處理裝置、氣體放電抑制部件的製作方法
2023-04-22 22:50:31
專利名稱：處理裝置、氣體放電抑制部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及處理裝置，尤其涉及可抑制在被處理體背面供給用於溫度控制的傳熱氣體的傳熱氣體供給管中的傳熱氣體的放電的處理裝置、氣體放電抑制部件。
背景技術：
在半導體製造工序中，在密封處理容器內，使用了邊將被處理體控制為規定溫度，邊在其表面進行規定處理的處理裝置。圖20是表示現有的處理裝置的處理容器內部的示意截面圖；圖21是傳熱氣體供給爐用阻擋件的示意圖。
如圖20所示，在現有的處理裝置的處理容器內，包括兼為載置作為被處理體的半導體晶片W的載置臺的下部電極10。在下部電極10的上部設置吸附保持半導體晶片W的靜電卡盤12。下部電極10的下部經絕緣體4與接地的部件7(例如處理容器的外壁等)相連。
在靜電卡盤12和半導體晶片W之間設置可供給將半導體晶片W控制為規定溫度用的傳熱氣體的微小空間(圖中未示)，並從傳熱氣體壓力控制部68供給為傳熱氣體的例如He氣體。
在進行處理時，向下部電極10供給高頻功率，使得在半導體晶片W的上方生成等離子體50。這時，在下部電極10和部件7之間通過高頻功率，產生與下部電極10和等離子體間所產生的電壓相同的電壓，例如電壓V。
通過該電壓V，在傳熱氣體供給管內加速傳熱氣體中的電子，而引起放電，為防止出現該情況等，在傳熱氣體供給管的一部分中插入傳熱氣體供給管用阻擋件部(block part)64，並經傳熱氣體供給管60、傳熱氣體供給管用阻擋件部64和傳熱氣體供給管62供給傳熱氣體。
現有的傳熱氣體供給管用阻擋件部64如圖21所示，例如是特氟隆(登錄商標)等的樹脂製造，由例如設置彼此不同的孔的三個傳熱氣體供給管用阻擋件64-1、64-2、64-3構成。由此，可將電壓V分壓為傳熱氣體供給管用阻擋件的數目。另外，由於每次傳熱氣體到達各傳熱氣體供給管用阻擋件的端部時產生衝撞而改變行進方向，降低了加速電子的能量，所以可防止放電。
但是，隨著近年來半導體裝置的高集成化等，需要在電壓V更大的條件下進行處理。當施加大電壓時，由於在現有的傳熱氣體供給管用阻擋件64-1、64-2、64-3中孔的數目很多，且通過接近於直線的路徑供給傳熱氣體，所以傳熱氣體可很容易放電。
為解決該問題，現有技術中對應增加傳熱氣體供給管用阻擋件部64的傳熱氣體供給管用阻擋件數目。但是，若增加傳熱氣體供給管用阻擋件的數目，半導體晶片W背面和傳熱氣體壓力控制部68的壓差變大，傳熱氣體的響應性變差，所以不可能高精度地進行被處理體的溫度控制。另外，通常現有的傳熱氣體供給管用阻擋件為特氟隆等的樹脂制，若一旦產生放電，則存在熔解的可能性。
本發明鑑於現有處理裝置所具有的問題而作出，本發明的目的是供給一種新的改良後的處理裝置、用於處理裝置的氣體放電抑制部件，可防止傳熱氣體的放電，並可高精度地進行被處理體的溫度控制。
發明內容
為解決上述問題，根據本發明的某一觀點，提供了一種處理裝置，將高頻功率施加給設置在密封處理容器內的電極，並將導入到處理容器內的處理氣體等離子體化，對被處理體的表面進行規定的處理，向吸附保持被處理體的保持單元和被處理體間的微小空間，供給各被處理體控制為規定溫度用的傳熱氣體的傳熱氣體供給路徑，相對保持單元保持面的法線方向，至少一部分傾斜。
上述傳熱氣體供給路徑也可通過設置在傳熱氣體供給路徑內的部件實質上相對所述保持單元的保持面的法線方向至少傾斜一部分。該部件也可以由多孔性陶瓷形成。另外，傳熱氣體供給路徑也可形成為鋸齒形狀或螺旋狀。也可將傳熱氣體供給路徑的截面形成為電場方向的厚度比寬度還小的形狀，其電場方向的厚度也可為1mm以下。傳熱氣體供給路徑也可在介電常數為4以下的部件內構成，也可由多條路徑構成。
根據該結構，傳熱氣體供給路徑的電場方向的距離縮短，由於傳熱氣體中的電子與傳熱氣體供給路徑的側壁等衝撞而使能量降低，所以可以可靠防止放電。另外，若相對電場方向使傳熱氣體的實質供給路徑傾斜用的部件為多孔性陶瓷，則沒有必要使用多個，可以沒有障礙地進行傳熱氣體的壓力控制，可以高精度地進行被處理體的溫度控制。另外，與樹脂相比，多孔性陶瓷的耐電壓性和耐熱性好，即使因其他部件產生放電也不容易熔解。通過使傳熱氣體路徑的截面形成為電場方向的厚度比寬度小的形狀，可以使電場方向的空間變窄，所以通過壁抑制了傳熱氣體中的電子加速，故可防止放電。另外，通過將電場方向的厚度設為1mm以下，可防止放電且可提高氣體流量和提高製造的容易性。
