JP3158236B2 - プロセス・モジュールにおいてプラズマを点火する装置並びに方法 - Google Patents

プロセス・モジュールにおいてプラズマを点火する装置並びに方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サンプルを反応性プラ
ズマに曝すための装置並びに方法に関する。より詳しく
は、本発明は、化学蒸着（ＣＶＤ）やプラズマＣＶＤ
（ＰＥＣＶＤ）等に好適に適用されるプロセス・モジュ
ール内でプラズマを点火する装置並びに方法に関する。
なお、本明細書において、「サンプル」はＰＥＣＶＤ等
の蒸着技術に適したガラスパネルやシリコンウェーハ等
の基板を意味する。また、サンプルは、一回あるいは複
数回のフィルム蒸着を施される表面を有する。
【０００２】
【従来の技術】近年、サンプル上に半導体フィルムある
いは絶縁フィルムを蒸着させる真空蒸着システムが、幅
広い技術分野で利用されるようになっている。複雑なＰ
ＥＣＶＤシステムが開発され、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、平板ディスプレイ
（ＰＦＤ）、太陽電池、光検出器、集積回路、等の装置
の製造に利用されている。
【０００３】これらのシステムは、通常、サンプルを反
応性プラズマに曝すために用いられる一つあるいは複数
の減圧プロセス・モジュールを備える。プロセス・モジ
ュールは、所定のギャップを形成するように、チャンバ
ー内に隔てて配置される第一電極と第二電極とを備え
る。電極の内一つはチャンバーに対して電気的にアース
され、もう一つの電極は、ギャップ内に高周波を発生さ
せる高周波（ＲＦ）源に連結される。また、モジュール
は、更に、シラン等の所定のガスをギャップ内に導入し
てギャップ内を通すためのガス導入口とガス出口とを備
える。
【０００４】所定のフィルムをサンプル上に蒸着する場
合、サンプルは、活性ＲＦ電極から距離をおいて、ギャ
ップ内に懸架される。例えば、サンプルをアースされた
電極上に取り付けた状態で、電極間のギャップに所定の
ガスが導入される。ガスがＲＦの場に曝されると、ガス
のイオン化が起こり、反応性プラズマが形成される。こ
の反応性プラズマに曝された、サンプル表面を含む面に
フィルムが蒸着される。サンプル表面にフィルムが蒸着
される速度は、プロセス・モジュール内での真空度、電
極間の距離、ＲＦエネルギーの大きさと周波数、ガス流
速等の様々な要因に依存する。
【０００５】実際的な理由から、従来の真空蒸着システ
ムでは、多くの場合、約１３．５６ＭＨｚの励起周波数
が用いられてきた。しかし、より高速度の蒸着を実現す
るためには、より高い周波数でフィルムの蒸着を行うこ
とが望ましい。例えば、米国特許番号第４，９３３，２
０３号には、３０ＭＨｚないし１５０ＭＨｚの周波数で
水素化された無定形珪素を蒸着させた場合、従来の１
３．５６ＭＨｚのシステムに比べて、蒸着速度を５００
％から１０００％上げることができる、と開示されてい
る。蒸着速度を増加させることにより、処理量、処理効
率を改善することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】処理量、処理効率をよ
り改善するためには、更に蒸着速度を上げることが必要
となる。２つのチャンバー内電極間の距離を減少させる
ことにより、蒸着速度を上げる方法が提案されている。
しかし、電極間距離の減少には限度がある。例えば、米
国特許番号第４，９３３，２０３号に開示されているよ
うに、電極間の距離が過度に小さいとプラズマ点火が起
こりにくい等の減少を考慮すると、この電極間の距離を
実質的に１０ｍｍより小さくすることは困難である。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、サンプルをフィルム上に蒸着させるた
めの装置並びに方法を提供することを目的とする。
【０００８】また、本発明は、電極間距離を小さく設定
したプロセス・モジュール内でプラズマを点火させる、
ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ装置並びに方法を改善することを
目的とする。
【０００９】本発明は、特に、反応性プラズマに曝され
たサンプル上にフィルムを高速度で蒸着させるＰＥＣＶ
Ｄ装置並びに方法を提供する。
【００１０】更に、本発明は、反応性プラズマにサンプ
ルを曝す、処理効率の高い真空蒸着装置を提供すること
を目的とする。
【００１１】本発明の更に別の目的は、低コストで、且
つ、信頼性の高いサンプルを反応性プラズマに曝す装置
並びに方法を提供することにある。
【００１２】また、本発明は、上記の特性に加えて、サ
ンプル表面をエッチングすることができる装置並びに方
法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】上述の目的を達
成するために、本発明は、サンプルを反応性プラズマに
曝す、改良型のプラズマ・プロセス・モジュールを提供
する。本発明のプロセス・モジュールは、第一高周波電
極と、第二高周波電極と、第二高周波電極に連結された
第一高周波発生器と、を備える。第一電極と第二電極
は、その間に約１センチメートル未満のほぼ均一なギャ
ップを形成するように隔てて配置される。
【００１４】本発明のモジュールは、更に、電極間に注
入されたガスをイオン化するイオン化素子を備える。イ
オン化素子が、電極間ギャップ内でプラズマを点火し、
その後、第一高周波発生器が、第一周波数、望ましくは
６０メガヘルツのＲＦエネルギーを発生させ、モジュー
ル内部の分子をプラズマに変換する。
【００１５】電極間に注入されるガスとしては、第一周
波数の高周波エネルギーに曝された場合に、好適にイオ
ン化され、プラズマに変換されるものを用いる。ガス
は、通常、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、水素
(H2)、アンモニア(NH3)、ホスフィン(PH3)、窒素(N2)、
３フッ化窒素(NF3)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、４
フッ化炭素(CF4)、ヘキサフルオロエタン(C2F6)、酸素
(O2)、一酸化二窒素(N2O)、メタン(CH4)、ボラン(B
H3)、ジボラン(B2H6)、塩素(Cl2)、６フッ化硫黄(S
F6)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素(CCl4)、臭化水素(HB
r)、二塩化二フッ化炭素(CCl2F2)、３塩化ホウ素(BC
l3)、４塩化珪素(SiCl4)、３臭化ホウ素(BBr3)、クロロ
トリフロライド(ClF3)、フッ素(F2)、並びにそれらの混
合気体から成るグループから選択される。
【００１６】本発明のプロセス・モジュールは、ガスを
電極間に注入するために、ガス導入口、ガス出口、並び
にポンプ機構を備える。ポンプ機構は、ガス導入口を通
してギャップ内にガスを導入し、処理廃棄物としてガス
等の分子をガス出口から取り出す。
【００１７】本発明のプロセス・モジュールで用いられ
るイオン化素子は、例えば、フィラメントを備える電子
源である。電子源は、少なくとも３００ｅＶの電子エネ
ルギーを電極間に注入し、ギャップ内でガスをイオン化
するように構成される。電子源は、ギャップから所定の
距離隔てて配置され、これにより、ギャップ内に導入さ
れる電子エネルギーの大きさが決まる。また、電子源
が、フィラメントに対して選択的に可変である正の電位
を有する注出スリットを備えるようにしてもよい。これ
により、３００ｅＶ以上の、大きさが可変の電子エネル
ギーをフィラメントから注入することができる。
【００１８】また、本発明の別の構成では、イオン化素
子として、電極間に紫外線を照射してギャップ内のガス
をイオン化する紫外線源が用いられる。紫外線源は、望
ましくは、約５電子ボルト以上のエネルギーを有するフ
ォトン（光子）を発生させる。更に、紫外線源（ＵＶ
源）から照射される紫外線を通すＵＶインターフェース
を備えることが望ましい。ＵＶ源から発生したフォトン
は、ＵＶインターフェースを通ってギャップに照射され
る。このような紫外線源は、望ましくは、減圧モジュー
ル外部の大気条件下に配置され、ＵＶインターフェース
を通して減圧モジュール内部の減圧空間に紫外線を照射
するように構成される。
【００１９】紫外線源が、更に、開口部を有する反射体
で、照射された紫外線を集めて、モジュール内のギャッ
プに照射を集中させるように紫外線を透過させる反射体
と、反射体を透過した紫外線を集めてギャップに対して
平行に照射する一つあるいは複数の光学素子と、を備え
るようにしてもよい。
【００２０】本発明の更に別の構成では、イオン化素子
として、電極間にスパーク等の放電を起こすことにより
ギャップ内のガスをイオン化するスパーク装置が用いら
れる。スパーク装置は、プロセスチャンバーのアースか
ら孤立するように配置され、露出したスパークギャップ
を有し、スパークギャップから電極対の間に照準線を形
成するように配置される。この結果、スパークギャップ
に放射されるスパークにより、電子がギャップ内に注入
