WO2022065115A1 - 紫外線を照射する装置、基板を処理する装置、及び紫外線を照射する方法 - Google Patents

紫外線を照射する装置、基板を処理する装置、及び紫外線を照射する方法 Download PDF

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八城 飯塚
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東京エレクトロン株式会社
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J11/00—Gas-filled discharge tubes with alternating current induction of the discharge, e.g. alternating current plasma display panels [AC-PDP]; Gas-filled discharge tubes without any main electrode inside the vessel; Gas-filled discharge tubes with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J11/20—Constructional details
    • H01J11/22—Electrodes, e.g. special shape, material or configuration
    • H01J11/32—Disposition of the electrodes
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J11/20—Constructional details
    • H01J11/34—Vessels, containers or parts thereof, e.g. substrates
    • H01J11/38—Dielectric or insulating layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present disclosure relates to an apparatus for irradiating ultraviolet rays, an apparatus for treating a substrate, and a method for irradiating ultraviolet rays.
  • a semiconductor wafer (hereinafter referred to as "wafer"), which is a substrate, is subjected to a film forming process, an etching process, a film modification process, and the like.
  • the processing gas supplied in the processing container may be irradiated with light having high energy, for example, ultraviolet rays to activate the processing gas and perform the treatment.
  • Patent Document 1 describes a substrate processing apparatus provided with lamp chambers in which a plurality of straight tube type lamps are arranged at intervals so that the entire surface of the wafer can be irradiated with UV light. This substrate processing apparatus irradiates the coating film coated on the wafer with ultraviolet rays to decompose the coating film.
  • the present disclosure is to provide a technique for efficiently irradiating ultraviolet rays for processing a substrate.
  • the apparatus for irradiating the ultraviolet rays of the present disclosure is arranged so as to face each other across a discharge space filled with a gas for plasma conversion by electric discharge, and transmits ultraviolet rays generated from the electrode substrate and the plasma-generated gas.
  • a plurality of first tooth electrodes formed linearly so as to extend toward the base electrode of the above, and linear so as to be connected to the other base electrode and extend linearly toward one of the base electrodes.
  • the first tooth electrode and the second tooth electrode are arranged so as to be arranged along the extending direction of the base electrode.
  • the comb tooth electrode part and A dielectric portion provided between the comb tooth electrode portion provided on the electrode substrate and the discharge space, and a dielectric portion.
  • a power supply unit for supplying electric power to the comb tooth electrode unit is provided.
  • the film forming apparatus 1 includes a processing container 10 for accommodating the wafer W, and a carry-in / outlet 11 for carrying in or out the wafer W is formed on the side wall of the processing container 10 so as to be openable / closable by a gate valve 12. ing. At the upper part of the side wall of the processing container 10, for example, an annular exhaust duct 13 having an exhaust port 132 formed on an outer wall is arranged.
  • the exhaust port 132 is connected to a vacuum exhaust unit 17 made of, for example, a vacuum pump via a vacuum exhaust passage 16, and the pressure in the processing container 10 is controlled by a pressure adjusting unit (not shown).
  • the V16 provided in the vacuum exhaust passage 16 points to a valve.
  • a mounting table 2 for horizontally supporting the wafer W is provided, and a heater 21 for heating the wafer W is embedded in the mounting table 2.
  • the mounting table 2 is connected to the elevating mechanism 24 via the support member 241.
  • the elevating mechanism 24 is configured so that the mounting table 2 can be elevated and lowered between the processing position (shown by a broken line in FIG. 1) and the transfer position of the wafer W below it (also shown by a solid line).
  • three support pins 25 for transferring the wafer W are provided on the lower side of the mounting table 2 in the processing container 10. These support pins 25 are vertically provided by the elevating mechanism 26 so as to be recessed from the upper surface of the mounting table 2 at the delivery position.
  • Reference numeral 22 in the figure indicates a through hole for the support pin 25.
  • annular gas supply unit 4 is installed above the exhaust duct, and a planar light source unit 3 for irradiating the vacuum ultraviolet rays described later is provided in the processing container 10 on the upper surface side of the gas supply unit 4. .. Further, the lid portion 14 is installed so as to cover the upper part of the planar light source portion 3.
  • the gas supply unit 4 is composed of, for example, a laminated body 40 in which four plate bodies 40A to 40D are laminated.
  • the plate body on the upper side (plane light source portion 3 side) is sequentially designated by the reference numerals “40A to 40D” to distinguish them.
  • the distance formed between the plates 40A to 40D arranged one above the other is exaggerated.
  • an opening 41 for passing ultraviolet rays transmitted through the translucent plate 32 of the planar light source unit 3 described later is formed in the central portion, and the entire shape is formed in an annular shape.
  • each of the plate bodies 40A to 40D has an outer diameter of an annulus so that the position of the outer peripheral edge portion is arranged at a position farther from the center of the opening 41 as much as the plate body 40A on the upper side (plane light source portion 3 side). Is configured to grow gradually.
  • the configuration of the plate body 40A will be described as an example.
  • a plurality of groove portions 42 extending in the radial direction are formed at intervals in the circumferential direction from the outer peripheral edge portion to the inner peripheral side end portion. ..
  • a hole portion 42A for communicating the annular groove 45 and the groove portion 42 is formed so as to penetrate the plate body 40A in the thickness direction.
  • the lower surface of each of the peripheral edges of the laminated body 40 is supported by the annular support portion 43.
  • the support portion 43 has support surfaces 44A to 44D in which stepped notches are formed according to the outer diameters of the plate bodies 40A to 40D, and the outer peripheral side ends of these support surfaces 44A to 44D are formed.
  • An annular groove 45 is formed along the circumferential direction.
  • Each of the annular grooves 45 is connected to a processing gas introduction path 46 extending from the annular groove 45 to the outer peripheral side (in FIG. 2, only the processing gas introduction path 46 corresponding to the plate body 40A is described).
  • the gas supply units 601 to 604 are connected to the processing gas introduction paths 46 corresponding to the plates 40A to 40D.
  • the processing gas supply units corresponding to the plates 40A to 40D will be referred to as the first to fourth gas supply units 601 to 604 in this order.
  • the first gas supply unit 601 includes a silane (SiH 4 ) supply source 61 and a supply path 611.
  • a flow rate adjusting unit 612 and a valve V1 are interposed in the SiH 4 gas supply path 611 from the upstream side. Will be set up.
  • the second gas supply unit 602 includes an NH 3 supply source 62 and a supply path 621.
  • the ammonia (NH 3 ) gas supply path 621 is via a flow rate adjusting unit 622 and a valve V2 from the upstream side. Will be set up.
  • the third gas supply unit 603 includes a nitrogen (N 2 ) supply source 63 which is an inert gas and an N 2 gas supply path 631.
  • a flow rate adjusting unit 632 and a valve V3 are interposed in the N 2 gas supply path 631 from the upstream side.
  • Argon (Ar) gas may be supplied as the inert gas instead of nitrogen (N 2 ) gas.
  • Oxygen (O 2 ) gas may be supplied from the third gas supply unit 603.
  • the fourth gas supply unit 604 includes a cleaning gas supply source 64 and a supply path 641 for supplying cleaning gas such as nitrogen trifluoride (NF 3 ) and chlorine trifluoride (ClF 3 ).
