特許 7537147 載置台、基板を処理する装置、及び基板を温度調節する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】載置台、基板を処理する装置、及び基板を温度調節する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20240814BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 Z

H01L23/46 Z

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020119427

(22)【出願日】2020-07-10

(65)【公開番号】P2022016129

(43)【公開日】2022-01-21

【審査請求日】2023-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 聡樹

(72)【発明者】

【氏名】津田 栄之輔

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０２２４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００７１７５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０１１３８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板が載置されると共に、少なくとも外部からの入熱を受ける載置台本体と、
前記載置台本体に設けられ、冷媒により、前記載置台本体から熱を奪うための冷媒流路と、
前記冷媒流路内を冷媒が流れる方向を反転させるため、前記冷媒流路に前記冷媒が供給される位置と、前記冷媒流路から前記冷媒が排出される位置とを、前記冷媒流路の一端と他端との間で切り替える切替機構と、
前記載置台本体の基板の載置面における複数の異なる位置、あるいは、前記載置面に載置された基板の複数の異なる位置の温度を測定する温度測定部と、
制御部と、を有し、
前記温度測定部により温度を測定する位置には、前記冷媒流路の前記一端側に対応する位置と前記他端側に対応する位置とが含まれている場合に、
前記制御部は、前記載置台本体が入熱を受ける期間中、前記冷媒の流れる方向を繰り返し反転させると共に、前記温度測定部により測定された、前記冷媒流路の前記一端側に対応する位置、及び前記他端側に対応する位置の温度の差を小さくするように、前記一端側から供給される方向に前記冷媒が流れる時間と、前記他端側から供給される方向に前記冷媒が流れる時間と、を各々調節するよう前記切替機構を制御するように構成された載置台。

【請求項2】

前記載置台本体には、当該載置台本体を加熱するためのヒータが設けられ、前記入熱を受ける期間として、前記ヒータによって前記載置台本体を加熱する期間を含む、請求項１に記載の載置台。

【請求項3】

入熱を受ける期間中の前記冷媒流路内の温度、圧力環境下にて、前記冷媒はで気体である、請求項１または２に記載の載置台。

【請求項4】

前記冷媒流路の前記一端に接続された第１系統流路と、前記冷媒流路の前記他端に接続された第２系統流路と、前記冷媒流路に供給される冷媒が流れ、第１接続流路を介して前記第１系統流路に接続されると共に、第２接続流路を介して前記第２系統流路に接続された冷媒供給流路と、前記冷媒流路から排出された冷媒が流れ、第３接続流路を介して前記第１系統流路に接続されると共に、第４接続流路を介して前記第２系統流路に接続された冷媒排出路とを備え、
前記切替機構は、前記４つの接続流路に各々設けられた開閉バルブの開閉状態を変更することにより、前記冷媒が供給される位置と前記冷媒が排出される位置とを切り替えるバルブ機構である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の載置台。

【請求項5】

前記冷媒流路は、前記載置台本体における基板の載置面の周方向に沿って延び、前記載置面の中央側から周縁部側へ向けて間隔を空けて並べられた複数の周方向流路部と、前記載置面の径方向に沿って延び、隣り合って配置された前記周方向流路部の間を連結する連結流路部とを含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の載置台。

【請求項6】

前記冷媒流路は、前記載置台本体における基板の載置面の中央部側と周縁部側との間で放射状に延びる複数の径方向流路を有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の載置台。

【請求項7】

前記載置台本体における基板の載置面を平面視したとき、前記冷媒流路の流路形状は、前記載置面の中央部の周りに回転対称に形成されている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の載置台。

【請求項8】

前記載置台本体の互いに異なる領域を加熱する複数の前記ヒータを含み、
前記複数のヒータの各々の出力を、互いに独立して調節して前記基板の加熱温度を調節する出力調節部を備えた、請求項２に記載の載置台。

【請求項9】

前記冷媒流路に供給される冷媒の流量を調節する流量調節部と、を有し、
前記制御部は、前記複数の異なる位置の温度に基づいて、前記ヒータの出力と、冷媒の流量と、のうちの少なくとも一つの制御変数を調節して、前記複数の異なる位置の温度の差を小さくするように前記切替機構、前記ヒータの出力調節部、または流量調節部を制御するように構成された請求項８に記載の載置台。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれか一項に記載の前記載置台と、
前記載置台が内部に設けられ、基板の処理を行う処理空間を形成する処理チャンバと、を備えた基板を処理する装置。

【請求項11】

前記載置台に載置された基板に向けて基板を処理するための処理ガスを供給するガス供給部を有し、
前記処理チャンバの内壁面、あるいは、ガス供給部を加熱する他のヒータを備え、前記他のヒータから供給される熱が、前記外部からの入熱の熱源となる、請求項１０記載の装置。

【請求項12】

前記処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部を備え、前記プラズマ化した処理ガスから供給されるエネルギーが前記外部からの入熱の熱源となる、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

基板を温度調節する方法において、
少なくとも外部からの入熱を受ける載置台本体に基板を載置する工程と、
前記載置台本体に設けられた冷媒流路の一端と他端との間に冷媒を通流させて前記載置台本体の熱を奪う工程と、
前記載置台本体の基板の載置面における複数の異なる位置、あるいは前記載置面に載置された基板の複数の異なる位置の温度を測定する工程と、を有し、
前記温度を測定する工程にて温度を測定する位置には、前記冷媒流路の前記一端側に対応する位置と前記他端側に対応する位置とが含まれている場合に、

