JP2009259530A - プラズマ発生装置、プラズマ処理装置、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、放電管の損耗を抑制することができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、および電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】内部にプラズマを生起する空間を有する放電管と、前記放電管の内部にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電管の一方の端部に設けられ、前記放電管内部の軸中心側の領域に向けて第１のガスを導入する第１の導入部と、前記放電管の内周面側の領域に向けて第２のガスを導入する第２の導入部と、を有するガス導入手段と、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。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ発生装置、プラズマ処理装置、および電子デバイスの製造方法に関する。

エッチング、アッシング、表面改質あるいは薄膜堆積などのプラズマ処理は、半導体装置や液晶ディスプレイをはじめとする各種製品の製造に利用されている。この場合、例えば、半導体製造用シリコンウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板上に形成した導電体膜や絶縁膜などをプラズマ処理するのに際して、プラズマ発生室とプラズマ処理室とが分離された「プラズマ分離型」のプラズマ処理装置が用いられる場合がある。

このような「プラズマ分離型」のプラズマ処理装置（以下、単に「プラズマ処理装置」と称する）においては、プラズマ発生室として石英、アルミナ等の誘電体で形成された放電管が用いられる場合がある。そして、この放電管の内部にプラズマを生起させてプロセスガスから中性活性種やイオンなどのプラズマ生成物を生成し、中性活性種をプラズマ処理室に送ることで被処理物のプラズマ処理を行うようにしている。

ここで、フッ素ラジカルなどのような反応性の高い中性活性種を含むプラズマ生成物を生成する場合、誘電体で形成された放電管が反応性の高い中性活性種によりエッチングされることがある。さらに、放電管の内部にプラズマを生起させることで放電管が加熱されるので、エッチングによる損耗が激しくなるおそれがある。

そのため、放電管の外周面を覆うように冷却手段を設けて放電管を冷却し、エッチングによる放電管の損耗を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
ここで、放電管の外周面を覆うように冷却手段を設ける場合には、放電管の製作の際、寸法精度上の制約があるため冷却手段と放電管との接触を回避する必要がある。そのため、両者の間に隙間を設けたり、弾性部材を介装したりすることが必要となっていた。しかしながら、隙間を設けたり弾性部材を介装したりすれば放電管からの伝熱効率が下がってしまうので冷却能力が低減することになる。その結果、冷却能力を充分に発揮させることが難しくエッチングによる損耗を抑制することに課題を残していた。
特開２００４−３０４０３５号公報

本発明は、放電管の損耗を抑制することができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、および電子デバイスの製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、内部にプラズマを生起する空間を有する放電管と、前記放電管の内部にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電管の一方の端部に設けられ、前記放電管内部の軸中心側の領域に向けて第１のガスを導入する第１の導入部と、前記放電管の内周面側の領域に向けて第２のガスを導入する第２の導入部と、を有するガス導入手段と、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、上記のプラズマ発生装置と、被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、前記プラズマ発生装置と前記チャンバとを接続する輸送管と、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。

さらにまた、本発明の他の一態様によれば、上記のプラズマ処理装置を用いて、被処理物のプラズマ処理を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

本発明によれば、放電管の損耗を抑制することができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、および電子デバイスの製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
図１に示すように、プラズマ発生装置１には内部にプラズマを生起する空間を有する放電管２、放電管２の内部にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段２３、放電管２の一方の端部に設けられ放電管２内部にガスＧ１、Ｇ２を導入するガス導入手段４が設けられている。
管状を呈する放電管２は、例えば、石英（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、サファイア、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG；Yttrium Aluminum Garnet）などの誘電体材料で形成されている。ただし、これらの材料に限定されるわけではなく、化学的安定性、耐熱性、耐食性に優れた誘電体材料であればよい。

マイクロ波導入手段２３には、導入導波管３、遮蔽体５が設けられている。遮蔽体５は導入導波管３と放電管２との接続部分に設けられている。また、遮蔽体５には、放電管２の外周面を覆うようにして管状のフランジ部５ａが設けられている。そして、フランジ部５ａの内周面と放電管２の外周面との間には所定の隙間が設けられ、フランジ部５ａの内部を略同軸に放電管２が挿通するようになっている。なお、この隙間は、マイクロ波Ｍが漏洩しない程度の寸法とされている。そのため、遮蔽体５によりマイクロ波Ｍの漏洩が防止できるようになっている。

