JP2007043079A

JP2007043079A - プラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びプラズマ処理装置

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Publication number: JP2007043079A
Application number: JP2006115030A
Authority: JP
Inventors: Makoto Muto; 真武藤
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】還元性ガスまたは還元性ガスを含むガスのプラズマによるプラズマ発生装置の部材の還元を防止し、かつ、還元性ガスの活性種や荷電粒子などの減少を抑え、被処理物の処理効率が高いプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも一部が誘電体からなる隔壁を有し、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な第一の空間領域を有する第一の部分と、前記第一の空間領域に第一のガスを導入する手段と、前記誘電体を介して前記第一の部分の外部から前記第一の空間領域にマイクロ波を導入する手段と、前記第一の空間領域に連接するように設けられた第二の空間領域を有する第二の部分と、前記第二の空間領域に第二のガスを導入する手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置や液晶表示装置等を製造する際に用いるプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びプラズマ処理装置に係わり、特に、還元性ガスを用いるプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びプラズマ処理装置に関する。

プラズマを利用したドライプロセスは、半導体製造装置、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング、エッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が用いられている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。

このようなドライプロセスのひとつに、水素プラズマを代表とする還元性ガスによるプラズマ処理がある。このような還元性ガスによるプラズマ処理は、半導体装置のアッシング（例えば、特許文献１）やエッチング（例えば、特許文献２）、液晶表示装置における水素ドーピング（例えば、特許文献３）や成膜堆積（例えば、特許文献４）などに広く用いられている。

また、ドライプロセスに使用する装置の中には、プラズマ発生部の下流側にガスを添加し、この混合ガスをプラズマで分解、活性化して被処理物の処理をおこなうもの（例えば、特許文献５）やプラズマ発生部のさらに下流側で活性種、荷電粒子が消失した領域にガスを添加し被処理物の処理をおこなうものがある。（例えば、特許文献６）
特開昭５３−１１４７４２号公報特開２００３−１２４３１１号公報特開平５−１５２３３３号公報特開平６−３３０２８３号公報特開平２−９１９３７号公報特開平７−２６３４１６号公報

しかしながら、本発明者の独自研究の結果、このような還元性ガスによるプラズマ処理を行えば、プラズマ発生装置の部材が還元性ガスのプラズマにより還元され、その結果、アッシングや成膜などの処理効率が低下するという問題があることが判明した。

この場合、特許文献５または６に開示されている技術では、還元性ガスのプラズマによるプラズマ発生装置の部材の還元を防止することができない。また、還元性ガスの活性種や荷電粒子などの減少を抑えることもできない。

本発明は、かかる課題に基づき提案されたものである。その目的は、還元性ガスまたは還元性ガスを含むガスのプラズマによるプラズマ発生装置の部材の還元を防止し、かつ、還元性ガスの活性種や荷電粒子などの減少を抑え、被処理物の処理効率が高いプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
少なくとも一部が誘電体からなる隔壁を有し、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な第一の空間領域を有する第一の部分と、
前記第一の空間領域に第一のガスを導入する手段と、
前記誘電体を介して前記第一の部分の外部から前記第一の空間領域にマイクロ波を導入する手段と、
前記第一の空間領域に連接するように設けられた第二の空間領域を有する第二の部分と、
前記第二の空間領域に第二のガスを導入する手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、
少なくとも一部が誘電体からなる隔壁を有する第一の空間領域を大気よりも減圧する工程と、
前記第一の空間領域の内部に還元性を有さないガスを導入する工程と、
前記誘電体を介して前記第一の空間領域の外部から内部にマイクロ波を導入する工程と、
前記第一の空間領域に連接するように設けられた第二の空間領域の内部に還元性ガスを導入する工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ発生方法が提供される。

また、本発明のさらに他の一態様によれば、
前記プラズマ発生装置を備え、
前記第二の空間領域に連接する処理室を内部に形成する処理チャンバと、
前記処理室の内部に設けられ、被処理物を保持するための載置台と、
を備えたこと、
を特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

以上詳述したように、本発明によれば、還元性ガスまたは還元性ガスを含むガスのプラズマによるプラズマ発生装置の部材の還元を防止し、かつ、還元性ガスの活性種や荷電粒子などの減少を抑え、被処理物の処理効率が高いプラズマ発生装置、プラズマ発生方法及びプラズマ処理装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。