前記載置台本体の熱を奪う工程は、前記載置台本体が入熱を受ける期間中、前記冷媒流路内を前記冷媒が流れる方向を繰り返し反転させると共に、前記前記温度を測定する工程にて前記冷媒流路の前記一端側に対応する位置、及び前記他端側に対応する位置の温度の差を小さくするように、前記一端側から供給される方向に前記冷媒が流れる時間と、前記他端側から供給される方向に前記冷媒が流れる時間と、を各々調節しながら実施される、方法。

【請求項14】

前記載置台本体に設けられたヒータにより、当該載置台本体を加熱する工程を有し、前記入熱を受ける期間として、前記載置台本体を加熱する工程の実施期間を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記入熱を受ける期間中の前記冷媒流路内の温度、圧力環境下にて、前記冷媒は気体である請求項１３または１４に記載の方法。

【請求項16】

前記載置台本体を加熱する工程では、当該載置台本体の異なる領域を、互い異なる温度に加熱する、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記温度を測定する工程にて測定した複数の異なる位置の温度に基づいて、前記ヒータの出力と、前記冷媒の流量と、の少なくとも一つを調節することにより、前記複数の異なる位置の温度の差を小さくする工程と、を含む請求項１４または１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、載置台、基板を処理する装置、及び基板を温度調節する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程では、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に成膜処理やエッチング処理などの各種処理が行われるが、これらの処理は、ウエハを所定の温度に温度調節した状態で行われることがある。
ウエハを温度調節するにあたっては、例えば処理対象のウエハが載置される載置台に設けられたヒータを用いてウエハを加熱する構成が知られている。ウエハの処理においては、ウエハの面内で均一にすることが求められている。

【0003】

特許文献１には、複数の冷媒通路を流れる冷媒を用いて載置台に載置されたウエハの温度調節を行うと共に、チラーユニットと及び加熱ユニットを用いて冷媒の温度調整を行う技術が記載されている。さらにこれらの冷媒通路に対しては、チラーユニットと及び加熱ユニットから供給される冷媒を切り換えることができるように構成され、載置台の温度ないし温度分布を多様または高精度に制御する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２８６７３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、基板を面内で均一に温度調節する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の載置台は、基板が載置されると共に、少なくとも外部からの入熱を受ける載置台本体と、
前記載置台本体に設けられ、冷媒により、前記載置台本体から熱を奪うための冷媒流路と、
前記冷媒流路内を冷媒が流れる方向を反転させるため、前記冷媒流路に前記冷媒が供給される位置と、前記冷媒流路から前記冷媒が排出される位置とを、前記冷媒流路の一端と他端との間で切り替える切替機構と、
前記載置台本体の基板の載置面における複数の異なる位置、あるいは、前記載置面に載置された基板の複数の異なる位置の温度を測定する温度測定部と、
制御部と、を有し、
前記温度測定部により温度を測定する位置には、前記冷媒流路の前記一端側に対応する位置と前記他端側に対応する位置とが含まれている場合に、
前記制御部は、前記載置台本体が入熱を受ける期間中、前記冷媒の流れる方向を繰り返し反転させると共に、前記温度測定部により測定された、前記冷媒流路の前記一端側に対応する位置、及び前記他端側に対応する位置の温度の差を小さくするように、前記一端側から供給される方向に前記冷媒が流れる時間と、前記他端側から供給される方向に前記冷媒が流れる時間と、を各々調節するよう前記切替機構を制御するように構成される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、基板を面内で均一に温度調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示に係る成膜装置の一例を示す縦断側面図である。

【図2】本開示に係る載置台の一例を示す縦断側面図である。

【図3】前記載置台に設けられる冷却板の平面図である。

【図4】前記載置台の電気的構成を示すブロック図である。

【図5】冷媒流路における冷媒の流れる方向の切り替えを説明する第１の説明図である。

【図6】冷媒流路における冷媒の流れる方向の切り替えを説明する第２の説明図である。

【図7】ヒータの加熱及び冷媒の通流の一例を示すタイムチャートである。

【図8】第２の実施形態に係る冷媒流路の一例を示す平面図である。

【図9】第３の実施形態に係る載置台の電気的構成を示すブロック図である。

【図10】実施例における温度の測定地点を示す平面図である。

【図11】流路の切り替えのタイミングとヒータの出力との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１の実施形態］
本開示の第１の実施形態係る載置台が設けられる基板を処理する装置の一例である枚葉式の成膜装置について、図１を参照し説明する。本開示に係る成膜装置は、プラズマＣＶＤにより基板であるウエハＷにチタン（Ｔｉ）膜を成膜する。成膜装置は、ウエハＷを処理する処理空間を形成する処理チャンバ１０を備え、この処理チャンバ１０は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属により構成される。
処理チャンバ１０の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が、ゲートバルブ１２により開閉自在に形成される。

【0010】

また処理チャンバ１０の底壁の中央部には下方に向けて突出する例えば円筒状の排気室１３が形成され、排気室１３における側面には、排気口１４ａが開口し、排気口１４ａには、排気路１４が接続されている。この排気路１４は、真空排気機構１６に接続され、処理チャンバ１０内を所定の圧力まで減圧できるように構成されている。また処理チャンバ１０の壁部には、ヒータ１７が埋設され、処理チャンバ１０の壁面を１５０～２００℃に加熱できるように構成している。なおヒータ１７には、ヒータに電力を供給する電源部（不図示）や、ヒータ１７に供給される電力を調節して、ヒータ１７の出力を調節しすることにより、処理チャンバ１０の壁面の温度を調節する出力調節部（不図示）が設けられている。

【0011】

処理チャンバ１０の天板部には、絶縁部材１５を介して、処理チャンバ１０内に処理ガスをシャワー状に供給するためのシャワーヘッド６が設けられる。シャワーヘッド６は、ベース部材６１とシャワープレート６２とを備えている。シャワープレート６２は、ベース部材６１の下面に設置され、シャワープレート６２と、ベース部材６１と、の間に処理ガスが拡散するガス拡散空間６３が形成されている。シャワープレート６２には、複数のガス吐出孔６４が形成されており、ベース部材６１の中央付近には、ガス導入孔６６が形成されている。

