JPH0713949B2

JPH0713949B2 - 光反応方法および装置

Info

Publication number: JPH0713949B2
Application number: JP8614186A
Authority: JP
Inventors: 育夫岡田; 聖一板橋; 保直斉藤; 秀雄吉原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPS62243315A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、薄膜形成、エッチング等デバイス製造プロセ
スにおける、各種の反応に用いる光反応装置に関するも
のである。

［従来の技術］集積回路の高集積化、高性能化にともない、薄膜形成、
エッチング、酸化等の各種LSI製造プロセスで、プロセ
スの低温化、無損傷化を図るために光で反応ガス、基板
表面などを活性化して上述したような各種プロセスを行
う、光プロセスが研究されている。

第11図に従来の光プロセスに用いられている光反応装置
の構成を示す、１は光源で、例えば、水銀ランプ、希ガ
スランプあるいはエキシマレーザ、炭酸ガスレーザ等の
各種レーザ光源である。３は光源１から発生する光で、
反応容器５の光導入窓７を通して、光反応用ガス９に照
射され、ヒータ11Aを有する基板ホルダー11上の基板13
の表層に薄膜形成、エッチング等の加工をしている。15
は反応ガス９の導入バルブ、17は排気装置である。光反
応は、通常、排気装置17で容器５内を真空にし、バルブ
15で反応ガス９を導入し、数Torrから数百Torrの圧力で
容器５内を反応ガス９で満たした後に光源１を点燈し、
光３をガス９や基板13の表面に照射して、光で活性化し
たガスの反応またはガスと基板との反応で、薄膜形成や
エッチング等の加工をしている。このような構造である
ので、反応ガス９に照射される光３の波長は限られてく
る。すなわち、光源１が水銀ランプやレーザの場合、水
銀ランプであれば水銀蒸気を、ArFエキシマレーザであ
ればAr,F等のガスを封入している構造であり、封入管を
構成する物質で、発生する光の最短波長が制限される。
例えば封入管が石英であれば2000Å、LiFであれば1060
Å以下の波長のÅを得るのは不可能である。さらに、反
応容器５の中に光を入れるための光導入窓７でも短波長
の光は吸収され、反応ガス９には照射されないこともあ
る。一方、一般には反応ガスに強く吸収され、反応ガス
を励起，分解，イオン化等によって活性化する光の波長
は1500Å以下である。特に、1000Å以下の光は強く吸収
される。例えば、第12図に集積回路製造で頻繁に使用さ
れるシラン（SiH₄）ガスの吸収特性を示す（Y.Haradaet
al.Chem.phys.lett.1,p.595〜596（1968））。

波長が1300Å以下になると吸収が急激に増加し、SiH₄を
活性化するにはこの領域の波長が適するものと考えられ
る。しかし、上述したように従来の方法では、光源の封
入管や光導入窓で短波長の光が吸収されるために、1100
Å以下の波長の光を照射するのは不可能であった。そこ
で、従来はシリコン（Si）薄膜をシラン（SiH₄）で形成
する場合、光源の波長をよく吸収するガス、例えば、水
銀ランプを用いる際には、シランガスに水銀蒸気を混合
させ、ランプの水銀原子から発生する光で水銀原子を励
起し、励起された水銀原子とSiH₄との衝突でSiH₄分子を
励起し、活性化度を高め膜の形成速度を高めていた。し
かしこの方法では作製した膜に水銀が入るなど、良質な
膜はできなかった。さらに、第11図のように容器に数To
rrから数百Torrの反応性ガスを満たして光を照射して反
応させる場合、光導入窓７に反応生成物が付着し、例え
ば薄膜形成時には窓の付着物によって光の透過率が下っ
て安定で長時間の膜形成が不可能であった。

