(57)【要約】【課題】基板を水素ラジカルに曝す際の基板に対する損傷を抑える基板処理装置を提供する。【解決手段】内部空間が形成された真空チャンバー１１と、真空チャンバー１１内に配置されるとともに、内部空間を第１空間と第２空間とに区画し、かつ、第１空間と第２空間とを連通させる連通孔２７が形成されたプレート２３と、水素ラジカルと水素イオンとを含む水素プラズマを生成するリモートプラズマユニット１４と、第１空間内に配置されるとともに、第１空間内で基板Ｓを支持する支持部１９と、第２空間から連通孔２７に向けて水素プラズマを導入する導入部と、水素イオンをプレート２３に引き寄せるための電圧をプレート２３に印加するバイアス用電源２６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間が形成されたチャンバーと、
前記チャンバー内に配置されるとともに、前記内部空間を第１空間と第２空間とに区画し、かつ、前記第１空間と前記第２空間とを連通させる連通孔が形成されたプレートと、
水素ラジカルと水素イオンとを含む水素プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記第１空間内に配置されるとともに、前記第１空間内で基板を支持する支持部と、
前記第２空間から前記連通孔に向けて前記水素プラズマを導入する導入部と、
前記水素イオンを前記プレートに引き寄せるための電圧を前記プレートに印加する電圧印加部と
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記プレートの表面は絶縁体であり、
前記電圧印加部は、前記プレートの表面に対し前記電圧として高周波電圧を印加するように構成されている
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記プレートは、導電体と、前記導電体を覆う前記絶縁体とを備える
請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記プレートは、導電体であり、
前記電圧印加部は、前記プレートに対し前記電圧として直流電圧を印加するように構成されている
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記電圧印加部は、前記支持部から前記プレートに向けて前記水素イオンを引き寄せるための電圧を前記支持部に印加するように構成されている
請求項１〜４の何れか一項に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を水素ラジカルに曝す処理を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基板に対する処理の一例として、回路パターンの形成処理が広く行われている。例えば特許文献１に記載の技術では、回路パターンの形成処理に際し、銅相互接続部の露出面に形成された酸化被膜をスパッタリングによって除去することにより、銅相互接続部と当該銅相互接続部に積層される銅バリア層との密着性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３０２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記文献に記載の技術では、スパッタリングに用いられるプラズマが水素ガスから生成されているため、プラズマは、水素ガスの分解生成物である水素イオンと水素ラジカルとを含んでいる。このうち、水素イオンは、回路パターンを構成する絶縁体層との反応性が高く、基板の一部である絶縁体層を損傷させる。また、水素イオンは、銅膜などの金属膜の表面に形成された酸化被膜を除去する際にも、銅膜の表面との反応性が高いために、基板の一部である銅膜を損傷させる。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板を水素ラジカルに曝す際の基板に対する損傷を抑える基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する基板処理装置は、内部空間が形成されたチャンバーと、前記チャンバー内に配置されるとともに、前記内部空間を第１空間と第２空間とに区画し、かつ、前記第１空間と前記第２空間とを連通させる連通孔が形成されたプレートと、水素ラジカルと水素イオンとを含む水素プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記第１空間内に配置されるとともに、前記第１空間内で基板を支持する支持部と、前記第２空間から前記連通孔に向けて前記水素プラズマを導入する導入部と、前記水素イオンを前記プレートに引き寄せるための電圧を前記プレートに印加する電圧印加部とを備える。
【０００７】
