JPS59193130A - 光助勢表面化学反応装置 - Google Patents

光助勢表面化学反応装置

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JPS59193130A
JPS59193130A JP6703483A JP6703483A JPS59193130A JP S59193130 A JPS59193130 A JP S59193130A JP 6703483 A JP6703483 A JP 6703483A JP 6703483 A JP6703483 A JP 6703483A JP S59193130 A JPS59193130 A JP S59193130A
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JP
Japan
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chemical reaction
photochemical
reaction vessel
discharge tube
light
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JP6703483A
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JPS6334779B2 (ja
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Shuzo Hattori
服部 秀三
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Ulvac Inc
Nihon Shinku Gijutsu KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122Incoherent waves
    • B01J19/123Ultra-violet light

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】 この発明は、CVD反応装置やプラズマエツチング反応
装置のような薄膜加工に用いられる気固相間表面化学反
応装置に関するものである。一層特にこの発明は放電管
の発生する遠紫外放射を用いて気固相間表面化学反応速
度を助勢する手段を備−えた表面化学反応装置に関する
T、 F、 Deutch、 J、 C,C,Fan、
 G、W、 Turner、 ’R,L。
Chapman、 D、 J、 Ehrlichおよび
R,M、 Osgood、 J r。
によってAppl、 Phys、 Lett、 38.
144 (1981)  に教示されているように、最
近ではボロンやリンのような金属の付着(沈着)および
内拡散の助勢にエキシマ−レーザが用いられてきた。こ
れらの光子助勢CVDのうちのあるものにおいては、付
着反応に瞬時的な温度上昇(または非平衡の格子振動励
起)が伴なう可能性がある。しかし用いられる光子はコ
ヒーレントな放射場の光子である必要はない。化学反応
に有用な波長範囲の十分な光子束が比較的小さな立体角
内に存在ずれば十分である(表面化学反応を用いた薄膜
加工に方向性をもたせるためには10−3ステラジアン
の立体角で十分である)0通常、気体レーザのエネルギ
輝度は、その立体角が10−6ステラジアンに達するほ
ど小さいということだけで、放電光源のエネルギ輝度よ
り太きい。このことは、10−3ステラジアン程度の方
向性をもった光子源として用いるには、気体レーザに用
いられた放電の方がその放電で形成されるレーザより有
効であることを意味している。
さらに現在の技術ではレーザ発光によって得られる光子
のエネルギは6 ev 以下に限られる。ところか、よ
シ高いエネルギの光子を必要とする多くの興味ある光化
学反応が存在する。
例えばアルゴンイオンレーザによって助勢されたct2
ガスによるシリコンのエツチングについてり、J、 E
hrlich、 R,M、 Osgood Jr、およ
びT、F、 Deu−tchによってAppl、 Ph
ys、 Lett、 38.1018(1981)に教
示されている。この例の場合においても、用いられたレ
ーザの高エネルギ密度に起因する局所的かつ瞬時的加熱
効果以外にはコヒーレンスの必要はない。
ところで放電を10用した多くの遠紫外照射光源が知ら
れている。特に、S、 HATTORIおよびT、GO
TOによってJour、 Appl、 Phys、 3
9.599B (196B)に発赤すれたパルスアルゴ
ンイオンレーザに用いられている環状放電は70nm〜
1100nのスペクトル範囲において優れた遠紫外照射
光源である。上述の文献にはまた、アルゴン圧力を下げ
放霜:電流を増すと、Ar(I)のスペクトル強度が減
少すると同時にAr(I[) 、 Ar(IIF)のス
はクトル強度が増加するととも開示されている。このこ
とは10”A/σ2以上の一2流密度では放電における
イオン北本がきわめて高いことを意味している。
従って、この発明の目的は、パルス放電管で得られる遠
紫外放射を表面光化学付幅やエツチング反応用の光子源
として用いることにある。このため、イオン化率が高く
従って全イオン密反においで2価の名ガスイオンが和尚
な割合を占めている借存ガス圧中で市電流密度のパルス
放電が必要である。このような高電流密展のパルス放電
