JPH0448720A - 表面処理方法および装置 - 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、半導体などの固体表面に光と反応ガス、洗浄
液等を供給して表面反応させ、皮膜形成。

エツチング、アッシング、洗浄などを行う表面処理装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に半導体製造工程における光アッシングや光ＣＶＤ
などの表面処理方式は、プラズマ処理方式に比べて低損
傷であり使用する装置も簡単な構成でよい等の利点が有
るため、利用範囲が増えつつある。また、精密洗浄を必
要とする産業分野でも光洗浄が実用化されつつある。

これらの光処理方式には、光アッシングや光洗浄のよう
なほぼ大気圧での処理も有るが、光ＣＶＤのような真空
中での処理も有る。

光ＣＶＤ装置の場合における従来例及び問題点を以下に
概説する。

「特開昭６２−５０４６７号」は被処理物である基板に
対向して、前面が石英板で覆われていて内部に乱反射鏡
と光源とを備えたハウジングを設け、石英板に／ｈ孔を
形成して反応気体を噴出させることにより、基板表面に
均一な厚さの薄膜を形成するものである。この例の場合
は、構造上、光源を真空雰囲気中に置くことになる。こ
のため石英板の厚みは数題以下に薄くできるが、この場
合、光源の性能を左右する光源の温度管理が困難になり
、性能や寿命が変動したり劣化する問題が有る。

［特開昭６３−２９９２７号」は、光源を大気圧雰囲気
側に置き、石英板の窓を介して真空処理室内の基板表面
に照射するものである。

「特開昭６２〜８１０２０号Ｊは、光源の外面に反応生
成物が付着して光源からの光の透過が劣化することを防
止するために、真空処理室内に挿入した光源の外側を孔
明き透明筒状体で包囲して二重構造とし、光源の表面を
ガスシールドするようにしたものである。この例は、孔
明き透明筒状体の内部はほぼ真空雰囲気であるため、光
源は、はぼ真空処理室内部雰囲気に曝されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のうち、特開昭６２−５０４６７号、特開
昭６２−８１０２０号等の場合は、光源として使用して
いる紫外線ランプの外側が真空となるため、以下のよう
な問題が有った。

ｌ）ランプへ電力を供給するフィードスルーの気密構造
が複雑になるため、製造コストがかさみ、また信頼性も
低下しやすい。

２）ランプ周囲が真空雰囲気のため熱伝達が低下し、ラ
ンプの照度を左右するランプ最冷点温度の制御性が悪く
なり、照度が変動するため、反応速度が不安定になりや
すい。

３）発光管の冷却が不十分になり温度が高くなるので、
ランプ寿命が短くなりやすい。

４）ランプ構造が複雑なので、処理プロセス中にランプ
に付着する汚れのクリーニングが難しい。

５）ランプ交換の都度、処理装置の真空を破る必要があ
るため装置のダウンタイムが長くなり、真空性能の劣化
による処理特性への影響も出やすい。

一方、特開昭６３−２９９２７号の場合、石英板の両側
の圧力差が１気圧程度になるため、強度確保上、石英板
の厚みは約１５ｍｍ以上必要である。紫外線の透過率は
石英板の厚みに概ね反比例するので、このままでは透過
光量が大幅に低下し５これに従って薄膜形成速度即ち処
理速度が大幅に低下する問題が有った。

本発明の目的は、光源が真空雰囲気にあっても大気圧雰
囲気にあっても、光源部の構造が簡単で、確実なランプ
最零点温度制御ができ、十分な冷却が可能で、クリーニ
ングしやすく、ランプ交換時の真空破壊が不要であり、
しかも光の透過窓の厚みを数ｍ以下にできる表面処理装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、光を透過し、かつ反応処理室内部に対して
気密もしくは耐真空の鞘を取付け、この鞘の中に光源を
挿入し、かつ鞘の中に流体を導入排出する手段を具備す
ることにより達成される。

