(57)【要約】伝熱ガスの放電を防ぎかつ被処理体の温度制御を精度よく行うことが可能な処理装置を提供する。気密な処理容器１０２内に対向して設けられた１対の電極のうち下部電極１１０に高周波電力を印加し，電極間に導入された処理ガスをプラズマ化して，被処理体表面に所定の処理を施すプラズマエッチング装置１００において，被処理体を吸着保持する静電チャック１１２と，被処理体との間の微小空間Ｓに，被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部１２０を，電極に供給される高周波電力により生ずる電界方向に対し，傾斜させた伝熱ガス供給管１６２および伝熱ガス供給管用コマ部１６４で構成する。
2003046969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理容器内に設けられた電極に高周波電力を印加し，前記処理容器内に導入された処理ガスをプラズマ化して，被処理体表面に所定の処理を施す処理装置であって，
前記被処理体を吸着保持する保持手段と前記被処理体との間の微小空間に，前記被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給路が，前記保持手段の保持面の法線方向に対して，少なくとも一部傾斜していることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記伝熱ガス供給路は，前記伝熱ガス供給路内に設けられた部材により，実質的に前記保持手段の保持面の法線方向に対して少なくとも一部傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記部材は，多孔性セラミックであることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記伝熱ガス供給路は，ジグザグ形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項５】
前記伝熱ガス供給路は，らせん状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項６】
前記伝熱ガス供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすことを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
【請求項７】
前記伝熱ガス供給路の断面は，電界方向の厚みが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の処理装置。
【請求項８】
前記伝熱ガス供給路は，誘電率が４以下の部材内に構成したことを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
【請求項９】
前記伝熱ガス供給路は，複数路あることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項１０】
気密な処理容器内に設けられた電極に高周波電力を印加し，前記処理容器内に導入された処理ガスをプラズマ化して，被処理体表面に所定の処理を施す処理装置であって，
前記被処理体を吸着保持する保持手段と，前記被処理体との間の微小空間に，前記被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給路に，
前記伝熱ガスの供給路が周縁部に設けられた略円筒形状の第１の部材と，前記伝熱ガスの供給路が中心部に設けられた略円筒形状の第２の部材とを交互に少なくとも１つずつ配置したことを特徴とする処理装置。
【請求項１１】
気密な処理容器内の被処理体を吸着保持する保持手段と前記被処理体との間の微小空間に前記被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給路の途中に設けられ，前記伝熱ガス供給路の一部を有するガス放電抑制部材であって，
前記ガス放電抑制部材内の供給路は，らせん状に形成されていることを特徴とするガス放電抑制部材。
【請求項１２】
前記ガス放電抑制部材内の供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすことを特徴とする請求項１１に記載のガス放電抑制部材。
【請求項１３】
前記ガス放電抑制部材内の供給路の断面は，電界方向の厚みが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載のガス放電抑制部材。
【請求項１４】
前記ガス放電抑制部材は，誘電率が４以下の材料で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のガス放電抑制部材。
【請求項１５】
前記ガス放電抑制部材は，伝熱ガスの入口側，出口側のいずれか一方又は両方の端部に，前記保持手段の保持面の法線方向に対して少なくとも一部傾斜した伝熱ガスの通路を形成した接続部材を設けたことを特徴とする請求項１１に記載のガス放電抑制部材。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は処理装置にかかり，特に，被処理体裏面に温度制御のための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給管における伝熱ガスの放電を抑制することができる処理装置，ガス放電抑制部材に関する。
背景技術
半導体製造工程においては，気密な処理容器内で，被処理体を所定の温度に制御しながら，その表面に所定の処理を行う処理装置が使用されている。図２０は従来の処理装置の処理容器内部を示す概略断面図であり，図２１は伝熱ガス供給炉用コマの概観図である。
図２０に示すように，従来の処理装置の処理容器内には，被処理体である半導体ウエハＷを載置する載置台を兼ねた下部電極１０が備えられている。下部電極１０の上部には半導体ウエハＷを吸着保持する静電チャック１２が設けられている。下部電極１０の下部は絶縁体４を介して，接地された部材７（例えば処理容器の外壁等）が接続されている。
静電チャック１２と半導体ウエハＷとの間には，半導体ウエハＷを所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給できる微小空間（図示せず）が設けられ，伝熱ガス圧力制御部６８より，伝熱ガスである例えばＨｅガスを供給する。
