(57)【要約】【課題】プラズマ処理中の処理室内の温度分布差を抑え、表面処理品質のばらつきを抑える。【解決手段】被処理体Ｐを収容する処理室２内に供給された処理ガスをプラズマ化し、被処理体Ｐの表面処理を行うプラズマ処理装置１において、被処理体Ｐを支持する支持部材３と、処理室本体２ａが陽極、支持部材３が陰極となるように電気的に接続される電源４と、処理室２内の、被処理体Ｐのプラズマ処理が行われる領域であるプラズマ処理領域の中央部を冷却する冷却装置１０を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理室内に供給された処理ガスをプラズマ化し、被処理体の表面処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記被処理体を支持する支持部材と、
処理室本体が陽極、前記支持部材が陰極となるように電気的に接続される電源と、
前記処理室内の、前記被処理体のプラズマ処理が行われる領域であるプラズマ処理領域の中央部を冷却する冷却装置とを備えた、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記被処理体が階層状に載せられる多段式のものであり、
前記冷却装置は、
前記支持部材の各段の中央に設けられた孔を通るように高さ方向に延び、内部に冷媒が流れる冷却管と、
前記冷媒を冷却する冷媒冷却器とを備えている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記冷却管は、外管の内部に内管が配置された二重管構造であり、
前記冷媒冷却器で冷却された前記冷媒が、前記内管に供給され、該内管から前記外管に流入し、該外管から前記冷媒冷却器に戻るように構成されている、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記冷却管の表面に複数のフィンが設けられている、請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体にプラズマ処理を行い、プラズマ処理品を製造する、プラズマ処理品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置および当該プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理体に所望の特性を付与するための表面処理として例えば窒化処理やＤＬＣ膜形成処理のような表面処理を行うことが知られている。表面処理を施す方法としては様々な方法が知られているが、窒化処理やＤＬＣ膜形成処理といった表面処理はプラズマ処理で行われることがある。プラズマ処理は、チャンバー内に供給した処理ガスをプラズマ化することで実施される処理方法であり、被処理体はチャンバー内に設けられた支持部材で支持されている。従来のプラズマ処理装置として特許文献１には、直流電源装置の陰極端子に接続された支柱に、多段状の支持部材としての基板台が配置され、各基板台で被処理体が支持される構造のプラズマＣＶＤ装置が開示されている。また、特許文献２には、電源の負極に接続された支持部材としての支持プレートが上下方向に３段配置され、各段で被処理体が支持される構造のＤＬＣ成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２４９２５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５２１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
表面処理は被処理体ごとに同一の品質となるように実施されることが好ましいが、従来のプラズマ処理装置においては表面処理による品質にばらつきが生じているのが現状である。本発明者らがこの原因について検討したところ、従来のプラズマ処理装置ではプラズマ処理中の処理室内において熱が溜まりやすくなる部分が存在し、これが表面処理品質のばらつきを生じさせていることが判明した。より具体的には、被処理体の支持部材を高さ方向に三分割し、それらを支持部材上部、支持部材中央部および支持部材下部と称した際に、従来のプラズマ処理装置においては支持部材中央部に熱が溜まりやすい傾向にあり、支持部材中央部は支持部材上部や支持部材下部に比べて高温になっていた。これが原因となり、支持部材中央部の被処理体と、支持部材の上部および下部の被処理体との間で表面処理の品質にばらつきが生じていた。
