专利名称：一种温度调节构造和使用温度调节构造的半导体制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种温度调节构造和使用温度调节构造的半导体制造装置。特别是， 该半导体制造装置包括一个涉及等离子体处理。
背景技术：
在半导体产业进展需要开发大尺寸的晶片和先进的、复杂的并且高集成的集成电 路(IC)。在半导体制造装置进展方面，要求质量稳定以得到更好的成本优势，并且可以列举 晶片表面均勻性的改善作为一个这样的挑战。等离子体技术是广泛应用于多种半导体装置的制造，如集成电路，液晶，太阳能电 池等。尽管在半导体制造工艺中等离子技术被用于薄膜沉积和蚀刻工艺，但是更高效率和 高功能性产品要求更先进的等离子工艺技术，如超细加工技术。特别是即使在相对低压高 真空条件下，经常使用能产生稳定高密度等离子体的微波等离子体处理装置。然而，在等 离子体处理装置中，由于电介质窗等，采用高温传送微波相对容易，为了产生稳定的等离子 体，温度控制是必要的。在专利文献1中描述了 在采用径向线缝隙天线的微波等离子体处理装置中，簇 射极板的冷却功效的最优化同时微波激发功效的最优化。形成处理室外墙部分并连接到簇 射极板的盖板，被连接到径向线缝隙天线的辐射面。此外，散热器安装在径向线缝隙天线 上，用于吸收通过处理室外墙在厚度方向上流动的热流。在专利文献2中描述了一种用于半导体装置的小、薄并且对设定温度响应快速准 确的温度升/降装置，其中一种用于均勻加热和冷却半导体晶片的均勻加热板通过在热传 导装置中设置波尔贴部件来冷却。通过在一个热管或热通道的形式中形成热传导装置，它 可以更有效地传递热量，并实现均勻加热。在专利文献3中描述了具有良好热传导能力的微孔隧道式加热管。关于热传导的 原理，是使用了由于工作液的感热(由于工作液的振动和/或循环的热传导)的热传导和 由于工作液的潜热(由于活动的工作液蒸气中的蒸发和冷凝来热传导)的热传导。(在先 技术文献)(专利文献)专利文献1 日本专利申请公布号2002199330专利文献2 日本专利申请公布号 2004-134475专利文献3 日本专利申请公布号2005-337691发明内容本发明解决的问题使用在专利文献3中所述的使用工作液的感热(通过工作液的振动和/或循环进 行热传导)的一种两相可冷凝工作液，和由于工作液的潜热(通过工作液的流动蒸气的蒸 发和冷凝进行热传导)的热传导的热传导原理是众所周知的。在专利文献2中介绍的半导体装置的温度升/降装置意指该设定温度主要在室温 附近，并且没有提及高温条件下使用，如在等离子体处理装置中等。在专利文献1的等离子体处理装置中，通过在电介质窗周围(例如该装置的上半 部)使用一种加热介质的冷却方法被用于控制电介质窗(或簇射极板)的多余热量。然而， 在这个方法中，在加热介质中的温差发生在该循环通路的入口和出口的附近。特别是，随着 冷却对象的面积增加温差往往会更大。尽管冷却响应或冷却能力可以通过形成密集的或长的循环流道来改善，仍然有一个温度控制的限制。此外，基于发明人的实验等，人们发现影响等离子体处理装的离子体工艺特性的 因素并不仅限于板件过热，如电介质窗或簇射极板等。人们发现更精确地控制这些板件的 温度分布是提高装置工艺特性的关键。本发明，在上述情况中做出的本发明，其目标是要提供一种通过精确快速地控制 温度，可以尽量减少与温度调节构造接触的部分的温差的温度调节构造，以及一种使用该 温度调节构造的半导体制造装置。解决问题的方法为了实现上述目标，根据本发明的第一个方面的一种温度调节构造是一种温度 调节构造，在处理容器中与环绕处理对象空间的部件相连接，该温度调节构造包括一种沿 着处理对象空间的外表面方向安装的环形窄管；及一种密封在环形窄管中的气体和液体的 两相可冷凝工作液。优选地，环形窄管蜿蜒安装，并且提供热交换器以致至少可以与环形窄管的一部 分接触。优选地，热交换器和环绕处理对象空间的最小距离是大于环形窄管和环绕处理对 象空间之间的距离，至少在一个热交换器的最小距离范围内。优选地，与环绕处理对象空间的部件接触的温度调节构造的多重分割部分的每个 部分单独附带环形窄管。优选地，在温度调节构造的多重分割部分的每个部分中的温度是可以调节到一个 单独预定的温度。优选地，温度的调节装置的多重分割部分的每个部分具有与环形窄管接触的热交 换器。优选地，该部件是一种封闭等离子体在处理容器中并对着处理对象的板形部件， 该部件是与处理对象相对，中间是等离子体。优选地，在一个面对处理容器的外表面的板形部件的表面的侧面上具有该环形窄管。优选地，环形窄管设计成通过折叠蜿蜒在中心和板形部件外围之间的空间中，并 且热交换器设置在板形部件外围的附近。优选地，环形窄管设计成蜿蜒越过从中心到板形部件边缘的线，并且该热交换器 是沿着从中心到板形部件边缘的方向设置的。优选地，密封了蒸气和液体的两相可压缩工作液的该环形管窄窄是环绕该板形部 件的主表面的延伸方向设置的。优选地，该部件是一种位于容纳该处理对象的处理容器的空间中，并且引入一种 用于针对处理对象的等离子体处理的气体的簇射极板，以及该簇射极板具有在簇射极板内 的环形窄管和用在等离子体处理中的气体流道。根据本发明的第二个方面的一种半导体制造装置包括根据第一个方面的温度调 节构造。本发明的效果根据本发明的温度调节构造和使用该温度调节构造的半导体制造装置，通过精确 和快速的温度控制，可以尽量减少接触该温度调节构造的部分的温度偏差。
