基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法

基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠使基板的溫度快速上升、并且能夠減少熱能的損失的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)。基座的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)包括制冷劑供給裝置、高溫介質(zhì)儲存罐和第一閥組，該基座內(nèi)置有加熱器單元和熱介質(zhì)流路、且載置被實施等離子蝕刻處理的晶圓，上述制冷劑供給裝置與熱介質(zhì)流路相連接而將溫度比較低的制冷劑供給到熱介質(zhì)流路中，上述高溫介質(zhì)儲存罐配置在熱介質(zhì)流路與制冷劑供給裝置之間且用于儲存溫度比較高的高溫介質(zhì)，上述第一閥組配置在制冷劑供給裝置與熱介質(zhì)流路之間、以及高溫介質(zhì)儲存罐與熱介質(zhì)流路之間，在使基座的溫度上升時，利用該第一閥組停止自制冷劑供給裝置向熱介質(zhì)流路供給制冷劑、且自高溫介質(zhì)儲存罐向熱介質(zhì)流路供給高溫介質(zhì)。
【專利說明】基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?01010509463. 2、申請日為2010年10月14日、發(fā)明名稱為基 板載置臺的溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法的申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法，該基板載置臺用 于載置被實施等離子處理的基板。

【背景技術(shù)】
[0003] 用于對作為基板的晶圓實施等離子處理的基板處理裝置包括：作為減壓室的腔 室，其用于收容該晶圓；簇射頭，其用于向該腔室內(nèi)導(dǎo)入處理氣體；以及基座（載置臺）， 該基座在腔室內(nèi)與簇射頭相對地配置，其用于載置晶圓并對腔室內(nèi)施加高頻電力。被導(dǎo) 入到腔室內(nèi)的處理氣體被高頻電力激發(fā)而成為等離子體，該等離子體中的陽離子、自由基 (radical)被用于晶圓的等離子處理。
[0004] 在晶圓被實施等離子處理的期間內(nèi)，晶圓自該等離子體接受熱量而溫度上升。當(dāng) 晶圓的溫度上升時，該晶圓上的自由基的分布改變，而且，晶圓上的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度發(fā) 生變化。因而，為了在等離子處理中獲得期望的結(jié)果，需要控制晶圓的溫度、更具體地講是 控制用于載置晶圓的基座自身的溫度。
[0005] 于是，在近年來的基板處理裝置中，為了控制基座的溫度而在基座的內(nèi)部設(shè)置電 熱式加熱器和制冷劑流路。電熱式加熱器用于加熱基座，在制冷劑流路中流動的制冷劑用 于冷卻基座，但是很難準(zhǔn)確地控制制冷劑的溫度、流量。另一方面，由于能夠準(zhǔn)確地控制電 熱式加熱器的發(fā)熱量，因此在基板處理裝置中使制冷劑始終在制冷劑流路中流動，依據(jù)需 要使電熱式加熱器發(fā)熱從而能夠準(zhǔn)確地調(diào)整基座的溫度（例如參照專利文獻1)。
[0006] 專利文獻1 :日本特開平7-183276號公報
[0007] 但是，在上述基板處理裝置中，由于制冷劑始終在制冷劑流路中流動，因此存在如 下問題，即、在電熱式加熱器發(fā)熱而使基座的溫度上升時，自電熱式加熱器發(fā)出的熱量的一 部分被在制冷劑流路中流動的制冷劑吸收，從而導(dǎo)致基座的溫度上升、進而晶圓的溫度上 升需要時間。另外，由于來自電熱式加熱器的熱量并非全部用于提高基座的溫度，因此存在 熱能的損失也很大的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)及溫度控制方法，該基板 載置臺的溫度控制系統(tǒng)及溫度控制方法能夠迅速地使基板的溫度上升、并且能夠降低熱能 損失。
[0009] 為了達到上述目的，第一技術(shù)方案提供一種基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)，該基板 載置臺用于載置被實施規(guī)定處理的基板并內(nèi)置有加熱單元和熱介質(zhì)流路，其特征在于，該 溫度控制系統(tǒng)包括：熱介質(zhì)供給裝置，其與上述熱介質(zhì)流路相連接而將第一溫度的第一熱 介質(zhì)供給到上述熱介質(zhì)流路中；熱介質(zhì)儲存裝置，其配置在上述熱介質(zhì)流路與上述熱介質(zhì) 供給裝置之間，用于儲存溫度比上述第一溫度高的第二溫度的第二熱介質(zhì)；熱介質(zhì)供給控 制裝置，其配置在上述熱介質(zhì)供給裝置與上述熱介質(zhì)流路之間、以及上述熱介質(zhì)儲存裝置 與上述熱介質(zhì)流路之間，該熱介質(zhì)供給控制裝置進行如下控制：在上述加熱單元發(fā)熱時，停 止自上述熱介質(zhì)供給裝置向上述熱介質(zhì)流路供給上述第一熱介質(zhì)、且自上述熱介質(zhì)儲存裝 置向上述熱介質(zhì)流路供給上述第二熱介質(zhì)。
