JP2011077452A - 基板載置台の温度制御方法及び温度制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】基板の温度上昇を速やかに行うことができると共に、熱エネルギーのロスを低減することができる基板載置台の温度制御方法を提供する。
【解決手段】ヒータユニット１４と、冷媒流路１５と、冷媒室１６とを内蔵し、プラズマエッチング処理が施されるウエハＷを載置するサセプタ１２において、冷媒流路１５及び冷媒室１６の内部を冷媒が流れ、ヒータユニット１４が発熱する際に冷媒室１６において冷媒の流れが停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御方法及び温度制御システムに関する。

基板としてのウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置は、該ウエハを収容する減圧室としてのチャンバと、該チャンバ内に処理ガスを導入するシャワーヘッドと、チャンバ内においてシャワーヘッドと対向して配置され、ウエハを載置するとともにチャンバ内に高周波電力を印加するサセプタ（載置台）とを備える。チャンバ内に導入された処理ガスは高周波電力によって励起されてプラズマとなり、該プラズマ中の陽イオンやラジカルがウエハのプラズマ処理に用いられる。

ウエハはプラズマ処理が施される間、該プラズマから熱を受けて温度が上昇する。ウエハの温度が上昇すると該ウエハ上のラジカルの分布が変わり、またウエハにおける化学反応の反応速度が変化する。したがって、プラズマ処理において所望の結果を得るためにはウエハの温度、より具体的にはウエハを載置するサセプタそのものの温度を制御する必要がある。

そこで、近年の基板処理装置では、サセプタの温度を制御するためにサセプタがその内部に電熱ヒータと冷媒流路とを有する。電熱ヒータはサセプタを加熱し、冷媒流路を流れる冷媒はサセプタの熱を外部へ運び出すことによってサセプタを冷却する。ここで、冷媒の温度や流量を正確に制御するのは困難であるが、伝熱ヒータの発熱量は正確に制御することができるため、基板処理装置では冷媒流路に常時冷媒を流しておき、必要に応じて電熱ヒータを発熱させてサセプタの温度を正確に調整している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−１８３２７６号公報

しかしながら、上述した基板処理装置では、冷媒流路を常時冷媒が流れるため、電熱ヒータを発熱させてサセプタの温度を上昇させる際、電熱ヒータからの熱の一部が冷媒流路を流れる冷媒によってサセプタの外部へ運び出されてサセプタの温度上昇、ひいてはウエハの温度上昇に時間を要するという問題がある。また、電熱ヒータからの熱が全てサセプタの温度上昇に使用される訳ではないので熱エネルギーのロスも大きいという問題がある。

本発明の目的は、基板の温度上昇を速やかに行うことができると共に、熱エネルギーのロスを低減することができる基板載置台の温度制御方法及び温度制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板載置台の温度制御方法は、加熱ユニットと冷媒流路とを内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台において、前記冷媒流路を冷媒が流れる基板載置台の温度制御方法であって、前記加熱ユニットが発熱する際に前記冷媒の流れが停止する冷媒流停止ステップを有することを特徴とする。

請求項２記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項１記載の温度制御方法において、前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒流路へ前記冷媒よりも高温の媒体を流入させることを特徴とする。

請求項３記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項１又は２記載の温度制御方法において、前記基板載置台の頂部には前記基板が載置される載置面が形成され、前記基板載置台は前記冷媒流路に連通する冷媒室をさらに内蔵し、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒室内へ気体を流入させて該冷媒室内の上部に気体層を形成することを特徴とする。

請求項４記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項３記載の温度制御方法において、加圧された高温の気体によって前記気体層を形成することを特徴とする。

請求項５記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項４記載の温度制御方法において、前記加圧された高温の気体は前記冷媒の蒸気からなることを特徴とする。

請求項６記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項３記載の温度制御方法において、前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒室の冷媒を加熱沸騰させて生じる前記冷媒の蒸気によって前記気体層を形成することを特徴とする。

