JP2013046001A - クラスタによる加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反応性ガスと、前記反応性ガスと不活性であって前記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガス14を、ノズル出口21に至る混合ガス供給路1で冷却源3により冷却して前記ノズル出口21から断熱膨張させながら真空処理室4内に噴出させて、反応性クラスタ45を生成し、この反応性クラスタ45を真空処理室4内の基板5に噴射して基板表面51を加工するようにしたから、反応性クラスタ45の加工性能を高めることができ、基板5の損傷が少なく、かつ高速で基板5の加工を行うことができるようにした。
【選択図】図1
Description
また、従来、ノズル部に取り付けた配管内に冷却した乾燥窒素ガスを流してノズル部分を冷却することにより、室温では形成できなかったガスのクラスタ化を可能としたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、この加工方法は、例えばエッチングレートなどの加工性能が低いという課題がある。
しかしながら、特許文献2及び3に記載の従来の技術は、いずれも原料ガスが混合ガスではなく単一ガスであり、かつイオン化させたクラスタによる基板の加工方法であり、原料ガスが、反応性ガスと、反応性ガスと不活性でそれより低沸点の添加ガスとの混合ガスから生成させた反応性クラスタによる加工方法に関しては原料ガスの冷却の作用について何らの示唆もない。
また、反応性ガスが三フッ化塩素で高沸点であるから、冷却源の温度を高くでき、冷却のための費用を少なくできるのである。
本発明の実施の形態に係るクラスタによる加工方法を図1の概略説明図を参照しながら説明する。
混合ガス供給路1に、混合ガス供給部11が圧力制御弁12及び流量制御弁13を介して接続されている。
反応性ガスは、加工対象となる基板表面51と反応性が高いことが必要であり、基板表面51が珪素単結晶である場合には、珪素との反応性が高いハロゲン間化合物を用いることが好ましい。
また、反応性ガスは、基板表面51が、金属材料又は珪素以外の半導体材料であるヒ化ガリウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)、窒化ガリウム(GaN)等である場合には、金属材料との反応性が高いハロゲン化水素を用いることが好ましい。
そして、反応性クラスタを生成するためには、所定の圧力が必要であるが、上記反応性ガスは沸点が高く、圧力を高くすると凝縮(液化)してノズルでの断熱膨張ができないため、反応性ガスのみから反応性クラスタを生成するための必要な圧力を得ることができなかったのである。
また、反応性ガスより低沸点の添加ガスは、混合ガス供給部11内及び混合ガス供給路1内で、反応性ガスと不活性なものを選定するのである。
反応性ガスと不活性な添加ガスを選定するのは、混合ガス供給部11内や混合ガス供給路1内で、反応性ガスと添加ガスとが反応すると、反応性クラスタを安定して生成することができず、基板表面51の加工が困難となる場合があるからである。
また、真空処理室4には、開閉弁41、ターボ分子ポンプ42及びドライポンプ43を介設した排気路44を接続しており、ターボ分子ポンプ42及びドライポンプ43により真空処理室4内を約10Pa(abs)の二次圧力としている。
そして、本発明は、反応性クラスタ45の加工性能を高くするために、反応性ガスと、反応性ガスと不活性であって反応性ガスより低沸点の添加ガスとからなる混合ガス14を、ノズル出口21に至る混合ガス供給路1で液化温度近くまで不凍液(冷却源3)により冷却してノズル出口21から断熱膨張させながら真空処理室4内に噴出させて、中性の反応性クラスタ45を生成するのである。
混合ガス14を液化温度近くまで冷却源3により冷却することにより、真空処理室4内に噴出する中性の反応性クラスタ45は生成数を多くしたり、あるいはサイズを大きく(一つのクラスタ中の分子数を多く)したりすることができるのである。
なお、52は基板5を所定位置に固定する基板台である。
(実施例1)
真空処理室4内で反応性クラスタ45で加工される基板表面51を珪素単結晶とし、反応性ガスを三フッ化塩素(ClF3)とし、反応性ガス(ClF3)と不活性であって反応性ガス(ClF3)より低沸点の添加ガスをアルゴン(Ar)とし、混合ガス14の混合割合をClF3が6容積%でArが94容積%とした。
混合ガス供給路1における混合ガス14の供給圧力(一次圧力)を圧力制御弁12及び流量制御弁13で制御して0.69〜0.66MPa(abs)とし、真空処理室4内の圧力をターボ分子ポンプ41及びドライポンプ42により約10Pa(abs)の真空とした。
ノズル出口21と基板表面51との距離を13mmとし、反応性クラスタ45を基板表面51に照射する時間を2minとした。
