(57)【要約】【課題】マイクロ波電界及び荷電粒子を遮蔽して活性化された中性粒子による安定した処理を行いつつ、石英等で表面を保護しなくても多孔遮蔽板のスパッタを防止することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】ＴＭ波のマイクロ波の放射口を備えた導波管２２と、比誘電率８．０以上の誘電体板からなるマイクロ波透過窓２３と、処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生室２４と、プラズマ発生室２４と接続した処理室２５と、プラズマ発生室２４と処理室２５とを仕切るように、プラズマ発生室２４に放出されたマイクロ波の電界強度が０Ｖ／ｍ以上、１０Ｖ／ｍ以下となる個所に設置され、プラズマ発生室２４で発生したプラズマ中の粒子のうち、中性粒子を流通させるとともに荷電粒子を遮蔽し、かつマイクロ波の電界を遮蔽する金属の多孔遮蔽板２６と、処理室２５内に設けられた被処理基板の載置台２８とを有する。【選択図】  図１
2004165298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＭモードのマイクロ波の放射口を備えた導波管と、
前記放射口に設けられた、比誘電率８．０以上の誘電体板からなるマイクロ波透過窓と、
処理ガスを導入する手段を備え、前記マイクロ波透過窓を透過したマイクロ波により前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室と接続した処理室と、
前記プラズマ発生室と前記処理室とを仕切るように、前記プラズマ発生室に放出されたマイクロ波の電界強度が０Ｖ／ｍ以上、１０Ｖ／ｍ以下となる箇所に設置され、前記プラズマ発生室で発生したプラズマ中の粒子のうち、中性粒子を流通させるとともに荷電粒子を遮蔽し、かつ前記マイクロ波の電界を遮蔽する、金属の多孔遮蔽板と、
前記処理室内に設けられた被処理基板の載置台とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記多孔遮蔽板には直径１０ｍｍ以下の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記マイクロ波透過窓の材料はアルミナ又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記マイクロ波透過窓の材料はアルミナであり、前記マイクロ波透過窓から前記多孔遮蔽板までの距離が１３０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記プラズマ処理装置はアッシング装置であり、前記処理ガスは酸素を含有するものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一に記載のプラズマ処理装置を用いて、被処理基板上のレジスト膜をアッシングするプラズマ処理方法であって、
前記被処理基板を前記処理室の載置台に載置する工程と、
酸素を含むアッシングガスを前記プラズマ発生室に導入する工程と、
マイクロ波を前記プラズマ発生室に放射して前記アッシングガスをプラズマ化する工程と、
前記多孔遮蔽板を流通してきた活性化した中性粒子により前記被処理基板上のレジスト膜をアッシングする工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記被処理基板をアッシングの活性化エネルギが０．５ｅＶ以上になる位置に置くことを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記プラズマ発生室内のアッシングガスの圧力を１３．３Ｐａ以上、１０００Ｐａ以下に保持することを特徴とする請求項６又は７記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記被処理基板を温度２００℃以下に加熱することを特徴とする請求項６乃至８の何れか一に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、より詳しくは、処理ガスをプラズマ化するために、特にマイクロ波を用いたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置等の製造において、フォトプロセスで使ったレジスト膜を灰化させるアッシングや、絶縁膜や半導体層のエッチング、又は被加工物表面の異物や不要物を除去するためのクリーニングなどに、マイクロ波を用いて処理ガスをプラズマ化するプラズマ処理装置が用いられている。そのプラズマ処理装置では、マイクロ波を用いているため、高い解離率で処理ガスのラジカルを生成することができる。
