JP3573058B2 - 温度調整装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度調整装置に係り、特に被対象物を通過する循環経路を設け、この循環経路に媒体を通すことで温度設定を行う温度調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハの表面に形成された絶縁膜(SiO2)などのエッチングを行う際、プラズマ装置を用いた方法が知られている。
【0003】
こうしたプラズマ装置では、減圧が可能なチャンバ内に一対の電極が設けられており、一方の電極に高周波電源を接続するとともに、他方側電極を接地用電位とし、両電極の間にプラズマを発生できるようにしている。そしてチャンバ内にエッチング用のガスを導入するとともに両電極の間にプラズマを発生させることで、前記電極の間にあらかじめ設置された半導体ウェハへのエッチングを行いようにしている。
【0004】
ところでプラズマ装置を用いた半導体ウェハへのエッチングでは、当該エッチングを安定させるため電極の温度管理が重要項目になっている。このため一般的には電極に温度調整装置を取り付け、前記電極の温度を一定に保つようにしている。なお温度調整装置は、媒体を収容する温度調節機構付きの容器と、この容器から引き出され前記電極を通過する循環経路とで構成され、容器内で一定温度になった媒体を電極側に送り出すことにより、当該電極を一定の温度に設定するようにしている。また絶縁抵抗値の低い媒体を用いると、電極間の誘電率に変動が生じるので、通常は絶縁抵抗値の大きい液状のPFCを媒体として用いるようにしている(純水なども初期の状態では絶縁抵抗値が大きいが、循環中に金属等が純水中に溶け込むと抵抗値が低下することからプラズマ装置に適用するのは難しい)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した温度調整装置においては、PFCを収容する容器は密閉型ではなく、PFCの液面が大気中に露出した形態となっている。このため同装置においてはPFCが大気中に蒸発してしまい、定期的に前記PFCを補充する必要があった。そして前記PFCは、GWP(地球温暖化係数)が二酸化炭素に対して数千〜数万倍と高く、これを大気中に排出させることは環境上、好ましいものではなかった。なお発明者の経験によれば、C4F20(比重1.8)からなるPFCを0.015m3(15リットル)容器内に投入し40℃の環境で2週間運転を行ったところ10kgの蒸発が確認された。
【0006】
ここでPFCを収容する容器を密閉型とし、前記PFCの蒸発を防止するという手段も考えられるが、前記容器の構造を圧力変動に耐えられるものにしなければならず、一般的では無かった。
【0007】
またプラズマ装置以外でPFC以外のものを媒体として用いる場合でも、媒体を頻繁に補充しなければならず、媒体の量の監視および前記媒体の補充作業は大変なものであった。
【0008】
本発明は上記従来の問題点に着目し、密閉型容器を用いずとも媒体の蒸発を低減させることのできる温度調整装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、媒体が大気と接する面積を低減させることや、媒体と大気との間に液状キャップを設ければ、前記媒体の大気への蒸発量を低減させることができるという知見に基づいてなされたものである。
【0010】
すなわち請求項1に係る温度調整装置は、熱交換用の媒体を収容するとともに当該媒体の温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され被対象物を通過する前記媒体の循環経路とからなり、前記容器に収容される前記媒体の上層に当該媒体と分離をなす液層を形成し、前記媒体の大気への蒸発を防止したことを特徴としている。請求項1に記載の温度調整装置によれば、容器に収容された媒
体の上層に液状キャップが存在しているので、媒体が大気に直に触れることがない。このため媒体の大気への蒸発は液層を介して行われるので前記媒体の大気への蒸発を低減させることが可能になる。また媒体の蒸発防止のために容器を密閉する必要がないので前記容器を圧力変動に耐えられるものにする必要を無くすることができる。
【0011】
請求項2に記載の温度調整装置は、前記容器の上部に絞り部を設け、この絞り部に位置するよう前記液層の液面高さを設定したことを特徴としている。請求項2に記載の温度調整装置によれば、容器に絞り部を設けることで開口面積を低減させることができるので、液層を介した媒体の大気と接する面積を低減させることができる。このため液層を介して行われる前記媒体の大気への蒸発をさらに低減させることが可能になる。
【0012】
請求項3に記載の温度調整装置は、熱交換用の媒体を収容するとともに当該媒体の温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され被対象物を通過する前記媒体の循環経路とからなり、前記容器の上部に絞り部を設けこの絞り部に位置するよう前記媒体の液面高さを設定したことを特徴としている。請求項3に記載の温度調整装置によれば、容器に絞り部を設けることで開口面積を低減させることができるので、媒体の大気と接する面積を低減させることができる。このため媒体の大気への蒸発を低減させることが可能になる。
【0013】
