JP2022070597A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバの内壁の温度均一性を向上させる。【解決手段】基板を処理する処理空間を形成する円筒状のチャンバと、前記チャンバの外周を構成する部材と、を備え、前記部材は、伝熱媒体が流入するための少なくとも１つの流路の入口と、伝熱媒体が流出するための少なくとも１つの流路の出口と、前記入口と前記出口とを繋ぎ、伝熱媒体を流す少なくとも１つの流路と、前記流路に形成される少なくとも１つの折り返し部と、を有し、前記入口と前記出口は近接して配置され、前記部材の円周方向に特定の角度で前記流路が形成されている、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図４

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

例えば、特許文献１は、基板を搬入するための開口部を有する円筒状のチャンバと、チャンバの内壁に沿って配置され、開口部に対応する位置に開口部を開閉するシャッタとを備えたプラズマ処理装置を提案する。

特開２０１５－１２６１９７号公報

本開示は、チャンバの内壁の温度均一性を向上させる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、基板を処理する処理空間を形成する円筒状のチャンバと、前記チャンバの外周を構成する部材と、を備え、前記部材は、伝熱媒体が流入するための少なくとも１つの流路の入口と、伝熱媒体が流出するための少なくとも１つの流路の出口と、前記入口と前記出口とを繋ぎ、伝熱媒体を流す少なくとも１つの流路と、前記流路に形成される少なくとも１つの折り返し部と、を有し、前記入口と前記出口は近接して配置され、前記部材の円周方向に３６０°以内の特定の角度で前記流路が形成されている、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、チャンバの内壁の温度均一性を向上させることができる。

実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図である。 図１における上部電極及び周辺の概略構成を示す拡大断面図である。 実施形態に係るシャッタ部材付近の概略構成を示す拡大断面図である。 実施形態に係るシャッタ部材の流路構造の一例を示す図である。 実施形態に係るシャッタ部材の流路構造の他の例を示す図である。 実施形態に係るシャッタ部材の温度の測定結果の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［プラズマ処理装置］
実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。図２は、図１における上部電極及び周辺の概略構成を示す拡大断面図である。

図１において、プラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理室）１０を備え、基板を処理する処理空間を形成する。

チャンバ１０は接地されている。チャンバ１０の底部には、セラミック等の絶縁板１１を介して円柱状の支持プレート１２が配置され、この支持プレート１２の上に、導電性の、例えばアルミニウム等からなる基板支持部１３が配置されている。基板支持部１３は下部電極として機能する構成を有し、エッチング処理が施される基板Ｗ、例えば半導体ウエハを載置する。

基板支持部１３の上面には基板Ｗを静電吸着力で保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１４が配置されている。静電チャック１４は、導電膜からなる電極板１５と、電極板１５を狭持する一対の絶縁層、例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等の誘電体からなり、電極板１５には直流電源１６が接続端子を介して電気的に接続されている。この静電チャック１４は、直流電源１６によって印加された直流電圧に起因するクーロン力またはジョンソン・ラーベック（Ｊｏｈｎｓｅｎ－Ｒａｈｂｅｋ）力によって基板Ｗを吸着保持する。

基板支持部１３の周囲上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコン（Ｓｉ）からなるエッジリング１７が配置され、エッジリング１７の周囲には、エッジリング１７の側部を保護するカバーリング５４が配置されている。また、基板支持部１３および支持プレート１２の側面は、例えば石英（ＳｉＯ_２）からなる円筒状の部材１８で覆われている。

支持プレート１２の内部には、例えば円周方向に延在する冷媒室１９が配置されている。冷媒室１９には、外付けのチラーユニット（図示しない）から配管２０ａ、２０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。冷媒室１９は冷媒の温度によって基板支持部１３上の基板Ｗの処理温度を制御する。また、伝熱ガス供給機構（図示しない）から伝熱ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスが、ガス供給ライン２１を介して静電チャック１４の上面および基板Ｗの裏面の間に供給されることで、基板Ｗと基板支持部１３との熱移動が効率良く均一に制御される。

