JPS63313814A - Device for forming thin film - Google Patents
Device for forming thin filmInfo
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- JPS63313814A JPS63313814A JP14912887A JP14912887A JPS63313814A JP S63313814 A JPS63313814 A JP S63313814A JP 14912887 A JP14912887 A JP 14912887A JP 14912887 A JP14912887 A JP 14912887A JP S63313814 A JPS63313814 A JP S63313814A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光励起法による薄膜形成装置に関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thin film forming apparatus using a photoexcitation method.
従来技術としては、第6図に示すようなシンクロトロン
放射光を励起源とする薄膜形成装置があった。これは、
例えば特願昭61−193088号に記載されている。As a prior art, there is a thin film forming apparatus using synchrotron radiation light as an excitation source, as shown in FIG. this is,
For example, it is described in Japanese Patent Application No. 193088/1988.
第6図において、1は電子蓄積リング、2はミラー室、
3は集光用のトロイダルミラー、4はビームライン(光
伝搬路)、5は反応室、6は基板、7は加熱用ヒータ、
8は排気口、9は原料ガスノズル、10は対向電極、1
1はバイアス電源である。In FIG. 6, 1 is an electron storage ring, 2 is a mirror chamber,
3 is a toroidal mirror for condensing light, 4 is a beam line (light propagation path), 5 is a reaction chamber, 6 is a substrate, 7 is a heater for heating,
8 is an exhaust port, 9 is a raw material gas nozzle, 10 is a counter electrode, 1
1 is a bias power supply.
このように構成された第6図の装置は、反応室5内に電
子蓄積リングlからの放射光を励起源として導き、前記
放射光に対して垂直に基板6を設置し、反応室5中に原
料ガスを流し、基板6上に薄膜を堆積させることを特徴
としたものである。The apparatus shown in FIG. 6 configured in this manner guides the emitted light from the electron storage ring l into the reaction chamber 5 as an excitation source, and sets the substrate 6 perpendicular to the emitted light. The method is characterized in that a thin film is deposited on the substrate 6 by flowing a raw material gas through it.
この種の装置においては、堆積速度を増大させるために
単位面積当たりの光強度を上げるべく、例えばビームラ
イン4の上流部に設けたトロイダルミラー3で放射光を
集光したり、また照射光が基板6に到達するまえに気相
中のガス分子で吸収され減衰するのを防ぐために、反応
室5とビームライン4との間に照射光を空間的に絞って
排気コンダクタンスを小さくする部分(差動排気部)を
設けるなどしていた。しかし、この場合、薄膜形成領域
が狭くなってしまうという欠点があった。従って、薄膜
形成領域を拡大するためには、例えば堆積中に照射光に
対して垂直方向に基板6を往復運動させる機構が新たに
必要であった。しかし、往復運動により、その分の堆積
速度の低下を招いていた。In this type of apparatus, in order to increase the light intensity per unit area in order to increase the deposition rate, for example, the emitted light is focused by a toroidal mirror 3 installed upstream of the beam line 4, or the irradiated light is In order to prevent the irradiation light from being absorbed and attenuated by gas molecules in the gas phase before reaching the substrate 6, a portion (difference A dynamic exhaust section) was installed. However, in this case, there was a drawback that the thin film formation area became narrow. Therefore, in order to expand the thin film formation area, a new mechanism is required for reciprocating the substrate 6 in the direction perpendicular to the irradiation light during deposition, for example. However, the reciprocating motion caused a reduction in the deposition rate.
また別の従来技術としては、第7図に示すようなエキシ
マレーザ13を励起源とする薄膜形成装置があった。こ
れは、例えば文献「吉川および出家1日本応用物理誌、
23巻(1984)L91号 (八、Yoshikaw
a and S、Yamaga+Jpn、J、八p
p1.Phys。Another conventional technique is a thin film forming apparatus using an excimer laser 13 as an excitation source, as shown in FIG. For example, the document "Yoshikawa and Monke 1 Japanese Journal of Applied Physics,
Volume 23 (1984) No. L91 (8, Yoshikawa
a and S, Yamaga+Jpn, J, 8p
p1. Phys.
、23(1984)L91) Jに記載されている。こ
の種の装置では、励起光を透過させ且つ原料ガスを真空
的に絶縁できるような窓材(例えば石英や合成ガラス)
14が使えるので、第6図に示すようなガス吸収の大き
な軟X線や真空紫外光を励起光として用いる場合と異な
り、差動排気を考慮する必要はない。, 23 (1984) L91) J. In this type of device, a window material (such as quartz or synthetic glass) that allows the excitation light to pass through and insulates the source gas in a vacuum is used.