処理を行う際には，下部電極１０に高周波電力が与えられ，半導体ウエハＷの上方にプラズマ５０を生成させる。このとき，下部電極１０と部材７との間には高周波電力により，下部電極１０とプラズマとの間に生ずる電圧と同じ例えば電圧Ｖが生ずることになる。
この電圧Ｖにより，伝熱ガス中の電子が伝熱ガス供給管内で加速され放電を起こすことがあり，これを防止する等のために伝熱ガス供給管の一部に伝熱ガス供給管用コマ部６４を挿入し，伝熱ガス供給管６０，伝熱ガス供給管用コマ部６４および伝熱ガス供給管６２を介して伝熱ガスを供給するようにしている。
従来の伝熱ガス供給管用コマ部６４は，図２１に示すように例えばテフロン（登録商標）などの樹脂製で，例えば互い違いに穴が設けられた３つの伝熱ガス供給管用コマ６４−１，６４−２，６４−３からなる。これにより，電圧Ｖは伝熱ガス供給管用コマの数だけ分圧される。また伝熱ガスは各伝熱ガス供給管用コマの端部に到達する度に衝突して進行方向を変えさせられ，加速された電子のエネルギーは低下するので，放電を防ぐことができる。
ところが，近年の半導体装置の高集積化などに伴い，電圧Ｖがより大きくなるような条件で処理を行う必要性が生じてきた。大きな電圧がかかると，従来の伝熱ガス供給管用コマ６４−１，６４−２，および６４−３では，穴の数が多く，しかも直線に近い経路で伝熱ガスが供給されるため，伝熱ガスは放電しやすくなる可能性があった。
この問題を解決するため，従来は伝熱ガス供給管用コマ部６４の伝熱ガス供給管用コマの数を増やして対応していた。しかしながら，伝熱ガス供給管用コマの数が増えると，半導体ウエハＷ裏面と伝熱ガス圧力制御部６８との差圧が大きくなり，伝熱ガスの応答性が悪くなるので，被処理体の温度制御が精度よく行えなくなる可能性があった。また従来の伝熱ガス供給管用コマは一般にテフロンなどの樹脂製であり，一度放電が起こると溶解してしまう可能性もあった。
本発明は，従来の処理装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，伝熱ガスの放電を防ぎかつ被処理体の温度制御を精度よく行うことが可能な，新規かつ改良された処理装置，処理装置に使用するガス放電抑制部材を提供することである。
発明の開示
上記課題を解決するために，本発明におけるある観点によれば，気密な処理容器内に設けられた電極に高周波電力を印加し，処理容器内に導入された処理ガスをプラズマ化して，被処理体表面に所定の処理を施す処理装置であって，被処理体を吸着保持する保持手段と被処理体との間の微小空間に，被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給路が，保持手段の保持面の法線方向に対して，少なくとも一部傾斜している処理装置が提供される。
上記伝熱ガス供給路は，伝熱ガス供給路内に設けられた部材により，実質的に前記保持手段の保持面の法線方向に対して少なくとも一部傾斜するようにしてもよい。その部材は，多孔性セラミックで形成できる。また，伝熱ガス供給路は，ジグザグ形状あるいはらせん状に形成されるようにしてもよい。伝熱ガス供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすようにしてもよく，その電界方向の厚みが１ｍｍ以下としてもよい。伝熱ガス供給路は，誘電率が４以下の部材内に構成してもよく，複数路で構成してもよい。
かかる構成によれば，伝熱ガス供給路の電界方向の距離が短くなり，伝熱ガス中の電子は伝熱ガス供給路の側壁等に衝突してエネルギーが低下するので，放電を確実に防止することができる。また，伝熱ガスの実質的な供給路を電界方向に対して傾斜せしめるための部材を多孔性セラミックにすれば，多数用いる必要がなく，伝熱ガスの圧力制御を支障なく行うことができ，被処理体の温度制御を精度よく行うことが可能になる。また，多孔性セラミックは樹脂に比べて耐電圧性および耐熱性が高く，他の部材で放電が生じても容易に溶解してしまうこともない。伝熱ガス供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすようにすることにより，電界方向の空間を狭くすることができるため，伝熱ガス中の電子は壁によって加速が抑えられるため放電を防止できる。また電界方向の厚みは１ｍｍ以下とすることにより放電を防止しつつ，ガス流量や製造の容易性も向上させることができる。
伝熱ガス供給路は，誘電率が４以下の部材の内部に構成してもよい。誘電率が４以下の部材としては例えば石英の他，テフロン（登録商標），四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ），三フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ），四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ），四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＰＦＥＰ），フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂がある。これにより，伝熱ガス供給路にかかる電圧をより低くすることができるので，伝熱ガス供給路の厚さをより大きくとることができる。このため，放電を防止しつつ，ガス流量や製造の容易性もより向上させることができる。
また，気密な処理容器内に設けられた電極に高周波電力を印加し，処理容器内に導入された処理ガスをプラズマ化して，被処理体表面に所定の処理を施す処理装置であって，被処理体を吸着保持する保持手段と，被処理体との間の微小空間に，被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給路に，伝熱ガスの供給路が周縁部に設けられた略円筒形状の第１の部材と，伝熱ガスの供給路が中心部に設けられた略円筒形状の第２の部材とを交互に少なくとも１つずつ配置した処理装置でもよい。
かかる構成によれば，略円筒形状の第１の部材に伝熱ガスが到達すると，衝突によりほぼ垂直方向に方向転換させられた後，周縁部の経路に伝熱ガスが到達し，第２の部材に到達するまで進む。そこで再びほぼ垂直方向に方向変換させられた後，伝熱ガスは第１の部材の中心部の経路を進む。これにより，伝熱ガスは，電界方向に対して垂直方向にある距離確実に進むので，伝熱ガス中の電子は第１または第２の部材の端部への衝突により確実にエネルギーが低下し，放電を防止することができる。
