JPH0645265A

JPH0645265A - 光ｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH0645265A
Application number: JP21742792A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Take; 昌之手計; Masamitsu Sato; 正光佐藤; Hiroto Uchida; 寛人内田; Katsumi Ogi; 勝実小木
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】光透過窓の汚染が防止され、又は汚染された
場合は容易にこれを清浄できる光ＣＶＤ装置を提供する
ことである。【構成】光透過窓のアブレーション用の光を窓に収束
させ、かつその光が被加工物を照射しないように斜めに
入射させる。【効果】光透過窓が清浄に保たれ、かつアブレーショ
ン用の光が被加工物に有害な影響を与えることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ＣＶＤ装置に関するも
のである。更に詳しくは光ＣＶＤ装置の光透過窓の汚染
防止、又は汚染された場合は容易にこれを清浄できる光
ＣＶＤ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、光ＣＶＤ装置等に各種波長の光が
利用されている。光ＣＶＤ装置等は光化学反応を容器の
内部で起こさせるために、外部より内部の反応性化合物
に光を照射するための光透過部用の窓が設けられてお
り、窓の材料としてシリカガラスが広く使用されてい
る。

【０００３】気相の反応性化合物は光が照射されると、
光のエネルギーにより化合物中の電子を励起して化学反
応を惹起する。生成した反応物は基板上に析出し結晶成
長して、金属膜、半導体膜、酸化膜、絶縁膜等を形成す
る。光のエネルギーを化合物中の電子を励起に利用する
ためには、化合物の吸収する波長又は他の増感光性物質
の吸収する波長の光が選択使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の装置が運転使用されている間に分解生成した反応物は
結晶成長に全部利用されるものではなく、一部は排気と
して反応系外に排出され、或いはチャンバの壁に析出
し、窓の表面にも異物が析出、付着して汚染する。特に
金属を含有する反応性化合物の場合、光を反応系内に導
入するための光透過窓に金属が析出して光の透過率が低
下し、光による化学反応が起こりにくくなり、各種加工
処理の効率が低下することがあった。そのため定期的に
窓の表面の異物を除去し、光の透過率の回復を図らなけ
ればならなかった。

【０００５】窓の外側面の汚染は容易に清掃可能である
が、装置の内側等に面した表面の清掃には次のような方
法が採られていた。例えば、窓を取り外して清浄なもの
と交換又は洗浄する、容器内部をエッチング性雰囲気又
はプラズマエッチング状態にして付着した異物をエッチ
ングして除去する等の方法が行われていた。

【０００６】窓を取り外して清浄なものと交換又は洗浄
するのは最も簡明な方法であるが装置を停止しなければ
ならず、装置の稼働率が低下する。特に光ＣＶＤ装置で
は一旦大気圧に戻すために長い時間を要することがある
し、容器内への不純物の混入の虞が大きい。

【０００７】窓が汚染され光の透過率が低下し、各種加
工処理の効率が低下するのを防止するために、例えば特
開昭６１−１８３９２１号には、被加工物品の加工用チ
ャンバと、該チャンバを貫通してその内部に伸び、レー
ザまたは光を導入し、かつパージガスを導入するための
開放端部を有する導入管と、該導入管下部においてこれ
を包囲し、下部において該導入管と連通し、上部に排気
口を有するパージガス補集管と、該チャンバに加工用ガ
スを導入するためのガス導入口と、ガス排気口とを具備
することを特徴とする半導体、金属の加工装置が記載さ
れ開示されている。

【０００８】又、特開平２−７９４２０号には、光励起
ＣＶＤ装置として、光透過窓と基板が間隔をおいて相対
して配置された光励起ＣＶＤ装置において、前記光透過
窓側にエッチングガスを供給するエッチングガス供給器
と前記基板側に反応ガスを供給する反応ガス供給器とを
設け、前記エッチングガス供給器と前記反応ガス供給器
との間にエッチングガスと反応ガスとを仕切る仕切りガ
スを供給する仕切りガス供給器を設けたことを特徴とす
る光励起ＣＶＤ装置が記載され開示されている。