14 can be used, so there is no need to consider differential pumping, unlike the case where soft X-rays or vacuum ultraviolet light with large gas absorption are used as excitation light, as shown in FIG.
しかし、レーザビームの断面積は約15X7mm2と決
して大きくなく、大面積に薄膜を形成するために基板を
レーザビームに対して傾けて設置すると、単位面積当た
りの光強度が落ち、従って堆積速度が落ちるという欠点
があった。However, the cross-sectional area of the laser beam is not large at all, approximately 15 x 7 mm2, and when the substrate is tilted to the laser beam in order to form a thin film over a large area, the light intensity per unit area decreases, and therefore the deposition rate decreases. There was a drawback.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、軟X線または真空紫外光を励起
源とし、堆積速度と薄膜形成面積との積が従来の技術に
おける場合よりも大きい装置を提供することにある。The present invention has been made in view of these points, and its purpose is to use soft X-rays or vacuum ultraviolet light as an excitation source, and to increase the product of the deposition rate and the thin film formation area compared to the conventional technology. The goal is to provide a device that is larger than the original.
このような目的を達成するために本発明は、薄膜を堆積
させるための基板を設置する反応室と、この反応室に原
料ガスを導入するガス導入手段と、反応室に軟X線また
は真空紫外光を照射光として照射する照射手段と、基板
を照射光に対して任意の角度に傾斜させて設置する傾斜
手段と、反応室と照射光を導くビームラインとの間に急
峻な圧力差を設けるためにビームラインの反応室への接
続部のビーム通過部を狭く絞り排気コンダクタンスを小
さくした差動排気部とを備え、ビームラインの途中に照
射光を集光するための集光手段を設置したものである。In order to achieve such an object, the present invention provides a reaction chamber in which a substrate for depositing a thin film is installed, a gas introduction means for introducing a raw material gas into the reaction chamber, and a soft X-ray or vacuum ultraviolet light source in the reaction chamber. A steep pressure difference is created between the irradiation means that irradiates light as irradiation light, the tilting means that tilts the substrate at an arbitrary angle with respect to the irradiation light, and the beam line that guides the irradiation light from the reaction chamber. In order to achieve this, the beam passing section at the connection of the beam line to the reaction chamber was narrowed and a differential exhaust section was installed to reduce the exhaust conductance, and a focusing means was installed in the middle of the beam line to focus the irradiated light. It is something.
本発明による薄膜形成装置においては、基板は照射光に
対して傾けて設置され、基板への照射光の入射角が小さ
くなり、基板からの光電子数および反射光量が増加し、
これらが気相のガス分子を励起し、全体として堆積速度
が増大する。In the thin film forming apparatus according to the present invention, the substrate is installed at an angle with respect to the irradiation light, the incident angle of the irradiation light to the substrate becomes small, and the number of photoelectrons and the amount of reflected light from the substrate increase.
These excite gas molecules in the gas phase, increasing the overall deposition rate.
本発明は、反応機構を支配する成分のうちの気相反応の
寄与を大きくすることによって堆積速度が増大すること
に着目し、照射光に対して基板を傾けて薄膜を形成する
ことを特徴とする。The present invention focuses on the fact that the deposition rate increases by increasing the contribution of gas phase reactions among the components that govern the reaction mechanism, and is characterized by forming a thin film by tilting the substrate with respect to the irradiation light. do.
以下、本発明に係わる薄膜形成装置の一実施例を第1図
〜第5図を用いて説明する。An embodiment of the thin film forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
第1図は、本装置の基本的な構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing the basic configuration of this device.
第1図において、1は軟X線または真空紫外光発生源で
ある照射手段としての電子蓄積リング、1aは電子、2
はミラー室、3は集光手段としてのトロイダルミラー、
4は真空パイプから成る光伝搬路(ビームライン)、5
は反応室、6は加工対象である基板、7は加熱用ヒータ
、8゜15は排気口、9はガス導入手段としての原料ガ
スノズル、12は傾斜手段としての基板ホルダ、16は
光伝搬路4と反応室5の間に差動排気をかけるために排
気コンダクタンスを小さくした放射光導入ポートである
。In FIG. 1, 1 is an electron storage ring as an irradiation means that is a source of soft X-rays or vacuum ultraviolet light; 1a is an electron;
is a mirror chamber, 3 is a toroidal mirror as a light collecting means,
4 is a light propagation path (beam line) consisting of a vacuum pipe; 5
1 is a reaction chamber, 6 is a substrate to be processed, 7 is a heating heater, 8° 15 is an exhaust port, 9 is a raw material gas nozzle as a gas introducing means, 12 is a substrate holder as a tilting means, 16 is a light propagation path 4 This is a synchrotron radiation introduction port with a small exhaust conductance in order to apply differential exhaust between the reactor and the reaction chamber 5.
