(57)【要約】【課題】熱交換機構の流路部分の電界腐食を抑え、エッチングやプラズマＣＶＤにおいてエッチングレートやデポレートが低下するのを防ぐ。【解決手段】内部を真空に排気する排気系２２、内部にガスを導入するガス導入系２１を有する処理室１と、処理室１の内部に配置され基板４が載置される載置手段と、処理室１の内部に配置された対向電極２及び基板載置電極３と、対向電極２及び基板載置電極３に電圧を印加してガスをプラズマ化する基板載置電極用電源１３及び静電チャック電極用電源１５と、媒体供給手段から供給されて循環される冷却水の流路を内部に有し、電極の近傍に配置されて電極の温度を調整するための水冷ホルダー６及び冷媒ジャケット８とを備える。そして、水冷ホルダー６及び冷媒ジャケット８は、誘電体によって構成されている。【選択図】図１
2009064952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
前記処理室の内部に配置され、処理対象物が載置される載置手段と、
前記処理室の内部に配置された電極と、
前記電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、又は、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、前記電極の近傍に配置されて前記電極の温度を調整するための熱交換機構と、を備え、
前記熱交換機構は、誘電体又は非金属材料によって構成されている表面処理装置。
【請求項２】
内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
前記処理室の内部に配置された電極と、
前記電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、又は、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、前記電極の近傍に配置されて前記電極の温度を調整するための熱交換機構と、
前記熱交換機構の上に配置された誘電部材と、を備え、
前記熱交換機構は誘電体によって構成され、前記誘電部材と前記熱交換機構との間にシート状の前記電極が設けられている表面処理装置。
【請求項３】
内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
前記処理室の内部に配置された電極と、
前記電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、あるいは、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、前記電極の近傍に配置されて前記電極の温度を調整するための熱交換機構と、
前記熱交換機構の上に配置される処理対象物を静電吸着する静電吸着機構と、を備え、
前記熱交換機構は誘電体によって構成され、前記静電吸着機構と前記熱交換機構との間にシート状の前記電極が設けられている表面処理装置。
【請求項４】
内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
前記処理室の内部に配置された電極と、
前記電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、又は、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、前記電極の近傍に配置されて前記電極の温度を調整するための熱交換機構と、
前記熱交換機構の上に配置された誘電部材と、を備え、
前記熱交換機構は非金属材料によって構成され、前記誘電部材と前記熱交換機構との間にシート状の前記電極が配置されている表面処理装置。
【請求項５】
前記電極には、前記載置手段が設けられている、請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記シート状の電極は、前記静電吸着機構の電極を兼ねている、請求項３に記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記シート状の電極の外側には、誘電体又は電極用の電磁シールドが設置されている、請求項２ないし４、６のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項８】
前記熱媒体は、水である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記熱交換機構は、誘電体又はカーボンによって構成され、該熱交換機構の上に、ターゲット又は導電性材料を介して、ターゲットが接合されている、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項１０】
前記熱交換機構は、誘電体又はカーボンによって構成され、前記熱媒体の前記流路の周辺のみが金属材料によって構成されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項１１】