以下、本発明の実施の形態について、具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる概略手順を例示するフローチャートである。
すなわち、本発明においては、第一の空間領域で、還元性を有さないガスのプラズマを発生させる（ステップＳ１００）。次に、第一の空間領域の下流側に位置する第二の空間領域において、この還元性を有さないガスのプラズマにより生成された活性種やイオン、荷電粒子などのエネルギー粒子に、還元性ガスまたは還元性ガスを含むガスを導入することにより、還元性ガスの活性種やイオン、荷電粒子などのエネルギー粒子を生成する（ステップＳ１１０）。そして、このようにして生成した還元性ガスのエネルギー粒子を、例えば、被処理物であるウェーハ表面まで到達させ、還元性ガスの活性種やイオン、荷電粒子などのエネルギー粒子によりアッシングやエッチングなどの各種処理を行う（ステップＳ１２０）。この際に、荷電粒子による被処理物へのダメージを軽減するため、例えば、ケミカルドライエッチングのように活性種を主体とする処理をすることもできるし、還元性を有さないガスと還元性ガスの双方の活性種や荷電粒子で被処理物を処理することとしても良い。

この場合、第一の空間領域とこれに連接する第二の空間領域との位置関係を考慮する必要がある。すなわち、第一の空間領域は、第二の空間領域で導入する還元性を有するガスが逆流しない領域であることが望ましい。もし、第一の空間領域で発生させる還元性を有さないガスのプラズマに第二の空間領域で導入する還元性ガスが混入すると、第一の空間領域で還元性ガスのプラズマが生じ、これにより第一の空間領域のプラズマ発生装置の部材が還元されてしまい、結果として処理効率の低下を招くからである。ただし、全く還元性ガスの混入が起こりえないほど第一の空間領域と第二の空間領域とを引き離すことは必ずしも必要ではなく、微量の還元性ガスが第一の空間領域に逆流することは許容される。

次に、第一の空間領域と第二の空間領域とは、上記したように、ある程度の離れる必要があるが、第二の空間領域には、第一の空間領域で生成した活性種やイオン、荷電粒子などが到達する必要がある。第二の空間領域で生成される還元性ガスの活性種やイオン、荷電粒子などは、プラズマによるものではなく、第一の空間領域で生成された活性種や荷電粒子などのエネルギー粒子と第二の空間領域で導入される還元性ガスとを反応させることにより生成させるものであるからである。なお、第二の空間領域には、活性種やイオン、荷電粒子などのすべてが到達する必要はなく、少なくともいずれかが到達すればよいが、還元性ガスの分解活性化の効率からはこれらの多くが到達した方がよい。

第一の空間領域と第二の空間領域とは上記したような関係にあることが望ましいが、還元性ガスの分解活性化の効率からはその間隔は近い方が望ましい。第一の空間領域と第二の空間領域とが離れるほど第一の空間領域で生成された活性種や荷電粒子などの有するエネルギーが減じ、第二の空間領域における還元性ガスの分解活性化の効率が落ちるからである。

図２は、本発明の実施形態にかかるプラズマ発生装置を例示する模式図である。
また、図３は、比較例のプラズマ発生装置を例示する模式図である。
なお、図２、図３はケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）のプラズマ発生装置に関するものであるが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、後述するようにダウンフロー型プラズマ処理装置、平行平板型のプラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理装置（ＥＣＲ）、表面波プラズマ処理装置（ＳＷＰ）、誘導結合プラズマ処理装置（ＩＣＰ）、プラズマＣＶＤ装置などの各種のプラズマ発生装置を有する処理装置のプラズマ発生装置部分にも適応が可能である。

まず、図３に表した比較例から説明する。
図３は、比較例のプラズマ発生装置の断面構造を模式化したものである。
プラズマ発生装置１０は、誘電体（例えば、石英やアルミナなど）からなる放電管１３を備えている。そして、放電管１３に対して直交するようにマイクロ波導波管１２が接続されている。マイクロ波導波管１２の放電管１３に面する部分には、マイクロ波Ｍを放電管１３に向けて放射するスロット１８が設けられている。放電管１３の一端には継手１４が気密に取り付けられ、継手１４には放電管１３と連通するようにガス導入管１５が取り付けられている。放電管１３の他端にはガス輸送管１７が連結部材１６により気密になるよう取り付けられている。

