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JPH0642456B2 - 表面光処理方法 - Google Patents

表面光処理方法

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Publication number
JPH0642456B2
JPH0642456B2 JP59244444A JP24444484A JPH0642456B2 JP H0642456 B2 JPH0642456 B2 JP H0642456B2 JP 59244444 A JP59244444 A JP 59244444A JP 24444484 A JP24444484 A JP 24444484A JP H0642456 B2 JPH0642456 B2 JP H0642456B2
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JP
Japan
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light
substrate
adsorbed
wavelength
gas
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JP59244444A
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完次 辻井
裕介 矢島
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光を用いた表面光処理方法に係り、一ないし数
原子（分子）層づつ薄膜を形成する方法、あるいは、一
ないし数原子（分子）層づつエッチングする方法に関
し、特に、所定のパターンで薄膜を形成する場合、ある
いは、所定のパターンのエッチングを行う場合に好適な
表面光処理方法に関する。
〔発明の背景〕
一ないし数原子（分子）層づつ膜形成を行う、いわゆる
原子層エピタクシー法は極めて結晶性のより薄膜を形成
できる、極めて優れた技術である。
従来の原子層エピタクシー法は、応用物理，53,516(198
4)に記載されているように、所定の温度に保たれた基板
を設置したチャンバーに第１の原料ガスを導入し、その
後、排気すると、基板上に吸着されたガスが一分子層だ
け残る。次に、第２の原料ガス（あるいは、第１の原料
ガス）を導入し、その後、再び排気すると、第１の一分
子層の上に第２の分子層が、あるいは、両者が反応した
結果生じる新たな分子層が形成される。この方法を順次
繰返すことにより、原子単位の精度で膜形成ができる長
所がある。しかし、一方では、原料ガスの導入，排気を
交互に繰返す必要があり、高速で膜成長を行うことがで
きない欠点があった。
〔発明の目的〕
したがって本発明の目的は、一ないし数原子（分子）層
づつ膜形成を行い結晶性のより薄膜を高速で形成し得る
方法、および、一ないし数原子（分子）層づつ高速でエ
ッチングし得る表面光処理方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため本発明においては、基板に反応
ガスを吸着させる工程と、自由空間にある反応ガスによ
る吸収が無視でき、かつ、吸着した反応ガスがエネルギ
ーを吸収できる波長の光を照射する工程とを備えた表面
光処理方法としたことを特徴としている。
かかる特徴的な構成によって、高速で膜形成したり高速
でエッチングすることができるようになるので、スルー
プットを大幅に増大できるようになった。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図を用いて詳述する。
はじめに、本発明の原理について述べる。
本発明は、基板に分子が吸着されている状態での光吸収
スペクトルが、その分子の自由空間での光吸収スペクト
ルと異なることを利用したものである。この現象は，オ
プテイックス レターズ，第５巻，第９号，１９８０年
９月，ページ３６８〜３７０（Optics Letters,Vol.
