(57)【要約】      （修正有）【課題】誘電体に割れが生じることを防止するプラズマ処理装置，スロットアンテナおよびプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置は，処理容器，導波管，スロットアンテナ２３，誘電体，第１の冷却部６０および第２の冷却部から構成される。第１の冷却部６０は，スロットアンテナ２３に設けられた流路６１に液体の冷媒を流すことにより，誘電体を冷却する。また，第２の冷却部は，導波管に設けられたガス入口からガス出口に気体を流すことにより，誘電体を冷却する。【選択図】図５
2006294422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を伝播させる導波部と；前記導波部を伝播したマイクロ波を透過させる誘電体と；前記誘電体を透過したマイクロ波により処理ガスをプラズマ化させて，基板をプラズマ処理する処理容器と；を備えるプラズマ処理装置であって：
液体の冷媒により前記誘電体を冷却する第１の冷却部を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ処理装置であって，さらに，
気体の冷媒により前記誘電体を冷却する第２の冷却部を備えることを特徴とする請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記導波部は，
マイクロ波発生器から発生されたマイクロ波を伝播させる導波管と，
前記導波管に伝播されたマイクロ波をスロットに通して誘電体に伝播させるスロットアンテナと，を有し，
前記第１の冷却部は，
前記スロットアンテナに流路を設け，前記誘電体を冷却するように前記流路に液体を流すことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第２の冷却部は，
前記導波管にガス入口とガス出口とを設け，前記気体を前記ガス入口から前記導波管内に入れ，前記気体を前記ガス出口から前記導波管外に出すことにより，前記導波管内に気体を流すことを特徴とする請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
マイクロ波を誘電体に伝播させるスロットと，前記誘電体を冷却するように液体の冷媒を流すための流路とが設けられていることを特徴とするスロットアンテナ。
【請求項６】
前記スロットアンテナに設けられた流路は，
前記スロットの近傍に位置するように設けられていることを特徴とする請求項５に記載されたスロットアンテナ。
【請求項７】
マイクロ波を導波部に伝播させる工程と；
誘電体を冷却するように，スロットアンテナに設けられた流路に液体の冷媒を流しながら，前記導波部を伝播したマイクロ波を前記誘電体に透過させる工程と；
前記誘電体を透過したマイクロ波により処理ガスをプラズマ化させて，処理容器内にて基板をプラズマ処理する工程と；を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，プラズマ処理装置の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，大型の基板を高速にプラズマ処理するために，大パワーのマイクロ波をプラズマ処理装置に投入する場合が多くなっている。特に，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法）処理などの処理プロセスでは，長時間，大パワーのマイクロ波をプラズマ処理装置に投入することが多い。
【０００３】
このように大パワーのマイクロ波がプラズマ処理装置に投入されると，マイクロ波により処理容器内にて強いプラズマが発生する。これにより，強くプラズマが発生した部分の近傍に位置する誘電体が急激に著しく加熱される。また，長時間（たとえば，１時間），マイクロ波を装置に投入すると，発生したプラズマや入射されたマイクロ波によって誘電体が長時間加熱される。
【０００４】
プラズマ処理中にこのような状態が発生した場合，誘電体は，熱伝導が悪く熱を保持しやすい性質から，全体的に高温になるばかりか，局所的に非常に高温になってしまう。特に，発生したプラズマが不均一な場合，誘電体内での温度分布が大きくなり，熱応力が発生して，誘電体が割れてしまう。