基板支持部１３の上方には、基板支持部１３と平行且つ対向するように上部電極２２が配置されている。ここで、基板支持部１３および上部電極２２の間に形成される空間はプラズマ生成空間Ｓ（処理室内空間）として機能する。上部電極２２は、基板支持部１３と所定の間隔を置いて対向配置されている環状またはドーナツ形状の外側上部電極２３と、外側上部電極２３の半径方向内側に外側上部電極２３と絶縁して配置されている円板形状の内側上部電極２４とで構成される。

図２に示すように、外側上部電極２３と内側上部電極２４との間のギャップには、例えば石英からなる誘電体２５が配置される。また、このギャップには石英からなる誘電体２５の代わりにセラミック体を配置してもよい。外側上部電極２３とチャンバ１０の側壁との間には、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）若しくはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）からなる環状の絶縁性遮蔽部材２６が気密に配置されている。

外側上部電極２３は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体、例えばシリコンで構成されることが好ましい。外側上部電極２３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９および給電筒３０を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部高周波電源３１は、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨの高周波電圧を出力する。上部整合器２７は、上部高周波電源３１の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。上部整合器２７は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに、上部高周波電源３１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。また、上部整合器２７の出力端子は上部給電棒２８の上端に接続されている。

給電筒３０は、略円筒状または円錐状の導電板、例えばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極２３に接続され、上端がコネクタ２９を介して上部給電棒２８の下端部に電気的に接続されている。給電筒３０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極２２の高さ位置よりも上方に延出して円筒状の接地導体１０ａを構成している。円筒状の接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材６９によって上部給電棒２８から電気的に絶縁されている。本構成においては、コネクタ２９から見た負荷回路において、給電筒３０、外側上部電極２３および接地導体１０ａによって給電筒３０および外側上部電極２３を導波路とする同軸線路が形成される。

内側上部電極２４は、天板３２と電極支持体３３とを有する。天板３２は、多数のガス通気孔３２ａを有し、例えば、シリコンや炭化珪素（ＳｉＣ）等の半導体材料からなる。電極支持体３３は、天板３２を着脱可能に支持する導電材料、例えば表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなる。天板３２はボルト（図示しない）によって電極支持体３３に締結される。ボルトの頭部は天板３２の下部に配置された環状のシールドリング５３によって保護される。

天板３２において各ガス通気孔３２ａは天板３２を貫通する。電極支持体３３の内部には、バッファ室３６が形成されている。処理ガス供給源３８は、バッファ室３６に処理ガスを所望の流量で供給する。内側上部電極２４は、処理ガス供給源３８からバッファ室３６に導入された処理ガスを、ガス通気孔３２ａを介して、プラズマ生成空間Ｓに供給する。ここで、バッファ室３６およびガス通気孔３２ａとはシャワーヘッドを構成する。

ガス供給管３９はバッファ室３６に接続され、ガス供給管３９に設けられた流量制御弁４０の調整により、バッファ室３６に供給する処理ガスの流量を制御する。さらに、ガス供給管３９にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４１および開閉バルブ４２が配置され、処理ガス供給源３８からのガスの供給を調整している。

電極支持体３３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９および上部給電筒４４を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部給電筒４４の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ４５が配置されている。

チャンバ１０の底部には排気口４６が設けられ、この排気口４６に排気マニフォールド４７を介して可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）（以下、「ＡＰＣバルブ」という。）４８およびターボ分子ポンプ（Ｔｕｒｂｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｕｍｐ）（以下、「ＴＭＰ」という。）４９が接続されている。ＡＰＣバルブ４８およびＴＭＰ４９は協働して、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧する。また、排気口４６およびプラズマ処理空間Ｓの間には、複数の通気孔を有する環状のバッフル板５０が基板支持部１３を取り巻くように配置され、バッフル板５０はプラズマ生成空間Ｓから排気口４６へのプラズマの漏洩を防止する。

また、チャンバ１０の内壁（側壁）には、基板搬送用の開口部５１が設けられ、開口部５１を開閉するゲートバルブ５２が配置される。また、チャンバ１０の内壁（側壁及び上部外周）には、略円筒状のデポシールド７１がチャンバ１０の内壁に沿って配置されている。

