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JP5563522B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。
被処理基体上に膜を形成する方法として、ラジカル反応を用いた原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。ＡＬＤ法では、第１のプロセス工程において原料ガスが被処理基体上に供給される。続く第１のパージ工程において、パージが行われる。このパージにより、被処理基体上に化学吸着している層（例えば、単一の原子層又は単一の分子層）が残され、被処理基体に物理吸着又は化学吸着している残部が除去される。続く第２のプロセス工程では、被処理基体上の層にプラズマ処理が施される。このプラズマ処理では、被処理基体上の層が、例えば窒化又は酸化される。続く第２のパージ工程において、再びパージが行われる。
このようなＡＬＤ法には、例えば、特許文献１の図２Ａ等に記載されたプラズマ処理装置が用いられている。特許文献１の図２Ａに記載されたプラズマ処理装置は、平行平板方式のプラズマ処理装置であり、第１のプロセス工程の処理と第２のプロセス工程のプラズマ生成が同一の空間内で行われる。また、特許文献２には、同じく平行平板方式のプラズマ処理装置において、導電性の遮蔽板により第１のプロセス工程における処理空間と第２のプロセス工程におけるプラズマ生成空間を分離することが記載されている。
また、平行平板方式のプラズマ処理装置よりも周波数が高くラジカルの生成効率が高いプラズマ源として、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置によって、ＡＬＤ法が行われることもある。このような技術は、例えば、特許文献１の図１６等に記載されている。特許文献１の図１６に記載されたプラズマ処理装置では、第１のプロセス工程の処理と第２のプロセス工程のプラズマ生成が同一の空間内で行われる。このプラズマ処理装置では、被処理基体にダメージを与えないように、誘電体窓の近傍の空間であるプラズマ生成空間と被処理基体との間に大きな距離が置かれている。
また、特許文献３には、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置において、第１のプロセス工程における処理空間と第２のプロセス工程におけるプラズマ生成空間を導電性の部材により分離することが記載されている。
特表２００８−５３８１２７号公報 米国特許第６９１１３９１号公報 特開２００９−９９５８３号公報
本願発明者は、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置について研究を行っている。この研究において、本願発明者は、第１のプロセス工程の処理空間と第２のプロセス工程のプラズマ生成空間を導電性の部材により分離する構成を採用している。しかしながら、本願発明者は、特許文献３に記載された装置では、ラジカルが被処理基体上に到達するまでに、失活し、結果的に処理時間が長くなってしまうことを見出している。
したがって、マイクロ波をプラズマ源に用い、且つ、ＡＬＤ法に用いることができるプラズマ処理装置では、プラズマ処理の処理時間を短くすることが要請される。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、ステージ、処理容器、第１の供給手段、遮蔽部、誘電体部材、マイクロ波導入手段、及び、第２の供給手段を備えている。ステージは、被処理基体を搭載する。処理容器は、ステージの上方に処理空間を画成する。第１の供給手段は、処理空間に層堆積用の第１のプロセスガスを供給する。遮蔽部は、導電性を有し、処理空間に面する第１の面、及び、当該第１の面と反対側の第２の面を有する。遮蔽部には、第１の面から第２の面まで延在する一以上の連通孔が設けられている。誘電体部材は、遮蔽部の第２の面に接するように設けられている。誘電体部材には、一以上の連通孔に接続する一以上の空洞が設けられている。マイクロ波導入手段は、誘電体部材にマイクロ波を導入する。第２の供給手段は、誘電体部材の空洞内にプラズマ処理用の第２のプロセスガスを供給する。
このプラズマ処理装置では、遮蔽部の直上に設けられた誘電体部材の空洞内でプラズマが生成される。即ち、プラズマの生成空間と処理空間は遮蔽部によって分離される。したがって、被処理基体に対するダメージが低減され得る。また、空洞内に第２のプロセスガスが供給され、当該第２のプロセスガスが活性化される。これにより空洞内に発生したラジカルは、遮蔽部の連通孔を介して処理空間に供給される。空洞を画成する誘電体部材は遮蔽部に接しているので、空洞から処理空間までの距離は短い。したがって、空洞内で発生され処理空間に供給されるまでに失活するラジカルの量を低減することができる。その結果、プラズマ処理の処理時間が短縮され得る。
一実施形態では、一以上の空洞は、誘電体部材に形成された柱状の空間であってもよい。また、一実施形態においては、一以上の空洞は、前記誘電体部材に形成された環状の溝であってもよい。これらの空洞は、比較的小さな空間であるので、当該空洞におけるプラズマの生成効率が高められ得る。
一実施形態においては、誘電体部材には、複数の空洞のうち少なくとも二つの間を連通する連通路が形成されていてもよい。この実施形態によれば、連通路によって接続された二以上の空洞において、均一にプラズマを生成することができる。
一実施形態においては、マイクロ波導入手段は、同軸導波管を含んでいてもよい。一実施形態においては、同軸導波管は、誘電体部材を通過して遮蔽部に結合されていてもよい。また、一実施形態においては、マイクロ波導入手段は、同軸導波管に結合された金属製のスロット板であって周方向及び径方向に複数のスロットが形成された当該スロット板を含み、誘電体部材は、スロット板と遮蔽部との間に設けられた誘電体窓を構成してもよい。
一実施形態においては、一以上の連通孔の各々の断面積は、一以上の空洞の断面積よりも小さくてもよい。この実施形態によれば、空洞への第１のプロセスガスの流入を抑制し、空洞からプラズマが処理空間へ漏れ出すことをより確実に抑制することができる。
