JPS58202533A - 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】 本発明は気相で試料の表面に薄膜を形成したり、試料の
表面をエツチングしたりする表面処理装置の改良に関す
るものである。

近年、気相（気体）での赤面処理装置が半導体素子製造
分野を中心にして開発されている。主な表面処理プロセ
スは、試料の表面に薄膜を形成しく９） たシ、試料の表面をエツチングすることである。

その他に試料の表面の物理的、化学的性質を変えるプロ
セス（表面改質）や試料の表面に不純物を打ち込むプロ
セス等も表面処理プロセスに含まれる。

気相で表面処理を行う装置としては、表面処理に関与す
る粒子（処理粒子）の雰囲気中に試料を設置して行なう
装置と、上記処理粒子が大量に存在する源から粒子線と
して処理粒子を引き出して、この粒子線を試料表面に入
射させて行なう装置がある。

前者の表面処理装置は量産性に優れているが、制御性で
は後者の表面処理装置の方が優れている。

したがって、将来、質の優れた薄膜や超微細加工（エツ
チング）が必要になると、後者の粒子線を用いた表面処
理装置が主流になるものと考えられる。　　　　　　　
　　　　　５′、゛従来の粒子線を用いた表面処理装置
は、処理粒子としてイオン、又は化学的に安定な原子９
分子が用いられている。

第１図はイオンを処理粒子として用いた従来の表面処理
装置の基本構成を示したものである。この装置はイオン
源（１）からイオン引き出し系（２）Ｋよってイオン線
（イオンビーム）（３）を引き出し、表面処理室（４）
中においた試料（５）の表面に照射してその表面を処理
するものである。表面処理室（４）は排気系（３０）に
よって必要な真空圧（’＝　１０−’　Ｔｏｒｒ）に排
気される。この装置での表面処理の種類としては薄膜形
成、エツチング、表面改質、イオン打ち込み等が行なわ
れる。

第２図は化学的に安定な原子９分子を処理粒子として用
いた従来の表面処理装置の構成例である。

同図において、処理粒子を含む固体、又は液体状物質（
６）を電源（３１）に接続されたヒータ（７）で加熱す
ることによって発生する処理粒子を原子９分子源（８）
内に充満させる。原子９分子源（８）内の原子。

分子が噴出口（９）から圧力差によって噴出して原子。

分子線（モレキュラービーム）　　（２９）を形成し、
試料（５）の表面に入射して試料（５）の表面処理を行
なう。なお、表面処理室（４）は゛排気系（３０）によ
って必要な真空圧に排気されている。この装置での表面
処理の種類としては、主に、薄膜形成を行なう。

上述の第２図の装置（モレキュラービーム（２９）を用
いるもの）では、試料（５）の表面に到達する処理粒子
の化学反応性が乏しいために、限定された表面処理しか
行なえないという欠点がある。即ち、表面処理としては
薄膜形成しか行なえず、他のエツチングや、表面改質は
不可能である。しかも、形成された薄膜の特性も限定さ
れる。

一方、第１図の装置（イオンビーム（３）を用いるもの
）では、各種の＝ｍ処理が可能であるが、試料（５）へ
の入射イオンの持っている大きな運動エネルギ（＞１ｏ
ｏｅ■）のために試料（５）の表面上に多くの損傷（格
子欠陥等）が残るという欠点がある。また、イオンビー
ム（３）を用いて薄膜を形成する場合、入射イオンが薄
膜形成分子の結合を分断するために高分子の薄膜形成は
困難となる。

したがって、本発明の目的は上述した欠点を解消した表
面処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明においては、化学的に
活性な中性粒子（ラジカルとも称されており、結合して
いない結合手（不対電子）を持っている原子９分子をい
う。）を処理粒子とした粒子線を用いて表面処理装置を
構成したことを特徴としている。

かかる本発明の特徴的な構成により、化学的に活性な処
理粒子を用いているため第２図に示した従来の装置に比
べ、薄膜形成、エツチング、表面改質環、広範な表面処
理が可能とな不。また、入射する粒子線の運動エネルギ
が低いため第１図に示した従来の装置に比べ、表面の損
傷が極めて少なくなる。また、薄膜形成を行なう場合、
薄膜形成分子の結合が分断されないため、極めて高分子
、かつ、化学的に安定な薄膜を形成することが可能とな
る。また、試料基板の表面と処理粒子とを化学的に反応
させることによって表面の物理的、化学的性質を変える
ことも可能となる。なお、ラジカルとしては、Ｆ、ＣＬ
、Ｂｒ、０．Ｈ，Ｎ等の原子状のものや、ＣｎＦｍ、Ｃ
ｎＣｔ＋ｍ、ＣｎＢｒ、。

