JP2005175460A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 プラズマ処理を繰り返し実施しても、処理室内のダストの発生量が少なく、安定したプラズマ処理をその再現性を高めて行なうことができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ処理装置において、誘電体窓の外部若しくは内部に形成され、かつプラズマ励起用コイル又は電極がその内部に配置されるとともに、当該内部に電気絶縁性液体が収容される液室と、上記液体の冷却手段及び加熱手段を有し、上記液室に収容された上記液体の温度を調整し、当該液体を介して上記プラズマ励起用コイル又は上記電極及び上記誘電体窓の温度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体等の薄膜回路や電子部品、あるいは上記電子部品等が実装される基板の製造に利用されるドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマ処理装置に関する。
従来、半導体等の薄膜回路、電子部品、又は基板の製造に利用されるプラズマ処理装置の１つとして、真空容器の外部に位置されるプラズマ励起用コイル又は電極に高周波電力を印加することによって真空容器内にプラズマを励起し、当該励起されたプラズマでもって、真空容器内に配置された基板（ワーク）等に対してプラズマ処理を行なう高周波プラズマ励起方式のプラズマ処理装置がある。この方式のプラズマ処理装置は、真空容器外で高周波電磁界を発生させ、その高周波電磁界を誘電体窓を介して真空容器内に伝達し、この電磁界で電子の加速を行ない、プラズマを励起させて当該処理を実施するものである。
このような従来のプラズマ処理装置の一例としてプラズマ処理装置５００の模式断面図を図１０に示す（例えば、特許文献１、特許文献２、又は特許文献３参照）。
図１０に示すように、プラズマ処理装置５００は、有底体であって略円筒形状を有する真空容器５０１（なお、図１０においては、真空容器５０１の一部のみを図示している）と、真空容器５０１の上部における開口部を塞ぐように備えられた略半球殻状の誘電体材料（例えば、石英）で形成されたベルジャー（誘電体窓）５０２とを備えており、真空容器５０１とベルジャー５０２とで密閉された空間でありかつプラズマ処理が行なわれる処理室５０３が形成されている。さらに、プラズマ処理装置５００は、真空容器５０１の側面上部に設けられ、真空容器５０１内に所定の反応ガスを導入する反応ガス供給部５０４と、真空容器５０１内（処理室５０３内）の空気若しくはガスの排気を行なう真空排気装置である真空ポンプ（図示しない）が備えられている。また、ベルジャー５０２の上方近傍には、線状導体によりスパイラル状に形成されたプラズマ励起用コイル５０５が配置されており、コイル５０５に高周波電力を印加するコイル用高周波電源５０６が備えられている。また、真空容器５０１内の略中央付近には、基板電極５０７が備えられており、この基板電極５０７に高周波電力を印加する基板電極用高周波電源５０８が備えられている。また、プラズマ処理が施される基板５０９が真空容器５０１内の基板電極５０７の上に保持されている。
また、図１０に示すように、高周波電力が印加されたコイル５０５より発生される電磁界を装置外部に逃さないようにするため、コイル５０５及びベルジャー５０２は導体部材により形成されたアースシールド５１０により覆われている。このアースシールド５１０においては、その図示左端に通風孔５１１が、その図示右端に冷却ファン５１２が備えられており、冷却ファン５１２によりアースシールド５１０内の空気を装置外部に排気するとともに、通風孔５１１より装置外部の空気をアースシールド５１０内に導入することが可能となっている。
このような構成の従来のプラズマ処理装置５００においては、真空容器５０１内（すなわち、処理室５０３内）より、上記真空ポンプにて空気の排気を行ない、反応ガス供給部５０４より所定の反応ガスを導入しつつ、処理室５０３内を所定の圧力に保つ。このような状態において、コイル用高周波電源５０６によりコイル５０５に高周波電力を印加し、コイル５０５よりベルジャー５０２を介して処理室５０３内の反応ガスに対して電磁界を付与し、プラズマを励起する。この励起されたプラズマを用いて、基板電極５０７に保持された基板５０９に対して、エッチング、堆積、又は表面改質等のプラズマ処理を行なうことができる。このとき、基板電極５０７にも基板電極用高周波電源５０８により高周波電力を印加することで、基板５０９に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
また、このようなプラズマ処理の際には、高周波の印加時間とともに、ベルジャー５０２やコイル５０５が昇温することとなるが、アースシールド５１０内部の空間の雰囲気が、冷却ファン５１２及び通気孔５１１により機械換気されるため、当該昇温を少し低減させることができる。
さらに、従来の別の例にかかるプラズマ処理装置６００の模式断面図を図１１に示す（例えば、特許文献４、又は特許文献５参照）。図１１に示すように、プラズマ処理装置６００は、略半球殻状のベルジャー５０２に代えて、平板状の誘電体窓６０２を備えている点において、上述のプラズマ処理装置５００とは異なる構成を有している。具体的には、プラズマ処理装置６００は、有底体かつ略円筒状の真空容器６０１と、平板状の誘電体窓６０２と、反応ガス供給部６０４と、平面渦巻き状コイル６０５と、コイル用高周波電源６０６と、基板６０９を載置保持可能な基板電極６０７と、基板電極用高周波電源６０８と、アースシールド６１０と、真空ポンプ６１３とを備えている。また、真空容器６０１の上部開口が、誘電体窓６０２により閉止されて密閉されており、その密閉された内部空間がプラズマ処理室６０３となっている。また、コイル用高周波電源６０６とコイル６０５との間には、整合器６０６ａが備えられており、基板電極用高周波電源６０８と基板電極６０７との間にも、整合器６０８ａが備えられている。
また、図１１に示すように、アースシールド６１０の側面には通風孔６１１が形成されており、また、整合器６０６ａの上部には冷却ファン６１２が備えられ、整合器６０６ａと連結するアースシールド６１０の中央部には、大きな開口がある。このように冷却ファン６１２と通風孔６１１が備えられていることにより、プラズマ処理の際に昇温する誘電体窓６０２及びコイル６０５を外部空気により冷却して、当該昇温を少し抑えることができる。
さらに、基板電極６０７の内部には冷温媒液を循環可能な内部液路６１４が形成されており、当該液路６１４は、装置外部に設置されたチラーユニット６１５と冷温媒液循環通路６１６を通じて連通されている。なお、このような冷温媒液としては、例えば、水、エチレングリコール、フッ素系オイル等が用いられる。また、チラーユニット６１５には、上記冷温媒液を循環させるポンプ、冷凍機、ヒータ、上記冷凍機のための水冷（空冷）装置等が備えられている。このようなチラーユニット６１５により、プラズマ処理の際に昇温される基板電極６０７を冷却して、上記昇温を抑制することができる。また、プラズマ処理の準備のために、予め、基板電極６０７を加温しておくこともできる。
特開２００３−５９９０４号公報 米国特許第５５４０８２４号明細書 特開平９−７４０８９号公報 特開２０００−２１８５８号公報 特開平３−７９０２５号公報
しかしながら、従来のプラズマ処理装置５００では、小径の冷却ファン５１２と通気孔５１１によりベルジャー５０２とコイル５０５を覆うアースシールド５１０内の空間を機械換気することで、昇温されるベルジャー５０２等の冷却を行っているため、冷却能力不足により、電磁界の放電時間の経過と共にベルジャー５０２が、例えば２００℃程度まで昇温する場合がある。放電時間が３分以上に及ぶ場合は、この傾向が顕著となる。このように、ベルジャー５０２が昇温されるような場合にあっては、ベルジャー５０２の内壁に堆積された付着膜より、ガス成分の放出が発生し、処理室５０３内のプラズマ処理領域Ｒの雰囲気を変化させる。
また、プラズマ処理の停止、あるいはプラズマ処理装置５００の待機中にあっては、ベルジャー５０２の温度も室温まで降温されることとなる。このような場合にあっては、上記誘電体窓の温度が低いので、次回のプラズマ処理時に上記誘電体窓への膜堆積が促進されると共に、上記付着膜が、プラズマ処理領域Ｒ内の残留ガス成分を吸着し、次回昇温時の脱ガス源となる。このようなプラズマ処理実施と処理停止との繰り返しにより、プラズマ処理領域Ｒ内の雰囲気が安定（一定）せず、処理回数を増すと共に、上記付着膜の膜厚が増すために当該雰囲気が変化することとなり、再現性に優れたプラズマ処理を行なうことができないという問題がある。
また、このようなプラズマ処理とプラズマ停止とを繰り返すことで、ベルジャー５０２の石英と上記付着膜が昇温と降温を繰り返すこととなり、両者の間の熱膨張率の差により、上記付着膜の剥がれが発生し、基板電極５０７に載置されている基板５０９上にダストが被着して、被処理基板上のデバイスに不良を生じるという問題もある。
さらに、プラズマ処理の際に、コイル５０５の周囲のコロナ放電とプラズマ発光中の紫外線によりオゾンが発生し、この発生されたオゾンが冷却風によりプラズマ処理装置５００の外部に拡散する場合がある。このような場合にあっては、作業者の健康問題となり、また、装置部品の劣化を促進するという問題がある。
このような夫々の問題は、プラズマ処理装置６００についても同様に起り得るが、プラズマ処理装置６００においては、略半球殻状ではなく、平板状の誘電体窓６０２が用いられているため、処理室６０３の真空に耐えるため（すなわち、大気圧力に耐えるため）、その厚さ寸法が厚くならざるを得ず、誘電体窓６０２が熱伝達率の低い材料である石英等で形成されていることも加わって、誘電体窓６０２は、さらに冷却され難いという問題もある。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、プラズマ処理を繰り返し実施しても、安定したプラズマ処理をその再現性を高めて行なうことができ、処理室内のダストの発生量を少なく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。
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、真空化された処理室内に導入された反応ガスに電磁界を付与してプラズマを励起させ、上記処理室内の基板に対しプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置において、
その内部において上記基板が保持され、当該基板に対する処理が行われる上記処理室を形成する真空容器と、
上記処理室を密閉するように当該真空容器の一部をなす誘電体窓と、
上記誘電体窓を介して上記処理室と対向して配置され、高周波電力が印加されることで、当該誘電体窓を介して上記処理室内部に電磁界を付与するプラズマ励起用コイル又は電極と、
上記処理室内に上記反応ガスを供給するガス供給部と、
上記処理室内を排気して上記処理室内の圧力を略一定に保つ真空排気装置と、
