(57)【要約】【課題】汚染や紫外線の影響を極力低減させた、低温プラズマを用いた水素ラジカル発生装置を提供する。【解決手段】低温プラズマを用いて水素ラジカルＲを生成し、この水素ラジカルを被処理物Ｍに照射するダウンフロー型の水素ラジカル発生装置２０において、低温プラズマを生成するプラズマ生成室２１と、被処理物Ｍとプラズマ生成室２１との間に設けられた少なくとも一つの紫外線遮蔽板１とを備え、紫外線遮蔽板１には、プラズマに含まれる紫外線ＵＶは直接照射されるとともに、プラズマに含まれる水素ラジカルＲは通過して前記プラズマ生成室２１から被処理物Ｍに供給される流路が設けられる。【選択図】図２
2008305813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温プラズマを用いて水素ラジカルを生成し、この水素ラジカルを被処理物に照射するダウンフロー型の水素ラジカル発生装置において、
低温プラズマを生成するプラズマ生成室と、
前記被処理物と前記プラズマ生成室との間に設けられた少なくとも一つの紫外線遮蔽板と、を備え、
前記紫外線遮蔽板には、
プラズマに含まれる紫外線は直接照射されるとともに、プラズマに含まれる前記水素ラジカルは通過して前記プラズマ生成室から被処理物に供給される流路が設けられたことを特徴とする水素ラジカル発生装置。
【請求項２】
所定の距離をあけて対向して配設された２枚の前記紫外線遮蔽板を備え、
前記紫外線遮蔽板には、複数の穴が形成されており、
一方の前記紫外線遮蔽板に形成された穴と他方の前記紫外線遮蔽板に形成された穴とが、相互に一致しない位置であることを特徴とする請求項１に記載の水素ラジカル発生装置。
【請求項３】
前記形成された穴の縁が、２枚の前記紫外線遮蔽板が対向する方向に嵩上げされていることを特徴とする請求項２に記載の水素ラジカル発生装置。
【請求項４】
前記紫外線遮蔽板には、酸化マグネシウムがコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水素ラジカル発生装置。
【請求項５】
前記プラズマ生成室側に配設された前記紫外線遮蔽板の近傍には、前記プラズマ生成室に向かう表面に、所定の間隔をおいて配置された複数の永久磁石が載置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水素ラジカル発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ラジカル発生装置に関する。さらに詳しくは、低温プラズマを用いて発生した水素ラジカルを被処理物に供給するダウンフロー型水素ラジカル発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一つのチップ内における半導体素子の素子数増大に伴い、半導体素子の製造において、ますます微細化された加工が要求されている。微細加工の要求に応えるために、重要な製造工程であるレジストマスクを除去するアッシング処理や、加工パターンを実現するエッチング処理についても、より処理の精度を向上させることが求められている。
【０００３】
これまで、アッシング処理やエッチング処理は、一般的に熱プラズマを使用して行われていた。しかし、熱プラズマの高温環境は、取り扱いにくいという問題があった。そこで、熱プラズマと比べて取り扱いやすく、反応性が良く、プラズマ密度が高い等の利点を有する、特許文献１に示すような低温プラズマ（誘導結合プラズマ）が多く利用されてきている。
【特許文献１】特開２００３−１５８０９９号公報（請求項１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、現在、微細加工はナノオーダーまで要求されており、イオン注入及びエッチング、ＣＶＤ、スパッタなどのプラズマプロセスによるチャージング・ダメージの影響が増大し、これを抑制する必要が生じてきた。なお、チャージング・ダメージは、これまでのミクロオーダーの製造工程において、触媒型や低温プラズマでは問題とはなっていなかった。
【０００５】
現在のところ、チャージング・ダメージの発生機構やダメージ評価方法等の理論等の統一は未だなされていない。しかし、汚染や紫外線の影響によるチャージング・ダメージは、微細加工に伴い、既にアッシング処理やエッチング処理で顕在化した問題となっている。
【０００６】
