WO2010113875A1 - 半導体製造装置及び温調方法 - Google Patents

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WO2010113875A1
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cavity
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和愛 松崎
澄江 永関
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus having a temperature control function for a semiconductor wafer mounting table and a temperature control method for the semiconductor wafer mounting table.
  • the semiconductor manufacturing apparatus includes a temperature control device for maintaining the semiconductor wafer at a specified process temperature.
  • the temperature adjustment device performs temperature adjustment by circulating a temperature adjustment liquid (hereinafter referred to as a temperature adjustment medium) through a flow path formed inside the semiconductor wafer mounting table (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a temperature control method for circulating a temperature control medium is called a forced convection method.
  • JP 2001-44176 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-235588
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to control the pressure in the cavity so that a phase change of the temperature control medium is induced on the inner wall of the cavity formed on the wafer mounting table. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a temperature control method capable of realizing uniform temperature control and high responsiveness of a semiconductor wafer as compared with a conventional temperature control method.
  • the semiconductor manufacturing apparatus includes a semiconductor wafer mounting table having a cavity inside, and a liquid temperature control medium having a temperature equal to or lower than the target temperature on the inner wall of the cavity in order to adjust the temperature of the semiconductor wafer mounting table to the target temperature.
  • a semiconductor manufacturing apparatus comprising a nozzle for spraying, wherein the pressure detection means for detecting the pressure in the cavity, and the pressure detected by the pressure detection means is the temperature of the temperature control medium sprayed from the nozzle.
  • a vacuum pump for discharging the gas in the cavity so that the saturated vapor pressure is equal to or higher than the saturated vapor pressure and equal to or lower than the saturated vapor pressure related to the target temperature.
  • the semiconductor manufacturing apparatus includes a temperature control medium supply port that supplies a temperature control medium that is equal to or higher than the target temperature and is in a saturated vapor state into the cavity in order to adjust the temperature of the semiconductor wafer mounting table to the target temperature.
  • Temperature detecting means for detecting the temperature of the semiconductor wafer mounting table, and the vacuum pump is detected by the pressure detecting means when the temperature detected by the temperature detecting means exceeds a target temperature.
  • the gas in the cavity is discharged so that the pressure is equal to or higher than the saturated vapor pressure related to the temperature of the temperature control medium ejected from the nozzle and equal to or lower than the saturated vapor pressure related to the target temperature, and is detected by the temperature detection means.
  • the pressure detected by the pressure detecting means is equal to or higher than the saturated vapor pressure related to the target temperature, and the saturated steam related to the temperature of the temperature control medium supplied from the temperature control medium supply port Below pressure Characterized in that sea urchin said are as discharging gas in the cavity.
  • the semiconductor manufacturing apparatus includes a semiconductor wafer mounting table having a cavity inside, and a temperature control medium in a saturated vapor state that is equal to or higher than the target temperature in order to adjust the temperature of the semiconductor wafer mounting table to the target temperature.
  • a semiconductor manufacturing apparatus comprising a temperature control medium supply port for supplying into a cavity, a pressure detection means for detecting a pressure in the cavity, and a pressure detected by the pressure detection means is saturated with respect to a target temperature And a vacuum pump for discharging the gas in the cavity so that the vapor pressure is equal to or higher than a saturated vapor pressure related to the temperature of the temperature adjustment medium supplied from the temperature adjustment medium supply port.
  • the semiconductor manufacturing apparatus is characterized in that the inner wall of the cavity is inclined with respect to the mounting surface of the semiconductor wafer.
  • the temperature control method according to the present invention is a temperature control method in which a liquid temperature control medium having a temperature equal to or lower than the target temperature is jetted onto the inner wall of the cavity in order to adjust the temperature of the semiconductor wafer mounting table having a cavity inside to the target temperature.
  • the pressure in the cavity is detected, and the detected pressure is not less than the saturated vapor pressure related to the temperature of the temperature control medium injected to the inner wall of the cavity and not more than the saturated vapor pressure related to the target temperature.
  • the gas in the cavity is discharged.
  • the temperature control method detects the temperature of the semiconductor wafer mounting table in order to adjust the temperature of the semiconductor wafer mounting table having a cavity therein to the target temperature, and the detected temperature exceeds the target temperature.
  • the liquid temperature control medium below the target temperature is sprayed on the inner wall of the cavity, and when the detected temperature is lower than the target temperature, the temperature control medium that is equal to or higher than the target temperature and is in a saturated vapor state is supplied into the cavity.
  • a temperature control method for detecting a pressure in the cavity, and when the detected temperature is higher than a target temperature, the detected pressure is related to a temperature of a temperature control medium injected to the inner wall of the cavity.
  • the detected pressure is the saturated vapor related to the target temperature.
  • Temperature control to be supplied into the cavity above the pressure Characterized by discharging the gas in the cavity such that under the saturated vapor pressure of the temperature of the body.
  • the temperature control method is a temperature control method for supplying a temperature control medium that is equal to or higher than the target temperature and in a saturated vapor state into the cavity in order to adjust the temperature of the semiconductor wafer mounting table having the cavity inside to the target temperature.
  • the method detects a pressure in the cavity, and the detected pressure is equal to or higher than a saturated vapor pressure related to a target temperature and is equal to or lower than a saturated vapor pressure related to a temperature of a temperature control medium supplied into the cavity.
  • the gas in the cavity is discharged.
  • a temperature adjusting cavity is formed inside the semiconductor wafer mounting table.
  • a temperature control medium equal to or lower than the target temperature is sprayed on the inner wall of the cavity.
  • the pressure detection means detects the pressure in the cavity, and the vacuum pump discharges the gas in the cavity so that the pressure in the cavity is in a specific pressure range.
  • the specific pressure range is not less than the saturated vapor pressure related to the temperature of the temperature control medium injected to the inner wall of the cavity and not more than the saturated vapor pressure related to the target temperature. For this reason, the temperature control medium before contacting the inner wall of the cavity is a liquid. Moreover, since the temperature control medium which contacted the inner wall raises over target temperature, it changes into a phase. Therefore, the semiconductor wafer mounting table can be cooled by the latent heat of the temperature control medium.
  • the temperature detecting means detects the temperature of the mounting table.
  • a temperature control medium equal to or lower than the target temperature is sprayed on the inner wall of the cavity.
  • the vacuum pump is configured so that the pressure in the cavity is equal to or higher than the saturated vapor pressure related to the temperature of the temperature control medium injected to the inner wall of the cavity and equal to or lower than the saturated vapor pressure related to the target temperature. Is discharged. Therefore, the semiconductor wafer mounting table can be cooled by the latent heat of the temperature control medium.
  • a temperature control medium equal to or higher than the target temperature is supplied into the cavity.
  • the vacuum pump discharges the gas in the cavity so that the pressure in the cavity is equal to or higher than the saturated vapor pressure related to the target temperature and equal to or lower than the saturated vapor pressure related to the temperature of the temperature control medium supplied to the inner wall of the cavity.
  • the temperature control medium before contacting the inner wall of the cavity is a gas.
  • the temperature control medium which contacted the inner wall falls below target temperature, it changes into a liquid phase. Accordingly, the semiconductor wafer mounting table can be heated by the latent heat of the temperature control medium.
  • a temperature adjusting cavity is formed inside the semiconductor wafer mounting table.
  • a temperature control medium equal to or higher than the target temperature is supplied into the cavity.
  • the vacuum pump exhausts the gas in the cavity so that the pressure in the cavity is in a specific pressure range.
  • the specific pressure range is such that the pressure in the cavity is equal to or higher than the saturated vapor pressure related to the target temperature and equal to or lower than the saturated vapor pressure related to the temperature of the temperature control medium supplied to the cavity.
  • the temperature control medium before contacting the inner wall of the cavity is a gas.
  • the semiconductor wafer mounting table can be heated by the latent heat of the temperature control medium.
  • the inner wall of the cavity formed in the semiconductor mounting table is inclined with respect to the mounting surface of the semiconductor wafer. Accordingly, the liquid temperature control medium attached to the inner wall of the cavity moves along the inner wall. Therefore, the semiconductor mounting table can be cooled or heated more efficiently.
  • FIG. 6 is a plan view of a water injector according to Embodiment 2. It is a sectional side view of the wafer mounting base and water injector which concern on the modification of Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a plan view of a water injector according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a wafer mounting table and a temperature control device according to a third embodiment. It is a flowchart which shows the process sequence of the control part which concerns on a heating. It is a state figure which shows a vacuum steam heating condition notionally.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a wafer mounting table and a temperature control device according to a fourth embodiment. It is a flowchart which shows the process sequence of the control part which concerns on heating and cooling. It is a flowchart which shows the process sequence of the control part which concerns on heating and cooling. It is a sectional side view of the wafer mounting base used in experiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a wafer mounting table and a temperature control device according to a third embodiment. It is a flowchart which shows the process sequence of the control part which concerns on a heating. It is a state figure which shows a vacuum steam heating
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the wafer mounting table taken along line XV-XV. It is the top view which showed the wafer mounting base provided with the temperature sensor. It is a graph of the experimental result which showed the temperature uniformity of the wafer mounting base at the time of performing heating temperature control. It is a graph of the experimental result which showed the temperature uniformity and temperature rising followability of the wafer mounting base at the time of heating temperature control.
  • FIG. 10 is a side sectional view of a wafer mounting table constituting a semiconductor processing apparatus according to a fifth embodiment.
  • FIG. 20 is a sectional view taken along line XX-XX in FIG. 19. It is explanatory drawing which showed the simulation result which showed the flow of saturated steam.
  • FIG. 10 is a side sectional view of a wafer mounting table constituting a semiconductor processing apparatus according to a sixth embodiment. It is the bar graph which showed the relationship between the kind of surface treatment given with respect to the top-surface inner wall part, and a contact angle. It is the table
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment is, for example, a parallel plate type plasma etching apparatus.
  • the parallel plate type plasma etching apparatus is an example of a plasma processing apparatus, and is not limited thereto.
  • the semiconductor manufacturing apparatus includes a hollow cylindrical processing container 1.
  • the processing container 1 is made of, for example, aluminum and is grounded.
  • a disk-shaped wafer mounting table 2 (semiconductor wafer mounting table) that functions as a lower electrode is provided via a disk-shaped insulator 22 on the substantially central portion of the bottom surface of the processing container 1. Yes.
  • the wafer mounting table 2 is made of, for example, aluminum or copper, and has a cavity 21 for controlling the temperature of the mounted semiconductor wafer W.
  • a temperature control device 6 (described later) is connected to the cavity 21.
  • the wafer mounting table 2 is connected to a high frequency power source 4 for applying bias.
  • an upper electrode 3 is provided at the substantially central portion of the top surface of the processing container 1 so as to face the wafer mounting table 2.
  • An annular insulator 14 is interposed between the processing container 1 and the upper electrode 3.
