JPH088197A - レーザcvd装置および薄膜形成方法 - Google Patents

レーザcvd装置および薄膜形成方法

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JPH088197A
JPH088197A JP16314094A JP16314094A JPH088197A JP H088197 A JPH088197 A JP H088197A JP 16314094 A JP16314094 A JP 16314094A JP 16314094 A JP16314094 A JP 16314094A JP H088197 A JPH088197 A JP H088197A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザCVD装置において、開口を通し試料表
面にレーザ光を転写し、これを試料に対して相対的に移
動させながらパターニングを行う場合に終端部の膜厚プ
ロファイルを平坦化する。 【構成】スリット7を通過したレーザ光を、試料3表面
に縮小転写する光学系を有するレーザCVD装置におい
て、スリット7とレーザ10との間のレーザ光路上に、
可動ミラー17および固定ミラー21を設けた。可動ミ
ラー17は回動自在で回転機構23によって回転され
る。パターニングの終端部で、レーザスポットを固定さ
せてレーザ照射し、CVD膜先端の膜厚を得る場合にお
いて、可動ミラー17を回転させてレーザ光軸をシフト
させ、先端側のレーザ強度が高くなるようにレベル差を
つける。これによって、先端部の成膜を促進して、膜厚
プロファイルを平坦化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザCVD装置に関
し、特にレーザ光の照射分布を可変にして成膜状態を最
適化できるレーザCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザを光源とするいわゆるレーザCV
D技術および装置に関しては、従来より、(1)エキシ
マレーザ等、化合物気体を直接光解離することができる
波長帯(主に紫外域)のレーザを使用し、このレーザを
試料表面に対して平行に入射して、試料表面全域に均一
な薄膜を形成することを目的とする技術、および(2)
レーザ光を試料表面に垂直に入射し、レーザ光照射部分
にのみ局所的に薄膜を形成し、試料表面に薄膜をパター
ニングする技術の2面から研究・開発がなされている。
【0003】上記(2)のレーザCVDによる薄膜パタ
ーニング技術においては、さらに、 (2−1)直接光解離可能なエキシマレーザ等の紫外域
レーザを用いてマスクパターンを縮小投影し、ある程度
の面積にわたって一括でパターニングを行う手法がある
(G.S.Higashi et al. 1986 DRY PROCESS SYMPOSIUM
予稿集pp.120-125参照)が、紫外光に対してフィールド
サイズが十分とれ且つ分解能の高い対物レンズの開発が
困難であるために、そのパターニング精度は不十分であ
り、半導体素子やフォトマスクへの応用を考えた場合、
実用的な技術とは言えない。
【0004】(2−2)これに対して、フィールドサイ
ズは小さいながら分解能に優れたレンズ等を使用し、微
小サイズに成膜した薄膜をレーザ光に対して試料を移動
することにより、帯状につなげてパターニングする技術
が存在する(一例として、G.Q.Zhang et al. J.Appl.Ph
ys. 62(1987) pp.673-675)。
【0005】この技術においては、従来、可視域の連続
発振レーザであるArレーザやKrレーザを使用し、そ
のレーザ光をスリットやアパーチャを通してイメージを
転写するのではなく、単に集光、照射するのであったた
め、上記(2−1)の技術に比べて加熱効果が十分であ
り膜質が優れているといるという利点はあるものの、表
面の平坦さ、サイドエッジの直線性のだれ、パターニン
グした薄膜の線幅の保証と線幅の可変性に関して十分で
はない点があった。
【0006】上記(2−2)の従来技術に対して、特開
平4−295851号に見られる、レーザ光をスリット
を通して縮小転写して微小薄膜を形成し、これを帯状に
連ねてパターニングをする技術が提案され、ビームエキ
スパンダーで拡大したレーザ光の中央部分をスリットで
