JPS62216638A - 表面処理装置 - Google Patents

表面処理装置

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JPS62216638A
JPS62216638A JP6139686A JP6139686A JPS62216638A JP S62216638 A JPS62216638 A JP S62216638A JP 6139686 A JP6139686 A JP 6139686A JP 6139686 A JP6139686 A JP 6139686A JP S62216638 A JPS62216638 A JP S62216638A
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JP
Japan
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plasma
gas
cylindrical body
ring
wave
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Pending
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JP6139686A
Other languages
English (en)
Inventor
Kojin Nakagawa
行人 中川
Atsushi Sekiguchi
敦 関口
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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Publication of JPS62216638A publication Critical patent/JPS62216638A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

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、気体の放電により発生するプラズマを利用し
、被処理基板表面にエツチング、デポジション、改質、
清浄化等の所定の表面処理を施す表面処理装置に関する
(従来技術とその問題点) 従来、上記の種類の表面処理装置で最も多く使用されて
いるものは、第3図に概略の断面を示すような平行平板
型の表面処理装置である。この装置では、ガス導入系3
0と排気系39をそなえる真空容器31内に対向設置さ
れた平行平板型電極32.33 (33は接地された真
空容器31に接続)間に、it源35から直流、交流、
高周波などの電圧を印加して放電を発生させ、その放電
プラズマ38を用いて、ヒーター36で加熱される電極
33上の被処理基板37に表面処理を施すものである。
34は絶縁物である。
同類の装置には、被処理基板37を電極32上に設置し
た装置や平行平板型電極を同軸円筒型電極に変形・置換
したり、電極数を増減したりした様々の装置がある。し
かしこれらの装置には共通して、放電プラズマ38の密
度が低く、高速の処理ができない欠点がある。
何れの装置も放電プラズマの密度がかなり低いために、
実用に耐える処理速度を得るには大電力の投入を必要と
する等の欠点を残している。
高密度の放電プラズマが得られて、処理速度の速い表面
処理装置としては、第4図に概要の断面を略伝するよう
な、電子サイクロトロン共鳴(ECRと略す)を利用す
る表面処理装置がある。この装置を説明すると、プラズ
マ発生用ガス導入系42が接続され、マグネットコイル
40の作る磁場Bの中に設けられたプラズマ室41内に
、例えば2.45GHzのマイクロ波43が投入される
と、ECRfli?liによって導入ガスのプラズマが
発生する。このプラズマは前記の磁界Bの下端に作られ
る発散磁界によってプラズマ流44となって処理室45
内に拡大および加速されて噴出し。
(必要のときは、ガス導入用リング状管46を経由して
処理室45内に反応用ガスが導入され、これと協力して
)試料台50上の被処理基板47に所定の処理を施すも
のである。処理室45には排気系49、プラズマ室41
には冷却系48が接続されている。
しかしこの装置は高密度プラズマとは言っても、プラズ
マ密度が1011G−3程度であり、イオン化効率も数
%であってなお低く、そのため大電力のマイクロ波発振
器を必要として、装置が大掛りで高価になるほか、放電
室の形状がECHに適する特殊形状に限定されるなどの
欠点をもっている。
(発明の目的) 本発明は、上記の問題を解決し、大電力を必要とせず高
効率で高密度のプラズマを生成し、そのプラズマを利用
