(57)【要約】【課題】マイクロ波プラズマを用いたプラズマ処理において、導入窓またはマイクロ波立体回路を破損させることなく、かつ、安定した高密度プラズマで長時間の処理を行なうことができるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、発振されたマイクロ波を真空チャンバ１に導くためのマイクロ波立体回路と、マイクロ波立体回路の端部に接続され、真空チャンバ１の内部との境界を形成するためのマイクロ波導入部２５とを備える。マイクロ波導入部２５は、真空チャンバ１内部にマイクロ波を導入するための石英製の導入窓２と、導入窓２よりマイクロ波の上流側に配置され、不透光性の誘電体で形成された遮蔽板３とを含む。【選択図】        図１
2004247676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振されたマイクロ波を真空チャンバに導くためのマイクロ波立体回路と、
前記マイクロ波立体回路の端部に接続され、前記真空チャンバの内部との境界を形成するためのマイクロ波導入部と
を備え、前記マイクロ波導入部は、
前記真空チャンバ内部に前記マイクロ波を導入するための石英製の導入窓と、
前記導入窓より前記マイクロ波の上流側に配置され、不透光性の誘電体で形成された遮蔽板と
を含む、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記導入窓と前記遮蔽板とは、それぞれの主表面が互いに平行になるように離隔して配置された、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記遮蔽板は、前記マイクロ波の定在波の節になる位置に配置された、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記マイクロ波導入部は、前記遮蔽板の周りの少なくとも一部に間隙が形成されている、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導入窓および前記遮蔽板を冷却するための冷却手段を備える、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記冷却手段として、前記導入窓と前記遮蔽板との間の空間に空気を流すための空気流通手段が接続された、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
発振されたマイクロ波を真空チャンバに導くためのマイクロ波立体回路の端部に接続され、前記真空チャンバの内部との境界を形成するためのマイクロ波導入部において、
真空チャンバ内部へのマイクロ波の導入窓として、石英製のものを用いて、
前記導入窓の前記マイクロ波の上流側に、不透光性の誘電体からなる遮蔽板を配置した状態で処理を行なう、プラズマ処理方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理方法のうち、エッチング、アッシングまたは成膜のうち、いずれかの処理を行なう、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項１から６に記載のプラズマ処理装置のうち、いずれかの装置を用いてプラズマ処理を行なう工程を含む、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波のプラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体装置の製造方法に関する。特に、高出力のマイクロ波を用いたプラズマ処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、マイクロ波プラズマによるエッチング装置や成膜装置などのプラズマ処理装置が数多く用いられている。なかでも、高密度プラズマが必要とされる工程においては、高マイクロ波電力を投入することによって簡便に高密度プラズマが得られ、なおかつ磁気コイルによる発散磁場の形状を調整することによってプラズマの均一性を制御することのできる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を利用したＥＣＲプラズマ処理装置（たとえば、特許文献１または特許文献２参照。）が多く用いられている。たとえば、ＳｉＣやＡｌ２Ｏ３などの難エッチング材料のエッチングを行なう場合、または、センサやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスの製造などの比較的大きなエッチング量が必要とされる場合においては、プラズマ処理時間の短縮化すなわち高エッチングレート化が要求されている。このため、高密度プラズマを形成できるＥＣＲプラズマ処理装置を用いて、数ｋＷより大きな高マイクロ波電力を投入した処理が行なわれている。
【０００３】
