JP7407607B2 - プラズマ発生装置および基板処理装置 - Google Patents

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Description

本願は、プラズマ発生装置および基板処理装置に関する。
従来から、一対の電極間に高周波電圧を印加することで当該電極の周囲に電界を発生させ、当該電界により気体をプラズマ化させる技術が提案されている（例えば特許文献１）。
特許文献１では、プラズマ発生装置は、第１電極と、複数の第２電極と、絶縁体と、絶縁層とを含んでいる。絶縁体は直方体形状を有する。第１電極は絶縁体の内部に埋設される。この第１電極は平板形状を有しており、絶縁体の一主面に平行な姿勢で、絶縁体の内部に埋設される。複数の第２電極は絶縁体の当該一主面の上に、互いに間隔を空けて配列される。この構造では、第２電極の各々は絶縁体の一主面に垂直な対向方向において、第１電極と向かい合う。絶縁層は絶縁体の当該一主面に設けられており、複数の第２電極を覆う。絶縁体および絶縁層を一体の絶縁部とみなせば、第１電極および第２電極は絶縁部に埋設される。
絶縁層の一方の主面は絶縁体および第２電極に密着している。絶縁層の他方の主面は気体に面している。以下では、この他方の主面をプラズマ発生面とも呼ぶ。プラズマ発生面は第１電極と平行である。言い換えれば、プラズマ発生面は、第１電極および各第２電極が向かい合う対向方向に直交している。
第１電極および第２電極には、高周波電圧が印加される。当該電圧の印加により、第１電極および第２電極の周囲には電界が発生する。当該電界は第１電極と第２電極との間内で強く生じるものの、第１電極と第２電極の周囲にも生じる。電界はプラズマ発生面よりも外側にも生じるので、当該電界が気体に作用し、気体がプラズマ化する。このようにして、プラズマ発生装置はプラズマを発生させることができる。
特開２０１４－２２２６６４号公報
特許文献１の技術では、プラズマ発生面は第１電極および第２電極の対向方向に直交しており、第２電極に対して第１電極とは反対側に位置している。この構造では、プラズマ発生面側の電界の強度は比較的に小さくなる。なぜなら、プラズマ発生面よりも外側の空間を通過する電気力線の経路が長くなるからである。具体的には、電気力線は第２電極から一旦、第１電極とは反対側に延びてプラズマ発生面よりも外側を通り、Ｕ字状に曲がって第１電極へと至る。このような電気力線の経路は長く、プラズマ発生面側の電界の強度は低くなる。よって、プラズマ発生面側の電界の強度を高くするには、第１電極と第２電極との間の高周波電圧の振幅を大きくする必要があった。つまり、より高価な高周波電源が必要であった。
そこで、本願は、より小さい電圧でプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
プラズマ発生装置の第１の態様は、気体中に配置され、プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、第１主面、および、前記第１主面と反対側の第２主面を有する誘電体と、前記誘電体によって封止され、前記第１主面に平行な配列面内で交互に配列された少なくとも一つの第１電極および少なくとも一つの第２電極を含み、前記第１電極と前記第２電極との間の高周波電圧の印加により生じた電界を前記第１主面よりも外側に作用させる電極群と、前記第１電極および前記第２電極と電気的に接続され、前記高周波電圧を印加する高周波電源と、を備え、前記高周波電源は、前記第１電極と、前記第２電極との間に印加する前記高周波電源の実効値および周波数が、電圧は９ｋＶ～１５ｋＶ、周波数は１２ｋＨｚ～３０ｋＨｚの間に設定される。
プラズマ発生装置の第２の態様は、第１の態様にかかるプラズマ発生装置であって、前記電極群と前記第１主面との間の間隔は、前記電極群と前記第２主面との間の間隔よりも狭い。
プラズマ発生装置の第３の態様は、第１または第２の態様にかかるプラズマ発生装置であって、前記誘電体は、前記第１主面を有する第１誘電部材と、前記第２主面を有する第２誘電部材とを含み、前記第１誘電部材の誘電率は前記第２誘電部材の誘電率よりも低い。
プラズマ発生装置の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかるプラズマ発生装置であって、前記第１電極および前記第２電極は円柱形状である。
基板処理装置の第１の態様は、基板を処理する基板処理装置であって、前記基板を保持する保持機構と、第１から第４のいずれか一つの態様にかかるプラズマ発生装置と、を備える。
基板処理装置の第２の態様は、第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記保持機構に保持された前記基板の主面に、硫酸、硫酸塩、ペルオキソ硫酸およびペルオキソ硫酸塩の少なくともいずれか一つを含む処理液を供給する第１ノズルをさらに備え、前記プラズマ発生装置によって生じたプラズマを前記処理液に作用させる。
基板処理装置の第３の態様は、第１または第２の態様にかかる基板処理装置であって、前記プラズマ発生装置と、前記保持機構によって保持された基板との間にプラズマ用の気体を供給する第２ノズルをさらに備える。
基板処理装置の第４の態様は、第２の態様にかかる基板処理装置であって、前記保持機構を回転軸線まわりで回転させる回転機構と、前記基板の前記主面上に前記処理液の液膜が維持されるように、前記回転機構と、前記第１ノズルから供給される前記処理液の流量とを制御する制御部と、をさらに備える。