一実施形態においては、一つの空洞に対して複数の連通孔が接続されていてもよい。この実施形態によれば、処理空間へのラジカルの供給量をより増加させることが可能である。その結果、プラズマ処理の処理時間が短縮され得る。
また、一実施形態においては、被処理基体を載置するためのステージの載置面と第１の面との間の距離が５ｍｍ〜４０ｍｍであってもよい。第１の面とステージのとの間の距離をこのような距離に設定することにより、プラズマ処理の処理時間が更に短縮され得る。
また、一実施形態においては、遮蔽部及び誘電体部材は、処理空間の側方に設けられていてもよい。この実施形態においては、第１の面とステージ上に搭載される被処理基体のエッジとの最短距離が５ｍｍ〜６０ｍｍであるように、ステージと第１の面との間の距離が設定されていてもよい。第１の面とステージとの間の距離をこのような距離に設定することにより、プラズマ処理の処理時間が更に短縮され得る。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、マイクロ波を用い、プラズマ処理による処理時間を短くすることが可能なプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、ＡＬＤ法に用いることが可能である。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置に適用し得る制御部を示す図である。 別の実施形態に係る誘電体部材を示す図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図８に示すプラズマ処理装置の遮蔽部を示す平面図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１には、プラズマ処理装置の断面が示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２及び、ステージ１４を備えている。
処理容器１２は、処理空間Ｓを画成する。処理容器１２は、ステンレスやアルミニウムといった金属により構成され得る。一実施形態においては、処理容器１２は、第１の側壁１６、第２の側壁１８、天板部２０、及び、底部２２を含む。第１の側壁１６は、軸線Ｘに沿って延びる略円筒形状を有している。本実施形態では、第１の側壁１６の内側空間が、処理空間Ｓとなっている。第２の側壁１８は、第１の側壁１６に連続して下方に延在している。この第２の側壁１８も、軸線Ｘに沿って延びる略円筒形状を有している。
第２の側壁１８の内側の空間には、ステージ１４が設けられている。ステージ１４の上面（載置面）には、被処理基体Ｗが載置される。ステージ１４は、例えば、静電力によって被処理基体Ｗを吸着することができる。このステージ１４の上方には、処理空間Ｓが存在している。一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ステージ１４の下方に延在する支柱２４を更に備え得る。支柱２４は、ステージ１４を支持することができる。
第２の側壁１８には、空間１８ａが形成されている。空間１８ａは、軸線Ｘを中心とした環状の閉曲線に沿って延在し得る。また、第２の側壁１８には、処理空間Ｓと空間１８ａとを接続する孔１８ｂが形成されている。更に、第２の側壁１８には、空間１８ａから当該第２の側壁１８の外面まで延びる孔１８ｃが形成されている。一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、孔１８ｃに接続する排気装置２６を更に備え得る。この排気装置２６によって、処理空間Ｓの減圧・排気が行なわれる。
また、第２の側壁１８には、ステージ１４の外周と当該第２の側壁１８との間の空間から当該第２の側壁１８の外面まで延在するガス経路１８ｄが設けられている。このガス経路１８ｄには、ガス供給系２８が接続されている。ガス供給系２８は、処理空間Ｓにパージガスを供給する。パージガスとしては、アルゴンといった不活性ガスが用いられる。ガス供給系２８は、ガス源２８ａ、弁２８ｂ、及び流量制御器２８ｃを有している。ガス源２８ａは、パージガスのガス源である。弁２８ｂは、ガス源２８ａに接続されており、ガス源２８ａからのパージガスの供給及び供給停止を切替える。流量制御器２８ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、処理空間Ｓへのパージガスの流量を制御する。
第２の側壁１８の下端には、底部２２が設けられている。また、第１の側壁１６の上端開口は、天板部２０によって閉じられている。天板部２０は、導電性を有し、処理空間Ｓを上方から画成している。この天板部２０は、後述するプラズマ生成空間と処理空間Ｓとを分離する遮蔽部を構成している。
天板部２０には、第１のガス供給部３０が設けられている。第１のガス供給部３０は、原子層堆積用の第１のプロセスガスを処理空間Ｓに供給する。具体的に、第１のガス供給部３０は、ガス経路３０ａ及び複数の孔３０ｂを含み得る。ガス経路３０ａは、軸線Ｘを中心とした環状の閉曲線に沿って延在し得る。複数の孔３０ｂは、ガス経路３０ａから処理空間Ｓまで延びている。一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ガス供給系３２を更に備えることができ、当該ガス供給系３２はガス経路３０ａに接続する。
ガス供給系３２は、ガス源３２ａ、弁３２ｂ、及び、流量制御器３２ｃを含み得る。ガス源３２ａは、第１のプロセスガスのガス源である。第１のプロセスガスとしては、例えば、シリコン原子を含むガス、例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）等のアミノシランを用いることができる。弁３２ｂは、ガス源３２ａに接続されており、ガス源３２ａからのガスの供給及び供給停止を切替える。流量制御器３２ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、処理空間Ｓへの第１のプロセスガスの流量を制御する。
