JPS62243315A - 光反応方法および装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、薄膜形成、エツ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、
エツチング、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、光プロセスか研究されている。

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ＩＩＡを
有する基板ホルダー１１上の基板１３の表層に薄膜形成
、エツ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、薄膜形成やエツ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、水銀ランプであれは水銀蒸気を、Ａ
ｒＦ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２０００人、ＬｉＦであれば１０６０Å以下の波長
の光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１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。例えは、第１２図に集積回路製造で頻繁に使用され
るシラン（５１１１４）ガスの吸収特性を示す（Ｙ、Ｈ
ａｒａｄａｅｔ　ａｌ、ｃｈｅｍ、ｐｈｙｓ、Ｉｅｔｔ
、Ｉ、ｐ、５９５〜５９６　（＋９６８））。

波長が１３００Å以下になると吸収が急激に増加し、Ｓ
ｉシ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か吸収されるために
、１１００λ以下の波長の光を照射するのは不可能てあ
った。そこで、従来はシリコン（Ｓｔ）　ｍ膜をシラン
（ＳｉＨ，＋）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５ｉ
８４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Ｔｏｒｒから数百Ｔｏｒ
ｒ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に反応生成物か付着し、例えは薄膜形成時
には窓の付着物によって光の透過率か下って安定で長時
間の膜形成か不可能であった。

さらに、光で励起された反応ガス分子は、数Ｔｏｒｒ以
」二のガス圧力になると、ガス分子の平均自由行程か０
．１ｍｍ以下であるため、基板へ到達するまでに励起し
たガス分子か他のガス分子と衝突をくり返すので、励起
状態か持続できす、光で励起された反応ガス分子のわす
かな割合しか基板表面に到達しないために、基板表面で
の反応か生しにくく、従来、光反応による付着やエツチ
ング等の反応速度は他のプロセス、例えはプラズマプロ
セスに比へて非常に低かった。

さらに、」−述したように光源から発生する光の波長か
長いため反応ガスか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す、光電離イオンを
用いることは不可能てあった。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ロ１〜ロン放射光源
かある。しかし、シンクロ］・ロン放射光源はＩＤ−”
Ｔｏｒｒ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
容量差動排気系か必要となり、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との従来の真
空紫外光源は、定席的にガスを流すので、高真空中ては
使用てぎず、光強度もぎわめで弱く、主として分光光源
に使用てぎるもので、光反応用光源としては使用するの
か不可能である。

［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、光か反応物資を照射
するまでに減衰すること、装置か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ずる光源か
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か途中で
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′１−るための手段］ 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、電極内に形成されたプラズマに電流を流し
て電流の作る磁場とプラズマの電磁相互作用によって収
束したプラズマを形成し、プラズマから発生する電磁放
射線をガスまたは固体表面に照射して、ガスにまたはガ
スと固体表面との間に反応な生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、対向する電極の
間にプラズマを形成するためのプラズマ形成室と、光反
応を起させるガスおよび基板を収容する光反応室と、プ
ラズマからの電磁放射線がガスを照射するようにプラズ
マ形成室と光反応室とを結ぶ光導入管と、電極間にプラ
ズマ形成用のガスを注入する手段と、電極間に電圧を印
加してプラズマを発生せしめる手段と　光反応室にガス
を導入する手段とを備えたことを特徴とする。

［作用］ 第１図に本発明装着の基本構成を示す。図にもとついて
本発明の詳細な説明する。２１は光源となるプラズマで
、放電用電極２３．２５によって形成される。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
、途中て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
スに照射てきる。そのため反応ガスの活性化の度合か高
くなり、従来の光反応では不可能であった反応ガスの電
離もてぎる利点かある。さらに、光源のガスを自由に選
択できるのて、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
ることかてぎる。さらに、真空中で方向かそろったガス
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かできので、基板表
面で効率良く反応を生しさせることかできる。さらに、
光電離で生じたエネルキー分散のきわめて小さいイオン
を基板に照射することかできるので、基板表面での反応
を精度良く制御することかできる。

