(57)【要約】【課題】載置台の載置面での温度分布の均一性を向上する。【解決手段】真空処理装置は、熱源からの熱を受ける受熱面を有する受熱部材と、受熱面に沿って受熱部材の内部に形成され、冷媒が通流する冷媒流路と、を有し、冷媒流路は、受熱面側に配置される第１の内壁面と交差する一対の第２の内壁面に、冷媒の進行方向に対して第１の内壁面側へ傾斜する方向に延在する第１の溝部を有する。【選択図】図３
2020088377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源からの熱を受ける受熱面を有する受熱部材と、
前記受熱面に沿って前記受熱部材の内部に形成され、冷媒が通流する冷媒流路と、
を有し、
前記冷媒流路は、前記受熱面側に配置される第１の内壁面と交差する一対の第２の内壁面に、前記冷媒の進行方向に対して前記第１の内壁面側へ傾斜する方向に延在する第１の溝部を有する
ことを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記第１の溝部は、前記冷媒流路の前記第１の内壁面へ向かって前記第１の内壁面に到達しない長さで延在し、前記第１の内壁面との間に所定幅の隙間を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記第１の溝部は、各前記第２の内壁面に設けられた複数の凸部の間に形成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記冷媒流路は、前記第１の内壁面と対向する第３の内壁面に、前記冷媒の進行方向に沿った中心線から当該中心線を挟む前記第２の内壁面まで延在し、前記第１の溝部に接続する第２の溝部を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記第２の溝部は、前記第３の内壁面に設けられた複数の凸部の間に形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記冷媒流路は、前記第２の内壁面に、複数の前記第１の溝部を有し、
前記冷媒の進行方向に対する、各前記第１の溝部の傾斜角度は、各前記第１の溝部よりも前記冷媒の進行方向の上流側に位置する前記第１の溝部の傾斜角度以上である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項７】
前記冷媒流路は、前記第２の内壁面に、複数の前記第１の溝部を有し、
各前記第１の溝部の深さは、各前記第１の溝部よりも前記冷媒の進行方向の上流側に位置する前記第１の溝部の深さ以下である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項８】
前記冷媒流路は、前記第２の内壁面に、複数の前記第１の溝部を有し、
各前記第１の溝部の深さは、各前記第１の溝部よりも前記第１の内壁面から遠い各前記第１の溝部の深さ以上である
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項９】
前記冷媒流路の前記第１の内壁面は、前記冷媒の液膜に対する表面張力、濡れ性及び親水性の少なくともいずれか一つが前記一対の第２の内壁面よりも大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１０】
前記冷媒流路は、前記第１の内壁面に、凹凸部、多孔質層又は複数の突起部を有する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１１】
前記冷媒流路を前記冷媒の進行方向から見た場合の断面形状は、円形状、楕円形状又は多角形状である
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１２】
熱源からの熱を受ける受熱面を有する受熱部材と、
前記受熱面に沿って前記受熱部材の内部に形成され、冷媒が通流する冷媒流路と、
を有し、
前記冷媒流路は、前記受熱面側に配置される第１の内壁面と交差する一対の第２の内壁面に、前記冷媒の進行方向に対して前記第１の内壁面側へ傾斜する方向にドット状に配列される複数の突起部を有する
ことを特徴とする真空処理装置。
【請求項１３】
前記受熱部材は、プラズマ処理の対象となる被処理体が載置される載置面を有する載置台であり、
前記受熱面は、前記載置台の載置面である
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１４】
前記受熱部材は、プラズマに面する天板が支持される支持面を有する支持部材であり、
前記受熱面は、前記支持部材の支持面である
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１５】
前記受熱部材は、プラズマに面する内側面を有する、処理容器の側壁であり、
前記受熱面は、前記処理容器の側壁の内側面である
ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１６】
前記熱源は、プラズマである
ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１７】
前記熱源は、前記受熱部材の受熱面と前記冷媒流路との間に配置されるヒータである
ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【請求項１８】
前記冷媒は、気液二相状態の冷媒、液相状態の冷媒又は気相状態の冷媒である
ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、真空処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、真空環境下で、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）等の被処理体に対して所定の処理を行う真空処理装置が知られている。例えば、真空処理装置としては、被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、被処理体の温度制御を行うために、被処理体が載置される載置面に沿って載置台の内部に冷媒流路が形成される。また、載置台の内部の冷媒流路に気液二相状態の冷媒を通流させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７２５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、載置台の載置面での温度分布の均一性を向上することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による真空処理装置は、熱源からの熱を受ける受熱面を有する受熱部材と、前記受熱面に沿って前記受熱部材の内部に形成され、冷媒が通流する冷媒流路と、を有し、前記冷媒流路は、前記受熱面側に配置される第１の内壁面と交差する一対の第２の内壁面に、前記冷媒の進行方向に対して前記第１の内壁面側へ傾斜する方向に延在する第１の溝部を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、載置台の載置面での温度分布の均一性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る載置台の要部構成の一例を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態における冷媒流路を展開して示す展開図である。
