JP2003038951A

JP2003038951A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2003038951A
Application number: JP2001228878A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Tsugami; 芳三津上
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積に亘って強く均一なプラズマの形成が
可能で、且つマイクロ波の透過窓のコストも安いプラズ
マ処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】大気よりも減圧された雰囲気を維持可能
な真空チャンバ（１）と、マイクロ波を導波する導波管
（９）と、前記導波管によって導波されたマイクロ波を
前記真空チャンバ内に導入するマイクロ波導入部（７）
と、を備え、前記マイクロ波導入部を介して前記真空チ
ャンバ内に導入されたマイクロ波によってプラズマを生
成可能なプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波導
入部（７）は、略円筒状の略円筒部（７Ｂ）と、前記略
円筒部の一方の開口を閉じるように設けられた上面部
（７Ａ）と、を有し、前記導波管は、前記略円筒部の周
囲を取り囲むように設けられてなることを特徴とするプ
ラズマ処理装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、特に、真空チャンバ内でプロセスガスにマイク
ロ波を照射して生成したプラズマを利用して被処理物の
処理を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを利用したドライエッチング、
アッシング、薄膜堆積あるいは表面改質などのプラズマ
処理は、半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置を
はじめとして各種の産業分野において広く利用されてい
る。

【０００３】このようなプラズマ処理を行う装置の代表
的なものとして、マイクロ波によりプラズマを生成する
マイクロ波励起型のプラズマ処理装置がある。

【０００４】マイクロ波励起型のプラズマ処理装置に
は、いくつかの種類があり、その一例として、真空チャ
ンバ内にプロセスガスを導入し、マイクロ波導波管から
導かれたマイクロ波をマイクロ波透過窓を介してプロセ
スガスに照射することにより真空チャンバ内にプラズマ
を発生させるものがある。このようにしてプロセスガス
から活性種を生成し、これを真空チャンバ内に配置され
た被処理物の表面に供給することによって、ドライエッ
チングやアッシングなどのプラズマ処理を施すことがで
きる。

【０００５】また、このタイプのプラズマ処理装置に
は、真空チャンバの内部で生成したプラズマを被処理物
の表面に接触させてプラズマ中の活性種等によりエッチ
ングやアッシング等の表面処理を施すものと、プラズマ
発生領域と処理空間とを分離して設け、プラズマからの
ダウンフローを被処理物の表面に導いてエッチングやア
ッシング等の表面処理を施すものとがある。

【０００６】なお、前述したマイクロ波透過窓を形成す
るための材料としては誘電体を用いることでき、具体的
には、石英、アルミナ、サファイア等を使用することが
できる。

【０００７】また、プラズマを形成するためのプロセス
ガスとしては、例えば被処理物の表面の薄膜のエッチン
グを行う場合には、酸素ガス（Ｏ_２）、あるいは酸素ガ
スにＣＦ_４、ＮＦ_３等のフッ素系ガスを添加したガスを
用いることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
プラズマ処理装置においては、真空チャンバ内に金属表
面が露出しているとプラズマにより活性化されたガスや
プラズマから受ける熱により金属表面が反応を起こし被
処理物の表面に不純物として付着し汚染する可能性があ
る。この問題を防ぐために、通常は、真空チャンバの内
壁にアルマイトやフッ素コートなどの表面処理を施して
いるが、放電部に近い部分では、スパッタエッチングの
影響で真空チャンバの表面処理がエッチングされ、金属
表面が露出しやすくなる。

【０００９】マイクロ波励起型のプラズマ処理装置にお
いては、マイクロ波を真空チャンバ内に導入するための
透過窓が必要である。この透過窓は、前述したように、
通常は石英やアルミナなどの誘電体により形成され、マ
イクロ波を低損失で透過させると同時に、真空チャンバ
内を気密に維持する役割も果たしている。

【００１０】しかし、例えばエッチングの場合、プロセ
スに反応性の高いガスを使用するため被処理物表面のエ
ッチングの他に、透過窓の部材である誘電体との反応も
起きる場合がある。その結果として、透過窓自体のエッ
チングや透過窓を構成する誘電体とプロセスガスとの反
応物が生成して不純物として析出される場合がある。

【００１１】透過窓がエッチングされると、その肉厚が
薄くなり大気と真空の圧力差から生じる応力に耐えきれ
ず破壊する可能性が生じる。また、透過窓を構成する誘
電体からの反応生成物が析出すると、真空チャンバ内や
被処理物の表面に不純物が付着し、歩留まりが低下す
る。このため、マイクロ波を透過させる誘電体透過窓は
定期的に交換する必要がある。

【００１２】通常は、マイクロ波透窓は、誘電体からな
る板状部材であり、マイクロ波の透過効率を考慮してい
るため真空を保持するために必要な肉厚より厚くなる。
一方、被処理物であるシリコンウェーハや液晶基板が大
型化しているために、処理空間のサイズもそれに対応し
て大型化し、透過窓のサイズも大型化する必要がある。
サイズが大きく肉厚も厚い誘電体透過窓を作成するのは
技術的に容易でなく、製造設備も大型化し、コストも高
くなるという問題がある。