〔作用〕

表面処理装置の処理室内の被処理物の近傍に、袋状もし
くは管状の鞘を取付け、この鞘の中にランプを挿入する
。これにより処理に必要な光はランプから出て鞘を透過
して処理室内の被処理物の表面に照射される。ランプは
真空など処理室の雰囲気から隔絶されるので、ランプ電
力供給部の気密保持機構が不要となる。つまり従来の大
気圧処理用のランプとほぼ同じランプ構造でよい、鞘の
内部には気体を流してランプを冷却することによりラン
プの管壁温度の過昇を防ぎ、これによりランプの寿命劣
化が防止できる。尚、紫外線ランプの場合には、鞘を合
成石英製とし、鞘の内部に窒素を流すことにより目的が
達成できる。

更には鞘の内部に流す気体の種類を種々変えることによ
り、処理室に照射される光の波長を制御できるので、反
応条件を変えることもでき−る。

ランプが処理室の雰囲気から隔絶されているので、ラン
プ交換時に処理室内部を大気に開放する必要が無く、大
気中の水分などの影響による処理特性の劣化が防止でき
る。

鞘は、単純な形状のため、外面が汚れた場合のクリーニ
ングを容易に行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例の構成を第１図、第２図、第３
図、第４図及び第５図により説明する。

なお、第１図は本発明の表面処理装置のランプユニット
部の平断面図を示している。第２図は第１図のＡ−Ａ断
面図を示している。第３図は第１図のランプユニット４
組を組み込んだ表面処理装置の平面図を示している。第
４図は第３図のＢ−Ｂ断面図を示している。第５図はラ
ンプの着脱時の様子を示している。

第１図において大半の図示を省略した処理室４に石英製
の鞘２をシール３を介して耐真空に装着している。鞘２
の内側には紫外線ランプ１の発光部１ａを挿入し、ラン
プ基部１ｂを鞘２のフランジ部２ｂに密着させている。

ランプ基部１ｂにはガス導入路１ｃ、ガス排出路１ｄを
設けている。

また鞘２の内側の片面には反射体２Ｃを取り付けている
。

第３図及び第４図は、ステージ５に載置した被処理物６
の上方に、第１図のランプユニットを４組配列した場合
を示している。

以上の構成において、その作用を説明する０本実施例で
は光ＣＶＤの場合を取り上げる。紫外線ランプ１は図示
を省略した点灯電源から電力の供給を受けて点灯し、発
光部１ａから紫外線が放射される。放射されたー紫外線
は発光部１ａと鞘２の空間には、ガス導入路１ｃから導
入された窒素が満たされているので紫外線はこの空間で
吸収されること無く、鞘２を透過して処理室４内のステ
ージ５上の被処理物６に照射され、表面処理が行われる
。尚、発光部１ａから放射された紫外線のうち、被処理
物６と反射側に出た紫外線を反射体２ｃで反射させ被処
理物６への照射効率を高め、かつ無駄な部分への照射を
防ぐことにより、不要部での反応進行を抑える作用を行
う。

一方、ランプからは多量の発熱があり、そのままではラ
ンプ発光管内壁に酸化水銀が生成付着するため紫外線の
照度が急速に低下して行き短寿命になる。ランプの過熱
を防ぐために窒素ガスをガス導入路１ｃから鞘２内へ導
入してランプを冷却しながらガス排出路１ｄから排出す
る。この場合窒素ガスの流量を加減することによりラン
プの温度を適正に調節できる。

ランプが寿命に達した場合のランプ交換は、紫外線ラン
プ１を鞘２から抜き取り、別の紫外線ランプ１′を挿入
固定することにより完了する。この場合、処理室４内の
真空を破壊して処理室４を大気に暴露する必要が無いの
で、処理室４内壁への水分や不純物吸着等の状態変化に
よる表面処理特性の劣化等を回避できる。また交換に要
する装置のダウンタイムを大幅に短縮できる。

光ＣＶＤ装置のような薄膜を形成する装置の場合、原料
ガスが気層中で反応するため、生成物は被処理物のみな
らず、処理室内壁やランプ表面にも堆積してしまう。ラ
ンプ表面に堆積すると紫外線の照度が低下して性能が劣
化するので、これを防止するため定期的にクリーニング
する必要が有る。本実施例の場合、鞘２の形状が単純で
、十分な強度を持たせることが出きるので容易かつ作業
性の良いクリーニングが可能である。

本発明の他の実施例を第６図及び第７図に示す。

本実施例は鞘２を円形断面とし、鞘２の内部に直管型の
ランプを挿入したユニットを処理室４に配列したもので
ある。本構成の場合、鞘２の断面形状を円形断面にする
ことにより力学上鞘２の管厚を最小限に薄くできるので
、紫外線が鞘２を透過する際の照度低下を最小化できる
効果が有る。

