CN1841654A - 载置台的温度控制装置、方法和程序以及处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种载置台温度控制装置，其采用较小规模且简易的结构，能够多种多样且高精度地控制载置台的温度乃至温度分布，而且能够实现载置台的高速升降温。该载置台温度控制装置具有：载置台(12)内部的制冷剂通路、冷却单元(14)、加热单元(16)、流路切换单元(18)、配管类(26、28、30、32、58、60等)和控制器(20)。通过控制器(20)的控制，将加热单元(16)中的加热动作的开/关状态与流路切换单元(18)中的开关阀(62、64、66、68)的开/关状态进行组合，得到对载置台(12)进行温度控制的多种模式。

Description

载置台的温度控制装置、方法和程序以及处理装置
技术领域
本发明涉及一种对载置被处理体的载置台的温度进行控制的技术，特别涉及可以对载置台上的温度乃至温度分布进行各种选择或控制的载置台温度控制方法和装置、以及使用其的处理装置。
背景技术
例如，在使用等离子体的半导体基板或液晶面板的微细加工中，被处理基板的温度分布、基板上的等离子体密度分布以及反应生成物的分布等的控制非常重要。如果不能适当地进行这些分布控制，则不能确保在基板表面上的加工的均匀性，从而半导体设备或显示设备制造的成品率下降。
通常，在等离子体处理装置的腔室内载置被处理基板的载置台或支撑台，具有向等离子体空间施加高频的高频电极的功能、利用静电吸附等保持基板的保持部的功能、和利用传热将基板控制在规定温度的热板的功能。关于热板功能，希望能够对由来自等离子体或腔室壁的辐射热量的不均匀性引起的向基板输入热量特性的分布、由基板支撑结构引起的热量分布进行适当地修正。
以往，为了控制这种载置台的温度，大多使用在载置台内部设置制冷剂流动的制冷剂流路或通路、向载置台内部的制冷剂通路中循环供给已由冷却装置调节了温度的制冷剂的方法。通常，由于冷却装置被配置在与设置有处理装置的无尘室(clean room)不同的设备室中，因此，连接冷却装置和腔室内的载置台的配管的长度至少为数米以上，超过10m也很常见。
最近，伴随着等离子体处理中的加工的微细化和多样化，载置台的温度分布需要多种分布(profile)。可是，大部分是从实现基板上的加工的面内均匀性的观点出发、在载置台的中心部和周边部之间寻求温度控制的适当平衡的应用。作为用于响应上述要求的现有技术，已知有在载置台的中心部和周边部分别设置独立的制冷剂流路，利用两台冷却装置各自独立地向两个制冷剂流路循环供给已进行了温度调节的制冷剂，各自独立地对载置台的中心部和周边部进行温度控制的方法(例如，参照专利文献1)。
【专利文献1】特开平06-37056号公报
但是，上述的现有技术，由于需要两台冷却装置，所以不仅存在成本和空间效率上的不利情况，而且存在温度控制的响应性差的问题。即，由于冷却装置本身的热容量非常大，所以难以使制冷剂的温度迅速改变，而且，由于连接到载置台的配管(流路)如上所述相当长，因而不能实现高速升降温。在最近的工艺、例如等离子体蚀刻领域中，正在寻求一种取代现有的多腔室方式、在单一的腔室内对被处理基板上的多层膜进行连续加工的方式。为了实现该单腔室方式，在被加工膜的转折点，必须有使基板温度在短时间内改变的技术，即能够使载置台高速升降温的技术。
此外，也想出了在载置台中内置加热器或热电元件等发热体，以控制载置台上的温度分布的方法。但是，该方法会导致运转成本的增加、对高频电极功能的影响、以及载置台内部结构的复杂化等问题，不具有实用性。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题和课题而做出的，其目的在于，提供采用较小规模且简易的结构，能够多种多样且高精度地控制载置台的温度乃至温度分布，而且能够实现载置台的高速升降温的实用性高的载置台温度控制装置、载置台温度控制方法和载置台温度控制程序。
本发明的另一目的在于，提供一种通过载置台的温度控制、提高对被处理体的处理的均匀性和多样性的处理装置。
为了达到上述目的，本发明的载置台温度控制装置，用于控制载置被处理体的载置台的温度，具有：设置在上述载置台上的具有各自独立的入口和出口的第一和第二制冷剂通路；用于向上述第一和第二制冷剂通路循环供给制冷剂，具有通过第一流路与上述第一制冷剂流路的入口连接的送出口、和通过第二流路与上述第二制冷剂流路的出口连接的返回口，使返回到上述返回口的制冷剂恢复到基准温度，并从上述送出口将其送出的制冷剂循环器；在上述第一流路的中途，使制冷剂的温度从上述基准温度上升或下降至期望的设定温度的制冷剂温度控制部；具有通过第三流路与上述第一制冷剂通路的出口连接的第一端口、通过第四流路与设置在上述第一流路的上述制冷剂温度控制部的上游侧的第一流路分支点连接的第二端口、通过第五流路与上述第二制冷剂通路的入口连接的第三端口、和通过第六流路与设置在上述第二流路上的第二流路分支点连接的第四端口，能够在上述第一、第二、第三和第四端口之间，使流路导通、隔断和改变的流路切换部；和控制上述流路切换部内的上述流路的导通、隔断或改变的流路控制部。
在上述结构中，将下述功能：利用制冷剂循环器，将向第一和第二制冷剂通路循环供给的制冷剂的温度控制在基准温度的功能；利用设置在第一流路中途的制冷剂温度控制部，使制冷剂从基准温度升温或降温的功能；和利用流路切换部，对第一和第二制冷剂通路相对于制冷剂循环器的连接关系进行切换的功能，进行组合，能够选择多种分别向第一和第二制冷剂通路供给的制冷剂的温度，能够多样且精确地控制载置台的温度或温度分布。另外，一台制冷剂循环器就足够了。
根据本发明优选的一种方式，流路切换部具有：连接在上述第一端口和上述第三端口之间的第一开关阀、连接在上述第一端口和上述第四端口之间的第二开关阀、连接在上述第二端口和上述第三端口之间的第三开关阀、和连接在上述第二端口和上述第四端口之间的第四开关阀，流路控制部控制上述第一、第二、第三和第四开关阀的开/关。在该结构中，各开关阀的开/关可以独立进行，或者也可以与其它开关阀配合进行。作为一个例子，可以由常开阀构成第一和第三开关阀、由常闭阀构成第二和第四开关阀。或者，也采用如下结构：流路切换部具有连接在上述第一端口与上述第三和第四端口之间的第一方向切换阀、和连接在第二端口与第三和第四端口之间的第二方向切换阀，流路控制部控制第一和第二方向切换阀内的各流路状态。
另外，根据优选的一种方式，制冷剂温度控制部具有：安装在第一流路上的管路加热器(inline heater)；在该管路加热器的下游侧，检测第一流路内的制冷剂的温度的温度传感器；控制管路加热器的发热量，使得由该温度传感器检测的制冷剂温度与设定温度一致的温度控制部。根据该结构，可以在节省空间的条件下，高效地对流经第一流路的制冷剂进行加热或吸热，从而充分地发挥快速升降温。另外，为了提高快速升降温的效果，优选管路加热器在接近载置台的位置对第一流路内的制冷剂进行加热。
另外，根据优选的一种方式，在第一配管的第一流路分支点的下游侧，设置有用于对制冷剂的流量进行可变控制的流量控制阀。该流量控制阀例如可以是手动操作式或机械操作式的可变节流阀。通常，在将对在配管中流动的制冷剂的加热量或吸热量保持一定的情况下，流量和制冷剂升降温度定性地为反比例关系，越减小(缩小)流量，越可以使制冷剂的温度大幅升降。由此，通过将利用流量控制阀的制冷剂流量控制和利用加热部或吸热部的加热或吸热控制进行组合，可以使制冷剂的温度从基准温度快速且精确地上升或下降至期望的设定值。
另外，根据优选的一种方式，上述第一制冷剂通路和上述第二制冷剂通路，相对于上述载置台的中心，被配置为同心圆状，特别优选将第一制冷剂通路设置在载置台的中心部区域、将第二制冷剂通路设置在载置台的周边部区域。另外，作为优选的一种方式，制冷剂循环器具有：用于使制冷剂循环的泵；用于对刚返回后的制冷剂进行冷冻的冷冻部；和将冷冻后的制冷剂加热至规定的基准温度的加热部。
本发明的第一载置台温度控制方法，由制冷剂循环器向设置在载置被处理体的载置台上的第一和第二制冷剂通路循环供给制冷剂，从而控制上述载置台的温度，具有：在上述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将上述第一制冷剂通路和上述第二制冷剂通路并联连接，使从上述制冷剂循环器以基准温度送出的制冷剂中的一部分，从上述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，流入上述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在上述基准温度的状态下，流入上述第二制冷剂通路，从而进行上述载置台的温度控制的第一温度控制模式。