取り出して使用するために、レーザ光の照射強度が比較
的均一になるので、単に集光している場合に比べて、パ
ターニングされた薄膜の表面が平坦化されること、ま
た、スリットの形状をイメージ転写し、かつ、このスリ
ットの大きさが可変であるため、帯状薄膜のサイドエッ
ジの精度を確保しつつ線幅を可変できるなどの大幅な改
善が見られた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この改
善された技術においてもCVD膜最端部のプロファイル
に関して、以下に述べる様な問題を有していた。すなわ
ち、特開平4−295851号におけるレーザCVD技
術では、CVD膜の先端部では、膜厚が先端に向って徐
々に薄くなり、最先端部にはほとんどCVD膜が形成さ
れていない状態となる。これを、図で示すと、図4の最
下段図のCVD膜(実線)に示すような断面形状とな
る。
【0008】これは、スリットを通過したレーザ光の照
射位置に対して、試料表面を相対的に移動させながらC
VD膜を形成していく場合、レーザスポットの先端部で
は、新規にCVD膜の形成するための種物質の形成(Nu
cleation)のみが行われ、CVD膜の厚みを増す反応
は、スポットの後方、既成膜済のCVD膜とオーバーラ
ップする部分で進行するためであり、種々の手段でスリ
ット内のレーザ光の照射強度を均一化(たとえば特開平
4−26114号公報参照)したところで、解消される
問題ではない。
【0009】この技術を半導体あるいはLCD(液晶デ
ィスプレイ)の製造に使用するフォトマスクのパターニ
ング欠落を修復するために用いることを考えると、上記
の様な状態では、先端のエッジ精度を確保できず、正常
にパターン修正が完了したとは言えない。そこで、これ
までは、パターン形成の終端点でレーザスポットを停止
したままレーザ光の照射を続け、先端部の膜厚を確保す
る手段がとられてきた。この場合、最先端部以外の部分
にもレーザ光が余分に照射され続けるため、図4の最下
段図の破線で示すように不必要に膜厚の厚い部分がで
き、応力による亀裂発生等の問題があった。
【0010】本発明は以上の点にかんがみて成されたも
ので、パターニング終端部において膜厚プロファイルを
平坦化できるようにすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザCVD装
置においては、レーザCVDによるパターン形成の終端
点で、最先端部の膜厚を確保するためのレーザ照射を行
う場合に、開口中心に対してレーザ光の光軸中心をCV
D膜の先端部側へシフトさせる機構を設け、レーザ光強
度が先端側へ向って高くなるようにレベル差をつけるよ
うにした。
【0012】
【作用】レーザ光の光軸中心をCVD膜の先端部側へシ
フトさせると、先端部のレーザー光強度が高まって先端
部の成膜が促進され、一方、先端部以外はレーザ強度が
低くなるようにして成膜は抑えられるので、膜厚プロフ
ァイルが平坦化する。
【0013】
【実施例】以下本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の装置の全体構成を示す図
であり、この実施例は、開口に対してレーザ光軸をシフ
トするための手段として可動ミラー17を使用する場合
を示している。また、以下の実施例では、CVD原料と
してクロムカルボニル(Cr(Co)6)とモリブデン
カルボニル(Mo(Co)6)の混合ガス、レーザとし
て連続励起QスイッチNd:YAGレーザの第2高調波
(SHG、波長0.53μm)を使用する。
【0014】Cr(Co)6、Mo(Co)6は室温で固
体であるため、加熱し、昇華したガスを原料ガス(化合
物気体)として使用する。本実施例では、Cr(Co)
6、Mo(Co)6それぞれ独立に用意したリサーバ1内
で、各々46℃にて気化させて使用した。なお、図1で
はリザーバ1は1系統しか示していないが、混合ガスを
使用する場合は同形状のものを複数使用する。キャリア
ガスにはArガスを使用した。各リザーバ1を流れるキ
ャリアガスが等量である場合、混合ガス中の分圧はCr
(Co)6が約0.58Torr、Mo(Co)6が約
0.51Torrとなる。分圧はキャリアガスの流量比
を変えることで変更可能である。
【0015】原料ガスはキャリアガスにのって、気密の
保たれたチェンバ2内へ導かれ試料3の表面を流れる。
