电子束微细加工方法
阅读：171发布：2020-05-11
专利汇可以提供电子束微细加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在包含有单独的GaAs以及InP 基板 的AlxGayIn1-x-yAszP1-z(0≤x、y、z≤1)层表面，用调节为任意 电子 束直径和 电流 密度 的电子束进行照射，使上述AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上形成的自然 氧 化膜选择性取代为或生成Ga2O3之后，将上述AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面用溴化物以单 原子 层单位进行干蚀刻，除去已经置换成上述Ga2O3部分以外的上述自然氧化膜以及AlxGayIn1-x-yAszP1-z基板。，下面是电子束微细加工方法专利的具体信息内容。
1.一种电子束微细加工方法，所述方法使负型光刻术能够实施， 所述方法在GaAs薄膜表面上，所述表面形成在含有单独的GaAs以及 InP基板的A1xGayIn1-x-yAszP1-z(0≤x、y、z≤1)表面上，用调节为任 意电子束直径和电流密度的电子束进行照射，使上述GaAs表面上形成 的自然氧化膜选择性置换成或生成Ga2O3之后，将上述GaAs层表面用 溴化物以单原子层单位进行干蚀刻，选择性除去已经置换成上述Ga2O3 部分以外的上述自然氧化膜以及GaAs和A1xGayIn1-x-yAszP1-z,其中
上述电子束的加速电压在50keV以下，剂量为1016～1020电子 /cm2，
控制上述电子束的照射量来控制电子束剂量，在上述GaAs层表面 上生成结晶化度不同的Ca2O3，由此控制上述干蚀刻时的蚀刻量，在同 一工序中形成长宽比不同的微细构造物。
2.如权利要求1所述的电子束微细加工方法，上述溴化物为 AsBr3、PBr3、GaBr3、InBr3中的任意一种。
3.如权利要求1或2所述的电子束微细加工方法，通过控制上述 电子束的照射量能够当场以纳米级单位控制上述A1xGayIn1-x-yAszP1-z 层表面的蚀刻深度、以及控制加工区域的侧面形状。
技术领域
本发明涉及，在化合物半导体基板、特别是在GaAs以及InP基 板上外延生长的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面的电子束微细加工方法。
背景技术
近年来，随着构成微电子核心的ULSI集成度的提高，正在寻求 着这些量子装置的电路图案微细化。目前，在半导体装置的制作工 艺中，绝缘膜和金属薄膜这样的多余部分一般是采用各种各样的蚀 刻术来消除的，这些蚀刻术是按照抗蚀图以高精确度去除的基本技 术。作为一种蚀刻术，有一种是采用卤气的干蚀刻。这种干蚀刻是 在高真空中比较清洁的气氛内的蚀刻，因此被期待能够制作微小的 量子装置等的构造。
比如作为装置原料的代表性原料Si，一般采取氟以及氯系的卤 气进行干蚀刻。虽然对包含有GaAs的AlxGayIn1-x-yAszP1-z等化合物 半导体也采用干蚀刻工艺的报告很多，但是实际上使量子元件的制 造成为可能的技术手段并没有完成。
比如，GaAs比Si电子的移动度要大，为比Si更适合做高周波、 高速操作的材料。从资源的丰富性、结晶的完整性等方面看，代替 靠工业规模大发展起来的Si，GaAs作为能够克服其性能限制的一种 化合物半导体，其卓越的性能与多样性被瞩目。此GaAs等化合物半 导体的外延结晶生长技术的MBE(分子束外延生长)法、MOCVD (有机金属化学气相沉积)法等技术都有进步，使得优质结晶的生 长成为可能。因此其作为化合物半导体的装置材料的重要性正在提 高。
本发明者为了克服对于化合物半导体等目前采用的卤气的干蚀 刻方法的技术限制，开发出了在半导体结晶表面上用溴化物以单原 子层单位实施干蚀刻的方法，并已在特开平8-321483号公报上公 开。
