(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウエハ等の基板状の試料の表面の処理の不均一を抑制できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】装置は内部に円筒形状の処理室を有し真空容器を構成する金属製の処理容器１と、その上部に配置された略円筒形を有した誘電体製の放電管２を備えている。更に放電管２の上部には円形の金属で構成された上蓋３が配置され、放電管２及びこれと連通された処理容器１内部の処理室と外部の雰囲気との間を気密に封止している。放電管２の円筒形の外周側壁には放電管２を囲んで複数回の段数で巻かれたコイル状のアンテナ１１が配置されている。このアンテナ１１が配置された高さ位置での放電管の内径は処理対象である半導体ウエハ８の径よりも小さくされている。さらに放電管２はアンテナ１１よりも下方においてその内径が上方よりも大きくなる構成を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が減圧される真空容器の上部を構成しその内側でプラズマが形成される円筒形の放電部と、放電部の下方で前記真空容器を構成しその内部に処理対象のウエハが配置される処理容器と、前記放電部上部に配置され内部にプラズマ生成用の第一のガスを供給する第一のガス供給口と、前記放電部の外周でこれを囲んで巻かれて配置され前記プラズマを形成するための電力が供給されるアンテナと、前記処理容器の内部であって前記放電部の下方に配置され前記ウエハがその上面に載置されるステージとを備えたプラズマ処理装置であって、
前記放電部は、前記ウエハの径よりも小さい径を有し且つ前記処理容器と連結されるその下部において径が大きくなる段差部を有し、前記ステージの上方の前記放電部の中心部で上下方向に延在して配置されたガス導入管であって前記処理容器内に第二のガスを前記ステージの中央側から外周側に向けて放射状に供給する第二のガス供給口を前記段差部より下方に有したガス導入管を備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管が複数の前記第二のガス供給口とこれらの前記第二のガス供給口と連通され前記第二のガスが内部を通流する複数の流路とを有し、これら複数の流路内の第二のガスの通流を各々独立に調節する手段を備えたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管は前記円筒形の軸が前記放電部の軸と合致させて前記放電部内に配置されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記放電部内の上部に配置され少なくとも一つの円板状の構造物から構成され前記放電管と同軸上に配置された第一のガスの整流手段を備えたプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
記整流手段が石英、セラミックのいずれかからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記整流手段が金属であるプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管は金属から構成されたプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管の材質は石英、セラミックのいずれかからなるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング、アッシング、CVD（Chemical Vapor Deposition）等、真空容器内の処理室内に形成したプラズマを用いて当該処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状試料を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの量産工程において、プラズマエッチング、プラズマＣＶＤ、プラズマアッシング装置等のプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理は、減圧した状態の処理用ガスに高周波電力を投入することで発生したプラズマ中のイオンやラジカルをウエハステージ上に載置されたウエハに照射することで行われる。
【０００３】
