JPH1060657A - マイクロ波励起プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速プロセスを行うために大パワーのマイク
ロ波を投入しても少量の冷却用ガスの供給により誘電体
窓の熱破壊を防止することが可能なマイクロ波励起プラ
ズマ処理装置を提供するものである。 【解決手段】 プラズマ生成室２４および処理室２５を
有する反応容器２２と、前記プラズマ生成室２４内に処
理ガスを供給するためのガス供給管２６と、前記反応容
器２２の開口部に上面が前記反応容器２２の上壁面から
下方に位置するように配置された誘電体窓３０と、前記
反応容器２２の上に前記誘電体窓３０に対して所望の隙
間をあけて配置され、マイクロ波導入口３４を有する天
板３１と、前記天板３１に配置された下面が開口された
矩形状の導波管３５と、前記天板３１に設けられ冷却用
ガスを導入するためのガス導入部３６ａ，３６ｂと、前
記導波管に設けられたガス排出部とを具備したことを特
徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置や液晶
基板等の製造におけるエッチングやアッシングに用いら
れるマイクロ波励起プラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置
としては、図１９に示す構造のものが知られている。反
応容器１は、上面が開口され、かつ水平方向に配置した
メッシュ状パンチドメタルからなる拡散板２により例え
ば円筒形のプラズマ生成室３と処理室４とに上下に区画
されている。ガス供給管５は、反応容器１上部のプラズ
マ生成室３の側壁に形成されている。回転軸６が下面に
取り付けられたウェハホルダ７は、処理室４内に回転自
在に配置されている。排気管８は、処理室４が形成され
た反応容器１底部に取り付けられ、かつ排気管８の他端
には真空ポンプのような排気系（図示せず）が連結され
ている。

【０００３】例えば石英ガラスからなる円板状の誘電体
窓９は、反応容器１の開口部１０周辺にその上面が反応
容器１の最上部と面一になるように配置されている。マ
イクロ波が導入される矩形状の導波管１１は、誘電体窓
９を含む反応容器１の上壁部に配置され、かつ誘電体窓
９に対向する底板部分にはマイクロ波導入口１２が開口
されている。

【０００４】上述した従来のマイクロ波励起プラズマ処
理装置によりウェハ上のレジストパターンを除去（アッ
シング）する方法を説明する。まず、反応容器１の処理
室４内のホルダ７上にレジストパターンが表面に形成さ
れたウェハ１３を設置し、図示しない真空ポンプを作動
して反応容器１内のガスを排気管８を通して排気する。
一方では、処理ガス例えば酸素ガスをガス供給管５を通
して反応容器１上部のプラズマ生成室３に供給する。反
応容器１内が所定の圧力になった時点でマイクロ波１４
を導波管１１内に導入することによって、反応容器１の
プラズマ生成室３にプラズマ１５が発生する。発生した
プラズマ１５は、拡散板２の開口を通して処理室４に導
入され、プラズマ中の活性な酸素原子が処理室４内のホ
ルダ７上に設置されたウェハ１３表面のレジストパター
ンと反応することにより剥離する、いわゆるアッシング
がなされる。

【０００５】従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置で
は、誘電体窓９の熱は自然冷却により放熱されている。
しかしながら、導波管１１に導入されるマイクロ波１４
のパワーが強くなると、プラズマ生成室３で発生したプ
ラズマ１５からの熱により誘電体窓９の温度が４００℃
位まで上昇するため、誘電体窓９が熱破壊を起こす恐れ
があった。

【０００６】特開昭６３−１３０７８４号公報には、前
述した誘電体窓の熱破壊を防止するために図２０に示す
ように矩形状の導波管１１の上部に空気供給管１６を設
けた構造のマイクロ波励起プラズマ処理装置が開示され
ている。このようなプラズマ処理装置において、空気を
供給管１６を通して導波管１１から誘電体窓９に吹き付
けることにより、プラズマ１５の発生に伴って加熱され
た前記誘電体窓９が強制的に冷却できる。しかしなが
ら、図１８に示す構造のマイクロ波励起プラズマ処理装
置において誘電体窓９の熱破壊を防止するためには莫大
な量の空気を供給管１６を通して誘電体窓９に吹き付け
る必要がある。例えば直径２４０ｍｍの誘電体窓９を有
するマイクロ波処理装置において、導波管１１に１ｋＷ
のマイクロ波を導入してプラズマ生成室３にプラズマ１
５を発生させた場合、誘電体窓９の熱破壊を防止するた
めには空気を供給管１６から２００Ｎｌ／ｍｉｎ以上の
流量で誘電体窓９に吹き付ける必要があり、実用性に乏
しいという問題があった。また、導波管１１内への多大
な空気の供給により、導波管１１に導入されるマイクロ
波１４によるプラズマ発生の効率も低下する問題があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高速プロセ
スを行うために大パワーのマイクロ波を投入しても少量
の冷却用ガスの供給により誘電体窓の熱破壊を防止する
ことが可能なマイクロ波励起プラズマ処理装置を提供し
ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるマイクロ
波励起プラズマ処理装置において、請求項１記載の発明
は、上面が開口され、プラズマを生成するプラズマ生成
室と、このプラズマ生成室の下方に形成された被処理部
材が配置される処理室を有する反応容器と、前記プラズ
マ生成室内に処理ガスを供給するためのガス供給管と、
前記反応容器の開口部を封止する誘電体窓と、前記反応
容器上に前記誘電体窓に対して所望の隙間をあけて配置
されたマイクロ波導入口を有する天板と、前記天板上に
配置された導波管と、前記天板に設けられ、マイクロ波
導入による発熱を冷却する冷却手段と、を具備したこと
を特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明は、上面が開口され、
プラズマを生成するプラズマ生成室と、このプラズマ生
成室の下方に形成された被処理部材が配置される処理室
を有する反応容器と、前記プラズマ生成室内に処理ガス
を供給するためのガス供給管と、前記反応容器の開口部
を封止する誘電体窓と、前記反応容器上に前記誘電体窓
に対して所望の隙間をあけて配置されたマイクロ波導入
口を有する天板と、前記天板上に配置された導波管と、
前記天板に設けられ、前記誘電体窓と前記天板との間に
冷却用ガスを導入するためのガス導入部と、前記導波管
に設けられたガス排出部と、を具備したことを特徴とし
ている。