【００１３】さらにまた、被処理物であるシリコンウェ
ーハや液晶基板が大型化すると、それに対応して、大面
積の高均一なプラズマが必要とされる。しかしながら、
大口径であるほど均一なプラズマを形成することは困難
となり、被処理物のプラズマ処理を均一に行うことが困
難になる。

【００１４】本発明はかかる課題の認識に基づいてなさ
れたものであり、その目的は、大面積に亘って強く均一
なプラズマの形成が可能で、且つマイクロ波の透過窓の
コストも安いプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１のプラズマ処理装置は、大気よりも減
圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、マイクロ
波を導波する導波管と、前記導波管によって導波された
マイクロ波を前記真空チャンバ内に導入するマイクロ波
導入部と、を備え、前記マイクロ波導入部を介して前記
真空チャンバ内に導入されたマイクロ波によってプラズ
マを生成可能なプラズマ処理装置であって、前記マイク
ロ波導入部は、略円筒状の略円筒部と、前記略円筒部の
一方の開口を閉じるように設けられた上面部と、を有
し、前記導波管は、前記略円筒部の周囲を取り囲むよう
に設けられてなることを特徴とする。

【００１６】すなわち、上記構成によれば、、マイクロ
波導入部を円筒状で上部を閉じた構造とすることにより
プラズマが生成される放電空間の上部と周囲とからマイ
クロ波を導入できるので大面積で均一且つ強いプラズマ
を生成でき、さらに、放電空間に金属のチャンバ壁が隣
接しないので、金属による汚染を抑制できる。

【００１７】つまり、放電部全体を誘電体などからなる
マイクロ波導入部で覆うことにより、真空チャンバなど
の金属部材の露出を押さえ、被処理物表面への金属汚染
を防止することができる。

【００１８】ここで、前記マイクロ波導入部の前記略円
筒部と前記上面部とは、分離可能とすることができる。
つまり、上面部すなわち蓋の部分が略円筒部すなわち側
面部と分離可能な構造とすることにより、誘電体からな
るマイクロ波導入部の製造、保守、交換が容易となる。

【００１９】また、前記マイクロ波導入部は、略円筒状
の内側及び外側の２つの略円筒部を略同軸に配置した二
重管構造を有し、前記２つの略円筒部の間隙には、冷却
媒体が充填されてなるものとすることができ、効率的に
冷却することにより、誘電体からなる導入部の熱による
劣化や損傷を防ぐことができる。

【００２０】このような冷却媒体としては、例えば液状
誘電体を用いることができる。

【００２１】また、前記マイクロ波導入部の前記上面部
の外側に、液体状あるいは固体シート状の冷却補助媒体
が設けられてなるものとすることができ、同様に、上面
部も効率的に冷却して熱による劣化や損傷を防ぐことが
できる。

【００２２】より具体的には、液状誘電体や熱伝導性の
良好なシート部材などを設けることにより効率的な放熱
が可能となる。

【００２３】一方、本発明の第２のプラズマ処理装置
は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャ
ンバと、マイクロ波を導波する導波管と、前記導波管に
よって導波されたマイクロ波を前記真空チャンバ内に導
入するマイクロ波導入部と、を備え、前記マイクロ波導
入部を介して前記真空チャンバ内に導入されたマイクロ
波によってプラズマを生成可能なプラズマ処理装置であ
って、前記マイクロ波導入部は、略円筒状の内側及び外
側の２つの略円筒部を略同軸に配置した二重管構造を有
し、前記２つの略円筒部の間隙には、冷却媒体が充填さ
れ、前記導波管は、前記略円筒部の周囲を取り囲むよう
に設けられてなることを特徴とする。

【００２４】上記構成によれば、二重管構造の導入部を
効率的に冷却することにより、熱による劣化や損傷を確
実に防ぐことができる。

【００２５】また、上述のいずれの構成においても、前
記マイクロ波導入部の前記略円筒部によって囲まれた前
記真空チャンバ内の放電空間に誘電体または金属からな
る突起物を設けることにより、放電空間におけるプラズ
マの分布を積極的に制御することができる。

【００２６】またさらに、上記いずれの構成において
も、前記マイクロ波導入部の上面部と支持板との間に熱
伝導性材料より成る熱伝導層を形成し、さらに支持板を
水冷し、前記プラズマ導入部の熱を熱伝導材料から支持
板に伝達し水冷することにより除去するようにしてもよ
い。