[0010] 第二技術(shù)方案的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)方案1所述的基板載置臺 的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，上述熱介質(zhì)流路具有入口和出口，兩個上述熱介質(zhì)儲存裝置 分別配置在上述熱介質(zhì)流路的入口與上述熱介質(zhì)供給裝置之間以及上述熱介質(zhì)流路的出 口與上述熱介質(zhì)供給裝置之間，上述熱介質(zhì)供給控制裝置進行如下控制：在上述加熱單元 發(fā)熱時，將上述第二熱介質(zhì)自一個上述熱介質(zhì)儲存裝置經(jīng)由上述熱介質(zhì)流路供給到另一個 上述熱介質(zhì)儲存裝置中，在上述加熱單元下一次發(fā)熱時，將上述第二熱介質(zhì)自上述另一個 熱介質(zhì)儲存裝置經(jīng)由上述熱介質(zhì)流路供給到上述一個熱介質(zhì)儲存裝置中。
[0011] 第3技術(shù)方案的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)方案1或2所述的基板載置 臺的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，上述熱介質(zhì)儲存裝置具有用于對上述熱介質(zhì)儲存裝置所 儲存的上述第二熱介質(zhì)進行加熱的介質(zhì)加熱單元。
[0012] 第4技術(shù)方案的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)方案1至3中任意一項所述 的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，上述第二溫度為上述規(guī)定處理中的上述基板 載置臺的期望溫度以下的溫度。
[0013] 為了達到上述目的，第5技術(shù)方案提供一種基板載置臺的溫度控制方法，該基板 載置臺用于載置被實施規(guī)定處理的基板并內(nèi)置有加熱單元和熱介質(zhì)流路，其特征在于，該 方法包括：升溫步驟，在該步驟中上述加熱單元發(fā)熱而使上述基板載置臺的溫度上升；溫 度維持步驟，在該步驟中將上述基板載置臺的溫度維持在規(guī)定溫度；降溫步驟，在該步驟中 使上述基板載置臺的溫度下降，在上述溫度維持步驟和上述降溫步驟中，將第一溫度的第 一熱介質(zhì)供給到上述熱介質(zhì)流路中，在上述升溫步驟中，停止向上述熱介質(zhì)流路供給上述 第一熱介質(zhì)、且向上述熱介質(zhì)流路供給溫度比第一溫度高的第二溫度的第二熱介質(zhì)。
[0014] 第6技術(shù)方案的基板載置臺的溫度控制方法根據(jù)技術(shù)方案5所述的基板載置臺的 溫度控制方法，其特征在于，在上述溫度維持步驟和上述降溫步驟中，與上述熱介質(zhì)流路相 連接的熱介質(zhì)供給裝置將上述第一熱介質(zhì)供給到上述熱介質(zhì)流路中，在上述升溫步驟中， 配置在上述熱介質(zhì)流路與上述熱介質(zhì)供給裝置之間且用于儲存上述第二熱介質(zhì)的熱介質(zhì) 儲存裝置將上述第二熱介質(zhì)供給到上述熱介質(zhì)流路中。
[0015] 第7技術(shù)方案的基板載置臺的溫度控制方法根據(jù)技術(shù)方案6所述的基板載置臺的 溫度控制方法，其特征在于，上述熱介質(zhì)流路具有入口和出口，兩個上述熱介質(zhì)儲存裝置分 別配置在上述熱介質(zhì)流路的入口與上述熱介質(zhì)供給裝置之間以及上述熱介質(zhì)流路的出口 與上述熱介質(zhì)供給裝置之間，在上述升溫步驟中，一個上述熱介質(zhì)儲存裝置將上述第二熱 介質(zhì)經(jīng)由上述熱介質(zhì)流路而供給到另一個上述熱介質(zhì)儲存裝置中，在下一次的上述升溫步 驟中，上述另一個熱介質(zhì)儲存裝置將上述第二熱介質(zhì)經(jīng)由上述熱介質(zhì)流路而供給到上述一 個熱介質(zhì)儲存裝置中。
[0016] 第8技術(shù)方案的基板載置臺的溫度控制方法根據(jù)技術(shù)方案5至7中任意一項所述 的基板載置臺的溫度控制方法，其特征在于，上述第二溫度為上述規(guī)定處理中的上述基板 載置臺的期望溫度以下的溫度。
[0017] 第9技術(shù)方案的基板載置臺的溫度控制方法根據(jù)技術(shù)方案5至8中任意一項所述 的基板載置臺的溫度控制方法，其特征在于，在上述升溫步驟中，在該升溫步驟結(jié)束前停止 向上述熱介質(zhì)流路供給上述第二熱介質(zhì)、且向上述熱介質(zhì)流路供給上述第一熱介質(zhì)。
[0018] 采用第一技術(shù)方案所述的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)和第5技術(shù)方案所述的基 板載置臺的溫度控制方法，當(dāng)內(nèi)置在基板載置臺中的加熱單元發(fā)熱時，停止向內(nèi)置在基板 載置臺中的熱介質(zhì)流路供給第一溫度的第一熱介質(zhì)，而向該熱介質(zhì)流路中供給溫度比第一 溫度高的第二溫度的第二熱介質(zhì)。由此，能夠抑制自加熱單元發(fā)出的熱量的一部分被在熱 介質(zhì)流路中流動的第二熱介質(zhì)吸收，因此能夠使基板載置臺、乃至基板的溫度快速上升，并 且能夠降低熱能的損失。
