JP6018606B2 - 温度制御可能なステージを含むシステム、半導体製造装置及びステージの温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、温度制御可能なステージを含むシステム、半導体製造装置及びステージの温度制御方法に関する。

電子デバイスの製造においては、被処理体に対してプラズマエッチングといったプラズマ処理が施される。このようなプラズマ処理では、被処理体に対する処理に面内均一性が要求される。処理の面内均一性を実現するためには、被処理体の温度分布を綿密に制御することが要求される。

被処理体の温度分布を制御するために載置台の温度を調整するシステムが知られている。例えば特許文献１及び２には、載置台の内部に当該載置台の周方向に沿って形成された調温部に対して高温流体及び低温流体に供給することで、載置台の静電チャックの温度を制御するシステムが記載されている。これらのシステムは、調温部の入口及び出口に接続され、当該入口と出口との間で流体を循環させるバイパス流路と、バイパス流路に接続され、低温温調ユニットからの低温流体をバイパス流路に供給する低温流路と、バイパス流路に接続され、高温温調ユニットからの高温流体をバイパス流路に供給する高温流路と、を備えている。バイパス流路、低温流路、及び高温流路には、互いに弁開度が連動して変化するバルブがそれぞれ接続されている。

また、特許文献３には、載置台、チラーユニット、加熱ユニット、流路切り替えユニット、コントローラ等を備える温度制御装置が記載されている。この載置台には、載置台の中心部領域において当該載置台の周方向に沿って延在する第１の冷媒通路と、載置台の周辺部領域において当該載置台の周方向に沿って延在する第２の冷媒通路が形成されている。特許文献３に記載の装置は、コントローラの制御により加熱ユニットの作動、及び流路切り替えユニットの開閉弁の開閉を切り替えることで、単一のチラーユニットを用いて載置台の第１の冷媒通路及び第２の冷媒通路を流通する冷媒の温度を個別に制御している。

特開２０１４−２１８２８号公報 特開２０１３−１０５３５９号公報 特開２００６−２８６７３３号公報

上述の特許文献１〜３に記載の装置では、熱交換媒体を流通させる流路が載置台の周方向に沿って形成されている。かかる装置では、熱交換媒体が当該流路内を流通する過程において基板からの熱を受け取るので、周方向の経路上の位置によって流通する熱交換媒体の温度に差異が生じてしまう。その結果、載置台の温度分布に差異が生じてしまい、綿密に載置台の温度を制御することが困難となる。したがって、本技術分野では、載置台の温度を綿密に制御することができるシステム、半導体製造装置及びステージの温度制御方法が要請されている。

一側面においては、温度制御可能なステージを含むシステムが提供される。このシステムは、基板が載置される表面側と裏面側とを有する円盤状のプレートと、プレートの裏面側に２次元的に配列される複数の領域であり、プレートの裏面側において複数のゾーンの各々を分割してなる該複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、該複数の領域に供給された熱交換媒体を個別に回収するように構成された熱交換器と、熱交換器による複数の領域に対する熱交換媒体の供給又は遮断を、複数のゾーン毎に制御可能な複数のバルブユニットと、を備える。

このシステムでは、プレートの裏面側に２次元的に配列される複数の領域に対して個別に熱交換媒体が供給され、供給された熱交換媒体が回収される。これにより、プレートの位置によって供給される熱交換媒体の温度に差異が生じることが防止されるので、プレートにおいて温度分布を均一化することができる。また、熱交換媒体の供給又は遮断がゾーン毎に制御されるので、ゾーン単位でプレートの温度分布を制御することができる。よって、このシステムによれば、基板が載置されるプレートの温度を綿密に制御することができる。

一形態では、熱交換器は、プレートの下方において２次元的に配列される複数の第１の管であり、プレートの裏面に向けて上方に延び、複数の領域のそれぞれに対面する開口端を提供する、該複数の第１の管と、複数の第１の管をそれぞれ囲む複数の空間を画成する隔壁と、複数の空間にそれぞれ連通するよう隔壁に接続する複数の第２の管と、を有し得る。

本形態では、プレートの下方において上方に延びる複数の第１の管からプレートの前記複数の領域に対して個別に熱交換媒体が供給される。当該複数の第１の管から供給された熱交換媒体は、複数の空間にそれぞれ連通する複数の第２の管から回収される。このように、本形態のシステムによれば、プレートの複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給し、供給された熱交換媒体を個別に回収することで、載置台の温度を綿密に制御することができる。

一形態に係るシステムにおいて、複数のバルブユニットの各々は、第１の熱交換媒体供給装置及び第２の熱交換媒体供給装置と、熱交換器との間に配置され、同一のゾーンに対面する開口端を提供する複数の第１の管に接続される一端部と、他端部と、を有する共通ラインと、共通ラインの他端部に接続される第１のライン及び第２のラインと、第１の熱交換媒体供給装置に接続可能な第１の熱交換媒体供給ラインと、第２の熱交換媒体供給装置に接続可能な第２の熱交換媒体供給ラインと、第１のラインと第１の熱交換媒体供給ラインとの間に配置される第１のバルブと、第２のラインと第２の熱交換媒体供給ラインとの間に配置される第２のバルブと、を含み、第１のバルブ及び第２のバルブは、互いに独立して開閉可能であってもよい。

本形態において、第１のバルブを開放した場合には、第１の熱交換媒体供給装置からの熱交換媒体が第１の熱交換媒体供給ライン及び共通ラインを介して同一のゾーンに対面する複数の第１の管に供給される。一方、第２のバルブを開放した場合には、第２の熱交換媒体供給装置からの熱交換媒体が第２の熱交換媒体供給ライン及び共通ラインを介して同一のゾーンに対面する複数の第１の管に供給される。このように、本形態のシステムによれば、第１のバルブ及び第２のバルブの開閉することで、熱交換媒体の供給元を第１の熱交換媒体供給装置又は第２の熱交換媒体供給装置に切り替えることが可能となる。

一形態では、第１の熱交換媒体供給装置は、第１の温度に調整された熱交換媒体を供給し、第２の熱交換媒体供給装置は、第１の温度よりも高い第２の温度に調整された熱交換媒体を供給してもよい。本形態のシステムによれば、第１のバルブ及び第２のバルブの開閉することで、熱交換器に供給される熱交換媒体の温度を第１の温度又は第２の温度に切り替えることができるので、熱交換媒体による温度制御の応答性を向上することができる。

一形態では、複数のバルブユニットの各々は、第１の温度に調整された熱交換媒体及び第２の温度に調整された熱交換媒体を、互いに混合することなく複数の領域に対して供給可能に構成されていてもよい。また、一形態では、第１のバルブが開放されている場合には第２のバルブが閉鎖され、第２のバルブが開放されている場合には第１のバルブが閉鎖されるように構成されていてもよい。

一形態では、複数のゾーンは、プレートの裏面側において複数の同心円によって境界付けられており、複数の領域は、複数のゾーンの各々をプレートの周方向に分割していてもよい。本形態によれば、プレートの周方向の位置によって供給される熱交換媒体の温度に差異が生じることが防止されるので、プレートの周方向における温度分布を均一化することができる。

また、一形態では、熱交換器は、プレートの裏面側に対して垂直に熱交換媒体を供給してもよい。本形態では、熱交換媒体による熱交換効率を向上することができる。一形態では、プレートは、加熱素子を備えていなくてもよい。一形態では、複数のバルブユニットの各々と熱交換器とを接続する流路の長さが、２ｍ以下であってもよい。更に、一形態では、ｎ個のバルブユニット、ｎ個に分割されたゾーン、及びｍ個の領域を有し、ｎ＜ｍであってもよい（ただし、ｎ及びｍは２以上の整数）。

一形態では、前記熱交換器は、樹脂を主成分として構成されていてもよい。樹脂は比較的断熱性が高いので、本形態によれば、熱交換器内を流通する熱交換媒体の放熱を抑制することができる。一形態では、複数の第１の管の前記開口端は、炭素を含有する樹脂により構成されていてもよい。本形態によれば、開口端の強度を局所的に高めることができる。

一形態では、プレートの裏面側には、複数の第１の管の開口端がそれぞれ挿入される複数の凹部が形成されていてもよい。本形態では、複数の空間内を流通する熱交換媒体とステージとの熱交換面積を増加させることができる。その結果、熱交換効率を向上させることができる。