このように構成された本装置においては、光伝搬路4と
反応室5との間に急峻な圧力分布を設けるため、放射光
導入ボート16と排気口15がら成る差動排気部が組み
込まれている。放射光導入ボート16の開口面積は7X
13mm2、長さは18cm、排気口15に取り付けた
真空排気ポンプの排気速度は330 A/秒である。こ
の構成により、反応室5の圧力が13Paの時、光伝搬
路4内の排気口15の直上の圧力が0.36Paと両点
間で約37倍の圧力差を達成できる。In this apparatus configured in this manner, a differential exhaust section consisting of a synchrotron radiation introducing boat 16 and an exhaust port 15 is incorporated in order to provide a steep pressure distribution between the light propagation path 4 and the reaction chamber 5. There is. The opening area of the synchrotron radiation introduction boat 16 is 7X
It was 13 mm2 in length, 18 cm in length, and the evacuation speed of the vacuum pump attached to the exhaust port 15 was 330 A/sec. With this configuration, when the pressure in the reaction chamber 5 is 13 Pa, the pressure immediately above the exhaust port 15 in the light propagation path 4 is 0.36 Pa, which is about 37 times the pressure difference between the two points.
次に、第1図に基づいて、本装置の動作原理、特徴およ
び主要な効果を述べる。第2図は、第1図に示した装置
を用いて、放射光と基板6のなす角θ(以下「斜入射角
」という)をパラメータとして、堆積された膜厚のドー
ズ量(電子蓄積リング1の電流と時間の積で定義される
量)依存性を示す。実験条件は、シラン(SiH4)の
圧力が2.7Pa、窒素(N2)の圧力が60Pa、基
板6の温度が約200℃である。実験時の電子蓄積リン
グ1の電流値は100〜200mA程度であった。第2
図において、Slは斜入射角θ−90度の特性曲線、S
2は斜入射角θ−45度の特性曲線、S3は斜入射角θ
−30度の特性曲線である。第2図から明らかなように
、斜入射角θが小さくなる程、堆積速度が大きくなって
いる。Next, based on FIG. 1, the operating principle, features, and main effects of this device will be described. FIG. 2 shows the dose amount of the deposited film (electron storage ring) using the apparatus shown in FIG. A quantity defined as the product of current and time of 1). The experimental conditions were that the pressure of silane (SiH4) was 2.7 Pa, the pressure of nitrogen (N2) was 60 Pa, and the temperature of the substrate 6 was about 200°C. The current value of the electron storage ring 1 during the experiment was about 100 to 200 mA. Second
In the figure, Sl is the characteristic curve of the grazing incidence angle θ-90 degrees, and S
2 is the characteristic curve of grazing incidence angle θ - 45 degrees, S3 is the grazing incidence angle θ
-30 degree characteristic curve. As is clear from FIG. 2, the smaller the oblique incidence angle θ, the higher the deposition rate.
第3図は、実験時のガス圧条件をパラメータとして、堆
積速度比(デポレート比、ある斜入射角の堆積速度/斜
入射角90度の堆積速度の比)のl / s i nθ
依存性を示す。ガス圧条件によって17sinθ依存性
は異なるが、やはり堆積速度は斜入射角θが小さくなる
程、大きくなっている。Figure 3 shows the deposition rate ratio (deposition rate ratio, ratio of deposition rate at a certain oblique incidence angle/deposition rate at an oblique incidence angle of 90 degrees) l/s in θ using the gas pressure conditions during the experiment as parameters.
Show dependencies. Although the 17 sin θ dependence differs depending on the gas pressure conditions, the deposition rate increases as the oblique incidence angle θ decreases.
