表面洗浄装置
【課題】比較的簡単な構成でチャージアップ現象の発生を防止するプラズマ発生装置を提供する。
【解決手段】高周波信号が供給される第１電極（１１）と、プラズマを発生させるための第２電極（１２）と、第２電極の周囲にプラズマガスを供給するガス供給装置（１３、１０）と、を備え、第２電極（１２）は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断するフィルタ回路（１５）を介して接地されていることを特徴とする。
【解決手段】高周波信号が供給される第１電極（１１）と、プラズマを発生させるための第２電極（１２）と、第２電極の周囲にプラズマガスを供給するガス供給装置（１３、１０）と、を備え、第２電極（１２）は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断するフィルタ回路（１５）を介して接地されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージアップによるダメージを防止するプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの生産現場においてプラズマ発生装置が用いられている。例えば、半導体回路の製造分野では、プラズマ発生装置によって発生させたプラズマをボンディング対象となる半導体回路の表面に作用させて、エッチング処理やアッシング処理をしている。
【０００３】
ここでプラズマによってチャージアップ現象が生じていると、半導体装置にダメージを与えることが知られている。チャージアップ現象とは、プラズマガスが励起されて生じた電子およびイオンの分布が不均一な場合に、半導体装置表面に電荷が蓄積され半導体内部に電流が流れることによりトランジスタ等にダメージを与える現象である。
【０００４】
プラズマ発生装置においても、半導体装置にチャージアップ現象が生じないような工夫がされている。例えば、特開平６−８４８４４号公報には、円筒状の外部電極と内部電極とを有し、内部電極に直流電圧を印加する直流電源が接続されたプラズマ処理装置が開示されている（特許文献１）。内部電極と直流電源との間には交流成分を遮断するチョークコイルが接続されており、また、チョークコイルの両端は交流成分を逃がすコンデンサを介して接地されている（図１、段落００１１）。このプラズマ処理装置では、プラズマ処理中に内部電極に負電圧を印加することにより、プラズマ中で励起された電子が内部電極内に入り込むことを防ぎ、プラズマにチャージアップ現象が生じることを回避していた。
【０００５】
また、特開平１０−１５００２５号公報には、高い周波数のＲＦ電力と低い周波数のＲＦ電力とを交代に印加するプラズマ反応装置が開示されている（特許文献２）。一般にＲＦ電力の周波数が高いとエッチングレートが高い反面、チャージアップ現象を生じやすく、ＲＦ電力の周波数が低いとその反対となる。そこで、このプラズマ反応装置では、高い周波数のＲＦ電力を使用して高いエッチングレートで半導体装置をエッチングする一方で、低い周波数のＲＦ電力に切り換えている間にチャージアップ現象を抑制するように機能させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−８４８４４号公報
【特許文献２】特開平１０−１５００２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、内部電極に直流電圧を印加する直流電源や直流電源に交流成分が流れることを防止するチョークコイルが必要であった。また内部電極に負電圧を印加する工程も必要であった。
【０００８】
特許文献２に記載されたプラズマ反応装置では、２つの異なる周波数でＲＦ電力を発生させる回路が必要であった。また、高い周波数のＲＦ電力を利用している間はチャージアップ現象の発生を許容しているため、チャージアップによる半導体装置へのダメージはある程度覚悟しなければならなかった。
【０００９】
そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、比較的簡単な構成でチャージアップ現象の発生を防止するプラズマ発生装置を提供することを目的の一つとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のプラズマ発生装置は、高周波信号が供給される第１電極と、プラズマを発生させるための第２電極と、前記第２電極の周囲にプラズマガスを供給するガス供給装置と、を備え、前記第２電極は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断するフィルタ回路を介して接地されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、第１電極と第２電極との間に印加される高周波信号でプラズマガスが励起されプラズマが発生した場合に、第２電極は、高周波成分に対して低ピーダンスであるため高周波成分の信号に対しては接地されるが、直流成分については遮断されるため、励起した電子が第２電極に流れることを阻止する。そのため、励起されたプラズマのイオンと電子との分布が不均一となることが防止され、マクロ的に電気的に中性なプラズマが供給されるので、処理対象の半導体装置においてチャージアップ現象を生じることが防止される。
【００１２】
ここで上記フィルタ回路は、コンデンサにより構成されていてもよい。また上記コンデンサは、所定の絶縁抵抗との間でハイパスフィルタを形成し、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記高周波信号が含む周波数成分より低いように設定することが好ましい。
【００１３】
本発明のプラズマ発生装置は、さらにプラズマガスが流通するセラミックチューブを備え、前記第１電極は、前記セラミックチューブの外周に配置されて前記第２電極の一部と対向しており、前記第２電極は、前記セラミックチューブの内部に設けられている構成を採ることができる。
【００１４】
また本発明のプラズマ発生装置は、前記セラミックチューブを複数本備えており、前記第２電極は、各前記セラミックチューブの内部にそれぞれ設けられており、各前記セラミックチューブに延在する前記第２電極は、互いに電気的に接続され、前記フィルタを介して接地されている構成を採ることも可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発生したプラズマにおいて励起した電子が第２電極に流れることを阻止され、イオンと電子との分布が不均一となることが防止され、電気的に中性なプラズマが供給されるので、処理対象の半導体装置においてチャージアップ現象を生じることを効果的に防止することが可能である。
本発明は、上記プラズマ発生装置を備えた表面洗浄装置でもある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１のプラズマ発生装置の構成図。
【図２】フィルタ回路にコンデンサを適用した場合の等価回路図。
【図３】図２に示す等価回路においてコンデンサの種々のキャパシタンスに応じた周波数特性。
【図４】比較例のプラズマ発生装置によって発生させたプラズマを照射した被照射物表面の電位波形（ｆ１）と実施例のプラズマ発生装置によって発生させたプラズマの電位波形（ｆ２）の各波形図。
【図５】Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図（洗浄部および未洗浄部それぞれの炭素原子のカウント数の比較）。
【図６】Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図（洗浄部および未洗浄部それぞれの酸素原子、炭素原子、および金原子の構成比比較）。
【図７】実施形態２のプラズマ発生装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
【００１８】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、プラズマガスが流通するセラミックチューブを一つ備えたプラズマ発生装置に関する。
【００１９】
図１に、本実施形態におけるプラズマ発生装置の構成図を示す。プラズマ発生装置１は、例えば、洗浄対象である半導体装置の洗浄面に対向して配置され、プラズマを発生させて半導体装置の洗浄面を洗浄するために用いられる。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態１におけるプラズマ発生装置１は、ガスチャンバ１０、負荷電極１１、接地電極１２、セラミックチューブ１３、接地配線１４、およびフィルタ回路１５を備えて構成される。
【００２１】
（ガスチャンバ１０）