本発明は、汚染や紫外線の影響を極力低減させた、低温プラズマを用いた水素ラジカル発生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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、低温プラズマを用いて水素ラジカルを生成し、この水素ラジカルを被処理物に照射するダウンフロー型の水素ラジカル発生装置において、低温プラズマを生成するプラズマ生成室と、被処理物と前記プラズマ生成室との間に設けられた少なくとも一つの紫外線遮蔽板と、を備え、紫外線遮蔽板には、プラズマに含まれる紫外線は直接照射されるとともに、プラズマに含まれる水素ラジカルは通過してプラズマ生成室から被処理物に供給される流路が設けられた、ことを特徴としている。
【０００８】
前記構成によれば、触媒を使用しない低温プラズマ発生装置において、紫外線遮蔽板を備えることによって直進する性質の紫外線は遮断され、ガス状の水素ラジカルは通過させることができ、紫外線の影響を極力低減することができる。そして、プラズマ生成室と被処理物との距離を短くすることによって、寿命の短い水素ラジカルをより効率的に利用することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、所定の距離をあけて対向して配設された２枚の紫外線遮蔽板を備え、紫外線遮蔽板には、複数の穴が形成されており、一方の紫外線遮蔽板に形成された穴と他方の紫外線遮蔽板に形成された穴とが、相互に一致しない位置であることを特徴としている。
【００１０】
前記構成によれば、相互に一致しない位置の複数の穴を有する２枚の遮蔽板を配設することで、被処理物に紫外線光が直接照射されることを容易に防止することができる。そして、複数の穴を設けることで、水素ラジカルが被処理物に均一に照射されるため、処理の品質を向上させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、形成された穴の縁が、２枚の紫外線遮蔽板が対向する方向に嵩上げされていることを特徴としている。
【００１２】
前記構成によれば、プラズマ生成室で発生したプラズマに伴う紫外線が被処理物に直接照射されることを確実に防止することができるため、２枚の遮蔽板の間隔を狭め、発生した水素ラジカルの通過経路長を短くすることができ、寿命の短い水素ラジカルをより効率的に利用することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明に加えて、紫外線遮蔽板には、酸化マグネシウムがコーティングされていることを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、紫外線遮蔽板に酸化マグネシウムをコーティングすることにより、２次電子を誘発させ、プラズマ状態を高効率に保持することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明に加えて、紫外線遮蔽板の近傍には、プラズマ生成室に向かう表面に、所定の間隔をおいて配置された複数の永久磁石が載置されていることを特徴としている。
【００１６】
前記構成によれば、紫外線遮蔽板の近傍に所定の間隔で複数の永久磁石を載置することにより（ラインカスプ磁場ユニット）、発生したプラズマを閉じ込めるプラズマ閉じ込め空間が形成され、非常に寿命の短い水素ラジカルの失活を低減する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、汚染や紫外線の影響を極力低減させた、低温プラズマを用いた水素ラジカル発生装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る水素ラジカル発生装置を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について図面を参照して詳細に説明する。以下では、水素ラジカル発生装置と紫外線遮蔽板について順次説明を行う。
【００１９】
＜水素ラジカル発生装置＞
最初に、図１及び図２を参照して水素ラジカル発生装置について説明する。図１は、水素ラジカル発生装置の構成図である。図２は、図１に示した反応チャンバにおける紫外線遮蔽板１の配置の一例を示す説明図である。
水素ラジカル発生装置２０は、図１に示すように、反応チャンバ（水素ラジカル生成室）２１と、高周波コイル２２と、高周波電源ユニット２３と、変換アダプタ２４とを主たる構成要素として備えている。
【００２０】
反応チャンバ２１は、円筒状で外周に高周波コイル２２が巻き付けられたセラミックス製の反応管である。本実施形態では、反応チャンバ２１をアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックチューブで構成した。
【００２１】
高周波コイル２２は、当該高周波コイル２２に高周波電流を流すことで電磁誘導によって生じる磁場により、反応チャンバ２１内にプラズマ（水素ラジカルＲ）を生成させる。この高周波コイル２２は、反応チャンバ２１の外周面から所定距離離間した位置に、反応チャンバ２１の上流から下流に向かって反応チャンバ２１の外周面上に沿って螺旋状に巻き付けられている。この高周波コイル２２は例えば銅製の管であり、管の内部には、冷却水を挿通させる冷却路２５（図２参照）が形成されている。