  • NF 3 nitrogen trifluoride
  • ClF 3 chlorine trifluoride
  • the fourth gas supply unit 604 may supply etchant gas instead of the cleaning gas.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the planar light source unit 3 (I-I'cross section in FIG. 6), FIG. 5 is a partially enlarged view of the cross section shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a view from above the planar light source unit.
  • FIG. 7 is a plan view of the electrode substrate 31 as viewed from the lower surface side.
  • the planar light source unit 3 of this example is configured to have a substantially square planar shape, and includes a discharge chamber 30 that generates a discharge inside as shown in FIG.
  • the discharge chamber 30 includes an electrode substrate 31 and a translucent plate 32 arranged so as to face each other with a discharge space 30A filled with a gas for plasma conversion.
  • the electrode substrate 31 is a square plate-shaped member made of, for example, alumina.
  • a comb tooth electrode portion 33 made of, for example, gold (Au) is provided on the plate surface (the surface facing the translucent plate 32) facing the discharge space 30A in the electrode substrate 31.
  • the comb tooth electrode portion 33 may be made of silver, copper, nickel, titanium, tungsten or the like.
  • the comb tooth electrode portion 3 has a film thickness of, for example, 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, and can be formed by sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), ion plating, or the like.
  • the comb tooth electrode portion 33 is provided at a position close to each of the two opposing sides of the substantially square electrode substrate 31, and two base portions formed in a band shape extending along each side. It includes electrodes 34A and 34B.
  • a plurality of first tooth electrodes 35A formed linearly so as to extend toward the other base electrode 34B are connected to one base electrode 34A. These plurality of first tooth electrodes 35A are arranged side by side along the extending direction of the base electrode 34A. On the other hand, each first tooth electrode 35A is not connected to the other base electrode 34B, and the tip of the first tooth electrode 35A and the other base electrode 34B are arranged at a distance from each other. Has been done. Further, a plurality of second tooth electrodes 35B formed linearly so as to extend toward the one base electrode 34A are connected to the other base electrode 34B. These plurality of second tooth electrodes 35B are arranged side by side along the extending direction of the base electrode 34B. On the other hand, each of the second tooth electrodes 35B is not connected to one of the base electrodes 34A, and the tip of the second tooth electrodes 35B and the one base electrode 34A are arranged at a distance from each other. Has been done.
  • the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B of this example are formed to have the same length as each other, and when viewed along the extending direction of the base electrodes 34A and 34B, the first tooth electrode 35A And the second tooth electrode 35B are alternately arranged at equal intervals.
  • the widths of the first and second tooth electrodes 35A and 35B are set to 1 mm, and the arrangement interval between the adjacent first tooth electrodes 35A and the second tooth electrodes 35B is set to 1 mm. There is.
  • a dielectric layer 36 which is a dielectric portion of this example, is provided on the surface of the electrode substrate 31 facing the translucent plate 32 so as to cover the surface of the comb tooth electrode portion 33. ..
  • the dielectric layer 36 is formed by applying, for example, glass paste to the surface of the comb tooth electrode portion 33, and is formed to have a film thickness of about 2 ⁇ m to several hundred ⁇ m.
  • the dielectric layer 36 is formed so as to fill the gap between the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B and to cover the entire surface of the comb tooth electrode 33.
  • one base electrode 34A is connected to a high frequency power supply 51 which is a power supply unit for applying high frequency power of, for example, 5 kHz to 50 kHz via a matching device 51A, and the other base electrode 34B is connected to a ground potential. ..
  • the light transmitting plate 32 is made of, for example, sapphire and can transmit ultraviolet rays. Unlike the electrode substrate 31 described above, the translucent plate 32 is not provided with the comb tooth electrode portion 33. Therefore, the ultraviolet rays generated in the discharge space 30A pass through the translucent plate 32 without being blocked by the comb tooth electrode portion 33.
  • gas replacement ports 37 provided for replacing the gas inside the discharge chamber 30 are opened at positions near both ends in the X-axis direction on the upper surface of the discharge chamber 30.
  • a discharge gas supply source 38 for supplying a discharge gas such as a xenon neon mixed gas to the inside of the discharge chamber 30 is connected to the gas replacement port 37.
  • the other gas replacement port 37 is connected to an exhaust unit 39 that exhausts the discharge gas inside the discharge chamber 30.
  • the pressure in the discharge space 30A to which the discharge gas is supplied is adjusted to, for example, a pressure in the range of 0.003 to 3 Pa.
  • a spacer 54, a seal plate 53, and an adhesive layer 52 each formed in an annular shape so as to surround the periphery of the comb tooth electrode portion 33 are arranged in this order from the lower side. It is laminated. Then, the electrode substrate 31 is fixed to the upper surface side of the adhesive layer 52, and the translucent plate 32 is brought into close contact with the lower surface side of the spacer 54 to form a discharge space 30A between the electrode substrate 31 and the translucent plate 32. ing. Further, as shown in FIG.
  • the above-mentioned laminated structure such as the spacer 54 provided on the peripheral edge of the discharge chamber 30 is sandwiched between the upper flange 300 and the lower flange 301, respectively, from above and below the discharge chamber. 30 is closely fixed.
  • Reference numeral 60 in FIGS. 4 and 5 refers to an O-ring for keeping the discharge space 30A airtight.
  • the planar light source unit 3 having the configuration described above, when high frequency power is applied to the first tooth electrode 35A by the high frequency power supply 51, it is between the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B. A discharge (barrier discharge) is generated through the dielectric layer 36. Then, the discharge gas filled in the discharge chamber 30 is excited by this discharge, ultraviolet rays having a peak wavelength in the range of 100 to 200 nm are generated, and the light is transmitted through the translucent plate 32 and irradiated. In the present specification, ultraviolet rays having a peak wavelength in the range of 100 to 200 nm may be referred to as vacuum ultraviolet rays.
  • Examples of the discharge gas from which vacuum ultraviolet rays can be obtained include Ar, Kr, Xe, Ne, D (deuterium), Hg (mercury; 185 nm / 6.5 eV), and CO (carbon dioxide gas; 172.85 nm / 7.2 eV). And so on. Among these, Xe (172 nm / 7.2 eV), Ar (126 nm / 9.8 eV), and Kr (146 nm / 8.5 eV) are preferable (the numbers in parentheses mean the emission center wavelength and photon energy). Further, the discharge gas may contain an inert gas such as nitrogen as a gas for dilution.
  • the xenon neon mixed gas described above is an example of a discharge gas from which vacuum ultraviolet rays can be obtained.
  • the film forming apparatus 1 is provided with a control unit 100.
  • the control unit 100 is composed of, for example, a computer, and has a data processing unit including a program, a memory, and a CPU.
  • a control signal is sent from the control unit 100 to each unit of the film forming apparatus 1, and an instruction (each step) is incorporated to proceed with the film forming process of the interlayer film described later.
  • the program is stored in a storage unit such as a computer storage medium such as a flexible disk, a compact disk, a hard disk, or an MO (magneto-optical disk), and is installed in the control unit 100.
  • the operation of the film forming apparatus 1 according to the present disclosure will be described.
  • the mounting table 2 rises and moves to the processing position.
  • the wafer W is heated to 20 to 300 ° C.
  • the valve V3 is opened to supply the inert gas
  • the valve V16 is opened to exhaust the gas to adjust the pressure in the processing container 10.
