JP4481592B2 - 集束された電子ビームによって誘導された化学反応を用いた材料表面のエッチング方法 - Google Patents

集束された電子ビームによって誘導された化学反応を用いた材料表面のエッチング方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項1の前段の特徴に係る、表面に集束された電子ビームによって誘導された化学反応を用いて表面で材料をエッチングするための方法に関する。一般に本発明は、集束された電子ビームによって誘導された化学反応、及びこれらの材料処理への応用に関する。特に本発明は、電子ビームによって誘導されたエッチングを用いて高空間分解能で材料を除去することに関する。本発明はまた、フォトマスクを修復すること、並びにナノメートルスケールで集積回路及び他の素子を改良・改造することにも関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
そのほとんどが集束された粒子又は光子ビームに基づく、多くの直接書き込み技術(direct writing technology)は、ナノメートルスケールでの材料の改良・改造を可能にすることを開発してきた。半導体産業でこれらの技術が応用される場所の例は、フォトマスクの修復と集積回路の改良・改造とを含む。これらの応用のほとんどにおいて、マイクロメーター未満の精度で材料を除去及び添加することのできる技術が要求されている。材料を添加する上では、特定の化学的及び物理的性質を有する複数の材料を堆積させることが必要となる可能性がある。材料を除去する上では、複数の材料の組み合わせから選択的に一つの材料を、残りの材料に損傷を与えることなく除去することが要求される可能性がある。他に要求されることとしては、得られるプロセスの位置決め精度及び最小機能サイズ、例えば分解能が含まれる。これら要求されることのうちのいくつかは、この発明の好ましい応用の一つであるフォトリソグラフィック・マスクの修復に対して以下に図示されている。
【0003】
この目的のために、光子ビーム・アブレーション(photon beam ablation)、光子ビームによって誘導された化学エッチング(photon beam induced chemical etching)、イオンビームスパッタリング、及びイオンビームによって支援された化学エッチング(ion beam assisted chemical etching)が、半導体製造プロセスにおいてフォトマスクに使用される材料をエッチングするために用いられるか、又は部分的に用いられる可能性がある。
【0004】
フォトリソグラフィック・マスクは通常、100nmの厚さの構造化したクロム金属層を有する光透過性基板、例えばガラス、石英からなる。マスクのある区域には、これら区域における光の透過を遮断するために、クロムのような光吸収材料、すなわち吸収材を用いてパターンが形成されている。これらマスクは、光感受性の基板、例えばフォトレジストで覆われたウエハ上のマスクに配置されたパターンを投影するために、半導体産業で使用されている。これらのマスクは、修復する必要のある欠陥を少なくとも2種類有することがある。
【0005】
1)吸収材があるべき場所で吸収材料が欠けている、すなわち透明欠陥と、
2)吸収材がないはずの区域に吸収材料がある、すなわち不透明欠陥とである。
【0006】
現在、一般的なマスク修復ツールは、レーザビーム又は集束されたイオンビーム(focussed ion beam)、すなわちFIBに基づいている。これらのツールに必要とされるか、又は必要とされる可能性のある化学的及び/又は物理的プロセスは、光子ビーム・アブレーション、光子ビームによって誘導された化学エッチング、イオンビームスパッタリング、並びにイオンビームによって支援された化学反応、堆積、及びエッチングである。
【0007】
集束されたレーザビームによってクロムのような吸収材を除去することは、最先端のことである。通常、高エネルギーのショートパルスレーザビームが用いられる。レーザビームと材料との間の相互作用は、例えば光熱又は光化学であり得る。マスクを修復するためにレーザアブレーションが用いられ、レーザアブレーションではレーザビームを用いてマスクを局所的に加熱することによって材料が蒸発する。レーザによって誘導された化学反応はまた潜在的に、マスクを修復するためにも用いることができ、ここではレーザビームがエネルギーを供給して材料と塩素のような適切なガスとの間で反応を起こさせ、その結果脱着する揮発性生成物を生成する。この内容は、R. Haight, D. Hayden, P. Long, T. Neary and A. Wagner による非特許文献1「MARS:Femtosecond laser mask advanced repair system in manufacturing」、及び D. J. Ehrlich and J. Y. Tsao による非特許文献2「A review of laser-microchemical processing」に引用されている。
【0008】
【非特許文献1】
Japanese Vacuum Science Technology, 17(6), Nov./Dec. 1999, 3137-3143.