ここで、チェンバ2の上面に設けられたガラス窓4を通
してスリット7を通過したレーザ光を対物レンズ8によ
り試料3上に縮小転写することで、このレーザ光照射部
に金属薄膜が堆積する。たとえば前記ガス濃度の場合試
料3としてフォトマスクを考えるならば、その表面で平
均出力0.1mW/μm2程度のレーザ光の照射により
金属薄膜が堆積する。チェンバ2内の試料3は原料ガス
との濃度バランスをとることと、表面への金属カルボニ
ル分子の吸着量を制限し堆積速度をコントロールするた
めに、ヒータ5により40℃程度に加熱されている。レ
ーザ光に対して試料3を相対的に移動させるためには、
XYステージ6を使用する。
【0016】図1において、10はレーザ光源、9はレ
ーザ光のビーム径を拡大するビームエキスパンダ、17
は可動ミラー、21は可動ミラー17に対向する固定ミ
ラー、7は前述したとおりスリット(またはアパーチ
ャ)である。スリット7は複数の移動可能なナイフエッ
ジを有し、このナイフエッジによって形成される開口に
よってレーザ光を整形する。さらに、11はダイクロイ
ックミラー、8は対物レンズであり、レーザ光は上記部
材を順に通り、スリット7の開口部が試料3上にイメー
ジ転写される。
【0017】可動ミラー17は、回転機構23によって
図の矢印で示すように回転され、レーザー光の光軸をシ
フトさせる。スリット7と可動ミラー17の間隔が十分
離れていれば、実際上、スリット7に対してレーザ光軸
を平行にずらしたものとみなしてよい。可動ミラー17
の回転機構23としては、例えば、ガルバノメータ(光
学ミラーを高速で動かす装置)が考えられ、応答速度と
しては問題ない。もちろん他の駆動装置たとえばモータ
などを使用することもできる。
【0018】なお、ダイクロイックミラー11の上方に
は、ハーフミラー25を介して観察用の接眼装置とCC
Dカメラ12とが配置され、CCDカメラ12の読取画
像はモニタ13によって観察できる。
【0019】図2は以上説明した構成の装置によって帯
状に金属薄膜を形成した場合、パターニングの終端点で
の成膜の様子を図示したものである。先端部においては
膜厚を得るためレーザ光のスポットを固定したままレー
ザ照射(「終端点照射」という)する。その後は、従来
の方法(スリット7内のレーザ強度分布を変更せずに行
う方法)とは異なり、図2に示すように、CVD膜の先
端に向ってレーザ光強度が増すようにレーザ光の光軸を
シフトさせる。この光軸のシフトは、回転機構23が可
動ミラー17を回動させることにより行われる。
【0020】たとえばスリット像の縮小倍率を1/10
0、試料3表面での成膜進行方向へのスリット7の奥行
を3μm、レーザ光源10からのレーザ光をビームエキ
スパンダ9で拡大後のレーザ光の径をφ5mmとすれ
ば、レーザ光の光軸をスリット7の片方のナイフエッジ
位置まで移動させた場合、スリット7の中心と先端エッ
ジでの平均強度の差は約20%となる(但し、回折によ
る影響は考慮していない)。
【0021】大まかに言って、レーザの照射強度に比例
して試料表面の温度上昇も決るので、原料ガス分子の供
給が十分あれば、この分、先端部の成膜が促進されるこ
ととなり、先端部以外の成膜は抑制される。
【0022】レーザ光の強度分布は、一般に、中心部が
強く、周辺部にいくにつれて弱くなっているが、強度分
布の勾配をより緩やかにしたい場合は、ビームエキスパ
ンダ9での拡大率を上げるか、レーザ光のシフト量を小
さくすればよく、この拡大率やシフト量は、ガス濃度や
原料ガスの種類等に応じて調整すればよい。
【0023】図3はレーザ光のシフト機構に関する第2
実施例を示すブロック図である。同図において図1と同
じ構成部分については同じ番号を付してある。この実施
例では、レーザ光を可動ガラス板18を通過させて使用
し、この可動ガラス板18が傾斜している場合に、屈折
により光軸が平行にシフトする現象を利用している。可
動ガラス18は駆動装置27によって傾動される。駆動
装置27としては、第1実施例と同様にカルバノメータ
やモータが利用できる。
【0024】上記各実施例では、レーザ光を試料に対し
て相対的に走査し、化合物気体の熱分解により試料表面
上に帯状に薄膜を堆積させるタイプのCVD装置を例に
とったが、本発明はそれに限られず、他のタイプのCV