ガスチャンバ１０は、セラミックチューブ１３にプラズマガスを供給するためのガス充填室である。ガスチャンバ１０は、隔壁１６によりガス室１８と前室１９とに分離されている。ガスチャンバ１０は、全体が金属で構成されており、導電性を有する。ガス室１８には、ガス供給口１７からプラズマガスが供給されるようになっている。プラズマガスとしては、Ｈ2、Ｏ2、Ｎ2、またはこれらと不活性ガスとの混合ガスを用いることが可能である。特に不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、キセノン（Ｘｅ）、ネオン（Ｎｅ）が利用可能であり、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）が最もよく利用される。なおプラズマガスは、図示しないガスボンベ、コンプレッサ、圧力計、流量計、配管等を備える任意のガス供給系統を通じてプラズマガス供給口１７に所定の気圧、例えば大気圧から３気圧程度までに加圧されて供給されるようになっている。なお、プラズマ発生装置は、大気圧雰囲気下でプラズマを供給する大気圧プラズマ発生装置として構成されていても、真空（減圧）雰囲気下でプラズマを供給する真空（減圧）プラズマ発生装置として構成されていても、いずれでもよい。
【００２２】
（負荷電極１１）
負荷電極１１は、本発明の第１電極に相当し、高周波信号発生装置２０から高周波信号ＨＳが印加されるようになっている。負荷電極１１は接地電極１２の対となる電極である。負荷電極１１は、セラミックチューブ１３の外側から接地電極１２の一部を囲むように形成されており、本実施形態では、断面管形状（円環状）を有している。負荷電極１１は、耐酸化性のある金属、例えばステンレスまたはメッキ等により耐酸化性を付与された金属で形成されている。負荷電極１１と接地電極１２との距離は、印加する高周波信号の電力と発生させたいプラズマ密度との関係に基づき設定されている。負荷電極１１は、断面円環状に形成する他、セラミックチューブ１３に巻回等したコイル状に形成されていてもよい。
【００２３】
（接地電極１２）
接地電極１２は、本発明の第２電極に相当し、プラズマを発生させるために接地される電極である。接地電極１２は、負荷電極１１の対になる電極である。接地電極１２は、セラミックチューブ１３の内部に設けられている。接地電極１２の先端部は、負荷電極１１の覆う範囲に位置していても、負荷電極１１の覆う範囲を超えてセラミックチューブ１３の先端付近まで延在していてもよい。接地電極１２は、周囲の発生するプラズマの高温に耐えられるような高融点を有する金属、例えばプラチナやタングステン等のワイヤにより構成されている。接地電極１２は、ガスチャンバ１０を経て外部で電気的に接地されている。
【００２４】
（セラミックチューブ１３）
セラミックチューブ１３は、プラズマで発生する高温や高反応性に耐性のある絶縁体材料であるセラミックで構成された構造物であり、プラズマ発生に適した所定の径に成形されている。セラミックチューブ１３の材料としては、セラミックスの他、石英ガラス等も利用可能である。セラミックチューブ１３には、内部に接地電極１２が設けられている。セラミックチューブ１３はガスチャンバ１０のガス室１８に連通しており、ガス室１８内部の加圧されたプラズマガスが接地電極１１の周囲を高速に流通するように構成されている。セラミックチューブ１３の開口（図１における左側端面）に対向させてプラズマ照射すべき面（半導体装置の被洗浄面等）が配置される。
【００２５】
（接地配線１４）
接地配線１４は、導電部材であるガスチャンバ１０の外壁に接続されてガスチャンバ１０および接地電極１２を電気的に接地電位に接地する配線である。
【００２６】
（高周波信号発生装置２０）
高周波信号発生装置２０は、例えば、高周波電源、進行波・反射波検出装置、高電圧発生装置、重畳コイル等を備えて構成され、プラズマを点火するための高電圧ＨＶおよびプラズマを発生・維持させるための高周波信号ＨＳを生成する装置である。高電圧ＨＶは、負荷となるプラズマガスにプラズマを励起するのに十分な放電を与えるような電圧値、例えば０．８ｋＶから２ｋＶ程度で供給される。高電圧ＨＶの周波数は例えば１ｋＨｚで１ｋＶである。高周波信号ＨＳは、プラズマ発生装置の仕様によって異なるが、プラズマの発生・維持に適した周波数として、例えば１０ＫＨｚ程度から１ＧＨｚ程度、プラズマの発生・維持に適した電力として、例えば０．１Ｗ程度〜１００Ｗ程度で供給される。
【００２７】
（整合装置２１）
整合装置２１は、高周波信号発生装置２０と負荷電極１１と間の伝送経路上に設けられており、高周波信号発生装置２０側と負荷電極１１側とのインピーダンスを整合させるよう機能する。整合装置２１は、コイルおよび可変コンデンサ等で構成されたフィルタ回路構造を有しており、プラズマが安定的に生成された状態での負荷インピーダンスが高周波信号発生装置２０の出力側から見て、特性インピーダンスＺ0（例えば５０Ω）になるように設計されている。
【００２８】
（同軸ケーブル２２）
同軸ケーブル２２は、高周波信号ＨＳを高周波信号発生装置２０から負荷電極１１に供給する特性インピーダンスＺ0の伝送経路である。同軸ケーブル２２は、整合装置２１および前室１９のそれぞれにコネクタで接続されており、同軸ケーブル２２の被覆は、整合装置２１または前室１９の少なくとも一方で接地されている。
【００２９】
（リアクタンス補正コイル２３）
リアクタンス補正コイル２３は、整合装置２１と負荷電極１１との間に接続されたインダクタ素子である。リアクタンス補正コイル２３は、負荷電極１１と接地電位との間に存在する容量成分によって生ずるリアクタンス（インピーダンス）の影響を抑制し、電圧定在波比ＶＳＷＲを改善するように機能する。
【００３０】
（フィルタ回路１５）
フィルタ回路１５は、本発明に係り、接地電極１２と接地電位であるガスチャンバ１０のガス室１８の内壁との間に介挿される。フィルタ回路１５は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断する濾過器として機能する。本実施形態では、特にフィルタ回路１５をコンデンサＣにより構成する。
【００３１】
フィルタ回路１５は少なくとも高周波信号ＨＳの周波数成分を通過させることが必要である。「通過させる」とは、相対的に低い周波数成分に対するリアクタンスより十分に低いリアクタンスを有することを意味する。高周波信号ＨＳの周波数成分とは、プラズマに用いる高周波および点火に用いる高電圧の周波数の双方を含む。本実施形態では高電圧ＨＶと高周波信号ＨＳとを比べると高電圧ＨＶの方が低い周波数（例えば１ｋＨｚ）であるため、この高電圧ＨＶの周波数に対して十分低いリアクタンスとなるようにフィルタ回路１５を構成する。
【００３２】
またフィルタ回路１５は印加される電圧に対する耐圧が必要である。高電圧ＨＶを１ｋＶとすると、フィルタ回路１５は少なくともこの電圧値（１ｋＶ）の耐圧が必要である。
【００３３】
（フィルタ回路の詳細）
図２に本実施形態１におけるフィルタ回路１５等価回路を示す。図２に示すように本実施形態ではフィルタ回路としては直列接続されたコンデンサを適用する。フィルタ回路１５を構成するコンデンサはコンデンサが接続されるガスチャンバ１０の絶縁抵抗との組み合わせでハイパスフィルタ回路を構成する。
【００３４】
上記ハイパスフィルタ回路の周波数特性は、絶縁抵抗をＲ、フィルタ回路１５のキャパシタンスをＣ、入力電圧をＶ1、絶縁抵抗Ｒの両端の出力電圧をＶ2とすると、式（１）のとおりとなる。
【数１】
【００３５】
式（１）の周波数特性において、カットオフ周波数ｆ０は、式（２）となる。
【００３６】
ｆ0＝ω0／２π＝１／２πＲＣ …（２）
ハイパスフィルタ回路のカットオフ周波数が少なくとも通過させたい周波数（例えば高電圧ＨＶの１ｋＨｚ）以上となるようにコンデンサ（フィルタ回路１５）のキャパシタンスＣを選択する。例えば、絶縁抵抗Ｒを仮に１０ＭΩと仮定した場合、高電圧ＨＶの周波数１ｋＨｚを十分に低いリアクタンスで通過させるためにはコンデンサＣのキャパシタンスは１００ｐＦ以上あればよく、例えば４７０ｐＦに設定することができる。耐圧１ｋＶでキャパシタンス４７０ｐＦのアナログのコンデンサを使用することができる。
【００３７】
図３に、絶縁抵抗Ｒを１０ＭΩと仮定し、図２に示す等価回路においてコンデンサのキャパシタンスを種々に変更させた場合の周波数特性を示す。−３［ｄＢ］の減衰率との交差点が各周波数特性におけるカットオフ周波数である。図３に示すように、コンデンサの容量が少ないほどカットオフ周波数が高くなっていくことが判る。負荷電極１１に供給される高電圧ＨＶまたは高周波信号ＨＳのうち最も低い周波数を有する信号に対してほとんど減衰させないような周波数特性となるようにコンデンサのキャパシタンスを選択する。
【００３８】
（動作の説明）
次に本実施形態１におけるプラズマ発生装置１の動作を説明する。
