JP2840419B2 - 光処理法及び光処理装置 - Google Patents
光処理法及び光処理装置Info
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Description
〔産業上の利用分野〕 本発明は、光励起を利用したCVD,エツチング、表面改
質、クリーニングに有用な光処理法及び装置に関するも
のである。 〔従来技術〕 半導体装置の高集積化、高性能化に伴ない光照射を利
用したCVD、エツチング、表面改質、クリーニングプロ
セス等が注目されている。これらは光プロセスの大きな
特徴である低温処理可能、低損傷なことの加え、空間的
な選択処理等が半導体製造プロセスで必要不可欠なもの
となってきたためである。ところで光処理を用いた一般
的なプロセスとしては １）反応ガス雰囲気中で光を照射し該雰囲気中で該反応
ガスの励起、分解により数種のガスを反応させ（気相反
応）、試料の表面に堆積物を堆積させるか、又は該表面
のエツチングやクリーニングを行なうものと、 ２）試料表面を光照射によって加熱し、反応ガスと該表
面との熱化学反応を生じさせるか光照射によって該表面
上と反応ガスと光化学反応（表面反応）を生じさせて堆
積物を堆積させるか、又は該表面のエツチングやクリー
ニングを行なうもの、とがある。 前者としては例えばSiH4とO2ガス雰囲気中でKrFエキ
シマレーザーを照射し、気相中でSiH4とO2を反応させSi
O2を基板上に堆積させる例があるがこの方法では反応生
物が気相中をランダムに拡散するので、基本的に空間的
な選択性はない。一方後者としてCl2ガス雰囲気中で基
板をエツチングする例を挙げることができる。この方法
では反応過程の詳細は解明されていないが、光が照射さ
れた表面で励起された電子を塩素原子が授受しSi基板中
に取り込まれ反応が進むので、光照射された表面上のみ
で反応を起こすことができ空間的に選択処理が可能であ
る。 〔発明が解決しようとする技術課題〕 しかしながら上述したこれらの光励起プロセスでは、
半導体素子の高集積化、高性能化に対応するためには改
善すべき余地が存在している。その１つとして光吸収断
面積や光反応断面積が小さく、処理速度が低いことが挙
げられる。例えばSi基板の光励起エツチングでは、大部
分の報告ではエツチレートは100〜2000Å/min（新電子
材料に関する調査研究報告書XII、光励起プロセス技術
調査報告書１、日本電子工業振興会、昭和61年３月）程
度でありこれは従来のプラズマエツチングに比べ１桁程
度低いエツチレートである。又CO2レーザー等による赤
外線照射では基板加熱による熱化学反応が主であるため
熱の拡散による像のぼけが生じ、基板表面の処理を優れ
た選択性をもって行う場合には問題となる場合があっ
た。 本発明は上述した技術課題に鑑みてなされたものであ
って、高速処理が可能な光処理法及び該処理法を適用し
得る処理装置を提供することを目的とする。 また、本発明の別の目的は基板上の所望の領域を優れ
た選択性をもって処理する光処理法及び該処理法を適用
し得る処理装置を提供することである。 〔課題を解決するための手段及び作用〕 本発明の光処理法及び光処理装置は、反応容器内に反
応ガスと光とを導入し、該反応容器内に配された被処理
体の窒化けい素からなる表面に表面処理を施す光処理法
において、該被処理体の表面を構成する原子結合の振動
を励起しうる第１の光を少なくとも該表面から選択され
た部分に照射する第１の照射工程と、該反応ガスと該表
面との光化学反応を生じさせうる第２の光を該選択され
た部分にのみ照射する第２の照射工程と、を同時に行い
該選択された部分にのみ光化学反応によるエッチングを
施すことを特徴とする光処理法、及び、反応容器内に反
応ガスを導入するガス導入手段と、該反応容器内に光を
導入する光導入手段と、を有し、該反応容器内に配され
た被処理体に表面処理を施す光処理法装置において、該
被処理体の表面を構成する原子結合の振動を励起しうる
第１の光を発生する第１の光発生手段と、該反応ガスと
該表面との光化学反応を生じさせうる該第１の光を発生
する第２の光発生手段と、該第１の光を少なくとも該表
面から選択された部分に照射する第１の照射手段と、該
第２の光を該選択された部分にのみ照射する第２の照射
手段と、該第１及び第２の光の照射が同時になされるよ
うに光照射の制御を行う制御手段と、を有し、該反応容
器に設けられた該第１及び第２の光を透過する光透過窓
がNaCl、SrF2、KClから選択される結晶からなり、該選
択された部分にのみ光化学反応による表面処理を施すこ
とを特徴とする。 本発明によれば、基板を構成する表面分子の振動を励
起する光と、光化学反応を生じさせる光を同時に基板上
に照射することによって基板と反応ガスとの反応をより
促進させることができるため、基板の処理を高速で行う
ことができる。また、処理光を照射した表面で選択的に
光化学反応を生じさせることができるので、所望の処理
を選択性良く行うことが出来る。 〔実施例〕 以下、本発明の好適な実施態様例を図面にもとずいて
説明する。 先ず本発明の光処理法を適用できる処理装置の１例を
第１図を用いて説明する。 同図において１は被処理試料（基板）、２はコンピユ
ータ（不図示）で制御され、２次元に移動可能なXYステ
ージ３に設置された試料台、４は真空気密可能な処理室
である。５は処理室４内に試料１を搬入出可能で真空気
密可能なゲートバルブ、６は処理室４内に反応ガスを導
入するためのガス導入口、７は処理室４内を真空排気し
たり、処理室内に導入された反応ガスの圧力を一定に保
つ機能を備えた真空排気装置であり、８は処理光を透過
する透過窓である。９は第一の光源であるところのNH3
レーザー10を光励起するためのCO2レーザーであり、11
a、11bはシヤツター、12a、12bはレーザー光の時間的空
