JP2011035232A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセス条件などに応じてプロセスガスの流れを最適化できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１において、処理容器２の壁面を挿通する軸部と前記軸部の前記処理容器の内部に面する側の一端に設けられた前記軸部の径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部とを有する制御ノズル部１６と、前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させる移動部１７と、前記移動部を制御する制御部１４と、前記制御ノズル部を介して、前記処理容器の内部にプロセスガスを供給するガス供給部１２と、を備え、前記制御部は、前記壁面を挿通する軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスの流れを、前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させることで制御すること、を特徴とするプラズマ処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

プラズマを利用したドライプロセスは、半導体装置の製造、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、ドライエッチング、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。

このようなプラズマ処理においては、発生させたプラズマによりプロセスガスを励起、活性化させて中性活性種やイオンなどのプラズマ生成物を生成する。そして、この生成した中性活性種やイオンなどにより被処理物のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）を行う。
この場合、プラズマを発生させる領域にはガス導入口からプロセスガスが導入される（例えば、特許文献１を参照）。ところが、特許文献１に開示されている技術のように、単に１つのガス導入口からプロセスガスを導入するようにするとプラズマを発生させる領域においてプロセスガスの濃度分布が不均一になるおそれがある。そして、プラズマを発生させる領域においてプロセスガスの濃度分布が不均一になると、中性活性種などのプラズマ生成物の生成効率が低下するおそれがある。

そのため、多数のガス導入口を有するガス供給ヘッドを設け、多数のガス導入口からプロセスガスを導入することでプロセスガスの濃度分布の均一化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示がされた技術のように、開口径や開口方向が固定されたガス導入口を設けるようにすれば、プロセス条件などに応じてプロセスガスの流れ（例えば、流量、流速、流れ方向、拡散領域など）を制御することが困難となるおそれがある。また、特許文献２に開示がされた技術のように多数のガス導入口を有するガス供給ヘッドを設けるようにすれば、プラズマ処理装置の大型化、複雑化を招くことになる。

特開２００４−１１１７３１号公報 特開２００８−６０２３６号公報

本発明は、プロセス条件などに応じてプロセスガスの流れを最適化することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。

本発明の一態様によれば、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、前記処理容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記処理容器の壁面を挿通する軸部と、前記軸部の前記処理容器の内部に面する側の一端に設けられた前記軸部の径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部と、を有する制御ノズル部と、前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させる移動部と、前記移動部を制御する制御部と、前記制御ノズル部を介して、前記処理容器の内部にプロセスガスを供給するガス供給部と、を備え、前記制御部は、前記壁面を挿通する軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスの流れを、前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させることで制御すること、を特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマを発生させ、前記プラズマに向けて導入したプロセスガスを励起させてプラズマ生成物を生成し、前記プラズマ生成物により被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、処理容器の壁面を挿通する軸部と、前記軸部の前記処理容器の内部に面する側の一端に設けられた前記軸部の径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部と、を備える制御ノズル部を用い、前記壁面を挿通する軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスの流れを、前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させることで制御すること、を特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

本発明によれば、プロセス条件などに応じてプロセスガスの流れを最適化することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が提供される。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。 ガス流制御部を例示するための模式図である。 他の実施形態に係るガス流制御部を例示するための模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について例示をする。なお、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の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
図１に例示をするプラズマ処理装置１は、一般に「平行平板型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置」と呼ばれる容量結合型プラズマ（CCP：Capacitively Coupled Plasma）処理装置である。すなわち、平行平板電極に高周波電力を印加することで発生させたプラズマを用いてプロセスガスＧからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、処理容器２、プラズマ発生部３、電源部４、減圧部７、ガス供給部１２、ガス流制御部１３、制御部１４などを備えている。
処理容器２は、両端が閉塞された略円筒形状を呈し、減圧雰囲気が維持可能な気密構造となっている。そして、処理容器２の内部にはプラズマを発生させるプラズマ発生部３が設けられている。

プラズマ発生部３には、下部電極８、上部電極９が設けられている。
下部電極８は、処理容器２内のプラズマＰを発生させる領域の下方に設けられている。下部電極８には、被処理物Ｗを保持するための図示しない保持部が設けられている。図示しない保持部は、例えば静電チャックなどとすることができる。そのため、下部電極８は、上面に被処理物Ｗを載置、保持する載置部ともなる。
上部電極９は、下部電極８に対向するようにして設けられている。そして、下部電極８にはブロッキングコンデンサ６を介して電源５が接続され、上部電極９は接地されている。

電源部４には、電源５、ブロッキングコンデンサ６が設けられている。
電源５は、１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の高周波電力を下部電極８に印加する。ブロッキングコンデンサ６は、プラズマＰの中で発生し下部電極８に到達した電子の移動を阻止するために設けられている。
減圧部７には、圧力制御部１０、排気部１１が設けられている。
排気部１１は圧力制御部１０を介して処理容器２の底面に接続されており、処理容器２の内部を減圧することができるようになっている。
圧力制御部１０は、処理容器２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器２の内圧が所定の圧力となるように制御する。