【０００５】
この問題に対して，空気などの冷却ガスにより，誘電体を空冷する技術が，従来から提案されている（たとえば，特許文献１を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−６０６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし，上記技術では，誘電体を冷却するために多量の冷却ガスが必要となりコストがかかる。また，近年，プラズマ処理装置の大型化に伴って，誘電体も大型化していることから，誘電体を空冷する技術のみでは，誘電体を十分に冷却することができず，処理プロセス中に誘電体に割れが生じてしまうことを回避することはできない。
【０００８】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，液体の冷媒を用いて誘電体を冷却するプラズマ処理装置およびスロットアンテナおよびプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題の少なくとも一つを解決するために，本発明のある観点によれば，マイクロ波を伝播させる導波部と，上記導波部を伝播したマイクロ波を透過させる誘電体と，上記誘電体を透過したマイクロ波により処理ガスをプラズマ化させて，基板をプラズマ処理する処理容器と，を備えるプラズマ処理装置であって，液体の冷媒を用いて上記誘電体を冷却する第１の冷却部を備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
前述したように，大パワーのマイクロ波が，長時間，プラズマ処理装置に投入されると，マイクロ波により強くプラズマが発生した部分の近傍に位置する誘電体が急激に著しく加熱される。このため，誘電体は，全体的に高温になるばかりでなく，局所的に非常に高温になってしまう。この結果，誘電体内での温度分布が大きくなり，熱応力が発生して，誘電体が割れてしまう。
【００１１】
しかしながら，本発明によれば，処理プロセス中，液体の冷媒により誘電体は冷却される。これにより，処理プロセス中の誘電体の温度を下げることができ，誘電体の熱膨張を抑えることができる。これにより，誘電体に発生する熱応力を小さくすることができる。この結果，誘電体が処理プロセス中に割れることを防止することができる。
【００１２】
また，プラズマ処理装置は，気体の冷媒により上記誘電体を冷却する第２の冷却部を備えていてもよい。
【００１３】
これによれば，誘電体は，液体によって冷却されるだけでなく気体によっても冷却される。これにより，誘電体に発生する熱応力をさらに小さくすることができる。この結果，誘電体が処理プロセス中に割れる可能性をさらに低減することができる。
【００１４】
また，上記導波部は，マイクロ波発生器から発生されたマイクロ波を伝播させる導波管と，上記導波管に伝播されたマイクロ波をスロットに通して誘電体に伝播させるスロットアンテナと，を有し，上記第１の冷却部は，上記スロットアンテナに流路を設け，その流路に上記誘電体を冷却するように液体を流すようにしてもよい。
【００１５】
これによれば，スロットアンテナに設けられた流路に液体を流すことにより，誘電体が直接的に冷却される。通常，スロットアンテナは，導波管と誘電体との間に位置し，誘電体に密着して設けられている。また，スロットアンテナは，たとえば，アルミニウムなどの金属から形成され，熱伝導がよい。したがって，本発明によれば，熱伝導がよく，誘電体に密着しているスロットアンテナに流路を設け，その流路に液体を流すことによって，誘電体を効果的に冷却することができる。
【００１６】
また，上記第２の冷却部は，上記導波管にガス入口とガス出口とを設け，上記気体を上記ガス入口から上記導波管内に入れ，上記気体を上記ガス出口から上記導波管外に出すことにより，上記導波管内に気体を流すようにしてもよい。
【００１７】
これによれば，導波管に設けられたガス入口からガス出口に向かって気体を流通させることにより，誘電体が間接的に冷却される。導波管は，マイクロ波をスロットを介して誘電体まで伝播させるために誘電体近傍に設けられている。よって，導波管を冷却することにより，間接的に誘電体を冷却することができる。