本比較例のプラズマ発生装置の作用について説明する。
ガス輸送管１７の先に設けられた図示しない真空ポンプなどの排気手段により、放電管１３内が所定の圧力まで減圧される。一方、放電管１３内にはガス導入管１５を介して、図示しないガス供給手段から還元性ガスを含むプロセスガスＧ３が導入される。また、マイクロ波導波管１２に接続された図示しないマイクロ波発生手段より発生させたマイクロ波Ｍは、マイクロ波導波管１２により放電管１３の方向に導かれた後、スロット１８から放電管１３内に放射される。このようにして放射されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、還元性ガスを含んだプロセスガスＧ３が分解、活性化されて活性種やイオン、荷電粒子などが生成される。生成された活性種やイオン、荷電粒子などはガス輸送管１７を通り図示しない処理室に送られ、処理室に載置されている被処理物の処理がおこなわれる。なお、本例のケミカルドライエッチングの場合は、寿命の短い荷電粒子などは輸送途中で消失する。そのため、寿命の長い活性種やイオンなどのみが処理室まで到達し、この活性種などにより被処理物の処理がおこなわれる。ここで、プロセスガスＧ３は、還元性ガス（例えば、Ｈ_２）と還元性を有さないガス（例えば、Ｈｅ）との混合ガスである。ガス種と成分比はプロセス条件により適宜変更されるが、還元性ガスの混合割合が多いほど、後述の不具合が発生しやすい。

次に、この比較例のプラズマ発生装置に生じる不具合について説明する。
プラズマ発生装置の部材である放電管１３には、ＳｉＯ_２（石英）やＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）で代表される誘電体材料がよく用いられる。ここで、放電管１３内で還元性ガス（例えば、Ｈ_２）のプラズマを発生させるとＳｉＯ_２（石英）は還元されてＳｉ（シリコン）となるが、Ｓｉは導電性が高いため、導波管１２を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮断してしまう。つまり、マイクロ波Ｍが放電管１３内に効率的に導入されず、高密度のプラズマＰを生成することが困難となる。また、還元により形成されたＳｉと還元性ガスより生成した活性種（例えば、水素ラジカルなど）とが接触すると、失活を生じることも判明した。そのため、アッシングや成膜などに使われるべき活性種の量が減じ、これらの処理の効率が非常に低下することがわかった。特に、水素の活性種（水素ラジカル）の失活が著しいことも判明した。

また、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）が還元されると金属であるＡｌ（アルミニウム）となるが、還元によりＡｌ（アルミニウム）が生成されると、やはりマイクロ波Ｍが金属であるＡｌ（アルミニウム）により反射され、放電管１３内への放射が妨げられ、プラズマ自体の発生効率が落ち、結果として、アッシングや成膜などの処理効率が非常に低下する。なお、本比較例のプラズマ発生装置に生じる不具合について、ケミカルドライエッチングの放電管１３部分で説明したが、この不具合はこれに限定されず、還元性ガスを分解、活性化する他の形態（例えば、反応性イオンエッチングやプラズマＣＶＤなど）でも起こる。

次に、図２に表した本発明の実施形態にかかるプラズマ発生装置について説明する。
プラズマ発生装置１の構成要素であるマイクロ波導波管２、放電管３、継手４、ガス導入管５、連結部材６、ガス輸送管７、スロット８は、それぞれ図３の対応する部分のものと同様なので説明は省略する。ガス輸送管７には、これに連通するように還元性ガスＧ１を導入するためのガス導入管９が接続されている。ガス輸送管７は活性種などの失活が少なく耐熱性、耐化学性に優れた材料（例えば、フッ素樹脂など）からなる。

本実施形態のプラズマ発生装置の作用について説明する。
ガス輸送管７の先に設けられた図示しない真空ポンプなどの排気手段により、放電管３内が所定の圧力まで減圧される。一方、放電管３内にはガス導入管５を介して、図示しないガス供給手段から還元性を有さないガスＧ２が導入される。また、マイクロ波導波管２に接続された図示しないマイクロ波発生手段より発生させたマイクロ波Ｍは、マイクロ波導波管２により放電管３の方向に導かれた後、スロット８から放電管３内に放射される。このようにして放射されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、還元性を有さないガスＧ２が分解、活性化されて活性種、イオン、荷電粒子などが生成される。生成された活性種、イオン、荷電粒子などは、ガス輸送管７に向かって送られる。このようにして送られてくる活性種、イオン、荷電粒子などに向けて、ガス導入管９から還元性ガスＧ１が図示しないガス供給手段により導入される。導入された還元性ガスＧ１は、還元性を有さないガスＧ２の活性種や荷電粒子の有するエネルギーにより分解、活性化され、還元性ガスＧ１の活性種、イオン、荷電粒子（例えば、水素ラジカル、水素イオンなど）が生成される。なお、ガス導入管９から導入される還元性ガスＧ１は、還元性ガス単体のみならず、還元性ガスと還元性を有さないガスとの混合ガスでも良い。

