KR20210066721A - 배관 및 처리 장치 - Google Patents

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KR20210066721A
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가즈키 오시마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 배관의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제한다. 배관은, 전위차가 있는 2개의 도전성 부재의 사이에 배치되어, 한쪽의 도전성 부재로부터 다른 쪽의 도전성 부재에 가스를 흘리는 배관이며, 외통과, 심재와, 고유전율 부재를 구비한다. 심재는, 외통 내에 배치되어, 외통의 내측벽에 대응하는 형상의 외측벽을 갖는다. 고유전율 부재는, 외통 및 심재보다도 유전율이 높다. 외통의 내측벽 및 심재의 외측벽의 적어도 어느 것에는, 나선상의 홈이 형성되어 있고, 나선상의 홈은, 외통 내에 심재가 수용된 상태에서, 가스의 유로를 형성한다. 고유전율 부재는, 외통의 단부 및 심재의 단부의 적어도 어느 것에 배치되어 있다.

Description

배관 및 처리 장치{PIPELINE AND PROCESSING APPARATUS}
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태는, 배관 및 처리 장치에 관한 것이다.
플라스마를 사용해서 기판에 에칭 등의 처리를 행하는 처리 장치에서는, 기판의 온도 관리가 중요하다. 기판은, 하부 전극 상에 마련된 정전 척 상에 적재된다. 하부 전극은, 하부 전극의 내부를 유통하는 냉매에 의해 온도 제어되고, 정전 척은, 내부에 마련된 히터에 의해 온도 제어된다. 정전 척과 기판의 사이에는, 헬륨 가스 등의 전열 가스가 공급된다. 하부 전극의 열은 정전 척에 전달되고, 정전 척의 열은, 전열 가스를 통해서 기판에 전달된다. 전열 가스의 압력을 제어함으로써, 정전 척과 기판의 사이의 전열량을 제어할 수 있어, 기판의 온도를 제어할 수 있다. 전열 가스는, 접지된 하우징과 하부 전극의 사이에 마련된 배관을 통해서 공급된다.
그런데, 하부 전극에는 RF(Radio Frequency) 전력이 공급되기 때문에, 하우징과 하부 전극의 사이에 마련된 배관의 양단에는 전위차가 발생한다. 그 때문에, 배관 내에서, 전극으로부터 방출된 전자가 가속되어, 배관 내의 전열 가스의 원자와 충돌함으로써, 배관 내에서 방전(아킹)이 발생하는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위해서, 배관 내의 유로를 나선상으로 하는 기술이 알려져 있다(예를 들어 하기 특허문헌 1 참조). 이에 의해, 전계 방향에서의 배관 내의 공간의 길이를 짧게 할 수 있어, 전자의 가속을 억제하여, 방전의 발생을 억제할 수 있다.
미국 특허 제8503151호 명세서
본 개시는, 배관의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있는 배관 및 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 측면은, 전위차가 있는 2개의 도전성 부재의 사이에 배치되어, 한쪽의 도전성 부재로부터 다른 쪽의 도전성 부재에 가스를 흘리는 배관이며, 외통과, 심재와, 고유전율 부재를 구비한다. 심재는, 외통 내에 배치되어, 외통의 내측벽에 대응하는 형상의 외측벽을 갖는다. 고유전율 부재는, 외통 및 심재보다도 유전율이 높다. 외통의 내측벽 및 심재의 외측벽의 적어도 어느 것에는, 나선상의 홈이 형성되어 있고, 나선상의 홈은, 외통 내에 심재가 수용된 상태에서, 가스의 유로를 형성한다. 고유전율 부재는, 외통의 단부 및 심재의 단부의 적어도 어느 것에 배치되어 있다.
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태에 따르면, 배관의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 하부 전극과 배관의 접속 부분 및 배관과 처리 용기의 저부의 접속 부분의 일례를 도시하는 확대 단면도이다.
도 3은 배관의 일례를 도시하는 상면도이다.
도 4는 배관의 일례를 도시하는 사시 단면도이다.
도 5는 하부 전극과 배관의 접속 부분의 일례를 도시하는 확대 단면도이다.
도 6은 비교예에서의 개구부 부근의 등전위선의 분포의 시뮬레이션 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에서의 개구부 부근의 등전위선의 분포의 시뮬레이션 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 고유전율 부재의 배치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 9는 고유전율 부재의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 고유전율 부재의 배치의 다른 예를 도시하는 상면도이다.
도 11은 고유전율 부재의 배치의 다른 예를 도시하는 상면도이다.
도 12는 고유전율 부재의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 13은 고유전율 부재의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 14는 고유전율 부재의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
이하에, 배관 및 처리 장치의 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해, 개시되는 배관 및 처리 장치가 한정되는 것은 아니다.
그런데, 플라스마를 사용한 근년의 기판의 처리에서는, 하부 전극에 공급되는 전압이 높아지는 경향이 있다. 그 때문에, 배관 내에서 전열 가스의 방전이 일어나기 쉬운 상황에 있다. 하부 전극에 공급되는 전압이 높아진 경우, 배관 내의 나선상의 유로의 폭을 좁게 함으로써, 전계 방향에서의 배관 내의 공간의 길이를 더욱 짧게 하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 배관과 하부 전극의 접속 부분에서는, 나선상의 유로의 폭보다도 전계 방향에서의 공간의 길이가 길어져버리는 개소가 존재한다. 그 때문에, 배관과 하부 전극의 접속 부분에서는, 배관 내부보다도 방전이 발생하기 쉽다. 또한, 배관과 하우징의 사이에서도, 마찬가지로 배관 내부보다도 방전이 발생하기 쉽다.