【図４】図４は、冷媒流路を通流する冷媒の様子を模式的に示す説明図である。
【図５】図５は、冷媒流路を通流する冷媒の様子を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は、第２実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す斜視図である。
【図７】図７は、第２実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す側面図である。
【図８】図８は、第３実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す斜視図である。
【図９】図９は、第３実施形態における冷媒流路を展開して示す展開図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す側面図である。
【図１１】図１１は、第５実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、第６実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す断面図である。
【図１３】図１３は、他の実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す斜視図である。
【図１４】図１４は、他の実施形態における冷媒流路の内部を模式的に示す側面図である。
【図１５】図１５は、第８実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。
【図１６】図１６は、第８実施形態に係るシャワーヘッドの要部構成の一例を示す概略断面図である。
【図１７】図１７は、第８実施形態における冷媒流路を展開して示す展開図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。以下では、真空処理装置の一例として、プラズマ処理装置を用いて実施形態を説明する。
【０００９】
従来から、半導体ウエハなどの被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、被処理体の温度制御を行うために、被処理体が載置される載置面に沿って載置台の内部に冷媒流路が形成される。また、載置台の内部の冷媒流路に気液二相状態の冷媒を通流させる技術が提案されている。
【００１０】
ところで、プラズマ処理装置では、載置台の内部の冷媒流路に気液二相状態の冷媒を通流させる場合、冷媒流路の全ての壁面が冷媒の液膜によって覆われる環状流を形成することが好ましい。しかしながら、載置台の載置面が重力に対して水平かつ上向きになるように載置台が設置されている場合、載置台の内部の冷媒流路のうち水平方向に冷媒が通流している箇所において、冷媒の液膜は、重力の影響によって、載置台の載置面側に配置された冷媒流路の天井面から該天井面と対向する底面に移動する。冷媒の液膜が載置台の載置面側に配置された冷媒流路の天井面から底面に移動すると、冷媒流路の天井面における冷媒の液膜の厚みが薄くなってしまう。その上、載置台の載置面側にプラズマを生成するため、プラズマからの入熱によって、冷媒流路の天井面において冷媒の蒸発が促進される。そのため、冷媒流路の天井面での冷媒の液膜が消失するドライアウトが発生する場合がある。プラズマ処理装置では、冷媒流路の天井面でドライアウトが発生すると、冷媒の熱伝達率が局所的に低下するので、載置台の載置面での温度分布の均一性が損なわれる虞がある。
【００１１】
（第１実施形態）
［プラズマ処理装置の構成］
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。処理容器１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１内には、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は、基台２ａ及び静電チャック（ＥＳＣ:Electrostatic  chuck）６を含んでいる。静電チャック６は、基板載置部材に対応し、基台２ａは、支持部材に対応する。
【００１２】
基台２ａは、略円柱状に形成され、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されている。基台２ａは、下部電極としての機能を有する。基台２ａは、支持台４に支持されている。支持台４は、例えば石英等からなる支持部材３に支持されている。基台２ａ及び支持台４の周囲には、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
【００１３】
基台２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が載置台２の基台２ａに供給されるように構成されている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が載置台２の基台２ａに供給されるように構成されている。
【００１４】
静電チャック６は、上面が平坦な円盤状に形成され、当該上面がウエハＷが載置される載置面６ｅとされている。静電チャック６は、絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷが吸着されるよう構成されている。
【００１５】
また、静電チャック６の外側には、環状のエッジリング５が設けられている。エッジリング５は、例えば、単結晶シリコンで形成されており、基台２ａに支持されている。なお、エッジリング５は、フォーカスリングとも呼ばれる。
【００１６】
基台２ａの内部には、冷媒流路２ｄが形成されている。冷媒流路２ｄの一方の端部には、冷媒入口配管２ｂが接続され、他方の端部には、冷媒出口配管２ｃが接続されている。冷媒流路２ｄは、冷媒入口配管２ｂ及び冷媒出口配管２ｃを介して、処理容器１の外部に設けられた熱交換器、圧縮機、凝縮器及び膨張弁に接続され、気液二相状態の冷媒が循環される。すなわち、基台２ａにおいて、冷媒流路２ｄ、冷媒入口配管２ｂ、冷媒出口配管２ｃ、熱交換器、圧縮機、凝縮器及び膨張弁などによる直膨式冷媒循環システムが構築されている。プラズマ処理装置１００では、載置台２の内部の冷媒流路２ｄに気液二相状態の冷媒を通流させ、該冷媒の液膜が蒸発する際の潜熱によって載置台２の冷却が行われる。これにより、載置台２の載置面６ｅが所定の温度に制御される。
【００１７】
なお、プラズマ処理装置１００は、ウエハＷの裏面側に冷熱伝達用ガスを供給して温度を個別に制御可能な構成としてもよい。例えば、載置台２等を貫通するように、ウエハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管が設けられてもよい。ガス供給管は、図示しないガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウエハＷを、所定の温度に制御する。
【００１８】
一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。
【００１９】
シャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、支持部材１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。支持部材１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下面が上部天板１６ｂが着脱自在に支持される支持面１６ａ−１とされている。
【００２０】
支持部材１６ａは、内部にガス拡散室１６ｃが設けられている。また、支持部材１６ａは、ガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、底部に、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂは、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
【００２１】
支持部材１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。ガス導入口１６ｇには、ガス供給配管１５ａの一端が接続されている。このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源（ガス供給部）１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。ガス拡散室１６ｃには、ガス供給配管１５ａを介して、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが供給される。処理容器１内には、ガス拡散室１６ｃからガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して、シャワー状に分散されて処理ガスが供給される。
【００２２】
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部９０によって制御される。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部９０によりオン・オフスイッチ７３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
【００２３】
処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【００２４】
処理容器１の底部には、排気口８１が形成されている。排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウエハＷの搬入出口８４が設けられており、この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。
【００２５】
処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウエハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、内壁部材３ａに沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在とされている。
【００２６】
上記構成のプラズマ処理装置１００は、制御部９０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部９０には、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置１００の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。
【００２７】
ユーザインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００２８】
記憶部９３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用することも可能である。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。
【００２９】
［載置台の要部構成］
次に、図２を参照して、載置台２の要部構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る載置台２の要部構成の一例を示す概略断面図である。
【００３０】
載置台２は、基台２ａと静電チャック６とを有する。静電チャック６は、円板状に形成され、基台２ａと同軸となるように設けられている。静電チャック６の上面は、ウエハＷが載置される載置面６ｅとされている。載置面６ｅは、熱源であるプラズマからの熱を受ける。載置面６ｅは、受熱面の一例であり、載置台２は、受熱部材の一例である。
【００３１】
基台２ａの内部には、載置面６ｅに沿って冷媒流路２ｄが形成されている。冷媒流路２ｄには、冷媒入口配管２ｂ及び冷媒出口配管２ｃが基台２ａの載置面６ｅに対する裏面側から接続されている。冷媒入口配管２ｂは、冷媒流路２ｄに気液二相状態の冷媒を導入し、冷媒出口配管２ｃは、冷媒流路２ｄを通流する冷媒を排出する。冷媒流路２ｄを冷媒の進行方向から見た場合の断面形状は、例えば、四角形状である。本実施形態では、冷媒流路２ｄは、冷媒の進行方向から見た場合に、載置面６ｅ側に配置される天井面２ｅと、天井面２ｅに対向する底面２ｆと、天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇとを含む四角形状に形成されている。天井面２ｅは、第１の内壁面の一例であり、内側面２ｇは、第２の内壁面の一例であり、底面２ｆは、第３の内壁面の一例である。
【００３２】
冷媒流路２ｄは、載置面６ｅ側に配置される天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して天井面２ｅ側へ傾斜する方向に延在する複数の第１の溝部１０１を有する。本実施形態では、複数の第１の溝部１０１は、冷媒の進行方向に対して斜め上向きに延在している。以下、複数の第１の溝部１０１を特に区別しない場合にこれらをまとめて「第１の溝部１０１」と適宜表記する。
【００３３】
図３は、第１実施形態における冷媒流路２ｄを展開して示す展開図である。図３では、冷媒流路２ｄを天井面２ｅの中心線から切り開いて、天井面２ｅ、底面２ｆ及び一対の内側面２ｇを同一平面上に展開した状態を示している。図３に示すように、冷媒流路２ｄは、一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対して斜め上向きに延在する第１の溝部１０１を有する。本実施形態では、第１の溝部１０１は、冷媒流路２ｄの底面２ｆから天井面２ｅへ向かって延在している。
【００３４】
ところで、プラズマ処理装置１００では、載置台２の内部の冷媒流路２ｄに気液二相状態の冷媒を通流させる場合、冷媒流路２ｄの全ての壁面が冷媒の液膜によって覆われる環状流を形成することが好ましい。例えば、冷媒流路２ｄの天井面２ｅ、底面２ｆ及び一対の内側面２ｇが冷媒の液膜によって覆われることが好ましい。しかしながら、水平方向に通流する冷媒の液膜は、重力の影響によって、載置台２の載置面６ｅ側に配置された冷媒流路２ｄの天井面２ｅから該天井面２ｅと対向する底面２ｆに移動する。冷媒の液膜が載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅから底面２ｆに移動すると、冷媒流路２ｄの天井面２ｅにおける冷媒の液膜の厚みが薄くなってしまう。その上、プラズマが載置台２の載置面６ｅ側で生成されると、プラズマからの入熱によって、冷媒流路２ｄの天井面２ｅにおいて冷媒の蒸発が促進される。そのため、冷媒流路２ｄの天井面２ｅでの冷媒の液膜が消失するドライアウトが発生する場合がある。プラズマ処理装置１００では、冷媒流路２ｄの天井面２ｅでドライアウトが発生すると、冷媒の熱伝達率が局所的に低下するので、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性が損なわれる虞がある。
