JP4634199B2 - フッ素含有ガスによる表面改質方法及びその装置 - Google Patents
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Description
例えば、F2ガスをプラズマ化し、このプラズマ活性種を用いてCVDチャンバーの内壁をクリーニングする方法としては、特許文献1のようなものが挙げられる。この場合、F2ガス自体が利用されるのではなく、F2ガスのプラズマが使用されている。
また、含フッ素化合物に由来するプラズマを用いて半導体以外の材料の表面処理を行う方法としては、金属材料やプラスチック材料の表面処理が報告されている(特許文献2及び特許文献3を参照)。しかし、この方法ではプラズマが表面処理される物品の内部に侵入し、該物質に損傷を与える可能性がある。
[A](1)第1のゾーン中で、含フッ素化合物含有ガスに減圧下でエネルギーを付与することにより、含フッ素化合物含有ガス中の少なくとも1つの含フッ素化合物を励起し、それにより発生した活性種を含む励起含フッ素化合物含有ガスを生成し、
(2)生成した励起含フッ素化合物含有ガスを、第1のゾーンと連通した第2のゾーンに輸送する間に、輸送系内の圧力を大気圧または大気圧以上へと上昇させるとともに輸送系を冷却することにより、活性種の全てを実質的に失活させ、フッ素ガスに変換して、フッ素含有ガスを生成し、
(3)第2のゾーン中で、フッ素含有ガスと物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させ、該物品の表面を改質する、
表面改質方法。
[B](1)第1のゾーン中で、含フッ素化合物含有ガスに減圧下でエネルギーを付与することにより、含フッ素化合物含有ガス中の少なくとも1つの含フッ素化合物を励起し、それにより発生した活性種を含む励起含フッ素化合物含有ガスを生成し、
(2)第1のゾーン中の圧力を大気圧あるいは大気圧以上へと上昇させるとともに冷却することにより、活性種の全てを実質的に失活させ、フッ素ガスに変換して、フッ素含有ガスを生成し、
(3)生成したフッ素含有ガスを、第1のゾーンと連通した第2のゾーンに輸送し、
(4)第2のゾーン中で、フッ素含有ガスを物品の表面と減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させ、該物品の表面を改質する、
表面改質方法。
[C]第1のゾーンが第1の反応チャンバーであり、第2のゾーンが第2の反応チャンバーである、[A]〜[B]の何れかに記載の表面改質方法。
[D]含フッ素化合物含有ガスにエネルギーを付与してから表面改質される物品と接触させるまでの間に、不活性ガスを導入する工程をさらに含む、[A]〜[C]の何れかに記載の表面改質方法。
[E]エネルギーを付与する工程が含フッ素化合物含有ガスのプラズマ化を含む、[A]〜[D]の何れかに記載の表面改質方法。
[F]含フッ素化合物が、NF3、C2F6、COF2、またはこれらの組み合わせから選択される、[A]〜[E]の何れかに記載の表面改質方法。
[G]含フッ素化合物含有ガスが、不活性ガス及び/または酸素を含む、[A]〜[F]の何れかに記載の表面改質方法。
[H]不活性ガスが、He、Ne、Ar、Xe、Kr、N2、またはこれらの組み合わせである、[G]に記載の表面改質方法。
[I]含フッ素化合物が、C2F6、COF2、またはこれら混合物のとき、酸素の存在下でプラズマ化される、[A]〜[H]の何れかに記載の表面改質方法。
[J]表面改質が、物品表面のフッ素化によって行われる、[A]〜[I]の何れかに記載の表面改質方法。
[K]表面改質される物品が、金属及び/または金属化合物及び/またはポリマーである、[A]〜[J]の何れかに記載の表面改質方法。
[L]ポリマーが、ポリプロピレンを主成分とする物品である、[K]に記載の表面改質方法。
[M]金属化合物が、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物及び金属塩化物の群から選択される1種以上である、[K]に記載の表面改質方法。
[N]金属化合物がSiを主成分とする化合物である、[K]に記載の表面改質方法。
[O]Siを主成分とする化合物が、Si、SiO2、Si3N4、SiC、ポリシリコン、アモルファスシリコン、またはこれらの組み合わせである、[N]に記載の表面改質方法。
[P]Siを主成分とする化合物が、LPCVD装置で成膜されたものである、[N]に記載の表面改質方法。
[Q](1)含フッ素化合物含有ガスを減圧下でプラズマ化する手段を備えた、第1のゾーンと、
