DE3626876C2

DE3626876C2 -

Info

Publication number: DE3626876C2
Application number: DE3626876A
Authority: DE
Inventors: Keizo Kodaira Tokio/Tokyo Jp Suzuki; Ken Hachioji Tokio/Tokyo Jp Ninomiya; Shigeru Kokubunji Tokio/Tokyo Jp Nishimatsu; Osami Chofu Tokio/Tokyo Jp Okada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-25
Also published as: JPH0682642B2; JPS6235521A; US4901667A; DE3626876A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Be handlung von Oberflächen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und insbesondere eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, die für die Durchführung eines Verfahrens für die Herstellung von Halbleiter bauelementen geeignet ist, bei dem weder eine Beschädigung noch eine Verunreinigung auftritt und bei niedrigen Temperaturbedingungen eine hohe Selektivität gegeben ist.

Bei herkömmlichen trockenen Prozessen für die Her stellung von Halbleiterbauelementen findet ein Ionen strahl oder ein Plasma Anwendung (vgl. "Application of Plasma Processes to VLSI Technology", JOHN WILEY and SONS, 1985, Seiten 1 bis 3, herausgegeben von Takuo Sugano). Bei derartigen Prozessen treffen jedoch Ionen, Atome, Moleküle und Elektronen mit hoher kinetischer Energie (größer als etwa 100 eV) auf ein zu behandelndes Element, wie die Oberfläche eines Substrats, oder auf die feste Oberfläche neben dem Element, z. B. die Innenwand einer Vakuumkammer oder die Oberfläche einer Substrat bühne. Dadurch wird unvermeidlich eine Beschädigung und Verunreinigung der Oberfläche des Elements hervorgerufen.

Darüber hinaus verursachen die auf das Substrat auf treffenden Teilchen mit hoher Energie einen Anstieg der Substrattemperatur. Beschädigung, Verunreinigung und Temperaturanstieg des Substrats bilden schwerwiegende Probleme, da darauf Halbleiterbauelemente mit geringen Ab messungen hergestellt werden sollen (1 µm oder kleiner). Be sonders gravierend werden derartige Probleme bei Halb leiterbauelementen mit einer dreidimensionalen Struktur, wie sie voraussichtlich in naher Zukunft realisiert wer den. Daher können in der Praxis nicht länger derartige Trockenprozesse verwendet werden.

Aus der GB 21 41 386 ist eine Vorrichtung nach dem Ober begriff des Hauptanspruchs bekannt, mit der die Oberflächenbe handlung eines Substrats mittels eines Trockenätzprozesses er folgt. In dieser Vorrichtung ist das Innere einer Vakuumkammer durch eine mit Öffnungen versehene Trennwand in zwei Bereiche unterschiedlichen Drucks unterteilt. Das Substrat befindet sich in dem Bereich mit niedrigerem Druck, dem anderen Bereich wird das Ätzgas zugeleitet. Durch ein Fenster wird in diesen Bereich mit höherem Druck "Licht", insbesondere Infrarot- Strahlung, eingestrahlt, um die Ätzgasmoleküle anzuregen und dadurch für den Ätzprozeß zu aktivieren.