基板Ｗは、ゲートバルブ５２を開閉させて搬入・搬出される。シャッタ部材５５によって基板搬送用の開口部５１及びデポシールド７１の開口部を遮断することで、チャンバ１０の開口部５１とプラズマ生成空間Ｓとを遮断する。また、シャッタ部材５５を駆動する駆動機構５６がシャッタ部材５５の下部に配置される。シャッタ部材５５は、駆動機構５６により上下に駆動され、基板搬送用の開口部５１及びデポシールド７１の開口部を開閉する。

また、プラズマ処理装置１では、下部電極としての基板支持部１３に下部整合器５８を介して下部高周波電源（第１高周波電源）５９が電気的に接続されている。この下部高周波電源５９は、２～２７ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電圧を出力する。下部整合器５８は、下部高周波電源５９の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。下部整合器５８は、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓにプラズマが生成されているときに下部高周波電源５９の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。また、下部電極には、別の第２の下部高周波電源（第２高周波電源）を接続してもよい。この場合、第１高周波電源としては、例えば２ＭＨｚの高周波電圧が印可され、第２高周波電源としては、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印可される。

また、プラズマ処理装置１では、内側上部電極２４に、上部高周波電源３１からの高周波電力（６０ＭＨｚ）をグランドに通さずに、下部高周波電源５９からの高周波電力（２ＭＨｚ）をグランドへ通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１が電気的に接続されている。
一方、基板支持部１３には、上部高周波電源３１からの高周波電力をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２が電気的に接続されている。

制御部２は、エッチング、成膜等の種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、プラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータにより実現される。制御部２は、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、記憶部、及び通信部を含んでもよい。処理部は、記憶部に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせにより実現され得る。通信部は、通信インターフェースにより実現され得、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

［シャッタ部材付近の構成］
次に、本実施形態におけるシャッタ部材５５付近の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係るシャッタ部材５５付近の構成の一例を示す拡大図である。シャッタ部材５５は、デポシールド７１の開口部及び基板搬送用の開口部５１を開閉する部材であり、例えばアルミニウム材等によりに断面が略Ｌ字状に形成される。シャッタ部材５５の表面は、例えばイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等でコーティングされている。

図３の断面図に示すように、シャッタ部材５５は、弁体５５ａ、第１リング部材５５ｂ及び第２リング部材５５ｃを有する。弁体５５ａは、基板搬送用の開口部５１を開閉し、これにより、チャンバ１０の外周を構成する。弁体５５ａは、円筒状のチャンバ１０の中心軸から例えば約９０°の角度を持ち、平面視で上面が円弧形状を有する。ただし、弁体５５ａは、チャンバ１０の内壁の全周に配置されたリング形状の部材であってもよい。

第１リング部材５５ｂ及び第２リング部材５５ｃは、弁体５５ａの下部に接続され、弁体５５ａを支持する。本実施形態では、第１リング部材５５ｂ及び第２リング部材５５ｃは、それぞれ弁体５５ａと別体であるが、弁体５５ａと一体であってもよい。第１リング部材５５ｂは、弁体５５ａの直下にあり、内部にはヒータ５５ｂ１が埋設されている。

ヒータ５５ｂ１は、リング形状であってもよいし、円弧状に複数設けられてもよい。ヒータ５５ｂ１は、弁体５５ａ内に設けられた加熱手段の一例である。ただし、加熱手段の形態は、これに限られず、シート状であってもよい。

第２リング部材５５ｃは、第１リング部材５５ｂを挟んで弁体５５ａの反対側に位置する。第２リング部材５５ｃは、弁体５５ａの内側に向けて延伸する。第２リング部材５５ｃの内部には、流路６０a、６０ｂが形成されている。流路６０a、６０ｂを総称して流路６０ともいう。

制御部２は、ヒータ５５ｂ１及び流路６０に流す伝熱媒体の温度を制御することで、チャンバ１０の内壁温度の均一性を高める。なお、本実施形態では、シャッタ部材５５内に加熱手段であるヒータ５５ｂ１と、冷却手段である流路６０の両方が設けられているが、ヒータ５５ｂ１はなくてもよい。

第１リング部材５５ｂ及び第２リング部材５５ｃは、チャンバ１０の内壁に沿って全周に配置された環状部材である。ただし、第１リング部材５５ｂ及び第２リング部材５５ｃの形状は、環状部材に限られない。第１リング部材５５ｂ及び第２リング部材５５ｃは、チャンバ１０の内壁に沿って配置され、円筒状のチャンバ１０の中心軸の回り３６０°に対して例えば９０°等の任意の角度を持ち、平面視で円弧形状の部材であってもよい。