也可在介電常數為4以下的部件內部構成傳熱氣體供給路徑。作為介電常數為4以下的部件，例如除了石英之外，有特氟隆(登錄商標)、聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、三氟氯乙烯樹脂(PCTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚樹脂(PFA)、四氟乙烯-六氟丙稀共聚樹脂(PFEP)、偏氟乙烯樹脂(PVDF)等氟樹脂構成。由此，由於可使施加給傳熱氣體供給路徑的電壓更低，所以可使傳熱氣體供給路徑的厚度更大。因此，可防止放電，且可使氣體流量和製造的容易性提高。
另外，提供了一種處理裝置，將高頻功率施加給設置在密封處理容器內的電極，並將導入到處理容器內的處理氣體等離子體化，對被處理體表面進行規定的處理，在向吸附保持被處理體的保持單元和被處理體間的微小空間供給將被處理體控制為規定溫度用的傳熱氣體的傳熱氣體供給路徑上，交互地至少各一個地配置將傳熱氣體的供給路徑設置在周邊部的大致圓筒狀的第一部件和將傳熱氣體的供給路徑設置在中心部的大致圓筒狀的第二部件。
根據該結構，傳熱氣體到達大致圓筒狀的第一部件時，因衝撞而方向轉變為大致垂直方向後，傳熱氣體到達周邊部的路徑，並前進直到到達第二部件。因此，在再次方向轉變為垂直方向後，傳熱氣體進入第一部件的中心部的路徑。由此，由於傳熱氣體確實推進相對電場方向處於垂直方向的距離，傳熱氣體中的電子因與第一或第二部件的端部衝撞，可靠地使能量降低，而可防止放電。
另外，由於沒有必要使用多個使傳熱氣體的實質供給路徑相對電場方向傾斜用的部件，所以可以沒有障礙地進行傳熱氣體的壓力控制，可提供高精度地進行被處理體的溫度控制的處理裝置。
為解決上述問題，根據本發明的另一觀點，提供了一种放電抑制部件，被設置在向吸附保持密封處理容器內的被處理體的保持單元和所述被處理體間的微小空間供給將所述被處理體控制為規定溫度用的傳熱氣體的傳熱氣體供給路徑的途中，並具有所述傳熱氣體供給路徑的一部分，其特徵在於所述氣體放電抑制部件內的供給路徑形成為螺旋狀。另外，氣體放電抑制部件內的供給路徑的截面也可成為電場方向的厚度比寬度小的形狀。氣體放電抑制部件內的供給路徑的截面中，電場方向的厚度也可為1mm以下，也可由介電常數4以下的材料構成氣體放電抑制部件。
通過該結構，傳熱氣體供給路徑的電場方向的距離縮短，傳熱氣體中的電子與傳熱氣體供給路徑的側壁等衝撞而降低了能量，所以可以可靠防止放電。另外，若相對電場方向傾斜傳熱氣體的實質供給路徑用的部件為多孔性陶瓷，則沒有必要使用多個，可以沒有障礙地進行傳熱氣體的壓力控制，可以高精度地進行被處理體的溫度控制。另外，與樹脂相比，多孔性陶瓷的耐電壓性和耐熱性好，即使因其他部件產生放電也不容易熔解。通過使傳熱氣體路徑的截面形成為電場方向的厚度比寬度小的形狀，可以使電場方向的空間變窄，所以通過壁抑制了傳熱氣體中的電子加速，故可防止放電。另外，通過將電場方向的厚度設為1mm以下，可防止放電且可提高氣體流量和提高製造的容易性。
另外，氣體放電抑制部件也可在傳熱氣體的入口側、出口側的任意一個或兩個的端部設置形成有相對所述保持單元的保持面的法線方向至少有一部分傾斜的傳熱氣體的通路的連接部件。由此，不會有例如氣體放電抑制部件、位於其入口側、出口側的導電性部件、與下部電極的邊界的電位等高線露出的空間，還可防止電子的加速。由此，可防止上述邊界部分的放電(尤其為火花放電)。
圖1是表示等離子體蝕刻裝置100的截面示意圖。
圖2是表示根據實施方式1的等離子體蝕刻裝置100的內部結構的示意截面圖。
圖3是表示傳熱氣體供給管用阻擋件部(氣體放電抑制部件)164的結構的示意立體圖。
圖4是表示上部傳熱氣體供給管162的構成例的示意截面圖。
圖5是表示根據實施方式2的傳熱氣體供給部400的示意圖。
圖6是說明氣體放電抑制部件的傳熱氣體供給路內的作用的模式圖。
圖7是表示根據實施方式3的傳熱氣體供給部500的示意圖。
圖8是計算傳熱氣體供給管的厚度T時的模型的圖。
圖9是表示根據帕邢法則的放電開始電壓曲線的圖。