Wegen des begrenzten Wirkungsquerschnitts für optische Anregung und der relativ geringen Materiedichte im Gasraum wird bei einer derartigen Vorrichtung nur ein geringer Teil der im Gasraum vorhandenen Gasmoleküle angeregt. Der größte Teil der Strahlung trifft auf die Wände der Kammer und bewirkt dort eine Erwärmung bzw. andere an der Oberfläche der Kammer wand ablaufende photochemische Prozesse. Weiterhin erfolgt die Anregung der Gasmoleküle nur in ganz bestimmten - optischen - Schwingungszuständen, während Rotationszustände oder Schwin gungszustände, bei denen kein elektrisches Dipolmoment auf tritt, nicht angeregt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung zu schaffen, mit der eine effizien tere Anregung der Gasmoleküle erfolgen kann, ohne daß eine Be schädigung, Verunreinigung oder Erhitzung des Substrats auf hohe Temperaturen auftritt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. In dieser Vorrichtung ist eine Gasaktivierungseinrichtung vorgesehen, die einen Gas ofen und einen Heizer zum Beheizen des Gasofens aufweist. Mit dieser Gasaktivierungseinrichtung wird das Gas erhitzt, d. h. thermisch aktiviert. Die so erzeugten aktiven Teilchen werden in Form eines "Strahls" in eine Vakuumkammer injiziert, in der das zu behandelnde Substrat angeordnet ist, so daß mit dem Strahl aktiver Teilchen eine Behandlung der Substratoberfläche erfolgt. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "Strahl" eine Ansammlung von Teilchen, in der die Geschwindigkeitsver teilung der Teilchen nicht isotrop ist, so daß die Teilchen insgesamt in einer vorgegebenen Richtung fliegen, d. h. eine bestimmte "Direktivität" aufweisen.

Die thermische Anregung der Gasmoleküle mit der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist effizienter als eine optische An regung nach dem Stand der Technik, denn thermisch lassen sich alle Energiezustände der Gasmoleküle anregen, also sowohl op tische als auch andere Schwingungszustände und Rotationszu stände. Weiterhin erhalten die Gasmoleküle translatorische Energie, so daß Stoßreaktionen möglich werden, d. h. Reaktio nen, bei denen die Gasmoleküle ausreichende kinetische Ener gie besitzen müssen, um das Aktivierungspotential zu überwin den.

Da in der erfindungsgemäßen Vorrichtung weder ein Ionen strahl noch ein Plasma Anwendung findet, ist die Energie der einfallenden Teilchen sehr klein (1 eV oder kleiner), und die Oberfläche des Substrats wird nicht beschädigt. Da weiterhin das Material neben dem Substrat nicht be stäubt wird, wird auch die Substratoberfläche nicht verunrei nigt. Aufgrund der geringen Energie der auftreffenden Teilchen können diese die Temperatur auf der Oberfläche des Substrats nicht so stark erhöhen, und der Prozeß kann bei niedrigen Tem peraturen durchgeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele und vorteilhafte Weiter entwicklungen der Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wer den unter Bezugnahme auf die Zeichnungen be schrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin dung;

Fig. 2A bis 2C Schnittansichten zur Verdeut lichung der Funktion eines Kollimators im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1;

Fig. 3A bis 3E Schnittansichten zur Verdeut lichung der Formen von Öffnungen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und

Fig. 4 bis 11 schematische Darstellungen des Aufbaus bzw. eines Teils des Auf baus von weiteren Ausführungsformen einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Ober flächenbehandlungsvorrichtung dargestellt. Diese Vor richtung umfaßt eine Vakuumkammer 1, eine Substrathöhe 3 für das Halten eines Substrats 2, ein Durchlaßventil 4 für das Einführen eines Gases, eine Gas-Heizeinrichtung mit einem Heizer 5 und einem Ofen 6 sowie Öffnungen 7 für das Injizieren des Gases in die Vakuumkammer. Weiter hin sind ein Kollimator 8, die Flug- bzw. Ausbreitungsrichtungen der inji zierten Gasteilchen annähernd zueinander ausgerichtet, d. h. den Gasteilchen eine bestimmte "Direktivität" gibt, so daß ein "Teilchen-Strahl" entsteht, eine Temperatur steuereinrichtung 9 für den Kollimator 8, eine Temperatur steuereinrichtung 10 für das Substrat, eine Substratbühnen- Antriebseinrichtung 11 sowie eine Abschirmplatte 12 vorge sehen. Für den Heizer ist eine Leistungsquelle 13 vorge sehen, die eine Rückkopplung aufweist, um unter Verwendung von Signalen von einer Temperaturmeßeinrichtung 14 die Temperatur des Gases konstant zu halten.

