JPS61231715A - 光プロセス装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光エネルギーを利用して基板面に薄膜を形成
したり、該基板面をエツチングする光プロセス装置に関
する。

〔発明の背景〕

１、ＳＩの製造プロセスが微細化の一途をたどる状況か
ら、光を照射して気相化学反応を誘起して基板上に薄膜
を形成する光ＣＶＤ＠：（例えば特開昭５９−１２１９
１７号公報参照）や、基板をエツチングする光エツチン
グ法などの光プロセスが注目されている。光プロセスに
期待が寄せられる最大の理由は、低温プロセスの実現、
基板へのダメージの低減に加え、光照射部でのみ薄膜形
成や基板エツチングが進行するという点（空間的な反応
の選択性が優れている点）にあると考えられる。しがし
ながら、前記の光プロセスを実施するにあたっては、基
板を設置した反応室に改番プられた光導入窓の内面に反
応生成物が堆積するなどにより所望の光誘起反応の進行
が阻害されるという問題点かあつた。また、それに伴い
前記光導入窓を定期的に取り換えねばならないという欠
点があった。

さらにまた、光源より出る励起光は、例えば特開昭５９
−６３７３４号公報に記載されているように光ファイバ
ーなどを経て真空反応容器内に導入される場合がある。

このような構成を持つ光励起プロセス装置の場合、光フ
ァイバーが真空反応容器内で反応ガスと直接接触する。

そのため光源より真空反応容器内に光を導入する際には
、上記の光ファイバーの光透過面上、あるいはその近傍
でも反応ガスが光励起され、それに伴う光化学反応で生
成する化学種が上記光透過面上に付着、堆積する場合が
ある。このような場合には、上記の４＝Ｉ着、堆積が進
行するにしたがって光透過量が減少していくので、長時
間の処理髪行うことが困難どなる。

上記の光学窓のくもりについては、一つの回避策が公知
となっている（特開昭５９−１２４１２５号公報）。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記問題点である光導入窓あるいは光
導ファイバー面への反応生成物の付着を抑え、所望の光
誘起反応を反応室内で効率よく進行せしめる装置を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、前記の欠
点を除去し、光導入窓あるいは光導入ファイバーの取り
換えや洗浄の頻度を低減する装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

上記目的を達成する為に、本発明に於ては、光反応性ガ
スが前記光導入窓あるいは光導入ファイバーに接近しな
い構造の光プロセス装置を提供することを特徴としてい
る。本発明の好ましい実施例の１つば、基板を内蔵する
反応室と該反応室を排気する手段と該反応室に反Ｊ１６
室ガスを導入する手段と該反応室に光エネルギーを導入
する為の光源並びに該反応室と連結する管の一端に設け
られた光導入窓とを有し、該光導入窓と前記反応室間に
前記光エネルギーとは非反応性のガスの導入口を設けた
ことを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。１は
反応室、２は基板、３は真空排気装置、４は光反応性ガ
スの貯蔵源で該貯蔵源からリークする光反応性ガスは弁
５、管６を経て反応室１に導かれる。７は反応室１に連
結する管であり、その一端には、光源８から放射される
光を透過させる光導入窓９が設けられている。１０は光
源８がら放射される光とは反応しない先非反応性ガスの
貯蔵源であり、該貯蔵源１０からリークする先非反応性
ガスは弁１１、管１２を経て前記反応室１に連結する管
７に設けられたガス導入口１３から反応室１に導かれる
。なお、１４は；メンズである。

光反応性のガスは、ガス貯蔵源４よりリークして反応室
１に導かれ、光源８がら放射される光エネルギー・によ
り分解・活性化などの反応が誘起される。その結果、ガ
ス貯蔵源４からリークするガスが薄膜形成用ガス（例え
ばモノシランなどの水素化物、トリメチルガリウムなど
の有機金属化合物等）である場合は、基板面にＣＶＤ膜
が形成される。また、ガス貯蔵源４からリークするガス
が六フッ化イオウの如くハロゲン原子を有するエツチン
グガスである場合は、光誘起反応で生成したうジカルに
より、基板面はエツチングされる。いっぽう、ガス貯蔵
源１０からは光非反応性のガス（希ガスなど）がガス導
入口１３から反応室に流入し、前記光誘起反応の生成物
や光反応性ガスの内の未反応分と共に真空排気装置３で
排気される。