【０００９】しかしながら特開昭６１−１８３９２１号
に開示された技術には、細い管から光を照射するために
構造が複雑となり、加工装置の設計上の制約が大きかっ
た。

【００１０】又、特開平２−７９４２０号に開示された
技術においては、エッチングガス、仕切りガス、反応ガ
スの分離が完全には行われなかった。そして両者とも装
置の運転の時間が経過するに従い窓の光透過率が低下す
ることを免れず、時々装置の運転を停止し、窓の清掃を
行わなくてはならないため、加工装置の稼働率が下がる
など、全体として加工処理の効率が低下していた。

【００１１】本発明は、光透過窓の汚染が防止され、又
は汚染された場合は容易にこれを清浄できる光ＣＶＤ装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、光を透過する
窓を有する被加工物の加工用チャンバと、被加工物の加
工を行うための光を放射する第１の光源と、第１の光源
が放射する光を窓を透過して被加工物の表面に収束させ
る第１の光学系と、窓に付着する物質をアブレーション
するための光を放射する第２の光源と、第２の光源が放
射する光を窓の内側面に収束させ、且つ光が被加工物の
表面に到達しない角度で入射させる第２の光学系とを備
えることを特徴とする光ＣＶＤ装置である。併せて、加
工用チャンバ内に、第２の光源が放射する光の光束と被
加工物との間の、第１の光源が放射する光の光束を避け
た位置に遮蔽板を具備することが好ましい。

【００１３】即ち、加工用チャンバは一般には槽形をな
し、減圧下に密閉され、ガスが導入・排出するガス流通
形式のものである。そして加工用チャンバ内に被加工物
が挿入され、壁部には光を透過する窓が開口している。
窓の材料は光の使用波長ごとにシリカガラス、結晶等が
適当に選ばれ使用される。又反応系にガラスを腐食させ
るフッ素ガスの雰囲気が使用される場合は、耐フッ素ガ
ス製のフッ化マグネシウムが用いられる。又容器内の圧
力はアブレーションの現象そのものにあまり影響を与え
ない。両光源の照射を並行して行うか否かは、装置の稼
働率や形成される膜の要求される品質等により決定され
る。

【００１４】第１の光源は、反応ガスに吸収され励起し
て反応を惹起するような波長とパワー密度とを有する光
を放射するものでなければならない。第１の光源が放射
する光は第１の光学系により窓をほぼ垂直に透過して被
加工物の表面に収束させるようになっている。光束の収
束位置は表面より多少離し、スポットの大きさ光の強さ
等を調整するのが好ましい場合がある。

【００１５】第２の光源は、窓の内側面に付着する汚染
物のアブレーションを惹起するために充分な波長と大き
いパワー密度とを有する光を放射するものでなければな
らない。このためにはレーザ、例えばＹＡＧレーザ及び
その高調波や、更に短波長の紫外線を高いパワーで放射
するエキシマレーザ、例えばＡｒＦレーザ（１９３ｎ
ｍ）、ＫｒＦレーザ（２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザ
（３０８ｎｍ）、ＸｅＦレーザ（３１５ｎｍ）等が光束
の収束度の大きい光学系を以て使用される。この光を第
２の光学系を介して窓の内側面に収束させる。そして光
軸の延長線上が被加工物から大きく離れ、有害な影響を
与えないようにしてある。

【００１６】第２の光源の光の照射は窓の外側から又は
内側からのいずれも可能である。窓の外側から照射する
ときはレーザ照射装置から窓まで公知の通例に従い光を
導く。窓の内側から照射するときは容器外側に設けられ
たレーザ照射装置から一旦容器内部に光を導き、しかる
後窓の内側から光を導く。例えば光ファイバーを真空容
器内に導入して設置し、清浄する時に窓の近傍に移動さ
せると良い。

【００１７】第１の光源と第２の光源は個別に点滅可能
である。

【００１８】一般に、第２の光源の光が惹起するアブレ
ーションなる現象は、高パワー密度光を固体表面に照射
することにより起こる現象である。光を吸収して固体表
面層そのものが分解され、原子や分子が放出され、光強
度がさらに大きくなると原子や分子の他にイオンや原子
のクラスターが生成する。

【００１９】アブレーションを起こすためには高パワー
密度光が必要で、高密度レーザ、なかでもエキシマレー
ザが高い光強度を有するので適当である。そして光強
度、パルス幅、照射波長および固体の吸収係数などの物
性によって適当なものが選択される。

