(57)【要約】  本発明は、プラズマ処理装置の処理ガス供給部の冷却効率を向上させ、当該処理ガス供給部の温度上昇を抑制することを課題としている。  そのため、本発明では、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、前記処理容器上に、被処理基板に対面するように設けられたマイクロ波アンテナと、前記保持台上の被処理基板と前記マイクロ波アンテナとの間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とを備えたプラズマ処理装置であって、前記処理ガス供給部は、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部と、当該処理ガス供給部を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体通路を備え、前記冷却媒体はミストを含むことを特徴とするプラズマ処理装置を用いている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器上に、被処理基板に対面するように設けられたマイクロ波アンテナと、
前記保持台上の被処理基板と前記マイクロ波アンテナとの間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理ガス供給部は、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部と、当該処理ガス供給部を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体通路を備え、前記冷却媒体は冷却ガスとミストを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記冷却媒体は、ＳＦ6を含む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】
被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器上に、被処理基板に対面するように設けられたマイクロ波アンテナと、
前記保持台上の被処理基板と前記マイクロ波アンテナとの間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理ガス供給部は、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部と、当該処理ガス供給部を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体通路を備え、
前記冷却媒体通路には、前記冷却媒体を循環させる冷却媒体循環装置が接続されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記冷却媒体循環装置は、前記冷却媒体を冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記冷却媒体循環装置は、前記処理ガス供給部に設置された温度測定手段により計測された温度に基づき、前記冷却媒体による前記処理ガス供給部の冷却量を調整する冷却媒体調整手段を有することを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記冷却媒体調整手段は、前記冷却媒体の流量を調整する流量調整手段であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記冷却媒体調整手段は、前記冷却媒体の圧力を調整する圧力調整手段であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記冷却媒体通路の圧力を０．２〜１ＭＰａとしたことを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記冷却媒体は冷却ガスとミストを含むことを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記冷却媒体は、ＳＦ6を含むことを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にプラズマ処理装置に係り、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。【０００２】
プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる０．１μｍに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。【０００３】
半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。【０００４】
一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。【０００５】
このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。
【背景技術】
【０００６】
図１Ａ，図１Ｂは、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図１Ａはマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図１Ｂはラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。【０００７】