天板部２０の直上には、プラズマ生成空間にマイクロ波を導入する構造が設けられている。以下、図１と共に図２の（ａ）を参照する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って示す断面図である。
図１及び図２の（ａ）に示すように、プラズマ処理装置１０は、上板部３４及び側板部３６を更に備え得る。これら上板部３４及び側板部３６も導電性を有している。上板部３４は、天板部２０の上方において当該天板部２０から離間して設けられており、軸線Ｘに交差する面に沿って延在している。側板部３６は、軸線Ｘ方向に延在して、上板部３４と天板部２０とを接続している。
これら天板部２０、上板部３４、及び側板部３６は、空間Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３を画成している。空間Ｓ２は、軸線Ｘ方向に交差するＹ方向において、空間Ｓ１と空間Ｓ３との間に設けられている。
天板部２０、上板部３４、及び側板部３６は、空間Ｓ１を内部空間とする矩形導波管を構成している。一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、マイクロ波発生器３８を更に備えることができ、このマイクロ波発生器３８は、矩形導波管に接続されている。マイクロ波発生器３８は、例えば、５００ＭＨｚのマイクロ波を、矩形導波管に供給する。
空間Ｓ２は、略円板形状の空間である。プラズマ処理装置１０は、誘電体部材４０を更に備えており、この誘電体部材４０は、空間Ｓ２内に設けられる。空間Ｓ３には、Ｙ方向に移動可能なプランジャ４２が設けられている。また、空間Ｓ１には、バンプ４４が設けられている。プランジャ４２とバンプ４４は、それらの間に誘電体部材４０が介在するように、Ｙ方向において対峙している。これらプランジャ４２及びバンプ４４は金属製であり、当該プランジャ４２とバンプ４４の間に定在波を発生させる。このように発生される定在波（マイクロ波）は、空間Ｓ２に収容された誘電体部材４０に導入される。
誘電体部材４０は、略円板状の部材である。誘電体部材４０は、例えば、石英といった誘電体材料から構成される。誘電体部材４０には、複数の空洞４０ａが形成されている。一実施形態においては、空洞４０ａは、軸線Ｘ方向に延びる円柱形状を有し得る。これら空洞４０ａは、軸線Ｘを中心とする複数の同心円に沿って配列され得る。一実施形態では、図２の（ａ）に示すように、複数の空洞４０ａは、軸線Ｘを中心とする二つの同心円に沿って配列される。これら空洞４０ａは、例えば、１０〜３０ｍｍの直径と、１０〜３０ｍｍの深さ（軸線Ｘ方向の長さ）を有し得る。
複数の空洞４０ａには、複数の孔４６ａがそれぞれ接続している。複数の孔４６ａは、誘電体部材４０及び上板部３４にわたって形成されている。これら複数の孔４６ａは、上板部３４に形成された共通のガス経路４６ｂに接続されている。複数の孔４６ａ及びガス経路４６ｂは、第２のガス供給部４６を構成している。この第２のガス供給部４６は、空洞４０ａに第２のプロセスガスを供給する。
第２のプロセスガスは、プラズマ処理用のガスである。第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスの供給により被処理基体Ｗ上に吸着された原子層を変質させるために用いられる。例えば、原子層を窒化させる場合には、第２のプロセスガスは、ＮＨ３ガス又は窒素ガスを含み得る。また、原子層を酸化させる場合には、第２のプロセスガスは、酸素ガスを含み得る。
第２のガス供給部４６は、ガス供給系４８に接続されている。ガス供給系４８は、ガス源４８ａ、弁４８ｂ、及び、流量制御器４８ｃを含み得る。ガス源４８ａは、第２のプロセスガスのガス源である。弁４８ｂは、ガス源４８ａに接続されており、第２のプロセスガスの供給及び供給停止を切替える。流量制御器４８ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、第２のプロセスガスの供給量を切替える。
一実施形態においては、第２のガス供給部４６には、ガス供給系５０が更に接続されていてもよい。ガス供給系５０は、ガス源５０ａ、弁５０ｂ、及び、流量制御器５０ｃを含み得る。ガス源５０ａは、アルゴンといった不活性ガスのガス源である。弁５０ｂは、ガス源５０ａに接続されており、不活性ガスの供給及び供給停止を切替える。流量制御器５０ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、不活性ガスの供給量を切替える。
図１を参照すると、天板部２０には、複数の連通孔２０ａが形成されている。複数の連通孔２０ａは、複数の空洞４０ａをそれぞれ、処理空間Ｓに接続する。これら連通孔２０ａは、天板部２０の下面（第１の面）２０ｂから上面（第２の面）２０ｃまで延在している。上面２０ｃは、下面２０ｂに対向している。下面２０ｂは、処理空間Ｓに面している。また、上面２０ｃ上には、誘電体部材４０が当該上面２０ｃに接するように、載置されている。
以上の構成を有するプラズマ処理装置１０では、誘電体部材４０の空洞４０ａに第２のプロセスガスが供給される。また、誘電体部材４０の空洞４０ａには、マイクロ波が供給され、当該空洞４０ａにおいてプラズマが生成される。これにより、空洞４０ａ内では、第２のプロセスガスが活性化され、ラジカルが生成される。空洞４０ａ、即ちプラズマ生成空間は、処理空間Ｓから天板部２０によって分離されている。この天板部２０は、導電性を有するので、空洞４０ａにおいて発生するプラズマの遮蔽部として機能する。プラズマ処理装置１０では、かかる遮蔽部によってプラズマ生成空間と処理空間Ｓが分離されているので、処理空間Ｓの容量、特に、遮蔽部からステージ１４までの距離を小さくすることができる。
そして、空洞４０ａからは、連通孔２０ａを経由して処理空間Ｓ内にラジカルが供給される。プラズマ処理装置１０では、空洞４０ａは、遮蔽部（天板部２０）の直上に設けられているので、処理空間Ｓと空洞４０ａとの距離が短くなっている。したがって、空洞４０ａにおいて発生したラジカルの失活を抑制しつつ、当該ラジカルを処理空間Ｓに供給することができる。故に、このプラズマ処理装置１０は、プラズマ処理の時間を短縮することが可能である。
