JP3893888B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスをプラズマ化し、活性化した粒子の物理又は化学的相互作用により、半導体等固体材料の表面をエッチング、アッシング、膜堆積、スパッタリング等の処理を行なうためのプラズマ処理技術に関する。特に、本発明は、半導体装置（半導体集積回路装置）を製造する過程でのゲートあるいはメタルのエッチングに有効なプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマ処理装置に関し、半導体材料の表面を処理するためのプラズマの均一性や安定性を向上する目的で、以下の構成が知られている。
(a)減圧容器内への電磁波導入のための誘電体窓を具備し、誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状、すなわち、誘電体窓直下の減圧容器の寸法形状を規定したプラズマ処理装置。
【０００３】
例えば、特開平11-111696号公報に矩形の誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状と電磁波の周波数との関係が開示されている。また、特開平10-199699号公報に円形の誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状と電磁波の周波数との関係が開示されている。
（b）減圧容器内への電磁波導入のための誘電体窓と、誘電体窓の大気側に円板型、リング型、スロット型などの電磁波放射素子を具備し、電磁波放射素子の寸法や形状を規定したプラズマ処理装置。
【０００４】
例えば、特開2000-164392号公報に誘電体窓の大気側に具備したリング型の電磁波放射素子の形状寸法と電磁波の周波数との関係が開示されている。また、特開2000-223298号公報に誘電体窓の大気側に具備したスロット型の電磁波放射素子の形状寸法と電磁波の周波数との関係が開示されている。
【０００５】
また、上記(a)(b)両者に係るプラズマ処理装置であって、例えば、特開2000-77384号公報に誘電体窓の大気側に具備した円形の電磁波放射素子の形状寸法と円形の誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状との比によるプラズマ均一性の制御が開示されている。
(c) 減圧容器内への電磁波導入のための電磁波放射素子を減圧容器内に具備し、電磁波放射素子の寸法形状を規定したプラズマ処理方法。
例えば、特開2000-268994 号公報に減圧容器内に具備した電磁波放射素子の形状寸法と電磁波の周波数との関係が開示されている。また、特開平10-134995号公報に、減圧容器内に具備した電磁波放射素子の形状寸法に関し減圧容器壁も電磁波放射素子の一部ととらえる場合を含んで電磁波の周波数との関係が開示されている。
(d) 減圧容器内への電磁波導入のための誘電体窓の周辺部の寸法形状、もしくは、構造や材料物性による機能を規定したプラズマ処理装置。
【０００６】
例えば、特開平3-68771号公報にマイクロ波伝搬路の最終端にマイクロ波吸収体を設置させたプラズマ処理装置が開示されている。
【０００７】
さらに、上記(c)(d)両者に係るプラズマ処理装置であって、例えば、特開平11-354502号公報に減圧容器内に具備した電磁波放射素子の周辺部の機能に関し電磁波放射素子の端部と接地部の形状寸法との関係が開示されている。そして、特開2000-357683号公報に減圧容器内に具備した電磁波放射素子の周辺部の機能に関し電磁波放射素子の端部と金属または誘電体よりなる電磁波補正体の形状寸法との関係が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体集積回路装置、所謂LSI（Large Scale Integrated Circuit） の製造において利用するプラズマ処理は、大口径（300ｍｍΦ以上）の半導体ウエハ内での均一な処理性能向上が求められている。そしてさらに、LSI製造プロセス中での以下の加工工程への幅広いアプリケーションが要求される。
(1) ゲート電極、金属膜や絶縁膜の加工を対象とした、異方性や選択比が高く微細化に対応できるエッチング工程への適用。
(2) 前記エッチング工程前のBARC(Bottom Anti- Reflective Coating)などの反射防止膜加工工程および酸化膜や窒化膜などからなるハードマスクの加工工程への適用。
(3) 前記エッチング工程前のマスクの寸法を制御するための細線化工程への適用。
(4) 形状の角度や丸み等の幅広い制御性が必要とされる、素子分離用トレンチあるいはゲートサイドウオールスペーサの加工工程への適用。
(5) 圧力域など広範囲の条件設定が必要とされる膜堆積工程への適用。
(6) エッチング処理後のレジスト、エッチング残り(etching residue)およびダメージ層を除去する工程（後処理工程）への適用。そして、
(7) スパッタリングへの適用。
【０００９】
特に、ＭＯＳトランジスタのゲート形成に関わるエッチング工程（主たるゲート加工およびその加工前後を含むエッチング工程）だけでも、上述のトレンチ加工、反射防止膜加工、マスク加工、これに伴うマスクの細線化加工、ゲートそのものの加工、その後のスペーサ加工に至るまで多くの工程があり、これら全てを行うことのできるオールラウンドな能力を有する装置が求められている。
加えて、近年の少量多品種生産への要求や、システムLSIのように複数の素子構造が同一ウエハ上に混載したLSIに対する適用の必要性からも、様々なガス種に対して、処理圧力では0.1Pa〜10Pa、ウエハへのイオン入射電流では0.3〜3mA/cm2のように広い条件範囲で、大口径のウエハを処理するための極めて均一性の高いプラズマ生成が必要とされる。
【００１０】
本発明者等は本発明に先立って、現状のプラズマ処理装置の問題点を明らかにした。以下に、その問題点を図１７、図１８を参照し説明する。
【００１１】
図１７は発明者等が検討したプラズマ処理装置の概略図である。このプラズマ処理装置は被加工物が置かれる減圧容器(chamber)２０６が円筒形状に成している。図１７はこの容器２０６の中心から外周までの半径方向における右半分の断面図を示す。
このプラズマ処理装置によれば、減圧容器２０６内において、処理台２０１に対面した位置に石英板２０２と石英シャワー板２０３よりなる誘電体窓が設けられている。そして、石英板２０２と石英シャワー板２０３とは、真空シール部材２０４によって減圧容器２０６に固定されている。プラズマ２０５を発生するため、減圧容器２０６内にガスを導入し、このガスをプラズマ化するための電磁波を発生する高周波電源の周波数には、450MHzを用いた。石英ガラスの半径は、減圧容器２０６の内壁面の半径よりも23mmほど大きく設計されている。ここで、23mmは、d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲から外れた寸法である。石英板２０２の背面には、薄い空気層の隙間２０７が設けられている。石英板２０２の上部には電磁波放射素子２０８とアルミナ（Al2O3）製のアンテナスペーサ２０９が設けられている。
容器２０６内の電界分布を図１８に示す。この電界分布は計算により導き出した。
(a)プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （入射イオン電流(ICF)で1.0mA/cm2相当）以下では、処理台より上に位置した空間のやや中央部に寄った領域に電界強度の強い部分が表れる。この強い電界部分でプラズマが初期生成され、そのプラズマは拡散により外側に拡がり、ウエハ上には、均一なイオン電流が入射する。ところが、(b)プラズマ密度を4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、(c)8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）と増加させていくと、サークル２１０に示すように減圧容器の周辺部に次第に電界強度の強い部分が現れ、そしてサークル２１１に示すように増大していく。これにより、減圧容器２０６内の周辺部（容器内壁近傍）で密度が増大し、均一性が損なわれた。
【００１２】
本発明は、発明者等の上記問題点の認識に基いて成されたものである。
【００１３】
本発明の目的は、減圧容器内にガスならびに電磁波を導入してプラズマを形成し、被加工物を処理するためのプラズマ処理装置において、定在波分布の変化を緩和することにある。
本発明の他の目的は、広範囲のガス種、密度、圧力において、大口径の均一性を維持しながら安定で連続的なプラズマ生成特性が得られるプラズマ処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、スループットの向上が図れる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
本発明のプラズマ処理装置は、減圧可能な容器(chamber)、該容器内に位置された被加工物を載置するための処理台、該被加工物と対面する位置に設けられた電磁波放射素子および誘電体窓、該容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を発生する周波数fの高周波電源、および該誘電体窓の周辺部に近接して設けられた定在波電界分布を適正化するための定在波制御部とから成る。
【００１５】
定在波制御部の基本構成は、その入口以外が導体で囲まれ、最終端が導体により封じられた行き止まりの空洞の形態を成したリング構造であり、その空洞部内は、真空または空気または誘電率eの誘電体のいずれか一つで満たされている。そして、容器の径方向の深さ（入口から導体の内端部までの距離）dを、電磁波の特性長で l/4＋l/2×(n−1)：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)と等価もしくはその近傍とすることで、定在波制御部の入口の半径方向の位置において、誘電体窓内部に形成される定在波電界分布が極大(即ち、定在波の腹)となるようにしている。なお、定在波制御部の入口の半径方向の位置とは、定在波制御部を載置する誘電体窓の周辺端部の位置、また容器の内壁面に相当する位置を言う。
高周波に対するプラズマの物性定数は、高周波プラズマに関する技術文献、例えば、M.A.Lieberman and A.J.Lichtenberg: Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, (John Wiley and Sons, Inc.) pp.93-96, pp.108-110)に記述されているように、誘電率で表すとすれば、負の値となる実数部とプラズマ内での損失を表す虚数部で表される。負の誘電率は、インダクティブな媒質を意味する。これに従い、例えば、0.4Paの塩素のプラズマにおいて、プラズマの物性定数として、プラズマ密度を2.8×1010cm-3（入射イオン電流(ICF: Ion Current Flux)で1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）とすると、プラズマ媒質の誘電率は、e(2.8×1010cm-3)= -10.1+j0.0816、e(4.0×1010cm-3)= -14.9+j0.117、e(8.0×1010cm-3)= -30.8+j0.233 と表すことができる。これらを用いてプラズマ内の電磁波の伝播を解析できる。誘電体窓から上記物性定数で表されるプラズマの内部に電磁波が入るとき、媒質の変化により、容器の内壁面に相当する位置において、定在波電界分布の腹と節の関係が反転する。従って、誘電体窓直下のプラズマ内に形成される定在波電界分布は、容器の内壁面に相当する位置において極小(即ち、定在波の節)となる。定在波制御部の入口がある程度狭ければ、プラズマからの影響は受けない。このため、定在波制御部の内部にできる定在波電界の波長は、プラズマ化するガスの種類、密度や圧力などの変化の影響を受けにくい。
したがって、プラズマ媒質の物性定数が変化しても、前述の深さに規定された定在波制御部を具備した容器では、該減圧容器の内径と同じ半径位置において、該誘電体窓直下のプラズマ側に形成される定在波電界分布が、常に、極小(即ち、定在波の節)となるのである。これにより、幅広い条件で、該誘電体窓直下のプラズマ側の壁面近傍における電界を抑制でき、電磁波のパワーは、常に被加工物を載置する処理台より上を見込んだ一定の拡がりを有する有効な空間領域に導入される。
【００１６】
すなわち、本発明によれば、定在波制御部の深さ（特性長）は、 d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の範囲内にある場合に効果が得られる。
したがって、幅広い条件で、均一性、ならびに、電磁波投入パワーに対するプラズマ密度のリニアリティが高く、安定で連続的な特性を有するプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の定在波制御部は、その中に損失のほとんど無い空気や真空や誘電体を満たし、寸法形状の工夫で容器内壁近傍の電界を適正化するものであるため、パワーを損失したり、その部分が過度に加熱されたりする悪影響も生じない。
また、誘電体窓の周辺部で真空の外に載置する設計が容易に可能であるため、金属体のリングなどを直接に減圧容器内に挿入する必要性も無い。
さらに、定在波制御部の内部に形成される定在波電界の波長は、プラズマの条件に依らずほぼ一定であることから、なんらかの可動機構により、ウエハプロセス中に、その都度、構造形態を変化させるまでもない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１乃至図４を参照し、以下に説明する。
