(57)【要約】【課題】従来の温調方法に比べて、半導体ウエハの均一な温調及び高応答性を実現することができる半導体製造装置及び温調方法を提供する。【解決手段】内部に空洞２１を有するウエハ載置台２と、ウエハ載置台２の温度をプロセス温度に調整すべく、プロセス温度以下の水を空洞２１の内壁に噴射するノズル６４ａとを備える半導体製造装置であって、空洞２１内の圧力を検出する圧力センサ（７１）と、圧力センサ（７１）にて検出された圧力が、ノズル６４ａから噴射される水の温度に係る飽和蒸気圧以上、プロセス温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞２１内の気体を排出する真空ポンプとを備える。【選択図】図１
2010258404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射するノズルとを備える半導体製造装置であって、
前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、
該圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプと
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口と、
前記半導体ウエハ載置台の温度を検出する温度検出手段と
を備え、
前記真空ポンプは、
前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度超である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度未満である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出するようにしてある
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口とを備える半導体製造装置であって、
前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプと
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
前記空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射する温調方法であって、
前記空洞内の圧力を検出し、
検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する
ことを特徴とする温調方法。
【請求項６】
内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、該半導体ウエハ載置台の温度を検出し、検出された温度が目標温度超である場合、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射し、検出された温度が目標温度未満である場合、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、
前記空洞内の圧力を検出し、
検出された温度が目標温度超である場合、検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、
検出された温度が目標温度未満である場合、検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する
ことを特徴とする温調方法。
【請求項７】
内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、
前記空洞内の圧力を検出し、
検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する
ことを特徴とする温調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ載置台の温調機能を有する半導体製造装置及び半導体ウエハ載置台の温調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置は、半導体ウエハを規定のプロセス温度に維持するための温調装置を備える。温調装置は、半導体ウエハ載置台の内部に形成された流路に温調用の液体（以下、温調媒体という）を循環させることによって温調を行っている（例えば、特許文献１，２）。温調媒体を循環させる温調方式を強制対流式という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４４１７６号公報
【特許文献２】特開平７−２３５５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、強制対流式の温調では、流路伝熱特性に一定の限界があるため、半導体ウエハの均一な温調が困難であり、温度制御の応答性も悪いという問題があった。もちろん、温調媒体と温調部との間の熱交換量を大きくすべく、流路内にフィン等を設けて流路伝熱特性を上昇させることも考えられるが、流路伝熱特性と、圧力損失とは相反する関係にあるため、流路伝熱特性を上昇させると、流路の圧力損失が大きくなり、温調媒体を送出するポンプの消費エネルギーが増大するという問題が発生する。逆に、省エネを図るべく、圧力損失を低減させると、温調媒体の入側及び出側の温度差が大きくなり、流路伝熱特性が低下して、半導体ウエハの均一な温調が困難になる。
また、強制対流式の温調で半導体ウエハの均一な温調を実現するためには、流路の配置に工夫を要する。ところが、半導体ウエハ載置台には、各種ねじ、リフトピン、電極部品が設けられているため、流路の設置スペースに種々の制約があり、流路設計の最適化は困難を極める。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウエハ載置台に形成された空洞の内壁において温調媒体の相変化が誘起されるように空洞内の圧力を制御することにより、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハの均一な温調及び高応答性を実現することができる半導体製造装置及び温調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体製造装置は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射するノズルとを備える半導体製造装置であって、前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプとを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体製造装置は、前記半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口と、前記半導体ウエハ載置台の温度を検出する温度検出手段とを備え、前記