JPS61183920A - レ−ザまたは光による半導体、金属の加工装置 - 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 本発明はレーザあるいは光による半導体、金属の加工装
置に関し、更に詳しくいえばレーザあるいは光を用いた
半導体、金属の成長、エツチング、あるいは半導体中に
不純物をドーピングする際のレーザあるいは光導入窓の
汚染防止に関する。

従来の技術 最近、半導体デバイス作製プロセスや金属加工技術とし
て、例えばエツチング、結晶成長（ＣＶ　Ｄ）、あるい
は半導体中への不純物のドーピングのためにレーザ、紫
外線もしくは遠赤外線などの光を利用する試みがなされ
ている。

まず、エツチング技術としては光またはレーザにより分
解生成されるガスを用いる光分解ガスエツチング、ある
いは光（またはレーザ）分解可能なガスを基板表面に流
し、光を照射することによる光増速エツチングなどが知
られている。

また、化学反応を励起・促進させる手段として光エネル
ギーを用いて、半導体、酸化膜、絶縁膜などを形成する
ことができる。ここでは光の波長として反応ガスが吸収
する波長を選ぶか、間接的に他の感光性物質を用いて反
応ガスの励起がなされる。

その他に不純物を半導体中にドーピングする場合にもま
ず不純物となるものを、光ＣＶＤの原理で基板表面にプ
レデポジションあるいはインシラ（ｉｎ　５ｉｔｕ）デ
ポジションし、さらに不純物の熱拡散の際の熱源として
レーザを使用すれば、その集束性のために拡散領域の精
度は著しく高いものとなる。

ところで、このようなレーザまたは光による各種処理を
行う場合、これらをＣＶＤ装置、ドーピング装置、エツ
チング装置等に導入する窓材への膜の付着の問題がある
。例えば、光ＣＶＤ装置は添付第２図に示したように、
光源、例えばレーザ発振器１からのレーザ光を集光レン
ズなどの光学系２により集光し、チャンバ３のレーザ発
振器側の壁に設けられたレーザ導入窓４を介してチャン
バ内に照射し、チャンバ３内に反応ガス導入口５より導
入されるガスを励起・分解等により所定の堆積層を基板
６上に形成するために使用され、殆どダメージのない薄
膜が、比較的低温で形成し得ることから期待されている
技術である。ここで、光導入窓４としては、例えばＫＣ
Ｉ、　ＮａＣ１，光学ガラス、サファイヤ、ＰｂＦ２、
ＳｉＣ，Ｚｎ５ｅ、　ルサイト、臭素・硫黄・ヒ素ガラ
スなどのレーザ、光に対して透明な材料がレーザの種類
に応じて適宜選ばれて、該材料から作製されている。と
ころが、この窓が例えば光分解反応生成物等の堆積によ
り透明度が低下すると、各処理の効率は著しく低いもの
となり、重大な問題となっている。

この問題を解決するために、従来は第３図に示すように
、チャンバ１０内の導入窓１１近傍に不活性ガスなどの
パージガス導入口１２３．１２□を設け、このパージガ
スにより反応ガス、分解生成物等をパージすることによ
り付着を防止する方法が提案されていた。第３図におい
てチャンバ１０にはその下部に反応ガス導入口１３、排
気口１４が設けられている。

しかしながら、このような従来法では導入窓１１部分の
筒の径が大きく、従ってパージガスを十分な量で流して
も、導入窓への膜の付着を完全に抑えることができない
という欠点があった。

発明が解決しようとする問題点 そこで、上記のような従来法の欠点を解決し、新しい半
導体、金属等のレーザまたは光処理装置を開発すること
は、これら技術の応用分野の拡大、例えばレジストレス
プロセスの実用化などにとって極めて大きな意義を有す
るものと思われる。

本発明の目的はレーザ（または光）導入窓の汚染を防止
し得る新たなレーザ（または光）処理装置を提供するこ
とにあり、それによって半導体等被処理物品の処理能率
の改善を図ることにある。

問題点を解決するための手段 本発明者は上記のようなレーザ処理装置の現状に鑑みて
、その諸欠点を改善すべく種々検討した結果、従来のレ
ーザ光等の導入窓の代りに細径のかつ開放型の導入管（
レーザ、光の導入管）を通してレーザ光等を処理室に導
入し、同時に不活性ガス（パージガス）を該パイプにレ
ーザ光と同一方向に流すことが上記本発明の目的を達成
する上で極めて有効であることを見出した。本発明はか
かる知見に基き完成されたものである。