  • a high frequency power source 5 for generating plasma is connected to the upper electrode 3.
  • the upper electrode 3 is formed in a hollow shape and constitutes a gas shower head having a plurality of process gas supply holes (not shown).
  • a process gas supply pipe 31 that supplies process gas to the upper electrode 3 is provided at the center of the upper surface of the upper electrode 3, and the upper electrode 3 supplies process gas into the processing container 1.
  • an exhaust pipe 12 is connected to a side surface portion near the bottom surface of the processing container 1, and the inside of the processing container 1 is evacuated by a vacuum pump (not shown) provided downstream of the exhaust pipe 12. Yes. Furthermore, a transfer port 11 for the semiconductor wafer W is formed on the side surface of the processing container 1, and the transfer port 11 is configured to be opened and closed by a gate valve 13.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the wafer mounting table 2 and the temperature control device 6.
  • the cavity 21 formed in the wafer mounting table 2 has a columnar shape having a circular bottom inner wall portion 21a, a peripheral wall portion 21b, and a circular top surface inner wall portion 21c (inner wall).
  • the bottom inner wall portion 21a has a discharge port 21d for discharging the gas and water inside the cavity 21 at appropriate locations.
  • the temperature control device 6 includes a controller 61 that controls the operation of each component.
  • the control unit 61 is, for example, a microcomputer provided with a CPU.
  • the CPU stores a computer program necessary for the operation of the control unit 61 and various information such as a process temperature (target temperature) necessary for a semiconductor manufacturing process.
  • an input / output unit for inputting / outputting various information and control signals.
  • the temperature control device 6 includes a temperature controller 62, a water injector 64, a drainage device 65, an ejector vacuum pump 66, a cold water production device 67, a water supply pump 68, and a flow rate control valve necessary for temperature control of the wafer mounting table 2. 69.
  • the temperature controller 62 feedback-controls the temperature of the chilled water supplied from the chilled water manufacturing device 67 described later to a specific temperature in accordance with a control signal from the control unit 61, and the temperature-controlled water is injected into the water through the pipe 63a. To the device 64.
  • the water injector 64 is arranged inside the cavity 21 of the wafer mounting table 2.
  • the water injector 64 has a hollow disk shape smaller in diameter than the top inner wall portion 21c, and includes a base communicating with the pipe 63a and nozzles 64a distributed on the top inner wall 21c side of the base.
  • the water supplied from the temperature controller 62 is configured to be sprayed substantially uniformly onto the top wall 21c.
  • the drainage device 65 is connected to the discharge port 21d of the wafer mounting table 2 and the ejector vacuum pump 66 by pipes 63b and 63c.
  • the drainage device 65 receives the water discharged through the discharge port 21d and the pipe 63b and supplies it to the ejector vacuum pump 66 through the pipe 63c. Further, the drainage device 65 supplies the water vapor discharged through the discharge port 21d and the pipe 63b as it is to the ejector vacuum pump 66 through the pipe 63c.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the ejector vacuum pump 66 and the cold water generator 67.
  • the ejector vacuum pump 66 includes a water storage tank 66d that stores water supplied through the pipe 63e, a pressure feed pump 66h that pumps water in the water storage tank 66d through the pipes 66g and 66i, and a vacuum container that generates water vapor from the pumped water.
  • 66j an ejector nozzle 66b for injecting water vapor supplied from the vacuum vessel 66j through the pipe 66k, a suction chamber 66a in which the ejector nozzle 66b is disposed, and a diffuser 66c are connected, and the suction chamber 66a is connected to the pipe 63c.
  • the water storage tank 66d is provided with a condenser 66e for condensing the water vapor discharged from the cavity 21 of the wafer mounting table 2.
  • An overflow pipe 66f is provided at an appropriate location of the water storage tank 66d.
  • the ejector vacuum pump 66 configured in this manner supplies the water in the water storage tank 66d to the ejector nozzle 66b by the pressure feed pump 66h, and circulates it through the diffuser 66c and the water storage tank 66d, thereby generating a vacuum suction force in the suction chamber 66a. To get.
  • the ejector vacuum pump 66 discharges the gas in the cavity 21 and the temperature adjusting medium of the liquid remaining in the cavity 21, that is, water, from the cavity 21 by the vacuum suction force. More specifically, when the wafer mounting table 2 is cooled, the ejector vacuum pump 66 discharges not only vaporized water vapor but also liquid water that has not been vaporized from the cavity 21. Further, when the wafer mounting table 2 is heated, the ejector vacuum pump 66 discharges not only water vapor but also condensed liquid water from the cavity 21.
  • the cold water producing device 67 includes a cold water storage tank 67a communicating with the suction chamber 66a, a pipe 67f for supplying water from the water storage tank 66d to the cold water storage tank 67a, a float valve 67g provided in the pipe 67f, and a pipe 67b.
  • a cold water production pump 67c for pumping the water in the cold water storage tank 67a, a freezing chamber 67d for cooling the pumped water, and an evaporator 67e arranged in the cold water storage tank 67a.
  • a part of the water jetted from the evaporator 67e evaporates as water vapor, and the water is cooled by removing the latent heat necessary for the evaporation from the remaining water.
  • the cold water storage tank 67a communicates with the pipe 63d, and is configured such that the cold water is sent from the cold water storage tank 67a to the temperature controller 62 through the pipe 63d.
  • the water supply pump 68 is interposed in the pipe 63d.
  • the water supply pump 68 is, for example, a diaphragm pump, and is driven according to a control signal from the control unit 61 to send the cold water from the cold water producing device 67 to the temperature controller 62.
  • the flow rate control valve 69 is interposed in the pipe 63d closer to the temperature controller 62 than the water supply pump 68.
  • the flow control valve 69 controls the flow rate of water sent from the water supply pump 68 in accordance with a control signal from the control unit 61, and sends the flow-controlled water to the temperature controller 62.
  • the temperature control device 6 further includes a temperature sensor (temperature detection means) 70, a pressure sensor (pressure detection means) 71, and a flow rate sensor 72.
  • the temperature sensor 70 is, for example, a thermocouple thermometer buried in an appropriate location on the wafer mounting table 2, detects the temperature of the wafer mounting table 2, and outputs information on the detected temperature to the control unit 61.
  • the pressure sensor 71 is connected to the pipe 63, detects the pressure inside the cavity 21, and outputs the detected pressure information to the control unit 61.
  • the flow sensor 72 detects the flow rate of the water flowing through the pipe 63 d and outputs information on the detected flow rate to the control unit 61.
  • the control unit 61 takes in information on the temperature, pressure, and flow rate via the input / output unit, executes a process related to cooling based on the taken-in information, and controls the ejector vacuum pump 66, the water supply pump 68, and the flow rate control valve 69. A control signal for controlling the operation is output to each unit.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the control unit 61 related to cooling.
  • the controller 61 drives the ejector vacuum pump 66, the water supply pump 68, and the like (step S11). And the control part 61 reads process temperature from the memory
  • the control unit 61 determines whether or not the temperature detected by the temperature sensor 70 exceeds the process temperature (step S14).
  • the temperature detected by the temperature sensor 70 is referred to as a detected temperature.
  • the control unit 61 controls the flow control valve 69 to be closed (step S15).
  • step S14 When it is determined that the detected temperature is higher than the process temperature (step S14: YES), the control unit 61 determines a target water temperature and a target flow rate of water to be injected to the top wall 21c (step S16), and the cavity The target pressure in 21 is determined (step S17).
  • the target water temperature, the target flow rate, and the target pressure will be described.
  • FIG. 5 is a state diagram conceptually showing vacuum vaporization cooling conditions.
  • the horizontal axis is temperature, and the vertical axis is pressure.
  • the curve in the graph shows the saturated vapor pressure Psv (T) of water.
  • Psv (T) is a function of temperature T.
  • the control unit 61 determines the target water temperature and the target pressure within the temperature and pressure range indicated by hatching. Within the temperature and pressure range indicated by hatching, the pressure in the cavity 21 is equal to or higher than the saturated vapor pressure Psv (T) related to the temperature T of water sprayed from the nozzle 64a and equal to or lower than the saturated vapor pressure P related to the process temperature T1.
  • the same temperature as the process temperature T1 may be determined as the target water temperature, and the saturated vapor pressure Psv (T1) related to the process temperature T1 may be determined as the target pressure.
  • the target flow rate may be determined so that less water than the amount of water vapor that can be exhausted by the vacuum pump is injected.
  • the control unit 61 stores in advance a table in which the process temperature, the target water temperature, the target flow rate, and the target pressure are associated with each other, and the process temperature read in step S12 and the table are stored in the table. Based on this, the target water temperature, the target flow rate, and the target pressure may be determined.
  • the control part 61 which finished the process of step S17 controls the opening degree of the flow control valve 69 based on the target flow rate (step S18).
  • control unit 61 feedback-controls the operation of the temperature controller 62 based on the target water temperature so that the temperature of the water matches the target water temperature (step S19). And the control part 61 feedback-controls operation
  • step S21 determines whether or not to proceed to the next process.
  • step S21 determines whether or not to proceed to the next process.
  • step S21: NO the control unit 61 determines whether or not to end the plasma processing. When it determines with not complete
  • the water sprayed on the top wall 21c is evaporated at a low temperature and the wafer mounting table 2 is cooled by latent heat of evaporation, so that the conventional temperature control method is used. In comparison, uniform cooling and high responsiveness of the semiconductor wafer W can be realized.
  • FIG. 6A is a sectional side view of wafer mounting table 102 and water injector 164 according to Embodiment 2
  • FIG. 6B is a plan view of water injector 164 according to Embodiment 2.
  • FIG. The semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment is different from the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment only in the shape of the cavity 121 of the wafer mounting table 102 and the configuration of the water injector 164. Will be explained.
  • the cavity 121 formed in the wafer mounting table 102 has a bottom inner wall 121a, a peripheral wall 121b, and a top inner wall 121c.
  • the top inner wall 121c and the bottom inner wall 121a have inclined surfaces that are inclined with respect to the mounting surface on which the semiconductor wafer W is mounted. More specifically, the top surface inner wall portion 121c has an inverted conical shape having a vertex below a substantially central portion in the radial direction of the wafer mounting table 102 and a skirt portion reaching the peripheral wall portion 121b.
  • the bottom inner wall portion 121a has a conical shape having a vertex above a substantially central portion in the radial direction of the wafer mounting table 102 and a skirt portion reaching the peripheral wall portion 121b. Further, the bottom inner wall 121a has a discharge port 121d similar to that of the first embodiment on the outside in the radial direction of the wafer mounting table 102, that is, on the portion near the peripheral wall 121b.
