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JPH0775224B2 - Thin film forming equipment - Google Patents
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JPH0775224B2 - Thin film forming equipment - Google Patents

Thin film forming equipment

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Publication number
JPH0775224B2
JPH0775224B2 JP14912887A JP14912887A JPH0775224B2 JP H0775224 B2 JPH0775224 B2 JP H0775224B2 JP 14912887 A JP14912887 A JP 14912887A JP 14912887 A JP14912887 A JP 14912887A JP H0775224 B2 JPH0775224 B2 JP H0775224B2
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substrate
thin film
light
reaction chamber
film forming
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恒雄 宇理須
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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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film forming apparatus by a photoexcitation method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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。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は加熱用モータ、8は
排気口、9は原料ガスノズル、10は対向電極、11はバイ
アス電源である。
As a conventional technique, there has been a thin film forming apparatus using synchrotron radiation as an excitation source as shown in FIG. this is,
For example, it is described in Japanese Patent Application No. 61-193088. In FIG. 6, 1 is an electron storage ring, 2 is a mirror chamber, 3 is a toroidal mirror for focusing light, 4 is a beam line (light propagation path), 5 is a reaction chamber, 6 is a substrate, 7 is a heating motor, Reference numeral 8 is an exhaust port, 9 is a source gas nozzle, 10 is a counter electrode, and 11 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1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。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(作動排気部)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
され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。
The apparatus shown in FIG. 6 configured as described above guides the emitted light from the electron storage ring 1 into the reaction chamber 5 as an excitation source, installs the substrate 6 perpendicularly to the emitted light, and It is characterized in that a raw material gas is caused to flow to deposit a thin film on the substrate 6. In this type of device, in order to increase the light intensity per unit area in order to increase the deposition rate, for example, the toroidal mirror 3 provided upstream of the beam line 4 collects the emitted light, and the irradiation light In order to prevent absorption and attenuation by gas molecules in the gas phase before reaching the substrate 6, the irradiation light is spatially narrowed between the reaction chamber 5 and the beam line 4 to reduce the exhaust conductance (operation). The exhaust part) was provided. However, in this case, there is a drawback that the thin film formation region becomes narrow. Therefore, in order to expand the thin film formation region, for example, a mechanism for reciprocating the substrate 6 in the direction perpendicular to the irradiation light during deposition was newly required. However, the reciprocating motion causes a decrease in the deposition rate by that amount.

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「吉川および山家,日本応用物理誌,23
巻(1984)L91号(A.Yoshikawa and S.Yamaga,Jpn.J.Ap
pl.Phys.,23(1984)L91)」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。
As another conventional technique, there is a thin film forming apparatus using an excimer laser 13 as an excitation source as shown in FIG. For example, this is described in the document “Yoshikawa and Yamaya, Japanese Applied Physics, 23
Volume (1984) Issue L91 (A. Yoshikawa and S. Yamaga, Jpn. J. Ap
pl. Phys., 23 (1984) L91) ". In this type of device, a window material (such as quartz or synthetic glass) 14 that allows the excitation light to pass therethrough and insulates the raw material gas in a vacuum can be used. Therefore, as shown in FIG.
Unlike the case where a line or vacuum ultraviolet light is used as the excitation light, it is not necessary to consider differential pumping.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、レーザビームの断面積は約15×7mm2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 so large as about 15 × 7 mm 2, and if the substrate is installed tilted with respect to the laser beam in order to form a thin film on a large area, the light intensity per unit area will drop and therefore the deposition It had the drawback of slowing down.

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 the above circumstances, and an object of the present invention is to use soft X-rays or vacuum ultraviolet light as an excitation source when the product of the deposition rate and the thin film formation area is in the conventional technique. To provide a larger device.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

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 source gas into the reaction chamber, and a soft X-ray or vacuum ultraviolet ray in the reaction chamber. An irradiating means for irradiating light as irradiating light, an inclining means for inclining the substrate at an arbitrary angle with respect to the irradiating light, and a steep pressure difference between the reaction chamber and a beam line for guiding the irradiating light. For this purpose, the beam passage part of the connection part of the beam line to the reaction chamber is narrowed down and the differential exhaust part with a small exhaust conductance is provided, and the light collecting means for collecting the irradiation light is installed in the middle of the beam line. It is a thing.

〔作用〕[Action]

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 so as to be inclined with respect to the irradiation light, the incident angle of the irradiation light on the substrate is reduced, the number of photoelectrons and the amount of reflected light from the substrate are increased, and these are gas phase gas. Excites the molecule, increasing the overall deposition rate.