される。
【００２１】また、イオン化素子として、第二電極に連
結される第二高周波発生器を用いてもよい。第二高周波
発生器は、第一周波数よりも小さい第二周波数、望まし
くは４００ｋＨｚ、の高周波放電を電極間で起こし、ギ
ャップ内のガスをイオン化する。この場合、第二高周波
発生器が、所定の速度で第二周波数を脈動させるように
構成することが望ましい。また、ギャップ内のガスのイ
オン化が完了した後、第二高周波発生器の作動を妨害す
るような構成が望ましい。第一高周波発生器及び第二高
周波発生器は、電極対間に約１ｋＶないし５ｋＶの電圧
を発生させるように作動する。
【００２２】更に別の構成では、イオン化素子として、
第二電極に連結される高直流電源を用いる。直流電源
は、電極間に物理的スパークを発生させ、それにより、
ギャップ内のガスをイオン化する。
【００２３】プロセス・モジュールが、ポンプ及び／あ
るいは圧縮機等の減圧装置を備え、モジュール内を選択
的に約０．０１トールまで減圧するように構成してもよ
い。あるいは、プロセスモジュールが、ポンプ及び／あ
るいは圧縮機等の加圧装置を備え、選択的にモジュール
を加圧するように構成してもよい。特に、モジュール内
の圧力を減圧装置と加圧装置で交互に制御することによ
り、ガスのイオン化が起こる短い持続時間の間、モジュ
ールを選択的に加圧可能なように構成してもよい。例え
ば、まず最初に、モジュールをポンプで約０．０１トー
ルまで減圧して、サンプルの酸化等の汚染をできるだけ
防ぐ。次に、電極間に蒸着ガスあるいはエッチング・ガ
スを注入して、ポンプで加圧を行い、モジュール内の圧
力を約０．５トールまで上げる。この結果、モジュール
内のガスは第一周波数の高周波で点火される。ガスのイ
オン化が完了した後、モジュール内の圧力を約０．１ト
ールまで再び減圧して、蒸着あるいはエッチングに好適
な圧力条件にする。
【００２４】イオン化素子として、ｘ線源あるいは放射
線源を用いるようにしてもよい。ｘ線源あるいは放射線
源は、ギャップ内にｘ線あるいは放射線を照射して、ギ
ャップ内のガスをイオン化するように構成される。この
場合、ユーザーの安全性を考えて、ｘ線源あるいは放射
線源から伸張し、ギャップを通る一本あるいは複数本の
光路にｘ線あるいは放射線の照射を限定するように、ｘ
線源あるいは放射線源を遮蔽することが望ましい。
【００２５】また、イオン化素子として、複数のガスを
組み合わせて用いるようにしてもよい。第一の主要なガ
スを、例えば、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、水素
(H2)、アンモニア(NH3)、ホスフィン(PH3)、３フッ化窒
素(NF3)、ヘリウム(He)、４フッ化炭素(CF4)、ヘキサフ
ルオロエタン(C2F6)、酸素(O2)、一酸化二窒素(N2O)、
メタン(CH4)、ボラン(BH3)、ジボラン(B2H6)、塩素(C
l2)、６フッ化硫黄(SF6)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素
(CCl4)、臭化水素(HBr)、二塩化二フッ化炭素(CCl
2F2)、３塩化ホウ素(BCl3)、４塩化珪素(SiCl4)、３臭
化ホウ素(BBr3)、クロロトリフロライド(ClF3)、フッ素
(F2)、並びにそれらの混合気体から成るグループから選
択し、第二のガスをヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、クリ
プトン(Kr)、窒素(N2)、キセノン(Xe)、ネオン(Ne)並び
にそれらの混合気体からなるグループから選択する。第
二のガスは、第一のガスと組み合わせられて、第一周波
数のエネルギーによりプラズマに変換可能な混合気体を
形成する。第一のガスと第二のガスの混合気体は、高周
波発生源からの６０ＭＨｚの放電により点火される。混
合気体が一旦点火されれば、第二のガスのモジュール内
への供給をストップして、第二のガスに影響されること
なく、サンプル表面へのフィルム蒸着が行われるように
する。
【００２６】また、線形アクチュエータ等のアクチュエ
ータをイオン化素子として用いて、電極間のギャップの
大きさを変えるように電極対の内少なくとも一つを選択
的に移動させるようにしてもよい。アクチュエータは、
電極間のギャップを第一の大きさに設定して、高周波発
生器から出力される第一の高周波により、電極間に注入
されたガスをイオン化する。その後、高速度のプラズマ
蒸着が行われるように、電極間のギャップの大きさを約
１センチメートル未満まで減少させる。
【００２７】更に、２５電子ボルト以下のイオン化エネ
ルギーを有する元素をイオン化素子として用いることも
できる。この場合、ヘリウム、アルゴン等の元素をギャ
ップ内に注入して、ギャップ内のガスをイオン化する。
【００２８】本発明は、更に、第一電極と第二電極を備
えるプロセス・モジュール内で反応性プラズマにサンプ
ルを曝すサンプル処理方法を提供する。本発明の方法
は、（ｉ）モジュール内で、第一電極と第二電極との間
に約１ないし１０ミリメートルのほぼ均一なギャップを
形成するように、第一電極と第二電極を配置するステッ
プと、（ｉｉ）シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、水素
(H2)、アンモニア(NH3)、ホスフィン(PH3)、窒素(N2)、
３フッ化窒素(NF3)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、４
フッ化炭素(CF4)、ヘキサフルオロエタン(C2F6)、酸素
(O2)、一酸化二窒素(N2O)、メタン(CH4)、ボラン(B
H3)、ジボラン(B2H6)、塩素(Cl2)、６フッ化硫黄(S
F6)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素(CCl4)、臭化水素(HB
r)、二塩化二フッ化炭素(CCl2F2)、３塩化ホウ素(BC
l3)、４塩化珪素(SiCl4)、３臭化ホウ素(BBr3)、クロロ
トリフロライド(ClF3)、フッ素(F2)、並びにそれらの混
合気体から成るグループから選択され、また、高周波エ
ネルギーに曝された場合にイオン化し、プラズマに変化
するガスをギャップに注入するステップと、（ｉｉｉ）
ガスをイオン化するステップと、（ｉｖ）分子をプラズ
マに変化させる第一周波数、例えば、６０ＭＨｚ、を有
する高周波エネルギーをギャップに加えるステップと、
を備える。
【００２９】更に、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、クリ
プトン(Kr)、窒素(N2)、キセノン(Xe)、ネオン(Ne)並び
にそれらの混合気体からなるグループから選択された第
二のガスをギャップ内に注入して、第一のガスと組み合
わせて、第一周波数のエネルギーによりプラズマに変換
可能な混合気体を形成する。
【００３０】本発明に従う方法が、更に、（ｉ）塩素(C
l2)、６フッ化硫黄(SF6)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素
(CCl4)、臭化水素(HBr)、４フッ化炭素(CF4)、ヘキサフ
ルオロエタン(C2F6)、３フッ化窒素(NF3)、二塩化二フ
ッ化炭素(CCl2F2)、３塩化ホウ素(BCl3)、４塩化珪素(S
iCl4)、酸素(O2)、３臭化ホウ素(BBr3)、クロロトリフ
ロライド(ClF3)、フッ素(F2)、並びにそれらの混合気体
から成るグループから選択されるエッチング・ガスをモ
ジュールに注入するステップと、（ｉｉ）エッチング・
ガスをイオン化するステップと、（ｉｉｉ）エッチング
・ガスをエッチング・プラズマに変える第一周波数、例
えば、６０ＭＨｚ、を有する高周波エネルギーをギャッ
プに加えるステップと、を備え、エッチング・プラズマ
に接触する表面がエッチングされるように構成してもよ
い。この場合、表面のエッチングが行われている間、第
一電極と第二電極との間に約１ないし７５ミリメートル
のほぼ均一なギャップを形成するように、第一電極と第
二電極を配置するステップを更に備える、ことが望まし
い。
【００３１】無定形珪素等の半導体フィルムの蒸着に関
する詳細については、米国特許第４，９３３，２０３号
に記載されている。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の実施例１〜６を図面に基づい
て説明する。（実施例１） 図１は、本発明に従って構成されたプロセス・モジュー
ル１０ａを示す概略図である。モジュール１０ａは、第
一高周波（ＲＦ）電極１２と、第二ＲＦ電極１４と、第
二電極１４に連結されるＲＦ発生器１６と、を備える。
電極１２及び１４は、距離ｄの間隔を隔てて配置され、
第一電極１２と第二電極１４との間にほぼ均一なギャッ
プ１８を形成する。距離ｄは、１ミリメートルより大き
く、１０ミリメートルより小さくすることが望ましい。
第一電極１２と第二電極１４は気密ハウジング２０内に
収容されているため、周知の方法を用いて、モジュール
１０ａ内を０．０１から１０トールの範囲で選択的に減
圧することが可能である。