【００２７】また、前記マイクロ波導入部にマイクロ波
を与えるための空間は、前記略円筒部の周囲のみなら
ず、前記上面部の上にも設けることができる。

【００２８】従来、誘電体などからなるマイクロ波導入
部は、プラズマにより活性化されたプロセスガス等と反
応を起こし導入部のエッチングによる肉厚の減少や反応
生成物が不純物として被処理物表面に付着し歩留まりを
低下させていた。使用するプロセスガスによって誘電体
を選択すれば、誘電体がプロセスガスと反応を起こさな
い組み合わせが可能になることもあり、この場合誘電体
透過部材は半永久的に使用可能にある。しかし、このよ
うな組み合わせは一部のプロセスに限られ、殆どのプロ
セスにおいては誘電体とも反応を起こしながらプロセス
を行っている。

【００２９】この場合、誘電体がエッチングされる反応
速度は非常に重要であり、反応速度が速いと速く削れる
ため誘電体の交換間隔が速くなる。そこで、反応速度を
遅くするために上記構成の如く誘電体（マイクロ波導入
部）の熱を液状誘電体や熱伝導材料を介して伝達除去す
ることで反応温度を下げ、反応速度を遅くすることが可
能になる。これにより、誘電体からなるマイクロ波導入
部の交換寿命が延びる。

【００３０】一方、放電部の構造上、プラズマはマイク
ロ波導入部の側面において高密度で、上部は側面に比べ
低密度となる場合が多い。したがって、高密度プラズマ
が発生する側面の方が上部よりも反応速度が速くマイク
ロ波導入部としての誘電体がエッチングされる速度も速
くなってくる。このため導入部を交換する時期が側面と
上部で異なってくる。マイクロ波導入部の側面と上部と
を分割することで、それぞれの誘電体を別々に交換可能
に成るため誘電体部材の有効利用が可能になり低コスト
になる。

【００３１】また、被処理物の大型化により大面積に均
一なプラズマが必要になってくる。プラズマの分布は放
電部の電磁界分布によって決定され、電磁界分布は放電
空間の形状と使用する電源の周波数によって決定され
る。通常は被処理物の大きさが決まると放電部の大きさ
も決まり多少の自由度は有るが放電部の大きさを変えて
プラズマの均一性を向上させることは困難である。そこ
で、放電空間に誘電体または金属の突起物を設置するこ
とで放電空間内の電磁界分布を変えることができる。誘
電体を設置した場合はその誘電率により放電空間の大き
さを変化させる効果があり、金属を設置した場合は放電
空間の電磁界分布を変えることが可能になる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、具体例を参照しつつ詳細に説明する。

【００３３】図１は、本発明の実施の形態にかかるプラ
ズマ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。すな
わち、本実施形態のプラズマ処理装置は、処理空間２と
放電空間３とを内部に有する真空チャンバ１を備えてい
る。処理空間２には、被処理物４を載置するための載置
台５が設けられている。被処理物４は、例えば、半導体
製造用のシリコンウェーハや液晶表示装置用のガラス基
板などである。

【００３４】真空チャンバ１の底部には、排気口６が形
成されており、この排気口６を介して真空チャンバ１の
内部を図示しない真空ポンプによって排気することがで
きる。また、真空チャンバ１には、プロセスガスを導入
するためのガス導入部（図示せず）が適宜設けられる。
さらにまた、処理空間２に設けられた載置台５に、直流
電源または高周波電源によって直流バイアス電圧または
交流バイアス電圧を印加するようにしてもよい。

【００３５】放電空間３の周辺は、略円筒状で上部が閉
じた構造のマイクロ波導入部７により覆われている。マ
イクロ波導入部７を構成する材料に要求される特性とし
ては、マイクロ波の透過率が高いこと、大気圧と真空の
間の圧力差に耐えうる機械的な強度を有すること、プラ
ズマの放電などにより発生する熱に対して耐えうるこ
と、マイクロ波の損失を防ぐために力率が低いこと、被
処理物に対して汚染源となりにくいこと、などが挙げら
れ、具体的には、例えば、石英、アルミナ、サファイア
などの誘電体を使用することができる。

【００３６】そして、このようなマイクロ波導入部７の
周囲には、マイクロ波導波管９が設けられ、また、マイ
クロ波導入部７の上面部７Ａは、金属などからなる支持
板２０によって支持されている。

【００３７】図２は、装置上部の外観を模式的に表す斜
視図である。

【００３８】また、図３は、その導波管９の部分におい
て水平方向に切断した横断面図である。

【００３９】すなわち、導波管９が同図左側から右側に
向けてマイクロ波導入部７に接近し、略円筒状のマイク
ロ波導入部７の側面周囲をぐるりと取り囲んで、さらに
その右側に遠ざかる導波空間１２を形成している。そし
て、マイクロ波導入部７の上面は支持板２０により保護
されている。支持板２０は、アルミニウムやステンレス
などの金属により形成することができる。または、ガラ
スやセラミクスなどの無機材料と、その外側に設けられ
たマイクロ波を遮蔽するための金属（導体）シールド体
とからなる二重構造としてもよい。

【００４０】マイクロ波は、図中の矢印Ｍの方向に導波
される。導波管９を導波されたマイクロ波は、マイクロ
波導入部７を伝搬・透過して放電空間３に導入される。
そして、図示しないガス導入部から供給されたプロセス
用の反応性ガスが導波管９を介して放電空間３に導入さ
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、真空チャンバ１内の処理空間２において載置台５の
上に載置された被処理物４の表面に供給され、これによ
って被処理物４の表面処理が行われる。

