(57)【要約】【課題】　材料表面を材料表面の集束電子ビーム誘導化学反応によってエッチングするための手順、及び該手順を実施するためのデバイスを提供すること。【解決手段】　本発明は、材料表面を材料表面の集束電子ビーム誘導化学反応によってエッチングするための、a)エッチングを施す材料に、真空環境中で少なくとも1つの分子ビーム及び少なくとも1つの第1の電子ビームを照射する段階であって、それにより被照射材料及び分子ビームの分子が励起されて化学反応が生じ、気体でも揮発性でもない反応生成物が形成される反応段階を含む手順に関する。本発明は、b)反応生成物が、材料を反応生成物の蒸発温度より高い温度に局部的に加熱する第2の電子ビームによって前記表面から蒸発する除去段階を特徴としている。【選択図】　図１
2004140346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　材料表面を材料表面の集束電子ビーム誘導化学反応によってエッチングするための方法であって、
　ａ）エッチングを施す材料に、真空環境中で少なくとも１つの分子ビーム及び少なくとも１つの第１の電子ビームを照射し、それにより被照射材料及び分子ビームの分子が励起されて化学反応が生じ、気体でも揮発性でもない反応生成物が形成される反応段階を備える方法において、
　ｂ）前記反応生成物が、材料を反応生成物の蒸発温度より高い温度に局部的に加熱する第２の電子ビームによって前記表面から蒸発する除去段階を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
　前記第１及び前記第２の電子ビームを生成する、電子ビーム生成電子ビームコラムが形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　前記第２の電子ビームが、同一レンズ系を使用し、また、ビーム偏向によって異なる開口を電気的に選択し、かつ、相互作用のタイミングをμｓｅｃ〜ｍｓｅｃの間隔にすることにより前記第１の電子ビームとは異なる設定で生成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
　前記第２の電子ビームが、パルス方式及び／又は集束方式で生成されることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
　最初に、エッチングを施す材料の表面が、電子ビーム加熱による熱脱着によって洗浄される洗浄段階を備えることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
　前記洗浄段階が、表面層の汚れ、酸化物あるいは他の物質を除去するための他の反応生成物を形成する他の化学反応によって実現されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
　他の化学反応が、少なくとも１つの追加分子ビームによって誘導されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
　表面層を覆う物質が炭素汚染によって形成され、前記少なくとも１つの追加分子ビームが、表面層からの炭素と反応させるために、励起ハロゲン原子を放出する水、過酸化水素、塩素または他のハロゲン化合物からなることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
　他の化学反応が、少なくとも１つの追加分子ビーム及び電流密度が高く、かつ、十分に集束した第３の電子ビームによって誘導されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
　表面層を覆っている物質が、ケイ素上の酸化ケイ素によって形成され、前記少なくとも１つの追加分子ビームが、前記他の反応生成物に対する電子ビーム励起の下で酸化ケイ素及び被覆層と反応する励起ハロゲン原子を、前記第３の電子ビームの照射の下で放出する塩素または他のハロゲン化合物からなることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
　他の反応生成物が、気体でも揮発性でもない場合、他の反応生成物が、洗浄すべき領域の表面を、表面を他の反応生成物の蒸発温度より高い温度に加熱するだけの十分なパワー密度すなわちエネルギー密度を有する第４の集束電子ビームを使用して加熱することによって蒸発することを特徴とする、請求項６から請求項１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