排気部１１は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。

処理容器２の側壁上部には、ガス流制御部１３を介してガス供給部１２が接続されている。そして、ガス供給部１２からガス流制御部１３を介して処理容器２内のプラズマＰを発生させる領域にプロセスガスＧを導入することができるようになっている。
処理容器２の内部にプロセスガスＧを供給するガス供給部１２は、例えば、プロセスガスＧを収納した高圧ボンベなどとすることができる。
なお、ガス供給部１２には図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）などが接続されており、これによって供給するプロセスガスＧの流量を制御することができるようになっている。

ガス流制御部１３は、プロセス条件などに応じてプロセスガスＧの流れ（例えば、流量、流速、流れ方向など）を制御する。なお、ガス流制御部１３に関する詳細は後述する。
制御部１４は、電源５、圧力制御部１０、排気部１１、ガス供給部１２、ガス流制御部１３などの制御を行う。

次に、ガス流制御部１３についてさらに例示をする。
図２は、ガス流制御部を例示するための模式図である。なお、図２（ａ）は制御ノズル部１６を処理容器２の内壁面から突出させた状態を表し、図２（ｂ）は制御ノズル部１６を処理容器２の壁面側に引き込んだ状態を表している。

図２に示すように、ガス流制御部１３には制御ノズル部１６、移動部１７が設けられている。
制御ノズル部１６は、軸部１６ａと、軸部１６ａの一端に設けられた拡径部１６ｂとを有している。また、制御ノズル部１６の両端面間を貫通するノズル孔１６ｃが設けられている。また、拡径部１６ｂの径寸法は、軸部１６ａの径寸法よりも大きくなっており、処理容器２の壁面と当接させる部分には制御面１６ｄが設けられている。
すなわち、制御ノズル部１６は、処理容器２の壁面を挿通する軸部１６ａと、軸部１６ａの処理容器２の内部に面する側の一端に設けられた軸部１６ａの径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部１６ｂと、を備えている。また、制御ノズル部１６は、軸方向に貫通するノズル孔１６ｃを備えている。また、拡径部１６ｂは、処理容器２の内壁面に面する側に軸部１６ａの外周面に沿って供給されるプロセスガスＧの流れを制御する制御面１６ｄを有している。

また、処理容器２の壁面には、軸部１６ａを挿通させるための孔２ａが設けられている。孔２ａの径寸法は軸部１６ａの径寸法よりも大きくなっており、孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間がプロセスガスＧの流路となっている。処理容器内部の孔２ａの開口周辺には、制御面１６ｄと当接させるための座部２ｂが設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、制御ノズル部１６を処理容器２の壁面側に引き込んだ場合には、制御面１６ｄと座部２ｂとが当接するとともに拡径部１６ｂの端面と処理容器２の内壁面とが略面一となるようになっている。なお、座部２ｂには、図３（ｂ）において例示をする封止部２２を設けるようにすることもできる。

移動部１７は、制御ノズル部１６を進退動させる。そして、処理容器２の内壁面に対する拡径部１６ｂの位置を変化させる。また、孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間にプロセスガスＧが導入できるように貫通孔１７ａが設けられている。そのため、貫通孔１７ａと、孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間と、が連通され、ガス供給部１２から同じプロセスガスＧが供給されるようになっている。また、移動部１７には、配管１５を介してガス供給部１２が接続されている。そして、ガス供給部１２から供給されたプロセスガスＧが配管１５を介して貫通孔１７ａとノズル孔１６ｃとに導入されるようになっている。

ここで、ガス流制御部１３の作用について例示をする。
図２（ａ）に示すように、移動部１７により制御ノズル部１６を処理容器２の内壁面から突出させた場合には、ガス供給部１２から供給されたプロセスガスＧはノズル孔１６ｃと、孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間と、を介して処理容器２の内部に導入される。この場合、ノズル孔１６ｃを介して導入されるプロセスガスＧは、直進するようにしてプラズマＰを発生させる領域に到達する。すなわち、制御ノズル部１６は、ノズル孔１６ｃを介して、プラズマＰを発生させる領域に向けて直進するようにプロセスガスＧを導入する。

一方、孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間を介して導入されるプロセスガスＧは、制御面１６ｄと座部２ｂとにより進行方向が変更され、拡散するようにしてプラズマＰを発生させる領域に到達する。すなわち、制御ノズル部１６は、制御面１６ｄによりプロセスガスＧの流れ方向を変更することで、プラズマＰを発生させる領域に向けて拡散させるようにプロセスガスＧを導入する。

この場合、制御部１４からの指令に基づいて、移動部１７により制御ノズル部１６の進退位置を制御することで、制御面１６ｄと座部２ｂとの間の寸法を任意に変更することができる。そして、制御面１６ｄと座部２ｂとの間の寸法を変更することで、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量や流速を変更することができる。すなわち、制御部１４は、壁面を挿通する軸部１６ａの外周面に沿って供給されるプロセスガスＧの流れを、処理容器２の内壁面に対する拡径部１６ｂの位置を変化させることで制御する。