真空ポンプは、前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度超である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度未満である場合、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出するようにしてあることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る半導体製造装置は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口とを備える半導体製造装置であって、前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段にて検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する真空ポンプとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る半導体製造装置は、前記空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜していることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る温調方法は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射する温調方法であって、前記空洞内の圧力を検出し、検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る温調方法は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、該半導体ウエハ載置台の温度を検出し、検出された温度が目標温度超である場合、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射し、検出された温度が目標温度未満である場合、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、前記空洞内の圧力を検出し、検出された温度が目標温度超である場合、検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、検出された温度が目標温度未満である場合、検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る温調方法は、内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、前記空洞内の圧力を検出し、検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、半導体ウエハ載置台の内部に温調用の空洞が形成されている。半導体ウエハ載置台の温度が目標温度超である場合、該空洞の内壁に目標温度以下の温調媒体が吹き付けられる。圧力検出手段は空洞内の圧力を検出し、真空ポンプは、空洞内の圧力が特定の圧力範囲になるよう、空洞内の気体を排出する。特定の圧力範囲は、空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下である。このため、空洞の内壁に接触する前の温調媒体は液体である。また、内壁に接触した温調媒体は目標温度超に上昇するため、気体に相変化する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって冷却することが可能になる。
【００１４】
本発明にあっては、温度検出手段は、載置台の温度を検出する。
半導体ウエハ載置台の温度が目標温度超である場合、空洞の内壁に目標温度以下の温調媒体が吹き付けられる。真空ポンプは、上述のように、空洞内の圧力が、空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞内の気体を排出する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって冷却することが可能になる。
一方、半導体ウエハ載置台の温度が目標温度未満である場合、空洞内へ目標温度以上の温調媒体が供給される。真空ポンプは、空洞内の圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、空洞の内壁へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞内の気体を排出する。このため、空洞の内壁に接触する前の温調媒体は気体である。また、内壁に接触した温調媒体は目標温度未満に低下するため、液体に相変化する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって加熱することが可能になる。
【００１５】
本発明にあっては、半導体ウエハ載置台の内部に温調用の空洞が形成されている。半導体ウエハ載置台の温度が目標温度未満である場合、空洞内へ目標温度以上の温調媒体が供給される。真空ポンプは、空洞内の圧力が特定の圧力範囲になるよう、空洞内の気体を排出する。特定の圧力範囲は、空洞内の圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、空洞へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下である。このため、空洞の内壁に接触する前の温調媒体は気体である。また、内壁に接触した温調媒体は目標温度未満に低下するため、液体に相変化する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって加熱することが可能になる。
【００１６】
本発明にあっては、半導体載置台に形成された空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜している。従って、空洞の内壁に付着した液体の温調媒体は、該内壁を伝って移動する。従って、半導体載置台をより効率的に冷却し、又は加熱することができる。
【発明の効果】
【００１７】
従来の温調方法に比べて、半導体ウエハの均一な温調及び高応答性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。
【図２】ウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。
【図３】エゼクタ真空ポンプ及び冷水製造器の構成を示す模式図である。
【図４】冷却に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】真空気化冷却条件を概念的に示す状態図である。
【図６】実施の形態２に係るウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。
