JPH02234428A - エネルギービーム処理装置 - Google Patents

エネルギービーム処理装置

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JPH02234428A
JPH02234428A JP5451589A JP5451589A JPH02234428A JP H02234428 A JPH02234428 A JP H02234428A JP 5451589 A JP5451589 A JP 5451589A JP 5451589 A JP5451589 A JP 5451589A JP H02234428 A JPH02234428 A JP H02234428A
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安雄 奈良
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 エネルギービーム処理装置、特に高真空の領域より発生
するエネルギービーム源を用いるエネルギービーム処理
装置における反応ガスの供給方法に関し、 エネルギービームにより励起された反応ガス分子ガ多く
を反応に寄与せしめて成長、エッチング等の処理速度を
向上せしめることを目的とし、高真空のエネルギービー
ム源と、真空排気手段を具備した処理室と、該エネルギ
ービーム源と処理室との間を気密に接続し、且つ処理室
に向かうエネルギービームの通過が可能な複数段の差動
徘気部よりなる差動排気領域とを備え、該処理室内に供
給される反応ガスの導入が該差動排気領域の途中部分か
らなされる構成を有する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はエネルギービーム処理装置、特にシンクロトロ
ン放射光源等の高真空エネルギービーム源を用いるエネ
ルギービーム処理装置における反応ガスの供給方法に関
する。
半導体装置の製造において、薄膜の成長やエッチング処
理にプラズマプロセスが多く用いられるが、このプロセ
スにおいてはプラズマ中に曝される被処理半導体基板が
プラズマから受けるダメージによって、この基板に形成
される半導体素子の性能が劣化するという問題がある。
そこで、プロセス中に基板が受けるダメージを低減する
目的から、通常の紫外光を用いた光励起プロセスの導入
が試みられ、事実、低ダメージの成膜、エッチングが実
現されている。しかしながら、通常の水銀ランプ等から
の紫外光は化学気相成長(CVD)やエッチングの反応
ガスとの相互作用が弱く、効率的な反応は実現されてい
なかった。
そこで近時、基板にダメージを及ぼさず、且つ殆どの反
応ガスとの相互作用の強い数10〜1000人の真空紫
外波長を有するシンクロトロン放射光を用いてCVD及
びエッチング処理を行うエネルギービーム処理が提案さ
れている。
しかし、この方法はプラズマCVD処理やプラズマエッ
チング処理に比べて処理速度が遅いので改善が望まれて
いる。
〔従来の技術〕
シンクロトロン放射光を用いた光CvD処理においては
、薄膜の堆積を行う処理室に反応ガスを流すため、反応
室の圧力は数Torrに達する。
一方、シンクロトロン放射光を発生させる蓄積リングや
、放射光を導くビームラインダクトには10− ’To
rr以下の超高真空が要求される。従って両者の差圧を
保ち、それぞれの圧力を維持させた状態で両者を接続す
るために、両者の間には差動排気装置を具備した通常複
数の真空連結室よりなる差動排気領域が配設される。
第2図は上記膜成長に用いた従来のエネルギービーム処
理装置を模式的に示す側断面図で、図中、1はシンクロ
トロンを構成する蓄積リングから導出されたビームライ
ンダクトよりなる高真空ビーム源室、2は薄膜成長処理
が行われる処理室、3は反応ガス導入口、4は処理室内
を所定の圧力に維持するための真空排気口、5基板ホル
ダ、6は被処理基板、7は差動排気領域を画定する真空
ダクト、8A, 8B、8C, 8Dはエネルギービー
ムの通路にあってこれを通し且つ隣室と所定の圧力差を
保つことが可能な大きさの開孔を有する第1、第2、第
3、第4のスリット、9は差動排気領域、IOA、lO
B、10Cは差動排気領域を構成する第1、第2、第3
の真空連結室、IIA , IIB , IICは差動
徘気装置、12はシンクロトロン放射(SOR) 光、
13は反応ガス分子の流れを示す。
なお、高真空ビーム源室l内の圧力は10−9Torr
程度で、1台の差動排気装置で得られる圧力差は10−
2倍程度である。従って、第3の真空連結室10C内の
圧力は10−’Torr,第2の真空連結室10B内の