그래서, 본 개시는, 배관의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
[처리 장치(1)의 구성]
도 1은, 본 개시의 일 실시 형태에서의 처리 장치(1)의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 본 실시 형태에 있어서, 처리 장치(1)는, 예를 들어 평행 평판의 전극을 구비하고, 용량 결합형 플라스마(CCP)를 사용해서 기판(W)의 에칭을 행하는 플라스마 에칭 장치이다. 처리 장치(1)는, 장치 본체(10) 및 제어 장치(11)를 구비한다. 장치 본체(10)는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 구성되고, 예를 들어 대략 원통 형상의 형상을 갖는 처리 용기(12)를 갖는다. 처리 용기(12)는 도전성 부재의 일례이다. 처리 용기(12)는, 내벽면에 양극 산화 처리가 실시되어 있다. 또한, 처리 용기(12)는 보안 접지되어 있다. 처리 용기(12)는, 하우징의 일례이다.
처리 용기(12)의 저부 상에는, 예를 들어 석영 등의 절연 재료에 의해 구성된 대략 원통상의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는, 처리 용기(12) 내에서, 처리 용기(12)의 저부로부터 연직 방향으로(예를 들어 상부 전극(30)의 방향으로) 연장되어 있다.
처리 용기(12) 내에는, 적재대(ST)가 마련되어 있다. 적재대(ST)는, 도전성 부재의 일례이다. 적재대(ST)는, 지지부(14)에 의해 지지되어 있다. 적재대(ST)는, 적재대(ST)의 상면에서 기판(W)을 보유 지지한다. 적재대(ST)는, 정전 척(ESC) 및 하부 전극(LE)을 갖는다. 하부 전극(LE)은, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 구성되고, 대략 원반 형태의 형상을 갖는다. 정전 척(ESC)은, 하부 전극(LE) 상에 배치되어 있다.
정전 척(ESC)은, 도전막인 전극(EL)을, 한 쌍의 절연층의 사이 또는 한 쌍의 절연 시트의 사이에 배치한 구조를 갖는다. 전극(EL)에는, 스위치(SW)를 통해서 직류 전원(19)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(ESC)은, 직류 전원(19)으로부터 공급된 직류 전압에 의해 생기는 쿨롱력 등의 정전력에 의해 정전 척(ESC)의 상면에 기판(W)을 흡착한다. 이에 의해, 정전 척(ESC)은, 기판(W)을 보유 지지할 수 있다.
정전 척(ESC)에는, 배관(18) 및 배관(20)을 통해서, 예를 들어 헬륨 가스 등의 전열 가스가 공급된다. 배관(18) 및 배관(20)을 통해서 공급된 전열 가스는, 정전 척(ESC)과 기판(W)의 사이에 공급된다. 정전 척(ESC)과 기판(W)의 사이에 공급되는 전열 가스의 압력을 조정함으로써, 정전 척(ESC)과 기판(W)의 사이의 전열량을 조정할 수 있다.
또한, 정전 척(ESC)의 내부에는, 가열 소자인 히터(HT)가 마련되어 있다. 히터(HT)에는, 히터 전원(HP)이 접속되어 있다. 히터 전원(HP)으로부터 히터(HT)에 전력이 공급됨으로써, 정전 척(ESC)을 통해서 정전 척(ESC) 상의 기판(W)을 가열할 수 있다. 또한, 히터(HT)는, 정전 척(ESC)과 하부 전극(LE)의 사이에 배치되어 있어도 된다.
정전 척(ESC)의 주위에는, 기판(W)의 에지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 에지 링(ER)이 배치되어 있다. 에지 링(ER)은, 포커스 링으로 불리는 경우도 있다. 에지 링(ER)에 의해, 기판(W)에 대한 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 에지 링(ER)은, 예를 들어 석영 등, 에칭 대상의 막의 재료에 따라 적절히 선택되는 재료에 의해 구성된다.
하부 전극(LE)의 내부에는, 갈덴(등록 상표) 등의 절연성 유체가 흐르는 유로(15)가 형성되어 있다. 유로(15)에는, 배관(16a), 배관(16b), 배관(160a), 및 배관(160b)을 통해서 칠러 유닛(17)이 접속되어 있다. 칠러 유닛(17)은, 하부 전극(LE)의 유로(15) 내를 흐르는 절연성 유체의 온도를 제어한다. 칠러 유닛(17)에 의해 온도 제어된 절연성 유체는, 배관(16a) 및 배관(160a)을 통해서 하부 전극(LE)의 유로(15) 내에 공급된다. 유로(15) 내를 흐른 절연성 유체는, 배관(160b) 및 배관(16b)을 통해서 칠러 유닛(17)으로 되돌려진다. 하부 전극(LE) 및 히터(HT)에 의해, 정전 척(ESC) 상에 적재된 기판(W)의 온도가 조정된다.
하부 전극(LE)의 하면에는, 하부 전극(LE)에 RF 전력을 공급하기 위한 급전관(69)이 전기적으로 접속되어 있다. 급전관(69)은 금속으로 구성되어 있다. 또한, 도 1에서는 도시가 생략되어 있지만, 하부 전극(LE)과 처리 용기(12)의 저부의 사이의 공간 내에는, 정전 척(ESC) 상의 기판(W)의 전달을 행하기 위한 리프터 핀이나 그 구동 기구 등이 배치된다.
