JP6803815B2 - 基板処理装置、及び、基板処理装置の運用方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、基板処理装置、及び、基板処理装置の運用方法に関するものである。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、基板を処理するために、基板処理装置が用いられる。基板処理装置は、一般的に、チャンバ本体及びステージを備える。ステージは、チャンバ本体の内部空間の中において、基板を支持するように構成されている。

基板処理装置は、低温下で基板を処理する場合に、冷却装置を備える。冷却装置を備えた基板処理装置の一種として、特許文献１及び特許文献２には、直膨式の冷却装置を備えたプラズマ処理装置が記載されている。一般的に、直膨式の冷却装置は、圧縮機、凝縮器、圧力調整弁、及び、蒸発器を含む冷却ループを有する。基板処理装置では、ステージ内に冷媒流路が形成されており、当該ステージが蒸発器を構成する。直膨式の冷却装置を備えたプラズマ処理装置では、圧縮機の回転数が調整されることにより、基板の温度が調整される。

特開２０１１−１１９５１５号公報 特開２０１２−２８８１１号公報

直膨式の冷却装置は大型の装置であるので、蒸発器を構成するステージ以外の機器、即ち、圧縮機、凝縮器、及び、圧力調整弁を、チャンバ本体の近くに配置することができない。例えば、蒸発器以外の冷却装置の機器は、チャンバ本体が配置される部屋の階とは別の階の部屋に配置される。したがって、蒸発器以外の冷却装置の機器とステージの冷媒流路とは長い流路を介して接続されなければならない。故に、冷却装置を備えた基板処理装置では、基板の温度を高速に制御することができない。即ち、基板の温度制御の応答性が低い。また、圧縮機の動作のために大きな電力を要する。かかる背景から、基板の温度制御の応答性に優れ、且つ、冷却装置の消費電力を低減させることが求められている。

一態様においては、基板処理装置が提供される。基板処理装置は、チャンバ本体、ステージ、冷却装置、及び、ローカルループを備える。ステージは、チャンバ本体の内部空間の中に設けられている。ステージは、その上に載置される基板を支持するように構成されている。ステージの内部には冷媒流路が形成されている。冷却装置は、チャンバ本体の外部に設けられている。冷却装置は、圧縮機、凝縮器、第１の膨張弁、及び、蒸発器を含む冷却ループを有している。ローカルループは、冷却装置よりもチャンバ本体の近くに設けられている。ローカルループは、レシーバ、流速制御器、及び、蒸発圧力調整弁を有する。レシーバは、冷媒を貯留するよう構成されている。流速制御器は、レシーバと冷媒流路との間で接続されており、レシーバ内に貯留された冷媒の流速を調整して、当該冷媒を冷媒流路に供給するよう構成されている。蒸発圧力調整弁は、冷媒流路とレシーバとの間に接続されている。基板処理装置は、第１のバルブ、供給流路、第２のバルブ、第２の膨張弁、及び、排出流路を更に備える。第１のバルブは、冷却ループ内において、凝縮器と第１の膨張弁との間で接続されている。供給流路は、第１のバルブと凝縮器との間で冷却ループに接続された一端、及び、レシーバに接続された他端を有する。第２のバルブは、供給流路上に設けられている。第２の膨張弁は、供給流路上、且つ、第２のバルブとレシーバとの間に設けられている。排出流路は、蒸発圧力調整弁の出力側でローカルループに接続された一端、及び、第１の膨張弁と蒸発器との間で冷却ループに接続された他端を有する。

一態様に係る基板処理装置では、冷却装置から供給流路を介してレシーバに冷媒を供給し、当該冷媒をレシーバ内に貯留することができる。この基板処理装置は、レシーバ内に貯留された冷媒を、チャンバ本体の近くに設けられたローカルループ内で循環させることができる。したがって、この基板処理装置は、基板の温度制御の高い応答性を有する。また、ローカルループ内で冷媒を循環させている期間中には、冷却装置の圧縮機の回転速度を低い回転速度に設定することができる。したがって、この基板処理装置は、冷却装置の消費電力を低減させることが可能である。

一実施形態において、ステージは、冷媒流路への冷媒の入口、及び、冷媒流路からの冷媒の出口を有し、出口は入口よりもステージの外縁の近くに設けられている。冷媒流路は、入口から出口に近付くにつれてステージの上面に近付くように傾斜している。この実施形態によれば、冷媒流路内において発生した気体が、出口の近くに効率良く集められる。したがって、冷媒流路から効率よく気体を排出することができる。

