TW202127564A - 熱媒循環系統及基板處理裝置 - Google Patents

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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於提高透過樹脂製配管之透過氣體之排氣效率。 本發明之熱媒循環系統具有：樹脂製配管，其構成使熱媒於溫度控制對象物中循環之循環流路之至少一部分；外罩，其包圍配管之外周面；及排氣管，其連接至配管與外罩之間之空間，將透過配管釋放至該空間之熱媒排出；且上述外罩具有供氣口，該供氣口係與自排氣管排出熱媒並行地，將空氣取入至配管與外罩之間之空間。

Description

熱媒循環系統及基板處理裝置
本發明係關於一種熱媒循環系統及基板處理裝置。
對半導體晶圓(以下，稱為「晶圓」)等基板進行處理之基板處理裝置等中形成有循環流路，於控制裝置內之構件之溫度之情形時，該循環流路使熱媒於成為溫度控制對象之構件中循環。使熱媒循環之循環流路有時使用柔軟性較高之樹脂製配管。
於使高溫熱媒循環之循環流路之一部分使用樹脂製配管之情形時，會存在如下情況：於樹脂製配管內流動之熱媒之成分透過樹脂製配管，作為透過氣體釋放至配管周圍。透過氣體向配管周圍釋放係造成環境污染之主要因素，因而欠佳。
又，揭示有如下技術：利用外側配管將樹脂製內部配管之外周面氣密地包圍，於內部配管與外側配管之間之氣密空間連接排氣管，將透過配管釋放之透過氣體自排氣管排出(例如，參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2001-297967號公報
[發明所欲解決之問題]
本發明提供一種可提高透過樹脂製配管之透過氣體之排氣效率之技術。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣之熱媒循環系統具有：樹脂製配管，其構成使熱媒於溫度控制對象物中循環之循環流路之至少一部分；外罩，其包圍上述配管之外周面；及排氣管，其連接至上述配管與上述外罩之間之空間，將透過上述配管釋放至該空間之熱媒排出；且上述外罩具有供氣口，該供氣口係與自上述排氣管排出熱媒並行地，將空氣取入至上述配管與上述外罩之間之空間。 [發明之效果]
根據本發明，發揮如下效果，即，可提高透過樹脂製配管之透過氣體之排氣效率。
以下，參照圖式對各種實施形態詳細地進行說明。再者，於各圖式中，對相同或相當之部分標註相同符號。
為了防止透過氣體向周圍擴散，考慮如專利文獻1般，利用外側配管(外罩)將配管周圍密閉，並利用泵對配管與外罩之間之密閉空間進行排氣。然而，若密閉空間與泵之間之距離變長，則氣導變差，因此，無法充分地排出密閉空間內之透過氣體。又，於配管配置於大氣氛圍中之情形時，有可能因經減壓之密閉空間與大氣之間之壓力差而導致配管與外罩靠近，密閉空間收縮，從而透過氣體之排氣效率降低。因此，期待提高透過樹脂製配管之透過氣體之排氣效率。
[基板處理裝置之構成] 首先，對實施形態之基板處理裝置之構成進行說明。基板處理裝置係對晶圓等基板進行特定之基板處理之裝置。於本實施形態中，以將基板處理裝置設為電漿處理裝置10之情形為例進行說明，該電漿處理裝置10對作為基板之晶圓W進行電漿蝕刻等處理。圖1係表示實施形態之電漿處理裝置10之概略性構成之一例之剖視圖。圖1所示之電漿處理裝置10構成為使用電容耦合電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)之電漿蝕刻裝置。電漿處理裝置10具備大致圓筒狀之處理容器12。處理容器12例如由鋁構成。又，處理容器12之表面被實施陽極氧化處理。