급전관(69)에는, 정합기(68)를 통해서 제1 RF 전원(64)이 접속되어 있다. 제1 RF 전원(64)은, 기판(W)에 이온을 인입하기 위한 RF 전력, 즉 RF 바이어스 전력을 발생시키는 전원이며, 예를 들어 400[kHz] 내지 40.68[MHz]의 주파수, 일례에 있어서는 13.56[MHz]의 주파수의 RF 바이어스 전력을 발생시킨다. 정합기(68)는, 제1 RF 전원(64)의 출력 임피던스와 부하(하부 전극(LE))측의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다. 제1 RF 전원(64)이 발생시킨 RF 바이어스 전력은, 정합기(68) 및 급전관(69)을 통해서 하부 전극(LE)에 공급된다.
적재대(ST)의 상방이며, 적재대(ST)와 대향하는 위치에는, 상부 전극(30)이 마련되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은, 서로 대략 평행해지도록 배치되어 있다. 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)의 사이의 공간에서는, 플라스마가 생성되어, 생성된 플라스마에 의해, 정전 척(ESC)의 상면에 보유 지지된 기판(W)에 대하여 에칭 등의 플라스마 처리가 행하여진다. 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)의 사이의 공간은, 처리 공간(PS)이다.
상부 전극(30)은, 예를 들어 석영 등에 의해 구성된 절연성 차폐 부재(32)를 개재해서, 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(30)은, 전극판(34) 및 전극 지지체(36)를 갖는다. 전극판(34)은, 하면이 처리 공간(PS)에 면하고 있다. 전극판(34)에는 복수의 가스 토출구(34a)가 형성되어 있다. 전극판(34)은, 예를 들어 실리콘을 포함하는 재료에 의해 구성된다.
전극 지지체(36)는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 구성되고, 전극판(34)을 상방으로부터 착탈 가능하게 지지한다. 전극 지지체(36)는, 도시하지 않은 수랭 구조를 가질 수 있다. 전극 지지체(36)의 내부에는, 확산실(36a)이 형성되어 있다. 확산실(36a)로부터는, 전극판(34)의 가스 토출구(34a)에 연통하는 복수의 가스 유통구(36b)가 하방으로(적재대(ST)를 향해서) 연장되어 있다. 전극 지지체(36)에는, 확산실(36a)에 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 마련되어 있고, 가스 도입구(36c)에는, 배관(38)이 접속되어 있다.
배관(38)에는, 밸브 군(42) 및 유량 제어기 군(44)을 통해서, 가스 소스 군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스 군(40)은, 복수의 가스 소스를 갖고 있다. 밸브 군(42)에는 복수의 밸브가 포함되고, 유량 제어기 군(44)에는 매스 플로우 컨트롤러 등의 복수의 유량 제어기가 포함된다. 가스 소스 군(40) 각각은, 밸브 군(42) 중 대응하는 밸브 및 유량 제어기 군(44) 중 대응하는 유량 제어기를 통해서 배관(38)에 접속되어 있다.
이에 의해, 장치 본체(10)는, 가스 소스 군(40) 중에서 선택된 하나 또는 복수의 가스 소스로부터 공급된 가스를, 개별로 조정된 유량으로, 전극 지지체(36) 내의 확산실(36a)에 공급할 수 있다. 확산실(36a)에 공급된 가스는, 확산실(36a) 내를 확산하여, 각각의 가스 유통구(36b) 및 가스 토출구(34a)를 통해서 처리 공간(PS) 내에 샤워 형상으로 공급된다.
전극 지지체(36)에는, 정합기(66)를 통해서 제2 RF 전원(62)이 접속되어 있다. 제2 RF 전원(62)은, 플라스마 생성용 RF 전력을 발생시키는 전원이며, 예를 들어 27[MHz] 내지 100[MHz]의 주파수, 일례에 있어서는 60[MHz]의 주파수의 RF 전력을 발생시킨다. 정합기(66)는, 제2 RF 전원(62)의 출력 임피던스와 부하(상부 전극(30))측의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다. 제2 RF 전원(62)에 의해 발생한 RF 전력은, 정합기(66)를 통해서 상부 전극(30)에 공급된다. 또한, 제2 RF 전원(62)은, 정합기(66)를 통해서 하부 전극(LE)에 접속되어도 된다.
처리 용기(12)의 내벽면 및 지지부(14)의 외측면에는, 표면이 Y2O3나 석영 등으로 코팅되어 알루미늄 등에 의해 구성된 데포지션 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 데포지션 실드(46)에 의해, 처리 용기(12) 및 지지부(14)에 에칭 부생성물(데포지션)이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
지지부(14)의 외측벽과 처리 용기(12)의 내측벽의 사이이며, 처리 용기(12)의 저부측(지지부(14)가 설치되어 있는 측)에는, 표면이 Y2O3나 석영 등으로 코팅되어 알루미늄 등에 의해 구성된 배기 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배기 플레이트(48)의 하방에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통해서 배기 장치(50)가 접속되어 있다.
