JP3361112B2 - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に半導体ウエハの
処理に関するものであり、更に詳細には半導体デバイス
の光化学的処理と同室での遠紫外光子発生のための方法
と装置とに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】集積回路チップの製造業者は、半導体ウ
エハ上へ半導体、金属、絶縁材料の数多くの層を堆積
し、成長させ、またエッチングすることによって半導体
デバイスを作製する。デバイス処理には、ウエハを処理
反応炉へ設置し、それを各種のプロセスエネルギー源お
よび反応性の化合物に曝すことが含まれる、ウエハ処理
装置は通常、プロセスチェンバを含み、その中でプロセ
スエネルギー源がプロセス雰囲気し半導体ウエハとに対
し変化をもたらす。これらのプロセスエネルギー源は例
えば、エネルギーを持った準安定な物質とイオンをプロ
セスプラズマ中に作り出すための無線周波数またはマイ
クロ波電力源、ウエハ加熱ランプのような加熱源、そし
てマグネトロンプラズマ源を含む。低温での半導体デバ
イス処理に広く利用されるもう一つのプロセスエネルギ
ー源または励起源として紫外光がある。 【０００３】ナア（Ｎａｒ）等は、１９８８年１２月２
１日の半導体および半導体構造における最近の進展に関
するＳＰＩＥ会議において、“光化学的洗浄とシリコン
のエピタキシャル成長（Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ＣｌｅａｎｉｎｇａｎｄＥｐｉｔａｘｙ ｏｆ Ｓ
ｉ）”と題する発表のなかでシリコンのエピタキシャル
成長にＵＶ光を併用した光化学的プロセスについて述べ
ている。この論文は、プロセス気体と半導体ウエハ表面
へＵＶ光を照射することによって、表面清浄化とエピタ
キシャル成長とを可能にする低温プロセスを提供してい
る。ＵＶ光照射を用いることによって、シリコン基板表
面の自然酸化膜が７３０℃で除去でき、またジシランの
プロセス雰囲気において、５４０℃もの低温において高
品質結晶のエピタキシャルシリコン層の成長が可能とな
る。 【０００４】遠ＵＶ光源の光エネルギー（光波長）スペ
クトルおよび強度は両方共、光化学的プロセスの機構と
速度とに変化をもたらす。与えられた一組のプロセス条
件下で、遠ＵＶ照射の強度を増大させることは光化学的
な処理速度を増すことにつながる。光化学的なデバイス
処理に使用される遠ＵＶ光源は二種類に大別される：連
続的な有限の照射スペクトルを有する広帯域源と、区別
されて明瞭に定義された（ほとんど単波長の）発光ライ
ンを備えた狭帯域または単色の光源とである。光化学的
な処理のための遠ＵＶ光源は通常、単波長かまたは、１
００−４００nmの波長範囲の照射帯域で動作するもので
ある。堆積、エッチ、または表面清浄化プロセスの光に
よる促進は、反応性プロセス気体の光による分解、また
は表面に関連したプロセス（結合または脱離）の光によ
る促進のいずれかを通して起こる。気体分子を効率的に
励起し、および／または表面反応／分解を効率的に励起
するためには、与えられたプロセスに対して照射波長ま
たはスペクトルを最適化しなければならない。しかし、
これまで提案された光化学的処理システムは外部のＵＶ
光源を使用しており、また通常はプラズマ等の他のプロ
セスエネルギー源と両立できない。更に、それらの外部
式の高価な光源は、各種の光化学的なプロセスに対して
最適化を図れるように波長を同調させるための機構は備
わっていない。 【０００５】このように、半導体デバイス製造に紫外光
照射の利点を有効かつ効率的に活用し、またプラズマ等
の付加的なプロセスエネルギー源と両立し得る方法と装
置とに対する需要がある。そのような方法は、紫外光／
オゾンによる清浄化で表面の残留有機汚染を除去するこ
と、金属汚染の光化学的除去、光化学的エッチング、そ
して低温でのＵＶを併用した堆積といった用途に利用で
きる。 【０００６】半導体ウエハをＵＶ光子に曝す既知の方法
は、室外の遠紫外エネルギー源の使用を必要としてい
る。光源から遠紫外光子が放出され、処理反応炉の石英
窓を通過して、プロセス雰囲気と半導体ウエハを照射す
る。半導体ウエハの光化学的処理に外部の遠紫外光源を
使用することには数多くの制限がつきまとう。例えば、
半導体ウエハ処理に適した室外遠紫外光子源はかなり高
価であり、かなりの場所を占有し、更にウエハ生産設備
の柔軟な動作および最終的な生産性を制限する可能性が
ある。更に、処理反応炉の石英の窓は遠紫外光子のフラ
ックス（ｆｌｕｘ）を減衰させる。最後に、石英窓に堆
積物が形成され、それがＵＶ光の透過特性を低下させ、
従って光化学的効率を劣化させる。また、室外の遠紫外
光源の使用に付随する別の欠点は、プロセスチェンバに
備えられている利用可能なポートの一つを占有してしま
うことである。結果として、外部光源の使用はプロセス
チェンバの設計とプラズマ等の任意の付加的なプロセス
エネルギー源の組み込みとに制限を課すことになる。更
に、外部光源を使用することに基づく光化学的処理に要
求されるプロセスの均一性もまた、反応炉およびプロセ
スチェンバの設計に制約を与える。最適なプロセスの均
一性は、典型的には半導体ウエハを石英窓と光源とに近
接して配置することを要求する。 【０００７】こうして、半導体ウエハの効率的な同室で
の光化学的処理に対する需要がある。 【０００８】ウエハ生産設備においてそれほど広い空間
を占有しない遠紫外光化学的エネルギー源に対する需要
がある。 【０００９】ＵＶ照射スペクトルと強度の実時間での最
適化と調節が可能な遠ＵＶ光化学的エネルギー源に対す
る需要がある。 【００１０】更に、既存のプラズマ処理反応炉およびプ
ラズマプロセスエネルギー源と完全に両立し得る遠ＵＶ
光化学的プロセスエネルギー源に対する需要がある。 【００１１】 【発明の概要】本発明は、従来の遠紫外光化学的処理の
装置と方法に付随する欠点と制約とを本質的に排除す
る、半導体ウエハ処理のための同室での遠紫外（ＵＶ）
光子を発生するための装置と方法とに関するものであ
る。本発明の装置は、離れたプラズマ処理反応炉中に置
かれた石英モジュールを含んでいる。この石英モジュー
ルは、離れたマイクロ波プラズマ流からの残光放出（ａ
ｆｔｅｒｇｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）による同室の遠
紫外光発生領域と、気体流量または圧力で駆動されるス
イッチを含んでいる。この流量／圧力スイッチは、反応
炉の動作を離れたプラズマ処理モードまたは紫外光子に
よって促進されるデバイス処理モードのいずれかに実時
間選択することを許容する。 【００１２】本発明は１つの面において半導体ウエハ処
理チェンバ内で紫外光子を同室生成するための装置であ
る。この装置は反応炉プロセスチェンバに含まれる、各
種の気体を流す複数の相互に接続された空間または領域
を含む、石英またはその他の透明な材料でできてモジュ
ールを含んでいる。同室ＤＵＶモジュール内に含まれる
空間には、プロセス雰囲気空間、プロセス気体注入空
間、プラズマ充満空間、そして制御気体空間が含まれ
る。このプロセス雰囲気空間は半導体デバイス処理のた
めの反応性気体またはプラズマ媒体を含む。またプロセ
ス気体注入空間はプロセス気体を受け入れ、それをプロ
セス雰囲気空間へ注入する。同室ＤＵＶモジュールはま
た、プラズマを受け入れてそのプラズマをプロセス雰囲
気空間中へ拡散させることのできるプラズマ充満空間を
含んでいる。更に、このモジュールは流量／圧力スイッ
チを動作させるスイッチ制御気体を受け入れる制御気体
空間を含んでいる。このモジュールは、プラズマ充満空
間中のプラズマがプロセス雰囲気空間中へ拡散するかど
うかを決定する圧力／流量スイッチを制御気体が駆動す
るように設計されている。流量／圧力スイッチがプラズ
マのウエハへの到達を許容した時にそのプラズマ媒体は
ウエハと相互作用する。 【００１３】本発明は別の１つの面では、製造反応炉内
で半導体ウエハ処理の光化学的促進を図るための制御さ
れた同室の遠紫外光子発生法である。この方法はプロセ
ス気体とプラズマとを半導体ウエハに近いプロセス雰囲
気空間へ選択的に向かわせることを含んでいる。本発明
において、プロセス気体はプロセス気体注入空間を通っ
て半導体ウエハを含むプロセス雰囲気空間中へ流れる。
本発明はプロセスプラズをプロセス雰囲気空間へまたは
半導体ウエハから遠ざける方向へのいずれかへ選択的に
向かわせるための制御気体および付随する流量／圧力ス
イッチを使用している。プロセスプラズマは、プラズマ
を併用した半導体デバイス製造に適した高密度の励起さ
れた準安定ラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）およびイオン、
または光化学的処理のためのプラズマ残光放出による、
エネルギーを持った大量の紫外光子を発生させることが
できる。光化学的処理のために大量の遠紫外光子が必要
な場合にのみ、流量／圧力スイッチは駆動されて、（Ｄ
ＵＶ光子生成に最適化された）プラズマがウエハに到達
してその表面と相互作用することを阻止する。制御気体
の流量を変化させることによって、プラズマの粒子の半
導体ウエハ表面への拡散量が制御される。 【００１４】本発明は、光を併用した半導体ウエハ処理
のための独立した、高価な室外遠紫外エネルギー源の必
要性をなくする。こうして、本発明による同室のＤＵＶ
光化学的半導体ウエハ処理は、従来の室外のＤＵＶ処理
法に較べて数多くの利点を有している。 【００１５】本発明の別の技術的な特長は、同室のＤＵ
Ｖ装置がプロセスチェンバに完全に含まれて、半導体ウ
エハ処理反応炉および製造設備中で付加的な空間や物理
的なポートを必要としないということである。 【００１６】本発明の別の技術的な特長は、ＤＵＶ光子
がチェンバ上に設けられた厚い石英またはサファイヤの
光学的／真空窓を通って伝搬する必要がないため、ＤＵ
Ｖ発生点と半導体ウエハ表面との間での紫外光子フラッ
クスの減衰量または損失が最小に保たれているというこ
とである。 【００１７】本発明の更に別の技術的な特長は、遠紫外
光子発生のために使用されるエネルギー源が離れた場所
で発生したプラズマ流であるということである。プラズ
マ粒子は離れたマイクロ波または無線周波数放電プラズ
マ源によって生成される。同じプラズマ源が、流量／圧
力スイッチがプラズマ動作モードを選んだ場合には、半
導体ウエハ上で（適当なプロセス気体を伴って）プラズ
マによって促進される処理を実行するためにも使用され
る。従って、本発明は、プラズマ併用半導体デバイス製
造用のプラズマエネルギー源が利用するのと同じプロセ
スチェンバポートを半導体ウエハへのアクセスのために
使用する。 【００１８】本発明は従来の外部ＤＵＶ光源に付随する
各種の制約や高価であるということを克服するばかりで
なく、同室での多重処理のための付加的な技術的特長を
含んでもいる。本発明では、プロセスプラズマを発生さ
せるために使用されるマイクロ波または高周波（ＲＦ）
プラズマ源はまた、適当なプラズマ気体媒体が採用され
た場合には遠紫外光子を放出するプラズマを生成するこ
とも行う。本発明は付加的なハードウエアまたは部品を
必要としないので、本発明の更に別の技術的な特長は、
光化学的なデバイス処理のための外部の遠紫外光源を使
用している既知の方法よりもより信頼性が高く、より単
純であるということである。 【００１９】本発明に特徴的と考えられる新規な性質は
特許請求の範囲に示しておいた。しかし、本発明それ自
体については、それの動作モードや付随する利点と共
に、以下の図面を参照した詳細な説明によって最も良く
理解できるであろう。 【００２０】 【実施例】本発明の実施例は図面を参照することによっ
て最も良く理解できる。各図面では同様な部品、対応す
る部品には同じ番号が用いられている。 【００２１】図１は、本発明に対応する従来技術の代表
的な例を構成する単一ウエハ高速熱／プラズマ多重処理
反応炉の部分的に断面を示した模式図である。多重処理
反応炉１０は図面の右下に気体分配回路網１２を含み、
そこからプラズマ気体がチャネル１４を通って放電空胴
取り入れ口１６へと流れる。放電空洞１８はプラズマ放
電管２４の一部を含み、されは取り入れ口１６からの気
体とマイクロ波源２２からのマイクロ波電力を受け取っ
て、放電管２４中にプラズマを発生させる。放電管２４
は反応炉壁２８とプロセスチェンバの壁３０を貫通して
反応炉チェンバ３２内へ通っている。反応炉チェンバ３
２内から放電管２４は基盤（ｇｒｏｕｎｄ）または対向
電極３６を通過してプロセスチェンバ３８へと延びてい
る。同じく気体分配回路網１２から出発して、非プラズ
マプロセス気体がプロセス気体チャネル４０中へ流れ、
それは反応炉壁２８とプロセスチェンバ壁３０を貫通し
て反応炉チェンバ３２内へ入っている。反応炉チェンバ
３２内ではプロセス気体チャネル４０が基盤対向電極３
６を通って、表面を下に向けた半導体ウエハ４４へ向い
たシャワーヘッドまたは気体注入リング４２中へ通って
いる。 【００２２】多重処理反応炉１０のロードロック（ｌｏ
ａｄ ｌｏｃｋ）チェンバ４６は隔離ゲート４８を含ん
でおり、そこを通してウエハハンドリングロボット５２
を使用して反応炉チェンバ３２中へ一度に一枚ずつウエ
ハがカセット５０から転送される。排気パッケージおよ
び真空部品５４が反応炉チェンバ３２とロードロックチ
ェンバの両方をそれぞれポンプ開口部５６と５８を通し
て排気することによってそれらの両チェンバを低圧に保
っている。 【００２３】表面を下に向けた半導体ウエハ４４の温度
を処理のために制御するタングステン・ハロゲンランプ
モジュール６０がマウント６４によって保持された石英
の光学的／真空窓６２を通して光学的エネルギーを放射
している。プロセス制御コンピュータ６６が、ランプモ
ジュール電源６８へのランプ電力制御信号、タングステ
ン・ハロゲンランプモジュール６０および付随の温度セ
ンサとの通信、排気パッケージおよび真空部品５４への
排気パッケージおよび真空の制御、そしてマイクロ波電
源２２へのプラズマ発生制御信号を含む、制御信号を供
給している。 【００２４】図２は室外の紫外光エネルギー源を用いた
光化学的ウエハ処理のための従来技術の方法と代表的な