圧力は10−’Torr、第1の真空連結室10^内の
圧力は10− ’Torr,処理室2内の圧力は10−
1即ち0.1Torr程度である。
〔発明が解決しようとする課題〕
この図に示されるように従来のエネルギービーム処理装
置においては、プラズマ処理等におけると同様に新鮮な
反応ガスを被処理基板6上に供給するという観念に基づ
いて、反応ガス導入口3を処理室2に設け、これを介し
て処理室2内へ直に反応ガスが供給されており、従って
処理室2内の圧力が最も高くなって隣接する差動排気領
域9の第1の真空連結室10Aに対し102倍程度の高
圧力を有するようになる。そのために、処理室2内へ供
給された反応ガス分子の流れ13は矢視のように処理室
2から第1のスリット8八を介して第1の真空連結室1
〇八に向かう流れとなる。
そのため、ビーム源室1から差動排気領域9を経て処理
室2内に到達したSOR光に触れて励起された反応ガス
分子の大部分は、処理室2と差動排気領域9の第1の真
空連結室1〇八との差圧によって第1の真空連結室10
Aの方へ流れ込み、被処理基板6面への薄膜の成長には
寄与しなくなる。そして薄膜の成長に寄与するのは被処
理基板6近傍で励起された反応ガス分子のみとなるので
、薄膜の成長速度が非常に遅くなるという問題がある。
この問題は上記Cvロ処理に限らず、エッチング処理に
おいても同様である。
そこで本発明は、高真空エネルギー源と処理室が差動排
気領域を介して接続されるエネルギービーム処El装i
1fにおいて、エネルギービームにより励起された反応
ガス分子の多くを気相成長或いはエッチング反応に寄与
せしめ、成長或いはエッチング等の処理速度を向上せし
めることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、高真空のエネルギービーム源と、真空排気
手段を具備した処理室と、該エネルギービーム源と処理
室との間を気密に接続し、且つ処理室に向かうエネルギ
ービームの通過が可能な複数段の差動排気部よりなる差
動排気領域とを備え、該処理室内に供給される反応ガス
の導入が該差動排気領域の途中部分からなされる本発明
によるエネルギービーム処理装置によって解決される。
〔作 用〕
即ち本発明の構成を有するエネルギービーム処理装置に
おいては、処理室内よりも反応ガスが導入される差動徘
気領域の処理室に隣接する差動徘気部の方が圧力が高い
ので、処理室内でエネルギービームに触れて励起した反
応ガス分子が処理室から差動排気領域に向かって逃げる
ことがなく、成長に寄与する励起された反応ガス分子の
量は大幅に増大する。
また差動排気領域に導入され、処理室に向かう流入量の
ほぼ1/2の反応ガスは、差動排気領域内でエネルギー
ビームに触れて励起された状態で、差動徘気領域の反応
ガス導入部と処理室との圧力差によって被処理基板面に
吹きつけられるので、被処理基板面に供給される励起し
た反応ガス分子の量は一層増加する。
以上により、本発明に係る装置においては、従来に比べ
化学気相成長及びエッチング等の処理速度の増大が図れ
る。
〔実施例〕
以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。
第1図は本発明に係るエネルギービーム処理装置の一実
施例の構成を模式的に示す側断面図である。
図において、1はシンクロトロンを構成する蓄積リング
から導出されたビームラインダクトよりなりSOR光が
入射する高真空エネルギービーム源室、2は薄膜の化学
気相成長が行われる処理室、4は処理室内を反応に適し
た所定の圧力に減圧する真空排気口、5は被処理基板を
固持する基板ホルダ(ヒータ内1ii!)、6は被処理
半導体基板、7は差動排気領域を画定する真空ダクト、
8A、8B、8C, 8D, 8Eはエネルギービーム
即ちSOR光の通路にあってこれを通し且つ隣室と所定
の圧力差を保つことが可能な大きさの開孔匈を有する第
1、第2、第3、第4、第5のスリット、9は差動排気
領域、IOA 、10B , IOC 、IOCは差動
排気領域を構成する第1、第2、第3、第4の真空連結
室、11A 、IIB 、IIC , 110はターボ
分子ポンプ等により構成される差動排気装置、12はシ
ンクロトロン放射(SOR)光、13a 、13bは反
応ガス分子の流れ、33は反応ガス導入口を示す。
この図に示されるように本発明に係るエネルギービーム
処理装置においては、高真空エネルギー源室1と処理室
2とを接続する差動徘気領域9の途中例えば第1の真空
連結室1〇八に反応ガス導入口33を設け、そこから反
応ガスを導入することが特徴である。
本発明に係るエネルギービーム処理装置は例えば上記第
