(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
前記処理容器の内部にプロセスガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器の壁面の一部を占める透過窓と、
前記透過窓にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、
厚み方向を貫通する複数の第１の孔部を有し、前記透過窓と離隔させて前記処理容器の内部に設けられた第１の高密度プラズマ生成部と、
を備え、
前記第１の高密度プラズマ生成部は、前記透過窓に導入され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に放射された前記マイクロ波のエネルギーにより生成され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に拡散した第１のプラズマを媒介として、前記第１の孔部の側壁に沿って前記マイクロ波の表面波が伝わることで生じるホロー放電により、前記第１のプラズマよりも高密度の第２のプラズマを前記第１の孔部の内部において生成すること、を特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記第１の高密度プラズマ生成部と、前記透過窓と、の間の寸法は、プラズマ表皮厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のプラズマ生成装置。
【請求項３】
前記第１の高密度プラズマ生成部と、前記透過窓と、の間の寸法は、前記第１の高密度プラズマ生成部の厚み寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項４】
前記第１の孔部の形状、大きさ、配設形態からなる群より選ばれた少なくとも１つを変化させてプラズマ密度の分布を制御すること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ生成装置。
【請求項５】
厚み方向を貫通する複数の第２の孔部を有し、前記第１の高密度プラズマ生成部と離隔させて前記透過窓とは反対の側に設けられた第２の高密度プラズマ生成部をさらに備え、
前記第２の高密度プラズマ生成部は、前記第１の高密度プラズマ生成部と前記第２の高密度プラズマ生成部との間に拡散した第２のプラズマを媒介として、前記第２の孔部の側壁に沿って前記マイクロ波の表面波が伝わることで生じるホロー放電により第３のプラズマを前記第２の孔部の内部において生成すること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ生成装置。
【請求項６】
前記第２の孔部は、前記第２の孔部の軸方向視において、前記第１の孔部と少なくとも一部が重なるように配設されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ生成装置。
【請求項７】
前記第１の高密度プラズマ生成部と、前記第２の高密度プラズマ生成部と、の間の寸法は、プラズマ表皮厚みよりも小さいことを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマ生成装置。
【請求項８】
前記第１の高密度プラズマ生成部と、前記第２の高密度プラズマ生成部と、の間の寸法は、前記第２の高密度プラズマ生成部の厚み寸法よりも小さいことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載のプラズマ生成装置。
【請求項９】
前記第２の孔部の形状、大きさ、配設形態からなる群より選ばれた少なくとも１つを変化させてプラズマ密度の分布を制御すること、を特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載のプラズマ生成装置。
【請求項１０】
前記ガス供給部は、前記第１の高密度プラズマ生成部と、前記透過窓と、の間に形成された第１の領域と、
前記第１の高密度プラズマ生成部と、前記第２の高密度プラズマ生成部と、の間に形成された第２の領域と、
の少なくともいずれかに前記プロセスガスを供給することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１つに記載のプラズマ生成装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載のプラズマ生成装置を備え、被処理物のプラズマ処理を実行可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
透過窓からマイクロ波を導入してプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、
厚み方向を貫通する複数の第１の孔部を有し、前記透過窓と離隔させて設けられた第１の高密度プラズマ生成部において、
前記透過窓に導入され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に放射された前記マイクロ波のエネルギーにより生成され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に拡散した第１のプラズマを媒介として、前記第１の孔部の側壁に沿って前記マイクロ波の表面波が伝わることで生じたホロー放電により、前記第１のプラズマよりも高密度の第２のプラズマを前記第１の孔部の内部において生成することを特徴とするプラズマ生成方法。
【請求項１３】
厚み方向を貫通する複数の第２の孔部を有し、前記第１の高密度プラズマ生成部と離隔させて前記透過窓とは反対の側に設けられた第２の高密度プラズマ生成部において、