一側面に係る半導体製造装置は、上述したシステムを備える。

一側面では、基板を支持するための表面側と裏面側とを有するプレートを含むステージの温度制御方法が提供される。この方法は、プレートの裏面側を分割する複数のゾーンのうち、第１のゾーンの温度を制御する工程であり、第１の熱交換媒体供給装置と第１のゾーンとの間で第１の温度に調整された熱交換媒体を循環させる工程と、第２の熱交換媒体供給装置と第１のゾーンとの間で第１の温度よりも高い第２の温度に調整された熱交換媒体を循環させる工程と、熱交換媒体を第１の熱交換媒体供給装置及び第２の熱交換媒体供給装置に戻すことなく、第１のゾーンと第１のポンプと間で熱交換媒体を循環させる工程と、を含む、該工程と、複数のゾーンのうち、第２のゾーンの温度を制御する工程であり、第１の熱交換媒体供給装置と第２のゾーンとの間で第１の温度に調整された熱交換媒体を循環させる工程と、第２の熱交換媒体供給装置と第２のゾーンとの間で第２の温度に調整された熱交換媒体を循環させる工程と、熱交換媒体を第１の熱交換媒体供給装置及び第２の熱交換媒体供給装置に戻すことなく、第２のゾーンと第２のポンプとの間で熱交換媒体を循環させる工程と、を含む、該工程と、を有する。上記方法によれば、第１のゾーン及び第２のゾーンの温度がそれぞれ目標温度になるようにステージの温度を制御することが可能となる。

以上説明したように、本発明の種々の側面及び種々の形態によれば、載置台の温度を綿密に制御することができるシステムが提供される。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係るステージの分解斜視図である。 一実施形態に係る熱交換器の斜視図である。 （ａ）は複数のセル部のうち１つのセル部の平面図であり、（ｂ）は複数のセル部のうち１つのセル部の上方からの斜視図であり、（ｃ）は複数のセル部のうち１つのセル部の下方からの斜視図である。 一実施形態に係る熱交換器の平面図である。 流路部の斜視図である。 バルブユニット群の斜視図である。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。 プレートの裏面側の平面図である。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。 バルブユニット群の内部構成を概略的に示す図である。 一実施形態のプラズマ処理装置を含む半導体製造システムを概略的に示す斜視図である。 一実施形態の温度制御方法を示すフローチャートである。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。 変形例に係る熱交換器の平面図である。 変形例に係る熱交換器の平面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

まず、一実施形態のシステムを備えるプラズマ処理装置について説明する。なお、後述するステージＳＴ、バルブユニット群ＶＵ、第１の熱交換媒体供給装置１００ａ及び第２の熱交換媒体供給装置１００ｂは、一実施形態の温度制御可能なステージを含むシステムとして利用される。

図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置５０を概略的に示す断面図である。プラズマ処理装置５０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器５２を備えている。処理容器５２は、例えば、その表面に陽極酸化処理がされたアルミニウムから構成されている。この処理容器５２は接地されている。

処理容器５２の底部上には、ステージＳＴが配置されている。図１に示すように、ステージＳＴは、プレート２、ケース４、熱交換器６及び流路部８を備えている。図２を参照して、ステージＳＴについて詳細に説明する。図２は、ステージＳＴの分解斜視図である。図２に示すステージＳＴは、処理容器５２内で基板を支持するための載置台として利用される。

プレート２は、円盤形状を有しており、例えばアルミニウムといった金属によって構成されている。プレート２は、表面側２ａと裏面側２ｂを有している。プレート２の表面側２ａの上には、基板Ｗが載置され得る。

ケース４は、例えばステンレスといった金属によって構成されており、側壁４ａと底壁４ｂとを有している。側壁４ａは、円筒形状を有しており、その内部に収容空間ＡＳを画成している。側壁４ａは、円筒軸線方向に沿って延びており、プレート２を下方から支持する。底壁４ｂは、側壁４ａの下端部に接続されている。側壁４ａの上端面４ｃには、該上端面４ｃに沿って環状に延在するＯリング１０が設けられ得る。この上端面４ｃには、例えばねじ止めによってＯリング１０を介してプレート２が気密に固定される。これにより、収容空間ＡＳがステージよって上方から画成される。側壁４ａには、複数の供給管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、及び、複数の回収管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが設けられている。複数の供給管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは、側壁４ａの径方向に沿って延びており、それぞれ第１の開口１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ（特に区別する必要がないときには、単に「第１の開口１６」という））を介して収容空間ＡＳに連通している。回収管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは、側壁４ａの径方向に沿って延びており、それぞれ第２の開口１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ（特に区別する必要がないときには、単に「第２の開口１８」という））を介して収容空間ＡＳに連通している。

熱交換器６及び流路部８は、ケース４の収容空間ＡＳ内に収容される。図３〜５を参照して、熱交換器６について詳細に説明する。図３は、熱交換器６の斜視図である。図３に示すように、熱交換器６は、隔壁２０、複数の第１の管２２及び複数の第２の管２４を含んでいる。熱交換器６は、プレート２の裏面側２ｂに２次元的に配列される複数の領域であり、プレート２の裏面側２ｂにおいて複数の同心円によって境界付けられる複数のゾーンの各々を周方向に分割してなる複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、供給された熱交換媒体を個別に回収するように構成されている。

隔壁２０は、全体として円盤形状又は円柱形状をなしており、当該隔壁２０の中心軸方向に延びるセル部Ｃを複数有している。複数のセル部Ｃは、熱交換器６の径方向及び周方向に沿って２次元的に配列されている。複数のセル部Ｃの各々は、平面視において熱交換器６の外側に向かうにつれて幅が広くされた略矩形状の平面形状を有している。複数のセル部Ｃは、断面が略四角形状の複数の空間Ｓをそれぞれ画成している。即ち、隔壁２０は、プレート２の下方において２次元的に配列され、且つ互いに内包しない複数の空間Ｓを形成する。複数のセル部Ｃのうち１つのセル部Ｃを図４に示す。図４（ａ）はセル部Ｃの平面図であり、図４（ｂ）はセル部の上方からの斜視図であり、図４（ｃ）はセル部の下方からの斜視図である。これらのセル部Ｃは、上方からの平面視においてハニカム構造を形成するように互いに結合されていてもよい。

複数の第１の管２２はそれぞれ、平面視において対応の空間Ｓの略中心位置を通って延在している。これら複数の第１の管２２は、プレート２の裏面側２ｂ（図２）に向けて互いに略平行に延びている。複数の第１の管２２の各々は、その周囲の空間を画成する隔壁２０によって囲まれている。複数の第１の管２２の各々は、第１の開口端２２ａ及び第２の開口端２２ｂを有している。第１の開口端２２ａは、裏面側２ｂに対面するように配置されている。第２の開口端２２ｂは、第１の開口端２２ａの反対側に位置しており、空間Ｓの下方に位置している。複数の第１の管２２は、後述する第１の熱交換媒体供給装置１００ａ又は第２の熱交換媒体供給装置１００ｂから熱交換媒体を受けて第１の開口端２２ａから吐出する管として機能する。

複数の第２の管２４は、複数の空間Ｓにそれぞれ連通するよう隔壁２０に接続されている。複数の第２の管２４の各々の下端部には、開口２４ａが設けられている。複数の第２の管２４は、複数の第１の管２２の第１の開口端２２ａから吐出され当該第１の管２２を囲む空間Ｓ内に回収された熱交換媒体を外部に排出される管として機能する。かかる熱交換器６においては、第１の管２２、当該第１の管を囲む空間Ｓを画成する隔壁２０、及び、当該空間Ｓに連通する第２の管２４は、熱交換部を構成している。よって、熱交換器６は、互いに内包しないように二次元的に並べられた複数の熱交換部を有している。

一実施形態では、熱交換器６は、樹脂、セラミック、又は金属を主成分として構成され得る。なお、隣り合う熱交換器６の影響を抑制するため熱伝導率が低い材料、例えば、セラミックや樹脂を用いることが望ましく、特に樹脂であることが好ましい。なお、強度や熱伝導率を変更するために熱交換器６を構成する材料を部分的に変更してもよい。例えば、複数の第１の管２２の第１の開口端２２ａが炭素、セラミック粉、ガラス繊維、金属粉などを含有する樹脂によって構成されてもよい。これにより、第１の開口端２２ａの強度を局所的に高めることができる。また、熱交換器６は、例えば３Ｄプリンタを用いて形成することができる。