また、遮蔽体５を介して放電管２と略直交するように導入導波管３が設けられている。導入導波管３は、図示しないマイクロ波発生手段から放射されたマイクロ波Ｍを放電管２に向けて導波する。

導入導波管３と遮蔽体５との接続部分には、環状のスロット５ｂが設けられている。スロット５ｂは、導入導波管３の内部を伝播してきたマイクロ波Ｍを放電管２に向けて放射するためのものである。なお、放電管２の内部にはプラズマＰが生起されるが、スロット５ｂに対向する部分がプラズマＰが生起される領域の略中心となる。

放電管２の一方の端部にはガス導入手段４が設けられている。ガス導入手段４には、放電管２内部の軸中心側の領域に向けてガスＧ１を導入する導入部４ａと、放電管２の内周面側の領域に向けてガスＧ２を導入する導入部４ｂと、が設けられている。なお、放電管２の軸方向に略直交する方向からガスＧ２を供給する場合を例示しているが、放電管２の軸方向からガスＧ２を供給するようにしてもよい。

導入部４ａは、放電管２と同様の材料からなるものとすることができる。例えば、石英（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、サファイア、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG；Yttrium Aluminum Garnet）などとすることができる。ただし、これらの材料に限定されるわけではなく、化学的安定性、耐熱性、耐食性に優れた誘電体材料であればよい。

導入部４ａは、一端が閉塞された放電管２の端部を貫通して、その内部に延設されている。また、導入部４ａは放電管２と略同軸となるように設けられている。また、導入部４ａは管状を呈し、その内部をガスＧ１が流通するようになっている。そのため、導入部４ａからガスＧ１が放電管２の軸中心側の領域に向けて放出されるようになっている。また、導入部４ａにはガスＧ１を供給するための図示しないガス供給手段が接続されるようになっている。

本実施の形態においては、導入部４ａの外周面と放電管２の内周面とで導入部４ｂを形成するようにしている。そして、導入部４ａの外周面と放電管２の内周面との間に形成された空間にガスＧ２を供給することで、放電管２の内周面側の領域（内壁の近傍）に向けてガスＧ２を放出するようにしている。また、導入部４ａの外周面と放電管２の内周面との間に形成された空間にガスＧ２を供給するための図示しないガス供給手段が接続されるようになっている。なお、一端が閉塞された管状部材を両端が開放された放電管２に設けて、導入部４ａの外周面とこの管状部材の内周面とで導入部４ｂを形成するようにしてもよい。

導入部４ａから放電管２内部の軸中心側の領域に向けて導入されるガスＧ１は、反応性の高い中性活性種を生成するためのガスとされている。そのようなものとしては、ＣＦ_４（テトラフルオロカーボン）ガス、ＮＦ_３（三フッ化窒素）ガス、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）ガスなどのようなフッ素系のガスを例示することができる。

導入部４ｂから放電管２の内周面側の領域に向けて導入されるガスＧ２は、反応性のより低い中性活性種が生成されるガスとされている。そのようなものとしては、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンなどの不活性ガスなどを例示することができる。すなわち、ガスＧ２から生成される中性活性種は、ガスＧ１から生成される中性活性種よりも反応性が低いものとされる。

ここで、導入導波管３内を伝播してきたマイクロ波Ｍは、スロット５ｂから放電管２に向けて放射され放電管２の内部に導入される。この導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが生起され、導入されたガスが励起、活性化されて中性活性種、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。この際、フッ素ラジカルなどのような反応性の高い中性活性種を含むプラズマ生成物が放電管２の内壁の近傍で生成されると放電管２がエッチングされてしまう。また、放電管２の内部にプラズマＰを生起させることで放電管２が加熱されるので、エッチングによる損耗が激しくなる。

本実施の形態によれば、導入部４ａから導入された反応性の高い中性活性種を生成するためのガスＧ１は、放電管２の軸中心側の領域を流れようとする。また、導入部４ｂから導入された反応性の低い中性活性種が生成されるガスＧ２は、放電管２の内周面側の領域（内壁の近傍）を流れようとする。