間的可干渉性をなくし均一なレーザー光にするためのビ
ーム整形器、13a、13bは投影光学系である。14は二つの
異なる波長の光を混合する透過反射板、15は第二の光源
であるところのKrFエキシマレーザーである。そして、1
6はCO2レーザー９とKrFレーザー15を制御するためのレ
ーザー制御装置、17はシヤツター11a、11bを制御するた
めのシヤツター制御装置である。 この装置を用いた光処理工程の１例について説明す
る。まず基板１をゲートバルブ５を開け試料台２に載せ
ゲートバルブ５を閉める。ここで基板とは単体であって
も良いし、支持体上に堆積膜等が形成されたものであっ
ても良い。 真空排気装置７によって処理室４内を所望の圧力まで
真空排気する。次にガス導入口６より反応ガスを処理室
４内に導入し、内部の圧力が所望の圧力となるように真
空排気装置７を操作制御する。レーザー制御装置16によ
ってCO2レーザー９とKrFエキシマレーザー15とを両レー
ザーのピークパワーとなる時間が一致するように制御し
同期させて発振させる。CO2レーザー９で発振させた光
を、NH3レーザー10内のNH3セルに入射させ、NH3ガスを
励起しNH3ガス特有の波長の光を発振させる。この波長
の光は基板の表面を構成する分子の振動を励起させるも
のであることが必要であり、基板の表面を構成する分子
と振動モードが一致するので共鳴的に吸収され、基板と
反応ガスとの反応を促進させる。第一の光源であるNH3
レーザー10で発振した光は、シヤツター11aに入り、シ
ヤツターの開閉によって変調され基板１の表面上での照
射が制御される。シヤツター11a、と11bはシヤツター制
御装置17によって例えば同位相で開閉するように制御さ
れる。なおここでシヤツター11a、11bで変調したが、シ
ヤツターを用いず、CO2レーザー９とKrFエキシマレーザ
ー15の発振をレーザー制御装置16によって制御しても同
様の変調が可能である。変調された光は、ビーム整形器
12aによって可干渉性をなくし空間的に均一化され、投
影光学系13aにより基板１上で所望のスポツトサイズに
なるように調整される。投影光学系を出た光は、透過反
射板14によって反射され、窓８を通して基板１に照射さ
れる。ここで透過反射板は例えば厚さ2mm合成石英板で
できており、反射表面には、特定波長の光を反射させKr
Fエキシマレーザー15発振光を透過させる高反射膜がコ
ーテイングしてある。高反射膜は無機材料からなる多層
構造の反射膜が好適に用いられる。窓８はたとえばNaCl
結晶板で構成されているが、この他窓材としてはKCl、S
rF2結晶等も使用可能である。 本発明において、基板を構成する表面分子の振動を励
起する光の光源としては具体的にはレーザー、ランプ、
放電管、軌道放射光（SOR光）等を挙げることができる
が、基板を構成する表面分子の振動を励起させるもので
あればこれに限定されるものではない。一方第二の光源
であるKrFエキシマレーザー15発振光は、シヤツター11b
により第一の光源で発振した光と例えば同位相でオンオ
フされ、ビーム整形器12bで可干渉性をなくし空間的に
均一化される。次に投影光学系13bによって、透過反射
板14と窓８を通して基板１上に第一の光源で発振させた
光と同様に所望のスポットサイズで照射させる。なお本
発明において、反応ガスと基板との間に光化学反応を生
じさせる光の光源としては具体的にはレーザー、ラン
プ、放電管、軌道放射光（SOR光）等を挙げることがで
きるが、反応ガスと基板との間に光化学反応を生じさせ
るものであればこれに限定されるものではない。 以下本発明の実施例についてのべるが本発明は実施例
に限定されるものではない。
質、クリーニングに有用な光処理法及び装置に関するも
のである。 〔従来技術〕 半導体装置の高集積化、高性能化に伴ない光照射を利
用したCVD、エツチング、表面改質、クリーニングプロ
セス等が注目されている。これらは光プロセスの大きな
特徴である低温処理可能、低損傷なことの加え、空間的
な選択処理等が半導体製造プロセスで必要不可欠なもの
となってきたためである。ところで光処理を用いた一般
的なプロセスとしては １）反応ガス雰囲気中で光を照射し該雰囲気中で該反応
ガスの励起、分解により数種のガスを反応させ（気相反
応）、試料の表面に堆積物を堆積させるか、又は該表面
のエツチングやクリーニングを行なうものと、 ２）試料表面を光照射によって加熱し、反応ガスと該表
面との熱化学反応を生じさせるか光照射によって該表面
上と反応ガスと光化学反応（表面反応）を生じさせて堆
積物を堆積させるか、又は該表面のエツチングやクリー
ニングを行なうもの、とがある。 前者としては例えばSiH4とO2ガス雰囲気中でKrFエキ
シマレーザーを照射し、気相中でSiH4とO2を反応させSi
O2を基板上に堆積させる例があるがこの方法では反応生
物が気相中をランダムに拡散するので、基本的に空間的
な選択性はない。一方後者としてCl2ガス雰囲気中で基
板をエツチングする例を挙げることができる。この方法
では反応過程の詳細は解明されていないが、光が照射さ
れた表面で励起された電子を塩素原子が授受しSi基板中
に取り込まれ反応が進むので、光照射された表面上のみ
で反応を起こすことができ空間的に選択処理が可能であ
る。 〔発明が解決しようとする技術課題〕 しかしながら上述したこれらの光励起プロセスでは、
半導体素子の高集積化、高性能化に対応するためには改
善すべき余地が存在している。その１つとして光吸収断
面積や光反応断面積が小さく、処理速度が低いことが挙
げられる。例えばSi基板の光励起エツチングでは、大部
分の報告ではエツチレートは100〜2000Å/min（新電子
材料に関する調査研究報告書XII、光励起プロセス技術
調査報告書１、日本電子工業振興会、昭和61年３月）程
度でありこれは従来のプラズマエツチングに比べ１桁程
度低いエツチレートである。又CO2レーザー等による赤
