JP7080114B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、プラズマにより発生する活性種を含む液体を用いて基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

プラズマに含まれる活性種は、その反応性からレジスト剥離などの基板処理に利用することが可能である。特に、大気中など真空環境を必要としない条件での処理プロセスが確立されれば、処理コストの大幅な低減を図ることが可能となる。しかしながら、大気圧下でのプラズマは局所的に発生する傾向があり、空間的に均一な処理を行うことが難しい。また、局所的に高温、高電圧となるプラズマが直接基板に接触することで基板にダメージを与えてしまうおそれがある。

この問題に対応するものとして、例えば特許文献１、２に記載の技術がある。これらの技術においては、プラズマにより発生する活性種を液中に溶け込ませることで、活性種を含んだ液体を生成する。そして、この液体を被処理物に供給することで、処理が実現される。このような処理装置はリモートプラズマ装置とも称されることがある。

特開２０１５－０５６４０７号公報 特開２０１３－２０６７６７号公報

上記従来技術の基板処理への適用を考える場合、プラズマ発生箇所と被処理物である基板とが離れて設けられることになるため、活性種の寿命が十分に長くなければ、処理に寄与する活性種の量が減ってしまい、活性種を効率的よく処理に寄与させることが難しいという問題が生じる。

このように、基板へのダメージを抑えるためには基板から離れた位置でプラズマを発生させることが望ましい一方、活性種を効率よく処理に寄与させようとすると基板の近くでプラズマを発生させることが望ましいという、相反する要請がある。しかしながら、これらを両立させることのできる技術は確立されるに至っていない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、プラズマを発生させて生成した活性種を含む液体により基板を処理する技術において、プラズマによる基板へのダメージを防止しながら、発生した活性種を効率よく処理に利用することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明に係る基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、被処理物である基板を保持する保持部と、前記基板の表面に導電性の液体を継続的に供給し、前記基板の表面に液膜を形成しつつ前記基板の周縁部から前記液体を流出させる液供給部と、前記基板の表面に所定のギャップを隔てて対向し、かつ前記液膜に対し非接触に配置された第１電極と、前記第１電極と前記液膜との間に、前記液膜に対し非接触に配置された誘電体層と、前記基板の表面から流出しかつ前記液膜と連続する前記液体に対し、電気的に接触する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に、交流成分を有し前記誘電体層と前記液膜との間の空間で誘電体バリア放電を生じさせる電圧を印加する電圧印加部とを備えている。

また、この発明に係る基板処理方法の一の態様は、上記目的を達成するため、被処理物である基板を保持部により保持し、前記基板の表面に所定のギャップを隔てて第１電極を対向配置し、前記第１電極と前記基板の表面との間に、前記基板の表面に対し非接触に誘電体層を配置し、液供給部から、導電性の液体を前記基板の表面に継続的に供給して、前記基板の表面に前記誘電体層に対し非接触な液膜を形成しつつ、前記基板の周縁部から前記液体を流出させ、前記基板の表面から流出しかつ前記液膜と連続する前記液体に対し、第２電極を電気的に接触させ、前記第１電極と前記第２電極との間に、電圧印加部から交流成分を有する電圧を印加し前記誘電体層と前記液膜との間の空間で誘電体バリア放電を生じさせる。

このように構成された発明では、基板の表面が液膜で覆われ、液膜と第１電極との間に誘電体層が介在し、さらに、液膜と誘電体層との間にギャップが存在し、両者の間にギャップ空間が形成されている。ここで、第１電極と、導電性の液体と電気的に接触する第２電極との間に電圧を印加すると、液膜を導電経路として第１電極と液膜との間に電界が形成され、その強度が放電限界以上であれば両者の間に放電が生じる。

第１電極は誘電体層によりギャップ空間とは隔離され、誘電体層と液膜との間にはギャップ空間が存在するから、ギャップ空間では誘電体バリア放電が起こる。これによりプラズマが発生し、生成された活性種がギャップ空間に臨む液体中に溶け込むことで、基板に対する処理がなされる。このように、基板の表面の直近位置でプラズマが発生し、活性種が基板表面を覆う液膜に溶け込むので、発生した活性種を高い効率で処理に寄与させることが可能である。また、基板表面は、プラズマが発生するギャップ空間から液膜によって隔離されているため、プラズマへの曝露によるダメージを受けることもない。

なお、電極材料の溶出による基板の汚染に関しては、以下の手段によって回避されている。第１電極については、誘電体層によりギャップ空間から隔離されることで、プラズマに曝露されることが回避される。また、第２電極については、液体に接触することで液中への溶出の可能性があるが、本発明では、基板から流出する液体に第２電極を接触させているため、仮に溶出があったとしても下流側へ流され、基板に付着する等の影響はない。

