JP2022098353A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマプロセスの均一性の向上を図る。【解決手段】基板支持部の上方のシャワーヘッドと、チャンバの上方で鉛直方向に延在してシャワーヘッドの上部中央に接続されたガス供給管と、ガス供給管が貫通し、ＶＨＦ波以上の電磁波を導入し、ガスを活性化させる導入部と、ガス供給管に接続された電磁波の供給路とを備え、導入部はシャワーヘッドの上流側に配置され、第１ガスを供給し、電磁波により第１ガスを解離させる第１解離空間を有し、前記チャンバは、基板支持部とシャワーヘッドとの間のプロセス空間であり第１解離空間にて解離した第１ガスとガス供給管からの第２ガスとをシャワーヘッドの下流側で合流させ、電磁波よりも周波数が低い高周波により第１ガス及び第２ガスを解離させる第２解離空間を有し、第１解離空間の略円筒形状の直径は、電磁波の真空中の実効波長をλｇとしたときにλｇ／６よりも小さいプラズマ処理装置。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。
特許文献１は、互いに平行な高周波印加電極とプラズマ分離用の中間メッシュプレート電極とで挟まれたプラズマ発生室と、プラズマ発生室外に位置し、中間メッシュプレート電極と平行に基板を設置する対向電極と、を有するプラズマＣＶＤ装置を提案する。特許文献１では、中間メッシュプレート電極が対向電極側および高周波印加電極側の双方向に移動可能であり、かつ対向電極に高周波が印加可能である。
特許文献２は、ＶＨＦ波を導入し、ＶＨＦ波によりガスからプラズマを生成するプラズマ処理装置を提案する。特許文献２では、上部電極及び下部電極は、それぞれ互いに対向する面に凹部を備え、上部電極及び下部電極それぞれの凹部内には、上部誘電体及び下部誘電体がそれぞれ設けられ、上部誘電体と下部誘電体との間の空間の横方向端部には、ＶＨＦ波の導入部が設けられている。
特許文献３は、マイクロ波を導入し、マイクロ波によりガスからプラズマを生成するプラズマ処理装置を提案する。
特開平１１－１６２９５７号公報 特開２０２０－９２０３３号公報 特開平１１－２０４２９５号公報
本開示は、プラズマプロセスの均一性の向上を図ることができるプラズマ処理装置を提供する。
本開示の一の態様によれば、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられ、処理対象の基板が設置される基板支持部と、金属から形成され、前記チャンバの内部の空間に向けて開口した複数のガス孔を提供し、前記基板支持部の上方に設けられたシャワーヘッドと、金属から形成され、前記チャンバの上方で鉛直方向に延在して、前記シャワーヘッドの上部中央に接続されたガス供給管と、前記チャンバの上方にて前記ガス供給管が貫通し、ＶＨＦ波以上の電磁波を導入し、ガスを活性化させるように構成された導入部と、前記ガス供給管に接続された電磁波の供給路と、を備え、前記導入部は、前記シャワーヘッドの上流側に配置され、第１ガスを供給し、前記電磁波により前記第１ガスを解離させる第１解離空間を有し、前記チャンバは、前記基板支持部と前記シャワーヘッドとの間のプロセス空間であって、前記第１解離空間にて解離した前記第１ガスと前記ガス供給管からの第２ガスとを前記シャワーヘッドの下流側で合流させ、前記電磁波よりも周波数が低い高周波により前記第１ガス及び前記第２ガスを解離させる第２解離空間を有し、前記第１解離空間の断面視形状は略円筒形状であり、前記第１解離空間の前記略円筒形状の直径は、電磁波の真空中の実効波長をλｇとしたときにλｇ／６よりも小さい、プラズマ処理装置が提供される。
一の側面によれば、プラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。
第１実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した断面図である。 第１実施形態に係る導入部の断面を拡大した図である。 第１実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例１を示す断面斜視図である。 第１実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例２を示す断面斜視図である。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図である。 図６のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。 第２実施形態に係る導入部の断面を拡大した図である。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例１を示す断面斜視図である。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例２を示す断面斜視図である。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、シャワーヘッド、ガス供給管、導入部、及び電磁波の供給路を備える。基板支持部は、チャンバの内部に設けられ、処理対象の基板が設置される。シャワーヘッドは、金属から形成されている。シャワーヘッドは、チャンバの内部の空間に向けて開口した複数のガス孔を提供し、基板支持部の上方に設けられている。ガス供給管は、金属から形成されている。ガス供給管は、チャンバの上方で鉛直方向に延在して、シャワーヘッドの上部中央に接続されている。
導入部は、チャンバの上蓋の上面に設けられ、ガス供給管が貫通する。導入部は、ＶＨＦ波以上の周波数の電磁波を導入し、ガスを活性化させるように構成する。電磁波の供給路は、ガス供給管に接続されている。ガス供給管は、環状の鍔部を含む。電磁波の供給路は、鍔部に接続された導体を含む。
導入部は、第１解離空間を有する。第１解離空間は、シャワーヘッドの上流側に配置され、第１ガスを供給し、電磁波により第１ガスを解離させる。チャンバは、第２解離空間を有する。第２解離空間はチャンバ内のプロセス空間である。第２解離空間は、基板支持部とシャワーヘッドとの間のプロセス空間である。第１解離空間にて解離した第１ガスと、ガス供給管からの第２ガスとはシャワーヘッドの下面から第２解離空間に導入され、シャワーヘッドの下流側の第２解離空間にて合流する。第２解離空間においてＶＨＦ波以上の電磁波よりも周波数が低い高周波により第１ガス及び第２ガスを解離させる。
