JP2019075516A - プラズマ処理装置及びガス流路が形成される部材 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ生成空間においてガスを整流することを目的とする。【解決手段】ガス流入口と、該ガス流入口に連通し、ガスを流すガス流路と、該ガス流路の下方に位置し、ガスから生成したプラズマによる処理を行う処理室とを有する反応容器を備え、前記ガス流路は、前記反応容器の内部に周方向に形成され、前記ガス流入口からのガスを流す第１のガス流路と、周方向に対して前記処理室に向かって所定の角度に傾斜して前記反応容器の内部に形成され、前記第１のガス流路からのガスを流す第２のガス流路とを有し、前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路を一組として、複数組の前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路が周方向に配置され、前記処理室に向かうガスの旋回流を形成する、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びガス流路が形成される部材に関する。

半導体製造プロセスでは、被処理基板例えば半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という）の表面に形成したレジスト膜をマスクとして用いて、ウェハ上の所定の膜を選択的にエッチングした後にレジスト膜をアッシングにより除去する工程がある。

アッシング処理を行う装置としては、ガスからプラズマを生成するプラズマ生成室と、隔壁部材を介してプラズマ生成室と連通し、プラズマの主にラジカルを用いてアッシングを行う処理室とを有するプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

隔壁部材は、複数の貫通孔を有し、石英等で構成され、隔壁部材の電位を例えば接地レベルに調整することで、プラズマ生成室で生成されたプラズマのイオンを引きつけて捕獲し、ラジカルを複数の貫通孔から処理室に通すように機能する。

特開２００９−１６４５３号公報

しかしながら、プラズマ生成室においてガスの流れが乱れていると、ラジカルが失活等を起こしやすく、その結果、アッシング処理におけるアッシングレートの低下等、プラズマ処理の特性に影響を与える場合がある。

上記課題に対して、一側面では、本発明は、プラズマ生成空間においてガスを整流することを目的とする。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、ガス流入口と、該ガス流入口に連通し、ガスを流すガス流路と、該ガス流路の下方に位置し、ガスから生成したプラズマによる処理を行う処理室とを有する反応容器を備え、前記ガス流路は、前記反応容器の内部に周方向に形成され、前記ガス流入口からのガスを流す第１のガス流路と、周方向に対して前記処理室に向かって所定の角度に傾斜して前記反応容器の内部に形成され、前記第１のガス流路からのガスを流す第２のガス流路とを有し、前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路を一組として、複数組の前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路が周方向に配置され、前記処理室に向かうガスの旋回流を形成する、プラズマ処理装置が提供される。

他の態様によればガス流入口を有し、ガスから生成したプラズマによる処理を行う処理室を有する反応容器に取り付け可能な、ガス流路が形成される部材であって、
前記ガス流路が形成される部材の内部に周方向に形成され、前記ガス流入口からのガスを流す第１のガス流路と、前記反応容器に取り付けられたときに、周方向に対して前記処理室に向かって所定の角度に傾斜して前記ガス流路が形成される部材の内部に形成され、前記第１のガス流路からのガスを流す第２のガス流路と、を有し、前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路を一組として、複数組の前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路が周方向に配置され、ガスの旋回流を形成する、ガス流路が形成される部材が提供される。

一の側面によれば、プラズマ生成空間においてガスを整流することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す図。 一実施形態に係る隔壁部材の一例を示す図。 比較例のガス流路と、本実施形態に係るガスを整流する機構の一例を示す図。 一実施形態に係るガスを整流する機構に形成されたガス流路を説明するための図。 一実施形態に係るガスの流速分布のシミュレーション結果の一例を示す図。 一実施形態に係るガスの流速のシミュレーション結果の一例を示す図。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

［プラズマ処理装置の構成例］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成の一例を示す。プラズマ処理装置１０は、ウェハＷに形成された被エッチング対象膜上のフォトレジスト膜をアッシングして除去するアッシング処理等のプラズマ処理を行う。