【図７】実施の形態２の変形例に係るウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。
【図８】実施の形態３に係るウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。
【図９】加熱に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】真空蒸気加熱条件を概念的に示す状態図である。
【図１１】実施の形態４に係るウエハ載置台及び温調装置を示す模式図である。
【図１２】加熱冷却に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】加熱冷却に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】実験で用いたウエハ載置台の側断面図である。
【図１５】ウエハ載置台のXV−XV線断面図である。
【図１６】温度センサが設けられたウエハ載置台を示した平面図である。
【図１７】加熱温調を行う際のウエハ載置台の温度均一性を示した実験結果のグラフである。
【図１８】加熱温調を行う際のウエハ載置台の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。
【図１９】実施の形態５に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台の側断面図である。
【図２０】図１９のXX−XX線断面図である。
【図２１】飽和蒸気の流れを示したシミュレーション結果を示した説明図である。
【図２２】温度センサが設けられたウエハ載置台を示した平面図である。
【図２３】加熱温調を行う際のウエハ載置台の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。
【図２４】実施の形態６に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台の側断面図である。
【図２５】天面内壁部に対して施された表面処理の種類と、接触角との関係を示した棒グラフである。
【図２６】表面処理の具体的内容を示した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。本実施の形態１に係る半導体製造装置は、例えば、平行平板型のプラズマエッチング装置である。なお、平行平板型のプラズマエッチング装置は、プラズマ処理装置の一例であり、これに限定されるものでは無い。半導体製造装置は、中空円筒状の処理容器１を備える。処理容器１は、例えばアルミニウム製であり、接地されている。
【００２０】
処理容器１の底面略中央部には、半導体ウエハＷを載置すると共に、下部電極として機能する円盤状のウエハ載置台２（半導体ウエハ載置台）が円盤状絶縁体２２を介して設けられている。ウエハ載置台２は、例えばアルミニウム又は銅製であり、載置された半導体ウエハＷを温調するための空洞２１を内部に有し、空洞２１には後述の温調装置６が接続されている。また、ウエハ載置台２には、バイアス印加用の高周波電源４とが接続されている。
【００２１】
また、処理容器１の天面略中央部には、ウエハ載置台２と対向するように上部電極３が設けられている。処理容器１と上部電極３との間には、環状絶縁体１４が介装されている。上部電極３にはプラズマ発生用の高周波電源５が接続されている。また、上部電極３は中空状に形成されており、図示しない複数のプロセスガス供給孔を備えたガスシャワーヘッドを構成している。上部電極３の上面中央には、上部電極３へプロセスガスを供給するプロセスガス供給管３１が設けられており、上部電極３は処理容器１内にプロセスガスを供給する。
【００２２】
更に、処理容器１の底面寄り側面部分には、排気管１２が接続されており、排気管１２の下流に設けられた図示しない真空ポンプによって、処理容器１内を真空排気するように構成されている。
更にまた、処理容器１の側面には、半導体ウエハＷの搬送口１１が形成されており、搬送口１１はゲートバルブ１３によって開閉可能に構成されている。
【００２３】
図２は、ウエハ載置台２及び温調装置６を示す模式図である。ウエハ載置台２に形成された空洞２１は、円形の底面内壁部２１ａ、周壁部２１ｂ及び円形の天面内壁部２１ｃ（内壁）を有する円柱状である。底面内壁部２１ａは、空洞２１内部の気体及び水を排出する排出口２１ｄを適宜箇所に形成している。
【００２４】
温調装置６は、各構成部の動作を制御する制御部６１を備える。制御部６１は、例えばＣＰＵを備えたマイクロコンピュータであり、ＣＰＵには、制御部６１の動作に必要なコンピュータプログラム、半導体製造プロセスに必要なプロセス温度（目標温度）等の各種情報を記憶した記憶部、各種情報及び制御信号を入出力するための入出力部等を備える。
【００２５】
また、温調装置６は、ウエハ載置台２の温調に必要な温度制御器６２、水噴射器６４、排水器６５、エゼクタ真空ポンプ６６、冷水製造器６７、水供給ポンプ６８及び流量制御弁６９を備える。
【００２６】
温度制御器６２は、後述の冷水製造器６７から供給された冷水の温度を、制御部６１からの制御信号に従って特定の温度にフィードバック制御し、温度制御された水を、配管６３ａを通じて、水噴射器６４へ供給する。
【００２７】
水噴射器６４は、ウエハ載置台２の空洞２１内部に配されている。水噴射器６４は、天面内壁部２１ｃよりも小径の中空円板状をなし、配管６３ａと連通した基部と、該基部の天面内壁部２１ｃ側に散配されたノズル６４ａとを備え、温度制御器６２から供給された水を天面内壁部２１ｃへ略均一に噴射するように構成されている。
【００２８】
排水器６５は、配管６３ｂ，６３ｃによってウエハ載置台２の排出口２１ｄ及びエゼクタ真空ポンプ６６に接続されている。排水器６５は、排出口２１ｄ及び配管６３ｂを通じて排出された水を受け、配管６３ｃを通じてエゼクタ真空ポンプ６６へ供給する。また、排水器６５は、排出口２１ｄ及び配管６３ｂを通じて排出された水蒸気をそのまま、配管６３ｃを通じてエゼクタ真空ポンプ６６へ供給する。
【００２９】
図３は、エゼクタ真空ポンプ６６及び冷水製造器６７の構成を示す模式図である。エゼクタ真空ポンプ６６は、配管６３ｅを通じて供給された水を貯留する貯水槽６６ｄと、配管６６ｇ，６６ｉを通じて貯水槽６６ｄの水を圧送する圧送ポンプ６６ｈと、圧送された水から水蒸気を生成する真空容器６６ｊと、真空容器６６ｊから配管６６ｋを通じて供給された水蒸気を噴射するエゼクタノズル６６ｂと、エゼクタノズル６６ｂが配された吸込み室６６ａと、ディフューザ６６ｃとを接続して構成され、吸込み室６６ａは配管６３ｃと連通している。特に貯水槽６６ｄには、ウエハ載置台２の空洞２１から排出された水蒸気を凝縮するための凝縮器６６ｅが設けられている。また、貯水槽６６ｄの適宜箇所には、オーバーフロー管６６ｆが設けられている。
【００３０】