　前記第３及び／又は第４の電子ビームが、前記第１及び／又は第２の電子ビームとは異なる設定で生成されることを特徴とする、請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
　前記電子ビーム生成電子ビームコラムが、第３及び第４の電子ビームを生成することを特徴とする、請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
　前記少なくとも１つの分子ビームが、前記反応段階の間、ガス供給システムから材料表面に流出する化学量論組成の選択化学化合物からなることを特徴とする、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
　さらに、化学反応を促進し、かつ、後続するエッチング段階で、熱脱着によって除去することができるか、あるいは自ら揮発性である反応生成物を生成させるための触媒が入ったマルチジェット供給装置を使用して分子を流出させることを特徴とする、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
　請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の方法を実施するための電子ビーム生成電子ビームコラムを有し、電子ビーム生成電子ビームコラムが、前記電子ビーム生成電子ビームコラムに異なるパワーを供給する所定の位置と位置の間を切り換え、それにより前記電子ビームの様々な強度を切り換える制御デバイスを備えたデバイス。
【請求項１７】
　前記制御デバイスが、異なる電子ビームの開口をさらに制御することを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
　前記制御デバイスが、異なる電子ビームの偏向手段をさらに制御することを特徴とする、請求項１６または請求項１７に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、特許請求の範囲の請求項１の導入部分の特徴による、材料表面を該材料表面の集束電子ビーム誘導化学反応によってエッチングするための方法、及び請求項１５による手順を実施するためのデバイスに関する。
【０００２】
　全体として、本発明は、集束電子ビーム誘導化学反応及びその材料処理への応用例に関し、詳細には、電子ビーム誘導エッチングを使用した空間分解能の高い材料除去に関する。また、本発明は、フォトマスク、ステンシルマスク、EUV、及び他の次世代リソグラフィマスタ及びマスクの修復、及びナノメートルスケールの集積回路及び他のデバイスの改変に関する。
【背景技術】
【０００３】
　その大半が集束粒子すなわち光子ビームに基づく多くの直接書込み技術は、材料のナノメートルスケールの修正を可能にするために開発されている。フォトマスクの修復及び集積回路の修正は、半導体産業にそれらの技術が適用されている例である。これらの応用例においては、ほとんどの場合、サブマイクロメートルの精度で材料を除去し、かつ、追加することができる技術が要求される。材料を追加する場合、特定の化学特性及び物理特性を有する複数の材料を蒸着させる必要があり、また、材料を除去する場合は、一連の材料の中から選択された1つの材料を、残りの材料を損傷することなく除去しなければならない。その他の要求事項には、達成可能な位置決め精度及びプロセスの最小フィーチャサイズ、例えば分解能が含まれている。これらの要求事項のいくつかについて、本発明の好ましい一応用例であるフォトリソグラフィックマスクの修復に関して以下で説明する。
【０００４】
　フォトリソグラフィックマスクを修復するためには、半導体製造プロセスにおけるフォトマスクに使用されている材料をエッチングするように、光子ビームアブレーション、光子ビーム誘導化学エッチング、イオンビームスパッタリング及びイオンビーム補助化学エッチングが使用され、あるいは使用することが可能である。
【０００５】
　フォトリソグラフィックマスクは、通常、厚さ100nmの構造クロム金属層を支えている光透明基板、例えばガラス、石英からなっている。マスク上の特定の領域は、光の透過を阻止するために、クロムなどの光吸収材すなわちアブソーバを使用してパターン化されている。これらのマスクは、マスク上に配置されたパターンを感光性基板、例えばフォトレジストで覆われたウェハ上に投影するために、半導体産業で使用されている。これらのマスクは、以下に挙げる、修復を必要とする少なくとも2種類の欠陥を有している。