【００３３】モジュール１０ａは、更に、モジュール１
０ａ内にガスを導入するためのガス導入口２４と、モジ
ュール１０ａからガス、粒子、分子等を取り出すための
ガス出口２６と、を備える。シラン等のイオン化及びプ
ラズマへの変換に適したガスが、ガス導入口２４を通っ
てギャップ１８内に導入される。導入されたガスは後述
するような方法でイオン化され、望ましくは６０ＭＨｚ
の第一周波数を有するＲＦエネルギーによりプラズマに
変換される。ＲＦエネルギーは、ＲＦ発生器１６から出
力され、ＲＦ接続線２８を介して、第一電極１２と第二
電極１４との間のギャップ１８に加えられる。この結
果、導入されたガスの分子がプラズマ３０に変換され
る。
【００３４】プラズマ３０に接触する表面上にフィルム
が蒸着される。ガラス板あるいはシリコン・ウェーハ等
の対向する面を有するサンプル３２をモジュール１０ａ
のギャップ１８内に導入して、サンプル３２をプラズマ
３０に曝し、一層あるいは複数層のフィルムをサンプル
表面に蒸着させる。サンプル３２は、通常、第一電極に
取り付けられ、活性ＲＦ第二電極１４に対して所定の距
離を保つようにする。第一電極１２を、アース接続線３
４及びアース３６によって、電気的にアースしておくこ
とが望ましい。
【００３５】図２、４、５Ａ、５Ｂ、６、７、８の断面
図は、図１に示すプロセス・モジュール１０に様々なイ
オン化素子を組み合わせた構成を示す。図１、２、４、
５Ａ、５Ｂ、６、７、８に示すプロセス・モジュール１
０は、実際には、米国特許出願番号第０８／０８４４１
５「プロセス内でサンプルを逆転させるための方法並び
に装置」の図３に示すように、３次元の方形構造を有し
ている。
【００３６】上述したように、電極間の距離を小さくす
ることにより高速度蒸着が可能になるが、同時に、電極
間の距離が小さければ小さいほど、特に１０ミリメート
ル以下になると、プラズマを点火させることが困難にな
る。このため、本実施例のプロセス・モジュールは、小
さなギャップ１８内に導入されたガスをイオン化するた
めの機構を備える。例えば、図２に示されるモジュール
１０ｂでは、ガス出口２６に圧力ポンプ４２が連結さ
れ、更に、第一電極１２に線形アクチュエータ４４が接
続されている。圧力ポンプ４２及び線形アクチュエータ
４４は、モジュール１０ｂのその他の構成要素に連結し
て、独立に作動して、ギャップ１８内のガスを点火する
ように構成してもよいし、あるいは、モジュール１０ｂ
のその他の構成要素に対して協同で作用しガスを点火す
るようにしてもよい。
【００３７】シラン、水素、アンモニア、窒素等のガス
分子のプラズマへの変換、即ち、プラズマ点火と発生、
並びにモジュール１０ｂ内でのプラズマの保持は、モジ
ュール内圧力と電極間距離に依存する。図３に、２種類
の気体、即ちガス１とガス２のプラズマ保持曲線を定性
的に示す。このプラズマ保持曲線は、プラズマ放電を保
持するために電極間に必要な電圧差を、圧力と電極間距
離との積に対してプロットしたものである。横軸は、圧
力と電極間距離との積を、また、縦軸は、ギャップ１８
内でのプラズマ放電を保持するために必要な電極間の電
圧差を示す。
【００３８】ガス１及びガス２に関するプラズマ保持曲
線の形状から、モジュール１０ｂ内でのイオン化物性を
理解することができる。モジュール１０ｂ内でプラズマ
を点火してこれを保持するためには、ギャップ１８内で
電子を加速させて、エネルギーを発生させる必要があ
る。ギャップ１８内のガス分子に加速された電子が衝突
することにより、ガス分子のイオン化、即ち、より多く
の電子とイオンの発生が起こる。ある電子がイオン化す
る確率は、モジュール１０ｂ内の圧力と、電極間距離に
よって制御される、プラズマ内でその電子が移動する距
離と、に比例する。例えば、図３の領域Ａ左側に示すよ
うに、ガス１に関しては、モジュール内圧力の大きさ及
び／あるいは電極間距離が小さすぎる場合には、プラズ
マを点火するだけの充分な電子が発生しない。逆に、図
３の領域Ｂに示すように、モジュール内圧力の大きさ及
び／あるいは電極間距離が大きすぎる場合には、ガス分
子との非弾性衝突によるイオン化を引き起こすために充
分なエネルギーが得られるように電子を加速することが
できない。即ち、図３のグラフから、ガス１のプラズマ
点火に必要な電圧が最低になるようなモジュール内圧力
と電極間距離との積を求める。
【００３９】ガス１を用いてフィルム蒸着を行うための
望ましい蒸着条件は、図３に示す領域Ａである。例え
ば、水素及びシランのプラズマは、０．６トールを越え
る圧力で瞬間的に点火され、その圧力以下ではプラズマ
点火が起こらない。但し、プラズマ点火・発生に必要な
電圧よりも、プラズマ放電を保持するために必要な電圧
が低いため、０．６トールで点火した後、モジュール内
の圧力を０．１トールまで下げる。
【００４０】図３のグラフに示すように、ガス１の圧力
−電極間距離の積（ｐｄ）ｍｉｎに対する最小プラズマ
保持電圧Ｖｍｉｎは、ガスの種類に依存する。このた
め、本実施例では、電極間距離及び／あるいはモジュー
ル内圧力を、ギャップ１８内の所定のガスに対する関数
として表現し、このガスを点火して、ガス分子をプラズ
マ３０に変換可能なように変化させる。
【００４１】これらのガスは、通常、蒸着ガスとエッチ
ング・ガスとに分類される。好ましい蒸着ガスの例は、
シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、水素(H2)、アンモニ
ア(NH3)、ホスフィン(PH3)、窒素(N2)、３フッ化窒素(N
F3)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、４フッ化炭素(C
F4)、ヘキサフルオロエタン(C2F6)、酸素(O2)、一酸化
二窒素(N2O)、メタン(CH4)、ボラン(BH3)、ジボラン(B2
H6)、並びにそれらの混合気体である。また、混合蒸着
ガスとしては、シラン−水素、シラン−アンモニア−窒
素、シラン−ホスフィン、シラン−メタン、シラン−ボ
ラン、シラン−ジボランが挙げられる。また、好ましい
エッチング・ガスの例としては、塩素(Cl2)、６フッ化
硫黄(SF6)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素(CCl4)、臭化水
素(HBr)、４フッ化炭素(CF4)、ヘキサフルオロエタン(C
2F6)、３フッ化窒素(NF3)、二塩化二フッ化炭素(CCl
2F2)、３塩化ホウ素(BCl3)、４塩化珪素(SiCl4)、酸素
(O2)、３臭化ホウ素(BBr3)、クロロトリフロライド(ClF
3)、フッ素(F2)、並びにそれらの混合気体が挙げられ
る。また、混合エッチング・ガスとしては、４フッ化炭
素−酸素、６フッ化硫黄−酸素、３フッ化窒素−酸素が
望ましい。
【００４２】電極間距離を１０ミリメートル未満にした
場合、図３の領域Ａに示すように、ＲＦ発生器１６は、
ギャップ１８に注入されたガス分子をプラズマに変換す
るために必要とされる充分な大きさの電圧をかけること
ができない。このため図２のシステムでは、圧力ポンプ
４２が、まず、真空ポンプとして働き、モジュール１０
ｂを約０．０１トールまで減圧する。これにより、加熱
されたサンプル上の酸化等の汚染をかなり防ぐことがで
きる。次に所定の蒸着ガス分子をモジュール１０ｂに注
入して、圧力ポンプ４２のスロットル４１が作動するこ
とにより、モジュール１０ｂ内の圧力を約０．１から１
トールに制御する。この圧力範囲で、ＲＦ発生器１６に
よるガス分子のイオン化が行われる。スロットル４１
は、ガス出口２６内のオリフィスとして作用し、モジュ
ール内の圧力を選択的に増加あるいは減少させる。スロ
ットル４１のオリフィスを減少させることによりモジュ
ール１０ｂ内の圧力が増加し、逆にオリフィスを増加さ
せることにより、モジュール１０ｂ内の圧力が減少す
る。圧力ポンプ４２は、図３のプラズマ保持曲線に従
い、ガス分子をプラズマに変換可能なモジュール内のガ
スの関数として、選択的にモジュール１０ｂ内の圧力を
増加させる。一旦プラズマが点火されると、ポンプ４２
は、モジュール１０ｂを通常圧力、例えば、均一な高速
度蒸着を可能にする０．１トールまで減圧する。
【００４３】図２の圧力ポンプを選択的に作動させて、
（ｉ）ギャップ１８内に注入されたガス分子がプラズマ
に変換可能なようにモジュール１０ｂを加圧し、また、
（ｉｉ）望ましい条件で高速度蒸着を行えるようにモジ
ュール１０ｂを減圧する。圧力ポンプ４２は、操作
（ｉ）並びに（ｉｉ）が可能な真空ポンプやコンビネー
ションポンプ、圧縮機等であればよい。モジュール１０
ｂ内の加圧及び減圧動作は、短い持続時間、例えば、１
秒間隔で調節可能である。このためガスがイオン化され
ると、不必要にモジュール１０ｂ加圧を続けることな
く、モジュール１０ｂを減圧して、通常圧力に戻すこと
が可能である。
【００４４】同様の点火動作は、線形アクチュエータ４
４の操作によっても実現される。アクチュエータ４４
は、第一電極１２に連結され、電極１２の位置を動かし
て、電極間のギャップの距離ｄを選択的に調節する。ギ
ャップ１８内でガスを点火するためには、アクチュエー
タ４４が、第一電極１２と第二電極１４との間の距離
を、例えば図３に示すように、ＲＦ発生器１６が点火を