第3図において、S4はシラン(SiH4)の圧力が2
.7Pa、窒素(N2)の圧力が13Paの場合の特性
曲線、S5はシラン(SiH4)の圧力が2.7Pa、
窒素(N2)の圧力が60Paの場合の特性曲線である
。なお、第3図から分かるように、特性曲線S5はθ=
50度付近で飽和し始め、堆積速度比は、θ−50度、
45度45ロ、において大きな変化がない。In Figure 3, S4 is the pressure of silane (SiH4) of 2.
.. 7 Pa, the characteristic curve when the nitrogen (N2) pressure is 13 Pa, S5 is the characteristic curve when the silane (SiH4) pressure is 2.7 Pa,
This is a characteristic curve when the pressure of nitrogen (N2) is 60 Pa. In addition, as can be seen from FIG. 3, the characteristic curve S5 is θ=
It starts to become saturated around 50 degrees, and the deposition rate ratio is θ-50 degrees,
There is no big change at 45 degrees and 45 degrees.
斜入射角θが小さくなるにつれ、基板6上の照射面積は
増大し、単位照射面積当たりの光強度は低下する。従っ
て、堆積速度が光強度に比例しているならば、従来技術
の項で述べたように、斜入射角θが小さくなるにつれ、
堆積速度は低下するはずである。よって、第2図、第3
図の結果を説明するには別の機構を考えなければならな
い。As the oblique incidence angle θ becomes smaller, the irradiation area on the substrate 6 increases and the light intensity per unit irradiation area decreases. Therefore, if the deposition rate is proportional to the light intensity, as described in the prior art section, as the oblique incidence angle θ becomes smaller,
The deposition rate should decrease. Therefore, Figures 2 and 3
Another mechanism must be considered to explain the results shown in the figure.
第4図は、この点を考察するために、基板6からの光電
子の放出機構を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the mechanism for emitting photoelectrons from the substrate 6 in order to consider this point.
ビーム断面積Sの放射光17が基板6に斜入、射角θで
入射した場合、光は吸収係数で決まる基板6内のある侵
入距離lまで吸収され、その過程で基板6を構成する原
子を励起し、光電子を発生する。When synchrotron radiation 17 with a beam cross-sectional area S is obliquely incident on the substrate 6 at an angle of incidence θ, the light is absorbed up to a certain penetration distance l in the substrate 6 determined by the absorption coefficient, and in the process, atoms constituting the substrate 6 are absorbed. excites and generates photoelectrons.
発生した光電子は更に別の原子に衝突して励起したり、
格子系を励起してエネルギーを損失しながら、基板6中
でエネルギーを完全に失ってしまう光電子もあれば、ま
たある光電子は基板6から外へ一定の運動エネルギーを
もって飛び出す。光電子が基板6の表面からどれくらい
の深さから飛び出してくるかを示す目安に脱出深さdε
がある。The generated photoelectrons further collide with other atoms and excite them,
While some photoelectrons excite the lattice system and lose energy, some photoelectrons completely lose their energy in the substrate 6, while other photoelectrons fly out of the substrate 6 with a constant kinetic energy. The escape depth dε is a guideline that indicates how deep the photoelectrons jump out from the surface of the substrate 6.
There is.
脱出深さdεは、光電子の運動エネルギーによって異な
るが、約5〜50人である。このことは、例えば文献[
電子分光9日本化学会編、学会出版センタ、東京、19
77.97頁」に記載されている。The escape depth dε varies depending on the kinetic energy of the photoelectrons, but is about 5 to 50 people. This can be seen, for example, in the literature [
Electron Spectroscopy 9 Edited by the Chemical Society of Japan, Society Publishing Center, Tokyo, 19
77.97 pages”.
一方、放射光の侵入距離lは、例えば波長が100人で
基板Siの場合、線吸収係数が約100μm −’であ
るから、β#100人となり、l>dεである。従って
、このような場合には、基板6から発生する光電子数を
求める場合、第1次近似としては、第4図に示すように
、放射光が照射する面積下、深さdε内の基板構成原子
数N1を考えればよい。N1は、基板の原子密度をn[
個/Cm 3 ]として、次式で与えられる。On the other hand, for example, when the wavelength is 100 people and the substrate is Si, the penetration distance l of the synchrotron radiation is β#100 people because the linear absorption coefficient is about 100 μm −′, and l>dε. Therefore, in such a case, when calculating the number of photoelectrons generated from the substrate 6, as a first approximation, as shown in FIG. Just consider the number of atoms N1. N1 is the atomic density of the substrate n[
/Cm 3 ] is given by the following equation.