ＥＣＲプラズマ処理装置は、大別して、内部に処理対象物を配置してプラズマ処理を行なうための真空チャンバ（真空容器）と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発振器と、発生したマイクロ波を真空チャンバに導くための導波管と、プラズマの内部に磁界を形成するための磁気コイルとを備える。
【０００４】
プラズマ処理の対象となる基板などは、真空チャンバに固定されたステージの上に配置される。真空チャンバには、真空状態を形成するために真空ポンプや真空排気管などを含んだ真空排気系が接続されており、内部を真空状態に維持できるように形成されている。また、真空チャンバには、プラズマ発生の媒体となるガスを含むプロセスガスを導入するためのプロセスガス導入系が接続されている。プロセスガス導入系は、マスフローコントローラなどによって流量調整を行ないながら、真空チャンバにプロセスガスを供給できるように形成されている。真空チャンバの外側のプラズマが形成される領域の側方には、磁気コイルが配置されている。磁気コイルには、コイルに流れる電流を調整することができる電源が接続されている。
【０００５】
マイクロ波発振器には導波管が接続され、マイクロ波発振器で発生したマイクロ波は、導波管を伝播して真空チャンバに導かれる。導波管の途中には、プラズマとのインピーダンス整合を行なうための整合器やマイクロ波をたとえば右回り円偏波するための誘電体（以下、「偏波器」という。）などが配置されている。
【０００６】
真空チャンバおよび導波管に挟まれるように形成されたマイクロ波導入部は、開口部を有した真空チャンバの一部と、マイクロ波を通過させて真空チャンバ内部にマイクロ波を導入し、なおかつ真空チャンバ内部の密閉を形成するための導入窓とを備える。導入窓と真空チャンバとはＯリングなどで密閉されて、導入窓の部分から空気が進入しないように形成されている。以下、マイクロ波発振器に接続された機器からマイクロ波導入部に接続された機器までの、導波管、整合器などの複数の機器をまとめて「マイクロ波立体回路」という。
【０００７】
プラズマ処理を行なう場合、ステージ上にウエハなどの基板を配置して、真空排気系によって真空チャンバ内部を高真空に排気する。次に、プロセスガス導入系から所望のガスを供給して真空チャンバ内を所定の圧力にする。続いて、マイクロ波発振器から発振したマイクロ波をマイクロ波立体回路を通して真空チャンバ内部に導入してプラズマを発生させる。この時、磁気コイルに電流を流して、プラズマの少なくとも一部がＥＣＲ共鳴条件を満たすような磁界を形成する。マイクロ波発振器には、たとえば２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用いることができ、この場合のＥＣＲ共鳴条件の磁束密度は０．０８７５Ｔである。磁気コイルにより形成される磁界は、真空チャンバ内のＥＣＲ共鳴領域から基板に向かって、適当な勾配で減少する発散磁界としている。ＥＣＲ共鳴により生成されたプラズマは、電子が高エネルギ状態で運動しているため、電子の持つ磁気モーメントと発散磁界の磁界勾配との相互作用で磁界強度の減少する方向、即ち基板の方に向かってプラズマ中の電子が加速される。このように、マイクロ波の周波数と磁界の強度とを所定の値に調整するとＥＣＲ共鳴を起こして、加速された電子とガス分子との衝突が促進され、容易に電離してプラズマの生成が促進される。
【０００８】
また、ＥＣＲプラズマ処理装置の中には、高周波電源がステージに接続されたものがある。この装置は、ステージに高周波電力を印加して基板上にバイアス電圧を誘起することによって、基板などに入射するイオンを加速することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６３−２２１６２１号公報（第３，４頁、第１図）
【００１０】
【特許文献２】
特開平０１−０９７３９９号公報（第３−１２頁、第１，５，１０図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術におけるマイクロ波プラズマ処理装置（ここでは、ＥＣＲプラズマ処理装置）では、マイクロ波を真空チャンバ内部に導入するための導入窓の材料に依存して、次の問題があった。導入窓がアルミナから形成されている場合には、アルミナがマイクロ波を吸収して発熱し、この熱によって導入窓自体に歪みが生じた結果、導入窓が破損することがあった。導入窓が破損すると、真空チャンバ内に大気が流入して真空ポンプが破損したり、内部の有害なプロセスガスが外部に漏洩するという問題があった。
【００１２】
特開昭６３−２２１６２１号公報には、真空チャンバのマイクロ波導入部にマイクロ波を透過させる誘電体の導入窓を複数個配置する装置が提案されている。たとえば、プラズマに接する導入窓としてアルミナ製のものを用いて、これよりもマイクロ波発振器側（マイクロ波の上流側）に小間隔をおいて石英製の導入窓を配置する。真空チャンバ内部の密閉性は、外側に配置した石英製の導入窓をＯリングを用いて封じることによって達成される。このような構造とすることで、プラズマに接するアルミナ製の導入窓が破損した場合にも、外側に配置された石英の導入窓によって真空を保つことができることから、外部へのプロセスガスの漏洩や、真空ポンプの破損を防止することができるというものである。
