特許 7587548 温度調整用流量制御ユニットおよび半導体製造装置

(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】2024-11-12

(45)【発行日】2024-11-20

(54)【発明の名称】温度調整用流量制御ユニットおよび半導体製造装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 23/19 20060101AFI20241113BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241113BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

G05D23/19 J

H01L21/302 101G

H01L21/68 N

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022072310

(22)【出願日】2022-04-26

(65)【公開番号】P2023161767

(43)【公開日】2023-11-08

【審査請求日】2024-07-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(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】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 優子

(72)【発明者】

【氏名】西川 桂一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 尚史

(72)【発明者】

【氏名】吉村 啓佑

(72)【発明者】

【氏名】片桐 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】村上 良

【審査官】柴垣 俊男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０２６５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１７４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６３９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５１６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６０７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ ２３／１９

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体製造装置の備えるサセプタに温調用流体を循環させることで、前記サセプタの温度を、所定の第１温度から所定の第２温度に調整する温度調整用流量制御ユニットにおいて、
前記温調用流体を前記サセプタに出力する出力配管と、
前記出力配管から出力される前記温調用流体の温度を測定する第１温度測定部と、
前記出力配管から前記サセプタに出力され、前記サセプタを循環した温調用流体である循環後温調用流体が入力される入力配管と、
前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を指示する温度制御値を生成する制御装置と、
前記温度制御値に基づき、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を調整する流体制御部と、
前記循環後温調用流体の現在温度を測定する第２温度測定部と、
を備えること、
前記温度制御値は、前記第２温度よりも高い温度を指示する所定の第１温度制御値と、前記第２温度と同一の温度を指示する第２温度制御値と、を含むこと、
前記流体制御部は、
前記現在温度が前記第２温度よりも低い場合、
前記現在温度が前記第２温度よりも低い所定の閾値に上昇するまで、前記第１温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第１の調整をし、
前記現在温度が前記閾値まで上昇したとき、前記第２温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第２の調整をすること、
前記第２の調整における前記温度制御値は、前記第１温度制御値から前記第２温度制御値まで漸次変動をするものであること、
前記漸次変動は、前記現在温度が前記閾値を下回らない傾きに設定されること、
を特徴とする温度調整用流量制御ユニット。

【請求項2】

半導体製造装置の備えるサセプタに温調用流体を循環させることで、前記サセプタの温度を、所定の第１温度から所定の第２温度に調整する温度調整用流量制御ユニットにおいて、
前記温調用流体を前記サセプタに出力する出力配管と、
前記出力配管から出力される前記温調用流体の温度を測定する第１温度測定部と、
前記出力配管から前記サセプタに出力され、前記サセプタを循環した温調用流体である循環後温調用流体が入力される入力配管と、
前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を指示する温度制御値を生成する制御装置と、
前記温度制御値に基づき、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を調整する流体制御部と、
前記循環後温調用流体の現在温度を測定する第２温度測定部と、
を備えること、
前記温度制御値は、前記第２温度よりも低い温度を指示する所定の第１温度制御値と、前記第２温度と同一の温度を指示する第２温度制御値と、を含むこと、
前記流体制御部は、
前記現在温度が前記第２温度よりも高い場合、
前記現在温度が前記第２温度よりも高い所定の閾値に低下するまで、前記第１温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第１の調整をし、
前記現在温度が前記閾値まで低下したとき、前記第２温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第２の調整をすること、
前記第２の調整における前記温度制御値は、前記第１温度制御値から前記第２温度制御値まで漸次変動をするものであること、
前記漸次変動は、前記現在温度が前記閾値を上回らない傾きに設定されること、
を特徴とする温度調整用流量制御ユニット。

【請求項3】

請求項１または２に記載の温度調整用流量制御ユニットにおいて、
前記流体制御部は、
前記温調用流体の温度を低下させるための低温流体が流れる低温配管と、前記温調用流体の温度を上昇させるための高温流体が流れる高温配管と、前記出力配管と前記入力配管と前記低温配管と前記高温配管とに接続されるスプール弁と、を備え、
前記スプール弁により、前記循環後温調用流体と前記低温流体と前記高温流体の流量分配比率を制御し、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を調整すること、
を特徴とする温度調整用流量制御ユニット。

【請求項4】

請求項１または２に記載の温度調整用流量制御ユニットにおいて、
前記入力配管は、前記温調用流体を循環させるポンプを備え、
前記第２温度測定部は、前記ポンプよりも上流側に設けられること、
を特徴とする温度調整用流量制御ユニット。

【請求項5】

請求項１または２に記載の温度調整用流量制御ユニットにおいて、
前記入力配管と前記サセプタとを接続する結合配管を更に備え、
前記第２温度測定部は、前記結合配管に設けられること、
を特徴とする温度調整用流量制御ユニット。

【請求項6】

前記サセプタと、
前記サセプタに接続された請求項１または２に記載の温度調整用流量制御ユニットと、を備えること、
を特徴とする半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造装置の備えるサセプタに温調用流体を循環させることで、サセプタの温度を、所定の第１温度から所定の第２温度に調整する温度調整用流量制御ユニットおよびそのような温度調整用流量制御ユニットを備える半導体製造装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造に用いられるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）型のプラズマ処理装置は、処理容器内のサセプタによりウエハを保持した状態で、処理容器内にプロセスガスを導入し、ウエハのエッチング処理を行う。エッチング処理には、複数種のプロセスガスが用いられるところ、プロセスガス毎に異なる処理条件が設定されている。この処理条件には処理対象となるウエハの温度も含まれており、ウエハの温度を処理条件に合致したものとするために、ウエハを保持するサセプタの温度を制御することが行われている。

【0003】

ここで、サセプタの温度を制御する技術としては、特許文献１に開示されるような、温調用流体をサセプタに循環させることでサセプタの温度を調整する温度調整用流量制御ユニットが知られている。このような従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットは、図６に示すように、サセプタの温度を調整する。図６は、従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットにおける、温調用流体の温度とサセプタの温度の関係を表すグラフである。波形Ｃ４は、サセプタの温度を第２温度Ｔ１２に調整する場合における、温調用流体の温度を制御するための温度制御値を表している。波形Ｗ７１は、温度調整用流量制御ユニットがサセプタに入力する温調用流体の温度変化を表している。波形Ｗ８１は、サセプタの温度変化を表している。

【0004】

例えば、プロセスガスの切り替えを行うために、サセプタの温度を第１温度Ｔ１１から、第１温度Ｔ１１よりもΔＴａだけ高い第２温度Ｔ１２まで上昇させるとした場合、従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットは、図６の波形Ｃ４に示すように、温調用流体の温度を第２温度Ｔ１２と同一の温度とするよう指示する温度制御値を生成する。そして、この温度制御値に基づき、サセプタに入力される温調用流体の温度がサセプタの第２温度Ｔ１２と同一の温度に制御する（波形Ｗ７１）。これにより、サセプタは、第２温度Ｔ１２となった温調用流体に加熱されるため、サセプタの温度が時間に比例して第２温度Ｔ１２まで上昇していく（波形Ｗ８１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１６０７３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットは、サセプタの温度の調整に時間がかかるという点で問題である。ここで、図７は、第１温度Ｔ１１と第２温度Ｔ１２の差であるΔＴａの値毎に、サセプタの温度が第２温度Ｔ１２に到達するまでの時間（時点Ｘ１から時点Ｘ６までの時間ΔＸｄ）についてまとめた表である。例えば、ΔＴａが３０℃であり、目標温度Ｔ５２が４０℃であるときの２５秒という値は、サセプタの温度を３０℃上昇させて４０℃に到達させたとき（すなわち、サセプタの温度を１０℃から４０℃まで上昇させたとき）の時間ΔＸｄが２５秒であることを意味する。なお、ΔＴａを３０℃と４０℃の場合を示しているのは、一般的なエッチング処理の処理条件においては、ΔＴａが３０～４０℃である場合が多いためであり、あくまで例示である。