  • the water injector 164 has a hollow annular shape having a smaller diameter than the top surface inner wall portion 121c, and a base portion communicating with the pipe 63a and an annular surface on the top surface inner wall portion 121c side of the base portion. And a plurality of nozzles 164a equally arranged in the circumferential direction, and is configured to substantially uniformly inject water supplied from the temperature controller 62 to the outer peripheral portion of the top surface inner wall portion 121c.
  • the water sprayed on the top inner wall 121c flows along the inclined surface to the center of the wafer mounting table 102. Therefore, as compared with the first embodiment, the water for temperature adjustment can be held in the top surface inner wall 121c for a longer time and in a wider range.
  • the temperature of the top surface inner wall part 121c and the process temperature are greatly different, the water sprayed on the top surface inner wall part 121c causes a phase change instantaneously, but the temperature of the top surface inner wall part 121c is a part of the process. When the temperature is reached, liquid water may adhere. When the water flowing along the inclined surface reaches a portion where the process temperature is not reached, a phase change occurs and the portion is cooled.
  • the semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment can cool the semiconductor wafer W more efficiently.
  • the water that has reached the apex of the top inner wall 121c drops on the bottom inner wall 121a and flows to the outer peripheral side along the slope formed on the bottom inner wall 121a.
  • Water can be quickly discharged from the outlet 121d. If a large amount of water stays in the bottom inner wall 121a, the water may adversely affect the pressure control in the cavity 121. As a result, the phase change and temperature control in the top inner wall 121c can be performed accurately. There is a risk of disappearing. In the second embodiment, unnecessary water can be quickly discharged, so that the temperature of the wafer mounting table 102 can be adjusted more accurately.
  • FIG. 7A is a side sectional view of the wafer mounting table 102 and the water injector 264 according to the modification of the second embodiment
  • FIG. 7B is a plan view of the water injector 264 according to the modification of the second embodiment. Since the semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment is different from the semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment only in the configuration of the water injector 264, the differences will be mainly described below.
  • the water injector 264 according to the modified example has a hollow annular shape having a smaller diameter than the top surface inner wall portion 121c, a base portion communicating with the pipe 63a, an annular surface outer side and a ring shape on the top surface inner wall portion 121c side of the base portion. Nozzles 264a equally distributed in the circumferential direction are provided on the inner surfaces of the surfaces, respectively, so that water supplied from the temperature controller 62 is jetted substantially uniformly onto the outer peripheral portion of the top surface inner wall portion 121c.
  • the nozzles 264a are dispersed in the circumferential direction and the radial direction, more uniform cooling and high responsiveness of the semiconductor wafer W can be realized.
  • upper surface inner wall part 121c for example, the surface of the top
  • the second embodiment and the modification may be applied to the third and fourth embodiments described later.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the wafer mounting table 2 and the temperature control device 306 according to the third embodiment.
  • the semiconductor manufacturing apparatus according to the third embodiment heats the wafer mounting table 2 by supplying saturated vapor into the cavity 21 of the wafer mounting table 2. Since the semiconductor manufacturing apparatus according to the third embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the wafer mounting table 2 and the temperature control device 306, the differences will be mainly described below.
  • the temperature control device 306 according to the third embodiment does not include the water injector 64, the temperature controller 62, and the flow sensor 72 described in the first embodiment, and is a steam for supplying saturated steam to the inside of the cavity 21.
  • a pressure controller 73 and a temperature reducer 74 are provided.
  • a water vapor supply port (temperature control medium supply port) 21e is provided at an appropriate location on the wafer mounting table 2.
  • the steam pressure controller 73 receives water vapor from the outside through the pipe 63f, depressurizes the input saturated steam to a pressure that can be controlled by the subsequent temperature reducer 74, and reduces the depressurized water vapor through the pipe 63g.
  • the pressure reducing valve is sent to 74.
  • the vapor pressure controller 73 includes a water vapor supply valve (not shown) that opens and closes between the pipes 63f and 63g.
  • the temperature reducer 74 controls the temperature of the water vapor by increasing or decreasing the pressure of the water vapor sent from the vapor pressure controller 73 in accordance with a control signal from the control unit 61, and the saturated steam whose temperature is controlled, Supply into the cavity 21 through the pipe 63h.
  • the ejector vacuum pump 66 is configured such that cold water for pressure control circulates from the cold water producing device 67 through the pipes 63i and 63j.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of the control unit 61 relating to heating.
  • the control unit 61 drives the ejector vacuum pump 66 and the like (step S31). And the control part 61 reads process temperature from the memory
  • control part 61 determines whether detected temperature is less than process temperature (step S34). When the detected temperature is equal to or higher than the process temperature (step S34: NO), the control unit 61 controls the water vapor supply valve to be closed (step S35).
  • step S34 When it is determined that the detected temperature is lower than the process temperature (step S34: YES), the control unit 61 determines a target water vapor temperature that is the temperature of saturated steam to be supplied into the cavity 21 (step S36), and the cavity The target pressure in 21 is determined (step S37).
  • the target water vapor temperature and the target pressure will be described.
  • FIG. 10 is a state diagram conceptually showing the vacuum steam heating conditions.
  • the state diagram shown in FIG. 10 is the same as the state diagram shown in FIG. 5, and when the detected temperature is lower than the process temperature T2, the control unit 61 sets the target water vapor temperature within the temperature-pressure range shown by hatching. And determine the target pressure. Within the temperature and pressure range indicated by hatching, the pressure in the cavity 21 is equal to or higher than the saturated vapor pressure Psv (T2) associated with the process temperature T2 and the saturated vapor pressure Psv associated with the temperature T of water vapor supplied into the cavity 21 ( T) or less.
  • T2 saturated vapor pressure
  • the same temperature as the process temperature T2 may be determined as the target water vapor temperature, and the saturated vapor pressure Psv (T2) related to the process temperature T2 may be determined as the target pressure.
  • the control unit 61 stores in advance a table in which the process temperature, the target water vapor temperature, and the target pressure are associated with each other, and based on the process temperature read in step S32 and the table, The target water vapor temperature and the target pressure may be determined.
  • step S37 the control unit 61 controls the water vapor supply valve to be in an open state (step S38).
  • the control unit 61 feedback-controls the operations of the steam pressure controller 73 and the temperature reducer 74 based on the target steam temperature in order to make the steam temperature coincide with the target steam temperature (step S39).
  • the control part 61 feedback-controls operation
  • Step S40 or Step S35 that is, the processing at Step S41 and Step S42 is the same as the processing at Step S21 and Step S22 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • the conventional temperature control is performed. Compared to the method, uniform heating and high responsiveness of the semiconductor wafer W can be realized.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the wafer mounting table 2 and the temperature control device 406 according to the fourth embodiment.
  • the wafer semiconductor device according to the fourth embodiment is configured so that the wafer mounting table 2 can be heated and cooled by combining the constituent members of the first and third embodiments.
  • the wafer mounting table 2 has a cavity 21 inside, as in the first embodiment, and a water injector 64 is disposed in the cavity 21. Further, the wafer mounting table 2 includes a water vapor supply port 21e similar to that of the third embodiment at an appropriate location on the bottom inner wall portion 21a.
  • the temperature control device 406 includes a control unit 61, a temperature controller 62, a water injector 64, a drainer 65, an ejector vacuum pump 66, a cold water generator 67, and a water supply pump similar to those in the first embodiment. 68, a flow control valve 69, a temperature sensor 70, a pressure sensor 71, and a flow sensor 72.
  • the temperature adjustment device 406 includes a vapor pressure controller 73 and a temperature reducer 74 similar to those in the third embodiment.
  • the temperature control device 406 includes a switching valve 75 for switching between heating and cooling.
  • Pipes 63 k, 63 l, 63 h, 63 a are connected to the switching valve 75, and the switching valve 75 sends the water vapor sent from the temperature reducer 74 to the water vapor supply port 21 e and the temperature controller 62.
  • step S51 drives the ejector vacuum pump 66, the water supply pump 68, and the like.
  • step S52 reads process temperature from the memory
  • step S53 detects the temperature with the temperature sensor 70 (step S53).
  • control unit 61 determines whether or not the temperature detected by the temperature sensor 70 exceeds the process temperature (step S54). When it is determined that the detected temperature is higher than the process temperature (step S54: YES), the control unit 61 determines a target water temperature to be injected to the top wall 21c and a target flow rate of the water (step S54). S55), the target pressure in the cavity 21 is determined (step S56).
  • step S56 the controller 61 switches the switch to the vacuum vaporization cooling system (step S57). And the control part 61 controls the opening degree of the flow control valve 69 based on a target flow (step S58).
  • step S58 the control unit 61 feedback-controls the operation of the temperature controller 62 based on the target water temperature in order to make the water temperature coincide with the target water temperature (step S59).
  • step S60 the control part 61 feedback-controls operation
  • step S60 determines whether the detected temperature is lower than the process temperature (step S61). When it is determined that the detected temperature is not lower than the process temperature (step S61: NO), the control unit 61 controls the flow rate control valve 69 to be closed (step S62) and controls the water vapor supply valve to be closed (step S63). ).
  • step S61 When it is determined in step S61 that the detected temperature is lower than the process temperature (step S61: YES), the control unit 61 switches the switch to the vacuum steam heating system (step S64). And the target water vapor
  • step S66 the control unit 61 controls the water vapor supply valve to be in an open state (step S67).
  • the control unit 61 feedback-controls the operations of the steam pressure controller 73 and the temperature reducer 74 based on the target steam temperature in order to make the steam temperature coincide with the target steam temperature (step S68).
  • the control part 61 feedback-controls operation
  • step S70 determines whether or not to proceed to the next process.
  • step S70 determines with transfering to the next process.
  • step S70 determines whether or not to end the plasma processing (step S71). When it determines with not complete
  • uniform heating / cooling and high responsiveness of the semiconductor wafer W can be realized as compared with the conventional temperature control method.
  • water is exemplified as an example of the temperature control medium.
  • the temperature control medium is not limited to water.
  • FIG. 14 is a side sectional view of the wafer mounting table 2 used in the experiment
  • FIG. 15 is a sectional view of the wafer mounting table 2 taken along the line XV-XV.
  • the wafer mounting table 2 has the same configuration as that described in the third embodiment, and includes a circular bottom inner wall portion 21a, an integrally formed peripheral wall portion 21b and a circular top surface inner wall portion 21c, and forms a cavity 21. is doing.
  • the wafer mounting table 2 is made of aluminum.
  • the wafer mounting table 2 has a diameter of 480 mm, an overall thickness of 33 mm, and the bottom inner wall 21a and the top inner wall 21c have a thickness of about 10 mm.
  • a water vapor supply port 21e and a discharge port 21d for discharging the gas and water inside the cavity 21 are formed in the bottom inner wall portion 21a of the wafer mounting table 2.
  • the water vapor supply port 21e and the discharge port 21d are provided at a site spaced in the 200 mm diameter direction from the center of the bottom inner wall portion 21a so as to have a symmetrical positional relationship with respect to the center of the bottom inner wall portion 21a.
