JP4649964B2 - Photo-vapor chemical growth method and photo-vapor chemical growth apparatus - Google Patents

Photo-vapor chemical growth method and photo-vapor chemical growth apparatus Download PDF

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Description

本発明は、光気相化学成長法及び光気相化学成長装置に関し、特に多光子吸収を誘起することが可能な光気相化学成長法及び光気相化学成長装置に関する。   The present invention relates to a photo-vapor chemical growth method and a photo-vapor chemical growth apparatus, and more particularly to a photo-vapor chemical growth method and a photo-vapor chemical growth apparatus capable of inducing multiphoton absorption.

従来、エキシマレーザ等の照射により薄膜を成膜する光気相化学成長法(光CVD:Chemical Vapor Deposition)が、各種半導体装置の製造工程、例えばディスプレイの製造過程におけるマスクパターンの修正等において、薄膜を微細なパターンに対応して局所的に成膜する技術として用いられている。   Conventionally, a photo-vapor chemical deposition (photo CVD) method for forming a thin film by irradiation with an excimer laser or the like is used in various semiconductor device manufacturing processes, for example, correction of a mask pattern in a display manufacturing process. Is used as a technique for locally forming a film corresponding to a fine pattern.

このような光CVD装置を使った薄膜形成の際には、光化学反応に必要な薄膜の主原料の光吸収波長に対し、それぞれ最適な中心波長を有する個別のレーザ光源が必要であり、あるいは非常に広い波長帯域の波長可変レーザを利用する等の対策が必要であった。代表的なレーザ光源としては、エキシマレーザ(KrFレーザ(波長249nm)、ArFレーザ(波長193nm)等)等があり、これらを用いて光CVDを実現している(例えば非特許文献1参照。)。   When forming a thin film using such a photo-CVD apparatus, it is necessary to use a separate laser light source having an optimum center wavelength with respect to the light absorption wavelength of the main raw material of the thin film necessary for the photochemical reaction, or Therefore, it is necessary to take measures such as using a tunable laser having a wide wavelength band. As typical laser light sources, there are excimer lasers (KrF laser (wavelength 249 nm), ArF laser (wavelength 193 nm), etc.) and the like, and optical CVD is realized using these (for example, see Non-Patent Document 1). .

D.K.Flynn and J.I.Steinfeld,"Depositionof refractory metal films by rare-gas halide laser photodissociationof metal carbonyls",Journal Applied Physics, 59(11),1 June 1986,p.3914-p.3917D.K.Flynn and J.I.Steinfeld, "Depositionof refractory metal films by rare-gas halide laser photodissociationof metal carbonyls", Journal Applied Physics, 59 (11), 1 June 1986, p.3914-p.3917

上述の光CVDにおける光化学反応は、1光子吸収を前提としており、多光子吸収過程による光CVDの成膜方法とそのメカニズムについては、理論的にも実験的にも未だ十分に解明されていない。このため、すなわち膜質の良好な成膜を可能とする実用的な光CVD法や光CVD装置を実現する具体的な指針がないのが現状である。   The photochemical reaction in the above-mentioned photo-CVD is based on the assumption of one-photon absorption, and the film-forming method and mechanism of photo-CVD by the multi-photon absorption process have not been sufficiently elucidated theoretically or experimentally. For this reason, there is no specific guideline for realizing a practical photo-CVD method or photo-CVD apparatus that enables film formation with good film quality.

本発明は、このような問題に鑑みて、多光子吸収過程を利用した成膜が可能であり、また成膜後の膜質が良好な光気相化学成長法及び光気相化学成長装置を提供することを目的とする。   In view of such a problem, the present invention provides a photo-vapor chemical growth method and a photo-vapor chemical growth apparatus that can form a film using a multiphoton absorption process and have good film quality after film formation. The purpose is to do.

上記課題を解決するため、本発明による光気相化学成長法は、原料ガス雰囲気中において、パルス幅が1ps以下のパルスレーザ光を、開口数NAが0.7を超える対物レンズを用いて被成膜体上に照射して、成膜を行うことを特徴とする。
また、本発明は、上述の光気相化学成長法において、上記成膜を、多光子吸収過程を誘起して行うことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the photochemical vapor deposition method according to the present invention applies a pulse laser beam having a pulse width of 1 ps or less in a source gas atmosphere using an objective lens having a numerical aperture NA exceeding 0.7. Irradiation is performed on the film formation body to form a film.
Further, the present invention is characterized in that, in the above-described photo-vapor chemical growth method, the film formation is performed by inducing a multiphoton absorption process.