前記第１の高密度プラズマ生成部と前記第２の高密度プラズマ生成部との間に拡散した第２のプラズマを媒介として、前記第２の孔部の側壁に沿って前記マイクロ波の表面波が伝わることで生じたホロー放電により第３のプラズマを前記第２の孔部の内部において生成することを特徴とする請求項１２記載のプラズマ生成方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載のプラズマ生成方法を用いてプラズマを生成し、前記生成したプラズマにより被処理物のプラズマ処理を実行可能としたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ生成装置、プラズマ処理装置、プラズマ生成方法及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体装置の製造、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置やフラットパネルディスプレイなどの製造に関しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が行われている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。
【０００３】
ここで、プラズマ処理における被処理物（例えば、半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板など）は、ますます大面積化が進んでいる。例えば、半導体ウェーハは４５０ｍｍの大口径ウェーハの世代に移ろうとしており、薄膜太陽電池や液晶ディスプレイなどのパネルはメートルサイズになってきている。そのため、大面積にわたって密度が高く且つ均一なプラズマを生成することができるプラズマ生成装置が必要とされている。
【０００４】
このような大面積プロセスには、従来のＲＦ、ＶＨＦ帯におけるプラズマ処理よりもマイクロ波帯におけるプラズマ処理の方が有利である。その理由は、小さなマイクロ波導入部から導入されたマイクロ波が、誘電体とプラズマとの界面に沿って伝わる表面波となるので、広い面積にわたってプラズマを生成することができるからである（例えば、特許文献１を参照）。この様なマイクロ波帯におけるプラズマ処理によれば、２メートルを超えるサイズの高密度プラズマも生成可能である。
【０００５】
しかしながら、表面波が立つには臨界値以上のプラズマ密度が必要なため、放電開始には比較的高いパワーが必要となる。また、表面波の波長はプラズマ密度によって変化し、処理容器のサイズで決まる離散的な波長のときに共鳴的に定在波が励起される。そのため、放電パワーや処理圧力を変えると、表面波のモード変化が起こってプラズマ密度のジャンプが起こりやすく、安定性に欠けるという問題がある。さらには、処理圧力が高くなると、定在波の振幅分布に対応したプラズマ密度の不均一が現れるようになる。
【０００６】
このようなマイクロ波プラズマに関するいくつかの課題を解決するために、プラズマと接する誘電体板の表面に線状の凹凸溝を設けたり（特許文献２を参照）、複数のホロー状の孔（有底の孔）を設ける技術（特許文献３を参照）が提案されている。これらの技術によれば、表面波モードやプラズマ密度のジャンプを抑制することができる。また、プラズマ密度の分布の均一化と平均密度の向上を図ることができ、放電開始に必要なパワーを低下させることもできる。
【０００７】
ここで、処理圧力を高くすれば処理レートを向上させることができる。ところが、処理圧力が、例えば、数１００Ｐａを超えるような場合には、特許文献２、３に開示がされた線状の凹凸溝やホロー状の孔（有底の孔）の効果がうすれて、プラズマがマイクロ波導入部の近傍に局在化するようになる。そのため、処理圧力が数１００Ｐａを超えるような場合には、広い面積にわたって均一なプラズマ密度のプラズマを生成することが困難となるおそれがある。
【０００８】
一般に、高い処理圧力（例えば、数１００Ｐａ以上）においては、プラズマ密度の分布は拡散により支配されるので、プラズマ密度の分布が不均一となりやすい。
【０００９】
従来においては、その対策として、処理容器の寸法を被処理物よりかなり大きくして、処理容器の中心部分のプラズマ密度の分布が均一な領域においてプラズマ処理を行うようにしている。しかしながら、この様な対策をとればプラズマ処理装置の大型化を招くことになる。また、プラズマ生成領域から処理領域へのプラズマ生成物の流れを均一化することで不均一なプラズマ密度の影響を是正する技術も提案されている。例えば、プラズマ生成領域と被処理物が載置される処理領域との間に、貫通孔を備えた金属導体よりなるプラズマ遮蔽板または拡散板を設けてプラズマ生成物の流れを均一化して、処理レートの均一化を図る技術が提案されている（特許文献１の図１、特許文献４の第１図などを参照）。ところが、プラズマ遮蔽板や拡散板を設けると処理レートが低下したり、装置コストが上昇したりするおそれがある。  
そのため、処理圧力が高い場合であっても大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマが生成できる新しい技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２５５９９９号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２４５７号公報
【特許文献３】特開２００７−１８４２５９号公報