５，No.９，September１９８０，ｐ．３６８〜３７
０），などに記載されている。基材の材料、表面処理用
の反応ガス、照射する励起光の波長の組合せを適当に選
べば、つぎのようなことが可能となる。第１図(a)に示
すように、基板１に吸着した分子２は、基板１との相互
作用により、自由空間に存在する同種の分子３とは異な
る光吸収特性を持つ。たとえば、第１図（ｂ）に示すよ
うに、自由空間にある同種の分子の吸収係数の分光分布
３ｂと吸着分子の吸収係数の分光分布２ｂとは、そのス
ペクトルの形状は大きく異なる。そこで、第１図（ｂ）
の破線で示す波長λ１の光１２を照射すると、この光１
２は、自由空間にある分子３には、ほとんど吸収される
ことはなく、吸着分子２によってのみ強く吸収される。
その結果、基板１に吸着されている分子２のみが励起さ
れる。
この場合、光１２を吸収する物質が基板１であるか、吸
着分子２であるかは判別できないが、要は、吸収された
光１２のエネルギーが最終的に吸着分子２の励起、ある
いは、解離に使われることが本質的である。
本発明で薄膜形成を行う場合は、基板１に吸着した原料
ガス分子２は解離し、所望の原子（分子）層が基板１の
上に形成できる。あるいは解離した吸着分子２が原料ガ
スと反応して所望の原子（分子）層が形成できる。基板
１は適当な温度に加熱しておく方がよい。基板１の加熱
温度、原子（分子）層の形成速度を適当に選ぶと、原子
（分子）層を一原子（分子）層づつ、結晶構造に成長さ
せることができる。
また、本発明でエッチングを行う場合は、基板１に吸着
したエッチング用ガスのみが活性化され、あるいは、解
離してラジカルとなり、１原子（分子）層、あるいは、
数原子（分子）層づつエッチングを行うことができる。
以上述べたことから明らかなように、吸着分子と入射光
の相互作用が強いことが重要であるから、吸着分子が存
在する場所で光の電場強度が強くなるよう条件を設定す
る方が好ましい。物質の表面では、入射光と反射光が干
渉し合って、その干渉の結果電場の強さが決まる。反射
の様子は、その物質の屈折率（損失も考慮した複素屈折
率を意味する）、入射光の偏光状態、入射角に依存する
ので、これらを適当に選択することも重要である。
次に、本発明を薄膜形成に応用した一実施例を第２図に
より説明する。反応室４の中に基板１を置き、排気口７
により反応室４内を排気した後、原料ガス導入口６より
原料ガスを所定の圧力で導入する。そこで、原料ガスの
光吸収の波長範囲より長波長λ１の励起光を放出する光
源８からの光を窓５を通して基板１に照射する。基板１
に吸着された原料ガス分子のみが解離反応を起こす。基
板１を、たとえば、赤外などの波長λ２の光を放射する
第２の光源９によって加熱すると、薄膜が形成され、励
起条件，加熱条件を適当に選べば、一原子（分子）層づ
つ薄膜を形成することができる。この場合、原料ガスは
励起光を吸収しないので、窓５が汚れることはない。場
合によっては、原料ガスとして、第１，第２の２種類の
原料ガスを導入し、第１の原料ガスの吸着分子を光で励
起し、これと第２の原料ガスとの反応により膜形成を行
うこともできる。また、基板１を低温に冷却して反応ガ
スが吸着し易くするのも効果的である。
励起光の照射は連続的に行うこともできるが、一原子
（分子）層づつ薄膜を形成する場合は、第３図に示すよ
うに周期Ｔ，パルス幅τのパルス状にする方がよい。吸
着分子の光吸収断面積をσ，光源８から基板１の表面に
単位面積当り、単位時間に照射される波長λ１の光量子
の数をｎとすると、パルス幅τは 以上とすることが必要である。通常、 以上にするのがよい。この場合、励起光は波長λ１の単
色光である必要はなく、実質的に自由空間の分子に吸収
される波長の光を含まず、吸着分子に吸収される波長の
光を含んでいればよい。たとえば、自由空間にある分子
による吸収係数をｋ，窓５から基板１までの距離をｌと
すると、ｋｌ１０Ｎσを満足すればよい。ここで、Ｎ
は基板表面の単位面積当り吸着される原料ガス分子の数
である。
また、加熱用の波長λ２の光を放射する光源９もパルス
光源にすることができる。基板１の熱伝導度をｋ，比熱
をｃ，密度ρ，波長λ２の光に対する吸収率をａとする
と、厚みδの範囲を温度Ｔだけ温度上昇させるには、単
位表面積当り、 だけの光のエネルギーで、大体 の時間照射すればよい。この場合、加熱用光源９も、波
長λ２の単色である必要はなく、連続光でよい。その場