【０００３】
図５は、マイクロ波を用いた従来例のプラズマ処理装置を示す側面図である。そのプラズマ処理装置は、同図に示すように、チャンバ１とマイクロ波をチャンバ１に導く導波管２とを備えている。
【０００４】
チャンバ１内は上部のプラズマ発生室４と下部の処理室５とに分けられ、それらの間は多数の貫通孔が形成された金属の多孔遮蔽板６によって仕切られている。
【０００５】
プラズマ発生室４に石英板からなるマイクロ波透過窓３を介して導波管２のマイクロ波の放射口が接続され、マイクロ波透過窓３を通してプラズマ発生室４にマイクロ波が供給される。プラズマ発生室４には処理ガスの放出管７が設けられており、プラズマ発生室４に導入された処理ガスはマイクロ波の電力によりプラズマ化される。
【０００６】
処理室５には多孔遮蔽板６の下方に被処理基板Ｗの載置台８が設けられている。多孔遮蔽板６を流通してきた活性化した中性粒子により載置台８上の被処理基板Ｗが処理される。
【０００７】
なお、図中、符号１０はマイクロ波供給電源、９はチャンバ１の排気口、１３は真空ポンプ１４と排気口９をつなぐ排気管に設けられた排気量を調節するバルブ、１１は処理ガスの供給手段１２とチャンバ１とをつなぐガス配管の途中に設けられた、処理ガスの流量を調節するマスフローコントローラである。
【０００８】
上記のプラズマ処理装置では、マイクロ波の電力印加により生成した処理ガスのラジカルが下流側に移動する際に、多孔遮蔽板６により、ラジカルから荷電粒子を除き、残りの活性化した中性粒子のみを処理室５の方に導くようにしている。また、プラズマの着火前及び後に、多孔遮蔽板６により、マイクロ波電界を減衰させて被処理基板Ｗが高電界に曝されないようにしている。
【０００９】
これにより、荷電粒子及びマイクロ波の高電界に起因する被処理基板Ｗへのダメージの発生を防止するとともに、活性化した中性粒子による処理を行うことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したプラズマ処理装置では、多孔遮蔽板６がマイクロ波の高電界及びプラズマに曝されるため、高電界で加速された荷電粒子の衝突により、多孔遮蔽板６の材料である金属材がスパッタされて、金属粒子が下流の被処理基板Ｗに付着するという問題がある。このため、被処理基板Ｗが半導体デバイスであると、半導体デバイスに特性劣化等の不具合が生じる虞がある。
【００１１】
また、多孔遮蔽板６の材料がスパッタされるのを防止するため、多孔遮蔽板６の上面、下面、及び貫通孔の内面を石英で被覆する方法がある。しかし、一方で、下流側への荷電粒子の流れを遮蔽するために多孔遮蔽板６の貫通孔の直径を２ｍｍ程度と非常に細かくする必要がある。このことは、石英被覆の多孔遮蔽板６の作成を難しくしている。
【００１２】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、マイクロ波電界及び荷電粒子を遮蔽して被処理物に対して活性化された中性粒子により安定した処理を行いつつ、石英等で表面を保護しなくても多孔遮蔽板のスパッタを防止することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、プラズマ処理装置に係り、ＴＭモードのマイクロ波の放射口を備えた導波管と、前記放射口に設けられた、比誘電率８．０以上の誘電体板からなるマイクロ波透過窓と、処理ガスを導入する手段を備え、前記マイクロ波透過窓を透過したマイクロ波により前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室と接続した処理室と、前記プラズマ発生室と前記処理室とを仕切るように、前記プラズマ発生室に放射されたマイクロ波の電界強度が０Ｖ／ｍ以上、１０Ｖ／ｍ以下となる箇所に設置され、前記プラズマ発生室で発生したプラズマ中の粒子のうち、中性粒子を流通させるとともに荷電粒子を遮蔽し、かつ前記マイクロ波の電界を遮蔽する金属の多孔遮蔽板と、前記処理室内に設けられた被処理基板の載置台とを有することを特徴とし、
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置に係り、前記多孔遮蔽板には直径１０ｍｍ以下の貫通孔が設けられていることを特徴とし、