Das durch das Durchlaßventil 4 zugeführte Gas (M be zeichnet die das Gas bildenden Atome oder Moleküle) wird durch die Gas-Heizeinrichtung aus dem Heizer 5 und dem Ofen 6 erhitzt. Die Erhitzung des eingeführten Gases er folgt, um aktive Teilchen (M′) zu bilden. Durch die Hitze wird beispielsweise ein F₂-Gas zersetzt, so daß es aktive Radikale F bildet. Es findet folgende, durch die Reak tionsformel ausgedrückte thermische Zersetzung statt:

F₂ → 2 F. . . (1)

Dasselbe gilt für andere Halogenmoleküle (Cl₂, Br₂, I₂ und ähnliche). Durch die thermische Zersetzung können leicht aktive Radikale gebildet werden. Wenn ein Halogen atom allgemein mit R bezeichnet wird, findet folgende Reak tion statt.

R₂ → 2 R. . . (2)

Die für die thermische Zersetzung erforderliche Temperatur (T _f) des Ofens kann in Abhängigkeit von dem eingeführten Gas differieren. Im Falle von F₂-Gas muß die Temperatur höher als etwa 300°C, im Falle von Cl₂- Gas höher als etwa 500°C liegen. Die obere Temperatur-Grenze ist durch die Beständigkeit des Ofenmaterials gegen die Hitze und die chemischen Reaktionen vorgegeben und kann in einem Bereich bis zu etwa 1500°C liegen.

Wenn die eingeführten Gasteilchen aus Molekülen be stehen, werden daneben durch die Erhitzung die inneren Freiheitsgrade (Freiheitsgrad der Rotations-, Vibrations- und elektronischen Bewegung) der Moleküle angeregt, wo durch aktive Teilchen gebildet werden. Die Moleküle, deren molekulare Vibration oder Schwingung angeregt ist, werden als "heiße" Moleküle bezeichnet, die chemisch ak tiv bleiben. Werden beispielsweise SF₆-Moleküle, deren molekularer Schwingungsfreiheitsgrad angeregt ist, mit SF₆* bezeichnet, findet zwischen den SF₆*-Molekülen und dem Siliziumsubstrat eine Reaktion statt, wie sie durch die folgende Reaktionsformel ausgedrückt wird:

2 SF₆* + Si → SiF₄(Gas) + 2 SF₄ (3)

Dadurch erfolgt ein Ätzen des Siliziumsubstrats (vgl. T. J. Chuang, J. Chem. Phys., 74, 1453 (1981)). Um wirkungsvoll SF₆*-Moleküle zu bilden, muß die Tempe ratur des Ofens höher als 500°C sein. Neben dem SF₆-Gas zeigt auch NF₃-Gas diese Effekte. Das bedeutet, die NF₃-Moleküle, deren Freiheitsgrad der molekularen Schwin gung angeregt ist (NF₃*), reagieren mit dem Siliziumsub strat, so daß dieses geätzt wird. Um die NF₃*-Moleküle zu bilden, muß die Temperatur des Ofens höher als 300°C liegen. Durch Erhitzen von O₂-Molekülen können heiße O₂-Moleküle (O₂*) erzeugt werden. Die O₂*-Moleküle re agieren mit der festen Oberfläche und oxydieren diese wirkungsvoll. Um die O₂*-Moleküle zu bilden, muß die Temperatur des Ofens höher als 500°C sein.

Die in dem Ofen gebildeten aktiven Teilchen wer den durch die Öffnungen 7 in die Vakuumkammer 1 inji ziert, so daß sie in eine Richtung (hauptsächlich in die Richtung senkrecht zu der Fläche, in der die Öff nungen ausgebildet sind) fliegen, d. h. ein Strahl von aktiven Teilchen gebildet wird. Die Geschwindigkeits verteilung der Teilchen ist jedoch nicht vollständig, sondern nur weitgehend in einer Richtung orientiert, so daß ein nicht-gleichmäßiges Fliegen der Teilchen möglich ist.