【００３５】
そこで、プラズマ処理装置１００では、図２及び図３に示したように、冷媒流路２ｄの、天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して斜め上向きに延在する第１の溝部１０１を形成している。
【００３６】
［第１の溝部１０１による冷媒流路２ｄの流動様式の変化の例］
図４及び図５を用いて、冷媒流路２ｄの、天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに第１の溝部１０１を形成したことによる冷媒流路２ｄの流動様式の変化を説明する。図４及び図５は、冷媒流路２ｄを通流する冷媒の様子を模式的に示す説明図である。図４では、冷媒流路２ｄの、天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに第１の溝部１０１が無い状態を示している。図５では、冷媒流路２ｄの、天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに第１の溝部１０１がある状態を示している。なお、図４及び図５において、気液二相状態の冷媒が、左側から右側に向かって通流しているものとする。
【００３７】
図４に示すように、気液二相状態の冷媒が載置台２の内部の冷媒流路２ｄを水平方向に通流する場合、冷媒の液膜は、重力の影響によって、載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅから底面２ｆに移動する。図４の下側には、冷媒流路２ｄに関して、冷媒の進行方向と直交する３つの断面（Ｏ−Ｏ断面、Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面）における冷媒の様子がそれぞれ示されている。冷媒の液膜は、冷媒が下流側へ通流するにつれて、載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅから底面２ｆに移動する。冷媒の液膜が載置台２の載置面６ｅ側に配置された冷媒流路２ｄの天井面２ｅから底面２ｆに移動すると、冷媒流路２ｄの天井面２ｅにおける冷媒の液膜の厚みが薄くなってしまう。その上、プラズマが冷媒流路２ｄの上方で生成されると、プラズマからの入熱によって、天井面２ｅにおいて冷媒の蒸発が促進さる。そのため、冷媒流路２ｄの天井面２ｅでの冷媒の液膜が消失するドライアウトが発生する。図４の例では、Ｂ−Ｂ断面において、天井面２ｅでのドライアウトが発生した状態が示されている。天井面２ｅでドライアウトが発生すると、冷媒流路２ｄのＢ−Ｂ断面よりも下流側に位置する領域において、冷媒の熱伝達率が局所的に低下するので、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性が損なわれる。
【００３８】
一方、図５に示すように、冷媒流路２ｄの、天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに第１の溝部１０１がある場合、第１の溝部１０１は、重力に逆らって、冷媒の液膜を底面２ｆから天井面２ｅに移動させる。すなわち、第１の溝部１０１は、冷媒の液膜を天井面２ｅに輸送する。これにより、冷媒流路２ｄの天井面２ｅにおける冷媒の液膜の厚みは増加する。第１の溝部１０１により冷媒の液膜が天井面２ｅに輸送されることで、プラズマからの入熱によって天井面２ｅにおいて冷媒が蒸発する場合でも、天井面２ｅに冷媒の液膜が補給される。これにより、載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅでのドライアウトの発生が抑制され、冷媒の熱伝達率の低下が抑制される。その結果、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性を向上することができる。
【００３９】
なお、第１の溝部１０１を有する一対の内側面２ｇの表面状態は、冷媒の液膜に対して、表面張力や摩擦係数が低く、且つ撥水性が高い状態であることが望ましい。撥水性と濡れ性や親水性とは反比例の関係である。これにより、冷媒流路２ｄに冷媒を通流させる際の抵抗が下がるので、冷媒の圧力損失をより低減することができる。
【００４０】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、載置台２と、冷媒流路２ｄとを有する。載置台２は、プラズマ処理の対象となるウエハＷが載置される載置面６ｅを有する。冷媒流路２ｄは、載置面６ｅに沿って載置台２の内部に形成され、気液二相状態の冷媒が通流する。冷媒流路２ｄは、載置面６ｅ側に配置される天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して斜め上向きに延在する第１の溝部１０１を有する。これにより、プラズマ処理装置１００は、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性を向上することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
第２実施形態は、冷媒流路２ｄにおける第１の溝部１０１の長さのバリエーションに関する。
【００４２】
図６は、第２実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す斜視図である。図７は、第２実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す側面図である。なお、図６では、説明の便宜上、冷媒流路２ｄの天井面２ｅ及び一方の内側面２ｇが省略されている。図６及び図７に示すように、冷媒流路２ｄは、一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対して斜め上向きに延在する第１の溝部１０１を有する。第１の溝部１０１は、各内側面２ｇに設けられた複数の凸部１０４の間に形成される。第１の溝部１０１は、一対の内側面２ｇに対して複数の凸部１０４を形成するように切削加工することによって形成してもよいし、一対の内側面２ｇに対して別の部材として複数の凸部１０４を設置することよって形成してもよい。第１の溝部１０１は、冷媒流路２ｄの底面２ｆから天井面２ｅへ向かって天井面２ｅに到達しない長さで延在し、天井面２ｅとの間に所定幅ｄ１の隙間を形成している。第１の溝部１０１と天井面２ｅとの間に所定幅ｄ１の隙間が形成されることで、第１の溝部１０１から天井面２ｅに輸送される冷媒の液膜が該隙間を冷媒の進行方向（矢印の方向）に沿って円滑に通過する。これにより、冷媒の圧力損失を低減することができる。
【００４３】
第１の溝部１０１と天井面２ｅとの間の隙間の幅ｄ１が、第１の溝部１０１の深さｈに対して小さ過ぎる場合、該隙間を通過する冷媒の液膜が減少してしまう。そこで、第１の溝部１０１と天井面２ｅとの間の隙間の幅ｄ１は、第１の溝部１０１の深さｈ以上であることが好ましい。これにより、第１の溝部１０１と天井面２ｅとの間の隙間を通過する冷媒の液膜が増加するので、冷媒の圧力損失をより低減することができる。