N1=S−dε・n/sinθ〔個〕・・・・(l)発
生光電子数N2は、入射フォトン強度を1 〔フォトン
/(秒・cm”))、光イオン化断面積をσ(cm”)
として、次式で与えられる。N1=S-dε・n/sinθ [pieces]... (l) The number of photoelectrons generated N2 is the incident photon intensity of 1 [photon/(sec・cm")) and the photoionization cross section of σ (cm"). )
is given by the following equation.
N2=I−Nl・σ〔個/秒〕 ・・・・(2)すなわ
ち、(11,121式から、斜入射角θが小さくなった
場合、発生する光電子は、l / s i nθに比例
して増大することがわかる。放射光の基板表面での反射
や、光電子の発生方向の角度依存性を考慮した詳細な解
析は、例えば参考文献[小林、加速器科学技術に関する
第5回講演会記録、1984年、250真(M、Kob
ayashi、Proceedings ofthe
5th Symposium on Accelera
tor 5cience andTechnology
、 (1984)p、250) Jに記載されている。N2=I-Nl・σ [pieces/second] (2) That is, (from formula 11,121, when the oblique incidence angle θ becomes small, the number of photoelectrons generated is proportional to l / sin θ For a detailed analysis that takes into account the reflection of synchrotron radiation on the substrate surface and the angular dependence of the direction of photoelectron generation, please refer to the reference [Kobayashi, Record of the 5th Lecture on Accelerator Science and Technology]. , 1984, 250 True (M, Kob
ayashi, Proceedings of the
5th Symposium on Accelera
tor 5science and Technology
, (1984) p. 250) J.
さらに、本装置で励起源として用いている軟X線および
真空紫外領域の光においては、基板の複素屈折率の実部
nが1よりもわずかに小さい値であるので垂直反射率は
極めて低いが、斜入射角θを小さくしていくと、ある臨
界角で全反射を生じるようになる。一方、可視光や紫外
光では一般にnは1より大きく、垂直反射率はある程度
あるが、斜入射角θを小さくしていっても全反射は生じ
ない。従って、本装置においては、斜入射角θを小さく
していくと、基板からの光電子数が増加するとともに基
板からの反射光が増加し、それらが気相のガス分子を励
起することによって全体として堆積速度が増大している
と考えられる。Furthermore, for soft X-rays and vacuum ultraviolet light used as excitation sources in this device, the real part n of the complex refractive index of the substrate is slightly smaller than 1, so the vertical reflectance is extremely low. , as the oblique incidence angle θ is decreased, total reflection will occur at a certain critical angle. On the other hand, for visible light and ultraviolet light, n is generally larger than 1, and although there is some degree of vertical reflectance, total reflection does not occur even if the oblique incidence angle θ is made small. Therefore, in this device, as the oblique incidence angle θ is decreased, the number of photoelectrons from the substrate increases and the reflected light from the substrate also increases, which excites gas molecules in the gas phase, resulting in It is thought that the deposition rate is increasing.
第3図において、点線S6で示したのは1/Stnθに
比例する直線である。反応室5のガス圧力が高い場合す
なわち特性曲線S5の場合、斜入射角θが略45度以下
では堆積速度がl / s i nθの直線によく一致
しており、基板から発生した光電子によって反応が進ん
でいることを示唆している。一方、ガス圧力が低い場合
すなわち特性曲線S4の場合、斜入射角θが小さくなっ
ても堆積速度はあまり増大しない。ところで、特性曲線
S4の条件下では、堆積したシリコン窒化膜パターンの
エツジの傾きの解析から、反応機構が気相反応より基板
表面励起反応に支配されていることを証明している。こ
のことは、例えば参考文献「久良木と宇理須、第18回
ニス・ニス・ディ・エム(1986) A−7−6LN
、727頁(H,Kyuragi and T、Uri
su。In FIG. 3, the dotted line S6 is a straight line proportional to 1/Stnθ. When the gas pressure in the reaction chamber 5 is high, that is, in the case of characteristic curve S5, when the oblique incidence angle θ is approximately 45 degrees or less, the deposition rate closely matches the straight line l / sin θ, and the reaction is caused by photoelectrons generated from the substrate. This suggests that progress is being made. On the other hand, when the gas pressure is low, that is, in the case of characteristic curve S4, the deposition rate does not increase much even if the oblique incidence angle θ becomes small. By the way, under the conditions of the characteristic curve S4, analysis of the slope of the edge of the deposited silicon nitride film pattern proves that the reaction mechanism is dominated by the substrate surface excitation reaction rather than the gas phase reaction. This can be seen, for example, in the reference "Kuragi and Urisu, 18th Niss Niss DM (1986) A-7-6LN
, 727 pages (H, Kyuragi and T, Uri
su.
