(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ユニットと熱媒体流路とを内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御システムであって、
前記熱媒体流路に接続されて第１温度の第１の熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給装置と、
前記熱媒体流路と前記熱媒体供給装置の間に配置され、前記第１温度よりも高い第２温度の第２の熱媒体を貯蔵する熱媒体貯蔵装置と、
前記熱媒体供給装置及び前記熱媒体流路の間、並びに前記熱媒体貯蔵装置及び前記熱媒体流路の間に配置され、前記加熱ユニットが発熱する際に、前記熱媒体供給装置から前記熱媒体流路への前記第１の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路へ前記第２の熱媒体を供給する熱媒体供給制御装置とを備え、
前記熱媒体流路は入口及び出口を有し、
２つの前記熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路の入口と前記熱媒体供給装置の間、並びに前記熱媒体流路の出口と前記熱媒体供給装置の間のそれぞれに配置され、
前記熱媒体供給制御装置は、前記加熱ユニットが発熱する際に、一方の前記熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路を経由して他方の前記熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給し、次に前記加熱ユニットが発熱する際に、前記他方の熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路を経由して前記一方の熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給することを特徴とする基板載置台の温度制御システム。
【請求項２】
前記熱媒体貯蔵装置は貯蔵する前記第２の熱媒体を加熱する媒体加熱ユニットを有することを特徴とする請求項１記載の基板載置台の温度制御システム。
【請求項３】
加熱ユニットと熱媒体流路とを内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御システムであって、
前記熱媒体流路に接続されて第１温度の第１の熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給装置と、
前記熱媒体流路と前記熱媒体供給装置の間に配置され、前記第１温度よりも高い第２温度の第２の熱媒体を貯蔵する熱媒体貯蔵装置と、
前記熱媒体供給装置及び前記熱媒体流路の間、並びに前記熱媒体貯蔵装置及び前記熱媒体流路の間に配置され、前記加熱ユニットが発熱する際に、前記熱媒体供給装置から前記熱媒体流路への前記第１の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路へ前記第２の熱媒体を供給する熱媒体供給制御装置とを備え、
前記熱媒体貯蔵装置は貯蔵する前記第２の熱媒体を加熱する媒体加熱ユニットを有することを特徴とする基板載置台の温度制御システム。
【請求項４】
前記第２の温度は、前記所定の処理における前記基板載置台の所望の温度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板載置台の温度制御システム。
【請求項５】
加熱ユニットと熱媒体流路を内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御方法であって、
前記加熱ユニットが発熱して前記基板載置台の温度を上昇させる昇温ステップと、
前記基板載置台の温度を所定温度に維持する温度維持ステップと、
前記基板載置台の温度を下降させる降温ステップとを有し、
前記温度維持ステップ及び前記降温ステップでは前記熱媒体流路に第１温度の第１の熱媒体を供給し、
前記昇温ステップでは、前記熱媒体流路への前記第１の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体流路に第１温度よりも高い第２温度の第２の熱媒体を供給し、
前記温度維持ステップ及び前記降温ステップでは、前記熱媒体流路に接続される熱媒体供給装置が前記第１の熱媒体を前記熱媒体流路に供給し、
