JPH0332911B2 - - Google Patents

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JPH0332911B2
JPH0332911B2 JP58082368A JP8236883A JPH0332911B2 JP H0332911 B2 JPH0332911 B2 JP H0332911B2 JP 58082368 A JP58082368 A JP 58082368A JP 8236883 A JP8236883 A JP 8236883A JP H0332911 B2 JPH0332911 B2 JP H0332911B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体デバイスおよび集積回路製造
装置に関し、特に指向性および効率の高い光化学
を用いたドライプロセス装置に関する。
〔発明の技術的背景と問題点〕 従来、ドライプロセスとしてのエツチング及び
デポジシヨンにおいては、粒子の活性化に放電を
用いたものが主である。この場合、被エツチング
物、堆積させる基板等は、放電領域内に設置され
るか、もしくは、放電領域外に被処理体を置く方
法もあるが、この場合にも、放電領域の近傍の放
電領域と同程度のガス圧力の範囲の領域に被処理
体を置く方法である。いずれの場合も放電領域で
生成された粒子を被処理体に供給するものであ
る。放電を行い粒子の活性化を行う場合、電子、
イオン等の荷電粒子が生成され、この荷電粒子が
放電を行うための電磁界等からエネルギーを供給
され、大きな運動エネルギーを持つ。また、この
大きな運動エネルギーを持つた粒子と他の粒子と
の衝突により、中性の粒子でも大きな運動エネル
ギーを持つものも生じる。このような高運動エネ
ルギーを持つた粒子を反応の方向性を持たせるた
めに故意に被処理体に照射する場合等もある。上
述のような高運動エネルギーを持つ粒子の被処理
体への入射は被処理体にダメージを与える。この
被処理体に与えられたダメージは、素子の特性に
悪影響を及ぼす。放電を用いたドライプロセスに
おいては、高運動エネルギーを持つ粒子の存在に
よる被処理体へのダメージの発生を避けがたいと
いう欠点を有する。また、放電を用いた粒子の励
起においては、放電領域のエネルギーが高く、広
い範囲のエネルギーを有するために、励起する粒
子の選択性に乏しい。このため放電領域に被処理
体を設置するドライプロセスにおいて等では、望
ましくない反応を伴う場合などがある。例えば、
エツチングプロセス時にデポジシヨンが同時に生
じる場合などである。放電領域で生成される種々
の励起粒子のうち特定の粒子だけを選択的に取り
出す方法もあるが、装置が大がかりで高価なもの
になるという欠点がある。また、この場合は、高
い効率で特定粒子を取り出すのは困難である。
光化学を用いた方法もいくつか提案されている
が、ガス励起領域に基板を置くもの、または、放
電領域への光入射である。ガス励起領域での反応
は、反応の方向性に乏しく、被処理体表面の反応
生成物による汚染なども問題となる。また、放電
領域への光の入射はガスの圧力を高くすることが
できず、粒子励起の効率が悪く、なおかつ、高エ
ネルギー粒子によるダメージを生じるという欠点
を有する。
粒子の活性化領域と被処理体を置く領域を分け
た方法としては特開昭58−202533号公報により第
４図に示すような光によるラジカルを発生させる
装置が知られている。第４図では光源９３からの
光９４によつてラジカル源９０内の原子、分子を
活性化、又は分解してラジカルを発生させるもの
である。９５は光通過窓であり、９６は光の無反
射終端であり、噴出口９９からラジカル線９１を
被処理体の置かれた処理室へ導入するものであ
る。しかしながら、第４図に示す方法では、光の
方向とガス粒子の流れの方向が直交しているため
に、光のビーム径内の極く一部しかラジカルを発
生させることが出来ず、ラジカル発生効率が極め
て悪い欠点があつた。さらに第４図に示す方法で
