JPS63241183A

JPS63241183A - 対象物の処理方法

Info

Publication number: JPS63241183A
Application number: JP62074773A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Omi; 近江　和明; Toru Den; 透田; Hisanori Tsuda; 津田　尚徳; Masao Sugata; 菅田　正夫; Kojiro Yokono; 横野　幸次郎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-06

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、放電プラズマによって引き起こされる気相反
応を利用して、対象物に成膜又はエツチングを施したり
、これらによるパターン形成を行なう新規な対象物の処
理方法に関する。

［従来の技術］従来、気体の反応を利用して成膜やエツチングを行なう
方法としては、熱ＣＶＤなとの様に熱エネルギーを利用
するもの、光ＣＶＤなどの様に光エネルギーを気体に吸
収させて分解する反応を利用するもの、プラズマＣＶＤ
やプラズマエツチングなどの様にプラズマによる気体分
解を利用するもの、高周波スパッタリングやイオンビー
ムスパッタリングなどの様にイオンの運動エネルギーを
利用するものなど種々の方法が用いられて来た。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、従来の多くの方法においては、対象物や
対象物の特定領域にのみ成膜やエツチングを行うことが
出来ず、反応室全体の広い領域に亘って反応が起きてし
まうことが多く、反応の制御が困難であった。

このため、従来の方法では、１）対象物へのパターン形成が困難である、２）反応室
内壁のエツチングやスパッタリングが生じるため、内壁
が損傷を受けたり、対象物上に形成された膜の中に、反
応室内壁から飛び出した不純物が混入する、３）放電エネルギーや原料ガスの有効利用ができない、４）反応室内壁が汚染され、対象物上に形成された膜に
ダスト等による微小欠陥を生じる、等の欠点があった。

そこで本発明の目的は、従来技術の欠点を解消し、レジ
スト塗布などの複雑なプロセスを経ずに対象物へ直・接
パターニングすることが可能な対象物の処理方法を提供
することにある。

方法を提供することにある。

更に又、本発明の目的は、基体上へ成膜する過程で反応
室内壁のエツチングやスパッタリングによる内壁の損傷
を防ぎ、内壁からの不純物による膜質劣化を防ぐ対象物
の処理方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、原料ガスを効率的に利用し得る対
象物の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及び作用］上記の目的は
、以下の本発明によって達成される。

即ち本発明は、プラズマにより引き起こされる気相反応
を利用して対象物を処理する方法であフて、プラズマ発
生領域を制限することにより、対象物の特定領域を処理
することを特徴とする対象物の処理方法である。

本発明に於て、プラズマ発生領域を制限する方法として
は、１）プラズマ発生に係る電極の形状及び電極の配置を所
望のパターン形状に適するように予め設計し、前記電極
部にのみプラズマを発生させる方法、２）磁場を利用してプラズマをビーム状に噴出して、基
体を収納した反応室内空間の特定領域にプラズマを発生
させる方法、３）基体近傍に磁場をかけて基体近傍にのみプラズマを
発生させる方法、等が挙げられる。

１）の方法は、直流放電や交流放電、特にＲＦなとの高
周波放電によるプラズマを利用する場合に好適であり、
電極の形状や配置を目的のパターン形成に適する様に設
計する。例えばアースされた平板電極上に基板を設置し
、この基板の上部に針状の高周波印加電極を設ければ、
この針状電極近傍にプラズマを発生させることが出来、
このプラズマの近くの基板表面で成膜又はエツチングを
行なってパターン形成出来る。

また、２）の方法は、プラズマ放電を発生させる放電室
を設け、この放電室の壁にプラズマを引き出すためのオ
リフィス、又はノズルを設けて、ここからプラズマを引
き出し、磁場によりプラズマの拡散を抑えつつ基体上へ
導き、パターン形成する事も出来る。この場合の放電と
しては、直流放電、高周波放電、マイクロ波放電などが
すべて使用可能であり、電界周波数に応じて放電室を設
計して行けば良い。

更に、３）の方法は、放電室をつくらず、基体近傍に磁
場をかけて基体近くのみで放電が起こる様にする方法で
ある。磁場を磁気ヘッドなどにより限定された領域内に
抑えればプラズマ発生を非常に限定された領域内に限る
ことが出来、パターン形成が可能となる。