【００４１】本実施形態におけるプラズマ処理装置にお
いては、放電空間３が略円筒状のマイクロ波導入部７に
より取り囲まれている。そして、導波管９を導波されて
きたマイクロ波は、このマイクロ波導入部７を介して放
電空間３に導入される。すなわち、誘電体の略円筒部７
Ｂの外周を包囲する金属部材によって成る金属材料の間
に隙間を設け、マイクロ波を伝搬させるための導波路９
を作ることで、マイクロ波が円周上の全面に伝搬し、略
円筒状のマイクロ波導入部材の円周上に均一なプラズマ
を発生させることが可能になる。

【００４２】ここで、マイクロ波は、誘電体などからな
るマイクロ波導入部７の表面を表面波として伝搬し透過
する。従って、マイクロ波は、図１において矢印Ｄ２で
表したように、マイクロ波導入部７の側壁を構成する略
円筒部７Ｂを透過するのみならず、マイクロ波導入部７
の上面部７Ａに伝搬して矢印Ｄ１で表したように下方に
も導入される。つまり、放電空間３に対して横方向と上
方からマイクロ波を効率的且つ均一に導入することがで
きる。その結果として、放電空間３において強く均一な
プラズマを生成することが可能となる。つまり、大面積
の被処理物４を迅速且つ均一にプラズマ処理することが
可能となる。

【００４３】また、本実施形態のプラズマ処理装置にお
いては、略円筒状で上部が閉じた構造のマイクロ波導入
部７によって放電空間３を取り囲んでいる。つまり、放
電空間３の周囲に真空チャンバ１の金属壁が隣接しな
い。その結果として、金属のチャンバ内壁が放電空間３
においてプラズマに曝されてスパッタエッチングされる
ことがなくなり、被処理物４の金属汚染を低減すること
ができる。

【００４４】また、本実施形態においては、マイクロ波
導入部７の上面部７Ａを支持板２０により支持すること
により、上面の肉厚を薄くしても大気と真空の圧力差に
耐えることが可能となる。その結果として、大面積のプ
ラズマを生成するためにマイクロ波導入部７のサイズを
大きくしても圧力差により破壊されることを防ぐことが
できる。なお、マイクロ波導入部７を機械的に支持する
ためには、マイクロ波導入部７の上面部７Ａを支持板２
０に接着するとよい。

【００４５】図４は、本発明のプラズマ処理装置の第２
の具体例の要部断面構造を表す模式図である。同図につ
いては、図１乃至図２に関して前述したものと同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００４６】本具体例においては、略円筒状のマイクロ
波導入部７の上面部７Ａの上にもマイクロ波の導波空間
１２が設けられている。すなわち、矢印Ｍの方向に導波
管９を導波されてきたマイクロ波は、マイクロ波導入部
７の上面部７Ａの上と略円筒部７Ｂの周囲にそれぞれ導
波され、放電空間３に導入される。

【００４７】このようにマイクロ波導入部７の上側にも
導波空間１２を設けることにより、放電空間３に対して
マイクロ波導入部７の上面部７Ａから導入されるマイク
ロ波の成分Ｄ１と、側壁の略円筒部７Ｂから導入される
マイクロ波の成分Ｄ２とのバランスを最適に調節するこ
とが容易となる。

【００４８】その結果として、より均一で強いプラズマ
を生成することが可能となる。

【００４９】次に、本発明の第３の具体例について説明
する。

【００５０】図５は、本発明のプラズマ処理装置の第３
の具体例の要部断面構造を表す模式図である。同図につ
いては、図１乃至図３に関して前述したものと同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００５１】本具体例においても、放電空間３を取り囲
むように略円筒状のマイクロ波導入部７が設けられてい
るが、マイクロ波導入部７を上面部７Ａと側壁部７Ｂと
に分割可能とされている。導波管９を矢印Ｍの方向に導
波されてきたマイクロ波の一部は、マイクロ波導入部７
の側壁部７Ｂを透過して放電空間３に導入され、また他
の一部は表面波として上面部７Ａに伝搬し、ここから放
電空間３に導入される。

【００５２】プラズマにより活性化された反応性ガスに
よって、マイクロ波導入部材であるマイクロ波導入部７
はエッチングされたり、反応性ガスとの反応によって反
応生成物を生成し分解される。このためマイクロ波導入
部７を定期的に交換する必要が生ずる。

【００５３】また、マイクロ波導入部７の上面部７Ａと
側壁部７Ｂとではプラズマの密度が異なるため、誘電体
のエッチング速度や反応生成物の生成量が異なる場合が
多い。マイクロ波導入部材であるマイクロ波導入部７を
板状の上面部７Ａと略円筒部７Ｂとに分割することによ
って、おのおの別々に交換することが可能となり、マイ
クロ波導入部７のメンテナンスが容易となる。