【００２２】
高周波電源ユニット２３は、図示しない高周波電源とマッチングボックスとを備え、この図示しない高周波電源からマッチングボックスを介して高周波コイル２２と接続され、高周波コイル２２に流される電流の制御を行うものである。変換アダプタ２４は、交流電源を直流電源に変換し、高周波電源ユニット２３に供給するものである。
【００２３】
図２は、図１に示した反応チャンバ２１を略９０°右転した状態で図２のＢ−Ｂ線断面図を示している。反応チャンバ２１の両端には、反応チャンバ２１を水素ラジカル発生装置２０内に固定するために、それぞれ２つのエンドプレート（固定部材）２６が配設されている。ここで、エンドプレート２６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）から構成される。そして、反応チャンバ２１とエンドプレート２６との隙間には、Ｏリング２７が配設される。
【００２４】
反応チャンバ２１の前段には配管１２１が接続され、そして後段には処理室４０が接続され、処理室４０の後段には配管１３２が接続される。
反応チャンバ２１と配管１２１とは、センターリング（第１センターリング）３０と、センターリング用Ｏリング２８とによって、真空を保持して接続される。
反応チャンバ２１と処理室４０とは、センターリング（第２センターリング）３０と、センターリング用Ｏリング２８とによって、真空を保持して接続される。
処理室４０と配管１３２とは、センターリング（第２センターリング）３０と、センターリング用Ｏリング２８とによって、真空を保持して接続される。
センターリング３０は、エンドプレート２６のグランドと同電位にあり、活性なラジカル種やイオン種を捕獲可能に構成されている。なお、Ｏリング２７は、センターリング用Ｏリング２８よりも耐プラズマ性の強度の大きいものを使用することが好ましい。
【００２５】
被処理物Ｍは、処理室４０内に固定された保持部５０に載置される。保持部５０は、できるだけ均等に水素ラジカルが被処理物Ｍに供給されること、及び、プラズマの流路を確保することができれば、その形状や固定方法は限定されない。
【００２６】
紫外線遮蔽板１は、反応チャンバ２１と処理室４０の間に設けられ、紫外線遮蔽板１を構成する遮蔽板１ａと１ｂとは、所定の距離Ｌをあけて対面している。
【００２７】
以上の構成を有する水素ラジカル発生装置２０は、ガスが吸引されることにより、反応チャンバ２１内に導かれると、反応チャンバ２１の外周面に巡らせた高周波コイル２２への通電で生じる電磁誘導により、反応チャンバ２１内にプラズマ（水素ラジカルＲ（図４参照））を発生させる。
そして、後記するように発生した水素ラジカルＲは、紫外線遮蔽板１を通過し、保持部５０に載置された被処理物Ｍに供給される。
【００２８】
＜紫外線遮蔽板＞
次に、図３を参照して、水素ラジカル発生装置に設けられた紫外線遮蔽板について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る紫外線遮蔽板の構成を表す斜視図である。
本実施形態において、紫外線遮蔽板１は、互いに位相の異なる複数の丸穴Ｈが明けられた２枚の遮蔽板１ａ，１ｂから構成されており、各々の遮蔽板１ａ，１ｂは、所定の距離Ｌを挟んで対面している。なお、相互の位置関係等については、後記し、ここでは紫外線遮蔽板１の基本構造について説明する。
【００２９】
遮蔽板１は、耐熱性を向上させるため、単体の金属ではなく、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも１つの金属を含む合金から構成されている。
丸穴Ｈの直径は、遮蔽板１ａとの１ｂとの距離Ｌ、遮蔽板１ａ，１ｂの板厚Ｔ、遮蔽板１ａ，１ｂの相互の丸穴Ｈの位置関係等に基づいて決定される。
【００３０】
なお、複数の丸穴Ｈの配置は、発生される水素ラジカルが、被処理物により均一に供給されるように、遮蔽板１ａ，１ｂの面に一様に分布して形成されていることが好ましい。
本実施形態では、丸穴Ｈとしているが、穴の形状は円形に限定されることはなく、例えば、楕円形、矩形や多角形の穴とすることもできる。さらに、本実施形態では、穴は遮蔽板１ａ、１ｂの面と直角方向に明けられているが、斜めとなるように角度をつけることもできる。こうすることによって、遮蔽板１ａの面に垂直もしくは垂直に近い角度を持って直接照射される紫外線光の大部分は、遮蔽板１ａのみによって、遮蔽することが可能となる。
【００３１】
＜紫外線遮蔽板の作用＞
次に図４を参照して紫外線遮蔽板１の作用等について説明する。図４は、反応チャンバ２１内で発生した水素ラジカルＲおよび、プラズマに含まれる紫外線ＵＶの行路を示す説明図である。