また、本発明による光気相化学成長装置は、原料ガス雰囲気中において、被成膜体にレーザ光を照射して光解離反応により上記被成膜体上に成膜する光化学気相成長装置において、パルス幅が1ps以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、被成膜体に上記レーザを集光する開口数NAが0.7を超える対物レンズとが、少なくとも設けられて成ることを特徴とする。   In addition, the photochemical vapor deposition apparatus according to the present invention is a photochemical vapor deposition apparatus in which a film is irradiated with a laser beam in a source gas atmosphere to form a film on the film by a photodissociation reaction. A laser light source that emits a pulsed laser beam having a pulse width of 1 ps or less, and an objective lens that has a numerical aperture NA that is greater than 0.7 for condensing the laser on the film formation target. And

上述したように、本発明による光気相化学成長法及び光気相化学成長装置においては、そのレーザ光源のパルス幅を1ps以下とするとともに、対物レンズの集光性能を示す開口数を、0.7を超えるものとする。ここで、対物レンズとは、被成膜体の成膜位置に対し光を集束する光学系を示す。本発明者等の鋭意考察研究の結果、光源としてパルス幅1ps以下のいわゆるフェムト秒レーザを用いる場合、光気相化学成長により成膜した構造物の膜質が、対物レンズの集光性能に影響を受けることを確認した。すなわち、0.7を超える開口数の対物レンズを用いることによって、より微細かつ適切な膜質の膜状構造物を成膜することができることがわかった。
また、本発明の光化学気相成長法において、多光子吸収過程を誘起するエネルギー条件とすることにより、すなわち、目的とする薄膜材料の光解離反応を誘起するエネルギーに対し、多光子吸収過程を誘起する波長帯域の光源を用いることによって、用いる対物レンズの解像度を超えた分解能の微細な形状の膜状構造物を生成することが確認できた。
As described above, in the photochemical vapor deposition method and the photochemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the pulse width of the laser light source is set to 1 ps or less, and the numerical aperture indicating the focusing performance of the objective lens is set to 0. .7. Here, the objective lens refers to an optical system that focuses light with respect to the film formation position of the film formation target. As a result of intensive studies by the present inventors, when a so-called femtosecond laser having a pulse width of 1 ps or less is used as a light source, the film quality of the structure formed by photo-vapor chemical growth affects the light collection performance of the objective lens. Confirmed to receive. That is, it was found that a finer and more appropriate film-like structure can be formed by using an objective lens having a numerical aperture exceeding 0.7.
In the photochemical vapor deposition method of the present invention, the multiphoton absorption process is induced by the energy condition that induces the multiphoton absorption process, that is, the energy that induces the photodissociation reaction of the target thin film material. It was confirmed that the use of a light source having a wavelength band that produces a fine film-like structure having a resolution exceeding the resolution of the objective lens to be used.

以上説明したように、本発明の光気相化学成長法及び光気相化学成長装置によれば、良好な膜質の膜状構造物を生成することができる。
また、本発明の光気相化学成長法において、多光子吸収過程を誘起して膜状構造物を生成することにより、対物レンズの解像度を超えた分解能の微細な形状の構造物を生成することができる。
As described above, according to the photochemical vapor deposition method and the photochemical vapor deposition apparatus of the present invention, a film-like structure having a good film quality can be generated.
In addition, in the photo-vapor chemical growth method of the present invention, by generating a film-like structure by inducing a multiphoton absorption process, a fine-shaped structure having a resolution exceeding the resolution of the objective lens can be generated. Can do.

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
本発明による光気相化学成長法を実現する光気相化学成長装置の一例の概略平面構成及び概略断面構成を、図1A及びBにそれぞれ示す。この光気相化学成長装置20は、少なくとも被成膜体13を設置し、成膜する薄膜の原料ガスを導入して成膜を行う真空チャンバー21と、この真空チャンバー21内を所望の真空度に排気する排気手段7を有する排気系22、更にパルスレーザより成るレーザ光源15等を有する光学系23とより構成される。
Examples of the best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
1A and 1B show a schematic plan configuration and a schematic cross-sectional configuration of an example of a photo-vapor chemical growth apparatus that realizes the photo-vapor chemical growth method according to the present invention, respectively. The photochemical vapor deposition apparatus 20 includes at least a deposition target 13, a vacuum chamber 21 in which film formation is performed by introducing a raw material gas for a thin film to be formed, and a desired degree of vacuum in the vacuum chamber 21. And an optical system 23 having a laser light source 15 made of a pulse laser and the like.