その結果、ガス貯蔵源４からリークするガスが光導入窓
９に到達する確率は大幅に低減され、該先導大窓内面に
光反応生成物が付着して光の透過率を低下させるなどの
問題点を除去することができる。尚本実施例でのべた光
非反応性ガスは、前記の如く希ガスである必要はなく、
光源８から放射される光の波長領域に於て吸収スペクト
ルを有しないガスであればよい。

第２図は、本発明の第２番目の実施例であり、反応室に
連結する管に光反応性ガスの導入口と光非反応性ガスの
導入口を共に備え、前者の光反応性ガスの導入口を後者
の光非反応性ガスの導入口より下流側（反応室に近い位
置）に設けたことを特徴としている。１５は反応室、１
６は基板。

１７は真空排気装置、１８は光反応性ガスの貯蔵源、１
９は光非反応性ガスの貯蔵源、２０は光源、２１はレン
ズ、２２は反応室１５に連結する管、２３は該管２２の
一端に設けられた光導入窓である。本実施例に於ては、
管２２に設けられた光反応性ガスの導入口２４の位置と
、前記光導入窓２３との間に光非反応性ガスの導入口２
５が設けられている。いっぽう、反応室１５は常に真空
排気装置Ｊ７により排気されでいる為、ガス貯蔵源１８
からリークする光反応性ガスは、ガス貯蔵源１９からリ
ークする光非反応性ガスの流れに逆らい光導入窓２３に
到達することはほとんどなく、したがって反応生成物が
光導入窓の内面に付着することを回避できる。

第３図は本発明の第３の実施例であり、複数の反応性ガ
スを出発物質として多元系の薄膜（例えば、ＧａＡｓ、
Ｉ　ｎＰなど）を形成する際に用いた装置の構成を示す
。以下の説明ではＩｎＰの薄膜形成に利用する事例を引
用する。２６は反応室。

２７は基板、２８は真空排気装置、２９はホスフィン（
ＰＨ３）の貯蔵源、３０はトリエチルインジウム（Ｉ　
１１　（Ｃｔ　Ｉ（Ｓ）３　）　　の貯蔵源、３１は光
非反応性ガス（ここでは水素）の貯蔵源、３２はエキシ
マ−レーザ（ＡｒＦなど）などの紫外線光源。

３３は反応室２６に連結する管、３４は管３３の一端に
設けられた光導入窓、３５はレンズ、３６は反応室２６
内及び基板２７を所望の温度に加熱するヒーターである
０本実施例に於ては、トリエチルインジウムはヒーター
３６の加熱効果により熱分解する。いっぽうホスフィン
も一部ヒーター３６の加熱効果により分解するが、熱分
解効率は低く、紫外線光源３２から放射される紫外光に
より分解が促進され、基板２７上にＩｎＰの結晶が成長
する。この系に於ては、反応室２６と連結する管３３に
設けられたホスフィンの導入口３７は、該管３３に別に
設けられた水素の導入口３８より下流側に位Ｍ（反応室
に近い側）している為、ガス貯蔵源２９からリークする
ホスフィンが光導入窓３４にほとんど到達せず、従って
光導入窓３４の内面に光誘起反応の分解生成物がほとん
ど付着しなくなる。本実施例でのべたごとく、熱解離性
ガスと光解離反応を所望するガスを利用して多元系結晶
を作成する場合は、光解離性のガスの導入口を、一端に
光導入窓を備えた管３３に設けることが望ましい、こう
することにより光誘起反応を効率よく進行させることが
できる。また第２図に示したごとく一端に光導入窓を有
する管にすべでの反応ガスの導入口を有する場合、前記
のＩｎＰ結晶の例をとれば、熱解離性のトリエチルイン
ジウムの導入口を反応室に一番近く置き、次に光解離性
ガス（ホスフィン）の導入口を、そして窓２３に一番近
い所に先非解離ガス（水素）の導入口を設ければよい。