【００３２】
水素ラジカルＲは、電離した気体であり、通常の気体を構成する中性分子が電離し、正の電荷を持つイオンと負の電荷を持つ電子とに分かれて自由に飛び回っている状態にあり、気体に近い物理的な性質を有し、流路に沿って移動できる。一方、紫外線ＵＶは電磁波であり、発生源から直進し、遮るものがあれば、反射、吸収もしくは透過される。
【００３３】
前記した水素ラジカルＲと紫外線ＵＶとの物理的性質の違いから、遮蔽板１ａの丸穴Ｈａから侵入した水素ラジカルＲは、遮蔽板１ａと遮蔽板１ｂとの隙間を通り、遮蔽板１ｂの丸穴Ｈｂから紫外線遮蔽板１を抜けて、被処理物Ｍに供給される。一方、紫外線ＵＶは、反応チャンバ２１から被処理物Ｍを直接照射できないように紫外線遮蔽板１（遮蔽板１ａ，１ｂ）が配設されているため、紫外線遮蔽板１によって、反射もしくは吸収されて、直接被処理物Ｍには到達できない。
【００３４】
このように、紫外線ＵＶの照射方向に基づき，遮蔽板１ａ，１ｂに形成される丸穴Ｈの直径、遮蔽板１ａとの遮蔽板１ｂとの距離Ｌ、遮蔽板１ａ，１ｂの板厚Ｔ、遮蔽板１ａ，１ｂの相互の丸穴Ｈの位置関係等が決定される。
【００３５】
遮蔽板１ａの反応室１２側の面には、酸化マグネシウムをコーティングすることが好ましい。酸化マグネシウムのコーティングＣＯによって、２次電子を誘発し、発生したプラズマは、失活の少ない高効率の状態で維持されるからである。
【００３６】
また、図５（ａ）に示すように、遮蔽板１ａの反応室１２側の周縁近傍に、周方向に等間隔で複数の永久磁石６０が配設されたラインカスプ磁場ユニット６１を配することができる。なお、隣り合う永久磁石６０の極性は、交互に反転している。ラインカスプ磁場ユニット６１の材質としては、例えばアルミニウム材などを用いることが出来る。
このように永久磁石６０を配設することによって、ラインカスプ磁場を発生させ、発生したプラズマを閉じ込めることができ、非常に寿命の短い水素ラジカルの失活を低減することができるからである。
図５（ａ）に示す実施形態では、反応室１２側にラインカスプ磁場ユニット６１を配したが、図５（ｂ）のように遮蔽板１ａ，１ｂの中間にラインカスプ磁場ユニット６２を配することも出来るし、また磁石６０を反応チャンバ２１や遮蔽板１ａ，１ｂに直接貼付することも可能である。
【００３７】
［第２の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。
例えば、図６に第２の実施形態を示す。
紫外線ＵＶの入射角が大きい場合に、遮蔽板１ａ、１ｂに単に穴を形成するだけでは、紫外線ＵＶが被処理物Ｍを直接照射する場合が起こりうる。
そのため、図６に示すように、遮蔽板１ａ’、１ｂ’が対向する側の丸穴Ｈａ’、Ｈｂ’の縁を嵩上げすることによって、入射角が大きい紫外線ＵＶをも遮蔽することができる。
また、不規則な反射によって紫外線光ＵＶが、被処理物Ｍに照射されることも極力防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態における水素ラジカル発生装置の構成図である。
【図２】図１に示した反応チャンバにおける紫外線遮蔽板の配置の一例を示す説明図である。
【図３】第１の実施形態における紫外線遮蔽板の構成を表す斜視図である。
【図４】反応チャンバ内で発生した水素ラジカルおよびプラズマに含まれる紫外線ＵＶの行路を示す説明図である。
【図５】水素ラジカル発生装置にラインカスプ磁場ユニットを付加した場合の説明図である。
【図６】第２の実施形態における紫外線遮蔽板を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      紫外線遮蔽板
１ａ    遮蔽板
１ｂ    遮蔽板
２０    水素ラジカル発生装置
２１    反応チャンバ（水素ラジカル生成室）
２２    高周波コイル
２３    高周波電源ユニット
２４    変換アダプタ
２５    冷却路
２６    エンドプレート
２７    Ｏリング
２８    Ｏリング
３０    センターリング
４０    処理室
５０    保持部
６０    永久磁石
Ｈ      丸穴
Ｒ      水素ラジカル
Ｍ      被処理物
Ｔ      板厚
Ｌ      距離
ＵＶ    紫外線
ＣＯ    コーティング
１２１  配管
１３２  配管
【図１】
2008305813.tif 000003
【図２】
2008305813.tif 000004
【図３】
2008305813.tif 000005
【図４】
2008305813.tif 000006
【図５】
2008305813.tif 000007
【図６】
2008305813.tif 000008