前記昇温ステップでは、前記熱媒体流路と前記熱媒体供給装置の間に配置されて前記第２の熱媒体を貯蔵する熱媒体貯蔵装置が、前記第２の熱媒体を前記熱媒体流路に供給し、
前記熱媒体流路は入口及び出口を有し、
２つの前記熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路の入口と前記熱媒体供給装置の間、並びに前記熱媒体流路の出口と前記熱媒体供給装置の間のそれぞれに配置され、
前記昇温ステップでは、一方の前記熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路を経由して他方の前記熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給し、
次の前記昇温ステップでは、前記他方の熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路を経由して前記一方の熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給することを特徴とする基板載置台の温度制御方法。
【請求項６】
前記第２の温度は、前記所定の処理における前記基板載置台の所望の温度以下であることを特徴とする請求項５記載の基板載置台の温度制御方法。
【請求項７】
前記昇温ステップにおいて、該昇温ステップ終了前に前記熱媒体流路への前記第２の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体流路に前記第１の熱媒体を供給することを特徴とする請求項５又は６記載の基板載置台の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御システム及びその温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としてのウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置は、該ウエハを収容する減圧室としてのチャンバと、該チャンバ内に処理ガスを導入するシャワーヘッドと、チャンバ内においてシャワーヘッドと対向して配置され、ウエハを載置するとともにチャンバ内に高周波電力を印加するサセプタ（載置台）とを備える。チャンバ内に導入された処理ガスは高周波電力によって励起されてプラズマとなり、該プラズマ中の陽イオンやラジカルがウエハのプラズマ処理に用いられる。
【０００３】
ウエハはプラズマ処理が施される間、該プラズマから熱を受けて温度が上昇する。ウエハの温度が上昇すると該ウエハ上のラジカルの分布が変わり、またウエハにおける化学反応の反応速度が変化する。したがって、プラズマ処理において所望の結果を得るためにはウエハの温度、より具体的にはウエハを載置するサセプタそのものの温度を制御する必要がある。
【０００４】
そこで、近年の基板処理装置では、サセプタの温度を制御するためにサセプタがその内部に電熱ヒータと冷媒流路とを有する。電熱ヒータはサセプタを加熱し、冷媒流路を流れる冷媒はサセプタを冷却するが、冷媒の温度や流量を正確に制御するのは困難である。一方、伝熱ヒータの発熱量は正確に制御することができるため、基板処理装置では冷媒流路に常時冷媒を流しておき、必要に応じて電熱ヒータを発熱させてサセプタの温度を正確に調整している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した基板処理装置では、冷媒流路を常時冷媒が流れるため、電熱ヒータを発熱させてサセプタの温度を上昇させる際、電熱ヒータからの熱の一部が冷媒流路を流れる冷媒によって吸収されてサセプタの温度上昇、ひいてはウエハの温度上昇に時間を要するという問題がある。また、電熱ヒータからの熱が全てサセプタの温度上昇に使用される訳ではないので熱エネルギーのロスも大きいという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、基板の温度上昇を速やかに行うことができると共に、熱エネルギーのロスを低減することができる基板載置台の温度制御システム及びその温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板載置台の温度制御システムは、加熱ユニットと熱媒体流路とを内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御システムであって、前記熱媒体流路に接続されて第１温度の第１の熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