JP2005129483A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化をおさえて、誘電体窓を効率よく冷却することで、誘電体窓の消耗を抑制できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１と、真空チャンバ１の上部の気密を維持しつつ、高周波を透過導入する誘電体窓２と、高周波を供給するＲＦプラズマ源３及びＲＦ電源４を備える。真空チャンバ１に、その内部の圧力を測定する真空計５を設ける。誘電体窓２を板状とし、直線状の貫通穴を水平方向に複数本形成することにより、内部に冷却用の液体を流すための冷却流路２ａを構成する。冷却用の液体として、水のように高周波を吸収しない液体を流す。冷却流路２ａに、流量計８，９及び遮断弁１０，１１を備えた導入側配管６、排出側配管７を接続する。真空計５及び流量計８，９による検出値に基づいて、異常と判断した場合に、遮断弁１０，１１を閉じる制御装置を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理装置に係り、特に、プラズマ励起源としてのＲＦ（高周波）やマイクロ波などを透過させる誘電体窓に改良を施したプラズマ処理装置、及び冷却液により直接冷却されるプラズマ生成用の放電管を備えたプラズマ処理装置に関するものである。

プラズマ処理装置は、減圧雰囲気下で励起されたプラズマを利用して、ドライエッチング、アッシング、薄膜堆積、プラズマドーピングあるいは表面改質などの処理を行うものであり、半導体装置や液晶ディスプレイ装置をはじめとした各種の製品の製造工程において広く利用されている。このようなプラズマ処理装置として、例えば、被処理物を収容した真空チャンバ内に、誘電体窓を介して高周波（ＲＦ）、マイクロ波などを導入し、これを励起源としてプラズマを生成させ、所望の処理を行うものが知られている。

ところで、誘電体窓としては、従来から、石英などの１枚の板状の部材が利用されているが、プラズマからのイオンによるスパッタ効果、プロセスガスとの化学反応等によって消耗する。このうち、後者に関しては、一般に、化学反応は温度が高くなるほど促進されるため、プラズマからの輻射などにより高温に加熱される誘電体窓を、冷却することが好ましい。

このように、誘電体を冷却する技術として、特許文献１〜６には、誘電体に冷却手段を密着させたものが開示されている。このうち特許文献３及び５、６には、誘電体からなる放電管を備えたプラズマ処理装置において、放電管を冷却液によって直接冷却する技術が記載されている。また、特許文献４には、誘電体からなる高周波の導入部を、２重殻構造として、その内部に冷却流体を通過させることにより冷却する技術が開示されている。そして、冷却流体としては、水、オイル、フロン、窒素ガス、ＳＦ６ガスなどを用いることができ、誘電体の形状としては、平板型、円筒型、ベルジャー型などでもよいことが開示されている。さらに、特許文献７にはプラズマ励起源に連結されるアンテナ部材に冷却手段を設けた技術が開示されている。

特開平８−２２２３９７号公報 特開平１０−３４０８９２号公報 特開平１１−１３５４８５号公報 特開２００１−１５２９８号公報 特開平６−２５６９５８号公報 特開平５−８５７０３号公報 特表２０００−５１１７０１号公報

ところで、上記のような従来技術においては、誘電体の冷却のために、装置全体が大型化することになる。例えば、特許文献１〜３では、冷却手段が誘電体とは別体であり、そのために所要スペースが増大する。また、特許文献４のように、誘電体窓を２重殻構造とすると、誘電体窓自体が大きくなるため、やはり所要スペースが増大する。誘電体窓は、一般的には、石英等の１枚の板状部材で済むため、かかる誘電体窓であって冷却手段を設けていない装置に比べると、上記のような冷却手段を設けることは、かなりの大型化となる。また、特許文献７は誘電体を冷却する冷却手段とは別に、アンテナ部材専用の冷却手段を必要している。このため、装置の複雑化や設置面積の増大化を招くことになり、コストがかかって経済的に不利であった。アンテナ部材に関しては自然空冷を行っている装置もあるが、アンテナ部材の発熱量が大きくなると、空冷では冷却能力が不足する不安があった。