但是，为了在GaAs层表面上形成高精度的电路图案，即使采用 上述的以单原子层单位的干蚀刻，也需要形成干蚀刻用掩模。
目前，制造这种干蚀刻用掩模方法有，比如特开2001-267213号公 报所记载的电子束光刻术。
但是，随着近年的量子装置中电路图案的微细化和复杂化，此干 蚀刻用掩模的制作越来越困难，形状、尺寸的重现性下降，并且制造 成本也变得非常高，成为问题。
而且，GaAs层表面有自然形成的As2O3、As2O、Ga2O等的表面 氧化膜，在制作干蚀刻用掩模的时候，还需要先除掉此表面氧化膜。
本发明，针对上述问题，其目的在于提供一种电子束微细加工方 法，其不必预先除掉在GaAs层表面上自然形成的As2O3、As2O、Ga2O 等表面氧化膜，并且不需要掩模形成用于形成复杂、微细化电路图案 的干蚀刻用掩模，而是在包含有GaAs的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面 上，直接形成用于量子装置上的、微细并且长宽比不同的电路图案。
比如作为装置原料的代表性原料Si，一般采取氟以及氯系的卤 气进行干蚀刻。虽然对包含有GaAs的AlxGayIn1-x-yAszP1-z等化合物 半导体也采用干蚀刻工艺的报告很多，但是实际上使量子元件的制 造成为可能的技术手段并没有完成。
比如，GaAs比Si电子的移动度要大，为比Si更适合做高周波、 高速操作的材料。从资源的丰富性、结晶的完整性等方面看，代替 靠工业规模大发展起来的Si，GaAs作为能够克服其性能限制的一种 化合物半导体，其卓越的性能与多样性被瞩目。此GaAs等化合物半 导体的外延结晶生长技术的MBE(分子束外延生长)法、MOCVD (有机金属化学气相沉积)法等技术都有进步，使得优质结晶的生 长成为可能。因此其作为化合物半导体的装置材料的重要性正在提 高。
本发明者为了克服对于化合物半导体等目前采用的卤气的干蚀 刻方法的技术限制，开发出了在半导体结晶表面上用溴化物以单原 子层单位实施干蚀刻的方法，并已在特开平8-321483号公报上公 开。
但是，为了在GaAs层表面上形成高精度的电路图案，即使采用 上述的以单原子层单位的干蚀刻，也需要形成干蚀刻用掩模。
目前，制造这种干蚀刻用掩模方法有，比如特开2001-267213号公 报所记载的电子束光刻术。
但是，随着近年的量子装置中电路图案的微细化和复杂化，此干 蚀刻用掩模的制作越来越困难，形状、尺寸的重现性下降，并且制造 成本也变得非常高，成为问题。
而且，GaAs层表面有自然形成的As2O3、As2O、Ga2O等的表面 氧化膜，在制作干蚀刻用掩模的时候，还需要先除掉此表面氧化膜。
本发明，针对上述问题，其目的在于提供一种电子束微细加工方 法，其不必预先除掉在GaAs层表面上自然形成的As2O3、As2O、Ga2O 等表面氧化膜，并且不需要掩模形成用于形成复杂、微细化电路图案 的干蚀刻用掩模，而是在包含有GaAs的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面 上，直接形成用于量子装置上的、微细并且长宽比不同的电路图案。
发明内容
本发明的电子束微细加工方法是，在包含有单独的GaAs以及InP 基板的AlxGayIn1-x-yAszP1-z(0≤x、y、z≤1)表面所形成的GaAs薄膜 表面上，用调节为任意电子束直径以及电流密度的电子束进行照射， 使在上述GaAs表面上形成的自然氧化膜选择性置换成或者生成Ga2O3 后，对于上述GaAs层表面用溴化物以单原子层单位进行干蚀刻，把已 经置换成上述Ga2O3部分以外的上述自然氧化膜以及GaAs和 AlxGayIn1-x-yAszP1-z选择性的除掉。
这样，本发明的电子束微细加工方法，可以不需要制作和使用在 干蚀刻时所用的干蚀刻用掩模，通过控制电子束剂量来改变对蚀刻有 耐性的Ga2O3的结晶化度，从而自由调整在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面 上形成的图案形状以及长宽比。因此，像近年的量子装置上面所使用 的电路图案那样，也可用于更复杂化、微细化的电路图案。