さらに、光で励起された反応ガス分子は、数Torr以上の
ガス圧力になると、ガス分子の平均自由行程が0.1mm以
下であるため、基板へ到達するまでに励起したガス分子
が他のガス分子と衝突をくり返すので、励起状態が持続
できず、光で励起された反応ガス分子のわずかな割合し
か基板表面に到達しないために、基板表面での反応が生
じにくく、従来、光反応による付着やエッチング等の反
応速度は他のプロセス、例えばプラズマプロセスに比べ
て非常に低かった。

さらに、上述したように光源から発生する光の波長が長
いため反応ガスが光電離でイオン化される割合も少な
く、光電離されたガス分子も他のガス分子との衝突によ
り中性化されるため基板には到達せず、光電離イオンを
用いることは不可能であった。そのため、電界や磁界に
よる反応の制御は不可能で、反応の制御性は低かった。

一方、波長1000Å以下の光を発生して上述のような光反
応を起し得る光源としてシンクトロン放射光源がある。
しかし、シンクロトロン放射光源は10^-9Torr程度の高真
空が必要であり、かつ大型な装置であるため、放射光を
直接反応性ガスに照射するには、大容量差動排気系が必
要となり、簡便な光反応装置とすることは難しい。ま
た、キャピラリ放電管などの従来の真空紫外光源は、定
常的にガスを流すので、高真空中では使用できず、光強
度もきわめて弱く、主として分光光源に使用できるもの
で、光反応用光源としては使用するのが不可能である。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は、上述した従来の欠点すなわち、光反応に最も
適合する波長の光が得にくいこと、光が反応物質を照射
するまでに減衰すること、装置が大規模であることなど
を解決し、光反応に適合する波長の光を発生する光源か
らの光によって反応ガスを励起，イオン化等によって高
効率に活性化し、さらに活性化された反応ガスが途中で
消滅することなく基板へ到達するような光反応方法およ
び装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための目的］このような目的を達成するために、本発明の光反応方法
においては、プラズマ形成室に第１のガスを注入し、か
つ該プラズマ形成室に設けられた電極間にパルス的に電
圧を印加してパルス的にプラズマを形成し、該プラズマ
から生成されるパルス的な電磁放射線を光反応室に導
き、前記電磁放射線を前記光反応室にパルス的に注入さ
れた第２のガスに照射して該第２のガスを活性化し、前
記光反応室内に配置された基板上で反応を生じせしめる
ことを特徴とする。

また、本発明の光反応装置においては、プラズマを形成
するための対向電極を設けたプラズマ形成室、前記電極
間にパルス的に電圧を印加してパルス的にプラズマを発
生せしめる手段、前記電極間に第１のガスを注入する手
段、光反応を起こさせる第２のガスの導入口を有し、基
板を収納する光反応室、前記光反応室にパルス的に前記
第２のガスを注入する手段、および前記プラズマから発
生するパルス的な電磁放射線を直接前記第２のガスに照
射するように前記プラズマ形成室と前記光反応室を直結
する光導入管を備えたことを特徴とする。

［作用］第１図に本発明装置の基本構成を示す。図にもとづいて
本発明の作用を説明する。21は光源となるプラズマで、
放電用電極23,25にょって形成される。プラズマから発
生した光27は、ガス塊29に照射される。ガス塊29を構成
する分子は、分子運動を示す矢印のように、方向と速度
のそろった分子流状で、基板31に到達する。プラズマ形
成容器33と反応容器35は、光導入管37で接続されてい
る。

本発明では、放電でパルス的に形成されるプラズマ21か
ら発生する光27を、方向のそろった分子流状のガス塊29
に照射し、光で活性化された分子またはイオンが、途中
で衝突することなく基板31へそのまま到達し、基板表面
で反応を起すような構成になっている。そのために光源
から発生する全波長領域の光を反応ガスに照射すること
が可能で、特に気体の励起や固体表面の活性化に最も適
する波長1000Å以下の極端紫外光も反応ガスに照射でき
る。そのため反応ガスの活性化の度合が高くなり、従来
の光反応では不可能であった反応ガスの電離もできる利
点がある。さらに、光源のガスを自由に選択できるの
で、反応ガスの励起に適合する波長の光を発生するガス
を光源に用い、共鳴的に反応ガスを励起させることがで
きる。さらに、真空中で方向がそろったガス分子流を光
によって励起・活性化し、活性化状態を失うことなく基
板表面へ到達させることができので、基板表面で効率良
く反応を生じさせることができる。さらに、光電離で生
じたエネルギー分散のきわめて小さいイオンを基板に照
射することができるので、基板表面での反応を精度良く
制御することができる。