〔実施例〕〔Example〕

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 the gas phase reaction among the components that govern the reaction mechanism, and is characterized by forming a thin film by inclining the substrate with respect to irradiation light. To 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.

第1図は、本装置の基本的な構成を示す構成図である。
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。
FIG. 1 is a configuration diagram showing the basic configuration of the present apparatus.
In FIG. 1, 1 is an electron storage ring as an irradiation means which is a soft X-ray or vacuum ultraviolet light generation source, 1a is an electron, 2 is a mirror chamber, 3 is a toroidal mirror as a condensing means, 4
Is a light propagation path (beam line) consisting of a vacuum pipe, 5 is a reaction chamber, 6 is a substrate to be processed, 7 is a heater for heating,
8, 15 are exhaust ports, 9 is a source gas nozzle as a gas introducing means, 12 is a substrate holder as an inclining means, 16 is a light propagation path 4
This is a radiant light introduction port with a reduced exhaust conductance in order to apply differential exhaust between the reaction chamber 5 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
導入ポート16と排気口15から成る差動排気部が組み込ま
れている。放射光導入ポート16の開口面積は7×13m
m2、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/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 as described above, a differential exhaust unit including the radiant light introducing port 16 and the 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 inlet port 16 is 7 × 13m
m 2, the length 18cm, the pumping speed of the vacuum exhaust pump attached to the exhaust port 15 is 330 / sec. With this configuration, when the pressure in the reaction chamber 5 is 13 Pa, the pressure directly 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1
00〜200mA程度であった。第2図において、S1は斜入斜
角θ=90度の特性曲線、S2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、斜入斜角θが小さくなる程、堆積速
度が大きくなっている。
Next, the operating principle, features, and main effects of this device will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the dose amount of the deposited film thickness (electron storage ring) using the device shown in FIG. 1 and the angle θ between the emitted light and the substrate 6 (hereinafter referred to as “oblique incidence angle”) as a parameter. 1) shows the dependence defined by the product of current and time. The experimental conditions are that the pressure of silane (SiH 4 ) is 2.7 Pa, the pressure of nitrogen (N 2 ) is 60 Pa, and the temperature of the substrate 6 is about 200 ° C. The current value of the electron storage ring 1 during the experiment was 1
It was about 00 to 200 mA. In FIG. 2, S1 is a characteristic curve with an oblique incident angle θ = 90 degrees, S2 is a characteristic curve with an oblique incident angle θ = 45 degrees, and S3 is a characteristic curve with an oblique incident angle θ = 30 degrees. As is clear from FIG. 2, the smaller the oblique entry 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、ある斜入射角と堆積速度/斜
入射角90度の堆積速度の比)の1/sinθ依存性を示す。
ガス圧条件によって1/sinθ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。第3図において、S4はシラン(SiH4)の圧力が2.7P
a、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,30度において大きな変化がない。
FIG. 3 shows the 1 / sin θ dependence of the deposition rate ratio (deposit rate, the ratio of a certain oblique incident angle and the deposition rate / the deposition rate at an oblique incident angle of 90 degrees) using the gas pressure condition during the experiment as a parameter.
Although the 1 / sin θ dependency differs depending on the gas pressure condition, the deposition rate also increases as the oblique incident angle θ decreases. In FIG. 3, S4 is the pressure of the silane (SiH 4) 2.7P
a, Characteristic curve when nitrogen (N 2 ) pressure is 13Pa, S5 is silane (SiH 4 ) pressure 2.7Pa, nitrogen (N 2 ) pressure 60Pa
It is a characteristic curve in the case of. As can be seen from FIG. 3, the characteristic curve S5 begins to saturate near θ = 50 degrees, and the deposition rate ratio does not change significantly at θ = 50 degrees, 45 degrees, and 30 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、斜入斜角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 incident angle θ decreases, 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 section of the prior art, as the oblique entry angle θ decreases,
The deposition rate should decrease. Therefore, Figs. 2 and 3
Another mechanism must be considered to explain the results 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。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。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。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5〜50Åである。この
ことは、例えば文献「電子分光,日本化学会編,学会出
版センタ,東京,1977,97頁」に記載されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the mechanism of emission of photoelectrons from the substrate 6 in order to consider this point. When the radiated light 17 having the beam cross-sectional area S is incident on the substrate 6 at an oblique incident angle 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 forming the substrate 6 are excited. And generate photoelectrons. The generated photoelectrons collide with another atom to be excited, or excite a lattice system to lose energy, while some photoelectrons completely lose energy in the substrate 6. It jumps out from outside with constant kinetic energy. The escape depth dε is a measure of how much the photoelectrons jump out from the surface of the substrate 6. The escape depth dε varies depending on the kinetic energy of photoelectrons, but is about 5 to 50Å. This is described in, for example, the document “Electron spectroscopy, edited by The Chemical Society of Japan, Academic Publishing Center, Tokyo, 1977, p. 97”.

