(57)【要約】      （修正有）【課題】リモートプラズマ装置において、ワークに対して荷電粒子の影響を極小化すると共に、ラジカルの消滅確率を極小化する手段を提供する。【解決手段】プラズマ生成領域と基板処理領域との間にプラズマ分離用の荷電粒子捕獲器１１０を有するリモートプラズマ装置１００は、チャンバ１０１内にサセプタ１０３及びガスノズル１０４を備えており、前記チャンバ１０１上にＩＣＰコイル１０２が搭載されていて、前記チャンバ１０１と前記ＩＣＰコイル１０２との間に誘電体の上蓋１０９が配置されていて、さらに前記チャンバ１０１内の圧力を制御するための排気系１０６と圧力を検知するための真空ゲージ１０７とを備え、ステージ１０８上には誘電体から構成される前記荷電粒子捕獲器１１０を搭載する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成領域と基板処理領域との間にプラズマ分離用の荷電粒子捕獲器を有するリモートプラズマ装置において、前記荷電粒子捕獲器が誘電体から構成されていることを特徴とするリモートプラズマ装置。
【請求項２】
前記荷電粒子捕獲器は、ラジカルを通過させるための隙間部と、プラズマ雰囲気下で周囲にシースを形成する誘電体部とから構成されている、請求項１記載のリモートプラズマ装置。
【請求項３】
前記荷電粒子捕獲器は、前記隙間部と前記誘電体部とを有する部材を複数有しており、前記複数の部材を重ね合わせる際、所定間隔を保つと共に、前記プラズマ生成領域側に配置された前記部材の隙間部が他の部材の隙間部と部分的又は全体的に重ならないように構成されている、請求項２記載のリモートプラズマ装置。
【請求項４】
リモートプラズマ装置におけるプラズマ生成領域と基板処理領域との間に設置される、誘電体から構成されることを特徴とするプラズマ分離用荷電粒子捕獲器。
【請求項５】
ラジカルを通過させるための隙間部と、プラズマ雰囲気下で周囲にシースを形成する誘電体部とから構成されている、請求項４記載のプラズマ分離用荷電粒子捕獲器。
【請求項６】
前記隙間部と前記誘電体部とを有する部材を複数有しており、前記複数の部材を重ね合わせる際、所定間隔を保つと共に、前記プラズマ生成領域側に配置された前記部材の隙間部が他の部材の隙間部と部分的又は全体的に重ならないように構成されている、請求項５記載のプラズマ分離用荷電粒子捕獲器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ生成領域と基板処理領域との間にプラズマ分離用の荷電粒子捕獲器を有するリモートプラズマ装置に関し、特に、基板（ワーク）に対して荷電粒子の影響が極小化された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマダメージを抑制しながら基板への膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置の一つに、プラズマ生成領域と基板処理領域とを分離するリモートプラズマＣＶＤ装置が既知である。図９は、従来の平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置の一例を示したものである（特許文献１）。ここで、当該平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置は、基板Ｗが設置される対向電極２０１と高周波印加電極２０２が設けられ、それらの間に複数の孔が開口したメッシュプレートを用いたプラズマ閉込電極２０３が設置され、プラズマ閉込電極２０３と高周波印加電極２０２との間にプラズマＰが閉じ込められる。ここで、平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置は、平行平板で発生させた大面積均一なプラズマを用いることにより、基板処理に必要なラジカルの供給を大面積均一に行うことが可能である。
【０００３】
ここで、図１０は、メッシュプレートであるプラズマ閉込電極２０３の下面図である。当該プラズマ閉込電極２０３は、ラジカルＲが通過可能なラジカル通過孔２０４と、中性ガスＧを基板に対して噴射するための中性ガス噴射孔２０５と、当該中性ガスＧを中空のプラズマ閉込電極２０３内に導入するための中性ガス導入管２０６とを有している。ここで、プラズマ閉込電極２０３の上面側からのプラズマとラジカルＲの内、荷電粒子のイオンと電子からなるプラズマは、当該プラズマ閉込電極２０３に接触してアースに流される結果、残るラジカルＲがラジカル通過孔２０４から基板処理領域に放出される。
