JP2014197640A

JP2014197640A - プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法

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Publication number: JP2014197640A
Application number: JP2013073260A
Authority: JP
Inventors: 裕規白濱; Yuki Shirahama
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6173743B2

Abstract

【課題】被処理物の載置部側の面に損傷が発生するのを抑制することができるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法を提供することである。
【解決手段】実施形態に係るプラズマ処理装置は、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、被処理物を載置する位置に開口する凹部を有した載置部と、内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を前記プラズマを発生させる領域に向けて伝播する導入導波管と、前記プラズマを発生させる領域に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、前記凹部の内部に、水素原子を含む第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法に関する。

処理容器の外部において、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、生成したプラズマ生成物を被処理物が載置された処理容器の内部に供給するプラズマ処理装置がある（例えば、特許文献１を参照）。
この様なプラズマ処理装置において、被処理物と載置部の上面との間にプラズマ生成物が侵入すると、被処理物の載置部側の面が損傷するおそれがある。
ここで、被処理物と載置部の上面との間にヘリウムガスなどのパージガスを供給する技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
被処理物と載置部の上面との間にヘリウムガスなどのパージガスを供給すれば、被処理物と載置部の上面との間にプラズマ生成物が侵入するのを抑制することができる。しかしながら、ヘリウムガスなどのパージガスを供給しても、プラズマ生成物が侵入するのを完全に防止することはできない。そのため、被処理物の載置部側の面に損傷が発生するおそれがある。

特開２０１０−７３８３２号公報特開２００９−６００１１号公報

本発明が解決しようとする課題は、被処理物の載置部側の面に損傷が発生するのを抑制することができるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法を提供することである。

実施形態に係るプラズマ処理装置は、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、被処理物を載置する位置に開口する凹部を有した載置部と、内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を前記プラズマを発生させる領域に向けて伝播する導入導波管と、前記プラズマを発生させる領域に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、前記凹部の内部に、水素原子を含む第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を備えている。

本発明の実施形態によれば、被処理物の載置部側の面に損傷が発生するのを抑制することができるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法が提供される。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１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制御板２０を例示するための模式図である。プラズマ処理装置１の作用および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ための模式図である。プラズマ処理装置１の作用および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ための模式図である。プラズマ処理装置１の作用および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ための模式図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の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、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式図である。
図２は、他の実施形態に係るガス制御板２０を例示するための模式図である。
図１に例示をするプラズマ処理装置１は、一般に「ＣＤＥ（Chemical Dry Etching；ケミカルドライエッチング）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１に示すように、プラズマ処理装置１は、プラズマ発生部２、輸送管１４、減圧部３、第１のガス供給部４、マイクロ波発生部５、処理部６、第２のガス供給部７、および制御部８を備えている。
プラズマ発生部２には、放電管９、遮蔽部１８、および導入導波管１０が設けられている。
放電管９は、内部にプラズマＰを発生させる領域を有し、処理容器１３から離隔された位置に設けられている。
放電管９は、管状を呈し、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することができる。例えば、放電管９は、アルミナや石英などの誘電体から形成することができる。

遮蔽部１８は、管状を呈し、放電管９の外周面を覆うように設けられている。遮蔽部１８の内周面と放電管９の外周面との間には所定の隙間が設けられ、遮蔽部１８の内部を略同軸に放電管９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、マイクロ波Ｍが漏洩することを、遮蔽部１８により抑制できるようになっている。

導入導波管１０は、管状を呈し、放電管９と略直交するようにして遮蔽部１８に接続されている。導入導波管１０は、後述するマイクロ波発生部５から放射されたマイクロ波Ｍを放電管９に向けて伝播させる。導入導波管１０の終端には終端整合器１１ａが設けられている。また、導入導波管１０の入口側（マイクロ波Ｍの導入側）にはスタブチューナ１１ｂが設けられている。

導入導波管１０と遮蔽部１８との接続部分には、環状のスロット１２が設けられている。スロット１２は、導入導波管１０の内部を伝播されてきたマイクロ波Ｍを放電管９に向けて放射するためのものである。後述するように、放電管９の内部にはプラズマＰが励起されるが、スロット１２に面する部分が、プラズマＰが励起される領域の略中心となる。