【００１８】
また，本発明の他の観点によれば，マイクロ波を誘電体に伝播させるスロットと，上記誘電体を冷却するように液体の冷媒を流すための流路とが設けられていることを特徴とするスロットアンテナが提供される。
【００１９】
このとき，上記スロットアンテナに設けられた流路は，上記スロットの近傍に位置するように設けられていてもよい。
【００２０】
通常，スロットアンテナに開口されたスロットは，処理容器内に伝播されるマイクロ波の電磁界強度が最も強くなるような位置に設けられている。よって，プラズマは，スロット下方にて最も強く発生する。これにより，スロット下方に位置する誘電体が急激に著しく加熱され，それ以外の部分との間に温度差が生じる。
【００２１】
しかしながら，本発明によれば，スロット近傍に流路が設けられ，その流路に液体を循環させることによりスロット近傍の誘電体部分が特に冷却される。これにより，誘電体全体を冷却できるだけでなく，局所的に加熱されているスロット下方の誘電体の部分を重点的に冷却することができる。これにより，誘電体に発生する熱応力を効果的に小さくすることができる。この結果，誘電体が処理プロセス中に割れることを回避することができる。
【００２２】
また，本発明の他の観点によれば，マイクロ波を導波部に伝播させる工程と，誘電体を冷却するように，スロットアンテナに設けられた流路に液体の冷媒を流しながら，上記導波部を伝播したマイクロ波を誘電体に透過させる工程と，上記誘電体を透過したマイクロ波により処理ガスをプラズマ化させて，処理容器内にて基板をプラズマ処理する工程と，を備えることを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【００２３】
これによれば，スロットアンテナに設けられた流路に液体の冷媒を流すことにより上記誘電体を冷却しながら，上記導波部を伝播したマイクロ波を誘電体に透過させる。これにより，処理プロセス中の誘電体の温度を下げることができる。これにより，誘電体に発生する熱応力を小さくすることができる。この結果，誘電体が処理プロセス中に割れることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように，本発明によれば，液体の冷媒を用いて誘電体を冷却するプラズマ処理装置およびスロットアンテナおよびプラズマ処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
まず，本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置について，図１を参照しながら，その構成を説明する。図１は，マイクロ波プラズマ処理装置１００をｘ軸方向およびｚ軸方向に平行な面で切断した断面図である。マイクロ波プラズマ処理装置１００は，プラズマ処理装置の一例である。
【００２７】
マイクロ波プラズマ処理装置１００は，処理容器１０と蓋体２０とからなる筐体を有している。処理容器１０は，上部が開口した有底直方体形状を有していて，接地されている。処理容器１０は，たとえば，アルミニウム（Ａｌ）などの金属から形成されている。処理容器１０の内部には，略中央にて，たとえば，ガラス基板Ｗ（以下，「基板」という。）を載置する載置台であるサセプタ１１が設けられている。サセプタ１１は，たとえば，窒化アルミニウムから形成されている。
【００２８】
サセプタ１１の内部には，給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。給電部１１ａには，整合器１２ａ（たとえば，コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また，給電部１１ａには，コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。整合器１２ａ，高周波電源１２ｂ，コイル１３ａおよび高圧直流電源１３ｂは，処理容器１０の外部に設けられていて，高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは，接地されている。
【００２９】