图1是显示等离子体处理装置的原理结构图，其是根据本发明的实施例的半导体制造装置。图2是冷却套的结构图，其是根据本发明的第一个实施例的温度调节构造。图 3是显示根据本发明第一个实施例的冷却套的改进样本的结构图。图4A是显示锁环结构 的图，其是根据本发明的第二个实施例的温度调节构造，并且是从电介质窗一侧看锁环的 平面视图。图4B是显示图4A的方框K中的情况的图。图4C是被分成多个部分的锁环的 一个截面的透视图。图5是根据本发明的第三实施例的等离子体处理装置的改进样本的原 理结构图。图6A是显示下簇射极板的结构图，其是根据本发明第三个实施例的温度调节构 造，并且是从处理容器一侧观察下簇射极板平面图。图6B是从电介质窗一侧观察的图6A 的放大图。图6C是图6A中所示线M-M部分的横截面图。图6D是图6A中所示线N-N部分 的横截面图
具体实施例方式(第一个实施例)参考附图，该实施例的详细说明如下。此外，相同的编号指派为 图中相同或相应部分。图1是显示等离子体处理装置的原理结构图，其是根据本发明的实 施例的半导体制造装置。图2是冷却套的结构图，其是根据本发明的第一个实施例的温度 调节构造。为了便于解释，图2只显示了限于冷却套一个部分(仅60a)的该部分。等离子体处理装置1具有一个处理容器(室)2，一个电介质窗3，一个天线4，一个 波导5，一个冷却套6，一个基底座7，一个排气口 8a，一个真空泵8b，一个高频电源9，一个 温度传感器12和一个气源13。该处理容器2具有该排气口 8a和该真空泵8b，并且在上开 口被封闭的该处理容器2内可维持预定压力。锁环加是设置在较低容器2b的上半部分上，构成了处理容器2的墙体的一部分。 朝处理容器2的最高限度延伸的同心圆具有不同直径的环(内径)，从而形成锁环2a，并同 时支持电介质窗3以至覆盖该介质窗3的侧表面，锁定面向处理容器2的电介质窗3表面。 锁环加和较低容器2b是用例如铝(Al)等制作的，并且它们的内壁表面有经氧化处理的三 氧化二铝等形成的保护膜，。电介质窗3是用传播微波的电介质材料做成的，例如S^2或Al2O3等，并通过保护 锁环加的外围，处理容器2的口可以被封闭。该电介质窗3具有一个顶板3a和一个簇射 极板北。该簇射极板北具有多个喷嘴口 3c、一个凹槽3d以及一个连接到开口的流道3e， 并通过附加的顶板3a来连接。该连接的流道从而具有作为等离子体气体流道的功能，并从 气源13引入气体进入介质窗3均勻地供给进入电介质窗3正下方的空间S。该天线4是由一个波导部分4a，一个径向线缝隙天线(RLSA) 4b和一个慢波板如 组成。慢波板4c位于波导部分如和径向线缝隙天线4b之间，并且缩小了微波波长。波导 部分如是由一个与冷却套6融为一体的盾状部件组成，并且慢波板4c是由电介质材料，如 SiO2和Al2O3等，组成。波导5是一个同轴波导，并由一个外波导fe及一个内波导fe组成。天线4被连接在电介质窗3的顶部。更具体地说，天线4的径向线缝隙天线4b是 紧密固定到电介质窗3的顶板3a。波导5连接到天线4。波导部分如是连接到外波导如， 并且径向线缝隙天线4b连接到内波导恥。有助于控制电介质窗3的温度的冷却套6被安装在天线4上。通过形成该冷却套 6，以致和天线4的波导部分如形成一体，可以更有效地完成热传导。面向电介质窗3的冷 却套6的表面被分成4个相同形状并相同面积的扇形部分(所分隔的扇形部分是冷却套6 的60a、60b、60c以及60d)。此外，天线4附近设置了所必需数量的温度传感器12，或在波 导5外围。温度传感器12检测例如天线4的温度，并且是用例如光纤传感器等组成。
冷却套6具有冷却渠61和热通道62。该冷却渠61被安装在冷却套的外围，并且 热通道62以蜿蜒的方式被安装在冷却套6的中心和边缘之间。通过循环冷却渠61中的热媒，冷却渠61冷却冷却套6。图中的粗箭头指示热媒流 经冷却渠61的流动方向。例如，为了达到电介质窗3的上半部分所需要温度进行冷却，预 先设定该冷却器(无附图)的温度，并且从冷却器提供具有所需温度的热媒。通过用热媒 带走热量来冷却冷却套6，可以冷却面向冷却套6的该电介质窗3。从冷却器提供的热媒， 通过流道入口 61a进入，从流道出口 61b出去，经过冷却渠61，并再次返回到冷却器。由于 在冷却中使用热媒，例如可以采用液体热交换介质，如硅油、含氟液体或乙二醇使用。