圖10是說明氣體放電抑制部件與導電性部件的邊界部的作用的模式圖。
圖11是表示連接部件的一例的圖。
圖12是表示連接部件的另一例的圖。
圖13是表示連接部件的又一例的圖。
圖14是表示連接部件的又一例的圖。
圖15是表示連接部件的又一例的圖。
圖16是表示連接部件的又一例的圖。
圖17是表示根據實施方式4的傳熱氣體供給部600的截面示意圖。
圖18是圖17的A部分的放大圖。
圖19是根據實施方式4的阻擋件(氣體放電抑制部件)的平面圖。
圖20是表示現有的處理裝置的處理容器內部的示意截面圖。
圖21是現有的傳熱氣體供給路用阻擋件的示意圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，詳細說明根據本發明的處理裝置的適當實施方式。另外，在本說明書和附圖中，對於實質上具有同一功能結構的結構元件，賦予同一附圖標記，而省略重複說明。
(實施方式1)圖1是表示根據本實施方式的等離子體蝕刻裝置100的截面示意圖。如圖1所示，等離子體蝕刻裝置100具有例如由鋁構成的形成為圓筒形或矩形狀的處理容器102。在處理容器102的底部經例如石英或陶瓷等的絕緣材料104設置兼為裝載作為被處理體的例如半導體晶片W的大致圓筒狀的載置臺的下部電極110。
下部電極110可通過螺栓等組裝例如由鋁等形成的多個部件而構成，在其內部設置將被處理體調整為規定溫度用的冷卻裝置(圖中未示)和加熱裝置(圖中未示)。
下部電極110上面設置作為保持半導體晶片W用的保持單元的靜電卡盤112。靜電卡盤112形狀、大小與半導體晶片W大致相同，優選設置為直徑比半導體晶片W的直徑小一些。靜電卡盤112構成為在由聚醯亞胺樹脂等的高分子絕緣膜構成的薄膜上夾持銅箔等的導電膜111。導電膜111通過連接高壓直流電源108後施加高電壓，而吸附保持半導體晶片W。另外，靜電卡盤112可以是機械保持半導體晶片W的機械卡盤。
在靜電卡盤112上設置了多個傳熱氣體供給孔114。將傳熱氣體供給部120連接到傳熱氣體供給孔114上，並從由氣體源122、流量控制系統124、溫度調節單元126等構成的傳熱氣體壓力控制部168供給傳熱氣體例如He等惰性氣體。
作為傳熱氣體，除了He等惰性氣體外，優選為SF6氣體。另外，也可使用CHF3氣體、CHF3氣體與CO氣體的混合氣體等與處理氣體同類的氣體。控制流量控制系統124，使得傳熱氣體為希望流量，控制溫度調節單元126，使得傳熱氣體為希望溫度。
從上述傳熱氣體壓力控制部168經傳熱氣體供給部120將傳熱氣體供給靜電卡盤112上部的微小空間S，可提高從下部電極110向半導體晶片W的傳熱效率。後面描述傳熱氣體供給部120的結構。
經匹配器116將高頻電源118連接到下部電極110。在處理被處理體時，通過高頻電源118向下部電極110供給例如13.56MHz的高頻功率。在下部電極110上部離開約10～20mm相對配置上部電極135。中空形成上部電極135，並構成為將從氣體供給管136供給的處理氣體從多個孔140導入到處理容器102內。
在處理容器102的側壁上設置被處理體搬入口144。在將被處理體搬入到被處理體搬入口144時，經自動開合的閥門145搬入搬出。在處理容器102的下部設置連接到真空泵等排氣系統(圖中未示)的排氣口142，並通過從此進行排氣，而將處理容器102內保持為規定的真空度。
在處理容器102和下部電極110之間配置具有多個導流孔143的導流板148，使其包圍下部電極110。導流板148用於調整排氣流的流動，並從處理容器102均勻排出處理氣體等。
接著，說明使用了等離子體蝕刻裝置100的處理動作。若從被處理體搬入口144搬入作為被處理體的半導體晶片W，則從高壓直流電源108向靜電卡盤112施加高電壓，而將半導體晶片W吸附保持在下部電極110上。接著，從傳熱氣體壓力控制部168將調節為規定溫度和流量的傳熱氣體經傳熱氣體供給部120供給微小空間S，並將半導體晶片W調節為規定溫度。
之後，從氣體供給口136導入含有例如CHF3氣體的混合氣體等的處理氣體，並從排氣口142排氣，而將處理容器102內保持為規定真空度。若從高頻電源118經匹配器116將例如13.56MHz的功率供給下部電極110，則在半導體晶片W的上部空間形成等離子體，並對半導體晶片W施加蝕刻處理。終止處理後，停止來自高壓直流電源108和高頻電源118的功率供給，並從被處理體搬入口144搬出半導體晶片W。