前記熱交換機構は、誘電体によって構成され、前記熱媒体の前記流路の周辺のみがカーボンによって構成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマやイオンやラジカル等を利用して半導体基板等の処理対象物を処理する表面処理装置に関し、特に熱交換機構の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Large-Scale Integration）等の半導体の製造工程で用いられる各種の表面処理装置が用いられている。表面処理装置として、例えばプラズマ処理装置では、プラズマに接する部分、例えば対向電極や、処理対象物としての基板が載置される基板載置電極を冷媒によって冷却する冷却機構を備えている（特許文献１，２参照）。冷却機構は、これら電極の温度上昇を防ぎ、電極を均一な温度に保ち、基板を均一に処理する技術として多用されている。
【０００３】
ここではスパッタ装置におけるターゲットのバッキングプレート水冷機構を一例に挙げて説明するが、プラズマエッチング、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等の他のプラズマ処理装置でも同様である。図５は、従来の、ターゲットのバッキングプレート水冷機構を説明するための図である。
【０００４】
従来の、ターゲットのバッキングプレート水冷機構は、図５に示すように、ターゲット１０１が載置されるバッキングプレート１０２を備えており、バッキングプレート１０２の内部に冷却水路１２２が設けられている。バッキングプレート１０２は、導電性材料で形成されており、冷却水路１２２の両端に、冷却水が流入及び排出される水流入口１４１及び水排出口１４２が設けられている。また、バッキングプレート１０２には、冷却水路１２２が蛇行して設けられることによって放熱用のフィン１２３が形成されている。水流入口１４１から冷却水路１２２に流入した冷却水は、フィン１２３を介して熱交換して水排出口１４２から排出される。
【特許文献１】特開２００３−１５８１２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のバッキングプレート水冷機構は、フィンによって冷却効率が向上するものの、導電性材料で形成されたバッキングプレートが電極を兼ねている。このため、従来のバッキングプレート水冷機構は、直流又は高周波出力が電極に印加されたときに、バッキングプレート水冷機構に電界がかかり、電界腐食が発生するという問題があった。このため、バッキングプレート水冷機構を定期的に交換する必要がある。
【０００６】
このような問題は、スパッタ装置に限らずに、プラズマ処理装置等の熱媒体として水や純水を用いる熱交換機構一般に関わる問題である。特に、高周波電力を用いる場合には、冷却水のイオン濃度が高いときに、高周波電界がバッキングプレート水冷機構の表面を伝わり冷却水路に到達して、導電率が上昇した冷却水に直接印加され、冷却水に高周波電力が吸収され、外部に流出するという問題がある。このような損失は、出力効率を低下させるだけでなく、プラズマ状態が変化するので、基板の処理レートの低下を招くという問題がある。
【０００７】
エッチング装置では、基板温度と、基板に対向する対向電極の温度とを一定に保てない場合には、基板でのラジカルやイオンの反応が変化するので、エッチング特性が大幅に変わってしまうという問題がある。また、基板に対向する対向電極の温度が変わった場合には、ラジカルやイオンの反応が変化し、この反応物が再び気相中に戻り、気相中のラジカル密度が変化し、基板のエッチング特性を変化させるという問題がある。
【０００８】
このため、基板を載置する基板載置電極や対向電極の温度を一定に保つ熱交換機構の冷媒として工業用水を用いずに、純水を用いて循環させて、熱交換機によって一定温度に保つという構成を採っている。しかし、このように構成することで、金属材料からなる熱交換器から電界腐食によってイオンが純水に溶け、この溶けたイオンによってさらに電界腐食が進んでしまう問題点がある。したがって、熱交換機構の寿命が短くなるだけでなく、高周波電力が、イオン濃度が高くなった純水から外部に抜けるという問題が避けられない。これを防ぐために、イオンフィルターによって純水中のイオンを除く方式が採られているが、イオンが完全に取り除かれずに、高周波電力の抜けを十分に防ぐことができない。加えて、フィルター装置の製造コストが増加する。このため、冷媒としては、純水ではなくガルテン等の有機液体が用いられている。しかし、これら有機液体は、純水に比べて冷却効率が数分の一程度しか得られないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、熱媒体として純水を用いた場合あっても、熱交換機構の流路部分の電界腐食が抑制され、エッチングやプラズマＣＶＤにおいてエッチングレートやデポレートが低下するのを防ぐことができる表面処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するため、本発明に係る表面処理装置は、内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
処理室の内部に配置され、処理対象物が載置される載置手段と、