輸送管１４の一端は、放電管９の第１のガス供給部４が接続される側とは反対側の端部に接続されている。輸送管１４の他端は、処理容器１３に接続されている。すなわち、輸送管１４は、放電管９と処理容器１３とを連通させる。輸送管１４は、中性活性種（例えば、フッ素ラジカルや酸素ラジカルなど）による腐蝕に耐え得る材料（例えば、石英、ステンレス鋼、セラミックス、フッ素樹脂など）から形成することができる。

減圧部３は、処理容器１３の内部を所定の圧力まで減圧する。
減圧部３には、ポンプ３ａ、および圧力制御部３ｂが設けられている。
ポンプ３ａは、圧力制御部３ｂを介して、処理容器１３の排気口１３ｄに接続されている。
ポンプ３ａは、例えば、ターボ分子ポンプ（Turbomolecular Pump：ＴＭＰ）などとすることができる。
圧力制御部３ｂは、処理容器１３の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、処理容器１３の内圧が所定の圧力となるように制御する。
圧力制御部３ｂは、例えば、圧力制御器（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）などとすることができる。

第１のガス供給部４は、放電管９の内部に第１のガスＧ１を供給する。すなわち、第１のガス供給部４は、プラズマＰを発生させる領域に第１のガスＧ１を供給する。
第１のガス供給部４には、ガス供給源４ａおよび流量制御弁４ｂ（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）が設けられている。
ガス供給源４ａは、例えば、高圧の第１のガスＧ１が収納されたボンベなどとすることができる。また、ガス供給源４ａには、第１のガスＧ１の供給と停止を制御する開閉弁が設けられている。
第１のガスＧ１は、プラズマ処理の種類などに応じて適宜選択することができる。例えば、プラズマエッチング処理の場合には、第１のガスＧ１は、フッ素原子を含むガス（例えば、ＣＦ_４、ＮＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＳＦ_６など）や、フッ素原子を含むガスと窒素ガスなどとの混合ガスなどとすることができる。
また、プラズマアッシング処理の場合には、第１のガスＧ１は、酸素原子を含むガス（例えば、酸素ガスなど）や、酸素原子を含むガスと窒素ガスなどとの混合ガスなどとすることができる。

ガス供給源４ａは、流量制御弁４ｂを介して、放電管９の他端に接続されている。ガス供給源４ａから供給された第１のガスＧ１は、流量制御弁４ｂを介して、放電管９の内部に供給される。また、制御部８により、流量制御弁４ｂを制御することで、第１のガスＧ１の供給量が調整できるようになっている。

マイクロ波発生部５は、導入導波管１０の一端に設けられている。マイクロ波発生部５は、所定の周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）を有するマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管１０に向けて放射する。

処理部６には、処理容器１３、載置部１５、保持部１６、ガス分散板１７、受け渡し部１９、およびガス制御板２０が設けられている。
処理容器１３は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持する。
処理容器１３は、有底の略円筒形状を呈し、その上端が天板１３ａで塞がれている。また、処理容器１３の側壁には、被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）を搬入搬出するための開口部１３ｂが設けられている。開口部１３ｂは、扉１３ｃにより閉鎖できるようになっている。

載置部１５は、処理容器１３の内部の底面側に設けられている。載置部１５の上面には、被処理物Ｗが載置される。載置部１５には、被処理物Ｗを載置する位置に開口する凹部１５ａが設けられている。凹部１５ａの開口寸法は、被処理物Ｗの平面寸法よりも短くなっている。そのため、凹部１５ａの開口部を塞ぐようにして、載置部１５の上面に被処理物Ｗを載置することができる。

また、載置部１５には、一端が載置部１５の側壁に開口し、他端が凹部１５ａの側壁に開口する孔部１５ｂ（第１の孔部の一例に相当する）が設けられている。
また、載置部１５には、一端が載置部１５の底面に開口し、他端が凹部１５ａの底面に開口する孔部１５ｃ（第２の孔部の一例に相当する）が設けられている。

保持部１６は、被処理物Ｗを載置部１５の上面に押し付けることで、被処理物Ｗを保持する。
保持部１６には、押さえ爪１６ａ、軸部１６ｂ、接続部１６ｃ、および駆動部１６ｄが設けられている。
押さえ爪１６ａは、載置部１５の上方に設けられている。押さえ爪１６ａの先端は、被処理物Ｗの周縁近傍に接触できる位置に設けられている。