於處理容器12內設置有載置台16。載置台16具有靜電吸盤18及基台20。靜電吸盤18之上表面設為供載置成為電漿處理對象之被處理體之載置面。於本實施形態中，晶圓W作為被處理體載置於靜電吸盤18之上表面。基台20具有大致圓盤形狀，其主要部分例如由鋁等導電性金屬構成。基台20構成下部電極。基台20由支持部14支持。支持部14係自處理容器12之底部延伸之圓筒狀構件。
於基台20上設置有靜電吸盤18。靜電吸盤18藉由庫侖力等靜電力吸附晶圓W，且保持該晶圓W。靜電吸盤18於陶瓷製本體部內設置有靜電吸附用電極E1。於電極E1，經由開關SW1電性連接有直流電源22。保持晶圓W之吸附力依存於自直流電源22施加之直流電壓之值。再者，可藉由未圖示之傳熱氣體供給機構及氣體供給管線將傳熱氣體、例如氦氣供給至靜電吸盤18之上表面與晶圓W之背面之間。
載置台16於靜電吸盤18上之晶圓W之周圍配置有聚焦環FR。聚焦環FR係為了提高電漿處理之均勻性而設置。聚焦環FR係由根據待執行之電漿處理而適當選擇之材料構成。例如，聚焦環FR係由矽或石英構成。
於基台20之內部形成有冷媒流路24。自設置於處理容器12之外部之冷卻器單元經由配管26a向冷媒流路24供給冷媒。供給至冷媒流路24之冷媒經由配管26b返回至冷卻器單元。
於處理容器12內設置有簇射頭30。簇射頭30於載置台16之上方與載置台16對向配置。載置台16與簇射頭30係相互大致平行地設置。簇射頭30及載置台16作為一對電極(上部電極及下部電極)發揮作用。
簇射頭30係經由絕緣性遮蔽構件32支持於處理容器12之上部。簇射頭30具備與載置台16對向配置之頂板34及支持該頂板34之支持部36。
頂板34係以與載置台16對向之方式配置，且形成有向處理容器12內噴出處理氣體之複數個氣孔34a。頂板34例如由矽或SiC等形成。
支持部36包含導電性材料、例如表面經陽極氧化處理之鋁等，且構成為能夠將頂板34裝卸自如地支持於其下部。
於支持部36之內部，形成有用以向複數個氣孔34a供給處理氣體之氣體擴散室36a。於支持部36之底部，以位於氣體擴散室36a之下部之方式形成有複數個氣孔流通孔36b。複數個氣孔流通孔36b分別與複數個氣孔34a連通。
於支持部36形成有用以將處理氣體導入至氣體擴散室36a之氣體導入口36c。於氣體導入口36c連接有氣體供給管38。
於氣體供給管38，經由閥群42及流量控制器群44連接有氣體源群40。閥群42具有複數個開關閥。流量控制器群44具有質量流量控制器等複數個流量控制器。又，氣體源群40具有電漿處理所需之複數種氣體用之氣體源。氣體源群40之複數個氣體源經由對應之開關閥及對應之質量流量控制器與氣體供給管38連接。
於電漿處理裝置10中，將來自一個以上之氣體源之一種以上之氣體供給至氣體供給管38，該一個以上之氣體源係從氣體源群40之複數個氣體源中選擇。供給至氣體供給管38之氣體到達至氣體擴散室36a，經由氣孔流通孔36b及氣孔34a呈簇射狀地分散並噴出至處理空間S中。
於簇射頭30設置有用以調節溫度之調溫機構。例如，於支持部36之內部形成有流路92。電漿處理裝置10構成為可藉由使例如熱媒(鹽水)於流路92中循環而控制簇射頭30之溫度。流路92經由配管與設置於處理容器12之外部之冷卻器單元連接，且循環供給熱媒。即，流路92、配管及冷卻器單元形成使熱媒於簇射頭30中循環之循環流路。循環流路之詳情將於下文進行敍述。熱媒例如為含碳之液體。作為含碳之液體，例如使用乙二醇或醇。