請求項4に記載の温度調整装置は、熱交換用のPFCを収容するとともに当該PFCの温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され一対の電極間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置の前記電極を通過する前記PFCの循環経路とからなり、前記容器に収容される前記PFCの上層に当該PFCと分離をなす液層を形成し、前記PFCの大気への蒸発を防止したことを特徴としている。請求項4に記載の温度調整装置によれば、プラズマ装置における電極の温度管理にPFC(パーフルオロカーボンおよびそのフッ素の一部が水素に代態された化合物(HFC))を用いている。そしてPFCを媒体として用いることとすれば、前記PFCは絶縁抵抗値が大きいためプラズマ装置における電極間の誘電率が変化することがない。このため電極間に発生するプラズマの特性を一定に保つことが可能になる。そして容器内に収容されたPFCの上層に液層を設け、この液層を液状キャップとすれば、PFCが大気に直に触れることがない。このためPFCの大気への蒸発は液層を介して行われるので前記PFCの大気への蒸発を低減させることが可能になる。またPFCの蒸発防止のために容器を密閉する必要がないので前記容器を圧力変動に耐えられるものにする必要を無くすることができる。
【0014】
請求項5に記載の温度調整装置は、前記容器の上部に絞り部を設け、この絞り部に位置するよう前記液層の液面高さを設定したことを特徴としている。請求項5に記載の温度調整装置によれば、容器に絞り部を設けることで開口面積を低減させることができるので、液層を介したPFCの大気と接する面積を低減させることができる。このため液層を介して行われる前記PFCの大気への蒸発をさらに低減させることが可能になる。
【0015】
請求項6に記載の温度調整装置は、前記液層は、水からなることを特徴としている。請求項6に記載の温度調整装置によれば、前記水はPFCと分離し、また入手も容易である。このことから容易に液層として用いることができPFCの蒸発防止を達成することができる。
【0016】
請求項7に記載の温度調整装置は、熱交換用のPFCを収容するとともに当該PFCの温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され一対の電極間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置の前記電極を通過する前記PFCの循環経路とからなり、前記容器の上部に絞り部を設けこの絞り部に位置するよう前記PFCの液面高さを設定したことを特徴としている。請求項7に記載の温度調整装置によれば、プラズマ装置における電極の温度管理にPFC(パーフルオロカーボンおよびそのフッ素の一部が水素に代態された化合物(HFC))を用いている。そしてPFCを媒体として用いることとすれば、前記PFCは絶縁抵抗値が大きいためプラズマ装置における電極間の誘電率が変化することがない。このため電極間に発生するプラズマの特性を一定に保つことが可能になる。そして容器に絞り部を設けることで開口面積を低減させることができるので、PFCの大気と接する面積を低減させることができる。このためPFCの大気への蒸発を低減させることが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る温度調整装置に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0018】
図1は、本発明に係る温度調整装置をプラズマ装置に適用した例を示す説明図である。そして同図に示すようにプラズマ装置10は、半導体ウェハへのエッチングを行うエッチング装置12の構成要素となっている。
【0019】
エッチング装置12は、半導体ウェハを取り込み可能とし減圧が可能な真空チャンバ14と、当該真空チャンバ14の内部に設置されたプラズマ装置10とで構成されている。
【0020】
真空チャンバ12には、送気管16と排気管18とがそれぞれ接続されており、前記排気管18の途中には図示しない真空ポンプが取り付けられ、この真空ポンプを稼働させることで真空チャンバ12内を任意の値まで減圧可能にしている。一方、送気管16の先端には図示しないボンベが接続されており、このボンベから真空チャンバ12内にエッチングガスを導入可能にしている。
【0021】
真空チャンバ12の内部に設置されるプラズマ装置10は、一対の平行平板型の電極20を備えており、片側の電極20を真空チャンバ14の外部に設置された高周波電源22に接続するとともに、他方の電極20を接地電位とし、前記高周波電源22を稼働させることで両電極20の間にプラズマを発生できるようにしている。なお本実施の形態では、半導体ウェハの設置場所を高周波電源22が接続された側の電極20の上方に設定しており、両電極20の間に生じるプラズマにて、半導体ウェハへのエッチング処理が行えるようになっている。
【0022】
ところでプラズマ装置10を構成する一対の電極20には、当該電極20の温度を一定にし(電極の抵抗値を一定にし)安定したプラズマを発生する目的から温度調整装置24が装着されている。
【0023】
温度調整装置24は、媒体となる液状のPFCを収容し当該PFCの温度をあらかじめ設定した温度に保つ容器26と、当該容器26から引き出され電極20を通過する配管からなる循環経路28と、当該循環経路28の途中に設けられPFCの送り出しを行うためのポンプ30とから構成されている。なお温度調整装置24は、プラズマ装置10を構成する一対の電極20にそれぞれ装着されているが、前記温度調整装置24は同一の構成であるので、同図においては高周波電源22に接続された側の温度調整装置24のみを図示することとし、設置電位側に接続された側の温度調整装置24の表示を省略する。
【0024】