[0019] 采用第二技術(shù)方案所述的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)和第7技術(shù)方案所述的基 板載置臺的溫度控制方法，在加熱單元發(fā)熱時，將第二熱介質(zhì)自一個熱介質(zhì)儲存裝置經(jīng)由 熱介質(zhì)流路供給到另一個熱介質(zhì)儲存裝置中，在加熱單元下一次發(fā)熱時，將第二熱介質(zhì)自 另一個熱介質(zhì)儲存裝置經(jīng)由熱介質(zhì)流路供給到一個熱介質(zhì)儲存裝置中，因此能夠重復(fù)利用 溫度未明顯下降的第二熱介質(zhì)。其結(jié)果，無需使低溫的熱介質(zhì)上升至第二溫度，因此能夠節(jié) 省熱能。
[0020] 采用第3技術(shù)方案所述的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)，由于具有用于對熱介質(zhì)儲 存裝置所儲存的第二熱介質(zhì)進行加熱的介質(zhì)加熱單元，因此能夠在重復(fù)利用所儲存的第二 熱介質(zhì)之前使該第二熱介質(zhì)的溫度上升至第二溫度，由此，即使重復(fù)利用第二熱介質(zhì)，仍能 夠可靠地抑制自加熱單元發(fā)出的熱量的一部分被在熱介質(zhì)流路中流動的第二熱介質(zhì)吸收。
[0021] 采用第4技術(shù)方案所述的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)和第8技術(shù)方案所述的基 板載置臺的溫度控制方法，由于第二溫度是規(guī)定處理中的基板載置臺的期望溫度以下的溫 度，因此在加熱單元發(fā)熱時，能夠防止基板載置臺被第二熱介質(zhì)過度加熱，也就防止了該基 板載置臺的溫度超過期望溫度。
[0022] 采用第6技術(shù)方案所述的基板載置臺的溫度控制方法，在將基板載置臺的溫度維 持在規(guī)定溫度時、以及在基板載置臺的溫度下降時，自與熱介質(zhì)流路相連接的熱介質(zhì)供給 裝置將第一熱介質(zhì)供給到熱介質(zhì)流路中，在加熱單元發(fā)熱時，自配置在熱介質(zhì)流路與熱介 質(zhì)供給裝置之間的熱介質(zhì)儲存裝置將第二熱介質(zhì)供給到熱介質(zhì)流路中，因此能夠迅速改變 熱介質(zhì)流路的溫度，由此，能夠抑制自加熱單元發(fā)出的熱量的一部分被在熱介質(zhì)流路中流 動的第二熱介質(zhì)吸收。
[0023] 采用第9技術(shù)方案所述的基板載置臺的溫度控制方法，在升溫步驟中，在該升溫 步驟結(jié)束之前停止向熱介質(zhì)流路供給第二熱介質(zhì)，而且向熱介質(zhì)流路中供給第一熱介質(zhì)， 因此能夠可靠地防止基板載置臺被過度加熱。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是大概地表示應(yīng)用了本發(fā)明的實施方式的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)的基 板處理裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0025] 圖2是表示等離子蝕刻處理中的基座、加熱器單元和熱介質(zhì)流路的溫度與時間的 關(guān)系的圖表。
[0026] 圖3是表示本實施方式的基板載置臺的溫度控制方法的工序圖。
[0027] 圖4是表示在圖3的溫度控制方法之后執(zhí)行的基板載置臺的溫度控制方法的工序 圖。
[0028] 圖5是表示采用了本實施方式的基板載置臺的溫度控制方法的模擬結(jié)果的圖表。
[0029] 圖6是大概地表示本實施方式的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)的變形例的結(jié)構(gòu)的 剖視圖，圖6的（A)是第一變形例，圖6的（B)是第二變形例。

【具體實施方式】
[0030] 下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
[0031] 圖1是大概地表示應(yīng)用了本實施方式的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)的基板處理 裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。本基板處理裝置對作為基板的半導(dǎo)體器件用晶圓（以下簡稱"晶 圓"。）實施等離子蝕刻處理。
[0032] 在圖1中，基板處理裝置10具有用于收容半導(dǎo)體器件用晶圓W的腔室11，在該腔 室11內(nèi)的下部配置有圓柱狀的基座12 (基板載置臺），而且，在腔室11內(nèi)的上部，與基座 12相對地配置有圓板狀的簇射頭13。
[0033] 基座12內(nèi)置有靜電吸盤（未圖示）、加熱器單元14(加熱單元）和熱介質(zhì)流路 15,該熱介質(zhì)流路15中流動有作為與等離子蝕刻處理的種類相對應(yīng)的熱介質(zhì)的制冷劑，在 基座12的上表面（以下稱作"載置面"。）載置晶圓W。靜電吸盤利用庫侖力等將所載置的 晶圓W靜電吸附在載置面上。加熱器單元14由與基座12的載置面的大致整個區(qū)域?qū)?yīng)地 配置的電阻構(gòu)成，該電阻利用自電源14a施加的電壓而發(fā)熱，從而加熱基座12、并借助于該 基座12加熱晶圓W。熱介質(zhì)流路15也是與基座12的載置面的大致整個區(qū)域?qū)?yīng)地配置， 熱介質(zhì)流路15利用內(nèi)部的制冷劑吸收基座12的熱量，并且借助于該基座12吸收晶圓W的 熱量，從而冷卻基座12和晶圓W。另外，由于高頻電源16與基座12相連接，因此該基座12 作為對基座12與簇射頭13之間的處理空間S施加高頻電力的下部電極發(fā)揮作用。