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置に係り、前記マイクロ波透過窓の材料はアルミナ又は窒化アルミニウムであることを特徴とし、
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプラズマ処理装置に係り、前記マイクロ波透過窓の材料はアルミナであり、前記マイクロ波透過窓の下面から前記多孔遮蔽板までの距離が１３０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下であることを特徴とし、
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一に記載のプラズマ処理装置に係り、前記プラズマ処理装置はアッシング装置であり、前記処理ガスは酸素を含有するものであることを特徴としている。
また、請求項６記載の発明は、プラズマ処理方法に係り、請求項１乃至５の何れか一に記載のプラズマ処理装置を用いて、被処理基板上のレジスト膜をアッシングするプラズマ処理方法であって、前記被処理基板を処理室の載置台に載置する工程と、酸素を含むアッシングガスを前記プラズマ発生室に導入する工程と、マイクロ波を前記プラズマ発生室に供給して前記アッシングガスをプラズマ化する工程と、前記多孔遮蔽板を流通してきた活性化した中性粒子により前記被処理基板上のレジスト膜をアッシングする工程とを有することを特徴とし、
請求項７記載の発明は、請求項６記載のプラズマ処理方法に係り、前記被処理基板をアッシングの活性化エネルギが０．５ｅＶ以上になる位置に置くことを特徴とし、
請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載のプラズマ処理方法に係り、前記プラズマ発生室内のアッシングガスの圧力を１３．３Ｐａ以上、１０００Ｐａ以下に保持することを特徴とし、
請求項９記載の発明は、請求項６乃至８の何れか一に記載のプラズマ処理方法に係り、前記被処理基板を温度２００℃以下に加熱することを特徴としている。
【００１４】
以下に、上記のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の構成に基づく作用について説明する。
【００１５】
この発明のプラズマ処理装置においては、ＴＭモードのマイクロ波の放射口からプラズマ発生室にマイクロ波を放射する箇所に設けられた、比誘電率８．０以上の誘電体板からなるマイクロ波透過窓と、プラズマ発生室と処理室とを仕切るように、プラズマ発生室に放射されたマイクロ波の電界強度が０Ｖ／ｍ以上、１０Ｖ／ｍ以下となる箇所に設置され、プラズマ発生室で発生したプラズマ中の粒子のうち、中性粒子を流通させるとともに荷電粒子を遮蔽し、かつマイクロ波の電界を遮蔽する金属の多孔遮蔽板とを備えている。
【００１６】
マイクロ波の電界は、誘電体であるマイクロ波透過窓を透過するときに減衰し、さらにマイクロ波の電力はプラズマの着火に消費されてその電界は更に減衰する。図２は本願発明者の実験により取得した、プラズマ着火時におけるチャンバ内のマイクロ波の電界強度分布を示すグラフである。図２ではマイクロ波透過窓として比誘電率が９．７のアルミナ板を用いた例を示しているが、同図によれば、マイクロ波の電界強度は、マイクロ波透過窓から下流側に１３ｃｍ離れた辺りでおよそ１０Ｖ／ｃｍとなり、１５ｃｍ以遠では零になった。一方、比誘電率の小さい石英製のマイクロ波透過窓を用いた場合は同じ距離離れてもマイクロ波電界の減衰がほとんど生じない。
【００１７】
このように、本願発明では、比誘電率が大きいマイクロ波透過窓を通してマイクロ波を放射しているため、多孔遮蔽板の設置位置に関し、実用的な範囲に弱い電界強度、例えば１０Ｖ／ｃｍ以下のところが生じる。従って、その弱い電界強度のところに多孔遮蔽板を設置することにより、プラズマが着火している時に、多孔遮蔽板の近くに荷電粒子が生じるのを防止し、或いはたとえ多孔遮蔽板の近くに荷電粒子が存在していたとしてもその荷電粒子の高電界による加速を防止して、多孔遮蔽板のスパッタを防止することができる。
【００１８】
一方、マイクロ波を放射した後プラズマが着火する前にマイクロ波による強い電界が被処理基板に向かって到来するが、被処理基板の前方に多孔遮蔽板が設けられているので、そのマイクロ波の電界は被処理基板に到達する前に減衰される。このため、被処理基板がダメージを受けるのを防止することができる。
