(57)【要約】【課題】放電管と冷却水ジャケットとの間にシリコンラバーなどの弾性材を挟む場合に、放電管の冷却性を向上させ、装置の耐久性と稼働率を向上させる。【解決手段】放電管（２２）内を通る反応ガスを放電管（２２）の外側から加えるマイクロ波によって励起して真空容器（１０）に導くプラズマ処理装置において、放電管（１０）の外周面を所定間隙あけて囲む冷却水ジャケット（４６）と、間隙に装填された短冊状の耐熱性弾性材（５６）と、一端が放電管（１０）の外周面と耐熱性弾性材（５６）との間に挟まれ他端が冷却水ジャケット（４６）の内周面と耐熱性弾性材（５６）との間に挟まれた耐熱性かつ良熱伝導性のシート（５８）と、を備える。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管内を通る反応ガスを前記放電管の外側から加えるマイクロ波によって励起して真空容器に導くプラズマ処理装置において、
前記放電管の外周面を所定間隙あけて囲む冷却水ジャケットと、前記間隙に装填された短冊状の耐熱性弾性材と、一端が前記放電管の外周面と前記耐熱性弾性材との間に挟まれ他端が前記冷却水ジャケットの内周面と前記耐熱性弾性材との間に挟まれた耐熱性かつ良熱伝導性のシートと、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
耐熱性弾性材は放電管の長手方向に長い短冊状であり、同一の耐熱性かつ良熱伝導性のシートの両端は放電管の周方向に隣接する異なる耐熱性弾性材の内周面および外周面にそれぞれ密着している請求項１のプラズマ処理装置。
【請求項３】
耐熱性弾性材は、シリコンラバーである請求項１または２のプラズマ処理装置。
【請求項４】
耐熱性かつ良熱伝導性のシートは、カーボングラファイトシートである請求項１〜３のいずれかのプラズマ処理装置。
【請求項５】
プラズマ処理装置がケミカルドライエッチング装置である請求項１〜４のいずれかのプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、放電管内を通る反応ガスをこの放電管の外側からマイクロ波で励起することにより生成したプラズマガスを真空容器に導き、真空容器内に置いた被処理物にエッチングなどの処理を施すプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空容器内でプラズマガスによりエッチング、アッシング（灰化）、薄膜形成などの処理を行うプラズマ処理装置が公知である。特にケミカルドライエッチング装置では、真空容器の外に設けたプラズマ生成部で反応ガスをプラズマ化し、このプラズマガスを真空容器に導くようにした放電分離型のものが広く用いられている。
【０００３】
この放電分離型の装置は、反応ガスを放電管に通し、この放電管の外からマイクロ波により反応ガスを励起するものである。この場合、放電管は極めて高温になるから、放電管を外側から冷却することが必要である。
【０００４】
放電管を冷却するために、従来より放電管の外周を間隙を介して冷却水ジャケットで囲み、この冷却水ジャケットと放電管の間隙にＮ２（窒素）などの冷却用ガスを流すようにしたものがある。ここに冷却水ジャケットには冷却液（水）が循環されている。このように冷却用ガス（Ｎ２）を流すものでは、放電管と冷却水ジャケットとの間に冷却ガスを流すための空隙があるため、開放型と呼ばれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この開放型のものでは、空隙を介してマイクロ波が周囲に漏れることになると共に、熱伝達が気体との間で行われるため、冷却効率が悪いという問題がある。
【０００６】
そこでこの間隙を設けずに放電管の外周面に冷却水ジャケットを密着させることが考えられる（非開放型、密着型）。しかしこのように両者を密着させることは、放電管が高温になりその熱膨張などを考慮すると、構造上極めて困難になる。
【０００７】
そこで従来は放電管の外周面と冷却水ジャケットの内周面との間に弾力性に優れるシリコンラバーを装填していた。しかし放電管の表面温度は３００℃を超えるため弾力性の良いシリコンラバーのシートでは耐熱性が不足する。そこでこのシリコンラバーと放電管との間にアルミニウム箔（アルミ箔）等を挟むことも行われている。
【０００８】
