プラズマ処理装置
【課題】カーボン膜を成膜するプラズマ処理装置において、スループットを犠牲にすることなく、排気系への付着物の堆積を最小とし、ほとんどウェットクリーニングの必要のない、稼働率の高い装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１００は、反応室１０１と排気ポンプ１２４とが排気配管１３２により相互に接続されると共に、前記排気配管には上流側から順に主排気弁１２２と圧力制御弁１２３とが設けられ、前記反応室１０１内でハイドロカーボンを含むガスをプラズマ化し、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成する。反応室１０１と主排気弁１２２との間には、反応室１１９が設けられ、反応室内において、反応室１０１からの排気ガスにプラズマ処理が行われると共に、酸化性のラジカルが発生するように構成されている。
【解決手段】プラズマ処理装置１００は、反応室１０１と排気ポンプ１２４とが排気配管１３２により相互に接続されると共に、前記排気配管には上流側から順に主排気弁１２２と圧力制御弁１２３とが設けられ、前記反応室１０１内でハイドロカーボンを含むガスをプラズマ化し、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成する。反応室１０１と主排気弁１２２との間には、反応室１１９が設けられ、反応室内において、反応室１０１からの排気ガスにプラズマ処理が行われると共に、酸化性のラジカルが発生するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に反応室内部、及び真空排気系配管内部へのカーボン系副生成物の堆積抑制機構及びクリーニング機構を装備したプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路のパターン加工に、アッシング可能なハードマスクとしてプラズマＣＶＤ法により成膜可能なカーボン系の膜が用いられるようになってきた（以下「カーボン膜」という）。このカーボン膜は、例えば図３に模式的に示すような平行平板型のプラズマ処理装置を用いて成膜される。
【０００３】
以下、図３の処理装置の構成及びそれを用いた成膜手順について説明する。
【０００４】
図３に示すように、プラズマ処理装置３００は、成膜が行われる空間を構成する反応室３０１と、反応室３０１内に所定のガスを供給するための供給系と、反応容器３０１からの排気ガスを排気する排気系とに大別される。また、プラズマ処理装置３００は、成膜を行う成膜シーケンスと、後述するクリーニングシーケンスとを行う制御手段を備えている。
【０００５】
反応室３０１は、例えば円柱状の内部空間を構成しており、その内部には、成膜対象（被成膜体）である基板３０３を支持するステージ３０２と、該ステージ３０２の上方に配置されたシャワープレート３０８とが配置されている。シャワープレート３０８には、ＲＦ電源３０７からの電力が、不図示のインピーダンスマッチングボックスを介して供給されるようになっている。
【０００６】
ステージ３０２は、平行平板電極のアノード電極を兼ねており、対となるカソード電極はシャワープレート３０８が兼ねている。ステージ３０２にはヒータが内蔵されており、使用時には、例えば１５０〜５５０℃程度に加熱される。図３の構成では、ステージ３０２は昇降自在に構成されており、このステージ３０２が下降端位置にあるときに、ステージ上面に基板３０３が配置されるようになっている。具体的には、基板３０３は、スリットバルブ３０５を介してステージ上に置かれ、その後、ステージ３０２が上方に移動する構成となっている。
【０００７】
供給系としては、反応室内にヘリウムなどのキャリアガスと共にハイドロカーボン（CxHy）系のソースガスを導入するためのガスライン３０９と、酸素を導入するためのガスライン３１１と、水素を導入するためのガスライン３１４とが設けられている。
【０００８】
排気系としては、反応室３０１を囲んでドーナツ状に形成された排気室３０４と、ガスを排気室３０４から外部へと排出するための排気ポンプ３２４等が配置されている。排気室３０４と排気ポンプ３２４とは、排気配管３３２により相互に接続されており、排気配管上には主排気バルブ３２２及び圧力制御弁３２３が設けられている。
【０００９】
なお、排気ポンプ３２４に引き込まれたガスは、排気ポート３２５を通じて外部に送出される。また、排気室３０４が反応室３０１を囲むように形成されているということは、例えば、排気口が反応室外周の一部にのみ形成されている構成と比較して、排気を均一的に行うことができることを意味する。
【００１０】
上記のような構成を有するプラズマ処理装置３００は、次のようにして使用される。まず、成膜対象である基板３０３を、スリットバルブ３０５を介してステージ３０２上に配置する。その後、ステージ３０２の高さ調整がされ、基板３０３が、シャワープレート３０８に対向する位置まで上昇する。また、ステージ３０２内のヒータが所定のタイミングで駆動され、ステージ３０２が加熱される。
【００１１】
次いで、ガスライン３０９から上記ハイドロカーボン系のソースガスを反応室３０１内に導入する。導入されたガスは、シャワープレート３０８を介して、図示矢印に基板３０３上に供給される。ガスが供給された後、ステージ３０２（アノード）とシャワープレート３０８（カソード）との間にＲＦ電圧を印加する。これにより、プラズマ３０６が生成され、導入されたハイドロカーボン系のガス分子が重合し、基板３０３表面にカーボン膜が形成されることとなる。なお、反応室３０１に生じた排気ガスは、排気ポンプ３２４を駆動源として、排気室３０４及び排気配管３２２等を介して外部に送出される。
【００１２】
ところで、上記のような成膜処理を行った場合、基板表面のみならず反応室３０１の内壁や排気配管３２２の内壁等の不要部分にも、付着物が堆積することとなる。このようにして堆積した付着物は、その成膜が進むにつれてより剥がれ易くなる。剥がれた付着物が飛散し、成膜対象である基板３０３に付着すれば、パーティクル発生の原因ともなり得る。そこで、こうした問題を解決するために、従来、前記成膜処理を所定回数行う度にクリーニングを行い、反応室３０１や排気配管３３２内に堆積した付着物を除去する作業が行われていた。
【００１３】
このクリーニングとしては、具体的には、酸素プラズマで処理する方法や、酸素と水素の混合ガスをプラズマ化して処理する方法や、酸素プラズマ（酸化雰囲気）で処理した後に水素プラズマ（還元雰囲気）で処理するなどの方法がある。（これら処理方法につき、特許文献１、２参照）
一例を簡単に説明すると、まず、ガスライン３１４から酸素を反応室内に導入すると共に、圧力制御弁３２３を動作させて圧力を数Torrに制御する。そして、シャワープレート３０８とステージ３０２の間にＲＦ電圧を印加することで酸素プラズマを発生させ、これにより生じた酸素ラジカルによってシャワープレート３０８表面、ステージ３０２、及び反応室３０1の内壁等に堆積した付着物がアッシングされ、除去される。
【特許文献１】特開平７−７８８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記方法では反応室内で直接プラズマに曝される部分近傍の付着物は除去できるものの、反応室内の直接プラズマに晒されることのない部分や、排気室３０４、排気系配管３３２内壁に堆積した付着物は除去困難であった。
【００１５】
特に、排気系配管３３２内には、気相中で形成された炭化水素重合体を起源とする茶褐色パウダー状や黒色タール状の付着物が形成され、圧力制御弁３２３や反応室と排気ポンプの間にある主排気バルブ３２２に付着こととなる。これらの付着物による弊害を防止するためには、反応室や排気配管を分解し、定期的にウェットクリーニング等のメンテナンスが行われることもある。しかしながら、ウェットクリーニングを頻繁に行うということは、装置の稼動率が低下し、製造コストが上昇することを意味する。
