(57)【要約】【課題】被処理物のエッチングレートが高く確保されるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、プラズマ処理装置は、載置部、導波管、壁部、排気機構及び供給機構を備える。導波管は、載置部を向く面に形成されるスロットを備え、内部を伝達したマイクロ波をスロットから載置部の側に、照射する。壁部は、スロットに対して隣接する空間の周囲を囲む。供給機構は、壁部で囲まれる空間に水蒸気を含むガスを供給する。【選択図】図２
2020155546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を載置可能な載置部と、
前記載置部を向く面に形成されるスロットを備え、内部を伝達したマイクロ波を前記スロットから前記載置部の側に照射可能に構成される導波管と、
前記スロットに対して前記載置部の側に隣接する空間の周囲を囲む壁部と、
前記空間の内部を排気及び減圧する排気機構と、
前記壁部で囲まれる前記空間に水蒸気を含むガスを供給する供給機構と、
を具備する、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波を発生し、発生した前記マイクロ波を前記導波管の前記内部に放射するマイクロ波発生源をさらに具備し、
前記導波管は、前記マイクロ波発生源から放射された前記マイクロ波を反射する反射部を備える、
請求項１のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記反射部は、前記マイクロ波発生源からの前記マイクロ波の進行波及び前記反射部からの前記マイクロ波の反射波によって前記導波管の内部に前記マイクロ波の定在波を形成可能に配置され、
前記マイクロ波発生源は、前記定在波の腹位置が前記スロットに位置する周波数で、前記導波管の前記内部に前記マイクロ波を放射する、
請求項２のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導波管の前記内部における前記マイクロ波の前記進行波及び前記マイクロ波の前記反射波の進行方向は、前記導波管に対する前記スロットの開口方向に対して交差する、請求項３のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記供給機構による前記ガスの供給及び前記排気機構による排気によって、プラズマが発生している前記空間では、Ｈラジカルの量がＯＨラジカルの量以上になる、請求項１乃至４のいずれか１項のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記載置部、前記壁部が内部に収納され、前記壁部で囲まれる前記空間が前記内部に形成されるチャンバをさらに具備する、請求項１乃至５のいずれか１項のプラズマ処理装置。
【請求項７】
マイクロ波を空間に照射することと、
前記マイクロ波が照射される前記空間を排気し、前記空間を減圧することと、
前記空間の排気と並行して前記空間に水蒸気を含むガスを供給し、供給した前記水蒸気への前記マイクロ波の照射によって、前記空間においてプラズマを発生させることと、
発生した前記プラズマを用いて被処理物をエッチングすることと、
前記プラズマが発生している前記空間においてＯＨラジカル及びＨラジカルが共存する状態に、前記空間の排気及び前記空間への前記ガスの供給の少なくともいずれかを調整することと、
を具備するプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記空間の排気及び前記空間への前記ガスの供給を調整することは、前記空間において前記Ｈラジカルの量が前記ＯＨラジカルの量以上になる状態に、前記空間の排気及び前記空間への前記ガスの供給の少なくともいずれかを調整することを備える、請求項７のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理物の表面に形成されるレジストの除去に、プラズマ処理装置が用いられることがある。あるプラズマ処理装置では、平行平板の間に電圧を印加し、平行平板の間に導入される気体をプラズマ化することにより、プラズマを発生させる。別のあるプラズマ発生装置では、気体へマイクロ波を照射することにより、プラズマを発生させる。これらのプラズマ装置では、発生したプラズマを用いて被処理物がエッチングされ、被処理物の表面においてレジストが除去される。
【０００３】
前述のようなプラズマ処理装置を用いたレジストの除去では、エッチングレート（レジスト等の除去レート）が高く確保されることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、被処理物のエッチングレートが高く確保されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、プラズマ処理装置は、載置部、導波管、壁部、排気機構及び供給機構を備える。載置部には、被処理物を載置可能である。導波管は、載置部を向く面に形成されるスロットを備え、内部を伝達したマイクロ波をスロットから載置部の側に照射可能に構成される。壁部は、スロットに対して載置部の側に隣接する空間の周囲を囲む。排気機構は、壁部で周囲が囲まれた空間を排気し、空間を減圧する。供給機構は、壁部で囲まれる空間に水蒸気を含むガスを供給する。
【０００７】
