JP6224366B2 - 支持部材及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、支持部材及び基板処理装置に関する。

基板処理装置として、プラズマを使用して半導体デバイス用のウェハ等の基板に対してエッチング等の所定の処理を施すプラズマ処理装置が広く知られている。

プラズマ処理装置は、例えば、内部にプラズマが発生する処理容器、対向して設けられた上部電極及び下部電極、及び、この上部電極及び下部電極に挟まれた空間にガス供給孔を介して処理ガスを供給するガス供給部等を有して構成される。そして、対向して設けられた上部電極及び下部電極の少なくともいずれか一方に高周波電力を印加して、その電界エネルギーにより処理ガスを励起させてプラズマを生成し、生成された放電プラズマによって基板にプラズマ処理を施す。

上部電極の温度制御は、チラーユニットを使用して、配管を介して所定温度の冷媒体又は熱媒体を循環供給されることで実施される。例えば、上部電極の温度を１５０℃に温度制御する場合、１５０℃に温められた熱媒体を循環供給することで実施される。

配管は、供給される熱媒体に依存した温度になるため、人間が触れても安全になるように、配管には断熱材を巻いて断熱化している。しかしながら、これにより、断熱材と配管が大きなスペースを占めてしまい、フットプリントの観点から問題となっている。

上記課題に対して、配管の断熱化と省スペース化とを両立する支持部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、
基板処理装置を支持する支持部材であって、
内部に中空部を有するフレームと、
前記中空部に配設され、冷媒体又は熱媒体が循環供給される少なくとも１つの配管とを有する、
支持部材が提供される。

一の態様によれば、配管の断熱化と省スペース化とを両立する支持部材が提供できる。

本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略構成を示した縦断面図である。 断熱材を巻いたチラーホースの一例の概略図である。 従来の支持部材の断面の一例の概略断面図である。 第１の実施形態に係る支持部材の一例の概略断面図である。 第２の実施形態に係る支持部材の一例の概略断面図である。 第３の実施形態に係る支持部材の一例の概略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。なお、本実施形態においては、基板処理装置として、プラズマを使用してウェハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置を例として説明する。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、温調手段（例えば、チラーユニット）と配管（例えばチラーホース）を介して接続されている、如何なる基板処理装置であっても良い。具体的には、ウェハに、成膜処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種処理を実施する縦型基板処理装置であっても良い。

［基板処理装置の概略構成］
先ず、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略構成を示した縦断面図である。

基板処理装置１は、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（以下、チャンバＣと呼ぶ。）を有している。チャンバＣは接地されている。チャンバＣ内では、半導体ウェハ（以下、ウェハＷと呼ぶ。）にプラズマ処理が施される。

チャンバＣ内には、ウェハＷを載置する載置台２が設けられている。載置台２は下部電極としても機能する。

チャンバＣの天井部には、上部電極３が載置台２に対向して配置されている。上部電極３には、ガス供給源４が接続されている。上部電極３の内部にはガス供給源４からのガスを拡散する拡散室３ａが形成されている。拡散室３ａ内のガスは、上部電極３の底部に設けられた多数のガス孔３ｂを通ってチャンバＣ内に導入される。上部電極３は、ガスを供給するためのシャワーヘッドとしても機能する。

プラズマエッチング装置１には、第１の高周波電源５及び第２の高周波電源６が設けられている。載置台２（下部電極）又は上部電極３のいずれか一方には、第１の高周波電源５から出力されたプラズマ生成用の高周波電力が印加される。図１に示す例では、一例として、第１の高周波電源５からの高周波電力を、下部電極に印加する例を示した。

第２の高周波電源６から出力されたバイアス用の高周波電力は、載置台２に印加される。

チャンバＣ内に導入されたガスは、高周波電力のパワーによりプラズマ化される。これにより、チャンバＣ内にてウェハＷにプラズマ処理が施される。

上部電極３の内部には、通常、熱媒体管７が設けられている。この熱媒体管７には、配管であるチラーホース８，９を介して、チラーユニット１０から所定の温度の熱媒体が循環供給される。チラーユニット１０による加熱又は冷却によって、上部電極３の処理温度は所望の温度に調節される。