根据该方法，使用1台制冷剂循环器，就能够使基准温度的制冷剂流入第二制冷剂通路，使与基准温度不同的设定温度的制冷剂流入第一制冷剂通路，从而能够使载置台的温度分布发生变化。而且，在此之前，只要仅对流入第一制冷剂通路的制冷剂进行加热或冷却即可，因此，加热或冷却的效率很高，能够快速升温或快速降温。
根据本发明优选的一种方式，还具有：在制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将第一制冷剂通路和第二制冷剂通路并联连接，使从制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在基准温度的状态下，流入第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在基准温度的状态下，流入第二制冷剂通路，从而进行载置台的温度控制的第二温度控制模式，根据被处理体的加工条件，在第一温度控制模式和第二温度控制模式之间进行切换。
在上述第二温度控制模式中，将来自制冷剂循环器的制冷剂，在保持在基准温度的状态下，供给第一和第二制冷剂通路，在载置台上能够得到与基准温度对应的大致平坦的温度分布。在模式切换中，可以通过快速升温或快速降温，使载置台(进而被处理体)的温度或温度分布，在短时间内、在与第一温度控制模式相对应的第一稳定状态和与第二温度控制模式相对应的第二稳定状态之间进行转换。
另外，根据优选的一种方式，还具有：在制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将第一制冷剂通路和第二制冷剂通路串联连接，使制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，从基准温度上升或下降至期望的设定温度后，依次流入第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行载置台的温度控制的第三温度控制模式；根据被处理体的加工条件，在第一温度控制模式、第二温度控制模式和第三温度控制模式之间进行切换。
在上述第三温度控制模式中，将与基准温度不同的设定温度的制冷剂供给第一和第二制冷剂通路，在载置台上能够得到与设定温度对应的大致平坦的温度分布。在模式切换中，可以通过快速升温或快速降温，使载置台(进而被处理体)的温度或温度分布，在短时间内、在与第一温度控制模式相对应的第一稳定状态、与第二温度控制模式相对应的第二稳定的状态、和与第三温度控制模式相对应的第三稳定状态之间进行转换。特别地，在向第三温度控制模式切换时，可以利用旁路的作用、高速且稳定地对向两个制冷剂通路供给的制冷剂供给流量进行可变控制。
另外，根据优选的一种方式，还具有：在制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将第一制冷剂通路和第二制冷剂通路串联连接，使从制冷剂循环器送出的全部制冷剂，从基准温度上升或下降至期望的设定温度后，依次流入第一和第二流体通路，从而进行载置台的温度控制的第四温度控制模式；根据被处理体的加工条件，在第一温度控制模式、第二温度控制模式和第四温度控制模式之间进行切换。
在上述第四温度控制模式中，将与基准温度不同的设定温度的制冷剂供给第一和第二制冷剂通路，在载置台上能够得到与设定温度对应的大致平坦的温度分布。在模式切换中，可以通过快速升温或快速降温，使载置台(进而被处理体)的温度或温度分布，在短时间内、在与第一温度控制模式相对应的第一稳定状态、与第二温度控制模式相对应的第二稳定的状态、和与第四温度控制模式相对应的第四稳定状态之间进行转换。
另外，根据优选的一种方式，还具有：在制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将第一制冷剂通路和第二制冷剂通路串联连接，使从制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在基准温度的状态下，依次流入第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行载置台的温度控制的第五温度控制模式；根据被处理体的加工条件，在第一温度控制模式、第三温度控制模式或第四温度控制模式和第五温度控制模式之间进行切换。
在上述第五温度控制模式中，将来自制冷剂循环器的制冷剂在保持在基准温度的状态下，供给第一和第二制冷剂通路，在载置台上能够得到与基准温度对应的大致平坦的温度分布。另外，可以利用旁路的作用、高速地对制冷剂的供给流量进行可变控制。在模式切换中，可以通过快速升温或快速降温，使载置台(进而被处理体)的温度或温度分布，在短时间内、在与第一温度控制模式相对应的第一稳定状态、与第三温度控制模式相对应的第三稳定的状态、与第四温度控制模式相对应的第四稳定的状态、和与第五温度控制模式相对应的第五稳定状态之间进行转换。
另外，根据优选的一种方式，还具有：在制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将第一制冷剂通路和第二制冷剂通路串联连接，使制冷剂循环器送出的全部制冷剂，在实质上保持在基准温度的状态下，依次流入第一和第二制冷剂通路，从而进行载置台的温度控制的第六温度控制模式；根据被处理体的加工条件，在第一温度控制模式、第三温度控制模式或第四温度控制模式和第六温度控制模式之间进行切换。
在上述第六温度控制模式中，将来自制冷剂循环器的制冷剂在保持在基准温度的状态下，供给第一和第二制冷剂通路，在载置台上能够得到与基准温度对应的大致平坦的温度分布。在模式切换中，可以通过快速升温或快速降温，使载置台(进而被处理体)的温度或温度分布，在短时间内、在与第一温度控制模式相对应的第一稳定状态、与第三温度控制模式相对应的第三稳定状态、与第四温度控制模式相对应的第四稳定的状态、和与第六温度控制模式相对应的第六稳定状态之间进行转换。
本发明的第二载置台温度控制方法，由制冷剂循环器向设置在载置被处理体的载置台上的第一和第二制冷剂通路循环供给制冷剂，从而控制上述载置台的温度，在下述各模式中，即：在上述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将上述第一制冷剂通路和上述第二制冷剂通路并联连接，使从上述制冷剂循环器以基准温度送出的制冷剂中的一部分，从上述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，流入上述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在上述基准温度的状态下，流入上述第二制冷剂通路，从而进行上述载置台的温度控制的第一温度控制模式；在上述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将上述第一制冷剂通路和上述第二制冷剂通路并联连接，使从上述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在上述基准温度的状态下，流入上述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在上述基准温度的状态下，流入上述第二制冷剂通路，从而进行上述载置台的温度控制的第二温度控制模式；在上述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将上述第一制冷剂通路和上述第二制冷剂通路串联连接，使上述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，从上述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，依次流入上述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行上述载置台的温度控制的第三温度控制模式；和在上述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将上述第一制冷剂通路和上述第二制冷剂通路串联连接，使从上述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在上述基准温度的状态下，依次流入上述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行上述载置台的温度控制的第五温度控制模式；在上述第一模式、和上述第二、第三、第五模式中的至少一种模式之间进行切换。
