JPS631097B2 - - Google Patents

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JPS631097B2
JPS631097B2 JP55059544A JP5954480A JPS631097B2 JP S631097 B2 JPS631097 B2 JP S631097B2 JP 55059544 A JP55059544 A JP 55059544A JP 5954480 A JP5954480 A JP 5954480A JP S631097 B2 JPS631097 B2 JP S631097B2
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Aaru Denison Deiin
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Perkin Elmer Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に被処理材のガス相による化学
的処理に関し、さらに詳細にはレーザにより誘起
されたガス成分の解離を使用して被処理材を化学
的に処理するための反応生成物を得る処理に関す
る。
半導体ウエハのような被処理材は今まで制御さ
れたガス雰囲気のガス成分を解離させて被処理材
の表面と化学反応する反応ガス生成物を得ること
によつて処理した。このような公知技術の処理装
置はプラズマエツチングおよびプラズマ析出装置
を含む。これらのプラズマ処理装置によれば解離
は解離するガス成分を電荷または紫外線で照射す
ることによつて実施される。これら公知技術に伴
う問題は解離が選択的でなく、多くの不所望の副
反応生成物が生じ、これらが被処理材の表面にお
ける所望の化学反応を不利に妨害することであ
る。さらに不所望の高エネルギー放射線および粒
子がプラズマ中に発生し、これが半導体の格子構
造にデイスロケーシヨンをつくり、そのため処理
する半導体デバイス中の欠陥密度が不所望に高く
なり、それによつて歩留りが低下し、またはその
電気的性能が害される。
半導体ウエハの選択した位置をレーザビームに
より照射して、ウエハの照射された表面から抵抗
のような特定材料をトリムするため蒸発させるこ
とも公知である。しかしウエハをレーザで処理す
るこの方法はウエハの表面または被処理材の表面
と化学反応するレーザにより誘起したガス相を含
まない。
被処理材の表面をレーザビームで照射してその
表面を局部加熱し、その際６フツ化タングステン
などのようなガス状成分を熱解離させ、その際ガ
ス状成分の金属成分が熱解離し、レーザで加熱さ
れた被処理ウエハの表面に析出する被処理材の処
理法も公知である。この解離は高熱分解であり、
レーザビームと解離する分子の相互作用の結果で
はない。
本発明の主目的は被処理材をガス相で化学的に
処理するための改善された方法および装置を得る
ことであり、さらに詳細にはガス成分の選択的解
離をレーザで誘起して被処理材を化学的に処理す
るための所望のガス状反応生成物を得る方法およ
び装置である。
本発明の１つの実施態様によれば被処理材を、
解離させるガス状成分を含む制御されたガス状雰
囲気にさらし、選択された波長の高出力密度レー
ザビームをガス状雰囲気へ被処理面にきわめて近
接しているけれどそれから有限の距離だけ離して
向け、ガス状成分を選択的に解離させ、化学的に
処理する被処理材の表面と反応するガス状反応生
成物を得る。
本発明のもう１つの態様によれば反応生成物は
Ｆ，CF3，CF2，CF，NF2NF，BCl2，Clおよび
Ｏの群から選択される。
さらに本発明のもう１つの態様によれば解離さ
せるガス状成分はO2，CCl4，BCl3，CF3I，
CDF3，CF4，SiH4，NH3，CHF3，CFCl3，
N2F4，フルオロ化合物およびハロカーボンの群
から選択される。
本発明の他の態様によれば被処理材は半導体ウ
エハからなる。
本発明のもう１つの実施態様によればレーザビ
ームの横断面寸法は水平方向に膨れ、膨れたビー
ムはガス状雰囲気を通して被処理材からきわめて
僅かに離れて被処理材の表面とほぼ平行の方向に
向けられる。
次に本発明を図面により説明する。
図面には本発明の特徴を備える被処理材の化学
