JPH01316463A - レーザ照射薄膜形成装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光を用いて絶縁体や半導体の基板上に金
属や半導体及び絶縁体の薄膜を形成するＶ−ザ照射薄膜
形成装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、新しい集積回路の製作あるいは修正技術としてＶ
−デ光を用いた薄膜形成法が注目され。

装置化の試みがなされている。例えば、金属化合物蒸気
と接触させた試料基板にレーザ光を集光照射し、金属化
合物蒸気を解離させることにより基板上に金属を堆積さ
せて薄膜を形成する方法がある。この場合の金属化合物
材料としては、トリメチルアルミニウムやジメチルカド
ミウムなどのアルキル金属や、クロムカルボニルやタン
グステンカルがニル等の金属カルボニルなどが使用され
ている。

また、Ｖ−ザ光としては紫外から赤外にわたって種々の
ものが使用されているが、得られる堆積膜の性質は異な
っている。可視から赤外のレーザ光を用いた場合、化合
物材料の解離は熱的に行なわれるため、熱拡散に基づく
堆積パターンの拡がりが生じたり、堆積の進行に従って
光の吸収の大きさが変化することにより堆積速度が変化
し、膜厚の制御が難しい等の問題を有する。一方、紫外
レーザ光を用いた場合、化合物材料の解離は光化学的に
なされるので、堆積ｔ？ターンの拡がりは生ぜず、堆積
速度も一定であり、膜厚の制御が容易である等の長所を
有するが、付着強度が小さいという欠点を有する。現在
のところ、可視レーザ光は安定なものが入手し易く、光
学系の構成も容易であること、紫外レーザ光では高分解
能の光学系が構成しにくい等の理由により、　Ａｒ　Ｖ
−ザ等の可視レーザ光を用いたものが一般的である。

この種の装置の一般的構成図を第３図に示す。

レーザ発振器１より出射したレーザ光は、アッテネータ
２により所望の強度に減衰され、シャッタ３でオン、オ
フを制御される。シャッタ３がオンのときはレーザ光は
グイクロイックミラー４で反射された後、レンズ５によ
りウィンドー８を通して試料基板６上に集光される。ウ
ィンドー８には紫外から赤外のレーザすべてに良い透過
率を示す石英ガラスが通常用いられる。レンズとしては
。

後述の試料を観察するのに都合のよい顕微鏡用対物レン
ズが用いられるのが普通である。２１は試料を照射する
ための光源、２２は試料を観察するための観察装置であ
る。観察装置２２としては接眼鏡やＴＶモニタなどが用
いられる。１９はＶ−デ光を遮断し、観察光のみを透過
させるフィルタである。

反応セルフは試料基板６を内部に固定した後。

０リング９上のウィンドー８を押え板１０で押えて止め
ネジ１１で固定することにより密閉構造とされる。この
反応セルフはＸＹステージ１８上に設置されており、コ
ントローラ（図示せず）により任意に移動さすことがで
きる。化合物シリンダ１３の内部には化合物原料が封入
されており、バルブ１４を開けることによりキャリアガ
ス導入口１２からのキャリアガスと共に反応セルフ内に
導入することができる。また１反応セルフをノや一ノす
る場合は、バルブ１４を閉じてバルブ１６を開はノクー
ジガス導入口１５よりノＪ？−ジガスを導入すればよい
。

次に、この装置により集積回路の２本の配線間を接続す
る場合の手順を説明する。反応セルフをノ臂−ジして酸
素分圧が十分低くなった後、化合物原料を導入し所定の
時間が経過したら、シャッタ３を開けてレーザ光照射を
開始する。そして作業者は、堆積膜成長の様子を観察装
置２２を見ながら、ＸＹステージ１８を少しずつ移動さ
せ、所望の位置まで堆積膜の・母ターンが得られたら、
シャッタ３を閉じると共にＸＹステージ１８の移動も停
止する。

この様子を第４図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）に示す。第４
図（ａ）はレーザ照射開始時、（ｂ）は途中段階、（Ｃ
）はレーザ照射終了時である。金属配線６１としては通
常はＡｔが用いられる。下地６２はＳｉやＧａＡｓの半
導体、　ＳｉＯ□またはＳｉＮの絶縁膜、及びＰＳＧ等
の保護膜などである。レーザ光は数百ｍＷのＡｒレーザ
を使用して。