【００２０】光強度は又パワー密度とも言われるが、こ
れに関しては酸化物超伝導体にＡｒＦレーザを照射する
例でいえば、１パルス当たり５０ｍＪ／ｃｍ²程度以下
の光強度ではアブレーションは認められず、それを超え
る光強度ではじめてアブレーションが起こる。さらに光
強度を上げると原子や分子の放出の他にイオンや原子の
クラスターの生成が認められるようになる。

【００２１】またパルス幅が短く、エネルギーの尖頭値
が高い方がアブレーションを起こし易い。そのためにパ
ルス幅が１乃至５０ｎｓと短いエキシマレーザやＱ─ス
イッチつきのパルスＹＡＧレーザなどが適当である。

【００２２】照射波長に関しては、短波長のものほど１
光子当たりのエネルギーが大きいため、波長の短い紫外
線乃至エキシマレーザが適当である場合が多い。

【００２３】なお照射対象の窓表面の物質が光を吸収し
なければアブレーションは起こらない。窓に使用される
シリカガラスは１８０ｎｍから３．５μｍ、又蛍石の結
晶は１４０ｎｍから１２μｍにわたってそれぞれ光を透
過する。これらの窓にエキシマレーザやＹＡＧレーザな
どを照射しても吸収がないために窓自身はアブレーショ
ンを受けず損傷しない。

【００２４】

【作用】第１の光源からの光を被加工物の表面に収束し
て照射すると、被加工物の加工、即ち成膜が行わる。こ
の時窓に分解物が付着する。

【００２５】第２の光源からの光を窓の内側面に収束し
て照射すると、窓は汚染せず、又は付着した汚染物は除
去される。この時窓の材料は光透過性であるから損傷し
ない。

【００２６】第２の光源からの光は窓を収束して透過し
た後、発散し、且つ光軸が大きく離れているから被加工
物を照射することはなく、従って被加工物にアブレーシ
ョンその他の有害な影響を及ぼすことはない。

【００２７】第１の光源と第２の光源とは個別に点滅
し、又同時に点灯することが可能であるから、第１の光
源による窓の内側面におけるアブレーションと第２の光
源による被加工物の加工とを並行して又は個別に行うこ
とができる。

【００２８】汚染物の除去は第２の光源の窓を透過した
光の照射で行われるのであり、この際汚染物の除去のた
めに装置の運転を停止する必要はなく、加工用チャンバ
を開放することなく、減圧下に密閉され、或いはガスの
流通下においても容易に行われる。

【００２９】

【実施例】本発明の一実施例を金（Ａｕ）の光ＣＶＤ装
置を例として図１により説明する。図１は一実施例の概
念図である。チャンバ１はステンレススチール製の槽で
あり、その上部にはシリカガラス製の石英窓２が設けら
れている。又チャンバ１の側面には原料ガスの導入口３
と排気の排出口４とが開口している。基板５は直径２イ
ンチのシリコンウェハＳｉであり、ヒータを内蔵したサ
セプタ６に載置され、チャンバ１中に水平に挿入されて
いる。

【００３０】レーザ発振器９ａはＡｒイオンレーザで主
として波長５１５ｎｍの可視光線を放射する。

【００３１】レーザ光１０ａは光学系１１ａに設けられ
たミラー１２ａにより方向を偏向される。ミラー１２ａ
は公知のビームスキャナであり、レーザ光１０ａの走査
を行う。ミラー１２ａにより偏向されたレーザ光１０ａ
の光軸は、石英窓２に対して垂直に入射し、そしてその
光軸の延長上に基板５が位置するようになっている。

【００３２】レーザ光１０ａはレンズ１３ａにより、石
英窓２を垂直に透過してチャンバ１中に入り基板５の表
面５ａに収束する。

【００３３】レーザ発振器９ｂはＫｒＦエキシマレーザ
で波長２４８ｎｍの紫外線を放射する。レーザ光１０ｂ
は光学系１１ｂに設けられたミラー１２ｂにより方向を
偏向される。ミラー１２ｂは公知のビームスキャナであ
り、レーザ光１０ｂの走査を行う。ミラー１２ｂは公知
のビームスキャナであり、レーザ光１０ｂの走査を行
う。