プラズマ発生装置の第１の態様によれば、第１電極および第２電極が第１主面に平行な配列面内で配列される。よって、第１電極と第２電極とを結んで誘電体の第１主面から外側の空間を通る電気力線の長さを比較的に短くすることができる。したがって、当該空間内の電界の強度を高くすることができ、当該空間の気体を容易にプラズマ化することができる。つまり、より小さい高周波電圧でも適切な強度で空間内の電界を発生させることができ、当該空間内でプラズマを発生させることができる。
プラズマ発生装置の第２の態様によれば、誘電体の第１主面と電極群との間の間隔が狭いので、電界が第１主面よりも外側に生じやすく、第１主面よりも外側の空間の気体をプラズマ化しやすい。
プラズマ発生装置の第３の態様によれば、誘電体の第１主面と電極群との間の部材の誘電率が小さいので、電界が第１主面よりも外側に生じやすく、第１主面よりも外側の空間の気体をプラズマ化しやすい。
プラズマ発生装置の第４の態様によれば、電気力線が湾曲しやすく、第１主面よりも外側の空間で電界が広く形成される。よって、プラズマの点灯範囲（プラズマが形成される範囲）を広げることができる。
基板処理装置の第１の態様によれば、低消費電力でプラズマを用いた基板処理を行うことができる。
基板処理装置の第２の態様によれば、処理液に、強い酸化力を有するラジカルが生成する。よって、処理液の酸化力を用いた基板処理を効率的に行うことができる。
基板処理装置の第３の態様によれば、プラズマを発生させやすい。
プラズマ発生装置の構成の一例を概略的に示す平面図である。 プラズマ発生装置の構成の一例を概略的に示す断面図である。 プラズマ発生装置の構成の一例を概略的に示す断面図である。 比較例にかかるプラズマ発生装置の構成の一例を概略的に示す図である。 プラズマ発生装置の構成の他の一例を概略的に示す平面図である。 電極群の構成の他の一例を概略的に示す平面図である。 基板処理システムの構成の他の一例を概略的に示す図である。 制御部の構成の一例を概略的に示す平面図である。 基板処理装置の構成の他の一例を概略的に示す図である。
以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本開示の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法および数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。
相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」など）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現（例えば「同一」「等しい」「均質」など）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現（例えば、「四角形状」または「円筒形状」など）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸や面取りなどを有する形状も表すものとする。一の構成要素を「備える」「具える」「具備する」「含む」または「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。部材どうしを物理的に結合する表現（例えば「連結する」）は、両部材が直接に結合されることの他、別の部材を介して結合された態様を含む。「Ａ，ＢおよびＣの少なくともいずれか一つ」という表現は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ，ＢおよびＣのうち任意の２つ、ならびに、Ａ，ＢおよびＣのすべてを含む。
＜第１の実施の形態＞
図１は、プラズマ発生装置１の構成の一例を概略的に示す平面図であり、図２は、プラズマ発生装置１の構成の一例を概略的に示す断面図である。図２は、図１のプラズマ発生装置１のＩ－Ｉ断面を示している。図１および図２には、適宜にＸＹＺ直交座標系が示されている。以下では、Ｘ方向の一方側を＋Ｘ側と呼び、Ｘ方向の他方側を－Ｘ側と呼ぶことがある。Ｙ軸およびＺ軸も同様である。
プラズマ発生装置１は、電極群２と、誘電体３とを含んでいる。電極群２は複数の電極２１を含んでいる。電極２１は例えば金属などの導電性材料によって構成される。図１および図２の例では、複数の電極２１として３つの電極２１が示されている。
図１の例では、複数の電極２１の各々はＸ方向に長い長尺状の円柱形状を有している。つまり、図１の例では、電極２１のＸ方向の長さは電極２１のＹ方向の長さ（幅）よりも長い。また、電極２１の軸はＸ方向に平行である。図２の例では、電極２１の断面（ＹＺ断面）の形状は円形状を有している。なお、電極２１の形状は必ずしもこれに限らず、適宜に変更し得る。
複数の電極２１は所定の配列面内において間隔を空けて配列されている。ここでは一例として、配列面はＸＹ平面に平行な平面である。図１の例では、複数の電極２１はＹ方向において間隔を空けて並んで配列されている。つまり、複数の電極２１は互いに平行に配列されている。電極２１の相互間の間隔は、後述するように、電極２１の周囲に生じた電界が気体をプラズマ化できる程度の値に設定される。以下では、３つの電極２１のうち、両側の電極２１を電極２１ａと呼ぶことがあり、中央の電極２１を電極２１ｂと呼ぶことがある。電極２１ａ，２１ｂはＹ方向において交互に配列される。
図１の例では、電極２１ａは電極２１ｂの＋Ｘ側の端部よりも＋Ｘ側に延在しており、電極２１ｂは電極２１ａの－Ｘ側の端部よりも－Ｘ側に延在している。よって、電極２１ａおよび電極２１ｂは櫛歯状に配列されている。
誘電体３は複数の電極２１を封止する。誘電体３は、例えば絶縁性樹脂、ガラスおよびセラミックなどの絶縁材料によって構成される。図２の例では、誘電体３は誘電部材３１と誘電部材３２とを含んでいる。誘電部材３１，３２は互いに異なる材料で構成されてもよく、同じ材料で構成されてもよい。