【００１９】
一方で、以下に説明するように、本願発明では、活性化した中性粒子により被処理物に対して安定したプラズマ処理を行うことが可能である。
【００２０】
本願発明者がアッシングの活性化エネルギをもとに、アッシングに寄与する活性化した粒子の種類を調べたところ、以下のことが分かった。図４は、アッシング速度の温度依存性によりアッシングの活性化エネルギを調査し、比較したグラフである。同図によれば、アルミナ製のマイクロ波透過窓と多孔遮蔽板とを備えた装置（本願発明）ではアッシングの活性化エネルギは約０．５ｅＶであり、本願発明のアッシングが活性化した中性の酸素原子によるものであることを示している。これに対して、石英製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板を備えていない装置ではアッシングの活性化エネルギは０．２乃至０．３ｅＶの程度であり、主に荷電粒子がアッシングに寄与していることを示している。アッシングの活性化エネルギとアッシングに寄与する粒子の対応関係に関しては、文献（Ｊ．Ｍ．Ｃｏｏｋ，Ｂ．Ｗ．Ｂｅｎｓｏｎ：Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３０．（１９８３）２４５９，  及びＪ．Ｅ．Ｓｐｅｎｃｅｒ，  Ｒ．Ａ．Ｂｏｒｅｌ：Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３３（１９８６）１９２２）に開示されている。
【００２１】
以上のように、本願発明によれば、マイクロ波電界及び荷電粒子を遮蔽して被処理物に対して活性化した中性粒子により安定した処理を行いつつ、多孔遮蔽板の表面を石英等で保護しなくても多孔遮蔽板のスパッタを防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（プラズマ処理装置）
図１は、この発明の実施の形態であるプラズマ処理装置の側面図である。
【００２４】
そのプラズマ処理装置は、同図に示すように、チャンバ２１とマイクロ波をチャンバ２１に導く導波管２２とを備えている。導波管２２にはマイクロ波電力供給電源３０が接続され、マイクロ波電力供給電源３０から、例えば周波数２．４５ＧＨｚで、ＴＭモードのマイクロ波が供給される。
【００２５】
チャンバ２１内は上部のプラズマ発生室２４と下部の処理室２５とに分けられ、それらの間は金属の多孔遮蔽板２６によって仕切られている。
【００２６】
プラズマ発生室２４にマイクロ波透過窓２３を介して導波管２２のマイクロ波の放射口が接続されている。マイクロ波透過窓２３は比誘電率８．０以上の誘電体板からなる。例えば、誘電体板の材料として比誘電率９．７のアルミナ板や、比誘電率８．９の窒化アルミニウム板などを用いる。アルミナ板の材料としては純度９９．７％以上のα−アルミナが好ましく用いられる。
【００２７】
マイクロ波透過窓２３を通してプラズマ発生室２４にマイクロ波が供給される。プラズマ発生室２４には、リング状のパイプからなるガス配管に多数のガス放出孔を設けた処理ガス導入手段２７が設けられている。プラズマ発生室２４に導入された処理ガスはマイクロ波の電力によりプラズマ化される。
【００２８】
多孔遮蔽板２６は、直径１０ｍｍ以下の貫通孔が多数形成されたアルミニウム板からなる。多孔遮蔽板２６は、プラズマが着火している時にマイクロ波透過窓２３から放射されたマイクロ波の電界強度が０Ｖ／ｍ以上、１０Ｖ／ｍ以下となる位置に設置されている。例えば、アルミナのマイクロ波透過窓２３を用い、酸素ガスをプラズマ化した場合、マイクロ波透過窓２３の下面から下流側に１３０ｍｍ以上離れた位置でそのような設置条件が満たされる。その場合でも、エッチングやアッシングなどの処理速度を実用的な範囲に保つため、マイクロ波透過窓２３の下面から下流側に３００ｍｍ以内の範囲に多孔遮蔽板２６を設置することが望ましい。
【００２９】
多孔遮蔽板２６はプラズマ発生室２４内で発生したプラズマのうち、中性粒子を下流の処理室２５に流通させるとともに、荷電粒子を再結合させることにより荷電粒子を遮蔽する。また、多孔遮蔽板２６は、マイクロ波を放射した後プラズマが着火する前に被処理基板に向かって到来するマイクロ波の電界を減衰させる。
【００３０】
