JP2007324318A - 基板の処理装置および基板の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の処理精度を向上させるとともに、電極の低コスト化および長寿命化を図り、基板の処理面積の大型化にも対応する。
【解決手段】内部を０．００１気圧以上１気圧未満に保持可能な処理容器１１と、この処理容器１１内に配置される導電性の基板Ｗに３ｅＶ以上の仕事エネルギを有する紫外線Ｌを照射する光源１２と、基板Ｗと光源１２との間に基板Ｗに対向して配置されてこの基板Ｗを負にバイアスさせる電極１３と、処理容器１１内にプロセスガスＧを供給する導入口１４とが備えられ、処理容器１１内に配置された基板Ｗに、負のバイアス電圧を印加しつつ紫外線Ｌを照射するとともに、導入口１４から処理容器１１内にプロセスガスＧを供給することにより基板Ｗを処理する基板の処理装置１０であって、電極１３は、板厚が０．１ｍｍ以上とされた平板の表面に多数の貫通孔が形成されて、その開口率が５０％以上９５以下％とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光励起プロセスを利用して導電性の基板を処理する基板の処理装置および基板の処理方法に関するものである。

この種の基板の処理装置として、例えば下記特許文献１に示されるように、内部を０．００１気圧以上１気圧未満に保持可能な処理容器と、この処理容器内に配置される導電性の基板に３ｅＶ以上の仕事エネルギを有する紫外線を照射する光源と、基板と光源との間に基板に対向して配置されてこの基板を負にバイアスさせる電極と、処理容器内にプロセスガスを供給する導入口とが備えられ、前記電極により処理容器内に配置された基板を負にバイアスさせつつ、この基板に紫外線を照射するとともに、導入口から処理容器内にプロセスガスを供給することにより基板を処理する構成が知られている。
そして、前記電極として、複数本のワイヤーが組まれてなるメッシュ体が枠体に嵌め込まれて接合された構成が採用されている。なお、各ワイヤーの外径は０．０３ｍｍ〜０．１０ｍｍとされ、メッシュ体は、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの平面視四角形とされるとともに、２０メッシュ〜１５０メッシュとされている。
特開２００４−４７６１０号公報