(2)該第1のゾーンと連通し、内部に表面改質される物品を有するとともに、該第1のゾーンから輸送する間に、輸送系内の圧力を大気圧あるいはそれ以上に調整するとともに輸送系を冷却する手段を備え、発生したフッ素含有ガスと該物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させて、該物品の表面を改質する手段を備えた、第2のゾーンと、
を備えた表面改質装置。
[R](1)含フッ素化合物含有ガスを減圧下でプラズマ化し、その後圧力を大気圧あるいはそれ以上に調整するとともに冷却することによりフッ素含有ガスを発生する手段を備えた、第1のゾーンと、
(2)該第1のゾーンと連通し、内部に表面改質される物品を有するとともに、発生したフッ素含有ガスと該物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させて、該物品の表面を改質する手段を備えた、第2のゾーンと、
を備えた表面改質装置。
[S](1)含フッ素化合物含有ガスを減圧下でプラズマ化する手段を備えた、第1のチャンバーと、
(2)該第1のチャンバーと連通し、圧力を大気圧あるいはそれ以上に調整するとともに冷却することでフッ素含有ガスを発生する手段を備えた輸送路と、
(3)該輸送路と連通し、内部に表面改質される物品を有するとともに、発生したフッ素含有ガスと該物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させて、該物品の表面を改質する手段を備えた、第2のチャンバーと、
を備えた表面改質装置。
[T]第1のチャンバーの後ろに真空ポンプが、さらに第2のチャンバーの前及び/または後に、コンプレッサー若しくは真空ポンプが設置される、[Q]〜[S]の何れかに記載の表面改質装置。
[U]第1のチャンバー、真空ポンプ、第2のチャンバー、及び真空ポンプが順に連通し、さらに、第1のチャンバーと真空ポンプ、第2のチャンバーと真空ポンプが、それぞれ独立して連通する、[Q]〜[S]の何れかに記載の表面改質装置。
[V]第1のチャンバー、真空ポンプ、コンプレッサー、及び第2のチャンバーが順に連通し、さらに、第1のチャンバーと真空ポンプ、コンプレッサーと第2のチャンバーが、それぞれ独立して連通する、[Q]〜[S]の何れかに記載の表面改質装置。
[W][Q]〜[V]の何れかに記載の装置を、有機及び/または無機材料の直接フッ素化反応に用いる表面改質方法。
また、第1のゾーンと第2のゾーンは独立して連通しており、両者の圧力を独立に
変動させることができる。第1のゾーンでは減圧下で含フッ素化合物含有ガスを励起し、第1のゾーンから第2のゾーンへの輸送過程で圧力を大気圧あるいはそれ以上に上げるとともに冷却することにより、生成した活性種の全てを実質的に失活させF2ガスに変換し、第2のゾーンで該F2ガスを物品の表面と、減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させ、表面を改質する。ただし、F2への変換は、かかる様態に限定されるものではなく、第1のゾーン中で行われてもよい。
本発明において、第1のゾーンに供給される含フッ素化合物含有ガス中の含フッ素化合物はエネルギー付与によって励起し分解された後にF2ガスを生成し、F2ガスよりも取り扱いが容易であれば特に制限はないが、F2ガスを効率的に発生させるという点からNF3、C2F6、COF2が望ましい。これらの含フッ素化合物は、単独で使用しても、また組み合わせて使用してもよい。
表面改質がなされる物品に特に制限はなく、F2ガスと接触して反応するものがあれば、何れの材質の物品でもよい。F2ガスと反応するという観点から、表面改質される物品は、金属及び/または金属化合物及び/またはポリマーであることが好ましい。金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、チタン、亜鉛、ニッケル、スズ、銅等の単体金属や、ステンレス、真鍮等の合金が挙げられる。金属化合物としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物及び金属塩化物の群から選択される1種以上が挙げられ、例えば、Siを主成分とする化合物、即ちSi、SiO2、Si3N4、SiC、ポリシリコン、アモルファスシリコン、またはこれらの組み合わせ等が挙げられる。また、該Siを主成分とする化合物はLPCVD装置で成膜されたものも挙げられる。ポリマーとしては、ポリプロピレンを主成分とする物が挙げられる。
NF3 → 1/2N2 + 3/2F2
のように、NF3が完全にF2に変換されると、25%のN2ガスが発生するため、発生するF2ガスの濃度は最大75%となる。本発明の好ましい特徴の一つは、NF3の完全分解を実質的に達成できることにある。
実施例1
図1の装置を用いて、含フッ素化合物含有ガスからF2を製造した。含フッ素化合物として、NF3を用い、またプラズマ発生装置として誘導結合プラズマ(ICP)発生装置(ASTeX社製ASTRONi)を使用した。
