(57)【要約】      （修正有）【課題】真空チャンバ内のステージ温度を調節する際の調整時間を低減できる方法を提供する。【解決手段】ステージ内部の空間４に高沸点オイルを充填し、昇温や降温の際にこのオイルを適正な温度の同質のオイルと入れ替えることによりレスポンスを改善した。ステージ１を冷却する際には、加熱された内部のシクロパラフィンをＡより排出し、Ｂより常温管理されたオイルを注入する。これにより、加熱された電熱ヒーター２を急速に冷やすことができる。またこのオイルの交換を数度行うことにより、より迅速に温度調節をすることが可能となる。また、連続的に交換する事で、更に高い冷却効果を得る事ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内で被処理体を設置する温度調節ステージにおいて、
昇温手段と冷却手段を一種ずつ保有し、
該ステージ内部に空間を有し、
該内部空間に前記昇温手段及び冷却手段とは別の熱媒体を充填する手段を有することを特徴とする温度調節ステージ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度調節ステージにおいて、
該内部空間の第一の熱媒体を排出し該第一の熱媒体とは異なる温度に制御された第二の熱媒体を再充填することで、ステージ温度の調節時間を短縮することを特徴とする温度調節ステージ。
【請求項３】
請求項１に記載の温度調節ステージにおいて、
降温する際に、該内部空間の高温の第一の熱媒体を低温の第二の熱媒体に置換することで短時間にステージ温度を調節することを特徴とする温度調節ステージ。
【請求項４】
請求項１に記載の温度調節ステージにおいて、
該内部空間がステージの容積の３０％以上５０％以下を占めることを特徴とする温度調節ステージ。
【請求項５】
請求項１に記載の温度調節ステージにおいて、
該内部空間がステージの容積の３０％以上４０％以下を占めることを特徴とする温度調節ステージ。
【請求項６】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の温度調節ステージにおいて、
熱媒体がシクロパラフィン（ＣｎＨ２ｎ  １５＜ｎ＜２１）であることを特徴とする温度調節ステージ。
【請求項７】
前記シクロパラフィンが、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサンであることを特徴とする請求項６に記載の温度調節ステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内のステージ温度の調節をレスポンス良く行う事のできる温度調節ステージ、及びその温度調節方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体製造装置の中では、真空一環で複数の処理を行う製造装置が主流になってきており、今後も省スペースや、大気開放による酸化・塵埃の付着低減などの観点からも発展が見込まれる。こういった装置では専用の冷却・加熱ステージが別に設けられておりウェハの温度調節短時間化等の検討もなされている。この様な真空一環のチャンバはその密閉性を確保した代償として解体を主としたメンテナンスに要する時間が多く掛かり、特に加熱されたステージを冷却してから解体するために１両日開けることも珍しくなくなってきている。
【０００３】
又、真空装置のステージ温度の調節には、特許文献１のランプ等での光照射や電熱ヒーター、水冷配管などの方法が主流である。ランプでの加熱システムは、昇温時の過熱・降温時の冷却は早急性に優れているが、５００℃以下の温度では制御性が悪い為、６００℃以上の温度で主に使用されている。電熱ヒーターと冷却管の併用は、微細な温度調節には優れている。だが、この技術で加熱・冷却すると、４００℃以上の温度ではレスポンスが良いが、３００℃を下回る温度で処理を行った場合、ステージ表面が希望の温度になるまでに大変な時間が掛かってしまう。特許文献２の様なステージを１２インチ（又は３００ｍｍ）ウェハが設置できる大きさで作成して真空中に設置した場合、特に降温時は３時間以上待たねばならない状況にある。今後ウェハ面積の増大が見込まれる中、更にその影響が大きく出ると容易に推測できる。
【０００４】
また、特許文献３や特許文献４の様に温調にガス等の流動物のみを使用すると、流体の温度だけで熱交換せねばならない為、細かい温度調節を反応性良く行うことができなかった。
【０００５】
以上の理由により、従来技術の温度調節ステージを量産装置で使用する際には、ステージ温度を固定して運用せざるを得ず、その結果プロセス条件が狭められてしまい、その装置の性能を十分に引き出せないという問題点があった。
【特許文献１】特開昭６２−２９６２１２号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６１１８号公報
【特許文献３】特開２００３−３２４０７９号公報
【特許文献４】特開２００３−２４３４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の様に、現在の真空装置内部のステージ温度調節機構では、主に降温した場合のレスポンスが悪く、次の処理や作業を行う上で大変な時間を浪費していた。本発明は、この問題を解決すべく考案したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、現在のステージの冷却方式に疑問を持っていた。真空チャンバ内でステージを冷却する際の内部のごく一部の流体だけでは十分に熱を交換することができず、又昇温時の温度調節に優れている電熱ヒーターも冷却のときは電熱ヒーター自体が加熱された状態にある為それ自身の熱が発散されるのを待つしかなかった。この今までの方式のマイナスの部分を考えたときに、多量の熱媒体により熱を交換する術が無かったということに本発明のヒントを得た。