前述したように、還元性ガスＧ１が導入される位置、すなわち、ガス導入管９の接続位置は、マイクロ波Ｍの導入によりプラズマＰが発生する範囲より下流で、還元性を有さないガスＧ２による活性種、イオン、荷電粒子の少なくともいずれかが存在する範囲Ｒとされる。また、ガス導入管９の接続位置は、放電管３ではなくその下流側（例えば、ガス輸送管７）であることが望ましい。放電管３にガス導入管９を接続すれば、プラズマＰが発生する範囲に還元性ガスＧ１を導入する場合よりはかなり少なくなるものの、ガス導入管９が還元されるおそれがあるからである。

前述したように、還元性ガスＧ１の分解活性化の効率からは、還元性ガスＧ１が導入される位置はプラズマＰが発生する範囲（プラズマにより活性種、荷電粒子が生成される範囲）に近い方が望ましい。ただし、還元性ガスＧ１がプラズマＰが発生する範囲に混入すると、放電管３が還元されてしまうため極端に近づけることもできない。そこで、図４に示す手段を講じることができれば、プラズマＰが発生する範囲を制限しつつ還元性ガスＧ１が導入される位置をなるべく近づけることができる。

図４は、プラズマＰが発生する範囲を制限する手段を例示する模式断面図である。同図については、図２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
プラズマＰが発生する範囲を制限する手段の一つとして、永久磁石や電磁石のような磁界発生手段２０がある。磁界発生手段２０の発生する磁界によりプラズマＰは所定の位置に閉じこめられるので、その分、還元性ガスＧ１が導入される位置をマイクロ波Ｍの導入部に近づけることができる。また、放電管３内に金属製のメッシュ２１を設けることにより、プラズマＰが発生する範囲を所定の位置に閉じこめることもできる。
還元性ガスＧ１がプラズマＰの発生する範囲に混入することを防止する観点からは、図４に例示した如く、ガス導入管９の導入方向がガス流の下流側に向くよう傾斜して取り付け、還元性ガスＧ１の流れが上流側のプラズマＰが発生する範囲に逆流しにくくするようにしても良い。なお、図４には便宜上、磁界発生手段２０とメッシュ２１とを組み合わせた具体例を表したが、これらの手段は単独で用いても良く、また、適宜組み合わせて用いても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、第一の空間領域であるプラズマ発生装置には還元性を有さないガスＧ２のみが導入されるため、プラズマ発生装置の部材である放電管３の還元を防止することができ、その結果、プラズマ発生装置の機能を長時間維持することができるので装置稼働率を高く保つことができる。また、アッシングやエッチングなどに必要な還元ガスＧ１の活性種や荷電粒子などは、第一の空間領域より被処理物に近いところに位置する第二の空間領域（ガス輸送管７）内で生成されるため失活などがより少なくて済み、第一の空間領域（プラズマ発生装置）で還元性ガスの活性種や荷電粒子などを生成する場合よりも被処理物の処理効率が高くできるという効果をも有する。

本実施例の効果を具体的に説明する。
図５は、本発明のプラズマ発生装置を用い半導体装置上のレジストをアッシングした場合のアッシングレートの変化を示したグラフ図である。
また、図６は、比較例のプラズマ発生装置を用い半導体装置上のレジストをアッシングした場合のアッシングレートの変化を示したグラフ図である。
これら双方とも、アッシングにはケミカルドライエッチング装置を用い、放電管の材質としては、ＳｉＯ_２（石英）およびＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を使用している。アッシングの条件としては、還元性を有さないガスとしてヘリウムを６６５０ｓｃｃｍ、還元性ガスとして水素を３５０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー１０００Ｗ（ワット）、被処理物の載置台温度３５０℃としている。なお、前述したように比較例のプラズマ発生装置では、ヘリウムと水素とを混合ガスとして第一の空間領域に導入し、本発明のプラズマ発生装置ではヘリウムを第一の空間領域に、水素を第二の空間領域に別々に導入している。