於作為上部電極之簇射頭30，經由未圖示之低通濾波器(LPF)、匹配器MU1及饋電棒60而電性連接有第1高頻電源61。第1高頻電源61係電漿產生用電源，將13.56 MHz以上之頻率、例如60 MHz之RF(radio frequency，射頻)電力供給至簇射頭30。匹配器MU1係使負載阻抗與第1高頻電源61之內部(或輸出)阻抗匹配之匹配器。匹配器MU1發揮如下作用：當於處理容器12內產生電漿時，使第1高頻電源61之輸出阻抗與負載阻抗表觀上一致。匹配器MU1之輸出端子與饋電棒60之上端連接。
於作為下部電極之載置台16，經由未圖示之低通濾波器(LPF)及匹配器MU2而電性連接有第2高頻電源62。第2高頻電源62係離子饋入用(偏壓用)電源，將300 kHz～13.56 MHz之範圍內之頻率、例如2 MHz之RF電力供給至載置台16。匹配器MU2係使負載阻抗與第2高頻電源62之內部(或輸出)阻抗匹配之匹配器。匹配器MU2發揮如下作用：當於處理容器12內產生電漿時，使第2高頻電源62之內部阻抗與負載阻抗表觀上一致。
簇射頭30及饋電棒60之一部分係由大致圓筒狀之上部殼體12a覆蓋，該上部殼體12a自處理容器12之側壁向較簇射頭30之高度位置更上方延伸。上部殼體12a係由鋁等導電性材料形成，且經由處理容器11接地。於上部殼體12a與簇射頭30所包圍之空間內配置有各種配件(例如，下述之配管111及外罩131(參照圖4))。
又，於電漿處理裝置10中，沿著處理容器12之內壁裝卸自如地設置有積存物遮罩46。又，積存物遮罩46亦設置於支持部14之外周。積存物遮罩46係防止蝕刻副產物(積存物)附著於處理容器12者，且係藉由在鋁材上被覆Y2 O3 等陶瓷而構成。
於處理容器12之底部側，在支持部14與處理容器12之內壁之間設置有排氣板48。排氣板48例如藉由在鋁材上被覆Y2 O3 等陶瓷而構成。處理容器12於排氣板48之下方設置有排氣口12e。於排氣口12e，經由排氣管52連接有排氣裝置50。排氣裝置50具有渦輪分子泵等真空泵。於實施電漿處理時，排氣裝置50將處理容器12內減壓至所需之真空度。又，於處理容器12之側壁設置有晶圓W之搬入搬出口12g。搬入搬出口12g可藉由閘閥54進行開關。
以上述方式構成之電漿處理裝置10之動作係由控制部100統一地控制。控制部100例如為電腦，控制電漿處理裝置10之各部。電漿處理裝置10之動作係由控制部100統一地控制。
且說，電漿處理裝置10形成有使熱媒於溫度控制對象構件中循環之循環流路。圖2係概略性地表示以簇射頭30為溫度控制對象構件且使熱媒循環之先前之循環流路之圖。圖2概略性地表示使鹽水於電漿處理裝置10之簇射頭30中循環之循環流路110。循環流路110係由流路92、配管111及外部配管112形成。流路92形成於簇射頭30(支持部36)之內部，且內部供鹽水流通。配管111係由具有柔軟性之樹脂形成，且配置於上部殼體12a內。配管111之一端經由接頭113a與簇射頭30之內部之流路92連接，配管111之另一端經由設置於上部殼體12a之接頭114a與外部配管112之一端連接。外部配管112例如由不鏽鋼等金屬形成，且配置於上部殼體12a之外部。外部配管112之一端經由設置於上部殼體12a之接頭114a與配管111連接，外部配管112之另一端與冷卻器單元115連接。
