JP2000082694A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギコストが低く、プラズマ生成領域に
対向する部分の温度を比較的高い温度に制御することが
できるプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 プラズマ生成室４内には、上チャンバ２
の線膨張係数より大きい線膨張係数の金属，例えばアル
ミニウムを、上チャンバ２の内径より小さい外径の円筒
状に成形してなるベルジャ６が上チャンバ２の中心軸と
同心円上に配置してあり、ベルジャ６と上チャンバ２と
の間には所定寸法のギャップが形成してある。上チャン
バ２の下チャンバ３に連通する部分には、環状の凸部７
が設けてある。また、ベルジャ６の下端近傍には、他の
部分の厚さより外周面側の厚さを薄くなすことによって
段差部6aが設けてあり、ベルジャ６の下端を前記凸部７
内に挿入して、段差部6aを凸部７に載置する様態で、ベ
ルジャ６は凸部７によって支持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板にプ
ラズマを照射して、エッチング又はアッシング等の処理
を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応ガスに外部からエネルギを与えて生
じるプラズマは、ＬＳＩ及びＬＣＤ等の製造プロセスに
おいて広く用いられている。一般にプラズマを生成させ
る励起手段には２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場
合と、１３．５ＭＨｚのＲＦ（Ｒadio Ｆrequency）を
用いる場合とがある。前者は後者に比べて高密度のプラ
ズマが得られると共に、プラズマ発生のために電極を必
要とせず、従って電極からのコンタミネーションを防止
できるという利点がある。

【０００３】ところで、いずれの励起手段が設けてある
プラズマ処理装置でも、プラズマ生成室内にガスを導入
してプラズマを生成させた場合、生じたプラズマによっ
てプラズマ生成室の内面の温度が上昇し、それが所定温
度を越えた場合、プラズマ生成室の内面と前記ガスとの
間の熱化学反応によって生じた不純物が前記内面に付着
する。この不純物は、プラズマの生成が停止されてプラ
ズマ生成室及びその側壁の温度が低下した場合、付着し
た内面から剥離してパーティクルとなり、プラズマ処理
が施される被処理物を汚染する。また、生成したプラズ
マによって、プラズマ生成室の内面もスパッタリングさ
れるため、それによってパーティクルが発生する一方、
プラズマ生成室の寿命が短くなる。

【０００４】そのため、特開平 7−273086号公報には、
プラズマ生成室の周壁内に冷却水を通流させる通流路を
開設してなるプラズマ処理装置が開示されている。しか
し、特開平 7−273086号公報に開示されたプラズマ処理
装置にあっては、通流路への冷却水の通流によってプラ
ズマ生成室の内面が過度に冷却された場合、プラズマ生
成室におけるプラズマの生成が不安定になり、被処理物
に所要のプラズマ処理を施すことが困難になるという問
題があった。

【０００５】ところで、被処理物をエッチングするため
のベースガスとしてフッ化炭素ガスを用いた場合、下地
膜とレジスト膜との選択比率が向上することが知られて
いる。このフッ化炭素ガスをプラズマ生成室に導入し
て、パーティクルの発生を抑制しつつプラズマを安定に
生成するには、プラズマ生成室の内面を２００℃以上に
する必要がある。

【０００６】そこで、本出願人は特開平 7−273086号公
報に、マイクロ波を導入するプラズマ生成室の内部に、
該プラズマ生成室の内寸より小さい外寸の筒形に高純度
アルミニウムを成形してなる内容器を、内容器の外面が
プラズマ生成室の内面に接触しないように固定したプラ
ズマ処理装置を開示している。このようなプラズマ処理
装置にあっては、プラズマ処理装置内を所要の圧力まで
減圧した後、シーズニングガスをプラズマ生成室に導入
してプラズマを生成することによって内容器の内面を２
００℃以上に予熱した後、シーズニングガスに代えてフ
ッ化炭素ガスをベースガスとしてプラズマ生成室に導入
し、生成したプラズマによって被処理物をエッチングす
る。