チラーユニット１０は、一般的に、基板処理装置１の底部近傍に配置される。そして、チラーホース８，９は、少なくとも基板処置装置１の高さ方向上方に伸長し、熱媒体管７に接続される。

プラズマエッチング装置１では、制御部１１の制御に従いプラズマ処理が実行される。制御部１１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する。ＣＰＵは、ＲＯＭ等の記憶領域に格納された各種レシピに従ってプラズマ処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、処理室内温度（上部電極温度、処理室の側壁温度、ＥＳＣ温度など）、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセス流量、伝熱流量などが記載されている。

以上、本実施形態に係る基板処理装置１の概略構成について説明した。次に、基板処理装置１のチラーホース８，９に係る問題点について、説明する。

（チラーホース８，９に係る問題点）
前述したように、上部電極３の内部には、熱媒体管７が設けられており、この熱媒体管７には、チラーホース８，９を介してチラーユニット１０から所定の温度の熱媒体が循環供給される。例えば、上部電極３の温度を１５０℃に制御する場合、１５０℃に温められた熱媒体を上部電極３へと循環供給することで実施される。この際、チラーホース８，９も、熱媒体によって加熱され高温になる。そのため、チラーホース８，９は、一般的には、断熱材が巻かれて断熱化されている。

図２に、断熱材を巻いたチラーホースの一例の概略図を示す。

例えば、内部に１５０℃の熱媒体が流れるチラーホース８の外径がφ２０ｍｍであり、このチラーホース８の外周に対して、熱伝導率λ_１が５．０×１０^−２Ｗ／ｍ・ｋのシリコンスポンジシートから構成される断熱材２０を、一様に巻いたと仮定する。また、外気温度が２５℃であると仮定する。

この場合、図２に示すように、チラーホース８と断熱材２０を合わせた構造体の外径が６０ｍｍである場合（即ち、２０ｍｍの断熱材を巻いた場合）に、その断熱材２０の表面温度が５４℃となる。

人間が容易に触れることができる箇所の温度は、安全の観点から、６０℃以下、好ましくは５０℃以下であることが好ましい。そのため、図２に示す実施形態のように、チラーホース８，９に約２０ｍｍの断熱材２０を巻くことによって、チラーホース８は、人間が安全に触ることが可能な温度となる。しかしながら、断熱材２０の厚さが約２０ｍｍと大きくなるため、フットプリントの観点から問題となる。

本発明者らは、通常、基板処理装置１の各構成要素を支持する支持フレームである後述する支持部材を改良し、支持部材の内部にチラーホース８，９を配置することにより、チラーホース８，９の断熱性及び省スペース性の両方に係る課題を解決できることを見出した。

以下、従来の支持部材及び本実施形態に係る支持部材について、詳細に説明する。なお、本明細書においては、本実施形態及び比較の実施形態の比較の為に、チラーホースの外径と、支持部材の断面の外周寸法と、を統一して説明する。具体的には、本実施形態及び比較の実施形態の両方において、チラーホースの外径が２０ｍｍであり、支持部材の断面の外周寸法が、図３乃至図６のｘ軸方向の長さ×ｙ軸方向の長さで、９０ｍｍ×４５ｍｍである場合について、説明する。しかしながら、本発明は、この点において限定されない。

（第１の実施形態の支持部材）
先ず、従来の支持部材について、説明する。図３に、従来の支持部材の概略断面図を示す。

支持部材３０に求められる特性として、高強度でありかつ軽量であることが挙げられる。そのため、従来の支持部材３０は、例えば、比較的安価で、高い強度を有するアルミニウム又はアルミニウム合金等から形成される。しかしながら、従来の支持部材３０は、チラーホースを配置する空間、例えば中空部が設けられていない。即ち、チラーホースが剥き出しの状態で配置されるため、人間が、高温又は低温になったチラーホースに直接触れる可能性があるという問題点があった。

次に、第１の実施形態に係る支持部材について、説明する。図４に、第１の実施形態に係る支持部材の一例の概略断面図を示す。

第１の実施形態に係る支持部材４０Ａは、支持部材４０Ａのハウジングを形成するフレーム４８Ａによって構成される。

フレーム４８Ａは、中空部４２Ａを有し、この中空部４２Ａ内に、チラーホース８，９、後述する断熱材２０Ａ及び後述する配管クランプ４４Ａが配置されるように、構成される。