附图说明
图1为本发明涉及的电子束微细加工方法的实施方式例的说明 图。
图2为利用AMF观察本发明涉及的电子束微细加工方法的各电子 束剂量所造成的基板表面情况的照片。
图3为利用AMF观察本发明涉及的电子束微细加工方法的各电子 束剂量所造成的基板表面情况的照片，为图2的放大图。
图4为利用AMF观察本发明涉及的电子束微细加工方法的各电子 束剂量所造成的基板表面情况的照片，为图3的透视图。
图5为利用AFM观察电子束剂量不同时形成微细构造物长宽比不 同的结构照片。
这样，本发明的电子束微细加工方法，可以不需要制作和使用在 干蚀刻时所用的干蚀刻用掩模，通过控制电子束剂量来改变对蚀刻有 耐性的Ga2O3的结晶化度，从而自由调整在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面 上形成的图案形状以及长宽比。因此，像近年的量子装置上面所使用 的电路图案那样，也可用于更复杂化、微细化的电路图案。
附图说明
图1为本发明涉及的电子束微细加工方法的实施方式例的说明 图。
图2为利用AMF观察本发明涉及的电子束微细加工方法的各电子 束剂量所造成的基板表面情况的照片。
图3为利用AMF观察本发明涉及的电子束微细加工方法的各电子 束剂量所造成的基板表面情况的照片，为图2的放大图。
图4为利用AMF观察本发明涉及的电子束微细加工方法的各电子 束剂量所造成的基板表面情况的照片，为图3的透视图。
图5为利用AFM观察电子束剂量不同时形成微细构造物长宽比不 同的结构照片。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及的电子束微细加工方法是，在GaAs薄膜表 面上，所述表面形成在包含有单独的GaAs和InP基板的AlxGayIn1-x- yAszP1-z层表面上，用调节为任意电子束直径以及电流密度的电子束进 行照射，使在上述GaAs表面形成的自然氧化膜选择性置换成或者生成 Ga2O3后，对于上述GaAs以及AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面用溴化物以 单原子层单位进行干蚀刻，把已经置换成上述Ga2O3部分以外的上述 自然氧化膜以及GaAs和AlxGayIn1-x-yAszP1-z除掉。上述溴化物使用 AsBr3、PBr3、GaBr3、InBr3中的任意一种。并且，通过控制上述电子 束照射量(剂量)，把上述GaAs自然氧化膜层置换成结晶化度不同的 Ga2O3，来控制上述干蚀刻时的蚀刻抗性，可以在真空连续的同一工序 中形成长宽比不同的微细构造物。其中，上述电子束的加速电压优选 在50keV以下，剂量优选为1016～1020eletron/cm2。
本发明的实施方式涉及的电子束微细加工方法，是在AlxGayIn1-x- yAszP1-z层表面形成的GaAs薄膜表面的自然氧化膜上直接用调整为任 意电子束直径以及电流密度的电子束进行照射，把GaAs层表面上自然 形成的As2O3、As2O、Ga2O等自然氧化膜选择性的置换成化学上稳定 的Ga2O3。然后把其余的As2O3、As2O、Ga2O等氧化物放在10-3Pa以 下左右的减压环境下进行选择性热脱离。此时，置换后的稳定氧化膜 (Ga2O3)就起到在目前的光刻法中使用的掩模一样的作用，在 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层母材上用AsBr3、PBr3、GaBr3、InBr3等溴化物 的气氛对每单原子层进行蚀刻，这样化学上稳定的氧化膜的Ga2O3就 残留在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面 上，从而在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面就可以形成任意图案。因此， 电子束照射时，通过在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上描绘任意图案 等，AlxGayIn1-x-y-AszP1-z层表面的电子束照射部位就会形成化学上稳 定的Ga2O3，该Ga2O3在用溴化物进行干蚀刻时不会被侵蚀，这样在 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层上就可以加工任意图案了。