Die auf die Oberfläche des Substrats auftreffenden aktiven Teilchen werden einer Vielzahl von chemischen Reaktionen mit der Oberfläche des Substrats unterzogen, wodurch die Behandlung der Oberfläche erfolgt. Bei spielsweise reagieren nach der Gleichung (2) erzeugte Halogenstrom-Radikale mit Substraten aus Si, SiO₂, Si₃N₄, Mo, W, Al und ähnlichen so, daß sie diese ätzen. Es kann beispielsweise ein einkristallines oder ein polykristal lines Siliziumsubstrat Anwendung finden. Daneben können die Substrate auch aus einem Silizid aufgebaut sein, wie z. B. Si-Mo oder Si-W. Auch heiße Moleküle, wie z. B. SF₆* und NF₃*, reagieren mit Substraten wie Si, Mo und W so, daß sie diese ätzen. Dabei kann das Substrat einkristal lin oder polykristallin sein oder aus einem Silizid bestehen. Heiße Moleküle wie O₂* reagieren mit der Oberfläche des Substrats so, daß sie diese oxydieren. Obwohl es keine spezielle Beschränkung bezüglich des Substratma terials gibt, wird in Halbleiterprozessen gewöhnlich Silizium verwendet. Heiße Moleküle N₂* reagieren mit der Oberfläche des Substrats so, daß sie diese nitrieren. Dieser Prozeß kann zur Erhöhung der Härte der Oberfläche von Metallen, wie z. B. Nickel, Titan und ähnlichen, An wendung finden.

Für das Heizen bieten sich beispielsweise folgende Verfahren an: eine elektrische Widerstandsheizung, eine Heizung durch eine Infrarotlampe und eine Hochfrequenz heizung. Von diesen Verfahren kann die elektrische Wider standsheizung leicht in die Praxis umgesetzt werden.

Um das Gas im Ofen hinreichend zu erhitzen, muß das Volumen des Ofens größer als ein gegebener Wert sein. Ein gewünschtes Volumen V (cm³) des Ofens beträgt empi risch

V ≧ 10^-3 × Q

wobei Q (cm³) die Flußrate des Gases angibt.

Die Öffnungen 7 können kreisförmig oder rechteckig sein oder eine beliebige andere Form haben. Kreisförmige Öffnungen lassen sich jedoch leichter ausbilden. Wenn die Öffnungen zu klein sind, ist kein hinreichender Gas fluß gewährleistet. Sind die Öffnungen zu groß, wird der Druck in der Vakuumkammer zu hoch. Nach empirischen Un tersuchungen sollten die Öffnungen einen Durchmesser d von 0,1 bis 10 mm haben.

Wenn die die Öffnungen bildenden Seitenwände eine Temperatur haben, die niedriger als die Temperatur des Gases ist, kann das Gas während seines Durchtritts durch die Öffnungen abgekühlt werden. In diesem Fall verlieren die heißen Moleküle ihren "heißen" Zustand und ihre che mische Reaktionsfähigkeit. Dies kann jedoch wirkungsvoll verhindert werden, wenn die Öffnungen 7, wie in Fig. 1 gezeigt, innerhalb des Heizers 5 gebildet werden. In der Praxis sollten die Öffnungen im Heizer an einer Stelle ausgebildet werden, die von der Öffnung des Heizers um den Radius dieser Öffnung entfernt liegt.

Ein geeignetes Ofenmaterial kann in Abhängigkeit von dem zu erhitzenden Gas unterschiedlich sein. Soll beispielsweise ein Gas erhitzt werden, das Halogen atome enthält, wie F₂, Cl₂, SF₆ oder NF₃, wird vorzugs weise ein chemisch stabiles Material verwendet, wie Quarz, Aluminiumoxid, Saphir oder ähnliches. Insbesondere Quarz und Aluminiumoxid sind billig, ein fach zu verarbeiten und industriell vorteilhaft. Dane ben ist ein Nickel-Halogenid stabil und kann als ein Ofenmaterial verwendet werden.