は、光がガス分子と相互作用することによつて、
光強度が、左から右へ行くにつれて減衰するため
に、ラジカルの発生分布も左から右へ行くにつれ
て減衰し、大面積の試料に対してはデポレートや
エツチングレートに分布が生じる欠点があつた。
また第４図に示す方法では第４図に明らかなよう
にラジカルビームの分散が大きく、ラジカルビー
ムの方向をそろそろ、表面処理の指向性を高める
ための圧力等の制御が困難である欠点があつた。
従来の光励起プロセスにおいてはダメージフリー
という意味では放電を用いたプラズマプロセスよ
りも有利であるが、指向性、あるいは異方性とい
う意味ではプラズマプロセスでは電界や磁界でイ
オンの方向性をそろえることが可能であるが、光
プロセスではラジカルの方向性をそろえるのが困
難であるという欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、叙上の従来の欠点を除去し、
光を用いて粒子を効率よく励起し、被処理体への
ダメージがなく、排気を速やかに行うことにより
正常なドライプロセスが行える光化学を用いたド
ライプロセス装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、励起された粒子の方向性
が揃い、指向性、異方性の高い光化学を用いたド
ライプロセス装置を提供することである。
〔発明の概要〕
本発明の装置はガス粒子を光で励起しラジカル
を発生させる高ガス圧力領域と、低ガス圧力領域
とから構成され、被処理体は低ガス圧力領域もし
くは、高ガス圧力領域と低ガス圧力領域の間の通
路部分に置かれる。高ガス圧力領域とは粘性流領
域で、低ガス圧力領域とは分子流領域である。ガ
ス粒子を励起するための光源は、複数の波長の光
を発する多波長光源である。
本発明の光化学を用いたドライプロセス装置
は、光を照射することにより粒子を励起するもの
であり、励起された粒子、または、他の粒子も大
きな運動エネルギーを持たない。光を照射して粒
子を励起する領域のガス圧力は被処理体を設置す
る領域のガス圧力に比し高くなつている。光によ
り励起された粒子は、ガスの圧力差による流れに
より輸送され、被処理体へ供給される。被処理体
へ供給された粒子は、エツチング、デポジシヨン
等の反応を行い、反応の後、生成された廃ガス粒
子は、低ガス圧力領域の粒子の平均自由行程が長
いことから容易に被処理体表面から除去される。
光照射による粒子の励起においては、光子とガ
ス粒子の相互作用により、光子のエネルギーがガ
ス粒子に伝達される。この場合、光子の運動エネ
ルギーは無視してよいほどに小さく、かつ光子の
エネルギーはもつぱら粒子の電子的な準位、振動
準位、回転準位などの内部エネルギーに変換され
るために、粒子の運動エネルギーの増加は殆どな
い。従つて、励起後のガス粒子の運動エネルギー
は、励起前に持つていたマツクスウエル−ボルツ
マン（Maxwell−Boltzmann）分布側に従う運
動エネルギー分布から大きくずれることはない。
また、粒子はガス圧力の差から生じる流れとし
て、流れ方向に揃つた集団運動を行う。高ガス圧
力粘性領域から低ガス圧力分子流領域に口径の小
さなノズルを通してガス粒子が噴出するような場
合には粒子の流れは方向性の揃つた噴流となる
が、この場合でも粒子はマツクスウエル−ボルツ
マン分布則から大きくはずれた運動エネルギーを
持つ得ない。平均的には、その運動エネルギーは
高々数10meV程度である。この程度の運動エネ
ルギーを持つ粒子の被処理体表面への入射による
ダメージの発生は殆どない。
本発明の装置においてはガス粒子を励起するた
めの光は、ガス粒子と同一方向に照射し、光とガ
ス粒子が相互作用する距離、つまりガス粒子を励
起する距離が長いので、ガス粒子の励起効率は極
めて高く、しかも励起光の一部は被処理体の表面
を照射するので、表面における化学反応をも励起
する。
本発明の装置においては複数の波長の光を発す
る光源を用いているので、複雑な気相中および被
処理体表面での多段プロセスのそれぞれの素過程
に固有な光エネルギーで励起する。
〔実施例〕