【０００７】前述した如く内容器は熱容量が比較的少な
いアルミニウムで形成されており、また、内容器とプラ
ズマ生成室の内面との間に形成されたギャップが、前述
した減圧によって真空断熱効果を奏するため、短時間で
内容器を予熱することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、被処理物を
更に高精度にプラズマ処理するために、プラズマ生成室
の内面又は前述した内容器の内面等、プラズマ処理装置
のプラズマ生成領域に対向する部分の温度を高精度に制
御することが要求されている。しかし、特開平 7−2730
86号公報に開示されたプラズマ処理装置では、内容器の
冷却は主に内容器からの輻射によって行われるため、冷
却能力が小さく、内容器を所要の温度（例えば２００
℃）に制御することが困難である。

【０００９】一方、特開平 7−273086号公報に開示され
たプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理室の内面
の温度を比較的高い温度（例えば２００℃程度）に制御
し得るものの、前述したシーズニングによってプラズマ
処理室の内面の温度を目標温度まで予熱する場合、プラ
ズマ処理室の予熱に長時間を要するため、プラズマ処理
のスループットが低い。また、予熱に要するエネルギコ
ストが高いという問題があった。

【００１０】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところはプラズマを生成する
外容器と、該外容器内に配設した内容器との間に所要の
ギャップを設け、内容器は、該内容器の熱膨張によって
外容器に接触するようになすことによって、エネルギコ
ストが低く、プラズマ生成領域に対向する部分の温度を
比較的高い温度に制御することができるプラズマ処理装
置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るプラズマ
処理装置は、プラズマを生成する外容器内に内容器を配
設してなり、生成したプラズマによって被処理物を処理
するプラズマ処理装置において、前記外容器と内容器と
の間に所要のギャップが設けてあり、前記内容器は、該
内容器の熱膨張によって前記外容器に接触するようにな
してあることを特徴とする。

【００１２】第２発明に係るプラズマ処理装置は、プラ
ズマを生成する外容器内に内容器を配設してなり、生成
したプラズマによって被処理物を処理するプラズマ処理
装置において、前記内容器は筒状をなし、前記外容器に
は内容器の一端近傍を支持する支持部材が設けてあり、
外容器と内容器との間に所要のギャップが設けてあるこ
とを特徴とする。

【００１３】プラズマを生成する外容器とその内部に配
設した内容器との間に所要のギャップが設けてある。外
容器の内部を減圧した状態でプラズマを生成するが、こ
の場合、前記ギャップが真空断熱効果を奏するため、生
成したプラズマによって内容器は短時間で昇温し、熱膨
張する。内容器を筒状に成形し、その一端近傍を支持部
材によって支持することによって、内容器が熱膨張した
場合、前述したギャップが徐々に減少して内容器が外容
器に接触し、内容器の熱が外容器へ伝導するため、内容
器の温度を比較的高い温度に制御することができる。

【００１４】第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１
又は第２発明において、前記内容器は、外容器より大き
い線膨張係数の材料になしてあることを特徴とする。

【００１５】内容器は、外容器より大きく熱膨張し、所
定の温度で外容器に接触する。従って、前述したギャッ
プを、内容器の線膨張係数及び内容器を外容器に接触さ
せる温度に基づいて定めておくことによって、内容器の
温度を所要の温度に制御することができる。

【００１６】第４発明に係るプラズマ処理装置は、第１
乃至第３発明の何れかにおいて、前記外容器には該外容
器の温度を調節する温度調節器が設けてあることを特徴
とする。

【００１７】第５発明に係るプラズマ処理装置は、第４
発明において、前記温度調節器は熱媒体を通流する通流
路を具備することを特徴とする。

【００１８】外容器の周壁に、水といった熱媒体を通流
させる通流路を開設しておき、該通流路内に適宜の温度
に調整した熱媒体を通流させる。内容器が熱膨張して外
容器に接触した場合、内容器から外容器へ伝導した熱
は、熱媒体に伝達し、該熱媒体によって外容器外へ除去
される。このように熱媒体によって内容器から抜熱する
ことによって、内容器の温度を高精度に制御することが
できる。

【００１９】第６発明に係るプラズマ処理装置は、第５
発明において、複数の通流路が、前記外容器の内容器に
対向する部分に、適宜の間隔で設けてあることを特徴と
する。