【００１０】請求項３記載の発明は、前記誘電体窓と前
記天板の間に仕切部材を配置して帯状の冷却用ガス流路
を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記
載のマイクロ波励起プラズマ処理装置である。

【００１１】請求項４記載の発明は、前記ガス導入部
は、前記誘電体窓の径方向外周側に冷却用ガスを導入で
きる位置に複数設け、かつ前記ガス導入部と連通する前
記冷却用ガス流路を冷却用ガスを導入できる位置に前記
誘電体窓の径方向外周から中心部に向けて渦巻状に配置
したことを特徴とする請求項３記載のマイクロ波励起プ
ラズマ処理装置である。

【００１２】請求項５記載の発明は、前記帯状の冷却用
ガス流路の途中に温度制御部または減圧部を設けたこと
を特徴とする請求項３または４項記載のマイクロ波励起
プラズマ処理装置。

【００１３】請求項６記載の発明は、前記天板には、天
板を冷却する冷却用液体をこの天板内部に流通させる冷
却用液体流通手段が設けられたことを特徴とする請求項
１ないし請求項５のいずれか一に記載のマイクロ波励起
プラズマ処理装置である。

【００１４】請求項７記載の発明は、前記導波管の内壁
側近傍位置にそれぞれ設けられたスリット状の一対のマ
イクロ波導入口と、前記天板内部に設けられ、かつ前記
一対のスリット間に位置するように設けられた空間部
と、一端が前記空間部に連通し、他端から冷却用ガスが
供給される冷却用ガス流路と、前記空間部と、前記天板
と前記誘電体窓の間に冷却用ガスを供給する導入孔と、
を具備したことを特徴とする請求項２ないし請求項６の
いずれか一に記載のマイクロ波励起プラズマ処理装置で
ある。

【００１５】請求項８記載の発明は、前記冷却用ガス導
入孔は前記天板の中央付近が他の部分よりも密に形成さ
れていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロ波
励起プラズマ処理装置である。

【００１６】前記誘電体窓の材料であるマイクロ波透過
性セラミックとしては、例えば石英、アルミナ、窒化ア
ルミニウム等を用いることができる。前記冷却用ガスと
しては、例えば室温の空気、窒素、ヘリウム、アルゴ
ン、ネオンまたは室温以下に冷却した空気、窒素、ヘリ
ウム、アルゴン、ネオン等を用いることができる。

【００１７】このような本発明に係わるマイクロ波励起
プラズマ処理装置において、請求項１の発明によると、
前記天板にはマイクロ波導入による発熱を冷却する冷却
手段が設けられたため、マイクロ波の導入によって発生
した発熱を効果的に冷却することが可能となる。

【００１８】請求項２の発明によると、前記導波管にマ
イクロ波を導入して前記反応容器のプラズマ生成室にプ
ラズマを発生させる際、前記天板に設けられたガス導入
部から冷却用ガス、例えば空気を導入することにより前
記誘電体窓上面と前記天板下面との間の隙間を通して前
記導波管内に導入されるため、空気自身の冷却および断
面積の小さい隙間への空気の流れによる前記誘電体窓か
ら、前記天板への熱伝達の増加により前記プラズマの発
生に伴もなって加熱された前記誘電体窓を効果的に冷却
することができる。

【００１９】すなわち、２枚の平行な板の間に空気が流
れると、それら板間の熱伝達率は次式（１）で表され
る。ただし、空気の流れは層流である。 Ｎｕ＝０．３３２Ｒｅ^0.500 Ｐｒ^0.333 …（１） Ｎｕ：ヌセルト数 Ｒｅ：レイノズル数 Ｐｒ：プラントル数（空気の場合；約０．７１） ただし、 Ｎｕ＝αｈ／λ …（２） α：熱伝達率 ｈ：板間の距離 λ：空気の熱伝達率（０．０２４７［Ｗ／ｍＫ］） Ｒｅ＝ｗｈ／ν …（３） ｗ：流速 ν：空気の動粘性率（０．１５６×１０^-4［ｍ² ／sec
］） 前記式（１）〜（３）により熱伝達率（α）は、次式
（４）で表される。

【００２０】 α＝１．８７×（ｗ／ｈ）^0.500 …（４） 前記式（４）から前記誘電体窓上面と前記天板下面との
間の隙間に導入する空気の流速（ｗ）を増やし、かつ隙
間の距離（ｈ）を短くすることにより、前記誘電体窓か
ら前記天板への熱伝達率（α）を増加させることが可能
になり、前記誘電体窓を効率よく冷却することが可能に
なる。

【００２１】したがって、本発明に係わるマイクロ波励
起プラズマ処理装置は前述した図１８に示す従来のプラ
ズマ処理装置に比べて極めて少ない空気の供給量で前記
誘電体窓の熱破壊を効果的に防止することができる。

【００２２】請求項３の発明によると、前記誘電体窓上
面と前記天板下面の間に仕切り部材を配置して帯状の冷
却用ガス流路が形成されたため、前記誘電体窓の冷却を
一層効率良く行うことができる。