第１図は、本発明の光化学を用いたドライプロ
セス方法を説明するための一装置例である。
１は、粒子の励起を行う光の光源、２はプロセ
スが行われるチヤンバである。チヤンバ２内は仕
切り板３で、ガスを励起する高ガス圧力領域４と
低ガス圧力領域５に分割される。高ガス圧力領域
４と低ガス圧力領域５は、それぞれ独立した排気
系６，７を持つ。また、高ガス圧力領域４には、
ガス導入系８が接続される。９は光源１からの光
であり、１０は光９を透過させる窓である。光９
は窓１０を透過し、高ガス圧力領域４に入射し、
そこで、ガス粒子を励起する。１１は仕切り板３
に設けられた粒子の噴出口であり、高ガス圧力領
域４で生成された励起粒子はこの噴出口１１から
低ガス圧力領域５へ噴出される。１２は該噴出口
１１から噴出した噴流を示す。１３は低ガス圧力
領域に置かれた被処理体であり、１４は被処理体
を支持する台である。
光源としては、水銀ランプ、キセノンランプ等
のように広い波長領域にスペクトルを持つような
光源でも、吸収を生じる波長の光を選択的に出す
光源でもよい。特定の粒子の吸収ラインに合つた
単色光（レーザ等）を用いた場合には反応を選択
的に生じさせることができる。又、何種類かの光
源からの光を同時に入射させることにより、１種
類以上の粒子を励起させる多波長励起光プロセス
が出来、複雑な気相中の多段プロセスあるいは被
処理体表面における、吸着、表面泳動、離脱とい
つた素過程から成る多段プロセスのそれぞれに固
有な光の波長を照射できる。したがつて複数の単
色光（レーザ等）の光源を用いて、それぞれの波
長の光の強度を制御すれば、多段プロセスの各素
過程を制御できる。つまり、連続波長スペクトル
を有する水銀ランプ等の光源よりも、エキシマレ
ーザ等の種々の単色光を発するレーザを複数台組
み合わせた光源の方が良い。
高ガス圧力領域のガスの圧力調整は排気系６と
ガス導入系８で行うが、この場合、排気系６は、
到達真空度の良いものでなくとも良い。例えば、
ロータリポンプ程度で得られる到達真空度があれ
ば良い。高ガス圧力領域の圧力はガス粒子の平均
自由行程が装置寸法オーダよりも短い粘性流領域
であれば良く、生じさせる励起粒子の種類によつ
ても異なるが、大気圧、もしくは、それ以上の圧
力である場合もある。大気圧以上のガス圧力で動
作させる場合には、排気系として特にポンプ等を
用いないで良い場合もある。圧力調整、排気速度
調整用としてポンプを使つてもさしつかえない。
噴流中の粒子の分布は、噴出口１１の形状に大
きく依存する。ここでは例として噴出口が円形の
場合について説明する。第２図は噴出口が円形の
場合の断面形状と低圧力側へ噴出した粒子数の分
布を示す図である。粒子数の方向分布は、Ｌ、ｄ
の値、ガスの圧力、ガス粒子の種類で決る。一般
に圧力勾配が大きく、Ｌ／ｄが大きいほど粒子の
方向分布は前方（Ｚ方向）にしばられることにな
る。
したがつてＬ≫ｄとなるように仕切り板３の厚
みＬは噴出口の径ｄよりも十分厚く選ぶ。つま
り、仕切り板の厚みよりも小さな径の噴出口を複
数にすれば励起された噴出粒子の方向性は向上
し、噴出粒子の基板面内での分布も一様になる。
また、噴出口は円形のみでなく、角形、スリツト
状のものでもよく、低圧力側に励起粒子の方向性
のある噴流を生じさせるものであればどのような
形状でも良い。
第１図で説明した例は、高ガス圧力領域と低ガ
ス圧力領域を独立して排気しているものであつた
が、ガス圧力差は、装置においてガスの流れ方向
にほぼ垂直な方向の断面積の異なる寸法領域を設
けて作ることもできる。第３図は、本発明を説明
するための装置例である。この例における装置の
場合、ガスの流れ方向にほぼ垂直な方向の断面積
の小さな領域から断面積が大きく低ガス圧力領域
５へのガスの流れを利用したものであり、光９は
高ガス圧力領域４の部分に流れに沿つて入射させ
ている。ガス圧力差は、高ガス圧力領域４、低ガ
ス圧力領域５のガスの流れ方向に垂直な方向の径
の比率、ポンプの排気速度、導入ガス圧力等によ
り決る。また、被処理体表面に入射する粒子数は