在该第二方法中，在选自上述第二模式、第三模式和第五模式的一种或多种模式与上述第一模式之间进行切换。该第二方法与上述第一方法相同，能够使载置台的温度分布进行多种多样的变化，并且，能够容易地实现快速升温或快速降温。
本发明的处理装置，具有：容纳载置被处理体的载置台的、能够减压的腔室；根据本发明的载置台温度控制装置；用于对腔室内进行排气的排气部；向上述腔室内供给处理气体的处理气体供给部。在该处理装置的结构中，可以利用本发明的载置台温度控制装置，通过载置台，多样且高精度地控制被处理体的温度乃至温度分布。
在上述处理装置中，根据优选的一种方式，在腔室内设置有用于生成和供给上述处理气体的等离子体的等离子体源、和用于向载置台进行第一高频供电的第一高频供电部。另外，也可以是在腔室内设置有与载置台相对的对向电极、和用于向该对向电极进行第二高频供电的第二高频供电部的结构。
而且，根据优选的一种方式，在载置台上设置用于静电吸附被处理体的静电卡盘、和向被处理体的背面与载置面之间供给传热气体的传热气体供给路。
另外，作为优选的一种方式，上述处理装置，在开始对被处理体进行期望的等离子体处理之前，利用制冷剂温度控制部，对流经第一流路的制冷剂进行加热，使被处理体的温度上升至处理用的设定处理温度；从等离子体处理开始直到其以后的处理结束，利用制冷剂温度控制部，逐渐减弱对流经第一流路的制冷剂进行的加热，以使被处理体的温度实质上保持在设定处理温度。即，利用由制冷剂温度控制部产生的高速升降温功能，能够修正因来自等离子体的热量输入所导致的被处理体温度的改变(上升)，从而可以提高单片等离子体处理的温度管理、再现性、成品率。
此外，在本发明中，如果从制冷剂循环器送出的制冷剂的基准温度，不必严格地保持恒定，则也不必为一个温度值，可以具有一定程度的变动幅度或范围。
根据本发明的载置台温度控制装置、载置台温度控制方法和载置台温度控制程序，利用如上所述的结构和作用，采用实用性高、较小规模且简易的结构，能够多样且高精度地控制载置台的温度乃至温度分布，而且能够实现载置台的高速升降温。另外，根据本发明的处理装置，利用上述的结构和作用，通过载置台的温度控制，可以提高对被处理体的处理的均匀性和多样性。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的载置台温度控制装置的结构的方框图。
图2为表示上述载置台温度控制装置的加热单元中的管路加热器的一个例子的立体图。
图3为表示上述加热单元中的制冷剂升降温特性的图。
图4为表示为了在上述载置台温度控制装置中得到温度控制模式(A)的各部分的状态的图。
图5为示意性地表示温度控制模式(A)中的整体的流路系统的图。
图6为表示为了在上述载置台温度控制装置中得到温度控制模式(B)的各部分的状态的图。
图7为示意性地表示温度控制模式(B)中的整体的流路系统的图。
图8为表示为了在上述载置台温度控制装置中得到温度控制模式(C)的各部分的状态的图。
图9为示意性地表示温度控制模式(C)中的整体的流路系统的图。
图10为表示为了在上述载置台温度控制装置中得到温度控制模式(D)的各部分的状态的图。
图11为示意性地表示温度控制模式(D)中的整体的流路系统的图。
图12为表示为了在上述载置台温度控制装置中得到温度控制模式(E)的各部分的状态的图。
图13为示意性地表示温度控制模式(E)中的整体的流路系统的图。
图14为表示为了在上述载置台温度控制装置中得到温度控制模式(F)的各部分的状态的图。
图15为示意性地表示温度控制模式(F)中的整体的流路系统的图。
图16为表示本发明的一个实施方式的等离子体蚀刻装置的结构的截面图。
图17为表示一个实施例中的载置台和半导体晶片的温度分布的图。
图18为表示参考例中的载置台和半导体晶片的温度分布的图。
图19为表示一个实施例中的温度控制模式切换的顺序的图。
图20为表示一个实施例中的温度控制模式切换的顺序的图。
图21为表示一个实施例中的被处理体温度控制方法的图。
图22为表示一个实施例中的温度控制模式切换的顺序的图。
图23为表示一个实施例中的温度控制模式切换的顺序的图。
图24为表示实施例中的控制部(控制器)的结构的方框图。
符号说明
10    腔室
12    载置台
14    冷却单元
16    加热单元
18    流路切换单元
20    控制器
22    载置台中心部区域的制冷剂通路
24    载置台周边部区域的制冷剂通路温度调节器
26、28、30、32、58、60    配管
34    泵
36    冷冻机
38    加热机
40    管路加热器
42    电源
44    流量控制阀
54    温度调节器
62、64、66、68  开关阀
90     腔室
110    高频电源
124    处理气体供给部
130    静电卡盘
136    传热气体供给部
140    控制部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
【实施例1】
图1表示本发明的一个实施方式的载置台温度控制装置的结构。典型地，该载置台温度控制装置，最终目的是对在能够减压的腔室10内接受处理的被处理基板、例如半导体晶片W的温度乃至温度分布进行控制，是控制载置半导体晶片W的载置台12的温度乃至温度分布的装置，其基本结构具有：载置台12内部的制冷剂通路、冷却单元14、加热单元16、流路切换单元18、配管类(26、28、30、32、58、60等)和控制器20。
在载置台12的内部，设置有多个系统、例如2系统的制冷剂流动通路。典型地，在包含载置台12的中心的中心部区域和包含边缘的周边部区域，设置有具有各自独立的入口和出口的制冷剂通路22、24。这些制冷剂通路22、24形成为例如同心圆状或螺旋(涡)状，以使制冷剂的温度传遍各自的区域。中心部区域的制冷剂通路22优选为在螺旋的中心部具有入口22a、在螺旋的外周部具有出口22b的结构。
制冷剂通路22的入口22a，通过配管26与冷却单元14的送出口14a连接；制冷剂通路22的出口22b，通过配管28与流路切换单元18的端口(port)(第一入口)18a连接。另一方面，制冷剂通路24的入口24a，通过配管30与流路切换单元18的端口(第一出口)18c连接；制冷剂通路24的出口24b，通过配管32与冷却单元14的返回口14b连接。
冷却单元14具有向载置台12的两个制冷剂通路22、24循环供给制冷剂的功能，例如具有：用于使制冷剂循环的泵34；用于对刚返回到返回口14b后的制冷剂进行冷冻的冷冻机36；和对冷冻后的制冷剂进行加热，使其恢复到规定的基准温度(base temperature)的加热机38(图5)。通常，冷却单元14被设置在离载置台12较远的地方，连接两者的配管26、32也相当长(例如5m以上)。利用控制器20控制冷却单元14内的各部分的动作和单元整体的制冷剂循环供给动作。
此外，由制冷剂循环器送出的制冷剂的基准温度不必限定为严格恒定，通常，不是保持在一个温度值，而是在允许范围内具有一定程度的变动幅度(例如5℃)。
加热单元16具有在配管26的中途对制冷剂进行加热以使制冷剂温度从基准温度上升至期望的设定温度的制冷剂升温功能，具有：在与载置台12尽可能接近的位置、安装在配管26上的管路加热器40；和向该管路加热器40供给电力的电源42。管路加热器40，不仅优选具有高速升温功能，而且优选具有可承受由冷却单元14在配管26内以远距离压送的制冷剂的压力的物理强度，例如优选图2所示的感应加热方式的加热器。