図１Ａを参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１６から排気される処理室１０１を有し、前記処理室１０１中には被処理基板１１４を保持する保持台１１５が形成されている。前記処理室１０１の均一な排気を実現するため、前記保持台１１５の周囲にはリング状に空間１０１Ａが形成されており、前記複数の排気ポート１１６を前記空間１０１Ａに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０１を前記空間１０１Ａおよび排気ポート１１６を介して均一に排気することができる。【０００８】
前記処理室１０１上には、前記保持台１１５上の被処理基板１１４に対応する位置に、前記処理室１０１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部１０７を形成された板状のシャワープレート１０３がシールリング１０９を介して形成されており、さらに前記シャワープレート１０３の外側に同じく低損失誘電体よりなるカバープレート１０２が、別のシールリング１０８を介して設けられている。【０００９】
前記シャワープレート１０３にはその上面にプラズマガスの通路１０４が形成されており、前記複数の開口部１０７の各々は前記プラズマガス通路１０４に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート１０３の内部には、前記処理容器１０１の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート１０５に連通するプラズマガスの供給通路１０６が形成されており、前記プラズマガス供給ポート１０５に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマガスは、前記供給通路１０６から前記通路１０４を介して前記開口部１０７に供給され、前記開口部１０７から前記処理容器１０１内部の前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに、実質的に一様な濃度で放出される。【００１０】
前記処理容器１０１上には、さらに前記カバープレート１０２の外側には図１Ｂに示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ１１０が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管１１０Ａを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１０１Ｂに放出されたプラズマガスを励起する。前記カバープレート１０２とラジアルラインスロットアンテナ１１０の放射面との間の隙間は大気により充填されている。【００１１】
前記ラジアルラインスロットアンテナ１１０は、前記同軸導波管１１０Ａの外側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと、前記アンテナ本体１１０Ｂの開口部に形成された、図１Ｂに示す多数のスロット１１０ａおよびこれに直交する多数のスロット１１０ｂを形成された放射板１１０Ｃとよりなり、前記アンテナ本体１１０Ｂと前記放射板１１０Ｃとの間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅波板１１０Ｄが挿入されている。【００１２】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ１１０では、前記同軸導波管１１０Ａから給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体１１０Ｂと放射板１１０Ｃとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅波板１１０Ｄの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１１０ａおよび１１０ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１１０Ｃに実質的に垂直な方向に放射することができる。【００１３】
かかるラジアルラインスロットアンテナ１１０を使うことにより、前記シャワープレート１０３直下の空間１０１Ｂに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１１４にダメージが生じることがなく、また処理容器１０１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。【００１４】
図１Ａのプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１０１中、前記シャワープレート１０３と被処理基板１１４との間に、導体よりなる処理ガス供給部１１１が設置されている。前記処理ガス供給部１１１は、その内部に、外部の処理ガス源（図示せず）に接続され、前記処理容器１０１中に形成された処理ガス通路１１２と連通する処理ガス通路１１１Ｂが形成されている。前記処理ガス供給部１１１には、前記処理ガス通路１１１Ｂに連通するガス穴１１１ｂが多数形成されており、前記ガス穴１１１ｂの各々は、供給された処理ガスを、前記処理ガス供給部１１１と被処理基板１１４との間の空間１０１Ｃに放出する。【００１５】
前記処理ガス供給部１１１には、隣接する複数のガス穴１１１ｂの間に、前記空間１０１Ｂにおいて形成されたプラズマを前記空間１０１Ｂから前記空間１０１Ｃに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部１１１Ａが形成されている。【００１６】