そのため、放電管２の内壁面から離れた位置で反応性の高い中性活性種を生成させることができる。その結果、反応性の高い中性活性種が放電管２の内壁面に接触することを抑制することができる。

またこの際、放電管２の内周面に近い位置においてガスＧ２より中性活性種が生成されるが、その反応性は低いので放電管２のエッチングによる損耗を抑制することができる。

またさらに、反応性の高い中性活性種と放電管２の内周面との間には、反応性の低い中性活性種を含むガス層が介在することになる。そのため、反応性の高い中性活性種が放電管２の内周面に接近することを阻害することができる。

以上のことにより、反応性の高い中性活性種により放電管２がエッチングされ損耗することを抑制することができる。そのため、放電管２の寿命を延ばすことができ、放電管２の交換作業のためにプラズマ処理装置を停止させる時間を低減させることもできる。また、廃棄される放電管２を減らすことができるので、環境負荷の低減を図ることもできる。

次に、本実施の形態に係るガス導入手段４に関して本発明者が得た知見についてさらに説明をする。
図２は、ガス導入手段の形態とガスの混流との関係を例示するための模式図である。なお、図２はガスの混流状態を流速の分布に基づいてシミュレーション解析したものである。また、流速の違いをモノトーン色の濃淡で表し、流速が速い程濃く、遅い程淡くなるように表示している。

また、図２（ａ）に示すように、導入部４ａの内径をｄ１、外径をｄ２とし、導入部４ｂの内径をＤとしている。また、導入部４ａを流れるガスＧ１をＣＦ_４ガス、導入部４ｂを流れるガスＧ２を酸素ガスとしている。また、ガスＧ１、Ｇ２の供給圧力、流量を同等としている。

図２（ｂ）は、導入部４ｂの内径Ｄを２８ｍｍ、導入部４ａの内径ｄ１を８ｍｍ、外径ｄ２を２４ｍｍとした場合である。すなわち、導入部４ａの外周面と導入部４ｂの内周面との間の寸法を２ｍｍとした場合である。
このような寸法関係とした場合、導入部４ａの端面より下流側の空間に放出されるガスの流速としては、導入部４ｂから放出されるガスＧ２の方が導入部４ａから放出されるガスＧ１よりも速くなる。

図２（ｃ）は、導入部４ｂの内径Ｄを２８ｍｍ、導入部４ａの内径ｄ１を４ｍｍ、外径ｄ２を１８ｍｍとした場合である。すなわち、導入部４ａの外周面と導入部４ｂの内周面との間の寸法を５ｍｍとした場合である。
このような寸法関係とした場合、図２（ｂ）の場合と比べて、導入部４ｂから放出されるガスＧ２の流速は遅くなる。また、導入部４ａから放出されるガスＧ１の流速は早くなり、ガスＧ１とガスＧ２の流速の差は小さくなる。

ここで、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域を比べると、図２（ｂ）の場合における領域Ｌ１の方が図２（ｃ）の場合における領域Ｌ２よりも長いことが分かる。この場合、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域が長くなるほど、エッチングによる損耗を抑制することができる領域を長くすることができる。

このように、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域を長くするためには、導入部４ｂから放出されるガスＧ２の流速が、導入部４ａから放出されるガスＧ１の流速よりも速くなるようにすることが好ましい。この場合、ガスＧ２の流量や圧力を制御することで流速を速めることもできるが、プラズマ生成物の生成に影響を与えるおそれもある。そのため、ガスＧ１、Ｇ２の流量や圧力を所定の範囲とした上で、導入部４ｂから放出されるガスＧ２の流速が、導入部４ａから放出されるガスＧ１の流速よりも速くなるようなガス導入手段４の形態とすることが好ましい。例えば、必要となるガスＧ１、Ｇ２の流量や圧力を考慮の上、導入部４ｂから放出されるガスＧ２の流速が、導入部４ａから放出されるガスＧ１の流速よりも速くなるように放出部分の流路断面積の比率を決めるようにすればよい。