［実施例］第２図は本発明の第一の実施例を説明する図であって、
41は光反応容器、43は反応容器の排気装置、45は光源用
の放電容器、47は光源の排気装置である。49は反応ガス
を光反応容器41内に噴射するための高速開閉ガスバル
ブ、51は高速開閉ガスバルブ49を駆動するための電源、
53は電源１に駆動指令をだすパルス発生器、55は高速開
閉ガスバルブ49によって光反応容器41の中に噴射される
反応ガスの容器、57は高速開閉ガスバルブ49から噴出さ
れる反応ガス58が形成するガス塊の形状を調整するため
のスキュー,59は真空中に高速開閉ガスバルブで噴射さ
れ形成された反応ガス塊である。61は、光源用ガスを噴
射するための高速開閉ガスバルブ、63は光源ガス用高速
開閉ガスバルブの駆動電源で、パルス発生器53のトリガ
パルスで高速開閉ガスバルブ61を駆動する。65は光源用
ガス66の容器である。67は光源用ガスを噴射する放電電
極で中心にガス噴射孔を有している。67Aは高電圧を電
極67に導くため高電圧導入フランジ、69はガス噴射電極
67と対向したリターン電極で中空になっている。69Aは
放電電極69のガス抜き孔、69Bはリターン電極69の光取
出し孔、69Cはリターン電極69からの電流を電源に導く
ためのリターン電流用フランジ、69Dは高電圧導入フラ
ンジ67Aとリターン電流用フランジ69Cを絶縁するための
絶縁体、71は放電用電源で高電圧導入フランジ67Aとリ
ターン電流用フランジ69Cに電気的に接続されている。7
3はガス容器65からの光源用ガス66が電極67と69の間で
放電しプラズマ化し電源71からの電流で自己収束して形
成された高温・高密度プラズマで、このプラズマから紫
外線，可視光，紫外線，真空紫外線,X線等の電磁放射線
が発生する。以下これらの電磁放射線を総称して光とい
う。75はプラズマ73から発生したこれらの光、77は光75
を放電容器45からの光反応容器41へ導くための光導入
管、79は永久磁石または電磁石などの磁石で、プラズマ
73の崩壊時に発生する電子を磁界によって偏向させ取り
除くためのものである。

81は金属メッシュでプラズマ73からのイオンを取り除く
ためのものである。83はメッシュ81に電位を印加するた
めの電源である。85は基板ホルダーで基板加熱用ヒータ
85Aを有している。87は、基板89に電位を印加し、基板8
9へのイオンの入射エネルギを制御するための電源で、
必要に応じて設けられるものである。反応容器41内の適
宜な位置に例えば電位を与えた金属メッシュを設けて、
ガス塊に電界を印加し、基板への入射エネルギを制御す
ることもできる。

89は基板で反応ガス58が吐出されるスキュー57と対向し
た位置に設置されている。本実施例は光反応容器および
放電容器にそれぞれ独立に排気装置を備えているので、
両容器内をそれぞれ光反応およびプラズマ形成に適した
真空度に能率良く排気できる。また光反応容器41内およ
び放電容器45内をそれぞれ独立に排気できるように、例
えば光導入管77にゲートバルブを設けてもよい。