このように構成されたエゼクタ真空ポンプ６６は、貯水槽６６ｄの水を圧送ポンプ６６ｈでエゼクタノズル６６ｂへ供給し、ディフューザ６６ｃ及び貯水槽６６ｄを経て循環させることによって、吸込み室６６ａで真空吸引力を得るものである。エゼクタ真空ポンプ６６は、該真空吸引力によって、空洞２１から、該空洞２１内の気体及び空洞２１内に残留する液体の温調媒体、即ち水を排出させる。より詳細には、エゼクタ真空ポンプ６６は、ウエハ載置台２の冷却を行う場合、気化した水蒸気のみならず、気化しなかった液体の水も空洞２１内から排出させる。また、エゼクタ真空ポンプ６６は、ウエハ載置台２の加熱を行う場合、水蒸気だけではなく、凝縮した液体の水も空洞２１内から排出させる。
【００３１】
冷水製造器６７は、吸込み室６６ａと連通した冷水貯留槽６７ａと、貯水槽６６ｄから冷水貯留槽６７ａへ水を供給するための配管６７ｆと、配管６７ｆに設けられたフロート弁６７ｇと、配管６７ｂを通じて冷水貯留槽６７ａの水を圧送する冷水製造用圧送ポンプ６７ｃと、圧送された水を冷却する冷凍室６７ｄと、冷水貯留槽６７ａ内に配された蒸発器６７ｅとを備える。蒸発器６７ｅから噴射された水の一部は水蒸気として蒸発し、蒸発の際、該蒸発に必要な潜熱を残りの水から奪うことによって、該水を冷却する。
冷水貯留槽６７ａは、配管６３ｄと連通しており、配管６３ｄを通じて、冷水貯留槽６７ａから温度制御器６２へ冷水が送出されるように構成されている。
【００３２】
水供給ポンプ６８は、配管６３ｄに介設されている。水供給ポンプ６８は、例えばダイアフラム式のポンプであり、制御部６１からの制御信号に従って駆動し、冷水製造器６７の冷水を温度制御器６２へ送出する。
【００３３】
流量制御弁６９は、水供給ポンプ６８よりも温度制御器６２側の配管６３ｄに介設されている。流量制御弁６９は、制御部６１からの制御信号に従って、水供給ポンプ６８から送出された水の流量を制御し、流量制御された水を温度制御器６２へ送出する。
【００３４】
温調装置６は、更に温度センサ（温度検出手段）７０、圧力センサ（圧力検出手段）７１、及び流量センサ７２を備える。温度センサ７０は、例えばウエハ載置台２の適宜箇所に埋没した熱電対温度計であり、ウエハ載置台２の温度を検出し、検出した温度の情報を制御部６１へ出力する。圧力センサ７１は、配管６３に接続されており、空洞２１内部の圧力を検出し、検出した圧力の情報を制御部６１へ出力する。流量センサ７２は、配管６３ｄを流れる水の流量を検出し、検出した流量の情報を制御部６１へ出力する。制御部６１は、入出力部を介して温度、圧力、流量の情報を取り込み、取り込んだ情報に基づいて冷却に係る処理を実行し、エゼクタ真空ポンプ６６、水供給ポンプ６８及び流量制御弁６９の動作を制御する制御信号を各部へ出力する。
【００３５】
図４は、冷却に係る制御部６１の処理手順を示すフローチャートである。制御部６１は、エゼクタ真空ポンプ６６及び水供給ポンプ６８等を駆動させる（ステップＳ１１）。そして、制御部６１は、図示しない記憶部からプロセス温度を読み出す（ステップＳ１２）。次いで、制御部６１は、温度センサ７０にて温度を検出する（ステップＳ１３）。
【００３６】
そして、制御部６１は、温度センサ７０にて検出した温度がプロセス温度超であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。以下、温度センサ７０にて検出した温度を検出温度という。検出温度がプロセス温度以下である場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御部６１は、流量制御弁６９を閉状態に制御する（ステップＳ１５）。
【００３７】
検出温度がプロセス温度超であると判定した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御部６１は、天面内壁部２１ｃへ噴射されるべき水の目標水温及び目標流量を決定し（ステップＳ１６）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ１７）。ここで、目標水温、目標流量及び目標圧力について説明する。
【００３８】
図５は、真空気化冷却条件を概念的に示す状態図である。横軸は温度、縦軸は圧力である。グラフ中の曲線は、水の飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ）を示している。Ｐｓｖ（Ｔ）は温度Ｔの関数である。検出温度がプロセス温度Ｔ１超である場合、制御部６１は、ハッチングで示した温度圧力範囲内で、目標水温及び目標圧力を決定する。ハッチングで示した温度圧力範囲内においては、空洞２１内の圧力は、ノズル６４ａから噴射される水の温度Ｔに係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ）以上、プロセス温度Ｔ１に係る飽和蒸気圧Ｐ以下になる。例えば、プロセス温度Ｔ１と同じ温度を目標水温として決定し、プロセス温度Ｔ１に係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ１）を目標圧力として決定すれば良い。
水の流量は、天面内壁部２１ｃに噴射された水の気化によって、空洞２１内の圧力が上記温度圧力範囲から外れないように決定すれば良い。つまり、真空ポンプで排気可能な水蒸気量より少ない水が噴射されるように目標流量を決定すれば良い。
具体的には、制御部６１は、プロセス温度と、目標水温と、目標流量と、目標圧力とを対応付けたテーブルを予め記憶しておき、ステップＳ１２で読み出したプロセス温度と、前記テーブルとに基づいて、目標水温、目標流量及び目標圧力を決定すれば良い。
【００３９】
ステップＳ１７の処理を終えた制御部６１は、目標流量に基づいて、流量制御弁６９の開度を制御する（ステップＳ１８）。
【００４０】
次いで、制御部６１は、水の温度を該目標水温に一致させるべく、目標水温に基づいて、温度制御器６２の動作をフィードバック制御する（ステップＳ１９）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ２０）。
【００４１】
ステップＳ２０又はステップＳ１５の処理を終えた場合、制御部６１は、次プロセスへ移行するか否かを判定する（ステップＳ２１）。次プロセスへ移行すると判定した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御部６１は、処理をステップＳ１２へ戻す。
【００４２】
次プロセスへ移行しないと判定した場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御部６１は、プラズマ処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ２２）。プラズマ処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御部６１は、処理をステップＳ１３へ戻す。プラズマ処理を終了すると判定した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御部６１は、冷却に係る処理を終了する。