一実施形態では、出口は、冷媒流路内に設けられており、冷媒流路内の気体を液体に対して優先的に排出するように、冷媒流路を画成する下壁面よりも鉛直方向において高い位置に設けられている。この実施形態によれば、冷媒流路内の気体を、冷媒流路内の液体よりも優先的に排出することができる。

一実施形態において、基板処理装置は、プラズマ処理装置である。ステージは、冷媒流路が形成された基台、及び、基台上に設けられた静電チャックを有する。一実施形態において、流速制御器は、圧縮機である。一実施形態において、第１のバルブ及び第２のバルブは、一つの三方弁によって提供されている。

別の態様においては、上述した一態様又は実施形態のうち何れかの基板処理装置の運用方法が提供される。この運用方法は、（ｉ）冷却装置から供給流路を介してレシーバに冷媒を供給する工程と、（ｉｉ）ステージ上に載置された基板が処理されている基板処理期間中に、ローカルループ内で冷媒を循環させる工程と、（ｉｉｉ）基板処理期間中に、冷却ループ内で冷媒を循環させる工程と、を含む。基板処理期間中の冷却装置の圧縮機の回転数は、冷媒を供給する工程の実行中の冷却装置の圧縮機の回転数よりも低い回転数に設定される。

上記運用方法では、基板の処理中には、ローカルループ内での冷媒の循環により基板の温度が調整される。したがって、高い応答性で基板の温度制御が行われ得る。また、基板の処理中には、冷却装置の圧縮機の回転数が低い回転数に設定される。したがって、冷却装置の消費電力が低くなる。

一実施形態では、チャンバ本体の内部空間とチャンバ本体の外部との間で基板が搬送されている期間中に、冷媒を供給する工程が実行される。即ち、基板が処理されていない期間中に、レシーバに冷媒が供給される。この実施形態によれば、基板処理が中断されることなく、レシーバに冷媒が補充される。したがって、基板処理のスループットが改善される。

以上説明したように、基板処理装置の基板の温度制御の応答性が高められ、且つ、冷却装置の消費電力が低減される。

一実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。 一実施形態の基板処理装置のチャンバ本体、電源系、及び、ガス供給系を概略的に示す図である。 ステージの冷媒流路の別の実施形態を示す図である。 ステージの冷媒流路の別の実施形態を示す図である。 一実施形態に係る基板処理装置の運用方法に関連するタイミングチャートである。 図６の（ａ）は、実験に用いた基板処理装置のステージの基台を示す平面図であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿ってとったステージの断面図である。 実験結果を示すグラフである。

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。

図１は、一実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。図１に示す基板処理装置１０は、チャンバ本体１２、ステージ１４、冷却装置１６、及び、ローカルループ１７を備えている。基板処理装置１０は、一実施形態では、プラズマ処理装置として構成されている。図２は、一実施形態の基板処理装置のチャンバ本体、電源系、及び、ガス供給系を概略的に示す図である。図２に示す一実施形態では、基板処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置として構成されている。

チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は、接地電位に接続されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち、内部空間１２ｓを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。また、チャンバ本体１２の側壁には通路１２ｐが形成されている。基板Ｗが内部空間１２ｓに搬入されるとき、また、基板Ｗが内部空間１２ｓから搬出されるときに、基板Ｗは通路１２ｐを通過する。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。

内部空間１２ｓの中では、支持部１３が、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、略円筒形状を有しており、石英といった絶縁材料から形成されている。ステージ１４は、支持部１３上に搭載されており、支持部１３によって支持されている。ステージ１４は、内部空間１２ｓの中で基板Ｗを支持するように構成されている。ステージ１４内には、冷媒流路１４ｆが形成されている。一実施形態において、冷媒流路１４ｆは、ステージ１４の中心から外側に向けて渦巻状に延在する。

一実施形態において、ステージ１４は、基台２０及び静電チャック２２を含んでいる。一実施形態では、冷媒流路１４ｆは、基台２０内に形成されている。基台２０は、アルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。基台２０は、下部電極を構成している。

静電チャック２２は、基台２０の上面２０ｔの上に設けられている。基台２０の上面２０ｔは、鉛直方向に直交する方向に延在する略平坦な面であり得る。静電チャック２２は、絶縁体から形成された本体、及び、当該本体内に設けられた膜状の電極を有している。静電チャック２２の電極には、直流電源が電気的に接続されている。直流電源から静電チャック２２の電極に電圧が印加されると、静電チャック２２上に載置された基板Ｗと静電チャック２２との間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２２に引き付けられ、当該静電チャック２２によって保持される。なお、基板処理装置１０には、ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を静電チャック２２と基板Ｗの裏面（下面）との間に供給するガス供給ラインが設けられていてもよい。また、静電チャック２２のエッジ及び基板Ｗのエッジを囲むように、フォーカスリングが配置されていてもよい。フォーカスリングは、例えばシリコンを含有する材料から形成される。