これを動作するには、光反応容器41内を排気装置43で、
放電容器45内を排気装置47でそれぞれ排気し所定の真
空、例えばそれぞれ10^-6Torr程度に保っておく。次に反
応ガス用高速開閉ガスバルブ49を駆動するために、高速
開閉ガスバルブ駆動電源51にパルス発生器53から電源駆
動指令用トリガを送り、電源51を動作してバルブ49を駆
動しガス容器55内の反応ガス58をスキュー57を通して光
反応容器41内へ噴射させ、反応ガス塊59を形成する。光
を発生するにはパルス発生器53で反応ガス用高速ガスバ
ルブ駆動指令用トリガを発生した後、適当な時間間隔で
パルス発生器53から光源ガスバルブ61を駆動するための
電源61に駆動指令トリガを送り、バルブ61を動作させ光
源用ガス66を、電極67と69の間に噴出させる。光源用ガ
ス66が電極間で拡散しない時間内にパルス発生器53から
放電用高電圧電源71へ駆動指令トリガを送って電源71を
動作させ、電極67に高電圧を印加して放電させ、プラズ
マを形成する。電極67,69間に電源71から電流を流し
て、放電で形成したプラズマを電流の作る磁場との相互
作用により自己収束させる。プラズマの自己収束により
電極67と69の中心軸上に高温・高密度プラズマ73が形成
され、光を発生する。

プラズマから発生した光75を光導入管77を通して光反応
容器41へ導入する。光導入管77には光の進行方向と垂直
な磁界を作る磁石79とメッシュ81が設けられ、光75は磁
石の磁界とメッシュを通って反応ガス塊59に照射され
る。ガス塊59は光75の赤外光，可視光，紫外光，真空紫
外光,X線等によって励起，イオン化等の活性化された
後、スキュー57と対向する基板89の表面に到達し、反応
が生じる。

本実施例はこのような構造になっているので、反応ガス
と光源ガスが両者ともパルス的に供給され、光源と反応
容器の間に隔壁、窓などは必要なく、また、反応ガス塊
59が照射されるとき、光を発生するプラズマ73からの光
の経路は真空に保たれる。そのためプラズマから発生す
るあらゆる波長の光を反応ガス塊に照射することができ
る。高温・高密度プラズマが光を発生した後、崩壊する
時に発生する電子やイオンの多くの割合はプラズマの軸
方向へ放射されるが一部は反応容器41の径方向へも放射
される。しかし本実施例では電子は磁石79の磁界で曲げ
られ、イオンはメッシュ81に吸収され、ともに反応容器
41へは入らない。また、プラズマ形成時の前後にバルブ
61から噴出される光源用ガス66はガスを噴出する電極67
に対向して配置された排気装置47に向って噴出されるの
で効率よく排気され、反応容器41へ流入する光源ガスは
少ない。従って、光源から反応容器へは荷電粒子，ガス
等が流入することなく、反応ガス塊59に光が照射され
る。プラズマから発生する電子あるいはイオンを光とと
もに利用するには磁石79を外しメッシュ81に印加する電
位を変えてればよい。

第３図に反応ガス58を反応容器41内に噴射する高速開閉
ガスバルブ49のガス噴出口と、スキュー57の実施例を示
す。49Aは高速開閉ガスバルブ49のピストンやTiやAl,Fe
等の金属でできている。これはコイル49Bで発生する電
磁力などによって駆動される。49Cはガス噴出口であ
る。