【００２０】外容器の内径及び内容器の外径は共に、僅
かな寸法誤差を含んでおり、また、プラズマ処理によっ
て外容器及び内容器が繰り返し昇降温されて外容器及び
内容器に僅かなひずみが生じ、外容器の内径及び内容器
の外径の寸法精度が悪化する。そのため、内容器が膨張
した場合、該内容器の外周面の全てが外容器の内周面に
同時的に接触せず、内容器の一部が外容器に当接する、
所謂片当たりが発生する。

【００２１】この片当たりが発生した場合、内容器の外
容器に当接した部分だけが冷却されて収縮する一方、内
容器の他の部分は膨張し、その一部が片当たりする。こ
のような片当たりが内容器の周方向の異なる位置で連続
的に発生し、それに伴って内容器の温度差が生じた部分
が周方向へ変動するため、プラズマ処理の初期にあって
は、プラズマの生成が不安定になり易い。

【００２２】しかし、本発明に係るプラズマ処理装置に
あっては、複数の通流路が、外容器の内容器の対向する
部分に、適宜の間隔で設けてあるため、前述した如き片
当たりが連続的に発生することを防止することができ
る。

【００２３】即ち、昇温された外容器は、各通流路内に
通流された熱媒体によって部分的に冷却されるため、外
容器は、各通流路に対向する部分の内径が小さく、他の
部分の内径が大きい。このように内周面が波形状の外容
器に、内容器の一部が当接する場合、その当接部分は波
形状であるため、内容器の外容器に当接した部分は冷却
されて収縮しようとするが、その両側の部分は、外容器
に当接していないので、引き続き膨張しようとする。そ
のため、内容器の外容器に当接した部分が外容器から離
隔し難くなる一方、内容器の他の部分が外容器に当接す
るので、前述した片当たりが連続的に発生することな
く、内容器の全周にわたって温度の偏りが少なくなり、
プラズマの生成が安定する。

【００２４】これによって、外容器の内径及び内容器の
外径の寸法精度に拘わらず、内容器の外容器への片当た
りが連続的に発生することが防止されるため、プラズマ
処理の初期であっても、プラズマを安定して生成するこ
とができる。

【００２５】第７発明に係るプラズマ処理装置は、第６
発明において、前記各通流路には、温度を調節した熱媒
体を各別に通流させるようになしてあることを特徴とす
る。

【００２６】外容器に設けた複数の通流路に、温度を調
節した熱媒体を各別に通流させるため、各通流路に発生
する温度勾配を可及的に低減することができる。そのた
め、内容器の温度をより均一にすることができ、プラズ
マを更に安定して生成することができる。

【００２７】第８発明に係るプラズマ処理装置は、第４
乃至第７発明の何れかにおいて、前記温度調節器は外容
器に埋設したヒータを具備することを特徴とする。

【００２８】内容器及び／又は外容器の寸法誤差によっ
て、前述したギャップが所要の寸法より小さい場合、該
ギャップが所要の寸法である場合に比べて、内容器の温
度が低いときに内容器が外容器に接触するため、所要の
温度より低い温度に制御される。このとき、外容器に埋
設したヒータに給電して外容器を加熱することによっ
て、外容器の壁を膨張させ、前記ギャップの寸法を大き
くする。このように、ヒータの加熱によって前記ギャッ
プの寸法を所要の寸法に調整することができるため、内
容器及び／又は外容器に寸法誤差が存在する場合でも、
内容器を所要の温度に制御することができる。

【００２９】第９発明に係るプラズマ処理装置は、第１
乃至第８発明の何れかにおいて、前記内容器にはヒータ
が埋設してあることを特徴とする。

【００３０】内容器に埋設したヒータによって内容器を
予熱する。これによって、内容器の予熱に要する時間を
可及的に短くすることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。 （実施の形態１）図１は本発明に係るプラズマ処理装置
を示す側断面図であり、図中、１はニッケル系のステン
レス鋼を成形したチャンバである。チャンバ１は、円筒
状の上チャンバ２と、該上チャンバ２の直径より大きい
直径の有底円筒体の上に円錐台筒体を設けてなる下チャ
ンバ３とを気密状態に連結してある。この上チャンバ２
は交換し得るようになしてある。

