プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置
【課題】本発明は、放電管の寿命を延ばすことができるプラズマ発生装置およびプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管と、マイクロ波発生手段から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性を利用して、前記放電管の内壁からプラズマ生成物を引き離すプラズマ生成物制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【解決手段】内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管と、マイクロ波発生手段から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性を利用して、前記放電管の内壁からプラズマ生成物を引き離すプラズマ生成物制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置に関する。
【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】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものとして、波長が数１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。マイクロ波励起型のプラズマ源は、高周波プラズマ源などに比べてプラズマ電位が低いので、被処理物に与える損傷を少なくすることができる。また、バイアス電圧を印加することで異方性エッチングなどに用いることもできる。
【０００４】
ここで、マイクロ波導波管から放電管の内部にマイクロ波を導入し、放電管の内部においてプラズマを発生させた際の高プラズマ密度、高温という条件のもとでは、放電管の内壁がエッチングされてしまうことがある。そして、エッチング量が所定の限界を超えた場合には、放電管の交換が必要となる。
そこで、この様な放電管の交換頻度を低減させるために、矩形断面の導入導波管の短辺側の一対の面を放電管が垂直に貫通するようにした技術が提案されている（特許文献１を参照）。
この特許文献１に開示がされた技術によれば、放電管の内壁がエッチングされる領域を放電管の軸方向に広くすることができる。そのため、同じマイクロ波電力を投入した場合であっても、放電管の内壁がエッチングされる速度を低減させることができるので放電管の長寿命化を図ることができる。
しかしながら、特許文献１に開示がされた技術は、放電管のエッチング量自体を低減させるものではないため、課題の解決としては不充分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、放電管の寿命を延ばすことができるプラズマ発生装置およびプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管と、マイクロ波発生手段から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性を利用して、前記放電管の内壁からプラズマ生成物を引き離すプラズマ生成物制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、上記のプラズマ発生装置と、プラズマを発生させる領域にプロセスガスを導入するガス導入手段と、導入導波管にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段と、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力にまで減圧する減圧手段と、前記プラズマ発生装置と、前記処理容器と、を連通させるガス搬送管と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理物を載置する載置台と、を備えたこと、を特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放電管の寿命を延ばすことができるプラズマ発生装置およびプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図２】第２の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図３】第３の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図４】ガス濃度均一化手段の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
【図５】ガス濃度均一化手段の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
【図６】第４の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図７】第５の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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発生装置１を例示するための模式断面図である。なお、図１（ａ）はプラズマ発生装置１の正面側の模式断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視模式断面図である。
図１に示すプラズマ発生装置１は、一般に「ＣＤＥ（Chemical Dry Etching；ケミカルドライエッチング）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用いられるものである。
図１に示すように、プラズマ発生装置１は、放電管２、プラズマ生成物制御手段３、導入導波管４、冷却手段５を備えている。
【００１２】
放電管２は、両端が開放された管状体であり、内部にプラズマＰを発生させる領域Ｅを有する。放電管２の一端は、ガス導入部７と接続されている。また、放電管２の他端は、ガス搬送部９を介してガス搬送管１８と接続される（図７を参照）。また、放電管２は、マイクロ波Ｍに対する透過率が高く、プラズマ生成物によりエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、放電管２を石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）などの誘電体から形成されるものとすることができる。ただし、これらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００１３】
プラズマ生成物制御手段３は、電極３ａ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。
電極３ａは、放電管２の内部に設けられたプラズマＰを発生させる領域Ｅを放電管２の軸方向に挿通するようにして設けられている。図１に例示をしたものの場合には、放電管２と電極３ａとがプラズマＰを発生させる領域Ｅにおいて略同芯となるように設けられている。また、電極３ａは、導電体から形成されている。例えば、電極３ａをステンレス、アルミニウム、銅などの金属から形成されるものとすることができる。また、電極３ａは、プラズマＰの発生に影響を与えにくい形状とされている。そのような電極３ａの形状としては、例えば、針状や板状などを例示することができる。
【００１４】
電極３ａの外周面には被覆部３ｄが設けられている。被覆部３ｄは、プラズマ生成物によりエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、被覆部３ｄを石英（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体から形成されるものとすることができる。この場合、プロセスガスＧとしてフッ素を含むガス（例えば、ＣＦ４やＮＦ３など）を用いることを考慮すれば、耐フッ素プラズマ性の高い材料とすることが好ましい。そのようなものとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイア、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ；Yttrium Aluminum Garnet）などを例示することができる。この様な材料を用いるものとすれば、反応性が高いフッ素プラズマ生成物により電極３ａがエッチングされるのを抑制することができる。ただし、電極３ａ、被覆部３ｄの材料として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。
【００１５】
電極３ａは、切換手段３ｃにより電源３ｂと電気的に接続することができるようになっている。切換手段３ｃは、電圧の印加と印加の停止との切換を行う。また、電圧の印加を行う際には極性（正または負）の切換も行えるようになっている。また、電圧の印加を停止した場合には、電極３ａがいわゆる浮遊電極となるようになっている。
【００１６】
電源３ｂは、電極３ａに所定の極性の電圧を印加できるものとすることができる。例えば、図１に例示をしたもののように、正、負の極性の電圧をそれぞれ印加するための直流電源を備えたものとすることができる。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば整流回路などを備え、正、負の極性の電圧を印加することのできる交流電源とすることもできる。
【００１７】
また、電源３ｂは、プロセス条件などによりプラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性が決まっている場合（例えば、後述する負性ガスを用いる場合など）には、正または負のいずれかの極性の電圧を印加するものであってもよい。また、電極３ａを浮遊電極とするだけの場合には、必ずしも電源３ｂを設ける必要はない。
また、同様に、荷電粒子の極性が決まっている場合や電極３ａを浮遊電極とするだけの場合には、必ずしも切換手段３ｃを設ける必要はない。
なお、電極３ａを浮遊電極とするだけの場合には、電極３ａを電気的にフローティングすればよい。例えば、絶縁物などを介して放電管２やガス導入部７などに電極３ａを保持させればよい。
また、印加する電圧を制御する図示しない電圧制御手段を設けることもできる。
【００１８】
導入導波管４は、後述するマイクロ波発生手段１３から放射されたマイクロ波Ｍを伝播させて、放電管２の内部のプラズマＰを発生させる領域Ｅにマイクロ波Ｍを導入するためのものである。
導入導波管４には、放電管２が略直交するように挿通している。また、導入導波管４には、放電管２の軸方向と略直交する方向から伝播してきたマイクロ波Ｍを放電管２に向けて放射するための環状のスロット４ａが設けられている。
【００１９】
ここで、図１（ｂ）に示すように、放電管２が導入導波管４を挿通する部分において、放電管２の軸方向と直交する方向で、かつ、マイクロ波Ｍの進行方向に直交する方向の導入導波管４の内側寸法、すなわち、導入導波管４の内部に設けられた一対のマイクロ波通路の通路幅Ｗの寸法を、マイクロ波Ｍの半波長（λ／２）よりも大きくマイクロ波Ｍの１波長（λ）よりも小さな値とすることが好ましい。通路幅Ｗの寸法をこのような値に設定すれば、伝播してきたマイクロ波Ｍは、放電管２内のプラズマＰに影響されることなく、放電管２の背面側まで同一のモードで回り込むことができる。そのため、プラズマＰの発生を安定させることができるようになる。すなわち、通路幅Ｗをマイクロ波Ｍの半波長（λ／２）よりも大きくすることでマイクロ波Ｍの伝播が可能となり、また、通路幅Ｗをマイクロ波Ｍの１波長（λ）より小さくすることで、多モードの電磁界分布の発生を防止することができるようになる。ちなみに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｍの導波管内波長（λ）が１６０ｍｍの場合、この通路幅Ｗは、好ましくは、８０ｍｍ＜通路幅Ｗ＜１６０ｍｍとなる。
【００２０】
放電管２の内部は、プラズマ発生室となるが、スロット４ａに対向する部分がプラズマＰを発生させる領域Ｅの略中心となる。
冷却手段５の冷却ブロック６は、導入導波管４に放電管２が挿通している部分の周辺において、放電管２の外周面を包囲するようにして設けられている。この冷却ブロック６は、循環する冷却水により冷却されるようになっている。また、放電管２との間には、隙間Ｇ１（例えば１ｍｍ程度）が形成されている。そして、冷却手段５により放電管２を冷却することができるようになっている。また、放電管２を冷却することで放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるようになっている。
【００２１】
冷却ブロック６には、窒素ガスなどの不活性ガスを隙間Ｇ１に導入するためのガス導入路８が設けられている。このガス導入路８の断面積は、マイクロ波Ｍが漏洩しない程度に小さく設定されている。この導入された不活性ガスにより放電管２に対する冷却効果を向上させることができる。すなわち、ガス導入路８に導入された不活性ガスによる冷却効果により放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、ガス導入路８に導入された不活性ガスによりパージが行われ大気中の酸素が排除されるので、オゾンの発生をも抑制することができる。
【００２２】
なお、放電管２からの輻射熱を吸収する効果を高めるために、冷却ブロック６の内側に、輻射熱の吸収率の高い導体或いは誘電体を設けるようにしてもよい。また、冷却ブロック６の内壁を黒色に着色することも、輻射熱の吸収効果を高める上で有効である。
【００２３】
冷却手段５の冷却ブロック６内には図示しない導入口から冷却水が導入され、冷却ブロック６内を冷却水が循環して図示しない排出口から排出されるようになっている。なお、冷却水の導入は、図示しない冷却水導入手段により行われる。また、冷却ブロック６からの排水をフィルター、冷却器などを介して再度利用するようにすることもできる。
【００２４】
次に、プラズマ発生装置１の作用について例示をする。