【特許文献１】特開２００１−１３５６２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、荷電粒子の除去率を高めるためには、前記ラジカル通過孔２０４以外の部分（グリッド間隔）を極端に広くする必要がある。この場合、メタルであるプラズマ閉込電極２０３とラジカルの衝突確率が高まり、メタル内に多量に存在する自由電子によりラジカルのエネルギが吸収されてラジカルの消滅確率が高くなる。そこで、本発明は、ワークに対して荷電粒子の影響を極小化すると共に、ラジカルの消滅確率を極小化する手段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】
【０００５】
本発明者は、荷電粒子捕獲器を構成する材料を金属から誘電体に変更することにより、正負の荷電粒子を効率的に除去できると共に、ラジカル消滅確率を低下させることができることを見出し、本発明を完成させたものである。具体的には、以下の二つの原理に基づく。
【０００６】
まず、プラズマのような正負の荷電粒子がほぼ同数存在する空間に誘電体を挿入すると、電子とイオンのモビリティの差から、当該誘電体の周辺に負の空間電場が発生する（シース）。その負の空間電場が正負の荷電粒子を除去する。図１１に当該原理を示す。当該図を参照しながら説明すると、プラズマ内に誘電体を配した場合、当該誘電体の周囲には、シースと称される負の空間電場が発生する。そして、形成されたシースが重なり合うように又は近接するように誘電体を配置すると、誘電体間（グリッド間）の空間の全部又は一部がシースとなる。これにより、プラズマ生成領域から当該捕獲器に到達した荷電粒子（正イオン、負イオン、電子）とラジカルの内、正イオンは当該誘電体に捕獲され、電子と負イオンは負に帯電した当該誘電体による電気的反発力で跳ね返される。その結果、ラジカルのみが当該誘電体間をすり抜けて基板処理領域に到達する。このように、グリッド間に形成されたシースが、荷電粒子の基板処理領域への到達を電気的に防止するよう構成されているので、極端にグリッドを狭くする必要がなくなる。その結果、極端にグリッドを狭くすることに基づく、グリッドにラジカルが衝突することによるラジカルの消滅を極小化することが可能になる。尚、ここでの「グリッド」とは、無電荷のラジカルや中性分子のみをプラズマ生成領域からウェーハ処理領域に送るための開口部（例えば、スリットやホール）を少なくとも周囲の一部に有する、荷電粒子の存在下でシースを形成する誘電体部を意味する。
【０００７】
更に、従来の荷電粒子捕獲器は金属（メタル）で構成されていたため、当該メタル内に存在する多量の自由電子がラジカルのエネルギを奪う結果、ラジカルが高率で消滅していた。他方、本発明に係る荷電粒子捕獲器は、自由電子がメタルとの比較では極めて少ない誘電体で構成されているので、ラジカルが荷電粒子捕獲器に衝突しても自由電子へのエネルギの移動が金属と比較すると極めて少なくなる。その結果、荷電粒子捕獲器の自由電子へのエネルギ移動に基づくラジカルの消滅も極小化することが可能になる。
【０００８】
以上の原理が化体した本発明は、以下の通りである。
【０００９】
本発明（１）は、プラズマ生成領域と基板処理領域との間にプラズマ分離用の荷電粒子捕獲器を有するリモートプラズマ装置において、前記荷電粒子捕獲器が誘電体から構成されていることを特徴とするリモートプラズマ装置である。
【００１０】
本発明（２）は、前記荷電粒子捕獲器は、ラジカルを通過させるための隙間部と、プラズマ雰囲気下で周囲にシースを形成する誘電体部から構成されている、前記発明（１）のリモートプラズマ装置である。
【００１１】
本発明（３）は、前記荷電粒子捕獲器は、前記隙間部と前記誘電体部とを有する部材を複数有しており、前記複数の部材を重ね合わせる際、所定間隔を保つと共に、前記プラズマ生成領域側に配置された前記部材の隙間部が他の部材の隙間部と部分的又は全体的に重ならないように構成されている、前記発明（２）のリモートプラズマ装置である。
【００１２】
本発明（４）は、リモートプラズマ装置におけるプラズマ生成領域と基板処理領域との間に設置される、誘電体から構成されることを特徴とするプラズマ分離用荷電粒子捕獲器である。
【００１３】
本発明（５）は、ラジカルを通過させるための隙間部と、プラズマ雰囲気下で周囲にシースを形成する誘電体部とから構成されている、前記発明（４）のプラズマ分離用荷電粒子捕獲器である。
【００１４】