外線照射では基板加熱による熱化学反応が主であるため
熱の拡散による像のぼけが生じ、基板表面の処理を優れ
た選択性をもって行う場合には問題となる場合があっ
た。 本発明は上述した技術課題に鑑みてなされたものであ
って、高速処理が可能な光処理法及び該処理法を適用し
得る処理装置を提供することを目的とする。 また、本発明の別の目的は基板上の所望の領域を優れ
た選択性をもって処理する光処理法及び該処理法を適用
し得る処理装置を提供することである。 〔課題を解決するための手段及び作用〕 本発明の光処理法及び光処理装置は、反応容器内に反
応ガスと光とを導入し、該反応容器内に配された被処理
体の窒化けい素からなる表面に表面処理を施す光処理法
において、該被処理体の表面を構成する原子結合の振動
を励起しうる第１の光を少なくとも該表面から選択され
た部分に照射する第１の照射工程と、該反応ガスと該表
面との光化学反応を生じさせうる第２の光を該選択され
た部分にのみ照射する第２の照射工程と、を同時に行い
該選択された部分にのみ光化学反応によるエッチングを
施すことを特徴とする光処理法、及び、反応容器内に反
応ガスを導入するガス導入手段と、該反応容器内に光を
導入する光導入手段と、を有し、該反応容器内に配され
た被処理体に表面処理を施す光処理法装置において、該
被処理体の表面を構成する原子結合の振動を励起しうる
第１の光を発生する第１の光発生手段と、該反応ガスと
該表面との光化学反応を生じさせうる該第１の光を発生
する第２の光発生手段と、該第１の光を少なくとも該表
面から選択された部分に照射する第１の照射手段と、該
第２の光を該選択された部分にのみ照射する第２の照射
手段と、該第１及び第２の光の照射が同時になされるよ
うに光照射の制御を行う制御手段と、を有し、該反応容
器に設けられた該第１及び第２の光を透過する光透過窓
がNaCl、SrF2、KClから選択される結晶からなり、該選
択された部分にのみ光化学反応による表面処理を施すこ
とを特徴とする。 本発明によれば、基板を構成する表面分子の振動を励
起する光と、光化学反応を生じさせる光を同時に基板上
に照射することによって基板と反応ガスとの反応をより
促進させることができるため、基板の処理を高速で行う
ことができる。また、処理光を照射した表面で選択的に
光化学反応を生じさせることができるので、所望の処理
を選択性良く行うことが出来る。 〔実施例〕 以下、本発明の好適な実施態様例を図面にもとずいて
説明する。 先ず本発明の光処理法を適用できる処理装置の１例を
第１図を用いて説明する。 同図において１は被処理試料（基板）、２はコンピユ
ータ（不図示）で制御され、２次元に移動可能なXYステ
ージ３に設置された試料台、４は真空気密可能な処理室
である。５は処理室４内に試料１を搬入出可能で真空気
密可能なゲートバルブ、６は処理室４内に反応ガスを導
入するためのガス導入口、７は処理室４内を真空排気し
たり、処理室内に導入された反応ガスの圧力を一定に保
つ機能を備えた真空排気装置であり、８は処理光を透過
する透過窓である。９は第一の光源であるところのNH3
レーザー10を光励起するためのCO2レーザーであり、11
a、11bはシヤツター、12a、12bはレーザー光の時間的空
間的可干渉性をなくし均一なレーザー光にするためのビ
ーム整形器、13a、13bは投影光学系である。14は二つの
異なる波長の光を混合する透過反射板、15は第二の光源
であるところのKrFエキシマレーザーである。そして、1
6はCO2レーザー９とKrFレーザー15を制御するためのレ
ーザー制御装置、17はシヤツター11a、11bを制御するた
めのシヤツター制御装置である。 この装置を用いた光処理工程の１例について説明す
る。まず基板１をゲートバルブ５を開け試料台２に載せ
ゲートバルブ５を閉める。ここで基板とは単体であって
も良いし、支持体上に堆積膜等が形成されたものであっ
ても良い。 真空排気装置７によって処理室４内を所望の圧力まで
真空排気する。次にガス導入口６より反応ガスを処理室
４内に導入し、内部の圧力が所望の圧力となるように真
空排気装置７を操作制御する。レーザー制御装置16によ
ってCO2レーザー９とKrFエキシマレーザー15とを両レー
ザーのピークパワーとなる時間が一致するように制御し
同期させて発振させる。CO2レーザー９で発振させた光
を、NH3レーザー10内のNH3セルに入射させ、NH3ガスを
励起しNH3ガス特有の波長の光を発振させる。この波長
の光は基板の表面を構成する分子の振動を励起させるも
のであることが必要であり、基板の表面を構成する分子
と振動モードが一致するので共鳴的に吸収され、基板と
反応ガスとの反応を促進させる。第一の光源であるNH3
レーザー10で発振した光は、シヤツター11aに入り、シ
ヤツターの開閉によって変調され基板１の表面上での照
射が制御される。シヤツター11a、と11bはシヤツター制
御装置17によって例えば同位相で開閉するように制御さ
れる。なおここでシヤツター11a、11bで変調したが、シ
ヤツターを用いず、CO2レーザー９とKrFエキシマレーザ
ー15の発振をレーザー制御装置16によって制御しても同
様の変調が可能である。変調された光は、ビーム整形器
12aによって可干渉性をなくし空間的に均一化され、投
影光学系13aにより基板１上で所望のスポツトサイズに
なるように調整される。投影光学系を出た光は、透過反
射板14によって反射され、窓８を通して基板１に照射さ
れる。ここで透過反射板は例えば厚さ2mm合成石英板で
できており、反射表面には、特定波長の光を反射させKr
Fエキシマレーザー15発振光を透過させる高反射膜がコ
ーテイングしてある。高反射膜は無機材料からなる多層
構造の反射膜が好適に用いられる。窓８はたとえばNaCl
結晶板で構成されているが、この他窓材としてはKCl、S