而且，当把电子束照射时的剂量加大，被置换的Ga2O3的结晶化 度就会提高，与此同时对干蚀刻的掩模的抗性也会提高，这样在蚀 刻后，形成的微细构造物的长宽比就会加大。也就是说如果想加大 蚀刻后形成的微细构造物的长宽比，只要加大电子束的剂量，就可 以以纳米级单位控制AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面图案的线宽等。
以下参照附图，说明本发明涉及的电子束微细加工方法的一例实 施方式。图1中的1是GaAs层，2是在GaAs层1表面上自然形成 的As2O3等表面的自然氧化膜。并且在图1中，从左至右、即从图1 (a)到图(c)，电子束的剂量增加。
本实施方式涉及的电子束微细加工方法，首先，不除去在GaAs 层1表面上自然形成的As2O3等自然氧化膜2，在高真空中用加速电 压在50keV以下、优选在20keV以下，剂量在1016～1020eletron/cm 的电子束照射这个自然氧化膜2。电子束的剂量要根据电子束的电流 量以及照射时间适当调整、进行控制。通过电子束的照射，自然氧 化膜2的As2O3、As2O等氧化物被置换成化学上稳定的Ga2O33(参 照图1(a)上段)。然后，把表面氧化膜2的一部分已经置换成Ga2O33 的GaAs层1升温至580～620℃、对Ga2O33以外的表面氧化膜2进 行热脱离，其后用溴化物进行照射，由此蚀刻其表面，以原子层一 层单位进行干蚀刻，除去被置换成Ga2O33以外的部分(参照图1(a) 下段)。此刻，通过电子束图案化GaAs层1的表面形成规定的电路 图案，就可以在GaAs层1表面上加工任意的电路图案。
通过使用这种干蚀刻能够重现性高地得到平坦性良好的表面。具 体地说，利用这种溴化物的干蚀刻中，被逐渐蚀刻的原子是表面突 出部分和凹陷部分的原子，由于把导致表面凹凸的突出和凹陷的部 分优先蚀刻掉，所以能把原子层以一层单位进行蚀刻。这种以一层 单位蚀刻所得到的表面是非常平坦的。就是说能在原子层面得到平 坦的表面。另外这个办法与面指数无关，可以进行均等的蚀刻。因 此，GaAs结晶表面(100)、(110)、(111)的任何一面都可以 不考虑面指数情况，以一层单位进行蚀刻，就是说，可以当场用纳 米级单位控制蚀刻的深度以及控制加工区域的侧面形状。
这个干蚀刻之中，用溴气在超高真空中，比如在向10-7Pa级排 气后，在580～620℃下、V族分子气体分压为10-3～10-7Pa下导入蚀 刻剂气体(溴气)就可以实施蚀刻。在此作为蚀刻气体的溴化物， 优选以与As形成的化合物AsBr3和与P形成的化合物PBr3为代表的 物质。当然，也可以是其他物质。
这样，因为可以在表面原子层每一层单位进行蚀刻，因此可以以 纳米级单位对通过电子束照射被置换成微细尺寸的、在化学上稳定 的Ga2O3以外的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面所存在的自然氧化膜部分 进行加工，可重现性良好并且容易地形成长宽比高的微细构造，可 以进行负片石版印刷。
与上述情况相比，将电子束4照射时间加长、剂量增多，如图1 (b)、(c)所示，可以把Ga2O33的长宽比加大。
这样，通过本发明涉及的电子束微细加工方法，不除去在GaAs 层表面上自然形成的As2O3等自然氧化膜，而对这个自然氧化膜进行 电子束照射，就可以在表面上形成化学上稳定的Ga2O3。然后，通过 控制电子束的剂量就可以控制用溴化物进行干蚀刻后的GaAs层表 面形成的Ga2O3的结晶化度，从而可以形成长宽比不同的构造物。 而且，电子束照射时按照规定的电路图形图案在GaAs层表面用电子 束描绘，就可以容易的把任意电路图案重现性良好地加工出来。用 此办法，可以用于半导体装置、波长识别装置、微加工、光子晶体、 微细部件等的微细加工，量子细线、量子箱等。