まず、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１（図７を参照）により放電管２の内部が所定の圧力にまで減圧される。次に、ガス導入手段１２（図７を参照）から所定量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４やＮＦ３など）が、ガス導入部７を介して放電管２の内部に導入される。この際、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布が略均一となるようにプラズマ生成物制御手段３の周囲に略均等にプロセスガスＧが導入される。なお、プロセスガスＧを導入する際に、旋回流などを生じさせるようにすれば、拡散性を向上させることができるので、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。
【００２５】
一方、マイクロ波発生手段１３（図７を参照）から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管４の内部に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管４内を伝播して環状のスロット４ａから放電管２に放射される。放電管２に放射されたマイクロ波Ｍは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入される。また、冷却手段５の冷却ブロック６内に冷却水が導入されて放電管２の冷却が行われる。また、ガス導入路８に窒素ガスなどの不活性ガスが導入されて、冷却とオゾン発生の抑制が行われる。
【００２６】
プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（中性活性種、荷電粒子（イオン、電子））が生成される。生成されたプラズマ生成物は、ガス流にのってガス搬送部９を介して処理容器１４（図７を参照）内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１４にまで到達することができず、寿命の長い中性活性種が処理容器１４にまで到達し、被処理物のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われることになる。
ここで、放電管２の内壁に近い位置にプラズマ生成物があるほど放電管２の損耗が著しくなる。そのため、生成されたプラズマ生成物を放電管２の内壁から引き離すようにすることが好ましい。
【００２７】
本実施の形態においては、プラズマ生成物制御手段３により放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。すなわち、プラズマ生成物制御手段３を用いることで、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子（正イオン、負イオン、電子）の極性を利用して、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。
【００２８】
この場合、例えば、切換手段３ｃを切り換えることで電圧の印加を停止させて電極３ａを浮遊電極とすれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すことができる。プラズマＰ中にある浮遊電極に入射する電子の粒子束はイオンの粒子束よりも大きいため、浮遊電極は負に帯電することになる。そのため、プラズマ生成物である正イオンを電極３ａ側に引き寄せることができる。すなわち、プラズマ生成物である正イオンを放電管２の内壁から引き離すことができる。
【００２９】
また、切換手段３ｃを切り換えることで電極３ａに負の極性の電圧を印加して積極的に負に帯電させることもできる。そのようにすれば、さらに多くの正イオンを電極３ａ側に引き寄せることができる。また、図示しない電圧制御手段により印加する負の極性の電圧を制御して引き寄せる正イオンの量や分布を調整することもできる。また、図示しない測定器により、イオンの極性を測定するようにすることもできる。この様な測定器としては、例えば、ラングミュアプローブや分光器などを例示することができる。
【００３０】
プラズマ生成物であるイオンは正イオンである場合が多いが、プロセスガスＧとして負性ガスを用いる場合には、負イオンが生成される。負性ガスとは、ガス分子に電子が付着することにより負イオンを生成しやすい気体である。例えば、ＣＦ4、ＳＦ6、Ｃｌ2などのハロゲン系のガスや酸素ガスなどを例示することができる。また、プラズマ生成物には電子も含まれている。
【００３１】
この様に負イオンが生成される場合には、切換手段３ｃを切り換えることで電極３ａに正の電圧を印加して正に帯電させるようにする。そのようにすれば、プラズマ生成物である負イオンや電子を電極３ａ側に引き寄せることができる。すなわち、プラズマ生成物である負イオンや電子を放電管２の内壁から引き離すことができる。また、図示しない電圧制御手段により印加する正の電圧を制御して引き寄せる負イオンや電子の量、分布を調整することもできる。
【００３２】
また、正イオン、負イオン、電子とが存在する場合には、所定の時間毎に切換手段３ｃを切り換えて正イオン、負イオン、電子を電極３ａ側に引き寄せるようにすることもできる。
【００３３】
本実施の形態によれば、プラズマ生成物であるイオンや電子を放電管２の内壁から引き離すことができる。そのため、放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるので、放電管２の寿命を延ばすことができる。また、冷却手段５による冷却効果、ガス導入路８に導入された不活性ガスによる冷却効果により放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、放電管２の寿命を延ばすことができるので生産性を向上させることができる。
【００３４】
図２は、第２の実施形態に係るプラズマ発生装置１０を例示するための模式断面図である。なお、図２（ａ）はプラズマ発生装置１０の正面側の模式断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視模式断面図である。
図２に示すように、プラズマ発生装置１０は、放電管２、プラズマ生成物制御手段２３、導入導波管４を備えている。
【００３５】
プラズマ生成物制御手段２３は、電極３ｅ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。
電極３ｅは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに対向させるようにして放電管２の外部に設けられている。図２に例示をしたものの場合には、放電管２の外周面に巻きつけるようにして螺旋状に設けられている。また、図２に例示をしたものは密着させるようにして設けているが間隔を空けて設けるようにすることもできる。間隔を空けて設けるようにすれば、放電管２の軸方向におけるプラズマ生成物の分布を調整することができる。なお、巻きつけ数や巻きつけ方向などには特に限定がなく適宜変更することができる。また、螺旋状に巻きつける場合を例示したが円環状の電極３ｅを配設するようにしてもよい。
【００３６】
電極３ｅの断面形状には特に限定はないが、後述する冷却効果や荷電粒子（正イオン、負イオン、電子）を追いやる効果を考慮すると扁平形状とすることが好ましい。また、放電管２に面する側に平面が形成されるような形状とすることがより好ましい。そのようなものとしては、例えば、楕円形状や、三角形や矩形などのような多角形などを例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００３７】
また、電極３ｅの内部には冷却水を流通させるための流路が形成されている。そして、電極３ｅの一端から冷却水が導入され、電極３ｅの内部を流通して他端から排出されるようになっている。冷却水の導入は、図示しない冷却水導入手段により行われる。また、電極３ｅからの排水をフィルター、冷却器などを介して再度利用するようにすることもできる。電極３ｅは、導電性を有し熱伝導率の高い材料から形成されるようにすることが好ましい。そのような材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅などの金属を例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００３８】
図２に例示をしたものの場合は、電極３ｅの内部に冷却水の流路を設けているが電極３ｅと冷却手段とを分離することもできる。例えば、放電管２の外部に帯状の電極を設け、帯状の電極に密着させるようにして内部に冷却水の流路が設けられた冷却手段を設けるようにすることができる。ただし、電極３ｅの内部に冷却水の流路を設けるようにすれば、新たに冷却手段を設ける必要がないので、プラズマ発生装置の小型化を図ることができる。
【００３９】
なお、放電管２からの輻射熱を吸収する効果を高めるために、放電管２に面する側に、輻射熱の吸収率の高い導体或いは誘電体を設けるようにしてもよい。また、放電管２に面する側の面を黒色に着色することも、輻射熱の吸収効果を高める上で有効である。
また、窒素ガスなどの不活性ガスを放電管２に向けて供給する（例えば、吹き付ける）図示しないガス供給手段を設けるようにすることができる。窒素ガスなどの不活性ガスを放電管２に向けて供給するようにすれば、図１に例示をしたものと同様に放電管２の冷却とオゾン発生の抑制とを行うことができる。
【００４０】
電極３ｅは、切換手段３ｃにより電源３ｂと電気的に接続することができるようになっている。切換手段３ｃは、電圧の印加と印加の停止との切換を行う。また、電圧の印加を行う際には極性（正または負）の切換も行えるようになっている。また、電圧の印加を停止した場合には、電極３ｅがいわゆる浮遊電極となるようになっている。
【００４１】
電源３ｂは、電極３ｅに正、負の極性の電圧を印加できるものとすることができる。例えば、図２に例示をしたもののように、正、負の極性の電圧をそれぞれ印加するための直流電源を備えたものとすることができる。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば、整流回路などを備え正、負の極性の電圧を印加することのできる交流電源とすることもできる。また、印加する電圧を制御する図示しない電圧制御手段を設けることもできる。
【００４２】
次に、プラズマ発生装置１０の作用について例示をする。
プラズマ発生装置１０においても、図１において例示をしたプラズマ発生装置１と同様にしてプラズマ生成物が生成される。
例えば、まず、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１（図７を参照）により放電管２の内部が所定の圧力にまで減圧される。次に、ガス導入手段１２（図７を参照）から所定量のプロセスガスＧが放電管２の内部に導入され、また、導入導波管４を介して所定のパワーのマイクロ波Ｍが放電管２内のプラズマＰを発生させる領域Ｅに導入される。そして、プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（中性活性種、荷電粒子（イオン、電子））が生成される。この際、電極３ｅの内部の流路内に冷却水が導入されて放電管２の冷却が行われる。また、窒素ガスなどの不活性ガスを放電管２に向けて供給することで冷却とオゾン発生の抑制とを行うこともできる。生成されたプラズマ生成物は、ガス流にのってガス搬送部９を介して処理容器１４（図７を参照）内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１４にまで到達することができず、寿命の長い中性活性種が処理容器１４にまで到達し、被処理物のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われることになる。
【００４３】
本実施の形態においては、プラズマ生成物制御手段２３により放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。すなわち、プラズマ生成物制御手段２３を用いることで、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子（正イオン、負イオン、電子）の極性を利用して、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。
【００４４】
この場合、例えば、切換手段３ｃを切り換えることでプラズマ生成物であるイオンや電子の極性と同じ極性となるように電極３ｅを帯電させれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離す（追いやる）ことができる。
【００４５】
また、正イオン、負イオン、電子が混在する場合には、反応性が高い方のイオンの極性と同じ極性となるように電極３ｅを帯電させるようにする。そのようにすれば、反応性のより高いイオンが放電管２の内壁から引き離される（追いやられる）ことになる。その結果、放電管２の内壁が反応性のより高いイオンによってエッチングされるのを抑制することができる。
【００４６】
また、反応性のより低いイオンが正イオンの場合には切換手段３ｃを切り換えることで電圧の印加を停止させて電極３ｅを浮遊電極とすることもできる。そのようにすれば、反応性のより低いイオンが放電管２の内壁側に引き寄せられるので、内壁の近傍における反応性がより高いイオンの割合を少なくすることができる。その結果、放電管２の内壁が反応性のより高いイオンによってエッチングされるのを抑制することができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、プラズマ生成物であるイオンや電子を放電管２の内壁から引き離す（追いやる）ことができる。そのため、放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるので、放電管２の寿命を延ばすことができる。また、電極３ｅの流路などに冷却水を流通させたり、放電管２に向けて不活性ガスを供給したりすることで放電管２を冷却し、放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、放電管２の寿命を延ばすことができるので生産性を向上させることができる。
【００４８】
なお、図１、図２においてはプラズマ生成物制御手段３、プラズマ生成物制御手段２３をそれぞれ備える場合を例示したが、両方を備えるようにすることもできる。そのようにすれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離す効果をより高めることができる。
【００４９】