【０００５】
そのような表面処理の品質のばらつきを抑えるためには、プラズマ処理中における処理室内の温度分布差を小さくすることが求められる。しかしながら、プラズマを発生させることで表面処理を行うプラズマ処理では、プラズマ処理中に被処理体やその被処理体を支持する支持部材も通電され自己発熱が起こることから処理室内の温度制御が非常に困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理中の処理室内の温度分布差を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明は、被処理体を収容する処理室内に供給された処理ガスをプラズマ化し、被処理体の表面処理を行うプラズマ処理装置であって、前記被処理体を支持する支持部材と、処理室本体が陽極、前記支持部材が陰極となるように電気的に接続される電源と、前記処理室内の、前記被処理体のプラズマ処理が行われる領域であるプラズマ処理領域の中央部を冷却する冷却装置とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、別の観点による本発明は、プラズマ処理品の製造方法であって、上記プラズマ処理装置を用いて被処理体にプラズマ処理を行い、プラズマ処理品を製造することを特徴としている。
【０００９】
本発明に係るプラズマ処理装置においては、プラズマ処理中に処理室内の熱が溜まりやすい部分を冷却することができる。これにより、処理室内の温度分布を従前より均一なものにすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラズマ処理中の処理室内の温度分布差を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る冷却管の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】図２中のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１中のＡ−Ａ断面図である。なお、図４では冷却管周りの説明の便宜のため、被処理体、支持部材およびヒーター等の図示を省略している。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る冷却管の概略構成を示す図である。
【図６】図５中のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るフィンの形状例を示す図である。
【図８】被処理体が高さ方向に長い場合のプラズマ処理領域を示す図である。
【図９】被処理体が高さ方向に複数配置されている場合のプラズマ処理領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１に示すように第１の実施形態のプラズマ処理装置１は、例えば鋼材などの表面処理を実施する対象となる被処理体Ｐを収容する円筒状の処理室２と、被処理体Ｐを支持する支持部材３と、処理室２の外部に設けられたプラズマ生成用の電源４と、支持部材３が載せられる陰極台５と、支持部材３の中央部を冷却する冷却装置１０を備えている。なお、処理室２の形状は円筒状に限定されることはない。支持部材３の中央部とは支持部材３を高さ方向に均等に三分割し、それらを支持部材３の上部、支持部材３の中央部および支持部材３の下部と称した際の、支持部材３の中央部のことである。支持部材３の中央部は通常、プラズマ処理時に被処理体Ｐの自己発熱などにより、熱が集中し、最も高温となる部分である。なお、支持部材３が複数設けられ、各支持部材が互いに連結されていない状態で高さ方向に並んで配置されるような場合（例えば図１の支持部材３が上下に分割されるような場合）の支持部材の中央部とは、最も下側に位置する支持部材の下端から最も上側に位置する支持部材の上端までを高さ方向に均等に三分割した際の上部、中央部、下部のうちの中央部のことである。
【００１４】