另外，在本实施方式例中，对GaAs层进行了说明，但只要是 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层，能够达到与本实施方式例中说明的GaAs层同 样的效果，就不限于GaAs层。
以下，用实施例更具体的说明本发明。
(实施例)
向在GaAs层表面上自然形成的As2O3等表面氧化膜的表面，在 高真空中用加速电压为30kV、电流量为5×10-7A、照射时间为1～9 μsec/dot、电子束直径为0.1μm的电子束照射。这时，通过电子束， 以10μm的间隔将1μm宽的线描绘成格子状。而且，通过改变照射 时间，把剂量改变，具体如下。
(1)0.6×1019电子/cm2
(2)1.2×1019电子/cm2
(3)1.8×1019电子/cm2
(4)2.4×1019电子/cm2
(5)3.0×1019电子/cm2
(6)3.6×1019电子/cm2
(7)4.2×1019电子/cm2
(8)4.8×1019电子/cm2
(9)5.4×1019电子/cm2
用以上各剂量的电子束照射之后，导入至超高真空装置、向10- 6Pa级排气之后，把温度提高到600℃，除去Ga2O3以外的氧化膜， 之后再在580℃下，导入气体分压为10-6～10-5Pa下的AsBr3气体， 进行17分钟的蚀刻。
图2～图4所示为各个剂量时用原子间力显微镜(AFM)观察的 照片。图中的各编号与上述的各剂量相对应。
电子束的剂量越多，在GaAs层表面上形成的各图案的线就越 宽，这可以从图2～图4看出。可以看出，通过控制电子束的剂量， 就可以形成线宽不同的电路图案。
图5所示为用AFM观察电子束剂量不同时，形成的微细构造物 的长宽比不同的照片。如图5所示，长宽比电子束的剂量越多，长 宽比越大。另外，图中的各编号，与上述电子束剂量相对应。
如上所述，在GaAs层表面上形成的自然氧化膜用电子束照射， 能够形成用溴化物蚀刻不掉的化学上稳定的Ga2O3，而且通过对电子 束剂量的控制，可以在同一装置中通过连续工序，以纳米级单位控 制和加工在GaAs层表面上形成的图案线宽和平面形状比，所以可以 大幅削减制造成本。
就像以上详细说明过的一样，通过本发明，不用除去在含有 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层等化合物半导体的半导体结晶表面上自然形成 的自然氧化膜，而是通过对此自然氧化膜注入电子束，就可以形成 不被溴化物蚀刻的结晶化度高的化学上稳定的Ga2O3。因此，不使用 目前蚀刻时采用的蚀刻用掩模，就可以在表面上加工任意的电路图 案。并且，通过控制电子束的剂量，可以以纳米级单位加工在 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上形成的图案的线宽以及长宽比。
本发明不只限于上述的实施方式和实施例。在本发明的精神与范 围之内，可以有各种各样的实施方式与实施例。
产业实用性
通过本发明，能够实现发挥多种量子装置特性的有用元件，比如 量子细线、量子箱、衍射光栅、微观机器。
本发明的实施方式涉及的电子束微细加工方法，是在AlxGayIn1-x- yAszP1-z层表面形成的GaAs薄膜表面的自然氧化膜上直接用调整为任 意电子束直径以及电流密度的电子束进行照射，把GaAs层表面上自然 形成的As2O3、As2O、Ga2O等自然氧化膜选择性的置换成化学上稳定 的Ga2O3。然后把其余的As2O3、As2O、Ga2O等氧化物放在10-3Pa以 下左右的减压环境下进行选择性热脱离。