図３は、第３の実施形態に係るプラズマ発生装置３０を例示するための模式断面図である。なお、図３（ａ）はプラズマ発生装置３０の正面側の模式断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視模式断面図である。
図３に示すように、プラズマ発生装置３０は、放電管２、プラズマ生成物制御手段３３、プラズマ生成物制御手段４３、導入導波管４、ガス濃度均一化手段５０を備えている。
【００５０】
プラズマ生成物制御手段３３は、電極３３ａ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。
【００５１】
電極３３ａは、後述するガス濃度均一化手段の内壁に設けられている。すなわち、電極３３ａは、ガス濃度均一化手段３３の内部を軸方向に延設されている。
電極３３ａは、導電体から形成されている。例えば、電極３３ａをステンレス、アルミニウム、銅などの金属から形成されるものとすることができる。また、プロセスガスＧによる侵食を抑制するための図示しない保護層を電極３３ａの内壁に設けるようにすることもできる。保護層としては、例えば、フッ素樹脂などから形成されるものを例示することができる。
【００５２】
電極３３ａは、切換手段３ｃにより電源３ｂと電気的に接続することができるようになっている。切換手段３ｃは、電圧の印加と印加の停止との切換を行う。また、電圧の印加を行う際には極性（正または負）の切換も行えるようになっている。また、電圧の印加を停止した場合には、電極３３ａがいわゆる浮遊電極となるようになっている。
【００５３】
プラズマ生成物制御手段４３は、電極４３ｅ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。 電極４３ｅは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに対向させるようにして放電管２の外部に設けられている。図３に例示をしたものの場合には、図１において例示をした冷却ブロック６を導電体で形成することで電極４３ｅとしている。そのため、電極４３ｅの内部に設けられる冷却水の流路やガス導入路８、隙間Ｇ１などに関しては前述した冷却手段５と同様とすることができる。なお、プラズマ生成物制御手段４３の代わりに図２に例示をしたプラズマ生成物制御手段２３（電極３ｅ）を設けるようにすることもできる。
【００５４】
ガス濃度均一化手段５０は、一端が塞がれ、他端が開放された管状体である。ガス濃度均一化手段５０の開放された端部は、ガス導入部７と接続されている。そして、ガス導入部７を介してガス導入手段１２からガス濃度均一化手段５０の内部にプロセスガスＧが導入されるようになっている（図７を参照）。また、ガス濃度均一化手段５０は、放電管２の内部に設けられたプラズマＰを発生させる領域Ｅを軸方向に挿通するようにして設けられている。図３に例示をしたものの場合には、放電管２とガス濃度均一化手段５０とは、プラズマを発生させる領域Ｅにおいて略同芯となるように設けられている。
【００５５】
また、マイクロ波Ｍを導入してプラズマＰを発生させる領域Ｅに面する部分には、プロセスガスＧを吐出させるための開口部５０ａが複数設けられている。すなわち、ガス濃度均一化手段５０は、プラズマＰを発生させる領域Ｅを放電管２の軸方向に挿通して設けられ、プラズマＰを発生させる領域Ｅに面する位置にプロセスガスＧを吐出する開口部５０ａを有している。そして、プロセスガスＧは、ガス濃度均一化手段５０に設けられた複数の開口部５０ａを介して放電管２の内部に導入されるようになっている。そのため、プラズマＰを発生させる領域Ｅに直接的にプロセスガスＧを導入することができる。
【００５６】
ガス濃度均一化手段５０は、プラズマ生成物によりエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、石英（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体からなるものとすることができる。この場合、プロセスガスＧとしてフッ素を含むガス（例えば、ＣＦ４やＮＦ３など）を用いることを考慮すれば、耐フッ素プラズマ性の高い材料とすることが好ましい。そのようなものとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイア、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ；Yttrium Aluminum Garnet）などを例示することができる。この様な材料を用いるものとすれば、反応性が高いフッ素プラズマ生成物によりガス濃度均一化手段５０がエッチングされるのを抑制することができる。ただし、例示をした材料に限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００５７】
図４は、ガス濃度均一化手段の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
図４（ａ）は、図３において例示をしたガス濃度均一化手段５０の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
図４（ａ）に示すように、ガス濃度均一化手段５０には複数の開口部５０ａが設けられている。また、開口部５０ａは、ガス濃度均一化手段５０の軸方向と直交する方向の断面において、放射状に設けられている。また、開口部５０ａは略均等角度となるように設けられている。この様に、開口部５０ａを略均等角度となるように設ければ、ガス濃度均一化手段５０の周囲に略均等にプロセスガスＧを吐出させることができる。
【００５８】
図４（ｂ）は、他の実施形態に係るガス濃度均一化手段の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
図４（ｂ）に示すように、ガス濃度均一化手段５１には複数の開口部５１ａが設けられている。また、開口部５１ａは、ガス濃度均一化手段５１の軸方向と直交する方向の断面において、開口部５１ａの軸線とガス濃度均一化手段５１の軸線とが交差しないように設けられている。すなわち、開口部５１ａの軸線がガス濃度均一化手段５１の断面中心からオフセットしている。この様にすれば、ガス濃度均一化手段５１の周囲に旋回流を生じさせることができるので、拡散性を向上させることができる。その結果、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。
【００５９】
図５は、ガス濃度均一化手段の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
図５（ａ）は、図３において例示をしたガス濃度均一化手段５０の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
図５（ａ）に示すように、開口部５０ａは、ガス濃度均一化手段５０の軸方向に平行な断面において、開口部５０ａの軸線がガス濃度均一化手段５０の軸線に対して略直交するように設けられている。また、開口部５０ａは略均等間隔に設けられている。この様に、開口部５０ａを略均等間隔に設ければ、ガス濃度均一化手段５０の周囲に略均等にプロセスガスＧを吐出させることができる。
【００６０】
図５（ｂ）〜図５（ｄ）は、他の実施形態に係るガス濃度均一化手段の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、開口部５２ａ、５３ａは、ガス濃度均一化手段５２、５３の軸方向の断面において、開口部５２ａ、５３ａの軸線がガス濃度均一化手段５２、５３の軸線に対して傾斜して設けられていてもよい。
この様にすれば、ガス濃度均一化手段５２、５３の周囲にガス流を生じさせることができるので、拡散性を向上させることができる。その結果、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。
また、図５（ｄ）に示すように、軸線が異なる方向を向いている開口部５０ａ、５２ａ、５３ａを適宜組み合わせるようにすることもできる。
【００６１】
なお、開口部を均等に設ける場合を例示したが、プロセスガス濃度分布の均一化を図るために配設間隔、角度、孔径などを変化させてもよい。例えば、ガス濃度均一化手段の先端になるほど配設間隔を短くしたり、孔径を大きくしたりすることもできる。
また、開口部の数、孔径の大きさ、配設位置、配設ピッチ、配設角度などの配設条件は、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。この場合、放電管２の内径、ガス圧や流量などのプロセス条件、プラズマＰを発生させる領域Ｅの大きさや位置などに応じて、プロセスガス濃度分布が均一化されるように開口部の配設条件を決定することもできる。
また、孔状の開口部を設ける場合を例示したが、開口部は孔状のものに限定されるわけではない。例えば、ガス濃度均一化手段を多孔質材料で形成させて、開口部を設けるようにすることもできる。
【００６２】
次に、プラズマ発生装置３０の作用について例示をする。
例えば、まず、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１（図７を参照）により放電管２の内部が所定の圧力にまで減圧される。次に、ガス導入手段１２（図７を参照）から所定量のプロセスガスＧが、ガス導入部７、ガス濃度均一化手段５０を介して放電管２の内部に導入される。
【００６３】
ここで、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布が不均一となるとプラズマ生成物の生成効率が悪化するおそれがある。また、濃度の濃い部分に生成された中性活性種が衝突すると散乱が生じて、放電管２の内壁などに中性活性種が衝突することで失活してしまうおそれがある。また、生成されたプラズマ生成物の分布も不均一となるので、放電管２が局部的にエッチングされてしまい、寿命が短くなるおそれがある。
【００６４】
そのため、本実施の形態においては、ガス濃度均一化手段５０により略均等にプロセスガスＧを導入するようにしている。その結果、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布を均一化することができる。また、ガス濃度均一化手段５０からプロセスガスＧを導入する際に、旋回流やガス流を生じさせるようにすれば、拡散性を向上させることができるので、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。また、プラズマＰを発生させる領域Ｅに直接的にプロセスガスＧが導入されるので、プラズマＰを発生させる領域Ｅにおける濃度分布の制御性を向上させることができる。
【００６５】
一方、マイクロ波発生手段１３（図７を参照）から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管４の内部に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管４内を伝播して環状のスロット４ａから放電管２に放射される。放電管２に放射されたマイクロ波Ｍは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入される。また、電極４３ｅ内に冷却水が導入されて、放電管２の冷却が行われ、ガス導入路８から窒素ガスなどの不活性ガスが導入されて、冷却とオゾン発生の抑制が行われる。
【００６６】
プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（中性活性種、荷電粒子（イオン、電子））が生成される。なお、放電管２の内部に導入されたマイクロ波Ｍがガス濃度均一化手段５０の内部にまで導入される場合もある。しかしながら、ガス濃度均一化手段５０の内部にはプロセスガスＧが供給されているため、放電管２の内部のように内部の圧力が減圧された状態にはない。そのため、ガス濃度均一化手段５０の内部においてマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生することがなく、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物が生成されることもない。
生成されたプラズマ生成物は、ガス流にのってガス搬送部９を介して処理容器１４（図７を参照）内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１４にまで到達できず、寿命の長い中性活性種のみが処理容器１４にまで到達し、被処理物のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われることになる。
【００６７】
本実施の形態においては、プラズマ生成物制御手段３３、４３により放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。
この場合、例えば、切換手段３ｃを切り換えることで電極３３ａ、電極４３ｅの極性を変えたり、浮遊電極としたりすることで放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すことができる。なお、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すことに関しては前述したものと同様のため詳細な説明は省略する。
【００６８】
本実施の形態によれば、プラズマ生成物制御手段３３、４３によりプラズマ生成物であるイオンや電子を放電管２の内壁から引き離すことができる。そのため、放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるので、放電管２の寿命を延ばすことができる。また、電極４３ｅの流路などに冷却水を流通させたり、ガス導入路８に不活性ガスを導入したりすることで放電管２を冷却し、放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、放電管２の寿命を延ばすことができるので生産性を向上させることができる。
【００６９】
また、ガス濃度均一化手段５０によりプラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布を均一化することができる。そのため、プラズマ生成物の生成効率を向上させることができる。また、プラズマＰを発生させる領域Ｅに直接的にプロセスガスＧを導入することができるので、濃度分布の制御性を向上させることができ、ひいてはプラズマ生成物の生成効率を向上させることができる。