在图2的构成例中，管路加热器40，在绝缘筒46中容纳有形成配管26的一部分或一段的线圈状的SUS加热元件管48，在绝缘筒46的周围嵌合或安装有由导线构成的工作线圈50。从电源42向工作线圈50中流入高频的交流电流时，在绝缘筒46内产生交变磁通量，由该交变磁通量在SUS加热元件管48中产生感应电压并流过感应电流，SUS加热元件管48产生焦耳热。利用该SUS加热元件管48的发热，对在管内流动的制冷剂进行加热。与加热灯等的玻璃管不同，SUS加热元件管48的物理强度非常大，足够承受介质的压力。
在图1中，在该实施方式中，为了提高制冷剂升温功能的精度，在加热单元16中设置有：在管路加热器40的下游侧，检测制冷剂的温度的温度传感器52；和用于根据该温度传感器52的输出信号(温度检测信号)来控制电源42的供给电力进而控制加热器40的发热量，以使制冷剂温度与设定值一致的温度调节器54。
而且，为了进一步提高快速加热，还设置有由例如手动操作式或机械操作式(例如，电磁阀式、发动机驱动式、气动式等)的可变节流阀构成的流量控制阀44，用于对从配管26供给到载置台中心部区域的制冷剂通路22的制冷剂的流量进行可变控制。另外，为了提高流量控制的精度，在配管26上安装有流量测定器或流量传感器56。
图3表示将加热单元16中的管路加热器40的发热量保持一定的情况下的流量和制冷剂升降温度的关系(一个例子)。如图所示，流量和制冷剂升降温度定性地为反比例关系，越减小(缩小)流量，越可以使制冷剂的温度大幅上升。由此，通过将利用流量控制阀44的制冷剂流量控制和利用管路加热器40的加热控制进行组合，可以使制冷剂的温度从基准温度快速且精确地上升或下降至期望的设定值。而且，由于管路加热器40被配置在接近载置台12的位置，因此能够将制冷剂的快速升降温在非常小的时间常数内直接传递到载置台12一侧，从而能够使载置台12的各部分在短时间内快速地升降温至期望的设定值。利用控制器20控制加热单元16内的各部分的动作和单元整体的制冷剂升降温动作。
在图1中，流路切换单元18除了具有上述两个端口(第一入口和第一出口)18a、18c以外，还具有两个端口(第二入口和第二出口)18b、18d。在此，第二入口18b通过配管58与设置在配管26上的加热单元16的上游侧的流路分支点N1连接。另外，第二出口18d通过配管60与设置在配管32上的流路分支点N2连接。
在流路切换单元18内，设置有多个阀，例如4个开关阀62、64、66、68。详细地说，第一开关阀62设置在第一入口18a和第一出口18c之间，第二开关阀64设置在第一入口18a和第二出口18d之间，第三开关阀66设置在第二入口18b和第一出口18c之间，第四开关阀68设置在第二入口18b和第二出口18d之间。流路切换单元18可以设置在任意位置，但是，优选至少将用于选择性地连接制冷剂通路22的出口22b和制冷剂通路24的入口24a的开关阀62配置在载置台12的附近。
上述开关阀62、64、66、68可以按照一定的关系相互配合地进行开/关。例如，可以由常开阀构成第一和第三开关阀64、66，由常闭阀构成第二和第四开关阀62、68。但是，从增加流路切换模式的种类的观点出发，优选独立进行各开关阀62、64、66、68的开/关的结构。利用控制器20控制流路切换单元18内的各部分的动作(开关阀62～68的开/关动作)和单元整体的流路切换动作。
控制器20由包括CPU、存储器等的计算机系统构成，如上所述控制该基板温度控制装置内的各部分，尤其是冷却单元14、加热单元16、和流路切换单元18各自的动作和整体的动作(顺序(sequence))。主控制部140内的结构，后面结合图24进行说明。
接着，对该实施方式的载置台温度控制装置中的温度控制功能进行说明。在该载置台温度控制装置中，利用控制器20的控制，将加热单元16中的加热动作的开/关状态和流路切换单元18中的开关阀62、64、66、68的开/关状态进行组合，可以得到对载置台12进行温度控制的6种模式(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)。
如图4所示，在模式(A)中，在加热单元16中，将加热动作设为打开状态，同时，在流路切换单元18中，将开关阀64、66分别设为打开状态，将开关阀62、68分别设为关闭状态。如图5所示，通过该流路切换单元18内的流路切换，在冷却单元14的送出口14a和返回口14b之间，中心部区域的制冷剂通路22和周边部区域的制冷剂通路24并联连接。
于是，以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂中的一部分，即，直接通过流路分支点N1流入配管26的制冷剂，由中途的加热单元16使制冷剂温度从基准温度升温至期望的设定温度后，进入制冷剂通路22。然后，从制冷剂通路22通过配管28进入流路切换单元18时，不向制冷剂通路24流动，而是通过打开状态的开关阀64流向配管60一侧，从流路分支点N2通过配管32返回至冷却单元14。另外，从流路分支点N1分流到配管58一侧的制冷剂，在保持在基准温度的状态下，通过流路切换单元18(打开状态的开关阀66)和配管30，进入周边部区域的制冷剂通路24。然后，从制冷剂通路24流出后，直接通过配管32返回到冷却单元14。
这样，根据模式(A)，用基准温度的制冷剂对载置台12的周边部区域进行温度调节，同时，用比基准温度更高的设定温度的制冷剂对载置台12的中心部区域进行温度调节。由此，得到载置台12的中心部区域温度比周边部区域相对较高的山形乃至梯形的温度分布特性，可以任意地控制两者间的高低差(温度差)。而且，利用上述加热单元16的快速升温功能，可以在短时间内建立如上所述的温度分布特性。
如图6所示，在模式(B)中，在加热单元16中，将加热动作设为打开状态，同时，在流路切换单元18中，将开关阀62、68分别设为打开状态，将开关阀64、66分别设为关闭状态。如图7所示，通过该流路切换单元18内的流路切换，在冷却单元14的送出口14a和返回口14b之间，中心部区域的制冷剂通路22和周边部区域的制冷剂通路24串联连接，并且形成由配管58、流路切换单元18和配管60构成的旁路70。
详细地说，以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂中的一部分，即，直接通过流路分支点N1在配管26中流动的制冷剂，由中途的加热单元16使制冷剂温度从基准温度升温至期望的设定温度后，进入制冷剂通路22。然后，从制冷剂通路22流出时，通过配管28、流路切换单元18(打开状态的开关阀62)和配管30进入制冷剂通路24，从制冷剂通路24流出后，直接通过配管32，返回到冷却单元14。另一方面，从流路分支点N1分流到配管58一侧的制冷剂，在保持在基准温度的状态下，通过流路切换单元18(打开状态的开关阀68)和配管60，从流路分支点N2流入配管32，与来自制冷剂通路24一侧的制冷剂合流后，返回到冷却单元14。
这样，根据该模式(B)，利用温度高于基准温度的制冷剂对载置台12的中心部区域和周边部区域双方进行温度调节，能够以大致均匀或平坦(flat)的温度分布将载置台12的整体控制在高于基准温度的期望的设定温度，还能够利用加热单元16快速升温。在此，即使利用加热单元16中的流量控制阀44任意缩小制冷剂的流量，剩余的制冷剂也会在旁路流路70中流动，因此，可以在将冷却单元14的制冷剂循环能力(制冷剂送出压力)保持一定的状态下，由加热单元16一侧，即时且稳定地进行期望的快速升温。
在模式(C)中，除了没有形成旁路流路70这一点以外，采用与上述的第二模式(B)相同的制冷剂供给方式。即，如图8所示，在加热单元16中，将加热动作设为打开状态，同时，在流路切换单元18中，只将开关阀62设为打开状态，而将其它开关阀64、66、68全部设为关闭状态。如图9所示，虽然通过该流路切换单元18内的流路切换，在冷却单元1 4的送出口14a和返回口14b之间，中心部区域的制冷剂通路22和周边部区域的制冷剂通路24串联连接，但是，由于流路在配管58和配管60之间(由流路切换单元18)被阻断，因此，没有形成旁路流路70。
在此情况下，以基准温度从冷却单元14送出的全部制冷剂，直接通过流路分支点N1在配管26中流动，由中途的加热单元16使制冷剂温度从基准温度升温至期望的设定温度后，进入制冷剂通路22。然后，从制冷剂通路22流出时，通过配管28、流路切换单元18(打开状态的开关阀62)和配管30，进入制冷剂通路24，从制冷剂通路24流出后，直接通过配管32，返回到冷却单元14。
