JP2009117443A - 被処理基板の温度調節装置及び温度調節方法、並びにこれを備えたプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】載置台に載置された被処理基板を複数の領域に別け、各領域での載置台と基板間の熱の授受量を変えて、領域ごとに基板の温度を調節する手段を提供する。
【解決手段】被処理基板を領域別に所定の温度に調節するための温度系統別の温度調節部を複数備えた載置台と、この温度調節部を通って温度系統別に流体が循環して流れる循環流路と、循環流体より高い温度の加熱流体が流れる加熱流路と、循環流体より低い温度の冷却流体が流れる冷却流路とを設け、載置台の近傍で循環流路と加熱流路と冷却流路との流体を温度系統別に合流させるとともに、前記温度調節部に出力する流体の各流路からの流量比を調節する流量調節手段を含む合流部とを備えた被処理基板の温度調節装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハである基板の温度を調節する装置等に関し、特に被処理基板を載置する載置台の調温部を複数の領域に別け、それぞれ独立に温度調節可能な被処理基板の温度調節装置及び温度調節方法、並びにこれを備えたプラズマ処理装置に関する。

被処理基板にプラズマエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置においては、基板の温度を数段階ステップ状に変えて処理を行うことが少なくない。図６は、同一の処理室でエッチング条件（ガスの種類、温度、圧力等）を変えながら処理を行うステップ温度調節のチャート図である。このようなステップ温度調節を行うには、高速に温度調節を行う必要がある。例えば、各ステップに移行する時間は長くても３０秒程度であることが求められる。かかる温度調節には、前ステップより基板温度を高くする場合と低くする場合があるが、いずれにしても基板温度の昇降に要する時間を短縮することが望まれる。

このような温度昇降の手段としては、基板を載置するサセプタを熱交換用プレートとして用い、このサセプタを加熱・冷却することにより、基板の温度変更を行っていた。サセプタの冷却は、その内部に冷媒を流通させることにより行われ、サセプタの加熱は、基板の直下に熱電素子モジュール等の加熱ヒーターを配することにより行われていた。すなわち、従来はサセプタの加熱と冷却をそれぞれ別の手段で行うことが多かった。

しかし、プラズマ処理装置においては、プラズマ発生用に高周波電力が印加されるため、上述の熱電素子モジュール（加熱ヒーター）の配線ラインからのＲＦ（Radio Frequency）の漏れを防ぐ必要がある。このためには、加熱ヒーターの配線系統にＲＦフィルターを設ける必要があるが、設備が複雑、高価になって好ましくない。また、ＲＦフィルターを付加してもＲＦノイズ、ＲＦパワーロスを完全には抑えることができない。また、ＲＦ周波数、ＲＦパワーによりフィルターを変更する必要がある。更に、加熱ヒーターの熱源としてセラミックが用いられることが一般的であるが、セラミックは急速な熱収縮により破損する恐れがあるため、加熱ヒーターによる急速な温度昇降には限界がある。

そこで、下記特許文献には、前記のサセプタ（熱交換用プレート）の冷却と加熱を、共に熱媒体（例えば冷水と熱水）との熱交換により行う技術が開示されている（特許文献１、２）。すなわち、熱媒体の冷却側循環回路と加熱側循環回路を設け、この両回路からサセプタに供給する熱媒体の量又は混合比を調節することによって、加熱ヒーターを設けることなく、サセプタの温度を任意に変更できるようにするものである。
特開２００１−１３４３２４号公報 特開平７−２７１４５２号公報 特開２００６−１５６９３８号公報

上述のようなサセプタに熱媒体を流して加熱・冷却を行う方法では、サセプタ全体が単一の温度になるので、基板の部位によって基板とサセプタ間の伝熱量を変えるようなことはできない。

一方、近年半導体基板（ウェハ）の大口径化に伴い、ウェハの部位によって入熱と出熱のバランスにバラツキが生じ、大型のウェハ全面を均一な温度に保つのが難しくなっている。

例えば、プラズマ処理装置においては、プラズマの密度分布やサセプタ内を流通する冷媒温度の分布等にバラツキが生じることが多い。特に、プラズマの密度分布をウェハ全体で一様にすることは難しく、ウェハの周辺と中央とで、入熱と出熱のバランスに差が生じることが少なくない。