배기 장치(50)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있으며, 처리 용기(12) 내의 공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 처리 용기(12)의 측벽에는 기판(W)을 반입 및 반출하기 위한 개구(12g)가 마련되어 있고, 개구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
제어 장치(11)는, 프로세서, 메모리 및 입출력 인터페이스를 갖는다. 메모리에는, 프로세서에 의해 실행되는 프로그램, 및 각 처리의 조건 등을 포함하는 레시피가 저장되어 있다. 프로세서는, 메모리로부터 판독한 프로그램을 실행하여, 메모리 내에 기억된 레시피에 기초하여, 입출력 인터페이스를 통해서 장치 본체(10)의 각 부를 제어함으로써, 에칭 등의 소정의 처리를 실행한다.
[배관(20)의 상세]
도 2는, 하부 전극(LE)과 배관(20)의 접속 부분 및 배관(20)과 처리 용기(12)의 저부의 접속 부분의 일례를 도시하는 확대 단면도이다. 배관(20)은, 하부 전극(LE)과 처리 용기(12)의 저부의 사이에 배치되어, 처리 용기(12)의 외부로부터 공급된 전열 가스를 하부 전극(LE)에 흘린다. 하부 전극(LE)과 배관(20)의 접속 부분의 공간(301)은, O링 등의 시일 부재(302)에 의해 시일되어 있다. 공간(301)은, 하부 전극(LE)에 형성되어 있는 유로(300)에 연통하고 있다. 또한, 처리 용기(12)의 저부와 배관(20)의 접속 부분의 공간(304)은, O링 등의 시일 부재(305)에 의해 시일되어 있다. 공간(304)은, 처리 용기(12)의 저부에 형성되어 있는 유로(303)에 연통하고 있다.
배관(20)은, 외통(200)과, 고유전율 부재(201)와, 심재(202)를 갖는다. 고유전율 부재(201)는, 외통(200) 및 심재(202)보다도 유전율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 본 실시 형태에서, 외통(200) 및 심재(202)는, 예를 들어 수지에 의해 형성되어 있고, 고유전율 부재(201)는, 예를 들어 석영, 세라믹스, 실리콘 또는 금속의 적어도 어느 것을 포함하는 재료에 의해 형성되어 있다.
심재(202)는, 외통(200) 내에 수용되고, 심재(202)의 외측벽의 외형은, 외통(200)의 내측벽에 대응하는 형상을 갖는다. 본 실시 형태에서, 심재(202)의 외형은 대략 원주상이며, 외통(200)의 내측벽은 대략 원통 형상이다. 또한, 심재(202)의 외측벽 및 외통(200)의 내측벽의 형상은, 대응하는 형상이라면, 각각 각기둥상 및 각통상이어도 된다.
본 실시 형태에서, 심재(202)의 외측벽에는, 심재(202)의 외측벽을 따라, 나선상의 홈(2020)이 형성되어 있다. 심재(202)가 외통(200)에 수용된 상태에서, 홈(2020)과 외통(200)의 내측벽으로 형성된 공간은, 전열 가스가 흐르는 유로를 구성한다. 심재(202)의 외측벽의 외형은 대략 원주상이며, 외통(200)의 내측벽은 대략 원통 형상이기 때문에, 홈(2020)의 폭을 좁게 한 경우에도, 홈(2020)과 외통(200)의 내측벽으로 형성된 유로의 컨덕턴스의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 나선상의 홈(2020)은, 외통(200)의 내측벽에 형성되어 있어도 되고, 심재(202)의 외측벽 및 외통(200)의 내측벽의 양쪽에 형성되어 있어도 된다.
심재(202)의 양단에는, 홈(2020)에 연통하는 개구부(2021) 및 개구부(2022)가 마련되어 있다. 개구부(2021)는, 공간(301)을 통해서 하부 전극(LE)의 유로(300)에 연통하고 있다. 개구부(2022)는, 공간(304)을 통해서 처리 용기(12)의 저부의 유로(303)에 연통하고 있다. 또한, 개구부(2021) 및 개구부(2022)는, 외통(200)에 마련되어도 된다.
도 3은, 배관(20)의 일례를 도시하는 상면도이다. 도 4는, 배관(20)의 일례를 도시하는 사시 단면도이다. 처리 용기(12)의 저부의 유로(303)로부터 개구부(2022)를 통해서 공급된 전열 가스는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 심재(202)의 외측벽에 마련된 홈(2020)과 외통(200)의 내측벽으로 형성된 나선상의 유로에 유입된다. 그리고, 나선상의 유로 내를 흐른 전열 가스는, 개구부(2021) 및 공간(301)을 통해서, 하부 전극(LE)의 유로(300) 내에 유입된다.
외통(200)의 단부이며, 개구부(2021) 및 개구부(2022)의 근방에는, 고유전율 부재(201)가 마련되어 있다. 또한, 심재(202)의 단부이며, 개구부(2021) 및 개구부(2022)의 근방에도, 고유전율 부재(201)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에서, 고유전율 부재(201)는, 심재(202)의 외측벽을 따라, 개구부(2021)를 둘러싸도록, 외통(200)의 단부에 환상으로 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서, 고유전율 부재(201)는, 심재(202)의 외측벽을 따라, 개구부(2021)보다도 심재(202)의 축(X)(홈(2020)이 형성하는 나선의 축)측에, 당해 축(X)을 둘러싸도록 환상으로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서, 고유전율 부재(201)의 형상은, 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 대략 원통상이다.