給電部１１ａは，高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加させるようになっている。また，給電部１１ａは，高圧直流電源１３ｂから出力された直流電流により基板Ｗを静電吸着するようになっている。
【００３０】
ヒータ１１ｂには，処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて，交流電源１４から出力された交流電流により基板Ｗを所定の温度に保持するようになっている。
【００３１】
処理容器１０の底面は筒状に開口され，開口された外周近傍にてベローズ１５の一端が処理容器１０の外部に向かって装着されている。ベローズ１５の他端には，昇降プレート１６が固着されている。このようにして，処理容器１０底面の開口部分は，ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。
【００３２】
サセプタ１１は，昇降プレート１６上に配置された筒体１７に支持されていて，昇降プレート１６よび筒体１７と一体となって昇降する。これにより，サセプタ１１は，処理プロセスに応じた高さに調整されるようになっている。
【００３３】
サセプタ１１の周囲には，処理容器１０内のガスの流れを好ましい状態に制御するための整流板１８が設けられている。また，処理容器１０の底面には，図示しない真空ポンプに接続されたガス排出管１９が設けられている。真空ポンプは，処置容器１０内を所望の真空度まで排気するようになっている。
【００３４】
蓋体２０は，処理容器１０の上方にて処理容器１０を密閉するように配設されている。蓋体２０は，処理容器１０と同様に，たとえば，アルミニウム（Ａｌ）などの金属から形成されている。また，蓋体２０は，処理容器１０と同様に接地されている。
【００３５】
蓋体２０には，蓋本体２１，導波管２２ａ〜導波管２２ｆ，スロットアンテナ２３ａ〜スロットアンテナ２３ｆ，および，誘電体２４ａ〜誘電体２４ｆが設けられている。
【００３６】
処理容器１０と蓋体２０とは，蓋本体２１の下面外周部と処理容器１０の上面外周部との間に配置されたＯリング２５により，気密性が保持されるように固定されていて，蓋本体２１の下部には，導波管２２ａ〜導波管２２ｆが形成されている。
【００３７】
導波管２２は，それぞれの軸方向に垂直な断面の形状が矩形状である矩形導波管により形成されていて，マイクロ波発生器３３（図８参照）に接続されている。たとえば，ＴＥ１０モード（ＴＥ波：transverse electric wave;磁界がマイクロ波の進行方向成分を持つ波）の場合，導波管２２の広い管壁は磁界に平行なＨ面となり，狭い管壁は電界に平行なＥ面となる。導波管２２の軸方向（長手方向）に垂直な方向にて切断した面の長辺方向（導波管の幅）と短辺方向とをどのように配置するかは，モード（導波管内の電磁界分布）によって変化する。
【００３８】
スロットアンテナ２３ａ〜スロットアンテナ２３ｆは，導波管２２ａ〜導波管２２ｆの下部にそれぞれ設けられている。スロットアンテナ２３ａ〜スロットアンテナ２３ｆは，たとえば，アルミニウム（Ａｌ）などの金属から形成されている。スロットアンテナ２３ａ〜スロットアンテナ２３ｆには，複数のスロット（開口）がそれぞれ設けられている。なお，導波管２２およびスロットアンテナ２３は，マイクロ波を伝播させる導波部に相当する。
【００３９】
スロットアンテナ２３ａ〜スロットアンテナ２３ｆの下部には，誘電体２４ａ〜誘電体２４ｆがそれぞれ設けられている。誘電体２４は，マイクロ波を透過するように，たとえば，石英，アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ２Ｏ３）などから形成されている。
【００４０】
誘電体２４ａ〜誘電体２４ｆは，金属の梁２９によりその両端をそれぞれ支持されている。梁２９の内部には，ガス導入管３０ａ〜ガス導入管３０ｇが設けられている。ガス導入管３０ａ〜ガス導入管３０ｇには，ガス流路３１を介して処理ガス供給源３２が接続されている。
【００４１】
処理ガス供給源３２は，バルブ３２ａ１，マスフロコントローラ３２ａ２，バルブ３２ａ３，アルゴンガス供給源３２ａ４，バルブ３２ｂ１，マスフロコントローラ３２ｂ２，バルブ３２ｂ３およびシランガス供給源３２ｂ４から構成されている。