此时，置换后的稳定氧化膜 (Ga2O3)就起到在目前的光刻法中使用的掩模一样的作用，在 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层母材上用AsBr3、PBr3、GaBr3、InBr3等溴化物 的气氛对每单原子层进行蚀刻，这样化学上稳定的氧化膜的Ga2O3就 残留在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面 上，从而在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面就可以形成任意图案。因此， 电子束照射时，通过在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上描绘任意图案 等，AlxGayIn1-x-y-AszP1-z层表面的电子束照射部位就会形成化学上稳 定的Ga2O3，该Ga2O3在用溴化物进行干蚀刻时不会被侵蚀，这样在 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层上就可以加工任意图案了。
而且，当把电子束照射时的剂量加大，被置换的Ga2O3的结晶化 度就会提高，与此同时对干蚀刻的掩模的抗性也会提高，这样在蚀 刻后，形成的微细构造物的长宽比就会加大。也就是说如果想加大 蚀刻后形成的微细构造物的长宽比，只要加大电子束的剂量，就可 以以纳米级单位控制AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面图案的线宽等。
以下参照附图，说明本发明涉及的电子束微细加工方法的一例实 施方式。图1中的1是GaAs层，2是在GaAs层1表面上自然形成 的As2O3等表面的自然氧化膜。并且在图1中，从左至右、即从图1 (a)到图(c)，电子束的剂量增加。
本实施方式涉及的电子束微细加工方法，首先，不除去在GaAs 层1表面上自然形成的As2O3等自然氧化膜2，在高真空中用加速电 压在50keV以下、优选在20keV以下，剂量在1016～1020eletron/cm 的电子束照射这个自然氧化膜2。电子束的剂量要根据电子束的电流 量以及照射时间适当调整、进行控制。通过电子束的照射，自然氧 化膜2的As2O3、As2O等氧化物被置换成化学上稳定的Ga2O33(参 照图1(a)上段)。然后，把表面氧化膜2的一部分已经置换成Ga2O33 的GaAs层1升温至580～620℃、对Ga2O33以外的表面氧化膜2进 行热脱离，其后用溴化物进行照射，由此蚀刻其表面，以原子层一 层单位进行干蚀刻，除去被置换成Ga2O33以外的部分(参照图1(a) 下段)。此刻，通过电子束图案化GaAs层1的表面形成规定的电路 图案，就可以在GaAs层1表面上加工任意的电路图案。
通过使用这种干蚀刻能够重现性高地得到平坦性良好的表面。具 体地说，利用这种溴化物的干蚀刻中，被逐渐蚀刻的原子是表面突 出部分和凹陷部分的原子，由于把导致表面凹凸的突出和凹陷的部 分优先蚀刻掉，所以能把原子层以一层单位进行蚀刻。这种以一层 单位蚀刻所得到的表面是非常平坦的。就是说能在原子层面得到平 坦的表面。另外这个办法与面指数无关，可以进行均等的蚀刻。因 此，GaAs结晶表面(100)、(110)、(111)的任何一面都可以 不考虑面指数情况，以一层单位进行蚀刻，就是说，可以当场用纳 米级单位控制蚀刻的深度以及控制加工区域的侧面形状。
这个干蚀刻之中，用溴气在超高真空中，比如在向10-7Pa级排 气后，在580～620℃下、V族分子气体分压为10-3～10-7Pa下导入蚀 刻剂气体(溴气)就可以实施蚀刻。在此作为蚀刻气体的溴化物， 优选以与As形成的化合物AsBr3和与P形成的化合物PBr3为代表的 物质。当然，也可以是其他物质。
这样，因为可以在表面原子层每一层单位进行蚀刻，因此可以以 纳米级单位对通过电子束照射被置换成微细尺寸的、在化学上稳定 的Ga2O3以外的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面所存在的自然氧化膜部分 进行加工，可重现性良好并且容易地形成长宽比高的微细构造，可 以进行负片石版印刷。