【００２３】請求項４の発明によると、前記ガス導入部
は、前記天板に前記誘電体窓の周辺部に位置するように
複数設けられ、かつ前記ガス導入部と連通する前記冷却
用ガス流路が前記誘電体窓の周辺部から中心部に向けて
渦巻状に配置されたため、加圧破損の許容圧力低い前記
誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減できるため、前
記誘電体窓をより効率よく冷却することができると共に
前記誘電体窓の加圧破損を防止することが可能になる。

【００２４】請求項５の発明によると、前記帯状の冷却
用ガス流路の途中にバイパス管を介して温度制御部材ま
たは減圧部材が連結されたため、加圧破損の許容圧力低
い前記誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減化を用意
に行うことが可能になり、前記誘電体窓をより効率よく
冷却することができると共に前記誘電体窓の加圧破損を
防止することが可能になる。

【００２５】請求項６の発明によると、前記天板には天
板を冷却する冷却用液体をこの天板内部に流通させる冷
却用液体流通手段が設けられたため、天板（導波管）が
この冷却用液体流通手段内部を流れる冷却用液体によっ
て効率的に冷却することが可能となる。そのため、この
天板の冷却によって、同様に天板に設けられたガス導入
部を流通する冷却用ガスをも冷却することが可能とな
り、よってこのガス導入部を流通する冷却用ガスの流量
を減少させることも可能となる。

【００２６】請求項７の発明によると、一対のスリット
状のマイクロ波導入口が設けられ、前記一対のスリット
間に空間部が設けられ、さらに冷却ガスを流通させる冷
却用ガス流路および前記天板と前記誘電体窓の間に冷却
用ガスを供給する導入孔が設けられたため、冷却用ガス
が導入孔によって前記天板と前記誘電体窓との間に導入
され、この間の部分を通過してスリット状のマイクロ波
導入口より排出される。よって冷却用ガスが流通するた
めのガス流路が形成され、プラズマの発生によって加熱
された誘電体窓の放熱を効率良く行うことができる。

【００２７】請求項８の発明によると、前記導入孔は前
記天板の中央付近が他の部分よりも密に形成されている
ため、誘電体窓の冷却をより一層効率的に行うことが可
能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１のマイ
クロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図、図２は図１
の要部断面図、図３は図１の処理装置の分解斜視図、図
４は図１の誘電体窓上面と天板下面の隙間を流れる空気
の状態を説明するための平面図である。上部が開口さ
れ、側壁上部に階段状の段差部２１を有する反応容器２
２内は、水平方向に配置したメッシュ状パンチドメタル
からなる拡散板２３によりプラズマ生成室２４と処理室
２５とに上下に区画されている。反応ガスの供給管２６
は、反応容器２２上部のプラズマ生成室２４の側壁に形
成されている。回転軸２７が下面に取り付けられたウェ
ハホルダ２８は、処理室２５内に回転自在に配置されて
いる。ガス排気管２９は、処理室２５が形成された反応
容器２２底部に取り付けられ、かつ排気管２９の他端に
は真空ポンプのような排気系（図示せず）が連結されて
いる。

【００２９】マイクロ波透過性セラミック、例えば石英
ガラスからなる誘電体窓３０は、反応容器２２の側壁上
部の段差部２１にその上面が側壁最上部より下方に位置
するように取り付けられている。天板３１は、反応容器
２２上に誘電体窓に対して所望の隙間をあけて配置され
ている。天板３１は、誘電体窓３０と対向する本体部３
２およびこの本体部３２を一方向に横切るように延出し
た延出部３３ａ、３３ｂを有する形状をなすと共に本体
部３２にマイクロ波導入口３４が開口されている。底部
部分が開口した矩形状をなし、マイクロ波が導入される
導波管３５は、天板３１の本体部３２および延出部３３
ａ、３３ｂ上に配置されている。２つの冷却用ガス導入
部３６ａ、３６ｂは、図２に示すように天板３１の本体
部３２の導波管３５を挟む位置に対称的に設けられてい
る。ガス排出部３７は、誘電体窓３０の中心付近と対向
する導波管３５上壁に設けられている。

【００３０】次に、前述したマイクロ波励起プラズマ処
理装置の作用をレジストパターンが表面に形成されたウ
ェハのアッシングを例にして説明する。まず、反応容器
２２の処理室２５内のホルダ２８上にレジストパターン
が表面に形成されたウェハ３８をレジストパターンが上
方を向くように設置する。図示しない真空ポンプを作動
して反応容器２２内のガスを排気管２９を通して排気す
る。一方、処理ガス例えば酸素ガスを供給管２６を通し
て反応容器２２上部のプラズマ生成室２４に供給する。
反応容器２２内が処理ガスにより所定の圧力になった時
点でマイクロ波３９を導波管３５内に導入することによ
って、マイクロ波３９は天板３１のマイクロ波導入口３
４から誘電体窓３０を通して反応容器２２の酸素ガスが
供給されたプラズマ生成室２４に導入され、ここでプラ
ズマ４０を発生する。発生したプラズマ４０は、拡散板
２３の開口を通して処理室２５に導入され、プラズマ４
０中の活性な酸素原子が処理室２５内のホルダ２８上に
設置されたウェハ３８表面のレジストパターンと反応す
ることにより剥離する、いわゆるアッシングがなされ
る。

