JPS6345386A - 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、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、工ッチング、表面クリー
ニング、表面改質等の表面処理を行う表面処理装置の改
良に関する。

（従来の技術とその問題点） 第３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、特願昭６０−６４２９８、
特願昭６１−６９６４６、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ガラス管
（他の材質でもよい）で作られた放電室１の中ζこ導く
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値に
保ち、１３．５６ＭＨ２の高周波電源８の出力電圧を、
放電室１の回りに巻回された放電用コイル７ここ印加し
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
電圧なとの交番電圧や直流電圧を印加してプラズマ放電
を発生させることもある。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３９Ｊされ、それに
よってプラズマ放電を発生させることがある。）処理室
３内で基体５を保持する基体ホルダー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、印加されろ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
ｉｌｉｂｒｉｕ７１）プラズマ放電（厳密には準熱平衡
プラズマ放電であるが、Ｌ　Ｔ　Ｅ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放電室１内にほぼ一様に広く発生し
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１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３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２中で発生する反応活性種を処理室
３内に導いて基体５の表面に所定の処理を施すものであ
る。　　例えば、ＮＦ３ガス（あるいは、フッ素ガス、
フッ素化合物ガスまたはそれらを含む混合ガス）は、Ｌ
ＴＥプラズマ放電を経由させると非常によく分解してフ
ッ素系の反応活性種を多量に生成するために、高速のエ
ツチング処理が出来るなどの利点がある。

この第３図の装置では、ガスの流通間隙１００を残して
、透明な絶縁物（例えば石英ガラス）で作成された遮蔽
板１０（一点鎖線）を設けることがある。この遮蔽板】
０を設けることにより荷電粒子による基板の損傷がなく
なり、基板５の処理表面に反応活性種を均一性よく供給
することが出来、良質の表面処理が可能となる。

しかし第３図の装置による例えばＮＦ３ガスを用いる前
述の表面処理では、高速処理が可能な反面、放電室１内
の雰囲気の活性が強いため、放電室１に関して次の問題
を生じていた。

即ち、ＬＴＥプラズマ内で生成される放射物は、圧力、
放電室の形状その他によっても変（ヒするが、放電室１
内に均一に分布している訳ではない。そしである実験で
は、第３図の放電室１の３００の部分が殊に強くエツチ
ングされ、そのためやがて放電室が壊れてしまうという
不具合を生じ・た。

この表面処理装置に類似する構造の装置についての報告
として、 ）１．Ｕ、Ｅｃｈｅｒｔ、Ｈｉｇｈ　Ｔｅｒ＋ｐｅｒａ
ｔＵｒｅ　５ｃｉｅｎｃｅ、６．９９−１３４（１９７
６）や、明石和夫、化学工学、　４７（７）、４４０−
４４４（１９８３）や、吉ＥＢ豊信９日本の科学と技術
、′８４／超微粒子、　　ｐ３５−ｐ４２ あるいはこれらで引用されている文獣があるが、それら
は熱による放電管のダメージと、プラズマ空間の温度分
布についての報告であり、あくまで温度に関しての議論
である。

この熱によるダメージとしては、例えば放電管の材料と
して石英ガラスを選んだ場合には、約１２００　’Ｃ以
上に加熱された場合に、高クリストバライト変形（″失
透″と呼はれアモルファス構造が結晶構造に変化する）
が生じる。

従って我々は前述の第３図の場合において、「圧力の低
い状態で使用して、放電気体の温度を上昇させない」か
、もしくは「石英ガラス管を多量の水で冷却する」か、
または両者の併用で、熱による損傷を阻止している。

これに対し、本、願で取り上げる放電管内壁の損傷は、
プラズマによって活性化した反応活性種に基づく化学的
な反応によるダメージであって、熱：こよる放電管の壁
面損傷とは木質的に異なるものである。

従って、反応活性種によって生ずる放電室内面の損傷を
低減することが当面の技術課題となる。

（発明の目的） 本発明は、プラズマ中の強い反応活性種による放電室の
損傷を低減することにより、純度の高い表面処理を、均
一性良く、長時間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；該放電室と連通し、且つ排気系を設け基体を
設置した処理室と；を備え、該放電室で発生したプラズ
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）を該処理室に導いて、
該基体の表面に表面処理を行う表面処理装置において、
該反応活性種によって該放電室の内壁がエツチングされ
るのを防止するパージガスを、該内壁に沿って流すパー
ジ機構を備える構成の表面処理装置によって前記目的を
達成したものである。

（作用） 放電室の内壁に沿ってパージガスを流すので、内壁近傍
での反応活性種の濃度が低くなり、内壁がエツチングさ
れにくく、しかも不純物の発生が少なくなる。

（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３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。

この実施例で本発明の要部をなす反応活性種パージ機構
は、絶幹物のガス分能障壁２０．パージガス通路２１．
パージガス導入バルブ３０の三者で構成されろ。所定の
放電気体をバルブ９から導入し、コイル７に電力を印加
すると放電を生じて放電気体が励起され、多量の反応活
性種を生ずるが、放電室の内壁材の石英ガラスをエツチ
ングするおそれのない、０゜＋　Ｎ　２　＋　Ａ　ｒか
またはそれらのガスの混合物をパージガスとしてパージ
機構に送る。そのパージガスは導入バルブ３０から、コ
ンダクタンスを小さくした放電室内周縁部のパージガス
通路２１を通って放電室１の内壁に沿って吹き出され、
内壁近傍の反応活性種の濃度はこれて薄められる。

