JPH0475775B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は真空処理装置に関し、例えばエツチ
ング装置、CVD装置、表面酸化装置、アツシヤ
ー装置などに代表される諸装置において、粉体を
製造したり、被処理物（本願においては単に基板
と云う）の表面に薄膜形成、改質、クリーニン
グ、エツチング等の加工を施す場合に適用して効
果が著しいものである。

（従来の技術とその問題点） 従来のこの種の処理装置で、比較的低真空を利
用するものでは、真空室内の広範囲の場所にプラ
ズマを作り、そのプラズマの生成物を処理に利用
するものばかりであり、被処理物の狭い局部のみ
に限定してプラズマを作り、必要とする処理を施
すには適しないものばかりであつた。

また、超高真空を使用する分子線エピタキシ装
置では、高濃度の分子線で高速の薄膜堆積をしよ
うとすると、とかく真空室の背圧を高くし、膜の
純度、膜質の変化の歯切れの良さ等々が犠牲にな
るという欠点があつた。

更にまた、例えば、分子線エピタキシ装置では
次の問題も生じていた。即ち従来の分子線発生源
は第２図にその概略の断面図を示すように、ガス
導入口２１より原料ガスを導入し、反応管２２内
で原料ガスに外部からエネルギーを与えてこれを
分解し、（第２図では反応管外周に配置したヒー
ター２３で、熱エネルギーを与えている）、所望
の分子種を生成し噴出口２４より分子線として噴
出させている。このため例えば、シリコンのエピ
タキシヤル膜を堆積させようとして原料ガスとし
てシランを導入した場合、400℃程度に反応管２
２を加熱すると原料ガスが分解してシリコンを発
生させることが出来るが、発生したシリコンは反
応管内壁に付着し堆積してしまうという欠点があ
つた。このため反応管の内径がシリコンの堆積に
よつて次第に狭くなり、噴出する分子線の強度が
変化してしまう不都合を生じた。またシランの分
解の効率も低下する欠点があつた。

シリコンを反応管内壁に堆積させないために
は、反応管の壁面温度を2000℃以上にする必要が
ある。しかし、不純物を含まないシリコン分子線
の噴出を得ようとする場合、現存する如何なる材
料を用いても2000℃に維持でき、しかもシリコン
と反応しない反応管を作ることは不可能である。

上記の問題は、シラン→シリコンの場合だけで
なく、ゲルマン→ゲルマニウムの場合もそうであ
り、分解して出来た分子種の蒸気圧が、反応管の
温度よりも低い場合はすべて同様である。

（発明の目的） 本発明は、上述の問題を解決し、比較的低真空
を利用する処理装置では、真空室内の所定の狭い
範囲のみにプラズマを作り、被処理物の狭い局部
に限定するなどもして、必要とする処理を施すこ
とが出来る新規な装置の提供を目的とする。

また、超高真空を使用する処理装置、例えば分
子線エピタキシ装置では、真空室の背圧を高くす
るおそれなく、しかも高濃度の分子線で高速な薄
膜の堆積を可能にする装置、更には、分子線発生
源の構造材料に原料ガスの分解生成物が付着する
ようなことのない装置を提供することを目的とす
る。

（問題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために、新規に
工夫された分子線発生源を採用する。即ち、真空
中に局所的に高濃度の分子流を発生させる手段
と、該高濃度の分子流にエネルギーを注入してこ
れをプラズマ化する手段とを備えた分子線発生源
である。そしてこのプラズマ化で生じた荷電粒
子、活性種、放射光等の生成物の少なくとも一部
を用いて、真空室内の限定された局所などで、粉
体の製造、基板の表面処理等の真空処理を行なう
ものである。

例えば、外部から導入された原料ガスはその速
度の方向を一定に整えられ、ガス噴出口より高濃
度の分子線として噴出させられる。次いでこの分
子線に高周波電力が印加されてこプラズマ化さ
れ、所望の分子種、荷電粒子、活性種、放射光を
生成、これらの少なくとも一部が処理に使用され
るものである。

（実施例） 次にこの発明の実施例を、分子線エピタキシヤ
ル膜の製造装置で代表させて図を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明の実施例の分子線エピタキシ
（以下、MBEと略す）装置に使用される分子線発
生源の正面断面図である。ここではシランを原料
ガスにして、シリコン基板にシリコンのエピタキ
シヤル膜を作成する場合を例にとり、説明する。