49Dは高速開閉ガスバルブで噴出される反応ガス58のガ
ス溜めである。ガス留め49Dの圧力が反応容器41の圧力
に比べ充分高く、そのガスの平均自由行程がガス噴出口
49Cの径より充分小さい場合、ガス噴出口49Cから噴出さ
れるガスは超音速流となり、運動速度とその方向が一様
な分子流塊になる。その分子流塊の形状は先細末広がり
の構造を有するスキュー57の形状によって変えることが
できる（B.Bederson and W.L.Fite edit.“Atomic and
Election Physics Atomic Interactionpart A."in seri
es“Methods of Experimental physics vol.7（Academi
c Press N.Y.,1968）。このような構造の高速開閉ガス
バルブとスキューを用いると、噴出された反応ガス塊58
は、反応ガス分子の運動方向が基板面と垂直方向に一様
にそろったガス分子流塊となっているので、光の照射に
よって励起され、または光電離された活性分子，イオン
は他の分子やイオンと衝突することなく基板へ輸送され
ることになる。光で活性化された分子やイオンが活性を
失うことなく基板へ到達するので、従来の定常ガス圧下
でなされた光反応装置に比べて、基板表面での反応速度
が高くなる。

第４図は、第２図のような装置で光源ガス66にアルゴ
ン、反応ガス58に窒素を用いてプラズマからの光（電流
40KAの放電）を照射して、そのとき、生成される荷電粒
子を基板89の位置、すなわち、ガス流方向にファラデー
カップを設置して荷電粒子流の時間変化を測定した結果
である。第５図はガス流方向と垂直な位置にファラデー
カップを設置して測定した結果である。第４図のように
ガス流方向では、イオン流が検出されるが、第５図に示
すようにガス流と垂直な方向ではほとんど検出されな
い。この結果からプラズマからの光で窒素ガスが電離さ
れることがわかる。これは、第２図に示した実施例の構
成では光源と反応ガスの間が真空で石英窓などが存在し
ないため、プラズマ73から発生した波長1000Å以下の光
を反応ガスに照射することができるのでガスが光電離し
たためである。この結果は従来の光反応装置では、光に
よってイオン化されなかったのと大きく異なる。さらに
ガス流と垂直な方向でイオンが検出されないことから光
電離で生成されたイオンは、イオン化時にその方向を変
化せず、ガス分子流と同一方向に運動することがわか
る。すなわち、光でイオン化したガス分子が大部分、基
板表面へ到達することになる。このために、従来の光反
応装置に比べて反応速度を大幅に向上させることができ
る。

第６図に、第４図の時間軸を10倍拡大して測定した結果
を示す。第６図でイオン生成位置から検出器までの最短
距離（光が照射するガス塊の最も低い位置から検出器ま
での距離）が約10cmであり、イオンが検出器に到達する
までの時間は約130μｓであることからイオン速度は700
〜800m/sとなり、イオンの運動エネルギーは50meV程度
である。このことから第２図に示した実施例の構成で、
光電離によって生成されたイオンのエネルギーは熱エネ
ルギー程度であり、第２図に示すように基板へ電圧を印
加すれば、エネルギー分散が50meV程度ときわめてエネ
ルギーのそろったイオン流が基板表面に照射されること
がわかる。これは、従来のプラズマ中のイオンを引き出
して得られるイオン流が、プラズマのイオン温度と同等
な数十eVのエネルギー分散を有するのと異なり、分散が
1/1000程度に小さいイオン流が得られるを示している。
基板への入射エネルギーがmeVで制御できるのであるか
ら、きわめて精度高く、基板表面での反応が制御でき
る。

第７図に、第４図に示したイオン流のイオン種を四重極
分析器で測定した結果を示す。窒素分子N₂が、単原子イ
オンN⁺に分解イオン化されていることから、プラズマ73
から発生する光で効率よく分解が行われることがわか
る。

例えば、Si基板をエッチングするには、エッチングガス
として、SF₆やCF₄を用いる。基板を設置しヒータで所定
の温度例えば100℃程度に加熱した後、高速開閉ガスバ
ルブ49から例えばSF₆を照射し、光で分解・電離し基板
に照射させる。このとき、光源用ガスとしては、KrやAr
の希ガスあるいはエッチングガスと同一のSF₆を使用す
る。基板には方向のそろったイオンや励起分子が衝突す
るので、高アスペクト比のパターンでエッチングするこ
とが可能で、さらにイオンエネルギーがきわめて小さい
ので、エッチングによる損傷が極めて小さい。