図１の例では、誘電部材３１は板状形状を有しており、その厚み方向がＺ方向に沿う姿勢で配置されている。例えば誘電部材３１は、Ｚ方向に沿って見て、矩形形状を有し、その一辺がＸ方向に平行である。誘電部材３１の主面３１ａの上には複数の電極２１が設けられる。この場合、主面３１ａは、複数の電極２１が配列される配列面であるともいえる。誘電部材３１の＋Ｚ側の主面３１ａはＸＹ平面に平行である。
誘電部材３２は誘電部材３１の主面３１ａの上に設けられており、複数の電極２１を覆う。誘電部材３１，３２はともに電極２１に密着しており、誘電体３は複数の電極２１を封止する。このように複数の電極２１は誘電体３に埋設される。誘電部材３２の＋Ｚ側の主面、つまり、誘電体３の主面３ａは電極群２の配列面に平行である。言い換えれば、誘電体３の主面３ａと各電極２１との間の距離は互いに等しい。
このような誘電部材３２は例えば次のようにして形成される。例えば、液状の硬化性樹脂を誘電部材３１の主面３１ａおよび複数の電極２１の上に塗布し、これを熱または光などで硬化させることで形成され得る。あるいは、誘電部材３２が接着テープ（例えばテフロン（登録商標）テープ）で構成され、誘電部材３１の主面３１ａおよび電極２１に接着されもよい。
複数の電極２１は、誘電体３の外部に設けられた高周波電源４と電気的に接続される。図１の例では、各電極２１は引き出し配線４１を介して高周波電源４に接続される。図１の例では、引き出し配線４１として、電極２１ａ，２１ｂにそれぞれ対応した引き出し配線４１ａ，４１ｂが示されている。引き出し配線４１ａは電極２１ａと接続され、誘電体３の＋Ｘ側の端部から引き出されている。引き出し配線４１ｂは電極２１ｂと接続され、誘電体３の－Ｘ側の端部から引き出されている。つまり、引き出し配線４１ａ，４１ｂは誘電体３の互いに反対側の端部からそれぞれ引き出されている。引き出し配線４１ａは高周波電源４の一方の出力端４ａに接続され、引き出し配線４１ｂは高周波電源４の他方の出力端４ｂに接続される。
電極２１と引き出し配線４１の一部とは互いに一体に構成されてもよい。例えば金属製の棒状部材の先端側の部分が誘電体３によって封止され、基端側の部分が誘電体３の端部から外側に延在してもよい。この場合、当該棒状部材の先端側の部分が電極２１となり、当該棒状部材の基端側の部分が引き出し配線４１の一部となる。引き出し配線４１は棒状部材の基端側の部分の他、導線およびコネクタなどによって構成される。引き出し配線４１も絶縁被膜等によって保護される。
高周波電源４は電極２１ａと電極２１ｂとの間に高周波電圧を印加する。これにより、電極２１ａおよび電極２１ｂの周囲に電界が生じる。当該電界の一部は、後述するように、誘電体３の主面３１ａよりも外側に作用して、気体をプラズマ化させる。言い換えれば、高周波電源４が出力する高周波電圧の実効値および周波数は、例えば、電圧は９ｋＶ～１５ｋＶ、周波数は１２ｋＨｚ～３０ｋＨｚであってもよく、電極２１の周囲に生じた電界が気体をプラズマ化できる程度の値に設定される。高周波電源４は例えばインバータ回路（不図示）を含んでいてもよい。これにより、電極２１ａ，２１ｂの間に印加する高周波電圧の実効値および周波数を調整することができる。
図２に例示するように、誘電部材３２の厚み（Ｚ方向の厚み）は誘電部材３１の厚みより薄くてもよい。言い換えれば、誘電体３の＋Ｚ側の主面３ａと電極群２との間の間隔（Ｚ方向の間隔）Ｄ１は、誘電体３の－Ｚ側の主面３ｂと電極群２との間の間隔Ｄ２よりも狭くてもよい。
＜プラズマ発生装置の動作＞
プラズマ発生装置１は気体中に配置される。誘電体３の主面３ａに面する空間Ｒ１（図３参照）には、その反対側の主面３ｂに面する気体よりもプラズマ化しやすいプラズマ用の気体が導入されてもよい。プラズマ化しやすい気体としては、例えば、アルゴンなどの希ガス、窒素あるいは酸素などを採用できる。
高周波電源４が電極２１ａと電極２１ｂとの間に高周波電圧を印加すると、電極２１ａ，２１ｂの間に電界が生じる。図３は、電極２１ａ，２１ｂの間に生じる電界の電気力線の一例を模式的に示す図である。図３に例示するように、電極２１ａ，２１ｂの間の空間Ｒ２を通る電気力線はＹ方向に平行であるものの、当該空間Ｒ２よりも＋Ｚ側および－Ｚ側のそれぞれでは、電気力線は空間Ｒ２とは反対側に膨らんだ湾曲形状を有する。
図３に例示するように、一部の電気力線は誘電体３の主面３ａよりも＋Ｚ側の空間Ｒ１を通過する。つまり、電極２１ａ，２１ｂの周囲に生じる電界の一部は空間Ｒ１に作用する。言い換えれば、誘電体３の主面３ａと電極群２との間の間隔Ｄ１は、当該電界が空間Ｒ１に作用する程度に設定される。電界が空間Ｒ１内の気体に作用することにより、当該気体がプラズマ化される。
プラズマ発生装置１によって生じたプラズマを作用させる対象は特に制限されないものの、例えばプラズマを植物に作用させてもよい。これにより、植物の成長を促進させることができる。
このプラズマ発生装置１では、複数の電極２１は誘電体３によって封止されるので、プラズマ雰囲気に曝されない。つまり、複数の電極２１は空間Ｒ１に露出していない。よって、プラズマに起因した電極２１の劣化を回避することができる。したがって、プラズマ発生装置１の信頼性を向上することができる。
しかも、図３の例では、隣り合う電極２１どうしの対向方向（ここではＹ方向）は誘電体３の主面３ａに平行であるので、電気力線はより短い経路で空間Ｒ１内を通る。これによれば、空間Ｒ１内において比較的に高い強度で電界を生じさせることができる。