【０００８】
本発明は、上記にあるように電熱ヒーターの熱調節の利点と流体の熱交換率の良さを併せ持っている。ステージ内部には電熱ヒーターと冷却配管を有し、双方が密接な位置関係にある内部空間を保有している（図１参照）。この内部空間には、２５０℃を超えても沸騰することもなく、３０℃程度でも固化しないシクロパラフィン（ＣｎＨ２ｎ  １５＜ｎ＜２１）を充填することが望ましい。また、上記性能を満たせば、市販の高温用熱媒体を用いても構わない。
【０００９】
ステージを冷却する際には、加熱された内部のシクロパラフィンを図１のＡより排出し、Ｂより常温管理されたオイルを注入する。これにより、加熱された電熱ヒーターを急速に冷やすことができる。またこのオイルの交換を数度行うことにより、より迅速に温度調節をすることが可能となる。また、連続的に交換する事で、更に高い冷却効果を得る事ができる。
【００１０】
内部空間とステージの固形部を合わせた全容積に対する内部空間の比率と、ステージ及び熱媒体の材質が決まれば、熱媒体充填による冷却効果を見積もる事が可能である。ステージの材質をアルミとし、熱媒体をヘキサデカンとした場合の概算結果を図３に示す。但し、図３は熱平衡に達した際の温度であり、実際に熱媒体注入後１〜２分放置しただけでは、図３に示した温度より多少高い値となる。内部空間の容積比率は、より熱交換を効果的にする為にも図３より３０％以上が良い。但し、ステージの強度等の実用面を考慮すると３０％以上５０％以下が望ましく、更に３０％以上４０％以下が最も望ましい。内部空間比率が３０％以下であっても、オイルの交換回数を増やす事により、所要時間は長くなるが、冷却速度を速める効果を得る事は可能である。また、内部空間の表面を、ブラスト処理等で荒らして表面積を増やす事で、熱伝達率が向上し、急速に冷却する事が可能となる。また、内部空間表面をフィン構造として表面積を増やしても良い。
【００１１】
ステージを加熱する際にも冷却の時と同様に、加熱されたシクロパラフィンで置換充填することでより迅速に温度調節をすることが可能となる。尚、充填したシクロパラフィンは、通常時は流動させることなくステージ内部にプールして置くことで、加熱時には電熱ヒーターでの微細な温度調節の媒体として、又冷却時には冷却配管と熱交換するための保冷媒体としても活用する。
【発明の効果】
【００１２】
従来の方法では、昇温・降温に時間が掛かり、ステージ温度を変更してプロセスを行う際や、整備のためステージ温度を下げる際に長時間必要だったが、本発明によりそれを大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１４】
内部に３ｃｍ径の内部空間を有し、電熱ヒーターと水冷管を双方共に内部空間に接する様に設計された形状の８インチ用ステージ（半径約１１ｃｍ）に（図２参照）、オクタデカンを内部空間に充填し、その後２８０℃まで昇温させた。
【００１５】
先ず電熱ヒーターを切り、同時に充填したオイルをＡより排出しつつ同量をＢより注入し、容量分入れ替えた。次に、電子制御により１００℃となるよう微細な温度調節を行った。
【００１６】
電熱ヒーターと水冷管のみ配置した同様のサイズのステージで２８０℃から１００℃への降温テストを行い比較したが、オイルを充填したステージの方が１５分程時間を短縮することが出来た。
【実施例２】
【００１７】
内部に５ｃｍ径の内部空間を有し、電熱ヒーターと空冷管を双方共に内部空間に接する様に設計された形状の１２インチ用ステージ（半径約１６ｃｍ）に、オクタデカンを内部空間に充填し、その後２８０℃まで昇温させた。
【００１８】
先ず電熱ヒーターを切り、同時に充填したオイルをＡより排出しつつ同量をＢより注入し、容量分入れ替えた。次に、電子制御により１００℃となるよう微細な温度調節を行った。
【００１９】
電熱ヒーターと空冷管のみ配置した同様のサイズのステージで２８０℃から１００℃への降温テストを行い比較したが、オイルを充填したステージの方が６０分以上も時間を短縮することが出来た。
【実施例３】
【００２０】
内部に５ｃｍ径の内部空間を有し、電熱ヒーターと空冷管を双方共に内部空間に接する様に設計された形状の１２インチ用ステージ（半径約１６ｃｍ）に、オクタデカンを内部空間に充填した。
【００２１】
ステージ外の同質のオイルを２５０℃になる様暖めて置き、電熱ヒーターを入れると同時に充填したオイルをＡより排出しつつ暖めた同量のオイルをＢより注入し、容量分入れ替えた。次に、電熱ヒーターの電子制御により２８０℃となるよう微細な温度調節を行った。
【００２２】
電熱ヒーターと空冷管のみ配置した同様のサイズのステージで常温（３０℃）から２８０℃への昇温テストを行い比較したが、オイルを充填したステージの方が３０分以上も時間を短縮することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】模式的断面図
【図２】ステージ配管の模式図  実線：オイル管，外側の細かい点線：電熱ヒーター管，内側の点線：水冷管
【図３】内部空間比率とステージ温度の関係図
【符号の説明】
【００２４】
１  チャンバステージ
２  電熱ヒーター管
３  水冷管
４  熱媒体充填用内部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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