　1)アブソーバであるべき領域におけるアブソーバ材の欠落-透明欠陥
　2)アブソーバであってはならない領域におけるアブソーバ材の存在-不透明欠陥
【０００６】
　現在、一般的なマスク修復ツールは、レーザビームすなわち集束イオンビームFIBに基づいている。これらのツールに使用され、あるいは使用することができる化学的プロセス及び／又は物理的プロセスは、光子ビームアブレーション、光子ビーム誘導化学エッチング、イオンビームスパッタリング及びイオンビーム補助化学反応による蒸着及びエッチングである。
【０００７】
　集束レーザビームによるクロムなどのアブソーバ材の除去は最新技術であり、通常、高エネルギー短パルスレーザビームが使用されている。レーザビームと材料の間の相互作用は、例えば光熱相互作用であり、あるいは光化学相互作用である。マスク修復レーザアブレーションが使用され、レーザビームによる局部加熱によって材料が蒸発する。また、レーザビームが材料と塩素などの適切な気体との間の反応をもたらすエネルギーを提供し、それにより脱着する揮発性生成物が生成されるレーザ誘導化学反応をマスク修復に潜在的に使用することもできる。この点に関しては従来技術文献に言及されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。
【非特許文献１】“MARS: Femtosecond laser mask advanced repair system in manufacturing” of R. Haight, D. Hayden, P. Longo, T. Neary and A. Wagner in Japanese Vacuum Science Technology, 17(6)、1999年11月/12月、3137〜3143頁
【非特許文献２】“A review of laser-microchemical processing” of D. J. Ehrlich and J. Y. Tsao, J. Vac. Sci. Technol. B1(4)、1983年10月〜12月
【０００８】
　しかしながら、光子ビームに基づくすべての処理には、アッベ回折分解能基準による分解能の限界の問題があり、達成可能な分解能は、使用している光の波長の約半分である。
【０００９】
　イオンビームスパッタリングは、潜在的な分解能が10nmである有効なプロセスであるが、いくつかの応用例には許容不可能な基板の損傷をもたらしている。また、分解能が若干劣る100nm程度のイオンビーム補助化学エッチングも有効なプロセスであるが、イオンビームスパッタリングと同様、いくつかの応用例には許容不可能な基板の損傷をもたらしている。上記の両プロセスは、フォトマスク修復における不透明欠陥のエッチングに適用されている。
【００１０】
　次世代チップ製造用フォトマスクに対する分解能要求事項が厳しくなり、また、光近接効果構造すなわち位相シフトマスク及びEUV多層マスクなど、必要な分解能を得るためのマスクパターンの追加技術修正の増加により、今日、半導体産業は、実績のあるレーザアブレーション及び蒸着方法、さらにはイオンビームスパッタリング及び化学促進イオンビームエッチング及び蒸着方法が、分解能の欠乏及び修復後における基板の透過性の欠乏により、もはや許容不可能な状況に置かれている。したがって、フォトマスク及びEUVマスクなどの「次世代マスク」中の不透明欠陥には、基板に金属イオンを注入することのない、また、イオン注入によってもたらされる構造的損傷の原因となる下側の材料を混合することのない、非破壊のソフトでかつクリーンなエッチング方法を適用しなければならない。
【００１１】
　現在、集束電子ビームは、アブソーバ材料の局部追加による透明欠陥の修復のみに使用されている。この透明欠陥の修復は、選択された局部領域を電子ビームに露光し、同時に、その領域に前駆ガスの流れを供給することによって実施される。電子ビームによって前駆ガス、例えば炭化水素、無機または有機金属分子が分解し、電子ビームによって走査された領域に蒸着物が残される。電子には、集束イオンビームに可能な、基板原子を放出させるだけの、例えばスパッタさせるだけの十分な運動量を供給する力がないため、材料の除去は、より困難である。現在、電子ビームエッチングが実証されているのは、いくつかの材料系に対してのみであり、集束電子ビームによる活性化によって化学反応が誘導され、それにより揮発性生成物が生成され、材料が除去される。
