JPH0750701B2 - 放電反応装置 - Google Patents

放電反応装置

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JPH0750701B2
JPH0750701B2 JP60068780A JP6878085A JPH0750701B2 JP H0750701 B2 JPH0750701 B2 JP H0750701B2 JP 60068780 A JP60068780 A JP 60068780A JP 6878085 A JP6878085 A JP 6878085A JP H0750701 B2 JPH0750701 B2 JP H0750701B2
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行人 中川
秀雄 高木
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は放電を用いてガスを励起させることにより被処
理物の表面にエッチング、デポジション、表面改質その
他の表面処理を施す放電反応装置に関するものである。
(従来技術とその問題点) 従来のこの種の放電反応装置は、真空容器中に設けた2
枚の平行平板を電極としてその一方に電力を印加し、他
方を接地して、電極間に放電による低温プラズマを発生
させ、これによって励起されたガスを利用するものが主
流となっている。しかし、この従来の装置でエッチン
グ、デポジション等の表面処理を行う場合、通常の電力
の放電では十分な速度で表面処理を行うことができな
い。表面処理速度をあげようとして大電力を投入した場
合には、被処理物表面の汚染、ごみの発生、プラズマか
ら出る荷電粒子の照射による被処理物表面の損傷、欠陥
の発生があり、デポジションの場合には滞積膜の膜質の
劣化、エッチングの場合には、処理用ガスの重合物の発
生、フォトレジストへの熱ダメージの発生等多くの問題
点があった。また、異常グロー放電による低温プラズマ
を利用するため、原理的にガスの利用効率が低く、ガス
が高いレベルまで励起されないため反応の効率も低いと
いう欠点があった。
(発明の目的) 本発明は、従来技術の問題点を解決し、処理速度が充分
高速でかつガスの利用効率の高い表面処理装置を提供す
ることを目的とする。また、本発明の別の目的は、より
高純度のデポジション、より汚染の少ないエッチング等
の高品質の表面処理装置を提供することにある。
(発明の構成) 本願の第1の発明は放電用電源の電力を印加する陰極に
被処理物に対して開口部をもつ中空空間を一つまたは複
数設け、該中空空間内を経由して該真空容器内にガスを
導入するガス導入系を備え、前記陰極に該中空空間開口
面に対して垂直な軸に沿って磁界を発生する手段を設け
て該中空空間内に該中空空間の外側よりも密度の高い放
電を生起せしめた放電反応装置によって前記目的を達成
したものである。また本願の第2の発明は、上記第1の
発明の前記中空空間の開口部と前記被処理物との間に、
バイアス電圧を印加するメッシュ状の電極を置く構成の
放電反応装置によって、前記目的の達成を一層確実にし
たものである。
(実 施 例) 第1図に本発明の実施例を示す。1は接地された真空容
器、2は絶縁物10により真空容器1と絶縁され、放電用
電源11から放電用電力を印加する陰極である。本実施例
では電極板2′と導電性パイプ12を組み合わせて構成し
てある。第2図を用いて本実施例の陰極2をさらに詳細
に説明する。第2図は陰極2をその開口正面の被処理物
3′側から見た図である。13は陰極2に設けられた被処
理物3′に対して開口部をもつ中空空間(以下中空空間
13とする)であり、本実施例では複数個の六角形の導電
性パイプ12を用い、各導電性パイプ12の内側空間に構成
される。15は複数個の導電性パイプ12を束ねる手段、17
は接地されたシールド板である。3は被処理物3′を設
置する対向電極であり、接地又は電源18によりバイアス
をかけることができる。4は空芯コイル、5は真空容器
1内を適値に減圧する排気系、6はバイアスをかけるこ
とができるメッシュ状電極である。これは浮遊状態にし
てもよい。バイアス用の電源回路は省略している。7は
陰極2の各導電性パイプ12の内部すなわち中空空間13に
ガスを導き、中空空間13を経由して真空容器1内に吹き
出すように構成された第1ガス導入系、8は真空容器1
内にガスを直接導く第2ガス導入系、9は陰極2の冷却