そして、プラズマ生成物の生成効率を向上させることができるので、マイクロ波ＭのパワーやプロセスガスＧの消費量などを抑制することができる。すなわち、省エネルギー化や省資源化などを図ることができる。
【００７０】
また、濃度の濃い部分に生成された中性活性種が衝突することで発生する散乱を抑制することができる。そのため、中性活性種の失活を抑制することができ、その分多くの中性活性種をプラズマ処理に用いることができる。
また、生成されるプラズマ生成物の分布も均一とすることができるので、放電管２の局部的なエッチングを抑制することができ、寿命を延ばすことができる。
また、プラズマ生成物の生成を安定化させることもできるので、プラズマ処理の生産効率、歩留まり、品質などの向上を図ることもできる。
【００７１】
なお、図３においてはプラズマ生成物制御手段３３、４３を備える場合を例示したが、少なくとも一方を備えるようにすることもできる。ただし、プラズマ生成物制御手段３３、４３の両方を備えるようにすれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離す効果をより高めることができる。
【００７２】
図６は、第４の実施形態に係るプラズマ発生装置４０を例示するための模式断面図である。なお、図６（ａ）はプラズマ発生装置４０の正面側の模式断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視模式断面図である。なお、図６（ａ）中の矢印Ｘは、ガス濃度均一化手段５０の回転方向を表している。
図６に示すように、プラズマ発生装置４０は、放電管２、プラズマ生成物制御手段３３、プラズマ生成物制御手段４３、導入導波管４、ガス濃度均一化手段５０を備えている。また、ガス濃度均一化手段５０を軸線周りに回転させるための回転手段２５がさらに設けられている。
回転手段２５は、ガス濃度均一化手段５０を放電管２の軸方向に対して平行な軸線の周りに回転させる。そのため、ガス濃度均一化手段５０は、開口部５０ａからプロセスガスＧを吐出させつつその軸線周りに回転するようになっている。この場合、回転速度は、放電管２の内径、ガス圧や流量などのプロセス条件、プラズマＰを発生させる領域Ｅの大きさや位置などに応じて、プロセスガス濃度分布が均一化されるように適宜決定することができる。また、回転方向は矢印Ｘの方向に限定されるわけではなく、逆方向に回転させてもよい。また、回転方向を切り換えたり、回転速度を変化させるようにすることもできる。
【００７３】
本実施の形態によれば、開口部５０ａの位置を回転方向に変化させつつプロセスガスＧを吐出させることができるので、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布をさらに均一化することができる。
【００７４】
図７は、第５の実施形態に係るプラズマ処理装置１００を例示するための模式断面図である。
なお、一例として、図６において例示をしたプラズマ発生装置４０を備えるＣＤＥ（Chemical Dry Etching；ケミカルドライエッチング）装置の場合を説明する。そのため、図６において例示をしたプラズマ発生装置４０の説明は適宜省略する。
図７に示すように、プラズマ処理装置１００は、プラズマ発生装置４０、減圧手段１１、ガス導入手段１２、マイクロ波発生手段１３、処理容器１４、制御手段１５などを備えている。
【００７５】
処理容器１４は、有底の略円筒形状をしており、その開口端が天板１４ａで塞がれている。また、処理容器１４は、大気圧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１４の内部には、ヒータなどの加熱手段や静電チャックなどの保持手段を内蔵した載置台１６が設けられ、その上面には被処理物Ｗｆ（例えば、ウェーハやガラス基板など）が載置、保持できるようになっている。
【００７６】
処理容器１４の底面には、圧力制御器（Auto Pressure Controller、ＡＰＣ）１７を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１が接続されている。減圧手段１１は、処理容器１４の内部を所定の圧力まで減圧するためのものである。圧力制御器１７は、処理容器１４の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器１４の内圧が所定の圧力となるように制御する。
【００７７】
プラズマ発生装置４０の放電管２の一端にはガス導入部７が接続され、ガス導入手段１２からガス導入部７、ガス濃度均一化手段５０を介して放電管２の内部のプラズマＰを発生させる領域ＥにプロセスガスＧが導入されるようになっている。また、プラズマ発生装置４０の放電管２の他端にはガス搬送部９が接続され、ガス搬送部９はガス搬送管１８により処理容器１４と接続されている。すなわち、ガス搬送管１８は、プラズマ発生装置４０（放電管２）と処理容器１４とを連通させている。ガス搬送管１８はプラズマ生成物による侵食に耐え得る材料、例えば、石英、ステンレス鋼、セラミックス、フッ素樹脂などから形成されている。
【００７８】
導入導波管４の一端は、マイクロ波発生手段１３と接続されている。このマイクロ波発生手段１３は、所定周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管４に向けて放射するようになっている。
【００７９】
ガス導入手段１２は、プラズマ発生装置４０に設けられたガス濃度均一化手段５０を介して放電管２内部のプラズマを発生させる領域ＥにプロセスガスＧを導入する。この場合、例えば、ＣＦ４、ＮＦ３、Ｏ２などのプロセスガスＧが流量制御弁（Mass Flow Controller，ＭＦＣ）１９、ガス導入部７、ガス濃度均一化手段５０を介して、ガス導入手段１２から放電管２の内部のプラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されるようにすることができる。プロセスガスＧの導入量は、制御手段１５により流量制御弁１９を制御することで調整することができる。
【００８０】
制御手段１５は、流量制御弁１９の制御のみならず、プラズマ処理装置１００を構成する各要素の制御をも行う。例えば、圧力制御器１７を制御して処理容器１４の内部の圧力を調整したり、マイクロ波発生手段１３や減圧手段１１などの起動・停止などを制御することができる。また、回転手段２５を制御してガス濃度均一化手段５０の回転の起動・停止、回転方向の切り換え、回転速度の制御などを行うことができる。また、切換手段３ｃを制御して電極３３ａ、電極４３ｅに電圧を印加したり、電圧の極性を変えたり、浮遊電極としたりすることを行うことができる。
【００８１】
ガス搬送管１８は、処理容器１４の上部側壁を貫通して、処理容器１４内に設けられた散乱抑制手段２６に接続されている。
散乱抑制手段２６は、一方の端部がガス搬送管１８に接続され、この端部に対向する側の端面が載置台１６に向けて開口している。すなわち、散乱抑制手段２６は、上下端が開口され、その上端部においてガス搬送管１８と連通している。
また、上端部の開口寸法よりも下端部の開口寸法の方が大きくなっている。すなわち、載置台１６に向かって断面寸法が大きくなるようになっている。
【００８２】
散乱抑制手段２６の形状は特に限定されないが、例えば、外観が円錐台となるようにすることができる。散乱抑制手段２６の材料は、中性活性種が失活しにくいものとすることが好ましい。そのような材料としては、例えば、フッ素樹脂などを例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００８３】
この様な散乱抑制手段２６を設けるものとすれば、処理容器１４内における中性活性種の散乱を抑制することができるので、中性活性種の利用効率を向上させることができる。また、散乱抑制手段２６の形状を適宜変更することで、中性活性種の面内分布を調整することもできる。例えば、ガスの流速が速い部分においては、流速が抑制されるように散乱抑制手段２６の壁面をより垂直に立てたような形状とすることができる。
【００８４】
散乱抑制手段２６の下端部の開口と対向させるようにして整流板２０が設けられている。この整流板２０は、ガス搬送管１８から導入された中性活性種を含むガスの流れを整流し、被処理物Ｗｆの処理面上でのプラズマ生成物の量が均一となるようにするためのものである。また、整流板２０は、多数のノズル孔２１が形成された略円形の板状体であり、処理容器１４の内壁に固定されている。
【００８５】
次に、プラズマ処理装置１００の作用について例示をする。
なお、前述したプラズマ発生装置４０の作用については省略する。
まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗｆ（例えば、ウェーハやガラス基板など）が、処理容器１４内に搬入され、載置台１６上に載置、保持される。次に、処理容器１４内が減圧手段１１により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御器１７により処理容器１４内の圧力が調整される。また、処理容器１４と連通する放電管２の内部も減圧される。
【００８６】
次に、前述したようにプラズマ発生装置４０によりプラズマ生成物が生成され、ガス搬送部９、ガス搬送管１８を介して処理容器１４内の散乱抑制手段２６に導入される。この際、前述したように寿命の長い中性活性種が散乱抑制手段２６に導入されることになる。散乱抑制手段２６に導入された中性活性種は、散乱抑制手段２６により散乱することが抑制され、整流板２０で整流されて被処理物Ｗｆの表面に到達する。そして、被処理物Ｗｆの表面に到達した中性活性種によりエッチング処理などのプラズマ処理が行われる。この場合、被処理物Ｗｆは中性活性種により処理されることになるので、等方性の高い処理（例えば、等方性エッチング処理）が行われることになる。処理が終了した被処理物Ｗｆは、図示しない搬送装置により処理容器１４外に搬出される。この後、必要があれば、前述のプラズマ処理が繰り返される。
【００８７】
プラズマ処理としては、ウェーハなどのエッチング処理やアッシング処理などを例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば、フラットパネルディスプレイの製造におけるパターンのエッチング処理、位相シフトマスクの製造におけるパターンのエッチング処理、太陽電池の製造における反射防止膜のエッチング処理などとすることもできる。また、エッチング処理のみならず、金属部品の表面硬化処理、プラスチック部品の表面活性化処理、無薬剤殺菌処理など、幅広い技術分野において活用されているプラズマ処理とすることができる。
【００８８】
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、プラズマ発生装置１、プラズマ発生装置１０、プラズマ発生装置３０、プラズマ発生装置４０、プラズマ処理装置１００などが備える各要素の形状、寸法、材料、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、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】
【００８９】
１ プラズマ発生装置、２ 放電管、３ プラズマ生成物制御手段、３ａ 電極、３ｂ 電源、３ｃ 切換手段、３ｄ 被覆部、３ｅ 電極、４ 導入導波管、１０ プラズマ発生装置、１１ 減圧手段、１２ ガス導入手段、１３ マイクロ波発生手段、１４ 処理容器、１５ 制御手段、２３ プラズマ生成物制御手段、２５ 回転手段、３０ プラズマ発生装置、３３ プラズマ生成物制御手段、３３ａ 電極、４０ プラズマ発生装置、４３ プラズマ生成物制御手段、４３ｅ 電極、５０ ガス濃度均一化手段、５１〜５３ ガス濃度均一化手段、１００ プラズマ処理装置、Ｅ 領域、Ｇ プロセスガス、Ｐ プラズマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置に関する。
【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】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものとして、波長が数１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。マイクロ波励起型のプラズマ源は、高周波プラズマ源などに比べてプラズマ電位が低いので、被処理物に与える損傷を少なくすることができる。また、バイアス電圧を印加することで異方性エッチングなどに用いることもできる。
【０００４】
ここで、マイクロ波導波管から放電管の内部にマイクロ波を導入し、放電管の内部においてプラズマを発生させた際の高プラズマ密度、高温という条件のもとでは、放電管の内壁がエッチングされてしまうことがある。そして、エッチング量が所定の限界を超えた場合には、放電管の交換が必要となる。
そこで、この様な放電管の交換頻度を低減させるために、矩形断面の導入導波管の短辺側の一対の面を放電管が垂直に貫通するようにした技術が提案されている（特許文献１を参照）。
この特許文献１に開示がされた技術によれば、放電管の内壁がエッチングされる領域を放電管の軸方向に広くすることができる。そのため、同じマイクロ波電力を投入した場合であっても、放電管の内壁がエッチングされる速度を低減させることができるので放電管の長寿命化を図ることができる。
しかしながら、特許文献１に開示がされた技術は、放電管のエッチング量自体を低減させるものではないため、課題の解決としては不充分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、放電管の寿命を延ばすことができるプラズマ発生装置およびプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管と、マイクロ波発生手段から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性を利用して、前記放電管の内壁からプラズマ生成物を引き離すプラズマ生成物制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、上記のプラズマ発生装置と、プラズマを発生させる領域にプロセスガスを導入するガス導入手段と、導入導波管にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段と、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力にまで減圧する減圧手段と、前記プラズマ発生装置と、前記処理容器と、を連通させるガス搬送管と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理物を載置する載置台と、を備えたこと、を特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放電管の寿命を延ばすことができるプラズマ発生装置およびプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図２】第２の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図３】第３の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図４】ガス濃度均一化手段の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