給装置と、前記熱媒体流路と前記熱媒体供給装置の間に配置され、前記第１温度よりも高い第２温度の第２の熱媒体を貯蔵する熱媒体貯蔵装置と、前記熱媒体供給装置及び前記熱媒体流路の間、並びに前記熱媒体貯蔵装置及び前記熱媒体流路の間に配置され、前記加熱ユニットが発熱する際に、前記熱媒体供給装置から前記熱媒体流路への前記第１の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路へ前記第２の熱媒体を供給する熱媒体供給制御装置とを備え、前記熱媒体流路は入口及び出口を有し、２つの前記熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路の入口と前記熱媒体供給装置の間、並びに前記熱媒体流路の出口と前記熱媒体供給装置の間のそれぞれに配置され、前記熱媒体供給制御装置は、前記加熱ユニットが発熱する際に、一方の前記熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路を経由して他方の前記熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給し、次に前記加熱ユニットが発熱する際に、前記他方の熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路を経由して前記一方の熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の基板載置台の温度制御システムは、請求項１記載の基板載置台の温度制御システムにおいて、前記熱媒体貯蔵装置は貯蔵する前記第２の熱媒体を加熱する媒体加熱ユニットを有することを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３記載の基板載置台の温度制御システムは、加熱ユニットと熱媒体流路とを内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御システムであって、前記熱媒体流路に接続されて第１温度の第１の熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給装置と、前記熱媒体流路と前記熱媒体供給装置の間に配置され、前記第１温度よりも高い第２温度の第２の熱媒体を貯蔵する熱媒体貯蔵装置と、前記熱媒体供給装置及び前記熱媒体流路の間、並びに前記熱媒体貯蔵装置及び前記熱媒体流路の間に配置され、前記加熱ユニットが発熱する際に、前記熱媒体供給装置から前記熱媒体流路への前記第１の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体貯蔵装置から前記熱媒体流路へ前記第２の熱媒体を供給する熱媒体供給制御装置とを備え、前記熱媒体貯蔵装置は貯蔵する前記第２の熱媒体を加熱する媒体加熱ユニットを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の基板載置台の温度制御システムは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板載置台の温度制御システムにおいて、前記第２の温度は、前記所定の処理における前記基板載置台の所望の温度以下であることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項５記載の基板載置台の温度制御方法は、加熱ユニットと熱媒体流路を内蔵し、所定の処理が施される基板を載置する基板載置台の温度制御方法であって、前記加熱ユニットが発熱して前記基板載置台の温度を上昇させる昇温ステップと、前記基板載置台の温度を所定温度に維持する温度維持ステップと、前記基板載置台の温度を下降させる降温ステップとを有し、前記温度維持ステップ及び前記降温ステップでは前記熱媒体流路に第１温度の第１の熱媒体を供給し、前記昇温ステップでは、前記熱媒体流路への前記第１の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体流路に第１温度よりも高い第２温度の第２の熱媒体を供給し、前記温度維持ステップ及び前記降温ステップでは、前記熱媒体流路に接続される熱媒体供給装置が前記第１の熱媒体を前記熱媒体流路に供給し、前記昇温ステップでは、前記熱媒体流路と前記熱媒体供給装置の間に配置されて前記第２の熱媒体を貯蔵する熱媒体貯蔵装置が、前記