【００１６】
他方、クリーニングシーケンス中のクリーニング時間を長くとることで、排気系配管内の付着物の堆積をある程度抑制することが可能である。しかしながら、これではクリーニング自体に時間が掛かり、装置全体のスループットを著しく低下させてしまう。
【００１７】
本発明の目的は、カーボン膜を成膜するプラズマ処理装置において、スループットを犠牲にすることなく、排気系への付着物（カーボン系堆積物など）の堆積を最小とし、ほとんどウェットクリーニングの必要のない、稼働率の高い装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため本発明のプラズマ処理装置は、第１の反応室と排気ポンプとが排気配管により相互に接続されると共に前記排気配管には弁が設けられ、前記第１の反応室内でハイドロカーボンを含むガスをプラズマ化し、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成するプラズマ処理装置において、前記第１の反応室と前記弁との間に第２の反応室が設けられ、該第２の反応室内において、前記第１の反応室からの排気ガスにプラズマ処理が行われると共に、酸化性のラジカルが発生するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１の反応室と弁との間に配置された第２の反応室内において、第１の反応室からの排気ガス中の炭化水素重合体を分解することが可能である。したがって、弁や排気ポンプなどに付着する生成物の量が最小限に抑えられる。また、第１の反応室のクリーニング時には、クリーニングによって第１の反応室から発生する酸化性ラジカルが届きにくい部分においても、第２の反応室から発生させた酸化性ラジカルによって酸化を行い、排気配管、弁等への付着物の堆積を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上述のように、排気配管等への付着物の堆積を抑制し、スループットが高く、かつメンテナンス頻度の少ない信頼性の高い装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明が適用されるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。本実施形態のプラズマ処理装置１００の主たる特徴は、反応室１０１と主排気バルブ１２２との間に他の反応室１１９が設けられている点にあり、その他の構成は図３に示した従来の処理装置３００と同様に構成されている。なお、図１では、処理装置３００と同一機能の構造部に対し、図３で用いた符号に対応する符号を付して示すものとし、重複する説明は省略するものとする。
【００２２】
反応室１１９（第２の反応室）は、円筒容器状に構成され、後述するように、所定のタイミングで内部にプラズマ１２１が発生するようになっている。これを実現するために、反応室１１９内にはカソード１２０が配置され、このカソード１２０を介してＲＦ電源１３０からの電力が供給される構成となっている。また、反応室１１９より上流側の排気配管１３２には２本のガスライン１２６、１２９が接続されており、一方のガスライン１２６からは酸素が導入され、他方のガスライン１２９からは水素が導入される。これらのガスライン１２６、１２９が接続される位置の近傍には、圧力センサ１３１が取り付けられており、これにより管内部の圧力が検出される。
【００２３】
なお、反応室１１９内で発生するプラズマ１２１は、反応室１０１からの排気ガスを酸化させる性質のものである。本発明においては、このようなプラズマ１２１の作用により排気ガスを酸化させ、排ガスをＣＯ2及びＨ2Ｏなどの堆積しにくい物質に変換することで、付着物の堆積が抑制されることとなる。
【００２４】
上記のような構成を有する本実施形態の処理装置１００の使用方法について、成膜シーケンスと、クリーニングシーケンスとに分けて以下に説明する。
【００２５】
まず、成膜シーケンスでは、上記従来の技術同様、スリットバルブ１０５から基板１０３が導入され、ステージ１０２上に配置される。その後、ステージ１０２が上昇移動して、基板１０３がシャワープレート１０８に対向する所定位置に配置され、また、ステージ１０２も所定のタイミングで加熱される。
【００２６】
次いで、反応室１１９内に、ガスライン１２６から酸素を例えば１０００sccm（standard ml/min）で導入すると共に、圧力センサ１３１及び圧力制御弁１２３を用いて、反応室内のガスを所望の圧力に制御する。そして、反応室１１９内に、カソード電極１２０から例えば５００ＷのＲＦ電力を導入する。これにより、反応室１１９内にプラズマ１２１が生成される。
【００２７】
反応室１０１内には、ガスライン１０９を通じて、例えばヘリウムなどのキャリアガスと共にハイドロカーボン系のソースガスが導入される。導入されたガスは、シャワープレート１０８を介して基板上に供給される。ソースガスとしては例えばメタン、エチレン、又はプロピレン等を利用可能である。具体的な一例としては、ヘリウム１０００sccmとエチレン１５００sccmとがガスライン１０９から供給され、圧力が例えば７Torr（1Torr=133.322Pa）に制御されるようになっていてもよい。圧力としては７Torrに限定されるものではなく、例えば１〜１０Torrの範囲内で適宜設定可能である。
【００２８】
ところで、ハイドロカーボンは可燃性であり、酸素は支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では次のような構成が採られている。すなわち、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていない場合には、ガスライン１０９のファイナルバルブ１１０と、ガスライン１２６のファイナルバルブ１２７とが同時に開かないようになっている。これは例えばインターロック機構により実現可能であり、このような構成とすることで、ハイドロカーボンと酸素とが同時供給されないこととなる。上記を言い換えれば、５０Torr以下の減圧状態でかつ反応室１１９で酸素プラズマが生成されているときのみ、ハイドロカーボンが供給される構成となっているといえる。
【００２９】
次いで、ステージ１０２とシャワープレート１０８との間に例えば１５００ＷのＲＦ電圧を印加し、反応室１０１内にプラズマ１０６を生成させる。これにより、導入されたハイドロカーボン系のガス分子が重合し、基板１０３表面にカーボン膜が形成される。なお、反応室１０１に生じた排気ガスは、排気室１０４を介して排気配管１３２へ送出されることとなる。
【００３０】
送出された排気ガスは、次いで、反応室１１９を通過することとなる。排気ガスには、主に未反応の炭化水素や、気相で重合しかけの微粒子等が含まれているが、これらは反応室１１９のプラズマ１２１よってほぼ完全に酸化され、ＣＯ2とＨ2Ｏなどの堆積しにくい物質に変換される。本実施形態の処理装置によれば、このように、新たに設けた反応室１１９において排気ガスの酸化が行われるため、後段の主排気バルブ１２２及び圧力制御弁１２３等に付着する生成物の量が最小限に抑えられる。
【００３１】
以降の工程は、従来の技術と同様にして実施可能である。すなわち、所望の膜厚までカーボン膜を堆積したら、ＲＦ電源１０７からの電力供給を停止し、プラズマ１０６の生成を停止してカーボン膜の成膜を停止する。続いて、反応室１０１へのハイドロカーボンの供給を停止し、また、反応室１１９のプラズマ生成とガスライン１２６からの酸素の供給を停止する。そして、ステージ１０２を搬送位置（下端位置）まで移動させ、スリットバルブ１０５を介して基板１０３を搬出する。
【００３２】