【0012】

ガス導入孔６６には、処理ガスを供給するためのガス供給系５が接続される。ガス供給系５は、処理チャンバ１０にＴｉ化合物であるＴｉＣｌ_４ガスを供給するように構成されるＴｉＣｌ_４ガス供給部を備えている。ＴｉＣｌ_４ガス供給部は、ＴｉＣｌ_４ガスの供給源５１及びガス供給路５１１を含むものであり、ガス供給路５１１には、上流側から流量調整部Ｍ１、及びバルブＶ１が介設される。

【0013】

さらにガス供給系５は、還元ガスである水素（Ｈ_２）ガスを供給するように構成されるＨ_２ガス供給部と、プラズマ形成用のガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを供給するように構成されるＡｒガス供給部と、を備えている。
Ｈ_２ガス供給部は、Ｈ_２ガスの供給源５２及びガス供給路５２１を含むものであり、ガス供給路５２１には、上流側から流量調整部Ｍ２、及びバルブＶ２が介設される。Ａｒガス供給部は、Ａｒガスの供給源５３及びガス供給路５３１を含むものであり、ガス供給路５３１には、上流側から流量調整部Ｍ３、及びバルブＶ３が介設される。ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス、及びＡｒガスは処理ガスに相当する。

【0014】

またシャワーヘッド６には、整合器１８を介してプラズマ形成用のＲＦ電力供給源（高周波電源）１９が接続されている。またベース部材６１の上面には、シャワーヘッド６を加熱するためのヒータ６８が設けられ、ヒータ６８及びベース部材６１の上方には、断熱部材６７が設けられている。ヒータ６８には、ヒータに電力を供給する電源部（不図示）や、ヒータ６８の出力を調節してシャワーヘッド６の温度を調節する出力調節部（不図示）が設けられている。例えばシャワーヘッド６は、４００～４５０℃に加熱される。
本例では、シャワーヘッド６及びガス供給系５が、前記載置台２に載置されたウエハＷに向けてウエハＷを処理する処理ガスを供給するガス供給部に相当する。

【0015】

処理チャンバ１０の内部には、ウエハＷが水平に載置される、後述の載置台本体２０を含む載置台２が設けられている。載置台２について図２～図４も参照して説明する。詳しくは後述するが、載置台２には、ヒータ４１、４２が設けられ、載置台２に載置されたウエハＷを加熱されるように構成されている。またヒータ４１、４２には、ヒータ４１、４２の出力を調節してウエハＷの加熱温度を調節するため、出力調節可能な電源４７、４８が接続されている。この載置台２においては、不図示の温度センサにより載置台２の温度を測定して得た温度測定値と、温度設定値（例えば３００～３６０℃）とを比較し、載置台２の温度が温度設定値に近づくようにヒータ４１、４２の出力をフィードバック制御している。

【0016】

ところで成膜装置では、例えば処理チャンバ１０の壁面に処理ガスが吸着上ことによる副生成物の生成の抑制や、シャワーヘッド６内において処理ガスの分解を進行させるために、処理チャンバ１０の壁面やシャワーヘッド６を加熱することがある。本例では、処理チャンバ１０の壁面が１７０℃に加熱され、シャワーヘッド６は、４２０℃に加熱されている。このため既述のように処理チャンバ１０のヒータ１７やシャワーヘッド６のヒータ６８のなど、載置台２の外部に熱源が設けられている場合がある。この場合には、本例の載置台２は、外部からの入熱を受ける状態となる。この結果、これらの熱源との間の入出熱のバランスにより入熱量が大きくなり、載置台２の温度が次第に上昇してしまうことがある。

【0017】

一方で既述のように、ヒータ４１、４２は、載置台２の温度が温度設定値に近づくように出力制御がなされているところ、外部からの入熱に伴う載置台２の温度上昇を抑えるためには、ヒータ４１、４２の出力を低下させる必要がある。しかしながら、ウエハＷの処理を行う際の設定温度が十分に高くない場合には、ヒータ４１、４２の出力が下限値に達してしまい、ウエハＷの温度の制御できなくなってしまうおそれもある。
また例えばプラズマ化した処理ガスを用いてウエハＷの処理を行うプラズマ処理装置においては、プラズマを励起したときにプラズマからのエネルギーも加わるため、ヒータ４１、４２を用いた載置台２（ウエハＷ）の温度制御がさらに困難になってしまう場合もある。これらの観点で、載置台２を加熱するヒータ４１、４２自体や、プラズマ化した処理ガスから供給されるエネルギーも、載置台２に入熱される熱の供給を行う熱源となっている。

【0018】

そこでこのように、外部からの入熱が問題となる載置台２においては、載置台２に対してヒータ４１、４２と共に、冷媒流路３１を設ける場合がある。この冷媒流路３１内に冷媒を通流させ、冷媒と載置台２との熱交換により載置台２から熱を奪って外部へ排出することにより、ヒータ４１、４２の出力増減による温度制御を行うための温度面での余裕を確保することができる。

【0019】

ところで冷媒流路３１を通流する冷媒は、当該冷媒が冷媒流路３１を流れている間に載置台２の熱を吸収して温度が上昇してしまう。そのため冷媒流路３１の供給位置に比べて、排出位置では、冷媒の温度が高くなってしまう。これにより、載置台２おいて、冷媒流路３１の供給位置に近い領域では、冷媒に奪われる熱量が大きくなるが、排出位置に近づくに連れて、冷媒に奪われる熱量が小さくなっていく。

