(57)【要約】【課題】冷却層と加熱層を併用しても装置構造が複雑にならず、加熱応答性及び冷却応答性に優れた温度調節装置を提供する。【解決手段】ウエハを載置するサセプタ１２と、サセプタ１２と対向するように配置されたシャワーヘッド２２とを有し、サセプタ１２及びシャワーヘッド２２の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、プラズマによってウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置内のプラズマに晒される部材の温度を調整し、シャワーヘッド２２が有する上部電極板２４を加熱する加熱層３１と、加熱層３１の上部電極板２４に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された断熱層３２と、断熱層３２の加熱層３１に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された冷却層３３とからなり、冷却層３３の冷媒として流水を使用する。【選択図】図１
2010225642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを有し、前記載置電極及び対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置内の前記プラズマに晒される部材の温度を調整する温度調節装置であって、
被加熱部材を加熱する加熱層と、
該加熱層の前記被加熱部材に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された断熱層と、
該断熱層の前記加熱層に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された冷却層と、
を有することを特徴とする温度調節装置。
【請求項２】
前記冷却層における冷媒は、流水であり、前記冷却層から排出される水の温度が水の沸点を超えないことを特徴とする請求項１記載の温度調節装置。
【請求項３】
前記断熱層の熱伝導率をλ（Ｗ／ｍ・Ｋ）、厚さをｄ（ｍ）とした時、［λ／ｄ］が、下記（１）式
４４＜λ／ｄ＜２２０                          ・・・・・（１）
を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の温度調節装置。
【請求項４】
前記加熱層の前記断熱層と対向する面の温度をｔ１（℃）、前記加熱層の前記被加熱部材と対向する面の温度をｔ２（℃）とした時、前記［λ／ｄ］が、下記（２）式
λ／ｄ＝（−２６７２１・ｔ２＋１５２６９・ｔ１＋２１０９１９５）／
（ｔ１−１２８．７）                        ・・・・・（２）
を満足することを特徴とする請求項３記載の温度調節装置。
【請求項５】
前記加熱層の前記断熱層と対向する面の温度をｔ１（℃）、前記加熱層の前記被加熱部材と対向する面の温度をｔ２（℃）とした時、前記［ｔ２］が、下記（３）式
０．５６・ｔ１＋７７≦ｔ２≦０．５７・ｔ１＋８２  ・・・・・（３）
を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度調節装置。
【請求項６】
前記被加熱部材は、前記対向電極が有する電極板であり、前記載置電極と対向するようにその上部に設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度調節装置。
【請求項７】
被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを有し、前記載置電極及び対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置内の前記プラズマに晒される部材の温度を調整する温度調節方法であって、
被加熱部材を加熱する加熱層と、該加熱層の前記被加熱部材に対向する面と反対側の面に当接するように配置された断熱層と、該断熱層の前記加熱層に対向する面と反対側の面に当接するように配置された冷却層と、を有する温度調節装置を用い、
前記冷却層の冷媒として流水を用い、該流水で前記被加熱部材を冷却しながら前記加熱層の加熱温度を加減して冷却と加熱とをバランスさせて前記被加熱部材の温度を所定温度に調整することを特徴とする温度調節方法。
【請求項８】
前記所定温度は、６０℃乃至２２０℃であることを特徴とする請求項７記載の温度調節方法。
【請求項９】
被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを有し、前記載置電極及び対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置であって、