近年、半導体デバイスの製造において、生産性向上のためにウエハ径は大口径化しており、プラズマ処理装置も大型化している。ウエハ径拡大の一方で、スループット向上、加工形状均一性に対する要求は従来装置以上の性能が求められており、厳しくなっている。スループット向上は、例えば、プラズマ生成部で発生したイオンや活性種を効率的にウエハに供給することや、効率的に活性種を生成することなどで実現でき、加工形状均一性に関しては、例えば、ウエハ面内に均一にイオンやラジカルを供給することによって達成される。
【０００４】
例えば、アッシング処理装置においては、酸素や水素等の処理用ガスを高周波電力によりプラズマ化させ、ウエハに照射し、ウエハ上のレジストを灰化して除去する。プラズマアッシング装置は、放電管上部からガス（Ｏ２等）を導入し、高周波電力が供給されたアンテナから生じる誘導電界によってエネルギーを得た電子が供給ガスに衝突し、供給ガス分子を解離させて活性種（Ｏラジカル等）を生成する。
【０００５】
前記活性種は、下流領域に設置したウエハに照射され、表面で化学反応してアッシングが行われる。このようなプラズマアッシング装置では、スループット向上のために、比較的高い電力、圧力、大流量条件下で動作させることが多く、典型的に、供給電力は１〜１０ｋＷ、装置内圧力は１００〜５００Ｐａ、装置に供給するガス流量は１〜２０ｓｌｍが用いられる。
【０００６】
プロセスに関与する活性種は、主にプラズマ中の高エネルギーの電子が処理用ガスの分子に衝突し、処理用ガスが解離して生成される。前記プラズマアッシング装置は高圧力で動作させることが多いため、前記活性種は、原料ガスの流れの影響を受けながら拡散し、ウエハまで輸送される。
【０００７】
したがって、所望の処理レートの面内均一性を確保するためには、プラズマによる活性種の発生位置と原料ガスの流れを考慮して装置構造を決定する必要がある。原料ガスの流れは主に、装置形状などの装置構成によるものと、放電管に供給するガス流量、装置内の圧力などの装置パラメータによって決定される。
【０００８】
前記装置パラメータを調整することによって、ある程度処理レートの面内均一性を制御することが可能であるが、装置構成によっては、これらのパラメータの調整のみでは均一性が得られない場合がある。例えば、被処理物の直径に対して、プラズマを生成する放電管径が小さい場合では、放電管で生成された活性種が被処理物の外周部にまで十分に拡散できないため、被処理物外周部で処理レートが低くなり、中心部で高くなる結果が得られる。
【０００９】
逆に、放電管径が被処理物径よりも大きい場合は、処理レートは被処理物の外周部で高くなる傾向となる。そのため、面内の処理レート均一性を確保するためには、放電管の径を適切な値に決定しなければならない。
【００１０】
しかし、ある特定のプロセス条件で放電管径を最適化し、処理レートの面内均一性が確保できたとしても、条件を変更すれば処理レートの面内均一性が大きく変化し、装置パラメータを変更しても改善されない場合がある。例えば、装置に供給するガス種を変更した場合、生成される活性種の拡散係数が異なるために、均一性が大きく悪化することがある。その場合、放電管径を再度最適化する必要がある。放電管径を始めとして、装置構成を変更することは時間とコストがかかるため、装置パラメータを変更するだけで所望の処理レートの面内均一性が達成されることが望ましい。
【００１１】
面内の処理レート均一性制御方法として、例えば、特表平8-508852号公報（特許文献１）に記載の技術が知られている。この特許文献１では、処理空間に下向きに伸びる挿入深さ可変の非導電性のプラグが設置されている。上記構成では、非導電性プラグの挿入によって処理空間体積を変化させることにより、ガス流れを変え、最終的に処理レートの面内均一性を改善することが出来る。
【００１２】
また、特開2005-203209号公報（特許文献２）に記載の技術では、放電管内部に筒状の流量規制具を配置して、放電管内に中央流路と外側流路を設定する構成が開示されている。プラズマ処理において、供給ガスの解離度を制御して、所望の活性種を多く生成したい場合に、解離の度合いを低く抑えたいガスを中央流路に流し、解離の度合いを高くしたいガスを外側流路に流すことによって、所望の活性種を多く生成することが出来る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表平8-508852号公報
