JP3125004B2 - Substrate surface processing method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】フロンに紫外線を照射すると光分
解してラジカルを生成するが、本発明は、この安定なラ
ジカルを再度紫外線で励起して基材（ＳｉＯ2等の金属
酸化物）の表面を選択的にエッチングする方法に関す
る。When fluorocarbons are irradiated with ultraviolet rays, they undergo photodecomposition to generate radicals. The present invention is based on the fact that these stable radicals are again excited by ultraviolet rays to form a substrate (metal oxide such as SiO 2 ). The present invention relates to a method for selectively etching a surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体を製造する工程の１つに酸化膜に
回路パターンを形成するエッチング工程がある。これは
ＳｉＯ2基板の表面にレジストを塗布し、光によって回
路パターンを転写後、現像（リソグラフィー工程）し、
その後ＳｉＯ2の露出した部をフッ酸又はプラズマ等で
エッチングするという方法である。2. Description of the Related Art One of the processes for manufacturing a semiconductor is an etching process for forming a circuit pattern on an oxide film. This involves applying a resist on the surface of a SiO 2 substrate, transferring the circuit pattern with light, and developing (lithography process)
Thereafter, the exposed portion of SiO 2 is etched with hydrofluoric acid or plasma.
【０００３】しかしこの方法では、ＳｉＯ2基板にレジ
ストを塗布し、パターン転写後現像処理し、その後エッ
チングするというように工程数が多く非常に面倒であ
る。そこで、レジストを使用しない方法として、真空中
に置いたＳｉＯ2基板に１６０ｎｍ以下の紫外線やＳＯ
Ｒ光を直接照射して、ＳｉとＯとを解離する方法が知ら
れている。However, in this method, a resist is applied to an SiO 2 substrate, a pattern is transferred, a developing process is performed, and then etching is performed. Therefore, as a method that does not use a resist, the following 160nm to SiO 2 substrate was placed in a vacuum ultraviolet rays or SO
There is known a method of directly irradiating R light to dissociate Si and O.
【０００４】[0004]
【発明の解決しようとする課題】しかし前記した方法で
は、一担遊離したＳｉが再び基板上に折出するため、精
度よくエッチングができないという問題があった。本発
明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その
目的は基材の表面に簡単にしかも精度よく所定のパター
ンをエッチングできる基材の表面加工方法を提供するこ
とにある。However, the above-mentioned method has a problem that etching cannot be performed with high accuracy because the released Si is bent back onto the substrate. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and has as its object to provide a method of processing a surface of a substrate, which can easily and accurately etch a predetermined pattern on the surface of the substrate.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に請求項１に係る基材の表面加工方法においては、圧力
１〜５０ＴｏｒｒのフロンガスにＡｒＦエキシマレーザ
ー光（１９３ｎｍ）を照射して光分解し、さらにＫｒＦ
エキシマレーザー光（２４９ｎｍ）を基材（金属酸化
物）に照射して基材表面のＫｒＦエキシマレーザー光照
射領域をエッチングするようにしたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for processing a surface of a base material, comprising: irradiating ArF excimer laser light (193 nm) to a Freon gas at a pressure of 1 to 50 Torr; And KrF
The substrate (metal oxide) is irradiated with excimer laser light (249 nm) to etch the KrF excimer laser light-irradiated region on the surface of the substrate.
【０００６】また請求項２では、前記ＡｒＦエキシマレ
ーザー光を基材の加工予定面に対し平行に照射し、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザー光を基材の加工予定面に垂直に照射
するようにしたものである。According to a second aspect of the present invention, the ArF excimer laser beam is radiated in parallel to the surface of the substrate to be processed, and
The F excimer laser beam is irradiated perpendicularly to the surface of the base material to be processed.