行い、ガス分子をプラズマ３０に変換する点まで増加さ
せる。イオン化が起こると、ＲＦ発生器１６は、ギャッ
プ１８内にプラズマ３０が保持されるのに充分な電圧を
出力する。このため、アクチュエータ４４は、電極１２
を再び動かして、ギャップ１８の距離ｄが約１センチメ
ートル未満になるようにして、蒸着速度を上げる。
【００４５】線形アクチュエータ４４は、望ましくは、
ハウジング２０内に取り付けられる。このように構成す
ることにより、気密状態のモジュールハウジング２０の
壁を通る機械的な動作を必要とすることなく、モジュー
ル１０ｂを減圧することができる。アクチュエータ４４
は、ワイヤ、電気供給具等の（図示しない）電気的構成
要素を備える。これらは、アクチュエータ４４から伸張
し、ハウジング２０を通って、モジュール１０ｂの外側
に連絡する。あるいは、（図示しない）機械的なシール
を用いて、アクチュエータ４４をモジュールハウジング
２０の外側に物理的に伸張させることも可能である。但
し、前者の方が望ましい。
【００４６】ポンプ４２並びにアクチュエータ４４をＲ
Ｆ発生器１６と同時に作動させて、ガスをイオン化する
ように構成することが望ましい。モジュール内圧力と電
極間距離を同時に増加させることにより、ガス分子をプ
ラズマに変換するために必要な電圧を急速に減少させる
ことができる。これにより、理想的な蒸着条件、例え
ば、０．１トール及び１ないし９ｍｍのギャップ距離に
達するまでの時間を短縮することができる。
【００４７】本実施例のポンプ４２及びアクチュエータ
４４の作用により、電極間に注入されたガスのイオン化
を促進することができる。ＲＦ発生器１６は、通常、
０．１トール程度の低圧、あるいは、１ないし９ｍｍ程
度の小さなギャップ間隔では、ガスを好適にイオン化す
ることができないが、ポンプ４２及びアクチュエータ４
４がこれを可能にする。モジュール１０ｂの総固定キャ
パシタンスは、部分的に、モジュールの幾何学的形状、
例えば、電極間距離、に依存する。ＲＦ発生器１６から
出力される高周波条件下では、モジュール１０ｂの総固
定キャパシタンスは、比較的低いインピーダンスを持
つ。これは、所定の電力に対して、第一電極１２と第二
電極１４との間の電圧差が低いことを意味する。点火を
行う際には、電圧のみが重要な要因となるため、ポンプ
４２やアクチュエータ４４が必要になる。
【００４８】（実施例２） 図４に示す実施例２では、プロセス・モジュール１０ｃ
に、モジュール内のガスをイオン化するための電子源６
０が組み合わせ等れている。電子源６０は、低電圧、約
１０アンペアで作動する熱フィラメント６２を有し、注
出スリット６６を介してギャップ１８内に電子線６４を
出射する。スリット６６は、長さ約１０ミリメートル、
高さ約１ミリメートルで、ギャップ１８と平行に形成さ
れている。フィラメント６２は、アースされた注出スリ
ット６６に対して負の電位を持ち、フィラメント６２の
表面から電子を「注出」する。フィラメント６２から電
子が放出されれば、スリット６６に正の電圧をかけるこ
とにより、ギャップ１８内に注入されたガスをイオン化
することができる。
【００４９】フィラメント６２がギャップ１８から７０
ｍｍ未満の距離に位置する場合には、フィラメント６２
から出射された電子６４は、約３００ｅＶのエネルギー
を有する。フィラメント６２とギャップ１８との距離が
もっと近い場合には、より少ないエネルギーで充分であ
るが、フィラメント６２とギャップ１８との距離がもっ
と開いている場合には、より多くのエネルギーが必要に
なる。これは、出射された電子６４が、モジュール１０
ｃ内の他の分子と衝突するなどして、ギャップ１８まで
進む間にエネルギーを失うためである。また、モジュー
ル１０ｃ内に注入されるガスの種類が異なれば、イオン
化エネルギーの必要量も異なる。本実施例では、このた
め、フィラメント６２の負の電位を変えることにより、
電子線照射エネルギーの大きさを調節する。フィラメン
ト６２とスリット６６との間の電圧を変化させることに
より、この電位を調整し、出射される電子線のエネルギ
ーの大きさを変える。
【００５０】上記実施例２で用いた電子源６０以外の電
子源も、同様にモジュール１０ｃに適用可能である。例
えば、ギャップ１８内のガスを点火させることができれ
ば、図４のフィラメント６２を持たない構成でもよい。
５０ｅＶないし１００ｅＶのエネルギーを有する電子が
ギャップ１８内のガス分子に衝突するような条件下で、
ギャップ１８内のガスをイオン化させる確率が最大とな
る。即ち、５０ｅＶないし１００ｅＶのエネルギーを有
する電子を出射可能な、いかなる電子源も、ガスのイオ
ン化に好適に適用することができる。
【００５１】（実施例３） 図５Ａ及び図５Ｂは、ギャップ１８内のガスをＵＶフォ
トン（光子）により照射・点火する紫外線（ＵＶ）源７
０、７２を示す。図５Ａの装置では、ＵＶ源７０、７２
が減圧モジュール１０ｄの内側に配置され、図５Ｂの装
置では、ＵＶ源７０、７２がモジュール１０ｅの外側の
通常大気中に配置される。
【００５２】より詳しくは、図５Ａの装置では、モジュ
ール１０ｄに、ＵＶフォトンを出射するＵＶランプ７０
と、反射体７２が組み合わせられている。反射体７２
は、ランプ７０の周囲に配置され、出射されたフォトン
を集めて、開口部７４を通してのみこれを出射する。こ
の結果、ＵＶフォトンの光線７６がギャップ１８に向け
て照射される。次に、ＵＶ透過光学素子７８が、ＵＶ光
線７６を集めて、これを平行にすることにより、光の強
度損失が少ない状態で、光線７６をギャップ１８に照射
することができる。
【００５３】同様に、図５Ｂの装置は、ＵＶ源７０、反
射体７２、開口部７４、光線７６、光学素子７８に加え
て、ＵＶ照射を透過させ、作動圧力差に耐え得る光学イ
ンターフェース７９を備える。図５Ｂの装置では、ＵＶ
源７０がモジュール１０ｅの外側、即ち、圧力シール・
ハウジング２０’の外側に配置されるため、インターフ
ェース７９が必要になる。ＵＶエネルギーは、ハウジン
グ２０’を通常構成する材料、例えば、アルミニウム、
を透過することができないため、ガラス等のインターフ
ェース７９が必要となる。
【００５４】図５Ａ及び５Ｂの装置において、ＵＶ源７
０、７２から出射されるフォトンのエネルギーは５電子
ボルト以上であることが望ましい。
【００５５】（実施例４） 図６は、モジュール１０ｆに、ギャップ１８内のガスを
点火するためのスパークを発生させるスパーク源８０を
組み合わせた、更に別の実施例４を示す。スパーク源８
０は、スパークギャップ８４に連結される電源８２を備
え、望ましくは、第一電極１２及び第二電極１４から電
気的に絶縁されている。電源８２からスパークギャップ
８４を介して選択的に電圧が出力され、スパークが発生
する。スパーク源８０は、モジュール１０ｆ内に配置さ
れ、発生したスパークはギャップ１８内に導入されて、
ギャップ１８内のガスをイオン化する。スパークギャッ
プ８４が、ギャップ１８に向かう照準線８６を形成する
ように構成することが望ましい。スパークは、通常、ス
パークギャップ８４における数キロボルトの範囲の電圧
差によって誘起され、高エネルギーの電子を出力する。
出力された電子はあらゆる方向に放出され、その多く
は、第一電極１２及び第二電極１４に衝突する。この結
果、ギャップ１８内のガスを点火するための二次電子が
電極から放出される。この二次電子には、所定のガスに
対する最大イオン化確率を有する電子、例えば、５０ｅ
Ｖないし１００ｅＶの範囲のエネルギーを有する電子が
含まれる。
【００５６】（実施例５） 図７は、プロセス・モジュール１０ｇ内でガスを点火す
るための更に別の実施例５を示す。図７に示すプロセス
・モジュール１０ｇは、ＲＦ線９２を介して第二電極１
４に連結される第二ＲＦ発生器９０を備える。第二ＲＦ
発生器９０は、第一周波数（例えば、６０ＭＨｚ）より
も小さな第二周波数（例えば、４００ｋＨｚ）を有す
る。第二ＲＦ発生器９０は、小さな周波数のＲＦエネル
ギーを選択的にギャップ１８に加えるように作動する。
第二ＲＦ発生器９０は、非常に短い時間間隔、即ち、ギ
ャップ１８内のガスをイオン化するのに充分な時間だけ
駆動される。あるいは、第二ＲＦ発生器９０を毎秒一回
の割合で繰り返し起動して、ガスをイオン化するように
してもよい。
【００５７】６０ＭＨｚの一次エネルギーが、より低い
４００ｋＨｚの二次エネルギーと組合わさって、ガスの
点火・イオン化を行う。それぞれのＲＦ発生器１６、９
０は、ほぼ等しいエネルギー０．０５ないし１Ｗ／ｃｍ
2をギャップ１８に与える。但し、上述したように、第
一ＲＦ発生器１６から発生する高周波は、ギャップ１８
の距離が１センチメートル未満の条件下では、ギャップ
１８内のガスをイオン化するのに充分な電圧を与えるこ
とができない。一方、より低い周波数を発生する第二Ｒ
Ｆ発生器９０は、電極に対して比較的高い電圧を与える
ことができる。６０ＭＨｚの高いＲＦ周波数に比べて、
４００ｋＨｚ程度の低いＲＦ周波数では、モジュールの
キャパシタンスが、より高いインピーダンス、並びに、
より大きなピーク間電圧を与える。電圧が高ければ、発
生する電子エネルギーが高くなり、これに伴ってイオン
化の確率が増加する。第一ＲＦ発生器１６と第二ＲＦ発
