JPH04188621A

JPH04188621A - 光表面処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JPH04188621A
Application number: JP31495490A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kawate; 信一河手; Yasue Sato; 安栄佐藤; Toshiyuki Komatsu; 利行小松
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1992-07-07
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2756364B2

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）本発明は光表面改質を用いて被加工面の所望領域にパタ
ーン形成を行う光表面処理方法及び該方法の実施に用い
られる処理装置に関する。

〔従来の技術〕

薄膜デバイスの主な製造工程は主として基板上の薄膜を
所望のパターンに微細加工する工程である。近年、半導
体記憶素子に代表される様に、素子の大容量化、機能の
高性能化が急速に進み、それに伴って、回路パターンが
より微細化し、また回路構造もより複雑化してきている
。一方、液晶デイスプレィ、プラズマデイスプレィ等の
表示素子は、ますます大型化し、素子機能も複雑化しつ
つある。そのために、成膜工程や微細加工を行うエツチ
ング工程は、溶液を用いたものから真窒中又は減圧ガス
中でプラズマや励起ガスを用いるといったいわゆるドラ
イプロセスが主になっている。

しかし所望の微細加工を行うために一般に用いられるフ
ォトリソグラフィープロセスでは、レジスト塗布、パタ
ーン露光、現像、エツチング、レジスト剥離等の複雑で
煩雑なプロセスが用いられる。

このプロセス中でレジスト塗布、現像、レジスト剥離工
程では溶液を使うため完全にドライなプロセスにするこ
とはできない。またレジストを用いるため、このレジス
トが剥離し、ごみの発生源となり歩留りを低下させる。

従って、前述のデバイスをフォトリソグラフィープロセ
スで製造する場合、プロセスが複雑化して、コストが上
昇するばかりでなく、ごみの発生、増加等によって歩留
りが低下して全体のコストも上昇してしまうという問題
があった。

この様な問題を解決するために、改質カス中ての選択照
射光により、被処理膜表面にパターン構造を有する表面
改質層を形成する工程と、前記表面改質層を保護膜（エ
ツチングマスク）として、表面非改質層をドライエツチ
ングする行程を行う微細加工プロセスの方法が提案され
ている。この方法によればフォトリソクラフィープロセ
スを用いることなく、微細加工が可能となり、低コスト
で歩留まりの向上を図ることができる。しかしながら上
記方法では表面改質時に長時間を要したり、強い光パワ
ーを必要とする場合があり、短時間の処理または光パワ
ーの弱い場合には、表面改質によって形成される保護膜
が化学的に強く結合していない場合や膜厚が不足する場
合が生じ、保護膜の耐性が不充分で所望のエツチング深
さが得られないことがあった。

また上記選択照射光による表面改質による表面改質層と
非改質層との電子供与性等の性質の違いを利用して、表
面改質層もしくは非改質層上に膜を選択堆積する際にも
、表面改質層が化学的に強く結合していない場合や膜厚
が不足する場合には前記電子供与性等の性質の違いが充
分でなく、その後の堆積の選択性が十分でないことがあ
った。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記の如き従来技術の問題点に鑑み鋭意
研究の結果、従来技術と比較して、化学的に充分強い結
合や膜厚の充分厚いエツチング耐性の強い保護膜を形成
できる方法を見いだし、本発明を完成した。

すなわち、本発明の光表面処理方法は所望のカス雰囲気
中で被加工面に選択的に光を照射することによって所望
領域に表面改質層を形成本辱し、該表面改質層もしくは
非改質層に選択的処理を施す光表面処理方法であって、
前記表面改質層を形成する工程において、前記被加工面
を加熱することを特徴とする。