一般的には、ウェハの中央部が冷却されやすく、ウェハ周辺の冷却が弱くなる。従って、ウェハ全体を均一な温度に制御するためには、ウェハの中央と周辺とで冷却の程度を変える必要がある。

このようなウェハの部位によって冷却の程度を変えるという要請に応える手段として、載置台をゾーン別けし、基板と載置台の間隙に流す冷却ガスの量をゾーンごとに変えるという方法が提案されている（特許文献３）。

しかし、この方法では基板を加熱することができない上に、ゾーンの境界で基板の温度特性に特異点が生じるという問題があって好ましくない。このためには、ウェハの部位によって、冷却又は加熱の程度を変えることができるサセプタがあれば好都合である。

そこで、本発明は、被処理基板を載置する載置台の調温部に流体を循環させることで被処理基板を加熱又は冷却する温度調節装置において、被処理基板を複数の領域に別けて、領域ごとに基板温度を制御することのできる被処理基板の温度調節装置及び温度調節方法、並びにこれを備えたプラズマ処理装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本発明の被処理基板の温度調節装置の第一は、被処理基板を領域別に所定の温度に調節するための温度系統別の温度調節部を複数備えた載置台と、前記温度調節部を通って温度系統別に流体が循環して流れる循環流路と、前記循環流路に流れる流体より高い温度の加熱流体が流れる加熱流路と、前記循環流路に流れる流体より低い温度の冷却流体が流れる冷却流路と、前記載置台の近傍で、前記循環流路と前記加熱流路と前記冷却流路とを温度系統別に合流させるとともに、前記温度調節部に出力する流体の各流路からの流量比を調節する流量調節手段を含む合流部とを備えたことを特徴とするものである。

上記の構成によれば、温度調節部に領域別に温度の異なる流体を流すことにより、領域別に基板への伝熱量又はこれからの抜熱量を任意に調節することができる。例えば、基板の部位によって入出熱のバランスにバラツキがあり、基板温度が不均一になるような場合には、基板温度の高い領域の冷却を強め、或いは温度の低い領域の冷却を弱めることによって基板温度を均一にすることができる。

この温度調節装置は、前記温度調節部よりも下流側の流体を吸引して前記循環流路、前記加熱流路、及び前記冷却流路へと吐出するポンプを温度系統別に備えたものであってもよい。

また、この温度調節装置の前記流量調節手段が、前記温度調節部に流れる流体の温度を検出する温度検出手段による検出値を前記所定の温度の値となるようにフィードバック制御するものであることが好ましい。これにより、温度制御に要する時間を短縮することができる。

本発明の被処理基板の温度調節装置の第二は、被処理基板を領域別に所定の温度に調節するための温度系統別の温度調節部を複数備えた載置台と、前記温度調節部を通って温度系統別に流体が循環して流れる循環流路と、前記循環流路に流れる流体より高い温度の加熱流体が流れる加熱流路と、前記循環流路に流れる流体より低い温度の冷却流体が流れる冷却流路と、前記載置台の近傍で、前記循環流路と前記加熱流路と前記冷却流路とを温度系統別に合流させるとともに、前記温度調節部に出力する流体の各流路からの流量比を調節する流量調節手段を含む第１の合流部と、前記温度調節部よりも下流側において、前記温度系統別の循環流路を合流させる第２の合流部と、前記第２の合流部からの流体を吸引し、前記循環流路、前記加熱流路、及び前記冷却流路へと吐出するポンプとを備えたことを特徴とするものである。

このように構成することによって、ポンプ数を減ずるとともに、循環流路の配管構成を簡略化することができる。

この第二発明の温度調節装置においては、前記合流部は前記ポンプと一体的に構成されているものであってもよい。また、前記流量調節手段が、前記温度調節部に流れる流体の温度を検出する温度検出手段による検出値を前記所定の温度の値にフィードバック制御するものであることが好ましい。

本発明の被処理基板の温度調節方法は、載置台に載置された被処理基板を領域別に所定の温度に調節するための被処理基板の温度調節方法であって、前記被処理基板を領域別に温度調節する複数の温度調節部を温度系統別に前記載置台内部に設け、温度系統別に前記温度調節部に流れる流体の目標温度と前記流体の温度とを比較してその温度差を算出し、前記流体の温度より高い温度の加熱流体、及び／又は前記流体の温度より低い温度の冷却流体を、前記流体が前記温度調節部に流入する手前で前記流体に温度系統別に合流させるとともに、前記流体と前記加熱流体、及び／又は前記冷却流体との流量比を調節し、前記温度調節部に流れる流体の温度を温度系統別に調節することを特徴とするものである。