【００４４】
また、第１の溝部１０１と天井面２ｅとの間の隙間の幅ｄ１が、第１の溝部１０１の幅ｄ２に対して大き過ぎる場合や、第１の溝部１０１の幅ｄ２に対して小さ過ぎる場合、該隙間を通過する冷媒の液膜が減少してしまう。そこで、幅ｄ１及び幅ｄ２は、０．５＜ｄ２／ｄ１＜２を満たすことが好ましい。これにより、第１の溝部１０１と天井面２ｅとの間の隙間を通過する冷媒の液膜が増加するので、冷媒の圧力損失をより低減することができる。
【００４５】
なお、第１の溝部１０１及び凸部１０４を有する一対の内側面２ｇの表面状態は、冷媒の液膜に対して、表面張力や摩擦係数が低く、且つ撥水性が高い状態であることが望ましい。これにより、冷媒流路２ｄに冷媒を通流させる際の抵抗が下がるので、冷媒の圧力損失をより低減することができる。
【００４６】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、第１の溝部１０１は、天井面２ｅへ向かって天井面２ｅに到達しない長さで延在し、天井面２ｅとの間に所定幅ｄ１の隙間を形成している。これにより、冷媒の圧力損失を低減することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、冷媒流路２ｄの底面２ｆに第２の溝部を有する点を除き、上記第２実施形態に係るプラズマ処理装置１００と同様の構成を有する。
【００４８】
図８は、第３実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す斜視図である。図９は、第３実施形態における冷媒流路２ｄを展開して示す展開図である。なお、図８では、説明の便宜上、冷媒流路２ｄの天井面２ｅ及び一方の内側面２ｇが省略されている。また、図９では、冷媒流路２ｄを天井面２ｅの中心線から切り開いて、天井面２ｅ、底面２ｆ及び一対の内側面２ｇを同一平面上に展開した状態を示している。図８及び図９に示すように、冷媒流路２ｄは、一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対して斜め上向きに延在する第１の溝部１０１を有する。第１の溝部１０１は、各内側面２ｇに設けられた複数の凸部１０４の間に形成されている。第１の溝部１０１は、一対の内側面２ｇに対して複数の凸部１０４を形成するように切削加工することによって形成してもよいし、一対の内側面２ｇに対して別の部材として複数の凸部１０４を設置することよって形成してもよい。第１の溝部１０１は、冷媒流路２ｄの底面２ｆから天井面２ｅへ向かって天井面２ｅに到達しない長さで延在し、天井面２ｅとの間に所定幅ｄ１の隙間を形成している。
【００４９】
また、冷媒流路２ｄは、底面２ｆに、冷媒の進行方向（矢印の方向）に沿った中心線から当該中心線を挟む内側面２ｇまで延在し、第１の溝部１０１に接続する第２の溝部１０２を有する。第２の溝部１０２は、底面２ｆに設けられた複数の凸部１０５の間に形成されている。第２の溝部１０２は、底面２ｆに対して複数の凸部１０５を形成するように切削加工することによって形成してもよいし、底面２ｆに対して別の部材として複数の凸部１０５を設置することよって形成してもよい。本実施形態では、第２の溝部１０２は、図９に示すように、天井面２ｅ、底面２ｆ及び一対の内側面２ｇを同一平面上に展開された場合に、第１の溝部１０１の延長線上において第１の溝部１０１に接続する。
【００５０】
なお、第１の溝部１０１及び凸部１０４を有する一対の内側面２ｇの表面状態、並びに、第２の溝部１０２及び凸部１０５を有する底面２ｆの表面状態は、冷媒の液膜に対して、表面張力や摩擦係数が低く、且つ撥水性が高い状態であることが望ましい。これにより、冷媒流路２ｄに冷媒を通流させる際の抵抗が下がるので、冷媒の圧力損失をより低減することができる。
【００５１】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、冷媒流路２ｄは、天井面２ｅと対向する底面２ｆに、冷媒の進行方向に沿った中心線から当該中心線を挟む内側面２ｇまで延在し、第１の溝部１０１に接続する第２の溝部１０２を有する。これにより、第２の溝部１０２が、冷媒の液膜を底面２ｆから内側面２ｇに輸送し、第１の溝部１０１が、第２の溝部１０２によって内側面２ｇに輸送された冷媒の液膜を天井面２ｅに輸送する。これにより、載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅでのドライアウトの発生がより抑制され、冷媒の熱伝達率の低下がより抑制される。その結果、プラズマ処理装置１００は、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性をより向上することができる。
【００５２】
（第４実施形態）
第４実施形態は、冷媒流路２ｄにおける第１の溝部１０１の傾斜角度のバリエーションに関する。
【００５３】
図１０は、第４実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す側面図である。図１０に示すように、冷媒流路２ｄは、一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対して斜め上向きに延在する複数の第１の溝部１０１を有する。各第１の溝部１０１は、冷媒流路２ｄの底面２ｆから天井面２ｅへ向かって天井面２ｅに到達しない長さで延在し、天井面２ｅとの間に所定幅ｄ１の隙間を形成している。
【００５４】
また、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対する、各第１の溝部１０１の傾斜角度は、各第１の溝部１０１よりも冷媒の進行方向の上流側に位置する第１の溝部１０１の傾斜角度以上である。例えば、冷媒出口配管２ｃ近傍に位置する第１の溝部１０１の傾斜角度βｏｕｔは、冷媒入口配管２ｂ近傍に位置する第１の溝部１０１の傾斜角度βｉｎよりも大きい。これにより、各第１の溝部１０１は、各第１の溝部１０１が冷媒の進行方向の下流側に近づくほど、天井面２ｅに輸送される冷媒を増加させることができる。なお、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対する、各第１の溝部１０１の傾斜角度は、冷媒の進行方向（矢印の方向）に沿って、漸次増加してもよい。
【００５５】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、冷媒の進行方向に対する、各第１の溝部１０１の傾斜角度は、各第１の溝部１０１よりも冷媒の進行方向の上流側に位置する第１の溝部１０１の傾斜角度以上である。これにより、各第１の溝部１０１は、各第１の溝部１０１が冷媒の進行方向の下流側に近づくほど、天井面２ｅに輸送される冷媒を増加させることができる。これにより、載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅでのドライアウトの発生がより抑制され、冷媒の熱伝達率の低下がより抑制される。その結果、プラズマ処理装置１００は、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性をより向上することができる。
【００５６】
（第５実施形態）
第５実施形態は、冷媒流路２ｄにおける第１の溝部１０１の深さのバリエーションに関する。
【００５７】
