JPH0713949B2 - Photoreaction method and device - Google Patents
Photoreaction method and deviceInfo
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- JPH0713949B2 JPH0713949B2 JP8614186A JP8614186A JPH0713949B2 JP H0713949 B2 JPH0713949 B2 JP H0713949B2 JP 8614186 A JP8614186 A JP 8614186A JP 8614186 A JP8614186 A JP 8614186A JP H0713949 B2 JPH0713949 B2 JP H0713949B2
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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。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoreaction device used for various reactions in a device manufacturing process such as thin film formation and etching.
[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。[Prior Art] With the high integration and high performance of integrated circuits, thin film formation,
In various LSI manufacturing processes such as etching and oxidation, optical processes have been studied in which the above-mentioned various processes are performed by activating the reaction gas, the substrate surface, etc. with light in order to lower the process temperature and prevent damage. There is.
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))。FIG. 11 shows the structure of a photoreaction device used in a conventional optical process. Reference numeral 1 denotes a light source, for example, a mercury lamp, a rare gas lamp, or various laser light sources such as an excimer laser and a carbon dioxide gas laser. 3 is the light emitted from the light source 1,
The substrate 13 on the substrate holder 11 having the heater 11A is irradiated with the photoreaction gas 9 through the light introduction window 7 of the reaction container 5.
A thin film is formed on the surface layer of, and processing such as etching is performed. 15
Is an inlet valve for the reaction gas 9, and 17 is an exhaust device. For the photoreaction, the inside of the container 5 is usually evacuated by the exhaust device 17,
At 15 the reaction gas 9 is introduced, the container 5 is filled with the reaction gas 9 at a pressure of several Torr to several hundred Torr, and then the light source 1 is turned on.
By irradiating the surface of the gas 9 or the substrate 13 with the light 3, the reaction such as the gas activated by the light or the reaction between the gas and the substrate is used to perform processing such as thin film formation or etching. With such a structure, the wavelength of the light 3 with which the reaction gas 9 is irradiated is limited. That is, when the light source 1 is a mercury lamp or a laser, it has a structure in which mercury vapor is enclosed in a mercury lamp and gases such as Ar and F are enclosed in an ArF excimer laser. The shortest wavelength of the generated light is limited.
For example, if the sealed tube is quartz, 2000Å, if LiF, 1060
It is impossible to obtain Å with a wavelength less than Å. Further, the light introduction window 7 for introducing light into the reaction container 5 may also absorb the short wavelength light and may not irradiate the reaction gas 9. On the other hand, in general, the wavelength of light that is strongly absorbed by the reaction gas and activated by exciting, decomposing, or ionizing the reaction gas is 1500 Å or less. In particular, light of 1000Å or less is strongly absorbed. For example, Figure 12 shows the absorption characteristics of silane (SiH 4 ) gas frequently used in integrated circuit manufacturing (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。Absorption increases sharply at wavelengths below 1300Å, and wavelengths in this region are considered suitable for activating SiH 4 . However, as described above, in the conventional method, since the light having a short wavelength is absorbed by the enclosing tube of the light source or the light introduction window, 1100
It was impossible to irradiate light with a wavelength below Å. Therefore, conventionally, when a silicon (Si) thin film is formed of silane (SiH 4 ), a gas that absorbs the wavelength of the light source well, for example, when using a mercury lamp, the silane gas is mixed with mercury vapor, and the mercury of the lamp is mixed. The light generated from the atoms excites the mercury atoms, and the collisions between the excited mercury atoms and SiH 4 excite the SiH 4 molecules to increase the activation degree and the film formation rate. However, with this method, a good quality film could not be formed, for example, mercury was included in the manufactured film. In addition, as shown in Fig. 11, the number To
When a reactive gas of rr to several hundred Torr is filled and reacted by irradiating light, a reaction product adheres to the light introduction window 7. For example, when forming a thin film, the adherence of the window reduces the light transmittance and stabilizes. Therefore, it was impossible to form a film for a long time.