さらに、特許文献３、５、６では、放電管を冷却液で直接冷却する技術が述べられているが、このようなプラズマ処理装置においては、放電管が破損した場合、破損箇所から冷却液が放電管の内部に流れ込むおそれがある。放電管内に冷却液が流れ込むと、ここを通って真空チャンバにまで冷却液が到達し、被処理物を濡らす可能性がある。この場合、冷却液の除去作業を行うために処理工程を長期間停止しなくてはならない。したがって、放電管の冷却系としては、空冷や、伝熱シートやブロックを用いた間接的な冷却系が主流を占めており、放電管を冷却液で直接冷却するプラズマ処理装置においてそのメンテナンス性及び信頼性の向上が待たれていた。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、大型化を抑えて、誘電体窓や放電管を効率よく冷却することで、誘電体窓や放電管の消耗を抑制できるプラズマ処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、放電管を冷却液で直接冷却する場合に、放電管が破損した時でも冷却液の装置内への流入を回避可能な、メンテナンス性及び信頼性の高いプラズマ処理装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、放電管とアンテナ部材に対する冷却手段を共有化して構成の簡略化を図ると共に、アンテナ部材の冷却効率を高めたプラズマ処理装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、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、前記真空チャンバ内にプラズマを励起させるプラズマ励起源を導入する誘電体窓とを備えたプラズマ処理装置において、前記誘電体窓内部に直接形成された穴により、冷却液が流通可能な冷却流路が構成されていることを特徴とする。
以上のような請求項１記載の発明では、プラズマ励起源を透過させる誘電体窓内に、直接形成した穴を冷却液の流路として用いることにより、誘電体窓の大型化を抑えつつ、効率良く冷却し、プロセスガスとの化学反応による誘電体窓の消耗を抑制することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体窓内部に直接形成された容器部により、冷却液が流通可能な冷却流路が構成されていることを特徴とする。
以上のような請求項２記載の発明では、比較的広い容器部を冷却流路とすることにより、誘電体窓を均一に冷却でき、消耗のムラを防止できる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記冷却流路における冷却液の流通を遮断する遮断弁が設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプラズマ処理装置において、前記冷却流路における冷却液の流量、前記冷却流路内の圧力、前記冷却流路内の温度、前記真空チャンバ内の圧力、前記真空チャンバ内の温度の少なくとも一つを検出する検出部と、前記検出部による検出値に基づいて、前記誘電体窓の異常を判定する異常判定部と、前記異常判定部により異常と判定された場合に、前記遮断弁に遮断動作を指示する遮断指示部とを有することを特徴とする。
以上のような請求項３及び４記載の発明では、誘電体窓に異常が発生した場合には、遮断弁によって冷却液の循環を停止させることができるので、冷却液が真空チャンバ内に浸入してしまうことを、最小限に抑えることができ、装置の信頼性が向上する。

請求項５の発明は、プラズマ励起源及びプロセスガスを導入してプラズマを生成する放電管が設けられ、前記放電管に冷却液が流通可能な冷却流路が形成されたプラズマ処理装置において、前記冷却流路における冷却液の流通を遮断する遮断弁が設けられていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記遮断弁は前記放電管の両端部に配置されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記冷却流路における冷却液の流量、前記冷却流路内の圧力、前記冷却流路内の温度、前記放電管内の圧力、前記放電管内の温度の少なくとも一つを検出する検出部と、前記検出部による検出値に基づいて、前記放電管の異常を判定する異常判定部と、前記異常判定部により異常と判定された場合に、前記遮断弁に遮断動作を指示する遮断指示部とを有することを特徴とする。
以上のような請求項５、６、７の発明では、破損など放電管に異常が発生した場合、遮断弁によって冷却液の循環を停止させることで、放電管内への冷却液の流入を阻止することができる。これにより、放電管の破損箇所を通って冷却液が装置内に浸入するおそれがなくなり、装置のメンテナンス性及び信頼性が大幅に向上する。

請求項８の発明は、請求項３〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、前記遮断弁が遮断動作を行った場合に、前記冷却流路内に残った前記冷却液を強制的に排出する強制排出ポンプが設けられていることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項５〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、前記遮断弁が遮断動作を行った場合に、前記放電管への前記プロセスガスの導入を停止するプロセスガス停止手段が設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項８、９の発明では、冷却流路に残存した冷却液の強制排出や、プロセスガスの導入停止を実施することにより、破損した放電管を容易に交換することができ、迅速な対処が可能となる。

請求項１０の発明は、請求項３〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、前記遮断弁はマニュアル操作により動作可能に構成されていることを特徴とする。
このような請求項１０の発明では、誘電体窓や放電管が破損した場合に限らず、マニュアル操作にて遮断弁を動作させることにより、誘電体窓や放電管のメンテナンス作業を効率よく行うことができる。また、検出部や異常判定部が故障した場合にも遮断弁の動作が可能となる。