上記プラズマ励起用コイル又は上記電極に上記高周波電力を印加する高周波電源と、
上記誘電体窓をその一部となして、当該誘電体窓における上記処理室側の表面とは反対側の表面を電気絶縁性液体中に浸積させるように当該液体を収容する液室をその内部に形成し、かつ、当該液室内に上記プラズマ励起用コイル又は上記電極を配置する液体収容容器とを備えるプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第２態様によれば、上記電気絶縁性液体の冷却装置又は加熱装置、又はその両装置を有し、上記液体収容容器に収容された上記液体の温度を調整し、当該液体を介して上記プラズマ励起用コイル又は上記電極及び上記誘電体窓の温度を制御する液体温度調整装置を備える第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、上記誘電体窓を除く上記液体収容容器が、導電体で形成される第２態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、上記液体収容容器が上記誘電体窓と一体化された１つの誘電体窓として形成され、
当該一体化された誘電体窓の内部に上記電気絶縁性液体の液流路が上記液室として形成され、当該液室中に上記プラズマ励起用コイルが配置される第２態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第５態様によれば、上記液体温度調整装置は、上記液体収容容器外に配置され、
上記電気絶縁性液体を循環可能に上記液室と連通された液流路と、
上記液流路を通して上記電気絶縁性液体を循環させる液体循環装置とを備える第２態様から第４態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第６態様によれば、上記液体温度調整装置は、上記液体収容容器内に収容された上記電気絶縁性液体との間で熱交換を行なう熱交換器部を当該液体収容容器の壁部に備え、
上記電気絶縁性液体と区分可能に上記熱交換器部に収容された流体が、上記冷却装置又は上記加熱装置により温度調整されることで、上記液体収容容器内の上記電気絶縁性液体の温度調整を行なう第２態様から第４態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、上記冷却装置は、上記液体収容容器の外壁面を空気冷却する空気冷却装置であり、
上記加熱装置は、上記液体収容容器の内部又は外部に配置された加熱ヒータである第２態様から第４態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、上記液体温度調整装置は、
上記液室への上記電気絶縁性液体の供給部と、
上記電気絶縁性液体の気化により生成される液体蒸気の上記液室よりの排出部とを備え、
上記電気絶縁性液体は、上記誘電体窓と上記プラズマ励起用コイル又は上記電極の調整温度若しくはその近傍の温度を沸点とする液体である第２態様から第４態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第９態様によれば、上記液体収容容器内において、上記電気絶縁性液体に上記プラズマ励起用コイルがさらに浸積されるように、当該電気絶縁性液体が収容される第１態様から第８態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１０態様によれば、上記液体収容容器内に供給される上記電気絶縁性液体の圧力でもって、上記プラズマ励起用コイルを上記誘電体窓の上記液室側の表面に密着させる第１態様から第５態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１１態様によれば、上記液体収容容器内において上記液室を、上記電気絶縁性液体が供給される第１室と、上記第１室に供給された上記液体をその内部に供給可能に当該第１室と連通され、上記誘電体窓の上記液室側表面及び上記プラズマ励起用コイルが当該内部に配置される第２室とに区分する液室区分部材と、
当該液室において、上記第１室と上記第２室との区分位置を可変可能な方向に案内しながら上記液室区分部材の支持を行う支持案内部材とをさらに備え、
上記第１室に収容された上記液体と上記第２室に収容された上記液体との圧力差により、上記プラズマ励起用コイルを上記誘電体窓の上記表面に押圧させて密着させる第１０態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１２態様によれば、上記液室収容容器内の上記第２室において、略螺旋状に巻き回される上記プラズマ励起用コイルの間隙が上記液室区分部材と上記誘電体窓とで囲まれた略螺旋状の液流路が形成される第１１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１３態様によれば、上記液室収容容器内の上記第２室において、上記略螺旋状の液流路の中心側から外周側に向けて上記電気絶縁性液体が流通可能に、上記第１室から上記第２室への上記液体の供給位置が、当該液流路の中心側に配置されている第１２態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１４態様によれば、上記電気絶縁性液体が、比抵抗１×１０５Ω・ｃｍ以上の純水である第２態様から第１３態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１５態様によれば、上記電気絶縁性液体が、フッ素系不活性オイル、シリコン系オイル、又は有機油脂類である第２態様から第１３態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の上記第１態様又は第２態様によれば、上記真空容器と対向配置されるとともに上記誘電体窓により密閉されて、その内部に電気絶縁性液体が収容される液体収容部を形成する液体収容容器と、上記液体の冷却装置、あるいは上記冷却装置に加えて加熱装置をも有し、上記液体収容部に収容された上記液体の温度を調整する液体温度調整装置とを備えていることにより、当該電気絶縁性液体を介してプラズマ励起用コイルあるいは電極を冷却又は加熱し、上記誘電体窓の温度を所望の温度に調整することができる。
例えば、上記保持された基板に対するプラズマ処理が行なわれる際には、上記誘電体窓が昇温されることとなるが、上記冷却装置を用いて上記電気絶縁性液体を冷却することで、当該電気絶縁性液体に接触されている上記誘電体窓の表面より、上記昇温に伴う熱量を除去して、当該誘電体窓の昇温を抑制することができる。このような昇温の抑制は、上記誘電体窓の内側表面（すなわち、上記処理室側の表面）に形成された堆積膜より、上記処理室内にガス成分が放出されることを抑制することができる。
一方、プラズマ非処理時（例えば、上記プラズマ処理の待機中、あるいはプラズマ処理完了後）においては、降温される上記誘電体窓に対して、上記加熱装置により上記加熱を行なうことで当該誘電体窓の上記降温を抑制し、上記所定の温度範囲内に保つことができる。これにより、プラズマ処理時の上記誘電体窓への膜堆積を抑制し、上記堆積膜が、上記処理室内のガス成分を吸着することを抑制することができる。従って、プラズマ処理及び非処理が繰り返されることにより発生するガス成分の放出及び吸着を抑制することができ、上記処理室内の雰囲気を安定化して、再現性の高いプラズマ処理を行なうことが可能となる。
また、このような上記電気絶縁性液体が収容される上記液体収容部内に上記プラズマ励起用コイルが配置されて、例えば、当該コイルが上記電気絶縁性液体中に浸漬されていることにより、上記誘電体窓の温度調整とともに同時的に上記コイルの表面温度をも調整することができる。例えば、上記プラズマ処理の際に、上記高周波電力が印加されて昇温される上記コイルを、上記電気絶縁性液体を介して冷却することで、当該昇温を抑制することができる。このような冷却により上記コイルの表面温度を積極的に下げることは、上記コイルの過昇温に伴う赤外線輻射による基板温度の上昇を抑制することができ、上記コイル自身の熱酸化による劣化をも防止することができる。以上のような上記誘電体窓と上記プラズマ励起用コイルの温度調整の効果は、プラズマ処理時間が３分以上数時間に及ぶ場合でも、十分な効果を発揮し、温度の変動を最小とする。
また、このような上記誘電体窓及び上記プラズマ励起用コイルの温度調整が、従来のように空気の換気により行なわれるのではなく、上記誘電体窓及び上記コイルに接触される上記電気絶縁性液体を用いて、当該電気絶縁性液体と上記誘電体窓及び上記コイルとの間の伝熱により行なわれることにより、伝熱性の向上と、間欠的プラズマ加熱に対する大容量の上記液体の熱容量による温度安定性により、この温度制御の効率やその制御性を向上させることができる。
また、従来のプラズマ処理装置のように、コイルの周囲の空気を機械換気すること（装置外部より新たな空気を取り入れ、上記周囲の空気を装置外部に放出すること）で上記コイルや上記誘電体窓の冷却を行なうのではなく、上記第１態様又は第２態様のプラズマ処理装置においては、その内部に上記コイルを配置する上記液体収容部に収容された上記電気絶縁性液体の温度を調整することで、上記コイル等の冷却等を行なうため、空気中のコロナ放電や紫外線による空気中の酸素分子の分離結合が無いのでオゾンを発生しない。従って、作業者の健康問題を改善することができ、また、オゾン拡散により当該装置及び周辺装置の装置構成部品の劣化が促進されることを確実に防止することができる。
本発明の上記第３態様によれば、上記液体収容部が、上記アース電位の導電体の内壁と上記誘電体窓の外側表面とで囲まれた空間として形成され、この上記液体収容部内に上記プラズマ励起用コイルが収納されることで、簡素な構造で完全に密閉されたアースシールドを兼ねた上記液体収容部を形成することができ、小型で電磁波の漏れの無いプラズマ処理装置を提供することができる。
本発明の上記第４態様によれば、上記液体収容容器が上記誘電体窓と同様に誘電体材料により形成され、上記液体収容部と上記誘電体窓とにより形成された一続きの上記液体の流路を上記液体収容部として備えることにより、上記液体収容容器と上記誘電体窓とを合体させた１つの誘電体窓の内側に上記液流路を形成した状態とすることができる。上記誘電体窓が大口径の平板形状であり、大気圧に耐える十分な厚みを採るような場合であっても、当該誘電体窓の上記プラズマ処理室側表面と、上記液体の流路との距離を小さくすることができ、冷却及び加温性能の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
また、このように上記誘電体窓の内部に形成された上記流路内に上記プラズマ励起用コイルあるいは上記電極が配置されることにより、上記コイルが上記誘電体窓の外側表面のさらに外側に配置されるような場合と比べて、当該コイルを上記処理室内部に近づけることができ、高密度なプラズマ励起を実現可能とする。