前記プラズマに晒される部材の温度を調整する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度調節装置を備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度調節装置、温度調節方法及び基板処理装置に関し、特に、プラズマに晒される基板処理装置の内部部材の温度を調節する温度調節装置、温度調節方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマ処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容し且つ内部を減圧可能なチャンバ（処理室）と、該チャンバ内部の下方に配されたサセプタ（載置台）と、チャンバ内部においてサセプタに対向するように配されたシャワーヘッド（上部電極）とを備える。サセプタはウエハを載置するとともに、高周波電源が接続されてチャンバ内部に高周波電力を印加する載置電極として機能し、シャワーヘッドはチャンバ内部に処理ガスを導入するとともに、接地されて対向電極として機能する。このような基板処理装置では、チャンバ内部に供給された処理ガスを高周波電力によって励起してプラズマを生成し、該プラズマによってウエハにプラズマ処理を施す。
【０００３】
ところで、このような基板処理装置においては、ウエハの処理を開始するに際し、基板処理装置内の部材温度を所定温度に加熱する必要があり、各種の温度調節技術が開発されている。
【０００４】
図５は、内部部材の温度調節装置を備えた従来の基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【０００５】
図５の基板処理装置１００では、円筒状のチャンバ１０１内部においてサセプタ１０２に対向するように配置された上部電極１０３は、チャンバ１０１の内径とほぼ等しい外径を有する略円板状を呈し、不図示のリフト機構によってチャンバ１０１内部においてピストンのように上下動する。
【０００６】
上部電極１０３は、対向電極板（上部電極部材）１０４、バッファ室１０５及びガス孔１０６等を有し、ガス孔１０６はバッファ室１０５とチャンバ１０１の内部空間を連通する。プラズマによる被加熱部材としての上部電極部材１０４の上部には、冷却層１１１と、該冷却層１１１の上部に配置された加熱層１１２とからなる温度調節装置１１３が設けられている。冷却層１１１における冷媒として、例えばフッ素系の不活性液体であるフロリナート（スリーエム社の登録商標）が好適に使用される。
【０００７】
このような構成の基板処理装置１００において、上部電極部材１０４の温度を上昇させる場合は、温度調節装置１１３の加熱層１１２としてのヒータによって加熱する。一方、上部電極部材１０４の温度を下降させる場合は、冷却層１１１によって冷却する。
【０００８】
このような基板処理装置における内部部材の温度をコントロールする温度調節装置が開示された公知文献として、例えば特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３４２７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術は、加熱層１１２を、冷却層１１１を介して被加熱部材である上部電極部材１０４と間接的に接触させたものであるために、昇温時の応答性が悪いという問題がある。また、冷媒として高温耐久性のあるフッ素系不活性液体を使用するものであるが、冷媒温度を維持するために、別の熱交換器が必要になるなど、装置構造が複雑になり、経済的な負担が大きいという問題もある。
【００１１】
また、最近の基板処理装置においては、ロットスタート時のチャンバ内温度として、従来よりも高温である２２０℃程度が要求されるようになり、適用範囲の上限が１５０℃程度のフロリナート（スリーエム社の登録商標）を冷媒として使用することができないという問題がある。また、冷媒の過熱、沸騰を防止するために、冷却層とヒータとをある程度離して配置する必要があり、冷却応答性が低下するという問題もある。さらに、単独で、２２０℃程度の温度に耐え得る流体冷媒が見あたらないために、冷却層と加熱層とを併用せざるを得ず、装置構造が複雑且つ高価になるという問題もある。
【００１２】
本発明の目的は、冷却層と加熱層を併用しても装置構造が複雑にならず、また、加熱応答性及び冷却応答性に優れた温度調節装置、温度調節方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の温度調節装置は、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを有し、前記載置電極及び対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置内の前記プラズマに晒される部材の温度を調整する温度調節装置であって、被加熱部材を加熱する加熱層と、該加熱層の前記被加熱部材に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