請求項７記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項１又は２記載の温度制御方法において、前記基板載置台の頂部には前記基板が載置される載置面が形成され、前記基板載置台は前記冷媒流路と連通する冷媒室をさらに内蔵し、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒室内へ複数の断熱粒状物を流入させて該冷媒室の上部に断熱層を形成することを特徴とする。

請求項８記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項７記載の温度制御方法において、前記複数の断熱粒状物を加熱した後、該加熱された高温の前記断熱粒状物によって前記断熱層を形成することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９記載の基板載置台の温度制御システムは、加熱ユニットと、冷媒流路と、該冷媒流路に連通する冷媒室とを内蔵し、頂部に所定の処理が施される基板が載置される載置面が形成される基板載置台であって、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、前記冷媒流路及び前記冷媒室を冷媒が流れる基板載置台の温度制御システムにおいて、前記加熱ユニットが発熱し、且つ前記冷媒の流れが停止する際に、前記冷媒室内へ気体を流入させて該冷媒室内の上部に気体層を形成する気体層形成装置を備えることを特徴とする。

請求項１０記載の基板載置台の温度制御システムは、請求項９記載の温度制御システムにおいて、前記気体層形成装置は前記気体を加熱する加熱装置を備え、該加熱された高温の前記気体によって前記気体層を形成することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１１記載の基板載置台の温度制御システムは、加熱ユニットと、冷媒流路と、該冷媒流路に連通する冷媒室とを内蔵し、頂部に所定の処理が施される基板が載置される載置面が形成される基板載置台であって、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、前記冷媒流路及び前記冷媒室を冷媒が流れる基板載置台の温度制御システムにおいて、前記加熱ユニットが発熱し、且つ前記冷媒の流れが停止する際に、前記冷媒室内へ複数の断熱粒状物を流入させて該冷媒室の上部に断熱層を形成する断熱層形成装置を備えることを特徴とする。

請求項１２記載の基板載置台の温度制御システムは、請求項１１記載の温度制御システムにおいて、前記断熱層形成装置は前記断熱粒状物を加熱する加熱装置を備え、該加熱された高温の前記断熱粒状物によって前記断熱層を形成することを特徴とする。

請求項１記載の基板載置台の温度制御方法によれば、加熱ユニットが発熱する際に冷媒の流れが停止するので、加熱ユニットからの熱の一部が冷媒によって基板載置台の外部へ運び出されることがない。これにより、加熱ユニットからの熱を効率良く基板載置台の温度上昇に使用することができ、もって、基板の温度上昇を速やかに行うことができると共に、熱エネルギーのロスを低減することができる。

請求項２記載の基板載置台の温度制御方法によれば、加熱ユニットが発熱し、且つ冷媒の流れが停止する際に、冷媒流路へ冷媒よりも高温の媒体が流入されるので、加熱ユニットからの熱だけでなく高温の媒体の熱によっても基板載置台を加熱することができ、且つ、媒体によって奪われる加熱ユニットからの熱を低減して加熱ユニットからの熱をより効率良く基板載置台の温度上昇に使用することができ、もって、基板の温度上昇をより速やかに行うことができる。

請求項３記載の基板載置台の温度制御方法及び請求項９記載の基板載置台の温度制御システムによれば、加熱ユニットが発熱し、且つ冷媒の流れが停止する際に、冷媒室内の上部に気体層が形成される。該気体層は加熱ユニットと冷媒室の冷媒との間に存在し、加熱ユニットを冷媒から熱的に隔離するので、加熱ユニットからの熱をより効率良く基板載置台の温度上昇に使用することができる。

請求項４記載の基板載置台の温度制御方法及び請求項１０記載の基板載置台の温度制御システムによれば、高温の気体によって気体層が形成されるので、加熱ユニットからの熱だけでなく気体層の熱によっても基板載置台を加熱することができ、且つ、気体層によって奪われる加熱ユニットからの熱を低減して加熱ユニットからの熱をより効率良く基板載置台の温度上昇に使用することができ、もって、基板の温度上昇をより速やかに行うことができる。

