(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で形成された放電管の内部に反応性ガスを導入し、前記放電管の内部の前記反応性ガスに導波管を介してマイクロ波を照射してプラズマを発生させるようにしたプラズマ処理装置において、
前記放電管の熱を液状誘電体に伝達して除去するようにした放電管冷却手段を備えてなり、この放電管冷却手段における前記液状誘電体の流路は、前記導波管位置を避けて配置されており、
前記放電管冷却手段は、前記液状誘電体を前記放電管の外側表面に直接接触させ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２】
前記放電管冷却手段は、前記放電管の周囲に液密に填め込まれた筒状部材を備え、前記筒状部材の内側には、前記放電管の外側表面と前記筒状部材の内側表面との間に前記液状誘電体の流路を形成するための所定の凹部が形成さ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】
前記液状誘電体はフッ素系熱媒体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記放電管の内部の放電室から分離して形成された処理室を備え、被処理物を載置するための載置台を前記処理室の内部に設け、前記載置台に直流電圧又は高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【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に係わり、特に、マイクロ波によって放電室の内部でプラズマを発生させるようにしたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用シリコンウエハや液晶ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物を減圧雰囲気下において処理するための装置として、マイクロ波プラズマを利用して被処理物の処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置がある。
【０００３】
このマイクロ波プラズマ処理装置の一つに、処理室から分離して配置された放電室を備え、この放電室においてマイクロ波プラズマを生成するようにした放電分離型ケミカルドライエッチング装置（以下、「ＣＤＥ装置」と言う。）がある。
【０００４】
図３はＣＤＥ装置の概略を示した概略構成図であり、図３に示したように従来のＣＤＥ装置は、処理室２を内部に形成する真空容器１を備えており、この真空容器１の内部には被処理物３を載置するための載置台４が設けられている。
【０００５】
また、真空容器１にはガス導入管５の一端が接続されており、このガス導入管５の他端には、誘電体で形成された放電管６の一端が接続されている。この放電管６の他端側には反応性ガスを放電管６の内部に導入するためのガス導入口７が設けられており、さらに、放電管６には、放電管６の内部にマイクロ波を供給するためのマイクロ波導波管８が接続されている。
【０００６】
ここで、放電管６を形成するための誘電体としては、石英、アルミナ等を使用することができる。
【０００７】
そして、ガス導入口７から供給された反応性ガスは、導波管８を介して放電管６の内部に供給されたマイクロ波の照射を受けてプラズマ化され、これによって反応性ガス中に活性種が生成される。この活性種はガス導入管５を介して真空容器１内の処理室２に輸送され、載置台４の上に載置された被処理物３の表面に供給され、これによって被処理物３の表面処理が行われる。
【０００８】
ところで、放電管６の内部にプラズマが発生すると、プラズマからの熱によって放電管６が加熱される。また、誘電体で形成された放電管６はプラズマによってエッチングされるが、このときのエッチング速度は放電管６の温度に依存し、放電管６の温度が高いほどエッチング速度が大きくなる。
【０００９】
そこで、従来のマイクロ波プラズマ処理装置においては、放電管のエッチング速度を小さくして放電管のエッチングを抑制するために放電管を冷却している。
【００１０】
図４は、従来のマイクロ波プラズマ処理装置における放電管の冷却方法の一例を説明するために、放電管６の周辺を、一部を切り欠いて示した斜視図である。図４に示したように、内部に水路１１を有する金属部材１２によって放電管６の周囲を覆い、この金属部材１２の水路１１に冷却水１３を流すことによって金属部材１２を水冷し、ひいては放電管６を間接的に冷却する。
【００１１】
さらに、水冷した金属部材１２と放電管６との間に、熱伝導を向上させるためにシリコーンゴム等の誘電体シート（図示せず）を挿入する場合もある。
【００１２】
また、放電管の冷却方法の他の例としては、放電管の外側表面に窒素（Ｎ2）等の安定なガスを噴射して放電管を直接冷却する方法がある。
【００１３】