上記構成によれば、正電荷を帯びている水素イオンは、電圧が印加されたプレートによって捕捉されやすい。その一方で、電荷を帯びていない水素ラジカルは、電圧の印加に関わらずプレートによって捕捉されにくい。そのため、水素プラズマのうち水素ラジカルが基板に向けて選択的に供給されやすいため、水素イオンとの接触に起因した損傷を基板において抑えることができる。
【０００８】
上記基板処理装置において、前記プレートの表面は絶縁体であり、前記電圧印加部は、前記プレートの表面に対し前記電圧として高周波電圧を印加するように構成されてもよい。
【０００９】
上記構成によれば、プレートの表面が絶縁体であっても、高周波電圧の印加による自己バイアスをプレートの表面には印加できる。そして、こうした自己バイアスの印加に基づき、水素プラズマのうち水素イオンをプレートで選択的に捕捉することが可能となる。
【００１０】
上記基板処理装置において、前記プレートは、導電体と、前記導電体を覆う前記絶縁体とを備えてもよい。
上記構成によれば、プレートの表面が絶縁体であるため、プラズマに曝されるプレートの耐久性を高めることが可能である。また、プレートの内部が導電体であるため、プレートの表面内における電位のばらつきを抑えることが可能でもある。
【００１１】
上記基板処理装置において、前記プレートは、導電体であり、前記電圧印加部は、前記プレートに対し前記電圧として直流電圧を印加するように構成されてもよい。
上記構成によれば、水素イオンをプレートで選択的に捕捉する構成を汎用的な直流電源で実現することが可能となる。
【００１２】
上記基板処理装置において、前記電圧印加部は、前記支持部から前記プレートに向けて前記水素イオンを引き寄せるための電圧を前記支持部に印加するように構成されてもよい。
【００１３】
上記構成によれば、連通孔を通過し、かつ、基板に到達する前の水素イオンをプレートで捕捉することが可能でもある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】基板処理装置の概略構成を示す模式図。
【図２】プレートの平面構造を示す平面図。
【図３】水素プラズマに対するプレートの作用を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、基板処理装置を具体化した一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１が示すように、基板処理装置は、内部空間が形成された箱体状をなす真空チャンバー１１を備えている。真空チャンバー１１の底壁に形成された排気ポート１２には、内部空間から気体を排気する排気部１３が接続されている。排気部１３は、導入部の一例であって、例えば、真空チャンバー１１の内部の圧力を調整する圧力調整弁や各種のポンプから構成されている。そして、排気部１３は、内部空間を真空雰囲気に設定するとともに、内部空間における流体の流れを設定する。
【００１６】
真空チャンバー１１の天面には、プラズマ生成部の一例であるリモートプラズマユニット１４が接続されている。リモートプラズマユニット１４は、高周波電源１５と、高周波電源１５に接続されたプラズマソース１６とを備えている。プラズマソース１６が採用する方式は、例えば誘導結合方式であってもよいし、マグネトロン方式であってもよく、水素プラズマを生成することを可能にした方式であればよい。
【００１７】
プラズマソース１６によって囲まれた空間Ｓ１は、真空チャンバー１１の天面に形成された供給口１７を介し、真空チャンバー１１の内部空間に連通する空間であり、また、水素含有ガスの一例である水素ガスが流れる流路でもある。リモートプラズマユニット１４は、高周波電源１５からプラズマソース１６に高周波電圧が印加されることによって、空間Ｓ１に、水素イオンと水素ラジカルとを含む水素プラズマを生成する。なお、プラズマソース１６によって囲まれた空間Ｓ１には、水素プラズマの生成を補助するため、また、水素プラズマの流れを補助するためのヘリウムガスやアルゴンガスなどの希ガスが供給されてもよい。
【００１８】
真空チャンバー１１の内部空間には、基板Ｓを支持するための支持面１９ａを有する支持部１９が配置されている。支持部１９は、例えば、基板Ｓの載置されるステージであってもよいし、基板Ｓの周囲を把持するクランプであってもよい。基板Ｓは、水素ラジカルに曝される対象であり、基板Ｓの表面は、例えば、酸素及びシリコンを含む直鎖中のシリコンにメチル基が結合した構造を有する低誘電体膜や、例えば、銅やアルミニウムなどからなる導電膜を有している。
【００１９】
真空チャンバー１１の内部空間には、空間Ｓ１と支持部１９との間を仕切るプレート２３が設けられている。プレート２３は、真空チャンバー１１の内部空間を第１空間ＳＡと第２空間ＳＢとに区画する。なお、プレート２３は、空間Ｓ１と支持部１９との間に位置していればよく、プレート２３以外の構成要素によって、第１空間ＳＡと第２空間ＳＢとを隔絶してもよいし、互いに連通させてもよい。