図1Aに示すように、真空チャンバー21は、メインチャンバー1と複数のサイドポートより構成され、サイドポートに接続可能なフランジ2a〜2hが対称に配置される。メインチャンバー1には、被成膜体13がほぼ中心位置に格納され、図1Bに示すように、被成膜体13を取り付ける位置の上部または下部に、被成膜体13を適宜保持し、かつレーザ光に対して走査する移動手段11、いわゆるx−yステージ等の2次元ステージ又は3次元ステージが取り付けられる。また、この移動手段11を設ける側のフランジとは反対側のフランジに、レーザ光の導入を行うため光透過性の窓12が設けられる。   As shown in FIG. 1A, the vacuum chamber 21 includes a main chamber 1 and a plurality of side ports, and flanges 2a to 2h connectable to the side ports are arranged symmetrically. In the main chamber 1, the film formation body 13 is stored at a substantially central position, and as shown in FIG. 1B, the film formation body 13 is appropriately held above or below the position where the film formation body 13 is attached. A moving means 11 for scanning the laser beam, a two-dimensional stage such as a so-called xy stage, or a three-dimensional stage is attached. In addition, a light transmissive window 12 is provided on the flange on the side opposite to the flange on which the moving means 11 is provided in order to introduce laser light.

各サイドポートのうち少なくとも一つは、メインチャンバーとの接続を独立して行える開閉バルブによって接続される。この例においては、メインチャンバー1内のフランジ2fに、可変リークバルブV2を介して原料ガス格納部5が接続される。必要に応じてこのバルブV2を開け閉めすることで、メインチャンバー1に原料ガスの供給、充填を適切に行うことができる構造とする。   At least one of the side ports is connected by an open / close valve that can independently connect to the main chamber. In this example, the raw material gas storage 5 is connected to the flange 2f in the main chamber 1 via the variable leak valve V2. By opening and closing the valve V2 as necessary, the main chamber 1 can be appropriately supplied and filled with the source gas.

一方、少なくとも別のもう一つのサイドポート、図示の例においてはフランジ2gにおいて、バルブV1及び可変リークバルブV3を介して排気系22の排気手段7が接続されて、メインチャンバー1内の排気が適切に行われる。
この排気系22は、主としてロータリーポンプ等より成る排気手段7と除害装置10とより構成され、排気手段7により排気された余剰の原料ガスが、バルブV5を介して矢印aで示すように除外装置10に導かれて吸収される。最終的に排気ガスは矢印b及びcで示すようにバルブV6を介して排気ダクトへ導かれる。なお、ロータリーポンプを用いる場合、図1に示すように、オイルミストエリミネータ、いわゆるオイルとラップ8を取り付け、油が除害材を汚染しないようにする。また、オイルトラップ8及びバルブV5との間に分岐して可変リークバルブV4を介してエアーを導入可能としてもよく、流量計9により導入量を調整可能とし得る。
On the other hand, the exhaust means 7 of the exhaust system 22 is connected to at least another other side port, in the illustrated example, the flange 2g, via the valve V1 and the variable leak valve V3, so that the exhaust in the main chamber 1 is appropriately performed. To be done.
This exhaust system 22 is mainly composed of an exhaust means 7 composed of a rotary pump or the like and an abatement device 10, and surplus source gas exhausted by the exhaust means 7 is excluded as indicated by an arrow a through a valve V5. It is guided to the device 10 and absorbed. Finally, the exhaust gas is led to the exhaust duct through the valve V6 as indicated by arrows b and c. In addition, when using a rotary pump, as shown in FIG. 1, an oil mist eliminator, so-called oil and a wrap 8, are attached so that the oil does not contaminate the detoxifying material. Further, the air may be branched between the oil trap 8 and the valve V5, and air may be introduced through the variable leak valve V4.

レーザ光をメインチャンバー1に導入する光学系22においては、パルスレーザ等のレーザ光源15からミラー16を介して導かれるレーザ光が、被成膜体13の例えばガラス基板に対し、適切に合焦するよう少なくとも対物レンズ14が設けられる。また必要に応じて、被成膜体13上に適切に成膜がなされているか否かを観察するための観察用の窓3が例えばフランジ2aに設けられる。
このように、対物レンズ14をメインチャンバー11内に格納する場合は、被成膜体11を固定し、対物レンズ14を走査用ステージに連結して設置し、対物レンズ14そのものを走査することによって、被成膜体11上に走査させる形態でもよい。
また、対物レンズ14には、オートフォーカス機能を有する補助的な光学系及び制御系が付加されることがより望ましい。
In the optical system 22 that introduces laser light into the main chamber 1, the laser light guided from the laser light source 15 such as a pulse laser through the mirror 16 is appropriately focused on, for example, the glass substrate of the film formation target 13. At least an objective lens 14 is provided. Further, if necessary, an observation window 3 for observing whether or not a film is appropriately formed on the film formation target 13 is provided, for example, on the flange 2a.
As described above, when the objective lens 14 is stored in the main chamber 11, the deposition target 11 is fixed, the objective lens 14 is connected to the scanning stage, and the objective lens 14 itself is scanned. Alternatively, the scanning may be performed on the film formation target 11.
Further, it is more desirable that an auxiliary optical system and control system having an autofocus function are added to the objective lens 14.

