JP3065760B2 - Optical CVD equipment - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成室内に成膜対
象の基板を保持し、基板の膜形成面に対して、エキシマ
レーザー光源を備えた光学系により得られる励起光源束
を、膜形成面に沿って照射して、膜形成面近傍に導かれ
る材料ガスを励起光線束により励起し、膜形成面上に薄
膜を形成する光ＣＶＤ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of holding a substrate on which a film is to be formed in a thin film forming chamber and applying an excitation light source bundle obtained by an optical system equipped with an excimer laser light source to the film forming surface of the substrate. The present invention relates to an optical CVD apparatus that irradiates along a formation surface to excite a material gas guided near the film formation surface with an excitation light beam to form a thin film on the film formation surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】上記の光ＣＶＤ装置は、励起光線束によ
り薄膜の形成にレーザー光を使用するため、比較的低温
で薄膜を形成することが可能な利点を備えたものであ
り、例えばレーザ光線としては、膜形成面に沿った幅方
向の辺が２００ｍｍ程度で、その厚みが２ｍｍ程度の矩
形光線束を、光学系に備えられたレンズ群によって形成
して成膜をおこなっていた。従来、レンズ群の設計は、
基板上に於ける光線束の形状あるいは位置（光軸に沿っ
た厚み、幅、上下方向の離間距離等）を、どのようにす
るかを主眼としておこなわれていた。2. Description of the Related Art The above-mentioned optical CVD apparatus has an advantage that a thin film can be formed at a relatively low temperature because a laser beam is used for forming a thin film by means of an excitation light beam. A rectangular light beam having a width of about 200 mm along the film formation surface and a thickness of about 2 mm is formed by a lens group provided in the optical system to form a film. Conventionally, the design of the lens group
The main focus has been on how the shape or position of the light beam on the substrate (thickness, width along the optical axis, vertical separation distance, etc.).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら成膜状態
（条件）を乱す一つの大きな要因としては、膜形成面上
におけるレーザー光の強度分布がある。一方、エキシマ
レーザーは、それ自体固有のゆらぎを有するとともに、
広がり角をも有している（数ｍラジアンのオーダー）。
そこで、前述のような設計思想に基づくレンズ群による
整形を経た後の光線束は、基板直上部において強度分布
がかなり乱れたものとなっており、この要因から均一な
膜形成に影響が生じていた。従って、本発明の目的は成
膜対象の基板上において、励起光線束の強度分布の乱れ
が比較的少なく、光源側の強度分布の良好な状態を基板
上部の励起部において維持できる光学系を備えた光ＣＶ
Ｄ装置を得ることである。However, one major factor that disturbs the film formation condition (condition) is the intensity distribution of laser light on the film formation surface. On the other hand, excimer lasers have their own fluctuations,
It also has a divergence angle (on the order of a few m radians).
Therefore, the light beam after being shaped by the lens group based on the above-described design concept has a considerably disturbed intensity distribution immediately above the substrate, and this factor has an effect on uniform film formation. Was. Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical system capable of maintaining a favorable state of the intensity distribution on the light source side in the excitation section on the substrate, with relatively little disturbance of the intensity distribution of the excitation light beam on the substrate on which the film is to be formed. Light CV
Obtaining the D device.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による光ＣＶＤ装置の特徴構成は、光学系に配
設されるレンズ群が、エキシマレーザー光源より得られ
る光線束を、その光軸に直角な断面形状が、膜形成面に
沿う辺と、前記膜形成面から離間する方向の辺で形成さ
れる矩形である矩形光線束とする第一光学系と、前記矩
形光線束の光軸方向の横幅と厚みの少なくとも一方を、
光軸方向に沿って小さくする第二光学系とを備え、光学
系の焦点位置が膜形成面の上方に設定されていることに
あり、その作用・効果は次の通りである。In order to achieve this object, a feature of an optical CVD apparatus according to the present invention is that a lens group provided in an optical system converts a light beam obtained from an excimer laser light source into a light beam. A first optical system in which a cross-sectional shape perpendicular to the axis is a rectangular ray bundle formed by a side along the film forming surface and a side in a direction away from the film forming surface, and a light of the rectangular ray bundle; At least one of the axial width and thickness,
A second optical system that is reduced along the optical axis direction, wherein the focal position of the optical system is set above the film forming surface, and the operation and effect are as follows.