装置を示す。図２に従えば、チェンバ８０は複数個の紫
外線ランプ源８４，８６，８８を含む紫外線ランプアセ
ンブリ８２を収容しており、それは石英のベルジャー
（ｂｅｌｌ ｊａｒ）９０を通して半導体ウエハ４４に
紫外光子エネルギーを照射する。チェンバ８０は、石英
のベルジャー９０中への光子エネルギーの透過を最大に
するために、９１に示したように窒素（Ｎ２）によって
大気圧にパージされる。ＤＵＶ光源８２が石英プロセス
チェンバ９０の外側に置かれているので、Ｎ２パージの
不足は、オゾン発生プロセスを通して、取り巻きの露光
された空気雰囲気中で強いＤＵＶ光子吸収を引き起こ
す。半導体ウエハ４４はベース９４へつながるサセプタ
９２上に置かれる。ベース９４は複数個の赤外線加熱ラ
ンプ源９８から１０８を含む赤外線加熱ランプアセンブ
リ９６を含んでいる。光化学的処理のための反応気体は
気体流量制御器（図示されていない）から取り入れ口１
１２へ入り、石英のベルジャープロセスチェンバ９０を
充たして、排出ライン１１４を通って出ていく。 【００２５】図２に示されたような別になった室外の、
または外部の紫外線ランプを用いることに付随する制約
のいくつかは次のようなものである。（ｉ）紫外線ラン
プ８２が半導体ウエハ製造のためのクリーンルーム内の
既に限られている空間を占有する。（ii）紫外光の強度
が石英ベルジャー９０によって減衰し、したがって紫外
線ランプ８２から半導体ウエハ４４へ到達するエネルギ
ーが低下する。(iii)ランプとベルジャーとの間の気体
雰囲気中での強いＤＵＶ吸収を阻止するためにＮ２パー
ジのような適当な対策が必要である。そして、 (iv) 紫
外線エネルギーを半導体ウエハ４４の表面へ向かわせる
ために、プロセスチェンバのアクセスポートの１つが完
全にこの外部のＤＵＶ源に占有される。この構成は光化
学的エネルギー源と共に、プラズマ等の付加的なプロセ
スエネルギー源の使用を複雑なものにする。本発明の装
置はこれらの問題点を解決し、上に述べた制約を取り除
くものである。 【００２６】図３は本発明の１つの実施例の概念的側面
図である。離れたマイクロ波または高周波プラズマ源に
よって生成されたプロセスプラズマ１２０が、プロセス
プラズマ管出口１２２を通ってモジュール１２６のプラ
ズマ充満空間１２４へ入る。モジュール１２６は開口部
１２８を通してプロセスプラズマ放電管出口１２２を受
け取る。プロセスプラズマ管１２２は本質的に放電空胴
１８からつながる放電管２４を含んでいる。モジュール
１２６は各種の気体を受け入れ、導くような形状をした
円筒形でピストン状の、大部分中空の領域である。モジ
ュール１２６は、モジュール１２６の内面に取り付けら
れた、円形の、孔の開いた下部石英板１３０を含んでい
る。下部石英板１３０の上に中間の、これも円形でモジ
ュール１２６の内面に組み合わされた、孔の開いた石英
板１３２がある。更に、接合部１３８には孔の開いた上
部石英板１３４がモジュール１２６に取り付けられてい
る。上部の薄い石英板１３４はモジュール１２６の上部
の円筒形の部分１４０を下側の部分１４２から区切って
いる。石英板１３０，１３２，１３４は、適当な大きさ
で適当な密度の孔の配列を含んでいる。モジュール１２
６からピン１４４が飛び出して、それらが表面を下に向
けた半導体ウエハ４４を支えている。半導体ウエハ４４
の上方には間隔１４６を置いて離されたパージスペーサ
１５０がある。 【００２７】モジュール１２６内に、薄い石英板１３
０，１３２，１３４によって区切られて複数個の有限の
体積空間が作られている。プロセス雰囲気空間１５２
は、上部からは半導体ウエハ４４によって、下部からは
薄い石英板１３４によって、周囲からは円筒形の上部モ
ジュール部分１４０によって区切られている。薄い石英
板１３４は、プロセス雰囲気空間１５２と流量／圧力ス
イッチ空間１５４との間をつなぐ複数個の間隔を置いた
孔を含んでいる。流量／圧力スイッチ空間１５４は、上
部からは薄い石英板１３４によって、下部からは薄い石
英板１３２によって、また周辺はモジュール１２６の下
部円筒形部分１４２によつて区切られている。流量／圧
力スイッチ空間１５４に付随して制御気体取り入れ口１
５６が設けられている。分離オン／オフバルブ１５８が
流量／圧力スイッチ空間１５４への制御気体の流れを制
御する。薄い石英板１３２は薄い石英板１３４と同様
に、流量／圧力スイッチ空間１５４から遷移空間１６２
への気体の流れを許容する複数個の間隔を置いた孔を含
んでいる。 【００２８】遷移空間１６２は、上部からは薄い石英板
１３２によつて、下部からは下部石英板１３０によって
区切られている。モジュール１２６の下部１４２はま
た、遷移空間１６２から放射状に気体の流れ出しを許容
する放射状気体流チャネル１６４を含んでいる。下部石
英板１３０は、これもプラズマ充満空間１２４から遷移
空間１６２への気体の流れを許容する複数個の間隔を置
いた孔１６８を含んでいる。プラズマ充満空間１２４
は、上部からは孔の開いた下部石英板１３０によって、
また下部および周囲からモジュール１２６の下部１４２
によって区切られている。 【００２９】本発明はその他の目的にも利用できるであ
ろうが、それの特長は、それをプラズマ処理と共に半導
体ウエハの光化学的処理に利用した場合を考えれば明か
になるであろう。従って、半導体処理における光化学的
促進効果を理解することが重要である。光化学的処理は
マイクロエレクトロニクスデバイス作製において数多く
の重要な用途を有する。例えば、光励起低温エピタキシ
ーは５００℃という低温において、デバイスに利用でき
る良質なエピタキシャルシリコン膜の形成を可能にす
る。紫外線照射は、反応性の粒子の吸着と吸着粒子の表
面マイグレーションを含む、ジシランに関連した気相分
解と表面反応との両方を促進する。しかし、光エピタキ
シャル膜低温体積には高度な不純物ドーピングの制御性
を必要とする。特に、高速度のバイポーラデバイスのた
めの薄いベースは、良質の結晶性と急峻な不純物分布を
持った約１×１０18／cm3以上のキャリア濃度の高濃度
のホウ素ドーピングを必要とする。従来の熱化学的気相
体積エピタキシーにおいては約１０００℃以上の比較的
高温の成長温度が必要である。このような温度において
は高温のエピタキシャル処理温度が重大なホウ素の拡散
を引き起こすため、急峻なホウ素分布を持った高濃度の
ホウ素ドーピングは困難である。 【００３０】プラズマおよび光励起プロセスの各種の特
長を表１に比較してある： 【表１】 │ │ │ プラズマ │ 光励起 ──────────┼────────────┼──────────── 励起プロセス │ 電子を併用した分解 │ 光を併用した分解 │ とイオン化 │ と表面反応 反応粒子 │ 中性粒子とイオン │ 中性粒子 エネルギー分布 │ 広い │ 狭い 入射速度 │ 電界によって加速 │ 熱速度 │ された荷電粒子 │ 照射損傷の │ 高い │ 低い 可能性 │ │ プロセスの │ 良い │ 優秀 制御性 │ │ │ │ 【００３１】プラズマプロセスにおいては、気体分子
は、それらが電子と衝突した場合、分解し、および／ま
たはイオン化する。自己が誘起する電界によって加速さ
れる、エネルギーを持ったイオンは半導体基板へ入射
し、デバイスに対し照射損傷を引き起こす（ピークのイ
オンエネルギーは数百ｅＶである）。更に、プラズマ中
での自由電子のエネルギーの幅広い広がりと、同時に多
重反応励起の可能性とのために、プラズマプロセスは望
みの化学反応の選択的な励起には限定された可能性しか
提供しない。しかし、光化学的プロセスにおいて、励起
した粒子は、高エネルギー（＞１０ｅＶ）光子励起が用
いられない限り通常、中性のラジカルである。光化学的
プロセスに用いられるＤＵＶ光源は単色光あるいは狭帯
域のものであり得るので、ＤＵＶ波長と入射パワーを適
当な選択することによって望みの化学反応を容易に励起
することができる。ＤＵＶ光源の波長、従って光源のタ
イプを選択するために、反応の副産物の堆積や表面反応
速度のような表面に関連したプロセスの光励起と共に、
反応気体の吸収係数と光子吸収スペクトルに関する情報
を持つことが必要である。 【００３２】エピタキシャル膜成長、誘電体膜堆積、金
属膜堆積、およびエッチング等の、各種の光化学的プロ
セスの応用が実証されてきている。これらのプロセスに
おいて、紫外光照射は反応性気体を分解させるために、
更に／または表面反応および吸着のような表面プロセス
を励起するために用いられる。光化学的プロセスにおけ
るＵＶ照射によって励起される反応は次のように特徴付
けられる： 【００３３】(1) 気相において、プロセス気体が入射
光によって励起され、分解されて準安定なラジカルを発
生させる。光励起プロセスは、低エネルギー光子の多重
光子吸収による振動励起状態の他に、紫外から真空紫外
の光の吸収による電子的励起状態の発生を含んでいる。 【００３４】(2) 基板表面において、基板材料（例え
ば、Ｓｉ−Ｓｉ結合の切断）、反応副産物の吸着、そし
て／または表面反応プロセスが、紫外光照射で促進され
る処理速度の条件下で励起される。基板中での光を併用
した電子−正孔対発生もまた表面反応プロセスを促進す
る手助けとなる。 【００３５】これらの反応機構は、各種の実験結果によ
ってら明らかにされたように、光化学的なシリコンのエ
ピタキシャル成長に適用可能である。光化学的エピタキ
シーにおいて、適切な反応気体と共に適切なＤＵＶ光源
を選択することが最も重要である。シリコン膜堆積のた
めに普通に用いられるシラン（ＳｉＨ4 ）およジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）の吸収端波長はそれぞれ１６０nmと２０
０nm付近にある。その他のエピタキシャルプロセス源気
体、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）はずっと
短い吸収波長を有している。気体分子は、そのプロセス
気体の吸収端よりも短い波長を持つ入射光子の吸収によ
って励起される。単色光源の波長または広帯域ＤＵＶ源
の照射スペクトルはそのプロセス気体の吸収範囲と一致
するように選ばれなければならない。光化学的プロセス
に用いられるいくつかの光源とそれらの照射波長を以下
に示す： 【００３６】 【表２】 │ 光源 │ 波長（nm） ──────────────┼──────────────── エキシマレーザ │ １９３、２４９、３０８ アルゴン−イオンレーザ │ ４８８、５１５ 水銀ランプ │ １８５、２５４ 希ガスランプ │ １０７、１２４、１４７ マイクロ波放電 │ 広帯域 │ 【００３７】広い基板面積全体に亘って一様で、高強度
の照射を必要とする多くの光化学的処理応用に水銀ラン
プが適している。更に、水銀ランプからの１８５nmの光
を効率的に吸収するジシランは、光によって促進される
エピタキシャルシリコン、非晶質シリコン、多結晶シリ
コンの堆積に適したシリコン源気体である。 【００３８】低温エピタキシャル成長のためには、低温
領域で熱的な励起効果の小さい理由から、堆積反応をＤ
ＵＶ照射によって励起することが重要である。表面還元
反応を励起するためには、少なくとも、入射紫外光の一
部分は基板表面に到達しなければならない。 【００３９】エピタキシャル成長の前に、基板表面から
自然酸化物と汚染とを除去することは本質的に重要であ
る。このことはＨ2 気体雰囲気中で紫外線照射を行うこ
とによって実現される。この表面清浄化方式の有効性は
エピタキシャル膜の結晶性を用いて評価することができ
る。ナア（Ｎａｒ）等は、１９８８年１２月２１日の半
導体および半導体構造における最近の進展に関するＳＰ
ＩＥ会議において、“光化学的洗浄とシリコンのエピタ
キシャル成長（ＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｌｅａｎ
ｉｎｇ ａｎｄ Ｅｐｉｔａｘｙ ｏｆ Ｓｉ）”と題
する発表のなかで紫外線照射無しの９００℃付近の処理
と比較して、紫外線照射が表面清浄化のしきい値温度
を、２６．６ｋＰａで８１０℃へ、また２．６６ｋＰａ
で７３０℃へ低下させることを報告している（以後、
“ナア”と呼ぶ）。これらの実験結果は、予備洗浄プロ
セス中の半導体基板への紫外線照射が表面の自然酸化物
の除去を励起し、また必要な表面の清浄化温度を低下さ
せることを示している。 【００４０】シリコン膜も表面清浄化の後に、同じプロ
セスチェンバ中でエピタキシャル成長される。ナアによ
れば、紫外線照射によって５４０℃でのエピタキシャル
成長が実現される。６５０℃から８００℃の温度範囲に
おいて、紫外線照射を伴う成長速度は紫外線照射を伴わ
ないそれの５倍である。６５０℃より下では、紫外線照
射を伴う場合の成長速度は基板温度に依存しないが、紫
外光照射無しでは顕著な膜堆積は起こらない。高温領域
での紫外光照射は、吸着粒子の表面マイグレーションや
表面反応の副産物の堆積等の反応をシリコン基板表面で
促進するとみられる。低温領域では、気相中で光化学的
に生成されたラジカルの発生が紫外光照射で促進され
る。 【００４１】図４は半導体ウエハプロセスチェンバ中の
本発明の実施例を示す。図４において、プロセスプラズ
マ１２０がプロセスプラズマ取り入れ口１２２を通って
プラズマ充満空間１２４中へ入る。下部の薄い石英板１
３０と中間の薄い石英板１３２がモジュール１２６の下
側部分１４２につながっている。上部の薄い石英板１３
４がモジュール１２６の上側部分１４０へ取り付けられ
ている。図３に示された要素に加えて、図４の実施例の
モジュール１２６は外部モジュール壁１７０を含んでい
る。外側のモジュール壁１７０は内側のモジュール壁１
７２を取り囲んで制御気体空間１７４を形成している。
上部制御気体空間１７５は、上部で上部石英板１３４の
延長１７６によって区切られている。遷移空間１６２か
らの放射状気体流チャネル１６４が制御気体空間１７４
を貫通して、プロセスチェンバ中で遷移空間１６２を環
状のポンプ空間１６５へつないでいる。しかし、放射状
の気体流チャネル１６４は制御気体空間１７４を遮断は
せず、下部制御気体空間１７４から上部制御気体空間１
７５への制御気体の流れを許容している。 【００４２】制御気体空間１７４，１７５もまた、制御
気体が流量／圧力スイッチ空間１５４中へ放射状に内側
へ向かって流れるのを許容する孔１７８を有している。
