(57)【要約】【課題】被処理基板のベベル部に付着した不要な堆積膜を、パターンが存在する被処理基板の内側部分にダメージを与えず、重金属汚染を引き起こさず、低コストで高効率に除去する。【解決手段】被処理基板２の直径よりも小さい直径を有し、被処理基板を載置する回転ステージ１と、被処理基板２の上方に配置され、被処理基板上面に形成されたパターンを保護するためのガス流を形成するためのガス供給構造部３と、ガス供給構造部３に非反応性ガスを供給する第一のガス供給系１１と、不要な堆積物を除去するためのラジカルを被処理基板外周部に供給するノズルを備えた大気圧マイクロプラズマ源４と、大気圧マイクロプラズマ源４にガスを供給する第二のガス供給系１４と、大気圧マイクロプラズマ源４に電力を投入する高周波電源１３と、被処理基板２の外周部から反応生成物を吸引除去するための排気手段５を備えた基板処理装置。【選択図】図１
2008311385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の外周部に付着した不要物を除去する基板処理装置であって、
前記被処理基板を処理する処理室と、
前記被処理基板の直径よりも小さい直径を有した前記被処理基板を載置するための回転ステージと、
前記被処理基板の上方に配置され、前記被処理基板上面に形成されたパターンをラジカルから保護するためのガス流を形成するガス供給構造部と、
前記ガス供給構造部に非反応性ガスを供給するための第一のガス供給系と、
前記不要物を除去するためのラジカルを前記被処理基板外周部に供給するための大気圧マイクロプラズマ源と、
前記大気圧マイクロプラズマ源に反応性ガスを供給するための第二のガス供給系と、
前記大気圧マイクロプラズマ源に電力を投入するための高周波電源と、
前記被処理基板の外周部から反応生成物を吸引除去するための排気ヘッドと、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処置装置であって、
前記大気圧マイクロプラズマ源と前記排気ヘッドを、前記処理室内の、前記被処理基板の搬送口と反対側に備えた
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記ガス供給構造部下面と、前記被処理基板上面との距離が、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、
前記ガス供給構造部に、アルゴン、窒素、酸素、ドライエア、もしくは、これらの混合ガスを、０．１Ｌ／ｍｉｎ以上４００Ｌ／ｍｉｎ以下の流量で供給する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、
前記大気圧マイクロプラズマ源のプラズマ生成部に、アルゴン、ヘリウム、もしくは両者の混合ガスからなるキャリアガスを供給し、酸素、ＣＦ４、ＳＦ６、または、これらの混合ガスを、前記プラズマ生成部より下流部に供給する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記大気圧マイクロプラズマ源は、ラジカルを前記被処理基板外周部に供給するノズルを有し、
前記ノズル開口の上端が前記被処理基板の上面より下方であって裏面より上方に位置し、
前記排気ヘッドが前記被処理基板の端部の下方に位置する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
前記大気圧マイクロプラズマ源のノズルが前記被処理基板の端部の下方に位置し、
前記排気ヘッドが前記被処理基板の外周部の側方に位置する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記排気ヘッドが、前記大気圧マイクロプラズマ源のノズル開口部の下方であって、
前記回転ステージに載置された前記被処理基板の外周部に沿って前記回転ステージの回転方向の上流側から下流側に向けて円弧状に配置されている
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
被処理基板の外周部に付着した不要物を除去する基板処理装置であって、
前記被処理基板を処理する処理室と、
前記被処理基板の直径よりも小さい直径を有した前記被処理基板を載置するための回転ステージと、
前記被処理基板上面に対向するように備えられたガス供給構造部と、
前記ガス供給構造部にガスを供給するための第一のガス供給系と、
前記不要物を除去するためのラジカルを前記被処理基板外周部に供給するための大気圧マイクロプラズマ源と、
前記大気圧マイクロプラズマ源にガスを供給するための第二のガス供給系と、
前記大気圧マイクロプラズマ源に電力を投入するための高周波電源と、
前記被処理基板の外周部から反応生成物を吸引除去するための排気ヘッドと、
を備え、
前記ガス供給構造部下面と、前記被処理基板上面との距離が、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である
ことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス等の製造工程において、被処理基板エッジ部の裏面やテーパー部に付着した不要な堆積物を除去するための基板処理装置および基板処理方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の製造工程において、成膜工程やエッチング工程の際に、被処理基板エッジの裏面部やテーパー部（以下、ベベル部と称する）に付着する不要な堆積物が問題となっている。ベベル部に付着した堆積物は、成膜やエッチング処理を行う基板処理装置内での搬送時や、処理済み基板をフープに収納する際、または、フープを搬送している際にベベル部から剥離することがある。剥離した堆積物は異物や汚染の原因となり、これらが歩留まりを下げる大きな要因となっている。