【００４３】
実施の形態１に係るプラズマ処理装置及び温調方法にあっては、天面内壁部２１ｃに吹き付けた水を低温で蒸発させ蒸発潜熱でウエハ載置台２を冷却するので、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハＷの均一な冷却及び高応答性を実現することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係るウエハ載置台１０２及び温調装置６を示す模式図である。図６（ａ）は、ウエハ載置台１０２及び水噴射器１６４の側断面図、図６（ｂ）は、水噴射器１６４の平面図である。実施の形態２に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台１０２の空洞１２１の形状及び水噴射器１６４の構成のみが実施の形態１に係る半導体製造装置と異なるため、以下では主に上記相異点を説明する。
【００４５】
実施の形態２に係るウエハ載置台１０２に形成された空洞１２１は、底面内壁部１２１ａ、周壁部１２１ｂ及び天面内壁部１２１ｃを有する。天面内壁部１２１ｃ及び底面内壁部１２１ａは、半導体ウエハＷが載置される載置面に対して傾斜した傾斜面を有する。より具体的には、天面内壁部１２１ｃは、ウエハ載置台１０２の径方向略中央部の下方に頂点を有し、裾部が周壁部１２１ｂにまで至る倒立円錐形状をなしている。底面内壁部１２１ａは、ウエハ載置台１０２の径方向略中央部の上方に頂点を有し、裾部が周壁部１２１ｂにまで至る円錐形状をなしている。また、底面内壁部１２１ａは、ウエハ載置台１０２の径方向外側、つまり周壁部１２１ｂ寄り部分に実施の形態１と同様の排出口１２１ｄを有している。
【００４６】
実施の形態２に係る水噴射器１６４は、天面内壁部１２１ｃよりも小径の中空円環状をなし、配管６３ａと連通している基部と、該基部の天面内壁部１２１ｃ側の環状面に、周方向に等配された複数のノズル１６４ａとを備え、温度制御器６２から供給された水を天面内壁部１２１ｃの外周部分へ略均一に噴射するように構成されている。
【００４７】
実施の形態２に係る半導体製造装置にあっては、天面内壁部１２１ｃに吹き付けられた水は、傾斜面に沿って、ウエハ載置台１０２の中心部へ伝って流れる。従って、実施の形態１に比べて、天面内壁部１２１ｃに温調用の水をより長時間、広範囲に保持させることができる。なお、天面内壁部１２１ｃの温度と、プロセス温度とが大きく異なる場合、天面内壁部１２１ｃに吹き付けられた水は瞬時に相変化を起こすが、天面内壁部１２１ｃの温度が一部でプロセス温度に到達している場合、液体の水が付着することがある。傾斜面に沿って流れた水が、プロセス温度に到達していない部分に達すると、相変化を起こし、該部分は冷却される。
このように、実施の形態２に係る半導体製造装置は、より効率的に半導体ウエハＷを冷却することが可能になる。
【００４８】
また、天面内壁部１２１ｃの頂点部分に達した水は、底面内壁部１２１ａに滴下し、底面内壁部１２１ａに形成された斜面に沿って外周側へ流れるため、温調に寄与しなくなった不要な水を排出口１２１ｄから素早く排出することができる。底面内壁部１２１ａに大量の水が滞留していると、該水が空洞１２１内の圧力制御に悪影響を及ぼすおそれがあり、その結果、天面内壁部１２１ｃにおける相変化及び温度制御を正確に行えなくなるおそれがある。
実施の形態２にあっては、不要な水を素早く排出することができるため、より正確にウエハ載置台１０２の温調を行うことが可能になる。
【００４９】
図７は、実施の形態２の変形例に係るウエハ載置台１０２及び温調装置６を示す模式図である。図７（ａ）は、ウエハ載置台１０２及び水噴射器２６４の側断面図、図７（ｂ）は、水噴射器２６４の平面図である。実施の形態２に係る半導体製造装置は、水噴射器２６４の構成のみが上記実施の形態２に係る半導体製造装置と異なるため、以下では主に上記相異点を説明する。変形例に係る水噴射器２６４は、天面内壁部１２１ｃよりも小径の中空円環状をなし、配管６３ａと連通している基部と、該基部の天面内壁部１２１ｃ側の環状面外側及び環状面内側それぞれに、周方向に等配されたノズル２６４ａとを備え、温度制御器６２から供給された水を天面内壁部１２１ｃの外周部分へ略均一に噴射するように構成されている。
【００５０】
変形例に係る半導体製造装置にあっては、ノズル２６４ａが周方向及び径方向に散配されているため、半導体ウエハＷのより均一な冷却及び高応答性を実現することができる。
【００５１】
なお、天面内壁部１２１ｃの濡れ性を向上させる表面処理、例えば天面内壁部１２１ｃの表面をポーラス体で構成するようにしても良い。また、濡れ性を向上させるべく、水に界面活性剤を添加しても良い。この場合、更なる温調の均一性及び高応答性を実現することが可能になる。
【００５２】
また、言うまでもなく、本実施の形態２及び変形例は、後述の実施の形態３及び４に適用しても良い。
【００５３】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係るウエハ載置台２及び温調装置３０６を示す模式図である。実施の形態３に係る半導体製造装置は、飽和蒸気をウエハ載置台２の空洞２１内に供給することによって、ウエハ載置台２を加熱温調するものである。実施の形態３に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台２及び温調装置３０６の構成のみが実施の形態１と異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。
実施の形態３に係る温調装置３０６は、実施の形態１で説明した水噴射器６４、温度制御器６２及び流量センサ７２を備えておらず、飽和蒸気を空洞２１内部へ供給するための蒸気圧制御器７３及び減温器７４を備える。また、ウエハ載置台２の適宜箇所には、水蒸気供給口（温調媒体供給口）２１ｅが設けられている。
【００５４】
蒸気圧制御器７３は、配管６３ｆを通じて外部から水蒸気が入力し、入力された飽和蒸気を、後段の減温器７４で温度制御可能な圧力まで減圧し、減圧した水蒸気を配管６３ｇを通じて減温器７４へ送出する減圧弁で構成されている。また、蒸気圧制御器７３は、配管６３ｆ，６３ｇ間を開閉させる図示しない水蒸気供給弁を備える。
【００５５】
減温器７４は、蒸気圧制御器７３から送出された水蒸気の圧力を、制御部６１からの制御信号に従って、増減させることにより、該水蒸気の温度を制御し、温度制御された飽和蒸気を、配管６３ｈを通じて空洞２１内へ供給する。エゼクタ真空ポンプ６６には、冷水製造器６７から配管６３ｉ，６３ｊを通じて圧力制御用の冷水が循環するように構成されている。
【００５６】
図９は、加熱に係る制御部６１の処理手順を示すフローチャートである。制御部６１は、エゼクタ真空ポンプ６６等を駆動させる（ステップＳ３１）。そして、制御部６１は、図示しない記憶部からプロセス温度を読み出す（ステップＳ３２）。次いで、制御部６１は、温度センサ７０にて温度を検出する（ステップＳ３３）。