[0034] 簇射頭13在內(nèi)部具備緩沖室17和多個氣孔18,該氣孔18將該緩沖室17和處理 空間S連通。自外部的處理氣體供給裝置（未圖示）將處理氣體供給到緩沖室17中，被供 給的該處理氣體經(jīng)由多個氣體孔18而被導(dǎo)入處理空間S內(nèi)。在基板處理裝置10中，由于 對該處理空間S施加高頻電力，因此能夠激發(fā)被導(dǎo)入到處理空間S內(nèi)的處理氣體，從而產(chǎn)生 等離子體。然后，使用所產(chǎn)生的等離子體中所包含的陽離子、自由基對晶圓W實施等離子蝕 刻處理。
[0035] 在等離子蝕刻處理的過程中，由于晶圓W持續(xù)自等離子體接受熱量，因此晶圓W的 溫度可能上升到高于規(guī)定溫度的溫度。由于等離子蝕刻處理是利用蝕刻對象物與處理氣體 (蝕刻氣體）的氣相反應(yīng)來進行的，因此在基板處理裝置10中，當(dāng)作為對象物的晶圓W的 溫度超過規(guī)定溫度而過度上升時，會發(fā)生預(yù)料之外的過度的氣相反應(yīng)而無法獲得期望的結(jié) 果。因此，基板處理裝置10具有能夠借助基座12來冷卻晶圓W的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)（基板 載置臺的溫度控制系統(tǒng)），以防止晶圓W的溫度上升到高于規(guī)定溫度的溫度。該制冷劑循環(huán) 系統(tǒng)通過控制基座12的溫度而控制晶圓W的溫度。
[0036] 制冷劑循環(huán)系統(tǒng)包括制冷劑配管19和制冷劑供給裝置20 (熱介質(zhì)供給裝置），上 述制冷劑配管19用于在腔室11的外部連接熱介質(zhì)流路15的入口 15a和出口 15b，上述制 冷劑供給裝置20設(shè)置在該制冷劑配管19的中途，該制冷劑循環(huán)系統(tǒng)使制冷劑在熱介質(zhì)流 路15中循環(huán)流動。制冷劑供給裝置20作為壓力泵發(fā)揮作用，其向入口 15a壓力輸送自出 口 15b排出到制冷劑配管19中的制冷劑。另外，制冷劑供給裝置20還作為換熱器發(fā)揮作 用，其對吸收基座12的熱量而達到高溫的制冷劑進行冷卻，從而使該制冷劑的溫度下降至 比較低的溫度（第一溫度）、詳細(xì)而言，該第一溫度是為了在等離子蝕刻處理中維持基座12 的溫度或使基座12的溫度下降所必需的溫度、例如10°C。由此，能夠?qū)⒆灾评鋭┕┙o裝置 20供給到熱介質(zhì)流路15中的制冷劑（第一熱介質(zhì)）的溫度維持在比較低的溫度。
[0037] 另外，制冷劑循環(huán)系統(tǒng)還具備高溫介質(zhì)儲存罐21 ( -個熱介質(zhì)儲存罐）和高溫介 質(zhì)儲存罐22 (另一個熱介質(zhì)儲存罐），上述高溫介質(zhì)儲存罐21與在熱介質(zhì)流路15的入口 15a和制冷劑供給裝置20之間自制冷劑配管19分支形成的支管19a相連接，上述高溫介質(zhì) 儲存罐22與在熱介質(zhì)流路15的出口 15b和制冷劑供給裝置20之間自制冷劑配管19分支 形成的支管19b相連接，此外在制冷劑配管19上具有第一閥組23 (熱介質(zhì)供給控制裝置） 和第二閥組24 (熱介質(zhì)供給控制裝置），上述第一閥組23配置在制冷劑供給裝置20與熱介 質(zhì)流路15的入口 15a之間、以及高溫介質(zhì)儲存罐21與該入口 15a之間，上述第二閥組24 配置在制冷劑供給裝置20與熱介質(zhì)流路15的出口 15b之間、以及高溫介質(zhì)儲存罐22與該 出口 15b之間。
[0038] 高溫介質(zhì)儲存罐21儲存溫度比制冷劑供給裝置20供給的制冷劑的溫度（例如 10°C )高（第二溫度）的高溫介質(zhì)、例如80°C的高溫介質(zhì)（第二熱介質(zhì)）。高溫介質(zhì)儲存 罐22也能夠儲存相同溫度的高溫介質(zhì)。另外，高溫介質(zhì)儲存罐21和高溫介質(zhì)儲存罐22具 有保溫構(gòu)造，用于保持所儲存的高溫介質(zhì)的溫度。此外，高溫介質(zhì)儲存罐21和高溫介質(zhì)儲 存罐22具有由壁面加熱器等構(gòu)成的介質(zhì)加熱器單元（介質(zhì)加熱單元）（未圖示），能夠加熱 所儲存的高溫介質(zhì)。
[0039] 在本實施方式中，如后所述，為了在高溫介質(zhì)儲存罐21與高溫介質(zhì)儲存罐22 之間輸送高溫介質(zhì)（見后述），優(yōu)選在進行等離子蝕刻處理之前只在高溫介質(zhì)儲存罐21 中儲存高溫介質(zhì)而高溫介質(zhì)儲存罐22中是空的。另外，例如使用GALDEN(注冊商標(biāo)）、 Fluorinert (注冊商標(biāo)）作為本實施方式所用的制冷劑、高溫介質(zhì)。特別是，由于制冷劑和 高溫介質(zhì)在制冷劑配管19、熱介質(zhì)流路15中可能混合，因此優(yōu)選使用相同物性的介質(zhì)。
[0040] 第一閥組23由配置在制冷劑配管19上的閥23a和配置在支管19a上的閥23b構(gòu) 成，在閥23a開放且閥23b關(guān)閉時，制冷劑供給裝置20與熱介質(zhì)流路15連通，在閥23a關(guān) 閉且閥23b開放時，高溫介質(zhì)儲存罐21與熱介質(zhì)流路15連通。另外，第二閥組24由配置 在制冷劑配管19上的閥24a和配置在支管19b上的閥24b構(gòu)成，在閥24a開放且閥24b關(guān) 閉時，制冷劑供給裝置20與熱介質(zhì)流路15連通，在閥24a關(guān)閉且閥24b開放時，高溫介質(zhì) 儲存罐22與熱介質(zhì)流路15連通。
