電子ビーム誘起エッチング方法
本発明は、物質（１００，２００）を電子ビーム誘起エッチングする方法に関し、本方法は、少なくとも１種類のエッチングガスを、物体（１００，２００）に電子ビームが衝突する位置と同じ位置において、物体（１００，２００）に供給する方法ステップ、および、同時に、少なくとも１種類のエッチングガスによる自発的エッチングを減速または抑制するようにした少なくとも１種類のパッシベーションガスを供給する方法ステップを含むものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム誘起エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチングプロセスは、産業面で、特に、半導体産業において、重要な役割を果たす。エッチングプロセスを用いて、ナノメータ範囲に至る微細構造を作成することができる。さらに、エッチングプロセスは、フォトリソグラフィマスクを修復する際に重要な機能を果たす。
【０００３】
半導体技術において微細構造を加工するためにエッチングプロセスを用いるが、集束イオンビームの衝突により行うエッチングプロセスは、従来より、ＦＩＢ（focused ion beam）の頭字語で知られる。例えば、ＦＩＢ技術は、特許文献１に開示される。ＦＩＢ技術の特に有利な点は、非常に平坦で非常に急勾配の側壁、すなわち、アスペクト比の高い構造を加工できることである。アスペクト比とは、ある構造における奥行または高さの、それぞれの横方向最小長さに対する比を示す。
【０００４】
ＦＩＢ技術で平坦な側壁を加工できる理由は、この技術において物質を除去する際、ある程度までは、エッチングではなく、集束イオンビームを用いるスパッタリングにより行うからである。しかしながら、ＦＩＢ技術にはいくつかの深刻なデメリットがある。イオンビームによるスパッタリング作用により、エッチング対象領域の外側にある物質も除去されてしまう。この影響は、特許文献２において、「河床侵食（river bedding）」効果として記載されている。一方、特許文献２にも開示されているように、エッチング対象の層の下の層にイオンが注入される（「汚染（staining）」）。その結果、この下層の特性の変化または損傷がそれぞれ生じる。さらに、スパッタした物質の大部分が試料または真空チャンバ内の他の箇所に蒸着する（「再蒸着」）。
【０００５】
イオンビームに替えて電子ビームを用いてエッチングプロセスを誘起する場合（電子ビーム誘起エッチング、ＥＢＩＥ）、特許文献２に記載されるように、物質はエッチングによってのみ排他的に除去される。ＦＩＢ技術において生じるスパッタリング箇所は、ＥＢＩＥにおいては発生しない。非特許文献１において、エッチングガスとして二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を用い、さらに、場合により、電子ビームを同時に用いて行うシリコンのエッチングが検証されている。電子ビームを用いることにより、シリコンにおけるエッチング速度は、エッチングガスＸｅＦ２のみを用いた場合と比較して、倍速となる。非特許文献２および非特許文献３においては、ＸｅＦ２を用いてシリコンをエッチングした場合、および、種々のガス類を用いて種々の物質をエッチングした場合における、粒子s線の衝突により原子スケールまたは分子スケールでそれぞれ生じるプロセスが検証されている。
【０００６】
非特許文献４の著者らは、一定時間が経過する毎にエッチングプロセスを中断することを繰り返し、窒化膜を逐次蒸着して、新たに生成された側壁を保護する、プラズマエッチングプロセスについて検証している。
【０００７】
特許文献３によれば、電子ビーム誘起エッチングを用いた際の横方向エッチング問題の解決法が開示される。このプロセスでは、上記において参照した非特許文献４と同様に、物質を約２μｍ除去した後エッチングプロセスを中断し、重合体（ポリマー）を形成する物質を蒸着して側壁を保護する。その後、所望のエッチング深さに達するまで、エッチングとパッシベーションを交互に行ってこのプロセスを継続する。
【０００８】
このようにエッチングプロセスとパッシベーションプロセスを段階的に行うことの本質的な欠点は、側壁にリップルが形成されることである。第１エッチングステップの間、新たに生成された側壁はまだ保護されていないため、側壁が横方向にエッチングされてしまう。続いて、パッシベーションステップを行うことにより、波形パッシベーション層が形成される。このパッシベーション層の層厚はその高さに応じて決まる。このようにパッシベーション層が形成されることにより、エッチングした側壁の勾配と平坦度が損なわれる。これは、特に、エッチング対象の構造の外形寸法が小さい場合、その後のプロセスステップにおいて問題となる。
【０００９】
用語「自発的エッチング」は、本願明細書において、電子ビームを物質上に衝突させずに、少なくとも１種類のエッチングガスを衝突させることにより物質をエッチングすることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，６３９，３０１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７５３，５３８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５０１，８９３号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S.MatsuiおよびK.Mori著「Direct writing onto Si by electron beam simulated etching」(Appl. Phys. Lett. 51(19), 1498(1987))
【非特許文献２】J.W. CoburnおよびH.F. Winters著「The etching of silicon with XeF2 vapour」(Appl. Phys. Lett. 34(1), 70 (1979))
【非特許文献３】J.W. CoburnおよびH.F. Winters著「Ion and electron-assisted gas-surface chemistry - An important effect in plasma etching」(J. Appl. Phys. 50(5), 3189 (1979))
【非特許文献４】K. Tsujimoto, S. Tachi, K. Ninomiya, K. Suzuki, S. Okudaira,およびS. Nishimatsu著「A New Side Wall Protection Technique in Microwave Plasma Etching Using a Chopping Method」(Conf. on Solid State Devices and Materials, 229-233, Tokyo 1986)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、したがって、上記の問題点に基づき、上記の欠点を少なくとも部分的に回避する電子ビーム誘起エッチング方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に一実施形態によれば、この問題は、請求項１に記載の方法により解決される。一実施形態において、物質の電子ビーム誘起エッチング方法は、少なくとも１種類のエッチングガスを、物体（１００，２００）上の、電子ビームが衝突する位置に供給するステップ、および、同時に、少なくとも１種類のエッチングガスによる自発的エッチングを減速または抑制するようにした少なくとも１種類のパッシベーションガスを供給するステップ、を含むものである。
【００１４】
驚くべきことに、電子ビーム誘起エッチングにおいて、パッシベーションガスをエッチングガスに添加することにより、自発的エッチングを効果的に抑制できることが分かった。このため、特許文献３において教示されるようなパッシベーション膜を側壁に連続形成するためにエッチングプロセスを中断する必要はなくなり、よって本発明による方法は、より容易に、したがってより安価に実施することができる。ただし、本発明による方法の特に有利な点は、側壁にパッシベーション層を蒸着せずとも側壁の自発的エッチングを効果的に抑制することができることである。したがって、本発明による方法によれば、非常に平坦な側壁を形成することができる。
【００１５】
特に、パッシベーションガスを同時に供給することにより、種々のエッチング対象物質に応じてエッチングガスとパッシベーションガスとの分圧比を個々に調整して、種々のエッチング対象物質の自発的エッチングを抑制することができる。
【００１６】
本発明による方法の好ましい実施形態において、エッチングガスとして二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を用いる。しかしながら、その他の種類のエッチングガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、臭素（Ｂｒ２）、およびヨウ素（Ｉ２）等のその他のハロゲン族元素、または、別のハロゲン化合物を用いることも考えられる。