しかしながら、前記従来の基板の処理装置では、電極が前記メッシュ体とされていたので、自重やこの装置を使用する際に発生する熱ひずみにより、電極がその表面が波打った状態でたわみ、基板と電極との間の電界強度が、これらの基板および電極の各表面に沿った方向における位置ごとでばらつき、基板の表面の極近傍で生成されるラジカルやイオンの状態が不安定になり、基板の処理精度が低くなるおそれがあった。なお、前記熱ひずみは、基板の表面に紫外線が照射されたときにこの基板から放出された電子が、電極に衝突することによって生ずる。
また、このようなたわみの発生に起因して、電極の表面において局所的に電界強度が高くなりアーキングが生ずる部分があり、この電極を構成する各ワイヤーが切れ易くなるという問題もあった。
さらに、電極のメッシュ体が、上記のような細いワイヤーが組まれて構成されているので、このメッシュ体を、その表面の全域にわたって均等な張力を付与した状態で枠体に嵌め込んで接合するのは困難で、その製造コストが高くなるという問題があり、また、基板の処理面積が大きいと、電極のメッシュ体全体の縦および横の寸法を大きくして、基板の表面全域に電極を対向させる必要があるが、この場合、自重により電極のメッシュ体が大きくたわみ、上記のようにラジカルやイオンの生成状態が不安定になったり、アーキングが生じ易くなったりするおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、基板の処理精度を向上させるとともに、電極の低コスト化および長寿命化を図り、基板の処理面積の大型化にも対応することができる基板の処理装置および基板の処理方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の基板の処理装置は、内部を０．００１気圧以上１気圧未満に保持可能な処理容器と、この処理容器内に配置される導電性の基板に３ｅＶ以上の仕事エネルギを有する紫外線を照射する光源と、基板と光源との間に基板に対向して配置されてこの基板を負にバイアスさせる電極と、処理容器内にプロセスガスを供給する導入口とが備えられ、前記電極により処理容器内に配置された基板を負にバイアスさせつつ、この基板に紫外線を照射するとともに、導入口から処理容器内にプロセスガスを供給することにより基板を処理する基板の処理装置であって、前記電極は、板厚が０．１ｍｍ以上とされた平板の表面に多数の貫通孔が形成されて、その開口率が５０％以上９５％以下とされていることを特徴とする。
この発明によれば、電極が、板厚が０．１ｍｍ以上の平板で形成されるとともに、開口率が９５％以下とされているので、上記従来のメッシュ体と比べて曲げ剛性を向上させることが可能になり、自重やこの装置を使用する際に発生する熱ひずみによるたわみを抑えることができる。したがって、基板の表面の極近傍で生成するラジカルやイオンの状態が不安定になり基板の処理精度が低下したり、アーキングが発生したりするのを抑えることができるとともに、基板の処理面積の大型化にも対応することが可能になる。
また、電極が前記平板に多数の貫通孔が形成されて構成されているので、この電極を容易かつ高精度に形成することができるとともに、前記熱ひずみが生じた場合においても、このひずみを、各貫通孔を縮径または拡径させることによって平板の表面に沿った方向で発生させて、この平板の表面内で吸収することが可能になり、たわみの発生をより一層抑えることができる。
しかも、電極の開口率が５０％以上とされているので、光源から基板への紫外線の照射量を現行同等に維持することが可能になり、基板の処理効率を低下させることなく、上記の作用効果を奏効させることができる。
なお、前記板厚を１０ｍｍより大きくすると、電極の重量が大きくなりこの電極を処理容器内に組付けるのに要する時間がかかるとともに、材料費も高くなり、さらには前記貫通孔の加工時間が長くなるおそれがあるので、前記板厚は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とするのが望ましい。
また、前記開口率を９５％より大きくすると、前述のような曲げ剛性の向上を図ることができなくなるばかりでなく、前記貫通孔を、その径や配設ピッチを高精度にして形成する必要があり、この電極の製造コストが増大するおそれがある。

ここで、前記電極は、前記貫通孔が平面視正６角形とされたハニカム形状とされてもよい。
この場合、前記の作用効果が確実に奏効されることになる。

また、本発明の基板の処理方法は、導電性の基板を０．００１気圧以上１気圧未満に保った処理容器内に置いて、この基板を負にバイアスさせつつ、３ｅＶ以上の仕事エネルギを有する紫外線を照射するとともに、処理容器内にプロセスガスを供給することにより基板を処理する基板の処理方法であって、本発明の基板の処理装置を用いて基板を処理することを特徴とする。

本発明に係る基板の処理装置および基板の処理方法によれば、基板の処理精度を向上させるとともに、電極の低コスト化および長寿命化を図り、基板の処理面積の大型化にも対応することができる。

以下、図１および図２に基づいて本発明の一実施形態を説明する。本実施形態に係る基板の処理装置１０は、内部を０．００１気圧以上１気圧未満に保持可能な処理容器１１と、この処理容器１１内に配置される導電性の基板Ｗに３ｅＶ以上の仕事エネルギを有する紫外線Ｌを照射する光源１２と、基板Ｗと光源１２との間に基板Ｗに対向して配置されてこの基板Ｗを負にバイアスさせる電圧を印加する電極１３と、処理容器１１内にプロセスガスＧを供給する導入口１４とが備えられている。

ここで、電極１３は、処理容器１１に対して電気的に絶縁された状態でこの処理容器１１内に設けられている。また、処理容器１１内には、基板Ｗがこの容器１１に対して電気的に絶縁した状態で保持される基板ホルダー１６が設けられている。そして、これらの電極１３および基板ホルダー１６には直流電源１７が接続され、基板Ｗに電極１３に対して負のバイアス電圧が印加できるようになっている。