一方、放射光の侵入距離lは、例えば波長が100Åで基
板Siの場合、線吸収係数が約100μm-1であるから、l≒
100Å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/cm3〕として、次
式で与えられる。
On the other hand, for the penetration distance l of the radiated light, for example, when the wavelength is 100Å and the substrate is Si, the linear absorption coefficient is about 100 μm −1 , so
It becomes 100Å, and l> dε. Therefore, in such a case, when obtaining the number of photoelectrons generated from the substrate 6, as a first approximation, as shown in FIG. 4, the substrate structure within the depth dε under the area irradiated by the radiated light is used. Consider the number of atoms N1. N1 is given by the following equation, where the atomic density of the substrate is n [pieces / cm 3 ].

N1=S・dε・n/sinθ〔個〕 ……(1) 発生光電子数N2は、入射フォトン強度をI〔フォトン/
(秒・cm2)〕、光イオン化断面積をσ〔cm2〕として、
次式で与えられる。
N1 = S.d.epsilon.n / sin θ [pieces] (1) The number of photoelectrons N2 generated is I [photons /
(Sec · cm 2 )], and the photoionization cross section is σ [cm 2 ],
It is given by the following formula.

N2=I・N1・σ〔個/秒〕 ……(2) すなわち、(1),(2)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、1/sinθ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頁(M.Kobayashi,Proceedings o
f the 5th Symposium on Accelerator Science and Tec
hnology,(1984)p.250)」に記載されている。
N2 = I · N1 · σ [pieces / second] (2) That is, from equations (1) and (2), when the oblique incident angle θ becomes small, the photoelectrons generated are proportional to 1 / sinθ. You can see that it increases. Detailed analysis considering the reflection of synchrotron radiation on the substrate surface and the angle dependence of the photoelectron generation direction
For example, reference “Kobayashi, Record of 5th Lecture on Accelerator Science and Technology, 1984, p. 250 (M. Kobayashi, Proceedings o
f the 5th Symposium on Accelerator Science and Tec
hnology, (1984) p.250) ”.

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、斜入斜角θを小さく
していると、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。
Further, in the light of the soft X-rays and the vacuum ultraviolet region used as the excitation source in this device, the real part n of the complex refractive index of the substrate is a value slightly smaller than 1, so the vertical reflectance is extremely low. As the angle of oblique incidence θ is decreased, total reflection occurs at a certain critical angle. On the other hand, in the case of visible light or ultraviolet light, n is generally larger than 1 and the vertical reflectance is to some extent, but total reflection does not occur even if the oblique incident angle θ is reduced. Therefore, in this device, if the oblique inclination angle θ is made small, the number of photoelectrons from the substrate increases and the reflected light from the substrate increases, and they excite gas phase gas molecules to Therefore, it is considered that the deposition rate is increasing.

第3図において、点線S6で示したのは1/sinθ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、斜入斜角θが略45度以下では堆積速
度が1/sinθ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ッ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回エス・エス・ディ・エム(19
86)A−7−6LN,727頁(H.Kyuragi and T.Urisu,18th
SSDM(1986)A−7−6LN.p.727)」に記載されてい
る。
In FIG. 3, the dotted line S6 is a straight line proportional to 1 / sin θ. When the gas pressure in the reaction chamber 5 is high, that is, the characteristic curve S5, the deposition rate closely matches the straight line of 1 / sin θ when the oblique inclination angle θ is about 45 degrees or less, and the reaction is caused by the photoelectrons generated from the substrate. It suggests that we are making progress. On the other hand, when the gas pressure is low, that is, when the characteristic curve is S4, the deposition rate does not increase much even if the oblique incident angle θ becomes small. By the way, under the condition of the characteristic curve S4, it is proved from the analysis of the inclination of the edge of the deposited silicon nitride film pattern 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 "Kuraki and Urisu, 18th SDS DM (19
86) A-7-6LN, p. 727 (H. Kyuragi and T. Urisu, 18th
SSDM (1986) A-7-6LN.p.727) ".