【００３２】上チャンバ２の上端部には、中央にマイク
ロ波導入窓が開設してある上部壁が設けてあり、マイク
ロ波導入窓は石英ガラス又はアルミナ等の誘電体を板状
に成形してなる封止板11によって気密状態に封止してあ
る。上部壁の封止板11の周囲には、図示しないマイクロ
波発振器に連接してある導波管12が接続してあり、マイ
クロ波発振器が発振したマイクロ波は導波管12によって
封止板11まで導かれ、該封止板11を透過して上チャンバ
２内のプラズマ生成室４へ入射される。

【００３３】上チャンバ２の周壁は、水といった熱媒体
を通流させる通流路15を内部に開設した２重壁構造にな
してあり、上チャンバ２の外周面には通流路15に熱媒体
を注入する注入口16及び通流路15から熱媒体を排出させ
る排出口17が開設してある。一方、上チャンバ２の周囲
及び上チャンバ２に接続した導波管12の一部に渡る部分
の周囲には、励磁コイル26が上チャンバ２の中心軸と同
心円上に配設してある。

【００３４】下チャンバ３の内部は処理室５になしてあ
り、該処理室５内には、ウェーハといった被処理物Ｗを
載置する載置台23が配置してある。載置台23は、処理室
５の底部を貫通した支持軸によって支持されており、高
周波発振器25から所定周波数の高周波が印加されるよう
になっている。処理室５の底部には排気口21が開設して
あり、該排気口21には排気装置に連通する排気管（共に
図示せず）を接続するようになっている。また、下チャ
ンバ３の上端近傍には、処理室５及びプラズマ生成室４
内へガスを導入するガス導入管22が、下チャンバ３の周
面を貫通する様態で接続してあり、ガス導入管22からシ
ーズニングガス又は反応ガス等を導入する。

【００３５】プラズマ生成室４内には、上チャンバ２の
線膨張係数より大きい線膨張係数の金属，例えばアルミ
ニウムを、上チャンバ２の内径より小さい外径の円筒状
に成形してなるベルジャ６が上チャンバ２の中心軸と同
心円上に配置してあり、ベルジャ６と上チャンバ２との
間には所定寸法のギャップが形成してある。例えば、ベ
ルジャ６の線膨張係数が２４．６×１０^-6／℃であり、
上チャンバ２の線膨張係数が１７．５１×１０^-6／℃
（共に１００℃における数値）であり、ベルジャ６の温
度を略２００℃に制御する場合、前述したギャップが常
温（略２０℃）で略０．５ｍｍになるようにベルジャ６
の寸法を定める。

【００３６】上チャンバ２の下チャンバ３に連通する部
分には、環状の凸部７が設けてある。また、ベルジャ６
の下端近傍には、他の部分の厚さより外周面側の厚さを
薄くなすことによって段差部6aが設けてあり、ベルジャ
６の下端を前記凸部７内に挿入して、段差部6aを凸部７
に載置する様態で、ベルジャ６は凸部７によって支持さ
れている。

【００３７】このようなプラズマ処理装置にあっては、
載置台23上にダミーを載置しておき、注入口16及び排出
口17から適宜温度の熱媒体（例えば８０℃の水）を注排
出して通流路15内に熱媒体を循環させて、上チャンバ２
の周面を所要の温度になすと共に排気口21から排気して
チャンバ１内を所要の圧力まで減圧し、ガス導入管22か
らシーズニングガスを導入する。励磁コイル26によって
磁界を形成する。そして、導波管12からプラズマ生成室
４内へマイクロ波を適宜時間だけ入射してプラズマを生
成し、該プラズマによってベルジャ６を加熱する。この
とき、ベルジャ６と上チャンバ２との間に形成されたギ
ャップが、前述した減圧によって真空断熱効果を奏する
ため、短時間でベルジャ６を昇温することができる。