[0041] 圖2是表示等離子蝕刻處理中的基座、加熱器單元和熱介質(zhì)流路的溫度與時間的 關(guān)系的圖表。在圖2中，實線表示基座12的溫度，雙點劃線表示加熱器單元14的輸出，點 劃線表示熱介質(zhì)流路15的溫度。
[0042] 如圖2所示，等離子蝕刻處理通常分為多個處理工序（P1、P2、P3、P4)，在各處理工 序中將晶圓W、基座12維持在期望的溫度（規(guī)定溫度）（溫度維持步驟）。但是，由于各處 理工序的期望的溫度不同，因此需要在兩個連續(xù)的處理工序之間進行使晶圓W、基座12的 溫度上升或下降的工序（Pu、Pdl、Pd2)(升溫步驟、降溫步驟）。
[0043] 當(dāng)將基座12的溫度維持在期望的溫度時（工序P1、P2、P3、P4)，向加熱器單元14 供電，且向熱介質(zhì)流路15供給制冷劑。此時，調(diào)整加熱器單元14的發(fā)熱量，以使來自等離 子體的熱量輸入量和加熱器單元14的熱量發(fā)出量的總和與在熱介質(zhì)流路15中流動的制冷 劑所吸收的熱量基本相等。例如，在來自等離子體的熱量輸入量過多的情況下，為了使來自 等離子體的熱量輸入量與在熱介質(zhì)流路15中流動的制冷劑所吸收的熱量基本相等，有時 使加熱器單元14停止工作。
[0044] 在使基座12的溫度下降時（工序Pdl、Pd2)，停止向加熱器單元14供電，并向熱 介質(zhì)流路15供給作為熱介質(zhì)的制冷劑。此時，由于加熱器單元14不發(fā)熱，因此在熱介質(zhì)流 路15中流動的制冷劑能夠高效吸收基座12的熱量而使基座12急速降溫。
[0045] 另一方面，在使基座12的溫度上升時（工序Pu)，向加熱器單元14供電而使加熱 器單元14發(fā)熱。但是，此時若在熱介質(zhì)流路15內(nèi)存在制冷劑，則加熱器單元14與熱介質(zhì) 流路15的溫度差變大，另外由于熱流的大小取決于溫度差，所以在熱介質(zhì)流路15中流動的 制冷劑所吸收的來自加熱器單元14的熱量變多。其結(jié)果，基座12的溫度上升需要時間。
[0046] 在本實施方式中，為了解決上述問題，在使加熱器單元14發(fā)熱而使基座12的溫度 上升時，作為熱介質(zhì)使高溫介質(zhì)而非制冷劑存在于熱介質(zhì)流路15中，從而能夠減小加熱器 單元14與熱介質(zhì)流路15的溫度差（參照圖2中的箭頭。）。由此，能夠抑制自加熱器單 元14發(fā)出的熱量的一部分被在熱介質(zhì)流路15中流動的制冷劑吸收，從而能夠?qū)碜约訜?器單元14的熱量高效地用于提高基座12的溫度。其結(jié)果，能夠使基座12的溫度快速上升 (參照圖2的粗實線）。另外，由于能夠使基座12的溫度快速上升，因此能夠縮短使加熱器 單元14的輸出增加的時間（參照圖2的粗雙點劃線），由此能夠節(jié)約相當(dāng)于圖中的斜線部 分的電力。
[0047] 接下來，說明本實施方式的基板載置臺的溫度控制方法。
[0048] 圖3是表示本實施方式的基板載置臺的溫度控制方法的工序圖。圖1的基板處理 裝置10的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)在圖2中的工序Pl、Pu、P2中執(zhí)行本溫度控制方法。
[0049] 首先，在工序P1(圖3的（a))中，使第一閥組23的閥23a開放且使閥23b關(guān)閉， 并使第二閥組24的閥24a開放且使閥24b關(guān)閉。因而，利用制冷劑供給裝置20將冷卻后 的作為熱介質(zhì)的制冷劑供給到熱介質(zhì)流路15中（參照圖中的箭頭。）。此時，加熱器單元 14發(fā)熱，但由于來自加熱器單元14的熱量的一部分被在熱介質(zhì)流路15中流動的制冷劑吸 收，因此基座12的溫度不上升而維持恒定。
[0050] 然后，在開始進行工序Pu時（參照圖3的（b))，使第一閥組23的閥23a關(guān)閉且 使閥23b開放，并使第二閥組24的閥24a關(guān)閉且使閥24b開放。由此，停止向熱介質(zhì)流路 15供給制冷劑，儲存在高溫介質(zhì)儲存罐21中的高溫介質(zhì)被供給到熱介質(zhì)流路15中，然后該 高溫介質(zhì)經(jīng)由該熱介質(zhì)流路15而被供給到高溫介質(zhì)儲存罐22中（參照圖中的箭頭）。此 時，加熱器單元14發(fā)熱，但在高溫介質(zhì)的作用下加熱器單元14與熱介質(zhì)流路15的溫度差 減小，因此能夠抑制自加熱器單元14發(fā)出的熱量的一部分被在熱介質(zhì)流路15中流動的高 溫介質(zhì)吸收。結(jié)果，能夠使基座12的溫度快速上升。
[0051] 然后，在規(guī)定的時間內(nèi)維持第一閥組23和第二閥組24的狀態(tài)不變，持續(xù)自高溫 介質(zhì)儲存罐21經(jīng)由熱介質(zhì)流路15向高溫介質(zhì)儲存罐22供給高溫介質(zhì)（參照圖3的（c)) (參照圖中的箭頭。）。在該期間內(nèi)，基座12的溫度持續(xù)急速上升。這里，由于高溫介質(zhì)在 熱介質(zhì)流路15等構(gòu)件中流動的期間內(nèi)放出熱量，因此被供給到高溫介質(zhì)儲存罐22中而儲 存起來的高溫介質(zhì)的溫度比之前儲存在高溫介質(zhì)儲存罐21中時的溫度（以下稱作"初期溫 度"）低。于是，高溫介質(zhì)儲存罐22利用介質(zhì)加熱器單元加熱所儲存的高溫介質(zhì)，使該高溫 介質(zhì)的溫度上升至初期溫度并維持在該初期溫度。