【００３１】前述したプラズマを利用したアッシングに
際し、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられ
た２つのガス導入部３６ａ、３６ｂから導入すると、空
気は図２および図４に示すように誘電体窓３０上面と天
板３１下面の隙間を通り、さらに天板３１に開口したマ
イクロ波導入口３４を通して導波管３５上壁に設けられ
たガス排出部３７から排出される。このような空気の導
入によって、空気自身による冷却および断面積の小さい
隙間への空気の流れにより前述した熱伝達の式（４）の
関係から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達が増加さ
れるため前記プラズマ４０の発生に伴なって加熱された
誘電体窓３０を効果的に冷却することができる。したが
って、図１８で説明した従来のマイクロ波励起プラズマ
処理装置に比べて少ない空気量によりプラズマ４０によ
り加熱された誘電体窓３０を冷却して熱破壊を防止する
ことができる。

【００３２】また、隙間を通過した空気は導波管３５内
にも導入されるために導波管３５自体も冷却することが
可能になる。 （実施の形態２）図５は、本発明の実施の形態２に係わ
るマイクロ波励起プラズマ処理装置において天板と誘電
体窓の間の隙間に蛇行した帯状の冷却用ガス流路を形成
した状態を示す平面図、図６は図５の要部拡大断面図で
ある。なお、前述した図１〜図４と同様な部材は同符号
を付して説明を省略する。

【００３３】このマイクロ波励起プラズマ処理装置は、
誘電体窓３０上面と天板３１下面の間の隙間に耐熱性樹
脂、例えばポリテトロフルオロエチレンからなる断面円
柱状の２つの仕切部材４１を蛇行して配置することによ
り前記誘電体窓３０上面、天板３１下面および２つの仕
切部材４１で囲まれた２組の帯状をなす冷却用ガス流路
４２ａ、４２ｂが形成されている。天板３１の下面に
は、仕切部材４１が埋め込まれる凹部４３が蛇行して形
成されている。また、各冷却用ガス流路４２ａ、４２ｂ
の一端は誘電体窓３０の外周に対応する天板３１部分に
対称的に取り付けられたガス導入部３６ａ、３６ｂに連
通し、他端は天板３１のマイクロ波導入口３４の対向す
る周辺に位置する。

【００３４】このような実施の形態２のマイクロ波励起
プラズマ処理装置において、誘電体窓３０上面、天板３
１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状
をなす冷却用ガス流路４２ａ、４２ｂが形成されている
ため、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられ
た２つのガス導入部３６ａ、３６ｂから導入すると、前
記空気は図５に示すように誘電体窓３０上面と天板３１
下面の隙間に形成した冷却用ガス流路４２ａ、４２ｂを
通り、さらに天板３１に開口したマイクロ波導入口３４
を通して導波管３５上壁に取り付けられたガス排出部
（図示せず）から排出される。このような空気の導入に
よって、前述した図１〜図４で説明した実施の形態１の
処理装置に比べて冷却用ガス流路の断面積を小さくでき
るため、空気の流速を大きくでき、前述した熱伝達の式
（４）の関係から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達
を増大でき、プラズマの発生に伴なって加熱された誘電
体窓３０をより効果的に冷却することができる。また、
流速を同等にした場合には空気の流量を少なくすること
が可能になる。さらに誘電体窓３０の領域における冷却
用流路の幅（断面積）を小さくしたり、また流路を密に
することによって誘電体窓３０からの放熱量（熱伝達
量）を大きくすることが可能になる。

【００３５】（実施の形態３）図７は、本発明の実施の
形態３に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置におい
て、天板と誘電体窓の間の隙間に渦巻状の冷却ガス用流
路を形成した状態を示す平面図である。

【００３６】このマイクロ波励起プラズマ処理装置は、
誘電体窓３０上面と天板３１下面の間の隙間に耐熱性樹
脂、例えばポリテトロフルオロエチレンからなる断面円
柱状の２つの仕切部材４１を誘電体窓３０の外周から中
心に向かって渦巻状に配置することにより誘電体窓３０
上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれ
た２組の帯状をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形
成されている。各冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂの一端
は誘電体窓３０の外周に対応する天板３１部分に対称的
に取り付けられたガス導入部３６ａ、３６ｂに連通し、
他端は天板３１のマイクロ波導入口３４の対向する周辺
に位置する。

【００３７】このような実施の形態３のマイクロ波励起
プラズマ処理装置において、誘電体窓３０上面、天板３
１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状
をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形成されている
ため、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられ
た２つのガス導入部３６ａ、３６ｂに導入すると、空気
は図７に示すように誘電体窓３０上面と天板３１下面の
隙間に形成した渦巻状の冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂ
を通り、さらに天板３１に開口したマイクロ波導入口３
４を通して導波管３５上壁に取り付けられたガス排出部
（図示せず）から排出される。このような構造の冷却用
ガス流路４３ａ、４３ｂへの空気の導入によって、前述
した図１〜図４で説明した実施の形態１の処理装置に比
べて冷却用ガス流路の断面積を小さくできるため、空気
の流速を大きくでき、前述した熱伝達の式（４）の関係
から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達を増大でき、
プラズマの発生に伴なって加熱された誘電体窓３０をよ
り効果的に冷却することができる。

【００３８】また、前記空気の導入による誘電体窓３０
への加圧により機械的な破損を防止することが可能であ
る。すなわち、ガス流路におけるガスの圧力は図８に示
すように導入口ほど高く、出口での圧力はほぼ１気圧に
なる。誘電体窓３０の加圧破損による許容圧力は、その
周辺部で高く、中心部ほど低くなる。したがって、図７
に示すように２組の冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂを誘
電体窓３０上面と天板３１下面の隙間に誘電体窓３０の
外周から中心に向かって渦巻状に配置する、つまり許容
圧力の高い誘電体窓３０の外周部に圧力の高い空気が導
入され、許容圧力の低い誘電体窓３０の中心付近に圧力
の低い空気が導入される構造にすることによって、誘電
体窓３０が空気の加圧力により機械的に破損されるのを
防止することが可能になる。