また、実施形態のプラズマ処理方法では、マイクロ波が空間に照射されるとともに、マイクロ波が照射される空間を排気し、空間を減圧する。プラズマ処理方法では、空間の排気と並行して空間に水蒸気を含むガスを供給し、供給した水蒸気へのマイクロ波の照射によって、空間においてプラズマを発生させる。そして、発生したプラズマを用いて、被処理物をエッチングする。プラズマ処理方法では、プラズマが発生している空間においてＯＨラジカル及びＨラジカルが共存する状態に、空間の排気及び空間へのガスの供給の少なくともいずれかが調整される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のＢ１−Ｂ１断面を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る導波管及び壁部を、第３の方向の一方側（鉛直下側）から視た状態で示す概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、空間に水蒸気のプラズマを発生させ、プラズマを用いて被処理物をエッチングした検証において、ある条件下で、発光分光分析により取得したスペクトルを示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａと同様の検証において、図４Ａとは異なる条件下で、発光分光分析により取得したスペクトルを示す概略図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂと同様の検証において、図４Ａ及び図４Ｂとは異なる条件下で、発光分光分析により取得したスペクトルを示す概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａ乃至図４Ｃのそれぞれの条件下で被処理物をエッチングした後において、Ｘ線光電子分光法によるニッケル膜の表面の分析によって取得したＮｉ２Ｐ２／３の範囲のナロースペクトルを示す概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、水蒸気のプラズマを用いて被処理物を表面改質した検証において、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）による銅板の表面の分析によって取得した、互いに対して異なる５つの状態でのＣｕＡｕｇｅｒの範囲のナロースペクトルを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１及び図２は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１を示す。図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置１は、チャンバ２、マイクロ波発生源３、導波管４、排気機構５，６、供給機構７、載置部８、壁部９及びコントローラ１０を備える。
【００１１】
チャンバ２は、例えば、ステンレス又はアルミニウム合金等の金属から形成される。チャンバ２の内部には、収納空洞１１が形成され、収納空洞１１には、載置部８及び壁部９が配置される。ここで、プラズマ処理装置１及びチャンバ２では、第１の方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）、第１の方向に対して交差する（垂直又は略垂直な）第２の方向（矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２で示す方向）、及び、第１の方向及び第２の方向の両方に対して交差する（垂直又は略垂直な）第３の方向（矢印Ｚ１及び矢印Ｚ２で示す方向）が、規定される。図１は、チャンバ２を第１の方向に対して垂直又は略垂直な断面で示す。また、図２は、チャンバ２を第２の方向に対して垂直又は略垂直な断面を示し、図１のＢ１−Ｂ１断面を示す。また、本実施形態では、第３の方向は、鉛直方向と一致又は略一致する。
【００１２】
載置部８は、載置面１３を備える。載置面１３は、第３の方向の一方側（矢印Ｚ１側）を向き、鉛直上側を向く。載置面１３上には、被処理物１５が載置される。また、チャンバ２の側壁には、窓（図示しない）等が設けられてもよい。この場合、被処理物１５は、窓を介してチャンバ２の収納空洞１１に搬入され、窓を介して収納空洞１１から搬出される。また、後述するプラズマを用いた処理を行っている状態では、窓は、ゲートバルブ（図示しない）等によって、気密に閉じられる。また、プラズマ処理装置１には、駆動機構（図示しない）が設けられてもよい。この場合、駆動機構は、サーボモータ又は制御モータ等を備える。そして、駆動機構を駆動することにより、載置部８が回転する等、載置部８が移動する。このため、載置面１３に被処理物１５が載置されている状態では、載置部８の移動することにより、被処理物１５は、載置部８と一緒に移動する。
【００１３】
被処理物１５は、板状の部材であり得る。被処理物１５としては、特にこれらに限定されないが、平板及び円板等が挙げられる。被処理物１５は、後述するプラズマを用いた処理によってエッチングされる部分が露出する状態で、載置面１３に載置される。そして、本実施形態では、エッチングされる部分が、第３の方向について載置面１３が向く側、すなわち、鉛直上側を向く状態で、被処理物１５が載置面１３に載置される。被処理物１５は、例えば、レジストマスクが形成された半導体ウェーハ等であり得る。この場合、レジストマスクを形成する有機物が、後述するプラズマを用いた処理によって、エッチングされる。なお、被処理物１５は、前述された部材に、特に限定されない。
【００１４】