請求項５記載の基板載置台の温度制御方法によれば、気体層を形成する加圧された高温の気体は冷媒の蒸気からなる。基板載置台に熱を奪われて温度が低下した蒸気は凝縮して冷媒となり、以前から冷媒流路に存在する冷媒と混合される。したがって、基板の温度上昇後、蒸気を回収する必要がなく、作業者等の手間を省くことができるとともに、冷媒の濃度等も変化しないので、冷媒による冷却性能が変化するのを防止することができる。

請求項６記載の基板載置台の温度制御方法によれば、冷媒室の冷媒を加熱沸騰させて生じる冷媒の蒸気によって気体層を形成するので、外部から蒸気等を注入する必要がない。また、基板載置台に熱を奪われて温度が低下した蒸気は凝縮して元の冷媒に戻る。したがって、基板の温度上昇後、冷媒の蒸気を回収する必要がなく、作業者等の手間を省くことができるとともに、冷媒の濃度等も変化しないので、冷媒による冷却性能が変化するのを防止することができる。

請求項７記載の基板載置台の温度制御方法及び請求項１１記載の基板載置台の温度制御システムによれば、加熱ユニットが発熱し、且つ冷媒の流れが停止する際に、冷媒室内の上部に複数の断熱粒状物からなる断熱層が形成される。該断熱層は加熱ユニットと冷媒室の冷媒との間に存在し、加熱ユニットを冷媒から熱的に隔離するので、加熱ユニットからの熱をより効率良く基板載置台の温度上昇に使用することができる。

請求項８記載の基板載置台の温度制御方法及び請求項１２記載の基板載置台の温度制御システムによれば、加熱された高温の断熱粒状物によって断熱層が形成されるので、加熱ユニットからの熱だけでなく断熱層の熱によっても基板載置台を加熱することができ、且つ、断熱層によって奪われる加熱ユニットからの熱を低減して加熱ユニットからの熱をより効率良く基板載置台の温度上昇に使用することができ、もって、基板の温度上昇をより速やかに行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。 本発明の第２の実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。 本発明の第３の実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法について説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。

図１において、基板処理装置１０は、半導体デバイス用のウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内の下部には円柱状のサセプタ１２（基板載置台）が配置され、また、チャンバ１１内の上部にはサセプタ１２に対向するように円板状のシャワーヘッド１３が配置されている。

サセプタ１２は、静電チャック（図示しない）と、ヒータユニット１４（加熱ユニット）と、冷媒流路１５と、該冷媒流路１５に連通する冷媒室１６とを内蔵し、頂部にウエハＷが載置される載置面１７が形成される。サセプタ１２において、載置面１７、ヒータユニット１４及び冷媒室１６はこの順で上方から配置される。

静電チャックはクーロン力等によって載置されたウエハＷを載置面へ静電吸着する。ヒータユニット１４はサセプタ１２の載置面のほぼ全域に対応して配置される抵抗からなり、電源１８から印加された電圧によって発熱し、サセプタ１２及び該サセプタ１２を介してウエハＷを加熱する。冷媒室１６もサセプタ１２の載置面のほぼ全域に対応して配置され、内部を流れる冷媒によってサセプタ１２の熱及び該サセプタ１２を介してウエハＷの熱を吸収してサセプタ１２の外部へ運び出すことによってサセプタ１２やウエハＷを冷却する。また、サセプタ１２には高周波電源１９が接続されるため、該サセプタ１２はサセプタ１２及びシャワーヘッド１３の間の処理空間Ｓに高周波電力を印加する下部電極として機能する。このとき、シャワーヘッド１３は上部電極として機能するが、シャワーヘッド１３は接地電位に維持されていてもよいし、他の高周波電源が接続されていてもよい。