【図５】ガス濃度均一化手段の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
【図６】第４の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式断面図である。
【図７】第５の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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発生装置１を例示するための模式断面図である。なお、図１（ａ）はプラズマ発生装置１の正面側の模式断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視模式断面図である。
図１に示すプラズマ発生装置１は、一般に「ＣＤＥ（Chemical Dry Etching；ケミカルドライエッチング）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用いられるものである。
図１に示すように、プラズマ発生装置１は、放電管２、プラズマ生成物制御手段３、導入導波管４、冷却手段５を備えている。
【００１２】
放電管２は、両端が開放された管状体であり、内部にプラズマＰを発生させる領域Ｅを有する。放電管２の一端は、ガス導入部７と接続されている。また、放電管２の他端は、ガス搬送部９を介してガス搬送管１８と接続される（図７を参照）。また、放電管２は、マイクロ波Ｍに対する透過率が高く、プラズマ生成物によりエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、放電管２を石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）などの誘電体から形成されるものとすることができる。ただし、これらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００１３】
プラズマ生成物制御手段３は、電極３ａ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。
電極３ａは、放電管２の内部に設けられたプラズマＰを発生させる領域Ｅを放電管２の軸方向に挿通するようにして設けられている。図１に例示をしたものの場合には、放電管２と電極３ａとがプラズマＰを発生させる領域Ｅにおいて略同芯となるように設けられている。また、電極３ａは、導電体から形成されている。例えば、電極３ａをステンレス、アルミニウム、銅などの金属から形成されるものとすることができる。また、電極３ａは、プラズマＰの発生に影響を与えにくい形状とされている。そのような電極３ａの形状としては、例えば、針状や板状などを例示することができる。
【００１４】
電極３ａの外周面には被覆部３ｄが設けられている。被覆部３ｄは、プラズマ生成物によりエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、被覆部３ｄを石英（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体から形成されるものとすることができる。この場合、プロセスガスＧとしてフッ素を含むガス（例えば、ＣＦ４やＮＦ３など）を用いることを考慮すれば、耐フッ素プラズマ性の高い材料とすることが好ましい。そのようなものとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイア、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ；Yttrium Aluminum Garnet）などを例示することができる。この様な材料を用いるものとすれば、反応性が高いフッ素プラズマ生成物により電極３ａがエッチングされるのを抑制することができる。ただし、電極３ａ、被覆部３ｄの材料として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。
【００１５】
電極３ａは、切換手段３ｃにより電源３ｂと電気的に接続することができるようになっている。切換手段３ｃは、電圧の印加と印加の停止との切換を行う。また、電圧の印加を行う際には極性（正または負）の切換も行えるようになっている。また、電圧の印加を停止した場合には、電極３ａがいわゆる浮遊電極となるようになっている。
【００１６】
電源３ｂは、電極３ａに所定の極性の電圧を印加できるものとすることができる。例えば、図１に例示をしたもののように、正、負の極性の電圧をそれぞれ印加するための直流電源を備えたものとすることができる。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば整流回路などを備え、正、負の極性の電圧を印加することのできる交流電源とすることもできる。
【００１７】
また、電源３ｂは、プロセス条件などによりプラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性が決まっている場合（例えば、後述する負性ガスを用いる場合など）には、正または負のいずれかの極性の電圧を印加するものであってもよい。また、電極３ａを浮遊電極とするだけの場合には、必ずしも電源３ｂを設ける必要はない。
また、同様に、荷電粒子の極性が決まっている場合や電極３ａを浮遊電極とするだけの場合には、必ずしも切換手段３ｃを設ける必要はない。
なお、電極３ａを浮遊電極とするだけの場合には、電極３ａを電気的にフローティングすればよい。例えば、絶縁物などを介して放電管２やガス導入部７などに電極３ａを保持させればよい。
また、印加する電圧を制御する図示しない電圧制御手段を設けることもできる。
【００１８】
導入導波管４は、後述するマイクロ波発生手段１３から放射されたマイクロ波Ｍを伝播させて、放電管２の内部のプラズマＰを発生させる領域Ｅにマイクロ波Ｍを導入するためのものである。
導入導波管４には、放電管２が略直交するように挿通している。また、導入導波管４には、放電管２の軸方向と略直交する方向から伝播してきたマイクロ波Ｍを放電管２に向けて放射するための環状のスロット４ａが設けられている。
【００１９】
ここで、図１（ｂ）に示すように、放電管２が導入導波管４を挿通する部分において、放電管２の軸方向と直交する方向で、かつ、マイクロ波Ｍの進行方向に直交する方向の導入導波管４の内側寸法、すなわち、導入導波管４の内部に設けられた一対のマイクロ波通路の通路幅Ｗの寸法を、マイクロ波Ｍの半波長（λ／２）よりも大きくマイクロ波Ｍの１波長（λ）よりも小さな値とすることが好ましい。通路幅Ｗの寸法をこのような値に設定すれば、伝播してきたマイクロ波Ｍは、放電管２内のプラズマＰに影響されることなく、放電管２の背面側まで同一のモードで回り込むことができる。そのため、プラズマＰの発生を安定させることができるようになる。すなわち、通路幅Ｗをマイクロ波Ｍの半波長（λ／２）よりも大きくすることでマイクロ波Ｍの伝播が可能となり、また、通路幅Ｗをマイクロ波Ｍの１波長（λ）より小さくすることで、多モードの電磁界分布の発生を防止することができるようになる。ちなみに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｍの導波管内波長（λ）が１６０ｍｍの場合、この通路幅Ｗは、好ましくは、８０ｍｍ＜通路幅Ｗ＜１６０ｍｍとなる。
【００２０】
放電管２の内部は、プラズマ発生室となるが、スロット４ａに対向する部分がプラズマＰを発生させる領域Ｅの略中心となる。
冷却手段５の冷却ブロック６は、導入導波管４に放電管２が挿通している部分の周辺において、放電管２の外周面を包囲するようにして設けられている。この冷却ブロック６は、循環する冷却水により冷却されるようになっている。また、放電管２との間には、隙間Ｇ１（例えば１ｍｍ程度）が形成されている。そして、冷却手段５により放電管２を冷却することができるようになっている。また、放電管２を冷却することで放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるようになっている。
【００２１】
冷却ブロック６には、窒素ガスなどの不活性ガスを隙間Ｇ１に導入するためのガス導入路８が設けられている。このガス導入路８の断面積は、マイクロ波Ｍが漏洩しない程度に小さく設定されている。この導入された不活性ガスにより放電管２に対する冷却効果を向上させることができる。すなわち、ガス導入路８に導入された不活性ガスによる冷却効果により放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、ガス導入路８に導入された不活性ガスによりパージが行われ大気中の酸素が排除されるので、オゾンの発生をも抑制することができる。
【００２２】
なお、放電管２からの輻射熱を吸収する効果を高めるために、冷却ブロック６の内側に、輻射熱の吸収率の高い導体或いは誘電体を設けるようにしてもよい。また、冷却ブロック６の内壁を黒色に着色することも、輻射熱の吸収効果を高める上で有効である。
【００２３】
冷却手段５の冷却ブロック６内には図示しない導入口から冷却水が導入され、冷却ブロック６内を冷却水が循環して図示しない排出口から排出されるようになっている。なお、冷却水の導入は、図示しない冷却水導入手段により行われる。また、冷却ブロック６からの排水をフィルター、冷却器などを介して再度利用するようにすることもできる。
【００２４】
次に、プラズマ発生装置１の作用について例示をする。
まず、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１（図７を参照）により放電管２の内部が所定の圧力にまで減圧される。次に、ガス導入手段１２（図７を参照）から所定量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４やＮＦ３など）が、ガス導入部７を介して放電管２の内部に導入される。この際、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布が略均一となるようにプラズマ生成物制御手段３の周囲に略均等にプロセスガスＧが導入される。なお、プロセスガスＧを導入する際に、旋回流などを生じさせるようにすれば、拡散性を向上させることができるので、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。
【００２５】
一方、マイクロ波発生手段１３（図７を参照）から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管４の内部に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管４内を伝播して環状のスロット４ａから放電管２に放射される。放電管２に放射されたマイクロ波Ｍは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入される。また、冷却手段５の冷却ブロック６内に冷却水が導入されて放電管２の冷却が行われる。また、ガス導入路８に窒素ガスなどの不活性ガスが導入されて、冷却とオゾン発生の抑制が行われる。
【００２６】
プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（中性活性種、荷電粒子（イオン、電子））が生成される。生成されたプラズマ生成物は、ガス流にのってガス搬送部９を介して処理容器１４（図７を参照）内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１４にまで到達することができず、寿命の長い中性活性種が処理容器１４にまで到達し、被処理物のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われることになる。
ここで、放電管２の内壁に近い位置にプラズマ生成物があるほど放電管２の損耗が著しくなる。そのため、生成されたプラズマ生成物を放電管２の内壁から引き離すようにすることが好ましい。
【００２７】
本実施の形態においては、プラズマ生成物制御手段３により放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。すなわち、プラズマ生成物制御手段３を用いることで、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子（正イオン、負イオン、電子）の極性を利用して、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。
【００２８】
この場合、例えば、切換手段３ｃを切り換えることで電圧の印加を停止させて電極３ａを浮遊電極とすれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すことができる。プラズマＰ中にある浮遊電極に入射する電子の粒子束はイオンの粒子束よりも大きいため、浮遊電極は負に帯電することになる。そのため、プラズマ生成物である正イオンを電極３ａ側に引き寄せることができる。すなわち、プラズマ生成物である正イオンを放電管２の内壁から引き離すことができる。
【００２９】
また、切換手段３ｃを切り換えることで電極３ａに負の極性の電圧を印加して積極的に負に帯電させることもできる。そのようにすれば、さらに多くの正イオンを電極３ａ側に引き寄せることができる。また、図示しない電圧制御手段により印加する負の極性の電圧を制御して引き寄せる正イオンの量や分布を調整することもできる。また、図示しない測定器により、イオンの極性を測定するようにすることもできる。この様な測定器としては、例えば、ラングミュアプローブや分光器などを例示することができる。