処理室２５には多孔遮蔽板２６の下方に被処理基板Ｗの載置台２８が設けられている。多孔遮蔽板２６を流通してきた活性化された中性粒子により、載置台２８上の被処理基板Ｗの処理が行われる。
【００３１】
なお、図中、符号２９はチャンバ２１の排気口、３４は排気口２９と真空ポンプ３５とをつなぐ排気管のコンダクタンスを調整することにより排気量を調節するバルブ、３１は処理ガスの供給手段３２からプラズマ発生室２４内に至る処理ガスの供給経路に設けられて、処理ガスの流量を調節するマスフローコントローラである。
【００３２】
（プラズマ処理装置の性能調査）
次に、本願発明者が行った調査実験に基づき、上記のプラズマ処理装置の主要な性能について説明する。
【００３３】
図２は本願発明者の実験により取得した、マイクロ波透過窓２３から下流側にとったマイクロ波の電界強度分布を示すグラフである。縦軸はマイクロ波の電界強度（Ｖ／ｃｍ）を示し、横軸はマイクロ波透過窓２３の下面から下流側に計った距離（軸方向位置）Ｚ（ｃｍ）を示す。
【００３４】
調査対象である、この発明の実施の形態のプラズマ処理装置は、比誘電率が９．７のアルミナ製のマイクロ波透過窓２３を備え、直径５ｍｍの貫通孔を多数形成した多孔遮蔽板２６をＺ＝１５ｃｍの位置に備えている。比較のため、同じくアルミナ製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板２６を備えていないプラズマ処理装置と、比誘電率が３．８の石英製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板２６を備えていないプラズマ処理装置についても同じようにその性能を調査した。
【００３５】
調査では、酸素ガスをプラズマ発生室２４に供給し、ガス圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に調整した後、周波数２．４５ＧＨｚ、電力１ｋＷのＴＭ０１モードのマイクロ波をプラズマ発生室２４に供給して、酸素ガスをプラズマ化した。そして、プラズマが着火しているときの電界強度分布を磁気プローブにより測定した。
【００３６】
調査結果によれば、図２に示すように、アルミナ製のマイクロ波透過窓２３を備えた装置では、多孔遮蔽板２６の有無にかかわらず、マイクロ波透過窓２３を透過したマイクロ波の電界強度は、下流側に向かって減少し、マイクロ波透過窓２３からおよそ１３ｃｍ離れたところで１０Ｖ／ｃｍとなり、同じく１５ｃｍから下流側では零になった。
【００３７】
ところで、電界強度が１０Ｖ／ｃｍ以下であると、プラズマは発生せず、かつ多孔遮蔽板２６の近くに荷電粒子が存在してもその荷電粒子による多孔遮蔽板２６のスパッタは生じないことが経験的にわかっている。
【００３８】
本願発明では、比誘電率が大きいマイクロ波透過窓２３を通してマイクロ波を放射しているため、多孔遮蔽板２６の設置位置に関し、実用的な範囲に弱い電界強度、例えば１０Ｖ／ｃｍ以下のところが生じる。従って、その弱い電界強度のところに多孔遮蔽板２６を設置することにより、多孔遮蔽板２６の近くに荷電粒子が生じるのを防止し、或いはたとえ多孔遮蔽板２６の近くに荷電粒子が存在していたとしてもその荷電粒子の高電界による加速を防止して、多孔遮蔽板２６のスパッタを防止することができる。
【００３９】
これに対して、比誘電率が３．８の石英製のマイクロ波透過窓を備えた装置（比較例）では、マイクロ波電界強度は下流側に向かって増減を繰り返しながら減衰するような分布を示すが、マイクロ波透過窓から下流側に２５ｃｍ離れたところでも電界強度は２０〜３０Ｖ／ｃｍと大きい。このため、本願発明の装置におけると同じ位置に多孔遮蔽板２６を設置した場合、減衰しないマイクロ波により多孔遮蔽板２６の近くで処理ガスがプラズマ化されるとともに、荷電粒子がマイクロ波電界により加速されて多孔遮蔽板１９のスパッタを生じる虞がある。
【００４０】
次に、上記のプラズマ処理装置の性能の一つである、プラズマ処理の処理速度について比較調査した。
【００４１】
図３は、アルミナ製のマイクロ波透過窓２３と多孔遮蔽板２６を備えたプラズマ処理装置（本願発明）と、石英製のマイクロ波透過窓と多孔遮蔽板を備えたプラズマ処理装置（比較例）を用いて、被処理基板（ウエハ）Ｗ上のレジスト膜のアッシング速度を比較したグラフである。縦軸はレジスト膜のアッシング速度（μｍ／ｍｉｎ）を示し、横軸はウエハ内半径方向位置Ｒ（ｃｍ）を示す。
【００４２】