【００１２】
　電子ビーム誘導エッチング反応についてはほとんど研究されていないが、この反応は、前駆ガス分子の吸収-物理収着及び／又は化学収着、前駆体分子の拡散すなわち基板中への前駆体分子の分解、これらの前駆体分子と基板原子の間の1つまたは複数の反応、及び反応生成物の脱着などの複数の段階を必要とする単一素反応の複合シーケンスであることは確かであろう。エッチングプロセスを集束電子ビームに露光された領域に局限し、空間分解能の高いプロセスを提供するためには、エッチングプロセスが自然発生しないこと、及び反応シーケンスのうちの少なくとも1つの段階は、電子ビーム露光によって誘導されることが必要である。XeF2によるエッチングが、電子及びXeF2分子のビームに同時に露出される領域にのみ生じる二酸化ケイ素-SiO2の除去は、電子ビーム誘導エッチングの一例である（例えば、非特許文献３参照）。
【非特許文献３】Ted Liang、A. Stivers、G. Liu、G. Dao、V. Liberman、M. Rothschild、S.T. Palmacci and L. Scipioni,”Damage-free Mask Repair Using Electron Beam Induced Chemical Reactions”,2nd Int'l. Symp.on 157nm Lithography、Dana Point、CA(2001年5月)
【００１３】
　半導体産業における紫外光の波長未満の構造を有する規な回路及びマスクに対するフォトマスク修復手順及び回路編集手順においては、材料を極めて優れた分解能及び精度でエッチングするために、このような構造の修復に使用するべき新規な技術が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
　したがって、本発明の目的は、前述の欠点を克服するために、材料表面を該材料表面の集束電子ビーム誘導化学反応によってエッチングするための手順を改善し、かつ、材料をより優れた空間分解能で局部除去するための手順を提供することである。
【００１５】
　本発明の目的は、特に、場合によっては厚さがせいぜい数10nmの金属層及び絶縁体を混合することなく多層構造をエッチングすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
　この目的は、特許請求の範囲の請求項１に定義されている特長を、その導入部分の特長と共に特徴とすることによって達成される。
【００１７】
　本発明の根元を理解すると、第1の種類の電子集束ビームと分子ビームの結合により、優れた空間分解能及び化学反応に必要な活性化エネルギーが提供され、第2の種類の電子ビームによって除去することができる反応生成物が形成される、ということになる。ここで、前記化学反応は、前記第1の電子ビームに露光され、化学的または物理的に修正された領域中にのみ生じる。
【００１８】
　本発明によれば、材料表面を材料表面の集束電子ビーム誘導化学反応によってエッチングするための手順には、以下の段階が含まれている。
　a)エッチングを施す材料に、真空環境中で少なくとも1つの分子ビーム及び少なくとも1つの第1の電子ビームを照射し、それにより被照射材料及び分子ビームの分子が励起されて化学反応が生じ、気体でも揮発性でもない反応生成物が形成される反応段階。
　b)反応生成物を、材料を反応生成物の蒸発温度より高い温度に局部的に加熱する第2の電子ビームによって前記表面から蒸発させる除去段階。
【００１９】
　特に、前記第1及び前記第2の電子ビームを生成する電子ビーム生成電子ビームコラムが提供される。
【００２０】
　本発明の一実施形態によれば、前記第2の電子ビームは、前記第1の電子ビームとは異なる設定で、特にパルス方式及び／又は集束方式で生成される。
【００２１】
　本発明の他の実施形態によれば、最初に、エッチングを施す材料の表面が洗浄される-洗浄段階。
【００２２】
　洗浄段階は、他の化学反応によって実現され、表面層の汚れ、酸化物あるいは他の物質を除去するための他の反応生成物が形成されることが有利である。
【００２３】
　一方では、追加分子ビームによって他の化学反応を誘導することができる。この場合、表面層を覆う物質は、とりわけ炭素汚染によって形成され、前記追加分子ビームは、表面層からの炭素と反応させるために、励起ハロゲン原子を放出する水、過酸化水素、塩素または他のハロゲン化合物からなっている。
【００２４】