【００４２】
処理ガス供給源３２は，バルブ３２ａ１，バルブ３２ａ３，バルブ３２ｂ１およびバルブ３２ｂ３の開閉を制御することにより，アルゴンガスまたはシランガスを選択的に処理容器１０内に供給するようになっている。また，マスフロコントローラ３２ａ２およびマスフロコントローラ３２ｂ２は，それぞれが供給する処理ガスの流量を制御することによりガスを所望の濃度にするようになっている。
【００４３】
このような構成により，マイクロ波プラズマ処理装置１００は，マイクロ波発生器３３から出力された，たとえば，２，４５ＧＨｚのマイクロ波を，導波管２２を介してスロットアンテナ２３に伝播させ，スロットアンテナ２３に切られたスロットを通って誘電体２４に伝播させる。そして，マイクロ波プラズマ処理装置１００は，誘電体２４を透過して処理容器１０内に放射されたマイクロ波により，処理容器１０内に供給された処理ガスからプラズマを発生させ，発生させたプラズマにより，処理容器１０に配置された基板Ｗをプラズマ処理するようになっている。
【００４４】
（プラズマの発生状態）
つぎに，マイクロ波プラズマ処理装置１００の処理容器１０内で基板Ｗがプラズマ処理される際にプラズマが不均一になる３つの要因について説明する。
【００４５】
前述したように，マイクロ波は，導波管２２を伝播してスロットアンテナ２３のスロットを通り，誘電体２４を透過して処理容器１０内に伝播する。処理ガスは，ガス導入管３０から供給される。たとえば，図２の処理容器１０内では，スロット２３ａを通り，誘電体２４ａを透過したマイクロ波が処理容器１０内に放射され，そのマイクロ波のパワーにより，誘電体２４ａの下方において，処理ガスからプラズマ（Ｐ）が発生している。
【００４６】
このとき，同一のプロセス条件，すなわち，処理プロセス中の処理容器１０内の圧力や入射されるマイクロ波のパワーの条件が同一の場合，ガス導入管３０からＡ方向に供給されるガスの種類によっては，誘電体２４を伝播する表面波が広がりにくい場合がある。このように表面波が広がりにくいとプラズマＰが不均一になる。
【００４７】
つぎに，プラズマが不均一になる２つめの要因について説明する。図３の左側に示したように，誘電体２４ａの上部に密着して設けられたスロットアンテナ２３ａには，複数のスロットが切られている。このスロットのうち，中央のスロット２３ａ１１〜スロット２３ａ１５は，管内波長の１／２の間隔に設けられている。また，左側のスロット２３ａ２１〜スロット２３ａ２４および右側のスロット２３ａ３１〜スロット２３ａ３４は，ｙ軸方向に対してスロット２３ａ１１〜スロット２３ａ１５のほぼ中央（管内波長の１／４の部分）にそれぞれ設けられている。
【００４８】
このようにスロットを設けることにより，図２の導波管２２ａを伝播するマイクロ波の定在波の腹（山および谷）が，中央のスロット２３ａ１１〜２３ａ１５の上部に位置し，定在波の節（波が交差する部分）が，左側のスロット２３ａ２１〜２３ａ２４および右側のスロット２３ａ３１〜２３ａ３４の上部に位置するようになる。これにより，強いマイクロ波が，各スロットから誘電体２４ａを透過して図２の領域Ｂに伝播する。これにより，Ｂ領域にて発生したプラズマは，それ以外の領域で発生したプラズマより強くなる。この結果，プラズマＰが不均一になる。
【００４９】
最後に，プラズマが不均一になる３つめの要因について説明する。誘電体２４ａの両端は，梁２９にて支持されている。この梁２９と誘電体２４ａの両端との間には，図２に示した隙間Ｄがある。誘電体２４ａを透過したマイクロ波は，誘電体２４ａ下面を表面波として伝播する。伝播したマイクロ波は，その隙間Ｄに入り込み，隙間Ｄに存在する間，隙間Ｄ内で反射し続ける。このようにして隙間Ｄで反射するマイクロ波により，領域Ｃにてプラズマが不安定に発生したり，異常放電が生じる。このような現象により，誘電体２４ａの下方に生じているプラズマＰの状態が揺らぐ。この結果，プラズマＰが不均一になる。
【００５０】
（誘電体の割れ）
このようにして，プラズマＰが不均一になると，誘電体２４ａは，プラズマが強く発生している部分にて特に加熱され，高温となる（たとえば，図３のスロット下部）。また，誘電体２４ａ周辺部は，導体である梁２９などを伝って熱を逃がすことができるため，低温となる。これにより，誘電体２４ａ内部では，強くプラズマが発生している領域近傍の部分が周辺部より高温になり，この結果，誘電体２４ａは，その内部にて温度差を持つようになる。
