等離子體處理裝置、等離子體處理方法和介電體窗的溫度調節機構的制作方法

專利名稱：等離子體處理裝置、等離子體處理方法和介電體窗的溫度調節機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及等離子體處理裝置、等離子體處理方法和介電體窗的溫度調節機構。
背景技術：
在半導體制造工藝中廣泛實施以堆積薄膜或蝕刻等作為目的的等離子體處理。為 了獲得高性能并且高品質的半導體，要求在高清潔度的空間內對被處理基板的被處理面的 整個面進行均勻的等離子體處理。這種要求隨著基板的大徑化而更加強烈。現在，作為等離子體處理中的等離子體發生方法，廣泛利用基于微波的工藝氣體 的激發。微波具有透過介電體的性質。在等離子體處理裝置中設置由介電體材料形成并使 微波透過的窗(以下稱為介電體窗)，從而能夠從等離子體處理裝置外部向內部照射微波。 導入等離子體處理裝置內的工藝氣體被該微波激發而產生等離子體。根據該構成，不需要 在等離子體處理裝置內設置放電電極，因此能夠確保處理裝置內的高清潔度。并且，該方法 即使在溫度較低的情況下也能夠形成高密度的等離子體，在生產率和能量效率方面也很出 色。在該方法中，與介電體窗接近的空間中形成高密度的等離子體，因此介電體窗暴 露于大量的離子或電子。并且，從供給微波的天線也會產生熱。因此，長時間進行等離子體 處理時，在介電體窗會蓄積熱。介電體窗的過熱就成為使工藝氣體的激發效率變化，或者導 致工藝氣體分解這樣的不良現象的原因。為了防止介電體窗過熱，在例如專利文獻1記載的等離子體處理裝置，包括處理 容器、具有冷卻部的微波天線、由介電體材料構成的簇射極板(shower plate)、由介電體材 料構成而在微波天線與簇射極板之間設置的罩板(cover plate)。在該等離子體處理裝置 中，通過使具有冷卻部的微波天線經由罩板與簇射極板緊密接觸來防止介電體窗過熱。專利文獻1 JP特開2002199330號公報

發明內容
但是，在專利文獻1所述的裝置中，也存在進行長時間等離子體處理后，在介電體 窗上產生非常大的溫度分布不均，并且在介電體窗發生熱變形，導致裝置特性變化，從而難 以實現均勻的等離子體處理等問題。發明者通過實驗等可知，為了提高等離子體處理裝置 的等離子體處理特性，僅防止介電體窗的過熱是不夠的，使介電體窗的溫度分布均勻很重要。本發明是鑒于上述的實際情況而做出的，其目的在于提供使用于等離子體處理的 介電體窗的溫度分布均勻，能夠實現良好的等離子體處理特性的等離子體處理裝置、等離 子體處理方法和介電體窗的溫度調節機構。為了實現上述目的，本發明第1方面的等離子體處理裝置，包括能對內部減壓的 處理容器，該處理容器具有由介電體材料形成的介電體窗；通過上述介電體窗向上述處理容器的內部供給微波的天線；將工藝氣體向上述處理容器內供給的氣體供給機構；利用輻 射線對上述介電體窗進行加熱的加熱機構；對上述介電體窗進行冷卻的冷卻機構。優選，上述等離子體處理裝置還具有用于檢測上述介電體窗的溫度的溫度檢測 機構；響應通過上述溫度檢測機構檢測的溫度，而控制上述加熱機構和/或上述冷卻機構 的控制機構。優選特征在于，上述溫度檢測機構由多個傳感器構成，在被分割為多個區域的上 述介電體窗的上述每個區域中至少具有1個以上的上述傳感器。優選特征在于，上述加熱機構由與上述介電體窗的側面相對配置的多個加熱器構 成，上述加熱器通過上述控制機構進行控制，對上述介電體窗的周緣部，以針對各加熱器獨 立設定的發熱量進行加熱。優選特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上 述加熱機構的上述輻射線透過的窗。優選特征在于，上述冷卻機構，在被分割為多個區域的上述介電體窗的該每個區 域中具有熱介質的導入口和排出口。優選特征在于，上述冷卻機構通過上述控制機構進行控制，以按照上述介電體窗 的上述每個區域獨立設定的流量使上述熱介質流通。優選特征在于，保持上述加熱機構的保持部件具有用于將上述保持部件的溫度維 持于規定的溫度的溫度調整機構。本發明第2方面的等離子體處理方法，特征在于，保持加熱機構的保持部件，在對 至少一個的被處理對象物進行等離子體處理期間，通過溫度調整機構被保持為一定的溫度。