JP7129877B2 - 温度制御システム及び温度制御方法 - Google Patents

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Description

本開示は、温度制御システム及び温度制御方法に関する。
プロセス条件の多様化により、チラーユニットにはブライン等の熱媒体の温度を広範囲かつ高速に変更する技術が求められている。
特許文献１には、低温温調ユニットおよび高温温調ユニットを備える温度制御システムが開示されている。
特開２０１３－１０５３５９号公報
一の側面では、本開示は、部材の流路に流す熱媒体の温度を高速かつ効果的に変更可能な温度制御システム及び温度制御方法を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、入口及び出口を有する内部流路を備えるターゲットの温度を制御する温度制御システムであって、前記温度制御システムは、前記入口から前記出口まで延びる外部流路であって、前記内部流路及び前記外部流路に熱媒体を循環させる前記外部流路と、前記ターゲットから離れて前記外部流路内に配置された第１バイパス流路と、前記ターゲットに隣接して前記外部流路内に配置された第２バイパス流路と、前記外部流路に配置され、かつ、前記出口の下流または前記入口の上流に配置され、熱媒体を循環させる第１ポンプと、前記外部流路の中間点に配置された温度調節器と、前記外部流路に配置され、かつ、前記温度調節器の下流に配置され、熱媒体を循環させる第２ポンプと、前記第２ポンプの下流の前記外部流路に配置され、かつ、前記第１バイパス流路と前記第２バイパス流路との間に配置された第１バルブと、前記温度調節器の上流の前記外部流路に配置され、かつ、前記第２バイパス流路と前記第１バイパス流路との間に配置された第２バルブと、前記第１バイパス流路に配置された第３バルブと、前記第２バイパス流路に配置された第４バルブと、を備え、前記第１バルブと前記第２バルブの組及び前記第３バルブと前記第４バルブの組のうち、少なくとも一方の組は、流量制御弁で構成される、温度制御システムが提供される。
一の側面によれば、部材の流路に流す熱媒体の温度を高速かつ効果的に変更可能な温度制御システム及び温度制御方法を提供することができる。
第１実施形態に係る温度制御システムの第１の動作モードにおける動作を示す構成図。 第１実施形態に係る温度制御システムの第２の動作モードにおける動作を示す構成図。 第１実施形態に係る温度制御システムの第３の動作モードにおける動作を示す構成図。 第１実施形態に係る温度制御システムの各動作モードにおけるバルブ等の状態例を示す図。 第１実施形態に係る制御装置が行う動作モードの決定処理を示すフローチャート。 目標温度と第１バルブの開度との相関データを記憶した相関テーブルの一例。 第２実施形態に係る温度制御システムの構成図。 第２実施形態に係る温度制御システムの各動作モードにおけるバルブ等の状態例を示す図。 第３実施形態に係る温度制御システムの構成図。 第３実施形態に係る温度制御システムの各動作モードにおけるバルブ等の状態例を示す図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
≪第１実施形態に係る温度制御システムの構成≫
第１実施形態に係る温度制御システムＳについて、図１から図３を用いて説明する。図１から図３は、第１実施形態に係る温度制御システムＳの構成図であり、図１は第１の動作モードにおける動作を示し、図２は第２の動作モードにおける動作を示し、図３は第３の動作モードにおける動作を示す。
温度制御システムＳは、処理装置１と、チラー２と、加熱側ポンプ３と、流路４と、流路調整部５と、制御装置９と、を備えている。
処理装置１はウェハＷを処理する装置である。ウェハＷには、熱処理やプラズマ処理やＵＶ処理やその他の処理が施される。ウェハＷの処理には、エッチング処理、成膜処理、クリーニング処理、トリートメント処理、アッシング処理等のあらゆる処理が含まれる。
処理装置１は、処理容器１０と、ウェハＷを載置する載置台１１と、を有している。載置台１１は、静電チャック１２と、基台（部材）１３と、を有している。静電チャック１２は、基台１３の上に配置されている。静電チャック１２は、電極１２ａと、ヒータ１２ｂと、を有している。電極１２ａに直流電源からの電圧を印加することで、ウェハＷを静電チャック１２上に静電吸着させる。ヒータ１２ｂに交流電源からの電圧を印加することで、ウェハＷを加温することができる。なお、電極１２ａ及びヒータ１２ｂへの通電は、制御装置９によって制御される。基台１３は、支持台１４に支持されている。基台１３の内部には、一端側を流入口１３ａとして他端側を流出口１３ｂとする部材流路１３ｃがリング状又は渦巻き状に形成されている。支持台１４は、処理容器１０の内部で基台１３を支持する。
また、処理装置１は、プラズマ処理装置として構成されていてもよい。基台１３には、整合器（図示せず）を介してプラズマ生成用の高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）が接続される。かかる構成により、載置台１１は下部電極としての機能を有する。また、処理容器１０には、処理容器１０内に所望のガスを供給するガス供給源（図示せず）と、処理容器１０内を減圧する真空ポンプ（図示せず）と、が接続される。また、処理容器１０内で、載置台１１の上方には、載置台１１に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド（図示せず）が設けられている。上部電極としてのシャワーヘッドと下部電極としての載置台１１との間にプラズマが生成される。
チラー２は、ブラインの温度を調整する。チラー２は、ブラインを冷却する冷却器（「温調ユニット」とも称する。）２２と、冷却されたブラインを吐出するチラーポンプ（「冷却側ポンプ」「第２ポンプ」とも称する。）２１と、を備えている。なお、ブラインは熱媒体の一例であり、熱媒体としては、冷却水等であってもよい。冷却器２２は、制御装置９によって、チラー２から吐出されるブラインの温度が所定の温度となるように制御される。また、チラーポンプ２１は、制御装置９によって、吐出されるブラインの流量が所定の流量となるように制御される。ブラインを冷却する冷却器２２は、ブラインの温度を所定温度にする機器であれば、ブラインを冷却することに限られない。以下では、冷却器２２がブラインを冷却し、チラー２から吐出されることを一例として説明する。