例えば、移動部１７により制御ノズル部１６の位置を突出方向に移動させることで制御面１６ｄと座部２ｂとの間の寸法を大きくすることができる。このようにすれば、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量を多くすることができる。また、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流速を遅くすることができる。

また、移動部１７により制御ノズル部１６の位置を引き込み方向に移動させることで制御面１６ｄと座部２ｂとの間の寸法を小さくすることができる。このようにすれば、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量を少なくすることができる。また、供給されるプロセスガスＧの圧力がある程度高ければ、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流速を速くすることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、移動部１７により制御ノズル部１６を処理容器２の壁面側に引き込むことで制御面１６ｄと座部２ｂとを当接させた場合には、孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流れが閉止される。そのため、この場合には、ノズル孔１６ｃを介して導入されるプロセスガスＧのみが、直進するようにしてプラズマＰを発生させる領域に到達することになる。

この様に、制御ノズル部１６の進退位置を移動部１７により制御することで、処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量、処理容器２の内部に形成されるプロセスガスＧの流速、プロセスガスＧの流れ方向、プロセスガスＧの拡散領域の少なくとも１つを制御することができる。
なお、本明細書におけるプロセスガスＧの拡散領域とは、プラズマＰを発生させる領域およびその周辺の領域であって、処理容器２の内部に導入されたプロセスガスＧが拡がる領域をいう。

また、制御面１６ｄの角度θを適宜変更することでプロセスガスＧの噴出方向を変更して、処理容器２の内部に形成されるプロセスガスＧの流れ方向や拡散領域を変えることもできる。

また、壁面を挿通する軸部１６ａの外周面に沿って供給されるプロセスガスと、ノズル孔１６ｃに供給されるプロセスガスとの種類、成分比、濃度などを異なるものとすることができる。すなわち、壁面を挿通する軸部１６ａの外周面に沿って第１のプロセスガスが供給され、ノズル孔１６ｃに第２のプロセスガスが供給されるようにすることができる。 例えば、プロセスガスの種類を異なるものとすることで処理容器２の内壁面へのデポ物の付着を抑制することができる。具体的には、孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間を介して導入される第１のプロセスガスを希ガス（例えば、Ａｒガスなど）とすると、処理容器２の内壁面に沿うように希ガスの流れを形成することができる。この場合、ノズル孔１６ｃを介して導入された第２のプロセスガスによって中性活性種などのプラズマ生成物が生成されるが、この際発生したデポ物が処理容器２の内壁に付着することが希ガスの流れによって抑制されることになる。
また、例えば、プロセスガスの成分比や濃度などを異なるものとすることで、中性活性種などのプラズマ生成物の生成効率を向上させたり、プラズマＰを発生させる領域におけるプロセスガスの濃度分布の制御を行ったりすることができる。

なお、壁面を挿通する軸部１６ａの外周面に沿って第１のプロセスガスを供給し、ノズル孔１６ｃに第２のプロセスガスを供給する場合には、前述したガス供給部１２、配管１５などを複数設けてそれぞれからプロセスガスが独立して供給されるようにすればよい。

なお、ノズル孔１６ｃは必ずしも必要ではなく、ガス供給部１２から供給されたプロセスガスＧが孔２ａの内周面と軸部１６ａの外周面との間に形成された空間のみを介して処理容器２の内部に導入されるようにしてもよい。
また、制御ノズル部１６の位置の移動は、作業者により適宜手動で行うようにすることもできるし、制御部１４により制御することもできる。この場合、制御部１４により制御されるものとすれば、より高い位置精度、繰り返し精度などを実現できる。

また、ガス供給部１２から処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの全体的な流量を制御することもできる。例えば、前述したように制御ノズル部１６の位置を引き込み方向に移動させることで制御面１６ｄと座部２ｂとの間の寸法を小さくすることができるが、この際、制御ノズル部１６におけるガス圧力が上昇するため導入されるプロセスガスＧの流量が増加してしまうおそれがある。そのため、例えば、ガス供給部１２と移動部１７とを接続する配管１５に図示しない圧力弁を設け、所定の圧力以上となった場合には供給されるプロセスガスＧの一部を外部に排出することで、制御ノズル部１６におけるガス圧力を制御し、処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの全体的な流量が略一定となるようにすることもできる。
また、前述したように、ガス供給部１２に図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）を接続するものとすれば、制御ノズル部１６の進退位置に合わせて供給するプロセスガスＧの流量を制御し、処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの全体的な流量が略一定となるようにすることもできる。
すなわち、制御ノズル部１６の移動に合わせて処理容器２内に導入されるプロセスガスＧの流量が制御されるようにすることができる。