  • the valves V1 and V2 are opened to supply SiH 4 gas and NH 3 gas into the processing container 10, and the planar light source unit 3 irradiates the processing container 10 with vacuum ultraviolet rays.
  • SiH 4 gas and NH 3 gas are each activated and decomposed by vacuum ultraviolet rays in the processing container 10, and active species containing Si and N are formed. Then, each of these active species is adsorbed on the wafer W and reacts with each other to form SiN.
  • an ALD (Atomic Layer Deposition) method in which SiH 4 gas and NH 3 gas are alternately supplied to the wafer W or a CVD method in which these gases are simultaneously supplied. May be used.
  • SiH 4 gas is supplied into the processing container 10 containing the wafer W heated on the mounting table 2. Further, the SiH 4 gas is irradiated with vacuum ultraviolet rays from the planar light source unit 3. Then, the active species of SiH 4 is adsorbed on the wafer W to promote the surface reaction, and an amorphous Si film is formed.
  • NH 3 gas is supplied into the processing container 10, and the active species of NH 3 obtained by irradiating with vacuum ultraviolet rays are adsorbed on the wafer W and reacted with the amorphous Si film to form a SiN film.
  • the reaction between the active species of SiH 4 and NH 3 and the deposition of the reaction product in the region other than the surface of the wafer W are suppressed. be able to.
  • vacuum ultraviolet rays are directly absorbed by SiH 4 molecules and NH 3 molecules, and excite and decompose these molecules, so that the reaction can proceed at a relatively low temperature.
  • the progress of the reaction can be suppressed in the region other than the surface of the wafer W, it can be applied to the CVD method in which SiH 4 gas and NH 3 gas are simultaneously supplied.
  • SiH 4 gas and NH 3 gas are simultaneously supplied and activated by vacuum ultraviolet rays.
  • a SiN film can be formed by adsorbing active species of SiH 4 and NH 3 on a wafer W and reacting them with each other.
  • the temperature of the wafer W or the processing gas may rise.
  • the active species are obtained by irradiating with vacuum ultraviolet rays, these temperatures hardly rise, so that the gas can be activated at a low temperature.
  • a SiN film can be formed at a relatively low heating temperature of the wafer W, for example, about 20 to 200 ° C.
  • an excimer lamp is known as a light source for irradiating vacuum ultraviolet rays.
  • two electrodes are arranged in parallel so as to sandwich the discharge space 30A, and vacuum ultraviolet rays generated in the discharge space 30A are irradiated to the outside through a gap formed in one of the electrodes. Therefore, there is a problem that the vacuum ultraviolet rays are blocked by the electrodes formed on the irradiation target side.
  • the planar light source unit 3 includes a discharge chamber 30 in which the electrode substrate 31 and the translucent plate 32 are arranged so as to face each other, and the comb teeth used for discharge are provided only on the electrode substrate 31 side.
  • the electrode portion 33 is arranged.
  • the comb-tooth electrode portion 33 that blocks the vacuum ultraviolet rays is not formed on the translucent plate 32, the vacuum ultraviolet rays generated in the discharge space 30A are not shielded by the comb-tooth electrode portion 33 and are efficiently performed. It is supplied into the processing container 10.
  • the excimer lamp has a discharge space 30A formed in the quartz tube, and if it is directly exposed to the vacuum pressure in the processing container 10, the quartz tube may be damaged. Therefore, when an excimer lamp is used, it is necessary to generate ultraviolet rays by the excimer lamp arranged in the atmosphere and to irradiate the inside of the processing container 10 through a transmission window having pressure resistance.
  • the vacuum ultraviolet rays generated in the discharge space 30A of the excimer lamp are supplied into the processing container 10 after passing through the quartz tube and the transmission window, the attenuation is large and the intensity of the vacuum ultraviolet rays supplied to the processing gas becomes weak. There was a problem. Further, the vacuum ultraviolet rays have a large attenuation when passing through the atmosphere, and in the excimer lamp arranged in the atmospheric atmosphere, the energy loss due to passing through the region other than the quartz tube and the transmission window is also large.
  • one surface of the discharge chamber 30 constituting the discharge space 30A is composed of a translucent plate 32 made of sapphire capable of withstanding vacuum pressure. Therefore, the planar light source unit 3 can be provided directly on the processing container 10 so that the distance between the planar light source unit 3 and the space to which the processing gas is supplied can be shortened. As a result, the vacuum ultraviolet rays generated in the discharge space 30A pass only through the translucent plate 32 and are irradiated into the processing container 10, so that attenuation is suppressed and the vacuum ultraviolet rays are supplied into the processing container 10 in a high energy state. can do.
  • the comb tooth electrode portion 33 provided on the electrode substrate 31 has a configuration in which a plurality of first tooth portion electrodes 35A and second tooth portion electrodes 35B are alternately arranged side by side so as to cover the surface thereof. Is provided with a dielectric layer 36.
  • the laminated structure provided between the translucent plate 32 and the electrode substrate 31 is limited to the spacer 54 and the O-ring 60.
  • Reference numeral 303 in FIG. 8 refers to a through hole, and reference numeral 304 refers to a solder. Therefore, in the configuration of FIG. 8, the adhesive layer 52 and the sealing plate 53 are omitted as compared with the example shown in FIG.
  • the discharge chamber 30 having a laminated structure of the spacer 54 and the O-ring 60 is closely fixed with the discharge chamber 30 sandwiched from above and below by the upper flange 300 and the lower flange 301 (not shown in FIG. 8). Is similar to the example shown in FIG.
  • planar light source unit 3 can be made thin, the film forming apparatus 1 can be miniaturized, and the number of components can be reduced.
  • the electrode substrate 31 may be used as a dielectric portion.
  • the comb tooth electrode portion 33 is formed on the plate surface opposite to the discharge space 30A (the upper surface side of the electrode substrate 31 in the example shown in FIG. 4), and is via the electrode substrate 31 which is a dielectric portion. Power is supplied to the discharge gas in the discharge space 30A.
  • first and second tooth electrodes 35A and 35B it is not an essential requirement to supply power of a common voltage to the plurality of alternately arranged first and second tooth electrodes 35A and 35B.
  • a pair of adjacent first tooth electrodes 35A and second tooth electrodes 35B may be used as one set, and a voltage adjusting unit may be provided to change the voltage of the electric power applied to each set.
  • the strength of the discharge formed by the electrodes 35A and 35B can be adjusted.
  • the horizontal distribution of the plasma density generated by the discharge can be adjusted, and the density of the irradiation energy of the vacuum ultraviolet rays can be adjusted in the horizontal direction.
  • an assist electrode 350 for adjusting the amount of light in the planar light source unit 3 in the horizontal direction may be provided.
  • the assist electrode 350 is provided inside the electrode substrate 31 in a direction (X-axis direction) orthogonal to the extending direction of the first tooth portion electrode 35A and the second tooth portion electrode 35B. It is configured as an extending linear electrode.
  • a plurality of assist electrodes 350 are arranged side by side at equal intervals along the extending direction (Y-axis direction) of the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B.
  • a high frequency power supply 510 is individually connected to each assist electrode 350 so that a voltage can be applied (in FIG.
  • the arrangement direction of the plurality of first tooth electrodes 35A and the plurality of second tooth electrodes 35B (X-axis direction: the extending direction of the base electrodes 34A and 343B.
