JPH0629254A

JPH0629254A - 水素プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0629254A
Application number: JP18206292A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Fujimura; 修三藤村; Jun Kikuchi; 純菊地
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、水素プラズマ処理装置に関し、水
素プラズマ処理する際、水素ラジカル濃度の低下を抑制
することができ、水素ラジカルの発生効率、輸送効率を
十分良くすることができ、処理効率を向上させることが
できる水素プラズマ処理装置を提供することを目的とす
る。【構成】少なくとも水素と水蒸気ガスを含む気体がプ
ラズマ化され、該プラズマ中若しくは該プラズマの上流
に処理される被加工物が設置され、該プラズマ中あるい
は該プラズマの下流の少なくとも一部がアルミナ部材で
構成される水素プラズマ処理装置において、該アルミナ
部材の少なくとも一部を冷却する冷却手段を設けるよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素プラズマ処理装置
に係り、特にアルミナチャンバーを用いて水素プラズマ
処理する際、水素ラジカル濃度の低下を抑制して処理効
率を向上させることができる水素プラズマ処理装置に関
する。近年、例えば半導体表面に生じている自然酸化膜
の除去、高ドーズイオン注入後の有機高分子表面に生じ
ている変質層除去等に水素プラズマ処理や、水素ラジカ
ル処理が有効であることが報告されている。これらは水
素プラズマで発生させた水素ラジカル（水素原子）をそ
のまま若しくは荷電粒子の影響下で被加工物表面に作用
させて処理を行っている。この時、処理効率を向上させ
るには、イオンや荷電粒子はできるだけ再結合させて水
素原子（水素ラジカル）の状態にし、水素原子の発生効
率（水素分子の解離効率）及び水素原子の輸送効率を向
上させることが重要となっている。

【０００２】

【従来の技術】従来、水素プラズマ処理においては、水
素分子の解離率を高める方法として、例えば特願昭２−
１６８９０５号公報でＨ₂ＯやＯ₂を水素プラズマに添
加するという方法が報告されている。ここでは、水素だ
けを放電した時に比べ、例えば水蒸気を更に10vol ％程
度添加することにより、プラズマ中に水素ラジカルを水
蒸気を添加しない場合に比べて３〜５倍以上に増加させ
ることができる。そして、仮にプラズマチャンバーを石
英で構成すると、この水蒸気の添加効果は放電時間に対
しても安定し、実に好ましいプロセスを提供することが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようにプラズマチャンバーを石英で構成すると、石英
自体はＳｉＯ₂であるため、プラズマ処理中に生成され
た水素ラジカルはＳｉＯ₂と反応し易い。このため、水
素ラジカルとＳｉＯ₂が反応してしまうと、生じてほし
くない酸素が生じてしまい、水素ラジカルで還元反応を
進めたいのにも関わらず、この生じた酸素により逆向き
の反応が生じて水素ラジカルの処理効率が低下してしま
う。しかも、水素ラジカルによりエッチングしてほしく
ない石英チャンバー内壁がエッチングされてしまう他、
このように石英で構成されたチャンバーでは、長期の使
用に際し、プロセスの安定性に問題がある。また、石英
では熱伝導性が高くないため、チャンバーを冷却したい
時等は冷却パイプ等をこまめに配置しなければならな
い。

【０００４】一方、熱伝導率を石英よりも良好にするこ
とができるチャンバー構成材料には、パラジウム等の金
属が挙げられるが、金属でチャンバーを構成すると、金
属中に多量の水素ラジカルが侵入し、この侵入した水素
ラジカルがエネルギーを放出して基底状態のＨとなって
Ｈ同志が容易に再結合してＨ₂となってしまい、水素ラ
ジカルの輸送効率が非常に悪くなるという問題があっ
た。