本実施形態の処理装置１００では、上述したように、反応室１１９よりも下流側での付着物の堆積が抑制可能である。しかしながら、反応室１０１と反応室１１９との間に存在する構造部に対しては付着物が堆積することとなる。したがって、こうした付着物による弊害を解消するために、本実施形態の処理装置では以下のようなクリーニングシーケンスが行われる。なお、特に限定されるものではないが、下記クリーニングシーケンスは、例えば成膜シーケンスを所定回数行うごとに実施されるようになっていてもよい。
【００３３】
クリーニングシーケンスでは、まず、２つの反応室１０１、１１９に、それぞれガスライン１１１、ガスライン１２６から酸素を導入し、圧力センサ１３１及び圧力制御弁１２３を用いて所望の圧力に調整する。
【００３４】
次いで、シャワープレート１０８及びカソード１２０に、それぞれ、ＲＦ電源１０７、１３０からＲＦ電力（例えば５００Ｗ）を供給する。これにより、酸素を含むプラズマが生成される。そして、このプラズマによって酸素ラジカル等が発生し、これによって、反応室内に付着堆積したカーボンを主成分とする生成物が除去される。具体的には、ガスライン１１４から酸素を導入しながら、圧力制御弁１２３で圧力を４Torrに制御し、シャワープレート１０８とステージ１０２の間にＲＦ電力（例えば５００Ｗ）を印加して酸素プラズマを発生させてもよい。この酸素ラジカルによって、シャワープレート１０８表面、ステージ１０２、及び反応室１０１の内壁に付着していたカーボン膜が除去される。
【００３５】
なお、酸素ラジカルによって酸化された付着物は大部分がＣＯ2やＨ2Ｏとなる。しかし、その一部がプラズマ中で再度反応してＣＯＯＨ等に代表される、堆積しやすい別の生成物の元になる場合もある。仮にこのような物質が反応室１１９より上流で生じたとしても、この物質は、反応室１１９を通過する再にほぼ完全に酸化されるため、それより下流の構造部に付着物が堆積することが防止される。
【００３６】
クリーニングシーケンスを終了するためには、特に限定されるものではないが、反応室１０１、１１９でのプラズマ生成を停止させ、また、各反応室への酸素導入を停止すればよい。
【００３７】
（第２の実施形態）
上記実施形態では、不要なカーボンの堆積を抑制するために酸素プラズマを主に用いる例について述べた。他方、従来、酸素プラズマに水素を添加する方法が知られている。水素を添加することにより生成されるＯＨラジカルは、酸素ラジカルよりも酸化力が強く、また気相中の寿命も長い。したがって、水素の添加は効率的な排気ガスの処理とクリーニングに有効である。本実施形態のプラズマ処理装置においても同様に、水素の添加を実施可能である。しかし、本発明の装置構成上の特徴から、その構成に合った成膜シーケンス及びクリーニングシーケンスを備え、それが、また本発明のプラズマ処理装置の特徴となっている。
【００３８】
以下、これについて、成膜シーケンスとクリーニングシーケンスとに分けて説明する。なお、上記実施形態と同様の工程については、その説明を省略するものとする。また、装置の構成自体は第１の実施形態のものと同様である。
【００３９】
本実施形態では、反応室１１９内にガスライン１２６を通じて酸素が導入され（これについては上記実施形態同様）、カソード電極１２０に例えば１５００ＷのＲＦ電力を印加してプラズマ１２１を生成させた後に、反応室１１９内に水素が供給される。具体的には、水素は、ガスライン１２９から例えば４０sccmで供給される。
【００４０】
ここで、水素が可燃性であり酸素が支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では、次のような構成が採られている。すなわち、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていない場合にファイナルバルブ１１０とファイナルバルブ１２６とが同時に開くのを防止するインターロック機構が装備されている。これにより、酸素と水素とが同時供給されないこととなる。上記を言い換えれば、５０Torr以下の減圧状態でかつ酸素プラズマが生成されているときのみ、反応室１１９に水素が供給される構成となっているといえる。
【００４１】
反応室１０１へのガスの供給はその後実施される。反応室１０１内にはヘリウムなどのキャリアガスと共にハイドロカーボン系のソースガスが導入される点、及び、安全対策としてハイドロカーボンと酸素とが同時供給されてないようになっている点については上記実施形態同様である。
【００４２】
その他の動作も、上記実施形態同様であり、シャワープレートにＲＦ電圧を印加することでプラズマ１０６が生成され、このプラズマの作用により、ガス分子が重合し、基板１０３表面にカーボン膜が形成される。また、反応室１０１からの排気ガスも、上記実施形態同様、反応室１１９に送られ、ここでほぼ完全に酸化され、ＣＯ2とＨ2Ｏなどの堆積しにくい物質に変換される。以降、上記実施形態同様の工程により、プラズマの生成を停止し、スリットバルブ１０５を介して基板１０３を搬出することで、カーボン膜が成膜された基板１０３が得られることとなる。
【００４３】
第２の実施形態においても、やはり、反応室１０１の内壁や排気配管１３２に堆積した膜を除去するために所定のクリーニングが行われる。上記実施形態同様、２つの反応室１０１、１１９のそれぞれで酸素を含むプラズマが生成された後、ガスライン１２９とガスライン１１４から、それぞれ２０sccmで水素を導入する。
【００４４】
ここで、水素は可燃性であり、酸素は支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では、次のような構成が採られている。すなわち、酸素を供給するガスラインのファイナルバルブ１２７又は１１２が開いている場合、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていないときには、ファイナルバルブ１１４とファイナルバルブ１２８とは同時に開かないようになっている。
【００４５】
水素が導入された後、プラズマによって酸素ラジカルやOHラジカル等が発生し、これによって反応室内に付着堆積したカーボンを主成分とする生成物が除去される。具体的には、ガスライン１１４から酸素を導入しながら、圧力制御弁１２３で圧力を数Torrに制御し、シャワープレート１０８とステージ１０２の間にＲＦ電圧を印加してプラズマを発生させる。それによって生じたラジカルによって、シャワープレート１０８表面、ステージ１０２、及び反応室１０１の内壁に付着していたカーボン膜が除去される。
【００４６】
なお、ラジカルで酸化されたカーボンは大部分がＣＯ2となる。しかし、その一部がプラズマ中で再度反応してＣＯＯＨ等に代表される、堆積しやすい別の生成物の元になる場合もある。仮にこのような物質が反応室１１９より上流で生じたとしても、この物質は、反応室１１９を通過する再にほぼ完全に酸化されるため、それより下流の構造部（主排気バルブや圧力制御弁等）に付着物が堆積することが防止される。
【００４７】
（第３の実施形態）
上記第２の実施形態では、不要なカーボンの堆積を抑制するために水素を添加した酸素プラズマを用いていたが、本発明者らの検討によれば、水素の代わりにアンモニアを用いても良い。酸素プラズマにアンモニアを添加することでOHラジカルの他にＮＯラジカルが発生し、水素を用いた場合よりもクリーニング能力が高いことが判明した。
【００４８】
アンモニアは、上記第２の実施形態で水素を導入していたのと同じタイミングで導入可能であり、ガスライン１２９から例えば４０sccmで供給される。また、アンモニアは可燃性であり、酸素は支燃性であることに鑑み、安全対策として上記同様、アンモニアと酸素との同時供給が行われないようになっていることが好ましい。圧力条件も上記同様、５０Torrをしきい値とすることが可能である。言い換えれば、５０Torr以下の減圧状態でかつ酸素プラズマが生成されているときのみ、アンモニアが供給される構成となっている。
【００４９】