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。Furthermore, the reaction gas molecules excited by light have an average free path of 0.1 mm or less at a gas pressure of several Torr or more, so the gas molecules excited before reaching the substrate are other gas molecules. Since the excited state cannot be sustained and only a small proportion of the reaction gas molecules excited by light reach the surface of the substrate, the reaction on the surface of the substrate is less likely to occur, and adhesion by photoreaction is conventionally required. The reaction rate of etching, etching, etc. was much lower than that of other processes such as plasma process.
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。Further, as described above, since the wavelength of the light generated from the light source is long, the reaction gas is less likely to be ionized by photoionization, and the photoionized gas molecules are neutralized by collision with other gas molecules. It did not reach the substrate and it was impossible to use photoionized ions. Therefore, the reaction cannot be controlled by an electric field or a magnetic field, and the controllability of the reaction was low.
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。On the other hand, there is a synchrotron radiation light source as a light source capable of generating light having a wavelength of 1000 Å or less and causing the above-mentioned photoreaction.
However, since the synchrotron radiation source requires a high vacuum of about 10 -9 Torr and is a large device, a large capacity differential exhaust system is required to directly irradiate the reactive gas with the synchrotron radiation. However, it is difficult to make a simple photoreaction device. In addition, conventional vacuum ultraviolet light sources such as capillary discharge tubes cannot be used in high vacuum because they constantly flow gas, and the light intensity is extremely weak. Is impossible to use.
[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。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has the above-mentioned drawbacks of the related art, that is, it is difficult to obtain light having a wavelength most suitable for photoreaction, light is attenuated before irradiation of a reaction substance, and an apparatus is used. We solved the problem of being large-scale, and activated the reaction gas with light from a light source that generates light of a wavelength suitable for photoreaction, and activated it with high efficiency by ionization, and the activated reaction gas It is an object of the present invention to provide a photoreaction method and device that reach a substrate without disappearing.
[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。[Purpose for Solving Problems] In order to achieve such an object, in the photoreaction method of the present invention, the first gas is injected into the plasma forming chamber and the plasma forming chamber is provided with the first gas. A pulsed voltage is applied between the electrodes to form a pulsed plasma, the pulsed electromagnetic radiation generated from the plasma is guided to the photoreaction chamber, and the electromagnetic radiation is injected into the photoreaction chamber in a pulsed manner. It is characterized in that the irradiated second gas is irradiated to activate the second gas to cause a reaction on a substrate arranged in the photoreaction chamber.
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。Further, in the photoreaction device of the present invention, a plasma forming chamber provided with a counter electrode for forming plasma, means for applying a voltage in a pulsed manner between the electrodes to generate a plasma in a pulsed manner, Means for injecting a first gas, a photoreaction chamber having a second gas inlet for causing a photoreaction and housing a substrate, and injecting the second gas in a pulsed manner into the photoreaction chamber And a light introducing tube that directly connects the plasma forming chamber and the photoreaction chamber so as to directly irradiate the second gas with pulsed electromagnetic radiation generated from the plasma.
[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。[Operation] FIG. 1 shows the basic configuration of the device of the present invention. The operation of the present invention will be described with reference to the drawings. 21 is the plasma that becomes the light source,
It is formed by the discharge electrodes 23, 25. The light 27 generated from the plasma is applied to the gas mass 29. Molecules forming the gas mass 29 reach the substrate 31 in the form of a molecular flow having the same direction and velocity, as indicated by the arrow indicating the molecular motion. The plasma forming container 33 and the reaction container 35 are connected by a light introducing tube 37.
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。In the present invention, the light 27 generated from the plasma 21 which is formed in a pulsed manner by the discharge is used to generate a molecular flow-like gas mass 29 with a uniform direction.
The molecules or ions that are irradiated with the light and activated by the light reach the substrate 31 as they are without collision on the way and cause a reaction on the surface of the substrate. Therefore, it is possible to irradiate the reaction gas with light in the entire wavelength region generated from the light source, and in particular, the reaction gas can also be irradiated with extreme ultraviolet light having a wavelength of 1000 Å or less, which is most suitable for gas excitation and solid surface activation. For this reason, the degree of activation of the reaction gas is increased, and there is an advantage that the reaction gas can be ionized, which was impossible in the conventional photoreaction. Further, since the gas of the light source can be freely selected, it is possible to resonantly excite the reaction gas by using a gas that emits light having a wavelength suitable for excitation of the reaction gas as the light source. Furthermore, the gas molecule flow whose directions are aligned in a vacuum can be excited and activated by light to reach the substrate surface without losing the activated state, so that the reaction can be efficiently generated on the substrate surface. Furthermore, since ions having extremely small energy dispersion generated by photoionization can be irradiated onto the substrate, the reaction on the substrate surface can be controlled with high accuracy.