実施例2
第1のチャンバーから放出された含フッ素化合物含有ガスを希釈する窒素の流量を28000 sccm に変更した点を除き、実施例1と同様に実験を行った。なお、この条件でNF3が完全に変換する場合、常圧下の第2のチャンバーに輸送される含フッ素化合物含有ガス中のF2の濃度は、5.0 vol.% となる。
実施例3
含フッ素化合物として、C2F6を用い、またプラズマ発生装置として誘導結合プラズマ(ICP)発生装置(Landmark Technology社製Litmas Blue1200)を使用した。
まず、約25℃(20-25℃)で第1のチャンバーを1Torr(133Pa)まで減圧した。次に、C2F6(流量:40 sccm)を酸素(流量:160 sccm )で希釈して含フッ素化合物含有ガスとして第1のチャンバーに供給した。プラズマ発生装置には、1200Wの出力を印加した。第1のチャンバーから放出される含フッ素化合物含有ガスを希釈ガス入口3で窒素(流量:100slm)により再度希釈するとともに、大気圧下約25℃の第2のチャンバーに輸送した。
実施例4
含フッ素化合物含有ガスとしてC2F6に代えてCOF2を用いた点を除き、実施例3と同様にして実験を行った。
実施例5
図1の装置を用いて、ポリプロピレンの表面改質を行った。含フッ素化合物ガスとしてNF3を用い、プラズマ発生装置として誘導結合プラズマ(ICP)発生装置(Landmark Technology社製Litmas Blue1200)を使用した。第2のチャンバーには、L×W×H=20mm×20mm×2mmのポリプロピレン(PP)試料を設置した。
X-ray Power:24.72W
X-ray Beam Diameter:100.0mm
Source Analyzer Angle:45.0°
Neutralizer Energy:1.0V
Neutralizer Current:25.0nA
Depth Profile
Sputter Ion:Ar+
Sputter Energy:3.000keV
Sputter Current:25.0nA
実施例6
NF3(流量:200 sccm )を窒素(流量:300 sccm )で希釈して含フッ素化合物含有ガスを作成し、第1のチャンバーから放出される含フッ素化合物含有ガスを流量9300 sccm の窒素で希釈した点を除き、実施例5と同様にPP試料の表面改質を行った。NF3が完全に変換されたと仮定すると、常圧下の第2のチャンバーに導入される含フッ素化合物含有ガス中のF2濃度は、3vol.% となる(サンプリングして分析した結果、F2濃度は、2.97 vol.% であり、変換率99.73% であった)。
実施例7
図1の装置を用いて、SiO2膜ウエハのエッチング試験を行った。内容積4.6LのNi製の円柱体容器(第2のチャンバー)内に、単結晶Si上にSiO2膜(7500Å)を成膜したウエハ(25mm×25mm)を設置した。また、この第2のチャンバーの上流に、プラズマ発生装置(第1のチャンバー)として誘導結合プラズマ(ICP)発生装置(ASTeX社製ASTRONi)を設置し、さらに第1のチャンバー下流に配管を冷却する冷却装置を設置した。
実施例8
図1の表面処理装置を使用して、化合物のフッ素化を行った。
Claims (23)
- (1)第1のゾーン中で、含フッ素化合物含有ガスに減圧下でエネルギーを付与することにより、含フッ素化合物含有ガス中の少なくとも1つの含フッ素化合物を励起し、それにより発生した活性種を含む励起含フッ素化合物含有ガスを生成し、
(2)生成した励起含フッ素化合物含有ガスを、第1のゾーンと連通した第2のゾーンに輸送する間に、輸送系内の圧力を大気圧または大気圧以上へと上昇させるとともに輸送系を冷却することにより、活性種の全てを実質的に失活させ、フッ素ガスに変換して、フッ素含有ガスを生成し、
(3)第2のゾーン中で、フッ素含有ガスと物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させ、該物品の表面を改質する、
表面改質方法。 - (1)第1のゾーン中で、含フッ素化合物含有ガスに減圧下でエネルギーを付与することにより、含フッ素化合物含有ガス中の少なくとも1つの含フッ素化合物を励起し、それにより発生した活性種を含む励起含フッ素化合物含有ガスを生成し、
(2)第1のゾーン中の圧力を大気圧あるいは大気圧以上へと上昇させるとともに冷却することにより、活性種の全てを実質的に失活させ、フッ素ガスに変換して、フッ素含有ガスを生成し、
(3)生成したフッ素含有ガスを、第1のゾーンと連通した第2のゾーンに輸送し、
(4)第2のゾーン中で、フッ素含有ガスを物品の表面と減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させ、該物品の表面を改質する、
