JP2024010755A - ラジカル供給装置、ラジカル処理装置、ラジカル生成方法及び、基板処理方法 - Google Patents

ラジカル供給装置、ラジカル処理装置、ラジカル生成方法及び、基板処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】処理ガスのラジカルを高濃度で供給すること。【解決手段】電磁波を透過する仕切り部材で区画される給電空間およびラジカル生成空間を含む筐体と、前記ラジカル生成空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給機構と、前記ラジカル生成空間内で前記仕切り部材を介して給電コイルに対向し、前記給電コイルからの非接触給電により電力が供給されて昇温することにより金属触媒として作用する触媒コイルと、前記ラジカル生成空間に設けられ、前記触媒コイルが載置されると共に、昇温により熱膨張した前記触媒コイルが前記給電コイルとの対向位置からずれることを規制するための規制部材を有する触媒載置台と、を備え、昇温した前記触媒コイルに前記処理ガスを接触させて前記処理ガスのラジカルを生成する。【選択図】図１

Description

本開示は、ラジカル供給装置、ラジカル処理装置、ラジカル生成方法及び、基板処理方法に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、原料ガスと触媒作用で生成した反応ガスとによって基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に例えば成膜処理を行う手法が知られている。例えば、特許文献１には、内部にウエハが設置される処理容器と、処理容器内に例えば水素などの処理ガスを供給する処理ガス供給源と、通電により発熱する例えばタングステン（Ｗ）などの触媒発熱部材と、を備え、処理ガスを高温の触媒発熱部材に接触させてラジカル化し、このラジカルで基板にアッシング等の処理を行う基板処理装置が記載されている。
特開２００８－２２７０３３号公報
本開示は、処理ガスのラジカルを高濃度で供給できる技術を提供する。
本開示のラジカル供給装置は、基板を処理するための処理ガスのラジカルを供給するためのラジカル供給装置であって、
電磁波を透過する仕切り部材を介して、内部がラジカル生成空間および給電空間に仕切られた筐体と、
前記給電空間に設けられ、一端が高周波電源に接続されて他端が接地、またはコンデンサを介して接地された給電コイルと、
前記ラジカル生成空間に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給機構と、
前記ラジカル生成空間内において前記給電コイルと対向する位置に設けられ、前記給電コイルからの非接触給電により電力が供給されて昇温することにより金属触媒として作用する触媒コイルと、
前記ラジカル生成空間に設けられ、前記触媒コイルが載置されると共に、昇温により熱膨張した前記触媒コイルが前記給電コイルとの対向位置からずれることを規制するための規制部材を有する触媒載置台と、
を備え、
昇温した前記触媒コイルに前記処理ガスを接触させて前記処理ガスのラジカルを生成し、前記基板を処理する空間へ向けて供給する。
本開示によれば、処理ガスのラジカルを高濃度で供給できる。
本開示の第一実施形態であるラジカル処理装置の縦断側面図である。 前記ラジカル処理装置の給電時における給電コイルおよび触媒コイルの等価回路を示す図である。 （ａ）は前記ラジカル処理装置の触媒載置台の平面図であって、（ｂ）は（ａ）に示すＢ－Ｂ’断面図である。 前記ラジカル処理装置のガス分散板の内部構造を示す斜視図である。 前記ラジカル処理装置の触媒コイルの断面形状を例示する図である。 前記ラジカル処理装置の基板処理工程時の動作を示す第１の図である。 前記基板処理工程時の動作を示す第２の図である。 前記基板処理工程時の動作を示す第３の図である。 前記基板処理工程時の動作を示す第４の図である。 チューブ状触媒コイルを備えたラジカル処理装置の縦断側面図である。 チューブ状触媒コイル及び触媒載置台の斜視図である。 チューブ状触媒コイルの平面図である。 フィン付き触媒コイルの拡大平面図である。 フィン付き触媒コイルの拡大縦断側面図である。 第２実施形態に係るラジカル処理装置の縦断側面図である。 第２実施形態に係るラジカル処理装置の拡大縦断側面図である。 第３実施形態に係るラジカル処理装置の縦断側面図である。 第４実施形態に係るラジカル処理装置の縦断側面図である。 第５実施形態に係るラジカル処理装置の縦断側面図である。
以下、本開示の一実施形態であるラジカル処理装置１について、図１から図１６を参照して説明する。
（第一実施形態）
本開示に係るラジカル処理装置１は、基板に膜を形成する成膜処理を行う装置として構成されている。成膜処理としては、基板Ｗが載置される処理容器に原料ガス、反応ガス、およびパージガスを所定の順番で繰り返し供給することにより基板に成膜処理である原子層堆積（Atomic Layer Deposition）法を例示できる。ラジカル処理装置１は、上側筐体５ａおよび処理容器である下側筐体５ｂが組み合わされて構成される筐体５を備えている。筐体５は、導電性材料、具体的には、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、例えば円筒形状を有する。
筐体５は、内部に各種ガスの流路となる複数の空間を含む。具体的には、上側筐体５ａは、給電空間５Ａと、処理ガスのラジカルを生成するためのラジカル生成空間５Ｂと、生成したラジカルを供給するためのラジカル供給空間５Ｃと、を含む。また下側筐体５ｂは、ラジカルが供給される処理空間５Ｄを含む。給電空間５Ａ、ラジカル生成空間５Ｂ、ラジカル供給空間５Ｃ、および処理空間５Ｄは、例えば下方に向かってこの順で積層されている。給電空間５Ａ、ラジカル生成空間５Ｂ、ラジカル供給空間５Ｃ、および処理空間５Ｄのそれぞれの中心は、例えば筐体５の上下方向に延びる中心軸５Ｌ上に位置している。
ラジカル処理装置１は、ラジカル供給機構９と、基板処理機構１１と、パージガス供給機構１２と、制御部１３と、を備えている。ラジカル供給機構９は、主要部分が上側筐体５ａ内に設けられ、例えば反応ガスである処理ガスのラジカルを生成して基板処理機構１１に処理ガスのラジカルを供給する。以後、処理ガスのラジカルを単に「ラジカル」ということもある。ラジカル供給機構９は、ラジカルを生成して供給するラジカル供給装置の構成を含み、ラジカル処理装置１はこのようなラジカル供給装置と一体化されている。基板処理機構１１は、基板Ｗが設置される下側筐体５ｂ内に主要部分が設けられ、ラジカル供給機構９で生成されたラジカルと例えば原料ガスとによって基板を処理する。制御部１３は、ラジカル処理装置１内の構成と電気的に接続されて双方向通信を行い、ラジカル処理装置１内の構成を制御する。
ラジカル供給機構９は、ラジカル生成空間５Ｂ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構１６と、給電空間５Ａ内に設けられる給電コイル１７と、給電コイル１７に接続される高周波電源回路１８および接地回路１９と、給電コイル１７から離隔してラジカル生成空間５Ｂ内に設けられ、かつ給電コイル１７からの非接触給電により電力が供給される触媒コイル２１と、触媒コイル２１と給電コイル１７との間に設けられて電磁波を透過する仕切り部材２２と、触媒コイル２１の位置ずれを規制する規制部材を有する触媒載置台２３と、を備えている。