【００５４】また、本具体例においても、誘電体の上面
部７Ａを支持板２０によって機械的に支持することによ
り、放電空間３を大面積化しても機械的な強度を確保す
ることが容易となる。

【００５５】図６は、本発明のプラズマ処理装置の第４
の具体例の要部断面構造を表す模式図である。同図につ
いては、図１乃至図５に関して前述したものと同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００５６】本具体例においては、マイクロ波導入部材
であるマイクロ波導入部７が、略円筒部７Ｂおよび７Ｃ
からなる二重管構造とされ、この間隙に冷却媒体１０が
充填されている。ここで、冷却媒体１０は、間隙に封止
されていてもよく、または循環可能とされていてもよ
い。このような冷却媒体１０を充填することにより、誘
電体などからなるマイクロ波導入部７において発生する
熱を除去して、耐久性を改善することができる。

【００５７】冷却媒体１０の材料としては、マイクロ波
の損失を抑制するために、液状の誘電体を用いることが
望ましく、具体的には、例えばフッ素系の熱媒体を用い
ることができる。より具体的には、液状誘電体として、
商標名「フロリナート」あるいは商標名「ガルデン」な
どを使用することができる。

【００５８】二重管構造の内側の略円筒部７Ｂと外側の
略円筒部７Ｃとの間の液密性が保たれた空間に液状誘電
体からなる冷却媒体１０を充填することによって、内側
の略円筒部７Ｂの直接冷却を行い、熱伝導効率を上げる
ことができる。ここで、恒温槽を接続して冷却媒体１０
を循環させることにより、マイクロ波導入部７の温度を
任意に制御することもできる。このように、本具体例の
プラズマ処理装置においては、マイクロ波導入部材であ
るマイクロ波導入部７を冷却媒体１０によって直接冷や
すことが可能になり、さらにこの冷却媒体１０として液
状誘電体を用いることにより、マイクロ波の吸収による
損失も防ぐことができる。

【００５９】つまり、本具体例によれば、液状誘電体な
どの冷却媒体によってマイクロ波導入部材を直接冷却す
ることができるので、従来のように放電部周辺の金属部
を水冷しマイクロ波導入部材を冷却する間接冷却や気体
による直接冷却に比べて、マイクロ波導入部材すなわち
マイクロ波導入部７の冷却効率が大幅に向上し、温度上
昇を抑えられ、ひいてはマイクロ波導入部７のエッチン
グ速度や反応生成物の生成が低減される。

【００６０】したがって、マイクロ波導入部７を交換す
る周期、つまり寿命が長くなるとともに、マイクロ波導
入部７から発生する不純物の量を大幅に減少できる。

【００６１】図７は、本発明の第５の具体例のプラズマ
処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図につ
いても、図１乃至図６に関して前述したものと同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００６２】本具体例においても、図６に関して前述し
たものと同様に、マイクロ波導入部７が、略円筒部７Ｂ
および７Ｃからなる二重管構造とされ、この間隙に冷却
媒体１０を供給可能とされている。さらに、放電空間３
の上方を覆う上面部７Ａが設けられている。ここで、上
面部７Ａは、二重管構造の内側の円筒管７Ｂと一体に形
成されている。

【００６３】本具体例によれば、マイクロ波導入部７の
側壁を冷却媒体１０により冷却できると同時に、図１に
関して前述したように、放電空間３の上方からもマイク
ロ波を導入することによって大面積に亘って均一で強い
強度のプラズマを生成することが可能となる。

【００６４】図８は、本発明の第６の具体例のプラズマ
処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図につ
いても、図１乃至図７に関して前述したものと同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００６５】本具体例も、第５具体例に関して前述した
ものと類似した構造を有するが、上面部７Ａが略円筒部
７Ｂとは別体として形成され、分割可能とされている。
このようにすれば、図５に関して前述したように、マイ
クロ波導入部７を構成するそれぞれの部品を個別に交換
することが可能となり、メンテナンスが容易となる。

【００６６】図９は、本発明の第７の具体例のプラズマ
処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図につ
いても、図１乃至図８に関して前述したものと同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００６７】本具体例においては、マイクロ波導入部材
としてのマイクロ波導入部７は、上面部７Ａ及び７Ｄ
と、略円筒部７Ｂ及び７Ｃの二重構造を有する。ここ
で、上面部７Ａと略円筒部７Ｂとは一体に形成され、ま
た、上面部７Ｄと略円筒部７Ｃとは一体に形成されてい
る。

【００６８】そして、これら内側透過部材と外側透過部
材との間に、液状誘電体などの冷却媒体１０を充填する
ことによって、内側の誘電体透過部材７Ａ及び７Ｂの全
面を直接冷却することができる。ここでも、冷却媒体１
０は、封止してもよく、または循環可能としてもよい。