堆積膜６３としてタングステンを採用した場合。

膜厚が数千Ｘ、線幅が数μｍのラインを数十μｍ／８で
描画することができる。ところで、この場合の堆積過程
は上述したように熱的反応によるものであるから、レー
ザ光照射点の下地の材質により蓄熱あるいは熱拡散の程
度が異なり、堆積速度も下地の材質により異なってくる
ことになる。実際に上述の例では、金属配線６１上では
絶縁膜６２よりも熱拡散が早いので、レーザ光強度を絶
縁膜６２上の倍程度に上げ、走査速度も遅くしないと適
正な堆積膜が得られない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のレーザ照射薄膜形成装置では。

作業者は観察装置により試料表面状態や膜成長の様子を
観察してＶ−デ光強度や走査速度をマニュアルで制御す
る必要がある。従って１作業が煩雑で非能率的であり、
堆積膜の良否が作業者の判断に依存しており、ミスを起
こし易いという課題を有している。

本発明は従来のものこのような課題を解決しようとする
もので２作業が容易となシ作業者による条件設定ミスも
起らず１品質の良い膜形成を安定に効率良く行なえるレ
ーザ照射薄膜形成装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、化合物気体と接触する試料基板に加工
用のＶ−ザ光を照射して、前記化合物気体を熱解離させ
ることにより前記試料基板上に薄膜を形成する装置にお
いて、前記加工用のもしくは特に設けた検出のためのＶ
−デ光をグローブ光として前記試料基板上に照射し、そ
の反射光を検出して出力信号を発する手段と、前記出力
信号により前記加工用のレーザ光の強度もしくは走査速
度を自動的に制御する制御手段とを含むことを特徴とす
るレーザ照射薄膜形成装置が得られる。

〔実施例〕

次に１本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の装置構成図である。レ
ーザ発振器１より出射した加工用レーザ光はアッテネー
タ２により所望の強度に減衰され。

シャッタ３でオン、オフを制御される。シャッタ３がオ
ンのときはＶ−デ光はグイクロイックミラー４で反射さ
れて、レンズ５によりウィンドー８を通して試料基板６
上に集光される。ウィンドー８には通常石英ガラスが用
いられる。２１は試料を照明するための光源、２２は試
料を観察するための観察装置である。１９はレーザ光を
遮断し観察光のみを透過させるフィルタである。反応セ
ルフはＱ　ＩＪング９上のウィンドー８を押え板１０で
押えて止めネジ１１で固定することにより密閉できる構
造となっており、ＸＹステージ１８上に設置されて、制
御回路２５により任意に移動さすことができる。

化合物シリンダ１３の内部には化合物原料が封入されて
おり、キャリアガス導入口１２より入れられる不活性ガ
スのキャリアガスと共に反応セルフ内に導入することが
できる。また、ノヤージガス導入口１５よりＮ２や不活
性がス等のパージガスを反応セルフ内に導入することも
できる。１４゜１６は各々原料ガスやパージガスの導入
を制御するパルプである。１７は反応セルフ内のガスを
排気するための排気口である。

２３はレーザ光の試料面からの反射光を集光してディテ
クタ２４に入射させるためレンズであり。

できるだけ試料の近くに置かれる。ディテクタ２４の信
号は制御回路２５にとりこまれて、アッテネータ２やＸ
Ｙステージを制御するための信号となる。

次に本装置の動作を説明する。まず、試料基板６を反応
セルフ内に設置し、ウィンドー８を固定して密閉する。

次に、パルプ１４を閉じたまま。

パルプ１６を開けて反応セルフ内をパージし、酸素分圧
が十分低くなったらパルプ１６を閉じる。

次に、パルプ１４を開けて化合物気体の導入を開始する
。ここで、酸素分圧を低くする理由は、酸素が多いと膜
堆積が正常に進まなかったり、良質の膜が得られないか
らである。

ガスを流し始めて所定時間が経過したら、観察装置で試
料面を観察して堆積膜の開始位置（第４図のＰｓ）’ｒ
レーザ照射照射位置に目合せする。

ここで、レーザ照射を開始すると、まずディテクタ２４
の信号により金属配線があることを認識して、あらかじ
め定められレーザ光強度と走査速度が設定される。この
間の時間は数ｍｇと短く、まだ堆積膜は生じないので反
射光検出が堆積膜で防害されることはない。そして、膜
堆積が進行してη′ステージの移動によりＶ−ザ照射位
置が下地領域（第４図のＰｚ　　）にさしかかると１反
射率が変化してディテクタ２４の信号は変化する。この
変化に基づいて制御回路２５は下地の材質を認識して所
定のレーザ光強度と走査速度を設定する。このようにし
て膜堆積が終了点（第４図のＰｓ　）まで完了したら、
レーザ照射を終了する。同様にして他の配線箇所を次々
に接続して全試料を完了する。