第４図は本発明の第４番目の実施例であり、反応性ガス
を分解もしくは活性化するに当り、光エネルギーを照射
すると共に、比較的長寿命を有する準安定励起分子（原
子）を反応室に導く機能をもたせている。３７は反応室
、３８は基板、３９は真空排気装置、４０は光反応性ガ
スの貯蔵源、４１は準安定励起分子発生用ガスの貯蔵源
、４２は準安定励起分子（原子）発生部、４３は光源。

４４は反応室３７に連結する管、４５は鎖管４４の一端
に設けられた光導入窓、４６はレンズである。本実施例
でのべる準安定励起分子（原子）は、準安定励起分子（
ＪＪＫ子）発生部４２で生成した後、管４４を経て反応
室３７に導入されるが、その時点に於ても比較的長寿命
を有するものは励起状態に留まっている。その為、貯蔵
ｇ４０からリークし５、反応室３７に導入された反応性
ガスは、光源４３から放射する光エネルギーと靜記の準
安定励起分子（原子）との相剰効果により分解もしくは
活性化が行われる。それにより基板３８上に薄膜を形成
したり基板のエツチングが行われるなどの反応が進行す
る。

前記の比較的長寿命を有する準安定励起分子（原子）と
しては、６゜１７ｅＶの励起エネルギー。

２゜１秒の励起寿命を有する準安定励起分子Ｎげ（Ａ３
Σｕ’）、約１２ｅＶの励起エネルギー、約１０μ秒の
寿命をもつＡ　ｒ　（３Ｐｔ＋　’Ｐｔ）　　や約２ｅ
Ｖの励起エネルギー、約１５０秒の寿命をも一つＯ（’
Ｄ）　　など、プロセスの目的に応じて利用することが
できる。かかる準安定励起分子（原子）は、反応性ガス
と衝突する際、該分子（原子）が保有している励起エネ
ルギーを反応性ガスに伝達して、該反応性ガスを分解し
たり活性化を行う。

なお準安定励起分子（原子）の発生手段としては、マイ
クロ波放電や２電極放電法が有効である。前記の準安定
励起分子（原子）による反応は、該準安定励起種発生部
４３から離れた場所（反応室３７）で行われる為、光プ
ロセス同様低い温度で実施できるという長所は保持され
る。本実施例に於ても、反応室３７に連結した管４４の
途中に準安定励起分子（原子）の導入口４７が設けられ
ている為、貯蔵源４０からリークする反応性ガスが管４
４の一端に設けられた光導入窓４５に到達することはほ
とんど無く、シたがって反応生成物が該光導入窓内面に
付着するという不都合は生じなくなる。

尚第１図、第２図及び第４図の実施例に於ては。

反応室並びに基板の加熱機構は省略されているが。

第３図同様とくに薄膜形成装置に加熱手段を設置するこ
とは有効である。また、すべての実施例に於て基板は固
定された状態が示されているが、半導体プロセスで常用
される基板の回転機構を備えることにより、基板面に均
一な薄膜形成や基板面を均一にエツチングすることがで
きる。すべての実施例に於て光源から放射される光エネ
ルギーは基板に平行な状態で反応室に入射しているが、
直接基板面を照射する構成であってもよい。尚準安定励
起分子（原子）と光エネルギーの相剰効果を（・１１用
する実施例を第４図に示したが、第２図に示した如く反
）、υ室に連結する管に光反応性ガスの導入１−】と先
非反応性ガスの導入口を備えた系に適用することも可能
である。第２図の系に適用する場合は、ガス貯蔵源１９
と該ガスの導入口２５の間゛こ準安定励起分子（原”Ｐ
）の発生部を設ければよい。この場合、ガス貯蔵源１９
からリークする先非反応性がスは、貯蔵源１８からリー
クする光反応性ガスが光導入窓２：３に到達するのを妨
げる役目をもつと共に準安定励起分子（ｙＫ子）の発生
用Ｊ゛ス！二で液用されることになる６また準安定励起
分子（Ｊ７ｉ（子）と光の相剰効果を利用する光プロセ
ス装置を、第３図に示した如く複数の反応性ガスを出発
源として多元系薄膜を形成する系に応用することもでき
る。その場合、ガス貯蔵源３１と該ガスの導入口３８の
間に準安定励起分子（原子）の発生部を設けると共に準
安定励起分子（Ｊｌｔｆ（子）と優先的に反応させたい
反応性ガスを第３図の２９に貯蔵することが望ましい。

