(57)【要約】【課題】フッ素ガスと同等の特性を有し、安全性の高い原子状フッ素を使用し、一台の装置で一連の半導体製造工程を行える半導体製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】パルス状に原料を導入するノズル状の原料導入口１に、前記原料に同期したＣＯ２レーザを集光させ、前記原料を解離して原子状ビームを生成する原子状ビーム発生手段３と、基板表面にＣＶＤ法で任意の組成物を堆積するＣＶＤ用ガス発生手段５と、前記基板表面に堆積した前記組成物の表面にイオンを照射して、前記組成物の組成を変え得るとともに、任意のパターンを描画することができるイオンビーム発生手段６と、前記原子状ビーム発生手段３と、前記ＣＶＤ用ガス発生手段５と、前記イオンビーム発生手段６とを一体に連結し、前記基板を載置する回転自在な試料台４を有したチャンバー８と、を備えてなる半導体製造装置Ａであって、前記試料台を半導体製造工程における各処理工程に合せて、前記チャンバー８内で回転させることで、半導体の一連の製造工程を同一チャンバー８内で処理できることを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状に原料を導入するノズル状の原料導入口に、前記原料に同期したＣＯ２レーザを集光させ、前記原料を解離して原子状ビームを生成する原子状ビーム発生手段と、
基板表面にＣＶＤ法で任意の組成物を堆積するＣＶＤ用ガス発生手段と、
前記基板表面に堆積した前記組成物の表面にイオンを照射して、前記組成物の組成を変え得るとともに、任意のパターンを描画することができるイオンビーム発生手段と、
前記原子状ビーム発生手段と、前記ＣＶＤ用ガス発生手段と、前記イオンビーム発生手段とを一体に連結し、前記基板を載置する回転自在な試料台を有したチャンバーと、を備えてなる半導体製造装置であって、
前記試料台を半導体製造工程における各処理工程に合せて、前記チャンバー内で回転させることで、半導体の一連の製造工程を同一チャンバー内で処理できることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記イオンビーム発生手段とともに、あるいは単独で使用され前記基板表面に堆積した前記組成物の表面に任意のパターンを描画する電子ビーム発生手段が、さらに備えられてなる請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記原子状ビーム発生手段に、前記原料導入口から放出される原子状ビームを収束することができる原子状ビームガイドが設けられている請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記原子状ビーム発生手段に導入される前記原料がＳＦ６であり、生成される前記原子状ビームが原子状フッ素である請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記原子状ビーム発生手段に導入される前記原料が酸素、水素、炭素を含む気体又は液体であり、生成される前記原子状ビームが原子状酸素、原子状水素、原子状炭素である請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一連の半導体製造工程を一台の装置でできる半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程における各処理工程は、それぞれ別個の処理装置において処理されているため、被処理物を各処理工程ごとに各処理装置に移動させる必要がある。このため、移動の際に不純物等の付着を防止するために、半導体製造装置は、その装置全体をクリーンルーム内に設置している。しかしながら、クリーンルームの大きさにも制限があり、新たに設備導入する場合等にあっては、クリーンルームを必要とせずに、一連の製造工程を一台の装置で行えるものが要望されつつある。
【０００３】
また、半導体製造工程において、半導体のクリーニングガスやエッチングガスとして、フッ素ガスが使用されつつある。ところが、フッ素ガスは、毒性の強いＨＦガス等を電気分解して生成しており、フッ素ガス生成時には、安全面で非常に注意が必要であった。このため、フッ素ガスは他の別施設において製造され、ボンベ等に貯蔵されて、必要時にボンベ等から抽出して使用されている。最近になり、半導体製造工程において、フッ素ガスは、その需要が増大しつつあり、オンサイトでフッ素ガスを生成することができるフッ素ガス発生装置が望まれている。