冷卻器單元115內置有貯存鹽水之儲液罐。儲液罐可將所貯存之鹽水控制為所需之溫度。冷卻器單元115將貯存於儲液罐中之鹽水輸送至循環流路110之一端，並將自循環流路110之另一端流出之鹽水回收至儲液罐中。藉此，冷卻器單元115使鹽水於循環流路110中循環，從而控制形成有循環流路110之簇射頭30之溫度。
當鹽水於樹脂製配管111內流動時，如圖2所示，鹽水透過配管111而作為氣體釋放至配管111周圍。尤其，於鹽水由冷卻器單元115控制為高於100℃之溫度之情形時，有鹽水容易透過配管111之傾向。圖2示出了於上部殼體12a內鹽水透過配管111而作為氣體釋放至配管111周圍之情況。若由於維護等而卸除上部殼體12a，則有如下情形：作為氣體釋放之鹽水擴散至作為電漿處理裝置10之設置場所之無塵室中，而無塵室內產生污染。
相對於此，考慮利用管狀外罩將樹脂製配管111之外周面氣密地包圍，於配管111與外罩之間之氣密空間連接排氣管，將透過配管111釋放之鹽水自排氣管排出。但，於自連接至樹脂製配管111與外罩之間之氣密空間之排氣管排出鹽水之情形時，樹脂製配管111與外罩會靠近，而成為鹽水之流路之空間收縮，因此，空間之壓力損失增加。又，由於難以將泵配置於上部殼體12a附近，故而連接氣密空間與泵之排氣管必須變長。其結果，有透過樹脂製配管111之鹽水之排氣效率降低之虞。
因此，本實施形態之電漿處理裝置10中，於包圍樹脂製配管111之外周面之外罩上設置供氣口，與自排氣管排出熱媒並行地，將空氣取入至配管111與外罩之間之空間。
圖3及圖4係概略性地表示實施形態之配管111之構成之圖。配管111構成循環流路110之至少一部分，該循環流路110使作為熱媒之鹽水於作為溫度控制對象物之簇射頭30中循環。配管111係由柔軟性較高之樹脂形成，且配置於上部殼體12a內。配管111之一端經由接頭113a與簇射頭30之內部之流路92連接，配管111之另一端經由設置於上部殼體12a之接頭114a與外部配管112之一端連接。
於配管111之外周面，以包圍配管111之外周面之方式設置有管狀之外罩131。外罩131係由柔軟性較高之樹脂形成。形成外罩131之樹脂與形成配管111之樹脂可相同，亦可不同。於配管111與外罩131之間形成有空間。
於配管111與外罩131之間之空間連接有排氣管132。具體而言，排氣管132與封閉構件133連接，經由形成於封閉構件133之緩衝空間133a與配管111和外罩131之間之空間連通，上述封閉構件133設置於外罩131之一端側，且將配管111與外罩131之間之空間封閉。於排氣管132連接有排氣機構。排氣機構可為排氣裝置50，亦可為與排氣裝置50不同之排氣裝置。透過配管111釋放至配管111與外罩131之間之空間內之透過氣體自排氣管132排出。
又，外罩131具有供氣口131a，該供氣口131a係與自排氣管132排出透過氣體並行地，將空氣取入至配管111與外罩131之間之空間。具體而言，外罩131在位於與設置有封閉構件133之一端側為相反側之另一端側具有供氣口131a。於本實施形態中，供氣口131a係使外罩131之另一端開放而形成之開放端。再者，外罩131可為寬度隨著接近供氣口131a而變大之形狀。又，供氣口131a並非必須為開放端，亦可為沿厚度方向貫通外罩131之貫通孔。又，供氣口131a亦可於外罩131之另一端側設置複數個。例如，亦可於外罩131之另一端側設置作為開放端之供氣口131a及作為貫通孔之供氣口131a。
於自排氣管132排出透過氣體之情形時，自供氣口131a將空氣取入至配管111與外罩131之間之空間。藉此，配管111與外罩131之間之空間之壓力損失之增加得以抑制。進而，自供氣口131a取入之空氣將透過配管111釋放至配管111與外罩131之間之空間之透過氣體向排氣管132擠出。其結果，可提高透過樹脂製配管111之鹽水之排氣效率。