  • the base electrodes are extended.
  • 34A and 343B are configured so that the lengths of the electrodes 35A and 35B are shorter toward the outer electrode and longer toward the center side electrode when viewed along (not shown).
  • the width D of the region where the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B are arranged adjacent to each other when viewed along the alignment direction is from the edge side to the center. After gradually increasing toward the side, it gradually decreases from the center side toward the edge side. Since the width D of the region affects the plasma density in the discharge space 30A, the horizontal distribution of the plasma density can be adjusted by adjusting the width D.
  • the width D of the region where the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B are arranged adjacent to each other is shorter than that of the planar light source unit 3 shown in FIG. It may be.
  • a region in which the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B are arranged adjacent to each other is not formed, and the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B may be arranged at intervals. .. The inventor has confirmed that electric discharge can occur even in the case of the configuration shown in FIG. 12, and vacuum ultraviolet rays can be generated.
  • the substrate processing apparatus using the planar light source unit 3 of the present disclosure is not limited to the case where it is configured as the film forming apparatus 1.
  • the planar light source unit 3 of the present disclosure may be provided in an etching apparatus for etching the atomic layer on the surface of the wafer W to activate the etching gas. Since the etching gas activated by the vacuum ultraviolet rays has low activity, there is little possibility of over-etching, so that the surface can be uniformly etched.
  • the planar light source unit 3 of the present disclosure may be applied to these devices, low temperature treatment is possible, and the treatment can be performed regardless of the material of the wafer W.
  • the light generated by the planar light source unit 3 is not limited to the vacuum ultraviolet rays.
  • the planar light source unit 3 of the present disclosure can also be used in an apparatus that performs substrate processing by irradiating ultraviolet rays having a wavelength in the range of 200 to 400 nm.
  • a sample of the planar light source unit 3 was prepared and the amount of light was confirmed.
  • the samples of the planar light source unit 3 include sample 1 provided with five first tooth electrodes 35A and five second tooth electrodes 35B, and the first tooth electrode 35A and the second tooth electrode 35B.
  • a sample 2 was prepared, each of which was provided with one each. When high-frequency power was applied to each of the electrodes 35A and 35B to discharge the light, the amount of light emitted by each of the electrodes 35A and 35B per unit area was measured. Was able to get.
  • the amount of light emitted by the electrodes 35A and 35B in the sample 1 and the amount of light emitted by the electrodes 35A and 35B in the sample 2 were almost the same. Therefore, it can be said that even a pair of electrodes 35A and 35B can emit light, and the density of discharge in the horizontal direction can be adjusted by adjusting the voltage applied to each pair of electrodes 35A and 35B.
  • Electrode substrate 32 Translucent plate 33 Comb tooth electrode part 30 Discharge chamber 34A, 34B Base electrode 35A First tooth part electrode 35B Second tooth part electrode 36 Dielectric layer 51 High frequency power supply W wafer

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Abstract