加熱側ポンプ３（「第１ポンプ」とも称する。）は、基台１３の部材流路１３ｃにブラインを通流させるためのポンプである。加熱側ポンプ３は、制御装置９によって、吐出されるブラインの流量が所定の流量となるように制御される。なお、図１から図３に示す一例では、加熱側ポンプ３を部材流路１３ｃの下流側（後述する下流側流路４２）に設け、加熱側ポンプ３が流出口１３ｂから流れるブラインを吸込することにより、部材流路１３ｃにブラインを通流させる構成として図示しているが、このような構成に限られるものではない。加熱側ポンプ３を部材流路１３ｃの上流側（後述する上流側流路４１）に設け、加熱側ポンプ３が流入口１３ａへとブラインを吐出することにより、部材流路１３ｃにブラインを通流させる構成としてもよい。また、加熱側ポンプ３の数は１つに限られるものではなく、２つ以上設けてもよい。
温度制御システムＳは、ブラインを通流させる流路４を備えている。また、温度制御システムＳは、ブラインの流れを調整するための流路調整部５を備えている。流路４は、上流側流路（第１流路）４１と、下流側流路（第２流路）４２と、第１バイパス流路４３と、第２バイパス流路４４と、を有している。流路調整部５は、第１バルブ５１と、第２バルブ５２と、第３バルブ５３と、第４バルブ５４と、を有している。
上流側流路４１は、チラー２の吐出側から流入口１３ａへと接続する流路である。上流側流路４１には、第１バルブ５１が設けられている。第１バルブ５１は、開度調整が可能な流量調整弁であり、制御装置９によって、その開度が制御される。
下流側流路４２は、流出口１３ｂからチラー２の流入側へと接続する流路である。下流側流路４２には、第２バルブ５２が設けられている。第２バルブ５２は、開度調整が可能な流量調整弁であり、制御装置９によって、その開度が制御される。
第１バイパス流路４３は、第１バルブ５１、第２バルブ５２よりもチラー２側で上流側流路４１と下流側流路４２とを接続する流路である。また、第１バイパス流路４３は、チラー２の側から見て、流出口１３ｂをバイパスする流路である。第１バイパス流路４３には、第３バルブ５３が設けられている。第３バルブ５３は、開閉弁であり、制御装置９によって、その開閉が制御される。
第２バイパス流路４４は、第１バルブ５１、第２バルブ５２よりも部材流路１３ｃ側で上流側流路４１と下流側流路４２とを接続する流路である。また、第２バイパス流路４４は、流出口１３ｂの側から見て、チラー２をバイパスする流路である。第２バイパス流路４４には、第４バルブ５４が設けられている。第４バルブ５４は、開閉弁であり、制御装置９によって、その開閉が制御される。
上流側流路４１と第１バイパス流路４３との接続部を接続部ａとする。下流側流路４２と第１バイパス流路４３との接続部を接続部ｂとする。上流側流路４１と第２バイパス流路４４との接続部を接続部ｃとする。下流側流路４２と第２バイパス流路４４との接続部を接続部ｄとする。
即ち、上流側流路４１は、チラー２の吐出側から接続部ａまでの流路４１ａと、接続部ａから接続部ｃまでの流路４１ｂと、接続部ｃから流入口１３ａまでの流路４１ｃと、を有している。下流側流路４２は、流出口１３ｂから接続部ｄまでの流路４２ａと、接続部ｄから接続部ｂまでの流路４２ｂと、接続部ｂからチラー２の流入側までの流路４２ｃと、を有している。第１バルブ５１は、流路４１ｂに設けられている。第２バルブ５２は、流路４２ｂに設けられている。加熱側ポンプ３は、図１から図３に示す一例のように流路４２ａに設けられているが、流路４１ｃに設けられていてもよい。
温度制御システムＳは、動作状態を検出するための各種センサを備えている。図１から図３に示す一例では、温度センサ６１および流量センサ６２を備えている。
温度センサ６１は、基台１３に関する温度を検出する。なお、図１から図３に示す一例では、温度センサ６１は流路４１ｃに設けられ、流入口１３ａから基台１３の部材流路１３ｃに流入するブラインの温度を検出する。なお、基台１３に関する温度を検出する温度センサ６１は、このような構成に限られるものではない。温度センサ６１は流路４２ａに設けられ、基台１３の部材流路１３ｃを通流して流出口１３ｂから流出したブラインの温度を検出する構成としてもよい。温度センサ６１は、流入口１３ａ又は流出口１３ｂの近傍に配置されることが好ましい。また、温度センサ６１は部材流路１３ｃに設けられ、部材流路１３ｃを通流するブラインの温度を検出する構成としてもよい。また、温度センサ６１は基台１３に設けられ、基台１３の温度を検出する構成としてもよい。
流量センサ６２は、部材流路１３ｃを流れるブラインの流量を検出する。なお、図１から図３に示す一例では、流量センサ６２は流路４１ｃに設けられるものとして図示しているが、このような構成に限られるものではない。流量センサ６２は流路４２ａに設けられる構成であってもよい。流量センサ６２は、流入口１３ａ又は流出口１３ｂの近傍に配置されることが好ましい。
温度センサ６１で検出した温度および流量センサ６２で検出した流量に基づいて、載置台１１に載置されるウェハＷの温度を管理することができる。
制御装置９は、制御指令値としての基台１３に関する目標温度Ｔｏ、温度センサ６１の検出温度Ｔ、流量センサ６２の検出流量Ｆが入力される。また、制御装置９は、ヒータ１２ｂ、冷却器２２、チラーポンプ２１、加熱側ポンプ３、第１～第４バルブ５１～５４を制御することにより、温度制御システムＳ全体を制御する。
制御装置９は、機能ブロックとして、目標温度取得部９１と、温度取得部９２と、流量取得部９３と、動作モード判定部９４と、バルブ制御部９５と、記憶部９６と、を備えている。
目標温度取得部９１は、基台１３に関する目標温度Ｔｏを取得する。なお、目標温度Ｔｏは、例えば処理装置１の処理の工程によって決定される。
温度取得部９２は、基台１３に関する温度を取得する。具体的には、温度センサ６１で検出した検出温度Ｔを取得する。
流量取得部９３は、部材流路１３ｃを流れるブラインの流量を取得する。具体的には、流量センサ６２で検出した検出流量Ｆを取得する。
動作モード判定部９４は、図１から図３に示す第１から第３の動作モードのうち、どの動作モードを実行するか判定する。なお、動作モード判定部９４の判定処理は図５を用いて後述する。
