JPS6314862A - 表面処理装置 - Google Patents

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、ＬＴＥプラズマによって放射光や反応活性種
を作成し、これを用いて半導体デバイスの絶縁膜、保護
膜、半導体膜、金属膜等の薄膜形成、エツチング、表面
クリーニンク、表面改質等の表面処理を行う表面処理装
置の改良ここ関する。

（従来の技術とその問題点） 第５図は、従来のＬＴＥプラズマを利用する表面処理装
置（新し・い技術であるため文献は少ない。

特願昭５９−１８６９５５．１キ願昭６０−６４２９８
、特願昭６ｌ−６９（３４６、参照）の概略の正面断面
図である。先ずこれを説明すると、図示しない気体供給
装置からバルブ９を通し・て、所定の放電気体を石英管
で作られた放電室１の中に導くとともに、この放電室１
に連通ずる処理室３に設けられた排気バルブ１１（図示
し・ない排気ポンプに接続されている）で画室内の気体
を排気し・て気体圧力を所定順に保ち、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電源８の出力電圧を、放電室１の回１つに巻
回された放電用コイル７に印加して、放電室１内に前記
放電気体のプラズマ２を発生させる。

（放電用コイル７を使用する代りに、この放電空間を挟
んで対向する一対の電極板を設け、この電極間に高周波
電圧などの交番電圧や直流電圧を印加してプラズマ放電
を発生させろこともある。なお高周波電源８０周波数は
、１０ｋＨｚ−数百ＧＨｚ間のものを選定するが、ＩＧ
Ｈｚ付近よりも高い周波数を用いる場合には、放電用コ
イル７や前記の一対の電極板の代わりに、放電室１を包
み込む形のマイクロ波キャビティが設置され、それによ
ってプラズマ放電を発生させろことがある。）処理室３
内で基体５を保持する基１本ホルダー４は、必要に応じ
て基体５の温度を所望（直に調整出来る加熱冷却機構（
図示は省略）をその内部に備えている。

さて、放電室１内に生ずる放電は、放電室１内の気体の
種類、圧力、印加される高周波電力の大小によって異な
るが、一般に、圧力が高く、電力が小さい領域では高周
波グロー放電となり、圧力が低く、電力が大きい領域で
はＬ　Ｔ　Ｅ　（Ｌｏｃａｌ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｑｕ
ｉｌｉｂｒｉｕｍ）プラズマ放電（厳密には４熱平衡プ
ラズマ放電であるが、ＬＴＥという言葉が常用されてい
る）となる。

ただしここでいう高周波グロー放電とは、輝度のあまり
高くないプラズマが欽゛電室１内にほぼ一様；こ広く発
生している状態であり、一方ＬＴＥプラズマ放電とは、
非常に輝度の高いプラズマが放電室ｌ内の局所に閉じ込
められた状態となっていて、その周囲を取り囲んで、高
周波グロー放電状のグロー２００が存在するような放電
状態を指し・ている。

この第５図の装置は、このＬＴＥプラズマ放電を利用す
るもので、プラズマ中の反応活性種等の放電生成物は、
両室１．３の境界】５０から処理室３内に導入され、こ
れを用いて基体表面に所定の処理が施されるものである
。

このようにプラズマによって表面処理をする場合、プラ
ズマに基体５が直接接するときは、プラズマ中の荷電粒
子が基体５に衝撃を与えて損傷を生し、基体５上の半導
体デバイスの電気的特性を劣化させる等の不都合を生ず
ることがある。この劣化は、例えば、ＭＯ３型半導体デ
バイスでは＼ｊｔｈの変動、バイポーラ型半導体デバイ
スではｈｆｅの変動等となって強く現れる。現今のよう
に、半導体デバイスの集積度か極めて大きいものになっ
たり、化合物半導体デバイスを製造するようになると、
微少の荷電粒子の１打撃によって電気特性の劣化を招く
ことが一層著しくなる。

この不都合を除くため、第５図に示したように、放電室
１と処理室３の境界１５０には、荷電粒子の移動を阻止
乃至調整するための、電圧が印加された金網５０が設置
されることがある。この場合は、プラズマからの反応活
性種と短波長光のみによって成膜が行なわれるため、基
体５０表面には荷電粒子が全く存在しないか少なくなる
のである。

さて、この第５図の装置による処理、例えば成膜では、
上記のように荷電粒子による損傷が調整出来、高品質の
薄膜を高速で作成出来るなどの利点かあるが、その一方
で、処理室内の雰囲気が強い活性を持つため、金網５０
の設置に関して次の問題を生じていた。