【００３８】ベルジャ６はそれが昇温するに従って膨張
し、前述したギャップの寸法が徐々に小さくなる。そし
て、所要温度まで昇温した場合、ベルジャ６が上チャン
バ２の内面に接触し、ベルジャ６への入熱は上チャンバ
２に伝達して通流路15内を循環する熱媒体に奪われるた
め、ベルジャ６は所要の温度に維持される。一方、プラ
ズマ生成の停止等によってベルジャ６が冷却された場
合、ベルジャ６は収縮して上チャンバ２から離隔し、プ
ラズマの加熱によって再び昇温して膨張する。これによ
って、プラズマ生成室４へマイクロ波を入射する時間を
厳密に調整することなく、またベルジャ６の初期温度に
拘わらず、ベルジャ６の温度を所要の温度に高精度に予
熱することができる。

【００３９】このようにしてベルジャ６を予熱した後、
ダミーに代えて被処理物Ｗを載置台23上に載置した後、
ガス導入管22から反応ガスを導入し、前同様、励磁コイ
ル26によって磁界を形成すると共に、導波管12からプラ
ズマ生成室４内へマイクロ波を入射してプラズマを生成
し、励磁コイル26にて形成される発散磁界によって処理
室５内の被処理物Ｗの周辺にプラズマを導き、エッチン
グ又はアッシング等のプラズマ処理を被処理物Ｗの表面
に施す。この間、ベルジャ６は、上チャンバ２への接触
・抜熱によって所要の温度に制御されるため、被処理物
Ｗを高精度にプラズマ処理することができる。

【００４０】（実施の形態２）図２は実施の形態２を示
す側断面図であり、上チャンバ２を加熱し得るようにな
してある。なお、図中、図１に示した部分に対応する部
分には同じ番号を付してその説明を省略する。図２に示
した如く、上チャンバ２のプラズマ生成室４に対向する
周壁には環状のヒータ８が埋設してあり、該ヒータ８に
給電することによって上チャンバ２の周壁を加熱するよ
うになしてある。

【００４１】ベルジャ６及び／又は上チャンバ２の寸法
誤差によって、ベルジャ６の外周面と上チャンバ２の内
周面との間のギャップが所要の寸法より小さい場合、該
ギャップが所要の寸法である場合に比べて、ベルジャ６
の温度が低いときにベルジャ６が上チャンバ２に接触す
るため、所要の温度より低い温度に制御される。このと
き、ヒータ８に給電して上チャンバ２の周壁を加熱する
ことによって、上チャンバ２の周壁を膨張させ、前記ギ
ャップの寸法を大きくする。このように、ヒータ８の加
熱によって前記ギャップの寸法を所要の寸法に調整する
ことができるため、ベルジャ６及び／又は上チャンバ２
に寸法誤差が存在する場合でも、ベルジャ６を所要の温
度に制御することができる。

【００４２】図３は上チャンバの加熱とギャップ変化量
との関係を示すグラフである。内径が１５０ｍｍの上チ
ャンバに４ｋＷのヒータを埋設しておき、上チャンバ内
に外径が１４９．５ｍｍのベルジャを装入した。そし
て、上チャンバの通流路内へ８０℃の水を４．５リット
ル／分の流量で通流しつつ、前記ヒータに与える電力を
徐々に変化させて、ベルジャと上チャンバとの間のギャ
ップの変化量を計測し、縦軸をギャップ変化量、横軸を
電力とした領域にプロットした。

【００４３】図３から明らかな如く、ヒータに与える電
力が大きくなるに従ってギャップ変化量が略直線的に増
大し、略０．１ｍｍまでギャップを大きくすることがで
きた。また、ヒータに電力を与えつつ、上チャンバ内に
プラズマを生成させたところ、ベルジャを所要の温度に
制御することができた。このとき、ベルジャはヒータに
よって加熱された上チャンバからの輻射熱によって予熱
されるため、プラズマによるベルジャの予熱時間を短く
することができる。

【００４４】（実施の形態３）図４は実施の形態３を示
す側断面図であり、ベルジャ６を加熱し得るようになし
てある。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分
には同じ番号を付してその説明を省略する。図４に示し
た如く、ベルジャ６の周壁には環状のヒータ９が埋設し
てあり、該ヒータ９に給電してベルジャ６を加熱する。
ベルジャ６の段差部6a及びベルジャ６を支持する凸部７
の対向する部分にはそれぞれ、電極が互いに接触するよ
うに設けてあり、段差部6aに設けた電極はヒータ９に接
続してある。また、凸部７に設けた電極は上チャンバ２
の外周面に設けた外部端子に接続してあり、該外部端子
と電源とを接続することによって、ヒータ９に給電する
ようになしてある。