第１解離空間の断面視形状は略円筒形状であり、第１解離空間の略円筒形状の直径は、ＶＨＦ波以上の電磁波の真空空間における実効波長をλｇとしたときにλｇ／６よりも小さい寸法である。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。プラズマ処理装置の性能を高めるための一手段として周波数を高くすることが考えられ、この場合、一般的な高周波（例：１３．５６ＭＨｚ）よりも周波数の高いＶＨＦ波、ＵＨＦ波の使用が考えられる。ＶＨＦ波、ＵＨＦ波は周波数が高いため、一般的な高周波では解離し難いガスの解離を高解離に制御でき、プラズマ処理装置１の性能を高めることができる。しかし、ＶＨＦ波、ＵＨＦ波をチャンバ内に印加すると、これらの電磁波の波長は一般的な高周波よりも短くなるためにプラズマの均一性が悪くなり、成膜、エッチング等のプロセスを均一にできない場合がある。
以下に説明するプラズマ処理装置では、ＶＨＦ波、ＵＨＦ波の電磁波でガスを解離させるときにプラズマの均一性が悪くならないように、チャンバ内のプロセス空間（第２解離空間）とは別にプラズマ生成部の一つとして第１解離空間をチャンバ上方に別途独立して設ける。これにより、ＶＨＦ波以上の電磁波を用いたプラズマプロセスの均一性を図ることが可能なプラズマ処理装置を提供する。
＜第１実施形態＞
［プラズマ処理装置］
最初に、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１～図３を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した断面図である。図３は、第１実施形態に係る導入部の断面を拡大した図である。
図１に示すプラズマ処理装置１は、電磁波によりガスからプラズマを生成するように構成されている。電磁波の周波数は、ＶＨＦ波以上であり、ＶＨＦ波及びＵＨＦ波を含む。ＶＨＦ波の帯域は３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚであり、ＵＨＦ波の帯域は３００ＭＨｚ～３ＧＨｚである。電磁波は、より好ましくは、１５０ＭＨｚ以上のＶＨＦ波又はＵＨＦ波である。
プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、内部空間を画成している。基板Ｗはチャンバ１０の内部空間で処理される。チャンバ１０は、その中心軸線として軸線ＡＸを有している。軸線ＡＸは、鉛直方向に延びる軸線である。
一実施形態においては、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいてもよい。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有しており、その上部において開口されている。チャンバ本体１２は、チャンバ１０の側壁及び底部を提供している。チャンバ本体１２は、アルミニウムのような金属から形成されている。チャンバ本体１２は、接地されている。
チャンバ本体１２の側壁は、通路１２ｐを提供している。基板Ｗは、チャンバ１０の内部と外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｖによって開閉可能である。ゲートバルブ１２ｖは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
チャンバ１０は、上壁１４を更に含んでもよい。上壁１４は、アルミニウムのような金属から形成されている。上壁１４は、チャンバ本体１２の上部の開口を閉じている。上壁１４は、チャンバ本体１２と共に接地されている。
チャンバ１０の底部は、排気口を提供している。排気口は、排気装置１６に接続されている。排気装置１６は、自動圧力制御弁のような圧力制御器及びターボ分子ポンプのような真空ポンプを含んでいる。
プラズマ処理装置１は、基板支持部１８を更に備える。基板支持部１８は、チャンバ１０内に設けられている。基板支持部１８は、その上に載置される基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略水平な状態で基板支持部１８上に載置される。基板支持部１８は、支持部材１９によって支持されていてもよい。支持部材１９は、チャンバ１０の底部から上方に延びている。基板支持部１８及び支持部材１９は、窒化アルミニウム等の誘電体から形成され得る。
プラズマ処理装置１は、シャワーヘッド２０を更に備える。シャワーヘッド２０は、アルミニウムのような金属から形成されている。シャワーヘッド２０は、略円盤形状を有しており、中空構造を有する。シャワーヘッド２０は、その中心軸線として軸線ＡＸを共有している。シャワーヘッド２０は、基板支持部１８の上方、且つ、上壁１４の下部に設けられている。シャワーヘッド２０は、チャンバ１０の内部空間を画成する天部を構成し、上部が上壁１４に嵌め込まれている。
シャワーヘッド２０は、複数の第１ガス孔２０ｈ及び複数の第２ガス孔２０ｉを提供している。複数の第１ガス孔２０ｈ及び複数の第２ガス孔２０ｉは、シャワーヘッド２０の下面に開口し、チャンバ１０内のシャワーヘッド２０と基板支持部１８との間のプロセス空間に向けてガスが導入される。シャワーヘッド２０と基板支持部１８との間のプロセス空間を、「第２解離空間３０ｅ」ともいう。
シャワーヘッド２０は、その中に第１拡散室３０ｃ及び第２拡散室３０ｄを更に提供している。シャワーヘッド２０は、シャワーヘッド２０の上段を構成し、内部に第１拡散室３０ｃを有する上段部２０ａと、シャワーヘッド２０の下段を構成し、内部に第２拡散室３０ｄを有する下段部２０ｂとを有する。これにより、シャワーヘッド２０は、第１ガスを上部の第１拡散室３０ｃから複数の第１ガス孔２０ｈに通してプロセス空間である第２解離空間３０ｅに導入する第１ガス経路を形成する。また、シャワーヘッド２０は、第２ガスを第２拡散室３０ｄから複数の第２ガス孔２０ｉに通して第２解離空間３０ｅに導入する第２ガス経路を形成する。そして、第１ガス経路と第２ガス経路とを独立した経路とすることで、第２解離空間３０ｅにガスを導入する前の経路では第１ガスと第２ガスとを合流させないように構成する。
プラズマ処理装置１は、導入部２を更に備える。導入部２は、アルミニウムのような金属から形成された略円筒形状の筐体４６を有し、中空構造になっている。筐体４６は、その中心軸線として軸線ＡＸを共有している。導入部２の下端は、チャンバ１０の上方の上壁１４の上に固定されている。
導入部２の上端は、導入部２の外径と同一の直径を有する円盤状のカバー導体４４により閉塞されている。カバー導体４４は、アルミニウムのような金属から形成されている。導入部２の下方側の側壁には、ガス流路２９が形成されている。ガス流路２９は、ガスラインを介して第１ガス源２８に接続されている。導入部２の構造及び機能の詳細については後述する。
ガス流路２９は、導入部２の側壁に円周方向に均等にガス孔を有し、第１ガス源２８からの第１ガスを導入部２の中空空間からシャワーヘッド２０に供給する。第１ガスは、還元ガスであり、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、ＮＨ３ガス等であってもよい。第１ガスは、第１拡散室３０ｃを介して、複数の第１ガス孔２０ｈからチャンバ１０内に導入される。複数の第１ガス孔２０ｈは、第１拡散室３０ｃから下方に延び、第２拡散室３０ｄを貫通するガス管を介して第１拡散室３０ｃと第２解離空間３０ｅとを接続する。複数の第１ガス孔２０ｈは第２拡散室３０ｄと連通せず、第２拡散室３０ｄに第１ガスを供給することなく、第２解離空間３０ｅに第１ガスを供給する。よって、第１ガスは、第２拡散室３０ｄに供給される第２ガスと第２拡散室３０ｄにて合流することはない。
