JP2002283090A

JP2002283090A - レーザーアブレーション装置のレーザ光導入光学窓用防着部材、レーザアブレーション装置およびレーザアブレーション方法

Info

Publication number: JP2002283090A
Application number: JP2001090397A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Tanaka; 博文田中
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザー光導入光学窓の汚れを少なくする。【解決手段】厚さ２０μｍにおいて、波長１９０〜２６
０ｎｍの紫外光の透過率が８０％以上の値であるフッ素
樹脂から作製された自立膜を備えるレーザ光導入光学窓
用防着部材２２を、レーザ光導入光学窓２１とターゲッ
ト３２との間に置く。好ましくは、アパチャー２４を有
する防着板２３を、レーザ光導入光学窓用防着部材２２
とターゲット３２との間に設置する。Ｏ_２、Ｏ_３および
酸化窒化類（ＮＯｘ）からなる群より選ばれる少なくと
も一種を含む雰囲気中で、波長２６０ｎｍ以下のレーザ
ー光をターゲット３２に照射してレーザアブレーション
を行って、基板３３上に成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーアブレー
ション装置のレーザ光導入光学窓用防着部材、レーザア
ブレーション装置およびレーザアブレーション方法に関
し、特に、配線ルール、０．０７μｍ世代のＬＳＩ素子
形成における、高誘電率ゲート絶縁膜形成に用いられる
レーザーアブレーション用、エキシマレーザー光導入部
における汚染物付着防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩやメモリに用いられるトランジス
タのゲート電極、構造は、金属／絶縁膜／シリコン（以
下、ＭＩＳ）タイプのトランジスタが用いられ、ゲート
絶縁膜材料としては、ＳｉＯ_２膜が現在用いられてい
る。ゲート長が１００ｎｍ以下の世代になると、ＳｉＯ
_２膜の厚みは、１．５ｎｍ以下とする必要があり、現実
的ではなくなる。このため、ゲート絶縁膜材料として、
ＳｉＯ_２より誘電率が大きな金属酸化物の研究開発が進
められている、

【０００３】高誘電率ゲート絶縁膜材料としては、Ｚｒ
Ｏ_２、ＨｆＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｐｒ _２Ｏ_３等の比較的イ
オン半径の大きな金属酸化物が用いられようとしてい
る。これらの材料は、室温では固体であり、金属ソース
として有機金属錯体および酸化ソースを用いた化学気相
堆積（ＣＶＤ）法で形成する以外は、スパッタ法によっ
て形成するのが一般的である。しかしながら、ＣＶＤ法
では有機物汚染の問題があり、スパッタ法では、ゲート
絶縁膜へのプラズマ損傷が問題である。また、ターゲッ
トを直接加熱する方法や、ＹＡＧレーザーでターゲット
表面の金属酸化物を熱的に気化させる方法では、気化物
組成の時間的変化が大きく、量産ラインでは使用できな
いと考えられた。そこで、第５７回ＶＬＳＩＦＯＲＵ
Ｍ pp85-92でも報告がなされているとおり、ＡｒＦ等の
紫外光レーザーを用いるアブレーション法により、ター
ゲット表面の金属酸化物分子を気化させることで、均一
な膜厚を有する金属酸化物およびそのシリケート膜が形
成できるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、レ
ーザー光導入部光学窓内面に、成膜時間とともに膜が付
着し、紫外光透過率が著しく低下してしまうことで、ク
リーニングのためのチャンバー開放を高頻度で行う必要
性が正じ、量産化できないことが問題として想定され
た。

【０００５】従って、本発明の主な目的は、レーザー光
導入光学窓の汚れを少なくできるレーザ光導入光学窓用
防着部材、レーザアブレーション装置およびレーザアブ
レーション方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、厚さ２０μｍにおいて、波長１９０〜２６０ｎｍ
の紫外光の透過率が８０％以上の値であるフッ素樹脂か
ら作製された自立膜を備える、波長２６０ｎｍ以下のレ
ーザー光を使用するレーザアブレーション装置のレーザ
光導入光学窓用防着部材が提供される。

【０００７】本発明の第２の態様によれば、レーザ光導
入光学窓と、厚さ２０μｍにおいて、波長１９０〜２６
０ｎｍの紫外光の透過率が８０％以上の値であるフッ素
樹脂から作製された自立膜を有する前記レーザ光導入光
学窓用の防着部材と、を備えることを特徴とする、波長
２６０ｎｍ以下のレーザー光を使用するレーザアブレー
ション装置が提供される。