なお、対物レンズ14は真空チャンバー外に設置してもよい。ただし、真空チャンバー外に設置する際は、ビーム導入用の窓12による集光性能の劣化を最小限に抑えるよう、あらかじめこの窓12によって生じる球面収差が補正された対物レンズを用いるものとする。いずれにせよ、対物レンズの開口数NAは0.7を超えるものとする。なお、対物レンズとしては、所望の開口数が得られるものであれば、複数のレンズ群や、レンズ以外の光学媒質を含む集光光学系より構成してもよい。   The objective lens 14 may be installed outside the vacuum chamber. However, when installing outside the vacuum chamber, an objective lens in which spherical aberration generated by the window 12 is corrected in advance is used so as to minimize deterioration of the light collecting performance by the beam introduction window 12. In any case, the numerical aperture NA of the objective lens is assumed to exceed 0.7. The objective lens may be configured by a condensing optical system including a plurality of lens groups and an optical medium other than the lens as long as a desired numerical aperture can be obtained.

パルスレーザより成るレーザ光源15は、そのパルス幅を1ps以下とする。また、エネルギー条件は、成膜過程において多光子吸収を誘起できる範囲となるように例えばパワーを調節可能なものとすることが望ましい。具体的には、Ti:Sapphireレーザ等の光源が適用可能である。また、パルス幅としては、1ps以下とするが、500fs以下であることが望ましく、更に理想的には300fs以下とすることが望ましい。
多光子吸収を誘起するには一定以上の光強度を必要とするが、パルス幅をより短く設定できれば、1パルス内の光強度をより高めることができるため、結果として、より低いエネルギーで多光子吸収を誘起することができるようになることが見込まれる。また、より短いパルス幅であれば、多光子吸収のプロセス中に、隣接する格子への熱の伝導が生じにくくなるため、成膜プロセスにおける熱の影響をより小さくすることができ、結果として光解離反応をよりコントロールしやすくなる。
The laser light source 15 made of a pulse laser has a pulse width of 1 ps or less. In addition, it is desirable that the energy condition is such that, for example, the power can be adjusted so that the multiphoton absorption can be induced in the film forming process. Specifically, a light source such as a Ti: Sapphire laser is applicable. The pulse width is 1 ps or less, preferably 500 fs or less, and more ideally 300 fs or less.
In order to induce multiphoton absorption, a light intensity of a certain level or more is required. However, if the pulse width can be set shorter, the light intensity within one pulse can be further increased. As a result, the multiphoton can be generated with lower energy. It is expected that absorption can be induced. In addition, if the pulse width is shorter, heat conduction to the adjacent lattice is less likely to occur during the multi-photon absorption process, so that the influence of heat in the film formation process can be reduced, resulting in light It becomes easier to control the dissociation reaction.

本発明の光気相化学成長法に用いる原料としては、
1)蒸気圧が高く気化しやすいこと
2)レーザ光を吸収し、光解離反応を誘起できるもの
であることが望ましい。
例えば、Cr膜の生成を念頭に置けば、Cr(CO)等が適当であり、
Cr(CO) → Cr+6CO
という光解離反応を利用することができる。Cr(CO)は、室温付近では固体粉末であるが、その蒸気圧が27Paと比較的高く、従って昇華しやすい性質がある。また、波長260nm〜279nm付近に強い光吸収帯域があり、照射するレーザ光が400nmであれば、2光子吸収によって光解離反応を誘起できると考えられる。
その他の適用可能な各種原料と、成膜条件との関係を、下記の表1に記す。
As a raw material used for the photo-vapor phase chemical growth method of the present invention,
1) High vapor pressure and easy vaporization 2) It is desirable to be able to absorb laser light and induce photodissociation reaction.
For example, considering the formation of a Cr film, Cr (CO) 6 is suitable.
Cr (CO) 6 → Cr + 6CO
The photodissociation reaction can be used. Cr (CO) 6 is a solid powder near room temperature, but has a relatively high vapor pressure of 27 Pa, and therefore has a property of being easily sublimated. Further, if there is a strong light absorption band in the vicinity of a wavelength of 260 nm to 279 nm and the irradiated laser beam is 400 nm, it is considered that a photodissociation reaction can be induced by two-photon absorption.
Table 1 below shows the relationship between other applicable raw materials and film forming conditions.