【００３４】ミラー１２ｂにより偏向されたレーザ光１
０ｂの光軸は、石英窓２に垂直に対して大きい角度で斜
めに入射し、石英窓２の内側面２ａに収束する。内側面
２ａに収束したレーザ光１０ｂは発散し光束が広がる
が、基板５には直接は到達しない。

【００３５】この装置を用いて、金ジメチル（アセチル
アセトナト）錯体を光分解して金をシリコンウェハの基
板５上に析出させた。金ジメチル（アセチルアセトナ
ト）錯体は下の如き化学式を有しており、これをアルゴ
ンガス（Ａｒ）をキャリヤガスとし、蒸気圧０．０１Ｔ
ｏｒｒで、容器内圧０．５Ｔｏｒｒの減圧下に、流量３
０ｃｃ／ｍｉｎでガスの導入口３からチャンバ１に導入
した。

【００３６】

【化１】

【００３７】レーザ発振器９ａを点灯してレーザ光１０
ａが石英窓２を透過し、基板５の表面５ａに収束され、
表面５ａ上において１０⁵Ｗ／ｃｍ²の強度で照射する
と、金ジメチル（アセチルアセトナト）錯体が分解さ
れ、分解した金が表面５ａに析出した。これは基板５が
サセプタ６に内蔵されているヒータにより適温に加熱さ
れ、金ジメチル（アセチルアセトナト）錯体が主として
表面５ａにおいて分解し析出したのであるが、表面５ａ
はレーザ光１０ａの照射により加熱されるので、サセプ
タ６に内蔵されているヒータによる加熱がなくとも、金
ジメチル（アセチルアセトナト）錯体の分解反応はおこ
る。

【００３８】レーザ光１０ａはビームスキャナであるミ
ラー１２ａにより表面５ａ上を２〜５ｍｍ／ｍｉｎでＸ
Ｙに走査されるので金の析出部位は平面状に広がり、金
の膜が順次厚さを増していく。

【００３９】成膜を６時間継続したところ次第に石英窓
２の透過が低下してきた。これは石英窓２を透過したレ
ーザ光１０ａが、基板５の表面５ａに到達するまでに、
金ジメチル（アセチルアセトナト）錯体を分解しその一
部が石英窓２の内側面２ａに析出し、汚染物１４として
堆積したからである。

【００４０】次に析出した金からなる汚染物１４の除去
について説明する。レーザ発振器９ｂを点灯すると、レ
ーザ光１０ｂは石英窓２に斜めに入射してその内側面２
ａに収束する。ＫｒＦエキシマレーザのレーザ発振器９
ｂから放射されるレーザ光１０ｂを内側面２ａにおいて
１Ｊ／ｃｍ²の強度になるように充分に大きくした。内
側面２ａに付着した汚染物１４がアブレーションを惹起
し金が金イオンとして離脱した。レーザ光１０ｂをミラ
ー１２ｂにより内側面２ａ上を２〜５ｍｍ／ｓｅｃでＸ
Ｙに走査したので平面状に広がった金の膜は、一様に順
次薄くなりやがて全部除去され、石英窓２は１０分後に
完全に透過率が回復した。

【００４１】この際、石英窓２自体はアブレーションを
惹起することはなく、又減耗することはなかった。

【００４２】又この際、基板５は照射を受けず、アブレ
ーションその他の有害な影響を受けることがなかった。

【００４３】本発明の他の実施例を金（Ａｕ）の光ＣＶ
Ｄ装置を例として図２により説明する。図２は他の実施
例の概念図である。一実施例と同一又は類似の点は説明
の詳述を省略する。チャンバ１は槽形であり、上部には
石英窓２が設けられている。基板５がサセプタ６に載置
され、チャンバ１中に水平に挿入されている。チャンバ
１内に遮蔽板１４が石英窓２と基板５の間の高さに設置
されている。

【００４４】チャンバ１の上部に設置されたＡｒイオン
レーザのレーザ発振器９ａから放射したレーザ光１０ａ
は光学系１１ａを介して石英窓２に対して垂直に入射
し、レンズ１３ａにより、チャンバ１中に入り基板５の
表面５ａに収束する。