D装置にも適用可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、レーザ
CVDによるパターン形成での終端点照射を行う場合
に、開口中心に対してレーザ光の光軸中心をシフトさせ
る機構を設けることによって、レーザ光強度が先端側へ
向って高くなるようにレベル差をつけることが可能であ
り、結果として、先端部の成膜を促進し、それ以外の部
分の成膜を抑制し、パターニング最終部での膜厚プロフ
ァイルを著しく改善する効果を有し、レーザCVD装置
による薄膜パターニングの信頼性を大幅に向上させるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1の装置によって成膜した場合の膜厚プロフ
ァイルを示す図である。
【図3】本発明の第2実施例を示すブロック図である。
【図4】従来のCVD装置によって成膜したときの膜厚
プロファイルを示す図である。
【図5】
【符号の説明】
2 チェンバ 3 試料 4 ガラス窓 6 XYステージ 8 対物レンズ 10 レーザ 17 可動ミラー 18 可動ガラス板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年10月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図5
【補正方法】削除

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器から射出されるレーザ光
    を、開口により整形し、反応ガス雰囲気中に置かれた試
    料表面に対物レンズにより集光して、反応ガスを反応さ
    せて金属または誘電体薄膜を形成するレーザCVD装置
    において、前記開口の中心に対して前記レーザ光の光軸
    中心をシフトさせるシフト機構を設けたことを特徴とす
    るレーザCVD装置。
  2. 【請求項2】 前記シフト機構が、前記レーザ発振器と
    前記開口との間に設けられレーザ光軸をシフトさせる可
    動ミラーを有する請求項1に記載のレーザCVD装置。
  3. 【請求項3】 前記シフト機構が、前記レーザ発振器と
    前記開口との間に設けられ前記レーザ光を透過させるガ
    ラス板と、前記ガラス板をレーザ光の光路と直交する軸
    の周りに回転させる駆動手段とを有する請求項1記載の
    レーザCVD装置。
  4. 【請求項4】 レーザ発振器から射出されるレーザ光
    を、開口により整形し、反応ガス雰囲気中に置かれた試
    料表面に対物レンズにより集光し、開口を通して試料表
    面にレーザ光を転写し、試料をレーザ光に対して相対的
    に移動させながらレーザ照射し、パターニングの終端部
    でレーザスポットを静止させ、前記開口に対してレーザ
    光軸をシフトさせて、前記開口のCVD膜先端側のレー
    ザ強度を高くしてCVD膜を形成することを特徴とする
    薄膜形成方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007288219A (ja) * 2007-07-06 2007-11-01 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ照射装置
JP2008112981A (ja) * 2006-10-03 2008-05-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザ照射装置およびレーザ照射方法
US7473621B2 (en) 2002-11-27 2009-01-06 Canon Kabushiki Kaisha Producing method for crystalline thin film
JP2010210919A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Omron Corp Cvd薄膜の形成方法及び装置
JP2010215947A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Omron Corp レーザcvdによる薄膜形成方法、及び同方法に好適なガスウィンドウ

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