JP2008052911A

JP2008052911A - プラズマ照射装置

Info

Publication number: JP2008052911A
Application number: JP2006224842A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yoshida; 壽治吉田
Original assignee: SHINKU DEVICE KK
Current assignee: SHINKU DEVICE KK
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】処理物の表面に向けて電子光学機構が設けられたり、処理物の近傍に二次電子を検出する検出器が設けてあっても、それらに干渉することなく処理物の近傍から直にその表面に向けてプラズマを照射する。
【解決手段】プラズマ照射装置は、ガス分子を導入してこれを励起してプラズマを発生するプラズマ発生管３０、４０と、このプラズマ発生管３０、４０の中のガス分子を励起する電極３３、４３とを有し、プラズマ発生管３０、４０の一端からプラズマを放出する。そして、プラズマ発生管３０、４０の一端から真空槽１の中に設置した処理物６に向けて筒状のプラズマ放射用の延長ノズル３１、４１を延長している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス分子が導入されるプラズマ発生管の中でガス分子を励起して電離させてプラズマを形成し、これを処理物に向けて照射するプラズマ照射装置に関し、より具体的には、真空槽内に設置された試料、基板等の処理物に向けて筒状の延長ノズルにより直接プラズマを照射することが出来るプラズマ照射装置に関する。

従来から、プラズマ照射による材料の表面処理が行われている。具体的には、処理物の表面にプラズマを当てて、表面洗浄、プラズマＣＶＤ法（化学的気相成長法）による成膜、エッチング、親水性処理等が行われている。このようなプラズマによる材料の表面処理は、例えば半導体製造工程におけるホトレジストを除去するためのプラズマアッシング、電子顕微鏡の試料汚染の除去或いはその付着防止等に適用されている。

後者の例について具体的に説明すると、半導体デバイス等の微細加工装置のパターン測定やパターンの外観検査を行うために、走査型電子顕微鏡等が用いられているが、観察対象であるパターンに電子線を照射すると、試料汚染が生じる。この試料汚染は、試料から放出されたガスまたは試料の周囲の雰囲気中に存在する微量のハイドロカーボン分子が電子線照射によって分解し、再結合してカーボンや炭化水素の皮膜となって試料表面に堆積することによるものであると考えられている。こうした試料汚染の除去或いは付着防止のため、前記のようなプラズマ処理による表面処理が行われている。

従来において、このようなプラズマ処理は、希薄ガス空間の中に一対の電極を対向させるか、或いはコイル状の電極を設け、この電極に高周波或いはマイクロ波等を与えて、ガス分子を励起させ、電離させることによりプラズマを形成している。通常はこうして形成されるプラズマの中に、処理物を置くか通してプラズマによる表面処理を行う。例えば、下記の特許文献１は、マイクロ波プラズマによる処理であるが、真空チャンバの上部にプラズマ生成室を設け、ステージに載せた半導体ウエハを上下することでプラズマ生成室に半導体ウエハを運び、プラズマによる処理を行う。

しかしながら、このようなプラズマによる表面処理では、例えば電子顕微鏡試料の場合、試料台に設置した試料を取り出し、前記のプラズマを形成する場所まで試料を移動し、処理しなければならない。このため、処理操作が煩雑であり、作業効率が悪い。また、電極がプラズマを形成した空間の中に置かれる場合、電極の劣化、損傷が大きく、電極が汚れるという課題もある。

そこで例えば、下記特許文献２に記載されたように、ノズルでプラズマを局所的に搬送して処理物にプラズマを噴射し、処理物を処理するものも提案されている。
しかしながら、例えば電子顕微鏡のように処理物に向けて電子ビームを照射する電子光学機構や二次電子を検出する検出器が設けられている場合、特許文献２に記載された如く処理物の表面にノズルを真っ直ぐに向けて設けることは出来ない。そのため、必然的に処理物から離れてその表面に斜めや横からプラズマを照射する構造となり、十分な処理効果を期待することが難しい。
特開平６−９７１３０号公報特開２００３−１０９７９５号公報