一方、本実施形態におけるクリーニングシーケンスとしては、２つの反応室１０１、１１９のそれぞれで酸素を含むプラズマが生成された後、ガスライン１２９とガスライン１１４から、それぞれ５００sccmのアンモニアを導入する。
【００５０】
ここで、水素は可燃性であり、酸素は支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では、次のような構成が採られている。すなわち、酸素を供給するガスラインのファイナルバルブ１２７又は１１２が開いている場合、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていないときには、アンモニアを供給するガスラインのファイナルバルブ１２８とファイナルバルブ１１４とが開かないようになっている。
【００５１】
アンモニアが導入された後、プラズマによって酸素ラジカル、OHラジカル、ＮＯラジカル等が発生し、これによって反応室内に付着堆積したカーボンを主成分とする生成物が除去される。
【００５２】
具体的には、ガスライン１１４から酸素を導入しながら、圧力を圧力制御弁１２３で数Torrに制御し、シャワープレート１０８とステージ１０２の間にＲＦ電圧を印加してプラズマを発生させる。それによって生じたラジカルによって、シャワープレート１０８表面、ステージ１０２、及び反応室１０１の内壁に付着したカーボン膜が除去される。
【００５３】
なお、ラジカルで酸化されたカーボンは大部分がＣＯ2となる。しかし、その一部がプラズマ中で再度反応してＣＯＯＨなどに代表される別の生成物の元になる場合もある。その場合も、この物質は、反応室１１９でほぼ完全に酸化されるため、それより下流の構造部（主排気バルブや圧力制御弁等）に付着物が堆積することが防止される。
【００５４】
また、上記では、水素の代わりにアンモニアを用いたが、アンモニアと水素の混合ガスを用いても良い。また、反応室１のクリーニングのみアンモニアを用いても良いし、反応室２のみアンモニアを用いても良い。あるいは反応室１には水素を用い、反応室２にはアンモニアを用いても良いし、その逆でも良い。
（第４の実施形態）
図１に示す構成では、反応室１１９は、排気室１０４と主排気バルブ１２２との間に設けられていたが、これに限定されるものではない。図２に本発明に本発明に係る他のプラズマ処理装置の構成例を示す。なお、図２の装置において特に説明をしない箇所については、図１の装置と同様に構成されているものと理解されたい。
【００５５】
図２の処理装置２００では、反応室２０１を取り囲むように配置された排気室２０４自体が反応室としての機能も有している。このような構成とすることで、図１の構成でいう排気室１０４内に堆積した付着部をクリーニングする必要がなくなる。つまり、排気室そのものが第２の反応室として用いられることから、排気室内への付着物の堆積が抑制されるためである。このような構成によれば、クリーリングのための時間が短縮化され、結果的に装置のスループットも向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、カーボンを主成分とする膜を基板上に堆積するようなプラズマ処理装置のスループット及び稼働率の向上のために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施例が適用されるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。
【図２】本発明の第２の実施例が適用されるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。
【図３】従来の技術によるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１、２０１ 反応室
１０２、２０２ ステージ（アノード電極）
１０３、２０３ 基板
１０４、２０４ 排気室
１０５、２０５ スリットバルブ
１０６、２０６ プラズマ
１０７、２０７ ＲＦ電源
１０８、２０８ シャワープレート（カソード電極）
１０９、２０９ ガスライン（ハイドロカーボン系）
１１１、２１１ ガスライン（酸素）
１１３、２１３ ガスライン（水素又はアンモニア）
１１６、２１６ ガスライン
１１９、２１９ 反応室
１２０、２２０ カソード電極
１２１、２２１ プラズマ
１２２、２２２ 主排気バルブ
１２３、２２３ 圧力制御弁
１２４、２２４ 排気ポンプ
１２５、２２５ 排気ポート
１２６、２２６ ガスライン（酸素）
１２９、２２９ ガスライン
１３０、２３０ ＲＦ電源
１３１、２３１ 圧力センサ
１３２、２３２ 排気配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に反応室内部、及び真空排気系配管内部へのカーボン系副生成物の堆積抑制機構及びクリーニング機構を装備したプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路のパターン加工に、アッシング可能なハードマスクとしてプラズマＣＶＤ法により成膜可能なカーボン系の膜が用いられるようになってきた（以下「カーボン膜」という）。このカーボン膜は、例えば図３に模式的に示すような平行平板型のプラズマ処理装置を用いて成膜される。
【０００３】
以下、図３の処理装置の構成及びそれを用いた成膜手順について説明する。
【０００４】
図３に示すように、プラズマ処理装置３００は、成膜が行われる空間を構成する反応室３０１と、反応室３０１内に所定のガスを供給するための供給系と、反応容器３０１からの排気ガスを排気する排気系とに大別される。また、プラズマ処理装置３００は、成膜を行う成膜シーケンスと、後述するクリーニングシーケンスとを行う制御手段を備えている。
【０００５】
反応室３０１は、例えば円柱状の内部空間を構成しており、その内部には、成膜対象（被成膜体）である基板３０３を支持するステージ３０２と、該ステージ３０２の上方に配置されたシャワープレート３０８とが配置されている。シャワープレート３０８には、ＲＦ電源３０７からの電力が、不図示のインピーダンスマッチングボックスを介して供給されるようになっている。
【０００６】
ステージ３０２は、平行平板電極のアノード電極を兼ねており、対となるカソード電極はシャワープレート３０８が兼ねている。ステージ３０２にはヒータが内蔵されており、使用時には、例えば１５０〜５５０℃程度に加熱される。図３の構成では、ステージ３０２は昇降自在に構成されており、このステージ３０２が下降端位置にあるときに、ステージ上面に基板３０３が配置されるようになっている。具体的には、基板３０３は、スリットバルブ３０５を介してステージ上に置かれ、その後、ステージ３０２が上方に移動する構成となっている。
【０００７】
供給系としては、反応室内にヘリウムなどのキャリアガスと共にハイドロカーボン（CxHy）系のソースガスを導入するためのガスライン３０９と、酸素を導入するためのガスライン３１１と、水素を導入するためのガスライン３１４とが設けられている。
【０００８】
排気系としては、反応室３０１を囲んでドーナツ状に形成された排気室３０４と、ガスを排気室３０４から外部へと排出するための排気ポンプ３２４等が配置されている。排気室３０４と排気ポンプ３２４とは、排気配管３３２により相互に接続されており、排気配管上には主排気バルブ３２２及び圧力制御弁３２３が設けられている。
【０００９】
なお、排気ポンプ３２４に引き込まれたガスは、排気ポート３２５を通じて外部に送出される。また、排気室３０４が反応室３０１を囲むように形成されているということは、例えば、排気口が反応室外周の一部にのみ形成されている構成と比較して、排気を均一的に行うことができることを意味する。
【００１０】