여기서, 하부 전극(LE)에는, 제1 RF 전원(64)으로부터 RF 전력이 공급되고, 처리 용기(12)는 접지되어 있다. 그 때문에, 하부 전극(LE)과 처리 용기(12)의 사이에는 전위차가 생긴다. 배관(20) 내의 전열 가스의 유로가, 처리 용기(12)의 저부와 하부 전극(LE)의 사이에서 직선상이라고 하면, 배관(20)의 양단에 가해지는 전위차에 의해, 하부 전극(LE) 또는 처리 용기(12)의 저부로부터 방출된 전자가 배관(20) 내에서 가속된다. 하부 전극(LE)과 처리 용기(12)의 사이의 전위차가 커지면, 배관(20) 내에서 가속된 전자가 배관(20) 내의 전열 가스의 원자에 충돌함으로써, 방전(아킹)이 발생한다.
배관(20) 내에서의 방전을 방지하기 위해서는, 전계 방향에서의 유로의 길이를 짧게 할 필요가 있다. 예를 들어, 배관(20) 내의 전열 가스의 유로를 나선상으로 함으로써, 배관(20) 내에서의 전열 가스의 방전을 억제할 수 있다.
그러나, 근년의 프로세스의 고전압화에 수반하여, 배관(20) 내에서 전열 가스의 방전이 일어나기 쉬운 상황으로 되어 있다. 특히, 배관(20)과 하부 전극(LE)의 접속 부분이나, 배관(20)과 처리 용기(12)의 저부의 접속 부분에서는, 나선상의 유로의 폭보다도 전계 방향에서의 공간의 길이가 길어져버리기 때문에, 접속 부분에서 방전이 일어나기 쉬운 상황으로 되어 있다.
도 5는, 하부 전극(LE)과 배관(20)의 접속 부분의 일례를 도시하는 확대 단면도이다. 또한, 이하에서는, 배관(20)과 하부 전극(LE)의 접속 부분에 대해서 설명하는데, 배관(20)과 처리 용기(12)의 저부의 접속 부분에 대해서도 마찬가지이다.
나선상의 홈(2020)에 의해 형성되는 유로의 출구인 개구부(2021)의 폭(ΔW3)은, 예를 들어 도 5에 도시되는 바와 같이, 나선상의 홈(2020)의 폭(ΔW1), 및 하부 전극(LE)과 배관(20)의 접속 부분의 공간(301)의 폭(ΔW2)보다도 넓어져버린다. 그 때문에, 개구부(2021)에서는, 홈(2020) 및 공간(301)보다도 방전이 일어나기 쉽다. 이것을 방지하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 개구부(2021)의 근방에, 외통(200) 및 심재(202)보다도 유전율이 높은 재료에 의해 형성된 고유전율 부재(201)가 배치된다.
여기서, 개구부(2021) 부근의 등전위선의 분포가 시뮬레이션에 의해 계산되었다. 도 6은, 비교예에서의 개구부(2021) 부근의 등전위선의 분포의 시뮬레이션 결과의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7은, 본 실시 형태에서의 개구부(2021) 부근의 등전위선의 분포의 시뮬레이션 결과의 일례를 도시하는 도면이다. 개구부(2021)의 근방에 고유전율 부재(201)가 배치되어 있지 않은 비교예의 경우, 예를 들어 도 6의 파선으로 나타낸 바와 같이, 개구부(2021) 부근의 등전위선의 밀도가 높게 되어 있다. 그 때문에, 개구부(2021) 부근에서 방전이 일어나기 쉽게 되어 있다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는, 개구부(2021)의 근방에 고유전율 부재(201)가 배치되어 있기 때문에, 예를 들어 도 7의 파선으로 나타낸 바와 같이, 개구부(2021) 부근의 등전위선의 밀도가 낮게 되어 있다. 이에 의해, 개구부(2021) 부근에서의 방전을 억제할 수 있다.
배관(20)과 처리 용기(12)의 저부의 접속 부분에 대해서도, 마찬가지로, 개구부(2022)의 근방에 고유전율 부재(201)가 배치되어 있기 때문에, 개구부(2022) 부근의 등전위선의 밀도가 낮아져, 개구부(2022) 부근에서의 방전을 억제할 수 있다.
또한, 고유전율 부재(201)는, 개구부(2021)에 대하여, 예를 들어 도 8에 도시하는 위치에 배치된다. 도 8은, 고유전율 부재(201)의 배치의 일례를 도시하는 단면도이다. 고유전율 부재(201)는, 개구부(2021)로부터 거리(ΔL1)의 위치에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서, 거리(ΔL1)는, 홈(2020)의 폭(ΔW1)의 예를 들어 2배 이내인 것이 바람직하다. 또한, 고유전율 부재(201)의 배관(20)의 축(X)을 따르는 방향에서의 길이(ΔL2)는, 홈(2020)의 폭(ΔW1)의 예를 들어 12배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 고유전율 부재(201)의 폭(ΔW4)은, 홈(2020)의 폭(ΔW1)의 예를 들어 3배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 거리(ΔL1)가 작을수록, 길이(ΔL2)는 짧은 편이 바람직하고, 거리(ΔL1)가 클수록, 길이(ΔL2)는 긴 편이 바람직하다.
