(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が開口され、プラズマを生成するプラズマ生成室と、このプラズマ生成室に形成された被処理部材が配置される処理室を有する反応容器と、
前記プラズマ生成室内に処理ガスを供給するガス供給管と、
前記反応容器の開口部を封止する誘電体窓と、
前記反応容器上に前記誘電体窓に対して所望の隙間をあけて配置されたマイクロ波導入口を有する天板と、
前記天板の前記マイクロ波導入口上に配置された導波管と、
前記導波管から離間し、前記天板上の外周側に設けられ、前記隙間に冷却用ガスを導入するガス導入部と、
前記導波管に設けられていて、前記誘電体窓の中心に対して上方、かつ、前記マイクロ波導入口に対向する位置に在るガス排出部とを具備し、
前記冷却用ガスは、前記ガス導入部から前記隙間、前記マイクロ波導入口及び前記導波管を順次通過し、前記ガス排出部から排出されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入部は、前記誘電体窓外周側に位置するよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス導入部は、前記導波管を狭むよう前記天板に複数設けられていることを特徴とる請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記隙間は、この隙間に設けられ前記冷却用ガスを通過させるガス流路を具備し、
前記ガス流路は、前記誘電体窓と前記天板との隙間に仕切部材を配置することで帯状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス導入部は、前記誘電体窓の径方向外周側に冷却用ガスを導入できる位置に複数設け、かつ前記ガス導入部と連通する前記ガス流路を前記誘電体窓の径方向外周から中心部に向けて渦巻状に配置したことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記帯状のガス流路の途中に減圧部又は冷却ガスの圧力を温度により制御する温度制御部のどちらか一方を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記天板は、前記天板を冷却する冷却用液体をこの天板内部に流通させる冷却用液体流通手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記マイクロ波導入口は、前記導波管の内壁側近傍位置に一対のスリット状に形成され、
前記天板内部に設けられ、かつ前記一対のマイクロ波導入口間に位置するよう設けられた空間部と、
一端が前記空間部に連通し、他端から冷却用ガスが供給される冷却用ガス供給路と、
前記空間部と前記隙間、又は、前記空間部と前記ガス流路とを連通させるガス導入孔と、
を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載のプラズマ装置。
【請求項９】
前記ガス導入孔は前記天板の中央付近において他の部分よりも密に形成されていることを特徴とする請求項８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、半導体装置や液晶基板等の製造におけるエッチングやアッシングに用いられるマイクロ波励起プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置としては、図１９に示す構造のものが知られている。反応容器１は、上面が開口され、かつ水平方向に配置したメッシュ状パンチドメタルからなる拡散板２により例えば円筒形のプラズマ生成室３と処理室４とに上下に区画されている。ガス供給管５は、反応容器１上部のプラズマ生成室３の側壁に形成されている。回転軸６が下面に取り付けられたウェハホルダ７は、処理室４内に回転自在に配置されている。排気管８は、処理室４が形成された反応容器１底部に取り付けられ、かつ排気管８の他端には真空ポンプのような排気系（図示せず）が連結されている。
【０００３】
例えば石英ガラスからなる円板状の誘電体窓９は、反応容器１の開口部１０周辺にその上面が反応容器１の最上部と面一になるように配置されている。マイクロ波が導入される矩形状の導波管１１は、誘電体窓９を含む反応容器１の上壁部に配置され、かつ誘電体窓９に対向する底板部分にはマイクロ波導入口１２が開口されている。
【０００４】
上述した従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置によりウェハ上のレジストパターンを除去（アッシング）する方法を説明する。まず、反応容器１の処理室４内のホルダ７上にレジストパターンが表面に形成されたウェハ１３を設置し、図示しない真空ポンプを作動して反応容器１内のガスを排気管８を通して排気する。一方では、処理ガス例えば酸素ガスをガス供給管５を通して反応容器１上部のプラズマ生成室３に供給する。反応容器１内が所定の圧力になった時点でマイクロ波１４を導波管１１内に導入することによって、反応容器１のプラズマ生成室３にプラズマ１５が発生する。発生したプラズマ１５は、拡散板２の開口を通して処理室４に導入され、プラズマ中の活性な酸素原子が処理室４内のホルダ７上に設置されたウェハ１３表面のレジストパターンと反応することにより剥離する、いわゆるアッシングがなされる。
【０００５】
従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置では、誘電体窓９の熱は自然冷却により放熱されている。しかしながら、導波管１１に導入されるマイクロ波１４のパワーが強くなると、プラズマ生成室３で発生したプラズマ１５からの熱により誘電体窓９の温度が４００℃位まで上昇するため、誘電体窓９が熱破壊を起こす恐れがあった。
【０００６】