rF2結晶等も使用可能である。 本発明において、基板を構成する表面分子の振動を励
起する光の光源としては具体的にはレーザー、ランプ、
放電管、軌道放射光（SOR光）等を挙げることができる
が、基板を構成する表面分子の振動を励起させるもので
あればこれに限定されるものではない。一方第二の光源
であるKrFエキシマレーザー15発振光は、シヤツター11b
により第一の光源で発振した光と例えば同位相でオンオ
フされ、ビーム整形器12bで可干渉性をなくし空間的に
均一化される。次に投影光学系13bによって、透過反射
板14と窓８を通して基板１上に第一の光源で発振させた
光と同様に所望のスポットサイズで照射させる。なお本
発明において、反応ガスと基板との間に光化学反応を生
じさせる光の光源としては具体的にはレーザー、ラン
プ、放電管、軌道放射光（SOR光）等を挙げることがで
きるが、反応ガスと基板との間に光化学反応を生じさせ
るものであればこれに限定されるものではない。 以下本発明の実施例についてのべるが本発明は実施例
に限定されるものではない。
【実施例１】 第一図に示した装置を用いてSi基板上に成膜した窒化
けい素（SiN）膜のエツチング処理を行った。 ここで第一の光源であるところのNH3レーザー10を光
励起するためのパルス発振型CO2レーザー９として50W、
繰り返し数1000Hzのものを用いた。また第二の光源15と
して20W、繰り返し数1000HzのKrFエキシマレーザーを用
いた。 まず試料であるSiN膜を成膜したSi基板１をゲートバ
ルブ５を開け試料台２に載せた後、ゲートバルブ５を閉
めた。次いで、真空排気装置７によって処理室４内を10
-7torr以下の圧力まで真空排気した。次にガス導入口６
よりCl2ガス処理室４内に導入し、内部の圧力が50torr
となるように真空排気装置７を操作した。 レーザー制御装置16によってCO2レーザー９とKrFエキ
シマレーザー15を制御し両レーザーのピークパワーとな
る時間が一致するように同期させて発振させた。CO2レ
ーザー９で発振させた波長10.6μｍ赤外光を、NH3レー
ザー10内のNH3セルに入射させ、NH3ガスを励起して波長
11.7〜12.5μｍ（波数850〜800cm-1）の赤外光を発振さ
せた。 この波長の光はSi−Ｎ結合の振動モード（〜850c
m-1）と一致するので共鳴的に吸収される。 NH3レーザー10で発振した赤外光は、シヤツター11aに
入り、ビーム整形器12aによって可干渉性をなくし、投
影光学系13aによってSi基板１上で所望のスポツトサイ
ズ（本実施例では３μｍ）になるように調整された。投
影光学系を出た赤外光は、合成石英板からなる透過反射
板14によって反射され、NaCl結晶板からなる窓８を通し
てSi基板１に照射された。ここで透過反射板の反射表面
には、波長11.7〜12.5μｍの赤外光を反射させKrFエキ
シマレーザー15の発振光（248nm）を透過する高反射膜
をコーテイングしてある。 一方第二の光源であるKrFエキシマレーザー15からの
発振光（248nm）は、シヤツター11bで第一の光源で発振
した赤外光と同位相でオンオフされ、ビーム整形器12b
を経た後、投影光学系13b、透過反射板14と窓８を通っ
てSi基板上に第一の光源で発振させた赤外光と同様に所
望のスポツトサイズ（本実施例では３μｍ）で照射され
た。波長11.7〜12.5μｍの赤外光と波長248nmの遠紫外
光が照射された基板表面では、該紫外光によって励起さ
れた電子を塩素原子が授受しSiN膜中に取り込まれる一
方、該赤外光によって基板表面のSi−Ｎ結合が振動励起
され 2SiN＋4Cl2 →2SiCl4↑＋N2↑ の反応速度が上昇し、高速のエツチングが可能となっ
た。また、従来法との比較をするため赤外光の照射を行
わずにエツチング処理を行ったところ、本実施例では、
従来の光エツチング法に比べ20倍程度高いエツチレート
が得られた。 更に照射時にXYステージ３に載せた試料台２を２次元
的に動かしシヤツターによる変調を行なうことによって
SiN膜上にエツチングパターンを形成できた。エツチン
グは照射領域のみで行なわれていて像のぼけはなく、選
択性に優れていることが確認された。
けい素（SiN）膜のエツチング処理を行った。 ここで第一の光源であるところのNH3レーザー10を光
励起するためのパルス発振型CO2レーザー９として50W、
繰り返し数1000Hzのものを用いた。また第二の光源15と
して20W、繰り返し数1000HzのKrFエキシマレーザーを用
いた。 まず試料であるSiN膜を成膜したSi基板１をゲートバ
ルブ５を開け試料台２に載せた後、ゲートバルブ５を閉
めた。次いで、真空排気装置７によって処理室４内を10
-7torr以下の圧力まで真空排気した。次にガス導入口６
よりCl2ガス処理室４内に導入し、内部の圧力が50torr
となるように真空排気装置７を操作した。 レーザー制御装置16によってCO2レーザー９とKrFエキ
シマレーザー15を制御し両レーザーのピークパワーとな
る時間が一致するように同期させて発振させた。CO2レ
ーザー９で発振させた波長10.6μｍ赤外光を、NH3レー
ザー10内のNH3セルに入射させ、NH3ガスを励起して波長
11.7〜12.5μｍ（波数850〜800cm-1）の赤外光を発振さ
せた。 この波長の光はSi−Ｎ結合の振動モード（〜850c
m-1）と一致するので共鳴的に吸収される。 NH3レーザー10で発振した赤外光は、シヤツター11aに
入り、ビーム整形器12aによって可干渉性をなくし、投
影光学系13aによってSi基板１上で所望のスポツトサイ
ズ（本実施例では３μｍ）になるように調整された。投
影光学系を出た赤外光は、合成石英板からなる透過反射
板14によって反射され、NaCl結晶板からなる窓８を通し
てSi基板１に照射された。ここで透過反射板の反射表面
には、波長11.7〜12.5μｍの赤外光を反射させKrFエキ