図４は、比較例にかかるプラズマ発生装置１Ａの構成の一例を示す図である。プラズマ発生装置１Ａは電極２１０ａと複数の電極２１０ｂと誘電体３００とを含んでいる。電極２１０ａは平板形状を有しており、その厚み方向がＺ方向に沿う姿勢で配置される。電極２１０ａの＋Ｚ側の主面はＸＹ平面に平行である。複数の電極２１０ｂは電極２１０ａよりも＋Ｚ側に設けられている。複数の電極２１０ｂは電極２１０ａに対して間隔を空けて配置される。図４の例では、複数の電極２１０ｂはＸＹ平面内で互いに間隔を空けて配列される。具体的には、３つの電極２１０ｂがＹ方向において間隔を空けて並んでいる。
誘電体３００は電極２１０ａ，２１０ｂを覆っており、これらを封止する。言い換えれば、電極２１０ａ，２１０ｂは誘電体３００に埋設される。誘電体３００の＋Ｚ側の主面３００ａと電極２１０ｂとの間の間隔は狭い。誘電体３００の主面３００ａはＸＹ平面に平行である。
電極２１０ａは高周波電源の一方の出力端に接続され、複数の電極２１０ｂは高周波電源の他方の出力端に共通して接続される。高周波電源が電極２１０ａ，２１０ｂの間に高周波電圧を印加すると、電極２１０ａ，２１０ｂの周囲に電界が生じる。図４では、当該電界の電気力線が破線で模式的に示されている。図４に例示するように、誘電体３の主面３００ａに面する空間Ｒ１００には、電極２１０ｂから＋Ｚ側に延びる電気力線が通過する。具体的には、当該電気力線は電極２１０ｂから＋Ｚ側に延びて空間Ｒ１００を通りつつ、その進行方向をＵ字状に曲げて－Ｚ側へと延在し、隣り合う電極２１０ｂの間を通って電極２１０ａへと至る。
このプラズマ発生装置１Ａであっても、誘電体３００の主面３００ａよりも＋Ｚ側の空間Ｒ１００に電界が作用するので、空間Ｒ１００内の気体をプラズマ化することは可能である。しかしながら、プラズマ発生装置１Ａでは、電極２１０ａ，２１０ｂの対向方向（Ｚ方向）が誘電体３００の主面３００ａに直交する。よって、図４に示すように、空間Ｒ１００を通る電気力線は、電極２１０ｂから一旦、電極２１０ａとは反対側の方向に延びてから進路を曲げつつ電極２１０ａに至る。これによれば、電気力線の長さは電極２１０ａ，２１０ｂ間の距離に対して大幅に長くなり、空間Ｒ１００には比較的に低い強度で電界が生じることになる。プラズマ発生装置１Ａにおいて空間Ｒ１００の電界の強度を増加させるには、より大きな電圧を出力可能な高周波電源が必要となる。
これに対して、本実施の形態では、図３に例示するように、電極２１ａ，２１ｂの対向方向（Ｙ方向）は誘電体３の主面３ａに平行である。これによれば、誘電体３の主面３ａ側の空間Ｒ１を通る電気力線は図４とは異なってＵターンしていない。したがって、図４の電気力線の長さは、電極２１ａ，２１ｂの間の距離よりも僅かに大きい程度である。よって、高い強度で空間Ｒ１に電界を生じさせることができ、空間Ｒ１内において気体を容易にプラズマ化させることができる。言い換えれば、低出力の安価な高周波電源４を採用しても、空間Ｒ１にプラズマを発生させることができる。例えば高周波電源４として安価なネオントランスを採用することが可能である。また、低い出力でプラズマを発生させることができるので、プラズマ発生装置１の消費電力も低減できる。
しかも、上述の例では、電極２１ａ，２１ｂの断面形状は円形状である。これにより、電気力線が湾曲しやすく、空間Ｒ１において電界が広く形成される。したがって、プラズマの点灯範囲（プラズマが形成される範囲）を広くすることができる。
なお、上述の例では、３つの電極２１が設けられているものの、電極２１の個数はこれに限らない。図５は、プラズマ発生装置１の構成の他の一例を概略的に示す平面図である。図５の例では、複数の電極２１として５つの電極２１が示されている。５つの電極２１はＹ方向に間隔を空けて配列される。５つの電極２１は図１と同様に櫛歯状に配列されており、電極２１ａおよび電極２１ｂがＹ方向において交互に配列されている。電極２１ａは引き出し配線４１ａを介して高周波電源４の出力端４ａに接続され、電極２１ｂは引き出し配線４１ｂを介して高周波電源４の出力端４ｂに接続される。
これによれば、図１と同程度の間隔で電極２１を配列する場合には、より広い空間Ｒ１内にプラズマを発生させることができる。一方、図１よりも狭い間隔で電極２１を配列する場合には、より高い強度で空間Ｒ１内に電界を発生させることができ、プラズマの生成量を増加できる。
また、上述の例では、誘電体３の主面３ａと電極群２との間の間隔Ｄ１が、誘電体３の主面３ｂと電極群２との間の間隔Ｄ２よりも狭い。これにより、主面３ａ側の空間Ｒ１に電界が生じやすくなり、空間Ｒ１の気体をプラズマ化しやすい。一方で、主面３ｂに面する空間には電界が作用しにくくなるので、当該空間にはプラズマが生じにくい。よって、意図しない部材にプラズマが作用する可能性を低減できる。
＜誘電率＞
主面３ａを形成する誘電部材３１の誘電率は、主面３ｂを形成する誘電部材３１の誘電率よりも小さくてもよい。これによっても、主面３ａ側の空間Ｒ１に電界が生じやすくなり、空間Ｒ１の気体をプラズマ化しやすい。一方で、主面３ｂ側の空間には電界が作用しにくくなるので、当該空間にはプラズマが生じにくい。よって、意図しない部材にプラズマが作用する可能性を低減できる。
なお、図１および図５の例では、奇数個の電極２１が設けられているものの、偶数個の電極が設けられてもよい。
また、上述の例では、複数の電極２１が配列される配列面は誘電体３の主面３ａと平行である。しかしながら、必ずしもこれに限らない。電極２１の配列面は誘電体３の主面３ａに対して傾斜していてもよい。また、誘電体３の主面３ａは必ずしも平面に限らない。主面３ａには適宜に凹凸が形成されていてもよく、あるいは、主面３ａは湾曲していてもよい。