図３は、ガス導入手段の形態とガスの混流との関係を例示するための模式図である。なお、図３はガスの混流状態を流線に基づいてシミュレーション解析したものである。また、流速の違いをモノトーン色の濃淡で表し、流速が速い程濃く、遅い程淡くなるように表示している。また、導入部４ａを流れるガスＧ１をＣＦ_４ガス、導入部４ｂを流れるガスＧ２を酸素ガスとしている。また、ガスＧ１、Ｇ２の供給圧力、流量を同等としている。

図３（ａ）に例示をする場合においては、導入部４ｂの内径Ｄを２８ｍｍ、導入部４ａの内径ｄ１を８ｍｍ、外径ｄ２を１８ｍｍとしている。そのため、導入部４ａの外周面と導入部４ｂの内周面との間の寸法は５ｍｍとなっている。この場合、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域Ｌ３は３０ｍｍ程度であった。

また、図３（ｂ）に例示をする場合においては、導入部４ａのガス放出端に外径寸法が増加する拡径部４ａ１を設けている。そして、導入部４ｂの内径Ｄを２８ｍｍ、導入部４ａの外径ｄ２を１８ｍｍ、拡径部４ａ１の内径ｄ１ａを６ｍｍ、外径ｄ２ｃを２０ｍｍとしている。そのため、拡径部４ａ１における外周面と導入部４ｂの内周面との間の寸法は４ｍｍとなっている。

このように、導入部４ａのガス放出端に拡径部４ａ１を設けるようにすれば、図３（ａ）のものと比べて放出されるガスの流速を速くすることができる。また、拡径部４ａ１の寸法を適宜選択することで適切な流路断面積の比率を設定することができる。本実施の形態においては、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域Ｌ４を３５ｍｍ程度とすることができた。

また、図３（ｃ）に例示をする場合においては、導入部４ａのガス放出端に外径寸法が増加する拡径部４ａ２を設けている。そして、導入部４ｂの内径Ｄを２８ｍｍ、導入部４ａの外径ｄ２を１８ｍｍ、拡径部４ａ２の内径ｄ１ｂを４ｍｍ、外径ｄ２ｄを２２ｍｍとしている。そのため、拡径部４ａ２における外周面と導入部４ｂの内周面との間の寸法は３ｍｍとなっている。

本実施の形態においても、導入部４ａのガス放出端に拡径部４ａ２を設けるようにしているので、放出されるガスの流速を速くすることができる。この場合、図３（ａ）、（ｂ）のものと比べて、放出されるガスの流速を速くすることができ、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域Ｌ５を５０ｍｍ以上とすることができた。

図４は、導入部４ａのガス放出端に先端に向かって外径寸法が段階的に増加する拡径部４ａ３を設ける場合を例示するための模式断面図である。
この場合、例えば、導入部４ｂの内径Ｄを２８ｍｍ、導入部４ａの内径ｄ１を８ｍｍ、外径ｄ２を１８ｍｍ、拡径部４ａ３の外径ｄ２ｅを２１ｍｍ、外径ｄ２ｆを２４ｍｍとしている。そのため、導入部４ａの外周面と導入部４ｂの内周面との間の寸法は２ｍｍとなっている。

図５は、図４に例示をした拡径部４ａ３を備える場合におけるガス混流の様子を例示するための模式図である。なお、図５（ａ）はガスの混流状態を流速の分布に基づいてシミュレーション解析したものである。また、図５（ａ）においては、流速の違いをモノトーン色の濃淡で表し、流速が速い程濃く、遅い程淡くなるように表示している。また、図５（ｂ）は、ガスの流れの様子を流線で表したものである。また、導入部４ａの内部を流れるガスＧ１をＣＦ_４ガス、導入部４ｂを流れるガスＧ２を酸素ガスとしている。また、ガスＧ１、Ｇ２の供給圧力、流量を同等としている。

導入部４ａのガス放出端に先端に向かって外径寸法が段階的に増加する拡径部４ａ３を設けるようにすれば、図５（ａ）に示すように、放出されるガスＧ２の流速を速くすることができる。また、図５（ｂ）に示すように、流速の速いガスＧ２の流れを導入部４ｂ（放電管２）の内周面に沿うように形成させることができる。その結果、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域Ｌ７をより長くすることができる。