シマレーザー15の発振光（248nm）を透過する高反射膜
をコーテイングしてある。 一方第二の光源であるKrFエキシマレーザー15からの
発振光（248nm）は、シヤツター11bで第一の光源で発振
した赤外光と同位相でオンオフされ、ビーム整形器12b
を経た後、投影光学系13b、透過反射板14と窓８を通っ
てSi基板上に第一の光源で発振させた赤外光と同様に所
望のスポツトサイズ（本実施例では３μｍ）で照射され
た。波長11.7〜12.5μｍの赤外光と波長248nmの遠紫外
光が照射された基板表面では、該紫外光によって励起さ
れた電子を塩素原子が授受しSiN膜中に取り込まれる一
方、該赤外光によって基板表面のSi−Ｎ結合が振動励起
され 2SiN＋4Cl2 →2SiCl4↑＋N2↑ の反応速度が上昇し、高速のエツチングが可能となっ
た。また、従来法との比較をするため赤外光の照射を行
わずにエツチング処理を行ったところ、本実施例では、
従来の光エツチング法に比べ20倍程度高いエツチレート
が得られた。 更に照射時にXYステージ３に載せた試料台２を２次元
的に動かしシヤツターによる変調を行なうことによって
SiN膜上にエツチングパターンを形成できた。エツチン
グは照射領域のみで行なわれていて像のぼけはなく、選
択性に優れていることが確認された。
【実施例２】 第二の実施例として、第一の表面振動励起用の光を試
料全面に照射し、第二の光化学反応用の光をマスク（又
はレチクル）を用いて選択的に照射し処理した例を説明
する。第二図に用いた装置の概要を示す。同図におい
て、18は第二の光化学反応用の光を試料１表面に選択的
に照射するためのマスク（又はレチクル）、19は該マス
クを照明するための照明光学系であり、その他第１図に
示したものと同一の符号を付したものは同一のものを示
す。 この装置を用いてSi基板上に成膜したSiN膜のエツチ
ングを行った。 まず試料であるSiN膜を成膜したSi基板１をゲートバ
ルブ５を開け試料台２に載せゲートバルブ５を閉めた。
真空排気装置７によって処理室４内を10-7torr以下の圧
力まで真空排気した後、ガス導入口６よりCl2ガスを処
理室４内に導入し、内部の圧力が50torrとなるように真
空排気装置７を操作した。 レーザー制御装置16によってCO2レーザー９とKrFエキ
シマレーザー15を制御し、両レーザーのピークパワーと
なる時間が一致するように同期させて発振させた。実施
例１と同様にNH3レーザーを発振させ波長11.7〜12.5μ
ｍ（波数850〜800cm-1）の赤外光を取り出し、ビーム整
形器12a、投影光学系13a、透過反射板14を通してSi基板
全面に均一に照射した。 一方第二の光源であるKrFエキシマレーザー15発振光
（248nm）は、ビーム整形器12b、照明光学系19を通っ
て、マスク又レチクル18に均一に照明され、投影光学系
13b、透過反射板14、と窓８を経てSi基板上にマスク又
レチクル18の像を結像させた。 波長11.7〜12.5μｍの赤外光は基板の全面に照射さ
れ、SiN膜表面のSi−Ｎ結合が振動励起されるがこれに
加えて、波長248nmの紫外光が照射された表面で、実施
例１と同じ反応でエツチングが進んだ。
料全面に照射し、第二の光化学反応用の光をマスク（又
はレチクル）を用いて選択的に照射し処理した例を説明
する。第二図に用いた装置の概要を示す。同図におい
て、18は第二の光化学反応用の光を試料１表面に選択的
に照射するためのマスク（又はレチクル）、19は該マス
クを照明するための照明光学系であり、その他第１図に
示したものと同一の符号を付したものは同一のものを示
す。 この装置を用いてSi基板上に成膜したSiN膜のエツチ
ングを行った。 まず試料であるSiN膜を成膜したSi基板１をゲートバ
ルブ５を開け試料台２に載せゲートバルブ５を閉めた。
真空排気装置７によって処理室４内を10-7torr以下の圧
力まで真空排気した後、ガス導入口６よりCl2ガスを処
理室４内に導入し、内部の圧力が50torrとなるように真
空排気装置７を操作した。 レーザー制御装置16によってCO2レーザー９とKrFエキ
シマレーザー15を制御し、両レーザーのピークパワーと
なる時間が一致するように同期させて発振させた。実施
例１と同様にNH3レーザーを発振させ波長11.7〜12.5μ
ｍ（波数850〜800cm-1）の赤外光を取り出し、ビーム整
形器12a、投影光学系13a、透過反射板14を通してSi基板
全面に均一に照射した。 一方第二の光源であるKrFエキシマレーザー15発振光
（248nm）は、ビーム整形器12b、照明光学系19を通っ
て、マスク又レチクル18に均一に照明され、投影光学系
13b、透過反射板14、と窓８を経てSi基板上にマスク又
レチクル18の像を結像させた。 波長11.7〜12.5μｍの赤外光は基板の全面に照射さ
れ、SiN膜表面のSi−Ｎ結合が振動励起されるがこれに
加えて、波長248nmの紫外光が照射された表面で、実施
例１と同じ反応でエツチングが進んだ。
【実施例３】 実施例２と同じ装置を用いSi基板上に成膜したSi3N4
膜に選択的に酸化膜の潜像を形成した。 実施例２と同様に試料であるSiN膜を成膜したSi基板
１をゲートバルブ５を開け試料台２に載せゲートバルブ
５を閉めた。真空排気装置７によって処理室４内を10-7
torr以下の圧力まで真空排気した後、ガス導入口６より
NO2ガスを処理室４内に導入し、内部の圧力が100torrと
なるように真空排気装置７を操作した。 次に実施例２と同様に波長11.7〜12.5μｍの赤外光は
全面に、波長248nmの遠紫外光が選択的にSi基板上に成
膜したSi3N4膜を表面に照射した。赤外光が照射された
全面では、Si3N4膜表面のSi−Ｎ結合が振動励起され、
波長248nmの遠紫外光が照射された表面では光化学反応
が進み、遠紫外光が照射された表面のみに酸化膜が形成