第２の熱媒体を前記熱媒体流路に供給し、前記熱媒体流路は入口及び出口を有し、２つの前記熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路の入口と前記熱媒体供給装置の間、並びに前記熱媒体流路の出口と前記熱媒体供給装置の間のそれぞれに配置され、前記昇温ステップでは、一方の前記熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路を経由して他方の前記熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給し、次の前記昇温ステップでは、前記他方の熱媒体貯蔵装置が前記熱媒体流路を経由して前記一方の熱媒体貯蔵装置へ前記第２の熱媒体を供給することを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項５記載の基板載置台の温度制御方法において、前記第２の温度は、前記所定の処理における前記基板載置台の所望の温度以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の基板載置台の温度制御方法は、請求項５又は６記載の基板載置台の温度制御方法において、前記昇温ステップにおいて、該昇温ステップ終了前に前記熱媒体流路への前記第２の熱媒体の供給を停止し、且つ前記熱媒体流路に前記第１の熱媒体を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の基板載置台の温度制御システム及び請求項５記載の基板載置台の温度制御方法によれば、基板載置台に内蔵された加熱ユニットが発熱する際、基板載置台に内蔵された熱媒体流路への第１温度の第１の熱媒体の供給が停止され、該熱媒体流路へ第１温度よりも高い第２温度の第２の熱媒体が供給される。これにより、加熱ユニットからの熱の一部が熱媒体流路を流れる第２の熱媒体によって吸収されるのを抑制することができるので、基板載置台の温度上昇、ひいては基板の温度上昇を速やかに行うことができると共に、熱エネルギーのロスを低減することができる。また、加熱ユニットが発熱する際に、一方の熱媒体貯蔵装置から熱媒体流路を経由して他方の熱媒体貯蔵装置へ第２の熱媒体が供給され、次に加熱ユニットが発熱する際に、他方の熱媒体貯蔵装置から熱媒体流路を経由して一方の熱媒体貯蔵装置へ第２の熱媒体が供給されるため、温度がさほど低下していない第２の熱媒体を再利用することができる。その結果、低温の熱媒体を第２の温度まで上昇させる必要を無くすことができ、もって、熱エネルギーを節約することができる。
【００１９】
請求項２又は３記載の基板載置台の温度制御システムによれば、熱媒体貯蔵装置は貯蔵する第２の熱媒体を加熱する媒体加熱ユニットを有するので、貯蔵する第２の熱媒体を再利用する前に、該第２の熱媒体の温度を第２の温度まで上昇させることができ、もって、第２の熱媒体を再利用しても加熱ユニットからの熱の一部が熱媒体流路を流れる第２の熱媒体によって吸収されるのを確実に抑制することができる。
【００２０】
請求項４記載の基板載置台の温度制御システム及び請求項６記載の基板載置台の温度制御方法によれば、第２の温度は、所定の処理における基板載置台の所望の温度以下であるので、加熱ユニットが発熱する際に、第２の熱媒体によって基板載置台が過剰に加熱されて該基板載置台の温度が所望の温度を越えるのを防止することができる。
【００２１】
請求項５記載の基板載置台の温度制御方法によれば、基板載置台の温度が所定温度に維持される際、及び基板載置台の温度が下降させられる際、熱媒体流路に接続される熱媒体供給装置から第１の熱媒体が熱媒体流路に供給され、加熱ユニットが発熱する際、熱媒体流路と熱媒体供給装置の間に配置される熱媒体貯蔵装置から第２の熱媒体が熱媒体流路に供給されるので、迅速に熱媒体流路の温度を変更することができ、もって、加熱ユニットからの熱の一部が熱媒体流路を流れる第２の熱媒体によって吸収されるのをより抑制することができる。
【００２２】
請求項７記載の基板載置台の温度制御方法によれば、昇温ステップにおいて、該昇温ステップ終了前に熱媒体流路への第２の熱媒体の供給が停止され、且つ熱媒体流路に第１の熱媒体が供給されるので、基板載置台が過剰に加熱されるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板載置台の温度制御システムが適用され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】プラズマエッチング処理におけるサセプタ、ヒータユニット及び熱媒体流路の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図３】本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。