【非特許文献2】
J. Vac. Sci. Technol. B 1 (4), Oct.-Dec. 1983.
【0009】
しかしながら、処理をベースにした全ての光子ビームは、得られる分解能が使用している光の波長の略0.5倍であることを教えているアッベの回折分解能規準(Abbe diffraction resolution criterion)のために、分解能が限定されるという難点がある。
【0010】
イオンビームスパッタリングは、潜在的に10nmの分解能を有する有効な方法であるが、いくつかの適用に対しては耐えられない損傷を基板に与えてしまう。化学エッチングによって支援されたイオンビームはまた、いくぶん低い分解能を有する有効な方法であるが、これまたいくつかの適用に対しては耐えられない損傷を基板に与えてしまう。両者の方法は、フォトマスクを修復する時に、不透明な欠陥をエッチングするために適用されている。
【0011】
次世代のチップ製造に対するフォトマスクの分解能要求が増加するにつれて、かつ光学近接効果の構造(optical proximity effect structure)又は位相シフトマスク、及びEUV−多層マスクのような所望の分解能を得るためのマスクパターンの技術がさらに改良・改造されるにつれて、半導体産業は今日、レーザアブレーション及び堆積、イオンビームスパッタリング、並びに化学的に支援されたイオンビームエッチング及び堆積といった定評ある方法がもはや限界に来ているという状況にある。というのも、修復後の基板の分解能及び透過性が欠如しているからである。したがって、非破壊的な柔軟かつ清潔な化学エッチング方法を、フォトマスク及びEUVマスクのような「次世代マスク」の不透明な欠陥に適用する必要がある。化学エッチング方法は、金属イオンを基板へ注入せず、かつイオン衝突によって導入された構造上の損傷を引き起こす原因となる下の材料の混合といったものも生じない。
【0012】
現在は、集束された電子ビームのみが、吸収材料を局所的に添加することによって透明な欠陥を修復するために用いられている。修復は、電子ビームを用いて選択された局所的な区域を露出し、それと同時にこの区域へ前駆気体の流れを供給することによって行われる。次いで電子ビームは、前駆気体、例えば炭化水素、無機又は有機金属分子を分解し、電子ビームによって走査された区域には堆積物が後に残る。電子は集束されたイオンビームのようには基板原子を追い出す、例えばスパッタリングするのに十分な運動量を放出しないので、材料の除去はより困難である。今、電子ビームエッチングについては、集束された電子ビームによって活性化された化学反応が誘発され、これにより揮発性生成物が生じ、かくして材料除去がなされる2,3の材料装置を説明したのみである。
【0013】
電子ビームによって誘導されたエッチング反応に関する研究はほんの僅かに行われているに過ぎないが、反応は確かに、いくつかの反応単位からなる複合シーケンスであり、前駆気体分子の吸着、すなわち物理吸着(physisorption)及び/又は化学吸着、前駆物質分子又はそれらの断片の基板への拡散、これら前駆物質分子と基板原子との間の一つ又は複数の反応、及び最後に反応生成物の堆積、のような複数のステップを含む。集束された電子ビームに露出されることで本プロセスの高空間分解能を提供する区域にエッチングプロセスを閉じ込めるために、エッチングプロセスは自発的に起こらず、かつこの反応シーケンスにおける少なくとも一つのステップが電子ビーム露光によって誘導されねばならないということが要求される。電子ビームによって誘導されたエッチングの例は、XeFによる二酸化ケイ素、すなわちSiOの除去である。このエッチングは電子ビーム及びXeF分子に同時に露出されてきた区域のみで生ずる。例えば、Ted Liang, A. Stivers, G. Liu, G. Dao, V. Liberman, M. Rothschild, S.T. Palmacci and L. Scipioni による非特許文献3「Damage-free Mask Repair Using Electron Beam Induced Chemical Reactions」を参照されたい。
【0014】
【非特許文献3】
2nd Int’l. Symp. on 157nm Lithography, Dana Point, CA (May 2001)
【0015】
半導体産業は、紫外線光波長以下の構造を備える新しい回路およびマスクに対するフォトマスク補償及び回路転写工程における非常に高い解像度及び材料エッチング精度を実現する上で、そのような構造を補償するために新しい技術を用いる必要がある。
【0016】
したがって、この発明の目的は、引用された欠点を克服するように、表面に集束された電子ビームによって誘導された化学反応を用いて材料の表面をエッチングするための方法を改善すること、及び高空間分解能で材料を局所的に除去するための方法を提出することにある。
【0017】
特に本発明の目的は、時にはたった数10nmの厚さしかない金属及び絶縁体の層を混合せずに多層構造をエッチングすることにある。
【0018】