導波管４は、第１の方向に沿って延設され、導波管４の長手方向は、第１の方向と一致又は略一致する。また、導波管４は、チャンバ２の収納空洞１１を通って延設され、第３の方向について載置部８から離れて設けられる。導波管４は、第３の方向について載置面１３が向く側（矢印Ｚ１側）、すなわち、鉛直上側に、載置部８に対して離れて配置される。導波管４は、例えば角筒状等の筒状に形成され、例えばアルミニウム合金等の金属から形成される。
【００１５】
導波管４の内部には、誘電体１７が埋め込まれる。誘電体１７は、例えば、石英又は酸化アルミニウム等から形成される。誘電体１７は、導波管４の内部に隙間なく埋められる。マイクロ波発生源３は、チャンバ２の外部に設けられる。第１の方向について、すなわち、導波管４の長手方向について、導波管４及び誘電体１７の一端は、チャンバ２の外部で、マイクロ波発生源３に接続される。マイクロ波発生源３は、マイクロ波を発生し、発生したマイクロ波を導波管４の内部の誘電体１７に放射する。
【００１６】
導波管４には、スロット１８が形成され、本実施形態では、４つのスロット１８が設けられる。導波管４の内部は、スロット（スロットアンテナ）１８を介して開口する。導波管４の内部には、前述のように誘電体１７が隙間なく埋め込まれる。このため、導波管４の外部から内部へのスロット１８を介してのガスの流入が、防止される。スロット１８のそれぞれは、導波管４において載置部８が位置する側（矢印Ｚ２側）を向く面、すなわち、鉛直下側を向く面に、形成される。このため、導波管４から見て、スロット１８のそれぞれは、第３の方向の一方側（矢印Ｚ２側）へ開口する（換言すると、導波管４に対するスロット１８の開口方向は第３の方向の一方側（矢印Ｚ２側）である）。また、スロット１８のそれぞれは、導波管４の長手方向（第１の方向）に沿って長孔状に形成される。導波管４においてスロット１８が形成される部位は、チャンバ２の内部の収納空洞１１に配置される。また、スロット１８は、導波管４の長手方向（第１の方向）について並んで配置される。ただし、スロット１８は、導波管４の長手方向について、互いに対して離れて配置される。
【００１７】
図３は、導波管４及び壁部９をチャンバ２の第３の方向の一方側（矢印Ｚ２側）から視た状態で示す。図１乃至図３に示すように、収納空洞１１に配置される壁部９は、側壁２１及び仕切り壁２２を備える。本実施形態では、側壁２１が一対設けられ、仕切り壁２２が５つ設けられる。収納空洞１１では、導波管４は、第２の方向について、側壁２１の間で挟まれる。また、収納空洞１１では、壁部９によって、スロット１８と同一の数だけ空間２３が規定され、本実施形態では空間２３が４つ規定される。空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つに対して、載置部８が位置する側に隣接する。したがって、空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つと載置部８との間に形成される。
【００１８】
空間２３のそれぞれは、第２の方向について側壁２１の間に、形成される。そして、空間２３のそれぞれは、第１の方向について仕切り壁２２の対応する２つの間に、形成される。このため、空間２３のそれぞれの周囲（外周）は、壁部９によって囲まれる。また、空間２３は、第１の方向について並んで配置される。ただし、互いに対して隣り合う空間２３の間には、仕切り壁２２の対応する１つが配置され、互いに対して隣り合う空間２３は、仕切り壁２２の対応する１つによって、仕切られる。また、仕切り壁２２のそれぞれは、第１の方向（導波管４の長手方向）について、スロット１８のいずれからもずれた位置に配置される。そして、収納空洞１１では、第１の方向について互いに対して隣り合うスロット１８の間に、仕切り壁２２の対応する１つが配置される。
【００１９】
なお、第３の方向（鉛直方向）について壁部９と載置部８の載置面１３との間には、隙間が形成される。そして、載置面１３に被処理物１５が載置された状態では、第３の方向について壁部９と被処理物１５との間に隙間が形成される。すなわち、被処理物１５は、壁部９に接触しない状態で、載置面１３に載置される。
【００２０】
導波管４では、長手方向（第１の方向）についてマイクロ波発生源３とは反対側の端に、反射部２５が設けられる。マイクロ波発生源３から誘電体１７に放射されたマイクロ波は、反射部２５に向かって進行波として伝達される。反射部２５は、マイクロ波発生源３からの進行波を反射する。反射部２５で反射されたマイクロ波は、誘電体１７においてマイクロ波発生源３に向かって反射波として伝達される。進行波及び反射波の進行方向は、第１の方向に対して平行又は略平行であり、スロット１８のそれぞれの開口方向（第３の方向の一方側）に対して交差する（垂直又は略垂直である）。
【００２１】
前述のように誘電体１７においてマイクロ波が伝達されるため、誘電体１７では、マイクロ波発生源３からの進行波及び反射部２５からの反射波によって、定在波が形成される。マイクロ波発生源３は、所定の周波数範囲のいずれかの周波数で、マイクロ波を放射する。所定の周波数範囲のいずれかの周波数でマイクロ波が伝達される場合、スロット１８のそれぞれに定在波の腹位置Ａの対応する１つが位置する。また、所定の周波数範囲のいずれかの周波数でマイクロ波が伝達される場合、互いに対して隣り合うスロット１８の間に、定在波の節位置Ｎの対応する１つが位置する。すなわち、第１の方向について仕切り壁２２のそれぞれが配置される位置に、定在波の節位置Ｎの対応する１つが発生する。