【００６９】図１０は、本発明の第８の具体例のプラズ
マ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図に
ついても、図１乃至図９に関して前述したものと同様の
要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００７０】本具体例においては、マイクロ波導入部材
としてのマイクロ波導入部７は、上面部７Ａと、略円筒
部７Ｂ及び７Ｃとを有し、側面において二重管構造を有
する。ここで、上面部７Ａと略円筒部７Ｂとは一体に形
成されている。

【００７１】そして、これら内側透過部材と外側透過部
材との間に、液状誘電体などの冷却媒体１０を充填する
ことによって、内側の誘電体透過部材７Ａ及び７Ｂの全
面を直接冷却することができる。

【００７２】また、導波管９を導波されたマイクロ波
は、略円筒部７Ｃから７Ｂに透過し、上面部７Ａに表面
波として伝搬する。従って、放電空間３には、上方から
のマイクロ波成分Ｄ１と横方向からのマイクロ波成分Ｄ
２とが与えられ、大面積の均一なプラズマを形成するこ
とができる。

【００７３】図１１は、本発明の第９の具体例のプラズ
マ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図に
ついても、図１乃至図１０に関して前述したものと同様
の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００７４】本具体例においては、マイクロ波導入部材
としてのマイクロ波導入部７は、一体として形成された
上面部７Ａと略円筒部７Ｂとを有する。そして、マイク
ロ波は導波管９により側面方向から伝搬される。そし
て、上面部７Ａの上に、液状誘電体などの冷却媒体１０
を充填することによって、上面部７Ａおよびこれに連続
する略円筒部７Ｂを直接冷却することができる。

【００７５】図１２は、本発明の第１０の具体例のプラ
ズマ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図
についても、図１乃至図１１に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００７６】本具体例は、図１１に表したものと類似し
た構造を有するが、マイクロ波導入部７の上面部７Ａと
略円筒部７Ｂとが別体として形成され、分割可能とされ
ている。このようにすれば、図１１に関して前述した上
方からの冷却効果の他に、図５に関して前述したよう
に、マイクロ波導入部７の保守、交換が容易となるとい
う効果も得られる。

【００７７】図１３は、本発明の第１１の具体例のプラ
ズマ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図
についても、図１乃至図１２に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００７８】本具体例においては、図１１に表した構成
に加えて、略円筒部７Ｃが追加されて二重管構造が形成
され、この側壁の間隙にも液状誘電体などの冷却媒体１
０が充填されている。冷却媒体１０は封止されていても
よく、または循環可能とされていてもよい。このように
すれば、放電空間３の上方と側面とを誘電体により覆う
ことができ、さらに、これらいずれの面も冷却媒体１０
によって直接冷却することが可能となる。

【００７９】また、マイクロ波導入部材である上面部７
Ａの冷却と、略円筒部７Ｂの冷却とを共に冷却媒体１０
によって直接冷却する場合、上面部の冷却媒体１０の冷
却経路と側面部の冷却媒体の冷却経路とをそれぞれ独立
に設けることにより、マイクロ波透過用部材の交換時に
効率よく作業が行えると共に、マイクロ波導入部７の上
面部と側面部の冷却温度を、別々に制御することも可能
になる。

【００８０】図１４は、本発明の第１２の具体例のプラ
ズマ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図
についても、図１乃至図１３に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００８１】本具体例は、図１３に表したものと類似し
た構造を有する。但し、マイクロ波導入部７の上面部７
Ａと略円筒部７Ｂとが別体として形成され、分割可能と
されている。このようにすれば、図５に関して前述した
ように、マイクロ波導入部７の保守、交換が容易になる
という効果も得られる。

【００８２】図１５は、本発明の第１３の具体例のプラ
ズマ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図
についても、図１乃至図１４に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００８３】本具体例は、図１０に表したものと類似し
た構造を有する。但し、マイクロ波導入部７の上面部７
Ａの上に設けられた冷却媒体１０の充填空間の上に、さ
らに液冷用の空間が設けられ、冷却媒体１１が充填され
ている。

【００８４】例えば、冷却媒体１０として液状誘電体を
用いる場合に、これを循環させることとすると多量の液
状誘電体が必要とされる。しかし、液状誘電体は高価で
あり、またこの循環機構のコストや保守管理の負担も大
きい。

【００８５】これに対して、例えば、冷却媒体１０とし
て液状誘電体を封止し、その上部において冷却媒体１１
として水を用いた水冷循環冷却を行えば、コストも低
く、保守管理も容易で、効率的な冷却を実現することが
できる。つまり、少量の液状誘電体を用いて、効率的な
水冷循環冷却を実現することができる。

【００８６】図１６は、本発明の第１４の具体例のプラ
ズマ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図
についても、図１乃至図１５に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００８７】本具体例は、図１に表したものと類似した
構造を有する。但し、マイクロ波導入部７の上面部７Ａ
と支持板２０との間にシート部材８が設けられている。