【００１３】
しかしながら、この装置においても、プラズマに接するアルミナ製の導入窓に破損が生じた場合には、破損した導入窓を交換するために装置の稼動率が低下し、また、直接プラズマに接しないマイクロ波上流側（外側）に配置された導入窓の位置によっては、この導入窓自体がマイクロ波を吸収して加熱され、破損するといった問題が生じていた。
【００１４】
また、近年においては、プラズマ処理の処理速度が遅い材料に対して、大きな処理量を必要とするプロセスがある。たとえば、ＳｉＣ基板などの難エッチング材料を貫通させるエッチング処理を行なうプロセスがある。このような場合、高マイクロ波電力を投入して高密度プラズマを形成することによって、エッチングレートを高める方策が採られている。しかしながら、数μｍ／ｍｉｎ程度にまでエッチングレートを高めても、数１００μｍ程度の厚みを有する基板などに対しては、長時間のエッチング処理を行なう必要がある。
【００１５】
高マイクロ波電力にて長時間の放電を行なうプラズマ処理においては、導入窓の材質に依存して、それぞれ以下に示すような問題点があった。導入窓が石英（熱膨張係数：約４×１０−７  ℃−１）から形成されている場合には、プラズマからの直接の入熱があっても石英の熱膨張係数が小さいために導入窓の破損は生じない。しかし、石英は透光性の材料であるために、マイクロ波立体回路の部品、たとえば偏波器（テフロン（Ｒ）や石英などの誘電体）が、導入窓を介したプラズマからの輻射によって加熱され、偏波器自体が破損したり、固定されている接着剤が溶融して偏波器が脱落したりするという問題が生じていた。
【００１６】
このようなマイクロ波立体回路の破損や脱落には至らないまでも、輻射による加熱によって偏波器の形状が変化したり、誘電率が変化したりすることに起因して、マイクロ波立体回路を伝播するマイクロ波のモードに変化が生じ、形成されるプラズマが不安定になっていた。よって、プラズマ処理の特性に変化が生じていた。たとえば、従来の技術に示された装置を用いてＳｉＣ基板をエッチング処理した場合、処理時間と共にエッチングレートが徐々に減少することが生じていた。このため、ＳｉＣ基板を貫通させるエッチング処理工程においては、エッチングレートの不安定性によって開口不良が生じ、その結果、製造されたデバイスの特性劣化を引き起こしていた。
【００１７】
一方、プラズマからのマイクロ波立体回路への輻射の抑制を目的として、導入窓に不透光性を有する誘電体、たとえばアルミナを用いた場合には、上記の問題が生じていた。すなわち、材料の熱膨張係数が石英と比較して大きいため（アルミナの熱膨張係数：約５×１０−６  ℃−１）、プラズマからの入熱により温度が上昇して熱膨張を起こし、導入窓自体に歪みが生じて、導入窓が破損するといった問題が生じていた。
【００１８】
本発明の目的は上記の問題点を解決するためになされたものであり、マイクロ波プラズマを用いたプラズマ処理において、導入窓またはマイクロ波立体回路を破損させることなく、かつ、安定した高密度プラズマで長時間の処理を行なうことができるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理装置は、発振されたマイクロ波を真空チャンバに導くためのマイクロ波立体回路と、上記マイクロ波立体回路の端部に接続され、上記真空チャンバの内部との境界を形成するためのマイクロ波導入部とを備える。上記マイクロ波導入部は、上記真空チャンバ内部に上記マイクロ波を導入するための石英製の導入窓と、上記導入窓より上記マイクロ波の上流側に配置され、不透光性の誘電体で形成された遮蔽板とを含む。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理方法は、発振されたマイクロ波を真空チャンバに導くためのマイクロ波立体回路の端部に接続され、上記真空チャンバの内部との境界を形成するためのマイクロ波導入部において、真空チャンバ内部へのマイクロ波の導入窓として、石英製のものを用いて、上記導入窓の上記マイクロ波の上流側に、不透光性の誘電体からなる遮蔽板を配置した状態で処理を行なう。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明に基づく半導体装置の製造方法は、上述のプラズマ処理装置を用いて、プラズマ処理を行なう工程を含む。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（構成）
図１から図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置について説明する。
【００２３】
図１は、本発明に基づくプラズマ処理装置のうち、本実施の形態におけるＥＣＲプラズマ処理装置の概略断面図である。真空チャンバ１は内部に空洞が形成された容器である。真空チャンバ１の底部には、ステージ１０が固定されている。プラズマ処理が行なわれるウエハなどの基板９は、ステージ１０の上面に配置される。真空チャンバ１の側壁には、真空ポンプなどを含む真空排気系の真空排気管１１が接続されている。また、プラズマ処理を行なう媒体となるプロセスガスを導入するためのプロセスガス導入系のプロセスガス導入管１３が接続されている。真空チャンバ１の外側の側方には、真空チャンバ１の内部に磁界を形成するための磁気コイル１２が配置されている。磁気コイル１２は、真空チャンバ１内で形成されるプラズマ８の少なくとも一部においてＥＣＲ共鳴領域を形成し、基板９に向かって適当な勾配で磁界の強度が減少するように形成されている。
