JPH0586648B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光化学反応を利用して基板上に薄膜
形成あるいはエツチング等の表面処理を行なう光
励起反応装置に係わり、特に光源の改良をはかつ
た光励起反応装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、光エネルギーによる化学反応を利用し、
反応性ガスを分解して半導体ウエハやガラス等の
基板上に薄膜を形成する方法や、基板上の薄膜を
エツチングする方法が開発されている。この方法
は光CVD法や光エツチング法と称され、通常の
方法に比較し低温で膜形成ができることや、荷重
粒子による膜損傷や基板損傷がない等の特徴を有
しており、今後の薄膜形成技術やドライエツチン
グ技術において重要な位置を占めるものとして注
目されている。

これらの方法で用いられる光エネルギーを放射
するための光源としては、放電灯が一般的であ
る。しかし、光励起化学反応用の光源としての放
電灯には、(1)短波長の光が得られない、(2)発光強
度が弱い、(3)大面積に均一な照射強度が得にく
い、(4)点灯開始後、一定の発光強度に安定するま
で時間を要する、(5)ランプの寿命が短かく、長時
間点灯により電極劣化などに起因して発光強度が
低下する、などの問題点がある。特に、高強度の
短波長の紫外光が得られないために、従来の光
CVS法においては反応ガス中に水銀蒸気を混合
させる水銀増感法を、また光エツチングにおいて
反応ガスとして塩素などのハロゲンガスを用いな
ければならず、膜中への水銀の混入、公害、危険
性などの重要な問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解
決し、高い発光強度の短波長の紫外光を放射する
光源を有する光励起反応装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、光エネルギーを放射する光源
として、マイクロ波放電プラズマを用いることに
ある。

すなわち本発明は、基板が収容された反応室内
に化合物ガスを導入すると共に、光源からの光エ
ネルギーを反応室に入射して上記化合物ガスを励
起分解し、基板上に薄膜形成または基板上の薄膜
エツチングをする光励起反応装置において、光エ
ネルギーを放射する前記光源として、ガスあるい
は蒸気をマイクロ波電力またはこれと磁場の印加
により放電して生成したプラズマ発光部を用い、
該プラズマ発光部からのエネルギーを用いる。ま
たこの場合、マイクロ放電力の反応室へのもれを
防ぐために、反応室の光透過窓の光源側には光入
射を妨げないようにマイクロ波電力に対するシー
ルド部材を設ける。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光源としてマイクロ波放電プ
ラズマの発光部を用いているので、通電の放電灯
による光源に比較して放電用ガス圧力を低くでき
より短波長の光を得ることができその発光強度も
強くできる。放電灯を多数配置しなくとも大面積
に均一な照射強度が得られる。さらに、無電極放
電であるため放電開始後に一定の発光強度に安定
するまで短時間ですみ、放電電極、特に陰極劣化
による光源の寿命低下もなく、経時的な発光強度
の低下もない。このように本発明の装置を光
CVD法や光エツチング法に適用した場合大面積
に均一性よくかつ安定に短時間で行うことができ
る。特に高強度の短波長の光が得られるために、
光CVD法においては反応ガス中に水銀蒸気を混
合して反応させる水銀増感法を採用する必要がな
くまた光エツチング法においても反応ガスとして
塩素などのハロゲンガスを用いる必要がない。こ
のため水銀やハロゲンなどの有害物質を取扱わな
くてすみ、膜中への水銀の混入もないので公害問
題安全性の問題がなく、膜の特性劣化もない。

また反応室の光透過窓部にシールド部材を設け
ることにより、マイクロ波エネルギが光透過窓を
通して反応室内にもれて原料ガスのプラズマが生
成されることを防ぐ。反応室内でプラズマが生成
されると膜形成中に荷電粒子によるダメージがお
こり、また光透過窓に膜形成がおこつて真空紫外
光の透過を妨げることになるので、このシールド
部材を設けることにより良質の膜を効率よく形成
することが可能となる。

更にまた、シールド部材は光透過窓材へのプラ
ズマからの荷電粒子衝撃を防いで、窓材の温度上
昇による機械的強度の低下を防止し、色中心の生
成による真空紫外透過率の低下を防止する、とい
つた効果をもたらす。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例に係わる光CVD装
置を示す概略構成図である。図中１は薄膜形成容
器（反応室）で、この容器１内には例えばガラス
板からなる基板２を載置する基板台３が収容され
ている。基板台３の内部には、上記基板２を加熱
するヒータ４が設けられている。また、容器１内
へは反応ガス供給部５から化合物ガスを含む反応
ガスが導入され容器１内のガスは排気ポンプ６に
より排気されるようになつている。