プラズマ処理装置１０は、ウェハＷの処理を行う処理室１０２と、処理室１０２に連通し、ガスを励起させてプラズマを生成するプラズマ生成室１０４とを有する。プラズマ生成室１０４は、隔壁部材１４０を介して処理室１０２の上方に設けられ、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）方式によってガスからプラズマを生成する。

プラズマ生成室１０４及び処理室１０２は、例えばアルミニウムなどの金属からなる略円筒状の反応容器１１０を有する。反応容器１１０の上部は、石英、セラミックス等の絶縁部材料からなる略円盤状の蓋体１０７により気密に閉塞されている。

反応容器１１０にはガス流路１２２が設けられている。ガスは、ガス供給部１２０からガス配管１２１及びガス流路１２２を介して、蓋体１０７の外周端部にて周方向にリング状に形成されたガス拡散路１２３からプラズマ生成室１０４の内部空間に導入される。ガス供給部１２０には、ガスを開閉するための開閉バルブ、ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラなどが備えられている。本実施形態では、例えば、ガス供給部１２０から水素（Ｈ２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスが供給される例を挙げて説明するが、ガスの種類はこれに限らない。

反応容器１１０の上部には、アンテナ部材としてのコイル１１９が巻回されている。コイル１１９には高周波電源１１８が接続されている。高周波電源１１８は、３００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数の電力を出力し、コイル１１９に供給する。これにより、プラズマ生成室１０４内に誘導電磁界が形成され、プラズマ生成室１０４内に導入されたガスが励起され、プラズマが生成される。

処理室１０２内にはウェハＷを載置する載置台１０６が設けられている。載置台１０６は、処理室１０２の底部に設けられた支持部材１０８に支持されている。載置台１０６は、例えばアルマイト処理されたアルミニウムから形成される。載置台１０６内にはウェハＷを加熱するためのヒータ１０５が埋設されており、ヒータ１０５はヒータ電源１３８から給電されることによりウェハＷを所定の温度（例えば３００℃）に加熱する。このときの温度は、ウェハＷ上の被エッチング対象膜が大きなダメージを受けない程度の温度、例えば２５０℃〜４００℃程度の範囲で設定することができる。

処理室１０２の内側には、処理室１０２の内壁を保護するライナー１３４が設けられている。ライナー１３４は、例えばアルミニウムから形成されている。排気口１２６は、ライナー１３４及び処理室１０２の側壁を貫通し、真空ポンプを含む排気装置１２８に接続されている。これにより、排気装置１２８を作動させることによって処理室１０２及びプラズマ生成室１０４内を所定の真空度まで減圧することができる。

また、処理室１０２の側壁には、ゲートバルブ１３０によって開閉自在な搬出入口１３２が形成されている。ウェハＷの搬出入は、例えば図示しない搬送アームなどの搬送機構によって行われる。

処理室１０２とプラズマ生成室１０４との間にて各室を隔てる隔壁部材１４０には、複数の貫通孔１４４が形成されている。図２に、隔壁部材１４０を貫通する複数の貫通孔１４４の配置の一例を示す。隔壁部材１４０には、内周側から順に同心円状に複数の貫通孔１４４ａ、１４４ｂ、・・・が形成され、最外周に複数の貫通孔１４４ｆが形成されている。なお、貫通孔１４４は、複数の貫通孔１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄ、１４４ｅ、１４４ｆを総称して称呼する際に用いる。貫通孔１４４の配置及び個数は、図２の例に限らない。

隔壁部材１４０は、プラズマ生成室１０４において生成されるプラズマのうち、ラジカルを複数の貫通孔１４４から処理室１０２に通す。すなわち、プラズマ生成室１０４においてガスが励起されプラズマが発生すると、ラジカル、イオン、紫外光などが発生する。隔壁部材１４０は、石英等で構成され、プラズマ生成室１０４で生成されたプラズマのイオンと紫外光を遮蔽して、ラジカルのみを処理室１０２へ通過させる。