该热通道62是通过设置一个热接收部分(蒸发器)63和一个散热部分(冷凝 器)64，和密封于热接收部分63和散热部分64之间的空间里交替褶皱来回多次的环形窄管 内的两相可冷凝工作液(以下简称工作液)。环指的是管形成一个不中断的形状，并说明密 封的液体在热通道62内循环而无中断。在这方面，在热通道62中的工作液以一定压力被 密封，在该压力下，在既定温度范围内，工作液经历一个从液相到气相的相变过程。该散热部分64是通过冷却套6周边的冷却渠61来冷却的部分，并显示在图中用 点划线围成的区域中。该热吸收部分63设置在远离散热部分64的位置，在这方面，靠近冷 却套中6的中间，并显示在图中用虚线围成的区域中。设置在热通道62上的作为热交换器 是用于进行冷却的冷却渠61，该热交换器的给定部分做成了散热部分64。然而，如果热交 换器是加热型的，该热交换器的给定部分成为热吸收部分63。在图中，为了方便容易理解， 热吸收部分63和散热部分64用线围起来表示。在现实中，该热通道62被冷却并处于较低 的温度的部分功能等同于散热部分64，而处于比散热部分64相对较高温度的该部分功能 等同于热吸收部分63。在该热吸收部分63中，工作液吸收热量，并经过泡核沸腾，工作液的自我激发，并 循环传输显热。图中的细箭头指示工作液的循环状态，并且实线箭头显示传输从热吸收部 分63到散热部分64，以及虚线箭头显示传输从散热部分64到热吸收部分63。此外，该工作 液吸收热量并在热吸收部分63中经过从液相到气相的相变，以及由于在该散热部分64中 的气相冷凝，通过从气相到液相的相变中释放热量进行冷却，以及通过气体和液体的相变， 转移潜在的热量。在这种方式下，由于显热传输和潜热传输，在热通道62中热传导发生在 热吸收部分63和散热部分64之间。此外，在热通道62中，由于热传导总是不仅发生在热 吸收部分63和散热部分64之间，还在发生任何存在温差的地方，温差变小，就有可能在很 短的时间里实现温度均勻分布。该热通道62被设计成通过在该电介质窗3的中间和外围之间折叠，蜿蜒在冷却6 套中，并在任何部分中，从热吸收部分63至散热部分64距离是一样的。因此，由于在冷却套 6的中部和外围的温度分布均勻了，并且在整个径向方向上温度分布均勻了，就有可能在冷 却套6中维持均勻的温度分布。因为，在冷却套6中，等离子体形成过程中，靠近波导5的温度是最高的，向外围方 向温度降低，该热通道62的热吸收部分63被放置在高温部分。虽然发生这样的热传输，在 热吸收部分63和散热部分64之间的温度通过热通道62得以平均，但同时，在热吸收部分 63中吸收的热量继续得以积累在散热部分64。通过利用设置在冷却套6上的冷却槽61， 消除储存在散热部分64中的热量，可以防止热聚集在热通道62中。此外，通过将由冷却槽61消除的热量大于聚集的热量，就有可能冷却冷却套6。因此，在设有热通道62的冷却套 6中，有可能实现在短时间内平均面内温度分布，同时实现冷却到预定温度。面向电介质窗3的冷却套6表面被进一步分成相同形状和相同面积的4个扇形部 分。对这些分出的每个扇形60a，60b，60c和60d(以下简称为60η部分)温度调节是可能 的。通过匹配用多个温度传感器12检测的天线4温度，控制设置在60η部分里的冷却渠 61，以及循环设定在预定温度的热媒，冷却套6的60η部分可以被冷却到所要求的温度。进 行热媒的温度调节，例如，用设置在冷却器中的冷却机组，并且热媒以预定的温度从流道入 口 61a提供给冷却渠61。冷却套6的每个60η部分可以被控制在预定温度，并且通过热通 道62，可以实现在60η部分中的温度分布均勻。等离子体处理的方法，简要说明如下。离子体处理装置1的处理容器2通过电介 质窗3密封。在这个过程中，通过用排气口 8a和真空泵8b抽空和降压，处理容器2内部被 做成真空状态。微波是从微波源通过波导5提供。该微波在波导部分如和径向线缝隙天线4b之 间辐射传输，并通过径向线缝隙天线4b的缝隙辐射。当将微波装入处理容器2生成等离子体时，一种惰性气体例如氩气(Ar)或氙气 (Xe)和氮气(拟)等，甚至要求的一种处理气体，如氢气等，从气源13被提供给气流通道。 这种气体朝电介质窗3正下方均勻辐射，并进入处理容器2。电压施加到高频电源9，并通 过诱导氩气(Ar)或氙气(Xe)在空间S中产生等离子体，保持在基底座7上的加工基底W 可以是取决于等离子体处理的。例如，进行所谓的CVD(化学气相沉积)用于形成一种膜， 例如加工基底W上的绝缘膜。根据预定的基底数量，通过重复一系列的操作，例如引入处理 基底W并在等离子体处理后转移，进行预定的基底加工处理。由于在等离子体形成中产生的热和在电解之窗3中本身积聚的热导致电介质窗3 的附近变热，很容易产生温度分布。该电介质窗3可以通过设置在冷却套6上的冷却渠61 来冷却。冷却套6可以固定在等离子体处理装置1中发热部分附近的天线4上，并通过用 径向线缝隙天线4b来吸收电介质窗3中积累的热量，进行有效地冷却，并对内部装置的其 他部分将几乎没有任何热量的影响。