【００５７】
そして、制御部６１は、検出温度がプロセス温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。検出温度がプロセス温度以上である場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、制御部６１は、水蒸気供給弁を閉状態に制御する（ステップＳ３５）。
【００５８】
検出温度がプロセス温度未満であると判定した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、制御部６１は、空洞２１内部に供給されるべき飽和蒸気の温度である目標水蒸気温度を決定し（ステップＳ３６）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ３７）。ここで、目標水蒸気温度及び目標圧力について説明する。
【００５９】
図１０は、真空蒸気加熱条件を概念的に示す状態図である。図１０に示した状態図は、図５で示した状態図と同様であり、検出温度がプロセス温度Ｔ２未満である場合、制御部６１は、ハッチングで示した温度圧力範囲内で、目標水蒸気温度及び目標圧力を決定する。ハッチングで示した温度圧力範囲内においては、空洞２１内の圧力は、プロセス温度Ｔ２に係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ２）以上、空洞２１内部に供給される水蒸気の温度Ｔに係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ）以下になる。例えば、プロセス温度Ｔ２と同じ温度を目標水蒸気温度として決定し、プロセス温度Ｔ２に係る飽和蒸気圧Ｐｓｖ（Ｔ２）を目標圧力として決定すれば良い。
具体的には、制御部６１は、プロセス温度と、目標水蒸気温度と、目標圧力とを対応付けたテーブルを予め記憶しておき、ステップＳ３２で読み出したプロセス温度と、前記テーブルとに基づいて、目標水蒸気温度、及び目標圧力を決定すれば良い。
【００６０】
ステップＳ３７の処理を終えた制御部６１は、水蒸気供給弁を開状態に制御する（ステップＳ３８）。次いで、制御部６１は、水蒸気の温度を目標水蒸気温度に一致させるべく、目標水蒸気温度に基づいて、蒸気圧制御器７３及び減温器７４の動作をフィードバック制御する（ステップＳ３９）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ４０）。
【００６１】
ステップＳ４０又はステップＳ３５以降の処理、即ちステップＳ４１及びステップＳ４２の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ２１及びステップＳ２２の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００６２】
実施の形態３に係る半導体製造装置及び温調方法にあっては、空洞２１に供給した低温蒸気が凝縮して液体に戻るときの凝縮潜熱でウエハ載置台２を加熱するので、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハＷの均一な加熱及び高応答性を実現することができる。
【００６３】
（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４に係るウエハ載置台２及び温調装置４０６を示す模式図である。実施の形態４に係るウエハ半導体装置は、実施の形態１及び３の構成部材を組み合わせることによって、ウエハ載置台２を加熱冷却可能に構成したものである。
【００６４】
実施の形態４に係るウエハ載置台２は、実施の形態１と同様、内部に空洞２１を有し、該空洞２１には水噴射器６４が配されている。また、ウエハ載置台２は、実施の形態３と同様の水蒸気供給口２１ｅを底面内壁部２１ａの適宜箇所に備える。
【００６５】
実施の形態４に係る温調装置４０６は、実施の形態１と同様の制御部６１、温度制御器６２、水噴射器６４、排水器６５、エゼクタ真空ポンプ６６、冷水製造器６７、水供給ポンプ６８、流量制御弁６９、温度センサ７０、圧力センサ７１及び流量センサ７２を備える。また、温調装置４０６は、実施の形態３と同様の蒸気圧制御器７３及び減温器７４を備える。
【００６６】
また、温調装置４０６は、加熱及び冷却を切り替えるための切替弁７５を備える。切替弁７５には、配管６３ｋ，６３ｌ，６３ｈ，６３ａが接続されており、切替弁７５は、減温器７４から送出された水蒸気を水蒸気供給口２１ｅへの経路と、温度制御器６２から送出された水を水噴射器６４へ送出する経路とを選択的に切り替える弁を備えている。切替弁７５による経路の切り換えは、制御部６１からの制御信号に従って行われる。
【００６７】
図１２及び図１３は、加熱冷却に係る制御部６１の処理手順を示すフローチャートである。制御部６１は、エゼクタ真空ポンプ６６及び水供給ポンプ６８等を駆動させる（ステップＳ５１）。そして、制御部６１は、図示しない記憶部からプロセス温度を読み出す（ステップＳ５２）。次いで、制御部６１は、温度センサ７０にて温度を検出する（ステップＳ５３）。
【００６８】
そして、制御部６１は、温度センサ７０にて検出した温度がプロセス温度超であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。検出温度がプロセス温度超であると判定した場合（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、制御部６１は、天面内壁部２１ｃへ噴射されるべき水の目標水温、及び該水の目標流量を決定し（ステップＳ５５）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ５６）。
【００６９】
ステップＳ５６の処理を終えた制御部６１は、切替器を真空気化冷却系に切り替える（ステップＳ５７）。そして、制御部６１は、目標流量に基づいて、流量制御弁６９の開度を制御する（ステップＳ５８）。次いで、制御部６１は、水の温度を該目標水温に一致させるべく、目標水温に基づいて、温度制御器６２の動作をフィードバック制御する（ステップＳ５９）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ６０）。
【００７０】
ステップＳ６０の処理を終えた場合、又は検出温度がプロセス温度以下である場合（ステップＳ５４：ＮＯ）、制御部６１は、検出温度がプロセス温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ６１）。検出温度がプロセス温度未満でないと判定した場合（ステップＳ６１：ＮＯ）、制御部６１は、流量制御弁６９を閉状態に制御し（ステップＳ６２）、水蒸気供給弁を閉状態に制御する（ステップＳ６３）。
【００７１】