プラズマ処理装置１は、ガス供給管２２を更に備える。ガス供給管２２は、略円筒形状の管である。ガス供給管２２は、アルミニウムのような金属から形成されている。ガス供給管２２は、シャワーヘッド２０の上方において、鉛直方向に延在している。ガス供給管２２は、その中心軸線として軸線ＡＸを共有している。ガス供給管２２は、カバー導体４４及び導入部２を貫通している。
ガス供給管２２の下端は、シャワーヘッド２０の上部中央に接続している。シャワーヘッド２０の上部中央は、ガスの入口を提供している。入口は、第２拡散室３０ｄに接続している。ガス供給管２２は、第２ガスをシャワーヘッド２０に供給する。複数の第２ガス孔２０ｉは、第１拡散室３０ｃに接続されておらず、第２拡散室３０ｄに接続され、第２拡散室３０ｄから下方に延び、第２解離空間３０ｅにガスを供給する。ガス供給管２２からの第２ガスは、シャワーヘッド２０の入口及び第２拡散室３０ｄを介して、複数の第２ガス孔２０ｉからチャンバ１０内に導入される。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、第２ガス源２４、第３のガス源２６、及びリモートプラズマ源２７を更に備えていてもよい。ガス供給管２２は、導入部２（共振器３１）を貫通し、第２ガスを供給する配管又はリモートプラズマ用の配管として機能する。
第２ガス源２４は、ガス供給管２２に接続されている。第２ガス源２４は、成膜ガスのガス源であり得る。成膜ガスは、第２ガスの一例であり、過度に解離させたくないガスである。成膜ガスとしては、シリコン含有ガスを含んでいてもよい。シリコン含有ガスは、例えばシランガス（ＳｉＨ４）を含む。成膜ガスは、他のガスを更に含んでいてもよい。例えば、成膜ガスは、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス、Ａｒのような希ガス等を更に含んでいてもよい。第２ガス源２４からのガス（例えば成膜ガス）は、ガス供給管２２を介してシャワーヘッド２０からチャンバ１０内の第２解離空間３０ｅに導入される。
第３のガス源２６は、リモートプラズマ源２７を介して、ガス供給管２２に接続されている。第３のガス源２６は、クリーニングガスのガス源であり得る。クリーニングガスは、第３ガスの一例である。クリーニングガスは、ハロゲン含有ガスを含んでいてもよい。ハロゲン含有ガスは、例えばＮＦ３及び／又はＣｌ２を含む。クリーニングガスは、他のガスを更に含んでいてもよい。クリーニングガスは、Ａｒのような希ガスを更に含んでいてもよい。
リモートプラズマ源２７は、チャンバ１０から離れた場所で第３のガス源２６からのガスを励起させてプラズマを生成する。一実施形態では、リモートプラズマ源２７は、クリーニングガスからプラズマを生成する。リモートプラズマ源２７は、如何なるタイプのプラズマ源であってもよい。リモートプラズマ源２７としては、容量結合型のプラズマ源、誘導結合型のプラズマ源、又はマイクロ波によってプラズマを生成する型のプラズマ源が例示される。リモートプラズマ源２７において生成されたプラズマ中のラジカルは、ガス供給管２２を介してシャワーヘッド２０から第２解離空間３０ｅに導入される。ラジカルの失活を抑制するために、ガス供給管２２は、比較的太い直径を有し得る。ガス供給管２２の外径（直径）は、例えば４０ｍｍ以上である。一例において、ガス供給管２２の外径（直径）は８０ｍｍである。なお、ガス供給管２２の外径（直径）は、鍔部２２ｆ以外の部分２２ａでのガス供給管２２の外径である。このようにしてクリーニングガスは、予めリモートプラズマ源２７で解離した状態でガス供給管２２よりチャンバ１０内の第２解離空間３０ｅに供給される。このため、クリーニングガスは、チャンバ１０内の第２解離空間３０ｅで解離させることはない。
シャワーヘッド２０の上段部２０ａ及び下段部２０ｂの外周は、酸化アルミニウムのような誘電体の部材３３で覆われている。基板支持部１８の外周は、酸化アルミニウムのような誘電体の部材３４で覆われている。シャワーヘッド２０に高周波を印可しない場合、誘電体の部材３３はなくてもよい。ただし、基板支持部１８の対向電極として機能させるシャワーヘッド２０の領域を確定するために誘電体の部材３３は配置した方がよい。また、電極のアノード及びカソード比をなるべく均等にするためにも誘電体の部材３３は配置した方がよい。
基板支持部１８には、整合器６１を介して高周波電源６０が接続されている。整合器６１は、インピーダンス整合回路を有する。インピーダンス整合回路は、高周波電源６０の負荷のインピーダンスを、高周波電源６０の出力インピーダンスに整合させるように構成される。高周波電源６０から供給される高周波の周波数は、ＶＨＦ電源５０から供給されるＶＨＦ波の周波数よりも低く、６０ＭＨｚ以下の周波数である。高周波の周波数の一例としては、酸化膜と窒化膜の多層膜成膜プロセス等のイオンエネルギーの影響を然程考慮しなくてもよいプロセスでは１３．５６ＭＨｚの周波数であってもよい。
［導入部］
次に、図１と共に、図２を参照して導入部２の構成について説明する。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した断面図である。ガス供給管２２は、その長手方向の一部において、環状の鍔部２２ｆを含んでいる。鍔部２２ｆは、ガス供給管２２の他の部分２２ａから径方向に突き出している。
プラズマ処理装置１は、電磁波の供給路３６を更に備える。供給路３６は、導体３６ｃを含んでいる。供給路３６の導体３６ｃは、ガス供給管２２に接続されている。具体的に、導体３６ｃの一端は、鍔部２２ｆに接続されている。
導体３６ｃの他端は、整合器４０を介してＶＨＦ電源５０に接続されている。ＶＨＦ電源５０は、電磁波の発生器である。本明細書では、ＶＨＦ電源５０から出力される電磁波としてＶＨＦ波を例に挙げて説明するが、ＵＨＦ波であってもよい。
整合器４０は、インピーダンス整合回路を有する。インピーダンス整合回路は、ＶＨＦ電源５０の負荷のインピーダンスを、ＶＨＦ電源５０の出力インピーダンスに整合させるように構成される。インピーダンス整合回路は、可変インピーダンスを有する。インピーダンス整合回路は、例えばπ型の回路で有り得る。
電磁波の供給路３６から導入部２に導入されたＶＨＦ波は、筐体４６の内部の、鍔部２２ｆの上部の共振器３１にて共振し、鍔部２２ｆの下方の第１解離空間３０ｂに高いエネルギー効率で供給される。共振器３１の内部は、誘電体３１ａで充填されている。誘電体３１ａは、ＶＨＦ波の波長を短縮するために設けられている。