また，伝熱ガスの実質的な供給路を電界方向に対して傾斜せしめるための部材を多数用いる必要がないので，伝熱ガスの圧力制御を支障なく行うことができ，被処理体の温度制御を精度よく行うことが可能な処理装置が提供できる。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，気密な処理容器内の被処理体を吸着保持する保持手段と前記被処理体との間の微小空間に前記被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給路の途中に設けられ，前記伝熱ガス供給路の一部を有するガス放電抑制部材であって，前記ガス放電抑制部材内の供給路は，らせん状に形成されていることを特徴とするガス放電抑制部材が提供される。またガス放電抑制部材内の供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすようにしてもよい。またガス放電抑制部材内の供給路の断面は，電界方向の厚みが１ｍｍ以下としてもよく，ガス放電抑制部材は，誘電率が４以下の材料で構成してもよい。
かかる構成によっても，伝熱ガス供給路の電界方向の距離が短くなり，伝熱ガス中の電子は伝熱ガス供給路の側壁等に衝突してエネルギーが低下するので，放電を確実に防止することができる。また，伝熱ガスの実質的な供給路を電界方向に対して傾斜せしめるための部材を多孔性セラミックにすれば，多数用いる必要がなく，伝熱ガスの圧力制御を支障なく行うことができ，被処理体の温度制御を精度よく行うことが可能になる。また，多孔性セラミックは樹脂に比べて耐電圧性および耐熱性が高く，他の部材で放電が生じても容易に溶解してしまうこともない。伝熱ガス供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすようにすることにより，電界方向の空間を狭くすることができるため，伝熱ガス中の電子は壁によって加速が抑えられるため放電を防止できる。また電界方向の厚みは１ｍｍ以下とすることにより放電を防止しつつ，ガス流量や製造の容易性も向上することができる。
また，ガス放電抑制部材は，伝熱ガスの入口側，出口側のいずれか一方又は両方の端部に，前記保持手段の保持面の法線方向に対して少なくとも一部傾斜した伝熱ガスの通路を形成した接続部材を設けてもよい。これによれば，例えばガス放電抑制部材と，その入口側，出口側にある導電性部材，下部電極との境界における電位の等高線がはみ出る空間をなくすことができ，電子の加速も防止できる。これにより，上記境界部分での放電（特にスパーク放電）を防止できる。
発明を実施するための最良の形態
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施の形態）
図１は，本実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００を示す断面概略図である。図１に示すように，プラズマエッチング装置１００は，例えばアルミニウムからなる円筒形あるいは矩形状に形成された処理容器１０２を有している。処理容器１０２の底部には，例えば，石英あるいはセラミックなどの絶縁材１０４を介して，被処理体である例えば半導体ウエハＷを載置する略円筒状の載置台を兼ねた下部電極１１０が設けられている。
下部電極１１０は，例えばアルミニウムなどにより形成された複数の部材をボルトなどにより組みつけて構成することができ，内部には，被処理体を所定の温度に調整するための，冷却手段（図示せず）および加熱手段（図示せず）などを内設することができる。
下部電極１１０は，上面に，半導体ウエハＷを保持するための保持手段である静電チャック１１２が設けられている。静電チャック１１２は，半導体ウエハＷと略同形大，好ましくは，半導体ウエハＷの径よりも若干小さい径で設けられている。静電チャック１１２は，ポリイミド樹脂などの高分子絶縁膜からなるフィルムに，銅箔などの導電膜１１１を把持した構成である。導電膜１１１は，高圧直流電源１０８に接続されて高電圧を印加されることにより，半導体ウエハＷを吸着保持する。なお静電チャック１１２は，機械的に半導体ウエハＷを保持するメカニカルチャックでもよい。
静電チャック１１２には，複数の伝熱ガス供給孔１１４が設けられている。伝熱ガス供給孔１１４には，伝熱ガス供給部１２０が接続され，ガス源１２２，流量制御系１２４，温調ユニット１２６等で構成される伝熱ガス圧力制御部１６８より，伝熱ガスたとえばＨｅガス等の不活性ガスが供給される。
伝熱ガスとして，Ｈｅ等の不活性ガスのほかでは，ＳＦ６ガスが好ましい。また，ＣＨＦ３ガス，ＣＨＦ３ガスとＣＯガスとの混合ガス等，処理ガスと同種のガスを用いることもできる。流量制御系１２４は伝熱ガスが所望の流量となるように制御し，温調ユニット１２６は伝熱ガスが所望の温度となるように制御する。
上記伝熱ガス圧力制御部１６８から伝熱ガス供給部１２０を介して伝熱ガスを静電チャック１１２上部の微小空間Ｓに供給し，下部電極１１０から半導体ウエハＷへの伝熱効率を高めることが可能である。伝熱ガス供給部１２０の構成については後述する。
下部電極１１０には整合器１１６を介して高周波電源１１８が接続されている。被処理体の処理時には，下部電極１１０に対して高周波電源１１８により例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。下部電極１１０上部には，上部電極１３５が約１０〜２０ｍｍ離れて対向して配置されている。上部電極１３５は中空に形成され，ガス供給管１３６から供給された処理ガスを，複数の穴１４０より処理容器１０２内に導入するように構成されている。
処理容器１０２の側壁には，被処理体搬入口１４４が設けられている。被処理体搬入口１４４へ被処理体を搬入する際には，自動開閉するゲートバルブ１４５を介して搬入出される。処理容器１０２下部には，真空ポンプなどの排気系（図示せず）に接続された排気口１４２が設けられ，ここから排気が行われることで，処理容器１０２内を所定の真空度に保っている。
処理容器１０２と，下部電極１１０との間には，複数のバッフル孔１４３を有するバッフル板１４８が，下部電極１１０を囲むように配置されている。バッフル板１４８は，排気流の流れを整え，処理容器１０２から処理ガス等を均一に排気するためのものである。