支持部材３は、階層状に被処理体Ｐが載せられる多段式の治具であり、支持部材３の各段は、ＳＳ材やＳＵＳ材等の鋼材等の導電性部材で形成された円板３ａで構成されている。各円板３ａは高さ方向に延びる導電性部材で形成された支柱３ｂに対して固定され、各円板３ａの中央には貫通孔（以下、“中央孔３ｃ”）が形成されている。なお、支持部材３の形状は中央孔３ｃが設けられていれば第１の実施形態で説明したものに限定されず、被処理体Ｐの形状、個数、配置方法等により適宜変更される。また、第１の実施形態においては、陰極台５の中央にも貫通孔５ａが形成されている。
【００１５】
処理室２の上部は開閉可能に構成されており、被処理体Ｐが載せられた支持部材３はクレーン等により処理室２の上方から搬入され、陰極台５に載せられる。陰極台５は電源４の陰極側に接続されている。前述の通り、支持部材３を構成する円板３ａと支柱３ｂは導電性部材で形成されていることから、支持部材３は通電時に陰極となるように電源４に電気的に接続される。一方、処理室２の容器本体（以下、“処理室本体２ａ”）は電源４の陽極側に電気的に接続されるよう構成されており、通電時には処理室本体２ａが陽極となる。なお、第１の実施形態では陰極台５を介して支持部材３が陰極となるように構成されているが、この構成に限定されることはなく、支持部材３が陰極となるように電源に電気的に接続される構成であれば他の構成であっても良い。また、陰極台５の下部は碍子などの絶縁部材６により陽極となる処理室本体２ａと絶縁されている。
【００１６】
陰極台５に載せられた処理室２の側方には、被処理体Ｐの昇温を促進するためのヒーター７が設けられている。ヒーター７は処理室２の内面に沿って円筒状に配置され、ヒーター７は支持部材３の全高に対しヒーター７の全高が高くなるような高さを有している。また、ヒーター７は処理室２の底部内面にも設けられている。なお、ヒーター７は被処理体Ｐの昇温を促進するために設けられたものであり、ヒーター７が設けられていなくても被処理体Ｐは自己加熱によりプラズマ処理温度まで昇温する。処理室２の底部内面のヒーター７は、陰極台５からの固体伝熱や、後述する冷却管１１下部の放熱を軽減するため、本実施形態のように設けられていることが好ましい。
【００１７】
冷却装置１０は、処理室２の底部中央から高さ方向に延び、内部に冷媒が流れる冷却管１１と、冷却管１１内を流れる冷媒を低温冷却する冷媒冷却器１２を備えている。冷却管１１は、支持部材３の中央孔３ｃ（各円板３ａの中央孔３ｃ）の内方を通るように配置され、冷却管１１の一端は円板状の底部プレート１３に接続され、他端（先端）は支持部材３の高さ方向の中央部のやや上方にまで達している。冷却管１１はＳＳ材やＳＵＳ材等の鋼材等の導電性部材で形成されていても良いし、セラミックス等の絶縁性部材で形成されていても良い。
【００１８】
図２に示すように第１の実施形態の冷却管１１は外管１１ａの内部に内管１１ｂが設けられた二重管構造を有している。内管１１ｂの下端には、外管１１ａの下端部側面を貫通するにして図３に示す冷媒供給管１４が接続されており、内管１１ｂに供給された冷媒は図２の矢印のように内管１１ｂの上端開口から外管１１ａに流入するように構成されている。内管１１ｂ下端部のやや上方における外管１１ａの側面には冷媒排出管１５の一端が接続され、冷媒排出管１５は図１のように処理室２内面とヒーター７との間を通るようにして処理室２の外部に向かって延びている。処理室２の外部には例えばチラー等の冷媒冷却器１２が設置されており、冷媒排出管１５の他端はその冷媒冷却器１２に接続されている。冷媒冷却器１２には冷媒供給管１４の一端が接続され、図４のように処理室２の内部に向かって延びる冷媒供給管１４の他端は、前述の通り冷却管１１の内管１１ｂに接続されている。このような配管構成により冷却管１１と冷媒冷却器１２との間で冷媒が循環し、処理室２内の冷却によって昇温した冷媒が冷媒冷却器１２で冷却され、降温した冷媒を再度冷却管１１の内管１１ｂに供給することができる。なお、冷媒としては例えば水や油のような液体や、空気のような気体が用いられる。
【００１９】