して、損傷の少ない高品質の表面処理を高速に行なうこ
とのできる、小型かつ安価な放電反応装置の提供を目的
とする。
(発明の構成) 本発明は。
(L)a、絶縁物よりなる中空構造の筒状体の内部に所
定のガスを導入する手段。
b、前記筒状体の内部空間に、その軸方向に向う磁場を
形成する手段。
C0前記筒状体の内部空間に、前記軸方向の所定長さに
亘って、所定の形状のアンテナを設置し、これに交番電
力を印加することにより、磁場中のプラズマ波を励起し
て。
該空間内にプラズマを発生させる手段。
d、前記筒状体の内部空間からガスを排気する手段、 をそなえ、該内部空間に設置された被処理物の表面にプ
ラズマ波を用いて所定の処理を施す表面処理装置によっ
て、前記目的を達成したものである。
(実施例) 以下1図に基いて本発明の放電反応装置の実施例を説明
する。第1図は本発明の実施例の表面処理装置の概略の
断面図であって、(a)は正面断面図、(b)は平面断
面図である。
ガラス、石英2石英ガラス、サファイア、各種セラミク
ス等の高融点絶縁材料で作られた円筒10(必要に応じ
て、冷却系を付設することがある)内には1図示しない
ガス供給装置からバルブ11を通して放電用ガス12が
導入され、円筒10を包囲するコイル13 (131,
132に分割設置されている)には図示しない直流電源
から直流電流が流されて1円510の軸方向に、矢印で
図示する磁場B(磁束密度もBとする)が形成されてい
る。
磁場Bの作成手段として、前記電磁コイルを用いた場合
のみならず、永久磁石を用いても良いし、永久磁石と電
磁コイルを併用しても良い。また磁場の方向はBと逆方
向でも良い。
更にこの円筒10(直径D)には、その表面に沿って軸
方向の所定長さくQ)に亘って、図の如く特殊な形状に
曲折されたアンテナ14が設けられ、高周波電源15か
ら整合回路16を経由して高周波電圧が(周波数f、電
力W)が印加されて。
円筒10の中に、前記の磁場Bと直交する方向に。
高周波交番磁界が加えられるようになっている。
周知のように、(参考文献、PHYSIC8LETTE
R8Vol、33A、N[L7.P2S5−P2S5.
rPLAsMA  PRODUCTION  USIN
G  A  5TANDING  HELICON  
WAVEJ 14Deeember 1970および、
同Vo1.91A、Na4.P2S5  Pi66、r
sOME  FEATURES  OF  RFEXC
ITED  FULLY  l0NIZEDLOW  
PRESSURE  ARGON  PLAS MAJ
 6 Septemberl 982) 、放電用ガス
12をバルブ11を通して導入して後述のガス排気バル
ブ25から排気を行ない1円筒10内のガス圧力を所定
値に保ち、アンテナ14に高周波電力を印加するときは
1条件Q=(Ba/nf)’”5によって、放電管10
内のプラズマにプラズマ波の1つであるところの低周波
共振としての定在ヘリコン波モードを発生させることが
できる。但し、aはプラズマの直径、nはプラズマの電
子密度、Q。
B、fは前述の通りである。
(放電管内にプラズマ波を励起してプラズマ中のイオン
を共鳴的に加熱することにより、放電管内に効率的に高
密度のプラズマを生起させることの可能なプラズマ波と
しては、ICRF(IonCycrotron Ran
ge Fraguency)、 LH(LowerHy
brid)波、 Alfen波等も考えられるが、コN
では定在Haricon波で代表させて説明している。
)この条件下では、プラズマ中を電磁波が効果的に伝搬
するため、装置の設計諸元を適当にすることで、現在広
く使用されている13.56MHz近辺の工業用周波数
の、比較的小容量の高周波電源を用いて、極めて効率的
に円筒10内にプラズマ密度が10”an−3程度以上
の高密度のプラズマを発生させることができる。しかも
条件によっては放電用ガスの殆んど100%をイオン化
することが可能であって、これはECRプラズマ装置の
10倍以上という高い値である。プラズマが高密度であ
るため、生成する活性種、イオンの量は極めて大きく、
放射される光も強大である。
また当然ながら本実施例では高周波電源5を用いている
が、先の共振条件をみたす周波数fであれば高周波領域
でなくてもよい。
高密度プラズマの高い温度が円筒10を破壊するおそれ
があり、そのときは、投入する交番電力を減じ、若くは
、交番電力をパルス状に断続的に印加して保護する。
またコイル13に印加する電流をパルス状にしたり交番
状にしたりしても同様の保護作用がある。
排気室20に接続される排気系は、排気ポンプ(図示し
ない)、排気バルブ25等すべて第3゜4図の従来の場
合と同様であって、処理の種類に適合したものが使用さ
