(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003573058.tif 000002
【図２】
0003573058.tif 000003
【図３】
0003573058.tif 000004