JP6982394B2 - 被加工物の処理装置、及び載置台 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、チャンバ内において被加工物を処理するための処理装置に関するものである。
比較的に大きな入熱源が存在する近年のプラズマエッチングプロセスにおいて、ウエハの温度を均一、低温且つ一定に保つために、高熱伝達を期待でき得る直膨式の温調システムが提案（特許文献１〜特許文献４）されている。このような高熱伝達を実現する直膨式の温調システムでは、蒸発器となる被加工物の載置台の内部の流路を流れる冷媒の圧力や乾き度等の制御が必要となる。
特許文献１にはプラズマ処理装置に係る技術が開示されている。特許文献１に開示されているプラズマ処理装置は、電極ブロック、保持ステージ、冷却サイクルを備える。電極ブロックは、表面に誘電体膜を備え、内部に冷媒の流路が形成される。保持ステージでは、電極ブロック表面の誘電体膜を介して半導体ウエハを保持して温度制御する方式が用いられている。冷凍サイクルは、熱交換器および蒸発器を備える。熱交換器は、圧縮機と凝縮器と膨張弁とヒータとを内蔵する。このプラズマ処理装置では、電極ブロックが冷凍サイクルの蒸発器として用いられ、そして、電極ブロック内に冷媒を直接循環させて膨張させる直接膨張方式の温度制御装置によって電極ブロックの温度制御が行われる。
特許文献２には、プラズマ処理装置に係る技術が開示されている。特許文献２に開示されているプラズマ処理装置では、静電吸着電極に設けられた冷媒流路を蒸発器とし、この冷媒流路と圧縮機、凝縮器、第一の膨張弁を接続することで直膨式の冷凍サイクルが構成されている。このプラズマ処理装置では、静電吸着電極と圧縮機との間の冷媒流路に第二の膨張弁を設けて冷媒の流量が調節され、冷媒流路が薄肉円筒構造となっている。
特許文献３には、プラズマ処理装置に係る技術が開示されている。特許文献３に開示されているプラズマ処理装置は、処理ガスをプラズマ化し、プラズマにて試料台に載置された被加工試料の表面処理を行うプラズマ処理装置であって、試料台に設けられ冷却サイクルの蒸発器を構成する冷媒流路を有し、冷媒流路内に供給される冷媒のエンタルピを制御することによって冷媒流路すなわち試料台内の流動様式を気液二相流に保ち、よって、被加工試料の温度を面内均一に制御する。プラズマの入熱量等が増加するなどして冷媒流路内で冷媒のドライアウトが発生するような場合には、圧縮機の回転数を増加させ、冷媒流路内におけるドライアウトの発生を抑制する。また、冷媒流路に供給される冷媒が液状になっている場合には、熱交換水用の流量弁および温度制御水槽の制御により、冷媒流路内に供給される冷媒を気液二相状態に保つ。
特許文献４には、プラズマ処理装置等に係る技術が開示されている。特許文献４に開示されているプラズマ処理装置では、試料台に環状の冷媒流路が形成されている。冷媒の熱伝達率および圧力損失は冷媒供給口から冷媒排出口に向けて乾き度と共に増加するので、これらの抑制が必要である。このために、特許文献４に開示されているプラズマ処理装置では、冷媒流路内で冷媒が完全に蒸発しないように供給冷媒量を制御し、且つ、冷媒流路の断面積を第一流路から第三流路に向けて順次拡大する構造が採用されている。
特開２００５−８９８６４号公報 特開２０１２−０２８８１１号公報 特開２０１０−１２９７６６号公報 特開２００９−２７２５３５号公報
高熱伝達の直膨式の温調システムにおいて、高効率な熱の移動は冷媒の気化によって実現されるので、抜熱量が多いほど高効率な熱の移動が可能となる。抜熱量は冷媒の気化量に比例するので、抜熱量を増加させるには、流路の長さを増加させると共に流路の断面積を大きくすることが必要となる。従って、蒸発器となる被加工物の載置台の内部に設けられる冷媒の流路であって、冷媒の圧力の均一性と高い抜熱性とを実現する流路の提供が望まれている。
一態様においては、被加工物の処理装置が提供される。処理装置は、チャンバ本体と、チャンバ本体の内部に設けられ被加工物を載置する載置台と、冷媒を載置台に出力するチラーユニットと、を備える。載置台は、チラーユニットから出力される冷媒が流れる冷却台と、冷却台の上に設けられた静電チャックと、を備える。冷却台は、第１の部分と第２の部分と第１の流路と第２の流路と第３の流路とを備える。静電チャックは、第１の部分上に設けられ、第１の部分は、第２の部分上に設けられ、第１の流路は、第１の端部と第２の端部とを備え、第１の部分内に設けられ、第２の流路は、第３の端部と第４の端部とを備え、第２の部分内に設けられる。第３の流路は、第１の流路の第１の端部と第２の流路の第３の端部とに接続され、第１の端部と第３の端部との間に延在している。チラーユニットは、第１の流路の第２の端部と第２の流路の第４の端部とに接続されている。第１の流路は、静電チャックに沿うように第１の部分内に延在している。第２の流路は、静電チャックに沿うように第２の部分内に延在している。チラーユニットから出力される冷媒は、第１の流路の第２の端部に入力し、第１の流路、第３の流路、第２の流路を順に流れて、第２の流路の第４の端部からチラーユニットに入力する。
高効率な熱の移動は冷媒の気化によって実現されるので、抜熱量が多いほど高効率な熱の移動が可能となる。上記方法では、冷却台内に流す冷媒の流路が二段構成（第１の流路および第２の流路）となっているので、流路が設けられる冷却台の内部の容積に制限（上限）があっても、十分に大きな流路断面積と十分に長い流路長とが共に確保され、よって、比較的に多くの抜熱量が実現され得る。更に、冷却台内に流す冷媒の流路が二段構成となっているので、冷媒の流路において冷媒の流入する流入口と流出する流出口とを一の平面内に（例えば、第１の流路のみにおいて）設ける必要が無いので、流入口と流出口とを当該一の平面内に設けるために必要となる流路の折り返し（流路において比較的に大きな曲率（Ｒ）を伴う箇所であり、例えば管継手（ベンド））や絞りの必要となる箇所が低減されるので、冷却台内に流す冷媒の流路の全体にわたって局所的な圧力（流れ）の変動が低減され、圧力の均一性が改善され得る。