生器９０は、協同で作用し、ギャップ１８内に約１ない
し５キロボルトのピーク間電圧を与える。
【００５８】上述した他の点火機構と比較して、第二Ｒ
Ｆ発生器９０にはガス点火のためにモジュール１０内の
内部構造を修正する必要がない、という利点がある。第
二ＲＦ発生器９０は、ハウジング２０の外に配置され、
ＲＦ線９２を介して、第二電極１４に連結される。ま
た、ＲＦ線９２をＲＦ線２８と同軸にすることにより、
減圧されるハウジング２０を貫通してＲＦを供給するケ
ーブル配線を減らすことができる。
【００５９】第二発生器９０をＲＦ発生器でなく、高Ｄ
Ｃ電源として構成することもできる。上述したように、
電圧がイオン化の重要なパラメータであるため、ＤＣ電
源９０はギャップ１８内に選択的にスパークを発生さ
せ、ギャップ１８内のガスをイオン化する。実際の操作
では、ＤＣ電源９０は、６０ＭＨｚのエネルギーと結合
して、ガス点火・イオン化を行う。この場合、ガスがイ
オン化されて、分子がプラズマに変換されると、ＤＣ電
源９０のスイッチがオフになるように構成される。
【００６０】（実施例６） 図８は、ｘ線源１００とシールド１０２とを備えたプロ
セス・モジュール１０ｈを、本発明に従う更に別の実施
例６として示す。ｘ線源１００とシールド１０２は周知
の方法で作られ、ｘ線１０４を出射して、ギャップ１８
の少なくとも一部に照射する。図示されるように、ｘ線
源１００は、望ましくは、電極１２及び１４’の何れか
に埋め込まれる。本実施例では、電極１４’に埋め込ま
れている。シールド１０２は、ｘ線の照射を所望の光線
１０４に限定し、プロセス・モジュール１０ｈのユーザ
ーをｘ線から保護する。
【００６１】上記の構成で、ｘ線源の代わりに、放射線
源１００を用いてもよい。この場合にも、シールド１０
２がモジュール１０のユーザーを放射線から保護し、出
射された放射線粒子をギャップ１８を含む所定の光路に
沿って案内する。
【００６２】ｘ線あるいは放射線の照射により、ギャッ
プ１８内のガスをイオン化するために必要なエネルギー
が供給される。イオン化が一旦実行された後は、ＲＦ発
生器１６がイオン化されたガスをプラズマ状態で保持す
るために必要な電力を供給することができるので、ｘ線
源あるいは放射線源１００を（図示しない）自動シャッ
ター等によりカバーするように構成することが望まし
い。
【００６３】ギャップ１８内のガスをイオン化すること
が可能であれば、ｘ線源あるいは放射線源１００をどこ
に配置してもよいが、ｘ線エネルギーも放射線エネルギ
ーも電極物質を通って伝播するため、電極１２あるいは
１４’の何れかに線源１００を埋め込むことが望まし
い。
【００６４】以上図１ないし図８に基づいて説明した本
発明の実施例１〜６は、単に本発明を例示するものであ
り、何等本発明を限定するものではない。本発明は、そ
の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実
施することが可能であり、図１ないし図８に示すもの以
外にも、ＰＥＣＶＤ用のプロセス・モジュールのギャッ
プ内でガスをイオン化する様々な構成が適用可能であ
る。
【００６５】例えば、図１の装置において、ガス導入口
２４からイオン化に用いられる一種類のガスを導入する
のではなく、複数種類のガスを導入するように構成して
もよい。あるいは、ハウジング２０の壁に第二ガス導入
口２４を設けて、付加ガスを導入するようにしてもよ
い。付加ガスは、第一ガスが点火されてプラズマ３０を
発生する際の触媒として作用する。ヘリウム、キセノ
ン、クリプトン、窒素、アルゴン、ネオン等の元素から
なる第二ガスを、シラン等の第一ガスと一緒に注入する
ことにより、第二ガスの分子のイオン化により遊離した
電子が、シラン等の第一ガス分子のイオン化を引き起こ
し、この結果、ガス分子がプラズマに変換する。第二ガ
スは、ガス導入口２４から、混合気体が点火するまでの
短い時間だけ注入され、その後、モジュール内に流入し
ないように構成することが望ましい。これにより、「純
粋な」シラン等に基づくプラズマ蒸着を行うことができ
る。注入される元素のイオン化エネルギーは２５ｅＶ未
満であることが望ましい。
【００６６】本発明の構成は、プロセス・モジュールの
内部表面のエッチング、例えば、モジュール表面を「き
れいにする処理」にも適用できる。塩素(Cl2)、６フッ
化硫黄(SF6)、塩化水素(HCl)、３フッ化窒素(NF3)、４
塩化炭素(CCl4)、臭化水素(HBr)、４フッ化炭素(CF4)、
二塩化二フッ化炭素(CCl2F2)、３塩化ホウ素(BCl3)、４
塩化珪素(SiCl4)、酸素(O2)、３臭化ホウ素(BBr3)、ク
ロロトリフロライド(ClF3)、フッ素(F2)等のエッチング
・ガスを酸素(O2)と混合して、点火可能な混合気体を形
成する。そして、それらの混合気体から成るグループか
ら選択され、また、高周波エネルギーに曝された場合に
イオン化し、プラズマに変化するエッチング・ガスを前
記モジュールに注入するステップと、 （Ｂ）前記エッチング・ガスをイオン化するステップ
と、 （Ｃ）前記エッチング・ガスをエッチング・プラズマに
変える前記第一周波数を有する高周波エネルギーを前記
ギャップに加えるステップと、を行い、エッチング・プ
ラズマに接触する表面にエッチング処理を行う。 エッチ
ングを行う場合の電極間距離は、第一電極と前記第二電
極との間に約１ないし７５ミリメートルのほぼ均一なギ
ャップを形成するように、前記第一電極と前記第二電極
を配置する。
【００６７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のプロセス
・モジュールは、様々なイオン化手段を有しており、こ
れにより、電極間距離が短くても好適にガス分子をイオ
ン化してプラズマに変換することができ、更に、一旦分
子がイオン化した後には、イオン化手段を不活性化し、
通常のＲＦ発生器のみから電圧が発生されるようにする
ことにより、高速度でプラズマ蒸着を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されたプロセス・モジュー
ルの概略を示す側面図である。
【図２】図１のプロセス・モジュールに、モジュール内
のガスをイオン化するための圧力ポンプと線形アクチュ
エータを組み合わせた側面図である。
【図３】イオン化電極電位をギャップ距離と所定のガス
圧力との積に対してプロットしたグラフである。
【図４】図１のプロセス・モジュールに、モジュール内
のガスをイオン化するための電子源を組み合わせた側面
図である。
【図５】図１のプロセス・モジュールに、ギャップ内の
ガスをイオン化するための紫外線源をモジュール内に配
置して組み合わせた側面図、及び、図１のプロセス・モ
ジュールに、ギャップ内のガスをイオン化するための紫
外線源をモジュール外に配置して組み合わせた側面図で
ある。
【図６】図１のプロセス・モジュールに、モジュール内
のガスをイオン化するためのスパーク源を組み合わせた
側面図である。
【図７】図１のプロセス・モジュールに、モジュール内
のガスをイオン化するために活性電極に連結される第二
ＲＦ発生器を組み合わせた側面図である。
【図８】図１のプロセス・モジュールに、モジュール内
のガスをイオン化するために活性電極に埋め込まれたｘ
線源を組み合わせた側面図である。
【符号の説明】
１０ａ−１０ｈ・・・プロセス・モジュール １２・・・第一高周波電極 １４・・・第二高周波電極 １６・・・高周波発生器 １８・・・ギャップ ２０・・・気密ハウジング ２４・・・ガス導入口 ２６・・・ガス出口 ３０・・・プラズマ ３２・・・サンプル ４２・・・圧力ポンプ ４４・・・線形アクチュエータ ６０・・・電子源 ６２・・・フィラメント ６６・・・スリット ７０，７２・・・ＵＶ源 ８０・・・スパーク源 ８２・・・電源 ８４・・・スパーク・ギャップ ９０・・・第二ＲＦ発生器あるいは高ＤＣ電源 １００・ｘ線源あるいは放射線源
フロントページの続き (72)発明者 ドナルド ベリアン アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 トップスフィールド フェザントレーン 17 (56)参考文献 特開 昭61−265820（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−326725（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−151021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−158798（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−267273（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−24270（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C23C 14/00 - 14/58 C23F 4/00 - 4/04 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/31 H05H 1/46

