JPS62257732A

JPS62257732A - 表面処理方法

Info

Publication number: JPS62257732A
Application number: JP10090386A
Authority: JP
Inventors: Keizo Suzuki; 敬三鈴木; Susumu Hiraoka; 平岡　進; Takeshi Ninomiya; 健二宮; Shigeru Nishimatsu; 西松　茂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1987-11-10

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】［産業上の利用分野］本発明は、固体表面を処理する方法に係り、特に半導体
プロセスに好適な表面処理方法に係る。

［従来の技術］従来の半導体プロセス用エツチングにおいては、試料は
プラズマ中に設置されていた。特にＲＦ放電を用いたＲ
　Ｉ　Ｅ　（Ｒａａｃｔｉｖａ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ）と呼ばれる方法が主流であった（菅野卓雄　編著「
半導体プラズマプロセス技術」産業図書、昭和５５年Ｐ
Ｐ、　１５３〜１６５）。しかし、この方法では、プラ
ズマから試料表面に入射する高エネルギーイオンによっ
て１表面損傷が発生するという問題があった（ニス・ダ
ブリュー・バング、Ｉｔドライエツチング　インデユー
スト　ダメージ　イン　Ｓｉ　　アンド　ＧａＡｓ”、
ソリッド　ステートテクノロジー（Ｓ　、Ｗ、　Ｐａｎ
ｇ、“Ｄ　ｒｙ　Ｅ　ｔｃｈｉｎｇＩｎｄｕｃｅｄ　Ｄ
ａｏ＋ａｇｅ　ｉｎ　Ｓｉ　ａｎｄ　ＧａＡｓ″、　５
ｏｌｉｄＳ　ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／　Ａｐ
ｒｉｌ　１９８４　。

ＰＰ、　２４９〜２５６）。

また、従来のデポジションに関しても同様にプラズマを
用いているため、表面損傷の問題があった。

［発明が解決しようとした間層点コプラズマを用いたエツチング（プラズマエツチング）に
おいては、試料表面に入射する高エネルギーイオンによ
って表面反応を促進する効果（イオン　アシステツド　
エツチング（ＩｏｎＡ　５ｓｉｓｔｅｄ　Ｅ　ｔｃｈｉ
ｎｇ）　）が用いられていた。しかし、この場合、イオ
ンは５００〜１０００ｅＶの高運動エネルギーで入射す
るため表面損傷が容易に発生してしまう。このことは、
Ｓｉ結晶におけるディスプレースメントエナジー（ｄｉ
ｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｅｎｅｒｇｙ）　　（Ｓ　ｉ原子
を結晶格子位置からずらすのに必要なエネルギー）が約
１２．９　ｅＶであることからも十分推測される０本発
明は、このような表面損傷のない表面処理方法を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］本発明では、高エネルギーイオンの替わりに、活性粒子
ビームを用いることによって表面反応を促進し表面反応
を行う。ここで、活性粒子とは。

Ｆ、Ｃ１１等の不対電子を有したラジカルや、分子振動
エネルギー準位が励起されたホット分子や。

電子エネルギー準位が励起された原子、分子を含むもの
とした。また、ビームとは非等方的な（一般的には一方
向およびその近傍方向への）速度分布を有した粒子の流
れを意味する。また、表面処理としては、エツチング、
デポジションおよび、酸化・窒化等の表面改質を含むも
のとした６本発明では、特に、処理室内または処理室の
排気系内に処理ガスを吸着させるための低温トラップを
有することを特徴としている。

［作用］ラジカルの運動エネルギーは０．１ｅＶ以下であり、ホ
ット分子の振動エネルギーは０．１〜１ｅＶであり、電
子エネルギー準位励起された原子分子の内部エネルギー
は１〜１０ｅＶである。したがって、このような活性粒
子を用いることによって表面損傷を全く発生させること
なく表面処理を行うことができる。

また、処理ガスを低温トラップの低温面に吸着させるこ
とによって大流量の活性粒子ビームを形成することが可
能となり、処理速さを増大させることができる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。実施
例は、活性粒子ビーム形式手段、処理室５、処理室内に
設置された試料６と試料保持手段７、処理室を真空に排
気するための排気手段とから構成される。活性粒子ビー
ム形式手段は、例えば、処理ガスを導入するためのガス
導入バルブ１゜活性粒子形成室２．活性粒子形成手段３
、および細孔４から構成されている。ただし、必ずしも
このような構成である必要はなく、ガスを真空中に噴出
して活性粒子ビームを形成する手段ならば何でもよい。

また、排気手段は、バルブ８，９、これらにバルブ間に
設置された低温トラップ１０および真空ポンプ１１より
構成されている。また、必要に応じて、バルブ８，９間
を排気するための真空ポンプ１３とバルブ１２を設ける
こともできる。