誘電体３１ａは、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成されている。誘電体３１ａの下端の鉛直方向における位置は、鍔部２２ｆの下面２２ｂの鉛直方向における位置と同一であってもよい。一実施形態においては、図１に示すように、ガス供給管２２とカバー導体４４との間の空間のうち鍔部２２ｆの下面２２ｂとカバー導体４４との間の領域が、誘電体３１ａで埋められていてもよい。加えて、共振器３１の直下の空間３０ａが誘電体３１ａで埋められていてもよい。
共振器３１内は大気圧である。鍔部２２ｆの下方には、共振器３１と第１解離空間３０ｂとの間を仕切る誘電体の仕切板３２が設けられ、仕切板３２と共振器３１との間に空間３０ａを有する。空間３０ａはなくてもよいし、空間３０ａの長手方向の長さをより短くしてもよい。これにより、導入部２を小さくすることができる。仕切板３２は、環状であり、酸化アルミニウム等の誘電体から形成され得る。仕切板３２の下は第１解離空間３０ｂになっている。第１解離空間３０ｂは、仕切板３２により仕切られており、真空である。
第１解離空間３０ｂの断面視形状は略円筒形状であり、ここで生成されるプラズマの分布が許容される範囲での凹凸や変形等は許容される。第１解離空間３０ｂは、共振器３１の外径とほぼ同一の直径を有する。
図３の矢印に示すように、ＶＨＦ波は、電磁波の供給路３６から共振器３１内を伝播し、共振器３１内で共振し、鍔部２２ｆの下の仕切板３２を透過して第１解離空間３０ｂまで伝播する。共振器３１内で共振したＶＨＦ波は、高いエネルギー効率で第１解離空間３０ｂに供給され、ガス流路２９から供給された第１ガスを解離させる。これにより、第１解離空間３０ｂにおいて第１ガスのプラズマが生成される。ＶＨＦ波をシャワーヘッド２０に直接供給し、シャワーヘッド２０内でガスを解離させるとプラズマが不均一になり易い。これに対して、第１解離空間をプラズマ生成空間にして第１解離空間で表面波プラズマを生成し、一般的な高周波よりも高い周波数のＶＨＦ波のパワーにより、第１ガスを高解離させる。
これによれば、第１解離空間３０ｂをプラズマ生成空間として機能させ、シャワーヘッド２０に供給される前の段階で第１ガスを効率よく十分に解離させた後、解離したＨラジカル、Ｎラジカル等の第１ガスのラジカルをシャワーヘッド２０に導入する。
第２解離空間３０ｅは、第１解離空間３０ｂにて解離した第１ガスと、ガス供給管２２に通される第２ガスとを合流させ、これらのガスのプラズマを生成する空間である。第２解離空間３０ｅでは、高周波電源６０から供給されるＶＨＦ波よりも周波数が低い高周波により第１ガス及び第２ガスを解離させる。
導入部２の拡大図を図３に示す。第１解離空間３０ｂの略円筒形状の直径Ｒは、ＶＨＦ波の真空中の実効波長をλｇとしたときにλｇ／６よりも小さい。第１解離空間３０ｂは、できるだけ小さい略円筒形状の空間にすることが好ましい。よって、第１解離空間３０ｂの略円筒形状の直径Ｒは、ＶＨＦ波の真空中の実効波長をλｇとしたときにλｇ／８よりも小さいことが更に好ましい。
通常の真空空間では、ＶＨＦ波の節ができないためには、略円筒形状の直径Ｒをλｇ／２以下にする必要がある。これに対して、ＶＨＦ波はプラズマ中では通常の真空中の実効波長λｇの１／３程度に短縮される。第１解離空間３０ｂはプラズマ生成空間であるため、第１解離空間３０ｂにおいて径方向にＶＨＦ波の節ができないためには、略円筒形状の直径Ｒを（λｇ／２）の１／３、つまり、λｇ／６よりも小さくする。これにより、腹又は節の影響を無くした上でＶＨＦ波のエネルギーを効率的に伝達できる。
第１解離空間３０ｂを伝播するＶＨＦ波の電界強度が高いとクーロン力が働き、ガスがクーロン力に拘束され、ガスの拡散が阻害される。よって、第１解離空間３０ｂに到達したＶＨＦ波の電界が、ガスの拡散に影響を及ぼさないために、第１解離空間３０ｂの下端３０ｂ１（図３の仮想線）から上端（仕切板３２の下面）までの距離Ｇは、１０ｍｍ程度であることが好ましい。ただし、１０ｍｍは一例であり、供給されるＶＨＦ波、ＵＨＦ波の周波数によって距離Ｇの適正値は異なる。これにより、シャワーヘッド２０へのガスの拡散が阻害されず、第１解離空間３０ｂからシャワーヘッド２０に第１ガスのラジカルを拡散させていくことができる。
第２解離空間３０ｅであるシャワーヘッド２０と基板支持部１８とのギャップは、３ｍｍ～３０ｍｍであることが好ましい。
第１ガスのラジカルの生成効率を上げるためには第１ガスの解離を促進させるために高周波及び電磁波の周波数を高くすることが考えられる。そこで、プラズマ処理装置１はＶＨＦ波を使用し、一般的な高周波よりも高い周波数の電磁波により第１ガスの解離を促進させる。しかし、周波数を高くすると波長が短くなるため、チャンバ１０のサイズとの関係からプラズマ生成空間である第１解離空間３０ｂにＶＨＦ波の腹又は節が存在することになる。そうすると、ＶＨＦ波の腹又は節により第１解離空間３０ｂにおいてプラズマ分布に濃淡が出てしまう。
一方、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、第１段階のプラズマ生成空間である第１解離空間３０ｂの直径Ｒをλｇ／６よりも小さくする。これにより、第１解離空間３０ｂにおいてＶＨＦ波の腹及び節ができない。これにより、第１解離空間３０ｂにおいて生成された第１ガスのプラズマ分布に濃淡ができない。一例として、８６０ＭＨｚの電磁波の場合、電磁波の真空空間における実効波長λｇが３６０ｍｍであるので、λｇ／６＝６０ｍｍ以下であることが第１解離空間３０ｂの直径Ｒの条件になる。
係る構成により、ＶＨＦ波の帯域以上の電磁波を供給し、共振器３１を用いて効率よく第１解離空間３０ｂ内で第１ガスを解離させる。このようにして第１実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、シャワーヘッド２０に供給する前の導入部２の第１解離空間３０ｂにおいて、事前にプラズマを着火させ、第１ガスのプラズマを生成する。このとき、一般的な高周波よりも周波数の高いＶＨＦ波の電磁波により第１ガスを高解離させ、第１ガスのラジカルを効率よく生成する。
図１に戻り、第１解離空間３０ｂは、シャワーヘッド２０の第１拡散室３０ｃに連通する。第１解離空間３０ｂにて生成された第１ガスのラジカルは、シャワーヘッド２０の第１ガス孔２０ｈを介してプロセス空間である第２解離空間３０ｅに供給される。この第１ガス経路により、第１ガスのラジカルを、シャワーヘッド２０を介して基板Ｗの面内に均一に供給することができる。
ガス供給管２２から供給された第２ガスは、第２拡散室３０ｄを通り、シャワーヘッド２０の第２ガス孔２０ｉを介して第２解離空間３０ｅに供給される。この第２ガス経路により、第２ガスを、シャワーヘッド２０を介して基板Ｗの面内に均一に供給することができる。第１ガス経路と第２ガス経路とは別のガス経路であるため、特にＡＬＤ（atomic layer deposition）を実行する場合、ガス経路内で処理ガスと還元ガスとが合流せず、パーティクルが出にくい構造になっている。