軸部１６ｂは、載置部１５を厚み方向に貫通する孔に挿通されている。軸部１６ｂは、複数設けられている。複数の軸部１６ｂの一端は押さえ爪１６ａにそれぞれ接続され、複数の軸部１６ｂの他端は接続部１６ｃにそれぞれ接続されている。
接続部１６ｃは、板状を呈し、一方の面には複数の軸部１６ｂが接続され、他方の面には駆動部１６ｄが接続されている。
駆動部１６ｄは、接続部１６ｃおよび軸部１６ｂを介して、押さえ爪１６ａを昇降させる。
駆動部１６ｄは、例えば、エアシリンダなどを備えたものとすることができる。

ガス分散板１７は、輸送管１４を介して供給された中性活性種を含んだガスの流れを整流するとともに、被処理物Ｗの処理面Ｗａ上における中性活性種の量が略均一となるようにガスを分散させる。
ガス分散板１７は、処理容器１３の内部に設けられている。ガス分散板１７は、輸送管１４との接続部分よりは下方に位置し、載置部１５の上面を覆うように設けられている。

ガス分散板１７は、略円形の板状を呈し、複数の孔部１７ａが設けられている。ガス分散板１７は、処理容器１３の側壁に固定されている。そして、ガス分散板１７と載置部１５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１００となる。
また、処理容器１３の内壁面、ガス分散板１７の表面、および、後述するガス制御板２０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。

受け渡し部１９は、被処理物Ｗの受け渡し位置と、被処理物Ｗの載置位置との間で被処理物Ｗを昇降させる。
受け渡し部１９には、リフトピン１９ａ、接続部１９ｂ、および駆動部１９ｃが設けられている。
リフトピン１９ａは、載置部１５を厚み方向に貫通する孔に挿通されている。リフトピン１９ａは、複数設けられている。複数のリフトピン１９ａの一端は、被処理物Ｗの周縁近傍にそれぞれ接触できる位置に設けられている。複数のリフトピン１９ａの他端は接続部１９ｂにそれぞれ接続されている。

接続部１９ｂ、は、板状を呈し、一方の面には複数のリフトピン１９ａが接続され、他方の面には駆動部１９ｃが接続されている。
駆動部１９ｃは、接続部１９ｂを介して、リフトピン１９ａを昇降させる。
駆動部１９ｃは、例えば、エアシリンダなどを備えたものとすることができる。

ガス制御板２０は、被処理物Ｗの処理面Ｗａ上におけるガスの流れを制御する。また、ガス制御板２０は、孔部１５ｂを介して凹部１５ａから排出された第２のガスＧ２の流れを制御する。
ガス制御板２０は、板状を呈し、載置部１５の上面の周囲に設けられている。
ガス制御板２０は、孔部１５ｂが載置部１５の側壁に開口する位置よりも上方に設けられ、プラズマ処理が行われる処理空間１００を画する。
ガス制御板２０には、厚み方向を貫通する流路２０ａが設けられている。流路２０ａは、例えば、孔とすることもできるし、ガス制御板２０と、処理容器１３の側壁との間に設けられた隙間などとすることもできる。

孔部１５ｂを介して凹部１５ａから排出された第２のガスＧ２を排気口１３ｄ側に導く場合には、流路２０ａの流路抵抗を大きくするか、第２のガスＧ２の流れを排気口１３ｄ側に向けるようにすればよい。
例えば、流路２０ａの流路抵抗を大きくする場合には、流路２０ａの流路断面積を小さくすればよい。
また、第２のガスＧ２の流れを排気口１３ｄ側に向ける場合には、図２に示すように、排気口１３ｄ側に向けて屈曲する屈曲部２０ｂを有したガス制御板２０とすればよい。

孔部１５ｂを介して凹部１５ａから排出された第２のガスＧ２を処理空間１００側に導く場合には、流路２０ａの流路抵抗を小さくすればよい。
例えば、流路２０ａの流路断面積を大きくすることで、流路２０ａの流路抵抗を小さくすることができる。

第２のガス供給部７は、孔部１５ｃを介して凹部１５ａの内部に第２のガスＧ２を供給する。
第２のガス供給部７には、ガス供給源７ａおよび流量制御弁（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）７ｂが設けられている。
ガス供給源７ａは、例えば、高圧の第２のガスＧ２が収納されたボンベなどとすることができる。また、ガス供給源７ａには、第２のガスＧ２の供給と停止を制御する開閉弁が設けられている。