本發明第3方面的介電體窗的溫度調節機構，作為介電體窗的溫度調節機構，特征在于，具有通過輻射線對上述介電體窗進行 加熱的加熱機構；對上述介電體窗進行冷卻的冷卻機構；用于檢測上述介電體窗的溫度的 溫度檢測機構；響應通過上述溫度檢測機構檢測的溫度，而控制上述加熱機構和/或冷卻 機構的控制機構。優選特征在于，上述溫度檢測機構由多個傳感器構成，在被分割為多個區域的上 述介電體窗的上述每個區域中至少具有1個以上的上述傳感器。優選特征在于，上述加熱機構由與上述介電體窗的側面相對配置的多個加熱器構 成，并通過上述控制機構進行控制，對上述介電體窗的周緣部，以針對各加熱器獨立設定的 發熱量進行加熱。優選特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上 述加熱機構的上述輻射線透過的窗。優選特征在于，上述冷卻機構，在被分割為多個區域的上述介電體窗的該每個區 域中具有熱介質的導入口和排出口。并且優選特征在于，上述冷卻機構通過上述控制機構進行控制，以按照上述區域 獨立設定的流量使上述熱介質流過。根據本發明的等離子體處理裝置、等離子體處理方法和介電體窗的溫度調節機 構，能夠使用于等離子體處理的介電體窗的溫度分布均勻，實現良好的等離子體處理特性。


圖1為表示本發明實施方式的等離子體處理裝置的構成的概略圖。圖2為從處理容器的外側看冷卻塊所見的平面圖。圖3為表示保持環構造的立體圖。圖4A為保持環的斷面放大圖。圖4B為從介電體窗側看保持環所見的局部平面圖。圖5為表示燈加熱器構造的立體圖。圖6為徑向線縫隙天線的平面圖。圖7為表示介電體窗的溫度控制狀態(基于冷卻塊的溫度控制)的圖。圖8為表示介電體窗的溫度控制狀態(基于保持環的溫度控制)的圖。圖9為對比示出3種加熱裝置(短波長紅外線、中波長紅外線、碳(遠紅外線)) 的特性的圖。符號說明1 等離子體處理裝置；2 處理容器(腔室)；3 介電體窗(簇射極板)；3a 罩板； 3b 底座；3c 噴嘴開口部；3d 槽；3e 氣體流路；4 天線；4a 波導部；4b 徑向線縫隙天 線(RLSA) ；4c 慢波板；5 波導管；5a 外側波導管；5b 內側波導管；6 冷卻塊；6a 冷卻流 路；7:基板保持臺；8a:排氣口 ；8b 真空泵；9 :高頻電源；11 門；12 下部容器；15 保持 環(上板)；1 突出部；16 溫度傳感器；17 罩；18 氣體供給裝置；18a 氣體流路；40a、 40b 縫隙；150 螺栓槽；151 燈加熱器；157 孔；157a 貫通孔；158 流路；159a 熱介質 入口 ；159b 熱介質出口 ；171a 流入路；171b 流出路；500 冷卻組件；521、522 加熱器； 531,532 總管；541b,542b 流量調節閥；601,602 溫度控制器；S 空間；W 被處理基板
具體實施例方式以下、參照附圖對本發明實施方式的等離子體處理裝置進行詳細說明。并且，對圖 中同一或相當部分附加同一符號而不進行重復說明。如圖1所示，等離子體處理裝置1具有處理容器(腔室)2、天線4、波導管5、冷卻 塊6、基板保持臺7、排氣口 8a、真空泵Sb、高頻電源9、門11、溫度傳感器16、罩17、氣體供 給裝置18。處理容器2具有下部容器12、保持環(上板)15、介電體窗(簇射極板)3。處理容器2構成為可密封。通過對處理容器2進行密封，能夠將處理容器2內部 的壓力保持為規定的值。并且，通過對處理容器2進行密封，能夠將在處理容器2內部產生 的等離子體封閉在處理容器2的內部。下部容器12由Al等金屬構成。在其內壁面上例如通過氧化處理形成由氧化鋁等 構成的保護膜。并且，在下部容器12內側的底部裝配有基板保持臺7。保持環(上板)15由Al等金屬構成。在其內壁面上例如通過氧化處理形成由氧化 鋁等構成的保護膜。保持環(上板)15裝配在下部容器12之上。保持環15具有環徑(內 徑)朝向處理容器2的頂側擴大的同心圓狀的階梯差(突出部15a)。與突出部1 連續的 階梯差(平面部15b)支撐介電體窗3的下面周緣部。