プラズマを点火するための準備状態（以下「プラズマ待機状態」という。）となると、図示しない制御装置の制御により、または、管理者の操作により、プラズマガスがプラズマガス供給口１７からガスチャンバ１０に供給される。プラズマガスが供給されると、ガスチャンバ１０のガス室１８に充填されたプラズマガスが所定の圧力でセラミックチューブ１３の内部を流れるようになる。プラズマガスの流れが安定したら、高周波信号発生装置２０に対し、プラズマ点火指示が出力される。
【００３９】
高周波信号発生装置２０は、システムのステータスがプラズマ待機状態か否かを判定する。プラズマ待機状態ではない場合には、プラズマ点火の準備が整っていないことを意味するので、高周波信号発生装置２０はその旨を警告する。プラズマ待機状態であったら、高周波信号発生装置２０は、周波数４５０ＭＨｚで出力３０Ｗの高周波信号ＨＳを伝送経路に出力する。高周波信号ＨＳが供給されると、負荷電極１１と接地電極１２との間に高周波電磁波が誘起される。
【００４０】
高周波信号ＨＳが供給されると、整合装置２１によって高周波信号発生装置２０の出力側のインピーダンスと負荷電極１１側のインピーダンスとが等しくなるようにマッチング制御を行う。高周波信号発生装置２０は、伝送経路における高周波信号ＨＳの進行波振幅値Ｖｆおよび負荷電極１１から反射される反射波振幅値Ｖｒを検出してＶＳＷＲ値を算出する。負荷電極１１側の負荷インピーダンスは、整合装置２１の機能により、適正なプラズマが発生している状態では、高周波信号発生装置２０の特性インピーダンスと同じ値になるようになっている。プラズマ発生前のこの段階では負荷電極１１側の負荷インピーダンスは特性インピーダンスＺ0と大幅に異なっている。このため検出される反射波振幅値Ｖｒは大きな値となり、ＶＳＷＲ値も相対的に大きな値となる。
【００４１】
次いで高周波信号発生装置２０は、算出されたＶＳＷＲ値がプラズマの発生を識別するためのしきい値Ｖｔｈより大きいと判定された場合には高電圧ＨＶの供給を開始する。生成された高電圧ＨＶは、高周波信号ＨＳに重畳されて伝送経路に出力される。高周波信号ＨＳに高電圧ＨＶが重畳されると、負荷電極１１と接地電極１２との間にも高電圧ＨＶが印加され、セラミックスチューブ１３内に放電が発生する。放電が発生すると、接地電極１２で発生する電子が種火となってプラズマが発生する。プラズマが発生すると、負荷電極１２に印加されている高周波信号ＨＳによりプラズマが維持される。安定的にプラズマが発生すると、セラミックスチューブ１３の先端からプラズマジェットが噴出し、必要な半導体装置等の表面に供給することが可能となる。プラズマが発生すると、負荷電極１１側の負荷インピーダンスは特性インピーダンスＺ0に向けて収束していく。
【００４２】
ＶＳＷＲ値がしきい値Ｖｔｈ以下となった場合には、高周波信号発生装置２０は、高電圧ＨＶの重畳を停止する。伝送経路には、高周波信号ＨＳのみが供給されるようになる。この段階では、プラズマが安定的に発生しているので、高電圧ＨＶの重畳が存在しなくなってもプラズマが消失することはなくなっている。
【００４３】
以上のような動作により、プラズマを安定的に発生させ維持させて、半導体装置の表面に提供することが可能である。
【００４４】
ここで、本実施形態によれば、接地電極１２がフィルタ回路１５を介して接地電位に接続されているところに特徴を有する。
【００４５】
一般に、プラズマガス中で励起された電子は移動度が高いためインピーダンスが低い電極に流れ込みやすい。もしも励起された電子が接地電極経由で接地電位に流れると、接地電極の周囲において励起された電子が存在しなくなり、陽イオンが相対的に多くなり、正に帯電したプラズマが半導体装置の表面に射出されてしまう。正に帯電したプラズマは、チャージアップ現象を発生させる原因となる。
【００４６】
この点、本実施形態に係るフィルタ回路１５では、上記プラズマを発生させるための高電圧ＨＶおよびプラズマを維持させるための高周波信号ＨＳにおける周波数成分については十分低いインピーダンスで通過させる。このためこれらの周波数成分については電気的に接地された状態と等価になっており、負荷電極１１と接地電極１２との間に十分な電位差を提供するためプラズマを発生させるに足りる振幅の大きな高周波電磁波を生じさせることが可能である。
【００４７】
一方、直流成分については遮断するように機能する。このため、励起された電子にとって接地電極１２は高いインピーダンスとなっており、電子が接地電極１２に流れ込むことが抑制される。このため接地電極１２の周囲のプラズマから電子が消失することがなく、プラズマ内における電荷の分布を均一のまま電気的に中性な状態に維持される。よって、セラミックチューブ１３から射出されるプラズマは、単位体積当たりに陽イオンと電子とが等しい電荷量で分布した電気的な中性なものとなり、チャージアップ現象の発生を抑制可能となる。
【００４８】
特に本実施形態に係るプラズマ発生装置１によれば、プラズマのチャージアップを防止するために接地電源に負電圧を印加するための構成を設けたり、高い周波数のＲＦ電力と低い周波数のＲＦ電力とを交代に印加するプラズマ発生回路を設けたりする必要がない。このため、おそらくは最も簡単な構成で効果的にプラズマのチャージアップ現象の発生を防止可能とした点でコスト削減に有効であり、極めて貢献度が高い。
【実施例１】
【００４９】
実施例として、上記実施形態１に沿ってプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置を製作し、当該プラズマ発生装置によりプラズマを発生させ、半導体装置の表面に照射する実験を行った。比較例として、フィルタ回路１５を設けず接地電極１２を接地電位に直接接続したものと比較した。
【００５０】
図４に実施例および比較例のプラズマ発生装置から射出されるプラズマを照射した被照射物表面の電位変化を示す。図４の波形ｆ１に示すように、比較例のプラズマ発生装置では、プラズマが全体として正の所定電位Ｖ（約７Ｖ）に帯電しており、陽イオンが過大に存在していることが判る。これに対し、図４の波形ｆ２に示すように、実施例のプラズマ発生装置では、プラズマの電位が全体としてほぼゼロであり、電気的に中性になっており、陽イオンと電子との存在比が等しいことが確認できた。
【００５１】
図５は、実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図であり、洗浄部および未洗浄部それぞれの炭素原子のカウント数を比較した図である。図６は、実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図であり、洗浄部および未洗浄部それぞれの酸素原子、炭素原子、および金原子の構成比を比較した図である。図５および図６とも、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ：Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）により測定した。Ｘ線光電子分光法は、真空中で固体表面にＸ線を照射し、Ｘ線のエネルギーによって励起され飛び出した固体表面の電子（光電子）のエネルギー分布を測定することにより、固体表面の組成を調べる測定方法である。光電子の量は光電子のカウント数で把握される。元素（原子）は固有の結合エネルギーを有し、元素が存在するとその固有の結合エネルギーにおいてその元素から飛び出した光電子がカウントできる。カウント数の大きさはその元素の存在量の大きさに比例している。
【００５２】
半導体装置の表面の洗浄性能は炭素原子の存在量で把握することが可能である。炭素原子は例えばレジスト等の残渣に含まれるものであり、洗浄されていないと炭素原子が多く、洗浄がされていれば炭素原子が少なくなる。
【００５３】
図５において、半導体装置の表面に炭素原子が存在すると結合エネルギーが２８５[ｅＶ]付近にカウント値のピークが示されるはずである。図５に示すように、実施例のプラズマ発生装置により発生させたプラズマで洗浄した半導体装置において、未洗浄部ではカウント値のピークが存在するのに対し、洗浄部ではカウント値のピークが観測されていない。よってプラズマ発生装置から供給したプラズマにより炭素原子を含む残渣がほぼ完全に洗浄されたことが確認された。
【００５４】
図６において、半導体装置の表面に炭素原子が存在すると、酸素原子や金原子に比べて一定量の炭素原子が測定されるはずである。図６に示すように、実施例のプラズマ発生装置により発生させたプラズマで洗浄した半導体装置において、未洗浄部では一定量の炭素原子が存在しているのに対し、洗浄部では炭素原子の量が大幅に減少している。よってプラズマ発生装置から供給したプラズマにより炭素原子を含む残渣がほぼ完全に洗浄されたことが確認された。
【００５５】
（実施形態２）