【００５１】
このようにして，誘電体２４ａの内部に温度差が生じると，誘電体２４ａに割れが発生する。その理由を以下に述べる。
【００５２】
たとえば，図３の左側に示したように，誘電体２４ａの中央にて誘電体２４ａが最も高温になっている場合，誘電体２４ａは，中央にて最も熱膨張する。これに対して，誘電体２４ａ自身は，これに抵抗するように，いままでの形状を保とうとする。このようにして，誘電体２４ａの中央では，誘電体２４ａの中心に向かってｙ軸方向に圧縮応力が生じる。
【００５３】
一方，誘電体２４ａのｘ軸方向の両端では，発生した圧縮応力に抵抗するように，ｙ軸方向に対して誘電体２４ａの外側に向かって引張応力が生じる。しかし，誘電体２４ａのｘ軸方向の両端は，誘電体２４ａの中央付近に比べて低温である。この結果，誘電体２４ａの両端は，誘電体２４ａの中央のように熱膨張することができない。この結果，誘電体２４ａに歪みが生じ，最終的には誘電体２４ａの両端にて割れが生じる。
【００５４】
なお，以上の説明では，誘電体２４の平面方向（ｘｙ平面方向）の温度差に着目した。しかし，誘電体２４内の温度差は，誘電体２４の厚さ方向（ｚ軸方向）にも発生している。よって，実際は，誘電体２４の平面方向の温度差と厚さ方向の温度差とにより誘電体２４に歪みが生じ，その歪みが最も大きい部分にて誘電体２４に割れが発生することとなる。
【００５５】
（誘電体をバーナーにて加熱した実験結果）
以上に説明した誘電体２４の割れの実際の発生状態を調べるために，発明者らは，バーナーにてつぎのような加速実験を行った。すなわち，まず，発明者らは，図４に示すように，誘電体２４下面を誘電体２４の表，誘電体２４上面を誘電体２４の裏，マイクロ波入射側の誘電体２４の端を誘電体の端面裏とし，誘電体２４の中央表に温度センサＣＨ１，誘電体２４の裏に温度センサＣＨ２，誘電体２４の端面裏に温度センサＣＨ３，誘電体２４の中央裏の端部に温度センサＣＨ４を設けた。温度センサＣＨ２と温度センサＣＨ４との間隔は３８ｍｍとした。
【００５６】
つぎに，発明者らが誘電体２４の中央表付近をバーナーにて加熱しながら，温度センサＣＨ２および温度センサＣＨ４にて検出される温度を監視したところ，検出された温度差が５０℃程度になった時点で誘電体２４に割れが生じた。この結果，誘電体２４に割れが生じるためには，誘電体２４の内部に５０℃程度の温度差が生じている必要があることが分かった。
【００５７】
実際，プラズマ処理中の誘電体２４は，１００℃以上の高温になる場合もあり，同じ温度差であっても誘電体２４全体が高温になればなるほど誘電体２４全体が低温である場合に比べて誘電体２４が割れる可能性は高くなる。よって，発明者らは，誘電体２４に割れが生じる条件として誘電体２４の内部に所定温度以上の温度差が生じていること，そして，この所定温度は，誘電体２４全体が保持する温度（たとえば，誘電体２４の平均温度）に依存し，誘電体２４全体の温度が高ければ高いほど所定温度以上の温度差は小さくなることを着きとめた。
【００５８】
（水冷機構）
そこで，発明者らは，図５に示したように，スロットアンテナ２３に第１の冷却部６０を設けることによって，誘電体２４を液体により冷却することを考案した。具体的には，第１の冷却部６０は，流路６１と，フランジ６２ａおよびフランジ６２ｂにより接続された管および第１の冷却装置（ともに図示せず）から構成されている。図５の１−１’にて切断した断面図である図６に示したように，流路６１は，厚さ１ｃｍの金属板Ｄと深さ３ｃｍの凹部（溝部）が設けられた厚さ４ｃｍの金属板Ｅとをろうづけすることにより，スロットアンテナ２３内に埋め込まれル状態で形成される。
【００５９】
第１の冷却装置は，管を介して流路６１に循環する冷媒（たとえば，ガルデン（フッ素系不活性化学液）などの液体）を制御するようになっている。このような構成により，第１の冷却部６０は，誘電体２４を冷媒により水冷する。加えて，前述したように，スロットアンテナ２３は，金属などの導体から形成されている。よって，流路６１に液体の冷媒を循環させることにより，熱を伝えやすいスロットアンテナ２３を介して誘電体２４が保持する熱を逃がすことができる。これにより，誘電体２４が効果的に冷却（水冷）される。
