JPH0447454B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光化学反応を利用して試料上に薄膜
を形成し若しは試料上の薄膜をエツチングする試
料処理装置に係わり、特に光源の改良をはかつた
試料処理装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、光エネルギによる化学反応を利用し、化
合物ガスを分解して半導体ウエハ等の試料上に薄
膜を形成する方法が開発されている。この方法は
光CVDと称され、通常の薄膜形成法に比較し低
温で膜形成ができることや荷電粒子によるダメー
ジがない等の特徴を有しており、今後の薄膜形成
技術において重要な位置を占めるものとして注目
されている。

ところで、この種の方法で用いられる光エネル
ギを放射するための光源としては、放電により光
を発生する放電管が一般的である。放電管の形状
は通常直線状若しくはＵ字状であり、一定の面積
を照射するためにはこれらを複数個並べる方式が
採られている。この場合、放電管を複数個並べる
ため、放電管相互間を一定距離に保つ必要があ
り、発行しない空間が生じ照射光強度が低下し不
均一となる。さらに、個々の放電管の発行強度の
バラツキによつても、照射光強度が不均一になる
等の問題がある。そして、この問題が光CVD法
による均一な薄膜形成を妨げる要因となつてい
る。

なお、上述した照射光強度の不均一性の問題
は、光CVD法に限らず光化学反応を利用して試
料上の薄膜をエツチングする光エツチング法でも
大きな欠点となつている。すなわち、光エツチン
グ法では照射光強度の不均一性に起因してエツチ
ング速度が不均一になると云う欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、所定面積に均一に光を照射す
ることができ、光CVD法による形成薄膜の膜厚
均一化及び光エツチングによるエツチング均一性
向上等をはかり得る試料処理装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、光エネルギを放射する光源と
して、所定平面内で均一に発光する単一の光源を
用いることにある。

すなわち本発明は、試料が収容された試料室内
に化合物ガスを導入すると共に、光源からの光を
試料室内に入射して上記ガスを励起分解し、試料
上に薄膜を形成または試料上の薄膜をエツチング
する試料処理装置において、前記光源は単一の放
電灯であり、この放電灯は前記試料表面と平行な
面を有する気密容器と、この気密容器内に設けら
れ上記平面と直交する面で容器内を仕切つて容器
内全てを通る１本の帯状放電灯を形成し、光源か
らの光を透過する部材により構成された仕切り板
と、該帯状放電灯の両端部にそれぞれ設けられた
電極とからなるものであることを特徴とする試料
処理装置である。

より具体的には光源を、試料表面と平行な面を
有する気密容器と、この気密容器内に設けられ上
記平面と直交する複数の面で容器内を仕切つて容
器内全てを通る１本の帯状放電炉を形成する仕切
り板と、該帯状放電炉の両端部にそれぞれ設けら
れた電極とからなる単一の放電灯で構成するよう
にしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、所定の平面で均一発光する単
一の光源を用いているので、複数の光源を用いた
場合のように光源間の発光しない空間が生じるこ
とはなく、しかも個々の光源の発光強度バラツキ
等の問題は生じない。このため、所望する領域に
光源からの光を均一に照射することができる。し
たがつて、光CVD法に適用した場合には、均一
な膜厚で薄膜を形成することができる。また、光
エツチング法に適用した場合には、均一なエツチ
ングを行うことが可能となり、半導体製造技術分
野における有用性は絶大である。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例に係わる光CVD装
置を示す概略構成図である。図中１は薄膜形成容
器（試料室）で、この容器１内には例えばガラス
基板からなる試料２を載置する試料台３が収容さ
れている。試料台３の内部には、上記試料２を加
熱するヒータ４が設けられている。また、容器１
内にはガス供給部５から化合物ガスを含む原料ガ
スが導入され、容器１内のガスは排気ポンプ６に
より排気されるものとなつている。