された。即ち潜像が形成された。形成された酸化膜の厚
さは、３分間の照射で50Å程度である。この後形成され
た酸化膜の潜像をマスクにエツチングを行なうことによ
って、マスクレスの微細加工が可能となった。
膜に選択的に酸化膜の潜像を形成した。 実施例２と同様に試料であるSiN膜を成膜したSi基板
１をゲートバルブ５を開け試料台２に載せゲートバルブ
５を閉めた。真空排気装置７によって処理室４内を10-7
torr以下の圧力まで真空排気した後、ガス導入口６より
NO2ガスを処理室４内に導入し、内部の圧力が100torrと
なるように真空排気装置７を操作した。 次に実施例２と同様に波長11.7〜12.5μｍの赤外光は
全面に、波長248nmの遠紫外光が選択的にSi基板上に成
膜したSi3N4膜を表面に照射した。赤外光が照射された
全面では、Si3N4膜表面のSi−Ｎ結合が振動励起され、
波長248nmの遠紫外光が照射された表面では光化学反応
が進み、遠紫外光が照射された表面のみに酸化膜が形成
された。即ち潜像が形成された。形成された酸化膜の厚
さは、３分間の照射で50Å程度である。この後形成され
た酸化膜の潜像をマスクにエツチングを行なうことによ
って、マスクレスの微細加工が可能となった。
【実施例４】 第３図に示す装置を用いてSiO2膜のエツチング処理を
行った。同図において表面分子励起用CO2レーザー９は
フアブリペローエタロンを有していて、ある程度発振波
長を可変できる構造となっている。本実施例ではSi−Ｏ
結合の振動吸収波長9.5μｍに発振波長を一致させて用
いた。20はArFエキシマレーザーである。その他第２図
に示したものと同一の符号を付したものは同一のものを
示す。 実施例２と同様に試料であるSiN2膜を成膜したSi基板
１をゲートバルブ５を開け試料台２に載せゲートバルブ
５を閉めた後、真空排気装置７によって処理室４内を10
-7torr以下の圧力まで真空排気した。次にガス導入口６
よりNF3を400sccm、H2を50sccm処理室４内に導入し、内
部の圧力が2torrとなるように真空排気装置７を操作し
た。 レーザー制御装置16によってCO2レーザー９とArFエキ
シマレーザー20を制御し両レーザーのピークパワーとな
る時間が一致するように同期させて発振させた。CO2レ
ーザーを発振させて波長9.5μｍ（波数1054cm-1）の赤
外光を取り出し、ビーム整形器12a、投影光学系13a、透
過反射板14を通してSi基板全面に均一に照射した。 一方第二の光源であるArFエキシマレーザー15の発振
光（193nm）は、ビーム整形器12b、照明光学系19を介し
て、マスク又はレチクル18に均一に照射され、投影光学
系13b、透過反射板14、窓８を通してSi基板上にマスク
又レチクル18の像を結像させた。 波長9.5μｍの赤外光は基板全面に照射されSiO2膜表
面のSi−Ｏ結合を振動励起する一方、波長193nmの遠紫
外光が照射された表面では、効率よくエツチングが進ん
だ。 エツチングレートは従来の光エツチングに比べ８倍程
度大きくなり、高速処理が可能になった。 なお以上説明した例の他に、本発明によれば、CVD、
クリーニング等の処理を高速で行なうことができる。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、基板を構成す
る表面分子の振動を励起する光と、光化学反応を生じさ
せる光を同時に基板上に照射することによって基板と反
応ガスとの反応をより促進させることができるため、基
板の処理を高速で行うことができる。また、処理光を照
射した表面で選択的に光化学反応を生じさせることがで
きるので、所望の処理を選択性良く行うことが出来る。
行った。同図において表面分子励起用CO2レーザー９は
フアブリペローエタロンを有していて、ある程度発振波
長を可変できる構造となっている。本実施例ではSi−Ｏ
結合の振動吸収波長9.5μｍに発振波長を一致させて用
いた。20はArFエキシマレーザーである。その他第２図
に示したものと同一の符号を付したものは同一のものを
示す。 実施例２と同様に試料であるSiN2膜を成膜したSi基板
１をゲートバルブ５を開け試料台２に載せゲートバルブ
５を閉めた後、真空排気装置７によって処理室４内を10
-7torr以下の圧力まで真空排気した。次にガス導入口６
よりNF3を400sccm、H2を50sccm処理室４内に導入し、内
部の圧力が2torrとなるように真空排気装置７を操作し
た。 レーザー制御装置16によってCO2レーザー９とArFエキ
シマレーザー20を制御し両レーザーのピークパワーとな
る時間が一致するように同期させて発振させた。CO2レ
ーザーを発振させて波長9.5μｍ（波数1054cm-1）の赤
外光を取り出し、ビーム整形器12a、投影光学系13a、透
過反射板14を通してSi基板全面に均一に照射した。 一方第二の光源であるArFエキシマレーザー15の発振
光（193nm）は、ビーム整形器12b、照明光学系19を介し
て、マスク又はレチクル18に均一に照射され、投影光学
系13b、透過反射板14、窓８を通してSi基板上にマスク
又レチクル18の像を結像させた。 波長9.5μｍの赤外光は基板全面に照射されSiO2膜表
面のSi−Ｏ結合を振動励起する一方、波長193nmの遠紫
外光が照射された表面では、効率よくエツチングが進ん
だ。 エツチングレートは従来の光エツチングに比べ８倍程
度大きくなり、高速処理が可能になった。 なお以上説明した例の他に、本発明によれば、CVD、
クリーニング等の処理を高速で行なうことができる。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、基板を構成す
る表面分子の振動を励起する光と、光化学反応を生じさ
せる光を同時に基板上に照射することによって基板と反
応ガスとの反応をより促進させることができるため、基