請求項１１の発明は、プラズマ励起源及びプロセスガスを導入してプラズマを生成する放電管が設けられ、前記放電管に冷却液が流通可能な冷却流路が形成されたプラズマ処理装置において、前記放電管の冷却流路に密着して平板状のアンテナ部材が設置されていることを特徴とする。
以上のような請求項１１の発明では、アンテナ部材を放電管に形成した冷却流路に密着して設置させることで、放電管とアンテナ部材を共通の冷却手段で冷やすことができる。このため、アンテナ部材専用の冷却手段を放電管の冷却流路とは別に設ける必要がなく、構成の簡略化を進めることができる。しかも、アンテナ部材は平板状なので、冷却流路との接触面積を大きく確保でき、効率的な冷却が可能である。

請求項１２の発明は、請求項１１記載のプラズマ処理装置において、前記放電管には不活性ガスがパージされており、この不活性ガスを前記アンテナ部材に直接吹き付けるガス噴射部が設けられていることを特徴とする。
このような請求項１２の発明では、オゾン発生対策として放電管に不活性ガスがパージされているとき、不活性ガスをアンテナ部材に直接吹き付けることで、特別な設備を追加することなく、液冷と空冷を合わせた冷却系を用いることが可能となる。これにより、アンテナ部材の冷却効率をさらに高めることができる。

以上の通り、本発明によれば、大型化を抑えて、誘電体窓や放電管を効率よく冷却することで、誘電体窓や放電管の消耗を抑制できるプラズマ処理装置を提供することができる。
また、本発明によれば、冷却液で直接冷却する誘電体窓や放電管が破損した時でも冷却液の装置内への流入を回避可能な、メンテナンス性及び信頼性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
さらに、本発明によれば、放電管とアンテナ部材の冷却手段を共有化して構成の簡略化を進めると同時に、アンテナ部材を効率よく冷却できるといった効果がある。

本発明を実施するための最良の形態（実施形態）を図面を参照して以下に説明する。
［第１の実施形態］
［構成］
第１の実施形態は、本発明をＲＦ（高周波）プラズマ源を用いたアッシング装置として構成した一例であり、請求項１〜４の発明を包含している。すなわち、本実施形態は、図１に示すように、大気よりも減圧した雰囲気を維持可能な真空チャンバ１と、真空チャンバ１の上部の気密を維持しつつ、高周波を透過導入する誘電体窓２と、誘電体窓２の上部に配設され、高周波を供給するＲＦプラズマ源３と、ＲＦプラズマ源３に接続されたＲＦ電源４を備えている。

真空チャンバ１は、プロセスガスを導入するためのガス導入口Ｇと、排気するための排気口Ｈを有しており、ガス導入口Ｇは図示しないプロセスガス供給源に接続され、排気口Ｈは図示しない真空源に接続されている。また、真空チャンバ１の中には、被処理物Ｗが、図示しない保持機構に保持されて載置される載置台Ｔが設けられている。さらに、真空チャンバ１には、その内部の圧力を測定する真空計５が設けられている。この真空計５は、真空チャンバ１内の圧力を測定できるものであればよく、例えば、イオンに基づいて圧力を測定する電離真空計などを用いることができるが、これに限定されるものではない。

誘電体窓２としては、プラズマ励起源である高周波を透過するものであればよく、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの１枚の板状の誘電体を用いることができるが、これに限定されるものではない。そして、誘電体窓２には、図２及び図３に示すように、直線状の貫通穴が水平方向に複数本形成されており、この貫通穴が、内部に冷却用の液体を流すための冷却流路２ａとなっている。冷却用の液体としては、例えば、水のように高周波を吸収しない液体を流すことが考えられる。冷却流路２ａの上流側には、冷却液を導入するための導入側配管６が接続され、下流側には、冷却液を排出するための排出側配管７が接続されている。なお、導入側配管６には、冷却液の供給源が接続されている。排出側配管７には、冷却液を濾過、再冷して供給源に循環させる装置、冷却流路２ａ内に残った冷却液を除去するための排液手段等が接続されているが、図示を省略する。

導入側配管６、排出側配管７には、それぞれの冷却液の流量を測定する流量計８，９と、冷却液の流通を遮断する遮断弁１０，１１が設けられている。このうち、冷却液排出側の遮断弁１１にはバイパスバルブ３６が設けられており、ここにバイパスライン２９に接続されている。パイパスライン２９には誘電体窓２の冷却流路２ａから冷却液を強制的に排出する強制排出ポンプ３０が設けられている。そして、流量計８，９及び遮断弁１０，１１は、図４に示すように、上述の真空計５とともに、制御装置１００に接続されている。この制御装置１００は、真空計５及び流量計８，９の測定値に基づいて、遮断弁１０，１１の開閉を制御するものである。制御装置１００は、典型的には、所定のプログラムによって動作するコンピュータにより実現されるものであり、図４に示す機能ブロックを有することにより、後述する手順に従って処理を行うように構成されている。