　他方では、追加分子ビーム及び第3の電子ビームによって他の化学反応を誘導することができる。この場合、表面層を覆う物質は、とりわけケイ素上の酸化ケイ素によって形成され、前記追加分子ビームは、前記他の反応生成物に対する電子ビーム励起の下で酸化ケイ素及び被覆層と反応する励起ハロゲン原子を、前記第3の電子ビームの照射の下で放出する塩素または他のハロゲン化合物からなっている。
【００２５】
　他の反応生成物が気体でも揮発性でもない場合は、表面を他の反応生成物の蒸発温度より高い温度に加熱するだけの十分なパワー密度すなわちエネルギー密度を有する第4の集束電子ビームを使用して、洗浄すべき領域の表面を加熱することにより、該他の反応生成物を蒸発させることができる。
【００２６】
　特に、前記第3及び／又は第4の電子ビームは、前記第1及び／又は第2の電子ビームとは異なる設定で生成される。前記電子ビーム生成電子ビームコラムは、第3及び第4の電子ビームを生成することができる。
【００２７】
　本発明の一実施形態によれば、前記分子ビームは、前記反応段階の間、ガス供給システムから材料表面に流出する化学量論組成の選択化学化合物からなっている。
【００２８】
　また、上で言及した本発明による手順を実施するためのデバイスは、とりわけ電子ビーム生成電子ビームコラムを有し、前記電子ビーム生成電子ビームコラムは、前記電子ビーム生成電子ビームコラムに異なるパワーを供給する所定の位置と位置の間を切り換え、それにより前記電子ビームの様々な強度を切り換える制御デバイスを備えている。
【００２９】
　前記制御デバイスは、様々な電子ビームのための開口をさらに制御し、かつ/または前記制御デバイスは、様々な電子ビームのための偏向手段をさらに制御することが有利である。
【００３０】
　要約すると、本発明は、優れた空間分解能で材料を除去するための、除去すべき領域を画定するための集束電子ビームを使用した手順に関する。材料は、基板材料とハロゲンなどの適切な前駆ガス-分子ビーム-の間の反応によって除去される。本発明は、特に、反応段階における反応生成物を形成する、揮発性エッチング生成物を有さないエッチング材料に関する。この種の前記分子ビーム中でエッチングを施す表面に導かれる前駆ガスには、マルチジェットガス供給装置が使用されている。この場合、化学薬品は、エッチングを施すべき表面にディスペンスされる。
【００３１】
　第1の電子ビームは、局所的な画定性の高いエネルギー源であり、ビームを十分調時して適用するエッチング生成物及び基板を熱処理するためのソースである第2の電子ビームとは設定が異なる。エッチング速度を速くするための特殊な材料供給及びエネルギー供給のタイミング手順が開示される。
【００３２】
　設定が異なる第3の電子ビームによって基板に第1の熱処理を施すことにより、誘導脱着によって表面が洗浄される。次に、少量の前記第1の電子ビームを使用して、基板上の反応ガス分子のための化学吸着サイトが、エッチングを施すべき基板領域に生成される。この後、1つまたは複数の種類の反応ガス分子またはその前駆体が、適切な化学量論組成でマルチジェットガス供給システムから流出し、単分子層の吸着剤中にサンプル表面との化学反応が得られる。必要に応じて、次の第1の電子ビーム露光の際に、単分子層中に反応遊離基を生成し、かつ、サンプル材料のエッチング反応条件を生成するために、吸着層の反応、すなわち前駆体分子の特定の不平衡反応がトリガされる。
【００３３】
　第1のビームの設定は、通常、数pAであり、持続期間がμsecからmsecの十分に焦点の合った共心設定である。このビームは、固体の熱伝導係数が高く、また、照射面積がせいぜい数nm2の広さでしかないため、サンプルの表面を加熱することはできない。
【００３４】
　一般的に、エッチング反応によって固体または液体化合物が得られる。この化学反応生成物は、基板領域を生成化合物すなわち反応生成物の昇華すなわち蒸発温度より高い温度に加熱する、電子ビーム系の電子光設定が異なる第2の電子ビームの高パワー短パルスを使用してその領域を熱処理することによって蒸発する。
【００３５】
　基板領域の熱処理には、場合によっては焦点外れ設定の高電流ブロードビームが、1〜20nA程度の電流及び持続期間がμsecからmsecのパルスと共に使用される。このような照射により、伝導によって消え去るエネルギーより、入ってくるエネルギーの方が多いため、照射領域の中心部分の表面が加熱される。この加熱時間は極めて短時間であるが、十分に高い温度に加熱することができる。
【００３６】