本発明の光表面処理装置は反応容器と、該反応容器内に
反応ガスを導入するガス導入手段と、該反応容器内に処
理光を導入する光導入手段と、を備え、前記処理光の照
射により前記反応容器内に配された基体の被加工面を処
理する光表面処理装置において、前記被加工面を選択的
に加熱する手段を備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば表面改質層を形成する工程において表面
改質を施す膜を加熱することによって、光が照射された
表面における光化学反応が促進されるため、表面改質層
が化学的により強い結合を持ち、膜厚も厚くなる。これ
により０表面改質膜のエツチング耐性が向上する、■非
改質層との電子供与性等の差を大きくてきる。又、表面
改質層を形成後頁に加熱を行うことで表面改質層を安定
な耐性のある領域とすることもできる、ためパターン形
成を容易に行うことができる。

〔好ましい実施態様〕

次に好ましい実施態様を模式的に示す添付図面を参照し
て、本発明を具体的に説明する。第１図は本発明による
光処理方法の工程の好適な一例を示す模式図である。

第１図（ａ）は基板１上の表面改質を施す膜２の加熱を
示している。３はヒーター等を用いた基板加熱による前
記膜２の加熱、４はレーザーランプ等を用いた照射によ
る前記膜２の加熱を模式的に示しており、４の加熱は表
面改質領域のみに選択的に行うことも可能である。

以下に本発明の光処理方法の一例としてエツチングによ
るパターニングプロセスを示す。第１図（ｂ）は、予め
（ａ）に示した加熱状態にある被加工膜２上への改質ガ
ス中での選択光５の照射を表す、（ｃ）は（ａ）、（ｂ
）の結果、加熱により促進された光化学反応によって、
表面改質層６が形成されたことを示す。この表面改質層
６は第１１図（ａ）に示した被加工膜２を加熱しないで
光化学反応のみで形成した表面改質層７よりも化学的な
結合が強く、また膜厚も厚い。従ってこの表面改質層６
を保護膜（マクス）として被加工膜２をエツチングする
場合には、加熱を行わない第１１図（ａ）の表面改質層
７を保護膜とした場合と比較して、より深いエツチング
量を得ることができる。

第１図（ｄ）に第１図（ｃ）の保護膜６が消失するまで
エツチングを行った状態を示す。又、第１１図（ｅ）に
、第１１図（ａ）の保護膜７が消失するまでエツチング
を行った状態を示す。第１図（ｄ）及び第１１図（ｅ）
の比較かられかるように被加工膜を加熱することによっ
てそれだけ深いエツチング量を得ることができる。

次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

〔実施例１〕透明電極ＩＴＯ付石英基板上に絶縁層ａ−５ｉＮ、：Ｈ
膜のパターンをエツチングにより形成した。

第２図及び第３図を用いて説明する。

まず第２図（ａ）に示すようにＩＴＯ２１’付基板２１
上基板２１上ＣＶＤ法によりａ−３ｉＮ、：Ｈ膜２２を
５，０００人の膜厚で形成した。これを試料として続い
て図３に示す表面改質装置の基板ホルダー３２にこの試
料３１を設置し、ヒーター３３を用いた基板加熱により
４００℃に加熱した。

この状態で、ガス導入口３４より０２ガスを導入し、内
部の圧力が１ｔＯｒｒとなる様に、真空排気装置３０を
制御した。低圧水銀ランプ３６からのＵＶ光を照明光学
系３７によってマスク３８に照射し、投影光学系３９に
よって、ａ−３ｉＮｘ：Ｈ膜表面にマスク３８のパター
ン像を窓３５を通して結像させた。

ＵＶ光が照射された表面では、０２とａ−３ｉＮ工：Ｈ
が熱により促進された光化学反応を起こし２０分間の露
光で厚さ２０人のＳ：Ｏ，膜（第２図（ｂ）図２６）が
形成された。