断熱材２０Ａは、チラーホース８，９の外表面に接触して設けられる。第１の実施形態において、断熱材２０Ａの厚さは、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ程度である。

断熱材２０の材料としては、熱媒体の温度に耐え得る耐熱性を有するものであれば、従来の断熱材材料を適宜使用することができる。断熱材２０の具体的な材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、フッ素樹脂、アラミド繊維、シリコンスポンジ、エアロフレックス（Aeroflex：登録商標）等を使用することができる。

断熱材２０Ａの外周側には、断熱材２０Ａの外周の少なくとも一部を支持する配管クランプ４４Ａが配置される。また、支持部材４０Ａのフレーム４８Ａには、配管クランプ４４Ａの外周側に、この配管クランプ４４Ａを固定する固定部４６Ａが設けられる。

配管クランプ４４Ａを用いることにより、チラーホース８，９と、フレーム４８Ａとが直接接触することはないため、フレーム４８Ａの外表面温度を、容易に人間が安全に触ることができる温度とすることができる。本実施形態においては、配管クランプ４４Ａとして、ポリプロピレン製の配管クランプを使用した。

固定部４６Ａとしては、中空部４２Ａ内に配置されたチラーホース８，９をフレーム４８Ａに固定することができれば、特に制限はなく、本実施形態においては、ステンレススチール製のネジ部材を利用してフレーム４８Ａに固定した。

フレーム４８Ａの材料としては、特に制限されないが、比較的安価で、高い強度を有するアルミニウム又はアルミニウム合金を使用することが好ましい。

第１の実施形態に係る支持部材４０Ａは、チラーホース８、９が、支持部材４０Ａの中空部４２Ａ内に配置される。また、チラーホース８，９と、フレーム４８Ａとが直接接触することがないため、フレーム４８Ａの外表面温度を、容易に、人間が安全に触れることができる温度、例えば６０℃以下にすることができる。

また、従来の支持部材３０を使用する場合、支持部材３０の占有領域に加え、チラーホース８，９の占有領域が必要となる。しかしながら、第１の実施形態の支持部材４０Ａを使用することにより、フレーム４８Ａ内にチラーホース８，９が配置されるため、省スペース化が図れる。

第１の実施形態の支持部材４０Ａの効果を確認した実施形態について説明する。

予め１５０℃に設定されたチラーホース８，９の外表面に、断熱材２０Ａとして発泡ポリイミド（熱伝導率λ：０．０４４（Ｗ／ｍ・Ｋ））を２ｍｍ巻き、これを配管クランプ４４Ａで固定した。そして、これらをネジ部材により支持部材４０Ａに固定した。

この状態で、支持部材４０Ａのフレーム４８Ａの外表面の温度をモニタリングした。その結果、フレーム４８Ａの外表面の温度は、４８．１℃で一定となった。即ち、本実施形態の支持部材４０Ａを使用することにより、チラーホース８，９を支持部材４０Ａの内部に保持可能であると共に、支持部材４０Ａの外表面温度を、人間が安全に触ることができる温度とすることができることがわかった。

また、支持部材４０Ａの、図４のｘ軸方向における断面２次モーメントは約１６６ｍｍ^４であり、ｙ軸方向にける断面２次モーメントは約３５ｍｍ^４であった。図３に示した従来の支持部材３０の、図３のｘ軸方向における断面２次モーメントは約１２９ｍｍ^４であり、ｙ軸方向における断面２次モーメントは約３３ｍｍ^４である。即ち、第１の実施形態の支持部材４０Ａは、従来の支持部材３０と比して、十分な強度を有することがわかった。

（第２の実施形態）
図５に、第２の実施形態に係る支持部材の一例の概略断面図を示す。

第２の実施形態に係る支持部材４０Ｂは、第１の実施形態と同様、支持部材４０Ｂのハウジングを形成するフレーム４８Ｂによって構成される。

フレーム４８Ｂは、第１の実施形態と同様、中空部４２Ｂを有する。第２の実施形態では、中空部４２Ｂ内には、チラーホース８，９及び断熱材２０Ｂのみが配置される点で、第１の実施形態とは異なる。即ち、第２の実施形態では、断熱材２０Ｂは、チラーホース８，９の外表面に接触して設けられ、この断熱材２０Ｂの外表面がフレーム４８Ｂと接触している。