すなわち、制御装置１００には、流量計８からの入力信号に基づいて、冷却流路２ａに流入する冷却液の流量を検出する導入側流量検出部１０１と、流量計９からの入力信号に基づいて、冷却流路２ａから流出する冷却液の流量を検出する排出側流量検出部１０２と、真空計５からの入力信号に基づいて、真空チャンバ１内の圧力を検出する圧力検出部１０３と、導入側流量検出部１０１、排出側流量検出部１０２、圧力検出部１０３における検出値に基づいて、異常の発生の有無を判定する異常判定部１０４と、異常判定部１０４において異常が判定された場合に、遮断弁１０，１１に遮断指示を出力する遮断指示部１０５とを有している。

異常判定部１０４による異常判定の手法には、種々のものが考えられる。例えば、導入側の流量、排出側の流量、導入側と排出側の流量の差、チャンバ内圧力のいずれかが所定の閾値を逸脱した場合に、異常と判定してもよい。これらの流量変化、圧力変化のいずれかが所定の範囲外若しくは範囲内となった場合に、異常と判定してもよい。流量、圧力、流量変化、圧力変化のいずれを基準とするかは自由であり、これらの組み合せにより判定してもよい。なお、制御装置１００における演算に必要な数値や判定結果等の記憶領域については、レジスタ、メモリ等、常識的なもので実現可能であるため、図示及び説明は省略する。

［作用］
以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。すなわち、図示しない保持機構により真空チャンバ１内に搬入された被処理物Ｗは、載置台Ｔ上に載置される。真空チャンバ１内は、排気口Ｈに連通した真空源により減圧雰囲気とされ、ガス導入口Ｇから、プロセスガスが供給される。そして、ＲＦプラズマ源３からの高周波が、誘電体窓２を透過して真空チャンバ１内に導入されると、プラズマ化したプロセスガスにより、被処理物Ｗの表面が処理される。例えば、典型的なアッシングでは、高周波により酸素ガスに励起された酸素プラズマにレジストが反応し、ウェーハのレジストが気化して除去される。

このような処理の過程で、誘電体窓２の冷却流路２ａには、冷却液の供給源から供給される冷却液を流通させることにより、誘電体窓２が直接冷却されるので、加熱による劣化が防止される。そして、例えば、誘電体窓２を構成する石英板が破損した場合、冷却液や外気の進入により、真空チャンバ１内の圧力は急激に上昇する。このとき、圧力検出部１０３において検出された圧力に基づいて、異常判定部１０４は異常と判定するので、遮断指示部１０５が遮断指示を出力する。これにより、遮断弁１０，１１が作動し、冷却液の循環を遮断する。

また、通常、導入側と排出側の流量は同じであるが、誘電体窓２の破損や冷却流路２ａの目詰まりなどが起きた場合には、導入側と排出側の流量に差が現れる。このような現象が生じた場合にも、異常判定部１０４は異常と判定するので、遮断指示部１０５からの遮断指示により、遮断弁１０，１１は遮断する。さらには、遮断指示部１０５が遮断弁１０,１１に遮断を指示したとき、強制排出ポンプ３０が動作して誘電体窓２の冷却流路２ａから強制的に冷却液を排出させる。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、一体的に形成された誘電体窓２に冷却流路２ａが直接形成されているので、複数の部材により構成する場合に比べて、小型でありながら、高い強度が得られる。また、冷却流路２ａに流通する冷却液は、誘電体窓２の材料そのものに直接接して冷却することになるので、冷却効率が高い。また、水は高周波をほとんど吸収しないため、水冷部分による高周波のパワーロスは少なく、プロセス性能に影響はない。また、温度分布に起因する誘電体窓２の削れムラを抑えることができ、誘電体の局所的な肉厚変化によるプラズマの不均一を改善し、安定したプラズマを得ることができる。また、誘電体窓２を直接冷却することで、プロセスガスと誘電体の化学反応による消耗を抑えることが可能となるので、誘電体窓２の寿命を伸ばすことができ、メンテナンス頻度を下げることができる。

そして、誘電体窓２が破損した時など、異常が発生した場合においても、これを自動的に判断して、冷却液の循環を停止させることができるので、冷却液が真空チャンバ１内に進入してしまうことを、最小限に抑えることができ、装置の信頼性が向上する。