【０００７】[0007]
【作用】フロンガスはＡｒＦエキシマレーザー光によっ
て、ＣＣｌ2Ｆ2→ＣＣｌＦ2＋Ｃｌ→ＣＦ2＋Ｃｌ2とい
うように光分解する。この光分解により生成されたＣＦ
2は波長域２２０〜２６０ｎｍにかけて吸収を有する安
定で寿命の長いラジカルである。そこで１〜５０Ｔｏｒ
ｒの圧力の下でさらにＫｒＦエキシマレーザー光を照射
すると、ＣＦ2ラジカルが励起され、この励起されたＣ
Ｆ2ラジカルは基材（金属酸化物、例えばＳｉＯ2）表面
から酸素原子（Ｏ）を引き抜く。このため遊離した金属
原子（例えばＳｉ）はフロンの光分解によって生成した
塩素（Ｃｌ）と反応して塩素化合物（例えばＳｉＣ
ｌ4）を生成し、ガスとなって飛散し、基材表面には凹
部が形成される。即ちエッチングされる。[Function] Freon gas is irradiated by ArF excimer laser light.
And CClTwoFTwo→ CCIFTwo+ Cl → CFTwo+ ClTwoTo
Photodecompose as follows. CF generated by this photolysis
TwoIs a light having absorption in the wavelength range of 220 to 260 nm.
It is a constant and long-lived radical. So 1 to 50 Torr
Irradiate further KrF excimer laser light under r pressure
Then, CFTwoRadicals are excited and the excited C
FTwoThe radicals are formed on the substrate (metal oxide, for example, SiO 2Two)surface
Oxygen atoms (O) from the substrate. Metal released for this
Atoms (eg, Si) generated by photolysis of Freon
Reacts with chlorine (Cl) to produce chlorine compounds (eg, SiC
lFour) Is generated and scattered as a gas.
A part is formed. That is, it is etched.
【０００８】[0008]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明方法を実施するための装置の一実施
例を示している。この図において、符号１０は、内部に
試料台１１が設けられ、側方及び上方にレーザ光入射用
の窓１２Ａ，１２Ｂが設けられた反応容器で、反応容器
１０の側面には、原料ガス（フロン１２）を反応容器１
０内に供給するガス流入口１３が設けられている。窓１
２Ａに対向して必要に応じて集光レンズ１４Ａが配置さ
れ、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）Ｌ1
が側方から容器１０内に照射されるようになっている。
また窓１２Ｂの上方には、集光レンズ１４Ｂと、電気回
路パターンが透光部として形成されているマスク１６と
が鉛直方向に配置されており、マスク１６の上方から鉛
直下方に向けてＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４９
ｎｍ）Ｌ2が照射されるようになっている。ＡｒＦエキ
シマレーザー光Ｌ1は試料台１１上に載置されたＳｉＯ2
基板１８の上方に集光してエネルギ密度が高くなり、原
料ガス（フロン１２）が光分解（ＣＣｌ2Ｆ2→ＣＣｌＦ
2＋Ｃｌ→ＣＦ2Ｃｌ2）されてＣＦ2ラジカルが生成され
る。一方、上方からのＫｒＦエキシマレーザ光Ｌ2の照
射により、マスク１６に形成されている電気回路パター
ンが基板１８上に結像する。即ち基板１８の表面では、
マスク１６の電気回路パターン形状に対応する領域だけ
にレーザー光Ｌ2が照射されて、基板表面のレーザー光
照射領域だけが励起状態となる。このためレーザー光Ｌ
1によって容器１０内の原料ガスが光分解され、これに
よって生成されたＣＦ2ラジカルがレーザ光Ｌ2によって
励起され、この励起されたＣＦ2ラジカルが基板（Ｓｉ
Ｏ2）表面からＯを引き抜く。このためＯと遊離したＳ
ｉは、ＣＦ2ラジカルとともに生成されたＣｌと結合
し、ＳｉＣｌ4（ガス）となって飛散して、基板表面に
は電気回路パターン形状に対応した凹溝が残る。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus for carrying out the method of the present invention. In this drawing, reference numeral 10 denotes a reaction vessel in which a sample stage 11 is provided inside, and windows 12A and 12B for entering a laser beam are provided on the side and upper side. Fluorocarbon 12) into reaction vessel 1
A gas inlet 13 for supplying the gas into the chamber 0 is provided. Window 1
A condensing lens 14A is arranged facing the 2A as required, and an ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) L 1
Is irradiated into the container 10 from the side.