図６は、図４に例示をした拡径部４ａ３を備える場合における気流粒子の経時的位置を例示するための模式図である。すなわち、時間の経過にともない気流粒子の位置か変わって行く様子を表している。
この場合、図６（ａ）の時点において、導入部４ｂから放出されるガスＧ２の気流粒子をＡとし、導入部４ａから放出されるガスＧ１の気流粒子をＢとしている。また、時間の経過とともに気流粒子Ａ、Ｂの位置が下流側に移動して行く様子を図６（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ表している。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、時間の経過とともに気流粒子Ａ、Ｂの位置が下流側に移動して行く。この際、気流粒子Ａの方が気流粒子Ｂよりも速く移動し、ガスＧ２の流速の方がガスＧ１の流速よりも速いことが分かる。また、気流粒子Ａ、Ｂの位置が軸方向に直線的に移動し、ガスＧ１とガスＧ２とが混流していないことが分かる。

なお、図４〜図６において、先端に向かって外径寸法が段階的に増加する拡径部４ａ３を例示したが、先端に向かって外径寸法が漸増するテーパー状の拡径部とすることもできる。この場合、圧力損失などを考慮すると、図３に例示をした外径寸法が増加する１段の拡径部よりも、外径寸法が段階的に増加するか外径寸法が漸増する拡径部とすることが好ましい。

図７は、ガス導入手段の形態とガスの混流との関係を例示するための模式図である。なお、図７（ａ）はガスの混流状態を流速の分布に基づいてシミュレーション解析したものである。また、図７（ａ）においては、流速の違いをモノトーン色の濃淡で表し、流速が速い程濃く、遅い程淡くなるように表示している。また、図７（ｂ）は、ガスの流れの様子を流線で表したものである。また、導入部４ａの内部を流れるガスＧ１をＣＦ_４ガス、導入部４ｂを流れるガスＧ２を酸素ガスとしている。また、ガスＧ１、Ｇ２の供給圧力、流量を同等としている。

また、図７（ｃ）に示すように、導入部４ａのガス放出端には先端に向かって外径寸法が段階的に減少する縮径部４ａ４が設けられている。そして、導入部４ｂの内径Ｄを２８ｍｍ、導入部４ａの内径ｄ１を８ｍｍ、外径ｄ２を２４ｍｍ、縮径部４ａ４の外径ｄ２ａを２１ｍｍ、外径ｄ２ｂを１８ｍｍとしている。そのため、導入部４ａの外周面と導入部４ｂの内周面との間の寸法は２ｍｍとなっている。

導入部４ａのガス放出端に縮径部４ａ４を設けるようにすれば、図７（ｂ）に示すように、導入部４ｂから放出されるガスＧ２の流線を導入部４ｂ（放電管２）の軸中心側の領域に向けることができる。そして、このようなガスＧ２の流れとすることで、導入部４ａから放出されたガスＧ１の流線が導入部４ｂ（放電管２）の内周面側に向くことを抑制することができる。

その結果、図７（ａ）に示すように、ガスＧ１とガスＧ２が混流しない領域Ｌ６を長くすることができる。なお、導入部４ａの先端に向かって外径寸法が段階的に減少する縮径部４ａ４を例示したが、先端に向かって外径寸法が漸減するテーパー状の縮径部とすることもできる。また、外径寸法が減少する１段の縮径部とすることもできる。ただし、圧力損失などを考慮すると、外径寸法が段階的に減少するか外径寸法が漸減するようにすることが好ましい。