【０００５】[0005]
【作用】この光ＣＶＤ装置においては、装置に存する光
学系の焦点位置が、基板の上方で、その光軸上に設定さ
れ、第一光学系によりその光線束が矩形断面形状の矩形
光線束に形成され、第二光学系によりその矩形断面の一
辺側の厚みを小さくしているため、光学系に備えられた
光源であるエキシマレーザーの発振位置における比較的
良好な強度分布がこの矩形光線束においてほぼ再現され
る。この強度分布は、この矩形光線束の焦点位置におい
て確実に再現される。従って、基板上で比較的均一に材
料ガスが励起され均一な薄膜の形成が可能となった。殊
に、矩形光線束を膜形成面に沿って焦点位置を調節して
照射することができるので、膜形成面上に形成する薄膜
はさらに均一になる。 In this photo-assisted CVD apparatus, the focal position of the optical system in the apparatus is set on the optical axis above the substrate, and the light beam is formed by the first optical system into a rectangular cross section.
It is formed into a light beam, and the second optical system
Due to the small thickness on the side, a relatively good intensity distribution at the oscillation position of the excimer laser, which is the light source provided in the optical system, is almost reproduced in this rectangular light beam.
You. This intensity distribution is reliably reproduced at the focal position of the rectangular light beam . Therefore, the material gas is excited relatively uniformly on the substrate, and a uniform thin film can be formed. Especially
Then, adjust the focal position of the rectangular light beam along the film formation surface.
Irradiation allows thin film to be formed on the film formation surface
Becomes more uniform.
【０００６】[0006]
【発明の効果】結果、成膜対象の基板上において、励起
光線束の強度分布の乱れが比較的少なく、均一な薄膜形
成が可能な光ＣＶＤ装置を得ることができた。As a result, an optical CVD apparatus capable of forming a uniform thin film with relatively little disturbance in the intensity distribution of the excitation light beam on the substrate on which the film is to be formed was obtained.
【０００７】[0007]
【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
１に本願のＣＶＤ装置１の概略構成が、さらに図２にこ
の装置の光学系により整形処理される矩形光線束の整形
状態の説明図が示されている。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a CVD apparatus 1 of the present application, and FIG. 2 shows an explanatory diagram of a shaping state of a rectangular light beam to be shaped by an optical system of the apparatus.
【０００８】このＣＶＤ装置１は、所謂光ＣＶＤ装置で
あり、加熱体により供給される熱エネルギーと、レーザ
ー光によって供給される光エネルギーにより材料ガスの
励起・膜形成がおこなわれる。この光ＣＶＤ装置は、従
来の単純な熱ＣＶＤ装置より低温で膜形成をおこなうこ
とが可能であるため、基板等に熱的ダメージを与えるこ
と少なく、良好な膜形成が行える利点を備えている。以
下に、半導体（ＩＣ、ＬＳＩ等）基板４上の膜形成面４
ａに、薄膜６を形成する場合を例に採って説明する。こ
こで、基板４はシリコン基板を例にとるものとし、この
基板４上に絶縁膜あるいは保護膜である酸化シリコンＳ
ｉＯ2の薄膜６を形成するものとする。The CVD apparatus 1 is a so-called optical CVD apparatus, in which a material gas is excited and a film is formed by heat energy supplied by a heating element and light energy supplied by a laser beam. This optical CVD apparatus can form a film at a lower temperature than a conventional simple thermal CVD apparatus, and thus has an advantage that thermal damage to a substrate or the like is small and a good film can be formed. Below, the film formation surface 4 on the semiconductor (IC, LSI, etc.) substrate 4
The case of forming the thin film 6 will be described as an example. Here, the substrate 4 is exemplified by a silicon substrate, and an insulating film or a protective film of silicon oxide S
It is assumed that a thin film 6 of iO 2 is formed.
【０００９】先ずこの装置１の構成について説明する。
この装置１は、装置内に、その内圧調節可能な薄膜形成
室１ａを備えたものであり、この薄膜形成室１ａ内に材
料ガス供給路２から材料ガスｇを供給するとともに、こ
れを薄膜形成室１ａから排出する材料ガス排出路３を備
えている。さらに、薄膜形成室１ａの中央部１ｃに、薄
膜形成の対象となる基板４が載置される基板保持台７が
備えられている。この基板４及び基板保持台７の加熱
は、基板保持台７に収納されたヒータ７ａによっておこ
なわれる。また、基板上の材料ガスｇを励起するレーザ
ー光９を薄膜形成室１ａ内に導入するレーザー光照射用
窓１０が設けられるとともに、このレーザー光９を発振
するレーザー光源であるエキシマレーザー（ＡｒＦレー
ザー）１１が装置１の側部に備えられている。さらに、
レーザー光９が、薄膜形成室１ａ外へ導出されるレーザ
ー光出口窓１２が設けられている。First, the configuration of the apparatus 1 will be described.