この様な方法で使われる磁場の強さは、プラズマ発生を
起こすに充分な強さを持つ必要がある。

この磁場が、電子サイクロトロン共鳴を起こす条件を満
たしても良いが、必ずしも条件が満たされていなくても
良い。またプラズマを磁場印加領域に限定するためには
真空度を最適化すると効果的である。さらに、放電によ
ってつくられるプラズマを放電性メツシュで取り囲む方
法も取れる。メツシュはアースしても良いし、必要に応
じて電圧印加する事も出来る。

パターン形成をせず、基体全体を均一に処理する場合、
又はプラズマ発生領域よりも広い面積の処理を行ないた
い場合、プラズマ処理中に基体をプラズマに対して移動
させる事により目的を達成する事が出来る。また、パタ
ーン形成する場合には基体上の複数の限定された領域に
同時にプラズマを発生させる事も可能である。本発明に
おいて、反応を起こす領域を限定する為の方法は上記の
ものに限定されるものではない。次に、チャンバー内に
ガスを導入する方法は、通常成膜やエッチングなとで使
われる方法で良く、特に制約はない。ガスボンベから幾
つかのレギュレーターとストップバルブ及びフィルター
や流量計又は流量コントローラーを介した配管で装置へ
導入すれば良い。常温常圧で液体のものは適当な気化器
を用いて気化させて装置内へ導入する。又、二種以上の
ガスを同時に用いる場合には装置へ導入する前にあらか
じめ混合し混合ガスとして導入しても良いし、装置へ別
々に導入し反応室の中で混合しても良い。混合ガスのボ
ンベを使用しても良い。

使用するガスとしては、一般にプラズマを利用した成膜
やエツチングあるいはスパッタリングに使用出来るどん
なガスでも使用可能であり、例えば、シラン、ジシラン
、ジクロロシラン、三塩化ケイ素、四塩化ケイ素、メタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン、三フッ
化メタン、四フッ化メタン、ゲルマン、四塩化ゲルマン
、フォスフイン、ジボラン、アルシン、アンモニア、塩
素、フッ素、セレン化水素、水素、酸素、窒素、ジエチ
ル亜鉛ジエチルカドミウム、ジエチルテルル、四塩化ス
ズ、三フッ化窒素、テトラメチルシラン、ヘリウム、ネ
オン、アルゴン、キセノン、クリプトンなどやこれらの
混合ガスが挙げられる。使用可能なガスは上記のものに
限定されるものではない。

［実施例］以下、図面を基に、本発明の詳細な説明する。

［実施例１］第１図は、本発明の第１の実施例を示すものであり、図
中１は２．４５ＧＨｚのマイクロ波発振器、２はチュー
ナー、３はマイクロ波導波管、４は石英ガラスのマイク
ロ波透過窓、５は原料ガス導入管でガスボンベにつなが
っている。６は円筒形の空胴共振器、７は空胴共振器の
中心軸のまわりにドーナツ形に並べた永久磁石で中心軸
付近の磁場は約１１００ガウスである。８はガラス基板
、９は基板ホルダー、１０は主バルブ、１１は排気ダク
トで排気ポンプへつながっている。

１２は基板加熱用のヒータ、１３は真空槽、１４はガス
吹き出しノズルでその最小径は３ｍｍ。

う１５はノズルか外吹き出しているプラズマを示す。

この装置で石英ガラス基板８の表面にＡ−Ｓｉ膜のスポ
ットを形成する場合について述べる。

まず排気ダクト１１につながっている排気系で真空槽１
３の内部を１０−’Ｔｏｒｒ以下に排気した後、ヒータ
ー１２に通電して基板８を４００℃に加熱した。

次にガス導入管５よりＨ２で５％に稀釈したＳｉＨ４を
空胴共振器６の内部に総流量１５３ＣＣＭの割合で流し
た。この時の空胴共振器６の内部の圧力は９．５ｘｌＯ
−２Ｔｏｒｒ、真空槽１３の内部の圧力は５．５ｘｌＯ
−’Ｔｏｒｒであった。次にマイクロ波発振器１のスイ
ッチを入れ、チューナー２を調節すると空胴共振器６の
内部にプラズマが発生し、ノズル１４からプラズマビー
ムが吹き出した。この時のマイクロ波投入パワーは２５
０　Ｗであった。この状態で放置するとプラズマビーム
１５の延長線上の基板８の表面にスポット状に成膜して
行くのが真空槽１３の壁出来た。この状態で約３時開成
膜を行なフたが、基板以外の部分への膜付着はなく、真
空槽１３の内面は汚れず、スパッター等による内面の損
傷も認められなかった。成膜終了後、基板８を取り出し
たところ、その表面にスポット状のＡ−３ｔ膜が約１．
５μｍの厚さに形成されていた。この部分の構造解析の
結果、その主体はＳｉＨ結合を含みＳ　ｉＨ２１Ｓ　ｔ
　Ｈｓ　＋又は（ｓｔＨｚ）ｎなどを含まないアモルフ
ァスＳｔで若干の結晶相を含む事がわかった。