特開昭６３−１３０７８４号公報には、前述した誘電体窓の熱破壊を防止するために図２０に示すように矩形状の導波管１１の上部に空気供給管１６を設けた構造のマイクロ波励起プラズマ処理装置が開示されている。このようなプラズマ処理装置において、空気を供給管１６を通して導波管１１から誘電体窓９に吹き付けることにより、プラズマ１５の発生に伴って加熱された前記誘電体窓９が強制的に冷却できる。しかしながら、図２０に示す構造のマイクロ波励起プラズマ処理装置において誘電体窓９の熱破壊を防止するためには莫大な量の空気を供給管１６を通して誘電体窓９に吹き付ける必要がある。例えば直径２４０ｍｍの誘電体窓９を有するマイクロ波処理装置において、導波管１１に１ｋＷのマイクロ波を導入してプラズマ生成室３にプラズマ１５を発生させた場合、誘電体窓９の熱破壊を防止するためには空気を供給管１６から２００Ｎｌ／ｍｉｎ以上の流量で誘電体窓９に吹き付ける必要があり、実用性に乏しいという問題があった。また、導波管１１内への多大な空気の供給により、導波管１１に導入されるマイクロ波１４によるプラズマ発生の効率も低下する問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高速プロセスを行うために大パワーのマイクロ波を投入しても少量の冷却用ガスの供給により誘電体窓の熱破壊を防止することが可能なマイクロ波励起プラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上面が開口され、プラズマを生成するプラズマ生成室と、このプラズマ生成室に形成された被処理部材が配置される処理室を有する反応容器と、前記プラズマ生成室内に処理ガスを供給するガス供給管と、前記反応容器の開口部を封止する誘電体窓と、前記反応容器上に前記誘電体窓に対して所望の隙間をあけて配置されたマイクロ波導入口を有する天板と、前記天板の前記マイクロ波導入口上に配置された導波管と、前記導波管から離間し、前記天板上の外周側に設けられ、前記隙間に冷却用ガスを導入するガス導入部と、前記導波管に設けられていて、前記誘電体窓の中心に対して上方、かつ、前記マイクロ波導入口に対向する位置に在るガス排出部とを具備し、前記冷却用ガスは、前記ガス導入部から前記隙間、前記マイクロ波導入口及び前記導波管を順次通過し、前記ガス排出部から排出されることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記ガス導入部は、前記誘電体窓外周側に配置されるよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置である。
請求項３記載の発明は、前記ガス導入部は、前記導波管を狭むよう前記天板に複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置である。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記隙間は、この隙間に設けられ前記冷却用ガスを通過させるガス流路を具備し、前記ガス流路は、前記誘電体窓と前記天板との隙間に仕切部材を配置することで帯状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置である。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記ガス導入部は、前記誘電体窓の径方向外周側に冷却用ガスを導入できる位置に複数設け、かつ前記ガス導入部と連通する前記ガス流路を前記誘電体窓の径方向外周から中心部に向けて渦巻状に配置したことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置である。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記帯状のガス流路の途中に減圧部又は冷却ガスの圧力を温度により制御する温度制御部のどちらか一方を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマ処理装置である。
【００１４】
請求項７記載の発明は、前記天板は、前記天板を冷却する冷却用液体をこの天板内部に流通させる冷却用液体流通手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のプラズマ処理装置である。
【００１５】
請求項８記載の発明は、前記マイクロ波導入口は、前記導波管の内壁側近傍位置に一対のスリット状に形成され、前記天板内部に設けられ、かつ前記一対のマイクロ波導入口間に位置するよう設けられた空間部と、一端が前記空間部に連通し、他端から冷却用ガスが供給される冷却用ガス供給路と、前記空間部と前記隙間、又は、前記空間部と前記ガス流路とを連通させるガス導入孔と、を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載のプラズマ装置である。
請求項９記載の発明は、前記ガス導入孔は前記天板の中央付近において他の部分よりも密に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置である。
【００１６】
前記誘電体窓の材料であるマイクロ波透過性セラミックとしては、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウム等を用いることができる。
前記冷却用ガスとしては、例えば室温の空気、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオンまたは室温以下に冷却した空気、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン等を用いることができる。
【００１７】