并且，保持環15內部具有多個從側面對介電體窗3的周緣部進行加熱的機構即加 熱裝置(這里為燈加熱器151)。并且，保持環15內部具有流路158。通過使熱介質在流路 158內流通，能夠防止保持環15過熱。介電體窗3由使SiO2或Al2O3等微波透過的介電體材料構成。介電體窗3使從天 線4供給的微波向處理容器2的內部透過。并且，介電體窗3與保持環15嵌合而用作處理 容器2的蓋。介電體窗(簇射極板)3具有罩板3a、底座北。底座北具有多個噴嘴開口部3c、 凹狀的槽3d、氣體流路!Be。噴嘴開口部3c、槽3d以及氣體流路!Be連通。在將罩板3a裝配 于底座北的狀態下，從氣體供給裝置18供給的工藝氣體，經由氣體流路!Be、槽3d從噴嘴開 口部3c，向介電體窗3正下的空間S中濃度分布均勻地被供給。天線4由波導部如、徑向線縫隙天線(RLSA) 4b、慢波板如構成。天線4與介電體 窗3結合。具體而言，天線4的徑向線縫隙天線4b與介電體窗3的罩板3a緊密接觸。波 導部如由與冷卻塊6—體的屏蔽部件構成，慢波板如由SiO2或Al2O3等介電體材料構成。 慢波板4c配置在波導部如與徑向線縫隙天線4b之間，用于壓縮微波的波長。波導管5與天線4連接。波導管5是由外側波導管fe與內側波導管恥構成的同 軸波導管。外側波導管fe與天線4的波導部如連接。內側波導管恥與徑向線縫隙天線 4b結合。冷卻塊6 (所謂冷卻套)設置在天線4之上。冷卻塊6內部具有多個熱介質的冷 卻流路6a。為了提高冷卻效率，冷卻塊6與波導部如一體形成。在冷卻流路6a內流通已 冷卻至規定的溫度的熱介質，從而防止天線4或介電體窗3過熱。冷卻流路6a在冷卻塊6 內部跨全體形成。例如冷卻塊6與天線4的形狀對應地是圓盤狀時，如圖2所示將圓的中 心部與周緣部聯結起來，呈放射狀等間隔地配置有多個冷卻流路6a。溫度傳感器16在波導管5的周圍設有必要個數。溫度傳感器16對簇射極板3或 天線4等的溫度進行檢測。溫度傳感器16例如由光纖傳感器等構成。罩17以覆蓋包含冷卻塊6和天線4的處理容器2的上部全體的方式安裝。接著，對等離子體處理裝置1的動作進行說明。進行等離子體處理時，在處理容器 2內利用真空泵8b進行減壓而形成真空狀態。基板保持臺7上固定有被處理基板W。根據需要從氣體供給裝置18向氣體流路18a供給氬氣(Ar)或氙氣(Xe)和氮氣 (N2)等惰性氣體、例如C5F8等工藝氣體。氣體經由氣體流路!Be、槽3d，從噴嘴開口部3c向 介電體窗3正下的空間S濃度分布均勻地被供給。微波從微波源通過波導管5供給。并且，微波在波導部如與徑向線縫隙天線4b 之間沿徑向透過，從徑向線縫隙天線4b的縫隙放射。供給的微波對向空間S供給的氣體進行激發而產生等離子體。這樣，能夠對在基 板保持臺7上設置的被處理基板W實施等離子體處理。作為通過等離子體處理裝置1進行 的處理，例如利用所謂CVD (Chemical Vapor Deposition)在被處理基板W上形成絕緣膜 等。在等離子體處理結束后，進行將被處理基板W搬入而在等離子體處理后搬出這樣的一 系列流程，對規定枚數的基板進行規定的基板處理。進行等離子體處理時，熱在介電體窗3中蓄積，介電體窗3和其周邊部升溫。因此， 由SiO2或Al2O3等介電體材料構成的介電體窗3和由Al等材料構成的保持環15會預想不到地熱膨脹。由Al等構成的保持環15的熱膨脹系數比由SW2或Al2O3等介電體材料構成 的介電體窗3的熱膨脹系數大。因此，隨著溫度升高，介電體窗3的側面與保持環15之間 的間隙擴大。為了防止過熱，介電體窗3通過冷卻流路6a進行冷卻，但是由于形成等離子體時 的發熱，其溫度通常維持在約160 170°C。另一方面，保持環15為了防止在包圍保持環 15的空間S的壁部分上附著堆積物，通常在120 130°C的范圍進行溫度調節。此時，在介 電體窗3與保持環15之間，大致存在30 50°C的溫度差。因此，會從溫度高的介電體窗3 向保持環15發生熱的移動。該熱的移動，主要在與保持環15直接接觸的介電體窗3的下面周緣部發生。其結 果，在介電體窗3的中央部與周緣部之間產生溫度差。該溫度差是在空間S生成的等離子 體的密度不均以及介電體窗3的熱變形的原因。這里，在保持環15的內部具有從側面對介電體窗3的周緣部進行加熱的機構即燈 加熱器151。