この目的は、請求項1の前段部分の構成要素と結合した、請求項1に規定されたような特徴的な構成要素によって達成される。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の下には、集束された電子ビーム、分子ビーム、及び光子ビームの組み合わせが高空間分解能と化学反応のための所望の活性化エネルギーとを提供することで、除去され得る反応生成物を形成するという理解が横たわっている。これにより、前記反応のみが、前記電子ビームによって露出されかつ化学的に又は物理的に変異された区域で起こる。
【0020】
本発明によれば、方法は次のステップを備えている。
【0021】
エッチングすべき材料を真空雰囲気で、少なくとも一つの分子ビーム、少なくとも一つの光子ビーム、及び少なくとも一つの電子ビームを用いて照射し、照射された材料と前記分子ビームの分子とを、前記材料及び前記分子の組成による所定の化学反応が起こって反応生成物が形成されるように励起し、前記反応生成物を前記材料の表面から除去する。これは照射及び除去ステップである。
【0022】
特に、エッチングすべき前記材料と前記分子ビームの気体との間の前記化学反応は、電子ビーム露光によって選択的に誘導された少なくとも一つの基本的な化学反応又は少なくとも一つの基本的な物理反応からなる。さらに、反応シーケンスにおける少なくとも一つの基本的な化学反応又は少なくとも一つの基本的な物理反応は、該化学反応を誘導して前記照射及び除去ステップで前記反応生成物を得るために、適切に指定されたエネルギー及び持続時間を有する前記光子ビームによって誘導されるか又は高められる。
【0023】
一方で、前記光子ビームによって供給されたエネルギーは、特にレーザの強度及び波長によって制御されたような所定量だけ、局所的にかつ一時的にエッチングすべき前記材料の表面温度を上昇させるために、光熱とすることができる。
【0024】
他方で、前記光子ビームによって供給されたエネルギーは光化学反応を引き起こすことができ、特にこれによってレーザ光の波長が、前記材料で、又は先立つ電子ビーム露光によって生成された中間化学種内で、共鳴電子励起を引き起こす波長に調整される。
【0025】
特に、光子ビームによって誘導された前記基本的な反応は、反応生成物の蒸発温度よりも高い温度まで局所的に材料を加熱する、前記パルス化されかつ集束された光子ビームによって表面から反応生成物を蒸発させることができる。
【0026】
前記光子ビームは、赤外から可視、すなわち2000nmから250nmの波長を有する半導体ダイオードレーザのような連続レーザ源か、あるいは2000nmから157nmの波長を有するエキシマレーザ又はイオンレーザのようなパルスレーザ装置によって供給する。
【0027】
特に、前記照射及び除去ステップで、前記分子ビームに由来する反応相手分子に吸着サイトの密度分布を生成するために、0.1〜1000nmのスポットサイズを有する集束された走査電子ビーム装置により前記電子ビームを供給する。
【0028】
一つ又は複数のガスからなる前記分子ビームは、前記照射及び除去ステップの間、ガス供給装置から化学量論の組成で材料の表面へ供給することができる。
【0029】
本発明の一実施形態のよれば、最初はエッチングすべき材料の表面を洗浄する。これは洗浄ステップである。
【0030】
好適には、前記洗浄ステップは、表面層を覆っている不純物、酸化物、又は他の材料を除去するために化学反応によって達成する。一方で、前記表面層を覆っている材料が炭素不純物によって形成されている場合、さらなる反応生成物を形成する前記化学反応は、励起された酸素及び/又はハロゲン原子を解放して前記表面層の炭素と反応する水、過酸化水素、塩素、又は他のハロゲン化合物を含む付加的な分子ビームにより開始する。
【0031】
さらに又はあるいは、前記洗浄ステップは、前記表面をさらなる反応生成物の蒸発温度よりも高い温度まで加熱するために十分なエネルギー密度を有する集束された光子ビームを用いて洗浄すべき区域の表面を加熱し、次いで蒸発させることによって達成する。
【0032】
本発明の一実施形態によれば、前記分子ビームは異なる前駆気体を含む。
【0033】
好適には、前記ガス供給装置は、0.1〜10000モノレイヤー/秒の流速を有する複噴射装置により形成されている。
【0034】
例えば、前記ガス供給装置によって供給された少なくとも一つの前記前駆気体は、自発的に又は光子ビームに露出されたときに反応しないが、前記電子ビームによって活性化され得る分子からなる。
【0035】
その上、前記前駆気体はハロゲンを含むことができ、解離電子付着として知られているプロセスで前記電子ビームに露出されたとき、前記ハロゲンを解放する。
【0036】
本発明の一実施形態によれば、前記分子ビーム、前記光子ビーム、及び前記電子ビームを、所定の供給時間と様々な露光の間の遅延とを用いて同期されかつ適時に制御された状態で、同時に供給するか又は続けて供給する。
【0037】
前記ビームを続けて供給する場合には、露光のサイクルを、所望のエッチング深さに達するまで繰り返す。繰り返すループの時間は、次の露出シーケンスを開始する前に所定のタイムラグを生成するのに必要な適時のシーケンスにおいて隣接する又は他のピクセルを露出することによって、又は所定の時間電子ビームをオフにする、例えばビームブランキングをすることによって制御することができる。