本発明（６）は、前記隙間部と前記誘電体部とを有する部材を複数有しており、前記複数の部材を重ね合わせる際、所定間隔を保つと共に、前記プラズマ生成領域側に配置された前記部材の隙間部が他の部材の隙間部と部分的又は全体的に重ならないように構成されている、前記発明（５）のプラズマ分離用荷電粒子捕獲器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明（１）、（２）、（４）及び（５）によれば、プラズマ生成領域と基板処理領域との間にプラズマ分離用の荷電粒子捕獲器を有するリモートプラズマ装置を用いた場合、処理対象基板に対して荷電粒子の影響を極小化できると共に、ラジカルの消滅確率も極小化できるという効果を奏する。更には、本発明（３）及び（６）によれば、プラズマから発生するＵＶ光が、隙間部を介して直接処理対象基板に作用することが回避できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良形態を、誘導型結合プラズマ装置（ＩＣＰ装置）を例に採り説明する。尚、本最良形態に係るＩＣＰ装置は、荷電粒子捕獲器が金属のような導電体でなく誘電体である点以外は、基本構成は従来のＩＣＰ装置と実質的に同じである。したがって、以下では、公知部分は簡単に説明するに留め、特徴部分を詳細に説明する。
【００１７】
まず、図１を参照しながら、本最良形態に係るＩＣＰ装置を説明する。はじめに、本ＩＣＰ装置１００は、チャンバ１０１内に、サセプタ１０３及びガスノズル１０４を備えており、当該チャンバ１０１上にＩＣＰコイル１０２が搭載された構成を採る。尚、チャンバ１０１とＩＣＰコイル１０２との間には、誘電体の上蓋１０９が配置されている。更に、本ＩＣＰ装置１００は、チャンバ１０１内の圧力を制御するために排気系１０６と、圧力を検知するための真空ゲージ１０７とを具備する。尚、処理対象である基板１０５は、サセプタ１０３上に搭載される。
【００１８】
ここで、チャンバ１０１内に設けられたステージ１０８上には、本発明の特徴である、誘電体から構成される荷電粒子捕獲器１１０が搭載されている。そして、ＩＣＰコイル１０２と荷電粒子捕獲器１１０間が「プラズマ発生室Ａ」として機能し、荷電粒子捕獲器１１０とサセプタ１０３間が「基板処理室Ｂ」として機能することになる。以下、本発明の特徴である荷電粒子捕獲器１１０について詳述する。
【００１９】
まず、図２を参照しながら、本最良形態に係る荷電粒子捕獲器１１０の一例を説明する。当該荷電粒子捕獲器１１０は、複数のスリットが設けられた第一層１１０ａ｛図２（ａ）参照｝と、複数のスリットが設けられた第二層１１０ｂ｛図２（ｃ）参照｝とを、スペーサ１１０ｃ｛図２（ｂ）参照｝を介して重ねた構造をしている。ここで、第一層１１０ａと第二層１１０ｂに設けられているスリット１１０ａ２及びスリット１１０ｂ２の位相は、互いに１８０度ずれている。この結果、図２（ｄ）に示すような断面形状となるため、当該荷電粒子捕獲器１１０を上面から見た場合、第一層１１０ａのスリット１１０ａ２が第二層１１０ｂのスリット１１０ｂ２と重ならない状況が構築される。このような構成を採ることにより、荷電粒子捕獲率を向上させると同時にプラズマから発生するＵＶ光が、隙間部を介して直接処理対象基板に作用することが回避できる。尚、ラジカルは、スリット１１０ａ２及びスリット１１０ｂ２をくぐり抜けて基板処理室Ｂ側に到達する。
【００２０】
そこで、当該荷電粒子捕獲器１１０の各要素について詳述する。まず、第一層１１０ａは、荷電粒子を捕獲する誘電体部１１０ａ１と、当該誘電体部１１０ａ１間に形成されるスリット１１０ａ２とから構成される。ここで、誘電体部１１０ａ１は、形成される負電荷領域のため、正イオンを捕獲すると共に、正イオンを誘電体部１１０ａ１側に引き寄せる役割も果たす。また、第二層１１０ｂも、荷電粒子を捕獲する複数の誘電体部１１０ｂ１と、当該誘電体部１１０ｂ１間に形成されるスリット１１０ｂ２とから構成される。尚、第二層１１０ｂは、第一層１１０ａで捕獲できなかった荷電粒子（即ち、第一層１１０ａのスリット１１０ａ２をすり抜けた荷電粒子）を捕獲するために設置される。ここで、当該スリット１１０ａ２及びスリット１１０ｂ２の幅は、特に限定されないが、例えば０．５〜１０mmである（当該図では３mm）。尚、当該幅が小さいとラジカルの消滅率が高くなる傾向があり、当該幅が大きいと荷電粒子捕獲率が低くなるという傾向がある。また、第一層１１０ａ及び第二層１１０ｂの厚さも、特に限定されないが、例えば０．１〜５０mmである（当該図では１．１mm）。尚、厚い方が荷電粒子捕獲効果は高くなる。更に、誘電体部１１０ａ１及び誘電体部１１０ｂ1の幅も、特に限定されないが、例えば１０〜５０mmである（当該図では２０mm）。