第２のガスＧ２は、水素原子を含むガスとすることができる。
水素原子を含むガスは、例えば、アンモニアガス（ＮＨ_３）や、水（Ｈ_２Ｏ）を含むガスなどとすることができる。

また、水素原子を含むガスを含む混合ガス（例えば、アンモニアガスなどとアルゴンガスとの混合ガス、アンモニアガスなどと窒素ガスとの混合ガスなど）とすることもできる。
また、水素原子を含むガスは、水素を含む混合ガス（例えば、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスなど）とすることもできる。

ガス供給源７ａは、流量制御弁７ｂと孔部１５ｃを介して、凹部１５ａに接続されている。ガス供給源７ａから供給された第２のガスＧ２は、流量制御弁７ｂと孔部１５ｃを介して、凹部１５ａの内部に供給される。また、制御部８により、流量制御弁７ｂを制御することで、第２のガスＧ２の供給量が調整できるようになっている。

流量制御弁７ｂと孔部１５ｃを介して、凹部１５ａの内部に供給された第２のガスＧ２は、孔部１５ｂを介して凹部１５ａから排出される。
そのため、凹部１５ａには、新しい第２のガスＧ２が逐次供給されることになる。
また、流量制御弁７ｂにより、凹部１５ａの内部に供給する第２のガスＧ２の供給量を制御することで、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給したり、処理空間１００に供給される第２のガスＧ２の量を変化させたりすることもできる。
なお、第２のガスＧ２の作用および効果に関する詳細は後述する。

制御部８は、プラズマ処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。
制御部８は、例えば、ポンプ３ａ、圧力制御部３ｂ、ガス供給源４ａ、流量制御弁４ｂ、マイクロ波発生部５、駆動部１６ｄ、駆動部１９ｃ、ガス供給源７ａ、および流量制御弁７ｂなどの制御を行う。
例えば、制御部８は、第２のガス供給部７（ガス供給源７ａ）を制御して、第２のガスＧ２を凹部１５ａの内部に供給する。
また、例えば、制御部８は、第２のガス供給部７（流量制御弁７ｂ）を制御して、凹部１５ａの内部に供給される第２のガスＧ２の供給量を変化させる。
また、例えば、制御部８は、凹部１５ａの内部に供給される第２のガスＧ２の供給量を制御することで、ガス制御板２０に設けられた流路２０ａを介して処理空間１００に供給される第２のガスＧ２の供給量を制御する。
また、例えば、制御部８は、保持部１６（駆動部１６ｄ）を制御して、被処理物Ｗの保持と、保持の解除を行う。

ここで、前述した第１のガスＧ１から生成されたプラズマ生成物（例えば、フッ素ラジカルや酸素ラジカル）が、被処理物Ｗと載置部１５の上面との間に侵入すると、被処理物Ｗの載置部１５側の面Ｗｂが損傷するおそれがある。
この場合、被処理物Ｗと載置部１５の上面との間にヘリウムガスなどのパージガスを供給しても、プラズマ生成物が侵入するのを完全に防止することはできない。そのため、被処理物Ｗの載置部１５側の面Ｗｂに損傷が発生するおそれがある。

本発明者の得た知見によれば、水素原子を含むガスを供給すれば、水素と、フッ素ラジカルや酸素ラジカルを反応させることができるので、フッ素ラジカルや酸素ラジカルを失活させることができる。
そのため、本実施の形態においては、被処理物Ｗの載置部１５側に水素原子を含む第２のガスＧ２を供給するようにしている。
この様にすれば、被処理物Ｗと載置部１５の上面との間にフッ素ラジカルや酸素ラジカルが侵入したとしても、これらを失活させることができるので、被処理物Ｗの載置部１５側の面Ｗｂに損傷が発生するのを抑制することができる。

また、孔部１５ｃを介して凹部１５ａの内部に供給された第２のガスＧ２を、孔部１５ｂを介して凹部１５ａの内部から排出するようにしている。
そのため、凹部１５ａには、フッ素ラジカルや酸素ラジカルと反応していない新しい第２のガスＧ２が逐次供給されることになる。
その結果、第２のガスＧ２によるフッ素ラジカルや酸素ラジカルの失活効果が、経時的に低減することがない。