図１(a)は定在波制御部が設けられたプラズマ処理装置の主要部を示した断面図である。
このプラズマ処理装置は、減圧可能な容器（減圧容器）１０１と、容器１０１内に被加工物（半導体ウエハ１０１）を載置するための処理台１０２と、該被加工物と対面する円盤状の誘電体窓１０３と、該容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波１０４を発生する周波数fの高周波電源１０５と、誘電体窓の周辺部に近接して載置された定在波電界分布を適正化するための定在波制御部１０６とから成る。そして、図１には示していないが、電磁波放射素子は容器内１１２のプラズマ（プラズマ発生領域）１１２から区画されるように誘電体窓１０３の背面の領域１０７に位置されている。この電磁波放射素子は様々な形状のアンテナ方式や、様々な形状の導波管方式が必要に応じて選択される。
【００１９】
定在波制御部１０６は、図1(b)に示すように、誘電体窓１０３に接した入口１０８以外が導体で囲まれた空洞部１０６ｄを有する。すなわち、定在波制御部１０６は、誘電体窓１０３の側壁を天板１０６a、底板１０６b、これら板１０６a、１０６ｂの最終端をクローズしている側板１０６c、および側板１０６cと反対方向に位置し、誘電体窓１０３に接した入口１０８で構成され、これら板板１０６a、１０６ｂ、１０６ｃにより区画された空洞部１０６ｄ内には真空または空気または誘電率eの誘電体で満たされている。そして、この定在波制御部１０６は円盤状の誘電体窓１０３を取り囲むリング構造を成す。空洞部１０６ｄ内は、真空または空気または誘電率eの誘電体のいずれか一つで満たされている。空洞部１０６ｄの深さ（入口端１０８から側板１０６ｃの内壁までの距離）を、電磁波の特性長で l/4＋l/2×(n−1)：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)と等価とすることで、定在波制御部の入口１０８の位置（即ち、この基本構成では、この定在波制御部を載置する誘電体窓の周辺の端部の位置であり、また、減圧容器の内壁面に相当する半径位置）において、誘電体窓内部に形成される定在波電界分布１１０が極大(即ち、定在波の腹１１１)となる。
【００２０】
一方、高周波に対するプラズマの物性定数は、前述したように、誘電率で表すとすれば、負の値となる実数部とプラズマ内での損失を表す虚数部で表される。負の誘電率は、インダクティブな媒質を意味する。例えば、0.4Paの塩素のプラズマにおいて、プラズマの物性定数として、プラズマ密度を2.8×1010cm-3（入射イオン電流(ICF: Ion Current Flux)で1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）とすると、プラズマ媒質の誘電率は、e(2.8×1010cm-3)= -10.1+j0.0816、e(4.0×1010cm-3)= -14.9+j0.117、e(8.0×1010cm-3)= -30.8+j0.233 と表すことができる。これらを用いてプラズマ内の電磁波の伝播を解析できる。誘電体窓１０３から上記物性定数で表されるプラズマ１１２の内部に電磁波が入るとき、媒質の変化により、容器の内壁面に相当する位置において、定在波電界分布の腹と節の関係が反転する。従って、誘電体窓１０３直下のプラズマ内に形成される定在波電界分布は、容器の内壁面に相当する位置において極小(即ち、定在波の節１１３)となる。
定在波制御部１０６の入口１０８は、プラズマ１１２からの影響を受けないように狭くされている。このため、定在波制御部の内部にできる定在波電界の波長は、プラズマ化するガスの種類、密度や圧力などの変化の影響を受けにくくなる。このため、プラズマ媒質の物性定数が変化しても、前述の深さに規定された定在波制御部を具備した容器では、該容器の内径と同じ位置において、該誘電体窓直下のプラズマ側に形成される定在波電界分布が、常に、極小(即ち、定在波の節１１３)となるのである。これにより、幅広い条件で、該誘電体窓直下のプラズマ側の壁面近傍における電界を抑制でき、電磁波のパワーは、常に被加工物（半導体ウエハ）を載置する処理台１０２より上部において、一定の拡がりを有する有効な空間領域に導入される。こうして、幅広い条件で、均一性および電磁波投入パワーに対するプラズマ密度のリニアリティの高い、安定で連続的な特性を有するプラズマ処理装置を提供することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態によれば、定在波分布制御部の深さに対して±l/8の範囲であれば発揮されるが、それを逸脱すると、定在波制御部を具備していない場合のように、ある一定の狭い範囲でしか均一性の得られないプラズマ特性に戻ってしまう。従って、定在波制御部の深さ（特性長）は、 d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の範囲内にある場合に効果が得られる。
【００２２】
本実施の形態における定在波制御部は、その中に損失のほとんど無い空気や真空や誘電体を満たし、寸法形状の工夫で容器内壁近傍の電界を適正化するものであるため、パワーを損失したり、その部分が過度に加熱されたりする悪影響も生じない。
また、誘電体窓の周辺部で真空の外に載置する設計が容易に可能であるため、金属体のリングなどを直接に減圧容器内に挿入する必要性も無い。
さらに、定在波制御部の内部に形成される定在波電界の波長は、プラズマの条件に依らずほぼ一定であることから、ウェハプロセス中に、ある可動機構により構造形態を変化させる必要もない。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図２、図３を参照し、以下に説明する。
本実施の形態２は、図２に示すように、前記実施の形態１における定在波制御部１０６が付加されたのと等価な特性長の分だけ、石英板３０１と薄い空気層（隙間）３０２とが延長された定在波制御部で構成されている。
図１７に示したプラズマ処理装置において、石英板２０２の半径と容器の内径との差の設計寸法は23mm程度であった。一方、本実施の形態２の場合、真空シール部材３０４によって容器３０５を封じるために、石英板３０１の半径と容器３０５の内径の差は、上記設計寸法よりも図２の例では)の設計寸法よりも、著しく石英板３０１が大きい形態となっている。すなわち、石英版３０１の半径は、容器３０５の内径よりも108ｍｍほど大きく設計されている。なお、処理台３０６や、石英シャワー板３０７、電磁波放射素子３０８、アンテナスペーサ３０９は、図２に示すものと全く同一のものを用いた。
この構成よるプラズマ３０３の生成を図３を参照し、以下に説明する。
前記設計寸法108mmは、石英板３０１の背面に設けてある薄い空気層の隙間３０２の影響も考慮し、石英（誘電率3.5〜3.8）よりも若干誘電率が低い物質（誘電率ε：3.3〜3.6程度）を想定し、計算すると、d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, ここではn=1, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲内にある。このときの電界分布を計算により算出した結果を図３に示す。プラズマ密度を(a)2.8×1010cm-3、(b)4.0×1010cm-3、(c)8.0×1010cm-3と増加させても、サークル３１０ならびにサークル３１１で示されるように容器内壁（容器内の周辺部）近傍には電界が増大していく現象が見られない。このとき、容器３０５に導入する電磁波発生用の電源のパワーを増加させ、プラズマ密度を増大させても、パワーの導入される空間領域が周辺部に偏っていくことなく、どのパワー条件においても、ウエハ上では、均一性の高いイオン電流が入射する。この構成では、ガス種や圧力を大きく変化させることを想定して、プラズマ媒質の物性を表す定数をさらに広く変化させても、容器の周辺部の電界が増大していく現象が見られなかった。
【００２３】
図１７に示したプラズマ処理装置ならびに本実施の形態２の構成により得られるプラズマ特性の比較を図４に示す。図４(a)は図２に示したプラズマ処理装置の構成におけるプラズマ特性を示す。そして、図４(b)は本実施の形態２の構成におけるプラズマ特性を示す。これらのプラズマ特性は、ガスとして塩素を用い、圧力を0.4Paに設定した場合のICFの均一性を示している。また、図４(c)は両者における電磁波のパワーに対するリニアリティを示すプラズマ特性である。
図１７に示したプラズマ処理装置のプラズマ特性４０１は、図４(a)に示すように、360Wから500Wへ電磁波のパワーを増加させると、中央部がやや高いほぼ均一なICF分布から、周辺部がやや高いICF分布へと変化し、1000Wに増加させるとかなり周辺部が高いICF分布となった。
一方、本実施の形態２のプラズマ特性４０２は、図４(b)に示すように、360Wから1000Wまでの間で、ほとんどフラットなICF分布が得られ、全てのパワー条件で±5％(3s：sは標準偏差)以内に収まる結果となった。加えて、図に示していないが、図１７の構成は250W以下では安定にプラズマを維持できなかった。しかしながら、本実施の形態２は、50Wまでパワーを下げても安定にプラズマを維持できることがわかった。
また、両者におけるパワーに対するICFのリニアリティを確認するため、横軸にパワーを縦軸にウエハ３００ｍｍΦ面内のICFの平均値をプロットしたプラズマ特性４０３を図４(c)に示す。
図１７に示したプラズマ処理装置（４０５）は、500W以上でICFは飽和傾向となった。一方、本実施の形態２（４０４）は、1000Wまで全ての点が、ほぼ直線上にのる結果となった。
なお、石英の誘電体窓そのものが外側に延長された本実施の形態２（図２）による構成のプラズマ特性が図１の基本構成に示したものと原理的に等価であることを確認するため、図２に示した誘電体窓３０１を真空シール部材３０４のすぐ外側で分割した部品も作製し、実験的に比較したが、分割した場合も分割していない場合も特性は全く同じであった。
また、、本実施の形態２における効果は、石英板と石英シャワー板よりなる誘電体窓をアルミナのような誘電率の異なる材料としても同様に得られることは言うまでもない。また、シャワー板を除いて、ガス導入法が変わったとしても、発明の本質には全く影響しないことは、図１を参照し、実施の形態１で述べた通りである。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、定在波制御部の配置の変形例を図５を参照し、以下に説明する。
図５(a)に示すように、石英板５０５の上方にその石英板と連結して成る石英(誘電率3.5〜3.8)の定在波制御部５０１が載置されている。処理台５０４や、これと対面した位置に載置された、石英板５０５と石英シャワー板５０６や、真空シール部材５０７ならびに薄い空気層の隙間５０８、その上部に載置された電磁波放射素子５０９は、図１７に示すものと全く同一である。そして、定在波制御部５０１を上方に設ける必要性からアンテナスペーサ５１０とそれを外側から覆う導体部材は40mmほど半径を小さく設計した。
入口の幅35mmの定在波制御部５０１の寸法を前述の実施の形態１と同様の計算手法により検討した。その結果、石英板５０５上面と定在波制御部５０１との間に薄い空気層５０８をはさんだ構成で、定在波制御部５０１の高さを70mmとすると、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、図２に示した構成によって得られた結果（図３）と一致することがわかった。即ち、本実施の形態３のように、方向を90度変えた構成でも、電磁波の特性長として等価になる形状寸法を見出すことができることが明らかとなった。これは、横方向の突起が何らかの他の部品と干渉することを回避するための装置設計上の有効な知見である
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４として、定在波制御部の配置の他の変形例を図６を参照し、以下に説明する。
本実施の形態４によれば、さらなる定在波制御部の形状寸法のコンパクト化を図るため、前述の実施の形態３における定在波制御部の構成材料をより誘電率の高いアルミナ(誘電率9.8)とした。そして、同様の計算手法により、最適な形状寸法を検討した。
図６に示すように、定在波制御部５１１の入口の幅を25mmとし、その他の構成については、図５に示した構成と同一とした。
本実施の形態４によれば、定在波制御部の高さを50mmとしたところで、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、実施の形態２（図３）、実施の形態３（図５）によって得られた結果と一致することが明らかとなった。これにより、定在波制御部を満たす材料の高誘電率化によって、さらなる形状寸法のコンパクト化が図れる。
定在波制御部に用いる誘電体としては、コスト面から、石英、アルミナ等を選択するが、さらに高い誘電率の材料、例えば、ジルコニア（ZrO2）、チタニア（TiO2）、YAGセラミックス（Y3Al5O12）いずれか一つを用いれば、さらにコンパクト化できる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５として、定在波制御部の配置の他の変形例を図７を参照し、以下に説明する。
本実施の形態５は、さらに定在波制御部のコンパクト化を図るため、実施の形態４の定在波制御部をさらに内側方向に直角に折り曲げた構造である。図７に示すように、定在波制御部５１２はその内部がアルミナで満たされ、内側に折り曲げた形状である。そして、入口幅、内部幅それぞれは30mmである。スペース確保のため、アンテナスペーサ５１３を少し小さくし、その他の構成については、図５、図６と同一である。