そのため、フッ素ガス生成時に安全性の高いフッ素ガス発生装置が要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、フッ素ガスと同等の特性を有し、安全性の高い原子状フッ素を使用し、一台の装置で一連の半導体製造工程を行える半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の半導体製造装置は、パルス状に原料を導入するノズル状の原料導入口に、前記原料に同期したＣＯ２レーザを集光させ、前記原料を解離して原子状ビームを生成する原子状ビーム発生手段と、基板表面にＣＶＤ法で任意の組成物を堆積するＣＶＤ用ガス発生手段と、前記基板表面に堆積した前記組成物の表面にイオンを照射して、前記組成物の組成を変え得るとともに、任意のパターンを描画することができるイオンビーム発生手段と、前記原子状ビーム発生手段と、前記ＣＶＤ用ガス発生手段と、前記イオンビーム発生手段とを一体に連結し、前記基板を載置する回転自在な試料台を有したチャンバーと、を備えてなる半導体製造装置であって、前記試料台を半導体製造工程における各処理工程に合せて、前記チャンバー内で回転させることで、半導体の一連の製造工程を同一チャンバー内で処理できることを特徴とする。
【０００６】
このような構成によると、クリーニング、パターニング、エッチング、エピタキシャル成長等の半導体製造工程における一連の半導体製造工程を一台の装置で行うことができる。このため、被処理物を処理工程ごとに処理装置間を移動させることがなくなる。これによって、一台の装置で半導体の一連の製造工程を行うことが可能となり、クリーンルーム外に当該半導体製造装置を設置することも可能となる。
【０００７】
また、本発明に係る半導体製造装置は、前記イオンビーム発生手段とともに、あるいは単独で使用され前記基板表面に堆積した前記組成物の表面に任意のパターンを描画する電子ビーム発生手段が、さらに備えられてなるものである。
【０００８】
このような構成によると、イオンビーム発生手段のみの場合に比べて、複雑なパターニングを行うことも可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る半導体製造装置は、前記原子状ビーム発生手段に、前記原料導入口から放出される原子状ビームを収束することができる原子状ビームガイドが設けられているものである。
【００１０】
このような構成によると、原子状ビームが照射される基板に原子状ビームを均等に照射することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体製造装置は、前記原子状ビーム発生手段に導入される前記原料がＳＦ６であり、生成される前記原子状ビームが原子状フッ素であるものである。
【００１２】
原料にＳＦ６を使用し、このＳＦ６を解離させて原子状フッ素を生成するため、安全性に優れている。なお、ここでパルス状に原料を導入するノズル状の原料導入口に、この原料に同期したＣＯ２レーザを集光させ、原料を解離して原子状ビームを生成する方法は、ＵＳＰ４８９４５１１とその原理は同じであるが、ＵＳＰ４８９４５１１が凸レンズを用いて、ＣＯ２レーザを原料導入口に集光させているが、本発明では、チャンバー内に凹面鏡を設け、その凹面鏡でＣＯ２レーザを反射させて、原料導入口にＣＯ２レーザを集光させている点で異なる。このため、凸レンズを使用する場合に比べて、凹面鏡の角度等を調整することで、ＣＯ２レーザの発振位置に影響されることなく、ＣＯ２レーザを原料導入口に集光することができる。このため、凹面鏡を設けるチャンバーの大きさを小さくすることが可能となり、半導体製造装置を小型化することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る半導体製造装置は、前記原子状ビーム発生手段に導入される前記原料が酸素、水素、炭素を含む気体又は液体であり、生成される前記原子状ビームが原子状酸素、原子状水素、原子状炭素である。
【００１４】
原料に、酸素、水素、炭素を含む気体又は液体を使用することによって、生成される原子状ビームとして、原子状酸素、原子状水素、原子状炭素を生成することができる。このため、半導体製造工程におけるマスクの形成、エッチング等の各工程を同一チャンバー内で原料を変えることで容易に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る半導体製造装置の実施形態の一例を説明する。
【００１６】
本実施形態例に係る半導体製造装置Ａは、図１に示すように、パルス状に原料を導入するノズル状の原料導入口１に、導入された原料に同期したＣＯ２レーザを凹面鏡２に反射させて集光させ、この原料を解離して原子状ビームを生成する原子状ビーム発生手段３と、基板表面にＣＶＤ法で任意の組成物を堆積するＣＶＤ用ガス発生手段５ａ、５ｂと、基板表面に堆積した組成物の表面にイオンを照射して、組成物の組成を変え得るとともに、任意のパターンを描画することができるイオンビーム発生手段６と、原子状ビーム発生手段３と、ＣＶＤ用ガス発生手段５ａ，５ｂと、イオンビーム発生手段６とを一体に連結し、基板を載置する回転自在な試料台４を有したチャンバー８とで構成されている。