調査では、レジスト膜の材料として、ノボラック樹脂を主成分とするポジレジストを用いた。なお、レジスト膜を塗布後、プラズマ処理前にレジスト膜を温度２００℃で加熱した。
【００４３】
そして、レジスト膜を形成したウエハＷをＺ＝２０ｃｍのところに置いた。その後、酸素ガスをプラズマ発生室２４に供給し、ガス圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に調整した後、周波数２．４５ＧＨｚ、電力１ｋＷのＴＭ０１モードのマイクロ波をプラズマ発生室２４に放射して、酸素ガスをプラズマ化した。
【００４４】
調査結果によれば、図３に示すように、レジスト膜のアッシング速度は、本願発明では比較例と比較して２倍近く大きかった。このことは、アッシングに寄与するプラズマ密度が高いということを示している。すなわち、高誘電体体窓の使用により強い電界が得られ、高い密度のプラズマが生成される。このため、プラズマはマイクロ波カットオフ密度に至り、マイクロ波は被処理基板上に到達しない。以上のように、この発明のプラズマ処理装置は処理速度が大きく、量産時の処理装置として好適である。
【００４５】
次に、本願発明者は、アッシングの活性化エネルギをもとに、このアッシングに寄与する活性化した粒子の種類を調べたところ、以下のことが分かった。以下に、そのことを詳細に説明する。なお、アッシングの活性化エネルギとアッシングに寄与する粒子の対応関係に関しては、文献（Ｊ．Ｍ．Ｃｏｏｋ，Ｂ．Ｗ．Ｂｅｎｓｏｎ：Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３０．（１９８３）２４５９，  及びＪ．Ｅ．Ｓｐｅｎｃｅｒ，  Ｒ．Ａ．Ｂｏｒｅｌ：Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３３（１９８６）１９２２）に開示されている。
【００４６】
図４は、アッシング速度の温度依存性によりアッシングの活性化エネルギを調査し、比較したグラフである。縦軸はアッシングの活性化エネルギ（ｅＶ）を示し、横軸はプラズマ透過窓２３の下面から下流側に計った距離Ｚ（ｃｍ）を示す。
【００４７】
この発明の実施の形態であるプラズマ処理装置では、図２の調査と同様に、比誘電率が９．７のアルミナ製のマイクロ波透過窓２３を備え、直径５ｍｍの貫通孔を多数形成した多孔遮蔽板２６をＺ＝１５ｃｍの位置に備えている。比較のため、同じくアルミナ製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板を備えていないプラズマ処理装置と、比誘電率が３．８の石英製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板を備えていないプラズマ処理装置についても同じように調査した。
【００４８】
調査では、図３の調査と同様に、レジスト膜の材料として、ノボラック樹脂を主成分とするポジレジストを用いた。
【００４９】
なお、レジスト膜を塗布後、プラズマ処理前にレジスト膜を温度２００℃で加熱している。これは、レジスト膜を１００℃以上に加熱すると、レジスト膜は熱架橋を起こし、変質する。一方、活性化エネルギを求めるためにはレジスト膜を１００乃至２００℃に加熱してアッシングレートの温度依存性を取得する必要がある。これでは、調査中にレジスト膜が変質して活性化エネルギが不正確になる。これを避けるため、プラズマ処理前に予め処理温度の最高値に加熱し、調査中のレジスト膜の変質を防止するようにしたものである。
【００５０】
また、酸素ガスをプラズマ発生室２４に供給し、ガス圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に調整した後、周波数２．４５ＧＨｚ、電力１ｋＷのＴＭ０１モードのマイクロ波をプラズマ発生室２４に供給して、酸素ガスをプラズマ化した。
【００５１】
調査結果によれば、図４に示すように、アルミナ製のマイクロ波透過窓２３と多孔遮蔽板２６を備えたプラズマ処理装置（本願発明）では、多孔遮蔽板２６の設置位置Ｚ＝１５ｃｍより下流ではアッシングの活性化エネルギは約０．５ｅＶとなり、本願発明のアッシングが活性化した中性の酸素原子によるものであることを示している。
【００５２】