実施の形態２と同様の計算手法により検討した。その結果、図５(c)に示す形状寸法で、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、実施の形態２（図３）、実施の形態３（図５）および実施の形態４（図６）それぞれの構成によって得られた結果と一致することが明らかとなった。
これにより、定在波制御部は、設計の都合により適宜折り曲げてコンパクト化が図れること、また、本実施の形態５の形状寸法は、電磁波の特性長では、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態４と等価であることが明らかになった。実施の形態３、実施の形態４そして実施の形態５におけるそれぞれのプラズマ特性を実施の形態２と同一の実験条件で検討した結果、図４(b)、図４(c)に示すような電磁波の各パワーにおけるICFの均一性、電磁波のパワーに対するICFのリニアリティともに良く一致した特性を示すことが確認できた。
実施の形態３、４、５では、定在波制御部を誘電体窓の周辺部の上方に載置、あるいは、それを折り曲げた変形例をそれぞれ説明したが、側方に延ばしてから大気側で下方に折り曲げたり、あるいは、下方の真空側で入口以外が導体で囲まれる構成としても、あるいは、太さや曲率などを変えることで特性長が等価となるように設計形状寸法を調整することも可能である。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６として、定在波制御部の配置における他の変形例を図８を参照し、以下に説明する。
本実施の形態６は、さらにコンパクト化を実現させた定在波制御部の構成である。図６に示すように、定在波制御部６０１は石英板６０２の端部より内側の位置に載置されている。処理台６０５、これと対面した位置に載置された石英板６０２と石英シャワー板６０６、真空シール部材６０７、その上部に載置された電磁波放射素子６０８は、実施の形態３（図５）と全く同一である。
アンテナスペーサ６０９の形状寸法は、定在波制御部６０１を内側に寄せる都合上、図５(c)よりも若干小さくした。また、薄い空気層の隙間６１０の形状も若干変わっている。
定在波制御部６０１の入口は、石英板６０２の上方にあり、石英板６０２の外側の端部よりも、17mm内側に配置されている。加えて、定在波制御部６０１を満たすアルミナの厚さも、図５(c)に示す構成と比較して7mm薄くし、さらに、定在波制御部の入口の幅も9.5mmと狭くなっている。このような設計により、図１７に示したプラズマ処理装置と同じスペースの中に全てを収める構成とした。
実施の形態２と同様の計算手法を用いて、定在波制御部の深さを検討した。その結果、図６に示す奥行きの深さや、定在波制御部を囲んでいるL型の導体部品の長さ６１１の設計において、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、によって得られた結果と一致することが明らかとなった。
本実施の形態６は、厳密には、石英の誘電体窓の端部にて反射し戻ってくる電磁波と、定在波制御部の中に入って奥まで到達してから反射して戻ってくる電磁波の２経路に分岐した構成になっているように見えるが、結果的には、うまく重ね合わさることで、これまで説明してきた効果と同様の効果が得られる。
このように、電磁波の経路が分岐したり、定在波制御部の折り曲げ方向や入口の幅などが途中で変わる構成であっても、電磁波の特性長さえ同じになるように設計すれば、実施の形態２、３、４、５と等価な効果を得ることが可能であることが明らかとなった。
本実施の形態６がこれまで述べてきた実施の形態の中で、最もコンパクトな設計に収まっている。本実施の形態６のような構成を基本として、図８に示した寸法形状を中心条件とし、定在波制御部の特性長を変化させた実験を行った。実験では、L型の導体部品の長さ６１１を変化させることで、定在波制御部の実効的な深さを変化させた。
この結果、図９に示すように、L部長さを中心寸法(L=31.5mm)よりも長くしても短くしても同様に特性は劣化する。例えば、18mm短くすると、定在波制御部を具備していない場合の特性と同等レベルまで、電磁波のパワーに対するICFのリニアリティが劣化してしまうことが明らかとなった。即ち、L型の導体部品（L型金具）６１１のL部長さの中心寸法からある幅をもった範囲で、定在波制御部は効果を発揮することがわかった。電磁波は、まず、誘電体窓内を外側に向かって伝播し、L部の先端部で折り返して定在波制御部に入る。このことを考えると、L部長さの18mmの変更は、18mmの往復経路分だけ電磁波の伝播経路を変更したことに相当すると言える。これに基づいて見積もると、定在波制御部は、少なくとも、中心寸法から±l/8 の範囲内にあるときは、これを用いていない場合と比較して、その効果を発揮していることがわかった。単純な実験系で再度確認するため、図２に示した石英板と薄い空気層の隙間の半径を変化させる構成で±l/8 の範囲内で半径を変化させ確認を行った結果、±l/8 の範囲内では、本実施の形態の効果が得られるが、それを逸脱すると、を用いていない場合の特性と同様に劣化してしまうことが再確認できた。
図１０は本実施の形態６におけるプラズマ処理装置（ゲート加工用エッチャまたはメタル加工用エッチャ）の全体構成を示す概略図である。このプラズマ処理装置の機能を以下に説明する。
図１０において、プラズマ用f=450MHz高周波電源７０２で発生した電磁波をプラズマ用チューナ７０３を介してプラズマエッチング用リアクタ７０１内に導入する。 磁場発生制御部７０４により発生した磁場を作用させることにより、高効率にプラズマを生成する。プラズマエッチング用リアクタ７０１と磁場発生制御部７０４とは、排気設備を有するベースフレーム７０５上に搭載されている。このベースフレーム７０５には、図示したように、ガス供給管が埋設されている。ガスは、石英板６０２と石英シャワー板６０６との隙間に導入し、石英シャワー板に設けられた複数の孔よりリアクタ７０１内に導入される。一方、上下機構を有する処理台７０６上には、例えば直径300mmのウエハ７０７が装填され、バイアス用400kHz電源７０８で発生した高周波がバイアス用マッチングボックス７０９を介して、そのウエハ７０７に印加される。そして、ウエハ７０７表面がエッチング処理される。
図１１は、ベースフレーム全体を示す平面図である。図１０に示されたプラズマエッチング用リアクタ７１０は、ベースフレーム７０５上に載置されている。２つのプラズマエッチング用リアクタ７１０を有する構成により、量産においては、効率の良いパラレル処理が可能となっている。本実施の形態６は、このうち、片方を用いてエッチングの評価を行った。また、同じベースフレーム７０５上に、プラズマアッシング用リアクタ７１１が２つ搭載されており、レジストマスクやエッチング後の表面ポリマーの除去を行うことができる構成となっている。そして、ウエハカセット装填場所７１２には、エッチング前のウエハの待機場所とエッチング後のウエハの待機場所があり、ウエハはウエハ搬送ロボット７１３により各所に搬送される仕組みである。
すなわち、図１１に示された実施の形態の基本構成は、ベースフレーム上に複数のリアクタを有し、それぞれのリアクタは、減圧可能な容器内に被加工物を載置する処理台と、該被加工物と対面する電磁波導入のための誘電体窓と、該減圧容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を発生する周波数 f の高周波電源と、該誘電体窓の周辺部に近接し、真空または空気または誘電率eの誘電体で満たされ、その入口以外が導体で囲まれ、その深さが d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲内にある定在波制御部を具備したことを特徴とするものである。
図１２(a)に図１７のプラズマ処理装置における均一性に関係するプラズマ特性８０１を、図１２(b)に本実施の形態６における均一性に関係するプラズマ特性８０２をそれぞれ示す。それぞれの装置はガスとして塩素を用い、圧力を0.4Paとした。そして、電磁波のパワーとして360Wと720Wを用いた場合におけるポリシリコンエッチングの均一性を評価した。
図12(a)に示すように、図１７のプラズマ処理装置は、電磁波のパワーを変化させると特性８０３から特性８０４に変わり、均一性が劣化した。
一方、図12(ｂ)に示すように、本実施の形態６は、電磁波のパワーを変化させても特性８０５と特性８０６との均一性変化はほとんど見られない。すなわち、本実施の形態６によれば、均一性は劣化せず、良好な結果となった。
なお、同様の条件で、実施の形態２、３、４、５それぞれ、同じポリシリコンの均一性を確認したが、図１２(b)に示したプラズマ特性とよく一致する結果が得られた。
本実施の形態６のプラズマ処理装置を用いて、LSIの製造過程における様々な工程、様々な膜種に対する処理性能の均一性を確認した。一例として、単一の容器を用いたゲート形成に関わるエッチングの一貫した処理について検討した。実験としては、以下のLSI製造工程におけるエッチング処理を行なった。
(a) CF4をベースとしたSTI(Shallow Trench Isolation)パターンのBARC加工工程：電磁波パワー400W。
(b) CF4をベースとしたSTIのトップラウンド加工工程：電磁波パワー350W。
(c) HBrをベースとしたSTIのテーパ加工工程：電磁波パワー800W。
(d) 添加ガスを用いたSTIのボトムラウンド加工工程：電磁波パワー350W。
(e) O2とハロゲン混合系によるゲートパターンの細線化工程：電磁波パワー400W。
(f) CF4をベースとしたゲートパターンのBARC加工工程：電磁波パワー600W。
(g) CF4をベースとしたゲートパターンのSiNマスク加工工程：電磁波パワー700W。
Cl2をベースとしたポリシリコンゲートの垂直加工工程：電磁波パワー450W。
HBrをベースとしたポリシリコンゲートのオーバーエッチング工程：電磁波パワー450W。
これら(a)〜(j)の工程をパターンなしウエハ（300ｍｍf）における均一性と、パターン付ウエハ（300ｍｍf）における微細加工の均一性を確認した。
その結果、(a)〜(j)の工程全てにおいて、パターンなしウエハでは、±3%(3s)以内に収まる均一処理を確認でき、また、パターン付ウエハにおいては、エッチング角度や丸み、パターンマスクの残量なども含め、ウエハ面内の中心部と周辺部の間で、形状差、寸法差のないエッチング加工を本発明の単一の減圧容器で行うことができた。一連の加工を、それぞれの工程の専用装置を用いて、装置間でウエハをやりとりしながら行う場合や、複数の専用減圧容器を有する装置において行う場合と比べ、それぞれの専用装置もしくは減圧容器にウエハを出し入れするための余分な時間が節約でき、トータルで50％以下に時間が短縮し、スループットが2倍以上となった。このように単一の減圧容器の構成により、さまざまなプロセス条件への対応が広範囲で可能となることは、量産の効率を向上する上で極めて優位である。本発明を用いた方式では、成膜CVDやスパッタリングなど、プラズマにより発生した種の物理的、化学的作用を利用したその他の半導体処理においても広範囲な条件で均一な処理性能が発揮できることはいうまでもなく、また、単一のプラズマ装置が広範囲の特性をカバーしていることが、生産効率を向上させる効果をもたらすことは、他の様々な工程についても同様である。
なお、本実施の形態６において、生成したプラズマに磁場を印加することで、プラズマ生成効率を高めるだけでなく、ウエハ面内の処理の均一性をさらに高度に微調整することも可能である。
また、本実施の形態６用いた容器の設計は、原理的には、いかなる電磁波の波長においても可能である。実際の装置の設計では、周波数を低くし波長が長くなる場合にはスペースの制約があるが、定在波制御部内を満たす材質の高誘電率化と多重の折り曲げ構造の利用により、10MHzの低周波数までの設計を行うことができた。一方、周波数を高くしていくと、波長が短くなり、容器のほんの小さな段差構造によっても定在波が局在する場合があり、定在波制御部以外の容器の境界の形状にも注意が必要になるが、容器の隅々まで、凹凸に注意を払った設計により、3GHzの高周波まで対応できる設計を行うことができる。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７として、電磁波放射素子の配置の変形例を図１３および図１４を参照し、以下に説明する。
【００２４】
これまで述べてきた実施の形態は、特にゲートエッチングあるいはメタルエッチングに有効な誘電体窓の外側に電磁波放射素子を載置した構成である。
しかしながら、本発明は誘電体窓を貫通する形で電磁波の導波路を容器内に導入し、電磁波放射素子を容器内に載置した構成にも適用可能である。特にこの構成は絶縁膜（酸化膜等）のエッチングに適用される。
定在波制御部の効果を確認するために、図１３に示すように定在波制御部のない構成と、図１４に示すように定在波制御部を具備した構成（本実施の形態７）を用いて、ウエハ（300mmΦ）面内のICFの均一性ならびにエッチングの均一性を比較検討した。
まず、図１３は定在波制御部を用いない単にアンテナスペーサ９０４よりなるプラズマ処理装置の構成を示す。処理台９０１はこれまでの実施の形態と同一の仕様を用い、石英板９０２には、中央部に電磁波の導波路を貫通させた。また、これまでの石英シャワー板は撤去し、その代替として、円形のシャワーアンテナ９０３が石英板９０２に固定されている。そして、処理台９０１上にはウエハ９００が載置される。