次に，プラズマエッチング装置１００を用いた処理動作について説明する。被処理体搬入口１４４より被処理体である半導体ウエハＷが搬入されると，静電チャック１１２に高圧直流電源１０８より高電圧が印加されて，半導体ウエハＷは下部電極１１０に吸着保持される。続いて，伝熱ガス圧力制御部１６８より，所定の温度および流量に調節された伝熱ガスが，伝熱ガス供給部１２０を介して微小空間Ｓに供給され，半導体ウエハＷは所定の温度に調節される。
その後，ガス供給口１３６から例えばＣＨＦ３ガスを含む混合ガスなどの処理ガスが導入され，排気口１４２から排気を行って，処理容器１０２内を所定の真空度に保つ。高周波電源１１８から整合器１１６を介して例えば１３．５６ＭＨｚの電力が下部電極１１０に供給されると，半導体ウエハＷ上部の空間でプラズマが形成され，半導体ウエハＷにエッチング処理が施される。処理が終わると，高圧直流電源１０８および高周波電源１１８からの電力供給は停止され，半導体ウエハＷは，被処理体搬入口１４４より搬出される。
次に，図２，図３および図４を参照しながら，第１の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部１２０の詳細な構成について説明する。図２は第１の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００内部の構成を示す概略断面図，図３は伝熱ガス供給管用コマ部１６４の構成を示す概略斜視図，図４は上部伝熱ガス供給管１６２の構成例を示す概略断面図である。
図２に示すように，第１の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部１２０は、伝熱ガス圧力制御部１６８に接続される下部伝熱ガス供給管１６０，その上部に配設された伝熱ガス放電抑制部材としての伝熱ガス供給管用コマ部（以下，単に「コマ部」ともいう）１６４，コマ部１６４から微小空間Ｓに通ずる上部伝熱ガス供給管１６２で構成されている。なお，図２において絶縁体１０４の下部にある導電性部材１０７は接地されており，図１における処理容器１０２底部の外壁に相当する。
図３に示すようにコマ部１６４は，図示の例では，３つの伝熱ガス供給管用コマ（以下単に「コマ」ともいう）１６４−１，１６４−２，１６４−３を有している。これらコマは，処理時に生ずる電圧の値により適切な数とすることができ，必ずしも３つでなくてもよい。例えば１つ又は２つでもよく，さらに４つ以上であってもよい。コマ１６４−１，１６４−２，１６４−３は例えば多孔性セラミックで形成することができる。コマ１６４−１，１６４−２，１６４−３内部には，それぞれランダムに空泡が形成され，伝熱ガスをランダムな方向の経路で供給することができる。
このようにコマを多孔性セラミックとすることで，ランダムな経路で伝熱ガスを供給することができるので，従来の樹脂製のものに比べ，伝熱ガスの電界方向の直線経路を短くでき，伝熱ガス中の電子のエネルギーを低く抑えることができる。よって，少ないコマの数で放電を防止することができる。また，コマを多数用いる必要がないので伝熱ガスの応答性がよく，精度よく被処理体の温度制御を行うことができる。さらに，樹脂製のコマに比べて耐電圧性，耐熱性に優れており，他の部材で放電が起きても容易には溶解しない。
また，図４に示すように，上部伝熱ガス供給管（以下，「上部管」ともいう）１６２のようにくの字のように形成して，あるいは上部管１７２のように電界方向に対して一方向に傾斜させて，あるいは上部管１７４のようにジグザグ形に形成することにより，伝熱ガス内の電子が上部管の側壁に衝突してエネルギーを低下させるようにしてもよい。これにより，伝熱ガスの放電を防止することができる。
なお，上記のようなコマ部１６４および上部管１６２は，図２の例では組み合わせて用いてあるが，どちらか一方のみを伝熱ガス供給部１２０として備えても良い。上部管１６２，１７２および１７４も同様に，コマ部１６４と組み合わせて用いることができる。いずれの場合も，放電を防止でき，コマを多数用いる必要がないので伝熱ガスの応答性がよく，精度よく被処理体の温度制御を行うことができる。
（第２の実施の形態）
次に，図５を参照しながら第２の実施の形態にかかる処理装置について説明する。第２の実施の形態にかかる処理装置は，第１の実施の形態にかかる装置１００とは，伝熱ガス供給部のみが異なった構成であるので，重複説明は省略する。図５（ａ）は，第２の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部４００を示す断面概略図，図５（ｂ）は伝熱ガス供給部４００の平面図である。
図５に示すように，伝熱ガス供給部４００は，略円筒状の外筒４０２に，外壁面に伝熱ガス供給管４０６をらせん状に形成した内筒４０８を有するガス放電抑制部材を備えている。内筒４０８と外筒４０２は溶着されている。この溶着により伝熱ガスは伝熱ガス供給管４０６から漏れることがなくなる。また溶着ではなく，内筒４０８と外筒４０２との間の隙間を十分小さく保った嵌め合いとしてもよい。上部から見ると図５（ｂ）のように伝熱ガス供給管４０６の出口４０４が形成されている。この内筒４０８および外筒４０２は，上下に配置される他の部品で放電が生じても一気に溶解して通路短絡しないよう，石英あるいはテフロン（登録商標）等，低誘電率，高耐電圧，耐熱性を持った素材であることが好ましい。
伝熱ガス供給部４００上部は下部電極１１０に接し，下部は接地された導電性部材１０７（例えば処理容器１０２外壁の底部）に接している。この伝熱ガス供給部４００により伝熱ガスは，伝熱ガス圧力制御部１６８から伝熱ガス供給管４０６を通り，伝熱ガス供給部４００内をらせん状に上昇し，出口４０４から静電チャック１１２に設けられた伝熱ガス供給孔１１４を介して微小空間Ｓに供給される。
ここで，伝熱ガス供給路の断面における電界方向の厚さは，電子の平均自由工程の値よりも大きくても，放電が発生しない程度の厚さであることが好ましい。これは電子とＨｅ分子の衝突により放電が発生するだけのエネルギーが電子に蓄積されると放電が発生してしまうのであるが，伝熱ガス供給路の断面における電界方向の厚さが十分薄ければ，電子に蓄積されるエネルギが小さく，放電は起らないからである。例えば伝熱ガスがＨｅガスである場合には，１ｍｍ以下が好ましく，０．５〜１ｍｍがより好ましい。この場合の伝熱ガス供給路の断面における電界方向の厚さの算出例は第３の実施の形態で詳述する。