【００２１】
また、スペーサ１１０ｃは、第一層１１０ａと第二層１１０ｂとの間隔を所定間隔に維持することを担保するために両層間に設置される。ここで、当該間隔は、特に限定されないが、例えば０．５〜１０mmである（当該図では３mm）。また、尚、当該間隔が小さいとラジカルの消滅率が高くなる傾向があり、当該幅が大きいと荷電粒子捕獲率が低くなるという傾向がある。
【００２２】
尚、荷電粒子捕獲器１１０の大きさや形状、荷電粒子捕獲器１１０を構成する層の数、誘電体部１１０ａ１及び誘電体部１１０ｂ１の数や大きさ、スリット１１０ａ２及びスリット１１０ｂ２の数や幅等は、何ら限定されず、後述するような手法により、荷電粒子の除去率やラジカルの消滅率を測定しながら適宜好適条件を設定する。例えば、ラジカルの残存率を優先させる場合には、スリットや層間を大きくするよう設定し、他方、荷電粒子の除去率を優先させる場合には、スリットや層間を小さくするよう設定する。
【００２３】
ここで、図３及び図４に、荷電粒子捕獲器の変更例を示す。まず、図３は、複数の孔が設けられた誘電体プレートが２枚重ねられた構造に係る荷電粒子捕獲器の例である。ここで、当該孔は、ラジカルの通過孔として機能すると共に、孔以外の部位は荷電粒子の捕獲領域として機能する。そして、二枚の誘電体プレートは、孔の設置場所が相互に異なる。図中、実線が一枚目の誘電体プレートの孔、点線が二枚目の誘電体プレートの孔を示している。尚、前記例と同様、両プレートの間には、所定間隔を担保するためにスペーサが介在している。また、図４は、誘電体から構成される棒状部材が所定間隔で設置された、単純な構造に係る荷電粒子捕獲器の例である。当該例は、前記二つの構成の荷電粒子捕獲器よりも効果的には劣るが、十分に優れた荷電粒子の除去率やラジカルの低消滅率が達成される。尚、図中の例は、２mmのパイプ（ガラスパイプ）を２mm間隔で並べたものである。
【００２４】
本最良形態に係る荷電粒子捕獲器１１０は、材質が誘電体である必要がある。ここで、使用可能な誘電体は、金属汚染の少ない材料、例えば、石英、セラミックス、プラスチック、サファイアを挙げることができる。ここで、エッチャーの場合には、フッ素による腐食の問題が少ないという点で、セラミックスが好適である。それ以外の用途の場合には、金属汚染が少ないという点で、石英が好適である。その他、荷電粒子捕獲器として使用可能な材料として、金属に誘電体をコーティングしたもの及び金属そのものを酸化処理して表面に絶縁物を形成したもの（アルマイト処理等）等も挙げることができる。
【００２５】
本発明に係るリモートプラズマ装置は、特に限定されず、例えば、プラズマアッシング装置、プラズマ表面処理装置（ゲート窒化やゲート酸化等）、エッチング装置及びＣＶＤ装置として有用である。また、適用プロセスも特に限定されず、例えば、ディスカムプロセスや有機汚染除去等を挙げることができる。
【実施例】
【００２６】
図１に示すＩＣＰ装置を用い、図２のガラス製荷電粒子捕獲器１１０の荷電粒子除去性能とラジカル消滅抑制性能を以下の方法により調べた。
【００２７】
<荷電粒子除去性能確認試験（チャージ電流）> 
図５は、チャージ電流測定に係る標記試験方法のブロック図である。図５に示すように、サセプタ上に石英板を置き、その上に８’’ウエーハと同サイズのＡｌ板を設置し（フローティング）、プラズマからの電荷を捕集する。そして、Ａｌ板で捕集された電流を電圧に変換して、ロックインアンプで増幅し、最終的に電流に換算する手法で、標記試験を行なった。
【００２８】
<荷電粒子除去性能確認試験結果（チャージ電流）>
プラズマ除去性能確認試験（チャージ電流）の結果を図７に示す。図７は、イオンと電子の電流測定データであり、左が「荷電粒子捕獲器無し」の電流値を示したものであり、右が「荷電粒子捕獲器有り」の電流値を示したものである。また、上段と下段は、プロセス圧力条件が相違する。当該試験の結果、「荷電粒子捕獲器有り」の場合には、ウェーハ表面に到達する荷電粒子が相当量抑えられることが分かる。
【００２９】
<荷電粒子除去性能確認試験（チャージ電圧）>
図６は、チャージ電圧測定に係る標記試験方法のブロック図である。図６に示すように、ウェーハにプラズマを施した後、チャンバから取り出し、ウェーハ表面の酸化膜上のチャージアップ電圧を測定する。