制御気体空間１７４の外側モジュール壁１７０と同軸に
位置して上部外側壁１８０があり、それは上部と側面と
で上部部分１４０を取り巻いてプロセス気体注入空間１
８２を構成している。プロセス気体注入空間１８２はプ
ロセス気体取り入れ口１８４を含み、そこを通ってプロ
セス気体チャネル４０からのプロセス気体がプロセスチ
ェンバへ流れ込む。プロセス気体注入空間１８２はまた
プロセス気体注入開口１８６を含み、それはプロセス気
体が半導体ウエハ４４の下側のプロセス雰囲気空間１５
２中へ流れるのを許容する。 【００４３】また、図４には本発明には本質的ではない
が、本発明の同室の遠紫外光子発生源と一緒に使用する
ことのできるパージモジュール１８８が示されている。
パージモジュール１８８の技術的な面については、１９
９０年１２月２７日付けのメッサズ・モスレイ（Ｍｅｓ
ｓｒｓ．Ｍｏｓｌｅｈｉ）等による米国特許出願第３
４，６７６号に述べられている。パージモジュール１８
８と本発明の関係の理由で、この出願の明細書を参考の
ためにここに引用する。 【００４４】制御気体１６０（これは図３において左側
であったのと逆に、図４でモジュール１２６の底部で制
御気体空間１７４へ入る）は、プロセスチェンバ３０中
で、プロセスプラズマ１２０を半導体ウエハ４４へ到達
させるか、あるいはプラズマ１２０が半導体ウエハ４４
へ到達するのを阻止するかいずれかのように作用するス
イッチとして動作する。制御気体１６０が制御気体取り
入れ口１５６を通して下部の制御気体空間１７４へ導か
れた場合には、それはその空間と上部の制御気体空間１
７５を充たし、開口１７８を通って流量／圧力スイッチ
空間１５４へ流れる。流量／圧力スイッチ空間１５４に
充満すると、制御気体１６０は石英板１３２と１３４の
孔を通って遷移空間１６２とプロセス雰囲気空間１５２
へ放射状に流れ出す。この制御気体の流れは半導体ウエ
ハ４４への上方へのプラズマ１２０の流れを阻止する。
このように、流れに対するインピーダンスが増大するた
めに遷移空間１６２中のプラズマは薄い石英板１３２を
容易に通過することができず、従って放射状の気体流チ
ャネル１６４を通して外方向に、モジュール１２６の外
側１６５へ流れだし、そこから排出される。この結果、
プラズマ充満空間１２４からの紫外光を生成するプラズ
マのほとんどが半導体ウエハ４４へ到達できない。しか
し、励起されたプラズマ１２０の一部はそれでも、流量
／圧力スイッチの理想的特性からはずれた分だけ半導体
ウエハ４４へ到達する。 【００４５】本発明は反応炉１０が２つの別々のモード
で動作するのを許容する：それらはプラズマ処理モード
と同室の光化学的処理モードとである。同室の光化学的
処理モードは半導体ウエハ４４の光化学的処理に適して
いる。例えば、プロセス気体注入空間１８２を通してプ
ロセス雰囲気空間１５２へオゾンを注入することによっ
て光化学的表面洗浄を実行させることができる。次に、
流量／圧力スイッチを駆動することによってウエハ４４
への光子生成プラズマの流れを阻止し、プラズマ充満空
間１２４中で適当なプラズマを用いて同室で遠紫外光を
発生させることを通して、同室で光化学的表面清浄化を
実行させる。離れた場所のプラズマはマイクロ波または
高周波の放電プロセスエネルギー源のものでよいので、
広範囲のプラズマ促進および光促進の半導体デバイス処
理応用が可能である。比較的強度の高い紫外光を発生さ
せるために用いられる不活性気体の例としては、ヘリウ
ム、アルゴン、そしてキセノン（あるいは希ガスの混
合）が含まれる。更に、窒素、その他の不活性でない気
体を含むプラズマが、それらと不活性気体との混合を含
むプラズマと共に使用できる。その他の選択も可能であ
るが、これらの気体が本発明の好適実施例には適してい
る。 【００４６】本発明の好適実施例では、モジュール１２
６、薄い板１３０，１３２，１３４は光学用の石英材料
でできている。これは、ほとんどの型の紫外光を生成す
るプラズマに対して同室のＤＵＶモジュールと励起され
たプラズマ粒子との間の有害な相互作用を最小化する。
しかし、フッ素を含むプラズマ生成気体を使用すること
は、フッ素が石英を侵すため望ましくない。石英の代わ
りにサファイヤのようなその他の光学材料を使用しても
よい。 【００４７】光化学的処理のために紫外光生成プラズマ
を使用する時は、制御気体１６０が流量／圧力スイッチ
空間１５４に入り、それによってプラズマ取り入れ口１
２２からのプラズマがプラズマ充満空間１２４と遷移空
間１６２を充たすだけとなる。従って、プラズマ充満空
間１２４が遠紫外光子放出源として作用し、ウエハとプ
ロセス雰囲気をＤＵＶで照射することになる。遠紫外光
子は薄い石英板１３０，１３２，１３４を通過して半導
体ウエハ４４の表面に到達する。このことはプラズマ１
２０がウエハ４４へ到達するのを阻止されている一方で
行われる。 【００４８】制御気体の流量率を変化させることで、プ
ロセスプラズマ１２０の予め定められた部分が半導体ウ
エハ４４へ到達するのを許容される。完全なプラズマ併
用プロセスと紫外光子に基づく光化学的プロセスとの中
間的な状態において、そのような可変制御は有用であ
る。流量／圧力スイッチ空間１５４中への制御気体１６
０の流量率を可変制御することにはその他の利点もあ
る。考えられる１つの応用は、同室の紫外光照射とプラ
ズマを組み合わせたハイブリッドまたは混合モードのウ
エハ処理である。そのような可変制御は明らかに本発明
の範囲に含まれる。 【００４９】図５は図１の部分的に断面を示した模式図
に類似しているが、図４がプロセスチェンバ内での従来
の装置に代わって図４のものを使用している。これは本
発明を多重プロセス反応炉１０中に採用したものを示し
ている。図５の実施例ではプロセス気体をプロセス気体
注入空間１８２へ供給するようにプロセス気体チャネル
４０が反応炉チェンバ３２内へつながっていることに注
目されたい。図５の実施例で、制御気体取り入れ口１５
６は基盤電極３６を貫通して制御気体空間１７４へ制御
気体１６０を供給している。本発明では、プロセスプラ
ズマ取り入れ口１２２には本質的な修正は必要でない。 【００５０】図６は本発明の別の実施例を示している。
図６に従えば、プロセスプラズマ１２０は基盤電極また
は支持板３６においてプロセスプラズマ取り入れ口１２
２を貫通しており、プラズマ充満空間１２４を充たす。
本発明は上部部分１４０とスペーサ１７６によって制御
気体空間１９０から分離されたプロセス気体注入空間１
８２を含んでいる。制御気体空間１９０は上部をスペー
サ１７６によって区切られ、下部および２つの側面を石
英壁２００によって区切られている。モジュール１２６
の石英板１９２はプラズマ充満空間１２４の境界を提供
している。図４の制御気体空間１７４と異なり、制御気
体空間１９０はモジュール１２６の底部と側面に沿った
モジュール１２６上に複数個の開口または孔１９６を有
している。制御気体空間１９０の外側境界上の石英壁２
００上に開口１９８がみえる。プロセス気体取り入れ口
１８４がプロセス気体注入空間１８２へつながってい
る。図６の実施例では、図３ないし図５の薄い石英板１
３０，１３２，１３４は孔１９４を有する単一の薄い石
英板１９２で置き換えられている。この板１９２はプラ
ズマ充満空間１２４をウエハプロセス空間１５２から分
離している。 【００５１】図６の実施例の動作は図３ないし図５に述
べた実施例のそれに類似している。図６の実施例の動作
において、プロセスプラズマ取り入れ口１２２からのプ
ラズマの流れはプラズマ充満空間１２４を充たし、また
制御気体１６０が存在しない場合には側面の孔１９６を
通って放射状に流れ出すことによってウエハ４４から離
れる下方向へ向けられる。その結果、プロセスプラズマ
１２０は薄い石英板１９２を通って流れず、その代わり
反応炉チェンバ３２から排出される。この状態は制御気
体空間１９６中へ制御気体の流入がない時に発生する。
それは開口１９６に対する正味の放射状流れのコンダク
タンスが板１９２の孔１９４を通る軸方向の流れのコン
ダクタンスよりもずっと大きいからである。この動作モ
ードの場合、プラズマ充満空間１２４において遠紫外光
子が発生し、光を発生させるプラズマのウエハ４４方向
への流れを伴うことなく、板１９２を通して半導体ウエ
ハ４４を照射することになる。制御気体が制御気体空間
１９０へ流入する時は、プラズマ充満空間１２４からの
開口１９６，１９８を通してのプロセスプラズマ１２０
の放射状の流れを妨げる。制御気体空間１９０中への制
御気体１６０の流れは、放射状の方向へのプラズマの流
れに対するコンダクタンスを等価的に低減する結果をも
たらす。従って、開口１９４，１９６，１９８の大きさ
を適当なものにすることで、プロセスプラズマ１２０が
半導体ウエハ４４へ到達できるようになる。こうして、
プロセスプラズマ取り入れ口１２２からのプロセスプラ
ズマ１２０は、制御気体空間１９０へ制御気体１６０が
導入されない時は半導体ウエハ４４から切り離される。
他方、制御気体空間１９０へ制御気体１６０が導入され
る時は、プロセスプラズマ１２０は半導体ウエハ４４へ
結合される。要するに、従って、図６の実施例の動作
は、図３ないし図５の実施例のそれと逆である。（流量
／圧力スイッチの駆動がプラズマをプラズマ処理のため
にウエハへ向かわせる）。 【００５２】図６の実施例で、孔の寸法と数は、制御気
体１６０が存在しない場合にプラズマの約８０％が制御
気体空間１９０の内側および外側の境界を通って抜け出
し、約２０％だけが板を通って半導体ウエハ４４の方へ
向かうように選ばれる。図６の実施例の材料は、図３な
いし図５のそれと同様に石英が望ましい。サファイヤあ
るいは石英とサファイヤの組み合わせ等のその他の材料
を使用することも可能である。紫外線の同室での光子生
成用の気体としては、例えば、ヘリウム、その他の不活
性気体、不活性気体と窒素の混合気体、そして各種のそ
の他の気体が含まれる。 【００５３】図３ないし図５の実施例の動作を図６のそ
れと比較することによって、図６の実施例が流量／圧力
スイッチを駆動するために、より低い制御気体１６０の
流量率を使用できることが分かる。例として、図４の例
のプロセスプラズマ取り入れ口１２２を通って２０sccm
よりも小さいプロセスプラズマ120 流量率に対しては、
流量スイッチを通して２００sccm程度の大きな制御気体
流量率が必要となるであろう。その場合、放射状の気体
流チャネル１６４を通してプロセスプラズマ１２０と制
御気体１６０の両方を排気するために大きなポンプ容量
が必要となろう。これはプロセス雰囲気空間１５２中の
プロセス気体を薄め、いくつかの光化学的プロセスにた
いしては逆の効果をもたらすことになろう。 【００５４】図６の例のその他の違いは、薄い石英板１
９２を通しての流量抵抗が図４の実施例の薄い石英板１
３０，１３２，１３４の組み合わせ抵抗よりも小さいと
いうことである。その結果、プラズマ処理モードで動作
している時は、図６の実施例ではプロセスプラズマ中の
励起された粒子の内のより大きな割合が半導体ウエハ４
４へ到達できる。他方、図６の実施例は、プロセス気体
のプラズマ流空間１２４とプロセスプラズマ取り入れ口
１２２へのより多い逆拡散を許容する。このことはＵＶ
発生に対して逆の効果を与える。このように、それぞれ
の実施例の間に、各種のトレードオフが存在する。 【００５５】図７は本発明の更に別の実施例を示す。図
７に従えば、本発明の同室の紫外光子発生モジュールは
孔１９４を備えた薄い石英板１９２を含んで、既述の実
施例と類似している。薄い石英板１９２は、プロセス気
体注入空間１８２が取り囲んでいる上部部分１４０へつ
ながっている。プロセス気体注入空間１８２はプロセス
気体注入孔１８６とプロセス気体取り入れ口１８４を有
する。薄い石英板１９２の下にプラズマ充満空間２０２
がある。下部部分２０２は、鏡面または銀メッキされた
表面２０４を有するボウル状または放物面をした構造で
ある。図７の実施例はまた、プラズマ充満空間２０２に
プロセスプラズマを受け取るプラズマ取り入れ口２０６
を含んでいる。プラズマ充満空間２０２から分離され
て、紫外光子発生空間２１０がある。（石英やサファイ
ヤのような透明な材料でできた）分離要素２１２が紫外
光子発生空間２１０を取り巻いている。紫外光子発生空
間２１０内に紫外光子発生プラズマ２１６を受け取るた
めの紫外光子発生プラズマ取り入れ口２１４がある。紫
外光子発生プラズマ取り入れ口２１４を取り囲む出口２
１８が紫外線プラズマ充満空間２１０からの流出を受け
取り、それは後に出口２１８とプラズマ取り入れ口２１
４との間の環状の空間２１９を通してのポンプ排出に使
用される。 【００５６】図７の本発明の実施例は、同室の遠紫外光
子透過を提供しているが、制御気体または流量／圧力ス
イッチは使用していない。図７の実施例には２つの独立
したプラズマ源がある。１つの源はプラズマ取り入れ口
２０６を通り、開口を通ってプラズマ充満空間２０２へ
流れ出す。他方の源はプラズマ充満空間２０２から分離
されており、紫外光子源空間２１０を通って流れ出す。
この結果、図７の実施例が同室の遠紫外光子発生のため
に使用するプラズマ気体はプロセスプラズマから完全に
分離され、プロセス雰囲気とは相互作用しない。図７の
実施例の特長は、それが完全なプラズマ併用モード、完
全な遠紫外光子併用光化学的処理モード、または組み合
わせモードのいずれかによって動作することができるこ
とである。 【００５７】例えば、プラズマ取り入れ口２０６を通し
てプラズマ充満空間２０２中へプロセスプラズマを導入
することが可能である。次に、プラズマはプロセス雰囲
気空間１５２中へ拡散する。あるいは、遠紫外光子発生
プラズマ２１６は紫外光子発生源空間２１０へ導かれ、
ウエハ４４を照射する制御された遠紫外光子を発生させ
ることができる。図７の実施例は、付加的に、プラズマ
併用モードと制御された紫外光子併用モードの両方で動
作することができ、従って半導体ウエハは、プラズマ充
満空間２０２からのプロセスプラズマと共に、紫外光子
発生空間２１０からの大量の遠紫外光子を受け取ること
になろう。また、最適動作のために、気体成分、気体圧
力、流量率、放電電力の項に関して、ＵＶ発生プラズマ
とプロセスプラズマを独立して制御することが可能であ
る。ＵＶ源空間２１０がプロセス雰囲気１５２から完全