The apparatus 1 includes a thin film forming chamber 1a whose internal pressure can be adjusted. The material gas g is supplied from a material gas supply path 2 into the thin film forming chamber 1a. A material gas discharge passage 3 for discharging the material gas from the chamber 1a is provided. Further, a substrate holding table 7 on which a substrate 4 on which a thin film is to be formed is provided is provided in a central portion 1c of the thin film forming chamber 1a. The heating of the substrate 4 and the substrate holder 7 is performed by a heater 7 a housed in the substrate holder 7. Further, a laser light irradiation window 10 for introducing a laser light 9 for exciting the material gas g on the substrate into the thin film forming chamber 1a is provided, and an excimer laser (ArF laser) as a laser light source for oscillating the laser light 9 is provided. ) 11 are provided on the side of the device 1. further,
A laser light exit window 12 through which the laser light 9 is led out of the thin film forming chamber 1a is provided.
【００１０】図２に示すように、前述のエキシマレーザ
ー１１（波長が１９３ｎｍのＡｒＦレーザー）より発生
された光線束Ｒ１は、第一光学系ＬＳ１により幅２５、
厚み６ｍｍの矩形の平行光線束Ｒ２に整形される。この
整形を経た後、この下手側において第二光学系ＬＳ２に
より更なる整形を受けることとなるのである。第二光学
系ＬＳ２は４枚のレンズから構成されており、第一及び
第四レンズＬＨ１、ＬＨ４が光線束の幅方向の整形を、
第二、第三レンズＬＶ２、ＬＶ３により厚み方向の整形
がおこなわれる。さらに、前記エキシマレーザー１１、
第一光学系ＬＳ１及び第二光学系ＬＳ２を備えた光学系
Ｐにおいては、その光学系Ｐの焦点位置が、膜形成面４
ａの上方で、光路に沿った方向において前記膜形成面の
中央位置Ｃ上方に設定されている。このような構成を採
用することにより、この部位の於ける光線束の強度分布
は、光源のそれに近いものとなっており、その乱れの少
ない良好なものとなっている。図３に基板と焦点の位置
関係を示す。実線で本願の実施例の基板の位置が、二点
鎖線で従来の例の位置が示されている。一例として図示
するように、光軸上にある点からある程度の広がり角
（図で模式的に大きく描いている。）を備えて照射され
た光は、基板中央上方位置で焦点を結ぶ。As shown in FIG. 2, a light beam R1 generated by the above-described excimer laser 11 (ArF laser having a wavelength of 193 nm) has a width of 25 mm by a first optical system LS1.
It is shaped into a rectangular parallel light beam R2 having a thickness of 6 mm. After the shaping, the second optical system LS2 undergoes further shaping on the lower side. The second optical system LS2 includes four lenses, and the first and fourth lenses LH1 and LH4 shape the light beam in the width direction.
Shaping in the thickness direction is performed by the second and third lenses LV2 and LV3. Further, the excimer laser 11,
In the optical system P including the first optical system LS1 and the second optical system LS2, the focal position of the optical system P
above the center position C of the film forming surface in the direction along the optical path. By adopting such a configuration, the intensity distribution of the light beam at this portion is close to that of the light source, and the disturbance is good with little disturbance. FIG. 3 shows the positional relationship between the substrate and the focal point. The solid line indicates the position of the substrate of the embodiment of the present application, and the two-dot chain line indicates the position of the conventional example. As shown as an example, light irradiated with a certain divergence angle (schematically enlarged in the drawing) from a point on the optical axis is focused at a position above the center of the substrate.
【００１１】以下に、整形後の光線束Ｒ３の基板４上の
形状について説明する。この光線束Ｒ３は光路方向Ａの
基板中央部に於ける幅及び厚みが２００ｍｍ，３ｍｍで
あり、夫々光の進む方向に向かって一定（幅方向に７０
／３９１、厚み方向に１／１００）の比で収束されてい
る。即ちこのように収束されることによって、光路方向
Ａの下手側において、光線束Ｒ３は上流側より密度の高
いものとされており、結果的に材料ガスｇの励起に伴う
エネルギーの低下を補完することが可能とされている。Hereinafter, the shape of the shaped light beam R3 on the substrate 4 will be described. The light beam bundle R3 has a width and a thickness of 200 mm and 3 mm at the center of the substrate in the optical path direction A, and is constant toward the light traveling direction (70 mm in the width direction).
/ 391, 1/100 in the thickness direction). In other words, by being converged in this way, the light beam R3 has a higher density on the lower side in the optical path direction A than on the upstream side, and as a result complements the decrease in energy due to the excitation of the material gas g. It is possible.