本発明では、前記従来のプラズマ処理装置における課題に鑑み、処理物の表面に向けて電子光学機構を備えた電子線源が設けられたり、処理物の近傍に二次電子を検出する検出器が設けてあっても、それらに干渉することなく処理物の近傍から直にその表面に向けてプラズマを照射出来、なお且つプラズマが処理物の表面に直に照射出来るプラズマ照射装置を提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、ガス分子を導入してこれを励起してプラズマを発生するプラズマ発生管３０、４０の一端から真空槽１の中に設置した処理物６に向けて筒状のプラズマ放射用のノズル３１、４１を延長した。この延長ノズル３１、４１により、処理物６の近傍からその表面に向けてプラズマを直に照射出来るようにしたものである。

すなわち、本発明によるプラズマ照射装置は、ガス分子を導入してこれを励起してプラズマを発生するプラズマ発生管３０、４０と、このプラズマ発生管３０、４０の中のガス分子を励起する電極３３、４３とを有し、プラズマ発生管３０、４０の一端からプラズマを放出する。そして、プラズマ発生管３０、４０の一端から真空槽１の中に設置した処理物６に向けて筒状のプラズマ放射用の延長ノズル３１、４１を延長している。

このようなプラズマ照射装置では、プラズマ発生管３０、４０の一端から真空槽１の中に設置した処理物６に向けて筒状のプラズマ放射用のノズル３１、４１を延長しているので、真空槽１内に設置した処理物６の近傍からその表面に直にプラズマを照射することが出来る。これにより、処理物６を移動させず、真空槽１内に設置した状態でプラズマによる効果的な表面処理が可能となる。

この延長ノズル３は、真空槽１の中に設置した処理物６に向けて近接・後退可能に設けるとよい。こうすることにより、処理物６の表面処理を行うときだけに延長ノズル３を延伸して処理を行い、その後は延長ノズル３を後退させてその先端を処理物６から退避させれば、例えば電子顕微鏡における電子ビームの照射の障害とはならない。

さらに、プラズマ発生管３０、４０の中のガス分子を励起する電極３３、４３は、プラズマ発生管３０、４０を囲むように設けたリング状または筒状のものであり、プラズマ発生管３０、４０はこの電極３３、４３に対してその軸方向に移動可能とする。こうすることにより、プラズマ発生管３０、４０をその軸方向に移動しても、プラズマ発生位置は、真空槽１等に対して相対位置が変化しない。

以上説明した通り、本発明によるプラズマ照射装置によれば、真空槽１内に処理物６を設置した状態で、それを移動させずにプラズマによる表面処理を行えるので、高い処理効率が得られる。さらに、処理物６の近傍からその表面に直にプラズマを照射出来るので、高い処理効果が得られる。

本発明では、ガス分子を導入してこれを励起してプラズマを発生するプラズマ発生管３０、４０の一端から真空槽１の中に設置した処理物６に向けて筒状のプラズマ放射用のノズル３１、４１を延長し、処理物６の近傍からその表面に向けてプラズマを直に照射出来るようにした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は、本発明の２つの実施形態によるプラズマ照射装置３、４を装着した真空槽１を示す概略断面図である。この真空槽１は、電子顕微鏡等の電子ビームを照射する電子線源２を装着したものであり、電子線源２から照射される電子ビームは試料台５に載せられた処理物６である試料に向けて照射される。処理物６から放出される二次電子を検出する電子検出器は図示を省略してある。プラズマ照射装置３、４は真空槽１の側壁にそれぞれ装着されている。また、この真空槽１は接地されている。

図２は、一方のプラズマ照射装置３を示している。このプラズマ照射装置３は、円筒形の石英管等からなるプラズマ発生管３０を有し、その外周に円筒形の電極３３が取り付けられている。この電極３３には高周波電源３４が接続され、この高周波電源３４の他極は接地されている。なお、電極３３は、長さがより短いリング状のものであってもよい。