また、上述したように、遮蔽部からステージ１４までの距離、即ち、処理空間Ｓの軸線Ｘ方向の長さを短くすることができる。例えば、処理空間Ｓの軸線Ｘ方向の長さは、５ｍｍ〜４０ｍｍに設定され得る。換言すると、被処理基体Ｗが載置するためのステージ１４の載置面（上面）と下面（第１の面）２０ｂとの間の軸線Ｘ方向の距離が５ｍｍ〜４０ｍｍであるように、遮蔽部を構成する天板部２０とステージ１４との間の軸線Ｘ方向の距離が設定され得る。このような処理空間Ｓの軸線Ｘ方向の長さの設定により、プラズマ処理の時間を更に短縮することが可能である。
以下、プラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法の一実施形態であるＡＬＤ法について説明する。この実施形態に係る方法では、まず、被処理基体Ｗが、ステージ１４上に載置される。
次いで、第１のプロセス工程が実施される。第１のプロセス工程では、第１のプロセスガスが処理空間Ｓに供給される。この工程においては、弁３２ｂが開かれ、流量制御器３２ｃによって、第１のプロセスガスの流量が制御される。これにより、第１のプロセスガスに含まれる原料の原子又は分子からなる層が被処理基体Ｗに吸着される。また、第１のプロセス工程においては、不要なガスが排気装置２６により排気される。この工程での処理空間Ｓの圧力は、例えば５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）である。この工程の終了後、弁３２ｂは閉じられる。
次いで、第１のパージ・排気工程が実施される。第１のパージ・排気工程では、必要に応じて、処理空間Ｓにパージガスが供給され、また、処理空間Ｓの排気が行なわれる。この工程においては、弁２８ｂが開かれ、流量制御器２８ｃによってパージガスの供給量が制御される。また、排気装置２６による排気が行なわれる。なお、パージガスは、ガス源５０ａから弁５０ｂを介して流量制御器５０ｃによる流量制御を経て、供給されてもよい。
第１のパージ・排気工程では、第１のプロセス工程で形成された層の不要な部分が除去される。この工程により、第１のプロセス工程で形成された層のうち被処理基体Ｗに化学吸着している部分（例えば単一の分子層又は単一の原子層）は残存し、第１のプロセス工程で形成された層のうち被処理基体Ｗに物理吸着又は化学吸着している残部は除去される。また、この工程により、処理空間Ｓ内の雰囲気が不活性ガスにより置換される。上述したように、処理空間Ｓの容量は小さいので、この置換は比較的短い時間で完了し得る。
次いで、第２のプロセス工程が実施される。第２のプロセス工程では、マイクロ波発生器３８によりマイクロ波が発生され、更に、第２のプロセスガスが空洞４０ａ内に供給される。第２のプロセスガスは、弁４８ｂを開き、その流量を流量制御器４８ｃにより制御しつつ、空洞４０ａ内に供給される。また、この工程では、ガス供給系５０から不活性ガスが供給されてもよい。なお、この工程での処理空間Ｓの圧力は、例えば５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）である。
第２のプロセス工程では、マイクロ波により空洞４０ａ内にプラズマが発生する。これにより、空洞４０ａ内に供給された第２のプロセスガスが活性化され、ラジカルが生成される。生成されたラジカルは、処理空間Ｓに供給され、被処理基体Ｗに堆積された層を窒化又は酸化させる。
次いで、第２のパージ・排気工程が実施される。第２のパージ・排気工程では、必要に応じて、処理空間Ｓにパージガスが供給され、また、処理空間Ｓの排気が行なわれる。この工程においては、弁２８ｂが開かれ、流量制御器２８ｃによってパージガスの供給量が制御される。また、排気装置２６による排気が行なわれる。なお、パージガスは、ガス源５０ａから弁５０ｂを介して流量制御器５０ｃによる流量制御を経て、供給されてもよい。この第２のパージ・排気工程により、処理空間Ｓ内の雰囲気が不活性ガスにより置換される。上述したように、処理空間Ｓの容量は小さいので、この置換は比較的短い時間で完了し得る。
一実施形態に係るプラズマ処理方法では、第１のプロセス工程、第１のパージ・排気工程、第２のプロセス工程、及び、第２のパージ・排気工程が所定回数繰り返される。これにより、被処理基体上に酸化又は窒化された複数の原子層又は分子層が形成される。
以上説明した一実施形態のプラズマ処理方法を実施するために、プラズマ処理装置１０は、制御部を更に備えていてもよい。図３は、一実施形態に係るプラズマ処理装置に適用し得る制御部を示す図である。図３に示す制御部５２は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを有するコンピュータであってもよい。この場合に、制御部５２では、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムに従って各種制御信号を出力する。
制御部５２によって出力される各種制御信号は、例えば、排気装置２６、弁２８ｂ、流量制御器２８ｃ、弁３２ｂ、流量制御器３２ｃ、弁４８ｂ、流量制御器４８ｃ、弁５０ｂ、及び、流量制御器５０ｃに出力される。これにより、排気装置２６、弁２８ｂ、流量制御器２８ｃ、弁３２ｂ、流量制御器３２ｃ、弁４８ｂ、流量制御器４８ｃ、弁５０ｂ、及び、流量制御器５０ｃは、上述した第１のプロセス工程、第１のパージ・排気工程、第２のプロセス工程、及び、第２のパージ・排気工程での状態に移行するよう制御される。
以下、別の実施形態について説明する。図２の（ｂ）に示すように、誘電体部材４０には、二つの空洞４０ａを連通させる連通路４０ｃが形成されていてもよい。連通路４０ｃは、例えば、二つの空洞４０ａの間において誘電体部材４０に形成された溝である。連通路４０ｃは、連通させた二以上の空洞４０ａにおいてプラズマを均一に発生させることに寄与する。なお、図２の（ｂ）に示すように、複数の連通路４０ｃによって全ての空洞４０ａが連通されていてもよいが、連通される空洞４０ａの個数は、任意である。