【００１７】
チャンバー８には、イオンビーム発生手段６とともに、あるいは単独で使用されて、基板表面に堆積した組成物の表面に任意のパターンを描画する電子ビーム発生手段９をも設けることができる。
【００１８】
チャンバー８は、図示しない真空排気装置に連結され、チャンバー８内を１０−３Ｐａの以下の圧力とできる。これによって、基板への不純物の付着等を防止することができる。
【００１９】
基板をクリーニング又はエッチングする原子状ビームを発生する原子状ビーム発生手段３は、図１に示すように、チャンバー８内に原料を導入する原料導入管１０と、ノズル状の原料導入口１と、図示しないＣＯ２レーザ発振装置と、ＣＯ２レーザ発振装置から発振されたＣＯ２レーザを反射して、原料導入口１に集光する表面が金で覆われた凹面鏡２とで構成されている。
【００２０】
この原子状ビーム発生手段３は、原料が導入される原料導入管１０と、パルス状に原料をチャンバー８内に導入する原料導入口１と、原料導入口１からコニカル状に広がる原子状ビームガイド１４とで構成されている。原子状ビームガイド１４は、石英等で形成されており、放出される原子状ビームを原料導入口１から発散させることなく、試料台４に載置されている基板に均等に原子状ビームが照射されるように原子状ビームを収束している。
【００２１】
また、この原子状ビーム発生手段３では、レーザ推進の原理を応用している。すなわち、パルス状の原料を原料導入管１０を介して原料導入口１のノズル内部に導入し、それに同期してＣＯ２レーザを照射する。これにより、ノズル内で生じたブレークダウンからデトネーション波が伝播し、５ｅＶ程度の原子状ビームを生成するものである。この時、導入する原料としては、ガス、液体等を用いることができる。本実施形態例においては、人的に無害のＳＦ６を原料として使用することで、原子状フッ素を生成できる。なお、原料として例えば、酸素ガス、水素ガス等を使用することによって原子状酸素、原子状水素等の任意の原子状ビームを生成することができ、これら原子状酸素、原子状水素を基板に照射することによって、基板表面を酸素終端化或いは水素終端化することができる。また、例えば、原料に炭素を含むガスあるいはアルコール等の液体を使用すると、原子状炭素ビームを生成することが可能となり、この原子状炭素ビームを試料台４に載置されている基板に照射すると、基板表面に炭化物或いは炭素の皮膜を形成することも可能である。さらには、基板にＳｉを使用すると、ＳｉＣを形成することも可能である。
【００２２】
また、ＣＶＤ用ガス発生手段５ａ，５ｂとしては、本実施形態例においては、図１に示すように、チャンバー８に２本連結した状態を図示しているが、このＣＶＤ用ガス発生手段５ａ，５ｂは基板表面にＣＶＤ法によって堆積させる任意の組成物にあわせ、適宜、接続する本数を設定することができる。
【００２３】
イオンビーム発生手段６は、図示していないガス導入ラインに連結され、任意のガスが導入されることで、任意のイオンを発生することができる。そのため、基板の材質に合せて導入するガスを変えることで、基板表面の組成物の組成を変え得るとともに、任意のパターンを描画することができるものである。なお、イオンビームによって任意のパターンを描画する際に、例えば、前述の原子状ビーム発生手段３によって任意の原子状ビームを照射することによって、基板表面に任意の元素による終端（例えば、水素終端、酸素終端等）を形成することができる。そして、これら終端材料をマスクとして使用し、先に描画したパターンと組み合せて複雑な形状のパターンを描画することもできる。
【００２４】
また、基板が載置される試料台４は、チャンバー８内に回転自在に設けられており、各処理工程に合せて回転することができる。また、試料台４には、ヒータが設けられており、基板を加熱することもできる。
【００２５】
次に、以上のように構成されている半導体製造装置を用いての半導体製造方法について説明する。
【００２６】
先ず、基板を試料台４に設置する。この基板としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ基板等を任意の基板を使用することができる。基板を試料台４に設置した後、基板表面に存在する自然酸化膜を除去するために、原料導入管１０から原料としてＳＦ６をパルス状に原料導入口１に導入する。そして、図示しないＣＯ２レーザ発振装置からＣＯ２レーザを発振し、チャンバー８内に設置されている凹面鏡２によって反射させて、原料導入口１に集光させる。これによって、原料のＳＦ６は解離され、原子状フッ素が生成される。原子状フッ素は、従来、酸化物等をエッチングする際に使用されていたフッ素ガス等と、同等以上のエッチング効果を有している。その一方で、原子状フッ素は、従来のフッ素ガスのように生成時に毒性の強いＨＦ等を使用せずに、ＳＦ６という人的に毒性のない安全なガスを原料としているため、安全性に優れたものとなっている。