【００２４】
マイクロ波を発振させるマイクロ波発振器７は、真空チャンバ１から離隔して配置されており、導波管４が接続されている。導波管４は、マイクロ波発振器７と真空チャンバ１とをつなぐように形成され、導波管４の途中には整合器６が配置されている。整合器６より真空チャンバ１側（マイクロ波の下流側）の導波管４の内部には、偏波器５が配置されている。
【００２５】
真空チャンバ１は、マイクロ波導入部２５において導波管４と接続されている。本明細書においては、マイクロ波立体回路と真空チャンバとの境界を形成するための部分を「マイクロ波導入部」という。本実施の形態におけるマイクロ波導入部２５には、遮蔽板保持部材１７が含まれる。遮蔽板保持部材１７は、管状に形成されている。遮蔽板保持部材１７の一方の端部は真空チャンバ１と接続され、その反対側の端部は導波管４と接続されている。
【００２６】
ステージ１０には、高周波電源が接続されており、基板９上に電圧を印加できるように形成されている（図示せず）。
【００２７】
マイクロ波導入部２５の拡大断面図を図２に示す。マイクロ波導入部２５の外周は、真空チャンバ１の導入窓保持部１８と遮蔽板保持部材１７とで形成されている。導入窓保持部１８の上面には、導入窓２の平面形状および厚さに合うように切り欠きが形成され、石英製の導入窓２が配置されている。本実施の形態における導入窓２は、直径１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円板形状のものが使用されている。導入窓２を嵌めこむための切り欠きの底面には、Ｏリングの大きさに合わせた溝が形成され、この溝にＯリング１６が圧縮されて配置されている。
【００２８】
導入窓２の上部は遮蔽板保持部材１７によって押えられており、導入窓２およびＯリング１６が固定されている。遮蔽板保持部材１７の上端面には、遮蔽板３の板状の形状に合わせた切り欠きが形成されており、遮蔽板３が嵌めこまれている。遮蔽板３は、アルミナなどの不透光性の誘電体で形成されている。本実施の形態においては、直径が１００ｍｍ、厚さが１０ｍｍのアルミナ製の円板形状の遮蔽板３が使用されている。遮蔽板保持部材１７の上端部は、導波管４の端部が接続固定されている。遮蔽板３は、導波管４の端部で押えられるように固定されており、遮蔽板３の主表面と導入窓２の主表面とが平行になるように配置されている。このように、遮蔽板３は、導入窓２よりマイクロ波の上流側（真空チャンバの外側）に、導入窓２と離隔して配置されている。また、遮蔽板３は、発振されるマイクロ波の定在波における電界の節となる位置に配置されている。
【００２９】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置においては、マイクロ波立体回路は、導波管４、整合器６および偏波器５で形成されている。マイクロ波立体回路の一方の端部はマイクロ波発振器７に接続され、その反対側の端部はマイクロ波導入部２５に接続されている。
【００３０】
（作用・効果）
真空チャンバ１は、密閉性が確保されており、空気が入らないように形成されている。マイクロ波導入部２５においては、遮蔽板保持部材１７によって導入窓２が押圧され、Ｏリング１６が圧縮されることによって、真空チャンバ１の密閉性が確保されている。
【００３１】
放電させる際には、ステージ１０上にプラズマ処理の対象となる基板９を配置したのち、真空排気系を動作させて真空チャンバ１内部を排気して高真空の状態にする。次に、所望のプロセスガスを、プロセスガス導入管１３から導入して、真空チャンバ１の内部を所定の圧力にする。この状態を維持したまま、マイクロ波発振器７から発振されたマイクロ波を、マイクロ波立体回路を通して真空チャンバ１内に導入する。マイクロ波は、整合器６でプラズマとのインピーダンス整合が行なわれ、偏波器５を通って真空チャンバ１に供給される。マイクロ波導入部において、マイクロ波は、遮蔽板３および導入窓２を通過して真空チャンバ１内部に導入される。プラズマ８は、ステージ１０の上方において形成される。
【００３２】
プラズマが形成されているとき、同時に磁気コイル１２に電流を流して、プラズマの少なくとも一部においてＥＣＲ共鳴条件を満たすような磁界を与える。マイクロ波発振器７には、たとえば２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用いることができ、この場合の要求される磁束密度（ＥＣＲ共鳴条件）は０．０８７５Ｔである。磁気コイル１２により形成される磁界は、真空チャンバ１内のＥＣＲ共鳴領域から基板９に向かって適当な勾配で減少する発散磁界となる。ＥＣＲ共鳴により形成されたプラズマ８は、電子が高エネルギー状態で運動しているため、電子の持つ磁気モーメントと発散磁界との磁界勾配との相互作用で磁界強度が減少する方向、すなわち基板９の方向に向かってプラズマ中の電子が加速される、また、図示しない高周波電源によりステージ１０にＲＦ電力を印加して基板９上にバイアス電圧を誘起して、基板９に入射するイオンを加速してエッチングを行なうことができる。