【特許文献２】特開2005-203209号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の従来技術は、以下の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。すなわち、特許文献１では、非導電性プラグが太くなければ、ガスの整流効果が得られず、均一性制御ができない。また、その場合には、処理空間体積に対する表面積の割合が増加するので、活性種が前記プラグ壁面で損失して、処理レートが低下する。また、特許文献１の構成では、処理レートの面内周方向均一性の制御はできない。
【００１５】
また、特許文献２に開示の技術では、流量規制具が筒状であるため、内側流路から供給されるガスは径方向成分の速度をほとんど持たずに供給される。したがって、内側流路に供給するガス流量を制御しても、処理レートの面内均一性の制御は困難となるという問題が有った。
【００１６】
本発明の目的は、半導体ウエハ等の基板状の試料の表面の処理の不均一を抑制できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的は、内部が減圧される真空容器の上部を構成しその内側でプラズマが形成される円筒形の放電部と、放電部の下方で前記真空容器を構成しその内部に処理対象のウエハが配置される処理容器と、前記放電部上部に配置され内部にプラズマ生成用の第一のガスを供給する第一のガス供給口と、前記放電部の外周でこれを囲んで巻かれて配置され前記プラズマを形成するための電力が供給されるアンテナと、前記処理容器の内部であって前記放電部の下方に配置され前記ウエハがその上面に載置されるステージとを備えたプラズマ処理装置であって、前記放電部は、前記ウエハの径よりも小さい径を有し且つ前記処理容器と連結されるその下部において径が大きくなる段差部を有し、前記ステージの上方の前記放電部の中心部で上下方向に延在して配置されたガス導入管であって前記処理容器内に第二のガスを前記ステージの中央側から外周側に向けて放射状に供給する第二のガス供給口を前記段差部より下方に有したガス導入管を備えたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体ウエハ等の基板状の試料の表面の処理の不均一を抑制できるプラズマ処理装置を提供することが可能となる。 
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一の実施例に係るプラズマ処理装置の構成図。
【図２】図１に示す実施例において、第二の処理ガスの流量が半導体ウエハ上の酸素ラジカル密度の面内方向の分布に与える影響を示すグラフである。
【図３】本発明の第二の実施例に係るプラズマ処理装置の構成図。
【図４】本発明の第二の実施例に係るプラズマ処理装置におけるガス導入管の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を図面を用いて以下説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、図１及び図２を用いて、本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【００２２】
本実施例に係るプラズマ処理装置は、内部に円筒形状の処理室を有し真空容器を構成する金属製の処理容器１と、その上部に配置され略円筒形を有した誘電体製の放電管２を備えている。更に、放電管２の上部には円形の金属で構成された上蓋３が配置され、放電管２及びこれと連通された処理容器１内部の処理室と外部の雰囲気との間を気密に封止している。
【００２３】
処理容器１の材質は、プラズマ耐性に優れ、ウエハに重金属汚染や異物による汚染を発生させにくい材質、即ち、表面をアルマイト処理したアルミニウム等が望ましい。もしくは、アルミニウムの基材に、イットリア、アルミナ、酸化ケイ素等の材質をコーティングしたものでも構わない。また、放電管２の材質は、プラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等が望ましい。
【００２４】
放電管２の円筒形の外周側壁の外側には放電管２を囲んで複数回の段数で巻かれたコイル状のアンテナ１１が配置されている。また、このアンテナ１１が配置された高さ位置での放電管２の内径は処理対象である半導体ウエハ８の径よりも小さくされている。さらに、放電管２はアンテナ１１よりも下方においてその内径が上方よりも大きくなる構成を有しており、本例では上下の間には内径に段差を有している。
【００２５】