即ち、本発明のレーザまたは光による半導体基板または
金属の処理装置は、被処理物品の処理用チャンバーと、
該チャンバを貫通してその内部に伸び、レーザまたは光
を導入し、かつパージガスを導入するための、開放端を
有する導入管と、該チャンバに反応ガスを導入するため
のガス導入口と、ガス排出口とを具備することを特徴と
する。

ここで、上記レーザ・光導入用導入管はビーム径よりも
わずかに大きな径を有し、材質は被処理物品としての半
導体等を汚染する恐れのないものであれば、いかなるも
のであってもよく、例えばセラミックス、石英ガラス、
セラミックス被覆金属管等であり得る。

本発明の装置において、光、レーザの光路となり、かつ
パージガスの流路となる導入管は各種の態様をとること
ができる。まず、該導入管はチャンバ内の端部が開放状
のものであり、上端近傍に該環状体から分岐された少な
くとも１つのパージガス導入管を備えたものであり得る
。また、上部端部は上記のような各種窓用材料のいずれ
かからなるレーザ、光導入窓で構成される。

更に、導入管の下端部をその上部よりも大径とし、パー
ジガス流の加工物品に対する影響を小さくするように工
夫することもできる。あるいはまた、チャンバ内にある
導入管部分に複数の孔もしくは分岐管を設は同様な効果
を達成することもできる。

これら各種態様は被処理物品の種類、加工法に応じて適
宜選ぶことができる。

また、上記本発明の方法において有利に使用し得るパー
ジガスとしては処理の対象、被処理物品の種類などによ
って適宜選ばれることになるが、レーザ、光により励起
されず、かつ成長、エツチングあるいはドーピングに関
して不活性な、例えばＮ２、Ｎ２、Ａｒなどを挙げるこ
とができる。このパージガスは前記レーザ・光導入用導
入管を通してレーザ・光の進行方向と同一方法に流され
る。

本発明の装置の１例を添付第１図に従って説明すると、
処理用チャンバ２０と、該チャンバ２０の上部壁を貫通
して伸びているレーザまたは光導入用導入管２１と、チ
ャンバ２０の左右側部に夫々設けられた反応性ガス導入
口２２および排出口２３から主として構成され、被処理
物品２４は支持体２５に支持され、パージガスは導入管
２１からレーザまたは光の進行方向に沿ってチャンバ内
に導入される。これによって処理流体のレーザによる分
解生成物等を効果的にパージし得る。

ここで、パージガスの導入圧力は、チャンバ内の圧力よ
りもわずかに高い圧力とすることがチャンバ内からの汚
染源の逆流を有効に防止するために必要である。

以下、各処理の態様毎に更に詳しく説明する。

まず、この装置がエツチング装置である場合、チャンバ
ー側壁などに設けられた反応ガス導入口から反応ガスを
導入し、導入管から紫外線、遠赤外線、レーザ等を照射
して、基板近傍で光分解により生成するエツチング種に
よるエツチング、基板表面に吸着された光分解性分子の
分解生成物と基板との反応によるエツチング、基板の温
度上昇に基く熱分解反応によるエツチングなどを行うも
のである。例えば、被処理物品が８１半導体基板である
場合にはＣ１２とＡｒレーザ、ＳＦｓとＣＯ□レーザ、
Ｃ１２とＨｇ　−Ｘｅランプなどの組合せ等によりエツ
チングでき、Ｓｉ　Ｏ２はＣＢｒＦ３とＣＯ□レーザの
組合せによるエツチング、Ｇａ八へはＨ，ＳＯ，：Ｈ２
Ｏ２水溶液中でのＮｄ：ＹＡＧレーザによるエツチング
、ＡＩ配線のＨ３ＰＯ４：ＨＮＯ３：に２Ｃｒ２０を水
溶液中でのＡｒレーザによる切断などを例示できる。