例えば第２ガスとしてＳｉＨ４ガスを使用するプロセスでは、低解離状態であるＳｉＨ３の状態を第２解離空間３０ｅで生成し、基板Ｗ上に供給することで、成膜に寄与させることが好ましく、高解離のＳｉＨ２等の状態で基板Ｗ上に供給されるのは好ましくない。よって、第２解離空間３０ｅでは、周波数がＶＨＦ波よりも低い高周波のパワーにより第２ガスを解離させる。
一方、第１ガスである還元ガスはできるだけ高解離の状態で成膜に寄与させることが好ましい。これに対して、第１ガスはシャワーヘッド２０に供給される前に、第１解離空間３０ｂにて一般的な高周波よりも周波数の高いＶＨＦ波によって十分に解離され、ラジカルとなった状態で第２解離空間３０ｅに供給される。特に、第１解離空間３０ｂはドーナツ状のプラズマ生成空間であり、プラズマの均一性を担保し易い。
このようにプラズマ生成の第１段階では、第１解離空間３０ｂにおいてＶＨＦ波を用いて第１ガスを十分に解離させ、生成させるラジカルの量を増やす。プラズマ生成の第２段階では、すでに解離させた第１ガスのラジカルと第２ガスを第２解離空間３０ｅに供給し、ＶＨＦ波よりも低い周波数の高周波を用いて第２ガスが高解離することを抑制しつつ、第１ガス及び第２ガスのプラズマにより成膜を実行する。
第１段階で解離した第１ガスの単原子のラジカル（例えばＮラジカル）は、第１ガス経路に通される間に再結合して分子ガス（例えばＮ２ガス）又は分子ラジカル（例えばＮ２ラジカル）になるものがある。
しかしながら、第２解離空間３０ｅに供給される第１ガスの状態は、第１段階で活性化及び／又は解離させているため、再結合励起状態となっている。つまり、第１解離空間３０ｂでは、ＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波では高解離しない第１ガスであっても、第２解離空間３０ｅに供給されるときの分子ガス又はラジカルの状態は、ＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波で再度解離可能な状態になっている。例えば、第１ガスがＮ２分子の場合、一度解離したＮ２分子は、基底状態よりもエネルギー準位が高い、励起している状態、すなわち再結合励起状態になっている確率が高く、再解離し易い状態である。よって、第１ガスが再結合励起状態となっているため、一般的な高周波である１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ等の高周波によっても、ＶＨＦ波によって第１ガスのプラズマを生成した場合と同等の第１ガスのラジカルを生成することができる。
ただし、第１段階で解離させた第１ガスのラジカルを、再結合せずにそのまま効率的に基板Ｗ上に到達させることがより好ましい。これについては、第１ガスを周波数の高いＶＨＦ波で解離させることと、第１解離空間３０ｂとシャワーヘッド２０との間の距離Ｓ（つまり、第１拡散室３０ｃの高さ）を小さくする等してシャワーヘッド２０を薄くすること、の両方の条件を満足することで達成できる。これにより、基板Ｗに到達するラジカルの量を増やすことができる。
Ｈラジカル、Ｎラジカル等のラジカルは寿命が短い。第１解離空間３０ｂで生成されたラジカルが第２解離空間３０ｅに到達するまでの距離が長いほど、単原子のラジカル同士が衝突する確率が高くなり、Ｈ２、Ｎ２等の分子に戻る確率が上がる。一方、単原子のラジカル同士が衝突する確率を低下させるために、第１解離空間３０ｂで生成されたプラズマのスキンデプスの５～１０倍の位置にシャワーヘッド２０の第１拡散室３０ｃの底部が位置するようにギャップＳを設ける。
第１解離空間３０ｂで生成されたプラズマのスキンデプスから５～１０倍離れている位置では、プラズマの電界が十分に減衰しているので、ガスの拡散及びラジカルの拡散がクーロン力よりも上回り、拡散が十分に行われる。よって、プラズマ処理装置１では、ＶＨＦ以上の帯域の電磁波を用いても第１解離空間３０ｂであるプラズマ生成空間の電磁波の分布の影響を受けず、ラジカルを第２解離空間３０ｅまで到達させ易い構造になっている。
生成プラズマのスキンデプスは、（１）周波数、（２）電子密度、（３）電子及び中性粒子の衝突周波数により値が変化する。ここで、（３）の電子及び中性粒子の衝突周波数についてはガス種及び電子温度により決定される。例えば、（２）の電子密度が１０１０（ｃｍ－３）、（３）の電子及び中性粒子の衝突周波数が３．６×１０８（ｓｅｃ－１）において、１００ＭＨｚ、２００ＭＨｚの周波数の高周波又は電磁波を印加したとき、スキンデプスはそれぞれ５．７ｍｍ、４ｍｍとなる。スキンデプスが小さくなると、つまり、電磁波の周波数が高くなるほど表面に電流が集中することになる。
スキンデプスδは、（１）式により算出される。
スキンデプスδ＝［２／（ωμ０σｄｃ）］１／２・・・（１）
ここで、ωは電源周波数、μ０は真空の透磁率、σｄｃはプラズマ導電率である。プラズマ導電率は（２）式により算出される。
プラズマ導電率σｄｃ＝ｅ２ｎｅ／（ｍνｍ）・・・（２）
ここでｅは素電荷、ｎｅは電子密度、ｍは電子の質量、νｍは電子－中性粒子の衝突周波数である。
以上から、第１解離空間３０ｂの下端（図３の３０ｂ１）とシャワーヘッド２０内の第１拡散室３０ｃの底部との距離Ｓは、スキンデプスδの１０倍以内であることが好ましく、範囲としては５～１０倍がより好ましい。これにより、ガス及びラジカルの拡散をクーロン力により拘束させずに第２解離空間３０ｅに到達する第１ガスのラジカルの量を増やすことができる。
以上により、プラズマ処理装置１は、事前のプラズマ生成空間である第１解離空間３０ｂからスキンデプスの５～１０倍離れている位置にシャワーヘッド２０が存在する。このため、ＶＨＦ以上の帯域の電磁波を用いても第１解離空間３０ｂの電磁波分布の影響を受けない構造となっている。
なお、シャワーヘッド２０の第１ガス孔２０ｈ及び第２ガス孔２０ｉの直径は１ｍｍ程度にすることが好ましい。これ以下の直径では、第１ガス孔２０ｈ及び第２ガス孔２０ｉ内でのラジカル同士の衝突頻度が高くなる。これにより、Ｎラジカル又はＮ２ラジカルが、第２解離空間３０ｅに到達する前に第１ガスのＮ２分子に戻る確率を低減させることができる。以上により、プラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。
以上説明したプラズマ処理装置１では、シャワーヘッド２０の上流側にプラズマ生成空間としての第１解離空間３０ｂを設け、第１解離空間３０ｂにおいてＮ２ガス等の第１ガスを解離させ、Ｎの単原子、Ｎラジカル等を生成する。生成されたラジカル等は、シャワーヘッド２０を通って第２解離空間３０ｅに到達するときに一部はラジカルから分子に戻り、一部は単原子ラジカルから分子ラジカルの状態になる。しかしながら、第２解離空間３０ｅに到達した第１ガスは再結合励起状態にあるため、ＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波のエネルギーにより更に分子及び分子ラジカルを単原子ラジカルに再解離させることができる。また、プロセスガスである第２ガスは、第１ガスの第１ガス経路とは別の第２ガス経路を用いてシャワーヘッド２０を通って第２解離空間３０ｅに供給される。供給された第２ガスは、第２解離空間３０ｅにおいてＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波のエネルギーにより低解離の状態に解離させることができる。これによりプラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。