また、本発明の上記第５態様によれば、上記液体温度調整装置は、上記液体収容部外に配置され、上記液体収容部と連通された液流路と、当該液流路を通して上記電気絶縁性液体を循環させる液体循環装置とを備えることで、上記液体温度調整装置の設置の自由度を高めることができ、冷却あるいは加温の性能を高めることができる。また、このような上記液体温度調整装置には、例えば、チラー、サーキュレータ、又は恒温層と呼ばれる市販品を適用することが可能であり、入手の容易性を有するという利点がある。
また、本発明の上記第６態様によれば、上記液体収容部を略閉じた狭い容積として、この上記液体収容部内に収容される上記電気絶縁性液体（例えば、電気絶縁性のフッ素系不活性オイル）の収容量を少なくして、そのコスト削減を図ることができる。また、このような上記液体収容部の小容積化は、収容されている上記電気絶縁性液体の漏洩等を起り難くすることができる。さらに、上記熱交換器部において、上記電気絶縁性液体と区分可能に収容される上記流体として、上記電気絶縁性液体に代えて、電気絶縁性を有さない流体、例えば水（純水以外の水）等を用いることができ、このような点からも上記電気絶縁性液体に要するコストを削減することができる。
また、本発明の上記第７態様によれば、上記液体収容部外に別置きの上記液体温度調整装置を設ける必要がなく、当該液体温度調整装置を上記液体収容部とコンパクトに一体化することができ、小型で、上記電気絶縁性液体のコストが小さく、また、漏洩等のトラブルの起り難いプラズマ処理装置を提供することができる。
また、本発明の上記第８態様によれば、上記電気絶縁性液体として、所望の温度、すなわち、上記誘電体窓と上記プラズマ励起用コイル又は上記電極の調整温度に略合致する温度を沸点とする液体を用いることで、上記液体温度調整装置に特別な冷却機構を備えさせることを不要として、上記液体自身の蒸発潜熱を用いることにより、高い冷却能力を備え、小型で簡素な構成を有するプラズマ処理装置を提供することができる。
また、本発明の上記第９態様によれば、上記液体中に上記誘電体窓が浸積されるだけでなく、上記プラズマ励起用コイルも浸積されるように、当該液体が上記液体収容部に収容されることで、従来のように大気雰囲気中にプラズマ励起用コイルが配置された状態で高周波電力が印加されることにより生じていたオゾン等の発生を確実に防止することができる。
また、本発明の上記第１０態様によれば、上記液体収容部に供給される上記液体の圧力でもって、上記プラズマ励起用コイルを上記誘電体窓の表面に密着させることができ、当該密着状態にて上記コイルに高周波電力が印加させることで、当該誘電体窓における上記処理室側の表面に、高い電圧を誘電させることができ、上記処理室において低圧力でも放電を開始あるいは放電を維持しやすくさせることができる。
また、本発明の上記第１１態様から第１３態様によれば、上記コイルの冷却又は加温を確実かつ安定して行うことができるとともに、上記誘電体窓の冷却又は加温を均一な状態で行うことができる。
本発明の上記第１４態様によれば、上記電気絶縁性液体が、比熱が大きく電気的絶縁性を有する純水であることにより、上記誘導コイルとの接触のために必要な電気的絶縁性と、入手の容易さと、その良好な取扱性と、さらに安全性とを併せ持ち、装置全体の取扱性をも良好とされた実用性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。また、上記純水の比誘電率が約７０と大きいことは、誘電損失がやや大きいものの、プラズマ励起に静電界の効果を増し、着火性の良いプラズマ処理装置を提供する。
また、本発明の上記第１５態様によれば、上記電気絶縁性液体が、電気的絶縁性を有することに加えて、不燃性、化学的不活性、及びその使用可能温度範囲が広範囲であるという特性を有するフッ素系不活性オイル、シリコン系オイル、又は有機油脂類であることにより、上記電気絶縁性液体を閉回路で使用することで、上記プラズマ処理装置への適用性を良好なものとすることができる。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置の一例であるプラズマ処理装置８００の模式断面図を図１に示す。
図１に示すように、プラズマ処理装置８００は、有底体であって略円筒形状を有する真空容器８０１と、真空容器８０１の上部における開口部を塞ぐように備えられた略円盤状の誘電体材料（例えば、石英）で形成された誘電体窓（石英板）８０２とを備えており、真空容器８０１と誘電体窓８０２とで密閉された空間でありかつプラズマ処理が行なわれる処理室８０３が形成されている。
また、図１に示すように、真空容器８０１は、略円筒形状の有底体の下方部分である下部真空容器８０１ｂと、その上方部分であり環状形状を有する上部真空容器８０１ａとに分かれており、上部真空容器８０１ａと下部真空容器８０１ｂとを互いに結合させることにより、真空容器８０１が構成されている。なお、上部真空容器８０１ａと下部真空容器８０１ｂとの互いの結合部分には、シール部材、例えばＯリング８２８が配置されており、当該結合部分における気密性が確保されている。
また、プラズマ処理装置８００には、真空容器８０１の上部真空容器８０１ａの内側面上部に設けられて、真空容器８０１内に所定の反応ガスを導入する反応ガス供給部の一例である複数の反応ガス供給孔４と、真空容器８０１の下部真空容器８０１ｂの内側面に設けられた排気口１３ａに排気通路１３ｂにて接続され、真空容器８０１内（すなわち、処理室８０３内）の空気若しくはガスの排気を行なう真空排気装置の一例である真空ポンプ１３とが備えられている。また、誘電体窓８０２の上方近傍には、矩形状断面を有する平板状導体によりスパイラル状（螺旋状）に形成されたプラズマ励起用コイルの一例であるコイル８０５（あるいはプラズマ励起用コイル８０５）が、誘電体窓８０２の外側表面（すなわち、誘電体窓８０２を介して処理室８０３と対向配置されるように、処理室８０３側の表面とは反対側の表面）に沿って配置されており、コイル８０５に整合器８１８を経由して高周波電力を印加するコイル用高周波電源８０６が真空容器８０１の外部に備えられている。また、真空容器８０１内の略中央付近には、基板電極の一例である下部電極７が備えられており、この下部電極７に整合器１９を経由して高周波電力を印加する下部電極用高周波電源８が真空容器８０１の外部に備えられている。また、プラズマ処理装置８００によりプラズマ処理が施される基板９が真空容器８０１内の下部電極７の上に保持されている。
また、図１に示すように、誘電体窓８０２の外側表面近傍に配置されたコイル８０５全体を覆うように、アース電位の導電体（導電材料、例えば、アルミニウム又は合金）で形成されたアースシールド容器８１０（あるいは上部電極ケース８１０）が、真空容器８０１の上部真空容器８０１ａの上部に固定されて備えられている。また、このアースシールド容器８１０の略中央付近には、コイル用高周波電源８０６に整合器８１８を経由して接続された中心電極８１４が、アースシールド容器８１０と電気的に接触することがないように、絶縁ブッシュ８１５を介して取り付けられており、さらに、この中心電極８１４はスパイラル状のコイル８０５の中央部分の端部に印加端子８１６を介して接続されている。また、外周側におけるコイル８０５の端部は、アース端子８１７を介してアースシールド容器８１０に接続されており、アースシールド容器８１０は、コイル用高周波電源８０６のアース極に接続されている。これにより、コイル用高周波電源８０６より中心電極８１４及び印加端子８１６を通して、コイル８０５に高周波電力を印加することが可能となっている。なお、コイル８０５、中心電極８１４、印加端子８１６、及びアース端子８１７のそれぞれには、例えば金メッキが施されている。さらに、アースシールド容器８１０の外側上部には、整合器８１８をその内部に配置するケーシング８１９が取り付けられており、整合器８１８より発せられる熱量を除去するために、ケーシング８１９にはその内部の空気を機械的に換気する冷却ファン８６０が設置されている。
また、図１に示すように、真空容器８０１の上部における開口部分を覆うように誘電体窓８０２を配置した状態にて、アースシールド容器８１０を真空容器８０１の上部に固定することにより、上記配置された状態の誘電体窓８０２を当該配置にて固定することが可能となっている。また、このように誘電体窓８０２が固定された状態にて、アースシールド容器８１０の内側空間が、誘電体窓８０２の外側表面（処理室と反対側の表面）により密閉されて、かつ、コイル８０５がその内部に配置された空間が形成されている。この空間内には、後述するように電気絶縁性液体の一例である冷温媒液を収容することが可能となっており、当該空間が液体収容部の一例である液室８２０となっており、さらに、このアースシールド容器８１０が液体収容容器の一例となっている。また、誘電体窓８０２の図示下側の表面が処理室側表面となっており、その反対側の表面が液室密閉側表面となっている。
さらに、図１に示すように、この液室８２０の内部においては、誘電体窓８０２の上記外側表面上に配置されるスパイラル状のコイル８０５の図示上部と係合される溝部８５０ａがその下面に形成された円板状のコイル保持板８５０が配置されている。すなわち、コイル８０５は、コイル保持板８５０の図示下面に保持されてそのスパイラル状の形状が規定された状態にて、液室８２０内における誘電体窓８０２の上記外側表面上に配置されている。また、コイル保持板８５０は、その円板状の外形が、アースシールド容器８１０の内側側面の形状と略同じ大きさにて形成されており、液室８２０の側壁（周面）に沿って摺動可能に配置されている。また、このコイル保持板８５０は、アースシールド容器８１０の内側天板に固定された支持案内部材の一例である複数のガイドボルト８５１により、図示上下方向の移動（すなわち、上記摺動）を案内可能に支持されており、当該支持によりアースシールド容器８１０の内側において、コイル保持板８５０の回転及び抜けが防止されている。さらに、この各ガイドボルト８５１には、付勢バネ８５２が取り付けられており、この付勢バネ８５２は、図示上下方向に配置されたガイドボルト８５１に沿って、コイル保持板８５０を誘電体窓８０２に向けて常時付勢する機能を有している。
また、このように液室８２０内にてコイル保持板８５０及びコイル８０５が配置されていることにより、液室８２０が、コイル保持板８５０により第１室の一例である上室８２０ａ及び第２室の一例である下室８２０ｂの２つの室に区分されている。すなわち、本第１実施形態において、コイル保持板８５０は、液室８２０を上記２つの室に区分する液室区分部材の一例となっている。また、このコイル保持板８５０はその支持位置が可変可能とされていることにより、上記２つの室の区分位置も、例えば、外力が付与されること等により可変可能とされている。
上室８２０ａと下室８２０ｂとは、コイル保持板８５０の略中央に形成された貫通孔８５０ａにより互いに連通されている。さらに、下室８２０ｂにおいては、コイル保持板８５０に保持された状態のコイル８０５の下面が誘電体窓８０２の上記外側表面に当接された状態とされていることにより、スパイラル状の形状を有するコイル８０５間の空間（間隙）が、コイル保持板８５０の図示下面と、誘電体窓８０２の上記外側表面とで囲まれて、冷温媒液のスパイラル状の液流路８５４が形成されている。すなわち、液室８２０において、上室８２０ａは、貫通孔８５０ａを通して、下室８２０ｂに形成されたスパイラル状の液流路８５４の中央部分と連通されている。