[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。[Embodiment] FIG. 2 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention.
41 is a photoreaction container, 43 is a reaction container exhaust device, 45 is a light source discharge container, and 47 is a light source exhaust device. 49 is a high-speed opening / closing gas valve for injecting a reaction gas into the light reaction container 41, 51 is a power supply for driving the high-speed opening / closing gas valve 49,
53 is a pulse generator for issuing a drive command to the power supply 1, 55 is a container of reaction gas injected into the photoreaction container 41 by the high speed opening / closing gas valve 49, and 57 is reaction gas 58 ejected from the high speed opening / closing gas valve 49. The skew 59 for adjusting the shape of the gas mass to be formed is a reaction gas mass formed by being injected into the vacuum by the high-speed opening / closing gas valve. Reference numeral 61 is a high-speed opening / closing gas valve for injecting a light source gas, 63 is a drive power source for the light source gas high-speed opening / closing gas valve, and the high-speed opening / closing gas valve 61 is driven by a trigger pulse of a pulse generator 53. Reference numeral 65 is a container for the light source gas 66. 67 is a discharge electrode for injecting a gas for a light source, which has a gas injection hole at the center. 67A is a high voltage introducing flange for guiding high voltage to the electrode 67, and 69 is a gas injection electrode
The return electrode facing 67 is hollow. 69A is a gas vent hole of the discharge electrode 69, 69B is a light extraction hole of the return electrode 69, 69C is a return current flange for guiding the current from the return electrode 69 to the power supply, and 69D is a high voltage introduction flange 67A and a return current. An insulator 71 for insulating the flange 69C is a discharge power source, and is electrically connected to the high voltage introducing flange 67A and the return current flange 69C. 7
Reference numeral 3 is a high-temperature, high-density plasma formed by the light source gas 66 from the gas container 65 being discharged between the electrodes 67 and 69 into plasma, self-focusing by the current from the power source 71, and ultraviolet and visible light from this plasma. Electromagnetic radiation such as ultraviolet rays, vacuum ultraviolet rays, and X-rays is generated. Hereinafter, these electromagnetic radiations are collectively referred to as light. 75 is the light emitted from the plasma 73, 77 is the light 75
A light introducing tube for guiding the light from the discharge vessel 45 to the photoreaction vessel 41, 79 is a magnet such as a permanent magnet or an electromagnet, and plasma
This is to remove the electrons generated when 73 collapses by deflecting them with a magnetic field.
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。81 is a metal mesh for removing ions from the plasma 73. Reference numeral 83 is a power source for applying a potential to the mesh 81. 85 is a substrate holder, a heater for heating the substrate
Has 85A. 87 applies a potential to the substrate 89, and the substrate 8
A power supply to control the incident energy of the ions to 9,
It is provided as needed. For example, by providing a metal mesh to which an electric potential is applied at an appropriate position in the reaction container 41,
An electric field can be applied to the gas mass to control the energy incident on the substrate.
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。The substrate 89 is installed at a position facing the skew 57 from which the reaction gas 58 is discharged. In this embodiment, since the photoreaction container and the discharge container are provided with exhaust devices independently of each other,
Both containers can be efficiently evacuated to a vacuum degree suitable for photoreaction and plasma formation. Further, for example, a gate valve may be provided in the light introducing tube 77 so that the inside of the light reaction container 41 and the inside of the discharge container 45 can be independently evacuated.