基板を処理するための紫外線を効率的に照射する技術を提供する。放電によりプラズマ化させるためのガスが充填された放電空間を挟んで互いに対向するように配置され、電極基板と紫外線を透過させて照射する透光板とを備えた放電室と、前記ガスをプラズマ化するための電力を供給するために前記電極基板の板面に設けられ、互いに並んで伸びる帯状に形成された２本の基部電極と、一方の前記基部電極に接続され、他方の前記基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第１の歯部電極と、他方の前記基部電極に接続され、一方の前記基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第２の歯部電極と、を前記基部電極の伸びる方向に沿って、並ぶように配置された櫛歯電極部と、前記電極基板に設けられた前記櫛歯電極部と、前記放電空間との間に設けられた誘電体部と、前記櫛歯電極部に電力を供給する電力供給部とを備える。

Description

紫外線を照射する装置、基板を処理する装置、及び紫外線を照射する方法
　本開示は、紫外線を照射する装置、基板を処理する装置、及び紫外線を照射する方法に関する。
　半導体製造プロセスにおいては、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対して、成膜処理、エッチング処理、膜の改質処理などの処理が行われる。このような処理を行うにあたって、例えば処理容器内に供給された処理ガスに対し、高いエネルギーを持った光、例えば紫外線を照射して処理ガスを活性化し、処理を行うことがある。
　特許文献１には、ウエハの全面にＵＶ光を照射することができるように、直管型のランプが間隔を開けて複数本配置されたランプ室を備えた基板処理装置が記載されている。この基板処理装置は、ウエハに塗布した塗布膜に紫外線を照射して当該塗布膜を分解する処理を行う。
特開２０１６－２７６１７号公報
　本開示は、基板を処理するための紫外線を効率的に照射する技術を提供することにある。
　本開示の紫外線を照射する装置は、放電によりプラズマ化させるためのガスが充填された放電空間を挟んで互いに対向するように配置され、電極基板と、プラズマ化した前記ガスより発生した紫外線を透過させて照射する透光板とを備えた放電室と、
　前記ガスをプラズマ化するための電力を供給するために前記電極基板の板面に設けられ、互いに並んで伸びる帯状に形成された２本の基部電極と、一方の前記基部電極に接続され、他方の前記基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第１の歯部電極と、他方の前記基部電極に接続され、一方の前記基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第２の歯部電極と、を有し、前記第１の歯部電極及び前記第２の歯部電極が、前記基部電極の伸びる方向に沿って、並ぶように配置された櫛歯電極部と、
　前記電極基板に設けられた前記櫛歯電極部と、前記放電空間との間に設けられた誘電体部と、
　前記櫛歯電極部に電力を供給する電力供給部とを備える。
　本開示によれば、基板を処理するための紫外線を効率的に照射することができる。
本開示の実施形態に係る面状光源部を適用した成膜装置の一例を示す全体構成図である。 前記成膜装置に設けられているガス供給部の縦断正面図である。 前記ガス供給部に設けられる板体の平面図である。 前記面状光源部の縦断面図である。 前記面状光源部の一部を拡大した縦断面図である。 前記面状光源部の上面側の平面図である。 前記面状光源部における電極基板の下面側平面図である。 面状光源部の他の例を示す縦断面図である。 面状光源部のさらに他の例を示す縦断面図である。 櫛歯電極部の他の例を示す平面図である。 櫛歯電極部のさらに他の例を示す平面図である。 櫛歯電極部のさらに他の例を示す平面図である。 実施例に係る実験結果を示す画像である。
　ＳｉＮ膜を成膜する基板処理装置（以下、「成膜装置」と称する）に対し、本開示に係る紫外線を照射する装置である面状光源部を設けた一実施形態について、図１を参照して説明する。　
　成膜装置１は、ウエハＷを収容する処理容器１０を備えており、この処理容器１０の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が、ゲートバルブ１２により開閉自在に形成されている。処理容器１０の側壁の上部には、例えば外壁に排気口１３２が形成された円環状の排気ダクト１３が配置されている。排気口１３２は、真空排気路１６を介して、例えば真空ポンプよりなる真空排気部１７に接続され、図示しない圧力調節部により、処理容器１０内の圧力が制御される。真空排気路１６に設けられたＶ１６はバルブを指している。
　処理容器１０の内部には、ウエハＷを水平に支持するための載置台２が設けられ、この載置台２には、ウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋設されている。載置台２は、支持部材２４１を介して、昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４は、処理位置（図１中に一点破線で示してある）と、その下方のウエハＷの受け渡し位置（同じく実線で示してある）との間で載置台２を昇降自在に構成される。処理容器１０内の載置台２の下方側には、ウエハＷの受け渡し用の３本（２本のみ図示）の支持ピン２５が設けられている。これらの支持ピン２５は、受け渡し位置にある載置台２の上面に対して突没するように、昇降機構２６により昇降自在に設けられる。図中符号２２は、支持ピン２５用の貫通孔を指す。
　また排気ダクトの上方には、環状のガス供給部４が設置され、さらにガス供給部４の上面側に、処理容器１０内に後述の真空紫外線を照射する面状光源部３が設けられている。さらに面状光源部３の上方を覆うように蓋部１４が設置されている。
　続いてガス供給部４について図２、図３も参照して説明する。ガス供給部４は、例えば４枚の板体４０Ａ～４０Ｄを積層させた積層体４０から構成されている。なお明細書及び図３中では、上部側（面状光源部３側）の板体から順に「４０Ａ～４０Ｄ」の符号を付し区別する。また図２では、上下に積層して配置された板体４０Ａ～４０Ｄの間に形成される間隔を誇張して記載している。　
　各板体４０Ａ～４０Ｄには、中央部に、後述の面状光源部３の透光板３２を透過した紫外線を通過させる開口部４１が形成され、全体形状が円環状に構成されている。各板体４０Ａ～４０Ｄの開口部４１は、夫々同じ直径で形成される。一方各板体４０Ａ～４０Ｄは、上部側（面状光源部３側）の板体４０Ａほど外周縁部の位置が開口部４１の中心から遠い位置に配置されるように、円環の外径が次第に大きくなるように構成されている。
　板体４０Ａ～４０Ｄほぼ同じ構成であることから板体４０Ａの構成を例に説明する。図３に示すように板体４０Ａの上面には、外周縁部から内周側端部に至るように、径方向に沿って伸びる溝部４２が、周方向に間隔を空けて複数形成されている。さらに板体４０Ａの外周縁部の部位には、後述する環状溝４５と溝部４２とを連通させるための孔部４２Ａが、板体４０Ａを厚さ方向に貫通するように形成されている。これらの板体４０Ａ～４０Ｄを上下に積層し、さらにこの積層体４０の上面に面状光源部３（詳しくは後述するが、面状光源部３における下フランジ３０１の下面）を密着させて配置することにより、上下に重なり合う各板体４０Ａ～４０Ｄ間、及び面状光源部３との間に、各々、外周部から内周部（開口部４１の縁部）まで伸びるガス供給路が形成される
　積層体４０の周縁部は、各々、環状の支持部４３によってその下面を支持される。支持部４３は、各板体４０Ａ～４０Ｄの外径に合わせて階段状の切り欠きが形成された支持面４４Ａ～４４Ｄを有しており、これら支持面４４Ａ～４４Ｄの外周側端部には周方向に沿って各々環状溝４５が形成されている。そして各環状溝４５には、環状溝４５から外周側に延在する処理ガス導入路４６が夫々接続されている（図２では、板体４０Ａに対応する処理ガス導入路４６のみを記載）。そして各板体４０Ａ～４０Ｄに対応する処理ガス導入路４６には、ガス供給部６０１～６０４が接続される。以下板体４０Ａ～４０Ｄに対応する処理ガス供給部の順に第１～第４のガス供給部６０１～６０４と呼ぶものとする。
　第１のガス供給部６０１は、シラン（ＳｉＨ４）供給源６１及び供給路６１１を含むものであり、例えばＳｉＨ４ガス供給路６１１には、上流側から流量調整部６１２、及びバルブＶ１が介設される。第２のガス供給部６０２は、ＮＨ３供給源６２及び供給路６２１を含むものであり、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス供給路６２１には、上流側から流量調整部６２２、及びバルブＶ２が介設される。
　また、第３のガス供給部６０３は、不活性ガスである窒素（Ｎ２）供給源６３及びＮ２ガス供給路６３１を含む。Ｎ２ガス供給路６３１には、上流側から流量調整部６３２及びバルブＶ３が介設される。不活性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスに代えてアルゴン（Ａｒ）ガスを供給してもよい。第３のガス供給部６０３からは、酸素（Ｏ２）ガスを供給してもよい。さらに、第４のガス供給部６０４は、三フッ化窒素（ＮＦ３）や三フッ化塩素（ＣｌＦ３）などのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給源６４及び供給路６４１を含むものである。クリーニングガス供給路６４１は、上流側から流量調整部６４２及びバルブＶ４が介設される。第４のガス供給部６０４はクリーニングガスに代わりエッチャントガスを供給してもよい。