Findet ein Material wie Kohlenstoff (Graphit oder amorpher Kohlenstoff) Anwendung, das leicht mit Halogen atomen reagiert, ist es, aufbauend zu entziehen. Wird bei spielsweise SF₆-Gas erhitzt, werden durch die thermische Zersetzung F-Radikale sowie SF₆* gebildet. Wenn die Ober fläche nur mit SF₆* behandelt werden soll, sind die F-Radikale nicht notwendig. In diesem Fall werden die F-Radikale durch die Reaktion C + 4 F → CF₄ gebunden, wenn als das Ofenmaterial der obengenannte Kohlenstoff verwendet wird. Damit kann die Oberfläche nur mit SF₆* behandelt werden.

Um die Gleichmäßigkeit der Oberflächenbehandlung zu steigern, ist es wirkungsvoll, das Substrat relativ zu dem Strahl der aktiven Teilchen durch die Substrat bühnen-Antriebseinrichtung 11 zu bewegen. Das Maß der Oberflächenbehandlung kann auch gesteuert werden, indem die Temperatur des Substrats durch die Steuereinrichtung 10 eingestellt wird.

Die Abschirmplatte 12 verhindert einen Anstieg der Temperatur an der Oberfläche des Substrats 2 durch die Wärmestrahlung vom Heizer 5 und vom Ofen 6. Weiterhin verhindert die Abschirmplatte 12, daß verunreinigende Stoffe vom Heizer 5 und Ofen 6 wegfliegen und an der Oberfläche des Substrats haften bleiben. Ein Hochtemperatur bereich und ein Anschlußdraht im Heizer sollten mit einem hitzebeständigen Material (wie z. B. Quarz oder Aluminiumoxid) abgedeckt werden, so daß das Fliegen und das Anhaften der verunreinigenden Stoffe auf der Oberfläche des Substrats so weit wie möglich unter bunden werden.

Der Kollimator 8 dient dazu, die Gleichmäßigkeit (Direktivität) der Geschwindigkeitsverteilung des Strahls der aktiven Teilchen zu verbessern. Der Kollimator weist ein einzelnes oder eine Vielzahl von durchgehenden Lö chern auf, die parallel zu einer Achse verlaufen, die den Ofen mit der Oberfläche des Substrats verbindet. Die Kollimator-Temperatursteuerung 9 steuert die Temperatur einer Seitenwand, in der die Löcher ausgebildet sind. Bestehen die aktiven Teilchen aus heißen Molekülen, wird die Seitenwand des Kollimators durch die Kollimator-Tem peratursteuerung 9 abgekühlt. Wie in Fig. 2A gezeigt, nimmt das molekulare Schwingungsniveau den Grundzustand an, wenn die heißen Moleküle M* auf die Seitenwand des Kollimators auftreffen, so daß der "heiße" Zustand der Moleküle verloren geht. Nur die heißen Moleküle, die den Kollimator durchlaufen, ohne auf die Seitenwand aufzu treffen, bleiben heiß, wodurch die Direktivität des Strahls der aktiven Teilchen verbessert wird. Wenn der Zerstreuungswinkel des Strahls der aktiven Teilchen nach dem Durchlaufen des Kollimators mit R bezeichnet wird, besteht die Beziehung tan R = D/L, wobei D den Radius des Loches und L die Dicke des Kollimators an gibt. Zum Kühlen können Wasser, flüssiger Stickstoff oder gekühltes Heliumgas verwendet werden. Wenn die aktiven Teilchen Radikale wie F-Atome sind, sollte die Seitenwand, in der die Löcher gebildet sind, auf einer hinreichend niedrigen Temperatur gehalten werden, um die Direktivität des Strahls der aktiven Teilchen zu verbessern. Der Grund dafür liegt darin, daß die auf die Seitenwand auftreffenden Radikale R von der Ober fläche der Seitenwand adsorbiert und nicht mehr emit tiert werden (vgl. Fig. 2B). Wenn das obengenannte Verfahren Anwendung findet, sollte der Kollimator aus einem Material hergestellt werden, das chemisch sta bil bleibt, wie z. B. Quarz, Aluminium, Nickel, Kupfer oder ähnlichem. Insbesondere Aluminium, Nickel und Kupfer haben eine gute Wärmeleitfähigkeit und können gut gekühlt werden. Weiterhin ist es möglich, die Direk tivität der aktiven Teilchen zu steigern, indem für den Kollimator ein Material gewählt wird, das mit den akti ven Teilchen leicht reagiert (vgl. Fig. 2C). Wenn die aktiven Teilchen beispielsweise aus Radikalen wie F- Atomen bestehen, kann als Kollimatormaterial Molybdän gewählt werden. Beim Auftreffen auf die Seitenwand rea gieren die F-Radikale mit dem Molybdän und bilden MoF₃, das chemisch nicht mehr aktiv ist. Daher bleiben nur die Teilchen aktiv, die den Kollimator durchlaufen, ohne auf die Seitenwand aufzutreffen, wodurch die Direktivität der aktiven Teilchen verbessert wird. Um die Reaktionsfähig keit zwischen dem Molybdän und den F-Radikalen zu stei gern, ist es vorteilhaft, die Temperatur der Seitenwand des Kollimators zu erhöhen (so daß sie höher als etwa 100°C liegt).