以上のように、本発明では、基板表面に形成された液膜に対し誘電体層を介して対向配置された第１電極と、第２電極と電気的に接触する液膜との間のギャップ空間での誘電体バリア放電によりプラズマが発生する。このため、プラズマにより生成される活性種を効率よく処理に寄与させることができ、また基板表面が直接プラズマに曝されることがないので基板のダメージも防止される。

本発明に係る基板処理装置の一実施形態を示す図である。 この基板処理装置における液面プラズマ処理の動作原理を示す図である。 リング電極による液膜保持機能の他の例を示す図である。 上記実施形態における基板処理を示すフローチャートである。 電極ヘッドの他の構成例を示す図である。 基板処理装置の他の実施形態を示す図である。 基板処理装置のさらに他の実施形態を示す図である。

図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態を示す図である。より具体的には、図１（ａ）は基板処理装置１の構成を示す図であり、図１（ｂ）はその要部を示す斜視図である。図１（ａ）において、ＸＹ平面は水平面を、Ｙ軸は鉛直方向をそれぞれ表す。より詳しくは、鉛直方向上向きは（＋Ｚ）方向、下向きは（－Ｚ）方向として表される。

この基板処理装置１は、基板Ｓをプラズマ活性種が含まれる液体Ｌにより処理する湿式処理（液面プラズマ処理）装置である。処理対象となる基板Ｓは、例えば表面に電子デバイスや配線などとして機能するパターンが形成された半導体基板であり、例えばパターンの形成やその保護のために基板Ｓの表面に形成されたレジスト膜、酸化膜等の被膜を大気中等の常圧下で剥離する目的に、この基板処理装置１を使用することができる。なお、処理対象となる基板や処理の目的はこれに限定されるものではなく任意であり、ここではその一例として、略円形の半導体基板を処理するケースについて説明する。

プラズマに含まれる活性種の反応性を利用した基板の処理は、真空チャンバ等の減圧空間内でのプロセスにおいて既に使用されている。しかしながら、例えば非平衡大気圧等の常圧下で同等の処理を行うことができれば、真空設備等のコストを削減し処理コストを低減させることが可能である。一方、非平衡大気圧プラズマにおいては一様かつ安定なプラズマ状態を維持することが難しく、またプラズマ電位により基板にダメージを与えるおそれがある。

この問題に対応する方法として、プラズマを発生させることで生じた活性種を処理液中に溶け込ませ、この処理液を基板に供給することにより処理する液中プラズマ処理がある。この場合、プラズマ発生源と被処理箇所とが大きく離れていると、寿命の短い活性種が被処理箇所に到達する前に消滅してしまい、効率よく処理に寄与させることができない。一方で、被処理箇所の近傍でプラズマを発生させると、上記したようにプラズマによる基板へのダメージが問題となる。以下に説明するように、本実施形態の基板処理装置１はこれらの問題を解決することができるものである。

基板処理装置１は、基板Ｓを保持する基板保持部１０を備えている。基板保持部１０は、基板Ｓをその被処理面Ｓａを上向きにして水平姿勢に保持するスピンチャック１１と、スピンチャック１１を鉛直方向の回転軸ＡＸ周りに回転させる回転駆動部１２とを備えている。スピンチャック１１は絶縁性物質製であり、例えば基板Ｓの下面を真空吸着することにより基板Ｓを保持する。

スピンチャック１１に保持される基板Ｓの上方には、基板Ｓの被処理面Ｓａに向けて処理液Ｌを吐出する処理液ノズル２１が設けられている。処理液ノズル２１は、スピンチャック１１よりも外側から延びるアーム２２の一方端に取り付けられている。アーム２２の他方端は図示を省略するアーム駆動機構に取り付けられており、アーム駆動機構がアーム２２を回動させることにより、処理液ノズル２１が基板Ｓの上方で被処理面Ｓａに沿って水平移動する。

基板Ｓの回転中心の上方において、処理液ノズル２１は、処理液供給部７１から導電性を有する処理液Ｌの供給を受け該処理液Ｌを基板Ｓに供給することで、被処理面Ｓａに液体Ｌによる液膜ＬＦを形成する。処理液Ｌとしては、基板Ｓの汚染源となる物質を含まず、かつ導電性を有する液体、例えばアンモニア水を用いることができる。