【００１７】
本発明による方法の特に好ましい実施形態において、パッシベーションガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を用いる。しかしながら、本発明による方法は、パッシベーションガスとしてＮＨ３を用いることに限定されない。例えば、窒素（Ｎ２）、酸素（О２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、および／またはメタン（ＣＨ４）等の異なるパッシベーション物質等を用いることが考えられる。
【００１８】
シリコンをエッチングする際には、ガス流量を０．２５ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）とすることで、特に良好な結果が得られる。
【００１９】
本発明による方法の特に好ましい実施形態において、エッチング対象の物質は複数の層を含み、本発明による方法は、少なくとも１つの第１層と少なくとも１つの第２層との間の層境界に到達したかを判定するプロセスステップ、および、少なくとも第２層における横方向エッチングを減速または抑制するようにパッシベーションガスの供給を行うプロセスステップ、を有する。
【００２０】
本実施形態によれば、種々の物質を含む互いに重なり合う複数の層にわたりエッチングする際に、パッシベーションガスのガス流量を調整して、個々の層を電子ビーム誘起エッチングする間に、各層の横方向エッチングを減速または抑制することができる。したがって、本発明による方法によれば、種々の物質を含む複数の層にわたり、ＥＢＩＥプロセスを中断することなく、高アスペクト比を有する微細構造を加工することが可能となる。したがって、半導体素子のいわゆる「回路編集」が可能となる。すなわち、デバイスの各導電路を正確に切断または互いに接続することにより、微細な電気的構造を連続して直接加工修正することが可能となる。
【００２１】
好ましい実施形態において、分析信号を測定することにより、層境界に到達したかどうかを判定する。一実施形態において、分析信号を測定することは、現在エッチングしている表面から発生する二次イオンを検出することを含む。分析信号の取得には、既知の表面分析法を用いることができ、例えば、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、または、質量分光測定法等を用いることができる。この場合、画像化分析法を用いることも考えられる。たとえば、電子ビーム顕微鏡法、走査トンネル顕微鏡法、原子間力顕微鏡法等を用いることができ、またはこれらの方法を組み合わせて用いることができる。
【００２２】
さらなる好ましい実施形態において、エッチング時間を測定することにより層境界に到達したかどうかを判定する。別の測定においては、多層系における個々の層の厚さおよび組成があらかじめ分かっている場合、エッチングガスおよびパッシベーションガスに応じた種々の物質のエッチング速度を測定することができる。そして、この情報を用いて、エッチング時間に基づいて層境界にいつ到達するかを求めることができる。これら２つのその他の選択可能な方法、すなわち、分析信号の測定およびエッチング時間の測定は、組み合わせて用いることもできることは明らかである。
【００２３】
本発明による方法のさらなる実施形態は、特許請求の範囲におけるさらなる従属項において定義される。
【００２４】
以下の発明の詳細な説明において、本発明の現下における好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１態様による方法であって、真空チャンバ内の物質に、エッチングガス、パッシベーションガス、および集束電子ビームを同時に衝突させることによりエッチングする方法の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の第１態様による方法によりシリコンにエッチングしたビアの拡大概略断面図である。
【図３】本発明の第２態様による方法であって、図１に示す真空チャンバ内に、電子ビームからの後方散乱電子または電子ビームから放出される二次電子を検出する検出器を追加的に配置し、エッチング対象の物質は複数の層を含んでなる（多層系）、本発明の第２態様による方法を示す概略図である。
【図４】本発明の第２態様による方法によりエッチングを行った後の、複数の層を有する物質の拡大概略図である。
【図５】従来の方法でエッチングを行った際の図４に示すビアの概略断面図である。
【図６】本発明による方法でエッチングを行った際の図４に示すビアの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明による方法および本発明による装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１に概略的に示すように、エッチング対象のシリコン層１００を真空チャンバ１０内の標本ホルダ２０上に配置する。真空チャンバ１０は、例えば、電子ビーム装置３０の真空チャンバであり、電子ビーム装置３０は、例えば、本発明による方法に適合した電子顕微鏡である。
【００２８】
図１に概略的に示す本発明の好ましい実施形態において、注入口４０すなわち注入口ノズル４０を介して、ＸｅＦ２を真空チャンバ１０内に導入する。ＸｅＦ２に加え、例えば、Ｃｌ２，Ｂｒ２、およびＩ２等のその他のハロゲン族元素、または、例えば、ＳＦ６等のハロゲン化合物を導入することも可能である。本発明による方法は、ハロゲン化合物を用いることに限定されない。考えられうるその他のエッチングガスとしては、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、またはその他の強酸化物質が挙げられる。本発明による方法においては、また、２種類以上のエッチングガスを同時に用いることもできる。さらに、エッチングガスの混合比はエッチングプロセス中に変更することができる。
【００２９】
図１に示す実施形態において、注入口５０を介してパッシベーションガスとしてＮＨ３を真空チャンバ１０内に導入する。ＮＨ３に加え、Ｈ２、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＣｌ４および／またはＣＨ４をエッチングガスとして用いることができる。エッチング対象の物質表面で吸着位置となりうる位置（すなわち、各側壁および底部領域）を充満し、これらの吸着位置のエッチングガスを置き換えることのできる材料は、すべてパッシベーションガスとして考えられる。パッシベーションガスは、２種類または数種類のガスまたは物質によりそれぞれ生成することができ、その混合比はエッチングプロセス中に変更することができる。
【００３０】
ＸｅＦ２およびＮＨ３は、適切な投入弁（図１には図示せず）を介して、エッチング対象のシリコン層１００の領域に、対応する注入口４０，５０を経由して送り込まれる。ＸｅＦ２およびＮＨ３の２種類のガスを、別々の投入弁を介して導入し、共通の注入口（図１には図示せず）を用いて導入することも可能である。エッチング対象の表面に向けたガス注入口に代えて、エッチングガスおよび／またはパッシベーションガスを、真空チャンバ１０内において、エッチング対象の表面に向けることなく導入することもできる。
【００３１】
ＸｅＦ２およびＮＨ３の投入量は、時間に依存しないものとすることができる。また、これらのガスのうちの両方および／または一方のガスの投入量を、エッチングプロセス中に、経時変化（「チョッピング」）させることも可能である。
【００３２】
エッチングガスとパッシベーションガスの正確な投入量の比は、真空チャンバの形状、使用した真空ポンプのポンプ力、および１つまたは複数のガス注入口４０または５０の幾何学的配置にそれぞれ著しく依存する。通常、２種類のガスの分圧または各ガスの流量を調整して、パッシベーションガスの分圧がエッチングガスの分圧よりも低くなるようにする。
【００３３】
エッチングガスとパッシベーションガスの混合比に加え、電子ビームは、ＥＢＩＥプロセスにおいて、中心的な役割を果たす。本発明による方法において、好ましくは、エッチングする材料に応じて、０．１ｋｅＶから３０ｋｅＶの間の電子エネルギーを用いる。エッチングプロセスにおいて、電子ビームのエネルギーは、本発明による方法を最適化するためのパラメータと想定される。エッチングプロセスを特徴付けるその他のパラメータとしては、物質表面に衝突する電子の単位時間当たりの数を決める電子電流の値がある。図２に示すエッチングプロファイルにおいて、電子電流の強度は、５０ｐＡ〜２００ｐＡの範囲である。
【００３４】