18th SSDM(1986)八−7−6LN、 p
、727)Jに記載されている。18th SSDM (1986) 8-7-6LN, p
, 727) J.
S4,35の両者の結果から考えあわせると、ガス圧力
の高い場合は気相励起反応が支配的になり、従って基板
からの光電子や基板からの反射光の影響を受は易い。一
方、ガス圧力の低い場合は基板表面励起反応が主となり
、光電子や反射光の影響をあまり受けないと解釈できる
。Considering the results of both S4 and S35, when the gas pressure is high, the gas phase excitation reaction becomes dominant, and therefore it is easily influenced by photoelectrons from the substrate and reflected light from the substrate. On the other hand, when the gas pressure is low, it can be interpreted that the substrate surface excitation reaction is the main reaction and is not affected much by photoelectrons or reflected light.
以上の結果から、軟X線または真空紫外光を反応ガスを
満たした反応室5中に設置した基板6上に照射して薄膜
を堆積させる方法において、反応ガスの圧力が高い場合
は、特に顕著に照射光と基板6とのなす角である斜入射
角θを小さくすることによって、堆積速度を増大させ且
つ薄膜堆積面積を増大させることが可能である。また、
反応ガスの圧力が低い場合でも、斜入射角θを小さくす
ることによって、堆積速度と薄膜堆積面積との積を大き
くすることができる。From the above results, in the method of depositing a thin film by irradiating soft X-rays or vacuum ultraviolet light onto a substrate 6 placed in a reaction chamber 5 filled with a reaction gas, it is especially noticeable when the pressure of the reaction gas is high. By decreasing the oblique incidence angle θ, which is the angle between the irradiation light and the substrate 6, it is possible to increase the deposition rate and increase the thin film deposition area. Also,
Even when the pressure of the reaction gas is low, the product of the deposition rate and the thin film deposition area can be increased by reducing the oblique incidence angle θ.
この効果を薄膜堆積面積が一定の条件下で考えると、照
射光の断面積Sを狭くできることを意味している。従っ
て、単位面積当たりの光強度を上げて、堆積速度を増大
させるためにビームライン4の上流部に設けたトロイダ
ルミラーで電子蓄積リング1からの放射光を集光させて
も、薄膜堆積面積は一定とすることができる。また、第
1図に示したように、反応室5とビームライン4との間
で照射光を空間的に絞って、反応室5内の圧力を高め且
つ反応室5とビームライン4との間に急峻な圧力分布を
設けることができる。反応室5内の圧力が高(なれば、
当然、堆積速度は増大する。Considering this effect under the condition that the thin film deposition area is constant, it means that the cross-sectional area S of the irradiation light can be narrowed. Therefore, even if the emitted light from the electron storage ring 1 is focused by a toroidal mirror installed upstream of the beam line 4 in order to increase the light intensity per unit area and increase the deposition rate, the thin film deposition area is It can be kept constant. In addition, as shown in FIG. 1, the irradiation light is spatially narrowed between the reaction chamber 5 and the beam line 4 to increase the pressure inside the reaction chamber 5 and to increase the pressure between the reaction chamber 5 and the beam line 4. A steep pressure distribution can be provided. If the pressure inside the reaction chamber 5 is high (if
Naturally, the deposition rate increases.
第5図は、堆積速度の入射角依存性を利用した他の効果
を説明するものである。第5図において、θ1は照射光
17の基板に対する入射角、18は堆積膜である。基板
に微小な凹凸がある場合、例えばライン・アンド・スペ
ースパターンがある時は、ラインの頂上およびスペース
の谷においては、照射光17は基板に対して垂直に入射
する。しかし、ライン部の側壁には入射角θ1で入射す
ることになる。従って、このような段差があってアスペ
クト比がどんなに高くても、側壁部での堆積速度が大き
いために、被覆性の良い薄膜堆積が可能となる。通常の
減圧CVD法やプラズマCVD法においては、被覆性が
良いといっても、原理的には気相反応からの堆積である
限り、高アスペクト比の段差を被覆するには、ある程度
の堆積膜厚が必要となるが、本装置の場合は、基板表面
励起反応が主であり、かつ側壁での堆積速度を高めるこ
とができるので、極く薄い膜厚でも段差を被覆すること
ができる。FIG. 5 explains another effect using the dependence of the deposition rate on the angle of incidence. In FIG. 5, θ1 is the incident angle of the irradiation light 17 on the substrate, and 18 is the deposited film. When the substrate has minute irregularities, for example, when there is a line and space pattern, the irradiation light 17 enters the substrate perpendicularly at the tops of the lines and the valleys of the spaces. However, the light is incident on the side wall of the line portion at an incident angle θ1. Therefore, even if there is such a step difference and the aspect ratio is high, the deposition rate on the side wall portion is high, so it is possible to deposit a thin film with good coverage. Although the normal low-pressure CVD method and plasma CVD method have good coverage, in principle, as long as the deposition is from a gas phase reaction, a certain amount of deposited film is required to cover the steps with a high aspect ratio. However, in the case of this device, the substrate surface excitation reaction is the main reaction and the deposition rate on the sidewalls can be increased, so it is possible to cover the steps even with an extremely thin film thickness.