该模式(C)不能达到上述模式(B)的高速且高效的快速升温，但是，能够以大致平坦(均匀)的温度分布，使载置台12的整体达到高于基准温度的期望的设定温度。
在模式(D)中，停止加热单元16的加热动作(设为关闭状态)，将流路切换单元18内的流路状态设成与上述模式(A)相同的形式。即，如图10所示，将开关阀64、66分别设为打开状态，将开关阀62、68分别设为关闭状态。由此，如图11所示，在冷却单元14的送出口14a和返回口14b之间，中心部区域的制冷剂通路22和周边部区域的制冷剂通路24并联连接。
因此，以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂中的一部分，即，直接通过流路分支点N1在配管26中流动的制冷剂，未由中途的加热单元16进行加热，而在保持在基准温度的状态下，流入制冷剂通路22。然后，从制冷剂通路22流出、经配管28进入流路切换单元18时，不向制冷剂通路24流动，而是通过打开状态的开关阀64流向配管60一侧，从流路分支点N2通过配管32返回至冷却单元14。另外，从流路分支点N1分流到配管58一侧的制冷剂，也在保持在基准温度的状态下，通过流路切换单元18(打开状态的开关阀66)和配管30，进入周边部区域的制冷剂通路24。然后，从制冷剂通路24流出后，直接通过配管32返回到冷却单元14。
这样，根据模式(D)，利用基准温度的制冷剂，对载置台12的中心部区域和周边部区域双方进行温度调节，能够以大致平坦(均匀)的温度分布将载置台12的整体控制在基准温度附近的温度。在此，重要的是，从模式(A)向模式(D)的转换，只需将加热单元16从打开状态切换至关闭状态即可，而且能够高速地进行。也就是说，通过使利用加热单元16的快速升温停止，可以实现从设定温度到基准温度的快速降温。从模式(B)或模式(C)向模式(D)的转换，只是增加流路切换单元18的切换动作，同样能够高速地进行。
在模式(E)中，停止加热单元16的加热动作(设为关闭状态)，将流路切换单元18内的流路状态设成与上述的模式(B)相同的形式。即，如图12所示，将开关阀62、68分别设为打开状态，将开关阀64、66分别设为关闭状态。由此，如图13所示，在冷却单元14的送出口14a和返回口14b之间，中心部区域的制冷剂通路22和周边部区域的制冷剂通路24串联连接，并且形成由配管58、流路切换单元18和配管60构成的旁路70。
在此情况下，以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂中的一部分，即，直接通过流路分支点N1在配管26中流动的制冷剂，未由中途的加热单元16进行升温，而在保持在基准温度的状态下，流入制冷剂通路22。然后，从制冷剂通路22流出时，通过配管28、流路切换单元18(打开状态的开关阀62)和配管30，进入制冷剂通路24，从制冷剂通路24流出后，直接通过配管32返回到冷却单元14。另一方面，从流路分支点N1分流到配管58一侧的制冷剂，在保持在基准温度的状态下，通过流路切换单元18(打开状态的开关阀68)和配管60，从流路分支点N2流入配管32，与来自制冷剂通路24一侧的制冷剂合流后，返回到冷却单元14。
在该模式(E)中，利用基准温度的制冷剂，对载置台12的中心部区域和周边部区域双方进行温度调节，能够以大致平坦的温度分布，将载置台12的整体控制在基准温度附近的温度。另外，从模式(A)、模式(B)或模式(C)向模式(E)的转换也能够简单且高速地进行。
不过，严格地说，模式(E)和模式(D)中，载置台12的温度分布有微妙的不同。即，在模式(D)中，由于以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂，在配管26的流路分支点N1处被分为两部分，并被并行地供给至载置台12的中心部区域的制冷剂通路22和周边部区域的制冷剂通路24，因此，载置台12的中心部区域和周边部区域被以大致相同的制冷剂温度进行温度调节，载置台12整体的温度分布的平坦性(均匀性)高。与此相对，在模式(E)中，由于以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂，首先全部流过载置台12的中心部区域的制冷剂通路22，然后，再流过载置台12的周边部区域的制冷剂通路24，因此，与前者(中心部区域)相比，在后者(周边部区域)处的冷却能力稍弱一些，载置台12整体的温度分布并不是严格的平坦，而是有周边部比中心部稍高的趋势。
最后，在第六模式(F)中，停止加热单元16的加热动作(设为关闭状态)，将流路切换单元18内的流路状态设成与上述的模式(C)相同的形式。即，如图14所示，只将开关阀62设为打开状态，将其它开关阀64、66、68全部设为关闭状态。如图15所示，虽然在冷却单元14的送出口14a和返回口14b之间，中心部区域的制冷剂通路22和周边部区域的制冷剂通路24串联连接，但是，由于流路在配管58和配管60之间(由流路切换单元18)被阻断，因此，没有形成旁路流路70。
在此情况下，以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂，全部直接通过流路分支点N1在配管26中流动，未由中途的加热单元16进行升温，在保持在基准温度的状态下，流入制冷剂通路22。然后，从制冷剂通路22流出时，通过配管28、流路切换单元18(打开状态的开关阀62)和配管30，流入制冷剂通路24，从制冷剂通路24流出后，直接通过配管32返回到冷却单元14。
在该模式(F)中，利用基准温度的制冷剂，对载置台12的中心部区域和周边部区域双方进行温度调节，能够以大致平坦的温度分布将载置台12的整体控制在基准温度附近的温度。另外，从模式(A)、模式(B)或模式(C)向模式(F)的转换也可以简单且高速地进行。
不过，严格地说，模式(F)与模式(D)和模式(E)在作用上也存在不同点。与模式(D)的不同点，与对模式(E)进行的上述说明相同。另外，与模式(E)相比，在模式(F)中，由于没有形成旁路流路70，因此，能够使从冷却单元14送出的制冷剂全部流入载置台12的制冷剂通路22、24，从而能够充分地实现利用冷却单元14进行的温度控制功能。
如上所述，在该实施方式中，利用具有一台冷却单元14、使用管路加热器40的加热单元16、由4个开关阀62、64、66、68构成的流路切换单元18、和控制各单元14、16、18的动作或状态的控制器20的、低成本且结构简易的载置台温度控制装置，可以通过高速升降温将载置台12的温度乃至温度分布控制为多种设定值或分布(profile)。
【实施例2】
图16表示本发明的一个实施方式的等离子体处理装置的结构。该等离子体处理装置中插入有上述第一实施方式的载置台温度控制装置。
如图16所示，该等离子体处理装置被构成为平行平板型的等离子体蚀刻装置，具有内壁表面由用经氧化铝膜处理的氧化铝膜、氧化钇(Y2O3)膜、陶瓷涂层或石英覆盖的铝或不锈钢等构成的圆筒形腔室(处理容器)90。该腔室90相当于图1的腔室10。此外，腔室90被保护接地。
在腔室90内，设置有载置被处理基板、例如半导体晶片W的圆板状的载置台12，作为下部电极或基座(susceptor)。该载置台12由例如铝构成，通过绝缘性的筒状保持部92，被支撑在从腔室90的底部沿垂直向延伸的筒状支撑部94上。筒状保持部92的上表面配置有以环状包围载置台12的上表面的、由例如石英构成的聚焦环(focus ring)96。
在腔室90的侧壁和筒状支撑部94之间形成排气路98，在该排气路98的入口或中途，安装有环状的阻流板(baffle board)100，并在底部设有排气口102。排气装置106通过排气管104，与该排气口102连接。排气装置106具有真空泵，能够将腔室90内的处理空间减压至规定的真空度。在腔室90的侧壁上安装有对半导体晶片W的搬入搬出口进行开关的闸阀108。
等离子体生成用的高频电源110通过匹配器112和供电棒114与载置台12电连接。该高频电源110向下部电极、即载置台12施加期望的高频数、例如27MHz以上(例如60MHz)的高频。与载置台12平行相对、在腔室90的顶板部设置有喷头116，作为接地电位的上部电极。利用来自高频电源110的高频，在载置台12和喷头116之间的空间、即等离子体生成空间PS内形成高频电场。