一実施形態では、第１の流路は、断面積の大きさが略一定の領域を含み得る。冷媒の気化温度は圧力に応じて変化するので、冷却台内における圧力の変動は少ないほどよい。この圧力の変動は、流路の長さよりも流路の断面積の変動に依存し、断面積の変動が小さいと圧力変動も低減される。従って、一実施形態において、第１の流路は断面積の大きさが略一定となっている領域を含み得るので、第１の流路の一端から他端までの間における局所的な圧力変動が低減され第１の流路内の冷媒の圧力の均一性がより確保され得ることとなり、よって、圧力に応じた冷媒の気化温度もより均一となり得る。
一実施形態において、第３の流路は、静電チャックの上から見て、静電チャックの中央部と重なるように、第１の部分内と第２の部分内との間で延在している。第１の流路は、静電チャックの上から見て、第１の端部から静電チャックに沿って渦巻き状に延びて第２の端部に至る。第２の流路は、静電チャックの上から見て、第３の端部から静電チャックに沿って渦巻き状に延びて第４の端部に至る。このように、二段構成となっている流路（第１の流路および第２の流路）は、いずれも、静電チャックの上から見て、平面視で、静電チャックに沿って渦巻き状に延びているので、冷却台の内部の容積が制限されている場合であっても、十分に長い流路長が確保され得る。
一実施形態では、処理装置は、圧力調節装置を更に備える。冷却台は、第１の伝熱空間を更に備える。第１の伝熱空間は、第１の部分と第２の部分との間において、静電チャックに沿って延在している。圧力調節装置は、第１の伝熱空間に接続され、第１の伝熱空間内の圧力を調節する。このように、第１の伝熱空間は、冷却台において、第１の流路と第２の流路との間に設けられている構成となっており、第１の流路および第２の流路と同様に静電チャックに沿って延在しているので、第１の部分から伝導され得る第２の流路に対する熱量が、第１の伝熱空間内の圧力の調節によって、調節され得る。従って、抜熱の速さ（量と時間）が詳細に調節され得る。
一実施形態では、第１の伝熱空間は、複数の第１の領域に気密に分離されている。圧力調節装置は、複数の第１の領域のそれぞれに接続され、複数の第１の領域のそれぞれの内部の圧力を調節する。このように、第１の伝熱空間が複数の第１の領域に気密に分離されており、各第１の領域に圧力調節装置が接続されているので、第１の伝熱空間内の圧力が、第１の伝熱空間の第１の領域ごとに調節され得る。従って、抜熱の速さ（量と時間）が、第１の伝熱空間の第１の領域ごとに詳細に調節され得る。
一実施形態では、第２の伝熱空間を更に備え、第２の伝熱空間は、静電チャックと冷却台との間に設けられ、静電チャックに沿って延在し、圧力調節装置は、第２の伝熱空間に接続され、第２の伝熱空間内の圧力を調節することができる。従って、静電チャックから伝導され得る冷却台に対する熱量が、第２の伝熱空間内の圧力の調節によって、調節され得る。従って、抜熱の速さ（量と時間）が詳細に調節され得る。
一実施形態では、第２の伝熱空間は、複数の第２の領域に気密に分離され、圧力調節装置は、複数の第２の領域のそれぞれに接続され、複数の第２の領域のそれぞれの内部の圧力を調節することができる。従って、第２の伝熱空間内の圧力が、第２の伝熱空間の第２の領域ごとに調節され得るので、抜熱の速さ（量と時間）が、第２の伝熱空間の第２の領域ごとに詳細に調節され得る。
以上説明したように、蒸発器となる被加工物の載置台の内部に設けられる冷媒の流路であって、冷媒の圧力の均一性と高い抜熱性とを実現する流路が提供される。
図１は、一実施形態に係る処理装置を概略的に示す図である。 図２は、一実施形態に係る冷却台に設けられた冷媒の流路および断熱層の構成を模式的に示す図である。 図３は、（ａ）部および（ｂ）部を含み、図３の（ａ）部は、一実施形態に係る図１および図２に示す流路の上段側の部分の平面形状を模式的に示す図であり、図３の（ｂ）部は、当該流路の下段側の部分の平面形状を模式的に示す図である。 図４は、一実施形態に係る処理装置の他の例を概略的に示す図である。
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また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〜図３を参照して、一実施形態に係る処理装置の構成を説明する。図１は、一実施形態に係る処理装置を概略的に示す図である。図２は、一実施形態に係る冷却台における冷媒の流路の構成と断熱層の構成とを模式的に示す図である。図３は、（ａ）部および（ｂ）部を含み、図３の（ａ）部は、一実施形態に係る図１および図２に示す流路の上段側の部分の平面形状を模式的に示す図であって図１に示す平面（図１に示す静電チェックの表面に平行な面（平面ＭＡ））に沿った第１の流路の断面が示されており、図３の（ｂ）部は、当該流路の下段側の部分の平面形状を模式的に示す図であって図１に示す平面（図１に示す静電チェックの表面に平行な面（平面ＭＢ））に沿った第２の流路の断面が示されている。図１〜図３に示す処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置である。処理装置１０は、被加工物（被加工物Ｗという場合がある）を処理する処理装置である。処理装置１０は、チャンバ本体１２、載置台１４、上部電極１６、配管２４、ガスソース２６、流量制御器２８、バルブ３０、排気装置３２、高周波電源４２、高周波電源４４、整合器４６、整合器４８、直流電源６０、ヒータ電源６２、フィルタ６４、制御部ＭＣＵ、チラーユニットＴＵ、バルブＶＬＡ１、バルブＶＬＡ２、圧力調節装置ＧＵ、複数のバルブＶＬＢ１、複数のバルブＶＬＢ２、複数のねじＰＫを備える。チャンバ本体１２は、開口１２ｐ、支持部材１８、天板２０、ガス吐出孔２０ａ、支持体２２、連通孔２２ａ、ガス拡散室２２ｂ、ポート２２ｃ、ゲートバルブＧＶを備える。載置台１４は、冷却台３４、静電チャック３６、支持部材３８、給電体４０、吸着用電極５４、ヒータ５６、フォーカスリング８４、絶縁性部材８６を備える。冷却台３４は、第１の流路ＦＬＡ、第２の流路ＦＬＢ、接続流路ＦＬＣ（第３の流路）、接続流路ＦＬＤを備える。冷却台３４は、更に、伝熱空間ＴＬ（第１の伝熱空間）を備える。冷却台３４は、更に、伝熱空間ＴＬ内に設けられた複数の弾性部材ＬＮＧを備える。