燈加熱器151從側面方向對介電體3的周緣部進行加熱，由此實現在介電體 窗3的徑向上的均勻的溫度分布。這樣能夠消除介電體窗3內的溫度差，防止在空間S產 生的等離子體的密度不均以及介電體窗3的熱變形。并且，冷卻塊6設置在等離子體處理裝置1的發熱部位之一的天線4上。介電體 窗3經由輻射縫隙天線4b進行冷卻。由于介電體窗3與天線4同時進行冷卻，因此能夠高 效地進行冷卻。并且，能夠防止裝置內的其它部分過度冷卻。并且，冷卻機構即冷卻塊6的冷卻流路6a、加熱機構即保持環15的燈加熱器151、 以及溫度檢測機構即溫度傳感器16分別具有多個。通過溫度傳感器16檢測的溫度反映給 控制機構。控制機構對多個冷卻機構和多個加熱機構分別獨立地進行控制，從而能夠使介 電體窗3內的溫度分布更加均勻。并且，除了溫度傳感器16以外，也可以另外具有檢測保持環15的溫度的一或兩個 以上溫度檢測機構。控制機構響應通過各溫度檢測機構檢測出的各部分的溫度，而對多個 冷卻裝置和多個加熱機構進行控制。這樣能夠更加精密地將等離子體處理裝置1全體保持 于規定的溫度并且溫度分布均勻的狀態。接著，參照圖3、圖4A和圖4B對保持環15的構造進行詳細說明。如圖3所示，保 持環15作為加熱機構具有燈加熱器151，作為冷卻機構具有流路158。加熱機構發揮對介 電體窗3的周緣部進行加熱的作用。冷卻機構根據需要對保持環15進行冷卻，發揮以調節 為規定的溫度的作用。如圖4A和圖4B所示，在保持環15的內部形成有緊固用的螺栓槽150、燈加熱器 151用的多個貫通孔157a (將貫通孔157a的集合體表示為孔157)、以及熱介質的流路158。 燈加熱器151被插入在保持環15上形成的燈加熱器用的槽中。燈加熱器151的輻射熱放 出面配置在孔157的附近。如圖3所示，作為加熱機構的燈加熱器151，以從保持環15的外側埋入的形式等間 隔地配置12個。燈加熱器151以保持環15的中心為對稱中心，點對稱地，并且相對于半徑 方向傾斜規定角度地配置。燈加熱器151為非接觸式的紅外線加熱器、例如短波長紅外線 加熱器，也可以是碳加熱器。燈加熱器151的輻射熱放出面，與保持環15內側的側面相接。在保持環15的與燈加熱器151的輻射熱放出面相接的部分形成有多個孔157。孔157由以規定的節距接近形成的多個貫通孔157a構成。孔157以從燈加熱器151發出的短 波長紅外線能夠透過該貫通孔157a的方式，與燈加熱器151的配設位置對應地設置于多個 部位(具體而言是與燈加熱器的數量對應的合計12個部位)。這里，貫通孔157a的尺寸優選為使短波長紅外線透過并且不使微波透過的尺寸。 即，優選具有比短波長紅外線的波長大并且比微波的波長小的直徑。例如直徑6mm、深5mm 的圓柱形狀的貫通孔157a以6-7mm的節距配置。此時，可以確認示出透過紅外線而不使微 波透過的特性。貫通孔157a的形狀不必為圓柱，孔的斷面可以為四邊形，或者越朝向框外越擴徑 或越縮徑的錐狀。在錐狀的情況下，孔斷面的直徑的最小值為透過短波長紅外線而不使微 波透過的尺寸，從而能夠確認示出透過紅外線而不使微波透過的特性。如圖3和圖4A所示，作為冷卻機構，在保持環15內設有2條流路158。在流路158 內流通規定的溫度的熱介質，對保持環15進行冷卻。通過熱介質入口 159a向流路158供 給的熱介質，在保持環15內流過而從熱介質出口 159b排出。這里，對保持環15具有的加熱機構、冷卻機構和孔157的功能進行詳述。在等離 子體處理裝置1中進行等離子體處理時，介電體窗3的周緣部的溫度降低的情況如上所述。 此時，燈加熱器151從側面方向對介電體3的周緣部進行加熱，從而能夠使介電體窗3的半 徑方向的溫度分布均勻。貫通孔157a具有使從燈加熱器151發出的短波長紅外線透過并且不使微波透過 程度的直徑。這里，貫通孔157a形成為具有比該短波長紅外線的波長大并且比微波的波長 小的直徑的圓柱形狀。因此，從燈加熱器151發出的短波長紅外線透過貫通孔157a。因此， 燈加熱器151能夠對介電體窗3直接加熱而不受保持環15妨礙。另一方面，通過波導管5 向處理容器2內供給的微波，被保持環15的內壁反射而關入保持環15的框內。這樣，能夠 防止微波的損失，通過燈加熱器151高效地對介電體窗3的周緣部進行加熱。