処理室の内部に配置された電極と、
電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、又は、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、電極の近傍に配置されて電極の温度を調整するための熱交換機構と、を備える。そして、熱交換機構は、誘電体又は非金属材料によって構成されている。
【００１１】
また、本発明に係る他の表面処理装置は、内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
処理室の内部に配置された電極と、
電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、又は、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、電極の近傍に配置されて電極の温度を調整するための熱交換機構と、
熱交換機構の上に配置された誘電部材と、を備える。そして、熱交換機構は誘電体によって構成され、誘電部材と熱交換機構との間にシート状の前記電極が設けられる。
【００１２】
また、本発明に係る他の表面処理装置は、内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
処理室の内部に配置された電極と、
電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、あるいは、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、電極の近傍に配置されて電極の温度を調整するための熱交換機構と、
熱交換機構の上に配置される処理対象物を静電吸着する静電吸着機構と、を備える。そして、熱交換機構は誘電体によって構成され、静電吸着機構と熱交換機構との間にシート状の電極が設けられる。
【００１３】
また、本発明に係る他の表面処理装置は、内部を真空に排気する排気手段と、内部にガスを導入するガス導入手段とを有する処理室と、
処理室の内部に配置された電極と、
電極に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段と、
水源から供給される水、又は、媒体供給手段から供給されて循環される熱媒体、の流路を内部に有し、電極の近傍に配置されて電極の温度を調整するための熱交換機構と、
熱交換機構の上に配置された誘電部材と、を備える。そして、熱交換機構は非金属材料によって構成され、誘電部材と熱交換機構との間にシート状の前記電極が配置される。
【００１４】
なお、本発明において「熱媒体」とは、冷却するための冷媒や、冷媒と反対に、加熱するための温媒を含んで指している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱交換機構の流路部分の電界腐食が抑制され、高周波電力がイオンを含む純水から抜けることでプラズマ密度が低下して、エッチングやプラズマＣＶＤにおいてエッチングレートやデポレートが低下するのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明に係る表面処理装置について、本実施形態では、プラズマ処理装置の一例として、エッチング装置に適用する場合について説明する。なお、本発明はエッチング装置に限定されるものではなく、例えばスパッタ装置やプラズマＣＶＤ装置にも同様に適用することが可能である。
【００１８】
図１に第１の実施形態を示す。図１に示すように、本実施形態のエッチング装置は、処理対象物としての基板４を処理する処理室１と、対向電極２と、基板４が載置される載置手段としての基板載置電極３とを備えている。また、このエッチング装置は、処理室１の内部にガスを導入するガス導入手段としてのガス導入系２１と、処理室１の内部を排気する排気手段としての排気系２２とを備えている。そして、本発明における熱交換機構は、対向電極２及び基板載置電極３の近傍にそれぞれ設けられており、これら対向電極２及び基板載置電極３の温度を所望の温度に調整するために用いられている。
【００１９】
基板載置電極３は、基板４を静電吸着する静電吸着機構としての静電チャック５と、静電チャック５用の電極と基板載置電極３の電極とを兼ねた電極５ａと、電極用の電磁シールド２５とを有している。電極５ａは、処理室１の内部に電圧を印加してガスをプラズマ化する電圧印加手段としての、基板載置電極用電源１３と、静電チャック電極用電源１５とに電気的に接続されている。電磁シールド２５は、アース線２６によって処理室１の内壁に接続されてアースに接続されている。
【００２０】
また、基板載置電極３は、熱交換機構としての水冷ホルダー６を有している。水冷ホルダー６は、誘電体によって形成されており、冷却水入口６ａと、冷却水路６ｂと、冷却水出口６ａとを有している。熱媒体としての冷却水は、媒体供給手段としてのポンプによって送られると共に、図示しない冷却機によって所定の温度に制御されて、水冷ホルダー６の冷却水路６ｂを循環される。また、水冷ホルダー６の下方には、処理室１の内部が真空に排気されたときに、水冷ホルダー６に圧力がかからないようにするためのギャップ１１が設けられており、このギャップ１１と処理室１内部とが通気孔１１ａを介して連通されている。