【0020】

この結果、載置台２において冷媒流路３１に沿ってみたとき、冷媒の供給位置に近い領域と、排出位置に近い領域とで温度差が生じ、載置台２の面内で温度が不均一になるおそれが生じることが分かった。
そこで本開示に係る載置台２は、載置台２の温度の面内均一性を向上させるため、冷媒流路３１を冷媒が流れる方向を繰り返し反転させることが可能な構成を備える。

【0021】

載置台２の構成について説明する。図２に示すように載置台２は、ウエハＷが載置される円板形状の載置台本体２０を備えている。載置台本体２０は、ウエハＷが載置される載置面を備える加熱板４と、冷却板３と、支持板２１と、を上方側からこの順で積層した構成となっている。例えば加熱板４と、冷却板３と、支持板２１と、は、各々ニッケルにより構成され、ろう付けにより互いに接合されている。

【0022】

図２、図３に示すように加熱板４は、その下面に溝部４０が形成され、溝部４０内には、通電により発熱する電熱線によって構成され、載置台本体２０を加熱するためのヒータ４１、４２が設けられている。
図３に示すように、本例の加熱板４は、載置台本体２０を平面視したとき、ウエハＷの載置面の中央部寄りの領域にて周方向に引き回されるように設けられたヒータ４１と、前記載置面の周縁部寄りの領域において周方向に引き回されるように設けられたヒータ４２と、備えている。

【0023】

図４に示すようにヒータ４１、４２は、夫々配線４３、４４を介して電源４７、４８に接続されている。電源４７、４８は、ヒータ４１、４２に供給される電力を調節することにより、載置台本体２０の温度を調節することが可能な構成となっている。即ち本開示の載置台２は、載置台本体２０の径方向の互い異なる領域を加熱する複数のヒータ４１、４２を含む。さらに互いに独立して出力を調節してウエハＷの加熱温度を調節するため、各ヒータ４１、４２に供給する電力を調節することが可能な電源４７、４８を備えている。ヒータ４１、４２に供給する電力を調節可能に構成された電源４７、４８は、本例の出力調節部に相当する。
図２、図３に戻って冷却板３には、載置台本体２０の熱を奪う冷媒が流れる冷媒流路３１が設けられている。本例では、載置台本体２０に対し、載置台本体２０を加熱するためのヒータ４１、４２、処理チャンバ１０側に設けられているヒータ１７などから入熱を受けている期間中の冷媒流路３１内の温度、圧力環境下にて気体である空気が冷媒として用いられる。冷媒流路３１は、その両端部が開口した一本の配管により構成され、冷却板３の下面側に形成された溝部３０内に配置されている。以下の説明では、冷媒流路３１の一端側の開口を第１端部３１Ａ、他端側の開口を第２端部３１Ｂと呼ぶ。

【0024】

本例では、冷媒流路３１は、載置台本体２０の周方向に向かって延び、ウエハＷの載置面の中央部側から周縁部側へ向けて間隔を空けて並べられた複数の周方向流路部３２Ａ～３２Ｃを含む。そして隣り合って配置された周方向流路部３２Ａ～３２Ｃは、前記載置面の径方向に沿って伸びる連結流路部３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆによって連結されている。
上記構成により、図３に示すように、冷媒流路３１は、既述の第１端部３１Ａと第２端部３１Ｂとの間を蛇行しながら前記載置面に対応する領域の全面に亘って設けられる。

【0025】

また図３に示すように、冷媒流路３１と、ヒータ４１、４２と、は、加熱板４と、冷却板３と、を積層したときに、上下に並び、互いに並行に延びる部位を含むように設置されている。このようにヒータ４１、４２と、冷媒流路３１と、を上下に並べて設けることでヒータ４１、４２の熱を冷媒ガス導入孔流路３１側に効率よく移動させ、冷媒流路３１を流れる冷媒が、載置台本体２０の表面の温度分布に直接影響を及ぼすことを抑制できる。

【0026】

図４に示すように冷媒流路３１の一端である第１端部３１Ａには、第１系統流路３１１が接続され、冷媒流路３１の他端である第２端部３１Ｂには、第２系統流路３１２が接続されている。
第１系統流路３１１及び第２系統流路３１２には、冷媒供給路３３を介して、冷媒である空気の供給を行う冷媒供給源３７が接続されている。詳細には、第１系統流路３１１は、第１接続流路３５２を介して冷媒供給路３３に接続され、第２系統流路３１２は、第２接続流路３５１を介して冷媒供給路３３に接続されている。図４中の符号３８は、冷媒流路３１に供給される冷媒の流量を調節する流量調節部を指している。

【0027】

また第１系統流路３１１及び第２系統流路３１２には、冷媒排出路３４を介して、冷媒を排気する排気部３９が接続されている。詳細には、第１系統流路３１１は、第３接続流路３６２を介して冷媒排出路３４に接続され、第２系統流路３１２は、第４接続流路３６１を介して冷媒排出路３４に接続されている。
第１接続路３５２、第２接続路３５１に対しては夫々バルブＶ３３、Ｖ３５が設けられている。また第３接続流路３６２、第４接続流路３６１に対してはそれぞれバルブＶ３６、Ｖ３４が設けられている。バルブＶ３３～Ｖ３６は、本例の切替機構であるバルブ機構Ｖ３を構成している。

【0028】

そして図５に示すようにバルブＶ３３、Ｖ３４の組を開き、バルブＶ３５、Ｖ３６の組を閉じることで、冷媒供給源３７から供給される冷媒を、第１系統流路３１１を介して冷媒流路３１の第１端部３１Ａから進入させることができる。冷媒流路３１を通流した冷媒は、第２端部３１Ｂから排出され、第２系統流路３１２を介して冷媒排出路３４へ排出される。