仕切り部材２２及び触媒載置台２３は、板状の部材により構成されると共に、互いに間隔を開けて上方側からこの順に配置されている。仕切り部材２２及び触媒載置台２３は、上側筐体５ａ内を給電空間５Ａとラジカル生成空間５Ｂとラジカル供給空間５Ｃとに仕切っている。仕切り部材２２および触媒載置台２３は、略同一の面積を有する例えば円板形状を有し、これらの中心は、それぞれ例えば筐体５の中心軸５Ｌ上に位置している。給電空間５Ａおよびラジカル生成空間５Ｂは仕切り部材２２を介して離隔され、互いに連通はしていない。仕切り部材２２は、例えば石英などの誘電体からなる。仕切り部材２２の上面には、給電コイル１７が配置されている。
給電コイル１７および触媒コイル２１は、例えば巻線を渦巻状に巻いたコイルであって、詳細には、平面内で巻線を同心状に巻いて平面形状に構成されたコイル、つまり平面コイルである。給電コイル１７および触媒コイル２１は、それぞれの巻線の中心軸を、例えば筐体５の中心軸５Ｌに揃えた状態で配置されている。
給電コイル１７と触媒コイル２１とは、既述の中心軸方向と直交する方向に面を向けて、上下に互いに対向するように略平行に配置されている。従って触媒コイル２１は、給電コイル１７の直下域に設けられている。なお、給電コイル１７および触媒コイル２１の巻線の内端より内側には、巻線が設けられていない中心空間が形成されている。
触媒コイル２１は、触媒載置台２３の上面に載置されている。触媒コイル２１の巻線は、例えば、巻付け中心軸側の内側端部と、その反対側の外側端部と、で開放されて自由端になっており、いずれの部分も固定されていない。触媒コイル２１は、例えばプラチナ（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、およびタングステン（Ｗ）などの金属のうち少なくともいずれか一つの金属を含み、昇温することにより金属触媒として作用する。具体的には、触媒コイル２１は、高温時にも安定化し、かつラジカル生成密度が高い、タングステン、またはタングステンを含む合金であることが好ましい。触媒コイル２１の巻線の全長は、高周波電源回路１８が供給する電力の波長の半分の長さに波長短縮比を乗じた値に相当する。波長短縮比は、例えば０．５以上１以下であり、具体的には０．６以上０．７以下であることが好ましい。
給電コイル１７は、仕切り部材２２の上面に載置されている。給電コイル１７の巻線は、例えば、巻付け中心軸側に設けられる内側端部に高周波電源回路１８が接続され、内側端部の反対側の外側端部に接地回路１９が接続されている。なお、給電コイル１７の外側端部は、接地回路１９を介さずに直接、接地する構成を採用してもよい。
高周波電源回路１８は、一端が接地されて他端が給電コイル１７の内側端部に接続され、高周波電源２６および可変コンデンサ２７を含む。高周波電源回路１８は、一端側に設けられる高周波電源２６と他端側に設けられる可変コンデンサ２７とを直列接続している。高周波電源２６が供給する電力の周波数は、例えば４５０キロヘルツ（ＫＨｚ）から４０メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲内の１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）とする場合を例示できる。可変コンデンサ２７は、例えば高周波整合器であり、容量を変化してインピーダンス整合を行うことで反射波を抑制し、効率的に電力を供給する。接地回路１９は、一端に給電コイル１７が接続され他端で接地され、可変コンデンサ２８を含む。
以上の構成によって、高周波電源回路１８から給電コイル１７に電力を給電すると、触媒コイル２１は給電コイル１７によって非接触給電される。このとき、具体的には、給電コイル１７および触媒コイル２１は、電磁界共鳴を起こすため、大きな電力が触媒コイル２１に供給される。図２に示すように、このときの給電コイル１７および触媒コイル２１の等価回路は、大電力を供給する高周波電源、コイル、およびコンデンサを直列接続し、かつ接地されたＬＣ共振回路になる。触媒コイル２１は、両端が開放されたダイポールアンテナとして動作する。このように動作するダイポールアンテナは、共振して開放端で最大となる電圧定在波と中央で最大となる電流定在波とを発生させるため、ダイポールアンテナの高周波電源（給電コイル１７）から見て反射波が効果的に低減され、大きな電力を効率的に供給することができる。このように大きな電力が供給される触媒コイル２１は、抵抗発熱により例えば摂氏１０００度以上の高温になる。１０００度以上の設定温度において触媒コイル２１は、金属触媒として効果的に作用し、当該触媒コイル２１に接触した処理ガスを効率的にラジカルにする。
図５の（ａ）に示すように、ラジカル処理装置１の触媒コイル２１の巻線の断面形状は、例えば円形状としてもよい。また図５の（ｂ）に示すように、四辺形状であってもよい。特に触媒コイル２１の巻線の断面形状が四辺形状である場合、触媒コイル２１の表面積が広くなり処理ガスの接触面積を増加でき、ラジカルを効率的に生成できる。
触媒載置台２３は、触媒コイル２１を支持する支持板であって、石英、セラミックなどの耐熱性を有する部材によって構成される。触媒載置台２３は、触媒コイル２１を支持する支持面３１と、触媒コイル２１を規制する規制部材である突条壁部３２と、ラジカル生成空間５Ｂおよびラジカル供給空間５Ｃを繋ぐ貫通孔であるラジカル供給孔３３と、原料ガスの流路である原料ガス流路３４と、を有する。本例ではラジカル生成空間５Ｂとラジカル供給空間５Ｃとを仕切る支持板の上面を触媒コイル２１の触媒載置台２３とした例を示したが、触媒載置台２３の構成はこの例に限定されない。例えば、支持板の上面中央部に支柱を設け、この支柱の上端部に触媒載置台２３を配置する構成としてもよい。
触媒載置台２３の突条壁部３２および支持面３１は、例えば触媒載置台２３の上面側における給電コイル１７の対向領域、つまり直下域に設けられている。
また触媒載置台２３の支持面３１は、触媒コイル２１の渦巻状の下面を支持している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、触媒載置台２３の支持面３１は、例えば、触媒載置台２３の上面に含まれる渦巻状の面であって、触媒コイル２１の巻線の巻付け方向に沿って延びている。支持面３１は、触媒コイル２１の下面より大きい面であって、触媒コイル２１の下面の直下域を含む面である。
触媒載置台２３の突条壁部３２は、支持面３１から突出した壁である。図３（ａ）に示すように、突条壁部３２は、平面視したとき、触媒コイル２１の巻線の巻付け方向、及び支持面３１の延在方向に沿って渦巻状に延びている。図３（ｂ）に示すように、触媒コイル２１の巻付け方向と交差する縦断面を見たとき、突条壁部３２は、互いに略平行な内側面３２ａおよび外側面３２ｂを有している。触媒コイル２１の巻付け方向に沿って見たとき、例えば突条壁部３２の長さは、触媒コイル２１の巻線の全長より長い。突条壁部３２の触媒コイル２１の巻付け中心軸方向の長さ、つまり上下方向の長さは、例えば触媒コイル２１の上下方向の長さ以上である。
図３（ｂ）に示すように、触媒コイル２１は、突条壁部３２の内側面３２ａおよび外側面３２ｂと支持面３１とに囲まれた渦状の空間である凹部３６に配置されている。突条壁部３２の内側面３２ａまたは外側面３２ｂと、触媒コイル２１の側面との間には処理ガスが流入できる充分な間隙が形成されている。また、突条壁部３２は、温度変化で伸縮する触媒コイル２１の動きを規制して触媒コイル２１が給電コイル１７の対向位置からずれることを抑止する機能を有している。ラジカル供給孔３３は、支持板である触媒載置台２３の厚み方向に延びるように形成され、触媒載置台２３の上面および下面に開口している。図３（ａ）に示す例では、ラジカル供給孔３３は、触媒載置台２３において突条壁部３２より中心側に四つ設けられている。この点、ラジカル供給孔３３は図示の例に限定されるものではなく、触媒載置台２３にはラジカル供給孔３３が一つ以上設けられていればよい。