【００２２】
前述のように誘電体１７を通して伝達されるマイクロ波は、スロット１８のそれぞれから、空間２３の対応する１つに照射される。ここで、前述のように、マイクロ波発生源３は、スロット１８のそれぞれに定在波の腹位置Ａの対応する１つが位置する状態に、マイクロ波を放射する。このため、スロット１８のそれぞれから空間２３の対応する１つへ照射されるマイクロ波の強度は、確保される。
【００２３】
排気機構（排気源）５は、チャンバ２の内部の収納空洞１１全体を排気する。排気機構５は、排気駆動部３１、制御弁３２及び排気ライン３３を備える。排気ライン３３は、チャンバ２の外壁等に設けられる排気口３５に、接続される。排気駆動部３１は、例えば、真空ポンプである。また、制御弁３２は、排気ライン３３において排気駆動部３１と排気口３５との間に、配置される。制御弁３２は、例えばＡＰＣ（Auto Pressure Controller）弁等の圧力制御弁である。排気駆動部３１を作動することにより、チャンバ２の内部の収納空洞１１のガスは、排気口３５から排気ライン３３を通して排気される。
【００２４】
また、排気機構（排気源）６は、チャンバ２の収納空洞１１において、空間２３のそれぞれを局所的に排気する。排気機構６は、排気駆動部４１、制御弁４２、排気ライン４３及び排気経路４５を備える。排気経路４５は、空間２３と同一の数だけ形成される。排気経路４５のそれぞれは、チャンバ２の収納空洞１１において壁部９に形成され、本実施形態では、一対の側壁２１の一方に形成される。また、排気経路４５のそれぞれは、排気口４６を有する。排気経路４５のそれぞれの排気口４６は、空間２３の対応する１つと連通する。排気口４６のそれぞれは、空間２３の対応する１つに対して、第２の方向の一方側（矢印Ｙ２側）に位置する。
【００２５】
排気駆動部４１、制御弁４２及び排気ライン４３は、チャンバ２の外部に配置される。排気経路４５のそれぞれには、排気口４６とは反対側の端に、排気ライン４３が接続される。排気駆動部４１は、例えば、真空ポンプである。また、制御弁４２は、排気ライン４３において排気駆動部４１と排気経路４５のそれぞれへの接続位置との間に、配置される。制御弁４２は、例えばＡＰＣ（Auto Pressure Controller）弁等の圧力制御弁である。排気駆動部４１を作動することにより、壁部９で囲まれた空間２３のそれぞれでは、排気口４６の対応する１つから排気経路４５の対応する１つ及び排気ライン３３を順に通して、ガスが排気される。前述のように排気機構６によって空間２３のそれぞれが排気されている状態では、空間２３のそれぞれから排気口４６の対応する１つを通して、排気経路４５の対応する１つにガスが流出する。このため、空間２３のそれぞれでは、第２の方向の一方側（排気口４６が位置する側）へ、ガスが流出する。
【００２６】
また、排気機構（第１の排気機構）６及び排気機構（第２の排気機構）５によって排気されたガスは、回収タンク４８等に回収される。そして、回収タンク４８において、ガスを無害化する処理が行われた後、大気等に放出される。
【００２７】
供給機構（供給源）７は、排気機構（排気源）６による空間２３のそれぞれの排気と並行して、チャンバ２の収納空洞１１において、空間２３のそれぞれに水蒸気を含むガスを供給する。供給機構７は、タンク５１、供給駆動部５２、開閉弁５３、供給ライン５４及び供給経路５５を備える。供給経路５５は、空間２３と同一の数だけ形成される。供給経路５５のそれぞれは、チャンバ２の収納空洞１１において壁部９に形成され、本実施形態では、一対の側壁２１の中で排気経路４５が形成されない一方に形成される。また、供給経路５５のそれぞれは、供給口５６を有する。供給経路５５のそれぞれの供給口５６は、空間２３の対応する１つと連通する。供給口５６のそれぞれは、第２の方向について、空間２３の対応する１つに対して、排気口４６が位置する側とは反対側（矢印Ｙ１側）に位置する。
【００２８】
タンク５１、供給駆動部５２、開閉弁５３及び供給ライン５４は、チャンバ２の外部に配置される。供給経路５５のそれぞれには、供給口５６とは反対側の端に、供給ライン５４が接続される。タンク５１には、水蒸気を含むガスが貯められる。供給駆動部５２は、例えば、ポンプである。また、開閉弁５３は、供給ライン５４において供給駆動部５２と供給経路５５のそれぞれへの接続位置との間に、配置される。開閉弁５３によって、空間２３のそれぞれへのガスの供給及び供給停止が、切替えられる。なお、開閉弁５３は、工場の配管等に接続してもよい。この場合、タンク５１及び供給駆動部５２を省略可能である。
【００２９】
開閉弁５３が開かれた状態で供給駆動部５２を作動することにより、壁部９で囲まれた空間２３のそれぞれには、供給ライン５４及び供給経路５５の対応する１つを通して、水蒸気を含むガスが供給される。この際、空間２３のそれぞれには、供給口５６の対応する１つからガスが噴出される。前述のように供給機構７によって空間２３のそれぞれにガスが供給されている状態では、空間２３のそれぞれに供給口５６の対応する１つを通して、供給経路５５の対応する１つからガスが流入する。このため、空間２３のそれぞれでは、第２の方向について排気口４６が位置する側とは反対側から、すなわち、供給口５６が位置する側から、ガスが流入する。
【００３０】
壁部９に囲まれる空間２３のそれぞれでは、供給機構７によって供給される水蒸気にスロット１８の対応する１つからマイクロ波が照射されることにより、プラズマ（水蒸気プラズマ）が発生する。そして、発生したプラズマによって、被処理物１５がエッチングされる。