に遮蔽されているので、ＵＶ源空間２１０へのプロセス
気体の逆拡散は起こらない。放物面の銀メッキされた壁
２０４はウエハ上へのＵＶ照射光の入射の強度と一様性
を向上させる。プラズマ充満空間２０２からプロセス雰
囲気空間１５２へのプロセスプラズマの透過効率は図３
ないし図６に示した実施例よりも高い。 【００５８】しかし、図７の実施例と図４および図６の
実施例との差は、プラズマ源のハードウエア組み込みに
関して１つの複雑さが付加されるということである。図
７の実施例では、２つの別々になったプラズマ源と２つ
の別々になった離れた放電源を用いる必要がある。この
ように、図７の実施例は室外の紫外光子発生に付随する
制約を克服する一方で、いくつかの制限も有する。しか
し、これらの制限は、各種の動作モードとそれの動作上
の柔軟性によって優先される。 【００５９】図８は、図６に述べられた設計に基づくプ
ロトタイプモジュールに関する流量スイッチの特性評価
試験の結果を示す。試験は離れたマイクロ波ＳＦ6 プラ
ズマを用いたシリコンのエッチングについて行われた。
プロセス気体はプラズマによって分解され、結果のＦ原
子がシリコンのエッチングを行う。マイクロ波電力は６
００Ｗに保たれ、ＳＦ6 プラズマ気体のプラズマ取り入
れ口を通る流量率は２０sccmであった。制御気体流量率
を０−１６０sccmの範囲で変化させ、また圧力は１００
−８００mTorr の範囲で変化させた。試験の目的は、シ
リコンのエッチ速度が制御気体流量率を増大させること
によって増大するかどうかを調べることであった。制御
気体もＳＦ6 が選ばれた。 【００６０】もし流量スイッチが適性に作動していれ
ば、プラズマ（準安定物、イオン、およびラジカル）の
かなりの部分がウエハの方向へ向けられているので、エ
ッチ速度は制御気体流量率と共に増大すべきである。し
かし、非常に高い制御気体流量率においては、制御気体
の幾分かがプロセス雰囲気へ入るため、プロセス雰囲気
中の成分を薄めてしまい、エッチ速度がそれに伴って低
下する。図８の曲線１から４はすべてこれらの特性を示
したものである。中間の制御気体流量率では、エッチ速
度増大の一部は制御気体がプラズマ充満空間中へ拡散し
て付加的なＦ原子を形成することのためである。エッチ
速度の増大に対する拡散の効果を評価するために実験が
行われ、その中では制御気体がプロセス気体取り入れ口
を通る（図８の曲線５）かまたはプラズマ気体取り入れ
口を通る（図８の曲線６）かのいずれかに設定された。
これらの両曲線は、制御気体が必ずしも制御気体取り入
れ口を通って導入されなくてもエッチ速度が制御気体導
入によって増大することを示している。しかし、制御気
体を制御気体取り入れ口を通して導入する方がそれをプ
ロセス気体取り入れ口を通して導入するよりは効率的で
ある。このように、プロトタイプ設計では流量スイッチ
は動作するが、それの特性は図８のデータに対しては最
適化されていない。 【００６１】これらの予備的結果に基づいて、流量スイ
ッチの動作に関するモデルが構築された。プロトタイプ
設計では対流しか考慮していない。このモデルが示すと
ころによれば、意図された動作圧力において、拡散フラ
ックスをモデルへ含める必要がある。対流と拡散の両方
の項を考慮した改良された設計は優れた特性を与えるで
あろう。 【００６２】本発明は上述の特定の実施例に関して説明
してきたが、この説明は本発明を限定するつもりのもの
ではない。本発明の別の実施例と共に、ここに開示した
実施例に対する各種の修正が、本明細書を参考にして当
業者には明かとなるであろう。従って、本特許請求の範
囲はそれらの修正を含むものと解釈されるべきである。 【００６３】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) プラズマ処理反応炉中において、同室で光子を併
用した半導体デバイス処理を行うための装置であって、
ウエハ処理反応炉中へ配置するための、光子を透過させ
る材料を含むモジュールと、光子を生成するプラズマを
受け取るためのプラズマ充満空間、を含む装置。 【００６４】(2) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、紫外光子に対して透過性の材料を含
み、前記プラズマ充満空間が更に紫外光子を生成するプ
ラズマを受け取ることができるようになった装置。 【００６５】(3) 第２項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、複数個の孔を含み、前記孔が前記プラ
ズマ充満空間から前記半導体ウエハへのプラズマの流れ
を許容するようになった装置。 【００６６】(4) 第１項記載の装置であって、前記プ
ラズマ充満空間が、光子を生成するプラズマかプロセス
プラズマのいずれかを選択的に受け取るようになったウ
エハ処理反応炉に付随している装置。 【００６７】(5) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、前記プラズマ充満空間に付随して、前
記半導体ウエハへ前記プロセスプラズマか前記プラズマ
生成された光子のいずれかを選択的に導くための流量ス
イッチ空間を含んでいる装置。 【００６８】(6) 第５項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、制御気体を受け取り、前記制御気体を
前記流量スイッチ空間へ向けてウエハへのプラズマの流
れを制御するようになった制御気体空間を含んでいる装
置。 【００６９】(7) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、プラズマの半導体ウエハへの選択的な
流れを許容するための遷移または緩衝空間を含んでいる
装置。 【００７０】(8) 第１項記載の装置であって、前記光
子を生成する気体が離れた放電デバイスから生成された
遠紫外光を放射するプラズマを含んでいる装置。 【００７１】(9) 第１項記載の装置であって、前記光
子を生成する気体が離れたプラズマ放電デバイスから生
成された不活性気体プラズマを含んでいる装置。 【００７２】(10) 第１項記載の装置であって、前記光
子を生成する気体が離れたプラズマ放電デバイスから生
成された不活性気体／窒素プラズマの混合物を含んでい
る装置。 【００７３】(11) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、付加的なプロセス気体を半導体ウエハ
へ導くためのプロセス気体注入空間を含んでいる装置。 【００７４】(12) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、制御気体を受け取るための制御気体空
間であって、制御気体を受け取ることの関数としてウエ
ハへのプラズマの流れを制御するための流量／圧力スイ
ッチに付随する制御気体空間を含んでいる装置。 【００７５】(13) 半導体ウエハ処理反応炉内で半導体
ウエハを処理するための紫外光子を同室生成するための
装置であって、各種プラズマおよび気体を選択的に受け
取ることに関連した複数個の空間を収容するモジュール
であって、光を放射する空間、光子が透過する材料を含
み、そして前記複数個の空間が：ウエハを処理するため
の気体媒体を収めるためのプロセス雰囲気空間、プロセ
ス気体を受け取り、前記プロセス気体を前記プロセス雰
囲気空間へ注入することに関連するプロセス気体注入空
間、プラズマを受け取り、前記プロセス雰囲気空間への
前記プラズマの流れまたは前記紫外光子の放出のいずれ
かを許容することに関連するプラズマ充満空間、前記プ
ラズマ充満空間に関連して前記プラズマの前記プロセス
雰囲気空間への流れを選択的に制御するための制御気体
を受け取る制御気体空間、を含んでいるモジュール、を
含む装置。 【００７６】(14) 第１３項記載の装置であって、前記
モジュールが円筒形の石英コンテナを含み、前記複数個
の空間が前記コンテナ内に付随する仕切りを含んでいる
装置。 【００７７】(15) 第１３項記載の装置であって、更
に、前記制御気体空間からの前記制御気体を受け取るこ
とに関連して、前記プラズマ充満空間と前記プロセス雰
囲気空間との間に位置して、それらに関連し、前記プラ
ズマ充満空間と前記プロセス雰囲気空間との間の前記プ
ラズマの流れを制御するための流量／圧力スイッチ空間
を含む装置。 【００７８】(16) 第１３項記載の装置であって、前記
制御気体空間が、制御気体を前記モジュール方向へ選択
的に導くための制御気体取り入れ口を含んでいる装置。 【００７９】(17) 第１３項記載の装置であって、石英
板が前記プロセス雰囲気空間を前記プラズマ充満空間か
ら隔てており、前記石英板が前記プラズマ充満空間から
前記プロセス雰囲気空間への前記プラズマの流れを許容
する複数個の孔を含んでいる装置。 【００８０】(18) ウエハ処理反応炉中で半導体ウエハ
処理のための遠紫外光子を同室で制御して生成するため
の方法であって、ウエハ処理反応炉中へ、光子を生成す
るプラズマを制御して受け取ること、の工程を含む方
法。 【００８１】(19) 第１８項記載の方法であって、更
に、光子を透過させる材料を含むモジュール中へ前記光
子を生成するプラズマを受け取ること、の工程を含む方
法。 【００８２】(20) 第１８項記載の方法であって、更
に、前記光子を生成するプラズマが前記ウエハへ到達す
るのを妨げる工程を含む方法。 【００８３】(21) 第１８項記載の方法であって、更
に、ウエハ処理反応炉中へ、プロセスプラズマを制御し
て受け取ること、の工程を含む方法。 【００８４】(22) 第１８項記載の方法であって、更に
選択的に、前記プロセスプラズマが前記ウエハに到達す
るのを許容し、あるいは前記光子を生成するプラズマが
前記ウエハへ到達するのを妨げる工程を含む方法。 【００８５】(23) 半導体ウエハ４４の光を併用した処
理のための同室遠紫外光生成モジュール１２６は光化学
的な処理応用のためのプロセス雰囲気空間１５２を含ん
でいる。プロセス気体注入空間１８２は反応性プロセス
気体を受け取り、それをプロセス雰囲気空間１５２中へ
注入する。プラズマ充満空間１２４はプラズマ１２０を
受け取り、制御気体１６０の流れの存在と不在とに対応
して、プラズマ１２０をプロセス雰囲気空間１５２から
遠ざけたり、またはその中へ導いたりする。制御気体空
間１７４および流量／圧力スイッチ空間１５４は、遠紫
外光子またはプラズマを選択的にプロセス雰囲気空間１
５２へ到達させ、ウエハ４４と相互作用させて光促進ま
たはプラズマ促進のウエハ処理を選択的に実現させる。
処理に関するものであり、更に詳細には半導体デバイス
の光化学的処理と同室での遠紫外光子発生のための方法
と装置とに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】集積回路チップの製造業者は、半導体ウ
エハ上へ半導体、金属、絶縁材料の数多くの層を堆積
し、成長させ、またエッチングすることによって半導体
デバイスを作製する。デバイス処理には、ウエハを処理
反応炉へ設置し、それを各種のプロセスエネルギー源お
よび反応性の化合物に曝すことが含まれる、ウエハ処理
装置は通常、プロセスチェンバを含み、その中でプロセ
スエネルギー源がプロセス雰囲気し半導体ウエハとに対
し変化をもたらす。これらのプロセスエネルギー源は例
えば、エネルギーを持った準安定な物質とイオンをプロ
セスプラズマ中に作り出すための無線周波数またはマイ
クロ波電力源、ウエハ加熱ランプのような加熱源、そし
てマグネトロンプラズマ源を含む。低温での半導体デバ
イス処理に広く利用されるもう一つのプロセスエネルギ
ー源または励起源として紫外光がある。 【０００３】ナア（Ｎａｒ）等は、１９８８年１２月２
１日の半導体および半導体構造における最近の進展に関
するＳＰＩＥ会議において、“光化学的洗浄とシリコン
のエピタキシャル成長（Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ＣｌｅａｎｉｎｇａｎｄＥｐｉｔａｘｙ ｏｆ Ｓ
ｉ）”と題する発表のなかでシリコンのエピタキシャル
成長にＵＶ光を併用した光化学的プロセスについて述べ
ている。この論文は、プロセス気体と半導体ウエハ表面
へＵＶ光を照射することによって、表面清浄化とエピタ
キシャル成長とを可能にする低温プロセスを提供してい
る。ＵＶ光照射を用いることによって、シリコン基板表
面の自然酸化膜が７３０℃で除去でき、またジシランの
プロセス雰囲気において、５４０℃もの低温において高
品質結晶のエピタキシャルシリコン層の成長が可能とな
る。 【０００４】遠ＵＶ光源の光エネルギー（光波長）スペ
クトルおよび強度は両方共、光化学的プロセスの機構と
速度とに変化をもたらす。与えられた一組のプロセス条
件下で、遠ＵＶ照射の強度を増大させることは光化学的
な処理速度を増すことにつながる。光化学的なデバイス
処理に使用される遠ＵＶ光源は二種類に大別される：連
続的な有限の照射スペクトルを有する広帯域源と、区別
されて明瞭に定義された（ほとんど単波長の）発光ライ
ンを備えた狭帯域または単色の光源とである。光化学的
な処理のための遠ＵＶ光源は通常、単波長かまたは、１
００−４００nmの波長範囲の照射帯域で動作するもので
ある。堆積、エッチ、または表面清浄化プロセスの光に
よる促進は、反応性プロセス気体の光による分解、また
は表面に関連したプロセス（結合または脱離）の光によ
る促進のいずれかを通して起こる。気体分子を効率的に
励起し、および／または表面反応／分解を効率的に励起
するためには、与えられたプロセスに対して照射波長ま
たはスペクトルを最適化しなければならない。しかし、
これまで提案された光化学的処理システムは外部のＵＶ
光源を使用しており、また通常はプラズマ等の他のプロ
セスエネルギー源と両立できない。更に、それらの外部
式の高価な光源は、各種の光化学的なプロセスに対して
最適化を図れるように波長を同調させるための機構は備
わっていない。 【０００５】このように、半導体デバイス製造に紫外光
照射の利点を有効かつ効率的に活用し、またプラズマ等
の付加的なプロセスエネルギー源と両立し得る方法と装
置とに対する需要がある。そのような方法は、紫外光／
オゾンによる清浄化で表面の残留有機汚染を除去するこ
と、金属汚染の光化学的除去、光化学的エッチング、そ