上記のような構成を有するプラズマ処理装置３００は、次のようにして使用される。まず、成膜対象である基板３０３を、スリットバルブ３０５を介してステージ３０２上に配置する。その後、ステージ３０２の高さ調整がされ、基板３０３が、シャワープレート３０８に対向する位置まで上昇する。また、ステージ３０２内のヒータが所定のタイミングで駆動され、ステージ３０２が加熱される。
【００１１】
次いで、ガスライン３０９から上記ハイドロカーボン系のソースガスを反応室３０１内に導入する。導入されたガスは、シャワープレート３０８を介して、図示矢印に基板３０３上に供給される。ガスが供給された後、ステージ３０２（アノード）とシャワープレート３０８（カソード）との間にＲＦ電圧を印加する。これにより、プラズマ３０６が生成され、導入されたハイドロカーボン系のガス分子が重合し、基板３０３表面にカーボン膜が形成されることとなる。なお、反応室３０１に生じた排気ガスは、排気ポンプ３２４を駆動源として、排気室３０４及び排気配管３２２等を介して外部に送出される。
【００１２】
ところで、上記のような成膜処理を行った場合、基板表面のみならず反応室３０１の内壁や排気配管３２２の内壁等の不要部分にも、付着物が堆積することとなる。このようにして堆積した付着物は、その成膜が進むにつれてより剥がれ易くなる。剥がれた付着物が飛散し、成膜対象である基板３０３に付着すれば、パーティクル発生の原因ともなり得る。そこで、こうした問題を解決するために、従来、前記成膜処理を所定回数行う度にクリーニングを行い、反応室３０１や排気配管３３２内に堆積した付着物を除去する作業が行われていた。
【００１３】
このクリーニングとしては、具体的には、酸素プラズマで処理する方法や、酸素と水素の混合ガスをプラズマ化して処理する方法や、酸素プラズマ（酸化雰囲気）で処理した後に水素プラズマ（還元雰囲気）で処理するなどの方法がある。（これら処理方法につき、特許文献１、２参照）
一例を簡単に説明すると、まず、ガスライン３１４から酸素を反応室内に導入すると共に、圧力制御弁３２３を動作させて圧力を数Torrに制御する。そして、シャワープレート３０８とステージ３０２の間にＲＦ電圧を印加することで酸素プラズマを発生させ、これにより生じた酸素ラジカルによってシャワープレート３０８表面、ステージ３０２、及び反応室３０1の内壁等に堆積した付着物がアッシングされ、除去される。
【特許文献１】特開平７−７８８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記方法では反応室内で直接プラズマに曝される部分近傍の付着物は除去できるものの、反応室内の直接プラズマに晒されることのない部分や、排気室３０４、排気系配管３３２内壁に堆積した付着物は除去困難であった。
【００１５】
特に、排気系配管３３２内には、気相中で形成された炭化水素重合体を起源とする茶褐色パウダー状や黒色タール状の付着物が形成され、圧力制御弁３２３や反応室と排気ポンプの間にある主排気バルブ３２２に付着こととなる。これらの付着物による弊害を防止するためには、反応室や排気配管を分解し、定期的にウェットクリーニング等のメンテナンスが行われることもある。しかしながら、ウェットクリーニングを頻繁に行うということは、装置の稼動率が低下し、製造コストが上昇することを意味する。
【００１６】
他方、クリーニングシーケンス中のクリーニング時間を長くとることで、排気系配管内の付着物の堆積をある程度抑制することが可能である。しかしながら、これではクリーニング自体に時間が掛かり、装置全体のスループットを著しく低下させてしまう。
【００１７】
本発明の目的は、カーボン膜を成膜するプラズマ処理装置において、スループットを犠牲にすることなく、排気系への付着物（カーボン系堆積物など）の堆積を最小とし、ほとんどウェットクリーニングの必要のない、稼働率の高い装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため本発明のプラズマ処理装置は、第１の反応室と排気ポンプとが排気配管により相互に接続されると共に前記排気配管には弁が設けられ、前記第１の反応室内でハイドロカーボンを含むガスをプラズマ化し、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成するプラズマ処理装置において、前記第１の反応室と前記弁との間に第２の反応室が設けられ、該第２の反応室内において、前記第１の反応室からの排気ガスにプラズマ処理が行われると共に、酸化性のラジカルが発生するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１の反応室と弁との間に配置された第２の反応室内において、第１の反応室からの排気ガス中の炭化水素重合体を分解することが可能である。したがって、弁や排気ポンプなどに付着する生成物の量が最小限に抑えられる。また、第１の反応室のクリーニング時には、クリーニングによって第１の反応室から発生する酸化性ラジカルが届きにくい部分においても、第２の反応室から発生させた酸化性ラジカルによって酸化を行い、排気配管、弁等への付着物の堆積を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上述のように、排気配管等への付着物の堆積を抑制し、スループットが高く、かつメンテナンス頻度の少ない信頼性の高い装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明が適用されるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。本実施形態のプラズマ処理装置１００の主たる特徴は、反応室１０１と主排気バルブ１２２との間に他の反応室１１９が設けられている点にあり、その他の構成は図３に示した従来の処理装置３００と同様に構成されている。なお、図１では、処理装置３００と同一機能の構造部に対し、図３で用いた符号に対応する符号を付して示すものとし、重複する説明は省略するものとする。
【００２２】
反応室１１９（第２の反応室）は、円筒容器状に構成され、後述するように、所定のタイミングで内部にプラズマ１２１が発生するようになっている。これを実現するために、反応室１１９内にはカソード１２０が配置され、このカソード１２０を介してＲＦ電源１３０からの電力が供給される構成となっている。また、反応室１１９より上流側の排気配管１３２には２本のガスライン１２６、１２９が接続されており、一方のガスライン１２６からは酸素が導入され、他方のガスライン１２９からは水素が導入される。これらのガスライン１２６、１２９が接続される位置の近傍には、圧力センサ１３１が取り付けられており、これにより管内部の圧力が検出される。
【００２３】
なお、反応室１１９内で発生するプラズマ１２１は、反応室１０１からの排気ガスを酸化させる性質のものである。本発明においては、このようなプラズマ１２１の作用により排気ガスを酸化させ、排ガスをＣＯ2及びＨ2Ｏなどの堆積しにくい物質に変換することで、付着物の堆積が抑制されることとなる。
【００２４】
上記のような構成を有する本実施形態の処理装置１００の使用方法について、成膜シーケンスと、クリーニングシーケンスとに分けて以下に説明する。
【００２５】
まず、成膜シーケンスでは、上記従来の技術同様、スリットバルブ１０５から基板１０３が導入され、ステージ１０２上に配置される。その後、ステージ１０２が上昇移動して、基板１０３がシャワープレート１０８に対向する所定位置に配置され、また、ステージ１０２も所定のタイミングで加熱される。
【００２６】
次いで、反応室１１９内に、ガスライン１２６から酸素を例えば１０００sccm（standard ml/min）で導入すると共に、圧力センサ１３１及び圧力制御弁１２３を用いて、反応室内のガスを所望の圧力に制御する。そして、反応室１１９内に、カソード電極１２０から例えば５００ＷのＲＦ電力を導入する。これにより、反応室１１９内にプラズマ１２１が生成される。
