(57)【要約】【課題】フッ素系不活性物質等の絶縁耐性に優れた冷媒の場合には、熱伝導度や比熱が小さいため、熱移動が小さく冷却能力が低い。フロンや代替フロン等の気化熱冷媒の場合には、冷媒能力が優れているが、冷媒流路１Ｂ内で蒸発して冷媒流路１Ｂ内で高周波放電を発生する虞もあった。また、水やエチレングリコール水溶液等の冷却能力に優れた冷媒の場合には、絶縁抵抗が小さいため、高周波電力を印加した際に冷媒流路１Ｂ内で高周波電流が漏洩する虞がある。【解決手段】本発明の温度調節方法は、プラズマ処理する際のウエハＷを載置する載置体１２の冷媒空間１２Ｂ内に封止されたフロリナート内に配置された絶縁材料からなる熱交換器部２１Ａ内にフッ素系ガスを流通させ、フッ素系ガスとフロリナートとの熱交換を行うことによってウエハＷの温度を調節する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理する際の被処理体を保持する保持体内に封止された第１の熱媒体内に配置された熱交換器部に第２の熱媒体を流通させ、第２の熱媒体と第１の熱媒体との熱交換を行うことによって上記被処理体の温度を調節する方法であって、第１の熱媒体として絶縁耐性を有する物質を使用すると共に第２の熱媒体として第１の熱媒体により熱伝導度及び比熱の大きい物質または相変化による熱移動を伴う物質を使用することを特徴とする温度調節方法。
【請求項２】
上記熱交換器部の材料として絶縁材料を使用することを特徴とする請求項１に記載の温度調節方法。
【請求項３】
上記第１の熱媒体としてフッ素系不活性物質を使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度調節方法。
【請求項４】
上記第２の熱媒体としてフッ素系ガス、水及び有機水溶液のいずれか一つを使用することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の温度調節方法。
【請求項５】
プラズマ処理する際の被処理体を保持する保持体内に封止された第１の熱媒体と、第１の熱媒体内に配置された熱交換器部を流通する第２の熱媒体と、第２の熱媒体の温度を調節するために上記熱交換器部に接続された温調手段とを備え、第１の熱媒体は絶縁耐性を有する物質からなると共に第２の熱媒体は第１の熱媒体により熱伝導度及び比熱の大きい物質または相変化による熱移動を伴う物質からなることを特徴とする温度調節装置。
【請求項６】
上記熱交換器部を絶縁材料によって形成することを特徴とする請求項５に記載の温度調節装置。
【請求項７】
上記第１の熱媒体は、フッ素系不活性物質からなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の温度調節装置。
【請求項８】
上記第２の熱媒体は、フッ素系ガス、水及び有機水溶液のいずれか一つからなることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の温度調節装置。
【請求項９】
請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の温度調節装置を備えたことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度調節方法、温度調節装置及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程ではエッチング工程や成膜工程等においてプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置は、例えば、真空処理容器と、この真空処理容器内に配置され且つ被処理体（例えば、ウエハ）を載置する載置体と、この載置体の上方に配置され且つ真空処理容器内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給部とを備えている。そして、例えば図３に示すように載置体１内には電極１Ａが配置され、この電極１Ａに高周波電源２が接続されている。従って、プラズマ処理を施す場合には、高周波電源２から載置体１に高周波電力を印加して真空処理容器内に供給されたプロセスガスをプラズマ化し、載置体１上のウエハＷに対して所定のプラズマ処理を施す。
【０００３】
ところが、プラズマ処理時にウエハ温度が高くなるため、例えば図３に示す冷却装置によって載置体１を冷却して所定のウエハ温度を保持するようにしている。そこで、冷却装置について概説する。載置体１内には第１の冷媒（例えば、フッ素系不活性物質等）が流通する冷媒流路１Ｂが形成され、この冷媒流路１Ｂには第１の冷媒を貯留するタンク３が往路配管４Ａ、復路配管４Ｂを介して接続されている。また、タンク３には第２の冷媒（例えば、フロン（ＨＣＦＣ）、代替フロン（ＨＦＣ等）のフッ素系ガスからなる気化熱媒体冷媒）が循環する循環配管５の熱交換器部５Ａが配置されている。この循環配管５にはタンク３の外側に配置されたコンプレッサ６が接続され、コンプレッサ６によって圧縮した第２の冷媒を液化する。この第２の冷媒はフィン部５Ｂを経由して熱交換器部５Ａにおいてタンク３内の第１の冷媒を冷却する。そして、往路配管４Ａに配設されたポンプ７を介して冷却後の第１の冷媒を載置体１内の冷媒流路１Ｂに送り、第１の冷媒によって載置体１を冷却し、延いてはウエハＷを冷却し、所定のウエハ温度を保持する。冷媒流路１Ｂ内で吸熱した第１の冷媒はタンク３内へ還流し、繰り返し熱交換器部５Ａによって冷却される。