【００３９】なお、前述した図７の渦巻状の冷却用ガス
流路において、図９の（ａ）に示すように流路４３に括
れ部４４を所望の間隔をあけて設けたり、同図（ｂ）に
示すように流路４３に堰４５を所望の間隔をあけて互い
違いに設けて空気の流れ４６を蛇行させたりすることに
よって、空気の加圧力を徐々に低減することが可能にな
る。

【００４０】（実施の形態４）図１０は、本発明の実施
の形態４に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置にお
いて天板と誘電体窓の間の隙間に渦巻状の冷却ガス用流
路を形成し、かつ減圧部材を付設した状態を示す平面
図、図１１は図１０の要部断面図である。

【００４１】このマイクロ波励起プラズマ処理装置は、
誘電体窓３０上面と天板３１下面の間の隙間に耐熱性樹
脂、例えばポリテトロフルオロエチレンからなる断面円
柱状の２つの仕切部材４１を誘電体窓３０の外周から中
心に向かって渦巻状に配置することにより誘電体窓３０
上面、天板３１下面および２つの仕切部材４１で囲まれ
た２組の帯状をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形
成されている。各冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂの一端
は誘電体窓３０の外周に対応する天板３１部分に対称的
に取り付けられたガス導入部３６ａ、３６ｂに連通し、
他端は天板３１のマイクロ波導入口３４の対向する周辺
に位置する。減圧部材４７ａ、４７ｂは、冷却用ガス流
路４３ａ、４３ｂの途中にバイパス管４８ａ、４８ｂを
介して連結されている。

【００４２】このような実施の形態４のマイクロ波励起
プラズマ処理装置において、誘電体窓３０上面、天板３
１下面および２つの仕切部材４１で囲まれた２組の帯状
をなす冷却用ガス流路４３ａ、４３ｂが形成されている
ため、冷却用ガス例えば空気を天板３１に取り付けられ
た２つのガス導入部３６ａ、３６ｂから導入すると、空
気は図１０に示すように誘電体窓３０上面と天板３１下
面の隙間に形成した渦巻状の冷却用ガス流路４３ａ、４
３ｂを通り、さらに天板３１に開口したマイクロ波導入
口３４を通して導波管３５上壁に取り付けられたガス排
出部（図示せず）から排出される。このような構造の冷
却用ガス流路４３ａ、４３ｂへの空気の導入によって、
前述した図１〜図４で説明した実施の形態１の処理装置
に比べて冷却用ガス流路の断面積を小さくできるため、
空気の流速を大きくでき、前述した熱伝達の式（４）の
関係から誘電体窓３０から天板３１への熱伝達を増大で
き、プラズマの発生に伴なって加熱された誘電体窓３０
をより効果的に冷却することができる。

【００４３】また、流路４３ａ、４３ｂへの空気の導入
において、流路４３ａ、４３ｂを流れる空気をバイパス
管４８ａ、４８ｂを介して減圧部材４７ａ、４７ｂに導
入し、圧力を低減した空気をバイパス管４８ａ、４８ｂ
を通して流路４３ａ、４３ｂにそれぞれ戻すことによっ
て、加圧破損による許容圧力よる低い誘電体窓３０の中
心付近に圧力の低い空気を導入できるため、誘電体窓３
０への加圧により機械的な破損を防止することが可能で
ある。

【００４４】なお、前記実施の形態４において減圧部材
の代わりに温度制御部材を設けても同様な効果を達成す
ることが可能になる。 （実施の形態５）図１２は、本発明の実施の形態５に係
わるマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す断面図であ
り、図１３は同実施の形態のマイクロ波励起プラズマ処
理装置の平面図、図１４は同実施の形態のマイクロ波励
起プラズマ処理装置の要部拡大断面図である。

【００４５】このマイクロ波励起プラズマ処理装置で
は、天板３１と誘電体窓３０の間が所定の隙間を有する
隙間部４９に形成されている。また、マイクロ波を導入
する部分が一対のスロットアンテナ５０，５０に形成さ
れている。スロットアンテナ５０，５０は、導波管３５
内部の天板３１に形成されている。スロットアンテナ５
０，５０は、導波管３５側壁付近に設けられ、またマイ
クロ波の伝達性を良好とするために、導波管３５端部壁
に向かう所定位置で幅が若干狭くなる対称な長方形状と
なっている。

【００４６】スロットアンテナ５０，５０を有するマイ
クロ波励起プラズマ処理装置には、天板３１内部に冷却
用ガスを流通させる冷却用ガス流路５１が形成され、こ
の冷却用ガス流路５１の一端部であるガス導入口５１ａ
が冷却用ガスの導入のための入り口となっている。前記
ガス導入口５１ａには、ガス供給管５２が天板３１の上
方から接続されている。

【００４７】ガス導入口５１ａは、天板３１の導波管３
５の外方側に位置している。この外方側から、天板３１
の外周に沿うように冷却用ガス流路５１が形成されてお
り、スロットアンテナ５０，５０の間に設けられた幅広
な空間部５３へと接続されている。空間部５３は冷却用
ガス流路５１と同様に天板３１の内部に形成されてマイ
クロ波の進行方向に沿って長方となるように形成されて
いる。

【００４８】空間部５３の下面には、冷却用ガスを隙間
部４９に導入する導入孔５４…が複数個形成されてい
る。導入孔５４…は、本実施の形態では天板３１の中心
部分に多く形成された構成となっている。この導入孔５
４…から冷却用ガスが隙間部４９に導入され、誘電体窓
３０を冷却した後にスロットアンテナ５０，５０から導
波管３５に向かって流入する。