【0007】

ΔＴａが３０℃または４０℃であるとき、時間ΔＸｄは、図７に示すように、２５～４８秒となる。プロセスガスを切り替える度に、このような時間を要していると、プロセスガスの種類や処理条件の数に応じて時間が累積し、１枚のウエハのエッチング処理を行うごとに数分間のロスが発生することになりかねず、半導体製造効率の低下が懸念される。

【0008】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、サセプタの温度の調整を高速に行うことが可能な温度調整用流量制御ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の一態様における温度調整用流量制御ユニットは、次のような構成を有している。

【0010】

半導体製造装置の備えるサセプタに温調用流体を循環させることで、前記サセプタの温度を、所定の第１温度から所定の第２温度に調整する温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記温調用流体を前記サセプタに出力する出力配管と、前記出力配管から出力される前記温調用流体の温度を測定する第１温度測定部と、前記出力配管から前記サセプタに出力され、前記サセプタを循環した温調用流体である循環後温調用流体が入力される入力配管と、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を指示する温度制御値を生成する制御装置と、前記温度制御値に基づき、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を調整する流体制御部と、前記循環後温調用流体の現在温度を測定する第２温度測定部と、を備えること、前記温度制御値は、前記第２温度よりも高い温度を指示する所定の第１温度制御値と、前記第２温度と同一の温度を指示する第２温度制御値と、を含むこと、前記流体制御部は、前記現在温度が前記第２温度よりも低い場合、前記現在温度が前記第２温度よりも低い所定の閾値に上昇するまで、前記第１温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第１の調整をし、前記現在温度が前記閾値まで上昇したとき、前記第２温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第２の調整をすること、を特徴とする。

【0011】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記第２の調整おける前記温度制御値は、前記第１温度制御値から前記第２温度制御値まで漸次変動するものであること、とするのが好ましい。

【0012】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記流体制御部は、前記温調用流体の温度を低下させるための低温流体が流れる低温配管と、前記温調用流体の温度を上昇させるための高温流体が流れる高温配管と、前記出力配管と前記入力配管と前記低温配管と前記高温配管とに接続されるスプール弁と、を備え、前記スプール弁により、前記循環後温調用流体と前記低温流体と前記高温流体の流量分配比率を制御し、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を調整すること、とするのが好ましい。

【0013】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記入力配管は、前記温調用流体を循環させるポンプを備え、前記第２温度測定部は、前記ポンプよりも上流側に設けられること、とするのが好ましい。

【0014】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記入力配管と前記サセプタとを接続する結合配管を更に備え、前記第２温度測定部は、前記結合配管に設けられること、とするのが好ましい。

【0015】

上記の温度調整用流量制御ユニットは、第２温度測定部により、循環後温調用流体の現在温度を測定している。循環後温調用流体は、サセプタを循環した後の温調用流体であるため、その温度は、サセプタの温度と同視することができる。例えば、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置におけるサセプタは、プラズマ化したプロセスガスの影響等により、温度を直接測定することが困難である。そこで、サセプタを循環した後の循環後温調用流体の現在温度を測定することで、安定してサセプタの温度を監視することが可能になる。

【0016】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットは、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタの温度）が第２温度よりも低い場合、サセプタの温度を所定の第２温度に調整するために、循環後温調用流体の現在温度（サセプタの温度）が第２温度よりも低い所定の閾値に上昇するまで、前記第２温度よりも高い温度を指示する所定の第１温度制御値により、温調用流体の温度を調整（第１の調整）する。よって、サセプタは第２温度よりも高い温度の温調用流体により加熱され、サセプタの温度が、第１温度から第２温度に高速に上昇する。そして、循環後温調用流体の現在温度（サセプタの温度）が閾値まで上昇したとき、第２温度と同一の温度を指示する第２温度制御値により、温調用流体の温度を調整（第２の調整）するため、サセプタの温度を第２温度に安定させることが可能である。

【0017】

ここで、所定の第１温度制御値について説明する。第１温度制御値は、第２温度よりも高く設定されるほど、より高速に、サセプタの温度が第１温度から第２温度に上昇する。したがって、第１温度制御値は、サセプタの温度を第１温度から第２温度に上昇させるためにかける目標時間に応じて、適宜設定される。

【0018】

また、所定の第１温度、所定の第２温度 所定の閾値について説明する。例えば、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置によりウエハのエッチング処理を行う工程において、プロセスガスの切り替えのために、処理条件を第１条件から第２条件に変更するものとした場合、所定の第１温度とは、第１条件におけるサセプタの目標温度であり、所定の第２温度とは、第２条件のためのサセプタの目標温度である。また、所定の閾値とは、第１条件から第２条件に変更する際、サセプタの温度が第２温度に達する前であっても、第２条件による処理を開始することが可能な温度に設定される。

【0019】

また、本発明の他の態様における温度調整用流量制御ユニットは、次のような構成を有している。

【0020】

半導体製造装置の備えるサセプタに温調用流体を循環させることで、前記サセプタの温度を、所定の第１温度から所定の第２温度に調整する温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記温調用流体を前記サセプタに出力する出力配管と、前記出力配管から出力される前記温調用流体の温度を測定する第１温度測定部と、前記出力配管から前記サセプタに出力され、前記サセプタを循環した温調用流体である循環後温調用流体が入力される入力配管と、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を指示する温度制御値を生成する制御装置と、前記温度制御値に基づき、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を調整する流体制御部と、前記循環後温調用流体の現在温度を測定する第２温度測定部と、を備えること、前記温度制御値は、前記第２温度よりも低い温度を指示する所定の第１温度制御値と、前記第２温度と同一の温度を指示する第２温度制御値と、を含むこと、前記流体制御部は、前記現在温度が前記第２温度よりも高い場合、前記現在温度が前記第２温度よりも高い所定の閾値に低下するまで、前記第１温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第１の調整をし、前記現在温度が前記閾値まで低下したとき、前記第２温度制御値により、前記温調用流体の温度を調整する第２の調整をすること、を特徴とする。

【0021】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記第２の調整おける前記温度制御値は、前記第１温度制御値から前記第２温度制御値まで漸次変動するものであること、とするのが好ましい。

【0022】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記流体制御部は、前記温調用流体の温度を低下させるための低温流体が流れる低温配管と、前記温調用流体の温度を上昇させるための高温流体が流れる高温配管と、前記出力配管と前記入力配管と前記低温配管と前記高温配管とに接続されるスプール弁と、を備え、前記スプール弁により、前記循環後温調用流体と前記低温流体と前記高温流体の流量分配比率を制御し、前記出力配管から出力する前記温調用流体の温度を調整すること、とするのが好ましい。

【0023】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記入力配管は、前記温調用流体を循環させるポンプを備え、前記第２温度測定部は、前記ポンプよりも上流側に設けられること、とするのが好ましい。

【0024】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットにおいて、前記入力配管と前記サセプタとを接続する結合配管を更に備え、前記第２温度測定部は、前記結合配管に設けられること、とするのが好ましい

【0025】

上記の温度調整用流量制御ユニットは、第２温度測定部により、循環後温調用流体の現在温度を測定している。循環後温調用流体は、サセプタを循環した後の温調用流体であるため、その温度は、サセプタの温度と同視することができる。例えば、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置におけるサセプタは、プラズマ化したプロセスガスの影響等により、温度を直接測定することが困難である。そこで、サセプタを循環した後の循環後温調用流体の現在温度を測定することで、安定してサセプタの温度を監視することが可能になる。