【００１２】以下に本願の装置１を使用して、基板４上
に薄膜６を形成する状態について説明する。この薄膜形
成室１ａ内はヒーター７ａにより約３５０℃程度の温度
域に保持され、材料ガス供給路２より材料ガスｇとして
のＳｉＨ4及びＮ2Ｏが供給される。この材料ガスｇは、
基板上部域である中央部１ｃに拡散供給される。そし
て、この材料ガスｇはこの部位１ｃにおいて、ヒーター
７ａにより熱エネルギーの供給を受ける。一方、レーザ
ー光照射用窓１０より入射するレーザー光９からも光エ
ネルギーの供給を受ける。その結果、Ｎ2Ｏがこの基板
上部位１ｃで励起されるとともに、解離し、そのラジカ
ルがＳｉＨ4と反応することによって基板４上でＳｉＯ2
膜となって成長する。このようにして基板４上における
薄膜６生成を完了することができる。この成長段階にお
いて、本願の光ＣＶＤ装置においては、適切にレーザー
エネルギーの調整がおこなわれているため、従来よりも
簡単、且つ確実に光路方向に沿って均一な厚みを持った
薄膜を形成することができる。A state in which a thin film 6 is formed on a substrate 4 using the apparatus 1 of the present invention will be described below. The inside of the thin film forming chamber 1a is maintained in a temperature range of about 350 ° C. by a heater 7a, and SiH 4 and N 2 O as a material gas g are supplied from a material gas supply path 2. This material gas g is
Diffusion is supplied to the central portion 1c which is the upper region of the substrate. The material gas g is supplied with heat energy by the heater 7a at the portion 1c. On the other hand, light energy is also supplied from the laser light 9 incident from the laser light irradiation window 10. As a result, N 2 O is excited and dissociated at the on-substrate site 1 c, and its radicals react with SiH 4 to cause SiO 2 on the substrate 4.
It grows as a film. Thus, the formation of the thin film 6 on the substrate 4 can be completed. In this growth stage, in the photo-CVD apparatus of the present invention, since the laser energy is appropriately adjusted, a thin film having a uniform thickness along the direction of the optical path can be formed more easily and more reliably than before. Can be.
【００１３】〔別実施例〕 本願の別実施例を以下に箇条書きする。 （イ）上記の実施例においては、膜形成面４ａの上方
で、光路に沿った方向において前記焦点位置が、膜形成
面の中央位置Ｃ上方に設定されている例を示したが、成
膜状態においては、材料ガスのエネルギー吸収状態等の
要因により、焦点位置が膜形成面の中央位置Ｃに対して
その光軸方向にずれているほうが良好な成膜を得られる
場合もある。従って、こういった状況に対応するため、
基板と焦点位置を相対的に光軸に沿った方向に移動自在
に構成するとともに、膜形成面の光軸に沿った方向で、
焦点位置を膜形成面の中央位置に対して近接・離間自在
に調整する焦点位置調整手段を設けてもよい。 [Another Embodiment] Another embodiment of the present application will be described below. (A) In the above embodiment, an example is shown in which the focal position is set above the center position C of the film formation surface above the film formation surface 4a in the direction along the optical path. In some cases, better film formation may be obtained when the focal position is shifted in the optical axis direction with respect to the center position C of the film formation surface due to factors such as the energy absorption state of the material gas. Therefore, to cope with such a situation,
The substrate and the focal position are relatively movable in the direction along the optical axis, and in the direction along the optical axis of the film forming surface,
It is provided the focal position adjusting means for adjusting the movable toward and away from the focal position with respect to the center position of the film-forming surface has good.
【００１４】（ロ）上記の実施例においては、光線束Ｒ
３の幅方向、厚み方向の両方を収束するものとしたが、
いずれか一方を収束させるものとした場合にも、充分に
本願の目的を達成することは可能である。(B) In the above embodiment, the light beam R
3 converges in both the width direction and the thickness direction.
Even if one of them is converged, it is possible to sufficiently achieve the object of the present application.
【００１５】（ハ）さらに上記の実施例においては、Ｓ
ｉ基板上にＳｉＯ2膜を形成する例について説明した
が、他の膜の例として、材料ガスとして、（ＳｉＨ4
ＮＨ3）、（Ｓｉ2Ｈ6 ＮＨ3）を一対として使用して、
Ｓｉ3Ｎ4膜を形成する場合についても、本願の構成を採
用することが可能である。即ち、形成される膜の制限は
ない。(C) Further, in the above embodiment, S
Although the example in which the SiO 2 film is formed on the i-substrate has been described, as another example of the film, (SiH 4
NH 3 ) and (Si 2 H 6 NH 3 ) as a pair,
The configuration of the present application can be adopted also when a Si 3 N 4 film is formed. That is, there is no limitation on the film to be formed.