　続いて面状光源部３について説明する。図４は、面状光源部３の断面図（図６中のＩ－Ｉ´断面）、図５は、図４に示す断面の部分拡大図、図６は、面状光源部の上方から見た平面図、図７は、電極基板３１を下面側から見た平面図である。なお図４では、記載が煩雑になることを避けるため後述する接着層５２、シール板５３、及び誘電体層３６の記載を省略している。
　本例の面状光源部３は、平面形状が概略正方形に構成され、図４に示すように内部に放電を発生させる放電室３０を備えている。放電室３０は、プラズマ化させるためのガスが充填される放電空間３０Ａを挟んで互いに対向するように配置された電極基板３１と透光板３２とを備える。
　電極基板３１は、例えばアルミナにより構成される角板状の部材である。電極基板３１における放電空間３０Ａに臨む板面（透光板３２と対向する面）には、例えば金（Ａｕ）製の櫛歯電極部３３が設けられる。櫛歯電極部３３は、銀、銅、ニッケル、チタン、タングステンなどで構成されていてもよい。櫛歯電極部３は、例えば膜厚が１μｍ～１００μｍであり、スパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、イオンプレーティングなどにより形成することができる。　
　図７に示すように、櫛歯電極部３３は、概略正方形状の電極基板３１における対向する２つの辺の近傍位置に夫々設けられ、各辺に沿って伸びる帯状に形成された２本の基部電極３４Ａ、３４Ｂを備えている。
　一方の基部電極３４Ａには、他方の基部電極３４Ｂに向かって伸び出すように線状に形成された複数の第１の歯部電極３５Ａが接続されている。これら複数本の第１の歯部電極３５Ａは、基部電極３４Ａの伸びる方向に沿って並べて配置されている。一方、各第１の歯部電極３５Ａは、他方の基部電極３４Ｂには接続されておらず、これら第１の歯部電極３５Ａの先端部と、他方の基部電極３４Ｂとは間隔をあけて配置されている。
　また他方の基部電極３４Ｂには、一方の基部電極３４Ａに向かって伸び出すように線状に形成された複数の第２の歯部電極３５Ｂが接続されている。これら複数本の第２の歯部電極３５Ｂは、基部電極３４Ｂの伸びる方向に沿って並べて配置されている。一方、各第２の歯部電極３５Ｂは、一方の基部電極３４Ａには接続されておらず、これら第２の歯部電極３５Ｂの先端部と、一方の基部電極３４Ａとは間隔をあけて配置されている。
　本例の第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂは、互いに同じ長さで形成され、基部電極３４Ａ、３４Ｂの伸びる方向に沿って見たとき、第１の歯部電極３５Ａと、第２の歯部電極３５Ｂとが交互に等間隔に並べて配置されている。なお第１及び第２の歯部電極３５Ａ、３５Ｂの幅は、１ｍｍに設定され、隣り合う第１の歯部電極３５Ａと第２の歯部電極３５Ｂとの配置間隔は、１ｍｍに設定されている。
　また図５に示すように、電極基板３１における透光板３２と対向する面には、櫛歯電極部３３の表面を覆うように、本例の誘電体部である誘電体層３６が設けられる。誘電体層３６は、例えばガラスペーストを櫛歯電極部３３の表面に塗布して形成され、２μｍ～数１００μｍ程度の膜厚に形成される。そして誘電体層３６は、第１の歯部電極３５Ａと第２の歯部電極３５Ｂとの間の隙間を埋めると共に、櫛歯電極部３３の表面全体を覆うように形成されている。また一方の基部電極３４Ａは、整合器５１Ａを介して例えば５ｋＨｚ～５０ｋＨｚの高周波電力を印加する電力供給部である高周波電源５１に接続され、他方の基部電極３４Ｂは、接地電位に接続されている。
　次いで透光板３２の構成について述べる。透光板３２は、例えばサファイヤにより構成され、紫外線を透過させることができる。既述の電極基板３１と異なり、透光板３２には、櫛歯電極部３３は設けられていない。従って、放電空間３０Ａで発生した紫外線は、櫛歯電極部３３によって遮られることなく透光板３２を透過する。
　また図６に示すように、放電室３０の上面におけるＸ軸方向両端寄りの位置には、夫々放電室３０の内部のガスを置換するために設けられたガス置換口３７が開口している。一方のガス置換口３７には、例えばキセノンネオン混合ガスなどの放電ガスを放電室３０内部に供給するための放電ガス供給源３８が接続されている。また他方のガス置換口３７は、放電室３０内部の放電ガスを排気する排気部３９に接続されている。放電ガスが供給された放電空間３０Ａ内の圧力は、例えば０．００３～３Ｐａの範囲内の圧力に調節される。
　図５に示すように、放電室３０の周縁部には、櫛歯電極部３３の周囲を囲むように夫々角環状に形成されたスペーサー５４、シール板５３及び接着層５２が下方側からこの順に積層されている。そして、接着層５２の上面側に電極基板３１を固定し、スペーサー５４の下面側に透光板３２を密着させることにより、電極基板３１と透光板３２との間に放電空間３０Ａを形成している。
　さらに図４に示すように、放電室３０の周縁部に設けられたスペーサー５４等の既述の積層構造は、夫々角環状の上フランジ３００及び下フランジ３０１により上下から挟まれた状態で放電室３０が密着固定されている。図４、５中の符号６０は、放電空間３０Ａを気密に保つためのＯ－リングを指す。
　以上に説明した構成を備える面状光源部３においては、高周波電源５１により第１の歯部電極３５Ａに高周波電力を印加すると、第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂの間に誘電体層３６を介して放電（バリア放電）が発生する。そしてこの放電により放電室３０内部に充填された放電ガスが励起され、１００～２００ｎｍの範囲にピーク波長を持つ紫外線が発生し、透光板３２を透過して照射される。なお１００～２００ｎｍの範囲にピーク波長を持つ紫外線を本明細書中では、真空紫外線と示すこともある。
　真空紫外線が得られる放電ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎｅ、Ｄ（重水素）、Ｈｇ(水銀；１８５ｎｍ／６．５ｅＶ）、ＣＯ（炭酸ガス；１７２．８５ｎｍ／７．２ｅＶ）などを挙げることができる。これらの中でも、Ｘｅ（１７２ｎｍ／７．２ｅＶ）、Ａｒ（１２６ｎｍ／９．８ｅＶ）、Ｋｒ（１４６ｎｍ／８．５ｅＶ）が好ましい（カッコ内は発光中心波長とフォトンエネルギーを意味する）。また、放電ガスには、希釈用のガスとして、窒素などの不活性ガスを含むことができる。既述のキセノンネオン混合ガスは、真空紫外線が得られる放電ガスの一例である。
　また成膜装置１は制御部１００を備えている。制御部１００は、例えばコンピュータよりなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを含むデータ処理部を有している。プログラムは、制御部１００から成膜装置１の各部に制御信号を送り、後述の中間膜の成膜処理を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれる。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等の記憶部に格納されて制御部１００にインストールされる。
　本開示に係る成膜装置１の作用について説明する。まず載置台２にウエハＷが載置されると、載置台２が上昇し処理位置に移動する。しかる後、ウエハＷが２０～３００℃に加熱される。さらにバルブＶ３を開き不活性ガスを供給する共にバルブＶ１６を開いて排気を行い処理容器１０内の圧力を調節する。　
　次いでバルブＶ１、Ｖ２を開いて、処理容器１０内にＳｉＨ４ガス及びＮＨ３ガスを供給すると共に、面状光源部３により処理容器１０内に真空紫外線を照射する。これにより処理容器１０内にてＳｉＨ４ガス及びＮＨ３ガスが各々真空紫外線により活性化・分解して、ＳｉやＮを含む活性種が形成される。そしてこれらの活性種が夫々ウエハＷに吸着し、互いに反応してＳｉＮとなる。
　上述の反応を進行させるＳｉＮ膜の成膜法として、ウエハＷにＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスとを交互に供給するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法とこれらのガスを同時供給するＣＶＤ法とのいずれを用いてもよい。　