　引き続いて他のすべての吸着物が表面から蒸発し、反応物質の供給に続いて、上で説明したサイクルが新たに継続され、この十分調時された手順で基板材料がエッチングされる。
【００３７】
　上で説明したサイクルを繰り返すことにより、1分当たり数マイクロメートルのエッチング速度が得られる。
【００３８】
　本発明による手順は、特に、クロム、銅、ケイ素、及び他の金属及び金属化合物のエッチング手順に使用される。
【００３９】
　本発明の他の利点及び特長については、添付の図面に照らして行う、実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
　図1は、以下の説明ではガス供給システム12で参照される、周知の分子ビーム供給システム、周知の電子ビーム系14、及びこれらのビーム-分子ビーム及び異なる電子ビーム-を適宜トリガして作用かつ協働させ、本発明による手順を実施するコンピュータ制御システム16を有するマスク修復システム10のセットアップを略図で示したものである。
【００４１】
　電子ビーム系14は、電子ビーム制御ユニット18によって制御されている。また、電子ビーム系14は、電流を測定するためのファラデーケージ20、ビームブランカを備えた電子ビームデフレクタコイル22、二次電子検出器24、対応する制御ユニット26-フォーカスモードすなわち第1の電子ビーム、及び加熱モードすなわち第2の電子ビームのための電子ビームモード切換えユニット-及び28を備えている。
【００４２】
　ガス供給システム12は、バルブ及び前駆ガスの圧力及び温度を制御するためのガス供給マルチジェット制御システム30を有している。ガス供給マルチジェット制御システム30は、CANオープンバス32を介してコンピュータ制御システム16に接続され、コンピュータ制御システム16によって制御されている。
【００４３】
　ぺルティエ冷却-または加熱された複数のリザーバ-液体または固体前駆体については図示せず-が、給送装置を介してノズルマニホルド34に接続されている。ノズルマニホルド34は、各ノズルにエンドバルブ36を有している。
【００４４】
　環境チャンバ38が設けられており、その中で以下で説明する本発明による手順が実施される。これは、サンプルチャンバを可変圧力または計器メーカによって供給される環境真空圧力制御システムを使用して高圧で動作させることができる電子ビーム系14を使用することによって達成(類似)される。それらのシステムを使用して、サンプルチャンバ内の圧力を電子ビームの動作を不能にすることなく15トルまで加圧することも可能である。ガス供給システム12及び電子ビーム系14は、環境チャンバ38内で作用する。修復するマスク42を位置付けするための干渉計制御電動ステージ40が設けられている。
【００４５】
　コンピュータ制御システム16は、電子ビーム系14を制御するためのものであり、したがって制御ユニット26は、電流を測定するためのファラデーケージ20に接続されている。
【００４６】
　時間依存型制御の場合、制御ユニット8、26及び28はトリガを有している。
【００４７】
　また、レーザ干渉計ステージ制御ユニット44が、ステージ46及びコンピュータ制御システム16に接続されている。
【００４８】
　次に、マスク修復システム10を使用した手順について説明する。
【００４９】
　最も明るく、かつ、長期間に渡って安定な電子源である熱電界放出陰極を使用した高分解能走査システムの電子ビームが使用されている。十分に発達した電子光系により、電子ビームを100eVから最大40keVまでさらには200keVまでさえのエネルギーを有する直径2nmのスポットに集束させることができる。レンズの収差が小さく、かつ、電子源及び専用ビーム経路のエネルギー幅が狭いため、ビームのクロスオーバ中の電子の分布が極めて鮮明に画定され、場合によってはクロスオーバを有さず、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大している場合もある。一般的に電子ビーム系は、イオンビーム系あるいは光子ビーム系より、それぞれほぼ10倍良好な性能を分解能及びパワー密度の形で達成している。次の表を参照されたい。
【００５０】
【表１】
2004140346.tif 000003
【００５１】
　上の表1から、表面層を脱離させるために、設定が異なる電子ビーム、例えば高電流設定の電子ビームを、より広い領域に極めて高いパワー密度で、かつ、継続期間の短いパルスで供給することができることが分かる。
【００５２】