図３は、他の実施形態に係るガス流制御部を例示するための模式図である。なお、図３（ａ）は制御ノズル部２６を処理容器２の内壁面から突出させた状態を表し、図３（ｂ）は封止部を備えたガス流制御部を表している。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、ガス流制御部２３には制御ノズル部２６、移動部１７が設けられている。
制御ノズル部２６は、軸部２６ａと、軸部２６ａの一端に設けられた拡径部２６ｂとを有している。また、制御ノズル部２６の両端面間を貫通するノズル孔２６ｃが設けられている。また、拡径部２６ｂの径寸法は、軸部２６ａの径寸法よりも大きくなっており、処理容器２の内壁面と当接させる部分には制御面２６ｄが設けられている。制御面２６ｄは、処理容器２の内壁面と略平行な面となっている。なお、制御面２６ｄは、前述した制御面１６ｄの角度θを略１８０°とした場合である。
すなわち、制御ノズル部２６は、処理容器２の壁面を挿通する軸部２６ａと、軸部２６ａの処理容器２の内部に面する側の一端に設けられた軸部２６ａの径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部２６ｂと、を備えている。また、制御ノズル部２６は、軸方向に貫通するノズル孔２６ｃを備えている。また、拡径部２６ｂは、処理容器２の内壁面に面する側に軸部２６ａの外周面に沿って供給されるプロセスガスＧの流れを制御する制御面２６ｄを有している。

また、処理容器２の壁面には、制御ノズル部２６を挿通させるための孔２ａが設けられている。孔２ａの径寸法は軸部２６ａの径寸法よりも大きくなっており、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間がプロセスガスＧの流路となっている。処理容器内部の孔２ａの開口周辺は、制御面２６ｄと当接させるための座部２ｃとなっている。

また、図３（ａ）に例示をしたものの場合には、制御ノズル部２６を処理容器２の壁面側に引き込んだ場合に制御面２６ｄと座部２ｃとが当接するようになっている。
また、図３（ｂ）に例示をしたものの場合には、座部２ｃに封止部２２が設けられており、制御ノズル部２６を処理容器２の壁面側に引き込んだ場合には、制御面２６ｄと封止部２２とが当接するようになっている。封止部２２は、例えば、弾性材料から形成されるものとすることができる。例えば、封止部２２を「Ｏリング（オーリング）」などの封止部材とすることができる。この様な封止部２２を設けるようにすれば、当接部分からプロセスガスＧが漏出することを抑制することができる。そのため、ノズル孔２６ｃを介してより狭い範囲にプロセスガスＧを導入することができるようになる。

移動部１７は、制御ノズル部２６を進退動させる。そして、処理容器２の内壁面に対する拡径部２６ｂの位置を変化させる。また、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間にプロセスガスＧが導入できるように貫通孔１７ａが設けられている。そのため、貫通孔１７ａと、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間と、が連通され、ガス供給部１２から同じプロセスガスＧが供給されるようになっている。また、移動部１７には、配管１５を介してガス供給部１２が接続されている。そして、ガス供給部１２から供給されたプロセスガスＧが配管１５を介して貫通孔１７ａとノズル孔２６ｃとに導入されるようになっている。

次に、ガス流制御部２３の作用について例示をする。
移動部１７により制御ノズル部２６を処理容器２の内壁面から突出させた場合には、ガス供給部１２から供給されたプロセスガスＧはノズル孔２６ｃと、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間と、を介して処理容器２の内部に導入される。この場合、ノズル孔２６ｃを介して導入されるプロセスガスＧは、直進するようにしてプラズマＰを発生させる領域に到達する。すなわち、制御ノズル部２６は、ノズル孔２６ｃを介して、プラズマＰを発生させる領域に向けて直進するようにプロセスガスＧを導入する。

一方、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間を介して導入されるプロセスガスＧは、制御面２６ｄと座部２ｃとにより進行方向が変更され、拡散するようにしてプラズマＰを発生させる領域に到達する。すなわち、制御ノズル部２６は、制御面２６ｄによりプロセスガスＧの流れ方向を変更することで、プラズマＰを発生させる領域に向けて拡散させるようにプロセスガスＧを導入する。
この場合、制御面２６ｄが処理容器２の内壁面と略平行な面となっているので、処理容器２の内壁面に沿うようにプロセスガスＧが導入されることになる。そのため、より広い範囲にプロセスガスＧを導入することができる。

また、制御部１４からの指令に基づいて、移動部１７により制御ノズル部２６の進退位置を制御することで、制御面２６ｄと座部２ｃとの間の寸法を変更することができる。そして、制御面２６ｄと座部２ｃとの間の寸法を変更することで、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量や流速を変更することができる。すなわち、制御部１４は、壁面を挿通する軸部２６ａの外周面に沿って供給されるプロセスガスＧの流れを、処理容器２の内壁面に対する拡径部２６ｂの位置を変化させることで制御する。

例えば、移動部１７により制御ノズル部２６の位置を突出方向に移動させることで制御面２６ｄと座部２ｃとの間の寸法を大きくすることができる。このようにすれば、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量を多くすることができる。また、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流速を遅くすることができる。