以上により，伝熱ガス供給路の電界方向の厚さにあたる，伝熱ガス供給管４０６の断面の厚さＴは１ｍｍ以下が好ましく，ガス流量や製造の容易性などを考慮すると０．５〜１ｍｍ程度とすることがより好ましい。また，伝熱ガスの応答性，または伝熱ガスの流量を確保するため，伝熱ガス供給管４０６の幅Ｄは，例えば５ｍｍ以上と広くとるようにする。
このように，電界方向に対して傾斜させた伝熱ガス供給部４００を，図２に示す下部電極１１０と導電性部材１０７との間の電界空間中の電界方向全域（距離Ｉ）に設置することで，伝熱ガス中の電子のエネルギーを低下させ，放電を防ぐことができる。例えば従来は図６（ａ）に示すように電界方向に沿って伝熱ガス供給路を形成した場合は，電界方向の空間が大きいため，電子が加速しやすく放電も起りやすい。これに対して，図６（ｂ）に示す本発明のように電界方向に対して傾斜させて伝熱ガス供給路を形成した場合は，電界方向の空間が狭いため，電子は壁によって加速が抑えられるため放電を防止できる。
また，伝熱ガス供給管４０６の幅Ｄを広く確保したので伝熱ガスの応答性がよく，また流量も十分に確保でき，精度よく被処理体の温度制御を行うことができる。このように，伝熱ガス供給管の幅および高さを最適化して，使用するガスの種類，圧力域に適した処理装置の設計が可能である。
さらに，第２の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部４００に，第１の実施の形態にかかる伝熱ガス供給管用コマ１６４を組み合わせて用いる構成でもよい。また，伝熱ガス供給部４００は，独立した部品として作成した後に，絶縁部材１０４にボルトなどで結合させて組立てることが可能であり，製作を簡便に行える効果がある。
（第３の実施の形態）
次に，図７を参照しながら第３の実施の形態にかかる処理装置について説明する。第３の実施の形態にかかる処理装置は，第１の実施の形態にかかる装置１００に比して伝熱ガス供給部のみが異なった構成であるので，重複説明は省略する。図７（ａ）は第３の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部５００を示す断面概略図，図７（ｂ）は伝熱ガス供給部５００の平面図である。
図７に示すように，伝熱ガス供給部５００は，略円筒状の外筒５０２に内筒５１４を有してなるガス放電抑制部材５０１を備えている。内筒５１４の外壁面には伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０がそれぞれらせん状に形成されている。上記内筒５１４と外筒５０２とは溶着されている。この溶着により伝熱ガスは，伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０から漏れることがなくなり，らせん状の伝熱ガス供給管に沿って確実に進む。また，溶着ではなく内筒５１４と外筒５０２との間の隙間を十分小さく保った嵌め合いでもよい。上部から見ると，図７（ｂ）のように，伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の出口５１６，５１８，５２０が形成されている。
この内筒５１４および外筒５０２は，上下に配置される他の部品で放電が生じても一気に溶解して通路短絡しないよう，石英あるいはテフロン（登録商標）等，低誘電率，高耐電圧，耐熱性のある素材であることが好ましい。
伝熱ガス供給部５００上部は下部電極１１０に接し，下部は接地された導電性部材１０７（例えば処理容器１０２外壁の底部）に接している。この伝熱ガス供給部５００により伝熱ガスは，伝熱ガス圧力制御部１６８から伝熱ガス供給管５１２を通り，伝熱ガス供給部５００内部では３経路に分かれてらせん状に上昇し，出口５１６，５１８，５２０から伝熱ガス供給管５０４および静電チャック１１２に設けられた伝熱ガス供給孔１１４を介して微小空間Ｓに供給される。
上記伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の断面における電界方向の厚さＴは，実用的には伝熱ガス供給管内で放電が生じない程度とするのが好ましい。例えば伝熱ガスがＨｅガスの場合には伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の厚さＴは，１ｍｍ以下が好ましく，ガス流量や製造の容易性を考慮すると０．５〜１ｍｍがより好ましい。伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の断面における幅Ｄは，５ｍｍ程度以上が好ましい。
ここで，伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の断面における電界方向の厚さＴの算出例を示す。計算を簡単にするため，図７に示すガス放電抑制部材５０１を，仮に図８に示すようにらせん状の伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０を複数のＨｅ層５３２とし，このＨｅ層５３２の間の誘電層５３０が積層されたＮ段の直列コンデンサと考える。誘電層５３０の厚さをＳ，Ｈｅ層５３２の厚さをＴ，ガス放電抑制部材５０１全体にかかる電圧をＶ０，１つの誘電層５３０にかかる電圧をＶ１，１つのＨｅ層５３２にかかる電圧をＶ２とすれば（１）式のようになる。
Ｖ０＝Ｎ（Ｖ１＋Ｖ２）…（１）
さらに，上記（１）式を電荷量Ｑと静電容量Ｃとの公式（Ｑ＝ＣＶ）などを用いて整理すると，（２）式のようになる。
Ｖ２＝Ｖ０［ε１／｛Ｎ（Ｓ／Ｔ＋ε１）｝］…（２）
上記（２）式において，ε１は誘電層５３０の比誘電率である。なお，Ｈｅ層５３２の比誘電率ε２は１に近いのでε２＝１としている。
上記（２）式に具体的な数値を当てはめて１つのＨｅ層５３２にかかる分圧Ｖ２を算出し，その分圧Ｖ２が図９に示すパッシェンの法則（Ｐａｓｃｈｅｎ’ｓ  Ｌｏｗ）による放電開始電圧を超えないようにＨｅ層５３２の厚さＴを決定すればよい。