このような本発明に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置において、請求項１の発明によると、前記天板にはマイクロ波導入による発熱を冷却する冷却手段が設けられたため、マイクロ波の導入によって発生した発熱を効果的に冷却することが可能となる。
【００１８】
請求項２の発明によると、前記導波管にマイクロ波を導入して前記反応容器のプラズマ生成室にプラズマを発生させる際、前記天板に設けられたガス導入部から冷却用ガス、例えば空気を導入することにより前記誘電体窓上面と前記天板下面との間の隙間を通して前記導波管内に導入されるため、空気自身の冷却および断面積の小さい隙間への空気の流れによる前記誘電体窓から、前記天板への熱伝達の増加により前記プラズマの発生に伴もなって加熱された前記誘電体窓を効果的に冷却することができる。
【００１９】
すなわち、２枚の平行な板の間に空気が流れると、それら板間の熱伝達率は次式（１）で表される。ただし、空気の流れは層流である。
Ｎｕ＝０．３３２Ｒｅ0.500 Ｐｒ0.333       …（１）
Ｎｕ：ヌセルト数
Ｒｅ：レイノズル数
Ｐｒ：プラントル数（空気の場合；約０．７１）
ただし、
Ｎｕ＝αｈ／λ                            …（２）
α：熱伝達率
ｈ：板間の距離
λ：空気の熱伝達率（０．０２４７［Ｗ／ｍＫ］）
Ｒｅ＝ｗｈ／ν                            …（３）
ｗ：流速
ν：空気の動粘性率（０．１５６×１０-4［ｍ2 ／sec ］）
前記式（１）〜（３）により熱伝達率（α）は、次式（４）で表される。
【００２０】
α＝１．８７×（ｗ／ｈ）0.500             …（４）
前記式（４）から前記誘電体窓上面と前記天板下面との間の隙間に導入する空気の流速（ｗ）を増やし、かつ隙間の距離（ｈ）を短くすることにより、前記誘電体窓から前記天板への熱伝達率（α）を増加させることが可能になり、前記誘電体窓を効率よく冷却することが可能になる。
【００２１】
したがって、本発明に係わるプラズマ処理装置は前述した図２０に示す従来のプラズマ処理装置に比べて極めて少ない空気の供給量で前記誘電体窓の熱破壊を効果的に防止することができる。
【００２２】
また、冷却用ガスを、冷却用ガス流路を通過させた後ガス排出部から排出させることにより、導波管を通過させるため、導波管の冷却も行うことができる。
請求項２の発明によると、誘電体窓の外周側にガス導入部を設けたことにより、誘導対窓の中心側にかかる冷却用ガスの圧力が外周側に比べ低減されるため、誘導体窓の破損を防止することができる。
請求項３の発明によると、前記導波管を挟むように複数ガス導入部を設けたことにより、誘電体窓の破損を防止し、かつ、誘電体窓の冷却を効率良く行うことができる。
請求項４の発明によると、前記誘電体窓上面と前記天板下面の間に仕切り部材を配置して帯状の冷却用ガス流路が形成されたため、前記誘電体窓の冷却を一層効率良く行うことができる。
【００２３】
請求項５の発明によると、前記ガス導入部は、前記天板に前記誘電体窓の周辺部に位置するように複数設けられ、かつ前記ガス導入部と連通する前記冷却用ガス流路が前記誘電体窓の周辺部から中心部に向けて渦巻状に配置されたため、加圧破損の許容圧力低い前記誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減できるため、前記誘電体窓をより効率よく冷却することができると共に前記誘電体窓の加圧破損を防止することが可能になる。
【００２４】
請求項６の発明によると、前記帯状の冷却用ガス流路の途中にバイパス管を介して温度制御部材または減圧部材が連結されたため、加圧破損の許容圧力の低い前記誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減化を用意に行うことが可能になり、前記誘電体窓をより効率よく冷却することができると共に前記誘電体窓の加圧破損を防止することが可能になる。
【００２５】
請求項７の発明によると、前記天板には天板を冷却する冷却用液体をこの天板内部に流通させる冷却用液体流通手段が設けられたため、天板（導波管）がこの冷却用液体流通手段内部を流れる冷却用液体によって効率的に冷却することが可能となる。そのため、この天板の冷却によって、同様に天板に設けられたガス導入部を流通する冷却用ガスをも冷却することが可能となり、よってこのガス導入部を流通する冷却用ガスの流量を減少させることも可能となる。
【００２６】
請求項８の発明によると、一対のスリット状のマイクロ波導入口が設けられ、前記一対のスリット間に空間部が設けられ、さらに冷却ガスを流通させる冷却用ガス流路および前記天板と前記誘電体窓の間に冷却用ガスを供給する導入孔が設けられたため、冷却用ガスが導入孔によって前記天板と前記誘電体窓との間に導入され、この間の部分を通過してスリット状のマイクロ波導入口より排出される。よって冷却用ガスが流通するためのガス流路が形成され、プラズマの発生によって加熱された誘電体窓の放熱を効率良く行うことができる。
【００２７】
請求項９の発明によると、前記導入孔は前記天板の中央付近が他の部分よりも密に形成されているため、誘電体窓の冷却をより一層効率的に行うことが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図、図２は図１の要部断面図、図３は図１の処理装置の分解斜視図、図４は図１の誘電体窓上面と天板下面の隙間を流れる空気の状態を説明するための平面図である。上部が開口され、側壁上部に階段状の段差部２１を有する反応容器２２内は、水平方向に配置したメッシュ状パンチドメタルからなる拡散板２３によりプラズマ生成室２４と処理室２５とに上下に区画されている。反応ガスの供給管２６は、反応容器２２上部のプラズマ生成室２４の側壁に形成されている。回転軸２７が下面に取り付けられたウェハホルダ２８は、処理室２５内に回転自在に配置されている。ガス排気管２９は、処理室２５が形成された反応容器２２底部に取り付けられ、かつ排気管２９の他端には真空ポンプのような排気系（図示せず）が連結されている。