  • four columns 21 f are provided around the center of the bottom inner wall portion 21 a in order to prevent the wafer mounting table 2 from being crushed by vacuuming.
  • Each support column 21f has a prismatic shape with a side length of 15 mm, and is formed so as to be positioned at the apex of a square with a side length of 135 mm.
  • FIG. 16 is a plan view showing the wafer mounting table 2 provided with temperature sensors S1 to S4. Specifically, in order to confirm the temperature uniformity and temperature rise followability of the wafer mounting table 2 when performing heating temperature control, it corresponds to the upper surface of the wafer mounting table 2, that is, the radial center of the top wall inner wall portion 21c.
  • a temperature sensor S1, a temperature sensor S2 at a position corresponding to the water vapor supply port 21e, a temperature sensor S3 at a position corresponding to the discharge port 21d, and a temperature sensor S4 at a position corresponding to the column 21f are provided.
  • FIG. 17 is a graph of experimental results showing the temperature uniformity of the wafer mounting table 2 when the heating temperature is adjusted.
  • the horizontal axis represents the measurement time, and the vertical axis represents the temperature difference ⁇ T between the maximum temperature and the minimum temperature of the wafer mounting table 2. From the graph shown in FIG. 17, it can be seen that the temperature is controlled such that the temperature difference ⁇ T during temperature rise is less than 1.0 ° C. and the temperature difference ⁇ T during steady state is less than 0.1 ° C.
  • the temperature of the saturated vapor supplied into the cavity 21 of the wafer mounting table 2 is rapidly increased from 40 ° C. to 100 ° C. at about 1 ° C./second, and the maximum temperature detected by the temperature sensors S1 to S4. Then, the time change of the temperature difference ⁇ T from the minimum temperature was examined.
  • FIG. 18 is a graph of experimental results showing the temperature uniformity and temperature rise followability of the wafer mounting table 2 when the heating temperature is adjusted.
  • the horizontal axis represents the measurement time, and the vertical axis represents the temperature difference ⁇ T between the maximum temperature and the minimum temperature of the wafer mounting table 2. From the graph shown in FIG. 18, it can be seen that the temperature difference ⁇ T can be suppressed to less than 5.5 ° C. even when the temperature of the wafer mounting table 2 is rapidly increased at about 1 ° C./second.
  • the semiconductor manufacturing apparatus and temperature control method according to the present invention have high temperature uniformity both during temperature rise and during steady state (temperature rise: ⁇ T ⁇ 5.5 ° C., steady state: ⁇ T ⁇ 0.1.degree. C.) and temperature rise followability can be realized.
  • FIG. 19 is a side sectional view of the wafer mounting table 602 constituting the semiconductor processing apparatus according to the fifth embodiment
  • FIG. 20 is a sectional view taken along line XX-XX in FIG.
  • the wafer mounting table 602 includes a circular bottom inner wall portion 621a, a peripheral wall portion 621b and a circular top inner wall portion 621c that are integrally formed, and forms a cavity 621.
  • the wafer mounting table 602 has a diameter of 480 mm, an overall thickness of 50 mm, a height width in the cavity 621 of 30 mm, and a bottom inner wall portion 621a and a top inner wall portion 621c having a thickness of about 10 mm.
  • a water vapor supply port 621e is provided at a site separated from the center of the bottom inner wall portion 621a by 200 mm in the radial direction.
  • the water vapor supply port 621e is provided with a substantially V-shaped branch nozzle in plan view for diverting the saturated vapor flowing into the cavity 621 in the circumferential direction of the wafer mounting table 602. More specifically, the branch nozzle prevents the saturated steam that has flowed into the cavity 621 from directly hitting the top surface inner wall part 621c, and also guides the saturated steam to the first circumferential direction;
  • the first square tube portion is continuous, and includes two second square tube portions that guide the saturated steam flowing into the cavity 621 in a second circumferential direction opposite to the first circumferential direction.
  • a discharge port 621d for discharging the gas and water inside the cavity 621 is formed at the center of the bottom inner wall 621a of the wafer mounting table 602. Furthermore, twelve columns 621f are provided around the center of the bottom inner wall 621a in the cavity 621 inside the wafer mounting table 602 in order to prevent the wafer mounting table 602 from being crushed by vacuuming. Each column 621f is cylindrical.
  • FIG. 21 is an explanatory view showing a simulation result showing a flow of saturated steam.
  • the saturated vapor that has flowed into the cavity 621 is diverted in the circumferential direction of the wafer mounting table 602 and flows through the cavity 621, and the discharge port It is discharged from 621. Therefore, local heating of the wafer mounting table 602 can be avoided and temperature uniformity can be improved as compared with a configuration in which the saturated vapor flowing into the cavity 621 directly hits the top wall 621c.
  • the configuration for diverting the saturated steam flowing into the cavity 621 has been described.
  • FIG. 22 is a plan view showing a wafer mounting table 602 provided with temperature sensors S1 to S4. Specifically, in order to check the temperature uniformity and temperature rise followability of the wafer mounting table 602 when performing the heating temperature control, it corresponds to the upper surface of the wafer mounting table 602, that is, the radial center of the top wall inner wall 621c.
  • the temperature sensor S1 is a part corresponding to the water vapor supply port 621e
  • the temperature sensor S2 is a part corresponding to the water vapor supply port 621e
  • the temperature sensor S3 is a part further corresponding to the radially outer side than the water vapor supply port 621e
  • the temperature sensor S3 A temperature sensor S4 is provided at a symmetrical part.
  • the temperature of the saturated vapor supplied into the cavity 621 of the wafer mounting table 602 is rapidly raised from 40 ° C. to 100 ° C. at about 1 ° C./second, and the maximum temperature detected by the temperature sensors S1 to S4. Then, the time change of the temperature difference ⁇ T from the minimum temperature was examined.
  • FIG. 23 is a graph of experimental results showing the temperature uniformity and temperature rise followability of the wafer mounting table 602 when performing heating temperature adjustment.
  • the horizontal axis represents the measurement time, and the vertical axis represents the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature of the wafer mounting table 602. From the graph shown in FIG. 18, the temperature difference ⁇ T can be suppressed to less than 3 ° C. even when the wafer mounting table 602 is rapidly heated at about 1 ° C./second. Comparing the graphs of FIGS. 18 and 23, it can be confirmed that the semiconductor manufacturing apparatus according to the fifth embodiment is superior in temperature uniformity at the time of temperature rise.
  • FIG. 24 is a side sectional view of the wafer mounting table 2 constituting the semiconductor processing apparatus according to the sixth embodiment.
  • the semiconductor manufacturing apparatus according to the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment, and includes a heater 708 and a heater power supply 708a.
  • the heater 708 is a heating wire, for example, and is embedded in the top wall 21c of the wafer mounting table 2.
  • the heater power source 708a is configured to heat the wafer mounting table 2 by supplying power to the heater 708. ing.
  • the power supply operation by the heater power supply 708a is controlled by the control unit 61.
  • the wafer mounting table 2 can be cooled by the latent heat of vaporization of water, and the wafer mounting table 2 can be heated by the heater 708.
  • the heater 708 as the heating means, the temperature of the wafer mounting table 2 can be controlled with a simple configuration.
  • the top surface inner wall portion 21c may be heated using the heater 708 in order to evaporate water attached to the top surface inner wall portion 21c.
  • the top surface inner wall portion 21c may be heated using the heater 708 so as to evaporate water adhering to the top surface inner wall portion 21c.
  • FIG. 25 is a bar graph showing the relationship between the type of surface treatment applied to the inner wall of the top surface and the contact angle
  • FIG. 26 is a chart showing the specific contents of the surface treatment. The larger the contact angle, the higher the water repellency, and the smaller the contact angle, the lower the water repellency.
  • a water-repellent surface treatment may be performed on the top wall of the top surface.
  • the surface treatment having high water repellency for example, coating C-1 in which resin and ceramic are combined, coating A-3 impregnated with ethyl silicate in anodization of aluminum using an oxalic acid acid, and the like are preferable.
  • water repellency is high, the heat transfer surface renewal effect can be enhanced. That is, water condensed and adhering to the inner surface of the top surface is quickly removed, and new saturated steam adheres to the inner surface of the upper surface, so that steam heating can be performed effectively.
  • hydrophilic treatment on the top wall.
  • the surface treatment with high hydrophilicity for example, coating Y-3 by alumina spraying is preferable.
  • hydrophilicity is high, water spreads uniformly on the heat transfer surface of the inner wall of the top surface and film boiling occurs, so that the wafer mounting table 2 can be effectively cooled.
  • the temperature raising efficiency or the temperature lowering efficiency of the wafer mounting table 2 can be improved.
  • the nozzle 64a according to the eighth embodiment generates micro / nano bubbles that can inject water by swirling water and air to mix fine bubbles having a diameter of several hundred nanometers to 10 micrometers or less. It is comprised using the apparatus.
  • M2-LM / PVC of Nano Planet Research Laboratory may be adopted as the micro / nano bubble generation device. Since a specific configuration is known (Japanese Patent No. 3397154), detailed description thereof is omitted.