【特許文献４】特開平２−１９７１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、処理圧力が高い場合であっても大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができるプラズマ生成装置、プラズマ処理装置、プラズマ生成方法及びプラズマ処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、処理容器と、前記処理容器の内部にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記処理容器の壁面の一部を占める透過窓と、前記透過窓にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、厚み方向を貫通する複数の第１の孔部を有し、前記透過窓と離隔させて前記処理容器の内部に設けられた第１の高密度プラズマ生成部と、を備え、前記第１の高密度プラズマ生成部は、前記透過窓に導入され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に放射された前記マイクロ波のエネルギーにより生成され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に拡散した第１のプラズマを媒介として、前記第１の孔部の側壁に沿って前記マイクロ波の表面波が伝わることで生じるホロー放電により、前記第１のプラズマよりも高密度の第２のプラズマを前記第１の孔部の内部において生成すること、を特徴とするプラズマ生成装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の他の一態様によれば、上記に記載のプラズマ生成装置を備え、被処理物のプラズマ処理を実行可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１４】
また、本発明の他の一態様によれば、透過窓からマイクロ波を導入してプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、厚み方向を貫通する複数の第１の孔部を有し、前記透過窓と離隔させて設けられた第１の高密度プラズマ生成部において、前記透過窓に導入され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に放射された前記マイクロ波のエネルギーにより生成され、前記透過窓と前記第１の高密度プラズマ生成部との間に拡散した第１のプラズマを媒介として、前記第１の孔部の側壁に沿って前記マイクロ波の表面波が伝わることで生じたホロー放電により、前記第１のプラズマよりも高密度の第２のプラズマを前記第１の孔部の内部において生成することを特徴とするプラズマ生成方法が提供される。
【００１５】
また、本発明の他の一態様によれば、上記に記載のプラズマ生成方法を用いてプラズマを生成し、前記生成したプラズマにより被処理物のプラズマ処理を実行可能としたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、処理圧力が高い場合であっても大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができるプラズマ生成装置、プラズマ処理装置、プラズマ生成方法及びプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマ生成装置、プラズマ処理装置を例示するための模式図である。
【図２】比較例に係るプラズマ生成装置におけるプラズマの発光写真である。
【図３】比較例に係るプラズマ生成装置におけるプラズマの発光写真である。
【図４】本実施の形態に係るプラズマ生成装置におけるプラズマの発光写真である。
【図５】低い処理圧力においてプラズマを生成した場合の発光写真である。
【図６】第２の実施形態に係るプラズマ生成装置、プラズマ処理装置を例示するための模式図である。
【図７】マイクロ波の導入例を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の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、第１の実施形態に係るプラズマ生成装置、プラズマ処理装置を例示するための模式図である。    
図１に示すように、プラズマ処理装置１００は、プラズマ生成装置１、載置部２３などを備えている。
【００１９】
まず、プラズマ生成装置１について例示をする。    
プラズマ生成装置１には、マイクロ波発生部２、導入導波管３、スロット板４、透過窓５、高密度プラズマ生成部６、処理容器２０、ガス供給部２１、減圧部２２が設けられている。  
マイクロ波発生部２は、所定周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管３に向けて放射することができるようになっている。  
導入導波管３は、処理容器２０の外側であって、スロット板４の主面に設けられている。なお、図示は省略したが終端整合器やスタブチューナなどを適宜設けるようにすることもできる。導入導波管３は、マイクロ波発生部２から放射されたマイクロ波Ｍをスロット板４に向けて導波する。
【００２０】
スロット板４は、金属などから形成され、透過窓５を覆うように設けられている。また、スロット板４の導入導波管３に面する部分には、厚み方向を貫通するスロット４ａが設けられている。スロット４ａは、導入導波管３の内部を導波されてきたマイクロ波Ｍを透過窓５に導入するためのものである。なお、スロット４ａは複数設けられるようにすることができる。本実施の形態においては、スロット４ａが透過窓５にマイクロ波Ｍを導入するマイクロ波導入部となる。
【００２１】
処理容器２０の壁面の一部を占める透過窓５は平板状を呈し、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なる。例えば、透過窓５をアルミナや石英などの誘電体からなるものとすることができる。透過窓５の厚み寸法は、透過窓５の内部に体積波モードの定在波が立つのを抑えて表面波の励起が容易となるように、マイクロ波Ｍの波長の１／４より薄くするようにすることが好ましい。本実施の形態においては、透過窓５は、処理容器２０の上端に気密となるようにして設けられている。
【００２２】
高密度プラズマ生成部６は、誘電体などから形成されている。例えば、高密度プラズマ生成部６は、透過窓５と同じ材料から形成されるものとすることができる。  
高密度プラズマ生成部６には、厚み方向を貫通する複数の孔部６ａが設けられている。高密度プラズマ生成部６は、孔部６ａにおいてホロー放電により高密度のプラズマを生成する。
【００２３】