【０００３】
これに対し、基板処理装置の処理室自体を工夫することでベベル部に不要な堆積物をつきにくくする試みがなされている。以下、絶縁膜用のプラズマエッチング装置を例にとって説明する。絶縁膜エッチングでは、Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＣＨＦ３等のＣＦ系のガスを用いることが多いが、これらのガスがプラズマにより解離されることにより発生した堆積性の強いＣＦｘラジカルがベベル部にまわりこみ、ＣＦ系の堆積膜を形成する。
【０００４】
このようなベベル部へのフロロカーボンなどの有機物からなる堆積物を除去する方法として、エッチング処理室内にて被処理基板の端部裏面を加熱しながらＯ２ガスやＨ２ガスやＮＨ３ガスなどのＣＦ系の堆積物を除去しうるガスを、被処理基板の端部裏面側に供給することにより、該堆積膜を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ベベル部に付着した不要な堆積物を除去するための専用処理装置も提案されている。例えば、基材の外周部を加熱する一方、外周部より内側の部分を前記ステージに設けた吸熱手段にて吸熱しながら、前記加熱された外周部に不要物除去のための反応性ガスを供給することにより、ベベル部に付着した不要な堆積物のみを除去する技術が提案されている（例えば、特許文献２の段落００１６参照）。
【特許文献１】特開２００４−２００３５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８７１６９号公報
【非特許文献１】ドライプロセスシンポジウム２００４,３-０１,”New  ash  challenges  for  porous  low-k  integration:  trade-off  between  sidewall  film  modification  and  increase  in  k  value”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した不要な堆積物除去技術には、以下に述べる技術的課題が存在している。すなわち、特許文献１については、導入するガスの堆積物除去効果が高ければ高いほど、被処理基板外周部のエッチング特性に及ぼす影響が大きくなるという問題がある。例えば、カーボン系やＣＦ系の堆積膜除去に最も効果が高いＯ２ガスを用いた場合、被処理基板外周部にＯ２ガスを数ｍｌ／ｍｉｎ供給しただけで被処理基板外周部のレジスト選択比の低下等が発生する。プラズマエッチングは、サブＰａから数十Ｐａ程度の圧力領域で行われるが、このような低圧力領域ではガスの拡散速度が非常に大きいため、被処理基板外周部から供給したＯ２ガスは、被処理基板のベベル部だけでなく、被処理基板外周部から数ｃｍ程度内側まで拡散してくる。該Ｏ２ガスがプラズマにより解離され発生した反応性の高いＯラジカルが外周部のレジストと反応することにより、外周部のレジスト選択比の低下が発生してしまう。これを抑えるために被処理基板外周部に供給するＯ２流量を下げると、ベベル部に付着した堆積物を十分な効率で除去できなくなってしまう。したがって、被処理基板面内でのエッチング特性の均一性を維持したまま、ベベル部に付着する堆積物を完全に除去することは困難である。
【０００７】
特許文献２に記載の技術では、堆積物を除去するために供給する反応性ガスが被処理基板の外周部から内側部分へ流れ込んでくることが問題である。特許文献２には、被処理基板の外周部を局所加熱するとともに、内側部分をステージに設けた吸熱手段にて吸熱しながら処理をすることにより、「反応性ガスが基材の外周から内側へ流れ込んで来たとしても、反応を抑えることができる」と記載されている（第０００８段落）。しかるに、膜の種類や反応性ガスの種類によっては、被処理基板内側部分の温度を抑えたとしても、反応を抑えることが現実的に不可能になる場合が存在する。
【０００８】
例えば、層間絶縁膜の材料として用いられる低誘電率（ｌｏｗ―ｋ）膜やポーラス（多孔質）ｌｏｗ―ｋ膜等への膜ダメージが問題になってくる。非特許文献１、Ｆｉｇｕｒｅ  １  には、被処理基板温度を１５℃に温調したとしても、Ｏ２系ガスで処理を行った場合にはポーラスｌｏｗ―ｋ膜が若干変質してしまう例が示されている。この例から分かるように、被処理基板中央部の温度を抑えたとしても、Ｏ２系の反応性ガスが被処理基板の内側へ流れ込んで来た場合、ｌｏｗ―ｋ膜やポーラスｌｏｗ−ｋ膜へのダメージは避けられない。微細化がさらに進展する次世代以降のデバイスではｌｏｗ−ｋ膜へのダメージに対する要求はさらに厳しくなるため、反応性ガスが被処理基板の内側部分に流れ込んでくることは致命的である。
【０００９】
さらに、特許文献２の第００４４段落から第００４５段落に記載されている内容からは、反応性ガスの発生手段として容量結合型プラズマ源を用いていることが分かるが、これは、金属汚染やプラズマ源の寿命の観点から好ましくない。容量結合型プラズマ源では、放電に用いる電極にプラズマ中のイオンが入射し電極材料が削れてしまう。これが重大な金属汚染を引き起こす原因となる可能性は非常に大きい。電極削れに起因した金属汚染を抑制するために、電極表面に汚染源とならないような固体誘電体を被膜したとしても、容量結合型プラズマ源では、該固体誘電体にもイオンが入射するため、該誘電体の消耗は避けられず、プラズマ源自体の寿命はかなり短くなってしまう。したがって、部品交換に伴うランニングコストの上昇や、装置稼動率の低下は避けられない。
【００１０】