して低温でのＵＶを併用した堆積といった用途に利用で
きる。 【０００６】半導体ウエハをＵＶ光子に曝す既知の方法
は、室外の遠紫外エネルギー源の使用を必要としてい
る。光源から遠紫外光子が放出され、処理反応炉の石英
窓を通過して、プロセス雰囲気と半導体ウエハを照射す
る。半導体ウエハの光化学的処理に外部の遠紫外光源を
使用することには数多くの制限がつきまとう。例えば、
半導体ウエハ処理に適した室外遠紫外光子源はかなり高
価であり、かなりの場所を占有し、更にウエハ生産設備
の柔軟な動作および最終的な生産性を制限する可能性が
ある。更に、処理反応炉の石英の窓は遠紫外光子のフラ
ックス（ｆｌｕｘ）を減衰させる。最後に、石英窓に堆
積物が形成され、それがＵＶ光の透過特性を低下させ、
従って光化学的効率を劣化させる。また、室外の遠紫外
光源の使用に付随する別の欠点は、プロセスチェンバに
備えられている利用可能なポートの一つを占有してしま
うことである。結果として、外部光源の使用はプロセス
チェンバの設計とプラズマ等の任意の付加的なプロセス
エネルギー源の組み込みとに制限を課すことになる。更
に、外部光源を使用することに基づく光化学的処理に要
求されるプロセスの均一性もまた、反応炉およびプロセ
スチェンバの設計に制約を与える。最適なプロセスの均
一性は、典型的には半導体ウエハを石英窓と光源とに近
接して配置することを要求する。 【０００７】こうして、半導体ウエハの効率的な同室で
の光化学的処理に対する需要がある。 【０００８】ウエハ生産設備においてそれほど広い空間
を占有しない遠紫外光化学的エネルギー源に対する需要
がある。 【０００９】ＵＶ照射スペクトルと強度の実時間での最
適化と調節が可能な遠ＵＶ光化学的エネルギー源に対す
る需要がある。 【００１０】更に、既存のプラズマ処理反応炉およびプ
ラズマプロセスエネルギー源と完全に両立し得る遠ＵＶ
光化学的プロセスエネルギー源に対する需要がある。 【００１１】 【発明の概要】本発明は、従来の遠紫外光化学的処理の
装置と方法に付随する欠点と制約とを本質的に排除す
る、半導体ウエハ処理のための同室での遠紫外（ＵＶ）
光子を発生するための装置と方法とに関するものであ
る。本発明の装置は、離れたプラズマ処理反応炉中に置
かれた石英モジュールを含んでいる。この石英モジュー
ルは、離れたマイクロ波プラズマ流からの残光放出（ａ
ｆｔｅｒｇｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）による同室の遠
紫外光発生領域と、気体流量または圧力で駆動されるス
イッチを含んでいる。この流量／圧力スイッチは、反応
炉の動作を離れたプラズマ処理モードまたは紫外光子に
よって促進されるデバイス処理モードのいずれかに実時
間選択することを許容する。 【００１２】本発明は１つの面において半導体ウエハ処
理チェンバ内で紫外光子を同室生成するための装置であ
る。この装置は反応炉プロセスチェンバに含まれる、各
種の気体を流す複数の相互に接続された空間または領域
を含む、石英またはその他の透明な材料でできてモジュ
ールを含んでいる。同室ＤＵＶモジュール内に含まれる
空間には、プロセス雰囲気空間、プロセス気体注入空
間、プラズマ充満空間、そして制御気体空間が含まれ
る。このプロセス雰囲気空間は半導体デバイス処理のた
めの反応性気体またはプラズマ媒体を含む。またプロセ
ス気体注入空間はプロセス気体を受け入れ、それをプロ
セス雰囲気空間へ注入する。同室ＤＵＶモジュールはま
た、プラズマを受け入れてそのプラズマをプロセス雰囲
気空間中へ拡散させることのできるプラズマ充満空間を
含んでいる。更に、このモジュールは流量／圧力スイッ
チを動作させるスイッチ制御気体を受け入れる制御気体
空間を含んでいる。このモジュールは、プラズマ充満空
間中のプラズマがプロセス雰囲気空間中へ拡散するかど
うかを決定する圧力／流量スイッチを制御気体が駆動す
るように設計されている。流量／圧力スイッチがプラズ
マのウエハへの到達を許容した時にそのプラズマ媒体は
ウエハと相互作用する。 【００１３】本発明は別の１つの面では、製造反応炉内
で半導体ウエハ処理の光化学的促進を図るための制御さ
れた同室の遠紫外光子発生法である。この方法はプロセ
ス気体とプラズマとを半導体ウエハに近いプロセス雰囲
気空間へ選択的に向かわせることを含んでいる。本発明
において、プロセス気体はプロセス気体注入空間を通っ
て半導体ウエハを含むプロセス雰囲気空間中へ流れる。
本発明はプロセスプラズをプロセス雰囲気空間へまたは
半導体ウエハから遠ざける方向へのいずれかへ選択的に
向かわせるための制御気体および付随する流量／圧力ス
イッチを使用している。プロセスプラズマは、プラズマ
を併用した半導体デバイス製造に適した高密度の励起さ
れた準安定ラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）およびイオン、
または光化学的処理のためのプラズマ残光放出による、
エネルギーを持った大量の紫外光子を発生させることが
できる。光化学的処理のために大量の遠紫外光子が必要
な場合にのみ、流量／圧力スイッチは駆動されて、（Ｄ
ＵＶ光子生成に最適化された）プラズマがウエハに到達
してその表面と相互作用することを阻止する。制御気体
の流量を変化させることによって、プラズマの粒子の半
導体ウエハ表面への拡散量が制御される。 【００１４】本発明は、光を併用した半導体ウエハ処理
のための独立した、高価な室外遠紫外エネルギー源の必
要性をなくする。こうして、本発明による同室のＤＵＶ
光化学的半導体ウエハ処理は、従来の室外のＤＵＶ処理
法に較べて数多くの利点を有している。 【００１５】本発明の別の技術的な特長は、同室のＤＵ
Ｖ装置がプロセスチェンバに完全に含まれて、半導体ウ
エハ処理反応炉および製造設備中で付加的な空間や物理
的なポートを必要としないということである。 【００１６】本発明の別の技術的な特長は、ＤＵＶ光子
がチェンバ上に設けられた厚い石英またはサファイヤの
光学的／真空窓を通って伝搬する必要がないため、ＤＵ
Ｖ発生点と半導体ウエハ表面との間での紫外光子フラッ
クスの減衰量または損失が最小に保たれているというこ
とである。 【００１７】本発明の更に別の技術的な特長は、遠紫外
光子発生のために使用されるエネルギー源が離れた場所
で発生したプラズマ流であるということである。プラズ
マ粒子は離れたマイクロ波または無線周波数放電プラズ
マ源によって生成される。同じプラズマ源が、流量／圧
力スイッチがプラズマ動作モードを選んだ場合には、半
導体ウエハ上で（適当なプロセス気体を伴って）プラズ
マによって促進される処理を実行するためにも使用され
る。従って、本発明は、プラズマ併用半導体デバイス製
造用のプラズマエネルギー源が利用するのと同じプロセ
スチェンバポートを半導体ウエハへのアクセスのために
使用する。 【００１８】本発明は従来の外部ＤＵＶ光源に付随する
各種の制約や高価であるということを克服するばかりで
なく、同室での多重処理のための付加的な技術的特長を
含んでもいる。本発明では、プロセスプラズマを発生さ
せるために使用されるマイクロ波または高周波（ＲＦ）
プラズマ源はまた、適当なプラズマ気体媒体が採用され
た場合には遠紫外光子を放出するプラズマを生成するこ
とも行う。本発明は付加的なハードウエアまたは部品を
必要としないので、本発明の更に別の技術的な特長は、
光化学的なデバイス処理のための外部の遠紫外光源を使
用している既知の方法よりもより信頼性が高く、より単
純であるということである。 【００１９】本発明に特徴的と考えられる新規な性質は
特許請求の範囲に示しておいた。しかし、本発明それ自
体については、それの動作モードや付随する利点と共
に、以下の図面を参照した詳細な説明によって最も良く
理解できるであろう。 【００２０】 【実施例】本発明の実施例は図面を参照することによっ
て最も良く理解できる。各図面では同様な部品、対応す
る部品には同じ番号が用いられている。 【００２１】図１は、本発明に対応する従来技術の代表
的な例を構成する単一ウエハ高速熱／プラズマ多重処理
反応炉の部分的に断面を示した模式図である。多重処理
反応炉１０は図面の右下に気体分配回路網１２を含み、
そこからプラズマ気体がチャネル１４を通って放電空胴
取り入れ口１６へと流れる。放電空洞１８はプラズマ放
電管２４の一部を含み、されは取り入れ口１６からの気
体とマイクロ波源２２からのマイクロ波電力を受け取っ
て、放電管２４中にプラズマを発生させる。放電管２４
は反応炉壁２８とプロセスチェンバの壁３０を貫通して
反応炉チェンバ３２内へ通っている。反応炉チェンバ３
２内から放電管２４は基盤（ｇｒｏｕｎｄ）または対向
電極３６を通過してプロセスチェンバ３８へと延びてい
る。同じく気体分配回路網１２から出発して、非プラズ
マプロセス気体がプロセス気体チャネル４０中へ流れ、
それは反応炉壁２８とプロセスチェンバ壁３０を貫通し
て反応炉チェンバ３２内へ入っている。反応炉チェンバ
３２内ではプロセス気体チャネル４０が基盤対向電極３
６を通って、表面を下に向けた半導体ウエハ４４へ向い
たシャワーヘッドまたは気体注入リング４２中へ通って
いる。 【００２２】多重処理反応炉１０のロードロック（ｌｏ
ａｄ ｌｏｃｋ）チェンバ４６は隔離ゲート４８を含ん
でおり、そこを通してウエハハンドリングロボット５２
を使用して反応炉チェンバ３２中へ一度に一枚ずつウエ
ハがカセット５０から転送される。排気パッケージおよ
び真空部品５４が反応炉チェンバ３２とロードロックチ
ェンバの両方をそれぞれポンプ開口部５６と５８を通し
て排気することによってそれらの両チェンバを低圧に保
っている。 【００２３】表面を下に向けた半導体ウエハ４４の温度
を処理のために制御するタングステン・ハロゲンランプ
モジュール６０がマウント６４によって保持された石英
の光学的／真空窓６２を通して光学的エネルギーを放射
している。プロセス制御コンピュータ６６が、ランプモ
ジュール電源６８へのランプ電力制御信号、タングステ
ン・ハロゲンランプモジュール６０および付随の温度セ
ンサとの通信、排気パッケージおよび真空部品５４への
排気パッケージおよび真空の制御、そしてマイクロ波電
源２２へのプラズマ発生制御信号を含む、制御信号を供
給している。 【００２４】図２は室外の紫外光エネルギー源を用いた
光化学的ウエハ処理のための従来技術の方法と代表的な
装置を示す。図２に従えば、チェンバ８０は複数個の紫
外線ランプ源８４，８６，８８を含む紫外線ランプアセ
ンブリ８２を収容しており、それは石英のベルジャー
（ｂｅｌｌ ｊａｒ）９０を通して半導体ウエハ４４に
紫外光子エネルギーを照射する。チェンバ８０は、石英
のベルジャー９０中への光子エネルギーの透過を最大に
するために、９１に示したように窒素（Ｎ２）によって
大気圧にパージされる。ＤＵＶ光源８２が石英プロセス
チェンバ９０の外側に置かれているので、Ｎ２パージの
不足は、オゾン発生プロセスを通して、取り巻きの露光
された空気雰囲気中で強いＤＵＶ光子吸収を引き起こ
す。半導体ウエハ４４はベース９４へつながるサセプタ
９２上に置かれる。ベース９４は複数個の赤外線加熱ラ
ンプ源９８から１０８を含む赤外線加熱ランプアセンブ
リ９６を含んでいる。光化学的処理のための反応気体は
気体流量制御器（図示されていない）から取り入れ口１
１２へ入り、石英のベルジャープロセスチェンバ９０を
充たして、排出ライン１１４を通って出ていく。 【００２５】図２に示されたような別になった室外の、
または外部の紫外線ランプを用いることに付随する制約
のいくつかは次のようなものである。（ｉ）紫外線ラン
プ８２が半導体ウエハ製造のためのクリーンルーム内の
既に限られている空間を占有する。（ii）紫外光の強度
が石英ベルジャー９０によって減衰し、したがって紫外
線ランプ８２から半導体ウエハ４４へ到達するエネルギ
ーが低下する。(iii)ランプとベルジャーとの間の気体
雰囲気中での強いＤＵＶ吸収を阻止するためにＮ２パー
ジのような適当な対策が必要である。そして、 (iv) 紫
外線エネルギーを半導体ウエハ４４の表面へ向かわせる
ために、プロセスチェンバのアクセスポートの１つが完
全にこの外部のＤＵＶ源に占有される。この構成は光化
学的エネルギー源と共に、プラズマ等の付加的なプロセ
スエネルギー源の使用を複雑なものにする。本発明の装
置はこれらの問題点を解決し、上に述べた制約を取り除
くものである。 【００２６】図３は本発明の１つの実施例の概念的側面
図である。離れたマイクロ波または高周波プラズマ源に
よって生成されたプロセスプラズマ１２０が、プロセス
プラズマ管出口１２２を通ってモジュール１２６のプラ
ズマ充満空間１２４へ入る。モジュール１２６は開口部
１２８を通してプロセスプラズマ放電管出口１２２を受
け取る。プロセスプラズマ管１２２は本質的に放電空胴
１８からつながる放電管２４を含んでいる。モジュール
１２６は各種の気体を受け入れ、導くような形状をした
円筒形でピストン状の、大部分中空の領域である。モジ
ュール１２６は、モジュール１２６の内面に取り付けら
れた、円形の、孔の開いた下部石英板１３０を含んでい
る。下部石英板１３０の上に中間の、これも円形でモジ
ュール１２６の内面に組み合わされた、孔の開いた石英
板１３２がある。更に、接合部１３８には孔の開いた上
部石英板１３４がモジュール１２６に取り付けられてい
る。上部の薄い石英板１３４はモジュール１２６の上部
の円筒形の部分１４０を下側の部分１４２から区切って
いる。石英板１３０，１３２，１３４は、適当な大きさ
で適当な密度の孔の配列を含んでいる。モジュール１２
６からピン１４４が飛び出して、それらが表面を下に向
けた半導体ウエハ４４を支えている。半導体ウエハ４４
の上方には間隔１４６を置いて離されたパージスペーサ
１５０がある。 【００２７】モジュール１２６内に、薄い石英板１３
０，１３２，１３４によって区切られて複数個の有限の
体積空間が作られている。プロセス雰囲気空間１５２
は、上部からは半導体ウエハ４４によって、下部からは
薄い石英板１３４によって、周囲からは円筒形の上部モ
ジュール部分１４０によって区切られている。薄い石英
板１３４は、プロセス雰囲気空間１５２と流量／圧力ス
イッチ空間１５４との間をつなぐ複数個の間隔を置いた
孔を含んでいる。流量／圧力スイッチ空間１５４は、上