＜第１実施形態の変形例＞
次に、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例１，２について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例１を示す断面斜視図である。図５は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例２を示す断面斜視図である。
［第１実施形態の変形例１］
図４に示す変形例１のプラズマ処理装置１では、シャワーヘッド２０へ高周波を印加し、基板支持部１８はグランド電位である点で、図１のプラズマ処理装置１と異なる。変形例１では、基板支持部１８には、高周波電源６０は接続されず、グランドに接続されている。
また、変形例１のプラズマ処理装置１では、チャンバ１０の上壁１４の上部に中空構造の円盤状の連結部１５が設けられている。導入部２は連結部１５を貫通し、上壁１４に固定されている。連結部１５の内部には、シャワーヘッド２０に接触する接続部３７が設けられている。
高周波電源６２は、整合器６３を介して連結部１５の上部のコネクタ６４の内部を通り接続部３７を介してシャワーヘッド２０に接続されている。これにより、シャワーヘッド２０には、接続部３７を介してＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波が印加される。他の構成については、図１に示すプラズマ処理装置１と同一である。
［第１実施形態の変形例２］
図５に示す変形例２のプラズマ処理装置１では、シャワーヘッド２０と基板支持部１８との両方に高周波を印加する点で、図１のプラズマ処理装置１と異なる。変形例２では、基板支持部１８には、整合器６１を介して高周波電源６０が接続されている。
また、高周波電源６２は、整合器６３及び接続部３７を介してシャワーヘッド２０に接続されている。これにより、基板支持部１８及びシャワーヘッド２０には、ＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波が印加される。
第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例１、２によっても第１解離空間３０ｂにおいて事前に第１ガスのプラズマが生成され、第１ガスのラジカルが再結合励起状態で第２解離空間３０ｅに到達する。これにより、第２解離空間３０ｅにおいてＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波でも第１ガスを解離させることができ、かつ、第２ガスを低解離させることができる。これにより、プラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。
＜第２実施形態＞
［プラズマ処理装置］
次に、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図６～図８を用いて説明する。図６は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。図７は、図６のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。図８は、第２実施形態に係る導入部の断面を拡大した図である。
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１は、導入部２の構成が第１実施形態に係るプラズマ処理装置１と異なり、その他の構成は同一である。よって、以下では導入部２の構成について説明する。
本実施形態に係る導入部２では、ＶＨＦ波を伝播させる共振器３１の内部は真空であり、第１解離空間としても機能する。第２実施形態では、導入部２の内部の全体が第１解離空間である。つまり、鍔部２２ｆの上部の共振器３１の内部空間及び鍔部２２ｆの下部の空間３０ｂが第１解離空間であり、プラズマ生成空間となる。
共振器３１の上端は、ＶＨＦ波の電界が最小になるように構成され、共振器３１の上端に第１ガスを供給するガス供給管３５を設ける。つまり、共振器３１の上壁であるカバー導体４４はプラズマ着火時にグランド電位（ショート）になるように構成する。これにより、共振器３１の上壁（カバー導体４４）におけるＶＨＦ波の電界が０又は最小になるため、第１解離空間の上壁に第１ガスの供給口を設けても、ガスの異常放電を防止することができる構成になっている。
第１解離空間（共振器３１及び空間３０ｂ）の内部にはアンテナ２５が存在し、アンテナ２５には複数の貫通孔３８ａが形成されている。アンテナ２５では電界が高くなるため、鍔部２２ｆの表面を酸化アルミニウム等の誘電体３８により被覆し、アンテナ２５を保護し、金属汚染を防止するように構成されている。
図６のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面を示す図７及び図６の導入部２の拡大図である図８を参照すると、アンテナ２５の外周と、導入部２の内壁（第１解離空間（共振器３１及び空間３０ｂ）の内面）との間に隙間Ｄを有する。
更にアンテナ２５（鍔部２２ｆ）の周りの隙間Ｄだけでは第１ガスを通流させる際のコンダクタンスが十分でないため、アンテナ２５の内部に貫通孔３８ａを有している。複数の貫通孔３８ａは、アンテナ２５の外周よりも内側に形成され、誘電体３８と鍔部２２ｆとを貫通している。複数の貫通孔３８ａは、軸線ＡＸに対して点対称の位置に設けられる。複数の貫通孔３８ａは、円周方向に均等に配置されている。
隙間Ｄ及び複数の貫通孔３８ａは、第１ガス及び第１ガスのラジカルを通し、拡散させるとともに、ＶＨＦ波の電磁波の放射特性及び共振特性を管理するために設けられる。複数の貫通孔３８ａに露出する鍔部２２ｆはグランド電位であり、イオンや電子をトラップし、ラジカルを通すように構成されている。
貫通孔３８ａの直径は、真空空間における自由空間の波長をλ０として、λ０／５０程度の寸法を有する。複数の貫通孔３８ａの穴の合計面積は、アンテナ２５の鍔部２２ｆの水平方向の面の面積に対して１／２以下になるように形成されている。また、複数の貫通孔３８ａを鍔部２２ｆの外周に係らないように配置する。これにより、鍔部２２ｆの外周を円周状に形成し、ＶＨＦ波の放射特性を良好に管理することができる。