噴出口１１と被処理体との距離により変化する。
被処理体に入射する粒子の流れ方向の分布を、被
処理体、噴出口１１の位置関係により決るため
に、反応の均一性を得るためには、装置の寸法、
条件で決る最適値を求める必要がある。
この他に、ガスの流れを作る方法として高ガス
圧力領域４、低ガス圧力領域５を結ぶ、ガスの流
れの通路が比較的長く、通路内でガス圧力差が大
きいような場合でも良い。この場合も第２図で示
したように通路の径ｄに比して、通路のガスの流
れ方向の長さＬを十分大きくする。この場合は、
低ガス圧力領域５に被処理体を設置しても良い
が、通路内に被処理体を設置しても良く、この方
が反応の方向性が良くなる場合もある。
低ガス圧力領域５の排気系は、到達真空度が良
いものを使う必要がある。ガス粒子の平均自由行
程は、ガス圧力により決るが、低ガス圧力領域に
おける真空度は、粒子の平均自由行程が系の寸法
オーダよりも大きくなる分子流領域に入つている
ことが要求される。
光照射による励起はガス粒子のみでなく、被処
理体表面を励起する。例えば、半導体表面に光を
照射した場合に、半導体表面での化学反応が促進
され、また半導体表面に膜を堆積させる場合に光
照射を行うことにより膜質が良くなる。光照射を
ガス粒子のみの励起でなく、被処理体表面にも活
性化する方法と同時に用いることにより、より効
果的なプロセスとすることができる。第１図の装
置例の場合には、仕切り板３は透明な材質で形成
されている。仕切り板はバンドパスフイルターや
ローパスフイルターのように特定の波長に対して
透明な材質で形成し、特定の波長のみを被処理体
表面に照射しても良い。この場合粒子を励起する
波長と被処理体表面を活性化する光の波長が異な
る場合には、二つの光源を用いても良いし、２種
類の単色光を用いても良い。
さらに被処理体表面を活性化する光の波長とし
て２種類の単色光を用い、合計３種類の単色光を
用いても良い。場合によつては４種類以上の単色
光を選び、それぞれの強度を調整することにより
最適ドライプロセスが行なえる。
〔発明の概要〕
本発明によれば、まず粒子を光を励起するため
に大きな運動エネルギーを持つ粒子は生成されな
い。また、高ガス圧力領域に光を照射することに
なるために粒子の励起の効率が良い。次に、生成
された励起粒子はガスの流れ方向に揃つた方向性
を持つために方向性のある反応を行うことができ
ドライエツチングにおいては開口部とのアスペク
ト比の大きなトレンチ形成等の指向性の高い異方
性エツチングができる。同様にCVDにおいては
溝部の底部のみに選択的に膜形成するような指向
性CVDが可能となる。かつ、高エネルギー粒子
は生成されず、またガスの流れによる輸送の過程
においても高運動エネルギーを与えられないため
に、被処理体への高運動エネルギー粒子の入射は
なく、本発明においては被処理体へダメージを生
じさせることはない。また、被処理体は比較的ガ
ス圧力の低い領域に設置されることから、その部
分での粒子の平均自由行程が長く、反応が終わつ
た廃ガス粒子等は、被処理体表面から拡散によ
り、速やかに除去されることになる。従つて被処
理体表面では、廃ガス粒子は速やかに除去され、
常に新しい励起粒子が供給されることになり、反
応生成物等による被処理体表面の汚染が極めて少
ない。すなわち本発明の方法によるプロセスは極
めて清浄なプロセスである。
さらに本発明によれば高ガス圧力領域と低ガス
圧力領域それぞれに独立に排気系がついている
か、もしくはガスの流れの方向に垂直な断面積が
異なつているので、それぞれの領域のガス圧力の
調整が容易である。
さらに本発明によれば、ガス粒子の流れの方向
と、ガス粒子を励起する光の照射方向が同一方向
であるので、光と粒子の相互作用する距離が長く
なり、ラジカルを発生させる効率は極めて高い。
しかも光と粒子の相互作用の距離は高ガス圧力領
域の光の進行方向の長さを長くすることによつて
充分長い距離に自由に選択可能であり、また光が
被処理体表面にまで達しているので極めて寿命の
短いラジカルの励起によるドライプロセスも可能
である。