バルブ制御部９５は、動作モード判定部９４の判定結果に基づいて、第１～第４バルブ５１～５４を制御することにより、各動作モードを実行する。
記憶部９６は、温度制御システムＳの動作に用いる情報等が記憶されている。
≪温度制御システムの動作モード≫
次に、図１から図３を参照しつつ、図４を用いて、各動作モードにおける制御装置９の制御とブラインの流れについて説明する。図４は、第１実施形態に係る温度制御システムＳの各動作モードにおけるバルブ等の状態例を示す図である。なお、図４に示すように、第１から第３の動作モードにおいて、チラー２から吐出されるブラインの温度（チラー吐出温度）が一定（温度Ｔｃ）となるように、冷却器２２が制御される。また、チラー２から吐出されるブラインの流量が所定の流量となるように、チラーポンプ（冷却側ポンプ）２２が制御される。また、加熱側ポンプ３から吐出されるブラインの流量が所定の流量となるように、加熱側ポンプ３が制御される。
＜第１の動作モード：降温・低温＞
図１に示す第１の動作モード（「第３の工程」とも称する。）は、基台１３を降温させる、または、基台１３の温度を処理装置１がウェハＷを処理する際の温度（低温）で動作する際の動作モードである。
図４に示すように、この動作モードでは、第１バルブ５１，第２バルブ５２の開度が全開となり、第３バルブ５３，第４バルブ５４は閉弁となる。なお、第１バルブ５１，第２バルブ５２の開度は全開でなくてもよく、少なくとも流路４１ｂ，４２ｂが通流可能となっていればよい。これにより、図１に示すように、チラー２、上流側流路４１（流路４１ａ、流路４１ｂ、流路４１ｃ）、部材流路１３ｃ、下流側流路４２（流路４２ａ、流路４２ｂ、流路４２ｃ）をブラインが循環する第１の循環流路が形成される。
チラー２から吐出されたブラインは、流路４１ａ、流路４１ｂ、流路４１ｃを通って、流入口１３ａへと流入する。部材流路１３ｃを通流して流出口１３ｂから流出するブラインは、加熱側ポンプ３により送液され、流路４２ａ、流路４２ｂ、流路４２ｃを通って、チラー２へと流入する。このように、第１の動作モードでは、チラー２で温度Ｔｃに冷却されたブラインが部材流路１３ｃに供給される。
＜第２の動作モード：昇温＞
図２に示す第２の動作モード（「第１の工程」とも称する。）は、基台１３を昇温させる動作モードである。
図４に示すように、この動作モードでは、第１バルブ５１，第２バルブ５２の開度が全閉となり、第３バルブ５３，第４バルブ５４は開弁となる。これにより、図２に示すように、チラー２、流路４１ａ、第１バイパス流路４３、流路４２ｃをブラインが循環する第２の循環流路が形成される。また、部材流路１３ｃ、流路４２ａ、第２バイパス流路４４、流路４１ａをブラインが循環する第３の循環流路が形成される。
チラー２から吐出されたブラインは、流路４１ａ、第１バイパス流路４３、流路４２ｃを通ってチラー２へと流入する。また、部材流路１３ｃを通流して流出口１３ｂから流出するブラインは、加熱側ポンプ３により送液され、流路４２ａ、第２バイパス流路４４、流路４１ｃを通って流入口１３ａへと流入する。このように、第２の動作モードでは、部材流路１３ｃを通流するブラインは、チラー２には戻らず、第２バイパス流路４４を介して循環する。この際、ヒータ１２ｂによって、循環するブラインが昇温される。結果、温度Ｔｃよりも高温のブラインが部材流路１３ｃに供給される。また、チラー２の側で循環するブラインは、ヒータ１２ｂによって加熱されることなく循環する。
第２の動作モードにおいて、流路４１ｃ、部材流路１３ｃ、流路４２ａ，第２バイパス流路４４内を循環するブラインの量は、システム全体のブラインの量と比較して、少なくする（例えば、１／１０程度）ことができる。これにより、系全体のブラインを循環させる従来の構成と比較して、温度変更するブラインの量を低減することができ、ブラインの温度をより効率的に昇温させることができる。そして、基台１３の温度を速やかに昇温させることができる。
なお、ブラインの加熱源として、ヒータ１２ｂを用いるものとして説明したが、このような構成に限られるものではない。処理装置１がウェハＷを処理する際に発生する熱をブラインの加熱源として用いる構成であってもよい。例えば、処理装置１がプラズマ処理装置として構成される場合、処理容器１０内でプラズマから発生する熱をブラインの加熱源としてよい。
＜第３の動作モード：高温・中間温度＞
図３に示す第３の動作モード（「第２の工程」とも称する。）は、基台１３の温度を、処理装置１がウェハＷを処理する際の温度（高温・中間温度）で温度制御する際の動作モードである。
図４に示すように、この動作モードでは、流量調整弁である第１バルブ５１，第２バルブ５２の開度が制御され、開閉弁である第３バルブ５３，第４バルブ５４は開弁となる。これにより、図３に示すように、第１の循環流路、第２の循環流路、第３の循環流路が形成される。
第１バルブ５１および第２バルブ５２の開度を制御することにより、チラー２から吐出された低温のブラインは、一部が流路４１ｂ，流路４１ｃを通って流入口１３ａに供給されるとともに、残部が第１バイパス流路４３，流路４２ｃを通ってチラー２の流入側へと戻される。また、部材流路１３ｃを通流して流出口１３ｂから流出するブラインは、加熱側ポンプ３により送液され、一部が流路４２ｂ，流路４２ｃを通ってチラー２の流入側へと供給されるとともに、残部が第２バイパス流路４４，流路４１ｃを通って流入口１３ａへと戻される。
このように、第３の動作モードでは、チラー２から吐出されたブラインと、流出口１３ｂから流出する、チラー２から吐出されたブラインよりも高温のブラインと、を混合して、部材流路１３ｃに供給する。この際、第１バルブ５１，第２バルブ５２の弁開度を制御することにより、混合比を変更することができる。即ち、流入口１３ａに供給されるブラインの温度を変更することができる。これにより、温度Ｔｃよりも高温のブラインが部材流路１３ｃに供給される。また、系全体のブラインを循環させる従来の構成と比較して、温度制御の要求に対して、部材流路１３ｃに供給するブラインの温度を速やかに変更することができる。