【0038】
この結合関係には、次の可能性がある。
【0039】
一つは、まず所定線量の前記分子ビーム(A)を供給し、次いで前記電子ビームにより露光し、次いで所定線量の前記分子ビーム(B)を供給することである。
【0040】
もう一つは、まず所定線量の前記分子ビーム(A)を供給し、次いで所定の持続時間、強度、及び波長の前記光子ビームのパルスを供給し、次いで所定線量の前記分子ビーム(B)を供給することである。
【0041】
本発明の一実施形態によれば、エッチングすべき前記材料はクロムであり、かつ前記分子ビームは、XeF,Cl,Br,又はIのようなハロゲンを含むことができ、すなわちハロゲンビームを含むことができる。さらに、前記分子ビームは、O,HO,又はHのような酸素を含むことができ、すなわち酸素ビームを含むことができ、かつ前記ハロゲンビームに加えて用いられる。前記ハロゲン及び酸素を含むビームは同時に供給する。すなわち、もし続けて供給する場合には、前記分子ビーム(A)はハロゲンビームであり、かつ前記分子ビーム(B)は酸素ビームである、又は、前記分子ビーム(A)は酸素ビームであり、かつ前記分子ビーム(B)はハロゲンビームである。
【0042】
要するにこの発明は、除去すべき区域を画定するために集束された電子ビームを用いて高空間分解能で材料を除去する方法を述べたものである。材料は基板材料とハロゲンのような適切な前駆気体との間の反応によって除去される。反応の結果、表面から揮発性の化合物が脱着する。集束された電子ビームとレーザビームとの組み合わせが、前駆物質分子の吸着から始まって反応生成物の堆積で終わる反応シーケンスを開始するために用いられる。反応シーケンス内で電子ビームは、一つ又は複数の反応ステップを誘導する共に、プロセスの空間分解能を提供する。レーザビームは、電子ビームのみによっては活性化され得ない一つ又は複数の反応ステップに対して所望の活性化エネルギーを供給する。しかしながら、レーザビームによって誘導された反応は、電子ビームによって露出されかつ「活性化された」すなわち変異された区域でのみ起こる。
【0043】
本発明のさらなる利点及び特徴は、添付の図面を参照して次の実施形態の説明から明らかとなろう。
【0044】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る方法のための公知の分子ビーム供給装置を有するマスク修復装置(mask repair system)10の概略図を示し、以下にガス供給装置12と、公知の電子ビーム装置14と、公知の光子ビーム装置と、レーザビーム装置16と、分子ビーム、光子ビーム、及び電子ビームといったこれらビームを適時にトリガーして協働させるためのコンピュータ制御装置18と、が参照されている。
【0045】
ガス共有装置12は、ペルチェ冷却された液体又は固体前駆物質のための供給源20と、気体前駆物質の供給器22と、加圧空気24の供給器と、バルブ制御装置26と、圧力ゲージ28と、供給源20のための温度制御装置30とを備えている。バルブ制御装置26と圧力ゲージ28と温度ゲージとは、制御するためにCANオープンバス32を介してコンピュータ制御装置18へ接続されている。
【0046】
供給源20は、複数のノズル36を有する供給器34を介してノズル・マニホルド38へ接続されている。また、複数のノズル36を有する供給器22は、ノズル・マニホルド38へ接続されている。ノズル・マニホルド38は、各ノズルにエンドバルブ40を有する。ノズル36は、加圧空気と共に供給器22及び34内でバルブを操作するためのバルブ制御装置26と接続されている。
【0047】
電子ビーム装置14は電子ビーム制御ユニット42を備えている。
【0048】
レーザビーム装置16は、レーザ電力供給装置44とレーザユニット46とトリガーユニット72とを備えている。レーザユニットは、修復すべきマスク52上でレーザビーム50を偏向させるためにミラー48と協働する。あるいは、レーザビームは、真空チャンバ(不図示)内部の集束レンズ装置へ接続された光ファイバ装置を用いることによって、マスク上に向けられかつ集束され得る。
【0049】
電子ビーム制御ユニット42は、電流を測定するためのファラデーケージ54と、第2電子検出器56と、対応する制御ユニット68及び70と、ビーム偏向コイル76とビーム・ブランカ(beam blanker)とを備えている。
【0050】
以下に述べる本発明に係る方法を実施する環境チャンバ58が設けられている。本発明はまた、電子ビーム装置を用いることによっても達成する(なぞらえる)ことができる。電子ビーム装置は、機器製造業者によって供給されたような、様々な圧力又は環境真空圧力の制御装置を用いて高圧でサンプルチャンバを稼動することを可能にする。これらの装置はまた、電子ビームを稼動不能とすることなく、サンプルチャンバ内の圧力を15torrまで上昇させることができる。ガス供給装置12と電子ビーム装置14とレーザビーム装置16とは、環境チャンバ58内で稼動する。モータ付ステージ59で制御された干渉計がマスク52の位置を定めるために設けられている。