一方、図１４は実施の形態６で説明した定在波制御部とほぼ同一の定在波制御部９０５を用いたプラズマ処理装置の構成を示す。処理台９０１はこれまでの実施の形態と同一の仕様を用い、石英板９０２には、中央部に電磁波の導波路を貫通させた。そして、円形のシャワーアンテナ９０３が石英板９０２に固定されている。処理台９０１上にはウエハ９００が載置される。
まず、ICFの均一性を検討した。ArベースにCF系ガス、O2ガスを少量加えた条件において、電磁波のパワーが400W、900Wの場合について比較を行った。その結果、この構成では、900Wの高い電磁波のパワーでは、両者に大きな差は見られないが、電磁波のパワーが低い400Wの条件では、定在波制御部を用いない構成では、中心部のみでICFが局所的に高くなるような別のプラズマモードとなった。また、詳細を調べたところ、500W付近にちょうどモードの転移点があり、この近辺では、プラズマ状態が不安定となった。一方、定在波制御部を用いた構成では、400Wにおいても、900W時と類似したICF分布が安定に得られ、また、500W付近に不安定な状態は認められなかった。
減圧容器内にアンテナを載置する場合には、アンテナより直接プラズマ内へ導入される電磁波と、アンテナ周辺ならびに背面にある誘電体窓内を伝播してプラズマ内に導入される成分の２つがある。前者のアンテナより直接プラズマ内に導入される成分は、本発明の定在波制御部とはあまり関係なく導入されると考えるが、後者の誘電体内を横方向に伝播する成分に関しては、定在波制御部により周辺の定在波電界分布が適正化されたことにより、モード転移や不安定性の解消に寄与している。
（実施の形態８）
実施の形態６で述べたL型金具は、大気側に載置されており、また、アース電位であるため、容易に可動式とすることも可能である。容器内に可動部を設ける場合のような金属汚染の心配も無く、また、直接電磁波パワーが印加されている電磁波放射素子を可動するときのような設計上の困難も生じない。量産対応に対しては、ウエハ毎に機械的に動かす機構は極力避けることが望ましいが、本発明は、構造固定でも、広範囲なプロセス条件で均一性を維持できる効果を発揮するため、各プロセス条件ごとに、可動機構を動作させるまでもない。しかしながら、ウエハそのものが著しく異なるケース、例えばシリコンウエハではない特殊材質のウエハのエッチングを行う場合や、極めて反応生成物の多いケースなどにも、可動部の微調整により、極めて高い均一性の処理条件に調整することができる。また、大気側に載置されており、また、アース電位であるため、場合によっては、ウエハ毎に可動部を調整することも不可能ではない。
（実施の形態９）
実施の形態６で説明したプラズマ処理装置の基本構成は、減圧可能な容器、該容器内に位置されたウエハを載置するための処理台、該ウエハと対面する位置に設けられた電磁波放射素子および誘電体窓、該容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を発生する周波数fの高周波電源、および該誘電体窓の周辺部に近接して設けられた定在波電界分布を適正化するための定在波制御部とから成る。
このプラズマ処理装置を用いて半導体装置（例えばＭＯＳＬＳＩ）の製造方法を図１５および図１６を参照し、以下に説明する。
（１）ＳＴＩ形成工程：
図１５において、まず、前記プラズマ処理装置を用いて、半導体基板（ウエハ）１００１主面に例えば、SiN膜（図示せず）をマスクにして選択的に溝を形成する。そして溝形成の後、実施の形態６で述べた(b)(c)(d)が行われる。続いて、溝が形成されたウエハ１００１主面上に 絶縁膜（ＳｉＯ２）を堆積させる。続いて、化学機械研磨法（ＣＭＰ）によりウエハ主面上の絶縁膜を研磨することにより溝内に絶縁膜が埋め込まれた浅溝分離領域（ＳＴＩ）１００２が形成される。
（２）ＭＯＳゲート用導体膜形成工程：
図１５において、浅溝分離領域（ＳＴＩ）１００２で囲まれた素子形成領域素面にゲート酸化膜（図示せず）を形成した後、ＭＯＳゲート用導体膜（第１の膜）１００３を形成する。このＭＯＳゲート用導体膜１００３は例えばポリシリコンあるいはポリメタルである。続いて、このＭＯＳゲート用導体膜１００３上にハードマスク（第２の膜）１００４として、ＳｉＯ２またはＳiＮ膜が形成される。このハードマスクはゲート加工時の選択比を充分とるために用いられる。本実施の形態９はハードマスクとしてＳiＮ膜を採用している。続いて、このハードマスク１００４上にＢＡＲＣと称される反射防止膜（第３の膜）１００５が形成される。そして、反射防止膜１００５上にホトレジズトマスク１００６が通常行われるホトリゾグラフィ技術により所定のパターンに形成される。図１５はホトレジストマスク１００６がパターン形成された時の断面図である。
ＭＯＳゲート用導体膜加工工程：
図１５および図１６において、前記マスクパターン１００６が前記プラズマ処理装置を用いて前記反射防止膜１００５、ハードマスク１００４そしてＭＯＳゲート用導体膜１００３を順次ドライエッチング加工することにより、それぞれ前記反射防止膜１００５、ハードマスク１００４そしてＭＯＳゲート用導体膜１００３に転写される。この時、マスクパターン１００６を用いて前記反射防止膜１００５、ハードマスク１００４を選択的にエッチングした後、レジズトマスク１００４および反射防止膜１００５を除去し、ハードマスク１００４を用いてＭＯＳゲート用導体膜１００３パターン形成する。この工程では、実施の形態６で述べた(e)〜(i)が行われる。
この後は、ゲート（電極）１００３をマスクにしたソースおよびドレイン形成が行なわれる。そしてさらに、ゲート（電極）１００３の側壁にはサイドウオール（ＳｉＮ）スペーサが形成される。このサイドウオールスペーサ形成時の異方性エッツチングにも前記プラズマ処理装置が適用される。
【００２５】
以上、本実施の形態に従えば、汎用性のあるプラズマ処理装置を用いることでスループットの向上および歩留り向上が図れる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の高周波を用いたプラズマ処理装置によれば、誘電体窓の周辺部に近接した位置に、定在波制御部を具備し、電磁波を誘電体窓より減圧容器内に導入する際に、誘電体窓部材の内部にできる定在波電界分布を適正化している。これによって、広範囲のガス種、圧力、密度条件で、被処理試料に均一な加工を施すことができる。また、単一の減圧容器を広範囲の条件の多数の工程に一貫して適用することで、生産効率の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
そしてさらに、本発明の高周波を用いたプラズマ処理装置をLSIの製造工程に適用することによりウエハ面内において均一な微細加工が施され、高歩留まりのLSIを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置の容器内における電界分布を示す概略図である。
【図４】図１７に示したプラズマ処理装置と本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置との対比を示すプラズマ特性図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置の部分概略図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置のプラズマ特性図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係るベースフレーム全体を示す平面図である。
【図１２】図１７に示したプラズマ処理装置と本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置との対比を示すプラズマ特性図である。
【図１３】本発明を成すに先立って本発明者等が検討したプラズマ処理装置（絶縁膜エッチャー）を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態７に係るプラズマ処理装置（絶縁膜エッチャー）を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施の形態９に係る半導体装置の製造過程を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態９に係る半導体装置の製造過程を示す断面図である。
【図１７】本発明を成すに先立って本発明者等が検討したプラズマ処理装置（ゲート加工用エッチャー）を示す概略図である。
【図１８】図１７に示したプラズマ処理装置の容器内における電界分布を示す概略図である。
【符号の説明】
１０１‥減圧容器、１０２‥処理台、１０３‥誘電体窓、１０４‥電磁波、１０５‥周波数fの高周波電源、１０６‥定在波制御部、１０７‥誘電体窓の背面の領域、１０８‥定在波制御部の入り口、１０９‥定在波制御部の最終端、１００‥ウエハ、１１０‥誘電体窓内に形成される定在波電界分布、１１１‥定在波の腹、１１２‥プラズマ、１１３‥定在波の節、２０１‥処理台、２０２‥石英板、２０３‥石英シャワー板、２０４‥真空シール部材、２０５‥プラズマ、２０６‥減圧容器、２０７‥空気層の隙間、２０８‥電磁波放射素子、２０９‥アンテナスペーサ、２１０‥減圧容器の周辺部の電界（中）、２１１‥減圧容器の周辺部の電界（強）、３００‥ウエハ、３０１‥石英板、３０２‥空気層の隙間、３０３‥プラズマ、３０４‥真空シール部材、３０５‥減圧容器、３０６‥処理台、３０７‥石英シャワー板、３０８‥電磁波放射素子、３０９‥アンテナスペーサ、３１０‥減圧容器の周辺部の電界（弱）、３１１‥減圧容器の周辺部の電界（弱）、４０１‥図２の構成を用いた場合のICFの均一性、４０２‥図３の構成を用いた場合のICFの均一性、４０３‥図２ならびに図３の構成を用いた場合のICFの電磁波パワー依存性、４０４‥図２の構成を用いた場合のICFの電磁波パワー依存性、４０５‥図３の構成を用いた場合のICFの電磁波パワー依存性、５０１‥定在波制御部、５０２‥減圧容器、５０３‥プラズマ、５０４‥処理台、５０５‥石英板、５０６‥石英シャワー板、５０７‥真空シール部材、５０８‥空気層の隙間、５０９‥電磁波放射素子、５１０‥アンテナスペーサ、５１１‥定在波制御部、５１２‥定在波制御部、５１３‥アンテナスペーサ、６０１‥定在波制御部、６０２‥石英板、６０３‥減圧容器、６０４‥プラズマ、６０５‥処理台、６０６‥石英シャワー板、６０７‥真空シール部材、６０８‥電磁波放射素子、６０９‥アンテナスペーサ、６１０‥空気層の隙間、６１１‥L型の導体部品の長さ、６１２‥電磁波パワーに対するICFリニアリティのL型導体部品長さに対する依存性、７０１‥プラズマエッチング用リアクタ、７０２‥プラズマ用f=450MHz高周波電源、７０３‥プラズマ用チューナ、７０４‥磁場発生制御部、７０５‥ベースフレーム、７０６‥処理台、７０７‥ウエハ（３００mmΦ）、７０８‥バイアス用400kHz電源、７０９‥バイアス用マッチングボックス、７１０‥プラズマエッチング用リアクタ、７１１‥プラズマアッシング用リアクタ、７１２‥ウエハカセット装填場所、７１３‥ウエハ搬送ロボット、８０１‥図２の構成を用いた場合のエッチングレート均一性、８０２‥図３の構成を用いた場合のエッチングレート均一性、８０３‥図２の構成による電磁波パワー360Wにおけるエッチングレート均一性、８０４‥図２の構成による電磁波パワー720Wにおけるエッチングレート均一性、８０５‥図３の構成による電磁波パワー360Wにおけるエッチングレート均一性、８０６‥図３の構成による電磁波パワー720Wにおけるエッチングレート均一性、９００‥ウエハ（３００mmΦ）、９０１‥処理台、９０２‥石英板、９０３‥円形のシャワーアンテナ、９０４‥アンテナスペーサ、９０５‥定在波分布制御部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスをプラズマ化し、活性化した粒子の物理又は化学的相互作用により、半導体等固体材料の表面をエッチング、アッシング、膜堆積、スパッタリング等の処理を行なうためのプラズマ処理技術に関する。特に、本発明は、半導体装置（半導体集積回路装置）を製造する過程でのゲートあるいはメタルのエッチングに有効なプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマ処理装置に関し、半導体材料の表面を処理するためのプラズマの均一性や安定性を向上する目的で、以下の構成が知られている。
(a)減圧容器内への電磁波導入のための誘電体窓を具備し、誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状、すなわち、誘電体窓直下の減圧容器の寸法形状を規定したプラズマ処理装置。
【０００３】
例えば、特開平11-111696号公報に矩形の誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状と電磁波の周波数との関係が開示されている。また、特開平10-199699号公報に円形の誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状と電磁波の周波数との関係が開示されている。
（b）減圧容器内への電磁波導入のための誘電体窓と、誘電体窓の大気側に円板型、リング型、スロット型などの電磁波放射素子を具備し、電磁波放射素子の寸法や形状を規定したプラズマ処理装置。
【０００４】
例えば、特開2000-164392号公報に誘電体窓の大気側に具備したリング型の電磁波放射素子の形状寸法と電磁波の周波数との関係が開示されている。また、特開2000-223298号公報に誘電体窓の大気側に具備したスロット型の電磁波放射素子の形状寸法と電磁波の周波数との関係が開示されている。
【０００５】
また、上記(a)(b)両者に係るプラズマ処理装置であって、例えば、特開2000-77384号公報に誘電体窓の大気側に具備した円形の電磁波放射素子の形状寸法と円形の誘電体窓の減圧容器側への開口部の寸法形状との比によるプラズマ均一性の制御が開示されている。