上蓋３は、その外周側の部分の下面で中央側を囲んで配置されたＯリング等の真空シール手段を介して放電管２の上端に取り付けられ、減圧される放電管２内部と大気圧である外部との間を気密に封止された状態を保つように接続されている。上蓋３の材質は、プラズマ耐性に優れ、ウエハに重金属汚染や異物による汚染を発生させにくい材質、即ち、表面をアルマイト処理したアルミニウム等が望ましい。もしくは、アルミニウムの基材に、イットリア、アルミナ、酸化ケイ素等の材質をコーティングしたものでも構わない。あるいは、プラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等を用いても良い。
【００２６】
上蓋３には、放電管２の外側に配置された第一のガス供給手段４と連結されている。この第一のガス供給手段４から供給される第一の処理用ガスは、上蓋３の下方に配置されたガス整流手段５により、所望の流れのパターンに整流された後に放電管２の内部に上方から下方に向けて導入される。
【００２７】
また、本実施例の第一のガス供給手段４は、所望の種類の混合ガスを供給できるように構成されている。第一のガス供給手段４から供給される第一の処理用ガスを構成する物質は、処理を行いたい膜種により適宜選択される。例えば、各種の有機膜を剥離するアッシング処理の場合には、O2, N2, H2, Ar, He, CF4, CO2 の各々或いはこれらのうちから選択された複数の物質の混合ガスが用いられる。
【００２８】
さらに、本実施例では、上蓋３の下部の放電管２内部の空間には、略円盤状の整流手段５が配置されている。整流手段５の材質はプラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等が望ましい。
【００２９】
また、ガス整流手段５の形状は、放電管２内部の空間（放電室）への処理用ガスの供給に適した構成が適宜選択される。例えば、ガス整流手段５として放電室の形状に合わせて円形状を有し複数の貫通孔が円形の面内に適切に分散した位置に配置されたシャワープレートを用いた場合には、放電室へ供給されるガスの不均一さが低減される。一方で、ガス整流手段５の外周縁と放電管の円筒形の内側壁との間の隙間が十分に小さい（本実施例では０．５〜２０ｍｍ）径を有した円板とした場合には、放電室の上部の外周側部分から処理用ガスが供給される構成となる。
【００３０】
さらに、放電管２内部において、ガス整流手段５の下方には放電管２とその中心軸を合致させて配置され円筒形を有し下方に延在したたガス導入管６が配置されている。ガス導入管６の内部には放電管２の外部に配置された第二のガス供給手段７と連結され、その内部に第二のガス供給手段７から供給された第二の処理用ガスが通流する複数のガス管路と、ガス導入管６の下部に配置され放電管２または処理容器１内部の円筒形を有した処理室の径方向で外向きに第二の処理用ガスが流出するガス出口２０とを有している。
【００３１】
本実施例のガス出口２０はガス導入管６の先端部においてこれを囲んで図上水平方向に環状に配置された一つのリング状または複数の円弧状のものが環状に並べられて配置された開口であり、この開口から流出した第二の処理用ガスは周方向についての流量或いは流速の不均一さを抑制できる構成となっている。また、ガス出口２０は放電管２下部の段差部よりも下方に設置されている。ガス導入管６の形状は放電室内においてガス導入管６周囲を通過するガスの流れがその円筒の中心軸の周りについてより均一に近づけるため放電室と軸を合致させたより円筒形状であることが望ましい。
【００３２】
ガス導入管６の材質はプラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等が望ましい。または、プラズマ耐性が高く、異物や汚染の原因にならないならば、金属を用いても良い。
【００３３】
第二のガス供給手段７から供給される第二の処理用ガスの種類は、第一の処理用ガスと同一種であっても良いが、その限りではない。例えば、第一の処理用ガスの流れ方向を変え、かつ、基板処理に悪影響を与えないガスとして、例えばHe, Ar, N2を用いても良い。
【００３４】
処理室内部には、円筒形を有してその中心軸が放電管２の軸と合致させて配置され被処理物である半導体ウエハ８がその上面である載置面に載置されるウエハステージ９と、ウエハステージ９の直下方であってその中心軸が放電管２またはウエハステージ９と合致させて配置された円形の排気口とが配置されている。
【００３５】
ウエハステージ９の材質は、表面をアルマイト処理したアルミニウムや、チタン合金が望ましい。また、ウエハステージ９には図示しないヒーター、もしくはチラーが備えられており、本例では２０℃から４００℃までの範囲でウエハステージ９の温度を調節できる構成となっている。さらには、ウエハステージ９の内部には図示しない半導体ウエハ８を上下させて載置面に対して載置または離間させる昇降用のリフトピンが内部に収納可能に備えられている。