また、上述の例では、電極２１は平面視（ＸＹ平面視）において直線的に延在しているものの、必ずしもこれに限らない。配列面における電極２１の配列態様は適宜に変更し得る。図６は、電極群２の構成の一例を概略的に示す平面図である。図６の例では、２つの電極２１が示されている。各電極２１は渦巻き状に延在している。電極２１は互いに間隔を空けて平行に延在している。これによっても、プラズマを生成することができる。また、電極２１の断面（ＹＺ断面）の形状は円形状に限られず、例えば、断面が矩形形状で、Ｘ方向に長い長尺状の形状であってもよい。
あるいは、他の具体的な例として、複数の電極２１がリング状または円弧状の形状を有し、これらが同心状に配列されてもよい。あるいは、複数の電極２１が放射状に配列されてもよい。あるいは、複数の電極２１がドット状（例えば円状または四角状）の形状を有し、配列面内で２次元的に配列されてもよい。
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、プラズマ発生装置１を基板の処理に利用する態様について述べる。図７は、基板処理システム１００の構成の一例を概略的に示す平面図である。基板処理システム１００は、ロードポートＬＰと、インデクサロボットＩＲと、センターロボットＣＲと、制御部９０と、少なくとも１つの処理ユニットＵＴ（図７）においては４つの処理ユニット）とを含む。複数の処理ユニットＵＴは、基板Ｗ（ウエハ）を処理するためのものであり、そのうちの少なくとも１つが、詳しくは後述する基板処理装置１１０に対応する。基板処理装置１１０は、基板処理に用いることができる枚葉式の装置であり、具体的には、基板Ｗに付着した有機物を除去する処理に用いることができる枚葉式の装置である。この有機物は、典型的には、使用済のレジスト膜である。このレジスト膜は、例えば、イオン注入工程用の注入マスクとして用いられたものである。基板処理装置１１０は、チャンバ１１１を有していてもよい。その場合、チャンバ１１１内の雰囲気を制御することによって、所望の雰囲気中での基板処理を行うことができる。
制御部９０は、基板処理システム１００に備えられた各部の動作を制御することができる。キャリアＣの各々は、基板Ｗを収容する収容器である。ロードポートＬＰは、複数のキャリアＣを保持する収容器保持機構である。インデクサロボットＩＲは、ロードポートＬＰと基板載置部ＰＳとの間で基板Ｗを搬送することができる。センターロボットＣＲは、基板載置部ＰＳおよび少なくとも１つの処理ユニットＵＴのいずれか一つから他の一つへと基板Ｗを搬送することができる。以上の構成により、インデクサロボットＩＲ、基板載置部ＰＳおよびセンターロボットＣＲは、処理ユニットＵＴの各々とロードポートＬＰとの間で基板Ｗを搬送する搬送機構として機能する。
未処理の基板ＷはキャリアＣからインデクサロボットＩＲによって取り出され、基板載置部ＰＳを介してセンターロボットＣＲに受け渡される。センターロボットＣＲはこの未処理の基板Ｗを処理ユニットＵＴに搬入する。処理ユニットＵＴは基板Ｗに対して処理を行う。処理済みの基板ＷはセンターロボットＣＲによって処理ユニットＵＴから取り出され、必要に応じて他の処理ユニットＵＴを経由した後、基板載置部ＰＳを介してインデクサロボットＩＲに受け渡される。インデクサロボットＩＲは処理済みの基板ＷをキャリアＣに搬入する。以上により、基板Ｗに対する処理が行われる。
図８は、制御部９０（図７）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。制御部９０は、電気回路を有する一般的なコンピュータによって構成されていてよい。具体的には、制御部９０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)などの演算処理装置９１、ＲＯＭ(Read Only Memory)などの非一時的な記憶部９２、ＲＡＭ(Random Access Memory)などの一時的な記憶部９３、記憶装置９４、入力部９６、表示部９７および通信部９８と、これらを相互接続するバスライン９５とを有している。
記憶部９２は基本プログラムを格納している。記憶部９３は、演算処理装置９１が所定の処理を行う際の作業領域として供される。記憶装置９４は、フラッシュメモリまたはハードディスク装置等の不揮発性記憶装置によって構成されている。入力部９６は、各種スイッチまたはタッチパネル等により構成されており、オペレータから処理レシピ等の入力設定指示を受ける。表示部９７は、例えば液晶表示装置およびランプ等により構成されており、演算処理装置９１による制御の下、各種の情報を表示する。通信部９８は、ＬＡＮ（Local Area Network）等を介してのデータ通信機能を有している。記憶装置９４には、基板処理システム１００（図７）を構成する各装置の制御についての複数のモードが予め設定されている。演算処理装置９１が処理プログラム９４Ｐを実行することによって、上記複数のモードのうちの１つのモードが選択され、該モードによって各装置が制御される。また、処理プログラム９４Ｐは、記録媒体に記憶されていてもよい。この記録媒体を用いれば、制御部９０に処理プログラム９４Ｐをインストールすることができる。また制御部９０が実行する機能の一部または全部は、必ずしもソフトウェアによって実現される必要はなく、専用の論理回路などのハードウェアによって実現されてもよい。
図９は、処理ユニットＵＴの一例である基板処理装置１１０の構成の一例を概略的に示す図である。基板処理装置１１０は、チャンバ１１１と、吸着保持機構５０と、回転機構６０と、処理部８０と、プラズマ発生装置１とを含んでいる。