また、凹部１５ａの底面に開口する孔部１５ｃから第２のガスＧ２を導入し、凹部１５ａの側壁に開口する孔部１５ｂから第２のガスＧ２を排出している。すなわち、凹部１５ａの底面側から凹部１５ａの側壁側に流れる第２のガスＧ２の流れを形成している。そのため、凹部１５ａの開口の周縁と、処理物Ｗの載置部１５側の面Ｗｂとで形成される角部に第２のガスＧ２が滞留することを抑制することができる。

また、保持部１６の押さえ爪１６ａにより、被処理物Ｗの周縁近傍を押さえつけているので、被処理物Ｗと載置部１５の上面との間にフッ素ラジカルや酸素ラジカルが侵入するのを抑制することができる。

また、ガス制御板２０の流路２０ａを介して、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給すれば、処理レートの制御を行うことができる。
この場合、本発明者の得た他の知見によれば、プラズマ処理の対象部分の材料によって、処理レートが高くなったり、処理レートが低くなったり、処理レートに変化が無かったりすることが判明した。

例えば、プラズマ処理の対象部分の材料が窒化シリコンである場合には、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給すれば、エッチングレートが高くなることが判明した。また、プラズマ処理の対象部分の材料がポリシリコンである場合には、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給しても、エッチングレートに大きな変化がないことが判明した。

このことは、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給すれば、窒化シリコンのエッチングレートを向上させることができるとともに、ポリシリコンに対する窒化シリコンの選択比を大きくすることができることを意味する。
この場合、第２のガスＧ２の処理空間１００への供給量は、輸送管１４から供給される中性活性種を含んだガスに対して、数ｗｔ％程度とすることができる。

第２のガスＧ２の処理空間１００への供給量は、流量制御弁７ｂにより制御することができる。例えば、流量制御弁７ｂにより、凹部１５ａの内部に供給する第２のガスＧ２の供給量を多くすれば、処理空間１００への供給量を増加させることができる。これに対して、流量制御弁７ｂにより、凹部１５ａの内部に供給する第２のガスＧ２の供給量を少なくすれば、処理空間１００への供給量を減少させることができる。

また、第２のガスＧ２の処理空間１００への供給量は、ガス制御板２０の流路２０ａの流路抵抗や、ガス制御板２０の形態（例えば、屈曲部２０ｂの有無など）の影響を受ける。そのため、第２のガスＧ２の処理空間１００への供給量と、凹部１５ａの内部に供給する第２のガスＧ２の供給量との関係を、予め実験やシミュレーションなどを行い求めるようにすることが好ましい。
また、孔部１５ｂは、第２のガスＧ２が処理空間１００へ回りこみやすいような構成を有したものとすることができる。例えば、孔部１５ｂは、処理空間１００に向かって傾斜した軸線を有したものとすることができる。

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。
図３（ａ）〜図５（ｂ）は、プラズマ処理装置１の作用および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ための模式図である。
なお、図３（ａ）〜図５（ｂ）においては、図を見やすくするために、一部の要素を省略して描いている。

まず、図３（ａ）に示すように、開口部１３ｂから被処理物Ｗを処理容器１３の内部に搬入し、受け渡し部１９のリフトピン１９ａ上に被処理物Ｗを載置する。
この際、扉１３ｃを開き、開口部１３ｂを予め開放状態としておく。また、軸部１６ｂを介して、押さえ爪１６ａを予め上昇させておく。また、リフトピン１９ａを予め上昇させておく。

次に、図３（ｂ）に示すように、被処理物Ｗを載置部１５の上面に載置し、処理容器１３の内部を所定の圧力まで減圧する。
この際、扉１３ｃを閉じ、開口部１３ｂを予め閉鎖状態としておく。そして、リフトピン１９ａを下降させて、被処理物Ｗを載置部１５の上面に載置する。また、前述したポンプ３ａと圧力制御部３ｂにより、処理容器１３の内部を所定の圧力まで減圧する。

次に、図４（ａ）に示すように、保持部１６の押さえ爪１６ａにより、被処理物Ｗの周縁近傍を押さえつけることで、被処理物Ｗを保持する。
軸部１６ｂを介して、押さえ爪１６ａを下降させ、押さえ爪１６ａにより、被処理物Ｗの周縁近傍を押さえつける。