　このＡＬＤ法の場合には、まず載置台２上で加熱されているウエハＷを収容した処理容器１０内にＳｉＨ４ガスを供給する。さらにこのＳｉＨ４ガスに対し、面状光源部３から真空紫外線を照射する。そして、ＳｉＨ４の活性種をウエハＷに吸着させて表面反応を進行させ、アモルファスＳｉ膜を成膜する。次いで処理容器１０内にＮＨ３ガスを供給し、真空紫外線を照射して得られたＮＨ３の活性種をウエハＷに吸着させて、アモルファスＳｉ膜と反応させてＳｉＮ膜を成膜する。このときＡＬＤ法においては、ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスとを異なるタイミングで供給することにより、ウエハＷの表面以外の領域におけるＳｉＨ４及びＮＨ３の活性種同士反応、反応生成物の堆積を抑えることができる。
　一方、真空紫外線は、直接、ＳｉＨ４分子やＮＨ３分子に吸収され、これらの分子を励起・分解するので、比較的低温で反応を進行させることができる。この結果、ウエハＷの表面以外の領域における反応の進行を抑えることができるため、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガスの同時供給を行うＣＶＤ法にも適用することができる。　
　ＣＶＤ法においては、ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスとを同時供給し、真空紫外線により活性化している。ＳｉＨ４やＮＨ３の活性種をウエハＷに吸着させて互いに反応させることによりＳｉＮ膜を成膜することができる。このようにＳｉＨ４ガス及びＮＨ３ガスを処理容器内に同時に供給し、活性化させて成膜することにより、成膜処理に要する時間を短縮することができる。
　ここで光エネルギーとして例えば赤外線などを用いた場合には、ウエハＷや処理ガス（ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス）の温度が上昇してしまうこともある。これに対して真空紫外線を照射して活性種を得る場合には、これらの温度がほとんど上昇しないため、低い温度でガスを活性化することができる。このように真空紫外線を用いてガス活性化することでることで、例えば２０～２００℃程度の比較的低いウエハＷの加熱温度にてＳｉＮ膜を成膜することができる。低い温度で成膜することでウエハＷなどの基板や成膜された膜への熱によるダメージが小さくなる。また、比較的低いウエハＷの加熱温度にて、ステップカバレッジや平坦性に優れた成膜を行うことができる。このように平坦性に優れた成膜を行うことによりウエハＷ表面に配線など凹凸がある場合でも、表面をきれいに覆う膜を形成できるため、埋め込み層やバルク層からのリーク電流を少なくすることができる。
　成膜に限らず、次世代の基板処理においては、デバイスの微細化と低電圧化に伴いプラズマを起因とするチャージアップによる膜破壊や高速粒子の打ち込み、及び高熱による膜や基板変質の少ない低ダメージ処理が求められている。このような処理に真空紫外線を用いた基板処理装置は適している。
　また例えば真空紫外線を照射する光源としてはエキシマランプが知られている。エキシマランプは、放電空間３０Ａを挟むように２枚の電極を平行に配置し、放電空間３０Ａ内にて発生した真空紫外線を一方の電極に形成した隙間から外部に照射している。そのため照射対象側に形成された電極によって真空紫外線が遮られてしまう問題がある。
　この点、本開示に係る面状光源部３は、電極基板３１と、透光板３２とを対向するように配置した放電室３０を備え、電極基板３１側のみに、放電に用いられる櫛歯電極部３３を配置している。一方、透光板３２には、真空紫外線を遮る櫛歯電極部３３が形成されていないため、放電空間３０Ａにて発生した真空紫外線が櫛歯電極部３３により遮蔽されることなく、効率的に処理容器１０内へと供給される。
　またエキシマランプは、石英管内に放電空間３０Ａが形成されており、処理容器１０内の真空圧力に直接さらしてしまうと、石英管が破損するおそれがある。そのためエキシマランプを用いる場合には、大気雰囲気に配置したエキシマランプにて紫外線を発生させ、さらに耐圧性を有する透過窓を介して処理容器１０内に照射する必要がある。しかしながらエキシマランプの放電空間３０Ａ内で発生した真空紫外線は石英管及び透過窓を透過してから処理容器１０内に供給されるため、減衰が大きく処理ガスに供給される真空紫外線の強度が弱くなる問題があった。さらに真空紫外線は、大気中を通過するときの減衰も大きく、大気雰囲気に配置したエキシマランプでは、石英管及び透過窓以外の領域を通過することに伴うエネルギー損失も大きい。
　これに対して本開示に係る面状光源部３は、放電空間３０Ａを構成する放電室３０ の一面を真空圧力に耐えうるサファイヤ製の透光板３２で構成している。そのため処理容器１０に直接、面状光源部３を設け、面状光源部３と、処理ガスが供給される空間との距離を近くすることができる。この結果、放電空間３０Ａにて発生した真空紫外線は、透光板３２のみを通過して処理容器１０内に照射されるため、減衰を抑え、高いエネルギー状態で真空紫外線を処理容器１０内に供給することができる。
　さらに電極基板３１に設けられている櫛歯電極部３３は、複数の第１の歯部電極３５Ａと第２の歯部電極３５Ｂとが交互に並べて配置された構成を備え、その表面を覆うように誘電体層３６を設けている。かかる構成の櫛歯電極部３３を利用することにより、面状の領域内に向けて、より一様な真空紫外線を供給することができる。
　次いで面状光源部３の他の例について図８を参照して説明する。この例では、透光板３２と電極基板３１との間に設ける積層構造を、スペーサー５４及びＯ－リング６０のみとしている。図８中の符号３０３は、スルーホールを指し、符号３０４ははんだを指す。従って図８の構成は、図５に示した例と比較して接着層５２及びシール板５３を省略していることになる。そしてスペーサー５４及びＯ－リング６０の積層構造の放電室３０が、上フランジ３００及び下フランジ３０１（図８においては不図示）により上下から放電室３０が挟まれた状態で密着固定されている点は、図４に示す例と同様である。この構成では、接着層５２を設けないことにより、接着層５２からの脱離物が放電空間３０Ａに進入し、発光が阻害されることを抑制することができる。また面状光源部３を薄くすることができ、成膜装置１を小型化することができると共に、構成部品を減らすことができる。
　このほか、誘電体材料によって電極基板３１を構成することにより、当該電極基板３１を誘電体部として利用してもよい。この場合には、櫛歯電極部３３は、放電空間３０Ａとは反対側の板面（図４に示す例では電極基板３１の上面側）に形成され、誘電体部である電極基板３１を介して放電空間３０Ａ内の放電ガスに電力が供給される。
　次いで櫛歯電極部３３のバリエーションについて、いくつか例を挙げる。
　図７に示すように、交互に配置された複数の第１及び第２の歯部電極３５Ａ、３５Ｂについて、共通の電圧の電力を供給することは必須の要件ではない。例えば隣り合う一対の第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂを一つの組として各組ごとに印加する電力の電圧を変更する電圧調節部を設けてもよい。各電極３５Ａ、３５Ｂの組に印加する電圧を調節することで電極３５Ａ、３５Ｂにより形成される放電の強さを調節することができる。この結果、放電により生成するプラズマ密度の水平分布を調節することができ、真空紫外線の照射エネルギーの密度を水平方向で調節することができる。
　また面状光源部３における光量を水平方向で調節するためのアシスト電極３５０を設けてもよい。例えば図９に示す例では、アシスト電極３５０は、電極基板３１の内部に設けられ、第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂの伸びる方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に伸びる線状の電極として構成される。電極基板３１内には、複数のアシスト電極３５０が、第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂの伸びる方向（Ｙ軸方向）に沿って、等間隔で並べて設置されている。さらに各アシスト電極３５０に夫々個別に高周波電源５１０を接続し電圧を印加できるように構成する（図９では、一つのアシスト電極３５０に接続された高周波電源５１０のみを記載）。このように構成し、各アシスト電極３５０に供給する電圧を夫々調節することで、放電空間３０Ａ内の放電ガスに供給される電力の増加量がアシスト電極３５０毎に調節される。このため、放電室３０内で放電により発生するプラズマ密度の水平分布を調節することができる。
　また第１の電極及び第２の電極の他の構成例について図１０～図１２を参照しながら説明する。　
　図１０に示す例は、複数の第１の歯部電極３５Ａ及び複数の第２の歯部電極３５Ｂの配列方向（Ｘ軸方向：基部電極３４Ａ、３４３Ｂの伸びる方向。但し、図１０において基部電極３４Ａ、３４３Ｂは不図示）に沿って見たときに、電極３５Ａ、３５Ｂの長さを外側の電極ほど短く、中心側の電極ほど長くした構成である。この構成によれば、前記並び方向に沿って見たとき、第１の歯部電極３５Ａと第２の歯部電極３５Ｂとが隣り合って配置される領域の幅Ｄが、縁部側から中央側へ向けて次第に増加した後、中央側から縁部側へ向けて次第に減少する構成となる。前記領域の幅Ｄは、放電空間３０Ａにおけるプラズマの密度に影響を与えるので、当該幅Ｄを調節することにより、プラズマ密度の水平分布を調節することができる。
