JPH01211920A - 光化学反応装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路の製造プロセスにおいてエツ
チング、膜形成を行う装置に係わり、特に光エネルギー
を利用して選択的エツチングや選択的膜形成等を行う光
化学反応装置に関する。

（従来の技術） 近年、荷電ビーム等の照射損傷のないドライエツチング
技術として、光エネルギーを利用した光エツチング法が
注目されている。この方法は、光の照射により反応性ガ
スを解離し、生じたラジカルを利用して被処理基体をエ
ツチングする方法であり、ラジカルだけを用いるためビ
ーム照射損傷をなくすことができる。しかし、ラジカル
だけでエツチングすることから、加工形状はアンダーカ
ットのある等方的形状となり、ＬＳＩ製造に適した垂直
な加工形状は得られない。

そこで最近、反応性ガスに堆積性のガスを添加すること
により、垂直なエツチングを可能にした光エツチング装
置が提案されている。この装置では、被処理基体の光の
当る面では堆積膜が分解されてエツチングが進行する。

一方、光の当たらないエツチング側壁では堆積膜が分解
されないため、この膜が側壁をラジカルの攻撃から保護
することになりエツチングは進行しない。このため、垂
直方向（光照射方向）のみにエツチングが進行すること
になり、垂直な加工形状を得ることができる。

第５図はこの種の光エツチング装置を示す概略構成図で
あり、特にマイクロ波放電によるガス励起と光照射によ
るエツチングとを組み合わせた装置を示している。図中
５１は真空容器、５２は被処理基体、５３は試料台、５
４は放電管、５６はガス導入管、５７はマイクロ波電源
、５８は導波管、５９はアプリケータ、６０はガス排気
口、６１は光透過窓、６２はレーザ光源である。

この装置では、予め容器５１内を１０−’Ｔｏｒｒ以下
まで排気した後、放電管５４から例えば塩素ガスを、導
入管５６から例えばメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）ガス
を容器５１内に導入し、容器内圧力を０．２Ｔｏｒｒに
保つ。次いで、マイクロ波を印加して塩素ガスを放電さ
せ、同時にレーザ光源６２から波長２４８ｍｎの紫外光
を照射し、被処理基体５２（例えば酸化膜上に形成した
燐添加多結晶シリコン膜）のエツチングを行う。この場
合、マイクロ波放電によって塩素ガスが分解され、生じ
た塩素ラジカルとＭＭＡが反応して堆積膜を生じる。

この堆積膜はレーザ光によって分解されるため、光の照
射面では実質的に堆積は起こらずエツチングが進む。一
方、光の照射されないエツチング側壁では堆積膜が分解
されず残留し、これが塩素ラジカルの攻撃から側壁を保
護することになる。従って、光の照射方向のみにエツチ
ングが進行し、垂直エツチングが達成される。

しかしながら、この種の装置にあってはりぎのような問
題があった。第６図（ａ）は被処理基体の一例を示す断
面図であり、シリコン基板７１の上に厚さ１０００λの
熱酸化膜７２を介して燐添加多結晶シリコン膜７３を堆
積し、その上にレジスト７４でパターンを形成したもの
である。この被処理基体を第５図の装置を用いてエツチ
ングすると、前述した理由から第６図（ｂ）に示す如く
多結晶シリコン膜７３が垂直にエツチングされると考え
られる。本発明者等が実際に実験したところ、確かに基
板中央部では第６図（ｂ）に示す如く垂直エツチングが
達成され、垂直な加工形状が得られていた。ところが、
基板周辺部では、第６図（ｂ）に示す如くアンダーカッ
トを生じていた。しかも、このアンダーカットは、左右
対称ではなく一方側が他方側よりもアンダーカットの量
が大きい特徴的な形状をしていた。つまり、従来の光エ
ツチング装置では、ウェハ全面の広い領域に亘って垂直
な加工形状を得ることは困難であった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、エツチングと堆積とを同時に起こし、
エツチング側壁に堆積膜を形成して垂直エツチングを達
成する光エツチング装置では、被処理基体の全面に亘っ
て垂直な加工形状を得ることは困難であった。また、光
エッチングに限らず、光エネルギーを利用して薄膜を形
成する装置にあっても、同様の理由から、被処理基体の
全面に均一に垂直形状の薄膜を形成することは困難であ
った。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、アンダーカット等を確実に防止し、被
処理基体の全面に亘って均一に垂直な加工形状を得るこ
とができ、半導体集積回路の製造に適した光化学反応装
置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前述した加工形状の不揃いを本発明者等が検討した結果
、従来の光エツチング装置では、被処理基体の表面に本
来の光照射方向とは別の方向から光が照射されることが
判明した。即ち、マイク口波放電管ではその放電中に真
空紫外光が発生するが、この真空紫外光が容器内に進入
して被処理基体の表面に照射される。そして、この真空
紫外光の照射によりエツチング側壁の堆積膜が分解され
、アンダーカットが生じることになるのである。