された断熱層と、該断熱層の前記加熱層に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された冷却層と、を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の温度調節装置は、請求項１記載の温度調節装置において、前記冷却層における冷媒は、流水であり、前記冷却層から排出される水の温度が水の沸点を超えないことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の温度調節装置は、請求項１又は２記載の温度調節装置において、前記断熱層の熱伝導率をλ（Ｗ／ｍ・Ｋ）、厚さをｄ（ｍ）とした時、［λ／ｄ］が、下記（１）式
４４＜λ／ｄ＜２２０                ・・・・・（１）
を満足することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の温度調節装置は、請求項３記載の温度調節装置において、前記加熱層の前記断熱層と対向する面の温度をｔ１（℃）、前記加熱層の前記被加熱部材と対向する面の温度をｔ２（℃）とした時、  前記［λ／ｄ］が、下記（２）式
λ／ｄ＝（−２６７２１・ｔ２＋１５２６９・ｔ１＋２１０９１９５）／
（ｔ１−１２８．７）              ・・・・・（２）
を満足することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の温度調節装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度調節装置において、前記加熱層の前記断熱層と対向する面の温度をｔ１（℃）、前記加熱層の前記被加熱部材と対向する面の温度をｔ２（℃）とした時、前記［ｔ２］が、下記（３）式
０．５６・ｔ１＋７７≦ｔ２≦０．５７・ｔ１＋８２・・・（３）
を満足することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の温度調節装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度調節装置において、前記被加熱部材は、前記対向電極が有する電極板であり、前記載置電極と対向するようにその上部に設けられることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するため、本願の請求項７記載の温度調節方法は、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを有し、前記載置電極及び対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置内の前記プラズマに晒される部材の温度を調整する温度調節方法であって、被加熱部材を加熱する加熱層と、該加熱層の前記被加熱部材に対向する面と反対側の面に当接するように配置された断熱層と、該断熱層の前記加熱層に対向する面と反対側の面に当接するように配置された冷却層と、を有する温度調節装置を用い、前記冷却層の冷媒として流水を用い、該流水で前記被加熱部材を冷却しながら前記加熱層の加熱温度を加減して冷却と加熱とをバランスさせて前記被加熱部材の温度を所定温度に調整することを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の温度調節方法は、請求項７記載の温度調節方法において、前記所定温度は、６０℃乃至２２０℃であることを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板処理装置は、被処理基板を載置する載置電極と、該載置電極と対向するように配置された対向電極とを有し、前記載置電極及び対向電極の間に供給される処理ガスを励起してプラズマを生成し、該プラズマによって前記被処理基板にプラズマ処理を施す基板処理装置であって、前記プラズマに晒される部材の温度を調整する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度調節装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の温度調整装置及び請求項９記載の基板処理装置によれば、被加熱部材を加熱する加熱層と、該加熱層の被加熱部材に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された断熱層と、該断熱層の加熱層に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された冷却層と、を有するので、冷却層と加熱層を併用しても装置構造が複雑にならず、加熱層による直接加熱と、冷却層による間接冷却の相互作用によって被加熱部材の温度を所定温度に調節する際、良好な加熱応答性及び冷却応答性を実現することができる。
【００２３】