另一方面，規定的溫度的熱介質根據需要流入流路158內，對保持環15進行冷卻。 此時，從熱介質入口 159a向流路158供給的熱介質，在保持環15內流通而獲得熱量，從熱 介質出口 159b排出。熱介質的溫度在保持環15內流通過程中略微上升。因此，在熱介質 入口 159a附近流通的熱介質與在熱介質出口 159b流過的熱介質產生溫度差。其結果，能 夠沿著保持環15的周向產生溫度差。如上所述，在介電體窗3的周緣部與保持環15之間 發生熱的移動。因此，沿著保持環15的周向產生的溫度差，有可能成為介電體窗3的周緣 部溫度分布不均的原因。這里，如圖3所示，燈加熱器151沿著保持環15的周向等間隔地配置多個。控制 機構響應通過多個溫度傳感器16檢測出的介電體窗的各部分的溫度，而對各燈加熱器151 的發熱量獨立地進行控制。各燈加熱器151補償在介電體窗3的周緣部產生的溫度差，從 而能夠使介電體窗3的溫度分布更加均勻。并且優選保持環15的表面進行鏡面加工。進行了鏡面加工的保持環15的表面， 對從燈加熱器151發出的短波長紅外線進行反射。這樣，燈加熱器151能夠更加高效地對 介電體窗3進行加熱而不會妨礙流路158對保持環15的冷卻。并且，可以使介電體窗3的經由孔157與燈加熱器151相對的面、即介電體窗3的 側壁部適度粗面化，或用高效吸收從燈加熱器151發出的輻射熱的材料進行覆蓋。這樣，能
9夠更加高效地進行介電體窗3的周緣部的加熱。此時，優選用于覆蓋的材料不影響微波的 透過。如圖5所示，燈加熱器151具有單側端連接式的雙管構造。在出射方向的相反側 設有反射膜R(例如金反射膜)，以避免放射紅外線向外逃逸。如圖6所示，在徑向線縫隙天線4b上對稱地并且同心圓狀地排列有使微波透過的 縫隙40a、40b。縫隙40a、40b從徑向線縫隙天線4b的中心起在徑向上以與通過慢波板如 壓縮的微波的波長對應的間隔形成而具有偏振波面。并且，縫隙40a與縫隙40b以分別直 交的方式形成。其結果，從縫隙40a、40b放出的微波形成包含兩個直交的偏振波成分的圓 偏振波。并且，這里作為加熱機構采用短波長紅外線加熱器即燈加熱器151，但是也可以使 用其它的短波長紅外線加熱器。并且，也可以采用遠紅外線的碳加熱器、利用中波長紅外線 的加熱器、鹵素加熱器等。并且，也可以根據用途等采用電熱線等電阻加熱器或其它的非接 觸式的加熱裝置。并且，在本發明的實施方式的等離子體處理裝置1中還設有對工藝氣體的供給或 高頻電源的動作進行控制的電子控制裝置。溫度控制器601、602能夠與該電子控制裝置進 行通信，基于來自該電子控制裝置的信息進行溫度控制。根據本發明的實施方式的等離子體處理裝置1，在介電體窗3與被處理基板W之間 的空間S，能夠進行所需的均勻的基板處理。作為可能的基板處理的例子，例如有等離子體 氧化處理、等離子體氮化處理、等離子體氧氮化處理、等離子體CVD處理、等離子體蝕刻處理等。并且，在進行等離子體處理時，優選保持環15在對至少一個基板進行處理期間保 持于一定的溫度。這樣，在對一個基板進行處理期間能夠防止保持環15或介電體窗3產生 熱變形。其結果，能夠防止在對基板進行處理期間向處理容器內導入的微波發生變動，進行 更加均勻的等離子體處理。上述一定的溫度優選設定于處理溫度附近。在CVD處理中設定 為例如150°C。此時，還具有抑制介電體窗3上的膜附著的效果。并且，下部容器12構成為 可加熱，此時也可以采用后述的本發明的溫度調節機構。接著，參照圖7對本發明的介電體窗的溫度調節機構的實施方式進行說明。該介 電體窗與先前說明的本發明的等離子體處理裝置的實施方式的介電體窗3相當。使用介電 體窗3的等離子體處理裝置與本發明的等離子體處理裝置的實施方式即等離子體處理裝 置1相同。首先，參照附圖對使用冷卻塊6的冷卻控制的一例狀態進行說明。如圖7所示，冷 卻塊6具有冷卻流路6a、溫度傳感器16、熱介質的流入路171a、熱介質的流出路171b。冷 卻流路6a、溫度傳感器16、熱介質的流入路171a和熱介質的流出路171b，在與將介電體窗 3呈扇形6等分的各部分對應的位置上設置。圖7中的單點劃線表示呈放射狀形成的冷卻 流路6a的一個。