断熱材２０Ｂの材料としては、熱媒体の温度に耐え得る耐熱性を有するものであれば、従来の断熱材材料を適宜使用することができる。断熱材２０の具体的な材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、フッ素樹脂、アラミド繊維、シリコンスポンジ、エアロフレックス（Aeroflex：登録商標）等を使用することができる。

フレーム４８Ｂの材料としては、特に制限されないが、比較的安価で、高い強度を有するアルミニウム又はアルミニウム合金を使用することが好ましい。

第２の実施形態の支持部材４０Ｂは、第１の支持部材４０Ａと同様、チラーホース８，９が、支持部材４０Ｂの中空部４２Ｂ内に配置される。そのため、人間が、熱媒体によって高温又は低温になったチラーホース８，９を直接触ることはない。

また、第２の実施形態の支持部材４０Ｂでは、断熱材２０Ｂとフレーム４８Ｂとが直接接触する。しかしながら、第１の実施形態の支持部材４０Ａの構成要素である、配管クランプ４４Ａを使用する必要がない。そのため、断熱材２０Ｂの厚さを、第１の実施形態と比して、厚くすることができる。これにより、フレーム４８Ｂの外表面温度を、人間が安全に触れることができる温度、例えば６０℃以下にすることができる。

さらに、第２の実施形態の支持部材４０Ｂを使用することにより、フレーム４８Ｂ内にチラーホース８，９が配置されるため、省スペース化が図れる。

第２の実施形態の支持部材４０Ｂの効果を確認した実施形態について説明する。

１５０℃に設定されたチラーホース８，９の外表面に、断熱材２０Ｂとしてシリコンスポンジ（熱伝導率λ：０．０８（Ｗ／ｍ・Ｋ））又はエアロフレックス（熱伝導率λ：０．０３４（Ｗ／ｍ・Ｋ））を７ｍｍ巻き、断熱材２０ＢとフレームＢとを接触させることで、チラーホース８，９を固定した。この状態で、支持部材４０Ｂのフレーム４８Ｂの外表面の温度をモニタリングした結果、フレーム４８Ｂの外表面の温度は、各々、５９．０℃、４６．８℃で一定となった。即ち、本実施形態の支持部材４０Ｂを使用することにより、チラーホース８，９を支持部材４０Ｂの内部に保持可能であると共に、支持部材４０Ｂの外表面温度を、人間が安全に触ることができる温度とすることができることがわかった。

また、支持部材４０Ｂは、第１の実施形態の支持部材４０Ａと同様の、断面２次モーメントを有する。即ち、第２の実施形態の支持部材４０Ｂは、従来の支持部材３０と比して、十分な強度を有する。

（第３の実施形態）
図６に、第３の実施形態に係る支持部材の一例の概略断面図を示す。

第３の実施形態に係る支持部材４０Ｃは、第１の実施形態と同様、支持部材４０Ｃのハウジングを形成するフレーム４８Ｃによって構成される。

フレーム４８Ｃは、第１及び第２の実施形態と同様、中空部４２Ｃを有する。第３の実施形態では、断熱材を使用することなく、中空部４２Ｃ内にチラーホース８，９のみが配設され、チラーホース８，９が、フレーム４８Ｃの一部である固定部５０Ｃによって、直接、フレーム４８Ｃに固定される点で、第１及び第２の実施形態とは異なる。

第３の実施形態では、チラーホース８，９が、固定部５０Ｃを介して、直接、フレーム４８Ｃと接触する。そのため、フレーム４８Ｃが、人間が安全に触ることができない温度にまで加熱されることを防ぐよう、支持部材４８Ｃには、フレーム４８Ｃを冷却するための、ヒートシンク部５２Ｃが設けられる。

ヒートシンク部５２Ｃは、フレーム４８Ｃの少なくとも一部を、例えば剣山状又は蛇腹状に成形することによって、形成することができる。

固定部５０Ｃは、チラーホース８，９の外表面の少なくとも一部に接触する。固定部５０Ｃの、チラーホース８，９との接触面側には、チラーホース８，９との接触面積を低減させるために、例えば突起部が設けられることが好ましい。