弁体５５ａの上端部には、導電性の弾性部材５７が配置されている。また、プラズマ生成空間Ｓ側（図３の右側）に延伸している第２リング部材５５ｃの上面にも、導電性の弾性部材５７が配置されている。

流路６０は、第２リング部材５５ｃに設けられているが、第１リング部材５５ｂ及び／又は弁体５５ａに設けられてもよい。シャッタ部材５５及びそのパーツ（弁体５５ａ、第１リング部材５５ｂ、第２リング部材５５ｃ）は、チャンバ１０の外周を構成する部材の一例である。例えば、シャッタ部材５５は、チャンバ１０の内壁（側壁）に沿って設けられることで、チャンバ１０の外周を構成する。チャンバ１０の外周を構成する部材は、筒状、リング状、円弧状であり得る。

シャッタ部材５５は、例えば駆動機構５６によって上方に押し上げられることにより基板搬送用の開口部５１を閉じ、駆動機構５６により下方に引き下げられることにより開口部５１を開ける。シャッタ部材５５が開口部５１を閉じた状態において、シャッタ部材５５の上部および下部に配置された導電性の弾性部材５７がそれぞれデポシールド７１に当接することにより、シャッタ部材５５が導電性の弾性部材５７を介してデポシールド７１と電気的に接続される。デポシールド７１は、チャンバ１０の接地導体１０ａに接触しているため、シャッタ部材５５は、基板搬送用の開口部５１を閉じた状態において、デポシールド７１を介して接地される。駆動機構５６の個数は、１つに限られない。シャッタ部材５５が、リング形状である場合、例えば３つ以上の駆動機構５６が円周方向に均等に配置され、３つ以上の駆動機構５６が連動してシャッタ部材５５を昇降させてもよい。

［シャッタ部材の流路］
次に、シャッタ部材５５に形成された流路６０について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係るシャッタ部材５５の第２リング部材５５ｃに形成された流路構造の一例を示す図である。図５は、実施形態に係るシャッタ部材の第２リング部材５５ｃに形成された流路構造の他の例を示す図である。

図４（ａ）は、第２リング部材５５ｃの上面側を見た斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の第２リング部材５５ｃの上下を反転させ、第２リング部材５５ｃの下面側を見た斜視図である。図４（ａ）及び（ｂ）では、流路６０ａ、６０ｂを点線で示している。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、流路６０ａ、６０ｂは、第２リング部材５５ｃの内部に円周方向に形成されている。流路６０は、入口ＩＮと出口ＯＵＴとを繋ぎ、内部に伝熱媒体が流れる。流路６０ａは入口ＩＮと接続され、流路６０ｂは出口ＯＵＴと接続される。流路６０ａは流路６０の往路であり、流路６０ｂは流路６０の復路である。

図４（ｂ）に示すように、第２リング部材５５ｃの下面に形成された２つの穴は、伝熱媒体が第２リング部材５５ｃの内部に流入するための流路の入口ＩＮ、及び、第２リング部材５５ｃの外部へ流出するための流路の出口ＯＵＴである。

また、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、流路６０には、入口ＩＮと出口ＯＵＴの間に折り返し部Ｔｐが形成される。流路６０ａ、６０ｂは、折り返し部Ｔｐで折り返され、円周方向に並行して形成され、入口ＩＮと出口ＯＵＴは近接して配置される。例えば、本実施形態では、流路６０ａ、６０ｂは、第２リング部材５５ｃの中心軸Ｏの回りに、第２リング部材５５ｃの円周方向に略３６０°の角度で形成されている。ただし、流路６０ａ、６０ｂは、第２リング部材５５ｃの円周方向に３６０°以内の特定の角度で形成されればよい。例えば、流路６０ａ、６０ｂは、第２リング部材５５ｃの円周方向に９０°の角度で形成されればよい。