其它的冷卻流路6a為了易于理解而省略。在冷卻塊6的冷卻流路6a內流通熱介質，從而調整冷卻塊6的溫度。其結果，能 夠調整與冷卻塊6的下表面相接的天線4的溫度以及與天線4的下表面相接的介電體窗3 的溫度。各冷卻流路6a形成為從位于天線4內側的中心附近的流入路171a向位于周緣部的排出路171b流過熱介質。熱介質從冷卻組件500供給。加熱器521(例如電加熱器等) 用于將熱介質加熱至規定的溫度。加熱至規定的溫度的熱介質在總管531a向6個冷卻流 路6a分配。在各冷卻流路6a內流通的熱介質通過總管531b會聚。在會聚于總管531b之 前設置的流量調節閥Mlb，對在各冷卻流路6a內流過的熱介質的流量進行調節。熱介質從 總管531b再度向冷卻組件500輸送。即，熱介質在冷卻組件500與冷卻流路6a中循環，對 介電體窗3進行冷卻。熱介質例采用如硅油、氟系液體或乙二醇等液體的熱交換介質。這里如上所述，冷卻塊6在與將介電體窗3呈扇形6等分的各部分對應的位置設 置有溫度傳感器16。溫度控制器601設定為每隔規定時間就基于通過溫度傳感器16檢測 出的溫度進行溫度控制。基于溫度控制器601的溫度控制對與各溫度傳感器16對應的各 部分獨立地進行。溫度控制器601通過向流量調節閥Mlb發出開閉閥的指示，控制與各溫 度傳感器16的位置對應的冷卻流路6a的熱介質的流量。例如，通過一個溫度傳感器16檢 測出的溫度比通過其它溫度傳感器16檢測出的溫度高時，在多個冷卻流路6a中與該一個 溫度傳感器16對應的部分中流過的熱介質的量增加。其結果，從冷卻塊6的對應部分取得 更多的熱而消除了溫度差。這樣，針對每個部分地對與冷卻塊6的下表面相接的天線4的 溫度以及與天線4的下表面相接的介電體窗3的溫度進行調整而使溫度分布均勻。另一方 面，在溫度傳感器16檢測的結果整體上比規定的溫度高或低的情況下，從溫度控制器601 向加熱器521 (例如電加熱器等)指示進行溫度控制而調整熱介質溫度。并且，冷卻塊6的形狀優選為與天線4對應的形狀。冷卻塊6的冷卻流路6a可以 分為多個而整體地配置。冷卻流路6a的形狀不限于實施方式中示出的放射狀。并且，冷卻 流路6a的配置場所或數量可以根據等離子體處理裝置1的構造或等離子體處理的種類等 任意設定。溫度傳感器16優選設置在與多個冷卻流路6a分別對應的位置上。這樣，易于 進行介電體窗3的更加精密的溫度控制。并且，作為對介電體窗3進行冷卻的方法，除了冷卻塊6之外也可以在介電體窗3 內設置冷卻流路。具體而言，在介電體窗3內設置與外部連通而能夠流通熱介質的流路。在 該流路內流過熱介質而能夠進行介電體窗3的直接冷卻。此時，優選熱介質的流路在介電 體窗3內的整體上設置。通過并用多個冷卻機構，能夠更加有效地防止介電體窗3的溫度 上升。接著，參照附圖對使用保持環15的溫度控制(加熱和冷卻)的一例狀態進行說 明。該保持環15與圖3中示出的本發明的等離子體處理裝置的實施方式的保持環15相同。 保持環15具有冷卻機構和多個加熱機構。冷卻機構用于對保持環15進行冷卻。加熱機構 用于對介電體窗3進行加熱。并且，在保持環15或其附近配置有多個溫度傳感器16。如圖3所示，在保持環15內作為冷卻機構設有2個流路158。2個流路158分別 具有熱介質入口 159a和熱介質出口 159b。調整為規定的溫度的熱介質在流路158內流通 而對保持環15進行冷卻。如圖3所示，保持環15作為加熱機構具有多個燈加熱器151。多個燈加熱器151 沿著保持環15的周向均等地配置。并且，如圖8所示，在保持環15的附近配置有多個溫度傳感器16。溫度控制器602 設定為按照規定時間基于通過溫度傳感器16檢測的溫度進行溫度控制。在保持環15內流通的熱介質，如圖8所示，從冷卻組件500供給。熱介質通過加熱器522(例如電加熱器等)調整為規定的溫度。調整為規定的溫度的熱介質通過總管53 分配為兩部分。熱介質向熱介質入口 159a供給，經由各流路158從熱介質出口 159b排出。 熱介質在分配為兩部分的狀態下通過流量調節閥M2b，并利用總管532b被會聚。會聚的熱 介質再度向冷卻組件500輸送。即，熱介質在冷卻組件500與保持環15的流路158中循環 而對保持環15進行冷卻。