上記実施形態１では、一つのセラミックチューブ１３を備えるプラズマ発生装置であったが、本実施形態２は、複数のセラミックチューブによりプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関する。
【００５６】
図７に、本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂの構成図を示す。上記実施形態１（図１）と同じ構成要素については、同じ機能を有し、同じ符号を付す。
【００５７】
図７に示すように、本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂは、ガスチャンバ１０ｂ、負荷電極１１ｂ、接地電極１２ｂ、セラミックチューブ１３ｂ、接地配線１４、およびフィルタ回路１５を備えて構成される。特に本実施形態では、セラミックチューブ１３ｂが複数本設けられている点に特徴がある。
【００５８】
ガスチャンバ１０ｂは、実施形態１に係るガスチャンバ１０と同様に、隔壁１６ｂによりガス室１８および前室１９とに分離されているが、隔壁１６ｂには、複数のセラミックスチューブ１３ｂが配置されている。隔壁１６ｂは、セラミックチューブ１３ｂを貫通保持させるための保持穴が設けられた板状体となっている。各保持穴は、セラミックチューブ１３ｂを保持可能なように、セラミックチューブの外径と同じ程度に形成されている。セラミックチューブ１３ｂは、各々の開口が半導体装置等の洗浄面Ｓに対向するように保持されている。負荷電極１１ｂは、真鍮等の導電体で構成されており、複数のセラミックチューブ１３ｂを挿通する挿通孔が設けられた板状体となっている。各挿通孔は、セラミックチューブ１３ｂの外径より僅かに大きくなるように形成されている。負荷電極１１ｂは、上記実施形態１と同様に、リアクタンス補正コイル２３を介して同軸ケーブル２２に電気的に接続され、高周波信号発生装置２０および整合装置２１から出力された高周波信号ＨＳが供給されるようになっている。ガスチャンバ１０ｂの前室１９は、セラミックチューブ１３ｂの一部および負荷電極１１ｂを取り囲むシールドカバーとして機能している。
【００５９】
複数のセラミックチューブ１３ｂの各々には、接地電極１２ｂがそれぞれ各セラミックチューブ１３ｂの内部に設けられている。各接地電極１２ｂは結合されてから、フィルタ回路１５を介してガスチャンバ１０ｂの内壁に接続されている。ガスチャンバ１０ｂは金属製であり、接地配線１４により接地電位に接続されている。
【００６０】
以上の構成を有する実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂにおいても、上記実施形態１と同様に動作する。特に本実施形態２において、フィルタ回路１５は、上記実施形態１と同様に、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断する濾過器として機能する。このため、本実施形態に係るフィルタ回路１５においても、高周波信号発生装置２０から供給された、プラズマを発生させるための高電圧ＨＶおよびプラズマを維持させるための高周波信号ＨＳにおける周波数成分については十分低いインピーダンスで通過させる。このためこれらの周波数成分については電気的に接地された状態と等価になっており、負荷電極１１ｂと接地電極１２ｂとの間に十分な電位差を提供するためプラズマを発生させるに足りる振幅の大きな高周波電磁波を生じさせる。
【００６１】
一方、直流成分については各接地電極１２ｂを電気的に遮断するように機能する。このため、プラズマガス中で励起された電子にとって接地電極１２ｂは高いインピーダンスとなっており、電子が接地電極１２ｂに流れ込むことが抑制される。このため接地電極１２ｂの周囲のプラズマから電子が消失することがなく、プラズマ内における電荷の分布を均一のまま電気的に中性な状態に維持される。よって、セラミックチューブ１３ｂから洗浄面Ｓに射出されるプラズマは、単位体積当たりに陽イオンと電子とが等しい電荷量で分布した電気的な中性なものとなり、洗浄面Ｓにおいてチャージアップ現象の発生を抑制可能となる。
【００６２】
本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂによれば、上記実施形態１に係るプラズマ発生装置１と同様の利点を有する。さらに本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂによれば、複数のセラミックチューブ１３ｂが洗浄面Ｓに向かって平行にプラズマジェットを射出可能に構成されている。よって、広範囲に亘ってプラズマジェットによる加工（洗浄）が行えるという利点を有する。
【００６３】
（その他の変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、用途または目的に応じて、適宜組み合わせた実施例、または、変更若しくは改良を加えた応用例として適用することができ、上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例に限定されるものではない。用途または目的に応じて適宜組み合わせられた実施例または応用例についても、本発明の課題を逸脱しない範囲において、本発明の技術的範囲に属する。
【００６４】
例えば、上記実施形態１および２に係るプラズマ発生装置では、コンデンサを一つ配置したフィルタ回路を例示したがこれに限定されない。コンデンサに代えて、交流成分を通過させながら直流成分を遮断する電気回路を適用可能である。例えばパッシブフィルタとして、コンデンサの他、抵抗および／またはコイルで構成されたハイパスフィルタやバンドパスフィルタを適用してもよい。ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを適用する場合、高電圧ＨＶや高周波信号ＨＳが有する周波数成分に対して相対的にインピーダンスが低く、かつ、直流成分に対して高いインピーダンスを備えるように構成する。また、印加される高電圧ＨＶ等に対して余裕のある耐圧を有する素子で構成することが好ましい。
【００６５】
また上記実施形態ではセラミックチューブを有するプラズマ発生装置を例示したが、上記形態に限定されない。例えば、誘電体を介して対向させた平面電極間に高周波信号を供給してプラズマを発生させる構成を備えたプラズマ発生装置においても、プラズマを点火させる接地電極に本発明に係るフィルタ回路を設けることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のプラズマ発生装置は、半導体装置の表面を洗浄する表面洗浄装置に適用するのみならず、プラズマを用いるあらゆる用途に適用することが可能である。例えば、洗浄（アッシング）処理の他に、エッチング処理、ＣＶＤ処理、スパッタ処理等に適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１ｂ…プラズマ発生装置、１０、１０ｂ…ガスチャンバ、１１、１１ｂ…負荷電極、１２、１２ｂ…接地電極、１３、１３ｂ…セラミックチューブ、１４…接地配線、１５…フィルタ回路、１６、１６ｂ…隔壁、１７…ガス供給口、１８…ガス室、１９…前室、２０…プラズマ発生装置、２１…整合装置、２２…同軸ケーブル、２３…リアクタンス補正コイル、ＨＳ…高周波信号、ＨＶ…高電圧、Ｓ…洗浄面（被加工面）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージアップによるダメージを防止するプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの生産現場においてプラズマ発生装置が用いられている。例えば、半導体回路の製造分野では、プラズマ発生装置によって発生させたプラズマをボンディング対象となる半導体回路の表面に作用させて、エッチング処理やアッシング処理をしている。
【０００３】
ここでプラズマによってチャージアップ現象が生じていると、半導体装置にダメージを与えることが知られている。チャージアップ現象とは、プラズマガスが励起されて生じた電子およびイオンの分布が不均一な場合に、半導体装置表面に電荷が蓄積され半導体内部に電流が流れることによりトランジスタ等にダメージを与える現象である。
【０００４】
プラズマ発生装置においても、半導体装置にチャージアップ現象が生じないような工夫がされている。例えば、特開平６−８４８４４号公報には、円筒状の外部電極と内部電極とを有し、内部電極に直流電圧を印加する直流電源が接続されたプラズマ処理装置が開示されている（特許文献１）。内部電極と直流電源との間には交流成分を遮断するチョークコイルが接続されており、また、チョークコイルの両端は交流成分を逃がすコンデンサを介して接地されている（図１、段落００１１）。このプラズマ処理装置では、プラズマ処理中に内部電極に負電圧を印加することにより、プラズマ中で励起された電子が内部電極内に入り込むことを防ぎ、プラズマにチャージアップ現象が生じることを回避していた。