以上のような触媒載置台２３と仕切り部材２２との距離の設定例を詳述する。突条壁部３２の上端と仕切り部材２２の下面との距離は、触媒載置台２３本体の上面と仕切り部材２２の下面との距離より小さく設定されている。触媒載置台２３に支持される触媒コイル２１の上端と仕切り部材２２の下面との距離（以下、「ギャップ」ともいう）は、突条壁部３２上端と仕切り部材２２との距離と略同一に設定されている。ギャップの寸法は、ラジカルを生成する条件によって好適な範囲が変化する。例えば後述するように、金属触媒の作用に加え、処理ガスのプラズマを発生させてラジカルを生成させる場合には、ギャップは３０ｍｍより長く設定することが好ましい。または、主として金属触媒の作用によりラジカルを生成させる場合には、ギャップは３０ｍｍ以下に設定することが好ましい。
触媒載置台２３の原料ガス流路３４は、触媒載置台２３の半径方向に沿って延びるように触媒載置台２３の内部に形成された管状の空間である。触媒載置台２３の原料ガス流路３４の一端は、触媒載置台２３の側面に開口する側部開口３４ａに接続されている。また原料ガス流路３４の他端は、触媒載置台２３の中心部分にて下方に向けて延びる方向が変化している。原料ガス流路３４の下流端は、触媒載置台２３の下面の中心部に開口する下部開口３４ｂを形成している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、原料ガス流路３４の下部開口３４ｂは、既述のラジカル供給孔３３より中心側、具体的には筐体５の中心軸５Ｌ上に設けられている。触媒載置台２３において、原料ガス流路３４およびラジカル供給孔３３は、相互に離隔して形成され、互いに繋がっていない。
図１に示すように処理ガス供給機構１６は、処理ガス供給源３９と、処理ガス供給源３９およびラジカル生成空間５Ｂを繋ぐ処理ガス配管４１と、処理ガス配管４１に設けられる処理ガスバルブ４２と、を有する。処理ガス配管４１は、例えば、処理ガス供給源３９の出口側で例えば二つに分岐して分岐管を形成している。これら二つの分岐管は、上側筐体５ａの側部に対向して設けられる二つの貫通孔を介してラジカル生成空間５Ｂにそれぞれ繋がっている。これにより、処理ガス配管４１は、ラジカル生成空間５Ｂの二つの対向端５Ｂａの領域に処理ガスを導入する。
処理ガスバルブ４２は、処理ガス配管４１の二つの分岐管の下流端にそれぞれ設けられ、制御部１３による開閉制御によって処理ガスのラジカル生成空間５Ｂへの流通を制御する。処理ガスは、例えば水素（Ｈ２）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、ジフルオロ炭素カチオン（ＣＦ２）ガス、またはアンモニア（ＮＨ３）ガスなどである。例えば原料ガスとして、後述する六フッ化タングステン（ＷＦ６）を供給する場合には、処理ガスとしては、ＷＦ６を還元するＨ２ガスが供給される。
高周波電源回路１８および接地回路１９と、処理ガス供給機構１６とは、後述の制御部１３に電気的に接続されている。制御部１３により、高周波電源回路１８の高周波電源２６および可変コンデンサ２７の稼働および停止が制御され、処理ガス供給機構１６の処理ガスバルブ４２の開閉が制御される。ラジカル供給機構９は、高周波電源回路１８および接地回路１９の稼働によって触媒コイル２１が十分に昇温された後、処理ガス供給機構１６から処理ガス配管４１を介して上側筐体５ａのラジカル生成空間５Ｂに処理ガスを流通させる。昇温した触媒コイル２１に接触した処理ガスはラジカルになり、ラジカル供給孔３３を介してラジカル供給空間５Ｃに流通する。このように、ラジカル供給機構９は、ラジカル供給空間５Ｃの下流にある基板処理機構１１の処理空間５Ｄにラジカルを供給する。尚、昇温した触媒コイル２１に接触しない処理ガスは、ラジカル化しないため、処理空間５Ｄには、ラジカル以外にラジカル化していない処理ガスも流通する。以後、「ラジカル化していない処理ガス」を「未ラジカル化ガス」ということもある。
ラジカル処理装置１の基板処理機構１１は、処理空間５Ｄに原料ガスを供給するための原料ガス供給機構４５と、処理ガスおよび原料ガスを処理空間５Ｄ内に流通させるガス分散板４６と、下側筐体５ｂの側部に貫通して設けられて基板Ｗを搬入出させる搬入口４７と、搬入された基板Ｗが載置される基板載置台４８と、下側筐体５ｂの下部に貫通して設けられて処理空間５Ｄ内のガスを排出する排気管４９と、を備えている。
搬入口４７は、下側筐体５ｂの側部に貫通して設けられて、下側筐体５ｂの処理空間５Ｄと外部の空間、例えば基板Ｗの搬送が行われる不図示の真空搬送室とを繋げ、基板Ｗを通過させる。搬入口４７は、制御部１３によって制御されて搬入口４７の開閉を行うゲートバルブが設けられている。制御部１３の指示によってゲートバルブは、基板Ｗの搬入出時に搬入口４７を開放し、基板処理工程で搬入口４７を閉鎖する。
基板載置台４８は、下側筐体５ｂの処理空間５Ｄ内に設けられ、下側筐体５ｂの底面側から支持されている。基板載置台４８の中心軸は、例えば、筐体５の中心軸５Ｌと略同一になるように配置され、基板Ｗの中心を基板載置台４８の中心軸上に配置した状態で基板Ｗが載置される。基板載置台４８は、筐体５の中心軸５Ｌ上でガス分散板４６と対向し、載置された基板Ｗは、ガス分散板４６の直下域に配置される。
基板処理機構１１の原料ガス供給機構４５は、例えば、原料ガス供給源５３と、原料ガス供給源５３と、触媒載置台２３側の既述の原料ガス流路３４とを繋ぐ原料ガス配管５４と、原料ガス配管５４に設けられる原料ガスバルブ５５と、を有する。原料ガス配管５４は、例えば、上側筐体５ａの側部の貫通孔を介して触媒載置台２３の原料ガス流路３４の側部開口３４ａに繋がっている。これにより、原料ガス配管５４は、触媒載置台２３の原料ガス流路３４に原料ガス供給源５３から供給される原料ガスを導入する。原料ガスバルブ５５は、制御部１３による開閉制御によって原料ガスの触媒載置台２３の原料ガス流路３４への流通を制御する。例えば基板Ｗにタングステン膜を成膜する場合、原料ガスは、例えば膜原料として六フッ化タングステン（ＷＦ６）を含むガスである。
ガス分散板４６は、筐体５内における触媒載置台２３よりも下方側の空間をラジカル供給空間５Ｃと処理空間５Ｄとに仕切るように設けられる。また、ガス分散板４６は、触媒載置台２３の下方側に配置されているので、ラジカル生成空間５Ｂと処理空間５Ｄとの間を仕切るように設けられているともいえる。ガス分散板４６は、例えば円板形状を有し、仕切り部材２２および触媒載置台２３の面積と略同一の面積を有する。ガス分散板４６の中心は、例えば筐体５の中心軸５Ｌ上に位置している。ガス分散板４６は、相互に突合する筐体５の上側筐体５ａおよび下側筐体５ｂの端縁の間に挟まれ、かつ接地されている。このため、上側筐体５ａおよび下側筐体５ｂの内部空間は、それぞれ遮蔽されている。また、ガス分散板４６には、触媒載置台２３との間を接続する連結管５８が設けられている。