図５は、熱交換器６の平面図を示している。熱交換器６は、その中心軸線を中心とした複数の同心円によって境界付けられる複数のゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、及びＺ５に分割されている。即ち、ゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４及びＺ５は、複数の同心円状の境界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４によって互いに区画されている。ゾーンＺ１は、熱交換器６の中心軸線を中心とする環状の領域であり、熱交換器６の外縁部に位置している。ゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４は、ゾーンＺ１と同心の環状の領域であり、それぞれゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３の内側に位置している。ゾーンＺ５は、ゾーンＺ４の内側に位置する円形の領域であり、熱交換器６の中心部に位置している。これらのゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５の各々の内部には、複数のセル部Ｃが周方向に沿って配列されている。また、境界Ｂ３上において四方のセル部Ｃの隔壁２０が交差する位置には、熱交換器６の中心軸線方向に沿って延びる３つの孔ＨＬが形成されている。これらの孔ＨＬは、基板を被載置面から持ち上げるために利用されるリフトアップピンを挿通するための孔として利用される。

次に、流路部８について説明する。図６は、流路部８の斜視図である。流路部８は、熱交換器６の下方に配置されており、熱交換器６に熱交換媒体を供給するための流路、及び、熱交換器６から熱交換媒体を回収するための流路を提供する。

図６に示すように、流路部８は、略円柱形のブロック体であり、上面８ａ及び側面８ｂを有している。流路部８には、その内部を貫通する複数の供給流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ（特に区別する必要がないときには、単に「供給流路２６」という）、及び、複数の回収流路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ（特に区別する必要がないときには、単に「回収流路２８」という）が形成されている。流路部８には、その側面８ｂから上面８ａに向けて流路部８の内部を貫通する小径の空洞が複数形成されており、これらの空洞が複数の供給流路２６及び複数の回収流路２８を構成している。

供給流路２６ａは、その途中位置で分岐されており、複数の一端部２６ａ１及び１つの他端部２６ａ２を有している。複数の一端部２６ａ１は、流路部８の上面８ａにおいて、ゾーンＺ１内に配列される複数の第１の管２２にそれぞれ対応する位置に形成されており、ゾーンＺ１内に配列される複数の第１の管２２における第２の開口端２２ｂにそれぞれ接続される。他端部２６ａ２は、流路部８の側面８ｂに形成されている。他端部２６ａ２は、ケース４の第１の開口１６ａに対応する位置に形成されており、ケース４内に収容された状態において第１の開口１６ａに対面する。供給流路２６ａは、第１の開口１６ａを介して流入した熱交換媒体を、熱交換器６のゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に供給するための流路として利用される。

回収流路２８ａは、その途中位置で分岐されており、複数の一端部２８ａ１及び１つの他端部２８ａ２を有している。複数の一端部２８ａ１は、流路部８の上面８ａにおいて、ゾーンＺ１内に配列される複数の第２の管２４にそれぞれ対応する位置に形成されており、ゾーンＺ１内に配列される複数の第２の管２４における開口２４ａにそれぞれ接続される。他端部２８ａ２は、流路部８の側面８ｂに形成されている。他端部２８ａ２は、ケース４の第２の開口１８ａに対応する位置に形成されており、ケース４内に収容された状態において第２の開口１８ａに対面する。回収流路２８ａは、熱交換器６のゾーンＺ１内に配列された複数の第２の管２４を介して熱交換器６から回収された熱交換媒体を、第２の開口１８ａを介してステージＳＴの外部に排出するための流路として利用される。

供給流路２６ａと同様に、供給流路２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは、それぞれ複数の一端部２６ｂ１、２６ｃ１、２６ｄ１、２６ｅ１、及び、１つの他端部２６ｂ２、２６ｃ２、２６ｄ２、２６ｅ２を有している。複数の一端部２６ｂ１、２６ｃ１、２６ｄ１、２６ｅ１は、流路部８の上面８ａにおいて、それぞれゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列される複数の第１の管２２に対応する位置に形成されており、それぞれゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列される複数の第１の管２２における第２の開口端２２ｂに接続される。他端部２６ｂ２、２６ｃ２、２６ｄ２、２６ｅ２は、流路部８の側面８ｂに形成されている。他端部２６ｂ２、２６ｃ２、２６ｄ２、２６ｅ２は、ケース４の第１の開口１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅに対応する位置にそれぞれ形成されており、ケース４内に収容された状態において第１の開口１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅに対面する。供給流路２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは、それぞれ第１の開口１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを介して流入した熱交換媒体を、それぞれ熱交換器６のゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列された複数の第１の管２２に供給するための流路として利用される。

また、回収流路２８ａと同様に、回収流路２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅは、それぞれ複数の一端部２８ｂ１、２８ｃ１、２８ｄ１、２８ｅ１、及び、１つの他端部２８ｂ２、２８ｃ２、２８ｄ２、２８ｅ２を有している。複数の一端部２８ｂ１、２８ｃ１、２８ｄ１、２８ｅ１は、流路部８の上面８ａにおいて、それぞれゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列される複数の第２の管２４に対応する位置に形成されており、それぞれゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列される第２の管２４における開口２４ａに接続される。他端部２８ａ２は、流路部８の側面８ｂに形成されている。他端部２８ｂ２、２８ｃ２、２８ｄ２、２８ｅ２は、ケース４の第２の開口１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅに対応する位置に形成されており、ケース４内に収容された状態において第２の開口１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅに対面する。回収流路２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅは、それぞれ熱交換器６のゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列された複数の第２の管２４を介して熱交換器６から回収された熱交換媒体を、それぞれ第２の開口１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅを介してステージＳＴの外部に排出するための流路として利用される。

これらの複数の供給流路２６及び複数の回収流路２８は、互いに連通しない独立した流路として形成されている。一実施形態では、複数の供給流路２６は互いに等しいコンダクタンスを有しており、複数の回収流路２８は互いに等しいコンダクタンスを有している。ここで、コンダクタンスとは、流体の流れやすさを示す指標であり、流路の径、長さ及び屈曲率によって定まる値である。例えば、複数の供給流路２６及び複数の回収流路２８は、流路の長さに応じて流路の径及び屈曲率を調整することにより、互いのコンダクタンスが均一化される。なお、一実施形態では、流路部８は、隣り合う流路間の影響を抑制するために熱伝導率が低い材料、例えば、セラミックや樹脂を主成分として構成され得る。特に樹脂であることが好ましい。このような流路部８は、例えば３Ｄプリンタを用いて形成することができる。特に、１００〜１０００本の多数の流路を設ける際には、３Ｄプリンタを用いて形成することにより、流路の配置を三次元的に配置することが可能となるため、設計の自由度が増し、コンダクタンスの均一化に有効である。

図１の説明に戻り、プラズマ処理装置５０について説明する。ステージＳＴのプレート２の表面側２ａには、静電チャック５４が設けられている。静電チャック５４は、導電膜である電極５６を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極５６には、直流電源５８が電気的に接続されている。この静電チャック５４は、直流電源５８からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により基板Ｗを静電吸着保持することができる。

プラズマ処理装置５０は、処理容器５２の外部に配置されるバルブユニット群ＶＵを更に備えている。バルブユニット群ＶＵは、熱交換器６に対する熱交換媒体の供給又は遮断を、ゾーン毎に制御可能に構成されている。バルブユニット群ＶＵは、バルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５を含んでいる（図７）。なお、熱交換媒体とは、プレート２との熱の交換を目的としてステージＳＴ内を流通する流体であり、プレート２から熱を吸収する冷媒、及び、プレート２に熱を与える熱媒を含む概念である。冷媒として利用される熱交換媒体としては、例えば冷却水、フッ素系液体が用いられる。また、熱交換媒体は、液体に限らず、気化熱を利用した相変化冷却や、ガスを用いたガス冷却であってよい。