また、図２の（ｃ）に示すように、連通路４０ｃは、二つの同心円の間にわたって形成された環状の溝であってもよい。より具体的に説明すると、図２の（ｃ）に示す実施形態では、複数の空洞４０ａはこれら二つの同心円に沿って配列されている。環状の連通路４０ｃは、これら二つの同心円の間にわたって形成されており、その軸線Ｘ方向の深さは、複数の空洞４０ａの軸線Ｘ方向の深さよりも小さくなっている。かかる連通路４０ｃによっても、複数の空洞４０ａを連通させることが可能である。
次に図４を参照する。図４は、別の実施形態に係る誘電体部材を示す図である。図４の（ａ）に示すように、誘電体部材４０に形成された空洞４０ａは、軸線Ｘを中心とする複数の同心円に沿って形成された環状の溝であってもよい。環状の溝は、例えば、１０〜３０ｍｍの幅と、１０〜３０ｍｍの深さを有し得る。また、図４の（ｂ）に示すように、環状の溝として構成された複数の空洞４０ａは、連通路４０ｃによって連通されていてもよい。
また、図４の（ｃ）に示すように、連通路４０ｃは、同心の二つの環状の空洞４０ａの間にわたって設けられた環状の溝であってもよい。図４の（ｃ）に示す実施形態においては、連通路４０ｃの軸線Ｘ方向の深さは、空洞４０ａの軸線Ｘ方向の深さよりも小さくなっている。かかる連通路４０ｃによっても、二つの環状の空洞４０ａを互いに連通させることが可能である。
次に図５を参照する。図５は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図５に示すプラズマ処理装置１０Ａは、一つの空洞４０ａに複数の連通孔２０ａが接続している点において、プラズマ処理装置１０とは異なっている。また、プラズマ処理装置１０Ａでは、連通孔２０ａの断面積が空洞４０ａの断面積より小さくなっている。なお、「断面積」とは、軸線Ｘ方向に直交する面での空洞４０ａの面積又は連通孔２０ａの面積である。
プラズマ処理装置１０Ａでは、各連通孔２０ａのコンダクタンスが小さくなっている。したがって、空洞４０ａへの第１のプロセスガスの流入が抑制され、空洞４０ａからプラズマが処理空間へ漏れ出すことをより確実に抑制することができる。一方、一つの空洞４０ａに複数の連通孔２０ａが接続しているので、処理空間へのラジカルの供給量を維持することが可能である。なお、処理空間Ｓと空洞４０ａとの間におけるコンダクタンスを低くために、空洞４０ａは、下方に向かうにつれて面積が小さくなるテーパー形状を有していてもよい。
次に図６を参照する。図６は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図６に示すプラズマ処理装置１００は、マイクロ波を導入する手段として同軸導波管１５４を備えている点においてプラズマ処理装置１０とは異なっている。また、プラズマ処理装置１００は、天板部２０、上板部３４、及び誘電体部材４０に代えて、天板部１２０、上板部１３４、誘電体部材１４０を備えている。
天板部１２０は、第１の側壁１６の直上に設けられている。天板部１２０は、処理空間Ｓを上方から画成している、天板部１２０は、導電性を有しており、遮蔽部として機能する。天板部１２０には、第１のガス供給部１３０が形成されている。第１のガス供給部１３０は、ガス経路１３０ａ及び複数の孔１３０ｂを含み得る。ガス経路１３０ａは、軸線Ｘを中心とした環状の閉曲線に沿って延在し得る。複数の孔１３０ｂは、ガス経路１３０ａから処理空間Ｓまで延びている。ガス経路１３０ａには、ガス供給系３２が接続されている。
上板部１３４は、金属から構成されており、天板部１２０上に設けられている。上板部１３４と天板部１２０は、それらの間に略円板形状の空間を画成している。この空間は、軸線Ｘに沿っており、当該空間には誘電体部材１４０が収容されている。
誘電体部材１４０には、空洞１４０ａが形成されている。空洞１４０ａは、一以上の環状の溝であってもよく、また、一以上の柱状の空間であってもよい。空洞１４０ａは、連通孔１２０ａを介して、処理空間Ｓに接続されている。連通孔１２０ａは、天板部１２０の下面１２０ｂから上面１２０ｃまで延在している。誘電体部材１４０は、この上面１２０ｃに接するように、天板部１２０上に載置されている。
また、空洞１４０ａには、第２のガス供給部１４６が接続している。第２のガス供給部１４６は、上板部１３４及び誘電体部材１４０にわたって形成されており、第２のプロセスガスの供給経路を構成している。第２のガス供給部１４６には、ガス供給系４８及び５０が接続されている。
同軸導波管１５４は、外側導体１５４ａ及び内側導体１５４ｂを含んでいる。外側導体１５４ａは、軸線Ｘに沿って延在する筒状の導体である。外側導体１５４ａの一端は、マイクロ波発生器１３８に接続されており、その他端は、上板部１３４に接続されている。内側導体１５４ｂは、軸線Ｘに沿って延在する導体であり、外側導体１５４ａの内孔を通っている。内側導体１５４ｂの一端は、マイクロ波発生器１３８に接続されており、その他端は、上板部１３４及び誘電体部材１４０を突き抜けて、天板部１２０に接続している。
プラズマ処理装置１００では、マイクロ波発生器１３８によって発生されたマイクロ波が同軸導波管１５４を介して誘電体部材１４０に供給される。この誘電体部材１４０は、所謂遅波板として機能する。誘電体部材１４０に供給されたマイクロ波は、空洞１４０ａ内にプラズマを発生させる。これにより、空洞１４０ａ内に供給された第２のプロセスガスが活性化され、当該空洞１４０ａ内にラジカルが生成される。生成されたラジカルは、連通孔１２０ａを経由して処理空間Ｓに供給される。かかるプラズマ処理装置１００も、プラズマ処理装置１０と同様に、ＡＬＤ法に用いることが可能である。
次に図７を参照する。図７は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図７に示すプラズマ処理装置２００は、同軸導波管２５４、誘電体板２５６、及び、スロット板２５８を備えている点で、プラズマ処理装置１０と異なっている。また、プラズマ処理装置２００は、天板部２０、上板部３４、及び誘電体部材４０に代えて、天板部２２０、上板部２３４、誘電体部材２４０を備えている。
