JPS63239811A

JPS63239811A - 光反応装置

Info

Publication number: JPS63239811A
Application number: JP7134987A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Urisu; 恒雄宇理須; Oku Kuraki; 億久良木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-05
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07105350B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ＬＳ　Ｉ（大規模集積回ｖｒ）の製造工程に
おいて、基板上に薄膜を堆積したり、基板の固体表面を
エツチングする光反応装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図は、従来の光反応装置の一例を示す概略図である
。

図において、１は反応チャンバ、２は光透過性窓、３は
反応ガスの導入パイプ、４は処理すべき基板、５は基板
ホルダ、６は基板ホルダ５を加熱して基板４を加熱する
ためのヒータ、Ｌはレーザ光である。

すなわち、まず、導入パイプ３から反応ガスを導入して
１反応チャンバ１内に反応ガスを満たし。

透光性窓２を通してレーザ光りを照射し、ヒータ６によ
り加熱された基板ホルダ５上に載置された基板４上に、
所望の薄膜を堆積したり、基板４の表面のエツチングを
行なう。

なお、第２図に示す従来例では、レーザ光りを基板４に
対して平行方向に入射する構成となっているが、反応チ
ャンバ１の上方から基板４に対して垂直に入射する構成
のものもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来技術による光反応容器においては、１）使
用する光の波長が赤外、可視あるいは紫外光であるため
、光子のエネルギーが小さく、これによって分解できる
反応ガス分子が限定されてしまう。例えば、半導体プロ
セスにおいて重要なシラン（ＳｉＨ＊）やＣＦ４などの
大半のガスは分解することができない。

２）比較的エネルギーの高い紫外レーザ（エキシマレー
ザなど）を用いる場合は、パルスの幅が短く、かつ繰り
返し数が少ないため、光によって分解し、生成した活性
種が気相において再結合してしまうため、膜質低下の原
因となる。

などの問題点があった。

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解決し、半
導体プロセスにおいて重要なすべての反応ガスを分解し
得る、真空紫外光を光源として用いる光反応装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光反応装置は、上記の目的を達成するため、以
下のような点を主要な特徴とする。

１）光源として真空紫外光を用いることにより、半導体
プロセスにおいて重要なすべての反応ガスを分解するこ
とができる。

２）真空紫外光を用いる場合は、光の入射部に窓を設け
ないか、あるいは窓を取り付けたとしても極薄膜でなく
てはならないため、真空チャンバ内の反応ガスの圧力を
上げることができない。

この問題点を解決するため、本発明では、ガスノズルか
ら反応ガスを噴出させ、真空チャンバ全体の平均的ガス
圧力を十分に低く保ちながら載板表面部の圧力を局所的
に高いものとする構成としている。さらに、この構成に
より反応ガスを励起し、表面への付着係数の大きなラジ
カルあるいはイオンに分解することにより基板表面に吸
着層を形成し、この吸着層に真空紫外光を照射して光反
応を起こさせることにより、真空チャンバ内の圧力が低
くても高い反応速度を実現できる。

３）基板表面において面内で均一な反応を起こさせるた
めに、光の照射中に基板を往復１回転あるいは両方の運
動をさせる。

４）さらに、真空紫外光源は、通常連続波長であるため
、これを分光素子により所定の波長成分の光を選択して
反応に用いる。これにより１反応ガスの特性に応じて最
適な波長の光を選択できる。

５）真空紫外光源として、指向性が良く、強度の強い電
子シンクロトロン放射光を用いる。

６）複数の真空チャンバを光ビームの光路上に直列に連
結することにより、異なる種類の反応ガスを用いる複数
の反応を１本の光ビームにより、順番に行なうことがで
きる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１の実施例の光反応装置を示す概
略図である。図において、７は真空チャンバ、８は真空
紫外光源である電子シンクロトロン放射装置、９は電子
シンクロトロン放射装置８から発生される光を真空チャ
ンバ７に伝搬するための真空パイプ、１０．１１は反射
ミラー、１２は基板ホルダ、１３は処理すべき基板、１
４は基板加熱用のヒータ、１５．１６はガスノズル、１
７．１８はそれぞれノズル１５．１６に取り付けられた
真空バルブ、１９はノズル１５に取り付けられた高周波
放電電極、２０は高周波放電電源である。