部からは薄い石英板１３４によって、下部からは薄い石
英板１３２によって、また周辺はモジュール１２６の下
部円筒形部分１４２によつて区切られている。流量／圧
力スイッチ空間１５４に付随して制御気体取り入れ口１
５６が設けられている。分離オン／オフバルブ１５８が
流量／圧力スイッチ空間１５４への制御気体の流れを制
御する。薄い石英板１３２は薄い石英板１３４と同様
に、流量／圧力スイッチ空間１５４から遷移空間１６２
への気体の流れを許容する複数個の間隔を置いた孔を含
んでいる。 【００２８】遷移空間１６２は、上部からは薄い石英板
１３２によつて、下部からは下部石英板１３０によって
区切られている。モジュール１２６の下部１４２はま
た、遷移空間１６２から放射状に気体の流れ出しを許容
する放射状気体流チャネル１６４を含んでいる。下部石
英板１３０は、これもプラズマ充満空間１２４から遷移
空間１６２への気体の流れを許容する複数個の間隔を置
いた孔１６８を含んでいる。プラズマ充満空間１２４
は、上部からは孔の開いた下部石英板１３０によって、
また下部および周囲からモジュール１２６の下部１４２
によって区切られている。 【００２９】本発明はその他の目的にも利用できるであ
ろうが、それの特長は、それをプラズマ処理と共に半導
体ウエハの光化学的処理に利用した場合を考えれば明か
になるであろう。従って、半導体処理における光化学的
促進効果を理解することが重要である。光化学的処理は
マイクロエレクトロニクスデバイス作製において数多く
の重要な用途を有する。例えば、光励起低温エピタキシ
ーは５００℃という低温において、デバイスに利用でき
る良質なエピタキシャルシリコン膜の形成を可能にす
る。紫外線照射は、反応性の粒子の吸着と吸着粒子の表
面マイグレーションを含む、ジシランに関連した気相分
解と表面反応との両方を促進する。しかし、光エピタキ
シャル膜低温体積には高度な不純物ドーピングの制御性
を必要とする。特に、高速度のバイポーラデバイスのた
めの薄いベースは、良質の結晶性と急峻な不純物分布を
持った約１×１０18／cm3以上のキャリア濃度の高濃度
のホウ素ドーピングを必要とする。従来の熱化学的気相
体積エピタキシーにおいては約１０００℃以上の比較的
高温の成長温度が必要である。このような温度において
は高温のエピタキシャル処理温度が重大なホウ素の拡散
を引き起こすため、急峻なホウ素分布を持った高濃度の
ホウ素ドーピングは困難である。 【００３０】プラズマおよび光励起プロセスの各種の特
長を表１に比較してある： 【表１】 │ │ │ プラズマ │ 光励起 ──────────┼────────────┼──────────── 励起プロセス │ 電子を併用した分解 │ 光を併用した分解 │ とイオン化 │ と表面反応 反応粒子 │ 中性粒子とイオン │ 中性粒子 エネルギー分布 │ 広い │ 狭い 入射速度 │ 電界によって加速 │ 熱速度 │ された荷電粒子 │ 照射損傷の │ 高い │ 低い 可能性 │ │ プロセスの │ 良い │ 優秀 制御性 │ │ │ │ 【００３１】プラズマプロセスにおいては、気体分子
は、それらが電子と衝突した場合、分解し、および／ま
たはイオン化する。自己が誘起する電界によって加速さ
れる、エネルギーを持ったイオンは半導体基板へ入射
し、デバイスに対し照射損傷を引き起こす（ピークのイ
オンエネルギーは数百ｅＶである）。更に、プラズマ中
での自由電子のエネルギーの幅広い広がりと、同時に多
重反応励起の可能性とのために、プラズマプロセスは望
みの化学反応の選択的な励起には限定された可能性しか
提供しない。しかし、光化学的プロセスにおいて、励起
した粒子は、高エネルギー（＞１０ｅＶ）光子励起が用
いられない限り通常、中性のラジカルである。光化学的
プロセスに用いられるＤＵＶ光源は単色光あるいは狭帯
域のものであり得るので、ＤＵＶ波長と入射パワーを適
当な選択することによって望みの化学反応を容易に励起
することができる。ＤＵＶ光源の波長、従って光源のタ
イプを選択するために、反応の副産物の堆積や表面反応
速度のような表面に関連したプロセスの光励起と共に、
反応気体の吸収係数と光子吸収スペクトルに関する情報
を持つことが必要である。 【００３２】エピタキシャル膜成長、誘電体膜堆積、金
属膜堆積、およびエッチング等の、各種の光化学的プロ
セスの応用が実証されてきている。これらのプロセスに
おいて、紫外光照射は反応性気体を分解させるために、
更に／または表面反応および吸着のような表面プロセス
を励起するために用いられる。光化学的プロセスにおけ
るＵＶ照射によって励起される反応は次のように特徴付
けられる： 【００３３】(1) 気相において、プロセス気体が入射
光によって励起され、分解されて準安定なラジカルを発
生させる。光励起プロセスは、低エネルギー光子の多重
光子吸収による振動励起状態の他に、紫外から真空紫外
の光の吸収による電子的励起状態の発生を含んでいる。 【００３４】(2) 基板表面において、基板材料（例え
ば、Ｓｉ−Ｓｉ結合の切断）、反応副産物の吸着、そし
て／または表面反応プロセスが、紫外光照射で促進され
る処理速度の条件下で励起される。基板中での光を併用
した電子−正孔対発生もまた表面反応プロセスを促進す
る手助けとなる。 【００３５】これらの反応機構は、各種の実験結果によ
ってら明らかにされたように、光化学的なシリコンのエ
ピタキシャル成長に適用可能である。光化学的エピタキ
シーにおいて、適切な反応気体と共に適切なＤＵＶ光源
を選択することが最も重要である。シリコン膜堆積のた
めに普通に用いられるシラン（ＳｉＨ4 ）およジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）の吸収端波長はそれぞれ１６０nmと２０
０nm付近にある。その他のエピタキシャルプロセス源気
体、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）はずっと
短い吸収波長を有している。気体分子は、そのプロセス
気体の吸収端よりも短い波長を持つ入射光子の吸収によ
って励起される。単色光源の波長または広帯域ＤＵＶ源
の照射スペクトルはそのプロセス気体の吸収範囲と一致
するように選ばれなければならない。光化学的プロセス
に用いられるいくつかの光源とそれらの照射波長を以下
に示す： 【００３６】 【表２】 │ 光源 │ 波長（nm） ──────────────┼──────────────── エキシマレーザ │ １９３、２４９、３０８ アルゴン−イオンレーザ │ ４８８、５１５ 水銀ランプ │ １８５、２５４ 希ガスランプ │ １０７、１２４、１４７ マイクロ波放電 │ 広帯域 │ 【００３７】広い基板面積全体に亘って一様で、高強度
の照射を必要とする多くの光化学的処理応用に水銀ラン
プが適している。更に、水銀ランプからの１８５nmの光
を効率的に吸収するジシランは、光によって促進される
エピタキシャルシリコン、非晶質シリコン、多結晶シリ
コンの堆積に適したシリコン源気体である。 【００３８】低温エピタキシャル成長のためには、低温
領域で熱的な励起効果の小さい理由から、堆積反応をＤ
ＵＶ照射によって励起することが重要である。表面還元
反応を励起するためには、少なくとも、入射紫外光の一
部分は基板表面に到達しなければならない。 【００３９】エピタキシャル成長の前に、基板表面から
自然酸化物と汚染とを除去することは本質的に重要であ
る。このことはＨ2 気体雰囲気中で紫外線照射を行うこ
とによって実現される。この表面清浄化方式の有効性は
エピタキシャル膜の結晶性を用いて評価することができ
る。ナア（Ｎａｒ）等は、１９８８年１２月２１日の半
導体および半導体構造における最近の進展に関するＳＰ
ＩＥ会議において、“光化学的洗浄とシリコンのエピタ
キシャル成長（ＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｌｅａｎ
ｉｎｇ ａｎｄ Ｅｐｉｔａｘｙ ｏｆ Ｓｉ）”と題
する発表のなかで紫外線照射無しの９００℃付近の処理
と比較して、紫外線照射が表面清浄化のしきい値温度
を、２６．６ｋＰａで８１０℃へ、また２．６６ｋＰａ
で７３０℃へ低下させることを報告している（以後、
“ナア”と呼ぶ）。これらの実験結果は、予備洗浄プロ
セス中の半導体基板への紫外線照射が表面の自然酸化物
の除去を励起し、また必要な表面の清浄化温度を低下さ
せることを示している。 【００４０】シリコン膜も表面清浄化の後に、同じプロ
セスチェンバ中でエピタキシャル成長される。ナアによ
れば、紫外線照射によって５４０℃でのエピタキシャル
成長が実現される。６５０℃から８００℃の温度範囲に
おいて、紫外線照射を伴う成長速度は紫外線照射を伴わ
ないそれの５倍である。６５０℃より下では、紫外線照
射を伴う場合の成長速度は基板温度に依存しないが、紫
外光照射無しでは顕著な膜堆積は起こらない。高温領域
での紫外光照射は、吸着粒子の表面マイグレーションや
表面反応の副産物の堆積等の反応をシリコン基板表面で
促進するとみられる。低温領域では、気相中で光化学的
に生成されたラジカルの発生が紫外光照射で促進され
る。 【００４１】図４は半導体ウエハプロセスチェンバ中の
本発明の実施例を示す。図４において、プロセスプラズ
マ１２０がプロセスプラズマ取り入れ口１２２を通って
プラズマ充満空間１２４中へ入る。下部の薄い石英板１
３０と中間の薄い石英板１３２がモジュール１２６の下
側部分１４２につながっている。上部の薄い石英板１３
４がモジュール１２６の上側部分１４０へ取り付けられ
ている。図３に示された要素に加えて、図４の実施例の
モジュール１２６は外部モジュール壁１７０を含んでい
る。外側のモジュール壁１７０は内側のモジュール壁１
７２を取り囲んで制御気体空間１７４を形成している。
上部制御気体空間１７５は、上部で上部石英板１３４の
延長１７６によって区切られている。遷移空間１６２か
らの放射状気体流チャネル１６４が制御気体空間１７４
を貫通して、プロセスチェンバ中で遷移空間１６２を環
状のポンプ空間１６５へつないでいる。しかし、放射状
の気体流チャネル１６４は制御気体空間１７４を遮断は
せず、下部制御気体空間１７４から上部制御気体空間１
７５への制御気体の流れを許容している。 【００４２】制御気体空間１７４，１７５もまた、制御
気体が流量／圧力スイッチ空間１５４中へ放射状に内側
へ向かって流れるのを許容する孔１７８を有している。
制御気体空間１７４の外側モジュール壁１７０と同軸に
位置して上部外側壁１８０があり、それは上部と側面と
で上部部分１４０を取り巻いてプロセス気体注入空間１
８２を構成している。プロセス気体注入空間１８２はプ
ロセス気体取り入れ口１８４を含み、そこを通ってプロ
セス気体チャネル４０からのプロセス気体がプロセスチ
ェンバへ流れ込む。プロセス気体注入空間１８２はまた
プロセス気体注入開口１８６を含み、それはプロセス気
体が半導体ウエハ４４の下側のプロセス雰囲気空間１５
２中へ流れるのを許容する。 【００４３】また、図４には本発明には本質的ではない
が、本発明の同室の遠紫外光子発生源と一緒に使用する
ことのできるパージモジュール１８８が示されている。
パージモジュール１８８の技術的な面については、１９
９０年１２月２７日付けのメッサズ・モスレイ（Ｍｅｓ
ｓｒｓ．Ｍｏｓｌｅｈｉ）等による米国特許出願第３
４，６７６号に述べられている。パージモジュール１８
８と本発明の関係の理由で、この出願の明細書を参考の
ためにここに引用する。 【００４４】制御気体１６０（これは図３において左側
であったのと逆に、図４でモジュール１２６の底部で制
御気体空間１７４へ入る）は、プロセスチェンバ３０中
で、プロセスプラズマ１２０を半導体ウエハ４４へ到達
させるか、あるいはプラズマ１２０が半導体ウエハ４４
へ到達するのを阻止するかいずれかのように作用するス
イッチとして動作する。制御気体１６０が制御気体取り
入れ口１５６を通して下部の制御気体空間１７４へ導か
れた場合には、それはその空間と上部の制御気体空間１
７５を充たし、開口１７８を通って流量／圧力スイッチ
空間１５４へ流れる。流量／圧力スイッチ空間１５４に
充満すると、制御気体１６０は石英板１３２と１３４の
孔を通って遷移空間１６２とプロセス雰囲気空間１５２
へ放射状に流れ出す。この制御気体の流れは半導体ウエ
ハ４４への上方へのプラズマ１２０の流れを阻止する。
このように、流れに対するインピーダンスが増大するた
めに遷移空間１６２中のプラズマは薄い石英板１３２を
容易に通過することができず、従って放射状の気体流チ
ャネル１６４を通して外方向に、モジュール１２６の外
側１６５へ流れだし、そこから排出される。この結果、
プラズマ充満空間１２４からの紫外光を生成するプラズ
マのほとんどが半導体ウエハ４４へ到達できない。しか
し、励起されたプラズマ１２０の一部はそれでも、流量
／圧力スイッチの理想的特性からはずれた分だけ半導体
ウエハ４４へ到達する。 【００４５】本発明は反応炉１０が２つの別々のモード
で動作するのを許容する：それらはプラズマ処理モード
と同室の光化学的処理モードとである。同室の光化学的
処理モードは半導体ウエハ４４の光化学的処理に適して
いる。例えば、プロセス気体注入空間１８２を通してプ
ロセス雰囲気空間１５２へオゾンを注入することによっ
て光化学的表面洗浄を実行させることができる。次に、
流量／圧力スイッチを駆動することによってウエハ４４
への光子生成プラズマの流れを阻止し、プラズマ充満空
間１２４中で適当なプラズマを用いて同室で遠紫外光を
発生させることを通して、同室で光化学的表面清浄化を
実行させる。離れた場所のプラズマはマイクロ波または
高周波の放電プロセスエネルギー源のものでよいので、
広範囲のプラズマ促進および光促進の半導体デバイス処
理応用が可能である。比較的強度の高い紫外光を発生さ
せるために用いられる不活性気体の例としては、ヘリウ
ム、アルゴン、そしてキセノン（あるいは希ガスの混
合）が含まれる。更に、窒素、その他の不活性でない気
体を含むプラズマが、それらと不活性気体との混合を含
むプラズマと共に使用できる。その他の選択も可能であ
るが、これらの気体が本発明の好適実施例には適してい
る。 【００４６】本発明の好適実施例では、モジュール１２
６、薄い板１３０，１３２，１３４は光学用の石英材料
でできている。これは、ほとんどの型の紫外光を生成す