図１１は、第５実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す断面図である。図１１では、冷媒流路２ｄに関して、冷媒の進行方向と直交する断面が示されている。図１１に示すように、冷媒流路２ｄは、一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して斜め上向きに延在する複数の第１の溝部１０１を有する。各第１の溝部１０１は、冷媒流路２ｄの底面２ｆから天井面２ｅへ向かって天井面２ｅに到達しない長さで延在し、天井面２ｅとの間に所定幅ｄ１の隙間を形成している。
【００５８】
また、各第１の溝部１０１の深さは、各第１の溝部１０１よりも天井面２ｅから遠い各第１の溝部１０１の深さ以上である。例えば、天井面２ｅ近傍に位置する第１の溝部１０１の深さｈＴは、底面２ｆ近傍に位置する第１の溝部１０１の深さｈＢよりも大きい。これにより、各第１の溝部１０１は、各第１の溝部１０１が天井面２ｅに近づくほど、天井面２ｅに輸送される冷媒を増加させることができる。なお、各第１の溝部１０１において冷媒の圧力損失を抑制する観点から、各第１の溝部１０１の深さは、０．０２〜０．２ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、同様の観点から、各第１の溝部１０１の深さは、各第１の溝部１０１よりも冷媒の進行方向の上流側に位置する第１の溝部１０１の深さ以下であることが好ましい。
【００５９】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、各第１の溝部１０１の深さは、各第１の溝部１０１よりも天井面２ｅから遠い各第１の溝部１０１の深さ以上である。これにより、各第１の溝部１０１は、各第１の溝部１０１が天井面２ｅに近づくほど、天井面２ｅに輸送される冷媒を増加させることができる。これにより、載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅでのドライアウトの発生がより抑制され、冷媒の熱伝達率の低下がより抑制される。その結果、プラズマ処理装置１００は、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性をより向上することができる。
【００６０】
（第６実施形態）
第６実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、冷媒流路２ｄの天井面２ｅに突起部を有する点を除き、上記第２実施形態に係るプラズマ処理装置１００と同様の構成を有する。
【００６１】
図１２は、第６実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す断面図である。図１２では、冷媒流路２ｄに関して、冷媒の進行方向と直交する断面が示されている。図１２に示すように、冷媒流路２ｄは、一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して斜め上向きに延在する複数の第１の溝部１０１を有する。第１の溝部１０１は、各内側面２ｇに設けられた複数の凸部１０４の間に形成されている。第１の溝部１０１は、一対の内側面２ｇに対して複数の凸部１０４を形成するように切削加工することによって形成してもよいし、一対の内側面２ｇに対して別の部材として複数の凸部１０４を設置することによって形成してもよい。各第１の溝部１０１は、冷媒流路２ｄの底面２ｆから天井面２ｅへ向かって天井面２ｅに到達しない長さで延在し、天井面２ｅとの間に所定幅ｄ１の隙間を形成している。
【００６２】
また、冷媒流路２ｄは、天井面２ｅに、複数の突起部１０３を有する。各突起部１０３は、先端の幅が基端の幅よりも大きい傘形状に形成されている。天井面２ｅに複数の突起部１０３が設けられることで、第１の溝部１０１から天井面２ｅへ輸送された冷媒の液膜が複数の突起部１０３の周囲において滞留する。すなわち、複数の突起部１０３は、第１の溝部１０１から天井面２ｅへ輸送された冷媒の液膜を天井面２ｅに滞留させる機能を有する。複数の突起部１０３により冷媒の液膜が天井面２ｅに滞留されることで、天井面２ｅにおいて冷媒の液膜の厚さが増加する。
【００６３】
なお、複数の突起部１０３に代えて、天井面２ｅに凹凸部又は多孔質層を設けてもよい。例えば、溶射膜を堆積させることによって天井面２ｅに凹凸部を形成してもよい。または、溶射膜に多孔質が含まれるように溶射膜を堆積させることによって、天井面２ｅに多孔質層を形成してもよい。溶射膜としては、例えば、アルミニウム、チタン等の金属溶射膜や、セラミック溶射膜が挙げられる。また、溶射膜に代えて、塗布材料が用いられてもよい。また、天井面２ｅを加工する際、研磨の程度によって表面粗さを調整してもよい。
【００６４】
また、冷媒流路２ｄの天井面２ｅは、冷媒の液膜に対する表面張力、濡れ性及び親水性の少なくともいずれか一つが一対の内側面２ｇよりも大きいことが望ましい。例えば、天井面２ｅに凹凸部又は多孔質層が設けられる場合、冷媒の液膜に対する天井面２ｅの表面張力が、一対の内側面２ｇの表面張力よりも大きいことが望ましい。これにより、第１の溝部１０１から天井面２ｅへ輸送された冷媒の液膜が複数の突起部１０３の周囲において滞留し、天井面２ｅにおいて冷媒の液膜の厚さが増加する。また、天井面２ｅに凹凸部又は多孔質層が設けられる場合、冷媒の液膜に対する天井面２ｅの濡れ性又は親水性が、一対の内側面２ｇの濡れ性又は親水性よりも大きいことが望ましい。これにより、第１の溝部１０１から天井面２ｅへ輸送された冷媒の液膜が複数の突起部１０３の周囲において均一に拡散することによって、天井面２ｅの全面において膜厚が一定の状態で輸送された冷媒を滞留させることができる。
【００６５】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、冷媒流路２ｄは、天井面２ｅに、複数の突起部１０３又は凹凸部を有する。これにより、冷媒の液膜が天井面２ｅに滞留され、天井面２ｅにおいて冷媒の液膜の厚さが増加する。これにより、載置台２の載置面６ｅ側に配置された天井面２ｅでのドライアウトの発生がより抑制され、冷媒の熱伝達率の低下がより抑制される。その結果、プラズマ処理装置１００は、載置台２の載置面６ｅでの温度分布の均一性をより向上することができる。
【００６６】
（第７実施形態）
第７実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、気液二相状態の冷媒に代えて、液相状態の冷媒が冷媒流路２ｄに循環される点が、上記第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００と異なる。第７実施形態に係るプラズマ処理装置１００の基本構成は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００の構成と同様であるため、図１〜図３を参照して説明を行う。
【００６７】
基台２ａの内部には、冷媒流路２ｄが形成されている。冷媒流路２ｄの一方の端部には、冷媒入口配管２ｂが接続され、他方の端部には、冷媒出口配管２ｃが接続されている。冷媒流路２ｄは、冷媒入口配管２ｂ及び冷媒出口配管２ｃを介して、処理容器１の外部に設けられチラーユニットに接続され、液相状態の冷媒が循環される。すなわち、基台２ａにおいて、冷媒流路２ｄ、冷媒入口配管２ｂ、冷媒出口配管２ｃ及びチラーユニットなどによる冷媒循環システムが構築されている。プラズマ処理装置１００では、載置台２の内部の冷媒流路２ｄに液相状態の冷媒を通流させることにより、載置台２の冷却が行われる。これにより、載置台２の載置面６ｅが所定の温度に制御される。