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。To operate this, the inside of the light reaction container 41 is exhausted by an exhaust device 43,
The inside of the discharge container 45 is evacuated by the exhaust device 47 and maintained at a predetermined vacuum, for example, about 10 −6 Torr. Next, in order to drive the high-speed opening / closing gas valve 49 for reaction gas, a pulse generator 53 sends a power source drive command trigger to the high-speed opening / closing gas valve driving power source 51, and the power source 51 is operated to drive the valve 49 to drive the inside of the gas container 55. The reaction gas 58 is injected into the light reaction container 41 through the skew 57 to form a reaction gas mass 59. To generate light, the pulse generator 53 generates a high-speed gas valve drive command trigger for the reaction gas, and then a drive command trigger to the power supply 61 for driving the light source gas valve 61 from the pulse generator 53 at an appropriate time interval. Then, the valve 61 is operated to emit the light source gas 66 between the electrodes 67 and 69. The pulse generator 53 sends a drive command trigger to the discharge high-voltage power supply 71 to operate the power supply 71 within a time period during which the light source gas 66 does not diffuse between the electrodes, and a high voltage is applied to the electrode 67 to discharge the plasma. To form. A current is made to flow from the power source 71 between the electrodes 67 and 69, and the plasma formed by the discharge is self-focused by the interaction with the magnetic field created by the current. High-temperature, high-density plasma 73 is formed on the central axes of the electrodes 67 and 69 by the self-focusing of plasma, and light is generated.
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。The light 75 generated from the plasma is introduced into the light reaction container 41 through the light introduction tube 77. The light introduction tube 77 is provided with a magnet 79 and a mesh 81 that create a magnetic field perpendicular to the traveling direction of light, and the light 75 is irradiated to the reaction gas mass 59 through the magnetic field of the magnet and the mesh. The gas lump 59 reaches the surface of the substrate 89 facing the skew 57 and reacts after being activated by being excited and ionized by the infrared light of the light 75, visible light, ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, X-ray, and the like. Occurs.
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。Since this embodiment has such a structure, both the reaction gas and the light source gas are supplied in a pulsed manner, no partition wall or window is required between the light source and the reaction vessel, and the reaction gas mass is not required.
When 59 is illuminated, the path of light from the light-producing plasma 73 is maintained in a vacuum. Therefore, it is possible to irradiate the reaction gas mass with light of any wavelength generated from plasma. Most of the electrons and ions generated when the high-temperature / high-density plasma generates light and then collapses is radiated in the axial direction of the plasma, but part of it is also radiated in the radial direction of the reaction vessel 41. However, in this embodiment, the electrons are bent by the magnetic field of the magnet 79, the ions are absorbed by the mesh 81, and the ions are absorbed by the reaction vessel.
I can't enter 41. In addition, before and after plasma formation
The light source gas 66 ejected from 61 is an electrode 67 ejecting the gas.
Since the gas is ejected toward the exhaust device 47 arranged so as to face, the gas is efficiently exhausted, and the light source gas flowing into the reaction container 41 is small. Therefore, the reaction gas mass 59 is irradiated with light without charged particles, gas, etc. flowing into the reaction container from the light source. In order to use electrons or ions generated from plasma with light, the magnet 79 may be removed and the potential applied to the mesh 81 may be changed.
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。FIG. 3 shows an embodiment of the skew 57 and the gas outlet of the high speed opening / closing gas valve 49 for injecting the reaction gas 58 into the reaction container 41. 49A is the piston of high-speed switching gas valve 49, Ti, Al, Fe
It is made of metal such as. This is driven by the electromagnetic force generated in the coil 49B. 49C is a gas outlet.
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。49D is a gas reservoir for the reaction gas 58 ejected by the high-speed opening / closing gas valve. The pressure of the gas stopper 49D is sufficiently higher than the pressure of the reaction vessel 41, and the mean free path of the gas is the gas ejection port.
When the diameter is sufficiently smaller than the diameter of 49C, the gas ejected from the gas ejection port 49C becomes a supersonic flow and becomes a molecular mass with uniform velocity and direction of motion. The shape of the molecular mass can be changed by the shape of the skew 57, which has a tapered and divergent structure (B. Bederson and WLFite edit. “Atomic and
Election Physics Atomic Interactionpart A. "in seri
es “Methods of Experimental physics vol.7 (Academi
c Press NY, 1968). Using the high-speed on-off gas valve and skew of such a structure, the reaction gas mass 58
Is a gas molecule stream in which the moving directions of the reaction gas molecules are uniformly aligned in the direction perpendicular to the substrate surface, so active molecules and ions that are excited or photoionized by light irradiation are other molecules. It will be transported to the substrate without colliding with ions. Since the molecules and ions activated by light reach the substrate without losing their activity, the reaction rate on the surface of the substrate is higher than that of a conventional photoreactor under a constant gas pressure.