基板Ｓの表面に形成される液膜ＬＦと対向するように、電極ヘッド３０が配置されている。より詳しくは、電極ヘッド３０は、液膜ＬＦの表面と対向するように水平配置された平板状の電極３１を有し、電極３１は誘電体ブロック３２の内部に埋め込まれた構造となっている。したがって、電極３１のうち基板Ｓと対向する下面は薄い誘電体層３２１によって被覆されている。電極３１は例えば金属板により、誘電体ブロック３２は例えば石英またはセラミックにより形成される。

電極ヘッド３０は、スピンチャック１１よりも外側から延びるアーム３３の一方端に取り付けられている。アーム３３の他方端は図示を省略するアーム駆動機構に取り付けられており、アーム駆動機構がアーム３３を回動させることにより、電極ヘッド３０が基板Ｓの上方で被処理面Ｓａに沿って水平移動する。

電極ヘッド３０は液膜ＬＦに対し離隔配置されている。すなわち、電極ヘッド３０の下面は液膜ＬＦには接触していない。より詳しくは、電極３１が基板Ｓの被処理面Ｓａに対し所定のギャップを隔てて対向し、電極３１の表面を被覆するように誘電体層３２１が設けられる。そして、誘電体層３２１の下面と、基板Ｓに形成される液膜ＬＦとが接触しないように、液膜ＬＦの厚さが設定される。したがって、電極３１と液膜ＬＦとの間に誘電体層３２１が介在し、しかも誘電体層３２１と液膜ＬＦとの間にはギャップ空間ＧＳが形成されることになる。

スピンチャック１１に保持される基板Ｓの外周部を取り囲むように、かつ基板Ｓに対し同心にリング電極４１が設けられる。図１（ｂ）に示すように、リング電極４１は例えば導電性の円環状のリングであり、その内径は基板Ｓの直径より僅かに大きい。また、リング電極４１の上端面は基板Ｓの被処理面Ｓａよりも少し上方に位置している。このため、被処理面Ｓａを覆うように形成された液膜ＬＦの端部がリング電極４１の内面に接触する。これにより、液膜ＬＦを形成する液体とリング電極４１とが電気的に導通する。

仮に被処理面Ｓａの全体が液膜ＬＦで覆われた状態で処理液Ｌの供給を停止したとすれば、液膜ＬＦはその表面張力によって基板Ｓ上に留まる。基板Ｓが回転する場合でも、リング電極４１によりせき止められることで、基板Ｓの周縁部からの処理液の流下は抑制される。すなわち、リング電極４１は基板Ｓとともに液膜ＬＦを保持する機能も有する。

処理液Ｌが一定流量で継続的に供給されるとき、基板Ｓから溢れる処理液Ｌは基板Ｓとリング電極４１との間の隙間を介して流下する。つまりこのとき、基板Ｓの回転中心に供給された処理液Ｌは、基板Ｓの回転により発生する遠心力によって基板Ｓの径方向に広がり、基板Ｓの周縁部とリング電極４１との隙間を通って流下する。したがって、液膜ＬＦ内では回転中心から周縁部へ向けた径方向の液流が継続的に形成されることになる。

図示を省略しているが、適宜の連結機構によりリング電極４１は部分的にスピンチャック１１と連結されている。したがって、スピンチャック１１が回転する際、これに伴ってリング電極４１も回転する。

電極３１とリング電極４１との間には電源部７２が電気的に介挿される。電源部７２により、電極３１とリング電極４１との間に所定の電圧が印加される。この点については後に詳述するが、電源部７２は交流成分を含む電圧、具体的には高周波電圧を出力する。

スピンチャック１１の下方には液受け部５０が設けられており、流下した液体Ｌは廃液として液受け部５０に貯留される。これにより、周囲への液の飛散が防止される。液受け部５０は廃液回収部７３に接続されており、液受け部５０に貯留された廃液は廃液回収部７３に回収される。

また、基板処理装置１はメカ制御部７４を備えている。メカ制御部７４は、回転駆動部１２を制御してスピンチャック１１を所定の回転速度で回転させる。また、メカ制御部７４は、アーム２２，３３を回動させる図示しないアーム駆動機構を制御し、処理液ノズル２１および電極ヘッド３０を所定の位置に位置決めさせる。この他に、基板処理装置１は、上記した各構成を統括制御して所定の動作を行わせる制御ユニット８０を備えている。

図２はこの基板処理装置における液面プラズマ処理の動作原理を示す図である。図２に示すように、この基板処理装置１は、基板Ｓが所定の回転速度で回転した状態で、その回転中心に処理液ノズル２１から処理液Ｌが一定流量で継続的に供給される。これにより、基板Ｓの上面である被処理面Ｓａに所定膜厚の液膜ＬＦが形成されるとともに、液膜ＬＦ内では基板Ｓの中心から周縁部に向けて径方向（矢印Ｄｒ方向）の処理液の流れが形成されている。