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Abstract

　従来の温調方法に比べて、半導体ウエハの均一な温調及び高応答性を実現することができる半導体製造装置及び温調方法を提供する。内部に空洞２１を有するウエハ載置台２と、ウエハ載置台２の温度をプロセス温度に調整すべく、プロセス温度以下の水を空洞２１の内壁に噴射するノズル６４ａとを備える半導体製造装置であって、空洞２１内の圧力を検出する圧力センサ（７１）と、圧力センサ（７１）にて検出された圧力が、ノズル６４ａから噴射される水の温度に係る飽和蒸気圧以上、プロセス温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞２１内の気体を排出する真空ポンプとを備える。

Description

半導体製造装置及び温調方法
　本発明は、半導体ウエハ載置台の温調機能を有する半導体製造装置及び半導体ウエハ載置台の温調方法に関する。
　半導体製造装置は、半導体ウエハを規定のプロセス温度に維持するための温調装置を備える。温調装置は、半導体ウエハ載置台の内部に形成された流路に温調用の液体（以下、温調媒体という）を循環させることによって温調を行っている（例えば、特許文献１，２）。温調媒体を循環させる温調方式を強制対流式という。
特開２００１－４４１７６号公報 特開平７－２３５５８８号公報
　しかしながら、強制対流式の温調では、流路伝熱特性に一定の限界があるため、半導体ウエハの均一な温調が困難であり、温度制御の応答性も悪いという問題があった。もちろん、温調媒体と温調部との間の熱交換量を大きくすべく、流路内にフィン等を設けて流路伝熱特性を上昇させることも考えられるが、流路伝熱特性と、圧力損失とは相反する関係にあるため、流路伝熱特性を上昇させると、流路の圧力損失が大きくなり、温調媒体を送出するポンプの消費エネルギーが増大するという問題が発生する。逆に、省エネを図るべく、圧力損失を低減させると、温調媒体の入側及び出側の温度差が大きくなり、流路伝熱特性が低下して、半導体ウエハの均一な温調が困難になる。
　また、強制対流式の温調で半導体ウエハの均一な温調を実現するためには、流路の配置に工夫を要する。ところが、半導体ウエハ載置台には、各種ねじ、リフトピン、電極部品が設けられているため、流路の設置スペースに種々の制約があり、流路設計の最適化は困難を極める。
　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウエハ載置台に形成された空洞の内壁において温調媒体の相変化が誘起されるように空洞内の圧力を制御することにより、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハの均一な温調及び高応答性を実現することができる半導体製造装置及び温調方法を提供することにある。
　本発明に係る半導体製造装置は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射するノズルとを備える半導体製造装置であって、前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプとを備えることを特徴とする。
　本発明に係る半導体製造装置は、前記半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口と、前記半導体ウエハ載置台の温度を検出する温度検出手段とを備え、前記真空ポンプは、前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度超である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度未満である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出するようにしてあることを特徴とする。
　本発明に係る半導体製造装置は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口とを備える半導体製造装置であって、前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプとを備えることを特徴とする。
　本発明に係る半導体製造装置は、前記空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜していることを特徴とする。
　本発明に係る温調方法は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射する温調方法であって、前記空洞内の圧力を検出し、検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出することを特徴とする。
　本発明に係る温調方法は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、該半導体ウエハ載置台の温度を検出し、検出された温度が目標温度超である場合、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射し、検出された温度が目標温度未満である場合、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、前記空洞内の圧力を検出し、検出された温度が目標温度超である場合、検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、検出された温度が目標温度未満である場合、検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出することを特徴とする。
　本発明に係る温調方法は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、前記空洞内の圧力を検出し、検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出することを特徴とする。
　本発明にあっては、半導体ウエハ載置台の内部に温調用の空洞が形成されている。半導体ウエハ載置台の温度が目標温度超である場合、該空洞の内壁に目標温度以下の温調媒体が吹き付けられる。圧力検出手段は空洞内の圧力を検出し、真空ポンプは、空洞内の圧力が特定の圧力範囲になるよう、空洞内の気体を排出する。特定の圧力範囲は、空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下である。このため、空洞の内壁に接触する前の温調媒体は液体である。また、内壁に接触した温調媒体は目標温度超に上昇するため、気体に相変化する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって冷却することが可能になる。
　本発明にあっては、温度検出手段は、載置台の温度を検出する。
　半導体ウエハ載置台の温度が目標温度超である場合、空洞の内壁に目標温度以下の温調媒体が吹き付けられる。真空ポンプは、上述のように、空洞内の圧力が、空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞内の気体を排出する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって冷却することが可能になる。
　一方、半導体ウエハ載置台の温度が目標温度未満である場合、空洞内へ目標温度以上の温調媒体が供給される。真空ポンプは、空洞内の圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、空洞の内壁へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞内の気体を排出する。このため、空洞の内壁に接触する前の温調媒体は気体である。また、内壁に接触した温調媒体は目標温度未満に低下するため、液体に相変化する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって加熱することが可能になる。
　本発明にあっては、半導体ウエハ載置台の内部に温調用の空洞が形成されている。半導体ウエハ載置台の温度が目標温度未満である場合、空洞内へ目標温度以上の温調媒体が供給される。真空ポンプは、空洞内の圧力が特定の圧力範囲になるよう、空洞内の気体を排出する。特定の圧力範囲は、空洞内の圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、空洞へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下である。このため、空洞の内壁に接触する前の温調媒体は気体である。また、内壁に接触した温調媒体は目標温度未満に低下するため、液体に相変化する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって加熱することが可能になる。
　本発明にあっては、半導体載置台に形成された空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜している。従って、空洞の内壁に付着した液体の温調媒体は、該内壁を伝って移動する。従って、半導体載置台をより効率的に冷却し、又は加熱することができる。
　従来の温調方法に比べて、半導体ウエハの均一な温調及び高応答性を実現することができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。 ウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。 エゼクタ真空ポンプ及び冷水製造器の構成を示す模式図である。 冷却に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。 真空気化冷却条件を概念的に示す状態図である。 実施の形態２に係るウエハ載置台及び水噴射器の側断面図ある。 実施の形態２に係る水噴射器の平面図である。 実施の形態２の変形例に係るウエハ載置台及び水噴射器の側断面図である。 実施の形態２の変形例に係る水噴射器の平面図である。 実施の形態３に係るウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。 加熱に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。 真空蒸気加熱条件を概念的に示す状態図である。 実施の形態４に係るウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。 加熱冷却に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。 加熱冷却に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。 実験で用いたウエハ載置台の側断面図である。 ウエハ載置台のXV－XV線断面図である。 温度センサが設けられたウエハ載置台を示した平面図である。 加熱温調を行う際のウエハ載置台の温度均一性を示した実験結果のグラフである。 加熱温調を行う際のウエハ載置台の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。 実施の形態５に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台の側断面図である。 図１９のXX－XX線断面図である。 飽和蒸気の流れを示したシミュレーション結果を示した説明図である。 温度センサが設けられたウエハ載置台を示した平面図である。 加熱温調を行う際のウエハ載置台の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。 実施の形態６に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台の側断面図である。 天面内壁部に対して施された表面処理の種類と、接触角との関係を示した棒グラフである。 表面処理の具体的内容を示した図表である。
　以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
　図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。本実施の形態１に係る半導体製造装置は、例えば、平行平板型のプラズマエッチング装置である。なお、平行平板型のプラズマエッチング装置は、プラズマ処理装置の一例であり、これに限定されるものでは無い。半導体製造装置は、中空円筒状の処理容器１を備える。処理容器１は、例えばアルミニウム製であり、接地されている。
　処理容器１の底面略中央部には、半導体ウエハＷを載置すると共に、下部電極として機能する円盤状のウエハ載置台２（半導体ウエハ載置台）が円盤状絶縁体２２を介して設けられている。ウエハ載置台２は、例えばアルミニウム又は銅製であり、載置された半導体ウエハＷを温調するための空洞２１を内部に有し、空洞２１には後述の温調装置６が接続されている。また、ウエハ載置台２には、バイアス印加用の高周波電源４とが接続されている。
　また、処理容器１の天面略中央部には、ウエハ載置台２と対向するように上部電極３が設けられている。処理容器１と上部電極３との間には、環状絶縁体１４が介装されている。上部電極３にはプラズマ発生用の高周波電源５が接続されている。また、上部電極３は中空状に形成されており、図示しない複数のプロセスガス供給孔を備えたガスシャワーヘッドを構成している。上部電極３の上面中央には、上部電極３へプロセスガスを供給するプロセスガス供給管３１が設けられており、上部電極３は処理容器１内にプロセスガスを供給する。