本発明のその他の実施例を第８図に示す。本実施例は鞘
２を矩形断面とし、鞘２の内部に直管型のランプを挿入
したユニットを処理室４の被処理物６の上方に配列した
ものである。各ランプユニットの間に隙間を設け、この
隙間から反応ガスをシャワー状にして被処理物６に注ぐ
ことにより、被処理物６上の表面処理速度の均一性を向
上する効果が有る。尚、鞘２の下面が平坦なので、反応
ガスの流れを制御しやすいという効果も有る。また鞘２
の外面が汚れた場合のクリーニングがし易いという効果
も有る。更には鞘２内の紫外線反射体２ｂを回転させて
紫外線を上側に向けることにより光のシャッターとして
も機能し、被処理物６への紫外線を遮ることができるの
で、瞬時に表面処理の反応を抑制もしくは停止できる効
果も有る。

この効果は、紫外線ランプなどの光源は、特性上電力を
供給してもすぐには定常にならず、３０分程度のフオー
ムアップが必要であるため、ランプの短期的な点滅によ
る光の制御は困難であることを考えれば非常に有用な効
果である。

本発明のその他の実施例を第９図に示す。本実施例は鞘
２を長方形断面とし、鞘２の内部にＵ字型のランプを挿
入したユニットを処理室４の被処理物６の上方に配列し
たものである。各ランプユニットの間に第８図同様の隙
間を設け、この隙間から反応ガスをシャワー状にして被
処理物６に注ぐ。鞘２の断面形状は長円形であっても良
い。

本発明のその他の実施例を第１０図に示す。本実施例は
複数個の鞘を一体化して板状にし、その片面を処理室に
向け、反対の面を大気側にしたものである。本実施例の
場合、光透過窓７の内面が完全に平坦にできるので、大
面積の被処理物にも比較的容易に対応できる効果が有る
。また処理室本体と透過窓の間の真空シール構造が簡単
になるので、リークに対する信頼性が高まり、装置の製
作コストも低減できる効果も有する。

本発明のその他の実施例を第１１図に示す。本実施例は
形態的には第１０図の実施例に近いが、光透過窓のうち
、大気側に補強体８を取り付けて補強することにより光
透過窓７の厚みを大幅に薄くしたものである。これによ
り処理室内部に放射される光の照度低下による処理速度
の低下を防ぐことができる。尚、補強体８は光透過窓７
と別の材料の部材を固着する構造を示したが、光透過窓
７と同村の一体構造であっても良い。本実施例の場合は
、補強体８の形状を成る程度自由に決められるので光源
の形状や寸法に対する制約がｉＪ＋さくなり、装置の設
計が容易になる効果が有る。

次に５本発明の表面処理方法の実施例を第１図。

第２図及び第１２図を用いて説明する。第１図のガス導
入路１ｃから鞘２の内部に窒素ガスを供給し、鞘２の内
部を窒素ガス雰囲気とする。尚、紫外線ランプ１を冷却
した窒素ガスはガス排気路１ｄから外部へ排出される。

この場合、紫外線ランプから放射される紫外線はほとん
ど窒素ガスに吸収されることなく鞘２を透過して外部へ
放射される。ここで供給するガスを窒素ガスから酸素ガ
スもしくは空気に置き換えると、今度は紫外線が酸素ガ
スに吸収されるため鞘２から外部への放射量が小さくな
り反応速度が低下する。この場合の酸素比率と照度比の
関係の一例を第１２図に示した。これにより処理におけ
る反応速度を制御できる。尚、鞘２内へ供給するガスの
種類や成分を種種調整することにより更に高度なプロセ
ス条件の制御が可能であることは言うまでもない。

本発明の表面処理方法の他の実施例を第１３図及び第１
４図を用いて説明する。第１３図において鞘２内へ供給
する窒素及び酸素ガスの配管に流量調整手段１０を設け
る。一方鞘２から放射された紫外線の強度を照度モニタ
１１で検出しその信号を制御部１２に取り込む。照度モ
ニタの信号強度に応じて流量調整手段１０の開度を調整
する。