Die Fig. 3A bis 3E verdeutlichen in Querschnitten Formen der Öffnungen 7 für die Injektion des Gases aus dem Ofen. Die Öffnung nach Fig. 3A ist leicht auszubil den und auch praktisch anwendbar, sie hat jedoch den folgenden Nachteil: die aktiven Teilchen treffen teil weise auf die Seitenwand der Öffnung auf, reagieren damit und gehen verloren. Um das zu verhindern, muß die Dicke der Seitenwand soweit wie möglich verringert wer den. Wird die Dicke jedoch übermäßig reduziert, verliert die Seitenwand ihre mechanische Festigkeit, d. h. die Platte, in der die Öffnung 7 ausgebildet ist, kann brechen. Um die Dicke der Seitenwand der Öffnung ohne Bruch wirkungsvoll zu verringern, ist es empfehlens wert, die Abmessungen der Öffnung zwischen der Ofenseite und der Seite der Vakuumkammer zu verändern, wie es in den Fig. 3B bis 3E gezeigt ist.

Fig. 4 verdeutlicht einen Gaszuführbereich nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Gasofen 6 und die Vakuumkammer 1 stehen miteinander nur durch die Öffnungen 7 in Verbindung. Ist daher der Gas ofen 6 einmal mit dem Gas gefüllt, ist eine erhebliche Zeitspanne erforderlich, um das Gas abzuziehen. Das kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn das Zuführgas M durch ein Gas anderer Art ersetzt werden soll. Nach dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau wird der Gasofen 6 über ein Ventil V ₂ entleert, d. h. das Gas im Gasofen 6 kann durch Öffnen des Ventils V ₂ innerhalb kurzer Zeit ent fernt werden. Das ermöglicht ein sehr einfaches Ersetzen des Gases. Die Auslaßleitung mit dem Ventil V ₂ wird als eine Bypass-Auslaßleitung des Gasofens 6 bezeichnet. Ein Ventil V ₁ dient dazu, das Gas aus einem Tank in den Gas ofen 6 zuzuführen. Ein Ventil V ₃ hat die Funktion, das mit einer vorgegebenen Flußrate vom Gastank zugeführte Gas auszulassen, wenn die Ventile V ₂ und V ₁ geschlossen wurden. Das Gas der Bypass-Auslaßleitung kann über das Ventil V ₂ durch die Vakuumkammer 1 oder eine separate Entlüftungseinrichtung ausgelassen werden.