本実施例による光反応装置を薄膜堆積装置として用いる
場合を例として以下説明する。反応ガスを流さない状態
において、電子シンクロトロン放射装置８および真空チ
ャンバ７の内部の真空度は１０−ｇ〜１Ｏ−１１Ｔｏｒ
ｒである。反応ガスとしては、例えばシラン（ＳｉＨ，
）またはジシラン（Ｓｔ２Ｈ，）をノズル１５または１
６から真空チャンバ７内に噴出させる。ノズル１５の方
は、高周波放電電源２０により高周波電界が印加される
高周波放電電極１９を具備するので、ノズル１５の先端
と電極１９の間で放電が誘起される（詳細は第３図を用
いて後述する）。

反応ガスがノズル１６から導入される場合は、基板（ガ
ラス、シリコン、あるいはシリコン基板上にＳｉｏ２膜
をコートしたものなど）１３の表面にＳｉＨ４が吸着す
る。一方９反応ガスがノズル１５から導入される場合は
、放電によりＳｉ、５ｉＨ１ＳｉＨ，，５ｉＨ７などの
原子、ラジカルおよびイオンが生成され、基板上に吸着
する。基板温度を所定の値に設定し、電子シンクロトロ
ン放射光源からの光を基板に照射すると、基板上にアモ
ルファスシリコン膜や単結晶シリコン膜が堆積する。

反応ガスとして、前述のＳｉＨ４や５ｉ２Ｈ，に、さら
にＮ２ガスを加えると水素を含んだシリコン窒化膜が堆
積する。

また、ガスを噴射しながら光を照射する場合は、吸着分
子が光により分解して、薄膜堆積が起こる以外に、気相
の分子が光により分解して、分解生成物が基板上に堆積
するメカニズムも加わる。電極１９に高周波電界を印加
して放電を開始すると、ラジカルやイオンの基板への付
着確率は、安定分子の値より大きいため、吸着層の吸着
分子数を増加できる。したがって、堆積速度を大きくす
ることが可能である。

第３図は、高周波放電電極を取り付けたガスノズルの一
例を示す図である。反応ガスがノズル１５から噴出して
いる状態において、高周波放電電極１９に高周波電界を
印加すると、ノズル１５のアース電極１５′との間に放
電が生ずる。

第４図は、本発明の第２の実施例の光反応装置を示す概
略図である。図において、第１図と同一符号のものは、
同一の部材を示す。

本実施例は、第１図に示した第１の実施例と基本原理は
同一である。第１の実施例と違う点は、■ミラー１１に
より光を集光し、真空チャンバ７と真空パイプ９との接
続部近傍の該真空バイブ９内に、真空のコンダクタンス
を低下させるスリット２１が設置しであること、■基板
ホルダ２４が基板駆動装置ｉ’１２３により、薄膜堆積
中に上下方向に往復運動するようになっていること、■
基板１３をレーザ光により加熱するためのレーザ２２が
設置されていること、および、■第２の真空チャンバ２
６が設置されており、第１の真空チャンバ７と第２の真
空チャンバ２６とが真空紫外光の照射方向に沿って互い
に、バルブ２５を有する真空パイプ９′で連結されてお
り、この第２の真空チャンバ２６に高周波放電電極２８
を有するガスノズル２９が設置されていることなどであ
る。

本実施例の装置の場合、スリット２１により真空チャン
バ７と真空パイプ９との間の真空度差を大きくできるの
で、第１図の装置と比較して丘空チャンバ７内の圧力を
より高くすることができる。

また、光を絞って照射するため、薄膜の堆積面積を広く
し、かつ堆積膜厚を面内で均一にするため。

基板１３を基板ホルダ２４と一緒に上下に往復運動させ
る。また、真空チャンバが２つあるため（７と２６）、
最初に真空チャンバ２６の方に基板を設置し、バルブ２
５を開けて光を基板に照射し、かつ所定の反応ガスを流
して第１の光反応を行なわせた後、次に、この基板を真
空チャンバ７の方に移し、同様にこの基板に所定の反応
ガスを流しながら光を照射し、第２の光反応を起こさせ
ることができる。