冷却管１１の高さは、被処理体Ｐの個数や配置、支持部材３の形状等により適宜変更されるものであって、プラズマ処理中の支持部材３の温度の高い部分を冷却するために必要な高さ位置を設定できれば良い。ただし、支持部材３の最上段に位置するワークは処理室本体２ａまでの距離が近く放熱しやすいため、冷却管１１の高さが高すぎると、場合によっては支持部材３の上部を冷却しすぎる可能性がある。このため、第１の実施形態のように冷却管１１の先端は支持部材３の最上段よりも下方にあることが好ましい。また、図２に示すように冷却管１１の径φは、必要とされる冷却能力に応じて適宜変更されるものであるが、被処理体Ｐと冷却管１１との間の異常放電の発生を抑制するという観点では、冷却管１１の管体の外面（第１の実施形態では外管１１ａの外面）と冷却管１１に最も近い陰極である支持部材３との距離ｄが３０ｍｍ以上離れていることが好ましい。また、被処理体Ｐと冷却管１１との間の異常放電の発生を抑制するという観点では、冷却管１１をセラミックスで形成することが好ましい。
【００２０】
第１の実施形態のプラズマ処理装置１は以上のように構成されている。なお、説明は省略しているが、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理用の処理ガスの供給管や排気管等のプラズマ処理装置１としての必要な構成を有している。窒化処理やＤＬＣ膜形成処理といった表面処理は、このようなプラズマ処理装置１を用いて処理室２内に供給された処理ガスをプラズマ化することで実施される。これにより、鋼材などの被処理体Ｐに窒化処理層が形成されたプラズマ処理品や、被処理体Ｐの表面に鉄窒化化合物層やＤＬＣ膜などが形成されたプラズマ処理品等が製造される。処理ガスとしては例えば、窒化処理では窒素ガスおよび水素ガスが用いられ、ＤＬＣ膜形成処理ではメタンガス、アセチレンガス、プロパンガスおよびブタンガス等の炭化水素ガス、水素ガスおよびアルゴンガスなどが用いられる。
【００２１】
このプラズマ処理装置１においては被処理体Ｐのプラズマ処理中に冷却管１１の内部に冷媒が循環する。これにより、プラズマ処理中に支持部材３の上部や下部に対し温度が高くなる傾向にある支持部材３の中央部を冷却することができる。このとき、第１の実施形態では冷却管１１が処理室２の底部から高さ方向に延びる形状を有しているため、支持部材３の中央部だけでなく、支持部材３の下部も冷却されることになる。しかし、支持部材３の下部よりも支持部材３の中央部の方が冷媒との温度差が大きいため、支持部材３の下部よりも中央部でより熱伝達が起こりやすく、支持部材３の中央部の方が冷却されやすくなる。その結果、支持部材３の中央部と支持部材３の下部との温度差が小さくなり、支持部材３の温度分布がより均一なものとなる。これにより、被処理体Ｐの表面処理品質のばらつきを抑えることができる。
【００２２】
特に第１の実施形態においては冷却管１１が二重管構造となっており、内管１１ｂは処理室２内に露出しない。このため、内管１１ｂを流れる冷媒と処理室２内との間の熱伝達が起こりにくく、支持部材３の中央部に到達する前に冷媒の温度が上昇しにくくなっている。そして、その内管１１ｂを流れる冷媒は内管１１ｂ上端の開口から外管１１ａに流れていくことから、支持部材３の下部よりも中央部の方に温度が低い冷媒が供給され、支持部材３の中央部の方が高い冷却効果が得られる。また、外管１１ａを流れる冷媒は支持部材３の中央部との熱交換により温度が上昇するため、支持部材３の下部付近の外管１１ａを流れる冷媒の温度は支持部材３の中央部付近の外管１１ａを流れる冷媒の温度よりも高くなる。このため、支持部材３の下部と冷媒との温度差が支持部材３の中央部と冷媒との温度差よりも小さくなり、支持部材３の下部よりも支持部材３の中央部の方が冷却されやすくなる。その結果、支持部材３の下部よりも中央部でより冷却効果が高くなり、支持部材３の温度分布をより均一なものとすることができる。したがって、表面処理品質のばらつき抑制効果を高めるといった観点では第１の実施形態のように冷却管１１を二重構造とし、内管１１ｂに冷媒を供給することが好ましい。
【００２３】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態のプラズマ処理装置１は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１に対して冷却管１１の構成が一部異なっており、これにより冷却効果を高めることが可能となる。
【００２４】