また、図示の例では、処理容器１１に、排気装置に連結された排気口１５が設けられており、処理容器１１の内圧が減圧調整可能とされている。さらに、光源１２は、光出力窓を有する光源容器内に収納された状態で処理容器１１内に収納されている。これにより、導入口１４からのプロセスガスＧに光源１２が晒されて破損し易くなるのを防ぐとともに、腐食性ガス等どんな種類のガスであってもプロセスガスＧとして使用できる等、基板Ｗの表面の処理の態様を拡げることができるようになっている。そして、光源１２からの紫外線Ｌは、前記光出力窓、および電極１３に形成された後述の貫通孔１３ａをこの順に通過して基板Ｗの表面に到達するようになっている。
なお、光源１２から照射される紫外線Ｌは、例えば１８５ｎｍの波長のものを用いることができ、このような光源１２としては、例えば半導体のレジスト除去用の紫外線源（低圧水銀ランプ、重水素ランプ、またはキセノン（Ｘｅ）ランプ等）を採用することができる。

以上の構成において、光源１２から紫外線Ｌを、電極１３の貫通孔１３ａを通過させて基板Ｗの表面に照射すると、基板Ｗ内の電子が励起されることにより、この基板Ｗの表面から電子が放出され、この電子は、基板Ｗと電極１３との間の電界により電極１３に向けて加速される。この際、基板Ｗの表面から極短く離間したときにプロセスガスＧの分子と衝突することにより、基板Ｗの表面の極近傍でラジカルやイオン６が生成される。このように、基板Ｗの表面の極近傍でラジカルやイオン６が生成されることから、これらのイオン６等が効率よく基板Ｗの表面に移送され基板Ｗの表面処理が行われることになる。
さらに、このようにして生成されたイオン６のうち、正のイオンは、前記負のバイアス電圧により、電極１３から基板Ｗの表面に向かう加速力を受けて基板Ｗの表面に衝突し、基板Ｗからの電子の放出が促進され、さらにまたこの正のイオンが電子と再結合して中性ラジカルとなるときに二次的に紫外線が発生し、基板Ｗから新たに電子が放出される。

ところで、紫外線Ｌの仕事エネルギの下限を３ｅＶ未満にすると、基板Ｗの表面から電子を放出させることができない。一般に、物質の仕事関数は３ｅＶ〜５ｅＶであり、紫外線Ｌの仕事エネルギを３ｅＶ以上、特に４ｅＶ以上にすると電子を確実に放出させることができる。このように、仕事エネルギが３ｅＶ以上の紫外線Ｌを基板Ｗに照射して放出させた電子の運動エネルギは、数ｅＶ以下と非常に小さいが、基板Ｗに印加する負のバイアス電圧を調整することにより、高い反応効率でプロセスガスＧを分解またはイオン化できる運動エネルギへと加速することが可能となる。
一方、紫外線Ｌの上限の仕事エネルギは、前記光出力窓を形成する材質の光吸収係数により決定され、例えば１０ｅＶとすることができる。

以上のように比較的低い仕事エネルギの紫外線Ｌを用いて、基板Ｗの表面での反応を確実なものにするため、本実施形態では、処理容器１１内の圧力が０．００１気圧以上１気圧未満、好ましくは０．０１気圧以上０．５気圧以下に保持できるようになっている。このように処理容器１１内の圧力を比較的高く保つと、紫外線Ｌの照射により基板Ｗの表面から放出される電子は、数μｍ程度走行しただけでプロセスガスＧの分子と衝突し、電子衝撃解離によりラジカルやイオン６を生成する。このように基板Ｗの表面から放出される電子が、プロセスガスＧの分子と衝突するまでに走行する距離は、処理容器１１内の圧力が増大するのに伴い短くなり、例えば０．１気圧において１μｍ以下となって多数回の衝突を繰り返すことになる。