一実施形態において、基板処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、ステージ１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。上部電極３０は、この部材３２を介してチャンバ本体１２の上部に支持されている。後述するように第１の高周波電源５１が基台２０に電気的に接続されている場合には、上部電極３０は、接地電位に接続される。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいる。天板３４の下面は、内部空間１２ｓを画成している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。複数のガス吐出孔３４ａの各々は、天板３４を板厚方向（鉛直方向）に貫通している。この天板３４は、限定されるものではないが、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の母材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する部品である。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成され得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス拡散室３６ａにガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４は複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４４の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。

支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４６が設けられている。バッフルプレート４６は、例えば、アルミニウム製の母材に酸化イットリウム等のセラミックを被覆することにより構成され得る。このバッフルプレート４６には、多数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４６の下方においては、排気管４７がチャンバ本体１２の底部に接続されている。この排気管４７には、排気装置４８が接続されている。排気装置４８は、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、内部空間１２ｓを減圧することができる。

一実施形態において、基板処理装置１０は、第１の高周波電源５１を更に備えている。第１の高周波電源５１は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波は、２７〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば６０ＭＨｚの周波数を有する。第１の高周波電源５１は、整合器５３を介して、基台２０に電気的に接続されている。整合器５３は、第１の高周波電源５１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源５１は、整合器５３を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。

一実施形態では、基板処理装置１０は、第２の高周波電源５２を更に備えていてもよい。第２の高周波電源５２は、基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。第２の高周波の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。第２の高周波電源５２は、整合器５４を介して基台２０に電気的に接続されている。整合器５４は、第２の高周波電源５２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。

一実施形態では、基板処理装置１０は、制御部ＭＣを更に備え得る。制御部ＭＣは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、基板処理装置１０の各部を制御する。具体的に、制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいて基板処理装置１０の各部を制御する。これにより、基板処理装置１０は、レシピデータによって指定されたプロセスを実行するようになっている。

図１に示すように、冷却装置１６は、冷却ループ１６ｐを有する。冷却ループ１６ｐは、圧縮機６１、凝縮器６２、膨張弁６３（第１の膨張弁）、及び、蒸発器６４から構成されている。圧縮機６１は、蒸発器６４からの冷媒を圧縮する機器である。圧縮機６１によって圧縮された冷媒は、凝縮器６２に供給される。凝縮器６２は、圧縮機６１から供給された冷媒を凝縮させる機器である。凝縮器６２には、冷却水が供給される。凝縮器６２では、冷却水と圧縮機６１からの冷媒との間の熱交換により、当該冷媒が凝縮される。凝縮器６２において凝縮された冷媒は、バルブ６５（第１のバルブ）を介して、膨張弁６３に供給される。膨張弁６３では、凝縮器６２からの冷媒の圧力が減圧される。膨張弁６３によってその圧力が減圧された冷媒は、蒸発器６４に供給される。なお、バルブ６５は、開閉バルブであり得る。バルブ６５は、冷却ループ１６ｐ内で冷媒を循環させる場合に、開かれる。一方、バルブ６５は、冷却ループ１６ｐ内で冷媒を循環させない場合に、閉じられる。

ローカルループ１７は、冷却装置１６よりもチャンバ本体１２の近くに設けられている。ローカルループ１７は、レシーバ７１、流速制御器７２、及び、蒸発圧力調整弁７３を含んでいる。レシーバ７１は、冷媒を貯留するように構成された容器である。流速制御器７２は、レシーバ７１と冷媒流路１４ｆへの冷媒の入口との間で接続されている。流速制御器７２は、レシーバ７１に貯留されている冷媒を受け、当該冷媒の流速を制御して、当該冷媒を冷媒流路１４ｆに供給するように構成されている。一例では、流速制御器７２は、圧縮機であり得る。蒸発圧力調整弁７３は、冷媒流路１４ｆからの冷媒の出口とレシーバ７１との間で接続されている。

ローカルループ１７は、レシーバ７１に貯留されている冷媒を当該ローカルループ１７内で循環させることにより、ステージ１４（基台２０）を冷却し、当該ステージ１４上に載置された基板Ｗを冷却するようになっている。ステージ１４の温度は、流速制御器７２によって出力される冷媒の流速が増加すると高くなり、当該冷媒の流速が低くなると、低くなる。流速制御器７２が圧縮機である場合には、ステージ１４の温度は、流速制御器７２の回転数が高くなると高くなり、流速制御器７２の回転数が低くなると低くなる。