【０００５】そこで、これらの問題を解決するために、
従来では、アルミナチャンバーを構成する方法が検討さ
れており、この方法によれば、水蒸気を上記同様添加す
ることで水素ラジカルを増加させることができる。そし
て、アルミナは石英の場合よりも水素ラジカルと反応し
難いため、酸素が生じ難く、水素ラジカルの処理効率を
向上させることができ、しかも、アルミナは石英よりも
熱伝導率が高いため、石英よりも熱伝導性を良くするこ
とができる。そして、アルミナは金属の場合よりも水素
ラジカルの侵入を抑制することができるため、水素の再
結合を抑制して水素ラジカルの輸送効率を良くすること
ができる。

【０００６】上記したように、この方法では、石英、金
属の場合よりも水素ラジカルの発生効率、輸送効率を良
くすることができる。しかしながら、この方法でも水素
ラジカルの発生効率、輸送効率の点では不十分であり、
具体的には、折角水蒸気を添加して水素ラジカルを増加
させても、放電開始後数分で、水素ラジカル濃度が低下
してしまい、処理効率が低下してしまうという問題があ
った。

【０００７】そこで本発明は、水素プラズマ処理する
際、水素ラジカル濃度の低下を抑制することができ、水
素ラジカルの発生効率、輸送効率を十分良くすることが
でき、処理効率を向上させることができる水素プラズマ
処理装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による水素プラズ
マ処理装置は上記目的達成のため、少なくとも水素と水
蒸気ガスを含む気体を内部にてプラズマ化する水素プラ
ズマ処理装置において、該処理装置の内壁の少なくとも
一部をアルミナ部材で構成し、該アルミナ部材の少なく
とも一部を冷却する冷却手段を設けるものである。

【０００９】本発明においては、水素と水蒸気ガス以外
に更に窒素及び不活性ガスの少なくとも一種を混合して
もよく、この場合、例えば希釈して使用する場合に有効
である他、例えば被加工物表面の酸化膜を除去する時、
反応速度を制御することができる。また、別のチャンバ
ーで別のガスと混ぜたい時にも有効である。また、プロ
セスガスとして使用するのではなく、何かを測定する基
準ガスとして混合する時にも有効であり、例えば、放電
キャビティー中の水素原子、酸素原子の量をモニターす
るのにアクチノメトリー法があるが、この時、Ａｒ、Ｘ
ｒ、Ｘｅ等の不活性ガスを導入し、これらの発光を基準
に水素、酸素の発光を各々測定し、これから水素原子、
酸素原子の量を測定する場合にも有効である。

【００１０】本発明に係るアルミナとしては、緻密質の
アルミナが好ましい。緻密質のアルミナは、熱伝導性を
良好にすることができるので、冷却効果を上げることが
できる。

【００１１】

【作用】図１は本発明の原理説明図である。図１の比較
例１はアルミナ管を冷却も加熱もせずに、アルミナ管内
に水素と水蒸気（10％）の混合気体を流し、下流でＥＳ
Ｒ（電子スピン共鳴）装置で水素原子濃度を計ったとき
の結果である。処理条件は圧力は１Ｔｏｒｒ、Ｈ₂＋Ｈ
₂Ｏ10ｃｃ／分、プラズマ励起は2.45ＧＨｚ、10Ｗ、
ＥＳＲ条件は3510Ｇａｕｓｓである。この結果、冷却も
加熱もしない比較例１では、放電開始時の水素原子濃度
はそれ程低下しないで比較的高いが、放電を続けると時
間とともに著しく低下しているのが判る。特に、放電開
始後１分で極端に低下しているのが判る。

【００１２】ところで、そもそもアルミナチャンバーで
の水蒸気の役割は正確には知られていないが、水蒸気を
添加すると水蒸気がアルミナ表面に吸着し、これにより
水素原子のアルミナ表面での再結合を阻害するため、水
素ラジカルが増加するものと考えられている。この考え
に従うと、アルミナの温度が上がるとアルミナ表面を覆
っている水蒸気が離脱し、水素原子がアルミナ表面で再
結合するようになると推測できる。これがら比較例１で
は、放電しているため、アルミナ管の温度が 150℃とい
う高温になってしまう（ 100℃程度上昇）。このため、
上記理由によりアルミナ表面を覆っている水蒸気が離脱
し、水素原子がアルミナ表面に付着し再結合して水素原
子濃度が低下しているものと推定される。