[0052] 然后，在基座12的溫度接近工序P2的期望溫度時，在工序Pu結(jié)束之前，使第一閥 組23的閥23a開放且使閥23b關(guān)閉，并使第二閥組24的閥24a開放且閥24b關(guān)閉。由此， 停止向熱介質(zhì)流路15供給高溫介質(zhì)，在制冷劑供給裝置20中冷卻了的制冷劑被供給到熱 介質(zhì)流路15中（參照圖3的（d))(參照圖中的箭頭。）。此時，由于來自加熱器單元14的 熱量的一部分被在熱介質(zhì)流路15中流動的制冷劑吸收，因此能夠可靠地防止過度加熱基 座12,從而能夠防止基座12的溫度超過（overshoot)工序P2的期望溫度。
[0053] 然后，在基座12的溫度到達工序P2的期望溫度時，轉(zhuǎn)向工序P2。
[0054] 圖4是表示在圖3的溫度控制方法之后執(zhí)行的基板載置臺的溫度控制方法的工序 圖。圖1的基板處理裝置10的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)在圖2的工序Pl、Pu、P2中執(zhí)行本溫度控制 方法。
[0055] 首先，在工序Pl(參照圖4的（a))中，使第一閥組23的閥23a開放且使閥23b關(guān) 閉，并使第二閥組24的閥24a開放且使閥24b關(guān)閉。由此，利用制冷劑供給裝置20將冷卻 后的制冷劑供給到熱介質(zhì)流路15中（參照圖中的箭頭。）。只是，與圖3的（a)的情況不 同，作為熱介質(zhì)的制冷劑是在制冷劑供給裝置20的作用下自出口 15b被供給到熱介質(zhì)流路 15中的，但無論制冷劑的流動方向如何，在熱介質(zhì)流路15中流動的制冷劑均能吸收自加熱 器單元14發(fā)出的熱量的一部分，因此基座12的溫度不上升而維持恒定。
[0056] 然后，在開始進行工序Pu時（參照圖4的（b))，使第一閥組23的閥23a關(guān)閉且使 閥23b開放，并使第二閥組24的閥24a關(guān)閉且使閥24b開放。因而，停止向熱介質(zhì)流路15 供給制冷劑，儲存在高溫介質(zhì)儲存罐22中的高溫介質(zhì)經(jīng)由出口 15b被供給到熱介質(zhì)流路15 中，然后該高溫介質(zhì)經(jīng)由該熱介質(zhì)流路15而被供給到高溫介質(zhì)儲存罐21中（參照圖中的 箭頭。）。這里，如上所述，由于利用介質(zhì)加熱器單元使被儲存在高溫介質(zhì)儲存罐22中的高 溫介質(zhì)的溫度提高至初期溫度，因此加熱器單元14與供高溫介質(zhì)流動的熱介質(zhì)流路15的 溫度差減小。其結(jié)果，能夠使基座12的溫度快速上升。
[0057] 然后，在規(guī)定的時間內(nèi)維持第一閥組23和第二閥組24的狀態(tài)不變（參照圖4的 (c))，因此基座12的溫度持續(xù)急速上升。此時，利用介質(zhì)加熱器單元對被供給到高溫介質(zhì) 儲存罐21并儲存起來的高溫介質(zhì)進行加熱，從而使該高溫介質(zhì)的溫度上升至初期溫度并 維持在該初期溫度。
[0058] 然后，在基座12的溫度接近工序P2的期望溫度時，在工序Pu結(jié)束之前，使第一閥 組23的閥23a開放且使閥23b關(guān)閉，并使第二閥組24的閥24a開放且閥24b關(guān)閉。由此， 能夠防止基座12的溫度超過工序P2的期望溫度。
[0059] 然后，在基座12的溫度到達工序P2的期望溫度時，開始執(zhí)行工序P2。
[0060] 另外，在上述圖3和圖4的基板載置臺的溫度控制方法中，假設(shè)的是自高溫介質(zhì)儲 存罐21、22中的一個向另一個高溫介質(zhì)儲存罐供給高溫介質(zhì)、直到該一個高溫介質(zhì)儲存罐 變空為止的情況，但也可以不用持續(xù)地供給高溫介質(zhì)至高溫介質(zhì)儲存罐21、22中的一個變 空，例如也可以在高溫介質(zhì)儲存罐21、22中的一個殘留有規(guī)定量的高溫介質(zhì)時停止供給高 溫介質(zhì)。在該情況下，將殘留在高溫介質(zhì)儲存罐21、22中的一個的高溫介質(zhì)經(jīng)由未圖示的 旁路直接輸送到另一個高溫介質(zhì)儲存罐中。
[0061] 為了確認(rèn)本發(fā)明的基板載置臺的溫度控制方法的作用、效果，本發(fā)明人在圖3和 圖4的基板載置臺的溫度控制方法中，將基座12的體積設(shè)定為0. 00398m3、將比熱設(shè)定為 900J/kg · k、將比重設(shè)定為2700kg/m3、將熱介質(zhì)流路15的表面積設(shè)定為0. 16m2、將熱介質(zhì) 流路15中的制冷劑（高溫介質(zhì)）與基座12的傳熱面的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)定為4300W/m 2 ·Κ、將基 座12的熱容設(shè)定為9671. 4J/k，通過每經(jīng)過比較短的規(guī)定時間就計算出基座12的溫度而對 圖3的基板載置臺的溫度控制方法中的工序Pu中基座12的溫度上升進行模擬，在圖5的 圖表中以"·"表示該結(jié)果（實施例）。另外，以同樣的方法對在工序Pu中始終自制冷劑供 給裝置20向熱介質(zhì)流路15供給制冷劑的情況下的基座12的溫度上升進行模擬，在圖5的 圖表中以" X "表示該結(jié)果（比較例）。
[0062] 從圖5的圖表可清楚得知，與比較例相比，在實施例中能夠使基座12的溫度更快 速上升。