上記の温度調節方法は、前記温度調節部に流れる流体の温度を温度系統別に検出し、前記流体の温度が目標温度となるようにフィードバック制御により前記流量比を調節するものであることが好ましい。

本発明は、上記第一発明び第二発明の温度調節装置を備えたプラズマ処理装置を含む。

本発明により、被処理基板を載置する載置台の調温部に流体を循環させることで被処理基板を加熱又は冷却する際に、被処理基板を複数の領域に別けて、領域ごとに基板温度を制御することが可能になった。また、本発明によれば、循環流体と加熱流体及び／又は冷却流体との流量比を調節するのみで、簡便に基板温度の制御を行うことができる。また、流体温度をステップ状に急激に変化させることができるので、基板の温度調節に要する時間を短縮することができる。

以下、実施例の図面を参照して本発明を説明する。図１に、本発明の実施に用いられるプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）の全体の概略構成を示す。図１において、チャンバー１は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の材質からなり、内部を気密に密閉可能な円筒形のものである。このチャンバー１はアースに接地されている。

チャンバー１の内部には、被処理基板として例えば半導体ウェハＷが載置される載置台（以下、サセプタ）が設けられる。図１に示すサセプタ２は、半導体ウェハＷと接触して熱交換を行うことにより、半導体ウェハＷの温度を調節する熱交換プレートとして用いられる。サセプタ２は、アルミニウム等の導電性及び熱伝導性に富む材質からなり、下部電極を兼ねている。

サセプタ２は、セラミックス等の絶縁性の筒状保持部３に支持される。筒状保持部３はチャンバー１の筒状支持部４に支持される。筒状保持部３の上面には、サセプタ２の上面を環状に囲む石英等からなるフォーカスリング５が配置される。

チャンバー１の側壁と筒状支持部４との間には、環状の排気路６が形成されている。この排気路６の入口又は途中に環状のバッフル板７が取り付けられる。排気路６の底部は排気管８を介して排気装置９に接続される。排気装置９は、真空ポンプを有しており、チャンバー１内の空間を所定の真空度まで減圧する。チャンバー１の側壁には、半導体ウェハＷの搬入出口１０を開閉するゲートバルブ１１が取り付けられる。

サセプタ２には、プラズマ生成用の高周波電源１２が、整合器１３及び給電棒１４を介して電気的に接続される。高周波電源１２は、例えば４０ＭＨｚの高い周波数の高周波電力をサセプタ２が兼ねる下部電極に供給する。チャンバー１の天井部には、シャワーヘッド１５が上部電極として設けられる。高周波電源１２からの高周波電力により、サセプタ２とシャワーヘッド１５との間にプラズマが生成される。

またサセプタ２には、プラズマ中のイオンを半導体ウェハＷに引き込むバイアス用の高周波電源３１が、整合器３２及び給電棒３３を介して接続される。高周波電源３１は、例えば１２．８８ＭＨｚ、３．２ＭＨｚ等のやや低い周波数の高周波電力をサセプタ２に供給する。

サセプタ２の上面には、半導体ウェハを静電吸着力で保持するために、セラミックス等の誘電体からなる静電チャック１６が設けられる。静電チャック１６の内部には、導電体例えば銅、タングステン等の導電膜からなる内部電極１７が埋め込まれている。内部電極１７には高電圧、例えば２５００Ｖ，３０００Ｖ等の直流電源（図示していない）がスイッチを介して電気的に接続されている。直流電源から内部電極１７に直流電圧を印加すると、クーロン力又はジョンソン・ラーベック力により半導体ウェハＷが静電チャック１６に吸着保持される。

サセプタ２の内部には、熱媒体（流体）流路１８が設けられる。この熱媒体流路１８には、温度調節ユニット１９より配管２０を介して、所定温度の熱媒体、例えば熱水又は冷水が循環供給される。温度調節ユニット１９からサセプタ２に供給される熱媒体の温度は、温度制御装置２１により、所定の温度になるように制御される。