高密度プラズマ生成部６の厚み寸法が、孔部６ａの断面寸法（例えば、孔部６ａが円筒状の場合には直径寸法）と比べて大きすぎると、孔部６ａの内部で生成された高密度のプラズマが処理領域２４へ流出しにくくなる。そのため、高密度プラズマ生成部６の厚み寸法は、孔部６ａの断面寸法と同程度か、２〜３倍程度までとすることが好ましい。このことは、孔部６ａの長さ寸法は、孔部６ａの断面寸法と同程度か、２〜３倍程度までとすることが好ましいことを意味する。
【００２４】
孔部６ａの形状は特に限定されるわけではなく、例えば、円筒状、円錐状などとすることができる。この場合、円筒状の孔部６ａとすれば形成が容易となる。孔部６ａの断面寸法としては、例えば、円筒状の孔部６ａの場合には、その直径寸法を少なくともデバイ長の数倍以上とすることができる。この場合、孔部６ａの断面寸法の上限は、処理圧力にもよるが、２ｃｍ程度である。孔部６ａと孔部６ａとの間隔（孔部６ａの周縁間の間隔）を余り小さくすると高密度プラズマ生成部６の機械的強度が落ちるので、孔部６ａの断面寸法程度以上は離隔させることが好ましい。例えば、円筒状の孔部６ａの場合には、配設ピッチ寸法を孔部６ａの断面寸法の２倍以上とすることが好ましい。
【００２５】
孔部６ａの配設形態は特に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。例えば、複数の孔部６ａを等間隔に配設することもできる。ただし、処理圧力などを考慮して、プラズマ密度の分布が最も均一となるように孔部６ａを配設するようにすることが好ましい。  
この場合、孔部６ａの形状、大きさ、配設形態からなる群より選ばれた少なくとも１つを変化させてプラズマ密度の分布を制御することもできる。例えば、高い処理圧力（例えば、数１００Ｐａ以上）において、高密度プラズマ生成部６を設けずに透過窓５のみを用いてプラズマの生成を行うと、プラズマ密度の分布は拡散により支配されるのでプラズマ密度の分布が不均一となる。そのため、プラズマ密度が低い部分により多くの孔部６ａを配設するようにすれば、この部分におけるプラズマ密度が高まるので、処理領域２４全体としてのプラズマ密度の分布を均一化することができる。
【００２６】
高密度プラズマ生成部６は、透過窓５から離隔させて設けられている。すなわち、高密度プラズマ生成部６は、厚み方向を貫通する複数の孔部６ａを有し、透過窓５と離隔させて処理容器２０の内部に設けられている。    
高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法をある程度小さくしても（例えば、０．１ｍｍ程度）ギャップ領域７内にプラズマを拡散、充満させることができる。そして、ギャップ領域７内に拡散、充満したプラズマを媒介としてより多くの孔部６ａにおいてホロー放電により高密度のプラズマを生成することができる。一方、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法が大きくなるにつれて、ギャップ領域７内に生成されたプラズマによりマイクロ波Ｍの電磁界が遮蔽されるようになるので、孔部６ａにプラズマが生成されにくくなる。例えば、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法が２ｃｍ以上となると、特に、高い処理圧力においては、透過窓５の表面にプラズマが局在して拡散しなくなるので、高密度プラズマ生成部６の孔部６ａにプラズマが生成されなくなるおそれがある。
【００２７】
そのため、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法は、例えば、プラズマ表皮厚み（plasma skin depth ≒ｃ/ωｐ、ここで、ｃは光速、ωｐはプラズマ角周波数）より小さくなるようにすることが好ましい。この場合、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法は、プラズマ表皮厚みとほぼ同じ寸法とすることもできるし、プラズマ表皮厚みより十分小さくすることもできる。この様にすれば、スロット４ａから透過窓５に放射されたマイクロ波Ｍはギャップ領域７のプラズマを超えて高密度プラズマ生成部６に直接的に導入されるので、孔部６ａの内部で高密度のプラズマが生成されやすくなる。
【００２８】
また、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法が高密度プラズマ生成部６の厚み寸法より小さくなるようにすることが好ましい。この様にすれば、孔部６ａの内部で生成された高密度のプラズマの一部をギャップ領域７側に流出させることができる。そして、流出させた高密度のプラズマが種となってさらに多くの孔部６ａの内部で高密度のプラズマを生成することができるようになる。
【００２９】
処理容器２０は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能となっている。  
処理容器２０の底部側には、図示しない圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧部２２が接続されている。  
減圧部２２は、処理容器２０の内部を所定の圧力まで減圧する。この際、図示しない圧力制御部は、処理容器２０の内圧を検出する真空計などの出力に基づいて、処理容器２０の内圧が所定の圧力となるように制御する。
【００３０】
処理容器２０の側壁上部には、図示しない流量制御部（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）を介してガス供給部２１が接続されている。    
ガス供給部２１は、図示しない流量制御部を介して処理容器２０内にプロセスガスＧを供給する。また、処理容器２０内にプロセスガスＧを供給する際には、図示しない流量制御部により、プロセスガスＧの供給量が調整されるようになっている。  
なお、図１に例示をしたものの場合には、高密度プラズマ生成部６の下方にプロセスガスＧを供給するようにしているが、ギャップ領域７内や、後述するギャップ領域７ａ内にプロセスガスＧを供給するようにしてもよい。すなわち、処理容器２０内のプラズマが生成される領域にプロセスガスＧが供給されるようになっていればよい。