この様にして得られたＳｈｏ、膜２６をマスクにして、
ＣＦ４＋０２ガスを用いたケミカルドライエツチングを
マスクが消失するまで行った結果、第２図（Ｃ）に示す
様に所望のパターンが得られた。比較のために、被加工
膜の加熱を行わずに同一条件で行った場合について第１
１図（ｂ）及び（ｆ）に示す。第１１図（ｂ）及び（ｆ
）かられかるように、酸化の程度及び膜厚が不充分な保
護膜２７からは（ｆ）に示すパターンが得られ第２図（
Ｃ）に示したようなパターンを得ることはできなかった
。

本実施例では、加熱温度を４００℃としたが、他の温度
でも、それに応じた光化学反応の促進効果が得られるこ
とは言うまでもない。これを示す例として加熱温度を変
えた以外同一の条件でａ　−３ｉＮ工：Ｈ膜の表面改質
により得られたＳｉＯ。

膜のエツチング耐性を表す値として、ケミカルトライエ
ツチング時のデッドタイム（エツチング開始時からａ−
３ｉＯ，膜が消失するまでの時間）を図４に示した。

さらに前記ＳｉＯｘ膜のエツチング耐性を表す他の例と
して、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）による表面文折から求
めたＳ　ｌ！Ｆからのケミカルシフトを図５に示す。同
図よりケミカルシフトの値が５ｉＯ２（４，５ｅ　ｖ）
に近づくほど、酸化が進みエツチング耐性が高くなるこ
とがわかる。

〔実施例２〕石英基板上にＡｌ電極パターンをエツチングにより形成
した。第６図、第７図を用いて説明する。

第６図（ａ）に示すように石英基板６１上にスパッタ法
によりＡＩ膜６２を】μｎ〕形成した。これを試料７１
として続いて第７図に示す表面改質装置の基板ホルダー
７２にこの試料７Ｊを設置し。

ハロゲンランプ７３ａ及び反射板７３ｂによるランプ加
熱により試料７１を５００℃に加熱した。

この状態で、ガス導入ロア４よりＮＯ２ガスを導入し、
内部の圧力が１．　ｔ　Ｏｒ　ｒとなる様に、真空排気
装置７０を制御した。ＫｒＦレーサー７６からの発振光
（２４，８ｎｒｎ）を照明光学系７７によって、マスク
７８に照射し、投影光学系７９によってＡ、１膜表面に
マスク７８のパターン像を窓７５を通して結像させた。

光が照射された表面ではＮＯ７とＡｆが熱により促進さ
れた光化学反応を起こし、１０分間の露光でＡ［膜の表
面に厚さ３０人のＡｆｔｌ膜（第６図（ｂ）図６６）が
形成された。

この様にして得られたＡＩＯ，膜６６をマスクにして、
Ｃ７！２ガスを用いたエツチングをマスクが消失するま
で行った結果、第６図（ｃ）に示す様に所望のパターン
が得られた。

比較のために被加工膜の加熱を行わずに同一条件で行っ
た場合について第１１図（Ｃ）及び（ｇ）に示す。第１
１図（ｅ）、（ｇ）かられかるように酸化の程度、膜厚
ともに不充分な保護膜６７からは（ｇ）に示すパターン
が得られ第６図（Ｃ）に示したような所望のパターンを
得ることができなかった。

〔実施例３〕透明電極ＩＴＯ付石英基板上にａ−３ｉ膜゛↑も導体層
を形成した後Ａｒパターンを形成した。本実施例では加
熱を選択的に行った。第８図、第９図及び第１０図を用
いて説明する。

まず第８図（ａ）に示したようにＩ　’Ｉ’　０８　］
　’付基板基板８１プラズマＣＶＤ法によりａ−３ｉ膜
８２を６，０００人の膜厚で形成した。これを試料９１
として続いて第９図に示される表面改質装置の基板ホル
ダー９２に設置した。第９図において基板ホルダー９２
はコンピータ−（不図示）で制御され２次元的に移動可
能なＸＹステージ９３に設置されている。カス導入１−
１９４よりＮ０２カスを導入し、内部の圧力が１０ｔｏ
ｒｒとなる様に真空排気装置９０を制御した。