的ガス相処理部１１が示される。処理部１１は被
処理材１３を収容するための排気しうる室１２を
有する。代表的例によれば被処理材１３はたとえ
ば直径１〜６インチ（25.4〜152.4mm）、厚さ0.127
〜0.89mmの半導体ウエハからなり、排気可能の室
１２内でシヤフト１５および真空気密軸受１６を
介して駆動される回転可能のチヤツク１４に支持
される。
排気可能室１２内のガス雰囲気は排気管１８お
よび弁１９を介して室１２に接続する排気ポンプ
１７によつて制御される。ガス源２１も供給管２
２および弁２３を介して排気可能室１２に接続さ
れる。室１２内のガス雰囲気はその中のガスを排
気し、かつガス源２１から選択されたガス成分の
制御量を供給することによつて制御される。ガス
源２１から室１２を介して排気ポンプ１７へ流れ
るガス量は弁１９および２３を制御することによ
つて１定に維持することができる。室１２へ被処
理材１３を導入するため室１２に真空ゲート２４
が備えられる。
レーザビーム２５はレーザソース２６から光学
的に透明な気密窓２７を介して室１２内のガス雰
囲気へ向けられ、それによつて室内のガス成分は
解離して被処理材の表面と反応するための所望の
ガス状反応成分が生ずる。光学ガラスののぞき窓
２９が処理の間の被処理材を観察するため室１２
に備えられる。
代表的例によればレーザ２６はTEAレーザの
ようなパルス同調しうる高出力CO2レーザからな
り、選択されたガス成分の選択的解離のため所望
の波長へ同調することができる。レーザビーム入
口窓２７の代表的材料は反射防止コーテイングを
有するセレン化亜鉛を含む。弁１９，２３および
排気ポンプ１７は室１２内の圧力を10-3トル〜１
気圧の範囲内の所望圧力に維持するように制御さ
れる。
レーザビーム２５は窓２７を介して被処理材１
３の表面とほぼ平行の方向に向けられる。円筒レ
ンズ３２は比較的広くて薄いビーム断面を得るた
め、ビーム２５の横断面がほぼ１つのデイメンシ
ヨンだけで拡大するように配置される。ビーム横
断面の広いデイメンシヨンはその際被処理材の表
面とほぼ平行に配置され、ビームと被処理材の距
離は比較的近く、すなわち室１２内のガス分子の
平均自由行程の数倍以下である。それによつてガ
ス状反応生成物が被処理面に密接して発生し、被
処理面と化学反応する前に再結合するチヤンスが
減少する利点が得られる。さらにこの系は被処理
面がレーザビームで照射されない利点を有する。
これはさもなければ被処理材を破壊する高出力密
度ビームの使用が可能になるので重要な利点であ
る。高出力密度ビームの使用は生産速度を経済速
度へ上昇する。
上記処理部１１および３１内で実施される種々
の化学的処理過程の例は下記のとおりである。
例 １； 被処理材シリコンウエハ１３を被覆する酸化ケ
イ素層の選択的エツチングはトリフルオロメチル
ヨウ素を圧力数トルのガス源２１から室１２へ導
入し、トリフルオロメチルヨウ素をTEAレーザ
２６からレーザエネルギー1.2J／cm2のＲ（14）
［9.6μｍ］CO2レーザでパルス幅10ns〜1μsで照射
し、CF3I分子をＩ＋CF3（中性ラジカル）に解離
させることによつて達成される。CF3は被処理材
の表面へ拡散し、そこで２酸化ケイ素と化学的に
反応してSiF4および酸素が生ずる。このように解
離反応生成物は２酸化ケイ素を選択的にエツチし
て除去するために役立つ。生成物SiF4および酸素
は排気ポンプ１７を介して系から排出される。
例 ２； この例の場合、方法は例１と本質的には同じで
あるけれど、解離ガス成分は分圧50トルの緩衝ア
ルコンガス中の分圧数トルのCDF3からなる。
CDF3は25J／cm2のＲ（26）およびＲ（28）［10.6μ
ｍ］CO2レーザビーム２５を使用することによつ
てCF2およびDFに解離する。CF2はウエハ表面の
２酸化ケイ素と化学的に反応してこれを選択的に
化学的にエツチする反応生成物を形成する。エツ
チングから生ずる副生成物は排気ポンプ１７によ
つて除去される。
例 ３； この例は室１２内で解離するガス成分がCFCl3
からなる以外は例１と同じである。このガスはレ
ーザビーム２５によつて解離して反応生成物CF
を生じ、これがウエハ表面の２酸化ケイ素と反応
してこれを選択的にエツチする。エツチング過程
の副生成物は排気ポンプ１７によつて除去され
る。