天板部２２０は、第１の側壁１６の直上に設けられている。天板部２２０は、処理空間Ｓを上方から画成している、天板部２２０は、導電性を有しており、遮蔽部として機能する。天板部２２０には、第１のガス供給部２３０が形成されている。第１のガス供給部２３０は、ガス経路２３０ａ及び複数の孔２３０ｂを含み得る。ガス経路２３０ａは、軸線Ｘを中心とした環状の閉曲線に沿って延在し得る。複数の孔２３０ｂは、ガス経路２３０ａから処理空間Ｓまで延びている。ガス経路２３０ａには、ガス供給系３２が接続されている。
上板部２３４は、金属から構成されており、天板部２２０上に設けられている。上板部２３４と天板部２２０は、それらの間に略円板形状の空間を画成している。この空間は、軸線Ｘに沿っており、当該空間には誘電体部材２４０、誘電体板２５６、及びスロット板２５８が収容されている。
スロット板２５８は、略円板上の導体である。スロット板２５８には、互いに交差又は直交する方向に延びる二つのスロットをそれぞれ含む複数のスロット対が形成されている。これらスロット対は、軸線Ｘ中心に径方向に所定の間隔で配置され、また、周方向に所定の間隔で配置されている。このスロット板２５８と上板部２３４との間には、誘電体板２５６が設けられている。スロット板２５８、上板部２３４、及び、誘電体板２５６は、ラジアルラインスロットアンテナを構成する。
同軸導波管２５４は、外側導体２５４ａ及び内側導体２５４ｂを含んでいる。外側導体２５４ａは、軸線Ｘに沿って延在する筒状の導体である。外側導体２５４ａの一端は、モード変換器２６０に接続されている。モード変換器２６０は、導波管２６２及びチューナ２６４を介してマイクロ波発生器２３８に接続されている。また、外側導体２５４ａの他端は、上板部２３４に接続されている。
内側導体２５４ｂは、軸線Ｘに沿って延在する筒状の導体であり、外側導体２５４ａの内孔を通っている。内側導体２５４ｂの一端は、モード変換器２６０に接続されており、その他端は、上板部１３４及び誘電体板２５６を突き抜けて、スロット板２５８に接続されている。
スロット板２５８と天板部２２０の上面２２０ｃとの間には、誘電体部材２４０が設けられている。誘電体部材２４０は、所謂誘電体窓としての機能を有する。誘電体部材２４０には、空洞２４０ａが形成されている。空洞２４０ａは、一以上の環状の溝であってもよく、また、一以上の柱状の空間であってもよい。空洞２４０ａは、連通孔２２０ａを介して、処理空間Ｓに接続されている。連通孔２２０ａは、天板部２２０の下面２２０ｂから上面２２０ｃまで延在している。誘電体部材２４０は、この上面２２０ｃに接するように、天板部２２０上に載置されている。
また、空洞２４０ａには、第２のガス供給部２４６が接続している。第２のガス供給部２４６は、誘電体部材２４０の内部に形成されている。第２のガス供給部２４６は、内側導体２５４ｂの内孔を介して、ガス供給系４８及び５０に接続されている。
プラズマ処理装置２００では、誘電体部材２４０に供給されたマイクロ波が、空洞２４０ａ内にプラズマを発生させる。これにより、空洞２４０ａ内に供給された第２のプロセスガスが活性化され、当該空洞２４０ａ内にラジカルが生成される。生成されたラジカルは、連通孔２２０ａを経由して処理空間Ｓに供給される。かかるプラズマ処理装置２００も、プラズマ処理装置１０と同様に、ＡＬＤ法に用いることが可能である。
次に、図８を参照する。図８に示すプラズマ処理装置３００は、処理容器３１２、及び、ステージ１４を備えている。処理容器３１２は、処理空間Ｓを画成している。処理容器３１２は、金属製であり、側壁３１８、天板部３２０、及び、底部３２２を含んでいる。側壁３１８は、軸線Ｘに沿って延在する略筒形状を有している。側壁３１８の上端開口は、天板部３２０によって閉じられている。側壁３１８の下端には、底部３２２が設けられている。側壁３１８の内側空間には、ステージ１４が設けられており、当該ステージ１４は、その下方に設けられた支柱２４によって支持されている。このステージ１４の上方に処理空間Ｓが存在している。
処理空間Ｓは、処理容器３１２の外部に設けられた排気装置２６に接続されている。また、側壁３１８にはガス経路３１８ｄが形成されている。このガス経路３１８ｄには、ガス供給系２８が接続されている。
また、天板部３２０には、第１のガス供給部３３０が形成されている。第１のガス供給部は３３０、天板部３２０内に形成された空間３３０ａ、当該空間３３０ａと処理空間Ｓを接続する孔３３０ｂ、当該空間３３０ａを処理容器３１２の外部に接続するガス経路３３０ｃを含んでいる。このガス経路３３０ｃには、ガス供給系３２が接続されている。
プラズマ処理装置３００では、処理空間Ｓの側方、即ち、処理空間Ｓに対して軸線Ｘに交差する方向に、遮蔽部３７０、及び誘電体部材３４０が設けられている。以下、図８と共に図９を参照する。図９は、図８に示すプラズマ処理装置の遮蔽部を示す平面図である。
遮蔽部３７０は、導電性を有し、板状をなしている。遮蔽部３７０は、第１の面３７０ａ及び第２の面３７０ｂを含んでいる。第１の面３７０ａは、処理空間Ｓに面している。第１の面３７０ａとステージ１４との間の距離は、例えば、当該第１の面３７０ａとステージ１４上に載置される被処理基体Ｗのエッジとの最短距離（Ｙ方向の距離）が５〜６０ｍｍとなるように設定され得る。かかる距離設定により、プラズマ処理の処理時間が更に短縮され得る。
第２の面３７０ｂは、第１の面３７０ａとは反対側の面である。遮蔽部３７０には、第１の面３７０ａから第２の面３７０ｂまで延びる連通孔３７０ｃが形成されている。一実施形態においては、遮蔽部３７０に複数の連通孔３７０ｃが形成されている。誘電体部材３４０は、この遮蔽部３７０の第２の面３７０ｂに接するように設けられている。
誘電体部材３４０は、軸線Ｘに対して誘電体部材３４０より外側に設けられている。誘電体部材３４０には、空洞３４０ａが設けられている。空洞３４０ａは、連通孔３７０ｃを介して処理空間Ｓに連通している。この誘電体部材３４０及び遮蔽部３７０は、側壁３１８及び天板部３２０の内部に埋め込まれている。
処理容器３１２には、誘電体部材３４０の空洞３４０ａに接続する第２のガス供給部３４６が形成されている。第２のガス供給部３４６は、処理容器３１２に形成されたガス経路であり得る。第２のガス供給部３４６には、ガス供給系４８及び５０が接続されている。