しかし、この場合においては、基板表面を軟X線または
真空紫外光で照射する必要があること及び入射角θ1が
あまりにも小さくなると基板表面で全反射が生じ、基板
内に侵入するフォトンが減少し、発生する光電子数が減
少してしまうことを考慮しなければならない。例えば、
St基板に波長93.4人の光が入射する場合は、θ1
<5.1度で全反射が生じてしまうので、基板に形成す
る凸部の傾斜α(=90″−θ1)は84.9度以下で
なければならない。もちろん、この値は、基板材料およ
び照射する波長によって異なる。第1図において分光素
子を光軸上に設けることによって効果的な波長を選択で
きる。この分光素子は、電子蓄積リング1とトロイダル
ミラー3との間またはトロイダルミラー3と反応室5と
の間の光軸上に設ければよい。また、集光を兼ねる分光
素子をトロイダルミラー3と置換してもよい。However, in this case, it is necessary to irradiate the substrate surface with soft X-rays or vacuum ultraviolet light, and if the incident angle θ1 becomes too small, total reflection will occur on the substrate surface, reducing the number of photons penetrating into the substrate. , it must be taken into consideration that the number of photoelectrons generated will decrease. for example,
When light of wavelength 93.4 is incident on the St substrate, θ1
Since total reflection will occur at <5.1 degrees, the inclination α (=90″-θ1) of the convex portion formed on the substrate must be 84.9 degrees or less.Of course, this value depends on the substrate material and It depends on the wavelength of the irradiation.In Fig. 1, an effective wavelength can be selected by installing a spectroscopic element on the optical axis. What is necessary is just to provide it on the optical axis between it and the chamber 5. Moreover, the toroidal mirror 3 may be replaced with a spectroscopic element that also serves as a light condenser.
以上説明したように本発明は、軟X線または真空紫外光
を原料ガスが導入された反応室内に設置した被加工基板
上に照射し、薄膜を基板に堆積するに際し、照射光と基
板とのなす角度を傾斜手段により調整することにより、
薄膜堆積面積と堆積速度との積を増大させることができ
るので、均一に且つ高スループツトで薄膜を堆積できる
効果がある。As explained above, the present invention irradiates soft X-rays or vacuum ultraviolet light onto a substrate to be processed installed in a reaction chamber into which source gas is introduced, and when depositing a thin film on the substrate, the irradiation light and the substrate are By adjusting the angle formed by the tilting means,
Since the product of the thin film deposition area and the deposition rate can be increased, there is an effect that the thin film can be deposited uniformly and at a high throughput.
また、薄膜形成領域は一定で照射光を集光したり、反応
室とビームラインの間に差動排気部を設けて反応室内の
圧力を高めることができるので、さらなる堆積速度の増
大が期待できる効果がある。In addition, the thin film formation area is fixed and the irradiation light can be focused, or a differential exhaust section can be installed between the reaction chamber and the beam line to increase the pressure inside the reaction chamber, so further increases in deposition rate can be expected. effective.
さらに、凹凸のある基板上に薄膜を堆積する場合に適用
すれば、高アスペクト比の段差でも、極めて薄い膜で被
覆性のよい薄膜形成が可能となる効果がある。Furthermore, if applied to the case of depositing a thin film on a substrate with unevenness, it is possible to form a thin film with excellent coverage with an extremely thin film even on steps with a high aspect ratio.
