JPS6142141A - 選択光化学反応装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光励起による化学反応を利用して、試料上で
選択的に薄膜形成やエツチング等を行う選択光化学反応
装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体装置の製造工程における最も重要なプロセスは、
適切なパターンに従って試料基板を加工したり、絶縁性
や導電性の薄膜を特定のパターンで基板上に配置するこ
とである。従来、これを実現する技術として、感光性の
レジストを基板表面に塗布した後、レンズｌＮにパター
ンを焼付けて、残ったレジストをマスクとして基板をエ
ッチングする工程が主として用いられている。

これに対して近年、レーザ光等の強力な光を基板に対し
て適当なパターン状に照射し、光励起エツチングや光化
学気相成長法、光酸化法等によって、レジストを用いず
に直接パターンを焼付ける方法が提案されている。この
ような例としては、例えば塩素ガス雰囲気中に単結晶シ
リコンウェハを置き、フォトマスクを通して波長３０８
　［ｎｍ］のＸｅ−Ｃｌエキシマレーザ光を照射して、
レジストレスでエツチングを行った例がある。この例で
は、Ｘｅ−Ｃｌレーザ光が塩素ガスを解離する効果に加
えて、シリコン基板自体を電子的に活性化して反応を促
進する効果を有していることが、光照射部分のみの選択
的なエツチングを実現する要因となっている。

しかしながら、光が基板を活性化する効果が顕著でなく
、気相中の反応性ガスを励起する効果が主である場合に
は、光照射により活性化したラジカルが基板の未照射部
分にも到達してこれをエツチングするために、選択的な
エツチングは実現できない。例えば、リンをドープした
多結晶ポリシリコンを塩素とＸｅ−ＣＩエキシマレーザ
光でエツチングする場合、リンドープ多結晶シリコンは
光が当たらないでも塩素ラジカルによって容易にエツチ
ングされてしまうので、選択エツチングは実現できなか
った。また、光照射が基板を活性化する効果が顕著な場
合であっても、基板の未照射部分へのラジカルの到達は
、パターン加工精度の低下を招くのである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、光照射が試料基板に対して顕著な活性
化効果を持たない場合でも、光照射部分で選択的に光気
相化学反応を進行させることができ、パターン加工精度
の向上をはかり得る選択光化学反応装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、試料基板表面の上に該基数上に形成す
るパターンの最小寸法程度の空隙をおいて透明な通気性
の無い透明体を置き、光照射により活性化された反応性
ガスの分子が拡散するのを抑制することにある。

即ち本発明は、光気相化学反応を利用して試料上に選択
的に薄膜を形成、或いは試料を選択的にエツチングする
選択光化学反応装置において、試料を収容する真空容器
と、この容器内に反応性ガスを導入する手段と、上記容
器内に導入されたガスを排気する手段と、前記容器外に
配置された光源からの光を前記容器内に導光して前記試
料上に選択的に照射する手段と、前記試料上に該試料と
近接配置された上記光に対して透明な透明体とを設ける
ようにしたものである。

（発明の効果〕 本発明によれば、透明体上で励起された反応性ガスのラ
ジカルは試料上には到達せず、試料と透明体との間で励
起された反応性ガスのラジカルのみが試料上に到達する
。このため、活性なラジカルが光照射部位以外に到達す
るのを極めて少なくすることができる。従って、光照射
が基板に対して顕著な活性化効果を持たない場合でも、
光照射部分で選択的に光気相化学反応を進行させること
ができ、パターン加工精度の向上にも極めて有効である
。

〔発明の実施例〕

まず、実施例を説明する前に本発明の基本原理について
説明する。

前述した透明体を用いない従来装置では、第３図（ａ）
に示す如く試料基板１２上に照射される光１８によって
励起された活性なラジカル３１が光照射部位以外にも到
達する。このため、エツチングの場合、光照射領域近傍
もエツチングされることになり、パターン加工精度が低
下し、更には選択エツチングが不可能となる。

これに対し本発明装置では、第３図（ｂ）に示す如く透
明板（透明体）２０の存在により、該透明板２０より上
方で活性化したラジカル３１は基板１２に到達できず、
基板１２に到達するのは基板１２と透明板２０との空隙
で活性化したラジカル３２のみとなる。即ち、基板１２
と近い部分で活性化したラジカル３２のみが基板１２に
到達することになるので、光照射部位以外にはラジカル
３２は殆ど到達しない。これにより、光照射が試料基板
１２に対して顕著な活性化効果を持たない場合でも、光
照射部分で選択的に光気相化学反応を進行させることが
可能となるのである。