【００２７】
反応室１０１内には、ガスライン１０９を通じて、例えばヘリウムなどのキャリアガスと共にハイドロカーボン系のソースガスが導入される。導入されたガスは、シャワープレート１０８を介して基板上に供給される。ソースガスとしては例えばメタン、エチレン、又はプロピレン等を利用可能である。具体的な一例としては、ヘリウム１０００sccmとエチレン１５００sccmとがガスライン１０９から供給され、圧力が例えば７Torr（1Torr=133.322Pa）に制御されるようになっていてもよい。圧力としては７Torrに限定されるものではなく、例えば１〜１０Torrの範囲内で適宜設定可能である。
【００２８】
ところで、ハイドロカーボンは可燃性であり、酸素は支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では次のような構成が採られている。すなわち、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていない場合には、ガスライン１０９のファイナルバルブ１１０と、ガスライン１２６のファイナルバルブ１２７とが同時に開かないようになっている。これは例えばインターロック機構により実現可能であり、このような構成とすることで、ハイドロカーボンと酸素とが同時供給されないこととなる。上記を言い換えれば、５０Torr以下の減圧状態でかつ反応室１１９で酸素プラズマが生成されているときのみ、ハイドロカーボンが供給される構成となっているといえる。
【００２９】
次いで、ステージ１０２とシャワープレート１０８との間に例えば１５００ＷのＲＦ電圧を印加し、反応室１０１内にプラズマ１０６を生成させる。これにより、導入されたハイドロカーボン系のガス分子が重合し、基板１０３表面にカーボン膜が形成される。なお、反応室１０１に生じた排気ガスは、排気室１０４を介して排気配管１３２へ送出されることとなる。
【００３０】
送出された排気ガスは、次いで、反応室１１９を通過することとなる。排気ガスには、主に未反応の炭化水素や、気相で重合しかけの微粒子等が含まれているが、これらは反応室１１９のプラズマ１２１よってほぼ完全に酸化され、ＣＯ2とＨ2Ｏなどの堆積しにくい物質に変換される。本実施形態の処理装置によれば、このように、新たに設けた反応室１１９において排気ガスの酸化が行われるため、後段の主排気バルブ１２２及び圧力制御弁１２３等に付着する生成物の量が最小限に抑えられる。
【００３１】
以降の工程は、従来の技術と同様にして実施可能である。すなわち、所望の膜厚までカーボン膜を堆積したら、ＲＦ電源１０７からの電力供給を停止し、プラズマ１０６の生成を停止してカーボン膜の成膜を停止する。続いて、反応室１０１へのハイドロカーボンの供給を停止し、また、反応室１１９のプラズマ生成とガスライン１２６からの酸素の供給を停止する。そして、ステージ１０２を搬送位置（下端位置）まで移動させ、スリットバルブ１０５を介して基板１０３を搬出する。
【００３２】
本実施形態の処理装置１００では、上述したように、反応室１１９よりも下流側での付着物の堆積が抑制可能である。しかしながら、反応室１０１と反応室１１９との間に存在する構造部に対しては付着物が堆積することとなる。したがって、こうした付着物による弊害を解消するために、本実施形態の処理装置では以下のようなクリーニングシーケンスが行われる。なお、特に限定されるものではないが、下記クリーニングシーケンスは、例えば成膜シーケンスを所定回数行うごとに実施されるようになっていてもよい。
【００３３】
クリーニングシーケンスでは、まず、２つの反応室１０１、１１９に、それぞれガスライン１１１、ガスライン１２６から酸素を導入し、圧力センサ１３１及び圧力制御弁１２３を用いて所望の圧力に調整する。
【００３４】
次いで、シャワープレート１０８及びカソード１２０に、それぞれ、ＲＦ電源１０７、１３０からＲＦ電力（例えば５００Ｗ）を供給する。これにより、酸素を含むプラズマが生成される。そして、このプラズマによって酸素ラジカル等が発生し、これによって、反応室内に付着堆積したカーボンを主成分とする生成物が除去される。具体的には、ガスライン１１４から酸素を導入しながら、圧力制御弁１２３で圧力を４Torrに制御し、シャワープレート１０８とステージ１０２の間にＲＦ電力（例えば５００Ｗ）を印加して酸素プラズマを発生させてもよい。この酸素ラジカルによって、シャワープレート１０８表面、ステージ１０２、及び反応室１０１の内壁に付着していたカーボン膜が除去される。
【００３５】
なお、酸素ラジカルによって酸化された付着物は大部分がＣＯ2やＨ2Ｏとなる。しかし、その一部がプラズマ中で再度反応してＣＯＯＨ等に代表される、堆積しやすい別の生成物の元になる場合もある。仮にこのような物質が反応室１１９より上流で生じたとしても、この物質は、反応室１１９を通過する再にほぼ完全に酸化されるため、それより下流の構造部に付着物が堆積することが防止される。
【００３６】
クリーニングシーケンスを終了するためには、特に限定されるものではないが、反応室１０１、１１９でのプラズマ生成を停止させ、また、各反応室への酸素導入を停止すればよい。
【００３７】
（第２の実施形態）
上記実施形態では、不要なカーボンの堆積を抑制するために酸素プラズマを主に用いる例について述べた。他方、従来、酸素プラズマに水素を添加する方法が知られている。水素を添加することにより生成されるＯＨラジカルは、酸素ラジカルよりも酸化力が強く、また気相中の寿命も長い。したがって、水素の添加は効率的な排気ガスの処理とクリーニングに有効である。本実施形態のプラズマ処理装置においても同様に、水素の添加を実施可能である。しかし、本発明の装置構成上の特徴から、その構成に合った成膜シーケンス及びクリーニングシーケンスを備え、それが、また本発明のプラズマ処理装置の特徴となっている。
【００３８】
以下、これについて、成膜シーケンスとクリーニングシーケンスとに分けて説明する。なお、上記実施形態と同様の工程については、その説明を省略するものとする。また、装置の構成自体は第１の実施形態のものと同様である。
【００３９】
本実施形態では、反応室１１９内にガスライン１２６を通じて酸素が導入され（これについては上記実施形態同様）、カソード電極１２０に例えば１５００ＷのＲＦ電力を印加してプラズマ１２１を生成させた後に、反応室１１９内に水素が供給される。具体的には、水素は、ガスライン１２９から例えば４０sccmで供給される。
【００４０】
ここで、水素が可燃性であり酸素が支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では、次のような構成が採られている。すなわち、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていない場合にファイナルバルブ１１０とファイナルバルブ１２６とが同時に開くのを防止するインターロック機構が装備されている。これにより、酸素と水素とが同時供給されないこととなる。上記を言い換えれば、５０Torr以下の減圧状態でかつ酸素プラズマが生成されているときのみ、反応室１１９に水素が供給される構成となっているといえる。
【００４１】
反応室１０１へのガスの供給はその後実施される。反応室１０１内にはヘリウムなどのキャリアガスと共にハイドロカーボン系のソースガスが導入される点、及び、安全対策としてハイドロカーボンと酸素とが同時供給されてないようになっている点については上記実施形態同様である。
【００４２】
その他の動作も、上記実施形態同様であり、シャワープレートにＲＦ電圧を印加することでプラズマ１０６が生成され、このプラズマの作用により、ガス分子が重合し、基板１０３表面にカーボン膜が形成される。また、反応室１０１からの排気ガスも、上記実施形態同様、反応室１１９に送られ、ここでほぼ完全に酸化され、ＣＯ2とＨ2Ｏなどの堆積しにくい物質に変換される。以降、上記実施形態同様の工程により、プラズマの生成を停止し、スリットバルブ１０５を介して基板１０３を搬出することで、カーボン膜が成膜された基板１０３が得られることとなる。