表面改質方法。 - 第1のゾーンが第1の反応チャンバーであり、第2のゾーンが第2の反応チャンバーである、請求項1〜2の何れかに記載の表面改質方法。
- 含フッ素化合物含有ガスにエネルギーを付与してから表面改質される物品と接触させるまでの間に、不活性ガスを導入する工程をさらに含む、請求項1〜3の何れかに記載の表面改質方法。
- エネルギーを付与する工程が含フッ素化合物含有ガスのプラズマ化を含む、請求項1〜4の何れかに記載の表面改質方法。
- 含フッ素化合物がNF3、C2F6、COF2、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項1〜5の何れかに記載の表面改質方法。
- 含フッ素化合物含有ガスが、不活性ガス及び/または酸素を含む、請求項1〜6の何れかに記載の表面改質方法。
- 不活性ガスが、He、Ne、Ar、Xe、Kr、N2、またはこれらの組み合わせである、請求項7に記載の表面改質方法。
- 含フッ素化合物が、C2F6、COF2、またはこれら混合物のとき、酸素の存在下でプラズマ化される、請求項1〜8の何れかに記載の表面改質方法。
- 表面改質が、物品表面のフッ素化によって行われる、請求項1〜9の何れかに記載の表面改質方法。
- 表面改質される物品が、金属及び/または金属化合物及び/またはポリマーである、請求項1〜10の何れかに記載の表面改質方法。
- ポリマーが、ポリプロピレンを主成分とする物品である、請求項11に記載の表面改質方法。
- 金属化合物が、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物及び金属塩化物の群から選択される1種以上である、請求項11に記載の表面改質方法。
- 金属化合物がSiを主成分とする化合物である、請求項11に記載の表面改質方法。
- Siを主成分とする化合物が、Si、SiO2、Si3N4、SiC、ポリシリコン、アモルファスシリコン、またはこれらの組み合わせである、請求項14に記載の表面改質方法。
- Siを主成分とする化合物が、LPCVD装置で成膜されたものである、請求項14に記載の表面改質方法。
- (1)含フッ素化合物含有ガスを減圧下でプラズマ化する手段を備えた、第1のゾーンと、
(2)該第1のゾーンと連通し、内部に表面改質される物品を有するとともに、該第1のゾーンから輸送する間に、輸送系内の圧力を大気圧あるいは大気圧以上に調整するとともに輸送系を冷却する手段を備え、発生したフッ素含有ガスと該物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させて該物品の表面を改質する手段を備えた、第2のゾーンと、
を備えた表面改質装置。 - (1)含フッ素化合物含有ガスを減圧下でプラズマ化し、その後圧力を大気圧あるいはそれ以上に調整するとともに冷却することによりフッ素含有ガスを発生する手段を備えた、第1のゾーンと、
(2)該第1のゾーンと連通し、内部に表面改質される物品を有するとともに、発生したフッ素含有ガスと該物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させて、該物品の表面を改質する手段を備えた、第2のゾーンと、
を備えた表面改質装置。 - (1)含フッ素化合物含有ガスを減圧下でプラズマ化する手段を備えた、第1のチャンバーと、
(2)該第1のチャンバーと連通し、圧力を大気圧あるいはそれ以上に調整するとともに冷却することによりフッ素含有ガスを発生する手段を備えた輸送路と、
(3)該輸送路と連通し、内部に表面改質される物品を有するとともに、発生したフッ素含有ガスと該物品の表面とを減圧、大気圧または大気圧以上の圧力下で接触させて、該物品の表面を改質する手段を備えた、第2のチャンバーと、
を備えた表面改質装置。 - 第1のチャンバーの後ろに真空ポンプが、さらに第2のチャンバーの前及び/または後に、コンプレッサー若しくは真空ポンプが設置される、請求項19に記載の表面改質装置。
- 第1のチャンバー、真空ポンプ、第2のチャンバー、及び真空ポンプが順に連通し、さらに、第1のチャンバーと真空ポンプ、第2のチャンバーと真空ポンプが、それぞれ独立して連通する、請求項19に記載の表面改質装置。
- 第1のチャンバー、真空ポンプ、コンプレッサー、及び第2のチャンバーが順に連通し、さらに、第1のチャンバーと真空ポンプ、コンプレッサーと第2のチャンバーが、それぞれ独立して連通する、請求項19に記載の表面改質装置。
- 請求項17〜22の何れかに記載の装置を、有機及び/または無機材料の直接フッ素化反応に用いる表面改質方法。
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