このようなエツチング法はイオン衝撃などによる損傷が
ないことから、各種の物品の表面処理技術として期待で
きる。

また、本発明の装置を半導体、金属等の成長に利用する
場合、代表的な光ＣＶＤを例として説明すると、光（以
下レーザを含むものとして単に光という）エネルギーを
ガス導入口からチャンバに導入される気体分子に照射し
、これを励起・分解、表面励起、基板加熱の何れかに利
用して化学反応を促進させ、基板上に薄膜を堆積するこ
とからなり、（ｉ）気体分子の励起・分解の例としては
有機金属化合物をＡｒＦエキシマレーザにより励起・分
解してＣｄ、　ＡＩ、　ｌｎなどを堆積するもの、金属
カルボニル化合物をＣｕイオンレーザにより分解してＭ
ｏ、Ｗなどを堆積するもの、あるいは低温での水銀増感
法によるＳｉ膜（原料ＳｉＨ，）、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＨ
４と０□またはＮ２０３）もしくはＳｉ３Ｎ、膜（Ｓｉ
Ｈ，とＮＨ４）などの形成を行うことを例示できる。ま
た、（１１）表面励起の例としてはＳ　ＩＣＩ　４　８
２系での高圧１１ｇランプ光によるＳ１エピタキシヤル
膜等が挙げられ、更に（ｉｉｉ）基板加熱によれば石英
基板をＣＯ２レーザにより加熱し、５ＩＨ４を熱分解し
、あるいは５ｉＣ１，のＨ２還元を行って多結晶Ｓ１膜
を形成するなどが可能である。

更に、本発明の装置が半導体中に不純物をドーピングす
る装置である場合は、ガス導入口２２より、不純物ドー
パントを生成する反応性ガスを導入し、まず光ＣＶＤに
より、光照射領域に不純物のデポジション層を形成し、
これと同時にあるいはその後に、加熱用のレーザ光等を
照射し、被処理物品中へ熱拡散によって不純物をドーピ
ングする。例としては、Ａｒ＋レーザとその第２高調波
を同時に照射し、第２高調波によって、有機金属化合物
を光分解し、金属不純物をデポジションさせ、これにＡ
ｒ＋　レーザを照射し、半導体中に不純物をドーピング
するものがある。この光を用いたドーピング、特にレー
ザ光を用いた場合にはその集光性から精密なドーピング
領域の制御が行えるという利点を有している。

弁理 かくして、本発明の装置によれば、光導入部の径を小さ
くし、しかも光導入管のチャンバ内端部を開放型とし、
光の進行方向と同方向にパージガスを流すことによって
、被処理物品の加工中に反応ガスの分解、その物品との
反応生成物等の堆積による光路の妨害が効果的に防止さ
れ、常に一定した処理能力を維持することができる。従
って、経済性も著しく改善されることになる。

また、光導入窓の膜堆積による光ビーム強度の劣化を効
果的に防止するためには、既に述べたように、パージガ
ス圧力をチャンバ内のガス圧よりも幾分高くすることが
好ましい。このような条件は、光導入管に強制的に一定
量のパージガスを流すことによって実現される。また、
例えば光ＣＶＤ。

エツチングではパージガスの導入により基板近傍での反
応ガス流が乱され、均質な堆積膜の形成、エツチング操
作が困難になる可能性がある。従って、このような場合
には光導入管のチャンバ内開放端側部に複数の孔、分岐
管を設けるか、あるいは該端部を外側に開いた形とする
ことによりある程度緩和することができる。

いずれにしても、光ＣＶＤ、エツチング、ドーピングの
各装置に光を導入する機構を本発明のような構成とする
ことにより、従来問題となっていた光導入窓の汚染によ
る処理能率の低下をほぼ完全に克服することができる。

実施例 以下、運転例により本発明の奏する効果を実証するが、
本発明の範囲は以下の例により何等制限されない。

運転例 （１）光ＣＶＤ 第１図において、被処理物品としてガラス基板をセット
した後、排気口２３を通して、チャンバ内をロータリポ
ンプによって真空排気する。この後、先ず光導入管２１
を通して、Ｈ２ガス２５ｓｃｃｍを導入する。次に、Ｈ
２ガス５００ｓｃｃｍによってバブリングされたＴ　Ｍ
　Ａ　（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ）蒸気
をガス導入口２２から導入する。ガス流量は、全てＭＦ
Ｃ（Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）　に
よって制御する。ここで、チャンバ内圧力Ｐ２は、排気
口２３を通してロークリポンプによって排気される際に
、自動圧力コントローラによって１００Ｔｏｒｒに保た
れる。この状態で、光導入管２１を通して、ガラス基板
上にＵ■レーザ（ＡｒＦエキシマレーザ）を数１０分間
照射する。このような手順によって、ガラス基板上に肉
眼でも確認できるＡＩ薄膜がＵ■レーザ照射領域に形成
される。この場合、光導入窓（石英）の曇りは観察され
ない。