さらに、アースシールド容器８１０には、その側壁を貫通するように、上室８２０ａへの上記冷温媒液の供給孔８１０ｂと、下室８２０ｂにおけるスパイラル状の液流路８５４の外周端部に連通され、かつ当該液流路８５４からの上記冷温媒液の排出孔８１０ａとが形成されている。このように、上記冷温媒液の供給孔８１０ｂと排出孔８１０ａが形成されていることにより、供給孔８１０ｂより上室８２０ａ内に供給された上記冷温媒液が貫通孔８５０ａを通して下室８２０ｂ内に流れ込み、スパイラル状の液流路８５４の中心から外周端部に向けて上記冷温媒液を流通させて、当該外周端部にて排出孔８１０ａを通して当該冷温媒液を排出させることが可能に、上記冷温媒液の一続きの液流路が、液室８２０内に形成されている。このような一続きの液流路が形成されていることにより、流通させる上記冷温媒液の温度を調整することで、誘電体窓８０２及びコイル８０５の温度を調整することが可能となっている。
また、図１に示すように、下部電極７の内部には、冷温媒液が通過可能な液流路８２３が形成されており、所望の温度に調整された冷温媒液をこの液流路８２３の一端である供給孔８２３ｂからその他端である排出孔８２３ａまで流通させることで、下部電極７を所望の温度に保つことが可能となっている。
さらに、真空容器８０１の上部真空容器８０１ａ内にも、例えば環状に形成された冷温媒液の液流路８５３が形成されており、この液流路８５３には冷温媒液の供給孔８５３ｂと排出孔８５３ａが形成されている。所望の温度に調整された冷温媒液を、この供給孔８５３ｂを通して液流路８５３内に供給され、排出孔８５３ａを通して排出させるように流通させることで、上部真空容器８０１ａの内側側面を通して、処理室８０３内の壁面温度を所望の温度に調整することが可能となっている。
また、これらの供給孔８１０ｂ、８５３ｂ、及び８２３ｂと、排出孔８５３ａ、８２３ａ、及び液流路８２２とを連通する液流路の一例である液流路８２２が、チラーユニット８２１に接続されて設けられている。チラーユニット８２１は、冷温媒液の冷却を行なう冷凍機（冷却装置の一例である）と、上記冷温媒液の加熱を行なうヒータ（加熱装置の一例である）と、上記冷温媒液を収容するための冷温媒液タンクと、上記冷温媒液の供給（循環）を行なう液体循環装置の一例であるポンプと、上記冷凍機の冷却動作により生じる熱を除去する水冷若しくは空冷装置と、これら夫々の構成部の動作を制御することにより、上記冷温媒液の温度を所望の温度に制御する温度制御装置８２１ａと、上記冷温媒液の温度を検出するとともに、温度制御装置８２１ａに当該検出された温度を出力する温度センサ８２１ｂとを備えている。このように構成されるチラーユニット８２１は、上記冷温媒液を冷却又は加熱することで、当該冷温媒液の温度を所望の温度に調整（制御）する機能と、この温度制御された冷温媒液を液流路８２２を通して液室８２０内等に供給するとともに、液室８２０内等に収容された上記冷温媒液を液流路８２２を通して循環回収する機能とを併せて備えている。
具体的には、図１に示すように、チラーユニット８２１より液流路８２２を通して送り出された冷温媒液は、下部電極７内の液流路８２３に供給され、この液流路８２３より排出された冷温媒液が液流路８２２を通して上部真空容器８０１ａ内の液流路８５３内に供給され、この液流路８５３より排出された冷温媒液が液流路８２２を通して液室８２０内に供給され、液室８２０より排出された冷温媒液が液流路８２２を通して、再びチラーユニット８２１に戻されるように、液流路８２２による一続きの循環流路が形成されている。
なお、図１においては、温度センサ８２１ｂがチラーユニット８２１における上記冷温媒液の出口近傍に設置されている場合について説明したが、温度センサ８２１ｂの配置はこのような場合にのみ限定されるものではない。例えば、チラーユニット８２１における上記冷温媒液の内部のタンク等に設置されるような場合であってもよく、あるいは、液室８２０内の上記冷温媒液の温度を検出可能に、液室８２０内に設置されるような場合であってもよい。
なお、このような冷温媒液としては、例えば、フロリナートやガルデン（共に商品名又は商標）等に代表されるフッ素系不活性オイル、あるいはシリコン系オイル、又は純水、その他、有機油脂類等の絶縁油を用いることができる。これらの液体は電気的絶縁性を有しているため、導電性材料で形成され高周波電力が印加されるコイル８０５に接触しても、ショートや漏電が発生しないという特徴を備えており、さらに、誘電体でもあるため、誘電体窓８０２を介して処理室８０３内部に発生される静電界を高めることが可能となっている。なお、上記純水としては、その電気絶縁性を担保するため、抵抗率が１×１０５Ω・ｃｍ以上であるものを用いる。
また、プラズマ処理装置８００において、誘電体窓８０２と真空容器８０１との接合部分、真空容器８０１とアースシールド容器８１０との接合部分、及び上述した上部真空容器８０１ａと下部真空容器８０１ｂとの接合部分には、夫々Ｏリング８２６、８２７、８２８が設けられており、処理室８０３及び液室８２０の気密性が担保されている。
さらに、プラズマ処理装置８００においては、コイル用高周波電源８０６による高周波電力の印加動作、下部電極用高周波電源８による高周波電力の印加動作、真空ポンプ１３による真空排気動作の夫々の動作制御を互いに関連付けながら、統括的な制御を行なう制御装置９０が備えられている。このような制御装置９０により、上記統括的な制御が行なわれることで、下部電極７に載置された基板９に対するプラズマ処理を行なうことが可能となっている。なお、チラーユニット８２１による上記冷温媒液の温度調整動作（すなわち、温度制御装置８２１ａによる温度制御動作）は、通常は当該チラーユニットにおいて自律的に行なわれている。
このような構成のプラズマ処理装置８００により、基板９に対してプラズマ処理を行なう方法について説明する。なお、以下の夫々の動作は、制御装置９０によって、互いに関連付けられながら統括的な制御として行なわれる。
まず、図１において、真空容器８０１内の下部電極７の上にプラズマ処理が施される被処理対象物である基板９を載置する。次に、処理室８０３を密閉するとともに、真空ポンプ１３により排気口１３ａ及び排気通路１３ｂを通して処理室８０３内の空気若しくはガスの排気を行ない、続いて、図示しない反応ガス供給装置より反応ガス供給孔４を通して所定の反応ガスの供給を行なうとともに、例えば、排気通路１３ｂの途中に設けられた排気流量調整弁（図示しない）により排気流量を調整する等により、処理室８０３内を所定の圧力に保つ。
それとともに、チラーユニット８２１により所定の温度に制御された冷温媒液を、液流路８２２を通して、下部電極７内の液流路８２３、上部真空容器８０１ａ内の液流路８５３、及び液室８２０に順次供給するとともに、当該供給された冷温媒液が液流路８２２を通してチラーユニット８２１に回収されるように、上記冷温媒液の循環を行う。この冷温媒液の循環により、液室８２０においては、液流路８２２より供給孔８１０ｂを通して上室８２０ａ内に上記冷温媒液が供給され、当該供給された冷温媒液が貫通孔８５０ａを通して下室８２０ｂへと流れ込み、スパイラル状の液流路８５４を中心側から外周端部側へ向けて当該冷温媒液が流通されて、排出孔８１０ａを通して液流路８２２へと排出される。このように液室８２０において冷温媒液が流通されることで、上室８２０ａ内と下室８２０ｂ内に供給された冷温媒液の圧力差により、コイル保持板８５１は誘電体窓８０２側へ向けて付勢される。
コイル保持板８５１は、複数のガイドボルト８５１に支持された状態にて、その支持位置が誘電体窓８０２側へ複数の付勢バネ８５２により常時付勢され、これにより、コイル８０５が誘電体窓８０２の表面に常時付勢された状態とされているものの、誘電体窓８０２やコイル８０５やコイル保持板８５１の製作精度等により、コイル８０５は完全には誘電体窓８０２の表面に当接された状態とはならない場合もある。しかしながら、このような場合であっても、複数の付勢バネ８５２による付勢力よりも大きな力を有する冷温媒液の液圧でもってコイル保持板８５１を付勢して、その支持位置を誘電体窓８０２側へと僅かに移動させることにより、コイル保持板８５１の図示下面に保持されているコイル８０５が、誘電体窓８０２の上記外側表面に押圧されて、密着された状態とさせることができる。また、上室８２０ａ内と下室８２０ｂ内の上記冷温媒液の圧力差でもって、コイル保持板８５０を介してコイル８０５が押圧されていることにより、コイル８０５の誘電体窓８０２への押圧力をスパイラル状の接触面全体において略均一なものとすることができる。このような観点から、必要十分な付勢力を発生可能な圧力差が生じるように、貫通孔８５０ａの大きさ及び形状や冷温媒液の循環流量等が決定されることが望ましい。
この状態を維持しながら、コイル用高周波電源８０６より所定の高周波電力を、整合器８１８、中心電極８１４、及び印加端子８１６を介して、コイル８０５に印加する。これにより、コイル８０５より誘電体窓８０２を介して電磁界が処理室８０３内の反応ガスに付与され、反応ガス分子内の電子が加速されて、処理室８０３内にプラズマが励起される。このとき、同時に下部電極用高周波電源８より整合器１９を介して、下部電極７にも高周波電力が印加することで、基板９に到達するイオンエネルギーを制御することができる。このようにして励起されたプラズマにより下部電極７上に載置された基板９に対して、エッチング、堆積、又は表面改質等のプラズマ処理を行なうことができる。
また、チラーユニット８２１により所定の温度に調整された冷温媒液が、液流路８２２を通じて循環されていることにより、当該プラズマ処理により昇温される誘電体窓８０２とコイル８０５とを冷却し、夫々の温度を所定の温度範囲内に保ちながら上記プラズマ処理を行なうことができる。
ここで、「所定の温度範囲」とは、プラズマ処理の際に、誘電体窓８０２の内側表面への反応生成物の堆積により形成される薄膜の堆積量を低減させて、堆積物である堆積膜の形成を抑制することができ、かつ、誘電体窓８０２を高温に保つことで上記堆積膜の剥離を抑制することができるような（体積膜が剥離しないような）温度範囲である。
また、同様に、当該冷温媒液の循環により、当該プラズマ処理により昇温される被処理基板９を適温に保つように、この下部電極７の温度を所定の温度範囲内に保ちながら上記プラズマ処理を行なうことができる。さらに、上部真空容器８０１ａ内の液流路８５３への上記冷温媒液の循環が行われていることにより、処理室８０３の内壁面の温度を所定の温度範囲内に保つことができ、上記体積膜の形成を抑制しながらプラズマ処理を行うことができる。
また、プラズマ非処理時においても、チラーユニット８２１により所望の温度に制御された冷温媒液を液室８２０に循環させることで、誘電体窓８０２の温度を上記所定の温度範囲内に保つことができる。このような場合にあっては、プラズマ非処理時においても、誘電体窓８０２の温度を上記所定の温度範囲内に保つことができ、プラズマ処理時とプラズマ非処理時とを繰り返すことによる温度変化、すなわちヒートサイクルを誘電体窓８０２に形成された堆積膜に与えることを防止することができ、上記ヒートサイクルによる上記堆積膜の剥がれを防止することができる。