原料の蒸気圧との兼ね合いになるが、供給される原料ガスの蒸気圧が低く、適切な膜質が得られない場合は、チャンバー全体の温度を調節し、より適切な蒸気圧が得られるような温度コントロール装置を付加してもよい。あるいはまた、被成膜基板を直接加熱できる構造とすることで、より適切な成膜条件を提供する方法も有効である。   Although it is a balance with the vapor pressure of the raw material, if the vapor pressure of the supplied raw material gas is low and an appropriate film quality cannot be obtained, the temperature of the entire chamber is adjusted so that a more appropriate vapor pressure can be obtained. A temperature control device may be added. Alternatively, it is also effective to provide a more appropriate film forming condition by using a structure in which the film formation substrate can be directly heated.

なお、成膜は多光子吸収による光解離反応を基本とするが、これに限定されるものではない。例えば、光子数が増えるにあたり、その反応開始のしきい値エネルギーが被成膜基板のアブレーションしきい値を超える場合がある。この場合は、光源系の出力端に高調波発生用の結晶を挿入し、2倍波、3倍波等の高調波を発生させ、これを成膜に用いることで、見かけ上、反応に必要なフォトン数を減らすことができ、光解離反応のしきい値エネルギーを下げ、適切な成膜条件を得ることができる。   The film formation is based on a photodissociation reaction by multiphoton absorption, but is not limited thereto. For example, as the number of photons increases, the threshold energy for starting the reaction may exceed the ablation threshold of the film formation substrate. In this case, a crystal for generating harmonics is inserted at the output end of the light source system to generate harmonics such as second harmonics and third harmonics, and this is used for film formation, which is apparently necessary for the reaction. The number of photons can be reduced, the threshold energy of the photodissociation reaction can be lowered, and appropriate film forming conditions can be obtained.

上記図1に示した概略構成に基づいて本発明構成の光気相化学成長装置を作成し、実際に成膜した結果を以下に示す。
先ず、被成膜体としてBK7(光学ガラス)を用い、波長400nm、繰り返し周波数1kHz、パルス幅100fsのパルスレーザ光源を用いて、対物レンズの開口数NAを0.95とし、フルエンス(単位面積を通過する放射束の時間的積分値)が0.08J/cmの条件にて、被成膜体上にCr構造物を成膜した。この成膜された構造物のSEM(Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡)による観察写真図を図2に示す。
この例においては、走査速度を変えて成膜を行った。図2において上側の構造物が走査速度0.5μm/s、中央の構造物が走査速度0.25μm/s、下側の構造物が走査速度0.1μm/sとして成膜したものである。走査速度を遅くすると、明確に膜状の構造物が成膜されている様子がわかる。
また、図2に示す構造物をEDX(Energy Diffusion X-ray :エネルギー分散型X線分析装置)により分析した結果を図3に示す。この分析結果から、同構造物は、Crの含有量が顕著であることが確認された。すなわち、集光フェムト秒レーザの照射により、Cr(CO)が適切に分解し、Crが堆積して成膜されていることが確認された。
更に、同構造物の線幅は約570nmであり、多光子吸収の結果、集光したレーザ光のスポット径(〜1μm)よりも小さな構造物を作製できることが確認された。
なお、走査速度が0.5μm/sと比較的速い場合は、明確な膜状構造が確認されないが、これは、原料ガスの光解離反応による生成速度に起因するものであり、同じ走査速度で往復照射を繰り返すことによって、走査速度が0.1μm/s程度と比較的遅い場合と同様の構造物が生成される。
Based on the schematic configuration shown in FIG. 1, a photo-vapor chemical growth apparatus having the configuration of the present invention was prepared, and the actual film formation results are shown below.
First, BK7 (optical glass) is used as a film formation target, a pulse laser light source having a wavelength of 400 nm, a repetition frequency of 1 kHz, and a pulse width of 100 fs is used. The numerical aperture NA of the objective lens is 0.95, and the fluence (unit area is A Cr structure was deposited on the deposition target under the condition that the temporal integration value of the passing radiant flux was 0.08 J / cm 2 . FIG. 2 shows an observation photograph of the formed structure by SEM (Scanning Electron Microscope).
In this example, film formation was performed while changing the scanning speed. In FIG. 2, the upper structure is formed at a scanning speed of 0.5 μm / s, the central structure is formed at a scanning speed of 0.25 μm / s, and the lower structure is formed at a scanning speed of 0.1 μm / s. It can be seen that when the scanning speed is slowed, a film-like structure is clearly formed.
Moreover, the result of having analyzed the structure shown in FIG. 2 by EDX (Energy Diffusion X-ray: Energy dispersive X-ray analyzer) is shown in FIG. From this analysis result, it was confirmed that the structure had a significant Cr content. In other words, it was confirmed that Cr (CO) 6 was appropriately decomposed by irradiation with the focused femtosecond laser, and Cr was deposited to form a film.
Furthermore, the line width of the structure was about 570 nm, and as a result of multiphoton absorption, it was confirmed that a structure smaller than the spot diameter (˜1 μm) of the focused laser beam could be produced.
It should be noted that when the scanning speed is relatively high at 0.5 μm / s, a clear film-like structure is not confirmed, but this is due to the generation speed by the photodissociation reaction of the source gas, and at the same scanning speed. By repeating the reciprocating irradiation, a structure similar to the case where the scanning speed is relatively slow, such as about 0.1 μm / s, is generated.