(c) 減圧容器内への電磁波導入のための電磁波放射素子を減圧容器内に具備し、電磁波放射素子の寸法形状を規定したプラズマ処理方法。
例えば、特開2000-268994 号公報に減圧容器内に具備した電磁波放射素子の形状寸法と電磁波の周波数との関係が開示されている。また、特開平10-134995号公報に、減圧容器内に具備した電磁波放射素子の形状寸法に関し減圧容器壁も電磁波放射素子の一部ととらえる場合を含んで電磁波の周波数との関係が開示されている。
(d) 減圧容器内への電磁波導入のための誘電体窓の周辺部の寸法形状、もしくは、構造や材料物性による機能を規定したプラズマ処理装置。
【０００６】
例えば、特開平3-68771号公報にマイクロ波伝搬路の最終端にマイクロ波吸収体を設置させたプラズマ処理装置が開示されている。
【０００７】
さらに、上記(c)(d)両者に係るプラズマ処理装置であって、例えば、特開平11-354502号公報に減圧容器内に具備した電磁波放射素子の周辺部の機能に関し電磁波放射素子の端部と接地部の形状寸法との関係が開示されている。そして、特開2000-357683号公報に減圧容器内に具備した電磁波放射素子の周辺部の機能に関し電磁波放射素子の端部と金属または誘電体よりなる電磁波補正体の形状寸法との関係が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体集積回路装置、所謂LSI（Large Scale Integrated Circuit） の製造において利用するプラズマ処理は、大口径（300ｍｍΦ以上）の半導体ウエハ内での均一な処理性能向上が求められている。そしてさらに、LSI製造プロセス中での以下の加工工程への幅広いアプリケーションが要求される。
(1) ゲート電極、金属膜や絶縁膜の加工を対象とした、異方性や選択比が高く微細化に対応できるエッチング工程への適用。
(2) 前記エッチング工程前のBARC(Bottom Anti- Reflective Coating)などの反射防止膜加工工程および酸化膜や窒化膜などからなるハードマスクの加工工程への適用。
(3) 前記エッチング工程前のマスクの寸法を制御するための細線化工程への適用。
(4) 形状の角度や丸み等の幅広い制御性が必要とされる、素子分離用トレンチあるいはゲートサイドウオールスペーサの加工工程への適用。
(5) 圧力域など広範囲の条件設定が必要とされる膜堆積工程への適用。
(6) エッチング処理後のレジスト、エッチング残り(etching residue)およびダメージ層を除去する工程（後処理工程）への適用。そして、
(7) スパッタリングへの適用。
【０００９】
特に、ＭＯＳトランジスタのゲート形成に関わるエッチング工程（主たるゲート加工およびその加工前後を含むエッチング工程）だけでも、上述のトレンチ加工、反射防止膜加工、マスク加工、これに伴うマスクの細線化加工、ゲートそのものの加工、その後のスペーサ加工に至るまで多くの工程があり、これら全てを行うことのできるオールラウンドな能力を有する装置が求められている。
加えて、近年の少量多品種生産への要求や、システムLSIのように複数の素子構造が同一ウエハ上に混載したLSIに対する適用の必要性からも、様々なガス種に対して、処理圧力では0.1Pa〜10Pa、ウエハへのイオン入射電流では0.3〜3mA/cm2のように広い条件範囲で、大口径のウエハを処理するための極めて均一性の高いプラズマ生成が必要とされる。
【００１０】
本発明者等は本発明に先立って、現状のプラズマ処理装置の問題点を明らかにした。以下に、その問題点を図１７、図１８を参照し説明する。
【００１１】
図１７は発明者等が検討したプラズマ処理装置の概略図である。このプラズマ処理装置は被加工物が置かれる減圧容器(chamber)２０６が円筒形状に成している。図１７はこの容器２０６の中心から外周までの半径方向における右半分の断面図を示す。
このプラズマ処理装置によれば、減圧容器２０６内において、処理台２０１に対面した位置に石英板２０２と石英シャワー板２０３よりなる誘電体窓が設けられている。そして、石英板２０２と石英シャワー板２０３とは、真空シール部材２０４によって減圧容器２０６に固定されている。プラズマ２０５を発生するため、減圧容器２０６内にガスを導入し、このガスをプラズマ化するための電磁波を発生する高周波電源の周波数には、450MHzを用いた。石英ガラスの半径は、減圧容器２０６の内壁面の半径よりも23mmほど大きく設計されている。ここで、23mmは、d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲から外れた寸法である。石英板２０２の背面には、薄い空気層の隙間２０７が設けられている。石英板２０２の上部には電磁波放射素子２０８とアルミナ（Al2O3）製のアンテナスペーサ２０９が設けられている。
容器２０６内の電界分布を図１８に示す。この電界分布は計算により導き出した。
(a)プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （入射イオン電流(ICF)で1.0mA/cm2相当）以下では、処理台より上に位置した空間のやや中央部に寄った領域に電界強度の強い部分が表れる。この強い電界部分でプラズマが初期生成され、そのプラズマは拡散により外側に拡がり、ウエハ上には、均一なイオン電流が入射する。ところが、(b)プラズマ密度を4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、(c)8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）と増加させていくと、サークル２１０に示すように減圧容器の周辺部に次第に電界強度の強い部分が現れ、そしてサークル２１１に示すように増大していく。これにより、減圧容器２０６内の周辺部（容器内壁近傍）で密度が増大し、均一性が損なわれた。
【００１２】
本発明は、発明者等の上記問題点の認識に基いて成されたものである。
【００１３】
本発明の目的は、減圧容器内にガスならびに電磁波を導入してプラズマを形成し、被加工物を処理するためのプラズマ処理装置において、定在波分布の変化を緩和することにある。
本発明の他の目的は、広範囲のガス種、密度、圧力において、大口径の均一性を維持しながら安定で連続的なプラズマ生成特性が得られるプラズマ処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、スループットの向上が図れる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
本発明のプラズマ処理装置は、減圧可能な容器(chamber)、該容器内に位置された被加工物を載置するための処理台、該被加工物と対面する位置に設けられた電磁波放射素子および誘電体窓、該容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を発生する周波数fの高周波電源、および該誘電体窓の周辺部に近接して設けられた定在波電界分布を適正化するための定在波制御部とから成る。
【００１５】
定在波制御部の基本構成は、その入口以外が導体で囲まれ、最終端が導体により封じられた行き止まりの空洞の形態を成したリング構造であり、その空洞部内は、真空または空気または誘電率eの誘電体のいずれか一つで満たされている。そして、容器の径方向の深さ（入口から導体の内端部までの距離）dを、電磁波の特性長で l/4＋l/2×(n−1)：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)と等価もしくはその近傍とすることで、定在波制御部の入口の半径方向の位置において、誘電体窓内部に形成される定在波電界分布が極大(即ち、定在波の腹)となるようにしている。なお、定在波制御部の入口の半径方向の位置とは、定在波制御部を載置する誘電体窓の周辺端部の位置、また容器の内壁面に相当する位置を言う。
高周波に対するプラズマの物性定数は、高周波プラズマに関する技術文献、例えば、M.A.Lieberman and A.J.Lichtenberg: Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, (John Wiley and Sons, Inc.) pp.93-96, pp.108-110)に記述されているように、誘電率で表すとすれば、負の値となる実数部とプラズマ内での損失を表す虚数部で表される。負の誘電率は、インダクティブな媒質を意味する。これに従い、例えば、0.4Paの塩素のプラズマにおいて、プラズマの物性定数として、プラズマ密度を2.8×1010cm-3（入射イオン電流(ICF: Ion Current Flux)で1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）とすると、プラズマ媒質の誘電率は、e(2.8×1010cm-3)= -10.1+j0.0816、e(4.0×1010cm-3)= -14.9+j0.117、e(8.0×1010cm-3)= -30.8+j0.233 と表すことができる。これらを用いてプラズマ内の電磁波の伝播を解析できる。誘電体窓から上記物性定数で表されるプラズマの内部に電磁波が入るとき、媒質の変化により、容器の内壁面に相当する位置において、定在波電界分布の腹と節の関係が反転する。従って、誘電体窓直下のプラズマ内に形成される定在波電界分布は、容器の内壁面に相当する位置において極小(即ち、定在波の節)となる。定在波制御部の入口がある程度狭ければ、プラズマからの影響は受けない。このため、定在波制御部の内部にできる定在波電界の波長は、プラズマ化するガスの種類、密度や圧力などの変化の影響を受けにくい。
したがって、プラズマ媒質の物性定数が変化しても、前述の深さに規定された定在波制御部を具備した容器では、該減圧容器の内径と同じ半径位置において、該誘電体窓直下のプラズマ側に形成される定在波電界分布が、常に、極小(即ち、定在波の節)となるのである。これにより、幅広い条件で、該誘電体窓直下のプラズマ側の壁面近傍における電界を抑制でき、電磁波のパワーは、常に被加工物を載置する処理台より上を見込んだ一定の拡がりを有する有効な空間領域に導入される。
【００１６】
すなわち、本発明によれば、定在波制御部の深さ（特性長）は、 d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の範囲内にある場合に効果が得られる。
したがって、幅広い条件で、均一性、ならびに、電磁波投入パワーに対するプラズマ密度のリニアリティが高く、安定で連続的な特性を有するプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の定在波制御部は、その中に損失のほとんど無い空気や真空や誘電体を満たし、寸法形状の工夫で容器内壁近傍の電界を適正化するものであるため、パワーを損失したり、その部分が過度に加熱されたりする悪影響も生じない。
また、誘電体窓の周辺部で真空の外に載置する設計が容易に可能であるため、金属体のリングなどを直接に減圧容器内に挿入する必要性も無い。
さらに、定在波制御部の内部に形成される定在波電界の波長は、プラズマの条件に依らずほぼ一定であることから、なんらかの可動機構により、ウエハプロセス中に、その都度、構造形態を変化させるまでもない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１乃至図４を参照し、以下に説明する。
図１(a)は定在波制御部が設けられたプラズマ処理装置の主要部を示した断面図である。
このプラズマ処理装置は、減圧可能な容器（減圧容器）１０１と、容器１０１内に被加工物（半導体ウエハ１０１）を載置するための処理台１０２と、該被加工物と対面する円盤状の誘電体窓１０３と、該容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波１０４を発生する周波数fの高周波電源１０５と、誘電体窓の周辺部に近接して載置された定在波電界分布を適正化するための定在波制御部１０６とから成る。そして、図１には示していないが、電磁波放射素子は容器内１１２のプラズマ（プラズマ発生領域）１１２から区画されるように誘電体窓１０３の背面の領域１０７に位置されている。この電磁波放射素子は様々な形状のアンテナ方式や、様々な形状の導波管方式が必要に応じて選択される。
【００１９】
定在波制御部１０６は、図1(b)に示すように、誘電体窓１０３に接した入口１０８以外が導体で囲まれた空洞部１０６ｄを有する。すなわち、定在波制御部１０６は、誘電体窓１０３の側壁を天板１０６a、底板１０６b、これら板１０６a、１０６ｂの最終端をクローズしている側板１０６c、および側板１０６cと反対方向に位置し、誘電体窓１０３に接した入口１０８で構成され、これら板板１０６a、１０６ｂ、１０６ｃにより区画された空洞部１０６ｄ内には真空または空気または誘電率eの誘電体で満たされている。そして、この定在波制御部１０６は円盤状の誘電体窓１０３を取り囲むリング構造を成す。空洞部１０６ｄ内は、真空または空気または誘電率eの誘電体のいずれか一つで満たされている。空洞部１０６ｄの深さ（入口端１０８から側板１０６ｃの内壁までの距離）を、電磁波の特性長で l/4＋l/2×(n−1)：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)と等価とすることで、定在波制御部の入口１０８の位置（即ち、この基本構成では、この定在波制御部を載置する誘電体窓の周辺の端部の位置であり、また、減圧容器の内壁面に相当する半径位置）において、誘電体窓内部に形成される定在波電界分布１１０が極大(即ち、定在波の腹１１１)となる。