上記第１実施形態によれば、以下のような種々の効果を得ることができる。
まず、誘電体窓８０２の外側表面とアースシールド容器８１０の内側表面とで囲まれて形成された液室８２０内に、所望の温度に制御された冷温媒液が循環可能とされていることにより、上記冷温媒液に接触される誘電体窓８０２の外側表面を、上記冷温媒液を通じて冷却又は加熱することができる。具体的には、プラズマ処理の際に、昇温される誘電体窓８０２に対しては、上記冷却を行なうことで誘電体窓８０２の昇温を抑制することができる。このような昇温の抑制は、形成された堆積膜より処理室８０３内にガス成分が放出されることを抑制することができる。また、プラズマ非処理時においては、降温される誘電体窓８０２に対して、上記加熱を行なうことで誘電体窓８０２の降温を抑制し、上記所定の温度範囲内に保つことができる。これにより、上記堆積膜が、処理室８０３内のガス成分を吸着することや、次回のプラズマ処理開始時に誘電体窓８０２の内面への膜堆積が起ることを予防できる。
従って、プラズマ処理及び非処理が繰り返されることにより発生するガス成分の放出及び吸着を抑制することができ、プラズマ発生領域Ｒ１の雰囲気を安定化して、再現性の高いプラズマ処理を行なうことが可能となる。また、誘電体窓８０２の内面に付着した堆積膜がヒートサイクルにより剥がれ落ちて、被処理基板にダストによる不良が生じることを抑制することができる。
また、このような上記冷温媒液が循環される液室８２０の下室８２０ｂ内にコイル８０５が配置されて、上記冷温媒液中に浸漬されていることにより、誘電体窓８０２とともに同時的にコイル８０５の表面温度をも制御することができる。具体的には、プラズマ処理の際に、高周波電力が印加されて昇温されるコイル８０５を、上記冷温媒液を介して冷却することで、当該昇温を抑制することができる。このような冷却によりコイル８０５の表面温度を積極的に下げることは、コイル８０５の表面温度により輻射される赤外線が、被処理基板を加熱させることを防止することができる。以上のような誘電体窓８０２と、コイル８０５に対する温度調整の効果は、プラズマ処理時間が３分以上数時間に及ぶ場合であっても損なわれることはなく、温度変化を最小に抑えることができる。
また、液室８２０がコイル８０５を保持するコイル保持板８５０により上室８２０ａと下室８２０ｂとに区分され、上室８２０ａに供給された冷温媒液が下室８２０ｂへと流し込まれるように、当該冷温媒液の流路が構成されていることにより、上室８２０ａ内と下室８２０ｂ内の冷温媒液の圧力差でもって、コイル保持板８５０を下室８２０ｂ側へ付勢して、スパイラル状のコイル８０５を誘電体窓８０２の表面に均一な力でもって押圧して、当該表面に密着させることができる。このようにコイル８０５を誘電体窓８０２の表面に密着させることにより、誘電体窓８０２における処理室８０３側の表面に、コイル８０５に印加される高周波の高電圧を誘電させることができ、低圧力でも放電を開始あるいは放電を維持しやすくさせることができる。従って、コイル８０５による強い電磁界誘導効果を、処理室８０３内にもたらすことができ、低圧力で放電可能であって、プラズマ密度が高く、エッチング速度を向上させることができるプラズマ処理装置を提供することができる。
また、液室８２０の下室８２０ｂにおいて、スパイラル状のコイル８０５の間に、スパイラル状の液流路８５４が形成されて、この液流路８５４の中心側より外周端部に向けて冷温媒液が流通されるように液流路８５４が構成されていることにより、誘電体窓８０２とコイル８０５とを略均一に冷却又は加温することができ、高い温度制御性でもっての温度調節を行うことができる。
また、このような上記冷温媒液としては、例えば、フッ素系不活性オイルを用いるような場合にあっては、高い絶縁性を有していることにより、コイル８０５が上記フッ素不活性系オイル中に直接的に浸漬されるような場合であっても、漏電等を発生することがなく、その安全性が担保されている。さらに、このようなフッ素系不活性オイルは、その使用可能温度範囲が広いという特徴を有しているため、氷点下から２００数℃まで所望の温度への誘電体窓８０２等の温度制御に適したものであると言える。さらに、上記フッ素系オイルは誘電体でもあるため、浸漬されているコイル８０５の高周波電力が印加されることで、上記フッ素不活性系オイルと誘電体窓８０２を通して、処理室８０３内に強い静電界を付与することができ、プラズマの着火性を良好とすることができる。
また、スパイラル状のコイル８０５、印加端子８１６、アース端子８１７、及び中心電極８１４のそれぞれの表面に対して、従来において施されているような銀メッキではなく、金メッキが施されていることにより、高周波電圧の印加と冷温媒液の水分等とによってコイル８０５等の表面に、腐食や電食が生じることを防止することができる。
また、従来のプラズマ処理装置５００、６００のように、コイル５０５、６０５の周囲の空気を機械換気すること（装置外部より新たな空気を取り入れ、上記周囲の空気を装置外部に放出すること）で冷却を行なうのではなく、上記第１実施形態のプラズマ処理装置８００においては、誘電体窓８０２の外側表面とアースシールド容器８１０とで囲まれて形成され、かつ、その内部にコイル８０５を配置する液室８２０と、液流路８２２と、チラーユニット８２１とで構成される上記冷温媒液の密閉系循環経路を用いて、コイル８０５等の冷却等を行なうため、当該冷却によりオゾン等の発生及び装置外部への当該オゾンの拡散が生じることはない。従って、作業者の健康問題を改善することができ、また、オゾン拡散により当該プラズマ処理装置と周辺装置の装置構成部品の劣化が促進されることを確実に防止することができる。
（第２実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２の実施形態にかかるプラズマ処理装置の一例であるプラズマ処理装置１００の模式断面図を図２に示す。図２に示すように、プラズマ処理装置１００は、円盤状の誘電体窓８０２ではなく、略半球殻形状の誘電体窓２を有している点において、上記第１実施形態のプラズマ処理装置８００と異なる構成を有しているが、この誘電体窓２の形態に関係しないその他の構成については、プラズマ処理装置８００と略同様な構成となっている。以下、この異なる構成を中心に説明する。なお、その説明の理解を容易なものとするため、プラズマ処理装置１００において、上記第１実施形態のプラズマ処理装置８００と同様な構成の部分には、同じ参照番号を付し、その説明を省略するものとする。
図２に示すように、プラズマ処理装置１００は、真空容器１と、真空容器１の上部における開口部を塞ぐように備えられた略半球殻状（あるいはドーム状）の誘電体材料（例えば、石英）で形成されたベルジャー（誘電体窓の一例である）２とを備えており、真空容器１とベルジャー２とで密閉された空間でありかつプラズマ処理が行なわれる処理室３が形成されている。
また、プラズマ処理装置１００には、真空容器１の側面上部に設けられた複数の反応ガス供給孔４と、真空容器１の排気口１３ａに排気通路１３ｂにて接続され、真空容器１内（すなわち、処理室３内）の空気若しくはガスの排気を行なう真空ポンプ１３とが備えられている。また、ベルジャー２の上方近傍には、線状導体によりスパイラル状に形成されたプラズマ励起用コイルの一例であるコイル５が、ペルジャー２の外側表面に沿って配置されており、コイル５に整合器１８を経由して高周波電力を印加するコイル用高周波電源６が真空容器１の外部に備えられている。また、真空容器１内の略中央付近には、下部電極７が備えられており、この下部電極７に整合器１９を経由して高周波電力を印加する下部電極用高周波電源８が真空容器１の外部に備えられている。また、プラズマ処理装置１００によりプラズマ処理が施される基板９が真空容器１内の下部電極７の上に保持されている。
また、図２に示すように、ベルジャー２の外側表面近傍に配置されたコイル５全体を覆うように、アース電位の導電体（導電材料）で形成されたアースシールド容器１０（液体収容容器の一部である）が、真空容器１の上部に固定されて備えられている。また、このアースシールド容器１０の略中央付近には、コイル用高周波電源６に整合器１８を経由して接続された中心電極１４が、アースシールド容器１０と電気的に接触することがないように、絶縁ブッシュ１５を介して取り付けられており、さらに、この中心電極１４はスパイラル状のコイル５の中央部分の端部に印加端子１６を介して接続されている。また、外周側におけるコイル５の端部は、アース端子１７を介してアースシールド容器１０に接続されており、アースシールド容器１０は、コイル用高周波電源６のアース極に接続されている。これにより、コイル用高周波電源６より中心電極１４及び印加端子１６を通して、コイル５に高周波電力を印加することが可能となっている。
また、図２に示すように、アースシールド容器１０の内側と、ベルジャー２の一部である上記外側表面と、真空容器１の上部とで囲まれ、かつコイル５がその内部に配置された空間を液室２０として、冷温媒液を収容することが可能となっている。さらに、アースシールド容器１０の上部近傍には、液室２０内からの上記冷温媒液の排出孔１０ａが形成されており、下部近傍には、液室２０内への上記冷温媒液の供給孔１０ｂが形成されている。
また、これらの供給孔１０ｂ及び排出孔１０ａは、上記冷温媒液が循環可能に液流路の一例である流路２２を通じて、上部側チラーユニット２１に接続されている。上部側チラーユニット２１は、その内部に、冷却装置と、加熱装置と、ポンプと、上記冷温媒液の温度を所望の温度に制御する温度制御装置２１ａと、上記冷温媒液の温度を検出するとともに、温度制御装置２１ａに当該検出された温度を出力する温度センサ２１ｂとが備えられている。このように構成される上部側チラーユニット２１は、冷温媒液を介して、コイル５及びベルジャー２の冷却又は加温を行ない、所望の温度に保つことが可能となっており、上部側チラーユニット２１は、上記冷温媒液の液体温度調整装置の一例となっている。
また、図２に示すように、下部電極７の内部には、冷温媒液が通過可能な液流路２３が形成されており、この液流路２３には流路２４を介して、下部側チラーユニット２５が接続されている。この下部側チラーユニット２５は、上部側チラーユニット２１と同じ構成を有しており、温度制御装置２５ａ及び温度センサ２５ｂ等を備え、冷温媒液流路２４を通じて、所望の温度に制御された冷温媒液を液流路２３内に循環させることで、下部電極７を所望の温度に保つことが可能となっている。
また、プラズマ処理装置１００において、ベルジャー２と真空容器１との接合部分、及び真空容器１とアースシールド容器１０との接合部分には、夫々Ｏリング２６、２７が設けられており、処理室３及び液室２０の気密性が担保されている。
さらに、プラズマ処理装置１００においては、上記それぞれの構成部の動作を互いに関連付けながら統括的な制御を行うことで、プラズマ処理動作の制御を行う制御装置９０が備えられている。