【0026】

また、上記の温度調整用流量制御ユニットは、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタの温度）が第２温度よりも高い場合、サセプタの温度を所定の第２温度に調整するために、循環後温調用流体の現在温度（サセプタの温度）が第２温度よりも高い所定の閾値に低下するまで、前記第２温度よりも低い温度を指示する所定の第１温度制御値により、温調用流体の温度を調整（第１の調整）する。よって、サセプタは第２温度よりも低い温度の温調用流体により冷却され、サセプタの温度が、第１温度から第２温度に高速に低下する。そして、循環後温調用流体の現在温度（サセプタの温度）が閾値まで低下したとき、第２温度と同一の温度を指示する第２温度制御値により、温調用流体の温度を調整（第２の調整）するため、サセプタの温度を第２温度に安定させることが可能である。

【0027】

ここで、所定の第１温度制御値について説明する。第１温度制御値は、第２温度よりも低く設定されるほど、より高速に、サセプタの温度が第１温度から第２温度に低下する。したがって、第１温度制御値は、サセプタの温度を第１温度から第２温度に低下させるためにかける目標時間に応じて、適宜設定される。

【0028】

また、所定の第１温度、所定の第２温度、所定の閾値について説明する。例えば、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置によりウエハのエッチング処理を行う場合であって、プロセスガスの切り替えのために、処理条件を第１条件から第２条件に変更するものとした場合、所定の第１温度とは、第１条件におけるサセプタの目標温度であり、所定の第２温度とは、第２条件のためのサセプタの目標温度である。また、所定の閾値とは、第１条件から第２条件に変更する際、サセプタの温度が第２温度に達する前であっても、第２条件による処理を開始することが可能な温度に設定される。

【0029】

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様における半導体製造装置は、前記サセプタと、前記サセプタに接続された上記の温度調整用流量制御ユニットと、を備えること、を特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

本発明の温度調整用流量制御ユニットおよび半導体製造装置によれば、サセプタの温度の調整を高速に行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニットの回路図である。

【図2】第１の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニットにおける、温調用流体の温度と循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタの温度）の関係を表すグラフである。

【図3】第２の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニットにおける、温調用流体の温度と循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタの温度）の関係を表すグラフである。

【図4】第１温度と第２温度の差であるΔＴａの値毎に、サセプタの温度が第２温度に到達するまでの時間についてまとめた表である。

【図5】第３の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニットにおける、温調用流体の温度と循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタの温度）の関係を表すグラフである。

【図6】従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットにおける、温調用流体の温度とサセプタの温度の関係を表すグラフである。

【図7】従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットにおいて、第１温度と第２温度の差であるΔＴａの値毎に、サセプタの温度が第２温度に到達するまでの時間についてまとめた表である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

（第１の実施形態）
本発明に係る温度調整用流量制御ユニットの第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0033】

（概略構成について）
図１は、本発明の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニット１（以下「ユニット１」ともいう）の回路図である。本形態のユニット１は、例えば、半導体製造装置１０００の温度を制御する温度制御システム１００１に用いられる。

【0034】

本形態の半導体製造装置１０００は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）型のプラズマ処理装置として構成される。半導体製造装置１０００は、図示しない処理容器の中に配設されたサセプタ１００２にウエハＷが載置され、所定の温度に制御されたウエハＷにエッチング処理を施す。

【0035】

エッチング処理には、複数種のプロセスガスが用いられるところ、プロセスガス毎に異なる処理条件が設定されている。この処理条件には処理対象となるウエハＷの温度も含まれており、ウエハＷの温度を処理条件に合致したものとするために、ウエハＷを保持するサセプタ１００２の温度を、温度制御システム１００１により制御する。

【0036】

温度制御システム１００１は、温度調整部１００３（以下「調温部１００３」と略記する）と、ユニット１と、チラーユニット１００４とを備える。

【0037】

調温部１００３は、サセプタ１００２の内部に設けられ、温度調整用流量制御ユニット１から出力される温調用流体をサセプタ１００２に循環させる。温調用流体は、広い温度帯で物性変化が少ないフッ素系不活性流体である。温調用流体は、例えば、３Ｍ社製のフロリナートである。

【0038】

チラーユニット１００４は、コールドチラー１０２０とホットチラー１０１０を備える。コールドチラー１０２０は、温調用流体の温度を低下させるために、例えば－３０℃に制御された低温流体を循環させるものである。低温流体の循環圧力は、低温側制御弁１０２３により制御される。また、ホットチラー１０１０は、温調用流体の温度を上昇させるために、例えば１２０℃に制御された高温流体を循環させるものである。高温流体の循環圧力は、高温側制御弁１０１３により制御される。

【0039】

ユニット１は、サセプタ１００２に温調用流体を入力するための第１結合配管１００５と、サセプタ１００２を循環した後の温調用流体（以下、循環後温調用流体と言う）が出力される第２結合配管１００６とを備えうる。ユニット１は、第１結合配管１００５と第２結合配管１００６により、サセプタ１００２に接続されている。

【0040】

ユニット１は、第１結合配管１００５と接続する入力配管３と、第２結合配管１００６と接続する出力配管４と、低温流体が流れる低温流体用入力配管５および低温流体用出力配管６と、高温流体が流れる高温流体用入力配管７および高温流体用出力配管８と、温調用流体を循環させるポンプ１４と、流体制御部２４と、制御装置１０３０とを備える。低温流体用入力配管５と低温流体用出力配管６は、低温配管の一例である。高温流体用入力配管７と高温流体用出力配管８は、高温配管の一例である。

【0041】

入力配管３には、上流側から順に、第３フィルタブロック４３と、バッファタンク１２と、ポンプ１４と、が配設されている。

【0042】

入力配管３には、第１結合配管１００５から循環後温調用流体が入力される。ここで、第１結合配管１００５には、第２温度センサ６１（第２温度測定部の一例）が配設されており、循環後温調用流体の現在温度を測定することが可能となっている。温度制御システム１００１は、循環後温調用流体の現在温度を測定することでサセプタ１００２の現在温度を得ている。循環後温調用流体は、サセプタ１００２を循環した後の温調用流体であるため、その温度は、サセプタ１００２の温度と同視することができるからである。また、第２温度センサ６１は第１結合配管１００５に配設されているため、ポンプ１４の上流側に配設されることになる。このため、ポンプ１４による発熱の影響を受けることなく、循環後温調用流体の温度を測定できる。ＲＩＥ型のプラズマ処理装置におけるサセプタは、プラズマ化したプロセスガスの影響等により、温度を直接測定することが困難であるが、サセプタ１００２を循環した後の循環後温調用流体の現在温度を測定することで、安定してサセプタ１００２の温度を監視することが可能になる。なお、第２温度センサ６１の配設する位置は、必ずしも第１結合配管１００５上に限定されるものではなく、入力配管３に配設するものとしても良いが、循環後温調用流体の現在温度をサセプタ１００２の現在温度と同視するためには、第２温度センサ６１は、ポンプ１４の上流側であって、かつサセプタ１００２と可能な限り近い位置に配設されることが好ましい。

【0043】

出力配管４は、温調用流体を第２結合配管１００６に出力する。出力配管４には、上流側から順に、流量センサ２３と、第１温度センサ６４（第１温度測定部の一例）が配設されている。第１温度センサ６４は、出力配管４から出力する温調用流体の温度を測定する。流体制御部２４は、入力配管３と出力配管４を介して調温部１００３に接続し、図１中の破線矢印Ｄ１に示すように、温調用流体が調温部１００３と流体制御部２４との間を循環する。

【0044】

低温流体用入力配管５と低温流体用出力配管６は、流体制御部２４をコールドチラー１０２０に接続しており、図１中の破線矢印Ｄ２に示すように、低温流体が流体制御部２４に入出力される。流体制御部２４に入力される低温流体の温度と圧力は、低温流体用入力配管５上に配設された第３温度センサ６２と第１圧力センサ５１により測定される。また、低温流体用入力配管５には、第１フィルタブロック４１が配設されており、第１フィルタブロック４１は、低温流体用入力配管５から流体制御部２４に入力される低温流体の異物を除去する。