るプラズマに対して同室のＤＵＶモジュールと励起され
たプラズマ粒子との間の有害な相互作用を最小化する。
しかし、フッ素を含むプラズマ生成気体を使用すること
は、フッ素が石英を侵すため望ましくない。石英の代わ
りにサファイヤのようなその他の光学材料を使用しても
よい。 【００４７】光化学的処理のために紫外光生成プラズマ
を使用する時は、制御気体１６０が流量／圧力スイッチ
空間１５４に入り、それによってプラズマ取り入れ口１
２２からのプラズマがプラズマ充満空間１２４と遷移空
間１６２を充たすだけとなる。従って、プラズマ充満空
間１２４が遠紫外光子放出源として作用し、ウエハとプ
ロセス雰囲気をＤＵＶで照射することになる。遠紫外光
子は薄い石英板１３０，１３２，１３４を通過して半導
体ウエハ４４の表面に到達する。このことはプラズマ１
２０がウエハ４４へ到達するのを阻止されている一方で
行われる。 【００４８】制御気体の流量率を変化させることで、プ
ロセスプラズマ１２０の予め定められた部分が半導体ウ
エハ４４へ到達するのを許容される。完全なプラズマ併
用プロセスと紫外光子に基づく光化学的プロセスとの中
間的な状態において、そのような可変制御は有用であ
る。流量／圧力スイッチ空間１５４中への制御気体１６
０の流量率を可変制御することにはその他の利点もあ
る。考えられる１つの応用は、同室の紫外光照射とプラ
ズマを組み合わせたハイブリッドまたは混合モードのウ
エハ処理である。そのような可変制御は明らかに本発明
の範囲に含まれる。 【００４９】図５は図１の部分的に断面を示した模式図
に類似しているが、図４がプロセスチェンバ内での従来
の装置に代わって図４のものを使用している。これは本
発明を多重プロセス反応炉１０中に採用したものを示し
ている。図５の実施例ではプロセス気体をプロセス気体
注入空間１８２へ供給するようにプロセス気体チャネル
４０が反応炉チェンバ３２内へつながっていることに注
目されたい。図５の実施例で、制御気体取り入れ口１５
６は基盤電極３６を貫通して制御気体空間１７４へ制御
気体１６０を供給している。本発明では、プロセスプラ
ズマ取り入れ口１２２には本質的な修正は必要でない。 【００５０】図６は本発明の別の実施例を示している。
図６に従えば、プロセスプラズマ１２０は基盤電極また
は支持板３６においてプロセスプラズマ取り入れ口１２
２を貫通しており、プラズマ充満空間１２４を充たす。
本発明は上部部分１４０とスペーサ１７６によって制御
気体空間１９０から分離されたプロセス気体注入空間１
８２を含んでいる。制御気体空間１９０は上部をスペー
サ１７６によって区切られ、下部および２つの側面を石
英壁２００によって区切られている。モジュール１２６
の石英板１９２はプラズマ充満空間１２４の境界を提供
している。図４の制御気体空間１７４と異なり、制御気
体空間１９０はモジュール１２６の底部と側面に沿った
モジュール１２６上に複数個の開口または孔１９６を有
している。制御気体空間１９０の外側境界上の石英壁２
００上に開口１９８がみえる。プロセス気体取り入れ口
１８４がプロセス気体注入空間１８２へつながってい
る。図６の実施例では、図３ないし図５の薄い石英板１
３０，１３２，１３４は孔１９４を有する単一の薄い石
英板１９２で置き換えられている。この板１９２はプラ
ズマ充満空間１２４をウエハプロセス空間１５２から分
離している。 【００５１】図６の実施例の動作は図３ないし図５に述
べた実施例のそれに類似している。図６の実施例の動作
において、プロセスプラズマ取り入れ口１２２からのプ
ラズマの流れはプラズマ充満空間１２４を充たし、また
制御気体１６０が存在しない場合には側面の孔１９６を
通って放射状に流れ出すことによってウエハ４４から離
れる下方向へ向けられる。その結果、プロセスプラズマ
１２０は薄い石英板１９２を通って流れず、その代わり
反応炉チェンバ３２から排出される。この状態は制御気
体空間１９６中へ制御気体の流入がない時に発生する。
それは開口１９６に対する正味の放射状流れのコンダク
タンスが板１９２の孔１９４を通る軸方向の流れのコン
ダクタンスよりもずっと大きいからである。この動作モ
ードの場合、プラズマ充満空間１２４において遠紫外光
子が発生し、光を発生させるプラズマのウエハ４４方向
への流れを伴うことなく、板１９２を通して半導体ウエ
ハ４４を照射することになる。制御気体が制御気体空間
１９０へ流入する時は、プラズマ充満空間１２４からの
開口１９６，１９８を通してのプロセスプラズマ１２０
の放射状の流れを妨げる。制御気体空間１９０中への制
御気体１６０の流れは、放射状の方向へのプラズマの流
れに対するコンダクタンスを等価的に低減する結果をも
たらす。従って、開口１９４，１９６，１９８の大きさ
を適当なものにすることで、プロセスプラズマ１２０が
半導体ウエハ４４へ到達できるようになる。こうして、
プロセスプラズマ取り入れ口１２２からのプロセスプラ
ズマ１２０は、制御気体空間１９０へ制御気体１６０が
導入されない時は半導体ウエハ４４から切り離される。
他方、制御気体空間１９０へ制御気体１６０が導入され
る時は、プロセスプラズマ１２０は半導体ウエハ４４へ
結合される。要するに、従って、図６の実施例の動作
は、図３ないし図５の実施例のそれと逆である。（流量
／圧力スイッチの駆動がプラズマをプラズマ処理のため
にウエハへ向かわせる）。 【００５２】図６の実施例で、孔の寸法と数は、制御気
体１６０が存在しない場合にプラズマの約８０％が制御
気体空間１９０の内側および外側の境界を通って抜け出
し、約２０％だけが板を通って半導体ウエハ４４の方へ
向かうように選ばれる。図６の実施例の材料は、図３な
いし図５のそれと同様に石英が望ましい。サファイヤあ
るいは石英とサファイヤの組み合わせ等のその他の材料
を使用することも可能である。紫外線の同室での光子生
成用の気体としては、例えば、ヘリウム、その他の不活
性気体、不活性気体と窒素の混合気体、そして各種のそ
の他の気体が含まれる。 【００５３】図３ないし図５の実施例の動作を図６のそ
れと比較することによって、図６の実施例が流量／圧力
スイッチを駆動するために、より低い制御気体１６０の
流量率を使用できることが分かる。例として、図４の例
のプロセスプラズマ取り入れ口１２２を通って２０sccm
よりも小さいプロセスプラズマ120 流量率に対しては、
流量スイッチを通して２００sccm程度の大きな制御気体
流量率が必要となるであろう。その場合、放射状の気体
流チャネル１６４を通してプロセスプラズマ１２０と制
御気体１６０の両方を排気するために大きなポンプ容量
が必要となろう。これはプロセス雰囲気空間１５２中の
プロセス気体を薄め、いくつかの光化学的プロセスにた
いしては逆の効果をもたらすことになろう。 【００５４】図６の例のその他の違いは、薄い石英板１
９２を通しての流量抵抗が図４の実施例の薄い石英板１
３０，１３２，１３４の組み合わせ抵抗よりも小さいと
いうことである。その結果、プラズマ処理モードで動作
している時は、図６の実施例ではプロセスプラズマ中の
励起された粒子の内のより大きな割合が半導体ウエハ４
４へ到達できる。他方、図６の実施例は、プロセス気体
のプラズマ流空間１２４とプロセスプラズマ取り入れ口
１２２へのより多い逆拡散を許容する。このことはＵＶ
発生に対して逆の効果を与える。このように、それぞれ
の実施例の間に、各種のトレードオフが存在する。 【００５５】図７は本発明の更に別の実施例を示す。図
７に従えば、本発明の同室の紫外光子発生モジュールは
孔１９４を備えた薄い石英板１９２を含んで、既述の実
施例と類似している。薄い石英板１９２は、プロセス気
体注入空間１８２が取り囲んでいる上部部分１４０へつ
ながっている。プロセス気体注入空間１８２はプロセス
気体注入孔１８６とプロセス気体取り入れ口１８４を有
する。薄い石英板１９２の下にプラズマ充満空間２０２
がある。下部部分２０２は、鏡面または銀メッキされた
表面２０４を有するボウル状または放物面をした構造で
ある。図７の実施例はまた、プラズマ充満空間２０２に
プロセスプラズマを受け取るプラズマ取り入れ口２０６
を含んでいる。プラズマ充満空間２０２から分離され
て、紫外光子発生空間２１０がある。（石英やサファイ
ヤのような透明な材料でできた）分離要素２１２が紫外
光子発生空間２１０を取り巻いている。紫外光子発生空
間２１０内に紫外光子発生プラズマ２１６を受け取るた
めの紫外光子発生プラズマ取り入れ口２１４がある。紫
外光子発生プラズマ取り入れ口２１４を取り囲む出口２
１８が紫外線プラズマ充満空間２１０からの流出を受け
取り、それは後に出口２１８とプラズマ取り入れ口２１
４との間の環状の空間２１９を通してのポンプ排出に使
用される。 【００５６】図７の本発明の実施例は、同室の遠紫外光
子透過を提供しているが、制御気体または流量／圧力ス
イッチは使用していない。図７の実施例には２つの独立
したプラズマ源がある。１つの源はプラズマ取り入れ口
２０６を通り、開口を通ってプラズマ充満空間２０２へ
流れ出す。他方の源はプラズマ充満空間２０２から分離
されており、紫外光子源空間２１０を通って流れ出す。
この結果、図７の実施例が同室の遠紫外光子発生のため
に使用するプラズマ気体はプロセスプラズマから完全に
分離され、プロセス雰囲気とは相互作用しない。図７の
実施例の特長は、それが完全なプラズマ併用モード、完
全な遠紫外光子併用光化学的処理モード、または組み合
わせモードのいずれかによって動作することができるこ
とである。 【００５７】例えば、プラズマ取り入れ口２０６を通し
てプラズマ充満空間２０２中へプロセスプラズマを導入
することが可能である。次に、プラズマはプロセス雰囲
気空間１５２中へ拡散する。あるいは、遠紫外光子発生
プラズマ２１６は紫外光子発生源空間２１０へ導かれ、
ウエハ４４を照射する制御された遠紫外光子を発生させ
ることができる。図７の実施例は、付加的に、プラズマ
併用モードと制御された紫外光子併用モードの両方で動
作することができ、従って半導体ウエハは、プラズマ充
満空間２０２からのプロセスプラズマと共に、紫外光子
発生空間２１０からの大量の遠紫外光子を受け取ること
になろう。また、最適動作のために、気体成分、気体圧
力、流量率、放電電力の項に関して、ＵＶ発生プラズマ
とプロセスプラズマを独立して制御することが可能であ
る。ＵＶ源空間２１０がプロセス雰囲気１５２から完全
に遮蔽されているので、ＵＶ源空間２１０へのプロセス
気体の逆拡散は起こらない。放物面の銀メッキされた壁
２０４はウエハ上へのＵＶ照射光の入射の強度と一様性
を向上させる。プラズマ充満空間２０２からプロセス雰
囲気空間１５２へのプロセスプラズマの透過効率は図３
ないし図６に示した実施例よりも高い。 【００５８】しかし、図７の実施例と図４および図６の
実施例との差は、プラズマ源のハードウエア組み込みに
関して１つの複雑さが付加されるということである。図
７の実施例では、２つの別々になったプラズマ源と２つ
の別々になった離れた放電源を用いる必要がある。この
ように、図７の実施例は室外の紫外光子発生に付随する
制約を克服する一方で、いくつかの制限も有する。しか
し、これらの制限は、各種の動作モードとそれの動作上
の柔軟性によって優先される。 【００５９】図８は、図６に述べられた設計に基づくプ
ロトタイプモジュールに関する流量スイッチの特性評価
試験の結果を示す。試験は離れたマイクロ波ＳＦ6 プラ
ズマを用いたシリコンのエッチングについて行われた。
プロセス気体はプラズマによって分解され、結果のＦ原
子がシリコンのエッチングを行う。マイクロ波電力は６
００Ｗに保たれ、ＳＦ6 プラズマ気体のプラズマ取り入
れ口を通る流量率は２０sccmであった。制御気体流量率
を０−１６０sccmの範囲で変化させ、また圧力は１００
−８００mTorr の範囲で変化させた。試験の目的は、シ
リコンのエッチ速度が制御気体流量率を増大させること
によって増大するかどうかを調べることであった。制御
気体もＳＦ6 が選ばれた。 【００６０】もし流量スイッチが適性に作動していれ
ば、プラズマ（準安定物、イオン、およびラジカル）の
かなりの部分がウエハの方向へ向けられているので、エ
ッチ速度は制御気体流量率と共に増大すべきである。し
かし、非常に高い制御気体流量率においては、制御気体
の幾分かがプロセス雰囲気へ入るため、プロセス雰囲気
中の成分を薄めてしまい、エッチ速度がそれに伴って低
下する。図８の曲線１から４はすべてこれらの特性を示
したものである。中間の制御気体流量率では、エッチ速
度増大の一部は制御気体がプラズマ充満空間中へ拡散し
て付加的なＦ原子を形成することのためである。エッチ
速度の増大に対する拡散の効果を評価するために実験が
行われ、その中では制御気体がプロセス気体取り入れ口
を通る（図８の曲線５）かまたはプラズマ気体取り入れ
口を通る（図８の曲線６）かのいずれかに設定された。
これらの両曲線は、制御気体が必ずしも制御気体取り入
れ口を通って導入されなくてもエッチ速度が制御気体導
入によって増大することを示している。しかし、制御気
体を制御気体取り入れ口を通して導入する方がそれをプ
ロセス気体取り入れ口を通して導入するよりは効率的で
ある。このように、プロトタイプ設計では流量スイッチ
は動作するが、それの特性は図８のデータに対しては最
適化されていない。 【００６１】これらの予備的結果に基づいて、流量スイ
ッチの動作に関するモデルが構築された。プロトタイプ
設計では対流しか考慮していない。このモデルが示すと
ころによれば、意図された動作圧力において、拡散フラ
ックスをモデルへ含める必要がある。対流と拡散の両方
の項を考慮した改良された設計は優れた特性を与えるで
あろう。 【００６２】本発明は上述の特定の実施例に関して説明
してきたが、この説明は本発明を限定するつもりのもの
ではない。本発明の別の実施例と共に、ここに開示した
実施例に対する各種の修正が、本明細書を参考にして当
業者には明かとなるであろう。従って、本特許請求の範
囲はそれらの修正を含むものと解釈されるべきである。 【００６３】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) プラズマ処理反応炉中において、同室で光子を併
用した半導体デバイス処理を行うための装置であって、
ウエハ処理反応炉中へ配置するための、光子を透過させ