【００３３】
マイクロ波導入部２５において、石英製の導入窓２と、導入窓２よりマイクロ波の上流側に不透光性の誘電体で形成された遮蔽板３が配置されている。この構成を採用することにより、プラズマ８からの熱に起因する導入窓２の破損を防止することができる。また、プラズマ８からの輻射を遮蔽板３で遮ることができることによって、マイクロ波立体回路の温度上昇を抑制することができる。したがって、高密度プラズマであっても、マイクロ波立体回路が破損したり、プラズマ特性に変化が生じたりすることなく処理を継続することができる。
【００３４】
さらに、導入窓２と遮蔽板３とを離隔して配置することによって、導入窓２から遮蔽板３への直接の熱伝達を避けることができる。また、導入窓２の主表面と遮蔽板３の主表面を平行にすることによって、本実施の形態におけるマイクロ波導入部２５を容易に形成することができる。
【００３５】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置においては、遮蔽板３がマイクロ波の定在波の節の位置に配置されている。この位置について以下に詳しく説明する。図３に本実施の形態におけるマイクロ波導入部付近のマイクロ波の状態の説明図を示す。図３（ａ）は、マイクロ波導入部付近の概略断面図である。マイクロ波は導波管４の内部で矢印３０の向きに供給され、遮蔽板３および導入窓２を通過して、真空チャンバ１の内部に供給される。図３（ｂ）は、導波管４の軸方向に沿って、マイクロ波の定在波の電界強度を示したグラフであり、横軸は導入窓と真空チャンバ内部との境界からの距離を示し、縦軸は定在波の電界強度Ｅ２を示す。破線で示すように電界強度は、マイクロ波の進行方向に腹（電界が最大になる位置）２０と節（電界が最小になる位置）２１とを有する。この電界強度の周期は、導波管４内を伝播するマイクロ波の波長（以下、「管内波長」という。）λｇの１／２である。本実施の形態における遮蔽板３は、導入窓２と真空チャンバ１内部との境界からの距離が管内波長λｇの１／２となるような距離２６をあけて配置されている。換言すれば、マイクロ波の節となる位置に、遮蔽板３が配置されている。この構成を採用することにより、遮蔽板３によるマイクロ波の吸収を最小限に抑えることができ、その結果、遮蔽板３自体の発熱を最小限に抑えることができる。
【００３６】
このように、遮蔽板３自体の発熱を抑制するためには、遮蔽板３はマイクロ波立体回路内に生じる定在波の電界の腹の位置を避けて、電界の節となる位置に配置されることが好ましい。すなわち、導入窓と真空チャンバ内部との境界からの距離が、λｇ／４の（２ｎ−１）倍（ｎは整数）となる位置を避け、λｇ／２の整数倍となる位置に、遮蔽板３を配置することが好ましい。
【００３７】
ここで、管内波長から遮蔽板の好ましい位置を求める具体的な方法について説明する。なお、以下に示す公式は、コロナ社から出版されている「マイクロ波工学（立体回路  改訂版）」（編者：電気通信学会）などに記されている一般的なものである。以下の説明においては、導波管は円柱形のものとする。
【００３８】
まず、自由空間を伝播するマイクロ波の波長λ０は、式（１）により求められる。
【００３９】
【数１】
2004247676.tif 000003
【００４０】
Ｃは光の速度であり約３×１０１０  ｃｍ／秒、ｆはマイクロ波の発振周波数である。たとえば、ｆ＝２．４５ＧＨｚの場合、λ０は約１２．２ｃｍとなる。
【００４１】
また、円柱形の導波管内を伝播することのできる最大波長（遮断波長）λｃは式（２）により求められる。
【００４２】
【数２】
2004247676.tif 000004
【００４３】
ａは円柱形導波管の半径であり、ｕｍｎはマイクロ波のモードにより決定される定数である。一例として、ＴＥｍｎモードのｕｍｎを表１に、ＴＭｍｎモードのｕｍｎを表２に示す。たとえば、半径ａが５ｃｍの円柱形導波管を用いてＴＥ１１モードのマイクロ波を伝播する場合、ｕｍｎは１．８４であり遮断波長λｃは約１７．１ｃｍとなる。
【００４４】
【表１】
2004247676.tif 000005
【００４５】
【表２】
2004247676.tif 000006
【００４６】
式（１）および式（２）から得られるλ０とλｃとを用いて、管内波長λｇは次の式（３）によって求められる。
【００４７】
【数３】
2004247676.tif 000007
【００４８】
たとえば、２．４５ＧＨｚのＴＥ１１モードのマイクロ波が、半径５ｃｍの円柱形の導波管内を伝播する場合の管内波長λｇは、式（３）より約１７．６ｃｍとなる。この場合、遮蔽板の配置位置は、導入窓と真空チャンバ内部との境界からλｇ／４×（２ｎ−１）  の位置（ｎは整数）、すなわち、約４．４ｃｍの（２ｎ−１）倍の位置を避けることが好ましい。より好ましくは、λｇ／２×ｎ  （ｎは整数）の位置、ここでは８．８ｃｍの整数倍の位置に遮蔽板を配置することが好ましい。