【図４】図３の温度制御方法の次に実行される基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。
【図５】本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を用いたシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図６】本実施の形態に係る基板載置台の温度制御システムの変形例の構成を概略的に示す断面図であり、図６（Ａ）は第１の変形例であり、図６（Ｂ）は第２の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御システムが適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
【００２６】
図１において、基板処理装置１０は、半導体デバイス用のウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内の下部には円柱状のサセプタ１２（基板載置台）が配置され、また、チャンバ１１内の上部にはサセプタ１２に対向するように円板状のシャワーヘッド１３が配置されている。
【００２７】
サセプタ１２は、静電チャック（図示しない）と、ヒータユニット１４（加熱ユニット）と、プラズマエッチング処理の種類に応じた熱媒体としての冷媒が流れる熱媒体流路１５とを内蔵し、上面（以下、「載置面」という。）においてウエハＷを載置する。静電チャックはクーロン力等によって載置されたウエハＷを載置面へ静電吸着する。ヒータユニット１４はサセプタ１２の載置面のほぼ全域に対応して配置される抵抗からなり、電源１４ａから印加された電圧によって発熱し、サセプタ１２及び該サセプタ１２を介してウエハＷを加熱する。熱媒体流路１５もサセプタ１２の載置面のほぼ全域に対応して配置され、内部の冷媒によってサセプタ１２及び該サセプタ１２を介してウエハＷの熱を吸収し、サセプタ１２やウエハＷを冷却する。また、サセプタ１２には高周波電源１６が接続されるため、該サセプタ１２はサセプタ１２及びシャワーヘッド１３の間の処理空間Ｓに高周波電力を印加する下部電極として機能する。
【００２８】
シャワーヘッド１３は内部にバッファ室１７と、該バッファ室１７及び処理空間Ｓを連通させる複数のガス穴１８とを有する。バッファ室１７には外部の処理ガス供給装置（図示しない）から処理ガスが供給され、該供給された処理ガスは複数のガス穴１８を介して処理空間Ｓへ導入される。基板処理装置１０では、該処理空間Ｓへ高周波電力が印加されるので、処理空間Ｓへ導入された処理ガスが励起されてプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマに含まれる陽イオンやラジカルを用いてウエハＷにプラズマエッチング処理が施される。
【００２９】
プラズマエッチング処理中、ウエハＷはプラズマから熱を受け続けるため、ウエハＷの温度が所定の温度よりも上昇する虞がある。プラズマエッチング処理は、エッチング対象物と処理ガス（エッチングガス）との気相反応を利用するので、基板処理装置１０では、対象物としてのウエハＷの温度が所定の温度を超えて過剰に上昇すると、想定外の過剰な気相反応が生じて所望の結果を得ることができない。そこで、基板処理装置１０はウエハＷの温度が所定の温度よりも上昇するのを防止するためにサセプタ１２を介してウエハＷを冷却する冷媒循環システム（基板載置台の温度制御システム）を備える。この冷媒循環システムはサセプタ１２の温度を制御することによってウエハＷの温度を制御する。
【００３０】
冷媒循環システムは、熱媒体流路１５の入口１５ａ及び出口１５ｂをチャンバ１１外において繋ぐ冷媒配管１９と、該冷媒配管１９の途中に設けられた冷媒供給装置２０（熱媒体供給装置）とを備え、冷媒を熱媒体流路１５に循環させる。冷媒供給装置２０は圧送ポンプとして機能し、出口１５ｂから冷媒配管１９へ排出された冷媒を入口１５ａへ向けて圧送する。また、冷媒供給装置２０は熱交換器として機能し、サセプタ１２の熱を吸収して高温となった冷媒を冷却し、該冷媒の温度を比較的低温（第１の温度）、具体的には、プラズマエッチング処理中におけるサセプタ１２の温度維持や温度下降に必要な温度、例えば、１０℃まで低下させる。これにより、冷媒供給装置２０から熱媒体流路１５へ供給される冷媒（第１の熱媒体）の温度は比較的低温に維持される。