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。FIG. 4 shows the light (current) from the plasma when argon is used as the light source gas 66 and nitrogen is used as the reaction gas 58 in the apparatus shown in FIG.
40 KA discharge), and the charged particles generated at that time are measured at the position of the substrate 89, that is, a Faraday cup is installed in the gas flow direction and the time change of the charged particle flow is measured. FIG. 5 shows the results of measurement with a Faraday cup installed at a position perpendicular to the gas flow direction. Ion flow is detected in the gas flow direction as shown in FIG. 4, but is hardly detected in the direction perpendicular to the gas flow as shown in FIG. This result shows that the nitrogen gas is ionized by the light from the plasma. This is because in the configuration of the embodiment shown in FIG. 2, the space between the light source and the reaction gas is vacuum and there is no quartz window, so that the reaction gas can be irradiated with light having a wavelength of 1000 Å or less generated from the plasma 73. This is because the gas is photoionized. This result is very different from that which was not ionized by light in the conventional photoreactor. Further, since ions are not detected in the direction perpendicular to the gas flow, it can be seen that the ions generated by photoionization do not change their direction during ionization and move in the same direction as the gas molecule flow. That is, most of the gas molecules ionized by light reach the substrate surface. Therefore, the reaction rate can be significantly improved as compared with the conventional photoreaction device.
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。FIG. 6 shows the result of measurement with the time axis of FIG. 4 magnified 10 times. In Fig. 6, the shortest distance from the ion generation position to the detector (distance from the lowest position of the gas mass irradiated by light to the detector) is about 10 cm, and the time required for the ions to reach the detector is about 10 cm. The ion velocity is 700 because it is 130 μs.
It becomes ~ 800 m / s, and the kinetic energy of ions is about 50 meV. From this, in the configuration of the embodiment shown in FIG.
The energy of the ions generated by photoionization is about thermal energy, and if a voltage is applied to the substrate, as shown in Fig. 2, an ion stream with a very uniform energy distribution of about 50 meV is applied to the substrate surface. I understand that This is different from the conventional ion flow obtained by extracting the ions in the plasma, which has an energy dispersion of several tens of eV, which is equivalent to the ion temperature of the plasma.
It shows that an ion flow as small as 1/1000 can be obtained.
Since the incident energy to the substrate can be controlled by meV, the reaction on the substrate surface can be controlled with extremely high accuracy.
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。FIG. 7 shows the results of measuring the ion species of the ion flow shown in FIG. 4 with a quadrupole analyzer. Since the nitrogen molecule N 2 is decomposed and ionized into the monatomic ion N + , the plasma 73
It can be seen that the light generated from the light efficiently decomposes.
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。For example, to etch a Si substrate, SF 6 or CF 4 is used as an etching gas. After the substrate is installed and heated by a heater to a predetermined temperature, for example, about 100 ° C., SF 6 is irradiated from the high-speed open / close gas valve 49, decomposed and ionized by light and irradiated on the substrate. At this time, Kr or Ar is used as the light source gas.
The same SF 6 as the rare gas or the etching gas is used. Since the ions and excited molecules in the same direction collide with the substrate, it is possible to perform etching with a pattern having a high aspect ratio. Further, since the ion energy is extremely small, damage due to etching is extremely small.
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。In order to form a Si film, SiH 4 or Si 2 H 6 is used and jetted from the gas valve 49. After heating the substrate such as Si to 200 to 300 ° C., for example, Si 2 H 6 is injected by the gas valve 49 and decomposed and ionized by light. At this time, the light source gas may be a rare gas such as Kr or Ar, or the same gas as the film forming gas. By changing the light source gas and the substrate temperature, it becomes possible to form an amorphous / polycrystalline or epitaxial film.
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。FIG. 8 shows an embodiment of a photoreaction device in which light irradiates a substrate with a reaction gas. In the figure, the same parts as those of the embodiment of FIG. The characteristic of this embodiment is the substrate
89 is placed in the irradiation area of the light 75. Needless to say, the position of the substrate 89 is not limited to the illustrated position. Fast open / close gas valve 49 and skew 57 are substrate 89
It is provided so as to face the position corresponding to.