【００３１】
また、本実施形態では、空間２３のそれぞれにおいて、排気機構６による排気と並行して、供給機構７によって水蒸気が供給される。このため、空間２３のそれぞれでは、供給口５６から排気口４６へのガスの流れが形成される。本実施形態では、空間２３のそれぞれにおけるガスの流れ方向は、第２の方向に対して平行又は略平行である。したがって、ガスの流れ方向は、マイクロ波（進行波及び反射波）の進行方向に対して交差し（垂直又は略垂直であり）、スロット１８のそれぞれの開口方向（第３の方向の一方側）に対して交差する（垂直又は略垂直である）。
【００３２】
コントローラ１０は、例えば、コンピュータ等である。コントローラ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。コントローラ１０は、集積回路等を１つのみ備えてもよく、集積回路等を複数備えてもよい。コントローラ１０は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。コントローラ１０は、マイクロ波発生源３からのマイクロ波の出力、排気駆動部３１及び制御弁３２の作動等の排気機構（第２の排気機構）５の作動、排気駆動部４１及び制御弁４２の作動等の排気機構（第１の排気機構）６の作動、及び、供給駆動部５２及び開閉弁５３の作動等の供給機構７の作動を制御する。したがって、コントローラ１０によって、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給が制御される。
【００３３】
また、供給機構７は、空間２３のそれぞれに、水蒸気と一緒にヘリウムガスを供給することが、好ましい。この場合、空間２３のそれぞれに供給されるガスには、水蒸気及びヘリウムガスが含まれる。
【００３４】
また、排気機構５，６による排気、及び／又は、供給機構７によるガスの供給をコントローラ１０が制御（調整）することにより、空間２３のそれぞれの圧力は、０．５ｋＰａ以上３．０ｋＰａ以下の範囲に調整される。圧力が０．５ｋＰａ以上で維持されることにより、被処理物１５のエッチングレートが低くなりすぎたり、被処理物のエッチングレートのばらつきが大きくなりすぎたりすることが、有効に防止される。また、圧力が３．０ｋＰａ以下で維持されることにより、プラズマが発生しなかったり、発生したプラズマが不安定になったりすることが、有効に防止される。なお、コントローラ１０による制御（調整）は、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給の両者に対してなされるほか、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給のいずれかのみとしてもよい。すなわち、コントローラ１０による制御（調整）は、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給の少なくともいずれかを対象として行われればよい。
【００３５】
ここで、プラズマ（水蒸気プラズマ）の発生、及び、プラズマによる被処理物１５のエッチングについて説明する。空間２３のそれぞれでは、前述のように水蒸気にマイクロ波が照射されることにより、ＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）及びＨラジカル（水素ラジカル）が高密度に生成される。ＯＨラジカルは、強い酸化力を有し、被処理物１５に形成されるレジスト等は、ＯＨラジカルによる酸化分解によって除去される。これにより、被処理物１５が、エッチングされる。また、Ｈラジカルは、還元力を有する。ＯＨラジカルによる酸化分解によって酸化された被処理物１５の表面は、Ｈラジカルによって還元される。
【００３６】
また、ＯＨラジカルは、空間２３の環境によっては、Ｈ原子及びＯ原子に解離し得る。この場合、ＯＨラジカルの解離によって、Ｈラジカルが発生され得る。したがって、ＯＨラジカルの解離が発生し易い環境では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）が、高くなる。なお、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間２３に供給されない場合は、空間２３の圧力が低下することにより、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなる。また、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間２３に供給されることにより、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなる。
【００３７】
本実施形態では、空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つに対して、載置部８が位置する側に隣接する。そして、空間２３のそれぞれの周囲（外周）は、壁部９によって囲まれる。また、空間２３のそれぞれでは、排気機構６による排気と並行して、供給機構７によって水蒸気を含むガスが供給される。前述のような構成であるため、空間２３のそれぞれでは、プラズマの発生に適した圧力範囲まで減圧されるとともに、水蒸気の濃度が高くなる。このため、スロット１８の対応する１つからマイクロ波が照射されることにより、空間２３のそれぞれでは、プラズマ（水蒸気プラズマ）が安定して適切に発生する。
【００３８】