【００２７】
基板表面にこの原子状フッ素を照射することで、基板表面の自然酸化膜がエッチングされて、除去される。基板表面の自然酸化膜を除去した後、ＣＶＤ用ガス発生手段５ａ、５ｂから任意の組成物が形成できるガスをチャンバー８内に導入し、基板表面にＣＶＤ法によって任意の組成物を形成することができる。この時、例えば、基板にＳｉ基板を使用し、原料に炭素を含むメタン等のガスあるいは、アルコール等の液体を使用すると、Ｓｉ基板表面に原子状炭素を照射することができ、試料台４に設けられているヒータ等の加熱手段と併用することによって、Ｓｉ基板をＳｉＣ基板へと転化することも可能である。
【００２８】
基板表面に任意の組成物を形成した後は、その表面にイオンビーム発生手段からイオンビームを照射して、組成物表面に任意のパターンを描画する。イオンビームを照射することによって、基板表面に形成されている組成物は、イオンが照射された箇所の組成が変化する。そのため、この後に、再度原子状ビーム発生手段３から所定の原子状ビーム、例えば、原子状フッ素ビームを照射することによって、イオン照射されていない部分をエッチングし、描画されたパターン部分を凸状に形成することが可能である。
【００２９】
また、基板表面の自然酸化膜を除去した後、ＣＶＤ法により任意の組成物を形成することなく、引き続き基板表面に原子状ビームを照射し、基板表面を任意の原子によって終端化する。そして、その終端化している表面を電子ビーム発生手段９から電子ビームを照射して表面の終端材料を除去することで、任意のパターンを描画し、再度原子状ビーム発生手段３から原子状ビームを照射すると、終端材料が形成されている部分は、これら終端材料がマスクとなりエッチングされないが、電子ビームによって終端材料が除去された部分がエッチングされ、描画されたパターン部分が凹状に形成される。
【００３０】
また、基板表面の自然酸化膜を除去した後、同様にして基板表面を任意の原子で終端化させた後、イオンビーム発生手段６から所定の金属イオンを照射し、終端材料に原子単位で金属イオンを堆積しながら、パターンを描画する。そして、試料台４に設けられている加熱手段によって加熱することによって、終端材料に堆積された金属イオンが触媒となって、描画された部分を成長させることもできる。
【００３１】
なお、前述の各処理は、それぞれ単独で処理することも可能であるが、各処理を組み合せることで、より複雑なパターンを基板表面に形成することができる。また、試料台４がチャンバー８内で回転自在であり、各ビーム発生手段に対して所定の面を向けることができるため、基板は平板である必要は特になく、凸状の板や、球状のものであってもその表面に所定のパターンを形成することができる。
【００３２】
また、本発明に係る半導体製造装置は、前述の実施形態例のように、チャンバー８を単独で使用することもできるが、例えば、図２に示すように、質量分析計１１や、Ｘ線回折装置１２等を連結して、アームロッド１３ａ，１３ｂ等によって基板をチャンバー８から各質量分析計１１や、Ｘ線回折装置１２等に移動させ、半導体を製造しつつ、各特性について分析することも可能である。
【００３３】
なお、原子状ビーム発生手段３のみを従来の半導体製造装置に組み付けることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る半導体製造装置は以上のように構成されており、毒性のないＳＦ６を原料として、従来のフッ素ガスと同等以上のクリーニング、エッチング特性を有する原子状フッ素を生成することができるため、作業上の安全性を向上でき、半導体製造工程の一連の工程に必要な処理手段を一台のチャンバーに連結することが可能となった。このため、半導体製造工程において、基板を各処理工程ごとに処理装置間を移動させる必要性がなくなり、クリーンルーム内でなくても、半導体製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造装置の実施形態の一例を示す断面概略図である。
【図２】本発明に係る半導体製造装置の応用の一例を示す断面概略図である。
【符号の説明】
Ａ　半導体製造装置
１　原料導入口
２　凹面鏡
３　原子状ビーム発生手段
４　試料台
５ａ、５ｂ　ＣＶＤ用ガス発生手段
６　イオンビーム発生手段
８　チャンバー
９　電子ビーム発生手段
１０　原料導入管
１１　質量分析計
１２　Ｘ線回折装置
１３ａ，１３ｂ　アームロッド
１４　原子状ビームガイド
【図１】
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【図２】
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