ＣｎＨｍ、ＣｂＨｔＦＩＣｔｋＢｒｌ等のＣの結合手が
全部ふさがっていないもの等の分子状のもの等がある。

上記分子状ラジカルでＣをＳｔ、Ｓ、Ｂに置換したもの
も可能である。

以下、本発明を図を用いて詳述する。

第３図は、本発明による表面処理装置の基本構成を示し
たものである。ラジカル源（１０）内に後述するいずれ
かの方法で化学的に活性な中性粒子を作り、それを単数
、又は複数個の噴出口（９）から噴出させてラジカル線
（１１）　　（空間の各点において一定範囲の方向を持
って飛翔する活性な中性粒子の集まり）を形成する。こ
のラジカル線（１１）を排気系（３０）で排気された表
面処理室（４）中に置かれた試料（５）に照射すること
によって試料（５）の表面処理を行なう。ラジカルの成
分を含む物質はり−クパルブ（１２）を介して気体の状
態でラジカル源（１０）内に供給されるか、又は、ラジ
カル源（１０）内に固体か液体の形で設置される。また
、中１・：：１ ラジカル源（１０）の壁をラジカル□の成分を含む物質
で作成することも場合によっては可能である。

第４〜６図は、ラジカル源（ｉｏ）内にラジカルを発生
させるための具体的構成を示したものである。第４図で
は、光源（１３）からの光（１４）によってラジカル源
（１０）内の原子９分子を活性化、又は分解してラジカ
ルを発生させるものである。

なお、（１５）は光通過窓であり、　（１６）は光の無
反射終端である。

第５図は、電極（１７）をラジカル源（１０）内にそう
人して電源（１８）によって放電を電極間に発生させ、
放電中で原子１分子を活性化、又は分解してラジカルを
形成するものである。

第６図は、高周数ケーブル（又はガイド）（１９）によ
ってラジカル源（１０）内に高周波（２０）による電界
を印加してラジカル源（１０）内に放電を発生させる。

放電中で原子１分子を活性化、又は分解してラジカルを
形成するものである。ラジカル源（１０）内にコイル（
２１）によって磁界を印加すれば、ラジカルの発生効率
を上げることができる。

凸：１ 磁界は、コイル（２１）のかわりに永久磁石を用いても
印加することができる。

第７図は、本発明におけるラジカル源（１０）の別の実
施例を示したものである。噴出口（９）の出口に噴出ロ
ガイド（２２）がついており、噴出口（９）の口径が徐
々に広がるようになっている。こうすることによってラ
ジカル線（１１）の飛翔方向がさらにそろうようになり
、方向性の良いエツチングや薄膜形成が可能になる。

第８図は本発明の別の実施例を示したものである。この
装置は複数棟のラジカル（例えば、ラジカルＡとラジカ
ルＢ）を含むラジカル線（１１）からラジカル分離器（
２３）によって必要なラジカル（例えば、ラジカルＡ）
線（１１’）のみを選び出して試料（５）に照射して試
料（５）の表面処理を行なうものである。なお、ラジカ
ル源（１０）、ラジカル分離器（２３）、試料（５）の
置かれている表面処理室（４）は排気系（３０）によっ
て真空に排気されている。

こうすることによって、不純物や表面汚染の少ない薄膜
形成やエツチング、表面改質等の表面処理が可能となる
。

第９図は、第８図に示したラジカル分離器（２３）の具
体的構成を示したものである。排気系（３０’）（９） によって真空に排気されたラジカル分離室（２４）内に
複数枚の回転板（２５）、　（２６）が設置されている
。回転板（２５）、　　（２６）には単数又は複数個の
通過口（２７）、　（２８）が設けられており、ラジカ
ル線（１１）の軌道を周期的に通過口（２７）。

（２８）が横切るようになっている。回転板（２５）の
通過口（２７）が粒子線（１１）の軌道位置に来る時の
み複数種のラジカルを含むラジカル線（１１）は回転板
（２５）を通過する。ラジカル線（１１）の飛翔速度（
ラジカルＡ、Ｂの速度を各々ｖＡ、ｇとする）はラジカ
ル種によって異なるため、回転板（２６）に到達する時
刻がラジカル種によって異なる。この時、丁度、回転板
（２６）の通過口（２８）が粒子線（１１）の軌道位置
に来ているラジカル線（１１’）（例えば、ラジカルＡ
）のみが回転板（２６）を通過しうる。こうして、ラジ
カル線（１１）の分離が行なわれる。今、回転板（２５
）の通過口（２７）が粒子線（１１）の軌道を横切って
から、回転板（２６）の通過口（２８）が粒子線（１１
）の軌道を横切るまでの時間をτとする。そして、回転
板（２５）。