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応性プラズマにサンプルを曝すための
    プラズマ・プロセス・モジュールにおいて、 前記モジュール内に備えられる第一高周波電極と、 前記第一電極から間隔をおいて前記モジュール内に備え
    られ、前記第一高周波電極との間隔が約１センチメート
    ル未満のほぼ均一なギャップを形成するように配置され
    る第二高周波電極と、 前記第一電極と前記第二電極との間に注入されるガスを
    イオン化するイオン化手段と、 前記第二電極に連結され、第一周波数を発生させて、前
    記ガスの分子をプラズマに変える第一高周波発生手段
    と、 を備えるとともに、前記ガスのイオン化手段は、 前記第一電極と前記第二電極との間に電子を注入するよ
    うに構成された電子源手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間に紫外線を照射する
    ように構成された紫外線源手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間で放電を起こすよう
    に構成されたスパーク手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間にｘ線を照射するよ
    うに構成されたｘ線照射手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間に放射線を照射する
    ように構成された放射線源手段と、 から成るグループから選択され、 前記モジュール内の圧力０．０１トールまで選択的に減
    圧するように構成された減圧手段と、 前記モジュール内の圧力を約０．０１から１０トールの
    範囲で、選択的に圧力を加えるように構成された加圧手
    段とを備え、 前記加圧手段と前記減圧手段とを交互に制御して、前記
    イオン化手段で前記ガスがイオン化される短い持続時間
    の間、前記モジュールに選択的に圧力を加えるようにし
    たことを特徴とするプロセス・モジュール。
  2. 【請求項２】 反応性プラズマにサンプルを曝すための
    プラズマ・プロセス・モジュールにおいて、 前記モジュール内に備えられる第一高周波電極と、 前記第一電極から間隔をおいて前記モジュール内に備え
    られ、前記第一高周波電極との間隔が約１センチメート
    ル未満のほぼ均一なギャップを形成するように配置され
    る第二高周波電極と、 前記第一電極と前記第二電極との間に注入されるガスを
    イオン化するイオン化手段と、 前記第二電極に連結され、第一周波数を発生させて、前
    記ガスの分子をプラズマに変える第一高周波発生手段
    と、 を備えるとともに、前記ガスのイオン化手段は、 前記第一電極と前記第二電極との間に電子を注入するよ
    うに構成された電子源手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間に紫外線を照射する
    ように構成された紫外線源手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間で放電を起こすよう
    に構成されたスパーク手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間にｘ線を照射するよ
    うに構成されたｘ線照射手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間に放射線を照射する
    ように構成された放射線源手段と、 から成るグループから選択され、 前記モジュール内の圧力０．０１トールまで選択的に減
    圧するように構成された減圧手段と、 前記モジュール内の圧力を約０．０１から１０トールの
    範囲で、選択的に圧力を加えるように構成された加圧手
    段とを備え、 前記第二電極に連結され、前記第一周波数よりも小さい
    第二高周波数を発生させて、前記ガスの分子をプラズマ
    に変える第２高周波発生手段とを備えることを特徴とす
    るプロセス・モジュール。
  3. 【請求項３】 反応性プラズマにサンプルを曝すための
    プラズマ・プロセス・モジュールにおいて、 前記モジュール内に備えられる第一高周波電極と、 前記第一電極から間隔をおいて前記モジュール内に備え
    られ、前記第一高周波電極との間隔が約１センチメート
    ル未満のほぼ均一なギャップを形成するように配置され
    る第二高周波電極と、 前記第一電極と前記第二電極との間に注入されるガスを
    イオン化するイオン化手段と、 前記第二電極に連結され、第一周波数を発生させて、前
    記ガスの分子をプラズマに変える第一高周波発生手段
    と、 を備えるとともに、前記ガスのイオン化手段は、 前記第一電極と前記第二電極との間に電子を注入するよ
    うに構成された電子源手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間に紫外線を照射する
    ように構成された紫外線源手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間で放電を起こすよう
    に構成されたスパーク手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間にｘ線を照射するよ
    うに構成されたｘ線照射手段と、 前記第一電極と前記第二電極との間に放射線を照射する
    ように構成された放射線源手段と、 から成るグループから選択され、 前記モジュール内の圧力０．０１トールまで選択的に減
    圧するように構成された減圧手段と、 前記モジュール内の圧力を約０．０１から１０トールの
    範囲で、選択的に圧力を加えるように構成された加圧手
    段とを備え、 前記第一電極と前記第二電極の間に注入される元素は、
    ２５電子ボルト以下のイオン化エネルギーを有する元素
    であることを特徴とするプロセス・モジュール。
  4. 【請求項４】 反応性プラズマにサンプルを曝すための
    プラズマ・プロセス・モジュールにおいて、 前記モジュール内に備えられる第一高周波電極と、 前記第一電極から間隔をおいて前記モジュール内に備え
    られる第二高周波電極で、両電極間に約１センチメート
    ル未満のほぼ均一なギャップを形成するように配置され
    る第二高周波電極と、 前記第一電極と前記第二電極との間に注入されるガスを
    イオン化する手段と、 注入されたガスの分子をプラズマに変える第一高周波発
    生手段で、前記第二電極に連結されて、第一周波数を発
    生する第一高周波発生手段と、 を備えるとともに、前記ガスをイオン化する手段が、 前記第一電極と前記第二電極との間に電子を注入するよ
    うに構成された電子源手段と、前記第一電極と前記第二
    電極との間に紫外線を照射するように構成された紫外線
    源手段と、前記第一電極と前記第二電極との間で放電を
    起こすように構成されたスパーク手段と、前記第二電極
    に連結される第二高周波発生手段で、前記第一周波数よ
    りも小さい第二周波数を有し、前記第一電極と前記第二
    電極との間に前記第二周波数の高周波放電を選択的に生
    じさせるように構成された第二高周波発生手段と、前記
    第二電極に連結される高直流電源手段で、前記第一電極
    と前記第二電極との間に物理的スパークを起こすように
    構成された高直流電源手段と、約０．０１から１０トー
    ルの範囲で前記モジュールに選択的に圧力を加えるよう
    に構成された加圧手段と、前記ギャップにｘ線を照射す
    るように構成されたｘ線照射手段と、前記ギャップに放
    射線を照射するように構成された放射線源手段と、前記
    電極の内少なくとも一つを選択的に移動させて、前記ギ
    ャップの幅を変化させる移動手段で、前記第一電極と前
    記第二電極との間に注入されたガスを第一周波数でイオ
    ン化するように前記二つの電極を隔てる移動手段と、前
    記ギャップに注入される元素で、２５電子ボルト以下の
    イオン化エネルギーを有する元素と、 から成るグループから選択されるプロセス・モジュール
    であって、 前記加圧手段が、前記モジュールを選択的に減圧する減
    圧手段を備え、 前記イオン化手段が、前記加圧手段と前記減圧手段とを
    交互に制御して、ガスがイオン化される短い持続時間の
    間、前記モジュールに選択的に圧力を加える手段を備え
    る、ことを特徴とするプロセス・モジュール。
  5. 【請求項５】 前記第一周波数は高周波エネルギーであ
    る請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス・モジュー
    ル。
  6. 【請求項６】 前記電子源手段は、 負電位を持ち、電子を発生させるフィラメントと、 前記フィラメントに対して電気的に正電位を持ち、前記