液膜ＬＦに対し電極ヘッド３０が対向配置されるとともに、基板Ｓの周縁部よりも外側で、液膜ＬＦはリング電極４１に接触している。つまり、液膜ＬＦとリング電極４１とは電気的に導通している。電極ヘッド３０では電極３１の表面が誘電体層３２１により覆われ、かつ誘電体層３２１と液膜ＬＦとの間にギャップ空間ＧＳが形成されている。

電極３１とリング電極４１との間に電源部７２から所定の高周波電圧が印加されると、電極３１とリング電極４１との間に、誘電体層３２１、ギャップ空間ＧＳおよび液膜ＬＦを経由する放電経路（図に点線矢印で示す）が形成される。ギャップ空間ＧＳを挟む電極３１と液膜ＬＦとの間に形成される電界の強度が放電限界を超えるとき、ギャップ空間ＧＳにおいて放電が生じる。このときの放電は、電極３１が表面を誘電体層３２１で覆われていることから誘電体バリア放電となる。

ギャップ空間ＧＳにおける誘電体バリア放電により誘電体層３２１と液膜ＬＦとの間に存在する気体がプラズマ化すると、これにより生成したプラズマの活性種は液膜ＬＦを形成する処理液ＬＦに溶け込むことになる。こうして活性種を含んだ処理液Ｌにより、基板Ｓの被処理面Ｓａを処理することができる。プラズマ発生箇所と被処理箇所とが近接しているため、寿命の短い活性種も効率よく処理に寄与させることができる。また、被処理面Ｓａは液膜ＬＦで覆われているため直接プラズマに曝されることはなく、プラズマによるダメージを受けることも防止される。

液中に溶け込んだ活性種は液流とともに径方向外向きに流れるが、寿命が短い場合には次第に消滅し処理液は処理能力を失う。このため、電極ヘッド３０との対向位置から遠い位置では処理効率が低下する。電極ヘッド３０を矢印Ｄｍ方向に走査移動させることで、基板Ｓの回転との組み合わせにより基板Ｓの表面全体を処理することが可能となる。また、例えば基板Ｓの中心部や周縁部など特定の部位に対向する位置に電極ヘッド３０を留まらせることで、当該部位より外周側のみを選択的に処理することが可能となる。

電極３１は誘電体層３２１によってプラズマから隔絶されるため、電極３１を構成する金属材料が液膜ＬＦに溶け込み基板Ｓを汚染することは回避されている。一方で、リング電極４１と液膜ＬＦとの接触により、リング電極４１を構成する材料が液中に溶け出すおそれがある。この問題は次のようにして解消されている。すなわち、リング電極４１は、基板Ｓの回転中心から見てその周縁部よりも外側で液膜ＬＦに接している。そして、基板Ｓに継続的に処理液Ｌが供給されることにより、基板Ｓの中心から周縁部に向かい周縁部から流出する液流が常時形成されている。

したがって、仮にリング電極４１の構成成分が液中に溶け出したとしても、該成分を含むこととなった処理液Ｌは既に基板Ｓから流出したものであり、溶け出した成分が基板Ｓに付着することは回避される。単に基板Ｓを液膜ＬＦで覆いプラズマから保護するという観点では、基板Ｓを回転させることおよび処理液Ｌを継続的に供給することは必須ではない。これらは、リング電極４１から溶出した成分が基板Ｓの表面に付着し汚染源となるのを防止するため、および、処理によって生じた処理屑、例えば基板Ｓから離脱した被膜片を基板Ｓに残留させず外部へ排出するために必要な要件である。

このように、本実施形態の基板処理装置１では、基板Ｓの被処理面Ｓａを導電性を有する処理液Ｌによる液膜ＬＦで覆った状態で、電極ヘッド３０と液膜ＬＦとの間で誘電体バリア放電によるプラズマを発生させる。これにより生成された活性種は直ちに処理液Ｌに溶け込み基板Ｓに対する処理に供される。このため、活性種による基板処理を効率よく行うことができる。基板Ｓが液膜ＬＦで覆われることにより、プラズマによるダメージも回避することができる。

活性種を含んだ処理液Ｌが基板Ｓ上を流通することで活性種が被処理面Ｓａに沿って運ばれるが、寿命が短ければ均一に処理することはできない。この場合、電極ヘッド３０を基板Ｓに対し走査移動することで、被処理面Ｓａの各部を均一に処理することが可能となる。また、電極ヘッド３０を所定位置に位置決めすることで、被処理面Ｓａのうち特定の箇所のみを選択的に処理することも可能となる。