【０００４】
ところで、載置体１内に供給する第１の冷媒は高周波電力を印加した際に冷媒流路１Ｂ内で高周波電流を漏洩しないように絶縁抵抗が大きく、誘電率が小さいなどの電気的性質に優れたフッ素系不活性物質等が広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フッ素系不活性物質等の絶縁耐性に優れた冷媒を用いた場合には、これらの冷媒は熱伝導度や比熱が小さいため、熱移動が小さく冷却能力が低いという課題があった。また、フロンや代替フロン等の気化熱冷媒を用いた場合には、これらの気化熱冷媒は冷媒能力が優れているが、冷媒流路１Ｂ内で蒸発して冷媒流路１Ｂ内で高周波放電を発生する虞もあった。また、水やエチレングリコール水溶液等の冷却能力に優れた冷媒を用いた場合には、これらの冷媒は絶縁抵抗が小さいため、高周波電力を印加した際に冷媒流路１Ｂ内で高周波電流が漏洩するという課題があった。つまり、従来の冷媒の場合には電気的性質と冷却能力を両立させることが難しいという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、冷却能力に優れていると共に高周波耐性等の電気的性質を向上させることができる温度調節方法、温度調節装置及び処理装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の温度調節方法は、プラズマ処理する際の被処理体を保持する保持体内に封止された第１の熱媒体内に配置された熱交換器部に第２の熱媒体を流通させ、第２の熱媒体と第１の熱媒体との熱交換を行うことによって上記被処理体の温度を調節する方法であって、第１の熱媒体として絶縁耐性を有する物質を使用すると共に第２の熱媒体として第１の熱媒体により熱伝導度及び比熱の大きい物質または相変化による熱移動を伴う物質を使用することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の温度調節方法は、請求項１に記載の発明において、上記熱交換器部の材料として絶縁材料を使用することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の温度調節方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記第１の熱媒体としてフッ素系不活性物質を使用することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載の温度調節方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第２の熱媒体としてフッ素系ガス、水及び有機水溶液のいずれか一つを使用することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載の温度調節装置は、プラズマ処理する際の被処理体を保持する保持体内に封止された第１の熱媒体と、第１の熱媒体内に配置された熱交換器部を流通する第２の熱媒体と、第２の熱媒体の温度を調節するために上記熱交換器部に接続された温調手段とを備え、第１の熱媒体は絶縁耐性を有する物質からなると共に第２の熱媒体は第１の熱媒体により熱伝導度及び比熱の大きい物質または相変化による熱移動を伴う物質からなることを特徴とすものである。
【００１２】
また、本発明の請求項６に記載の温度調節装置は、請求項５に記載の発明において、上記熱交換器部を絶縁材料によって形成することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項７に記載の温度調節装置は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記第１の熱媒体は、フッ素系不活性物質からなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項８に記載の温度調節装置は、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記第２の熱媒体は、フッ素系ガス、水及び有機水溶液のいずれか一つからなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項９に記載の処理装置は、請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の温度調節を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本実施形態の温調装置を用いたプラズマ処理装置について図１を参照しながら概説する。プラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、所定の真空度を保持する真空処理容器１１と、この真空処理容器１１内に配置され且つ被処理体（例えば、ウエハ）Ｗを保持（載置）する保持体（載置体）１２と、この載置体１２内に配置された電極１２Ａに接続された高周波電源１３とを備えている。真空処理容器１１の上面にはプロセスガス供給部１１Ａが形成され、このプロセスガス供給部１１Ａには供給管１４を介して図示しないガス供給源が接続されている。プロセスガス供給部１１Ａは真空処理容器１１の上面内に中空状に形成され、下面に多数のガス分散孔１１Ｂが形成されている。また、真空処理容器１１の下部には排気口１１Ｃが形成され、この排気口１１Ｃには排気管１５を介して図示しない真空ポンプ等の排気装置が接続されている。
【００１７】
従って、所定の真空度に保持された真空処理容器１１内にプロセスガス供給部１１Ａからプロセスガスを供給しながら高周波電源１３から載置体１２に高周波電力を印加すると、プロセスガスのプラズマを発生する。このプラズマによって載置体１２上のウエハＷに所定プラズマ処理を施す。このプラズマ処理によってウエハＷの温度が上昇する。このウエハＷを冷却するために本実施形態の温度調節装置２０が設けられている。
【００１８】
本実施形態の温度調節装置２０は、例えば図１に示すように、例えばアルミニウム製の載置体１２内に形成された冷媒空間１２Ｂに封止された第１の冷媒と、第１の冷媒内に配置され且つ第２の冷媒が循環する熱交換器部２１Ａを有する循環配管２１と、この循環配管２１に接続されたコンプレッサ２２と、このコンプレッサ２２の下流側に配置された凝縮器（例えば、フィン）２３とを備えている。熱交換器部２１Ａは、冷媒空間１２Ｂ内で第１の冷媒と第２の冷媒間で効率的に熱交換を行い、第１の冷媒を効率良く冷却する形態（例えば、螺旋状）に形成されている。また、熱交換器部２１Ａは例えばフッ素樹脂、ボロンナイトライド等のセラミックあるいは金属表面をこれらで被覆した材料等の絶縁抵抗が大きく誘電率が小さい材料によって形成され、載置体１２に高周波電力を印加しても放電しないように構成されている。また、第１の冷媒は第２の冷媒との熱交換による温度変化で冷媒空間１２Ｂ内で自然対流するが、冷媒空間１２Ｂ内に例えば攪拌機等の強制対流手段を設け、第１の冷媒の温度を強制的に均一化するようにしても良い。
【００１９】
第１の冷媒は、絶縁抵抗が高く、誘電率が小さい高周波絶縁耐性等の電気的性質に優れた液体、例えばフロリナート（商品名）、ガルテン（商品名）等のフッ素系不活性液体が用いられ、冷媒空間１２Ｂ内に充満している。第２の冷媒は、例えばハイドロフルオロカーボン系ガス、フロン系ガス等の気化熱冷媒であるフッ素系ガス等の相変化に大きな熱移動を伴う物質、または水及びエチレングリコール水溶液等の有機水溶液等の熱伝導度や比熱の大きな物質を用いることができる。例えば第２の冷媒としてフッ素系ガスを用いた場合には、コンプレッサ２２によって圧縮され高温高圧のガス冷媒となった後、フィン２３を経由する間に放熱して液化し、循環配管２１を経由して載置体１２内の熱交換器部２１Ａ内を流通する間にフッ素系ガスは第１の冷媒（例えばフロリナート）との熱交換によってフロリナートを冷却すると共にガス化した後コンプレッサ２２に達する。フッ素系ガスはこれら一連の相変化を繰り返してフロリナートを効率良く冷却する。フロリナートは、液体であるため冷媒空間内で対流を生じて熱伝導性を高めることができ、載置体１２を介してウエハＷを迅速に冷却し、その温度上昇を確実に防止することができる。
【００２０】
次に、温度調節装置２０を用いた温度調節方法をプラズマ処理装置１０の動作と共に説明する。
まず、所定の真空度に保持された真空処理容器１１内の載置体１２上にウエハＷを載置した後、プロセスガス供給部１１Ａから真空処理室１１内に所定のプロセスガスを供給し、所定の圧力を維持する。次いで、高周波電源１３から電極１２Ａに高周波電力を印加してプロセスガスのプラズマを発生させてウエハＷに対して所定のプラズマ処理を施す。この際、ウエハＷの温度が上昇するため、温度調節装置２０を介してウエハＷを冷却し、ウエハＷを所定の制御温度に維持する。
【００２１】