なお、従来のマイクロ波プラズマ処理装置は、被処理物表面の薄膜のエッチングや、被処理物表面のレジストのアッシング等に使用されるものであり、例えばエッチングを行う場合には反応性ガスとして酸素（Ｏ2）ガス、或いは酸素にＣＦ4、ＮＦ3等のフッ素系ガスを添加したガスが使用される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の放電管の冷却方法は、水を使った間接冷却、或いは気体による直接冷却であるため、いずれの冷却方法においても放電管の十分な冷却効果は得られなかった。
【００１５】
なお、水はマイクロ波を吸収しやすい性質を有するために、冷却水を放電管に直接接触させるとマイクロ波の一部が冷却水に吸収され、投入電力に対する効率が著しく悪くなってしまう。このため、冷却水を放電管に直接接触させて冷却効率を高めるようにすることはできなかった。
【００１６】
このように従来のプラズマ処理装置においては放電管の冷却効果が不十分であったため、放電管がエッチングされるとそこから不純物が発生し、この不純物は被処理物の表面まで運ばれて堆積してしまうという問題があり、また、途中のガス導入管等の内面に堆積し活性種が被処理物のエッチング速度等の特性に影響するという問題があった。
【００１７】
また、エッチングによって放電管の肉厚が薄くなることで放電特性が変化し、最終的には、真空状態の放電管内部と大気圧の放電管外部との圧力差から生じる応力によって放電管の破壊が起こってしまうという問題があった
そこで、従来においては、上述した問題を回避するために放電管を定期的に交換する必要があり、このために放電管の寿命が極めて短かった。
【００１８】
また、放電管を水によって冷却する場合、水がマイクロ波を吸収しやすい性質を有することから、間接冷却としてもなお投入電力に対する効率が悪くなり、また、マイクロ波の吸収で冷却水の温度上昇が起こり冷却能力が悪くなるという問題があった。
【００１９】
さらに、水による間接冷却の場合には水路内部の腐食が起きやすいという問題があった。
【００２０】
本発明は上述した種々の問題点に鑑みてなされたものであって、放電管のエッチングを抑制し得るプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラズマ処理装置は、誘電体で形成された放電管の内部に反応性ガスを導入し、前記放電管の内部の前記反応性ガスに導波管を介してマイクロ波を照射してプラズマを発生させるようにしたプラズマ処理装置において、前記放電管の熱を液状誘電体に伝達して除去するようにした放電管冷却手段を備えていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によるプラズマ処理装置は、前記放電管冷却手段は、前記液状誘電体を前記放電管の外側表面に直接接触させるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
本発明によるプラズマ処理装置は、前記放電管冷却手段は、前記放電管の周囲に液密に填め込まれた筒状部材を備え、前記筒状部材の内側には、前記放電管の外側表面と前記筒状部材の内側表面との間に前記液状誘電体の流路を形成するための所定の凹部が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明によるプラズマ処理装置は、前記液状誘電体はフッ素系熱媒体であることを特徴とする。
【００２５】
本発明によるプラズマ処理装置は、前記放電管から分離して形成された処理室を備え、被処理物を載置するための載置台を前記処理室の内部に設け、前記載置台に直流電圧又は高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置について図１及び図２を参照して説明する。なお、本実施形態によるプラズマ処理装置は、放電分離型ケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）であり、図３に示した従来のＣＤＥ装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００２７】
図１は本実施形態によるプラズマ処理装置の概略を示した概略構成図であり、図１に示したようにこのプラズマ処理装置は、処理室２を内部に形成する真空容器１を備えており、この真空容器１の内部には被処理物３を載置するための載置台４が設けられている。
【００２８】
ここで、被処理物３は、半導体製造用のシリコンウエハ、液晶表示用のガラス基板等である。
【００２９】
また、真空容器１にはガス導入管５の一端が接続されており、このガス導入管５の他端には、誘電体で形成された放電管６の一端が接続されている。放電管６の内部には放電室１０が形成されている。このように真空容器１内部の処理室２は、放電管６内部の放電室１０から分離して形成されている。
【００３０】
放電管６の他端側には反応性ガスを放電管６の内部に導入するためのガス導入口７が設けられており、さらに、放電管６には、マイクロ波を放電管６の内部に供給するための導波管８が接続されている。
【００３１】
放電管６は方形波導波管８の側面に対し放電管６を平行に配置し、放電管６の接する面に開口部を設けている。ここで、放電管６を形成するための誘電体としては、石英、アルミナ等を使用することができる。