このように、ガスＧ１とガスＧ２が混流しない領域を長くするためには、導入部４ｂ（放電管２）の内周面側の領域（内壁の近傍）を流れるガスＧ２の流線が導入部４ｂ（放電管２）の軸中心側の領域に向かうようなガス導入手段４の形態としてもよい。
ただし、ガスＧ１とガスＧ２が混流しない領域をより長くするためには、導入部４ａのガス放出端に前述した拡径部を設けるようにすることがより好ましい。
前述したように、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域を長くすることによって、プラズマＰにより生成された中性活性種による放電管２のエッチングによる損耗を抑制することができる領域を長くすることができるので、エッチングによる放電管２の損耗をより抑制することができる。
また、導入部４ａの先端もプラズマＰにより生成された中性活性種による損耗を受けやすいので、ガスＧ１とガスＧ２とが混流しない領域を長くすることによって、導入部４ａの先端をマイクロ波が導入される位置（プラズマＰが発生する位置）から遠ざけることができる。そのため、プラズマＰにより生成された中性活性種による導入部４ａの先端の損耗も抑制することができる。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
図８に示すように、プラズマ発生装置１０には放電管２、マイクロ波導入手段２３、ガス導入手段４０、冷却手段６が設けられている。

ガス導入手段４０の導入部４ａには、図４に例示をしたもののように先端に向かって外径寸法が段階的に増加する拡径部４ａ３が設けられている。また、冷却手段６に設けられる冷却ブロック７は、導入導波管３と放電管２との接続部分及びその周辺において、遮蔽体５の外周面を包囲するようにして設けられている。また、この冷却ブロック７は、循環する冷却水をその内部に流通させることで遮蔽体５を介して放電管２を冷却することができる。

また、冷却ブロック７には、遮蔽体５と放電管２との間の隙間に窒素ガスや不活性ガスなどの冷却ガスを供給するためのガス供給路８が設けられている。このガス供給路８の断面積は、マイクロ波Ｍが漏洩しない程度に小さく設定されている。この供給された冷却ガスにより冷却効果が高まると伴に、パージが行われ大気中の酸素が排除されるのでオゾンの発生をも抑制することができる。

本実施の形態によれば、前述したガス導入手段に関する効果に加えて、冷却手段６やガス供給路８による冷却作用の効果をも享受することができる。そのため、反応性の高い中性活性種により放電管２が損耗することをさらに抑制することができる。

次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置について例示をする。
図９は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置について例示をするための模式断面図である。
図９に示すように、プラズマ処理装置１００は、プラズマ発生装置１０、減圧手段１１、ガス供給手段１２、マイクロ波発生手段１３、被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバ１４、プラズマ発生装置１０とチャンバ１４とを接続する輸送管１５を備えている。

チャンバ１４は、略円筒形状を呈しており、その天井部分には輸送管１５の一端が接続されている。チャンバ１４の内部には、載置台１６が設けられている。載置台１６には、ヒータ等の図示しない加熱手段や静電チャックなどが内蔵され、その上面に被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハ）を載置、保持できるようになっている。また、載置された被処理物Ｗの温度制御ができるようになっている。なお、チャンバ１４内に図示しない整流板を設けて、輸送管１５から導入されるプラズマ生成物の流れを整流することもできる。そのようにすれば、被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の分布の均一化を図ることができる。

チャンバ１４の底面には、図示しない圧力制御器（Auto Pressure Controller，ＡＰＣ）を介して減圧手段１１が接続されている。図示しない圧力制御器は、チャンバ１４の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、チャンバ１４の内圧を所定の圧力に制御する。

放電管２の一端に設けられたガス導入手段４０にはガス供給手段１２が接続されている。この場合、導入部４ａには反応性の高い中性活性種を生成するためのガスＧ１を供給するガス供給手段１２ａが接続されている。また、導入部４ｂには反応性の低い中性活性種が生成されるガスＧ２を供給するガス供給手段１２ｂが接続されている。なお、図示しない流量制御弁（Mass Flow Controller，ＭＦＣ）や圧力調整弁などが設けられ、ガスＧ１、Ｇ２の流量や圧力が制御できるようになっている。

また、放電管２の他端には輸送管１５が接続され、輸送管１５の一端がチャンバ１４の天井部分に接続されている。輸送管１５はプラズマ生成物による腐蝕に耐える材料、例えば、石英、セラミックス、フッ素樹脂などからなる。

導入導波管３の一端は、マイクロ波発生手段１３と接続されている。このマイクロ波発生手段１３は、所定周波数（例えば２．４５ＧＨＺ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管３に向けて放射するようになっている。