S4,S5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け易い。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 S5, when the gas pressure is high, the gas-phase excited reaction becomes dominant, and therefore, it is easily affected by photoelectrons from the substrate and reflected light from the substrate. on the other hand,
It can be interpreted that when the gas pressure is low, the substrate surface excitation reaction is the main and is not significantly affected by photoelectrons and 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 the substrate 6 placed in the reaction chamber 5 filled with the reaction gas with soft X-rays or vacuum ultraviolet light, when the pressure of the reaction gas is high, it is particularly remarkable. By reducing the oblique incident angle θ which is the angle formed by the irradiation light and the substrate 6, it is possible to increase the deposition rate and the thin film deposition area. Also,
Even if the pressure of the reaction gas is low, the product of the deposition rate and the thin film deposition area can be increased by decreasing the oblique incident 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内の圧力が高くなれば、
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 collected by the toroidal mirror provided in the upstream part 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 reduced. It can be 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 in the reaction chamber 5 and between the reaction chamber 5 and the beam line 4. It is possible to provide a steep pressure distribution. If the pressure in the reaction chamber 5 increases,
Naturally, the deposition rate will increase.

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CV
D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 illustrates another effect utilizing the incident angle dependence of the deposition rate. In FIG. 5, θ1 is irradiation light
The incident angle of 17 with respect to 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 is vertically incident on the substrate at the tops of lines and the valleys of spaces.
However, the incident light enters the side wall of the line portion at an incident angle θ1. Therefore, even if there is such a step and the aspect ratio is as high as possible, since the deposition rate at the side wall portion is high, it is possible to deposit a thin film with good coverage. Normal decompression CV
In the D method and the plasma CVD method, although the coating property is good, in principle, a certain amount of deposited film thickness is required to cover the step with a high aspect ratio as long as the deposition is from a gas phase reaction. However, in the case of the present apparatus, the substrate surface excitation reaction is the main and the deposition rate on the side wall can be increased, so that the step can be covered 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、
Si基板に波長93.4Å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 surface of the substrate with soft X-rays or vacuum ultraviolet light, and if the incident angle θ1 is too small, total reflection occurs on the surface of the substrate and photons penetrating into the substrate are reduced. It must be taken into consideration that the number of photoelectrons generated will decrease. For example,
When light of wavelength 93.4Å is incident on the Si substrate, θ1 <5.1
Since total reflection occurs at a degree, 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 the irradiation wavelength. An effective wavelength can be selected by providing a spectroscopic element on the optical axis in FIG. This spectroscopic element may be provided on the optical axis between the electron storage ring 1 and the toroidal mirror 3 or between the toroidal mirror 3 and the reaction chamber 5. Also, the toroidal mirror 3 may be replaced with a spectroscopic element that also serves as a light collector.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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射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ットで薄膜を堆積できる
効果がある。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described 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 a source gas is introduced, and deposits a thin film on the substrate. 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, the thin film can be uniformly deposited with 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。
Further, since the irradiation light can be converged at a constant thin film forming region and the pressure inside the reaction chamber can be increased by providing a differential exhaust unit between the reaction chamber and the beam line, further increase 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。
Further, when applied to the case of depositing a thin film on a substrate having irregularities, there is an effect that it is possible to form a thin film with excellent coverage even with a step having a high aspect ratio, with an extremely thin film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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。 1……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……
放射光導入ポート。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing a dose amount dependency of a deposited film thickness, and FIG. 3 is a graph showing an incident angle dependency of a deposition rate. FIG. 4 is an explanatory view for explaining a photoelectron emission mechanism from the substrate, FIG. 5 is an explanatory view showing a case where the present invention is applied to a substrate having unevenness, and FIGS. 6 and 7 are conventional drawings. It is a block diagram which shows a thin film forming apparatus. 1 ... Electron storage ring, 2 ... Mirror room, 3 ... Toroidal mirror, 4 ... Light propagation path (beam line), 5 ...
Reaction chamber, 6 ... Substrate, 7 is heater for heating, 8,15 ... Exhaust port, 9 ... Raw material gas nozzle, 12 ... Substrate holder, 16 ...
Synchrotron radiation introduction port.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】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、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, gas introducing means for introducing a raw material gas into the reaction chamber, and the reaction chamber is irradiated with soft X-rays or vacuum ultraviolet light as irradiation light. In order to provide a sharp pressure difference between the irradiation means, the tilting means for installing the substrate at an arbitrary angle with respect to the irradiation light, and the reaction chamber and the beam line for guiding the irradiation light, A differential pumping section in which the beam passing section of the connecting section of the beam line to the reaction chamber is narrowed down 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 apparatus characterized by the above.
【請求項2】照射手段は電子蓄積装置であることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成装置。
2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the irradiation means is an electron storage device.
【請求項3】傾斜手段は、照射光と基板とのなす斜入射
角を50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 thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the tilting means has an oblique incident angle between the irradiation light and the substrate of 50 degrees or less.
【請求項4】ビームラインは、途中に照射光の波長を選
択する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 irradiation light in the middle of the beam line.
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