接著，參照圖2，圖3和圖4說明實施方式1的傳熱氣體供給部120的詳細結構。圖2是表示實施方式1的等離子體蝕刻裝置100內部的結構，圖3是表示傳熱氣體供給管用阻擋件部164的結構的示意立體圖，圖4是表示上部傳熱氣體供給管162的構成例的示意截面圖。
如圖2所示，實施方式1的傳熱氣體供給部120由連接到傳熱氣體壓力控制部168的下部傳熱氣體供給管160、配置在其上部的作為傳熱氣體放電抑制部件的傳熱氣體供給管用阻擋件部(下面，僅稱為「阻擋件部」)164、從阻擋件部164通向微小空間S的上部傳熱氣體供給管162構成。另外，圖2中，接地位於絕緣體104的下部的導電性部件107，其相當於圖1的處理容器102底部的外壁。
如圖3所示，阻擋件部164在圖示的例子中具有三個傳熱氣體供給管用阻擋件(下面，僅稱為「阻擋件」)164-1、164-2、164-3。這些阻擋件可根據處理時所產生的電壓值而為適當數目，也可不一定為三個。例如可以為一個或兩個，並進一步為四個以上。例如可由多孔性陶瓷形成阻擋件164-1、164-2、164-3。在阻擋件164-1、164-2、164-3內部可分別隨機形成空泡，並通過隨機方向的路徑供給傳熱氣體。
這樣，由於阻擋件可為多孔性陶瓷，並可通過隨機路徑供給傳熱氣體，所以與現有的樹脂製成的阻擋件相比，可縮短傳熱氣體電場方向的直線路徑，可更低地抑制傳熱氣體中的電子能量。由此，可以以較少的阻擋件數來防止放電，另外，由於沒有必要使用許多阻擋件，所以傳熱氣體的響應性變好，可以進行高精度的被處理體的溫度控制。進一步，與樹脂製成的阻擋件相比，在耐電壓性、耐熱性方面更佳，還不容易因其他部件產生放電而容易地熔解。
另外，如圖4所示，也可通過如上部傳熱氣體供給管(下面，稱為「上部管」)162那樣，形成為ㄑ字形，或如上部管172那樣，相對電場方向向一個方向傾斜，或如上部管174那樣，形成為鋸齒形，使得傳熱氣體內的電子與上部管的側壁產生衝撞而降低能量。由此，可防止傳熱氣體的放電。
另外，雖然在圖2的例子中組合使用上述的阻擋件部164和上部管162，但是也可僅包括其中一個來作為傳熱氣體供給部120。與上部管162、172和174相同，也可組合使用阻擋件部164，由於都可防止放電，並不需要使用許多阻擋件，所以可使傳熱氣體的響應性變好，可高精度地進行被處理體的溫度控制。
(實施方式2)下面，參照圖5說明根據實施方式2的處理裝置。實施方式2的處理裝置與實施方式1的裝置100結構上的不同點僅為傳熱氣體供給部，所以省略重複說明。圖5(a)是表示實施方式2的傳熱氣體供給部400的截面示意圖，圖5(b)是傳熱氣體供給部400的平面圖。
如圖5所示，傳熱氣體供給部400包括在大致圓筒狀的外筒402中具有在外壁面將傳熱氣體供給管406形成為螺旋狀的內筒408的氣體放電抑制部件。內筒408和外筒402熔接。通過該熔接，傳熱氣體不會從傳熱氣體供給管406中漏出。另外也可不進行熔接，而使內筒408和外筒402間的間隔嵌合為保持得充分小。若從上部看，如圖5(b)所示，形成傳熱氣體供給管406的出口404，該內筒408和外筒402優選為石英或特氟隆(登陸商標)等具有低介電常數、高耐電壓、耐熱性的材料，使得即使在上下配置的其他部件中產生放電也不會一起熔解使通路短路。
傳熱氣體供給部400的上部接觸下部電極110，下部接觸接地的導電性部件107(例如處理容器102外壁的底部)。通過該傳熱氣體供給部400傳熱氣體從傳熱氣體壓力控制部168經傳熱氣體供給管406而在傳熱氣體供給部400內呈螺旋狀上升，並從出口404經設置在靜電卡盤112中的傳熱氣體供給孔114供給微小空間S。
這裡，傳熱氣體供給路徑截面的電場方向的厚度即使比電子平均自由工程的值大，優選為不產生放電的厚度。這是因為若在電子中儲存了產生放電的能量，會因電子和He分子的衝撞產生放電，但是若傳熱氣體供給路徑截面的電場方向的厚度很薄，則在電子中儲存的能量減小，而不會產生放電。例如在傳熱氣體為He氣體的情況下，優選為1mm以下，若為0.5～1.0mm更優選。由實施方式3詳細描述這時的傳熱供給供給路徑截面的電場方向的厚度的算出例子。