【００２１】
対向電極２には、プラズマに接する側から順に、ガス孔７ａを有するガス板７、静電チャック５ｃ、静電チャック５ｃの電極と対向電極２の電極とを兼ねた電極５ｂ、熱交換機構としての冷媒ジャケット８、ガス分散板９の順序に設置されている。電極５ｂは、静電チャック電極用電源１５ａと対向電極用電源１２に電気的に接続されている。冷媒ジャケット８は、誘電体によって形成されている。冷媒ジャケット８の内部には、冷媒ジャケット水路８ｂが設けられており、水路入口８ａから供給された冷却水が、水路出口８ｃから排出される。この冷却水は、図示しない冷却機によって、所定の温度に制御されている。静電チャック５ｃは、誘電体によって形成されており、冷媒ジャケット８の上に配置されている（図１では冷媒ジャケット８の下方に配置されている）。
【００２２】
処理室１には、対向電極２を支持する部分に絶縁体１０が設けられている。電極５ｂは、シート状に形成されており、誘電体で形成された誘電部材としての静電チャック５ｃと、冷媒ジャケット８との間に挿入されて配置されている。
【００２３】
本実施形態のエッチング装置では、冷却水として純水を用いて、冷却機と冷媒ジャケット８との間を冷却水が循環するクローズドシステムとして構成することで、エッチング特性の変化が抑制され、安定したエッチングを行うことができる。つまり、冷却水が循環するクローズドシステムとして構成することで、例えば水道、貯水タンク等の水源から供給される工業用水（雑用水）を用いる場合のように、温度管理が不充分な工業用水の温度変化に影響されることが避けられる。また、プラズマＣＶＤ装置であっても、温度に敏感な成膜である場合には、上述と同様にクローズドシステムが好ましい。また、温度に敏感な成膜で無い場合には、工業用水を、冷却機を通して直接、熱交換機構としての冷媒ジャケット水路８ｂや水冷ホルダー６の冷却水路６ｂに流すことができる。
【００２４】
図２は、水冷ホルダーを示す図であり、（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図である。図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、水冷ホルダー６は、冷却水入口６ａと、冷却水出口６ｃとを有している。この水冷ホルダー６は、図１に示した構成と比較して、冷却水出口６ｃの位置が異なっており、水冷ホルダー６の中央側に配置されている。また、水冷ホルダー６は、伝熱フィン６ｄ及びフィン６ｅを介して、冷却水路６ｂが複数に分かれている。また、水冷ホルダー６には、静電チャック５に保持された基板４を押し上げるための突き上げピン３１を上下方向に移動させる突き上げピン孔３１ａが設けられている。
【００２５】
本実施形態のエッチング装置を動作させる際には、まず、排気系によって処理室１内部を真空に排気した後、搬送室（不図示）から搬送された基板４を、突き上げピン３１を上昇させて受け取り、静電チャック５上に載置する。次に、静電チャック電源１５によって静電チャック５の電極５ａに電圧を印加することで基板４を吸着固定して、ガス導入系２１から対向電極２に処理ガスを送り、処理室１の内部を一定圧力にする。
【００２６】
その後、対向電極用電源１２から周波数がＶＨＦ帯（例えば６０ＭＨｚ）の高周波電力を対向電極２に供給し、基板載置電極３に基板載置電極用電源１３から周波数がＨＦ帯（例えば１．６ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。これによって、ＶＨＦ帯の高周波電力によって比較的高密度のプラズマ及びエッチャントが生成され、ＨＦ帯の高周波電力によってイオン衝撃エネルギがプラズマ密度とは独立に制御されて、目的とするエッチング処理が実行される。
【００２７】
このように水冷ホルダーを誘電体で形成することで、電界腐食が避けられ、またこれによって、純水のイオン濃度が上昇して高周波電力が外部に抜ける問題を回避することができることは従来技術で説明した。また、水冷ホルダー６が誘電体で形成されているので、電極５ａから電磁シールド２５までの距離が比較的長く確保され、電極５ａの側面のみを電磁シールド２５で覆えば良い。なお、必要に応じて、電磁シールド２５は、従来のように、処理室１の底面まで延ばして設けられても良い。
【００２８】
なお、誘電体の材質としては、例えば、アルミナやチッ化アルミニウムや弗化アルミニウム等を採用することができる。アルミナは、熱伝導係数が２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）でアルミニウムの１０％程度しかないが、冷却水路６ｂから電極５ａまでの距離は１０ｍｍ程度あれば良い。したがって、アルミナは、エッチングにおける基板への入熱量が、通常、１Ｗ／ｃｍ2であり、基板の温度上昇がアルミニウムよりも４．４℃程度だけ高いが、許容範囲である。
【００２９】