物質表面において発生する過程を最適に支援するため、電子ビームをエッチング対象の物質上にわたり繰り返し段階的に伝送する。この電子ビームが前回の処理位置に戻るまでの時間（「リフレッシュ時間」）は、好ましくは、エッチング面のこの位置に、反応に必要な新しい分子を注入口４０および５０から再度十分に供給することができるように、調整する。ドウェル時間とは、電子ビームが個々の位置に滞留する時間を指す。一般的な過程において、ドウェル時間は、数１０ナノ秒、例えば、５０ナノ秒であり、リフレッシュ時間は、数ミリ秒の範囲、例えば、２ミリ秒である。さらに、処理対象領域の大きさによっては、電子ビームの電流量および連続する画素の距離を変化させることが有用である場合がある。エッチング対象領域が小さい場合、電流量は、例えば、５０ｐＡの範囲とし、電子ビームの画素距離を、例えば、２ｎｍとする。一方、領域が大きい場合は、例えば、電流量が２００ｐＡの範囲であり画素距離が約４ｎｍの電子ビームで処理する。
【００３５】
エッチング反応を開始するには、好ましくは、集束電子ビームを単独で用いる。しかしながら、追加または代案として、その他のエネルギー伝達機構（例えば、集束レーザビームおよび／または非集束イオンビーム）を用いることもできる。
【００３６】
エッチングガスの自発的エッチング速度の値は、基本的に、エッチング対象の物質に依存する。このことは、例えば、深トレンチをエッチングする際、自発的エッチングがエッチング対象の構造に及ぼす効果は、エッチング対象の物質に依存する可能性があることを意味する。
【００３７】
本発明による方法は、エッチング対象の物質を制限しない。例えば、金属類、半導体類、および／またはアイソレータ類等の材料をエッチングすることができる。同様に、別の種類の物質を組み合わせた物質も、本発明のエッチング方法により除去することができる。異なる物質、特に、種類の異なる物質は、特定のエッチングガスに対して、異なる自発的エッチング速度を呈する。したがって、各物質について、パッシベーションガスとエッチングガスとのガス流量比を個別に調整する必要がある。金属製の導電層をエッチングする際は、パッシベーションガスにより金属が減損する可能性があるため、特定のパッシベーションガス類の供給を遮断することが有用である。
【００３８】
本発明の第１の態様による方法について、まず、シリコン層のエッチングを例に説明する。図２に、本発明による方法によりシリコンにエッチングしたビア、すなわち、アクセスホールを示す。上記に参照した非特許文献１から既に明らかなように、電子衝突なしに、ＸｅＦ２ガスによりシリコンをエッチング速度７ｎｍ／ｍｉｎで直接エッチングする。このことは、電子放射により誘起されたエッチング速度に対する自発的エッチング速度の比は、シリコンの場合、１：１であることを示し、すなわち、シリコンはエッチングガスＸｅＦ２のみにより自発的に除去することができ、したがって、高エッチング速度で等方的に除去することができることを意味する。したがって、シリコンは、本発明による方法の利点を実証するのによく適した物質である。
【００３９】
図２に示すビアにおいて、シリコン物質１００は数層にわたり除去されており、連続層において領域は小さくなる。この処理において、上記のように、電子ビームのパラメータは可変である。処理対象領域の大きさによって、および、処理対象の物質によって、さらに、エッチングガスとパッシベーションガスとの混合比を調整する必要がある場合がある。例えば、シリコンは、混合比が１：１のエッチングガスとパッシベーションガスにより、０．２５ｓｃｃｍのガス流量でエッチングすることができる。異なる物質の場合、例えば、図４および図６に示すビアをエッチングする場合、パッシベーションガスの比を減少させた異なる混合比が好ましく、例えば、パッシベーションガスのガス流量を約０．１ｓｃｃｍ、およびエッチングガスのガス流量を約０．５ｓｃｃｍとして、混合比を１：５とする。図２に示す平坦で急勾配の側壁により明らかなように、本発明による方法によれば、電子ビームにより誘起されるエッチング速度と同程度の高速の自発的エッチング速度を効果的に抑制することができる。このため、電子ビームが存在しない箇所において、エッチングガスＸｅＦ２によるシリコンの自発的な除去が回避される。
【００４０】
パッシベーションガスは、横方向における自発的エッチングを抑制するだけでなく、電子ビーム方向、すなわち、図１における鉛直方向における自発的エッチングの影響を少なくとも部分的に抑制する。したがって、鉛直方向におけるエッチング速度を減少することができ、特に、エッチングガスのガス流量の範囲内にあるパッシベーションガスのガス流量を減少することができる。しかしながら、本発明による方法をシリコン１００に適用した場合も、本発明を経済的に適用するのに十分なエッチング速度でのエッチングは可能であり、シリコン１００において数μｍ３の体積を除去することができる。
【００４１】
図３に、本発明による方法および本発明による装置の実施形態の第２の態様を示す。図３においては、図１と比較して、２つの本質的な変更点を示す。一つは、標本ホルダ２０上に配置した物質が複数の層を有する多層系２００である点であり、もう一つは、真空チャンバ１０内に検出器６０を配置して電子ビームから後方散乱した電子および電子ビームから放出した二次電子を検出する点である。検出器６０からの信号に基づき、現在エッチングしている層の物質組成の変化を、次の層と比較して、検出することができる。このため、検出器６０の信号を測定することにより、多層系２００において第１層が除去されたことが確認され、第２層を除去するエッチングプロセスを開始することができる。すなわち、検出器６０の信号により、エッチングプロセスが層境界に達したことを確認することができる。図２についての説明において既に述べたように、エッチング対象の各物質に対して、個々に、パッシベーションガスとエッチングガスとのガス流量比を特定する必要がある。供給されたパッシベーションガスのガス流量が、全体のガス流量に対して、小さすぎる場合、この層における自発的エッチングが完全に抑制されず、側壁が除去されてしまうのを完全に防ぐことができない。一方、パッシベーションガスのエッチングガスに対するガス流量比が、エッチング対象の層に対して高すぎると、鉛直方向のエッチング速度が必要以上に減少する。極端な場合には、この層においてエッチングプロセスを行うことがもはや不可能となる。第１層２１０と第２層２２０との間の層境界部に達する際に第２層２２０の物質組成における変化を、例えば、図３に示す検出器を用いて、検出することにより、これからエッチングしようとする第２層２２０に対する２種類のガス、すなわち、ＮＨ３およびＸｅＦ２のガス流量比を調整することが可能となる。したがって、第２層２２０における自発的エッチングを抑制するための特定の要件を満たすことができる。検出器６０の信号により、さらなる層境界に達したかどうかも知ることができる。したがって、任意の多層系２００について、パッシベーションガスとエッチングガスとのガス流量比を、個々の層２１０〜２８０に対して、それぞれ最適化することができる。
【００４２】
図４に、多層系２００の複数の層２１０〜２６０を貫通して金属製の導電接続２７０に至るまで、ビア３００をエッチングする方法を概略的に示す。ここで、ＮＨ３とＸｅＦ２のガス流量比を、新たにエッチングしようとする層の層境界において調整する。最上層２１０は誘電層であり、ＸｅＦ２により自発的エッチングされない絶縁物質の多くと同様のものである。したがって、層２１０は、ＮＨ３を供給せずに除去する。層２２０，２３０，２４０，および２５０は種々の組成および厚さを有する半導体層である。エッチングプロセスにより層２１０が除去されると、すなわち、エッチングの前線が層２１０と層２２０との間の層境界部に達すると、このことは検出器６０の信号により直接確認される。層２２０の物質組成も、検出器６０の信号により判定することができる。ここで、ＮＨ３の投入弁を開放するが、結果として得られるＮＨ３のガス流量が層２２０における自発的エッチングを抑制することができるものとなる程度に、投入弁を開放する。既に上述したように、本発明による方法を実施するに当たり、好ましくは、パッシベーションガスのガス流量を０．１ｓｃｃｍの範囲とし、エッチングガスのガス流量が０．５ｓｃｃｍの範囲として、混合比を約１：５とする。
【００４３】
図４に示す例において、半導体層２３０，２４０，および２５０を含む次の多層系を、層２２０に対する、ＮＨ３のＸｅＦ２に対するガス流量比と同じ流量比でエッチングする。しかしながら、以上に述べたように、本方法によれば、各層２３０，２４０，および２５０に対して、ＮＨ３のガス流量比を個別に調整することができる。
【００４４】
金属製の導電層２６０の周囲の障壁層２６０は、層２１０と同様に、ＸｅＦ２により自発的エッチングされない物質で構成する。したがって、検出器６０の信号に基づき、エッチングの前線が層２５０と層２６０との間の層境界に達したことを検出した後、ＮＨ３の投入弁を閉鎖する。金属製の導電層２８０の銅表面は、ＮＨ３との接触により損傷する可能性があるため、パッシベーションガスを真空チャンバ１０からポンプで排出する。層２６０は、誘電層２１０の除去と同様に、電子ビームを衝突させ、エッチングガスにより除去する。金属製の導電層２７０も、エッチングガスおよび電子ビームを同時に衝突させることにより断線する。連続した層２１０〜２７０を有する多層システム２００は、半導体基板２８０上に配設する。