即ち、金網５０は、しばしば放電プラズマにより電極化
して、金網５０のプラズマ２測に比較的強いプラズマシ
ースを生ずる。このシースここより、ある場合は電子が
、またある場合にはイオンが金網５０に流入衝突し、金
網５０をスパッタリングしたり加熱したりする。このた
め、金網５０から表面処理に有害な作用をする不純物が
放出されるのである。表面処理がエツチングや表面クリ
ーニングである場合は、プラズマ生成物の性質上有害の
度合が大きく、金網が強くエツチングされ、不純物の発
生が激しく、やがてはプラズマの拡散の防止も困難にな
る。

さらに、ＬＴＥプラズマで作成される放射物は、ＬＴＥ
プラズマの生じている放電管内に均一に分布しているわ
けてはなく、圧力、放電室の管径によっても変１ヒする
が、反応活性種の濃度（ｉ管の中央部で高くなったり、
濃度の高い所がドーナツ状に分布したりする。このため
基体表面の処理は、非常に均一性が悪くなる欠点があっ
た。

（発明の目的） 本発明は、上記の問題を解決し、プラズマの荷電粒子に
よる損１ｚが無く、純度の高い表面処理を、均一性良く
行うことの出来る表面処理装置の提供を目的とする。

（発明の構成） 本発明は、放電気体の導入系と電力印加手段とを設けた
放電室と；排気系を設け基体を設置する処理室と：を備
え、該放電室で発生したＬＴＥプラズマ中の反応活性種
と放射光の両者又は反応活性種のみ（以下、これを単に
放射物という）を用いて、該基体の表面に表面処理を行
う表面処理装置において、該ＬＴＥプラズマと該基体と
の間に、絶縁物で出来たガス流通阻害体を設けることに
よって前記目的を達成したものである。

（作用） プラズマ２か基体５の被処理表面まで拡散するのを防止
するのに、前述の通り従来の装置では、金網によって電
気的にシールドする方法を採用していたが、本発明はこ
れここ代って、プラズマ拡散に対する空間的機械的な障
害物即ち絶縁性のガス流通阻害体を良質の境界１５０に
設けた。ガス流通阻害体が絶縁物で作られているため、
プラズマによってもガス流通阻害体は電極としては作用
し得ず、プラズマとの間に強いシースを生ずることがな
い。このためここではスパッタリングや加熱が起り難く
、不純物を発生しないでプラズマの拡散を防止できる。

ガス流通阻害体のガス流通阻害方法には、ガス流通を隙
間を通して行わせるもののほかに、小さい穴をあけるも
の、細かい目の絶縁性の網を利用するもの等があり、隙
間、小穴や網の目の大きさや分布を適当にすることによ
って、基体５の被処理表面上に反応活性種を均一に分散
させて、均一な表面処理を行うことが可能となる。

また、このガス流通阻害体を、所定の波長、または所定
の波長帯の放射光を透過さぜる透光性物質で作るときは
、表面処理に放射光をも利用することが出来る。且、こ
の透光性のガス流通阻害体を凹、凸のレンズ、または多
数の微少レンズの平面的集合体等に構成することで、基
体の被処理表面に対する放射光の照射をも均一にするこ
とが可能となる。

（実施例） 以下、図に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の実施例の表面処理装置の概略の正面
断面図であって、第５図と同一の部材には同一の符号を
付して説明を省略する。

この第１図の装置では、第５図の金網５０の代りに絶縁
物で作製された単純な平板状のガス流通阻害体２０が設
けられている。ガスはコンダクタンスを小さくした、周
縁部のガス通路（隙間）２２を通って基体５の被処理表
面に回り込むようζこなっている。

以下、放電気体としてＮＦ３を用い、基体５０表面のＳ
ｉをエツチングする場合を例にとって、従来の装置と比
較しつ一１本発明の有為性について記述する。

先ず、従来の第５図のＬＴＥプラズマを利用する表面処
理装置で生ずる障害について具体的に述べると、ＮＦ３
をバルブ９を通して放電室１内に導入し、ＬＴＥプラズ
マ放電を経由させるときは、Ｎ　Ｆ　３は分解して弗素
の反応活性種が多量に生ずる。そしてこの弗素の反応活
性種は、金網５０を通して基体５の表面処理即ち、Ｓｉ
のエツチング、表面クリーニングに利用される。しかし
前述のように、プラズマの基体５表面への拡散防止に用
いた金網５０は、プラズマ２のため電極として動作して
、金網５０のプラズマ２の側に強いプラズマシースを生
ずる。そしてこのプラズマシースによって電子あるいは
弗素系のイオン性反応活性種が金網５０に流入衝突し、
金１１５０の温度上昇が観測されたり、金網５０から不
純物がスパッタリングされたりするほか、金網５０はイ
オン性の反応活性種でエツチングされ、不純物が気化し
て基体の被処理表面に向かって拡散する。このため純度
の高い高度な表面処理を行うことが不可能となっていた
ものである。