図８に示すように、処理容器３１２の外面には、導波管３７２が取り付けられている。この導波管３７２には、マイクロ波発生器３３８が接続している。マイクロ波発生器３３８によって発生されたマイクロ波は、導波管３７２及び誘電体部材３４０を介して、誘電体部材３４０の空洞３４０ａに導入される。また、空洞３４０ａには、第２のプロセスガスが供給される。これにより、空洞３４０ａにおいては、第２のプロセスガスが活性化され、ラジアルが生成される。生成されたラジカルは、処理空間Ｓに供給される。
プラズマ処理装置３００においても、プラズマ生成空間である空洞３４０ａと処理空間Ｓの間に遮蔽部が設けられている。また、プラズマ処理装置３００でも、当該空洞３４０ａと処理空間Ｓとの間の距離が短くなっている。したがって、失活する量を抑制しつつ、ラジカルを処理空間Ｓに供給することができる。故に、このプラズマ処理装置３００も、プラズマ処理（第２のプロセス工程）の処理時間を短くすることができる。
次に図１０を参照する。図１０は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略的に示す図である。図１０に示すプラズマ処理装置４００は、マイクロ波を導入する手段として導波管４７２を備えている。また、プラズマ処理装置４００は、天板部２０、及び誘電体部材４０に代えて、天板部４２０、及び誘電体部材４４０を備えている。
天板部４２０は、第１の側壁１６の直上に設けられている。天板部４２０は、処理空間Ｓを上方から画成している、天板部４２０は、導電性を有しており、遮蔽部として機能する。天板部４２０には、第１のガス供給部４３０が形成されている。第１のガス供給部４３０は、ガス経路４３０ａ及び複数の孔４３０ｂを含み得る。ガス経路４３０ａは、軸線Ｘを中心とした環状の閉曲線に沿って延在し得る。複数の孔４３０ｂは、ガス経路４３０ａから処理空間Ｓまで延びている。ガス経路４３０ａには、ガス供給系３２が接続されている。
プラズマ処理装置４００は、また、上板部４３４を更に備えている。上板部４３４は、金属から構成されており、天板部４２０上に設けられている。上板部４３４と天板部４２０は、それらの間に略円板形状の空間を画成している。この空間は、軸線Ｘに沿っており、当該空間には誘電体部材４４０が収容されている。
誘電体部材４４０には、空洞４４０ａが形成されている。空洞４４０ａは、一以上の環状の溝であってもよく、また、一以上の柱状の空間であってもよい。空洞４４０ａは、連通孔４２０ａを介して、処理空間Ｓに接続されている。連通孔４２０ａは、天板部４２０の下面４２０ｂから上面４２０ｃまで延在している。誘電体部材４４０は、この上面４２０ｃに接するように、天板部４２０上に載置されている。
また、空洞４４０ａには、第２のガス供給部４４６が接続している。第２のガス供給部４４６は、上板部４３４及び誘電体部材４４０にわたって形成されており、第２のプロセスガスの供給経路を構成している。第２のガス供給部４４６には、ガス供給系４８及び５０が接続されている。
誘電体部材４４０上には、導波管４７２が設けられている。導波管４７２は、第１の導波部４７２ａ及び第２の導波部４７２ｂを含んでいる。第１の導波部４７２ａは、軸線Ｘに交差する方向に延在する矩形導波管を構成している。この第１の導波部４７２ａの一端には、マイクロ波発生器４３８が接続されている。また、第１の導波部４７２ａの他端には第２の導波部４７２ｂが接続されている。
第２の導波部４７２ｂは、誘電体部材４４０上に載置されている。この第２の導波部４７２ｂは、軸線Ｘを中心とする環状の閉曲線に沿って延在する導波管を構成している。第２の導波部４７２ｂの下壁部には、複数のスロット４７２ｃが形成されている。これらスロット４７２ｃは、周方向に配列されている。一実施形態においては、スロット４７２ｃは、軸線Ｘ方向において、空洞４４０ａの上に設けられ得る。これにより、空洞４４０ａにおけるプラズマの生成効率が高められる。
プラズマ処理装置４００では、マイクロ波発生器４３８によって発生されたマイクロ波が誘電体部材４４０に供給される。誘電体部材４４０に供給されたマイクロ波は、空洞４４０ａ内にプラズマを発生させる。これにより、空洞４４０ａ内に供給された第２のプロセスガスが活性化され、当該空洞４４０ａ内にラジカルが生成される。生成されたラジカルは、連通孔４２０ａを経由して処理空間Ｓに供給される。かかるプラズマ処理装置４００も、プラズマ処理装置１０と同様に、ＡＬＤ法に用いることが可能である。
次に図１１を参照する。図１１は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略的に示す図である。図１１に示すプラズマ処理装置５００は、マイクロ波を導入する手段として導波管５７２を備えている。また、プラズマ処理装置５００は、天板部２０、及び誘電体部材４０に代えて、天板部５２０、及び誘電体部材５４０を備えている。
天板部５２０は、第１の側壁１６の直上に設けられている。天板部５２０は、処理空間Ｓを上方から画成している、天板部５２０は、導電性を有しており、遮蔽部として機能する。天板部５２０には、第１のガス供給部５３０が形成されている。第５のガス供給部４３０は、ガス経路５３０ａ及び複数の孔５３０ｂを含み得る。ガス経路５３０ａは、軸線Ｘを中心とした環状の閉曲線に沿って延在し得る。複数の孔５３０ｂは、ガス経路５３０ａから処理空間Ｓまで延びている。ガス経路５３０ａには、ガス供給系３２が接続されている。
プラズマ処理装置５００は、また、上板部５３４を更に備えている。上板部５３４は、金属から構成されており、天板部５２０上に設けられている。上板部５３４と天板部５２０は、それらの間に略円板形状の空間を画成している。この空間は、軸線Ｘに沿っており、当該空間には誘電体部材５４０が収容されている。
誘電体部材５４０には、空洞５４０ａが形成されている。空洞５４０ａは、一以上の環状の溝であってもよく、また、一以上の柱状の空間であってもよい。空洞５４０ａは、連通孔５２０ａを介して、処理空間Ｓに接続されている。連通孔５２０ａは、天板部５２０の下面５２０ｂから上面５２０ｃまで延在している。誘電体部材５４０は、この上面５２０ｃに接するように、天板部５２０上に載置されている。