比較例の場合、図６からわかるようにＳｉＯ_２（石英）の放電管１３を使ったものでは、使用開始直後からアッシングレートの低下が始まり、ほぼ３０時間程度で下限値まで低下し、アッシングレート維持のためには放電管１３の交換が必要となる。比較例においてＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を使った場合は、ＳｉＯ_２（石英）に比べて還元されにくい性質を有するが、それでも７５時間程度で下限値まで低下し、アッシングレート維持のためには放電管１３の交換が必要となる。このように、比較例のプラズマ発生装置では、プラズマ発生装置の機能を長時間維持することができず、放電管１３の交換作業のため装置を停止せざるを得ず、その分装置の稼働率が低下することとなっていた。なお、アッシングレート低下の原因は前述の通りである。

これに対して、本実施形態によれば、図５から明らかなように、放電管３の還元は防止され、プラズマ発生装置の機能を長時間維持することができる。そのため、装置の長時間連続運転が可能となり装置の稼働率を高く保つことができる。また、部品交換にかかる経費の低減できる。その上、本発明のプラズマ発生装置によれば、比較例のプラズマ発生装置のものより当初からアッシングレートが若干高い。これは、前述のように、アッシングに必要な水素ラジカルを被処理物のより近くで生成しているため、失活が少なくアッシングレートにとっては有利であるためと考えられる。

次に、本発明のプラズマ発生装置を備えたプラズマ処理装置について説明する。
図７〜図１２は、本発明にかかるプラズマ処理装置の構成を例示する模式図である。
また、図１３及び図１４は、比較例のプラズマ処理装置を例示する模式図である。

まず、比較例のプラズマ処理装置である図１３及び図１４から説明する。
図１３は、比較例のプラズマ処理装置の第一の例であるケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）を例示する模式図である。このケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）は、処理チャンバ１１０と、この上部天井部分に連通するように接続されたガス輸送管１７が設けられている。このガス輸送管１７にはプラズマ発生装置１０が接続されているが、プラズマ発生装置１０は図３に示したものと同内容のものであるため、同符号を付し、説明は省略する。処理チャンバ１１０の底部には排気管１７０が接続されており、排気管１７０の他端には真空ポンプなどの排気手段１８０が接続されている。この排気手段１８０により処理チャンバ１１０内を排気するとともに、これに連通するガス輸送管１７や放電管１３をも排気し、所定の減圧雰囲気を維持する。処理チャンバ１１０の内部の処理室１１０ａには、半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置するための載置台１６０が設けられている。

プラズマ発生装置１０におけるプラズマの発生や還元ガスを含むプロセスガスＧ３の分解、活性化に関しても図３における説明と同じのため省略する。プロセスガスＧ３を分解、活性化することにより生成された活性種、荷電粒子は、ガス輸送管１７を通り処理チャンバ１１０に送られる。この際、寿命の短い荷電粒子は輸送途中で消失し、寿命の長い活性種のみが処理チャンバ１１０まで送られるので、荷電粒子による被処理物Ｗへの損傷を抑えることができる。処理チャンバ１１０に送られた活性種Ａは被処理物Ｗの主面に略垂直方向から到達し、アッシングやエッチングなどの処理が行われる。

図１４は、比較例のプラズマ処理装置の第二の例を示す模式図である。このプラズマ処理装置は、処理チャンバ１１０と、この上部天井部分に気密に取り付けられた平板状の誘電体材料からなる透過窓３１とを備えている。ここで、透過窓３１の誘電体材料としてはＳｉＯ_２（石英）やＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）などがある。透過窓３１の上部には、図示しないマイクロ波発生手段で発生させたマイクロ波Ｍを処理チャンバ１１０に向かって導くための導波管４０が設けられている。導波管４０の透過窓３１に対向する面にはマイクロ波Ｍを透過窓３１に導入するためのスロット３２が設けられている。処理チャンバ１１０の底部には排気管１７１が接続されており、排気管１７１の他端には真空ポンプなどの排気手段１８０が接続されている。排気手段１８０により処理チャンバ１１１内の排気を行うことで処理チャンバ１１１内が所定の減圧雰囲気に維持される。処理チャンバ１１１の内部の処理室１１１ａには、半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置するための載置台１６０が設けられている。処理チャンバ１１１の上部側壁にはガス導入管３５が連通するように接続されている。ガス導入管１５の他端には図示しないガス供給手段が接続され、ガス供給手段からは還元性ガスを含むプロセスガスＧ３が、処理チャンバ１１０内のプラズマＰが発生する領域に向けて導入できるようになっている。