［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に駆動指令をたずパルス発
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か形成す
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ａｓｔｓて、パルス発生器５３のトリカバルスで高速
開閉ガスハルプロ１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て
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。８９Ａは放電電極６９のガス抜き孔、８
９Ｂ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５９Ｃを絶縁するｌま 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。７３はガス容器６５からの光源用ガスＩＩ
６か電極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、このプラズマから赤外線、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て、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は金属メツシュでプラズマ７３からのイオンを取り
除くためのものである。８３はメツシュ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８９へのイオンの入射エネルギを制御
するための電源で、必要に応し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
属メツシュを設けて、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か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、同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４
１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にケートハルツを設けても
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、例えはそれぞれ１Ｏ−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を通して光反底容器４１内へ噴射
させ、反応ガス塊５９を形成する。光を発生ずるにはパ
ルス発生器５３て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、適当な時間間隔てパルス発生器５
３から光源ガスハルプロ１を駆動するための電＃ｉ６１
に駆動指令トリ力を送り、□バルブ６１を動作させ光源
用ガス６６を、電極６７とＩｉ９の間に噴出させる。光
源用ガス６６か電極間て拡１１シしない時間内にパルス
発生器５３ｈ）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［１７，５
９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か形成され、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へ樺太する。光導入管７７には光の進行方
向と垂直な磁界を作る磁石７Ｓとメツシュ８Ｉが設けら
れ、光７５は磁石の磁界とメツシュを通って反応ガス塊
５９に照射される。ガス塊５’ｌは光７５の赤外光、可
視光、紫外光１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
と光源ガスか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が四則されるとき、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
生ず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・高密度プラズマか光を発生した後、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。しかし本実施例ては電子は磁石７９の磁
界で曲げられ、イオンはメツシュ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１）［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へ流人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、ガス等が流人することなく、反
応ガス塊５９に光か照射される。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
を外しメツシュ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
ンでＴｉや八で、　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４
１の圧力に比へ充分高く、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４
９Ｃから噴出されるガスは超音速流となり、運動速度と
その方向が一線な分子流線になる。その分子流線の形状
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　ａｎ
ｄ　Ｗ、Ｌ、Ｆｉｌｅ　ｅｄｉｔ、　　”Ａｔｏｍｉｃ
　　ａｎｄ　　Ｅｌｅｃｔ、ｉｏｎ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　　Ａｔｏｍｉｃ　　Ｔ口ｔｅｒａｃ１．１ｏｎｐａｒ
ｔ　Ａ、”ｉｎ　５ｅｒｉｅｓ　　“Ｍｅｔｈｏｄｓ　
ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｈｙｓｉｃｓ　　　
ｖｏｌ、７（八ｃａｄｅｍｉｃ　　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か基板面と垂直方向に
一様にそろったガス分子流線となっているので、光の照
射によって励起され、または光電動された活性分子。

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へて、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４０にへの放電）を照射して、そのとぎ、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、イオン流か検出されるが、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か
電離されることかわかる。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１００
０Å以下の光を反応ガスに照射することかてきるのでガ
スか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
ことかてきる。

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（光か照射するガス塊の最も低い位置から検出器
までの距１ｌＩＩＩ）か約１０ｃｍであり、イオンか検
出器に到達するまての時間は約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て、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ずれは、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
イオン流か基板表面に照射されることかわかる。

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＋／＋０
００程度に小さいイオン流か得られるを示している。基
板への入射エネルギーかｍｅＶて制御できるのであるか
ら、ぎわめて精度高く、基板表面での反応か制御できる
。

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か
わかる。

例えは、Ｓｔ基板をエツチングするには、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ＳＦ、を噴射し、
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、ＭｒやＡｒの希ガスあるいはエツチング
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ツチングすることが
可能で、さらにイオンエネルギーがきわめて小さいので
、エツチングによる損傷が極めて小さい。

また、５ｉｌｌｉを形成するにはＳｉＨ４や５ｆＪ６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、例えはＳ１□１１６
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、にｒやＡｒの希ガスや、膜形成用
ガスと同−ガスを用いることもてきる。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か可能となる。

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か光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てもない。高速開閉ガスバルブ
４９およびスキュー５７は基板８９の付属に対応して、
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ケートバルブで、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、
金属メツ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ｌ　Ｘ　１
Ｏ−６Ｔｏｒｒに達した後にケートバルブ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４
９で反応容器４１へ注入された反応ガス５８が基板８９
へ到達するとぎに、放電用電源７１を動作させてプラズ
マを形成し光を照射ずれは、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か低かった。それに比へて本発明
では光源用ガスか自由に選択できるので、例えは反応ガ
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かできる。

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
とかできる。

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
番号をイ１して説明を省略する。

５５Ａ　、　５５Ｂ　、　５５Ｃはそれぞれ反応ガス５
８Ａ。

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４
１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。

８５Ａおよび６５Ｂはそれぞれ光源用ガス６６Ａおよび
６ＢＢの容器、６１Ａおよび６１Ｂはそれぞれ光源用ガ
ス６６Ａ、６８Ｂ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［ｔ３Ｂはそれぞれ
ガスバルブｆｌｌＡおよび６１Ｂ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４５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。また必要に応して
第２図に示すように磁石や金属メツシュを設けてもよい
。