与上述情况相比，将电子束4照射时间加长、剂量增多，如图1 (b)、(c)所示，可以把Ga2O33的长宽比加大。
这样，通过本发明涉及的电子束微细加工方法，不除去在GaAs 层表面上自然形成的As2O3等自然氧化膜，而对这个自然氧化膜进行 电子束照射，就可以在表面上形成化学上稳定的Ga2O3。然后，通过 控制电子束的剂量就可以控制用溴化物进行干蚀刻后的GaAs层表 面形成的Ga2O3的结晶化度，从而可以形成长宽比不同的构造物。 而且，电子束照射时按照规定的电路图形图案在GaAs层表面用电子 束描绘，就可以容易的把任意电路图案重现性良好地加工出来。用 此办法，可以用于半导体装置、波长识别装置、微加工、光子晶体、 微细部件等的微细加工，量子细线、量子箱等。
另外，在本实施方式例中，对GaAs层进行了说明，但只要是 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层，能够达到与本实施方式例中说明的GaAs层同 样的效果，就不限于GaAs层。
以下，用实施例更具体的说明本发明。
(实施例)
向在GaAs层表面上自然形成的As2O3等表面氧化膜的表面，在 高真空中用加速电压为30kV、电流量为5×10-7A、照射时间为1～9 μsec/dot、电子束直径为0.1μm的电子束照射。这时，通过电子束， 以10μm的间隔将1μm宽的线描绘成格子状。而且，通过改变照射 时间，把剂量改变，具体如下。
(1)0.6×1019电子/cm2
(2)1.2×1019电子/cm2
(3)1.8×1019电子/cm2
(4)2.4×1019电子/cm2
(5)3.0×1019电子/cm2
(6)3.6×1019电子/cm2
(7)4.2×1019电子/cm2
(8)4.8×1019电子/cm2
(9)5.4×1019电子/cm2
用以上各剂量的电子束照射之后，导入至超高真空装置、向10- 6Pa级排气之后，把温度提高到600℃，除去Ga2O3以外的氧化膜， 之后再在580℃下，导入气体分压为10-6～10-5Pa下的AsBr3气体， 进行17分钟的蚀刻。
图2～图4所示为各个剂量时用原子间力显微镜(AFM)观察的 照片。图中的各编号与上述的各剂量相对应。
电子束的剂量越多，在GaAs层表面上形成的各图案的线就越 宽，这可以从图2～图4看出。可以看出，通过控制电子束的剂量， 就可以形成线宽不同的电路图案。
图5所示为用AFM观察电子束剂量不同时，形成的微细构造物 的长宽比不同的照片。如图5所示，长宽比电子束的剂量越多，长 宽比越大。另外，图中的各编号，与上述电子束剂量相对应。
如上所述，在GaAs层表面上形成的自然氧化膜用电子束照射， 能够形成用溴化物蚀刻不掉的化学上稳定的Ga2O3，而且通过对电子 束剂量的控制，可以在同一装置中通过连续工序，以纳米级单位控 制和加工在GaAs层表面上形成的图案线宽和平面形状比，所以可以 大幅削减制造成本。
就像以上详细说明过的一样，通过本发明，不用除去在含有 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层等化合物半导体的半导体结晶表面上自然形成 的自然氧化膜，而是通过对此自然氧化膜注入电子束，就可以形成 不被溴化物蚀刻的结晶化度高的化学上稳定的Ga2O3。因此，不使用 目前蚀刻时采用的蚀刻用掩模，就可以在表面上加工任意的电路图 案。并且，通过控制电子束的剂量，可以以纳米级单位加工在 AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上形成的图案的线宽以及长宽比。
本发明不只限于上述的实施方式和实施例。在本发明的精神与范 围之内，可以有各种各样的实施方式与实施例。
产业实用性
通过本发明，能够实现发挥多种量子装置特性的有用元件，比如 量子细线、量子箱、衍射光栅、微观机器。
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