用水取り入れ口である。水冷機構は省略している。
第1ガス導入系7から中空空間13を経由して真空容器1
内にガスを導入し、陰極2に電源11から電力を印加し、
放電を発生させ、その電力とガス圧力とを適当に調節す
ると、放電は導電性パイプ12の内側、すなわち中空空間
13でいわゆるホローカソード放電となる。ホローカソー
ド放電による中空空間13での放電プラズマはプラズマ密
度が高く、第1ガス導入系7から導入されたガスを効果
的に励起させることができる。例えば第1ガス導入系7
よりN2を、第2ガス導入系8よりSiH4を導入することに
より、被処理物3′であるSi基板上にSi3N4膜を高速で
堆積させることができる。
従来のホローカソード放電装置においても、本実施例と
同様に陰極2に対向して被処理物3′を設置することが
ある。そのときの対向電極3は通常接地されており、そ
の一方でメッシュ状電極6は設置されていない。このた
め、ホローカソード放電により生成された高エネルギー
の荷電粒子は直接被処理物3′に流入し、これに損傷を
与えることがあった。また、導電性パイプ12の内側の表
面の、プラズマに接する部分がプラズマ中のイオンでス
パッタされて、それが被処理物3′の表面に到達して汚
染の原因となることがあった。特に導電性パイプ12が金
属製の場合には、デポジションされた膜内へ金属原子が
混入する可能性があり、実際に金属原子が膜内へ混入し
た場合にはその膜は実用に耐えないものとなる。
しかし、本実施例のように、対向電極3にバイアスをか
けられる構造とし、またメッシュ状電極6にもバイアス
をかけられる構造とすることで、被処理物3′に流入す
る荷電粒子のエネルギーを抑制することができる。ま
た、本発明の装置が、従来の同種の装置と相違する点
は、何よりも陰極に該中空空間開口面に対して垂直な軸
方向の磁界が印加される点にあり、本実施例では空芯コ
イル4を用いて磁界が印加される。空芯コイル4を用い
て磁界が印加されるときは、中空空間13における放電を
一層高密度化して、磁界が印加されていない場合と比較
して格段に多量の活性窒素あるいは窒素イオンを得るこ
とができると同時に、プラズマを中空空間13の中心部の
集中させることができて、導電性パイプ12の消耗を減少
し、かつ被処理物3′の表面の汚染を避けることができ
る。更に導電性パイプ12をSiを作製しておくことまたは
導電性パイプ12内面にSiO2等の化合物をコーティングす
ることにより、被処理物3′の表面の汚染を無視できる
範囲にまで低下させることができる。
上記の放電を行う場合、中空空間13の該開口面に対して
垂直な軸方向の長さの値と該開口面の面積の値にはガス
の種類、圧力により定まった適値があり、他の値では高
密度プラズマを得ることは不可能である。導電性パイプ
12を併設する大きい理由はここにあり、併設数を加減す
ることで被処理物3′の面積に合うように調節するもの
である。ただし本実施例での導電性パイプ12は必ずしも
六角柱である必要はなく、円柱、角柱等の形状も可能で
ある。更に円錐、角錐等の形状も可能である。
第3図に他の実施例を示す。この実施例では中空空間13
を構成する導電性パイプ12は円柱であり、かつ単一であ
る。この導電性パイプ12内に高密度プラズマまたはLTE
(局所的熱平衡)プラズマを発生させるときは、第1図
の実施例の場合と同等の放電反応を期待することができ
る。ただし、ここで云うLTEプラズマとは、放電を中空
空間13内の一部に集中できることによってその部分に、
グロー放電よりもはるかに高い温度を持ち、より熱平衡
に近い状態に保持されたプラズマを得たものを指す。こ
のプラズマは低圧アーク放電に近い特性をもち、ガスを
高いレベルまで励起するため、強力なイオン、活性ラジ
カル源として有用である。また、このプラズマでは、通
常無極放電(石英管のまわりにコイルを巻いてこれに高
周波電力を印加したり、石英管の外側に電極対を設置
し、これに高周波電力を印加するもの)により発生させ
ることが多いが、本実施例に示すようにホローカソード
放電によっても発生が可能である。このとき、第3図に
明示するように導電性パイプ12の先端を被処理物3′に
向かってラッパ状に広げておくことで、励起されたガス
を広い範囲に拡散させ、被処理物3′上の広い範囲に均
一な表面処理を行うことができる。
第4図には更に別の実施例を示す。この実施例では、電
極板2′に直接多数の孔が設けられ、それらを中空空間
13として陰極2を構成している。ガスの一部または全部
は第1ガス導入系7より陰極2裏側からこの中空空間13