を得るためには、高電流密度に耐え得るカソード構造が
要求される。そこでこの発明による装置においては、高
周波無電極放電手段によって初期持続放電を得るように
した電磁誘導励起(10’dΦ/dtの電圧で励起)型
の環状放′単管が設けられる。
またこの発明は、微細加工技術にとって有用な光化学的
な付着またはエツチング反応に優れた方向性を与えるこ
とのでさるυ、エネルキ輝度光子源を実現することにあ
る。従ってこの発明においてはくびれだ直線状部分を備
え、この直線状部分内を元放射軸がのびまたこの光放射
釉上に化学反応容器に向って光子束を通す小さなオリフ
ィスを備えた扇状放電管が設けられる。これにょシ、光
化学反応の行なわれる基板表面において10−2〜1o
−6ステラジアンの十分な方向性をもつ光子束を得るこ
とができる。
放電紫外光源および光化学反応容器はそれぞれ個有の最
適気体環状をもっている。特に、放電管中の遠紫外放射
は低イオン化エネルギ粒子の存在に敏感である。従って
この発明では光放射放電管の一端に、光放射放電管と反
応容器の両方に対して独立に排気できる中間気体容器が
設けられる。
この中間気体容器は光放射軸上の二つのオリフィスを介
して放電紫外光源と光化学反応容器とに連結される。
またこの発明による光助勢表面化学反応装置は光化学付
着、光化学エツチング、光化学プラズマ刺着、または光
化学プラズマエツチングに用いるようにされる。
以下この発明を、添附図面を参照して幾つかの実施例に
ついて説明する。
第1図にはこの発明の光助勢表面化学反応装協を光助勢
CVDに片いた場合のこの発明の第1実施例を示す。
直径0.6on、長さ10cInの紫外光放射放電管1
直径1.6cmの側方放電路2を備え、これにより環状
放電路を形成している。この環状放出1路の一部に対し
て弱い高周波放電を励起し維持するだめの外部電極3が
設けられておシ、この電極3にはブロック4で示すRF
電源から周波数13.56 MHzの高周波出力が供給
される。光放射放電、管1と側方放電路2とから成る環
状放電路には断面私50 cm2のパルス変圧器用コア
5が設けられておシ、このコア5には2巻回から成るコ
イル6が巻かれている。このコイル乙にはパルス電源7
から20 DA。
aoovの7セルス電圧が供給される。この7?:ルス
亀圧の持続時間およびパルス繰返し数はそれぞれ例えは
15μs(3ミリボルト秒巻回)および500ppsで
あシ倚る。
放電ガス例えばアルゴンは環状放電路に第1のガス人口
8を介して第1のガス容器9から供給さレル。この場合
アルゴンのガス圧は圧力計10でモニタされ、そして第
1のマスフロー制御装置11で制御される。
光放射放電管1はAr(II)スはクトル、67.1 
nm。
67.2 n1Tll 71.8 nm、 72.3 
nml 72.6 nml 92.0 nmおよび93
.2nmの強い遠紫外放射を光放射nt1.l+ 12
の方向VC放出する。
光放射放電管1は光放射軸12に涜って設けられた範1
のオリフィス13を通って中間気体容器14の一端に連
結されている。この中間気体容器14の他端は反応容器
15に0リングシール16によシ密封挿置されている。
光放射放・電管1からの紫外放射は第1のオリフィス1
5、中間気体容器14および直径3■の第2のオリフィ
ス17を通って反応容器15内に導入される。
反応器15rfi第1の回転真空ポンプ18および拡散
ポンプ19によって最初に排気され、そして第1の回転
真空ポンプ18を用いて排気状態を維持して、第2のガ
ス人口20を介して第2のガス容器21から第2のマス
フロー制御装置22によって制御されて供給されるメタ
クリル酸メチルの圧力をO52Torrの一定値に保つ
ようにする。
光放射軸12上で第2のオリフィス17から156nの
位筋゛に設けられた基板台2乙に基板24が装着される
0基板240表面はメタクリル酸メチルモノマー分子の
単分子膜でぬらされる。光放射放電管1からの光子束は
メタクリル酸メチルのラジカルを生成させ、このラジカ
ルによって上記モノマー分子の表面重合が始まる。こう
して基板24上に形成されていくメタクリル龜メチルの
重合膜の厚さが増加していく。
また中間ガス容器14は第2の回転真空ポンプ25によ
って連続して釧“気され、反応容器15内で発生するま
たはそこに油入される気体分子が光放射放電管1内に入
るのを阻止するようにされる。
光放射放電管1から後方に放出されるスはクトル成分の
うぢの一部は分光フィルタ26を透過して光検出ダイオ
ード27で検出され、そして指示器28で表示され、こ
の指示器28の出力信号は基板24における表面化学反
応を制御するのに用いられ得る。
第2図には光助・勢プラズマ化学刺着に用いた場合のこ
の発明の第2の実施例を示す。
第2図において符号1〜24で示される部分は第1図に
示すものと実質的に同じであシ、同じ機能をもっている
第2のガス容器21内のシランガスは第2のマスフロー
制御装置22の制御のもとで第2のガス人口20を介し
て反応容器15に供給される。
反応容器15には図示しだように反応用プラズマ管29
が連結されておシ、このプラズマ管29の周囲には高周
波コイル30が設けられ、このコイル60は周波数13
.56 MHzの高周波電流源61に接続されている。
従ってプラズマ管29内において高周波電流源61から
高周波電流の供給されるコイル′50によって放電が励
起される。またこのプラズマ管’ 29 ICは第6の
ガス入口32金介して第6のガス容器66に蓄えられた