如上這樣，位於傳熱氣體供給路徑的電場方向的厚度方向的傳熱氣體供給管406的截面厚度T優選為1mm以下，但若考慮氣體流量和製造的容易性等，若為0.5～1mm更優選。另外，為確保傳熱氣體的響應性或傳熱氣體的流量，優選將傳熱氣體供給管406的寬度D設為寬例如5mm以上。
這樣，通過在圖2所示的下部電極110和導電性部件107間的電場空間中的電場方向整個區域(距離1)中設置相對電場方向傾斜的傳熱氣體供給部400，可降低傳熱氣體中的電子的能量，防止放電。例如，現有技術中如圖6(a)所示在沿電場方向形成傳熱氣體供給路徑的情況下，由於電場方向的空間變大，所以電子容易加速，還容易引起放電。與此相反，如圖6(b)所示的本發明那樣，在形成相對電場方向傾斜的傳熱氣體供給路徑的情況下，由於電場方向的空間變窄，通過壁而抑制了電子加速，故可防止放電。
另外，由於較寬地確保了傳熱氣體供給管406的寬度D，所以傳熱氣體的響應性高，也可充分確保流量，並可高精度地進行被處理體的溫度控制。這樣，通過最佳化傳熱氣體供給管的寬度和高度，而可設計適於所使用氣體的種類、壓力區域的處理裝置。
進一步，可以為在實施方式2的傳熱氣體供給部400中組合實施方式1的傳熱氣體供給管用阻擋件164而使用的結構。另外，將傳熱氣體供給部400作為獨立部件製作完成後，可以通過螺栓結合組裝到絕緣部件104，而具有可簡單進行製造的效果。
(實施方式3)接著，參照圖7說明實施方式3的處理裝置。與實施方式1的裝置100相比，實施方式3的處理裝置的不同點僅為傳熱氣體供給部，所以省略重複說明。圖7(a)表示實施方式3的傳熱氣體供給部500的截面示意圖，圖7(b)是傳熱氣體供給部500的平面圖。
如圖7所示，傳熱氣體供給部500包括在大致圓筒狀的外筒502具有內筒514而構成的氣體放電抑制部件501。在內筒514的外壁面將傳熱氣體供給管506、508、510分別形成為螺旋狀。上述內筒514和外筒502熔接。通過該熔接傳熱氣體不會從傳熱氣體供給管506、508、510中漏出，而可以沿螺旋狀的傳熱氣體供給管可靠進入。另外也可不進行熔接，而使內筒514和外筒502間的間隔嵌合為保持得充分小。若從上部看，如圖7(b)所示，形成傳熱氣體供給管506、508、510的出口516、518、520。
該內筒514和外筒502優選為石英或特氟隆(登錄商標)等具有低介電常數、高耐電壓、耐熱性的某種材料，使得即使在上下配置的其他部件中產生放電也不會一起熔解使通路短路。
傳熱氣體供給部500的上部接觸下部電極110，下部接觸接地的導電性部件107(例如處理容器102外壁的底部)。通過該傳熱氣體供給部500傳熱氣體從傳熱氣體壓力控制部168經傳熱氣體供給管512而在傳熱氣體供給部500內分為三條路徑呈螺旋狀上升，並從出口516、518、520經傳熱氣體供給管504和設置在靜電卡盤112中的傳熱氣體供給孔114供給微小空間S。
優選上述傳熱氣體供給管506、508、510的截面的電場方向厚度T是在實際使用時不在傳熱氣體供給管內產生放電的厚度。例如在傳熱氣體為He氣體的情況下，氣體供給管506、508、510的厚度T優選為1mm以下，若考慮氣體流量和製造的容易性，0.5～1.0mm更優選。傳熱氣體供給管506、508、510的截面寬度D優選為5mm以上。
這裡，表示傳熱氣體供給管506、508、510的截面的電場方向厚度T的算出例子。為計算簡便，圖7所示的氣體放電抑制部件501中，如圖8所示，將螺旋狀的傳熱氣體供給管506、508、510假定為多個He層532，考慮層積該He層532間的電介質層530的N級串聯電容器。若將電介質層530的厚度設為S，將He層532的厚度設為T，將氣體放電抑制部件501整體所施加的電壓設為V0，將一個電介質層530所施加的電壓設為V1，將一個He層532所施加的電壓設為V2，則變為(1)式。
V0＝N(V1+V2)...(1)進一步，若使用電荷量Q和靜電電容C的公式(Q＝CV)等整理上述(1)式，則變為(2)式。
V2＝V0[ε1/{N(S/T+ε1)}]...(2)在上述(2)式中，ε1為電介質層530的介電常數。另外，由於He層532的介電常數ε2接近於1，所以將ε2設為1。
也可在上述(2)式中應用具體的數值算出在一個He層532上施加的分壓V2，決定He層532的厚度T，使得該分壓V2根據圖9所示的帕邢法則(Paschen’s Low)不超過放電開始電壓。