に導入され、中空空間13を通して被処理物3′に向かっ
て吹き出される。電源11から陰極2に電力を印加すると
きは、中空空間13内に高密度プラズマが発生するが、空
芯コイル4による磁界によりこの放電状態を極めて強力
なものにし、かつ強度を制御することもできる。
更に、第5図には別の実施例を示す。この場合の適度な
厚みをもつ陰極2は半球殻形状となり、被処理物3′は
その球殻の中心に設置される。陰極2には、被処理物
3′の中心に軸を向ける複数の貫通した中空空間13が設
けられる。ここでも軸を被処理物3′の中心に向けた永
久磁石20を適所に設置している。第一ガス導入系7から
導入されたガスはガス溜め空間19にいったんためられた
のち、前記貫通した中空空間13から均一に被処理物3′
に向かい吹き出される。陰極2に電源11より電力を印加
すれば、貫通した中空空間13に高密度のグロー放電ある
いはLTEプラズマが発生し、被処理物3′の表面に均一
な表面処理を行うことができる。必要のときは第2ガス
導入系8より、被処理物3′上に別のガスを導入するこ
とも可能である。
なお上記各実施例は限定的な意味をもつものではなく、
本発明の主旨の下に多くの応用変形が可能である。
(発明の効果) 本発明は以上に説明した通りであって、本発明によれば
高速度に良質の表面処理を行うことのできる放電反応装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の概要の側面図。第2図は第
1図に示した実施例での陰極部分の詳細を示す正面図。
第3図、第4図、第5図はそれぞれ本発明の他の実施例
の概要の側面図。 1……真空容器、2……放電用の電力を印加する陰極、
2′……電極板、3……対向電極、3′……被処理物、
4……空芯コイル、5……排気系、6……メッシュ状電
極、7……第1ガス導入系、8……第2ガス導入系、9
……冷却用水取り入れ口、10……絶縁物、11……放電用
電源、12……導電性パイプ、13……陰極2に設けられた
中空空間、14……絶縁物を充てんする部分、15……パイ
プを束ねる手段、16……シールド板と陰極の間の空間、
17……シールド板、18……バイアス用電源、19……ガス
溜め空間、20……永久磁石。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器、ガスの導入系、排気系、放電用
    電源を備え、該真空容器内に置かれた被処理物の表面に
    エッチング、デポジション、表面改質その他の表面処理
    を施す放電反応装置において、前記放電用電源の電力を
    印加する陰極に該被処理物に対して開口部をもつ中空空
    間を一つまたは複数設け、該中空空間内を経由して該真
    空容器内にガスを導入するガス導入系を備え、前記陰極
    に該中空空間開口面に対して垂直な軸に沿って磁界を発
    生する手段を設けて該中空空間内に該中空空間の外側よ
    りも密度の高い放電を生起せしめたことを特徴とする放
    電反応装置。
  2. 【請求項2】前記中空空間を有する陰極がその内面の材
    質を、該被処理物の表面の材質と一致させるかまたは該
    被処理物の表面の物質を含む合金もしくは化合物で構成
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の放電反応装置。
  3. 【請求項3】該中空空間内にLTE(局所熱平衡)プラズ
    マを発生させたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の放電反応装置。
  4. 【請求項4】該中空空間を有する陰極が、単一の被処理
    物に対して複数個併設されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の放電反応装置。
  5. 【請求項5】前記中空空間を有する陰極の開口部と該被
    処理物との間にメッシュ状電極を設けて、これにバイア
    ス電圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の放電反応装置。
JP60068780A 1985-04-01 1985-04-01 放電反応装置 Expired - Lifetime JPH0750701B2 (ja)

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