即使是设置在波导5附近的电介质窗3的中部和周围，可以很容易地生产温度分 布。在冷却套6的中间和外围之间的温差可以在热通道62的帮助下短时间内得以解决。此 外，由于在任何一个径向方向上热通道62具有相同的长度，是有可能实现在冷却套6平面 内均勻温度分布。因此，可能在短时间内要保持面向冷却套6的电介质窗3在所要求温度， 并实现均勻温度分布，从而可以形成稳定的等离子体。此外，当进行该处理基底的等离子体处理时，有可能通过执行与等离子体模式匹 配的温度调节形成一个更加稳定的等离子体。它可以控制60η部分冷却渠61中热媒流的 温度，该温度是分割面向电介质窗3的冷却套6的表面产生的。通过冷却每个60η部分到 预定的温度，并通过热通道62的协助实现60η部分内部的均勻温度分布，有可能维持等离 子体形成的较好条件。(第一个实施例的改进模式)图3是一种根据本发明的第一实施例的温度调节构 造的冷却套调节装置。为了便于解释，冷却套的一部分(仅仅6 部分))的内部情况如图 3所示。具有冷却套6的半导体制造装置采用了如图1所示的等离子体处理装置1，而且把显示在第一个实施例中的冷却套6的配置除外。面向电介质窗3的冷却套6表面分成3个形状相同和面积相同(冷却套6所分成 的扇形部分65a，65b以及65c)的扇形部分。在图3中，为了便于解释，只显示了 6 部分 的内部情况。每个冷却套6的分割部分都具有一个冷却渠66，以及热通道67a和67b。该冷却 渠66设置在连接该中心与边缘的线上，以致将分割的6 部分从中间分隔开。热通道67a 和67b这么设置得以冷却渠66夹入中间并呈现一种镜像对称。下面，由于具有镜像对称的 关系和功能等的热通道67a和67b是一样的，对热通道67b的介绍省略。在分割的6 部 分中，热通道67a形成一个连续来回的环形，使得弧长，即沿扇形部分的弧长，大于前述任 何时候褶皱的弧长。热通道67a并不限于沿弧形曲线，也可以形成一条直线与从中心向边 缘的线相交，并在分割的6 部分中形成密集。冷却套6可以通过循环冷却渠66内的热媒来冷却。图中的粗箭头指示热媒流经 冷却渠66的流动方向。通过从容易变热的波导5附近的流道入口 66a引入热媒进入冷却 渠66，并从相对较低温度的电介质窗3外围附近的流道出口 66b释放热媒，可以有效地冷却 附近的电介质窗3。通过事先设置冷却器的温度，并循环热媒穿过冷却渠66，以冷却器作为 热媒的出发点和终点，该电介质窗3可以被冷却到预定温度。作为用于冷却的热媒，例如可 以采用液体热交换介质，如硅油、含氟液体或乙二醇。热通道67是通过设置热吸收部分(蒸发器)68a和散热部分(冷凝器)69，以及密 封于热吸收部分68a和散热部分69之间的空间里，交替褶皱来回多次的环形窄管内的两相 可冷凝工作液(以下简称工作液)组成。环指的是管形成一个不中断的形状，并密封的液 体在热通道67a内循环而无中断。在这方面，在热通道67a中的工作液以一定压力被密封， 在该压力下，在既定温度范围内，工作液经历一个从液相到气相的相变过程。该散热部分69是通过设置在从冷却套6中心朝边缘的线上的冷却渠66来冷却 的，并显示在图中用点划线围成的区域中。该热吸收部分68a设置在远离散热部分69的位 置，并且在这方面，设置在冷却套中6的分割部分65a的扇形部分的一个边缘，并显示在图 中用虚线围成的区域中。设置在热通道67a上的作为热交换器是用于进行冷却的冷却渠 66，该热交换器的给定部分做成了散热部分69。然而，如果热交换器是加热型的，该热交换 器的给定部分成为热吸收部分68a。在图中，为了方便容易理解，热吸收部分68a和散热部 分69用线围起来表示。在现实中，该热通道67a被冷却并处于较低的温度的部分功能等同 于散热部分69，而处于比散热部分69相对较高温度的该部分功能等同于热吸收部分68a。在该热吸收部分68a中，工作液吸收热量，并经过泡核沸腾，该工作液自我激发， 并循环传输显热。图中的细箭头指示工作液的循环状态，并且实线箭头显示传输从热接收 部分68a到散热部分69，以及虚线箭头显示传输从散热部分69到热吸收部分68a。此外， 该工作液吸收热量并在热吸收部分68a中经过从液相到气相的相变，以及由于在该散热部 分69中的气相冷凝，通过从气相到液相的相变中释放热量进行冷却，以及通过气体和液体 的相变，转移潜在的热量。这种方式下，由于显热传输和潜热传输，在热通道67a中热传导 发生在热吸收部分68a和散热部分69之间。此外，在热通道67a中，由于热传导总是不仅 发生在热吸收部分68a和散热部分69之间，还在发生任何存在温差的地方，温差变小，就有 可能在很短的时间里实现温度均勻分布。