以上に説明したように、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１と同様にプラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。シャワーヘッド２０の上流側にプラズマ生成空間としての第１解離空間（共振器３１及び空間３０ｂ）を設け、第１解離空間において第１ガスを解離させ、第１ガスのラジカルを生成する。生成されたラジカルは、シャワーヘッド２０を通って第２解離空間３０ｅに到達するときに一部は分子に戻り、一部は分子ラジカルの状態になる。しかしながら、第２解離空間３０ｅに到達した第１ガスは再結合励起状態にあるため、ＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波のエネルギーにより分子及び分子ラジカルを単原子ラジカルに再解離させることができる。また、プロセスガス等は、第１ガスの第１ガス経路とは別の第２ガス経路を用いてシャワーヘッド２０を通って第２解離空間３０ｅに供給される。第２ガスは、第２解離空間３０ｅにおいてＶＨＦ波よりも低い高周波のエネルギーにより低解離の状態まで解離させる。これによりプラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。
更に、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１では、第１ガスを第１解離空間の上端から供給するため、第１ガスの供給口からシャワーヘッド２０までの距離を長くでき、第１ガスのラジカルを拡散させ易いという利点がある。
＜第２実施形態の変形例＞
次に、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例１，２について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例１を示す断面斜視図である。図１０は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例２を示す断面斜視図である。
［第２実施形態の変形例１］
図９に示す変形例１のプラズマ処理装置１では、シャワーヘッド２０へ高周波を印加し、基板支持部１８はグランド電位である点で、図６のプラズマ処理装置１と異なる。変形例１では、基板支持部１８には、高周波電源６０は接続されず、グランドに接続されている。
また、変形例１のプラズマ処理装置１では、チャンバ１０の上壁１４の上部に中空構造の円盤状の連結部１５が設けられている。導入部２は連結部１５を貫通し、上壁１４に固定されている。連結部１５の内部には、シャワーヘッド２０に接触する接続部３７が設けられている。
高周波電源６２は、整合器６３を介して連結部１５の上部のコネクタ６４の内部を通り接続部３７を介してシャワーヘッド２０に接続されている。これにより、シャワーヘッド２０には、接続部３７を介してＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波が印加される。他の構成については、図６に示すプラズマ処理装置１と同一である。
［第２実施形態の変形例２］
図１０に示す変形例２のプラズマ処理装置１では、シャワーヘッド２０と基板支持部１８の両方に高周波を印加する点で、図６のプラズマ処理装置１と異なる。変形例２では、基板支持部１８には、整合器６１を介して高周波電源６０が接続されている。
また、高周波電源６２は、整合器６３及び接続部３７を介してシャワーヘッド２０に接続されている。これにより、基板支持部１８及びシャワーヘッド２０には、ＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波が印加される。
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の変形例１、２によっても第１解離空間（共振器３１及び空間３０ｂ）において事前に第１ガスのプラズマが生成され、第１ガスのラジカルが再結合励起状態で第２解離空間３０ｅに到達する。これにより、第２解離空間３０ｅにおいてＶＨＦ波よりも周波数の低い高周波でも第１ガスを解離させることができ、かつ、第２ガスを低解離させることができる。これにより、プラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。
以上、第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明した、第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ＡＬＤ装置として機能させることができる。ＡＬＤのプロセスでは、第１ガス及び第２ガスを交互に供給する。シャワーヘッド２０の内部やその上流に存在する第１ガス及び第２ガスを、それぞれのオン・オフのタイミングで置換する必要がある。つまり、プロセス空間（第２解離空間３０ｅ）だけでなく、シャワーヘッド２０の内部、シャワーヘッド２０の上流に存在する導入部２及びガス供給管内等、ガスを置換すべき範囲は広い。しかしながら、第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理装置１では、プロセス空間（第２解離空間３０ｅ）のギャップが、３～３０ｍｍ程度と狭い。これに対して、ＣＶＤ装置の場合、シャワーヘッド２０と基板支持部１８とのギャップ（プロセス空間のギャップ）は、３０ｍｍ程度と広い。
以上から、第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理装置１をＡＬＤ装置として使用する場合、プロセス空間が狭いため、ガスの置換を素早く行うことができる。加えて、第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理装置１は、第１解離空間、シャワーヘッド２０内の拡散空間（第１拡散室３０ｃ、第２拡散室３０ｄ）も狭く、装置全体も小型化することができる。また、ＶＨＦ以上の周波数を用いて第１ガスを解離させつつ、シャワーヘッド２０を介して均一に第１ガスをプロセス空間（第２解離空間３０ｅ）に供給するようにしているので、電磁波の腹又は節に起因する不均一性には影響されずに、ギャップの短いプロセス空間を実現できる。これにより、ガスの置換を素早く行うことができ、スループットを高め、かつ、プラズマプロセスの均一性の向上を図ることができる。
今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