　電子ビームは、イオンビームよりパワー密度が数桁勝っているが、ワークピースの原子への電子の運動量伝達が小さいため、同じ作用の場合、イオンよりはるかに多くの電子が必要である。イオンと比較すると、通常、50倍ないし250倍多くの電子が必要である。また、これは、低速イオンの、電子より遅いイオンの質量数の平方根の48倍であるはるかに広い散乱断面積によるものであり、したがって原子とより良好に相互作用する。さらに、ノックオンプロセスのクーロン相互作用が、イオンの核の電荷の倍数だけ強力である。しかしながら、イオン衝撃により多段型集束ノックオンプロセスが生成され、そのためにイオンの運動量がサンプルの深さに伝達され、材料が損傷する。イオン自体は、サンプルの表面に近い浅い領域に注入され、不純物として作用して、とりわけ157nmの遠UV光子を吸収する。
【００５３】
　クリーンでかつ非破壊による方法とは、電子及び化学薬品の吸収を使用して、基板金属と反応させるために、吸収した化学薬品を活性化させ、それにより固体、液体または気体化合物を形成し、反応生成物が液体または固体の場合、表面を化学化合物の昇華すなわち蒸発温度より高い温度に熱加熱する微小集束高パワー電子パルスを使用して、これらの分子を表面から蒸発させることである。
【００５４】
　本発明による手順には、独国特許第100 42 098号公報及び国際出願第02/19575号パンフレットに記載されている高ガスフラックス切換え機能を備えたガス供給システム12が使用されている。これらのドキュメントは、本発明に関連する本出願の開示の一部である。このガス供給システムにより、ワークピース表面に前駆体の単一単分子層を蒸着させることができる。ワークピースの表面を明確な休止時間及び電流密度でパターン化するためには、走査電子顕微鏡のような走査電子ビームシステムあるいはリソグラフィシステムが必要である。
【００５５】
　アディティブナノリソグラフィのプロセスについては、H.W.P. Koops, J. Kretz, M. Rodolph, M. Weber、G. Dahm及びK. Leeの論文”Characterization and application of materials grown by electron beam induced deposition”, Jpn. J. Appl. Phys Vol. 33 (1994) 7099〜7107頁に十分に記載されている。この論文は、本発明に関連する本出願の開示の一部である。
【００５６】
　電子ビームにより、反応分子、例えばハロゲンが潜在的に目標材料上に化学吸着するか、あるいは電子ビーム誘導活性化の下で、何らかの他の方法で化学組成が変化し、電子ビームに露光されない領域には、化学吸着または組成の変化は生じない。
【００５７】
　この手順の新規な特長は、微細集束モードでスイッチオンされる、パルス電子ビームの適時な結合であり、それにより、表面頂部の単分子層を加熱する機能を有することなく、吸収した化学薬品と基板表面の化学反応が誘導され、次に、表面を短時間の間、高温に加熱することができる、はるかに大きいベーム電流を可能にするために、電子ビームコラムが、異なる開口の選択を意味する、異なる設定に変更され、引き続いて、吸着した分子との化学反応の後、遊離基が不揮発性反応生成物から蒸発する。これは、同じ集束光学を使用していることによるものであり、回路編集の応用例において、深い孔が生成される際のその底部においても可能である。
【００５８】
　ビーム電流のこの高速変化及び集束には、電気的に選択可能な、標準の走査電子顕微鏡及びリソグラフィシステムには一般的でない開口、及び電流を変化させるために、異なるビーム制限開口を選択するための専用高速ビーム位置スイッチ、及び最終対物レンズ内の集束コイルの高速設定、または適切な方法でビームを集束させるための集束コイルの励起が必要である。デフォーカスには、周囲を加熱することによって中心領域を必要な温度に加熱することができるようにパワー分布を配列する必要がある。半導体の熱損失は極めて大きいため、適切な大きさの電流を供給し、かつ、適切な広さの面積を照射しなければならない。μm/secのエッチング速度を得るためには、不揮発性反応生成物を短時間で脱着させる必要があるため、この方法を適用することができるのは、電子ビーム制限開口が、MHzの速度で切り換えることができるビーム偏向電界を使用した電子光コラム内の電気設定によって選択される場合のみである。
【００５９】
　プロセスは、以下の時間シーケンスで確立される。
【００６０】