ガス分散板４６には、各々複数のラジカル流通路６１および原料ガス流通路６２が設けられている。複数のラジカル流通路６１および原料ガス流通路６２は、基板載置台４８に設置された基板Ｗの直上域に設けられている。ラジカル流通路６１は、ガス分散板４６の上面４６Ａから下面４６Ｂまで貫通し、ラジカル供給空間５Ｃおよび処理空間５Ｄを繋いでいる。また、ラジカル流通路６１は、触媒載置台２３のラジカル供給孔３３を介してラジカル生成空間５Ｂにも繋がっている。複数のラジカル流通路６１の下流端は、平面視においてガス分散板４６の中心領域を除く基板Ｗの直上域に略均一に分散して開口している。
図４は、ラジカル処理装置１のガス分散板４６の内部構造を示す斜視図である。図４のラジカル流通路６１および原料ガス流通路６２は、一部省略されている。図１、図４に示すように、原料ガス流通路６２は、原料ガス流通路６２の上流端を構成する連結路６５と、連結路６５の下流に設けられる分散路６６と、分散路６６から複数分岐された複数の下流端６７と、を含む。連結路６５は、ガス分散板４６の中心軸方向に沿って上下方向に延び、かつガス分散板４６の上面４６Ａの中心に開口している。連結路６５には、連結管５８の下流側端部が接続され、さらに連結管５８の上流側端部は触媒載置台２３の原料ガス流路３４の下部開口３４ｂに接続されている。これにより、原料ガスは、触媒載置台２３の原料ガス流路３４と連結管５８及び連結路６５を介して分散路６６に流通する。
原料ガス流通路６２の分散路６６は、連結路６５の下流端に接続され、ガス分散板４６の基板Ｗの直上域で中心から略面状もしくは略放射状に広がるようにガス分散板４６内に形成されている。また、分散路６６は、例えば、上下方向に交差する方向において既述の複数のラジカル流通路６１から離隔され、かつラジカル流通路６１の側面を囲うように設けられている。
原料ガス流通路６２の複数の下流端６７は、分散路６６の下面の一部からガス分散板４６の下面４６Ｂに向かって延び、かつガス分散板４６の下面４６Ｂに開口して設けられている。これら複数の下流端６７は、平面視においてガス分散板４６の基板Ｗの直上域に略均一に分散して設けられている。
また、原料ガス流通路６２の複数の下流端６７は、上下方向に交差する方向において複数のラジカル流通路６１から離隔し、ガス分散板４６内でいずれのラジカル流通路６１とも繋がっていない。原料ガス流通路６２の下流端６７は、例えば隣接する二つのラジカル流通路６１の間隙に配置されている。以上のようにラジカル流通路６１および原料ガス流通路６２を配置することで、複数のラジカル流通路６１および原料ガス流通路６２は、ガス分散板４６の下面４６Ｂにおける基板Ｗの直上域で略均一に設けられて、基板載置台４８に配置される基板Ｗの上面にラジカルおよび原料ガスを均一に接触させる。このように、原料ガス流通路６２及びラジカル流通路６１は、ガス分散板４６の面内で互いに隔離して設けられている。この構成により、処理空間５Ｄへ向けて、互いに独立してラジカルまたは原料ガスを供給することができる。
また図１に示すように、ラジカル処理装置１のパージガス供給機構１２は、例えば、パージガス供給源７１と、パージガス供給源７１とラジカル生成空間５Ｂまたはラジカル供給空間５Ｃとを繋ぐパージ配管７２と、パージ配管７２に設けられるパージバルブ７３と、を有する。パージ配管７２は、例えば、パージガス供給源７１の出口側で二つに分岐している。この分岐した管は、それぞれ下流側で更に二つに分岐して、ラジカル生成空間５Ｂに繋がる第一分岐管７２ａと、ラジカル供給空間５Ｃに繋がる第二分岐管７２ｂと、を構成している。
第一分岐管７２ａの下流側は、処理ガス配管４１の分岐管と合流している。第一分岐管７２ａは、上側筐体５ａの側部の対向する二つの貫通孔を介してラジカル生成空間５Ｂに繋がっている。他方、第二分岐管７２ｂは、上側筐体５ａの側部の対向する二つの貫通孔を介してラジカル供給空間５Ｃに繋がっている。これにより、パージ配管７２は、ラジカル生成空間５Ｂの二つの対向端５Ｂａの領域にパージガスを導入し、またラジカル供給空間５Ｃの二つの対向端５Ｃａの領域にパージガスを導入する。
パージバルブ７３は、二つの第一分岐管７２ａにそれぞれ設けられる第一パージバルブ７３ａと、二つの第二分岐管７２ｂにそれぞれ設けられる第二パージバルブ７３ｂと、を含む。第一パージバルブ７３ａは、制御部１３の開閉制御によってパージガスのラジカル生成空間５Ｂへの流通を制御する。従って、ラジカル生成空間５Ｂへは、処理ガスおよびパージガスのうち少なくとも一方のガスが適宜供給される。第二パージバルブ７３ｂは、制御部１３の開閉制御によってパージガスのラジカル供給空間５Ｃへの流通を制御する。こうしてラジカル供給空間５Ｃへもパージガスが直接、供給される。パージガスは、例えば窒素（Ｎ２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスなどである。
排気管４９は、下側筐体５ｂの底面を貫通して設けられ、排気管４９の下流側には制御部１３によってガス排気動作が制御される真空排気機構が設けられている。制御部１３の指示によって真空排気機構は、基板処理工程において常時稼働し、図示しない圧力調整機構で処理空間５Ｄ内を予め設定された圧力に調整する。また例えば、気体が触媒載置台２３のラジカル供給孔３３を通過する際の圧力損失や、ガス分散板４６のラジカル流通路６１を通過する際の圧力損失は、予め所定の値となるように設計されている。この結果、圧力調整機構により、処理空間５Ｄ内の圧力を予め設定した圧力に調整すると、ラジカル生成空間５Ｂ内も、これに応じた圧力に調整される。そして、ラジカル生成空間５Ｂの圧力は、ラジカルを生成する条件によって好適な範囲が変化する。例えば後述するように、金属触媒の作用に加え、処理ガスのプラズマを発生させてラジカルを生成させる場合には、ラジカル生成空間５Ｂの圧力は１３３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）より低く調整することが好ましい。または、主として金属触媒の作用によりラジカルを生成させる場合には、ラジカル生成空間５Ｂの圧力は、１３３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）以上に調整することが好ましい。
制御部１３は、例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを含むデータ処理部を有している。プログラムは、制御部１３からラジカル処理装置１の各部に制御信号を送り、基板処理工程を進行させる命令が組み込まれている。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等の記憶部に格納されて制御部１３にインストールされる。
図６Ａから図６Ｄは、ラジカル処理装置１の基板処理工程時の動作を示す図である。これらの図を用いて、本実施形態におけるラジカル処理装置１の基板処理工程の一例である基板Ｗの成膜工程について説明する。図６Ａから図６Ｄにおいては、パージガスの流れを破線矢印で示し、原料ガスの流れ、処理ガス単体の流れ、またはパージガスおよび処理ガスの混合ガスの流れを実線矢印で示し、ラジカルと未ラジカル化ガスおよびパージガスとの混合ガスの流れを太線矢印で示してある。また、図６Ａから図６Ｃでは、触媒コイル２１に付した斜線状のハッチングは、当該触媒コイル２１が金属触媒として作用するための設定温度に到達していないことを示している。また図６Ｄでは、触媒コイル２１に付した格子状のハッチングは、当該触媒コイル２１が金属触媒として作用するための設定温度に到達していることを示している。