これにより第１４図に示すように、被処理物６へ照射さ
れる紫外線の照度が一定になるように、窒素と酸素の混
合ガスにおける酸素濃度比を逐次変化させる。これによ
り光源が寿命に達するまで長期間一定の照度つまり処理
特性が得ら九るので、再現性の良い安定した処理が可能
になる効果も生じる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光源部の構造が簡単で、確実なランプ
最冷点温度制御ができ、十分な冷却が可能であり、クリ
ーニングしやすく、ランプ交換時の真空破壊が不要な表
面処理装置を得ることができるので、高照度、高性能、
高信頼性、長寿命且つ低価格の光源部及びこれを組み込
んだ表面処理装置を実現できる効果が得られる。

無駄な部分への照射を防ぐことにより、不要部での反応
進行を抑える効果も得られる。

ランプ交換時に処理室の真空を破って処理室を大気に暴
露する必要が無いので、処理室内壁への水分や不純物吸
着等の状態変化による表面処理特性の劣化等を回避でき
、製品の歩留まり向上が得られることは大きな効果であ
る。またランプ交換に要する装置のダウンタイムも大幅
に短縮できるので生産性の向上する効果も得られる。

鞘の内部に流すガスの種類や成分比率等を調整すること
により、鞘の外部に放射する光のスペクトルを変更でき
るので、被処理物の処理特性を容易に制御できる効果も
有る。この機能を極端に使うと、光がほとんど全てガス
に吸収される場合は光が透過できないので光のシャッタ
ーとして利用できる効果も得られる。

また、反射板を回転させ光のシャッターとして機能させ
ることにより被処理物への紫外線を遮ることができるの
で、瞬時に表面処理の反応を抑制もしくは停止できる効
果も有る。

反応ガスはシャワー状にして被処理物に注ぐことにより
、被処理物上の表面処理速度の均一性を向上する効果が
有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面処理装置のランプユニット部の平
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図。 第３図は第１図のランプユニット４組を組み込んだ表面
処理装置の平面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面図、第
５図は第３図の実施例におけるランプの着脱時の様子を
示す図、第６図は本発明の他の実施例を示す図、第７図
は第６図の実施例の平面図５第８図、第′９図、第１０
図、第１１図は本発明のその他の実施例を示す図、第１
２図は本発明の表面処理方法の実施例のタイムチャート
、第１３図は本発明の表面処理装置の実施例のシステム
構成の一例を示す図、第１４図は本発明の表面処理方法
の実施例における機能及び効果の説明図である。 １．１′・・・紫外線ランプ、１ａ・・・発光部、１ｂ
・・・ランプ基部、１ｃ・・・ガス導入路、１ｄ・・・
ガス排出路、２・・・鞘、２ａ・・・鞘部、２ｂ・・・
フランジ部。 ２ｃ・・反射体、３・・シール、４・・・処理室、５・
・ステージ、６・・・被処理物、７・・・光透過窓、８
・・・補強体、１０・・・流量調整手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体の表面に反応ガスを接触させ、これに光を照射
   して反応処理を行う表面処理装置において、 光を透過し、かつ反応処理室に対して気密もしくは耐真
   空の鞘を取付け、この鞘の中に光源を挿入し、かつ鞘の
   中に流体を導入排出する手段を具備したことを特徴とす
   る表面処理装置。 ２、上記光源は紫外線ランプ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、上記鞘は石英製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。 ４、上記鞘は袋形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。 ５、上記鞘は管状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。 ６、上記鞘は複数の光源が挿入できる形態であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面処理装置。 ７、上記鞘に導入する上記流体は単一成分若しくは複数
   成分の流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。 ８、上記鞘に導入する上記流体は上記光源が発生する光
   の波長を制御する特性を有する流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。 ９、上記鞘に導入する上記流体は紫外線を吸収しない流
   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。 １０、上記鞘に導入する上記流体は窒素であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面処理装置。 １１、光源と鞘とガス導入排出手段とを備えたことを特
   徴とする光源ユニット。 １２、上記鞘の内部に反射体を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の表面処理装置。 １３、上記反射体は上記鞘内部で回転または移動する構
   造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。 １４、上記鞘の内部に供給するガスの組成を制御するこ
   とにより被処理物へ照射される光の照度を一定もしくは
   任意に制御す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。