不図示のレーザー制御装置によって加熱用の００２レー
ザー９６ｂと光化学反応のＫｒＦエキシマレーサー９６
ａを制御し両レーサーのピークパワーとなる時間が一致
するように同期させて発振させた。

ＣＯ２レーサー９６ｂで発振させた赤外光は、投影光学
系９７ｂによって試料９１上で所望のスポットサイズ（
本実施例では３μｍ）になるように調整した。投影光学
系を出た赤外光は、透過反射板９８によって反射され、
窓９５を通して試料９］に照射される。ここで透過反射
板は厚さ２ｍ０１合成石英板でできており、更に遠赤外
反射表面には、波長１　］、、　　７〜１２．　５μｍ
を反射させＫｒＦエキシマレーサー】５の発振光（２４
，８ｎｒｎ）を透過する高反射膜をコーティングしであ
る。

一方策２の光源であるＫｒＦエキシマレーサー９６ａの
発振光（２４８ｎｍ）は、投影光学系９７ａによって、
透過反射板９８と窓９５を通して試料９１ヒに第一の光
源で発振させた赤外光と同様に所望のスポットサイズ（
本実施例では３μｍ）で照射さゼた。

光が照射された表面は、前記赤外光によって加熱され温
度が３５０℃に」−昇して、前記遠赤外光による光化学
反応が促進された。

ＸＹスデージ９３に載ゼた基板ホルダー９２を２次元的
に動かすことによって、第８図（１））の８６に示す様
な表面改質層Ｓ　ｉ　０８（７０人）のパターンが形成
された。

この表面改質層Ｓｉｎ、８６は酸化が充分に進んでおり
、膜厚も７０人あるので、非電ｒ供与体であ　っ　プこ
　。

続いてこの試料９１を第１０図に示すΔ１選択堆積用の
Ｃ〜７Ｄ装置の基板ホルダー１２に設置し７試料ｌ】と
した。以下の方法により、電子−供与体表面のみにＡ１
が堆積され、非電子供与体表面にはＡｌは堆積されず１
．Ｍの選択堆積が１１１能となった。

まず堆積室１７内部を１．０’ｔｏｒｒＪｆｆ−ドに真
空排気系１０によって排気した後、ヒーター１３によっ
て試料１１を３００℃に加熱した。原料気化装置１５通
して得られるＤＭＡＨ（ＣＨ３）　２Ａ（！Ｈをガス混
合器１４の第一のガスラインからキャリアガスとしてＨ
２を用いて供給し、第２のカスラインからＨ２を供給す
る。

カス導入口１６よりＤＭＡＨとＨ２を堆積室１７内に導
入し、堆積室１７内の全圧力が１．５ｔｏｒｒ。

ＤＭＡＨの分圧が１．５Ｘ１０−’ｔｏｒｒとなるよう
にガス混合器１４と真空排気系１０を調整し、１０分間
堆積を行った。

その結果、第８図（ｃ）に示す様に、表面改質を施した
非電子供与体Ｓ１０、膜８６表面には、ＡＩはまったく
堆積しなかった。又該表面をＡｕｇｅｒ電子分光を用い
て表面分析したところＡＩは検出されなかった。一方電
子供与体であるａ−３ｉ膜表面８２上には、炭素がまっ
たく含まれず（検出限界以下）抵抗率２．７μΩｃｍ、
平均配線寿命Ｉ　Ｘ　１０３〜１０４時間、ヒロック密
度０〜１０コ／Ｃｍ２、かつスパイクの発生がない良質
のＡｌ膜が選択的に堆積され、良質な電極を形成できた
（第８図（ｃ’）の８８）。