【００４５】チャンバ１の側方上部に設置されたＫｒＦ
エキシマレーザのレーザ発振器９ｂから放射したレーザ
光１０ｂは光学系１１ｂを介して石英窓２に垂直に対し
て大きい角度で斜めに入射し、石英窓２の内側面２ａに
収束する。内側面２ａに収束したレーザ光１０ｂは発散
し光束が広がるが、基板５には直接は到達しない。

【００４６】遮蔽板１４は、石英窓２を透過したレーザ
光１０ａが基板５に到達する範囲を避け、石英窓２に収
束した後発散して直進するレーザ光１０ｂの光束を避
け、そのレーザ光１０ｂの光束と基板５との間に設置さ
れている。

【００４７】この装置を用いて、金ジメチル（アセチル
アセトナト）錯体を光分解して金をシリコンウェハの基
板５上に析出させた時、レーザ発振器９ｂをレーザ発振
器９ａの照射による成膜中であっても、又は成膜停止中
であっても、遮蔽板１４による基板５の保護が行われ、
形成した金の膜の高い品質が確保できた。

【００４８】尚、レーザ発振器９ａとレーザ発振器９ｂ
とを同時に点灯すると、窓２の汚染を防ぎながら、金の
成長を行うことができるのは言うまでもない。

【００４９】尚本発明によるアブレーションによる窓の
汚染の防止、又は汚染されたときの清浄は、光ＣＶＤ装
置に限らず、他のチャンバー中の光化学反応を応用した
光エッチングや光ドーピングの装置の窓にも適用可能な
ことは言うまでもない。

【００５０】尚本発明によるアブレーションにはエキシ
マレーザのみならず、ＹＡＧレーザ等が使用可能である
ことは言うまでもない。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明により、第１
の光源からの光を被加工物の表面に収束して照射して、
被加工物の加工、即ち成膜を行うことができる。そして
この際第２の光源からの光を窓の内側面に収束して照射
すると、窓は汚染せず、又は付着した汚染物は除去され
るから、窓が清浄に保たれ、装置の成膜の処理効率が維
持される。又この時窓の材料は光透過性であるから損傷
しない。

【００５２】又第２の光源からの光が被加工物を照射す
ることはないから、被加工物にアブレーションその他の
有害な影響を及ぼすことはない。

【００５３】そして第１の光源と第２の光源とは個別に
点滅し、又同時に点灯することが可能であるから、第１
の光源による窓の内側面におけるアブレーションと第２
の光源による被加工物の加工とを並行して又は個別に行
うことができるから装置の稼働率が高く維持される。

【００５４】併せて汚染物の除去は第２の光源の窓を透
過した光の照射で行われるのであり、この際汚染物の除
去のために装置の運転を停止する必要はなく、加工用チ
ャンバを開放することなく、減圧下に密閉され、或いは
ガスの流通下においても容易に行われるから装置の稼働
率が高く維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の概念図である。

【図２】他の実施例の概念図である。

【符号の説明】

１チャンバ容器２石英窓３導入口４排出口５基板６サセプタ９ａ、９ｂレーザ発振器１０ａ、１０ｂレーザ光１１ａ、１１ｂ光学系１２ａ、１２ｂミラー１３ａ、１３ｂレンズ１４遮蔽板

フロントページの続き (72)発明者小木勝実埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリアル株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を透過する窓を有する被加工物の加工
用チャンバと、該被加工物の加工を行うための光を放射
する第１の光源と、該第１の光源が放射する光を該窓を
透過して該被加工物の表面に収束させる第１の光学系
と、該窓に付着する物質をアブレーションするための光
を放射する第２の光源と、該第２の光源が放射する光を
該窓の内側面に収束させ、且つ該光が該被加工物の表面
に到達しない角度で入射させる第２の光学系とを具備す
ることを特徴とする光ＣＶＤ装置。
【請求項２】該加工用チャンバ内に、該第２の光源が
放射する光の光束と該被加工物との間の、該第１の光源
が放射する光の光束を避けた位置に遮蔽板を具備するこ
とを特徴とする請求項１に記載の光ＣＶＤ装置。