このように前記処理ガス供給部１１１から前記ガス穴１１１ｂを介して処理ガスを前記空間１０１Ｃに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１０１Ｂにおいて形成された高密度プラズマにより励起される。【００１７】
しかし、図１Ａのプラズマ処理装置１００では前記処理ガス供給部１１１は高密度プラズマに起因する大量の熱フラックスに曝されるため、温度が上昇してしまう問題点を有している。このため、例えば前記処理ガス供給部に冷媒通路を設けることで、前記処理ガス供給部の温度上昇を抑制することが提案されている。（例えば特許文献１参照。）
【特許文献１】ＷＯ０２／０８０２４９Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、例えば前記処理ガス供給部１１１に冷媒通路を設けて冷却する場合、高密度プラズマに起因する大量の熱フラックスによって処理ガス供給部に入熱する入熱量に対して冷却効率が充分ではなく、処理ガス供給部の温度上昇の抑制が不十分となり、処理ガス供給部の温度が上昇してしまう問題が生じていた。【００１９】
さらに、冷却に用いる冷媒の使用によってプラズマ処理装置のランニングコストが上昇し、プラズマ処理装置の生産性が低下してしまう問題が生じていた。【００２０】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用なプラズマ処理装置を提供することを課題としている。【００２１】
本発明の具体的な課題は、プラズマ処理装置の処理ガス供給部の冷却効率を向上させ、当該処理ガス供給部の温度上昇を抑制したプラズマ処理装置を提供することである。【００２２】
本発明の別の課題は、プラズマ処理装置の処理ガス供給部の冷却にかかるコストを低減し、プラズマ処理装置のランニングコストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１の観点では、上記の課題を、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、前記処理容器上に、被処理基板に対面するように設けられたマイクロ波アンテナと、前記保持台上の被処理基板と前記マイクロ波アンテナとの間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とを備えたプラズマ処理装置であって、前記処理ガス供給部は、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部と、当該処理ガス供給部を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体通路を備え、前記冷却媒体は冷却ガスとミストを含むことを特徴とするプラズマ処理装置により、解決する。【００２４】
また、本発明の第２の観点では、上記の課題を、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、前記処理容器上に、被処理基板に対面するように設けられたマイクロ波アンテナと、前記保持台上の被処理基板と前記マイクロ波アンテナとの間に、前記被処理基板に対面するように設けられた処理ガス供給部とを備えたプラズマ処理装置であって、前記処理ガス供給部は、前記処理容器内に形成されたプラズマを通過させる複数の第１の開口部と、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、前記処理ガス通路に連通した複数の第２の開口部と、当該処理ガス供給部を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体通路を備え、前記冷却媒体通路には、前記冷却媒体を循環させる冷却媒体循環装置が接続されることを特徴とするプラズマ処理装置により、解決する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、マイクロ波プラズマを用いたプラズマ処理装置において、プラズマ処理装置の処理ガス供給部の冷却効率を向上させ、当該処理ガス供給部の温度上昇を抑制することが可能になる。【００２６】
また、プラズマ処理装置の処理ガス供給部の冷却にかかるコストを低減し、プラズマ処理装置のランニングコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａのプラズマ処理装置に用いられるスロット板を示す平面図である。
【図２】実施例１によるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図３】図２のプラズマ処理装置に用いられるスロット板を示す平面図である。
【図４Ａ】図２のプラズマ処理装置に用いられる処理ガス供給部の断面図（その１）である。
【図４Ｂ】図２のプラズマ処理装置に用いられる処理ガス供給部の断面図（その２）である。
【図４Ｃ】図４Ｂの処理ガス供給部の断面図である。
【図５Ａ】処理ガス供給部の製造方法を手順を追って示した図（その１）である。
【図５Ｂ】処理ガス供給部の製造方法を手順を追って示した図（その２）である。
【図５Ｃ】処理ガス供給部の製造方法を手順を追って示した図（その３）である。
【図６】図２のプラズマ処理装置の変形例を示す図（その１）である。
【図７】図２のプラズマ処理装置の変形例を示す図（その２）である。
【図８】図７のプラズマ処理装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に本発明の実施の形態に関して説明する。
【実施例１】
【００２９】
図２は本発明の実施例１によるプラズマ処理装置１０の構成を概略的に示したものである。【００３０】