此外，虽然通过该热吸收部分68a吸收的热量通过热传输被送到散热部分69，并 且该热量继续聚集在散热部分69中，这种聚集的热量可以通过使用冷却渠66的热媒来冷 却从而导致冷却套6的冷却。因此，具有热通道67a的冷却套6内在短时间内有可能实现 平面内均勻温度分布，同时实现在预定温度下冷却。面向电介质窗3的冷却套6表面被进一步分成相同形状和相同面积的3个扇形部 分。对这些分出的每个扇形65a，6^和65c温度调节是可能的。通过循环设定在预定温度 的热媒，经过设置在65a，65b和65c部分中的冷却渠66，可以将各个分割部分冷却到所要求 的温度。用冷却器进行热媒的温度调节，并且热媒以预定的温度从流道入口 66a提供给冷 却渠66。6 ，6 和65c的每个部分可以通过冷却套6在短时间内被控制到预定温度，并 且通过热通道67，可以实现在该部分中的温度分布均勻。(第二个实施例)图4是一种锁环的结构图，是根据本发明的第二个实施例的温度 调节构造。图4A是一个从电介质窗3 —侧观察的平面图，图4B是一个显示图4A中方框K 中的情况图，以及图4C是锁环2a(仅仅是分割成多个部分中的20a部分)的部分透视图。 具有锁环加的该半导体制造装置使用等离子体处理装置1，如图1所示，并且该基本配置与 第一个实施例是相同的。0059]固定电介质窗3的锁环加具有热通道21a和21b，并且冷却渠M至20a， 20b和20c的每个部分，即电介质窗3的圆周分成三等分，以及可以从侧面冷却电介质窗3。 该热通道21a和21b以冷却渠M为中心对称排列。热媒循环于其中的冷却渠M通过将热 量从锁环加排除进行冷却。具体地说，冷却器提供的从流道入口 2 进入的热媒，是通过 设置在锁环加上的冷却渠M从一个流道出口 24b排出，并再次回到冷却器。当通过冷却 渠M时，锁环加的热量被热媒带走，并达到冷却效果。通过事先设置冷却器的温度，可以 将该锁环加冷却到预定温度。由于热媒是被用于冷却，例如可以采用液体热交换介质，如 硅油，含氟液体，或乙二醇。朗读热通道21a是通过设置热吸收部分(蒸发器)22a和散热部分(冷凝器)23，以及 密封于热吸收部分2 和散热部分23之间的空间里，并在电介质窗3的外围的圆周方向上 交替褶皱来回多次的环形窄管内的两相可冷凝工作液(以下简称工作液)组成。该环形 窄管指的是一种管形成一个不中断的形状，并且一种密封的工作液以预设的压力在热通道 21a内循环。密封在热通道21a中的工作液的该压力将是一种可以促进工作液在目标温度 范围内从液相到气相的相变的压力。该散热部分23是通过冷却套6周边的冷却渠61来冷却的部分，并显示在图中用 点划线围成的区域中。该热吸收部分63设置在远离散热部分64的位置，在这方面，靠近冷 却套中6的中间，并显示在图中用虚线围成的区域中。设置在热通道62上的作为热交换器 是用于进行冷却的冷却渠61，该热交换器的给定部分做成了散热部分64。然而，如果热交 换器是加热型的，该热交换器的给定部分成为热吸收部分63。在图中，为了方便容易理解， 热吸收部分63和散热部分64用线围起来表示。在现实中，该热通道62被冷却并处于较低 的温度的部分功能等同于散热部分64，而处于比散热部分64相对较高温度的该部分功能 等同于热吸收部分63。在该热吸收部分22a中，该工作液吸收热量，并经过泡核沸腾，该工作液自我激 发，并循环传输显热。图中的细箭头指示工作液的循环状态，并且实线箭头显示传输从热接收部分2 到散热部分23，以及虚线箭头显示传输从散热部分23到热吸收部分22a。此外， 该工作液吸收热量并在热吸收部分22a中经过从液相到气相的相变，以及由于在该散热部 分23中的气相冷凝，通过从气相到液相的相变中释放热量进行冷却，以及通过气体和液体 的相变，转移潜在的热量。因此，通过显热传输和潜热传输，在热通道21a中热传导发生在 热吸收部分2 和散热部分23之间。此外，在热通道21a中，由于热传导总是不仅发生在 热吸收部分2 和散热部分23之间，还在发生任何存在温差的地方，温差变小，就有可能 在很短的时间里实现温度均勻分布与此同时，热通道21a的热吸收部分2 吸收的热量被输送到散热部分23，并且该 热量继续聚集在散热部分23。用设置在锁环加上的冷却渠M消除在该散热部分中聚集的 热量从而防止热量增加，并进一步，通过消除预定的热量，就有可能冷却至所需温度。即使就热通道21b来说，发生的热传导与热通道21a相似，温度分布变得均勻，而 且可能冷却具有热通道21b的部分。不仅20a部分，而且锁环加的20b部分和20c部分的 每个部分都是相似的，因此，通过对锁环加设置热通道21和冷却渠M，就有可能从侧面冷 却电介质窗3到预定温度，并保持均勻的温度分布。此外，锁环加冷却由传送到空间S中横向方向上的等离子体产生的热量。Z这个 过程中，在锁环加中产生的温差，在该热通道21a和21b中是很小的，该部分是与产生等离 子体的空间S相连的部分，而且在处理过程中几乎没有任何温度影响(如等离子体发生等 情况)。该锁环加的温差主要产生在热通道21a、21b和冷却渠M之间，尤其是发生在作为 散热部分23的冷却渠M附近，但通过固定冷却渠M在从锁环加凸出的部分上，将不会直 接与空间s相连接。