[0063] 采用圖3和圖4的基板載置臺的溫度控制方法，在加熱器單元14發(fā)熱時（工序 Pu)，停止向熱介質(zhì)流路15供給制冷劑，而是向熱介質(zhì)流路15供給高溫介質(zhì)。由此，能夠抑 制自加熱器單元14發(fā)出的熱量的一部分被在熱介質(zhì)流路15中流動的制冷劑介質(zhì)吸收，因 此能夠使基座12、以至晶圓W的溫度快速上升，并且能夠減少熱能的損失。
[0064] 在圖3和圖4的基板載置臺的溫度控制方法中，在工序Pu中，將高溫介質(zhì)自高溫 介質(zhì)儲存罐21經(jīng)由熱介質(zhì)流路15供給到高溫介質(zhì)儲存罐22中，然后在下一個工序Pu中， 自在前一個工序Pu中儲存有高溫介質(zhì)的高溫介質(zhì)儲存罐22將高溫介質(zhì)經(jīng)由熱介質(zhì)流路15 供給到高溫介質(zhì)儲存罐21中，因此能夠重復(fù)利用溫度未明顯下降的高溫介質(zhì)。其結(jié)果，不 用使低溫的熱介質(zhì)上升至初期溫度而成為高溫介質(zhì)，由此，能夠節(jié)約熱能。
[0065] 另外，在圖3和圖4的基板載置臺的溫度控制方法中，依據(jù)工序的不同而使用不同 的介質(zhì)。詳細(xì)而言，在將基座12的溫度維持在期望溫度時（工序？1、？21314)、以及使基 座12的溫度下降時（工序Pdl、Pd2)，自制冷劑供給裝置20向熱介質(zhì)流路15供給制冷劑， 在加熱器單元14發(fā)熱時（工序Pu)，自高溫介質(zhì)儲存罐21、22向熱介質(zhì)流路15供給高溫介 質(zhì)。由此，能夠迅速改變熱介質(zhì)流路15的溫度。
[0066] 在圖3和圖4的基板載置臺的溫度控制方法中，優(yōu)選在開始進行等離子蝕刻處理 之前將高溫介質(zhì)儲存在高溫介質(zhì)儲存罐21中時的該高溫介質(zhì)溫度、即初期溫度為等離子 蝕刻處理的工序P2中的基座12的期望溫度以下的溫度。由此，能夠可靠地防止在工序Pu 中高溫介質(zhì)過度加熱基座12而使該基座12的溫度超過上述期望溫度。
[0067] 上述圖1的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)包括兩個高溫介質(zhì)儲存罐21、22,但制冷劑循環(huán)系統(tǒng) 只要能向熱介質(zhì)流路15供給高溫介質(zhì)即可，其也可以不包括兩個高溫介質(zhì)儲存罐。
[0068] 例如，如圖6的（a)所示，制冷劑循環(huán)系統(tǒng)也可以只具備與制冷劑配管19的支管 19a相連接的一個高溫介質(zhì)儲存罐21。在該情況下，在工序Pu中使第一閥組23的閥23a 關(guān)閉且使閥23b開放，從而將儲存在高溫介質(zhì)儲存罐21中的高溫介質(zhì)供給到熱介質(zhì)流路15 中，流過熱介質(zhì)流路15的高溫介質(zhì)自出口 15b流出到制冷劑配管19中，然后不再流向其他 構(gòu)件而停留在制冷劑配管19內(nèi)。之后，在工序P2中使第一閥組23的閥23a、23b都開放，從 而在制冷劑供給裝置20中冷卻后的制冷劑不僅被供給到熱介質(zhì)流路15中、而且還被供給 到高溫介質(zhì)儲存罐21中。高溫介質(zhì)儲存罐21儲存被供給的制冷劑，且利用介質(zhì)加熱器單 元加熱所儲存的制冷劑，從而使該制冷劑的溫度上升至初期溫度并維持在該初期溫度。將 溫度上升至初期溫度的制冷劑（高溫介質(zhì)）在下一個工序Pu中自高溫介質(zhì)儲存罐21供給 到熱介質(zhì)流路15中。
[0069] 另外，例如如圖6的（b)所示，制冷劑循環(huán)系統(tǒng)也可以不具有高溫介質(zhì)儲存罐，而 是只在制冷劑配管19中的熱介質(zhì)流路15的入口 15a附近具備急速加熱器25。在該情況 下，通過在工序Pu中只使急速加熱器25進行動作，就能急速加熱在制冷劑供給裝置20中 冷卻了的制冷劑而使該制冷機的溫度上升至初期溫度。從而溫度上升至初期溫度的制冷劑 (高溫介質(zhì)）被供給到熱介質(zhì)流路15中。
[0070] 另外，在上述實施方式中，被實施等離子蝕刻處理的基板并不限定于半導(dǎo)體器件 用晶圓，也可以是具有LCD(Liquid Crystal Display,液晶顯示器）等的FPD(Flat Panel Display，平板顯示器）等所用的各種基板、光掩膜、CD基板、印刷基板等。
【權(quán)利要求】
1. 一種基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)，該基板載置臺用于載置被實施規(guī)定處理的基板且 內(nèi)置有加熱單元和熱介質(zhì)流路，其特征在于， 該溫度控制系統(tǒng)包括： 熱介質(zhì)供給裝置，其與上述熱介質(zhì)流路相連接而將第一溫度的第一熱介質(zhì)供給到上述 熱介質(zhì)流路中； 熱介質(zhì)儲存裝置，其配置在上述熱介質(zhì)流路與上述熱介質(zhì)供給裝置之間，用于儲存溫 度比上述第一溫度高的第二溫度的第二熱介質(zhì)； 熱介質(zhì)供給控制裝置，其配置在上述熱介質(zhì)供給裝置與上述熱介質(zhì)流路之間、以及上 述熱介質(zhì)儲存裝置與上述熱介質(zhì)流路之間，該熱介質(zhì)供給控制裝置進行如下控制：在上述 加熱單元發(fā)熱時，停止自上述熱介質(zhì)供給裝置向上述熱介質(zhì)流路供給上述第一熱介質(zhì)、且 自上述熱介質(zhì)儲存裝置向上述熱介質(zhì)流路供給上述第二熱介質(zhì)。 