図２を参照するに、前記プラズマ処理装置１０は、複数の排気ポート１１Ｄから排気される処理容器１１と、前記処理容器１１内に設けられ、被処理基板１２を静電チャックにより保持する、図示しないヒータが埋設された保持台１３とを有する。【００３１】
前記処理容器１１は好ましくはＡｌを含有するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。また前記処理容器１１の外壁のうち前記被処理基板１２に対応する部分にはマイクロ波を透過するマイクロ波透過窓１７が設置され、また前記マイクロ波透過窓１７と前記処理容器１１の間には、プラズマガスを導入するプラズマガス導入リング１４が挿入されて、それぞれ前記処理容器１１の外壁を画成している。【００３２】
前記マイクロ波透過窓１７はその周縁部に段差形状を有し、当該段差形状部が前記プラズマガス導入リング１４に設けられた段差形状と係合し、さらにシールリング１６Ａによって前記処理空間１１内の気密が保持される構造となっている。【００３３】
前記プラズマガス導入リングには、ガス導入部４３が接続されて、当該ガス導入部４３より例えばＡｒなどのプラズマガスが導入され、プラズマガスは前記ガス導入リング１４の内部に略環状に形成されたガス溝１４Ｂ中を拡散する。前記ガス溝１４Ｂ中のプラズマガスは、前記ガス溝１４Ｂに連通する複数のプラズマガス穴１４Ｃから、後述する処理ガス供給部３０と前記マイクロ波透過窓１７の間の処理空間１１Ａに供給される。【００３４】
前記マイクロ波透過窓１７上には、前記マイクロ波透過窓１７に密接し図３に示す多数のスロット１８ａ，１８ｂを形成されたディスク状のスロット板１８と、前記スロット板１８を保持するディスク状のアンテナ本体２２と、前記スロット板１８と前記アンテナ本体２２との間に挟持されたＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4の低損失誘電体材料よりなる遅波板１９とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ２５が設けられている。【００３５】
前記ラジアルスロットラインアンテナ２５は前記処理容器１１上に前記プラズマガス導入リング１４を介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ２５には同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。【００３６】
供給されたマイクロ波は前記スロット板１８上のスロット１８ａ，１８ｂから前記マイクロ波透過窓１７を介して前記処理容器１１中に放射され、前記マイクロ波透過窓１７直下の空間１１Ａにおいて、前記プラズマガス穴１４Ｃから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。【００３７】
前記ラジアルラインスロットアンテナ２５と前記プラズマガス導入リングの間はシールリング１６Ｂによって密封されている。【００３８】
前記同軸導波管２１のうち、外側の導波管２１Ａは前記ディスク状のアンテナ本体２２に接続され、中心導体２１Ｂは、前記遅波板１９に形成された開口部を介して前記スロット板１８に接続されている。そこで前記同軸導波管２１に供給されたマイクロ波は、前記アンテナ本体２２とスロット板１８との間を径方向に進行しながら、前記スロット１８ａ，１８ｂより放射される。【００３９】
図３は前記スロット板１８上に形成されたスロット１８ａ，１８ｂを示す。【００４０】
図３を参照するに、前記スロット１８ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１８ａに対応して、これに直行するスロット１８ｂが同じく同心円状に形成されている。前記スロット１８ａ，１８ｂは、前記スロット板１８の半径方向に、前記遅波板１９により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板１８から略平面波となって放射される。その際、前記スロット１８ａおよび１８ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。【００４１】
さらに図２のプラズマ処理装置１０では、前記アンテナ本体２２上に、冷却水通路２０Ａを形成された冷却ブロック２０が形成されており、前記冷却ブロック２０を前記冷却水通路２０Ａ中の冷却水により冷却することにより、前記マイクロ波透過窓１７に蓄積された熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ２５を介して吸収する。【００４２】
本実施例によるプラズマ処理装置１０では、前記処理容器１１中、前記マイクロ波透過窓１７と前記保持台１３上の被処理基板１２との間に、前記被処理基板に対面するように、導体からなる処理ガス供給部３０が、前記処理容器１１の外壁の一部に保持されるようにして設置されている。【００４３】
前記処理ガス供給部３０では、処理ガスが導入される処理ガス通路３４が内部に形成された、格子状のガス拡散部３１が設けられ、当該ガス拡散部３１の間には、例えば略正方形状の穴部３２が形成されている。前記ガス拡散部３１の内部には、処理ガスが導入され、格子状の前記処理ガス通路３４を処理ガスが拡散する構造になっている。前記処理ガス供給部３０は、例えばＭｇを含んだＡｌ合金やＡｌ添加ステンレススチール等の導電体より構成される。【００４４】
前記ガス拡散部３１には、前記処理ガス通路３４から、前記処理ガス供給部３０と被処理基板１２の間の空間１１Ｂに連通するガス穴３４Ａが多数形成されている。前記ガス穴３４Ａの各々は、前記処理ガス通路３４に供給された処理ガスを、前記空間１１Ｂに放出する。【００４５】