由于这个原因，进行处理过程所在的空间S中没有温度影响，并且在锁 环加的内部表面几乎可以保持在一个均勻温度。锁环加是由20a，20b及20c部分组成，这些部分是电介质窗3的周围被分割成3 等分形成的，并且那些部分的每个部分都具有热通道21a、b和冷却渠24，并且每个冷却渠 M具有流道入口 2 及流道出口 Mb。在进入流道入口 2 之前，通过用冷却器分别控制 热媒温度，有可能改变为20a，20b及20c每个部分的冷却温度。虽然在每个20a，20b及20c 部分中设定的温度是不同的，但是在那些20a，20b及20c部分的每个部分中得以冷却的表 面上的温度分布通过热通道21，20a和b部分得以均勻。通过将温度分布均勻，并为每个部 分设置一个预定的温度，就有可能保持更佳的温度条件以维持等离子体模式。(第三个实施例)图5是根据本发明的第三个实施例的半导体制造装置的等离子 体处理装置改进的样本的原理结构图。图6A是显示下簇射极板的结构图，其是根据本发明 第三个实施例的温度调节构造，并且是从处理容器2 —侧观察图5中所示的设置在等离子 体处置装置51中的下簇射极板10的平面图。图6B是从电介质窗3观察的图6A的一部分 的放大图。图6C是图6A中所示线M-M部分的横截面图。图6D是图6A中所示线N-N部分 的横截面图等离子体处理装置51的结构与第一个实施例所示的等离子体处理装置1非常相 似。一种作为处理气体供给结构的下簇射极板10设置在该处理容器2的锁环加和低容器 2b之间。在处理容器2中的空间S是由低簇射极板10和被定义为空间Sl的下空间以及被 定义为空间S2的上空间组成下簇射极板10具有一框架100，一开口 101，一供气端口 102，一气体通道103，多个气体喷射端口 104，以及一热通道105。该框架100是一种圆板，并且其内部做成一个网 格的形式。框架100中设置了气体通道103和热通道105，并且该气道103设置在加工基底 W侧面(即空间Sl侧)，并且该热通道105设置在电介质窗3侧面(即空间S2侧)。从由簇射极板10的框架100的格子产生的空间端口 101，有可能经过等离子体或 容纳在空间Sl中形成的等离子体之中的处理气体。该供气端口 102，气体通道103和多个 气体喷射端口 104彼此连接在一起，并且有一个平均分布从处理气体源4提供并覆盖整个 对应于加工基底W的区域的气体，通过经下簇射极板10释放进入空间Si。下簇射极板10是设置在该处理容器2的锁环加和低容器2b之间，并且该下簇射 极板10 (外气体通道边缘10 )的外围整合到处理容器2的壁上。为了防止在等离子体形 成过程中热量聚集在下簇射极板10，在外围设置了冷却渠106。通过在冷却渠106内循环 热媒，该下簇射极板10的热量可以被排出，并得以冷却。具体地说，热媒从冷却器提供，通 过流道入口 106a进入，并从流道出口 106b出去，经过冷却渠106，并再次返回到冷却器。虽 然热媒流经冷却渠106，来自下簇射极板10外围部分的热量被热媒排除并得以冷却。通过 预先设置冷却器的温度，锁环加可以冷却到预定温度。由于在冷却中使用热媒，例如可以 采用液体热交换介质，如硅油，含氟液体或乙二醇。通过在外围设置冷却渠106，可能可以进 行冷却而与空间Sl或S2没有任何直接接触，并且不影响等离子体的形成条件(在这里指 温度条件)。—热通道105是由框架100的网格中的一热接收部分(蒸发器)100a和一散热部 分(冷凝器)100b，以及密封于一个环形窄管中并在它们之间交叉流动的两相可冷凝工作 液(以下简称工作液)组成。热通道105是由一个或多个无间断的环形窄管形成，并在每 个环形窄管中循环工作液。在这方面，在热通道105中的工作液以一定的压力被密封，在预 定的温度范围内，在该压力下工作液经历从液相到气相的相变。该散热部分IOOb是一由冷却渠106冷却的部分，并固定在框架100的外围(外气 体通道边缘10 )中。该热吸收部分IOOa是框架100接触空间Sl的部分的网格部分。即 使当未设置冷却渠106时，框架100的外围更接近处理容器2的外层空间，并且不与等离子 体形成过程中产生热等直接接触，随着温度低于中心的网格部分，框架100的外围成为散 热部分100b，而网格部分成为热吸收部分100a。在热通道105的热吸收部分IOOa中，该工作液吸收热量，并经过泡核沸腾，该工作 液自我激发，并循环传输显热。此外，该工作液吸收热吸收部分IOOa中的热量并经历从液 相到气相的相变，并且在散热部分IOOb中通过放热经历冷却，导致从气相到液相的相变， 并且由于通过气体和液体的相变，转移潜在的热量。在这种方式中，通过显热传输和潜热传 输，热传导发生在热吸收部分IOOa和散热部分IOOb之间。此外，在热通道105中，由于热 传导总是不仅发生在热吸收部分IOOa和散热部分IOOb之间，还在发生任何存在温差的地 方，温差变小，就有可能在很短的时间里实现温度均勻分布下簇射极板10的温差，主要生产在热通道105和冷却渠106之间，即接近固定在 框架100外围中的热通道105。