【０００８】好ましくは、アパチャーを有する防着板で
あって、前記自立膜とターゲットとの間に設置される前
記防着板をさらに備える。

【０００９】さらに好ましくは、前記自立膜を移動させ
る移動機構をさらに備える。

【００１０】また、好ましくは、前記自立膜を巻き付け
た一方のロールから他方のロールに前記自立膜を供給す
るロールツーロール機構をさらに備える。

【００１１】本発明の第３の態様によれば、レーザ光導
入光学窓とターゲットとの間に、厚さ２０μｍにおい
て、波長１９０〜２６０ｎｍの紫外光の透過率が８０％
以上の値であるフッ素樹脂から作製された自立膜を有す
る前記レーザ光導入窓用の防着部材を設け、Ｏ_２、Ｏ_３
および酸化窒化類（ＮＯｘ）からなる群より選ばれる少
なくとも一種を含む雰囲気中で、前記レーザ光導入光学
窓および前記自立膜を介して波長２６０ｎｍ以下のレー
ザー光を前記ターゲットに照射して行うことを特徴とす
るレーザアブレーション方法が提供される。

【００１２】好ましくは、Ｏ_２、Ｏ_３および酸化窒化類
（ＮＯｘ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含
む前記雰囲気中が、Ｏ_２雰囲気である。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施の形態のレーザア
ブレーション法によるゲート絶縁膜を成膜するレーザア
ブレーション装置１を説明するための概略断面図であ
る。

【００１５】レーザアブレーション装置１では、天井壁
１１、底壁１２および側壁１５により成膜室１０を画成
している。底壁１２を貫通して排気管１４を成膜室１０
と連通して設け、成膜室１０内を排気できるようにして
いる。また、側壁１５を貫通してガス導入管１３を成膜
室１０と連通して設け、ガス導入管１３より成膜室１０
内にガスを導入できるようにしている。

【００１６】底壁１２上にはターゲット３２を保持し、
水冷機構を備えたターゲットホルダー３１を設けてい
る。天井壁１１には、基板３３を加熱するヒータ３５を
介して基板ホルダ３４を設けている。基板ホルダは３４
は、回転機構（図示せず）によって回転できるようにな
っている。側壁１５には、エキシマレーザ光２０を成膜
室１０内に導入するレーザ光導入光学窓２１を設けてい
る。

【００１７】レーザ光導入光学窓２１の内側であって、
レーザ光導入光学窓２１とターゲット３２との間には、
光学透明自立膜２２を設けている。アパチャーの開口部
の大きさはターゲットを有効利用できるようレーザをス
キャンさせた時に障害とならない大きさであればよい。

【００１８】光学透明自立膜２２の内側であって、光学
透明自立膜２２とターゲット３２との間には、アパチャ
ー２４を有する防着板２３を設けている。

【００１９】レーザ光導入光学窓２１は、光学的に透明
なフッ化カルシウムまたはフッ素ドープ石英ガラスが通
常用いられる。窓の表面にはレーザ光の反射を低減する
ためのＡＲコートが施されている。窓の表面は平面でも
よいし、レンズ効果を持たせるため曲面でもよい。

【００２０】また、エキシマレーザ光２０の焦点がター
ゲット３２上で結ぶようにし、レーザ光導入光学窓２１
および光学透明自立膜２２ではオフフォーカスとなる光
学系を備えている。エキシマレーザ光２０はレーザ光導
入光学窓２１、光学透明自立膜２２および防着板２３の
アパチャー２４を通ってターゲット３２上に照射され、
ターゲット材が気化し、分子またはクラスター状粒子と
して基板３３に輸送され、基板上に堆積して薄膜とな
る。基板温度は形成する薄膜の材料用途により適宜設定
でき、通常室温から１０００℃までの温度範囲で薄膜形
成が可能である。ターゲット材には高純度の金属、金属
酸化物などが用いられ、反応ガスを導入して酸化物や窒
化物などの薄膜も形成可能である。

【００２１】光学透明自立膜２２は、厚さ２０μｍにお
いて、波長１９０〜２６０ｎｍの紫外光の透過率が８０
％以上の値であるフッ素樹脂から作製された自立膜であ
る。

【００２２】自立膜とすることで、使い捨てにできる
点、基板を用いるものよりも使い勝手、実用性の点で有
利である。

【００２３】また、光学透明自立膜２２を支える枠（図
示せず）を設けることが好ましく、例えば、ＡＢＳ樹脂
表面に防塵処理を施したものを用いる。なお、ＡＢＳ樹
脂でなくとも、曲げ弾性率が近い材質のもので代用する
ことも可能である。