【００２０】
一方、高周波に対するプラズマの物性定数は、前述したように、誘電率で表すとすれば、負の値となる実数部とプラズマ内での損失を表す虚数部で表される。負の誘電率は、インダクティブな媒質を意味する。例えば、0.4Paの塩素のプラズマにおいて、プラズマの物性定数として、プラズマ密度を2.8×1010cm-3（入射イオン電流(ICF: Ion Current Flux)で1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）とすると、プラズマ媒質の誘電率は、e(2.8×1010cm-3)= -10.1+j0.0816、e(4.0×1010cm-3)= -14.9+j0.117、e(8.0×1010cm-3)= -30.8+j0.233 と表すことができる。これらを用いてプラズマ内の電磁波の伝播を解析できる。誘電体窓１０３から上記物性定数で表されるプラズマ１１２の内部に電磁波が入るとき、媒質の変化により、容器の内壁面に相当する位置において、定在波電界分布の腹と節の関係が反転する。従って、誘電体窓１０３直下のプラズマ内に形成される定在波電界分布は、容器の内壁面に相当する位置において極小(即ち、定在波の節１１３)となる。
定在波制御部１０６の入口１０８は、プラズマ１１２からの影響を受けないように狭くされている。このため、定在波制御部の内部にできる定在波電界の波長は、プラズマ化するガスの種類、密度や圧力などの変化の影響を受けにくくなる。このため、プラズマ媒質の物性定数が変化しても、前述の深さに規定された定在波制御部を具備した容器では、該容器の内径と同じ位置において、該誘電体窓直下のプラズマ側に形成される定在波電界分布が、常に、極小(即ち、定在波の節１１３)となるのである。これにより、幅広い条件で、該誘電体窓直下のプラズマ側の壁面近傍における電界を抑制でき、電磁波のパワーは、常に被加工物（半導体ウエハ）を載置する処理台１０２より上部において、一定の拡がりを有する有効な空間領域に導入される。こうして、幅広い条件で、均一性および電磁波投入パワーに対するプラズマ密度のリニアリティの高い、安定で連続的な特性を有するプラズマ処理装置を提供することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態によれば、定在波分布制御部の深さに対して±l/8の範囲であれば発揮されるが、それを逸脱すると、定在波制御部を具備していない場合のように、ある一定の狭い範囲でしか均一性の得られないプラズマ特性に戻ってしまう。従って、定在波制御部の深さ（特性長）は、 d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の範囲内にある場合に効果が得られる。
【００２２】
本実施の形態における定在波制御部は、その中に損失のほとんど無い空気や真空や誘電体を満たし、寸法形状の工夫で容器内壁近傍の電界を適正化するものであるため、パワーを損失したり、その部分が過度に加熱されたりする悪影響も生じない。
また、誘電体窓の周辺部で真空の外に載置する設計が容易に可能であるため、金属体のリングなどを直接に減圧容器内に挿入する必要性も無い。
さらに、定在波制御部の内部に形成される定在波電界の波長は、プラズマの条件に依らずほぼ一定であることから、ウェハプロセス中に、ある可動機構により構造形態を変化させる必要もない。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図２、図３を参照し、以下に説明する。
本実施の形態２は、図２に示すように、前記実施の形態１における定在波制御部１０６が付加されたのと等価な特性長の分だけ、石英板３０１と薄い空気層（隙間）３０２とが延長された定在波制御部で構成されている。
図１７に示したプラズマ処理装置において、石英板２０２の半径と容器の内径との差の設計寸法は23mm程度であった。一方、本実施の形態２の場合、真空シール部材３０４によって容器３０５を封じるために、石英板３０１の半径と容器３０５の内径の差は、上記設計寸法よりも図２の例では)の設計寸法よりも、著しく石英板３０１が大きい形態となっている。すなわち、石英版３０１の半径は、容器３０５の内径よりも108ｍｍほど大きく設計されている。なお、処理台３０６や、石英シャワー板３０７、電磁波放射素子３０８、アンテナスペーサ３０９は、図２に示すものと全く同一のものを用いた。
この構成よるプラズマ３０３の生成を図３を参照し、以下に説明する。
前記設計寸法108mmは、石英板３０１の背面に設けてある薄い空気層の隙間３０２の影響も考慮し、石英（誘電率3.5〜3.8）よりも若干誘電率が低い物質（誘電率ε：3.3〜3.6程度）を想定し、計算すると、d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, ここではn=1, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲内にある。このときの電界分布を計算により算出した結果を図３に示す。プラズマ密度を(a)2.8×1010cm-3、(b)4.0×1010cm-3、(c)8.0×1010cm-3と増加させても、サークル３１０ならびにサークル３１１で示されるように容器内壁（容器内の周辺部）近傍には電界が増大していく現象が見られない。このとき、容器３０５に導入する電磁波発生用の電源のパワーを増加させ、プラズマ密度を増大させても、パワーの導入される空間領域が周辺部に偏っていくことなく、どのパワー条件においても、ウエハ上では、均一性の高いイオン電流が入射する。この構成では、ガス種や圧力を大きく変化させることを想定して、プラズマ媒質の物性を表す定数をさらに広く変化させても、容器の周辺部の電界が増大していく現象が見られなかった。
【００２３】
図１７に示したプラズマ処理装置ならびに本実施の形態２の構成により得られるプラズマ特性の比較を図４に示す。図４(a)は図２に示したプラズマ処理装置の構成におけるプラズマ特性を示す。そして、図４(b)は本実施の形態２の構成におけるプラズマ特性を示す。これらのプラズマ特性は、ガスとして塩素を用い、圧力を0.4Paに設定した場合のICFの均一性を示している。また、図４(c)は両者における電磁波のパワーに対するリニアリティを示すプラズマ特性である。
図１７に示したプラズマ処理装置のプラズマ特性４０１は、図４(a)に示すように、360Wから500Wへ電磁波のパワーを増加させると、中央部がやや高いほぼ均一なICF分布から、周辺部がやや高いICF分布へと変化し、1000Wに増加させるとかなり周辺部が高いICF分布となった。
一方、本実施の形態２のプラズマ特性４０２は、図４(b)に示すように、360Wから1000Wまでの間で、ほとんどフラットなICF分布が得られ、全てのパワー条件で±5％(3s：sは標準偏差)以内に収まる結果となった。加えて、図に示していないが、図１７の構成は250W以下では安定にプラズマを維持できなかった。しかしながら、本実施の形態２は、50Wまでパワーを下げても安定にプラズマを維持できることがわかった。
また、両者におけるパワーに対するICFのリニアリティを確認するため、横軸にパワーを縦軸にウエハ３００ｍｍΦ面内のICFの平均値をプロットしたプラズマ特性４０３を図４(c)に示す。
図１７に示したプラズマ処理装置（４０５）は、500W以上でICFは飽和傾向となった。一方、本実施の形態２（４０４）は、1000Wまで全ての点が、ほぼ直線上にのる結果となった。
なお、石英の誘電体窓そのものが外側に延長された本実施の形態２（図２）による構成のプラズマ特性が図１の基本構成に示したものと原理的に等価であることを確認するため、図２に示した誘電体窓３０１を真空シール部材３０４のすぐ外側で分割した部品も作製し、実験的に比較したが、分割した場合も分割していない場合も特性は全く同じであった。
また、、本実施の形態２における効果は、石英板と石英シャワー板よりなる誘電体窓をアルミナのような誘電率の異なる材料としても同様に得られることは言うまでもない。また、シャワー板を除いて、ガス導入法が変わったとしても、発明の本質には全く影響しないことは、図１を参照し、実施の形態１で述べた通りである。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、定在波制御部の配置の変形例を図５を参照し、以下に説明する。
図５(a)に示すように、石英板５０５の上方にその石英板と連結して成る石英(誘電率3.5〜3.8)の定在波制御部５０１が載置されている。処理台５０４や、これと対面した位置に載置された、石英板５０５と石英シャワー板５０６や、真空シール部材５０７ならびに薄い空気層の隙間５０８、その上部に載置された電磁波放射素子５０９は、図１７に示すものと全く同一である。そして、定在波制御部５０１を上方に設ける必要性からアンテナスペーサ５１０とそれを外側から覆う導体部材は40mmほど半径を小さく設計した。
入口の幅35mmの定在波制御部５０１の寸法を前述の実施の形態１と同様の計算手法により検討した。その結果、石英板５０５上面と定在波制御部５０１との間に薄い空気層５０８をはさんだ構成で、定在波制御部５０１の高さを70mmとすると、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、図２に示した構成によって得られた結果（図３）と一致することがわかった。即ち、本実施の形態３のように、方向を90度変えた構成でも、電磁波の特性長として等価になる形状寸法を見出すことができることが明らかとなった。これは、横方向の突起が何らかの他の部品と干渉することを回避するための装置設計上の有効な知見である
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４として、定在波制御部の配置の他の変形例を図６を参照し、以下に説明する。
本実施の形態４によれば、さらなる定在波制御部の形状寸法のコンパクト化を図るため、前述の実施の形態３における定在波制御部の構成材料をより誘電率の高いアルミナ(誘電率9.8)とした。そして、同様の計算手法により、最適な形状寸法を検討した。
図６に示すように、定在波制御部５１１の入口の幅を25mmとし、その他の構成については、図５に示した構成と同一とした。
本実施の形態４によれば、定在波制御部の高さを50mmとしたところで、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、実施の形態２（図３）、実施の形態３（図５）によって得られた結果と一致することが明らかとなった。これにより、定在波制御部を満たす材料の高誘電率化によって、さらなる形状寸法のコンパクト化が図れる。
定在波制御部に用いる誘電体としては、コスト面から、石英、アルミナ等を選択するが、さらに高い誘電率の材料、例えば、ジルコニア（ZrO2）、チタニア（TiO2）、YAGセラミックス（Y3Al5O12）いずれか一つを用いれば、さらにコンパクト化できる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５として、定在波制御部の配置の他の変形例を図７を参照し、以下に説明する。
本実施の形態５は、さらに定在波制御部のコンパクト化を図るため、実施の形態４の定在波制御部をさらに内側方向に直角に折り曲げた構造である。図７に示すように、定在波制御部５１２はその内部がアルミナで満たされ、内側に折り曲げた形状である。そして、入口幅、内部幅それぞれは30mmである。スペース確保のため、アンテナスペーサ５１３を少し小さくし、その他の構成については、図５、図６と同一である。
実施の形態２と同様の計算手法により検討した。その結果、図５(c)に示す形状寸法で、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、実施の形態２（図３）、実施の形態３（図５）および実施の形態４（図６）それぞれの構成によって得られた結果と一致することが明らかとなった。
これにより、定在波制御部は、設計の都合により適宜折り曲げてコンパクト化が図れること、また、本実施の形態５の形状寸法は、電磁波の特性長では、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態４と等価であることが明らかになった。実施の形態３、実施の形態４そして実施の形態５におけるそれぞれのプラズマ特性を実施の形態２と同一の実験条件で検討した結果、図４(b)、図４(c)に示すような電磁波の各パワーにおけるICFの均一性、電磁波のパワーに対するICFのリニアリティともに良く一致した特性を示すことが確認できた。
実施の形態３、４、５では、定在波制御部を誘電体窓の周辺部の上方に載置、あるいは、それを折り曲げた変形例をそれぞれ説明したが、側方に延ばしてから大気側で下方に折り曲げたり、あるいは、下方の真空側で入口以外が導体で囲まれる構成としても、あるいは、太さや曲率などを変えることで特性長が等価となるように設計形状寸法を調整することも可能である。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６として、定在波制御部の配置における他の変形例を図８を参照し、以下に説明する。
本実施の形態６は、さらにコンパクト化を実現させた定在波制御部の構成である。図６に示すように、定在波制御部６０１は石英板６０２の端部より内側の位置に載置されている。処理台６０５、これと対面した位置に載置された石英板６０２と石英シャワー板６０６、真空シール部材６０７、その上部に載置された電磁波放射素子６０８は、実施の形態３（図５）と全く同一である。
アンテナスペーサ６０９の形状寸法は、定在波制御部６０１を内側に寄せる都合上、図５(c)よりも若干小さくした。また、薄い空気層の隙間６１０の形状も若干変わっている。