此外，热通道105内，即在框架100的网格部分内的温差是 小的。由于该框架100的网格部分接触空间Sl和S2，就产生温差而言，这里有一个影响处 理过程中温度(产生等离子体等的条件)的风险。然而，温差主要产生具有冷却渠106的 框架100的外围。因此，在处理过程发生的空间Sl和S2中不影响温度，框架100的网格部分几乎可以维持在一个均勻的温度。因此，通过解决该温差，在面向加工基底W的下簇射极板10的表面上的温度分布 可在很短的时间内得以均勻。虽然热吸收部分IOOa所吸收的热量通过热传输被带到了散 热部分100b，并且热量继续聚集在那里，这个聚集的热量可以通过使用冷却渠106的热媒 来排出，导致下簇射极板10的冷却。因此，具有热通道105的该下簇射极板10可以在短时 间内均勻温度分布，同时在其内部在预定的温度下进行冷却。一种等离子体处理方法，简要说明如下。等离子体处理装置51的处理容器2通过 该电介质窗3密封。在这个过程中，通过排气口 8a和真空泵8b来抽空和降压，处理容器2 的内部做成真空状态。微波是通过波导5从微波源提供。该微波在波导部分如和径向线缝隙天线4b之 间辐射传输，并辐射通过径向线缝隙天线4b。在通过微波转换到等离子体过程中，一等离子体气体，如氩气(Ar)或氙气(Xe)从 气源13提供，经过该电介质窗3进入空间S2。在该空间S2产生的等离子体或包含在该等 离子体中的处理气体通过该下簇射极板10的开口 101被传递到空间Sl中。从处理气源14并通过下簇射极板10，一处理气体，如氟碳气体(C3F6)或蚀刻气体 等，是均勻分布在对应于在空间Sl中的加工基底W的整个区域。通过仅发生在空间S2中 的等离子体的微波激活，并通过在环绕加工基底W的表面的空间Sl中用从空间S2扩散过 来的等离子体激活处理气体。此外，由于在等离子点火过程中加工基底W是不直接暴露给 微波，可以降低失败几率。作为等离子体处理，例如，进行所谓的CVD(化学气相沉积)以 形成一种如在处理基地W上的绝缘膜的膜。通过重复一系列的操作，如引入加工基底W，并 在等离子体处理后转移，对预设的基底数量进行预设的基底处理。在等离子体的形成过程中，电介质窗3和电介质窗3附近承担高温，并且由一如铝 或陶瓷的材料做成的下簇射极板10也可以承担高温，并且由于热量的聚集，容易产生温度 分布。如果温度分布产生在等离子体形成的空间Sl的附近，该等离子体的形成就变得不稳 定。通过设置在下簇射极板10中热通道105，有可能在短时间内得到均勻温度分布，并通过 冷却保持在预定的温度，就有可能为等离子体的形成维持一个最佳条件。如第一个实施例或第二个实施例所示的等离子体处理装置1的电介质窗3是一个 覆盖等离子体处理容器的顶部的板形部件，并且该处理容器可以被密封。此外，该电介质窗 3可以由一种电介质材料做成，具有不仅可以传输微波，也可以提供气体的通道，并且也可 以做成一簇射极板的功能，即在室内发射用于等离子体处理的气体。如第三个实施例所示，在等离子体处理装置51的下簇射极板10中，如果它分割空 间而不阻塞气体，该开口不仅限于网格形式，也可以是圆形或菱形。在下簇极板10中，适合 在处理对象的一侧上设置一用于等离子体气体的气体通道，并在处理对象外的平面上接近 气体通道设置一带有工作液的窄管作为温度调整构造。通过提供下簇射极板10，就没有暴 露等离子体空气到处理对象的风险，甚至可以更有效地供应需要抑制过度分裂的等离子体 气体，可以得到一均勻温度分布的等离子体，并能够维持等离子体形成的最佳条件。在第三 个实施例中，虽然温度调节构造只是提供给下簇射极板10，也有可能结合在第一或第二个 实施例中所示的温度调节构造。此外，在实施例中的该等离子体处理装置和温度调节构造是一个样本，不仅限于此。当分割温度调节构造(该冷却套，该锁环，该簇射极板等)成多个部分或形状时，它可 以随意设置分割或者分配的区域的数量，以及多个被分割的热通道的安排和冷却通道的结 构等。作为中心的冷却渠，除了在其左，右提供对称的热通道之外，该热通道也可以只设置 在一侧，或不必右左对称，即使热通道的形状或往返长度不相等也是没有关系的。在热通道 中，由于有较低温度功能的部分作为散热部分，并且相对散热部分有较高温度功能部分作 为热吸收部分，甚至设置在热通道上的特定的散热部分和吸热部分可以依靠设置在热通道 上的特定的热交换器，或基于设定温度的高或低，被任意设置。此外，也有可能将温度调节构造整合进该实施例中，甚或提供一种在电介质窗或 该基底支持等中使用该热通道的温度调节构造。除此之外，除了上述具有热通道温度调节 构造，也可以提供一种可以控制温度的加热冷却装置。利用该加热冷却装置，可以在很短的 时间内将温度控制到预定温度，也拓宽了预定的温度的范围宽度。通过联合使用独立设置 的加热冷却装置以及具有热通道的温度调节构造，就有可能在短时间内获得预定温度并达 到均勻温度分布。