【0029】

また図６に示すようにバルブＶ３５、Ｖ３６の組を開き、バルブＶ３３、Ｖ３４の組を閉じることで、冷媒供給源３７から供給される冷媒を、第２系統流路３１２を介して冷媒流路３１の第２端部３１Ｂから進入させることができる。冷媒流路３１を通流した冷媒は、第１端部３１Ａから排出され、第１系統流路３１１を介して冷媒排出路３４へ排出される。

【0030】

このようにバルブＶ３３～Ｖ３６の開閉の組を切り替えることで、冷媒流路３１に冷媒が供給される位置と、冷媒流路３１から冷媒が排出される位置とを、第１端部３１Ａと第２端部３１Ｂとの間で切り替えることができる。この動作に伴って、冷媒流路３１内を冷媒が流れる方向を反転させることができる。

【0031】

図１に戻って載置台本体２０は、その下面中央にハステロイなどの熱伝導率の小さい材料で構成された支持柱２４１を介して排気室１３の底面に固定されている。また載置台本体２０には、厚さ方向に貫通する孔部２２が、周方向に向けて等間隔に３か所設けられ、各孔部２２内には、昇降ピン２３が配置されている。昇降ピン２３は、昇降機構２４により昇降し、載置台本体２０の表面に突没するように構成されている。

【0032】

さらに載置台本体２０は、接地されている。そして既述のシャワーヘッド６から励起対象のガス（Ａｒガス）とＴｉＣｌ_４ガス及びＨ_２ガスを含む処理ガスを処理チャンバ１０内に供給する。さらに上部電極をなすシャワーヘッド６に高周波電力を印加することで容量結合により、下部電極をなす載置台本体２０の上方領域に処理ガスのプラズマを発生させる。シャワーヘッド６及びシャワーヘッド６に高周波電力を印加する高周波電源１９や載置台本体２０は、本例のプラズマ形成部を構成する。

【0033】

成膜装置は、制御部１００を備えている。制御部１００は、ガス供給系５や真空排気機構１６に接続されており、後述の成膜プロセスを実行するレシピに従って、ウエハＷにＴｉ膜の成膜処理を行う。また図４に示すように制御部１００は、電源４７、４８からヒータ４１、４２に入力される電力の調節、及びバルブ機構Ｖ３の操作のための制御信号を出力するように構成されている。

【0034】

また図４に示すように、載置台本体２０には、載置台本体２０の温度を検出するための温度測定部９が設けられ、制御部１００には、温度測定部９にて測定された温度測定値が入力されるように構成されている。そして制御部１００は、温度測定部９の温度測定値と載置台本体２０の設定温度、例えば成膜プロセスにおけるプロセス温度に対応する設定値とを比較して、温度測定値が温度設定値に近づくように、ヒータ４１、４２の出力を増減するフィードバック制御を行う。

【0035】

また制御部１００は、バルブ機構Ｖ３を操作し、冷媒流路３１における冷媒の通流のオンオフを切り替える。本例では、冷媒供給路３３側のバルブＶ３３、Ｖ３５を閉じているときに冷媒の通流が停止され（オフ状態）、バルブＶ３３、Ｖ３４の組またはバルブＶ３５、Ｖ３６の組の一方の組を開くことにより冷媒流路３１に冷媒が通流される（オン状態）。なお、加熱雰囲気下で流路が封止状態となることを避けるため、オフ状態の際には、冷媒排出路３４側のバルブＶ３６、Ｖ３４は開いておいてもよい。さらに制御部１００は、バルブＶ３３、Ｖ３４の組と、バルブＶ３５、Ｖ３６の組と、の開閉を行う組を切り替えることにより、冷媒の流れ方向を切り替える。即ち制御部１００は、バルブ機構Ｖ３の操作により、冷媒通路３１内の冷媒の流れ方向を反転させることができる。

【0036】

続いて本開示に係る成膜装置の作用について図７のタイムチャートを参照して説明する。図７中の縦軸において、上段には、載置台本体２の温度を示す。また図７中の縦軸の下段には、バルブＶ３３、Ｖ３４の組と、バルブＶ３５、Ｖ３６の組と、の一方が開かれ、冷媒の供給が行われている状態をオン、バルブＶ３３～Ｖ３６をすべて閉じている状態をオフと示す。

【0037】

まずウエハＷを処理チャンバ１０内に搬送する前に、処理チャンバ１０の壁面にＴｉ膜を成膜するプリコート処理を行う。時刻ｔ０までには、処理チャンバ１０の壁面はヒータ１７により１５０～２００℃に加熱されると共に、シャワーヘッド６はヒータ６８により４００～４５０℃に加熱されている。
一方、載置台２においては、バルブＶ３３、Ｖ３５を閉じ、冷媒を通流させずに設定温度を例えば４７０℃に設定し、ヒータ４１、４２による加熱を実行する。次いでシャワーヘッド６からＴｉＣｌ_４ガスと、Ｈ_２ガスさらにＡｒガスが供給される。さらにシャワーヘッド６に高周波電力を印加してＡｒのプラズマを励起する。これにより、ＴｉＣｌ_４とＨ_２ガスとが反応して処理チャンバ１０内にＴｉ膜が成膜される。なおプリコートの際に冷媒を通流させると冷媒の分、熱容量が増えている事と冷却効果のため、目標温度に到達させるまでのヒータ４１、４２の出力が大きくなり、昇温に時間を要する。そのためプリコート時には、冷媒流路３１に冷媒を通流させないことが好ましい。