【0051】
コンピュータ制御装置18は、マスク修復装置10を制御するために4つの窓、すなわち複噴射窓60と電子ビーム窓62と修復制御窓64と顕微鏡窓66とを備えている。さらに、ビーム制御コンピュータ68が電子ビームユニット42を制御するために設けられている。したがって、電子ビームコンピュータユニット60が、電流を測定するためのファラデーケージに接続され、ビームコントロール70が、従来技術の電子ビームユニット42に接続されている。
【0052】
時間に依存した制御をするために、ビームコントロール70とレーザ電力供給装置44とに接続されたトリガー72が設けられている。
【0053】
さらに、レーザ干渉計ステージ制御ユニット74が、ステージ59とコンピュータ制御装置18とに接続されている。
【0054】
マスク修復装置10を用いた方法を以下に述べる。
【0055】
もっとも明るくかつ長時間安定している電子供給源と、熱電解放出陰極(thermal field emission cathode)とを用いた高分解能走査ビーム装置の電子ビームを使用する。適切に開発された電子光学装置は、100eVから40keV又はさらに200keVまでのエネルギーを有する2nmのスポット径に電子ビームの焦点に合わせることができる。ビームの交差路における電子の分布は、レンズ収差が低い、電子源のエネルギー幅が低い、かつビーム路が特殊化している、ある場合には(ビームのエネルギー幅が電子のクーロン相互作用によって拡がる場所で)交差路がないために、非常にシャープに規定されている。原理的には電子ビーム装置は、分解能及びエネルギー密度の点で、イオンビーム又は光子ビーム装置よりもほぼそれぞれの大きさのオーダーだけ、よりよい性能を発揮する。
【0056】
電子ビームは、エネルギー密度の点で大きさのオーダーだけイオンビームよりも優れている。しかしながら、電子の部材の原子への運動量移行が低いために、同一の作用に対してイオンよりもかなり多くの電子が必要とされる。通常イオンと比べて50〜250倍多くの電子が必要とされる。これはまた、電子よりもイオンの質量数の平方根の48倍遅い、遅いイオンの散乱断面積がかなり大きく、それ故に原子とより相互作用する結果でもある。さらに、プロセスにおける衝突のためのクーロン相互作用はイオンの核電荷の因子だけより強い。しかしながら、イオン衝突によって、プロセスにおいて一連の衝突が集中して生じ、これによってイオンの運動量がサンプルの深さ方向へ移行し、そこで材料に損傷を与える。イオン自身は、サンプルの表面付近の浅い領域に注入され、不純物として作用し、そして深紫外光子、特に157nmを吸収する。
【0057】
清潔かつ非破壊の方法は、化学物質の吸収を使用し、基板材料と反応させて固体、液体、又は気体の化合物を形成するために吸収された化学物質を活性化させ、反応生成物が液体又は固体である場合には、熱によって表面を化学物質の昇華又は蒸発温度よりも高い温度まで加熱する巧みに集束された高エネルギーレーザパルスを用いて、これらの分子を表面から追い払うことである。
【0058】
本発明に係る方法は、独国特許発明第10042098号明細書及び国際公開第/0219575号パンフレットに述べられているような、ガスフラックス・スイッチング容量の大きいガス供給装置12を使用する。これらの文書は、本発明と関連してこの明細書の開示内容の一部をなす。これによって部材の表面に前駆物質の単一の単分子層を堆積させることが可能となる。適切に規定されたドウェルタイム及び電流密度を用いて部材の表面にパターンを形成するために、走査電子顕微鏡又はリソグラフィ装置のような走査電子ビーム装置が必要とされる。
【0059】
付加的なナノリソグラフィの方法は、H.W.P. Koops, J. Kertz, M. Rodolph, M. Weber, G. Dahm, and K. Lee の文献「Characterization and application of materials grown by electron beam induced deposition」, Jpn. J. Appl. Phys Vol. 33 (1994) 7099-7107. に記載されている。この文献は、本発明と関連してこの明細書の開示内容の一部をなす。
【0060】
電子ビームは潜在的に、反応性の高い分子、例えばハロゲンを標的となる物質上に化学的に吸着させることができるか、又は電子ビームによって誘導された活性の下でいくつかの他の方法により化学組成を変えることができる。その一方で、電子ビームに露出されていない区域では化学吸着又は組成の変更は起こらない。
【0061】
いかなる場合でも、局所的な電子ビーム露光によって、露出された区域がある化学的に活性化された状態となり、レーザビームによって選択的に誘導された場合には、例えば光熱又は光化学活性によって、これらの区域がさらに反応して標的となる材料のエッチングプロセスを引き起こすという効果がもたらされるであろう(図2参照)。活性化エネルギーを与え、かつ電子ビームによって露出されない区域での自発的な反応を防止するために、レーザ波長及び光強度を、電子ビームによって変異された区域内でのみ選択的に反応を引き起こすように調整する必要があろう。レーザ光は、プロセス全体を通して照射され得るか、又は電子ビーム露光サイクルが終了した後に照射され得る。