チャンバ本体１２は、略円筒形状を有しており、被加工物Ｗを処理するチャンバ本体１２の内部空間として処理空間Ｓを提供している。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の内部空間側の表面には、アルマイト膜、および／または、酸化イットリウムといった耐プラズマ性を有するセラミックス製の皮膜が形成されている。チャンバ本体１２は、電気的に接地されている。チャンバ本体１２の側壁には、被加工物Ｗを処理空間Ｓに搬入し、更に、処理空間Ｓから搬出するための開口１２ｐが形成されている。開口１２ｐは、ゲートバルブＧＶによって開閉することが可能となっている。被加工物Ｗは、ウエハのように円盤形状を有している。
載置台１４は、被加工物Ｗを載置する構造を有しており、チャンバ本体１２の内部に設けられている。載置台１４は、被加工物Ｗを処理空間Ｓ内で支持するよう構成されている。載置台１４は、被加工物Ｗを吸着する機能、被加工物Ｗの温度を調節する機能、および、静電チャック３６を搭載する冷却台３４に高周波を伝送する構造を有している。載置台１４の詳細については、後述する。
上部電極１６は、チャンバ本体１２の上部開口内に配置されており、後述する載置台１４の下部電極と略平行に配置されている。上部電極１６とチャンバ本体１２との間には、絶縁性の支持部材１８が介在している。
天板２０は、略円盤状形状を有している。天板２０は、導電性を有し得る。天板２０は、例えば、シリコン、または、アルミニウムから形成されており、天板２０の表面には、耐プラズマ性のセラミックス皮膜が形成されている。天板２０には、多数のガス吐出孔２０ａが形成されている。ガス吐出孔２０ａは、略鉛直方向（天板２０から載置台１４に向かう方向）に延びている。
支持体２２は、天板２０を着脱自在に支持している。支持体２２は、例えば、アルミニウムから形成されている。支持体２２には、ガス拡散室２２ｂが形成されている。ガス拡散室２２ｂからは、ガス吐出孔２０ａにそれぞれ連通する多数の連通孔２２ａが延びている。ガス拡散室２２ｂには、ポート２２ｃを介して配管２４が接続されている。配管２４には、ガスソース２６が接続されている。配管２４の途中には、マスフローコントローラといった流量制御器２８およびバルブ３０が設けられている。
排気装置３２は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプといった一以上のポンプ、および、圧力調節弁を含んでいる。排気装置３２は、チャンバ本体１２に形成された排気口に接続されている。
処理装置１０の使用時には、被加工物Ｗが、載置台１４上に載置されて、載置台１４によって保持される。ガスソース２６からの処理ガスがチャンバ本体１２内に供給され、排気装置３２が作動されて、チャンバ本体１２内の処理空間Ｓ内の圧力が減圧される。上部電極１６と載置台１４の下部電極との間に高周波電界が形成される。これにより、処理ガスが解離し、処理ガス中の分子および／または原子の活性種によって被加工物Ｗが処理される。このような処理において、処理装置１０の各部は、制御部ＭＣＵにより制御される。
載置台１４は、冷却台３４および静電チャック３６を有している。静電チャック３６は、冷却台３４の上に設けられている。冷却台３４は、チャンバ本体１２の底部から上方に延びる支持部材３８によって支持されている。支持部材３８は、絶縁性の部材であり、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）から形成されている。支持部材３８は、略円筒形状を有している。
給電体４０は、冷却台３４に接続されている。給電体４０は、例えば給電棒であり、冷却台３４の下面に接続されている。給電体４０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。給電体４０は、チャンバ本体１２の外部に設けられた高周波電源４２および高周波電源４４に電気的に接続されている。高周波電源４２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の高周波の周波数は、例えば、４０[ＭＨｚ]の程度である。高周波電源４４は、イオン引き込み用の第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、例えば、１３．５６[ＭＨｚ]の程度である。
高周波電源４２は、整合器４６を介して給電体４０に接続されている。整合器４６は、高周波電源４２の負荷側のインピーダンスを高周波電源４２の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を有している。高周波電源４４は、整合器４８を介して給電体４０に接続されている。整合器４８は、高周波電源４４の負荷側のインピーダンスを高周波電源４４の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を有している。