定在波制御部６０１の入口は、石英板６０２の上方にあり、石英板６０２の外側の端部よりも、17mm内側に配置されている。加えて、定在波制御部６０１を満たすアルミナの厚さも、図５(c)に示す構成と比較して7mm薄くし、さらに、定在波制御部の入口の幅も9.5mmと狭くなっている。このような設計により、図１７に示したプラズマ処理装置と同じスペースの中に全てを収める構成とした。
実施の形態２と同様の計算手法を用いて、定在波制御部の深さを検討した。その結果、図６に示す奥行きの深さや、定在波制御部を囲んでいるL型の導体部品の長さ６１１の設計において、プラズマ密度が2.8×1010cm-3 （ICFで1.0mA/cm2相当）、4.0×1010cm-3（ICFで1.4mA/cm2相当）、8.0×1010cm-3（ICFで2.8mA/cm2相当）の定在波電界分布の計算結果が、によって得られた結果と一致することが明らかとなった。
本実施の形態６は、厳密には、石英の誘電体窓の端部にて反射し戻ってくる電磁波と、定在波制御部の中に入って奥まで到達してから反射して戻ってくる電磁波の２経路に分岐した構成になっているように見えるが、結果的には、うまく重ね合わさることで、これまで説明してきた効果と同様の効果が得られる。
このように、電磁波の経路が分岐したり、定在波制御部の折り曲げ方向や入口の幅などが途中で変わる構成であっても、電磁波の特性長さえ同じになるように設計すれば、実施の形態２、３、４、５と等価な効果を得ることが可能であることが明らかとなった。
本実施の形態６がこれまで述べてきた実施の形態の中で、最もコンパクトな設計に収まっている。本実施の形態６のような構成を基本として、図８に示した寸法形状を中心条件とし、定在波制御部の特性長を変化させた実験を行った。実験では、L型の導体部品の長さ６１１を変化させることで、定在波制御部の実効的な深さを変化させた。
この結果、図９に示すように、L部長さを中心寸法(L=31.5mm)よりも長くしても短くしても同様に特性は劣化する。例えば、18mm短くすると、定在波制御部を具備していない場合の特性と同等レベルまで、電磁波のパワーに対するICFのリニアリティが劣化してしまうことが明らかとなった。即ち、L型の導体部品（L型金具）６１１のL部長さの中心寸法からある幅をもった範囲で、定在波制御部は効果を発揮することがわかった。電磁波は、まず、誘電体窓内を外側に向かって伝播し、L部の先端部で折り返して定在波制御部に入る。このことを考えると、L部長さの18mmの変更は、18mmの往復経路分だけ電磁波の伝播経路を変更したことに相当すると言える。これに基づいて見積もると、定在波制御部は、少なくとも、中心寸法から±l/8 の範囲内にあるときは、これを用いていない場合と比較して、その効果を発揮していることがわかった。単純な実験系で再度確認するため、図２に示した石英板と薄い空気層の隙間の半径を変化させる構成で±l/8 の範囲内で半径を変化させ確認を行った結果、±l/8 の範囲内では、本実施の形態の効果が得られるが、それを逸脱すると、を用いていない場合の特性と同様に劣化してしまうことが再確認できた。
図１０は本実施の形態６におけるプラズマ処理装置（ゲート加工用エッチャまたはメタル加工用エッチャ）の全体構成を示す概略図である。このプラズマ処理装置の機能を以下に説明する。
図１０において、プラズマ用f=450MHz高周波電源７０２で発生した電磁波をプラズマ用チューナ７０３を介してプラズマエッチング用リアクタ７０１内に導入する。 磁場発生制御部７０４により発生した磁場を作用させることにより、高効率にプラズマを生成する。プラズマエッチング用リアクタ７０１と磁場発生制御部７０４とは、排気設備を有するベースフレーム７０５上に搭載されている。このベースフレーム７０５には、図示したように、ガス供給管が埋設されている。ガスは、石英板６０２と石英シャワー板６０６との隙間に導入し、石英シャワー板に設けられた複数の孔よりリアクタ７０１内に導入される。一方、上下機構を有する処理台７０６上には、例えば直径300mmのウエハ７０７が装填され、バイアス用400kHz電源７０８で発生した高周波がバイアス用マッチングボックス７０９を介して、そのウエハ７０７に印加される。そして、ウエハ７０７表面がエッチング処理される。
図１１は、ベースフレーム全体を示す平面図である。図１０に示されたプラズマエッチング用リアクタ７１０は、ベースフレーム７０５上に載置されている。２つのプラズマエッチング用リアクタ７１０を有する構成により、量産においては、効率の良いパラレル処理が可能となっている。本実施の形態６は、このうち、片方を用いてエッチングの評価を行った。また、同じベースフレーム７０５上に、プラズマアッシング用リアクタ７１１が２つ搭載されており、レジストマスクやエッチング後の表面ポリマーの除去を行うことができる構成となっている。そして、ウエハカセット装填場所７１２には、エッチング前のウエハの待機場所とエッチング後のウエハの待機場所があり、ウエハはウエハ搬送ロボット７１３により各所に搬送される仕組みである。
すなわち、図１１に示された実施の形態の基本構成は、ベースフレーム上に複数のリアクタを有し、それぞれのリアクタは、減圧可能な容器内に被加工物を載置する処理台と、該被加工物と対面する電磁波導入のための誘電体窓と、該減圧容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を発生する周波数 f の高周波電源と、該誘電体窓の周辺部に近接し、真空または空気または誘電率eの誘電体で満たされ、その入口以外が導体で囲まれ、その深さが d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲内にある定在波制御部を具備したことを特徴とするものである。
図１２(a)に図１７のプラズマ処理装置における均一性に関係するプラズマ特性８０１を、図１２(b)に本実施の形態６における均一性に関係するプラズマ特性８０２をそれぞれ示す。それぞれの装置はガスとして塩素を用い、圧力を0.4Paとした。そして、電磁波のパワーとして360Wと720Wを用いた場合におけるポリシリコンエッチングの均一性を評価した。
図12(a)に示すように、図１７のプラズマ処理装置は、電磁波のパワーを変化させると特性８０３から特性８０４に変わり、均一性が劣化した。
一方、図12(ｂ)に示すように、本実施の形態６は、電磁波のパワーを変化させても特性８０５と特性８０６との均一性変化はほとんど見られない。すなわち、本実施の形態６によれば、均一性は劣化せず、良好な結果となった。
なお、同様の条件で、実施の形態２、３、４、５それぞれ、同じポリシリコンの均一性を確認したが、図１２(b)に示したプラズマ特性とよく一致する結果が得られた。
本実施の形態６のプラズマ処理装置を用いて、LSIの製造過程における様々な工程、様々な膜種に対する処理性能の均一性を確認した。一例として、単一の容器を用いたゲート形成に関わるエッチングの一貫した処理について検討した。実験としては、以下のLSI製造工程におけるエッチング処理を行なった。
(a) CF4をベースとしたSTI(Shallow Trench Isolation)パターンのBARC加工工程：電磁波パワー400W。
(b) CF4をベースとしたSTIのトップラウンド加工工程：電磁波パワー350W。
(c) HBrをベースとしたSTIのテーパ加工工程：電磁波パワー800W。
(d) 添加ガスを用いたSTIのボトムラウンド加工工程：電磁波パワー350W。
(e) O2とハロゲン混合系によるゲートパターンの細線化工程：電磁波パワー400W。
(f) CF4をベースとしたゲートパターンのBARC加工工程：電磁波パワー600W。
(g) CF4をベースとしたゲートパターンのSiNマスク加工工程：電磁波パワー700W。
Cl2をベースとしたポリシリコンゲートの垂直加工工程：電磁波パワー450W。
HBrをベースとしたポリシリコンゲートのオーバーエッチング工程：電磁波パワー450W。
これら(a)〜(j)の工程をパターンなしウエハ（300ｍｍf）における均一性と、パターン付ウエハ（300ｍｍf）における微細加工の均一性を確認した。
その結果、(a)〜(j)の工程全てにおいて、パターンなしウエハでは、±3%(3s)以内に収まる均一処理を確認でき、また、パターン付ウエハにおいては、エッチング角度や丸み、パターンマスクの残量なども含め、ウエハ面内の中心部と周辺部の間で、形状差、寸法差のないエッチング加工を本発明の単一の減圧容器で行うことができた。一連の加工を、それぞれの工程の専用装置を用いて、装置間でウエハをやりとりしながら行う場合や、複数の専用減圧容器を有する装置において行う場合と比べ、それぞれの専用装置もしくは減圧容器にウエハを出し入れするための余分な時間が節約でき、トータルで50％以下に時間が短縮し、スループットが2倍以上となった。このように単一の減圧容器の構成により、さまざまなプロセス条件への対応が広範囲で可能となることは、量産の効率を向上する上で極めて優位である。本発明を用いた方式では、成膜CVDやスパッタリングなど、プラズマにより発生した種の物理的、化学的作用を利用したその他の半導体処理においても広範囲な条件で均一な処理性能が発揮できることはいうまでもなく、また、単一のプラズマ装置が広範囲の特性をカバーしていることが、生産効率を向上させる効果をもたらすことは、他の様々な工程についても同様である。
なお、本実施の形態６において、生成したプラズマに磁場を印加することで、プラズマ生成効率を高めるだけでなく、ウエハ面内の処理の均一性をさらに高度に微調整することも可能である。
また、本実施の形態６用いた容器の設計は、原理的には、いかなる電磁波の波長においても可能である。実際の装置の設計では、周波数を低くし波長が長くなる場合にはスペースの制約があるが、定在波制御部内を満たす材質の高誘電率化と多重の折り曲げ構造の利用により、10MHzの低周波数までの設計を行うことができた。一方、周波数を高くしていくと、波長が短くなり、容器のほんの小さな段差構造によっても定在波が局在する場合があり、定在波制御部以外の容器の境界の形状にも注意が必要になるが、容器の隅々まで、凹凸に注意を払った設計により、3GHzの高周波まで対応できる設計を行うことができる。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７として、電磁波放射素子の配置の変形例を図１３および図１４を参照し、以下に説明する。
【００２４】
これまで述べてきた実施の形態は、特にゲートエッチングあるいはメタルエッチングに有効な誘電体窓の外側に電磁波放射素子を載置した構成である。
しかしながら、本発明は誘電体窓を貫通する形で電磁波の導波路を容器内に導入し、電磁波放射素子を容器内に載置した構成にも適用可能である。特にこの構成は絶縁膜（酸化膜等）のエッチングに適用される。
定在波制御部の効果を確認するために、図１３に示すように定在波制御部のない構成と、図１４に示すように定在波制御部を具備した構成（本実施の形態７）を用いて、ウエハ（300mmΦ）面内のICFの均一性ならびにエッチングの均一性を比較検討した。
まず、図１３は定在波制御部を用いない単にアンテナスペーサ９０４よりなるプラズマ処理装置の構成を示す。処理台９０１はこれまでの実施の形態と同一の仕様を用い、石英板９０２には、中央部に電磁波の導波路を貫通させた。また、これまでの石英シャワー板は撤去し、その代替として、円形のシャワーアンテナ９０３が石英板９０２に固定されている。そして、処理台９０１上にはウエハ９００が載置される。
一方、図１４は実施の形態６で説明した定在波制御部とほぼ同一の定在波制御部９０５を用いたプラズマ処理装置の構成を示す。処理台９０１はこれまでの実施の形態と同一の仕様を用い、石英板９０２には、中央部に電磁波の導波路を貫通させた。そして、円形のシャワーアンテナ９０３が石英板９０２に固定されている。処理台９０１上にはウエハ９００が載置される。
まず、ICFの均一性を検討した。ArベースにCF系ガス、O2ガスを少量加えた条件において、電磁波のパワーが400W、900Wの場合について比較を行った。その結果、この構成では、900Wの高い電磁波のパワーでは、両者に大きな差は見られないが、電磁波のパワーが低い400Wの条件では、定在波制御部を用いない構成では、中心部のみでICFが局所的に高くなるような別のプラズマモードとなった。また、詳細を調べたところ、500W付近にちょうどモードの転移点があり、この近辺では、プラズマ状態が不安定となった。一方、定在波制御部を用いた構成では、400Wにおいても、900W時と類似したICF分布が安定に得られ、また、500W付近に不安定な状態は認められなかった。
減圧容器内にアンテナを載置する場合には、アンテナより直接プラズマ内へ導入される電磁波と、アンテナ周辺ならびに背面にある誘電体窓内を伝播してプラズマ内に導入される成分の２つがある。前者のアンテナより直接プラズマ内に導入される成分は、本発明の定在波制御部とはあまり関係なく導入されると考えるが、後者の誘電体内を横方向に伝播する成分に関しては、定在波制御部により周辺の定在波電界分布が適正化されたことにより、モード転移や不安定性の解消に寄与している。
（実施の形態８）
実施の形態６で述べたL型金具は、大気側に載置されており、また、アース電位であるため、容易に可動式とすることも可能である。容器内に可動部を設ける場合のような金属汚染の心配も無く、また、直接電磁波パワーが印加されている電磁波放射素子を可動するときのような設計上の困難も生じない。量産対応に対しては、ウエハ毎に機械的に動かす機構は極力避けることが望ましいが、本発明は、構造固定でも、広範囲なプロセス条件で均一性を維持できる効果を発揮するため、各プロセス条件ごとに、可動機構を動作させるまでもない。しかしながら、ウエハそのものが著しく異なるケース、例えばシリコンウエハではない特殊材質のウエハのエッチングを行う場合や、極めて反応生成物の多いケースなどにも、可動部の微調整により、極めて高い均一性の処理条件に調整することができる。また、大気側に載置されており、また、アース電位であるため、場合によっては、ウエハ毎に可動部を調整することも不可能ではない。