【００８８】本具体例のように、マイクロ波導入部７の
上面部７Ａとその上方に設けられる金属材料から成る支
持部材２０との間に可撓性を有するシート部材８を介装
すれば、誘電体からなる上面部７Ａと支持部材との間の
熱接触を改善することができる。その結果として、支持
板２０に対する放熱効果が高まり、マイクロ波導入部７
の冷却効率を上げることができる。

【００８９】シート部材８の材料としては、熱伝導性、
耐熱性、耐マイクロ波性、耐紫外線などの特性を有する
ものであることが要求される。これらの特性をすべて満
たす材料からなる一枚のシート部材を用いても良く、ま
たは、これらの特性のうちのいくつかを満たした材料を
複数種類重ねて熱伝導層として使用することも可能であ
る。ここで、シート部材８としては、例えばシリコーン
薄層、カーボンフィル、アルミ箔などの金属箔などを使
用することができる。

【００９０】図１７乃至図１９は、シート部材８を設け
た他の具体例を表す断面図である。これらの図について
も、図１乃至図１６に関して前述したものと同様の要素
には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００９１】すなわち、図１７に表した具体例は、図５
に表したものと類似した構造を有し、上面部７Ａと支持
板２０との間にシート部材８が挿入されている。本具体
例においても、シート部材８を設けることにより、放熱
性を改善することができる。

【００９２】一方、図１８に表した具体例は、図７に表
したものと類似した構造を有し、さらに、上面部７Ａと
支持板２０との間にシート部材８が挿入されている。

【００９３】略円筒状で上部が閉じた形状のマイクロ波
透過用部材すなわちマイクロ波導入部７を介してマイク
ロ波が導入されてプラズマを発生させた場合に、上面部
７Ａの近傍と略円筒部７Ｂの近傍とでは、プラズマの密
度が異なり温度上昇も異なるものになる。

【００９４】具体的には、上面部７Ａにおいては、略円
筒部７Ｂに比べて上昇温度も低く誘電体がエッチングさ
れる量も少ない場合が多い。したがって、上面部７Ａに
おける冷却効率は、略円筒部７Ｂにおける冷却効率より
劣っていても、マイクロ波導入部７のエッチング抑制に
は十分な効果がある場合が多い。

【００９５】本具体例のように、マイクロ波導入部７の
側面は、冷却媒体１０により冷却し、一方、上面部７Ａ
については、その上方に設けられる金属材料から成る支
持板２０との間に可撓性を有するシート部材８を介装し
て熱接触などを改善すれば、マイクロ波導入部７の全体
を効率的に冷却することができる。

【００９６】次に、図１９に表した具体例は、図８に表
したものと類似した構造を有し、さらに、上面部７Ａと
支持板２０との間にシート部材８が挿入されている。こ
のようにすれば、マイクロ波導入部７の上面部７Ａと略
円筒部７Ｂとを別々に冷却し、且つ、別体として分割可
能とすることにより、保守、交換が容易となる。

【００９７】図２０は、本発明の第１８の具体例のプラ
ズマ処理装置の要部断面構造を表す模式図である。同図
についても、図１乃至図１９に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００９８】本具体例においては、放電空間３の内部に
突起物１３を設けることによって、放電空間３における
電磁界分布を変化させることが可能になり、任意のプラ
ズマ分布を形成させることが可能になる。このような突
起物１３としては、金属あるいは誘電体からなるものを
用いることができる。

【００９９】なお、図２０に例示した具体例は、図６に
表した具体例に突起物１３を付加したものであるが、本
発明はこれには限定されず、図１乃至図１９に例示した
いずれの具体例についても、同様に突起物１３を設ける
ことにより、プラズマの分布を調節するという作用効果
を得ることができる。

【０１００】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。

【０１０１】例えば、本発明において、マイクロ波を透
過するためのマイクロ波導入部７は、必ずしも真空チャ
ンバ１の上方に設けられる必要はなく、真空チャンバ１
の側面や下方に設けた構成も本発明の範囲に包含され
る。

【０１０２】また、真空チャンバ１、マイクロ波導入部
７、導波管９などの各要素の形状や大きさの関係につい
ても、当業者が適宜変更して本発明の作用効果が得られ
る構成は、本発明の範囲に包含される。

【０１０３】さらにまた、上述した具体例においては、
プラズマ生成部の要部構成のみ説明したが、本発明は、
このようなプラズマ生成部を有する全てのプラズマ処理
装置について適用可能であり、例えば、エッチング装
置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プ
ラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理
装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。

【０１０４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
放電空間の周囲を誘電体で覆ってマイクロ波を導入する
ことより、従来よりも均一で高密度のプラズマを生成す
ることができ、且つ被処理物の表面への汚染を減少する
こともできるまた、本発明によれば、誘電体を直接また
は間接的に冷却することにより、誘電体の寿命を延ば
し、交換頻度を減らすことができる。

【０１０５】またさらに、本発明によれば、誘電体を複
数の別体の要素の組み合わせとして構成することによ
り、有効利用が可能となり、保守、交換などのメンテナ
ンスも容易となる。