図５に示すように第２の実施形態の冷却管１１は、冷却管１１の管体（第２の実施形態では外管１１ａの外面）から側方に突出するフィン１１ｃが設けられている。フィン１１ｃは冷却管１１の管体の高さ方向に延び、管体の高さと略同一の長さを有している。フィン１１ｃはＳＳ材やＳＵＳ材等の導電性部材で形成されている。図６に示すようにフィン１１ｃは外管１１ａの周面に沿って間隔をおいて複数設けられている。図５のように第２の実施形態の冷却管１１の径φは、フィン１１ｃが設けられることによりフィン幅Ｗの分、第１の実施形態の冷却管１１の径φよりも大きくなる。冷却管１１の径φは必要とされる冷却能力に応じて適宜変更されるものであるが、冷却管１１の外面（第２の実施形態ではフィン１１ｃの先端）と冷却管１１に最も近い陰極である支持部材３との距離ｄが３０ｍｍ以上離れていることが好ましい。
【００２５】
第２の実施形態のプラズマ処理装置１は、冷却管１１がフィン１１ｃを備えていることにより、冷却管１１の表面積が大きくなり、処理室２内を冷却する冷却能力が向上する。これにより冷媒との温度差が大きい支持部材３の中央部がより冷却されやすくなり、支持部材３の温度分布差を抑えることができる。
【００２６】
なお、図５に示す例では、フィン１１ｃの長さを冷却管１１の管体の高さと同程度の長さとなるように構成したが、フィン１１ｃの形状はこれに限定されない。例えば図７に示すようにプラズマ処理中に温度が相対的に高くなる部分（第２の実施形態では処理室２内の中央部）にのみフィン１１ｃを設けても良い。これによりプラズマ処理中に温度が高くなる部分を効果的に冷却することが可能となる。また、例えばフィン１１ｃが管体と同程度の長さを有する場合でも支持部材３の中央部に対応する部分だけフィン幅Ｗを大きくしたり、フィン１１ｃの厚さを厚くしたりしても良い。これにより支持部材３の中央部に対応する部分のフィン１１ｃの表面積が増加し、支持部材３の上部や下部に比べて中央部が冷却されやすくなる。また、第２の実施形態では二重管構造の冷却管１１にフィン１１ｃを設けることとしたが、単管構造の冷却管１１にフィン１１ｃを設けても良い。この場合であってもフィン１１ｃを設けない構成の冷却管１１に対しては冷却能力が向上する。また、フィン１１ｃに熱電対を設け、フィン１１ｃの温度を測定し、その温度情報を冷媒冷却器１２にフィードバックし、冷却管１１内に流れる冷媒の温度や量を制御しても良い。
【００２７】
第１〜第２の実施形態の説明は以上の通りであるが、プラズマ処理装置１の構成は第１〜第２の実施形態で説明したものに限定されない。例えば、第１〜第２の実施形態においては冷却管１１の内管１１ｂに冷媒冷却器１２で冷却された冷媒を供給し、外管１１ａから昇温した冷媒を排出することとしたが、外管１１ａに冷却された冷媒を供給し、内管１１ｂから昇温した冷媒を排出するようにしても良い。この場合であっても、外管１１ａを流れる冷媒は、支持部材３の中央部との間で最も温度差が大きいため、支持部材３の中央部は支持部材３の上部や下部に比べて冷却されやすい。
【００２８】
また、冷却管１１は二重管構造でなくても良い。例えば冷却管１１が単管構造であって途中で折り返されるような形状であっても良い。この場合でも冷却管１１を流れる冷媒は支持部材３の中央部との間で最も温度差が大きく、支持部材３の中央部は冷却されやすい状態となる。ただし、冷却管１１が単管で折り返される構造の場合、折り返し前の管体内に流れる冷媒の方が折り返し後の管体内に流れる冷媒よりも温度が低い。このため、折り返し前の管体に近い被処理体Ｐは、折り返し後の管体に近い被処理体Ｐよりも冷却されやすくなり、同一平面内の温度分布のばらつきを抑える効果が小さくなる可能性がある。したがって、支持部材３の温度分布のばらつきを抑えて表面処理品質のばらつきを改善するという観点では冷却管１１は二重管構造であることが好ましい。
【００２９】
また、冷却管１１が単管構造の場合、冷却管１１の下部に冷媒供給管１４が接続され、冷却管１１の上部に冷媒排出管１５が接続されるようにしても良い。また、冷却管１１の下部に冷媒排出管１５が接続され、冷却管１１の上部に冷媒供給管１４が接続されるようにしても良い。また、第１の実施形態では、処理室２の底部から高さ方向に延びるように冷却管１１が設けられているが、処理室２の天井部から下方に延びるように冷却管１１が設けられるようにしても良い。また、冷却管１１は処理室２の底部を貫通するように設けられていても良いし、天井部を貫通するように設けられていても良い。いずれの場合であっても支持部材３の中央部の冷却効果が得られるため、支持部材３の温度分布をより均一なものとすることができる。
【００３０】