　更に、処理容器１の底面寄り側面部分には、排気管１２が接続されており、排気管１２の下流に設けられた図示しない真空ポンプによって、処理容器１内を真空排気するように構成されている。
　更にまた、処理容器１の側面には、半導体ウエハＷの搬送口１１が形成されており、搬送口１１はゲートバルブ１３によって開閉可能に構成されている。
　図２は、ウエハ載置台２及び温調装置６を示す模式図である。ウエハ載置台２に形成された空洞２１は、円形の底面内壁部２１ａ、周壁部２１ｂ及び円形の天面内壁部２１ｃ（内壁）を有する円柱状である。底面内壁部２１ａは、空洞２１内部の気体及び水を排出する排出口２１ｄを適宜箇所に形成している。
　温調装置６は、各構成部の動作を制御する制御部６１を備える。制御部６１は、例えばＣＰＵを備えたマイクロコンピュータであり、ＣＰＵには、制御部６１の動作に必要なコンピュータプログラム、半導体製造プロセスに必要なプロセス温度（目標温度）等の各種情報を記憶した記憶部、各種情報及び制御信号を入出力するための入出力部等を備える。
　また、温調装置６は、ウエハ載置台２の温調に必要な温度制御器６２、水噴射器６４、排水器６５、エゼクタ真空ポンプ６６、冷水製造器６７、水供給ポンプ６８及び流量制御弁６９を備える。
　温度制御器６２は、後述の冷水製造器６７から供給された冷水の温度を、制御部６１からの制御信号に従って特定の温度にフィードバック制御し、温度制御された水を、配管６３ａを通じて、水噴射器６４へ供給する。
　水噴射器６４は、ウエハ載置台２の空洞２１内部に配されている。水噴射器６４は、天面内壁部２１ｃよりも小径の中空円板状をなし、配管６３ａと連通した基部と、該基部の天面内壁部２１ｃ側に散配されたノズル６４ａとを備え、温度制御器６２から供給された水を天面内壁部２１ｃへ略均一に噴射するように構成されている。
　排水器６５は、配管６３ｂ，６３ｃによってウエハ載置台２の排出口２１ｄ及びエゼクタ真空ポンプ６６に接続されている。排水器６５は、排出口２１ｄ及び配管６３ｂを通じて排出された水を受け、配管６３ｃを通じてエゼクタ真空ポンプ６６へ供給する。また、排水器６５は、排出口２１ｄ及び配管６３ｂを通じて排出された水蒸気をそのまま、配管６３ｃを通じてエゼクタ真空ポンプ６６へ供給する。
　図３は、エゼクタ真空ポンプ６６及び冷水製造器６７の構成を示す模式図である。エゼクタ真空ポンプ６６は、配管６３ｅを通じて供給された水を貯留する貯水槽６６ｄと、配管６６ｇ，６６ｉを通じて貯水槽６６ｄの水を圧送する圧送ポンプ６６ｈと、圧送された水から水蒸気を生成する真空容器６６ｊと、真空容器６６ｊから配管６６ｋを通じて供給された水蒸気を噴射するエゼクタノズル６６ｂと、エゼクタノズル６６ｂが配された吸込み室６６ａと、ディフューザ６６ｃとを接続して構成され、吸込み室６６ａは配管６３ｃと連通している。特に貯水槽６６ｄには、ウエハ載置台２の空洞２１から排出された水蒸気を凝縮するための凝縮器６６ｅが設けられている。また、貯水槽６６ｄの適宜箇所には、オーバーフロー管６６ｆが設けられている。
　このように構成されたエゼクタ真空ポンプ６６は、貯水槽６６ｄの水を圧送ポンプ６６ｈでエゼクタノズル６６ｂへ供給し、ディフューザ６６ｃ及び貯水槽６６ｄを経て循環させることによって、吸込み室６６ａで真空吸引力を得るものである。エゼクタ真空ポンプ６６は、該真空吸引力によって、空洞２１から、該空洞２１内の気体及び空洞２１内に残留する液体の温調媒体、即ち水を排出させる。より詳細には、エゼクタ真空ポンプ６６は、ウエハ載置台２の冷却を行う場合、気化した水蒸気のみならず、気化しなかった液体の水も空洞２１内から排出させる。また、エゼクタ真空ポンプ６６は、ウエハ載置台２の加熱を行う場合、水蒸気だけではなく、凝縮した液体の水も空洞２１内から排出させる。
　冷水製造器６７は、吸込み室６６ａと連通した冷水貯留槽６７ａと、貯水槽６６ｄから冷水貯留槽６７ａへ水を供給するための配管６７ｆと、配管６７ｆに設けられたフロート弁６７ｇと、配管６７ｂを通じて冷水貯留槽６７ａの水を圧送する冷水製造用圧送ポンプ６７ｃと、圧送された水を冷却する冷凍室６７ｄと、冷水貯留槽６７ａ内に配された蒸発器６７ｅとを備える。蒸発器６７ｅから噴射された水の一部は水蒸気として蒸発し、蒸発の際、該蒸発に必要な潜熱を残りの水から奪うことによって、該水を冷却する。
　冷水貯留槽６７ａは、配管６３ｄと連通しており、配管６３ｄを通じて、冷水貯留槽６７ａから温度制御器６２へ冷水が送出されるように構成されている。
　水供給ポンプ６８は、配管６３ｄに介設されている。水供給ポンプ６８は、例えばダイアフラム式のポンプであり、制御部６１からの制御信号に従って駆動し、冷水製造器６７の冷水を温度制御器６２へ送出する。
　流量制御弁６９は、水供給ポンプ６８よりも温度制御器６２側の配管６３ｄに介設されている。流量制御弁６９は、制御部６１からの制御信号に従って、水供給ポンプ６８から送出された水の流量を制御し、流量制御された水を温度制御器６２へ送出する。
　温調装置６は、更に温度センサ（温度検出手段）７０、圧力センサ（圧力検出手段）７１、及び流量センサ７２を備える。温度センサ７０は、例えばウエハ載置台２の適宜箇所に埋没した熱電対温度計であり、ウエハ載置台２の温度を検出し、検出した温度の情報を制御部６１へ出力する。圧力センサ７１は、配管６３に接続されており、空洞２１内部の圧力を検出し、検出した圧力の情報を制御部６１へ出力する。流量センサ７２は、配管６３ｄを流れる水の流量を検出し、検出した流量の情報を制御部６１へ出力する。制御部６１は、入出力部を介して温度、圧力、流量の情報を取り込み、取り込んだ情報に基づいて冷却に係る処理を実行し、エゼクタ真空ポンプ６６、水供給ポンプ６８及び流量制御弁６９の動作を制御する制御信号を各部へ出力する。
　図４は、冷却に係る制御部６１の処理手順を示すフローチャートである。制御部６１は、エゼクタ真空ポンプ６６及び水供給ポンプ６８等を駆動させる（ステップＳ１１）。そして、制御部６１は、図示しない記憶部からプロセス温度を読み出す（ステップＳ１２）。次いで、制御部６１は、温度センサ７０にて温度を検出する（ステップＳ１３）。
　そして、制御部６１は、温度センサ７０にて検出した温度がプロセス温度超であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。以下、温度センサ７０にて検出した温度を検出温度という。検出温度がプロセス温度以下である場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御部６１は、流量制御弁６９を閉状態に制御する（ステップＳ１５）。
　検出温度がプロセス温度超であると判定した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御部６１は、天面内壁部２１ｃへ噴射されるべき水の目標水温及び目標流量を決定し（ステップＳ１６）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ１７）。ここで、目標水温、目標流量及び目標圧力について説明する。
　図５は、真空気化冷却条件を概念的に示す状態図である。横軸は温度、縦軸は圧力である。グラフ中の曲線は、水の飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ）を示している。Ｐｓｖ（Ｔ）は温度Ｔの関数である。検出温度がプロセス温度Ｔ１超である場合、制御部６１は、ハッチングで示した温度圧力範囲内で、目標水温及び目標圧力を決定する。ハッチングで示した温度圧力範囲内においては、空洞２１内の圧力は、ノズル６４ａから噴射される水の温度Ｔに係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ）以上、プロセス温度Ｔ１に係る飽和蒸気圧Ｐ以下になる。例えば、プロセス温度Ｔ１と同じ温度を目標水温として決定し、プロセス温度Ｔ１に係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ１）を目標圧力として決定すれば良い。
　水の流量は、天面内壁部２１ｃに噴射された水の気化によって、空洞２１内の圧力が上記温度圧力範囲から外れないように決定すれば良い。つまり、真空ポンプで排気可能な水蒸気量より少ない水が噴射されるように目標流量を決定すれば良い。
　具体的には、制御部６１は、プロセス温度と、目標水温と、目標流量と、目標圧力とを対応付けたテーブルを予め記憶しておき、ステップＳ１２で読み出したプロセス温度と、前記テーブルとに基づいて、目標水温、目標流量及び目標圧力を決定すれば良い。
　ステップＳ１７の処理を終えた制御部６１は、目標流量に基づいて、流量制御弁６９の開度を制御する（ステップＳ１８）。
　次いで、制御部６１は、水の温度を該目標水温に一致させるべく、目標水温に基づいて、温度制御器６２の動作をフィードバック制御する（ステップＳ１９）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ２０）。
　ステップＳ２０又はステップＳ１５の処理を終えた場合、制御部６１は、次プロセスへ移行するか否かを判定する（ステップＳ２１）。次プロセスへ移行すると判定した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御部６１は、処理をステップＳ１２へ戻す。
　次プロセスへ移行しないと判定した場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御部６１は、プラズマ処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ２２）。プラズマ処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御部６１は、処理をステップＳ１３へ戻す。プラズマ処理を終了すると判定した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御部６１は、冷却に係る処理を終了する。
　実施の形態１に係るプラズマ処理装置及び温調方法にあっては、天面内壁部２１ｃに吹き付けた水を低温で蒸発させ蒸発潜熱でウエハ載置台２を冷却するので、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハＷの均一な冷却及び高応答性を実現することができる。
（実施の形態２）
　図６Ａは、実施の形態２に係るウエハ載置台１０２及び水噴射器１６４の側断面図、図６Ｂは、実施の形態２に係る水噴射器１６４の平面図である。実施の形態２に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台１０２の空洞１２１の形状及び水噴射器１６４の構成のみが実施の形態１に係る半導体製造装置と異なるため、以下では主に上記相異点を説明する。
　実施の形態２に係るウエハ載置台１０２に形成された空洞１２１は、底面内壁部１２１ａ、周壁部１２１ｂ及び天面内壁部１２１ｃを有する。天面内壁部１２１ｃ及び底面内壁部１２１ａは、半導体ウエハＷが載置される載置面に対して傾斜した傾斜面を有する。より具体的には、天面内壁部１２１ｃは、ウエハ載置台１０２の径方向略中央部の下方に頂点を有し、裾部が周壁部１２１ｂにまで至る倒立円錐形状をなしている。底面内壁部１２１ａは、ウエハ載置台１０２の径方向略中央部の上方に頂点を有し、裾部が周壁部１２１ｂにまで至る円錐形状をなしている。また、底面内壁部１２１ａは、ウエハ載置台１０２の径方向外側、つまり周壁部１２１ｂ寄り部分に実施の形態１と同様の排出口１２１ｄを有している。
　実施の形態２に係る水噴射器１６４は、天面内壁部１２１ｃよりも小径の中空円環状をなし、配管６３ａと連通している基部と、該基部の天面内壁部１２１ｃ側の環状面に、周方向に等配された複数のノズル１６４ａとを備え、温度制御器６２から供給された水を天面内壁部１２１ｃの外周部分へ略均一に噴射するように構成されている。
　実施の形態２に係る半導体製造装置にあっては、天面内壁部１２１ｃに吹き付けられた水は、傾斜面に沿って、ウエハ載置台１０２の中心部へ伝って流れる。従って、実施の形態１に比べて、天面内壁部１２１ｃに温調用の水をより長時間、広範囲に保持させることができる。なお、天面内壁部１２１ｃの温度と、プロセス温度とが大きく異なる場合、天面内壁部１２１ｃに吹き付けられた水は瞬時に相変化を起こすが、天面内壁部１２１ｃの温度が一部でプロセス温度に到達している場合、液体の水が付着することがある。傾斜面に沿って流れた水が、プロセス温度に到達していない部分に達すると、相変化を起こし、該部分は冷却される。
　このように、実施の形態２に係る半導体製造装置は、より効率的に半導体ウエハＷを冷却することが可能になる。
　また、天面内壁部１２１ｃの頂点部分に達した水は、底面内壁部１２１ａに滴下し、底面内壁部１２１ａに形成された斜面に沿って外周側へ流れるため、温調に寄与しなくなった不要な水を排出口１２１ｄから素早く排出することができる。底面内壁部１２１ａに大量の水が滞留していると、該水が空洞１２１内の圧力制御に悪影響を及ぼすおそれがあり、その結果、天面内壁部１２１ｃにおける相変化及び温度制御を正確に行えなくなるおそれがある。
　実施の形態２にあっては、不要な水を素早く排出することができるため、より正確にウエハ載置台１０２の温調を行うことが可能になる。