本発明は、基板処理装置における上記問題を解決することを目的とする。具体的には、本発明は、パターンが存在する被処理基板内側部分に反応性の強いラジカルが拡散することを抑止でき、被処理基板内側部分への膜ダメージを完全に抑えることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、ラジカルが被処理基板内側部分へ拡散することを抑止できるような、被処理基板内側から外側への径方向のガス流れを形成することができ、パターンが存在する被処理基板内側部分に反応性の強いラジカルが拡散することを抑止でき、被処理基板内側部分への膜ダメージを完全に抑えることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、本発明は、排気系に関する大幅なコストダウンが可能となる基板処理装置、被処理基板中央部へのラジカルの拡散を抑えることのできる基板処理装置、大掛かりな被処理基板の冷却設備が不要な、コストダウンを図ることができる基板処理装置、電極材料がプラズマにより削れることで発生する重金属汚染を回避することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、被処理基板の外周部に付着した不要物を除去する基板処理装置において、前記被処理基盤を処理する処理室と、前記被処理基板の直径よりも小さい直径を有した前記被処理基板を載置するための回転ステージと、前記被処理基板の上方に配置され、前記被処理基板上面に形成されたパターンをラジカルから保護するためのガス流を形成するためのガス供給構造部と、前記ガス供給構造部に非反応性ガスを供給するための第一のガス供給系と、前記不要物を除去するためのラジカルを前記被処理基板外周部に供給するためのノズルを備えた大気圧マイクロプラズマ源と、前記大気圧マイクロプラズマ源に反応性ガスを供給するための第二のガス供給系と、前記大気圧マイクロプラズマ源に電力を投入するための高周波電源と、前記被処理基板の外周部から反応生成物を吸引除去するための排気ヘッドと、を備えた。
【００１４】
ここで、基板処理装置においては、前記ガス供給構造部には、アルゴン、窒素、酸素、ドライエア、もしくはこれらの混合ガス等の反応性に乏しく、かつ低コストのガスを、０．１Ｌ／ｍｉｎ以上４００Ｌ／ｍｉｎ以下の流量で供給し、前記大気圧マイクロプラズマ源には、プラズマを安定に生成維持するための、アルゴン、ヘリウム等のキャリアガスと、酸素、ＣＦ４、ＳＦ６または、これらの混合ガス等、被処理基板のベベル部に付着した堆積物と反応しやすい反応性ガスを供給する。
【００１５】
さらには、基板処理装置においては、前記大気圧マイクロプラズマ源は、高周波誘導結合型プラズマやマイクロ波プラズマ等の、無電極放電が可能なプラズマ源を用いていることを特徴としている。ここで、「大気圧マイクロプラズマ源」とは、０．５気圧から２気圧程度の、おおむね大気圧で動作する、プラズマ体積が１００ｃｍ３未満の微小なプラズマ源のことを指しており、一方、「マイクロ波プラズマ」とは、プラズマの励起源周波数に１ＧＨｚから１０ＧＨｚ、典型的には２．４５ＧＨｚの周波数を用いているプラズマを指していることに注意されたい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、被処理基板ベベル部の堆積物を除去するためのラジカルを大気圧マイクロプラズマ源により発生させ、該ラジカルを被処理基板のベベル部に、ベベル部側方から供給すると同時に、被処理基板上方のガス供給構造部から非反応性ガスを供給し、ベベル部下方に備えられた排気ヘッドから反応生成物及び供給ガスを排気する構成となっている。この際、供給する非反応性ガスと反応性ガスの流量を適宜調節することにより、ラジカルが被処理基板内側部分へ拡散することを抑止できるようなガス流れを被処理基板上部に形成することができ、パターンが存在する被処理基板内側部分に反応性の強いラジカルが拡散することを抑止でき、被処理基板上部の内側部分への膜ダメージを完全に抑えることができる。
【００１７】
もしくは、前記ラジカルをベベル部下方から供給し、排気ヘッドをベベル部側方に備える構成としても構わない。この場合においても、供給する非反応性ガスと反応性ガスの流量を適宜調節することにより、ラジカルが被処理基板内側部分へ拡散することを抑止できるような、被処理基板内側から外側への径方向のガス流れを形成することができ、パターンが存在する被処理基板内側部分に反応性の強いラジカルが拡散することを抑止でき、被処理基板内側部分への膜ダメージを完全に抑えることができる。
【００１８】
また、通常エッチングに用いられるプラズマリアクタでは、数Ｐａ程度の減圧下にてプラズマ処理を行うために、おおがかりな真空排気設備が必要となる。これに対し本発明では、大気圧マイクロプラズマ源を用いている。該大気圧マイクロプラズマ源は、動作圧力範囲が概ね０．５気圧から２気圧程度であるため、排気系に関する大幅なコストダウンが可能となる。さらには、大気圧付近の圧力領域では、前記した圧力数Ｐａの減圧下と比較し、ラジカルの拡散速度が３桁から４桁程度遅いため、本発明における基板処理装置は、被処理基板中央部へのラジカルの拡散を抑える観点からも非常に好ましい。
【００１９】