図１に示す反応容器１１０の側壁には、例えば石英により形成され、反応容器１１０の側壁を覆うようにリング状部材１５０が設けられている。リング状部材１５０の上部は、内側に向かって徐々に内径が小さくなるように丸く形成されている。リング状部材１５０の内壁は、隔壁部材１４０の最外周の貫通孔１４４ｆを塞がない程度に貫通孔１４４ｆに近接す。以下、リング状部材１５０をプラズマ生成室１０４の側部に配置し、プラズマ生成室１０４の空間を狭くすることを、プラズマ生成室１０４の小径化又は単に小径化とも表記する。

かかる構成のプラズマ処理装置１０において、ウェハＷにプラズマ処理を行う場合、まずゲートバルブ１３０を開いて、搬出入口１３２から処理室１０２内にウェハＷを搬入し、載置台１０６上に載置する。

次に、ゲートバルブ１３０を閉じて、排気装置１２８により処理室１０２の内部及びプラズマ生成室１０４の内部を排気して所定の減圧状態にする。また、ウェハＷが所定の温度（例えば３００℃）になるように、ヒータ電源１３８からヒータ１０５に所定の電力を供給する。

続いて、ガス供給部１２０からプラズマ生成室１０４内にガス配管１２１、１２２及びガス拡散路１２３を介して水素ガス及びアルゴンガスを供給する。高周波電源１１８からコイル１１９に例えば４０００Ｗの高周波電力を供給して、プラズマ生成室１０４の内部に誘導電磁界を形成する。これにより、プラズマ生成室１０４において水素ガス及びアルゴンガスからプラズマが生成される。生成されたプラズマのうち、紫外光、イオンは隔壁部材１４０により遮蔽され、ラジカルが通過する。これにより、処理室１０２内のウェハＷの表面は、紫外光と水素イオンからのダメージを受けることなく、ラジカルによって、例えばウェハＷ上のフォトレジスト膜のアッシング処理などの所望の処理を実行できる。

なお、本実施形態では、プラズマ生成室１０４を、誘導結合プラズマ方式によってプラズマを生成するが、必ずしもこれに限定されるものではない。

［プラズマ生成室におけるガスの流れ］
プラズマ生成室１０４にてガスの流れが乱れていると、ラジカルが失活等を起こしやすく、アッシング処理におけるアッシングレートの低下等、プラズマ処理の特性に影響を与える。

一方、処理室１０２においてラジカルにより行うアッシング処理等の特定のプロセスでは、プラズマ生成室１０４に大流量のガスを導入し、かつ、プラズマ生成室１０４内を２．５Ｔｏｒｒ（３３３Ｐａ）程度又はそれ以上の高圧にすることが好ましい。

そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、プラズマ生成室１０４の内部に、ガスを整流する機構を設け、プラズマ生成室１０４内でガスの旋回流を起こし、ガスを整流する。これにより、大流量及び高圧力のプロセス条件においてもプラズマ生成室１０４におけるガスの乱れを抑制し、ラジカルが失活せずに処理室１０２に送られるようにする。

［プラズマ生成室におけるガスを整流する機構］
本実施形態におけるプラズマ生成室１０４に設けられたガスを整流する機構について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、比較例１，２にかかるガス流路の一例を示す図であり、図３（ｃ）は、本実施形態に係るガスを整流する機構の一例を示す図である。図４は、本実施形態に係るガスを整流する機構に形成されたガス流路を説明するための図である。