基板処理工程において、先ずラジカル処理装置１には、搬入口４７を介して外部から基板Ｗが搬送された後、基板載置台４８に基板Ｗが所定位置に設置された状態となっている。また、ラジカル処理装置１内の全てのバルブが閉鎖されて筐体５内の空間は例えば閉じた空間になっている。次いで真空排気機構によって排気管を介して真空排気を行い、処理空間５内を予め設定された圧力に調整する。このとき、パージガス供給機構１２によってパージガスをラジカル生成空間５Ｂおよびラジカル供給空間５Ｃに供給する。図６Ａに破線で示すように、ラジカル生成空間５Ｂおよびラジカル供給空間５Ｃに供給されたパージガスは、ラジカル生成空間５Ｂ、ラジカル供給空間５Ｃ、処理空間５Ｄへと流通して排気管４９から排出される。このような真空排気機構およびパージガス供給機構１２による動作は、例えば基板処理工程の間継続して行われる。
次に、高周波電源回路１８および接地回路１９を稼働させて給電コイル１７に電力を供給して触媒コイル２１を昇温させる。次いで図６Ｂに示すように、原料ガス供給機構４５によって原料ガスを供給する。原料ガスは、触媒載置台２３の原料ガス流路３４、連結管５８、および原料ガス流通路６２を介して処理空間５Ｄに流入する。原料ガス流通路６２の複数の下流端６７がガス分散板４６の基板Ｗの直上域に均一に設けられているため、原料ガスは、処理空間５Ｄにおいて基板Ｗの直上域から均一に基板Ｗに向かって流入する。そして原料ガスの分子が基板Ｗの上面全域に速やかに到達して基板Ｗの上面全域に均一に吸着する。
原料ガスの流路は、ガス分散板４６の上流およびガス分散板４６において処理ガスの流路と分離され、かつパージガスがラジカル流通路６１から放出されている。このため、処理空間５Ｄに供給された各種ガスが含む分子同士の反応で発生する腐食ガス（ＷＦ６と水素ラジカルとの反応の場合は、フッ化水素など）や原料ガスがラジカル供給空間５Ｃやラジカル生成空間５Ｂに侵入することを抑止する。これにより、原料ガスや腐食ガスによって触媒コイル２１が腐食することや、ラジカル供給空間５Ｃ、ラジカル生成空間５Ｂ内での成膜反応の進行を抑止できる。
図６Ｃに示すように、基板Ｗの上面全域に原料ガスの分子が均一に吸着するための所要時間が経過すると、原料ガス供給機構４５による原料ガスの供給を停止する。なお、パージガスの供給は継続され、処理空間５Ｄに残留する原料ガスと共に処理空間５Ｄから排出される（図６Ａ）。
しかる後残留する原料ガスが処理空間５Ｄから完全に排出される所要時間が経過し、かつ触媒コイル２１が１０００度以上の設定温度に昇温すると、図６Ｄに示すように、処理ガス供給機構１６によって処理ガスをラジカル生成空間５Ｂに供給する。処理ガス配管４１の下流端で処理ガスおよびパージガスが混合した混合ガスは、ラジカル生成空間５Ｂの側部の二つの対向端５Ｂａの領域に流入する。さらに混合ガスは、二つの対向端５Ｂａからラジカル供給孔３３が臨むラジカル生成空間５Ｂの中心領域に向かいつつ、ラジカル生成空間５Ｂの全体に分散して広がっていく。そして、混合ガスが、ラジカル生成空間５Ｂ内の触媒コイル２１の配置領域を通過する際、処理ガスは触媒コイル２１と接触してラジカルになる。
具体的には、ラジカル生成空間５Ｂの中心領域へ向けて流れる処理ガスは、突条壁部３２と仕切り部材２２との狭い間隙を通過する際、触媒コイル２１の多重に巻かれた複数の巻線上を通過してラジカル生成空間５Ｂの中央領域に向かって流れる。このとき、処理ガスの一部は、突条壁部３２の凹部３６へ流れ込み、触媒コイル２１の側面にも接触する。こうして処理ガスは、平面コイルとして構成された触媒コイル２１の周縁部側から中心軸に向かって流れるので、触媒コイル２１に繰り返し接触し、接触頻度が増える。この結果、ラジカル生成空間５Ｂでラジカルを高濃度に生成することができる。このように高濃度で生成されたラジカルと、まだラジカル化していない未ラジカル化ガスおよびパージガスとの混合ガスは、ラジカル生成空間５Ｂの中央領域にて合流してラジカル供給孔３３からラジカル供給空間５Ｃに流入する。以後、「ラジカル、未ラジカル化ガス、およびパージガスの混合ガス」を「ラジカル混合ガス」ということもある。
ところで、本実施形態のラジカル供給機構９は、給電コイル１７から供給される高周波電力により処理ガスをプラズマ化する誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を形成することによってもラジカル生成空間５Ｂにて高濃度のラジカルを発生させることもできる。この場合には、ラジカル供給機構９は、例えば、ラジカル生成空間５Ｂの圧力を１３３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）以下にすると共に、触媒コイル２１と仕切り部材２２との距離を３０ｍｍ以上にすることが好ましい。但し、処理ガスのプラズマには、ラジカルと共に、金属触媒によるラジカル化と比較して多くイオンが含まれるため、基板Ｗにダメージを与える場合もある。またプラズマが触媒コイル２１に接触することに伴い触媒コイル２１の劣化も促進される。従って、触媒コイル２１の金属触媒の作用とＩＣＰプラズマとを併用して高濃度のラジカルを得る場合には、これらイオンや触媒コイル２１の劣化の影響を配慮する必要がある。
従って、ラジカル生成空間５ＢにてＩＣＰが発生することを避け、イオンの生成を抑制したい場合は、この反対の条件を設定すればよい。この場合、ラジカル供給機構９は、例えば、ラジカル生成空間５Ｂの圧力を１３３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）より高くにすると共に、触媒コイル２１と仕切り部材２２との距離を３０ｍｍより短くすることが好ましい。この条件においては、プラズマによる触媒コイル２１への影響が軽減されるため、触媒コイル２１の劣化が低減され耐用期間が長くなる。また、高エネルギーのイオンの発生を抑制するため、イオンによる基板Ｗへの影響が軽減されて基板処理工程が安定化する。
以上のようにラジカル生成空間５Ｂで生成されたラジカルを含むラジカル混合ガスは、ラジカル供給孔３３からラジカル供給空間５Ｃの中央領域に流通する。そしてラジカル供給空間５Ｃの側部の二つの対向端５Ｂａの領域から中央領域に向かって流入するパージガスの流れと混ざり合い、ラジカルの濃度が略均一のラジカル混合ガスになる。ラジカル供給空間５Ｃで濃度が略均一になったラジカル混合ガスは、高濃度のラジカルを含むため、ガス分散板４６のラジカル流通路６１から処理空間５Ｄに供給されると基板処理を効率的に行う。
詳細には、ガス分散板４６の複数のラジカル流通路６１から供給されたラジカル混合ガスは、処理空間５Ｄに流れ込んだ後、基板Ｗの基板Ｗの上面全域に供給される。そしてラジカルは、先に基板Ｗに吸着していた原料ガス分子と反応して成膜分子のみを残存させる。これにより、基板Ｗの上面全域には一層分の膜（例えばタングステン膜）が形成される。
次いで基板Ｗの上面全域に一層分の膜を形成するための所要時間が経過すると、図６Ａに示すように、処理ガス供給機構１６による処理ガスの供給を停止し、再びパージガスのみをラジカル生成空間５Ｂおよびラジカル供給空間５Ｃに供給する。供給されたパージガスは、残留するラジカル混合ガスおよびラジカル結合分子と共に処理空間５Ｄから排出される。こうして、原料ガスの供給（図６Ｂ）→パージガスの供給（図６Ｃ）→ラジカル混合ガスの供給（図６Ｄ）→パージガスの供給（図６Ａ）を繰り返すことにより、所望する厚さの膜を基板Ｗ上に生成する。しかる後、パージガス以外のガスの供給を停止する。しかる後、成膜を終えた基板Ｗを搬入時とは反対の手順で搬出し、次の基板Ｗの搬入を待つ。なお、高周波電源回路１８および接地回路１９の稼働を停止して給電コイル１７への電力の供給は継続し、次の基板Ｗが搬入されるまで触媒コイル２１が高温の状態を維持してもよい。以上のように、ラジカル処理装置１は、ラジカル供給機構９で生成された高濃度のラジカルによって効率的に基板処理を行う。