一方、アルミナ製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板を備えていないプラズマ処理装置では、アッシングの活性化エネルギは約０．４ｅＶ程度であった。即ち、主として中性の酸素原子がアッシングに寄与しているが、荷電粒子も多少アッシングに寄与していることを示している。このことは、上記のように多孔遮蔽板２６を設置することにより、より完全に活性化された中性の酸素原子のみをアッシングに寄与させ得ることを示している。
【００５３】
これに対して、石英製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板を備えていないプラズマ処理装置を用いた比較例では、アッシングの活性化エネルギは０．２乃至０．３の程度であり、主に荷電粒子がアッシングに寄与していることを示している。これでは、被処理基板が半導体デバイスである場合、その半導体デバイスに荷電粒子によるダメージを生じさせる虞がある。
【００５４】
次に、図４の調査において、各プラズマ処理装置でＺ＝２０ｃｍの位置に置いた半導体デバイスが電気的なダメージを受けたか否かについても調査した。実用的な時間の範囲でプラズマ処理を行った後、処理前後の半導体デバイスの電気的特性を比較して半導体デバイスが電気的なダメージを受けたか否かについて判定した。
【００５５】
その調査結果によれば、アルミナ製のマイクロ波透過窓２３と多孔遮蔽板２６を備えたプラズマ処理装置（本願発明）では、半導体デバイスは電気的なダメージを全く受けていなかった。
【００５６】
一方、アルミナ製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板を備えていないプラズマ処理装置では、石英性のマイクロ波透過窓の場合と比較して程度は小さいが半導体デバイスは電気的なダメージを受けていた。これは、図２から、プラズマ着火後のマイクロ波の電界に起因するものではないと考えられるが、プラズマの着火前に放射されたマイクロ波、及びプラズマ中の寿命の長い荷電粒子によって半導体デバイスに電気的なダメージが引き起こされたと考えられる。
【００５７】
また、石英製のマイクロ波透過窓を備え、多孔遮蔽板を備えていないプラズマ処理装置では、半導体デバイスは一番大きく電気的なダメージを受けていた。これは、図２に示すように、あまり減衰せずに伝播してくるマイクロ波の電界と、その電界によってプラズマ化され、加速された荷電粒子などによって半導体デバイスに大きい電気的なダメージが引き起こされたものと考えられる。
【００５８】
以上のように、この発明の実施の形態であるプラズマ処理装置によれば、マイクロ波電界及び荷電粒子を遮蔽して、被処理物に対して活性化した中性粒子により安定したプラズマ処理を行うとともに、処理速度の向上を図り、かつ多孔遮蔽板２６の表面を石英などで保護しなくても多孔遮蔽板２６のスパッタを防止することができる。
【００５９】
（具体的なプラズマ処理への適用例）
（ｉ）アッシングへの適用
レジスト膜をアッシングするアッシングガスとして酸素含有ガスを用いる。
【００６０】
酸素含有ガスとして、レジスト膜のアッシングに対して流量２００乃至６００ｓｃｃｍに調整された酸素ガスのみを用いてもよいし、又はより反応性を高めるために、酸素ガスに、Ｈ２Ｏ，Ｈ２，ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，又はＣ３Ｆ８など少なくとも何れか一を加えたものを用いてもよい。
【００６１】
（ｉｉ）エッチングへの適用
流量２０乃至５０ｓｃｃｍの酸素と流量６０乃至１１０ｓｃｃｍのフッ化炭素（ＣｍＦｎ）の混合ガスを用いる。
【００６２】
酸化膜などの等方性エッチングにおいては、ＣＦ４，ＣＨＦ３，Ｎ２，Ｏ２又はその他の処理に必要とされるガスを用いる。
【００６３】
（ｉｉｉ）異物や不要物の除去への適用
例えば、シリコン基板上の酸化膜にコンタクトホールを形成するため、酸化膜のエッチング後に下地のシリコン基板のダメージ層を除去するときに、流量２００乃至６００ｓｃｃｍに調整された酸素ガスにフッ素含有ガスを６％程度加えた混合ガスを用いる。
【００６４】
その他の場合には、酸素ガスに除去すべき異物や不要物のエッチングガスを適量加えた混合ガスを用いる。
【００６５】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００６６】
例えば、上記の調査実験では多孔遮蔽板２６の設置位置Ｚ＝１５ｃｍより下流で、アッシングの活性化エネルギとして約０．５ｅＶが得られたが、その範囲に限られるものではない。より詳しくは、マイクロ波透過窓２３の材料を変えると、その比誘電率が変わるため、それに合わせて多孔遮蔽板２６の設置位置も変えることができる。従って、アッシングの活性化エネルギ０．５ｅＶが得られる箇所も変動するためである。