前記穴部３２は、前記空間１１Ａにおいて形成されたプラズマを前記空間１１Ａから前記空間１１Ｂに拡散により、効率よく通過させるような大きさであり、前記ガス穴３４Ａから処理ガスを前記空間１１Ｂに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１１Ａにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１２上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ２５から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部３０により阻止され、被処理基板１２を損傷させることはない。【００４６】
前記処理ガス通路には、前記処理容器１１内に設けられた処理ガス通路１１ｃを介して処理ガスが導入される。また、前記処理ガス通路１１ｃは、前記プラズマガスリング１４内に設けられた処理ガス通路１４ｃに連通し、当該処理ガス通路１４ｃは、処理ガス導入部４２を介して処理ガス供給源（図示せず）に接続され、処理ガスＧ１が供給される構造になっている。【００４７】
本実施例に示すプラズマ処理装置１０の場合、前記空間１１Ａで形成される、マイクロ波を用いた高密度プラズマに起因する大量の熱フラックスが前記処理ガス供給部３０に導入される構造となっている。そこで、本実施例では、前記処理ガス供給部３０を冷却する冷却媒体通路３３を設けて、当該処理ガス３０の温度上昇を抑制している。【００４８】
前記処理ガス供給部３０には、前記処理ガス拡散部３１の内部に、当該処理ガス供給部３０を冷却する、冷却媒体Ｃ２が流れる冷却媒体通路３３が形成されている。【００４９】
前記冷却媒体Ｃ２は、前記処理容器１１内に設けられた冷却媒体通路１１ａを介して前記冷却媒体通路３３に導入される。また、前記冷却媒体通路１１ａは、前記プラズマガスリング１４内に設けられた冷却媒体通路１４ａに連通し、当該冷却媒体通路１４ａには、冷却媒体混合器４０が接続されて、当該冷却媒体混合器４０から冷却媒体Ｃ２を当該冷却媒体通路３３に供給する構造になっている。【００５０】
前記冷却媒体混合器４０は、混合部４４とミスト発生源４５からなる。前記混合部４４には、図示しない冷却ガス源に接続された、冷却ガス導入口４１Ａが接続され、冷却ガスＣ１が供給される。【００５１】
前記ミスト発生源４５には、図示しないＨ2Ｏ供給源に接続された、Ｈ2Ｏ導入口４５Ａが接続されて、前記ミスト発生源４５にＨ2Ｏが供給される。前記ミスト発生源４５では、例えば超音波などを用いて、供給されるＨ2Ｏを霧状としてミストを発生させ、前記混合器４４に供給する。この場合、ミストとは、液体の状態にあるＨ2Ｏが、細かい粒状とされたものを意味している。当該ミストは、例えば冷却ガスなどと混合されて、当該冷却ガス中に漂うようにして液体の状態で存在する。【００５２】
前記混合器４４ではミストと前記冷却ガスＣ１を混合することにより、ミストを含む冷却ガスＣ１よりなる冷却媒体Ｃ２を生成して前記処理ガス供給部３０の冷却媒体通路３３に供給する。このように、本実施例では、処理ガス供給部３０を冷却する場合に、冷却ガスにミストを混合した冷却媒体を用いることで、例えば冷却媒体に気体を用いた場合に比べて冷却効率を向上させることが可能となり、処理ガス供給部３０を効率的に冷却して温度上昇を抑制することが可能となる。これは、冷却媒体Ｃ２中に存在する、液体状態にあるミストが加熱され、蒸発して気相状態となる場合に気化熱を奪うことで、効率的に処理ガス供給部が冷却されるためである。【００５３】
本実施例による、ミストを含む冷却媒体Ｃ２を用いて冷却することで、ミストを含まない冷却ガスのみを用いた場合に比べて冷却効率が向上することが確認され、例えばマイクロ波を３ｋＷ導入した場合で、冷却ガスに空気を５０ｌ／ｍｉｎ用いた場合、ミストを添加しない場合に比べて、ミストを添加した場合には前記処理ガス供給部の温度が２５％低下した効果が確認された。【００５４】
例えば、プラズマガスにＡｒ、処理ガスにＣ5Ｆ8などのフロロカーバン系のガスを用いて、前記被処理基板にフッ素添加カーボン膜（ＣxＦy膜と表記する場合もある、以下文中ＣＦ膜と表記する）を形成する場合、マイクロ波を、例えば２〜３ｋＷ導入する。【００５５】
この場合、前記基板保持台１３をヒータにより３００℃〜４００℃程度に加熱することにより、前記被処理基板１２を３００℃〜４００℃程度に保持する。また、前記ラジアルラインスロットアンテナ２５は、前記冷却水通路２０Ａによって前記冷却ブロック２０を介して冷却されるため、１００℃程度に維持される。【００５６】
この場合、前記処理ガス供給部３０には、前記保持体１３および被処理基板１２から輻射により熱が供給され、またマイクロ波プラズマが励起されることで発生する熱がさらに供給されるために、大量の熱が供給されることになる。そのため、前記処理ガス供給部３０を冷却するためには、効率よい冷却を行って冷却量を大きくすることが好ましい。【００５７】
本実施例では、ミストを含む冷却媒体を用いているため、冷却効率が向上し、上記の条件下においても前記処理ガス供給部の温度を、１００℃〜２００℃程度に保持することが可能となっている。【００５８】
例えば前記処理ガス供給部３０を、ＡｌまたはＡｌ合金を用いて構成する場合には、当該処理ガス供給部３０の温度が２００℃以上となると、処理ガス供給部の変形など熱による問題が生じる可能性があるため、当該処理ガス供給部３０の温度は２００℃以下にすることが好ましい。【００５９】
また、例えばＣＦ膜の成膜処理によって前記処理ガス供給部３０に膜が付着した場合、マイクロ波プラズマによるプラズマクリーニングによって除去する方法があるが、クリーニング速度（ＣＦ膜がエッチングされる速度）は、ＣＦ膜の温度、すなわち当該処理ガス供給部の温度に略依存する。例えばクリーニングガスにＯ2やＨ2を用いたＣＦ膜のプラズマクリーニングを行う場合、クリーニング速度を向上させるために、処理ガス供給部３０の温度は１００℃以上とすることが好ましい。【００６０】