静電チャック１６と半導体ウェハＷの裏面との間には、伝熱ガス供給部２２からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給管２３を介して供給され、この伝熱ガスは、静電チャック１６、すなわちサセプタ２と半導体ウェハＷの間の熱伝導を促進させる。

天井部のシャワーヘッド１５は、多数のガス通気孔を有する下面の電極板２４と、この電極板２４を着脱可能に支持する電極支持体２５とを有する。電極支持体２５の内部にはバッファ室２６が設けられ、このバッファ室２６のガス導入口２７には、処理ガス供給部２８からのガス導入管２９が接続される。

シャワーヘッド１５とサセプタ２は平行に対向して設置され、一対の電極すなわち上部電極と下部電極として機能する。シャワーヘッド１５と半導体ウェハＷが載置されたサセプタ２との間の空間には、高周波電力によって鉛直方向の高周波電界が形成され、高周波の放電によって、半導体ウェハＷの表面近傍に高密度のプラズマが生成される。また、チャンバー１の周囲には、チャンバー１と同心円状に環状のリング磁石３０が配置され、シャワーヘッド１５とサセプタ２との間の処理空間に磁場を形成する。

図２は、熱交換プレートの構造の例を示す図である。このサセプタ２は、内部が空洞の円板型のもので、熱伝導性の良い材料、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。内部の空洞は流体（以下、熱媒体）の流路となるもので、図２の例では、サセプタ２と同心円状の仕切り壁３５により２分割され、環状の外側流路３６と円板状の内側流路３７とに分けられている。

この両流路にはそれぞれ別系統の熱媒体が流通する。すなわち、外側流路３６用の熱媒体は、流入口３８ａから流入して流出口３９ａから流出し、図１に示す温度調節ユニットで温度調節されて循環する。同様に内側流路３７用の熱媒体は、流入口３８ｂから流入して流出口３９ｂから流出し、温度調節ユニットで温度調節されて循環する。

このようにサセプタ２の内部を複数の領域に分割し、それぞれの領域に独立に温度制御された熱媒体を流通させるところに本発明の特徴がある。これにより、領域ごとに熱媒体の温度を変えることができ、サセプタ２と半導体ウェハＷとの間の熱の授受量を、領域ごとに異なるようにすることができる。

図２の例では、内側流路３７と外側流路３６の熱媒体温度を変えることにより、例えば半導体ウェハＷの周辺部と中央部の冷却の程度を変えることができる。通常は、半導体ウェハＷの周辺部が中央部より温度が高くなり易いので、外側流路３６の熱媒体温度を内側流路３７の熱媒体温度より低くすることで、処理中の半導体ウェハＷ全体の温度を均一に保つことができる。

本実施例においては、外側流路３６、内側流路３７ともに内部に障害物の無い流路であるが、これが曲がりくねった蛇管状の流路であってもよく、衝突板等の障害物で屈曲させた流路であってもよい。このような流路にすることにより、淀みの発生を防止して各領域全体の温度を速やかに均一にすることができる。また、各流路の流入口や流出口の数がそれぞれ２個以上であってもよい。

また、本発明において、サセプタ２の分割の仕方を図２の例のような同心円状に限る必要は無い。分割数も２分割に限られず、３分割以上であってもよい。なお、３分割以上の場合は、温度調節ユニットの循環系統の数を領域分割数と同じにすることが好適であり、また、それぞれのプラズマ処理装置の特性や、温度調節の目的に応じて、適宜領域の分割を行えばよい。

図３は、温度調節ユニットにおける熱媒体の循環流路が２系統の場合を示した構成図である。図３(ａ)は、２系統の熱媒体が別々に循環する分割循環型の構成を示した構成図であり、図３(ｂ)は、２系統の熱媒体が合流して循環する集合循環型の構成を示した構成図である。

図３(ａ)においては、２台のポンプ４０ａ，４０ｂが配置され、外側流出口３９ａから流出した熱媒体はポンプ４０ａで昇圧され、分岐点Ｐａで３方向に分流され、バイパス流路４１ａ，加熱部４２及び冷却部４３に流入する。一方、内側流出口３９ｂから流出した熱媒体はポンプ４０ｂで昇圧され、分岐点Ｐｂで、バイパス流路４１ｂ，加熱部４２及び冷却部４３に分流される。