図３はリング電極による液膜保持機能の他の例を示す図である。図３に示すように、基板Ｓの周縁部とリング電極４１との隙間をほぼなくし、液膜ＬＦを構成する処理液Ｌがリング電極４１の上端面を超えてオーバーフローするように構成されてもよい。この場合、基板Ｓの被処理面Ｓａからみたリング電極４１の上端面の高さについては、必要な液膜ＬＦの厚さよりも少し小さくすることが望ましい。このような構成によっても、リング電極４１による液膜ＬＦの保持が可能である。また、リング電極４１が基板Ｓの周縁部より外側で液膜ＬＦに接触するので、電極材料の溶出による基板Ｓの汚染も防止される。

図４は本実施形態における基板処理を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット８０が予め準備された制御プログラムを実行し基板処理装置１の各部に所定の動作を行わせることにより実現される。最初に、処理液ノズル２１および電極ヘッド３０がスピンチャック１１の上方から退避された状態で、処理対象となる基板Ｓが装置に搬入されスピンチャック１１にセットされる（ステップＳ１０１）。このとき上面となった側の面が被処理面Ｓａとなる。

次いで、処理液ノズル２１および電極ヘッド３０が所定の初期位置に配置される（ステップＳ１０２）。処理液ノズル２１の初期位置は、例えば基板Ｓの回転中心の上方である。また、電極ヘッド３０の初期位置は、例えば処理液ノズル２１およびこれから吐出される処理液と干渉することのない範囲でできるだけ回転中心に近い位置とされる。

この状態からスピンチャック１１が回転することで、基板Ｓが所定の回転速度で回転する（ステップＳ１０３）。この場合の回転速度は、被処理面Ｓａに液膜ＬＦを維持しつつ径方向外向きの液流を形成することができれば足り、比較的低速（例えば１００ｒｐｍ以下）とすることができる。そして、処理液ノズル２１から処理液Ｌの供給が開始され（ステップＳ１０４）、基板Ｓは液膜ＬＦで覆われる。

その後で、電源部７２から電極３１，４１の間に電圧が印加される（ステップＳ１０５）。これによってギャップ空間ＧＳでは誘電体バリア放電によるプラズマが発生し、液中に溶け込む活性種による基板Ｓの処理が開始される。電極ヘッド３０を支持するアーム３３が回動することで、液膜ＬＦに対する電極ヘッド３０の走査移動が実現される（ステップＳ１０６）。所定の終了位置に到達するまで電圧印加および走査移動を継続することで（ステップＳ１０７）、基板Ｓに対する処理が完了する。

その後、まず電圧印加が停止されることでプラズマ発生が停止され（ステップＳ１０８）、次いで処理液Ｌの供給が停止されることで、処理液Ｌは基板Ｓから振り切られ液膜ＬＦが消滅する（ステップＳ１０９）。このとき液切りを確実にするために回転速度が高められてもよい。液膜ＬＦの消滅後、基板Ｓの回転が停止され（ステップＳ１１０）、さらに処理液ノズル２１および電極ヘッド３０が基板Ｓ上から退避位置に移動することにより（ステップＳ１１１）、処理済みの基板Ｓの搬出が可能となる。こうして１枚の基板Ｓに対する処理が完結し、次の基板に対する処理が必要であればステップＳ１０１に戻り上記一連の処理が繰り返される。

図５は電極ヘッドの他の構成例を示す図である。上記したように、本実施形態の電極ヘッド３０は電極３１を誘電体ブロック３２に埋め込み、電極３１の下面を誘電体層３２１で被覆した構造を有しているが、以下のような構成であってもよい。誘電体層３２１の機能は、電圧が印加される電極３１と液膜ＬＦとの間に介在して誘電体バリア放電を生じさせ、また発生するプラズマから電極３１を隔離することである。これらの目的が達成される限りにおいて、電極ヘッドの構造は以下のようなものであってもよい。

図５（ａ）に示す変形例の電極ヘッド３０ａは、平板状の誘電体板３２ａの上面に電極３１ａが取り付けられた構造を有する。このため電極３１ａの側面や上面は露出した状態となっている。このような構造であっても、誘電体板３２ａの平面サイズが十分に大きく、ギャップ空間ＧＳに発生するプラズマＰから電極３１ａを隔離することができていれば、上記実施形態と同様の処理を実行することが可能である。また、図５（ｂ）に示す変形例の電極ヘッド３０のように、誘電体ブロック３２ｂが電極３１ｂの下面および側面を覆う構造であっても同様のことが言える。