また、プラズマ処理装置１００には、図示しない制御手段が設けられ、各要素の制御を行うようになっている。例えば、図示しない圧力制御器を制御してチャンバ１４の内部の圧力を調整したり、マイクロ波発生手段１３や減圧手段１１などの起動・停止などを制御することができるようになっている。また、図示しない流量制御弁や圧力調整弁などを制御してガスＧ１、Ｇ２の供給・停止などを制御することができるようになっている。

次に、プラズマ処理装置１００の作用について例示をする。
まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハ）が、チャンバ１４内に搬入され、載置台１６上に載置、保持される。次に、チャンバ１４内が減圧手段１１により所定圧力まで減圧される。この際、図示しない圧力制御器によりチャンバ１４内の圧力が調整される。また、輸送管１５を介してチャンバ１４と連通する放電管２の内部も減圧される。

次に、プラズマ発生装置１０によりプラズマ生成物が生成される。
所定の圧力まで減圧された放電管２の内部には、ガス供給手段１２ａ、１２ｂから所定量のガスＧ１、Ｇ２が供給される。この際、前述したように、反応性の高い中性活性種を生成するためのガスＧ１が導入部４ａから放電管２の軸中心側の領域に向けて導入される。また、反応性の低い中性活性種が生成されるガスＧ２が導入部４ｂから放電管２の内周面側の領域に向けて導入される。一方、マイクロ波発生手段１３から、所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管３を介して放電管２の内部に導入される。導入されたマイクロ波Ｍにより放電管２の内部にプラズマが生起され中性活性種やイオンなどのプラズマ生成物が生成される。

次に、生成されたプラズマ生成物が輸送管１５を介してチャンバ１４内に導入される。この際、寿命の短いイオンなどはチャンバ１４まで到達できず、寿命の長い中性活性種のみがチャンバ１４まで到達することになる。

チャンバ１４内に導入された中性活性種は被処理物Ｗの表面に到達し、エッチングやアッシングなどのプラズマ処理が行われる。プラズマ処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置によりチャンバ１４外に搬出される。この後、必要があれば、前述のプラズマ処理が繰り返される。

本実施の形態によれば、反応性の高い中性活性種は放電管２の軸中心側の領域において生成されるので、放電管２の内壁との接触が抑制される。また、放電管２の内周面に近い位置においてガスＧ２より中性活性種が生成されたとしても、その反応性は低いので放電管２のエッチングによる損耗を抑制することができる。
またさらに、反応性の高い中性活性種と放電管２の内周面との間には、反応性の低い中性活性種を含むガス層が介在することになる。そのため、反応性の高い中性活性種が放電管２の内周面に接近することを阻害することができる。

また、ガス導入手段４の形態を前述したもののようにすれば、ガスＧ１とガスＧ２が混流しない領域を長くすることができるので、エッチングによる損耗を抑制することができる領域をより長くすることができる。
また、導入部４ａ３を酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG；Yttrium Aluminum Garnet）などの耐プラズマ性の高い材料とし、導入部４ａ３の先端とプラズマＰの発生する領域との間の距離を縮めるようにすれば、より放電管２の中心軸側の領域にあるガスＧ１に向けてマイクロ波を放射することができる。すなわち、ガスＧ１が、より放電管２の中心軸側の領域にある間にガスＧ１に向けてマイクロ波を放射することができる。このようにすれば、ガスＧ１から生成される反応性の高い中性活性種は放電管２の内周面からより離れた位置で生成され、反応性の高い中性活性種が放電管２の内周面と接触することをより抑制することができる。その結果、放電管２のエッチングによる損耗をより抑制することができる。
また、図８に例示をした冷却手段６やガス供給路８などを設けるものとすれば、放電管２を冷却することができるのでエッチングによる損耗をさらに抑制することができる。

そのため、放電管２の寿命を延ばすことができる。また、放電管２の寿命を延ばすことができるので、放電管２の交換作業のためにプラズマ処理装置を停止させる時間を低減させることができる。また、廃棄される放電管２を減らすことができるので、環境負荷の低減を図ることもできる。

次に、本実施の形態に係る電子デバイスの製造方法について例示をする。
なお、説明の便宜上、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法を半導体装置の製造方法を例にとり例示をする。
半導体装置の製造方法は、成膜・レジスト塗布・露光・現像・エッチング・レジスト除去などにより基板（ウェーハ）表面にパターンを形成する工程、検査工程、洗浄工程、熱処理工程、不純物導入工程、拡散工程、平坦化工程などの複数の工程を繰り返すことにより実施される。