加熱部４２は、高温の熱媒体の貯溜タンクで、内部に組み込まれたヒーターにより、熱媒体を所定温度（高温側）範囲に保つことができる。冷却部４３は、低温の熱媒体の貯溜タンクで、内部に組み込まれたクーラーにより、熱媒体の温度を所定温度（低温側）範囲に保つことができる。加熱部４２及び冷却部４３からは、それぞれ２系統の流出路が設けられ、バイパス流路４１ａ及び４１ｂに合流する。合流点Ｑａで合流した熱媒体は、流入口３８ａから図２に示す外側流路３６に流入し、合流点Ｑｂで合流した熱媒体は、流入口３８ｂから図２に示す内側流路３７に流入する。各合流点に流入するバイパス流路４１ａ又は４１ｂ、加熱部４２及び冷却部４３の熱媒体の流量は、それぞれ設けられた３個の流量調節バルブ４４により調節される。従って、この流量の割合を変えることにより、外側流入口３８ａと内側流入口３８ｂに流入する熱媒体温度を独立に制御することができる。

図３(ｂ)においては、１台のポンプ４０が配置され、外側流出口３９ａからと内側流出口３９ｂから流出した熱媒体はＯ点で合流して、ポンプ４０で昇圧され循環する。ポンプ４０で昇圧された熱媒体は、分岐点Ｐ１で２分され、バイパス流路４１ａと４１ｂに分流する。さらに各バイパス流路には分岐点Ｐ２が設けられ、バイパス流路４１ａ又は４１ｂをそのまま直進する分と、加熱部４２及び冷却部４３に流入する分に３分割される。図３(ｂ)の場合も、加熱部４２及び冷却部４３の構成は、図３(ａ)と同じである。また、合流点Ｑａ，Ｑｂに流入する各３系統の熱媒体の流量を各３個の流量調節バルブ４４で調節して、外側流入口３８ａと内側流入口３８ｂに流入する熱媒体温度を独立に制御することも、図３(ａ)と同じである。

図３(ｂ)のような集合循環型の構成とすることにより、ポンプ設備費や動力費の低減、出口側熱媒体の温度測点数を減少できる等のメリットが得られる。

図４は、熱媒体の温度制御システムの構成例を示す図であるが、その動作説明を簡略化するため、循環流路が１系統の場合について図示している。従って、各系統について、図４と同じシステムが設けられることになる。ただし、加熱部４２及び冷却部４３とその周辺機器を２系統としても良いし、１セットとしそれを共有するようにしても良い。

熱媒体の温度制御を行うために必要な情報は、循環する熱媒体の温度、すなわち流出口３９の出口温度Ｔ_ｏ及び流入口３８の入口温度Ｔ_ｉと、加熱部４２及び冷却部４３の出口温度Ｔ_Ｈ及びＴ_Ｃである。制御の対象となるのは、一般には流入口３８の入口温度Ｔ_ｉである。Ｔ_ｉを制御するためには、バイパス流量Ｑ_Ｂ，加熱部側流量Ｑ_Ｈ及び冷却部側流量Ｑ_Ｃを調節して、この３者が所定の割合になるようにすればよい。なお、Ｔ_ｉ＞Ｔ_ｏの場合はＱ_Ｃ＝０にし、Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｏの場合はＱ_Ｈ＝０にすることもできる。

すなわち、制御装置４５にＴ_ｏ，Ｔ_ｉ，Ｔ_Ｈ及びＴ_Ｃの情報を入力し、目標入口温度Ｔ_ｉ ^＊になるようなＱ_Ｂ，Ｑ_Ｈ及びＱ_Ｃ（又はＱ_ＢとＱ_Ｈ又はＱ_Ｃ）の値を算定し、流量制御弁Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｈ及びＶ_Ｃの開度を調節すればよい。

また、加熱部４２及び冷却部４３の出口温度Ｔ_Ｈ及びＴ_Ｃを所定の値に制御するには、Ｔ_Ｈ及びＴ_Ｃの情報を得てこれが目標値に一致するように加熱電力制御装置４６又は冷媒流量制御装置４７により制御を行えばよい。

図５は、本発明における温度調節法の手順の例を示すフロー図である。図５に見られるように、まずプラズマ処理等の基板加熱条件と、これに対応した基板目標温度から、サセプタ２に流入する熱媒体の目標入口温度Ｔ_ｉ ^＊を設定する。この設定は、それぞれの加熱条件における基板温度と入口温度Ｔ_ｉとの関係のデータが蓄積されているので、このデータに基づき経験的に定めることができる。