【００３１】
ここで、プロセスガスＧをプラズマが生成される領域（例えば、高密度プラズマ生成部６の下方やギャップ領域７、７ａなど）に供給する場合、一つのガス噴出口からプロセスガスＧを供給するとプラズマ生成物がガス噴出口の近傍に偏在するおそれがある。そのため、プラズマが生成される領域の周辺から均等にプロセスガスＧが供給できるように複数のガス噴出口を設けるようにすることが好ましい。
【００３２】
また、プロセスガスＧをギャップ領域７内や、後述するギャップ領域７ａ内に供給するようにすれば、ガス分子が孔部６ａ（貫通孔）や、後述する孔部１６ａ（貫通孔）を通過するときに、孔部内の高密度プラズマによって強く解離されるので、多量のプラズマ生成物を生成することができる。この場合、ギャップ領域７とギャップ領域７ａとの少なくともいずれかにプロセスガスＧを供給するようにすればよい。
【００３３】
載置部２３は、処理容器２０の底部側に設けられている。載置部２３には、図示しない静電チャックが内蔵され、載置部２３の上面（載置面）に被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板など）を載置、保持することができるようになっている。
【００３４】
次に、高密度プラズマ生成部６の作用などに関してさらに例示をする。    
平坦な表面を有する透過窓５から所定の寸法だけ離隔させて複数の孔部６ａ（貫通孔）を有する高密度プラズマ生成部６を設けるようにすると、透過窓５の表面近傍において生成されたプラズマがギャップ領域７内を拡散して、ギャップ領域７内にプラズマが充満する。  
そして、ギャップ領域７内に拡散、充満したプラズマを媒介として、孔部６ａの側壁に沿って表面波が伝わり、ホロー放電により孔部６ａの内部においてギャップ領域７内に充満したプラズマよりも高密度のプラズマが生成される。この場合、ホロー効果によって低いパワーでも放電が開始され、密度ジャンプを起こすことなく孔部６ａの内部に高密度プラズマが生成される。生成された高密度プラズマは処理容器２０内の処理領域２４へ流出、拡散して、処理領域２４内に均一なプラズマが生成される。  
この様に、ギャップ領域７内に拡散、充満したプラズマを媒介とすることで、より広い範囲にある孔部６ａの内部に高密度のプラズマを生成することができる。その結果、処理領域２４内に、大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。
【００３５】
この場合、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法が高密度プラズマ生成部６の厚み寸法より小さくなるようにすれば、孔部６ａの内部で生成された高密度のプラズマの一部をギャップ領域７側に流出させることができる。孔部６ａからギャップ領域７側に流出したプラズマはギャップ領域７に拡散、充満し、それが種となってさらに多くの孔部６ａの内部で高密度のプラズマが生成される。  
また、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法がプラズマ表皮厚み（マイクロ波電磁界を遮蔽するプラズマの厚さ）より小さくなるようにすれば、スロット４ａから透過窓５に放射されたマイクロ波Ｍはギャップ領域７のプラズマを超えて高密度プラズマ生成部６に直接的に導入されるので、孔部６ａの内部で高密度のプラズマが生成されやすくなる。
【００３６】
この様に、複数の孔部６ａ（貫通孔）を有する高密度プラズマ生成部６を設け、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間を所定の寸法だけ離隔させるようにすれば、例えば、数１００Ｐａを超えるような高い処理圧力の場合であっても処理領域２４内に大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。
【００３７】
図２、図３は、比較例に係るプラズマ生成装置におけるプラズマの発光写真である。  
なお、図２は、透過窓５のみが設けられた場合である。すなわち、高密度プラズマ生成部６が設けられていない場合である。  
また、図３は、透過窓５の処理領域２４に面する側の面に複数のホロー状の孔（有底の孔）が設けられた場合である。すなわち、特許文献３に開示がされた技術を用いた場合である。  
図４は、本実施の形態に係るプラズマ生成装置におけるプラズマの発光写真である。  
また、図２〜図４は、高い処理圧力においてプラズマを生成した場合である。  
この場合、プロセスガスＧを酸素ガスとし、その流量を１０００ｓｃｃｍとした。また、処理圧力を４００Ｐａ、マイクロ波Ｍの入射パワーから反射パワーを差し引いた正味の入力パワーを２．４ｋＷとした。また、マイクロ波Ｍの周波数を２．４５ＧＨｚ、導入導波管３をＴＥ１０モードの矩形導波管とし、その終端を可動プランジャーで短絡した。
【００３８】
高密度の酸素プラズマの密度をラングミュアプローブで測定するのは困難なので、プラズマの密度分布は、プラズマの発光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラで撮影して評価することにした。ＣＣＤカメラで撮影するために、載置部２３を除去して処理容器２０の底面に観測窓を設け、観測窓を通して見える酸素プラズマの発光の様子をＣＣＤカメラで撮影するようにした。  
これらの発光写真の明度は主として、励起状態の酸素原子が発する７７７ｎｍの発光線の強度を反映している。そのため、プラズマ密度が高いほど強く発光するので、プラズマ密度分布を概略モニターすることができる。そのため、図２〜図４においては、プラズマ密度が高い部分ほど明るく、低い部分ほど暗くなる。
【００３９】
図２に示すように、透過窓５のみが設けられた場合には、透過窓５の外周部付近がまばらに明るくなっており、プラズマ密度が高い部分がまばらに形成されていることが分かる。また、透過窓５の中心部は暗くなっており、中心部はプラズマ密度が低いことが分かる。そのため、プラズマ密度の分布が著しく不均一となっていることが分かる。
【００４０】