【0062】
本発明に係る方法の新しい特徴の一つは、電子ビームによって誘導された反応が起こる前又は後に、吸着された化学物質の基板表面との化学反応を誘導するためにスイッチがオンにされる、パルス化されたレーザ光子ビームを適時に結合させることである。この連動には、サンプルに対して特殊化したトリガーと光のレーザパルス放出とが要求される。
【0063】
この「層ごとのエッチング」という構成において、電子ビームは、表面で一単分子層又は数単分子層の化学的変異を引き起こすだけ十分に長い区域に亘って走査されるか又はラスタされたい。次いで短いレーザパルスが、この変異した層を、例えば熱的に、又は変異した層に存在するのみである分子の電子励起を引き起こすことによって光化学的に、選択的に脱着させるであろう。熱的な脱着は、文献ではレーザ誘導・熱脱着(laser induced thermal desorption)として知られている。次いで材料が所望の深さに除去されるまで、電子ビーム露光及びレーザパルスのサイクルを繰り返す(図3参照)。
【0064】
この発明で使用された実施可能なイベント及びアクションは、表1に列挙されている。以下において、この発明の概念は例として、フォトリソグラフィック・マスクに一般的に使用された吸収材料であるクロムのエッチングを用いて図示されている。しかしながら、記述された方法は、記述されたステップの性質及び順序を含み、使用された化学物質は図示の目的のみのためであり、かつこの発明の範囲をこの特定の方法に限定するものではないということを理解されたい。
【0065】
エッチングプロセスを開始する前に、表面を加熱するために短いレーザパルスを照射することによってクロム表面を洗浄する。あるいは、又はレーザパルスと組み合わせて、有機不純物から表面を洗浄するために適切なガス例えば水蒸気と、電子ビーム露光とを用いることができる。
【0066】
エッチングサイクルの第1のステップでは、表面はハロゲンのような適切な前駆気体に、単独で又は酸素もしくは水蒸気と組み合わせて、露出される。一つ以上の気体、例えばCl及びOが必要な場合には、これらの気体は同時に又は別々に、正確に制御された順序及び持続時間で供給することができる。
【0067】
第2のステップでは、除去すべき区域を電子ビームに露出し、これによって吸着された前駆気体とクロム基板との間の反応が引き起こされる。
【0068】
あるいは、ステップ1で単一のハロゲンを供給する代わりに、フルオロカーボン又はクロロカーボンのような非反応性ガスを用いることができる。これらの化合物は、解離電子付着として知られているプロセスにより、電子ビーム露光の下で分解し、これによってハロゲンが解放されることが知られている。このプロセスは電子によってのみ選択的に誘導されるので、解放されたハロゲンを、電子ビームによって露出された区域のみで標的とする材料上に吸着させることができる。
【0069】
第3のステップでは、反応生成物、例えば不揮発性のオキシ塩化クロムを、レーザビームで表面を加熱することによって脱着させる。あるエッチング化学に対しては、反応生成物の脱着温度よりも高い温度に局所的に上昇させるために、プロセス全体に亘ってレーザ光を照射する。しかしながら、電子ビーム露光サイクルの最後では、短いレーザパルスを適用することが好ましい。この「層ごとのエッチング」という構成において、電子ビームは、表面で一単分子層又は数単分子層の化学的な変異を起こすだけ十分に長い区域に亘ってラスタされたい。次いで短いレーザパルスがこの変異した層を、例えば熱的に、又は変異した層に存在するのみである分子の電子励起を引き起こすことによって光化学的に、選択的に脱着するであろう。熱的な脱着は、文献ではレーザ誘導・熱脱着として知られている。次いで材料が所望の深さまで除去されるまで、前駆気体吸着、電子ビーム露光、及びレーザパルスのサイクルを繰り返す。
【0070】
金属をエッチングするときには化学的な選択性があるが石英基板をエッチングするときには化学的な選択性がない場合には、エッチングの終点は化学的に決定される。この場合、材料の除去は、ひとたび石英表面に到達すれば停止される。この終点はまた、変化している第2電子又はエッチングされた箇所で後方散乱した電子放出によって検出することができる。あるいは、脱着及び蒸発は適切に定められた時間間隔で起こるので、脱着された単分子層の材料はエッチングプロセスの間、DC質量分光計又はロック・イン法(lock in method)を用いてモニタすることができる。エッチングプロセスの終点の検出はまた分光学的に、基板から放射された光と、電子によって及び/又はレーザビームにより誘導されたルミネッセンスによって生成された化学的な反応生成物とを評価することによっても行うことができる。
【0071】
表1はエッチング方法の概略的なステップを示す。
【表1】
Figure 0004481592