【００４９】導波管３５上壁には、冷却用ガスを排気す
るガス排気孔５５が形成されている。なお、ガス排気孔
５５は、図示しないガス排気管に一端が接続されたもの
でもよく、この場合は吸引手段の連結によって冷却用ガ
スを外方へ排出するものとしてもよい。

【００５０】このような実施の形態５のマイクロ波励起
プラズマ処理装置において、ガス供給管５２により冷却
用ガス流路５１および空間部５３に冷却用ガスが流通
し、この冷却用ガスが導入孔５４を通過して隙間部４９
に導入される。隙間部４９に導入された冷却用ガスは、
誘電体窓３０の冷却を行って、前記スロットアンテナ５
０，５０から導波管３５内部に排出される。

【００５１】導波管３５内部に排出された冷却用ガス
は、この上部に設けられたガス排気孔５５により導波管
３５外部へ吸引排気されるものとなっている。このよう
な実施の形態５のマイクロ波励起プラズマ処理装置で
は、冷却用ガスを隙間部４９に導入するための、冷却用
ガス流路５１および空間部５３が形成され、さらに誘電
体窓３０上面および天板３１下面で囲まれた隙間部４９
が形成されたために、冷却用ガスが導入孔５４より隙間
部４９に導入されてこの隙間部４９を通過してスロット
アンテナ５０，５０より排出される。そのために冷却用
ガスが流通するためのガス流路が形成され、プラズマの
発生によって加熱された誘電体窓３０の放熱を効率良く
行うことができる。

【００５２】（実施の形態６）図１２は、本発明の実施
の形態６におけるマイクロ波励起プラズマ処理装置の構
成をも示す断面図であり、図１５は同実施の形態のマイ
クロ波励起プラズマ処理装置の平面図、図１６は、同実
施の形態のマイクロ波励起プラズマ処理装置の構成を示
す要部拡大断面図である。

【００５３】このマイクロ波励起プラズマ処理装置で
は、前述の実施の形態５と同様に天板３１と誘電体窓３
０の間に隙間部４９を有し、また、一対のスロットアン
テナ５０，５０を有するものとなっている。

【００５４】さらに、前述の実施の形態５と同様に冷却
用ガス流路５１およびその一端部であるガス導入口５１
ａ、さらにはガス排気孔５５が設けられたものとなって
いる。

【００５５】本実施の形態６でも冷却用ガス流路５１
は、天板３１内部でかつ前記スロットアンテナ５０，５
０の間の部分に設けられた空間部５６に接続されてい
る。空間部５６は、本実施の形態６では実施の形態５の
前記空間部５３よりも幅が狭く形成されており、そのた
めこの空間部５６には導入孔５７…が導入孔５４…より
も少なく形成されている。

【００５６】スロットアンテナ５０，５０と空間部５６
との間には、一対の冷却用液体流路５８，５８が天板３
１内部に形成されている。冷却用液体流路５８，５８
は、一端を液体導入口５８ａとしており、この液体導入
口５８ａに液体供給管５９が天板３１の上方から接続さ
れている。この液体導入口５８ａから冷却用ガス流路５
１に沿って曲管状に形成され、前述のスロットアンテナ
５０，５０の一端部を回り込んで、空間部５６とスロッ
トアンテナ５０，５０との間の部分で冷却用液体流路５
８，５８が直線状となるように形成されている。

【００５７】スロットアンテナ５０，５０の他端部側で
冷却用液体流路５８，５８は、前記スロットアンテナ５
０，５０の一端部側と同様に回り込むように形成され、
そして他端である液体排出口５８ｂまで冷却用液体流路
５８，５８が形成されている。

【００５８】液体排出口５８ｂは、天板３１の上方に設
けられた液体排出配管６０に接続されている。このよう
な実施の形態６のマイクロ波励起プラズマ処理装置にお
いて、実施の形態５の冷却用ガスの流通とともに、液体
供給管５９が冷却用液体流路５８，５８に冷却用液体を
流通させる。そして、液体排出配管６０から冷却用液体
を排出させる。

【００５９】このような実施の形態６のマイクロ波励起
プラズマ処理装置では、冷却用ガスが実施の形態５と同
様に誘電体窓３０の冷却のために使用されるとともに、
天板３１（導波管３５）の冷却のために冷却用液体が用
いられるので、天板３１（導波管３５）の冷却を冷却水
の流通により行えるとともに、この天板３１（導波管３
５）の冷却により隙間部４９も冷却されて、この隙間部
４９の空気の冷却も行える。そのため、冷却用ガス流路
５１を流通する冷却用ガスの流量を少なくすることが可
能となる。

【００６０】（実施の形態７）図１７は、本発明の実施
の形態７におけるマイクロ波励起プラズマ処理装置の一
部構成を示す断面図であり、図１８は、同実施の形態の
一部平面図であり、本実施の形態では、誘電体窓３０の
冷却を、天板と誘電体窓の間に冷却用ガスを導入してガ
ス排出部から排出することで行うのではなく、天板６１
を冷却することで間接的に誘電体窓３０を冷却してい
る。

【００６１】以下、本実施の形態のマイクロ波励起プラ
ズマ処理装置の構成についてのみ説明する。天板６１の
内部には、スロットアンテナ６５を避けるように冷却用
ガス、或いは冷却用液体を流通させるための流通路６１
ａを設けている。天板６１と誘電体窓３０との間には、
空気よりも熱伝導率が高く耐熱性のある物質、例えば石
英、窒化アルミ、窒化ボロン、テフロン、シリコーンな
どの誘電体、或いは、シリコーンゴム、テフロンゴムな
どの弾力性を兼ね備えている物質によりなるシート６４
を設けている。更に、反応容器２２の段差部には、誘電
体窓３０との間を密にするためのＯリング６３を設けて
いる。