例 ４； この例はシリコン上の金属または２酸化ケイ素
上の金属を選択的にエツチする例であり、圧力数
トルのガス状BCl3を室１２へ導入し、ガス雰囲
気をＰ（20）［10.6μｍ］CO2レーザビーム２５で
照射してBCl3をBCl2とClに解離させることから
なる。Cl成分（およびおそらくBCl2）はウエハ
表面の金属と反応して金属を選択的にエツチする
反応生成物を形成する。この方法でエツチされる
金属はアルミニウム、タングステン、チタン、ク
ロムおよびその合金である。
例 ５； この方法は例２とほぼ同じであるが、解離する
ガス成分が分圧０〜85トルの緩衝アルゴンガス中
の分圧２〜20トルのN2F4からなる。パルスのエ
ネルギーは0.3〜1.0J／cm2の範囲である。反応生
成物はNF2である。SF5NF2を0.1〜1.0J／cm2の範
囲のレーザエネルギーを有する波長950cm-1のレ
ーザで解離させるともつと高いNF2の収率が達成
される。
例 ６； この方法は被処理材上のホトレジスト層の選択
的剥離に関し、ガス状成分O2を導入してレーザ
ビーム２５によつて解離させて原子酸素を得、こ
れがホトレジストと反応してこれを酸化除去する
ことからなる。
例１のCF3Iの代りに使用しうるガス成分は
2J／cm2のＲ（26）またはＲ（28）9.6mCO2レーザビ
ームによるCF3Br，6J／cm2のＲ（36）9.6mCO2レ
ーザビームによるCF3NO，C2F2または0.1〜
1.0J／cm2のＲ（12）10.6mCO2レーザビームによる
ヘキサフルオルアセトン（CF3）2COを含む。
例２で解離させる他のガス成分はCF2HCl，
CF2HBr，CF2Cl2，CF2Br2，CF2CFCl，
CF2CFHおよびCF2CF2CH2である。
本発明の方法および装置の公知プラズマ処理方
法および装置に比する利点は反応生成物を含む室
内の真空の要求が低いことである。第２の利点は
被処理材の放射線損傷が著しく減少することであ
る。すなわちインプラントされる電荷が少ないの
で、基板格子のデイスロケーシヨンが減少する。
格子内のデイスロケーシヨンおよび欠陥は今まで
イオン衝撃、電子衝撃、UV線およびＸ線によつ
て生じた。これは技術がさらに放射線損傷に敏感
なもつと高密度のデバイスおよびもつと浅い拡散
層へ進歩する場合とくに重要である。放射線損傷
を減少することによつて損傷した表面を焼鈍する
必要が避けられる。
もう１つの利点はレーザビームによれば公知の
プラズマ放電よりももつと特殊な解離反応が達成
されることであり、不所望の解離生成物が避けら
れ、それによつてマスクのアンダカツトが避けら
れ、ガスが有効に使用され、処理速度が高くな
り、１つの材料上の他の材料をエツチする際の選
択性が高くなる。
FCO反応生成物はF2COまたは（FCO）2の赤外
線中のレーザ解離によつて得られる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の方法の原理を説明するための縦
断面図である。 １１……処理部、１２……排気室、１３……被
処理材、１４……チヤツク、１７……排気ポン
プ、１９，２３……弁、２１……ガス源、２４…
…真空ゲート、２５……レーザビーム、２６……
レーザ、２７……窓、２９……のぞき窓、３２…
…円筒レンズ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガス状反応生成物を得るため解離させるガス
    状成分を含むガス状雰囲気に被処理材をさらし、
    高出力密度のレーザビームを被処理材の表面にき
    わめて近接した、しかしその表面から有限の距離
    に離れたガス状雰囲気へ向け、ガス状成分を解離
    させてガス状反応生成物を得、ガス状反応生成物
    を被処理材の表面と反応させて被処理材を処理す
    ることを特徴とする被処理材を化学的に処理する
    方法。 ２ 反応生成物がハロゲンを含む特許請求の範囲
    第１項記載の方法。 ３ 反応生成物をＦ，CF3，CF2，CF，NF2，
    NF，Cl，Ｏ，BCl2，BClおよびFCOの群から選
    択する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 解離させるガス状成分をO2，CCl4，BCl3，