【０００５】
また、特開平１０−１５００２５号公報には、高い周波数のＲＦ電力と低い周波数のＲＦ電力とを交代に印加するプラズマ反応装置が開示されている（特許文献２）。一般にＲＦ電力の周波数が高いとエッチングレートが高い反面、チャージアップ現象を生じやすく、ＲＦ電力の周波数が低いとその反対となる。そこで、このプラズマ反応装置では、高い周波数のＲＦ電力を使用して高いエッチングレートで半導体装置をエッチングする一方で、低い周波数のＲＦ電力に切り換えている間にチャージアップ現象を抑制するように機能させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−８４８４４号公報
【特許文献２】特開平１０−１５００２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、内部電極に直流電圧を印加する直流電源や直流電源に交流成分が流れることを防止するチョークコイルが必要であった。また内部電極に負電圧を印加する工程も必要であった。
【０００８】
特許文献２に記載されたプラズマ反応装置では、２つの異なる周波数でＲＦ電力を発生させる回路が必要であった。また、高い周波数のＲＦ電力を利用している間はチャージアップ現象の発生を許容しているため、チャージアップによる半導体装置へのダメージはある程度覚悟しなければならなかった。
【０００９】
そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、比較的簡単な構成でチャージアップ現象の発生を防止するプラズマ発生装置を提供することを目的の一つとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のプラズマ発生装置は、高周波信号が供給される第１電極と、プラズマを発生させるための第２電極と、前記第２電極の周囲にプラズマガスを供給するガス供給装置と、を備え、前記第２電極は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断するフィルタ回路を介して接地されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、第１電極と第２電極との間に印加される高周波信号でプラズマガスが励起されプラズマが発生した場合に、第２電極は、高周波成分に対して低ピーダンスであるため高周波成分の信号に対しては接地されるが、直流成分については遮断されるため、励起した電子が第２電極に流れることを阻止する。そのため、励起されたプラズマのイオンと電子との分布が不均一となることが防止され、マクロ的に電気的に中性なプラズマが供給されるので、処理対象の半導体装置においてチャージアップ現象を生じることが防止される。
【００１２】
ここで上記フィルタ回路は、コンデンサにより構成されていてもよい。また上記コンデンサは、所定の絶縁抵抗との間でハイパスフィルタを形成し、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記高周波信号が含む周波数成分より低いように設定することが好ましい。
【００１３】
本発明のプラズマ発生装置は、さらにプラズマガスが流通するセラミックチューブを備え、前記第１電極は、前記セラミックチューブの外周に配置されて前記第２電極の一部と対向しており、前記第２電極は、前記セラミックチューブの内部に設けられている構成を採ることができる。
【００１４】
また本発明のプラズマ発生装置は、前記セラミックチューブを複数本備えており、前記第２電極は、各前記セラミックチューブの内部にそれぞれ設けられており、各前記セラミックチューブに延在する前記第２電極は、互いに電気的に接続され、前記フィルタを介して接地されている構成を採ることも可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発生したプラズマにおいて励起した電子が第２電極に流れることを阻止され、イオンと電子との分布が不均一となることが防止され、電気的に中性なプラズマが供給されるので、処理対象の半導体装置においてチャージアップ現象を生じることを効果的に防止することが可能である。
本発明は、上記プラズマ発生装置を備えた表面洗浄装置でもある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１のプラズマ発生装置の構成図。
【図２】フィルタ回路にコンデンサを適用した場合の等価回路図。
【図３】図２に示す等価回路においてコンデンサの種々のキャパシタンスに応じた周波数特性。
【図４】比較例のプラズマ発生装置によって発生させたプラズマを照射した被照射物表面の電位波形（ｆ１）と実施例のプラズマ発生装置によって発生させたプラズマの電位波形（ｆ２）の各波形図。
【図５】Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図（洗浄部および未洗浄部それぞれの炭素原子のカウント数の比較）。
【図６】Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図（洗浄部および未洗浄部それぞれの酸素原子、炭素原子、および金原子の構成比比較）。
【図７】実施形態２のプラズマ発生装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
【００１８】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、プラズマガスが流通するセラミックチューブを一つ備えたプラズマ発生装置に関する。
【００１９】
図１に、本実施形態におけるプラズマ発生装置の構成図を示す。プラズマ発生装置１は、例えば、洗浄対象である半導体装置の洗浄面に対向して配置され、プラズマを発生させて半導体装置の洗浄面を洗浄するために用いられる。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態１におけるプラズマ発生装置１は、ガスチャンバ１０、負荷電極１１、接地電極１２、セラミックチューブ１３、接地配線１４、およびフィルタ回路１５を備えて構成される。
【００２１】
（ガスチャンバ１０）
ガスチャンバ１０は、セラミックチューブ１３にプラズマガスを供給するためのガス充填室である。ガスチャンバ１０は、隔壁１６によりガス室１８と前室１９とに分離されている。ガスチャンバ１０は、全体が金属で構成されており、導電性を有する。ガス室１８には、ガス供給口１７からプラズマガスが供給されるようになっている。プラズマガスとしては、Ｈ2、Ｏ2、Ｎ2、またはこれらと不活性ガスとの混合ガスを用いることが可能である。特に不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、キセノン（Ｘｅ）、ネオン（Ｎｅ）が利用可能であり、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）が最もよく利用される。なおプラズマガスは、図示しないガスボンベ、コンプレッサ、圧力計、流量計、配管等を備える任意のガス供給系統を通じてプラズマガス供給口１７に所定の気圧、例えば大気圧から３気圧程度までに加圧されて供給されるようになっている。なお、プラズマ発生装置は、大気圧雰囲気下でプラズマを供給する大気圧プラズマ発生装置として構成されていても、真空（減圧）雰囲気下でプラズマを供給する真空（減圧）プラズマ発生装置として構成されていても、いずれでもよい。
【００２２】
（負荷電極１１）
負荷電極１１は、本発明の第１電極に相当し、高周波信号発生装置２０から高周波信号ＨＳが印加されるようになっている。負荷電極１１は接地電極１２の対となる電極である。負荷電極１１は、セラミックチューブ１３の外側から接地電極１２の一部を囲むように形成されており、本実施形態では、断面管形状（円環状）を有している。負荷電極１１は、耐酸化性のある金属、例えばステンレスまたはメッキ等により耐酸化性を付与された金属で形成されている。負荷電極１１と接地電極１２との距離は、印加する高周波信号の電力と発生させたいプラズマ密度との関係に基づき設定されている。負荷電極１１は、断面円環状に形成する他、セラミックチューブ１３に巻回等したコイル状に形成されていてもよい。
【００２３】
（接地電極１２）
接地電極１２は、本発明の第２電極に相当し、プラズマを発生させるために接地される電極である。接地電極１２は、負荷電極１１の対になる電極である。接地電極１２は、セラミックチューブ１３の内部に設けられている。接地電極１２の先端部は、負荷電極１１の覆う範囲に位置していても、負荷電極１１の覆う範囲を超えてセラミックチューブ１３の先端付近まで延在していてもよい。接地電極１２は、周囲の発生するプラズマの高温に耐えられるような高融点を有する金属、例えばプラチナやタングステン等のワイヤにより構成されている。接地電極１２は、ガスチャンバ１０を経て外部で電気的に接地されている。