【００３６】
排気口は処理容器１の下方に配置された真空排気手段１０と連結されている。本実施例では、内部の処理室内を排気するための真空排気手段１０として、真空ポンプとこの真空ポンプと排気口との間に配置されこれらを連通する排気流路の流路断面積を増減して排気流量速度を調節するための可変コンダクタンスバルブとを備えている。
【００３７】
放電管２または処理室内へ所望の流量の第一または第二の処理用ガスを流した状態で、可変コンダクタンスバルブによる流路の断面積を増減することにより、放電管２または処理室内部が処理に適した所望の圧力に調節される。また、処理容器１の側面には、半導体ウエハ８の搬入出用の開口である図示しないゲートが配置され、処理容器１の側壁に連結された別の真空容器である搬送容器内に配置されたロボットアーム等の搬送装置により、未処理の半導体ウエハ８が処理室内にゲートを介して搬入され、または処理室内で処理された半導体ウエハ８が処理室から搬出される。
【００３８】
第二のガス供給手段７から供給される上記第二の処理用ガスは、ガス導入管６内部のガス管路を通りガス出口２０から放電管２内部の放電室或いは処理室にその径方向外向き成分の速度を有して、ガス導入管６の周囲に放射状に導入され、放電管２下部の段差部より下方の処理室内で半導体ウエハ８の中央部から外周部に向かって放射状に拡散して流れて半導体ウエハ８の外周縁を通り、ウエハステージ９の外周側壁と円筒形の処理室の内側壁との間の空間を下方に向けて下降した後に排気口から排出される。実施例は、このようなガス導入管６の構成を備えたことにより、処理室内の半導体ウエハ８の上方の空間で中央側から外周側に向かうガスや粒子の流れを形成し、放電室において形成されたプラズマ中に存在する活性種を放電管２の下方の処理容器１内部の処理室内に配置された半導体ウエハ８の外周部にまで効果的に輸送することができる。
【００３９】
放電管２の外側には、アンテナ１１とこれの一端に電気的に接続された整合回路１２及び高周波電源１３とが配置されており、高周波電源１３からの高周波電力は、整合回路１２、アンテナ１１及び接地された端部（アース）とで閉じられた回路に供給される。
【００４０】
本実施例のアンテナ１１の材質は、電気抵抗値が小さく一般的な材質である銅が用いられる。また、高周波的な特性を向上させる目的で、銅の表面に銀や金のめっきを施しても構わない。
【００４１】
また、整合回路１２は必ずしも必要でなく、整合回路１２がなくてもインピーダンス整合が取れる手段があれば、その手段を用いても良い。本実施例の高周波電源１３が供給する電力は、４００ｋＨｚから４０ＭＨｚの間の周波数のものが適切に選択される。
【００４２】
本例のプラズマ処理装置では、第一のガス供給手段４から処理室内での半導体ウエハ８の処理に適した処理用ガスを処理室に導入した状態で、アンテナ１１に高周波電源１３からの高周波電力を供給して形成された電磁誘導による電界を用いて処理用ガスを励起して、活性種を含むプラズマ１４を放電管２内部の筒状の空間内で生成する。当該発生した活性種は、整流手段５を介して放電管２の下方に向けて導入される第一の処理用ガスと、ガス導入管６下部のガス出口２０から処理室の径方向外向きの成分を有するように供給される第二の処理用ガスの流れに影響を受けて拡散しつつ半導体ウエハ８の表面上方に到達する。
【００４３】
活性種とその表面に配置された複数の膜層を有した膜構造の処理対象の膜を構成する材料との相互作用により当該膜の処理が実施される。なお、図１中の矢印１６，１７はそれぞれ第一、第二の処理用ガスの流れの方向の例を模式的に示したものである。
【００４４】
次に、図２を用いて本実施例に係るプラズマ処理装置を用いて実施された半導体ウエハ８の処理の結果を説明する。特に、本実施例においてエッチング処理の速度（レート）の半導体ウエハ８の面内方向についての均一性が向上されることを説明する。図２は、図１に示す実施例において、ガス導入管６に供給する第二の処理ガスの流量が、ウエハ上の酸素ラジカル密度分布、すなわち処理レートの面内方向についての分布に与える影響を示すグラフである。
【００４５】
本図において、その横軸は、半導体ウエハ８の中心部からの半径方向についての位置（距離）、縦軸が半導体ウエハ８上での酸素ラジカルの密度の大きさを示している。本例では、第一と第二の処理ガスとして酸素を放電管２及び処理室に供給し、第一の処理ガス流量を１０ｓｌｍとして活性種の移流拡散方程式を解き、半導体ウエハ８上に到達する酸素ラジカル密度分布を計算した結果を示している。