【００４９】
マイクロ波立体回路内の部品が輻射によって加熱されることを抑制するという遮蔽板の効果を考慮すると、遮蔽板はできる限り導入窓の近くに配置することが好ましい。この場合の遮蔽板を配置する位置は、導入窓と真空チャンバ内部との境界からλｇ／２離れた位置（ここでは８．８ｃｍ）  が最適であり、遮蔽板からマイクロ波立体回路への輻射を効率よく抑制することができる。
【００５０】
上記のプラズマ処理装置（導入窓に石英、遮蔽板にアルミナを用い、遮蔽板は導入窓と真空チャンバとの境界から約８．８ｃｍ離して配置した装置）を用いて放電実験を行なった。以下に一例を示す。プロセスガスとしてのＡｒの流量を１００ｓｃｃｍ、真空チャンバ内の圧力は１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、磁気コイルの電流は２００Ａ、マイクロ波の電力を３ｋＷとして放電を行なった。その結果、従来の技術に示される装置のうち、アルミナ製の導入窓を使用した装置においては、放電開始後、約５分で導入窓が破損した。これに対して、本発明に基づく上記の装置においては、導入窓、遮蔽板および偏波器などのマイクロ波立体回路に破損が生じることなく、連続して５時間以上の放電が可能であった。
【００５１】
このように、本発明に基づくプラズマ処理装置は、高マイクロ波電力を投入してもマイクロ波立体回路が輻射によって加熱されることによる破損やプラズマ特性の経時変化を抑制することができる。マイクロ波立体回路の加熱を防止できるため、マイクロ波立体回路の定期的な交換も少なくすることができる。さらに、遮蔽板がマイクロ波を吸収して発熱することによって、遮蔽板自体が機械的に歪んで破損することも抑制できる。よって、高マイクロ波電力を投入しても（高密度プラズマを形成しても）長時間安定した放電を行なえるプラズマ処理装置を提供することができる。
【００５２】
（実施の形態２）
（構成）
図４および図５を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法について説明する。
【００５３】
図４は、本発明に基づくプラズマ処理装置のうち、本実施の形態におけるＥＣＲプラズマ処理装置の概略断面図である。プラズマは真空チャンバ１の内部で形成されること、真空チャンバ１には真空排気系およびプロセスガス導入系が接続されていること、真空チャンバの外側の側方には磁気コイル１２が配置されていること、およびマイクロ波発振器７や導波管４などによって真空チャンバ１にマイクロ波が導入されることなどは、実施の形態１と同様である。
【００５４】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置と比較して、マイクロ波を真空チャンバ１内部に導入するマイクロ波導入部２５の構成が異なる。図５に本実施の形態におけるマイクロ波導入部２５の拡大断面図を示す。
【００５５】
真空チャンバ１の上部には、導入窓保持部１８が形成されており、導入窓保持部１８の上面には、導入窓２を嵌めこむための切り欠きが形成されている。この切り欠きの底面には、溝が形成されておりＯリングが嵌めこまれている。導入窓２は石英で形成された円板形状を有しており、Ｏリングを圧縮している。導入窓２は、中空状の遮蔽板保持部材１７によって押圧されている。
【００５６】
遮蔽板保持部材１７の上端面には、遮蔽板３を配置するための切り欠き２７が形成されている。遮蔽板３はアルミナ製であり、円板状に形成されている。切り欠き２７は、平面形状が遮蔽板３の平面形状より大きく、遮蔽板３の厚さより深くなるように形成されている。実施の形態１においては、遮蔽板３の外形に合うようにこの切り欠きが形成され、遮蔽板３が嵌めこまれていたが、本実施の形態においては、遮蔽板３の周りには間隙２２が形成されている。詳しくは、遮蔽板３の主表面に垂直な方向において、遮蔽板３の上面と導波管４との間および遮蔽板３の主表面に平行な方向において、遮蔽板３の側面と切り欠き２７との間に間隙２２が形成されている。
【００５７】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置は、導入窓２および遮蔽板３を冷却するための冷却手段を備えている。遮蔽板保持部材１７の側壁には、空気供給管１４と空気排気管１５が形成されている。冷却手段として空気流通手段を含んでおり、空気供給管１４から導入窓２と遮蔽板３との間に空気を送り込み、空気排気管１５から空気を排気できるように形成されている。冷却手段としては、このような方法や装置に限られず、遮蔽板および導入窓を冷却できるものであればよい。たとえば、遮蔽板保持部材の周りに冷却水用の配管を形成して、遮蔽板保持部材を水冷してもよい。
【００５８】
上記以外の構成については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
【００５９】
（作用・効果）