図１４のプラズマ処理装置の作用について説明する。排気手段１８０により処理チャンバ１１０内が所定の圧力になるよう排気される。図示しないガス供給手段から還元性ガスを含むプロセスガスＧ３を処理チャンバ１１０内のプラズマＰが発生する領域に向けて導入する。図示しないマイクロ波発生手段で発生させたマイクロ波Ｍを導波管４０により処理チャンバ１１１に向かって導き、スロット３２より透過窓３１に導入する。透過窓３１に導入されたマイクロ波Ｍは処理チャンバ１１０内に放射され、透過窓３１直下部分にプラズマＰを発生させる。プラズマＰにより還元性ガスを含むプロセスガスＧ３が分解、活性化されるので活性種Ａや荷電粒子Ｂが生成され、この生成された活性種Ａや荷電粒子Ｂが被処理物Ｗの主面に略垂直方向から到達し、アッシングやエッチングなどの処理が行われる。

図１３におけるプラズマ処理装置に備えるプラズマ発生装置１０は、基本的に図３に示したものと同じであるため、放電管１３が還元され、処理効率が落ちるなどの同様の問題を生じる。図１４におけるプラズマ処理装置においても透過窓３１付近で還元性ガスのプラズマが発生するため透過窓３１が還元され、前述の活性種の失活やマイクロ波の反射などが起こり、処理効率が落ちるなどの同様の問題を生じる。

次に、図７〜図１２により本実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する。これらの図面については、図２、図１３及び図１４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図７に示すケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）の場合、第二の空間領域において還元性ガスを添加する位置と方向、すなわちガス導入管９のガス導入口９ａの位置と方向に特徴のひとつを有する。すなわち、本実施例の場合、図７に表したように、ガス導入口９ａの位置は被処理物Ｗのほぼ中心線上にあり、その向きも被処理物Ｗに対向するようになっている。そのため、前述した作用により第二の空間領域で生成された還元性ガスの活性種（例えば、水素ラジカルなど）は、被処理物Ｗの近くで生成され、かつガス輸送管７の内壁面に垂直に衝突することなく被処理物Ｗ上に供給される。その結果、活性種の失活が少なくその分被処理物Ｗ上に供給される量を増やせるので、アッシングやエッチングなどの処理効率を上げることができる。

図８に示すケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）の場合、第二の空間領域において還元性ガスを導入する位置、すなわちガス導入管９０のガス導入口９ｂの位置に特徴のひとつを有する。本実施例の場合、図８に示すように、ガス導入口９ｂの位置は処理チャンバ１１０に近接して設けられている。そのため、第二の空間領域は処理チャンバ１１０のすぐ手前となり、前述した作用により生成された還元性ガスの活性種（例えば、水素ラジカルなど）は、ほとんど失活することなく被処理物Ｗ上に供給される。その結果、活性種の失活が非常に少なく、その分被処理物Ｗ上に供給される量を増やせるので、アッシングやエッチングなどの処理効率を上げることができる。

図９に示すケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）は、図７と図８で説明した構成を併せ持つ。このような構成にしておけば、プロセス条件や被処理物Ｗの種類や膜質によって有利な還元性ガスの導入位置、導入方向を選択することができし、双方の導入管から還元性ガスを導入することもできる。

図１０に示すケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）も、複数の還元性ガスの導入管９を有する。このように複数の導入管９を有すれば、広い範囲で還元性ガスを導入できるため還元性ガスの分解、活性化の効率を上げることができる。また、還元性ガスの導入位置を選択したり、導入管９毎の導入量を調整して生成される活性種（例えば、水素ラジカルなど）の量や失活量を調整することもできる。なお、複数の導入管９を図示しない一つのガス供給手段に接続し、ほぼ同量の還元性ガスを導入できるようにしても良い。