【００４３】
第２の実施形態においても、やはり、反応室１０１の内壁や排気配管１３２に堆積した膜を除去するために所定のクリーニングが行われる。上記実施形態同様、２つの反応室１０１、１１９のそれぞれで酸素を含むプラズマが生成された後、ガスライン１２９とガスライン１１４から、それぞれ２０sccmで水素を導入する。
【００４４】
ここで、水素は可燃性であり、酸素は支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では、次のような構成が採られている。すなわち、酸素を供給するガスラインのファイナルバルブ１２７又は１１２が開いている場合、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていないときには、ファイナルバルブ１１４とファイナルバルブ１２８とは同時に開かないようになっている。
【００４５】
水素が導入された後、プラズマによって酸素ラジカルやOHラジカル等が発生し、これによって反応室内に付着堆積したカーボンを主成分とする生成物が除去される。具体的には、ガスライン１１４から酸素を導入しながら、圧力制御弁１２３で圧力を数Torrに制御し、シャワープレート１０８とステージ１０２の間にＲＦ電圧を印加してプラズマを発生させる。それによって生じたラジカルによって、シャワープレート１０８表面、ステージ１０２、及び反応室１０１の内壁に付着していたカーボン膜が除去される。
【００４６】
なお、ラジカルで酸化されたカーボンは大部分がＣＯ2となる。しかし、その一部がプラズマ中で再度反応してＣＯＯＨ等に代表される、堆積しやすい別の生成物の元になる場合もある。仮にこのような物質が反応室１１９より上流で生じたとしても、この物質は、反応室１１９を通過する再にほぼ完全に酸化されるため、それより下流の構造部（主排気バルブや圧力制御弁等）に付着物が堆積することが防止される。
【００４７】
（第３の実施形態）
上記第２の実施形態では、不要なカーボンの堆積を抑制するために水素を添加した酸素プラズマを用いていたが、本発明者らの検討によれば、水素の代わりにアンモニアを用いても良い。酸素プラズマにアンモニアを添加することでOHラジカルの他にＮＯラジカルが発生し、水素を用いた場合よりもクリーニング能力が高いことが判明した。
【００４８】
アンモニアは、上記第２の実施形態で水素を導入していたのと同じタイミングで導入可能であり、ガスライン１２９から例えば４０sccmで供給される。また、アンモニアは可燃性であり、酸素は支燃性であることに鑑み、安全対策として上記同様、アンモニアと酸素との同時供給が行われないようになっていることが好ましい。圧力条件も上記同様、５０Torrをしきい値とすることが可能である。言い換えれば、５０Torr以下の減圧状態でかつ酸素プラズマが生成されているときのみ、アンモニアが供給される構成となっている。
【００４９】
一方、本実施形態におけるクリーニングシーケンスとしては、２つの反応室１０１、１１９のそれぞれで酸素を含むプラズマが生成された後、ガスライン１２９とガスライン１１４から、それぞれ５００sccmのアンモニアを導入する。
【００５０】
ここで、水素は可燃性であり、酸素は支燃性であるため、安全対策として本発明に係るプラズマ処理装置１００では、次のような構成が採られている。すなわち、酸素を供給するガスラインのファイナルバルブ１２７又は１１２が開いている場合、圧力が５０Torr以下でかつプラズマが生成されていないときには、アンモニアを供給するガスラインのファイナルバルブ１２８とファイナルバルブ１１４とが開かないようになっている。
【００５１】
アンモニアが導入された後、プラズマによって酸素ラジカル、OHラジカル、ＮＯラジカル等が発生し、これによって反応室内に付着堆積したカーボンを主成分とする生成物が除去される。
【００５２】
具体的には、ガスライン１１４から酸素を導入しながら、圧力を圧力制御弁１２３で数Torrに制御し、シャワープレート１０８とステージ１０２の間にＲＦ電圧を印加してプラズマを発生させる。それによって生じたラジカルによって、シャワープレート１０８表面、ステージ１０２、及び反応室１０１の内壁に付着したカーボン膜が除去される。
【００５３】
なお、ラジカルで酸化されたカーボンは大部分がＣＯ2となる。しかし、その一部がプラズマ中で再度反応してＣＯＯＨなどに代表される別の生成物の元になる場合もある。その場合も、この物質は、反応室１１９でほぼ完全に酸化されるため、それより下流の構造部（主排気バルブや圧力制御弁等）に付着物が堆積することが防止される。
【００５４】
また、上記では、水素の代わりにアンモニアを用いたが、アンモニアと水素の混合ガスを用いても良い。また、反応室１のクリーニングのみアンモニアを用いても良いし、反応室２のみアンモニアを用いても良い。あるいは反応室１には水素を用い、反応室２にはアンモニアを用いても良いし、その逆でも良い。
（第４の実施形態）
図１に示す構成では、反応室１１９は、排気室１０４と主排気バルブ１２２との間に設けられていたが、これに限定されるものではない。図２に本発明に本発明に係る他のプラズマ処理装置の構成例を示す。なお、図２の装置において特に説明をしない箇所については、図１の装置と同様に構成されているものと理解されたい。
【００５５】
図２の処理装置２００では、反応室２０１を取り囲むように配置された排気室２０４自体が反応室としての機能も有している。このような構成とすることで、図１の構成でいう排気室１０４内に堆積した付着部をクリーニングする必要がなくなる。つまり、排気室そのものが第２の反応室として用いられることから、排気室内への付着物の堆積が抑制されるためである。このような構成によれば、クリーリングのための時間が短縮化され、結果的に装置のスループットも向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、カーボンを主成分とする膜を基板上に堆積するようなプラズマ処理装置のスループット及び稼働率の向上のために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施例が適用されるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。
【図２】本発明の第２の実施例が適用されるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。
【図３】従来の技術によるプラズマ処理装置の断面を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１、２０１ 反応室
１０２、２０２ ステージ（アノード電極）
１０３、２０３ 基板
１０４、２０４ 排気室
１０５、２０５ スリットバルブ
１０６、２０６ プラズマ
１０７、２０７ ＲＦ電源
１０８、２０８ シャワープレート（カソード電極）
１０９、２０９ ガスライン（ハイドロカーボン系）
１１１、２１１ ガスライン（酸素）
１１３、２１３ ガスライン（水素又はアンモニア）
１１６、２１６ ガスライン
１１９、２１９ 反応室
１２０、２２０ カソード電極
１２１、２２１ プラズマ
１２２、２２２ 主排気バルブ
１２３、２２３ 圧力制御弁
１２４、２２４ 排気ポンプ
１２５、２２５ 排気ポート
１２６、２２６ ガスライン（酸素）
１２９、２２９ ガスライン
１３０、２３０ ＲＦ電源
１３１、２３１ 圧力センサ