このＡ−５ｉ膜の表面にくし形電極を真空蒸着して光導
電性を調べたところ、６３３ｎｍの波長の光に対し２０
６　ｙ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”で約３Ｘ１０’の電気伝導
度の上昇がある事がわかった。

［実施例２］第２図は、本発明の第２の実施例を示すものであり、図
中７は局所磁場形成のための磁石であり、１２は基板を
輻射加熱するためのフィラメントである。

まず排気ダクト１１につながっている排気系で真空槽１
３の内部を１０−’Ｔｏｒｒ以下に排気した後、フイ・
ラメント１２に通電して赤熱させ基板８の表面を２５０
℃に加熱した。次にガス導入管５よりＨ２で１０％に稀
釈した５ｉｚＨ６丑￥を真空槽１３の内部に総流量１１
００５ＣＣの割合で流した。この時の真空槽１３の圧力
は７．３×１０”’Ｔｏｒｒであった。永久磁石７は先
端部で約１０００ガウスの磁場が形成されるものであり
、基板ホルダー９の内部の基板８に最も近い位置に設置
しである。

次にマイクロ波発振器１をＯＮにして導波管３を通し石
英窓４を介して真空槽１３の内部にマイクロ波を送り込
み、チューナー２を調節すると、基板８の表面の、磁石
７に近接した部分の小さな領域３０にプラズマが発生し
た。マイクロ波の投入パワーは３００Ｗであった。この
状態で約１徹時間パターン形成を続けた後、マイクロ波発悔を停止し
、ガス供給を止め、真空を破って基板８を取り出した。

基板８の表面には膜厚約１μｍのスポット状のＡ−Ｓｉ
膜が形成されていた。赤外吸収スペクトルの測定によれ
ば、２０００ｃｍ−’付近の吸収が見られたが、２０９
０ｃｍ−’付近にはほとんど吸収がシかった。Ｉ　ＭＭ
Ａによる分析では膜中への不純物金属の混入は認められ
なかった。

［実施例３］実施例１とほぼ同様の装置を用いノズル１４の最小径を
１５ｍｍに変更した。使用したガスはＳｉＨ，を５％含
む水素ガスである。ガスの総流量を２００３ＣＣＭとし
たところ空胴共振器６の内部の圧力は７Ｘ１０−２Ｔｏ
ｒｒ、真空［１３の内部の圧力はｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒ
となった。

実施例１とほぼ同じ条件でマイクロ波を投入し、チュー
ナー２を調節するとノズルからのプラズマビーム吹出し
が認められた。この様な条件で１辺が１０ｍｍの正方形
のガラス基板を基板ホルダー９に固定し、成膜を行なっ
たところガラス基板全面と基板ホルダーの一部にＡ−Ｓ
Ｌが成膜された。ガラス基板上に成膜したｐ、−ｓｔは
光導電性のを示す良質のもので真空槽内壁裸金属の膜中への混入は
なかつた。また真空槽内面の汚れも認められなかった。

［実施例４］実施例２とほぼ同様の装置を基板ホルダーが基板ととも
に基板に平行に往復運動する様に改造した。この時磁石
７は真空槽１３に固定したままとした。この様な装置で
実施例２とほぼ同様に行なった。成膜中、基板を往復運
動させた。成膜後基板を取り出したところ、基板上には
基板の運動方向にのびたストライブ状のＡ−３ｔ膜が形
成されており、このストライブはプラズマの拡がってい
た領域よりもずっと大きかりた。