上述喷头116具有：具有多个气体通气孔118a的电极板118、和可装卸地支撑该电极板118的电极支撑体120。在电极支撑体120的内部，设有缓冲室122，来自处理气体供给部124的气体供给配管126与该缓冲室122的气体导入口122a连接。
在腔室90的顶板部，在等离子体生成空间PS周边的上方(优选喷头116的周围)，设置有延伸为环状或同心圆状的磁场形成机构128。该磁场形成机构128具有易于引发室腔室90内的等离子体生成空间PS中的高频放电(等离子体点火)、并稳定地维持放电的功能。
在载置台12的上表面设置有用于以静电吸附力保持半导体晶片W的静电卡盘130。该静电卡盘130是将由导电膜构成的电极130a插入一对绝缘膜130b、130c之间的构件，直流电源132通过开关134与电极130a电连接。可以利用来自直流电源132的直流电压，用库仑力将半导体晶片W吸附保持在卡盘上。
在载置台12的内部，与上述的第一实施方式同样地，在中心部区域设置有延伸为环状或螺旋状的第一制冷剂通路22，在周边部区域设置有延伸为环状或螺旋状的第二制冷剂通路24。然后，从与具有冷却单元14、加热单元16和流路切换单元18的上述第一实施方式相同的载置台温度控制装置，向该制冷剂通路22、24循环供给规定温度的制冷剂。
另外，来自传热气体供给部136的传热气体、例如He气体，通过气体供给管路138，被供给到静电卡盘130的上表面与半导体晶片W的背面之间。
控制部140单独控制该等离子体蚀刻装置内的各部分，并总体控制整体的顺序，也兼作载置台温度控制装置的控制器20(图1)。
在该等离子体处理装置中，虽然省略图示，但是，可以形成如下结构：将频率为27MHz以上、例如60MHz的高频电源与作为上部电极的喷头116连接，将频率在2MHz～27MHz范围内、例如为2MHz的高频电源与作为下部电极的载置台12连接。在此情况下，用于将来自喷头116一侧的高频(60MHz)接地的高通滤波器(HPF)与载置台12电连接，用于将来自载置台12一侧的高频(2MHz)接地的低通滤波器(LPF)与喷头116电连接。
在该等离子体处理装置中，为了进行蚀刻，首先，将闸阀108设为打开状态，将加工对象的半导体晶片W搬入腔室90内、并载置到载置台12上。接着，由直流电源132向静电卡盘130的电极130a施加直流电压，从而将半导体晶片W固定在静电卡盘130上。然后，如后所述进行载置台12的温度控制，而且，将来自传热气体供给部136的传热气体供给到静电卡盘130的上表面和半导体晶片W的背面。其后，由处理气体供给部124，以规定的流量和流量比，将蚀刻气体(通常为混合气体)导入腔室90内，利用排气装置106使腔室90内的压力成为设定值，并且，由高频电源110以规定的功率向载置台12供给高频。从喷头116喷出的蚀刻气体在等离子体生成空间PS内放电、从而等离子体化，利用由该等离子体生成的自由基(radical)和离子来蚀刻半导体晶片W的主面。
对在上述的等离子体蚀刻中，使用该实施方式的载置台温度控制技术来控制蚀刻特性的方法的几个例子进行说明。
在等离子体处理装置中，由于加工的种类和装置结构，载置台上的被处理基板的温度分布受到各种影响。通常，由于来自等离子体和腔室壁的热辐射或高密度电子等，基板上的温度有边缘部分高于中心部区域的趋势。如上所述，根据本发明，通过应用温度控制模式(A)，可以使半导体晶片W表面的温度变得均匀。
即，如上所述，通过选择载置台12的温度控制中的模式(A)(图4和图5)，可以使载置台12的内侧(中心部区域)的温度比周边部高。由此，如图17所示，在载置台12上的半导体晶片W中，可以得到在中心部区域和周边部区域大致均匀(平坦(flat))的温度分布。顺便说一下，如果向载置台12的流体通路22、24中流入大致相同温度的制冷剂，则如图18所示，载置台12形成中心部区域和周边部区域大致均匀(平坦)的温度分布，由此，在载置台12上的半导体晶片W中，由于来自等离子体和腔室壁的热辐射等，周边部区域的温度很容易高于中心部区域。
接下来，参照图19对第二个例子进行说明。该例子是对在半导体晶片W的主面上形成的多层膜、例如两层结构的导电层进行加工，以形成微细宽度的配线的情况。在此情况下，将温度控制模式从模式(B)(图6、图7)切换至模式(D)的顺序很有效。
在该导电层的蚀刻中，使用例如含有氯系卤化物的混合气体作为蚀刻气体。而且，在载置台12的温度控制中，如图19所示，首先，利用模式(B)，使半导体晶片W整体以期望的设定温度达到大致均匀的温度分布。在此情况下，利用高速升温功能，能够以很高的响应速度使半导体晶片W升温至第一设定温度(例如60℃)。在该状态下，将蚀刻气体导入腔室90内，利用高频进行等离子体激发，对上层的导电层进行加工。
接着，暂时停止蚀刻气体的导入，将载置台12的温度控制从模式(B)切换至模式(D)。在此情况下，利用高速降温功能，使载置台12整体的温度高速下降至与基准温度相当的第二设定温度(例如30℃)。
这样，如图19所示，由于从模式(B)向模式(D)的切换，半导体晶片W整体高速降温。在此状态下，再次向腔室90内导入蚀刻气体，进行等离子体激发，对下层的导电层进行加工。这样，可以加工形成受到高精度地尺寸控制的叠层配线。
除此之外，在等离子体处理中可以采用各种温度控制顺序。图20为与图19相反的顺序，首先，在模式(D)下，对多层膜的第一层进行加工，接着，在模式(B)下，对下层膜进行加工。在此情况下，可以使载置台12的温度从模式(D)的设定温度(例如30℃)高速地切换至模式(B)的设定温度(例如60℃)。
图21表示第三个例子。在等离子体处理装置中，如上所述，载置台上的被处理基板，在等离子体处理中，受到来自等离子体和腔室壁的热辐射或高密度电子的入射。这意味着，等离子体处理开始的同时，即，开始对高频电极进行高频(RF)供电时，如图21的点划线144所示，基板温度在上升方向上会发生改变。不过，由于载置台的温度调节也发挥作用，因此，经过一定的时间常数的时间π后，基板的温度上升(改变)饱和，达到平衡温度Tw。但是，这不能在等离子体处理的整个期间，将基板的温度保持在设定处理温度(方案的温度条件)，在等离子体处理的再现性和成品率方面，可靠性低。
关于这一点，根据本发明，利用加热单元16的快速升降温功能，在被搬入到腔室10内的半导体晶片W被载置在载置台12上以后、开始期望的等离子体处理之前，如图21的实线148a、146所示，利用加热单元16的快速升温功能，对在配管26中流动的制冷剂进行加热，使各半导体晶片Wn的温度迅速上升至处理用的设定处理温度(Tw)。然后，利用加热单元16，如图21的实线148b所示，逐渐减弱对在配管26中流动的制冷剂进行的加热，使得半导体晶片Wn的温度，从等离子体处理开始直到其以后的处理结束，确实地保持在设定处理温度(Tw)。这样，能够修正因来自等离子体等的热量输入所导致的晶片温度的改变(上升)，从而能够提高单片等离子体处理的温度管理、再现性、成品率。
在上述的实施方式中，对温度控制模式进行切换的顺序，将冷却单元14中的制冷剂的基准温度维持一定，但是，本发明并不限于将基准温度保持一定的方式。利用冷却单元14的加热机38，能够任意地改变基准温度，通过同时使用基准温度的可变控制和加热单元16的升降温功能，可以实现更加多样的温度控制。
作为一个例子，图22表示使半导体晶片W在3个阶段降温的例子。如上所述，由于冷却单元14的热容量很大、而且被设置在离载置台12相当远的位置，因此，从利用冷却单元14改变基准温度，到载置台12的温度跟随变化，需要相当长的时间(响应速度慢)。
因此，如图22所示，在第一阶段中，将基准温度设定为比较高的温度，将加热单元16设为打开状态，使制冷剂的温度保持在比基准温度高的一定温度。这样，将半导体晶片W的温度保持在第一设定温度。接着，在第二阶段中，利用冷却单元14将基准温度转换为更低的基准温度。但是，由于该基准温度转换的时间常数大，因此，向载置台12供给的制冷剂的温度将逐渐下降，与之相伴，半导体晶片W的温度也逐渐下降，不能进行高速的温度转换。因此，在第二阶段中，暂时停止加热单元16的加热动作，利用快速降温使半导体晶片W的温度一气地下降至比第一设定温度低的第二设定温度。然后，重新启动加热单元16的加热动作，通过温度调节器54，使加热温度与基准温度的时间常数一致地缓慢地升温。这样，在第二阶段的期间，半导体晶片W被保持在第二设定温度。接着，当基准温度稳定在新的基准值时，停止加热单元16的加热动作。利用该快速降温，可以使半导体晶片W的温度，从第二设定温度一气地下降至与新的基准温度相对应的第三设定温度。