【００１３】そこで、このアルミナ管が高温になること
で水素原子濃度が低下することを裏付けるために、図１
の比較例２としてアルミナ管にヒーターを巻き、アルミ
ナ管を150 ℃程度に積極的に加熱したところ（加熱以外
の処理条件は比較例１と同様である）、放電開始時の水
素原子濃度まで低下しているのが判る。これから、放電
時間による水素原子濃度の低下の原因が放電に伴うアル
ミナ管の温度上昇によるものであることが判った。

【００１４】そこで、図１の本発明として、後述する実
施例のように、アルミナ管をアルミナジャケットで周囲
を覆い、アルミナジャケット内に20℃の恒温水を流し、
この恒温水で冷却したところ（比較例１と冷却以外は処
理条件は同様である）、アルミナ管を冷却しない比較例
１、２の場合よりも水素原子濃度の低下が抑えられるの
が判る。このように本発明は、アルミナ等を冷却するこ
とで、アルミナ表面に付着された水蒸気の離脱を防いで
水蒸気の効果を保障し、水素原子のアルミナ表面での再
結合を抑制することができる。

【００１５】このため、水素プラズマ処理する際、水素
ラジカル濃度の低下を抑制することができ、水素ラジカ
ルの発生効率、輸送効率を十分良くすることができ、処
理効率を向上させることができる。

【００１６】

【実施例】図２は本発明の一実施例に則した水素プラズ
マ処理装置の構成を示す概略図である。図２において、
１はμ波が同軸ケーブル２により導入される放電キャビ
ティーであり、この放電キャビティー１には水素ガスと
水蒸気ガスがアルミナ管３により導入されてプラズマ化
される。この時の処理条件は水素ガス流量を90ｃｃ／分
とし、水蒸気ガス流量を10ｃｃ／分とし、マイクロパワ
ー10Ｗとし、１Ｔｏｒｒとする。次いで４は放電キャビ
ティー１で生成された水素ラジカルをアルミナ管３を通
して導入し、この導入された水素ラジカルの濃度を測定
するＥＳＲ（電子スピン共鳴）キャビティーであり、５
はＥＳＲキャビティー４から排気側へ続く石英管であ
り、６は石英管５内の圧力を測定する圧力計である。そ
して、７は継手であり、８はこの継手７と放電キャビテ
ィー１間のアルミナ管３を冷却するために、アルミナ管
３周囲に設けられたアルミナジャケットであり、このア
ルミナジャケット８内には、水温20℃で保持さるように
恒温水がアルミナ管３と接触するように流されている。

【００１７】このように本実施例では、放電キャビティ
ー１とＥＳＲ測定キャビティー４間のアルミナ管３周囲
をアルミナジャケット８で覆い、このアルミナジャケッ
ト８内に20℃の恒温水を流すことにより、この恒温水で
アルミナ管３を冷却したところ、ＥＳＲキャビティー４
で測定した水素濃度は放電開始直後から放電開始後７分
まで30％程度減衰したに止まり、冷却しない時（冷却し
ない以外は本実施例と同条件とする）の減衰率が50％程
度よりも大幅に改善された。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、アルミナチャンバーを
用いて水素プラズマ処理する際、水素ラジカル濃度の低
下を抑制することができ、水素ラジカルの発生効率、輸
送効率を十分良くすることができ、処理効率を向上させ
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の一実施例に則した水素プラズマ処理装
置の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１放電キャビティー２同軸ケーブル３アルミナ管４ＥＳＲキャビティー５石英管６圧力計７継手８アルミナジャケット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも水素と水蒸気ガスを含む気体
を内部にてプラズマ化する水素プラズマ処理装置におい
て、該処理装置の内壁の少なくとも一部をアルミナ部材
で構成し、該アルミナ部材の少なくとも一部を冷却する
冷却手段を設けることを特徴とする水素プラズマ処理装
置。