【００６０】
発明者らが，上記冷却機構（第１の冷却部６０）を用いて誘電体２４を冷却しながら，バーナーにて誘電体２４中央表を過熱した実験結果を図７に示す。これによれば，誘電体２４裏の温度差（ＣＨ２−ＣＨ３）は，最大で３０℃という結果になった。前述したように，バーナーで加熱した場合，誘電体２４の温度差が５０℃程度になった時点で誘電体２４に割れが生じた。この事実からすると，上記冷却機構（第１の冷却部６０）を用いてプラズマ処理中に誘電体２４を冷却すれば，プラズマ処理中に誘電体２４が熱により破壊されることを回避できることがわかった。
【００６１】
（空冷機構）
また，発明者らは，図８に示したように，導波管２２に第２の冷却部８０を設けることにより誘電体２４を冷却することを考案した。第２の冷却部８０は，マイクロ波発振器３３に接続された導波管２２に設けられたガス入口８１と，蓋体２０内部の導波管２２に設けられたガス出口８２〜ガス出口８４とを有している。ガス入口８１，ガス出口８２〜ガス出口８４には，メッシュ状に細かい穴が設けられている。これらの穴は，マイクロ波の自由空間における波長λ（＝１２２ｍｍ）より小さい径をもつ。よって，導波管２２を伝播するマイクロ波が，これらの穴を介して導波管２２から外に漏れることはない。
【００６２】
ガス入口８１は，たとえば，空気などのガスを吸い込む。吸い込んだ空気は導波管２２を流れ，ガス出口８２〜ガス出口８４から排出される。このようにして，第２の冷却部８０は，導波管２２内に空気などのガスの流れを作ることにより，導波管２２下方の誘電体２４を空冷する。
【００６３】
このようにして，発明者らが，上記２つの冷却機構（第１の冷却部６０および第２の冷却部８０）を用いて，プラズマ処理中に誘電体２４を冷却した場合の実験結果を図９に示す。Ｔ１〜Ｔ４は，プラズマ処理中に，温度センサＣＨ２（誘電体２４の中央裏）が検出した温度を示している。具体的には，Ｔ１は，誘電体２４をまったく冷却しない場合，Ｔ２は，第２の冷却部８０により冷却（空冷）されている場合，Ｔ３は，第１の冷却部６０により冷却（水冷）されている場合，Ｔ４は，第１の冷却部６０により冷却されるとともに第２の冷却部８０により冷却されている場合を示している。
【００６４】
これによれば，誘電体２４を水冷する場合（Ｔ３）は，誘電体２４を空冷する場合（Ｔ２）に比べて，誘電体２４の冷却効果が非常に高いことがわかった。また，誘電体２４を水冷および空冷する場合（Ｔ４）は，誘電体２４を水冷する場合（Ｔ３）に比べて誘電体２４を冷却する効果は上がるものの，誘電体２４を空冷する場合と水冷する場合との効果の差に比べると，その効果は低いことがわかった。
【００６５】
これにより，発明者らは，誘電体２４を第１の冷却部６０により水冷すると効果が非常に大きいという結論に至った。この結果，誘電体２４を第１の冷却部６０を用いて水冷することにより，誘電体２４に割れが生じることなく，大パワーのマイクロ波を投入するプラズマ処理を，１時間以上もの長時間，遂行することができた。また，誘電体２４を第１の冷却部６０により水冷しながら，第２の冷却部８０を用いて空冷することにより，さらに，誘電体２４に割れが生じる確率を低く抑えながら，プラズマ処理を遂行することができた。
【００６６】
以上に説明したように，本実施形態によれば，誘電体２４を第１の冷却部６０により水冷することにより，プラズマ処理中に誘電体２４に割れが生じる可能性を著しく低減することができる。また，誘電体２４を第１の冷却部６０により水冷しながら，さらに，第２の冷却部８０により水冷することにより，プラズマ処理中に誘電体２４に割れが生じる可能性をさらに低減することができる。
【００６７】
なお，上記実施形態では，第１の冷却部６０を構成する流路６１は，スロットアンテナ２３にＵ字型に設けられていた。しかし，本発明にかかる第１の冷却部６０の流路６１の形状は，これに限られず，誘電体２４を効果的に冷却できるように流路６１の表面積が大きくなるような形状であればよい。たとえば，流路６１は，図１０に示したようにＷ字型の形状にてスロットアンテナ２３に設けられていてもよいし，図１１に示したようにＷの文字を複数並列に設けるように蛇行した形状にてスロットアンテナ２３に設けられていてもよい。
