JPS63241172A - 対象物の処理方法 - 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〕 本発明は気相反応を利用して対象物に成膜又はエツチン
グあるいはそれらによるパターン形成等の処理を行う対
象物の処理方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体等の素子化技術として用いられてきた基体
上への膜堆積及び基体上の膜のエツチングは、気相法を
用いて基体全面を処理しようとするものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記従来例の方法によれば、装置内壁にも膜
堆積及びエツチングが行われ、ダストの発生、膜中への
不純物の混入、装置内壁の損傷が起こるという欠点があ
った。

そこで本発明の目的は、前記従来技術の欠点を解消し、
装置内壁に膜付着又はエツチングを起こすことな（、対
象物の特定領域に成膜又はエツチングを行うことが可能
な新規な対象物の処理方法を提供することにある。

更に本発明の目的は、気相反応を利用して、対象物に直
接バターニングすることが可能な対象物の処理方法を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕上記の目的は
、以下の本発明によって達成される。即ち本発明は、気
相での化学反応を利用して対象物を処理する方法であっ
て、化学反応領域を制限して、反応により得られた生成
物を対象物の特定領域に衝突させることを特徴とする対
象物の処理方法である。

本発明に於いて、化学反応領域を制限する方法としては
、原料ガス流に対してエネルギーもしくは、反応に係る
ガスを局所的に付与する方法等が挙げられる。

まず第１に、原料ガス流、とりわけ原料ガスビームを作
り出す方法としては、ノズルを介して原料ガスを噴出さ
せる方法が有効である。

ビームを発生させる手段に用いるノズルとしては、径の
小さな平行管もしくは、先細ノズル、縮小拡大ノズル等
があげられるが、その中でも縮小拡大ノズル及び先細ノ
ズルとノズルのモ塗徘拾壮＃＊森去下流室出ロ形状を工
夫した場合には原料ガスをビーム化し得ると共に超音速
流とすることが可能であるため、特に好ましいものであ
る。

第１図は、ビームの発生手段として縮小拡大ノズルを用
いた場合の装置図であり、縮小拡大ノズルｌを介して上
流室３と第１下流室４ａを連結した構造をとっている。

このビーム発生手段の動作原理は以下の通りである。

まず、上流室３内に原料ガスを供給する一方、第１下流
室４ａの圧力Ｐ２を一定値以下、例えばＩＰａ以下に制
御する。

他方上流室３の圧力Ｐ１を一定値以上、例えばＩＰａ以
上、好ましくは１０Ｐａ以上に制御して、上流室２とノ
ズルのど部の圧力比Ｐｎ／ＰＨを下記（１）式で与えら
れる臨界圧力比以下になるように設定する。

尚、本発明に係る臨界圧力比を以下のように定義する。

即ち、ノズルのど部で流速が音速に一致すると、上流室
３の圧力Ｐ１とノズルのど部２の圧力Ｐｎとの圧力比は
理想的には次式で表わされる値に一致する。

このＲの値を臨界圧力比と呼ぶ。ここでγは比熱比であ
る。

ノズルのど部の圧力はのど部にあけられた穴（不図示）
を通して測定できる。

供給された原料ガスは、上記圧力設定によって生じる圧
力差によって上流室３から縮小拡大ノズルｌを通過して
第１下流室４ａへと流入する。

縮小拡大ノズルｌは、単に上流側と下流側の圧力差に応
じて原料ガスを噴出するだけでなく、噴出される原料ガ
スの進行方向を揃えてビーム化するものであり、原料ガ
スは超音速の流れとして下流室へ最小限の拡散で噴出さ
せることが出来、ビーム化される。

この様にして原料ガスをビーム化移送すれば超音速下に
おける精確な速度制御により、しかも空間的に独立状態
にあるビームとして移送することが出来、例えば第１下
流室４ａの下流側に設けた第２下流室４ｂ中の基体上に
のみ原料ガスを高濃度で移送することが出来る。

尚、縮小拡大ノズルを用いる場合には第１下流室４ａを
設けず、縮小拡大ノズルに連結する第２下流室４ｂに第
１下流室４ａの機能を兼備させることにより同様の効果
を得ることが出来る。

第２図はビームの発生手段として先細ノズルを用いた場
合の装置図であり、先細ノズルを介して上流室３と下流
室（４ａ、４ｂ、４ｃの３室から成る）を連結した構造
をとっている。

このビーム発生手段の動作原理は以下の通りである。

ノズルから真空中に粘性流を噴出して断熱膨張流を作り
、この断熱膨張流からスキマー８によって分子流を拾い
出しコリメーティングスリット９によってビームを生成
する。

ノズルから噴出された粘性流を出来るだけ自由噴流に近
い状態にするため、第１下流室４ａの排気が重要となる
。

得られるビーム強度はスキマー８で拾う断熱膨張流の状
態に存在するが、この断熱膨張流の状態はノズルに導入
した源流ガスの圧力とノズルからの距離で制御出来る。

スキマー８は断熱膨張流からビーム軸方向に加速された
原料ガスの分子を分子流として拾い出す所であり、この
分子流が実質的なビーム源である。スキマー８は粘性流
から分子流に変わる中間領域で使われることからスキマ
ー形状とビーム生成を理論的に取扱うのは難しいが、実
験的には、スキマーの外角を６０°位、内角を５０°以
上に設定するのが良かった。