また、本発明では、ラジカルの発生源として用いる大気圧マイクロプラズマ源に、無電極放電が可能な誘導結合型プラズマ方式や、マイクロ波プラズマ方式等を用いている。これらの方式によって形成される大気圧マイクロプラズマは熱的に非平衡なプラズマであり、電子温度が８０００°Ｋ〜１４０００°Ｋと高温であるのに対し、ガス温度は３４０°Ｋ〜１３００°Ｋ程度と、ガス温度が著しく低いという特徴を有している。一方で、電子密度は１ｅ１４〜１ｅ１５  ｃｍ―３  程度の高密度プラズマでもある。このため、堆積膜の除去反応に寄与するラジカルを、室温より若干高い程度のガス温度で高効率に生成でき、ベベル部に付着した堆積物を高速に除去することができる。さらには、ガス温度が比較的低温であるために、大掛かりな被処理基板の冷却設備が不要になり、コストダウンを図ることができる。さらには、容量結合型プラズマ方式と異なり、プラズマを維持するための電極が不要であるため、電極材料がプラズマにより削れることで発生する重金属汚染を回避することができる。
【００２０】
上記した夫々の効果により、本発明による基板処理装置では、被処理基板のベベル部に付着した不要な堆積膜を、パターンが存在する被処理基板の内側部分に膜ダメージを与えることなく、また、重金属汚染を引き起こすことなく、低コストで、高効率に、除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１から図４、及び図９、図１０を用いて本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本発明による基板処理装置の構成の概略を示す断面図である。図１は、基板処理装置の断面の右半分を示している。本発明による基板処理装置は、処理室６と、被処理基板２を載置するための回転ステージ１と、被処理基板の上方に配置され、被処理基板上面に形成されたパターンを保護するためのガス流を形成するためのガス供給構造部３と、ガス供給構造部３に非反応性ガスを供給するための第一のガス供給系１１と、大気圧プラズマを生成するためのプラズマヘッド４と、プラズマヘッド４に電力を供給するための電力供給系１３と、プラズマヘッド４にガスを供給するための第二のガス供給系１４と、供給されたガスや被処理基板の外周部から反応生成物を吸引除去するための排気ヘッド５と、排気ヘッド５を排気するための排気系１２と、プラズマヘッド４で生成したプラズマのラジカルを被処理基板２の外周部に供給するノズル１６と、から構成されている。プラズマヘッド４とノズル１６とで大気圧マイクロプラズマ源を構成している。
【００２２】
回転ステージ１は、被処理基板よりも１ｍｍから６０ｍｍ程度、好ましくは、２ｍｍから２０ｍｍ程度小さい直径を有しており、温調機構１５と、被処理基板のチャッキング機構（図示せず）と、搬送時に被処理基板を昇降するための基板昇降機構（図示せず）を備えている。前記チャッキング機構は、基板の裏面を処理室６よりも負圧にすることにより基板を保持する真空チャックや、双極式の静電チャック等、いかなる機構でも構わない。また、前記温調機構は、温調された冷媒を循環させる方式や、ペルチェ素子を用いた方式等、いかなる方式でも構わない。さらに、該回転ステージは、モーター等の駆動機構により１分間に０．５回転〜２４０回転、好ましくは、１回転〜６０回転程度の任意の回転数で回転できる構成となっている。
【００２３】
回転ステージ１の上部には、ガス供給構造部３が配置されている。該ガス供給構造部は、第一のガス供給系１１から供給されるガスを被処理基板面に供給する役割を担っている。ガス供給構造部３から供給されたガスは、被処理基板表面とガス供給構造部間で径方向外向きのガス流れを形成する。このガス流れによって、被処理基板のベベル部に供給したラジカルが、パターンが存在する被処理基板の内側に拡散することを阻止し、膜ダメージが発生することを阻止することができる。
【００２４】
次に、ガス供給構造部の構成を図９にて説明する。ガス供給構造部３は、アルミニウム製、もしくは表面にアルマイト処理を施したアルミニウム製であり、略円板状の形状をしている。また、その下面には、直径０．２ｍｍから３．０ｍｍ、好ましくは、０．４ｍｍから２．０ｍｍ程度のガス孔３１が数十個から数百個程度開けられている。該ガス供給構造部の内部には、ガス孔３１から均一にガスを噴出すためのバッファ室３２が備えられており、該バッファ室はガス供給口３３を介して、第一のガス供給系１１に接続されている。前記ガス孔３１は、２ｍｍから５０ｍｍ程度、好ましくは、５ｍｍから２０ｍｍ程度の概ね均一なピッチで、ガス供給構造部の外周部に配置されている。前記ガス孔は、ガス供給構造部全面に均一に配置しても構わないが、ガス供給構造部の外周部のみに集中的に配置することにより、被処理基板の内側へのラジカル拡散を阻止する効果がより高くなる。
【００２５】
該ガス供給構造部３から供給するガスは、被処理基板上に作成されたパターンや膜と反応し難く、かつ、コストの安いガス、即ち、アルゴン、窒素、酸素、ドライエア等や、これらの混合ガス等の反応性に乏しく、かつ低コストのガスを用いることが望ましい。ドライエアを用いる場合は、露点温度０℃以下、好ましくは、−３０℃以下のものを用いることにより、被処理基板２に水分が付着することに起因した腐食や異物の発生を防止することができる。また、酸素ガスは、プラズマに接しない限りラジカル化しないため、パターンが存在する被処理基板中央部の膜にダメージを与えることはない。
【００２６】
さらに、ガス供給構造部３から供給するガス流量が大きいほど、ラジカルの拡散を阻止する効果が高いが、ガス流量を上げすぎるとランニングコストが上昇してしまう。したがって、ガス供給構造部３より供給するガスの流量は、概ね、０．１Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは、０．５Ｌ／ｍｉｎから２００Ｌ／ｍｉｎ程度である。
【００２７】
また、ガス供給構造部３の下面と被処理基板２の上面は略平行となっており、両者の距離（図２中、Ｚ３で示した）は、２ｍｍから１００ｍｍ程度、好ましくは、５ｍｍから５０ｍｍ程度の距離、即ち、被処理基板２を搬送できる範囲内で極力狭くなるように設定されている。これは、ガス供給構造部３と被処理基板２との距離を小さくすることにより、ガス供給構造部３から供給されたガスが被処理基板２上を流れる流速が大きくなり、前記ラジカルの被処理基板中央部への拡散を阻止する効果がより高くなるためである。