また、移動部１７により制御ノズル部２６の位置を引き込み方向に移動させることで制御面２６ｄと座部２ｃとの間の寸法を小さくすることができる。このようにすれば、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量を少なくすることができる。また、供給されるプロセスガスＧの圧力がある程度高ければ、この部分を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流速を速くすることができる。

また、図３（ａ）に示すものの場合には、移動部１７により制御ノズル部２６を処理容器２の壁面側に引き込むことで制御面２６ｄと座部２ｃとが当接され、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流れが閉止される。そのため、この場合には、ノズル孔２６ｃを介して導入されるプロセスガスＧのみが、直進するようにしてプラズマＰを発生させる領域に到達することになる。
また、図３（ｂ）に示すものの場合には、移動部１７により制御ノズル部２６を処理容器２の壁面側に引き込むことで制御面２６ｄと封止部２２とが当接され、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間を介して処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流れが閉止される。この場合、弾性材料などから形成された封止部２２と制御面２６ｄとが当接するので、制御面２６ｄと座部２ｃとが擦れてパーティクルが発生することを抑制することができる。

また、壁面を挿通する軸部２６ａの外周面に沿って供給されるプロセスガスと、ノズル孔２６ｃに供給されるプロセスガスとの種類、成分比、濃度などを異なるものとすることができる。すなわち、壁面を挿通する軸部２６ａの外周面に沿って第１のプロセスガスが供給され、ノズル孔２６ｃに第２のプロセスガスが供給されるようにすることができる。 例えば、プロセスガスの種類を異なるものとすることで処理容器２の内壁面へのデポ物の付着を抑制することができる。具体的には、孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間を介して導入される第１のプロセスガスを希ガス（例えば、Ａｒガスなど）とすると、処理容器２の内壁面に沿うように希ガスの流れを形成することができる。この場合、ノズル孔２６ｃを介して導入された第２のプロセスガスによって中性活性種などのプラズマ生成物が生成されるが、この際発生したデポ物が処理容器２の内壁に付着することが希ガスの流れによって抑制されることになる。
また、本実施の形態においては、図３に示すように、制御面２６ｄと処理容器２の内壁面とが略平行となっているので、処理容器２の内壁面に沿うように希ガスの流れを形成しやすく、前述したデポ物の付着の抑制効果をより高めることができる。

また、例えば、プロセスガスの成分比や濃度などを異なるものとすることで、中性活性種などのプラズマ生成物の生成効率を向上させたり、プラズマＰを発生させる領域におけるプロセスガスの濃度分布の制御を行ったりすることができる。

なお、壁面を挿通する軸部２６ａの外周面に沿って第１のプロセスガスを供給し、ノズル孔２６ｃに第２のプロセスガスを供給する場合には、前述したガス供給部１２、配管１５などを複数設けてそれぞれからプロセスガスが独立して供給されるようにすればよい。

なお、ノズル孔２６ｃは必ずしも必要ではなく、ガス供給部１２から供給されたプロセスガスＧが孔２ａの内周面と軸部２６ａの外周面との間に形成された空間のみを介して処理容器２の内部に導入されるようにしてもよい。
また、制御ノズル部２６の位置の移動は、作業者により適宜手動で行うようにすることもできるし、制御部１４により制御することもできる。この場合、制御部１４により制御するものとすれば、より高い位置精度、繰り返し精度などを実現できる。

また、ガス供給部１２から処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの全体的な流量を制御することもできる。例えば、前述したように制御ノズル部２６の位置を引き込み方向に移動させることで制御面２６ｄと座部２ｃとの間の寸法を小さくすることができるが、この際、制御ノズル部２６におけるガス圧力が上昇するため導入されるプロセスガスＧの流量が増加してしまうおそれがある。そのため、例えば、ガス供給部１２と移動部１７とを接続する配管１５に図示しない圧力弁を設け、所定の圧力以上となった場合には供給されるプロセスガスＧの一部を外部に排出することで、制御ノズル部２６におけるガス圧力を制御し、処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの全体的な流量が略一定となるようにすることもできる。
また、前述したように、ガス供給部１２に図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）を接続するものとすれば、制御ノズル部２６の進退位置に合わせて供給するプロセスガスＧの流量を制御し、処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの全体的な流量が略一定となるようにすることもできる。
すなわち、制御ノズル部２６の移動に合わせて処理容器２内に導入されるプロセスガスＧの流量が制御されるようにすることができる。

本実施の形態においても、制御ノズル部２６の進退位置を移動部１７により制御することで、処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量、処理容器２の内部に形成されるプロセスガスＧの流速、プロセスガスＧの流れ方向、プロセスガスＧの拡散領域の少なくとも１つを制御することができる。この場合、制御面２６ｄが処理容器２の内壁面と略平行な面となっているので、図２において例示をしたものに比べて処理容器２の内部に形成されるプロセスガスＧの流れの拡散領域をより大きくすることができる。
また、封止部２２を設けるようにすれば、制御面２６ｄと座部２ｃとが擦れてパーティクルが発生することを抑制することができる。