次に、図４（ｂ）に示すように、第１のガスＧ１と、第２のガスＧ２をそれぞれ供給する。
第１のガスＧ１は、前述したガス供給源４ａから流量制御弁４ｂを介して、放電管９の内部に供給される。放電管９の内部に供給された第１のガスＧ１は、輸送管１４を介して、処理容器１３の内部に供給される。処理容器１３の内部に供給された第１のガスＧ１は、ガス分散板１７を介して、処理空間１００に供給される。処理空間１００に供給された第１のガスＧ１は、排気口１３ｄを介して、処理容器１３の外部に排出される。

第２のガスＧ２は、前述したガス供給源７ａから、流量制御弁７ｂと孔部１５ｃを介して、凹部１５ａの内部に供給される。凹部１５ａの内部に供給された第２のガスＧ２は、孔部１５ｂを介して、処理容器１３の内部に供給される。処理容器１３の内部に供給された第２のガスＧ２は、排気口１３ｄを介して、処理容器１３の外部に排出される。
なお、処理容器１３の内部への第２のガスＧ２の供給は、必ずしも第１のガスＧの供給とともに行う必要はない。すなわち、第２のガスＧ２の供給は、被処理物Ｗのプラズマ処理が行われている際であればよい。

この際、処理容器１３の内部に供給された第２のガスＧ２が、ガス制御板２０の流路２０ａを介して処理空間１００に供給されるようにすることもできる。
例えば、前述した流量制御弁７ｂにより、凹部１５ａの内部に供給する第２のガスＧ２の供給量を制御することで、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給したり、処理空間１００に供給される第２のガスＧ２の量を変化させたりすることができる。

この際、流量制御弁７ｂにより、凹部１５ａの内部に供給する第２のガスＧ２の供給量を多くすれば、処理空間１００への供給量を増加させることができる。これに対して、流量制御弁７ｂにより、凹部１５ａの内部に供給する第２のガスＧ２の供給量を少なくすれば、処理空間１００への供給量を減少させることができる。

次に、図５（ａ）に示すように、プラズマ発生部２により中性活性種を含むプラズマ生成物を生成する。
まず、前述したマイクロ波発生部５から所定のパワーのマイクロ波Ｍを導入導波管１０内に放射する。放射されたマイクロ波Ｍは導入導波管１０内を伝播し、スロット１２を介して放電管９に向けて放射される。

放電管９に向けて放射されたマイクロ波Ｍは、放電管９の表面を伝播して、放電管９の内部に放射される。このようにして放電管９の内部に導入されたマイクロ波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、放電管９を介して導入されるマイクロ波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は放電管９の内壁面から放電管９の内部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１２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なプラズマ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なプラズマＰ中において、第１のガスＧ１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を含むガスは、輸送管１４を介して処理容器１３の内部に供給される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１３にまで到達できず、寿命の長い中性活性種のみが処理容器１３の内部に到達することになる。
処理容器１３の内部に供給された中性活性種を含むガスは、ガス分散板１７を介して、処理空間１００に供給される。この際、中性活性種を含むガスは、ガス分散板１７により分散される。

処理空間１００に供給された中性活性種を含むガスは、被処理物Ｗの処理面Ｗａに到達し、エッチング処理やアッシング処理などのプラズマ処理が行われる。この際、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。

ここで、被処理物Ｗと載置部１５の上面との間に、フッ素ラジカルや酸素ラジカルなどの中性活性種が侵入する場合がある。しかしながら、凹部１５ａの内部には、水素原子を含む第２のガスＧ２が供給されているので、侵入した中性活性種を失活させることができる。そのため、被処理物Ｗの載置部１５側の面Ｗｂに損傷が発生するのを抑制することができる。

また、必要に応じて、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給して、処理レートの制御を行うことができる。
例えば、プラズマ処理の対象部分の材料が窒化シリコンである場合には、第２のガスＧ２の一部を処理空間１００に供給することで、エッチングレートを高くすることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、開口部１３ｂから処理容器１３の外部に被処理物Ｗを搬出する。
この際、マイクロ波Ｍの放射や、第１のガスＧ１および第２のガスＧ２の供給を予め停止する。また、処理容器１３の内部を予め大気圧に戻す。
そして、扉１３ｃを開き、開口部１３ｂを開放状態とする。
続いて、軸部１６ｂを介して、押さえ爪１６ａを上昇させる。
続いて、リフトピン１９ａを上昇させて、載置部１５の上面から被処理物Ｗを持ち上げる。
続いて、図示しない搬送装置により、開口部１３ｂを介して被処理物Ｗを搬出する。
この後、必要に応じて、前述した工程が繰り返される。