一方、薄膜形成容器１の上部には、マイクロ波
放電空洞７が設けられ該空洞７へは導波管８を伝
播してきたマイクロ波電力９がマイクロ波透過窓
１０を通して投入される。さらに、上記空洞７へ
は放電用ガス供給部１１から放電用ガスが導入さ
れ、空洞７内のガスは排気ポンプ１２により排気
される。空洞７内の放電用ガスはマイクロ波電力
により放電し、プラズマ１３が生成される。該プ
ラズマ１３は発光部を有する光源となり、該光源
から放射された光エネルギーは光透過窓材１４を
通過して前記容器１内に入射する。

光透過窓１４は真空紫外光を透過するものであ
るから、アルカリ土類金属のフツ化物またはアル
カリ金属のフツカ物を用いる。具体的には、フツ
化マグネシウム（MgF₂）、フツ化カルシウム
（CaF₂）、フツ化ストロンチウム（SrF₂）、フツ化
バリウム（BaF₂）、フツ化リチウム（LiF₂）など
により形成する。

光透過窓１４の上部には、第２図に拡大して示
したように、空洞壁に電気的に接触してマイクロ
波電力をシールドするシールド部材１５が設けら
れている。シールド部材１５はプラズマ１３から
の真空紫外光の容器１内への入射を妨げることな
く、マイクロ波電力をシールドするものであるか
ら、例えば第３図に示すようなハニカム状構造体
または第４図に示すようなメツシユ状構造体とす
る。ハニカムまたはメツシユの大きさはマイクロ
波の波長との関係で３〜10mmの範囲、例えば４mm
程度とする。厚みも同様とする。

このように構成された本装置での具体例とし
て、アモルフアス・シリコン膜の形成について述
べる。まず、マイクロ波放電用ガスとしてキセノ
ン（Xe）を供給部１１より空洞７内へ圧力１〜
10^-2Torr、流量20SCCMで導入する。周波数
2450MHz、出力500Wのマイクロ波電力９を石英
製マイクロ波透過窓１０を介して空洞７内へ導入
し、キセノン・プラズマ１３を生成する。キセノ
ン・プラズマ１３から放射される短波長紫外光
は、147.0nm、129.5nmの真空紫外領域が主であ
る。そこで上記波長の真空紫外光をフツ化マグネ
シウム（MgF₂）製の真空紫外透過窓１４を通し
て容器１内のガラス基板２面上へ照射する。一
方、容器１内へ反応ガスとしてモノシラン
（SiH₄）を流量５０（SCCM）、ガス圧力１
（Torr）で流しヒーター４で基板温度を200℃に
上昇させた条件で薄膜形成を行なつた。その結
果、ガラス基板上に300（Å／min）の推積速度で
アモルフアス・シリコン膜が得られた。そして、
この膜の均一性は良好で±５％以下であつた。こ
のように本装置によれば、光CVD法によつて基
板２上に、均一に速い速度でかつSiH₄ガスに水
銀を混合させることなくアモルフアス・シリコン
薄膜を形成することができる。

第５図は本発明の他の光CVD装置に係わる実
施例を示す概略構成図である。構成は実施例１と
ほとんど同様であるが、放電空洞７の外側に磁場
コイル１６を配置している。該コイル１６によつ
て発生した磁場の作用で、プラズマ１３中の電子
をサイクロトロン運動させ、その周波数に等しい
電磁波（マイクロ波）を外部から注入することに
より電子サイクロトロン共鳴（ECR）現象が起
き、プラズマ１３中にマイクロ波を効率よく投入
できる。これにより比較的低いガス圧力でも放電
が可能となりプラズマ中の電子温度の上昇がはか
られ従つて短波長の真空紫外光をより高い強度で
とり出すことができる。