ここで、金属の反射率は８０チ程度と高いが。

絶縁膜や保護膜は数チと低いので十分感度の高いディテ
クタを用いる必要がある。また、材質の違いによるレー
ザ光強度や走査速度の最適条件は。

あらかじめ実験により見つけておき、制御回路２５のメ
モリ的に入力しておく必要があることは言うまでもない
。

本実施例では反射光測定用のプローブ光として加工用レ
ーザ光自身を使用しているのが特徴であるが１反射光測
定時と加工時のレーザ光強度は異なる可能性がある。そ
の場合９反射光測定時のみ定期的に、数ｍ８の間レーザ
光強度を所定レベルにもどすようにする。なお、走査速
度は数十μｍ／　Ｂと遅いので、定期的にこのような測
定モードを挿入しても堆積には影響を与えない。

第２図は本発明の第２実施例の装置構成図である。本実
施例では反射光測定用のグローブ光を第２のレーザ発振
器２６より供給するようにしていることが特徴である。

グローブ用レーザ光はダイクロイックミラー２７を透過
し、ダイクロイックミラー４で反射されて試料６上に集
光される。試料６からの反射光は、レンズ５．ミラー４
を透過した後、ダイクロイックミラー２９で反射され。

更にレンズ２３で集菌されてディテクタ２４で検出され
る。装置の他の動作は前記第１の実施例と同じである。

ここで、グローブ用レーザ光は加工用レーザ光と同一波
長のものでもよいが、ミラー４＝２７＊２９の損失を考
慮すると異なる波長のものが適する。すなわち、同一波
長であると、ミラー４゜２７．２９はハーフミラ−とな
るが、この場合加工用レーザ光の強度が低下することに
なるので。

より出力強度の強いレーザ発振器を必要とする。

プローブ用と加工用レーザが異なる波長、たとえばグロ
ーブ用にＨｅ−Ｎｅレーザ、加工用にＡｒレーザを用い
れば、ミラー４．２７．２９は各々の波長に対して高い
反射率（あるいは透過率）を有するものを製作できるの
で、光の利用効率を高めることができる。

また、レーザ発振器２６とミラー２７の間にリン−レン
ズを置くことにより、７″ローブ光の焦点位置を変える
ことができ、このレンズをズーム方にておけば、試料基
板の表面だけでなく、より下層の領域にも焦点を合せる
ことができ、下地内の下層配線の材質も予知できるので
、より正確な条件設定が行えるという利点を有する。

なお９本実施例では第１の実施例のような１反射光測定
時のレーザ光強度の変調は不要となり。

レーザ発振器２６は常時一定の出力のままでよい。

〔発明の効果〕

以下説明したように本発明は、試料表面に投光したグロ
ーブ光の反射光をモニタすることにより。

試料材質を認識して、最適なレーザ光強度や走査速度を
自動的に設定することができるので１作業が容易となり
１作業者による条件設定ミスも起こらず１品質の良い膜
形成を安定に、効率良く行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の装置構成図。 第２図は本発明の第２の実施例の装置構成図、第３図は
従来の装置構成図、第４図は薄膜形成過程を示す模式図
である。 記号の説明：１はＶ−ザ発振器、２はアッテネータ、３
はシャッタ、４はダイクロイックミラー。 ５はレンズ、６は試料基板、７は反応セル、８はウィン
ドー、９は０リング、１０は押え板、１１は止めネジ、
１２はキャリアガス導入口、１３は化合物シリンダ、１
４は原料ガスバルブ、１５はパージガス導入口、１６は
パージガスパルプ。 １７はガス排気口、１８はｘｙステージ、１９はフィル
タ、２０はハーフミラ−９２１は照明光源。 れぞれあられしている。 第４図− （Ｇ） □ＸＶステージ移動方向 （ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物気体と接触する試料基板に加工用のレーザ
   光を照射して、前記化合物気体を熱解離させることによ
   り前記試料基板上に薄膜を形成する装置において、前記
   加工用のもしくは特に設けた検出のためのレーザ光をグ
   ローブ光として前記試料基板上に照射し、その反射光を
   検出して出力信号を発する手段と、前記出力信号により
   前記加工用のレーザ光の強度もしくは走査速度を自動的
   に制御する制御手段とを含むことを特徴とするレーザ照
   射薄膜形成装置。