まず、図３を参照すると、図３（ａ）に示す比較例１のプラズマ生成室の上面には、複数のガス流入口１１１が等間隔で形成されている。反応容器１１０の上面は、蓋体１０７により閉じられる。なお、図３（ａ）では、蓋体１０７の図示を省略し、プラズマ生成室の内部が見えるようになっている。これにより、ガスは、蓋体１０７によって閉じられた空間に形成されたガス拡散路１２３を周方向に流れ、ガス拡散路１２３に連通する複数のガス流入口１１１の開口からプラズマ生成室１０４の内部に導入される。

図３（ａ）に示す比較例１の複数のガス流入口１１１は、プラズマ生成室の周方向に対して垂直に形成されている。この場合、プラズマ生成室の内部に導入されたガスは整流されず、ガスの流れに乱れが生じることがわかった。

そこで、図３（ｂ）に示す比較例２の複数のガス流入口１１２は、プラズマ生成室の周方向に対して、ガスの進行方向に向かって斜めに傾くように形成されている。これにより、プラズマ生成室の内部にてガスの淀みが少なくなった。ただし、この場合においても、プラズマ生成室の内部にてガスを整流できるまでには至らず、ガスの流れに乱れが生じることがわかった。

図３（ｃ）は、本実施形態にかかるプラズマ生成室１０４に設けられたガスを整流する機構Ｕを示す。本実施形態にかかる反応容器１１０の上面は、図４（ａ）に示すように蓋体１０７により閉じられる。ガスは、蓋体１０７により閉空間となるガス拡散路１２３を周方向に流れ、ガス拡散路１２３に連通する複数のガス流入口１１３からプラズマ生成室１０４の内部に導入される。

図４（ｂ）には、図４（ａ）に示した蓋体１０７を取り除いた状態を示す。図４（ｂ）の例では、ガス拡散路１２３に連通する、等間隔に配置された８つのガス流入口１１３が、ガス拡散路１２３に対して斜めに形成されている。なお、ガス流入口１１３は、リング状部材１５０に形成されてもよいし、反応容器１１０に形成されてもよいし、反応容器１１０とリング状部材１５０に跨って形成されてもよい。また、ガス流入口１１３は、反応容器１１０の径が大きくなるほど数を増やし、ガスがプラズマ生成室１０４内に均等に流入されるようにすることが好ましい。リング状部材１５０は、複数の第１のガス流路１１４と複数の第２のガス流路１１５とを有するガス流路が形成される部材の一例である。

プラズマ生成室１０４には、複数のガス流入口１１３に連通し、ガスの流れの方向に向かって、周方向に複数の第１のガス流路１１４が形成されている。更に、プラズマ生成室１０４には、複数の第１のガス流路１１４に一対一に連通し、第１のガス流路１１４に対して隔壁部材１４０側に所定の角度に傾斜して複数の第２のガス流路１１５が形成されている。

本実施形態では、図３（ｃ）及び図４（ｂ）に示すように、複数の第１のガス流路１１４と複数の第２のガス流路１１５とは、リング状部材１５０の曲面又は球面上の内壁に形成された凹みである。複数の第１のガス流路１１４は周方向に形成されている。複数の第２のガス流路１１５はガスが流れる方向であって、斜め下方向に傾斜している。第２のガス流路１１５が傾斜する方向は、ガス流入口１１３が傾斜する方向と同一又は類似する方向である。かかる構成により、第１のガス流路１１４及び第２のガス流路１１５を一組として、複数組の第１のガス流路１１４及び第２のガス流路１１５が周方向に配置され、処理室１０２に向かうガスの旋回流を形成する。さらに、複数組の第１のガス流路１１４及び第２のガス流路１１５は、筒状の反応容器１１０の中心軸に対して対称性を有する位置に形成される。これにより、処理室１０２に向かう、偏りのないガスの旋回流を作ることができる。

図４（ａ）の切断部端面図を示す図４（ｃ−１）と、ガス流入口１１３の近傍を拡大した図４（ｃ−２）とを参照すると、ガス拡散路１２３は、蓋体１０７、反応容器１１０及びリング状部材１５０により、プラズマ生成室１０４の上部外周側に全周に渡って形成された閉空間となる。