これは、前記第６図（Ｃ）に示した如くアンダーカット
の量が方向性を持っていることからも明らかである。さ
らに、本発明者等の実験によれば、エツチング側壁にお
いてマイクロ波放電管に近い方でアンダーカットの量が
太き冬なっていることが確認されており、この事実から
もマイクロ波放電管からの光の侵入が垂直エツチングを
妨げることが証明される。

そこで本発明では、マイクロ波放電管からの真空紫外光
等が被処理基体の表面に照射されないように、光遮蔽手
段を設けたことを特徴とする。即ち本発明は、被処理基
体を載置する試料台を収容した真空容器と、この容器内
に反応性ガスを導入する手段と、前記容器内に導入され
るガスを該容器とは別の領域で活性化する手段と、前記
容器内に導入されたガスを排気する手段と、前記被処理
基体に光を照射する手段とを備えた光化学反応装置にお
いて、前記容器内の被処理基体と前記活性化手段との間
に、活性化手段によって生じる光が被処理基体に照射さ
れるのを防止する光遮蔽機構を設けるようにしたもので
ある。

（作　用） 真空容器とガスの活性化手段との間に光の遮蔽機構を設
けることにより、活性化手段からの光の影響がなくなり
、被処理基体の表面に照射される光は純粋に本来の光源
から照射されたものだけとなる。その結果、被処理基体
の全面に亘って垂直エツチングが達成される。また、薄
膜形成に適用した場合、被処理基体の全面に亘って垂直
な側壁を持つ膜を形成することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる光エツチング装置を
示す概略構成図である。図中１１は真空容器であり、こ
の容器１１内には被処理基体１２を載置固定する試料台
１３が収容されている。容器１１の上部には放電管１４
に接続された第１のガス導入管（配管）１５及び第２の
ガス導入管１６が接続されている。放電管１４には、マ
イクロ波電源１７から導波管１８及びアプリケータ１９
を介してマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚ）が印加さ
れ、これにより放電管１４内でガスが活性化されるもの
となっている。

一方、容器１１の側部には、光透過窓２１が設けられて
おり、レーザ光源２２から放射されたレーザ光２３がこ
の窓２１を通して容器１１内に導入され、被処理基体１
２の表面に照射されるものとなっている。なお、レーザ
光源２２は、例えば波長２４８ｎａ＋の紫外光を放射す
るＫｒＦエキシマレーザである。

ここまでの基本構成は従来装置と同様であり、本装置が
これと異なる点は、新たに光遮蔽機構を設けたことにあ
る。即ち、真空容器１１の内部で第１のガス導入管１５
の接続部近傍には、護管１５の開口を覆うように複数の
光遮蔽板２５がガス流方向に傾けて配設されている。こ
れらの光遮蔽板２５は、放電管１４からの真空紫外光が
容器１１内に侵入するのを防止するものであり、ガス導
入管１５内から容器内が見通せないように配設されてい
る。但し、ガス導入管１５からのガスは光遮蔽板２５間
の間隙を通して被処理基体側に十分導入されるものとな
っている。

なお、容器１１の内壁には炭素膜等が被覆されており、
これにより被処理基体１２の表面で反射された光が再度
反射されて被処理基体１２の表面に入射することを防止
している。また、光透過窓２１には、反射防止用の多重
コート処理を行っている。さらに、ガス排気口２０には
該排気口２６からの反射光を遮蔽するために複数の光遮
蔽板２６が設置されている。

このように構成された本装置を用い、第１のガス導入管
１５から活性化された塩素を、第２のガス導入管１６か
らＭＭＡを導入し、レーザ光照射により前記第６図（ａ
）に示す如き被処理基体を工ツチングした。その結果、
基板中央部は勿論のこと、基板周辺部にあっても前記第
６図（ｂ）に示す如く垂直エツチングが達成され、垂直
な加工形状を得ることができた。つまり、被処理基体の
全面に亘って一様に垂直な加工形状を得ることが可能で
あった。

第２図は光遮蔽板の他の設置例を示す図である。

なお、第２図（ａ）では容器１１．放電管１４．配管１
５．マイクロ波電源１７及び光遮蔽板２５等を示してい
るが、第２図（ｂ）以降では容器１１゜配管１５及び光
遮蔽板２５等の部分を拡大して示している。第２図（ａ
）　（ｂ）は配管１５の内部にだけ光遮蔽板２５を設置
した場合で、配管１５の内面積の半分よりも大きく、内
面積そのものよりは小さい板を交互に配置した例である
。交互であるがいくばくかは重なることにより、放電管
１４からの光が容器１１内に到達するのを防止する。板
の数は最低２枚は必要で、それ以上であればよい。