    CDF3，CF4，SiH4，CFCl3，F2CO，（FCO）2，
    SF5NF2，N2F4，CF3Br，CF3NO，（CF3）2CO，
    CF2HCl，CF2HBr，CF2Cl2，CF2Br2，
    CF2CFCl，CF2CFH，CF2CF2CH2，NH3，
    CHF3，フルオロハライドおよびハロカーボンか
    らなる群から選択する特許請求の範囲第１項記載
    の方法。 ５ 被処理材が半導体ウエハからなる特許請求の
    範囲第１項記載の方法。 ６ 被処理材をエツチするため、反応生成物を被
    処理材の表面と反応させる特許請求の範囲第１項
    記載の方法。 ７ 被処理材の表面をホトレジストの層で被覆
    し、反応生成物をホトレジストと反応させてこれ
    を除去する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ レーザビームをガス状雰囲気へ向ける過程
    が、レーザビームを被処理材の前記表面とほぼ平
    行の方向に、被処理材から比較的近く離れた状態
    で向ける特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ ビームをガス状雰囲気へ向ける過程が、ビー
    ムの断面寸法を比較的広くて薄いビームが生ずる
    ように拡大し、広いビームを、被処理材の前記表
    面とほぼ平行の方向に、被処理材にきわめて近接
    しているけれど離れた状態でガス状雰囲気へ向け
    る特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０ 被処理材を化学的に処理するため、被処理
    材の表面と反応するガス状反応生成物が生ずるよ
    うに解離させるガス状成分を含む制御されたガス
    状雰囲気へ被処理材をさらすための処理部、ガス
    状成分を解離させてガス状反応生成物を得るた
    め、高出力密度のレーザビームを前記制御された
    ガス状雰囲気へ前記表面にきわめて近いけれど有
    限の距離に離れた状態で向ける装置を有すること
    を特徴とする被処理材を化学的に処理する装置。 １１ 作業部が制御されたガス状雰囲気および被
    処理材を収容するための排気可能の室を有する特
    許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 前記室がレーザビームに対し透明な窓を有
    し、この窓がレーザビームを制御されたガス状雰
    囲気へ通すように前記室に対し気密にシールされ
    ている特許請求の範囲第１１項記載の装置。 １３ 前記レーザビームを向ける装置が、このレ
    ーザビームを被処理材の表面とほぼ平行の方向
    に、被処理材から比較的近接して離れた状態で向
    ける装置を有する特許請求の範囲第１０項記載の
    装置。 １４ 前記ビームを向ける装置が、レーザビーム
    の断面寸法を比較的広くて薄いビームに拡大し、
    この広くて薄いビームを被処理材の表面とほぼ平
    行の方向に向ける装置を有する特許請求の範囲第
    １０項記載の装置。 １５ 前記有限の距離が前記処理部内のガス分子
    の平均自由行程の数倍以下である特許請求の範囲
    第１０項記載の装置。 １６ レーザビームが0.1〜25J／cm2のレーザエネ
    ルギーを有する特許請求の範囲第１０項記載の装
    置。
JP5954480A 1979-05-07 1980-05-07 Method and device for chemically treating material to be treated Granted JPS55149643A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/036,828 US4260649A (en) 1979-05-07 1979-05-07 Laser induced dissociative chemical gas phase processing of workpieces

Publications (2)

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