Fig. 5 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbei spiel der Erfindung. Das wesentliche Merkmal dieses Aus führungsbeispiels besteht darin, daß der Heizer 5 außer halb der Vakuumkammer 1 liegt. Das ermöglicht es, die Wärmestrahlung vom Heizer 5 auf die Oberfläche des Sub strats oder den Flug von verunreinigenden Materialien auf die Oberfläche des Substrats zu unterbinden. In die sem Fall ist der Heizer vorzugsweise eine Infrarotlampe. Da sich die Außenwand des Gasofens 6 nicht unter Vakuum bedingungen befindet, ist zwischen dem Gasofen 6 und der Vakuumkammer 1 eine Vakuumdichtung 16 erforderlich. Ein Flansch 15 verhindert, daß die Vakuumdichtung 16 in di rekten Kontakt mit dem Gasofen 6 kommt. Eine Kühleinrich tung 17 dient dazu, den Bruch der Vakuumdichtung 16 auf grund der Hitze zu verhindern.

Nach diesem Ausführungsbeispiel kann der Heizer 5 vom Gasofen 6 getrennt werden, wodurch ein leichter Aus tausch des Gasofens 6 bei Verschleiß oder Beschädigung möglich ist. Ein Kupplungsteil 18 erleichtert den Aus tausch des Gasofens 6.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Das wesentliche Merkmal dieses Ausführungsbeispiels be steht darin, daß die Gas-Heizeinrichtung in einer Vakuum kammer 19 installiert ist, die sich von der Vakuumkammer 1 unterscheidet, in der das Substrat 2 angeordnet ist. Die Vakuumkammer 1 auf der Seite des Substrats und die Vakuum kammer 19 auf der Seite der Gas-Heizeinrichtung werden über eine Trennplatte 21, die eine kleine Auslaßöffnung 20 hat, unterschiedlich oder gestaffelt entgast. Diese Aus führungsform verhindert die Wärmestrahlung vom Heizer auf die Oberfläche des Substrats, den Flug verunreinigender Materialien und die Beschädigung des Heizers durch die Freiluft.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das wesentliche Merkmal dieser Ausfüh rungsform besteht darin, daß eine Einrichtung zur Bewe gung des Gasofens vorgesehen ist, die aus einem Balg 22 besteht, so daß der relative Abstand und der relative Winkel zwischen dem Gasofen 6 und dem Substrat 2 verän dert werden kann. Dadurch wird eine wirkungsvolle Bestrah lung des Substrats mit dem Strahl der aktiven Teilchen ermöglicht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt. Danach ist zwischen dem Gasofen 6 und der Vakuumkammer 1 ein Absperrschieber 23 vorgesehen. Um das Substrat auszutauschen, muß die Vakuumkammer 1 auf Atmosphärendruck gebracht oder der Druck in der Vakuum kammer 1 in einem gewissen Maß hochgehalten werden. Es ist jedoch nicht wünschenswert, den Druck zu erhöhen, während der Gasofen 6 auf einer hohen Temperatur gehal ten wird, da die Innenwand des Gasofens mit der offenen Luft reagiert. Andererseits ist es unpraktisch, den Gas ofen abzukühlen und nach jedem Austausch des Substrats erneut zu erhitzen. Dadurch wird die Betriebszeit ver längert. Der Schieber 23 nach diesem Ausführungsbeispiel macht es möglich, nur die Vakuumkammer 1 auf der Substrat seite zu belüften, während die Vakuumkammer 19 im Bereich des Gasofens auf Hochvakuumbedingungen gehalten wird. Da durch wird eine wirkungsvollere Durchführung der Ober flächenbehandlung ermöglicht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt. Danach ist eine Hilfsröhre 24 vorgesehen, so daß der durch die Öffnung 7 injizierte Gas fluß allmählich expandiert. Dadurch wird die Verbesserung der Gleichmäßigkeit des aktiven Teilchenstrahls unter stützt. Eine Kühleinrichtung 25 verhindert, daß aktive Teilchen und Reaktionsprodukte wegfliegen, die auf der Innenwand der Hilfsröhre 24 anhaften. Dadurch wird eine Verunreinigung der Oberfläche des Substrats unterbunden.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Nach Fig. 10 ist im Gasofen 6 eine Wand 26 als Barriere vorgesehen, nach Fig. 11 ist im Gasofen 6 ein Füllstoff 27 vorgesehen. Dadurch werden die Wandflächen des Gasofens 6 wesentlich vergrößert, so daß das Gas leicht erhitzt werden kann. Nach diesem Verfahren wird ein Strahl aktiver Teilchen auf einer hohen Temperatur erzeugt, wobei eine große Flußrate gehalten wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Behandlung von Oberflächen ohne Plasma oder Ionenstrahl. Daher kann die Oberflächenbehandlung erfolgen, ohne daß eine Be schädigung oder Verunreinigung der Oberflächen oder ein Temperaturanstieg hervorgerufen wird. Die erfindungsge mäße Vorrichtung kann besonders wirkungsvoll für die Her stellungsprozesse von Halbleiterbauelementen Anwendung finden.

