基板的表面处理方法技术

一种利用光泵浦过程对导电基板进行表面处理的方法，其中，将一个导电基板放置于一个处理容器（１）中，所述处理容器中的压力保持在０．００１～１个大气压，同时向基板（２）施加一个负偏压，从装于带有一个光输出窗的容器的紫外线光源（５）产生具有３～１０ｅＶ的光能的紫外线，该光能大于所述基板表面的功函数，并且向所述处理容器（１）中通入工艺气体，从而通过从所述基板表面发射的电子与工艺气体组分碰撞来产生离子和自由基（６），所述离子和自由基可以到达所述基板（２）的表面，因此，即使对于大面积的基板来说，也可能简单地、高效地、低成本地并且容易地对基板进行表面处理。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用光激发过程来从表面发射电子以便对导电基板的表面进行处理的方法。为达到本专利技术的目的，所使用的表面处理包括在所述基板上沉积薄膜、氧化、氮化或碳化所述基板表面、平整或蚀刻所述基板表面等步骤。
技术介绍
对于利用光激发过程的表面处理方法来说，已经公知的方法包括通过直接分解气相中的工艺气体分子以生成自由基的方法，或者直接光激发基板表面上化学结合的分子和/或原子使得它们从所述表面脱离的方法。然而，由于必须使用高光子能来实现这种现象，实际上，不得不使用20eV或者高于20eV的真空紫外线以及100eV或者高于100eV的软X射线。例如，可用于前者的高功率准分子激光器以及可用于后者以产生同步辐射的电子储存环均非常昂贵，而且均是点光源(punctual light source)。因此，难以使用这些设备照射大面积的基板表面，而且在现阶段，这些设备还没有投入到实际使用中去。而且，当工艺气体与产生真空紫外线或软X射线的光源相接触时，会损坏光源。因此，理想的情况是使用一个光学窗将工艺气体与光源隔离。然而，由于还没有用于能够透过具有10eV或者高于10eV能量的光的光学窗的合适材料，所以工艺气体的压力必需被控制在0.0001个大气压或者更低，或者必需使用一个差动泵浦机构或者其他复杂设备来得到工艺室和光源之间的压力差。在前一种方案中，反应效率明显下降，而在后一种方案中，光辐照的反应区域被限制在几毫米的直径范围内，这样会引起实用上的问题。人们也专利技术出一些其他的光激发过程，其中代替这种光源，使用低压水银灯以发出4.9eV和6.7eV的紫外线。然而，由于分子解离和电离的反应效率极低，所以目前还没有投入实际的应用。本专利技术的目的是提供一种利用光激发过程处理导电基板的方法，其中尤其可以容易地、低成本地处理面积大的基板表面。
技术实现思路
根据本专利技术所述，将一个导电基板置于一个压力保持在0.001-1个大气压之间的处理容器中，将从装入一个带有光输出窗的容器中的光源发射的、具有3-10eV光子能的紫外线辐照所述基板表面，同时向所述基板施加一个负偏电压，并向所述处理容器内通入工艺气体对所述基板表面进行处理，从而达到本专利技术的目的。对于本专利技术的目的来说，术语“导电基板”不仅仅包括金属材料，还包括宽带隙半导体，这种半导体在室温下是不导电的，但是在高温下变成导电的，例如氮化铝和陶瓷材料等。在本专利技术中，所使用紫外线的能量较小，为3～10eV，优选使用能量为4～9eV的紫外线。使用一般的、低价的光源例如低压水银[蒸气]灯即可产生在上述能量范围内的紫外线。这种光源能够发射波长为185nm或254nm的紫外线。然而，由于波长为185nm的紫外线很容易产生臭氧，在一般使用情况下，臭氧的输出被控制在最小值，并应优选使用波长为254nm的紫外线。对于本专利技术的实施来说，虽然并不常常使用波长为185nm的紫外线，但它仍是必需的，已经开发低压水银灯作为移除半导体上抗蚀剂膜的紫外线光源，从商业上来讲是可行的。除此之外，该光源呈点状，并可呈现线状或者面状，将大量光源紧密排列即可轻松地辐照大面积。其他的光源，例如氘气灯或氙气(XE)灯，也能产生适合本专利技术条件的紫外线。现在说明一下在本专利技术中使用3～10eV紫外线辐照表面的重要性。当使用的紫外线能量低于3eV时，电子无法从所述基板表面发射出来，而且也无法引起光激发过程。然而，如果所述光子能量增加到大于所述基板表面的功函数，那么外部光电发射效应就会造成电子发射，向所述基板施加一个负偏电压会使电子加速，这样就能够使用由高能电子和工艺气体分子之间的高效反应产生的自由基或离子对所述基板表面进行处理。一般情况下，物质功函数的大小范围为3～5eV，因此使用3eV或高于3eV的紫外线进行辐照就可能会获得足够数量的发射电子，使用4eV或高于4eV的紫外线尤其有效。因此，虽然使用3eV或高于3eV的紫外线(尤其是4eV或高于4eV的紫外线)进行辐照而发射的电子的动能小到几个eV或者更低，但是通过控制施加于所述基板的负偏电压就能够使所述发射电子的动能增加到足够大的值，从而在高反应效率下分解或电离所述工艺气体分子。