(57)【要約】【目的】  マスク等の多段階のプロセスを使用することなく基材の表面に１ナノメートルの微細な穴あけや幅２ナノメートルの溝掘り、また、これらを組み合わせた加工を行なうことができる加工方法とそのための装置を提供する。【構成】  金属、半導体、炭素等のハロゲン反応性を有する基材が収められた密閉容器を減圧にして０．５〜２Ｔ（テスラ）の強度の磁場中に置き、Ｃｌ2、ＸｅＦ2、ＡｌＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＡｕＣｌ3、ＮａＡｕＣｌ4等のハロゲン化合物の気体を少量ずつ供給しながら２００ｋｅＶ以上の加速電圧で処理された電子線を照射する。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン反応性の基材表面に、ハロゲンまたはハロゲン化合物の気体を供給するとともに、磁場により照射幅が制御された電子線を照射して微細加工を行なうことを特徴とするナノメートルオーダーの微細加工方法。
【請求項２】
照射する電子線の位置、幅、時間を変化させることを特徴とする請求項１に記載のナノメートルオーダーの微細加工方法。
【請求項３】
ハロゲンまたはハロゲン化合物としてＣｌ2、ＸｅＦ2、ＡｌＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＡｕＣｌ3およびＮａＡｕＣｌ4のうちのいずれかの１以上を使用することを特徴とする請求項１または２に記載のナノメートルオーダーの微細加工方法。
【請求項４】
ハロゲン反応性の基材が金属、半導体、炭素および有機ポリマーのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし３に記載のナノメートルオーダーの微細加工方法。
【請求項５】
制御された電子線を２００ｋｅＶ以上の加速電圧で照射することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのナノメートルオーダーの微細加工方法。
【請求項６】
磁場の強度を０．５〜２Ｔ（テスラ）の範囲に調整することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかのナノメートルオーダーの微細加工方法。
【請求項７】
ハロゲンまたはハロゲン化合物気体の供給ノズルを有する反応容器、減圧機構、電子線照射機構および磁場印加機構を備え、反応容器内に収められたハロゲン反応性の基材表面に対し、ハロゲンまたはハロゲン化合物の気体を供給するとともに、磁場により照射幅が制御された電子線を照射して微細加工を行なうことを特徴とするナノメートルオーダーの加工装置。
【請求項８】
電子線照射と磁場印加の方向を可変にする手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載のナノメートルオーダーの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は半導体集積回路等の基板に微細なパターンを形成する方法とその装置に関するものである。さらに詳しくは、基材を磁場によって照射幅を制御した電子線を照射しながらハロゲン化合物を供給して金属や半導体あるいは有機物等にナノメートルオーダーの加工を行なう方法とその装置を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等に微細な加工を行なう方法としては投影露光装置を使用するリソグラフィー技術が一般に採用されている。また、リソグラフィーより、さらに微細な加工を行なう方法として、所望の加工用パターンを形成したマスクに荷電粒子を照射し、荷電粒子が透過した部分に反応ガスを供給することによって反応ガス部分を選択的に微細加工する、いわゆる電子線アシストエッチング方法が知られている（特許文献１および２）。
【０００３】
そして、この電子線アシストエッチング方法における反応ガスとしてハロゲン系ガスを使用する電子線アシストエッチング方法も知られている（非特許文献１および２）。
【特許文献１】特開平０８−２２２１７５号公報
【特許文献２】特開平０６−１０４２１８号公報
【非特許文献１】P.D.Rack,et al.;Appl.Phys.Lett.,82(2003)2326
【非特許文献２】Ｈ．Ｗatanabe,et al.;Jpn.J.Appl.Phys.,30,11B(1991)3190