図９は，横軸には伝熱ガスの圧力Ｐに電極間距離となるＨｅ層５３２の厚さＴをかけ算した値を対数目盛でとり，縦軸には放電開始電圧を対数目盛でとって，パッシェンの法則（Ｐａｓｃｈｅｎ’ｓ  Ｌｏｗ）による放電開始電圧曲線を描いたものである。例えば図９に示すように圧力Ｐ×Ｈｅ層５３２の厚さＴが２．０［ｃｍ×Ｔｏｒｒ］であった場合には，放電開始電圧は略２００Ｖとなる。このとき上記Ｈｅ層５３２の厚さＴ，Ｖ０＝２５００［Ｖ］，Ｎ＝１７など所定の数値を（２）式に代入して実際に算出した値が例えばＶ２＝５４［Ｖ］となった場合には，放電開始電圧は略２００Ｖに比して小さく，さらに４倍程度のマージンがあるので，放電は発生しない。
実際に伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の厚さＴを求める場合には，上記（２）式に具体的な数値を当てはめて，パッシェンの法則による放電開始電圧を越えないように，Ｈｅ層５３２の厚さＴ，すなわち伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の厚さＴを決定すればよい。このような原理に基づいて伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０の厚さＴを算出すると，例えば伝熱ガスがＨｅガスの場合には１ｍｍ以下が好ましく，０．５〜１ｍｍ程度がより好ましい。
このように，電界方向に対して傾斜させた伝熱ガス供給部５００を，図２に示す下部電極１１０と導電性部材１０７との間の電界方向全域（距離Ｉ）に設置することで，伝熱ガス中の電子のエネルギーを低下させ，放電を防ぐことができる。また，伝熱ガスの供給路を，電界方向に対して傾斜させ，しかも３経路設けたので伝熱ガスの応答性がよく，また流量も確保でき，精度よく被処理体の温度制御を行うことができる。また，第３の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部５００にさらに，第１の実施の形態にかかる伝熱ガス供給管用コマ１６４を組み合わせて用いる構成でもよい。
さらに，伝熱ガス供給部５００は、独立した部品として作成した後に，絶縁部材１０４にボルトなどで結合させて組立てることが可能であり，製作を簡便に行える効果がある。また，伝熱ガス供給部５００の経路数を，ここでは３経路としているが，求められるコンダクタンスに応じていくつにしてもよい。
上記ガス放電抑制部材５０１は，図７に示すように，導電性部材１０７との境界となる伝熱ガス供給管５１２との接続部分と下部電極１１０との境界となる伝熱ガス供給管５０４との接続部分とにそれぞれ，接続部材５４０，５５０を介在させている。接続部材５４０，５５０は，ガス放電抑制部材５０１との境界部分に電界方向に対して傾斜させた伝熱ガス通路５４２，５５２を形成している。
上記ガス放電抑制部材５０１の導電性部材１０７との境界，下部電極１１０との境界にも伝熱ガス通路５４２，５５２を形成した場合の作用効果を，図面を参照しながら説明する。図１０（ａ）は，比較のため，導電性部材１０７との境界に電界方向に沿って伝熱ガス通路を形成した場合を示し，図１０（ｂ）は導電性部材１０７との境界に電界方向に対して傾斜した伝熱ガス通路を形成した場合を示す。
図１０（ａ）では，ガス放電抑制部材５０１は下部電極１１０が印加されると，接地された導電性部材１０７との間に電位差が生じる。このため，ガス放電抑制部材５０１と導電性部材１０７との境界における電位の等高線（点線で示す）は，電界方向に沿った伝熱ガス通路があるためにこの伝熱ガス通路側にはみ出てしまう。これにより，電位がある空間Ｕが生じ，この空間Ｕで電子が加速してＨｅ分子と衝突し，放電（特にスパーク放電）が発生する可能性がある。
これに対して，図１０（ｂ）のように，導電性部材１０７とガス放電抑制部材５０１との境界に伝熱ガス通路５４２を形成した接続部材５４０を設けることによって，ガス放電抑制部材５０１と導電性部材１０７との境界における電位の等高線（点線で示す）がはみ出る空間を最小限に抑えることができ，電子の加速も防止できる。これにより，導電性部材１０７とガス放電抑制部材５０１との境界部分での放電（特にスパーク放電）を防止できる。ガス放電抑制部材５０１と下部電極１１０との境界部分も同様に伝熱ガス通路５５２を形成した接続部材５５０を設けることによって，その境界部分での放電（特にスパーク放電）を防止できる。
上記接続部材５４０の伝熱ガス通路としては例えば図１１に示すように電界方向に対して傾斜した１本の伝熱ガス通路５４２ａを形成してもよく，また図１２に示すように複数本の伝熱ガス通路５４２ｂを形成してもよい。さらに図１３に示すように通路に幅を持たせて傾斜板状の伝熱ガス通路５４２ｃを形成してもよく，図１４に示すようにすり鉢上の伝熱ガス通路５４２ｄを形成してもよい。これらのうちでも図１２〜図１３に示す伝熱ガス通路５４２ｂ〜５４２ｄは伝熱ガスの流量をできる限り多くできる点で好ましい。さらに図１４に示す伝熱ガス通路５４２ｄは加工が容易である点でも好ましい。
また，図１４に示す伝熱ガス通路を伝熱ガスが通りやすくなるように変形した例を図１５に示す。この接続部材５４０ｅの伝熱ガス通路５４２ｅの内側壁及びすり鉢ユニット５４８ｅの外側壁は，すり鉢状に形成する。また伝熱ガス通路５４２ｅの外側壁は，電界方向に対して内側壁に沿って傾斜した傾斜部５４４ｅと電界方向に沿った垂直部５４６ｅとを連設して形成する。
このように，伝熱ガス通路５４２ｅのガス放電抑制部材５０１側の一部を傾斜させて，導電性部材１０７側を電界方向に沿って垂直にすることにより，伝熱ガス通路５４２ｅの傾斜部５４４ｅにより電界の張出しを最小限にできるので放電（特にスパーク放電）を防止でき，さらに導電性部材１０７側を広くできるので伝熱ガスをより通りやすくすることができる。また，接続部材５４０ｅのように，導電性部材１０７側を広くしても，導電性部材１０７側の部分は電界がないので電子が振動しないため，放電が発生することはない。
なお，上記接続部材５５０の伝熱ガス通路５５２についても，図１１〜図１５に示すような構成にしてもよい。図１１〜図１５に示す接続部材５４０を接続部材５５０として使用する場合には，各図に示す接続部材５４０の上下を逆にした状態で使用することが好ましい。