以上のように、第１～第４バルブ５１～５４の開閉・開度を制御して、第１～第３の動作モードを切り替える。換言すれば、流路調整部５は、第１の動作モードにおいて、チラー２と部材流路１３ｃの間でブラインが循環する第１の循環流路と通流可能とし、第２，３の循環流路を閉塞する。また、第２の動作モードにおいて、チラー２と第１バイパス流路４３の間でブラインが循環する第２の循環流路を通流可能とし、部材流路１３ｃと第２バイパス流路４４の間でブラインが循環する第３の循環流路と通流可能とし、第１の循環流路を閉塞する。また、第３の動作モードにおいて、第１～３の循環流路と通流可能とするとともに、第１の循環流路を流れるブラインと第３の循環流路を流れるブラインとの混合比を制御する。
＜動作モードの決定処理＞
次に、制御装置９が実行する動作モードの決定処理について、図５を用いて説明する。図５は、第１実施形態に係る制御装置９が行う動作モードの決定処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、制御装置９の目標温度取得部９１は、目標温度Ｔｏを取得する。なお、目標温度Ｔｏは、例えば、処理装置１の処理の工程によって決定され、記憶部９６に記憶されたレシピに設定されたプロセス条件から取得する。
ステップＳ１０２において、制御装置９の温度取得部９２は、温度センサ６１で検出した検出温度Ｔを取得する。
ステップＳ１０３において、制御装置９の動作モード判定部９４は、第１条件を満たしているか否かを判定する。ここで、第１条件とは、第１の動作モードで運転するか否かを判定するための条件式であり、例えば記憶部９６に記憶されている。例えば、検出温度Ｔが目標温度Ｔｏよりも高く、かつ、その差分が第１閾値温度以上であった場合、基台１３を降温させるものとして、第１条件を満たしていると判定する。また、目標温度Ｔｏが第２閾値温度以下であった場合、基台１３を低温で動作させるものとして、第１条件を満たしていると判定する。
第１条件を満たしていると判定した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、制御装置９の処理はステップＳ１０５に進む。第１条件を満たしていないと判定した場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、制御装置９の処理はステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４において、制御装置９の動作モード判定部９４は、第２条件を満たしているか否かを判定する。ここで、第２条件とは、第２の動作モードで運転するか否かを判定するための条件式であり、例えば記憶部９６に記憶されている。例えば、検出温度Ｔが目標温度Ｔｏよりも低く、かつ、その差分が第３閾値温度以上であった場合、基台１３を昇温させるものとして、第２条件を満たしていると判定する。
第２条件を満たしていると判定した場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、制御装置９の処理はステップＳ１０６に進む。第２条件を満たしていないと判定した場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、制御装置９の処理はステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０５において、制御装置９の動作モード判定部９４は、第１の動作モードで動作させると判定する。
ステップＳ１０６において、制御装置９の動作モード判定部９４は、第２の動作モードで動作させると判定する。
ステップＳ１０７において、制御装置９の動作モード判定部９４は、第３の動作モードで動作させると判定する。
以下、制御装置９のバルブ制御部９５は、動作モード判定部９４の判定結果に基づいて、第１～第４バルブ５１～５４を制御して、第１から第３の動作モードのいずれかの動作モードで温度制御システムＳを動作させる。
＜第３の動作モードにおけるバルブ制御＞
次に、第３の動作モードにおける流量調整弁（第１バルブ５１、第２バルブ５２）の開度制御について説明する。
第３の動作モードにおいて、第１バルブ５１の開度を増加させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第１バルブ５１の開度を減少させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。また、第２バルブ５２の開度を増加させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第２バルブ５２の開度を減少させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。バルブ制御部９５は、温度センサ６１の検出温度Ｔが目標温度Ｔｏに近づくように、第１バルブ５１、第２バルブ５２の開度を制御する。
図６は、目標温度Ｔｏと第１バルブ５１の開度との相関データを記憶した相関テーブルＴＢの一例である。
図６に示す相関テーブルＴＢにおいて、横軸は目標温度Ｔｏであり、縦軸は第１バルブ５１の開度である。相関テーブルＴＢを得るための実験では、第１バルブ５１の開度を変えながら部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度の相関データを予め求め、記憶部９６に記憶したものである。部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度は、温度センサ６１により計測される。なお、相関テーブルＴＢが記憶する相関データは、これに限られず、相関テーブルＴＢに示す直線以外の傾き又は曲線になり得る。
バルブ制御部９５は、相関テーブルＴＢと目標温度Ｔｏに基づいて、第１バルブ５１の開度を制御する。同様に、バルブ制御部９５は、テーブルＴＢと目標温度Ｔｏに基づいて、第２バルブ５２の開度を制御する。なお、第１バルブ５１の制御に用いるテーブルＴＢと、第２バルブ５２の制御に用いるテーブルＴＢとは、同じテーブルであってもよく、異なるテーブルであってもよい。
なお、バルブ制御部９５による第１バルブ５１、第２バルブ５２の開度制御はこれに限られるものではなく、種々の方法が適用できる。