冷却台３４は、導電性を有する金属、例えば、アルミニウムから形成されている。冷却台３４は、略円盤形状を有している。冷却台３４は、第１の部分３４ａ、第２の部分３４ｂ、冷媒の流路ＦＬ（第１の流路ＦＬＡ、第２の流路ＦＬＢ）、接続流路ＦＬＣを備える。冷却台３４は、伝熱空間ＴＬを備える。静電チャック３６は、第１の部分３４ａ上に設けられる。第１の部分３４ａは、第２の部分３４ｂ上に設けられる。第２の部分３４ｂは、給電体４０上に設けられる。第１の部分３４ａと第２の部分３４ｂとの間には、伝熱空間ＴＬが設けられる。第２の部分３４ｂは、支持部材３８にねじＰＫによって固定されている。
流路ＦＬの第１の流路ＦＬＡは、端部ＦＬＡ１（第１の端部）と端部ＦＬＡ２（第２の端部）とを備える。第１の流路ＦＬＡは、第１の部分３４ａ内に設けられる。第１の流路ＦＬＡは、静電チャック３６に沿うように第１の部分３４ａ内に延在する。第１の流路ＦＬＡは、断面積が略一定の領域を含むことができる。流路ＦＬの第２の流路ＦＬＢは、端部ＦＬＢ１（第３の端部）と端部ＦＬＢ２（第４の端部）とを備える。第２の流路ＦＬＢは、第２の部分３４ｂ内に設けられる。第２の流路ＦＬＢは、静電チャック３６に沿うように第２の部分３４ｂ内に延在する。一実施形態において第２の流路ＦＬＢは、第１の流路ＦＬＡと同様に、断面積が略一定の領域を含む場合があるが、これに限らない。チラーユニットＴＵは、バルブＶＬＡ１、接続流路ＦＬＤを順に介して第１の流路ＦＬＡの端部ＦＬＡ２に接続され、且つ、バルブＶＬＡ２を介して第２の流路ＦＬＢの端部ＦＬＢ２に接続される。
接続流路ＦＬＣは、第１の流路ＦＬＡの端部ＦＬＡ１と第２の流路ＦＬＢの端部ＦＬＢ１とに接続され、端部ＦＬＡ１と端部ＦＬＢ１との間に延在する。接続流路ＦＬＣは、静電チャック３６の上から見て、静電チャック３６の中央部（冷却台３４の中心軸ＣＲを含む領域）と重なるように、第１の部分３４ａ内と第２の部分３４ｂ内との間で延在する。接続流路ＦＬＤは、第１の部分３４ａ内から第２の部分３４ｂ内に至るまで延びている。
チラーユニットＴＵから出力される冷媒は、バルブＶＬＡ１、接続流路ＦＬＤを順に介して第１の流路ＦＬＡの端部ＦＬＡ２に入力し、第１の流路ＦＬＡ、接続流路ＦＬＣ、第２の流路ＦＬＢを順に流れて、第２の流路ＦＬＢの端部ＦＬＢ２からバルブＶＬＡ２を介してチラーユニットＴＵに入力する。このように、冷媒は、チラーユニットＴＵと、冷却台３４（接続流路ＦＬＤ、第１の流路ＦＬＡ、接続流路ＦＬＣ、第２の流路ＦＬＢ）との間を循環し得る。チラーユニットＴＵから出力される冷媒は、一実施形態では、その気化によって吸熱し、冷却を行う冷媒である。この冷媒は、例えば、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒であり得る。
第１の流路ＦＬＡは、静電チャック３６の上から見て、平面視で、端部ＦＬＡ１から静電チャック３６に沿って渦巻き状に延びて端部ＦＬＡ２に至る。より具体的には、図３の（ａ）部に示されているように、図１に示す平面ＭＡに沿った第１の流路ＦＬＡの断面において、第１の流路ＦＬＡは、静電チャック３６の表面の上から見て、平面視で、第１の部分３４ａ内において、静電チャック３６の当該表面の略中央（平面視で、給電体４０の位置）を通る冷却台３４の中心軸ＣＲ上にある端部ＦＬＡ１から、渦巻き状に二次元的に拡がるように、端部ＦＬＡ２に至るまで延びている。中心軸ＣＲ上にある第１の流路ＦＬＡの端部ＦＬＡ１は、接続流路ＦＬＣに接続されている。第１の流路ＦＬＡの端部ＦＬＡ２は、第１の流路ＦＬＡにおいて中心軸ＣＲから最も離れた位置にあり、接続流路ＦＬＤに接続されている。チラーユニットＴＵからバルブＶＬＡ１を介して出力された冷媒は、接続流路ＦＬＤを介して第１の流路ＦＬＡ内を進む場合、第１の流路ＦＬＡ内において、端部ＦＬＡ２、断面ＣＳＡ１、断面ＣＳＡ２、断面ＣＳＡ３、断面ＣＳＡ４、断面ＣＳＡ５、断面ＣＳＡ６、断面ＣＳＡ７を順に通過して、端部ＦＬＡ１、接続流路ＦＬＣに順に至る。
第２の流路ＦＬＢは、静電チャック３６の上から見て、平面視で、端部ＦＬＢ１から静電チャック３６に沿って渦巻き状に延びて端部ＦＬＢ２に至る。より具体的には、図３の（ｂ）部に示されているように、図１に示す平面ＭＢに沿った第２の流路ＦＬＢの断面において、第２の流路ＦＬＢは、静電チャック３６の表面の上から見て、平面視で、第２の部分３４ｂ内において、静電チャック３６の当該表面の略中央（平面視で、給電体４０の位置）を通る冷却台３４の中心軸ＣＲ上にある端部ＦＬＢ１から、渦巻き状に二次元的に拡がるように、端部ＦＬＢ２に至るまで延びている。中心軸ＣＲ上にある第２の流路ＦＬＢの端部ＦＬＢ１は、接続流路ＦＬＣに接続されている。第２の流路ＦＬＢの端部ＦＬＢ２は、第２の流路ＦＬＢにおいて中心軸ＣＲから最も離れた位置にあり、バルブＶＬＡ２を介してチラーユニットＴＵに接続されている。第１の流路ＦＬＡ内を進んだ冷媒は、第１の流路ＦＬＡの端部ＦＬＡ１から接続流路ＦＬＣを介して第２の流路ＦＬＢ内を進む場合、第２の流路ＦＬＢ内において端部ＦＬＢ１、断面ＣＳＢ１、断面ＣＳＢ２、断面ＣＳＢ３、断面ＣＳＢ４、断面ＣＳＢ５、断面ＣＳＢ６を順に通過し、端部ＦＬＢ２から、バルブＶＬＡ１を介してチラーユニットＴＵに至る。
接続流路ＦＬＤは、第２の部分３４ｂ内から伝熱空間ＴＬを介して第１の部分３４ａ内に至るまで延びており、接続流路ＦＬＤの二つの端部のうちの一端は、第１の流路ＦＬＡの端部ＦＬＡ２に接続されている。接続流路ＦＬＤの他端（接続流路ＦＬＤの二つの端部のうち第１の流路ＦＬＡに接続されていない端部）は、チラーユニットＴＵにバルブＶＬＡ１を介して接続されている。