また、電極の全体が覆われた構造においても、被覆の全てが単一の誘電体である必要はない。例えば図５（ｃ）に示す変形例の電極ヘッド３０ｃのように、主としてプラズマに曝される電極３１ｃの下面を石英やセラミック等のプラズマ耐性の高い誘電体層３２ｃによって覆う一方、プラズマに曝されるおそれの少ない電極３１ｃの側面および上面については、プラズマ耐性が比較的低い絶縁性物質、例えばガラス、樹脂等の材料で形成されたカバー３４ｃによって覆われた構造であってもよい。

また、上記した各電極ヘッド３０等において電極３１等は平板状である。これは、液版Ｓ上の液膜ＬＦと略平行に対向させることでギャップ空間ＧＳに生じる電界の水平方向における均一性を高めて一様なプラズマを発生させるためである。しかしながら、電極は平板である必要は必ずしもない。

例えば図５（ｄ）に示す変形例の電極ヘッド３０ｄでは、誘電体ブロック３２ｄの内部に、紙面に垂直な方向に延びる棒状または線状の電極体３１ｄを複数本、水平方向に並べた構造となっている。これらの電極体３１ｄに同電位が与えられることで、全体が１つの電極板と同様に機能し、水平方向において略一様な電界をギャップ空間ＧＳに形成することが可能である。

図６は基板処理装置の他の実施形態を示す図である。上記実施形態の基板処理装置１では、処理液Ｌを基板Ｓに供給する処理液ノズル２１と、液膜ＬＦとの間にギャップ空間ＧＳを形成しプラズマ発生電界を生じさせる電極ヘッド３０とが別体となっている。しかしながら、以下に説明するように、これらを一体とした構造とすることも可能である。なお、処理液ノズルおよび電極ヘッド以外の構成については上記実施形態と同じものを使用可能であるため、ここでは説明を省略する。

この実施形態では、上記実施形態の処理液ノズルおよび電極ヘッドに代えて、これらの機能が統合された処理ヘッド３２０が設けられる。具体的には、処理ヘッド３２０は、鉛直方向に延びる誘電体による筒状体３２１がその下端においてフランジ状に拡大された形状を有している。筒状体３２１の内部は処理液供給部７１から供給される処理液Ｌを流通させるための流路３２２となっており、その下端には基板Ｓに臨む開口３２３が設けられている。開口３２３が処理液Ｌを吐出し基板Ｓに供給することにより、処理ヘッド３２０は基板Ｓの被処理面Ｓａに液膜ＬＦを形成する処理液ノズルとしての機能を果たす。

また、処理ヘッド３２０のフランジ部３２４には、処理液の流路を取り囲む環状の電極３２５が内蔵されている。電極３２５は、上記実施形態における電極３１と同等の機能を有するものである。すなわち、電極３２５と液膜ＬＦとの間に高周波電圧が印加されることにより、処理ヘッド３２０と液膜ＬＦとに挟まれたギャップ空間ＧＳにおいてプラズマが発生する。

基板Ｓ上の処理液Ｌと流路３２２中の処理液Ｌとの間の電位差が小さい場合、流路３２２中の処理液Ｌと電極３２５との間で放電が生じ、ギャップ空間ＧＳではプラズマが発生しないことがあり得る。これを未然に防止するために、電極３２５の下面側で液膜ＬＦに臨む誘電体の厚さＴ１は、少なくとも流路３２２と電極３２５との間の誘電体の厚さＴ２よりも小さいことが望ましい。

処理ヘッド３２０は、回動するアームに取り付けられ、基板Ｓに沿って走査移動することが可能である。このとき、処理液Ｌを吐出するノズルと電極とが基板Ｓに対し一体的に移動することになる。処理ヘッド３２０から基板Ｓへ処理液Ｌを供給しつつギャップ空間ＧＳにプラズマを発生させることで、プラズマにより生じる活性種を処理液Ｌに溶け込ませて効率よく基板Ｓを処理することができる。

図７は基板処理装置のさらに他の実施形態を示す図である。この実施形態の処理ヘッド３３０は、筒状体３３１下部の周囲のうち一部のみが拡大し、ここに電極３３５が設けられている。より詳しくは、処理ヘッド３３０は、上記した処理ヘッド３２０と同様に、鉛直方向に延びる誘電体による筒状体３３１の内部が処理液供給部７１から供給される処理液Ｌを流通させるための流路３３２となっており、その下端には基板Ｓに臨む開口３３３が設けられて、処理液Ｌが基板Ｓに向けて吐出される。