（実施の形態９）
実施の形態６で説明したプラズマ処理装置の基本構成は、減圧可能な容器、該容器内に位置されたウエハを載置するための処理台、該ウエハと対面する位置に設けられた電磁波放射素子および誘電体窓、該容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を発生する周波数fの高周波電源、および該誘電体窓の周辺部に近接して設けられた定在波電界分布を適正化するための定在波制御部とから成る。
このプラズマ処理装置を用いて半導体装置（例えばＭＯＳＬＳＩ）の製造方法を図１５および図１６を参照し、以下に説明する。
（１）ＳＴＩ形成工程：
図１５において、まず、前記プラズマ処理装置を用いて、半導体基板（ウエハ）１００１主面に例えば、SiN膜（図示せず）をマスクにして選択的に溝を形成する。そして溝形成の後、実施の形態６で述べた(b)(c)(d)が行われる。続いて、溝が形成されたウエハ１００１主面上に 絶縁膜（ＳｉＯ２）を堆積させる。続いて、化学機械研磨法（ＣＭＰ）によりウエハ主面上の絶縁膜を研磨することにより溝内に絶縁膜が埋め込まれた浅溝分離領域（ＳＴＩ）１００２が形成される。
（２）ＭＯＳゲート用導体膜形成工程：
図１５において、浅溝分離領域（ＳＴＩ）１００２で囲まれた素子形成領域素面にゲート酸化膜（図示せず）を形成した後、ＭＯＳゲート用導体膜（第１の膜）１００３を形成する。このＭＯＳゲート用導体膜１００３は例えばポリシリコンあるいはポリメタルである。続いて、このＭＯＳゲート用導体膜１００３上にハードマスク（第２の膜）１００４として、ＳｉＯ２またはＳiＮ膜が形成される。このハードマスクはゲート加工時の選択比を充分とるために用いられる。本実施の形態９はハードマスクとしてＳiＮ膜を採用している。続いて、このハードマスク１００４上にＢＡＲＣと称される反射防止膜（第３の膜）１００５が形成される。そして、反射防止膜１００５上にホトレジズトマスク１００６が通常行われるホトリゾグラフィ技術により所定のパターンに形成される。図１５はホトレジストマスク１００６がパターン形成された時の断面図である。
ＭＯＳゲート用導体膜加工工程：
図１５および図１６において、前記マスクパターン１００６が前記プラズマ処理装置を用いて前記反射防止膜１００５、ハードマスク１００４そしてＭＯＳゲート用導体膜１００３を順次ドライエッチング加工することにより、それぞれ前記反射防止膜１００５、ハードマスク１００４そしてＭＯＳゲート用導体膜１００３に転写される。この時、マスクパターン１００６を用いて前記反射防止膜１００５、ハードマスク１００４を選択的にエッチングした後、レジズトマスク１００４および反射防止膜１００５を除去し、ハードマスク１００４を用いてＭＯＳゲート用導体膜１００３パターン形成する。この工程では、実施の形態６で述べた(e)〜(i)が行われる。
この後は、ゲート（電極）１００３をマスクにしたソースおよびドレイン形成が行なわれる。そしてさらに、ゲート（電極）１００３の側壁にはサイドウオール（ＳｉＮ）スペーサが形成される。このサイドウオールスペーサ形成時の異方性エッツチングにも前記プラズマ処理装置が適用される。
【００２５】
以上、本実施の形態に従えば、汎用性のあるプラズマ処理装置を用いることでスループットの向上および歩留り向上が図れる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の高周波を用いたプラズマ処理装置によれば、誘電体窓の周辺部に近接した位置に、定在波制御部を具備し、電磁波を誘電体窓より減圧容器内に導入する際に、誘電体窓部材の内部にできる定在波電界分布を適正化している。これによって、広範囲のガス種、圧力、密度条件で、被処理試料に均一な加工を施すことができる。また、単一の減圧容器を広範囲の条件の多数の工程に一貫して適用することで、生産効率の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
そしてさらに、本発明の高周波を用いたプラズマ処理装置をLSIの製造工程に適用することによりウエハ面内において均一な微細加工が施され、高歩留まりのLSIを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置の容器内における電界分布を示す概略図である。
【図４】図１７に示したプラズマ処理装置と本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置との対比を示すプラズマ特性図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置の部分概略図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置のプラズマ特性図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係るベースフレーム全体を示す平面図である。
【図１２】図１７に示したプラズマ処理装置と本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置との対比を示すプラズマ特性図である。
【図１３】本発明を成すに先立って本発明者等が検討したプラズマ処理装置（絶縁膜エッチャー）を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態７に係るプラズマ処理装置（絶縁膜エッチャー）を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施の形態９に係る半導体装置の製造過程を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態９に係る半導体装置の製造過程を示す断面図である。
【図１７】本発明を成すに先立って本発明者等が検討したプラズマ処理装置（ゲート加工用エッチャー）を示す概略図である。
【図１８】図１７に示したプラズマ処理装置の容器内における電界分布を示す概略図である。
【符号の説明】
１０１‥減圧容器、１０２‥処理台、１０３‥誘電体窓、１０４‥電磁波、１０５‥周波数fの高周波電源、１０６‥定在波制御部、１０７‥誘電体窓の背面の領域、１０８‥定在波制御部の入り口、１０９‥定在波制御部の最終端、１００‥ウエハ、１１０‥誘電体窓内に形成される定在波電界分布、１１１‥定在波の腹、１１２‥プラズマ、１１３‥定在波の節、２０１‥処理台、２０２‥石英板、２０３‥石英シャワー板、２０４‥真空シール部材、２０５‥プラズマ、２０６‥減圧容器、２０７‥空気層の隙間、２０８‥電磁波放射素子、２０９‥アンテナスペーサ、２１０‥減圧容器の周辺部の電界（中）、２１１‥減圧容器の周辺部の電界（強）、３００‥ウエハ、３０１‥石英板、３０２‥空気層の隙間、３０３‥プラズマ、３０４‥真空シール部材、３０５‥減圧容器、３０６‥処理台、３０７‥石英シャワー板、３０８‥電磁波放射素子、３０９‥アンテナスペーサ、３１０‥減圧容器の周辺部の電界（弱）、３１１‥減圧容器の周辺部の電界（弱）、４０１‥図２の構成を用いた場合のICFの均一性、４０２‥図３の構成を用いた場合のICFの均一性、４０３‥図２ならびに図３の構成を用いた場合のICFの電磁波パワー依存性、４０４‥図２の構成を用いた場合のICFの電磁波パワー依存性、４０５‥図３の構成を用いた場合のICFの電磁波パワー依存性、５０１‥定在波制御部、５０２‥減圧容器、５０３‥プラズマ、５０４‥処理台、５０５‥石英板、５０６‥石英シャワー板、５０７‥真空シール部材、５０８‥空気層の隙間、５０９‥電磁波放射素子、５１０‥アンテナスペーサ、５１１‥定在波制御部、５１２‥定在波制御部、５１３‥アンテナスペーサ、６０１‥定在波制御部、６０２‥石英板、６０３‥減圧容器、６０４‥プラズマ、６０５‥処理台、６０６‥石英シャワー板、６０７‥真空シール部材、６０８‥電磁波放射素子、６０９‥アンテナスペーサ、６１０‥空気層の隙間、６１１‥L型の導体部品の長さ、６１２‥電磁波パワーに対するICFリニアリティのL型導体部品長さに対する依存性、７０１‥プラズマエッチング用リアクタ、７０２‥プラズマ用f=450MHz高周波電源、７０３‥プラズマ用チューナ、７０４‥磁場発生制御部、７０５‥ベースフレーム、７０６‥処理台、７０７‥ウエハ（３００mmΦ）、７０８‥バイアス用400kHz電源、７０９‥バイアス用マッチングボックス、７１０‥プラズマエッチング用リアクタ、７１１‥プラズマアッシング用リアクタ、７１２‥ウエハカセット装填場所、７１３‥ウエハ搬送ロボット、８０１‥図２の構成を用いた場合のエッチングレート均一性、８０２‥図３の構成を用いた場合のエッチングレート均一性、８０３‥図２の構成による電磁波パワー360Wにおけるエッチングレート均一性、８０４‥図２の構成による電磁波パワー720Wにおけるエッチングレート均一性、８０５‥図３の構成による電磁波パワー360Wにおけるエッチングレート均一性、８０６‥図３の構成による電磁波パワー720Wにおけるエッチングレート均一性、９００‥ウエハ（３００mmΦ）、９０１‥処理台、９０２‥石英板、９０３‥円形のシャワーアンテナ、９０４‥アンテナスペーサ、９０５‥定在波分布制御部。
Claims (10)
- 減圧可能な容器内に被加工物を載置する処理台と、
該被加工物と対面して配置された電磁波導入のための誘電体窓と、
当該誘電体窓の上面に設けられた電磁波放射素子と、
該減圧容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を該電磁波放射素子に供給する周波数 f の高周波電源と、
該誘電体窓の周辺部に設けられた定在波制御部とを具備し、
当該定在波制御部は、内部が真空または空気または誘電率eの誘電体で満たされた空洞を有する導体と、該導体に設けられ、かつ前記電磁波放射素子から放出される電磁波の入り口となる開口とを備え、
該定在波制御部は、前記入り口が前記誘電体窓の周辺側端部に近接するように配置され、
前記空洞の深さが、d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲内にあることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１において、該容器の内径と同じ半径位置において、
該誘電体窓内部に形成される定在波電界の強度が、極大値となることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１において、該容器の内径と同じ半径位置において、
該誘電体窓直下のプラズマ側に形成される定在波電界の強度が、極小値となることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１において、該誘電体窓の側方に該定在波制御部を具備した場合と電磁波の特性長で等価となる寸法だけ該誘電体窓の半径を大きくすることを含み、該誘電体窓とそれに近接した該定在波制御部を一体化したことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１において、該定在波制御部を該誘電体窓の周辺部の上方または下方に具備し、
その形状寸法が該定在波制御部を該誘電体窓の側方に具備した場合と電磁波の特性長で等価となるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１において、該定在波制御部を該誘電体窓の周辺部の上方または側方または下方に具備し、電磁波の特性長を等価に保ったまま、それをさらに折り曲げた形状もしくは幅や曲率を変更した形状としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１において、該定在波制御部を該誘電体窓の上方または下方に具備し、電磁波の特性長を等価に保ったまま、それを該誘電体窓の端部よりも内側に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１において、該誘電体窓の大気側または真空側に導体または半導体よりなる電磁波放射素子を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１において、該誘電体窓ならびに該定在波制御部内に用いる誘電体は、アルミナ（Al2O3）、石英（SiO2）のいずれか、もしくは、これらの複合による構成を用いたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- ベースフレーム上に複数のリアクタを有し、
当該複数のリアクタのうち少なくとも一つのリアクタは、
減圧可能な容器内に被加工物を載置する処理台と、
該被加工物と対面して配置された電磁波導入のための誘電体窓と、
当該誘電体窓の上面に設けられた電磁波放射素子と、
該減圧容器内に導入する所定のガスをプラズマ化するための電磁波を該電磁波放射素子に供給する周波数 f の高周波電源と、
該誘電体窓の周辺部に設けられた定在波制御部とを具備し、
当該定在波制御部は、内部が真空または空気または誘電率eの誘電体で満たされた空洞を有する導体と、該導体に設けられ、かつ前記電磁波放射素子から放出される電磁波の入り口となる開口とを備え、
該定在波制御部は、前記入り口が前記誘電体窓の周辺側端部に近接するように配置され、
前記空洞の深さが、d=l/4＋l/2×(n−1)±l/8：(n=正の整数, l=c(光速)/f/√e)の特性長の範囲内にあることを特徴とするプラズマ処理装置。
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