伝熱空間ＴＬは、第１の部分３４ａと第２の部分３４ｂとの間において、静電チャック３６に沿って延在する。一実施形態において、伝熱空間ＴＬは、複数の領域ＤＳ（複数の第１の領域）に気密に分離され得る。圧力調節装置ＧＵは、伝熱空間ＴＬに接続され、伝熱空間ＴＬ内の圧力を調節する。より詳細には、圧力調節装置ＧＵは、複数の領域ＤＳのそれぞれに接続され、これらの複数の領域ＤＳのそれぞれの内部の圧力を個別に調節し得る。圧力調節装置ＧＵは、伝熱空間ＴＬ（特に、複数の領域ＤＳのそれぞれ）に対するガスの供給・吸引によって、伝熱空間ＴＬ内（特に、複数の領域ＤＳ内のそれぞれ）の圧力を調節する。
伝熱空間ＴＬ内において、複数の領域ＤＳのそれぞれは、複数の弾性部材ＬＮＧによって画定される。弾性部材ＬＮＧは、Ｏリングである。弾性部材ＬＮＧは、第１の部分３４ａと第２の部分３４ｂとに密着し、領域ＤＳの気密性が実現される。なお、伝熱空間ＴＬ内における接続流路ＦＬＣの領域も、二つの弾性部材ＬＮＧによって画定され、伝熱空間ＴＬ内における接続流路ＦＬＤの領域も、二つの弾性部材ＬＮＧによって画定される。なお、伝熱空間ＴＬ内における領域ＤＳの数や形状は、種々の条件等に応じて自在に設けられ得る。
伝熱空間ＴＬ内（特に、複数の領域ＤＳ内のそれぞれ）における断熱性能は、圧力が低いほど、高い。従って、冷却台３４上の被加工物Ｗに対する急激な抜熱を行う場合には、伝熱空間ＴＬ内（特に、複数の領域ＤＳ内のそれぞれ）の圧力を比較的に高くして断熱性能を下げ、冷却台３４上の被加工物Ｗの温度をプラズマ入熱によって上昇させる場合には、伝熱空間ＴＬ内（特に、複数の領域ＤＳ内のそれぞれ）の圧力を比較的に低くして断熱性能を上げる。
静電チャック３６は、冷却台３４上に設けられている。冷却台３４は、下部電極を構成している。冷却台３４は、導電性を有している。冷却台３４は、例えば、窒化アルミニウムまたは炭化ケイ素に導電性を付与したセラミックス製であることができ、または、金属（例えば、チタン）製であることができる。静電チャック３６は、静電チャック３６と冷却台３４とを接着させることで、冷却台３４に結合されている。静電チャック３６は、略円盤形状を有しており、酸化アルミニウム（アルミナ）等のセラミックスから形成されている。
静電チャック３６は、吸着用電極５４を内蔵している。吸着用電極５４は電極膜であり、吸着用電極５４には、直流電源６０が電気的に接続されている。直流電源６０からの直流電圧が吸着用電極５４に与えられると、静電チャック３６はクーロン力といった静電力を発生し、当該静電力によって被加工物Ｗを保持する。静電チャック３６は、ヒータ５６を更に内蔵している。ヒータ５６は、静電チャック３６に設けられている。ヒータ５６は、ヒータ電源６２に接続されている。一実施形態では、ヒータ５６とヒータ電源６２との間には、ヒータ電源６２への高周波の侵入を防止するために、フィルタ６４が設けられている。
ヒータ５６は、静電チャック３６上の被加工物Ｗの温度を被加工物Ｗの部分毎に（例えば、被加工物Ｗが中心軸ＣＲを含む中心部と外縁部と中間部とを含み、中間部が外縁部と中心部との間にある場合において、被加工物Ｗの中心部、中間部、外縁部の三つの部分毎に、または、被加工物Ｗの上方からみて領域ＤＳ毎に）上昇させることが可能である。このように、ヒータ５６は、制御部ＭＣＵの制御によって、静電チャック３６上の被加工物Ｗの温度を被加工物Ｗの全体にわたって詳細に均一にし得る。
フォーカスリング８４は、静電チャック３６を囲むように設けられている。フォーカスリング８４は、静電チャック３６の表面（被加工物Ｗの表面）に沿って、延在している。
載置台１４の冷却台３４等は、外周側において一以上の絶縁性部材８６によって覆われている。一以上の絶縁性部材８６は、例えば、酸化アルミニウムまたは石英から形成されている。
制御部ＭＣＵは、処理装置１０の各部を制御するよう、構成されている。例えば、制御部ＭＣＵは、プロセッサ、および、メモリといった記憶装置を備えるコンピュータ装置であり得る。制御部ＭＣＵは、記憶装置に記憶されたプログラムおよびレシピに従って動作することにより、処理装置１０の各部を制御することができる。特に、制御部ＭＣＵは、チラーユニットＴＵ、圧力調節装置ＧＵ、バルブＶＬＡ１、バルブＶＬＡ２、バルブＶＬＢ１、バルブＶＬＢ２を制御して、冷却台３４による抜熱処理を制御する。
以上説明した一実施形態の処理装置１０における高効率な熱の移動は冷媒の気化によって実現されるので、抜熱量が多いほど高効率な熱の移動が可能となる。処理装置１０では、冷却台３４内に流す冷媒の流路が二段構成（第１の流路ＦＬＡおよび第２の流路ＦＬＢ）となっているので、流路が設けられる冷却台３４の内部の容積に制限（上限）があっても、十分に大きな流路断面積と十分に長い流路長とが共に確保され、よって、比較的に多くの抜熱量が実現され得る。更に、冷却台３４内に流す冷媒の流路が二段構成となっているので、冷媒の流路において冷媒の流入する流入口と流出する流出口とを一の平面内に（例えば、第１の流路ＦＬＡのみにおいて）設ける必要が無いので、流入口と流出口とを当該一の平面内に設けるために必要となる流路の折り返し（流路において比較的に大きな曲率（Ｒ）を伴う箇所であり、例えば管継手（bend））や絞りの必要となる箇所が低減されるので、冷却台３４内に流す冷媒の流路の全体にわたって局所的な圧力（流れ）の変動が低減され、圧力の均一性が改善され得る。
更に、冷媒の気化温度は圧力に応じて変化するので、冷却台３４内における圧力の変動は少ないほどよい。この圧力の変動は、流路の長さよりも流路の断面積の変動に依存し、断面積の変動が小さいと圧力変動も低減される。従って、一実施形態において、第１の流路ＦＬＡは断面積の大きさが略一定となっている領域を含み得るので、第１の流路ＦＬＡの一端から他端までの間（より具体的には、第１の流路ＦＬＡにおいて接続流路ＦＬＤに接続されている第１の流路ＦＬＡの一端と接続流路ＦＬＣに接続されている第１の流路ＦＬＡの他端との間）における局所的な圧力変動が低減され第１の流路ＦＬＡ内の冷媒の圧力の均一性がより確保され得ることとなり、よって、圧力に応じた冷媒の気化温度もより均一となり得る。