この実施形態における基板Ｓに対するプラズマ処理では、処理ヘッド３３０は、図７に点線で示す、開口３３３が基板Ｓの回転中心の直上に位置する初期位置から、破線矢印で示すように基板Ｓの周縁部に向けて一方向に走査移動する。そして、電極３３５は、処理ヘッド３３０の移動方向において開口３３３の前方側となる位置に張り出したフランジ部３３４に設けられており、後方側には設けられない。その理由は以下の通りである。

処理液Ｌが回転する基板Ｓの回転中心に供給されるとき、処理液Ｌは基板Ｓの回転中心から周縁部に向けて当方的に広がってゆく。一方、処理液Ｌの供給位置が基板Ｓの回転中心から離れているときには、処理液Ｌはその位置から遠心力により外側（周縁部側）に流れ、供給量が十分に多くない限り、回転中心側へ向かって流れることはない。つまり、処理ヘッド３３０の位置よりも回転中心に近い位置では液膜が形成されず、基板Ｓの表面つまり被処理面Ｓａが露出することがあり得る。このような露出表面と対向する位置に電極が設けられていれば、発生したプラズマが基板Ｓにダメージを与えるおそれがある。

処理液Ｌが吐出される開口３３３よりも周縁部に近い側、つまり処理ヘッド３３０の移動方向において開口３３３の前方側となる位置に電極３３５を設けることで、開口３３３から吐出される処理液Ｌで基板Ｓ表面が覆われた位置でのみプラズマを発生させることができ、プラズマに曝されることで生じる基板Ｓのダメージを防止することができる。

なお、図６および図７に示す構成においても、筒状体の全体が誘電体である必要はなく、少なくともプラズマに曝される可能性のある部位が、プラズマ耐性の高い誘電体で構成されていればよい。

以上説明したように、上記実施形態においては、基板保持部１０が本発明の「保持部」として機能している。また、処理液ノズル２１が本発明の「ノズル」として機能し、これと処理液供給部７１とが一体として本発明の「液供給部」として機能している。また、上記実施形態では、電極３１，３１ａ～３１ｄ，３２５，３３５が本発明の「第１電極」として機能する一方、リング電極４１が本発明の「第２電極」として機能している。また、上記実施形態では電源部７２が本発明の「電圧印加部」として機能している。また、本実施形態における処理液Ｌが、本発明の「液体」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の電極ヘッド３０では、電極３１の下面が誘電体層３２１によって被覆され、電極３１が誘電体層３２１に密着した構造となっているが、両者の間にギャップがあっても構わない。

また例えば、上記実施形態における基板保持部１０は、基板Ｓの下面に密着するスピンチャック１１により基板Ｓを真空吸着保持するものであるが、基板保持の態様はこれに限定されず任意である。例えばチャックピンを基板の周縁部に当接させて基板を保持する態様であってもよい。この場合、完全なリング状の電極を周方向において等方的に基板周縁部に近接させることが難しいため、例えばチャックピンの位置を切り欠いた電極形状としてもよい。

また例えば、基板周縁部において処理液と接する電極はリング状でなくてもよい。例えば基板周縁部のうち周方向における一部において液膜と接する電極であってもよい。また、この電極は基板とともに回転しなくてもよい。ただしこれらの場合、基板の周縁部で処理液の流れが乱れると、電極材料が溶出した処理液が基板上に戻ってしまい基板を汚染するおそれがある。この問題への対応が必要であり、例えば基板の周縁部から被処理面よりも下方まで流下した液体に電極を接触させるようにしてもよい。また、リング電極が薄い誘電体膜で被覆されていてもよい。

また例えば、上記実施形態では電極ヘッド３０を基板Ｓに対し走査移動する構成となっているが、このような走査移動を行わなくてもよい。例えば被処理面の面積、処理に適用される活性種の寿命、処理液の流速等の諸条件によっては、走査移動を行わなくても必要な処理が実現可能な場合もあり得る。例えば、基板の周縁部のみを処理対象とする場合である。この場合、例えば図７に示す電極ヘッドを基板の周縁部に対向させて固定的に配置し処理を行うことができる。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る基板処理装置においては、保持部は基板を水平姿勢に保持して鉛直方向の回転軸回りに回転させ、液供給部は基板の回転中心に液体を供給し、第２電極は、基板の周縁部の外側で周縁部に近接配置されていてもよい。このような構成によれば、基板の回転中心に供給された液体が遠心力によって周囲に広がり、基板全体を覆う液膜を形成することができる。基板の周縁部に到達して液体は周縁部から流れ落ちる。このように基板から流出しようとする液体に基板周縁部に近接配置された第２電極が接触することで、第２電極と液膜との電気的導通を確実なものとし、かつ第２電極に接触した液体については基板から排出し基板と再接触するのを防止することができる。