また、例えば冷却媒体に液体を用いた場合、上記の理由から当該冷却媒体を１００〜２００℃程度に維持するためには高価な設備が必要となり、また１００℃以上の液体を導入する場合には、当該液体を導入する配管設備などの安全を確保することが困難な場合があり、設備が高価で複雑になることは避けられない。【００６１】
そこで、本実施例では、冷却ガスとミストを混合することで、単純な構造で容易に処理ガス供給部の冷却効率を向上させることを可能としている。そのため、処理ガス供給部の冷却にかかるコストを抑制することが可能となる。【００６２】
このようにして、処理ガス供給部３０を冷却した冷却媒体は、前記処理容器１１内に形成された冷却媒体通路１１ｂから、前記プラズマガスリング１４内に形成された冷却媒体通路１４ｂを介して、冷却媒体排出ライン４１Ｂより排出される構造になっている。【００６３】
また、プラズマガスリング１４に形成された、前記ガス溝１４Ｂと、前記冷却媒体通路１４ａ，１４ｂは、連通しない構造としている。【００６４】
また、本実施例では、前記冷却媒体通路３３を流れる冷却媒体の冷却効率を上げるために、冷却媒体が乱流状態となりやすいよう、冷却ガスＣ１として動粘度が小さいＳＦ６を用いている。ＳＦ６は動粘度が小さいため、低流量で乱流が発生する条件となる。【００６５】
また、冷却ガスは、ＳＦ６のほかにも、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2、空気などを用いることが可能である。【００６６】
また、必要に応じて、冷却ガスにミストを添加しない状態で用いることも可能である。例えば、マイクロ波電力が小さく、発生する熱量が小さい場合には、冷却媒体にミストを添加せず、例えば、ＳＦ６、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ2、空気などの冷却ガスを用いて処理ガス供給部を冷却することが可能である。【００６７】
また、前記処理ガス供給部３０に、図示しない処理ガス供給部可動手段を取り付けることで当該処理ガス供給部３０の位置を変更することもできる。例えば、前記処理ガス供給部３０を、前記マイクロ波透過窓１７に近づく方向、または遠ざかる方向に平行に移動させることによって、前記マイクロ波透過窓１７と当該処理ガス供給部３０の距離Ｌ１または被処理基板と当該処理ガス供給部３０の距離Ｌ２を最適化することが可能となる。また、前記距離Ｌ２を変更する場合には、前記保持台１３を可動させてもよい。【００６８】
その場合、例えば前記空間１１Ａに励起されるマイクロ波プラズマの状態を最適化することが可能となり、また空間１１Ｂへの処理ガスの供給状態を最適化して、基板処理を最適化することが可能となる効果を奏する。
【実施例２】
【００６９】
次に、図２に示した前記処理ガス供給部３０の詳細について示す。図４Ａ，図４Ｂは、それぞれ図２に示した処理ガス供給部３０のＸ−Ｘ断面、Ｙ−Ｙ断面を示したものである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。【００７０】
まず図４Ａを参照するに、前記処理ガス供給部３０は、前記処理ガス拡散部３１が格子上に形成されており、当該処理ガス拡散部３１の内部には、前記処理ガス通路３４が形成されている。また、処理ガス拡散部と、当該処理ガス拡散部に隣接する処理ガス拡散部の間にはプラズマガスや、励起されたプラズマが通過する穴部３２が形成されている。【００７１】
また、前記処理ガス供給部３０には、取り付け部３０Ａおよび３０Ｂが設けられ、当該取り付け部３０Ａおよび３０Ｂによって前記処理ガス供給部３０は、前記処理容器１１に取り付けられる構造になっている。【００７２】
前記取り付け部３０Ａおよび３０Ｂには、それぞれ処理ガス導入口３４Ｂが設けられており、当該処理ガス導入口３４Ｂから処理ガスが前記処理ガス通路３４に導入される構造になっている。また、前記処理ガス導入口３４Ｂは、前記処理ガス通路１１ｃに連通する構造になっている。なお、この連通する構造は図２では図示を省略している。【００７３】
次に、図４Ｂを参照するに、冷却媒体は、前記処理ガス拡散部３１中に形成された、冷却媒体通路３３を流れる構造になっている。当該冷却媒体は、前記取り付け部３０Ａに設けられた冷却媒体導入口３３Ａから導入され、前記取り付け部３０Ａの側から前記取り付け部３０Ｂの側に向かって形成された冷却媒体通路３３中を流れ、さらに当該取り付け部３０Ｂの側で反転するようにして、冷却媒体はさらに当該取り付け部３０Ａの方向に向かって形成された冷却媒体通路３３中を流れ、前記取り付け部３０Ａに設けられた冷却媒体排出口３３Ｂより排出される構造になっている。【００７４】
前記冷却媒体導入口３３Ａは、前記処理容器１１内に形成された前記冷却媒体通路１１ａに接続される構造になっている。また、前記冷却媒体排出口は、前記冷却媒体通路１１ｂに接続される構造になっている。本図では冷却媒体排出口を、前記取り付け部３０Ａの側に形成したが、これを前記取り付け部３０Ｂの側に形成してもよく、また、取り付け部３０Ａおよび３０Ｂの両側に形成することも可能であり、必要に応じて任意に変更することが可能である。同様に冷却媒体導入口を形成する位置も、任意に変更することが可能である。【００７５】
また、処理ガス供給部３０のうち、例えば、特にマイクロ波プラズマによる加熱量が多い部分は、冷却効率を向上させる構造とすると好適である。この場合、特に前記処理ガス供給部３０の中心部付近は、プラズマによる加熱量が多くなり、温度が上昇しやすい傾向にある。そのため、当該中心部付近、例えば図４Ｂに示す、中心部３０Ｃに形成される冷却媒体通路は、次に図４Ｃに示すような構造とすると、冷却効率が向上し、好適である。【００７６】