一方、薄膜形成容器１の上部には、光源７を収
納した光源収納容器８が設けられている。光源７
は第２図に示す如くその発光領域（放電領域）を
渦巻状に形成された１個の放電灯からなるもの
で、この放電灯から放射された光エネルギは光通
過窓９を通過して前記容器１内に入射するものと
なつている。なお、光源７についての詳細は後述
する。また、容器８内には不活性ガスライン１
０，１１を介して不活性ガス（例えば窒素、アル
ゴンなど）が通流され、これにより光源７が冷却
されるとともに、空気中の酸素によるオゾンの発
生を防いでいる。

ところで、前記光源７は第３図ａ〜ｇに示す工
程により作製されている。すなわち、まず第３図
ａに示す如き合成石英製の円筒体３１の下面に同
図ｂに示す如き合成石英製の円板３２を溶着し、
同図ｃに示す如く円筒体３１の下面開口を円板３
２で閉塞する。次いで、第３図ｄに示す如き合成
石英製の板を渦巻状に湾曲してなる支切板３３
を、同図ｅに示す如く円筒体３１内に配置して円
板３２に溶着する。これにより、前記第２図にも
示した如き渦巻状の１本の帯状放電路３４が形成
される。次いで、第３図ｆに示す如く前記円板３
２と同様な円板３５に２個の開孔を設け、これら
の開孔を閉塞するよう円板３５の上面に、電極３
６，３７が収納されたガラス製の電極収納管３
８，３９をそれぞれ溶着する。次いで、第３図ｇ
に示す如く円筒体３１の上面に円板３５の下面を
溶着する。その後、上記円筒体３１及び円板３
２，３５等からなる容器内を真空排気すると共
に、該容器内に水銀を含むガス（例えばAr−Hg
混合ガス）を封入することによつて、前記光源７
としての放電灯（低圧水銀ランプ）が完成され
る。かくして作製された光源７は円板３２側を下
にして前記容器１内の試料２と対向配置されるも
のとなつている。

このように構成された本装置では、光源７の発
光領域が１本の帯状放電路の渦巻により、前記円
筒体３１が形成する円と平面内全域に広がつてい
るので、該平面内で均一な光エネルギ放射を行わ
せることができる。本発明者等の実験によつて
も、上記光源７を点灯させたところ均一な発光面
が得られるのが確認された。このため、容器１内
への光照射を均一に行うことができ、光CVD法
による均一膜厚の薄膜形成を実現することができ
る。

ここで、光源７が合成石英製であることから、
光源７からの光は185〔ｎｍ〕、254〔ｎｍ〕の紫外
光が主である。そこで、上記波長の紫外光を用
い、前記原料ガスとしてH₂希釈したSiH₄（10％）
と水銀蒸気との混合ガス、原料ガス流量を50
〔sccμ〕、ガス圧力１、試料温度200〔℃〕、処理時
間１〔ｈ〕の条件で薄膜形成を行つた。その結果、
試料２としてのガラス基板上に3600〔Å〕のアモ
ルフアス・シリコン膜が得られた。そして、この
膜の均一性は極めて良好で±５〔％〕以下であつ
た。また、光源７として従来のＵ字形ランプを用
いた場合、上記と同一条件下で膜厚は2800〔Å〕、
均一性は±10〔％〕程度であつた。