シャワーヘッド１３は内部にバッファ室２０と、該バッファ室２０及び処理空間Ｓを連通させる複数のガス穴２１とを有する。バッファ室２０には外部の処理ガス供給装置（図示しない）から処理ガスが供給され、該供給された処理ガスは複数のガス穴２１を介して処理空間Ｓへ導入される。基板処理装置１０では、該処理空間Ｓへ高周波電力が印加されるので、処理空間Ｓへ導入された処理ガスが励起されてプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマに含まれる陽イオンやラジカルを用いてウエハＷにプラズマエッチング処理が施される。

プラズマエッチング処理中、ウエハＷはプラズマから熱を受け続けるため、サセプタ１２の温度が上昇する虞がある。そこで、基板処理装置１０はサセプタ１２の温度上昇を防止するために冷媒循環システムを備える。

冷媒循環システムは、冷媒室１６と、冷媒流路１５と、チャンバ１１外に配置されて冷媒流路１５に接続される冷媒配管２２と、該冷媒配管２２の途中に設けられた冷媒供給装置２３とを備える。該冷媒循環システムにおいて冷媒室１６は該冷媒循環システムの最上方に位置する。

冷媒供給装置２３は圧送ポンプとして機能し、冷媒を冷媒配管２２及び冷媒流路１５を介して冷媒室１６へ図中矢印の方向に沿って圧送する。また、冷媒供給装置２３は熱交換器として機能し、サセプタ１２の熱を吸収して高温となった冷媒を冷却し、該冷媒の温度を比較的低温、具体的には、プラズマエッチング処理中におけるサセプタ１２の温度維持や温度下降に必要な温度、例えば、１０℃まで低下させる。これにより、冷媒供給装置２３から冷媒室１６へ供給される冷媒の温度は比較的低温に維持される。なお、本実施の形態では、例えば、ガルデン（登録商標）やフロリナート（登録商標）が冷媒として用いられる。

ところで、基板処理装置１０ではウエハＷにプラズマエッチング処理を施す際、該プラズマエッチング処理に適した温度までサセプタ１２の温度をヒータユニット１４からの熱を使用して上昇させる。このとき、ヒータユニット１４からの熱の一部が冷媒流路１５や冷媒室１６を流れる冷媒によってサセプタ１２の外部へ運び出されてサセプタ１２の温度上昇を阻害する虞がある。本実施の形態では、これに対応して、ヒータユニット１４を発熱させてサセプタ１２の温度を上昇させる際、冷媒流路１５や冷媒室１６の冷媒の流れを停止させる。

図２は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。

図２において、まず、ヒータユニット１４が発熱する前では、冷媒供給装置２３が冷媒を冷媒室１６へ圧送するので、冷媒は冷媒循環システムにおいて図中矢印に示すように循環する（図２（Ａ））。

次いで、ヒータユニット１４が発熱する際、冷媒供給装置２３が冷媒の圧送を停止する（図２（Ｂ））。これにより、冷媒循環システムにおいて冷媒の流れが停止する。特に、冷媒室１６において冷媒の流れが停止すると、冷媒室１６の冷媒はヒータユニット１４からの熱の一部を吸収するが、吸収した熱をサセプタ１２の外部へ運び出すことがない。また、ヒータユニット１４は冷媒室１６の上方に位置するため、ヒータユニット１４からの熱の一部によって冷媒室１６内の上部の冷媒しか温度が上昇しない。これにより、冷媒室１６において冷媒の対流も発生しないため、冷媒室１６の冷媒が吸収するヒータユニット１４からの熱の量は僅かである。その結果、ヒータユニット１４からの熱を効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができる。

次いで、サセプタ１２の温度がプラズマエッチング処理に適した温度まで上昇すると、冷媒供給装置２３が冷媒の圧送を再開し、冷媒は冷媒循環システムにおいて図中矢印に示すように循環する（図２（Ｃ））。これにより、サセプタ１２の温度をプラズマエッチング処理に適した温度に維持することができる。

本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法によれば、ヒータユニット１４が発熱する際に冷媒の流れが停止するので、ヒータユニット１４からの熱の一部が冷媒によってサセプタ１２の外部へ運び出されることがない。これにより、ヒータユニット１４からの熱を効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができ、もって、ウエハＷの温度上昇を速やかに行うことができると共に、熱エネルギーのロスを低減することができる。