【0045】

高温流体用入力配管７と高温流体用出力配管８は、流体制御部２４をホットチラー１０１０に接続しており、図１中の破線矢印Ｄ３に示すように、高温流体が流体制御部２４に入出力される。流体制御部２４に流入する高温流体の温度と圧力は、高温流体用入力配管７上に配設された第４温度センサ６３と第２圧力センサ５２により測定される。また、高温流体用入力配管７には、第２フィルタブロック４２が配設されており、第２フィルタブロック４２は、高温流体用入力配管７から流体制御部２４に入力される高温流体の異物を除去する。

【0046】

流体制御部２４は、入力配管３を第１分岐ラインＬ１１と第２分岐ラインＬ１２と第３分岐ラインＬ１３に分岐させている分岐部Ｘを有する。第１分岐ラインＬ１１は、スプール弁２１に接続され、第１逆止弁２５が配設されている。また、第１分岐ラインＬ１１には、パージ開閉弁１０１を備えるパージ機構１０が接続されており、例えば半導体製造装置１０００のメンテナンス時等に、パージ開閉弁１０１を開くことで、ユニット１にパージエアを供給することが可能となっている。第２分岐ラインＬ１２は、低温流体用出力配管６に接続され、第２逆止弁２６が配設されている。さらに、第３分岐ラインＬ１３は、高温流体用出力配管８に接続され、第３逆止弁２７が配設されている。

【0047】

スプール弁２１は、例えば、特許第５８９３４１９号公報に開示されている公知のスプール弁である。スプール弁２１は、駆動部２１１と、バルブボディ２１６と、スプール弁体２１７と、を備える。

【0048】

スプール弁体２１７は、バルブボディ２１６の弁室２１５に摺動可能に装填されており、駆動部２１１の駆動力に応じて弁室２１５内を移動する。

【0049】

バルブボディ２１６は、対向する側面２１６ａ ，２１６ｂの一方の側面２１６ａに、第１分岐ラインＬ１１と接続する第１供給ポート２１３ａと、低温流体用入力配管５と接続する第２供給ポート２１３ｂと、高温流体用入力配管７と接続する第３供給ポート２１３ｃと、が弁室２１５に連通して形成されている。また、バルブボディ２１６は、他方の側面２１６ｂに、第１排出ポート２１４ａと第２排出ポート２１４ｂと第３排出ポート２１４ｃが弁室２１５に連通するように形成されている。

【0050】

スプール弁２１は、スプール弁体２１７が弁室２１５内を移動することより、第１供給ポート２１３ａを第１排出ポート２１４ａに開放する流路面積と、第２供給ポート２１３ｂを第２排出ポート２１４ｂに開放する流路面積と、第３供給ポート２１３ｃを第３排出ポート２１４ｃ に開放する流路面積とを変化させ、第１～第３排出ポート２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃから排出する流体の流量（流量分配比率）を制御する。そして、第１～第３排出ポート２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃから排出する流体は、合流部Ｙで混合され、合流部Ｙに接続されている出力配管４に出力される。

【0051】

合流部Ｙで混合され、出力配管４に出力される流体が、サセプタ１００２の温度調整を行うための温調用流体である。つまり、スプール弁２１は、入力配管３からスプール弁２１に入力される循環後温調用流体と、低温流体用入力配管５からスプール弁２１に入力される低温流体と、高温流体用入力配管７からスプール弁２１に入力される高温流体との流量分配比率を調整することで、温調用流体の温度を調整し、出力配管４に出力するのである。

【0052】

スプール弁２１が行う流量分配比率の調整（すなわち、出力配管４に出力される温調用流体の温度の調整）は、後述する制御装置１０３０において生成される温度制御値（例えば波形Ｃ１（図２参照））に基づいて制御される。

【0053】

なお、スプール弁２１を用いるのではなく、循環後温調用流体と低温流体と高温流体のそれぞれの流体ごとに、例えばポペット弁により流量調整し、温調用流体の温度調整を行うことも可能である。しかし、複数台のポペット弁を用いることとすると、コスト増大が懸念されるほか、ユニット１の大型化につながる。また、ポペット弁と比べて小型のスプール弁２１の方が熱容量が小さいため、温調用流体の熱がスプール弁２１に奪われにくい。よって、温調用流体の温度制御の精度が高まる。したがって、スプール弁２１を用いて温調用流体の温度調整を行うことが好ましい。

【0054】

第１～第３逆止弁２５，２６，２７は、スプール弁２１が制御する流量分配比率に応じて、弁開度が自動調整される。そのため、コールドチラー１０２０とホットチラー１０１０には、スプール弁２１に供給した低温流体と高温流体とおおよそ同じ量の循環後温調用流体が戻される。

【0055】

ユニット１は、温度制御システム１００１の動作を制御する制御装置１０３０を備え、制御装置１０３０は、ユニット１の各種センサおよびバルブ等と通信可能に接続されている。制御装置１０３０は、制御基板１０３１と、ポンプドライバ１０３３と、バルブコントローラ１０３２とを備える。

【0056】

制御基板１０３１は、後述する第２温度Ｔ１２およびΔＴｂの値に基づき、温度制御値（波形Ｃ１（図２参照））を生成する。そして、温度センサ６１，６２，６３，６４が測定した温度測定値と第１及び第２圧力センサ５１，５２が測定した圧力測定値をユニット１から取得して、温調用流体の温度が温度制御値に沿うようにバルブ操作信号を生成し、バルブコントローラ１０３２を介してユニット１に送信する。ユニット１は、スプール弁２１がバルブ操作信号に従って動作することにより、温調用流体と低温流体と高温流体の流量分配比率が調整され、温調用流体の温度を設定温度Ｔ３に調整する。よって、温調用流体の温度は、フィードバック制御され、均一にされる。

【0057】

また、制御基板１０３１は、流量センサ２３が測定した流量測定値をユニット１から取得して、温調用流体の流量を所望の設定流量に制御するようにポンプ操作信号を生成し、ポンプドライバ１０３３を介してユニット１に送信する。ユニット１は、ポンプ１４がポンプ操作信号に従って動作することにより、温調用流体の流量を設定流量に調整する。よって、温調用流体の循環流量は、フィードバック制御され、均一にされる。

【0058】

（温度制御について）
以上の構成を有するユニット１により、サセプタ１００２の温度を所定の第１温度Ｔ１１から、第１温度Ｔ１１よりもΔＴａだけ温度の高い所定の第２温度Ｔ１２に調整する場合について、図２を用いて説明する。図２は、第１の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニット１における、温調用流体の温度と循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタ１００２の温度）の関係を表すグラフである。なお、サセプタ１００２の温度を所定の第１温度Ｔ１１から所定の第２温度Ｔ１２に調整する場合とは、例えば、ウエハＷのエッチング処理を行う工程において、プロセスガスの切り替えのために、処理条件を第１条件から第２条件に変更するものとした場合である。つまり、所定の第１温度Ｔ１１とは、第１条件におけるサセプタ１００２の目標温度であり、所定の第２温度Ｔ１２とは、第２条件のためのサセプタの目標温度である。そのほか、半導体製造装置１０００が動作を開始する場合であれば、動作開始時のサセプタ１００２の温度が第１温度Ｔ１１であり、動作開始後の最初の処理条件におけるサセプタ１００２の目標温度が第２温度Ｔ１２である。

【0059】

また、図２中の第３温度Ｔ１３（所定の閾値の一例）は、エッチング処理の処理条件を第１条件から第２条件に変更する際、サセプタ１００２の温度が第２温度Ｔ１２に達する前であっても、第２条件による処理を開始することが可能な温度であり、エッチング処理の処理条件により適宜設定される。

【0060】

また、図２中の波形Ｃ１は、サセプタ１００２の温度を第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２に調整する場合の温調用流体の温度を制御するための温度制御値の変化を表している。この温度制御値には、第１温度制御値Ｃ１１と第２温度制御値Ｃ１２とが含まれている。第１温度制御値Ｃ１１は、温調用流体の温度を、第２温度Ｔ１２よりもΔＴｂだけ高い第４温度Ｔ１４に制御するための温度制御値である。また、第２温度制御値Ｃ１２は、温調用流体の温度を、第２温度Ｔ１２と同一の温度に制御するための温度制御値である。