【００２４】
（セラミックチューブ１３）
セラミックチューブ１３は、プラズマで発生する高温や高反応性に耐性のある絶縁体材料であるセラミックで構成された構造物であり、プラズマ発生に適した所定の径に成形されている。セラミックチューブ１３の材料としては、セラミックスの他、石英ガラス等も利用可能である。セラミックチューブ１３には、内部に接地電極１２が設けられている。セラミックチューブ１３はガスチャンバ１０のガス室１８に連通しており、ガス室１８内部の加圧されたプラズマガスが接地電極１１の周囲を高速に流通するように構成されている。セラミックチューブ１３の開口（図１における左側端面）に対向させてプラズマ照射すべき面（半導体装置の被洗浄面等）が配置される。
【００２５】
（接地配線１４）
接地配線１４は、導電部材であるガスチャンバ１０の外壁に接続されてガスチャンバ１０および接地電極１２を電気的に接地電位に接地する配線である。
【００２６】
（高周波信号発生装置２０）
高周波信号発生装置２０は、例えば、高周波電源、進行波・反射波検出装置、高電圧発生装置、重畳コイル等を備えて構成され、プラズマを点火するための高電圧ＨＶおよびプラズマを発生・維持させるための高周波信号ＨＳを生成する装置である。高電圧ＨＶは、負荷となるプラズマガスにプラズマを励起するのに十分な放電を与えるような電圧値、例えば０．８ｋＶから２ｋＶ程度で供給される。高電圧ＨＶの周波数は例えば１ｋＨｚで１ｋＶである。高周波信号ＨＳは、プラズマ発生装置の仕様によって異なるが、プラズマの発生・維持に適した周波数として、例えば１０ＫＨｚ程度から１ＧＨｚ程度、プラズマの発生・維持に適した電力として、例えば０．１Ｗ程度〜１００Ｗ程度で供給される。
【００２７】
（整合装置２１）
整合装置２１は、高周波信号発生装置２０と負荷電極１１と間の伝送経路上に設けられており、高周波信号発生装置２０側と負荷電極１１側とのインピーダンスを整合させるよう機能する。整合装置２１は、コイルおよび可変コンデンサ等で構成されたフィルタ回路構造を有しており、プラズマが安定的に生成された状態での負荷インピーダンスが高周波信号発生装置２０の出力側から見て、特性インピーダンスＺ0（例えば５０Ω）になるように設計されている。
【００２８】
（同軸ケーブル２２）
同軸ケーブル２２は、高周波信号ＨＳを高周波信号発生装置２０から負荷電極１１に供給する特性インピーダンスＺ0の伝送経路である。同軸ケーブル２２は、整合装置２１および前室１９のそれぞれにコネクタで接続されており、同軸ケーブル２２の被覆は、整合装置２１または前室１９の少なくとも一方で接地されている。
【００２９】
（リアクタンス補正コイル２３）
リアクタンス補正コイル２３は、整合装置２１と負荷電極１１との間に接続されたインダクタ素子である。リアクタンス補正コイル２３は、負荷電極１１と接地電位との間に存在する容量成分によって生ずるリアクタンス（インピーダンス）の影響を抑制し、電圧定在波比ＶＳＷＲを改善するように機能する。
【００３０】
（フィルタ回路１５）
フィルタ回路１５は、本発明に係り、接地電極１２と接地電位であるガスチャンバ１０のガス室１８の内壁との間に介挿される。フィルタ回路１５は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断する濾過器として機能する。本実施形態では、特にフィルタ回路１５をコンデンサＣにより構成する。
【００３１】
フィルタ回路１５は少なくとも高周波信号ＨＳの周波数成分を通過させることが必要である。「通過させる」とは、相対的に低い周波数成分に対するリアクタンスより十分に低いリアクタンスを有することを意味する。高周波信号ＨＳの周波数成分とは、プラズマに用いる高周波および点火に用いる高電圧の周波数の双方を含む。本実施形態では高電圧ＨＶと高周波信号ＨＳとを比べると高電圧ＨＶの方が低い周波数（例えば１ｋＨｚ）であるため、この高電圧ＨＶの周波数に対して十分低いリアクタンスとなるようにフィルタ回路１５を構成する。
【００３２】
またフィルタ回路１５は印加される電圧に対する耐圧が必要である。高電圧ＨＶを１ｋＶとすると、フィルタ回路１５は少なくともこの電圧値（１ｋＶ）の耐圧が必要である。
【００３３】
（フィルタ回路の詳細）
図２に本実施形態１におけるフィルタ回路１５等価回路を示す。図２に示すように本実施形態ではフィルタ回路としては直列接続されたコンデンサを適用する。フィルタ回路１５を構成するコンデンサはコンデンサが接続されるガスチャンバ１０の絶縁抵抗との組み合わせでハイパスフィルタ回路を構成する。
【００３４】
上記ハイパスフィルタ回路の周波数特性は、絶縁抵抗をＲ、フィルタ回路１５のキャパシタンスをＣ、入力電圧をＶ1、絶縁抵抗Ｒの両端の出力電圧をＶ2とすると、式（１）のとおりとなる。
【数１】
【００３５】
式（１）の周波数特性において、カットオフ周波数ｆ０は、式（２）となる。
【００３６】
ｆ0＝ω0／２π＝１／２πＲＣ …（２）
ハイパスフィルタ回路のカットオフ周波数が少なくとも通過させたい周波数（例えば高電圧ＨＶの１ｋＨｚ）以上となるようにコンデンサ（フィルタ回路１５）のキャパシタンスＣを選択する。例えば、絶縁抵抗Ｒを仮に１０ＭΩと仮定した場合、高電圧ＨＶの周波数１ｋＨｚを十分に低いリアクタンスで通過させるためにはコンデンサＣのキャパシタンスは１００ｐＦ以上あればよく、例えば４７０ｐＦに設定することができる。耐圧１ｋＶでキャパシタンス４７０ｐＦのアナログのコンデンサを使用することができる。
【００３７】
図３に、絶縁抵抗Ｒを１０ＭΩと仮定し、図２に示す等価回路においてコンデンサのキャパシタンスを種々に変更させた場合の周波数特性を示す。−３［ｄＢ］の減衰率との交差点が各周波数特性におけるカットオフ周波数である。図３に示すように、コンデンサの容量が少ないほどカットオフ周波数が高くなっていくことが判る。負荷電極１１に供給される高電圧ＨＶまたは高周波信号ＨＳのうち最も低い周波数を有する信号に対してほとんど減衰させないような周波数特性となるようにコンデンサのキャパシタンスを選択する。
【００３８】
（動作の説明）
次に本実施形態１におけるプラズマ発生装置１の動作を説明する。
プラズマを点火するための準備状態（以下「プラズマ待機状態」という。）となると、図示しない制御装置の制御により、または、管理者の操作により、プラズマガスがプラズマガス供給口１７からガスチャンバ１０に供給される。プラズマガスが供給されると、ガスチャンバ１０のガス室１８に充填されたプラズマガスが所定の圧力でセラミックチューブ１３の内部を流れるようになる。プラズマガスの流れが安定したら、高周波信号発生装置２０に対し、プラズマ点火指示が出力される。
【００３９】
高周波信号発生装置２０は、システムのステータスがプラズマ待機状態か否かを判定する。プラズマ待機状態ではない場合には、プラズマ点火の準備が整っていないことを意味するので、高周波信号発生装置２０はその旨を警告する。プラズマ待機状態であったら、高周波信号発生装置２０は、周波数４５０ＭＨｚで出力３０Ｗの高周波信号ＨＳを伝送経路に出力する。高周波信号ＨＳが供給されると、負荷電極１１と接地電極１２との間に高周波電磁波が誘起される。
【００４０】
高周波信号ＨＳが供給されると、整合装置２１によって高周波信号発生装置２０の出力側のインピーダンスと負荷電極１１側のインピーダンスとが等しくなるようにマッチング制御を行う。高周波信号発生装置２０は、伝送経路における高周波信号ＨＳの進行波振幅値Ｖｆおよび負荷電極１１から反射される反射波振幅値Ｖｒを検出してＶＳＷＲ値を算出する。負荷電極１１側の負荷インピーダンスは、整合装置２１の機能により、適正なプラズマが発生している状態では、高周波信号発生装置２０の特性インピーダンスと同じ値になるようになっている。プラズマ発生前のこの段階では負荷電極１１側の負荷インピーダンスは特性インピーダンスＺ0と大幅に異なっている。このため検出される反射波振幅値Ｖｒは大きな値となり、ＶＳＷＲ値も相対的に大きな値となる。
【００４１】
次いで高周波信号発生装置２０は、算出されたＶＳＷＲ値がプラズマの発生を識別するためのしきい値Ｖｔｈより大きいと判定された場合には高電圧ＨＶの供給を開始する。生成された高電圧ＨＶは、高周波信号ＨＳに重畳されて伝送経路に出力される。高周波信号ＨＳに高電圧ＨＶが重畳されると、負荷電極１１と接地電極１２との間にも高電圧ＨＶが印加され、セラミックスチューブ１３内に放電が発生する。放電が発生すると、接地電極１２で発生する電子が種火となってプラズマが発生する。プラズマが発生すると、負荷電極１２に印加されている高周波信号ＨＳによりプラズマが維持される。安定的にプラズマが発生すると、セラミックスチューブ１３の先端からプラズマジェットが噴出し、必要な半導体装置等の表面に供給することが可能となる。プラズマが発生すると、負荷電極１１側の負荷インピーダンスは特性インピーダンスＺ0に向けて収束していく。