図１１は、ダウンフロー型プラズマ処理装置について本発明を適用した具体例を表す模式断面図である。
本実施形態のプラズマ発生装置をダウンフロー型プラズマ処理装置に適用した場合、マイクロ波の導入方向、誘電体の形状、ガスの導入方向、ガス輸送管がないことなどが前述のケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）の場合と異なるが、基本構成としては同等である。図１１に表したように、第一の空間領域であるプラズマＰの発生領域には還元性を有さないガスＧ２が導入され、プラズマにより分解、活性化されて、還元性を有さないガスＧ２の活性種や荷電粒子が生成される。生成された還元性を有さないガスＧ２の活性種や荷電粒子は下降することにより第二の空間領域に送られ、導入管９０から導入される還元性ガスＧ１を分解、活性化することにより還元性ガスＧ１の活性種や荷電粒子が生成される。このようにして生成された活性種や荷電粒子が被処理物Ｗ上に供給され、アッシングやエッチングなどの処理が行われる。このとき、第二の空間領域と被処理物Ｗの距離が所定以上であれば、寿命の短い荷電粒子は下降途中で消滅し、寿命の長い活性種のみが被処理物Ｗ上に供給されるので、荷電粒子によるダメージを軽減した処理をすることができる。

導入管９の接続位置は、第一の空間領域であるプラズマＰの発生領域に還元性ガスＧ１が混入しない様な位置にする必要がある。ただし、前述のように全く混入を起こさない位置にする必要はなく、微量の混入は許容される。また、前述したように、第一の空間領域であるプラズマＰの発生領域を制限するため、磁界発生手段（例えば、永久磁石や電磁石など）を処理チャンバ１１０外の天井部分や側壁上部に設けることもできる。また、導入管９の導入口を被処理物Ｗに向けて傾斜させ、第一の空間領域に還元性ガスＧ１が混入しにくくするようにすることもできる。

図１２は、ダウンフロー型プラズマ処理装置における第二の実施形態を例示した模式図である。図１１に示したものとは、複数の還元性ガスの導入管９を有する点が異なる。このように複数の導入管９を有すれば、広い範囲で還元性ガスＧ１を導入できるため還元性ガスの分解、活性化の効率を上げることができる。また、還元性ガスＧ１の導入位置を選択したり、導入管９毎の導入量を調整して生成される活性種（例えば、水素ラジカルなど）等の量を調整することもできるので、処理の均一化のための調整や部分的な処理をすることもできる。なお、複数の導入管９を図示しない一つのガス供給手段に接続し、ほぼ同量の還元性ガスＧ１を導入できるようにしても良い。

図１２に例示した複数の導入管９は、各導入管の高さをほぼ同一とし、水平面内でほぼ均等な配置となるようにしたものであるが、これに限定されるわけではなく処理条件や処理チャンバ１１０内の部材の配置などに合わせて適宜配置されるようにしても良い。また、導入管９は水平方向だけでなく垂直方向に複数設けるようにしても良いし、水平方向と垂直方向に複数設けるようにしたものであっても良い。

以上説明したように、図７〜図１２に例示した本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置においては、第一の空間領域であるプラズマ発生装置には還元性を有さないガスＧ２のみが導入されるため、第一の空間領域に接するプラズマ発生装置の部材である放電管３や透過窓３１の還元を防止することができ、その結果、プラズマ発生装置の機能を長時間維持することができるのでプラズマ処理装置稼働率を高く保つことができる。また、アッシングやエッチングなどに必要な還元ガスＧ１の活性種や荷電粒子などは、第一の空間領域より被処理物に近いところに位置する第二の空間領域内で生成されるため失活などが少なくて済み、第一の空間領域で還元ガスＧ１の活性種や荷電粒子などを生成する場合よりも被処理物の処理効率が高くできるという効果をも有する。

ここで、還元性を有さないガスＧ２の具体例としては、例えば、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなど）、Ｎ_２、Ｏ_２、フッ素を含むガス（ＣＦ_４，ＮＦ_３など）などがあるがこれらに限定されるわけではなく、還元性を有さないガスならこれに含まれる。還元性ガスＧ１の具体例としては、例えば、Ｈ_２、ＮＨ_３、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏなどがあるがこれらに限定されるわけではなく還元性を有するガスならこれに含まれるし、これら還元性ガスと還元性を有さないガスとの混合ガスであってもこれに含まれる。

以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

本発明において用いられる処理チャンバやこれらに付設される要素などは図示した形状、サイズのものには限定されず、その断面形状、壁面厚、開口の形状やサイズ、材質などは本発明の要旨を変更しない範囲内において適宜変更して同様の作用効果が得られ、これらも本発明の範囲に包含される。