【００３０】
<荷電粒子除去性能確認試験結果（チャージ電圧）>
プラズマ除去性能確認試験（チャージ電圧）の結果を図８に示す。図８は、プラズマに供給するＲＦパワーを変化させたときの、ウェーハ表面のチャージアップ電圧を測定した結果である。当該試験の結果、「荷電粒子捕獲器有り」の場合には、ウェーハ表面のチャージアップ電圧がほぼゼロに抑えられることが確認できた。
【００３１】
<ラジカル消滅抑制性能確認試験>
表１に示すプロセス条件下、荷電粒子捕獲器がある場合と無い場合とでのプロセス結果（アッシングレート、レート減衰率、均一性）に基づき、間接的にラジカル消去抑制性能を評価した。
【表１】
2007149788.tif 000003
【００３２】
<ラジカル消滅抑制性能確認試験結果>
結果を表２に示す。
【表２】
2007149788.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本最良形態に係るＩＣＰ装置の概要図である。
【図２】図２は、本最良形態に係る荷電粒子捕獲器の一例である。
【図３】図３は、本最良形態に係る荷電粒子捕獲器の変更例である。
【図４】図４は、本最良形態に係る荷電粒子捕獲器の変更例である。
【図５】図５は、実施例に係る荷電粒子除去性能確認試験方法（チャージ電流測定）のブロック図である。
【図６】図６は、実施例に係る荷電粒子除去性能確認試験方法（チャージ電圧測定）のブロック図である。
【図７】図７は、実施例に係る荷電粒子除去性能確認試験方法（チャージ電流測定）の試験結果である。
【図８】図８は、実施例に係る荷電粒子除去性能確認試験方法（チャージ電圧測定）の試験結果である。
【図９】図９は、従来の平行平板リモートプラズマＣＶＤ装置の一例を示した図である。
【図１０】図１０は、従来のメッシュプレートであるプラズマ閉込電極の下面図である。
【図１１】図１１は、本発明の原理を示した図である。
【図１】
2007149788.tif 000005
【図２】
2007149788.tif 000006
【図３】
2007149788.tif 000007
【図４】
2007149788.tif 000008
【図７】
2007149788.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007149788.tif 000011
【図１０】
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【図５】
2007149788.tif 000013
【図６】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月21日(2006.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成領域と基板処理領域との間にプラズマ分離用の荷電粒子捕獲器を有するリモートプラズマ装置において、前記荷電粒子捕獲器が誘電体から構成されていることを特徴とするリモートプラズマ装置。
【請求項２】
前記荷電粒子捕獲器は、ラジカルを通過させるための隙間部と、プラズマ雰囲気下で周囲にシースを形成する誘電体部とから構成されている、請求項１記載のリモートプラズマ装置。
【請求項３】
前記荷電粒子捕獲器は、前記隙間部と前記誘電体部とを有する部材を複数有しており、前記複数の部材を重ね合わせる際、所定間隔を保つと共に、前記プラズマ生成領域側に配置された前記部材の隙間部が他の部材の隙間部と部分的又は全体的に重ならないように構成されている、請求項２記載のリモートプラズマ装置。
【請求項４】
リモートプラズマ装置におけるプラズマ生成領域と基板処理領域との間に設置される、誘電体から構成されることを特徴とするプラズマ分離用荷電粒子捕獲器。
【請求項５】
ラジカルを通過させるための隙間部と、プラズマ雰囲気下で周囲にシースを形成する誘電体部とから構成されている、請求項４記載のプラズマ分離用荷電粒子捕獲器。
【請求項６】
前記隙間部と前記誘電体部とを有する部材を複数有しており、前記複数の部材を重ね合わせる際、所定間隔を保つと共に、前記プラズマ生成領域側に配置された前記部材の隙間部が他の部材の隙間部と部分的又は全体的に重ならないように構成されている、請求項５記載のプラズマ分離用荷電粒子捕獲器。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項記載のプラズマ分離用荷電粒子捕獲器を使用したプラズマ処理方法。