Above the window 12B, a condenser lens 14B and a mask 16 in which an electric circuit pattern is formed as a light-transmitting portion are arranged in a vertical direction, and a KrF excimer is arranged from above the mask 16 vertically downward. Laser light (wavelength 249
nm) L 2 is irradiated. The ArF excimer laser beam L 1 is emitted from the SiO 2 mounted on the sample stage 11.
Light is concentrated above the substrate 18 to increase the energy density, and the source gas (Freon 12) is photodecomposed (CCl 2 F 2 → CCLF).
2 + Cl → CF 2 Cl 2 ) to generate CF 2 radicals. On the other hand, by irradiation with KrF excimer laser beam L 2 from above, an electric circuit pattern formed on the mask 16 is imaged on the substrate 18. That is, on the surface of the substrate 18,
The laser light L 2 only in a region corresponding to an electrical circuit pattern of the mask 16 is irradiated by the laser light irradiation area of the substrate surface becomes an excited state. Therefore, the laser light L
1 feed gas in the vessel 10 is photolyzed by which CF 2 radicals produced is excited by the laser beam L 2 by the excited CF 2 radicals substrate (Si
O 2 ) Extract O from the surface. Therefore, O and S released
i is combined with Cl generated together with CF 2 radicals, and scatters as SiCl 4 (gas), leaving a groove corresponding to the electric circuit pattern shape on the substrate surface.
【０００９】［実験例１］フロン１２（ＣＣｌ2Ｆ2）１
０Ｔｏｒｒを図１に示す装置のテフロン製容器１０内に
封入し、側方から照射するＡｒＦエキシマレーザー光Ｌ
1のエネルギー密度を１０ｍＪ／cm2、垂直方向から照射
するＫｒＦエキシマレーザー光Ｌ2のエネルギー密度を
３００ｍＪ／cm2としてＳｉＯ2基板と石英ガラス基板に
エッチングした。この結果図２，４に示される図面代用
写真のようなパターン溝が形成された。[Experimental example 1] Freon 12 (CCl 2 F 2 ) 1
0 Torr is sealed in a Teflon container 10 of the apparatus shown in FIG. 1, and an ArF excimer laser beam L irradiated from the side is used.
Etching was performed on the SiO 2 substrate and the quartz glass substrate with the energy density of 1 being 10 mJ / cm 2 and the energy density of the KrF excimer laser beam L 2 irradiated from the vertical direction being 300 mJ / cm 2 . As a result, a pattern groove was formed as shown in FIGS.
【００１０】図２はＳｉＯ2の基板上のエッチング面を
示し、このエッチング溝の深さ及び溝巾は、図３に示さ
れるように、溝巾２００μm，溝深さ４００〜７００Å
であった。図４は石英ガラス基板上のエッチング面を示
し、このエッチング溝の深さ及び溝巾は図５に示される
ように、溝巾２００μm，溝深さは２５００Åであっ
た。FIG. 2 shows an etched surface of the SiO 2 substrate. The depth and width of the etched groove are 200 μm and 400 to 700 °, as shown in FIG.
Met. FIG. 4 shows the etched surface on the quartz glass substrate. The depth and width of the etched groove were 200 μm and the groove depth was 2500 ° as shown in FIG.
【００１１】またＡｒＦエキシマレーザ光Ｌ1及びＫｒ
Ｆエキシマレーザー光Ｌ2のエネルギー密度を夫々一定
に保ち、原料ガスの圧力を変化させたところ、図６に示
されるような特性が得られた。即ち、ガス圧１〜５０Ｔ
ｏｒｒの範囲でエッチングが可能であり、ガス圧は２０
Ｔｏｒｒでエッチレートが最大で、最も効率が良い。ま
た、フロン１２の圧力を１５Ｔｏｒｒ、ＡｒＦエキシマ
レーザーのエネルギー密度を１０mJ/cm2とし、ＫｒＦエ
キシマレーザーのエネルギー密度を変化させたところ、
図７に示すように、２６０mJ/cm2で最大のエッチレート
となり、エネルギー密度２４０〜３４０mJ/cm2の範囲で
エッチングが可能であった。The ArF excimer laser beams L 1 and Kr
Maintaining the energy density of the F excimer laser beam L 2 respectively constant, where changing the pressure of the feed gas, the characteristics shown in FIG. 6 were obtained. That is, gas pressure 1-50T
Etching is possible in the range of orr and the gas pressure is 20
The etching rate is the highest at Torr, and the efficiency is the highest. When the pressure of the Freon 12 was 15 Torr, the energy density of the ArF excimer laser was 10 mJ / cm 2, and the energy density of the KrF excimer laser was changed,
As shown in FIG. 7, the maximum etch rate 260 mJ / cm 2, at a range of the energy density 240~340mJ / cm 2 was possible etching.