更に、二段構成となっている流路（第１の流路ＦＬＡおよび第２の流路ＦＬＢ）は、いずれも、静電チャック３６の上から見て、平面視で、静電チャック３６に沿って渦巻き状に延びているので、冷却台３４の内部の容積が制限されている場合であっても、十分に長い流路長が確保され得る。
更に、伝熱空間ＴＬは、冷却台３４において、第１の流路ＦＬＡと第２の流路ＦＬＢとの間に設けられている構成となっており、第１の流路ＦＬＡおよび第２の流路ＦＬＢと同様に静電チャック３６に沿って延在しているので、第１の部分３４ａから伝導され得る第２の流路ＦＬＢに対する熱量が、伝熱空間ＴＬ内の圧力の調節によって、調節され得る。従って、抜熱の速さ（量と時間）が詳細に調節され得る。
更に、伝熱空間ＴＬが複数の領域ＤＳに気密に分離されており、各領域ＤＳに圧力調節装置ＧＵが接続されているので、伝熱空間ＴＬ内の圧力が、伝熱空間ＴＬの領域ＤＳごとに調節され得る。従って、抜熱の速さ（量と時間）が、伝熱空間ＴＬの領域ＤＳごとに詳細に調節され得る。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。従って、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
例えば、図４に示すように、一実施形態に係る処理装置１０では、冷却台３４と静電チャック３６との間に伝熱空間ＴＬ１（第２の伝熱空間）が設けられた構成も可能である。図４は、一実施形態に係る処理装置１０の他の例を概略的に示す図である。図４に示す処理装置１０は、伝熱空間ＴＬ１を更に備える。伝熱空間ＴＬ１は、静電チャック３６と冷却台３４との間に設けられ、静電チャック３６に沿って延在する。
更に、図４に示す処理装置１０は複数の弾性部材ＬＮＧ１を更に備え、図４に示す処理装置１０の伝熱空間ＴＬ１は、複数の弾性部材ＬＮＧ１によって、複数の領域ＤＳ１（複数の第２の領域）に気密に分離される。伝熱空間ＴＬ１内において、複数の領域ＤＳ１のそれぞれは、複数の弾性部材ＬＮＧ１によって画定される。弾性部材ＬＮＧ１は、Ｏリングである。伝熱空間ＴＬ１内における領域ＤＳ１の数や形状は、種々の条件等に応じて自在に設けられ得る。圧力調節装置ＧＵは、複数の領域ＤＳ１のそれぞれに接続され、複数の領域ＤＳ１のそれぞれに対するガスの供給・吸引によって、複数の領域ＤＳ１内のそれぞれの圧力を調節する。
伝熱空間ＴＬ１内（具体的には、複数の領域ＤＳ１内のそれぞれ）における断熱性能は、圧力が低いほど、高い。従って、冷却台３４上の被加工物Ｗに対する急激な抜熱を行う場合には、伝熱空間ＴＬ１内（具体的には、複数の領域ＤＳ１内のそれぞれ）の圧力を比較的に高くして断熱性能を下げ、冷却台３４上の被加工物Ｗの温度をプラズマ入熱によって上昇させる場合には、伝熱空間ＴＬ１内（具体的には、複数の領域ＤＳ１内のそれぞれ）の圧力を比較的に低くして断熱性能を上げる。
このように、図４に示す処理装置１０の場合、静電チャック３６から伝導され得る冷却台３４に対する熱量が、伝熱空間ＴＬ１内の圧力の調節によって調節され得る。従って、抜熱の速さ（量と時間）が詳細に調節され得る。さらに、伝熱空間ＴＬ１内の圧力が、伝熱空間ＴＬ１の領域ＤＳ１ごとに調節され得るので、抜熱の速さ（量と時間）が、伝熱空間ＴＬ１の領域ＤＳ１ごとに詳細に調節され得る。
１０…処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｐ…開口、１４…載置台、１６…上部電極、１８…支持部材、２０…天板、２０ａ…ガス吐出孔、２２…支持体、２２ａ…連通孔、２２ｂ…ガス拡散室、２２ｃ…ポート、２４…配管、２６…ガスソース、２８…流量制御器、３０…バルブ、３２…排気装置、３４…冷却台、３４ａ…第１の部分、３４ｂ…第２の部分、３６…静電チャック、３８…支持部材、４０…給電体、４２…高周波電源、４４…高周波電源、４６…整合器、４８…整合器、５４…吸着用電極、５６…ヒータ、６０…直流電源、６２…ヒータ電源、６４…フィルタ、８４…フォーカスリング、８６…絶縁性部材、ＣＲ…中心軸、ＣＳＡ１…断面、ＣＳＡ２…断面、ＣＳＡ３…断面、ＣＳＡ４…断面、ＣＳＡ５…断面、ＣＳＡ６…断面、ＣＳＡ７…断面、ＣＳＢ１…断面、ＣＳＢ２…断面、ＣＳＢ３…断面、ＣＳＢ４…断面、ＣＳＢ５…断面、ＣＳＢ６…断面、ＤＳ…領域、ＤＳ１…領域、ＦＬ…流路、ＦＬＡ…第１の流路、ＦＬＡ１…端部、ＦＬＡ２…端部、ＦＬＢ…第２の流路、ＦＬＢ１…端部、ＦＬＢ２…端部、ＦＬＣ…接続流路、ＦＬＤ…接続流路、ＧＵ…圧力調節装置、ＧＶ…ゲートバルブ、ＬＮＧ…弾性部材、ＬＮＧ１…弾性部材、ＭＣＵ…制御部、ＰＫ…ねじ、Ｓ…処理空間、ＴＬ…伝熱空間、ＴＬ１…伝熱空間、ＴＵ…チラーユニット、ＶＬＡ１…バルブ、ＶＬＡ２…バルブ、ＶＬＢ１…バルブ、ＶＬＢ２…バルブ、Ｗ…被加工物。

Claims (8)

  1. 被加工物の処理装置であって、
    チャンバ本体と、
    前記チャンバ本体の内部に設けられ前記被加工物を載置する載置台と、
    冷媒を前記載置台に出力するチラーユニットと、
    を備え、
    前記載置台は、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒が流れる冷却台と、
    前記冷却台の上に設けられた静電チャックと、
    を備え、
    前記冷却台は、第１の部分と第２の部分と第１の流路と第２の流路と第３の流路とを備え、
    前記静電チャックは、前記第１の部分上に設けられ、
    前記第１の部分は、前記第２の部分上に設けられ、
    前記第１の流路は、第１の端部と第２の端部とを備え、前記第１の部分内に設けられ、