また、冷媒供給装置２３による冷媒の圧送を停止するだけで冷媒の流れが停止するので、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を実現するために基板処理装置１０における冷媒循環システムにおいて特殊な装置等を配置する必要がなく、もって、コストの大幅な上昇を防止することができる。

また、図２の温度制御方法においてヒータユニット１４が発熱し、且つ冷媒循環システムにおいて冷媒の流れが停止する際、冷媒室１６へ、直接又は冷媒流路１５や冷媒配管２２を介して、プラズマエッチング処理中におけるサセプタ１２の温度維持に必要な冷媒の温度（１０℃）よりも高温の媒体、例えば、８０℃の高温媒体を流入させてもよい。これにより、ヒータユニット１４からの熱だけでなく高温媒体の熱によってもサセプタ１２を加熱することができ、且つ、媒体によって奪われるヒータユニット１４からの熱を低減してヒータユニット１４からの熱をより効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができ、もって、ウエハＷの温度上昇をより速やかに行うことができる。

上述した本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法では、冷媒循環システムにおいて冷媒の流れを停止させたが、冷媒の流れを通常の状態よりも遅くするのもよい。これにより、冷媒がサセプタ１２の外へ運び出す熱の量を低減することができ、もって、ウエハＷの温度上昇を通常の状態よりも速く行うことができる。

上述した基板処理装置１０では、サセプタ１２が冷媒室１６を有するが、サセプタ１２が冷媒室１６を有さずに冷媒流路１５のみを有する場合であっても、ヒータユニット１４が発熱する際に冷媒流路１５における冷媒の流れを停止することによって同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法及び温度制御システムについて説明する。

図３は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図３において、基板処理装置２４は、冷媒配管２２の途中に加圧タンク２５（気体層形成装置）を備える。加圧タンク２５は、比較的高圧であって比較的高温の気体、例えば、不活性ガスを貯蔵し、所定のタイミングで冷媒配管２２及び冷媒流路１５を介して貯蔵された不活性ガスを冷媒室１６へ流入させる。ここで不活性ガスは冷媒配管２２へ流入した際に凝縮しない程度の圧力、温度に設定される必要があり、圧力としては、例えば０．２ＭＰａ以上であり、温度としては、例えば、１５０℃以上に設定される。また、加圧タンク２５は貯蔵する不活性ガスを比較的高温に維持するために、ヒータ（加熱装置）（図示しない）を有する。

図４は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。

図４において、まず、ヒータユニット１４が発熱する前では、冷媒供給装置２３が冷媒を冷媒室１６へ圧送するので、冷媒は冷媒循環システムにおいて図中矢印に示すように循環する（図４（Ａ））。

次いで、ヒータユニット１４が発熱する際、冷媒供給装置２３が冷媒の圧送を停止する。これにより、冷媒循環システムにおいて冷媒の流れが停止する。このとき、加圧タンク２５は冷媒配管２２及び冷媒流路１５を介して貯蔵された比較的高温、高圧の不活性ガス２６を冷媒室１６へ流入させる（図４（Ｂ））。冷媒室１６へ流入した不活性ガス２６は、冷媒の流れが停止しており、且つ冷媒室１６が冷媒循環システムの最上方に位置しているため、冷媒室１６内の上部に溜まっていく。

次いで、溜まっていく不活性ガス２６によって冷媒室１６内の上部にガス層２７（気体層）が形成される（図４（Ｃ））。ガス層２７が冷媒室１６内の上部全面に亘って形成され、冷媒室１６の上部内壁面と冷媒室１６の冷媒の液面とが離間すると、加圧タンク２５は不活性ガス２６の流入を停止する。このとき、ガス層２７はヒータユニット１４と冷媒室１６の冷媒との間に存在するため、ヒータユニット１４を冷媒室１６の冷媒から熱的に隔離する。これにより、ヒータユニット１４からの熱は冷媒室１６の冷媒に吸収されることがない。その結果、ヒータユニット１４からの熱をより効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができる。