　図７Ａは、実施の形態２の変形例に係るウエハ載置台１０２及び水噴射器２６４の側断面図、図７Ｂは、実施の形態２の変形例に係る水噴射器２６４の平面図である。実施の形態２に係る半導体製造装置は、水噴射器２６４の構成のみが上記実施の形態２に係る半導体製造装置と異なるため、以下では主に上記相異点を説明する。変形例に係る水噴射器２６４は、天面内壁部１２１ｃよりも小径の中空円環状をなし、配管６３ａと連通している基部と、該基部の天面内壁部１２１ｃ側の環状面外側及び環状面内側それぞれに、周方向に等配されたノズル２６４ａとを備え、温度制御器６２から供給された水を天面内壁部１２１ｃの外周部分へ略均一に噴射するように構成されている。
　変形例に係る半導体製造装置にあっては、ノズル２６４ａが周方向及び径方向に散配されているため、半導体ウエハＷのより均一な冷却及び高応答性を実現することができる。
　なお、天面内壁部１２１ｃの濡れ性を向上させる表面処理、例えば天面内壁部１２１ｃの表面をポーラス体で構成するようにしても良い。また、濡れ性を向上させるべく、水に界面活性剤を添加しても良い。この場合、更なる温調の均一性及び高応答性を実現することが可能になる。
　また、言うまでもなく、本実施の形態２及び変形例は、後述の実施の形態３及び４に適用しても良い。
（実施の形態３）
　図８は、実施の形態３に係るウエハ載置台２及び温調装置３０６を示す模式図である。実施の形態３に係る半導体製造装置は、飽和蒸気をウエハ載置台２の空洞２１内に供給することによって、ウエハ載置台２を加熱温調するものである。実施の形態３に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台２及び温調装置３０６の構成のみが実施の形態１と異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。
　実施の形態３に係る温調装置３０６は、実施の形態１で説明した水噴射器６４、温度制御器６２及び流量センサ７２を備えておらず、飽和蒸気を空洞２１内部へ供給するための蒸気圧制御器７３及び減温器７４を備える。また、ウエハ載置台２の適宜箇所には、水蒸気供給口（温調媒体供給口）２１ｅが設けられている。
　蒸気圧制御器７３は、配管６３ｆを通じて外部から水蒸気が入力し、入力された飽和蒸気を、後段の減温器７４で温度制御可能な圧力まで減圧し、減圧した水蒸気を配管６３ｇを通じて減温器７４へ送出する減圧弁で構成されている。また、蒸気圧制御器７３は、配管６３ｆ，６３ｇ間を開閉させる図示しない水蒸気供給弁を備える。
　減温器７４は、蒸気圧制御器７３から送出された水蒸気の圧力を、制御部６１からの制御信号に従って、増減させることにより、該水蒸気の温度を制御し、温度制御された飽和蒸気を、配管６３ｈを通じて空洞２１内へ供給する。エゼクタ真空ポンプ６６には、冷水製造器６７から配管６３ｉ，６３ｊを通じて圧力制御用の冷水が循環するように構成されている。
　図９は、加熱に係る制御部６１の処理手順を示すフローチャートである。制御部６１は、エゼクタ真空ポンプ６６等を駆動させる（ステップＳ３１）。そして、制御部６１は、図示しない記憶部からプロセス温度を読み出す（ステップＳ３２）。次いで、制御部６１は、温度センサ７０にて温度を検出する（ステップＳ３３）。
　そして、制御部６１は、検出温度がプロセス温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。検出温度がプロセス温度以上である場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、制御部６１は、水蒸気供給弁を閉状態に制御する（ステップＳ３５）。
　検出温度がプロセス温度未満であると判定した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、制御部６１は、空洞２１内部に供給されるべき飽和蒸気の温度である目標水蒸気温度を決定し（ステップＳ３６）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ３７）。ここで、目標水蒸気温度及び目標圧力について説明する。
　図１０は、真空蒸気加熱条件を概念的に示す状態図である。図１０に示した状態図は、図５で示した状態図と同様であり、検出温度がプロセス温度Ｔ２未満である場合、制御部６１は、ハッチングで示した温度圧力範囲内で、目標水蒸気温度及び目標圧力を決定する。ハッチングで示した温度圧力範囲内においては、空洞２１内の圧力は、プロセス温度Ｔ２に係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ２）以上、空洞２１内部に供給される水蒸気の温度Ｔに係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ）以下になる。例えば、プロセス温度Ｔ２と同じ温度を目標水蒸気温度として決定し、プロセス温度Ｔ２に係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ２）を目標圧力として決定すれば良い。
　具体的には、制御部６１は、プロセス温度と、目標水蒸気温度と、目標圧力とを対応付けたテーブルを予め記憶しておき、ステップＳ３２で読み出したプロセス温度と、前記テーブルとに基づいて、目標水蒸気温度、及び目標圧力を決定すれば良い。
　ステップＳ３７の処理を終えた制御部６１は、水蒸気供給弁を開状態に制御する（ステップＳ３８）。次いで、制御部６１は、水蒸気の温度を目標水蒸気温度に一致させるべく、目標水蒸気温度に基づいて、蒸気圧制御器７３及び減温器７４の動作をフィードバック制御する（ステップＳ３９）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ４０）。
　ステップＳ４０又はステップＳ３５以降の処理、即ちステップＳ４１及びステップＳ４２の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ２１及びステップＳ２２の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　実施の形態３に係る半導体製造装置及び温調方法にあっては、空洞２１に供給した低温蒸気が凝縮して液体に戻るときの凝縮潜熱でウエハ載置台２を加熱するので、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハＷの均一な加熱及び高応答性を実現することができる。
（実施の形態４）
　図１１は、実施の形態４に係るウエハ載置台２及び温調装置４０６を示す模式図である。実施の形態４に係るウエハ半導体装置は、実施の形態１及び３の構成部材を組み合わせることによって、ウエハ載置台２を加熱冷却可能に構成したものである。
　実施の形態４に係るウエハ載置台２は、実施の形態１と同様、内部に空洞２１を有し、該空洞２１には水噴射器６４が配されている。また、ウエハ載置台２は、実施の形態３と同様の水蒸気供給口２１ｅを底面内壁部２１ａの適宜箇所に備える。
　実施の形態４に係る温調装置４０６は、実施の形態１と同様の制御部６１、温度制御器６２、水噴射器６４、排水器６５、エゼクタ真空ポンプ６６、冷水製造器６７、水供給ポンプ６８、流量制御弁６９、温度センサ７０、圧力センサ７１及び流量センサ７２を備える。また、温調装置４０６は、実施の形態３と同様の蒸気圧制御器７３及び減温器７４を備える。
　また、温調装置４０６は、加熱及び冷却を切り替えるための切替弁７５を備える。切替弁７５には、配管６３ｋ，６３ｌ，６３ｈ，６３ａが接続されており、切替弁７５は、減温器７４から送出された水蒸気を水蒸気供給口２１ｅへの経路と、温度制御器６２から送出された水を水噴射器６４へ送出する経路とを選択的に切り替える弁を備えている。切替弁７５による経路の切り換えは、制御部６１からの制御信号に従って行われる。
　図１２及び図１３は、加熱冷却に係る制御部６１の処理手順を示すフローチャートである。制御部６１は、エゼクタ真空ポンプ６６及び水供給ポンプ６８等を駆動させる（ステップＳ５１）。そして、制御部６１は、図示しない記憶部からプロセス温度を読み出す（ステップＳ５２）。次いで、制御部６１は、温度センサ７０にて温度を検出する（ステップＳ５３）。
　そして、制御部６１は、温度センサ７０にて検出した温度がプロセス温度超であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。検出温度がプロセス温度超であると判定した場合（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、制御部６１は、天面内壁部２１ｃへ噴射されるべき水の目標水温、及び該水の目標流量を決定し（ステップＳ５５）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ５６）。
　ステップＳ５６の処理を終えた制御部６１は、切替器を真空気化冷却系に切り替える（ステップＳ５７）。そして、制御部６１は、目標流量に基づいて、流量制御弁６９の開度を制御する（ステップＳ５８）。次いで、制御部６１は、水の温度を該目標水温に一致させるべく、目標水温に基づいて、温度制御器６２の動作をフィードバック制御する（ステップＳ５９）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ６０）。
　ステップＳ６０の処理を終えた場合、又は検出温度がプロセス温度以下である場合（ステップＳ５４：ＮＯ）、制御部６１は、検出温度がプロセス温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ６１）。検出温度がプロセス温度未満でないと判定した場合（ステップＳ６１：ＮＯ）、制御部６１は、流量制御弁６９を閉状態に制御し（ステップＳ６２）、水蒸気供給弁を閉状態に制御する（ステップＳ６３）。
　ステップＳ６１で検出温度がプロセス温度未満であると判定した場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、制御部６１は、切替器を真空蒸気加熱系に切り替える（ステップＳ６４）。そして、空洞２１内部に供給されるべき水蒸気の温度である目標水蒸気温度を決定し（ステップＳ６５）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ６６）。
　ステップＳ６６の処理を終えた制御部６１は、水蒸気供給弁を開状態に制御する（ステップＳ６７）。次いで、制御部６１は、水蒸気の温度を目標水蒸気温度に一致させるべく、目標水蒸気温度に基づいて、蒸気圧制御器７３及び減温器７４の動作をフィードバック制御する（ステップＳ６８）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ６９）。
　ステップＳ６９又はステップＳ６３の処理を終えた場合、制御部６１は、次プロセスへ移行するか否かを判定する（ステップＳ７０）。次プロセスへ移行すると判定した場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、制御部６１は、処理をステップＳ５２へ戻す。
　次プロセスへ移行しないと判定した場合（ステップＳ７０：ＮＯ）、制御部６１は、プラズマ処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ７１）。プラズマ処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、制御部６１は、処理をステップＳ５３へ戻す。プラズマ処理を終了すると判定した場合（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、制御部６１は、加熱冷却に係る処理を終了する。
　実施の形態４に係る半導体製造装置及び温調方法にあっては、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハＷの均一な加熱冷却及び高応答性を実現することができる。
　なお、実施の形態では、温調媒体の一例として水を例示したが、言うまでもなく水に限定されるものでは無い。
　次に、本発明に係る半導体製造装置及び温調方法の作用効果を確認すべく、飽和蒸気をウエハ載置台２の空洞２１内部に供給してウエハ載置台２を加熱温調する実験について説明する。
　図１４は、実験で用いたウエハ載置台２の側断面図、図１５は、ウエハ載置台２のXV－XV線断面図である。ウエハ載置台２は、実施の形態３で説明した構成と同様であり、円形の底面内壁部２１ａと、一体形成された周壁部２１ｂ及び円形の天面内壁部２１ｃとを備え、空洞２１を形成している。ウエハ載置台２は、アルミニウム製である。ウエハ載置台２の直径は４８０ｍｍ、全体の厚みは３３ｍｍ、底面内壁部２１ａ及び天面内壁部２１ｃの厚みは約１０ｍｍである。また、ウエハ載置台２の底面内壁部２１ａには、水蒸気供給口２１ｅと、空洞２１内部の気体及び水を排出する排出口２１ｄとが形成されている。水蒸気供給口２１ｅ及び排出口２１ｄは、底面内壁部２１ａの中心から２００ｍｍ径方向に離隔した部位に、底面内壁部２１ａの中心に関して対称の位置関係になるように設けられている。更に、ウエハ載置台２内部の空洞２１には、ウエハ載置台２が真空引きによって潰れることを防止すべく、底面内壁部２１ａの中心周りに、４本の支柱２１ｆが設けられている。各支柱２１ｆは、一辺の長さが１５ｍｍの角柱状であり、１辺の長さが１３５ｍｍの正方形の頂点に位置するように形成されている。
　図１６は、温度センサＳ１～Ｓ４が設けられたウエハ載置台２を示した平面図である。具体的には、加熱温調を行う際のウエハ載置台２の温度均一性、昇温追従性を確認すべく、ウエハ載置台２の上面、即ち天面内壁部２１ｃの径方向中心部に対応する部位に温度センサＳ１、水蒸気供給口２１ｅに対応する部位に温度センサＳ２、排出口２１ｄに対応する部位に温度センサＳ３、支柱２１ｆに対応する部位に温度センサＳ４を設けた。