本実施形態では、流路６０、入口ＩＮ、出口ＯＵＴ、及び折り返し部Ｔｐは、第２リング部材５５ｃに一つずつ設けられたが、これに限られず、流路６０、入口ＩＮ、出口ＯＵＴ、及び折り返し部Ｔｐは、それぞれ少なくとも１つあればよい。

例えば、流路６０、入口ＩＮ、出口ＯＵＴ、及び折り返し部Ｔｐは、第２リング部材５５ｃに、３つずつ設けられてもよい。この場合、３つの流路６０は、第２リング部材５５ｃの中心軸Ｏの回りに円周方向に略１２０°の角度で形成され、３つの流路６０のそれぞれに入口ＩＮ、出口ＯＵＴ及び折り返し部Ｔｐが設けられてもよい。

流路６０には、外付けのチラーユニット（図示しない）から入口ＩＮに連結される配管及び出口ＯＵＴに連結される配管（いずれも図示せず）を介して所定温度の伝熱媒体、例えば冷却水等の冷媒が循環供給される。これにより、第２リング部材５５ｃ及びチャンバ１０の内壁は所望の温度に制御される。

流路６０は、第２リング部材５５ｃの内部に埋め込まれることに限られず、第２リング部材５５ｃの下部に溝状に形成されてもよい。この場合、流路６０は、第２リング部材５５ｃと、その下部に設けられた駆動機構５６の上面とにより画定される。

以上に説明したように、第２リング部材５５ｃに形成される流路６０ａ、６０ｂは、チャンバ１０の側壁に沿って形成されている。そして、第２リング部材５５ｃの径方向に並ぶ流路６０ａ、６０ｂの数は、２以上の偶数である。本実施形態では、図３に示すように、第２リング部材５５ｃの径方向に並ぶ流路６０ａ、６０ｂの数は、２つである。しかし、折り返し部Ｔｐを２つ設けることで、第２リング部材５５ｃの径方向に並ぶ流路６０ａ、６０ｂの数を４つにしてもよい。折り返し部Ｔｐの個数の２倍の流路６０が第２リング部材５５ｃの径方向に並ぶ。

プラズマ処理装置１に印加する高周波電圧の高パワー化に伴い、チャンバ１０の内壁へのプラズマ入熱が大きくなっている。そのため、チャンバ１０の内壁の温度が不均一になり易い。そこで、チャンバ１０の内壁を目標温度に制御するために冷却機構が必要とされる。本実施形態に係るチャンバ１０の外周を構成する部材は、冷却機構の一例であり、例えば、シャッタ部材５５が挙げられる。デポシールド７１に流路を設け、デポシールド７１をチャンバ１０の外周を構成する部材としてもよい。シャッタ部材５５及びデポシールド７１を上面から見た形状はリング形状または円弧形状である。

リング形状や円弧形状は局所的な低温部が生じやすいが、本実施形態では、リング形状または円弧形状のシャッタ部材５５の内部に伝熱媒体（例えば水）が流れる流路６０を形成する。チャンバ１０の内壁近くのプラズマは、チャンバ１０の内壁の温度によって変動する。よって、チャンバ１０の外周を構成する部材の温度が常に一定であれば、チャンバ１０の内壁の温度は変動しない。このため、チャンバ１０の外周を構成する部材の温度を一定に維持することで、チャンバ１０の内壁の均熱性を向上させ、プラズマの均一性を図ることができる。

伝熱媒体の熱伝達率は伝熱媒体の温度に概ね比例する。また、伝熱媒体の温度が高い程、熱伝達率が良くなる。このため、伝熱媒体の温度が高く、流路が一本で長い程、抜熱効率が上がる。このため、流路６０を１本で形成すると、流路６０が長い程、部材内の温度均一性が低下する。

そこで、本実施形態に係るシャッタ部材５５の流路６０は、流路６０の断面にて平均熱伝達率が均一になるように流路を折り返す流路パターンを形成し、２本の流路６０ａ、６０ｂを並べて配置する。つまり、シャッタ部材５５の流路６０は、折り返し部Ｔｐを有し、折り返し部Ｔｐの２倍の偶数の流路６０が並行した構造を持つ。流路６０の断面を見たときに、流路６０ａ及び流路６０ｂの一方の高温側の流路と、他方の低温側の流路とが並んで配置され、その平均値は中心Ｏの回りに３６０°のどこを取っても概ね同じになるように制御する。