【００４５】このようなプラズマ処理装置にあっては、
上チャンバ２にマイクロ波を導入すると共にヒータ９に
給電し、又は上チャンバ２にマイクロ波を導入すること
なくヒータ９に給電してベルジャ６を予熱する。これに
よって、ベルジャ６の予熱に要する時間を可及的に短く
することができる。

【００４６】なお、上述した各実施の形態では外容器で
ある上チャンバ２の周壁に通流路15が開設してあるが、
本発明はこれに限らず、内部に通流路が開設してある筒
状の冷却器を上チャンバ２に外嵌してもよいことはいう
までもない。

【００４７】（実施の形態４）図５は実施の形態４を示
す側断面図であり、上チャンバ２の内部に複数の通流路
15a ，15a ，…が設けてある。また、図６は図５に示し
た通流路15a ，15a ，…の模式的斜視図である。なお、
両図５，図６中、図２に示した部分に対応する部分には
同じ番号を付してその説明を省略する。

【００４８】上チャンバ２の周壁内には、中間部が上チ
ャンバ２の中心軸と平行をなすコ字管状の複数の通流路
15a ，15a ，…が、上チャンバ２の周方向へ所定の間隔
で開設してあり、上チャンバ２の外周面には、各通流路
15a ，15a ，…の上側端部に連通する排出口17a ，17a
，…、及び各通流路15a ，15a ，…の下側端部に連通
する注入口16a ，16a ，…がそれぞれ開設してある。そ
して、各注入口16a ，16a ，…から通流路15a ，15a ，
…内に、温度調節された冷却水が各別に通流されるよう
になっている。

【００４９】ところで、上チャンバ２の内径及びベルジ
ャ６の外径は共に、僅かな寸法誤差を含んでおり、ま
た、プラズマ処理装置の運転によって上チャンバ２及び
ベルジャ６が繰り返し昇降温されて上チャンバ２及びベ
ルジャ６に僅かなひずみが生じ、上チャンバ２の内径及
びベルジャ６の外径の寸法精度が悪化する。そのため、
ベルジャ６が膨張した場合、該ベルジャ６の外周面の全
てが上チャンバ２の内周面に同時的に接触せず、ベルジ
ャ６の一部が上チャンバ２に当接する、所謂片当たりが
発生する。

【００５０】この片当たりが発生した場合、ベルジャ６
の上チャンバ２に当接した部分だけが冷却されて収縮す
る一方、ベルジャ６の他の部分は膨張し、その一部が片
当たりする。このような片当たりがベルジャ６の周方向
の異なる位置で連続的に発生し、それに伴ってベルジャ
６の温度差が生じた部分が周方向へ変動するため、プラ
ズマ処理の初期にあっては、プラズマの生成が不安定に
なり易い。

【００５１】しかし、本実施の形態に係るプラズマ処理
装置にあっては、複数の通流路15a，15a ，…が、上チ
ャンバ２の周方向へ所定の間隔で開設してあるため、前
述した如き片当たりが連続的に発生することを防止する
ことができる。

【００５２】即ち、プラズマ生成室４内に生成されたプ
ラズマ及びヒータ８によって昇温された上チャンバ２
は、通流路15a ，15a ，…内に通流された冷却水によっ
て部分的に冷却されるため、上チャンバ２は、通流路15
a ，15a ，…に対向する部分の内径が小さく、他の部分
の内径が大きい。このように内周面が波形状の上チャン
バ２に、ベルジャ６の一部が当接する場合、その当接部
分は波形状であるため、ベルジャ６の上チャンバ２に当
接した部分は冷却されて収縮しようとするが、その両側
の部分は、上チャンバ２に当接していないため、引き続
き膨張しようとする。そのため、ベルジャ６の上チャン
バ２に当接した部分が上チャンバ２から離隔し難くなる
一方、ベルジャ６の他の部分が上チャンバ２に当接する
ので、前述した片当たりが連続的に発生することなく、
ベルジャ６の全周にわたって温度の偏りが少なくなり、
プラズマの生成が安定する。