これに反して、第１図の本発明の装置では、プラズマ２
の拡散防止は電気的ではなく、専ら機械的にプラズマに
対する流通阻害体により、ガスの流通抵抗を大きくする
方法により行われている。

且、ガス流通阻害体の材料に、従来の装置のように金属
を用いるときは、金属が接地電位のときは勿論、例えそ
れが直流的に浮遊電位となっている場合でも接地電位と
の間の微量の容量成分が作用して、高周波電流がこの金
属に流入し、これを電極１ヒし、強いシースをその表面
に生じて前述の不都合を生ずるので、本発明では、絶縁
物で作製された平板状のガス流通阻害体２０を用いて、
機械的、空間的方法で中性の反応活性種だけを処理室３
に送出し・ている。何故、絶縁物で作製された平板状の
ガス流通阻害体２０を用いガス流通を機械的空間的に阻
害することで、荷電粒子の通過だけが阻止されプラズマ
の拡散が防止されるのか、その理由の詳細は明らかでな
い。し・かし実験で、極めて大きい効果のあることが判
明している。

ガス流通を阻害する方法は、隙間２２０代りに、例えば
、子板２０に多数の小穴２９を開けるのでもよい。小穴
２９０大きさを適当にすることにより、中性の反応活性
種だけを処理室に導いて基体５の表面処理をすることが
出来ることが判っている。ガス流通阻害体２０の材質に
は、放電気体がＮＦ３の場合は、ＣａＦ２、Ｍ　ｇ　Ｆ
　２を採用するのが最も効果があったが、加工性等の問
題を考慮するとＡｌ２Ｏ３等のセラミックス類あるいは
サファイアの使用が便利である。少々のダメージを我慢
すれば、石英ガラスも有能であることが判明している。

小穴２９の穴径の適値は、放電圧力及びプラズマの高濃
度部分と小穴２９との距離によって大きく変わるが、０
．６ｍｍφ以下の穴径であればプラズマの拡散防止は大
力の場合可能である。もし圧力が０．ＩＴｏｒｒ前後の
低値で、 プラズマの高濃度部分と小穴２９との距離が２０ｃｍ以
上ある場合などては、小穴２９の穴径は５Ｉｎｍφ以上
あっても支障はない。

第２図は、本発明の他の実施例の表面処理装置の概略の
正面断面図である。　この実施例では、網状又は前述の
小穴を開けた板状の絶縁性のガス流通阻害体２０．２０
’　、２０”を３枚重ねることによって、基体５の被処
理表面に均一性よく反応活性種が供給されるよう工夫さ
れている。

第３図は、本発明の他の実施例の表面処理装置の概略の
正面断面図である。　この実施例では、透光性で網状の
ガス流通阻害体２０と、小穴２９を多数あけた透光性の
凸レンズ状のガス流通阻害体２１を重ねて使用すること
により、反応活性種の拡散の均一化を図るとともに、基
体５の表面を照射するＬＴＥプラズマの放射光の光量も
また均一になるようにしている。２５は反応活性種の流
れを示す。この装置を用いると均一性の良い表面処理を
高速に行うことが可能となる。

第４図は、本発明の他の実施例の表面処理装置の概略の
正面断面図である。　この実施例では、２枚のガス流通
阻害体２０．２０゛を重ねて使用するとちもに、複数の
基体δを鉛直に立て−１これら複数の基体５の各の両面
に反応活性種が広く均一に供給されるようにしている。

（発明の効果） 本発明の表面処理装置によれば、荷電粒子の衝突による
損傷が少なく、不純物の混入の少ない、そして均一性の
良い、良質の表面処理が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１．２，３．４図は、それぞれ本発明の実施例の表面
処理装置の概略の断面図。 第５図は、従来の表面処理装置の同様の図である。 １・・・・・・放電室、　２・・・・・・プラズマ、３
・・・・・・処理室、　４・・・・・・基体ホルダー、
５・・・・・・基体、　　７・・・・・・放電用コイル
、８・・・・・・高周波電源、　　　２０．２０’　、
２０”・・・・・・ガス流通阻害体、　　２９・・・・
・・小穴、５０・・・・・・金網。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電気体の導入系と電力印加手段とを設けた放電
   室と；排気系を設け基体を設置する処理室と；を備え、
   該放電室で発生したＬＴＥプラズマ中の反応活性種と放
   射光の両者又は反応活性種のみ（以下、これを単に放射
   物という）を用いて、該基体の表面に表面処理を行う表
   面処理装置において、該ＬＴＥプラズマと該基体との間
   に、絶縁物で出来たガス流通阻害体を設けたことを特徴
   とする表面処理装置。
2. （２）該ガス流通阻害体は、小穴を多数あけた板状体で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面
   処理装置。
3. （３）該ガス流通阻害体は、小穴を多数あけた透光体で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面
   処理装置。