請求項２記載の温度調整装置によれば、冷却層における冷媒を流水とし、冷却層から排出される水の温度が水の沸点を超えないので、流水の発生及び停止を調節するバルブ等の付帯設備が不要となるだけでなく、安全性を確保しつつ、制御性を向上させることができる。
【００２４】
請求項３記載の温度調整装置によれば、断熱層の熱伝導率をλ（Ｗ／ｍ・Ｋ）、厚さをｄ（ｍ）とした時、［λ／ｄ］が、下記（１）式
４４＜λ／ｄ＜２２０・・・・・（１）
を満足するので、断熱材の選択性を拡大することができる。
【００２５】
請求項４記載の温度調節装置によれば、加熱層の断熱層と対向する面の温度をｔ１（℃）、加熱層の被加熱部材と対向する面の温度をｔ２（℃）とした時、
［λ／ｄ］が、下記（２）式
λ／ｄ＝（−２６７２１・ｔ２＋１５２６９・ｔ１＋２１０９１９５）／（ｔ１−１２８．７）・・・・・（２）
を満足するので、最適厚さ及び最適熱伝導率の断熱層によって被加熱部材の温度をより正確に調整することができる。
【００２６】
請求項５記載の温度調節装置によれば、加熱層の断熱層と対向する面の温度をｔ１（℃）、加熱層の被加熱部材と対向する面の温度をｔ２（℃）とした時、［ｔ２］が、下記（３）式
０．５６・ｔ１＋７７≦ｔ２≦０．５７・ｔ１＋８２・・・・・（３）
を満足するので、加熱温度の調節容易性を向上させることができる。
【００２７】
請求項６記載の温度調節装置によれば、被加熱部材は、対向電極が有する電極板であり、載置電極と対向するようにその上部に設けられるので、良好な加熱応答性及び冷却応答性でもって上部電極部材の温度を所定温度に調整することができる。
【００２８】
請求項７記載の温度調節方法によれば、被加熱部材を加熱する加熱層と、該加熱層の被加熱部材に対向する面と反対側の面に当接するように配置された断熱層と、該断熱層の加熱層に対向する面と反対側の面に当接するように配置された冷却層と、を有する温度調節装置を用い、冷却層の冷媒として流水を用い、該流水で被加熱部材を冷却しながら加熱層の加熱温度を加減して冷却と加熱とをバランスさせて被加熱部材の温度を所定温度に調整するので、良好な加熱応答性及び冷却応答性によって被加熱部材の温度を所定温度に調節することができる。
【００２９】
請求項８記載の温度調節方法によれば、所定温度を、６０℃乃至２２０℃としたので、近年要求されるロットスタート時の基板処理装置の内部部材温度に十分対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度調節装置を備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】加熱層の断熱層側の面の温度とＵＥＬ側の面の温度との関係を示すグラフである。
【図３】実施例における上部電極板の温度変化を示すグラフである。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】内部部材の温度調節装置を備えた従来の基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００３２】
図１は、本発明の実施の形態に係る温度調節装置を備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置における温度調節装置は処理室内の上部電極部材の温度を調節するように構成されている。
【００３３】
図１において、基板処理装置１０は、直径が、例えば、３００ｍｍのウエハＷを収容する円筒形状のチャンバ１１（処理室）を有し、該チャンバ１１内部の図中下方には半導体デバイス用のウエハＷを載置する円筒形状のサセプタ１２（載置電極）が配置されており、チャンバ１１の図中上端は開閉自在な円板状の蓋部１３によって覆われている。
【００３４】
チャンバ１１内部はＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）等によって減圧され、また、チャンバ１１内部の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。なお、半導体デバイスにナノレベルのパーティクルが付着しても欠陥の原因となるため、チャンバ１１内部にはドライエッチング処理に先立って清浄処理が施されてパーティクルが除去される。
【００３５】
サセプタ１２には第１の高周波電源１４が第１の整合器１５を介して接続され、且つ第２の高周波電源１６が第２の整合器１７を介して接続されており、第１の高周波電源１４は比較的低い周波数、例えば、３．２ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源１６は比較的高い周波数、例えば、１００ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１２に印加する。そして、サセプタ１２はチャンバ１１内部にプラズマ生成電力を印加する。
【００３６】