【００２４】光学透明自立膜２２として用いるフッ素樹
脂としては、好ましくは、主鎖に環構造を有するフッ素
樹脂が用いられる。このような主鎖に環構造を有するフ
ッ素樹脂としては、例えば次のようなものがある。これ
らのもののうち非結晶質のものが好ましい。

【００２５】

【化１】（ただし、ｌ＝０〜５、ｍ＝０〜４、ｎ＝０〜１、ｌ＋
ｍ＋ｎ＝１〜６、Ｒ＝ＦまたはＣＦ_３）

【化２】（ただし、ｏ＝０〜５、ｐ＝０〜５、ｑ＝０〜５、ｏ＋
ｐ＋ｑ＝１〜６）

【化３】（ただし、Ｒ_１＝ＦまたはＣＦ_３、Ｒ_２＝ＦまたはＣＦ
_３）（ｄ）上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を構成する単量体の
一種もしくは二種以上と他の共重合性の含フッ素単量体
との共重合体。

【００２６】これらのうち、次にような主鎖に環構造を
有するフッ素樹脂が代表的なものである。

【化４】

【化５】

【化６】

【化７】

【化８】

【化９】と、

【化１０】との共重合体。

【００２７】主鎖に環構造を有するフッ素樹脂は、例え
ば、一般式

【化１１】（ただし、ｎ＝０〜５、ｍ＝０〜５でｍ＋ｎ＝１〜６で
ある。）で表わされる末端二重結合を二つ有するパーフ
ルオロエーテルやパーフルオロー2,2−ジメチル−1,3−
ジオキソールをラジカル重合せしめて得られる。また共
重合体は、上記のパーフルオロエーテル又は、パーフル
オロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールとフルオロオ
レフィンやフルオロビニルエーテルなどの含フッ素単量
体との共重合により得られる。単量体としては、例え
ば、テトラフルオロエチレン、パーフルオロビニルエー
テル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン
などである。

【００２８】さらに、本発明にて用いる樹脂は、結晶を
持たないわゆる非晶質のものが好ましい。それは微結晶
化による光の透過阻害がおこらないからである。

【００２９】主鎖に環構造を有するフッ素樹脂として
は、例えばDu Pont社の製造になる主鎖に環構造を有す
るフッ素樹脂「FPX」又は「テフロンAF」（商品名）や
旭硝子（株）の製造になる主鎖に環構造を有するフッ素
樹脂「CYTOP」（登録商標）等を例示することができ
る。

【００３０】ターゲット３２と、光学透明自立膜２２の
間に、アパチャー２４を有する防着板２３を設置して、
光学透明自立膜２２に一度に膜付着が起きることを防止
している。この場合、光学透明自立膜２２を適当量移動
する機構（図示せず）を付与することで、膜付着により
紫外線透過率が低下した場合でも、チャンバーを開放せ
ずに、アパチャーエリアの紫外線透過率を復旧させるこ
とができる。

【００３１】また、この光学透明自立膜２２をロールに
巻き付け、ロールツーロール（Roleto Role）方式とす
ることも大変意味あることである。

【００３２】排気管１４によって成膜室１０内を排気
し、また、ガス導入管１３よりガスをを成膜室１０内に
ガスを導入することによって、成膜室１０内の圧力と雰
囲気を制御することができる。

【００３３】レーザレーザアブレーションを行う場合に
は、成膜室１０内を、Ｏ_２、Ｏ_３および酸化窒化類（Ｎ
Ｏｘ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む雰
囲気としてターゲット３２にエキシマレーザ光２０を照
射することが好ましい。このようにすると、光学透明自
立膜の黒化速度が低減され、膜の交換頻度を大幅に低減
できる。その際の導入ガス濃度は、分圧を絶対値で表す
と、好ましくは、５Ｐａ〜３０，０００Ｐａであり、さ
らに好ましくは、５００〜１０００Ｐａである。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いてより具体的に
説明する。