次いで、サセプタ１２の温度がプラズマエッチング処理に適した温度まで上昇すると、冷媒供給装置２３が冷媒の圧送を再開し、冷媒は冷媒循環システムにおいて図中矢印に示すように循環する（図４（Ｄ））。このとき、冷媒室１６の不活性ガス２６は循環する冷媒によって冷媒室１６の外部へ運び出され、ガス層２７は消滅する。これにより、循環する冷媒によるサセプタ１２の温度調整が開始され、サセプタ１２の温度をプラズマエッチング処理に適した温度に維持することができる。

本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法によれば、ヒータユニット１４が発熱し、且つ冷媒循環システムにおいて冷媒の流れが停止する際に、冷媒室１６内の上部にガス層２７が形成される。該ガス層２７はヒータユニット１４と冷媒室１６の冷媒との間に存在し、ヒータユニット１４を冷媒室１６の冷媒から熱的に隔離するので、ヒータユニット１４からの熱をより効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができる。

上述した本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法では、比較的高圧、高温の不活性ガス２６によってガス層２７が形成されるので、ヒータユニット１４からの熱だけでなくガス層２７の熱によってもサセプタ１２を加熱することができ、且つ、ガス層２７によって奪われるヒータユニット１４からの熱を低減してヒータユニット１４からの熱をより効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができ、もって、ウエハＷの温度上昇をより速やかに行うことができる。

ガス層２７が生じた際、該ガス層２７の温度を比較的高温に維持するためには、冷媒配管２２の途中に設けられたバルブ２８（図３参照。）を閉弁して冷媒室１６、冷媒流路１５を外部から隔離した後、冷媒室１６等を加圧するのが好ましい。このとき、ガス層２７は断熱圧縮されて温度が上昇するので、該ガス層２７の温度を容易に比較的高温に維持することができる。

上述した基板載置台の温度制御方法では、加圧タンク２５が不活性ガスを貯蔵し、冷媒室１６へ不活性ガスが流入されてガス層２７が形成されたが、加圧タンク２５が比較的高圧、高温、例えば、０．２ＭＰａ以上、且つ、例えば、１２０℃以上の冷媒の蒸気を貯蔵し、該冷媒の蒸気が冷媒室１６へ流入されてガス層２７が形成されてもよい。これにより、比較的高圧、高温の冷媒の蒸気によってガス層２７を形成することができる。そして、サセプタ１２に熱を奪われて温度が低下した冷媒の蒸気は凝縮して冷媒となり、以前から冷媒室１６や冷媒流路１５に存在する冷媒と混合される。したがって、ウエハＷの温度上昇後、冷媒の蒸気を回収する必要がなく、作業者等の手間を省くことができるとともに、冷媒の濃度等も変化しないので、冷媒による冷却性能が変化するのを防止することができる。

また、ガス層２７を形成する際に、冷媒室１６へ不活性ガス２６や冷媒の蒸気を流入させることなく、冷媒室１６の冷媒をヒータユニット１４や他のヒータ（図示しない）によって加熱沸騰させて冷媒の蒸気を生じさせ、冷媒室１６に生じた冷媒の蒸気によってガス層２７を形成してもよい。この場合、冷媒循環システムにおいて冷媒室１６へ不活性ガス２６等を流入させる装置（加圧タンク２５）を設ける必要を無くすことができ、装置構成を簡略化することができる。また、サセプタ１２に熱を奪われて温度が低下した冷媒の蒸気は凝縮して元の冷媒に戻るので、冷媒の蒸気を冷媒室１６へ流入させる場合と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法及び温度制御システムについて説明する。