また，図７に示すガス放電抑制部材５０１は，らせん状の３つの伝熱ガス供給管５０６，５０８，５１０を設けた場合を説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，伝熱ガス供給管は２つ以下，又は４つ以上設けてもよい。図１６にらせん状の４つの伝熱ガス供給管５６６，５６８，５７０，５７２を設けたガス放電抑制部材５６１を示す。図１６（ａ）は伝熱ガス供給部５００を示す断面概略図、図１６（ｂ）は伝熱ガス供給部５００の平面図である。上部から見ると，図１６（ｂ）のように，各伝熱ガス供給管５６６，５６８，５７０，５７２の出口５７４，５７６，５７８，５８０が形成されている。なお，ガス放電抑制部材５６１は，接続部材５５０ｅ（接続部材５５０ｅに設けられたすり鉢ユニットを含む）をねじで取付けている。
上述したガス放電抑制部材は，比誘電率ε１が４以下の材料で構成することが好ましい。例えば石英の他，四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ），三フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ），四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ），四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＰＦＥＰ），フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂で構成してもよい。これにより，上述の（２）式によれば，１つのＨｅ層５３２にかかる電圧をＶ２を低くすることができるので，Ｈｅ層５３２の厚さＴ，すなわち伝熱ガス供給路の厚さＴをより大きくとることができる。
（第４の実施の形態）
次に，図１７を参照しながら第４の実施の形態にかかる処理装置について説明する。第４の実施の形態にかかる処理装置は，第１の実施の形態にかかる装置１００とは，伝熱ガス供給部１２０の部分のみが異なった構成であるので，重複説明は省略する。図１７は，第４の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部６００を示す断面概略図，図１８は，図１７のＡ部分の拡大図，図１９は，第４の実施の形態にかかるコマの平面図である。
図１７に示すように，第４の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部６００は，直線状の上部管６０２と，それに接続されたコマ６０４，６０６，６０８，６１０および６１２を有している。図１８に示すように，コマ６０４，６０６，６０８，６１０および６１２は，伝熱ガス経路６１４のように，伝熱ガス経路の直線部分を短くするように作用する。
すなわち，図１９に示すように，構造の異なる２種類のコマを交互に配置し，コマ６０４，６０８および６１２では，伝熱ガスは周縁部６１６を通り，コマ６０６および６１０では，中心部６１８を通るようにしている。このため，伝熱ガスは，各コマの下部に衝突する度に，伝熱ガス経路６１４のようにほぼ垂直に方向を変更させられ，かつ，コマの中心部と周縁部の距離の分，電界方向と垂直方向に伝熱ガスが確実に進む。従って，伝熱ガス経路の直線部分を確実に短くすることができ，伝熱ガス中の電子は著しくエネルギーを低下させられることになる。
よって，第４の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部６００によれば，伝熱ガス中の電子はコマによりエネルギーを低下させられるので，放電を防止することができる。また，コマを多数用いる必要がないので伝熱ガスの応答性がよく，精度よく被処理体の温度制御を行うことができる。
なお，コマは図示の例では５つであるが，これに限定されず，被処理体の処理条件によって，数を変えてもよい。また，第１の実施の形態にかかる上部管１６２，１７２などと組み合わせて用いることも可能である。
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる処理装置の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば，本発明にかかる処理装置の例として，プラズマエッチング装置を例にして説明したがこれに限定されない。このほかにも，処理室内に処理ガスを導入して処理を行う各種装置，例えばＣＶＤ装置，スパッタ装置，アッシング装置などにも適用することが可能である。
このように，本発明によれば，被処理体を所望の温度に調節するために被処理体裏面の微小空間に伝熱ガスを供給するための伝熱ガス供給管を高周波電力により生ずる電界方向に対し，傾斜させて設ける，あるいは，直線経路を短くするコマを設けることで，伝熱ガス中の電子のエネルギーを低下させ，放電を防止して，被処理体の温度調節も精度よく行うことができる処理装置が提供される。
産業上の利用の可能性
本発明は，半導体装置の製造工程において用いられる処理装置に適用可能であり，特に，被処理体裏面に温度制御のための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給管における伝熱ガスの放電を抑制することができる処理装置，ガス放電抑制部材に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１はプラズマエッチング装置１００を示す断面概略図である。
図２は第１の実施の形態にかかるプラズマエッチング装置１００内部の構成を示す概略断面図である。
図３は伝熱ガス供給管用コマ部（ガス放電抑制部材）１６４の構成を示す概略斜視図である。
図４は上部伝熱ガス供給管１６２の構成例を示す概略断面図である。
図５は第２の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部４００を示す概略図である。
図６はガス放電抑制部材の伝熱ガス供給路内の作用を説明する模式図。
図７は第３の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部５００を示す概略図である。
図８は伝熱ガス供給管の厚さＴを計算する際のモデルを示す図。
図９はパッシェンの法則による放電開始電圧の曲線を示す図。
図１０はガス放電抑制部材の導電性部材との境界部の作用を説明する模式図。
図１１は接続部材の１例を示す図。
図１２は接続部材の他の例を示す図。
図１３は接続部材の他の例を示す図。
図１４は接続部材の他の例を示す図。
図１５は接続部材の他の例を示す図。
図１６は接続部材の他の例を示す図。
図１７は第４の実施の形態にかかる伝熱ガス供給部６００を示す断面概略図である。