プラズマが安定して発生するため、空間２３のそれぞれでは、ＯＨラジカル及びＨラジカルが高密度で安定して生成される。すなわち、ＯＨラジカル及びＨラジカルが、高密度で共存する。ＯＨラジカルが高密度で安定して生成されるため、プラズマを用いたエッチングにおいて、被処理物１５のエッチングレート（レジスト等の除去レート）が高く確保される。また、Ｈラジカルが高密度で安定して生成されるため、エッチングによって酸化された被処理物１５の表面が、適切に還元される。
【００３９】
また、本実施形態では、スロット１８のそれぞれに定在波の腹位置Ａの対応する１つが位置する状態に、マイクロ波が放射される。このため、スロット１８のそれぞれから空間２３の対応する１つへ照射されるマイクロ波の強度は、確保される。したがって、空間のそれぞれでは、プラズマ（水蒸気プラズマ）が安定してより適切に発生する。
【００４０】
また、本実施形態では、空間２３のそれぞれにおいてＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）が１以上になる状態に、排気機構５，６による排気、及び、供給機構７によるガスの供給が調整されることが、好ましい。すなわち、Ｈラジカルの量がＯＨラジカルの量以上になることが、好ましい。これにより、Ｈラジカルによる被処理物１５の表面の還元処理が促進され、被処理物１５の表面の酸化がより抑制される。
【００４１】
また、本実施形態では、水蒸気と一緒にヘリウムガスが空間２３のそれぞれに供給機構７によって供給されることが、好ましい。これにより、空間２３のそれぞれにおいて、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなる。したがって、Ｈラジカルによる被処理物１５の表面の還元処理が促進され、被処理物１５の表面の酸化がより抑制される。
【００４２】
（実施形態に関する検証）  
また、前述の実施形態等に関連する検証を行った。検証では、前述の空間２３と同様に空間において、排気と並行して、水蒸気を含むガスを供給した。また、検証では、前述のマイクロ波発生源３及び導波管４等と同様のマイクロ波発生源及び導波管を用いて、水蒸気が供給される空間に、導波管のスロットからマイクロ波を照射した。この際、マイクロ波の電力は、１００Ｗとした。そして、前述の実施形態等と同様にして、水蒸気へのマイクロ波の照射によって、空間においてプラズマを発生させた。
【００４３】
検証では、前述のように空間においてプラズマが発生している状態において、発光分光分析を行い、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）を検出した。発光分光分析による検証では、３つの条件γ１，γ２，γ３において、発光分光分析のスペクトルを取得した。そして、取得したスペクトルから、条件γ１〜γ３のそれぞれについて、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率を算出した。
【００４４】
図４Ａは条件γ１において取得したスペクトル、図４Ｂは条件γ２において取得したスペクトル、図４Ｃは条件γ３において取得したスペクトルを示す。図４Ａ乃至図４Ｃのそれぞれでは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に発光強度を正規化した任意単位（arbitrary unit）で示す。ここで、条件γ１では、空間にガスとして水蒸気のみを供給し、ヘリウムガスは供給しなかった。そして、空間の圧力を１．４ｋＰａで維持した。条件γ２では、条件γ１と同様に、空間にガスとした水蒸気のみを供給した。ただし、条件γ２では、空間の圧力を０．８ｋＰａとした。また、条件γ３では、空間に水蒸気と一緒にヘリウムガスを供給した。そして、空間の圧力を２．９ｋＰａで維持した。
【００４５】
図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、発光分光分析のスペクトルでは、ＯＨラジカルを示すスペクトルのピークは、波長が３０８ｎｍの位置に、現れる。そして、Ｈα（原子状水素）を示すスペクトルのピークは、波長が６５６ｎｍの位置に、現れる。ここで、Ｈαは、空間におけるＨラジカルの存在を示唆するものである。検証では、条件γ１〜γ３のそれぞれについて、ＯＨラジカルの発光強度（波長が３０８ｎｍの位置での発光強度）に対するＨαの発光強度（波長が６５６ｎｍの位置での発光強度）の比率を算出した。そして、算出した比率を、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率とした。すなわち、発光分析におけるＯＨラジカルに由来するピーク強度に対するＨラジカルに由来するピーク強度の比率を、前述の比率として算出した。
【００４６】
条件γ１では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が、０．４１となった。また、条件γ２では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が、０．７５となり、条件γ１に比べて高くなった。このため、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間に供給されない場合は、空間の圧力が低いほど、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなることが、実証された。また、条件γ３では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が、１．１３になり、条件γ１，γ２に比べて高くなった。このため、ヘリウムガスが水蒸気と一緒に空間に供給されることにより、ＯＨラジカルの解離が促進され、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高くなることが、実証された。