　第1の段階で、高熱パワーの電子パルスがスイッチオンされ、吸着物質の熱脱着によって表面が洗浄される。この時間スパンは、数μ秒から数ミリ秒の間継続し、最終的に、集束した電子ビームによって、適用量が電子ビーム標準リソグラフィの適用量に匹敵する1mC/cm2の吸着サイトが生成される。この時間の間、サンプルは室温に置かれ、気体分子の固着係数が大きくなる。次に、数ミリ秒以内に、前駆体層が活性化された表面に化学吸着され、電子ビームが良好に適合したエネルギー密度と相互作用して化学エッチング反応がトリガされる。この段階には、最大10C/cm2の適用量が必要である。この適用量は、電流、集束条件及び電子エネルギーに応じて、1μmsecから1secの休止時間の間に使用される。別法としては、電子ビーム露光の下で分解して化学反応し、露光された領域内の目標材料にのみ吸着する活性原子及び分解生成物を放出する、フッ化炭素などの少なくとも1つの非反応ガスを使用することもできる。この時間の後、1つまたは複数の高電流電子エネルギーパルスがワークピースに当たり、化学エッチング反応による反応生成物が蒸発する。いずれの場合においても、局部電子ビーム露光の効果により、図2に示すように、露光領域が何らかの化学的活性状態になり、電子ビームによって選択的に誘導されると、これらの領域がさらに反応して目標材料にエッチングプロセスが施される。また、このプロセスでは触媒を適用し、マルチジェットビームシステムを使用してサイトに流出させ、加熱時間スパンの間、材料中に拡散させることによって反応をサポートすることができる。
【００６１】
　不揮発性反応生成物が蒸発すると、基板材料の次の単分子層に作用させるためにプロセスが繰り返され、そのサイトの深さまでエッチングが施される。また、触媒強化反応、例えば、アルミニウムを使用した還元反応によって補助された酸化クロムエッチングによってこのプロセスをサポートすることもできる。
【００６２】
　この「層別エッチング」方式では、電子ビームは、表面の1つまたは若干の単分子層を化学修正するだけの正確な長さの領域の両端間で走査すなわちラスタされる。同一サイトに送られた高パワー短電子ビームパルスが、この被修正層を、例えば熱的に(これは、文字通り電子ビーム誘導熱脱着として周知の)あるいは被修正層にのみ存在している分子を電子励起することによって選択的に脱着させる。図3に示すように、材料が所望の深さに除去されるまで、電子ビーム露光サイクル及び電子ビーム加熱パルスが繰り返される。
【００６３】
　脱着及び蒸発は明確な時間間隔で生じるため、脱着単分子層の材料を化学分析することにより、質量分析計をDC方式またはロック方式で使用してエッチングプロセスをモニタすることができる。
【００６４】
　また、電界発光及び光学光検出を使用して、エッチングの終点を化学的に決定することができる。この終点は、エッチング済み位置における二次電子すなわち後方散乱電子放出の変化を解明することによっても決定することができる。表2は、ワーク段階の概略シーケンスを示したものである。
【００６５】
【表２】
2004140346.tif 000004
【００６６】
　図2は、前駆体の吸着及び電子ビーム走査露光によって画定された領域の化学反応のための段階1の実験構造を略図で示したもので、固体すなわち低速蒸発材料層が生成される。
【００６７】
　図3は、エッチング及び材料蒸発作用のための時間シーケンスを示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明によるマスク修復システムの略図である。
【図２】手順の主段階である反応及び除去段階を示す略図である。
【図３】本発明による連続する電子ビーム及び分子ビームを示す略図である。
【符号の説明】
【００６９】
　10　マスク修復システム
　12　分子ビームシステム/ガス供給システム
　14　電子ビーム系
　16　コンピュータ制御システム
　18　電子ビーム制御ユニット
　20　ファラデーケージ
　22　電子ビームデフレクタコイル
　24　二次電子検出器
　26　制御ユニット/電子ビーム切換えユニット
　28　制御ユニット
　30　ガス供給マルチジェット制御システム
　32　CANオープンバス
　34　マニホルドノズル
　36　エンドバルブ
　38　環境チャンバ
　40　干渉計制御電動ステージ
　42　修復すべきマスク
　44　レーザ干渉計ステージ制御ユニット
　46　ステージ
【図１】
2004140346.tif 000005
【図２】
2004140346.tif 000006
【図３】
2004140346.tif 000007