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から行われているエッチング法は一般に分解能が小さく、たとえば、特許文献１および２に開示されている電子線アシストエッチング方法では、せいぜい分解能は５０〜１００ナノメートル（ｎｍ）程度である。しかしながら、近い将来の実現が予想されている超集積半導体電子デバイスでは加工寸法精度が少なくとも１０ナノメートル以下のものが必要であるとされている。
【０００５】
そこで、この出願の発明はマスク等の多段階のプロセスを使用することなく基材の表面に１ナノメートルの微細な穴あけ、または幅２ナノメートルの溝掘り、さらにはこれらを組み合わせた加工を行なうことができる、新しい微細加工方法とそのための装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この出願の発明は上記の課題を解決するものとして、第１には、ハロゲン反応性の基材表面に、ハロゲンまたはハロゲン化合物の気体を供給するとともに、磁場により照射幅が制御された電子線を照射して微細加工を行なうナノメートルオーダーの微細加工方法を提供し、第２には、照射する電子線の位置、幅、時間を変化させるナノメートルオーダーの微細加工方法を、第３には、ハロゲンまたはハロゲン化合物としてＣｌ2、ＸｅＦ2、ＡｌＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＡｕＣｌ3およびＮａＡｕＣｌ4のうちのいずれかの１以上を使用するナノメートルオーダーの微細加工方法を、また、また、第４には、ハロゲン反応性の基材が金属、半導体、炭素および有機ポリマーのうちのいずれかであるナノメートルオーダーの微細加工方法を、さらに、第５には、制御された電子線を２００ｋｅＶ以上の加速電圧で照射するナノメートルオーダーの微細加工方法を、第６には、磁場の強度を０．５〜２Ｔ（テスラ）の範囲に調整するナノメートルオーダーの微細加工方法を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、第７には、ハロゲンまたはハロゲン化合物気体の供給ノズル
を有する反応容器、減圧機構、電子線照射機構および磁場印加機構を備え、反応容器内に収められたハロゲン反応性の基材表面に対し、ハロゲンまたはハロゲン化合物の気体を供給するとともに、磁場により噴射幅が制御された電子線を噴射して微細加工を行なうナノメートルオーダーの加工装置を、そして、第８には、電子線照射と磁場印加の方向を可変にする手段を備えているナノメートルオーダーの加工装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記第１の発明のナノメートルオーダーの加工方法によれば、基板に１〜１０ｎｍの形状の微小加工が可能になる。
【０００９】
上記第２の発明のナノメートルオーダーの加工方法によれば、上記の加工方法と同様な効果が得られ、さらに多様な形状の微小加工が可能になる。
【００１０】
上記第３の発明のナノメートルオーダーの加工方法によれば、上記の加工方法と同様な効果が得られ、さらに微小加工に好適なハロゲン化合物を選定することができる。
【００１１】
上記第４の発明のナノメートルオーダーの加工方法によれば、上記の加工方法と同様な効果が得られ、さらに微小加工に好適な基材を選定することができる。
【００１２】
上記第５の発明のナノメートルオーダーの加工方法によれば、上記の加工方法と同様な効果が得られ、さらに微細加工に好適な電子線を選定することができる。
【００１３】
上記第６の発明のナノメートルオーダーの加工方法によれば、上記の加工方法と同様な効果が得られ、さらにさらに微細加工に好適な磁場強度の範囲を選定することができる。
【００１４】
上記第７の発明のナノメートルオーダーの加工装置によれば、基板に１〜１０ナノメートルオーダーの形状の微小加工が可能な装置が提供することができる。
【００１５】
上記第８の発明のナノメートルオーダーの加工装置によれば、上記の加工装置と同様な効果が得られ、さらに任意形状の微小加工が可能な装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この出願の発明は上記のとおりの特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態について詳しく説明する。
【００１７】
この出願の発明者は、従来からビーム支援堆積膜や電子・イオンビーム分解反応によって形成されるナノドット・ワイヤの特性を調べるとともにパターン加工に応用展開する技術を探求してきたが、この出願の発明は当該技術を探索する過程で得られた知得に基いて完成されたものであって、この技術の成果を半導体集積回路等の基板上に微細なパターンを形成する技術に応用するものである。
【００１８】