    電子を注出させるスリット手段と、 前記負電位を選択的に調整して、前記電子のエネルギー
    を調節する第二手段と、 を備える請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス・モ
    ジュール。
  7. 【請求項７】 前記紫外線源手段は、前記モジュールの
    内側に紫外線源を設置し、前記紫外線源から発生される
    紫外線を前記第一電極と前記第二電極の間に照射するよ
    うに構成された請求項１〜３のいずれかに記載のプロセ
    ス・モジュール。
  8. 【請求項８】 前記紫外線源手段は、前記モジュールの
    外側の大気下に配置され、前記モジュールの減圧条件と
    前記モジュールの外側の大気条件との間に配置されるＵ
    Ｖインターフェースを介して、前記紫外線源から発生す
    る前記紫外線を前記第一電極と前記第二電極の間に照射
    するように構成された請求項１〜３のいずれかに記載の
    プロセス・モジュール。
  9. 【請求項９】 前記紫外線源手段は、 開口部を有し、前記紫外線を集光して前記開口部に沿っ
    て前記紫外線を通過させる反射手段と、 前記反射手段で集光した前記紫外線を平行に照射する光
    学手段を備える請求項１〜３のいずれかに記載のプロセ
    ス・モジュール。
  10. 【請求項１０】 前記スパーク手段は、 露出したスパークギャップを有し、前記スパークギャッ
    プを前記第一電極と前記第二電極との間に照準線を形成
    して放電するように構成された請求項１〜３のいずれか
    に記載のプロセス・モジュール。
  11. 【請求項１１】 前記スパーク手段は、 高直流電源を備える請求項１〜３のいずれかに記載のプ
    ロセス・モジュール。
  12. 【請求項１２】 前記ｘ線照射手段は、実質的に前記第
    二電極に埋め込まれ、 前記ｘ線照射手段から照射される前記ｘ線は、前記第一
    電極と前記第二電極のギャップを一本又は複数本の光路
    で通過するように照射され、且つ、前記ｘ線照射手段を
    遮蔽する手段を備える請求項１〜３のいずれかに記載の
    プロセス・モジュール。
  13. 【請求項１３】 前記放射線源手段は、前記放射線源手
    段から照射される前記放射線は、前記第一電極と前記第
    二電極のギャップに一本又は複数本の光路で通過するよ
    うに照射され、且つ、前記放射線源手段を遮蔽する手段
    を備える請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス・モ
    ジュール。
  14. 【請求項１４】 前記第一電極と前記第二電極の間に注
    入されるガスをイオン化されやすい距離に前記２つの電
    極を移動可能とする移動手段である請求項１〜３のいず
    れかに記載のプロセス・モジュール。
  15. 【請求項１５】 前記第一電極と前記第二電極の間に注
    入される元素は、２５電子ボルト以下のイオン化エネル
    ギーを有する元素である請求項１〜３のいずれかに記載
    のプロセス・モジュール。
  16. 【請求項１６】 前記ガスは、第一の主要なガスとし
    て、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、水素(H2)、アン
    モニア(NH3)、ホスフィン(PH3)、３フッ化窒素(NF3)、
    ヘリウム(He)、４フッ化炭素(CF4)、ヘキサフルオロエ
    タン(C2F6)、酸素(O2)、一酸化二窒素(N2O)、メタン(CH
    4)、ボラン(BH3)、ジボラン(B2H6)、塩素(Cl2)、６フッ
    化硫黄(SF6)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素(CCl4)、臭化
    水素(HBr)、二塩化二フッ化炭素(CCl2F2)、３塩化ホウ
    素(BCl3)、４塩化珪素(SiCl4)、３臭化ホウ素(BBr3)、
    クロロトリフロライド(ClF3)、フッ素(F2)、並びにそれ
    らの混合気体から成るグループから選択される一方、第
    二のガスとして、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、クリプ
    トン(Kr)、窒素(N2)、キセノン(Xe)、ネオン(Ne)並びに
    それらの混合気体からなるグループから選択されて、前
    記第二のガスを前記第一のガスと組み合わせて第一周波
    数のエネルギーによりプラズマに変換可能な混合気体を
    形成する請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス・モ
    ジュール。
  17. 【請求項１７】 第一電極と第二電極とを有するプロセ
    ス・モジュール内で反応性プラズマにサンプルを曝すた
    めのサンプル処理方法において、 （Ａ）前記モジュール内で、前記第一電極と前記第二電
    極との間に約１ないし１０ミリメートルのほぼ均一なギ
    ャップを形成するように、前記第一電極と前記第二電極
    を配置するステップと、 （Ｂ）シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、水素(H2)、ア
    ンモニア(NH3)、ホスフィン(PH3)、窒素(N2)、３フッ化
    窒素(NF3)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、４フッ化炭
    素(CF4)、ヘキサフルオロエタン(C2F6)、酸素(O2)、一
    酸化二窒素(N2O)、メタン(CH4)、ボラン(BH3)、ジボラ
    ン(B2H6)、塩素(Cl2)、６フッ化硫黄(SF6)、塩化水素(H
    Cl)、４塩化炭素(CCl4)、臭化水素(HBr)、二塩化二フッ
    化炭素(CCl2F2)、３塩化ホウ素(BCl3)、４塩化珪素(SiC
    l4)、３臭化ホウ素(BBr3)、クロロトリフロライド(Cl
    F3)、フッ素(F2)、並びにそれらの混合気体から成るグ
    ループから選択され、また、高周波エネルギーに曝され
    た場合にイオン化し、プラズマに変化するガスを前記ギ
    ャップに注入するステップと、 （Ｃ）前記ガスをイオン化するステップと、 （Ｄ）分子をプラズマに変化させる第一周波数を有する
    高周波エネルギーを前記ギャップに加えるステップと、 を備えるとともに、前記ガスをイオン化するステップ
    が、 前記第一電極と前記第二電極との間に電子を注入するス
    テップと、紫外線源から紫外線を発射して、前記第一電
    極と前記第二電極との間に紫外線を照射するステップ
    と、前記第一電極と前記第二電極との間で放電を起こさ
    せるステップと、前記第一周波数よりも小さな第二周波
    数を有する第二高周波エネルギーを前記ギャップにかけ
    るステップと、直流電源を前記第二電極につないで、前
    記ギャップ内に物理的スパークを生じさせるステップ
    と、約０．０１トールまで前記モジュールを選択的に減
    圧するステップと、前記高周波エネルギーによって分子
    をプラズマに変えるように前記モジュールを選択的に加
    圧するステップと、前記ギャップにｘ線を照射するステ
    ップと、放射線源からイオン化粒子を前記ギャップに照
    射するステップと、前記ギャップの大きさを変えるよう
    に前記電極の内少なくとも一つを選択的に移動させて、
    前記第一電極と前記第二電極との間に注入されたガスを
    前記第一周波数でイオン化するステップと、２５電子ボ
    ルト以下のイオン化エネルギーを有する元素を前記ギャ
    ップに導入するステップと、 から成るグループから選択されるステップを含むサンプ
    ル処理方法であって、 前記第二周波数が約４００ｋＨｚである、ことを特徴と
    するサンプル処理方法。
  18. 【請求項１８】 第一電極と第二電極とを有するプロセ
    ス・モジュール内で反応性プラズマにサンプルを曝すた
    めのサンプル処理方法において、 （Ａ）前記モジュール内で、前記第一電極と前記第二電
    極との間に約１ないし１０ミリメートルのほぼ均一なギ
    ャップを形成するように、前記第一電極と前記第二電極
    を配置するステップと、 （Ｂ）シラン(SiH４)、ジシラン(Si２H６)、水素
    (H２)、アンモニア(NH３)、ホスフィン(PH３)、窒素(N
    ２)、３フッ化窒素(NF３)、ヘリウム(He)、アルゴン(A
    r)、４フッ化炭素(CF４)、ヘキサフルオロエタン(C２F
    ６)、酸素(O２)、一酸化二窒素(N２O)、メタン(CH４)、
    ボラン(BH３)、ジボラン(B２H６)、塩素(Cl２)、６フッ
    化硫黄(SF６)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素(CCl４)、臭