【００２９】
マイクロ波透過性セラミック、例えば石英ガラスからなる誘電体窓３０は、反応容器２２の側壁上部の段差部２１にその上面が側壁最上部より下方に位置するように取り付けられている。天板３１は、反応容器２２上に誘電体窓３０に対して所望の隙間をあけて配置されている。天板３１は、誘電体窓３０と対向する本体部３２およびこの本体部３２を一方向に横切るように延出した延出部３３ａ、３３ｂを有する形状をなすと共に本体部３２にマイクロ波導入口３４が開口されている。底部部分が開口した矩形状をなし、マイクロ波が導入される導波管３５は、天板３１の本体部３２および延出部３３ａ、３３ｂ上に配置されている。２つの冷却用ガス導入部３６ａ、３６ｂは、図２に示すように天板３１の本体部３２の導波管３５を挟む位置に対称的に設けられている。ガス排出部３７は、誘電体窓３０の中心付近と対向する導波管３５上壁に設けられている。
【００３０】
次に、前述したマイクロ波励起プラズマ処理装置の作用をレジストパターンが表面に形成されたウェハのアッシングを例にして説明する。
まず、反応容器２２の処理室２５内のホルダ２８上にレジストパターンが表面に形成されたウェハ３８をレジストパターンが上方を向くように設置する。図示しない真空ポンプを作動して反応容器２２内のガスを排気管２９を通して排気する。一方、処理ガス例えば酸素ガスを供給管２６を通して反応容器２２上部のプラズマ生成室２４に供給する。反応容器２２内が処理ガスにより所定の圧力になった時点でマイクロ波３９を導波管３５内に導入することによって、マイクロ波３９は天板３１のマイクロ波導入口３４から誘電体窓３０を通して反応容器２２の酸素ガスが供給されたプラズマ生成室２４に導入され、ここでプラズマ４０を発生する。発生したプラズマ４０は、拡散板２３の開口を通して処理室２５に導入され、プラズマ４０中の活性な酸素原子が処理室２５内のホルダ２８上に設置されたウェハ３８表面のレジストパターンと反応することにより剥離する、いわゆるアッシングがなされる。
【００３１】
前述したプラズマを利用したアッシングに際し、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられた２つのガス導入部３６ａ、３６ｂから導入すると、空気は図２および図４に示すように誘電体窓３０上面と天板３１下面の隙間を通り、さらに天板３１に開口したマイクロ波導入口３４を通して導波管３５上壁に設けられたガス排出部３７から排出される。このような空気の導入によって、空気自身による冷却および断面積の小さい隙間への空気の流れにより前述した熱伝達の式（４）の関係から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達が増加されるため前記プラズマ４０の発生に伴なって加熱された誘電体窓３０を効果的に冷却することができる。したがって、図１８で説明した従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置に比べて少ない空気量によりプラズマ４０により加熱された誘電体窓３０を冷却して熱破壊を防止することができる。
【００３２】
また、隙間を通過した空気は導波管３５内にも導入されるために導波管３５自体も冷却することが可能になる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置において天板と誘電体窓の間の隙間に蛇行した帯状の冷却用ガス流路を形成した状態を示す平面図、図６は図５の要部拡大断面図である。なお、前述した図１〜図４と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００３３】
このマイクロ波励起プラズマ処理装置は、誘電体窓３０上面と天板３１下面の間の隙間に耐熱性樹脂、例えばポリテトロフルオロエチレンからなる断面円柱状の２つの仕切部材４１を蛇行して配置することにより前記誘電体窓３０上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状をなす冷却用ガス流路４２ａ、４２ｂが形成されている。天板３１の下面には、仕切部材４１が埋め込まれる凹部４３が蛇行して形成されている。また、各冷却用ガス流路４２ａ、４２ｂの一端は誘電体窓３０の外周に対応する天板３１部分に対称的に取り付けられたガス導入部３６ａ、３６ｂに連通し、他端は天板３１のマイクロ波導入口３４の対向する周辺に位置する。
【００３４】
このような実施の形態２のマイクロ波励起プラズマ処理装置において、誘電体窓３０上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状をなす冷却用ガス流路４２ａ、４２ｂが形成されているため、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられた２つのガス導入部３６ａ、３６ｂから導入すると、前記空気は図５に示すように誘電体窓３０上面と天板３１下面の隙間に形成した冷却用ガス流路４２ａ、４２ｂを通り、さらに天板３１に開口したマイクロ波導入口３４を通して導波管３５上壁に取り付けられたガス排出部（図示せず）から排出される。このような空気の導入によって、前述した図１〜図４で説明した実施の形態１の処理装置に比べて冷却用ガス流路の断面積を小さくできるため、空気の流速を大きくでき、前述した熱伝達の式（４）の関係から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達を増大でき、プラズマの発生に伴なって加熱された誘電体窓３０をより効果的に冷却することができる。また、流速を同等にした場合には空気の流量を少なくすることが可能になる。さらに誘電体窓３０の領域における冷却用流路の幅（断面積）を小さくしたり、また流路を密にすることによって誘電体窓３０からの放熱量（熱伝達量）を大きくすることが可能になる。