また本実施の形態においては、一対の電極20のそれぞれに温度調整装置24を装着することとしたが、この形態に限定されることもなく、一つの温度調整装置24で両電極20の温度調整を行ったり、あるいは設置電位側に接続された電極20は高周波電源22に接続された側の電極20に対し温度が上昇しないことから、高周波電源22が接続された側の電極20にのみ温度調整装置24を装着するようにしてもよい。
【0025】
PFCを収容する容器26は、密閉式の容器となるメインタンク32と、これに配管34を介して接続されるリザーブタンク36とで構成されており、前記メインタンク32は、リザーブタンク36の下方に位置しているとともに循環経路28の両端が接続されている。このためリザーブタンク36の開口部よりPFCを注入し、前記開口部付近までPFCを満たすと、メインタンク32の内部にはPFCだけが存在し、気泡等は配管34を介してリザーブタンク36側へと抜けてしまう。このため循環経路28にはPFCだけが導入されることになり、当該PFCによる温度調整を安定して行うことが可能になる。なお蒸発やその他の原因によってPFCの量が減少しても、メインタンク32の上方に設置されたリザーブタンク36から配管34を介してメインタンク32にPFCが供給されるので、循環経路28にPFCを確実に導入させることができる。また何らかの原因(ポンプ30の故障など)でメインタンク32内の圧力が上昇しても、当該圧力は配管34を介してリザーブタンク36側にて解放されるので、容器26に損傷等が発生するのを防止することができる。
【0026】
ここでPFCが満たされた容器26におけるリザーブタンク36の開口部分には、PFC42より比重の軽い水が導入され前記PFCと分離した液層40を形成し(いわゆる液状キャップ)、PFC42が大気と直に触れるのを防止するようにしている。
【0027】
また温度調整装置24の媒体として用いられる液状のPFCには、C4F20を使用する(GWPは6000〜8000程度)。また一般的にPFCは絶縁抵抗値が高いので(1GΩ前後)、電極20を通過するようにPFCを循環経路28に導入させても、一対の電極20の間の誘電率が変動することがない。このため両電極20の間で安定したプラズマを発生させることが可能になる。
【0028】
ところでメインタンク32には、PFCの温度調整をなす冷却装置38が設けられており、この冷却装置38を稼働させることで、PFCの温度を電極20の設定温度に調節できるようになっている。
【0029】
そして前記PFCが導入される循環経路28では、電極20に接する範囲以外にはその周囲に断熱材が取り付けられ、循環経路28を通過するPFCに温度変化を与えないようになっている。一方、電極20に接する循環経路28の範囲は熱交換部となっており、任意の温度に設定されたPFCから電極20へと伝熱作用が生じ、前記電極20を任意の温度に設定することが可能になっている。
【0030】
このように構成された温度調整装置24が装着されたエッチング装置12を稼働させ、エッチング処理を行う手順を説明する。
【0031】
エッチング装置12を用いて半導体ウェハのエッチング処理を行う場合には、まず半導体ウェハを真空チャンバ14内に送り込んだ後、図示しない真空ポンプを稼働させて真空チャンバ14内を減圧させるとともに、送気管16からエッチングガスを導入させ、真空チャンバ14内の圧力を任意の値に設定する。
【0032】
こうして真空チャンバ14内にエッチングガスを導入させ、任意の圧力に設定した後は、高周波電源22を稼働させ一対の電極20の間に発生したプラズマによって半導体ウェハへのエッチングを行う。
【0033】
ところでこのエッチングの際、発生するプラズマの安定性を図る目的から温度調整装置24を稼働させ電極20の温度を一定に保つようにしている。すなわち温度調整装置24では、冷却装置38にて任意の温度に設定されたPFC42がポンプ30によって循環経路28内を循環し、当該循環経路28の途中に位置する電極20にてPFC42と電極20との間で熱交換が行われ、前記電極20を任意の温度に設定することができる。
【0034】
なお電極20の温度設定をなすPFC42は、前述の通りリザーブタンク36において大気に直に露出せず、液層40を介した形態となっている。このため当該液層40が前記PFC42の液状キャップとなり、PFC42が大気に対し直に蒸発することを防止することができ、PFC42の蒸発量を低減させることができる。そして本実施の形態では、水を用いて液層40を形成することとしたがこの形態に限定されることもなく、PFC42より比重が軽く、当該PFC42と分離が可能で、PFC42および大気への影響のない物質であれば、他の物質を用いるようにしてもよい。
【0035】
図2は、温度調整装置24の他の実施例を示す要部拡大図である。
【0036】
同図(1)に示すように、リザーブタンク36の上部に絞り部44を設けておき、PFC42の液面高さが前記絞り部44にかかるようにする。このようにPFC42の液面高さが絞り部44にかかれば、前記PFC42は大気と接する面積が小さくなるので、PFC42が大気から蒸発する量を低減させることができる(PFC42の蒸発量は、面積に反比例する)。
【0037】
また同図(2)に示すようにPFC42の上層に水からなる液層40を設け、更にPFC42の蒸発量を低減させるようにしてもよい。この場合は図1で説明した形態に対し、液層40を形成する水の量を少なくすることが可能になる。
【0038】
図3は、図1における温度調整装置24の応用例を示した説明図である。同図(1)に示すように容器26をメインタンク32のみで構成するとともに、当該メインタンク32の形態を(密閉式でなく)大気解放型の形状にすれば、メインタンク32に満たされたPFC42の表面に液層40を形成することができる。このような形態であってもPFC42が大気に直に触れることがないので、前記PFC42の蒸発量を低減させることが可能になる。