図４（ｃ−３）は、ガス流入口１１３の周囲を拡大した斜視図である。この図に示すように、ガス流入口１１３と第１のガス流路１１４とが連通する部分の、第１のガス流路１１４が形成される周方向と逆の方向には、ガスの流れを遮断する壁部１１６が形成されている。壁部１１６を設けることにより、ガスが第１のガス流路１１４に流れる方向とは逆の方向に流れることを防止することができる。

第１のガス流路１１４は、第２のガス流路１１５と連通し、当該連通する部分において、第２のガス流路１１５の断面積は、第１のガス流路１１４の断面積よりも大きくなっている。これにより、第１のガス流路１１４内の圧力を、第２のガス流路１１５内の圧力よりも低くすることで、ガスを流れ易くすることができる。

第２のガス流路１１５は、第１のガス流路１１４が形成された周方向に対して隔壁部材１４０に向かって所定の角度に傾斜して形成される。第２のガス流路１１５を、ガスの進行方向に対して斜め下側に傾斜させることで、複数の第１のガス流路１１４を周方向に流れるガス同士が衝突せず、斜め下に流れるようにすることができる。また。ガスをプラズマ生成室１０４におけるガスの進行方向に対して斜め下方向に絞り込むことで、斜め下に向かうガスの旋回流を形成し、ガスを整流することができる。これにより、ガスをプラズマ生成室１０４から隔壁部材１４０に誘導することができる。

また、第２のガス流路１１５は、先端に向かって細くなっている。これにより、第２のガス流路１１５の先端に近づくほどガスの流速が早くなる。これにより、ガスの流速を上げてガスの旋回流を起こし易くし、これにより、プラズマ生成室１０４においてガスを整流することができる。

以上に説明した本実施形態に係るプラズマ生成室１０４の側壁には、プラズマ生成室１０４の空間を狭める所定の厚さのリング状部材１５０が設けられ、リング状部材１５０に第１のガス流路１１４及び第２のガス流路１１５が形成された。しかし、これに限らず、プラズマ生成室１０４にリング状部材１５０を設けなくてもよい。この場合、反応容器１１０にガス流路口１１３、第１のガス流路１１４及び第２のガス流路１１５が形成される。これによってもプラズマ生成室１０４において斜め下に向かうガスの旋回流を形成し、ガスを整流することができる。

ただし、プラズマ生成室１０４を小径化する機能を有するリング状部材１５０をプラズマ生成室１０４の内壁に設けることで、最外周の貫通孔１４４ｆの外側で発生するガスの淀みをなくし、プラズマ生成室１０４においてガスをより整流し易くすることができる。

よって、リング状部材１５０の側壁は、隔壁部材１４０に形成された複数の貫通孔１４４のうち、最も外側の貫通孔１４４ｆにより近接することが好ましい。これにより、プラズマ生成室１０４の空間を小径化することで、プラズマ生成室１０４において、ガスの流れをさらに良くすることができる。リング状部材１５０は、断熱機能を有し、例えば、石英、セラミックスで形成されている。リング状部材１５０を金属にて形成してもよい。この場合、リング状部材１５０と反応容器１１０との間に隙間を設けることで、プラズマ生成室１０４内の真空空間に形成された隙間により断熱効果を得ることができる。

本実施形態では、ガスは反時計回りに旋回流となってプラズマ生成室１０４を流れる例を挙げて説明した。しかしながら、これに限らず、ガスは時計回りに旋回流となってプラズマ生成室１０４を流れるようにしてもよい。この場合、ガス流入口１１３の傾き、第１のガス流路１１４が形成される方向、第２のガス流路１１５が形成される方向と傾きは、基本的に本実施形態と反対となる。