また、処理チャンバの内部の配置関係についても、図示したものには限定されず、処理の内容や条件などを考慮して、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜決定することができる。

また、前述した具体例においては、半導体装置のアッシングやエッチングで本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、半導体装置や液晶表示装置の薄膜堆積、ドーピング、酸化膜などのエッチング、金属部品やプラスチック部品の表面処理などとして実現したすべてのプラズマ発生装置、プラズマ発生方法、プラズマ処理装置で適応が可能である。

さらにまた、前述した具体例においては、ケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）、ダウンフロー型プラズマ処理装置を用いて説明したが、これに限られるものではなく、平行平板型のプラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理装置（ＥＣＲ）、表面波プラズマ処理装置（ＳＷＰ）、誘導結合プラズマ処理装置（ＩＣＰ）、プラズマＣＶＤ装置などにも適応が可能である。

図１は本発明の実施の形態にかかる手順を例示するフローチャートである。本発明の実施形態にかかるプラズマ発生装置の断面を模式化した図である。比較例のプラズマ発生装置の断面を模式化した図である。本発明の第二の実施形態にかかるプラズマ発生装置の断面を模式化した図である。本発明の実施形態により半導体装置上のレジストをアッシングした場合のアッシングレートの変化を示したグラフ図である。比較例の実施形態により半導体装置上のレジストをアッシングした場合のアッシングレートの変化を示したグラフ図である。本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を模式化した図である。本発明の第二の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を模式化した図である。本発明の第三の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を模式化した図である。本発明の第四の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を模式化した図である。本発明の第五の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を模式化した図である。本発明の第六の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面を模式化した図である。比較例の実施形態にかかるプラズマ処理装置を示した模式図である。比較例の第二の実施形態にかかるプラズマ処理装置を示した模式図である。

符号の説明

１プラズマ発生装置
２導波管
３放電管
５ガス導入管
９ガス導入管
３１透過窓
４０導波管
９ａガス導入口
９ｂガス導入口
１１０処理チャンバ
１６０載置台
Ａ活性種
Ｂ荷電粒子
Ｇ１還元性ガス
Ｇ２還元性を有さないガス
Ｇ３プロセスガス
Ｍマイクロ波
Ｐプラズマ
Ｒ活性種、荷電粒子の少なくとも一方が存在する範囲
Ｗ被処理物

Claims

少なくとも一部が誘電体からなる隔壁を有し、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な第一の空間領域を有する第一の部分と、
前記第一の空間領域に第一のガスを導入する手段と、
前記誘電体を介して前記第一の部分の外部から前記第一の空間領域にマイクロ波を導入する手段と、
前記第一の空間領域に連接するように設けられた第二の空間領域を有する第二の部分と、
前記第二の空間領域に第二のガスを導入する手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
前記第一の空間領域では、前記マイクロ波によりプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記第一のガスを活性化させることによりエネルギー粒子を生成し、
前記第二の空間領域では、前記第一の空間領域で生成された前記エネルギー粒子により前記第二のガスを活性化させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
前記第一の空間領域で生成された前記エネルギー粒子は、前記第１のガスから生成された活性種、イオン及び荷電粒子の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
少なくとも一部が誘電体からなる隔壁を有する第一の空間領域を大気よりも減圧する工程と、
前記第一の空間領域の内部に還元性を有さないガスを導入する工程と、
前記誘電体を介して前記第一の空間領域の外部から内部にマイクロ波を導入する工程と、
前記第一の空間領域に連接するように設けられた第二の空間領域の内部に還元性ガスを導入する工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ発生方法。
前記マイクロ波を導入する工程において、前記マイクロ波によりプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記還元性を有さないガスを活性化させることによりエネルギー粒子を生成し、
前記還元性ガスを導入する工程において、前記第一の空間領域で生成された前記エネルギー粒子により前記還元性ガスを活性化させること特徴とする請求項４記載のプラズマ発生方法。
前記第一の空間領域で生成された前記エネルギー粒子は、前記還元性を有さないガスから生成された活性種、イオン及び荷電粒子の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項４または５記載のプラズマ発生方法。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置を備え、
前記第二の空間領域に連通する処理室を内部に有する処理チャンバと、
前記処理室の内部に設けられ、被処理物を保持するための載置台と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。