【０１０６】また、本発明によれば、略円筒状の誘電体
の外周部にマイクロ波の伝搬路を設けることによって均
一なプラズマ分布を形成可能とし、また一方、放電空間
内に突起物を設けることにより任意のプラズマ分布を得
ることが可能となる。

【０１０７】すなわち、本発明によれば、例えば、半導
体装置や液晶ディスプレイ装置などの製造に際して、従
来よりも大面積の基板を均一、迅速且つ低コストにプラ
ズマ処理することができ、低い圧力条件においてエッチ
ングなどのプラズマ処理を安定して実施することがで
き、産業上のメリットは多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置
の要部断面構造を表す模式図である。

【図２】本発明のプラズマ処理装置上部の外観を模式的
に表す斜視図である。

【図３】本発明のプラズマ処理装置の導波管９の部分に
おいて水平方向に切断した横断面図である。

【図４】本発明のプラズマ処理装置の第２の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。

【図５】本発明のプラズマ処理装置の第３の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。

【図６】本発明のプラズマ処理装置の第４の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。

【図７】本発明の第５の具体例のプラズマ処理装置の要
部断面構造を表す模式図である。

【図８】本発明の第６の具体例のプラズマ処理装置の要
部断面構造を表す模式図である。

【図９】本発明の第７の具体例のプラズマ処理装置の要
部断面構造を表す模式図である。

【図１０】本発明の第８の具体例のプラズマ処理装置の
要部断面構造を表す模式図である。

【図１１】本発明の第９の具体例のプラズマ処理装置の
要部断面構造を表す模式図である。

【図１２】本発明の第１０の具体例のプラズマ処理装置
の要部断面構造を表す模式図である。

【図１３】本発明の第１１の具体例のプラズマ処理装置
の要部断面構造を表す模式図である。

【図１４】本発明の第１２の具体例のプラズマ処理装置
の要部断面構造を表す模式図である。

【図１５】本発明の第１３の具体例のプラズマ処理装置
の要部断面構造を表す模式図である。

【図１６】本発明の第１４の具体例のプラズマ処理装置
の要部断面構造を表す模式図である。

【図１７】シート部材８を設けた他の具体例を表す断面
図である。

【図１８】シート部材８を設けた他の具体例を表す断面
図である。

【図１９】シート部材８を設けた他の具体例を表す断面
図である。

【図２０】本発明の第１８の具体例のプラズマ処理装置
の要部断面構造を表す模式図である。

【符号の説明】

１真空チャンバ２処理空間３放電空間４被処理物５載置台６排気口７誘電体（マイクロ波導入部材）７Ａ、７Ｄ上面部７Ｂ、７Ｃ略円筒部８シート部材（熱伝導材料）９マイクロ波導波管１０冷却媒体（液状誘電体）１１冷却媒体（水冷用冷却水）１２マイクロ波の導波空間１３誘電体または金属の突起物２０支持板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G075 AA24 AA30 BC06 BC07 CA03 CA26 DA02 EB01 EB42 EC07 EC21 EE12 FA08 FB02 FB03 FB06 FC11 FC15 4K030 FA01 KA26 KA30 5F004 AA01 BA20 BB14 BB17 BB18 BB25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な
真空チャンバと、マイクロ波を導波する導波管と、前記導波管によって導波されたマイクロ波を前記真空チ
ャンバ内に導入するマイクロ波導入部と、を備え、前記マイクロ波導入部を介して前記真空チャンバ内に導
入されたマイクロ波によってプラズマを生成可能なプラ
ズマ処理装置であって、前記マイクロ波導入部は、略円筒状の略円筒部と、前記
略円筒部の一方の開口を閉じるように設けられた上面部
と、を有し、前記導波管は、前記略円筒部の周囲を取り囲むように設
けられてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記マイクロ波導入部の前記略円筒部と前
記上面部とは、分離可能とされた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】前記マイクロ波導入部は、略円筒状の内側
及び外側の２つの略円筒部を略同軸に配置した二重管構
造を有し、前記２つの略円筒部の間隙には、冷却媒体が充填されて
なることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項４】前記マイクロ波導入部の前記上面部の外側
に、液体状あるいは固体シート状の冷却補助媒体が設け
られてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な
真空チャンバと、マイクロ波を導波する導波管と、前記導波管によって導波されたマイクロ波を前記真空チ
ャンバ内に導入するマイクロ波導入部と、を備え、前記マイクロ波導入部を介して前記真空チャンバ内に導
入されたマイクロ波によってプラズマを生成可能なプラ
ズマ処理装置であって、前記マイクロ波導入部は、略円筒状の内側及び外側の２
つの略円筒部を略同軸に配置した二重管構造を有し、前記２つの略円筒部の間隙には、冷却媒体が充填され、前記導波管は、前記略円筒部の周囲を取り囲むように設
けられてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】前記マイクロ波導入部の前記略円筒部によ
って囲まれた前記真空チャンバ内の放電空間に誘電体ま
たは金属からなる突起物が設けられたことを特徴とする
請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装
置。