例えば、第１バルブ５１の開度および第２バルブ５２の開度と、混合比との相関を記憶した相関テーブルを記憶部９６に記憶していてもよい。バルブ制御部９５は、流路４１ｂから接続部ａに供給されるブラインの温度（即ち、温度Ｔｃ）、第２バイパス流路４４から接続部ａに供給されるブラインの温度（即ち、部材流路１３ｃから流出したブラインの温度）、目標温度Ｔｏに基づいて、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が目標温度Ｔｏとなるような混合比を算出する。そして、算出した混合比と相関テーブルに基づいて、第１バルブ５１の開度および第２バルブ５２の開度を決定し、決定した開度で制御する。なお、流路４２ａに温度センサが設けられていることが好ましい。
また、例えば、第１バルブ５１の開度は、温度センサ６１でフィードバック制御してもよい。即ち、目標温度Ｔｏよりも温度センサ６１の検出温度Ｔが高い場合、第１バルブ５１の開度を増加させる。目標温度Ｔｏよりも温度センサ６１の検出温度Ｔが低い場合、第１バルブ５１の開度を減少させる。また、第２バルブ５２の開度は、流量センサ６２でフィードバック制御してもよい。即ち、所定の設定流量よりも流量センサ６２の検出流量Ｆが高い場合、第２バルブ５２の開度を増加させる。所定の設定流量よりも流量センサ６２の検出流量Ｆが低い場合、第２バルブ５２の開度を減少させる。
また、例えば、第２バルブ５２の開度は、温度センサ６１でフィードバック制御してもよい。即ち、目標温度Ｔｏよりも温度センサ６１の検出温度Ｔが高い場合、第２バルブ５２の開度を増加させる。目標温度Ｔｏよりも温度センサ６１の検出温度Ｔが低い場合、第２バルブ５２の開度を減少させる。また、第１バルブ５１の開度は、流量センサ６２でフィードバック制御してもよい。即ち、所定の設定流量よりも流量センサ６２の検出流量Ｆが高い場合、第１バルブ５１の開度を減少させる。所定の設定流量よりも流量センサ６２の検出流量Ｆが低い場合、第１バルブ５１の開度を増加させる。
以上、第１実施形態に係る温度制御システムＳによれば、第１～第４バルブ５１～５４の開閉・開度を制御して第１～第３の動作モードを切り替える。これにより、チラー吐出温度Ｔｃを変更することなく、部材流路１３ｃに供給するブラインの温度を調整することができる。また、第２，３の動作モードにおいては、チラー２から吐出されるブラインの温度Ｔｃよりも高温のブラインを部材流路１３ｃに供給することができる。
また、第１実施形態に係る温度制御システムＳによれば、基台１３を昇温する際には、昇温するブラインの量を系全体のブライン量に対して一部とすることができる。これにより、系全体のブラインを昇温する従来の温度制御システムの構成と比較して、ブラインの温度を速やかに上昇させることができ。効率のよい温度変更が可能となる。
また、第１実施形態に係る温度制御システムＳによれば、１つのチラー２によって、温度調整が可能となる。これにより、複数の温調ユニットを設置する構成と比較して、設置面積を小さくすることができる。
また、第１実施形態に係る温度制御システムＳによれば、冷却器２２によるチラー吐出温度Ｔｃ、チラーポンプ２１の吐出流量、加熱側ポンプ３の吐出流量を変更しなくても、流路調整部５の制御により、部材流路１３ｃに供給するブラインの温度を調整することができる。このため、吐出温度や吐出流量が固定のチラー２や、吐出流量が固定の加熱側ポンプ３を用いても、好適に部材流路１３ｃに供給するブラインの温度を調整することができ、装置構成を簡素化することができる。
≪第２実施形態に係る温度制御システムの構成≫
次に、第２実施形態に係る温度制御システムＳＡについて、図７および図８を用いて説明する。図７は、第２実施形態に係る温度制御システムＳＡの構成図である。なお、図７は第３の動作モードにおける動作を示す。図８は、第２実施形態に係る温度制御システムＳＡの各動作モードにおけるバルブ等の状態例を示す図である。
図７に示す第２実施形態に係る温度制御システムＳＡは、図１等に示す第１実施形態に係る温度制御システムＳと比較して、流路調整部５Ａの構成が異なっている。
流路調整部５Ａは、第１バルブ５１Ａと、第２バルブ５２Ａと、第３バルブ５３Ａと、第４バルブ５４Ａと、を有している。第１バルブ５１Ａは、上流側流路４１の流路４１ｂに設けられている。第２バルブ５２Ａは、下流側流路４２の流路４２ｂに設けられている。第３バルブ５３Ａは、第１バイパス流路４３に設けられている。第４バルブ５４Ａは、第２バイパス流路４４に設けられている。第１～第４バルブ５１Ａ～５４Ａは、開度調整が可能な流量調整弁であり、制御装置９によって、その開度が制御される。
図８に示すように、第１の動作モードでは、第１バルブ５１Ａ，第２バルブ５２Ａの開度が全開となり、第３バルブ５３Ａ，第４バルブ５４Ａの開度が全閉となる。なお、第１バルブ５１Ａ，第２バルブ５２Ａの開度は全開でなくてもよく、少なくとも流路４１ｂ，４２ｂが通流可能となっていればよい。第２の動作モードでは、第１バルブ５１Ａ，第２バルブ５２Ａの開度が全閉となり、第３バルブ５３Ａ，第４バルブ５４Ａの開度が全開となる。なお、第３バルブ５３Ａ，第４バルブ５４Ａの開度は全開でなくてもよく、少なくともバイパス流路４３，４４が通流可能となっていればよい。第３の動作モードでは、流量調整弁である第１～第４バルブ５１Ａ～５４Ａの開度が制御される。制御装置９は、第１～第４バルブ５１Ａ～５４Ａの弁開度を制御することにより、流入口１３ａに供給されるブラインの温度を変更することができる。
以上、第２実施形態に係る温度制御システムＳＡによれば、第１実施形態に係る温度制御システムＳと同様に、第１～第４バルブ５１Ａ～５４Ａの開度を制御して第１～第３の動作モードを切り替える。これにより、チラー吐出温度Ｔｃを変更することなく、部材流路１３ｃに供給するブラインの温度を調整することができる。また、第２，３の動作モードにおいては、チラー２から吐出されるブラインの温度Ｔｃよりも高温のブラインを部材流路１３ｃに供給することができる。