【0061】

また、図２中の波形Ｗ１１は、温度調整用流量制御ユニット１がサセプタ１００２に入力する温調用流体の、波形Ｃ１により温度を制御されたときの温度変化を表している。なお、この温調用流体の温度は、第１温度センサ６４により測定される値である。波形Ｗ２１は、第２温度センサ６１により測定される循環後温調用流体の温度変化、すなわちサセプタ１００２の温度変化を表している。

【0062】

時点Ｘ１は、第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２への温度の調整を開始する時点である。この時点Ｘ１において、サセプタ１００２に入力されている温調用流体の温度と、循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタ１００２の温度）は、波形Ｗ１１および波形Ｗ２１に示す通り、ともに第１温度Ｔ１１である。

【0063】

そして、時点Ｘ１から、第１温度制御値Ｃ１１により温調用流体の温度が制御される。第１温度制御値Ｃ１１は、温調用流体の温度を、第２温度Ｔ１２よりもΔＴｂだけ高い第４温度Ｔ１４に制御するよう指示する。これにより、サセプタ１００２に入力される温調用流体の温度は、波形Ｗ１１に示されるように、第４温度Ｔ１４に調整される（第１の調整）。

【0064】

第４温度Ｔ１４に調整された温調用流体により、サセプタ１００２が加熱されるため、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）は、波形Ｗ２１に示す通り、時点Ｘ１から時間経過に比例して上昇している。

【0065】

そして、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が、第３温度Ｔ１３（閾値）まで上昇したことを条件として、温度制御値が、第１温度制御値Ｃ１１から第２温度制御値Ｃ１２に切り替えられる（時点Ｘ２）。第２温度制御値Ｃ１２は、温調用流体の温度を、第２温度Ｔ１２と同一の温度に制御するよう指示する。これにより、サセプタ１００２に入力される温調用流体の温度は、第２温度Ｔ１２に調整される（第２の調整）。温調用流体の温度は、波形Ｗ１１に示されるように、第４温度Ｔ１４から第２温度Ｔ１２よりも低い温度にオーバーシュートした後、第２温度Ｔ１２に安定する。

【0066】

循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）は、波形Ｗ２１に示す通り、温度制御値が第１温度制御値Ｃ１１から第２温度制御値Ｃ１２に切り替えられた直後に微小に低下している。しかし、第２温度Ｔ１２に調整された温調用流体により、サセプタ１００２が加熱されているため、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が再び上昇し、時点Ｘ３で第２温度Ｔ１２に到達する。

【0067】

以上のように、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が第３温度Ｔ１３（閾値）に上昇するまで、第２温度Ｔ１２よりも高い温度を指示する第１温度制御値Ｃ１１により温調用流体の温度を調整するため、サセプタ１００２に温度を、第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２に高速に上昇させることができる。サセプタ１００２の温度が第２温度Ｔ１２に到達するまでの時間（時点Ｘ１から時点Ｘ３までの時間ΔＸａ）は、従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットによってサセプタの温度を第２温度Ｔ１２に上昇させた場合にかかる時間ΔＸｄ（図６参照）に比べ、６０％程度の長さになっている。なお、第４温度Ｔ１４（第１温度制御値Ｃ１１）は、第２温度Ｔ１２より高く設定されるほど（すなわちΔＴｂの値が大きいほど）、より高速に、サセプタ１００２の温度が第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２に上昇するする。したがって、ΔＴｂは、サセプタ１００２の温度を第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２に上昇させるためにかける目標時間に応じて、適宜設定され、設定されたΔＴｂの値と、第２温度Ｔ１２により、第４温度Ｔ１４（第１温度制御値Ｃ１１）が定まる。

【0068】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニットについて説明する。第２の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニットは、第１の実施形態に係るユニット１と同一の構成であり、温調用流体の温度を制御するための温度制御値のみ異なる。

【0069】

第１の実施形態においては、時点Ｘ２において温度制御値が第１温度制御値Ｃ１１から第２温度制御値Ｃ１２に切り替えられた直後、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が低下し、第３温度Ｔ１３（閾値）を下回るおそれがある。第３温度Ｔ１３（閾値）とは、エッチング処理の処理条件を第１条件から第２条件に変更する際、サセプタ１００２の温度が第２温度Ｔ１２に達する前であっても、第２条件による処理を開始することが可能な温度に設定されている。つまり、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が、第３温度Ｔ１３（閾値）に達した時点Ｘ２から第２条件による処理が開始されるのであるが、処理が開始された後に、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が、処理開始の条件である第３温度Ｔ１３（閾値）を下回ってしまうことは、エッチング処理の不良を招くおそれがあり、好ましくない。

【0070】

そこで、例えば、図３に示す温度制御値（波形Ｃ２）により、サセプタ１００２の温度を調整することが、好ましい。図３は、第２の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニット１における、温調用流体の温度と循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタ１００２の温度）の関係を表すグラフである。なお、図３中の第１温度Ｔ１１および第２温度Ｔ１２、第３温度Ｔ１３、第４温度Ｔ１４は、図２に示す第１温度Ｔ１１および第２温度Ｔ１２、第３温度Ｔ１３、第４温度Ｔ１４と同一である。また、第２温度Ｔ１２と第４温度Ｔ１４との差であるΔＴｂも、図２に示すΔＴｂと同一である。

【0071】

波形Ｃ２は、サセプタ１００２の温度を第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２に調整する場合の温調用流体の温度を制御するための温度制御値の変化を表している。この温度制御値は、制御基板１０３１により、第２温度Ｔ１２と、後述するΔＴｂの値と、ΔＸｄの値に基づき生成される。また、温度制御値には、第１温度制御値Ｃ１１と第２温度制御値Ｃ１２と第３温度制御値Ｃ１３が含まれている。第１温度制御値Ｃ１１および第２温度制御値Ｃ１２は、第１の実施形態と同一のものである。第３温度制御値Ｃ１３については後述する。

【0072】

波形Ｗ１２は、温度調整用流量制御ユニット１がサセプタ１００２に入力する温調用流体の、波形Ｃ２により温度を制御されたときの温度変化を表している。なお、この温調用流体の温度は、第１温度センサ６４により測定される値である。波形Ｗ２２は、第２温度センサ６１により測定される循環後温調用流体の温度変化、すなわちサセプタ１００２の温度変化を表している。

【0073】

第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２への温度の調整を開始する時点Ｘ１においては、サセプタ１００２に入力されている温調用流体の温度と、循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタ１００２の温度）は、波形Ｗ１２および波形Ｗ２２に示す通り、ともに第１温度Ｔ１１である。

【0074】

そして、時点Ｘ１から、第１温度制御値Ｃ１１により温調用流体の温度が制御される。これにより、サセプタ１００２に入力される温調用流体の温度は、波形Ｗ１２に示されるように、第４温度Ｔ１４に調整される（第１の調整）。

【0075】

第４温度Ｔ１４に調整された温調用流体により、サセプタ１００２が加熱されるため、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）は、波形Ｗ２２に示す通り、時点Ｘ１から時間経過に比例して上昇している。

【0076】

そして、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が、第３温度Ｔ１３（閾値）まで上昇したことを条件として、温調用流体の温度を制御する温度制御値が、第１温度制御値Ｃ１１から第２温度制御値Ｃ１２に切り替えられる（時点Ｘ２）。この第１温度制御値Ｃ１１から第２温度制御値Ｃ１２に切り替えは、第３温度制御値Ｃ１３を介して行われる。第３温度制御値Ｃ１３は、時点Ｘ２から時点Ｘ４までの間において、第４温度Ｔ１４を指示する第１温度制御値Ｃ１１から、第２温度Ｔ１２を指示する第２温度制御値Ｃ１２に向かって、指示する温度を漸次変動させている。