上記のような基板処理工程において温度が大きく変化する触媒コイル２１は、温度の昇降に合わせて伸縮する。この伸縮は、触媒コイル２１の巻線の中間部分から両端部に向かうにつれて巻線の巻付け方向、つまり長さ方向への伸縮量が増える。触媒コイル２１の巻線は、基板処理工程を何度も繰り返されると、触媒コイル２１の巻線が繰り返し伸縮して給電コイル１７の対向位置からずれ易い。しかしながら、本実施形態の触媒コイル２１は、巻線の少なくとも一部が突条壁部３２に対向して配置されるため、巻線の変位が突条壁部３２によって規制され、給電コイル１７の対向位置からのずれを抑制される。
さらに、触媒コイル２１は、巻線の少なくとも一部が触媒コイル２１の巻線の巻付け方向に沿って延びた突条壁部３２と略平行に配置されるため、触媒コイル２１の巻線が伸縮しても巻付け方向に沿って延びる突条壁部３２からずれ難く、巻付け中心軸周りの回転なども含め、位置ずれが効果的に抑制される。以上のような構成を全て備える本実施形態の渦巻状の突条壁部３２は、触媒コイル２１の巻線全体の巻付け方向に沿って延び、かつ触媒コイル２１の巻線全体の内側面および外側面に対向しているため、給電コイル１７の対向位置からのずれを確実に抑止できる。また、突条壁部３２によって位置ずれが規制される触媒コイル２１は、例えば端部などの一部を固定部として例えば触媒載置台２３に固定していないため、このような固定部への応力の集中を受け難く、疲労破壊され難い。
以下、図７～図１６を参照しながら、本開示のラジカル供給機構９のバリエーションについて説明する。図７～図１６においては、図１～図６を用いて説明した実施形態に係るラジカル処理装置１と共通の構成には、これらの図に付したものと共通の符号を付してある。
（チューブ状触媒コイル）
図７は、ラジカル供給機構９ｍのラジカル生成空間５Ｂ内に、チューブ状に形成された触媒コイル２１ｍを配置したラジカル処理装置１ｍの拡大縦断側面図を示している。また図８は、チューブ状の触媒コイル２１ｍおよびその触媒載置台２３の拡大斜視図、図８はチューブ状の触媒コイル２１ｍの平面図を示している。図９に示すように、チューブ状の触媒コイル２１ｍの外側端部には、既述の処理ガス配管４１及びパージ配管７２が接続されている。処理ガス供給機構１６は、このチューブ状の触媒コイル２１ｍの内部空間に向けて処理ガスを供給することができる。従って図７に示すように、チューブ状の触媒コイル２１ｍが配置されたラジカル生成空間５Ｂにおいては、二つの対向端５Ｂａの領域を介して触媒コイル２１ｍの外面側に供給される処理ガスに加え、チューブ状の触媒コイル２１ｍの内部にも処理ガスが供給される。
図８、図９に示すように、チューブ状の触媒コイル２１ｍの巻線における、例えば内周側の側壁面には、互いに間隔を開けて複数の開口２１１が形成されている。そして、給電コイル１７からの非接触給電によりチューブ状の触媒コイル２１ｍを昇温すると共にその内部空間に処理ガスを供給すると、触媒コイル２１ｍの内壁面に処理ガスが接触し、ラジカルを生成する。生成したラジカルを含むラジカル混合ガスは、複数の開口２１１を介して内部空間からラジカル生成空間５Ｂに流れ出る。各開口２１１から流れ出たラジカル混合ガスは、ラジカル生成空間５Ｂ側を流れるラジカル混合ガスと合流する。そして、これらラジカル混合ガス中に含まれる未反応の処理ガスは、触媒コイル２１ｍの外壁面に接触してラジカルを生成する。このように、チューブ状の触媒コイル２１ｍを用いることにより、処理ガスの接触面積を増大させて、より高濃度のラジカルを生成することができる。
また、図７、図８には、触媒コイル２１ｍに沿って配置された突条壁部３２の側面に複数の連通孔３２１を形成した例を併記してある。連通孔３２１を設けることにより、ラジカル混合ガスが突条壁部３２を通過して隣の触媒コイル２１ｍの配置領域へ進入する流れが形成される。この結果、ラジカル混合ガスが繰り返し触媒コイル２１ｍの外壁面に接触しやすくなり、より高濃度のラジカルを生成することができる。さらにまた、図７、図８には、渦巻状の触媒コイル２１に挟まれて触媒コイル２１ｍが配置されている領域の底面に設けられた支持板である触媒載置台２３に、複数のラジカル供給孔３３ｍを形成した例を示している。触媒コイル２１ｍが配置されている領域にもラジカル供給孔３３ｍを設けることにより、他の部材（例えば突条壁部３２や触媒載置台２３、仕切り部材２２の下面）とラジカルが接触して失活する前に、高濃度のラジカルを含むラジカル混合ガスをラジカル供給空間５Ｃ側へと流入させることができる。なお、突条壁部３２の側面に複数の連通孔３２１を形成する構成や、触媒載置台２３にも複数のラジカル供給孔３３ｍを形成する構成は、チューブ状の触媒コイル２１ｍが配置されたラジカル生成空間５Ｂに設ける場合に限定されない。例えば図１に示す第１実施形態に係るラジカル処理装置１のラジカル供給空間５Ｃ内にこれらの構成を設けてもよい。
（フィン付きコイル）
次いで、図１０、図１１には、触媒コイル２１の外面、例えば上面に、金属触媒として作用する複数のフィン２１２を設けた構成を示している。図１０はフィン２１２付きの触媒コイル２１の拡大平面図であり、図１１はその拡大縦断側面図である。給電コイル１７からの非接触給電により触媒コイル２１を昇温する、触媒コイル２１の本体からの伝熱によりフィン２１２の温度が上昇する。この結果、各フィン２１２を金属触媒として作用させ、フィン２１２の表面に接触した処理ガスのラジカルを生成することができる。フィン２１２を設けることにより金属触媒として作用する面積を増大させ、高濃度のラジカルを生成することができる。なお、図７～図９を用いて説明したチューブ状の触媒コイル２１ｍにフィン２１２を設ける構成を採用してもよい。
以上に説明した各例では、給電コイル１７と触媒コイル２１、２１ｍとが各々平面コイルとして構成されている場合について説明した。一方で、非接触給電により昇温させることが可能なコイルは、平面コイルの例に限定されない。例えば巻線を螺旋状に配置して同軸状に構成されたコイル、つまり同軸コイルにおいても同様の作用を得ることができる。以下、図１２～図１６に示す例では、本開示の技術を同軸コイルに適用した実施形態について説明する。
（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態に係るラジカル供給機構９ｏを備えたラジカル処理装置１ｏの拡大縦断側面図を示している。ラジカル供給機構９ｏにおいて、ラジカル供給空間５Ｃの上方側には、上下に間隔を開けて互いに平行に天板２２１と支持板２２２とが配置されている。この天板２２１と支持板２２２とに挟まれた空間には、複数のラジカル供給ユニット９１が横方向に互いに間隔を開けて配置されている。図１３は、ラジカル供給ユニット９１の拡大縦断面図を示している。ラジカル供給ユニット９１においては、例えば石英管からなる筒状仕切り部材２２Ａの外周面に沿って、同軸給電コイル１７Ａを配置し、筒状仕切り部材２２Ａの内周面に沿って同軸触媒コイル２１Ａを配置した構成となっている。同軸給電コイル１７Ａおよび同軸触媒コイル２１Ａは、各々、螺旋状の同軸コイルにより構成されている。給電コイル１７と同軸触媒コイル２１Ａとは上下方向に沿って伸びるように設定された不図示の中心軸に沿って同軸状に配置されている。