【0038】

続いて時刻ｔ１にて載置台本体２０の設定温度を成膜プロセスにおける３００℃から３６０℃の範囲の設定温度に変更する。さらに図５に示すようにバルブＶ３５、Ｖ３６を閉じた状態で、バルブＶ３３、Ｖ３４を例えば３秒間開く。これにより第１端部３１Ａ側から第２端部３１Ｂ側に向けて、冷媒流路３１を冷媒が３秒間流れる。次いで図６に示すようにバルブＶ３３、Ｖ３４を閉じ、バルブＶ３５、Ｖ３６を例えば１２秒間開くように切り替える。これにより冷媒流路３１内の冷媒の流れが反転し、第２端部３１Ｂ側から第１端部３１Ａ側に向けて、冷媒流路３１を冷媒が１２秒間流れる。

【0039】

そしてこの図５に示す方向に冷媒を流す状態（本例では３秒）と、図６に示す方向に冷媒を流す状態（本例では１２秒）と、を繰り返しながら載置台本体２０を加熱する。
このように冷媒の流れる方向を切り替えることで、時間平均で見たとき、冷媒流路３１の第１端部３１Ａに近い領域と、第２端部３１Ｂに近い領域との間で載置台本体２０から冷媒に奪われる熱量の差が小さくなる。このように、冷媒流路３１の長さ方向に沿って、冷却能力がより均一となるように維持された冷媒を通流させることで、ヒータ４１、４２の配置領域に亘って、温度制御を実施するうえでの余裕をより均一に確保することができる。この結果、後述の実施例にて示すように、ヒータ４１、４２による温度制御性が向上し、載置台本体２０の温度の面内均一性が向上する。

【0040】

続いて、既述の冷媒の流れ方向の切り替えを継続しつつ、載置台本体２０の温度が３００℃から３６０℃の範囲の設定温度に安定したら、時刻ｔ２にて、外部の搬送装置により、ウエハＷを載置台本体２０の上方に搬送する。しかる後、昇降ピン２３によりウエハＷを下面側から突き上げて受け取り、搬送機構を装置の外部に退避させると共に昇降ピン２３を下降させる。これによりウエハＷが載置台本体２０に載置されて３００℃から３６０℃の範囲のプロセス温度に加熱される。このとき載置台本体２０は、
冷媒通流下でのヒータ４１、４２の出力調節により、面内で均一な温度になるように加熱されていることから、ウエハＷにおいても面内で均一な加熱が実現される。

【0041】

その後ウエハＷに処理ガスを供給して成膜処理を行う。シャワーヘッド６からは処理ガスとして、成膜原料であるＴｉＣｌ_４ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスさらにプラズマ形成用のガスであるＡｒガスを供給する。さらにシャワーヘッド６に高周波電力を印加すると、処理チャンバ１０内に供給される処理ガスがプラズマ化し、ＴｉＣｌ_４とＨ_２ガスとが反応して、Ｔｉ膜が成膜される。

【0042】

一方で既述のように処理ガスのプラズマを形成すると、載置台本体２０への入熱が増大するが、入熱に伴う載置台本体２０の温度上昇は、温度測定部９にて検出され制御部１００によりヒータ４１、４２の出力調整が実施される。このとき、冷媒流路３１へ冷媒を通流させて、載置台本体２０から熱を奪うことにより、ヒータ４１、４２は、出力の下限値に対して余裕を確保した状態で作動しているので、プラズマからの入熱に対応して出力を下げることができる。このように、プラズマを用いたウエハＷの処理を行っている期間中においても載置台本体２０の温度制御が困難な状態となることを抑制できる。

【0043】

また例えば成膜装置においては、所定の時間の運転、あるいは所定の枚数のウエハＷの処理ごとに成膜装置のメンテナンスを行うことがある。このようなメンテナンスは、例えば処理チャンバ１０を開放して行うこともあり、開放前に載置台本体２０の温度を下げる必要がある。例えば図７に示す例では時刻ｔ３にて処理チャンバ１０内のウエハＷが搬出された後、冷媒流路３１への冷媒の供給を継続したまま、処理チャンバのヒータ１７、シャワーヘッド６のヒータ６８、載置台本体２０のヒータ４１、４２を各々オフにしている。

【0044】

このように各ヒータ１７、６５、４１、４２がオフにされた後も、冷媒流路３１に冷媒を通流させた状態を継続しておくことで、載置台本体２０を速やかに冷却することができる。ここで載置台本体２０を冷却するときには、冷媒の流れる方向を切り替えてもよいし、切り替えは行わずに一定の方向に冷媒が流れる状態を維持してもよい。その後処理チャンバ１０、シャワーヘッド６及び載置台本体２０の温度が十分に下がったら、時刻ｔ４にて、冷媒の供給を停止し、成膜装置のメンテナンスを行う。

【0045】

上述の実施の形態によれば、ウエハＷを温度調節する載置台２において、載置台本体２０を加熱するヒータ４１、４２と共に載置台本体２０からを奪う冷媒を通流させる冷媒流路３１を設けている。そして冷媒流路３１に冷媒を通流させるにあたって、冷媒流路３１内を冷媒が流れる方向を反転させている。これにより、冷媒流路３１を流れる冷媒によって載置台本体２０から奪う熱量を面内で均一にし、ウエハＷの載置面内の温度の面内均一性を向上させることができる。
このことは、プラズマの形成時に載置台本体２０への入熱量が一時的に増大するプラズマ処理装置においても同様である。

【0046】

また、例えば４００℃以下のプロセス温度が比較的、低いプロセスでは、ヒータ４１、４２の出力低減による温度調節を実行する際に、載置台本体２０から熱を奪わないと、温度制御が困難となってしまうおそれがある。一方で、冷媒流路３１内を一定方向に流れる冷媒を用いるとすれば、既述のように、冷媒の供給位置に近い領域と、排出位置に近い領域との温度差に起因して、載置台本体２０の温度が面内で不均一になる問題があった。本開示に係る載置台２は、冷媒流路３１内を流れる冷媒の流れ方向を繰り返し反転させることにより、この問題の発生を抑制する。