又，於本實施形態之電漿處理裝置10中，將配置有配管111及外罩131之空間(亦即，上部殼體12a與簇射頭30所包圍之空間)之壓力維持為正壓。例如，可藉由在上部殼體12a設置風扇121，將外部空氣送入上部殼體12a內，而使上部殼體12a內之壓力高於上部殼體12a外之壓力。又，例如，亦可於上部殼體12a設置壓力計，測定上部殼體12a與簇射頭30所包圍之空間之壓力，以該空間之壓力成為正壓之方式藉由控制部100控制風扇121之送風。藉此，大量空氣自配置有配管111及外罩131之空間經由外罩131之供氣口131a被取入至配管111與外罩131之間之空間內，因此，可進一步提高透過氣體之排氣效率。
如上所述，本實施形態之電漿處理裝置10具有樹脂製配管111，該樹脂製配管111構成使熱媒於簇射頭30中循環之循環流路之至少一部分。電漿處理裝置10具有：外罩131，其包圍配管111之外周面；及排氣管132，其連接至配管111與外罩131之間之空間，將透過配管111釋放至該空間之熱媒排出。並且，外罩131具有供氣口131a，該供氣口131a係與自排氣管132排出熱媒並行地，將空氣取入至配管111與外罩131之間之空間。藉此，電漿處理裝置10可提高透過樹脂製配管111之熱媒(透過氣體)之排氣效率。又，電漿處理裝置10可有效率地排出透過樹脂製配管111之熱媒，因此，可抑制排出至電漿處理裝置10外部之熱媒之量，其結果，可抑制由熱媒引起之環境污染。
又，於電漿處理裝置10中，排氣管132與封閉構件133連接，經由形成於封閉構件133之緩衝空間133a與配管111和外罩131之間之空間連通，上述封閉構件133設置於外罩131之一端側，且將配管111與外罩131之間之空間封閉。外罩131在位於與設置有封閉構件133之一端側為相反側之另一端側具有供氣口131a。藉此，電漿處理裝置10能夠使自供氣口131a取入至配管111與外罩131之間之空間之空氣自外罩131之一端側向另一端側流通，從而藉由空氣將熱媒有效率地向排氣管132擠出。
再者，應認為本次揭示之實施形態於所有方面均為例示而非限制性者。上述實施形態可於不脫離隨附之申請專利範圍及其主旨之情況下，以各種形態進行省略、置換、變更。
例如，於圖3及4所示之例中，外罩使用由樹脂形成之管狀外罩，但不限定於此。圖5係表示外罩之變化例之圖。圖5所示之例係使用上部殼體12a作為外罩之例。於上部殼體12a設置有風扇121作為供氣口，且在與風扇121對向之位置連接有與排氣裝置連接之排氣管132。由於自風扇121取入至上部殼體12a內之空氣向排氣管132流通，故可將透過樹脂製配管111並停留於上部殼體12a內之熱媒有效率地擠出。
例如，上述電漿處理裝置10為CCP型電漿蝕刻裝置，但可採用任意之電漿處理裝置10。例如，電漿處理裝置10可適用感應耦合電漿(ICP，Inductively Coupled Plasma)、放射狀線槽孔天線(Radial Line Slot Antenna)、電子回旋共振電漿(ECR，Electron Cyclotron Resonance Plasma)、螺旋波電漿(HWP，Helicon Wave Plasma)中之任一類型。
又，於上述實施形態中，以將基板處理裝置設為電漿處理裝置10之情形為例進行了說明，但亦可適用於設置有冷卻器單元115之其他半導體製造裝置。