図１８は図１７のＡ部分の拡大図である。
図１９は第４の実施の形態にかかるコマ（ガス放電抑制部材）の平面図である。
図２０は従来の処理装置の処理容器内部を示す概略断面図である。
図２１は従来の伝熱ガス供給路用コマの概観図である。
符号の説明
１００      プラズマエッチング装置
１０２      処理容器
１０４      絶縁体
１０７      導電性部材
１０８      高圧直流電源
１１０      下部電極
１１２      静電チャック
１１６      整合器
１１８      高周波電源
１２０      伝熱ガス供給部
１６０      下部伝熱ガス供給管
１６２      上部伝熱ガス供給管
１６４      伝熱ガス供給管用コマ部（ガス放電抑制部材）
１６８      伝熱ガス圧力制御部
５０１      ガス放電抑制部材
５４０      接続部材
５５０      接続部材
５４２      伝熱ガス通路
５５２      伝熱ガス通路
【図１】
2003046969.tif 000003
【図２】
2003046969.tif 000004
【図３】
2003046969.tif 000005
【図４】
2003046969.tif 000006
【図５】
2003046969.tif 000007
【図６】
2003046969.tif 000008
【図７】
2003046969.tif 000009
【図８】
2003046969.tif 000010
【図９】
2003046969.tif 000011
【図１０】
2003046969.tif 000012
【図１１】
2003046969.tif 000013
【図１２】
2003046969.tif 000014
【図１３】
2003046969.tif 000015
【図１４】
2003046969.tif 000016
【図１５】
2003046969.tif 000017
【図１６】
2003046969.tif 000018
【図１７】
2003046969.tif 000019
【図１８】
2003046969.tif 000020
【図１９】
2003046969.tif 000021
【図２０】
2003046969.tif 000022
【図２１】
2003046969.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月8日(2003.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
気密な処理容器内に設けられた電極に高周波電力を印加し，前記処理容器内に導入された処理ガスをプラズマ化して，被処理体表面に所定の処理を施す処理装置であって，
前記電極上に設けられ前記被処理体を吸着保持する保持手段と前記被処理体との間の微小空間に，前記被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを前記電極の下方に配設された絶縁部材内を通して供給する伝熱ガス供給路を備え，  前記伝熱ガス供給路のうち前記絶縁部材内を通る部分は，前記保持手段の保持面の法線方向に対してジグザグ形状に形成されることを特徴とする処理装置。
【請求項５】
気密な処理容器内に設けられた電極に高周波電力を印加し，前記処理容器内に導入された処理ガスをプラズマ化して，被処理体表面に所定の処理を施す処理装置であって，
前記電極上に設けられ前記被処理体を吸着保持する保持手段と前記被処理体との間の微小空間に，前記被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを前記電極の下方に配設された絶縁部材内を通して供給する伝熱ガス供給路を備え，  前記伝熱ガス供給路のうち前記絶縁部材内を通る部分は，前記保持手段の保持面の法線方向に対してらせん状に形成されることを特徴とする処理装置。
【請求項６】
前記伝熱ガス供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすことを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
【請求項７】
前記伝熱ガス供給路の断面は，電界方向の厚みが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の処理装置。
【請求項８】
前記伝熱ガス供給路は，誘電率が４以下の部材内に構成したことを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
【請求項９】
前記伝熱ガス供給路は，複数路あることを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
気密な処理容器内の被処理体を吸着保持する保持手段と前記被処理体との間の微小空間に前記被処理体を所定の温度に制御するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給路の途中に設けられ，前記伝熱ガス供給路の一部を有するガス放電抑制部材であって，
前記ガス放電抑制部材内の供給路は，らせん状に形成されていることを特徴とするガス放電抑制部材。
【請求項１２】
前記ガス放電抑制部材内の供給路の断面は，電界方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすことを特徴とする請求項１１に記載のガス放電抑制部材。
【請求項１３】
前記ガス放電抑制部材内の供給路の断面は，電界方向の厚みが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載のガス放電抑制部材。
【請求項１４】
前記ガス放電抑制部材は，誘電率が４以下の材料で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のガス放電抑制部材。
【請求項１５】
前記ガス放電抑制部材は，伝熱ガスの入口側，出口側のいずれか一方又は両方の端部に，前記保持手段の保持面の法線方向に対して少なくとも一部傾斜した伝熱ガスの通路を形成した接続部材を設けたことを特徴とする請求項１１に記載のガス放電抑制部材。
【国際調査報告】
2003046969.tif 000024
2003046969.tif 000025
2003046969.tif 000026