【0077】

第３温度制御値Ｃ１３によって、温度制御値が漸次変動されるため、温調用流体の温度は、波形Ｗ１２に示すように、第２温度Ｔ１２に向かって滑らかに変動していく。このように温調用流体の温度が調整（第２の調整）されることで、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）は、波形Ｗ２２に示す通り、温度制御値の切り替えによって温度が低下するような挙動（図２の波形Ｗ２１参照）を見せずに、第２温度Ｔ１２に向かって滑らかに上昇している。よって、エッチング処理の不良を防ぐことができる。

【0078】

なお、図３中の第３温度制御値Ｃ１３の傾きは、第２温度Ｔ１２と第４温度Ｔ１４との差であるΔＴｂと、漸次変動させる時間（時点Ｘ２から時点Ｘ４までの時間ΔＸｃ）とにより定まる。時間ΔＸｃがあまりに短く、第３温度制御値Ｃ１３の傾きが急激になると、温度制御値の切り替えによって循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が低下し、第３温度Ｔ１３（閾値）を下回るおそれがある。よって、時間ΔＸｃは、温度制御値の切り替えによって循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が第３温度Ｔ１３（閾値）を下回ることがない程度の長さを実験により求め、その実験により求められた値以上の値に適宜設定される。

【0079】

さらには、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）は、波形Ｗ２２に示すように、時点Ｘ５において第２温度Ｔ１２に到達しており、サセプタ１００２の温度が第２温度Ｔ１２に到達するまでの時間（時点Ｘ１から時点Ｘ５までの時間ΔＸｂ）は、従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットによってサセプタの温度を第２温度Ｔ１２に上昇させた場合にかかる時間ΔＸｄ（図６参照）に比べ、従来の２５～４０％程度の長さになっている。つまり、第２の実施形態における温度制御値（波形Ｃ２）によれば、第１の実施形態に係るユニット１に比して、より高速にサセプタ１００２の温度を第１温度Ｔ１１から第２温度Ｔ１２に上昇させることができる。

【0080】

ここで、図４に、時間ΔＸｄの具体的な数値を例示する。図４は、第１温度Ｔ１１と第２温度Ｔ１２の差であるΔＴａの値毎に、サセプタ１００２の温度（循環後温調用流体の温度）が第２温度Ｔ１２に到達するまでの時間ΔＸｂについてまとめた表である。例えば、ΔＴａが３０℃であり、第２温度Ｔ１２が４０℃であるときの１０秒という値は、サセプタ１００２の温度を３０℃上昇させて４０℃に到達させたとき（すなわち、サセプタ１００２の温度を１０℃から４０℃まで上昇させたとき）の時間ΔＸｂが１０秒であることを意味する。なお、ΔＴａを３０℃と４０℃の場合を示しているのは、一般的なエッチング処理の処理条件においては、ΔＴａが３０～４０℃である場合が多いためであり、あくまで例示である。

【0081】

ΔＴａが３０℃または４０℃であるとき、時間ΔＸｂは、図４に示すように、１０～１２秒となっている。これらの値は、従来技術に係る温度調整用流量制御ユニットによってサセプタの温度を第２温度Ｔ１２に上昇させた場合にかかる時間ΔＸｄが２５～４８秒であるのに対し（図７参照）、２５～４０％程度の長さになっていることが分かる

【0082】

なお、第１の実施形態と、第２実施形態とは、ユニット１の構成は同一であって、温調用流体の温度を制御するための温度制御値のみが異なるものであるため、プログラムの構成により、第１の実施形態と第２実施形態とを切り替え可能としても良い。つまり、温度制御値を、第４温度Ｔ１４に対応する第１温度制御値Ｃ１１から、第２温度Ｔ２２に対応する第２温度制御値Ｃ１２まで漸次変動させるか否か（すなわち、波形Ｃ１による温度制御値により温調用流体の温度を制御するのか、波形Ｃ２による温度制御値により温調用流体の温度を制御するのか）を選択可能としても良い。

【0083】

また、上記の波形Ｃ１または波形Ｃ２により温調用流体の温度の制御を行うのは、ΔＴａの値の大きさが、所定の閾値を超える場合に行われるものとしても良い。例えば、ΔＴａがある特定の値（値Ａとする）以下の場合に、第４温度Ｔ１４とされた温調用流体によりサセプタ１００２を冷却すると、目標とする第２温度Ｔ１２よりも高い温度にオーバーシュートしてしまう場合には、その値Ａを閾値として、波形Ｃ１または波形Ｃ２により温調用流体の温度の制御を行うか否かを制御装置１０３０が判断する。具体的には、ΔＴａが値Ａを超える場合には、波形Ｃ１または波形Ｃ２により温調用流体の温度の制御を行い、ΔＴａが値Ａ以下となる場合には、温調用流体の温度が第２温度Ｔ１２と同一温度となるような制御を、時点Ｘ１から開始する。

【0084】

（第３の実施形態）
上に説明した第１の実施形態および第２の実施形態においては、サセプタ１００２の温度を上昇させる場合について説明しているが、プロセスガスの切り替えのために処理条件を変更する場合、当然にサセプタ１００２の温度を低下させることも考えられる。サセプタ１００２の温度を低下させる場合には、例えば、図５に示す温度制御値（波形Ｃ３）により温調用流体の温度を制御し、サセプタ１００２の温度を調整する。

【0085】

図５は、第３の実施形態に係る温度調整用流量制御ユニット１における、温調用流体の温度と循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタ１００２の温度）の関係を表すグラフであり、サセプタ１００２の温度を所定の第１温度Ｔ２１から、第１温度Ｔ１１よりもΔＴｄだけ温度の低い所定の第２温度Ｔ２２に調整する場合を説明するものである。

【0086】

図５中の波形Ｃ２は、サセプタ１００２の温度を第１温度Ｔ２１から第２温度Ｔ２２に調整する場合の温調用流体の温度を制御するための温度制御値の変化を表している。この温度制御値は、制御基板１０３１により、第２温度Ｔ２２と、ΔＴｄの値と、ΔＸｃの値に基づき生成される。また、温度制御値には、第１温度制御値Ｃ１４と第２温度制御値Ｃ１５と第３温度制御値Ｃ１６が含まれている。第１温度制御値Ｃ１４は、温調用流体の温度を、第２温度Ｔ１２よりもΔＴｂだけ低い第４温度Ｔ２４に制御するための温度制御値であり、第２温度制御値Ｃ１５は、温調用流体の温度を、第２温度Ｔ２２と同一の温度に制御するための温度制御値である。第３温度制御値Ｃ１６は、第１温度制御値Ｃ１１により指示される第４温度Ｔ１４から第２温度制御値Ｃ１２により指示される第２温度Ｔ１２向かって、指示する温度を漸次変動させる温度制御値である。

【0087】

また、図５中の波形Ｗ１３は、温度調整用流量制御ユニット１がサセプタ１００２に入力する温調用流体の、波形Ｃ３により温度を制御されたときの温度変化を表している。なお、この温調用流体の温度は、第１温度センサ６４により測定される値である。波形Ｗ２３は、第２温度センサ６１により測定される循環後温調用流体の温度変化、すなわちサセプタ１００２の温度変化を表している。

【0088】

第１温度Ｔ２１から第２温度Ｔ２２への温度の調整を開始する時点Ｘ１においては、サセプタ１００２に入力されている温調用流体の温度と、循環後温調用流体の温度（すなわちサセプタ１００２の温度）は、波形Ｗ１３および波形Ｗ２３に示す通り、ともに第１温度Ｔ２１である。

【0089】

そして、時点Ｘ１から、第１温度制御値Ｃ１４により温調用流体の温度が制御される。これにより、サセプタ１００２に入力される温調用流体の温度は、波形Ｗ１３に示されるように、第４温度Ｔ２４に調整される（第１の調整）。