図５はこの従来の構造を示すための放電管の断面図である。この図５で符号１は放電管であり、石英、アルミナ、サファイヤなどで作られた円筒である。２はこの放電管２の外周に密着するアルミ箔、３は冷却水ジャケットである。冷却水ジャケット３は、円筒状の内壁３ａと外壁３ｂとの間に冷却水通路３ｃを形成したものであり、その内径すなわち内壁３ａの内径はアルミ箔２の外径よりも大きい。これら冷却水ジャケット３の内周面とアルミ箔２の外周面との間に形成される間隙には、シリコンラバー４が挟まれている。
【０００９】
このような構造のものでは、耐熱性に優れるシリコンラバー４を挟んでいるが、このシリコンラバー４の熱伝導性は小さいため、放電管の冷却性が悪くなる。このため放電管の温度が上昇し、シリコンラバー４や放電管１などの寿命も短くなる。この結果装置の稼働率が下がり、生産性も低下するという問題が生じる。
【００１０】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、放電管と冷却水ジャケットとの間にシリコンラバーなどの弾性材を挟む場合に、放電管の冷却性を向上させ、装置の耐久性と稼働率を向上させることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【発明の構成】
この発明によればこの目的は、放電管内を通る反応ガスを前記放電管の外側から加えるマイクロ波によって励起して真空容器に導くプラズマ処理装置において、前記放電管の外周面を所定間隙あけて囲む冷却水ジャケットと、前記間隙に装填された短冊状の耐熱性弾性材と、一端が前記放電管の外周面と前記耐熱性弾性材との間に挟まれ他端が前記冷却水ジャケットの内周面と前記耐熱性弾性材との間に挟まれた耐熱性かつ良熱伝導性のシートと、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置、により達成される。
【００１２】
耐熱性弾性材は放電管の長手方向に長い短冊状であり、同じ耐熱性かつ良熱伝導性のシートの両端を放電管の周方向に隣接する異なる耐熱性弾性材の内周面および外周面に密着させる構造とすることができる。この場合には、シートは隣接する弾性材の間を半径方向に通りその両端を互いに逆周方向に折曲して略クランク状にすることになる。シートはコ字状に折曲して、１つの弾性材の内周面と外周面とに密着させるようにしてもよい。
【００１３】
耐熱性弾性材はシリコンラバーとすることができる。シートはカーボングラファイトシートとすることができる。この装置はドライエッチング装置に適する。
【００１４】
【実施態様】
図１は本発明に係る装置の一実施態様を示す概念図、図２は放電管の断面図、図３はその一部の拡大展開図、図４は放電管冷却装置の分解斜視図である。
【００１５】
図１において符号１０は真空容器である。この真空容器１０は垂直においた円筒形であり、その上下両端が塞がれている。この真空容器１０内にはヒータ付きの保持台１２が昇降可能に設けられ、その上面には被処理物としてのウェハ１４が保持されている。
【００１６】
真空容器１０の底には、圧力制御器（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などのドライポンプ１８が接続されている。圧力制御器１６は、真空容器１０の内圧を検出する真空計（図示せず）の出力に基づいて、真空容器１０の内圧を所定圧に制御する。
【００１７】
２０はプラズマ生成部であり、マイクロ波により反応ガスを励起し、プラズマ化して真空容器１０に導く。プラズマ生成部２０は、石英やアルミナやサファイヤなどで作られた放電管２２と、この放電管２２にその中央付近で交叉する導波管２４と、この導波管２４の一端からマイクロ波を供給するマイクロ波電源２６と、放電管２２の冷却装置３０とを持つ。
【００１８】
放電管２２の一端には反応ガス供給部３２から反応ガスが供給される。放電管２２の他端はガス導入管３４によって真空容器１０に接続されている。ここにガス導入管３４はプラズマガスによる腐蝕に耐える材料、例えば石英、ステンレス鋼、セラミックス、一部のフッ素ベース材料などのチューブで作られている。
【００１９】
マイクロ波電源２６が供給する所定周波数（例えば２．７５ＧＨＺ）のマイクロ波は、導波管２４を通り、放電管２２を透過して放電管２２内を流れる反応ガスを励起する。
【００２０】
反応ガス供給部３２は、反応ガスを供給する。例えば、ＣＦ４，ＮＦ３，Ａｒ，Ｏ２のガスが流量制御弁（Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＭＦＣ）３６を介し、放電管２２の一端に取付けた端板３８を通して放電管２２内に供給可能である。ガスの供給量はコントローラ４０によって制御される。