如上所述，分别将半导体晶片W的温度，在第一阶段中保持在例如90℃、在第二阶段中保持在例如60℃、在第三阶段中保持在例如30℃，可以高精度地进行例如3层膜的蚀刻加工。或者，能够将单层膜加工成期望的截面形状。
0100
图23为与图22相反的温度控制顺序，是使半导体晶片W在3个阶段升温的例子。根据该顺序，能够将半导体晶片W的温度在第一阶段中保持在例如30℃、在第二阶段中保持在例如60℃、在第三阶段中保持在例如90℃，与图22的例子同样，可以高精度地进行多层膜的蚀刻加工。
图24表示控制部140(控制器20)的结构例。该结构例的控制部140(控制器20)具有：通过总线150连接的处理器(CPU)152、存储器(RAM)154、程序存储装置(HDD)156、软盘驱动器或光盘等的磁盘驱动器(DRV)158、键盘和鼠标等输入装置(KEY)160、显示装置(DIS)162、网络接口(COM)164、和外围接口(I/F)166。
处理器(CPU)152从被插入到磁盘驱动器(DRV)158中的FD或光盘等存储介质168中读取所需的程序代码，并存储到HDD156中。或者，也可以通过网络接口164，从网络下载所需的程序。然后，处理器(CPU)152将各阶段和各情况下需要的程序代码，从HDD156展开到工作存储器(RAM)154中，并执行各步骤，进行所需的运算处理，通过外围接口166控制该装置内的各部分(尤其是冷却单元14、加热单元16、流路切换单元18等)。用于实施上述第一和第二实施方式中说明的载置台温度控制方法的程序，全部由该计算机系统运行。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是，上述实施方式并不是限定本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的技术思想和技术范围的情况下，能够对具体实施方式进行各种变形和改变。
例如，在流路切换单元18中，可以将一组电磁阀62、64替换为具有与第一入口18a连接的第一端口、和分别与第一和第二出口18c、18d连接的第二和第三端口的一个方向切换阀。另外，可以将一组电磁阀66、68替换为具有与第二入口18a连接的第一端口、和分别与第一和第二出口18c、18d连接的第二和第三端口的一个方向切换阀。但是，在此情况下，有不能得到模式(C)、(F)的限制。
另外，在上述实施方式中，也可以使用在配管26的中途对制冷剂进行冷却的冷却单元来代替加热单元16。在此情况下，例如，采用模式(A)，载置台12上的半导体晶片W的温度分布，可以得到将图17的分布上下反转的分布。或者，也可以是下述方式：使以基准温度从冷却单元14送出的制冷剂，首先流入载置台12的周边部区域的制冷剂通路24，然后，再串行地流入中心部区域的制冷剂通路22。而且，还可以是在载置台12上设置3系统以上具有单独的入口和出口的制冷剂通路的结构。
另外，本发明除了适用于上述实施方式中的平行平板型等离子体处理装置以外，也同样适用于螺旋波等离子体激发型的处理装置、ECR(Electron Cyclotron Resonance：电子回旋共振)等离子体激发型的处理装置、μ波等离子体激发型的处理装置、ICP(Inductively CoupledPlasma：电感耦合等离子体)等离子体激发型的处理装置等。另外，除了蚀刻装置以外，也同样可以适用于成膜装置等，例如，化学气相沉积(CVD)装置、等离子体CVD装置、溅射(sputtering)装置、MBE装置、蒸镀装置等。而且，本发明还可以同样适用于离子铣削(ionmilling)、利用FIB对被处理物的加工、绝缘基板表面的等离子体清洗、或者等离子体清(plasma cleaning)洗等。
另外，本发明中的被处理基板并不限于半导体晶片，也可以是平板显示器用的各种基板、光掩膜、CD基板等。

Claims (25)

1.一种载置台温度控制装置，用于控制载置被处理体的载置台的温度，其特征在于，具有：
设置在所述载置台上的具有各自独立的入口和出口的第一和第二制冷剂通路；
用于向所述第一和第二制冷剂通路循环供给制冷剂，具有通过第一流路与所述第一制冷剂流路的入口连接的送出口、和通过第二流路与所述第二制冷剂流路的出口连接的返回口，使返回到所述返回口的制冷剂恢复到基准温度，并从所述送出口将其送出的制冷剂循环器；
在所述第一流路的中途，使制冷剂的温度从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度的制冷剂温度控制部；
具有通过第三流路与所述第一制冷剂通路的出口连接的第一端口、通过第四流路与设置在所述第一流路的所述制冷剂温度控制部的上游侧的第一流路分支点连接的第二端口、通过第五流路与所述第二制冷剂通路的入口连接的第三端口、和通过第六流路与设置在所述第二流路上的第二流路分支点连接的第四端口，能够在所述第一、第二、第三和第四端口之间，使流路导通、隔断和改变的流路切换部；和
控制所述流路切换部内的所述流路的导通、隔断或改变的流路控制部。
2.如权利要求1所述的载置台温度控制装置，其特征在于：
所述流路切换部具有：连接在所述第一端口和所述第三端口之间的第一开关阀、连接在所述第一端口和所述第四端口之间的第二开关阀、连接在所述第二端口和所述第三端口之间的第三开关阀、和连接在所述第二端口和所述第四端口之间的第四开关阀，
所述流路控制部控制所述第一、第二、第三和第四开关阀的开/关。
3.如权利要求1所述的载置台温度控制装置，其特征在于：
所述流路切换部具有：连接在所述第一端口与所述第三和第四端口之间的第一方向切换阀、和连接在所述第二端口与所述第三和第四端口之间的第二方向切换阀，
所述流路控制部控制所述第一和第二方向切换阀内的各流路状态。
4.如权利要求1所述的载置台温度控制装置，其特征在于，所述制冷剂温度控制部具有：
安装在所述第一流路上的管路加热器；
在所述管路加热器的下游侧，检测所述第一流路内的制冷剂的温度的温度传感器；和
控制所述管路加热器的发热量，使得由所述温度传感器检测的制冷剂温度与所述设定温度一致的温度控制部。
5.如权利要求4所述的载置台温度控制装置，其特征在于：
所述管路加热器，在接近所述载置台的位置，对所述第一流路内的制冷剂进行加热。
6.如权利要求1所述的载置台温度控制装置，其特征在于：
在所述第一流路的所述第一流路分支点的下游侧，设置有用于对制冷剂的流量进行可变控制的流量控制阀。
7.如权利要求1所述的载置台温度控制装置，其特征在于：
所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路，相对于所述载置台的中心，被配置为同心圆状。
8.如权利要求1所述的载置台温度控制装置，其特征在于：
所述第一制冷剂通路设置在所述载置台的中心部区域，所述第二制冷剂通路设置在所述载置台的周边部区域。
9.如权利要求1所述的载置台温度控制装置，其特征在于：
所述制冷剂循环器具有：用于使制冷剂循环的泵；用于对刚返回后的制冷剂进行冷冻的冷冻部；和将冷冻后的制冷剂加热至规定的基准温度的加热部。
10.一种载置台温度控制方法，由制冷剂循环器向设置在载置被处理体的载置台上的第一和第二制冷剂通路循环供给制冷剂，从而控制所述载置台的温度，其特征在于，具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路并联连接，使从所述制冷剂循环器以基准温度送出的制冷剂中的一部分，从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，流入所述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在所述基准温度的状态下，流入所述第二制冷剂通路，从而进行所述载置台的温度控制的第一温度控制模式。
11.如权利要求10所述的载置台温度控制方法，其特征在于，还具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路并联连接，使从所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在所述基准温度的状态下，流入所述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在所述基准温度的状态下，流入所述第二制冷剂通路，从而进行所述载置台的温度控制的第二温度控制模式，