作為熱介質可以使用例如硅油、氟系液體或乙二醇等液體的熱交 換介質。如上所述，在保持環15內流通的熱介質的溫度，在保持環15內流通過程中發生變 化。因此，在保持環15上沿著周向產生溫度差。通過該溫度差，在通過保持環15支持的介 電體窗3的周緣部上也會沿著周向產生溫度差。這里，在保持環15附近配置有多個溫度傳感器16。多個溫度傳感器16分別檢測 對應的各部分的溫度。一個溫度傳感器16檢測出比其它溫度傳感器16低的溫度時，溫度 控制器602發出指示增加與該一個溫度傳感器16對應的燈加熱器151的發熱量。這樣，能 夠防止沿著介電體窗3的周向產生溫度差。另一方面，存在通過多個溫度傳感器16檢測的溫度，整體上比規定的溫度高或低 的情況下。例如溫度在120 130°C的范圍進行控制的情況下，可以舉出多個溫度傳感器 16檢測出超過130°C的溫度的情況等。此時，從溫度控制器602向多個燈加熱器151發出 減少發熱量的指示。并且，也可以發出指示增加從溫度控制器602向流量調節閥M2b在流 路158內流過的熱介質的量。這樣來防止保持環15的過熱。并且，這里作為加熱機構使用了短波長紅外線加熱器即燈加熱器151，但是也可以 使用其它的短波長紅外線加熱器。并且，也可以使用遠紅外線的碳加熱器、利用中波長紅外 線的加熱器或鹵素加熱器等。并且，也可以根據用途等使用電熱線等電阻加熱器或其它非 接觸式的加熱裝置。(實施例)圖9中對比示出3種加熱裝置(短波長紅外線、中波長紅外線、碳(遠紅外線)) 的特性。管斷面尺寸在圖4的燈加熱器151的情況下用X與Y的積表示。溫度穩定時間與響應性關聯。溫度穩定時間較短者易于進行溫度控制而適于加熱 裝置。平均壽命較長者因加熱裝置的交換次數少，能夠減少維護時間而優選。因此，優選加 熱機構是以碳為熱源的加熱裝置。但是，將碳用于熱源的加熱裝置的尺寸大，因此存在因等 離子體處理裝置1的尺寸而不適合使用的情況。這種情況下，實施方式中例舉的燈加熱器 151等可以采用以短波長紅外線為熱源的加熱裝置。并且，實施方式中說明的等離子體處理裝置和介電體窗的溫度調節機構僅作為一 例，因此不限于這些。等離子體處理方法、用于等離子體處理的氣體、介電體窗的材質和形 狀、加熱冷卻機構和其配置方法、實施處理的基板的種類等可以任意選擇。本申請基于2008年7月4日申請的日本國專利申請2008-175589號。本說明書 中參照引入日本國專利申請2008-175589號的說明書、權利要求書、附圖全體。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，包括能對內部減壓的處理容器，該處理容器具有由介電體材料形成的介電體窗； 通過上述介電體窗向上述處理容器的內部供給微波的天線； 將工藝氣體向上述處理容器內供給的氣體供給機構； 通過輻射線對上述介電體窗進行加熱的加熱機構； 對上述介電體窗進行冷卻的冷卻機構。
2.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，還具有 用于檢測上述介電體窗的溫度的溫度檢測機構；響應通過上述溫度檢測機構檢測的溫度，而控制上述加熱機構和/或上述冷卻機構的 控制機構。
3.根據權利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，上述溫度檢測機構由多個傳感器構成，在被分割為多個區域的上述介電體窗的上述每 個區域中至少具有1個以上的上述傳感器。
4.根據權利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 上述加熱機構由與上述介電體窗的側面相對配置的多個加熱器構成， 上述加熱器通過上述控制機構進行控制，對上述介電體窗的周緣部，以針對各加熱器獨立設定的發熱量進行加熱。
5.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上述加熱機構的上述 輻射線透過的窗。
6.根據權利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上述加熱機構的上述 輻射線透過的窗。