圖9是橫軸為傳熱氣體的壓力P乘以為電極間距離的He層532的厚度T後的值取對數，橫軸為放電開始電壓取對數，來描述根據帕邢法則(Paschen’s Low)的放電開始電壓曲線。例如如圖9所示，在壓力P×He層532的厚度T為2.0[cm×Torr]的情況下，放電開始電壓大致為200V。這時，將上述He層532的厚度T，V0＝2500[V]，N＝17等規定數值代入(2)式，在實際算出的值為例如V2＝54[V]的情況下，放電開始電壓比約200V小，由於有4倍左右的裕量(margin)，所以不發生放電。
實際上，在求傳熱氣體供給管506、508、510的厚度T時，也可在上述(2)式中應用具體數值，決定He層532的厚度T，即傳熱氣體供給管506、508、510的厚度T，使其不超過根據帕邢法則的放電開始電壓。根據該原理算出傳熱氣體供給管506、508、510的厚度T時，例如在傳熱氣體為He氣體的情況下優選為1mm以下，若為0.5～1mm左右更優選。
這樣，通過在圖2所示的下部電極110和導電性部件107間的電場方向整個區域(距離1)中設置相對電場方向傾斜的傳熱氣體供給部500，可降低傳熱氣體中的電子能量，可防止放電。另外，由於傳熱氣體供給路徑相對電場方向傾斜且設置為三條路徑，所以傳熱氣體的響應性變好，也可充分確保流量，並可高精度地進行被處理體的溫度控制。進一步，可以為在實施方式3的傳熱氣體供給部500中組合實施方式1的傳熱氣體供給管用阻擋件164而使用的結構。
另外，將傳熱氣體供給部500作為獨立部件製作完成後，可以通過螺栓結合組裝到絕緣部件104中，而具有可簡單進行製造的效果。另外，這裡雖然傳熱氣體供給部500的路徑數為三條路徑，但是其個數也可根據所求出的電導性設置。
如圖7所示，上述氣體放電抑制部件501將連接部件540，550分別插在形成其和導電性部件107的邊界的傳熱氣體供給管512的連接部分和形成其和下部電極110的邊界的傳熱氣體供給管504的邊界部分。連接部件540、550在與氣體放電抑制部件501的邊界部分形成相對電場方向傾斜的傳熱氣體通路542、552。
參照
在上述氣體放電抑制部件501和與導電性部件107的邊界和與下部電極110的邊界形成傳熱氣體通路542、552情況下的效果。為進行比較，圖10(a)表示在與導電性部件107的邊界上沿電場方向形成傳熱氣體通路的情況，圖10(b)表示在與導電性部件107的邊界上形成相對電場方向傾斜的傳熱氣體通路的情況。
在圖10(a)中，若施加下部電極110，則氣體放電抑制部件501與接地導電性部件107之間產生電位差。因此，由於氣體放電抑制部件501和導電性部件107的邊界電位的等高線(由虛線表示)為沿電場方向的傳熱氣體通路，所以露出該傳熱氣體通路側。由此，產生有電位的空間U，並經該空間U電子加速，而與He分子衝撞，而可產生放電(尤其是火花放電)。
與此相反，如圖10(b)那樣，通過在導電性部件107和氣體放電抑制部件501的邊界設置形成了傳熱氣體通路542的連接部件540，而可將氣體放電抑制部件501和導電部件107的邊界的電位等高線(由虛線表示)露出的空間抑制為最小限度，還可防止電子的加速。由此，可防止導電性部件107和氣體放電抑制部件501的邊界部分的放電(尤其是火花放電)。在氣體放電抑制部件501和下部電極110的邊界部分也同樣設置形成傳熱氣體通路552的連接部件550，而可防止該邊界部分的放電(尤其是火花放電)。
作為上述連接部件540的傳熱氣體通路也可例如圖11所示，形成相對電場方向傾斜的一條傳熱氣體通路542a，還可如圖12所示，形成多條傳熱氣體通路542b。進一步如圖13所示，還可形成在通路上具有某一寬度的傾斜板狀的傳熱氣體通路542c，還可如圖14所示形成研缽上的傳熱氣體通路542d。在這些中，圖12～圖13所示的傳熱氣體通路542b～542d在傳熱氣體的流量儘可能多方面優選。圖14所示的傳熱氣體通路542d在容易加工方面優選。
另外，圖15表示變形圖14所示的傳熱氣體通路，使傳熱氣體很容易通過的例子。按研缽狀形成該連接部件540e的傳熱氣體通路542e的內側壁和研缽單元548e的外側壁。另外，傳熱氣體通路542e的外側壁形成為連接設置相對電場方向沿內側壁傾斜的傾斜部544e和沿電場方向的垂直部546e。