ここで、このようなプラズマ処理における諸条件を示す一実施例について述べる。例えば、基板としてＩｎＰ（インジウムリン）基板にバイヤホールを深さ１００μｍエッチングするような場合には、反応ガスとしてＨＩガスとＡｒガスとを、供給量１００ｓｃｃｍ（標準状態にて：１００ｃｃ／分）にて処理室３内に供給し、真空圧力を１Ｐａに保持しながら、コイル用高周波電源６によりコイル５に周波数１３．５６ＭＨｚ、出力１０００ｗの高周波電力を印加し、下部電極用高周波電源８により下部電極７に周波数１３．５６ＭＨｚ、出力１００ｗの高周波電力を印加することで、下部電極７に保持された基板９に対して上記エッチング処理を行なう。このとき、上記冷温媒液としてガルデンを用いて、液室２０内に上記ガルデンを２ｌ／分で循環させ、ベルジャー２の温度を１００℃程度に保持し、同様に下部電極７を５０℃程度に保持する。このような条件にて、所要時間１００分程度にて、基板９に対するエッチング処理を行なうことができる。
このような構成のプラズマ処理装置１００においては、ベルジャー２とアースシールド容器１０とで形成された液室２０内にコイル５を配置させて、プラズマ処理の際に、液室２０内へ所定の温度に調整された冷温媒液を循環させることで、ベルジャー２及びコイル５の温度を所定の温度範囲内に保つことができ、上記第１実施形態における冷温媒液の温度調整による効果と同様の効果を得ることができる。
なお、図２に示した第２の実施形態の方式は、図１の第１実施形態に示した平板状誘電体窓と平面渦巻き状コイルとを用いた方式に対しても適用できるものであるが、特に半球形のベルジャー２を用いた方式は、熱伝導率の低い誘電体材料（例えば、石英）にあっても、ベルジャーの厚さを極力薄くすることができるので、誘電体窓の冷却に有利である。従って、このような観点からは、ベルジャー２の外部表面を用いて液室２０を形成することで、ベルジャー２の温度を制御する方式の利点があると言える。
なお、上述の説明においては、略半球殻形状のベルジャー２とアースシールド容器１０とで囲まれた液室２０内にコイル５を配置させて、液室２０内に冷温媒液を循環させるような場合について説明したが、本第２実施形態のプラズマ処理装置１００の構成は、このような場合についてのみ限られるものではない。例えば、このような略半球形状のベルジャー２が用いられるような構成のプラズマ処理装置において、上記第１実施形態のプラズマ処理装置のように、誘電体窓の表面にコイルを密着させるような構成を適用することもできる。このような構成が適用される本第２実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置９００の構成を示す模式構成図を図３に示す。また、図３に示すプラズマ処理装置９００におけるＡ−Ａ線断面図を図４に示す。なお、図３及び図４に示すプラズマ処理装置９００において、図２に示すプラズマ処理装置１００が備える構成と同じ構成を有する部分については、同じ参照番号を付して、その説明を省略するものとする。
図３に示すように、プラズマ処理装置９００においては、その矩形状の断面を有する略円錐状のスパイラルコイル９０５が、液室２０内のベルジャー２の図示上方に配置されている。また、図３及び図４に示すように、コイル９０５は、平面的に略Ｘ字形状を有するコイル保持部材９５０の下面に保持されている。このような保持は、例えば、コイル保持部材９５０の下面に形成された複数の溝部９５０ａに、コイル９０５の上部が部分的に係合されることにより行われている。
また、コイル保持部材９５０は、そのＸ字形状のそれぞれの端部において、複数のガイドボルト９５１を介して、アースシールド容器１０の内側に支持されている。また、それぞれのガイドボルト９５１は図示上下方向に配置されており、それぞれのガイドボルト９５１に沿って移動可能に、コイル保持部材９５０は支持されている。さらに、それぞれのガイドボルト９５１には付勢バネ９５２が取り付けられており、これらの付勢バネ９５２は、コイル保持部材９５０をそれぞれのガイドボルト９５１に沿ってベルジャー２の図示上面側に付勢する機能を有している。このような構成により、コイル保持部材９５０の下面に保持されたコイル９０５は、ベルジャー２の図示上面側表面に常時押し付けられた状態とされており、コイル９０５がベルジャー２の表面に密着された状態が保たれている。
プラズマ処理装置９００において、液室２０内に配置されたスパイラル状のコイル９０５が、ベルジャー２の図示上面側表面に常時密着されていることにより、プラズマ処理の際に、コイル９０５に高周波が印加させることで、ベルジャー２の処理室３側の表面への強い電磁界誘導効果を生じさせることができ、低圧力でも放電を開始あるいは維持しやすくさせるという上記第１実施形態による効果と同様な効果を得ることができる。
なお、図３において、アース端子１７や印加端子１６の形状や配置が、図２のプラズマ処理装置１００とは異なっているが、このような形状や配置はコイル９０５の配置や形状により決定されるものであり、実質的な機能等の相違はない。また、図４に示すように、スパイラル状のコイル９０５の中央部分には、コイル部材が配置されないことを利用して、コイル保持部材９５０の中央部分に貫通孔９５０ｂを形成するとともに、アースシールド容器１０における当該貫通孔９５０ｂに相当する位置に貫通孔１０ａ及び観察用窓部１０ｂ（例えば、石英ガラス材料にて形成）を備えさせることで、観察用窓部１０ｂより、貫通孔１０ａ、９５０ｂ及びベルジャー２を通して、処理室３内の空間を目視観察可能とすることもできる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかるプラズマ処理装置２００の模式断面図を図５に示す。図５に示すように、プラズマ処理装置２００は、略半球殻形状の誘電体窓２ではなく、略平板状の誘電体窓２０２を有している点において、上記第２実施形態のプラズマ処理装置１００と異なる構成を有しているが、この誘電体窓２０２の形態に関係しないその他の構成については、プラズマ処理装置１００と同様な構成となっている。また、図５のプラズマ処理装置２００は、略平板状の誘電体窓２０２を有している点において、図１の第１実施形態のプラズマ処理装置８００に似た構成を有していると言えるが、液流路２２０（液体収容容器）とプラズマ励起用コイル２０５を誘電体窓２０２の内部に有している点において、異なった構成を有している。以下、この異なる構成を中心に説明する。なお、その説明の理解を容易なものとするため、プラズマ処理装置２００において、上記第２実施形態のプラズマ処理装置１００と同様な構成の部分には、同じ参照番号を付し、その説明を省略するものとする。また、プラズマ処理装置２００においては、上記第２実施形態のプラズマ処理装置１００と同様に、統括的な制御を行なう制御装置（制御装置９０に相当）が備えられているが、同様な構成であるため、図５においてはその表示を省略している。
図５に示すように、プラズマ処理装置２００は、真空容器１の上部開口を閉止するように配置され、誘電体材料により形成された略円盤状の誘電体窓２０２を備えており、誘電体窓２０２により密閉された真空容器１内の空間であり、かつ、プラズマ処理が行なわれる空間が、処理室２０３として形成されている。
また、誘電体窓２０２は、上記誘電体材料で形成された略円盤状の２枚の誘電板である上部側誘電板２０２ａと下部側誘電板２０２ｂとが互いに接合されることにより形成されている。さらに、上部側誘電板２０２ａと下部側誘電板２０２ｂとの互いの接合表面には、互いの形成配置が合致するように、略凹状断面を有する一続きの溝部が形成されており、上部側誘電板２０２ａと下部側誘電板２０２ｂとが接合されることにより、その内部に上記冷温媒液を流通可能な夫々の凹状の内壁で囲まれた一続きの上記液体の液流路２２０が形成されている。このような液流路２２０は、例えば、誘電体窓２０２の略中心から、当該中心回りに渦巻き状に形成されている。また、液流路２２０のその中心側の端部には、上部側誘電板２０２ａを貫通するように、上記冷温媒液の供給孔２２０ａが形成されており、液流路２２０のその渦巻状の外周側の端部には、上部側誘電板２０２ａを貫通するように、上記冷温媒液の排出孔２２０ｂが形成されている。なお、液流路２２０は、誘電体窓２０２の内部に形成された溝部の内壁をその室壁として形成された上記冷温媒液を収容可能な液室の一例ともなっている。また、本第３実施形態のプラズマ処理装置２００においては、下部側誘電板２０２ｂが誘電体窓の一例となっているとともに、上部側誘電板２０２ａが液体収容容器の一例となっており、さらに当該液体収容容器が誘電材料により形成されていることにより、上記誘電体窓と上記液体収容容器とが合体された１つの誘電体窓２０２が形成されていることとなっている。
また、液流路２２０の供給孔２２０ａ及び排出孔２２０ｂは、液流路の一例である流路２２２を通じて、上部側チラーユニット２１と連通されており、上部側チラーユニット２１にて所望の温度に制御された冷温媒液を、流路２２２及び供給孔２２０ａを通じて、液流路２２０内に供給するとともに、この液流路２２０内の冷温媒液を、排出孔２２０ｂ及び流路２２２を通じて、上部側チラーユニット２１に回収するように、上記冷温媒液を循環させることが可能となっている。
また、上記略渦巻状に形成された液流路２２０の内部には、導体線材にて上記略渦巻状の形状に略合致するように一続きに形成されたプラズマ励起用コイルの一例であるコイル２０５が配置されている。また、コイル２０５の略渦巻状の中心側端部は、装置外部に配置されたコイル用高周波電源２０６に整合器２１８を経由して接続されており、コイル２０５の略渦巻状の外周側端部は、装置外部のアース端子に接続されている。
また、誘電体窓２０２と真空容器１との接合部分には、処理室２０３内部の密閉性を担保するために、Ｏリング２２６が設けられている。さらに、誘電体窓２０２を真空容器１に確実に固定（解除可能に固定）するために、誘電体窓２０２は、その端部において固定部材である押え金具２２８を用いて、真空容器１の上部に固定されている。また、誘電体窓２０２の外側表面及び当該表面近傍の空間を覆うように、導電性材料で形成されたアースシールド２１０が真空容器１の上部に取り付けられている。
このような構成のプラズマ処理装置２００において、下部電極７の上に載置された基板９に対してプラズマ処理を行なう動作は、上記第１実施形態のプラズマ処理装置８００及び上記第２実施形態のプラズマ処理装置１００の場合と同様である。具体的には、誘電体窓２０２の内部に形成された液流路２２０に通路２２２を介して供給孔２２０ａより、所望の温度に制御された冷温媒液を供給して、排出孔２２０ｂから通路２２２に、液流路２２０に上記供給された冷温媒液を排出させるように、上記冷温媒液を循環させることで、誘電体窓２０２及びコイル２０５を所望の温度に制御することができる。
また、このような液流路２２０をその内部に有する誘電体窓２０２は、上記凹状の溝部が形成された上部側誘電板２０２ａと下部側誘電板２０２ｂとを、互いの上記溝部が合致するように接着剤等を介して貼り合わせることにより接合することができる。このような接着剤としては、好ましくは、硬化後も弾性を保つことができるゴム系接着剤、例えば、熱硬化性のシリコンゴム系接着剤を用いることができる。また、このように接着剤を用いて接合するような場合に代えて、上部側誘電板２０２ａと下部側誘電板２０２ｂとの互いの接合面に対して高精度な平面とした後、夫々の接合面を合わせながら液流路２２０内を真空排気、又は外部よりプレスして、上記夫々の接合面を強固に密着させた状態で、高温加熱することで、上部側誘電板２０２ａと下部側誘電板２０２ｂとを高温原子間接合することもできる。