基板処理装置１０は、供給流路８０、バルブ８２（第２のバルブ）、膨張弁８４（第２の膨張弁）、及び、排出流路８６を更に備えている。供給流路８０の一端は、凝縮器６２とバルブ６５との間で、冷却ループ１６ｐの流路に接続されている。供給流路８０の他端は、レシーバ７１に接続されている。供給流路８０は、例えば、一以上の配管によって提供される。バルブ８２は、供給流路８０上に設けられている。バルブ８２は、開閉バルブであり得る。バルブ８２は、冷却装置１６から冷媒をレシーバ７１に供給する場合に、開かれる。バルブ８２は、冷却装置１６からレシーバ７１に冷媒を供給しない場合に、閉じられる。バルブ８２と上述のバルブ６５は、排他的に動作する。即ち、バルブ８２が開かれているときには、バルブ６５は閉じられ、バルブ８２が閉じられているときには、バルブ６５は開かれる。バルブ８２とバルブ６５は、独立した二方弁であってもよい。或いは、一つの三方弁Ｖ３によって、バルブ８２とバルブ６５が構成されていてもよい。

膨張弁８４は、バルブ８２とレシーバ７１との間に設けられている。レシーバ７１には液量計７５が設けられている。液量計７５は、レシーバ７１内の液量を表す測定値を取得するよう構成されている。液量計７５の測定値から冷媒をレシーバ７１に補充すべきと判断される場合には、制御部ＭＣの制御によってバルブ８２等が制御されて、冷却装置１６から冷媒がレシーバ７１に供給される。

排出流路８６は、一以上の配管によって提供されている。排出流路８６の一端は、蒸発圧力調整弁７３の出力側でローカルループ１７に接続されている。即ち、排出流路８６の一端は、蒸発圧力調整弁７３とレシーバ７１との間でローカルループ１７の流路に接続されている。排出流路８６の他端は、膨張弁６３と蒸発器６４との間で冷却ループ１６ｐの流路に接続されている。蒸発圧力調整弁７３からの気体（冷媒）は、排出流路８６を介して冷却ループ１６ｐに排出される。一方、蒸発圧力調整弁７３からの液体（冷媒）は、レシーバ７１に戻される。

基板処理装置１０では、冷却装置１６から供給流路８０を介してレシーバ７１に冷媒を供給し、当該冷媒をレシーバ７１内に貯留することができる。基板処理装置１０は、レシーバ７１内に貯留された冷媒を、チャンバ本体１２の近くに設けられたローカルループ１７内で循環させることができる。したがって、基板処理装置は、基板Ｗの温度制御の高い応答性を有する。また、ローカルループ１７内で冷媒を循環させている期間中には、冷却装置１６の圧縮機６１の回転速度を低い回転速度に設定することができる。したがって、冷却装置１６の消費電力を低減させることが可能である。

以下、ステージ１４の冷媒流路１４ｆに関する種々の実施形態について説明する。図３及び図４は、ステージの冷媒流路の別の実施形態を示す図である。図３に示すステージ１４の冷媒流路１４ｆは、基台２０内に形成されており、ステージ１４の中心から外縁に向けて渦巻状に延在している。ステージ１４は、入口１４ｉ及び出口１４ｅを有している。入口１４ｉは、冷媒流路１４ｆへの冷媒の入口である。出口１４ｅは、冷媒流路１４ｆからの冷媒の出口である。出口１４ｅは、入口１４ｉよりもステージ１４の外縁の近くに設けられている。図３に示すステージ１４の冷媒流路１４ｆは、入口１４ｉから出口１４ｅに近付くにつれて、ステージ１４の上面又は基台２０の上面２０ｔに近付くように傾斜している。なお、冷媒流路１４ｆが入口１４ｉから出口１４ｅに近付くにつれて、当該冷媒流路１４ｆを画成する壁面のうち上壁面１４ｕがステージ１４の上面又は基台２０の上面２０ｔに近付くように傾斜していればよい。

図３に示すステージ１４では、出口１４ｅは、冷媒流路１４ｆ内に設けられており、冷媒流路１４ｆ内の気体を液体に対して優先的に排出するように、冷媒流路１４ｆを画成する下壁面１４ｂよりも鉛直方向において高い位置に設けられている。