このように本装置によれば、光CVD法によつ
て試料２上に均一に、かつ比較的速い速度で薄膜
（アモルフイス・シリコン）を形成することがで
きる。また、光源７が１個であることから複数の
光源を用いた場合のような個々の発光強度のバラ
ツキに起因する光照射の不均一性を招くことはな
い。さらに、経時的に発光強度が低下した場合で
あつても、光源７が１個であるため全体としての
発光強度は均一であり、したがつて経時的に光照
射量が不均一化する等の不都合はない。そして、
この発光強度の低下を他の条件により補正するこ
とも極めて容易である。例えば試料台３近傍に光
強度測定センサーを配置して照射強度を測定し、
あらかじめとつておいた光強度と膜形成速度との
関係を決めたデータを用いれば所定の膜厚を得る
ために必要な時間を決定することができる。この
場合、光源７が一本化されるので複数の光源を用
いた従来の方法の様に、経時的なばらつきがな
く、測定が容易である。しかも最小のセンサー、
例えば１つのセンサーによつても照射強度の測定
が可能である。また、光源７の電極３６，３７を
円筒体３１の内部に収納するのではなく、円板３
５から突出した収納管３８，３９内に収納してい
るので、電極３６，３７近傍の暗部が光源７の下
面側に生じることはなく、これにより照射光強度
のより一層の均一化をはかり得る等の利点があ
る。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種種
変形して実施することができる。例えば、前記光
源の発光部形状は円形に限るものではなく、第４
図に示す如く矩形であつても何ら差し支えない。
要は、発光領域が所定平面状に配置した帯状発光
路で形成され、かつ該発光路が上記平面上で重な
ることなく該平面の全面を覆うものであればよ
い。また、光源の製造方法は何ら実施例に限定さ
れるものではなく、適宜変更可能である。さら
に、光源は低圧水銀ランプに限るものではなく、
所定エネルギの光を所定平面内で均一に発光する
ものであればよい。

また、実施例では光CVD装置について説明し
たが、本発明は光エツチングに適用することも可
能である。現在、VLSIの微細加工技術の主流は、
種々の反応性ガスから生じるイオンを試料表面に
垂直に入射させて、これをエツチングするもの
で、反応性イオンエツチング（Reactive Ion
Etching；RIE）と呼ばれている。しかし、該方
法では電子、イオンなどの荷電粒子を用いるた
め、基板損傷、静電破壊などの照射損傷を生じ、
これらの除去に苦慮しているのが現状である。

これに対して、最近、荷電粒子を用いない無照
射損傷のドライエツチング技術として、紫外線な
どの光励起プロセスの研究が盛んに行われてい
る。これら光プロセスを実用化するためには、前
記薄膜堆積同様、大口径、均一光源が不可欠であ
る。すなわち、近年、ウエハの大口径化の傾向は
著しく、６〜８インチウエハも使用されるに至つ
ており、エツチングの均一性のみならず、スルー
プツトの点も考慮して一括処理方式を可能にする
大口径光源への要求が高まつている。

本発明は、これら諸々の問題を一掃するもの
で、例えば、６インチのSiウエハ上の熱酸化
SiO₂上に成長させたリン添加Poly−Siに、Cl₂中
で第２図に示したランプを照射した結果、エツチ
ングの均一性は±５％以下という値が得られ、極
めて有用であることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光CVD装
置を示す概略構成図、第２図は上記装置に使用し
た光源の発光部構造を示す平面図、第３図ａ〜ｇ
は上記光源の製造工程を示す斜視図、第４図は変
形例を説明するための平面図である。 １……薄膜形成容器（試料室）、２……試料、
３……試料台、４……ヒータ、５……ガス供給
部、６……排気ポンプ、７……光源、８……光源
収納容器、９……光透過窓、３１……円筒体、３
２，３５……円板、３３……支切板、３４……放
電路（発光路）、３６，３７……電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料が収容された試料室内に化合物ガスを導
   入すると共に、光源からの光を試料室内に入射し
   て上記ガスを励起分解し、上記試料上に薄膜を形
   成または試料上の薄膜をエツチングする試料処理
   装置において、前記光源は単一の放電灯であり、
   この放電灯は前記試料表面と平行な面を有する気
   密容器と、この気密容器内に設けられ上記平面と
   直交する面で容器内を仕切つて容器内全てを通る
   １本の帯状放電灯を形成し、光源からの光を透過
   する部材により構成された仕切り板と、該帯状放
   電灯の両端部にそれぞれ設けられた電極とからな
   るものであることを特徴とする試料処理装置。 ２ 前記電極は、前記気密容器内から前記基板側
   と反対側に突出した収納管内に収容されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の試料処理
   装置。