【００２１】
このコントローラ４０はまた、ＡＰＣ１６により真空容器１０の内部の真空度を制御したり、マイクロ波電源２６やドライポンプ１８などを制御する。すなわちこの制御はその全体の動作がコントローラ４０により制御されるものである。
【００２２】
ガス導入管３４は、真空容器１０内の上部にプラズマガスを導入する。真空容器１０内には、このガス導入管３４のプラズマガス導入口よりも下方でウェハ１４の上方を覆う整流板４２が取付けられている。この整流板４２は多数のノズル孔４４が形成された円板であり、ウェハ１４から離して真空容器１０の内壁に固定されている。
【００２３】
整流板４２は、ウェハ１４の表面に導かれるプラズマガスの流動を整流し、プラズマガスがウェハ１４に均一に当たるようにするものである。プラズマガスの流動はガス流量などの処理条件の変化によって変わるから、処理条件によって最適なノズル孔４４の数や配置も変えるのが望ましい。
【００２４】
次に放電管２２の冷却装置３０を説明する。図２、３において４６は冷却水ジャケットであり、内筒形の内壁４８および外壁５０と、これらの間に形成される冷却水流路５２とを持つ。この冷却水ジャケット４６は、図４に示すように上下割りの半体４６Ａ、４６Ｂで構成される。半体４６Ａ、４６Ｂにはスリット５４があけられている。これらのスリット５４は導波管２４内に開口し、マイクロ波はこれらのスリット５４から放電管２２内に入り、反応ガスを励起するものである。
【００２５】
内壁４８の内径は放電管２２の外径よりも大きく、両者の間に間隙が形成される。この間隙には、放電管２２の長手方向に長い短冊状のシリコンラバー５６と、カーボングラファイトシート（以下単にシートともいう）５８とを組合せた充填材６０が充填されている。
【００２６】
すなわち充填材６０のシート５８は、図３に示すように、シリコンラバー５６の内周面（放電管２２側の面）と、このシリコンラバー５６に隣接する他のシリコンラバー５６の外周面（冷却水ジャケット４６側の面）とに密着するようにクランク状に折曲している。
【００２７】
この冷却装置３０を組み立てる際には、図４に示すように、ジャケット４６の半体４６Ａ、４６Ｂを分割し、これらの内面にシリコンラバー５６とシート５８とを交互に重ねるように組付けた後、これを放電管２２の外周に密着させて固定する。なおマイクロ波が通る半体４６Ａ、４６Ｂのスリット５４の部分は充填材６０を除去しておく。
【００２８】
この結果放電管２２とジャケット４６の内壁４８との間に充填材６０が挟まれ、この時シリコンラバー５６の弾性により、シート５８の一端がラバー５６と放電管２２の間に挟圧され、シート５８の他端がラバー５６と内壁４８との間に挟圧される。シート５８はカーボングラファイト製なので、耐熱性に優れると共に、熱伝導性が良い。
【００２９】
このため放電管２２の熱は、その外周に密着するシート５８の一端から、このシート５８を介して内壁４８に密着するシート５８の他端へ速やかに伝わる。従って放電管２２の熱は、シート５８を通してジャケット４６に伝わり、ジャケット４６の冷却水流路５２内を流れる冷却水（冷却液）に伝わるものである。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は以上のように、放電管と冷却水ジャケットとの間隙に短冊状の耐熱性弾性材を装填し、この弾性材と放電管との間に、耐熱性かつ良熱伝導性のシートの一端を挟み、このシートの他端を弾性材と冷却水ジャケットの内周面との間に挟んだものであるから、放電管の熱はこのシートを通して冷却水ジャケットに効率良く伝えられる。従って放電管の冷却性が向上し、装置の耐久性とその稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す図
【図２】その放電管の断面図
【図３】放電管断面の一部拡大展開図
【図４】放電管冷却装置の分解斜視図
【図５】従来装置の放電管の断面図
【符号の説明】
１０　真空容器
１４　ウェハ（被処理物）
２０　プラズマ生成部
２２　放電管
２４　導波管
２６　マイクロ波電源
３０　冷却装置
４６　冷却水ジャケット
５６　シリコンラバー（耐熱性弾性材）
５８　カーボングラファイトシート
【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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