【００６８】
冷媒流路２ｄは、図２及び図３に示したように、載置面６ｅ側に配置される天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して天井面２ｅ側へ傾斜する方向に延在する複数の第１の溝部１０１を有する。本実施形態では、複数の第１の溝部１０１は、冷媒の進行方向に対して斜め上向きに延在している。
【００６９】
ところで、プラズマ処理装置１００では、プラズマ処理が行われる際に載置台２の載置面６ｅがプラズマから受ける熱が増大する傾向にある。プラズマ処理装置１００では、載置台２の内部の冷媒流路２ｄに液相状態の冷媒を通流させる場合、プラズマからの熱を受ける受熱面である載置面６ｅの冷却効率を向上することが期待されている。
【００７０】
そこで、プラズマ処理装置１００では、液相状態の冷媒が通流する冷媒流路２ｄの、天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して斜め上向きに延在する第１の溝部１０１を形成している。
【００７１】
冷媒流路２ｄの一対の内側面２ｇに第１の溝部１０１を形成することにより、冷媒が底面２ｆから天井面２ｅへ輸送される。これにより、天井面２ｅ付近での冷媒の流速が底面２ｆ付近での冷媒の流速よりも大きくなる。ここで、冷媒の熱伝達率（熱伝達係数）は、冷媒の流速に比例することが知られている。すなわち、第１の溝部１０１により冷媒が底面２ｆから載置面６ｅ側に配置される天井面２ｅへ輸送されることにより、天井面２ｅ付近での冷媒の流速が大きくなるので、天井面２ｅ付近での冷媒の熱伝達率が向上する。その結果、受熱面である載置面６ｅの冷却効率を向上することができる。
【００７２】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、載置台２と、冷媒流路２ｄとを有する。載置台２は、プラズマからの熱を受ける受熱面である載置面６ｅを有する。冷媒流路２ｄは、載置面６ｅに沿って載置台２の内部に形成され、液相状態の冷媒が通流する。冷媒流路２ｄは、載置面６ｅ側に配置される天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して天井面２ｅ側へ傾斜する方向に延在する第１の溝部１０１を有する。これにより、プラズマ処理装置１００は、載置台２の内部の冷媒流路２ｄに液相状態の冷媒を通流させる場合でも、受熱面である載置面６ｅの冷却効率を向上することができる。
【００７３】
（第８実施形態）
第８実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、シャワーヘッド１６の支持部材１６ａの内部に液相状態の冷媒が通流する冷媒流路が形成され、且つ該冷媒流路の一対の内側面に第１の溝部を有する点が、上記第７実施形態に係るプラズマ処理装置１００と異なる。
【００７４】
図１５は、第８実施形態に係るプラズマ処理装置１００の構成を示す概略断面図である。図１５に示すように、シャワーヘッド１６は、支持部材１６ａと、上部天板１６ｂとを有する。上部天板１６ｂは、支持部材１６ａにより支持されている。支持部材１６ａの下面は、上部天板１６ｂが支持される支持面１６ａ−１とされている。
【００７５】
支持部材１６ａの内部には、上部天板１６ｂの温度を調整するための温調機構として、冷媒流路１１０が形成されている。冷媒流路１１０は、配管を介して処理容器１の外部に設けられたチラーユニットに接続され、液相状態の冷媒が循環供給される。すなわち、シャワーヘッド１６は、温調機構として、冷媒流路１１０、配管及びチラーユニットを含む冷媒循環システムを構築している。プラズマ処理装置１００では、支持部材１６ａの内部に形成された冷媒流路１１０に液相状態の冷媒を通流させることにより、シャワーヘッド１６の支持面１６ａ−１が所定の温度に調整される。これにより、上部天板１６ｂの温度が調整される。
【００７６】
次に、図１６を参照して、シャワーヘッド１６の要部構成について説明する。図１６は、第８実施形態に係るシャワーヘッド１６の要部構成の一例を示す概略断面図である。図１６では、説明の便宜上、ガス拡散室１６ｃ、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅが省略されている。
【００７７】
シャワーヘッド１６は、支持部材１６ａと、上部天板１６ｂとを有する。上部天板１６ｂは、円板状に形成され、支持部材１６ａにより支持されている。上部天板１６ｂは、プラズマ処理が行われる際に、プラズマに面する天板である。支持部材１６ａの下面は、上部天板１６ｂが支持される支持面１６ａ−１とされている。支持面１６ａ−１は、プラズマ処理が行われる際に、上部天板１６ｂを介して、熱源であるプラズマからの熱を受ける。支持面１６ａ−１は、受熱面の一例であり、支持部材１６ａは、受熱部材の一例である。
【００７８】
支持部材１６ａの内部には、支持面１６ａ−１に沿って冷媒流路１１０が形成されている。冷媒流路１１０には、冷媒入口配管１１１及び冷媒出口配管１１２が支持部材１６ａの支持面１６ａ−１に対する裏面側から接続されている。冷媒入口配管１１１は、冷媒流路１１０に液相状態の冷媒を導入し、冷媒出口配管１１２は、冷媒流路１１０を通流する冷媒を排出する。冷媒流路１１０を冷媒の進行方向から見た場合の断面形状は、例えば、四角形状である。本実施形態では、冷媒流路１１０は、冷媒の進行方向から見た場合に、支持面１６ａ−１側に配置される底面１１０ａと、底面１１０ａに対向する天井面１１０ｂと、底面１１０ａと交差する一対の内側面１１０ｃとを含む四角形状に形成されている。底面１１０ａは、第１の内壁面の一例であり、内側面１１０ｃは、第２の内壁面の一例であり、天井面１１０ｂは、第３の内壁面の一例である。
【００７９】
冷媒流路１１０は、支持面１６ａ−１側に配置される底面１１０ａと交差する一対の内側面１１０ｃに、冷媒の進行方向に対して底面１１０ａ側へ傾斜する方向に延在する複数の第１の溝部１２１を有する。本実施形態では、複数の第１の溝部１２１は、冷媒の進行方向に対して斜め下向きに延在している。以下、複数の第１の溝部１２１を特に区別しない場合にこれらをまとめて「第１の溝部１２１」と適宜表記する。
【００８０】
図１７は、第８実施形態における冷媒流路１１０を展開して示す展開図である。図１７では、冷媒流路１１０を天井面１１０ｂの中心線から切り開いて、底面１１０ａ、天井面１１０ｂ及び一対の内側面１１０ｃを同一平面上に展開した状態を示している。図１７に示すように、冷媒流路１１０は、一対の内側面１１０ｃに、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対して斜め下向きに延在する第１の溝部１２１を有する。
【００８１】
ところで、プラズマ処理装置１００では、プラズマ処理が行われる際に支持部材１６ａの支持面１６ａ−１がプラズマから受ける熱が増大する傾向にある。プラズマ処理装置１００では、支持部材１６ａの内部の冷媒流路１１０に液相状態の冷媒を通流させる場合、プラズマからの熱を受ける受熱面である支持面１６ａ−１の冷却効率を向上することが期待されている。
【００８２】