吸着保持機構５０は、チャンバ１１１内に設けられる。吸着保持機構５０は基板Ｗの裏面を吸着し、基板Ｗを水平に保持する。ここでいう「裏面」とは、例えば、基板Ｗの主面のうち、デバイスが形成されていない面である。基板Ｗは、裏面が下方を向く姿勢で吸着保持機構５０によって保持される。図９の例では、吸着保持機構５０は吸着部材５１を含んでおり、基板Ｗは吸着部材５１の吸着面５１ａの上に載置される。吸着部材５１の吸着面５１ａは平面視において例えば円形状を有する。吸着部材１１の吸着面５１ａの直径は基板Ｗの直径よりも小さく、例えば、基板Ｗの直径の４分の１以下である。
吸着部材５１の吸着面５１ａには、不図示の吸着口が形成されている。吸着面５１ａには、複数の吸着口が分散して形成されていてもよい。吸着部材５１の内部には、吸着口に繋がる不図示の内部流路が形成されている。当該内部流路は、吸引管５５を介して吸引機構５６に接続される。吸引機構５６は例えばポンプを含んでおり、吸引管５５の内部から気体を吸引する。これにより、吸着面５１ａの吸着口から気体が吸引されて、基板Ｗが吸着部材５１に吸着保持される。吸引機構５６は制御部９０によって制御される。なお、基板Ｗは必ずしも吸着により保持される必要はなく、他の任意の手法で保持されればよい。
回転機構６０はチャンバ１１１内に設けられている。回転機構６０は吸着保持機構５０（より具体的には、吸着部材５１）を、回転軸線Ｑ１のまわりで回転させる。これにより、吸着保持機構５０に吸着保持された基板Ｗも回転軸線Ｑ１のまわりで回転する。回転軸線Ｑ１は、基板Ｗの中央部を通って鉛直方向に沿って延在する仮想的な軸である。
回転機構６０はモータ６１を含んでいる。モータ６１はシャフト６２を介して吸着部材５１に連結される。シャフト６２は回転軸線Ｑ１に沿って延在しており、その上端が吸着部材５１に連結される。シャフト６２は例えば円筒形状を有する中空シャフトであり、吸引管５５は当該シャフト６２の中空部を通って吸着部材５１の内部流路に接続される。
モータ６１はシャフト６２に連結されており、シャフト６２を回転軸線Ｑ１のまわりで回転させる。図９の例では、モータ６１はシャフト６２と同軸に設けられている。シャフト６２はモータ６１から上方に延在している。モータ６１がシャフト６２を回転させることにより、吸着部材５１を回転軸線Ｑ１のまわりで回転させることができる。モータ６１は制御部９０によって制御される。
モータ６１は、モータ収容部材７０に収容されている。モータ収容部材７０はモータ６１を外部の処理雰囲気から保護することができる。具体的な一例として、後述のノズル８１から吐出された薬液およびリンス用ノズル（不図示）から吐出されたリンス液からモータ６１を保護することができる。
処理部８０は、吸着保持機構５０によって吸着保持された基板Ｗに対して処理を行う。図９の例では、処理部８０はノズル８１と配管８２とバルブ８３とを含んでいる。ノズル８１はチャンバ１１１内に設けられており、吸着保持機構５０によって保持された基板Ｗに向かって処理液を吐出する。図９の例では、ノズル８１は基板Ｗよりも上方に配置されており、鉛直方向において基板Ｗの中央部と対向している。
ノズル８１は配管８２を介して処理液供給源８４に接続されている。処理液供給源８４は配管８２を介してノズル８１に処理液を供給する。ノズル８１は処理液を基板Ｗの表面の中央部に吐出する。配管８２の途中には、バルブ８３が介装されている。バルブ８３は配管８２の内部流路の開閉を切り替える。バルブ８３は制御部９０によって制御される。バルブ８３は配管８２の内部を流れる処理液の流量を調整可能なバルブであってもよい。
回転機構６０が吸着保持機構５０および基板Ｗを回転させた状態で、バルブ８３が開くことにより、ノズル８１は回転中の基板Ｗに処理液を供給する。これにより、処理液は基板Ｗの上面の中央部に着液し、基板Ｗの回転に伴う遠心力を受けて基板Ｗの上面を広がり、基板Ｗの周縁から外側に飛散する。
図９の例では、ノズル８１は、ノズル移動機構８５によって第１処理位置と第２待機位置との間で移動可能である。第１処理位置は、ノズル８１が処理液を吐出する位置であり、図９の例では、基板Ｗよりも上方であって基板Ｗの中央部と対向する位置である。第１待機位置は、ノズル８１が処理液を吐出しない位置であって、例えば基板Ｗと上下方向で対向しない位置である。つまり、例えば、第１待機位置は平面視において基板Ｗの周縁よりも外側の位置である。
ノズル移動機構８５は、例えば、いずれも不図示のアーム、支持棒およびモータを含んでもよい。アームは水平方向に沿って延び、その先端がノズル８１に連結される。アームの基端は支持棒に連結される。支持棒は鉛直方向に沿って延びており、その基端がモータに連結される。モータは制御部９０によって制御される。モータが支持棒を回転させることにより、アームが支持棒を中心に旋回し、アームの先端に連結されたノズル８１が、支持棒を中心とした周方向に沿って、第１処理位置と第１待機位置との間を移動する。
処理部８０は複数種類の処理液を基板Ｗに供給してもよい。例えば処理部８０は処理液の種類に応じた複数のノズルを備えていてもよい。例えば処理液として薬液およびリンス液を採用することができる。薬液としては、例えば酸性の薬液を採用することができる。より具体的な一例として、薬液として、硫酸、硫酸塩、ペルオキソ硫酸およびペルオキソ硫酸塩の少なくともいずれか一つを採用できる。あるいは、薬液として、過酸化水素水を含む薬液を採用してもよい。リンス液としては、例えば純水およびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の少なくともいずれか一つを採用することができる。
以下では、ノズル８１の他にリンス用ノズルが設けられる態様について述べる。具体的には、処理部８０は例えばいずれも不図示のリンス用ノズル、リンス用配管およびリンス用バルブをさらに含む。リンス用ノズルは、吸着保持機構５０によって保持された基板Ｗの中央部に向かってリンス液を吐出する。リンス液は、基板Ｗの上の薬液を洗い流すための処理液である。