【００４５】
エッチング可能な最小領域は、電子ビームの直径に応じて決まる。電子流のビーム径は調節可能であり、特に、電子ビームは非常に正確に集束することができる（直径＜４ｎｍ）。したがって、エッチング対象領域、すなわち、電子ビームにより照射する領域は、非常に狭く選択することができる。したがって、本発明による自発的エッチングを抑制する方法により、高アスペクト比で平坦な側壁を有する非常に微細な構造を作製できる可能性が広がる。
【００４６】
図５および図６において、同様に、本発明による方法の本質的な利点を明示する。図５は、従来の方法を用いて、連続層にわたりエッチングしたビア３００を拡大して示す断面図である。一方の半導体層２１０，２３０，２４０，および２５０および他方のアイソレーション層２２０および２６０におけるエッチング速度が異なるため、層２２０において隘路が生じ、その上層２１０および下層２３０においてビアが拡張する。図６においては、本発明による方法を用いて、ビア３００を図４の連続層２１０から２１０にかけてエッチングした。ビア３００の側壁は実質的に平坦で垂直であるため、エッチングプロセス以降のさらなるプロセスステップを容易に行うことができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム誘起エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチングプロセスは、産業面で、特に、半導体産業において、重要な役割を果たす。エッチングプロセスを用いて、ナノメータ範囲に至る微細構造を作成することができる。さらに、エッチングプロセスは、フォトリソグラフィマスクを修復する際に重要な機能を果たす。
【０００３】
半導体技術において微細構造を加工するためにエッチングプロセスを用いるが、集束イオンビームの衝突により行うエッチングプロセスは、従来より、ＦＩＢ（focused ion beam）の頭字語で知られる。例えば、ＦＩＢ技術は、特許文献１に開示される。ＦＩＢ技術の特に有利な点は、非常に平坦で非常に急勾配の側壁、すなわち、アスペクト比の高い構造を加工できることである。アスペクト比とは、ある構造における奥行または高さの、それぞれの横方向最小長さに対する比を示す。
【０００４】
ＦＩＢ技術で平坦な側壁を加工できる理由は、この技術において物質を除去する際、ある程度までは、エッチングではなく、集束イオンビームを用いるスパッタリングにより行うからである。しかしながら、ＦＩＢ技術にはいくつかの深刻なデメリットがある。イオンビームによるスパッタリング作用により、エッチング対象領域の外側にある物質も除去されてしまう。この影響は、特許文献２において、「河床侵食（river bedding）」効果として記載されている。一方、特許文献２にも開示されているように、エッチング対象の層の下の層にイオンが注入される（「汚染（staining）」）。その結果、この下層の特性の変化または損傷がそれぞれ生じる。さらに、スパッタした物質の大部分が試料または真空チャンバ内の他の箇所に蒸着する（「再蒸着」）。
【０００５】
イオンビームに替えて電子ビームを用いてエッチングプロセスを誘起する場合（電子ビーム誘起エッチング、ＥＢＩＥ）、特許文献２に記載されるように、物質はエッチングによってのみ排他的に除去される。ＦＩＢ技術において生じるスパッタリング箇所は、ＥＢＩＥにおいては発生しない。非特許文献１において、エッチングガスとして二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を用い、さらに、場合により、電子ビームを同時に用いて行うシリコンのエッチングが検証されている。電子ビームを用いることにより、シリコンにおけるエッチング速度は、エッチングガスＸｅＦ２のみを用いた場合と比較して、倍速となる。非特許文献２および非特許文献３においては、ＸｅＦ２を用いてシリコンをエッチングした場合、および、種々のガス類を用いて種々の物質をエッチングした場合における、粒子s線の衝突により原子スケールまたは分子スケールでそれぞれ生じるプロセスが検証されている。
【０００６】
非特許文献４の著者らは、一定時間が経過する毎にエッチングプロセスを中断することを繰り返し、窒化膜を逐次蒸着して、新たに生成された側壁を保護する、プラズマエッチングプロセスについて検証している。
【０００７】
特許文献３によれば、電子ビーム誘起エッチングを用いた際の横方向エッチング問題の解決法が開示される。このプロセスでは、上記において参照した非特許文献４と同様に、物質を約２μｍ除去した後エッチングプロセスを中断し、重合体（ポリマー）を形成する物質を蒸着して側壁を保護する。その後、所望のエッチング深さに達するまで、エッチングとパッシベーションを交互に行ってこのプロセスを継続する。
【０００８】
このようにエッチングプロセスとパッシベーションプロセスを段階的に行うことの本質的な欠点は、側壁にリップルが形成されることである。第１エッチングステップの間、新たに生成された側壁はまだ保護されていないため、側壁が横方向にエッチングされてしまう。続いて、パッシベーションステップを行うことにより、波形パッシベーション層が形成される。このパッシベーション層の層厚はその高さに応じて決まる。このようにパッシベーション層が形成されることにより、エッチングした側壁の勾配と平坦度が損なわれる。これは、特に、エッチング対象の構造の外形寸法が小さい場合、その後のプロセスステップにおいて問題となる。
【０００９】
用語「自発的エッチング」は、本願明細書において、電子ビームを物質上に衝突させずに、少なくとも１種類のエッチングガスを衝突させることにより物質をエッチングすることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，６３９，３０１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７５３，５３８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５０１，８９３号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S.MatsuiおよびK.Mori著「Direct writing onto Si by electron beam simulated etching」(Appl. Phys. Lett. 51(19), 1498(1987))
【非特許文献２】J.W. CoburnおよびH.F. Winters著「The etching of silicon with XeF2 vapour」(Appl. Phys. Lett. 34(1), 70 (1979))
【非特許文献３】J.W. CoburnおよびH.F. Winters著「Ion and electron-assisted gas-surface chemistry - An important effect in plasma etching」(J. Appl. Phys. 50(5), 3189 (1979))
【非特許文献４】K. Tsujimoto, S. Tachi, K. Ninomiya, K. Suzuki, S. Okudaira,およびS. Nishimatsu著「A New Side Wall Protection Technique in Microwave Plasma Etching Using a Chopping Method」(Conf. on Solid State Devices and Materials, 229-233, Tokyo 1986)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、したがって、上記の問題点に基づき、上記の欠点を少なくとも部分的に回避する電子ビーム誘起エッチング方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に一実施形態によれば、この問題は、請求項１に記載の方法により解決される。一実施形態において、物質の電子ビーム誘起エッチング方法は、少なくとも１種類のエッチングガスを、物体（１００，２００）上の、電子ビームが衝突する位置に供給するステップ、および、同時に、少なくとも１種類のエッチングガスによる自発的エッチングを減速または抑制するようにした少なくとも１種類のパッシベーションガスを供給するステップ、を含むものである。
【００１４】
驚くべきことに、電子ビーム誘起エッチングにおいて、パッシベーションガスをエッチングガスに添加することにより、自発的エッチングを効果的に抑制できることが分かった。このため、特許文献３において教示されるようなパッシベーション膜を側壁に連続形成するためにエッチングプロセスを中断する必要はなくなり、よって本発明による方法は、より容易に、したがってより安価に実施することができる。ただし、本発明による方法の特に有利な点は、側壁にパッシベーション層を蒸着せずとも側壁の自発的エッチングを効果的に抑制することができることである。したがって、本発明による方法によれば、非常に平坦な側壁を形成することができる。