実施の形態１においては、遮蔽板３は遮蔽板保持部材１７の上部にはめ込まれて固定されているが、遮蔽板３は可動部ではないために必ずしも機械的に固定する必要はない。本実施の形態においては、図５に示すように、遮蔽板３の周りのうち、遮蔽板３の上方と側方とに間隙２２を有している。このように、遮蔽板の周りの少なくとも一部に間隙が形成されている構成を採用することによって、アルミナなどの遮蔽板３が輻射により温度が上昇して熱膨張した場合においても、この膨張を間隙２２で吸収することができ、遮蔽板３の破損を防止することができる。
【００６０】
導入窓２と遮蔽板３との間の空間に空気流通手段としての空気供給管および空気排気管を形成している。この構成を採用することにより、この空間に空気を流して導入窓２および遮蔽板３を冷却することができ、また、冷却手段を容易に形成することができる。このような導入窓および遮蔽板を冷却するための冷却手段を採用することによって、導入窓２および遮蔽板３の温度上昇を抑制することができる。よって、導入窓２および遮蔽板３の熱膨張に起因する破損を防止できる。さらに、遮蔽板３からマイクロ波立体回路への輻射を抑制することができ、マイクロ波立体回路の特性の変化に伴うプラズマ処理の特性の変化を防止することができる。
【００６１】
このように、本実施の形態におけるプラズマ処理装置は、高マイクロ波電力を投入した場合でも、マイクロ波立体回路が損傷したり、マイクロ波立体回路の特性の経時変化を防止することができ、長時間安定した放電を行なうことができる。また、遮蔽板からマイクロ波立体回路への輻射を抑えることによって、マイクロ波立体回路の定期的な交換も少なくすることができる。
【００６２】
本実施の形態における装置を用いて、実際に放電実験を行なった。遮蔽板の側面と遮蔽板保持部材、遮蔽板の主表面と導波管の端面との間にそれぞれ１ｍｍの間隙を形成したプラズマ処理装置を用いた。また、導入窓と遮蔽板との間に空気を３リットル／ｍｉｎで供給した。放電の条件は、Ａｒの流量を１００ｓｃｃｍ、真空チャンバ内部の圧力を１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、磁気コイルの電流を２００Ａ、マイクロ波の電力を３ｋＷとした。この結果、アルミナ製の導入窓を用いた遮蔽板のない従来の技術に示される装置の場合には、放電開始後約５分で導入窓が破損した。これに対して、本実施の形態における装置においては、連続して３時間の放電を行なっても導入窓の破損は生じずに、安定した放電を継続することができた。
【００６３】
実施の形態１および２においては、ＥＣＲプラズマ装置の一例を挙げて説明を行なったが、本発明は、マイクロ波のモードやプラズマ生成方式に依らず同様の効果が得られる。たとえば、実施の形態１における遮蔽板の位置の算出方法においては、ＴＥモードのマイクロ波を挙げて説明したが、ＴＭモードのマイクロ波にも適用可能である。また、遮蔽板の材料にアルミナを用いた場合について説明したが、アルミナに限られることはなく、不透光性を有する誘電体であれば遮蔽板として用いることができる。たとえば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素またはテフロン（Ｒ）などの材料を使用することができる。
【００６４】
本発明は、装置に限られず、実施の形態１および２のプラズマ処理方法、すなわち、マイクロ波導入部において、真空チャンバ内部への導入窓として石英製の導入窓を用いて、さらに、導入窓のマイクロ波の上流側に、不透光性の誘電体からなる遮蔽板を配置した状態でプラズマ処理を行なうことによって、安定したプラズマを発生できるなどの上述と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
本発明に基づくプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、エッチングのほか、プラズマを用いた成膜やアッシング、さらにはダイシングなどを行なうプラズマ処理にも適用することができ、上述と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
上記以外の作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【００６７】
（実施の形態３）
図６を参照して、本発明に基づく実施の形態３における、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態は、実施の形態２において示したＥＣＲプラズマ処理装置を用いて、半導体装置の製造工程におけるプラズマエッチング処理方法について例示する。
【００６８】
装置の構成は、実施の形態２において説明した装置と同一である。すなわち、本実施の形態におけるプラズマ処理方法は、マイクロ波導入部において、真空チャンバ内部への導入窓として石英製の導入窓を用いて、さらに、導入窓のマイクロ波の上流側に、不透光性の誘電体からなる遮蔽板を配置した状態でプラズマ処理を行なう方法である。本発明の方法との比較のために、遮蔽板が形成されていない従来の技術に基づくプラズマ処理方法についても同様のエッチング処理を行なった。
【００６９】