【００３５】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置において、天板と誘電体窓の間の隙間に渦巻状の冷却ガス用流路を形成した状態を示す平面図である。
【００３６】
このマイクロ波励起プラズマ処理装置は、誘電体窓３０上面と天板３１下面の間の隙間に耐熱性樹脂、例えばポリテトロフルオロエチレンからなる断面円柱状の２つの仕切部材４１を誘電体窓３０の外周から中心に向かって渦巻状に配置することにより誘電体窓３０上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形成されている。各冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂの一端は誘電体窓３０の外周に対応する天板３１部分に対称的に取り付けられたガス導入部３６ａ、３６ｂに連通し、他端は天板３１のマイクロ波導入口３４の対向する周辺に位置する。
【００３７】
このような実施の形態３のマイクロ波励起プラズマ処理装置において、誘電体窓３０上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形成されているため、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられた２つのガス導入部３６ａ、３６ｂに導入すると、空気は図７に示すように誘電体窓３０上面と天板３１下面の隙間に形成した渦巻状の冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂを通り、さらに天板３１に開口したマイクロ波導入口３４を通して導波管３５上壁に取り付けられたガス排出部（図示せず）から排出される。このような構造の冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂへの空気の導入によって、前述した図１〜図４で説明した実施の形態１の処理装置に比べて冷却用ガス流路の断面積を小さくできるため、空気の流速を大きくでき、前述した熱伝達の式（４）の関係から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達を増大でき、プラズマの発生に伴なって加熱された誘電体窓３０をより効果的に冷却することができる。
【００３８】
また、前記空気の導入による誘電体窓３０への加圧により機械的な破損を防止することが可能である。
すなわち、ガス流路におけるガスの圧力は図８に示すように導入口ほど高く、出口での圧力はほぼ１気圧になる。誘電体窓３０の加圧破損による許容圧力は、その周辺部で高く、中心部ほど低くなる。したがって、図７に示すように２組の冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂを誘電体窓３０上面と天板３１下面の隙間に誘電体窓３０の外周から中心に向かって渦巻状に配置する、つまり許容圧力の高い誘電体窓３０の外周部に圧力の高い空気が導入され、許容圧力の低い誘電体窓３０の中心付近に圧力の低い空気が導入される構造にすることによって、誘電体窓３０が空気の加圧力により機械的に破損されるのを防止することが可能になる。
【００３９】
なお、前述した図７の渦巻状の冷却用ガス流路において、図９の（ａ）に示すように流路４３に括れ部４４を所望の間隔をあけて設けたり、同図（ｂ）に示すように流路４３に堰４５を所望の間隔をあけて互い違いに設けて空気の流れ４６を蛇行させたりすることによって、空気の加圧力を徐々に低減することが可能になる。
【００４０】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置において天板と誘電体窓の間の隙間に渦巻状の冷却ガス用流路を形成し、かつ減圧部材を付設した状態を示す平面図、図１１は図１０の要部断面図である。
【００４１】
このマイクロ波励起プラズマ処理装置は、誘電体窓３０上面と天板３１下面の間の隙間に耐熱性樹脂、例えばポリテトロフルオロエチレンからなる断面円柱状の２つの仕切部材４１を誘電体窓３０の外周から中心に向かって渦巻状に配置することにより誘電体窓３０上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形成されている。各冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂの一端は誘電体窓３０の外周に対応する天板３１部分に対称的に取り付けられたガス導入部３６ａ、３６ｂに連通し、他端は天板３１のマイクロ波導入口３４の対向する周辺に位置する。減圧部材４７ａ、４７ｂは、冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂの途中にバイパス管４８ａ、４８ｂを介して連結されている。
【００４２】
このような実施の形態４のマイクロ波励起プラズマ処理装置において、誘電体窓３０上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形成されているため、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられた２つのガス導入部３６ａ、３６ｂから導入すると、空気は図１０に示すように誘電体窓３０上面と天板３１下面の隙間に形成した渦巻状の冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂを通り、さらに天板３１に開口したマイクロ波導入口３４を通して導波管３５上壁に取り付けられたガス排出部（図示せず）から排出される。このような構造の冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂへの空気の導入によって、前述した図１〜図４で説明した実施の形態１の処理装置に比べて冷却用ガス流路の断面積を小さくできるため、空気の流速を大きくでき、前述した熱伝達の式（４）の関係から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達を増大でき、プラズマの発生に伴なって加熱された誘電体窓３０をより効果的に冷却することができる。