【００１２】またＫｒＦエキシマレーザー光Ｌ2のエネ
ルギー密度を３００mJ/cm2とし、ＡｒＦエキシマレーザ
ーＬ1のエネルギー密度を変化させたところ、図８に示
される特性が得られた。即ち、１６mJ/cm2で最初のエッ
チレートの最大値が得られ、約１００mJ/cm2で最低とな
り、それ以上では再びエネルギー密度の増加に比例して
エッチレートが上昇し、５００mJ/cm2でエッチレートが
約０．０８Å/pulseとなった。なお５００mJ/cm2以上の
エネルギー密度でのデータをとらなかったため明確では
ないが、エネルギー密度を５００mJ/cm2以上とすれば、
もっと高いエッチレートが得られるものと思われる。When the energy density of the KrF excimer laser beam L 2 was set to 300 mJ / cm 2 and the energy density of the ArF excimer laser L 1 was changed, the characteristics shown in FIG. 8 were obtained. That is, the maximum value of the first etch rate is obtained at 16 mJ / cm 2, is lowest at the about 100 mJ / cm 2, the etching rate is increased in proportion to the increase in energy density again at higher, at 500 mJ / cm 2 The etch rate was about 0.08Å / pulse. Although not clear because they did not take the data at 500 mJ / cm 2 or more energy density, if the energy density 500 mJ / cm 2 or more,
It is expected that a higher etch rate will be obtained.
【００１３】［実験例２］また、原料ガス圧を５０Ｔｏ
ｒｒ以上とするとエッチングは全く行なわれなかった。
そして原料ガス圧を１５０Ｔｏｒｒとし、ＡｒＦエキシ
マレーザー光Ｌ1を照射してフロン１２を光分解し、さ
らにヒータによって１００℃に加熱保持したガラス基板
１８上にＫｒＦエキシマレーザー光Ｌ2を照射すると、
基板１８上にマスク１６のパターン形状に対応するフッ
素樹脂膜が形成された。このフッ素樹脂膜の形成には原
料ガス圧１００〜２００Ｔｏｒｒで、望ましくは１５０
Ｔｏｒｒがよい。またＫｒＦエキシマレーザー光Ｌ2の
エネルギー密度は２０〜７０mJ/cm2、基板温度は８０〜
１２０℃が望ましい。[Experimental Example 2] The source gas pressure was set to 50 To
At rr or more, no etching was performed.
When the source gas pressure is set to 150 Torr, ArF excimer laser light L 1 is irradiated to photodecompose Freon 12, and further, a KrF excimer laser light L 2 is irradiated on the glass substrate 18 heated and maintained at 100 ° C. by a heater.
A fluororesin film corresponding to the pattern shape of the mask 16 was formed on the substrate 18. For forming this fluororesin film, the source gas pressure is 100 to 200 Torr, preferably 150 to 200 Torr.
Torr is good. The energy density 20~70mJ / cm 2 of KrF excimer laser beam L 2, the substrate temperature is 80
120 ° C. is desirable.