更に、流路６０ａの入口ＩＮから折り返し部Ｔｐまでの距離と、折り返し部Ｔｐから流路６０ｂの出口ＯＵＴまでの距離とは略等しく、入口ＩＮと出口ＯＵＴは近接して配置される。また、第２リング部材５５ｃを径方向に切断したときの２つまたはそれ以上の偶数の流路６０の断面積は略同一であることが好ましい（図３の流路６０ａ、６０ｂの断面を参照）。これにより、径方向に並ぶ流路６０ａ、６０ｂに伝熱媒体を流したときの温度制御性を高めることができる。

シャッタ部材５５は３軸の駆動機構５６により支持されている。流路６０に流す伝熱媒体の流量はプラズマからの入熱に応じて可変（例えば０．４Ｌ／ｍｉｎ～５Ｌ／ｍｉｎ程度）に制御される。これにより、シャッタ部材５５を伝熱するだけでなく、チャンバ１０の内壁のホットスポット及びクールスポット等の局所的な高温領域及び低温領域の発生をなくし、チャンバ１０の内壁の温度均一性を向上させ、均一なプラズマ環境を提供することができる。

［断熱材］
伝熱媒体は、第２リング部材５５ｃの下面を貫通する流路６０ａの入口ＩＮから上方に向かって垂直に供給される。また、伝熱媒体は、第２リング部材５５ｃの下面を貫通する流路６０ｂの出口ＯＵＴから下方に向かって垂直に供給される。そこで、流路の入口ＩＮや出口ＯＵＴにて、伝熱媒体の流れの向きが変わったり、流路断面積が変わったりすることで乱流度が高くなったり、渦度が高くなったりすることがある。この結果、流路の入口ＩＮや出口ＯＵＴにてクールスポット等の温度偏差が生じやすい。このため、図５に示すように、流路の入口ＩＮや出口ＯＵＴの内部に断熱材を設けてもよい。これにより、入口ＩＮや出口ＯＵＴにて局所的に熱伝達を悪くして、温度偏差が生じ難くし、これにより、温度の均一性を高めることができる。

図５（ａ）は、第２リング部材５５ｃの上面側を見た斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の第２リング部材５５ｃの上下を反転させ、第２リング部材５５ｃの下面側を見た斜視図である。図５（ａ）及び（ｂ）では、流路６０ａ、６０ｂを点線で示している。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、流路６０ａ、６０ｂは、第２リング部材５５ｃの内部に円周方向に形成されている。流路６０ａは入口ＩＮと接続され、流路６０ｂは出口ＯＵＴと接続され、流路６０ａは流路６０の往路であり、流路６０ｂは流路６０の復路である。

流路６０ａに接続された入口ＩＮの内部には、断熱材６３が設けられている。断熱材６３は、入口ＩＮ及び入口ＩＮに繋がる流路６０ａの内部にはめ込まれ、その内部に伝熱媒体が流れるように、中空になっている。特に、入口ＩＮはクールスポットとなり易い。よって、入口ＩＮに断熱材６３を設けることにより、局所的に熱伝達を悪くして、チャンバ１０の内壁の温度均一性を高めることができる。

図５の例では、流路６０ｂに接続された出口ＯＵＴの内部には、断熱材６３は設けられていない。ただし、これに限られず、入口ＩＮ及び出口ＯＵＴの少なくともいずれかに、断熱材６３を装着してもよい。特に入口ＩＮの真上と、出口ＯＵＴの真上とに断熱材６３を装着することが好ましい。これにより、乱流度が高い部分の熱伝達を局所的に悪くすることで、チャンバ１０の内壁の温度均一性を高めることができる。

断熱材６３には、熱伝達率が低い石英等の材質を使用する。ただし、断熱材６３は、石英に限られず、ガラス、樹脂等の熱伝達率が低い材質であってもよい。これにより、局所的な断熱を生じさせることができる。これにより、過冷却され易い入口ＩＮ及び出口ＯＵＴ等の箇所の温度がリング部材の平均温度に近づく。この結果、チャンバ１０の内壁の温度均一性を高めることができる。