また、遮断弁１０,１１が遮断動作をする時、強制排出ポンプ３０の働きにより誘電体窓２の冷却流路２ａ内に残存した冷却液を強制的に排出することができる。この時、プロセスガスの導入停止を実施すれば、破損した誘電体窓２の交換作業をより迅速に行うことが可能である。しかも、マニュアル操作によって遮断弁１０,１１を動作させることで、誘電体窓２に異常を生じた場合だけではなく、誘電体窓２のメンテナンス作業を行う際の効率を高めることができる。また、検出部１０１〜１０３や異常判定部１０４が故障した場合にも遮断弁１０,１１の動作が可能となる。さらに、複数の冷却流路２ａの数、径を変えることにより、冷却液との接触面積をコントロールすることができる。

［第２の実施形態］
［構成］
第２の実施形態は、図５に示すように、誘電体窓１２が下部誘電体１３、上部誘電体１４、Ｏリング１５及び固定用具１６によって構成されたものである。下部誘電体１３は、図６に示すように、内部がプール状に削られた有底円筒形状の誘電体であり、その側面に、冷却液の導入口１３ａ及び排出口１３ｂが形成されている。なお、導入口１３ａ及び排出口１３ｂの数は、複数でもかまわない。上部誘電体１４は、図７に示すように、平坦な円板形状の誘電体である。

そして、図５に示すように、下部誘電体１３には、接合面がＯリング１５でシールされるように上部誘電体１４が被せられ、固定用具１６によって両者が密着固定されている。固定用具１６による締付は、ねじ等により行うことが考えられる。これにより、誘電体窓１２内には、冷却液が流通可能な円筒形の容器が構成される。そして、上記の第１の実施形態と同様に、導入口１３ａ及び排出口１３ｂには、それぞれ導入側配管６及び排出側配管７が接続されている。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

［作用効果］
以上のような本実施形態によれば、誘電体窓２の広い面積を冷却液に接触させることができるので、誘電体窓２の全体を一様に冷却することが可能となる。従って、温度分布の均一化による効果が、より一層期待できる。なお、図５における下部誘電体１３と上部誘電体１４は、天地が逆でも良い。この場合、プラズマに面する側が消耗するが、上部誘電体１４は単なる板状体であるので、製造コストを節約でき、メンテナンス、修理、交換等も容易となる。

［第３の実施形態］
［構成］
第３の実施形態は、ＩＣＰプラズマ源を用いたダウンフロー型エッチング装置に本発明を適用した一例であり、請求項５〜１１の発明を包含している。本実施形態は、図８及び図９に示すように、石英やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体からなる円筒状の放電管２２が配置されており、その内部には冷却液路２１が設けられ、ここに冷却液が流れるようになっている。放電管２２の冷却液導入部側及び冷却液排出側の端部にはそれぞれの冷却液の流量を測定する流量計３８、３９が配置されている。

放電管２２内部にはプラズマ励起源及びプロセスガスが導入され、後述する真空ポンプ３３により減圧されている。また、放電管２２には内部の圧力を測定する真空計３５が設けられている。

さらに、放電管２２の外周には平板状のアンテナ部材２３(ここでは銅製)が密着して巻かれている。アンテナ部材２３にはＲＦ電源２４が接続されており、放電管２２にプラズマ励起源である電磁波を照射するように構成されている。放電管２２内の冷却液はアンテナ部材２３からの電磁波を吸収することの少ない液体が用いられている。具体的には13.56MHzの電磁波を使用している場合、冷却液としては水が用いられている。

放電管２２のプロセスガス排気側には輸送管３１が接続されており、放電管２２で生成したエッチャントをプロセスチャンバ３２にまで運ぶようになっている。プロセスチャンバ３２の中には被処理物Ｗが図示しない保持機構により保持されている。なお、プロセスチャンバ３２には真空ポンプ３３が設置されており、大気よりも減圧した雰囲気が維持されている。

本実施形態における構成上の特徴は次の点にある。すなわち、放電管２２の冷却液導入部側の端部と冷却液排出側の端部にはそれぞれ、冷却液の流通を遮断する遮断弁２５,２６が配置されている。また、放電管２２の両端部にもプロセスガスの流通を遮断する遮断弁２７,２８が配置されている。このうち、冷却液排出側の遮断弁２６にはバイパスバルブが設けられており、ここにバイパスライン２９に接続されている。パイパスライン２９には冷却液を強制的に排出する強制排出ポンプ３０が設けられている。

さらに、図１０に示すように、遮断弁２５〜２８は制御装置２００に接続されている。制御装置２００は、真空計３５及び流量計３８，３９のうち少なくとも1つの測定値に基づいて、遮断弁２５〜２８の開閉を制御するもので、前述した制御装置１００と同様、典型的には所定のプログラムによって動作するコンピュータにより実現されている。この制御装置２００は、図１０に示す機能ブロックを有し、後述する手順に従って処理を行うようになっている。