第２図（ｃ）〜（ｆ）は、容器１１の内部に光遮蔽板２
５を設置した場合で、光遮蔽板２５は配管１５の投影面
積よりも大きく、光を遮断するようになっている。

なお、第２図では、配管内部に遮蔽板を設置する場合と
、真空容器内部に設置する場合と別々に示したが、これ
らを併用しても何等差し支えない。

また、これらの遮蔽板を光を吸収する材料で被覆するな
らば、更に良好な効果が期待できる。

本発明は、パターン転写に対しても適用することができ
る。第３図は、本発明の他の実施例に係わるパターン転
写装置を示す概略構成図である。

なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明は省略する。

この装置では、レーザ光源２２からのレーザ光は照明光
学系３１により平行光にされ、転写すべきパターンが形
成されたマスク３２に照射される。

そして、マスク３２を通過した光は、ミラー光学系３３
によりその方向を変えられ、前記光透過窓２１を介して
容器１１内の被処理基体１２の表面に照射されるものと
なっている。なお、容器１１内の配管接続分近傍には、
先の実施例と同様に光遮蔽板２５が設けられており、容
器１１の内壁面には炭素等を被覆して反射防止処理が施
されている。また、本実施例では導波管１８の代わりに
同軸ケーブル３８が用いられている。

この装置では、先の実施例と同様に放電管１４から塩素
を、ガス導入管１６からＭＭＡを容器１１内に導入し、
圧力を０．２ＴＯｒｒに保ちマイクロ波を印加して放電
させ、同時にレーザ光を照射して選択エツチングを行う
。この場合、マスク３１の像は被処理基体１２上に投影
され、この投影されたパターンに被処理基体１２が選択
エツチングされることになる。ここで、光遮蔽板２５が
ないとエツチング形状にアンダーカットが生じるが、光
遮蔽板２５を設けることにより放電管１４からの真空紫
外光の進入が防止され、垂直エツチングが可能となる。

従って、先の実施例と同様の効果が得られる。

また、容器１１内を無反射処理しない場合は容器壁面で
反射された光の影響で解像度が低下するが、無反射処理
した場合はこの影響がなく解像度が上がる。実際、無反
射処理しない場合の解像度が１ミクロンであったものが
、本実施例のように無反射処理することにより　０．８
ミクロンまで向上した。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記、反応性ガスの活性化手段は、マイ
クロ波放電に限るものではなく、高周波電力による放電
或いは電子ビームによる活性化でもよい。これらの場合
も同様に真空紫外光が放出されるので、光速機構を設け
ることにより同様の効果が得られる。さらに、光遮蔽機
構の構成は第１図や第２図に同等限定されるものではな
く、仕様に応じて適宜変更可能である。

また、実施例ではエツチングの場合について説明したが
、本発明は薄膜の堆積にも適用することができる。前記
第１図に示した装置において、容器内にＣＦ４ガスを導
入し、容器内圧力を０．２Ｔｏｒｒに保持してマイクロ
波を印加し、更にＫｒＦレーザ光を照射すると、レーザ
光の照射された領域にのみフロロカーボン膜が堆積する
。堆積した膜の形状を観察すると、従来のように光遮蔽
機構がない場合は第４図に示すように、シリコン基板４
１上にフロロカーボン膜４２が堆積され、その断面がブ
ロードとなる。これに対し、本発明のように光遮蔽機構
を設けると、第４図（ｂ）に示すように急峻な断面を得
ることが可能となる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、光遮蔽機構を設け
ることにより、ガス活性化手段からの光が被処理基体に
照射されるのを防止することができ、本来照射すべき先
具外の光照射をなくすことができる。従って、活性化手
段からの光の照射による悪影響をなくし、被処理基体の
全面に亘り垂直な加工形状を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光エツチング装置を
示す概略構成図、第２図は光遮蔽板の配置例を示す模式
図、第３図は本発明の他の実施例を示す概略構成図、第
４図は本発明を薄膜形成に適用したときの効果を説明す
るための断面図、第５図は従来装置を示す概略構成図、
第６図は被処理基体及びエツチング後の加工形状を示す
断面図である。 １１・・・真空容器、１２・・・被処理基体、１３・・
・試料台、１４・・・放電管、１５・・・第１のガス導
入管（配管）、１６・・・第２のガス導入管、１７・・
・マイクロ波電源、１８・・・導波管、２０・・・ガス
排気口、２１・・・光透過窓、２２・・・レーザ光源、
３１・・・照明光学系、３２・・・マスク、３３・・・
ミラー光学系、３８・・・同軸ケーブル。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第４図 第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基体を載置する試料台を収容した真空容器
   と、この容器内に反応性ガスを導入する手段と、前記容
   器内に導入されるガスを該容器とは別の領域で活性化す
   る手段と、前記容器内に導入されたガスを排気する手段
   と、前記被処理基体に光を照射する手段とを備えた光化
   学反応装置において、前記容器内の被処理基体と前記活
   性化手段との間に、活性化手段によって生じる光が被処
   理基体に照射されるのを防止する光遮蔽機構を設けてな
   ることを特徴とする光化学反応装置。
2. （２）前記光遮蔽機構は、前記活性化手段と前記容器と
   を接続する配管の内部及び前記容器内の配管接続部近傍
   の少なくとも一方に、ガス流方向に垂直又は斜めの角度
   を付けて板を設置したものであることを特徴とする請求
   項１記載の光化学反応装置。
3. （３）前記ガスを活性化する手段はマイクロ波放電によ
   りガスを活性化するものであり、前記光遮蔽機構はマイ
   クロ波放電により発生する真空紫外光を遮蔽するもので
   あることを特徴とする請求項１記載の光化学反応装置。