前記のＩｎＰの結晶成長を行う場合は、ホスフィン（Ｐ
Ｈ，）を２９に貯蔵するのが適している。すべての実施
例に於て、反応性ガスは連続的に反応室に流入させると
共に真空排気装置で排気しながら光ＣＶＤや光エッチン
グなどの光プロセス操作を行なっているが、連続的にガ
ス導入を行わない系にも有効利用できる。たとえば、反
応性ガスをいったん基板面に吸着させたのち１反応室を
真空排気し、つぎに光エネルギーを基板面に照射して単
〜数分子（原子）層レベルの超薄膜を形成したり基板面
を単〜数分子（原子）層づつエツチングする系にも適用
できる。その場合、第１図〜第３図の実施例に於ては、
基板面に反応性ガスを吸着させる工程を実施する際真空
排気しながら光非反応性ガス（第１図の１０．第２図の
１９．第３図の３１に貯蔵されているガス）を同時にリ
ークさせ、光導入窓（第１図の９．第２図の２３．第３
図の３４）の内面に光反応性ガスが吸着しないような工
程を設ければよい。かかる後に反応室を真空排気し基板
面に光エネルギーを照射すれば、前記光導入窓内面に反
応生成物が付着するといった問題点を回避できる。また
第４図に示した光と準安定励起分子（Ｊ７ｉ’［子）と
の相剰効果を利用する実施例により、前記の単〜数分子
（原子）層レベルの超薄膜の形成や超薄層をエツチング
する場合には次の手順を踏む。まず真空排気装置３９で
反応室を真空に引きながら反応性ガスを貯蔵源４０から
リークさせて基板３８表面に吸着させる。その間同時に
光非反応性ガスを貯蔵源４１からリークさせ、光導入窓
４５の内面に光反応性ガスが吸着しないようにする。た
だしこの段階では、光非反応性ガスは準安定励起分子（
原子）に変換しないで反応室に導く。基板面に反応性ガ
スが吸着した段階で反応室３７をいったん真空排気し、
更に排気を続けながら光エネルギーを基板面に照射する
と共にガス貯蔵源４１からリークする光非反応性のガス
を今度は準安定励起分子（原子）に変換して反応室３７
に導く手順を踏めばよい。

次に、光導入ファイバーを用いる場合の実施例を第５，
６図により述べる。

第５図は、本発明になる装置の実施例における、真空反
応容器５１、およびそれに付帯する部分を模式的に示す
ものである０本発明になる装置は、第５図に示した部分
の他に、反応ガスの供給、調整部分、非反応ガスの供給
、調整部分、光源およびそれに付帯する光学系、真空排
気系などから構成されるが、これらの部分は第５図にお
いては省略されている。

第５図において、励起光５２は光ファイバー５３を経て
真空反応容器５１の内部に導かｔｔ２．　、、真空反応
容器５１の内部には反応ガス導入で５４を経て反応ガス
が導入される。また、真空反応容器５１は排気口５５を
経て真空排気系に接続されている。光ファイバー５３の
先端部は、位置を移動させる機構（以下これを移動機構
５８と称する）により保持されている。この移動機構５
８には、光ファイバー５３の他に、可動的な非反応ガス
導入管５６、および真空排気系に接続された可動的な排
気管５９が保持されている。可動的な非反応ガス導入管
５６を競で、不活性ガスなどの光化学反応を起こさない
ガス（以下これを非反応ガスと称する）が、光ファイバ
ー５３の励起光２の出射部分に噴射される。非反応ガス
としては励起光５２の吸収が少ないものを用いることが
望ましい。

非反応ガスの流量は、試料基板５７の処理を阻害するこ
となく、光ファイバー５３の励起光５２の出射部分への
光化学反応生成物の付着、堆積を回避し得るような条件
に設定することが可能である。