すなわち、制御装置２００には、流量計３８からの入力信号に基づいて、放電管２２に流入する冷却液の流量を検出する導入側流量検出部２０１と、流量計３９からの入力信号に基づいて、放電管２２から流出する冷却液の流量を検出する排出側流量検出部２０２と、真空計３５からの入力信号に基づいて、放電管２２内の圧力を検出する圧力検出部２０３と、導入側流量検出部２０１、排出側流量検出部２０２、圧力検出部２０３における検出値に基づいて、放電管２２における異常発生の有無を判定する異常判定部２０４と、異常判定部２０４において異常が判定された場合に、遮断弁２５〜２８に遮断指示を出力する遮断指示部２０５と、遮断指示部２０５が遮断弁２５〜２８に遮断指示を出力したとき強制排出ポンプ３０の動作を指示する強制排出ポンプ指示部２０６と、同じく遮断指示部２０５が遮断弁２５〜２８に遮断指示を出力したときに放電管２１へのプロセスガスの導入停止を指示するプロセスガス停止指示部２０７と、遮断弁２５〜２８をマニュアル操作により動作させるマニュアル操作部２０８とを有している。

異常判定部２０４による放電管２２の異常判定の手法には、種々のものが考えられる。例えば、導入側の流量、排出側の流量、導入側と排出側の流量の差、放電管２１内圧力のいずれかが所定の閾値を逸脱した場合に、異常と判定してもよい。これらの流量変化、圧力変化のいずれかが所定の範囲外若しくは範囲内となった場合に、異常と判定してもよい。流量、圧力、流量変化、圧力変化のいずれを基準とするかは自由であり、これらの組み合せにより判定してもよい。なお、制御装置２００における演算に必要な数値や判定結果等の記憶領域については、レジスタ、メモリ等、常識的なもので実現可能であるため、図示及び説明は省略する。

［作用］
以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。すなわち、放電管２２内は減圧雰囲気とされ、プロセスガスが供給されており、アンテナ部材２３からの電磁波の照射を受けると、放電管２２内にプラズマが発生してラジカルなどのエッチャントを生成する。このエッチャントは輸送管３１を介してプロセスチャンバ３２に運ばれ、被処理物Ｗの表面にエッチングがなされる。このような処理の過程で、放電管２２には冷却液が流れているため、放電管２２を直接冷却することができ、加熱による劣化を防ぐことができる。図１１では遮断弁２５〜２８が開いており、冷却液及びプロセスガスが正常に流れている場合を示している。

以上のような正常な状態から、放電管２２を構成する石英板が破損するなど、異常事態が起きた場合、冷却液が放電管２２内に浸入して放電管２２内の圧力は急激に上昇する。このとき、制御装置２００の圧力検出部２０３において検出された圧力計３５からの測定値に基づいて、異常判定部２０４は異常と判定する。その後、遮断指示部２０５が遮断指示を遮断弁２５〜２８に出力する。これにより、遮断弁２５〜２８が作動して、放電管２２に流れる冷却液の循環を遮断する。

また、通常、導入側と排出側の流量は同じであるが、放電管２２の破損や目詰まりなどが起きた場合には、導入側と排出側の流量に差が現れる。このような現象が生じた場合にも、異常判定部２０４は異常と判定し、遮断指示部２０５からの遮断指示により、遮断弁２５〜２８は遮断する。さらには、遮断指示部２０５が遮断弁２５〜２８に遮断を指示したとき、強制排出ポンプ指示部２０６は強制排出ポンプ３０に動作指令を出力して放電管２２から強制的に冷却液を排出させる。と同時に、プロセスガス停止指示部２０７の指示により放電管２２へのプロセスガスの導入を停止する(図１２参照)。なお、マニュアル操作部２０８のマニュアル操作によって遮断弁２５〜２８の遮断動作を実施した場合も図１０に示すような状態となる。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、放電管２２が破損して異常が発生した場合、遮断弁２５〜２８の遮断により放電管２２中の冷却液の循環、プロセスガスの導入及び排出を停止させることができる。このため、放電管２２内へ冷却液が流入することがない。また、放電管２２の破損箇所を通って冷却液が輸送管３１からプロセスチャンバ３２内に浸入することや、プロセスガスがプロセスチェンバ内に進入することを回避でき、被処理物Ｗやプロセスチェンバが汚染されることがない。これにより装置のメンテナンス性及び信頼性が大幅に向上する。なお、本実施形態では放電管２２を直接液冷することで、プロセスガスと誘電体の化学反応による消耗を抑えることも可能となる。その結果、放電管２２の寿命が伸び、メンテナンス作業の頻度を下げることができ、経済的である。