比較のために００２レーサーによる加熱を行わずに同一
条件で表面改質及びＡ１堆積を行った例について第１１
図（ｄ）及び（ｈ）に示す。第１１図（ｄ）の表面改質
膜８７は酸化の程度及び膜厚ともに不充分であるために
、非電子供与体たり得す、従って第１１図（ｈ）の８９
に示される様にＡＩが全面に堆積し、所望のパターンを
得ることができなかった。

〔発明の効果〕

上述の通り表面改質層を形成する工程において表面改質
を施す膜を加熱することによって、光が照射された表面
における光化学反応が促進されるため、表面改質層が化
学的により強い結合を持ち、膜厚も厚くなる。これによ
り０表面改質膜のエツチング耐性が向上する■非数質層
との電子供与性等の差を大きくできる、ため薄膜パター
ン形成を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及至第１図（ｄ）、第２図（ａ）及至第２
図（Ｃ）、第６図（ａ）及至第６図（Ｃ）、及び第８図
（ａ）及至第８図（ｃ）は夫々本発明の光表面処理方法
の代表例を説明するための模式第３図、第７図、第９図
は夫々本発明の光表面処理装置の代表例を説明するため
の模式図、第４図は表面改質膜形成時の基体温度とデッ
ドタイムの関係を示す模式図、第５図は表面改質膜形成時の基体温度とケミカルシフト
の関係を示す模式図、第１０図はＡ１選択堆積用のＣＶＤ装置の模式％式％（
）（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は従来の光表面処理工程を示す
模式図である。１．２１．６１．８１・・・基板２．２１．６１．８１・・・被エツチング（パターニン
グ）膜３．４．２３．６３．８３・・・加熱５．２５．６５．８５・・・表面改質に用いる選択照射
光６．７．２６．２７．６６．６７．８６．８７・・・表面改質層８８．８９・
・・Ａｌ膜１０．３０．７０．９０・・真空排気装置１１．３１．
７１．９１・・・試料１２．３２．７２．９２・・・基板ホルダー１３．３３
・・・ヒーター７３ａ、７３ｂ・・・ハロゲンランプ、反射板９３・・
・ＸＹステージ１６．３４．７４．９４・・・ガス導入口３５．７５．
９５・・・窓３６．７６．９６ａ、９６ｂ＝・・光源３７．７７・・
・照明光学系３９．７９．９７ａ、９７ｂ・・−投影光学系３８．７
８・・・マスク９８・・・透過反射板１４・・・ガス混合器１５・・原料ガス気化器１７・・堆積室第１　図ｔｔｕｔｔｔｕｔ↑−３Ｏ！　　腐　　　許　　３ρθ　　４ρθ加熱なし基七ｄ乙隻（’Ｃ）基叛遁＆（−〇）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所望のガス雰囲気中で被加工面に選択的に光を照
射することによって所望領域に表面改質層を形成し、該
表面改質層もしくは非改質層に選択的処理を施す光表面
処理法であって前記表面改質層を形成する工程において
、前記被加工面を加熱することを特徴とする光表面処理
方法。
（２）前記選択的処理が、前記表面改質層を保護膜（エ
ッチングマスク）として、表面非改質部をエッチングす
る請求項１に記載の光表面処理方法。
（３）前記選択的処理が、前記表面改質部もしくは非改
質部上に膜を選択的に堆積させる工程から成る請求項１
に記載の光表面処理方法。
（４）前記加熱を光の選択照射によって表面改質領域の
みに行う請求項１に記載の光表面処理方法。
（５）前記加熱が、ヒーターによる前記被加工面の加熱
、レーザー又はランプによる前記被加工面の光照射から
選ばれる請求項１に記載の光表面処理方法。
（６）反応容器と、該反応容器内に反応ガスを導入する
ガス導入手段と、該反応容器内に処理光を導入する光導
入手段と、を備え、前記処理光の照射により前記反応容
器内に配された基体の被加工面を表面を処理する光表面
処理装置において、前記被加工面を選択的に加熱する手
段を備えたことを特徴とする光表面処理装置。