第1図は本発明に係わる薄膜形成装置の一実施例を示す
構成図、第2図は堆積膜厚のドーズ量依存性を示すグラ
フ、第3図は堆積速度の入射角依存性を示すグラフ、第
4図は基板からの光電子の放出機構を説明するための説
明図、第5図は凹凸のある基板に本発明を適用した場合
を示す説明図、第6図、第7図は従来の薄膜形成装置を
示す構成図である。
l・・・電子蓄積リング、2・・・ミラー室、3・・・
トロイダルミラー、4・・・光伝搬路(ビームライン)
、5・・・反応室、6・・・基板、7は加熱用ヒータ、
8゜15・・・排気口、9・・・原料ガスノズル、12
・・・基板ホルダ、16・・・放射光導入ボート。Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention, Fig. 2 is a graph showing the dose dependence of the deposited film thickness, and Fig. 3 is a graph showing the dependence of the deposition rate on the incident angle. , FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the mechanism of photoelectron emission from the substrate, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the case where the present invention is applied to a substrate with unevenness, and FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram showing a thin film forming apparatus. l...electron storage ring, 2...mirror chamber, 3...
Toroidal mirror, 4... Light propagation path (beam line)
, 5... reaction chamber, 6... substrate, 7 is a heating heater,
8゜15...Exhaust port, 9...Material gas nozzle, 12
... Substrate holder, 16... Synchrotron radiation introduction boat.
Claims (4)
、この反応室に原料ガスを導入するガス導入手段と、前
記反応室に軟X線または真空紫外光を照射光として照射
する照射手段と、前記基板を前記照射光に対して任意の
角度に傾斜させて設置する傾斜手段と、前記反応室と前
記照射光を導くビームラインとの間に急峻な圧力差を設
けるために前記ビームラインの前記反応室への接続部の
ビーム通過部を狭く絞り排気コンダクタンスを小さくし
た差動排気部とを備え、前記ビームラインの途中に前記
照射光を集光するための集光手段を設置したことを特徴
とする薄膜形成装置。(1) A reaction chamber in which a substrate for depositing a thin film is installed, a gas introduction means for introducing a raw material gas into the reaction chamber, and an irradiation means for irradiating the reaction chamber with soft X-rays or vacuum ultraviolet light as irradiation light. a tilting means for tilting the substrate at an arbitrary angle with respect to the irradiation light, and a beam line for creating a steep pressure difference between the reaction chamber and the beam line guiding the irradiation light. and a differential pumping section in which a beam passing section of the connecting section to the reaction chamber is narrowed to reduce the pumping conductance, and a focusing means for focusing the irradiation light is installed in the middle of the beam line. A thin film forming device featuring:
特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成装置。(2) The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the irradiation means is an electron storage device.
0度以下としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の薄膜形成装置。(3) The tilting means adjusts the angle of oblique incidence between the irradiation light and the substrate by 5
The thin film forming apparatus according to claim 1, characterized in that the temperature is 0 degrees or less.
ための分光素子を設置したことを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の薄膜形成装置。(4) The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the beam line is provided with a spectroscopic element for selecting the wavelength of the irradiated light.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14912887A JPH0775224B2 (en) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | Thin film forming equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14912887A JPH0775224B2 (en) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | Thin film forming equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63313814A true JPS63313814A (en) | 1988-12-21 |
| JPH0775224B2 JPH0775224B2 (en) | 1995-08-09 |
Family
ID=15468342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14912887A Expired - Fee Related JPH0775224B2 (en) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | Thin film forming equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775224B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100305003B1 (en) * | 1994-07-14 | 2001-11-30 | 야마자끼 순페이 | Active matrix type liquid crystal display |
| US6773971B1 (en) | 1994-07-14 | 2004-08-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device having lightly-doped drain (LDD) regions |
| US6906383B1 (en) | 1994-07-14 | 2005-06-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
-
1987
- 1987-06-17 JP JP14912887A patent/JPH0775224B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100305003B1 (en) * | 1994-07-14 | 2001-11-30 | 야마자끼 순페이 | Active matrix type liquid crystal display |
| US6773971B1 (en) | 1994-07-14 | 2004-08-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device having lightly-doped drain (LDD) regions |
| US6906383B1 (en) | 1994-07-14 | 2005-06-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
| US7183614B2 (en) | 1994-07-14 | 2007-02-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
| US7635895B2 (en) | 1994-07-14 | 2009-12-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device |
| US8273613B2 (en) | 1994-07-14 | 2012-09-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0775224B2 (en) | 1995-08-09 |
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