［温度の測定結果］
最後に、第２リング部材５５ｃの温度の測定結果の一例について、図６を参照しながら説明する。図６は、実施形態に係るシャッタ部材５５の第２リング部材５５ｃの温度の測定結果の一例を示す図である。

図４及び図５に示した流路６０ａ、６０ｂを有する第２リング部材５５ｃは、図６の（ｃ）に示す「実施例１」である。実施形態の実施例としては、図６の（ｃ）に示す「実施例１」の他、図６の（ｄ）に示す「実施例２」が挙げられる。図６の（ｄ）の「実施例２」に示す第２リング部材５５ｃでは、入口ＩＮから左右に接続された流路６０ａが、円周方向の入口ＩＮの反対側に設けられた２本の折り返し部Ｔｐ１，Ｔｐ２にて折り返される。折り返した２本の流路６０ｂは、２本の流路６０aに並行して設けられ、出口ＯＵＴに接続されるように構成される。

このように、「実施例１」では、伝熱媒体は、入口ＩＮから流路６０ａを流れ、折り返し部Ｔｐにて折り返して流路６０ｂを流れ、出口ＯＵＴに到達する。「実施例２」では、伝熱媒体は、入口ＩＮから左右の流路６０ａを流れ、折り返し部Ｔｐ１，Ｔｐ２にてそれぞれ折り返して左右の流路６０ｂを流れ、出口ＯＵＴに到達する。

一方、図６の（ａ）に示す「比較例１」及び図６の（ｂ）に示す「比較例２」では、第２リング部材５５ｃ内に１本の流路１６０が形成されている。「比較例１」と「比較例２」との違いは、「比較例２」の流路１６０の幅Ｄ２が、「比較例１」の流路１６０の幅Ｄ１よりも広い点である。

図６（ａ）及び（ｂ）の流路１６０及び図６（ｃ）及び（ｄ）の流路６０に伝熱媒体を流し、以下の条件で第２リング部材５５ｃの温度を測定するシミュレーションを行った。

＜シミュレーション条件＞
シャッタ部材５５の上面から３０００Ｗのプラズマ入熱がある設定とした。
冷却水（伝熱媒体）の流量を５Ｌ／ｍｉｎに設定した。
乱流条件（ｋ－εモデル）にて解析した。
冷却水の初期温度（固定初期温度）を２５℃に設定した。
冷却水が流れない外部の伝熱（対流熱伝達・輻射）は考慮しないこととした。

シミュレーションにより第２リング部材５５ｃの温度偏差（最大値と最小値の差分）を算出した結果を、図６（ａ）～（ｄ）に示す。図６（ａ）～（ｄ）のいずれも入口ＩＮ及び出口ＯＵＴに断熱材６３を設けなかった場合と、断熱材６３を設けた場合の温度偏差を求めた。

この結果、「実施例１」及び「実施例２」では、「比較例１」及び「比較例２」よりも第２リング部材５５ｃの温度偏差が小さくなり、温度の均一性が高くなった。特に、「実施例１」は、最も第２リング部材５５ｃの温度偏差が小さくなり、「実施例２」よりも更に温度の均一性が高くなった。

入口ＩＮ及び出口ＯＵＴに断熱材６３を設けなかった場合と、断熱材６３を設けた場合のいずれも上記結果を示した。さらに、断熱材６３を設けた場合は、断熱材６３を設けなかった場合よりもより第２リング部材５５ｃの温度偏差が小さくなり、温度の均一性が高くなった。

以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、チャンバ１０の外周を構成する部材の流路構造により、チャンバの内壁の温度均一性を向上させることができる。

なお、本実施形態に係るチャンバ１０の外周を構成する部材は、シャッタ部材５５、駆動機構５６、デポシールド７１、上部電極２２（外側上部電極２３、内側上部電極２４）及び絶縁性遮蔽部材２６の少なくともいずれかであってもよい。

本実施形態に係るチャンバ１０の外周を構成する部材であるシャッタ部材５５以外の、駆動機構５６、デポシールド７１、外側上部電極２３、絶縁性遮蔽部材２６には、流路が図示されていない。ただし、これらの部材は、シャッタ部材５５に形成された流路６０と同一構造の流路を円周方向に設けることができる。内側上部電極２４の外周にも、シャッタ部材５５に形成された流路６０と同一構造の流路を円周方向に設けることができる。この場合、内側上部電極２４の内周側には流路は設けない構造とする。