Claims

1. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, mit
einer Vakuumkammer (1, 19),
einer Einrichtung (4) zum Einführen eines Gases (M) in die Va kuumkammer,
einer Gasaktivierungseinrichtung (5, 6) zum Aktivieren des Ga ses während des Einführens in die Vakuumkammer,
einer Gasinjektionseinrichtung (7) zum Injizieren des akti vierten Gases (M′) in die Vakuumkammer (1), und
einer in der Vakuumkammer (1) angeordneten Substrathalteein richtung (3) zum Halten eines Substrates (2), dessen Oberflä che behandelt werden soll,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaktivierungseinrichtung einen Gasofen (6) und einen Heizer (5) zum Beheizen des Gasofens (6) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Heizer (5) und der Gasofen (6) voneinander getrennt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Heizer (5) außerhalb des Vakuums angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Injektionsein richtung den Heizer (5) aufweist, der die Gas-Heizeinrich tung aufbaut.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Gas- Injektionseinrichtung (7) auf der Seite des die Gas-Heiz einrichtung aufbauenden Gasofens (6) und auf der Seite der Vakuumkammer (1), in der das Substrat (2) angeordnet ist, unterschiedlich ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasofen (6) mit einer Bypass-Auslaßleitung versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Gasofen (6) aufbauende Material Quarz, Aluminiumoxid, Saphir, Kohlen stoff oder Nickel ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeführte Gas (M) aus Halogenatomen oder teilweise aus Halogenatomen als Molekülen besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ein geführte Gas (M) Sauerstoff oder Stickstoff ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gas-Heizeinrichtung (5, 6) und dem Substrat (2) ein Kollimator (8) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolli mator (8) mit einer Kollimator-Temperatursteuerung (9) versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gas-Heizeinrichtung (5, 6) und dem Substrat (2) eine Abschirmplatte (12) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas- Heizeinrichtung (5, 6) in einer von der Vakuumkammer (1), in der das Substrat (2) angeordnet ist, getrennten Va kuumkammer (19) vorgesehen ist, und daß die Vakuumkam mer (19), in der die Gas-Heizeinrichtung (5, 6) vorge sehen ist, und die Vakuumkammer (1), in der das Sub strat (2) angeordnet ist, unterschiedlich evakuiert werden.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas- Heizeinrichtung (5, 6) in einer von der Vakuumkammer (1), in der das Substrat (2) angeordnet ist, getrennten Va kuumkammer (19) vorgesehen ist, und daß zwischen der Vakuumkammer (19), in der die Gas-Heizeinrichtung (5, 6) vorgesehen ist, und der Vakuumkammer (1), in der das Sub strat (2) angeordnet ist, ein Schieber (23) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff nung der Gas-Injektionseinrichtung (7) mit einer Hilfs röhre (24) versehen ist, deren zum Substrat (2) weisen de Öffnungsfläche größer als ihre zur Öffnung der Gas- Injektionseinrichtung (7) weisende Öffnungsfläche ist.