また、Si膜を形成するにはSiH₄やSi₂H₆を用いて、ガス
バルブ49から噴射させる。Si等の基板を200〜300℃に加
熱した後、例えばSi₂H₆をガスバルブ49で噴射し、光で
分解・電離させる。このとき、光源ガスは、KrやArの希
ガスや、膜形成用ガスと同一ガスを用いることもでき
る。光源ガスや基板温度を変えることによって、アモル
ファス・多結晶あるいはエピタキシャル膜を形成するこ
とが可能となる。

第８図に光が反応ガスと共に基板を照射する光反応装置
の一実施例を示す。図中第２図の実施例と同一部分は同
一番号を付して説明を省略する。本実施例の特徴は基板
89が光75の照射領域に置かれていることである。なお基
板89の位置は図示の位置に限られないことはいうまでも
ない。高速開閉ガスバルブ49およびスキュー57は基板89
の位置に対応して、それと対向するように設けられる。
78は光導入管に設けたゲートバルブで、反応容器41と放
電容器45をそれぞれ独立に排気するために設けられたも
のである。第２図に示した実施例と同様に磁石，金属メ
ッシュを設けてもよい。

これを動作するには反応容器41内および放電容器45内を
排気して所定の真空度、例えばそれぞれ１×10^-6Torrに
達した後にゲートバルブ87Aを開き、以下前述した第２
図の実施例と同様に行う。

このような構造になっているから高速開閉ガスバルブ49
で反応容器41へ注入された反応ガス58が基板89へ到達す
るときに、放電用電源71を動作させてプラズマを形成し
光を照射すれば、反応ガスが光で活性化されると同時に
基板89の表層も光によって加熱、活性化され、表面での
反応が加速される効果がある。

以上のように第２図や第８図に示した実施例では、光源
用ガスには反応ガスの励起に適する波長の光を発生する
ガスを自由に選択できる。従来の光反応プロセスでは光
源のガス種が水銀や希ガスになどの一部のガスに限られ
ていたので、反応ガスの光吸収特性とは一致せず、反応
ガスによる光吸収が低く、大部分の光は透過して、その
結果光による励起効率が低かった。それに比べて本発明
では光源用ガスが自由に選択できるので、例えば反応ガ
スと同一のガスを用いて共鳴的に反応ガスに吸収させる
ことが可能である。その結果として弱い光でも反応ガス
を強く活性化することができる。

以上のような本発明の特性を利用すれば、複数の反応ガ
ス種を交互に励起して、基板表面に交互に到達させるこ
とができる。

第９図に複数の反応ガスを使用する光反応装置の一実施
例を示す。図において第２図の実施例と同一部分は同一
番号を付して説明を省略する。55A,55B,55Cはそれぞれ
反応ガス58A,58B,58Cの容器、49A,49B,49Cはそれぞれ反
応ガス58A,58B,58Cを反応容器41に注入するための高速
開閉ガスバルブ,51A,51B,51Cはそれぞれ高速開閉ガスバ
ルブの電源である。65Aおよび65Bはそれぞれ光源用ガス
66Aおよび66Bの容器、61Aおよび61Bはそれぞれ光源用ガ
ス66A,66Bを電極67,69間に注入するための高速開閉ガス
バルブ,63Aおよび63Bはそれぞれガスバルブ61Aおよび61
Bの電源である。53は各高速ガスバルブと放電電源71を
制御するためのパルス発生器である。光導入管77に反応
容器41内と放電容器41内を独立の排気できるように第８
図に示したと同様のガートバルブを設けてもよい。また
必要に応じて第２図に示すように磁石や金属メッシュを
設けてもよい。