从另一方面来说，上限为10eV的意义如下所述。正如前面所述，当工艺气体与紫外线光源接触时，会损坏紫外线光源。因此，完全将紫外线光源与工艺气体隔离的理想方法就是将光源装入一个带有光输出窗的容器中。由于用于光输出的光学窗吸收波长短于光学窗能带隙的紫外线(最大值大约为10eV)(换句话说，光子能超过10eV)，所以理论上没有合适的光学窗。因此，在使用光子能超过10eV的紫外线的常规过程中，人们作出各种专利技术来防止紫外线光源与工艺气体相接触，例如，一种方法是使用一个差动泵浦系统来控制工艺室和光源之间的压力平衡。在本专利技术中，如下所述，由于低能紫外线的光子能不足以分解或电离所述工艺气体分子，所以将低能紫外线转换为在施加有负偏电压的基板表面上的高能电子是关键的一步，这样就可能以很高的效率对所述表面进行处理，而且即使紫外线的一部分被所述光输出窗吸收，也会保持高处理效率。由于光输出窗完全防止工艺气体反向流入光源，那么就可以使用任何类型的气体分子包括腐蚀性气体而不会引起任何严重的问题，而且也可以将所述工艺气体的压力设为任意值而不考虑上述与光源间的压力平衡问题。因此，本过程也可以应用于扩展的领域中。除此之外，由于3～10eV的紫外线几乎无法被所述工艺气体分子吸收，所以取决于气体压力，到达所述基板表面的紫外线在强度上也几乎不会被减弱。因此，本专利技术中所使用紫外线的光子能的上限取决于光学窗物质的光吸收系数，对于氟化锂来说大概为10eV(相当于氟化锂的吸收阈值的波长120nm)。当使用比氟化锂便宜的合成石英玻璃作为光输出窗时，其上限大概为7.8eV。因此，可适用于本专利技术的紫外线的光子能的范围是3～10eV，优选为4～9eV。在本专利技术中，为了确保利用相对低能的紫外线在所述基板表面发生反应，需要将装有所述基板的工艺室中的压力保持在0.001～1个大气压的范围内，优选为0.01～0.5个大气压的范围内。当所述工艺室中的工艺气体如上所述保持在相对高压时，所述基板吸收紫外线后从基板表面发射出的电子(其由直接光激发得到的光电子和这些光电子在基板中非弹性散射所得的二次电子组成)在从所述表面迁移仅仅几个微米的小距离后即与所述工艺气体分子碰撞，发生电子撞击解离反应后产生自由基和离子。随着气压的增加，发射电子与所述气体分子碰撞时刻前能够迁移的距离变短。例如，在0.1个大气压时，距离减少到1μm或更短，而且碰撞会重复多次。从这一观点来看，所述工艺室中的气体压力将被设定为0.001个大气压，或者优选为0.01个大气压或高于0.01个大气压。从另一方面来说，如果所述工艺室中的气体压力保持在所述大气压或者高于所述大气压，那么很难通过使用3～10eV紫外线进行辐照的方法使从所述基板表面发射出的电子保持解离反应。因此，所述工艺室中的气体压力最大会被限制在一个大气压或者优选限制在半个大气压。如上所述，所述工艺气体的相对高压对于以下两方面来讲是很有好处的，一方面所述处理装置不需要采用超高真空规格，另一方面所述紫外线灯产生的大量热可以通过所述工艺气体高效地移除以进行冷却。顺便说一下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基板的表面处理方法，其特征在于，在一工艺室中放置一导电基板，将所述工艺室中的压力保持在０．００１～１个大气压之间，从装于带有一光输出窗的一工艺室中的一光源辐照出具有３～１０ｅＶ的光子能的紫外线，同时向所述基板施加一负偏电压，并将一工艺气体通入所述工艺室内，从而对所述基板的表面进行处理。

【技术特征摘要】
JP 2002-7-10 201148/20021.一种基板的表面处理方法，其特征在于，在一工艺室中放置一导电基板，将所述工艺室中的压力保持在0.001～1个大气压之间，从装于带有一光输出窗的一工艺室中的一光源辐照出具有3～10eV的光子能的紫外线，同时向所述基板施加一负偏电压，并将一工艺气体通入所述工艺室内，从而对所述基板的表面进行处理。2.根据权利要求1所述的基板表面处理方法，其特征在于，所述工艺气体包含原材料组份，并且在所述基板上形成由所述组份构成的一膜。3.根据权利要求2所述的基板表面处理方法，其特征在于，所述原材料组份是碳和氢，并在所述基板上形成一类金刚石碳膜。4.根据权利要求1所述的基板表面处理方法，其特征在于，所述工艺气体含有与所述基板的材料发生反应的组份，通过所述组份和所述基板之间的反应在所述基板上形成一膜。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桑雄二，
申请(专利权)人：月岛机械株式会社，高桑雄二，
类型：发明
国别省市：JP[日本]