図４Ｃは、図４Ｂに示す処理ガス拡散部３１のＡ−Ａ断面図の一例である。また、本図では、図４Ｂに示した冷却媒体通路３３以外は図示を省略している。【００７７】
図４Ｃを参照するに、本図に示す冷却媒体通路３３内には、当該冷却媒体通路３３の内壁面に接する冷却フィン３３ａが形成されている。当該冷却フィン３３ａが形成されることで、冷却媒体により冷却される面積が増大し、冷却効率が良好となる効果を奏する。また、例えば加熱量が大きい部分にこのような冷却フィンを設けることで、処理ガス供給部の温度の均一性を良好とし、温度の不均一による変形などの影響を抑制することが可能となる。
【実施例３】
【００７８】
次に、図５Ａ，図５Ｂ，および図５Ｃに、前記処理ガス供給部３０を製造する方法の概要を、手順を追って示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。【００７９】
まず、図５Ａに示す工程において、平板上の、例えばＡｌ合金からなるプレート３０’に、冷却媒体通路３３と処理ガス通路３４の加工を施す。【００８０】
冷却媒体３３と処理ガス通路３４の加工は、ガンドリル（切削方向に延伸した長さが、通常のドリルより長いもの）を用いて加工を行うと、長い穴形状を加工する場合に好適である。【００８１】
次に、図５Ｂに示す工程において、前記穴部３２の加工を行って、プラズマやガスの通路となる穴部を形成すると共に、格子状の、処理ガス拡散部３１の形成を行う。さらに、処理ガス拡散部に、図２に示した前記ガス穴３４Ａの加工を行う。【００８２】
次に、図５Ｃに示す工程において、前記プレート３０’を略円板上に切り出し、切り出した略円板状のプレートを、ドーナツ状の周縁部品３０’’に嵌合させ、接合部分に電子ビーム溶接加工を施す。さらに前記取り付け部３０Ａ、３０Ｂを溶接し、必要に応じて洗浄を行って処理ガス供給部３０とする。【００８３】
従来は、例えば処理ガス通路や冷却媒体通路を形成する場合に、溝状の加工をした部品と、当該部品の蓋部を溶接して形成するなどの方法がとられていたが、この場合、加工工程が複雑になり、製造コストが増大する問題点を有していた。また、処理ガス通路や冷却媒体通路にガスや媒体が滞留する微小な隙間（滞留空間）が形成されてしまう問題が避けられなかった。【００８４】
本実施例では、ガンドリルを用いて冷却媒体通路と処理ガス通路を形成しているため、加工が容易になり、製造コストを低減することが可能となっている。また、処理ガス通路や冷却媒体通路で滞留空間が形成されることを防止し、効率的に冷却媒体や処理ガスを供給することが可能となる。
【実施例４】
【００８５】
また、前記処理ガス供給部３０は、１００〜２００℃の温度を維持することが好ましいため、前記処理容器１１とは熱抵抗を大きくした構造、すなわち断熱構造とすることが好ましい。そこで、前記プラズマ処理装置１０では、前記処理ガス供給部３０が取り付けられた部分を、図６に示すように変更して用いることが可能である。【００８６】
図６は、前記処理ガス供給部３０が取り付けられた前記処理容器１１の構造を拡大して模式的に示した断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。【００８７】
図６を参照するに、前記処理ガス供給部３０は、断熱部品３０ａと断熱部品３０ｂを介して前記処理容器１１に取り付けられる構造となっている。このため、前記処理ガス供給部３０と前記処理容器１１の間で熱抵抗が大きくなり、当該処理ガス供給部を１００℃〜２００℃に維持することが容易となる。【００８８】
また、前記断熱部品３０ａ、３０ｂの材料は、例えば、セラミック（Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＣなど）、また耐熱性を有する樹脂材料（ポリイミドなど）を用いることが可能である。
【実施例５】
【００８９】
次に、前記プラズマ処理装置１０の別の変形例であるプラズマ処理装置１０Ａを概略的に示したものを、図７に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。【００９０】
本実施例では、前記処理ガス供給部から排出される冷却媒体を再び当該処理ガス供給部に還流する冷却媒体循環装置５０が用いられている。前記冷却媒体循環装置５０は、冷却媒体ライン５１、冷却手段５２、圧縮ポンプ５３、リザーブタンク５４および冷却媒体調整手段５５を有している。【００９１】
前記冷却媒体ライン５１は、前記冷却媒体通路１４ａと冷却媒体通路１４ｂに接続され、前記処理ガス供給部３０から排出された冷却媒体が、当該冷却媒体ライン５１によって当該処理ガス供給部３０に還流される構造になっている。【００９２】
前記冷却媒体ライン５１には、圧縮ポンプ５３が設置されて冷却媒体を循環させることを可能としており、さらに圧縮ポンプ５３と処理ガス供給部３０の間には、リザーブタンク５４が設けられている。【００９３】
前記リザーブタンク５４には、圧縮された冷却媒体が保持され、前記処理ガス供給部３０に導入される冷却媒体の流量または圧力の変動量が抑制されるため、処理ガス供給部３０に導入される冷却媒体の流量または圧力が安定する。【００９４】
また、前記冷却媒体ラインには、冷却手段５２が設置されている。前記冷却手段５２は、例えば循環水ライン５２ａが接続され、循環水によって前記冷却媒体ライン５１を流れる冷却媒体を冷却する。【００９５】