図５は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図５において、基板処理装置２９は、冷媒循環システムにおける冷媒室１６の上流側の冷媒配管２２の途中に断熱粒子タンク３０（断熱層形成装置）を備える。断熱粒子タンク３０は、冷媒よりも密度が小さい断熱材料、例えば、耐熱樹脂からなる球状の断熱粒子３１（断熱粒状物）を多数貯蔵し、所定のタイミングで冷媒配管２２及び冷媒流路１５を介して貯蔵された多数の断熱粒子３１を冷媒室１６へ流入させる。ここで断熱粒子３１は、比較的高温、例えば、９０℃以上に設定される。また、断熱粒子タンク３０は貯蔵する断熱粒子３１を比較的高温に維持するために、ヒータ（加熱装置）（図示しない）を有する。

また、基板処理装置２９は、冷媒循環システムにおける冷媒室１６の下流側の冷媒配管２２の途中に断熱粒子回収器３２を備える。断熱粒子回収器３２は、内部に所定の容積の空間３３と、該空間３３に配置された回収網３４とを有する。回収網３４は、冷媒室１６から流れ出た多数の断熱粒子３１を含む冷媒を空間３３において濾過することにより、冷媒と断熱粒子３１を分離する。分離された多数の断熱粒子３１は回収網３４ごと断熱粒子回収器３２から取り出され、再度断熱粒子タンク３０へ貯蔵される。

図６は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。

図６において、まず、ヒータユニット１４が発熱する前では、冷媒供給装置２３が冷媒を冷媒室１６へ圧送するので、冷媒は冷媒循環システムにおいて図中矢印に示すように循環する（図６（Ａ））。

次いで、ヒータユニット１４が発熱する際、冷媒供給装置２３が冷媒の圧送を停止する。これにより、冷媒循環システムにおいて冷媒の流れが停止する。このとき、断熱粒子タンク３０は冷媒配管２２及び冷媒流路１５を介して貯蔵された比較的高温の断熱粒子３１を冷媒室１６へ流入させる（図６（Ｂ））。冷媒室１６へ流入した断熱粒子３１は、冷媒の流れが停止しており、且つ冷媒よりもその密度が小さいため、冷媒室１６内の上部に溜まっていく。

次いで、溜まっていく断熱粒子３１によって冷媒室１６内の上部に断熱粒子層３５（断熱層）が形成される（図６（Ｃ））と、断熱粒子タンク３０は断熱粒子３１の流入を停止する。このとき、断熱粒子層３５はヒータユニット１４と冷媒室１６の冷媒との間に存在するため、ヒータユニット１４を冷媒室１６の冷媒から熱的に隔離する。これにより、ヒータユニット１４からの熱は冷媒室１６の冷媒に吸収されることがない。その結果、ヒータユニット１４からの熱をより効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができる。

次いで、サセプタ１２の温度がプラズマエッチング処理に適した温度まで上昇すると、冷媒供給装置２３が冷媒の圧送を再開し、冷媒は冷媒循環システムにおいて図中矢印に示すように循環する（図６（Ｄ））。これにより、冷媒室１６の断熱粒子３１は循環する冷媒によって冷媒室１６の外部へ運び出され、断熱粒子層３５は消滅する。これにより、循環する冷媒によるサセプタ１２の温度調整が開始され、サセプタ１２の温度をプラズマエッチング処理に適した温度に維持することができる。このとき、断熱粒子回収器３２は、冷媒によって冷媒室１６の外部へ運び出された多数の断熱粒子３１を、空間３３において回収網３４によって回収する。

本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法によれば、ヒータユニット１４が発熱し、且つ冷媒循環システムにおいて冷媒の流れが停止する際に、冷媒室１６内の上部に断熱粒子層３５が形成される。該断熱粒子層３５はヒータユニット１４と冷媒室１６の冷媒との間に存在し、ヒータユニット１４を冷媒室１６の冷媒から熱的に隔離するので、ヒータユニット１４からの熱をより効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができる。

上述した本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法では、比較的高温の断熱粒子３１によって断熱粒子層３５が形成されるので、ヒータユニット１４からの熱だけでなく断熱粒子層３５の熱によってもサセプタ１２を加熱することができ、且つ、断熱粒子層３５によって奪われるヒータユニット１４からの熱を低減してヒータユニット１４からの熱をより効率良くサセプタ１２の温度上昇に使用することができ、もって、ウエハＷの温度上昇をより速やかに行うことができる。