次に、プラズマ処理装置１の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法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、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器２内に搬入され、下部電極８上に載置、保持される。次に、処理容器２内が減圧部７により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１０により処理容器２内の圧力が調整される。

次に、プラズマ発生部３により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部１２から所定量のプロセスガスＧが、ガス流制御部１３を介して処理容器２内のプラズマＰを発生させる領域に導入される。
この際、前述したように、制御ノズル部１６の進退位置を制御部１４からの指令に基づいて移動部１７により制御することで、すなわち、拡径部の位置を変化させることで、処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量、処理容器２の内部に形成されるプロセスガスＧの流速、プロセスガスＧの流れ方向、プロセスガスＧの拡散領域の少なくとも１つが制御される。
ここで、プロセスガスＧとしては、ＣＦ_４、Ｏ_２、Ｈｅやこれらの混合ガスがあるが、これらに限定されるわけではなく被処理物Ｗやプロセス条件に合わせて適宜変更することができる。

次に、電源部４より１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の高周波電力が下部電極８に印加される。すると、下部電極８と上部電極９とが平行平板電極を構成するため、電極間に放電が起こりプラズマＰが発生する。発生したプラズマＰによりプロセスガスＧが励起、活性化されて中性活性種、イオン、電子などのプラズマ生成物が生成される。この生成されたプラズマ生成物が、処理容器２内を下降して被処理物Ｗの表面に到達し、所望のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われる。

この場合、生成されたイオンと電子のうち、質量の軽い電子は動きが速く、下部電極８と上部電極９にすぐに到達する。下部電極８に到達した電子は、ブロッキングコンデンサ６により移動を阻止され下部電極８を帯電させる。下部電極８の帯電圧は４００Ｖ〜１０００Ｖ程度に達するが、これを「陰極降下」という。一方、上部電極９は接地されているため、到達した電子は移動が阻止されず、上部電極９はほとんど帯電しない。
そして、陰極降下により発生する垂直な電界に沿ってイオンが下部電極８（被処理物Ｗ）方向に移動し、被処理物Ｗの表面に入射することで物理的なプラズマ処理が行われる。なお、中性活性種は、ガス流、拡散、重力などにより下降して被処理物Ｗの表面に到達し、化学的なプラズマ処理が行われる。
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処理容器２外に搬出される。この後、必要があれば、前述の処理が繰り返される。

すなわち、本実施の形態に係るプラズマ処理方法においては、処理容器２の壁面を挿通する軸部と、軸部の処理容器２の内部に面する側の一端に設けられた軸部の径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部と、を備える制御ノズル部を用い、処理容器２の壁面を挿通する軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスＧの流れを、処理容器２の内壁面に対する拡径部の位置を変化させることで制御するようにしている。

ここで、例えば、プロセス条件が変更されるとプラズマＰを発生させる領域におけるプロセスガスＧの濃度分布が不均一となる場合がある。プラズマＰを発生させる領域におけるプロセスガスＧの濃度分布が不均一となるとプラズマ生成物の生成効率が悪化するおそれがある。また、濃度の濃い部分に生成された中性活性種が衝突すると散乱が生じて、処理容器２の内壁面などに中性活性種が衝突することで失活してしまうおそれがある。また、プロセスガスＧの流速が速すぎたり、プロセスガスＧの拡散領域が広すぎたりすれば、生成された中性活性種が散乱して処理容器２の内壁面などに衝突することで失活してしまうおそれがある。

本実施の形態によれば、ガス流制御部により処理容器２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量、処理容器２の内部に形成されるプロセスガスＧの流速、プロセスガスＧの流れ方向、プロセスガスＧの拡散領域の少なくとも１つを制御することができる。そのため、プロセス条件などに応じてプロセスガスＧの流れを最適化することができる。その結果、被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の量の面内均一性を向上させることができる。また、生成された中性活性種が失活することを抑制することができるので処理効率を向上させることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
図４に例示をするプラズマ処理装置３０は、一般に「ＳＷＰ（Surface Wave Plasma：表面波プラズマ）装置」と呼ばれるマイクロ波励起型のプラズマ処理装置である。すなわち、マイクロ波により励起させたプラズマを用いてプロセスガスからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
図４に示すように、プラズマ処理装置３０は、処理容器３２、プラズマ発生部３１、マイクロ波発生部３３、減圧部７、ガス供給部１２、ガス流制御部１３、制御部１４などを備えている。

処理容器３２は、有底の略円筒形状を呈し、減圧雰囲気が維持可能な気密構造となっている。そして、処理容器３２の内部には図示しない保持部を内蔵した載置部３８が設けられている。図示しない保持部は、例えば静電チャックなどとすることができる。そのため、載置部３８は、その上面に被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）を載置、保持することができるようになっている。