【００６７】
また、マイクロ波電界が１０Ｖ／ｃｍ以下となる範囲は、上記の実施の形態ではマイクロ波透過窓２３からおよそ１３ｃｍ以遠であったが、これに限られない。マイクロ波透過窓２３の材料や、用いる処理ガスの種類により、マイクロ波電界が１０Ｖ／ｃｍ以下となる範囲は変動するためである。
【００６８】
さらに、多孔遮蔽板２６の貫通孔の直径を５ｍｍとしているが、それは１０ｍｍ以下とすれば十分である。なぜならば、本願発明のプラズマ処理装置では荷電粒子は多孔遮蔽板２６の近くにほとんど生じないため、多孔遮蔽板２６の貫通孔の直径によらずほとんど遮蔽される。従って、プラズマ着火直前のマイクロ波電界を遮蔽することだけを考慮すればよいからである。これにより、多孔遮蔽板２６の作成が容易となる。
【００６９】
さらに、プラズマ発生室２４内の処理ガスの圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）としているが、ターボポンプを用いずに達成できる実用的な圧力範囲として１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以上の圧力範囲が好ましい。この範囲の圧力であれば、プラズマ中の荷電粒子が電界領域を離れていく際にその荷電粒子を他の物質との衝突により効率よく減衰させることができる。また、圧力の上限はマイクロ波の電力によるプラズマ化が可能な実用的な圧力範囲の上限、例えば１０００Ｐａ程度が好ましい。
【００７０】
また、多孔遮蔽板２６は、スパッタされる虞がないため金属材がそのまま露出したものを用いているが、場合により、上面、下面及び貫通孔の内面を石英で被覆してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、マイクロ波の放射口からプラズマ発生室にマイクロ波を放射する箇所に設けられた、比誘電率８．０以上の誘電体板からなるマイクロ波透過窓と、プラズマ発生室と処理室とを仕切り、プラズマ発生室で発生したプラズマ中の粒子のうち、中性粒子を流通させるとともに荷電粒子を遮蔽し、かつマイクロ波の電界を遮蔽する金属の多孔遮蔽板とを備えている。
【００７２】
比誘電率が大きいマイクロ波透過窓によってマイクロ波の電界を一層減衰させているため、プラズマの着火中に、多孔遮蔽板の設置位置に関して実用的な範囲で１０Ｖ／ｃｍ以下の弱い電界を得ることができる。これにより、多孔遮蔽板の近くに荷電粒子が生じるのを防止し、或いはたとえ多孔遮蔽板の近くに荷電粒子が存在していたとしてもその荷電粒子の高電界による加速を防止して、多孔遮蔽板のスパッタを防止することができる。
【００７３】
一方で、マイクロ波電界及び荷電粒子を遮蔽して、活性化した中性粒子により被処理物に対して安定した処理を行うことが可能である。
【００７４】
以上のように、本発明によれば、マイクロ波電界及び荷電粒子を遮蔽して活性化した中性粒子により安定した処理を行いつつ、多孔遮蔽板の表面を石英等で保護しなくても多孔遮蔽板のスパッタを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるプラズマ処理装置を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態であるプラズマ処理装置のチャンバ内におけるマイクロ波電界強度分布の調査結果を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態であるプラズマ処理装置をアッシング処理に用いたときのアッシング速度の調査結果を示すグラフである。
【図４】図３のアッシング処理の活性化エネルギの調査結果を示すグラフである。
【図５】従来例のプラズマ処理装置を示す側面図である。
【符号の説明】
２１  チャンバ
２２  導波管
２３  マイクロ波透過窓
２４  プラズマ発生室
２５  処理室
２６  多孔遮蔽板
２７  処理ガスの放出管（処理ガス導入手段）
２８  被処理基板の載置台
３０  マイクロ波電力供給電源
Ｗ  被処理基板（ウエハ）
【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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