なお、第１解離空間ではガスの解離に高エネルギーの電子を必要とし、ＶＨＦ帯以上の周波数を用いることが好ましい。且つ、第１解離空間はプロセス空間（第２解離空間）とできるだけ近いことが好ましい。構造については、第１解離空間を有する導入部におけるＰｒｅ－ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ機能（成膜に寄与）とリモートクリーニング機能は、コンタミネーション及びパーティクルの観点から別供給部とした方が良い。つまり、実施形態に係るプラズマ処理装置では、導入部における還元ガスの供給部とクリーニングガスの供給部とは別系統にされているため、コンタミネーション及びパーティクルの発生を抑制できる。第２解離空間ではＲＦを印加することでＲＦ単独では解離の難しいＮ２ガス等の高結合エネルギーの分子ガスを第１解離空間でのＰｒｅ－ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ機能を経ることで解離可能としている。
１…プラズマ処理装置、２…導入部、１０…チャンバ、１８…基板支持部、２０…シャワーヘッド、２２…ガス供給管、２２ｆ…鍔部、２５…アンテナ、３０ｂ…第１解離空間、３０ｃ…第１拡散室、３０ｄ…第２拡散室、３０ｅ…第２解離空間、３１…共振器、３２…仕切板、３６…供給路、３６ｃ…導体、５０…ＶＨＦ電源。

Claims (18)

  1. チャンバと、
    前記チャンバの内部に設けられ、処理対象の基板が設置される基板支持部と、
    金属から形成され、前記チャンバの内部の空間に向けて開口した複数のガス孔を提供し、前記基板支持部の上方に設けられたシャワーヘッドと、
    金属から形成され、前記チャンバの上方で鉛直方向に延在して、前記シャワーヘッドの上部中央に接続されたガス供給管と、
    前記チャンバの上方にて前記ガス供給管が貫通し、ＶＨＦ波以上の電磁波を導入し、ガスを活性化させるように構成された導入部と、
    前記ガス供給管に接続された電磁波の供給路と、
    を備え、
    前記導入部は、前記シャワーヘッドの上流側に配置され、第１ガスを供給し、前記電磁波により前記第１ガスを解離させる第１解離空間を有し、
    前記チャンバは、前記基板支持部と前記シャワーヘッドとの間のプロセス空間であって、前記第１解離空間にて解離した前記第１ガスと前記ガス供給管からの第２ガスとを前記シャワーヘッドの下流側で合流させ、前記電磁波よりも周波数が低い高周波により前記第１ガス及び前記第２ガスを解離させる第２解離空間を有し、
    前記第１解離空間の断面視形状は略円筒形状であり、
    前記第１解離空間の前記略円筒形状の直径は、電磁波の真空中の実効波長をλｇとしたときにλｇ／６よりも小さい、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記第１解離空間は、
    前記電磁波を伝送するための共振器の内部又は前記共振器よりも前記シャワーヘッド側に設けられている、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記ガス供給管は、前記共振器内を貫通しており、前記第２ガスを供給する配管又はリモートプラズマ用の配管として機能する、
    請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記第１解離空間は、前記共振器と前記シャワーヘッドとの間に設けられ、
    前記導入部は、前記共振器と前記第１解離空間との間を仕切る誘電体の仕切板を有する、
    請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記第１解離空間の下端と前記シャワーヘッド内の第１拡散室の底部との距離は、スキンデプスの１０倍以内である、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記第１解離空間では、前記第１ガスである還元ガスが解離される、
    請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第２解離空間を形成する前記シャワーヘッドと前記基板支持部とのギャップは、３ｍｍ～３０ｍｍである、
    請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記第１解離空間から前記シャワーヘッドの第１ガス孔を介して前記第２解離空間に前記第１ガスを供給する経路と、前記ガス供給管から前記シャワーヘッドの第２ガス孔を介して前記第２解離空間に前記第２ガスを供給する経路とは、別経路である、
    請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記シャワーヘッド及び前記基板支持部の少なくともいずれかに高周波を印加する、
    請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記共振器の内部は、大気圧であり、前記第１解離空間は、真空圧であり、
    前記第１解離空間は、前記共振器よりも前記シャワーヘッド側に設けられ、プラズマを生成するための空間である、
    請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記共振器には、誘電体が埋め込まれている、
    請求項２～４及び１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記共振器の内部は真空圧であり、プラズマを生成するための前記第１解離空間である、
    請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記第１解離空間の内部にはアンテナが存在し、
    前記アンテナには複数の貫通孔が形成されている、
    請求項１～３、５～９、及び１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記アンテナは、鍔部を有し
    複数の前記貫通孔は、鍔部に形成され、
    複数の前記貫通孔の穴の合計面積は、前記鍔部の水平方向の面の面積に対して１／２以下になるように形成される、
    請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 複数の前記貫通孔は、前記鍔部の外周よりも内側に形成される、
    請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記鍔部の外周と、前記導入部の内壁との間に、隙間を有する、
    請求項１４又は１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記共振器の上壁は、前記電磁波の電界が最小になるように構成され、
    前記共振器の上壁に前記第１ガスを供給するガス供給管を設ける、
    請求項２、３、及び１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  18. 前記シャワーヘッド及び前記基板支持部の外周は、誘電体の部材で覆われている、
    請求項１～１７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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