ラジカル供給ユニット９１において、筒状仕切り部材２２Ａの内側の空間は、天板２２１の上面側に供給された処理ガスが下方側のラジカル供給空間５Ｃへ向けて流れる流路となっている。この流路内に同軸触媒コイル２１Ａが配置されていることにより、筒状仕切り部材２２Ａの内側の空間は処理ガスのラジカルを生成するラジカル生成空間５Ｂとしても機能する。各ラジカル生成空間５Ｂ内には同軸触媒コイル２１Ａの巻線の外周に沿って枠組み部材を筒状に構成した枠体部３５が配置されている。枠体部３５には同軸触媒コイル２１Ａを支持するための複数の突起部３５１が同軸触媒コイル２１Ａの巻付け方向に向けて点在するように設けられている。上述の構成のラジカル供給ユニット９１において、枠体部３５は同軸触媒コイル２１Ａが載置される触媒載置台の役割を果たす。また、枠体部３５に設けられた複数の突起部３５１は、昇温時に同軸触媒コイル２１Ａが軸方向に伸びて同軸給電コイル１７Ａとの対向位置からずれることを規制する規制部材としての機能を兼ねている。
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態に係るラジカル供給機構９ｐを備えたラジカル処理装置１ｐの拡大縦断側面図を示している。複数のラジカル供給ユニット９１を設けた第２実施形態に係るラジカル供給機構９ｏと比較して、第３実施形態のラジカル供給機構９ｐには、大型の同軸給電コイル１７Ａ及び同軸触媒コイル２１Ａが一組設けられている。本実施形態においても、筒状仕切り部材２２Ａの外周面に沿って、同軸給電コイル１７Ａを配置し、筒状仕切り部材２２Ａの内周面に沿って同軸触媒コイル２１Ａが配置されている。さらに筒状仕切り部材２２Ａの内側には、円筒状の筒状部材２４が配置され、筒状仕切り部材２２Ａと筒状部材２４との間の空間は、本実施形態のラジカル生成空間５Ｂに相当している。筒状部材２４の外周側の壁面には、同軸触媒コイル２１Ａの配置方向へ向けて突出し、同軸触媒コイル２１Ａの巻き線の巻き方向に沿って延在するように形成された螺旋状の突条壁部３２が形成されている。この突条壁部３２は、同軸触媒コイル２１Ａが載置される触媒載置台としての役割を果たす。また、突条壁部３２は、昇温時に同軸触媒コイル２１Ａが軸方向に伸びて同軸給電コイル１７Ａとの対向位置からずれることを規制する規制部材としての機能を兼ねている。
さらに筒状部材２４には、ラジカルを通過させるための複数のラジカル供給孔２４１が形成されている。特に本実施形態においては、複数のラジカル供給孔２４１は、前記螺旋状の突条壁部３２に挟まれ、同軸触媒コイル２１Ａが配置された領域の筒状部材２４に形成されているものを含んでいる。ラジカル供給孔２４１の出口側には、筒状部材２４の壁面に沿った方向に前記ラジカルが流れるラジカル流通空間であるラジカル供給空間５Ｃが形成されている。さらにラジカル供給空間５Ｃにおけるラジカルの流れ（既述の「ラジカル混合ガス」の流れ）の下流端部には、複数のラジカル流通路６１が形成されたガス分散板４６が配置されている。
（第４実施形態）
図１５は、第４実施形態に係るラジカル供給機構９ｑを備えたラジカル処理装置１ｑの拡大縦断側面図を示している。図１４を用いて説明した第３実施形態に係るラジカル供給機構９ｐと比較して、第４実施形態のラジカル供給機構９ｑには、筒状仕切り部材２２Ａの内周面に沿って同軸給電コイル１７Ａを配置し、筒状仕切り部材２２Ａの外周面に沿って同軸触媒コイル２１Ａを配置した構成となっている。従って、筒状部材２４は筒状仕切り部材２２Ａの外方側に配置されている。そして螺旋状の突条壁部３２は、筒状部材２４の内周側の壁面に、同軸触媒コイル２１Ａの配置方向へ向けて突出し、同軸触媒コイル２１Ａの巻き線の巻付け方向に沿って延在するように形成されている。
（第５実施形態）
図１６は第５実施形態に係るラジカル供給機構９ｒを備えたラジカル処理装置１ｒの拡大縦断側面図を示している。図１５を用いて説明した第４実施形態に係るラジカル供給機構９ｑと比較して、第５実施形態のラジカル供給機構９ｒでは、ラジカル生成空間５Ｂ内を流れるラジカル（ラジカル混合ガス）をラジカル生成空間５Ｂの下流端側に設けられたラジカル流通空間５Ｅへ向けて排出する構成となっている。従って、本実施形態の筒状部材２４にはラジカル供給孔２４１は形成されていない。ラジカル流通空間５Ｅの下面にはラジカル分散板２５が配置され、ラジカル分散板２５に形成された複数のラジカル供給孔２５１を介してラジカル供給空間５Ｃにラジカル混合ガスが流れ込む。
以上、図１２～図１６を用いて説明した第２～第５実施形態に係るラジカル供給機構９ｏ～９ｒにおいても、図７～図９を用いて説明した例と同様の考え方に基づき、チューブ状の同軸触媒コイル２１Ａを用いてもよい。また、図１０、図１１を用いて説明した例と同様の考え方に基づき、同軸触媒コイル２１Ａにフィン２１２を設けて金属触媒の面積を増大させてもよい。
ここで、上述の各実施形態において、ガス分散板４６を設けることは必須の要件ではない。ラジカル生成空間５Ｂから流出したラジカル混合ガスを、直接、処理空間５Ｄに供給してもよい。この場合、原料ガスは、例えば処理空間５Ｄに挿入したノズルから供給してもよい。
また、上述の実施形態において、仕切り部材２２は、例えば石英などの誘電体からなる場合について説明した。但し、仕切り部材２２の構成は、これに限らず、例えば非磁性体で導電性のアルミニウムなどの金属を含んでも良い。また、仕切り部材２２は、金属を含む場合、耐プラズマ性を向上させるために、仕切り部材２２のラジカル生成空間５Ｂ側の面に誘電体膜や誘電体カバーを設けてもよい。誘電体膜としては陽極酸化膜または溶射セラミックス膜を挙げることができる。また誘電体カバーとしては石英製またはセラミックス製のものを挙げることもできる。
上述の各実施形態において、突条壁部３２は、触媒コイル２１の巻付け方向に平行に延びた渦形状を有し、触媒コイル２１は、支持面３１と突条壁部３２の内側面３２ａおよび外側面３２ｂとによって囲まれた渦状の凹部内に設けられている構成となっている。但し、突条壁部３２は、触媒コイル２１の巻付け方向に沿って延在するように構成する場合に限らない。例えば、は、触媒コイル２１の巻線の巻付け方向に沿って、短い突起状の突条壁部３２を間欠的に配置した構成としてもよい。このような突起状の突条壁部３２は、触媒コイル２１の巻線少なくとも最外周に沿って配置されていれば、温度変化に伴う触媒コイル２１全体の変位を抑制できる。さらに、触媒コイル２１の巻付け方向に沿って、突起状の突条壁部３２の配置数を増やしていくことにより、効果的に位置ずれを抑制できる。
上述の各実施形態の基板処理機構１１は、原料ガスと処理ガスのラジカルとを交互に供給するＡＬＤ法により、基板Ｗに膜を形成する例について説明したが、成膜方式はこの例に限定されない。例えば、ラジカル生成空間５Ｂにて生成したラジカルと原料ガスとを連続的に供給し、処理空間５Ｄでこれらのガスを反応さるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、成膜を行ってもよい。この他、基板Ｗに形成されている膜を処理ガスのラジカルと反応させて、膜の改質を行う改質処理など、他の種類の処理を実施する構成としてもよい。また、上述の各実施形態においては、ラジカル処理装置１は、ラジカル供給機構９を含むラジカル供給装置と一体化している例を説明した。この例に限らず、ラジカル供給機構９と基板処理機構１１とは別体として構成してもよい。
なお、今回開示された実施形態は、全ての点で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。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更または組み合わせが行われてもよい。
Ｗ 基板
５ 筐体
５Ａ 給電空間
５Ｂ ラジカル生成空間
５Ｄ 処理空間
９ ラジカル供給機構
１６ 処理ガス供給機構