此外，它也可以随意选择和设置等离子体处理装置的配置，等离子体处理方法，在 等离子体处理中采用的气体，已被处理的基底，以及温度调节的冷却方法等。不限制于等离 子体处理装置，具有热通道的温度调节构造可能被用于半导体生产中其他工艺中的其他装 置。特别是在半导体制造中要求在短时间内温度分布，例如包括由于温度分布而容易导致 失败的工艺，或在一个要求更稳定的产品质量的工艺等。作为半导体制造装置的样本，可被 提供用于在晶片上形成一氧化薄膜的热膜沉积装置，或进行涂层和(光阻)光敏制剂开发 的装置。它也可以是一种具有处理单元的半导体制造装置，它包含多个用于进行等离子体 处理的处理单元。除了半导体制造装置的其他的例子，可以提供一种FPD制造装置或太阳 能电池制造装置。使用温度调节构造的具有热通道的该装置不仅限于上述实施例中所描述 的例子，并且可以任意选择，以及各种实施方案都是可能的。此应用程序是基于2008年7月4日提交的日本专利，申请号2008-175590。日本 专利申请号2008-175590的所有的说明书，权利要求和图纸通过引用纳入本说明。编号说 明1等离子体处理装置2处理容器(室)加锁环3电介质窗4天线5波导6冷却套 10下簇射极板21，62，67，105热通道22a，22b，63，68，IOOa热吸收部分(蒸发器)23，64，69， IOOb散热部分(冷凝器)24，61，66，106冷却渠W加工基底
权利要求
1.一种温度调节构造在一处理容器中与一环绕处理对象空间的部件相连接，该温度调 节构造包括一种沿着处理对象空间的外表面的方向定位的环形窄管；及一种密封在环形窄管中的气态和液态的两相可冷凝的工作液。
2.根据权利要求1所述的温度调节构造，其中该环形窄管是蜿蜒安装，并且具有一热 交换器，以至至少与环形窄管的一部分接触。
3.根据权利要求2所述的温度调节构造，其中至少在该热交换器的最小距离的范围 内，热交换器和环绕处理对象空间之间的最小距离大于环形窄管和环绕处理对象空间之间 的距离。
4.根据权利要求1至3所述的任何一种温度调节构造，其中与环绕处理对象空间的部 件相连接的该温度调节构造的多重分割部分的每个部分都独立具有该环形窄管。
5.根据权利要求4所述的温度调节构造，其中该温度调节构造的多重分割部分的每个 部分的温度可以独立地被调节到预定温度。
6.根据权利要求4所述的温度调节构造，其中该温度调节构造的多重分割部分的每个 部分都具有与环形窄管相连接的热交换器。
7.根据权利要求1所述的温度调节构造，其中该部件是一种将等离子体密封在该处理 容器中，并与该处理对象相对中间是等离子体的板形部件。
8.根据权利要求7所述的温度调节构造，其中该环形窄管设置在面向该处理容器外侧 的板型部件的表面一侧。
9.根据权利要求8所述的温度调节构造，其中该环形窄管是这样排列的，通过折叠蜿 蜒在该板形部件的中心和外围之间的空间中，并且该热交换器设置在该板形部件外围附 近。
10.根据权利要求8所述的温度调节构造，其中该环形窄管设计成与从板形部件的中 心到外围的线交叉蜿蜒，并且该热交换器是沿着从板形部件的中心到外围的方向设置的。
11.根据权利要求7所述的温度调节构造，其中密封两相可冷凝的液态和气态的工作 液的该环形窄管是环绕该板形部件的主要表面的延伸方向设置的。
12.根据权利要求1所述的温度调节构造，其中该部件是一种固定在处理容器的环绕 处理对象的空间中，并引入一用于针对该处理对象的等离子体处理的气体的簇射极板，并 且该簇射极板具有该环形窄管和一种用于簇射极板中等离子体处理的气体的气流通道。
13.一种半导体制造装置包括根据权力要求1至12中所述的任何一种该温度调节构造。
全文摘要
所提供的是一种温度调节构造，通过精确高速地控制温度可以保持与温度调节构造相连接的部分的温度偏差是小的。也可以提供一种使用这种温度调节构造的半导体制造装置。一冷却套(6)具有一冷却渠(61)和热通道(62)。该热通道(62)具有一热吸收部分(63)和一散热部分(64)，以及密封在一交替来回折叠于热吸收部分和散热部分之间的环形窄管中的两相可冷凝工作液(以下简称工作液)。该散热部分(64)是被冷却渠(61)冷却的一部分，该热吸收部分(63)是一个比散热部分(64)的温度更高的部分。在热接收部分(63)中，吸收热量，工作液通过泡核沸腾得到自我激化，并且当循环时工作液传输显热。此外，在热吸收部分(63)中，液相吸收热量并且转变成气相，并且在散热部分(64)中，气相散热并得以冷却和液化，气相转变成液相，而且潜热通过气相的转变而被传输。热是在热吸收部分(63)和散热部分(64)之间传输，并且温度在短时间内得以均匀化。
文档编号H01L21/205GK102084727SQ20098012606
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月4日
发明者西本伸也 申请人:东京毅力科创株式会社