サセプタ１２の上部には、静電電極板１８を内部に有する静電チャック１９が配置されている。静電チャック１９は円板状のセラミックス部材で構成され、静電電極板１８には直流電源２０が接続されている。静電電極板１８に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック１９側の面（以下、「裏面」という。）には負の電位が生じて静電電極板１８及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック１９に吸着保持される。
【００３７】
また、サセプタ１２には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、リング状部材であるフォーカスリング２１が載置される。フォーカスリング２１は、導電体、例えば、ウエハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンによって構成される。フォーカスリング２１は導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２１上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるドライエッチング処理の均一性を維持することができる。
【００３８】
サセプタ１２の図中上部には、サセプタ１２と対向するように対向電極としてのシャワーヘッド２２が配置されている。シャワーヘッド２２は、多数のガス孔２３を有する導電性の上部電極板２４と、該上部電極板２４を着脱可能に釣支する電極板釣支部材２５とから主として構成されている。シャワーヘッド２２の上部には、シャワーヘッド２２の温度を調節する温度調節装置３０が設けられている。
【００３９】
温度調節装置３０は、被加熱部材である上部電極板２４に対向するように、図中下方に配置された加熱層３１と、加熱層３１の上部電極板２４に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された断熱層３２と、断熱層３２の加熱層３１に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された冷却層３３とを有する。加熱層３１、断熱層３２及び冷却層３３は、保護層３４によって一体に覆われている。加熱層３１、断熱層３２及び冷却層３３は、被加熱部材である上部電極板２４と同一面上に重なるように配列されており、これによって調節温度の面内均一性が確保される。
【００４０】
加熱層３１は、例えばシーズヒータからなる。冷却層３３における冷媒としては、安価な市水が用いられる。水の温度は、３０℃以下であることが好ましく、例えば１５〜３０℃である。冷媒としての市水は、温度調節装置３０の稼働中、連続して通水及び排水され、能動的な流量、温度等の制御は行われない。通水量は、例えば１〜４リットル／ｍｉｎである。水温が上記範囲であれば、循環使用することもできる。
【００４１】
冷却層３３は、断熱層３２及び加熱層３１を介して常時被加熱部材である上部電極板２４を冷却する。一方、加熱層３１は、上部電極板２４の加熱目的温度に応じて加熱状態が調節される。
【００４２】
温度調節装置３０は、上部電極板２４に対向するように加熱層３１、断熱層３２及び冷媒として流水を使用する冷却層３３を順次積層させたものであり、加熱層３１の加熱温度、断熱層３２における断熱材の材質及び厚さ等を選定することにより、シャワーヘッド２２に対する加熱層３１における直接加熱と冷却層３３における断熱層３２を介した間接冷却との熱バランスによって上部電極２４の表面（図１における最下面）を目的温度、例えば２２０℃まで加熱する。このとき、冷却層３３の冷媒である水が沸騰することはない。加熱層３１の加熱温度、断熱層３２における断熱材の材質及び厚さ等の選定、並びに加熱と冷却との熱バランスについては、後述する。
【００４３】
シャフト２６は蓋部１３を貫通し、該シャフト２６の上部は基板処理装置１０の上方に配置されたリフト機構（図示しない）に接続される。該リフト機構はシャフト２６を図中上下方向に移動させるが、このとき、上部電極板２４を備えたシャワーヘッド２２がチャンバ１１内部においてピストンのように上下動する。これにより、シャワーヘッド２２及びサセプタ１２の間の空間の厚さであるギャップを調整することができる。シャワーヘッド２２の図中上下方向に関する移動量の最大値は、例えば、７０ｍｍである。
【００４４】
シャフト２６は蓋部１３と擦れる可能性があり、パーティクルの発生源となり得る。従って、シャフト２６の側面は、例えばベローズ２７で覆われている。ベローズ２７の図中上方の一端は蓋部１３の下面に接合されており、図中下方の一端は温度調節装置３０の上面に接合されている。これによって、チャンバ１１内部と大気との隔絶状態が保持される。
【００４５】