上述したように、本実施形態によれば、水冷ホルダー６や冷媒ジャケット８の水路部分が電界腐食されることが抑制される。したがって、本実施形態によれば、イオンを含む純水から高周波電力が抜けてプラズマ密度が低下し、エッチングやプラズマＣＶＤにおいてエッチングレートやデポレートが低下するのを防ぐことができる。また、本実施形態によれば、純水をイオン交換フィルター無しで使うことが可能になる。さらに、水冷ホルダーや冷媒ジャケットが金属材料からなる場合には、不要な部分で放電が生じることを防ぐために、水冷ホルダー及び冷媒ジャケットの外側に誘電体を設置し、さらに誘電体の外側に、電極用の電磁シールドを設置する必要がある。しかしながら、本実施形態によれば、水冷ホルダー６や冷媒ジャケット８が誘電体からなるので、水冷ホルダー６や冷媒ジャケット８の外側に誘電体を設置することなく、電極用の電磁シールドを設けることができる。このため、本実施形態によれば、エッチング装置全体の小型化を図ることができる。
【００３０】
以下、第２及び第３の実施形態について簡単に説明する。これら第２及び第３の実施形態は、上述した実施形態の構成と比較して、水冷ホルダーの構成のみが異なるため、水冷ホルダーについてのみ説明する。
【００３１】
（第２の実施形態）
図３に示すように、第２の実施形態における水冷ホルダー２６は、上述の水冷ホルダー６が断面四角形状の冷却水路６ｂを備えていたのに対して、冷却水路２６ｂの断面形状を円形に形成されている。このように構成することで、冷却水圧による応力が冷却水路２６ｂの内面に均一にかかるので、冷却水路２６ｂを電極５ｂに更に近づけることができる。図３では、冷却水路２６ｂが電極５ａに近づけて配置される構成を強調して、冷却水路２６ｂを、水冷ホルダー２６の上方に寄せて配置したが、この構成に限定されるものではない。例えば、水冷ホルダー２６の厚みを比較的薄く形成して、冷却水路２６ｂを厚み方向の中央に配置されてもよいことは勿論である。
【００３２】
また、水冷ホルダー２６を形成する材料としては、誘電体の代わりに、カーボン系の非金属材料が用いられてもよい。なお、この構成の場合、カーボン系の非金属材料は電気を伝えるので、電極５ａを省くこともできる。しかし、カーボン製の水冷ホルダーの外周部を、導電性が比較的大きい例えば銀、アルミニウム、銅等の導電材料からなる薄い膜で覆う構成や、ミクロン単位の薄膜をスパッタリング、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等によって付着させて覆う構成が採られてもよい。
【００３３】
また、こうした導電材料を電界メッキで付着させたり、表面にはけ等で塗布し、熱炉で焼き固めたりしても良い。焼き固めることによって、蒸気圧が低い物質が抜けてエッチング中にも不純ガスが発生せず、エッチングに影響を及ぼさない。
【００３４】
また、水冷ホルダー及び冷媒ジャケットは、誘電体又はカーボンによって構成され、水路部分の周辺のみが金属材料によって構成されてもよい。あるいは、水冷ホルダー及び冷媒ジャケットは、誘電体によって構成され、水路部分の周辺のみがカーボンによって構成されてもよい。
【００３５】
さらに、電極５ｂも同様に、アルミニウム等の金属材料で形成されるのが好ましい。このように構成するのは、高周波、特に６０ＭＨｚ程度にもなると、表皮効果で高周波電流が導電材料の表面しか流れずに、カーボンの実質的な抵抗が上昇するためである。各材料の熱伝導率は、次の通りで、カーボンは、アルミニウムに匹敵する熱伝導度が得られる。
アルミニウム  ２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）
カーボン系    ５０Ｗ〜３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）
アルミナ      ２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）
【００３６】
次に、純水とガルテンの熱伝達特性を比較する。
（１）ガルテンＨＴ１３５    アウジモント製
動粘度ν      １０-6ｍ2／ｓｅｃ
密度ρ        １．７３ｇ／ｃｍ3＝１．７３・１０3ｋｇ／ｍ3
熱伝導率λ    ０．０００１５５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃＝０．０００６５１Ｗ／ｃｍ・Ｋ＝０．０６５Ｗ／ｍ・Ｋ
比熱Ｃｐ      ０．２３ｃａｌ／ｇ℃＝０．９６６ｋＪ／ｋｇ℃
粘度μ＝νρ  １０-6ｍ2／ｓ・１．７３ｇ／ｃｍ3＝１０-6ｍ2／ｓ・１．７３・１０3ｋｇ／ｍ3＝１．７３・１０-3ｋｇ／ｍ・ｓ
（２）純水
動粘度ν      ＝μ／ρ＝（１０．２・１０-4ｋｇ／ｍ・ｓ）／（１・１０3ｋｇ／ｍ3）＝１．０２-6ｍ2／ｓｅｃ
密度ρ        １ｇ／ｃｍ3＝１・１０3ｋｇ／ｍ3
熱伝導率λ    ０．００１４２９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ＝０．００６０Ｗ／ｃｍ・Ｋ＝０．６０Ｗ／ｍ・Ｋ
比熱Ｃｐ      １．００ｃａｌ／ｇ℃＝４．２ｋＪ／ｋｇ℃
粘度μ＝νρ  １０．２×１０-3ポイズ＝１０．２×１０-3ｇ／ｃｍ・ｓ＝１０．２・１０-4ｋｇ／ｍ・ｓ
【００３７】
熱伝達係数は以下の式から導かれる。ただし、ν：動粘度、λ：熱伝導率、ρ：密度、Ｃｐ：比熱、ｕ：代表速度、ｄ：代表長さ、とする。