本実施例によれば、冷却媒体を循環して用いているため、例えばＳＦ6などの冷却ガスを循環して用いることが可能となり、冷却ガスを外気に放出する場合と比較して装置のランニングコストが低減されると共に、冷却ガスを放出することによる、環境に与える影響を抑制できる。【００９６】
また、前記冷却手段５２を設けたことで冷却ガスの温度を低くし、冷却媒体の冷却効率を向上させることが可能になっている。【００９７】
また、本実施例では、さらに冷却媒体ライン５１に、冷却媒体調整手段５５を設けて、冷却媒体による処理ガス供給部の冷却量を調整することを可能としている。前記冷却媒体調整手段５５は、例えば質量流量コントローラなどの流量調整手段からなり、前記処理ガス供給部３０に導入する冷却媒体の流量を調整することによって、冷却媒体による冷却量を調整することが可能になっている。前記冷却媒体調整手段５５は、制御装置５６によって制御されている。前記制御装置５６には、前記処理ガス供給部３０に設置された温度測定手段５７によって計測された温度データが配線部５７ａを介して送られる。前記制御装置５６は、当該温度データに応じて前記冷却媒体調整手段５５を制御し、冷却媒体の流量が調整される機構になっている。【００９８】
例えば、前記処理ガス供給部３０の温度が上昇した場合、前記温度測定手段５７によって測定された温度データに基づき、制御装置５６が前記冷却媒体調整手段５５を制御して冷却媒体の流量を増大させるため、前記処理ガス供給部３０の温度上昇が抑制される。【００９９】
同様に、記処理ガス供給部３０の温度が下降した場合、前記温度測定手段５７によって測定された温度データに基づき、制御装置５６が前記冷却媒体調整手段５５を制御して冷却媒体の流量を減少させるため、前記処理ガス供給部３０の温度の下降が抑制される。【０１００】
このようにして、本実施例では、前記処理ガス供給部３０の温度が、例えば１００℃〜２００℃の領域に保持することが可能なようになっている。【０１０１】
また、前記冷却媒体調整手段５５は、流量調整手段に限定されるものではなく、例えばコンダクタンス可変バルブなどの圧力調整手段を用いることも可能であり、流量調整手段と同様の効果を有する。【０１０２】
すなわち、前記温度測定手段５７による温度測定データに応じて前記制御装置５６が圧力調整手段を制御し、前記冷却媒体通路３３の圧力を制御して前記処理ガス供給部３０の冷却量を制御して、処理ガス供給部の温度を制御する。この場合、前記冷却媒体通路３３の圧力が高いほど冷却媒体の冷却効率が向上する。前記冷却媒体通路３３の圧力は冷却量を維持するために、０．２〜１ＭＰａとするのが好ましい。
【実施例６】
【０１０３】
図７に示した実施例５では、前記冷却手段５２によって冷却媒体（冷却ガス）を冷却しているため、図２のプラズマ処理装置１０における冷却媒体混合器４０を省略した構造となっている。ここで、次に図８に示すように、前記プラズマ処理装置１０Ａに、さらに図２に示した前記冷却媒体混合器４０を用いることで、さらに冷却効率を向上させることが可能になる。【０１０４】
図８は、図７に示したプラズマ処理装置１０Ａの変形例であるプラズマ処理装置１０Ｂを概略的に示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。【０１０５】
図８を参照するに、本図に示すプラズマ処理装置１０Ｂでは、前記プラズマ処理装置１０Ａに、前記冷却媒体混合器４０を追加した構造になっている。そのため、本実施例では、実施例１に記載したプラズマ処理装置１０の場合と同様の効果を奏し、例えば冷却効率が向上するとともに、さらに実施例５に記載のプラズマ処理装置１０Ａと同様の効果を奏し、例えば装置のランニングコストを低減させる効果を奏する。【０１０６】
また、冷却媒体混合器４０と、冷却手段５２を組み合わせて用いることで、さらに冷却効率が向上し、処理ガス３０の温度上昇を抑制する効果がさらに顕著になり、温度の安定性が向上する。【０１０７】
また、冷却手段５２の冷却方法は冷却水によるものに限定されず、例えばヒートポンプなどの熱交換手段、または他の冷却媒体による冷却など様々な方法を用いることが可能である。【０１０８】
また、冷却媒体通路の形状や形成方法は、本実施例に示した形状に限定されるものではなく、必要となる冷却量に応じて、また装置の設計上の必要事項に応じて様々に変形・変更して用いることが可能である。【０１０９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明によれば、マイクロ波プラズマを用いたプラズマ処理装置において、プラズマ処理装置の処理ガス供給部の冷却効率を向上させ、当該処理ガス供給部の温度上昇を抑制することが可能になる。【０１１１】
また、プラズマ処理装置の処理ガス供給部の冷却にかかるコストを低減し、プラズマ処理装置のランニングコストを低減することが可能となる。
【図１Ａ】
2005045913.tif 000002
【図１Ｂ】
2005045913.tif 000003
【図２】
2005045913.tif 000004
【図３】
2005045913.tif 000005
【図４Ａ】
2005045913.tif 000006
【図４Ｂ】
2005045913.tif 000007
【図４Ｃ】
2005045913.tif 000008
【図５Ａ】
2005045913.tif 000009
【図５Ｂ】
2005045913.tif 000010
【図５Ｃ】
2005045913.tif 000011
【図６】
2005045913.tif 000012
【図７】
2005045913.tif 000013
【図８】
2005045913.tif 000014
【国際調査報告】
2005045913.tif 000015
2005045913.tif 000016
2005045913.tif 000017
2005045913.tif 000018