バルブユニット群ＶＵは、低温流体供給路４４を介して第１の熱交換媒体供給装置１００ａの供給ポートに接続されている。また、バルブユニット群ＶＵは、低温流体回収路４５を介して第１の熱交換媒体供給装置１００ａの回収ポートに接続されている。低温流体供給路４４は、一端部と他端部を有しており、他端部が分岐端４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅに分岐されている。図７に示すように、これらの分岐端４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅは、バルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５にそれぞれ接続されている。また、低温流体回収路４５は、一端部と他端部を有しており、他端部が分岐端４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅに分岐されている。これらの分岐端４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅは、バルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５にそれぞれ接続されている。

第１の熱交換媒体供給装置１００ａは、第１の温度に調整された熱交換媒体（以下、「低温流体」ともいう）を供給する装置である。第１の熱交換媒体供給装置１００ａは、例えば、低温流体回収路４５を介して複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５のそれぞれから回収した熱交換媒体を第１の温度に冷却し、第１の温度を有する熱交換媒体を低温流体供給路４４を介して複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５のそれぞれに供給する。第１の温度は、目標温度より低い温度であり、例えば摂氏−３０度とすることができる。

また、バルブユニット群ＶＵは、高温流体供給路４６を介して第２の熱交換媒体供給装置１００ｂの供給ポートに接続されている（図１）。また、バルブユニット群ＶＵは、高温流体回収路４７を介して第２の熱交換媒体供給装置１００ｂの回収ポートに接続されている。高温流体供給路４６は、一端部と他端部を有しており、他端部が分岐端４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅに分岐されている。図７に示すように、これらの分岐端４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅは、バルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５にそれぞれ接続されている。また、高温流体回収路４７は、一端部と他端部を有しており、他端部が分岐端４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅに分岐されている。これらの分岐端４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅは、バルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５にそれぞれ接続されている。

第２の熱交換媒体供給装置１００ｂは、第１の温度よりも高い第２の温度に調整された熱交換媒体（以下、「高温流体」ともいう）を供給する装置である。第２の熱交換媒体供給装置１００ｂは、例えば、高温流体回収路４７を介して複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５のそれぞれから回収した熱交換媒体を第２の温度に加熱し、第２の温度を有する熱交換媒体を高温流体供給路４６を介して複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５のそれぞれに供給する。第２の温度は、目標温度よりも高い温度であり、例えば摂氏９０度とすることができる。

次に、バルブユニット群ＶＵのバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５について説明する。図７に示すように、バルブユニットＶＵ１は、第１の配管４０ａを介して供給流路２６ａに接続されている。更に、バルブユニットＶＵ１は第２の配管４２ａを介して回収流路２８ａに接続されている。一例では、第１の配管４０ａ及び第２の配管４２ａは、それぞれケース４の供給管１２ａ及び回収管１４ａに挿入されることにより、供給流路２６ａ及び回収流路２８ａに接続され得る。バルブユニットＶＵ１は、第１の熱交換媒体供給装置１００ａ又は第２の熱交換媒体供給装置１００ｂからゾーンＺ１内に配列される複数の第１の管２２に対する熱交換媒体の供給を許容又は遮断する機能を有する。また、バルブユニットＶＵ１は、低温流体供給路４４を介して供給される低温流体と高温流体供給路４６を介して供給される高温流体とから、ゾーンＺ１内に配列される複数の第１の管２２に供給される熱交換媒体を選択的に切り替える機能を有している。

バルブユニットＶＵ１と同様に、バルブユニットＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、及びＶＵ５は、第１の配管４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅを介して供給流路２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅにそれぞれ接続されている。バルブユニットＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、及びＶＵ５は、第２の配管４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅを介して回収流路２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅにそれぞれ接続されている。バルブユニットＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、及びＶＵ５は、第１の熱交換媒体供給装置１００ａ又は第２の熱交換媒体供給装置１００ｂから、それぞれゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列される複数の第１の管２２に対する熱交換媒体の供給を許容又は遮断する機能を有する。また、バルブユニットＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、及びＶＵ５は、低温流体供給路４４を介して供給される低温流体と高温流体供給路４６を介して供給される高温流体とから、ゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列される複数の第１の管２２に供給される熱交換媒体をそれぞれ選択的に切り替える機能を有している。

再び図１に戻り、処理容器５２内には、上部電極６０が設けられている。この上部電極６０は、下部電極として機能するプレート２の上方において、当該プレート２と対向配置されており、プレート２と上部電極６０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極６０とプレート２との間には、例えば基板Ｗにプラズマエッチングを行うための処理空間ＰＳが画成されている。

上部電極６０は、絶縁性遮蔽部材６２を介して、処理容器５２の上部に支持されている。上部電極６０は、電極板６４及び電極支持体６６を含み得る。電極板６４は、処理空間ＰＳに面しており、複数のガス吐出孔６４ａを画成している。この電極板６４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。電極板６４は、接地されている。

電極支持体６６は、電極板６４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体６６は、水冷構造を有し得る。電極支持体６６の内部には、ガス拡散室６６ａが設けられている。このガス拡散室６６ａからは、ガス吐出孔６４ａに連通する複数のガス通流孔６６ｂが下方に延びている。また、電極支持体６６にはガス拡散室６６ａに処理ガスを導くガス導入口６６ｃが形成されており、このガス導入口６６ｃには、ガス供給管６８が接続されている。

ガス供給管６８には、バルブ７２及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７４を介して、ガス源７０が接続されている。なお、ＭＦＣの代わりにＦＣＳが設けられていてもよい。ガス源７０は、処理ガスのガス源である。このガス源７０からの処理ガスは、ガス供給管６８からガス拡散室６６ａに至り、ガス通流孔６６ｂ及びガス吐出孔６４ａを介して処理空間ＰＳに吐出される。

また、プラズマ処理装置５０は、接地導体５２ａを更に備え得る。接地導体５２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器５２の側壁から上部電極６０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。

また、プラズマ処理装置５０では、処理容器５２の内壁に沿ってデポシールド７６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド７６は、ステージＳＴの外周にも設けられている。デポシールド７６は、処理容器５２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

処理容器５２の底部側においては、ステージＳＴと処理容器５２の内壁との間に排気プレート７８が設けられている。排気プレート７８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート７８の下方において処理容器５２には、排気口５２ｅが設けられている。排気口５２ｅには、排気管５３を介して排気装置８０が接続されている。排気装置８０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器５２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器５２の側壁には基板Ｗの搬入出口５２ｇが設けられており、この搬入出口５２ｇはゲートバルブ８１により開閉可能となっている。

一実施形態においては、プラズマ処理装置５０は、高周波電源ＨＦＧ、高周波電源ＬＦＧ、整合器ＭＵ１、及び、整合器ＭＵ２を更に備えている。高周波電源ＨＦＧは、プラズマ生成用の高周波電力を発生するものであり、２７ＭＨｚ以上の周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力を整合器ＭＵ１を介して、プレート２に供給する。整合器ＭＵ１は、高周波電源ＨＦＧの内部（又は出力）インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させる回路を有している。また、高周波電源ＬＦＧは、イオン引き込み用の高周波バイアス電力を発生するものであり、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば、３ＭＨｚの高周波バイアス電力を、整合器ＭＵ２を介してプレート２に供給する。整合器ＭＵ２は、高周波電源ＬＦＧの内部（又は出力）インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させる回路を有している。なお、下部電極はプレート２と別体として設けられても良い。

また、一実施形態においては、プラズマ処理装置５０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置５０の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系等を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置５０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置５０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置５０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置５０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。

次に、ステージＳＴ内部の熱交換媒体の流れについて説明する。図８は、熱交換器６内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。

第１の熱交換媒体供給装置１００ａ又は第２の熱交換媒体供給装置１００ｂによって第１の開口１６からステージＳＴ内に供給された熱交換媒体は、流路部８の複数の供給流路２６を通過し、第２の開口端２２ｂを介して複数の第１の管２２にそれぞれ流入する。第２の開口端２２ｂから流入した熱交換媒体は、複数の第１の管２２に沿って上方に移動し、第１の開口端２２ａからプレート２の裏面側２ｂに向けて放出される。第１の開口端２２ａから放出された熱交換媒体は、第１の開口端２２ａに対面するプレート２の裏面側２ｂに接触することでプレート２との間で熱交換を行う。熱交換を行った熱交換媒体は、隔壁２０に沿って下方に移動し、複数の第２の管２４の開口２４ａから空間Ｓの外部に排出される。空間Ｓから排出された熱交換媒体は、開口２４ａに接続された複数の回収流路２８、第２の開口１８を介して第１の熱交換媒体供給装置１００ａ又は第２の熱交換媒体供給装置１００ｂに戻される。