【００４３】
また、流路４３ａ、４３ｂへの空気の導入において、流路４３ａ、４３ｂを流れる空気をバイパス管４８ａ、４８ｂを介して減圧部材４７ａ、４７ｂに導入し、圧力を低減した空気をバイパス管４８ａ、４８ｂを通して流路４３ａ、４３ｂにそれぞれ戻すことによって、加圧破損による許容圧力よる低い誘電体窓３０の中心付近に圧力の低い空気を導入できるため、誘電体窓３０への加圧により機械的な破損を防止することが可能である。
【００４４】
なお、前記実施の形態４において減圧部材の代わりに温度制御部材を設けても同様な効果を達成することが可能になる。
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図であり、図１３は同実施の形態のマイクロ波励起プラズマ処理装置の平面図、図１４は同実施の形態のマイクロ波励起プラズマ処理装置の要部拡大断面図である。
【００４５】
このマイクロ波励起プラズマ処理装置では、天板３１と誘電体窓３０の間が所定の隙間を有する隙間部４９に形成されている。また、マイクロ波を導入する部分が一対のスロットアンテナ５０，５０に形成されている。スロットアンテナ５０，５０は、導波管３５内部の天板３１に形成されている。スロットアンテナ５０，５０は、導波管３５側壁付近に設けられ、またマイクロ波の伝達性を良好とするために、導波管３５端部壁に向かう所定位置で幅が若干狭くなる対称な長方形状となっている。
【００４６】
スロットアンテナ５０，５０を有するマイクロ波励起プラズマ処理装置には、天板３１内部に冷却用ガスを流通させる冷却用ガス流路５１が形成され、この冷却用ガス流路５１の一端部であるガス導入口５１ａが冷却用ガスの導入のための入り口となっている。前記ガス導入口５１ａには、ガス供給管５２が天板３１の上方から接続されている。
【００４７】
ガス導入口５１ａは、天板３１の導波管３５の外方側に位置している。この外方側から、天板３１の外周に沿うように冷却用ガス流路５１が形成されており、スロットアンテナ５０，５０の間に設けられた幅広な空間部５３へと接続されている。空間部５３は冷却用ガス流路５１と同様に天板３１の内部に形成されてマイクロ波の進行方向に沿って長方となるように形成されている。
【００４８】
空間部５３の下面には、冷却用ガスを隙間部４９に導入する導入孔５４…が複数個形成されている。導入孔５４…は、本実施の形態では天板３１の中心部分に多く形成された構成となっている。この導入孔５４…から冷却用ガスが隙間部４９に導入され、誘電体窓３０を冷却した後にスロットアンテナ５０，５０から導波管３５に向かって流入する。
【００４９】
導波管３５上壁には、冷却用ガスを排気するガス排気孔５５が形成されている。
なお、ガス排気孔５５は、図示しないガス排気管に一端が接続されたものでもよく、この場合は吸引手段の連結によって冷却用ガスを外方へ排出するものとしてもよい。
【００５０】
このような実施の形態５のマイクロ波励起プラズマ処理装置において、ガス供給管５２により冷却用ガス流路５１および空間部５３に冷却用ガスが流通し、この冷却用ガスが導入孔５４を通過して隙間部４９に導入される。隙間部４９に導入された冷却用ガスは、誘電体窓３０の冷却を行って、前記スロットアンテナ５０，５０から導波管３５内部に排出される。
【００５１】
導波管３５内部に排出された冷却用ガスは、この上部に設けられたガス排気孔５５により導波管３５外部へ吸引排気されるものとなっている。
このような実施の形態５のマイクロ波励起プラズマ処理装置では、冷却用ガスを隙間部４９に導入するための、冷却用ガス流路５１および空間部５３が形成され、さらに誘電体窓３０上面および天板３１下面で囲まれた隙間部４９が形成されたために、冷却用ガスが導入孔５４より隙間部４９に導入されてこの隙間部４９を通過してスロットアンテナ５０，５０より排出される。そのために冷却用ガスが流通するためのガス流路が形成され、プラズマの発生によって加熱された誘電体窓３０の放熱を効率良く行うことができる。
【００５２】
（実施の形態６）
図１２は、本発明の実施の形態６におけるマイクロ波励起プラズマ処理装置の構成をも示す断面図であり、図１５は同実施の形態のマイクロ波励起プラズマ処理装置の平面図、図１６は、同実施の形態のマイクロ波励起プラズマ処理装置の構成を示す要部拡大断面図である。
【００５３】
このマイクロ波励起プラズマ処理装置では、前述の実施の形態５と同様に天板３１と誘電体窓３０の間に隙間部４９を有し、また、一対のスロットアンテナ５０，５０を有するものとなっている。
【００５４】
さらに、前述の実施の形態５と同様に冷却用ガス流路５１およびその一端部であるガス導入口５１ａ、さらにはガス排気孔５５が設けられたものとなっている。
【００５５】
本実施の形態６でも冷却用ガス流路５１は、天板３１内部でかつ前記スロットアンテナ５０，５０の間の部分に設けられた空間部５６に接続されている。空間部５６は、本実施の形態６では実施の形態５の前記空間部５３よりも幅が狭く形成されており、そのためこの空間部５６の導入孔５４…は前記空間部５３の導入孔５４…よりも少なく形成されている。
【００５６】