【００４２】
ＶＳＷＲ値がしきい値Ｖｔｈ以下となった場合には、高周波信号発生装置２０は、高電圧ＨＶの重畳を停止する。伝送経路には、高周波信号ＨＳのみが供給されるようになる。この段階では、プラズマが安定的に発生しているので、高電圧ＨＶの重畳が存在しなくなってもプラズマが消失することはなくなっている。
【００４３】
以上のような動作により、プラズマを安定的に発生させ維持させて、半導体装置の表面に提供することが可能である。
【００４４】
ここで、本実施形態によれば、接地電極１２がフィルタ回路１５を介して接地電位に接続されているところに特徴を有する。
【００４５】
一般に、プラズマガス中で励起された電子は移動度が高いためインピーダンスが低い電極に流れ込みやすい。もしも励起された電子が接地電極経由で接地電位に流れると、接地電極の周囲において励起された電子が存在しなくなり、陽イオンが相対的に多くなり、正に帯電したプラズマが半導体装置の表面に射出されてしまう。正に帯電したプラズマは、チャージアップ現象を発生させる原因となる。
【００４６】
この点、本実施形態に係るフィルタ回路１５では、上記プラズマを発生させるための高電圧ＨＶおよびプラズマを維持させるための高周波信号ＨＳにおける周波数成分については十分低いインピーダンスで通過させる。このためこれらの周波数成分については電気的に接地された状態と等価になっており、負荷電極１１と接地電極１２との間に十分な電位差を提供するためプラズマを発生させるに足りる振幅の大きな高周波電磁波を生じさせることが可能である。
【００４７】
一方、直流成分については遮断するように機能する。このため、励起された電子にとって接地電極１２は高いインピーダンスとなっており、電子が接地電極１２に流れ込むことが抑制される。このため接地電極１２の周囲のプラズマから電子が消失することがなく、プラズマ内における電荷の分布を均一のまま電気的に中性な状態に維持される。よって、セラミックチューブ１３から射出されるプラズマは、単位体積当たりに陽イオンと電子とが等しい電荷量で分布した電気的な中性なものとなり、チャージアップ現象の発生を抑制可能となる。
【００４８】
特に本実施形態に係るプラズマ発生装置１によれば、プラズマのチャージアップを防止するために接地電源に負電圧を印加するための構成を設けたり、高い周波数のＲＦ電力と低い周波数のＲＦ電力とを交代に印加するプラズマ発生回路を設けたりする必要がない。このため、おそらくは最も簡単な構成で効果的にプラズマのチャージアップ現象の発生を防止可能とした点でコスト削減に有効であり、極めて貢献度が高い。
【実施例１】
【００４９】
実施例として、上記実施形態１に沿ってプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置を製作し、当該プラズマ発生装置によりプラズマを発生させ、半導体装置の表面に照射する実験を行った。比較例として、フィルタ回路１５を設けず接地電極１２を接地電位に直接接続したものと比較した。
【００５０】
図４に実施例および比較例のプラズマ発生装置から射出されるプラズマを照射した被照射物表面の電位変化を示す。図４の波形ｆ１に示すように、比較例のプラズマ発生装置では、プラズマが全体として正の所定電位Ｖ（約７Ｖ）に帯電しており、陽イオンが過大に存在していることが判る。これに対し、図４の波形ｆ２に示すように、実施例のプラズマ発生装置では、プラズマの電位が全体としてほぼゼロであり、電気的に中性になっており、陽イオンと電子との存在比が等しいことが確認できた。
【００５１】
図５は、実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図であり、洗浄部および未洗浄部それぞれの炭素原子のカウント数を比較した図である。図６は、実施例のプラズマ発生装置を備える表面洗浄装置における洗浄性能を測定した図であり、洗浄部および未洗浄部それぞれの酸素原子、炭素原子、および金原子の構成比を比較した図である。図５および図６とも、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ：Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）により測定した。Ｘ線光電子分光法は、真空中で固体表面にＸ線を照射し、Ｘ線のエネルギーによって励起され飛び出した固体表面の電子（光電子）のエネルギー分布を測定することにより、固体表面の組成を調べる測定方法である。光電子の量は光電子のカウント数で把握される。元素（原子）は固有の結合エネルギーを有し、元素が存在するとその固有の結合エネルギーにおいてその元素から飛び出した光電子がカウントできる。カウント数の大きさはその元素の存在量の大きさに比例している。
【００５２】
半導体装置の表面の洗浄性能は炭素原子の存在量で把握することが可能である。炭素原子は例えばレジスト等の残渣に含まれるものであり、洗浄されていないと炭素原子が多く、洗浄がされていれば炭素原子が少なくなる。
【００５３】
図５において、半導体装置の表面に炭素原子が存在すると結合エネルギーが２８５[ｅＶ]付近にカウント値のピークが示されるはずである。図５に示すように、実施例のプラズマ発生装置により発生させたプラズマで洗浄した半導体装置において、未洗浄部ではカウント値のピークが存在するのに対し、洗浄部ではカウント値のピークが観測されていない。よってプラズマ発生装置から供給したプラズマにより炭素原子を含む残渣がほぼ完全に洗浄されたことが確認された。
【００５４】
図６において、半導体装置の表面に炭素原子が存在すると、酸素原子や金原子に比べて一定量の炭素原子が測定されるはずである。図６に示すように、実施例のプラズマ発生装置により発生させたプラズマで洗浄した半導体装置において、未洗浄部では一定量の炭素原子が存在しているのに対し、洗浄部では炭素原子の量が大幅に減少している。よってプラズマ発生装置から供給したプラズマにより炭素原子を含む残渣がほぼ完全に洗浄されたことが確認された。
【００５５】
（実施形態２）
上記実施形態１では、一つのセラミックチューブ１３を備えるプラズマ発生装置であったが、本実施形態２は、複数のセラミックチューブによりプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関する。
【００５６】
図７に、本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂの構成図を示す。上記実施形態１（図１）と同じ構成要素については、同じ機能を有し、同じ符号を付す。
【００５７】
図７に示すように、本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂは、ガスチャンバ１０ｂ、負荷電極１１ｂ、接地電極１２ｂ、セラミックチューブ１３ｂ、接地配線１４、およびフィルタ回路１５を備えて構成される。特に本実施形態では、セラミックチューブ１３ｂが複数本設けられている点に特徴がある。
【００５８】
ガスチャンバ１０ｂは、実施形態１に係るガスチャンバ１０と同様に、隔壁１６ｂによりガス室１８および前室１９とに分離されているが、隔壁１６ｂには、複数のセラミックスチューブ１３ｂが配置されている。隔壁１６ｂは、セラミックチューブ１３ｂを貫通保持させるための保持穴が設けられた板状体となっている。各保持穴は、セラミックチューブ１３ｂを保持可能なように、セラミックチューブの外径と同じ程度に形成されている。セラミックチューブ１３ｂは、各々の開口が半導体装置等の洗浄面Ｓに対向するように保持されている。負荷電極１１ｂは、真鍮等の導電体で構成されており、複数のセラミックチューブ１３ｂを挿通する挿通孔が設けられた板状体となっている。各挿通孔は、セラミックチューブ１３ｂの外径より僅かに大きくなるように形成されている。負荷電極１１ｂは、上記実施形態１と同様に、リアクタンス補正コイル２３を介して同軸ケーブル２２に電気的に接続され、高周波信号発生装置２０および整合装置２１から出力された高周波信号ＨＳが供給されるようになっている。ガスチャンバ１０ｂの前室１９は、セラミックチューブ１３ｂの一部および負荷電極１１ｂを取り囲むシールドカバーとして機能している。
【００５９】
複数のセラミックチューブ１３ｂの各々には、接地電極１２ｂがそれぞれ各セラミックチューブ１３ｂの内部に設けられている。各接地電極１２ｂは結合されてから、フィルタ回路１５を介してガスチャンバ１０ｂの内壁に接続されている。ガスチャンバ１０ｂは金属製であり、接地配線１４により接地電位に接続されている。
【００６０】