Reference numeral 78 denotes a gate valve provided in the light introducing tube, which is provided for independently evacuating the reaction vessel 41 and the discharge vessel 45. Similar to the embodiment shown in FIG. 2, a magnet and a metal mesh may be provided.
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。In order to operate this, the inside of the reaction vessel 41 and the discharge vessel 45 is evacuated to reach a predetermined degree of vacuum, for example, 1 × 10 −6 Torr, and then the gate valve 87A is opened.
The procedure is similar to that of the illustrated embodiment.
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。Due to this structure, the high-speed opening / closing gas valve 49
When the reaction gas 58 injected into the reaction container 41 reaches the substrate 89 by operating the discharge power source 71 to generate plasma and irradiate light, the reaction gas is activated by the light and the substrate The surface layer of 89 is also heated and activated by light, which has the effect of accelerating the reaction on the surface.
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。As described above, in the embodiment shown in FIGS. 2 and 8, the gas for the light source can be freely selected from gases that generate light having a wavelength suitable for exciting the reaction gas. In the conventional photoreaction process, the gas species of the light source was limited to some gases such as mercury and rare gas, so it did not match the light absorption characteristics of the reaction gas, and the light absorption by the reaction gas was low, Part of the light was transmitted, and as a result, the light excitation efficiency was low. On the other hand, in the present invention, since the light source gas can be freely selected, for example, the same gas as the reaction gas can be used to cause the reaction gas to be resonantly absorbed. As a result, the reaction gas can be strongly activated even with weak light.
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。By utilizing the characteristics of the present invention as described above, it is possible to alternately excite a plurality of reactive gas species to reach the substrate surface alternately.
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。FIG. 9 shows an embodiment of a photoreactor using a plurality of reaction gases. In the figure, the same parts as those of the embodiment of FIG. 55A, 55B, 55C are containers for the reaction gases 58A, 58B, 58C, 49A, 49B, 49C are high-speed open / close gas valves for injecting the reaction gases 58A, 58B, 58C into the reaction container 41, 51A, 51B, 51C are Each is a power source for a high-speed on-off gas valve. 65A and 65B are gas for light source
66A and 66B containers, 61A and 61B are high-speed open / close gas valves for injecting light source gas 66A, 66B between electrodes 67, 69, and 63A and 63B are gas valves 61A and 61B, respectively.
B power source. Reference numeral 53 is a pulse generator for controlling each high-speed gas valve and the discharge power source 71. The light introducing tube 77 is provided with an eighth structure so that the reaction container 41 and the discharge container 41 can be independently evacuated.
A gart valve similar to that shown may be provided. If necessary, a magnet or a metal mesh may be provided as shown in FIG.
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。To operate this, as an example, the reaction gas 58A from the reaction gas container 55A is supplied with the light source gas 66A from the light source gas container 75A.
Then, the reaction gases 58B and 58C are simultaneously injected to be excited by the light source gas 66B. As a result, the reaction gas 5
Excited molecules of 8A, 58B, and 58C are alternately irradiated, and, for example, an extremely thin multilayer film is attached to the substrate. Here, when the reactive gases 58B and 58C are irradiated at the same time, the speed of the gas depends on the gas molecular mass.
And the opening and closing time of 49B is adjusted by the trigger pulse generator 53,
It is sufficient to reach the light irradiation area at the same time.
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。For example, to form AlGaAs / GaAs, Al (C
The 2 H 5) 3, the Ga (CH 3) 3 to 58B, may be used an organometallic gas such as AsH 3 to 58C. In addition, CH 4 or C 2 H 6 is used as gas 58A, and WF 6 is used as gas 58B and 58C to form a W / C multilayer film for an X-ray mirror.
And the like H 2, injecting alternating gas 58A and 58B and 58C, it may be formed by light irradiation. Ar or Kr for the light source gas
Etc. can be used.