また、本実施形態においてガス流入口１１３、第１のガス流路１１４、第２のガス流路１１５の個数は８つである。しかしながら、複数のガス流入口１１３、第１のガス流路１１４、第２のガス流路１１５の個数はこれに限らず、プラズマ生成室１０４の中心に対して点対称となる位置に等間隔に配置されればよい。

また、複数のガス流入口１１３のそれぞれは、同じ形状であり、同じ傾きを有する。複数の第１のガス流路１１４のそれぞれは、同じ形状であり、同じ方向に形成される。複数の第２のガス流路１１５のそれぞれは、同じ形状であり、同じ方向に傾けて形成される。

［ガスの流速分布のシミュレーション結果例］
次に、プラズマ生成室１０４のガスの流速分布のシミュレーション結果の一例について、図５を参照しながら説明する。図５（ａ）は、図３（ａ）の比較例１に係るプラズマ生成室におけるガスの流速分布のシミュレーション結果の一例である。図５（ｂ）は、本実施形態に係るプラズマ生成室１０４におけるガスの流速分布のシミュレーション結果の一例である。図５（ａ）及び図５（ｂ）では、ガスの流速を高、中、低の３段階で示す。

図５（ａ）の左側に示す比較例１では、圧力が２．５Ｔｏｒｒ（３３３Ｐａ）のプラズマ生成室内に水素ガスを５００ｓｃｃｍと、アルゴンガスを６２００ｓｃｃｍ導入したときのガスの流速分布のシミュレーション結果の一例を示す。図５（ａ）の左側の上段は、隔壁部材１４０（Ｔｒａｐ）の上面から５ｍｍ上におけるプラズマ生成室を流れるガスの流速分布を示す。図５（ａ）の左側の下段は、隔壁部材１４０の上面から４５ｍｍ上におけるプラズマ生成室を流れるガスの流速分布のシミュレーション結果の一例を示す。上記の高圧力及び大流量のガス供給の条件において、いずれの位置においてもプラズマ生成室を流れるガスの流速分布は対称性を有しておらず、ガスに偏りが生じ、ガスを整流できていないことがわかる。

図５（ａ）の右側に示す比較例１では条件を変化させ、圧力が１．２５Ｔｏｒｒ（１６６．５Ｐａ）のプラズマ生成室内に水素ガスを５００ｓｃｃｍと、アルゴンガスを３７００ｓｃｃｍ導入したときのガスの流速分布のシミュレーション結果の一例を示す。図５（ａ）の右側の上下段に示す隔壁部材１４０から５ｍｍ及び４５ｍｍ上におけるプラズマ生成室を流れるガスの流速分布を示す。圧力及びガス流量を低下させた条件においても、プラズマ生成室を流れるガスの流速分布は対称性を有しておらず、ガスに偏りが生じ、ガスを整流できていないことがわかる。

これに対して、図５（ｂ）に示す本実施形態に係るプラズマ生成室１０４におけるガスの流速分布のシミュレーション結果の一例では、プラズマ生成室１０４を流れるガスを整流できていることがわかる。図５（ｂ）では、圧力が２．５Ｔｏｒｒ（３３３Ｐａ）のプラズマ生成室内に水素ガスを５００ｓｃｃｍと、アルゴンガスを６２００ｓｃｃｍ導入したときのガスの流速分布を示す。

図５（ａ）の上段は、隔壁部材１４０から５ｍｍ上におけるプラズマ生成室１０４を流れるガスの流速分布、下段は、隔壁部材１４０から４５ｍｍ上におけるプラズマ生成室１０４を流れるガスの流速分布のシミュレーション結果の一例を示す。いずれの位置においても、プラズマ生成室１０４を流れるガスは対称性を有し、ガスに偏りは生じておらず、ガスの旋回流によりガスを整流できていることがわかる。このように、本実施形態に係るプラズマ生成室１０４内にガスを整流する機構Ｕを設けたことにより、プラズマ生成室１０４の真空空間においてほぼ完全に対称なガスの流れを作ることができる。