本発明の第１の特徴は原料ガスビームを利用する点にあ
る。

これにより原料ガスの密度を基体上の特定領域に対し、
高めることが出来る。

一方、本発明に係る原料ガス流に対して局所的に付与す
るエネルギーとしてビーム状に絞られたエネルギー・ビ
ーム、あるいは高エネルギーをもった荷電粒子あるいは
中性粒子のビームを用いるのが好適である。

ビーム状に絞られたエネルギー・ビームとしては、直接
光化学反応に寄与出来る紫外光のビーム、例えばエキシ
マ・レーザ光、あるいは熱エネルギーに転用し得るエネ
ルギー・ビームとしてＣＯ２レーザ、Ｎ２レーザ等のレ
ーザ光・Ｘ線が用いられる。

原料ガスを直接励起し得る高エネルギーをもった荷電粒
子としては、イオンビーム、電子ビームがあり、中性粒
子としてはラジカル・ビームがあげられる。

〔実施例〕

以下、実施例を以って本発明を具体的に説明する。

実施例１ 第１図においてエネルギー・ビームとして、エキシマレ
ーザ・ビームを用い原料ガスとして５ｉ２１（６を流し
た。

縮小拡大ノズルｌの入口１ａとノズルのど部２の断面積
比を３３のど部２とノズルの出口ｌｂの断面積比を７．
１にとり、上流室３の圧力を５０Ｐａ、第１下流室４ａ
の圧力を０．６Ｐａ、第２下流室の圧力を０．００３Ｐ
ａに設定した。臨界圧力比は近似的に約０．５である。

基体６として石英ガラスを用い、第２下流室４ｂの側面
よりＡｒＦエキシマレーザ７をレンズ系（不図示）によ
り集光して原料ガスビームに照射した（化学反応領域１
０）。レーザ出力は０　、１　ｍ　Ｗ　、　１００　Ｈ
ｚで行った。

この操作により基体上に０．８μｍのＳｉ膜（スポット
状）を堆積することが出来た。

下流室の内壁には膜付着がほとんど生じなかった。

実施例２ 第２図においてエネルギー・ビームとしてエキシマレー
ザ・ビームを用いテトラメチル・アルミニウムＡＩ！（
ＣＩ−Ｉ３）３を原料ガスとして用いた。

先細ノズル径を０．０５ｍｍ、円錐状スキマーの内径を
０．６５ｍｍ、内側の角度を６５°、外側の角度を５６
°　とした。

これにより第２下流室４ｂの圧力を１０−’　Ｐ　ａ以
下に保つことが出来た。

基体としてＳｉＯ□膜を堆積したＳｉウェハーを用い、
第３下流室４ｃの側面よりＡｒＦエキシマレーザ７をレ
ンズ系（不図示）により集光してガスビームに照射した
（化学反応領域１０）。

レーザ出力は０　、２　ｍ　Ｗ　、　１００　Ｈｚで行
った。

基体６を上下に移動させたところＳｉＯ２膜上に０．５
μｍのＡｎ膜のパターンを堆積することが出来た。

下流室内壁に膜付着が生じることはなかった。

実施例３ 第１図においてエネルギー・ビームとしてＡｒレーザを
用い、Ｃ１２を原料ガスとして流した。その他の条件は
実施例１と同様にした。

基体６として５ｉＯ７膜を堆積したＳｉウェハーを用い
、第２下綿室４ｂの側面よりＡｒレーザ７をレンズ系（
不図示）により集光してガスビームに照射した（化学反
応領域１０）。レーザ出力は１．５ｍＷ、連続発振で行
った。

この操作により、ＳｉＯ□膜は０．７μｍのパターンで
エツチングされた。下流室内壁はエツチングされること
がなかった。

実施例４ 第２図においてエネルギー・ビームとしてＡｒレーザを
用い、ＣＨ３Ｃｊｌ’を原料ガスとして流した。他の条
件は実施例２と同様にした。

基体６として、ＧａＡｓ膜を堆積したＧａＡｓウェハー
を用い、第３下流室４ｃの側面よりＡｒレーザ７をレン
ズ系（不図示）により集光してガスビームに照射した（
化学反応領域１０）。レーザ出力は１．７ｍＷ、連続発
振で行った。

この操作によりＧａＡｓ膜は１．０μｍのパターンでエ
ツチングされた。

下流室内壁はエツチングされることがなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば反応装置の内壁に殆んど膜付着及びエツ
チングが起こることな（対象物上の任意の微小領域に堆
積またはエツチングを行うことが可能となる。

また、異種材料の堆積を効率良く、任意の微小領域に堆
積させることが出来ると同時に、不純物の混入を極力抑
えることが可能となる。

従って、大面槽にわたって微小な素子を作り込む必要が
ある薄膜トランジスタ、長尺用センサ、長尺用インクジ
ェット用吐出部等の生産への利用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に用いられる気相反応装置の
概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気相での化学反応を利用して対象物を処理する方法であ
   って、化学反応領域を制限して、反応により得られた生
   成物を対象物の特定領域に衝突させることを特徴とする
   対象物の処理方法。