【００１４】なお前記した実施例では、ＳｉＯ2，石英
ガラスのエッチングにつき説明したが、Ａｌ2Ｏ3その他
の半導体材料である金属酸化物にエッチングする場合に
も同様に適用できる。In the above embodiment, etching of SiO 2 and quartz glass has been described. However, the present invention can be similarly applied to etching of Al 2 O 3 and other metal oxides which are semiconductor materials.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば、フロンガスをＡｒＦエキシマレーザー光によっ
て光分解し、さらにＫｒＦエキシマレーザー光を照射す
ることによって、光分解によって生成したＣＦ2ラジカ
ルが励起され、この励起されたＣＦ2ラジカルによって
基材（金属酸化物、例えばＳｉＯ2）表面から酸素原子
（Ｏ）が引き抜かれ、このため遊離した金属原子（例え
ばＳｉ）がフロンの光分解によって生成した塩素（Ｃ
ｌ）と反応して塩素化合物（例えばＳｉＣｌ4）を生成
し、ガスとなって飛散するので、基材表面にはＫｒＦエ
キシマレーザー光の照射領域に対応した凹部が形成され
る。即ち精度のよいレジストレスエッチングを簡単に行
なうことができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, CF 2 radicals generated by photo-decomposition are obtained by photo-decomposing Freon gas with ArF excimer laser light and further irradiating with KrF excimer laser light. Is excited, and oxygen atoms (O) are extracted from the surface of the base material (metal oxide, for example, SiO 2 ) by the excited CF 2 radicals. The generated chlorine (C
1) to generate a chlorine compound (for example, SiCl 4 ), which is scattered as a gas, so that a concave portion corresponding to the KrF excimer laser light irradiation region is formed on the surface of the base material. That is, accurate resistless etching can be easily performed.
【図１】本発明方法を実施するための装置の第１の実施
例の概要図FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of an apparatus for performing the method of the present invention.
【図２】ＳｉＯ2基板のエッチング面を示す図面代用顕
微鏡写真FIG. 2 is a micrograph as a substitute of a drawing showing an etched surface of a SiO 2 substrate.
【図３】図２に示すエッチング面の凹凸を示す図FIG. 3 is a view showing unevenness of an etched surface shown in FIG. 2;
【図４】石英ガラス基板のエッチング面を示す図面代用
顕微鏡写真FIG. 4 is a micrograph as a substitute for a drawing showing an etched surface of a quartz glass substrate.
【図５】図３に示すエッチング面の凹凸を示す図FIG. 5 is a view showing unevenness of an etched surface shown in FIG. 3;
【図６】エッチレートのガス圧依存特性図FIG. 6 is a graph showing a gas pressure dependence characteristic of an etch rate.
【図７】エッチレートのＫｒＦエキシマレーザー光エネ
ルギー密度依存特性図FIG. 7 is a graph showing the dependence of the etch rate on the energy density of a KrF excimer laser beam.
【図８】エッチレートのＡｒＦエキシマレーザー光エネ
ルギー密度依存特性図FIG. 8 is a graph showing the dependence of the etch rate on the light energy density of an ArF excimer laser.
１０ 反応容器 １２Ａ，１２Ｂ レーザー光入射用の窓 １３ 原料ガス流入口 １６ マスク １８ 基板 Ｌ1 ＡｒＦエキシマレーザー光 Ｌ2 ＫｒＦエキシマレーザー光10 reaction vessels 12A, 12B laser window 13 feed gas inlet 16 mask 18 the substrate L 1 ArF excimer laser light beam for incidence L 2 KrF excimer laser beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/302 B23K 26/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/302 B23K 26/12
Claims (2)
ｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ）を照射して光分
解し、さらにＫｒＦエキシマレーザー光（２４９ｎｍ）
を基材（金属酸化物）に照射して基材表面のＫｒＦエキ
シマレーザー光照射領域をエッチングすることを特徴と
する基材の表面加工方法。(1) A fluorocarbon gas having a pressure of 1 to 50 Torr is supplied with A
Irradiation with rF excimer laser light (193 nm) to photodecompose, and further KrF excimer laser light (249 nm)
A substrate (metal oxide) by irradiating the substrate with a KrF excimer laser light-irradiated region on the surface of the substrate.
加工予定面に対し平行に照射し、ＫｒＦエキシマレーザ
ー光を基材の加工予定面に垂直に照射することを特徴と
する請求項１記載の基材の表面加工方法。2. The method according to claim 1, wherein the ArF excimer laser beam is radiated in parallel to a surface to be processed of the substrate, and the KrF excimer laser beam is radiated vertically to the surface to be processed of the substrate. The method of processing the surface of the substrate.
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| JP03259176A JP3125004B2 (en) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | Substrate surface processing method |
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- 1991-10-07 JP JP03259176A patent/JP3125004B2/en not_active Expired - Fee Related
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