このように構成された本装置での具体例とし
て、アモルフアス・シリコン膜の形成について述
べる。まず、ECR放電用ガスとしてキセノンを
供給部１１より空洞７内へ圧力10^-1〜10^-4Torr、
流量20SCCMで導入する。周波数2450MHz、出力
500Wのマイクロ波電力９を石英製マイクロ波透
過窓１０を介して空洞７内へ導入すると共に、磁
場コイル１６により空洞７内に磁束密度
875gaussの磁場を発生させ、ECR放電プラズマ
１３を生成する。キセノンのECR放電プラズマ
１３から放射される短波長紫外光は147nm、
129.5nmの真空紫外領域が主である。そこで上記
波長の真空紫外光をフツ化マグネシウム
（MgF₂）製の真空紫外透過窓１４を通して形成
容器１内のガラス基板２面上へ照射する。一方、
容器１内へ反応ガスとしてモノシラン（SiH₄）
を流量50SCCM、ガス圧力1Torrで流し、ヒータ
４で基板温度を200℃に上昇させた条件でアモル
フアス・シリコン膜の形成を行つた。その結果、
ガラス基板上に350Å／minの推積速度でアモル
フアス・シリコン膜が形成された。そして、この
膜の均一性は良好で±５％以下であつた。このよ
うに本装置によれば、光CVD法によつて基板２
上に均一に速い速度でかつSiH₄ガスに水銀を混
合させることなく、アモルフアス・シリコン薄膜
を形成することができる。

以上のように本発明の光CVD装置によれば、
マイクロ波放電プラズマを光源として用いること
により、短波長かつ高強度の真空紫外光を得て、
大面積基板にも効果的に良質の薄膜を形成するこ
とができる。

また、シールド部材によりマイクロ波電力の反
応室側へのもれが抑えられるから、反応室内での
プラズマ生成が確実に防止されて、基板の損傷、
光透過窓の損傷、光透過窓への膜形成などが防止
される。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施例することができる。例えば、前記
の放電ガスはキセノンに限るものではなく、クリ
プトン、アルゴン、水素、重水素、窒素、酸素な
どの希ガスや分子ガス（発光スペクトルはプラズ
マ中で解離した電子からのもの）さらには水銀な
どの金属蒸気であつてもよい。また、薄膜形成に
用いた反応ガスとしては上記実施例ではモノシラ
ン（SiH₄）を用いたが、他の高次シラン（例え
ばジシラン（Si₂H₆）、トリシラン（Si₃H₈）な
ど）やメチルシラン系ガス（例えばテトラメチル
シラン（Si（CH₃）₄）など）でもよく、さらに上
記真空紫外光で反応を起こすガスであればよい。

また、実施例では光CVDによる薄膜形成法に
ついて説明したが、本発明は、光エツチング法に
適用することも可能である。例えば、Si ウエハ
上の熱酸化SiO₂上に成長されたリン添加poly−
SiにFClを含むガス（フレオンなど）中で第１図
に示した光源からの光エネルギーを照射した結
果、エツチング速度が0.2μm／minという値が得
られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光CVD装置を示
す図、第２図はその部分拡大図、第３図および第
４図はシールド部材の構造例を示す図、第５図は
他の実施例の光CVD装置を示す図である。 １……薄膜形成容器（反応室）、２……基板、
３……基板台、４……ヒーター、５……ガス供給
部、６……排気ポンプ、７……マイクロ波放電空
洞、８……導波管、９……マイクロ波電力、１０
……マイクロ波透過窓、１１……放電用ガス供給
部、１２……排気ポンプ、１３……プラズマ（光
源）、１４……光透過窓、１５……マイクロ波電
力シールド部材、１６……磁場コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (1) 処理すべき基板が収容される反応室と、
   前記反応室に化合物ガスを導入する手段と、前
   記反応室に設けられた光エネルギーを入射する
   ための光透過窓と、 前記光透過窓の外側に光源として設けられた
   マイクロ波放電プラズマ生成部と、 前記光透過窓部に設けられた前記マイクロ波
   放電プラズマ生成部からのマイクロ波電力の前
   記反応室へのもれを防止するシールド部材と、 を備えたことを特徴とする光励起反応装置。 (2) 前記基板の表面処理は、基板への薄膜形成で
   ある特許請求の範囲第１項記載の光励起反応装
   置。 (3) 前記基板の表面処理は、基板のエツチングで
   ある特許請求の範囲第１項記載の光励起反応装
   置。 (4) 前記シールド部材は、導電性材料からなるハ
   ニカム状またはメツシユ状構造体である特許請
   求の範囲第１項記載の光励起反応装置。 (5) 前記光透過窓は、アルカリ土類金属のフツ化
   物またはアルカリ金属のフツ化物からなる特許
   請求の範囲第１項記載の光励起反応装置。