이상, 일 실시 형태에 대해서 설명하였다. 상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서의 배관(20)은, 전위차가 있는 하부 전극(LE) 및 처리 용기(12)의 저부의 사이에 배치되어, 처리 용기(12)의 저부로부터 하부 전극(LE)에 가스를 흘리는 배관(20)이며, 외통(200)과, 고유전율 부재(201)와, 심재(202)를 구비한다. 심재(202)는, 외통(200) 내에 배치되고, 외통(200)의 내측벽에 대응하는 형상의 외측벽을 갖는다. 고유전율 부재(201)는, 외통(200) 및 심재(202)보다도 유전율이 높다. 외통(200)의 내측벽 및 심재(202)의 외측벽의 적어도 어느 것에는, 나선상의 홈(2020)이 형성되어 있고, 나선상의 홈(2020)은, 외통(200) 내에 심재(202)가 수용된 상태에서, 가스의 유로를 형성한다. 고유전율 부재(201)는, 외통(200)의 단부 및 심재(202)의 단부의 적어도 어느 것에 배치되어 있다. 이에 의해, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 외통(200)의 내측벽은, 원통상이며, 심재(202)의 외측벽의 외형의 형상은, 원주상이다. 이에 의해, 홈(2020)과 외통(200)의 내측벽으로 형성된 유로의 컨덕턴스의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 고유전율 부재(201)는, 심재(202)의 외측벽을 따라, 외통(200)의 단부에 환상으로 배치되어 있다. 이에 의해, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 고유전율 부재(201)는, 심재(202)의 외측벽을 따라, 심재(202)의 축을 둘러싸도록 환상으로 배치되어 있다. 이에 의해, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 홈(2020)과 고유전율 부재(201)의 사이의 거리(ΔL1)는, 홈(2020)의 폭(ΔW1)의 2배 이내이다. 또한, 고유전율 부재(201)의 축(X)을 따르는 방향에서의 길이(ΔL2)는, 홈(2020)의 폭(ΔW1)의 12배 이상이다. 이에 의해, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 외통(200) 및 심재(202)는, 예를 들어 수지에 의해 형성되어 있고, 고유전율 부재(201)는, 예를 들어 석영, 세라믹스, 실리콘 또는 금속의 적어도 어느 것을 포함하는 재료에 의해 형성되어 있다. 이에 의해, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서의 처리 장치(1)는, 접지된 처리 용기(12)와, 처리 용기(12) 내에 마련되어, 미리 정해진 전압이 인가되고, 기판(W)이 적재되는 적재대(ST)와, 처리 용기(12)와 적재대(ST)의 사이에 마련되고, 처리 용기(12)의 외부로부터 처리 용기(12)를 통해서 적재대(ST)에 가스를 공급하는 배관(20)을 구비한다. 배관(20)은, 외통(200)과, 고유전율 부재(201)와, 심재(202)를 구비한다. 심재(202)는, 외통(200) 내에 배치되고, 외통(200)의 내측벽에 대응하는 형상의 외측벽을 갖는다. 고유전율 부재(201)는, 외통(200) 및 심재(202)보다도 유전율이 높다. 외통(200)의 내측벽 및 심재(202)의 외측벽의 적어도 어느 것에는, 나선상의 홈(2020)이 형성되어 있고, 나선상의 홈(2020)은, 외통(200) 내에 심재(202)가 수용된 상태에서, 가스의 유로를 형성한다. 고유전율 부재(201)는, 외통(200)의 단부 및 심재(202)의 단부의 적어도 어느 것에 배치되어 있다. 이에 의해, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
[기타]
또한, 본원에 개시된 기술은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기한 실시 형태에서는, 외통(200)의 단부 및 심재(202)의 단부 양쪽에 고유전율 부재(201)가 마련되었지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 고유전율 부재(201)는, 외통(200)의 단부, 및 심재(202)의 단부의 어느 한쪽에만 마련되어 있어도 된다. 또한, 심재(202)의 단부에 마련되는 경우, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이, 고유전율 부재(201)는, 대략 원주상의 형상으로 형성되어 있어도 된다. 도 9는, 고유전율 부재(201)의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 고유전율 부재(201)의 형상은, 원통상이지만(도 4 참조), 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 고유전율 부재(201)는, 심재(202)의 외측벽을 따라, 개구부(2021)를 둘러싸도록, 외통(200)의 단부에 환상으로 배치되어 있으면, 예를 들어 도 10에 도시되는 바와 같이, 복수의 고유전율 부재(201)로 나뉘어져 있어도 된다. 또한, 고유전율 부재(201)는, 심재(202)의 외측벽을 따라, 개구부(2021)보다도 축(X)측의 심재(202)에 당해 축(X)을 둘러싸도록 환상으로 배치되어 있으면, 예를 들어 도 10에 도시되는 바와 같이, 복수의 고유전율 부재(201)로 나뉘어져 있어도 된다. 도 10은, 고유전율 부재(201)의 배치의 다른 예를 도시하는 상면도이다.