【００６２】以下、冷却作用について説明すると、流通
路６１ａに冷却用ガス、或いは冷却用液体を流通させる
と、天板６１が冷却される。天板６１と誘電体窓３０と
の間には熱伝導率の高いシート６４を設けているので、
プラズマにより加熱された誘電体窓３０を効率よく冷却
することができる。

【００６３】更に、シート６４を弾力性も備えた物質で
形成することにより、誘電体窓３０や天板６１等が熱に
より膨張等で変形した場合も、その変形を吸収して誘電
体窓３０を保護するという効果も得ることができる。

【００６４】以上、本発明について実施の形態１〜実施
の形態７に基づき述べたが、これらは種々変形可能とな
っている。以下にそれを述べる。前記実施の形態１〜７
において、導波管側からも空気のような冷却用ガスを導
入する構造にしてもよい。また、ガス排出部に減圧部材
を付設して強制的に導波管内に導入された空気のような
冷却用ガスを排出してもよい。

【００６５】また、実施の形態２〜４では２つの冷却用
ガス流路を形成したが、これ以上配置してもよい。さら
に実施の形態５、６では冷却用ガス流路５１を複数形成
したものであっても構わない。また、実施の形態６では
冷却用液体流路５８の流路形状はこれに限定されない。

【００６６】さらに、本発明に係わるマイクロ波励起プ
ラズマ処理装置はウェハ上のレジストパターンを剥離す
るアッシングに限らず、ウェハおよびウェハ上の各種の
被膜のエッチングにも同様に適用することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わるマ
イクロ波励起プラズマ処理装置によれば、高速プロセス
を行うために大パワーのマイクロ波を投入しても少量の
冷却用ガスの供給により誘電体窓の熱破壊を防止するこ
とができ、ひいては半導体装置や液晶表示装置の製造に
おける高速アッシングや高速エッチングを行うことがで
きる等顕著な効果を奏する。

【００６８】さらに加えて、請求項１記載の発明によれ
ば、前記天板にはマイクロ波導入による発熱を冷却する
冷却手段が設けられたため、マイクロ波の導入によって
発生した発熱を効果的に冷却できる。

【００６９】請求項２記載の発明によれば、前記導波管
にマイクロ波を導入して前記反応容器のプラズマ生成室
にプラズマを発生させる際、前記天板に設けられたガス
導入部から冷却用ガスが前記誘電体窓上面と前記天板下
面との間の隙間を通して前記導波管内に導入されるた
め、空気自身の冷却および断面積の小さい隙間への空気
の流れによる前記誘電体窓から、前記プラズマの発生に
伴もなって加熱された前記誘電体窓を効果的に冷却する
ことができる。

【００７０】請求項３記載の発明によれば、前記誘電体
窓上面と前記天板下面の間に仕切り部材を配置して帯状
の冷却用ガス流路が形成されたため、前記誘電体窓の冷
却を一層効率良く行うことができる。

【００７１】請求項４記載の発明によれば、前記ガス導
入部は、前記天板に前記誘電体窓の周辺部に位置するよ
うに複数設けられ、かつ前記ガス導入部と連通する前記
冷却用ガス流路が前記誘電体窓の周辺部から中心部に向
けて渦巻状に配置されたため、加圧破損の許容圧力低い
前記誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減でき、前記
誘電体窓をより効率よく冷却することができると共に前
記誘電体窓の加圧破損を防止することができる。

【００７２】請求項５記載の発明によれば、前記帯状の
冷却用ガス流路の途中にバイパス管を介して温度制御部
材または減圧部材が連結されたため、加圧破損の許容圧
力低い前記誘電体窓の中心付近へのガス圧力を低減化を
用意に行うことが可能になり、前記誘電体窓をより効率
よく冷却することができると共に前記誘電体窓の加圧破
損を防止することもできる。

【００７３】請求項６記載の発明によれば、前記天板に
は天板を冷却する冷却用液体をこの天板内部に流通させ
る冷却用液体流通手段が設けられたため、天板（導波
管）がこの冷却用液体流通手段内部を流れる冷却用液体
によって効率的に冷却することが可能となる。そのた
め、この天板の冷却によって、同様に天板に設けられた
ガス導入部を流通する冷却用ガスをも冷却することが可
能となり、よってこのガス導入部を流通する冷却用ガス
の流量を減少させることもできる。

【００７４】請求項７記載の発明によれば、一対のスリ
ット状のマイクロ波導入口が設けられ、前記一対のスリ
ット間に空間部が設けられ、さらに冷却ガスを流通させ
る冷却用ガス流路および前記天板と前記誘電体窓の間に
冷却用ガスを供給する導入孔が設けられたため、冷却用
ガスが導入孔によって前記天板と前記誘電体窓との間に
導入され、この間の部分を通過してスリット状のマイク
ロ波導入口より排出される。よって冷却用ガスが流通す
るためのガス流路が形成され、プラズマの発生によって
加熱された誘電体窓の放熱を効率良く行うことができ
る。

【００７５】請求項８記載の発明によれば、前記導入孔
は複数個形成され、特に前記天板の中央付近に多数個形
成されたため、誘電体窓の冷却をより一層効率的に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のマイクロ波励起プラズ
マ処理装置を示す断面図。