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。In the above examples, a method of irradiating light by forming a gas lump in a vacuum by using a high-speed open / close gas valve for supplying the reaction gas. On the other hand, it is also possible to steadily flow the gas for light irradiation without using the high-speed opening / closing gas valve. FIG. 10 shows an embodiment of an apparatus which does not use a high speed opening / closing gas valve. 91 is a nozzle for ejecting the reaction gas 58 to the reaction vessel 41, 93
Is a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the reaction gas 58, and 95 is a molecular flow of the reaction gas and is exhausted by the exhaust device 43. Reference numeral 97 is an exhaust device provided in the light introducing tube 77 to exhaust the gas flowing from the reaction container 41 into the light source container to maintain the discharge container 45 at a predetermined pressure.
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。To operate this, the reaction gas 58 is made to flow from the nozzle 91 into the vacuum while adjusting the flow rate adjusting valve 93, and the gas molecule flow 95
To form. Plasma 73 is formed by discharge, light is irradiated to the gas molecule flow 95 to activate the gas, and the activated reaction gas collides with the substrate 89 provided in the middle of the gas flow, forming a film on the substrate surface, etching. And the like.
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。In this embodiment, the pressure inside the discharge vessel 45 can be discharged to 10 −4 Torr.
Since it is necessary to keep it at or below it, the exhaust device 97 is necessary to reduce the gas flowing from the reaction vessel 41. The amount of gas that can be flown can be increased according to the capacity of the exhaust device 97.
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。It is also possible to use a metal vapor source by providing a metal vapor source (for example, a metal heated by a filament or an electron beam) used for vacuum deposition at a position corresponding to the nozzle 91 of the embodiment shown in FIG.
[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。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to irradiate a reaction gas with light in all wavelength regions generated from a light source,
The most suitable wavelength for excitation of gas and activation of solid surface 10
It is possible to irradiate the reaction gas with extreme ultraviolet light below 00Å. Therefore, the degree of activation of the reaction gas is increased, and there is an advantage that the reaction gas can be ionized, which was impossible in the conventional photoreaction.
Further, since the gas of the light source can be freely selected, it is possible to resonantly excite the reaction gas by using a gas that emits light having a wavelength suitable for excitation of the reaction gas as the light source. Furthermore, the gas molecule flow whose directions are aligned in a vacuum can be excited and activated by light to reach the substrate surface without losing the activated state, so that the reaction can be efficiently generated on the substrate surface. Further, since ions having extremely small energy dispersion generated by photoionization can be irradiated onto the substrate, there is an advantage that the reaction on the substrate surface can be controlled with high accuracy.
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。As described above, according to the present invention, the reaction on the substrate surface can be accurately controlled by the highly active reaction gas, so that a thin film can be formed or processed on the substrate surface in the atomic layer order.
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。INDUSTRIAL APPLICABILITY Since the present invention has a high excitation efficiency of the reaction gas, it can be used for various optical processes such as photo-CVD, photo-etching and photo-oxidation. Further, when the surface of the substrate is irradiated with light, the surface of the substrate is activated, so that it can be used for crystal film growth, photodoping and the like.
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。Since the reaction on the substrate surface can be controlled with high accuracy, it can be applied to the formation of a lattice film. Further, it can be applied to analysis of gas components, analysis of solid surface, and the like.
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。FIG. 1 is a basic configuration diagram for explaining the operation of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the photoreaction device of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of a gas outlet and a skew of a high-speed opening / closing gas valve, FIG. 4 is a diagram showing the time change of the ion flow detected in the gas molecule flow direction when light is irradiated to the gas molecule flow mass formed by the high-speed opening / closing gas valve, and FIG. 5 is a direction perpendicular to the gas molecule flow direction. Fig. 6 is a diagram showing the time variation of the ion current detected by Fig. 6, Fig. 6 is a diagram showing the time variation of the ion current when the time axis of Fig. 4 is expanded by 10 times, and Fig. 7 uses N 2 as the reaction gas. Fig. 8 shows the measurement results of the ion species photolyzed by photolysis, Fig. 8, Fig. 9 and Fig. 10 are schematic diagrams of the embodiment of the photoreaction device of the present invention, respectively. partial cross-sectional view of a conventional optical reactor causing photoreaction in the gas, FIG. 12 silane (SiH 4) It is a characteristic diagram showing the light absorption properties. 1 ... Light source, 3 ... Light, 5 ... Reaction container, 7 ... Light introduction window, 9 ...