上記第３実施形態によれば、誘電体窓２０２が略平板状であるような場合にあっては、誘電体窓２０２内に液流路２２０を形成し、この液流路２２０内にコイル２０５を配置することで、液流路２２０内に所望の温度に制御された冷温媒液を流通させて、誘電体窓２０２及びコイル２０５の表面を所望の温度に制御することができ、上記第２実施形態と同様な効果を得ることができる。
このように誘電体窓２０２の内部に形成された液流路２２０内にコイル２０５を配置することで、コイル２０５と誘電体窓２０２の下面（処理室２０３の上面内壁）との間の距離を短縮化することができ、より高いプラズマ励起力を得ながら、誘電体窓２０２とコイル２０５の確実な温度制御を達成することができる。
また、このように誘電体窓２０２を略平板状とされ、大気圧に耐え得る強度を得るためにその厚さが厚く形成されるような場合であっても、液流路（液室）２２０は、誘電体窓２０２とコイル２０５の処理室側表面から近い位置に配置することができ、確実な誘電体窓表面の冷却を行なうことができる。
また、上記第３実施形態のプラズマ処理装置２００においては、誘電体窓２０２の内部に略渦巻状に液流路２２０が形成されているため、熱伝導のための表面積を比較的大きくすることができ、温度の制御性を良好なものとすることができるという利点がある。さらには、冷温媒液の量が少なくてすみ、装置の低コスト化、小型化、温度制御電力の節約が可能となる利点がある。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態にかかるプラズマ処理装置３００の模式断面図を図６に示す。なお、以下の説明においては、上記第２実施形態のプラズマ処理装置１００と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略するものとする。
図６に示すように、プラズマ処理装置３００は、略半球殻状又は略ドーム状のベルジャー２の上方に、ベルジャー２の外側表面とアースシールド容器３１０の内側表面とで囲まれて形成された液室３２０を備えている点において、上記第２実施形態のプラズマ処理装置１００と類似した構成となっているが、液室３２０内に収容されている冷温媒液が、チラーユニット３２５を通して循環されない点において、上記第２実施形態とは異なる構成となっている。以下、この異なる構成を中心に説明する。
図６に示すように、液室３２０は、その上部に形成されたリザーブタンク３３０を介して装置外部（すなわち、大気中）と連通された構成となっており、液室３２０内部には冷温媒液が収容されている。なお、このリザーブタンク３３０は、液室３２０内部に収容されている冷温媒液の温度変化に伴う体積変化（あるいはわずかな蒸発）を吸収して調整するための役割を有している。
さらに、液室３２０の周囲、すなわち、アースシールド容器３１０の外周部分には、液室３２０を囲むように外周側冷温媒液流路３３１が形成されている。また、この外周側冷温媒液流路３３１は、その内部に温度制御された２次冷温媒液（上記冷温媒液と区分可能に収容された流体の一例である）が流通されることで、隣接される液室３２０の内に収容されている冷温媒液を冷却又は加熱することが可能となっており、熱交換器部の一例となっている。また、この外周側冷温媒液流路３３１には、上記２次冷温媒液が供給される供給孔３３１ａと、排出される排出孔３３１ｂとが形成されており、供給孔３３１ａは、冷温媒液流路３２２を介して下部電極７の液流路２３と連通されており、さらに、液流路２３は、冷温媒液流路２４を介してチラーユニット３２５と連通されている。一方、排出孔３３１ｂは、冷温媒液流路３３２を通してチラーユニット３２５と連通されている。
このように構成されていることで、チラーユニット３２５にて所望の温度に制御された上記２次冷温媒液を、冷温媒液通路２４を通して下部電極７の液流路２３を流通させて、下部電極７の温度を制御することが可能となっている。さらに、下部電極７の液流路２３より上記２次冷温媒液を、冷温媒液通路３２２及び供給孔３３１ａを通して、外周側冷温媒液流路３３１内に供給するとともに、当該供給された２次冷温媒液を、排出孔３３１ｂ及び冷温媒液流路３３２を通してチラーユニット３２５に戻すように、循環させることで、液室３２０に収容されている冷温媒液を所望の温度に制御することが可能となっている。
さらに、アースシールド容器３１０には、液室３２０内に収容されている上記冷温媒液を攪拌する攪拌機３３３が備えられており、液室３２０内に収容されている上記冷温媒液の温度の均一化を図ることが可能となっている。よって、当該均一化され、かつ、その温度が制御された上記冷温媒液を用いて、ベルジャー２及びコイル５の表面温度を制御することが可能となっている。
また、液室３２０に収容される上記冷温媒液としては、コイル５に直接的に接触されることを考慮して、上記第１実施形態と同様に電気的絶縁性を有するフッ素系オイルやシリコン系オイルが用いられ、一方、外周側冷温媒液流路３３１に循環される上記２次冷温媒液としては、コイル５とは接触することがないため、電気的絶縁性を備えていることは要求されず、水道水やエチレングリコール等、一般的に冷温媒として用いられている液体を用いることができる。
なお、本第４実施形態においては、冷凍機（冷却装置）及びヒータ（加熱装置）を備えるチラーユニット３２５が、液体温度調整装置の一例となっており、上記２次冷媒液を用いて、液室３２０内に収容された上記冷温媒液の温度を間接的に調整することが可能となっている。
上記第４実施形態によれば、上記第２実施形態による効果に加えて、さらに、チラーユニット３２５にて直接的に温度制御される上記２次冷温媒液を用いて、液室３２０内に収容されている上記冷温媒液の温度制御を間接的に行ない、ベルジャー２及びコイル５の温度制御を行なうことができるため、比較的高価なフッ素系又はシリコン系オイルと当該オイル用のチラーユニットを用いることなく、一般的に用いられる比較的安価な水又はエチレングリコール等とこれらの流体用のチラーユニット３２５を用いることができ、プラズマ処理装置３００のコストを抑えることができる。
また、液室３２０に、攪拌機３３３が備えられていることで、流路３３１内の２次冷温媒液との熱交換の促進と、液室３３３内の上記冷温媒液の温度の均一化を図ることができ、ベルジャー２やコイル５の温度の制御性を向上させることができる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態にかかるプラズマ処理装置４００の模式断面図を図７に示す。図７に示すように、プラズマ処理装置４００は、ベルジャー２及びアースシールド容器４１０にて囲まれて形成された液室４２０内に収容されている上記冷温媒液に対する加熱又は冷却を行なう構成が異なる点を除いては、上記第４実施形態のプラズマ処理装置３００と同様な構成となっている。以下、この異なる構成についてのみ説明を行なう。
図７に示すように、プラズマ処理装置４００におけるアースシールド容器４１０の略円筒形状の外周側壁には、多数の冷却フィン４１０ａが形成されており、また、アースシールド容器４１０の外部には、この冷却フィン４１０ａに風を送る冷却ファン４４０が備えられている。なお、本第４実施形態においては、冷却フィン４１０ａ及び冷却ファン４４０が空気冷却装置の一例となっている。
さらに、アースシールド容器４１０の内部、すなわち、液室４２０には、液室４２０内に収容されている上記冷温媒液を加熱するヒータ４４１と攪拌機３３３が備えられている。
このように液室４２０内に収容されている上記冷温媒液に対して、冷却装置として、冷却フィン４１０ａと冷却ファン４４０が備えられ、加熱装置として、ヒータ４４１が備えられ、内部液体の温度均一化のための攪拌機３３３が備えられていることで、上記冷却装置及び上記加熱装置とを制御しながら用い、上記冷温媒液の温度を所望の温度に制御することができる。すなわち、本第４実施形態においては、冷却フィン４１０ａ、冷却ファン４４０、ヒータ４４１、及び攪拌機３３３が、液体温度調整装置の一例となっている。
上記第５実施形態によれば、液室４２０に収容されている上記冷温媒液の温度制御にあたって、チラーユニットを用いることなく、冷却フィン４１０ａ、冷却ファン４４０、ヒータ４４１、及び攪拌機３３３という構成で対応することができ、装置の小型化、構成の簡素化に寄与することができ、その製造コストを低減させ、装置の小型化を図ることができる。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態にかかるプラズマ処理装置７００の模式的な構成を示す模式断面図を図８に示す。図８に示すように、プラズマ処理装置７００は、ベルジャー２及びアースシールド容器７１０にて囲まれて形成された液室７２０内に収容されている上記冷温媒液に対する外部からの冷却機構が無いという点と、液の供給・排出口の構成が異なる点を除いては、上記第５実施形態のプラズマ処理装置４００と似た構成となっている。以下、この異なる構成についてのみ説明を行なう。
図８に示すように、プラズマ処理装置７００は、ベルジャー２及びアースシールド容器７１０で囲まれて形成された液室７２０を備えており、液室７２０内には、上記冷温媒液が収容されている。また、アースシールド容器７１０の上部には、液室７２０内で蒸発した上記冷温媒液の蒸気を放出する蒸気排気孔７１０ａ（液体蒸気の排出部の一例である）が形成されており、液室７１０ａは、蒸気排気孔７１０ａを通じて大気開放又は排気装置（図示せず）に接続されている。また、アースシールド容器７１０には、液室７２０内に上記冷温媒液を供給する冷温媒液供給配管７４０（供給部の一例である）が設けられており、液室７２０内に収容されている上記冷温媒液が所定の液面を保つことができるように、冷温媒液供給配管７４０より上記冷温媒液を供給することが可能となっている。液室７２０内には、ヒータ４４１と攪拌機３３３がプラズマ処理装置４００と同様に備えられている。
液室７２０内の冷温媒液には、ベルジャー２とコイル５を保ちたい（調整したい）所望の温度（調整温度）付近に沸点を有する電気絶縁性の安全な液体を選定している。例えば、上記所望の温度を１００℃付近に保ちたい場合には、純水を用いれば良い。上記所望の温度が極低温ならば、液体窒素や液化炭酸ガスを用いることができ、常温付近ならば、フロン系のものを用いることができる。
プラズマ処理装置７００がこのような構成を有していることにより、ベルジャー２及びコイル５よりの熱量が、接触されている上記冷温媒液に付与されて（あるいは奪われて）、当該熱量が蒸発潜熱として上記冷温媒液を蒸気の泡７５０として蒸発させることで、ベルジャー２及びコイル５の表面を冷却することができる。なお、上記冷温媒液の蒸気は、蒸気排気孔７１０ａより液室７２０外へ放出される。また、この蒸気の放出により減少された上記冷温媒液の収容量は、冷温媒液供給配管７４０より供給されることで補われる。また、このような上記冷温媒液の供給を行なうために、液室７２０には、上記冷温媒液の液面を検出するセンサ等（図示しない）が備えられている。