れる。被処理物である基体24を加熱ないし冷却するた
めの温度調節系22についても同様である。
基板ホルダー23を回転ないし移動させて、処理が基体
24上で均一になるよう配慮することも ′従来と同様
である。
さて、基板の処理が単純なエツチングや、Si基板表面
のSin、皮膜作りあるいは基板表面の有機物除去等の
場合なら、第1図の装置に放電用ガス12としてArや
02を使用しただけのもので充分であるが、一層複雑な
処理が要求されるときには第2図の実施例(概要の断面
図で示す)のような、処理用ガス28を導入加味する表
面処理装置が有利である。
図示しないガス供給装置から供給される処理用ガス28
は、バルブ27を経由してガス導入用リング状管26に
入り、リング状管26のリング内側に多数穿設されたガ
ス噴出孔260から央部に向って基板24の表面上に噴
出し、円筒10内に生成しているプラズマにより励起1
分解、イオン化等の反応を起し、基板24の表面に、薄
膜堆積などの所定の処理を施すことになる。
なお、処理用ガス28の導入方法は、上記に限られるも
のではなく、従来の各種の方法が採用できる。例えば、
第1図の装置を用いて、バルブ11を経由し、放電用ガ
スと処理用ガスを混合したガスをプラズマ内に供給して
も良い。
第1表に、堆積できる薄膜の種類と、そのとき利用され
る放電用ガス、処理用ガスの組合せを例示した。
なお、例えばECRのように電子の共鳴により高密度プ
ラズマを得る場合には、電子の平均自由行程が、そのラ
ーマ−半径に比べて十分大きいことが必要であり、ガス
圧力をある程度以上あげることはできないが、プラズマ
波例えばヘリコン波によってプラズマを発生させる場合
はガス圧力を上げて、高密度状態で反応を進行させるこ
とが可能であり、半導体デバイスの層間絶縁膜、パッシ
ベーション膜、三次元デバイスの層間配線膜等段差被覆
性の良い膜を作る場合に特に有効である。
またプラズマ波をコントロールすることによりプラズマ
内に生じる活性種のエネルギー状態をある程度制御でき
る。このため従来の装置で問題となったMOSデバイス
、化合物半導体デバイスのプラズマ照射によるダメージ
を低減できる利点がある。
(発明の効果) 本発明は、高効率で生成される高密度のプラズマにより
、損傷の少ない高品質の表面処理を高速に行なうことの
できる小型かつ安価な放電反応装置を提供する効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例の放電反応装置の概略の断面
図、(a)は正面断面図、(b)は平面断面図。第2図
は、別の実施例の同様の図。第3図は、従来の平行平板
型表面処理装置の概略の断面図。第4図は、従来のEC
Rプラズマ装置の概略の断面図。 10−−−一絶縁物よりなる円筒、11−−−一放電用
ガス12の導入用バルブ、13−−−一電磁コイル。 14−−−−アンテナ、15−−−一高周波電源、16
一一整合回路、20−−−−排気室、22−−−−一温
度調節系、23−−−−基板ホルダー、24−−−一基
板、25−一一一排気バルブ、26−−−−ガス導入用
リング状管、27−−−−処理用ガス28の導入用バル
ブ。 特許出願人 日電アネルバ株式会社 代理人 弁理士 村 上 健 次 FIG、3 手続補正書(自発) 昭和61年7月21日 昭和61年特許願第61396号 2、発明の名称 表面処理装置 3、補正をする者

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)a、絶縁物よりなる中空構造の筒状体の内部に所
    定のガスを導入する手段、 b、前記筒状体の内部空間に、その軸方向に向う磁場を
    形成する手段、 c、前記筒状体の内部空間に、前記軸方向の所定長さに
    亘って、所定の形状のアンテナ を設置し、これに交番電力を印加すること により、磁場中の定在プラズマ波を励起し て、該空間内にプラズマを発生させる手段、d、前記筒
    状体の内部空間からガスを排気する手段、をそなえ、 該内部空間に設置された被処理物の表面に プラズマ波を用いて所定の処理を施すことを特徴とする
    表面処理装置。
  2. (2)プラズマ波がヘリコン定在波である特許請求の範
    囲第1項記載の表面処理装置。
  3. (3)該所定のガスがメタンおよび水素であり、該所定
    の処理が該被処理物の表面にダイヤモンド状カーボン膜
    を作成することを特徴とする特許請求の範囲第1または
    2項記載の表面処理装置。
JP6139686A 1986-03-19 1986-03-19 表面処理装置 Pending JPS62216638A (ja)

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