このような観点から、処理容器１１内の圧力は０．００１気圧以上、好適には０．０１気圧以上とする。他方で、処理容器１１内の圧力を大気圧以上とすると、紫外線Ｌの仕事エネルギが３ｅＶ〜１０ｅＶでは、基板Ｗの表面から放出された電子によって前記電子衝撃解離反応が発生し難くなる。
なお、処理容器１１内の圧力が０．００１以上１気圧未満と高いが、酸素を除いて多くのプロセスガスＧの分子は、仕事エネルギが３ｅＶ以上１０ｅＶ以下の紫外線Ｌを殆んど吸収しないので、処理容器１１内の圧力値に依らず紫外線Ｌは減衰しないで基板Ｗの表面に到達する。

そして、本実施形態では、電極１３は、板厚が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされた平板の表面に多数の貫通孔１３ａが形成されて、その開口率が５０％以上９５％以下とされている。この電極１３は、例えば、厚さが約１．０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）、若しくは厚さが約０．８ｍｍのＣｕ合金（Ｃ１０２０）等の円板とされ、また、この円板の外径は約１６０ｍｍとされ、この円板の表面において直径約１２０ｍｍの領域内に、多数の平面視正６角形の貫通孔１３ａが、この電極１３の平面視がハニカム形状となるように配置されている。すなわち、全ての貫通孔１３ａは略同形同大とされるとともに、各貫通孔１３ａは、隣合う貫通孔１３ａそれぞれの正６角形をなす辺のうち、互いに隣合う辺同士が平行となるようにして同一のピッチ間隔で配置されている。

なお、隣合う貫通孔１３ａ同士の中心間距離は例えば約３．５ｍｍとされるとともに、個々の貫通孔１３ａにおいて互いに平行に対向する辺同士の間隔は例えば約３．５ｍｍとされ、さらに、隣合う貫通孔１３ａ同士において平行して隣合う辺同士の距離は例えば約０．５ｍｍとされている。
また、これらの貫通孔１３ａは、円板の表面にエッチング処理を施すことにより形成することができる。また、前記開口率は、前記平板において貫通孔１３ａの形成領域全体の平面積に対する全ての貫通孔１３ａの開口面積の総和の割合で算出できる。

以上説明したように、本実施形態に係る基板の処理装置１０によれば、電極１３が、板厚が０．１ｍｍ以上の平板で形成されるとともに、開口率が９５％以下とされているので、上記従来のメッシュ体と比べて曲げ剛性を向上させることが可能になり、自重やこの装置１０を使用する際に発生する熱ひずみによるたわみを抑えることができる。したがって、基板Ｗの表面の極近傍で生成するラジカルやイオン６の状態が不安定になり基板Ｗの処理精度が低下したり、アーキングが発生したりするのを抑えることができるとともに、基板Ｗの処理面積の大型化にも対応することが可能になる。

また、電極１３が前記平板に多数の貫通孔１３ａが形成されて構成されているので、この電極１３を容易かつ高精度に形成することができるとともに、前記熱ひずみが生じた場合においても、このひずみを、各貫通孔１３ａを縮径または拡径させることによって平板の表面に沿った方向で発生させて、この平板の表面内で吸収することが可能になり、たわみの発生をより一層抑えることができる。

しかも、電極１３の開口率が５０％以上とされているので、光源１２から基板Ｗへの紫外線Ｌの照射量を現行同等に維持することが可能になり、基板Ｗの処理効率を低下させることなく、上記の作用効果を奏効させることができる。さらに、前記板厚が１０ｍｍ以下とされているので、電極１３の重量が大きくなり処理容器１１内に組付けるのに要する時間が長くなったり、材料費が高くなったり、さらに貫通孔１３ａの加工時間が長くなったりするのを防ぐことができる。さらにまた、電極１３の開口率が９５％以下とされているので、電極１３の製造コストを増大させることなく、上記の作用効果を奏効させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
前記実施形態では、基板Ｗに負のバイアス電圧を印加する例を示したが、これに代えて、例えば電極１３に正のバイアス電圧を印加しても良いし、バイアス電圧は直流に限る必要はない。
また、前記実施形態では、電極１３を形成する材質として、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）またはＣｕ合金（Ｃ１０２０）を示したが、導体または導体で被覆された材料であればその材質は特に限定されるものではない。
また、前記実施形態では、電極１３として円板を示したが、これに代えて、例えば矩形板や多角形板等を採用してもよい。
さらに、前記実施形態では、電極１３を構成する平板に形成した貫通孔１３ａとして、平面視正６角形のものを示したが、これに代えて、例えば円形や多角形等にしてもよい。