또한, 예를 들어 도 11에 도시되는 바와 같이, 복수의 고유전율 부재(201)가, 심재(202)의 외측벽을 따라, 개구부(2021)를 둘러싸도록 외통(200)의 단부에 복수 배치되고, 개구부(2021)보다도 축(X)측의 심재(202)에 당해 축(X)을 둘러싸도록 환상으로 배치되어 있어도 된다. 도 11은, 고유전율 부재(201)의 배치의 다른 예를 도시하는 상면도이다. 도 11의 예에서는, 각각의 고유전율 부재(201)는, 막대 형상으로 형성되어 있고, 각각의 고유전율 부재(201)는, 고유전율 부재(201)의 길이 방향이, 축(X)의 방향을 따르는 배향이 되도록 외통(200) 및 심재(202)의 단부에 배치되어 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 각각의 고유전율 부재(201)는, 하부 전극(LE) 및 처리 용기(12)의 저부에는 접촉하고 있지 않지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 다른 형태로서, 각각의 고유전율 부재(201)는, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 하부 전극(LE) 또는 처리 용기(12)의 저부에 접촉해도 된다. 도 12는, 고유전율 부재(201)의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 도 12의 예에서는, 각각의 고유전율 부재(201)는, 가압 부재(2010)에 의해 하부 전극(LE)의 방향 또는 처리 용기(12)의 저부의 방향으로 가압되어 있다. 가압 부재(2010)는, 예를 들어 O링, 금속 스파이럴, 또는 스프링 등의 탄성체이다. 이에 의해, 하부 전극(LE)과 고유전율 부재(201)의 사이 및 처리 용기(12)의 저부와 고유전율 부재(201)의 사이의 전계의 크기를 저감할 수 있어, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 도 12에 예시된 구성에 있어서, 각각의 고유전율 부재(201)의 형상은, 예를 들어 도 10 또는 도 11에 예시된 고유전율 부재(201)와 마찬가지의 형상인 것이 바람직하다. 또한, 각각의 고유전율 부재(201)의 형상이 원통상일 경우, 심재(202)의 단부에는 고유전율 부재(201)가 마련되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 각각의 고유전율 부재(201)는, 외통(200) 및 심재(202)의 단부에 마련되었지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 외통(200) 및 심재(202)의 단부에는, 고유전율 부재(201)에 대응하는 형상의 오목부(2011)가 형성되고, 오목부(2011)에 대향하는 하부 전극(LE) 및 처리 용기(12)의 저부의 위치에 고유전율 부재(201)가 마련되어도 된다. 도 13은, 고유전율 부재(201)의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 이러한 구성이어도, 배관(20)의 접속 부분에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 외통(200) 및 심재(202)의 단부에 형성된 오목부(2011)와, 하부 전극(LE)에 마련된 고유전율 부재(201)는, 배관(20)이 하부 전극(LE)에 설치될 때의 위치 정렬을 보조하는 가이드로서도 기능한다. 마찬가지로, 외통(200) 및 심재(202)의 단부에 형성된 오목부(2011)와, 처리 용기(12)의 저부에 마련된 고유전율 부재(201)는, 배관(20)이 처리 용기(12)의 저부에 설치될 때의 위치 정렬을 보조하는 가이드로서도 기능한다. 이에 의해, 장치 본체(10)의 조립을 용이하게 할 수 있다.
또한, 도 13에서는, 외통(200) 및 심재(202)의 단부에 고유전율 부재(201)가 마련되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 외통(200) 및 심재(202)의 단부에는, 고유전율 부재(201)에 대응하는 형상의 오목부(2011)가 형성되고, 오목부(2011)에 대향하는 하부 전극(LE) 및 처리 용기(12)의 저부의 위치에도, 고유전율 부재(201)에 대응하는 형상의 오목부가 형성되어도 된다. 이 경우, 예를 들어 외통(200) 및 심재(202)의 단부의 오목부(2011), 또는 하부 전극(LE) 및 처리 용기(12)의 저부의 오목부에 고유전율 부재(201)가 삽입된 후에, 처리 용기(12)의 저부에 배관(20)이 부착되고, 하부 전극(LE)에 배관(20)이 부착된다.
또한, 예를 들어 도 14에 도시되는 바와 같이, 하부 전극(LE)의 하면에는, 오목부(2011)에 대향하는 위치에 볼록부(2013)가 형성되고, 볼록부(2013)가 오목부(2011)에 수용되도록, 배관(20)이 하부 전극(LE)에 설치되어도 된다. 또한, 예를 들어 도 14에 도시되는 바와 같이, 처리 용기(12)의 저부의 상면에는, 오목부(2011)에 대향하는 위치에 볼록부(2014)가 형성되고, 볼록부(2014)가 오목부(2011)에 수용되도록, 배관(20)이 처리 용기(12)의 저부에 설치되어도 된다. 도 14는, 고유전율 부재의 배치의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 또한, 볼록부(2013)는, 하부 전극(LE)과 동일한 재료에 의해 하부 전극(LE)과 일체적으로 형성되어 있고, 볼록부(2014)는, 처리 용기(12)와 동일한 재료에 의해 처리 용기(12)와 일체적으로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서, 하부 전극(LE) 및 처리 용기(12)는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 형성되고, 외통(200) 및 심재(202)는, 예를 들어 수지에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 볼록부(2013) 및 볼록부(2014)는, 외통(200) 및 심재(202)보다도 유전율이 높다. 볼록부(2013) 및 볼록부(2014)는, 고유전율 부재의 일례이다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 외통(200) 및 심재(202)의 단부에는, 동일한 재료에 의해 형성된 고유전율 부재(201)가 마련되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 외통(200)의 단부에 마련되는 고유전율 부재(201)와, 심재(202)의 단부에 마련되는 고유전율 부재(201)는, 다른 재료에 의해 형성된 것이어도 된다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 장치 본체(10)에 사용되는 플라스마원의 일례로서, 용량 결합형 플라스마를 설명했지만, 플라스마원은 이것에 한정되지 않는다. 용량 결합형 플라스마 이외의 플라스마원으로서는, 예를 들어 유도 결합 플라스마(ICP), 마이크로파 여기 표면파 플라스마(SWP), 전자 사이클로트론 공명 플라스마(ECP), 및 헬리콘파 여기 플라스마(HWP) 등을 들 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 장치 본체(10)로서, 플라스마를 사용해서 기판(W)에 대하여 에칭을 행하는 장치를 예로 들어 설명했지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 플라스마를 사용해서 성막이나 개질 등의 처리를 행하는 장치에 대해서도 개시의 기술을 적용할 수 있다. 또한, 플라스마를 사용하지 않는 장치이어도, 전위차가 있는 2개의 도전성 부재의 사이에 배치되어, 한쪽의 도전성 부재로부터 다른 쪽의 도전성 부재에 가스를 흘리는 배관을 갖는 장치에 대해서는, 개시의 기술을 적용할 수 있다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기한 실시 형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 형태는, 첨부의 특허 청구 범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 생략, 치환, 변경되어도 된다.