    化水素(HBr)、二塩化二フッ化炭素(CCl２F２)、３塩化
    ホウ素(BCl３)、４塩化珪素(SiCl４)、３臭化ホウ素(BB
    r３)、クロロトリフロライド(ClF３)、フッ素(F２)、並
    びにそれらの混合気体から成るグループから選択され、
    また、高周波エネルギーに曝された場合にイオン化し、
    プラズマに変化するガスを前記ギャップに注入するステ
    ップと、 （Ｃ）前記ガスをイオン化するステップと、 （Ｄ）分子をプラズマに変化させる第一周波数を有する
    高周波エネルギーを前記ギャップに加えるステップと、 を備えるとともに、前記ガスをイオン化するステップ
    が、 前記第一電極と前記第二電極との間に電子を注入するス
    テップと、紫外線源から紫外線を発射して、前記第一電
    極と前記第二電極との間に紫外線を照射するステップ
    と、前記第一電極と前記第二電極との間で放電を起こさ
    せるステップと、前記第一周波数よりも小さな第二周波
    数を有する第二高周波エネルギーを前記ギャップにかけ
    るステップと、直流電源を前記第二電極につないで、前
    記ギャップ内に物理的スパークを生じさせるステップ
    と、約０．０１トールまで前記モジュールを選択的に減
    圧するステップと、前記高周波エネルギーによって分子
    をプラズマに変えるように前記モジュールを選択的に加
    圧するステップと、前記ギャップにｘ線を照射するステ
    ップと、放射線源からイオン化粒子を前記ギャップに照
    射するステップと、前記ギャップの大きさを変えるよう
    に前記電極の内少なくとも一つを選択的に移動させて、
    前記第一電極と前記第二電極との間に注入されたガスを
    前記第一周波数でイオン化するステップと、２５電子ボ
    ルト以下のイオン化エネルギーを有する元素を前記ギャ
    ップに導入するステップと、 から成るグループから選択されるステップを含むサンプ
    ル処理方法であって、 前記ｘ線を照射するステップが、前記ギャップを通って
    伸張する一本あるいは複数本の光路にｘ線の照射を限定
    するように、前記ｘ線の照射を遮蔽するステップを更に
    備える、ことを特徴とするサンプル処理方法。
  19. 【請求項１９】 第一電極と第二電極とを有するプロセ
    ス・モジュール内で反応性プラズマにサンプルを曝すた
    めのサンプル処理方法において、 （Ａ）前記モジュール内で、前記第一電極と前記第二電
    極との間に約１ないし１０ミリメートルのほぼ均一なギ
    ャップを形成するように、前記第一電極と前記第二電極
    を配置するステップと、 （Ｂ）シラン(SiH４)、ジシラン(Si２H６)、水素
    (H２)、アンモニア(NH３)、ホスフィン(PH３)、窒素(N
    ２)、３フッ化窒素(NF３)、ヘリウム(He)、アルゴン(A
    r)、４フッ化炭素(CF４)、ヘキサフルオロエタン(C２F
    ６)、酸素(O２)、一酸化二窒素(N２O)、メタン(CH４)、
    ボラン(BH３)、ジボラン(B２H６)、塩素(Cl２)、６フッ
    化硫黄(SF６)、塩化水素(HCl)、４塩化炭素(CCl４)、臭
    化水素(HBr)、二塩化二フッ化炭素(CCl２F２)、３塩化
    ホウ素(BCl３)、４塩化珪素(SiCl４)、３臭化ホウ素(BB
    r３)、クロロトリフロライド(ClF３)、フッ素(F２)、並
    びにそれらの混合気体から成るグループから選択され、
    また、高周波エネルギーに曝された場合にイオン化し、
    プラズマに変化するガスを前記ギャップに注入するステ
    ップと、 （Ｃ）前記ガスをイオン化するステップと、 （Ｄ）分子をプラズマに変化させる第一周波数を有する
    高周波エネルギーを前記ギャップに加えるステップと、 を備えるとともに、前記ガスをイオン化するステップ
    が、 前記第一電極と前記第二電極との間に電子を注入するス
    テップと、紫外線源から紫外線を発射して、前記第一電
    極と前記第二電極との間に紫外線を照射するステップ
    と、前記第一電極と前記第二電極との間で放電を起こさ
    せるステップと、前記第一周波数よりも小さな第二周波
    数を有する第二高周波エネルギーを前記ギャップにかけ
    るステップと、直流電源を前記第二電極につないで、前
    記ギャップ内に物理的スパークを生じさせるステップ
    と、約０．０１トールまで前記モジュールを選択的に減
    圧するステップと、前記高周波エネルギーによって分子
    をプラズマに変えるように前記モジュールを選択的に加
    圧するステップと、前記ギャップにｘ線を照射するステ
    ップと、放射線源からイオン化粒子を前記ギャップに照
    射するステップと、前記ギャップの大きさを変えるよう
    に前記電極の内少なくとも一つを選択的に移動させて、
    前記第一電極と前記第二電極との間に注入されたガスを
    前記第一周波数でイオン化するステップと、２５電子ボ
    ルト以下のイオン化エネルギーを有する元素を前記ギャ
    ップに導入するステップと、 から成るグループから選択されるステップを含むサンプ
    ル処理方法であって、 前記イオン化粒子を照射するステップが、前記ギャップ
    を通って伸張する一本あるいは複数本の光路に前記イオ
    ン化粒子の照射を限定するように、前記放射線源を遮蔽
    するステップを更に備える、ことを特徴とするサンプル
    処理方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１〜３のいずれかに記載のプロ
    セス・モジュールに対し、その内部表面をエッチングし
    てきれいにする処理方法であって、 （Ａ）塩素(Cl２)、６フッ化硫黄(SF６)、塩化水素(HC
    l)、４塩化炭素(CCl４)、臭化水素(HBr)、４フッ化炭素
    (CF４)、ヘキサフルオロエタン(C２F６)、３フッ化窒素
    (NF３)、二塩化二フッ化炭素(CCl２F２)、３塩化ホウ素
    (BCl３)、４塩化珪素(SiCl４)、酸素(O２)、３臭化ホウ
    素(BBr３)、クロロトリフロライド(ClF３)、フッ素
    (F２)、並びにそれらの混合気体から成るグループから
    選択され、また、高周波エネルギーに曝された場合にイ
    オン化し、プラズマに変化するエッチング・ガスを前記
    モジュールに注入するステップと、 （Ｂ）前記エッチング・ガスをイオン化するステップ
    と、 （Ｃ）前記エッチング・ガスをエッチング・プラズマに
    変える前記第一周波数を有する高周波エネルギーを前記
    ギャップに加えるステップと、を備え、 更に、前記第一電極と前記第二電極との間に約１ないし
    ７５ミリメートルのほぼ均一なギャップを形成するよう
    に、前記第一電極と前記第二電極を配置するステップを
    備えることにより、 前記エッチング・プラズマに接触する内部表面をエッチ
    ングしてきれいにする処理方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１８又は１９に記載の第一電極
    と第二電極とを有するプロセス・モジュール内で反応性
    プラズマにサンプルを曝すためのサンプル処理方法に対
    し、更に、 （Ａ）塩素(Cl２)、６フッ化硫黄(SF６)、塩化水素(HC
    l)、４塩化炭素(CCl４)、臭化水素(HBr)、４フッ化炭素
    (CF４)、ヘキサフルオロエタン(C２F６)、３フッ化窒素
    (NF３)、二塩化二フッ化炭素(CCl２F２)、３塩化ホウ素
    (BCl３)、４塩化珪素(SiCl４)、酸素(O２)、３臭化ホウ
    素(BBr３)、クロロトリフロライド(ClF３)、フッ素
    (F２)、並びにそれらの混合気体から成るグループから
    選択され、また、高周波エネルギーに曝された場合にイ
    オン化し、プラズマに変化するエッチング・ガスを前記
    モジュールに注入するステップと、 （Ｂ）前記エッチング・ガスをイオン化するステップ
    と、 （Ｃ）前記エッチング・ガスをエッチング・プラズマに
    変える前記第一周波数を有する高周波エネルギーを前記
    ギャップに加えるステップと、を備え、 更に、前記第一電極と前記第二電極との間に約１ないし
    ７５ミリメートルのほぼ均一なギャップを形成するよう
    に、前記第一電極と前記第二電極を配置するステップを
    備えることにより、 前記エッチング・プラズマに接触する内部表面がエッチ
    ングされてプロセス・モジュールの内部表面をエッチン
    グしてきれいにする処理方法。
JP00667895A 1994-01-19 1995-01-19 プロセス・モジュールにおいてプラズマを点火する装置並びに方法 Expired - Fee Related JP3158236B2 (ja)

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