【0047】

またプロセス温度がさらに低い場合には、ヒータ４１、４２が設けられていない場合にも、処理チャンバのヒータ１７、シャワーヘッド６のヒータ６８やプラズマ化した処理ガスからの入熱の影響を抑えるため、ウエハＷの温度調節が必要となることがある。このような場合にも、冷媒流路３１内を流れる冷媒の流れ方向を繰り返し反転させることにより、ウエハＷの載置面内の温度の面内均一性を向上させることができる。また載置台本体２０を入熱する熱源は、例えば載置台本体２０に光を照射し、載置台本体２０を加熱するために設けられた構成のものでもよい。このとき載置台本体２０の異なる領域に光を照射し、夫々の領域の温度を昇温する構成としてもよい。

【0048】

ここで冷媒は、載置台本体２０が加熱されている期間中の冷媒流路３１内の温度、圧力環境下にて液体、例えば水を用いてもよい。冷媒として液体を用いる場合でも載置台本体２０の温度の面内均一性を高めることができる。また、液体や気体に限らず、冷媒流路３１内の温度、圧力環境下にて超臨界状態である流体を用いてもよい。
一方で気体は液体に比べて熱交換効率が小さいため、単位面積当たりの冷媒が奪う熱量が大きくなりすぎない性質を持つ。そのため冷媒流路３１に冷媒を流した際に、載置台本体２０が過剰に冷却され、ヒータ４１、４２の出力を増加させても載置台本体２０の温度が昇温しにくくなる事態の発生を抑制できる。

【0049】

また上述の実施の形態に示す載置台本体２０は、載置台本体２０の中央部側を加熱するヒータ４１と、載置台本体２０の周縁側を加熱するヒータ４２と、を備え、各ヒータ４１、４２の出力を各々独立して調節できるように構成している。そのため各ヒータ４１、４２の出力を独立して調節することにより、載置台本体２０の温度の面内均一性をさらに向上させることができる。
後述の実施例に示すように、相対的に温度が低くなりやすい領域である、例えば載置面の中央部側のヒータ４１の出力を高くすることで、載置台本体２０の温度の面内均一性をさらに向上することができる。

【0050】

［第２の実施形態］
続いて第２の実施形態に係る載置台本体２０について説明する。図８は、第２の実施形態に係る載置台本体２０に設けられる冷却板３００の下面側の平面図である。冷却板３００は、その下面に冷媒流路３０１となる溝部が形成されている。冷媒流路３０１は、例えば冷却板３００の中央部側には、当該中央部を囲むように環状溝部３０５を備えている。環状溝部３０５には、載置台本体２０の中央部から見て放射状に延びる複数の径方向流路である複数の径方向溝部３０２が、周方向に向けて等間隔で接続されている。

【0051】

各径方向溝部３０２は、冷却板３００の周縁側の領域にて各々左右に分岐している（分岐路３０３）。分岐路３０３は、各々、左右に隣り合って並ぶ径方向溝部３０２から分岐した２本の分岐路３０３が合流した後、冷却板３００の中央部方向に向けて延在方向が折り返された合流溝部３０４を構成している。

【0052】

このような冷却板３００の下面側に支持板２１を設置することで、溝部の下面がふさがれて冷媒流路３０１が形成される。この実施の形態では、例えば環状溝部３０５に開口するように第１端部３１Ａが形成され、第１系統流路３１１が接続される。一方、各合流溝部３０４における冷却板３００の中央部側の端部には、例えば支持板２１側にこれらの合流溝部３０４の端部に向けて開口する連通孔を備えた環状流路３０６を設け、当該環状流路３０６に開口するように第２端部３１Ｂを形成する。第２端部３１Ｂには、第２系統流路３１２が接続される。
図８に示すように、冷媒流路３０１は、円板形状の冷却板３００（載置台本体２０）の中央部の周りに回転対称に形成されている。

【0053】

このような冷却板３００を備えた載置台本体２０においても、冷媒の流れる方向を繰り返し反転させることで、載置台本体２０の温度の面内均一性を向上させることができる。

【0054】

また図８に示す例では、冷却板３００に溝部を形成するだけで冷媒流路３０１が形成されるので、冷媒流路３１となる配管を設ける構成と比較して加工がしやすく複雑な形状の冷媒流路３０１の形成も容易になる。さらに冷媒流路３０１が前記載置台本体２０におけるウエハＷの載置面の中央部の周りに回転対称に形成されていることにより、載置台本体２０の温度の面内均一性を向上させる効果が一層高くなる。

【0055】

［第３の実施形態］
次に図９を参照しながら第３の実施形態に係る載置台本体２０について説明する。この載置台本体２０は、載置台本体２０の載置面の複数の異なる位置、あるいはウエハＷの複数の異なる位置の温度を計測するための温度測定部９１を備えている。図８に示す例では、温度測定部９１は、例えば載置台本体２０の中央部寄りヒータ４１により加熱される領域の温度と、周縁よりのヒータ４２により加熱される領域の温度と、を各々計測できるサーモグラフィにより構成した例を示している。また、この例に替えて、載置台本体２０内の複数の位置に、熱電対からなる温度測定部９１を設けてもよい。
そして複数の異なる位置の温度を測定して結果に基づいて、前記冷媒の流れる方向を繰り返し反転させるタイミングと、ヒータ４１、４２を用いて加熱した載置台本体２０の温度と、冷媒の流量と、の少なくとも一つを調節して、前記載置台本体２０の面内における温度の分布を調整し、複数の異なる位置の温度の差を小さくするように調節する。