上述した基板処理装置１０の各構成部材、例えば、第１の高周波電源１４や第２の高周波電源１６の動作、及び温度調節装置３０における加熱温度等は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵがドライエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００４６】
このような構成の基板処理装置１０において、先ず、温度調節装置３０によって上部電極板２４の温度を、例えば２２０℃に調節した後、図示省略した処理ガス供給管を経てチャンバ１１内のサセプタ１２とシャワーヘッド２２との間に処理ガスを供給する。供給された処理ガスは、チャンバ１１内部へ印加されたプラズマ生成電力によって励起されてプラズマとなる。
【００４７】
プラズマ中の陽イオンは、サセプタ１２に印加されるバイアス電力に起因する負のバイアス電位によってサセプタ１２に載置されたウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにドライエッチング処理を施す。
【００４８】
以下に、温度調節装置３０における各層の物性及び加熱と冷却の熱バランスについて説明する。
【００４９】
被加熱部材である上部電極板（以下、「ＵＥＬ」という。）２４、加熱層３１及び断熱層３２の伝熱面積Ｓを、それぞれ０．１６３（ｍ２）、熱伝導率λを、それぞれ２２９．０４（Ｗ／ｍ・Ｋ）、２２９．０４（Ｗ／ｍ・Ｋ）、及び０．２２（Ｗ／ｍ・Ｋ）（断熱材：ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））とし、ＵＥＬ２４及び加熱層３１の厚さを、それぞれ０．０２０（ｍ）、０．０１５（ｍ）とし、断熱層３２の厚さを順次変化させて、ＵＥＬ２４の温度を目的温度２２０℃に良好に加熱できる断熱層３２の厚さを実験によって求めたところ、０．００１〜０．００５（ｍ）であった。
【００５０】
温度調節装置３０における物性を表１に、断熱層３２の層厚を０．００１〜０．００５（ｍ）とした場合における断熱層３２への流入・流出時の冷媒の温度差、及び吸熱量を表２に示す。
【００５１】
【表１】
2010225642.tif 000003
【００５２】
【表２】
2010225642.tif 000004
【００５３】
ここで、冷却層３３における吸熱量ΔＱは、
ΔＱ＝Ｑｉ＋Ｑｈ＋Ｑｕ・・・・・（３−１）で表される。
【００５４】
但し、Ｑｉは断熱層における吸熱量、Ｑｈは加熱層における吸熱量、ＱｕはＵＥＬにおける吸熱量である。
【００５５】
ここで、加熱層３１の断熱層３２側の面の温度をｔ１（℃）、加熱層３１のＵＥＬ２４側の面の温度をｔ２（℃）とし、温度制御を実現することができた範囲の条件である、断熱層３２の厚さが、０．００１（ｍ）及び０．００５（ｍ）である場合の表３に示した実測値（断熱層３２の上面温度：ｔｉ（℃）、ＵＥＬ２４の底部温度：ｔｕ（℃））を下式に代入し、
Ｑｉ＝λｉ・Ｓ・（ｔ１−ｔｉ）／ｄ              ・・・・・（３−２）
Ｑｈ＝λｈ・Ｓ・（ｔ２−ｔ１）／１５×１０−３    ・・・・・（３−３）
Ｑｕ＝λｕ・Ｓ・（ｔ２−ｔｕ）／２０×１０−３    ・・・・・（３−４）
これから得られた関係式（３−１）式〜（３−４）式を整理すると、
０．５６・ｔ１＋７７≦ｔ２≦０．５７・ｔ１＋８２・・・・・（３）
となる。
【００５６】
【表３】
2010225642.tif 000005
【００５７】
従って、加熱層３１のＵＥＬ２４側の面の温度ｔ２が、０．５６・ｔ１＋７７以上、０．５７・ｔ１＋８２以下であれば、良好な温度調節が行われることが分かる。
【００５８】
図２は、加熱層３１の断熱層３２側の面の温度ｔ１とＵＥＬ２４側の面の温度ｔ２との関係を示すグラフである。
【００５９】
図２において、Ａは、ｔ２＝０．５６・ｔ１＋７７を示し、Ｂは、ｔ２＝０．５７・ｔ１＋８２を示す。ｔ２が２つのグラフＡ、Ｂの間の値をとる場合が良好な温度調節を行うことができる範囲である。
【００６０】
また、上記条件を満たす場合［λ／ｄ］は、以下のように表される。
【００６１】
λ／ｄ＝（−２６７２１・ｔ２＋１５２６９・ｔ１＋２１０９１９５）／
（ｔ１−１２８．７）                          ・・・・・（２）
また、［λ／ｄ］に、良好な温度調節を行うことができる断熱層３２の熱伝導率λと厚さの下限ｄ＝０．００１（ｍ）及び上限ｄ＝０．００５（ｍ）をそれぞれ代入して整理すると、
４４＜λ／ｄ＜２２０・・・・・（１）
が得られる。
【００６２】
以上の結果から、本実施の形態において、断熱層３２における［λ／ｄ］は、
４４＜λ／ｄ＜２２０                ・・・・・（１）
を満たすことが好ましく、より好ましくは、
λ／ｄ＝（−２６７２１・ｔ２＋１５２６９・ｔ１＋２１０９１９）／
（ｔ１−１２８．７）                          ・・・・・（２）
を満足することである。
【００６３】