即ち、温度調節装置２０では、コンプレッサ２２によって第２の冷媒であるフッ素系ガスを圧縮して高温高圧化して液化する。この液化フッ素系ガスはコンプレッサ２２から循環配管２１を介してフィン２３を通過する間に放熱した後、循環配管２１を通って載置体１２の冷媒空間１２Ｂの熱交換器部２１Ａに達する。冷媒空間１２Ｂ内ではプラズマ処理によって第１の冷媒であるフロリナートの温度が高くなっているため、熱交換器部２１Ａにおいて液化フッ素系ガスとフロリナートとの間の熱交換によって液化フッ素系ガスが加熱されて気化すると共にフロリナートを冷却する。液化フッ素系ガスは冷却能力に優れているため、液化フッ素系ガスが気化する際に大量に吸熱してフロリナートを効率良く冷却することができる。また、フロリナートは液体であるため対流して熱伝導性を高めることにより載置体１２から吸熱して載置体１２を迅速に冷却してウエハＷの温度上昇を防止する。気化したフッ素系ガスはコンプレッサ２２に戻り、ここで再び高温高圧化した後フィン２３において凝縮、液化し、循環配管２１を介して熱交換器部２１Ａを循環してフロリナートの冷却を繰り返し、ウエハＷを所定の温度に維持する。
【００２２】
この際、載置体１２には高周波電力が印加されているが、載置体１２内のフロリナートは電気的性質に優れているため、載置体１２の冷媒空間１２Ｂにおいて高周波放電を発生する虞はない。しかも熱交換器部２１Ａが絶縁性材料によって形成されているため、熱交換器部２１Ａ内を蒸発した気化冷媒等の電気的性質に劣る熱媒体が流通しても高周波放電を発生する虞はない。
【００２３】
以上説明したように本実施形態によれば、載置体１２の冷媒空間１２Ｂ内に充満するフロリナート内に配置された熱交換器部２１Ａに液化フッ素系ガスを流通させ、液化フッ素系ガスとフロリナートとの熱交換を行うことによって載置体１２上のウエハＷの温度を冷却するようにしたため、載置体１２に高周波電力を印加しても冷媒空間１２Ｂにおいて高周波放電を発生させることなく、ウエハＷを効率良く且つ迅速に冷却することとができる。また、熱交換器部２１Ａを絶縁材料によって形成したため、熱交換器部２１Ａ内に絶縁抵抗の低い冷媒を流通させても冷媒空間１２Ｂ内で高周波放電を発生する虞がない。
【００２４】
図２は本発明の他の実施形態を示す図である。本実施形態の温度調節装置３０は、同図に示すように、載置体１２内の冷媒空間１２Ｂに封止された第１の冷媒（例えば、フロリナート）と、フロリナート内に配置され且つ第２の冷媒（例えば、エチレングリコール水溶液）が循環する熱交換器部３１Ａを有する循環配管３１と、この循環配管３１に接続され且つエチレングリコール水溶液を貯留するタンク３４と、このタンク３４内のエチレングリコール水溶液を冷却する冷却手段３５と、冷却手段３５を介して冷却されたエチレングリコール水溶液を循環配管３１において循環させるポンプ３１Ｂとを備え、冷却手段３５によって冷却されたエチレングリコール水溶液が冷媒空間１２Ｂ内のフロリナートと熱交換してウエハＷを冷却する。そして、熱交換器部３１Ａは、上記実施形態と同様に絶縁性材料によって形成されている。また、冷却手段３５は、タンク３４内に配置され且つフッ素系ガスが流通する熱交換器部３５Ａを有する循環配管３５Ｂと、この循環配管３５Ｂに接続されたコンプレッサ３５Ｃと、このコンプレッサ３５Ｃの下流側に配置された凝縮器（例えば、フィン）３５Ｄとを備え、熱交換器部３５Ａにおいてエチレングリコール水溶液との間で熱交換して気化したフッ素系ガスをコンプレッサ３５Ｃにおいて圧縮し、フィン３５Ｄにおいてフッ素系ガスを凝縮、液化して熱交換器部３５Ａを循環させる。その他の部分は上記実施形態に準じて構成されている。このような本実施形態の温度調節装置３０においても上記実施形態と同様に作用効果を期することができる。
【００２５】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を設計変更することができる。例えば、第１、２の冷媒は上記実施形態に何等制限されるものではない。本発明では、第１の冷媒は絶縁抵抗が高く、誘電率が小さく高周波耐性等に優れた電気的特性を有する物質であれば、液体に限らず固体をも使用することができる。また、第２の冷媒は熱伝導度や比熱が大きい液体または相変化による熱移動が大きい液体、ガスであれば、特に制限されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項９に記載の発明によれば、冷却能力に優れていると共に高周波耐性等の電気的性質を向上させることができる温度調節方法、温度調節装置及び処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度調節装置を適用したプラズマ処理装置の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の温度調節装置の他の実施形態の要部を示す概念図である。
【図３】従来の温度調節装置の要部を示す概念図で、図２に相当する図である。
【符号の説明】
１０　　プラズマ処理装置（処理装置）
１２　　載置体（保持体）
２０、３０　　温度調節装置
２１、３１　　循環配管
２１Ａ、３１Ａ　熱交換器部
２２、３５Ｃ　コンプレッサ（温調手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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