ここで、上記ラジカルの到達頻度の関係を第４図及び第
５図を参照して、更に詳しく説明する。

第４図に示す如く試料基板１２と透明板２０との空隙を
ｂ、光の照射幅をａとする。基板１２の表面に到達でき
るのは、先にも述べたように基板１２と透明板２０とに
挟まれた領域３３に存在する反応性ガスの分子のみであ
る。この領域３３で励起された分子が、基板１２表面の
ビームの中心（０点）からＣだけ離れた地点に到達する
頻度は、ガス分子同志の衝突を無視すると、次の式で表
わされる。

なお、光１８のビーム形状は、紙面表裏方向に伸びた直
線状であるとした。

第５図は上記式により計算した励起分子の到達頻度の分
布を、空隙すをパラメータとして示したものである。ｂ
がａ　／　１０鞭ときは、透明板２０の効果は絶大であ
り、励起分子は照射領域の外には殆どはみださない。ｂ
が増加すると、透明板２０の効果は徐々に小さくなり、
ｂ−１００ａを越えると殆ど効果はない。到達頻度分布
が、実際の光化学反応の速度に与える影響は、反応の機
構により異なるので、−概には議論できないが、許容限
度を光ビーム幅の１．２倍の地点で到達頻度が３０［％
］以下と考えると、透明板２０を配置した効果は前記空
隙すが最小パターン幅の１０倍以下の時に現れると言え
る。

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選択光化学反応装置
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内には試料基板１２を載置するサセプタ１
３が収容されている。また、容器１１には反応性ガスを
導入するためのガス導入口１４が設けられており、この
ガス導入口１４から例えば塩素ガス（ＣＩ２）が導入さ
れる。そして、容器１１内に導入されたガスはガス排気
口１５から排気されるものとなっている。

一方、容器１１の上方にはフォトマスク１６、集束レン
ズ１７及び図示しない光源等が配置されており、光源か
らの光１８はマスク１６を通過しレンズ１７により集束
され、容器１１の上部に設けられた窓部１９を通して容
器１１内に導入される。ここで、光源としては、ｘｅ−
（：Ｉエキシマレーザを用いた。また、レンズ１７、窓
部１９及びマスク１６の基板部としては、上記光に対し
て透明な部材を用い、マスク１６のパターン部には上記
光に対して不透明な例えばクロムを用いた。

そして、フォトマスク１６のパターンは、レンズ１７に
より１：１の大きさで基板１２上に投影されるものとな
っている。

ここまでの構成１よ１来のものと同様であり、本実施例
装置がこれと異なる点は、基板１２上に透明板２０を配
置したことにある。即ち、基板１２の上方には前記光源
からの光１８に対して透明で、且つ前記導入されるガス
に対し通気性がない、例えば合成石英性の透明板２０が
基板１２と近接して対向配置されている。なお、図には
示さないが、透明板２０は支持部材により支持されてお
り、該支持部材により透明板２０と基板１２との空隙は
１〜１０［μｍ］の範囲で可変できるものとなっている
。

次に、上記装置を用いた選択光化学反応について説明す
る。

前記試料基板１２としてリンドープ多結晶ポリシリコン
を用い、エツチングガスとして塩素ガスを用い容器１１
内のガス圧を１０［ｔｏｒｒ］にした。

また、Ｘｅ−ＣＩエキシマレーザの平均出力を４［Ｗ］
、１秒間当りのパルス数を８０とした。この条件で、ま
ず前記透明板２０を用いないでエツチングを行ったとこ
ろ、２５０［入／１ｎ］のエツチング速度が得られた。

しかし、この場合選択性は不十分であり、２［μｍ］の
ラインで挟まれた２［μｍ］のスペースを分離すること
ができなかった。一方、基板材料、ガス種及びレーザ出
力等を上記と同じ条件とし、前記透明板２０を用い、こ
の透明板２０を基板１２と２［μｒｒＬ］離間して対向
配置した。この場合、エツチング速度はガスの供給が少
なくなることから５０［人／ｇ＋ｉｎ　］と減少したが
、１［μｍ］のラインで挟まれた１［μＴｒＬ］のスペ
ースを十分に分離することができた。