上記（１）式を満足する材質であれば、断熱層３２の材質は、ＰＴＦＥでなくてもよい。ＰＴＦＥ以外の材質として、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ベスペル、ベークライト、その他の樹脂等が挙げられる。
【００６４】
また、本実施の形態において、加熱層３１の断熱層３２側の面の温度をｔ１（℃）、加熱層３１のＵＥＬ２４側の面の温度をｔ２（℃）とした場合、［ｔ２］は、
・  ５６・ｔ１＋７７≦ｔ２≦０．５７・ｔ１＋８２・・・・・（３）
を満たすことが好ましい。ｔ２が（３）式を満足する範囲であれば、良好な加熱応答性及び冷却応答性を実現して良好な温度調節ができる。
【００６５】
本実施の形態によれば、温度調節装置３０は、ＵＥＬ２４に対向する加熱層３１と、該加熱層３１のＵＥＬ２４に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された断熱層３２と、該断熱層３２の加熱層３１に対向する面とは反対側の面に当接するように配置された冷却層３３とを有するので、加熱時、ＵＥＬ２４は加熱層３１で加熱され、且つ冷却層３３で冷却されるが、このとき、冷却層３３による冷却が過冷却とならないように、断熱層３２によって調整される。一方、冷却時、加熱層３１による加熱を停止し、ＵＥＬ２４は冷却層３３によって冷却されるが、このとき、断熱層３２の断熱効果が大きな障害とならず、穏やかな良好な冷却が行われるものと考えられる。
【００６６】
本実施の形態として、電極可動式の基板処理装置１０に温度調節装置３０を適用した場合について説明したが、基板処理装置は、電極可動式に限定されるものではなく、プラズマによる輻射熱の入熱を伴う電極板等の被加熱部材を有する装置であれば、電極固定式の装置にも十分適用することができる。
【００６７】
本実施の形態において、加熱層３１のヒータ熱源を、センター部分と、エッジ部分との分割し、いずれか一方のみ又は両方を同時に使用するようにしてもよい。
【００６８】
本実施の形態において、温度調節装置３０の加熱層３１は、フィードバック制御の一種である、例えばＰＩＤ制御によって制御される。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
【００７０】
断熱層３２における断熱材として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用い、その厚さを０．００３（ｍ）とした以外は、表１及び表２に示した条件の温度調節装置３０を用いて、上部電極部材であるシャワーヘッド２２を１００℃まで加熱し、１００℃において、ウエハＷに対して第１のプラズマ処理を施し、次いで、ＵＥＬ２４を２２０℃まで加熱し、所定時間後に、別のウエハＷについて第２のプラズマ処理を行った。結果を図３及び図４に示す。
【００７１】
図３は、本実施例におけるＵＥＬ２４の温度変化を示すグラフであり、図４は、図３の一部拡大図である。
【００７２】
図３において、被加熱部材であるＵＥＬ２４は、加熱開始時点から徐々に昇温し、加熱開始８．３分後に１００℃に到達した。１００℃で、例えばプラズマ生成電力：１００ＭＨｚ、１０００Ｗ、バイアス電力：３．２ＭＨｚ、４０００Ｗの高周波電力を印加して４枚のウエハＷに付いてプラズマ処理を行い、その後、高周波電力を停止してさらに加熱し、２５分後に２２０℃に到達した。８７分間２２０℃を維持した後、２２０℃で、例えばプラズマ生成電力：１００ＭＨｚ、１０００Ｗ、バイアス電力：３．２ＭＨｚ、４０００Ｗの高周波電力を印加して被処理ウエハ２５枚についてプラズマ処理を施したところ、プラズマの輻射による入熱があっても、ＵＥＬ２４を良好に温度調節することができた。なお、２２０℃は、プラズマ処理におけるデポの堆積が抑制される温度に相当する。
【００７３】
図４において、２２０℃においてウエハＷに対してプラズマ処理を施した際、ミクロ的には温度変化があったが、常時２２０℃±１５℃が維持されていたことが分かる。なお、断熱層３２の層厚が厚すぎると温度制御不能となり、右肩上がりのグラフとなる。一方、断熱層３２の層厚が薄すぎると温度制御不能となり、右肩下がりのグラフとなる。
【００７４】
本実施例において、プラズマ発生時の高周波電力を、プラズマ生成電力：１００ＭＨｚ、１０００Ｗ、バイアス電力：３．２ＭＨｚ、４５００Ｗまで上昇させても、特に問題はなかった。
【００７５】
上述した本実施の形態及び実施例では、ドライエッチング処理が施される基板を半導体デバイス用のウエハとして説明したが、ドライエッチング処理が施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０  基板処理装置
１１  チャンバ
１２  サセプタ
２２  シャワーヘッド
３０  温度調節装置
３１  加熱層
３２  断熱層
３３  冷却層
【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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