［実施例５］実施例２とほぼ同様の装置を用いてエツチングを行なっ
た。使用したガスは０２を１０％含むＣＦ４であり、真
空槽内の圧力は１．５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒであった。基
板ホルダーに、あらかじめ、Ｓ　ｉ　Ｈ４のＲＦグロー
放電によりＡ−３ｉを１．５μｍの厚さに均一に成膜し
たＡＪＺ基板を取りつけておき、マイクロ波投入パワー
１５０Ｗで放電させた。２時間の反応の後ガスの流れを
止め、ゼイクロ波も停止して放電を終了し、真空槽１３
より基板を取り出したところ、プラズマが発生していた
磁石近傍のみがエツチングされ、Ａ−Ｓｔが除去されて
Ａ１地金が出ている領域がスポット状に形成されていた
。

［実施例６］第３図は本発明の第６の実施例を示すものであり、図中
１６は交流電源、１７はバイアス印加のための直流電源
、１８は熱フィラメント、１９はガス導入管、２０は放
電室、２１は絶縁体、２２は電極でオリフィスがついて
いる。２３は磁場を形成するためのコイル、２４は基板
ホルダー、２５は基板加熱用のヒーター、２６は主バル
ブ、２７は排気ダクトで排気ポンプにつながっている。

２８は真空槽、２９はＳｉウェハー基板である。

この装置でシリコンウェハー基板２９の表面にアモルフ
ァスカーボン膜のスポットを形成する場合について述べ
る。

まず排気ダクト２７につながっている排気ポンプで真空
槽２８の内部を１０′″’Ｔｏｒｒ以下に排気し、ヒー
ター２５に通電して加熱し、基板を３５０℃に加熱した
０次にガス導入管１９よりＨ２で１％に稀釈したＣＨ４
を放電室２０の内部に総流量１１０３ＣＣの割合で流し
た。この時の放電室内部の圧力は５．ｌＸｌ０−’Ｔｏ
ｒｒ。

真空糟内の圧力は４ｘｌＯ−’Ｔｏｒｒであった。

次に熱フィラメント１８の電源１６のスイッチを入れフ
ィラメントを約２０００℃に加熱した。

そして電極に、フィラメントに対して＋７０Ｖの電圧を
印加し、コイル２３に電流を流して磁場を形成して放電
させた。磁場の強さはコイル２３の中心で５５０ガウス
であった。

放電開始と同時に電極２２のオリフィスから基板方向へ
プラズマビームの吹き出しが起きた。

放電室の外のプラズマはオリフィスと基板を結ぶ軸の近
傍のみに発生し真空槽の他の広い領域へ拡がらない事が
真空槽２８に設けたパイレックスガラス製ののぞき窓か
ら確認出来た。そして基板上のプラズマビームに近い領
域に成膜が起きている事が確認出来た。成膜終了後真空
槽から基板を取り出すとスポット状に膜形成されており
、それ以外の部分への膜形成は詔められなかった。この
膜は水素を含むカーボン膜で、かなり硬度が高く、ビッ
カース硬度は６００以上あった。構造解析によれば非晶
質であり、結晶化は認められなかワた。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、対象物上に微細
パターン形成が容易に行なえ、原料ガスや放電エネルギ
ーを無駄なく利用する事が出来る。更に、反応室内面の
汚れが防止出来、反応室内面の損傷を抑え、不純物混入
のない良質の膜が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を説明するための装置の構成
図、第２図は本発明の別の実施例を説明するための装置の構
成図、第３図は本発明の更に別の実施例を説明するための装置
の構成図である。１・・・・マイクロ波発振器２・・・・スリースタブチューナー３・・・・マイクロ波導波管４・・・・石英窓５・・・・ガス導入管６・・・・空胴共振器７・・・・永久磁石８・・・・基体９・・・・基体ホルダー１０・・・主バルブ１１・・・排気ダクト１２・・・ヒーター１３・・・真空槽１４・・・ノズル１５・・・プラズマビーム１６・・・交流電源１７・・・直流電源１８・・・熱フィラメント１９・・・ガス導入管２０・・・放電室２１・・・絶縁体２２・・・オリフィスつき電極２３・・・コイル２４・・・基板ホルダー２５・・・加熱用ヒーター２６・・・主バルブ２７・・・排気ダクト２８・・・真空槽２９・・・基板３０・・・プラズマ発生領域

Claims

【特許請求の範囲】

プラズマにより引き起こされる気相反応を利用して対象
物を処理する方法であって、プラズマの発生領域を制限
することにより、対象物の特定領域を処理することを特
徴とする対象物の処理方法。