基板を真空チャンバ２６から７へ移すための輸送機構２
７が取り付けられている。

なお、第４図において真空チャンバの数は２つとしたが
、さらに、第３、第４の真空チャンバを連結して、多種
類の光反応を逐欣行なわせることができる。

また、上記の実施例においては、反応ガスとしてＳ　ｉ
　Ｈ４や５ｉ２Ｈ，やＮ２を用いることとしたが、これ
以外に、Ｃａ２、ＣＦ９、ＸｅＦ、、ＮＦ３、ＳＦＧな
どのエツチングガスを用いることにより基板表面の光エ
ッチングを行なわせることができる。

なお、上記実施例において、ノズルから噴出する反応ガ
スを励起するために、高周波放電を用いるものとしたが
、直流放電励起電子ビーム励起（例えば、文献の例とし
て、ケー・ミツケ、ティー・クチツによるフォーメイシ
ョンオブナガティヴクラスターイオンズインコリジョン
オブＳＦ＠クラスターウイズクリプトンリドベリーア１
〜ムズジャーナルオブフイジ力ルケミストリ−９０巻１
５５２〜１５５６頁１９８５年（Ｋ、Ｍｉｔｓｕｋｅ、
　Ｔ、　Ｋｕｃｈｉｔｓｕ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ
　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｃ１ｕｓｔｅｒＩｏｎｓ　ｉｎ　
Ｃｏ１１ｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｓ　Ｆ、　Ｃ１ｕｓｔｅｒ
ｓ　ｗｉｔｈＫｒｙｐｔｏｎ　Ｒｙｄｂｅｒｙ　Ａｔｏ
ｍ’ｓ、　Ｊ、　Ｐｈｙｓ、　Ｃｈｅｍ、　ｖｏｌ。

９０、１５５２〜１５５６頁１９８５）参照、）によっ
ても同様に付着確率の高いラジカルやイオンを形成する
ことができる。

上記の第１図および第４図に示した実施例の光反応装置
においては１反射ミラーｌ０１１１は、ｐｔやＳｉＣな
どの表面を有する通常使用される斜入射ミラーを用いる
が、このミラーはその入射角に応じて電子シンクロトロ
ン放射光の短波長成分をカットし、真空紫外光のみを反
射させる働きがある。この反射ミラーＩＯまたは１１の
代わりに分光素子として多層膜ミラーを用いると、ブラ
ッグ（Ｂｒａｇｇ）の反射条件を満たす波長の光のみを
反射させることができる。しかも、その波長は入射角度
を変えることによって連続的に変えることができる。ま
た、多″ＭＩＡミラーで真空紫外光を分光すると、比較
的半値幅の広い光を得ることができ、この半値幅も所定
の幅とすることが可能である。

このような多層膜ミラーを分光素子として用い、反応ガ
スを分解するに当たって、選択された波長の光を照射す
れば、特定の光反応のみを起こすことが可能となるので
、膜堆積やエツチングにおいて特異な特性の出現が期待
できる。分光素子として多層膜ミラー以外では回折格子
分光器等があるが、集光等を行なって強度を確保すれば
、多層膜ミラーの代わりに用いることができる。なお、
分光素子は光源と反応チャンバ間のどの位置に設置して
も良い。

〔発明の効果〕

以」二説明したように本発明による光反応装置において
は、励起光波として、電子シンクロトロン放射光などの
真空紫外光を用いるので、任意のガス分子を分解でき、
反応ガスとして用いることができる。また、電子シンク
ロトロン放射光は、繰り返しが極めて大きい（１０ＭＨ
ｚ以上）ので、はぼ連続光源とみなせ、活性種の面内分
布を均一にでき、再結合の影響を受けないという効果が
ある。

また、処理すべき基板表面に吸着層を形成し。

これに光を照射して吸着層内での光反応を利用するので
、膜質を高精度に制御できるほか、真空チャンバ内の反
応ガスの圧力が低くても、吸着層の分子密度を高くでき
、大きな反応速度を実現できる効果がある。