板の処理を高速で行うことができる。また、処理光を照
射した表面で選択的に光化学反応を生じさせることがで
きるので、所望の処理を選択性良く行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による光処理を好適に行いうる光処理装
置の１例を示す模式図、第２図は別の１例を示す模式
図、第３図は更に別の１例を示す模式図である。 第１図乃至第３図において、 １は被処理試料、 ２は試料台、 ３は２次元に移動可能なXYステージ、 ４は真空気密可能な処理室、 ５はゲートバルブ、 ６はガス導入口、 ７は真空排気装置、 ８は窓、 ９はパルス発振型CO2レーザー、 11a、11bはシヤツター、 12a、12bはビーム整形器、 13a、13bは投影光学系、 14は透過反射板、 15はKrFエキシマレーザー、 16はレーザー制御装置、 17はシヤツター制御装置、 18はマスク（又はレチクル）、 19は照明光学系、 20はArFエキシマレーザーである。
置の１例を示す模式図、第２図は別の１例を示す模式
図、第３図は更に別の１例を示す模式図である。 第１図乃至第３図において、 １は被処理試料、 ２は試料台、 ３は２次元に移動可能なXYステージ、 ４は真空気密可能な処理室、 ５はゲートバルブ、 ６はガス導入口、 ７は真空排気装置、 ８は窓、 ９はパルス発振型CO2レーザー、 11a、11bはシヤツター、 12a、12bはビーム整形器、 13a、13bは投影光学系、 14は透過反射板、 15はKrFエキシマレーザー、 16はレーザー制御装置、 17はシヤツター制御装置、 18はマスク（又はレチクル）、 19は照明光学系、 20はArFエキシマレーザーである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−177729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−310967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−32429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065
Claims (3)
- 【請求項１】反応容器内に反応ガスと光とを導入し、該
反応容器内に配された被処理体の窒化けい素からなる表
面に表面処理を施す光処理法において、 該被処理体の表面を構成する原子結合の振動を励起しう
る第１の光を少なくとも該表面から選択された部分に照
射する第１の照射工程と、 該反応ガスと該表面との光化学反応を生じさせうる第２
の光を該選択された部分にのみ照射する第２の照射工程
と、 を同時に行い該選択された部分にのみ光化学反応による
エッチングを施すことを特徴とする光処理法。 - 【請求項２】反応容器内に反応ガスを導入するガス導入
手段と、該反応容器内に光を導入する光導入手段と、を
有し、該反応容器内に配された被処理体に表面処理を施
す光処理装置において、 該被処理体の表面を構成する原子結合の振動を励起しう
る第１の光を発生する第１の光発生手段と、 該反応ガスと該表面との光化学反応を生じさせうる該第
１の光を発生する第２の光発生手段と、 該第１の光を少なくとも該表面から選択された部分に照
射する第１の照射手段と、 該第２の光を該選択された部分にのみ照射する第２の照
射手段と、 該第１及び第２の光の照射が同時になされるように光照
射の制御を行う制御手段と、 を有し、 該反応容器に設けられた該第１及び第２の光を透過する
光透過窓がNaCl、SrF2、KClから選択される結晶からな
り、 該選択された部分にのみ光化学反応による表面処理を施
すことを特徴とする光処理装置。 - 【請求項３】該第２の照射手段は、該第２の光を該選択
された部分にのみ照射するためのマスクを有する請求項
２に記載の光処理装置。
Priority Applications (17)
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|---|---|---|---|
| JP2261670A JP2840419B2 (ja) | 1990-09-29 | 1990-09-29 | 光処理法及び光処理装置 |
| EP98124751A EP0908781A3 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographic processing method and apparatus |
| EP91116309A EP0477890B1 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Processing method and apparatus |
| EP98124754A EP0908782A1 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographic processing method |
| EP98124750A EP0909985A1 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographic processing method and apparatus |
| DE69132587T DE69132587T2 (de) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographisches Verarbeitungsverfahren und Vorrichtung |
| AT91116309T ATE200829T1 (de) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographisches verarbeitungsverfahren und vorrichtung |