　まず、ウエハ載置台２の空洞２１内部に供給する飽和蒸気の温度を４０℃から１００℃まで、１０℃間隔で段階的に上昇させ、温度センサＳ１～Ｓ４が検出した温度の最大温度と、最小温度との温度差ΔＴの時間変化を調べた。
　図１７は、加熱温調を行う際のウエハ載置台２の温度均一性を示した実験結果のグラフである。横軸は計測時間、縦軸はウエハ載置台２の最大温度及び最小温度の温度差ΔＴを示している。図１７に示したグラフから、昇温時における温度差ΔＴが１．０℃未満、定常時における温度差ΔＴが０．１℃未満になるように温度制御されていることが分かる。
　次に、ウエハ載置台２の空洞２１内部に供給する飽和蒸気の温度を４０℃から１００℃まで、約１℃／秒で急速に昇温させ、温度センサＳ１～Ｓ４が検出した温度の最大温度と、最小温度との温度差ΔＴの時間変化を調べた。
　図１８は、加熱温調を行う際のウエハ載置台２の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。横軸は計測時間、縦軸はウエハ載置台２の最大温度及び最小温度の温度差ΔＴを示している。図１８に示したグラフから、ウエハ載置台２を約１℃／秒で急速に昇温させた場合であっても、温度差ΔＴを５．５℃未満に抑えることができることが分かる。
　以上の実験結果から、本発明に係る半導体製造装置及び温調方法は、昇温時及び定常時のいずれにおいても高い温度均一性（昇温時：ΔＴ＜５．５℃、定常時：ΔＴ＜０．１℃）及び昇温追従性を実現することができることが確認された。
（実施の形態５）
　図１９は、実施の形態５に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台６０２の側断面図、図２０は、図１９のXX－XX線断面図である。ウエハ載置台６０２は、円形の底面内壁部６２１ａと、一体形成された周壁部６２１ｂ及び円形の天面内壁部６２１ｃとを備え、空洞６２１を形成している。ウエハ載置台６０２の直径は４８０ｍｍ、全体の厚みは５０ｍｍ、空洞６２１内の高さ方向幅は３０ｍｍ、底面内壁部６２１ａ及び天面内壁部６２１ｃの厚みは約１０ｍｍである。また、底面内壁部６２１ａの中心から２００ｍｍ径方向に離隔した部位に水蒸気供給口６２１ｅが設けられている。水蒸気供給口６２１ｅには、空洞６２１内へ流入した飽和蒸気を、ウエハ載置台６０２の周方向へ分流させる平面視略Ｖ字状の分岐ノズルが設けられている。より詳細には、分岐ノズルは、空洞６２１内へ流入した飽和蒸気が直接、天面内壁部６２１ｃに当たることを防止すると共に、該飽和蒸気を、第１周方向へ導く第１角筒部と、該第１角筒部と連続しており、空洞６２１内へ流入した飽和蒸気を、第１周方向と逆方向の第２周方向へ導く２枚の第２角筒部とを備える。更に、ウエハ載置台６０２の底面内壁部６２１ａの中心部には、空洞６２１内部の気体及び水を排出する排出口６２１ｄが形成されている。更にまた、ウエハ載置台６０２内部の空洞６２１には、ウエハ載置台６０２が真空引きによって潰れることを防止すべく、底面内壁部６２１ａの中心周りに、１２本の支柱６２１ｆが設けられている。各支柱６２１ｆは、円柱状である。
　図２１は、飽和蒸気の流れを示したシミュレーション結果を示した説明図である。図２１に示すように、実施の形態５に係る半導体処理装置にあっては、空洞６２１内に流入した飽和蒸気は、ウエハ載置台６０２の周方向へ分流して空洞６２１内を流れ、排出口６２１から排出される。従って、空洞６２１内に流入した飽和蒸気が天面内壁部６２１ｃに直接当たるような構成に比べて、ウエハ載置台６０２の局所加熱避けることができ、温度均一性を向上させることができる。
　なお、実施の形態５では、空洞６２１内に流入した飽和蒸気を分流させる構成を説明したが、少なくとも、空洞６２１内に供給された飽和蒸気を天面内壁部６２１ｃに沿う方向へ導く案内板を備えれば、ウエハ載置台６０２の温度均一性を向上させることができる。
　次に、実施の形態５に係る半導体製造装置及び温調方法の作用効果を確認すべく、飽和蒸気をウエハ載置台６０２の空洞６２１内部に供給してウエハ載置台６０２を加熱温調する実験について説明する。
　図２２は、温度センサＳ１～Ｓ４が設けられたウエハ載置台６０２を示した平面図である。具体的には、加熱温調を行う際のウエハ載置台６０２の温度均一性、昇温追従性を確認すべく、ウエハ載置台６０２の上面、即ち天面内壁部６２１ｃの径方向中心部に対応する部位に温度センサＳ１、水蒸気供給口６２１ｅに対応する部位に温度センサＳ２、水蒸気供給口６２１ｅよりも更に径方向外側に対応する部位に温度センサＳ３、ウエハ載置台６０２の中心に関して温度センサＳ３と対称をなす部位に温度センサＳ４を設けた。
　ここで、ウエハ載置台６０２の空洞６２１内部に供給する飽和蒸気の温度を４０℃から１００℃まで、約１℃／秒で急速に昇温させ、温度センサＳ１～Ｓ４が検出した温度の最大温度と、最小温度との温度差ΔＴの時間変化を調べた。
　図２３は、加熱温調を行う際のウエハ載置台６０２の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。横軸は計測時間、縦軸はウエハ載置台６０２の最大温度及び最小温度の温度差を示している。図１８に示したグラフから、ウエハ載置台６０２を約１℃／秒で急速に昇温させた場合であっても、温度差ΔＴを３℃未満に抑えることができる。図１８及び図２３のグラフを比較すると、実施の形態５に係る半導体製造装置の方が昇温時における温度均一性に優れていることが確認できる。
（実施の形態６）
　図２４は、実施の形態６に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台２の側断面図である。実施の形態６に係る半導体製造装置は、実施の形態１と同様であり、ヒータ７０８及びヒータ電源７０８ａを備えている。ヒータ７０８は、例えば電熱線であり、ウエハ載置台２の天面内壁部２１ｃに埋設されており、ヒータ電源７０８ａは、ヒータ７０８に給電することによって、ウエハ載置台２を加熱するように構成されている。ヒータ電源７０８ａによる給電動作は、制御部６１によって制御されている。
　実施の形態６にあっては、水の蒸発潜熱でウエハ載置台２を冷却し、ヒータ７０８にてウエハ載置台２を加熱することができる。加熱手段としてヒータ７０８を採用することによって、簡単な構成で、ウエハ載置台２の温度を制御することができる。
　また、加熱から冷却に切り替える際、天面内壁部２１ｃに付着した水を蒸発させるべく、ヒータ７０８を利用して天面内壁部２１ｃを加熱するように構成しても良い。同様に、冷却から加熱に切り替える際、天面内壁部２１ｃに付着した水を蒸発させるべく、ヒータ７０８を利用して天面内壁部２１ｃを加熱するように構成しても良い。
（実施の形態７）
　実施の形態７に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台２を構成する天面内壁部に、所定の表面加工を施した点が上述の実施の形態とは異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。
　図２５は、天面内壁部に対して施された表面処理の種類と、接触角との関係を示した棒グラフ、図２６は、表面処理の具体的内容を示した図表である。なお、接触角が大きい程、撥水性が高く、接触角が小さい程、撥水性が低い。
　飽和蒸気をウエハ載置台２の空洞内に供給することによって、蒸気加熱を行う構成の場合、天面内壁部に撥水性の表面処理を施すと良い。撥水性が高い表面処理としては、例えば、樹脂とセラミックを複合させたコーティングＣ－１、蓚酸系の酸を用いたアルミニウムの陽極酸化において、エチルシリケートを含浸したコーティングＡ－３等が好ましい。撥水性が高い場合、伝熱面刷新効果を高めることができる。つまり、天面内壁部に凝縮して付着した水が速やかに除去され、新たな飽和蒸気が天面内壁部に付着するため、効果的に蒸気加熱を行うことができる。
　一方、ウエハ載置台２の天面内壁部に水を噴射することによって冷却を行う構成の場合、天面内壁部に親水性処理を施すと良い。親水性が高い表面処理としては、例えば、アルミナ溶射によるコーティングＹ－３等が好ましい。親水性が高い場合、天面内壁部の伝熱面に均一に水が広がって膜沸騰が起こるため、効果的にウエハ載置台２の冷却を行うことができる。
　実施の形態７にあっては、ウエハ載置台２の昇温効率又は降温効率を向上させることができる。
（実施の形態８）
　実施の形態８に係る半導体製造装置は、水噴射器６４のノズル６４ａの構成のみが、実施の形態１とは異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。実施の形態８に係るノズル６４ａは、水と空気とを旋回させることによって、直径が数百ナノメートル～１０マイクロメートル以下の微細な気泡を混入させて水を噴射することができるマイクロ・ナノバブル発生装置を用いて構成されている。例えば、マイクロ・ナノバブル発生装置は、ナノプラネット研究所のM2-LM/PVC等を採用すれば良い。具体的な構成は、公知である（特許第３３９７１５４号）ため、詳細な説明は省略する。
　実施の形態８に係る半導体製造装置にあっては、水に気泡が混入しているため、水の蒸発を促進させることができ、より効果的にウエハ載置台２を冷却させることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　処理容器
　２　ウエハ載置台
　３　上部電極
　６　温調装置
　２１　空洞
　２１ｃ　天面内壁部
　６１　制御部
　６６　エゼクタ真空ポンプ
　７０　温度センサ
　７１　圧力センサ
　Ｗ　半導体ウエハ
 

Claims (7)

  1. 　内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射するノズルとを備える半導体製造装置であって、
    　前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、
    　該圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプと
    　を備えることを特徴とする半導体製造装置。
  2. 　前記半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口と、
    　前記半導体ウエハ載置台の温度を検出する温度検出手段と
    　を備え、
    　前記真空ポンプは、
    　前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度超である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度未満である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出するようにしてある
    　ことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 　内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口とを備える半導体製造装置であって、
    　前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、
    　前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプと
    　を備えることを特徴とする半導体製造装置。
  4. 　前記空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜している
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の半導体製造装置。
  5. 　内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射する温調方法であって、
    　前記空洞内の圧力を検出し、
    　検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する
    　ことを特徴とする温調方法。
  6. 　内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、該半導体ウエハ載置台の温度を検出し、検出された温度が目標温度超である場合、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射し、検出された温度が目標温度未満である場合、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、
    　前記空洞内の圧力を検出し、
    　検出された温度が目標温度超である場合、検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、
    　検出された温度が目標温度未満である場合、検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する
    　ことを特徴とする温調方法。
  7. 　内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、
    　前記空洞内の圧力を検出し、
    　検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する
    　ことを特徴とする温調方法。
     
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