プラズマ発生部３１は、処理容器３２の内部にプラズマを発生させる。プラズマ発生部３１には、透過窓３４、導入導波管３５が設けられている。透過窓３４は平板状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、透過窓３４をアルミナや石英などの誘電体からなるものとすることができる。透過窓３４は、処理容器３２の上端に気密となるようにして設けられている。

処理容器３２の外側であって、透過窓３４の上面には導入導波管３５が設けられている。なお、図示は省略したが終端整合器やスタブチューナなどを適宜設けるようにすることもできる。導入導波管３５は、マイクロ波発生部３３から放射されたマイクロ波Ｍを透過窓３４に向けて導波する。
導入導波管３５と透過窓３４との接続部分には、スロット３６が設けられている。スロット３６は、導入導波管３５の内部を導波されてきたマイクロ波Ｍを透過窓３４に向けて放射するためのものである。

導入導波管３５の一端には、マイクロ波発生部３３が設けられている。このマイクロ波発生部３３は、所定周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管３５に向けて放射することができるようになっている。

減圧部７には、圧力制御部１０、排気部１１が設けられている。
排気部１１は圧力制御部１０を介して処理容器３２の底面に接続されており、処理容器３２の内部を減圧することができるようになっている。
圧力制御部１０は、処理容器３２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器３２の内圧が所定の圧力となるように制御する。
排気部１１は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。

処理容器３２の側壁上部には、ガス流制御部１３を介してガス供給部１２が接続されている。そして、ガス供給部１２からガス流制御部１３を介して処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域にプロセスガスＧを導入することができるようになっている。
処理容器３２の内部にプロセスガスＧを供給するガス供給部１２は、例えば、プロセスガスＧを収納した高圧ボンベなどとすることができる。
なお、ガス供給部１２には図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）などが接続されており、これによって供給するプロセスガスＧの流量を制御することができるようになっている。
ガス流制御部１３は、プロセス条件などに応じてプロセスガスＧの流れ（例えば、流量、流速、流れ方向、拡散領域など）を制御する。なお、ガス流制御部１３やガス流制御部２３に関しては前述したものと同様のためそれらの詳細な説明は省略する。

ガス流制御部１３との接続部分よりは下方であって載置部３８の上方には、載置部３８の上面を覆うように整流板３７が設けられている。整流板３７は、プラズマＰにより生成されたプラズマ生成物を含んだガスの流れを整流し、被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の量が略均一となるようにするためのものである。

また、整流板３７は、多数の孔部３７ａが設けられた略円形の板状体であり、処理容器３２の内壁に固定されている。そして、整流板３７と載置部３８の上面（載置面）との間の領域が、プラズマ処理が行われる処理空間３９となる。また、処理容器３２の内壁面、整流板３７の表面は、中性活性種と反応しにくい材料（例えば、四弗化樹脂（ＰＴＦＥ）またはアルミナ等のセラミック材料など）で覆われている。
制御部１４は、マイクロ波発生部３３、圧力制御部１０、排気部１１、ガス供給部１２、ガス流制御部１３などの制御を行う。

次に、プラズマ処理装置３０の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法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、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器３２内に搬入され、載置部３８上に載置、保持される。次に、処理容器３２内が減圧部７により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御器１０により処理容器３２内の圧力が調整される。

次に、プラズマ発生部３１により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部１２から所定量のプロセスガスＧが、ガス流制御部１３を介して処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域に導入される。
この際、前述したように、制御ノズル部１６の進退位置を制御部１４からの指令に基づいて移動部１７により制御することで、すなわち、拡径部の位置を変化させることで、処理容器３２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量、処理容器３２の内部に形成されるプロセスガスＧの流速、プロセスガスＧの流れ方向、プロセスガスＧの拡散領域の少なくとも１つが制御される。

ここで、プロセスガスＧとしては、ＣＦ_４、Ｏ_２、Ｈｅやこれらの混合ガスがあるが、これらに限定されるわけではなく被処理物Ｗやプロセス条件に合わせて適宜変更することができる。

次に、マイクロ波発生部３３から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管３５内に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管３５内を導波され、スロット３６を介して透過窓３４に向けて放射される。
透過窓３４に向けて放射されたマイクロ波Ｍは、透過窓３４の表面を伝搬して、処理容器３２内に放射される。このようにして処理容器３２内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマＰが発生する。そして、発生したプラズマＰ中の電子密度が、透過窓３４を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは透過窓３４の下面から処理容器３２内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面とスロット３６の下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマＰが励起されるようになる。

このプラズマ励起面で励起された安定的なプラズマＰ中において、プロセスガスＧ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。生成されたプラズマ生成物は、整流板３７で整流されて被処理物Ｗの表面に到達し、所望のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われる。

この場合、プラズマ生成物が整流板３７を通過する際に、イオンや電子が除去される。そのため、主に中性活性種による等方性処理（例えば、等方性エッチングなど）が行われることになる。なお、バイアス電圧を付加してイオンが整流板３７を通過できるようにすることで、異方性処理（例えば、異方性エッチングなど）を行うようにすることもできる。 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処理容器３２外に搬出される。この後、必要があれば、前述の処理が繰り返される。