【0056】

例えば冷媒の流量を増やすことで、載置台本体２０から奪う熱量を増加させることができ載置台本体２０の温度を下げることができる。また冷媒の流れる方向を繰り返し切り替えるタイミングを調節する場合、第１端部３１Ａを冷媒の供給位置とした流れ方向の時間を長くすることで、第１端部３１Ａに近い領域（図３に示す例では載置台本体２０の周縁部側）から奪われる熱量を増加させることができる。これに対して、第２端部３１Ｂを冷媒の供給位置とした流れ方向の時間を長くすることで、第１端部３１Ｂに近い領域（図３に示す例では載置台本体の中央部側）から奪われる熱量を増加させることができる。このように、冷媒の流れ方向を反転させる周期の調節により載置台本体２０から奪われる熱量の分布を調節することができるため、載置台本体２０の温度の面内分布の調節に寄与する。

【0057】

また載置台本体２０の中央部側を加熱するヒータ４１と、載置台本体２０の周縁側を加熱するヒータ４２の出力を夫々調節してもよい。あるいは、図９に示すように冷媒流路３１に冷媒の温度を調節するヒータ９４を設け、冷媒流路３１に供給される冷媒の温度を調節してもよい。

【0058】

さらに供給される冷媒の温度と、排出される冷媒の温度と、を夫々測定する温度測定部９２、９３を設けてもよい。そして供給される冷媒の温度と、排出される冷媒の温度と、の温度差より抜熱の量を計算してもよい。そして抜熱の量に基づいて、前記冷媒の流れる方向を繰り返し切り替えるタイミングと、前記加熱による載置台本体２０の温度と、冷媒の流量と、の少なくとも一つを調節して、抜熱の量をあらかじめ設定した設定値に近づけるように制御してもよい。

【0059】

また載置台本体２０に複数の冷媒流路３１、３０１を設け、例えばバルブ機構Ｖ３のような切替機構を複数の冷媒流路３１、３０１の夫々に設けてもよい。当該構成により、複数の冷媒流路３１、３０１において、互いに独立して冷媒の流れる方向を切り替えられることができる。この手法によれば、載置台本体２０の温度の面内分布をより細かく調節することができる。

【0060】

今回開示された実施形態は全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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【実施例】

【0061】

（実験１）
本開示に係る載置台２の効果を検証するため、以下の試験を行った。まず第１の実施の形態に示した成膜装置を用い、載置台本体２の設定温度を３００℃に設定した。冷媒流路３１に冷媒を通流させるにあたって、第１端部３１Ａを冷媒の供給位置とする期間を３秒、次いで第２端部３１Ｂを冷媒の供給位置する期間を１２秒、繰り返し行った例を実施例１とした。なお実施例１では処理チャンバ１０のヒータ１７及びシャワーヘッド６のヒータ６８をオフとしている。
また実施例１に加えて処理チャンバ１０の壁部を１７０℃に加熱した例を実施例２とした。
さらに実施例２の状態と比較して、載置台本体２０の中央部側の温度が５℃高くなるように、中央部側のヒータ４１の出力を増加させた例を実施例３とした。

【0062】

また冷媒流路３１に冷媒を通流させるにあたって、第１端部３１Ａを冷媒の供給位置としえ固定した例を比較例１とし、第２端部３１Ｂを冷媒の供給位置として固定した例を比較例２とした。
実施例１～３及び比較例１、２の各々について、図１０に示す載置台本体２０上の各点Ｐの温度を測定した。図１０に示すように、これらの点Ｐは、載置台本体２０の中央部を通る縦横のライン上の１３点である。

【0063】

比較例１、２では、点Ｐの１３点間における最大温度差が、夫々１２．４℃、１９．５℃であった。これに対して実施例１～３では、同温度差が５．２℃～８．５℃であった。従って冷媒流路３１における冷媒の流れ方向を繰り返し反転させることで、載置台本体２０の温度の面内均一性を向上することができると言える。また実施例３が最も点Ｐの間における温度の開きが小さいことから、独立して出力を調節可能な複数のヒータ４１、４２を用いることにより、載置台本体２０の温度の面内均一性をさらに向上させることができると言える。

【0064】

（実験２）
次いで実施例１と同様の実験条件において、第１端部３１Ａを冷媒の供給位置として冷媒を流す時間（時間１）と、第２端部３２Ａを冷媒の供給位置として冷媒を流す時間（時間２）と、の比（時間１：時間２）を変えフィードバック制御したときの、ヒータ４１、４２の出力を検出した。
各時間は、（時間１：時間２）＝（５秒：１０秒）、（５秒：８秒）、（３秒：１０秒）、（５秒：１２秒）、（３秒：１２秒）に設定して実験を行った。
図１１は、上述の実験の結果を示し、横軸に時間１と時間２との比の値（時間２／時間１）、縦軸にヒータ４１、４２の出力の合計値を示している。

【0065】

図１１に示すように時間１に対する時間２の長さを長くすると、ヒータ４１、４２の出力の合計値が増大する関係を読み取ることができる。従って、載置台本体２０を３００℃の設定温度に温度調節する場合においても、冷媒の流れ方向を反転させるタイミングを変化させることで、載置台本体２０の温度を設定温度に近づけるために必要なヒータ４１、４２の出力を変化させることが可能であることが確認できた。従って、ヒータ４１、４２の出力が上限値や下限値近くになり、温度制御を行う上での余裕が小さい場合などは、冷媒の流れを反転させるタイミングを調節することにより、温度制御に必要な余裕を確保できる。

【符号の説明】

【0066】

２０ 載置台本体
３１ 冷媒流路
４１、４２ ヒータ
１００ 制御部
Ｖ３ バルブ機構
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】