リンス用ノズルはリンス用配管を介してリンス液供給源に接続される。リンス用バルブはリンス用配管に改装されており、リンス用配管の内部流路の開閉を切り替える。リンス用バルブは制御部９０によって制御される。リンス用バルブは、リンス用配管の内部を流れるリンス液の流量を調整可能なバルブであってもよい。リンス用ノズルはノズル８１と連結されもよい。この場合、リンス用ノズルはノズル８１と一体に移動可能である。
処理部８０はまず、回転中の基板Ｗの上面に薬液を供給する。これにより、薬液が基板Ｗの上面の全面に作用し、基板Ｗに対する処理が行われる。例えば、薬液により基板Ｗのレジスト膜を除去する除去処理が行われる。
この処理において、パドル処理が行われてもよい。パドル処理では、処理部８０が薬液の供給を停止し、回転機構６０が基板Ｗの回転速度を低下させる。回転機構６０は、基板Ｗの上面において薬液の液膜が維持される程度の回転速度で基板Ｗを回転させる。つまり、薬液が基板Ｗの周縁からほとんど飛散しない程度の回転速度で基板Ｗを回転させる。パドル処理では、薬液が供給されないので、薬液の消費量を低減できる。レジスト膜が十分に除去されると、回転機構６０は再び基板Ｗの回転速度を高くし、基板Ｗの上面の薬液を基板Ｗの周縁から外側に飛散させる。
次に、処理部８０は回転中の基板Ｗにリンス液を供給することにより、基板Ｗの上面に残留した薬液を洗い流す。言い換えれば、基板Ｗの上面の薬液をリンス液に置換することができる。リンス液は、基板Ｗの回転に伴う遠心力を受けて基板Ｗの周縁から外側に飛散する。
図９の例では、基板処理装置１１０はガード７６をさらに含んでいる。ガード７６は平面視において基板Ｗを囲む筒状の形状を有している。このガード７６は、基板Ｗの周縁から飛散した処理液を受け止めて、当該処理液を不図示の回収部に流す。ガード７６は、ガード移動機構７７によって上下方向に移動可能である。ガード移動機構７７は、ガード７６の上端が基板Ｗよりも上方に位置する上位置と、ガード７６の上端が基板Ｗよりも下方に位置する下位置との間でガード７６を移動させる。ガード移動機構７７は例えばシリンダ機構またはボールねじ機構などを含む。
図９の例では、プラズマ発生装置１は、吸着保持機構５０によって保持された基板Ｗの上面と向かい合う位置に設けられている。つまり、プラズマ発生装置１は基板Ｗの上面よりも上方に設けられている。よって、プラズマ発生装置１は間隔を空けて基板Ｗの上面と対向する。プラズマ発生装置１は、平面視において、ノズル８１からずれて配置される。つまり、プラズマ発生装置１はノズル８１と基板Ｗとの間を避けて配置される。これにより、ノズル８１から吐出された処理液がプラズマ発生装置１に衝突することを回避できる。
プラズマ発生装置１も移動機構５によって移動可能に構成されていてもよい。移動機構５は、プラズマ発生装置１を第２処理位置と第２待機位置との間で移動させる。第２処理位置は、吸着保持機構５０によって保持された基板Ｗの上面と対向する位置であり、第２待機位置は平面視において基板Ｗの周縁よりも外側の位置である。移動機構５は例えばノズル移動機構８５と同様の構成を有していてもよい。
プラズマ発生装置１は、チャンバ１１１の外部に配設されている高周波電源４に接続される。高周波電源４は制御部９０によって制御される。プラズマ発生装置１は、その誘電体３の主面３ａが基板Ｗを向く姿勢で、配置されている。よって、高周波電源４が電極２１に高周波電圧を印加すると、プラズマ発生装置１は誘電体３と基板Ｗとの間の気体（例えば酸素）をプラズマ化させる。
プラズマ発生装置１は、回転中の基板Ｗの上面に薬液が存在している状態で、第２処理位置においてプラズマを発生させてもよい。これによれば、プラズマは基板Ｗの上面の薬液の液膜に作用する。プラズマ発生装置１は平面視において基板Ｗの周方向の一部に配置されるものの、基板Ｗが回転することにより、プラズマは基板Ｗ上の薬液の液膜に対して全周に亘って作用する。プラズマが基板Ｗ上の薬液の液膜に作用することにより、当該液膜中に、強い酸化力を有するラジカルが発生する。よって、薬液の酸化力を用いた基板処理を効率的に行うことができる。具体的には、基板Ｗからレジスト膜を効率的に除去することができる。
薬液は硫酸を含んでいることが好ましい。この場合、硫酸へのプラズマ照射によってペルオキソ一硫酸（カロ酸）を生成することができる。これによれば、カロ酸の生成に過酸化水素水を必要としない。過酸化水素水を用いない場合には、排液処理の負担を軽減したり、硫酸のリサイクルを容易としたりすることができる。ここで、硫酸を含む薬液を用いる場合、硫酸の濃度は９４～９８％の範囲が好ましく、９６％程度がより好ましい。
基板処理装置１１０には、チャンバ１１１内の気体を調整するために、気体供給部８６が設けられてもよい。気体供給部８６はチャンバ１１１内に気体（例えば窒素または希ガス等の不活性ガスまたは酸素ガス）を供給する。これにより、チャンバ１１１内の雰囲気を所望の雰囲気に近づけることができる。
また、気体供給部８６は、プラズマ発生装置１の近傍にプラズマ発生用の気体（例えば不活性ガスあるいは酸素）を供給してもよい。具体的な一例として、気体供給部８６は、プラズマ発生装置１の主面３ａと基板Ｗとの間の空間に気体を吐出するノズル（導出管）８７を含む。ノズル８７は供給管８８を介して気体供給源８９１に接続される。気体供給源８９１は例えば窒素または希ガスなどの不活性ガスおよび酸素の少なくともいずれか一方をプラズマ用の気体として供給管８８に供給する。供給管８８にはバルブ８９が設けられて、供給管８８の開閉が制御される。バルブ８９は制御部９０によって制御される。