［ガスの流速のシミュレーション結果例］
次に、プラズマ生成室１０４内のガスの流速のシミュレーション結果の一例について、図６を参照しながら説明する。図６の横軸は、隔壁部材１４０（Ｔｒａｐ）の上面からの距離（高さ）を示す。隔壁部材１４０からの距離が５０ｍｍの位置が、ガス供給位置（プラズマ生成室１０４の天井面）である。図６の縦軸は、横軸に示した高さにおけるプラズマ生成室１０４内のガスの流速を示す。プラズマ生成室１０４内のガスの流速は、ｘ方向のガスの流速の平均値と、ｘ方向の垂直方向であるｙ方向のガスの流速の平均値を示す。これにより、横軸に示した高さにおけるガスの流速の面内平均値が示される。

図６の左のグラフの２本の線Ａｘ、Ａｙは、圧力が２．５Ｔｏｒｒのプラズマ生成室１０４内に水素ガスを５００ｓｃｃｍと、アルゴンガスを６２００ｓｃｃｍ導入したときのｘ方向のガスの流速の平均値及びｙ方向のガスの流速の平均値を示す。

２本の線Ｂｘ、Ｂｙは、圧力が１．２５Ｔｏｒｒのプラズマ生成室１０４内に水素ガスを５００ｓｃｃｍと、アルゴンガスを６２００ｓｃｃｍ導入したときのｘ方向のガスの流速の平均値及びｙ方向のガスの流速の平均値を示す。

２本の線Ｃｘ、Ｃｙは、圧力が２．５Ｔｏｒｒのプラズマ生成室１０４内に水素ガスを５００ｓｃｃｍと、アルゴンガスを６２００ｓｃｃｍ導入したときのｘ方向のガスの流速の平均値及びｙ方向のガスの流速の平均値を示す。「小径」とあるのは、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０を有する場合であって、ガスを整流する機構Ｕ（第１のガス流路１１４及び第２のガス流路１１５）を有さない場合のシミュレーション結果であることを示す。これに対して、線Ａｘ、Ａｙ及び線Ｂｘ、Ｂｙは、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０及びガスを整流する機構Ｕを有さない場合のシミュレーション結果である。

これによれば、圧力、ガス種及びガス流量の条件が同じであっても、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０を有する場合（線Ｃｘ、Ｃｙ）には、リング状部材１５０を有さない場合（線Ａｘ、Ａｙ）よりもガスの流速にバラツキが少なく、ガスの流速の面内均一性が高いことがわかる。

また、プラズマ生成室１０４内の圧力を１／２にした場合（線Ｂｘ、Ｂｙ）と比較しても、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０を有する場合（線Ｃｘ、Ｃｙ）には、リング状部材１５０を有さない場合（線Ｂｘ、Ｂｙ）よりもガスの流速にバラツキが少なく、ガスの流速の面内均一性が高いことがわかる。

図６の右のグラフの２本の線Ｃｘ、Ｃｙは、図６の左のグラフの２本の線Ｃｘ、Ｃｙと同じである。図６の右のグラフの２本の線Ｄｘ、Ｄｙは、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０を有し、かつガスを整流する機構Ｕを有する場合に、同じ条件でガスを流入したときのプラズマ生成室１０４内のｘ方向のガスの流速の平均値及びｙ方向のガスの流速の平均値を示す。

これによれば、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０を有し、かつガスを整流する機構Ｕを有する場合（線Ｄｘ、Ｄｙ）には、リング状部材１５０を有し、ガスを整流する機構Ｕを有しない場合（線Ｃｘ、Ｃｙ）と比較して、更にガスの流速にバラツキが１／４以上少なく、ガスの流速の面内均一性が高く、ガスが整流されていることがわかる。