なお、チャンバ１０の外周を構成する部材に形成する流路は、３Ｄプリンタにより製造することができる。ただし、これに限られず、電子ビーム溶接（ＥＢＷ：Electron Beam Welding）、ホットプレス等の拡散接合（ＨＰ：Hot Pressing、ＨＩＰ：Hot Isostatic Pressing）、ロウ付けでもよい。

また、チャンバ１０の外周を構成する部材に形成する流路に流す伝熱媒体は、部材の冷却に限られず、加熱であってもよい。例えば、高い冷却性が要求される場合だけでなく、入熱が低い場合にも、高温の伝熱媒体で温度制御するなど、様々な温度帯の制御が可能である。

今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

本開示のプラズマ処理装置は、Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＤ）装置、Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ（ＣＣＰ）、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ）、Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ（ＲＬＳＡ）、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ（ＥＣＲ）、Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ（ＨＷＰ）のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ チャンバ
１３ 基板支持部
２２ 上部電極
２３ 外側上部電極
２４ 内側上部電極
２６ 絶縁性遮蔽部材
５５ シャッタ部材
５５ａ 弁体
５５ｂ 第１リング部材
５５ｂ１ ヒータ
５５ｃ 第２リング部材
５６ 駆動機構
６０、６０ａ、６０ｂ 流路
６３ 断熱材
７１ デポシールド
ＩＮ 流路の入口
ＯＵＴ 流路の出口
Ｔｐ 折り返し部

本開示の一の態様によれば、基板を処理する処理空間を形成する円筒状のチャンバと、前記チャンバの外周を構成する部材と、を備え、前記部材は、伝熱媒体が流入するための少なくとも１つの流路の入口と、伝熱媒体が流出するための少なくとも１つの流路の出口と、前記入口と前記出口とを繋ぎ、伝熱媒体を流す少なくとも１つの流路と、前記流路に形成される少なくとも１つの折り返し部と、を有し、前記入口と前記出口は近接して配置され、前記部材の円周方向に特定の角度で前記流路が形成されている、プラズマ処理装置が提供される。

また、チャンバ１０の内壁（側壁）には、基板搬送用の開口部５１が設けられ、開口部５１を開閉するゲートバルブ５２が配置される。また、チャンバ１０の内壁（側壁及び上部外周）には、略円筒状のデポシールド７１（シールド部材）がチャンバ１０の内壁に沿って配置されている。

Claims (8)

1. 基板を処理する処理空間を形成する円筒状のチャンバと、
   前記チャンバの外周を構成する部材と、を備え、
   前記部材は、
   伝熱媒体が流入するための少なくとも１つの流路の入口と、
   伝熱媒体が流出するための少なくとも１つの流路の出口と、
   前記入口と前記出口とを繋ぎ、伝熱媒体を流す少なくとも１つの流路と、
   前記流路に形成される少なくとも１つの折り返し部と、を有し、
   前記入口と前記出口は近接して配置され、
   前記部材の円周方向に３６０°以内の特定の角度で前記流路が形成されている、プラズマ処理装置。
2. 前記流路は、前記チャンバの内壁に対応して略環状又は円弧状に形成されている、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記部材の径方向に並ぶ前記流路の数は、２以上の偶数である、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記入口から前記折り返し部までの距離と、前記折り返し部から前記出口までの距離とは略等しい、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記部材を径方向に切断したときの２以上の前記流路の断面積は略同一である、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記入口及び前記出口の少なくともいずれかには、断熱材が設けられている、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記部材は、加熱手段を有する、
   請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記チャンバの内壁に形成された基板搬送用の開口部を開閉するシャッタ部材と、
   前記シャッタ部材を駆動する駆動機構と、
   前記チャンバの内壁に設けられたデポシールドと、
   前記チャンバの内壁の上部に設けられた上部電極と、
   前記上部電極の外周に設けられた絶縁性遮蔽部材と、を有し、
   前記部材は、前記シャッタ部材、前記駆動機構、前記デポシールド、前記上部電極及び前記絶縁性遮蔽部材の少なくともいずれかである、
   請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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