次に、レーザ光を集光する対物レンズの集光性能によって、生成される構造物がどのように変化するかを調べるために、開口数NA=0.7、0.4の各対物レンズを用いて構造物を作製した。
先ず、BK7より成る被成膜体上に、開口数NA=0.7の対物レンズを用いて、フルエンスを0.22J/cmと図2の例の3倍程度とし、その他の条件を上述の図2の例と同様として成膜した。この場合の生成された構造物のSEMによる観察写真図を図4及び図5に示す。図4においては、走査速度を0.5μm/s、0.25μm/sとした場合、図5においては走査速度を0.1μm/sとした場合を示す。
この結果から、走査速度を遅くすることにより、比較的明確な構造物が生成されているが、開口数NAが0.95の場合に比べ、NA=0.7では粒状の構造、すなわち均質な膜質ではない構造物となっており、NA=0.95の場合に見られたような緻密さは確認できないことがわかる。これは、往復照射を繰り返しても同様であった。
Next, in order to investigate how the structure to be generated changes depending on the focusing performance of the objective lens that collects the laser light, each objective lens having a numerical aperture NA = 0.7, 0.4 is set. The structure was produced using this method.
First, an objective lens having a numerical aperture NA = 0.7 is formed on a film-forming body made of BK7, the fluence is set to 0.22 J / cm 2, which is about three times the example in FIG. 2, and other conditions are described above. The film was formed in the same manner as in the example of FIG. The observation photograph figure by SEM of the produced | generated structure in this case is shown in FIG.4 and FIG.5. 4 shows the case where the scanning speed is 0.5 μm / s and 0.25 μm / s, and FIG. 5 shows the case where the scanning speed is 0.1 μm / s.
From this result, a relatively clear structure is generated by slowing the scanning speed. However, when the numerical aperture NA is 0.95, a granular structure, that is, a homogeneous structure is obtained at NA = 0.7. It can be seen that the structure is not film quality, and the denseness as seen when NA = 0.95 cannot be confirmed. This was the same even when the reciprocating irradiation was repeated.

同様に、開口数NA=0.4の対物レンズを用いて、フルエンスを同様に0.22J/cmとし、その他の条件を上述の図2及び図4、図5と同様として成膜した。この場合の生成された構造物のSEMによる観察写真図を図6〜図8に示す。図6においては、走査速度を0.5μm/sとした場合、図7においては、走査速度を0.25μm/sとした場合、図8においては、走査速度を0.1μm/sとした場合をそれぞれ示す。これらの結果から、生成された構造物は、NA=0.7の例に比べ、更に粒状感の強い構造となっていることがわかる。往復照射を繰り返しても同様であった。 Similarly, using an objective lens with a numerical aperture NA = 0.4, the fluence was similarly 0.22 J / cm 2 , and the other conditions were the same as in FIGS. 2, 4 and 5 described above. FIGS. 6 to 8 show observation photographs of the generated structure in this case by SEM. In FIG. 6, when the scanning speed is 0.5 μm / s, in FIG. 7, the scanning speed is 0.25 μm / s, and in FIG. 8, the scanning speed is 0.1 μm / s. Respectively. From these results, it can be seen that the generated structure has a more granular feeling than the example of NA = 0.7. It was the same even when the reciprocating irradiation was repeated.