【００４６】
図２の点線に示されるように、第二の処理ガスの流量が０．０１ｓｌｍの場合には、半導体ウエハ８の半径方向についてのラジカルの密度の分布は中心が高く外周側が低くなる、所謂中高の分布となることが判る。また、図２一点鎖線に示すように、第二の処理ガス流量を０．１ｓｌｍに増加させた場合には、外周部におる処理レートが中心部に比べて相対的に上がっており、半導体ウエハ８上に到達する酸素ラジカルの量の半径方向についての不均一さが低減されていること、即ち半導体ウエハ８の密度の分布が均一化されていることがわかる。図２の実線に示されるように、第二の処理ガス流量を更に０．５ｓｌｍまで増加させた場合には、半導体ウエハ８上のラジカルの密度分布が中央側より外周側のものが高くなる所謂外高の分布にすることができることが判る。
【００４７】
このように、ガス導入管６から半径方向について外向きに放出される第二の処理用ガスの流量を調節することにより、放電管２及び処理室内のガス流れを変え、半導体ウエハ８の処理レートの面内方向についての分布を調節できることが判る。この分布の調節は、第二の処理用ガスの流れにより処理室内において活性種を半導体ウエハ８の半径方向外向きに拡散させ、当該拡散の度合いを所望に調節することにより実現される。
【００４８】
また、第二の処理用ガスによって活性種の拡散を効果的に制御するために、本実施例では放電管２内での活性種の発生位置よりも下方であって第一の処理用ガスの流れ方向の下流側の位置に、ガス導入管６のガス出口２０を配置している。特に本例では、ガス出口２０がアンテナ１１高さの中心よりも下方に配置されている。
【００４９】
更に、より高い処理レートの面内均一性を実現するためには、第二の処理用ガスを供給せず第一の処理用ガスを供給した状態で放電管２内でプラズマを形成し半導体ウエハ８を処理した場合の処理レートが中高分布である必要がある。これを実現するために、本例では放電管２の内径がウエハ８の直径よりも小さくされている、もしくは、第一の処理用ガスが放電管２の内部の空間（放電空間）の上部の外周側から下向きで中心方向に向かって活性種が流れるような整流手段５を用いれば良い。
【００５０】
図３を用いて上記実施例の変形例を説明する。図３は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【００５１】
本例では、実施例と異なる整流手段５またはガス導入管６の構成を備えた例を示す。本例は、処理レートの半導体ウエハ８の径方向についての均一性とともに処理レートの高速化や周方向についての均一性を向上させることができる。
【００５２】
本例の基本的な構成は実施例と同様であり、同等の構成についての説明は省略する。図３において、放電管２内部に配置されたガス整流手段５はその外周縁と放電管の内側壁面との間の隙間が０．５〜２０ｍｍの範囲の値で配置された円筒形の部材１５を有している。
【００５３】
さらに、放電管２内の部材１５の下方には、これと接続されて下方に延在する円筒形を有したガス導入管６が配置されている。本例において、放電室内で形成されたプラズマ内の活性種のうちガス導入管６の壁面と接触して消失あるいは励起状態から安定状態に遷移するものの量を小さくするために、ガス導入管６の径または表面積は小さい方が望ましい。
【００５４】
また、第一の処理用ガスは部材１５と放電管２の内側壁との間の隙間を、放電管２の中心部ではなく内側壁面に沿って流れて、アンテナ１１の各巻線に対応した高さ位置に形成される密度が最も大きなプラズマ１４の領域（プラズマ形成領域）に供給される。本例では、円筒形を有した部材１５の放電室内での下端はアンテナ１１の上下方向について最も高い位置の巻線より下方に位置している。
【００５５】
上記の構成により、プラズマ１４の領域を通過する第一の処理用ガスの流量を大きくすることができ、処理用ガスを効率的に解離して活性種を効率的に生成することが出来る。さらに、部材１５の径を大きくして第一の処理用ガスの通過する流路を狭めることで、放電管２に流入して放電室を下方に向けて流れる第一の処理用ガスの速度を高くして半導体ウエハ８上に活性種を効率的に供給する。
【００５６】
また、プラズマ１４の領域に効率的に第一の処理用ガスを供給するために、部材１５の下端部は複数の巻数を有するアンテナ１１の上下方向についての高さ中心よりも１〜５ｃｍ上方にあることが望ましい。アンテナ１１高さ中心以下の位置に部材１５の下端部がある場合には、プラズマ１４の領域での放電を物理的に妨げてしまい活性種を生成し難くしてしまったり、例え活性種がプラズマ１４の領域で生成されたとしても下方に拡散して移動していく経路で部材１５の表面と接触して消失またはその状態が遷移してしまったりすることになる。