ステップＳ６１で検出温度がプロセス温度未満であると判定した場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、制御部６１は、切替器を真空蒸気加熱系に切り替える（ステップＳ６４）。そして、空洞２１内部に供給されるべき水蒸気の温度である目標水蒸気温度を決定し（ステップＳ６５）、空洞２１内の目標圧力を決定する（ステップＳ６６）。
【００７２】
ステップＳ６６の処理を終えた制御部６１は、水蒸気供給弁を開状態に制御する（ステップＳ６７）。次いで、制御部６１は、水蒸気の温度を目標水蒸気温度に一致させるべく、目標水蒸気温度に基づいて、蒸気圧制御器７３及び減温器７４の動作をフィードバック制御する（ステップＳ６８）。そして、制御部６１は、空洞２１内の圧力を目標圧力に一致させるべく、目標圧力に基づいて、エゼクタ真空ポンプ６６の動作をフィードバック制御する（ステップＳ６９）。
【００７３】
ステップＳ６９又はステップＳ６３の処理を終えた場合、制御部６１は、次プロセスへ移行するか否かを判定する（ステップＳ７０）。次プロセスへ移行すると判定した場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、制御部６１は、処理をステップＳ５２へ戻す。
【００７４】
次プロセスへ移行しないと判定した場合（ステップＳ７０：ＮＯ）、制御部６１は、プラズマ処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ７１）。プラズマ処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、制御部６１は、処理をステップＳ５３へ戻す。プラズマ処理を終了すると判定した場合（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、制御部６１は、加熱冷却に係る処理を終了する。
【００７５】
実施の形態４に係る半導体製造装置及び温調方法にあっては、従来の温調方法に比べて、半導体ウエハＷの均一な加熱冷却及び高応答性を実現することができる。
【００７６】
なお、実施の形態では、温調媒体の一例として水を例示したが、言うまでもなく水に限定されるものでは無い。
【００７７】
次に、本発明に係る半導体製造装置及び温調方法の作用効果を確認すべく、飽和蒸気をウエハ載置台２の空洞２１内部に供給してウエハ載置台２を加熱温調する実験について説明する。
【００７８】
図１４は、実験で用いたウエハ載置台２の側断面図、図１５は、ウエハ載置台２のXV−XV線断面図である。ウエハ載置台２は、実施の形態３で説明した構成と同様であり、円形の底面内壁部２１ａと、一体形成された周壁部２１ｂ及び円形の天面内壁部２１ｃとを備え、空洞２１を形成している。ウエハ載置台２は、アルミニウム製である。ウエハ載置台２の直径は４８０ｍｍ、全体の厚みは３３ｍｍ、底面内壁部２１ａ及び天面内壁部２１ｃの厚みは約１０ｍｍである。また、ウエハ載置台２の底面内壁部２１ａには、水蒸気供給口２１ｅと、空洞２１内部の気体及び水を排出する排出口２１ｄとが形成されている。水蒸気供給口２１ｅ及び排出口２１ｄは、底面内壁部２１ａの中心から２００ｍｍ径方向に離隔した部位に、底面内壁部２１ａの中心に関して対称の位置関係になるように設けられている。更に、ウエハ載置台２内部の空洞２１には、ウエハ載置台２が真空引きによって潰れることを防止すべく、底面内壁部２１ａの中心周りに、４本の支柱２１ｆが設けられている。各支柱２１ｆは、一辺の長さが１５ｍｍの角柱状であり、１辺の長さが１３５ｍｍの正方形の頂点に位置するように形成されている。
【００７９】
図１６は、温度センサＳ１〜Ｓ４が設けられたウエハ載置台２を示した平面図である。具体的には、加熱温調を行う際のウエハ載置台２の温度均一性、昇温追従性を確認すべく、ウエハ載置台２の上面、即ち天面内壁部２１ｃの径方向中心部に対応する部位に温度センサＳ１、水蒸気供給口２１ｅに対応する部位に温度センサＳ２、排出口２１ｄに対応する部位に温度センサＳ３、支柱２１ｆに対応する部位に温度センサＳ４を設けた。
【００８０】
まず、ウエハ載置台２の空洞２１内部に供給する飽和蒸気の温度を４０℃から１００℃まで、１０℃間隔で段階的に上昇させ、温度センサＳ１〜Ｓ４が検出した温度の最大温度と、最小温度との温度差ΔＴの時間変化を調べた。
図１７は、加熱温調を行う際のウエハ載置台２の温度均一性を示した実験結果のグラフである。横軸は計測時間、縦軸はウエハ載置台２の最大温度及び最小温度の温度差ΔＴを示している。図１７に示したグラフから、昇温時における温度差ΔＴが１．０℃未満、定常時における温度差ΔＴが０．１℃未満になるように温度制御されていることが分かる。
【００８１】
次に、ウエハ載置台２の空洞２１内部に供給する飽和蒸気の温度を４０℃から１００℃まで、約１℃／秒で急速に昇温させ、温度センサＳ１〜Ｓ４が検出した温度の最大温度と、最小温度との温度差ΔＴの時間変化を調べた。
【００８２】
図１８は、加熱温調を行う際のウエハ載置台２の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。横軸は計測時間、縦軸はウエハ載置台２の最大温度及び最小温度の温度差ΔＴを示している。図１８に示したグラフから、ウエハ載置台２を約１℃／秒で急速に昇温させた場合であっても、温度差ΔＴを５．５℃未満に抑えることができることが分かる。
【００８３】
以上の実験結果から、本発明に係る半導体製造装置及び温調方法は、昇温時及び定常時のいずれにおいても高い温度均一性（昇温時：ΔＴ＜５．５℃、定常時：ΔＴ＜０．１℃）及び昇温追従性を実現することができることが確認された。
【００８４】
（実施の形態５）
図１９は、実施の形態５に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台６０２の側断面図、図２０は、図１９のXX−XX線断面図である。ウエハ載置台６０２は、円形の底面内壁部６２１ａと、一体形成された周壁部６２１ｂ及び円形の天面内壁部６２１ｃとを備え、空洞６２１を形成している。ウエハ載置台６０２の直径は４８０ｍｍ、全体の厚みは５０ｍｍ、空洞６２１内の高さ方向幅は３０ｍｍ、底面内壁部６２１ａ及び天面内壁部６２１ｃの厚みは約１０ｍｍである。また、底面内壁部６２１ａの中心から２００ｍｍ径方向に離隔した部位に水蒸気供給口６２１ｅが設けられている。水蒸気供給口６２１ｅには、空洞６２１内へ流入した飽和蒸気を、ウエハ載置台６０２の周方向へ分流させる平面視略Ｖ字状の分岐ノズルが設けられている。より詳細には、分岐ノズルは、空洞６２１内へ流入した飽和蒸気が直接、天面内壁部６２１ｃに当たることを防止すると共に、該飽和蒸気を、第１周方向へ導く第１角筒部と、該第１角筒部と連続しており、空洞６２１内へ流入した飽和蒸気を、第１周方向と逆方向の第２周方向へ導く２枚の第２角筒部とを備える。更に、ウエハ載置台６０２の底面内壁部６２１ａの中心部には、空洞６２１内部の気体及び水を排出する排出口６２１ｄが形成されている。更にまた、ウエハ載置台６０２内部の空洞６２１には、ウエハ載置台６０２が真空引きによって潰れることを防止すべく、底面内壁部６２１ａの中心周りに、１２本の支柱６２１ｆが設けられている。各支柱６２１ｆは、円柱状である。