【図２】図１の要部横断面図。

【図３】図１の処理装置の分解斜視図。

【図４】図１の誘電体窓上面と天板下面の隙間を流れる
空気の状態を説明するための平面図。

【図５】本発明の実施の形態２に係わるマイクロ波励起
プラズマ処理装置において、天板と誘電体窓の間の隙間
に帯状の冷却用ガス流路を形成した状態を示す平面図。

【図６】図５の要部拡大断面図。

【図７】本発明の実施の形態３に係わるマイクロ波励起
プラズマ処理装置において天板と誘電体窓の間の隙間に
渦巻状の冷却ガス用流路を形成した状態を示す平面図。

【図８】冷却用ガス流路の導入口と出口との圧力変化を
示す特性図。

【図９】本発明の実施の形態３における冷却用ガス流路
の別の形態を示す平面図。

【図１０】本発明の実施の形態４に係わるマイクロ波励
起プラズマ処理装置において天板と誘電体窓の間の隙間
に渦巻状の冷却ガス用流路を形成し、かつ減圧部材を付
設した状態を示す平面図。

【図１１】図１０の要部断面図。

【図１２】本発明の実施の形態５および本発明の実施の
形態６に係わるマイクロ波励起プラズマ処理装置を示す
断面図。

【図１３】本発明の実施の形態５に係わる誘電体窓上面
と天板下面の隙間部を流れる空気の状態を説明するため
の平面図。

【図１４】本発明の実施の形態５に係わるマイクロ波励
起プラズマ処理装置の要部断面図。

【図１５】本発明の実施の形態６に係わる誘電体窓上面
と天板下面の隙間部を流れる空気の状態を説明するため
の平面図。

【図１６】本発明の実施の形態６に係わるマイクロ波励
起プラズマ処理装置の要部断面図。

【図１７】本発明の実施の形態７に係わるマイクロ波励
起プラズマ処理装置の一部断面図。

【図１８】図１７の一部断面図。

【図１９】従来のマイクロ波励起プラズマ処理装置を示
す断面図。

【図２０】従来の冷却ガス導入機構を有するマイクロ波
励起プラズマ処理装置を示す断面図。

【符号の説明】

２２…反応容器、 ２４…プラズマ生成室、 ２５…処理室、 ２８…ホルダ、 ３０…誘電体窓、 ３１…天板、 ３５…導波管、 ３６ａ、３６ｂ…ガス導入部、 ３７…ガス排出部、 ３８…ウェハ、 ４０…プラズマ ４１…仕切部材、 ４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４３…冷却ガス用流
路、 ４７ａ、４７ｂ…減圧部材。 ４９…隙間部 ５０…スロットアンテナ ５１…冷却用ガス流路 ５３，５６…空間部 ５４，５７…導入孔 ５８…冷却用液体流路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面が開口され、プラズマを生成するプ
   ラズマ生成室と、このプラズマ生成室の下方に形成され
   た被処理部材が配置される処理室を有する反応容器と、 前記プラズマ生成室内に処理ガスを供給するためのガス
   供給管と、 前記反応容器の開口部を封止する誘電体窓と、 前記反応容器上に前記誘電体窓に対して所望の隙間をあ
   けて配置されたマイクロ波導入口を有する天板と、 前記天板上に配置された導波管と、 前記天板に設けられ、マイクロ波導入による発熱を冷却
   する冷却手段と、 を具備したことを特徴とするマイクロ波励起プラズマ処
   理装置。
2. 【請求項２】 上面が開口され、プラズマを生成するプ
   ラズマ生成室と、このプラズマ生成室の下方に形成され
   た被処理部材が配置される処理室を有する反応容器と、 前記プラズマ生成室内に処理ガスを供給するためのガス
   供給管と、 前記反応容器の開口部を封止する誘電体窓と、 前記反応容器上に前記誘電体窓に対して所望の隙間をあ
   けて配置されたマイクロ波導入口を有する天板と、 前記天板上に配置された導波管と、 前記天板に設けられ、前記誘電体窓と前記天板との間に
   冷却用ガスを導入するためのガス導入部と、 前記導波管に設けられたガス排出部と、を具備したこと
   を特徴とするマイクロ波励起プラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記誘電体窓と前記天板の間に仕切部材
   を配置して帯状の冷却用ガス流路を形成したことを特徴
   とする請求項１または請求項２記載のマイクロ波励起プ
   ラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記ガス導入部は、前記誘電体窓の径方
   向外周側に冷却用ガスを導入できる位置に複数設け、か
   つ前記ガス導入部と連通する前記冷却用ガス流路を前記
   誘電体窓の径方向外周から中心部に向けて渦巻状に配置
   したことを特徴とする請求項３記載のマイクロ波励起プ
   ラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 前記帯状の冷却用ガス流路の途中に温度
   制御部または減圧部を設けたことを特徴とする請求項３
   または４項記載のマイクロ波励起プラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記天板には、天板を冷却する冷却用液
   体をこの天板内部に流通させる冷却用液体流通手段が設
   けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のい
   ずれか一に記載のマイクロ波励起プラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記導波管の内壁側近傍位置にそれぞれ
   設けられたスリット状の一対のマイクロ波導入口と、 前記天板内部に設けられ、かつ前記一対のスリット間に
   位置するように設けられた空間部と、 一端が前記空間部に連通し、他端から冷却用ガスが供給
   される冷却用ガス流路と、 前記空間部と、前記天板と前記誘電体窓の間とを連通さ
   せる冷却用ガス導入孔と、 を具備したことを特徴とする請求項２ないし請求項６の
   いずれか一に記載のマイクロ波励起プラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 前記冷却用ガス導入孔は前記天板の中央
   付近が他の部分よりも密に形成されていることを特徴と
   する請求項７に記載のマイクロ波励起プラズマ処理装
   置。