| EP98124753A EP0909988A1 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographic processing method |
| EP98124748A EP0909986A1 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographic processing method and apparatus |
| EP98124749A EP0909987A1 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographic processing method and apparatus |
| EP98124755A EP0909989A1 (en) | 1990-09-26 | 1991-09-25 | Photolithographic processing method and apparatus |
| US08/251,666 US5962194A (en) | 1990-09-26 | 1994-05-31 | Processing method and apparatus |
| US08/429,288 US6025115A (en) | 1990-09-26 | 1995-04-25 | Processing method for etching a substrate |
| US08/429,289 US5981001A (en) | 1990-09-26 | 1995-04-25 | Processing method for selectively irradiating a surface in presence of a reactive gas to cause etching |
| US08/429,287 US5863706A (en) | 1990-09-26 | 1995-04-25 | Processing method for patterning a film |
| US08/428,431 US5714306A (en) | 1990-09-26 | 1995-04-25 | Processing method and apparatus |
| US08/428,518 US5824455A (en) | 1990-09-26 | 1995-04-25 | Processing method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2261670A JP2840419B2 (ja) | 1990-09-29 | 1990-09-29 | 光処理法及び光処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04141589A JPH04141589A (ja) | 1992-05-15 |
| JP2840419B2 true JP2840419B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=17365114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2261670A Expired - Fee Related JP2840419B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-29 | 光処理法及び光処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2840419B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5312252B2 (ja) * | 2009-07-31 | 2013-10-09 | 日立造船株式会社 | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
| CN109097545B (zh) * | 2018-10-08 | 2023-09-15 | 吉林大学 | 激光预热与高频振动耦合非晶合金表面改性装置与方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6132429A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-15 | Hitachi Ltd | 半導体素子の製造装置 |
| JPS61177729A (ja) * | 1985-02-01 | 1986-08-09 | Toshiba Corp | 光励起ドライエツチング方法 |
| JPH0618173B2 (ja) * | 1986-06-19 | 1994-03-09 | 日本電気株式会社 | 薄膜形成方法 |
| JPS63310967A (ja) * | 1987-06-12 | 1988-12-19 | Nikon Corp | Ｃｖｄによる薄膜製造方法及びそれに使用される装置 |
-
1990
- 1990-09-29 JP JP2261670A patent/JP2840419B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04141589A (ja) | 1992-05-15 |
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| JPS63310967A (ja) | Ｃｖｄによる薄膜製造方法及びそれに使用される装置 |
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