【００３２】
真空容器１の底部には排気口９が形成されており、この排気口９を介して真空容器１の内部を真空ポンプ（図示せず）によって真空排気することができる。
【００３３】
また、処理室２内の載置台４に、直流電源（図示せず）又は高周波電源（図示せず）によって直流電圧又は高周波電圧を印加するようにすることもできる。
【００３４】
そして、ガス導入口７から供給された反応性ガスは、導波管８を介して放電管６の内部に供給されたマイクロ波の照射を受けてプラズマ化され、これによって反応性ガス中に活性種が生成される。この活性種はガス導入管５を介して真空容器１内の処理室２に輸送され、載置台４の上に載置された被処理物３の表面に供給され、これによって被処理物３の表面処理が行われる。
【００３５】
さらに、本実施形態によるプラズマ処理装置は、図１において符号２０で示した放電管冷却手段を備えており、この放電管冷却手段２０は、冷却媒体である液状誘電体２１に放電管６の熱を伝達して除去するようにしたものである。
【００３６】
ここで、液状誘電体２１には、フッ素系熱媒体等を使用することができ、より具体的にはフロリナート、ガルデン等を使用することができる。
【００３７】
図２は、本実施形態によるプラズマ処理装置の要部である放電管冷却手段２０の周辺を、一部を切り欠いて示した斜視図である。放電管冷却手段２０は放電管６の周囲に填め込まれた筒状部材２２を備えており、この筒状部材２２の内径は放電管６の外径に略等しく、筒状部材２２と放電管６との間は液密性が保たれている。
【００３８】
なお、この液密性を確保するために適当なパッキン手段（図示せず）を筒状部材２２と放電管６との間に介在させることができる。
【００３９】
また、筒状部材２２は金属材料で形成することができる。
【００４０】
筒状部材２２の内側には、放電管６の外側表面と筒状部材２２の内側表面との間に液状誘電体２１の流路２３を形成するための所定の凹部２４が形成されており、この凹部２４は筒状部材２２の内側に円環状（アニュラス状）に形成されている。
【００４１】
さらに、円環状の凹部２４の一方の端部には、筒状部材２２の外側表面から流路２３まで貫通するようにして形成された導入流路２５が連通されている。また、円環状の凹部２４の他方の端部には、同じく筒状部材２２の外側表面から流路２３まで貫通するようにして形成された排出流路２６が連通されている。
【００４２】
そして、放電管冷却手段２０は、マイクロ波を照射してプラズマが発生する部分に液状誘電体２１を直接放電管６に接するように循環させ、これによって放電管６を直接冷却する。
【００４３】
ここで、恒温槽（図示せず）で液状誘電体２１を循環させることによって、放電管６を任意の温度に制御することができる。
【００４４】
このように本実施形態によるプラズマ処理装置においては、放電管６を冷却するための冷却媒体を液状誘電体２１とすることで、マイクロ波の吸収が無くなり放電管６を冷却媒体、つまり液状誘電体２１で直接冷やすことが可能になる。
【００４５】
以上述べたように本実施形態によるプラズマ処理装置によれば、液状誘電体２１によって放電管６を直接冷却することができるので、従来のような放電部周辺の金属部を水冷し放電管を冷却する間接冷却や気体による直接冷却と比べて放電管６の冷却効率が大幅に向上し、放電管６の温度上昇が抑えられ、ひいては放電管６のエッチング速度が低減される。
【００４６】
したがって、放電管６を交換する周期、つまり放電管６の寿命が長くなると共に、放電管６から発生する不純物の量が大幅に減少する。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によるプラズマ処理装置によれば、液状誘電体によって放電管を直接冷却することができるので、従来に比して放電管の冷却効率が大幅に向上し、放電管の温度上昇が抑えられ、ひいては放電管のエッチング速度が低減される。このため、放電管を交換する周期、つまり放電管の寿命が長くなると共に、放電管から発生する不純物の量が大幅に減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の概略を示した概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の要部について一部を切り欠いて示した斜視図。
【図３】従来のプラズマ処理装置の概略を示した概略構成図。
【図４】従来のプラズマ処理装置の放電管の周囲について一部を切り欠いて示した斜視図。
【符号の説明】
１  真空容器
２  処理室
３  被処理物
４  載置台
５  ガス導入管
６  放電管
７  ガス導入口
８  導波管
９  排気口
１０  放電室
２０  放電管冷却手段
２１  液状誘電体
２２  筒状部材
２３  流路
２４  凹部
２５  導入流路
２６  排出流路
【図１】
0003930625.tif 000002
【図２】
0003930625.tif 000003
【図３】
0003930625.tif 000004
【図４】
0003930625.tif 000005