上記のように、熱交換器６は、互いに平行に延在するよう二次元的に並べられた第１の管２２から個別に熱交換媒体が吐出され、吐出された熱交換媒体が対応の空間Ｓを介して第２の管２４によって回収されるように構成されている。即ち、熱交換器６には、２次元的に配列された複数の空間Ｓが設けられており、これら空間Ｓは、互いに独立した熱交換媒体の流路を提供する熱交換部として機能する。かかる空間Ｓによれば、プレート２の裏面側２ｂに対面する第１の開口端２２ａから熱交換媒体が個別に放出されるので、図９に示すように、プレート２の裏面側２ｂに２次元的に配列される複数の領域Ｒに対して個別に熱交換媒体が供給される。したがって、複数の第１の管２２から複数の領域Ｒに供給される熱交換媒体の温度に差異が生じることが抑制される。また、空間Ｓから排出された熱交換媒体はプレート２に対して垂直方向（点状）に供給されるため、熱交換媒体がプレート２に対して水平方向（線状）に供給するよりも、熱交換媒体が供給される１つの単位内にて、均一に制御性良く熱交換媒体を供給することができる。

また、複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５は、複数の第１の管２２に対する熱交換媒体の供給又は遮断を、複数のゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５毎に制御可能に構成されている。かかる複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５によれば、プレート２の裏面側２ｂに分布する複数のゾーンＺｎ１、Ｚｎ２、Ｚｎ３、Ｚｎ４、Ｚｎ５に対する熱交換媒体の供給又は遮断をそれぞれ制御することができる。したがって、このシステムによれば、プレート２の裏面側２ｂの温度を綿密に制御することができる。例えば、複数のゾーンＺｎ１、Ｚｎ２、Ｚｎ３、Ｚｎ４、Ｚｎ５の温度をあえて不均一にすることにより、基板上方に生成されたプラズマが不均一な場合でも処理の面内均一性を実現することができる。なお、これらのプレート２のゾーンＺｎ１、Ｚｎ２、Ｚｎ３、Ｚｎ４、Ｚｎ５は、それぞれ熱交換器６のゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５に対面する領域であり、複数の同心円によって境界付けられる領域である。即ち、ゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列される複数の第１の管２２は、それぞれプレート２のゾーンＺｎ１、Ｚｎ２、Ｚｎ３、Ｚｎ４、Ｚｎ５に対面する複数の第１の管２２であるといえる。一実施形態では、プレート２には、各ゾーンの温度を計測する温度計測手段が設けられていてもよい。

なお、一実施形態では、図１０に示すように、空間Ｓを画成するプレート２の裏面側２ｂには、表面側２ａに向けて延びる凹部８２が複数形成されており、これらの複数の凹部８２に複数の第１の開口端２２ａがそれぞれ挿入されていてもよい。この凹部８２は、当該凹部８２を上方から画成する上壁８２ａ、及び、当該凹部８２を側方から画成する側壁面８２ｂを有している。凹部８２は、水平方向の断面形状が任意の多角形や円形であってもよく、セル部Ｃと同形状であってよい。図１０に示す実施形態では、凹部８２の上壁８２ａ及び側壁面８２ｂが熱交換媒体との接触面となるので、熱交換面積が増加する。また、熱交換位置を熱の発生源に近い表面側２ａに近づけることができる。したがって、この実施形態では、熱交換効率が向上される。

次に、図１１を参照して複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５について詳細に説明する。図１１に示すように、複数のバルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５は、互いに同じ構成を有しているので、以下では、主にバルブユニットＶＵ１についてのみ説明する。バルブユニットＶＵ１は、第１の熱交換媒体供給装置１００ａ及び第２の熱交換媒体供給装置１００ｂと熱交換器６との間に配置される。

バルブユニットＶＵ１は、第１のバルブ１０２及び第２のバルブ１０４を備えている。第１のバルブ１０２は、第１ポート１０２ａ、第２ポート１０２ｂ、第３ポート１０２ｃを有する三方弁である。第２のバルブ１０４は、第１ポート１０４ａ、第２ポート１０４ｂ、第３ポート１０４ｃを有する三方弁である。第１のバルブ１０２及び第２のバルブ１０４は、互いに独立して各弁を開閉可能に構成されている。

第１のバルブ１０２の第１ポート１０２ａには、第１の供給ライン１０６（第１の熱交換媒体供給ライン）の一端が接続されている。第１の供給ライン１０６の他端は、低温流体供給路４４の分岐端４４ａを介して第１の熱交換媒体供給装置１００ａの供給ポートに接続されている。第１のバルブ１０２の第２ポート１０２ｂには、第１の回収ライン１０８の一端が接続されている。第１の回収ライン１０８の他端は、低温流体回収路４５の分岐端４５ａを介して第１の熱交換媒体供給装置１００ａの回収ポートに接続されている。

また、第２のバルブ１０４の第１ポート１０４ａには、第２の供給ライン１１０（第２の熱交換媒体供給ライン）の一端が接続されている。第２の供給ライン１１０の他端は、高温流体供給路４６の分岐端４６ａを介して第２の熱交換媒体供給装置１００ｂの供給ポートに接続されている。第２のバルブ１０４の第２ポート１０４ｂには、第２の回収ライン１１２の一端が接続されている。第２の回収ライン１１２の他端は、高温流体回収路４７の分岐端４７ａを介して第２の熱交換媒体供給装置１００ｂの回収ポートに接続されている。

また、第１の回収ライン１０８の途中位置には、第２の回収ライン１１２に並列に接続された第１のバイパスライン１１４が接続されている。第１のバイパスライン１１４上には第３のバルブ１１６及び第４のバルブ１１８が直列に接続されている。第３のバルブ１１６及び第４のバルブ１１８は、互いに独立して開閉を制御可能な二方弁である。

第１のバルブ１０２の第３ポート１０２ｃ及び第２のバルブ１０４の第３ポート１０４ｃは、それぞれ第１のライン１２０ａ及び第２のライン１２０ｂを介して共通ライン１２０に接続されている。共通ライン１２０の他端部は、第１のライン１２０ａ及び第２のライン１２０ｂに接続されている。第１のライン１２０ａは第１のバルブ１０２の第３ポート１０２ｃに接続され、第２のライン１２０ｂは第２のバルブ１０４の第３ポート１０４ｃに接続されている。共通ライン１２０の一端部は、第１の配管４０ａ、供給流路２６ａを介して熱交換器６のゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に接続されている。

また、バルブユニットＶＵ１には、一端が第２の配管４２ａに接続され、他端が第１のバイパスライン１１４における第３のバルブ１１６及び第４のバルブ１１８の間の位置に接続される帰還ライン１２２が設けられている。帰還ライン１２２の途中位置及び共通ライン１２０の途中位置に設けられる接続点ＣＰには、第２のバイパスライン１２４の両端がそれぞれ接続されている。第２のバイパスライン１２４上にはポンプＰ及び逆止弁ＣＶが接続されている。

バルブユニットＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５は、バルブユニットＶＵ１と同様の構成を有しているが、バルブユニットＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５の共通ライン１２０の一端部は、供給流路２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅを介して、それぞれゾーンＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５内に配列された複数の第１の管２２に接続されている。また、バルブユニットＶＵ１、ＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５の第１のバルブ１０２及び第２のバルブ１０４は、互いに独立して開閉を制御可能に構成されている。

次に、熱交換媒体の流通経路について説明する。一実施形態のシステムは、制御部Ｃｎｔからの制御信号を用いてバルブユニット群ＶＵ内の各種バルブの開閉を制御することにより、熱交換媒体の流通状態を第１の流通状態、第２の流通状態、第３の流通状態に切り替えることが可能である。第１の流通状態では、低温流体が熱交換器６の各ゾーンに供給される。第２の流通状態では、高温流体が熱交換器６の各ゾーンに供給される。第３の流通状態では、熱交換器６に対する低温流体および高温流体の供給が遮断される。