図４に示すステージ１４の冷媒流路１４ｆは、基台２０内に形成されている。図４に示すステージ１４の冷媒流路１４ｆは、渦巻形状を有しておらず、鉛直方向に視た場合の当該冷媒流路１４ｆの平面形状は、略円形になっている。冷媒流路１４ｆへの冷媒の入口１４ｉは、ステージ１４の中心付近で、冷媒流路１４ｆに接続している。図４に示すステージ１４には、冷媒流路１４ｆからの冷媒の複数の出口１４ｅを有している。複数の出口１４ｅは、入口１４ｉよりもステージ１４の外縁の近くに設けられている。図４に示すステージ１４の冷媒流路１４ｆも、入口１４ｉから複数の出口１４ｅに近付くにつれて、ステージ１４の上面又は基台２０の上面２０ｔに近付くように傾斜している。なお、冷媒流路１４ｆが入口１４ｉから複数の出口１４ｅに近付くにつれて、当該冷媒流路１４ｆを画成する壁面のうち上壁面１４ｕがステージ１４の上面又は基台２０の上面２０ｔに近付くように傾斜していればよい。

図４に示すステージ１４では、複数の出口１４ｅは、冷媒流路１４ｆ内に設けられており、冷媒流路１４ｆ内の気体を液体に対して優先的に排出するように、冷媒流路１４ｆを画成する下壁面１４ｂよりも鉛直方向において高い位置に設けられている。

図３及び図４に示すステージ１４によれば、冷媒流路１４ｆ内において発生した気体が、出口１４ｅの近くに効率良く集められる。したがって、冷媒流路１４ｆから効率よく気体を排出することができる。また、冷媒流路１４ｆ内の気体を、当該冷媒流路１４ｆ内の液体よりも優先的に出口１４ｅから排出することができる。

以下、一実施形態に係る基板処理装置１０の運用方法について説明する。図５は、一実施形態に係る基板処理装置の運用方法に関連するタイミングチャートである。図５のタイミングチャートにおいて、横軸は時間を表している。図５のタイミングチャートにおいて、縦軸は、圧縮機６１の回転数、バルブ６５の開閉、バルブ８２の開閉、レシーバの液量、流速制御器の流速（即ち、流速制御器７２から出力される冷媒の流速）、静電チャックの温度、及び、プラズマの状態を示している。圧縮機６１の回転数に関する「Ｈ」は、圧縮機６１の回転数が高いことを示しており、圧縮機６１の回転数に関する「Ｌ」は、圧縮機６１の回転数が低いことを示している。レシーバ７１の液量に関する「Ｈ」は、レシーバ７１の液量が多いことを示しており、レシーバの液量に関する「Ｌ」は、レシーバ７１の液量が少ないことを示している。流速制御器の流速に関する「Ｈ」は、流速制御器７２から出力される冷媒の流速が高いことを示しており、流速制御器の流速に関する「Ｌ」は、流速制御器７２から出力される冷媒の流速が低いことを示している。静電チャックの温度に関する「Ｈ」は、静電チャック２２の温度が高いことを示しており、静電チャックの温度に関する「Ｌ」は、静電チャック２２の温度が低いことを示している。また、プラズマの状態に関する「ＯＮ」は、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓでプラズマが生成されていることを示しており、プラズマの状態に関する「ＯＦＦ」は、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓでプラズマが生成されていないことを示している。なお、プラズマの状態がＯＮである期間中には、基板Ｗが静電チャック２２上に載置されている状態でプラズマが生成されており、当該プラズマによって基板が処理されている。また、一実施形態に係る基板処理装置１０の運用方法では、膨張弁６３の開度、膨張弁８４の開度、及び、蒸発圧力調整弁７３の開度の各々は固定され得る。また、この運用方法は、制御部ＭＣによる基板処理装置１０の各部の制御により、実行され得る。

図５に示すように、運用方法では、期間Ｐ１中に基板処理装置１０はアイドル動作状態にある。期間Ｐ１では、冷却装置１６のバルブ６５は開かれており、圧縮機６１の回転数は低い回転数に設定される。期間Ｐ１では、バルブ８２は閉じられている。期間Ｐ１のアイドル動作状態では、冷却装置１６の冷却ループ１６ｐ内で冷媒が循環される。また、期間Ｐ１のアイドル動作状態では、圧縮機６１の回転数が低い回転数に設定される。したがって、冷却装置１６の消費電力が低減される。

続く期間Ｐ２では、レシーバ７１内に冷媒が溜められる。期間Ｐ２では、バルブ６５が閉じられ、バルブ８２が開かれる。また、期間Ｐ２では、圧縮機６１の回転数が高い回転数に設定される。期間Ｐ２では、冷却装置１６から供給流路８０を介して冷媒がレシーバ７１に供給される。レシーバ７１に供給された冷媒は、レシーバ７１内で貯留される。

