JP3125004B2 - 基材の表面加工方法 - Google Patents

基材の表面加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0007】
【作用】フロンガスはArFエキシマレーザー光によっ
て、CCl22→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
2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
4)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。
【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(CCl22→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
2)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。
【0009】[実験例1]フロン12(CCl22)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。
【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。
【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。
【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。
【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
エネルギー密度は20〜70mJ/cm2、基板温度は80〜
120℃が望ましい。
【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、Al23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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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
【図2】SiO2基板のエッチング面を示す図面代用顕
微鏡写真
【図3】図2に示すエッチング面の凹凸を示す図
【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
【図5】図3に示すエッチング面の凹凸を示す図
【図6】エッチレートのガス圧依存特性図
【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
【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
【符号の説明】
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
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力1〜50TorrのフロンガスにA
    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。
  2. 【請求項2】 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、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。
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