なお、温度制御システムＳＡにおける第３の動作モードにおいては、第１バルブ５１Ａの開度を増加させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第１バルブ５１Ａの開度を減少させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。また、第２バルブ５２Ａの開度を増加させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第２バルブ５２Ａの開度を減少させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。また、第３バルブ５３Ａの開度を減少させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第３バルブ５３Ａの開度を増加させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。また、第４バルブ５４Ａの開度を減少させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第４バルブ５４Ａの開度を増加させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。
≪第３実施形態に係る温度制御システムの構成≫
次に、第３実施形態に係る温度制御システムＳＢについて、図９および図１０を用いて説明する。図９は、第３実施形態に係る温度制御システムＳＢの構成図である。なお、図９は第３の動作モードにおける動作を示す。図１０は、第３実施形態に係る温度制御システムＳＢの各動作モードにおけるバルブ等の状態例を示す図である。
図９に示す第３実施形態に係る温度制御システムＳＢは、図１等に示す第１実施形態に係る温度制御システムＳと比較して、流路調整部５Ｂの構成が異なっている。
流路調整部５Ｂは、第１バルブ５１Ｂと、第２バルブ５２Ｂと、第３バルブ５３Ｂと、第４バルブ５４Ｂと、を有している。第１バルブ５１Ｂは、上流側流路４１の流路４１ｂに設けられている。第２バルブ５２Ｂは、下流側流路４２の流路４２ｂに設けられている。第３バルブ５３Ｂは、第１バイパス流路４３に設けられている。第４バルブ５４Ｂは、第２バイパス流路４４に設けられている。第１バルブ５１Ｂ及び第２バルブ５２Ｂは、開閉弁であり、制御装置９によって、その開閉が制御される。第３バルブ５３Ｂ及び第４バルブ５４Ｂは、開度調整が可能な流量調整弁であり、制御装置９によって、その開度が制御される。
図１０に示すように、第１の動作モードでは、第１バルブ５１Ｂ，第２バルブ５２Ｂは開弁となり、第３バルブ５３Ｂ，第４バルブ５４Ｂの開度が全閉となる。第２の動作モードでは、第１バルブ５１Ｂ，第２バルブ５２Ｂは閉弁となり、第３バルブ５３Ｂ，第４バルブ５４Ｂの開度が全開となる。なお、第３バルブ５３Ｂ，第４バルブ５４Ｂの開度は全開でなくてもよく、少なくともバイパス流路４３，４４が通流可能となっていればよい。第３の動作モードでは、流量調整弁である第３バルブ５３Ｂ，第４バルブ５４Ｂの開度が制御され、開閉弁である第１バルブ５１Ｂ，第２バルブ５２Ｂは開弁となる。制御装置９は、第３バルブ５３Ｂ，第４バルブ５４Ｂの弁開度を制御することにより、流入口１３ａに供給されるブラインの温度を変更することができる。
以上、第３実施形態に係る温度制御システムＳＢによれば、第１実施形態に係る温度制御システムＳと同様に、第１～第４バルブ５１Ｂ～５４Ｂの開閉・開度を制御して第１～第３の動作モードを切り替える。これにより、チラー吐出温度Ｔｃを変更することなく、部材流路１３ｃに供給するブラインの温度を調整することができる。また、第２，３の動作モードにおいては、チラー２から吐出されるブラインの温度Ｔｃよりも高温のブラインを部材流路１３ｃに供給することができる。
なお、温度制御システムＳＢにおける第３の動作モードにおいては、第３バルブ５３Ｂの開度を減少させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第３バルブ５３Ｂの開度を増加させるほど、流路４１ｂを流れるブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。また、第４バルブ５４Ｂの開度を減少させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が減り、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が低くなる。また、第４バルブ５４Ｂの開度を増加させるほど、第２バイパス流路４４を流れて循環するブラインの流量が増え、部材流路１３ｃに供給されるブラインの温度が高くなる。
以上、本開示の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本開示は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本開示の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
流路調整部５および流路調整部５Ａは、２つの流量調整弁と２つの開閉弁で構成されるものとして説明したが、これに限られるものではなく、４つのバルブが全て流量調整弁であってもよい。
また、第２バルブ５２を設ける流路４２ｂに逆止弁を設けてもよい。これにより、接続部ｂから接続部ｄに向けてブラインが逆流することを防止することができる。また、逆止弁を設ける位置は、流路４２ｂに限られるものではなく、その他の流路に設けてもよい。
また、流路調整部５は、第１バルブ５１及び第３バルブ５３に代えて、接続部ａに開度調整可能な三方分流弁を備える構成であってもよい。接続部ａに設けられた三方分流弁は、１つの流入ポートと２つの流出ポートを有し、流入ポートが流路４１ａと接続され、第１の流出ポートが流路４１ｂと接続され、第２の流出ポートが第１バイパス流路４３と接続される。三方分流弁は、一方の流出ポートの開度が増えると、他方の流出ポートの開度が減るように構成される。また、第２バルブ５２及び第４バルブ５４に代えて、接続部ｄに開度調整可能な三方分流弁を備える構成であってもよい。接続部ｄに設けられた三方分流弁は、１つの流入ポートと２つの流出ポートを有し、流入ポートが流路４２ａと接続され、第１の流出ポートが流路４２ｂと接続され、第２の流出ポートが第２バイパス流路４４と接続される。このような構成においても、三方分流弁の開度を制御することにより、第１実施形態の温度制御システムＳと同様に、第１～第３の動作モードで動作させることができる。