【００１５】
特に、パッシベーションガスを同時に供給することにより、種々のエッチング対象物質に応じてエッチングガスとパッシベーションガスとの分圧比を個々に調整して、種々のエッチング対象物質の自発的エッチングを抑制することができる。
【００１６】
本発明による方法の好ましい実施形態において、エッチングガスとして二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を用いる。しかしながら、その他の種類のエッチングガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、臭素（Ｂｒ２）、およびヨウ素（Ｉ２）等のその他のハロゲン族元素、または、別のハロゲン化合物を用いることも考えられる。
【００１７】
本発明による方法の特に好ましい実施形態において、パッシベーションガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を用いる。しかしながら、本発明による方法は、パッシベーションガスとしてＮＨ３を用いることに限定されない。例えば、窒素（Ｎ２）、酸素（О２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、および／またはメタン（ＣＨ４）等の異なるパッシベーション物質等を用いることが考えられる。
【００１８】
シリコンをエッチングする際には、ガス流量を０．２５ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）とすることで、特に良好な結果が得られる。
【００１９】
本発明による方法の特に好ましい実施形態において、エッチング対象の物質は複数の層を含み、本発明による方法は、少なくとも１つの第１層と少なくとも１つの第２層との間の層境界に到達したかを判定するプロセスステップ、および、少なくとも第２層における横方向エッチングを減速または抑制するようにパッシベーションガスの供給を行うプロセスステップ、を有する。
【００２０】
本実施形態によれば、種々の物質を含む互いに重なり合う複数の層にわたりエッチングする際に、パッシベーションガスのガス流量を調整して、個々の層を電子ビーム誘起エッチングする間に、各層の横方向エッチングを減速または抑制することができる。したがって、本発明による方法によれば、種々の物質を含む複数の層にわたり、ＥＢＩＥプロセスを中断することなく、高アスペクト比を有する微細構造を加工することが可能となる。したがって、半導体素子のいわゆる「回路編集」が可能となる。すなわち、デバイスの各導電路を正確に切断または互いに接続することにより、微細な電気的構造を連続して直接加工修正することが可能となる。
【００２１】
好ましい実施形態において、分析信号を測定することにより、層境界に到達したかどうかを判定する。一実施形態において、分析信号を測定することは、現在エッチングしている表面から発生する二次イオンを検出することを含む。分析信号の取得には、既知の表面分析法を用いることができ、例えば、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、または、質量分光測定法等を用いることができる。この場合、画像化分析法を用いることも考えられる。たとえば、電子ビーム顕微鏡法、走査トンネル顕微鏡法、原子間力顕微鏡法等を用いることができ、またはこれらの方法を組み合わせて用いることができる。
【００２２】
さらなる好ましい実施形態において、エッチング時間を測定することにより層境界に到達したかどうかを判定する。別の測定においては、多層系における個々の層の厚さおよび組成があらかじめ分かっている場合、エッチングガスおよびパッシベーションガスに応じた種々の物質のエッチング速度を測定することができる。そして、この情報を用いて、エッチング時間に基づいて層境界にいつ到達するかを求めることができる。これら２つのその他の選択可能な方法、すなわち、分析信号の測定およびエッチング時間の測定は、組み合わせて用いることもできることは明らかである。
【００２３】
本発明による方法のさらなる実施形態は、特許請求の範囲におけるさらなる従属項において定義される。
【００２４】
以下の発明の詳細な説明において、本発明の現下における好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１態様による方法であって、真空チャンバ内の物質に、エッチングガス、パッシベーションガス、および集束電子ビームを同時に衝突させることによりエッチングする方法の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の第１態様による方法によりシリコンにエッチングしたビアの拡大概略断面図である。
【図３】本発明の第２態様による方法であって、図１に示す真空チャンバ内に、電子ビームからの後方散乱電子または電子ビームから放出される二次電子を検出する検出器を追加的に配置し、エッチング対象の物質は複数の層を含んでなる（多層系）、本発明の第２態様による方法を示す概略図である。
【図４】本発明の第２態様による方法によりエッチングを行った後の、複数の層を有する物質の拡大概略図である。
【図５】従来の方法でエッチングを行った際の図４に示すビアの概略断面図である。
【図６】本発明による方法でエッチングを行った際の図４に示すビアの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明による方法および本発明による装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１に概略的に示すように、エッチング対象のシリコン層１００を真空チャンバ１０内の標本ホルダ２０上に配置する。真空チャンバ１０は、例えば、電子ビーム装置３０の真空チャンバであり、電子ビーム装置３０は、例えば、本発明による方法に適合した電子顕微鏡である。
【００２８】
図１に概略的に示す本発明の好ましい実施形態において、注入口４０すなわち注入口ノズル４０を介して、ＸｅＦ２を真空チャンバ１０内に導入する。ＸｅＦ２に加え、例えば、Ｃｌ２，Ｂｒ２、およびＩ２等のその他のハロゲン族元素、または、例えば、ＳＦ６等のハロゲン化合物を導入することも可能である。本発明による方法は、ハロゲン化合物を用いることに限定されない。考えられうるその他のエッチングガスとしては、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、またはその他の強酸化物質が挙げられる。本発明による方法においては、また、２種類以上のエッチングガスを同時に用いることもできる。さらに、エッチングガスの混合比はエッチングプロセス中に変更することができる。
【００２９】
図１に示す実施形態において、注入口５０を介してパッシベーションガスとしてＮＨ３を真空チャンバ１０内に導入する。ＮＨ３に加え、Ｈ２、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＣｌ４および／またはＣＨ４をエッチングガスとして用いることができる。エッチング対象の物質表面で吸着位置となりうる位置（すなわち、各側壁および底部領域）を充満し、これらの吸着位置のエッチングガスを置き換えることのできる材料は、すべてパッシベーションガスとして考えられる。パッシベーションガスは、２種類または数種類のガスまたは物質によりそれぞれ生成することができ、その混合比はエッチングプロセス中に変更することができる。
【００３０】
ＸｅＦ２およびＮＨ３は、適切な投入弁（図１には図示せず）を介して、エッチング対象のシリコン層１００の領域に、対応する注入口４０，５０を経由して送り込まれる。ＸｅＦ２およびＮＨ３の２種類のガスを、別々の投入弁を介して導入し、共通の注入口（図１には図示せず）を用いて導入することも可能である。エッチング対象の表面に向けたガス注入口に代えて、エッチングガスおよび／またはパッシベーションガスを、真空チャンバ１０内において、エッチング対象の表面に向けることなく導入することもできる。
【００３１】
ＸｅＦ２およびＮＨ３の投入量は、時間に依存しないものとすることができる。また、これらのガスのうちの両方および／または一方のガスの投入量を、エッチングプロセス中に、経時変化（「チョッピング」）させることも可能である。
【００３２】
エッチングガスとパッシベーションガスの正確な投入量の比は、真空チャンバの形状、使用した真空ポンプのポンプ力、および１つまたは複数のガス注入口４０または５０の幾何学的配置にそれぞれ著しく依存する。通常、２種類のガスの分圧または各ガスの流量を調整して、パッシベーションガスの分圧がエッチングガスの分圧よりも低くなるようにする。
【００３３】