また、遮断弁２５〜２８が遮断動作をする時、強制排出ポンプ３０の働きにより放電管２２内に残存した冷却液を強制的に排出している。と同時に、プロセスガスの導入停止を実施することで、破損した放電管２２の交換作業を効率よく迅速に行うことが可能である。しかも、遮断弁２５〜２８はマニュアル操作によっても動作するので、放電管２１に異常を発見した場合のみならず、放電管２２のメンテナンスの作業効率を高めることができる。また、検出部２０１〜２０３や異常判定部２０４が故障した場合にも遮断弁２５〜２８の動作が可能となる。

さらに、本実施形態においては、放電管２２に密着して平板状のアンテナ部材２３を設置させているため、放電管２２とアンテナ部材２３を同時に冷やすことができる。したがって、アンテナ部材２３専用の冷却手段を別途に設ける必要がなくなり、構成の簡略化を図ることができる。しかも、アンテナ部材２３は平板状なので、放電管２２と大きな面積で接触でき、優れた冷却能力を確保することができる。

［第４の実施形態］
［構成］
第４の実施形態は、請求項１２の発明に対応している。図１３に示すように、放電管２２は電磁波防止のための金属製の箱３４に収納されており、箱３４の中は不活性ガスでパージされている。第４の実施形態の特徴は、この不活性ガスをアンテナ部材２３に直接吹き付けるガス噴射部３５が設けられている点にある。

［作用効果］
このような本実施形態では、オゾン発生対策として箱３４内で放電管２２が不活性ガスでパージされているとき、ガス噴射部３５からアンテナ部材２３に不活性ガスを直接吹き付けることで、アンテナ部材２３を冷却することができる。

このような本実施形態によれば、ガス噴射部３５の位置を調節するだけで、特別な設備を追加することなく、アンテナ部材２３に対する冷却系として、液冷と空冷の両方を備えることができる。したがって、アンテナ部材２３に対する冷却能力をさらに高めることが可能である。なお、ガス噴射部３５は複数設けることもできる。

［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、一体型の誘電体窓に形成する冷却流路あるいは放電管を直接冷却する冷却流路に関して、その大きさ、形状、数、位置等は自由である。例えば、冷却流路を、直線状とするのではなく、蛇行形状、クランク形状、らせん形状等としてもよい。冷却液の導入から排出まで一本の流路としてもよい。なお、上記の各実施形態においては、真空引きによる誘電体窓の破壊等が生じないように、最低限、冷却流路の下部の厚さを確保する必要はある。

また、誘電体窓や放電体の異常を判定する手法としては、特定のものには限定されない。上記の実施形態で述べた閾値や範囲の設定も自由であり、ユーザが所望の値を設定できるようにしても、別途算出された最適値が自動的に設定されるようにしてもよい。冷却液の温度や圧力、真空チャンバ内の温度等に基づいて、異常を判定してもよい。例えば、プラズマの発光を分光器で測定することにより、プラズマ温度を検出し、これにより異常を判定してもよい。つまり、異常判定に用いるパラメータは特定のものには限定されない。このパラメータを取得するための手段も、現在又は将来において利用可能なあらゆる種類を適用可能であり、その数や設置位置も自由である。

遮断弁の遮断動作は、冷却液の導入側と排出側の遮断のタイミングをずらすことによって、後から遮断される側から残留冷却液を排出させることができる。状況に応じて、導入側と排出側の一方のみの遮断動作を行い、遮断しない側から残留冷却液を排出してもよい。遮断弁の配置箇所や配置数なども適宜変更可能であり、例えば、導入側と排出側のいずれか一方のみに遮断弁を設け、遮断弁を設けていない側から残留冷却液が排出されるようにしてもよい。ここで、冷却液の導入側と排出側に遮断弁を設け、導入側遮断弁と排出側遮断弁で閉鎖される冷却路にバイパスライン２９を接続するものとすれば、両遮断弁間に残った冷却液のみを強制的に排出すればよいので、冷却液の排出量が少なくて済み、より迅速な対応することができる。

プラズマ励起源としては、高周波には限定されず、他の電磁波、例えば、マイクロ波であってもよい。なお、誘電体窓内に流す液体は、冷却以外の目的に使用するものであってもよい。例えば、高周波、マイクロ波等を吸収する液体を流し、これらの電磁波を遮断するのぞき窓などにも応用可能である。また、制御装置において、検出値や判定結果の履歴をハードディスク等に保存することにより、装置の性能や動作傾向の把握、点検や分析、運転方法の検討、設計や改良の検討等に役立てることができる。さらに、本発明は、上記のような手順による異常判定処理及び冷却液遮断処理を、コンピュータに実現させるためのコンピュータプログラム及びこれを記録した記録媒体として把握することもできる。