また、流路調整部５は、第１バルブ５１及び第４バルブ５４に代えて、接続部ｃに開度調整可能な三方合流弁を備える構成であってもよい。接続部ｃに設けられた三方合流弁は、２つの流入ポートと１つの流出ポートを有し、第１の流入ポートが流路４１ｂと接続され、第２の流入ポートが第２バイパス流路４４と接続され、流出ポートが流路４１ｃと接続される。三方合流弁は、一方の流入ポートの開度が増えると、他方の流入ポートの開度が減るように構成される。また、第２バルブ５２及び第３バルブ５３に代えて、接続部ｂに開度調整可能な三方合流弁を備える構成であってもよい。接続部ｂに設けられた三方合流弁は、２つの流入ポートと１つの流出ポートを有し、第１の流入ポートが流路４２ｂと接続され、第２の流入ポートが第１バイパス流路４３と接続され、流出ポートが流路４２ｃと接続される。このような構成においても、三方合流弁の開度を制御することにより、第１実施形態の温度制御システムＳと同様に、第１～第３の動作モードで動作させることができる。
また、熱媒体が供給される部材は、部材流路１３ｃを有する基台１３を例に説明したが、これに限られるものではない。上部電極としての機能を有する部材に部材流路が設けられ、該部材流路に熱媒体を供給する構成としてもよい。これにより、プラズマから発生する熱から上部電極としての機能を有する部材を保護することができる。
Ｓ 温度制御システム
Ｗ ウェハ
１ 処理装置
１０ 処理容器
１１ 載置台
１２ 静電チャック
１２ａ 電極
１２ｂ ヒータ（加熱部）
１３ 基台（部材）
１３ａ 流入口
１３ｂ 流出口
１３ｃ 部材流路（部材に形成された流路）
１４ 支持台
２ チラー
２１ チラーポンプ（第２ポンプ）
２２ 冷却器（温調ユニット）
３ 加熱側ポンプ（第１ポンプ）
４ 流路
４１ 上流側流路（第１流路）
４２ 下流側流路（第２流路）
４３ 第１バイパス流路
４４ 第２バイパス流路
４１ａ～４１ｃ，４２ａ～４２ｃ 流路
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 接続部
５，５Ａ 流路調整部
５１，５１Ａ 第１バルブ
５２，５２Ａ 第２バルブ
５３，５３Ａ 第３バルブ
５４，５４Ａ 第４バルブ
６１ 温度センサ
６２ 流量センサ
９ 制御装置（制御部）
９１ 目標温度取得部
９２ 温度取得部
９３ 流量取得部
９４ 動作モード判定部
９５ バルブ制御部
９６ 記憶部

Claims (20)

  1. 入口及び出口を有する内部流路を備えるターゲットの温度を制御する温度制御システムであって、
    前記温度制御システムは、
    前記入口から前記出口まで延びる外部流路であって、前記内部流路及び前記外部流路に熱媒体を循環させる前記外部流路と、
    前記ターゲットから離れて前記外部流路内に配置された第１バイパス流路と、
    前記ターゲットに隣接して前記外部流路内に配置された第２バイパス流路と、
    前記外部流路に配置され、かつ、前記出口の下流または前記入口の上流に配置され、熱媒体を循環させる第１ポンプと、
    前記外部流路の中間点に配置された温度調節器と、
    前記外部流路に配置され、かつ、前記温度調節器の下流に配置され、熱媒体を循環させる第２ポンプと、
    前記第２ポンプの下流の前記外部流路に配置され、かつ、前記第１バイパス流路と前記第２バイパス流路との間に配置された第１バルブと、
    前記温度調節器の上流の前記外部流路に配置され、かつ、前記第２バイパス流路と前記第１バイパス流路との間に配置された第２バルブと、
    前記第１バイパス流路に配置された第３バルブと、
    前記第２バイパス流路に配置された第４バルブと、を備え、
    前記第１バルブと前記第２バルブの組及び前記第３バルブと前記第４バルブの組のうち、少なくとも一方の組は、流量制御弁で構成される、
    温度制御システム。
  2. 前記組のうち、他方の組は、開閉弁で構成される、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  3. 前記第１ポンプは、
    前記出口と、前記外部流路と前記第２バイパス流路との接続部と、の間に配置される、
    請求項１または請求項２に記載の温度制御システム。
  4. 前記第１ポンプは、
    前記入口と、前記外部流路と前記第２バイパス流路との接続部と、の間に配置される、
    請求項１または請求項２に記載の温度制御システム。
  5. 前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブ及び前記第４バルブを制御する制御部を有し、
    前記制御部は、
    熱媒体の一部を前記温度調節器及び前記第１バイパス流路を通して循環させ、熱媒体の他の一部を前記内部流路及び前記第２バイパス流路を通して循環させる第１の工程と、
    前記内部流路に温度調節された熱媒体を供給する第２の工程と、を実行するように構成される、
    請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の温度制御システム。
  6. 前記制御部は、前記第１の工程において、前記第１バルブ及び前記第２バルブを閉じ、前記第３バルブ及び前記第４バルブを開く、
    請求項５に記載の温度制御システム。
  7. 前記制御部は、前記第２の工程において、前記第１バルブ乃至前記第４バルブを開く、
    請求項５または請求項６に記載の温度制御システム。
  8. 前記制御部は、前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブ及び前記第４バルブを制御して、前記温度調節器で温度調節された熱媒体を前記内部流路に供給する第３の工程を実行するように構成され、
    前記制御部は、前記第３の工程において、前記第１バルブ及び前記第２バルブを開き、前記第３バルブ及び前記第４バルブを閉じる、
    請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の温度制御システム。
  9. 前記内部流路の前記入口または前記出口と、前記外部流路と前記第２バイパス流路との接続部と、の間に配置された温度センサを備え、
    前記制御部は、前記温度センサが検出した温度に基づき、前記第１バルブと前記第２バルブの組及び前記第３バルブと前記第４バルブの組のうち、少なくとも一方の組のバルブを制御する、