【００４７】
また、検証では、前述の条件γ１〜γ３のそれぞれにおいて、載置部８と同様の載置部に被処理物を載置し、空間に発生するプラズマ（水蒸気プラズマ）を用いて被処理物をエッチングした。被処理物としては、ニッケル（Ｎｉ）膜の表面に厚さ１０μｍのレジストが形成された部材を用いた。検証では、前述の条件γ１〜γ３のそれぞれにおいて、プラズマを用いてレジストをエッチングした。エッチングは、前述した発光分光分析のスペクトルが取得される条件下で、１２０秒間継続して行った。そして、エッチングを行った後、ニッケル膜の表面を、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）により分析した。検証では、Ｘ線光電子分光法によって、Ｎｉ２Ｐ２／３の範囲をナロースキャン分析し、条件γ１〜γ３のそれぞれについて、Ｎｉ２Ｐ２／３の範囲のナロースペクトルを取得した。
【００４８】
図５Ａは、条件γ１〜γ３のそれぞれでエッチングを行った後において、Ｘ線光電子分光法によるニッケル膜の表面の分析によって取得したＮｉ２Ｐ２／３の範囲のナロースペクトルを示す。図５Ａでは、横軸に結合エネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸に電子カウントを任意単位（arbitrary unit）で示す。図５Ａに示すように、条件γ１，γ２のそれぞれでのエッチング後に取得したナロースペクトルでは、結合エネルギーがＮｉ−Ｏ結合になる範囲又はＮｉ２Ｏ３結合になる範囲に、ピークが検出された。一方、条件γ３でのエッチング後に取得したナロースペクトルでは、結合エネルギーが金属結合であるＮｉ−Ｎｉ結合になる範囲に、ピークが検出された。
【００４９】
このため、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高い条件γ３でのエッチングでは、条件γ１，γ２のそれぞれでのエッチングに比べて、Ｈラジカルの還元反応によって被処理物の表面の酸化が抑制されることが、実証された。ここで、条件γ３では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率は、１以上になる。これに対して、条件γ１，γ２のそれぞれでは、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率は、１より小さい。このため、前述の比率を１以上にすることにより、比率が１より小さい場合に比べて、Ｈラジカルの還元反応が促進され、被処理物の酸化がより有効に抑制されることが、実証された。
【００５０】
また、被処理物として銅板を用いて別の検証を行った。この検証では、前述の検証と同様にして、被処理物である銅板を載置部に載置した。また、前述の検証と同様にして、空間にプラズマ（水蒸気プラズマ）を発生させた。本検証では、プラズマによって、銅板を表面改質させた。プラズマによる銅板の表面改質は、合計４回行った。また、プラズマによる４回の表面改質のそれぞれでは、１２０秒間継続してプラズマを発生させた。そして、１回目から３回目の表面改質のそれぞれを行った後は、ある程度の時間が経過してから、次回の表面改質を行った。
【００５１】
ここで、１回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が０．３４になる状態で、プラズマを発生させた。２回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が０．３３になる状態で、プラズマを発生させた。３回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１になる状態で、プラズマを発生させた。４回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が０．９１になる状態で、プラズマを発生させた。なお、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率（Ｈ／ＯＨ）は、前述の検証と同様に、発光分光分析により検出した。
【００５２】
また、検証では、銅板の表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）により分析した。Ｘ線光電子分光法による分析は、合計５回行った。１回目の分析は、１回目の表面改質を行う前の状態β１において、行った。２回目の分析は、１回目の表面改質を行った直後の状態β２において、行った。３回目の分析は、２回目の表面改質を行った直後の状態β３において、行った。４回目の分析は、３回目の表面改質を行った直後の状態β４において、行った。５回目の分析は、４回目の表面改質を行った直後の状態β５において、行った。検証では、Ｘ線光電子分光法によって、ＣｕＡｕｇｅｒの範囲をナロースキャン分析し、状態β１〜β５のそれぞれについて、ＣｕＡｕｇｅｒの範囲のナロースペクトルを取得した。
【００５３】