［第１の流通状態］
まず、第１の流通状態について説明する。第１の流通状態とする場合には、第１のバルブ１０２は、第１ポート１０２ａと第２ポート１０２ｂとの接続が遮断され、第１ポート１０２ａと第３ポート１０２ｃと接続が許容されるように制御される。第２のバルブ１０４は、第１ポート１０４ａと第２ポート１０４ｂとの接続が許容され、第１ポート１０２ａと第３ポート１０２ｃと接続が遮断されるように制御される。また、第３のバルブ１１６は開放され、第４のバルブ１１８は閉鎖される。

第１の流通状態では、第１の熱交換媒体供給装置１００ａから低温流体供給路４４の分岐端４４ａを介して流入した低温流体が、第１の供給ライン１０６、第１のライン１２０ａ、及び共通ライン１２０を経由し、第１の配管４０ａ及び供給流路２６ａを介して、ゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に供給される。ゾーンＺ１内に配列された複数の第２の管２４からそれぞれ回収された熱交換媒体は、回収流路２８ａ及び第２の配管４２ａを介してバルブユニットＶＵ１に流入する。バルブユニットＶＵ１に流入した熱交換媒体の一部は、帰還ライン１２２、第１のバイパスライン１１４上の第３のバルブ１１６、第１の回収ライン１０８を経由し、低温流体回収路４５の分岐端４５ａを介して第１の熱交換媒体供給装置１００ａに戻される。バルブユニットＶＵ１に流入した熱交換媒体の残りの一部は、帰還ライン１２２、第２のバイパスライン１２４、共通ライン１２０を経由し、第１の配管４０ａ及び供給流路２６ａを介してゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に循環供給される。

一方、第２の熱交換媒体供給装置１００ｂから高温流体供給路４６の分岐端４６ａを介して流入した高温流体は、第２の供給ライン１１０及び第２の回収ライン１１２を経由し、共通ライン１２０に流入することなく、第２の熱交換媒体供給装置１００ｂに戻される。このように、第１の流通状態では、熱交換器６のゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に対して低温流体が供給され、熱交換器６のゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に対する高温流体の供給が遮断される。

［第２の流通状態］
次に、第２の流通状態について説明する。第２の流通状態とする場合には、第１のバルブ１０２は、第１ポート１０２ａと第２ポート１０２ｂとの接続が許容され、第１ポート１０２ａと第３ポート１０２ｃと接続が遮断されるように制御される。第２のバルブ１０４は、第１ポート１０４ａと第２ポート１０４ｂとの接続が遮断され、第１ポート１０２ａと第３ポート１０２ｃと接続が許容されるように制御される。また、第３のバルブ１１６は閉鎖され、第４のバルブ１１８は開放される。

第２の流通状態においては、第１の熱交換媒体供給装置１００ａから低温流体供給路４４の分岐端４４ａを介して流入した低温流体は、第１の供給ライン１０６及び第１の回収ライン１０８を経由し、共通ライン１２０に流入することなく、第１の熱交換媒体供給装置１００ａに戻される。

一方、第２の熱交換媒体供給装置１００ｂから高温流体供給路４６の分岐端４６ａを介して流入した高温流体は、第２の供給ライン１１０、第２のライン１２０ｂ及び共通ライン１２０を経由し、第１の配管４０ａ及び供給流路２６を介してゾーンＺ１内の複数の第１の管２２に供給される。ゾーンＺ１内の複数の第２の管２４から回収された熱交換媒体は、回収流路２８及び第２の配管４２ａを介してバルブユニットＶＵ１に流入する。バルブユニットＶＵ１に流入した熱交換媒体の一部は、帰還ライン１２２、第１のバイパスライン１１４上の第４のバルブ１１８、第２の回収ライン１１２を経由し、高温流体回収路４７の分岐端４７ａを介して第２の熱交換媒体供給装置１００ｂに戻される。バルブユニットＶＵ１に流入した熱交換媒体の残りの一部は、帰還ライン１２２、第２のバイパスライン１２４、共通ライン１２０を経由し、第１の配管４０ａ及び供給流路２６を介してゾーンＺ１内の複数の第１の管２２に循環供給される。このように、第２の流通状態では、熱交換器６のゾーンＺ１内の複数の第１の管２２に対して高温流体が供給され、当該複数の第１の管２２に対する低温流体の供給が遮断される。

［第３の流通状態］
次に、第３の流通状態について説明する。第３の流通状態とする場合には、第１のバルブ１０２は、第１ポート１０２ａと第２ポート１０２ｂとの接続が許容され、第１ポート１０２ａと第３ポート１０２ｃと接続が遮断されるように制御される。第２のバルブ１０４は、第１ポート１０４ａと第２ポート１０４ｂとの接続が許容され、第１ポート１０４ａと第３ポート１０４ｃと接続が遮断されるように制御される。また、第３のバルブ１１６及び第４のバルブ１１８は閉鎖される。

第３の流通状態においては、第１の熱交換媒体供給装置１００ａから低温流体供給路４４の分岐端４４ａを介して流入した低温流体は、第１の供給ライン１０６及び第１の回収ライン１０８を流通し、共通ライン１２０に流入することなく、第１の熱交換媒体供給装置１００ａに戻される。第２の熱交換媒体供給装置１００ｂから高温流体供給路４６の分岐端４６ａを介して流入した高温流体は、第２の供給ライン１１０及び第２の回収ライン１１２を流通し、共通ライン１２０に流入することなく、第２の熱交換媒体供給装置１００ｂに戻される。即ち、第３の流通状態では、熱交換器６に対する低温流体および高温流体の供給が停止される。

また、過去に第１の流通状態又は第２の流通状態とされることで、熱交換器６の内部に熱交換媒体が残されているので、当該熱交換媒体は第２のバイパスライン１２４に設けられたポンプＰの動作により、流路内を循環する。具体的に、熱交換器６の内部の熱交換媒体は、回収流路２８及び第２の配管４２ａを介してバルブユニットＶＵ１に流入し、帰還ライン１２２、第２のバイパスライン１２４、共通ライン１２０を経由し、第１の配管４０ａ及び供給流路２６を介してゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に循環供給される。かかる第３の流通状態によれば、熱交換器６のゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２に対して第１の熱交換媒体供給装置１００ａ及び第２の熱交換媒体供給装置１００ｂからの熱交換媒体の供給が遮断される。

上記のように、バルブユニットＶＵ１は、各ポートの開閉を独立して制御することにより、低温流体及び高温流体を、互いに混合することなく複数の領域に対して供給可能に構成されている。すなわち、バルブユニットＶＵ１によれば、ゾーンＺ１内の複数の第１の管２２に供給される熱交換媒体を、低温流体又は高温流体に瞬時に切り替えることができる。特に、制御部Ｃｎｔは、第１のバルブ１０２の第３ポート１０２ｃが開放されている場合には第２のバルブ１０４の第３ポート１０４ｃが閉鎖され、第２のバルブ１０４の第３ポート１０４ｃが開放されている場合には第１のバルブ１０２の第３ポート１０２ｃが閉鎖されるように第１のバルブ１０２及び第２のバルブ１０４を制御する。したがって、ゾーンＺ１内に配列された複数の第１の管２２からプレート２のゾーンＺｎ１に対して供給される熱交換媒体の温度を急激に変化させることができ、その結果、プレート２の温度制御の応答性を向上することが可能となる。なお、バルブユニットＶＵ２、ＶＵ３、ＶＵ４、ＶＵ５においても、熱交換媒体の流通状態を第１の流通状態、第２の流通状態、第３の流通状態に個別に切り替えることが可能である。本実施形態では、低温流体、高温流体は一定の温度に保たれる。加えて、共通ライン１２０に流入する流体は、低温流体、高温流体、循環流体のいずれか１つである。したがって、本実施例による温度制御は、流体温度の制御ではなく、複数のバルブユニット群ＶＵを制御することによってプレート２の面内温度を調整することにより行われる。言い換えると、３つの温度の流体をどのゾーンにどれだけ供給するかによって、温度制御が行われる。このように構成すると、熱交換媒体自体の温度変化を用いて温度制御を行うよりも高速に温度制御を行うことができる。なお、複数のゾーンに対応してプレート２内に設置された温度計によって測定された値を制御に用いることができる。