【００５３】これによって、上チャンバ２の内径及びベ
ルジャ６の外径の寸法精度に拘わらず、ベルジャ６の上
チャンバ２への片当たりが連続的に発生することが防止
されるため、プラズマ処理の初期であっても、プラズマ
生成室４内にプラズマを安定して生成することができ
る。

【００５４】また、上チャンバ２に設けた複数の通流路
15a ，15a ，…に、温度を調節した冷却水を各別に通流
させるため、各通流路15a ，15a ，…の長手方向に発生
する温度勾配を可及的に低減することができる。そのた
め、ベルジャ６の温度をより均一にすることができ、プ
ラズマを更に安定して生成することができる。

【００５５】なお、本実施の形態では、上チャンバ２の
周壁内に、中間部が上チャンバ２の中心軸と平行をなす
コ字管状の複数の通流路15a ，15a ，…が、上チャンバ
２の周方向へ所定の間隔で開設した場合を示してある
が、本発明はこれに限らず、図７に示した如く、上チャ
ンバの周壁内に、該上チャンバの中心軸を中心とする円
弧状の複数の通流路15b ，15b ，…を、前記中心軸の軸
長方向へ適宜の間隔を隔てて開設してもよい。

【００５６】

【実施例】次に図１に示したプラズマ処理装置について
シミュレーションを行った結果について説明する。図８
は、プラズマの生成に係る入出熱量の変化、プラズマ処
理装置の複数の部分における温度変化及びギャップの変
化をシミュレーションした結果を示すグラフである。図
中、（ａ）はプラズマからベルジャへの入熱量を、
（ｂ）は通流路内の熱媒体による出熱量を示しており、
（ｃ）はベルジャの温度を、（ｄ）は上チャンバの温度
を示している。また、（ｅ）はベルジャと上チャンバと
の間のギャップを示している。

【００５７】線膨張係数が２４．６×１０^-6／℃（１０
０℃における数値）であり外径が１４９．５ｍｍである
アルミニウム製のベルジャを、線膨張係数が１７．５１
×１０^-6／℃（１００℃における数値）であり内径が１
５０ｍｍであるステンレス製の上チャンバ内に配置して
おき、上チャンバの通流路内へ８０℃の水を４．５リッ
トル／分の流量で通流しつつ、１．７ｋＷのマイクロ波
パワーのマイクロ波を上チャンバ内へ導入してプラズマ
生成室内にプラズマを生成した場合の伝熱計算を経時的
に行った。なお、プラズマによる入出熱量は０．１ｋＷ
である。

【００５８】図８（ａ）に示した如く、プラズマからベ
ルジャへの入熱量は、略一定であり、被処理物を交換す
べくプラズマ生成を停止するタイミングで一時的に低下
している。このプラズマからベルジャへの入熱によっ
て、図８（ｃ）及び（ｅ）に示した如く、ベルジャの温
度が次第に上昇し、それに伴ってギャップが徐々に小さ
くなる。この間、ベルジャからの輻射熱が上チャンバに
伝達するため、図８（ｂ）に示した如く、熱媒体による
出熱量が徐々に増加する。

【００５９】図８（ｃ）及び（ｅ）に示した如く、ベル
ジャの温度が略２００℃に達したとき、ギャップが零、
即ちベルジャが上チャンバに接触する。これによって、
図８（ｂ）に示した如く、熱媒体による出熱量が急激に
増大し、入熱量及び出熱量が平衡になり、図８（ｃ）に
示した如く、ベルジャの温度は略２００℃に維持され
る。

【００６０】そして、図８（ａ）及び（ｃ）に示した如
く、プラズマからベルジャへの入熱量が、被処理物を交
換すべくプラズマ生成を停止するタイミングで一時的に
低下する都度、ベルジャ６の温度が低下し、（ｅ）及び
（ｂ）に示した如く、ギャップが僅かに生じ、それによ
って、熱媒体による出熱量が一時的に減少する。しか
し、図８（ｃ）に示した如く、ベルジャの温度はほとん
ど変化していない。一方、この間、上チャンバの温度
は、図８（ｄ）に示した如く、熱媒体によって抜熱され
るため、略一定である。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述した如く第１及び第２発明に係
るプラズマ処理装置にあっては、内容器を短時間で加熱
することができる一方、熱膨張した内容器を外容器に接
触させ、内容器の熱を外容器へ伝導させることによっ
て、内容器の温度を比較的高い温度に制御する。このよ
うに比較的簡単な構成によって、プラズマ生成領域に対
向する部分の温度を制御することができるため、エネル
ギコスト及び装置コストが低い。