【００３１】
また、冷媒循環システムは、熱媒体流路１５の入口１５ａ及び冷媒供給装置２０の間において冷媒配管１９から分岐する支管１９ａに接続される高温媒体貯蔵タンク２１（一方の熱媒体貯蔵タンク）と、熱媒体流路１５の出口１５ｂ及び冷媒供給装置２０の間において冷媒配管１９から分岐する支管１９ｂに接続される高温媒体貯蔵タンク２２（他方の熱媒体貯蔵タンク）とを有し、さらに、冷媒配管１９において、冷媒供給装置２０及び高温媒体貯蔵タンク２１と、熱媒体流路１５の入口１５ａとの間に配置される第１のバルブ群２３（熱媒体供給制御装置）と、冷媒供給装置２０及び高温媒体貯蔵タンク２２と、熱媒体流路１５の出口１５ｂとの間に配置される第２のバルブ群２４（熱媒体供給制御装置）とを有する。
【００３２】
高温媒体貯蔵タンク２１は、冷媒供給装置２０が供給する冷媒の温度（例えば、１０℃）よりも高い比較的高温（第２の温度）の、例えば、８０℃の高温媒体（第２の熱媒体）を貯蔵する。高温媒体貯蔵タンク２２も同じ高温媒体を貯蔵することができる。また、高温媒体貯蔵タンク２１及び高温媒体貯蔵タンク２２は保温構造を有し、貯蔵する高温媒体を保温する。さらに、高温媒体貯蔵タンク２１及び高温媒体貯蔵タンク２２は壁面ヒータ等からなる媒体ヒータユニット（媒体加熱ユニット）（図示しない）を有し、貯蔵する高温媒体を加熱することができる。
【００３３】
本実施の形態では、後述するように、高温媒体を高温媒体貯蔵タンク２１及び高温媒体貯蔵タンク２２の間で移送させるため、プラズマエッチング処理前において高温媒体貯蔵タンク２１のみが高温媒体を貯蔵し、高温媒体貯蔵タンク２２は空であることが好ましい。また、本実施の形態で用いられる冷媒や高温媒体は、例えば、ガルデン（登録商標）やフロリナート（登録商標）が用いられる。特に、冷媒及び高温媒体は冷媒配管１９や熱媒体流路１５において混合する可能性があるため、同物性の媒体を用いるのが好ましい。
【００３４】
第１のバルブ群２３は冷媒配管１９に配されるバルブ２３ａと、支管１９ａに配されるバルブ２３ｂとからなり、バルブ２３ａが開弁し且つバルブ２３ｂが閉弁すると冷媒供給装置２０及び熱媒体流路１５が連通し、バルブ２３ａが閉弁し且つバルブ２３ｂが開弁すると高温媒体貯蔵タンク２１及び熱媒体流路１５が連通する。また、第２のバルブ群２４は冷媒配管１９に配されるバルブ２４ａと、支管１９ｂに配されるバルブ２４ｂとからなり、バルブ２４ａが開弁し且つバルブ２４ｂが閉弁すると冷媒供給装置２０及び熱媒体流路１５が連通し、バルブ２４ａが閉弁し且つバルブ２４ｂが開弁すると高温媒体貯蔵タンク２２及び熱媒体流路１５が連通する。
【００３５】
図２は、プラズマエッチング処理におけるサセプタ、ヒータユニット及び熱媒体流路の温度と時間との関係を示すグラフである。図２において、実線がサセプタ１２の温度を示し、２点鎖線がヒータユニット１４の出力を示し、１点鎖線が熱媒体流路１５の温度を示す。
【００３６】
通常、プラズマエッチング処理は、図２に示すように、複数の処理工程（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に分かれており、各処理工程ではウエハＷやサセプタ１２が所望の温度（所定温度）に維持される（温度維持ステップ）。ところが、各処理工程の所望の温度が異なるため、２つの連続する処理工程の間にウエハＷやサセプタ１２の温度を上昇又は下降させる工程（Ｐｕ、Ｐｄ１、Ｐｄ２）（昇温ステップ、降温ステップ）が必要である。
【００３７】
サセプタ１２の温度を所望の温度に維持する際（工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）、ヒータユニット１４へ電力を供給し、熱媒体流路１５へ冷媒を供給する。このとき、プラズマからの入熱量及びヒータユニット１４の発熱量の合計量と、熱媒体流路１５を流れる冷媒が吸収する熱量とがほぼ等しくなるようにヒータユニット１４の発熱量を調整する。例えば、プラズマからの入熱量が過剰に大きい場合には、プラズマからの入熱量と熱媒体流路１５を流れる冷媒が吸収する熱量とがほぼ等しくなるようにヒータユニット１４を作動させないこともある。
【００３８】