この出願の発明は密閉された反応容器に磁場を印加するとともに、その中に収められた基材の表面にハロゲンまたはハロゲン化合物の気体を供給しながら、２００ｋｅＶ以上に加速された電子線を照射するものである。従来の電子線アシストエッチング法は電子線を十分細く絞ることが困難であるため分解能はせいぜい５０〜１００ナノメートルオーダー程度に過ぎなかった。ところが、この出願の発明では従来の方法より加速電圧を高くし、さらに加速電圧を磁場中におくという新しい手法を採用することにより電子線を細く絞ることが可能になり、これまで実現不可能であるとされていた基材の表面にナノメートルオーダーの微細で精密な加工を行なうことを可能にするものである。
【００１９】
さらに、この出願の発明は磁場の強度、磁場の方向および電子線の照射時間を変化することにより加工の部位や加工のサイズが多様なナノメートルオーダーの微細な加工を精密に行なうことが可能になるものである。
【００２０】
この出願の発明を図にしたがって説明すると、図１はハロゲン化合物の気体を供給しながら磁力線（３）により細く絞られた電子線を照射している状態を示した模式図である。
【００２１】
内部に基材（４）が収められた密閉性の反応容器（５）を０．５〜２テスラ（Ｔ）程度の磁場中に設けて真空ポンプ等で吸引（６）しながら、ハロゲン化合物供給ノズル（１）からハロゲン化合物の気体を約１×１０-4Ｐａ Ｌ／ｓから１×１０-3Ｐａ Ｌ／ｓの流量で少量ずつ供給する。そして、基材（４）の表面に２００ｋｅＶ以上の高い加速電圧の電子線（２）を照射する。この電子線（２）は磁場の磁力線（３）によって細く絞られているため直径１〜１０ナノメートルの穴をあけることが可能となり、また電子線（２）の照射部位を移動させることによって幅２〜１０ナノメートルの溝等も成形することができる。この出願の発明において使用可能な基材としてはハロゲンまたはハロゲン化合物と反応する材料であれば特に限定されないが、特に金属、半導体，炭素などが好適な材料として使用することができる。また、基材上に供給するハロゲンまたはハロゲン化合物としては常温で気体のものが好適であるが、常温で気体でなくても蒸気圧を持つ液体あるいは固体のものが使用できる。この出願の発明で使用できるハロゲン化合物としては、例えば、Ｃｌ2、ＸｅＦ2、ＡｌＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＡｕＣｌ3、ＮａＡｕＣｌ4などが好適である。
【００２２】
このように、この出願の発明はマスク等の多段階のプロセスを使用することなく基材の表面に１ナノメートルの微細な穴あけや幅２ナノメートルの溝掘り、さらには、これらを組み合わせた加工を行なうことができるという優れた特徴を有している。
【００２３】
そこで、以下に実施例を説明する。もちろん、この出願の発明は以下の実施例に限定されるものではなく、詳細については様々な態様が可能である。
【実施例１】
【００２４】
ステンレス鋼薄膜（４）が収められた密閉された反応容器（５）を０．５〜２テスラ（Ｔ）程度の磁場中に置く。この反応容器（５）を室温に保持してＮａＡｕＣｌ4ガス（１）
を１×１０-4Ｐa Ｌ／ｓになるように供給する。ステンレス鋼薄膜（４）の表面に磁場によって照射幅が制御されている２００ｋｅＶの加速電圧の電子線（２）を照射する。
図２は、この方法で作製されたステンレス鋼薄膜（４）の表面に直径約２ナノメートルの穴があけられた状態の透過電子顕微鏡写真である。
【００２５】
図２からも明らかなように１０ナノメートル以下の領域でナノメートルオーダーの微細加工が精密に施されていることが示されている。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
この出願の発明によって、ナノメートルオーダーの非常に微細な加工を精密にしかも自在に行なうことが可能になり電子デバイス、電子波干渉素子やマイクロマシン用部材の加工等に貢献することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この出願の発明に使用するための装置の全体を示した模式図である。
【図２】この出願の発明により加工されたステンレス鋼に直径約２ナノメートルの穴が２次元に配置された基材の透過電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ハロゲン化合物供給ノズル
２  電子線
３  磁力線
４  基材
【図１】
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【図２】
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