すなわち、本実施の形態に係るプラズマ処理方法においては、処理容器３２の壁面を挿通する軸部と、軸部の処理容器３２の内部に面する側の一端に設けられた軸部の径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部と、を備える制御ノズル部を用い、処理容器３２の壁面を挿通する軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスＧの流れを、処理容器３２の内壁面に対する拡径部の位置を変化させることで制御するようにしている。

本実施の形態においては、整流板３７を備えているので被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の量の均一化を図ることができる。しかしながら、例えば、プロセス条件が変更されるとプラズマＰを発生させる領域におけるプロセスガスＧの濃度分布が不均一となる場合があることには変わりがない。そのため、整流板３７を備えていても被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の量の面内均一性が悪化するおそれがある。また、プラズマＰを発生させる領域におけるプロセスガスＧの濃度分布が不均一となるとプラズマ生成物の生成効率が悪化するおそれがある。また、濃度の濃い部分に生成された中性活性種が衝突すると散乱が生じて、処理容器２の内壁面などに中性活性種が衝突することで失活してしまうおそれがある。また、プロセスガスＧの流速が速すぎたり、プロセスガスＧの拡散領域が広すぎたりすれば、生成された中性活性種が散乱して処理容器２の内壁面などに衝突することで失活してしまうおそれがある。

本実施の形態によれば、ガス流制御部により処理容器３２の内部に導入されるプロセスガスＧの流量、処理容器３２の内部に形成されるプロセスガスＧの流速、プロセスガスＧの流れ方向、プロセスガスＧの拡散領域の少なくとも１つを制御することができる。そのため、プロセス条件などに応じてプロセスガスＧの流れを最適化することができる。その結果、被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の量の面内均一性を向上させることができる。また、生成された中性活性種が失活することを抑制することができるので処理効率を向上させることができる。

以上、本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。
例えば、プラズマ処理装置１やプラズマ処理装置３０などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

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。

１ プラズマ処理装置、２ 処理容器、２ａ 孔、２ｂ 座部、２ｃ 座部、３ プラズマ発生部、４ 電源部、５ 電源、７ 減圧部、８ 下部電極、９ 上部電極、１０ 圧力制御部、１１ 排気部、１２ ガス供給部、１３ ガス流制御部、１４ 制御部、１６ 制御ノズル部、１６ａ 軸部、１６ｂ 拡径部、１６ｃ ノズル孔、１６ｄ 制御面、１７ 移動部、２２ 封止部、２６ 制御ノズル部、２６ａ 軸部、２６ｂ 拡径部、２６ｃ ノズル孔、２６ｄ 制御面、３０ プラズマ処理装置、３１ プラズマ発生部、３２ 処理容器、３３ マイクロ波発生部、３４ 透過窓、３５ 導入導波管、３６ スロット、３７ 整流板、３８ 載置部、Ｇ プロセスガス、Ｍ マイクロ波、Ｐ プラズマ、Ｗ 被処理物

Claims (8)

1. 大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
   前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、
   前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、
   前記処理容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
   前記処理容器の壁面を挿通する軸部と、前記軸部の前記処理容器の内部に面する側の一端に設けられた前記軸部の径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部と、を有する制御ノズル部と、
   前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させる移動部と、
   前記移動部を制御する制御部と、
   前記制御ノズル部を介して、前記処理容器の内部にプロセスガスを供給するガス供給部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記壁面を挿通する軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスの流れを、前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させることで制御すること、を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記制御ノズル部は、軸方向に貫通するノズル孔を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 拡径部は、前記処理容器の内壁面に面する側に前記軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスの流れを制御する制御面を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記制御ノズル部は、前記ノズル孔を介して、前記プラズマを発生させる領域に向けて直進するようにプロセスガスを導入すること、を特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
5. 前記制御ノズル部は、前記制御面によりプロセスガスの流れ方向を変更することで、前記プラズマを発生させる領域に向けて拡散させるようにプロセスガスを導入すること、を特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
6. 前記制御部は、前記拡径部の位置を変化させることで前記プロセスガスの流量、流速、流れ方向、拡散領域からなる群より選ばれた少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記壁面を挿通する軸部の外周面に沿って第１のプロセスガスが供給され、前記ノズル孔に第２のプロセスガスが供給されること、を特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
8. 大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマを発生させ、前記プラズマに向けて導入したプロセスガスを励起させてプラズマ生成物を生成し、前記プラズマ生成物により被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
   処理容器の壁面を挿通する軸部と、前記軸部の前記処理容器の内部に面する側の一端に設けられた前記軸部の径寸法よりも大きい径寸法を有する拡径部と、を備える制御ノズル部を用い、前記壁面を挿通する軸部の外周面に沿って供給されるプロセスガスの流れを、前記処理容器の内壁面に対する前記拡径部の位置を変化させることで制御すること、を特徴とするプラズマ処理方法。

Images