また、プロセスガスＧとして、例えば、メタンガスと水素ガスとの混合ガスを採用することにより、基板Ｗの表面にカーボン膜、特にダイヤモンド状の膜を生成してもよく、あるいは、基板Ｗと反応する成分を含むガスを採用して、基板Ｗの表面に前記成分に由来する被膜を生成するようにしてもよい。後者の場合、例えば、プロセスガスＧとして、酸素または／および窒素を含むガスを採用することにより、基板Ｗの表面に酸化膜または／および窒化膜を生成することができる。さらに、プロセスガスＧとして、例えばアルゴンガスを採用し、基板Ｗの表面に衝突エネルギを付与することによって基板Ｗの表面を平坦に加工することもできる。

なお、前記実施形態のように基板Ｗを処理した後に、電極１３を負にバイアスさせた状態で光源１２から紫外線Ｌを電極１３に照射すると、この電極１３において基板ホルダー１６と対向する表面の極近傍でラジカルやイオン６が生成されることによって、この電極１３に付着していた着膜物質等を除去することができる。すなわち、電極１３を処理装置１０から取り外して、例えばやすりで研いだり、ブラスト加工を施したりしなくても、この処理装置１０に装着したままで着膜物質等を除去することができる。
例えば、前記着膜物質等が炭素系の材質である場合には、処理ガスＧとして水素ガスを導入して還元したり、あるいは酸素ガスを導入して着膜物質等を酸化して取り除くことができる。また、前記着膜物質等がこのような還元や酸化では除去することができない材質である場合には、処理ガスＧとしてアルゴンガスを導入することにより物理的にエッチングすることができる。

基板の処理精度を向上させるとともに、電極の低コスト化および長寿命化を図り、基板の処理面積の大型化にも対応することができる。

本発明の一実施形態として示した基板の処理装置の概略図である。 図１に示す基板の処理装置の電極の一部拡大平面図である。

符号の説明

１０ 基板の処理装置
１１ 処理容器
１２ 光源
１３ 電極
１３ａ 貫通孔
１４ 導入口
Ｇ プロセスガス
Ｌ 紫外線
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 内部を０．００１気圧以上１気圧未満に保持可能な処理容器と、この処理容器内に配置される導電性の基板に３ｅＶ以上の仕事エネルギを有する紫外線を照射する光源と、基板と光源との間に基板に対向して配置されてこの基板を負にバイアスさせる電極と、処理容器内にプロセスガスを供給する導入口とが備えられ、
   前記電極により処理容器内に配置された基板を負にバイアスさせつつ、この基板に紫外線を照射するとともに、導入口から処理容器内にプロセスガスを供給することにより基板を処理する基板の処理装置であって、
   前記電極は、板厚が０．１ｍｍ以上とされた平板の表面に多数の貫通孔が形成されて、その開口率が５０％以上９５％以下とされていることを特徴とする基板の処理装置。
2. 請求項１記載の基板の処理装置において、
   前記電極は、前記貫通孔が平面視正６角形とされたハニカム形状とされていることを特徴とする基板の処理装置。
3. 導電性の基板を０．００１気圧以上１気圧未満に保った処理容器内に置いて、この基板を負にバイアスさせつつ、３ｅＶ以上の仕事エネルギを有する紫外線を照射するとともに、処理容器内にプロセスガスを供給することにより基板を処理する基板の処理方法であって、
   請求項１または２に記載の基板の処理装置を用いて基板を処理することを特徴とする基板の処理方法。
   
   

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