スロットアンテナ５０，５０と空間部５６との間には、一対の冷却用液体流路５８，５８が天板３１内部に形成されている。冷却用液体流路５８，５８は、一端を液体導入口５８ａとしており、この液体導入口５８ａに液体供給管５９が天板３１の上方から接続されている。この液体導入口５８ａから冷却用ガス流路５１に沿って曲管状に形成され、前述のスロットアンテナ５０，５０の一端部を回り込んで、空間部５６とスロットアンテナ５０，５０との間の部分で冷却用液体流路５８，５８が直線状となるように形成されている。
【００５７】
スロットアンテナ５０，５０の他端部側で冷却用液体流路５８，５８は、前記スロットアンテナ５０，５０の一端部側と同様に回り込むように形成され、そして他端である液体排出口５８ｂまで冷却用液体流路５８，５８が形成されている。
【００５８】
液体排出口５８ｂは、天板３１の上方に設けられた液体排出配管に接続されている。このような実施の形態６のマイクロ波励起プラズマ処理装置において、実施の形態５の冷却用ガスの流通とともに、液体供給管が冷却用液体流路５８，５８に冷却用液体を流通させる。そして、液体排出配管から冷却用液体を排出させる。
【００５９】
このような実施の形態６のマイクロ波励起プラズマ処理装置では、冷却用ガスが実施の形態５と同様に誘電体窓３０の冷却のために使用されるとともに、天板３１（導波管３５）の冷却のために冷却用液体が用いられるので、天板３１（導波管３５）の冷却を冷却水の流通により行えるとともに、この天板３１（導波管３５）の冷却により隙間部４９も冷却されて、この隙間部４９の空気の冷却も行える。そのため、冷却用ガス流路５１を流通する冷却用ガスの流量を少なくすることが可能となる。
【００６０】
（実施の形態７）
図１７は、本発明の実施の形態７におけるマイクロ波励起プラズマ処理装置の一部構成を示す断面図であり、図１８は、同実施の形態の一部平面図であり、本実施の形態では、誘電体窓３０の冷却を、天板と誘電体窓の間に冷却用ガスを導入してガス排出部から排出することで行うのではなく、天板６１を冷却することで間接的に誘電体窓３０を冷却している。
【００６１】
以下、本実施の形態のマイクロ波励起プラズマ処理装置の構成についてのみ説明する。天板６１の内部には、スロットアンテナ６５を避けるように冷却用ガス、或いは冷却用液体を流通させるための流通路６１ａを設けている。天板６１と誘電体窓３０との間には、空気よりも熱伝導率が高く耐熱性のある物質、例えば石英、窒化アルミ、窒化ボロン、テフロン、シリコーンなどの誘電体、或いは、シリコーンゴム、テフロンゴムなどの弾力性を兼ね備えている物質によりなるシート６４を設けている。更に、反応容器２２の段差部には、誘電体窓３０との間を密にするためのＯリング６３を設けている。
【００６２】
以下、冷却作用について説明すると、流通路６１ａに冷却用ガス、或いは冷却用液体を流通させると、天板６１が冷却される。天板６１と誘電体窓３０との間には熱伝導率の高いシート６４を設けているので、プラズマにより加熱された誘電体窓３０を効率よく冷却することができる。
【００６３】
更に、シート６４を弾力性も備えた物質で形成することにより、誘電体窓３０や天板６１等が熱により膨張等で変形した場合も、その変形を吸収して誘電体窓３０を保護するという効果も得ることができる。
【００６４】
以上、本発明について実施の形態１〜実施の形態７に基づき述べたが、これらは種々変形可能となっている。以下にそれを述べる。
前記実施の形態１〜７において、導波管側からも空気のような冷却用ガスを導入する構造にしてもよい。また、ガス排出部に減圧部材を付設して強制的に導波管内に導入された空気のような冷却用ガスを排出してもよい。
【００６５】
また、実施の形態２〜４では２つの冷却用ガス流路を形成したが、これ以上配置してもよい。
さらに実施の形態５、６では冷却用ガス流路５１を複数形成したものであっても構わない。また、実施の形態６では冷却用液体流路５８の流路形状はこれに限定されない。
【００６６】
さらに、本発明に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置はウェハ上のレジストパターンを剥離するアッシングに限らず、ウェハおよびウェハ上の各種の被膜のエッチングにも同様に適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置によれば、高速プロセスを行うために大パワーのマイクロ波を投入しても少量の冷却用ガスの供給により誘電体窓の熱破壊を防止することができ、ひいては半導体装置や液晶表示装置の製造における高速アッシングや高速エッチングを行うことができる等顕著な効果を奏する。
【００６９】
請求項１記載の発明によれば、前記導波管にマイクロ波を導入して前記反応容器のプラズマ生成室にプラズマを発生させる際、前記天板に設けられたガス導入部から冷却用ガスが前記誘電体窓上面と前記天板下面との間の隙間を通して前記導波管内に導入されるため、空気自身の冷却および断面積の小さい隙間への空気の流れによる前記誘電体窓から、前記プラズマの発生に伴もなって加熱された前記誘電体窓を効果的に冷却することができる。
【００７０】
また、冷却用ガスを、冷却用ガス流路を通過させた後ガス排出部から排出させることにより、導波管を通過させるため、導波管の冷却も行うことができる。
請求項２記載の発明によれば、誘電体窓の外周側にガス導入部を設けたことにより、誘導対窓の中心側にかかる冷却用ガスの圧力が外周側に比べ低減されるため、誘導体窓の破損を防止することもできる。
請求項３記載の発明によれば、前記導波管を挟むように複数ガス導入部を設けたことにより、誘電体窓の破損を防止し、かつ、誘電体窓の冷却を効率良く行うこともできる。
請求項４記載の発明によれば、前記誘電体窓上面と前記天板下面の間に仕切り部材を配置して帯状の冷却用ガス流路が形成されたため、前記誘電体窓の冷却を一層効率良く行うことができる。
【００７１】