ノズル出口21に至る混合ガス供給路1で不凍液により冷却されたノズル出口21近傍の混合ガス14の温度を熱電対で測定し、基板表面51のエッチングレートを蝕針式表面形状測定器で測定して算出した。
第2図によれば、混合ガス14の温度が低くなるに従って、エッチングレートが上昇していることがわかる。ただし、混合ガス14の温度が−8℃から−13℃ではエッチングレートが低下しており、これは−8℃〜−13℃において温度が低下するほど、混合ガス14の流量が増大しており、混合ガス供給路1内で混合ガス14のうちClF3の液化が生じており、ノズル2での断熱膨張による中性クラスタ43の生成が一部阻害されてきていることを示しているのである。
ここで、液化温度近くまでとは、液化温度から液化温度よりも10℃高い温度範囲とするのであり、常圧においては反応性ガスの沸点が添加ガスの沸点よりも高いが、両ガスの混合割合に基づく分圧からそれぞれの沸点を決定していずれかのガスの液化温度近くとするのである。
(実施例2)
この実施例2では、基板表面51の温度が反応性クラスタ45による加工にどのような影響を与えるかの確認であるため、実施例1の混合ガス14の冷却については行っておらず、混合ガス供給路1内の混合ガス14の温度を常温とした。
真空処理室4内で反応性クラスタ45で加工される基板表面51をケイ素単結晶とした点、反応性ガスを三フッ化塩素(ClF3)とした点、反応性ガス(ClF3)よりも低沸点の添加ガスをアルゴン(Ar)とした点、混合ガスの混合割合をClF3が6容積%でArが94容積%とした点は上記実施例1と同様である。
混合ガス供給路1における混合ガスの供給圧力(一次圧力)を圧力制御弁12及び流量制御弁13で制御して0.82MPa(abs)とし、真空処理室4内の圧力をターボ分子ポンプ41及びドライポンプ42により約10Pa(abs)の真空とした。
ノズル出口21と基板表面51との距離を13mmとし、反応性クラスタ45を基板表面51に照射する時間を2minとした。
第3図によれば、基板表面51の温度上昇に伴い深さ基準のエッチングレート(μm/min)は基板表面51の温度が50℃までは上昇するものの、この実施例2の条件においては50℃以上では深さ基準のエッチングレートがほぼ飽和することとなった。
そして、この実施例2における基板表面51のエッチング加工後に、基板表面51の観察を行ったところ、基板表面51の温度を低下させることで基板表面51の荒れが少なくなる傾向となった。
したがって、加工後の基板表面51の要求仕様に合致するように、基板表面51の温度を所定温度範囲に保持して基板表面51を加工することが好ましく、特に、基板表面51の温度を50℃以下の所定温度範囲に保持して行うことがより好ましい。
また、反応性ガスとしては、加工する基板表面51との間で反応性が高いものを選定するのであり、フッ化塩素(ClF)、三フッ化塩素(ClF3)、五フッ化塩素(ClF5)、三フッ化臭素(BrF3)、一塩化臭素(BrCl)、五フッ化ヨウ素(IF5)、七フッ化ヨウ素(IF7)などのハロゲン間化合物や塩化水素(HCl)、臭化水素(HBr)、ヨウ化水素(HI)などのハロゲン化水素を用いることが好ましい。
そして、混合ガス14の混合割合は、反応性ガスと添加ガスの種類、混合ガスの供給圧力(一次圧力)、真空処理室4内の真空度(二次圧力)、加工される基板表面51の物性、要求される加工仕様などを総合して決定するのである。
また、冷却源3として、不凍液に代えて冷凍機の冷媒を直接循環するようにしてもよく、低温の冷却源3が必要な場合、液体窒素を用いてもよく、混合ガス14をノズル出口21に至る混合ガス供給路1で液化温度近くまで冷却できればどのような冷却源3であってもよいのである。
2 ノズル
3 冷却源
4 真空処理室
5 基板
14 混合ガス
21 ノズル出口
45 反応性クラスタ
51 基板表面
Claims (4)
- 反応性ガスと、前記反応性ガスと不活性であって前記反応性ガスより低沸点の添加ガスとからなる混合ガスを、ノズル出口に至る混合ガス供給路で冷却源により冷却して前記ノズル出口から断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、反応性クラスタを生成し、この反応性クラスタを真空処理室内の基板に噴射して基板表面を加工することを特徴とするクラスタによる加工方法。
- 前記反応性ガスがハロゲン間化合物又はハロゲン化水素であり、前記添加ガスが希ガスであることを特徴とする請求項1に記載のクラスタによる加工方法。
- 前記反応性ガスが三フッ化塩素であり、前記添加ガスがアルゴンであり、加工する前記基板表面が珪素単結晶であることを特徴とする請求項2記載のクラスタによる加工方法。
- 前記基板表面の温度を所定温度範囲に保持して前記基板表面を加工することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のクラスタによる加工方法。
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