Photoreactive gas, 11 ... Substrate holder, 13 ... Substrate, 15 ... Reactive gas introduction valve, 17 ... Exhaust device, 21 ... Plasma, 23, 25 ...
Discharge electrodes, 27 ... Light, 29 ... Gas mass, 31 ... Substrate, 33 ... Plasma forming vessel, 35 ... Reaction vessel, 37 ... Light introducing tube, 41 ... Photoreaction vessel, 43, 47 ... Exhaust device, 45 ... Discharge Container, 49,61 ... High-speed open / close gas valve, 51,63 ... High-speed open / close gas valve power supply, 5
3 ... Pulse generator, 55 ... Reaction gas container, 57 ... Skew, 5
8 ... Reactive gas, 59 ... Gas mass, 65 ... Gas container for light source, 66 ...
Light source gas, 67,69 ... Discharge electrode, 69B ... Light extraction hole,
71 ... Discharge power supply, 73 ... Plasma, 75 ... Light, 77 ... Light introducing tube, 79 ... Magnet, 81 ... Metal mesh, 83 ... Mesh power supply, 85 ... Substrate holder, 87 ... Substrate power supply, 89 ... Substrate, 91 ...
Nozzle, 93 ... Flow control valve, 95 ... Reactive gas molecular flow, 97
… Exhaust system.
Claims (8)
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。1. A first gas is injected into a plasma forming chamber, and a voltage is applied in a pulsed manner between electrodes provided in the plasma forming chamber to form a pulsed plasma, which is generated from the plasma. Pulsed electromagnetic radiation to the photoreaction chamber, and irradiating the electromagnetic gas to the second gas pulse-injected into the photoreaction chamber to activate the second gas, A photoreaction method, which comprises causing a reaction on a placed substrate.
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。2. The pulsed formation of the plasma and the second
2. The photoreaction method according to claim 1, wherein the pulsed injection of the gas is generated by a single trigger.
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。3. A plasma forming chamber provided with a counter electrode for forming plasma, means for applying a voltage in a pulsed manner between the electrodes to generate a plasma in a pulsed manner, and a first gas between the electrodes. Means for injecting, a photoreaction chamber having a second gas introduction port for causing a photoreaction and housing a substrate, means for injecting the second gas in a pulsed manner into the photoreaction chamber, and from the plasma A photoreaction device comprising: a light introducing tube that directly connects the plasma forming chamber and the photoreaction chamber so that the generated pulsed electromagnetic radiation is directly irradiated to the second gas.
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。4. The photoreactor according to claim 3, wherein the means for injecting the second gas is a high-speed on-off valve.
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。5. The photoreaction device according to claim 3, wherein the plasma formation chamber and the photoreaction chamber are connected to independent exhaust devices.
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。6. The light according to claim 3, further comprising means for applying a magnetic field that is not parallel to the traveling method of the electromagnetic radiation into the light introducing tube. Reactor.
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。7. The light reaction device according to claim 3, wherein a metal mesh is provided inside the light introducing tube.
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。8. The photoreaction device according to claim 3, further comprising means for applying a voltage to the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8614186A JPH0713949B2 (en) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | Photoreaction method and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8614186A JPH0713949B2 (en) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | Photoreaction method and device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62243315A JPS62243315A (en) | 1987-10-23 |
| JPH0713949B2 true JPH0713949B2 (en) | 1995-02-15 |
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ID=13878446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8614186A Expired - Fee Related JPH0713949B2 (en) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | Photoreaction method and device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0713949B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014524111A (en) * | 2011-06-28 | 2014-09-18 | アジレント・テクノロジーズ・インク | Windowless ionizer |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01217923A (en) * | 1988-02-26 | 1989-08-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical reactor |
| JP2747314B2 (en) * | 1989-02-22 | 1998-05-06 | 株式会社日立製作所 | Laser processing method and apparatus |
-
1986
- 1986-04-16 JP JP8614186A patent/JPH0713949B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014524111A (en) * | 2011-06-28 | 2014-09-18 | アジレント・テクノロジーズ・インク | Windowless ionizer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62243315A (en) | 1987-10-23 |
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