請求項５記載の発明によれば、前記ガス導入部は、前記天板に前記誘電体窓の周辺部に位置するように複数設けられ、かつ前記ガス導入部と連通する前記冷却用ガス流路が前記誘電体窓の周辺部から中心部に向けて渦巻状に配置されたため、加圧破損の許容圧力低い前記誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減でき、前記誘電体窓をより効率よく冷却することができると共に前記誘電体窓の加圧破損を防止することができる。
【００７２】
請求項６記載の発明によれば、前記帯状の冷却用ガス流路の途中にバイパス管を介して温度制御部材または減圧部材が連結されたため、加圧破損の許容圧力低い前記誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減化を用意に行うことが可能になり、前記誘電体窓をより効率よく冷却することができると共に前記誘電体窓の加圧破損を防止することもできる。
【００７３】
請求項７記載の発明によれば、前記天板には天板を冷却する冷却用液体をこの天板内部に流通させる冷却用液体流通手段が設けられたため、天板（導波管）がこの冷却用液体流通手段内部を流れる冷却用液体によって効率的に冷却することが可能となる。そのため、この天板の冷却によって、同様に天板に設けられたガス導入部を流通する冷却用ガスをも冷却することが可能となり、よってこのガス導入部を流通する冷却用ガスの流量を減少させることもできる。
【００７４】
請求項８記載の発明によれば、一対のスリット状のマイクロ波導入口が設けられ、前記一対のスリット間に空間部が設けられ、さらに冷却ガスを流通させる冷却用ガス流路および前記天板と前記誘電体窓の間に冷却用ガスを供給する導入孔が設けられたため、冷却用ガスが導入孔によって前記天板と前記誘電体窓との間に導入され、この間の部分を通過してスリット状のマイクロ波導入口より排出される。よって冷却用ガスが流通するためのガス流路が形成され、プラズマの発生によって加熱された誘電体窓の放熱を効率良く行うことができる。
【００７５】
請求項９記載の発明によれば、前記導入孔は複数個形成され、特に前記天板の中央付近に多数個形成されたため、誘電体窓の冷却をより一層効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図。
【図２】図１の要部横断面図。
【図３】図１の処理装置の分解斜視図。
【図４】図１の誘電体窓上面と天板下面の隙間を流れる空気の状態を説明するための平面図。
【図５】本発明の実施の形態２に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置において、天板と誘電体窓の間の隙間に帯状の冷却用ガス流路を形成した状態を示す平面図。
【図６】図５の要部拡大断面図。
【図７】本発明の実施の形態３に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置において天板と誘電体窓の間の隙間に渦巻状の冷却ガス用流路を形成した状態を示す平面図。
【図８】冷却用ガス流路の導入口と出口との圧力変化を示す特性図。
【図９】本発明の実施の形態３における冷却用ガス流路の別の形態を示す平面図。
【図１０】本発明の実施の形態４に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置において天板と誘電体窓の間の隙間に渦巻状の冷却ガス用流路を形成し、かつ減圧部材を付設した状態を示す平面図。
【図１１】図１０の要部断面図。
【図１２】本発明の実施の形態５および本発明の実施の形態６に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図。
【図１３】本発明の実施の形態５に係わる誘電体窓上面と天板下面の隙間部を流れる空気の状態を説明するための平面図。
【図１４】本発明の実施の形態５に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置の要部断面図。
【図１５】本発明の実施の形態６に係わる誘電体窓上面と天板下面の隙間部を流れる空気の状態を説明するための平面図。
【図１６】本発明の実施の形態６に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置の要部断面図。
【図１７】本発明の実施の形態７に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置の一部断面図。
【図１８】図１７の一部断面図。
【図１９】従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図。
【図２０】従来の冷却ガス導入機構を有するマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図。
【符号の説明】
２２…反応容器、
２４…プラズマ生成室、
２５…処理室、
２８…ホルダ、
３０…誘電体窓、
３１…天板、
３５…導波管、
３６ａ、３６ｂ…ガス導入部、
３７…ガス排出部、
３８…ウェハ、
４０…プラズマ
４１…仕切部材、
４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４３…冷却ガス用流路、
４７ａ、４７ｂ…減圧部材。
４９…隙間部
５０…スロットアンテナ
５１…冷却用ガス流路
５３，５６…空間部
５４，５７…導入孔
５８…冷却用液体流路
【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】
0004068175.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0004068175.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0004068175.tif 000020
【図２０】
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