【0072】
要するにこの発明は、電子ビーム露光のみでは完全な反応シーケンスを誘導するのに十分でない箇所で材料をエッチングするよう意図されている。これらの場合、電子ビーム露光によって活性化され得る一つ又は複数の初歩的な反応ステップに加えて、室温では十分な速度で進行しない一つ又は複数の反応ステップが設けられているということが想定されている。この場合、さらなる活性化エネルギーを与えるために、好ましくはレーザ源からの光子ビームが用いられる。光子と材料との間の相互作用は、光熱、例えば基板の局所的な加熱とするか、又は光化学、例えば中間反応生成物を活性化するために共鳴電子遷移を誘導する光子ビームとすることができる。
【0073】
集束された電子ビームの書き込みによって与えられる所望の空間分解を維持するために、反応シーケンスにおける少なくとも一つのステップは電子ビームによって活性化される必要がある。電子ビーム露光には、露出された区域がある化学的に活性化された状態にあり、レーザビームによって選択的に誘導された場合に、これらの区域はさらに変異して標的とする材料のエッチングプロセスを引き起こす、という効果がある。活性化エネルギーを与え、かつ電子ビームに露出されていない区域での自発的な反応を防止するために、レーザ波長及び光強度を、電子ビームによって変異された区域内のみで選択的に反応が起こるように調整する必要があろう。
【0074】
本発明の好ましい実施形態において、電子ビーム及び光子ビーム露光と一つ又は複数の分子ビームへの露光とは、同時であるか、又は所定の露光時間と様々な露光の間の遅延とを用いて制御された順序とすることができる(図3参照)。この融通性があることによって、エッチングすべき材料と前駆化学物質との特定の要求に本方法を適応させることができる。エッチングプロセスに含まれているであろういくつかのステップは、上述の表1に列挙されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るマスク修復装置の概略図である。
【図2】 本方法の主なステップ、すなわち照射及び除去ステップを示す概略図である。
【図3】 本発明に係る電子、光子、及び分子の連続ビームを示す概略図である。
【符号の説明】
10 マーク修復装置
12 分子ビーム装置/ガス供給装置
14 電子ビーム装置
16 光子ビーム装置/レーザビーム装置
18 コンピュータ制御装置
20 液体又は固体前駆物質のための供給源
22 気体前駆物質の供給器
24 加圧空気の供給器
26 バルブコントロール
28 圧力ゲージ
30 温度制御
32 CANオープンバス
34 供給器
36 ノズル
38 マニホルドノズル
40 エンドバルブ
42 電子ビームユニット
44 レーザ電力供給装置
46 レーザユニット
48 ミラー
50 レーザビーム
52 修復すべきマスク
54 ファラデーケージ
56 第2電子検出器
58 環境チャンバ
59 制御モータ付ステージ干渉計
60 複噴射窓
62 電子ビーム窓
64 修復制御窓
66 マイクロスコープ窓
68 ビーム制御コンピュータ
70 ビームコントロール
72 トリガー
74 レーザ干渉計ステージ制御
76 電子ビーム検出器コイル及びビーム・ブランカ

Claims (22)

  1. 表面に集束された電子ビームによって誘導された化学反応により材料の表面をエッチングする方法であって、エッチングすべき材料を真空雰囲気で、少なくとも一つの分子ビーム、少なくとも一つの光子ビーム、及び少なくとも一つの電子ビームを用いて照射し、照射された材料と前記分子ビームの分子とを、前記材料及び前記分子による所定の化学反応が起こって反応生成物が形成されるように励起し、前記反応生成物を、前記材料を局所的に前記反応生成物の蒸発温度よりも高い温度まで加熱するパルス化されかつ集束された前記光子ビームによって前記表面から蒸発させ、
    前記分子ビーム、前記光子ビーム、及び前記電子ビームは、所定の供給時間と前記各々のビームによる露光の間の遅延とを用いて制御された順序で供給されることを特徴とする方法。
  2. 表面に集束された電子ビームによって誘導された化学反応により材料の表面をエッチングする方法であって、エッチングすべき材料を真空雰囲気で、少なくとも一つの分子ビーム、少なくとも一つの光子ビーム、及び少なくとも一つの電子ビームを用いて照射し、照射された材料と前記分子ビームの分子とを、前記材料及び前記分子による所定の化学反応が起こって反応生成物が形成されるように前記電子ビームによって励起し、前記反応生成物が前記表面から蒸発するように前記光子ビームが反応生成物に光化学反応を起こさせ、
    前記分子ビーム、前記光子ビーム、及び前記電子ビームは、所定の供給時間と前記各々のビームによる露光の間の遅延とを用いて制御された順序で供給されることを特徴とする方法。
  3. 請求項1又は2記載の方法において、
    最初はエッチングすべき前記材料の前記表面を洗浄する、洗浄ステップを備えることを特徴とする方法。
  4. 請求項3記載の方法において、
    前記洗浄ステップは、表面層を覆っている不純物、酸化物、又は他の材料を除去するために化学反応によって達成することを特徴とする方法。