    前記第２の流路は、第３の端部と第４の端部とを備え、前記第２の部分内に設けられ、
    前記第３の流路は、前記第１の流路の前記第１の端部と前記第２の流路の前記第３の端部とに接続され、該第１の端部と該第３の端部との間に延在し、
    前記チラーユニットは、前記第１の流路の前記第２の端部と前記第２の流路の前記第４の端部とに接続され、
    前記第１の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第１の部分内に延在し、該静電チャックの上から見て、前記第１の端部から該静電チャックに沿って渦巻き状に延びて前記第２の端部に至り、
    前記第２の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第２の部分内に延在し、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒は、前記第１の流路の前記第２の端部に入力し、該第１の流路、前記第３の流路、前記第２の流路を順に流れて、該第２の流路の前記第４の端部から前記チラーユニットに入力し、
    前記第３の流路は、前記静電チャックの上から見て、該静電チャックの中央部と重なるように、前記第１の部分内と前記第２の部分内との間で延在し、
    前記第２の流路は、前記静電チャックの上から見て、前記第３の端部から前記静電チャックに沿って渦巻き状に延びて前記第４の端部に至る、
    処理装置。
  2. 被加工物の処理装置であって、
    チャンバ本体と、
    前記チャンバ本体の内部に設けられ前記被加工物を載置する載置台と、
    冷媒を前記載置台に出力するチラーユニットと、
    圧力調節装置と、
    を備え、
    前記載置台は、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒が流れる冷却台と、
    前記冷却台の上に設けられた静電チャックと、
    を備え、
    前記冷却台は、第１の部分と第２の部分と第１の流路と第２の流路と第３の流路と伝熱空間とを備え、
    前記静電チャックは、前記第１の部分上に設けられ、
    前記第１の部分は、前記第２の部分上に設けられ、
    前記第１の流路は、第１の端部と第２の端部とを備え、前記第１の部分内に設けられ、
    前記第２の流路は、第３の端部と第４の端部とを備え、前記第２の部分内に設けられ、
    前記第３の流路は、前記第１の流路の前記第１の端部と前記第２の流路の前記第３の端部とに接続され、該第１の端部と該第３の端部との間に延在し、
    前記チラーユニットは、前記第１の流路の前記第２の端部と前記第２の流路の前記第４の端部とに接続され、
    前記第１の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第１の部分内に延在し、
    前記第２の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第２の部分内に延在し、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒は、前記第１の流路の前記第２の端部に入力し、該第１の流路、前記第３の流路、前記第２の流路を順に流れて、該第２の流路の前記第４の端部から前記チラーユニットに入力し、
    前記伝熱空間は、前記第１の部分と前記第２の部分との間において前記静電チャックに沿って延在し、該伝熱空間内の圧力を調節する圧力調節装置に接続される、
    処理装置。
  3. 被加工物の処理装置であって、
    チャンバ本体と、
    前記チャンバ本体の内部に設けられ前記被加工物を載置する載置台と、
    冷媒を前記載置台に出力するチラーユニットと、
    圧力調節装置と、
    伝熱空間と、
    を備え、
    前記載置台は、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒が流れる冷却台と、
    前記冷却台の上に設けられた静電チャックと、
    を備え、
    前記冷却台は、第１の部分と第２の部分と第１の流路と第２の流路と第３の流路とを備え、
    前記静電チャックは、前記第１の部分上に設けられ、
    前記第１の部分は、前記第２の部分上に設けられ、
    前記第１の流路は、第１の端部と第２の端部とを備え、前記第１の部分内に設けられ、
    前記第２の流路は、第３の端部と第４の端部とを備え、前記第２の部分内に設けられ、
    前記第３の流路は、前記第１の流路の前記第１の端部と前記第２の流路の前記第３の端部とに接続され、該第１の端部と該第３の端部との間に延在し、
    前記チラーユニットは、前記第１の流路の前記第２の端部と前記第２の流路の前記第４の端部とに接続され、
    前記第１の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第１の部分内に延在し、
    前記第２の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第２の部分内に延在し、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒は、前記第１の流路の前記第２の端部に入力し、該第１の流路、前記第３の流路、前記第２の流路を順に流れて、該第２の流路の前記第４の端部から前記チラーユニットに入力し、
    前記伝熱空間は、前記静電チャックと前記冷却台との間に設けられ、該静電チャックに沿って延在し、該伝熱空間内の圧力を調節する圧力調節装置に接続され、