エッチングガスとパッシベーションガスの混合比に加え、電子ビームは、ＥＢＩＥプロセスにおいて、中心的な役割を果たす。本発明による方法において、好ましくは、エッチングする材料に応じて、０．１ｋｅＶから３０ｋｅＶの間の電子エネルギーを用いる。エッチングプロセスにおいて、電子ビームのエネルギーは、本発明による方法を最適化するためのパラメータと想定される。エッチングプロセスを特徴付けるその他のパラメータとしては、物質表面に衝突する電子の単位時間当たりの数を決める電子電流の値がある。図２に示すエッチングプロファイルにおいて、電子電流の強度は、５０ｐＡ〜２００ｐＡの範囲である。
【００３４】
物質表面において発生する過程を最適に支援するため、電子ビームをエッチング対象の物質上にわたり繰り返し段階的に伝送する。この電子ビームが前回の処理位置に戻るまでの時間（「リフレッシュ時間」）は、好ましくは、エッチング面のこの位置に、反応に必要な新しい分子を注入口４０および５０から再度十分に供給することができるように、調整する。ドウェル時間とは、電子ビームが個々の位置に滞留する時間を指す。一般的な過程において、ドウェル時間は、数１０ナノ秒、例えば、５０ナノ秒であり、リフレッシュ時間は、数ミリ秒の範囲、例えば、２ミリ秒である。さらに、処理対象領域の大きさによっては、電子ビームの電流量および連続する画素の距離を変化させることが有用である場合がある。エッチング対象領域が小さい場合、電流量は、例えば、５０ｐＡの範囲とし、電子ビームの画素距離を、例えば、２ｎｍとする。一方、領域が大きい場合は、例えば、電流量が２００ｐＡの範囲であり画素距離が約４ｎｍの電子ビームで処理する。
【００３５】
エッチング反応を開始するには、好ましくは、集束電子ビームを単独で用いる。しかしながら、追加または代案として、その他のエネルギー伝達機構（例えば、集束レーザビームおよび／または非集束イオンビーム）を用いることもできる。
【００３６】
エッチングガスの自発的エッチング速度の値は、基本的に、エッチング対象の物質に依存する。このことは、例えば、深トレンチをエッチングする際、自発的エッチングがエッチング対象の構造に及ぼす効果は、エッチング対象の物質に依存する可能性があることを意味する。
【００３７】
本発明による方法は、エッチング対象の物質を制限しない。例えば、金属類、半導体類、および／またはアイソレータ類等の材料をエッチングすることができる。同様に、別の種類の物質を組み合わせた物質も、本発明のエッチング方法により除去することができる。異なる物質、特に、種類の異なる物質は、特定のエッチングガスに対して、異なる自発的エッチング速度を呈する。したがって、各物質について、パッシベーションガスとエッチングガスとのガス流量比を個別に調整する必要がある。金属製の導電層をエッチングする際は、パッシベーションガスにより金属が減損する可能性があるため、特定のパッシベーションガス類の供給を遮断することが有用である。
【００３８】
本発明の第１の態様による方法について、まず、シリコン層のエッチングを例に説明する。図２に、本発明による方法によりシリコンにエッチングしたビア、すなわち、アクセスホールを示す。上記に参照した非特許文献１から既に明らかなように、電子衝突なしに、ＸｅＦ２ガスによりシリコンをエッチング速度７ｎｍ／ｍｉｎで直接エッチングする。このことは、電子放射により誘起されたエッチング速度に対する自発的エッチング速度の比は、シリコンの場合、１：１であることを示し、すなわち、シリコンはエッチングガスＸｅＦ２のみにより自発的に除去することができ、したがって、高エッチング速度で等方的に除去することができることを意味する。したがって、シリコンは、本発明による方法の利点を実証するのによく適した物質である。
【００３９】
図２に示すビアにおいて、シリコン物質１００は数層にわたり除去されており、連続層において領域は小さくなる。この処理において、上記のように、電子ビームのパラメータは可変である。処理対象領域の大きさによって、および、処理対象の物質によって、さらに、エッチングガスとパッシベーションガスとの混合比を調整する必要がある場合がある。例えば、シリコンは、混合比が１：１のエッチングガスとパッシベーションガスにより、０．２５ｓｃｃｍのガス流量でエッチングすることができる。異なる物質の場合、例えば、図４および図６に示すビアをエッチングする場合、パッシベーションガスの比を減少させた異なる混合比が好ましく、例えば、パッシベーションガスのガス流量を約０．１ｓｃｃｍ、およびエッチングガスのガス流量を約０．５ｓｃｃｍとして、混合比を１：５とする。図２に示す平坦で急勾配の側壁により明らかなように、本発明による方法によれば、電子ビームにより誘起されるエッチング速度と同程度の高速の自発的エッチング速度を効果的に抑制することができる。このため、電子ビームが存在しない箇所において、エッチングガスＸｅＦ２によるシリコンの自発的な除去が回避される。
【００４０】
パッシベーションガスは、横方向における自発的エッチングを抑制するだけでなく、電子ビーム方向、すなわち、図１における鉛直方向における自発的エッチングの影響を少なくとも部分的に抑制する。したがって、鉛直方向におけるエッチング速度を減少することができ、特に、エッチングガスのガス流量の範囲内にあるパッシベーションガスのガス流量を減少することができる。しかしながら、本発明による方法をシリコン１００に適用した場合も、本発明を経済的に適用するのに十分なエッチング速度でのエッチングは可能であり、シリコン１００において数μｍ３の体積を除去することができる。
【００４１】
図３に、本発明による方法および本発明による装置の実施形態の第２の態様を示す。図３においては、図１と比較して、２つの本質的な変更点を示す。一つは、標本ホルダ２０上に配置した物質が複数の層を有する多層系２００である点であり、もう一つは、真空チャンバ１０内に検出器６０を配置して電子ビームから後方散乱した電子および電子ビームから放出した二次電子を検出する点である。検出器６０からの信号に基づき、現在エッチングしている層の物質組成の変化を、次の層と比較して、検出することができる。このため、検出器６０の信号を測定することにより、多層系２００において第１層が除去されたことが確認され、第２層を除去するエッチングプロセスを開始することができる。すなわち、検出器６０の信号により、エッチングプロセスが層境界に達したことを確認することができる。図２についての説明において既に述べたように、エッチング対象の各物質に対して、個々に、パッシベーションガスとエッチングガスとのガス流量比を特定する必要がある。供給されたパッシベーションガスのガス流量が、全体のガス流量に対して、小さすぎる場合、この層における自発的エッチングが完全に抑制されず、側壁が除去されてしまうのを完全に防ぐことができない。一方、パッシベーションガスのエッチングガスに対するガス流量比が、エッチング対象の層に対して高すぎると、鉛直方向のエッチング速度が必要以上に減少する。極端な場合には、この層においてエッチングプロセスを行うことがもはや不可能となる。第１層２１０と第２層２２０との間の層境界部に達する際に第２層２２０の物質組成における変化を、例えば、図３に示す検出器を用いて、検出することにより、これからエッチングしようとする第２層２２０に対する２種類のガス、すなわち、ＮＨ３およびＸｅＦ２のガス流量比を調整することが可能となる。したがって、第２層２２０における自発的エッチングを抑制するための特定の要件を満たすことができる。検出器６０の信号により、さらなる層境界に達したかどうかも知ることができる。したがって、任意の多層系２００について、パッシベーションガスとエッチングガスとのガス流量比を、個々の層２１０〜２８０に対して、それぞれ最適化することができる。
【００４２】
図４に、多層系２００の複数の層２１０〜２６０を貫通して金属製の導電接続２７０に至るまで、ビア３００をエッチングする方法を概略的に示す。ここで、ＮＨ３とＸｅＦ２のガス流量比を、新たにエッチングしようとする層の層境界において調整する。最上層２１０は誘電層であり、ＸｅＦ２により自発的エッチングされない絶縁物質の多くと同様のものである。したがって、層２１０は、ＮＨ３を供給せずに除去する。層２２０，２３０，２４０，および２５０は種々の組成および厚さを有する半導体層である。エッチングプロセスにより層２１０が除去されると、すなわち、エッチングの前線が層２１０と層２２０との間の層境界部に達すると、このことは検出器６０の信号により直接確認される。層２２０の物質組成も、検出器６０の信号により判定することができる。ここで、ＮＨ３の投入弁を開放するが、結果として得られるＮＨ３のガス流量が層２２０における自発的エッチングを抑制することができるものとなる程度に、投入弁を開放する。既に上述したように、本発明による方法を実施するに当たり、好ましくは、パッシベーションガスのガス流量を０．１ｓｃｃｍの範囲とし、エッチングガスのガス流量が０．５ｓｃｃｍの範囲として、混合比を約１：５とする。
【００４３】