これを動作するには、−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７５Ａｈ）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６１ｉＢで励起する。

この結果として基板には反応ガス５８Ａと５８Ｂ。

５８Ｃの励起分子が交互に照射されることになり、例え
ば極薄膜の多層膜か基板に付着される。ここで、反応ガ
ス５８Ｂと５８Ｃを同時に照射するとぎにはガスの速度
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＾ｊ！　ＧａＡｓ／Ｇａ八ｓを形成すへには、反
応ガス５８Ａに　八ｆｌ　（Ｃ２Ｈ６）３を、５８Ｂに
Ｇａ（Ｃｌ１３）＋を、５８Ｃに八ｓＨ３などの有機金
属ガスを用いれはよい。

また、Ｘ線ミラーのＷ／Ｃ多層膜を作製するにはガス５
８ＡにＣ１１４やＣ２＋１６．ガス５８Ｂと５８ＣにＷ
Ｆ、とＨ２などを用い、ガス５１１Ａおよび５８Ｂと５
８Ｃを交互に噴射し、光照射して形成すればよい。光源
用ガスには計やＫｒ等を用いることかできる。

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
的にガスを清して光照射することも可能である。第１θ
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＋１化し、
ガス流の途中に設けである基板８９に活性化した反応ガ
スを衝突させ、基板表面て膜形成、エツチング等の反応
を生しさせる。

本実施例ては放電容器４５内の圧力を放電可能なＩｎ−
４Ｔｏｒｒまたはそれ以下に保つ必要かあるので、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か必要となる。排気装置９７の能力に応じて流ず
ことのできるガス■を増加させることができる。

第１Ｏ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て、
特に気体の励起や固体表面の活性化に最も適する波長１
０００Å以下の極端紫外光をも反応ガスに照ｎ」できる
。そのため反応ガスの活性化度合か高くなり、従来の光
反応では不可能であった反応ガスの電離もてきる利点か
ある。さらに、光源のガスを自由に選択てぎるので、反
応ガスの励起に適合する波長の光を発生ずるガスを光源
に用い、共ｎら的に反応ガスを励起させることかできる
。さらに、真空中て方向がそろフ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
面へ到達さゼることかできので、基板表面で効率良く反
応を生しさせることかできる。さらに、光電離で生じた
エネルギー分散のぎわめて小さいイオンを基板に照射す
ることかできるので、基板表面での反応を精度良く甲」
御することかできる利点かある。

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か制御できるので、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ＣＶＯ、
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、超格子膜
の形成にも適用できる。さらに、気体成分の分析、一体
表面の分析等にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な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線
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（５４）１４）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、５３・・・パルス発生器
、 ５５・・・反応ガス容器、 ５７・・・スキュー、 ５８・・・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・・・金属メツシュ、 ８３・・・メツシュ用電源、 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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電極内に形成されたプラズマに電流を流して電流の
   作る磁場とプラズマの電磁相互作用によって収束したプ
   ラズマを形成し、該プラズマから発生する電磁放射線を
   ガスまたは固体表面に照射して、前記ガスにまたは前記
   ガスと前記固体表面との間に反応を生せしめることを特
   徴とする光反応方法。 ２）対向する電極の間にプラズマを形成するためのプラ
   ズマ形成室と、 光反応を起させるガスおよび基板を収容する光反応室と
   、 前記プラズマからの電磁放射線が前記ガスを照射するよ
   うに前記プラズマ形成室と前記光反応室とを結ぶ光導入
   管と、 前記電極間にプラズマ形成用のガスを注入する手段と、 前記電極間に電圧を印加して前記プラズマを発生せしめ
   る手段と、 前記光反応室に前記ガスを導入する手段とを備えたこと
   を特徴とする光反応装置。 ３）前記プラズマ形成用ガス注入手段が、高速開閉ガス
   バルブであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の光反応装置。 ４）前記反応ガスの導入手段が高速開閉ガスバルブであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項
   記載の光反応装置。 ５）前記反応ガスの導入手段がノズルであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項または第３項記載の光反応
   装置。 ６）前記プラズマ形成室と前記光反応室とがそれぞれ独
   立の排気装置に連結されていること特徴とする特許請求
   の範囲第２項ないし第５項のいずれかに記載の光反応装
   置。 ７）前記光導入管内に前記電磁放射線の導入方向と平行
   でない磁界が印加されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項ないし第６項のいずれかに記載の光反応装
   置。 ８）前記光導入管がその内部に金属メッシュを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項ないし第７項のい
   ずれかに記載の光反応装置。 ９）前記基板に電界が印加されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項ないし第８項のいずれかに記載の
   光反応装置。