本発明においては、サセプタ２の分割された領域ごとに目標入口温度Ｔ_ｉ ^＊を変えて設定する。図５に示す温度調節法の手順では、各領域の入口温度Ｔ_ｉが目標温度Ｔ_ｉ ^＊に合致するように制御する場合に、他の領域の入口温度と関係無く、それぞれ独立に制御することができる。そこで、図５は１系統における制御手順を示しているが、２系統以上の場合は、それぞれの系統について、これと同じ手順で制御すればよい。

まず、上述のように目標入口温度Ｔ_ｉ ^＊を設定する（Ｓ−１）。制御は時系列的に行うので、時刻ｔをｔｉ（ｉ＝１，２，…）とし、ｔｉにおける入口温度Ｔ_ｉを測定する（Ｓ−２）。Ｔ_ｉ＞Ｔ_ｉ ^＊であれば、加熱側流量を変えることなく、冷却側流量Ｑ_Ｃを増量し、その分バイパス流量Ｑ_Ｂを減らせばよい。冷却側流量の増量分ΔＱ_Ｃは、以下のように計算される。

熱媒体の比熱をＣとして、冷却側流量の増量による入口熱媒体のエンタルピーの変化分ΔＨ_ｉは、冷却側熱媒体の顕熱変化ΔＨ_Ｃとバイパス熱媒体の顕熱変化ΔＨ_Ｂの合計である。すなわち、
ΔＨ_ｉ＝ΔＨ_Ｃ＋ΔＨ_Ｂ＝Ｃ（ΔＱ_Ｃ・Ｔ_Ｃ−ΔＱ_Ｃ・Ｔ_Ｂ）
＝Ｃ・ΔＱ_Ｃ（Ｔ_Ｃ−Ｔ_Ｂ）
これが全入口流量Ｑ_Ｔ（＝Ｑ_Ｂ＋Ｑ_Ｈ＋Ｑ_Ｃ）を（Ｔ_ｉ ^＊−Ｔ_ｉ）だけ変化させるエンタルピーＣ・Ｑ_Ｔ（Ｔ_ｉ ^＊−Ｔ_ｉ）であればよい。従って、
Ｃ・ΔＱ_Ｃ（Ｔ_Ｃ−Ｔ_Ｂ）＝Ｃ・Ｑ_Ｔ（Ｔ_ｉ ^＊−Ｔ_ｉ）
ΔＱ_Ｃ＝Ｑ_Ｔ（Ｔ_ｉ ^＊−Ｔ_ｉ）／（Ｔ_Ｃ−Ｔ_Ｂ） …………（１）
として、（１）式によりΔＱ_Ｃが与えられる。

そこで、冷却側温度Ｔ_Ｃと出口温度Ｔ_ｏ（バイパス温度Ｔ_ＢはほぼＴ_ｏと一致する）を測定し（Ｓ−３）、（１）式により冷却側流量変化分ΔＱ_Ｃを計算し（Ｓ−４）、その結果に基づいて、流量制御弁により冷却側流量Ｑ_Ｃとバイパス流量Ｑ_Ｂの調節を行えばよい（Ｓ−５）。

一方Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｉ ^＊であれば、冷却側流量を変えることなく、加熱側流量Ｑ_Ｈを増量し、その分バイパス流量Ｑ_Ｂを減らせばよい。前記と同様に加熱側流量の増量分ΔＱ_Ｈは、下記(２)式で計算される。
ΔＱ_Ｃ＝Ｑ_Ｔ（Ｔ_ｉ ^＊−Ｔ_ｉ）／（Ｔ_Ｈ−Ｔ_Ｂ） …………（２）
この場合も、（Ｓ−１）から（Ｓ−５）の手順は同じである。

次いで、ｉ＝ｉ＋１とし、次の時刻における制御を行い、Ｔ_ｉ＝Ｔ_ｉ ^＊になった時点で終了する。複数系統の場合は、それぞれの系統につきこの操作を行う。
上記の操作手順によれば、必要なエンタルピーの変化分だけ、加熱側又は冷却側流量を増減すればよく、制御の操作が簡明になるとともに、加熱部に投入又は冷却部から除去するエネルギーを少なくすることができ、エネルギー経済性の観点からも有利である。