これまでは、この装置をＬＴＥプラズマ状態で用いると
きには、通常のグロープラズマに比して反応活性種が殊
に多量に生ずるため、その分だけ放電室内壁材の損傷が
大きく、放電管の頻繁な取り替えを要したが、上記の反
応活性種パージ機構によってこの損傷は大いに低減し、
放電室の寿命を逼かに長くすることが出来た。そして、
装置のメンテナンス労力を軽減するとともに、放電室内
壁から放出されていた不純物の量をも大幅に低下させ、
基板表面への不純物の付着、混入の少ない、良質の高速
表面処理が可能となった。

なお、コイル７の代わりに放電室１を取り囲むマイクロ
波キャビティを用い、印加電力としてＧＨｚオーダーの
マイクロ波を用いるときは、この実施例の装置は、通常
のグロー放電状態では勿論、ＬＴＥプラズマ状態で特に
顕著な効果を現す。

本発明の装置で、放電室の材質を吟味し、石英ガラス以
外の優秀な絶縁物例えば、サファイアやファインセラミ
ックスを選ぶときは、パージガスの選択条件はかなり緩
和された。

また、本発明の装置で、パージ機構の材質を絶縁物（石
英ガラス、サファイア、アルミナ、セラミックス等）に
するとこの部分が疑似的な電極として作用することがな
く、プラズマとの間に強いシースを生ずることがない。

そのためこの部分でスパッタリングや加熱が起こりにく
く、不純物の発生が少なくなる。

この実施例の装置では、従来の装置同様に、一点鎖線で
示すように、処理室３０基板５に対してプラズマの荷電
粒子による損傷が少なくなるように、僅かな隙間１００
をガスの通路として残して、遮蔽板１０が設置されるこ
とがあるが、この構成の表面処理装置でも本発明の効果
は充分に顕著であった。

第２図は、本発明の他の実施例の表面処理装置の概略の
断面図である。この実施例の装置では、円錐形のガス分
離障壁２０が用いられてパージガスの吹き出し流速を大
：こしパージ効果を上げている。図示しないがパージガ
スに旋回運動を与えるように吹き出し口に旋回用固定只
を設けである。

パージガスは旋回の遠心力によって放電室の内壁に密着
して走り、パージ効果を一層大きくする。

このように、本発明は、放電室の材質がプラズマで生じ
た反応活性種によりダメージを受ける装置において、放
電室の壁面を活性の弱いガスによりパージすることで放
電室のダメージを少なくする点に特徴を持つものであり
、処理室の構造、基板の配置、排気系等の構造は本実施
例にこだわるものではない。

パージガスは、放電室内壁の材質を考慮して選択さるへ
きであるが、表面処理の種類、使用する放電気体、によ
っても理想的なパージガスの種類は異なって来る。次記
する第１表は、放電室の材料が石英ガラスである場合の
、表面処理の種類と使用する放電ガスに対する理想的な
パージガスの組合わせを示す表である。

（第１表） （発明の効果） 本発明の表面処理装置によれば、プラズマ中の強い反応
活性種による放電室の損傷を低減することにより長寿命
化を達成し、純度の高い表面処理を、均一性良く、長時
間行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１，２」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。 第虫己ｊ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、　　９・・・・・
・導入バルブ、１０・・・・・・遮蔽板、１１・・・・
・・排気バルブ、２０・・・・・・ガス分離障壁、 ２１・・・・・・パージガス通路、 ３０・・・・−・パージガス導入バルブ、１００・・・
・・・隙間。

Claims (7)

【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；該放電室と連通し、且つ排気系を設け基体を設置
   した処理室と；を備え、該放電室で発生したプラズマ中
   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）を該処理室に導いて、該基
   体の表面に表面処理を行う表面処理装置において、該反
   応活性種によって該放電室の内壁がエッチングされるの
   を防止するパージガスを、該内壁に沿って流すパージ機
   構を備えたことを特徴とする表面処理装置。
2. （２）該プラズマが、ＬＴＥプラズマであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の表面処理装置。
3. （３）該プラズマが、マイクロ波放電プラズマであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１または２項記載の表
   面処理装置。
4. （４）該放電気体が、ハロゲンガス、ハロゲン化合物ガ
   ス、水素ガスまたはそれらを含む混合ガスであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１、２または３項記載の表
   面処理装置。
5. （５）該パージガスが、Ｏ＿２、Ｎ＿２、Ｎ＿２Ｏ、Ａ
   ｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒまたはそれらの混合ガスであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１、２、３または４項
   記載の表面処理装置。
6. （６）該パージガスに対し該内壁表面に沿う旋回運動を
   与えるパージ機構を備えることを特徴とする特許請求の
   範囲第１、２、３、４または５項記載の表面処理装置。
7. （７）該パージ機構が絶縁物であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１、２、３、４、５または６項記載の表
   面処理装置。