    前記第３の流路は、前記静電チャックの上から見て、該静電チャックの中央部と重なるように、前記第１の部分内と前記第２の部分内との間で延在し、
    前記第１の流路は、前記静電チャックの上から見て、前記第１の端部から該静電チャックに沿って渦巻き状に延びて前記第２の端部に至り、
    前記第２の流路は、前記静電チャックの上から見て、前記第３の端部から前記静電チャックに沿って渦巻き状に延びて前記第４の端部に至る、
    処理装置。
  4. 前記伝熱空間は、複数の第１の領域に気密に分離され、
    前記圧力調節装置は、前記複数の第１の領域のそれぞれに接続され、該複数の第１の領域のそれぞれの内部の圧力を調節する、
    請求項２に記載の処理装置。
  5. 被加工物の処理装置であって、
    チャンバ本体と、
    前記チャンバ本体の内部に設けられ前記被加工物を載置する載置台と、
    冷媒を前記載置台に出力するチラーユニットと、
    圧力調節装置と、
    伝熱空間と、
    を備え、
    前記載置台は、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒が流れる冷却台と、
    前記冷却台の上に設けられた静電チャックと、
    を備え、
    前記冷却台は、第１の部分と第２の部分と第１の流路と第２の流路と第３の流路とを備え、
    前記静電チャックは、前記第１の部分上に設けられ、
    前記第１の部分は、前記第２の部分上に設けられ、
    前記第１の流路は、第１の端部と第２の端部とを備え、前記第１の部分内に設けられ、
    前記第２の流路は、第３の端部と第４の端部とを備え、前記第２の部分内に設けられ、
    前記第３の流路は、前記第１の流路の前記第１の端部と前記第２の流路の前記第３の端部とに接続され、該第１の端部と該第３の端部との間に延在し、
    前記チラーユニットは、前記第１の流路の前記第２の端部と前記第２の流路の前記第４の端部とに接続され、
    前記第１の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第１の部分内に延在し、
    前記第２の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第２の部分内に延在し、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒は、前記第１の流路の前記第２の端部に入力し、該第１の流路、前記第３の流路、前記第２の流路を順に流れて、該第２の流路の前記第４の端部から前記チラーユニットに入力し、
    前記伝熱空間は、前記静電チャックと前記冷却台との間に設けられ、該静電チャックに沿って延在し、該伝熱空間内の圧力を調節する圧力調節装置に接続され、
    前記伝熱空間は、複数の第２の領域に気密に分離され、
    前記圧力調節装置は、前記複数の第２の領域のそれぞれに接続され、該複数の第２の領域のそれぞれの内部の圧力を調節し、前記複数の第２の領域のそれぞれの圧力調節によって静電チャックから冷却台への熱量を調節することにより抜熱の速さを該複数の第２の領域のそれぞれにおいて調節する、
    処理装置。
  6. 前記第３の流路は、前記静電チャックの上から見て、該静電チャックの中央部と重なるように、前記第１の部分内と前記第２の部分内との間で延在し、
    前記第１の流路は、前記静電チャックの上から見て、前記第１の端部から該静電チャックに沿って渦巻き状に延びて前記第２の端部に至り、
    前記第２の流路は、前記静電チャックの上から見て、前記第３の端部から前記静電チャックに沿って渦巻き状に延びて前記第４の端部に至る、
    請求項２、請求項４、請求項５の何れか一項に記載の処理装置。
  7. 前記第１の流路は、断面積の大きさが略一定の領域を含む、
    請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の処理装置。
  8. 被加工物を載置する載置台であって、
    チラーユニットから出力される冷媒が流れる冷却台と、
    前記冷却台の上に設けられた静電チャックと、
    を備え、
    前記冷却台は、第１の部分と第２の部分と第１の流路と第２の流路と第３の流路と伝熱空間とを備え、
    前記静電チャックは、前記第１の部分上に設けられ、
    前記第１の部分は、前記第２の部分上に設けられ、
    前記第１の流路は、第１の端部と第２の端部とを備え、前記第１の部分内に設けられ、
    前記第２の流路は、第３の端部と第４の端部とを備え、前記第２の部分内に設けられ、
    前記第３の流路は、前記第１の流路の前記第１の端部と前記第２の流路の前記第３の端部とに接続され、該第１の端部と該第３の端部との間に延在し、
    前記チラーユニットは、前記第１の流路の前記第２の端部と前記第２の流路の前記第４の端部とに接続され、
    前記第１の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第１の部分内に延在し、
    前記第２の流路は、前記静電チャックに沿うように前記第２の部分内に延在し、
    前記チラーユニットから出力される前記冷媒は、前記第１の流路の前記第２の端部に入力し、該第１の流路、前記第３の流路、前記第２の流路を順に流れて、該第２の流路の前記第４の端部から前記チラーユニットに入力し、
    前記伝熱空間は、前記第１の部分と前記第２の部分との間において前記静電チャックに沿って延在し、該伝熱空間内の圧力を調節する圧力調節装置に接続される、
    載置台。
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