と、上記基板表面に上記原料ガスを
再び供給して、上記核が生成された部分に光化学反応に
より膜を選択的に成長させる膜成長工程とを有すること
を特徴とするパターニング方法。In a patterning method for forming a pattern of an arbitrary shape on a surface of a material, a source gas adsorbing step of adsorbing a source gas for forming a film on a substrate surface; A nucleation step of drawing a pattern with light of a predetermined wavelength not larger than the diffraction limit to generate nuclei; and supplying the raw material gas again to the substrate surface, and photochemically forming a nucleus at the portion where the nuclei are generated. A film growth step of selectively growing a film by a reaction.
ガスを光分解するのに必要なエネルギ以上であることを
特徴とする請求項１記載のパターニング方法。2. The patterning method according to claim 1, wherein the energy of the light having the predetermined wavelength is equal to or more than the energy required for photodecomposing the raw material gas.
は、描画に用いる光の波長よりも寸法が短い部分を有す
ることを特徴とする請求項１記載のパターニング方法。3. The patterning method according to claim 1, wherein the desired pattern drawn by the light has a portion whose dimension is shorter than the wavelength of the light used for the drawing.
の光であることを特徴とする請求項１記載のパターニン
グ方法。4. The patterning method according to claim 1, wherein the light used for the drawing is light in an evanescent field.
にされて不透明な金属膜が被着された光ファイバの先端
に設けられた、上記エバネッセント場の光波長よりも小
さい径を有する開口部から照射されることを特徴とする
請求項１記載のパターニング方法。5. The light of the evanescent field is emitted from an opening having a diameter smaller than the light wavelength of the evanescent field, which is provided at the tip of an optical fiber having a tapered and opaque metal film. 2. The patterning method according to claim 1, wherein the irradiation is performed.
パターニング方法において、材料表面をエッチングする
ための反応ガスを基板表面に吸着させる反応ガス吸着工
程と、上記反応ガスが吸着した材料表面に所望のパター
ンを回折限界以下の大きさにされた所定波長の光により
描画して核を生成する核生成工程と、上記基板表面に上
記反応ガスを再び供給して、上記材料表面の核が生成さ
れた部分を光化学反応により選択的に除去するエッチン
グ工程とを有することを特徴とするパターニング方法。6. A patterning method for forming a pattern of an arbitrary shape on a surface of a material, comprising: a step of adsorbing a reaction gas for etching a surface of the material onto a surface of a substrate; A nucleus generating step of drawing a pattern with light of a predetermined wavelength that is equal to or smaller than the diffraction limit to generate a nucleus, and supplying the reaction gas again to the substrate surface to generate a nucleus on the material surface. An etching step of selectively removing the portion by a photochemical reaction.
ガスを光分解するのに必要なエネルギ以上であることを
特徴とする請求項６記載のパターニング方法。7. The patterning method according to claim 6, wherein the energy of the light having the predetermined wavelength is equal to or more than the energy required for photodecomposing the source gas.
は、描画に用いる光の波長よりも寸法が短い部分を有す
ることを特徴とする請求項６記載のパターニング方法。8. The patterning method according to claim 6, wherein the desired pattern drawn by the light has a portion whose dimension is shorter than the wavelength of the light used for drawing.
の光であることを特徴とする請求項６記載のパターニン
グ方法。9. The patterning method according to claim 6, wherein the light used for writing is light in an evanescent field.
状にされて不透明な金属膜が被着された光ファイバの先
端に設けられた、上記エバネッセント場の光波長よりも
小さい径を有する開口部から照射されることを特徴とす
る請求項６記載のパターニング方法。10. The light of the evanescent field is emitted from an opening having a diameter smaller than the light wavelength of the evanescent field, provided at the tip of an optical fiber having a tapered and opaque metal film. 7. The patterning method according to claim 6, wherein the irradiation is performed.
るパターニング装置において、 表面にパターンが形成される材料を収容する反応容器
と、 上記材料表面に堆積し、または上記材料表面を除去する
ためのガスを上記反応容器内に供給するガス供給手段
と、 上記反応容器内のガスを排出する排気手段と、 上記反応容器内に設けられ、上記反応ガスが吸着した材
料表面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにされ
た所定波長の光により描画して核を選択的に生成する描
画手段とを備えることを特徴とするパターニング装置。11. A patterning apparatus for forming a pattern of an arbitrary shape on a surface of a material, comprising: a reaction vessel containing a material on which a pattern is to be formed on the surface; and a reaction vessel for depositing on the surface of the material or removing the surface of the material. Gas supply means for supplying a gas into the reaction vessel; exhaust means for exhausting the gas from the reaction vessel; and a diffraction limit of a desired pattern on a surface of the material provided in the reaction vessel and adsorbing the reaction gas. A patterning device comprising: drawing means for selectively generating nuclei by drawing with light of a predetermined wavelength having the following size.
料ガスを光分解するのに必要なエネルギ以上であること
を特徴とする請求項１１記載のパターニング装置。12. The patterning apparatus according to claim 11, wherein the energy of the light having the predetermined wavelength is equal to or more than the energy required for photodecomposing the source gas.
て、上記選択的に核が生成した部分で光化学反応を誘起
するための光照射手段をさらに備えることを特徴とする
請求項１１記載のパターニング装置。13. A light irradiating means for irradiating the drawn material surface with light to induce a photochemical reaction in the selectively formed nucleus portion. Patterning equipment.
以下の大きさにされた光は、エバネッセント場の光であ
ることを特徴とする請求項１１記載のパターニング装
置。14. The patterning apparatus according to claim 11, wherein the light radiated by the drawing means and having a size smaller than the diffraction limit is light in an evanescent field.
状にされて不透明な金属膜が被着された光ファイバの先
端に設けられた、上記エバネッセント場の光波長よりも
小さい径を有する開口部から照射されることを特徴とす
る請求項１１記載のパターニング装置。15. The light of the evanescent field is transmitted from an opening having a diameter smaller than the light wavelength of the evanescent field, which is provided at the tip of an optical fiber having a tapered and opaque metal film. The patterning apparatus according to claim 11, wherein the patterning is performed.
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