7.根據權利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上述加熱機構的上述 輻射線透過的窗。
8.根據權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上述加熱機構的上述 輻射線透過的窗。
9.根據權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于，上述冷卻機構，在被分割為多個區域的上述介電體窗的該每個區域中具有熱介質的導 入口和排出口。
10.根據權利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于，上述冷卻機構通過上述控制機構進行控制，以按照上述介電體窗的上述每個區域獨立 設定的流量使上述熱介質流過。
11.根據權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于，保持上述加熱機構的保持部件，具有用于將上述保持部件的溫度維持于規定的溫度的 溫度調整機構。
12.—種等離子體處理方法，其特征在于，保持加熱機構的保持部件，在對至少一個被處理對象物進行等離子體處理期間，通過 溫度調整機構被保持為一定的溫度。
13.一種介電體窗的溫度調節機構，作為介電體窗的溫度調節機構，其特征在于，具有通過輻射線對上述介電體窗進行加熱的加熱機構； 對上述介電體窗進行冷卻的冷卻機構； 用于檢測上述介電體窗的溫度的溫度檢測機構；響應通過上述溫度檢測機構檢測的溫度，而控制上述加熱機構和/或冷卻機構的控制 機構。
14.根據權利要求13所述的介電體窗的溫度調節機構，其特征在于，上述溫度檢測機構由多個傳感器構成，在被分割為多個區域的上述介電體窗的上述每 個區域中至少具有1個以上的上述傳感器。
15.根據權利要求14所述的介電體窗的溫度調節機構，其特征在于， 上述加熱機構，由與上述介電體窗的側面相對配置的多個加熱器構成， 通過上述控制機構進行控制，對上述介電體窗的周緣部，以針對各加熱器獨立設定的發熱量進行加熱。
16.根據權利要求13所述的介電體窗的溫度調節機構，其特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上述加熱機構的上述 輻射線透過的窗。
17.根據權利要求14所述的介電體窗的溫度調節機構，其特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上述加熱機構的上述 輻射線透過的窗。
18.根據權利要求15所述的介電體窗的溫度調節機構，其特征在于，在上述加熱機構與上述介電體窗之間具有遮斷上述微波并且使上述加熱機構的上述 輻射線透過的窗。
19.根據權利要求15所述的介電體窗的溫度調節機構，其特征在于，上述冷卻機構，在被分割為多個區域的上述介電體窗的該每個區域中具有熱介質的導 入口和排出口。
20.根據權利要求19所述的介電體窗的溫度調節機構，其特征在于，上述冷卻機構通過上述控制機構進行控制，以按照上述每個區域獨立設定的流量使上 述熱介質流過。
全文摘要
本發明提供等離子體處理裝置、等離子體處理方法和介電體窗的溫度調節機構，能夠對使用于等離子體處理的微波透過的介電體窗的溫度進行更加精密地控制，實現更加良好的等離子體處理特性。等離子體處理裝置(1)具有處理容器(2)、介電體窗(簇射極板)(3)、天線(4)、波導管(5)、冷卻塊(6)、基板保持臺(7)、在處理容器(2)的上部裝配的保持環(上板)(15)。通過保持環(15)將介電體窗(3)的周緣部卡定。在天線(4)之上設置內部具有能夠流過熱介質的冷卻流路(6a)的冷卻塊(6)。在波導管(5)的周圍設有溫度傳感器(16)，對天線(4)等的溫度進行檢測。在保持環(15)的內部具有燈加熱器(151)。介電體窗(3)通過由控制機構控制的冷卻塊(6)的冷卻機構和保持環(15)的加熱機構而被控制為規定的溫度分布。
文檔編號H01L21/3065GK102077320SQ20098012536
公開日2011年5月25日 申請日期2009年7月1日 優先權日2008年7月4日
發明者西本伸也 申請人:東京毅力科創株式會社