第５図においては、励起光５２は試料基板５７を直接照
射しているが、試料基板５７から離れた部分の反応ガス
の光励起のみが必要な場合には、励起光５２は必ずしも
試料基板５７を照射せず、反応ガスの光励起のみに用い
ろようにする４：とも可能である。また、第５図におい
ては１反応ガス導入管５４は２本示されているが、所望
により増減することは可能であることは言うまでもない
。可動的な排気管５９は不可欠なものではないが、これ
を光ファイバー５３の励起光５２の出射部分の付近に設
置することにより、可動的な非反応ガス導入管５６を出
た非反応ガスの多くの部分を、真空反応容器５１の内部
に広く拡散する前に排気することが可能なので、非反応
ガスが試料基板５７の処理を阻害する可能性を低減させ
ることができる。

第６図は本発明の別の実施例における、移動機構５８の
部分のみを模式的に示した部分図である１゜この実施例
においては、光ファイバー５３の励起光５２の出射部分
の周囲を非反応ガス導入管５６により囲んでいる。この
ような構造により、光ファイバー５３の励起光５２の出
射部分への反応ガスの侵入を確実に阻止できる。また、
第６図に示した実施例においては、上記の非反応ガス導
入管５６の終端部分の周囲を、さらに排気管５９により
囲んでいる。すでに述べたように、このような排気管５
９は不可欠なものではないが、真空反応容器５１の内部
への非反応ガスの拡散を確実に低減できるという点で有
益である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光誘起プロセスに於て問題となる光導
入窓あるいは光導入ファイバー面への反応生成物の付着
が抑えられ、所望の光誘起反応を効率よく進行せしめる
ことができる。また、前記光導入窓あるいは光導入ファ
イバーの取り換えや洗浄の頻度を大幅に低減できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の基本装置構成図、第３図
は複数の反応性ガス貯蔵源を備えた装置の構成図、第４
図は光と準安定励起分子（原子）の相剰効果を利用する
プロセス装置の構成図、第５図及び第６図は夫々光導入
ファイバー使用の場合の装置構成図である。 １、．１５，２６．３７・・・反応室、２，１６，２７
゜３８・・・基板、３，１７，２８，３９・・・真空排
気装置、４，１０．１８，１９．２９〜３１，４０゜４
１・・・ガス貯蔵源、８，２０，３２，４３・・・光源
。 ９．２３，３４，４５・・・光導入窓、７，２２゜３３
．４４・・・反応室と連結し一端に光導入窓を備えた管
。 竿２囚 第３囚 茅　４図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．基板を内蔵する反応室と該反応室を排気する手段と
   該反応室に反応性ガスを導入する手段と該反応室に光エ
   ネルギーを導入する為の光源並びに該反応室と連結した
   管の一端に設けられた光導入窓とを有し、該光導入窓と
   前記反応室間に前記光エネルギーとは非反応性のガス導
   入口を設けたことを特徴とする光プロセス装置。
2. ２．前記反応室と連結した管に光反応性ガスの導入口と
   光非反応性ガスの導入口とを備え、前記の光反応性ガス
   の導入口を後者の光非反応性ガスの導入口より反応室に
   近い位置に設置したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光プロセス装置。
3. ３．複数の反応性ガスの貯蔵源を有し、該複数の反応性
   ガスのうち光エネルギーによる誘起反応を所望するガス
   の導入口の位置を、一端に光導入窓を備えた管を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光プロセ
   ス装置。
4. ４．準安定励起分子（原子）発生手段と該準安定励起分
   子（原子）を反応室に導く手段とを備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光プロセス装置。
5. ５．前記光非反応性のガスを前記準安定励起分子（原子
   ）発生用ガスとして兼用することを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の光プロセス装置。
6. ６．複数の反応性ガスを用いて多元系の薄膜を形成する
   装置に於て前記準安定励起分子（原子）の導入口と反応
   室との間に該準安定励起分子（原子）と優先的に反応を
   せしめる反応性ガスの導入口を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の光プロセス装置。
7. ７．反応性ガスを基板面に吸着させる工程と反応室をい
   つたん真空排気する工程とを経たのち前記光エネルギー
   を基板面に照射する工程を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の光プロセス装置。