図４に示す例において、半導体層２３０，２４０，および２５０を含む次の多層系を、層２２０に対する、ＮＨ３のＸｅＦ２に対するガス流量比と同じ流量比でエッチングする。しかしながら、以上に述べたように、本方法によれば、各層２３０，２４０，および２５０に対して、ＮＨ３のガス流量比を個別に調整することができる。
【００４４】
金属製の導電層２６０の周囲の障壁層２６０は、層２１０と同様に、ＸｅＦ２により自発的エッチングされない物質で構成する。したがって、検出器６０の信号に基づき、エッチングの前線が層２５０と層２６０との間の層境界に達したことを検出した後、ＮＨ３の投入弁を閉鎖する。金属製の導電層２８０の銅表面は、ＮＨ３との接触により損傷する可能性があるため、パッシベーションガスを真空チャンバ１０からポンプで排出する。層２６０は、誘電層２１０の除去と同様に、電子ビームを衝突させ、エッチングガスにより除去する。金属製の導電層２７０も、エッチングガスおよび電子ビームを同時に衝突させることにより断線する。連続した層２１０〜２７０を有する多層システム２００は、半導体基板２８０上に配設する。
【００４５】
エッチング可能な最小領域は、電子ビームの直径に応じて決まる。電子流のビーム径は調節可能であり、特に、電子ビームは非常に正確に集束することができる（直径＜４ｎｍ）。したがって、エッチング対象領域、すなわち、電子ビームにより照射する領域は、非常に狭く選択することができる。したがって、本発明による自発的エッチングを抑制する方法により、高アスペクト比で平坦な側壁を有する非常に微細な構造を作製できる可能性が広がる。
【００４６】
図５および図６において、同様に、本発明による方法の本質的な利点を明示する。図５は、従来の方法を用いて、連続層にわたりエッチングしたビア３００を拡大して示す断面図である。一方の半導体層２１０，２３０，２４０，および２５０および他方のアイソレーション層２２０および２６０におけるエッチング速度が異なるため、層２２０において隘路が生じ、その上層２１０および下層２３０においてビアが拡張する。図６においては、本発明による方法を用いて、ビア３００を図４の連続層２１０から２１０にかけてエッチングした。ビア３００の側壁は実質的に平坦で垂直であるため、エッチングプロセス以降のさらなるプロセスステップを容易に行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（１００，２００）の電子ビーム誘起エッチング方法であって、
ａ．少なくとも１種類のエッチングガスを、前記物体（１００，２００）上の、該物体（１００，２００）に電子ビームが衝突する位置に供給するステップ、および
ｂ．同時に、前記少なくとも１種類のエッチングガスによる自発的エッチングを減速または抑制するようにした少なくとも１種類のパッシベーションガスを供給するステップ、
を含む電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記エッチングガスは二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスはアンモニアを含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスを供給するステップは、前記物質（１００，２００）のエッチング中に、連続的に行われる、および／または経時変化させて行われることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記物質（１００，２００）はシリコン層（１００）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記電子ビームが前記物質（１００，２００）に衝突する位置における、前記パッシベーションガスと前記エッチングガスの分圧比は１以下であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスの供給量は、０．２５標準立方センチメートル／分であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記物質（１００，２００）は複数の層（２００）を含み、該方法は、さらに、
ａ．少なくとも１つの第１層（２１０）と少なくとも１つの第２層（２２０）との間の層境界に到達したかを判定するステップ、および
ｂ．前記少なくとも第２層（２２０）における横方向エッチングを減速または抑制するようにパッシベーションガスの供給を行うステップ、
を含む、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、分析信号を測定することにより層境界に到達したかどうかを判定することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記分析信号を測定することは、後方散乱電子および／または二次電子を検出することを含む、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、エッチング時間を測定することにより層境界部に到達したかどうかを判定することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記エッチングガスの分圧を層境界において調整することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、該方法を用いて、埋設導電接続（２７０）にクリアランスホールをエッチングすることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記層（２００）は、少なくとも１つの誘電層（２１０，２６０）、少なくとも１つの半導体層（２２０，２３０，２４０，２５０，２８０）、および少なくとも１つの導電層（２７０）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記半導体層（２２０，２３０，２４０，２５０，２８０）をエッチングする間の、前記パッシベーションガスの供給量は０．１標準立方センチメートル／分であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１６】
請求項８〜１４のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスの供給は、銅含有層（２７０）に到達する前に遮断され、パッシベーション物質は前記真空チャンバ（１０）内から除去されることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１７】
物質（１００，２００）の電子ビーム誘起エッチング装置であって、
ａ．少なくとも１種類のエッチングガスを、前記物質（１００，２００）に電子ビームが衝突する位置に供給するための注入口（４０）、および
ｂ．電子ビーム誘起エッチングを行う間、前記少なくとも１種類のエッチングガスによる自発的エッチングを減速または抑制するようにした少なくとも１種類のパッシベーションガスを注入するための注入口（５０）、
を備える電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記エッチングガスとして二フッ化キセノンを使用することができることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記パッシベーションガスとしてアンモニアを使用することができることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記パッシベーションガスの前記注入口（５０）および／または前記エッチングガスの注入口（４０）は、前記パッシベーションガスおよび／または前記エッチングガスを連続的および／または経時変化させて供給するように動作可能であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、さらに、
ａ．第１層（２１０）と第２層（２２０）との間の層境界に到達したかどうかを判定する測定デバイス、および
ｂ．パッシベーションガスの分圧を調整して前記第２層（２２０）における横方向エッチングを抑制する調整デバイス、
を備える電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、層境界に到達したかどうかを判定する前記測定デバイスは分析信号を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記分析信号は、後方散乱電子および／または二次電子を検出する検出器（６０）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２４】