【００２０】
第１空間ＳＡは、上記支持部１９が配置される空間であり、かつ、基板Ｓを水素ラジカルに曝す処理が行われる空間でもある。第２空間ＳＢは、上記空間Ｓ１に連通する空間であり、かつ、真空チャンバー１１の内部空間において水素プラズマが供給される空間でもある。第２空間ＳＢには、拡散部１８が配置されている。拡散部１８は、供給口１７から離れ、かつ、拡散部１８が供給口１７のほぼ全体と対向するように配置されている。
【００２１】
プレート２３において、プレート２３の表面を含めた全体が絶縁体として構成されている。プレート２３は、例えば、真空チャンバー１１に支持されてもよいし、支持部１９に支持されてもよい。プレート２３は、電圧印加部の一例であるバイアス用電源２６に接続されている。バイアス用電源２６は、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を出力することによって、絶縁体からなるプレート２３の表面に負の自己バイアス電圧を印加する。
【００２２】
図２が示すように、プレート２３の全域には、プレート２３の厚み方向に沿ってプレート２３を貫通する複数の円形孔である連通孔２７が形成されている。なお、プレート２３の上面における連通孔２７の開口率は、例えば５０％程度に設定されている。また、図２には、連通孔２７の説明の便宜上、連通孔２７が誇張して大きく描かれているが、実際の連通孔２７は直径が数ｍｍ程度の微細な孔である。
【００２３】
次に、上記基板処理装置の作用について説明する。
図３が示すように、リモートプラズマユニット１４が空間Ｓ１に水素プラズマを生成し、かつ、排気部１３が内部空間からそこに含まれる粒子の排気を開始するとき、第２空間ＳＢに対する負圧が第１空間ＳＡに形成される。この際に、空間Ｓ１に生成された水素プラズマは、供給口１７を通じて拡散部１８に衝突し、それによって、供給口１７の径方向の外側に向けて拡散しながら、第２空間ＳＢに供給される。第２空間ＳＢに供給された水素プラズマは、第２空間ＳＢから連通孔２７に向けて導入される。連通孔２７は、第２空間ＳＢから第１空間ＳＡに向けて水素プラズマを流す流路として機能し、水素プラズマに含まれる水素ラジカルは、プレート２３の連通孔２７を通過した後、基板Ｓに衝突する。そして、基板Ｓに衝突した水素ラジカルは、基板Ｓの表面に形成された酸化被膜を還元して除去する。
【００２４】
一方で、リモートプラズマユニット１４が生成した水素プラズマを真空チャンバー１１に供給する構成において、水素プラズマに含まれる水素イオンは、基板Ｓが有する誘電体膜のメチル基を切断する等、基板Ｓを損傷するような反応を生じる可能性がある。この点、バイアス用電源２６から印加される高周波電圧に基づき、プレート２３の表面には、負の自己バイアス電圧が印加されている。結果として、第２空間ＳＢに導入された水素プラズマのうち水素イオンは、プレート２３の表面に捕捉されやすい。そのため、水素イオンがプレート２３を通過して基板Ｓに到達することは困難となり、上述した水素イオンによる基板Ｓの損傷が抑えられる。
【００２５】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）水素プラズマとして水素イオン及び水素ラジカルの双方が含まれる場合であっても、供給口１７から基板Ｓに向かう過程において、荷電粒子である水素イオンはプレート２３に捕捉されやすい。その一方で、電荷を帯びていない水素ラジカルは、プレート２３によって捕捉されにくい。そのため、水素プラズマのうち水素ラジカルが基板Ｓに選択的に到達するため、水素イオンとの接触に起因した基板Ｓに対する損傷が抑えられる。
【００２６】
（２）バイアス用電源２６がプレート２３に高周波電圧を印加するため、プレート２３が絶縁体であっても、プレート２３の表面に負の自己バイアス電圧を印加させることが可能となる。結果として、水素プラズマに曝されるプレート２３のプラズマに対する耐性を高めることが可能でもある。
【００２７】
なお、上記実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
［電源電圧］
・バイアス用電源２６が出力する高周波電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限らず、水素イオンを引き寄せるバイアス電圧をプレート２３の表面に印加することが可能な周波数であればよい。
【００２８】
・バイアス用電源２６が印加する高周波電圧は、第２空間ＳＢに滞在する水素イオンであれ、第１空間ＳＡに滞在する水素イオンであれ、水素イオンをプレート２３に引き寄せる電圧をプレート２３に印加する構成であればよい。
【００２９】