処理ガスはガス導入バルブ１を介して活性粒子形成室２
に導入される。活性粒子形成手段によって処理ガスから
活性粒子が形成され、これが細孔４を通って真空中に噴
出することによって活性粒子ビームが形成される。活性
粒子形式手段３としては、加熱手段、光発生手段（レー
ザーを含む）、および放電発生手段等が用いられる。例
えば、処理ガスとしてＦ２ガスを用い、活性粒子形成手
段３として放電発生手段を用いるとＦラジカルビームを
形成することができる。また、処理ガスとしてＳ　Ｆ　
６　、　ＣＦ　４　、Ｎ　Ｆ　３．０２．Ｎ２等の分子
を用い、活性粒子形成手段として加熱手段または光発生
手段を用いるとＳ　Ｆ　ｓ　　、　ＣＦ　４”、　ＮＦ
　３０２；Ｎ２”等のホット分子ビームを形成すること
ができる。また、光発生手段や放電発生手段を用いるこ
とによって電子エネルギ一単位の励起された原子・分子
のビームを形成することができる。

このようにして形成された活性粒子ビームが試料表面で
反応することによって、表面処理が行われる。例えば、
ＦラジカルビームやＳＦ６”ビームを用いることによっ
てＳｉやＳｉ化合物（ＳｉＯｚ＋Ｓｉ３Ｎ４等）等の試
料表面のエツチングを行うことができる。また、０２′
やＮ２′ビームを用いることによって、試料表面の酸化
や窒化を行うことができる。この場合、活性粒子がビー
ムとして供給されることによって方向性の有る表面処理
が可能となる。このことは、例えば、エツチングではサ
イドエツチングのない微細加工が可能となることを意味
している。

さて、このような活性粒子ビームを用いた表面処理方法
では、一般に従来のプラズマを用いた方法に比べて表面
反応の速さが遅いため、処理能力（処理速さ）が低いこ
とが問題となる。処理速さを向上させるためには、大流
量の処理ガスを導入して大流量の活性粒子ビームを形成
すれば良い。

しかし、この場合、処理室５の真空（低ガス圧力（約Ｉ
Ｐａ以下）状態）を保持することが必要となり、したが
って、真空排気系の排気速さを大きくすることが必要と
なる。排気速さの増大を真空ポンプ１１の排気速さ増大
によって行うことは。

装置の大型化、装置コストの増大によっても不利である
。

本実施例では、排気系途中に低温トラップを設けること
によって、真空ポンプ１１を大型化することなく実効的
に排気速さの増大を行っている。

低温トラップは、冷却剤１５によって真空側の面（低温
面１４）を冷却する構成になっている。活性粒子を形成
する処理ガスには低温での蒸気圧が低いものが多く、低
温トラップによる排気速さの増大は顕著である。例えば
、処理ガスとしてＳＦ８ガスを用いている場合、冷却剤
として液体窒素（７７°Ｋ）を用いた低温トラップによ
って排気速さを約１０倍増大させることができる。した
がって処理速さを１０倍増大させることができる。

低温面に処理ガスが一定量以上吸着して吸着能力が低下
したら、バルブ８，９を閉にして低温面の温度を上昇さ
せ（冷却剤を除去する）、脱歴した処理ガスをバルブ１
２を介して真空ポンプ１３で排気することによって、低
温面の再活性化ができる。ヒーターを用いて低温面の温
度上昇を強制的に行えば、再活性化の時間を短縮するこ
とができる。表面処理を停止することなく、低温面の再
活性化を行うためには、排気手段８〜１３を複数個設け
、一方の排気系の再活性化を行っている間にもう一方の
排気系で処理室の排気を行えば良い。

第２図は、本発明の別の実施例を示す。第１図の実施例
と異なる点は、低温面１４が処理室５内に設けられてい
ることである。低温面は冷却パイプ１６内を流れる冷却
剤１５によって冷却される。

これによって、排気速さ増大を有効に行うことができる
。この場合、低温面を低温に保ったままで処理室を大気
圧にリークすると、空気成分が低温面に吸着してしまい
再度真空排気ができなくなってしまう。したがって本実
施例には予備室１７とゲートバルブ１８が設けられてお
り、処理室１４を真空に保ったままでの試料交換が可能
である。

低温トラップにヒーターを取り付ければ、トラップの再
生やクリーニングが容易となる。

［発明の効果］本発明によれば、表面損傷を与えることなく、表面化学
反応を促進し、かつ大流量の処理ガスを用いることがで
きるため、半導体プロセスに最適な表面処理を高速で行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図である。１・・・ガス導入バルブ、２・・・活性粒子形成室、３
・・・活性粒子形成手段、４・・・細孔、５・・・処理
室、６・・・試料、７・・・試料保持手段、８・・・バ
ルブ、９・・・バルブ、１０・・・低温トラップ、１１
・・・真空ポンプ、１２・・・バルブ、１３・・・真空
ポンプ。１４・・・低温面、１５・・・冷却剤、１６・・・冷却
バルブ、１７・・・予備室、１８・・・ゲートバルブ。、二！−パミご・・、

Claims

【特許請求の範囲】１、真空中で試料を表面処理する方法において、上記試
料表面に活性粒子ビームを照射し、かつ上記表面処理を
行う処理室内または上記処理室を排気するための排気系
内に、上記活性粒子ビームを形成するための処理ガスを
吸着させる低温トラップを設置し、処理速さを増大させ
ることを特徴とした表面処理方法。２、上記活性粒子ビームがホット分子ビームであり、か
つ上記低温トラップに用いられる冷却制御が液体窒素で
あることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の表面
処理方法。３、上記ホット分子ビームがＳＦ＿６＾＊ビ
ームであることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載
の表面処理方法。