　また図１１に示すように、図４に示した面状光源部３と比較して第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂが隣り合って配置される領域の幅Ｄが短くなるようにしてもよい。さらには、図１２に示すように第１の歯部電極３５Ａと第２の歯部電極３５Ｂとが隣り合って配置された領域が形成されておらず、間隔をあけて配置した構成としてもよい。発明者は、図１２に示す構成の場合にも放電が起こり、真空紫外線を発生させることができることを確認している。
　またここで、図１～図１２を用いて説明した実施の形態においては、本開示に係る基板処理装置を成膜装置１に適用した例について説明した。一方、本開示の面状光源部３を利用した基板処理装置は、成膜装置１として構成する場合に限定されない。　
　例えばウエハＷの表面の原子層をエッチングするエッチング装置に本開示の面状光源部３を設け、エッチングガスを活性化してもよい。真空紫外線により活性化されたエッチングガスは活性が低いためエッチングしすぎるおそれが小さい、そのため表面の均一にエッチングすることができる。
　さらに基板表面の改質を行うキュア装置に適用してもよい。例えばＬｉ固体電池の製造工程において、各薄膜を成膜するときに膜を無機化する装置に適用してもよい。さらには基板表面に付着した有機物に真空紫外線を照射して揮発させる基板洗浄装置に適用してもよい。これらの装置に、真空紫外線を発生させる本開示の面状光源部３を適用した場合においても低温処理が可能でなり、ウエハＷの材質を選ばずに処理を行うことができる。　
　なおここで、面状光源部３を用いて発生させる光は真空紫外線に限定されるものではない。例えば波長が２００～４００ｎｍの範囲の紫外線を照射して基板処理を行う装置にも、本開示の面状光源部３は利用することができる。
　今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
［実施例］
　本開示に係る面状光源部３の効果を検証するため、面状光源部３のサンプルを作成し、光量の確認を行った。面状光源部３のサンプルは、第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂを夫々５本ずつ備えたサンプル１と、第１の歯部電極３５Ａ及び第２の歯部電極３５Ｂを夫々１本ずつ備えたサンプル２とを作成した。各電極３５Ａ、３５Ｂに高周波電力を印加して放電させたときに、各電極３５Ａ、３５Ｂの発する単位面積当たりの光量を測定したところ、すべての電極３５Ａ、３５Ｂにて１２０μＷ／ｃｍ２程度の光量を得ることができていた。また単位面積当たりの光量で比較したとき、サンプル１において各電極３５Ａ、３５Ｂが発する光量及びサンプル２において電極３５Ａ、３５Ｂが発する光量はほぼ同等であった。従って電極３５Ａ、３５Ｂは一対であっても発光させることができ、電極３５Ａ、３５Ｂの対ごとに印加する電圧を調節することで水平方向の放電の密度を調節することもできると言える。
３１　　　　　　　　　電極基板
３２　　　　　　　　　透光板
３３　　　　　　　　　櫛歯電極部
３０　　　　　　　　　放電室
３４Ａ、３４Ｂ　　　　基部電極
３５Ａ　　　　　　　　第１の歯部電極
３５Ｂ　　　　　　　　第２の歯部電極
３６　　　　　　　　　誘電体層
５１　　　　　　　　　高周波電源
Ｗ　　　　　　　　　　ウエハ

 

Claims (13)

  1. 　紫外線を照射する装置であって、
    　放電によりプラズマ化させるためのガスが充填された放電空間を挟んで互いに対向するように配置され、電極基板と、プラズマ化した前記ガスより発生した紫外線を透過させて照射する透光板とを備えた放電室と、
    　前記ガスをプラズマ化するための電力を供給するために前記電極基板の板面に設けられ、互いに並んで伸びる帯状に形成された２本の基部電極と、一方の前記基部電極に接続され、他方の前記基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第１の歯部電極と、他方の前記基部電極に接続され、一方の前記基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第２の歯部電極と、を有し、前記第１の歯部電極及び前記第２の歯部電極が、前記基部電極の伸びる方向に沿って、並ぶように配置された櫛歯電極部と、
    　前記電極基板に設けられた前記櫛歯電極部と、前記放電空間との間に設けられた誘電体部と、
    　前記櫛歯電極部に電力を供給する電力供給部とを備えた、装置。
  2. 　前記透光板には、前記櫛歯電極部が設けられていない、請求項１に記載の装置。
  3. 　前記紫外線は、１００～２００ｎｍの範囲内の波長を有する、請求項１または２に記載の装置。
  4. 　前記櫛歯電極部は、前記電極基板における前記放電空間内に臨む板面に形成され、前記誘電体部は、前記櫛歯電極を覆うように設けられた誘電体層により構成される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
  5. 　前記誘電体層はガラスペーストを塗布して形成される、請求項４に記載の装置。
  6. 　前記櫛歯電極部は、前記電極基板における前記放電空間とは反対側の板面に形成され、前記誘電体部は、誘電体材料からなる前記電極基板により構成される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
  7. 　前記基部電極の伸びる方向に沿って、前記第１の歯部電極及び前記第２の歯部電極が交互に配置された、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置。
  8. 　前記基部電極の伸びる方向に沿って見たとき、前記第１の歯部電極と前記第２の歯部電極とが隣り合って配置される領域が形成されるように配置された、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 　前記第１の歯部電極及び前記第２の歯部電極と直交する方向に設けられ、各々、電力が供給されることにより、その下方側の領域にて前記ガスに供給される電力を調節するための複数のアシスト電極を有する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の装置。
  10. 　基板を処理する装置において、
    　内部に前記基板を載置する載置台が設けられた処理容器と、
    　請求項１ないし９のいずれか一項に記載の紫外線を照射する装置と、を有し、
    　前記紫外線を照射する装置は、前記透光板が前記基板と対向するように配置され、前記透光板を透過した紫外線を前記処理容器内に照射することにより前記基板を処理する装置。
  11. 　前記透光板の下面側の外周領域に設けられ、
    　前記透光板を透過した紫外線を通過させる開口部を有する環状の板体を複数積層させた積層体からなり、上下に積み重なった前記板体同士の間、または前記板体の上面と前記透光板の下面との間に設けられ、端部が前記開口部の縁部にて開口する複数の溝状のガス流路を介して水平方向に向けて前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部を有する、請求項１０記載の装置。
  12. 　紫外線を照射する方法であって、
    　互いに対向するように配置された電極基板と、透光板とに挟まれた放電空間に対し、プラズマ化させるためのガスを充填する工程と、
    　前記電極基板の板面に、互いに並んで伸びるように帯状に形成された２本の基部電極と、一方の前記基部電極に接続され、他方の前記基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第１の歯部電極と、他方の前記基部電極に接続され、一方の基部電極に向かって伸びだすように線状に形成された複数の第２の歯部電極と、を有し、前記第１の歯部電極及び前記第２の歯部電極が、前記基部電極の伸びる方向に沿って、並ぶように配置された櫛歯電極部に対して電力を供給することにより、前記電極基板に設けられた前記櫛歯電極部と、前記放電空間との間に設けられた誘電体部を介して、前記ガスに前記電力を供給して当該ガスをプラズマ化する工程と、
    　前記ガスのプラズマ化により発生した紫外線を、前記透光板を透過させて照射する工程と、を有する方法。
  13. 　前記紫外線は、１００～２００ｎｍの範囲内の波長を有する、請求項１２に記載の方法。

     
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