図３に示すように、透過窓５の処理領域２４に面する側の面に複数のホロー状の孔（有底の孔）が設けられた場合には、ホロー状の孔（有底の孔）の内部が明るくなっており、プラズマ密度が高い部分がスポット状に点々と形成されていることが分かる。  
しかしながら、すべてのホロー状の孔（有底の孔）の内部が明るくなっているわけではなく、半分近くのホロー状の孔（有底の孔）の内部は暗いままである。すなわち、図２の場合と比較すれば、より中心付近まで高密度のプラズマが生成されているのでプラズマ密度の分布は改善されているといえるが、近年においてはさらなる改善が望まれる。
【００４１】
図４に示すように、本実施の形態に係るプラズマ生成装置の場合、すなわち、複数の孔部６ａ（貫通孔）を有する高密度プラズマ生成部６を設け、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間を所定の寸法だけ離隔させた場合には、孔部６ａ（貫通孔）の内部が明るくなっており、また、プラズマ密度が高い部分が連続するようになっていることが分かる。すなわち、図３に示すものと比べて多くの孔部６ａ（貫通孔）の内部が明るくなっており、全体的に見てもプラズマ密度の分布が大幅に均一化されたといえる。すなわち、大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。なお、図３のものに比べて図４のものの方が孔径が小さく、ピッチ寸法も小さいが、明るさの強度や明るい部分の面積などから考えて、孔径やピッチ寸法によりプラズマ密度の分布が均一化されたものではないといえる。  
更に、図４においては、導入導波管３の軸方向に平行な縞状の暗い部分が形成されているが、プラズマ発光は、高密度プラズマ生成部６の孔部６ａ（貫通孔）の内部及び高密度プラズマ生成部６の表面から載置部２３側に向けて１ｃｍ程度の領域で起こっている。そのため、この発光領域から十数ｃｍ程度離れた位置に載置された被処理物Ｗにおけるプラズマ生成物の密度分布の均一性は、プラズマ生成物が拡散されることにより発光分布（プラズマ密度の分布）の均一性よりも大幅に向上すると考えられる。
【００４２】
ここで、一般に、同じ処理圧力であっても、アルゴンなどの単原子分子の希ガスを用いた放電に比べて、多原子分子のガスの放電の場合には、プラズマ密度の分布が不均一になりやすい。特に、電子負性ガスである酸素ガスの場合にはプラズマ密度の分布が著しく不均一となる。そのため、高い処理圧力において酸素ガスを用いる場合には、均一で高密度なプラズマを生成することが困難とされていた。  
一方、半導体プロセスにおけるレジストの除去（アッシング処理）などにおいては、酸素プラズマを用いた処理が行われている。この場合、アッシングレートは処理圧力が高いほどが上昇するので、数１００Ｐａといった高い処理圧力が好ましいといえるが、前述したように高い処理圧力ではプラズマ密度の分布が不均一となりやすく、アッシングレートの分布が悪化してしまうという問題がある。  
本実施の形態においては、高い処理圧力において酸素ガスを用いる場合であっても、図４に例示をしたように大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。
【００４３】
図５は、低い処理圧力においてプラズマを生成した場合の発光写真である。  
なお、図５（ａ）は、透過窓５のみが設けられた場合である。すなわち、高密度プラズマ生成部６が設けられていない場合である。  
また、図５（ｂ）は、透過窓５の処理領域２４に面する側の面に複数のホロー状の孔（有底の孔）が設けられた場合である。すなわち、特許文献３に開示がされた技術を用いた場合である。  
図５（ｃ）は、本実施の形態に係るプラズマ生成装置の場合である。  
この場合、プロセスガスＧをアルゴンガスとし、その流量を１００ｓｃｃｍ程度とした。また、処理圧力を２Ｐａ〜５０Ｐａ程度としている。  
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、低い処理圧力においては均一なプラズマ密度のプラズマが生成されることが分かる。すなわち、低い処理圧力においては比較的容易に均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができるが、高い処理圧力においては前述したように均一なプラズマ密度のプラズマを生成することが困難となる。
【００４４】
なお、図５（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るプラズマ生成装置１によれば、低い処理圧力においても均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。  
そのため、本実施の形態に係るプラズマ生成装置１によれば、広い処理圧力範囲において、大面積、かつ均一なプラズマを生成することができる。
【００４５】
次に、プラズマ生成装置１、プラズマ処理装置１００の作用とともに、本実施の形態に係るプラズマ生成方法、プラズマ処理方法を例示する。    
まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板など）が、処理容器２０内に搬入され、載置部２３上に載置、保持される。  
次に、処理容器２０内が減圧部２２により所定圧力まで減圧される。この際、図示しない圧力制御部により処理容器２０内の圧力が調整される。
【００４６】
次に、プラズマ生成装置１により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部２１から所定量のプロセスガスＧ（例えば、Ｏ２ガス、ＣＦ４ガスなど）が、図示しない流量制御部を介して処理容器２０内のプラズマを生成する領域に供給される。  
一方、マイクロ波発生部２から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管３内に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管３内を導波され、スロット板４のスロット４ａを介して透過窓５に向けて放射される。