図５Ｂは、状態β１〜β５のそれぞれにおいて、Ｘ線光電子分光法による銅板の表面の分析によって取得したＣｕＡｕｇｅｒの範囲のナロースペクトルを示す。図５Ｂでは、横軸に結合エネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸に電子カウントを任意単位（arbitrary unit）で示す。前述のように、１回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が小さい状態で、プラズマが発生させた。そして、１回目の表面改質を行った直後の状態β２でのナロースペクトルでは、１回目の表面改質を行う前の状態β１でのナロースペクトルに比べて、結合エネルギーがＣｕ−Ｏ結合になる範囲及びＣｕ２Ｏ結合になる範囲の成分が増加した。すなわち、１回目の表面改質によって、銅板の表面が酸化された。
【００５４】
一方、前述のように、３回目の表面改質では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１になる状態で、プラズマが発生させた。そして、３回目の表面改質を行った直後の状態β４でのナロースペクトルでは、２回目の表面改質を行った直後の状態β３でのナロースペクトルに比べて、結合エネルギーが金属結合であるＣｕ−Ｃｕ結合になる範囲の成分が増加した。すなわち、３回目の表面改質によって、銅板の表面が還元された。したがって、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率を１以上にすることにより、Ｈラジカルによる還元反応が促進され、被処理物の酸化がより有効に抑制されることが、実証された。
【００５５】
また、別の検証では、条件α１〜α３のそれぞれにおいて、被処理物に形成されるカーボン膜をエッチングし、エッチングレート（カーボン膜の除去レート）を測定した。条件α１では、硫酸及び過酸化水素水を用いて薬液によるエッチングを行った。条件α２では、プラズマを用いて、エッチングを行った。ただし、条件α２では、水蒸気ではなく酸素を空間に供給し、酸素のプラズマによってエッチングを行った。条件α３では、前述の検証等と同様に、空間に水蒸気を供給し、水蒸気のプラズマを用いてエッチングを行った。条件α３では、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１．２３になる状態で、空間に水蒸気を供給等し、プラズマを発生させた。
【００５６】
条件α１では、エッチングレートが１０６ｎｍ／ｍｉｎとなり、条件α２では、エッチングレートが５１４ｎｍ／ｍｉｎとなった。また、条件α３では、エッチングレートが７１４ｎｍ／ｍｉｎとなり、条件α１に対して約７倍速く、条件α２に対して１．４倍速くなった。したがって、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が１以上になる状態等、ＯＨラジカルに対するＨラジカルの比率が高い状態でも、前述のようにして水蒸気のプラズマを用いて被処理物をエッチングすることにより、被処理物のエッチングレートが高く確保されることが、実証された。
【００５７】
（変形例）  
なお、前述の実施形態ではチャンバ２が設けられるが、ある変形例では、チャンバ２が設けられない。この場合、排気機構５は、設けられない。ただし、本変形例でも、壁部９によって囲まれる空間２３が１つ以上形成され、空間２３のそれぞれは、スロット１８の対応する１つに対して、載置部８が位置する側に隣接する。また、空間２３のそれぞれでは、排気機構６による排気と並行して、供給機構７によって水蒸気を含むガスが供給される。そして、空間２３のそれぞれに、スロット１８の対応する１つからマイクロ波が照射されることにより、前述のようにプラズマ（水蒸気プラズマ）が生成される。
【００５８】
また、水蒸気のプラズマを用いて被処理物をエッチングするプラズマ処理装置の構成は、前述したプラズマ処理装置の構成に特に、限定されるものではない。
【００５９】
これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例のプラズマ処理装置では、スロットから載置部の側にマイクロ波を照射可能であり、スロットに対して載置部の側に隣接する空間の周囲は、壁部によって囲まれる。また、供給機構は、壁部で囲まれる空間に水蒸気を含むガスを供給する。これにより、被処理物のエッチングレートが高く確保されるプラズマ処理装置を提供することができる。
【００６０】
また、これら少なくとも一つの実施形態又は実施例のプラズマ処理方法では、水蒸気へのマイクロ波の照射によって、空間においてプラズマを発生させる。そして、プラズマが発生している空間においてＯＨラジカル及びＨラジカルが共存する状態に、空間の排気及び空間へのガスの供給の少なくともいずれかが、調整される。これにより、被処理物のエッチングレートが高く確保されるプラズマ処理方法を提供することができる。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１…プラズマ処理装置、２…チャンバ、３…マイクロ波発生源、４…導波管、５，６…排気機構（排気源）、７…供給機構（供給源）、８…載置部、９…壁部、１０…コントローラ、１１…収納空洞、１５…被処理物、１７…誘電体、２３…空間、４５…排気経路、４６…排気口、５５…供給経路、５６…供給口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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