続く期間Ｐ３では、基板処理装置１０はアイドル動作状態にある。但し、期間Ｐ３では、後続の期間Ｐ４において処理される基板が、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓに搬送されて、静電チャック２２上に載置される。期間Ｐ３では、冷却装置１６のバルブ６５は開かれており、圧縮機６１の回転数は低い回転数に設定される。期間Ｐ３のアイドル動作状態では、冷却装置１６の冷却ループ１６ｐ内で冷媒が循環される。また、期間Ｐ３のアイドル動作状態では、圧縮機６１の回転数が低い回転数に設定される。したがって、冷却装置１６の消費電力が低減される。

続く期間Ｐ４は、基板処理期間である。期間Ｐ４では、内部空間１２ｓの中で基板Ｗが基板処理装置１０によって処理される。期間Ｐ４では、圧縮機６１の回転数は低い回転数に設定され、バルブ６５は開かれ、バルブ８２は閉じられる。期間Ｐ４では、ローカルループ１７内で、冷媒が循環される（工程ＳＴ１）。また、期間Ｐ４では、冷却ループ１６ｐ内でも冷媒が循環される（工程ＳＴ２）。期間Ｐ４では、流速制御器７２によって冷媒流路１４ｆに供給される冷媒の速度が制御される。冷媒の速度は、静電チャック２２の温度、ひいては基板Ｗの温度が設定温度に一致するか又は近付くように調整される。例えば、冷媒の速度は、温度センサによって測定された静電チャック２２の温度又は基板Ｗの温度と設定温度との間の差を減少させるように、調整される。期間Ｐ４では、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中でプラズマが生成される。一実施形態の基板処理装置１０では、内部空間１２ｓに処理ガスが供給され、内部空間１２ｓが設定圧力に減圧され、第１の高周波が供給されることにより当該処理ガスが励起される。なお、必要に応じて第２の高周波が基台２０に供給されてもよい。期間Ｐ４では、内部空間１２ｓの中で生成されたプラズマ中のイオン又はラジカルにより、基板Ｗが処理される。期間Ｐ４では、冷媒流路１４ｆにおいて蒸発した冷媒（気体）が、排出流路８６を介して冷却ループ１６ｐに戻される。したがって、期間Ｐ４では、レシーバ７１内の冷媒の量が徐々に減少する。

続く期間Ｐ５では、レシーバ７１に冷媒が供給される（工程ＳＴ３）。即ち、期間Ｐ５では、レシーバ７１に冷媒が補充される。期間Ｐ５では、バルブ６５が閉じられ、バルブ８２が開かれる。また、期間Ｐ５では、圧縮機６１の回転数が高い回転数に設定される。期間Ｐ５では、冷却装置１６から供給流路８０を介して冷媒がレシーバ７１に供給される。したがって、期間Ｐ５では、レシーバ７１内の冷媒の量が増加する。

期間Ｐ６において別の基板Ｗを処理するために、期間Ｐ５では、期間Ｐ４において処理された基板Ｗがチャンバ本体１２の内部空間１２ｓから搬出される。そして、期間Ｐ５では、別の基板Ｗがチャンバ本体１２の内部空間１２ｓに搬入され、静電チャック２２上に載置される。即ち、期間Ｐ５は、内部空間１２ｓとチャンバ本体１２の外部との間で基板が搬送される期間である。運用方法では、この期間Ｐ５中に冷媒がレシーバ７１に供給される。そして、運用方法では、期間Ｐ６において、当該別の基板に対する処理が行われる。

上述した運用方法では、基板Ｗが処理されている期間（例えば、期間Ｐ４）中に、ローカルループ１７内での冷媒の循環により基板Ｗの温度が調整される。したがって、高い応答性で基板Ｗの温度制御が行われ得る。また、基板Ｗが処理されている期間（例えば、期間Ｐ４）中には、圧縮機６１の回転数が、冷却装置１６からレシーバ７１に冷媒が供給される期間（例えば期間Ｐ５）中の圧縮機６１の回転数よりも低い回転数に設定される。したがって、冷却装置１６の消費電力が低くなる。

また、上述した運用方法では、基板が搬送される期間（例えば、期間Ｐ５）中に、冷却装置１６からレシーバ７１に冷媒が供給される。即ち、基板が処理されていない期間中に、レシーバ７１に冷媒が供給される。したがって、基板処理が中断されることなく、レシーバ７１に冷媒が補充される。故に、基板処理のスループットが改善される。なお、基板処理中であっても液量計７５の測定値が閾値以下となった場合には、冷却装置１６からレシーバ７１に冷媒が供給されてもよい。