1図に示すような装置構成を有しており、この装置を用
いて例えば被処理半導体基板6上に非品質シリコン層の
化学気相成長を行う際には、反応ガス導入口33から第
1の真空連結室10A内に所定流量で例えば5%程度の
モノシラン(S i I+ 4 )を含んだヘリウム(
He)ガスを成長ガスとして導入し、差動排気装置11
Aで所要の排気を行ってこの第1の真空連結室10A内
の圧力を反応圧力より1桁程度高いI Torr程度に
維持する。また処理室内は真空排気口4からの排気によ
って反応に適した0.1Torr程度に維持される。ま
たエネルギービーム源室1は10−8Torr程度に維
持されるので、このエネルギービーム源室lと前記第1
の真空連結室1〇八とを接続する真空連結室10D、1
0C、10Bはそれぞれの差動排気装置110 , t
ic , IIBによって排気されて、10−6Tor
r、10−’Torr, 10−”Torr程度にそれ
ぞれ維持される。
そして基板ホルダ5上に固持され、例えば500゜C程
度に加熱された被処理半導体基板6面にSOR光を照射
し、処理室2内の反応ガスを励起して基板6上に非品質
シリコン層を成長させる。
この際、本発明に係る構成を有する上記実施例のエネル
ギービーム処理装置においては、処理室2内よりも反応
ガスが導入される差動排気領域の第1の真空連結室10
A内の方が圧力が高いので、処理室2内でSOR光に触
れて励起した反応ガス分子が処理室2から差動排気領域
9に向かって逃げることがなく、成長に寄与する励起さ
れた反応ガス分子の量は大幅に増大する。
また差勤排気領域9即ち第1の真空連結室10^に導入
され、処理室2に向かう流入量のほぼ1/2の反応ガス
分子13bは、差動徘気領域9即ち第1の真空連結室1
0A内でSOR光に触れて励起された状態で、第1の真
空連結室10Aと処理室2との圧力差によって被処理半
導体基板6面に吹きつけられるので、被処理半導体基板
6面に供給される励起した反応ガス分子の量は一層増加
する。
これらによって、上記実施例の装置においては従来に比
べて1桁程度大きい数1000人/hr程度の非品質シ
リコン層の成長速度が得られている。そして本発明の装
置においては、プラズマの発生を伴わないので被処理基
板面に及ぼされるダメージは殆ど皆無に等しくなる。
なお、上記実施例においては、反応ガスの導入を処理室
に隣接する差動排気部即ち真空連結室10Aで行ったが
、この反応ガスの導入は処理室に隣接する部分に限られ
るものではない。また差動排気頷域9を構成する差動排
気部即ち真空連結室の数も、上記実施例に示される4段
に限られるものではない。
またエネルギービームには、上記SOR光以外に電子ビ
ーム、イオンビーム等も適用される。
また本発明に係るエネルギービーム処理装置は、エンチ
ング処理に際しても、同様の効果を生ずることは勿論で
ある。
〔発明の効果〕
以上説明のように、本発明によれば高真空エネルギー源
と処理室が差動排気領域を介して接続されるエネルギー
ビーム処理装置の処理速度を大幅に向上できるので、被
処理基板にダメージを及ぼさないで異方性を有し、実用
可能な処理速度を有する化学気相成長、エッチング処理
が可能になり、半導体装置の製造に大きな効果をもたら
す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の模式側断面図、第2図は従
来構造の模式側断面図 である。 3は従来の反応ガス導入口、 4は真空排気口、 5は基板ホルダ、 6は被処理半導体基板、 7は真空ダクト、 8A, 8B, 8C, 8D, BBはスリット、9
は差動徘気領域、 10A 、IOB 、IOC , 100は真空連結室
、11A 、IIB 、IIC , 11Bは差動排気
装置、l2はシンクロトロン放射(SOR)光、13a
 , 13bは反応ガス分子の流れ、33は本発明に係
る反応ガス導入ロ ーは開孔 図において、 1は高真空エネルギービーム源室、 2は処理室、

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 高真空のエネルギービーム源と、 真空排気手段を具備した処理室と、 該エネルギービーム源と処理室との間を気密に接続し、
    且つ処理室に向かうエネルギービームの通過が可能な複
    数段の差動排気部よりなる差動排気領域とを備え、 該処理室内に供給される反応ガスの導入が該差動排気領
    域の途中部分からなされることを特徴とするエネルギー
    ビーム処理装置。
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