【００４７】
透過窓５に向けて放射されたマイクロ波Ｍは、透過窓５の表面を伝搬して、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間のギャップ領域７内に放射される。このようにしてギャップ領域７内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマが生成される。そして、生成されたプラズマはギャップ領域７内を拡散し、ギャップ領域７内にプラズマが充満する。ギャップ領域７内に拡散、充満したプラズマを媒介として、高密度プラズマ生成部６の孔部６ａの側壁に沿って表面波が伝わり、ホロー放電により孔部６ａの内部においてギャップ領域７内に充満したプラズマよりも高密度のプラズマが生成される。
【００４８】
この場合、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法が高密度プラズマ生成部６の厚み寸法より小さい場合には、孔部６ａの内部で生成された高密度のプラズマの一部がギャップ領域７側に流出し、それが種となってさらに多くの孔部６ａの内部で高密度のプラズマが生成される。  
また、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間の寸法がプラズマ表皮厚み（マイクロ波電磁界を遮蔽するプラズマの厚さ）より小さい場合には、スロット４ａから透過窓５に放射されたマイクロ波Ｍはギャップ領域７のプラズマを超えて高密度プラズマ生成部６に直接的に導入されるので、孔部６ａの内部で高密度のプラズマが生成されやすくなる。  
高密度プラズマ生成部６により生成された高密度プラズマは処理容器２０内の処理領域２４へ流出、拡散して、処理領域２４内に均一なプラズマが生成される。
【００４９】
そして、このプラズマ中において、プロセスガスＧ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、処理容器２０内を下降して被処理物Ｗの表面に到達し、アッシング処理などのプラズマ処理が行われる。  
プラズマ処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置により処理容器２０外に搬出される。この後、必要があれば、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が繰り返される。
【００５０】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ生成方法は、大気圧よりも減圧された雰囲気において、透過窓５からマイクロ波Ｍを導入してプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、厚み方向を貫通する複数の孔部６ａを有し、透過窓５と離隔させて大気圧よりも減圧された雰囲気に設けられた高密度プラズマ生成部６において、孔部６ａに生じたホロー放電によりプラズマを生成する。  
また、後述するように、厚み方向を貫通する複数の孔部１６ａを有し、高密度プラズマ生成部６と離隔させて透過窓５とは反対の側に設けられた高密度プラズマ生成部１６において、孔部１６ａに生じたホロー放電によりプラズマを生成する。  
そして、例えば、これらのプラズマ生成方法を用いてプラズマを生成し、生成したプラズマにより被処理物のプラズマ処理を実行する。
【００５１】
本実施の形態においては、透過窓５から所定の寸法だけ離隔させて複数の孔部６ａ（貫通孔）を有する高密度プラズマ生成部６を設けている。そのため、高密度プラズマ生成部６と透過窓５との間に形成されたギャップ領域７内をプラズマが拡散、充満することでプラズマの生成領域を拡張することができる。そして、拡張されたプラズマの生成領域内に配置された孔部６ａ（貫通孔）内でホロー放電により高密度のプラズマを生成し、これを処理領域２４内に供給することができる。その結果、処理領域２４内に、大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。
【００５２】
図６は、第２の実施形態に係るプラズマ生成装置、プラズマ処理装置を例示するための模式図である。    
図６に示すように、プラズマ処理装置１００ａは、プラズマ生成装置１ａ、載置部２３などを備えている。    
また、プラズマ生成装置１ａには、マイクロ波発生部２、導入導波管３、スロット板４、透過窓５、高密度プラズマ生成部６、高密度プラズマ生成部１６、処理容器２０、ガス供給部２１、減圧部２２が設けられている。  
図１において例示をしたプラズマ生成装置１とは、高密度プラズマ生成部１６がさらに設けられている点が異なる。そして、高密度プラズマ生成部１６は、高密度プラズマ生成部６から離隔させて設けられている。すなわち、厚み方向を貫通する複数の孔部１６ａを有し、高密度プラズマ生成部６と離隔させて透過窓５とは反対の側に設けられた高密度プラズマ生成部１６をさらに備えている。高密度プラズマ生成部１６は、孔部１６ａにおいてホロー放電によりプラズマを生成する。なお、高密度プラズマ生成部１６は、高密度プラズマ生成部６と同様のものとすることもできる。  
また、高密度プラズマ生成部１６と高密度プラズマ生成部６との間の寸法は、例えば、プラズマ表皮厚みより小さくなるようにすることができる。また、高密度プラズマ生成部１６と高密度プラズマ生成部６との間の寸法が高密度プラズマ生成部１６の厚み寸法より小さくなるようにすることができる。すなわち、高密度プラズマ生成部１６と高密度プラズマ生成部６との間に形成されるギャップ領域７ａに関する条件は、前述したギャップ領域７と同様とすることができる。
【００５３】