【００２８】
ガス供給構造部３の母材は、本実施形態では、加工性と汚染、コストの観点からアルミニウムとしたが、被処理基板に汚染を引き起こさず、加工が容易で、かつコストが低い材質であれば、石英、快切削製セラミックス、合成樹脂等、いかなるものでも構わない。
【００２９】
次にガス供給構造部の別の構成を図１０にて説明する。図９と説明が重複する部分は、説明を省略する。図９に示したガス供給構造部では、下面にガス孔３１を開けていたが、図１０にて示したガス供給構造部では、下面に複数のスリット状ガス供給口３４を具備している点が異なっている。図１０に示したように、該スリット状ガス供給口３４は、ガス供給構造部の最外周に８個、その内側に８個、たがいちがいになるように配置されている。このような構成にすることにより、被処理基板外周部にエアーカーテン状のガス流れを形成することができる。これにより、被処理基板のベベル部に供給したラジカルが、パターンが存在する被処理基板の内側に拡散することを阻止し、膜ダメージが発生することを阻止することができる。図１０では、スリット状ガス供給口３４は８個×２列で配置されているが、本発明はスリット状ガス供給口の個数および列数に何ら制限されることはない。また、図１０では、スリット状ガス供給口３４は略円弧状の形状をしているが、これは直線状にしても構わない。
【００３０】
次に、図１にもどり、ベベル部に付着した堆積膜を除去するための反応性の高いラジカルを、ベベル部に供給するための構成を説明する。図１に示したように、回転ステージ１の外側には、プラズマヘッド４が設置されている。該プラズマヘッドには、反応性ガスを供給するための第二のガス供給系１４と、高周波電力を印加するための電力供給系１３とが接続されている。また、プラズマヘッド４には、ノズル１６が備えられている。第二のガス供給系１４から供給された反応性ガスに高周波電力を印加し、該反応性ガスがプラズマ化することにより発生したラジカルを、前記ノズル１６から被処理基板２のベベル部へ噴射することにより、ベベル部に付着した堆積物を除去する構造となっている。
【００３１】
また、図２に示したように、ノズル１６にはラジカルを被処理基板２のベベル部のみに効率的に供給できるように、φ０．１ｍｍからφ１０ｍｍ程度、好ましくは、φ０．３ｍｍからφ３ｍｍ程度のごく小さい開口部１７が設けられている。さらに、該ノズル開口部１７の上端を被処理基板上面Ｚ１よりも低く、かつ、被処理基板下面Ｚ２よりも高い位置に配置することにより、ベベル部に、より効率的にラジカルを供給できる。また、ノズル１６の先端から被処理基板２の最外周部までの距離Ｘ１は、０．２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。被処理基板までの距離が０．２ｍｍ未満であると、ノズル先端と被処理基板が接触する危険性が高くなり、また、５０ｍｍより大きいと、ラジカルの供給効率が悪化するからである。
【００３２】
ノズル１６の下部には、上部に開口部を有した排気ヘッド５が設置されている。ここで、前記開口部の幅Ｘ２は５ｍｍ乃至１００ｍｍ程度であり、排気系１２により排気されている。ガス供給構造部３より供給したガスと、ノズル１６よりベベル部に向けて噴出したラジカルと、該ラジカルとベベル部への堆積物とが反応して発生する反応生成物とは、前記排気ヘッド５より排気系１２を介して処理室外に排出される。これにより、大量の枚数の基板を処理した際に、反応生成物が処理室内に再付着し、剥離することにより発生する異物を防止できる。
【００３３】
本発明による基板処理装置では、大気圧マイクロプラズマ源を用いているため、０．５気圧から２気圧程度の圧力で使用可能である。このため、排気系１２には、通常のプラズマ処理装置で用いるような真空ポンプを用いても構わないが、プロペラファン、ターボファン、シロッコファン等を用いる方がコストの点で有利である。また、ラジカルは大気圧中での拡散速度が遅いので、大気圧マイクロプラズマ源を用いた場合には、被処理基板２のベベル部に供給されても、被処理基板２表面の中央部に向けての拡散を抑えることができる。
【００３４】
図３は、本発明による基板処理装置の構成の概略を示す平面図である。図中の破線で描かれた円は、被処理基板２の最外周を示しており、また、図中の矢印Ｓはステージ１の回転方向を、矢印Ｔは搬送アーム８の移動方向を示している。略円筒形の処理室６の側壁には、被処理基板２と搬送アーム８とが通過できるのに十分な幅と高さを有した開口部が設けられており、該開口部には搬送ポート７とゲートバルブ１８が設けられている。搬送ポートの反対側には、排気ヘッド５と、複数のプラズマヘッド４ａ〜４ｃが配置されている。
【００３５】
各プラズマヘッド４ａ〜４ｃには、夫々に独立して反応性ガス供給系（図示せず）と、電力供給系（図示せず）が接続されている。プラズマヘッド４を複数配置することにより、処理速度が向上することは言うまでもないが、さらに、異なるプラズマヘッド４に、異なる反応性ガスを供給することにより、被処理基板２に付着した堆積膜が、異なる膜の積層構造になっている場合にも対応可能となる。また、各プラズマヘッド４ａ〜４ｃに接続するガス供給系と電力供給系を共通化することにより、コストダウンを図りつつも処理速度の向上を望めることは言うまでもない。また、図３ではプラズマヘッドの個数を３個としたが、これはあくまで１例を示したものにすぎない。本発明は最低限、一つのプラズマヘッドを備えていれば機能し、また、３個以上のプラズマヘッドを備えることにより、さらなる処理速度の向上が期待できることは言うまでもない。