以上、種々の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、上述した基板処理装置１０は容量結合型のプラズマ処理装置であるが、変形態様に係る基板処理装置は誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置といった任意のプラズマ処理装置であってもよい。また、変形態様においては、基板処理装置は、任意の基板処理を実行する基板処理装置であってもよい。

以下、基板処理装置１０の評価のために行った実験について説明する。図６の（ａ）は、実験に用いた基板処理装置のステージの基台を示す平面図であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿ってとったステージの断面図である。実験では、ステージ１４に代えて、図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すステージ１４Ｅを有する点のみにおいて基板処理装置１０と異なる基板処理装置を用いた。

ステージ１４Ｅは、基台２０Ｅ及び静電チャック２２Ｅを有している。基台２０Ｅ及び静電チャック２２Ｅは、鉛直方向（Ｚ方向）に視た場合に矩形の平面形状を有する。基台２０Ｅは、Ｚ方向に視た場合に矩形の平面形状を有する冷媒流路１４ｆを有する。冷媒流路１４ｆ内には、複数の支柱１４ｃがＸ方向及びＹ方向に沿って等間隔に配列されている。なお、Ｘ方向及びＹ方向は互いに直交する方向であり、Ｚ方向に直交する方向である。ステージ１４では、冷媒流路１４ｆのＸ方向における一方側に四つの入口１４ｉが設けられており、他方側に四つの出口１４ｅが設けられている。出口１４ｅは、冷媒流路１４ｆの下壁面１４ｂよりもＺ方向において高い位置に設けられている。

実験では下記の第１〜第６の条件の各々の下で、基台２０Ｅの上面２０ｔ内の六つの測定点Ｍ１〜Ｍ６の温度を測定した。なお、第１〜第６の条件におけるθは、冷媒流路１４ｆが水平方向に対してなす角度であり、冷媒流路１４ｆの傾きを表す。正の値を有するθは、冷媒流路１４ｆがＸ方向に沿って入口１４ｉから出口１４ｅに近付くにつれて基台２０Ｅの上面２０ｔに近付くように傾斜していたことを表す。また、第１〜第６の条件における入熱はプラズマからステージ１４への入熱を示し、その単位はワットである。

＜第１の条件＞
θ：０（°）
入熱：１０５０（Ｗ）
流速制御器７２（圧縮機）の回転数：０（ｒｐｍ）
＜第２の条件＞
θ：５（°）
入熱：１０５０（Ｗ）
流速制御器７２（圧縮機）の回転数：０（ｒｐｍ）
＜第３の条件＞
θ：０（°）
入熱：１０５０（Ｗ）
流速制御器７２（圧縮機）の回転数：１０００（ｒｐｍ）
＜第４の条件＞
θ：０（°）
入熱：１０５０（Ｗ）
流速制御器７２（圧縮機）の回転数：２０００（ｒｐｍ）
＜第５の条件＞
θ：０（°）
入熱：１０５０（Ｗ）
流速制御器７２（圧縮機）の回転数：４０００（ｒｐｍ）
＜第６の条件＞
θ：０（°）
入熱：０（Ｗ）
流速制御器７２（圧縮機）の回転数：０（ｒｐｍ）

図７に実験の結果を示す。図７のグラフにおいて、横軸は、測定点Ｍ１〜Ｍ６を示している。図７のグラフにおいて、縦軸は、測定点での基台２０Ｅの温度を示している。第６の条件では、ステージ１４に入熱がないので、冷媒流路１４ｆに傾斜がなく、且つ、流速制御器７２の回転数が０（ｒｐｍ）であっても、図７に示すように、測定点Ｍ１〜Ｍ６の全ての温度が、低く、略同等になっていた。

第１の条件では、ステージ１４に入熱があり、冷媒流路１４ｆに傾斜がなく、且つ、流速制御器７２の回転数が０（ｒｐｍ）であったので、図７に示すように、測定点Ｍ１〜Ｍ６の全ての温度が、比較的高くなっていた。第２の条件では、ステージ１４に入熱があり、流速制御器７２の回転数が０（ｒｐｍ）であったが、冷媒流路１４ｆが傾斜していたため、第１の条件での測定点Ｍ１〜Ｍ６の温度に比べて、測定点Ｍ１〜Ｍ６の全ての温度が低くなっていた。但し、第２の条件では、測定点Ｍ６の温度が相対的に高くなっていた。これは、測定点Ｍ６の近傍、即ち、出口１４ｅの近傍では、冷媒流路１４ｆに気泡が滞留していたことに原因があるものと推測される。