なお、プラズマ生成装置１ａ、プラズマ処理装置１００ａの作用やプラズマ生成方法、プラズマ処理方法に関しては、前述したプラズマ生成装置１、プラズマ処理装置１００の場合と同様のためその説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態においては、高密度プラズマ生成部１６をさらに設けるようにしているので、処理領域２４内に、より大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。すなわち、高密度プラズマ生成部６の孔部６ａ（貫通孔）から流出したプラズマはギャップ領域７ａ内に充満するので、それが種となって、より多くの孔部１６ａ（貫通孔）内においてホロー放電により高密度プラズマを生成することができる。そのため、高密度プラズマ生成部６のみが設けられる場合よりもさらに広い範囲において孔部１６ａ（貫通孔）内でプラズマを生成することができる。
【００５５】
この場合、孔部１６ａ（貫通孔）は、孔部１６ａ（貫通孔）の軸方向視において、孔部６ａ（貫通孔）と少なくとも一部が重なるように配設されていることが好ましい。この様にすれば、孔部６ａ（貫通孔）内で生成された高密度のプラズマを孔部１６ａ（貫通孔）に容易に移行させることができる。そして、孔部１６ａ（貫通孔）の軸線と孔部６ａ（貫通孔）の軸線とがほぼ一致するように孔部６ａ（貫通孔）を配設するようにすれば、孔部６ａ（貫通孔）内で生成された高密度のプラズマを孔部１６ａ（貫通孔）にさらに容易に移行させることができる。
【００５６】
また、孔部６ａの場合と同様に、孔部１６ａの形状、大きさ、配設形態からなる群より選ばれた少なくとも１つを変化させてプラズマ密度の分布を制御することもできる。  
また、高密度プラズマ生成部６と高密度プラズマ生成部１６を合わせた厚み寸法は孔部（貫通孔）内部のプラズマの流出を妨げない程度に薄い方がよく、２ｃｍ程度以下であることが好ましい。  
なお、高密度プラズマ生成部の配設数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。  
本実施の形態によれば、処理領域２４内に、より大面積、かつ均一なプラズマ密度のプラズマを生成することができる。
【００５７】
以上は、透過窓５にマイクロ波Ｍを導入するマイクロ波導入部として、いわゆるスロットアンテナ（スロット４ａ）を例示した場合であるが、マイクロ波導入部はこれに限定されるわけではない。  
例えば、図７に例示をするようにマイクロ波Ｍを透過窓５に直接導入するようにしてもよい。この場合は、導入導波管３ａの開口部分がマイクロ波導入部となる。また、マイクロ波導入部として複数のスロットを有する平面アンテナなどを用いることもできる。すなわち、マイクロ波導入部により限定されるわけではなく、いわゆる「ＳＷＰ（Surface Wave Plasma：表面波プラズマ）装置」と呼ばれるマイクロ波励起型のプラズマ処理装置に広く適用させることができる。
【００５８】
また、導入導波管３の数や形態も適宜変更することができる。  
例えば、直線状の導入導波管３を１つ設けるようにすることもできるし、複数の直線状の導入導波管３を平行に設けるようにすることもできる。この場合、複数の導入導波管３を平行に設けるようにすれば、透過窓５の全面に広くマイクロ波Ｍを導入することができる。そのため、より大面積のプラズマを生成することができる。  
また、円環状の導波管を設け、共振させたマイクロ波Ｍを導入することもできる。
【００５９】
ここで、液晶ディスプレイや薄膜太陽電池などのプロセスにおいては、被処理物Ｗが矩形状であり、処理容器も直方体の場合が多い。そのため、この様な場合には、矩形断面を有する導入導波管を平行に設け、スロットアンテナを用いてマイクロ波Ｍを導入するようにすることが好ましい。  
一方、半導体プロセスのように円形の半導体ウェーハを円筒状の処理容器内に載置してプラズマ処理を行う場合には、例えば、同軸導波管を用いてマイクロ波Ｍを導き、軸対称なスロットアンテナ系（平面アンテナ）を用いた方が、円周方向に一様な分布をもつプラズマを得やすい。  
そのため、これらの要素に関しては、被処理物Ｗの種類や形状などに応じて適宜変更することが可能である。
【００６０】
以上、本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、当業者が適宜設計変更を加えたものも、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、プラズマ生成装置１、プラズマ生成装置１ａ、プラズマ処理装置１００、プラズマ処理装置１００ａなどが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、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、実施例では処理容器内を大気よりも減圧した雰囲気としてプラズマ処理を行う場合を例に挙げて説明したが、減圧せずに大気圧下でプラズマ放電を生じさせてプラズマ処理を行うことも可能である。  
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。
【符号の説明】
【００６１】
１  プラズマ生成装置、１ａ  プラズマ生成装置、２  マイクロ波発生部、３  導入導波管、３ａ  導入導波管、４  スロット板、４ａ  スロット、５  透過窓、６  高密度プラズマ生成部、６ａ  孔部、７  ギャップ領域、７ａ  ギャップ領域、１６  高密度プラズマ生成部、１６ａ  孔部、２０  処理容器、２１  ガス供給部、２２  減圧部、２３  載置部、２４  処理領域、１００  プラズマ処理装置、１００ａ  プラズマ処理装置、Ｇ  プロセスガス、Ｍ  マイクロ波、Ｗ  被処理物
【図１】
0005429542.tif 000002
【図６】
0005429542.tif 000003
【図７】
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【図２】
0005429542.tif 000005
【図３】
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【図４】
0005429542.tif 000007
【図５】
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