10:電漿處理裝置 12:處理容器 12a:上部殼體 12e:排氣口 12g:搬入搬出口 14:支持部 16:載置台 18:靜電吸盤 20:基台 22:直流電源 24:冷媒流路 26a:配管 26b:配管 30:簇射頭 32:絕緣性遮蔽構件 34:頂板 34a:氣孔 36:支持部 36a:氣體擴散室 36b:氣孔流通孔 36c:氣體導入口 38:氣體供給管 40:氣體源群 42:閥群 44:流量控制器群 46:積存物遮罩 48:排氣板 50:排氣裝置 52:排氣管 54:閘閥 60:饋電棒 61:第1高頻電源 62:第2高頻電源 92:流路 100:控制部 110:循環流路 111:配管 112:外部配管 113a:接頭 114a:接頭 115:冷卻器單元 121:風扇 131:外罩 131a:供氣口 132:排氣管 133:封閉構件 133a:緩衝空間 E1:電極 FR:聚焦環 MU1:匹配器 MU2:匹配器 S:處理空間 SW1:開關 W:晶圓
圖1係表示實施形態之電漿處理裝置之概略性構成之一例之剖視圖。 圖2係概略性地表示以簇射頭為溫度控制對象構件且使熱媒循環之先前之循環流路之圖。 圖3係概略性地表示實施形態之配管之構成之圖。 圖4係概略性地表示實施形態之配管之構成之圖。 圖5係表示外罩之變化例之圖。
111:配管
113a:接頭
114a:接頭
131:外罩
131a:供氣口
132:排氣管
133:封閉構件
133a:緩衝空間

Claims (9)

  1. 一種熱媒循環系統，其具有： 樹脂製配管，其構成使熱媒於溫度控制對象物中循環之循環流路之至少一部分； 外罩，其包圍上述配管之外周面；及 排氣管，其連接至上述配管與上述外罩之間之空間，將透過上述配管釋放至該空間之熱媒排出；且 上述外罩具有供氣口，該供氣口係與自上述排氣管排出熱媒並行地，將空氣取入至上述配管與上述外罩之間之空間。
  2. 如請求項1之熱媒循環系統，其中上述外罩係由樹脂形成之管狀構件。
  3. 如請求項2之熱媒循環系統，其中 上述排氣管與封閉構件連接，經由形成於上述封閉構件之緩衝空間與上述配管和上述外罩之間之空間連通，上述封閉構件設置於上述外罩之一端側，且將上述配管與上述外罩之間之空間封閉，且 上述外罩在位於與設置有上述封閉構件之一端側為相反側之另一端側具有上述供氣口。
  4. 如請求項3之熱媒循環系統，其中上述供氣口係使上述外罩之另一端開放而形成之開放端。
  5. 如請求項1至4中任一項之熱媒循環系統，其進而具有覆蓋上述溫度控制對象物之殼體， 上述配管及上述外罩配置於上述殼體與上述溫度控制對象物所包圍之空間內，且 上述殼體與上述溫度控制對象物所包圍之空間內之壓力維持為正壓。
  6. 如請求項1之熱媒循環系統，其中上述外罩係覆蓋上述溫度控制對象物之殼體。
  7. 如請求項1至6中任一項之熱媒循環系統，其中上述配管與形成於上述溫度控制對象物之內部之流路連接，使熱媒於上述流路中循環。
  8. 如請求項1至7中任一項之熱媒循環系統，其中上述熱媒係含碳之液體。
  9. 一種基板處理裝置，其具有熱媒循環系統，且 上述熱媒循環系統具有： 樹脂製配管，其構成使熱媒於溫度控制對象物中循環之循環流路之至少一部分； 外罩，其包圍上述配管之外周面；及 排氣管，其連接至上述配管與上述外罩之間之空間，將透過上述配管釋放至該空間之熱媒排出；且 上述外罩具有供氣口，該供氣口係與自上述排氣管排出熱媒並行地，將空氣取入至上述配管與上述外罩之間之空間。
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