【００５７】
また、部材１５は、上記の例のように必ずしも一つの構造体で構成されている必要はなく、他の形状や複数の部材から構成されていても良い。例えば、外周縁と放電管２の内側壁表面との間の隙間が０．５〜２０ｍｍ程度である円板から構成された複数のバッフル板が上下方向に隙間を空けて配置された構成であっても良い。
【００５８】
次に、図４を用いて本例において用いられるガス導入管６の構成を説明する。図４は、図３に示す変形例に係るガス導入管の構成の概略を模式的に説明する斜視図である。
【００５９】
本図において、ガス導入管６の内部に第二のガス供給手段７から供給される第二の処理ガスの流路が複数本（本例では３本）配置された構成を示している。なお、第二のガス供給手段７に接続されたガス導入管６内の流路は必ずしも３本である必要はない。
【００６０】
複数の流路であって各々の流路に対応したガス出口２０がガス導入管６の下部にその軸周りについて径方向外向きに開口され流出する第二の処理用ガスが径方向外向きの成分を有するように配置され、且つ各々のガス流路の流量が独立して調節可能であることが必要であり、求められる処理の内容に対応して配置する或いは用いるガス流路の数や配置が選択される。また、ガス導入管６に複数設置された流路に対して、それぞれの流路に供給する第二の処理用ガスの流量を独立して調節することにより、半導体ウエハ８の処理レートの周方向についての不均一さを低減することができる。
【００６１】
また、近年では、半導体ウエハ８へ付着する異物の数をさらに低減することが求められている。プラズマ処理装置の内外の異物発生源から発生する微粒子状の異物がウエハ上の微細パターン上に付着すると、断線などの不良が生じ、歩留まり低下を引き起こすことが知られている。
【００６２】
このような半導体ウエハ８上に付着する異物の発生源としては、例えば半導体ウエハ８を搬送している際、ガス種やガス流量、内部の圧力、放電を実施する電力等の処理の条件の切り替えの際等の、装置内部の空間での急激な圧力の変動が契機となって発生すると想定されている。このような異物が半導体ウエハ８上に付着しないようにするプラズマ処理装置、もしくはプラズマ処理方法が望まれている。
【００６３】
このような異物は、第二の処理用ガスを半導体ウエハ８の処理の開始前から処理の終了後に亘って供給し続けて、処理室または放電室の内部でガスや粒子の流れを持続させることにより抑制が可能である。これは、第二の処理用ガスは半導体ウエハ８の径方向について中央側から外向きに流れるため、半導体ウエハ８上方の処理室内に浮遊する付着性を有した粒子は第二の処理用ガスの流体の粘性力により当該ガスと共に半導体ウエハ８の中央側から外周側まで流されて更にウエハステージ９の外周を下降して排気されるからである。
【００６４】
このような第二の処理用ガスとしては、半導体ウエハ８の処理対象の膜についての処理に悪影響を与えないガスとして、例えば化学的に不活性なガスであるHe, Ar, N2, Kr, Xeなどを用いることが望ましい。第二の処理用ガスに化学的に不活性なガスを用いることにより、例えば、第一の処理用ガスとの気相中での反応や、プラズマ処理中に発生する反応生成物との反応によって堆積性(不揮発性)の物質などの生成を抑制できる。
【００６５】
なお、上記実施例に係る発明は、半導体ウエハ等の基板状のエッチング、アッシング、CVD（Chemical Vapor Deposition）等で試料を処理するプラズマ処理装置に適用可能である。
【００６６】
以上実施例によれば、半導体ウエハ８の処理のレートの面内方向についての均一性を向上できる。さらに、処理レートの高速化、半導体ウエハ８への異物の付着の抑制が可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
１…処理室
２…放電管
３…上蓋
４…第一のガス供給手段
５…ガス整流手段
６…ガス導入管
７…第二のガス供給手段
８…半導体ウエハ
９…ウエハステージ
１０…真空排気手段
１１…アンテナ
１２…整合回路
１３…高周波電源
１４…プラズマ
２０…ガス出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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