次に、試料基板１２として単結晶シリコンを用い、反応
性ガスとして酸素と塩素との混合ガス（０２９５ｖｏ１
％、Ｃ１２５ｖｏ１％、圧力２００ｔｏｌｌ　）を用い
、先の例と同様にして、光酸化実験を行い、基板３ｉを
選択的に酸化した。この場合も、透明板２０を用いない
と２［μｍ］のラインで挟まれた２［μｍ］のスペース
を分離することはできなかったが、透明板２０を用いる
ことにより１［μｍ］のラインで挟まれた１［μｍ〕の
スペースを分離することができた。なお、基板温度が２
５０［”Ｃ］の時の酸化速度は８０［人／膳ｉｎ　］で
あり、これは透明板２０を置かないときの約１１５の速
度であった。

また、他の例として、テトラメチルシラン、酸素及び塩
素の混合ガスを用いて、５ｉ０２の堆積実験を行った。

この場合も、透明板２０を用いることにより、堆積速度
は５００［人／＋ｉｎ　］と透明板２０を置かないとき
の約１／２と減少したが、選択的なＳｉＯ２膜の堆積が
可能となった。なお、この系の堆積膜は基板温度を１０
０［’Ｃ］以上とすると堆積しないので、透明板２０を
１００［’Ｃ］以上に加熱しておけば透明板２０上に躾
が堆積する等の不都合を回避することができる。

このように本実施例装置によれば、光照射が試料基板１
２に対して顕著な活性化効果を持たない場合であっても
、光照射部位のみで光気相化学反応を進行させることが
でき、これにより選択エツチング或いは選択堆積を行う
ことができる。さらに、従来装置に透明板２０を付加す
るのみの簡易な構成で実現し得る等の利点がある。また
、透明板２０と試料基板１２との空隙長を変えることに
より、エツチング速度と選択性と云う相反する条件の適
正条件を選ぶことができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記試料上に選択的に光を照射する手段と
して、フォトマスクを用いる代りに、第２図に示す如く
集束ビーム２１を試料基板１２上で所望パターンに応じ
て走査するようにしてもよい。また、用いる光源はＸｅ
−ＣＩエキシマレーザに何等限定されるものではなく、
適宜変更可能である。さらに、真空容器内に導入するガ
スは、エツチング材料や堆積膜の種類等に応じて適宜室
めればよい。また、透明板は合成石英に何等限定される
ものではなく、用いる光に対して透明で、且つ用いる反
応性ガスに対して通気性の無いものであればよい。さら
に、透明板と試料基板との空隙長は必要とするエツチン
グ速度及び選択性等の条件に応じて定めればよく、好ま
しくは試料上に形成するパターンの最小寸法の１０倍以
下がよい。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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる選択光化学反応装置
を示す概略構成図、第２図は変形例を説明するための図
、第３図乃至第５図は本発明の基本原理を説明するため
のもので第３図（ａ）は従来装置による励起ガスの分散
を示す模式図、第３図（ｂ）は本発明装置による励起ガ
スの分散を示す模式図、第４図は光の照射幅及び透明板
と試料との空隙長を示す模式図、第５図は励起ガスの基
板表面への到達頻度を示す特性図である。 １１・・・真空容器、１２・・・試料基板、１３・・・
サセプタ、１４・・・ガス導入口、１５・・・ガス排気
口、１６・・・フォトマスク、１７・・・集束レンズ、
１８・・・光、１９・・・窓部、２０・・・透明板（透
明体）、２１・・・集束光、３１．３２・・・ラジカル
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 （ａ） （ｂ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料を収容する真空容器と、この容器内に反応性
   ガスを導入する手段と、上記容器内に導入されたガスを
   排気する手段と、前記容器外に配置された光源からの光
   を前記容器内に導光して前記試料上に選択的に照射する
   手段と、前記試料上に該試料と近接配置された上記光に
   対して透明な透明体とを具備してなることを特徴とする
   選択光化学反応装置。
2. （２）前記光を選択的に照射する手段は、前記試料上で
   集光した光を走査することである特許請求の範囲第１項
   記載の選択光化学反応装置。
3. （３）前記光を選択的に照射する手段は、前記光源と容
   器との間にフォトマスクを配置し、このフォトマスクの
   パターンをレンズ或いは反射鏡を介して前記試料上に投
   影することである特許請求の範囲第１項記載の選択光化
   学反応装置。
4. （４）前記試料と透明体との空隙を、前記試料上に形成
   するパターンの最小寸法幅の１０倍以下に設定してなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択光化
   学反応装置。
5. （５）前記試料上に形成するパターンの最小寸法幅は、
   １００［μｍ］を越えないことを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の選択光化学反応装置。