１７ 給電コイル
２１ 触媒コイル
２２ 仕切り部材
２３ 触媒載置台
２６ 高周波電源
２８ 可変コンデンサ
３２ 突条壁部

Claims (18)

  1. 基板を処理するための処理ガスのラジカルを供給するためのラジカル供給装置であって、
    電磁波を透過する仕切り部材を介して、内部がラジカル生成空間および給電空間に仕切られた筐体と、
    前記給電空間に設けられ、一端が高周波電源に接続されて他端が接地、またはコンデンサを介して接地された給電コイルと、
    前記ラジカル生成空間に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給機構と、
    前記ラジカル生成空間内において前記給電コイルと対向する位置に設けられ、前記給電コイルからの非接触給電により電力が供給されて昇温することにより金属触媒として作用する触媒コイルと、
    前記ラジカル生成空間に設けられ、前記触媒コイルが載置されると共に、昇温により熱膨張した前記触媒コイルが前記給電コイルとの対向位置からずれることを規制するための規制部材を有する触媒載置台と、
    を備え、
    昇温した前記触媒コイルに前記処理ガスを接触させて前記処理ガスのラジカルを生成し、前記基板を処理する空間へ向けて供給するラジカル供給装置。
  2. 前記触媒コイルの巻き線は、前記給電コイルと前記触媒コイルとの間の電磁界共鳴により前記非接触給電が行われる、請求項１に記載のラジカル供給装置。
  3. 前記給電コイル及び前記触媒コイルは、互いに平行に配置された、渦巻状の平面形状に構成され、
    前記触媒載置台は、前記触媒コイルを支持する支持面を備えた支持板であり、
    前記規制部材は、前記支持面から突出し、前記触媒コイルの巻き方向に沿って延在するように形成された渦巻状の突条壁部である、請求項１に記載のラジカル供給装置。
  4. 前記支持板には、前記基板が配置された空間へ向けて前記ラジカルを供給するための複数のラジカル供給孔が形成されている、請求項３に記載のラジカル供給装置。
  5. 前記複数のラジカル供給孔は、前記渦巻状の突条壁部に挟まれ、前記触媒コイルが配置された領域の前記支持板に形成されているものを含む、請求項４に記載のラジカル供給装置。
  6. 前記給電コイル及び前記触媒コイルは、互いに同軸状に配置され、かつそれぞれの巻き線を同軸状に配置し、
    前記触媒載置台は、前記触媒コイルの内周面側または外周面側に配置された筒状部材の壁面から、前記触媒コイルの配置方向へ向けて突出し、前記触媒コイルの巻き方向に沿って延在するように形成された螺旋状の突条壁部であり、
    前記突条壁部は、前記規制部材としての機能を兼ねる、請求項１に記載のラジカル供給装置。
  7. 前記筒状部材には、前記ラジカルを通過させるための複数のラジカル供給孔が形成され、
    前記ラジカル供給孔の出口側には、前記筒状部材の壁面に沿った方向に前記ラジカルが流れるラジカル流通空間が形成されると共に、当該ラジカル流通空間における前記ラジカルの流れの下流端部には、複数のラジカル流通路が形成されたガス分散板が配置されている、請求項６に記載のラジカル供給装置。
  8. 前記複数のラジカル供給孔は、前記螺旋状の突条壁部に挟まれ、前記触媒コイルが配置された領域の前記筒状部材に形成されているものを含む、請求項７に記載のラジカル供給装置。
  9. 前記突条壁部の側面に複数の連通孔が形成されている、請求項３または６に記載のラジカル供給装置。
  10. 前記給電コイル及び前記触媒コイルは、互いに同軸状に配置された、螺旋状の同軸コイルとして構成され、
    前記ラジカル生成空間は、筒状に構成された前記仕切り部材の内側に形成され、
    前記触媒載置台は、前記触媒コイルに沿って配置されると共に、当該触媒コイルを支持するための複数の突起部が、当該触媒コイルの巻き方向に向けて点在するように設けられた枠体部であり、
    前記複数の突起部は、前記規制部材としての機能を兼ねる、請求項１に記載のラジカル供給装置。
  11. 前記触媒コイルは、側壁面に複数の開孔が設けられたチューブ状に形成され、
    前記処理ガス供給機構は、前記チューブ状の触媒コイルの内部空間に向けて前記処理ガスを供給し、
    前記内部空間にて前記触媒コイルの内壁面に前記処理ガスを接触させ、または、前記開孔を介して前記内部空間から前記ラジカル生成空間に流れ出た未反応の前記処理ガスを、前記触媒コイルの外壁面に接触させて、前記処理ガスのラジカルを生成する、請求項１に記載のラジカル供給装置。
  12. 前記触媒コイルの外面には、金属触媒として作用する複数のフィンが設けられている、請求項１に記載のラジカル供給装置。
  13. 請求項１から８、１０から１２のいずれか１つに記載の前記ラジカル供給装置と、
    前記ラジカル生成空間よりラジカルが供給されると共に、前記基板が載置される基板載置台を備えた処理空間を含む処理容器と、
    を備え、
    前記ラジカル供給装置にて生成される前記処理ガスのラジカルを前記処理空間に供給して前記基板を処理するラジカル処理装置。
  14. 前記ラジカル生成空間と前記処理空間との間を仕切るように設けられたガス分散板を備え、
    前記ガス分散板には、前記ラジカル生成空間に繋がり、かつ下流端が前記処理空間に分散して開口する複数のラジカル流通路を有する、請求項１３に記載のラジカル処理装置。
  15. 前記処理空間に前記ラジカルと反応して前記基板に形成される膜を形成するための膜原料を含む原料ガスを供給する原料ガス供給機構を、備え、
    前記原料ガスを前記処理空間に供給し、前記ラジカルと反応させて前記基板に膜を形成する、請求項１３に記載のラジカル処理装置。
  16. 前記ラジカル生成空間と前記処理空間との間を仕切るように設けられたガス分散板を備え、
    前記ガス分散板は、前記ラジカル生成空間に繋がり、かつ下流端が前記処理空間に開口する複数のラジカル流通路と、前記ラジカル流通路から離隔して形成されると共に、下流端が前記処理空間に開口し、前記原料ガス供給機構から前記原料ガスが流通する原料ガス流通路と、を有する請求項１５に記載のラジカル処理装置。
  17. 基板を処理するための処理ガスのラジカルを生成する方法であって、
    筐体内の給電空間に設けられ、一端が高周波電源に接続されて他端が接地、またはコンデンサを介して接地された給電コイルに高周波電源回路から電力を供給し、前記筐体内において前記給電空間に対して仕切り部材を介して対向するラジカル生成空間に設けられた触媒コイルに非接触給電により電力を供給して昇温させる工程と、
    前記ラジカル生成空間に処理ガス供給機構から前記処理ガスを供給し、前記昇温により金属触媒として作用する前記触媒コイルに前記処理ガスを接触させて前記ラジカルを生成する工程と、
    前記ラジカル生成空間に設けられ、前記触媒コイルが載置された規制部材を用い、前記昇温により、熱膨張した前記触媒コイルが前記給電コイルとの対向位置からずれることを規制する工程と、を含むラジカル生成方法。
  18. 処理ガスのラジカルによって基板を処理する方法であって、
    前記基板を設置する基板載置台を備える処理容器内の処理空間に、前記基板を前記基板載置台に設置する工程と、
    請求項１７に記載のラジカル生成方法にて生成される前記処理ガスのラジカルを前記処理空間に供給して前記基板を処理する工程と、を含む基板処理方法。
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