02ガスが第6のマスフロー制御装置ろ4の制御のもと
で供給される。
動作において、反応容器15内の基板台26に装着され
た基板240表面に生長したばかシの5i02膜に吸収
されるシラン分子は励起02分子または励起O原子と反
応して5i02分子を作り、この5i02分子は続いて
基板24上の5i07膜に取シ込まれる。このようにし
て基板24上に形成される5i02  膜の純度は光放
射放電4管1からの光子束によって著しく改善される。
次に第6図を参照すると、光助勢プラズマエツチングに
用いた場合のこの発明の第6の実施例が示され、第1,
2図に相応した部分は同じ符号で示す。
周波数15.56 MHz (D電流が高周波電源61
から供給される高MII波コイル301/jよって内部
に放電の励起される反応用プラズマ管29には、第6の
マスフロー制御装置64によって制御された第6のガス
容器66からの02ガスと第4のマスフロー制御装置6
6によって制御された第4のガス容器′55からのct
2ガスとの混合ガスが第6のガス人口62を通って供給
される。
光放射軸12上で反応容器15内に設けた基板台25に
装着されたシリコンウェー・24′の表面には最終的に
は5iC74分子か作られ、これらの揮発性分子は基板
から飛び去シ、その結果ウエノ・はエツチングされるこ
とになる。詳しい化学反応様楢は不明ではあるが、光放
射放電管1からの紫外光子東によってSi  ウェハの
表面におけるSt AX子の塩素化が著しく増強される
以上説明してきたこの発明の三つの実施例に示されるよ
うに、環状放電紫外光源を備えた表面化学反応装置は、
各種の反応ガス供給手段および各種の基板材料との組合
せによって反応ガスの動起種を作るだめの反応用プラズ
マ管のある場合およびない場合を含めて各種の付着また
はエツチング反応に用いることができる。また一層良好
な結果を得るため、基板加熱手段を組合せることもでき
る。
また上述の環状放電紫外光子源は光放射軸方向に向けて
増勢された高いエネルギ輝度(単位立体角当りの光子束
)をもち、そして第2のオリフィスによって制限された
狭い光源面積をもつので、光放射軸方向に向って表面化
学反応に方向性を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光助勢CVDに実施したこの発明の装置を示す
概略ブロック線図、第2図は光助勢プラズマ化学付着に
実施したこの発明の装置4を示す第1図と同様な図、第
6図は光助勢プラズマエツチングに実施したこの発明の
装置を示す第1図と同様な図である。 図中、1:光放射放電管、 2:側方放電路。 3:外部電極、 4:高周波電源、 5:コア。 6:コイル、 7:パルス電源、 8:第1のガス入口
、  lilのガス容器、 14:中間気体容器、 1
5:反応容器、 24:基板。    ゛手続補正書(
方式) 昭和58年5月20日 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭和58年 特許願 第 67034  号2、発明の
名称 光助勢表面化学反応装置 3、補正をする者 事件との関係   特許°出願人 住 所 愛知県愛知郡長久手町大字長鍬字武蔵塚42の
14、代理人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 内部に表面化学反応すべき基板を収容し、光化学
    反応を行なうようにした化学反応容器と、初期持続放電
    用の放電励起手段を備え上記化学反応容器内での光化学
    反応に方向性を与える高エネルギ輝度の光子束を発生す
    る電磁詞導励起型の光放射放電管装置とを治し、上記化
    学反応容器内の気体分子が光放射放電管装置に入シ込む
    のを阻止する装置を介して化学反応容器と光放射放電管
    装置とを詰合したことを特徴とする光助勢表面化学反応
    装置。 2、光放射放電管装置が環状放電路と、この環状放電路
    に対してパルス磁束を励起する電磁誌導励起装誇と、光
    放出放電気体を供給する装イ簸とから成る特許請求の範
    囲第1項に記載の装置。 五 化学反応容器内の気体分子が光放出放電気体fff
    に入り込むのを阻止する装置が、上記化学反応容器と光
    放射放電管装置との間に配置され上記光放射放電管装置
    からの光放出放電気体と化学反応容器からの気体を排出
    する手段を備えた中間気体容器から成る特許請求の範囲
    第1項に記載の装置0 4、 化学反応容器がその中の気圧を表面光化学反応に
    適した値に保つ排気手段を備える特許請求の範囲第1項
    に記載の装置。 5、化学反応容器内で行なわれる表面光化学反応が固体
    薄膜の付着反応である慣許り求の範囲第1項に記載の装
    置。 6、化学反応容器内での表面光化学反応が基板(9料の
    一部をエツチングすることから成る特許請求の範囲81
    項に記載の装置。 Z 化学反応容器が光化学プラズマ反応を行なうのに必
    要なプラズマ装置を備える特許請求の範囲第1項に記載
    の装置。 8、光化学プラズマ反応が光化学プラズマ何泊である特
    許請求の範囲第7項に記載の装置。 9 光化学プラズマ反応が光化学プラズマエツチングで
    ある特許請求の範囲第7項に記載の装置。
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