フレーム４８Ｃの材料としては、特に制限されないが、比較的安価で、高い強度を有するアルミニウム又はアルミニウム合金を使用することが好ましい。

第３の実施形態の支持部材４０Ｃは、第１及び第２の支持部材４０Ａ、４０Ｂと同様、チラーホース８，９が、支持部材４０Ｃの中空部４２Ｃ内に配置される。そのため、人間が、熱媒体によって高温又は低温になったチラーホース８，９を直接触ることはない。

また、第３の実施形態の支持部材４０Ｃでは、固定部５０Ｃとフレーム４８Ｃとが直接接触する。しかしながら、支持部材４０Ｃはヒートシンク部５２Ｃを有するため、フレーム４８Ｃを冷却することができる。これにより、フレーム４８Ｃの外表面温度を、人間が安全に触ることができる温度、例えば６０℃以下にすることができる。

さらに、第３の実施形態の支持部材４０Ｃを使用することにより、フレーム４８Ｃないに、チラーホース８，９が配置されるため、省スペース化が図れる。

なお、支持部材４０Ｃの、図６のｘ軸方向における断面２次モーメントは約１６０ｍｍ^４であり、ｙ軸方向にける断面２次モーメントは約３６ｍｍ^４であった。上述したように、図２に示した従来の支持部材３０の、図２のｘ軸方向における断面２次モーメントは約１２９ｍｍ^４であり、ｙ軸方向における断面２次モーメントは約３３ｍｍ^４である。即ち、第３の実施形態の支持部材４０Ｃは、従来の支持部材３０と比して、十分な強度を有することがわかった。

なお、上記本実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

例えば、本明細書において、支持部材４０Ａ〜４０Ｃに形成される中空部４２Ａ〜４２Ｃには、チラーホース８，９が配置される構成について説明したが、本発明はこの点において限定されない。基板処理装置の各種電気ケーブル等のケーブル部材が配置される構成であっても良い。

１ 基板処理装置
２ 載置台
３ 上部電極
４ ガス供給源
５ 第１の高周波電源
６ 第２の高周波電源
７ 熱媒体管
８ チラーホース
９ チラーホース
１０ チラーユニット
１１ 制御部
２０ 断熱材
Ｃ チャンバ
Ｗ ウェハ

Claims (11)

1. 基板処理装置を支持する支持部材であって、
   内部に中空部を有するフレームと、
   前記中空部に配設され、冷媒体又は熱媒体が循環供給される少なくとも１つの配管と
   を有する、支持部材。
2. 前記配管は、前記基板処理装置の高さ方向上方に伸長して配設されている、
   請求項１に記載の支持部材。
3. 前記配管は、外表面が断熱材で覆われ、
   前記断熱材の外表面の少なくとも一部は、配管クランプによって支持され、
   前記配管クランプは、固定部によって前記フレームに固定されている、
   請求項１または２に記載の支持部材。
4. 前記断熱材の厚さは、１ｍｍ以上４ｍｍ以下である、
   請求項３に記載の支持部材。
5. 前記断熱材及び前記配管は、前記フレームに接触しないように配設されている、
   請求項３または４に記載の支持部材。
6. 前記配管は、外表面が断熱材で覆われ、
   前記断熱材の外表面は、前記フレームに接触している、
   請求項１または２に記載の支持部材。
7. 前記断熱材は、ポリイミド樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、フッ素樹脂、アラミド繊維、シリコンスポンジ及びエアロフレックスの群から選択される１つ以上の材料を含む、
   請求項３〜６のいずれか一項に記載の支持部材。
8. 前記配管の外表面は、前記フレームの一部である固定部によって固定されており、
   前記フレームは、ヒートシンク部を有する、
   請求項１または２に記載の支持部材。
9. 前記フレームは、前記配管との接触部に、接触面積を低減するための突起部が設けられている、
   請求項８に記載の支持部材。
10. 前記配管の内部に１５０℃の熱媒体が導入された場合に、前記フレームの外表面の温度が６０℃以下となる、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の支持部材。
11. 基板処理装置であって、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の前記支持部材と、
    前記支持部材の前記配管内に循環供給される冷媒体又は熱媒体を利用して前記基板処理装置の任意の構成要素を温調する温調手段とを有する、
    基板処置装置。

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