【００３６】
前記したプラズマヘッド４の下部には、排気ヘッド５が配置されている。該排気ヘッド５の開口部は、図３に示したように、被処理基板２のベベル部に向けて、半円の円弧状の形状をしている。また、前記したように、排気ヘッド５の開口部の幅は５ｍｍ乃至１００ｍｍ程度である。また、本排気ヘッド５は、図３に示したように、プラズマヘッド４よりも、被処理基板２の回転方向下流側に、角度α度程度、若干オフセットして設けることができる。これにより、被処理基板を矢印Ｓ方向に回転した際も、被処理基板２からの反応生成物や、反応に用いられなかったラジカルを効率よく排気することができる。図３においては、排気ヘッド５は、プラズマヘッド４ｃより下流に延長されており、被処理基板２の上面からの被反応ガスを効率よく排気することができる。
オフセット角度αは、プラズマヘッド４の取り付け個数に応じて、０度から４５度の間で適宜選択される。
【００３７】
また、図３中の一個乃至複数個のプラズマヘッド４ａ〜４ｃの全ては、被処理基板２の中心軸を通り、ゲートバルブ１８と略平行な面、即ち図中の一点鎖線βで示した面に対し、搬送ポート７やゲートバルブ１８と反対側に配置されている。このような構成にすることにより、被処理基板を搬送する際に、被処理基板や搬送アームと、プラズマヘッドとが干渉することを防止できる。上記のような構成とすることにより、ガス供給構造部３と被処理基板２との距離（図２中のＺ３）を、より小さくすることができ、被処理基板上へのラジカルの拡散を防止する効果をより高めることができる。
【００３８】
逆に、プラズマヘッド４を搬送ポート側に設置すると、被処理基板を搬送する際、プラズマヘッドと被処理基板の接触を避けるため、搬送面の高さをプラズマヘッド４より高い位置に設定せざるを得ない。これは、ガス供給構造部３と被処理基板２との距離（図２中のＺ３）が大きくなることを意味するため、ラジカル拡散の観点から好ましくない。さらに、回転ステージ１に具備する被処理基板の昇降機構のストロークが大きくなってしまうため、昇降機構のコストアップに繋がってしまう。
【００３９】
次に、図４に、プラズマヘッド４とノズル１６とからなる大気圧マイクロプラズマ源の構造の概略を説明する断面図を示す。プラズマヘッド４は、第二のガス供給系１４から供給された反応性ガスを０．５気圧から２気圧程度の大気圧のもとでプラズマ化する役割を担っている。ここでは、誘導結合型プラズマ源を例にとって説明する。
【００４０】
まず、内径φ０．５ｍｍ乃至φ４ｍｍ程度の第一の絶縁体パイプ１２０の外側には、１ターン乃至１０ターン程度のコイル状誘導アンテナ１２１が巻きつけられている。該アンテナ１２１の片側は、整合器１２２を介し、高周波電源１２３が接続されており、また、反対側はアースに接続されている。整合器１２２と高周波電源１２３が、前記した電力供給系１３に相当する。また、前記誘導アンテナ部分をとり囲むように、接地された金属製の高周波シールド１２６が備えられている。前記した第一の絶縁体パイプ１２０は、前記高周波シールドから被処理基板に向けて、１０ｍｍ乃至５０ｍｍ程度突出している。
【００４１】
前記突出部の外周部には、第二の絶縁体パイプ１２４が、第一の絶縁体パイプ１２０と軸を同一とするように配置されている。また、第二の絶縁体パイプ１２４には、絶縁体ノズル１６が設置されている。該ノズルには、φ０．３ｍｍからφ３ｍｍ程度のごく小さい開口部が被処理基板に向けて設けられている。これら絶縁体パイプ、絶縁体ノズルの材質としては、プラズマやラジカル耐性があり、汚染を引き起こしにくいもの、即ち、石英やアルミナセラミクス、耐熱ガラス等が好適である。
【００４２】
第一の絶縁体パイプ１２０には、第二のガス供給系１４からガスＡが供給され、また、第二の絶縁体パイプ１２４にはガスＢが供給される。ガスＡは、誘導アンテナ１２１が生成する誘導電界によりプラズマ化される。ガスＡは、大気圧マイクロプラズマを生成、維持しやすいアルゴンやヘリウム、若しくは両者の混合ガス等からなるキャリアガス、ガスＢは、ベベル部に付着した堆積物を除去しうる酸素、ＣＦ４、ＳＦ６及びこれらの混合ガス等の反応性ガスである。反応性ガスＢは、プラズマ化されたガスＡとノズル部１６にて混合されることにより、反応性の強いラジカルを生成する。
【００４３】
このように、プラズマ発生部にはキャリアガスのみを流し、その下流で反応性ガスを混合する構成とすることにより、幅広い条件にて安定して大気圧マイクロプラズマを生成、維持することが可能になる。さらには、第一の絶縁体パイプ１２０の誘導アンテナ付近の内壁は、高密度のプラズマが直接接触するために消耗しやすいが、反応性ガスを流さないことにより、第一の絶縁体パイプ１２０の寿命、ひいては、大気圧マイクロプラズマ源自体の寿命を延ばすことも可能となる。
【００４４】
上記したガス供給方法と異なり、キャリアガスと反応性ガスを混合して供給することも可能である。この場合、図５に示したように、プラズマヘッド自体の構造を単純化することができるため、コスト的に有利となる。
【００４５】
すなわち、この実施例では、プラズマヘッド４の第一の絶縁体パイプ１２０の外側には、１ターン乃至１０ターン程度のコイル状誘導アンテナ１２１が巻きつけられている。該アンテナ１２１の片側は、整合器１２２を介し、高周波電源１２３が接続されており、また、反対側はアースに接続されている。整合器１２２と高周波電源１２３が、前記した電力供給系１３に相当する。また、前記誘導アンテナ部分をとり囲むように、接地された金属製の高周波シールド１２６が備えられている。前記した第一の絶縁体パイプ１２０は、前記高周波シールドから被処理基板に向けて、１０ｍｍ乃至５０ｍｍ程度突出している。第１の絶縁体パイプ１２０には、大気圧マイクロプラズマを生成、維持しやすいアルゴンやヘリウム等に代表されるキャリアガスとベベル部に付着した堆積物を除去しうる反応性ガスの混合ガスＡが供給され、ここで、プラズマ化されて反応性の強いラジカルを生成する。