また、空洞５４０ａには、第２のガス供給部５４６が接続している。第２のガス供給部５４６は、上板部５３４及び誘電体部材５４０にわたって形成されており、第２のプロセスガスの供給経路を構成している。第２のガス供給部５４６には、ガス供給系４８及び５０が接続されている。
天板部５２０上には、導波管５７２が設けられている。導波管５７２は、第１の導波部５７２ａ及び第２の導波部５７２ｂを含んでいる。第１の導波部５７２ａは、軸線Ｘに交差する方向に延在する矩形導波管を構成している。この第１の導波部５７２ａの一端には、マイクロ波発生器５３８が接続されている。また、第１の導波部５７２ａの他端には第２の導波部５７２ｂが接続されている。
第２の導波部５７２ｂは、軸線Ｘを中心とする環状の閉曲線に沿って延在する導波管を構成している。第２の導波部５７２ｂは、誘電体部材５４０の外周面を囲むように設けられている。第２の導波部５７２ｂの内側壁部には、複数のスロット５７２ｃが形成されている。これらスロット５７２ｃは、周方向に配列されている。
プラズマ処理装置５００では、マイクロ波発生器５３８によって発生されたマイクロ波が誘電体部材５４０に供給される。誘電体部材５４０に供給されたマイクロ波は、空洞５４０ａ内にプラズマを発生させる。これにより、空洞５４０ａ内に供給された第２のプロセスガスが活性化され、当該空洞５４０ａ内にラジカルが生成される。生成されたラジカルは、連通孔５２０ａを経由して処理空間Ｓに供給される。かかるプラズマ処理装置５００も、プラズマ処理装置１０と同様に、ＡＬＤ法に用いることが可能である。
以上、種々の実施形態について説明したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、種々の変形態様を構成し得る。例えば、上述した種々の実施形態における各部の構成等は、本発明の思想を逸脱しない範囲で、組み合わせることが可能である。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…ステージ、２０…遮蔽部（天板部）、２０ａ…連通孔、２０ｂ…下面（第１の面）、２０ｃ…上面（第２の面）、３０…第１のガス供給部、４０…誘電体部材、４０ａ…空洞、４０ｃ…連通路、４６…第２のガス供給部、Ｓ…処理空間。

Claims (11)

  1. ステージと、
    前記ステージの上方に処理空間を画成する処理容器と、
    前記処理空間に層堆積用の第１のプロセスガスを供給する第１の供給手段と、
    前記処理空間に面する第１の面、及び、該第１の面と反対側の第２の面を有し、導電性を有する遮蔽部であり、前記第１の面から前記第２の面まで延在する一以上の連通孔が設けられた該遮蔽部と、
    前記遮蔽部の前記第２の面に接するように設けられた誘電体部材であり、前記一以上の連通孔に接続する一以上の空洞が設けられた該誘電体部材と、
    前記誘電体部材にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
    前記誘電体部材の前記空洞内にプラズマ処理用の第２のプロセスガスを供給する第２の供給手段と、
    を備え、
    前記遮蔽部は、前記一以上の空洞において発生するラジカルを前記一以上の連通孔を介して前記処理空間に通過させ、前記一以上の空洞において発生するプラズマを前記処理空間に対して遮蔽し、
    被処理基体を載置するための前記ステージの載置面と前記第１の面との間の距離が５ｍｍ〜４０ｍｍである、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記一以上の空洞は、前記誘電体部材に形成された柱状の空間である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記一以上の空洞は、前記誘電体部材に形成された環状の溝である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記誘電体部材には、複数の前記空洞のうち少なくとも二つの間を連通する連通路が形成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記マイクロ波導入手段は、同軸導波管を含む、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記同軸導波管は、前記誘電体部材を通過して前記遮蔽部に結合されている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記マイクロ波導入手段は、前記同軸導波管に結合された金属製のスロット板であって、周方向及び径方向に複数のスロットが形成された該スロット板を含み、
    前記誘電体部材は、前記スロット板と前記遮蔽部との間に設けられた誘電体窓を構成する、
    請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記一以上の連通孔の各々の断面積は、前記一以上の空洞の断面積よりも小さい、請求項１〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 一つの前記空洞に対して複数の前記連通孔が接続されている、請求項１〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記遮蔽部及び前記誘電体部材は、前記処理空間の側方に設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記第１の面と前記ステージ上に搭載される被処理基体のエッジとの最短距離が５ｍｍ〜６０ｍｍであるように、前記ステージと前記第１の面との間の距離が設定されている、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
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