以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、以下の工程を備えることができる。
処理容器１３から離隔された位置に設けられた放電管９の内部にマイクロ波Ｍを導入してプラズマＰを発生させ、プラズマＰにより第１のガスＧ１を励起させてプラズマ生成物を生成する工程。
プラズマ生成物を用いて、載置部１５の上面に載置された被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行う工程。
載置部１５の被処理物Ｗを載置する位置に開口する凹部１５ａに水素原子を含む第２のガスＧ２を供給する工程。

また、凹部１５ａに水素原子を含む第２のガスＧ２を供給する工程において、水素原子を含む第２のガスＧ２は、孔部１５ｃを介して凹部１５ａの内部に供給され、孔部１５ｂを介して凹部１５ａの内部から排出される。

また、凹部１５ａに水素原子を含む第２のガスＧ２を供給する工程において、孔部１５ｂが載置部１５の側壁に開口する位置よりも上方に設けられ、プラズマ処理が行われる処理空間１００を画するガス制御板２０に設けられた流路２０ａを介して、処理空間１００に供給される第２のガスＧ２の供給量を制御する。

以上、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、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、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が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、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プラズマ発生部、３減圧部、４第１のガス供給部、５マイクロ波発生部、６処理部、７第２のガス供給部、８制御部、９放電管、１０導入導波管、１２スロット、１３処理容器、１４輸送管、１５載置部、１５ａ凹部、１５ｂ孔部、１５ｃ孔部、１６保持部、１６ａ押さえ爪、２０ガス制御板、２０ａ流路、Ｇ１第１のガス、Ｇ２第２のガス、Ｗ被処理物、Ｗａ処理面、Ｗｂ面

Claims

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、被処理物を載置する位置に開口する凹部を有した載置部と、
内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、
マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を前記プラズマを発生させる領域に向けて伝播する導入導波管と、
前記プラズマを発生させる領域に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、
前記凹部の内部に、水素原子を含む第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を備えたプラズマ処理装置。
一端が前記載置部の側壁に開口し、他端が前記凹部の側壁に開口する第１の孔部と、
一端が前記凹部の底面に開口する第２の孔部と、
をさらに有し、
前記水素原子を含む第２のガスは、前記第２の孔部を介して前記凹部の内部に供給され、前記第１の孔部を介して前記凹部の内部から排出される請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記第１の孔部が前記載置部の側壁に開口する位置よりも上方に設けられ、プラズマ処理が行われる処理空間を画するガス制御板と、
前記第２のガス供給部を制御して、前記凹部の内部に供給される前記第２のガスの供給量を変化させる制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記凹部の内部に供給される前記第２のガスの供給量を制御することで、前記ガス制御板に設けられた流路を介して前記処理空間に供給される前記第２のガスの供給量を制御する請求項２記載のプラズマ処理装置。
処理容器から離隔された位置に設けられた放電管の内部にマイクロ波を導入してプラズマを発生させ、前記プラズマにより第１のガスを励起させてプラズマ生成物を生成する工程と、
前記プラズマ生成物を用いて、前記処理容器の内部に設けられた載置部の上面に載置された被処理物に対するプラズマ処理を行う工程と、
前記プラズマ処理を行う際に、前記載置部の前記被処理物を載置する位置に開口する凹部の内部に水素原子を含む第２のガスを供給する工程と、
を備えたプラズマ処理方法。
前記凹部の内部に水素原子を含む第２のガスを供給する工程において、
前記水素原子を含む第２のガスは、
一端が前記凹部の底面に開口する第２の孔部を介して前記凹部の内部に供給され、
一端が前記載置部の側壁に開口し、他端が前記凹部の側壁に開口する第１の孔部を介して前記凹部の内部から排出される請求項４記載のプラズマ処理方法。
前記凹部の内部に水素原子を含む第２のガスを供給する工程において、
前記第１の孔部が前記載置部の側壁に開口する位置よりも上方に設けられ、プラズマ処理が行われる処理空間を画するガス制御板に設けられた流路を介して、前記処理空間に供給される前記第２のガスの供給量を制御する請求項５記載のプラズマ処理方法。