【００４６】
ガスＡをプラズマ化するための周波数、即ち、高周波電源１２３の周波数は、３０ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度のＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯であることが好ましい。誘導結合型プラズマは、一般的には商用周波数である１３．５６ＭＨｚで励起されることが多いが、大気圧マイクロプラズマ源では、アンテナサイズ等が小型になるため、より波長の短い電磁波を用いた方がプラズマの生成効率を上げることができるからである。
【００４７】
ここまで図４、図５を用いて、誘導結合型プラズマ源を例にプラズマヘッド４の実施形態を説明してきたが、本発明はこれに何ら制限されるものではない。無電極放電が可能な、大気圧マイクロプラズマ源、即ち、誘導結合型プラズマ源、各種マイクロ波プラズマ源、誘電体バリア放電を用いたプラズマ源など、いかなる方式を用いても構わない。
【００４８】
これらの方式によって形成される大気圧マイクロプラズマは、熱的に非平衡なプラズマであり、電子温度が８０００°Ｋ〜１４０００°Ｋと高温であるのに対し、ガス温度は３４０°Ｋ〜１３００°Ｋ程度と、ガス温度が著しく低いという特徴を有している。一方で、電子密度は１ｅ１４〜１ｅ１５  ｃｍ−３  程度の高密度プラズマでもある。このため、被処理基板２のベベル部の堆積膜の除去反応に寄与するラジカルを、室温より若干高い程度のガス温度で高効率に生成でき、ベベル部に付着した堆積物を高速に除去することができることは言うまでもない。
【００４９】
さらには、ガス温度が比較的低温であるために、大掛かりな被処理基板の冷却設備が不要になり、コストダウンを図ることができる。本実施形態においては、回転ステージ１には、温調機構１５を備えているが、被処理基板の種類によっては、該温調機構を備えなくても構わない。この場合、大幅なコストダウンが望めることは言うまでもない。
【００５０】
次に、本発明による基板処理装置の動作を説明する。まず、最初に、ゲートバルブ１８を開き、搬送アーム８により被処理基板２を回転ステージ１の真上に搬送する。次に、ステージ１に具備された基板昇降機構（図示せず）が被処理基板２を押し上げる。次に、搬送アーム８を処理室外に戻し、ゲートバルブ１８を閉じるとともに、基板昇降機構を下降させることにより被処理基板２を回転ステージ１上に載置する。
【００５１】
次に、チャッキング機構（図示せず）により被処理基板を回転ステージ１に固定した後、所定の速度で回転ステージの回転を開始する。次に、ガス供給構造部３から非反応性ガスを処理室内に供給する。次に、プラズマヘッド４に反応性ガスを供給した後、該プラズマヘッドに電力供給系から高周波電力を供給する。これにより、反応性ガスはラジカル化され、被処理基板２の被処理基板２のベベル部に向けて噴射され、ベベル部に付着した不要な堆積膜の除去が開始される。
【００５２】
被処理基板２のベベル部全周部にわたって、不要な堆積膜を除去するのに十分な時間が経過したのち、まず、プラズマヘッド４に供給している電力を停止し、次に反応性ガスを停止する。次に回転ステージ１の回転を止めるとともに、ガス供給構造部３からの非反応性ガスの供給を停止する。
【００５３】
次に、チャッキング機構をオフした後、被処理基板昇降機構により被処理基板２を押し上げるとともにゲートバルブ１８を開く。最後に、搬送アーム８を回転ステージ１の上まで移動させた後、被処理基板昇降機構を下降させ、搬送アーム８及び被処理基板２を処理室外に移動させ、ゲートバルブ１８を閉じることで、処理が完了する。
【００５４】
ここまでに説明してきた本発明による基板処理装置の動作中、排気系１２を常に動作させておく点も本発明の特徴である。排気系１２を、被処理基板２を搬送している間、即ち、ゲートバルブ１８が開いている間も動作させ続けることにより、処理室６内の圧力を、大気搬送室側よりも若干負圧に保つことが可能となる。これにより、大気搬送室から処理室６へのガス流れを形成することができ、搬送中に被処理基板２に異物が付着することを防止できる。これに加え、被処理基板２を搬送している間、ガス供給構造部３からも０．０１Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎ程度の非反応性ガスを流し、かつ、排気系１２を動作させ処理室６内の圧力を大気搬送室側よりも若干負圧に保つことで、搬送中の被処理基板２への異物を防止する効果はさらに高くなる。
【００５５】
以上、図１から図５を用いて説明した、本発明による基板処理装置を用いることにより、被処理基板２のベベル部に付着した不要な堆積膜を、パターンが存在する被処理基板２の内側部分に膜ダメージを与えることなく、また、重金属汚染を引き起こすことなく、低コストで、高効率に、除去することが可能となる。
【００５６】
本発明による基板処理装置は、スタンドアローンの処理装置として用いることもできるが、インラインのベベル堆積物除去モジュールとして、エッチング装置やＣＶＤ(Chemical  Vapor  Deposition)装置に搭載することも可能である。以下、図６を用いて、インラインでベベル部に付着した不要な堆積物を処理する方法を説明する。本発明による基板処理装置は、図６の大気搬送室１１１に、ベベル堆積物除去モジュール１１０として設置されている。
【００５７】