分子線発生源の本体１０は、真空フランジ１を
用いてMBE装置（図示せず）の真空容器壁面に
取り付けられている。ガス導入口２にシランガス
の供給ラインを取り付け、一方ガス排気口３には
MBE装置とは独立した排気系（図示せず。本例
では、ターボ分子ポンプおよびロータリーポン
プ）を接続し、常時排気を行なつている。

図示しないガス供給系より、流量制御された
20sccmのシランガスを矢印１１のようにガス導
入口２に導くと、その導入ガスの分子のうち、横
方向の速度ベクトルを持つたものはその殆どが、
ガス整流部４内に多層に設けられた障壁５に衝突
して、ガスの方向を大きく変更し、ガス排気口３
から矢印１２のように排気されてしまう。

障壁５の中央孔６の全段を通過したシランガス
は、飛行方向の整つた高密度の分子線である。極
めて高密度であつて、例えば、実験ではMBE装
置内の背圧力が10^-10Torrのとき、この分子線強
度は基板近傍で10^-7Torrの高さを示し、しかも、
整流と排気の効果は著しく、分子線が前記の背圧
を上昇させることは全くなかつた。

上記のシランガスの分子線はエネルギーを与え
られていないので、まだ分解していない。従つ
て、流路周辺の構造物に対する付着は、如何なる
付着も黙視では認められない。

噴出口７を噴出したシランの分子線は、超高真
空に維持されたMBE装置内を、所定の基板に向
かつて矢印１３のように飛行するが、その途中
で、真空外の高周波電源９から高周波電力が印加
されるコイル８（絶縁物１４を貫通して真空容器
内に導入）の中央部を通過する。このコイルは水
冷されたパイプ１５を数ターン巻かれただけのも
のである。

分子線は充分な高密度を持つため、分子線はこ
のコイルの中央部で高周波電力のエネルギーを吸
収して励起され、プラズマ化し、分解して分子種
を生ずる。そしてこのシランの分解生成物が基板
に衝突し、基板上で反応しシリコンエピタキシヤ
ル膜が堆積する。

高周波電力を印加しない場合は、基板上では殆
んどシリコンの堆積が見られない。

従来の装置では分子線発生源の本体１０の内壁
や噴出口の付近にシリコンが堆積し、数回のエピ
タキシヤル膜成長作業で忽ち使用不能となること
は前述の通りであるが、上記の分子線発生源を用
いるときは、エピタキシヤル膜1μｍの成長を100
回以上行なうことが出来た。

さらに都合のよいことに、高周波電力の印加を
調整するだけで、膜の成長速度を制御することが
可能であり、また、必要に応じ成長を中断させる
ことも可能であつた。

更に、非晶質シリコン膜を堆積する場合は、高
周波投入電力の制御によつて、水素の含有率を制
御することも可能であつた。

良質なシリコンエピタキシヤル膜を作成するに
は、シランの代わりにジクロルシランが用いら
れ、低い基板温度においても水素含有の少ない膜
を作成することが出来る。なお、シランと塩素を
混合して用いても同様の効果が得られる。

この分子線発生源を用いる本発明のMBE装置
は、メンテナンスの期間を大幅に延長することに
なり、長期間に亙つて装置を大気に開放すること
なく、不純物の混入の少ない良質のエピタキシヤ
ル膜を生成することが出来た。しかも、従来の
MBE法の「Ｅガン」を用いる蒸着でよく発生し
た、シリコン試料の突沸のような不具合も全く見
られなかつた。

さらにまた、高周波電力印加コイル８によつて
分解されたシランの反応生成物は、その多くがSi
−Ｈの形で存在するために、基板上での滞在時間
が長く、このため、凹凸の表面を有する基板の上
での、被覆性の良い薄膜の堆積も、充分に可能と
なつた。これは従来、MBE法では到底不可能と
されていたものである。

上記では高周波電力の周波数として13.56MHz
を用いているが、この周波数はコイルの形状とと
もに、例えば400kHz等、自由に選ぶことが出来
る。

この第１図を略示したのが第１図ａであるが、
装置は第１図ｂのように、コイルのアース側を逆
にしたり、高周波電力をパルス状に印加する態様
にも変更可能である。

また電力の印加法であるが、上記のようにコイ
ル即ちＬを用いるもののほか、対向電極即ちＣを
用いても電力の印加は可能であつて、第１図ｃに
それを略示する。１６，１７は中空の円筒状電極
である。その極性を変えることも、また高周波電
力をパルス状に印加することも、先と同様に可能
で、これを第１図ｄに示す。