なお、上述した各実施の形態においてプラズマエッチング処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。

Ｗ ウエハ
１０，２４，２９ 基板処理装置
１２ サセプタ
１４ ヒータユニット
１５ 冷媒流路
１６ 冷媒室
２２ 冷媒配管
２５ 加圧タンク
２６ 不活性ガス
２７ 不活性ガス層
３０ 断熱粒子タンク
３１ 断熱粒子
３２ 断熱粒子回収器

Claims (12)

1. 加熱ユニットと冷媒流路とを内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台において、前記冷媒流路を冷媒が流れる基板載置台の温度制御方法であって、
   前記加熱ユニットが発熱する際に前記冷媒の流れが停止する冷媒流停止ステップを有することを特徴とする温度制御方法。
2. 前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒流路へ前記冷媒よりも高温の媒体を流入させることを特徴とする請求項１記載の基板載置台の温度制御方法。
3. 前記基板載置台の頂部には前記基板が載置される載置面が形成され、前記基板載置台は前記冷媒流路に連通する冷媒室をさらに内蔵し、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、
   前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒室内へ気体を流入させて該冷媒室内の上部に気体層を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の基板載置台の温度制御方法。
4. 加圧された高温の気体によって前記気体層を形成することを特徴とする請求項３記載の基板載置台の温度制御方法。
5. 前記加圧された高温の気体は前記冷媒の蒸気からなることを特徴とする請求項４記載の基板載置台の温度制御方法。
6. 前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒室の冷媒を加熱沸騰させて生じる前記冷媒の蒸気によって前記気体層を形成することを特徴とする請求項３記載の基板載置台の温度制御方法。
7. 前記基板載置台の頂部には前記基板が載置される載置面が形成され、前記基板載置台は前記冷媒流路と連通する冷媒室をさらに内蔵し、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、
   前記冷媒流停止ステップにおいて、前記冷媒室内へ複数の断熱粒状物を流入させて該冷媒室の上部に断熱層を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の基板載置台の温度制御方法。
8. 前記複数の断熱粒状物を加熱した後、該加熱された高温の前記断熱粒状物によって前記断熱層を形成することを特徴とする請求項７記載の基板載置台の温度制御方法。
9. 加熱ユニットと、冷媒流路と、該冷媒流路に連通する冷媒室とを内蔵し、頂部に所定の処理が施される基板が載置される載置面が形成される基板載置台であって、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、前記冷媒流路及び前記冷媒室を冷媒が流れる基板載置台の温度制御システムにおいて、
   前記加熱ユニットが発熱し、且つ前記冷媒の流れが停止する際に、前記冷媒室内へ気体を流入させて該冷媒室内の上部に気体層を形成する気体層形成装置を備えることを特徴とする温度制御システム。
10. 前記気体層形成装置は前記気体を加熱する加熱装置を備え、該加熱された高温の前記気体によって前記気体層を形成することを特徴とする請求項９記載の基板載置台の温度制御システム。
11. 加熱ユニットと、冷媒流路と、該冷媒流路に連通する冷媒室とを内蔵し、頂部に所定の処理が施される基板が載置される載置面が形成される基板載置台であって、前記載置面、前記加熱ユニット及び前記冷媒室はこの順で上方から配置され、前記冷媒流路及び前記冷媒室を冷媒が流れる基板載置台の温度制御システムにおいて、
    前記加熱ユニットが発熱し、且つ前記冷媒の流れが停止する際に、前記冷媒室内へ複数の断熱粒状物を流入させて該冷媒室の上部に断熱層を形成する断熱層形成装置を備えることを特徴とする温度制御システム。
12. 前記断熱層形成装置は前記断熱粒状物を加熱する加熱装置を備え、該加熱された高温の前記断熱粒状物によって前記断熱層を形成することを特徴とする請求項１１記載の基板載置台の温度制御システム。

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