以上から、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０を有し、かつガスを整流する機構Ｕを有することで、高圧及び大流量のプロセス条件であっても、プラズマ生成室１０４においてガスを整流することができる。これにより、高圧力及び大流量のプロセス条件においても、プラズマ生成室１０４においてガスの乱れを抑制し、ラジカルを失活させずに処理室１０２に供給することができる。また、プラズマ生成室１０４内にリング状部材１５０を設けることにより、上記効果を得ることができる。

以上、プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

例えば、本発明は、上記リング状部材をプラズマ処理装置のガス流入口近傍に配置することで、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置等のプラズマ処理装置にも適用可能である。

また、本明細書では、基板の一例として半導体ウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板や、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。

１０ プラズマ処理装置
１０２ 処理室
１０４ プラズマ生成室
１０５ ヒータ
１０６ 載置台
１０７ 蓋体
１１０ 反応容器
１１６ 壁部
１１８ 高周波電源
１１９ コイル
１２０ ガス供給部
１２１，１２２ ガス配管
１２３ ガス拡散路
１２６ 排気口
１２８ 排気装置
１３０ ゲートバルブ
１３４ ライナー
１４０ 隔壁部材
１４４ 貫通孔
１５０ リング状部材
Ｕ ガスを整流する機構

Claims (10)

1. ガス流入口と、該ガス流入口に連通し、ガスを流すガス流路と、該ガス流路の下方に位置し、ガスから生成したプラズマによる処理を行う処理室とを有する反応容器を備え、
   前記ガス流路は、
   前記反応容器の内部に周方向に形成され、前記ガス流入口からのガスを流す第１のガス流路と、
   周方向に対して前記処理室に向かって所定の角度に傾斜して前記反応容器の内部に形成され、前記第１のガス流路からのガスを流す第２のガス流路とを有し、
   前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路を一組として、複数組の前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路が周方向に配置され、前記処理室に向かうガスの旋回流を形成する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記反応容器は、ガスからプラズマを生成するプラズマ生成室と、複数の貫通孔が形成され、前記プラズマ生成室と前記処理室との間に設けられる隔壁部材と、を有し、
   前記ガス流路は、前記プラズマ生成室に設けられる、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ガス流入口は、複数の前記第２のガス流路が傾斜する方向と同一又は類似する方向に傾斜している、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記反応容器は、
   複数の前記第１のガス流路と前記ガス流入口とが連通する部分の、前記第１のガス流路が形成される方向と逆方向に、ガスの流れを遮断する壁部を有する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 複数の前記第１のガス流路と複数の前記第２のガス流路とは、それぞれのガス流路の端部にて連通し、前記連通する部分において前記第２のガス流路の断面積は、前記第１のガス流路の断面積よりも大きい、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 複数の前記第２のガス流路は、先端に向かって細く形成されている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記反応容器の内部には、ガス流路が形成される部材が設けられ、
   前記ガス流路が形成される部材に、前記ガス流路が形成される、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記反応容器の内部には、ガス流路が形成される部材が設けられ、
   前記ガス流路が形成される部材の側壁は、前記隔壁部材に形成された複数の貫通孔のうち、最も外側の貫通孔に近接する、
   請求項２に記載のプラズマ処理装置。
9. 複数組の前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路は、前記反応容器の中心軸に対して対称性を有する位置に形成される、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. ガス流入口を有し、ガスから生成したプラズマによる処理を行う処理室を有する反応容器に取り付け可能な、ガス流路が形成される部材であって、
    前記ガス流路が形成される部材の内部に周方向に形成され、前記ガス流入口からのガスを流す第１のガス流路と、
    前記反応容器に取り付けられたときに、周方向に対して前記処理室に向かって所定の角度に傾斜して前記ガス流路が形成される部材の内部に形成され、前記第１のガス流路からのガスを流す第２のガス流路と、を有し、
    前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路を一組として、複数組の前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路が周方向に配置され、ガスの旋回流を形成する、
    ガス流路が形成される部材。