Claims (10)

  1. 전위차가 있는 2개의 도전성 부재의 사이에 배치되어, 한쪽의 상기 도전성 부재로부터 다른 쪽의 상기 도전성 부재에 가스를 흘리는 배관에 있어서,
    외통과,
    상기 외통 내에 배치되어, 상기 외통의 내측벽에 대응하는 형상의 외측벽을 갖는 심재와,
    상기 외통 및 상기 심재보다도 유전율이 높은 고유전율 부재
    를 포함하고,
    상기 외통의 내측벽, 및 상기 심재의 외측벽의 적어도 어느 것에는, 나선상의 홈이 형성되어 있고,
    상기 나선상의 홈은, 상기 외통 내에 상기 심재가 수용된 상태에서, 가스의 유로를 형성하고,
    상기 고유전율 부재는, 상기 외통의 단부 및 상기 심재의 단부의 적어도 어느 것에 배치되어 있는 배관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외통의 내측벽의 형상은, 원통상이며,
    상기 심재의 외측벽의 외형은, 원주상인, 배관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고유전율 부재는,
    상기 심재의 외측벽을 따라, 상기 외통의 단부에 환상으로 배치되어 있는, 배관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고유전율 부재는,
    상기 심재의 외측벽을 따라, 상기 홈보다도 상기 심재의 축측에, 상기 축을 둘러싸도록 환상으로 배치되어 있는, 배관.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈과 상기 고유전율 부재의 사이의 거리는, 상기 홈의 폭의 2배 이내인, 배관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고유전율 부재의 상기 배관의 축을 따르는 방향에서의 길이는, 상기 홈의 폭의 12배 이상인, 배관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외통 및 상기 심재는, 수지에 의해 형성되어 있고,
    상기 고유전율 부재는, 석영, 세라믹스, 실리콘 또는 금속의 적어도 어느 것을 포함하는 재료에 의해 형성되어 있는, 배관.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외통 또는 상기 심재에는,
    상기 배관이 상기 도전성 부재에 설치되었을 경우에, 상기 고유전율 부재를 상기 도전성 부재에 가압하는 가압 부재가 마련되어 있는, 배관.
  9. 접지된 하우징과,
    상기 하우징 내에 마련되어, 미리 정해진 전압이 인가되고, 기판이 적재되는 적재대와,
    상기 하우징과 상기 적재대의 사이에 마련되고, 상기 하우징의 외부로부터 상기 하우징을 통해서 상기 적재대에 가스를 공급하는 배관
    을 포함하고,
    상기 배관은,
    외통과,
    상기 외통 내에 배치되어, 상기 외통의 내측벽에 대응하는 형상의 외측벽을 갖는 심재와,
    상기 외통 및 상기 심재보다도 유전율이 높은 고유전율 부재
    를 포함하고,
    상기 외통의 내측벽, 및 상기 심재의 외측벽의 적어도 어느 것에는, 나선상의 홈이 형성되어 있고,
    상기 나선상의 홈은, 상기 외통 내에 상기 심재가 수용된 상태에서, 가스의 유로를 형성하고,
    상기 고유전율 부재는, 상기 외통의 단부 및 상기 심재의 단부의 적어도 어느 것에 배치되어 있는 처리 장치.
  10. 접지된 하우징과,
    상기 하우징 내에 마련되어, 미리 정해진 전압이 인가되고, 기판이 적재되는 적재대와,
    상기 하우징과 상기 적재대의 사이에 마련되고, 상기 하우징의 외부로부터 상기 하우징을 통해서 적재대에 가스를 공급하는 배관을 포함하고,
    상기 배관은,
    외통과,
    상기 외통 내에 배치되어, 상기 외통의 내측벽에 대응하는 형상의 외측벽을 갖는 심재를 갖고,
    상기 외통의 내측벽, 및 상기 심재의 외측벽의 적어도 어느 것에는, 나선상의 홈이 형성되어 있고,
    상기 나선상의 홈은, 상기 외통 내에 상기 심재가 수용된 상태에서, 가스의 유로를 형성하고,
    상기 외통의 단부 및 상기 심재의 단부의 적어도 어느 것에는 오목부가 형성되어 있고,
    상기 배관이 설치된 상태에서 상기 오목부에 대향하는 상기 적재대의 위치에는,
    상기 외통 및 상기 심재보다도 유전율이 높으며 또한 상기 오목부에 대응하는 형상의 고유전율 부재가 마련되어 있는 처리 장치.
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