さらに本発明によれば、被処理体の表面反応も
光で励起することが出来るので、極めて効率の高
いドライプロセスが実現できる。光を基板表面に
垂直に照射し、基板表面に形成された溝部底部の
みに光を照射し、溝部側壁に光を当てないように
すれば、垂直側壁を有した溝部の底部のみに選択
的に膜を形成したり、選択的に不純物をドーピン
グすることもできる。
さらに本発明によれば、複数の波長の光を用い
ているので、気相中の反応、表面反応等の複雑な
素過程の多段プロセスをそれぞれの素過程の固有
の波長の光の強度を選びことによつて制御できる
ので、極めて純粋に、しかも高精度なドライプロ
セスが可能である。また不純物の選択ドーピング
や、エツチングにおけるマスク材との選択比向上
等も、それぞれの波長の光の制御でできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の光化学を用いたドライプロセ
ス装置の例、第２図は圧力差によるガス粒子の噴
流における低ガス圧力領域での粒子の分布を説明
するための図、第３図は本発明の光化学を用いた
ドライプロセス装置の他の例、第４図は従来の光
化学を用いたドライプロセス装置の例である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の噴出口１１を有する透明な仕切り板
    ３と、光を透過させる窓１０と、ガス導入系８
    と、第１の排気系６とから少なく共成る高ガス圧
    力領域４と、被処理体１３を支持する台１４を内
    部に設置し、前記第１の排気系とは独立の第２の
    排気系７を有し、前記仕切り板を介して前記高ガ
    ス圧力領域と接続された低ガス圧力領域５と、複
    数の波長の光を発する光源１とから少なく共構成
    され、前記ガス導入系を介して前記高ガス圧力領
    域にガス粒子を粘性流領域の圧力に導入し、前記
    光源からの光９が前記被処理体の主表面にほぼ垂
    直方向に照射され、前記複数の波長の光のうちの
    少なく共１つが、前記被処理体の主表面を照射
    し、前記第２の排気系より、前記低ガス圧力領域
    の圧力を、前記ガス粒子の平均自由行程が系の寸
    法オーダーよりも大きくなる分子流領域の圧力に
    排気し、前記高ガス圧力領域から、前記低ガス圧
    力領域への前記ガス粒子の流れの方向が、前記光
    の照射方向とほぼ平行であることを特徴とする光
    化学を用いたドライプロセス装置。 ２ 光を透過させる窓１０と、ガス導入系８とか
    ら少なく共成る高ガス圧力領域４と、排気系７を
    有した低ガス圧力領域５と、前記高ガス圧力領域
    から前記低ガス圧力領域へのガス粒子の流れの通
    路部分と、被処理体１３を支持する台１４と、複
    数の波長の光を発する光源１とから少なく共構成
    され、前記ガス導入系を介して前記高ガス圧力領
    域にガス粒子を粘性流領域の圧力に導入し、前記
    排気系より、前記低ガス圧力領域の圧力を前記ガ
    ス粒子の平均自由行程が系の寸法オーダーよりも
    大きくなる分子流領域の圧力に排気し、前記光源
    からの光９が、前記被処理体の主表面にほぼ垂直
    方向に照射され、前記ガス粒子の流れの方向が、
    前記光の照射方向と略々平行で、前記ガス粒子の
    流れに垂直方向の断面積が、前記通路部分の方
    が、前記低ガス圧力領域よりも小さいことを特徴
    とする光化学を用いたドライプロセス装置。 ３ 前記被処理体を支持する台が、前記通路部分
    に置かれたことを特徴とする前記特許請求の範囲
    第２項記載の光化学を用いたドライプロセス装
    置。 ４ 前記被処理体を支持する台が、前記通路部分
    の出口近傍の前記低ガス圧力領域に置かれたこと
    を特徴とする前記特許請求の範囲第２項記載の光
    化学を用いたドライプロセス装置。
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