バイアス用電源２６が印加する高周波電圧は、例えば、第２空間ＳＢに滞在する水素イオンをプレート２３に引き寄せる電圧であってもよい。この際に、第２空間ＳＢを区画するチャンバーの電位が接地電位に設定され、バイアス用電源２６が印加する高周波電圧は、こうした接地電位に対し、水素イオンを引き寄せる電位をプレート２３に形成すればよい。
【００３０】
バイアス用電源２６が印加する高周波電圧は、例えば、第１空間ＳＡに滞在する水素イオンをプレート２３に引き寄せる電圧であってもよい。この際に、第１空間ＳＡを区画するチャンバーの電位が接地電位に設定され、バイアス用電源２６が印加する高周波電圧は、こうした接地電位に対し、水素イオンを引き寄せる電位をプレート２３に形成する構成であってもよい。また例えば、支持部１９に内蔵された電極を通じて基板Ｓに所定の電圧が印加される構成においては、支持部１９に印加される所定の電圧と、プレート２３に印加される電圧との作用によって、水素イオンがプレート２３に引き寄せるように、バイアス用電源２６は、高周波電圧を印加してもよい。
【００３１】
［プレート］
・プレート２３は、導電体と、その導電体を覆う絶縁体とから構成されてもよい。導電体には、例えば、アルミニウムや銅等の金属を用いることが可能である。この際に、導電体を覆う絶縁体は、アルマイトなどのように導電体の表面に酸化被膜処理が行われることによって形成された金属酸化物であってもよい。この構成によれば、水素プラズマに対するプレート２３の耐久性を高めつつも、プレート２３の表面における自己バイアス電圧の分布を均一にすることも可能である。
【００３２】
・プレート２３は、導電体のみから構成されてもよいし、連通孔を区画する孔の内周面のみが導電体であってもよい。プレート２３が導電体である構成、あるいは、連通孔を区画する孔の内周面が導電体である構成においては、バイアス用電源２６として、高周波電源に限らず、直流電源を採用することも可能である。
【００３３】
・連通孔２７の形状は、円形状に限らず、例えばスリット状等、水素プラズマが通過可能であれば任意の形状を採用してもよい。
・プレート２３における連通孔２７の開口率は必ずしも５０％程度である必要はなく、５０％を上回る構成であってもよいし、５０％を下回る構成であってもよい。要は、基板に損傷を与えない程度にまで水素プラズマ中の水素イオンを捕捉しつつ、水素ラジカルがプレート２３の連通孔２７を支障なく通過できる程度の開口率であればよい。
【００３４】
［装置構成］
・水素プラズマを生成するプラズマ生成部は、リモートプラズマユニット１４に限らず、例えば、真空チャンバー１１の周囲に配置されるＩＣＰコイルと、ＩＣＰコイルに高周波電圧を印加する電源とに具体化され、水素プラズマの生成を真空チャンバー１１の内部で行ってもよい。また、こうした構成とリモートプラズマユニット１４との組み合わせによってプラズマ生成部が構成されてもよい。要は、水素プラズマを生成するプラズマ生成部は、水素イオンと水素ラジカルとを含む水素プラズマをチャンバーの内部、および、チャンバーの外部の少なくとも一方で生成する構成であればよい。
【００３５】
・内部空間が形成されたチャンバーは、真空チャンバー１１に限らず、内部空間が不活性ガスの雰囲気に設定される構成であってもよく、内部空間に設定される雰囲気は、基板処理装置による処理の形態や基板の構成によって適宜選択されるものである。要は、内部空間が形成されたチャンバーは、プラズマ生成部で生成される水素プラズマを収容することの可能な構成であればよい。
【００３６】
・第２空間ＳＢから連通孔２７に向けて水素プラズマを導入する導入部は、第２空間ＳＢに対する負圧を第１空間ＳＡに形成する排気部１３の他に、例えば、第２空間ＳＢから連通孔２７に向けて水素プラズマを運ぶためのキャリアガスがさらに加えられてもよい。また、排気部１３が水素を排気することに特化した構成であれば、こうしたキャリアガスが省略されてもよい。さらに、第２空間ＳＢから連通孔２７に向けて水素プラズマを導入する導入部は、第１空間ＳＡに対する陽圧を第２空間ＳＢに形成するように構成されてもよい。要は、第２空間ＳＢから連通孔２７に向けて水素プラズマを導入する導入部は、プラズマ生成部で生成される水素プラズマを第２空間ＳＢから連通孔２７に向けて流すことの可能な構成であればよい。
【００３７】
・基板処理装置における処理の対象は、上述した誘電体膜や導体膜を備える基板に限られない。要は、水素イオンとの接触に起因した損傷を受けやすい化学構造を有する基板であれば、本発明を好適に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１１…真空チャンバー、１４…リモートプラズマユニット、１７…導入口、１９…支持部、１９ａ…支持面、２２…バイアス用電源、２３…プレート、２７…連通孔、Ｓ…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016219450.tif 000005