第３〜第５の条件の各々では、ステージ１４に入熱があり、冷媒流路１４ｆに傾斜がないものの、流速制御器７２を作動させたので、測定点Ｍ１〜Ｍ６の全ての温度が比較的低く、且つ、略同等になっていた。また、流速制御器７２の回転数が高いほど測定点Ｍ１〜Ｍ６の温度が高くなっていた。

実験の結果から、冷媒流路１４ｆが入口１４ｉから出口１４ｅに近付くにつれてステージ１４の上面（基台の上面）に近付くように形成されたステージ１４を用い、流速制御器７２を作動させることにより、出口１４ｅの近傍の冷媒流路１４ｆ内での気泡の滞留を抑制することができ、ステージ１４の全面（基台の上面の全面）の温度を、均一且つ低い温度に設定することが可能であるもとの考えられる。

１０…基板処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｓ…内部空間、１４…ステージ、２０…基台、２０ｔ…上面、２２…静電チャック、１４ｆ…冷媒流路、１４ｉ…入口、１４ｅ…出口、１４ｂ…下壁面、１４ｕ…上壁面、１６…冷却装置、１６ｐ…冷却ループ、１７…ローカルループ、６１…圧縮機、６２…凝縮器、６３…膨張弁、６４…蒸発器、６５…バルブ、７１…レシーバ、７２…流速制御器、７３…蒸発圧力調整弁、８０…供給流路、８２…バルブ、８４…膨張弁、８６…排出流路。

Claims (8)

1. チャンバ本体と、
   前記チャンバ本体の内部空間の中に設けられたステージであり、その上に載置される基板を支持するように構成されており、その内部に冷媒流路が形成された、該ステージと、
   圧縮機、凝縮器、第１の膨張弁、及び、蒸発器を含む冷却ループを有し、前記チャンバ本体の外部に設けられた冷却装置と、
   前記冷却装置よりも前記チャンバ本体の近くに設けられたローカルループであり、冷媒を貯留するよう構成されたレシーバ、該レシーバと前記冷媒流路との間で接続されており、前記レシーバ内に貯留された前記冷媒の流速を調整して、該冷媒を前記冷媒流路に供給するよう構成された流速制御器、及び、該冷媒流路と前記レシーバとの間に接続された蒸発圧力調整弁を有する、該ローカルループと、
   前記冷却ループ内において、前記凝縮器と前記第１の膨張弁との間で接続された第１のバルブと、
   前記第１のバルブと前記凝縮器との間で前記冷却ループに接続された一端、及び、前記レシーバに接続された他端を有する供給流路と、
   前記供給流路上に設けられた第２のバルブと、
   前記供給流路上、且つ、前記第２のバルブと前記レシーバとの間に設けられた第２の膨張弁と、
   前記蒸発圧力調整弁の出力側で前記ローカルループに接続された一端、及び、前記第１の膨張弁と前記蒸発器との間で前記冷却ループに接続された他端を有する排出流路と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記ステージは、前記冷媒流路への冷媒の入口、及び、前記冷媒流路からの冷媒の出口を有し、前記出口は前記入口よりも前記ステージの外縁の近くに設けられており、
   前記冷媒流路は、前記入口から前記出口に近付くにつれて前記ステージの上面に近付くように傾斜している、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記出口は、前記冷媒流路内に設けられており、前記冷媒流路内の気体を液体に対して優先的に排出するように、前記冷媒流路を画成する下壁面よりも鉛直方向において高い位置に設けられている、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 該基板処理装置は、プラズマ処理装置であり、
   前記ステージは、前記冷媒流路が形成された基台、及び、該基台上に設けられた静電チャックを有する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記流速制御器は、圧縮機である、請求項１〜４の何れか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記第１のバルブ及び前記第２のバルブは、一つの三方弁によって提供されている、請求項１〜５の何れか一項に記載の基板処理装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の基板処理装置の運用方法であって、
   前記冷却装置から前記供給流路を介して前記レシーバに冷媒を供給する工程と、
   前記ステージ上に載置された基板が処理されている基板処理期間中に、前記ローカルループ内で冷媒を循環させる工程と、
   前記基板処理期間中に、前記冷却ループ内で冷媒を循環させる工程と、
   を含み、
   前記基板処理期間中の前記冷却装置の前記圧縮機の回転数が、冷媒を供給する前記工程の実行中の前記冷却装置の前記圧縮機の回転数よりも低い回転数に設定される、
   基板処理装置の運用方法。
8. 前記チャンバ本体の前記内部空間と該チャンバ本体の外部との間で基板が搬送されている期間中に、冷媒を供給する前記工程が実行される、請求項７に記載の基板処理装置の運用方法。

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