【００６８】
前述したように，プラズマは，スロット（特に，中央のスロット）下方にて最も強く発生する。このため，誘電体は，その強いプラズマにより発生するプラズマ熱によりスロット近傍で特に高温になる。このことから，特に，図１０および図１１に示したように，スロット近傍（特に，中央のスロット近傍）にて流路６１の表面積がより大きくなるように流路６１を蛇行させてスロットアンテナ２３に設けることが好ましい。これによれば，スロットの近傍に設けられた流路に液体の冷媒を流すことにより，スロット近傍の誘電体の温度を効果的に下げることができる。これにより，スロット近傍の誘電体２４の部分とそれ以外の部分との温度差を小さくすることができるため，スロット近傍で発生する可能性が高い誘電体の熱膨張を効果的に抑えることができる。この結果，誘電体が処理プロセス中に割れることをさらに回避することができる。
【００６９】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７０】
たとえば，上記実施形態では，誘電体２４は，第１の冷却部６０によって冷却（水冷）されるとともに第２の冷却部８０によって冷却（空冷）された。しかし，本発明は，これに限られず，誘電体２４は，第１の冷却部６０によってのみ冷却されてもよいし，第２の冷却部８０によってのみ冷却されてもよい。
【００７１】
また，スロットアンテナ２３に設けられる流路６１は，スロットアンテナ２３に埋め込まれていなくても，たとえば，誘電体２４に密着するように設けられていればよい。
【００７２】
また，上記実施形態では，第２の冷却部８０は，ガス入口８１からガスを導入し，ガス出口８２〜ガス出口８４から排出していた。しかし，本発明にかかる第２の冷却部８０は，これに限られず，図１２に示したように，蓋体２０内部の導波管２２にガス入口８５〜ガス入口８７を設け，マイクロ波発振器３３に接続された導波管２２にガス出口８８を設け，ガス入口８５〜ガス入口８７からガスを導入し，ガス出口８８から排出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は，液体の冷媒を用いて誘電体を冷却するプラズマ処理装置およびスロットアンテナおよびプラズマ処理方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の断面図である。
【図２】図１のマイクロ波プラズマ処理装置の一部を拡大した図である。
【図３】誘電体の局所加熱と誘電体の割れとの関係を説明する図である。
【図４】誘電体に設けられた温度センサの位置を示した図である。
【図５】第１の冷却部（流路）を示した図である。
【図６】図５を１−１’面にて切断した断面図である。
【図７】第１の冷却部の効果を説明する図である。
【図８】第２の冷却部を示した図である。
【図９】プラズマ処理中に誘電体を冷却した場合の実験結果を示した図である。
【図１０】他の形状の流路を示した図である。
【図１１】他の形状の流路を示した図である。
【図１２】第２の冷却部の他の例を示した図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０            処理容器
１１            サセプタ
２０            蓋体
２２ａ〜２２ｆ  放射用導波管
２３ａ〜２３ｆ  スロットアンテナ
２４ａ〜２４ｆ  誘電体
３３            マイクロ波発生器
２８ａ，２８ｂ  第２の誘電体
２９            梁
３０ａ〜３０ｇ  ガス導入管
３２            ガス供給源
６０            第１の冷却部
６１            流路
６２ａ，６２ｂ  フランジ
８０            第２の冷却部
８１，８５，８６，８７      ガス入口
８２，８３，８４，８８      ガス出口
１００          マイクロ波プラズマ処理装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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