請求項２１に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、１つの第１層（２１０）と１つの第２層（２２０）との間の層境界に到達したかどうかを判定する前記測定デバイスはエッチング時間測定デバイスを含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２５】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法を用いてエッチングした構造を有する半導体デバイス。
【請求項１】
物体（１００，２００）の電子ビーム誘起エッチング方法であって、
ａ．少なくとも１種類のエッチングガスを、前記物体（１００，２００）上の、該物体（１００，２００）に電子ビームが衝突する位置に供給するステップ、および
ｂ．同時に、前記少なくとも１種類のエッチングガスによる自発的エッチングを減速または抑制するようにした少なくとも１種類のパッシベーションガスを供給するステップ、
を含む電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記エッチングガスは二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスはアンモニアを含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスを供給するステップは、前記物質（１００，２００）のエッチング中に、連続的に行われる、および／または経時変化させて行われることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記物質（１００，２００）はシリコン層（１００）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記電子ビームが前記物質（１００，２００）に衝突する位置における、前記パッシベーションガスと前記エッチングガスの分圧比は１以下であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスの供給量は、０．２５標準立方センチメートル／分であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記物質（１００，２００）は複数の層（２００）を含み、該方法は、さらに、
ａ．少なくとも１つの第１層（２１０）と少なくとも１つの第２層（２２０）との間の層境界に到達したかを判定するステップ、および
ｂ．前記少なくとも第２層（２２０）における横方向エッチングを減速または抑制するようにパッシベーションガスの供給を行うステップ、
を含む、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、分析信号を測定することにより層境界に到達したかどうかを判定することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記分析信号を測定することは、後方散乱電子および／または二次電子を検出することを含む、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、エッチング時間を測定することにより層境界部に到達したかどうかを判定することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記エッチングガスの分圧を層境界において調整することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、該方法を用いて、埋設導電接続（２７０）にクリアランスホールをエッチングすることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記層（２００）は、少なくとも１つの誘電層（２１０，２６０）、少なくとも１つの半導体層（２２０，２３０，２４０，２５０，２８０）、および少なくとも１つの導電層（２７０）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記半導体層（２２０，２３０，２４０，２５０，２８０）をエッチングする間の、前記パッシベーションガスの供給量は０．１標準立方センチメートル／分であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１６】
請求項８〜１４のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記パッシベーションガスの供給は、銅含有層（２７０）に到達する前に遮断され、パッシベーション物質は前記真空チャンバ（１０）内から除去されることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項１７】
物質（１００，２００）の電子ビーム誘起エッチング装置であって、
ａ．少なくとも１種類のエッチングガスを、前記物質（１００，２００）に電子ビームが衝突する位置に供給するための注入口（４０）、および
ｂ．電子ビーム誘起エッチングを行う間、前記少なくとも１種類のエッチングガスによる自発的エッチングを減速または抑制するようにした少なくとも１種類のパッシベーションガスを注入するための注入口（５０）、
を備える電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記エッチングガスとして二フッ化キセノンを使用することができることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記パッシベーションガスとしてアンモニアを使用することができることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記パッシベーションガスの前記注入口（５０）および／または前記エッチングガスの注入口（４０）は、前記パッシベーションガスおよび／または前記エッチングガスを連続的および／または経時変化させて供給するように動作可能であることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、さらに、
ａ．第１層（２１０）と第２層（２２０）との間の層境界に到達したかどうかを判定する測定デバイス、および
ｂ．パッシベーションガスの分圧を調整して前記第２層（２２０）における横方向エッチングを抑制する調整デバイス、
を備える電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、層境界に到達したかどうかを判定する前記測定デバイスは分析信号を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、前記分析信号は、後方散乱電子および／または二次電子を検出する検出器（６０）を含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２４】
請求項２１に記載の電子ビーム誘起エッチング装置であって、１つの第１層（２１０）と１つの第２層（２２０）との間の層境界に到達したかどうかを判定する前記測定デバイスはエッチング時間測定デバイスを含むことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング装置。
【請求項２５】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法を用いてエッチングした構造を有する半導体デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１１−５３０８２２（Ｐ２０１１−５３０８２２Ａ）
【公表日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２２４３８（Ｐ２０１１−５２２４３８）
【出願日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００５８８５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１７９８７
【国際公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５１０２３２８０９）カールツァイス エスエムエス ゲーエムベーハー (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＳＭＳ ＧｍｂＨ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００５８８５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１７９８７
【国際公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５１０２３２８０９）カールツァイス エスエムエス ゲーエムベーハー (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＳＭＳ ＧｍｂＨ
【Ｆターム（参考）】
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