【００１６】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。In the claims, reference numerals are provided for convenience of comparison with the drawings, but the present invention is not limited to the configuration shown in the attached drawings.
【図１】本願の光ＣＶＤ装置の概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical CVD apparatus of the present application.
【図２】矩形光線束の整形状態の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a shaping state of a rectangular light beam;
【図３】基板位置と焦点位置の位置関係を示す説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a substrate position and a focal position.
１ 光ＣＶＤ装置 １ａ 薄膜形成室 ４ 基板 ４ａ 膜形成面 ６ 薄膜 Ｒ３ 励起光線束 Ｐ 光学系 ｇ 材料ガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical CVD apparatus 1a Thin film formation chamber 4 Substrate 4a Film formation surface 6 Thin film R3 Excitation light flux P Optical system g Material gas
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 茂 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式 会社関西新技術研究所内 (72)発明者 坂井 久 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式 会社関西新技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−225819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153277（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/48 H01L 21/205 H01L 21/31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigeru Morikawa 17 Kandoji Minamicho, Shimogyo-ku, Kyoto, Kyoto Prefecture Inside the Kansai New Technology Research Institute (72) Inventor Hisashi Sakai 17 Nakadoji Minamicho, Shimogyo-ku, Kyoto, Kyoto Stock Company (56) References JP-A-61-225819 (JP, A) JP-A-63-153277 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 16 / 48 H01L 21/205 H01L 21/31
Claims (3)
（４）を保持し、前記基板（４）の膜形成面（４ａ）に
対して、エキシマレーザー光源（１１）を備えた光学系
（Ｐ）により得られる励起光線束（Ｒ３）を、前記膜形
成面（４ａ）に沿って照射して、前記膜形成面（４ａ）
近傍に導かれる材料ガス（ｇ）を前記励起光線束（Ｒ
３）により励起し、前記膜形成面（４ａ）上に薄膜
（６）を形成する光ＣＶＤ装置であって、前記光学系（Ｐ）に配設されるレンズ群が、 前記エキシマレーザー光源（１１）より得られる光線束
を、その光軸に直角な断面形状が、前記膜形成面に沿う
辺と、前記膜形成面から離間する方向の辺で形成される
矩形である矩形光線束とする第一光学系（ＬＳ１）と、 前記矩形光線束の光軸方向の横幅と厚みの少なくとも一
方を、光軸方向に沿って小さくする第二光学系（ＬＳ
２）とを備え、 前記光学系（Ｐ）の焦点位置が、前記膜形成面（４ａ）
の上方に設定されている光ＣＶＤ装置。A substrate (4) to be formed is held in a thin film forming chamber (1a), and an excimer laser light source (11) is provided on a film forming surface (4a) of the substrate (4). The excitation light beam (R3) obtained by the optical system (P) is irradiated along the film forming surface (4a) to irradiate the film forming surface (4a).
The material gas (g) guided to the vicinity is supplied to the excitation light flux (R
3) An optical CVD apparatus which is excited by 3) to form a thin film (6) on the film forming surface (4a), wherein a lens group provided in the optical system (P) comprises the excimer laser light source (11). Ray bundle obtained from
Has a cross-sectional shape perpendicular to the optical axis along the film forming surface.
And a side in a direction away from the film forming surface.
A first optical system (LS1) for forming a rectangular light beam having a rectangular shape, and at least one of a width and a thickness of the rectangular light beam in an optical axis direction.
Is smaller along the optical axis direction (LS)
2) wherein the focal position of the optical system (P) is adjusted to the film forming surface (4a).
A photo-CVD apparatus set above.
軸に沿った方向において前記膜形成面の中央位置（Ｃ）
上方にある請求項１記載の光ＣＶＤ装置。2. The optical system according to claim 1, wherein a focal position of the optical system is a center position of the film forming surface in a direction along the optical axis.
The optical CVD apparatus according to claim 1, which is located above.
た方向で、前記焦点位置を前記膜形成面の中央位置
（Ｃ）に対して近接・離間調整自在とする焦点位置調整
手段が設けられている請求項１記載の光ＣＶＤ装置。3. A focus position adjusting means for adjusting the focal position in the direction along the optical axis of the film forming surface (4a) with respect to a center position (C) of the film forming surface. The optical CVD apparatus according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
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