【００３０】
プラズマ生成物であるイオンは正イオンである場合が多いが、プロセスガスＧとして負性ガスを用いる場合には、負イオンが生成される。負性ガスとは、ガス分子に電子が付着することにより負イオンを生成しやすい気体である。例えば、ＣＦ4、ＳＦ6、Ｃｌ2などのハロゲン系のガスや酸素ガスなどを例示することができる。また、プラズマ生成物には電子も含まれている。
【００３１】
この様に負イオンが生成される場合には、切換手段３ｃを切り換えることで電極３ａに正の電圧を印加して正に帯電させるようにする。そのようにすれば、プラズマ生成物である負イオンや電子を電極３ａ側に引き寄せることができる。すなわち、プラズマ生成物である負イオンや電子を放電管２の内壁から引き離すことができる。また、図示しない電圧制御手段により印加する正の電圧を制御して引き寄せる負イオンや電子の量、分布を調整することもできる。
【００３２】
また、正イオン、負イオン、電子とが存在する場合には、所定の時間毎に切換手段３ｃを切り換えて正イオン、負イオン、電子を電極３ａ側に引き寄せるようにすることもできる。
【００３３】
本実施の形態によれば、プラズマ生成物であるイオンや電子を放電管２の内壁から引き離すことができる。そのため、放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるので、放電管２の寿命を延ばすことができる。また、冷却手段５による冷却効果、ガス導入路８に導入された不活性ガスによる冷却効果により放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、放電管２の寿命を延ばすことができるので生産性を向上させることができる。
【００３４】
図２は、第２の実施形態に係るプラズマ発生装置１０を例示するための模式断面図である。なお、図２（ａ）はプラズマ発生装置１０の正面側の模式断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視模式断面図である。
図２に示すように、プラズマ発生装置１０は、放電管２、プラズマ生成物制御手段２３、導入導波管４を備えている。
【００３５】
プラズマ生成物制御手段２３は、電極３ｅ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。
電極３ｅは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに対向させるようにして放電管２の外部に設けられている。図２に例示をしたものの場合には、放電管２の外周面に巻きつけるようにして螺旋状に設けられている。また、図２に例示をしたものは密着させるようにして設けているが間隔を空けて設けるようにすることもできる。間隔を空けて設けるようにすれば、放電管２の軸方向におけるプラズマ生成物の分布を調整することができる。なお、巻きつけ数や巻きつけ方向などには特に限定がなく適宜変更することができる。また、螺旋状に巻きつける場合を例示したが円環状の電極３ｅを配設するようにしてもよい。
【００３６】
電極３ｅの断面形状には特に限定はないが、後述する冷却効果や荷電粒子（正イオン、負イオン、電子）を追いやる効果を考慮すると扁平形状とすることが好ましい。また、放電管２に面する側に平面が形成されるような形状とすることがより好ましい。そのようなものとしては、例えば、楕円形状や、三角形や矩形などのような多角形などを例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００３７】
また、電極３ｅの内部には冷却水を流通させるための流路が形成されている。そして、電極３ｅの一端から冷却水が導入され、電極３ｅの内部を流通して他端から排出されるようになっている。冷却水の導入は、図示しない冷却水導入手段により行われる。また、電極３ｅからの排水をフィルター、冷却器などを介して再度利用するようにすることもできる。電極３ｅは、導電性を有し熱伝導率の高い材料から形成されるようにすることが好ましい。そのような材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅などの金属を例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００３８】
図２に例示をしたものの場合は、電極３ｅの内部に冷却水の流路を設けているが電極３ｅと冷却手段とを分離することもできる。例えば、放電管２の外部に帯状の電極を設け、帯状の電極に密着させるようにして内部に冷却水の流路が設けられた冷却手段を設けるようにすることができる。ただし、電極３ｅの内部に冷却水の流路を設けるようにすれば、新たに冷却手段を設ける必要がないので、プラズマ発生装置の小型化を図ることができる。
【００３９】
なお、放電管２からの輻射熱を吸収する効果を高めるために、放電管２に面する側に、輻射熱の吸収率の高い導体或いは誘電体を設けるようにしてもよい。また、放電管２に面する側の面を黒色に着色することも、輻射熱の吸収効果を高める上で有効である。
また、窒素ガスなどの不活性ガスを放電管２に向けて供給する（例えば、吹き付ける）図示しないガス供給手段を設けるようにすることができる。窒素ガスなどの不活性ガスを放電管２に向けて供給するようにすれば、図１に例示をしたものと同様に放電管２の冷却とオゾン発生の抑制とを行うことができる。
【００４０】
電極３ｅは、切換手段３ｃにより電源３ｂと電気的に接続することができるようになっている。切換手段３ｃは、電圧の印加と印加の停止との切換を行う。また、電圧の印加を行う際には極性（正または負）の切換も行えるようになっている。また、電圧の印加を停止した場合には、電極３ｅがいわゆる浮遊電極となるようになっている。
【００４１】
電源３ｂは、電極３ｅに正、負の極性の電圧を印加できるものとすることができる。例えば、図２に例示をしたもののように、正、負の極性の電圧をそれぞれ印加するための直流電源を備えたものとすることができる。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば、整流回路などを備え正、負の極性の電圧を印加することのできる交流電源とすることもできる。また、印加する電圧を制御する図示しない電圧制御手段を設けることもできる。
【００４２】
次に、プラズマ発生装置１０の作用について例示をする。
プラズマ発生装置１０においても、図１において例示をしたプラズマ発生装置１と同様にしてプラズマ生成物が生成される。
例えば、まず、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１（図７を参照）により放電管２の内部が所定の圧力にまで減圧される。次に、ガス導入手段１２（図７を参照）から所定量のプロセスガスＧが放電管２の内部に導入され、また、導入導波管４を介して所定のパワーのマイクロ波Ｍが放電管２内のプラズマＰを発生させる領域Ｅに導入される。そして、プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（中性活性種、荷電粒子（イオン、電子））が生成される。この際、電極３ｅの内部の流路内に冷却水が導入されて放電管２の冷却が行われる。また、窒素ガスなどの不活性ガスを放電管２に向けて供給することで冷却とオゾン発生の抑制とを行うこともできる。生成されたプラズマ生成物は、ガス流にのってガス搬送部９を介して処理容器１４（図７を参照）内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１４にまで到達することができず、寿命の長い中性活性種が処理容器１４にまで到達し、被処理物のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われることになる。
【００４３】
本実施の形態においては、プラズマ生成物制御手段２３により放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。すなわち、プラズマ生成物制御手段２３を用いることで、プラズマ生成物に含まれる荷電粒子（正イオン、負イオン、電子）の極性を利用して、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。
【００４４】
この場合、例えば、切換手段３ｃを切り換えることでプラズマ生成物であるイオンや電子の極性と同じ極性となるように電極３ｅを帯電させれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離す（追いやる）ことができる。
【００４５】
また、正イオン、負イオン、電子が混在する場合には、反応性が高い方のイオンの極性と同じ極性となるように電極３ｅを帯電させるようにする。そのようにすれば、反応性のより高いイオンが放電管２の内壁から引き離される（追いやられる）ことになる。その結果、放電管２の内壁が反応性のより高いイオンによってエッチングされるのを抑制することができる。
【００４６】
また、反応性のより低いイオンが正イオンの場合には切換手段３ｃを切り換えることで電圧の印加を停止させて電極３ｅを浮遊電極とすることもできる。そのようにすれば、反応性のより低いイオンが放電管２の内壁側に引き寄せられるので、内壁の近傍における反応性がより高いイオンの割合を少なくすることができる。その結果、放電管２の内壁が反応性のより高いイオンによってエッチングされるのを抑制することができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、プラズマ生成物であるイオンや電子を放電管２の内壁から引き離す（追いやる）ことができる。そのため、放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるので、放電管２の寿命を延ばすことができる。また、電極３ｅの流路などに冷却水を流通させたり、放電管２に向けて不活性ガスを供給したりすることで放電管２を冷却し、放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、放電管２の寿命を延ばすことができるので生産性を向上させることができる。
【００４８】
なお、図１、図２においてはプラズマ生成物制御手段３、プラズマ生成物制御手段２３をそれぞれ備える場合を例示したが、両方を備えるようにすることもできる。そのようにすれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離す効果をより高めることができる。
【００４９】
図３は、第３の実施形態に係るプラズマ発生装置３０を例示するための模式断面図である。なお、図３（ａ）はプラズマ発生装置３０の正面側の模式断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視模式断面図である。
図３に示すように、プラズマ発生装置３０は、放電管２、プラズマ生成物制御手段３３、プラズマ生成物制御手段４３、導入導波管４、ガス濃度均一化手段５０を備えている。
【００５０】
プラズマ生成物制御手段３３は、電極３３ａ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。
【００５１】
電極３３ａは、後述するガス濃度均一化手段の内壁に設けられている。すなわち、電極３３ａは、ガス濃度均一化手段３３の内部を軸方向に延設されている。
電極３３ａは、導電体から形成されている。例えば、電極３３ａをステンレス、アルミニウム、銅などの金属から形成されるものとすることができる。また、プロセスガスＧによる侵食を抑制するための図示しない保護層を電極３３ａの内壁に設けるようにすることもできる。保護層としては、例えば、フッ素樹脂などから形成されるものを例示することができる。
【００５２】
電極３３ａは、切換手段３ｃにより電源３ｂと電気的に接続することができるようになっている。切換手段３ｃは、電圧の印加と印加の停止との切換を行う。また、電圧の印加を行う際には極性（正または負）の切換も行えるようになっている。また、電圧の印加を停止した場合には、電極３３ａがいわゆる浮遊電極となるようになっている。
【００５３】
プラズマ生成物制御手段４３は、電極４３ｅ、電源３ｂ、切換手段３ｃを備えている。 電極４３ｅは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに対向させるようにして放電管２の外部に設けられている。図３に例示をしたものの場合には、図１において例示をした冷却ブロック６を導電体で形成することで電極４３ｅとしている。そのため、電極４３ｅの内部に設けられる冷却水の流路やガス導入路８、隙間Ｇ１などに関しては前述した冷却手段５と同様とすることができる。なお、プラズマ生成物制御手段４３の代わりに図２に例示をしたプラズマ生成物制御手段２３（電極３ｅ）を設けるようにすることもできる。
【００５４】
ガス濃度均一化手段５０は、一端が塞がれ、他端が開放された管状体である。ガス濃度均一化手段５０の開放された端部は、ガス導入部７と接続されている。そして、ガス導入部７を介してガス導入手段１２からガス濃度均一化手段５０の内部にプロセスガスＧが導入されるようになっている（図７を参照）。また、ガス濃度均一化手段５０は、放電管２の内部に設けられたプラズマＰを発生させる領域Ｅを軸方向に挿通するようにして設けられている。図３に例示をしたものの場合には、放電管２とガス濃度均一化手段５０とは、プラズマを発生させる領域Ｅにおいて略同芯となるように設けられている。
【００５５】
また、マイクロ波Ｍを導入してプラズマＰを発生させる領域Ｅに面する部分には、プロセスガスＧを吐出させるための開口部５０ａが複数設けられている。すなわち、ガス濃度均一化手段５０は、プラズマＰを発生させる領域Ｅを放電管２の軸方向に挿通して設けられ、プラズマＰを発生させる領域Ｅに面する位置にプロセスガスＧを吐出する開口部５０ａを有している。そして、プロセスガスＧは、ガス濃度均一化手段５０に設けられた複数の開口部５０ａを介して放電管２の内部に導入されるようになっている。そのため、プラズマＰを発生させる領域Ｅに直接的にプロセスガスＧを導入することができる。
【００５６】