  5. 請求項4記載の方法において、
    前記表面層を覆っている材料が炭素不純物によって形成されている場合、さらなる反応生成物を形成する前記化学反応は、励起されたハロゲン原子を解放して前記表面層の炭素と反応する水、過酸化水素、塩素、又は他のハロゲン化合物を含む付加的な分子ビームにより開始することを特徴とする方法。
  6. 請求項3から5のうちいずれか一項に記載の方法において、
    前記洗浄ステップは、前記表面をさらなる反応生成物の蒸発温度よりも高い温度まで加熱するために十分なエネルギー密度を有する付加的な集束された光子ビームを用いて洗浄すべき区域の表面を加熱し、次いで蒸発させることによって達成することを特徴とする方法。
  7. 請求項1から6のうちいずれか一項に記載の方法において、
    前記照射及び除去ステップで、前記電子ビームを、前記分子ビームに由来する反応相手分子に吸着サイトの密度分布を生成するために、0.1〜1000nmのスポットサイズを有する集束された走査電子ビーム装置を用いて供給することを特徴とする方法。
  8. 請求項1から7のうちいずれか一項に記載の方法において、
    前記分子ビームの気体は、前記照射及び除去ステップで前記反応生成物を得る化学反応を誘導するために、適切に指定されたエネルギー及び持続時間を有する前記光子ビームによって励起することを特徴とする方法。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の方法において、
    前記光子ビームは、赤外から可視、すなわち2000nmから250nmの波長を有する連続レーザ源か、あるいは2000nmから157nmの波長を有するパルスレーザ装置によって供給することを特徴とする方法。
  10. 請求項9記載の方法において、
    前記光子ビームによって供給されたエネルギーは、特にレーザの強度及び波長によって制御されたような所定量だけ、局所的にかつ一時的にエッチングすべき前記材料の表面温度を上昇させるために、光熱であることを特徴とする方法。
  11. 請求項9又は10記載の方法において、
    前記光子ビームによって供給されたエネルギーは光化学反応を引き起こし、特にこれによってレーザ光の波長が、前記材料で、又は先立つ電子ビーム露光によって生成された中間化学種内で、共鳴電子励起を引き起こす波長に調整されることを特徴とする方法。
  12. 請求項1から11のうちいずれか一項に記載の方法において、
    前記分子ビームは、異なる前駆気体を含むことを特徴とする方法。
  13. 請求項8から12のうちいずれか一項に記載の方法において、
    前記ガス供給装置は、0.1〜10000モノレイヤー/秒の流速を有する複噴射装置により形成されていることを特徴とする方法。
  14. 請求項12又は13記載の方法において、
    前記除去ステップに必要でありかつ前記ガス供給装置によって供給された少なくとも一つの前記前駆気体は、自発的に又は前記光子ビームに露出されたときに反応しないが、前記電子ビームによって活性化され得る分子からなることを特徴とする方法。
  15. 請求項14記載の方法において、
    前記前駆気体はハロゲンを含み、解離電子付着として知られているプロセスで前記電子ビームに露出されたとき、前記ハロゲンを解放することを特徴とする方法。
  16. 請求項1から15のうちいずれか一項に記載の方法において、
    露光のサイクルを、所望のエッチング深さに達するまで繰り返すことを特徴とする方法。
  17. 請求項1から16のうちいずれか一項に記載の方法において、
    まず所定線量の前記分子ビーム(A)を供給し、次いで前記電子ビームにより露光し、次いで所定線量の前記分子ビーム(B)を供給することを特徴とする方法。
  18. 請求項1から16のうちいずれか一項に記載の方法において、
    まず所定線量の前記分子ビーム(A)を供給し、次いで所定の持続時間、強度、及び波長の前記光子ビームのパルスを供給し、次いで所定線量の前記分子ビーム(B)を供給することを特徴とする方法。
  19. 請求項1から18のうちいずれか一項に記載の方法において、エッチングすべき前記材料はクロムであり、かつ前記分子ビームは、XeF、Cl、Br、又はIを含む、すなわちハロゲンビームを含むことを特徴とする方法。
  20. 請求項19記載の方法において、前記分子ビームは、O、HO、又はHを含み、すなわち酸素ビームを含み、かつ前記ハロゲンビームに加えて用いられることを特徴とする方法。
  21. 請求項20記載の方法において、
    前記ハロゲン及び酸素を含むビームを同時に供給することを特徴とする方法。
  22. 請求項17から20のうちいずれか一項に記載の方法において、
    前記分子ビーム(A)はハロゲンビームであり、かつ前記分子ビーム(B)は酸素ビームである、又は前記分子ビーム(A)は酸素ビームであり、かつ前記分子ビーム(B)はハロゲンビームであることを特徴とする方法。
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