図１２は、上述したプラズマ処理装置５０を含む半導体製造システムを概略的に示す斜視図である。通常、熱交換媒体供給装置は、スペースが限られたプラズマ処理装置５０が配置されるフロアには配置されず、異なるフロアに配置される。図１２に示す半導体製造システムは、第１の熱交換媒体供給装置１００ａ及び第２の熱交換媒体供給装置１００ｂをプラズマ処理装置５０とは異なるフロアに配置しているが、バルブユニット群ＶＵは、プラズマ処理装置５０と同じフロアに配置している。かかる構成では、プラズマ処理装置５０の近傍において、熱交換器６に供給される熱交換媒体を切り替えることができるので、より応答性の高い温度制御が可能となる。この場合、バルブユニット群ＶＵと、供給流路２６および回収流路２８の距離、すなわちバルブユニットＶＵ１〜ＶＵ５の各々と熱交換器６とを接続する流路の長さは、２ｍ以下とすることが望ましい。

次に、上述のシステムを用いた一実施形態のステージの温度制御方法について説明する。ここで、以下ではプレート２の裏面側２ｂは、第１のゾーンから第ｎのゾーンのｎ個のゾーンに分割されおり、ｎ個のゾーンがｍ個の領域に分割されているものとして説明する（ｎ、ｍは２以上の整数であり、ｎ＜ｍ）。また、このシステムは、バルブユニット群ＶＵとして、第１のバルブユニットから第ｎのバルブユニットのｎ個のバルブユニットを有しているものとする。この第１〜第ｎのバルブユニットは、それぞれ第１〜第ｎのゾーンに対する熱交換媒体の供給を制御するものとする。

図１３は、一実施形態のステージの温度制御方法ＭＴを示すフローチャートである。温度制御方法ＭＴは、例えば制御部ＣｎｔがバルブユニットＶＵ１〜ＶＵ５を制御することにより実行される。この方法ＭＴでは、まず工程Ｓ１が行われる。工程Ｓ１では、変数ｐが１に初期化される。次いで、工程Ｓ２では、第ｐのゾーンの温度が目標温度よりも高いか否かが判定される。第ｐのゾーンの温度が目標温度よりも高いと判定された場合には、工程Ｓ３が実行される。工程Ｓ３では、第ｐのバルブユニットが第１の流通状態になるように第ｐのバルブユニットのバルブが制御される。すなわち、第１の熱交換媒体供給装置１００ａと第ｐのゾーンとの間で低温流体が循環する。この工程Ｓ３により、プレート２の第ｐゾーンの温度が低下する。

工程Ｓ２において、第ｐのゾーンの温度が目標温度以下であると判定された場合には、工程Ｓ４が行われる。工程Ｓ４では、第ｐのゾーンの温度が目標温度よりも低いか否かが判定される。第ｐのゾーンの温度が目標温度よりも低いと判定された場合には、工程Ｓ５が行われる。工程Ｓ５では、第ｐのバルブユニットが第２の流通状態になるように第ｐのバルブユニットのバルブが制御される。すなわち、第２の熱交換媒体供給装置１００ｂと第ｐのゾーンとの間で高温流体が循環する。この工程Ｓ５により、プレート２の第ｐゾーンの温度が上昇する。

工程Ｓ４において、第ｐのゾーンの温度が目標温度以上、すなわち第ｐのゾーンの温度が目標温度であると判定された場合には、工程Ｓ６が行われる。工程Ｓ６では、第ｐのバルブユニットが第３の流通状態になるように第ｐのバルブユニットのバルブが制御される。すなわち、第ｐのバルブユニットの共通ライン１２０を循環する熱交換媒体を第１の熱交換媒体供給装置１００ａ及び第２の熱交換媒体供給装置１００ｂに戻すことなく、第ｐのゾーンと第ｐのバルブユニットのポンプＰ（第１のポンプ、第２のポンプ）と間で当該熱交換媒体を循環させる。

工程Ｓ３、工程Ｓ５又は工程Ｓ６が行われると、工程Ｓ７が行われる。工程Ｓ７では、変数ｐに１が加算される。次いで、工程Ｓ８では、変数ｐがゾーンの総数ｎ以下であるか否かが判定される。変数ｐがｎ以下である場合には、変数ｐがｎを超えるまで工程Ｓ３、工程Ｓ５又は工程Ｓ６は繰り返し実行される。変数ｐがｎを超えた場合には、処理を終了する。なお、工程Ｓ１〜Ｓ８は、所定の時間間隔で繰り返し実行され得る。

上述のように、方法ＭＴでは、プレート２の複数のゾーンの各々について温度の制御を行う。すなわち、第ｐのゾーンは、第１の熱交換媒体供給装置１００ａと第ｐのゾーンとの間で低温流体の循環させる工程と、第２の熱交換媒体供給装置１００ｂと第ｐのゾーンとの間で高温流体を循環させる工程と、熱交換媒体を第１の熱交換媒体供給装置１００ａ及び第２の熱交換媒体供給装置１００ｂに戻すことなく、第ｐのゾーンと第ｐのバルブユニットのポンプＰと間で前記熱交換媒体を循環させる工程と、を実行することで、第ｐのゾーンの温度が目標温度になるように制御される。なお、第１の熱交換媒体供給装置１００ａと第ｐのゾーンとの間で低温流体の循環させる工程、第２の熱交換媒体供給装置１００ｂと第ｐのゾーンとの間で高温流体を循環させる工程、及び、熱交換媒体を第１の熱交換媒体供給装置１００ａ及び第２の熱交換媒体供給装置１００ｂに戻すことなく、第ｐのゾーンと第ｐのバルブユニットのポンプＰと間で前記熱交換媒体を循環させる工程は、任意の順序で実行され得る。

以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、隔壁２０によって形成されるセル部Ｃは、四角柱状に限定されるものではなく、円柱状又は略多角形状を有していてもよい。

また、上述した実施形態は、熱交換器６と流路部８を別体としたが、一体で構成してもよい。また、上述した実施形態は、熱交換器６は、ケース４内に収容される構成としたが、ケース４の上方に設置するように構成してもよい。この場合、熱交換器６は、金属で形成される。

また、ステージＳＴが利用される処理装置は、プラズマ処理装置に限定されるものではない。ステージＳＴは、基板の温度を制御しつつ、当該基板を処理する装置であれば、任意の処理装置に利用され得る。例えば、塗布現像装置、洗浄装置、成膜装置、エッチング装置、アッシング装置、熱処理装置などの半導体製造装置やフラットパネルディスプレイ製造装置に好適に用いることができる。

また、上述した実施形態は、基板の温度分布を均一に制御することに注目して説明したがこれに限らない。例えば、不均一なプラズマの分布をあえて基板の温度分布を不均一にすることで相殺することができる。この場合、流路のコンダクタンスの調整、個々の流路への独立した熱交換媒体の供給によって不均一な基板の温度分布を実現できる。このようにすることで、面内均一な基板処理を行うことができる。また、処理装置内にヒータを設け、ヒータの配置や形状の調整、ヒータの温度制御を行ってもよい。また、上述した実施形態では、ステージを加熱するヒータ（加熱素子）を設けなくてもよい。つまり、本実施形態におけるステージは、高速な温度制御が可能であるため、熱交換媒体（主に冷媒）とヒータを併用しなくともウエハを適切な温度に制御することができる。特に、ヒータをゾーン分けして複数配列すると、ヒータの断線等により故障する確率が高まるが、本実施形態ではヒータを用いずに温度制御が可能となるため、装置を安定して稼働させることができる。

また、一実施形態では、図１４に示すように、複数の供給流路２６の一端部と複数の第１の管２２との間に複数の流量制御器ＦＣがそれぞれ設けられていてもよい。流量制御器ＦＣは、例えばニードルバルブ又はオリフィスであり、複数の第１の管２２の各々に流入する熱交換媒体の流量を制御する。なお、流量制御器ＦＣは、第１の配管４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅと供給流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅとの間にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、流量制御器ＦＣは、複数の第１の管２２に流入する熱交換媒体の流量をゾーン毎に制御することが可能となる。

また、上述した実施形態は、熱交換器６を複数の同心円によって境界付けられるゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５に分割していたが、ゾーンの形状は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、熱交換器６は、図１５に示すように、周方向に沿って複数のゾーンに分割されていてもよい。図１５に示す例では、熱交換器６が径方向に沿って６個のゾーンＺａ１〜Ｚａ６に分割されているが、分割するゾーンの数は任意に設定することができる。また、熱交換器６は、図１６に示すように、周方向及び径方向に沿って複数のゾーンに分割されていてもよい。図１６に示す例では、熱交換器６が周方向及び径方向に沿って１８個のゾーンＺｂ１〜Ｚｂ１８に分割されているが、ゾーンの数は任意に設定することができる。これらの場合には、プレート２の裏面側２ｂに供給される熱交換媒体の供給又は遮断を、周方向、或いは、周方向及び径方向に分割されたゾーン毎に制御することができる。