（２）　　ドーピング 第１図において、被処理物品として、ノンドープＧａＡ
ｓ基板を用いる。運転例〔１）の光ＣＶＤの場合と同様
の手順によって、あらかじめ真空排気されたチャンバ内
に、先ず光導入管２１を通してＨ２ガス２５ｓｃｃｍを
導入し、次に、Ｈ２ガス５００ｓｃｃｍによってバブリ
ングされたＤ　Ｅ　Ｚ　（Ｉ）ｉｅｔｈｙｌ　Ｚｉｎｃ
）蒸気をガス導入口２２から導入する。チャンバ内圧力
Ｐ２はｌｏ［）Ｔｏｒｒに保たれる。この状態で、光導
入管２１を通して、Ｇａ八へ基板上にＤＥＺ光分解用の
Ｕｖレーザ（へｒＦエキシマレーザ）と基板加熱用の八
ｒ＋　レーザをハーフミラ−を用い同時に数分間照射す
る。

このような手順によって作製した試料を、スパッタしな
がら表面から深さ方向にＳＩＭＳ分析することにより、
光照射領域に比較的浅いＺｎの濃度プロファイルが観測
される。この場合、光導入窓（石英）の曇りは観測され
ない。

（３）　　エツチング 第１図において、被処理物品としてｌｎｆ’基板を用い
る。あらかじめ真空排気されたチャンバ内に、先ず光導
入管２１を通して、Ｈ２ガス１０１０５ｃを導入し、次
にＣ１１Ｊｒガス１０１００５ｃをガス導入口２２から
導入する。チャンバ内圧力Ｐ２は７６０ＴＯｒｒに保た
れる。この状態で光導入管２１を通して、ＩｎＰ基板上
にＵ■レーザ（へｒＰエキシマレーザ）を数ｌＯ分゛間
照射する。このような手順によって、光照射領域に数１
００人単位のくぼみが形成される。この場合、光導入窓
の曇りは観察されない。

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明のレーザまたは光に
よる半導体、金属の加工装置によれば、いわゆる１ｃＶ
Ｄ等による薄膜、結晶薄膜の成長、エツチング、半導体
中への不純物のドーピングの際に、従来みられたような
光導入窓の汚染が効果的に回避され、各処理の能率が著
しく向上される。

その結果、各種半導体、金属加工コストを大ＩＩ＋に節
減でき、またその品位を一定均一なものとすることがで
きるので、量産性においても大きく改善されるものと期
待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例を示す模式的な図であ
り、 第２図は、従来の光ＣＶＤ装置を説明するための模式的
な図であり、 第３図は従来の装置における光導入窓の汚染防止法を説
明するだめの模式的な図である。 （主な参照番号） ■・・レーザ発振器、　　２・・光学系、３．１０．２
０・・チャンバ１ 、、、　　　　　　４　、１１・・レーザ導入窓、・、
　　　　　　　５，１３．２２・・ガス導入口、　６・
・基板、霞　　　　　　１２．、１２２　　・・パージ
ガス導入口、・、　　　　　　　１４．２３・・排気口
、　２１・・導入管、′２４・・被処理物品、　２５・
・支持体特許出願人　　　住友電気工業株式会社代　理
　人　　　弁理士　　新居　正彦第１図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加工物品の加工用チャンバと、該チャンバを貫
   通してその内部に伸び、レーザまたは光を導入しかつパ
   ージガスを導入するための開放端部を有する導入管と、
   該チャンバに加工用ガスを導入するためのガス導入口と
   、ガス排出口とを具備することを特徴とする半導体、金
   属の加工装置。
2. （２）前記装置が光ＣＶＤ装置であり、前記ガス導入口
   が反応性ガス供給源に連結されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記装置がエッチング装置であり、前記ガス導入
   口がレーザ、光の照射によりエッチング種または反応性
   分解生成物を生成するガス供給源と連結されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
4. （４）前記装置が不純物ドーピング装置であり、前記ガ
   ス導入口がレーザ、光の照射により不純物のドーパント
   を生成するガス供給源と連結されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。