これらの結果から、対物レンズの開口数がNA=0.7の場合では、NA=0.4の場合に比べて若干は改善されているが、やはり粒状の構造物が観測され、これに対してNA=0.95で作製したCr構造物は粒状構造ではなく、膜状構造であることがわかる。
実際に、NA=0.95とした場合の構造物をSEMにより観察すると、光が反射しているような表面状態が観察されるが、開口数NA≦0.7で作製した構造物は黒っぽく観察され、後者においては光が乱反射されていることが予想される。従って、生成された構造物は、小さな結晶粒の集合体であると推定され、実際のSEM像からもそれを裏付ける結果が得られたと言える。
From these results, when the numerical aperture of the objective lens is NA = 0.7, it is slightly improved as compared with the case of NA = 0.4, but a granular structure is also observed. It can be seen that the Cr structure manufactured with NA = 0.95 is not a granular structure but a film-like structure.
Actually, when a structure with NA = 0.95 is observed by SEM, a surface state in which light is reflected is observed, but the structure manufactured with a numerical aperture NA ≦ 0.7 is dark. Observed, the latter is expected to be diffusely reflected. Therefore, the generated structure is presumed to be an aggregate of small crystal grains, and it can be said that a result supporting it was obtained from an actual SEM image.

このように、対物レンズの開口数NAが低いと生成された膜が粒状の構造になる、という傾向は、いずれのフルエンスで作製した場合でも変わらないため、集光性能が高いほど、より緻密な構造物を生成できると結論付けることができる。一般的には、フルエンスを同じにすれば、開口数NAを変化させても同等の構造物が作製できることが推定されるが、上述の結果から、フルエンスだけでは膜状構造の作製に必要なしきい値エネルギーや膜質を説明することができず、構造物の生成においては、その集光性能を十分に考慮して作製を行う必要があり、つまり、開口数NAは少なくとも0.7を超える値とする必要があることがわかる。   As described above, the tendency that the generated film has a granular structure when the numerical aperture NA of the objective lens is low does not change even when manufactured at any fluence. It can be concluded that the structure can be generated. In general, if the fluence is the same, it is estimated that an equivalent structure can be produced even if the numerical aperture NA is changed. However, from the above results, it is not necessary to produce a film-like structure with fluence alone. The value energy and the film quality cannot be explained, and in the production of the structure, it is necessary to perform the production with sufficient consideration of the light collecting performance, that is, the numerical aperture NA is a value exceeding at least 0.7. I know you need to do that.

以上の結果をまとめると、本発明の効果として以下の点が挙げられる。すなわち、
1)光解離反応を誘起する照射レーザ光の集光性能である対物レンズの開口数NAを、0.7を超える値とすることにより、適切な膜質の成膜を行い、微細な形状の膜状構造物を提供することが可能である。対物レンズを適切に選定するという比較的簡易な構成での良好な膜質の成膜が可能となる。
2)多光子吸収過程を利用する場合は、必要な光解離反応に対応するフォトン数が合致すれば、様々な原料ガスとの間に光解離反応を誘起でき、これに伴って成膜が可能なため、一つの光源で様々な原料ガスに対応した成膜が実現可能となる。
3)多光子吸収による光相化学成長法である場合は、集光した光ビームのスポットサイズ(回折限界の大きさ)よりも高い分解能で成膜が可能となり、より微細な形状の膜状構造物を得ることができる。
4)上記1)及び2)の結果から、光気相化学成長装置内に、特殊な光学系を設置するとか、光源をいくつも用意するなどの複雑な構成が不要であり、比較的安価な装置構成で良好な成膜を行うことが可能となる。
Summarizing the above results, the following points can be cited as effects of the present invention. That is,
1) By setting the numerical aperture NA of the objective lens, which is the condensing performance of the irradiation laser light that induces the photodissociation reaction, to a value exceeding 0.7, an appropriate film quality is formed, and the film having a fine shape A shaped structure can be provided. Good film quality can be formed with a relatively simple configuration of appropriately selecting an objective lens.
2) When using the multiphoton absorption process, if the number of photons corresponding to the required photodissociation reaction matches, photodissociation reaction can be induced with various source gases, and film can be formed accordingly. Therefore, film formation corresponding to various source gases can be realized with one light source.
3) In the case of a photochemical growth method using multiphoton absorption, film formation can be performed with a resolution higher than the spot size of the focused light beam (the size of the diffraction limit), and the film structure having a finer shape You can get things.
4) From the results of the above 1) and 2), a complicated configuration such as installing a special optical system or preparing a number of light sources in the photochemical vapor deposition apparatus is unnecessary, and is relatively inexpensive. Good film formation can be performed with the apparatus configuration.

なお、本発明は、上述の例に限定されるものではなく、その他の波長帯域のレーザ光源を用いるとか、また被成膜対や成膜原料ガスとして他の種々の材料を用いることが可能であり、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。   Note that the present invention is not limited to the above-described example, and it is possible to use a laser light source of another wavelength band, or to use various other materials as a deposition target and a deposition source gas. Needless to say, various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.