そこで、プラズマ処理装置１００では、液相状態の冷媒が通流する冷媒流路１１０の、底面１１０ａと交差する一対の内側面１１０ｃに、冷媒の進行方向に対して斜め下向きに延在する第１の溝部１２１を形成している。
【００８３】
冷媒流路１１０の一対の内側面１１０ｃに第１の溝部１２１を形成することにより、冷媒が天井面１１０ｂから底面１１０ａへ輸送される。これにより、底面１１０ａ付近での冷媒の流速が天井面１１０ｂ付近での冷媒の流速よりも大きくなる。ここで、冷媒の熱伝達率（熱伝達係数）は、冷媒の流速に比例することが知られている。すなわち、第１の溝部１２１により冷媒が天井面１１０ｂから支持面１６ａ−１側に配置される底面１１０ａへ輸送されることにより、底面１１０ａ付近での冷媒の流速が大きくなるので、底面１１０ａ付近での冷媒の熱伝達率が向上する。その結果、受熱面である支持面１６ａ−１の冷却効率を向上することができる。
【００８４】
以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、支持部材１６ａと、冷媒流路１１０とを有する。支持部材１６ａは、プラズマからの熱を受ける受熱面である支持面１６ａ−１を有する。冷媒流路１１０は、支持面１６ａ−１に沿って支持部材１６ａの内部に形成され、液相状態の冷媒が通流する。冷媒流路１１０は、支持面１６ａ−１側に配置される底面１１０ａと交差する一対の内側面１１０ｃに、冷媒の進行方向に対して底面１１０ａ側へ傾斜する方向に延在する第１の溝部１２１を有する。これにより、プラズマ処理装置１００は、支持部材１６ａの内部の冷媒流路１１０に液相状態の冷媒を通流させる場合でも、受熱面である支持面１６ａ−１の冷却効率を向上することができる。
【００８５】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、開示の技術は、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。
【００８６】
例えば、上記各実施形態の冷媒流路２ｄを冷媒の進行方向から見た場合の断面形状は、四角形状に限定されない。冷媒流路２ｄを冷媒の進行方向から見た場合の断面形状は、円形状、楕円形状又は（四角形状を除く）多角形状であってもよい。
【００８７】
また、上記第８実施形態の冷媒流路１１０を冷媒の進行方向から見た場合の断面形状は、四角形状に限定されない。冷媒流路１１０を冷媒の進行方向から見た場合の断面形状は、円形状、楕円形状又は（四角形状を除く）多角形状であってもよい。
【００８８】
また、上記第１〜第７実施形態では、第１の溝部１０１（及び第２の溝部１０２）によって冷媒又は冷媒の液膜を底面２ｆから天井面２ｅへ輸送する場合を例に説明したが、冷媒又は冷媒の液膜を天井面２ｅへ輸送するための構造は、これに限定されない。図１３及び図１４に例示されるように、冷媒流路２ｄは、載置面６ｅ側に配置される天井面２ｅと交差する一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向（矢印の方向）に対して斜め上向きにドット状に配列される複数の突起部１０６を有するものとしてもよい。言い換えると、冷媒流路２ｄは、一対の内側面２ｇに、冷媒の進行方向に対して天井面２ｅ側へ傾斜する方向にドット状に配列される複数の突起部１０６を有するものとしてもよい。これにより、第１の溝部１０１（及び第２の溝部１０２）と同様に冷媒又は冷媒の液膜を底面２ｆから天井面２ｅに移動させることができる。なお、図１３は、他の実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す斜視図であり、図１４は、他の実施形態における冷媒流路２ｄの内部を模式的に示す側面図である。
【００８９】
また、上記第８実施形態では、第１の溝部１２１によって冷媒を天井面１１０ｂから底面１１０ａへ輸送する場合を例に説明したが、冷媒を底面１１０ａへ輸送するための構造は、これに限定されない。例えば、冷媒流路１１０は、支持面１６ａ−１側に配置される底面１１０ａと交差する一対の内側面１１０ｃに、冷媒の進行方向に対して斜め下向きにドット状に配列される複数の突起部を有するものとしてもよい。これにより、第１の溝部１２１と同様に冷媒を天井面１１０ｂから底面１１０ａに移動させることができる。
【００９０】
また、上記説明では、個々の実施形態毎に個別の構成及び作用を説明した。しかしながら、上記各実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、他の実施形態に特有の構成要素を併せて有するものとしてもよい。また、実施形態毎の組合せについても、２つに限らず、３つ以上の組合せ等、任意の形態を採ることが可能である。例えば、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、冷媒流路２ｄが、一対の内側面２ｇに第１の溝部１０１を有し、かつ、底面ｆに第２の溝部１０２を有するものとしてもよい。また、例えば、第８実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、支持部材１６ａの内部の冷媒流路１１０に気液二相状態の冷媒を通流させてもよい。また、第８実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、冷媒流路１１０が、一対の内側面１１０ｃに第１の溝部１２１を有し、かつ、天井面１１０ｂに第２の溝部１０２に相当する第２の溝部を有するものとしてもよい。
【００９１】
また、上記各実施形態では、受熱部材が、載置台２又は支持部材１６ａであり、且つ受熱面が載置台２の載置面６ｅ又は支持部材１６ａの支持面１６ａ−１である場合を例に説明したが、受熱部材及び受熱面はこれに限定されない。例えば、受熱部材は、プラズマに面する内側面を有する、処理容器１の側壁であってもよく、受熱面は、処理容器１の側壁の内側面であってもよい。受熱部材が処理容器１の側壁である場合、該側壁の内側面に沿って該側壁の内部に冷媒流路を形成してもよい。さらに、処理容器１の側壁の内部に形成された冷媒流路の、受熱面側に配置される第１の内壁面と交差する一対の内壁面に、冷媒の進行方向に対して第１の内壁面側へ傾斜する方向に延在する第１の溝部を形成してもよい。
【００９２】
また、上記各実施形態では、熱源がプラズマである場合を例に説明したが、熱源はこれに限定されない。例えば、受熱部材（例えば、載置台２又は支持部材１６ａ）の受熱面と冷媒流路（例えば、冷媒流路２ｄ又は冷媒流路１１０）との間にヒータが配置される場合には、熱源は、該ヒータであってもよい。
【００９３】
また、上記各実施形態では、冷媒が気液二相状態の冷媒又は液相状態の冷媒である場合を例に説明したが、冷媒の状態はこれに限定されない。冷媒は、気相状態の冷媒であってもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１  処理容器
２  載置台
２ａ  基台
２ｄ  冷媒流路
２ｅ  天井面
２ｆ  底面
２ｇ  内側面
６  静電チャック
６ｅ  載置面
１００  プラズマ処理装置
１０１  第１の溝部
１０２  第２の溝部
１０３、１０６  突起部
１０４、１０５  凸部
１１０  冷媒流路
１１０ａ  底面
１１０ｂ  天井面
１１０ｃ  内側面
１２１  第１の溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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