これを動作するには、一例として、反応ガス容器55Aか
らの反応ガス58Aを光源ガス容器75Aからの光源ガス66A
で励起し、次に反応ガス58Bと58Cを同時に注入して光源
ガス66Bで励起する。この結果として基板には反応ガス5
8Aと58B,58Cの励起分子が交互に照射されることにな
り、例えば極薄膜の多層膜が基板に付着される。ここ
で、反応ガス58Bと58Cを同時に照射するときにはガスの
速度がガス分子質量に依存するので、高速開閉ガス49A
と49Bの開閉時間をトリガパルス発生器53で調整して、
同時に光照射領域に到達させればよい。

例えばAlGaAs/GaAsを形成するには、反応ガス58AにAl(C
₂H₅)₃を、58BにGa(CH₃)₃を、58CにAsH₃などの有機金属
ガスを用いればよい。また、Ｘ線ミラーのW/C多層膜を
作製するにはガス58AにCH₄やC₂H₆，ガス58Bと58CにWF₆
とH₂などを用い、ガス58Aおよび58Bと58Cを交互に噴射
し、光照射して形成すればよい。光源用ガスにはArやKr
等を用いることができる。

以上の実施例では、反応ガス供給に高速開閉ガスバルブ
を用い、真空中にガス塊を形成し光を照射する方法であ
った。これに対して、高速開閉ガスバルブを用いず定常
的にガスを流して光照射することも可能である。第10図
は高速開閉ガスバルブを用いない装置の一実施例を示
す。91は反応ガス58を反応容器41に噴出するノズル,93
は、反応ガス58の流量を調整するための流量調整バル
ブ,95は、反応ガスの分子流で排気装置43で排気され
る。97は光導入管77に設けた排気装置で反応容器41から
光源容器に流入するガスを排気し放電容器45を所定の圧
力に保つ。

これを動作するには、流量調整バルブ93で調整しながら
反応ガス58をノズル91から真空中へ流し、ガス分子流95
を形成する。放電によってプラズマ73を形成し、光をガ
ス分子流95へ照射してガスを活性化し、ガス流の途中に
設けてある基板89に活性化した反応ガスを衝突させ、基
板表面で膜形成、エッチング等の反応を生じさせる。

本実施例では放電容器45内の圧力を放電可能な10^-4Torr
またはそれ以下に保つ必要があるので、反応容器41から
流入するガスを減少させるために、排気装置97が必要と
なる。排気装置97の能力に応じて流すことのできるガス
量を増加させることができる。

第10図に示した実施例のノズル91に相当する位置に真空
蒸着に用いられる金属蒸気源（例えばフィラメントまた
は電子ビームによって加熱された金属）を設け、金属蒸
気を用いることも可能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、光源から発生す
る全波長領域の光を反応ガスに照射することが可能で、
特に気体の励起や固体表面の活性化に最も適する波長10
00Å以下の極端紫外光をも反応ガスに照射できる。その
ため反応ガスの活性化度合が高くなり、従来の光反応で
は不可能であった反応ガスの電離もできる利点がある。
さらに、光源のガスを自由に選択できるので、反応ガス
の励起に適合する波長の光を発生するガスを光源に用
い、共鳴的に反応ガスを励起させることができる。さら
に、真空中で方向がそろったガス分子流を光によって励
起・活性化し、活性化状態を失うことなく基板表面へ到
達させることができるので、基板表面で効率良く反応を
生じさせることができる。さらに、光電離で生じたエネ
ルギー分散のきわめて小さいイオンを基板に照射するこ
とができるので、基板表面での反応を精度良く制御する
ことができる利点がある。

このように、本発明によれば、活性度の高い反応ガスで
精度よく基板表面での反応が制御できるので、原子層オ
ーダで基板表面で薄膜の形成や加工が可能である。

本発明は、反応ガスの励起効率が高いので、光CVD、光
エッチング、光酸化などの各種光プロセスに利用でき
る。また、光を基板表面に照射すれば基板表面が活性化
されるので結晶膜成長、光ドーピングなどに利用でき
る。