Aは本発明による光気相化学成長装置の一例の概略平面構成図である。Bは本発明による光気相化学成長装置の一例の概略断面構成図である。1A is a schematic plan view of an example of a photochemical vapor deposition apparatus according to the present invention. FIG. B is a schematic cross-sectional configuration diagram of an example of a photo-vapor chemical growth apparatus according to the present invention. 本発明の光気相化学成長法の実施例によるCr構造物の電子顕微鏡による観察写真図である。It is an observation photograph figure by the electron microscope of the Cr structure by the Example of the photo-vapor-phase chemical growth method of this invention. 本発明の光気相化学成長法の実施例によるCr構造物のエネルギー分散型X線分析装置による分析図である。It is an analysis figure by the energy dispersive X-ray analyzer of the Cr structure by the Example of the photo-vapor-phase chemical growth method of this invention. 光気相化学成長法の比較例によるCr構造物の走査型電子顕微鏡による観察写真図である。It is an observation photograph figure by the scanning electron microscope of the Cr structure by the comparative example of a photo-vapor-phase chemical growth method. 光気相化学成長法の比較例によるCr構造物の走査型電子顕微鏡による観察写真図である。It is an observation photograph figure by the scanning electron microscope of the Cr structure by the comparative example of a photo-vapor-phase chemical growth method. 光気相化学成長法の比較例によるCr構造物の走査型電子顕微鏡による観察写真図である。It is an observation photograph figure by the scanning electron microscope of the Cr structure by the comparative example of a photo-vapor-phase chemical growth method. 光気相化学成長法の比較例によるCr構造物の走査型電子顕微鏡による観察写真図である。It is an observation photograph figure by the scanning electron microscope of the Cr structure by the comparative example of a photo-vapor-phase chemical growth method. 光気相化学成長法の比較例によるCr構造物の走査型電子顕微鏡による観察写真図である。It is an observation photograph figure by the scanning electron microscope of the Cr structure by the comparative example of a photo-vapor-phase chemical growth method.

符号の説明Explanation of symbols

1.メインチャンバー、2a.フランジ、2b.フランジ、2c.フランジ、2d.フランジ、2e.フランジ、2f.フランジ、2g.フランジ、2h.フランジ、3.窓、4.真空計、5.成膜原料格納部、6.照明、7.排気手段、8.オイルトラップ、9.流量計、10.除外装置、11.移動手段、12.窓、13.被成膜体、14.対物レンズ、15.レーザ光源、20.光気相化学成長装置、21.真空チャンバー、22.排気系、23.光学系   1. Main chamber, 2a. Flange, 2b. Flange, 2c. Flange, 2d. Flange, 2e. Flange, 2f. Flange, 2g. Flange, 2h. 2. flange; Window, 4. 4. Vacuum gauge, 5. Deposition material storage unit, 6. lighting Exhaust means, 8. Oil trap, 9; Flow meter, 10. 10. Exclusion device, Moving means, 12. Windows, 13. Deposition target, 14. Objective lens, 15. Laser light source, 20. 20. Photo-vapor phase chemical growth apparatus, Vacuum chamber, 22. Exhaust system, 23. Optical system

Claims (3)

原料ガス雰囲気中において、パルス幅が1ps以下のパルスレーザ光を、開口数NAが0.7を超える対物レンズを用いて被成膜体上に照射して、成膜を行う
ことを特徴とする光気相化学成長法。
Film formation is performed by irradiating a deposition target with a pulsed laser beam having a pulse width of 1 ps or less using an objective lens having a numerical aperture NA exceeding 0.7 in a source gas atmosphere. Photo-vapor phase chemical growth method.
上記成膜を、多光子吸収過程を誘起して行う
ことを特徴とする請求項1記載の光気相化学成長法。
2. The photochemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the film formation is performed by inducing a multiphoton absorption process.
原料ガス雰囲気中において、被成膜体にレーザ光を照射して光解離反応により上記被成膜体上に成膜する光化学気相成長装置において、
パルス幅が1ps以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
被成膜体に上記レーザを集光する開口数NAが0.7を超える対物レンズとが、少なくとも設けられて成る
ことを特徴とする光化学気相成長装置。


In a photochemical vapor deposition apparatus in which a film is irradiated with a laser beam in a source gas atmosphere to form a film on the film by a photodissociation reaction.
A laser light source that emits pulsed laser light having a pulse width of 1 ps or less;
An optical chemical vapor deposition apparatus characterized by comprising at least an objective lens having a numerical aperture NA of greater than 0.7 for condensing the laser on the film formation target.


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