１３２、２３２ 排気配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反応室と排気ポンプとが排気配管により相互に接続されると共に前記排気配管には弁が設けられ、前記第１の反応室内でハイドロカーボンを含むガスをプラズマ化し、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成するプラズマ処理装置において、
前記第１の反応室と前記弁との間に第２の反応室が設けられ、該第２の反応室内において、前記第１の反応室からの排気ガスにプラズマ処理が行われると共に、酸化性のラジカルが発生するように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
被成膜体に対してカーボンを含む膜を堆積させる成膜シーケンスと、不要部分に付着した付着物を除去するクリーニングシーケンスとを行う制御手段を備え、
前記成膜シーケンスでは、前記第２の反応室内に酸素を含む処理用ガスを導入しプラズマ化して前記第１の反応室からの排気ガスを処理し、
前記クリーニングシーケンスでは、第１及び第２の反応室に酸素を含む処理用ガスを導入しプラズマ化して処理する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記成膜シーケンス及び前記クリーニングシーケンスとの双方で用いられる前記処理用ガスは酸素の他に水素も含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記成膜シーケンス及び前記クリーニングシーケンスとの双方で用いられる前記処理用ガスは酸素の他にアンモニアを含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記成膜シーケンスは、
前記第２の反応室に酸素を含むプラズマを生成させるステップと、
前記第１の反応室にハイドロカーボンを含むガスを導入するステップと、
前記第１の反応室にプラズマを生成させ、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成するステップと、
前記第１の反応室でのプラズマ生成を停止するステップと、
前記第１の反応室へのハイドロカーボンを含む前記ガスの導入を停止するステップと、
前記第２の反応室での酸素を含む前記プラズマの生成を停止するステップと、を含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記クリーニングシーケンスは、
前記第１及び第２の反応室に酸素を含む前記処理用ガスを導入するステップと、
前記第１及び第２の反応室に酸素を含むプラズマを生成させるステップと、
前記第１及び第２の反応室でのプラズマ生成を停止するステップと、
前記第１及び第２の反応室への酸素を含む前記処理用ガスの導入を停止するステップと、を含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
酸素の他に水素も含む前記処理用ガスの前記第１及び第２の反応室への導入は、前記第１及び前記第２の反応室の圧力が５０Torr以下であり、かつ、前記酸素を含むプラズマが生成されているときのみ可能となっている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
酸素の他にアンモニアを含む前記処理用ガスの前記第１及び第２の反応室への導入は、前記第１及び前記第２の反応室の圧力が５０Torr以下であり、かつ、前記酸素を含むプラズマが生成されているときのみ可能となっている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第２の反応室は、前記第１の反応室を取り巻くようにドーナツ状に形成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
第１の反応室と排気ポンプとが排気配管により相互に接続されると共に前記排気配管には弁が設けられ、前記第１の反応室内でハイドロカーボンを含むガスをプラズマ化し、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成するプラズマ処理装置において、
前記第１の反応室と前記弁との間に第２の反応室が設けられ、該第２の反応室内において、前記第１の反応室からの排気ガスにプラズマ処理が行われると共に、酸化性のラジカルが発生するように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
被成膜体に対してカーボンを含む膜を堆積させる成膜シーケンスと、不要部分に付着した付着物を除去するクリーニングシーケンスとを行う制御手段を備え、
前記成膜シーケンスでは、前記第２の反応室内に酸素を含む処理用ガスを導入しプラズマ化して前記第１の反応室からの排気ガスを処理し、
前記クリーニングシーケンスでは、第１及び第２の反応室に酸素を含む処理用ガスを導入しプラズマ化して処理する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記成膜シーケンス及び前記クリーニングシーケンスとの双方で用いられる前記処理用ガスは酸素の他に水素も含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記成膜シーケンス及び前記クリーニングシーケンスとの双方で用いられる前記処理用ガスは酸素の他にアンモニアを含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記成膜シーケンスは、
前記第２の反応室に酸素を含むプラズマを生成させるステップと、
前記第１の反応室にハイドロカーボンを含むガスを導入するステップと、
前記第１の反応室にプラズマを生成させ、被成膜体に対してカーボンを含む膜を形成するステップと、
前記第１の反応室でのプラズマ生成を停止するステップと、
前記第１の反応室へのハイドロカーボンを含む前記ガスの導入を停止するステップと、
前記第２の反応室での酸素を含む前記プラズマの生成を停止するステップと、を含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記クリーニングシーケンスは、
前記第１及び第２の反応室に酸素を含む前記処理用ガスを導入するステップと、
前記第１及び第２の反応室に酸素を含むプラズマを生成させるステップと、
前記第１及び第２の反応室でのプラズマ生成を停止するステップと、
前記第１及び第２の反応室への酸素を含む前記処理用ガスの導入を停止するステップと、を含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
酸素の他に水素も含む前記処理用ガスの前記第１及び第２の反応室への導入は、前記第１及び前記第２の反応室の圧力が５０Torr以下であり、かつ、前記酸素を含むプラズマが生成されているときのみ可能となっている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
酸素の他にアンモニアを含む前記処理用ガスの前記第１及び第２の反応室への導入は、前記第１及び前記第２の反応室の圧力が５０Torr以下であり、かつ、前記酸素を含むプラズマが生成されているときのみ可能となっている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第２の反応室は、前記第１の反応室を取り巻くようにドーナツ状に形成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１０３５８３（Ｐ２００７−１０３５８３Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９０１２５（Ｐ２００５−２９０１２５）
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
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