本発明の第１の実施形態を示す簡略構成図である。 図１の実施形態における誘電体窓の水路パターン例を示す側面図である。 図２の平面図である。 図１の実施形態における制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態における誘電体窓を示す縦断面図である。 図５の誘電体窓の内部構成を示す平面図である。 図５の誘電体窓の平面図である。 本発明の第３の実施形態を示す簡略構成図である。 図８の実施形態における要部の縦断面図である。 図８の実施形態における制御装置の機能ブロック図である。 図８の実施形態において遮断弁が開いた状態の冷却液及びプロセスガスの流れを示す説明図である。 図８の実施形態において遮断弁が閉じた状態の冷却液及びプロセスガスの流れを示す説明図である。 本発明の第４の実施形態を示す簡略構成図である。

符号の説明

１…真空チャンバ
２…誘電体窓
２ａ…冷却流路
３…ＲＦプラズマ源
４，２４…ＲＦ電源
５，３５…真空計
６…導入側配管
７…排出側配管
８，９，３８，３９…流量計
１０，２５，２６，２７，２８…遮断弁
１２…誘電体窓
１３…下部誘電体
１３ａ…導入口
１３ｂ…排出口
１４…上部誘電体
１５…Ｏリング
１６…固定用具
２１…冷却液路
２２…放電管
２３…アンテナ部材
２９…バイパスライン
３０…強制排出ポンプ
３１…輸送管
３２…プロセスチャンバ
３３…真空ポンプ
３４…金属製の箱
３５…ガス噴射部
１００,２００…制御装置
１０１,２０１…導入側流量検出部
１０２,２０２…排出側流量検出部
１０３,２０３…圧力検出部
１０４,２０４…異常判定部
１０５,２０５…遮断指示部
２０６…強制排出ポンプ指示部
２０７…プロセスガス停止指示部
２０８…マニュアル操作部

Claims (12)

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、前記真空チャンバ内にプラズマを励起させるプラズマ励起源を導入する誘電体窓とを備えたプラズマ処理装置において、
   前記誘電体窓内部に直接形成された穴により、冷却液が流通可能な冷却流路が構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記誘電体窓内部に直接形成された容器部により、冷却液が流通可能な冷却流路が構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。
3. 前記冷却流路における冷却液の流通を遮断する遮断弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記冷却流路における冷却液の流量、前記冷却流路内の圧力、前記冷却流路内の温度、前記真空チャンバ内の圧力、前記真空チャンバ内の温度の少なくとも一つを検出する検出部と、
   前記検出部による検出値に基づいて、前記誘電体窓の異常を判定する異常判定部と、
   前記異常判定部により異常と判定された場合に、前記遮断弁に遮断動作を指示する遮断指示部と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。
5. プラズマ励起源及びプロセスガスを導入してプラズマを生成する放電管が設けられ、前記放電管に冷却液が流通可能な冷却流路が形成されたプラズマ処理装置において、
   前記冷却流路における冷却液の流通を遮断する遮断弁が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 前記遮断弁は前記放電管の両端部に配置されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
7. 前記冷却流路における冷却液の流量、前記冷却流路内の圧力、前記冷却流路内の温度、前記放電管内の圧力、前記放電管内の温度の少なくとも一つを検出する検出部と、
   前記検出部による検出値に基づいて、前記放電管の異常を判定する異常判定部と、
   前記異常判定部により異常と判定された場合に、前記遮断弁に遮断動作を指示する遮断指示部とを有することを特徴とする請求項５又は請求項６記載のプラズマ処理装置。
8. 前記遮断弁が遮断動作を行った場合に、前記冷却流路内に残った前記冷却液を強制的に排出する強制排出ポンプが設けられていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記遮断弁が遮断動作を行った場合に、前記放電管への前記プロセスガスの導入を停止するプロセスガス停止手段が設けられていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記遮断弁はマニュアル操作により動作可能に構成されていることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. プラズマ励起源及びプロセスガスを導入してプラズマを生成する放電管が設けられ、前記放電管に冷却液が流通可能な冷却流路が形成されたプラズマ処理装置において、
    前記放電管の冷却流路に密着して平板状のアンテナ部材が設置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
12. 前記放電管には不活性ガスがパージされており、この不活性ガスを前記アンテナ部材に直接吹き付けるガス噴射部が設けられていることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。