精度よく基板表面での反応が制御できるので、起格子膜
の形成にも適用できる。さらに、気体成分の分析、固体
表面の分析等にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を説明するための基本構成図、第２図は本発明の光反応装置の実施例の構成図、第３図は高速開閉ガスバルブのガス出口とスキューの断
面図、第４図は高速開閉ガスバルブで形成されたガス分子流塊
に光を照射した時に、ガス分子流方向において検出され
るイオン流の時間変化を示す図、第５図はガス分子流方向と垂直方向で検出されるイオン
流の時間変化を示す図、第６図は第４図の時間軸を10倍拡大したときのイオン電
流の時間変化を示す図、第７図は反応ガスにN₂を用いて光分解されたイオン種の
測定結果を示す図、第８図，第９図および第10図はそれぞれ本発明の光反応
装置の実施例の構成図、第11図はガス封入型光源で定常ガス中の光反応を起す従
来の光反応装置の一部断面図、第12図はシラン（SiH₄）の光吸収特性を示す特性図であ
る。１…光源、３…光、５…反応容器、７…光導入窓、９…
光反応用ガス、11…基板ホルダ、13…基板、15…反応ガ
ス導入バルブ、17…排気装置、21…プラズマ、23,25…
放電用電極、27…光、29…ガス塊、31…基板、33…プラ
ズマ形成容器、35…反応容器、37…光導入管、41…光反
応容器、43,47…排気装置、45…放電容器、49,61…高速
開閉ガスバルブ、51,63…高速開閉ガスバルブの電源、5
3…パルス発生器、55…反応ガス容器、57…スキュー、5
8…反応ガス、59…ガス塊、65…光源用ガス容器、66…
光源用ガス、67,69…放電用電極、69B…光取り出し孔、
71…放電用電源、73…プラズマ、75…光、77…光導入
管、79…磁石、81…金属メッシュ、83…メッシュ用電
源、85…基板ホルダ、87…基板用電源、89…基板、91…
ノズル、93…流量調整バルブ、95…反応ガス分子流、97
…排気装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ形成室に第１のガスを注入し、か
つ該プラズマ形成室に設けられた電極間にパルス的に電
圧を印加してパルス的にプラズマを形成し、該プラズマから生成されるパルス的な電磁放射線を光反
応室に導き、前記電磁放射線を前記光反応室にパルス的に注入された
第２のガスに照射して該第２のガスを活性化し、前記光
反応室内に配置された基板上で反応を生じせしめること
を特徴とする光反応方法。
【請求項２】前記プラズマのパルス的な形成と前記第２
のガスのパルス的な注入とを単一のトリガーにより生じ
せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の光反応方法。
【請求項３】プラズマを形成するための対向電極を設け
たプラズマ形成室、前記電極間にパルス的に電圧を印加してパルス的にプラ
ズマを発生せしめる手段、前記電極間に第１のガスを注入する手段、光反応を起こさせる第２のガスの導入口を有し、基板を
収納する光反応室、前記光反応室にパルス的に前記第２のガスを注入する手
段、および前記プラズマから発生するパルス的な電磁放射線を直接
前記第２のガスに照射するように前記プラズマ形成室と
前記光反応室を直結する光導入管を備えたことを特徴とする光反応装置。
【請求項４】前記第２のガスの注入手段が高速開閉バル
ブであることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
の光反応装置。
【請求項５】前記プラズマ形成室と前記光反応室がそれ
ぞれ独立の排気装置に連結されていることを特徴とする
特許請求の範囲第３項または第４項に記載の光反応装
置。
【請求項６】前記電磁放射線の進行方法と非平行の磁界
を前記光導入管内に印加する手段を有することを特徴と
する特許請求の範囲第３項ないし第５項のいずれかに記
載の光反応装置。
【請求項７】前記光導入管の内部に金属メッシュが配設
されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項ない
し第６項のいずれかに記載の光反応装置。
【請求項８】前記基板に電圧を印加する手段が設けられ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項ないし第
７項のいずれかに記載の光反応装置。