第１図ｅは、２つの電極１６，１７を、分子線
を挟んで対向設置した例であり、第１図ｆは、電
極の一方が分子線を円筒状に包み、他方が真空容
器で代用されたもの、第１図ｇは電極の一方が分
子線を円筒状に包み、他方がその中央部に置かれ
た線状電極となつたものである。第１図ｆ，ｇの
２者の場合、電源９は直流電源であつてもよい。

第１図ｈは、導波管１８の一部に貫通孔を設け
て分子線を通し、マイクロ波のエネルギーをここ
で吸収させた例である。ＧHz帯の周波数などに用
いられる。

第１図ａ〜ｇの各図に点線で描いたのは、磁場
の印加手段であつて、エネルギー印加領域に静磁
界または動磁界を設定し、これによつてプラズマ
化を促進し、プラズマをより高密度にするための
工夫である。磁場は永久磁石、電磁石何れで作つ
ても良い。

なお、上記の分子線エピタキシヤル膜生成の実
施例はシリコン膜の堆積で示したが、他の物質の
堆積でも同様な効果が得られる。

また分子線に対するエネルギーの注入は、放射
線（放射光）によつても可能であり、放射線は熱
線、可視光線、紫外線、真空紫外線、Ｘ線等すべ
てが用途に合わせて用いられる。すべては、分子
線発生源本体１０と基板との間にて、この分子線
を放射線で照射する形で使用される。

さらに、上述は分子線エピタキシ装置の場合で
あつたが、この分子線発生源は、より真空度の低
いCVD装置、エツチング装置、表面酸化装置、
アツシヤー装置などで代表される諸装置の内部に
て、粉体を製造したり、被処理物の表面に薄膜形
成、改質、クリーニング、エツチング等の加工を
施す場合にも便利に用い得ることは明かである。

加工を局部的なものに限定出来ることから、ま
た必要以上に真空容器内を汚染しないことから、
殊に純度の高い粉体や薄膜、そして、界面の変化
の切れ味の良い多層薄膜の製造に威力を発揮す
る。

必要に応じてこの分子線発生源を機械的に移動
させ、被処理基板表面を所望の分子種、荷電粒
子、活性種、放射光の少なくとも一部で走査させ
ることがある。

荷電粒子のみまたは活性種のみを利用したいと
きには、電界または磁界によつて荷電粒子の進路
を変更する手段が採用され、放射光のみを利用し
たいときには例えば、分子流の向かう方向を避け
て被処理基板を設置することになる。

（発明の効果） 本発明は、比較的低真空を利用する処理装置で
は、真空室内の所定の狭い範囲のみにプラズマを
作り、被処理物の狭い局部に限定するなどして、
必要とする処理を施すことが出来、また、超高真
空を使用する処理装置、例えば分子線エピタキシ
装置では、真空室の背圧を高くするおそれなく、
高濃度の分子線で高速な薄膜の堆積を可能にする
ほか、更には、分子線発生源の構造材料に原料ガ
スの分解生成物が付着するようなことのない装置
を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例のMBE装置に使
用される分子線発生源の正面断面図。第１図ａは
それを略示する図。第１図ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，
ｇ，ｈはそれぞれ別の実施例の、第１図ａと同様
の図である。第２図は、従来のMBE装置に使用
される分子線発生源の正面断面図。 １……真空フランジ、２……ガス導入口、３…
…ガス排気口、４……ガス整流部、５……障壁、
６……中央孔、６，７……噴出口、８……コイ
ル、９……高周波電源、１０……分子線発生源の
本体、１４……絶縁物、１５……水冷されたパイ
プ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高真空中に局所的に高濃度の分子流を発生さ
   せる手段と、該高濃度の分子流にエネルギーを注
   入してこれをプラズマ化する手段とを備え、該プ
   ラズマ化で生じた荷電粒子、活性種、放射光等の
   生成物の少なくとも一部を用いて、粉体の製造、
   基板の表面処理等の真空処理を行なうことを特徴
   とする真空処理装置。 ２ 該エネルギーの注入が、放射光で行なわれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真
   空処理装置。 ３ 該エネルギーの注入が、電力で行なわれるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空
   処理装置。 ４ 該電力によるエネルギーの注入が、該高濃度
   の分子流の回りに巻回されたコイルに印加される
   高周波電力で行なわれることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の真空処理装置。 ５ 該電力によるエネルギーの注入が、該高濃度
   の分子流の近傍に少なくともその一方の電極を配
   置された一対の電極に印加される電力で行なわれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   真空処理装置。 ６ 該電力によるエネルギーの注入が、該高濃度
   の分子流のエネルギー注入部に設けられた磁界に
   よつて加速されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項または第５項記載の真空処理装置。