這樣，使傳熱氣體通路542e的氣體放電抑制部件501側的一部分傾斜，使導電性部件107側沿電場方向變為垂直，由於可通過傳熱氣體通路542e的傾斜部544e將電場外伸設為最小限度，所以可防止放電(尤其為火花放電)，進一步，由於可將導電性部件107側變寬，所以可更容易地通過傳熱氣體。另外，如連接部件540e那樣，即使導電性部件107側變寬，在導電性部件107側部分也不存在電場，所以電子不振動，不產生放電。
如圖11～圖15所示那樣構成上述連接部件550的傳熱氣體通路552。在將圖11～圖15所示的連接部件540用作連接部件550的情況下，優選在各圖所示的連接部件540的上下在相反的狀態下使用。
另外，雖然說明了圖7所示的氣體放電抑制部件501設置了螺旋狀的三個傳熱氣體供給管506、508、510的情況，但是也不一定限於此，也可將傳熱氣體供給管設為2個以下，或4個以上。圖16表示設置了螺旋狀的四個傳熱氣體供給管566、568、570、572的氣體放電抑制部件561。圖16(a)表示傳熱氣體供給部500的截面示意圖，圖16(b)是傳熱氣體供給部500的平面圖。若上部看去，如圖16(b)所示，形成各傳熱氣體供給管566、568、570、572的出口574、576、578、580。另外，氣體放電抑制部件561通過彈簧安裝連接部件550e(包含設置在連接部件550e上的研缽)。
上述的氣體放電抑制部件優選由介電常數ε1為4以下的材料構成。例如，除石英之外，可以由聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、三氟氯乙烯樹脂(PCTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚樹脂(PFA)、四氟乙烯-六氟丙稀共聚樹脂(PFEP)、偏氟乙烯樹脂(PVDF)等氟樹脂構成。由此，根據上述(2)式，由於可降低在一個He層532上所施加的電壓V2，所以He層532的厚度T，即傳熱氣體供給路徑的厚度T可以更大。
(實施方式4)接著，參考圖17說明實施方式4的處理裝置。實施方式4的處理裝置與實施方式1的裝置100在構成上的不同點僅僅是傳熱氣體供給部120的部分，所以省略重複說明。圖17是表示實施方式4的傳熱氣體供給部600的截面示意圖，圖18是圖17的A部分的放大圖，圖19是實施方式4的阻擋件的平面圖。
如圖17所示，實施方式4的傳熱氣體供給部600具有直線狀的上部管602和與此相連的阻擋件604、606、608、610和612。如圖18所示，阻擋件604、606、608、610和612如傳熱氣體路徑614那樣，作用為比傳熱氣體路徑的直線部分短。
即，如圖19所示，交互配置構造不同的兩種阻擋件，使得在阻擋件604，608和612中傳熱氣體通過周邊部616，在阻擋件606和610中通過中心部618。因此，傳熱氣體每次在衝撞各阻擋件的下部時，如傳熱氣體路徑614那樣，使方向向大致垂直方向改變，且向電場方向和垂直方向傳熱氣體可靠進入阻擋件的中心部和周邊部的距離部分。因此，可以可靠地縮短傳熱氣體路徑的直線部分，傳熱氣體中的電子可顯著降低能量。
因此，根據實施方式4的傳熱氣體供給部600，由於傳熱氣體中的電子通過阻擋件降低了能量，所以可防止放電。另外，由於不需要使用許多阻擋件，所以傳熱氣體的響應性好，可以高精度地進行被處理體的溫度控制。
雖然在圖示的例子中阻擋件數是5個，但是並不限於此，可根據被處理體的處理條件來改變數目。另外，也可組合使用實施方式1的上部管162、172等。
上面，雖然參照
了本發明的處理裝置的適當實施方式，但是本發明並不限於這些例子。可明白本領域內普通技術人員可在權利要求的範圍所記載的技術思想的範圍內得到各種變更例和修正例，可了解這些變更例和修正例當然屬於本發明的技術範圍。
例如，作為本發明的處理裝置的例子，雖然以等離子體蝕刻裝置為例進行說明，但是並不限於此。除此之外，還可適用於將處理氣體導入處理室內進行處理的各種裝置，例如CVD裝置、噴濺裝置、灰化裝置等。
這樣，根據本發明，提供了一種處理裝置，通過將為將被處理體調節到希望溫度而將傳熱氣體供給被處理體背面的微小空間用的傳熱氣體供給管設置為相對由高頻功率產生的電場方向傾斜，或設置縮短直線路徑的阻擋件，而降低傳熱氣體中電子的能量，防止放電，並高精度地進行被處理體的溫度調節。