また、冷却管１１に冷媒を循環させる機構は、処理室２内で測定された温度情報に基づき支持部材３の中央部が所定温度以上になった場合にだけ作動するようにしても良い。
【００３１】
また、上記実施形態では支持部材３を下から支えるように支持する構成としたが、支持部材３を上から吊るように支持する構成としても良い。例えば処理室２の天井部に絶縁部材からなる支持部材保持具（フック等）を設け、その支持部材保持具により支持部材３の上端部を吊り上げることで支持部材３全体を支持しても良い。この場合も支持部材３が陰極となるように電源４に接続される。このような構成であっても上記実施形態と同様に、プラズマ処理中は支持部材３の上部と下部に比べて支持部材３の中央部で熱が溜まりやすくなるため、支持部材３の中央部を冷却することにより、支持部材３の上部、中央部、下部の温度ばらつきを小さくすることができる。また、上記実施形態では、支持部材３を階層状に被処理体を載せることができる多段式のものとしたが、支持部材３は多段式でなくても良い。例えば支持部材３の下部から支持部材３の上部にまで達するような高さを有する複数の被処理体が支持部材で支持される場合、従来のプラズマ処理装置においては、支持部材３の中央部の温度が支持部材３の上部および支持部材３の下部の温度に対して高いために、高さ方向における被処理体の中央部と、被処理体の上部および被処理体の下部との間で表面処理の品質にばらつきが生じる。一方で、上記実施形態のような冷却管１１を備えるプラズマ処理装置１によれば、そのような被処理体を表面処理する際に支持部材３の中央部を冷却することができる。このため、支持部材３の温度分布が従前より均一なものとなる。これにより高さ方向における被処理体の中央部と、被処理体の上部および被処理体の下部との間の表面処理品質のばらつきを小さくすることができる。
【００３２】
また、上記実施形態においては、冷却装置１０が備える冷却管１１により支持部材３の中央部を冷却することとしたが、冷却装置１０は冷却管１１を用いる構成に限定されず、支持部材３の中央部を冷却することができれば、他の構成であっても良い。
【００３３】
また、プラズマ処理装置１は、被処理体Ｐが図８のように処理室２の高さ方向に長く、その被処理体Ｐの下端部を支持部材３で支持するような構成であっても良い。この構成のプラズマ処理装置１でプラズマ処理を行うと、被処理体Ｐを高さ方向に均等に三分割した際の高さ方向の中央部においては熱が溜まりやすくなるが、冷却管１１が設けられていることにより、その中央部を冷却することができる。すなわち、支持部材３が高さ方向に延びる形状を有していない場合であっても、冷却管１１によりプラズマ処理中に温度が高くなる部分を冷却することができ、処理室２内の温度分布差を抑えることができる。ここで、被処理体Ｐのプラズマ処理が行われる領域を“プラズマ処理領域Ｒ”と定義する。本明細書におけるプラズマ処理領域Ｒは、処理室２内の被処理体Ｐが存在する領域のうちの高さ方向の領域であって、図８に示す例の場合は被処理体Ｐの下端から上端までの領域のことを指す。すなわち、プラズマ処理領域Ｒを高さ方向に均等に三分割し、それらをプラズマ処理領域Ｒの上部、プラズマ処理領域Ｒの中央部およびプラズマ処理領域Ｒの下部と称した際に、プラズマ処理装置１がプラズマ処理領域Ｒの中央部を冷却するように構成されていれば、処理室２内の温度分布差を小さくすることができる。上記の図８に示す例では高さ方向に長い被処理体Ｐの下端部を支持部材３で支持する構成としているが、被処理体Ｐの下端部の支持に代えて被処理体Ｐの上端部を支持するように構成しても良い。
【００３４】
なお、被処理体Ｐが図１のように高さ方向に複数配置される場合、プラズマ処理領域Ｒは、図９のように最も下側に位置する被処理体Ｐの下端から最も上側に位置する被処理体Ｐの上端までの領域のことを指す。この場合もプラズマ処理領域Ｒの上部、プラズマ処理領域Ｒの中央部およびプラズマ処理領域Ｒの下部のうち、プラズマ処理領域Ｒの中央部を冷却できるようプラズマ処理装置１が構成されていれば、処理室２内の温度分布差を小さくすることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しう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。
【実施例】
【００３６】
異なる仕様のプラズマ処理装置を用いて被処理体の一例であるワークのＤＬＣ成膜試験を実施した。