まず、被処理基板２を複数枚収容したフープ１０２を、図６に示したような半導体処理用のエッチング装置の大気搬送室１１１に設置する。ここで示した処理装置は、半導体エッチング装置とは、あくまでも一例であり、どのような形態のものでもよく、ＣＶＤ装置であってもなんら構わない。
【００５８】
フープ１０２に収納された被処理基板２は、大気搬送アーム１０４によりフープから取り出された後、アライナ１０５に載置される。アライナは被処理基板の水平面内での位置の微調整と、周方向の位置決めの役割を担っている。
【００５９】
アライナにより位置と方向を調整された被処理基板２は、ロック室１０６に搬入される。次に、ロック室が図示しないポンプにより真空排気された後、被処理基板２は、真空搬送アーム１０８によりバッファ室１０７に搬入される。
【００６０】
その後、被処理基板２はプラズマ処理室１０９に搬入され、所定のエッチング処理を施される。この際、被処理基板２のベベル部に、不要な堆積膜が付着する。
【００６１】
次に、被処理基板２は、真空搬送アーム１０８により処理室１０９から搬出され、ロック室１０６に搬入される。次に、ロック室を窒素ガスまたはドライエアでパージする。ロック室の圧力が大気圧まで上がった後、被処理基板２は大気搬送アーム１０４によりロック室から搬出され、大気搬送室１１１を経て、ベベル堆積物除去モジュール１１０に搬入される。次に、先に説明した手順によりベベル部に堆積した不要な膜を除去した後、被処理基板はフープ１０２に回収される。
【００６２】
ここまで説明してきた手順で、全ての被処理基板基の処理が終了し、全ての被処理基板２がフープ１０２に回収された後、該フープ１０２は、エッチング装置から回収される。
【００６３】
ベベル部に堆積した不要な膜をインラインで処理することは、スタンドアローンのベベルデポ除去装置を使うことと比較し、スループット、コスト共に優れている。さらには、前記したフープ内に、ベベルデポが付着した被処理基板を持ち込まないため、フープ内でベベルデポが剥離することで発生する異物のリスクや、クロスコンタミのリスクを抑えることができる。
【００６４】
次に、図７及び図８を用いて、本発明の第二の実施形態について説明する。第一の実施形態と説明が重複する部分に関しては、説明を省略する。
【００６５】
図７に示した本発明の第二の実施形態では、ラジカルを発生させるためのプラズマヘッド４を被処理基板２のベベル部下方に位置するように備えており、上方に向けてラジカルを噴射する構成となっている。また、被処理基板２の上部には、ガス供給構造部３が配置されており、第一のガス供給系１１から、非反応性ガスを被処理基板２上に供給する構成となっている。また、排気ヘッド５は、開口部を被処理基板２のベベル部に向けるように、被処理基板２のベベル部の側方外側に位置するように配置してある。さらに、図８に示したように、該排気ヘッド５は、回転ステージ１上に載置した被処理基板２の外周部に沿うような円弧状の形状をしている。
【００６６】
上記のような構成にしても、被処理基板２の上方から非反応性ガスを供給し、排気ヘッド５から反応性生物、ラジカル及び、非反応性ガスを排気することにより、ラジカルが被処理基板２の内側部分へ拡散することを抑止できるような、被処理基板内側から外側への径方向のガス流れを形成することができる。したがって、パターンが存在する被処理基板２の内側部分に反応性の強いラジカルが拡散することを抑止でき、被処理基板内側部分への膜ダメージを完全に抑えることができる。
【００６７】
以上の説明では、絶縁膜のエッチング処理毎に形成されるベベル部への堆積物の除去処理に関して説明したが、本発明は、半導体処理装置における各種の処理における被処理基板のベベル部への堆積物の除去に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による基板処理装置の第一の実施形態を示す断面図。
【図２】図１の被処理基板のエッジ部を拡大した断面図。
【図３】本発明による基板処理装置の第一の実施形態を示す平面図。
【図４】本発明による基板処理装置に用いられる大気圧マイクロプラズマ源の一例を示す断面図。
【図５】本発明による基板処理装置に用いられる大気圧マイクロプラズマ源の別の一例を示す断面図。
【図６】本発明による基板処理装置をインラインのベベル堆積物除去モジュールとして備えたエッチング装置を示す平面図。
【図７】本発明による基板処理装置の第二の実施形態を示す断面図。
【図８】本発明による基板処理装置の第二の実施形態を示す平面図。
【図９】ガス供給構造部の詳細の一例を示す断面図及び平面図。
【図１０】ガス供給構造部の詳細の別の例を示す断面図及び平面図。
【符号の説明】
【００６９】
１：回転ステージ、２：被処理基板、３：ガス供給構造部、４：プラズマヘッド、５：排気ヘッド、６：処理室、７：搬送ポート、８：搬送アーム、１１：第一のガス供給系、１２：排気系、１３：電力供給系、１４：第二のガス供給系、１５：温調機構、１６：ノズル、１７：ノズル開口部、１８：ゲートバルブ、１２０：第一の絶縁体パイプ、１２１：コイル状誘導アンテナ、１２２：整合器、１２３：高周波電源、１２４：第二の絶縁体パイプ、１０２：フープ、１０４：大気搬送アーム、１０５：アライナ、１０６：ロック室、１０７：バッファ室、１０８：真空搬送アーム、１０９：プラズマ処理室、１１０：ベベル堆積物除去モジュール、１１１：大気搬送室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008311385.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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