【0090】

第４温度Ｔ２４に調整された温調用流体により、サセプタ１００２が冷却されるため、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）は、波形Ｗ２３に示す通り、時点Ｘ１から時間経過に比例して低下している。

【0091】

そして、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が、第３温度Ｔ２３（閾値）まで低下したことを条件として、温調用流体の温度を制御する温度制御値が、第１温度制御値Ｃ１４から第２温度制御値Ｃ１５に切り替えられる（時点Ｘ６）。第１温度制御値Ｃ１４から第２温度制御値Ｃ１５に切り替えは、第３温度制御値Ｃ１６を介して行われる。第３温度制御値Ｃ１６は、時点Ｘ２から時点Ｘ４までの間において、第４温度Ｔ２４を指示する第１温度制御値Ｃ１４から、第２温度Ｔ２２を指示する第２温度制御値Ｃ１５に向かって、指示する温度を漸次変動させている。なお、第３温度制御値Ｃ１６の傾きは、第２温度Ｔ２２と第４温度Ｔ２４との差であるΔＴｄと、漸次変動させる時間（時点Ｘ６から時点Ｘ７までの時間ΔＸｄ）とにより定まる。

【0092】

なお、図５中の第３温度制御値Ｃ１６の傾きは、第２温度Ｔ２２と第４温度Ｔ２４との差であるΔＴｄと、漸次変動させる時間（時点Ｘ６から時点Ｘ７までの時間ΔＸｄ）とにより定まる。時間ΔＸｄがあまりに短く、第３温度制御値Ｃ１６の傾きが急激になると、温度制御値の切り替えによって循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が上昇し、第３温度Ｔ２３（閾値）を上回るおそれがある。これは、エッチング処理の不良を招くおそれがある。よって、時間ΔＸｄは、温度制御値の切り替えによって循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が第３温度Ｔ２３（閾値）を上回ることがない程度の長さを実験により求め、その実験により求められた値以上の値に設定される。

【0093】

第３温度制御値Ｃ１６によって、第１温度制御値Ｃ１４により指示される第４温度Ｔ２４から第２温度制御値Ｃ１５により指示される第２温度Ｔ２２向かって、指示される温度が漸次変動されるため、温調用流体の温度は、波形Ｗ１３に示すように、第２温度Ｔ２２に向かって滑らかに変動していく。

【0094】

そして、第２温度Ｔ２２とされた温調用流体によりサセプタ１００２は冷却され、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）は、波形Ｗ２３に示すように、時点Ｘ５において第２温度Ｔ２２に到達する。

【0095】

以上のように、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の現在温度）が第３温度Ｔ２３（閾値）に低下するまで、第２温度Ｔ２２よりも低い温度を指示する第１温度制御値Ｃ１４により温調用流体の温度を調整するため、サセプタ１００２に温度を、第１温度Ｔ２１から第２温度Ｔ２２に高速に低下させることができる。なお、第４温度Ｔ２４（第１温度制御値Ｃ１４）は、第２温度Ｔ２２より低く設定されるほど（すなわちΔＴｄの値が大きいほど）、より高速に、サセプタ１００２の温度が第１温度Ｔ２１から第２温度Ｔ２２に低下するする。したがって、ΔＴｄは、サセプタ１００２の温度を第１温度Ｔ２１から第２温度Ｔ２２に低下させるためにかける目標時間に応じて、適宜設定され、このΔＴｄの設定により、第４温度Ｔ２４（第１温度制御値Ｃ１４）が定まる。

【0096】

なお、時点Ｘ６における第１温度制御値Ｃ１４から第２温度制御値Ｃ１５への切り替えは、図２中の波形Ｃ１のように、第３温度制御値Ｃ１６を介さずに行うこととしても良い。

【0097】

また、上記の波形Ｃ３により温調用流体の温度の制御を行うのは、ΔＴｃの値の大きさが、所定の閾値を超える場合に行われるものとしても良い。例えば、ΔＴｃがある特定の値（値Ｂとする）以下の場合に、第４温度Ｔ２４とされた温調用流体によりサセプタ１００２を冷却すると、目標とする第２温度Ｔ２２よりも低い温度にオーバーシュートしてしまう場合には、その値Ｂを閾値として、波形Ｃ３により温調用流体の温度の制御を行うか否かを制御装置１０３０が判断する。具体的には、ΔＴｃが値Ｂを超える場合には、波形Ｃ３により温調用流体の温度の制御を行い、ΔＴｃが値Ｂ以下となる場合には、温調用流体の温度が第２温度Ｔ２２と同一温度となるような制御を、時点Ｘ１から開始する。

【0098】

なお、第１の実施形態および第２実施形態と、第３の実施形態とは、ユニット１の構成は同一であって、温調用流体の温度を制御するための温度制御値のみが異なるものであるため、サセプタの温度を上昇させるのか低下させるのかに応じて、波形Ｃ１または波形Ｃ２を用いて温調用流体の温度の調整を行うのか、波形Ｃ３を用いて温調用流体の温度の調整を行うのかを、制御装置１０３０が自動的に判断するものとしても良い。具体的には、循環後温調用流体の現在温度（サセプタ１００２の現在温度）が、目標とする第２温度Ｔ１２，Ｔ２２よりも低い場合には、サセプタの温度を上昇させる必要があるのであるから、波形Ｃ１または波形Ｃ２を用いて温調用流体の温度の調整を行い、循環後温調用流体の現在温度（サセプタ１００２の現在温度）が、目標とする第２温度Ｔ１２，Ｔ２２よりも高い場合には、サセプタの温度を低下させる必要があるのであるから、波形Ｃ３を用いて温調用流体の温度の調整を行う。

【0099】

以上説明したように、温度調整用流量制御ユニット１によれば、半導体製造装置１０００の備えるサセプタ１００２に温調用流体を循環させることで、サセプタ１００２の温度を、所定の第１温度Ｔ１１から所定の第２温度Ｔ１２に調整する温度調整用流量制御ユニット１において、温調用流体をサセプタ１００２に出力する出力配管４と、出力配管４から出力される温調用流体の温度を測定する第１温度測定部（第１温度センサ６４）と、出力配管４からサセプタ１００２に出力され、サセプタ１００２を循環した温調用流体である循環後温調用流体が入力される入力配管３と、出力配管４から出力する温調用流体の温度を指示する温度制御値（波形Ｃ１または波形Ｃ２）を生成する制御装置１０３０と、温度制御値（波形Ｃ１または波形Ｃ２）に基づき、出力配管４から出力する温調用流体の温度を調整する流体制御部２４と、循環後温調用流体の現在温度を測定する第２温度測定部（第２温度センサ６１）と、を備えること、温度制御値（波形Ｃ１または波形Ｃ２）は、第２温度Ｔ１２よりも高い温度（第４温度Ｔ１４）を指示する所定の第１温度制御値Ｃ１１と、第２温度Ｔ１２と同一の温度を指示する第２温度制御値Ｃ１２と、を含むこと、流体制御部２４は、前記現在温度が第２温度Ｔ１２よりも低い場合、前記現在温度が第２温度Ｔ１２よりも低い所定の閾値（第３温度Ｔ１３）に上昇するまで、第１温度制御値Ｃ１１により、温調用流体の温度を調整する第１の調整をし、前記現在温度が閾値（第３温度Ｔ１３）まで上昇したとき、第２温度制御値Ｃ１２により、温調用流体の温度を調整する第２の調整をすること、を特徴とする。

【0100】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、前記第２の調整おける温度制御値（波形Ｃ２）は、第１温度制御値Ｃ１１から第２温度制御値Ｃ１２まで漸次変動するものであること（第３温度制御値Ｃ１３）、とするのが好ましい。