【００８５】
図２１は、飽和蒸気の流れを示したシミュレーション結果を示した説明図である。図２１に示すように、実施の形態５に係る半導体処理装置にあっては、空洞６２１内に流入した飽和蒸気は、ウエハ載置台６０２の周方向へ分流して空洞６２１内を流れ、排出口６２１から排出される。従って、空洞６２１内に流入した飽和蒸気が天面内壁部６２１ｃに直接当たるような構成に比べて、ウエハ載置台６０２の局所加熱避けることができ、温度均一性を向上させることができる。
【００８６】
なお、実施の形態５では、空洞６２１内に流入した飽和蒸気を分流させる構成を説明したが、少なくとも、空洞６２１内に供給された飽和蒸気を天面内壁部６２１ｃに沿う方向へ導く案内板を備えれば、ウエハ載置台６０２の温度均一性を向上させることができる。
【００８７】
次に、実施の形態５に係る半導体製造装置及び温調方法の作用効果を確認すべく、飽和蒸気をウエハ載置台６０２の空洞６２１内部に供給してウエハ載置台６０２を加熱温調する実験について説明する。
【００８８】
図２２は、温度センサＳ１〜Ｓ４が設けられたウエハ載置台６０２を示した平面図である。具体的には、加熱温調を行う際のウエハ載置台６０２の温度均一性、昇温追従性を確認すべく、ウエハ載置台６０２の上面、即ち天面内壁部６２１ｃの径方向中心部に対応する部位に温度センサＳ１、水蒸気供給口６２１ｅに対応する部位に温度センサＳ２、水蒸気供給口６２１ｅよりも更に径方向外側に対応する部位に温度センサＳ３、ウエハ載置台６０２の中心に関して温度センサＳ３と対称をなす部位に温度センサＳ４を設けた。
【００８９】
ここで、ウエハ載置台６０２の空洞６２１内部に供給する飽和蒸気の温度を４０℃から１００℃まで、約１℃／秒で急速に昇温させ、温度センサＳ１〜Ｓ４が検出した温度の最大温度と、最小温度との温度差ΔＴの時間変化を調べた。
【００９０】
図２３は、加熱温調を行う際のウエハ載置台６０２の温度均一性及び昇温追従性を示した実験結果のグラフである。横軸は計測時間、縦軸はウエハ載置台６０２の最大温度及び最小温度の温度差を示している。図１８に示したグラフから、ウエハ載置台６０２を約１℃／秒で急速に昇温させた場合であっても、温度差ΔＴを３℃未満に抑えることができる。図１８及び図２３のグラフを比較すると、実施の形態５に係る半導体製造装置の方が昇温時における温度均一性に優れていることが確認できる。
【００９１】
（実施の形態６）
図２４は、実施の形態６に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台２の側断面図である。実施の形態６に係る半導体製造装置は、実施の形態１と同様であり、ヒータ７０８及びヒータ電源７０８ａを備えている。ヒータ７０８は、例えば電熱線であり、ウエハ載置台２の天面内壁部２１ｃに埋設されており、ヒータ電源７０８ａは、ヒータ７０８に給電することによって、ウエハ載置台２を加熱するように構成されている。ヒータ電源７０８ａによる給電動作は、制御部６１によって制御されている。
【００９２】
実施の形態６にあっては、水の蒸発潜熱でウエハ載置台２を冷却し、ヒータ７０８にてウエハ載置台２を加熱することができる。加熱手段としてヒータ７０８を採用することによって、簡単な構成で、ウエハ載置台２の温度を制御することができる。
また、加熱から冷却に切り替える際、天面内壁部２１ｃに付着した水を蒸発させるべく、ヒータ７０８を利用して天面内壁部２１ｃを加熱するように構成しても良い。同様に、冷却から加熱に切り替える際、天面内壁部２１ｃに付着した水を蒸発させるべく、ヒータ７０８を利用して天面内壁部２１ｃを加熱するように構成しても良い。
【００９３】
（実施の形態７）
実施の形態７に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台２を構成する天面内壁部に、所定の表面加工を施した点が上述の実施の形態とは異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。
【００９４】
図２５は、天面内壁部に対して施された表面処理の種類と、接触角との関係を示した棒グラフ、図２６は、表面処理の具体的内容を示した図表である。なお、接触角が大きい程、撥水性が高く、接触角が小さい程、撥水性が低い。
【００９５】
飽和蒸気をウエハ載置台２の空洞内に供給することによって、蒸気加熱を行う構成の場合、天面内壁部に撥水性の表面処理を施すと良い。撥水性が高い表面処理としては、例えば、樹脂とセラミックを複合させたコーティングＣ−１、蓚酸系アルマイトで、エチルシリケートを含浸したコーティングＡ−３等が好ましい。撥水性が高い場合、伝熱面刷新効果を高めることができる。つまり、天面内壁部に凝縮して付着した水が速やかに除去され、新たな飽和蒸気が天面内壁部に付着するため、効果的に蒸気加熱を行うことができる。
【００９６】
一方、ウエハ載置台２の天面内壁部に水を噴射することによって冷却を行う構成の場合、天面内壁部に親水性処理を施すと良い。親水性が高い表面処理としては、例えば、アルミナ溶射によるコーティングＹ−３等が好ましい。親水性が高い場合、天面内壁部の伝熱面に均一に水が広がって膜沸騰が起こるため、効果的にウエハ載置台２の冷却を行うことができる。
【００９７】
実施の形態７にあっては、ウエハ載置台２の昇温効率又は降温効率を向上させることができる。
【００９８】
（実施の形態８）
実施の形態８に係る半導体製造装置は、水噴射器６４のノズル６４ａの構成のみが、実施の形態１とは異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。実施の形態８に係るノズル６４ａは、水と空気とを旋回させることによって、直径が数百ナノメートル〜１０マイクロメートル以下の微細な気泡を混入させて水を噴射することができるマイクロ・ナノバブル発生装置を用いて構成されている。例えば、マイクロ・ナノバブル発生装置は、ナノプラネット研究所のM2-LM/PVC等を採用すれば良い。具体的な構成は、公知である（特許第３３９７１５４号）ため、詳細な説明は省略する。
【００９９】
実施の形態８に係る半導体製造装置にあっては、水に気泡が混入しているため、水の蒸発を促進させることができ、より効果的にウエハ載置台２を冷却させることができる。
【０１００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０１】
１  処理容器
２  ウエハ載置台
３  上部電極
６  温調装置
２１  空洞
２１ｃ  天面内壁部
６１  制御部
６６  エゼクタ真空ポンプ
７０  温度センサ
７１  圧力センサ
Ｗ  半導体ウエハ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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