合は、吸収率ａとして光源９の分光分布についての平均
値を取ればよい。
基板１の温度を低温に保つためには、基板１の薄膜を形
成する面の裏側からの熱伝導による冷却と加熱のバラン
スを考えればよい。すなわち、基板１の厚みをｄとする
と、加熱用光源９のパルスの周期を 程度以上にすればよい。
第４図(a),(b)に励起光源８からの光パルスと加熱用の
光源９からの光パルスとの関係の一例を示す。励起光パ
ルスと加熱用の光パルスとは重なっている必要はなく、
両者の間に時間間隔があっても良い。第４図(a),(b)の
ようにすると、一番短かい時間で膜形成が可能である。
特殊な場合には、２種類以上の原料ガスＡ，Ｂを同時に
反応室４に封入し、励起光の波長を選択することによ
り、波長λＡの光は吸着分子Ａのみに吸収され、波長λ
Ｂの光は吸着分子Ｂのみに吸収されるようにする。そし
て、励起光λＡと励起光λＢとを交互に照射することに
より、異なる原子（分子）層を一原子（分子）層づつ交
互に形成することも可能である。
また、本発明によれば、特定の物質の上のみに薄膜を形
成させることができる。すなわち、吸着分子との相互作
用は基板上の物質により異なるので、第１図（ｂ）に示
した分光吸収特性が所望の基板上の物質のみで生じるよ
うに原料ガスの種類と励起光の波長λ１を選べばよい。
この方法は、基板表面の物質と同種の物質の膜を堆積さ
せる場合に、とくに有効である。この方法は、基板表面
の平坦化やスルーホールを導体でうめる等に適用でき
る。この方法によると、マスク等により露光する場合に
問題な位置合わせが不要となり、分解能も光の限界を越
えて高くできる。
第５図は他の実施例を示す。励起用光源８からの波長λ
１の光でマスク１０を照射し、レンズ１１でマスク１０
の像を基板１上に作る。このようにすると、基板１上に
マスク１０のパターンに応じて、所望のパターンで薄膜
を形成できる。なお、レンズ１１は凹面鏡を使用しても
よいことは言うまでもなく、基板１は第２図に示した如
くヒーターや光源９などで加熱する手段を設ける方がよ
い。これらは、第５図では省略してある。
なお、上記の実施例はすべてデポジションについてのも
のであるが、エッチングについても、すべての実施例に
ついてまったく同様に行うことができる。すなわち、吸
着したエッチング用ガスのみが励起光を吸収して活性化
され、あるいは、解離してラジカルとなりエッチングが
起ように、エッチング用ガスの種類，励起光の波長
λ１，エッチングする部分の材質の間の関係を選択すれ
ばよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、原料ガス、あるい
は、エッチングガスを反応室に満した状態で、基板の表
面に吸着した分子のみを励起、あるいは、解離できるの
で、一ないし数原子（分子）層づつ膜形成を行う場合
も、一ないし数原子（分子）層づつエッチングを行う場
合も、大幅にスループットを増大できる。
【図面の簡単な説明】
第１図(a),(b)は本発明の原理説明図、第２図，第３
図，第４図(a),(b)，第５図は本発明の実施例を示す図
である。 １は基板，２は吸着分子，３は自由空間の分子，４は反
応室，８は励起用光源，９は加熱用光源である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板に反応ガスを吸着させる工程と、自由
    空間にある上記反応ガスによる吸収が無視でき、かつ、
    上記吸着した反応ガスがエネルギーを吸収できる波長の
    光を照射する工程とを有することを特徴とする表面光処
    理方法。
  2. 【請求項２】上記基板上に形成されているパターンの特
    定物質の上にのみ膜形成を行うことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の表面光処理方法。
  3. 【請求項３】上記基板上の特定物質のみをエッチングす
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面光
    処理方法。
JP59244444A 1984-11-21 1984-11-21 表面光処理方法 Expired - Lifetime JPH0642456B2 (ja)

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