エッチングガスにはＡｒとＳＦ６の混合ガスを用いて、処理圧力０．６６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）の雰囲気下で、Ａｒの流量を１００ｓｃｃｍ、ＳＦ６の流量を２０ｓｃｃｍとした。マイクロ波の電力は高出力の３ｋＷ、ステージに印加するバイアスＲＦの電力は１００Ｗ、磁気コイルの電流は２００Ａとした。エッチングの対象となるサンプルは、直径５１ｍｍ（２インチ）、厚さ３００μｍのＳｉＣ基板を用いて、エッチングのマスク材には厚さ１０μｍのＮｉを用いた。なお、マスクパターンは直径１００μｍの孔パターンとした。
【００７０】
導入窓に石英を用いた従来の技術に基づくプラズマ処理装置を用いてプラズマエッチング処理を行なった場合、放電開始後、約１０分後に導波管や偏波器が、プラズマからの輻射によって加熱されて、放電が不安定となった。一方で、導入窓にアルミナ製のものを用いた場合には、放電開始後、約５分後に導入窓が破損した。これらのことから、従来の技術に基づくプラズマ処理装置は、たとえば、導入窓の材質にアルミナを用いた場合、マイクロ波の電力を約１ｋＷとするプラズマ処理方法を余儀なくされている。
【００７１】
本実施の形態におけるプラズマ処理方法を用いて同様のプラズマエッチング処理を行なった結果、マイクロ波電力を３ｋＷとしても導入窓は破損することなく、安定したエッチング処理を行なうことができた。ＳｉＣ基板のエッチングレートは、約８μｍ／ｍｉｎにまで増大することができた。
【００７２】
図６に従来の技術に基づくプラズマエッチング装置と本発明に基づくプラズマエッチング装置との処理速度を比較する説明図を示す。横軸が放電時間（処理時間）であり、縦軸がエッチング処理がなされた深さである。従来の技術に基づくプラズマエッチング装置のマイクロ波電力（約１ｋＷ）では、ＳｉＣ基板のエッチングレートは約２μｍ／ｍｉｎであり、ＳｉＣ基板を貫通させるには約２時間必要であった。本発明に基づくプラズマエッチング装置のマイクロ波電力では、約４０分でＳｉＣ基板を貫通させることができた。また、従来、生じていたエッチングレートの不安定性による開口不良の発生率も従来の約５％から約１％にまで低減できた。
【００７３】
このように本発明に基づくプラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体装置の製造方法では、処理時間の大幅な短縮が図れる上に、歩留まりを向上させ、さらには半導体デバイスなどの製品の信頼性向上させることができる。また、半導体装置の製造にかかるコストの低減にも寄与する。
【００７４】
本実施の形態においては、ＳｉＣ基板を貫通させるエッチング方法について述べたが、処理対象物の材料としてＳｉＣ以外にも石英や、パイレックス（Ｒ）ガラス、ＧａＮ、アルミナ、サファイア、Ｓｉなどで形成されたもののエッチングにおいても同様の効果が得られる。プラズマ処理の対象となる物についても基板に限られず、たとえば、立方体のような形状のものでもよい。また、エッチングに限ることなく、レジストを除去するためのアッシングや薄膜形成を行なう成膜、さらには基板を分割するダイシングなどにも適用可能である。
【００７５】
実施の形態１および２については、プラズマ処理装置とプラズマ処理方法とについて述べたが、これらの装置または方法を、半導体装置の製造方法にそのまま適用することができる。すなわち、エッチングやアッシングなどを行なう半導体装置の製造工程に適用することができる。
【００７６】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、導入窓またはマイクロ波立体回路を破損させることなく、また、安定した高密度プラズマで長時間の処理を行なうことができるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロ波導入部の拡大断面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における定在波と遮蔽板との位置関係を説明する図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態２におけるマイクロ波導入部の拡大断面図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態３におけるエッチング装置の処理速度を説明するグラフである。
【符号の説明】
１  真空チャンバ、２  導入窓、３  遮蔽板、４  導波管、５  偏波器、６  整合器、７  マイクロ波発振器、８  プラズマ、９  基板、１０  ステージ、１１  真空排気管、１２  磁気コイル、１３  プロセスガス導入管、１４  空気供給管、１５  空気排気管、１６  Ｏリング、１７  遮蔽板保持部材、１８  導入窓保持部、２０  腹、２１  節、２２  間隙、２５  マイクロ波導入部、２６  距離  ２７  切り欠き、３０  矢印。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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