【００３７】
プラズマ処理装置の基本構造は、図１に示すものと同様であり、ワークを収容する処理室と、ワークを支持する多段式の支持部材と、処理室本体が陽極、支持部材が陰極となるように電気的に接続される電源と、処理室の側壁内方および底部内方に設けられたヒーターを備えた構造である。本成膜試験では、比較例として支持部材の中央孔に冷却管が設けられていないプラズマ処理装置を用い、本発明に係る実施例として支持部材の中央孔に冷却管（φ９０ｍｍ）を備えたプラズマ処理装置と、図５のように冷却管と同程度の高さのフィンを有する冷却管（φ６０ｍｍ）を備えたプラズマ処理装置と、フィン幅を長くした冷却管（φ９０ｍｍ）を備えたプラズマ処理装置を用いた。冷却管は、処理室の外部の冷媒冷却器との間で冷媒が循環する構成であり、冷却管の高さは、先端が支持部材を高さ方向に三分割した際の支持部材の中央部よりもやや上方に位置する高さとなっている。なお、支持部材と冷却管はＳＳ４００で形成されている。
【００３８】
本成膜試験では、ワークの実温を測定することでプラズマ処理中における支持部材の上部、中央部、下部の温度ばらつきを評価する。温度を測定するワークは、支持部材上部の同一段にあるワークから選択された４つのワーク、支持部材中央部の同一段にあるワークから選択された４つのワーク、支持部材下部の同一段にあるワークから選択された４つのワークの計１２のワークである。各ワークの水平面内における位置は支持部材の上部、中央部、下部で同一であり、各ワークに熱電対を埋め込み、そこで測定される温度をワーク温度とした。プラズマ処理中のヒーターの設定温度は４６０℃とする。このような条件でプラズマ処理を実施し、計１２点のワークの平均温度、各ワーク温度のうちの最低温度、各ワーク温度のうちの最高温度、最高温度と最低温度の差である温度ばらつきＲ、冷却管の放熱能力を測定した。冷却管の放熱能力は、冷却管に供給される冷媒温度と冷却管から排出される冷媒温度の差と、冷媒の流速等に基づいて算出した。これらの測定結果を下記表１に示す。
【００３９】
【表１】
2018197386.tif 000003
【００４０】
表１に示されるようにプラズマ処理装置に冷却管を設けた方がワークの最大温度が低下する。冷却管を設けた場合にはワークの最低温度も低下するものの、温度ばらつきＲについては冷却管を設けない場合に比べて小さくなる。したがって、プラズマ処理装置に冷却管を設けることにより、処理室内の温度分布をより均一なものとすることができる。
【００４１】
また、実施例１と実施例２の結果によれば、冷却管の径は小さくてもフィンを設けることで放熱能力が向上することがわかる。実施例２では実施例１よりも温度ばらつきＲがやや大きくなるものの、実施例３のようにフィン付冷却管の径を実施例１と同等にすれば、実施例１の温度ばらつきＲがさらに小さくなった。この結果は、本成膜試験で用いたプラズマ処理装置の構造の場合にはφ９０のフィン付冷却管の方が温度ばらつきを小さくする観点で適した形状であったことを示している。すなわち、冷却管のフィンを設け、プラズマ処理装置の構造に応じて冷却管の径等を適宜設定することで温度ばらつきを小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、被処理体のプラズマ処理に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１      プラズマ処理装置
２      処理室
２ａ    処理室本体
３      支持部材
３ａ    円板
３ｂ    支柱
３ｃ    中央孔
４      電源
５      陰極台
５ａ    陰極台の貫通孔
６      絶縁部材
７      ヒーター
１０    冷却装置
１１    冷却管
１１ａ  外管
１１ｂ  内管
１１ｃ  フィン
１２    冷媒冷却器
１３    底部プレート
１４    冷媒供給管
１５    冷媒排出管
ｄ      冷却管の管体外面と冷却管に最も近い被処理体との距離
Ｐ      被処理体
Ｒ      プラズマ処理領域
Ｗ      フィン幅
φ      冷却管の径
【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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