    請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の温度制御システム。
  10. 前記内部流路の前記入口または前記出口と、前記外部流路と前記第２バイパス流路との接続部と、の間に配置された流量センサを備え、
    前記制御部は、前記流量センサが検出した流量に基づき、前記第１バルブと前記第２バルブの組及び前記第３バルブと前記第４バルブの組のうち、少なくとも一方の組のバルブを制御する、
    請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載の温度制御システム。
  11. 前記ターゲットは、処理容器内にて生成されるプラズマ及び前記ターゲットに配置された加熱部の少なくとも１つにより加熱される、
    請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の温度制御システム。
  12. 前記第１バルブと前記第２バルブの組及び前記第３バルブと前記第４バルブの組は、全て流量制御弁で構成される、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  13. 前記外部流路、前記第１バイパス流路及び前記第２バイパス流路のうちの１つに配置された逆止弁を備える、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  14. 前記第１バルブ及び前記第３バルブは、前記外部流路と前記第１バイパス流路との接続部に配置された三方弁によって置き換えられる、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  15. 前記第２バルブ及び前記第４バルブは、前記外部流路と前記第２バイパス流路との接続部に配置された三方弁によって置き換えられる、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  16. 前記第１バルブ及び前記第４バルブは、前記外部流路と前記第２バイパス流路との接続部に配置された三方弁によって置き換えられる、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  17. 前記第２バルブ及び前記第３バルブは、前記外部流路と前記第１バイパス流路との接続部に配置された三方弁によって置き換えられる、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  18. 入口及び出口を有する内部流路を備えるターゲットの温度を制御する温度制御システムであって、
    前記温度制御システムは、
    前記入口から前記出口まで延びる外部流路であって、前記内部流路及び前記外部流路に熱媒体を循環させる前記外部流路と、
    前記ターゲットから離れて前記外部流路内に配置された第１バイパス流路と、
    前記ターゲットに隣接して前記外部流路内に配置された第２バイパス流路と、
    前記外部流路に配置され、かつ、前記出口の下流または前記入口の上流に配置され、熱媒体を循環させる第１ポンプと、
    前記外部流路の中間点に配置された温度調節器と、
    前記外部流路に配置され、かつ、前記温度調節器の下流に配置され、熱媒体を循環させる第２ポンプと、
    熱媒体を循環させるための第２の流路と、
    熱媒体の流れを調整する流量調整器と、
    前記流量調整器を制御する制御部と、を備え、
    前記内部流路、前記温度調節器及び前記外部流路の一部は、第１の循環流路を形成し、
    前記温度調節器、前記第１バイパス流路及び前記外部流路の一部は、第２の循環流路を形成し、
    前記内部流路、前記第２バイパス流路及び前記外部流路の一部は、第３の循環流路を形成し、
    前記制御部は、前記流量調整器を制御して、
    前記第１の循環流路を閉じ、前記第２の循環流路に熱媒体の一部を循環させ、前記第３の循環流路に熱媒体の他の一部を循環させる第１の工程と、
    前記第１の循環流路を循環する熱媒体の一部と、前記第３の循環流路を循環する熱媒体の一部との混合比を制御し、前記第１の循環流路及び前記第３の循環流路に熱媒体を循環させる第２の工程と、を実行するように構成される、
    温度制御システム。
  19. 入口及び出口を有する内部流路を備えるターゲットの温度を制御する温度制御システムの温度制御方法であって、
    前記温度制御システムは、
    前記内部流路に熱媒体を循環させる第１ポンプと、
    熱媒体を吐出する第２ポンプと、
    温度調節器と、
    前記内部流路の一方と前記温度調節器の一方とを熱媒体が通流可能に接続する第１流路と、
    前記内部流路の他方と前記温度調節器の他方とを熱媒体が通流可能に接続する第２流路と、
    前記第１流路に配置された第１バルブと、
    前記第２流路に配置された第２バルブと、
    前記第１バルブおよび前記第２バルブよりも前記温度調節器に近い位置で、前記第１流路と前記第２流路とを接続する第１バイパス流路と、
    前記第１バルブおよび前記第２バルブよりも前記内部流路に近い位置で、前記第１流路と前記第２流路とを接続する第２バイパス流路と、
    前記第１バイパス流路に配置された第３バルブと、
    前記第２バイパス流路に配置された第４バルブと、を備え、
    前記第１バルブと前記第２バルブの組および前記第３バルブと前記第４バルブの組のうち、少なくとも一方の組は、流量制御弁で構成され、
    熱媒体の一部を前記温度調節器及び前記第１バイパス流路を通して循環させ、熱媒体の他の一部を前記内部流路及び前記第２バイパス流路を通して循環させるステップと、
    前記内部流路に温度調節された熱媒体を供給するステップと、を含む、
    温度制御方法。
  20. 熱媒体を循環させるステップの前に、熱媒体の温度が目標温度よりも閾値温度差以上低いと判定し、
    熱媒体の温度が目標温度から循環と供給の間の閾値温度差を引いたものよりも高いと判定する、
    請求項１９に記載の温度制御方法。
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