【００３５】（実施例１）８インチサイズのＺｒＯ_２タ
ーゲット３２上に１ＪのＡｒＦエキシマレーザ光２０を
スキャン照射して、基板３３の温度約６００℃に加熱さ
れたシリコンウェーハにＺｒＯ_２膜形成を行った。エキ
シマ導入部の防着板２３のアパチャーエリアは約１０ｍ
ｍφとした。また、防着フィルム２２に厚み２０μｍの
サイトップ：CYTOP）（（登録商標）旭硝子（株）
製））を主原料とした樹脂から形成した自立膜を用い
た。４枚のシリコンウェハー３３を、回転機構（図示せ
ず）を有する基板ホルダー３４にセットし、適度の回転
数で回転させ、シリコンウェハー３３上に、厚み計換算
で約２．５ｎｍの膜厚のＺｒＯ_２膜を成膜した。成膜室
１０内の雰囲気は、酸素（Ｏ_２）１００％で、圧力は５
００Ｐａであった。１０バッチ４０枚処理後、光学透明
自立膜２２を取り出し、１９３ｎｍにおける透過率測定
を行ったところ、初期は９３％であったものが、８９％
であった。

【００３６】なお、成膜室１０内の雰囲気を酸素
（Ｏ_２）１００％、圧力２Ｐａとして行った場合、１０
バッチ４０枚処理後の１９３ｎｍにおける透過率は６０
％に低下した。そのため光学透明自立膜を交換するか、
アブレーションを起こさせるレーザパワーを増加させる
必要がある。

【００３７】光学透明自立膜２２にフッ素樹脂を使うこ
とで、エキシマレーザー照射損傷による透過率低下を抑
制できる。また、レーザー導入光学窓２１の汚れが無視
できるようになり、約２０ｃｍ口の光学透明自立膜２２
を適宜移動して用いることで、約１０００枚のシリコン
ウェーハをチャンバーを開放しないで連続処理すること
が可能となった。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、波長２６０ｎｍ以下の
レーザー光照射損傷による透過率低下を抑制できると共
に、レーザー光導入光学窓の汚れを少なくできるレーザ
アブレーション装置のレーザ光導入光学窓用防着部材、
レーザアブレーション装置およびレーザアブレーション
方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のレーザーアブレーショ
ン法によるゲート絶縁膜を成膜するレーザアブレーショ
ン装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１…レーザアブレーション装置１０…成膜室１１…天井壁１２…底壁１３…ガス導入管１４…排気管１５…側壁２０…エキシマーレーザ光２１…レーザ導入光学窓２２…光学透明自立膜２３…防着板２４…アパチャー３１…ターゲットホルダー３２…ターゲット３３…基板（シリコンウェハー）３４…基板ホルダー３５…ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ２０μｍにおいて、波長１９０〜２６
０ｎｍの紫外光の透過率が８０％以上の値であるフッ素
樹脂から作製された自立膜を備える、波長２６０ｎｍ以
下のレーザー光を使用するレーザアブレーション装置の
レーザ光導入光学窓用防着部材。
【請求項２】レーザ光導入光学窓と、厚さ２０μｍにおいて、波長１９０〜２６０ｎｍの紫外
光の透過率が８０％以上の値であるフッ素樹脂から作製
された自立膜を有する前記レーザ光導入光学窓用の防着
部材と、を備えることを特徴とする、波長２６０ｎｍ以下のレー
ザー光を使用するレーザアブレーション装置。
【請求項３】アパチャーを有する防着板であって、前記
自立膜とターゲットとの間に設置される前記防着板をさ
らに備えることを特徴とする請求項２記載のレーザアブ
レーション装置。
【請求項４】前記自立膜を移動させる移動機構をさらに
備えることを特徴とする請求項３記載のレーザアブレー
ション装置。
【請求項５】前記自立膜を巻き付けた一方のロールから
他方のロールに前記自立膜を供給するロールツーロール
機構をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のレ
ーザアブレーション装置。
【請求項６】レーザ光導入光学窓とターゲットとの間
に、厚さ２０μｍにおいて、波長１９０〜２６０ｎｍの
紫外光の透過率が８０％以上の値であるフッ素樹脂から
作製された自立膜を有する前記レーザ光導入光学窓用の
防着部材を設け、Ｏ_２、Ｏ_３および酸化窒化類（ＮＯ
ｘ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む雰囲
気中で、前記レーザ光導入光学窓および前記自立膜を介
して波長２６０ｎｍ以下のレーザー光を前記ターゲット
に照射して行うことを特徴とするレーザアブレーション
方法。
【請求項７】Ｏ_２、Ｏ_３および酸化窒化類（ＮＯｘ）か
らなる群より選ばれる少なくとも一種を含む前記雰囲気
中が、Ｏ_２雰囲気であることを特徴とする請求項６記載
のレーザアブレーション方法。