上述熱介質(zhì)流路具有入口和出口； 兩個上述熱介質(zhì)儲存裝置分別配置在上述熱介質(zhì)流路的入口與上述熱介質(zhì)供給裝置 之間、以及上述熱介質(zhì)流路的出口與上述熱介質(zhì)供給裝置之間； 上述熱介質(zhì)供給控制裝置進行如下控制：在上述加熱單元發(fā)熱時，將上述第二熱介質(zhì) 自一個上述熱介質(zhì)儲存裝置經(jīng)由上述熱介質(zhì)流路供給到另一個上述熱介質(zhì)儲存裝置中，在 上述加熱單元下一次發(fā)熱時，將上述第二熱介質(zhì)自上述另一個熱介質(zhì)儲存裝置經(jīng)由上述熱 介質(zhì)流路供給到上述一個熱介質(zhì)儲存裝置中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 上述熱介質(zhì)儲存裝置具有用于對上述熱介質(zhì)儲存裝置所儲存的上述第二熱介質(zhì)進行 加熱的介質(zhì)加熱單元。
3. -種基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)，該基板載置臺用于載置被實施規(guī)定處理的基板且 內(nèi)置有加熱單元和熱介質(zhì)流路，其特征在于， 該溫度控制系統(tǒng)包括： 熱介質(zhì)供給裝置，其與上述熱介質(zhì)流路相連接而將第一溫度的第一熱介質(zhì)供給到上述 熱介質(zhì)流路中； 熱介質(zhì)儲存裝置，其配置在上述熱介質(zhì)流路與上述熱介質(zhì)供給裝置之間，用于儲存溫 度比上述第一溫度高的第二溫度的第二熱介質(zhì)； 熱介質(zhì)供給控制裝置，其配置在上述熱介質(zhì)供給裝置與上述熱介質(zhì)流路之間、以及上 述熱介質(zhì)儲存裝置與上述熱介質(zhì)流路之間，該熱介質(zhì)供給控制裝置進行如下控制：在上述 加熱單元發(fā)熱時，停止自上述熱介質(zhì)供給裝置向上述熱介質(zhì)流路供給上述第一熱介質(zhì)、且 自上述熱介質(zhì)儲存裝置向上述熱介質(zhì)流路供給上述第二熱介質(zhì)。 上述熱介質(zhì)儲存裝置具有用于對上述熱介質(zhì)儲存裝置所儲存的上述第二熱介質(zhì)進行 加熱的介質(zhì)加熱單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項所述的基板載置臺的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 上述第二溫度為上述規(guī)定處理中的上述基板載置臺的期望溫度以下的溫度。
5. -種基板載置臺的溫度控制方法，該基板載置臺用于載置被實施規(guī)定處理的基板且 內(nèi)置有加熱單元和熱介質(zhì)流路，其特征在于， 該溫度控制方法包括： 升溫步驟，在該步驟中使上述加熱單元發(fā)熱而使上述基板載置臺的溫度上升； 溫度維持步驟，在該步驟中使上述基板載置臺的溫度維持在規(guī)定溫度； 降溫步驟，在該步驟中使上述基板載置臺的溫度下降， 在上述溫度維持步驟和上述降溫步驟中，將第一溫度的第一熱介質(zhì)供給到上述熱介質(zhì) 流路中， 在上述升溫步驟中，停止向上述熱介質(zhì)流路供給上述第一熱介質(zhì)、且向上述熱介質(zhì)流 路供給溫度比第一溫度高的第二溫度的第二熱介質(zhì)。 在上述溫度維持步驟和上述降溫步驟中，與上述熱介質(zhì)流路相連接的熱介質(zhì)供給裝置 將上述第一熱介質(zhì)供給到上述熱介質(zhì)流路中； 在上述升溫步驟中，配置在上述熱介質(zhì)流路與上述熱介質(zhì)供給裝置之間且用于儲存上 述第二熱介質(zhì)的熱介質(zhì)儲存裝置將上述第二熱介質(zhì)供給到上述熱介質(zhì)流路中。 上述熱介質(zhì)流路具有入口和出口； 兩個上述熱介質(zhì)儲存裝置分別配置在上述熱介質(zhì)流路的入口與上述熱介質(zhì)供給裝置 之間、以及上述熱介質(zhì)流路的出口與上述熱介質(zhì)供給裝置之間； 在上述升溫步驟中，一個上述熱介質(zhì)儲存裝置將上述第二熱介質(zhì)經(jīng)由上述熱介質(zhì)流路 而供給到另一個上述熱介質(zhì)儲存裝置中； 在下一次的上述升溫步驟中，上述另一個熱介質(zhì)儲存裝置將上述第二熱介質(zhì)經(jīng)由上述 熱介質(zhì)流路而供給到上述一個熱介質(zhì)儲存裝置中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基板載置臺的溫度控制方法，其特征在于， 上述第二溫度為上述規(guī)定處理中的上述基板載置臺的期望溫度以下的溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基板載置臺的溫度控制方法，其特征在于， 在上述升溫步驟中，在該升溫步驟結(jié)束前，停止向上述熱介質(zhì)流路供給上述第二熱介 質(zhì)，而且向上述熱介質(zhì)流路供給上述第一熱介質(zhì)。
【文檔編號】C23C16/46GK104120409SQ201410328055
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2009年10月14日
【發(fā)明者】佐佐木康晴, 野中龍, 長山將之 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社