【0039】
また同図(2)に示すようにメインタンク32の上部に絞り部46を設けておき、PFC42の液面高さが前記絞り部46にかかるようにすれば、前記PFC42は大気と接する面積が小さくなるので、PFC42が大気から蒸発する量を低減させることができる(PFC42の蒸発量は、面積に反比例する)。なおPFC42の上層に水からなる液層40を設けるようにすれば、更にPFC42の蒸発量を低減できることはいうまでもない。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、
熱交換用の媒体を収容するとともに当該媒体の温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され被対象物を通過する前記媒体の循環経路とからなり、前記容器に収容される前記媒体の上層に当該媒体と分離をなす液層を形成し、前記媒体の大気への蒸発を防止したり、
熱交換用の媒体を収容するとともに当該媒体の温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され被対象物を通過する前記媒体の循環経路とからなり、前記容器の上部に絞り部を設けこの絞り部に位置するよう前記媒体の液面高さを設定したり、
熱交換用のPFCを収容するとともに当該PFCの温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され一対の電極間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置の前記電極を通過する前記PFCの循環経路とからなり、前記容器に収容される前記PFCの上層に当該PFCと分離をなす液層を形成し、前記PFCの大気への蒸発を防止したり、
熱交換用のPFCを収容するとともに当該PFCの温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され一対の電極間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置の前記電極を通過する前記PFCの循環経路とからなり、前記容器の上部に絞り部を設けこの絞り部に位置するよう前記PFCの液面高さを設定したことから、媒体(PFC)の大気への蒸発量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る温度調整装置を、半導体ウェハのエッチングを行うプラズマ装置に適用した例を示す説明図である。
【図2】温度調整装置24の他の実施例を示す要部拡大図である。
【図3】図1における温度調整装置24の応用例を示した説明図である。
【符号の説明】
10………プラズマ装置
12………エッチング装置
14………真空チャンバ
16………送気管
18………排気管
20………電極
22………高周波電源
24………温度調整装置
26………容器
28………循環経路
30………ポンプ
32………メインタンク
34………配管
36………リザーブタンク
38………冷却装置
40………液層
42………PFC
44………絞り部
46………絞り部
Claims (7)
- 熱交換用の媒体を収容するとともに当該媒体の温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され被対象物を通過する前記媒体の循環経路とからなり、前記容器に収容される前記媒体の上層に当該媒体と分離をなす液層を形成し、前記媒体の大気への蒸発を防止したことを特徴とする温度調整装置。
- 前記容器の上部に絞り部を設け、この絞り部に位置するよう前記液層の液面高さを設定したことを特徴とする請求項1に記載の温度調整装置。
- 熱交換用の媒体を収容するとともに当該媒体の温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され被対象物を通過する前記媒体の循環経路とからなり、前記容器の上部に絞り部を設けこの絞り部に位置するよう前記媒体の液面高さを設定したことを特徴とする温度調整装置。
- 熱交換用のPFCを収容するとともに当該PFCの温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され一対の電極間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置の前記電極を通過する前記PFCの循環経路とからなり、前記容器に収容される前記PFCの上層に当該PFCと分離をなす液層を形成し、前記PFCの大気への蒸発を防止したことを特徴とする温度調整装置。
- 前記容器の上部に絞り部を設け、この絞り部に位置するよう前記液層の液面高さを設定したことを特徴とする請求項4に記載の温度調整装置。
- 前記液層は、水からなることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の温度調整装置。
- 熱交換用のPFCを収容するとともに当該PFCの温度調整をなす容器と、この容器から繰り出され一対の電極間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置の前記電極を通過する前記PFCの循環経路とからなり、前記容器の上部に絞り部を設けこの絞り部に位置するよう前記PFCの液面高さを設定したことを特徴とする温度調整装置。
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