プラズマ発生管３０はその一端がフランジ３７を介して真空槽１の側壁に設けた窓の部分に取り付けられている。その取付角度は真空槽１の側壁に対して直角である。このプラズマ発生管３０の真空槽１の側壁に設けた窓の部分に取り付けられた一端部分には、筒状のプラズマ放射用の延長ノズル３１が挿入され、この延長ノズル３１が処理物６に向けられている。この延長ノズル３１はプラズマ発生管３０に対してスライド自在に嵌め込まれており、その突出長さは或る範囲において調整可能である。図示の例では特に延長ノズル３１の突出長さを調整する機構は設けられておらず、取付時に予め真空槽１の側壁から試料台５の上の処理物６までの距離に応じて予め手動で調整する。但し、真空槽１の外から操作が出来る調整機構を設けて、真空槽１の外から調整操作が可能な構造とすることも出来る。

プラズマ発生管３０の真空槽１の外側に向けた他端は蓋状の部材により封止されており、そこにガス導入管３５が配管されている。このガス導入管３５からは、空気、アルゴン、酸素等のガスが導入される。真空槽１に通じたプラズマ発生管３０の内部は、０．８Ｐａ〜１００Ｐａ程度の希薄ガス雰囲気におかれる。
さらにプラズマ発生管３０の外側は、円筒形のカバー３６で覆われている。

このようなプラズマ照射装置では、電極３３に高周波電源３４で高周波電圧を印加すると、プラズマ発生管３０の内部の希薄ガス分子が励起され、プラズマが発生する。このプラズマは、ガスとプラズマの流れにより分子発生管３０から延長ノズル３１へと流れ、延長ノズル３１の先端開口部からプラズマが拡散放出される。そしてこのプラズマが真空槽１内の試料台５の上に置かれた処理物６の表面に照射される。これにより、処理物６が表面処理される。具体的には、清浄処理、ＣＶＤによる成膜、表面エッチング、表面親水処理等である。

次に、他方のプラズマ照射装置４について説明する。図１に示すように、このプラズマ照射装置４もプラズマ発生管４０を有しているが、このプラズマ発生管４０は、真空槽１の側壁に斜めに取り付けられている。
図３は、このプラズマ照射装置４を水平にした状態の断面図である。

このプラズマ発生装置４のプラズマ発生管４０は、延長ノズル４１となる先端部分を含めて石英管等からなる一体の管からなっている。このプラズマ発生管４０は、両端のフランジ４７、４８に取り付けられている。もちろんこのプラズマ発生装置４を真空槽１に取り付けるためのフランジ４７とプラズマ管４０とのスライド部分は気密に真空シールされている。また、プラズマ発生管４０は回り止めされており、前記一方のフランジ４７に対してその中心軸方向にのみスライド自在となっている。この一方のフランジ４７によりプラズマ発生装置４がそのプラズマ発生管４１を斜めになった状態で真空槽１の側壁に取り付けられる。

プラズマ発生装置４が真空槽１の側壁に取り付けられる一方のフランジ４７と他方のフランジ４８とは、プラズマ発生管４０の外側を覆うカバー４６で連結されている。
この他方のフランジ４８には、内周に雌のねじを設けたねじ管５１が取り付けられている。このねじ管５１は、フランジ４８に対して回転自在であるが、プラズマ発生管４０の軸方向へは移動しないよう保持されている。さらにこのねじ管５１の外周側には送りつまみ５０が嵌め込まれ、固定されている。この送りつまみ５０の回転操作により、これに固定された雌のねじ管５１が回転される。

プラズマ発生管４０の図３において左端側の外周には、その端面から或る程度の長さにわたる部分にねじ管４９が嵌め込まれている。このねじ管４９の図３において左端部分は、プラズマ発生管４０の端面を閉じており、ここにはバルブを備えたガス導入管４５が接続されている。また、このねじ管４９の円筒部分の外周には、雄のねじが切られている。このねじ管４９の円筒部分の雄のねじが前記ねじ管５１の雌ねじに挿入され、ねじによる対偶をなしている。

フランジ４７、４８の間にあるプラズマ発生管４０の外周には、円筒形の電極４３が取り付けられている。この電極４３は、長さがより短いリング状のものであってもよい。プラズマ発生管４０は、この電極４３に対してその中心軸方向に移動自在となっている。
このような構成により、送りつまみ５０を回転してこれに固定された雌のねじ管５１を回転すると、ねじによる対偶をなしている雄のねじ管４９がねじのリードに従って図３に矢印で示すように移動し、延長ノズル４１がフランジ４７から延び或いは後退する。このとき、電極４３はプラズマ発生管４０に対してスライドし、フランジ４７に対して一定の位置を保つ。