また、熱交換器は、図示した構成を有するものに限定されるものではなく、プレート２の中心軸線を中心とした複数の同心円によって境界付けられる複数のゾーンの各々を周方向に分割してなる複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、供給された熱交換媒体を個別に回収する構成であれば、任意の構成を有し得る。

また、第１のバルブ１０２及び第２のバルブ１０４は三方弁に限られない。第１のバルブ１０２及び第２のバルブ１０４は、第１の供給ライン１０６又は第２の供給ライン１１０から共通ライン１２０への熱交換媒体の流通を個別に制御することができれば、任意のバルブを採用することができる。また、上述した実施形態は、矛盾のない範囲で組み合わせることができる。

２…プレート、２ａ…表面側、２ｂ…裏面側、４…ケース、６…熱交換器、８…流路部、２０…隔壁、２２…第１の管、２２ａ…第１の開口端、２２ｂ…第２の開口端、２４…第２の管、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ…供給流路、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ…回収流路、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ…第１の配管、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ…第２の配管、４４…低温流体供給路、４５…低温流体回収路、４６…高温流体供給路、４７…高温流体回収路、５０…プラズマ処理装置、５２…処理容器、８２…凹部、１００ａ…第１の熱交換媒体供給装置、１００ｂ…第２の熱交換媒体供給装置、１０２…第１のバルブ、１０４…第２のバルブ、１０６…第１の供給ライン、１０８…第１の回収ライン、１１０…第２の供給ライン、１１２…第２の回収ライン、１１４…第１のバイパスライン、１１６…第３のバルブ、１１８…第４のバルブ、１２０…共通ライン、１２０ａ…第１のライン、１２０ｂ…第２のライン、１２２…帰還ライン、１２４…第２のバイパスライン、ＡＳ…収容空間、Ｃｎｔ…制御部、ＰＳ…処理空間、Ｒ…領域、Ｓ…空間、ＳＴ…ステージ、ＶＵ１，ＶＵ２，ＶＵ３，ＶＵ４，ＶＵ５…バルブユニット、Ｗ…基板、Ｚｎ１，Ｚｎ２，Ｚｎ３，Ｚｎ４，Ｚｎ５…ゾーン。

Claims (15)

1. 温度制御可能なステージを含むシステムであって、
   基板が載置される表面側と裏面側とを有する円盤状のプレートと、
   前記プレートの前記裏面側に２次元的に配列される複数の領域であり、前記プレートの前記裏面側において複数のゾーンの各々を分割してなる該複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、該複数の領域に供給された前記熱交換媒体を個別に回収するように構成された熱交換器と、
   前記熱交換器による前記複数の領域に対する前記熱交換媒体の供給又は遮断を、前記複数のゾーン毎に制御可能な複数のバルブユニットと、
   を備え、
   前記熱交換器は、
   前記プレートの下方において２次元的に配列される複数の第１の管であり、前記プレートの前記裏面側に向けて上方に延び、前記複数の領域のそれぞれに対面する開口端を提供する、該複数の第１の管と、
   前記複数の第１の管をそれぞれ囲む複数の空間を画成する隔壁と、
   前記複数の空間にそれぞれ連通するよう前記隔壁に接続する複数の第２の管と、
   を有し、
   前記複数の空間は、前記複数の第１の管の前記開口端のそれぞれから前記裏面側に向けて吐出される熱交換媒体が前記複数の第１の管のそれぞれの周囲の該複数の空間内に個別に回収されるよう、前記隔壁によって画成されている、
   システム。
2. 前記複数のバルブユニットの各々は、
   第１の熱交換媒体供給装置及び第２の熱交換媒体供給装置と、前記熱交換器との間に配置され、
   同一の前記ゾーンに対面する前記開口端を提供する前記複数の第１の管に接続される一端部と、他端部と、を有する共通ラインと、
   前記共通ラインの他端部に接続される第１のライン及び第２のラインと、
   前記第１の熱交換媒体供給装置に接続可能な第１の熱交換媒体供給ラインと、
   前記第２の熱交換媒体供給装置に接続可能な第２の熱交換媒体供給ラインと、
   前記第１のラインと前記第１の熱交換媒体供給ラインとの間に配置される第１のバルブと、
   前記第２のラインと前記第２の熱交換媒体供給ラインとの間に配置される第２のバルブと、
   を含み、
   前記第１のバルブ及び第２のバルブは、互いに独立して開閉可能である、
   請求項１に記載に記載のシステム。
3. 前記第１の熱交換媒体供給装置は、第１の温度に調整された前記熱交換媒体を供給し、
   前記第２の熱交換媒体供給装置は、前記第１の温度よりも高い第２の温度に調整された前記熱交換媒体を供給する、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記複数のバルブユニットの各々は、前記第１の温度に調整された前記熱交換媒体及び前記第２の温度に調整された前記熱交換媒体を、互いに混合することなく前記複数の領域に対して供給可能に構成されている、
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記第１のバルブが開放されている場合には前記第２のバルブが閉鎖され、前記第２のバルブが開放されている場合には前記第１のバルブが閉鎖されるように構成されている、
   請求項２〜４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記複数のゾーンは、前記プレートの裏面側において複数の同心円によって境界付けられており、
   前記複数の領域は、前記複数のゾーンの各々を前記プレートの周方向に分割する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のシステム。
7. 前記熱交換器は、前記プレートの裏面側に対して垂直に前記熱交換媒体を供給する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載のシステム。
8. 前記熱交換器は、樹脂を主成分として構成されている、
   請求項１〜７の何れか一項に記載のシステム。
9. 前記複数の第１の管の前記開口端は、炭素を含有する樹脂により構成されている、
   請求項８に記載のシステム。
10. 前記プレートの前記裏面側には、前記複数の第１の管の前記開口端がそれぞれ挿入される複数の凹部が形成されている、
    請求項１〜９の何れか一項に記載のシステム。
11. 前記プレートは、加熱素子を備えていない、
    請求項１〜１０の何れか一項に記載のシステム。
12. 前記複数のバルブユニットの各々と前記熱交換器とを接続する流路の長さが、２ｍ以下である、
    請求項１〜１１の何れか一項に記載のシステム。
13. ｎ個の前記バルブユニット、ｎ個に分割された前記ゾーン、及びｍ個の前記領域を有し、
    ｎ＜ｍである（ただし、ｎ及びｍは２以上の整数）、
    請求項１〜１２の何れか一項に記載のシステム。
14. 請求項１〜１３の何れか一項に記載のシステムを備える、半導体製造装置。
15. 基板を支持するための表面側と裏面側とを有するプレートを含むステージの温度制御方法であって、
    前記プレートの裏面側を分割する複数のゾーンのうち、第１のゾーンの温度を制御する工程であり、
    第１の熱交換媒体供給装置と前記第１のゾーンとの間で第１の温度に調整された熱交換媒体を循環させる工程と、
    第２の熱交換媒体供給装置と前記第１のゾーンとの間で前記第１の温度よりも高い第２の温度に調整された前記熱交換媒体を循環させる工程と、
    前記熱交換媒体を第１の熱交換媒体供給装置及び第２の熱交換媒体供給装置に戻すことなく、前記第１のゾーンと第１のポンプと間で前記熱交換媒体を循環させる工程と、
    を含む、該工程と、
    前記複数のゾーンのうち、第２のゾーンの温度を制御する工程であり、
    前記第１の熱交換媒体供給装置と前記第２のゾーンとの間で前記第１の温度に調整された熱交換媒体を循環させる工程と、
    前記第２の熱交換媒体供給装置と第２のゾーンとの間で前記第２の温度に調整された熱交換媒体を循環させる工程と、
    前記熱交換媒体を第１の熱交換媒体供給装置及び前記第２の熱交換媒体供給装置に戻すことなく、前記第２のゾーンと第２のポンプとの間で前記熱交換媒体を循環させる工程と、
    を含む、該工程と、
    を有する、温度制御方法。

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