ガス濃度均一化手段５０は、プラズマ生成物によりエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、石英（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体からなるものとすることができる。この場合、プロセスガスＧとしてフッ素を含むガス（例えば、ＣＦ４やＮＦ３など）を用いることを考慮すれば、耐フッ素プラズマ性の高い材料とすることが好ましい。そのようなものとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイア、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ；Yttrium Aluminum Garnet）などを例示することができる。この様な材料を用いるものとすれば、反応性が高いフッ素プラズマ生成物によりガス濃度均一化手段５０がエッチングされるのを抑制することができる。ただし、例示をした材料に限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００５７】
図４は、ガス濃度均一化手段の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
図４（ａ）は、図３において例示をしたガス濃度均一化手段５０の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
図４（ａ）に示すように、ガス濃度均一化手段５０には複数の開口部５０ａが設けられている。また、開口部５０ａは、ガス濃度均一化手段５０の軸方向と直交する方向の断面において、放射状に設けられている。また、開口部５０ａは略均等角度となるように設けられている。この様に、開口部５０ａを略均等角度となるように設ければ、ガス濃度均一化手段５０の周囲に略均等にプロセスガスＧを吐出させることができる。
【００５８】
図４（ｂ）は、他の実施形態に係るガス濃度均一化手段の軸方向と直交する方向の模式断面図である。
図４（ｂ）に示すように、ガス濃度均一化手段５１には複数の開口部５１ａが設けられている。また、開口部５１ａは、ガス濃度均一化手段５１の軸方向と直交する方向の断面において、開口部５１ａの軸線とガス濃度均一化手段５１の軸線とが交差しないように設けられている。すなわち、開口部５１ａの軸線がガス濃度均一化手段５１の断面中心からオフセットしている。この様にすれば、ガス濃度均一化手段５１の周囲に旋回流を生じさせることができるので、拡散性を向上させることができる。その結果、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。
【００５９】
図５は、ガス濃度均一化手段の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
図５（ａ）は、図３において例示をしたガス濃度均一化手段５０の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
図５（ａ）に示すように、開口部５０ａは、ガス濃度均一化手段５０の軸方向に平行な断面において、開口部５０ａの軸線がガス濃度均一化手段５０の軸線に対して略直交するように設けられている。また、開口部５０ａは略均等間隔に設けられている。この様に、開口部５０ａを略均等間隔に設ければ、ガス濃度均一化手段５０の周囲に略均等にプロセスガスＧを吐出させることができる。
【００６０】
図５（ｂ）〜図５（ｄ）は、他の実施形態に係るガス濃度均一化手段の軸方向に平行な方向の模式部分断面図である。
図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、開口部５２ａ、５３ａは、ガス濃度均一化手段５２、５３の軸方向の断面において、開口部５２ａ、５３ａの軸線がガス濃度均一化手段５２、５３の軸線に対して傾斜して設けられていてもよい。
この様にすれば、ガス濃度均一化手段５２、５３の周囲にガス流を生じさせることができるので、拡散性を向上させることができる。その結果、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。
また、図５（ｄ）に示すように、軸線が異なる方向を向いている開口部５０ａ、５２ａ、５３ａを適宜組み合わせるようにすることもできる。
【００６１】
なお、開口部を均等に設ける場合を例示したが、プロセスガス濃度分布の均一化を図るために配設間隔、角度、孔径などを変化させてもよい。例えば、ガス濃度均一化手段の先端になるほど配設間隔を短くしたり、孔径を大きくしたりすることもできる。
また、開口部の数、孔径の大きさ、配設位置、配設ピッチ、配設角度などの配設条件は、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。この場合、放電管２の内径、ガス圧や流量などのプロセス条件、プラズマＰを発生させる領域Ｅの大きさや位置などに応じて、プロセスガス濃度分布が均一化されるように開口部の配設条件を決定することもできる。
また、孔状の開口部を設ける場合を例示したが、開口部は孔状のものに限定されるわけではない。例えば、ガス濃度均一化手段を多孔質材料で形成させて、開口部を設けるようにすることもできる。
【００６２】
次に、プラズマ発生装置３０の作用について例示をする。
例えば、まず、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１（図７を参照）により放電管２の内部が所定の圧力にまで減圧される。次に、ガス導入手段１２（図７を参照）から所定量のプロセスガスＧが、ガス導入部７、ガス濃度均一化手段５０を介して放電管２の内部に導入される。
【００６３】
ここで、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布が不均一となるとプラズマ生成物の生成効率が悪化するおそれがある。また、濃度の濃い部分に生成された中性活性種が衝突すると散乱が生じて、放電管２の内壁などに中性活性種が衝突することで失活してしまうおそれがある。また、生成されたプラズマ生成物の分布も不均一となるので、放電管２が局部的にエッチングされてしまい、寿命が短くなるおそれがある。
【００６４】
そのため、本実施の形態においては、ガス濃度均一化手段５０により略均等にプロセスガスＧを導入するようにしている。その結果、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布を均一化することができる。また、ガス濃度均一化手段５０からプロセスガスＧを導入する際に、旋回流やガス流を生じさせるようにすれば、拡散性を向上させることができるので、プロセスガス濃度分布の均一化をさらに図ることができる。また、プラズマＰを発生させる領域Ｅに直接的にプロセスガスＧが導入されるので、プラズマＰを発生させる領域Ｅにおける濃度分布の制御性を向上させることができる。
【００６５】
一方、マイクロ波発生手段１３（図７を参照）から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管４の内部に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管４内を伝播して環状のスロット４ａから放電管２に放射される。放電管２に放射されたマイクロ波Ｍは、プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入される。また、電極４３ｅ内に冷却水が導入されて、放電管２の冷却が行われ、ガス導入路８から窒素ガスなどの不活性ガスが導入されて、冷却とオゾン発生の抑制が行われる。
【００６６】
プラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生し、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（中性活性種、荷電粒子（イオン、電子））が生成される。なお、放電管２の内部に導入されたマイクロ波Ｍがガス濃度均一化手段５０の内部にまで導入される場合もある。しかしながら、ガス濃度均一化手段５０の内部にはプロセスガスＧが供給されているため、放電管２の内部のように内部の圧力が減圧された状態にはない。そのため、ガス濃度均一化手段５０の内部においてマイクロ波ＭによりプラズマＰが発生することがなく、プロセスガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物が生成されることもない。
生成されたプラズマ生成物は、ガス流にのってガス搬送部９を介して処理容器１４（図７を参照）内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器１４にまで到達できず、寿命の長い中性活性種のみが処理容器１４にまで到達し、被処理物のプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われることになる。
【００６７】
本実施の形態においては、プラズマ生成物制御手段３３、４３により放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すようにしている。
この場合、例えば、切換手段３ｃを切り換えることで電極３３ａ、電極４３ｅの極性を変えたり、浮遊電極としたりすることで放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すことができる。なお、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離すことに関しては前述したものと同様のため詳細な説明は省略する。
【００６８】
本実施の形態によれば、プラズマ生成物制御手段３３、４３によりプラズマ生成物であるイオンや電子を放電管２の内壁から引き離すことができる。そのため、放電管２の内壁がエッチングされるのを抑制することができるので、放電管２の寿命を延ばすことができる。また、電極４３ｅの流路などに冷却水を流通させたり、ガス導入路８に不活性ガスを導入したりすることで放電管２を冷却し、放電管２の内壁がエッチングされるのをさらに抑制することができる。また、放電管２の寿命を延ばすことができるので生産性を向上させることができる。
【００６９】
また、ガス濃度均一化手段５０によりプラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布を均一化することができる。そのため、プラズマ生成物の生成効率を向上させることができる。また、プラズマＰを発生させる領域Ｅに直接的にプロセスガスＧを導入することができるので、濃度分布の制御性を向上させることができ、ひいてはプラズマ生成物の生成効率を向上させることができる。
そして、プラズマ生成物の生成効率を向上させることができるので、マイクロ波ＭのパワーやプロセスガスＧの消費量などを抑制することができる。すなわち、省エネルギー化や省資源化などを図ることができる。
【００７０】
また、濃度の濃い部分に生成された中性活性種が衝突することで発生する散乱を抑制することができる。そのため、中性活性種の失活を抑制することができ、その分多くの中性活性種をプラズマ処理に用いることができる。
また、生成されるプラズマ生成物の分布も均一とすることができるので、放電管２の局部的なエッチングを抑制することができ、寿命を延ばすことができる。
また、プラズマ生成物の生成を安定化させることもできるので、プラズマ処理の生産効率、歩留まり、品質などの向上を図ることもできる。
【００７１】
なお、図３においてはプラズマ生成物制御手段３３、４３を備える場合を例示したが、少なくとも一方を備えるようにすることもできる。ただし、プラズマ生成物制御手段３３、４３の両方を備えるようにすれば、放電管２の内壁からプラズマ生成物を引き離す効果をより高めることができる。
【００７２】
図６は、第４の実施形態に係るプラズマ発生装置４０を例示するための模式断面図である。なお、図６（ａ）はプラズマ発生装置４０の正面側の模式断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視模式断面図である。なお、図６（ａ）中の矢印Ｘは、ガス濃度均一化手段５０の回転方向を表している。
図６に示すように、プラズマ発生装置４０は、放電管２、プラズマ生成物制御手段３３、プラズマ生成物制御手段４３、導入導波管４、ガス濃度均一化手段５０を備えている。また、ガス濃度均一化手段５０を軸線周りに回転させるための回転手段２５がさらに設けられている。
回転手段２５は、ガス濃度均一化手段５０を放電管２の軸方向に対して平行な軸線の周りに回転させる。そのため、ガス濃度均一化手段５０は、開口部５０ａからプロセスガスＧを吐出させつつその軸線周りに回転するようになっている。この場合、回転速度は、放電管２の内径、ガス圧や流量などのプロセス条件、プラズマＰを発生させる領域Ｅの大きさや位置などに応じて、プロセスガス濃度分布が均一化されるように適宜決定することができる。また、回転方向は矢印Ｘの方向に限定されるわけではなく、逆方向に回転させてもよい。また、回転方向を切り換えたり、回転速度を変化させるようにすることもできる。
【００７３】
本実施の形態によれば、開口部５０ａの位置を回転方向に変化させつつプロセスガスＧを吐出させることができるので、プラズマＰを発生させる領域ＥにおけるプロセスガスＧの濃度分布をさらに均一化することができる。
【００７４】
図７は、第５の実施形態に係るプラズマ処理装置１００を例示するための模式断面図である。
なお、一例として、図６において例示をしたプラズマ発生装置４０を備えるＣＤＥ（Chemical Dry Etching；ケミカルドライエッチング）装置の場合を説明する。そのため、図６において例示をしたプラズマ発生装置４０の説明は適宜省略する。
図７に示すように、プラズマ処理装置１００は、プラズマ発生装置４０、減圧手段１１、ガス導入手段１２、マイクロ波発生手段１３、処理容器１４、制御手段１５などを備えている。
【００７５】
処理容器１４は、有底の略円筒形状をしており、その開口端が天板１４ａで塞がれている。また、処理容器１４は、大気圧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１４の内部には、ヒータなどの加熱手段や静電チャックなどの保持手段を内蔵した載置台１６が設けられ、その上面には被処理物Ｗｆ（例えば、ウェーハやガラス基板など）が載置、保持できるようになっている。
【００７６】
処理容器１４の底面には、圧力制御器（Auto Pressure Controller、ＡＰＣ）１７を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧手段１１が接続されている。減圧手段１１は、処理容器１４の内部を所定の圧力まで減圧するためのものである。圧力制御器１７は、処理容器１４の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器１４の内圧が所定の圧力となるように制御する。