る材料を含むモジュールと、光子を生成するプラズマを
受け取るためのプラズマ充満空間、を含む装置。 【００６４】(2) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、紫外光子に対して透過性の材料を含
み、前記プラズマ充満空間が更に紫外光子を生成するプ
ラズマを受け取ることができるようになった装置。 【００６５】(3) 第２項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、複数個の孔を含み、前記孔が前記プラ
ズマ充満空間から前記半導体ウエハへのプラズマの流れ
を許容するようになった装置。 【００６６】(4) 第１項記載の装置であって、前記プ
ラズマ充満空間が、光子を生成するプラズマかプロセス
プラズマのいずれかを選択的に受け取るようになったウ
エハ処理反応炉に付随している装置。 【００６７】(5) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、前記プラズマ充満空間に付随して、前
記半導体ウエハへ前記プロセスプラズマか前記プラズマ
生成された光子のいずれかを選択的に導くための流量ス
イッチ空間を含んでいる装置。 【００６８】(6) 第５項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、制御気体を受け取り、前記制御気体を
前記流量スイッチ空間へ向けてウエハへのプラズマの流
れを制御するようになった制御気体空間を含んでいる装
置。 【００６９】(7) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、プラズマの半導体ウエハへの選択的な
流れを許容するための遷移または緩衝空間を含んでいる
装置。 【００７０】(8) 第１項記載の装置であって、前記光
子を生成する気体が離れた放電デバイスから生成された
遠紫外光を放射するプラズマを含んでいる装置。 【００７１】(9) 第１項記載の装置であって、前記光
子を生成する気体が離れたプラズマ放電デバイスから生
成された不活性気体プラズマを含んでいる装置。 【００７２】(10) 第１項記載の装置であって、前記光
子を生成する気体が離れたプラズマ放電デバイスから生
成された不活性気体／窒素プラズマの混合物を含んでい
る装置。 【００７３】(11) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、付加的なプロセス気体を半導体ウエハ
へ導くためのプロセス気体注入空間を含んでいる装置。 【００７４】(12) 第１項記載の装置であって、前記モ
ジュールが更に、制御気体を受け取るための制御気体空
間であって、制御気体を受け取ることの関数としてウエ
ハへのプラズマの流れを制御するための流量／圧力スイ
ッチに付随する制御気体空間を含んでいる装置。 【００７５】(13) 半導体ウエハ処理反応炉内で半導体
ウエハを処理するための紫外光子を同室生成するための
装置であって、各種プラズマおよび気体を選択的に受け
取ることに関連した複数個の空間を収容するモジュール
であって、光を放射する空間、光子が透過する材料を含
み、そして前記複数個の空間が：ウエハを処理するため
の気体媒体を収めるためのプロセス雰囲気空間、プロセ
ス気体を受け取り、前記プロセス気体を前記プロセス雰
囲気空間へ注入することに関連するプロセス気体注入空
間、プラズマを受け取り、前記プロセス雰囲気空間への
前記プラズマの流れまたは前記紫外光子の放出のいずれ
かを許容することに関連するプラズマ充満空間、前記プ
ラズマ充満空間に関連して前記プラズマの前記プロセス
雰囲気空間への流れを選択的に制御するための制御気体
を受け取る制御気体空間、を含んでいるモジュール、を
含む装置。 【００７６】(14) 第１３項記載の装置であって、前記
モジュールが円筒形の石英コンテナを含み、前記複数個
の空間が前記コンテナ内に付随する仕切りを含んでいる
装置。 【００７７】(15) 第１３項記載の装置であって、更
に、前記制御気体空間からの前記制御気体を受け取るこ
とに関連して、前記プラズマ充満空間と前記プロセス雰
囲気空間との間に位置して、それらに関連し、前記プラ
ズマ充満空間と前記プロセス雰囲気空間との間の前記プ
ラズマの流れを制御するための流量／圧力スイッチ空間
を含む装置。 【００７８】(16) 第１３項記載の装置であって、前記
制御気体空間が、制御気体を前記モジュール方向へ選択
的に導くための制御気体取り入れ口を含んでいる装置。 【００７９】(17) 第１３項記載の装置であって、石英
板が前記プロセス雰囲気空間を前記プラズマ充満空間か
ら隔てており、前記石英板が前記プラズマ充満空間から
前記プロセス雰囲気空間への前記プラズマの流れを許容
する複数個の孔を含んでいる装置。 【００８０】(18) ウエハ処理反応炉中で半導体ウエハ
処理のための遠紫外光子を同室で制御して生成するため
の方法であって、ウエハ処理反応炉中へ、光子を生成す
るプラズマを制御して受け取ること、の工程を含む方
法。 【００８１】(19) 第１８項記載の方法であって、更
に、光子を透過させる材料を含むモジュール中へ前記光
子を生成するプラズマを受け取ること、の工程を含む方
法。 【００８２】(20) 第１８項記載の方法であって、更
に、前記光子を生成するプラズマが前記ウエハへ到達す
るのを妨げる工程を含む方法。 【００８３】(21) 第１８項記載の方法であって、更
に、ウエハ処理反応炉中へ、プロセスプラズマを制御し
て受け取ること、の工程を含む方法。 【００８４】(22) 第１８項記載の方法であって、更に
選択的に、前記プロセスプラズマが前記ウエハに到達す
るのを許容し、あるいは前記光子を生成するプラズマが
前記ウエハへ到達するのを妨げる工程を含む方法。 【００８５】(23) 半導体ウエハ４４の光を併用した処
理のための同室遠紫外光生成モジュール１２６は光化学
的な処理応用のためのプロセス雰囲気空間１５２を含ん
でいる。プロセス気体注入空間１８２は反応性プロセス
気体を受け取り、それをプロセス雰囲気空間１５２中へ
注入する。プラズマ充満空間１２４はプラズマ１２０を
受け取り、制御気体１６０の流れの存在と不在とに対応
して、プラズマ１２０をプロセス雰囲気空間１５２から
遠ざけたり、またはその中へ導いたりする。制御気体空
間１７４および流量／圧力スイッチ空間１５４は、遠紫
外光子またはプラズマを選択的にプロセス雰囲気空間１
５２へ到達させ、ウエハ４４と相互作用させて光促進ま
たはプラズマ促進のウエハ処理を選択的に実現させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に対応する従来技術の、単一ウエハの熱
／プラズマ多重処理反応炉の、部分的に断面を示した模
式図。 【図２】従来技術のデバイスに典型的な低温でのデバイ
ス製造用の室外遠紫外光子源を含む光化学的な処理反応
炉を示す図。 【図３】本発明の装置の側面模式図。 【図４】半導体ウエハプロセスチェンバ内にある本発明
の好適実施例の側面模式図。 【図５】図４の本発明の実施例を含む単一ウエハの熱／
プラズマ多重処理反応炉の部分的に断面を示す図。 【図６】本発明の別の実施例の側面模式図。 【図７】本発明の更に別の実施例を示す図。 【図８】プロトタイプの同室ＤＵＶ生成モジュールに関
する流量スイッチの特性を示すグラフ図。 【符号の説明】 １０ 多重プロセス反応炉 １２ 気体分配回路網 １４ プラズマ気体チャネル １６ 取り入れ口 １８ 放電空胴 ２２ マイクロ波源 ２４ 放電管 ２８ 反応炉壁 ３０ プロセスチェンバ壁 ３２ プロセスチェンバ ３６ 基盤電極 ３８ プロセスチェンバ ４０ プロセス気体チャネル ４２ 気体注入リング ４４ 半導体ウエハ ４６ ロードロックチェンバ ４８ 分離バルブ ５０ ウエハカセット ５２ ウエハハンドリングロボット ５４ ポンプパッケージおよび真空部品 ５６，５８ ポンプ開口 ６０ タングステン・ハロゲンランプモジュール ６２ 石英窓 ６４ マウント ６６ プロセス制御コンピュータ ６８ ランプモジュール電源 ８０ チェンバ ８２ 紫外線ランプアセンブリ ８４，８６，８８ 紫外線ランプ源 ９０ ベルジャー ９２ サセプタ ９４ ベース ９６ 赤外線加熱ランプアセンブリ ９８〜１０８ 赤外線加熱ランプ源 １１２ 取り入れ口 １１４ 排出ライン １２０ プロセスプラズマ １２２ 出口 １２４ プラズマ渋面空間 １２６ モジュール １２８ 開口 １３０，１３２，１３４ 孔の開いた石英板 １３８ 接合部 １４０ 円筒部 １４２ 下部 １４４ ピン １４６ 間隔 １５０ パージスペーサ １５２ プロセス雰囲気空間 １５４ 流量／圧力スイッチ空間 １５６ 制御気体取り入れ口 １５８ 分離オン／オフバルブ １６０ 制御気体 １６２ 遷移空間 １６４ 放射状気体流空間 １６８ 孔 １７０ 外側のモジュール壁 １７２ 内側のモジュール壁 １７４ 制御気体空間 １７５ 上部制御気体空間 １７６ 上部石英板の延長 １７８ 孔 １８０ 上部外側壁 １８２ プロセス気体注入空間 １８４ プロセス気体取り入れ口 １８６ プロセス気体注入孔 １８８ パージモジュール １９０ 制御気体空間 １９２ 石英板 １９４ 孔 １９６，１９８ 開口 ２００ 石英壁 ２０２ プラズマ充満空間 ２０４ 鏡面 ２０６ プラズマ取り入れ口 ２０８ プラズマ充満空間 ２１０ 紫外光子発生空間 ２１２ 分離要素 ２１４ 紫外光子発生プラズマ取り入れ口 ２１６ 紫外光子発生プラズマ ２１８ 出口
／プラズマ多重処理反応炉の、部分的に断面を示した模
式図。 【図２】従来技術のデバイスに典型的な低温でのデバイ
ス製造用の室外遠紫外光子源を含む光化学的な処理反応
炉を示す図。 【図３】本発明の装置の側面模式図。 【図４】半導体ウエハプロセスチェンバ内にある本発明
の好適実施例の側面模式図。 【図５】図４の本発明の実施例を含む単一ウエハの熱／
プラズマ多重処理反応炉の部分的に断面を示す図。 【図６】本発明の別の実施例の側面模式図。 【図７】本発明の更に別の実施例を示す図。 【図８】プロトタイプの同室ＤＵＶ生成モジュールに関
する流量スイッチの特性を示すグラフ図。 【符号の説明】 １０ 多重プロセス反応炉 １２ 気体分配回路網 １４ プラズマ気体チャネル １６ 取り入れ口 １８ 放電空胴 ２２ マイクロ波源 ２４ 放電管 ２８ 反応炉壁 ３０ プロセスチェンバ壁 ３２ プロセスチェンバ ３６ 基盤電極 ３８ プロセスチェンバ ４０ プロセス気体チャネル ４２ 気体注入リング ４４ 半導体ウエハ ４６ ロードロックチェンバ ４８ 分離バルブ ５０ ウエハカセット ５２ ウエハハンドリングロボット ５４ ポンプパッケージおよび真空部品 ５６，５８ ポンプ開口 ６０ タングステン・ハロゲンランプモジュール ６２ 石英窓 ６４ マウント ６６ プロセス制御コンピュータ ６８ ランプモジュール電源 ８０ チェンバ ８２ 紫外線ランプアセンブリ ８４，８６，８８ 紫外線ランプ源 ９０ ベルジャー ９２ サセプタ ９４ ベース ９６ 赤外線加熱ランプアセンブリ ９８〜１０８ 赤外線加熱ランプ源 １１２ 取り入れ口 １１４ 排出ライン １２０ プロセスプラズマ １２２ 出口 １２４ プラズマ渋面空間 １２６ モジュール １２８ 開口 １３０，１３２，１３４ 孔の開いた石英板 １３８ 接合部 １４０ 円筒部 １４２ 下部 １４４ ピン １４６ 間隔 １５０ パージスペーサ １５２ プロセス雰囲気空間 １５４ 流量／圧力スイッチ空間 １５６ 制御気体取り入れ口 １５８ 分離オン／オフバルブ １６０ 制御気体 １６２ 遷移空間 １６４ 放射状気体流空間 １６８ 孔 １７０ 外側のモジュール壁 １７２ 内側のモジュール壁 １７４ 制御気体空間 １７５ 上部制御気体空間 １７６ 上部石英板の延長 １７８ 孔 １８０ 上部外側壁 １８２ プロセス気体注入空間 １８４ プロセス気体取り入れ口 １８６ プロセス気体注入孔 １８８ パージモジュール １９０ 制御気体空間 １９２ 石英板 １９４ 孔 １９６，１９８ 開口 ２００ 石英壁 ２０２ プラズマ充満空間 ２０４ 鏡面 ２０６ プラズマ取り入れ口 ２０８ プラズマ充満空間 ２１０ 紫外光子発生空間 ２１２ 分離要素 ２１４ 紫外光子発生プラズマ取り入れ口 ２１６ 紫外光子発生プラズマ ２１８ 出口
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 セシル ジェイ．デービス
アメリカ合衆国テキサス州グリーンビ
ル，ボックス 113シー，ルート ４
(56)参考文献 特開 昭62−243315（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−216328（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−294526（ＪＰ，Ａ)
欧州特許出願公開299248（ＥＰ，Ａ
１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
H01L 21/205
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 プラズマ処理反応炉中において、同室
（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で光子を併用した半導体デバイス処
理を半導体ウエハに行うための装置であって、 ウエハ処理反応炉中へ配置するためのモジュールであっ
て、光子を透過させる材料と、光子を生成するプラズマ
を受け取るためのプラズマ充満空間とを含む該モジュー
ルと、 制御気体を受け取り、前記受け取る前記制御気体の流量
と圧力とに応じて前記プラズマ充満空間から前記ウエハ
処理反応炉の前記半導体ウエハへの前記プラズマの流れ
を制御するように配置された制御気体空間とを含む装
置。
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| JPH04275424A (ja) | 1992-10-01 |
| US5217559A (en) | 1993-06-08 |
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