例えば、基板が円形である場合には、第２電極が基板の周縁部を取り囲むリング形状であってもよい。このような構成によれば、第２電極と液体との電気的接触を基板の周方向において一様なものとすることができる。

また例えば、第１電極と誘電体層とが、基板の表面に沿って一体的に移動する構成であってもよい。このような構成によれば、第１電極と液膜とが対向しプラズマが発生する位置を変化させることで、活性種による処理対象位置を変化させることができる。例えば第１電極および誘電体層の移動と基板の回転と組み合わせることで、基板全体を均一に処理することができる。

また例えば、液供給部は液体を吐出するノズルを有し、第１電極および誘電体層がノズルに設けられていてもよい。このような構成によれば、第１電極と誘電体層とを含む構造体がノズルと干渉することがなく、また液体の流路と第１電極との距離を一定に維持することができる。

また例えば、第１電極は、表面が誘電体層により被覆された構造であってもよい。原理的には第１電極と誘電体層との間にギャップがあっても構わないが、第１電極の表面を誘電体層により被覆し両者のギャップがない状態とすることで、該ギャップにおける電位低下を抑え、誘電体層と液膜との間に誘電体バリア放電を発生させるために必要な電圧を低くすることができる。

この発明は、被膜の剥離や表面改質など、液中に溶け込ませたプラズマ活性種により基板を処理する各種の処理プロセスに適用可能であり、半導体基板、ガラス基板等各種基板を処理対象とすることができる。

１ 基板処理装置
１０ 基板保持部（保持部）
１１ スピンチャック
２１ 処理液ノズル（液供給部、ノズル）
３０ 電極ヘッド
３１，３１ａ～３１ｄ，３２５，３３５ 電極（第１電極）
４１ リング電極（第２電極）
７１ 処理液供給部（液供給部）
７２ 電源部（電圧印加部）
３２１ 誘電体層
ＧＳ ギャップ空間
Ｌ 処理液（液体）
ＬＦ 液膜
Ｓ 基板（被処理物）
Ｓａ 被処理面

Claims (7)

1. 被処理物である基板を保持する保持部と、
   前記基板の表面に導電性の液体を継続的に供給し、前記基板の表面に液膜を形成しつつ前記基板の周縁部から前記液体を流出させる液供給部と、
   前記基板の表面に所定のギャップを隔てて対向し、かつ前記液膜に対し非接触に配置された第１電極と、
   前記第１電極と前記液膜との間に、前記液膜に対し非接触に配置された誘電体層と、
   前記基板の表面から流出しかつ前記液膜と連続する前記液体に対し、電気的に接触する第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に、交流成分を有し前記誘電体層と前記液膜との間の空間で誘電体バリア放電を生じさせる電圧を印加する電圧印加部と
   を備える基板処理装置。
2. 前記保持部は前記基板を水平姿勢に保持して鉛直方向の回転軸回りに回転させ、
   前記液供給部は前記基板の回転中心に前記液体を供給し、
   前記第２電極は、前記基板の前記周縁部の外側に配置されて、前記基板表面の前記液膜に連続する前記液体と接触する請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第２電極が、円形の前記基板の前記周縁部を取り囲むリング形状である請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記第１電極と前記誘電体層とが、前記基板の表面に沿って一体的に移動する請求項２または３に記載の基板処理装置。
5. 前記液供給部は前記液体を吐出するノズルを有し、前記第１電極および前記誘電体層が前記ノズルに設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記第１電極は、表面が前記誘電体層により被覆された構造である請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 被処理物である基板を保持部により保持し、
   前記基板の表面に所定のギャップを隔てて第１電極を対向配置し、
   前記第１電極と前記基板の表面との間に、前記基板の表面に対し非接触に誘電体層を配置し、
   液供給部から、導電性の液体を前記基板の表面に継続的に供給して、前記基板の表面に前記誘電体層に対し非接触な液膜を形成しつつ、前記基板の周縁部から前記液体を流出させ、
   前記基板の表面から流出しかつ前記液膜と連続する前記液体に対し、第２電極を電気的に接触させ、
   前記第１電極と前記第２電極との間に、電圧印加部から交流成分を有する電圧を印加し前記誘電体層と前記液膜との間の空間で誘電体バリア放電を生じさせる、基板処理方法。

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