【0101】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、流体制御部２４は、温調用流体の温度を低下させるための低温流体が流れる低温配管（低温流体用入力配管５および低温流体用出力配管６）と、温調用流体の温度を上昇させるための高温流体が流れる高温配管（高温流体用入力配管７および高温流体用出力配管８）と、出力配管４と入力配管３と低温配管（低温流体用入力配管５および低温流体用出力配管６）と高温配管（高温流体用入力配管７および高温流体用出力配管８）とに接続されるスプール弁２１と、を備え、スプール弁２１により、循環後温調用流体と低温流体と高温流体の流量分配比率を制御し、出力配管４から出力する温調用流体の温度を調整すること、とするのが好ましい。

【0102】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、入力配管３は、温調用流体を循環させるポンプ１４を備え、第２温度測定部（第２温度センサ６１）は、ポンプ１４よりも上流側に設けられること、とするのが好ましい。

【0103】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、入力配管３とサセプタ１００２とを接続する結合配管（例えば第１結合配管１００５）を更に備え、第２温度測定部（第２温度センサ６１）は、結合配管（第１結合配管１００５）に設けられること、とするのが好ましい。

【0104】

上記の温度調整用流量制御ユニット１は、第２温度測定部（第２温度センサ６１）により、循環後温調用流体の現在温度を測定している。循環後温調用流体は、サセプタ１００２を循環した後の温調用流体であるため、その温度は、サセプタ１００２の温度と同視することができる。例えば、ＲＩＥ型のプラズマ処理装置におけるサセプタ１００２は、プラズマ化したプロセスガスの影響等により、温度を直接測定することが困難である。そこで、サセプタ１００２を循環した後の循環後温調用流体の現在温度を測定することで、安定してサセプタ１００２の温度を監視することが可能になる。

【0105】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１は、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の温度）が第２温度Ｔ１２よりも低い場合、サセプタ１００２の温度を所定の第２温度Ｔ１２に調整するために、循環後温調用流体の現在温度（サセプタ１００２の温度）が第２温度Ｔ１２よりも低い所定の閾値（第３温度Ｔ１３）に上昇するまで、第２温度Ｔ１２よりも高い温度（第４温度Ｔ１４）を指示する所定の第１温度制御値Ｃ１１により、温調用流体の温度を調整（第１の調整）する。よって、サセプタ１００２は第２温度Ｔ１２よりも高い温度の温調用流体により加熱され、サセプタ１００２の温度が第２温度Ｔ１２まで高速に上昇する。そして、循環後温調用流体の現在温度（サセプタ１００２の温度）が閾値（第３温度Ｔ１３）まで上昇したとき、第２温度Ｔ１２と同一の温度を指示する第２温度制御値Ｃ１２により、温調用流体の温度を調整（第２の調整）するため、サセプタ１００２の温度を第２温度Ｔ１２に安定させることが可能である。

【0106】

また、本発明の他の態様における温度調整用流量制御ユニット１によれば、 半導体製造装置１０００の備えるサセプタ１００２に温調用流体を循環させることで、サセプタ１００２の温度を、所定の第１温度Ｔ２１から所定の第２温度Ｔ２２に調整する温度調整用流量制御ユニット１において、温調用流体をサセプタ１００２に出力する出力配管４と、出力配管４から出力される温調用流体の温度を測定する第１温度測定部（第１温度センサ６４）と、出力配管４からサセプタ１００２に出力され、サセプタ１００２を循環した温調用流体である循環後温調用流体が入力される入力配管３と、出力配管４から出力する温調用流体の温度を指示する温度制御値（波形Ｃ３）を生成する制御装置１０３０と、温度制御値（波形Ｃ３）に基づき、出力配管４から出力する温調用流体の温度を調整する流体制御部２４と、循環後温調用流体の現在温度を測定する第２温度測定部（第２温度センサ６１）と、を備えること、温度制御値（波形Ｃ３）は、第２温度Ｔ２２よりも低い温度（第４温度Ｔ２４）を指示する所定の第１温度制御値Ｃ１４と、第２温度Ｔ２２と同一の温度を指示する第２温度制御値Ｃ１５と、を含むこと、流体制御部２４は、前記現在温度が第２温度Ｔ２２よりも高い場合、前記現在温度が第２温度Ｔ２２よりも高い所定の閾値（第３温度Ｔ２３）に低下するまで、第１温度制御値Ｃ１４により、温調用流体の温度を調整する第１の調整をし、前記現在温度が閾値（第３温度Ｔ２３）まで低下したとき、第２温度制御値Ｃ１５により、温調用流体の温度を調整する第２の調整をすること、を特徴とする。

【0107】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、第２の調整おける温度制御値は、第１温度制御値Ｃ１４から第２温度制御値Ｃ１５まで漸次変動するものであること（第３温度制御値Ｃ１６）、とするのが好ましい。

【0108】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、流体制御部２４は、温調用流体の温度を低下させるための低温流体が流れる低温配管（低温流体用入力配管５および低温流体用出力配管６）と、温調用流体の温度を上昇させるための高温流体が流れる高温配管（高温流体用入力配管７および高温流体用出力配管８）と、出力配管４と入力配管３と低温配管（低温流体用入力配管５および低温流体用出力配管６）と高温配管（高温流体用入力配管７および高温流体用出力配管８）とに接続されるスプール弁２１と、を備え、スプール弁２１により、循環後温調用流体と低温流体と高温流体の流量分配比率を制御し、出力配管４から出力する温調用流体の温度を調整すること、とするのが好ましい。

【0109】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、入力配管３は、温調用流体を循環させるポンプ１４を備え、第２温度測定部（第２温度センサ６１）は、ポンプ１４よりも上流側に設けられること、とするのが好ましい。

【0110】

また、上記の温度調整用流量制御ユニット１において、入力配管３とサセプタ１００２とを接続する結合配管（例えば第１結合配管１００５）を更に備え、第２温度測定部（第２温度センサ６１）は、結合配管（第１結合配管１００５）に設けられること、とするのが好ましい。

【0111】

上記の温度調整用流量制御ユニット１は、循環後温調用流体の現在温度（すなわちサセプタ１００２の温度）が第２温度Ｔ２２よりも高い場合、サセプタ１００２の温度を第２温度Ｔ２２に調整するために、循環後温調用流体の現在温度（サセプタ１００２の温度）が第２温度Ｔ２２よりも高い所定の閾値（第３温度Ｔ２３）に低下するまで、第２温度Ｔ２２よりも低い温度（第４温度Ｔ２４）を指示する所定の第１温度制御値Ｃ１４により、温調用流体の温度を調整（第１の調整）する。よって、サセプタ１００２は第２温度Ｔ２２よりも低い温度の温調用流体により冷却され、サセプタ１００２の温度が第２温度Ｔ２２に高速に低下する。そして、循環後温調用流体の現在温度（サセプタ１００２の温度）が閾値（第３温度Ｔ２３）まで低下したとき、第２温度Ｔ２２と同一の温度を指示する第２温度制御値Ｃ１５により、温調用流体の温度を調整（第２の調整）するため、サセプタ１００２の温度を第２温度Ｔ２２に安定させることが可能である。

【0112】

また、本発明の一態様における半導体製造装置１０００は、サセプタ１００２と、サセプタ１００２に接続された上記の温度調整用流量制御ユニット１と、を備えること、を特徴とするので、サセプタ１００２の温度の調整を高速に行うことが可能である。

【0113】

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ユニット１を半導体製造装置１０００に用いた例を説明しているが、半導体製造装置１０００以外のものの温度制御に用いることとしても良い。

【符号の説明】

【0114】

１ 温度調整用流量制御ユニット
３ 入力配管
４ 出力配管
２４ 流体制御部
６１ 第２温度センサ（第２温度測定部の一例）
６４ 第１温度センサ（第１温度測定部の一例）
１００２ サセプタ
１０３０ 制御装置
Ｃ１ 温度制御値
Ｃ１１ 第１温度制御値
Ｃ１２ 第２温度制御値
Ｔ１１ 第１温度
Ｔ１２ 第２温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】