そして、例えば、本実施の形態に係るプラズマ発生装置、プラズマ処理装置を用いて基板表面にパターンを形成したり、レジストを除去したりすることで、半導体装置を製造することができる。
本実施の形態に係るプラズマ発生装置、プラズマ処理装置を用いるものとすれば、放電管の交換回数や交換時間を削減することができるので生産性の向上を図ることができる。 なお、本実施の形態に係るプラズマ発生装置、プラズマ処理装置以外は、既知の各工程の技術を適用することができるのでそれらの説明は省略する。

また、説明の便宜上、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法として半導体装置の製造方法を例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、液晶表示装置の製造、燃料電池の製造、太陽電池の製造、その他、各種電子部品などの製造にも適応が可能である。また、エッチング処理やアッシング処理のみならず表面改質処理などのプラズマ処理にも適用させることができる。

以上、本発明の実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。 ガス導入手段の形態とガスの混流との関係を例示するための模式図である。 ガス導入手段の形態とガスの混流との関係を例示するための模式図である。 導入部４ａの端部における断面積が端面に向かって段階的に大きくなるようにする場合を例示するための模式断面図である。 図４に例示をした拡径部を備える場合におけるガス混流の様子を例示するための模式図である。 図４に例示をした拡径部を備える場合における気流粒子の経時的位置を例示するための模式図である。 ガス導入手段の形態とガスの混流との関係を例示するための模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。 本実施の形態に係るプラズマ処理装置について例示をするための模式断面図である。

符号の説明

１ プラズマ発生装置、２ 放電管、３ 導入導波管、４ ガス導入手段、４ａ 導入部、４ａ１ 拡径部、４ａ２ 拡径部、４ａ３ 拡径部、４ａ４ 縮径部、４ｂ 導入部、６ 冷却手段、８ ガス供給路、１０ プラズマ発生装置、１１ 減圧手段、１２ ガス供給手段、１３ マイクロ波発生手段、１４ チャンバ、１５ 輸送管、２３ マイクロ波導入手段、１００ プラズマ処理装置、Ａ 気流粒子、Ｂ 気流粒子、Ｄ 内径、ｄ１ 内径、ｄ１ａ 内径、ｄ１ｂ 内径、ｄ２ 外径、ｄ２ａ〜ｄ２ｆ 外径、Ｇ１ ガス、Ｇ２ ガス、Ｌ１〜Ｌ７ 領域、Ｍ マイクロ波、Ｐ プラズマ

Claims (11)

1. 内部にプラズマを生起する空間を有する放電管と、
   前記放電管の内部にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
   前記放電管の一方の端部に設けられ、前記放電管内部の軸中心側の領域に向けて第１のガスを導入する第１の導入部と、前記放電管の内周面側の領域に向けて第２のガスを導入する第２の導入部と、を有するガス導入手段と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記第２のガスから生成される中性活性種は、前記第１のガスから生成される中性活性種よりも反応性が低いこと、を特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
3. 前記第２の導入部から放出される前記第２のガスの流速は、前記第１の導入部から放出される前記第１のガスの流速よりも速いこと、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。
4. 前記第１の導入部のガス放出端には、外径寸法が増加する拡径部が設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
5. 前記第１の導入部のガス放出端には、先端に向かって外径寸法が段階的に増加する拡径部が設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
6. 前記第１の導入部のガス放出端には、先端に向かって外径寸法が漸増する拡径部が設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
7. 前記第１の導入部のガス放出端には、外径寸法が減少する縮径部が設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
8. 前記第１の導入部のガス放出端には、先端に向かって外径寸法が段階的に減少する縮径部が設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
9. 前記第１の導入部のガス放出端には、先端に向かって外径寸法が漸減する縮径部が設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置と、
    被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、
    前記プラズマ発生装置と前記チャンバとを接続する輸送管と、
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
11. 請求項１０記載のプラズマ処理装置を用いて、被処理物のプラズマ処理を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法。