（１０） （２６）間の距離をｄとする。

ラジカルＡがラジカル分離器（２４）を通過するために
は次式 ％式％（１） を満足する必要がある。また、ラジカル源（１０）の気
相の温度をＴ１とすると、速度Ｖムはただし、ｍム：ラ
ジカルＡの質量、ｋ：ポルツマン定数となる。いま、Ｔ
ａ＝５００に、　　ラジカルＡとしてフッ素ラジカルＦ
（質量数１９）とすると、 ｍム＝１９Ｘ１．６７Ｘ１０−”フ（Ｋｇ）＝３．１７
　Ｘ　１０−”　［：Ｋｐ］Ｖム＝７．４４Ｘ１０”　
Ｃｍ） となる。よって、 τ＝７．４４Ｘ１０−宜ｄ（ｓｅｃ：１となる。例えば
、ｄ　＝　１０　ｔｍ＝、、０．１ｍとすると、τ＝　
７．４４　Ｘ　１０−”　（（８）〕である。この時間
τを変えることによって他のラジカル線を通過させるこ
とも可能となる。

（１１） 第１０図は、本発明のさらに別の実施例の構成を示した
ものである。ラジカル源（１０）からのラジカル線（１
１）を分子源（８）からの化学的に安定な原子９分子線
（９）とイオン源（１）からのイオン線（３）を適当に
組合せた粒子線を試料（５）に照射することによって試
料（５）の表面処理を行う装置である。この装置によシ
、単一の粒子線では得られない特性を有した表面処理が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオン線を用いた従来の表面処理装置の構成図
、第２図は化学的に安定な原子９分子線を用いた従来の
表面処理装置の構成図、第３図は本発明による表面処理
装置の基本構成図、第４〜６図は第３図に示した装置に
おけるラジカル源の具体的構成図、第７図は第３図に示
した装置におけるラジカル源の他の実施例の構成図、第
８図は本発明による他の実施例の基本構成図、第９図は
第８図に示した装置におけるラジカル分離器の具体的構
成図、第１０図は本発明によるさらに他の実施例の基本
構成図である。 （１２） １・・・イオン源、２・・・イオン引き出し系、３・・
・イオン線、４・・・表面処理室、５・・・試料、６・
・・被加熱物、７・・・ヒータ、８・・・化学的に安定
な原子９分子源、９・・・噴出口、１０・・・ラジカル
源、１１．１１’・・・ラジカル線、１２・・・リーク
パルプ、１３・・・光源、１４・・・光、１５・・・光
通過窓、１６・・・無反射終端、１７・・・電極、１８
・・・高周波電源、１９・・・高周波ケーブル（ガイド
）、２０・・・高周波、２１・・・コイル、２２・・・
噴出ロガイド、２３・・・ラジカル分離器、２４・・・
ラジカル分離室、２５．２６・・・回転板、２７．２８
・・・通過口、２９・・・モレキュラービーム、３０．
３１’・・・排気系、３１・・・交流電源。 代理人　弁理士　薄田利幸 （１３） 嘉　１　図 ｆＪ２　区 ≦Ｌ“ ６７１　３０ 茅　３　図 第５図 ￥Ｊ　４　図 第６図 ｎ 第７　菌 ＩＺ 茅　８　図 Ｚ 葛　′７　図 罫　１０　　図 −一腎

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、化学的に活性なラジカルを発生させる手段と発生し
   た上記ラジカルをラジカル線として引き出すための噴出
   口とを有したラジカル源と、上記ラジカル線を照射して
   表面の処理を行なうための試料を設置する表面処理室と
   を備えてなることを特徴とする表面処理装置。 ２、上記ラジカル線から特定のラジカルを分離するため
   上記ラジカル源と上記表面処理室との間にラジカル分離
   手段を設けてなることを特徴とする第１項の表面処理装
   置。 ３、上記噴出口が徐々に噴出口径を拡大した噴出ガイド
   を備えてなることを特徴とする第１項の表面処理装置。 ４、上記ラジカル発生手段がラジカル化すべき原子２分
   子に光を照射してラジカルを発生させるものであること
   を特徴とする第１項の表面処理装置。 （１） ５、上記ラジカル発生手段がラジカル化すべき原子２分
   子を放電形成手段によってラジカルを発生させるもので
   あることを特徴とする第１項の表面処理装置。 ６、上記放電形成手段が対向電極間に高周波電圧を印加
   するものであることを特徴とする第５項の表面処理装置
   。 ７、上記放電形成手段が高周波ケーブルに高周波′電圧
   を印加するものでおることを特徴とする第５項の表面処
   理装置。 ８、上記放電形成手段が高周波電界と磁界との相乗作用
   によるものであることを特徴とする第５項の表面処理装
   置。