產業上的可利用性本發明可適用於在半導體裝置的製造工序中所使用的處理裝置，尤其可適用於可抑制將溫度控制用的傳熱氣體供給被處理體背面的傳熱氣體供給管中的傳熱氣體放電的處理裝置、氣體放電抑制部件。
權利要求
1.一種處理裝置，將高頻功率施加給設置在密封處理容器內的電極，並將導入到所述處理容器內的處理氣體等離子體化，對被處理體的表面進行規定的處理，其特徵在於將用於控制所述被處理體為規定溫度的傳熱氣體供給到位於吸附保持所述被處理體的保持單元和所述被處理體之間的微小空間內的傳熱氣體供給路徑相對所述保持單元保持面的法線方向至少一部分傾斜。
2.根據權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於所述傳熱氣體供給路徑通過設置在所述傳熱氣體供給路徑內的部件，實質上相對所述保持單元的保持面的法線方向至少一部分傾斜。
3.根據權利要求2所述的處理裝置，其特徵在於所述部件是多孔性陶瓷。
4.根據權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於所述傳熱氣體供給路徑形成為鋸齒狀。
5.根據權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於所述傳熱氣體供給路徑形成為螺旋狀。
6.根據權利要求5所述的處理裝置，其特徵在於所述傳熱氣體供給路徑的截面為電場方向的厚度比寬度還小的形狀。
7.根據權利要求6所述的處理裝置，其特徵在於所述傳熱氣體供給路徑的截面中電場方向的厚度為1mm以下。
8.根據權利要求7所述的處理裝置，其特徵在於在介電常數為4以下的部件內構成所述傳熱氣體供給路徑。
9.根據權利要求1所述的處理裝置，其特徵在於所述傳熱氣體供給路徑有多條。
10.一種處理裝置，將高頻功率施加給設置在密封處理容器內的電極，並將導入到所述處理容器內的處理氣體等離子體化，對被處理體的表面進行規定的處理，其特徵在於在將用於控制所述被處理體為規定溫度的傳熱氣體供給到位於吸附保持所述被處理體的保持單元和所述被處理體之間的微小空間內的傳熱氣體供給路徑上，交互地至少各一個地配置所述傳熱氣體的供給路徑設置在周邊部的大致圓筒狀的第一部件和所述傳熱氣體的供給路徑設置在中心部的大致圓筒狀的第二部件。
11.一種氣體放電抑制部件，被設置在將用於控制所述被處理體為規定溫度的傳熱氣體供給到位於吸附保持密封處理容器內的被處理體的保持單元和所述被處理體之間的微小空間內的傳熱氣體供給路徑的途中，並具有所述傳熱氣體供給路徑的一部分，其特徵在於所述氣體放電抑制部件內的供給路徑形成為螺旋狀。
12.根據權利要求11所述的氣體放電抑制部件，其特徵在於所述氣體放電抑制部件內的供給路徑的截面為電場方向的厚度比寬度還小的形狀。
13.根據權利要求12所述的氣體放電抑制部件，其特徵在於所述氣體放電抑制部件內的供給路徑的截面中，電場方向的厚度為1mm以下。
14.根據權利要求11所述的氣體放電抑制部件，其特徵在於由介電常數在4以下的材料構成所述氣體放電抑制部件。
15.根據權利要求11所述的氣體放電抑制部件，其特徵在於所述氣體放電抑制部件，在傳熱氣體的入口側、出口側的任意一個或兩個的端部，設置了形成有相對所述保持單元的保持面的法線方向至少一部分傾斜的傳熱氣體的通路的連接部件。
全文摘要
提供了一種防止傳熱氣體的放電，且可高精度進行被處理體的溫度控制的處理裝置。在向相對設置在密封處理容器(102)內的一對電極中的下部電極110施加高頻功率，並將導入到電極間的處理氣體等離子體化後，對被處理體表面進行規定處理的等離子體蝕刻裝置(100)中，該等離子體裝置由傳熱氣體供給管(162)和傳熱氣體供給管用阻擋件(164)構成，傳熱氣體供給管(162)和傳熱氣體供給管用阻擋件(164)使將被處理體控制為規定溫度用的傳熱氣體供給吸附保持被處理體的靜電卡盤(112)和被處理體間的微小空間S內的傳熱氣體供給部(120)相對由供給電極的高頻功率所產生的電場方向傾斜。
文檔編號H01L21/683GK1596462SQ02823839
公開日2005年3月16日 申請日期2002年11月27日 優先權日2001年11月30日
發明者檜森慎司, 遠藤升佐, 永關一也, 窪田知也, 林大輔 申請人:東京毅力科創株式會社