【００６２】第３発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、内容器は、所定の温度で外容器に接触するため、内
容器と外容器との間のギャップを、内容器の線膨張係数
及び内容器を外容器に接触させる温度に基づいて定めて
おくことによって、内容器の温度を所要の温度に制御す
ることができる。

【００６３】第４及び第５発明に係るプラズマ処理装置
にあっては、熱媒体によって内容器から抜熱することに
よって、内容器の温度を高精度に制御することができ
る。

【００６４】第６発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、外容器の内径及び内容器の外径の寸法精度に拘わら
ず、内容器の外容器への片当たりが連続的に発生するこ
とが防止されるため、プラズマ処理の初期であっても、
プラズマを安定して生成することができる。

【００６５】第７発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、外容器に設けた複数の通流路に発生する温度勾配を
可及的に低減することができるため、内容器の温度をよ
り均一にすることができ、プラズマを更に安定して生成
することができる。

【００６６】第８発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、内容器及び／又は外容器に寸法誤差が存在する場合
でも、内容器を所要の温度に制御することができる。

【００６７】第９発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、内容器に埋設したヒータによって内容器を予熱する
ため、内容器の予熱に要する時間を可及的に短くするこ
とができる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置を示す側断面図
である。

【図２】実施の形態２を示す側断面図である。

【図３】上チャンバの加熱とギャップ変化量との関係を
示すグラフである。

【図４】実施の形態３を示す側断面図である。

【図５】実施の形態４を示す側断面図である。

【図６】図５に示した通流路の模式的斜視図である。

【図７】他の通流路を示す模式的斜視図である。

【図８】プラズマの生成に係る入出熱量の変化、プラズ
マ処理装置の複数の部分における温度変化及びギャップ
の変化をシミュレーションした結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ チャンバ ２ 上チャンバ ３ 下チャンバ ４ プラズマ生成室 ６ ベルジャ ６ａ 段差部 ７ 凸部 ８ ヒータ ９ ヒータ １２ 導波管 １５ 通流路 １５ａ 通流路 １５ｂ 通流路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマを生成する外容器内に内容器を
   配設してなり、生成したプラズマによって被処理物を処
   理するプラズマ処理装置において、 前記外容器と内容器との間に所要のギャップが設けてあ
   り、前記内容器は、該内容器の熱膨張によって前記外容
   器に接触するようになしてあることを特徴とするプラズ
   マ処理装置。
2. 【請求項２】 プラズマを生成する外容器内に内容器を
   配設してなり、生成したプラズマによって被処理物を処
   理するプラズマ処理装置において、 前記内容器は筒状をなし、前記外容器には内容器の一端
   近傍を支持する支持部材が設けてあり、外容器と内容器
   との間に所要のギャップが設けてあることを特徴とする
   プラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記内容器は、外容器より大きい線膨張
   係数の材料になしてある請求項１又は２記載のプラズマ
   処理装置。
4. 【請求項４】 前記外容器には該外容器の温度を調節す
   る温度調節器が設けてある請求項１乃至３の何れかに記
   載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 前記温度調節器は熱媒体を通流する通流
   路を具備する請求項４記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 複数の通流路が、前記外容器の内容器に
   対向する部分に、適宜の間隔で設けてある請求項５記載
   のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記各通流路には、温度を調節した熱媒
   体を各別に通流させるようになしてある請求項６記載の
   プラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 前記温度調節器は外容器に埋設したヒー
   タを具備する請求項４乃至７記載の何れかに記載のプラ
   ズマ処理装置。
9. 【請求項９】 前記内容器にはヒータが埋設してある請
   求項１乃至８の何れかに記載のプラズマ処理装置。