本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。 熱交換プレートの構造の例を示す図である。 温度調節ユニットにおける熱媒体の循環流路の構成例を示す図である。 熱媒体の温度制御システムの構成例を示す図である。 本発明における温度調節法の操作手順の例を示すフロー図である。 プラズマ処理装置におけるステップ温度調節の例を示すチャート図である。

符号の説明

１…チャンバー
２…サセプタ（下部電極）
１５…シャワーヘッド（上部電極）
１８…熱媒体流路
１９…温度調節ユニット
２０…配管
２１…温度制御装置
Ｗ…半導体ウェハ
３５…仕切り壁
３６…外側流路
３７…内側流路
３８ａ，３８ｂ…流入口
３９ａ，３９ｂ…流出口
４０，４０ａ，４０ｂ…ポンプ
４１ａ，４１ｂ…バイパス流路
４２…加熱部
４３…冷却部
４４…流量調節バルブ

Claims (9)

1. 被処理基板を領域別に所定の温度に調節するための温度系統別の温度調節部を複数備えた載置台と、
   前記温度調節部を通って温度系統別に流体が循環して流れる循環流路と、
   前記循環流路に流れる流体より高い温度の加熱流体が流れる加熱流路と、
   前記循環流路に流れる流体より低い温度の冷却流体が流れる冷却流路と、
   前記載置台の近傍で、前記循環流路と前記加熱流路と前記冷却流路とを温度系統別に合流させるとともに、前記温度調節部に出力する流体の各流路からの流量比を調節する流量調節手段を含む合流部と
   を備えたことを特徴とする被処理基板の温度調節装置。
2. 前記温度調節部よりも下流側の流体を吸引して前記循環流路、前記加熱流路、及び前記冷却流路へと吐出するポンプを温度系統別に備えたことを特徴とする請求項１に記載の被処理基板の温度調節装置。
3. 前記流量調節手段は、前記温度調節部に流れる流体の温度を検出する温度検出手段による検出値を前記所定の温度の値となるようにフィードバック制御するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の被処理基板の温度調節装置。
4. 被処理基板を領域別に所定の温度に調節するための温度系統別の温度調節部を複数備えた載置台と、
   前記温度調節部を通って温度系統別に流体が循環して流れる循環流路と、
   前記循環流路に流れる流体より高い温度の加熱流体が流れる加熱流路と、
   前記循環流路に流れる流体より低い温度の冷却流体が流れる冷却流路と、
   前記載置台の近傍で、前記循環流路と前記加熱流路と前記冷却流路とを温度系統別に合流させるとともに、前記温度調節部に出力する流体の各流路からの流量比を調節する流量調節手段を含む第１の合流部と、
   前記温度調節部よりも下流側において、前記温度系統別の循環流路を合流させる第２の合流部と、
   前記第２の合流部からの流体を吸引し、前記循環流路、前記加熱流路、及び前記冷却流路へと吐出するポンプと
   を備えたことを特徴とする被処理基板の温度調節装置。
5. 前記合流部は前記ポンプと一体的に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の被処理基板の温度調節装置。
6. 前記流量調節手段は、前記温度調節部に流れる流体の温度を検出する温度検出手段による検出値を前記所定の温度の値にフィードバック制御するものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の被処理基板の温度調節装置。
7. 載置台に載置された被処理基板を領域別に所定の温度に調節するための被処理基板の温度調節方法であって、
   前記被処理基板を領域別に温度調節する複数の温度調節部を温度系統別に前記載置台内部に設け、
   温度系統別に前記温度調節部に流れる流体の目標温度と前記流体の温度とを比較してその温度差を算出し、
   前記流体の温度より高い温度の加熱流体、及び／又は前記流体の温度より低い温度の冷却流体を、前記流体が前記温度調節部に流入する手前で前記流体に温度系統別に合流させるとともに、前記流体と前記加熱流体、及び／又は前記冷却流体との流量比を調節し、
   前記温度調節部に流れる流体の温度を温度系統別に調節することを特徴とする被処理基板の温度調節方法。
8. 前記温度調節部に流れる流体の温度を温度系統別に検出し、前記流体の温度が目標温度となるようにフィードバック制御により前記流量比を調節することを特徴とする請求項７に記載の被処理基板の温度調節方法。
9. 請求項１から６のいずれかの温度調節装置を備えたプラズマ処理装置。

Images