【００７７】
プラズマ発生装置４０の放電管２の一端にはガス導入部７が接続され、ガス導入手段１２からガス導入部７、ガス濃度均一化手段５０を介して放電管２の内部のプラズマＰを発生させる領域ＥにプロセスガスＧが導入されるようになっている。また、プラズマ発生装置４０の放電管２の他端にはガス搬送部９が接続され、ガス搬送部９はガス搬送管１８により処理容器１４と接続されている。すなわち、ガス搬送管１８は、プラズマ発生装置４０（放電管２）と処理容器１４とを連通させている。ガス搬送管１８はプラズマ生成物による侵食に耐え得る材料、例えば、石英、ステンレス鋼、セラミックス、フッ素樹脂などから形成されている。
【００７８】
導入導波管４の一端は、マイクロ波発生手段１３と接続されている。このマイクロ波発生手段１３は、所定周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管４に向けて放射するようになっている。
【００７９】
ガス導入手段１２は、プラズマ発生装置４０に設けられたガス濃度均一化手段５０を介して放電管２内部のプラズマを発生させる領域ＥにプロセスガスＧを導入する。この場合、例えば、ＣＦ４、ＮＦ３、Ｏ２などのプロセスガスＧが流量制御弁（Mass Flow Controller，ＭＦＣ）１９、ガス導入部７、ガス濃度均一化手段５０を介して、ガス導入手段１２から放電管２の内部のプラズマＰを発生させる領域Ｅに導入されるようにすることができる。プロセスガスＧの導入量は、制御手段１５により流量制御弁１９を制御することで調整することができる。
【００８０】
制御手段１５は、流量制御弁１９の制御のみならず、プラズマ処理装置１００を構成する各要素の制御をも行う。例えば、圧力制御器１７を制御して処理容器１４の内部の圧力を調整したり、マイクロ波発生手段１３や減圧手段１１などの起動・停止などを制御することができる。また、回転手段２５を制御してガス濃度均一化手段５０の回転の起動・停止、回転方向の切り換え、回転速度の制御などを行うことができる。また、切換手段３ｃを制御して電極３３ａ、電極４３ｅに電圧を印加したり、電圧の極性を変えたり、浮遊電極としたりすることを行うことができる。
【００８１】
ガス搬送管１８は、処理容器１４の上部側壁を貫通して、処理容器１４内に設けられた散乱抑制手段２６に接続されている。
散乱抑制手段２６は、一方の端部がガス搬送管１８に接続され、この端部に対向する側の端面が載置台１６に向けて開口している。すなわち、散乱抑制手段２６は、上下端が開口され、その上端部においてガス搬送管１８と連通している。
また、上端部の開口寸法よりも下端部の開口寸法の方が大きくなっている。すなわち、載置台１６に向かって断面寸法が大きくなるようになっている。
【００８２】
散乱抑制手段２６の形状は特に限定されないが、例えば、外観が円錐台となるようにすることができる。散乱抑制手段２６の材料は、中性活性種が失活しにくいものとすることが好ましい。そのような材料としては、例えば、フッ素樹脂などを例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００８３】
この様な散乱抑制手段２６を設けるものとすれば、処理容器１４内における中性活性種の散乱を抑制することができるので、中性活性種の利用効率を向上させることができる。また、散乱抑制手段２６の形状を適宜変更することで、中性活性種の面内分布を調整することもできる。例えば、ガスの流速が速い部分においては、流速が抑制されるように散乱抑制手段２６の壁面をより垂直に立てたような形状とすることができる。
【００８４】
散乱抑制手段２６の下端部の開口と対向させるようにして整流板２０が設けられている。この整流板２０は、ガス搬送管１８から導入された中性活性種を含むガスの流れを整流し、被処理物Ｗｆの処理面上でのプラズマ生成物の量が均一となるようにするためのものである。また、整流板２０は、多数のノズル孔２１が形成された略円形の板状体であり、処理容器１４の内壁に固定されている。
【００８５】
次に、プラズマ処理装置１００の作用について例示をする。
なお、前述したプラズマ発生装置４０の作用については省略する。
まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗｆ（例えば、ウェーハやガラス基板など）が、処理容器１４内に搬入され、載置台１６上に載置、保持される。次に、処理容器１４内が減圧手段１１により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御器１７により処理容器１４内の圧力が調整される。また、処理容器１４と連通する放電管２の内部も減圧される。
【００８６】
次に、前述したようにプラズマ発生装置４０によりプラズマ生成物が生成され、ガス搬送部９、ガス搬送管１８を介して処理容器１４内の散乱抑制手段２６に導入される。この際、前述したように寿命の長い中性活性種が散乱抑制手段２６に導入されることになる。散乱抑制手段２６に導入された中性活性種は、散乱抑制手段２６により散乱することが抑制され、整流板２０で整流されて被処理物Ｗｆの表面に到達する。そして、被処理物Ｗｆの表面に到達した中性活性種によりエッチング処理などのプラズマ処理が行われる。この場合、被処理物Ｗｆは中性活性種により処理されることになるので、等方性の高い処理（例えば、等方性エッチング処理）が行われることになる。処理が終了した被処理物Ｗｆは、図示しない搬送装置により処理容器１４外に搬出される。この後、必要があれば、前述のプラズマ処理が繰り返される。
【００８７】
プラズマ処理としては、ウェーハなどのエッチング処理やアッシング処理などを例示することができる。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば、フラットパネルディスプレイの製造におけるパターンのエッチング処理、位相シフトマスクの製造におけるパターンのエッチング処理、太陽電池の製造における反射防止膜のエッチング処理などとすることもできる。また、エッチング処理のみならず、金属部品の表面硬化処理、プラスチック部品の表面活性化処理、無薬剤殺菌処理など、幅広い技術分野において活用されているプラズマ処理とすることができる。
【００８８】
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、プラズマ発生装置１、プラズマ発生装置１０、プラズマ発生装置３０、プラズマ発生装置４０、プラズマ処理装置１００などが備える各要素の形状、寸法、材料、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、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】
【００８９】
１ プラズマ発生装置、２ 放電管、３ プラズマ生成物制御手段、３ａ 電極、３ｂ 電源、３ｃ 切換手段、３ｄ 被覆部、３ｅ 電極、４ 導入導波管、１０ プラズマ発生装置、１１ 減圧手段、１２ ガス導入手段、１３ マイクロ波発生手段、１４ 処理容器、１５ 制御手段、２３ プラズマ生成物制御手段、２５ 回転手段、３０ プラズマ発生装置、３３ プラズマ生成物制御手段、３３ａ 電極、４０ プラズマ発生装置、４３ プラズマ生成物制御手段、４３ｅ 電極、５０ ガス濃度均一化手段、５１〜５３ ガス濃度均一化手段、１００ プラズマ処理装置、Ｅ 領域、Ｇ プロセスガス、Ｐ プラズマ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管と、
マイクロ波発生手段から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、
プラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性を利用して、前記放電管の内壁からプラズマ生成物を引き離すプラズマ生成物制御手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成物制御手段は、前記プラズマを発生させる領域を前記放電管の軸方向に挿通して設けられた第１の電極を備えたこと、を特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記プラズマを発生させる領域を前記放電管の軸方向に挿通して設けられ、前記プラズマを発生させる領域に面する位置にプロセスガスを吐出する開口部を有したガス濃度均一化手段をさらに備え、
前記プラズマ生成物制御手段は、前記ガス濃度均一化手段の内部を軸方向に延設された第２の電極を備えたこと、を特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記プラズマ生成物制御手段は、前記プラズマを発生させる領域に対向させるようにして前記放電管の外部に設けられた第３の電極を備えたこと、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発生装置。
【請求項５】
前記ガス濃度均一化手段を前記放電管の軸方向に対して平行な軸線の周りに回転させる回転手段をさらに備えたこと、を特徴とする請求項３または４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記電極に所定の極性の電圧を印加する電源を備えたこと、を特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
少なくとも、前記電圧の印加と、前記電圧の印加の停止と、の切り換えを行う切換手段を備えたことを特徴とする請求項６記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置と、
プラズマを発生させる領域にプロセスガスを導入するガス導入手段と、
導入導波管にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段と、
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力にまで減圧する減圧手段と、
前記プラズマ発生装置と、前記処理容器と、を連通させるガス搬送管と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理物を載置する載置台と、
を備えたこと、を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
一方の端部が前記ガス搬送管に接続され、前記端部に対向する側の端面が前記載置台に向けて開口する散乱抑制手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記散乱抑制手段は、前記載置台に向かって断面寸法が大きくなることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管と、
マイクロ波発生手段から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、
プラズマ生成物に含まれる荷電粒子の極性を利用して、前記放電管の内壁からプラズマ生成物を引き離すプラズマ生成物制御手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成物制御手段は、前記プラズマを発生させる領域を前記放電管の軸方向に挿通して設けられた第１の電極を備えたこと、を特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記プラズマを発生させる領域を前記放電管の軸方向に挿通して設けられ、前記プラズマを発生させる領域に面する位置にプロセスガスを吐出する開口部を有したガス濃度均一化手段をさらに備え、
前記プラズマ生成物制御手段は、前記ガス濃度均一化手段の内部を軸方向に延設された第２の電極を備えたこと、を特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記プラズマ生成物制御手段は、前記プラズマを発生させる領域に対向させるようにして前記放電管の外部に設けられた第３の電極を備えたこと、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発生装置。
【請求項５】
前記ガス濃度均一化手段を前記放電管の軸方向に対して平行な軸線の周りに回転させる回転手段をさらに備えたこと、を特徴とする請求項３または４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記電極に所定の極性の電圧を印加する電源を備えたこと、を特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
少なくとも、前記電圧の印加と、前記電圧の印加の停止と、の切り換えを行う切換手段を備えたことを特徴とする請求項６記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置と、
プラズマを発生させる領域にプロセスガスを導入するガス導入手段と、
導入導波管にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段と、
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力にまで減圧する減圧手段と、
前記プラズマ発生装置と、前記処理容器と、を連通させるガス搬送管と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理物を載置する載置台と、
を備えたこと、を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
一方の端部が前記ガス搬送管に接続され、前記端部に対向する側の端面が前記載置台に向けて開口する散乱抑制手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記散乱抑制手段は、前記載置台に向かって断面寸法が大きくなることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２１８９９７（Ｐ２０１０−２１８９９７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６７３０４（Ｐ２００９−６７３０４）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
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