延長ノズル４１の先端開口部４２は斜めに開口しており、これにより延長ノズルの先端開口部４２はほぼ水平となる。この延長ノズル４１の先端開口部４２は真空槽１内の試料台５の上に置かれた処理物６に向けられており、前記送りつまみ５０の回転操作により、プラズマ発生管４０をスライドさせ、延長ノズル４１の先端開口部４２を処理物６に対して遠近調整することが出来る。

このようなプラズマ照射装置では、電極４３に高周波電源４４で高周波電圧を印加すると、プラズマ発生管４０の内部の希薄ガス分子が励起され、プラズマが発生する。これと共に、前記送りつまみ５０の回転操作により、プラズマ発生管４０をスライドさせ、その延長ノズル４１の先端開口部４２を真空槽１内の試料台５の上に置かれた処理物６に近接させる。プラズマ発生管４０の内部で発生したプラズマは、ガスとプラズマの流れにより分子発生管４０から延長ノズル４１を通って真空槽１内の試料台５の上に置かれた処理物６の近傍に導かれる。そして延長ノズル４１の先端開口部４２から拡散放出され、処理物６の表面に照射される。処理の後は、前記送りつまみ５０の回転操作により、プラズマ発生管４０のスライドし、延長ノズル４１の先端開口部４２を真空槽１内の試料台５の上に置かれた処理物６から後退させる。

図４は、延長ノズル４１の先端開口部４２から処理物６に向けてプラズマが放出される状態を示したものである。この図のように、プラズマは延長ノズル４１の先端開口部４２からやや広がりながら放出されるが、延長ノズル４１は斜めであっても、先端開口部４２の開口面に対して直交する方向に放出される。すなわち、延長ノズル４１の先端開口部４２を処理物６のほぼ真上で処理物６とほぼ平行にしておくことによって、プラズマは処理物６の真上から照射される。

図５は、プラズマ発生装置の延長ノズル５２、６２の先端形状の他の例を示すものである。図５（ａ）は処理物６の表面の極小領域にプラズマを放射する場合の延長ノズル５１の先端開口部５２の形状を示すもので、先端部分は先細りのテーパ状となっている。図５（ｂ）は処理物６の表面の広い領域にプラズマを放射する場合の延長ノズル６１の先端開口部６２の形状を示すもので、先端部分は先広がりのテーパ状となっている。

本発明の２つの実施形態によるプラズマ照射装置を装着した真空槽の例を示す概略断面図である。図１の真空槽に装着した一方のプラズマ照射装置を示す断面図である。図１の真空槽に装着した他方のこのプラズマ照射装置を水平にした状態の断面図である。図３のプラズマ照射装置延長ノズルの先端開口部から処理物に向けてプラズマが放出される状態を示した概略断面図である。プラズマ発生装置の延長ノズルの先端形状の他の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１真空槽
３プラズマ発生装置
４プラズマ発生装置
６処理物
３０プラズマ発生管
３１延長ノズル
４０プラズマ発生管
４１延長ノズル

Claims

ガス分子を導入し、これを励起してプラズマを発生するプラズマ発生管（３０）、（４０）と、このプラズマ発生管（３０）、（４０）の中のガス分子を励起する電極（３３）、（４３）とを有し、プラズマ発生管（３０）、（４０）の一端からプラズマを放出するプラズマ照射装置において、プラズマ発生管（３０）、（４０）の一端から真空槽（１）の中に設置した処理物（６）に向けて筒状のプラズマ放射用のノズル（３１）、（４１）を延長したことを特徴とするプラズマ照射装置。
延長ノズル（３）は、真空槽（１）の中に設置した処理物（６）に向けて近接・後退可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ照射装置。
プラズマ発生管（３０）、（４０）の中のガス分子を励起する電極（３３）、（４３）は、プラズマ発生管（３０）、（４０）を囲むように設けたリング状または筒状のものであり、プラズマ発生管（３０）、（４０）はこの電極（３３）、（４３）に対してその軸方向に移動可能となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ照射装置。