以上の構成を有する実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂにおいても、上記実施形態１と同様に動作する。特に本実施形態２において、フィルタ回路１５は、上記実施形態１と同様に、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断する濾過器として機能する。このため、本実施形態に係るフィルタ回路１５においても、高周波信号発生装置２０から供給された、プラズマを発生させるための高電圧ＨＶおよびプラズマを維持させるための高周波信号ＨＳにおける周波数成分については十分低いインピーダンスで通過させる。このためこれらの周波数成分については電気的に接地された状態と等価になっており、負荷電極１１ｂと接地電極１２ｂとの間に十分な電位差を提供するためプラズマを発生させるに足りる振幅の大きな高周波電磁波を生じさせる。
【００６１】
一方、直流成分については各接地電極１２ｂを電気的に遮断するように機能する。このため、プラズマガス中で励起された電子にとって接地電極１２ｂは高いインピーダンスとなっており、電子が接地電極１２ｂに流れ込むことが抑制される。このため接地電極１２ｂの周囲のプラズマから電子が消失することがなく、プラズマ内における電荷の分布を均一のまま電気的に中性な状態に維持される。よって、セラミックチューブ１３ｂから洗浄面Ｓに射出されるプラズマは、単位体積当たりに陽イオンと電子とが等しい電荷量で分布した電気的な中性なものとなり、洗浄面Ｓにおいてチャージアップ現象の発生を抑制可能となる。
【００６２】
本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂによれば、上記実施形態１に係るプラズマ発生装置１と同様の利点を有する。さらに本実施形態２に係るプラズマ発生装置１ｂによれば、複数のセラミックチューブ１３ｂが洗浄面Ｓに向かって平行にプラズマジェットを射出可能に構成されている。よって、広範囲に亘ってプラズマジェットによる加工（洗浄）が行えるという利点を有する。
【００６３】
（その他の変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、用途または目的に応じて、適宜組み合わせた実施例、または、変更若しくは改良を加えた応用例として適用することができ、上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例に限定されるものではない。用途または目的に応じて適宜組み合わせられた実施例または応用例についても、本発明の課題を逸脱しない範囲において、本発明の技術的範囲に属する。
【００６４】
例えば、上記実施形態１および２に係るプラズマ発生装置では、コンデンサを一つ配置したフィルタ回路を例示したがこれに限定されない。コンデンサに代えて、交流成分を通過させながら直流成分を遮断する電気回路を適用可能である。例えばパッシブフィルタとして、コンデンサの他、抵抗および／またはコイルで構成されたハイパスフィルタやバンドパスフィルタを適用してもよい。ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを適用する場合、高電圧ＨＶや高周波信号ＨＳが有する周波数成分に対して相対的にインピーダンスが低く、かつ、直流成分に対して高いインピーダンスを備えるように構成する。また、印加される高電圧ＨＶ等に対して余裕のある耐圧を有する素子で構成することが好ましい。
【００６５】
また上記実施形態ではセラミックチューブを有するプラズマ発生装置を例示したが、上記形態に限定されない。例えば、誘電体を介して対向させた平面電極間に高周波信号を供給してプラズマを発生させる構成を備えたプラズマ発生装置においても、プラズマを点火させる接地電極に本発明に係るフィルタ回路を設けることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のプラズマ発生装置は、半導体装置の表面を洗浄する表面洗浄装置に適用するのみならず、プラズマを用いるあらゆる用途に適用することが可能である。例えば、洗浄（アッシング）処理の他に、エッチング処理、ＣＶＤ処理、スパッタ処理等に適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１ｂ…プラズマ発生装置、１０、１０ｂ…ガスチャンバ、１１、１１ｂ…負荷電極、１２、１２ｂ…接地電極、１３、１３ｂ…セラミックチューブ、１４…接地配線、１５…フィルタ回路、１６、１６ｂ…隔壁、１７…ガス供給口、１８…ガス室、１９…前室、２０…プラズマ発生装置、２１…整合装置、２２…同軸ケーブル、２３…リアクタンス補正コイル、ＨＳ…高周波信号、ＨＶ…高電圧、Ｓ…洗浄面（被加工面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号が供給される第１電極と、
プラズマを発生させるための第２電極と、
前記第２電極の周囲にプラズマガスを供給するガス供給装置と、を備え、
前記第２電極は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断するフィルタ回路を介して接地されている、
プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記フィルタ回路は、コンデンサにより構成される、
請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記コンデンサは、所定の絶縁抵抗との間でハイパスフィルタを形成し、
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記高周波信号が含む周波数成分より低い、
請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記プラズマガスが流通するセラミックチューブを備え、
前記第１電極は、前記セラミックチューブの外周に配置されて前記第２電極の一部と対向しており、
前記第２電極は、前記セラミックチューブの内部に設けられている、
請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記セラミックチューブを複数本備えており、
前記第２電極は、各前記セラミックチューブの内部にそれぞれ設けられており、
各前記第２電極は、互いに電気的に接続され、前記フィルタを介して接地されている、
請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ発生装置を備えた表面洗浄装置。
【請求項１】
高周波信号が供給される第１電極と、
プラズマを発生させるための第２電極と、
前記第２電極の周囲にプラズマガスを供給するガス供給装置と、を備え、
前記第２電極は、所定の周波数成分を通過させ直流成分を遮断するフィルタ回路を介して接地されている、
プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記フィルタ回路は、コンデンサにより構成される、
請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記コンデンサは、所定の絶縁抵抗との間でハイパスフィルタを形成し、
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記高周波信号が含む周波数成分より低い、
請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記プラズマガスが流通するセラミックチューブを備え、
前記第１電極は、前記セラミックチューブの外周に配置されて前記第２電極の一部と対向しており、
前記第２電極は、前記セラミックチューブの内部に設けられている、
請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記セラミックチューブを複数本備えており、
前記第２電極は、各前記セラミックチューブの内部にそれぞれ設けられており、
各前記第２電極は、互いに電気的に接続され、前記フィルタを介して接地されている、
請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ発生装置を備えた表面洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５４３３３（Ｐ２０１２−５４３３３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４４３０（Ｐ２０１０−１９４４３０）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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