ノズル８７はプラズマ発生装置１の近傍に設けられてもよい。ノズル８７の吐出口はプラズマ発生装置１と基板Ｗとの間の空間に向かって開口してもよい。あるいは、当該ノズル８７は基板Ｗの中央部と対向する位置に設けられ、基板Ｗの中央部に向けて気体を吐出してもよい。当該ノズル８７からの気体は基板Ｗの中央部から径方向外側に広がって流れるので、プラズマ発生装置１と基板Ｗとの間の空間にも流れる。ノズル８７は誘電体３に連結されていてもよい。
以上のように、基板処理装置１１０ではプラズマ発生装置１が設けられている。よって、低消費電力でプラズマを用いて基板Ｗに対する処理を行うことができる。しかも、プラズマ発生装置１によれば、電極２１が誘電体３に封止されている。したがって、誘電体３は電極２１をチャンバ１１１内の雰囲気から保護することができる。例えば、酸性の薬液が電極２１に接触すると、電極２１が腐食し得るところ、そのような腐食を避けることができる。逆に言えば、電極２１から溶出した成分、あるいは、プラズマによってスパッタされた成分が基板Ｗに付着して基板Ｗを汚染することを回避できる。
上述の例では、プラズマを薬液に作用させて、高い酸化力を有するラジカルを生じさせる。よって、基板Ｗに対するレジスト膜の除去処理をより効率的に行うことができる。
なお、上述の例では、基板処理装置１１０において、プラズマは処理液に作用しているものの、プラズマを基板Ｗに直接に作用させてもよい。つまり、高周波電源４は基板Ｗに処理液が付着していない状態で、電極２１ａ，２１ｂの間に高周波電圧を印加してもよい。これにより、プラズマを基板Ｗに直接作用させることができ、表面改質（例えば親水化）などの処理を基板Ｗに対して行うことができる。
以上のように、このプラズマ発生装置１および基板処理装置１１０は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、このプラズマ発生装置１および基板処理装置１１０がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態おおび各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
１ プラズマ発生装置
２ 電極群
２１ 電極
２１ａ 第１電極（電極）
２１ｂ 第２電極（電極）
３ 誘電体
３１ 第１誘電部材（誘電部材）
３２ 第２誘電部材（誘電部材）
１１０ 基板処理装置
５０ 保持機構
８１ ノズル

Claims (8)

  1. 気体中に配置され、プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    第１主面、および、前記第１主面と反対側の第２主面を有する誘電体と、
    前記誘電体によって封止され、前記第１主面に平行な配列面内で交互に配列された少なくとも一つの第１電極および少なくとも一つの第２電極を含み、前記第１電極と前記第２電極との間の高周波電圧の印加により生じた電界を前記第１主面よりも外側に作用させる電極群と、
    前記第１電極および前記第２電極と電気的に接続され、前記高周波電圧を印加する高周波電源と、
    を備え、
    前記高周波電源は、前記第１電極と、前記第２電極との間に印加する前記高周波電源の実効値および周波数が、電圧は９ｋＶ～１５ｋＶ、周波数は１２ｋＨｚ～３０ｋＨｚの間に設定される、プラズマ発生装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマ発生装置であって、
    前記電極群と前記第１主面との間の間隔は、前記電極群と前記第２主面との間の間隔よりも狭い、プラズマ発生装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
    前記誘電体は、
    前記第１主面を有する第１誘電部材と、
    前記第２主面を有する第２誘電部材と
    を含み、
    前記第１誘電部材の誘電率は前記第２誘電部材の誘電率よりも低い、プラズマ発生装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置であって、
    前記第１電極および前記第２電極は円柱形状である、プラズマ発生装置。
  5. 基板を処理する基板処理装置であって、
    前記基板を保持する保持機構と、
    請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置と、
    を備える、基板処理装置。
  6. 請求項５に記載の基板処理装置であって、
    前記保持機構に保持された前記基板の主面に、硫酸、硫酸塩、ペルオキソ硫酸およびペルオキソ硫酸塩の少なくともいずれか一つを含む処理液を供給する第１ノズルをさらに備え、
    前記プラズマ発生装置によって生じたプラズマを前記処理液に作用させる、基板処理装置。
  7. 請求項５または請求項６に記載の基板処理装置であって、
    前記プラズマ発生装置と、前記保持機構によって保持された基板との間にプラズマ用の気体を供給する第２ノズルをさらに備える、基板処理装置。
  8. 請求項６に記載の基板処理装置であって、
    前記保持機構を回転軸線まわりで回転させる回転機構と、
    前記基板の前記主面上に前記処理液の液膜が維持されるように、前記回転機構と、前記第１ノズルから供給される前記処理液の流量とを制御する制御部と、
    をさらに備える、基板処理装置。
JP2020015288A 2020-01-31 2020-01-31 プラズマ発生装置および基板処理装置 Active JP7407607B2 (ja)

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