根据所述被处理体的加工条件，在所述第一温度控制模式和所述第二温度控制模式之间进行切换。
12.如权利要求11所述的载置台温度控制方法，其特征在于，还具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行所述载置台的温度控制的第三温度控制模式，
根据所述被处理体的加工条件，在所述第一温度控制模式、所述第二温度控制模式和所述第三温度控制模式之间进行切换。
13.如权利要求11所述的载置台温度控制方法，其特征在于，还具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使从所述制冷剂循环器送出的全部制冷剂，从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，依次流入所述第一和第二流体通路，从而进行所述载置台的温度控制的第四温度控制模式，
根据所述被处理体的加工条件，在所述第一温度控制模式、所述第二温度控制模式和所述第四温度控制模式之间进行切换。
14.如权利要求12所述的载置台温度控制方法，其特征在于，还具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使从所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在所述基准温度的状态下，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行所述载置台的温度控制的第五温度控制模式，
根据所述被处理体的加工条件，在所述第一温度控制模式、所述第三温度控制模式和所述第五温度控制模式之间进行切换。
15.如权利要求13所述的载置台温度控制方法，其特征在于，还具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使从所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在所述基准温度的状态下，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行所述载置台的温度控制的第五温度控制模式，
根据所述被处理体的加工条件，在所述第一温度控制模式、所述第四温度控制模式和所述第五温度控制模式之间进行切换。
16.如权利要求12所述的载置台温度控制方法，其特征在于，还具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使所述制冷剂循环器送出的全部制冷剂，在实质上保持在所述基准温度的状态下，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，从而进行所述载置台的温度控制的第六温度控制模式，
根据所述被处理体的加工条件，在所述第一温度控制模式、所述第三温度控制模式和所述第六温度控制模式之间进行切换。
17.如权利要求13所述的载置台温度控制方法，其特征在于，还具有：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使所述制冷剂循环器送出的全部制冷剂，在实质上保持在所述基准温度的状态下，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，从而进行所述载置台的温度控制的第六温度控制模式，
根据所述被处理体的加工条件，在所述第一温度控制模式、所述第四温度控制模式和所述第六温度控制模式之间进行切换。
18.一种载置台温度控制方法，由制冷剂循环器向设置在载置被处理体的载置台上的第一和第二制冷剂通路循环供给制冷剂，从而控制所述载置台的温度，其特征在于：
在下述各模式中，即：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路并联连接，使从所述制冷剂循环器以基准温度送出的制冷剂中的一部分，从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，流入所述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在所述基准温度的状态下，流入所述第二制冷剂通路，从而进行所述载置台的温度控制的第一温度控制模式；
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路并联连接，使从所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在所述基准温度的状态下，流入所述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在所述基准温度的状态下，流入所述第二制冷剂通路，从而进行所述载置台的温度控制的第二温度控制模式；
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行所述载置台的温度控制的第三温度控制模式；和
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使从所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，在实质上保持在所述基准温度的状态下，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行所述载置台的温度控制的第五温度控制模式，
在所述第一模式、和所述第二、第三、第五模式中的至少一种模式之间进行切换。
19.一种处理装置，其特征在于，具有：
容纳载置被处理体的载置台的、能够减压的腔室；
用于控制所述载置台温度的、权利要求1所述的载置台温度控制装置；
用于对所述腔室内进行排气的排气部；和
向所述腔室内供给处理气体的处理气体供给部。
20.如权利要求19所述的处理装置，其特征在于：
在所述腔室内，具有用于生成和供给所述处理气体的等离子体的等离子体源。
21.如权利要求20所述的处理装置，其特征在于：
具有用于向所述载置台进行第一高频供电的第一高频供电部。
22.如权利要求21所述的处理装置，其特征在于：
在所述腔室内，具有与所述载置台相对的对向电极、和用于向所述对向电极进行第二高频供电的第二高频供电部。
23.如权利要求19所述的处理装置，其特征在于：
所述载置台具有：用于静电吸附所述被处理体的静电卡盘；和向所述被处理体的背面和载置面之间供给传热气体的传热气体供给路。
24.如权利要求20所述的处理装置，其特征在于：
在开始对被处理体进行期望的等离子体处理之前，利用所述制冷剂温度控制部，对流经所述第一流路的制冷剂进行加热，使所述被处理体的温度上升至处理用的设定处理温度；
从所述等离子体处理开始直到其以后的处理结束，利用所述制冷剂温度控制部，逐渐减弱对流经所述第一流路的制冷剂进行的加热，以使所述被处理体的温度实质上保持在所述设定处理温度。
25.一种载置台温度控制程序，用于由制冷剂循环器向设置在载置被处理体的载置台上的第一和第二制冷剂通路循环供给制冷剂，从而控制所述载置台的温度，其特征在于，运行下述步骤：
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路并联连接，使从制冷剂循环器以基准温度送出的制冷剂中的一部分，从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，流入所述第一制冷剂通路，使剩余部分在实质上保持在所述基准温度的状态下，流入所述第二制冷剂通路，从而进行所述载置台的温度控制的步骤；和
在所述制冷剂循环器的送出口和返回口之间，将所述第一制冷剂通路和所述第二制冷剂通路串联连接，使所述制冷剂循环器送出的制冷剂中的一部分，从所述基准温度上升或下降至期望的设定温度后，或者在实质上保持在所述基准温度的状态下，依次流入所述第一和第二制冷剂通路，将剩余部分作为旁路，从而进行所述载置台的温度控制的步骤。
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