なお、このように上記冷温媒液の加熱装置として、ヒータ４４１が用いられるような場合に代えて、コイル５に僅かに高周波電力を印加することで、液室７２０内に収容されている上記冷温媒液を所望の温度に加熱して、上記冷温媒液を介してベルジャー２の加熱を行なうことができる。一方、ベルジャー２を予め所望の温度に加熱する際には、上記第５実施形態と同様に、ヒータ４４１と攪拌機３３３を用いることもできる。
上記第６実施形態によれば、十分な冷却機能を有するとともに、プラズマ処理装置７００の構成の簡素化を図ることができ、低コストな装置を提供することができる。
なお、上記それぞれの実施形態のプラズマ処理装置においては、液室内に配置されるコイルが、当該液室内に供給される冷温媒液にその全部が浸積されるような場合について説明したが、本発明はそのような場合についてのみ、限定されるものではない。このような場合に代えて、上記コイルの一部のみが冷温媒液中に浸積されるような場合であってもよい。
上記第６実施形態のプラズマ処理装置７００を一例として説明すると、例えば、図９に示すように、液室７２０において、冷温媒液の収容量が図８に示す状態よりも少なく、当該収容されている冷温媒液の液面より、コイル５の一部が露出されているような場合であっても、ベルジャー２の図示上面側表面全体が、当該冷温媒液中に浸積されていれば、温度制御の必要性がより高いベルジャー２に対する温度制御を確実に行うことができ、上記第６実施形態による効果を得ることができる。ただし、ベルジャー２に加えてコイル５の温度制御までをも確実に行うという観点からは、コイル５の全部が上記冷温媒液中に浸積されていることが望ましい。
また、上記それぞれの実施形態においては、冷温媒液により誘電体窓とコイルが冷却及び加熱されるような場合について説明したが、本発明はこのような場合についてのみ限定されるものではなく、プラズマ処理の際に上記冷温媒液による上記誘電体窓の冷却を行う場合だけであっても本発明を適用してその効果を得ることができる。
さらに、上記様々な実施形態におけるプラズマ励起用コイル又は電極として、上記実施形態における説明では、いわゆるＩＣＰ（誘電結合プラズマ）励起用のコイル（又はアンテナ）を図示して説明したが、このような場合に代えて、ＣＣＰ（容量結合プラズマ）励起用の電極（又はアンテナ）を液室内に設置しても同様の効果を得ることができる。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。 上記第２実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。 図３のプラズマ処理装置におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。 本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。 本発明の第５実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。 本発明の第６実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。 上記第６実施形態のプラズマ処理装置において液室内に収容されている冷温媒液の液面よりコイルの一部が露出されている状態を示すプラズマ処理装置の模式断面図である。 従来のプラズマ処理装置の模式断面図（部分的な図）である。 従来の別の例にかかるプラズマ処理装置の模式断面図である。
符号の説明
１、８０１ 真空容器
２ ベルジャー
３、８０３ 処理室
４ 反応ガス供給孔
５、８０５ コイル
６、８０６ コイル用高周波電源
７ 下部電極
８ 下部電極用高周波電源
９ 基板
１０、８１０ アースシールド容器
１０ａ、８１０ａ 排出孔
１０ｂ、８１０ｂ 供給孔
１３ 真空ポンプ
１３ａ 排気口
１４、８１４ 中心電極
１５、８１５ 絶縁ブッシュ
１６、８１６ 印加端子
１７、８１７ アース端子
１８、８１８ 整合器
１９ 整合器
２０、８２０ 液室
２１、８２１ 上部側チラーユニット
２１ａ、８２１ａ 温度制御装置
２１ｂ、８２１ｂ 温度センサ
２２、８２２ 通路
２３、８２３ 液流路
２４ 通路
２５ 下部側チラーユニット
２６、２７、８２６、８２７ Ｏリング
９０ 制御装置
１００、８００ プラズマ処理装置
Ｒ１ プラズマ発生領域

Claims (15)

  1. 真空化された処理室内に導入された反応ガスに電磁界を付与してプラズマを励起させ、上記処理室内の基板に対しプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置において、
    その内部において上記基板が保持され、当該基板に対する処理が行われる上記処理室を形成する真空容器と、
    上記処理室を密閉するように当該真空容器の一部をなす誘電体窓と、
    上記誘電体窓を介して上記処理室と対向して配置され、高周波電力が印加されることで、当該誘電体窓を介して上記処理室内部に電磁界を付与するプラズマ励起用コイル又は電極と、
    上記処理室内に上記反応ガスを供給するガス供給部と、
    上記処理室内を排気して上記処理室内の圧力を略一定に保つ真空排気装置と、
    上記プラズマ励起用コイル又は上記電極に上記高周波電力を印加する高周波電源と、
    上記誘電体窓をその一部となして、当該誘電体窓における上記処理室側の表面とは反対側の表面を電気絶縁性液体中に浸積させるように当該液体を収容する液室をその内部に形成し、かつ、当該液室内に上記プラズマ励起用コイル又は上記電極を配置する液体収容容器とを備えるプラズマ処理装置。
  2. 上記電気絶縁性液体の冷却装置又は加熱装置、又はその両装置を有し、上記液体収容容器に収容された上記液体の温度を調整し、当該液体を介して上記プラズマ励起用コイル又は上記電極及び上記誘電体窓の温度を制御する液体温度調整装置を備える請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 上記誘電体窓を除く上記液体収容容器が、導電体で形成される請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 上記液体収容容器が上記誘電体窓と一体化された１つの誘電体窓として形成され、
    当該一体化された誘電体窓の内部に上記電気絶縁性液体の液流路が上記液室として形成され、当該液室中に上記プラズマ励起用コイルが配置される請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 上記液体温度調整装置は、上記液体収容容器外に配置され、
    上記電気絶縁性液体を循環可能に上記液室と連通された液流路と、
    上記液流路を通して上記電気絶縁性液体を循環させる液体循環装置とを備える請求項２から４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  6. 上記液体温度調整装置は、上記液体収容容器内に収容された上記電気絶縁性液体との間で熱交換を行なう熱交換器部を当該液体収容容器の壁部に備え、
    上記電気絶縁性液体と区分可能に上記熱交換器部に収容された流体が、上記冷却装置又は上記加熱装置により温度調整されることで、上記液体収容容器内の上記電気絶縁性液体の温度調整を行なう請求項２から４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  7. 上記冷却装置は、上記液体収容容器の外壁面を空気冷却する空気冷却装置であり、
    上記加熱装置は、上記液体収容容器の内部又は外部に配置された加熱ヒータである請求項２から４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  8. 上記液体温度調整装置は、
    上記液室への上記電気絶縁性液体の供給部と、
    上記電気絶縁性液体の気化により生成される液体蒸気の上記液室よりの排出部とを備え、
    上記電気絶縁性液体は、上記誘電体窓と上記プラズマ励起用コイル又は上記電極の調整温度若しくはその近傍の温度を沸点とする液体である請求項２から４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  9. 上記液体収容容器内において、上記電気絶縁性液体に上記プラズマ励起用コイルがさらに浸積されるように、当該電気絶縁性液体が収容される請求項１から８のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  10. 上記液体収容容器内に供給される上記電気絶縁性液体の圧力でもって、上記プラズマ励起用コイルを上記誘電体窓の上記液室側の表面に密着させる請求項１から５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  11. 上記液体収容容器内において上記液室を、上記電気絶縁性液体が供給される第１室と、上記第１室に供給された上記液体をその内部に供給可能に当該第１室と連通され、上記誘電体窓の上記液室側表面及び上記プラズマ励起用コイルが当該内部に配置される第２室とに区分する液室区分部材と、
    当該液室において、上記第１室と上記第２室との区分位置を可変可能な方向に案内しながら上記液室区分部材の支持を行う支持案内部材とをさらに備え、
    上記第１室に収容された上記液体と上記第２室に収容された上記液体との圧力差により、上記プラズマ励起用コイルを上記誘電体窓の上記表面に押圧させて密着させる請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 上記液室収容容器内の上記第２室において、略螺旋状に巻き回される上記プラズマ励起用コイルの間隙が上記液室区分部材と上記誘電体窓とで囲まれた略螺旋状の液流路が形成される請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 上記液室収容容器内の上記第２室において、上記略螺旋状の液流路の中心側から外周側に向けて上記電気絶縁性液体が流通可能に、上記第１室から上記第２室への上記液体の供給位置が、当該液流路の中心側に配置されている請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. 上記電気絶縁性液体が、比抵抗１×１０５Ω・ｃｍ以上の純水である請求項２から１３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  15. 上記電気絶縁性液体が、フッ素系不活性オイル、シリコン系オイル、又は有機油脂類である請求項２から１３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
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