また、光により分子を分解するため、低温（１００℃〜
５００℃）で薄膜堆積やエツチングができ、超薄膜や変
調ドーピング超格子結晶などを高精度に形成できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の光反応装置の概略図
、第２図は、従来の光反応袋［ｄの一例の概略図、第３
図は、本発明の装置に用いる高周波放電励起方式のノズ
ルを示す図、第４図は、本発明の第２の実施例の光反応
装置の概略図である。１・・・反応チャンバ２・・・光透過性窓３・・・反応ガス導入パイプ４．１３・・・基板５．１２．２４・・・基板ホルダ６．１４・・・ヒータ７．２６・・・真空チャンバ８・・・電子シンクロトロン放射光装置９．９′・・・
真空パイプ１０．１１・・・ミラー１．５．１６．２９・・・ガスノズル１５′・・・アース電極］７．１８．３０・・・真空バルブ１９．２８・・・高周波放電電極２０．３１・・・高周波放電＠源２１・・・スリット２２・・・レーザ２３・・・基板駆動装置２５・・・バルブ２７・・・ウェハ移動機構

Claims

【特許請求の範囲】１、真空チャンバと真空紫外光源とを有し、両方を互い
に連結する真空パイプを通して上記真空紫外光源から真
空紫外光が、上記真空チャンバに入射するようになされ
ており、該真空チャンバ内に基板ホルダを設置し、その
上に絶縁物、半導体もしくは金属の基板を載せ、該真空
チャンバの所定の位置には上記基板表面に反応ガスを吹
き付けるガスノズルが取り付けられており、該ガスノズ
ルから反応ガスが上記基板に吹き付けられている状態に
おいて、上記真空紫外光が上記基板を照射可能な構成と
なっていることを特徴とする光反応装置。２、上記基板のみ、あるいは上記基板と上記基板ホルダ
とを、光反応の進行時において所定の方向に往復、回転
、もしくはこの両方の運動を行なわせるようになってい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光反応
装置。３、上記真空チャンバが複数設けられ、該複数の真空チ
ャンバが互いにバルブを有する真空パイプで連結され、
１つの真空チャンバ内において、所定の光反応を終了し
た上記基板を別の真空チャンバ内に移動した後、別の光
反応を引き続いて行なうことができるように上記真空紫
外光の照射方向に沿って上記複数の真空チャンバが連結
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光反応装置。４、上記真空パイプの所定の箇所に分光素子が設置され
、上記真空紫外光のうち所定の波長の真空紫外光を選択
して、上記真空チャンバ内に入射されるようになってい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第３項
記載の光反応装置。５、上記真空紫外光源として、電子シンクロトロン放射
光源が用いられていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の光反応装置。６、真空チャンバと真空紫外光源とを有し、両方を互い
に連結する真空パイプを通して上記真空紫外光源から真
空紫外光が、上記真空チャンバに入射するようになされ
ており、該真空チャンバ内に基板ホルダを設置し、その
上に絶縁物、半導体もしくは金属の基板を載せ、該真空
チャンバの所定の位置には上記基板表面に反応ガスを吹
き付けるガスノズルが取り付けられており、該ガスノズ
ルから反応ガスが上記基板に吹き付けられている状態に
おいて、上記真空紫外光が上記基板を照射可能な構成と
なっており、かつ、上記ガスノズルには所定の位置に直
流放電、高周波放電、マイクロ波放電、電子ビーム励起
あるいはレーザプラズマ励起による励起装置が設置され
、該励起装置により上記反応ガスがラジカルあるいはイ
オンに分解されて、上記基板表面に吹き付けられるよう
になっていることを特徴とする光反応装置。７、上記基板のみ、あるいは上記基板と上記基板ホルダ
とを、光反応の進行時において所定の方向に往復、回転
、もしくはこの両方の運動を行なわせるようになってい
ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の光反応
装置。８、上記真空チャンバが複数設けられ、該複数の真空チ
ャンバが互いにバルブを有する真空パイプで連結され、
１つの真空チャンバ内において、所定の光反応を終了し
た上記基板を別の真空チャンバ内に移動した後、別の光
反応を引き続いて行なうことができるように上記真空紫
外光の照射方向に沿って上記複数の真空チャンバが連結
されていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
の光反応装置。９、上記真空パイプの所定の箇所に分光素子が設置され
、上記真空紫外光のうち所定の波長の真空紫外光を選択
して、上記真空チャンバ内に入射されるようになってい
ることを特徴とする特許請求の範囲第６項または第８項
記載の光反応装置。１０、上記真空紫外光源として、電子シンクロトロン放
射光源が用いられていることを特徴とする特許請求の範
囲第６項記載の光反応装置。