レイノルズ数      Ｒｅ＝ｕｄ／ν
プラントル数      Ｐｒ＝Ｃｐμ／κ
ヌセルト数        Ｎｕ＝０．０２３Ｒｅ0.8Ｐｒ0.4＝０．０２３・２５００0.8（Ｃｐμ／κ）0.4
熱伝達係数        ｈ＝０．０２３×ν-0.4×λ0.6×ρ0.4×Ｃｐ0.4×ｕ0.8×ｄ-0.2
【００３８】
伝熱特性を比較するためには、熱伝達量＝熱伝達係数×温度差の関係から、両者の熱伝達係数を比較すれば良い。なお、ｕ：代表速度と、ｄ：代表長さは、装置構造に依存する量なので除外すれば、ν：動粘度、λ：熱伝導率、ρ：密度、比熱：Ｃｐについての（ガルテン／水）の値は次のようになる。
ガルテン／水
動粘度ν      ＝１０／１．０２＝９．８
密度ρ        ＝１．７３
熱伝導率λ    ＝０．０６５／０．６０＝０．１０８
比熱Ｃｐ      ＝０．９６６／４．２＝０．２３
【００３９】
この値を熱伝達係数の式に代入することで、ガルテンと水の熱伝達係数の比が次のように算出される。
熱伝達係数の比（ガルテン／水）＝９．８-0.4×０．１０８0.6×１．７３0.4×０．２３0.4＝０．０７３
【００４０】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態における水冷ホルダーを示す断面図である。第３の実施形態の水冷ホルダー３６は、誘電体によって形成されており、図３に示した第２の実施形態における水冷ホルダー２６の冷却水路２６ｂの内部を金属管３６ｆで覆って構成されている。このように構成することで、金属管３６ｆの内部で電界腐食が生じる可能性があるが、誘電体を介しているので、電圧のかかり方が減り、電界腐食の程度が低下する。
【００４１】
水冷ホルダー３６は、あらかじめリークが生じない金属管３６ｆを設置し、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤによって金属管３６ｆの周辺に誘電体やカーボンを蒸着させ、その後、必要な形状に加工することで形成される。あるいは、水冷ホルダー３６は、金属管３６ｆの周辺に粉末状の誘電体を塗り固め、焼き固めて切削加工することで形成されてもよい。あるいは、水冷ホルダー３６は、金属管３６ｆの周辺に、溶射によって誘電体を吹き付けることによっても形成することが可能である。また、金属管３６ｆの内部をカーボン等で被覆することで、電界腐食を防ぎ、かつ、リークを防ぐことができる。
【００４２】
これらの場合には、温度が上昇するので、タングステンや超合金等の軟化温度が比較的高い金属材料を用いたり、クロムとアルミナのような線膨張率が近い材料を組合せたりするのが好ましい。
【００４３】
スパッタ装置の場合には、ターゲットが載せられるバッキングプレート（熱交換機構）の材料をカーボンや誘電体に変更すれば良い。特に、ターゲットが、誘電体等の割れ易いものである場合には、カーボンのようなヤング率が比較的大きな、柔軟な材質は効果的である。このように、ターゲットと同一の誘電体でバッキングプレートを形成することで、熱応力によって割れる可能性が小さくなる。なお、ターゲットとバッキングプレートとが全く同じ誘電体で形成されない場合であっても、誘電体は熱膨張率が比較的小さいので、熱応力を緩和させることができる。また、バッキングプレートの上には、ターゲット又は導電性材料を介して、ターゲットが接合されてもよい。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、熱媒体として冷却水を用いて、電極を冷却するための水冷ホルダー６，２６，３６や冷媒ジャケット８を挙げて説明したが、例えば、熱媒体として加熱水を用いて、熱交換機構によって加熱する構成が採られてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態のエッチング装置を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施形態の水冷ホルダーの水路を示す図であり、（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図である。
【図３】第２の実施形態の水冷ホルダーの水路を示す縦断面図である。
【図４】第３の実施形態の水冷ホルダーの水路を示す縦断面図である。
【図５】従来のバッキングプレート冷却機構の水路を示す図であり、（ａ）が透視側面図、（ｂ）が透視正面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  処理室
２  対向電極
３  基板載置電極
４  基板
５  静電チャック
５ａ  電極
５ｂ  電極
５ｃ  静電チャック
６  水冷ホルダー
６ｂ  冷却水路
７    ガス板
７ａ    ガス孔
８  冷媒ジャケット
８ｂ  冷媒ジャケット水路
２１  ガス導入系
２２  排気系
【図１】
2009064952.tif 000003
【図２】
2009064952.tif 000004
【図３】
2009064952.tif 000005
【図４】
2009064952.tif 000006
【図５】
2009064952.tif 000007