サセプタ１２の温度を下降させる際（工程Ｐｄ１、Ｐｄ２）には、ヒータユニット１４への電力の供給を停止し、熱媒体流路１５へ熱媒体として冷媒を供給する。このとき、ヒータユニット１４は発熱しないため、サセプタ１２の熱が熱媒体流路を流れる冷媒によって効率良く吸収されてサセプタ１２は急速に降温する。
【００３９】
一方、サセプタ１２の温度を上昇させる際に（工程Ｐｕ）は、ヒータユニット１４へ電力を供給してヒータユニット１４を発熱させる。しかしながら、このとき、熱媒体流路１５内に冷媒が存在すると、ヒータユニット１４及び熱媒体流路１５の温度差が大きくなり、また、熱流の大きさは温度差に依存することから、熱媒体流路１５を流れる冷媒が吸収するヒータユニット１４からの熱量が大きくなる。その結果、サセプタ１２の温度上昇に時間を要する。
【００４０】
本実施の形態では、これに対応して、ヒータユニット１４を発熱させてサセプタ１２の温度を上昇させる際、熱媒体流路１５内に熱媒体として冷媒ではなく高温媒体を存在させてヒータユニット１４及び熱媒体流路１５の温度差を小さくする（図２中の矢印参照。）。これにより、ヒータユニット１４からの熱の一部が熱媒体流路１５を流れる冷媒によって吸収されるのを抑制することができ、ヒータユニット１４からの熱をサセプタ１２の温度上昇のために効率良く用いることができる。その結果、サセプタ１２の温度上昇を速やかに行うことができる（図２の太実線参照）。また、サセプタ１２の温度上昇を速やかに行うことができるので、ヒータユニット１４の出力を増加させる時間を短くすることができ（図２の太２点鎖線）、もって、図中の斜線部に相当する電力を節約することができる。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法について説明する。
【００４２】
図３は、本実施の形態に係る基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。本温度制御方法は図１の基板処理装置１０の冷媒循環システムが、図２における工程Ｐ１、Ｐｕ及びＰ２に亘って実行する。
【００４３】
まず、工程Ｐ１（図３（Ａ））では、第１のバルブ群２３のバルブ２３ａが開弁し且つバルブ２３ｂが閉弁し、第２のバルブ群２４のバルブ２４ａが開弁し且つバルブ２４ｂが閉弁する。したがって、冷媒供給装置２０で冷却された熱媒体としての冷媒が熱媒体流路１５へ供給される（図中の矢印参照。）。このとき、ヒータユニット１４は発熱しているが、熱媒体流路１５を流れる冷媒がヒータユニット１４からの熱の一部を吸収するため、サセプタ１２の温度は上昇せずに一定に維持される。
【００４４】
次いで、工程Ｐｕが開始されると（図３（Ｂ））、第１のバルブ群２３のバルブ２３ａが閉弁し且つバルブ２３ｂが開弁し、第２のバルブ群２４のバルブ２４ａが閉弁し且つバルブ２４ｂが開弁する。したがって、熱媒体流路１５への冷媒の供給が停止され、高温媒体貯蔵タンク２１に貯蔵された高温媒体が熱媒体流路１５へ供給され、さらに、該熱媒体流路１５を介して高温媒体貯蔵タンク２２へ供給される（図中の矢印参照。）。このときも、ヒータユニット１４は発熱しているが、高温媒体によってヒータユニット１４及び熱媒体流路１５の温度差が小さくなるため、ヒータユニット１４からの熱の一部が熱媒体流路１５を流れる高温媒体によって吸収されるのが抑制される。その結果、サセプタ１２の温度上昇を速やかに行うことができる。
【００４５】
その後、所定の時間に亘って第１のバルブ群２３及び第２のバルブ群２４の状態をそのまま維持し、高温媒体を高温媒体貯蔵タンク２１から熱媒体流路１５を介して高温媒体貯蔵タンク２２へ供給し続ける（図３（Ｃ））（図中の矢印参照。）。この間、サセプタ１２の温度は急速に上昇し続ける。ここで、高温媒体は熱媒体流路１５等を流れる間に放熱するため、高温媒体貯蔵タンク２２に供給されて貯蔵される高温媒体の温度は高温媒体貯蔵タンク２１に貯蔵されていたときの温度（以下、「初期温度」という。）に比べて低くなる。そこで、高温媒体貯蔵タンク２２は媒体ヒータユニットによって貯蔵される高温媒体を加熱し、その温度を初期温度まで上昇させて維持する。
【００４６】
次いで、サセプタ１２の温度が工程Ｐ２における所望の温度に近づくと、工程Ｐｕの終了前に、第１のバルブ群２３のバルブ２３ａが開弁し且つバルブ２３ｂが閉弁し、第２のバルブ群２４のバルブ２４ａが開弁し且つバルブ２４ｂが閉弁する。したがって、高温媒体の熱媒体流路１５への供給が停止され、冷媒供給装置２０で冷却された冷媒が熱媒体流路１５へ供給される（図３（Ｄ））（図中の矢印参照。）。このとき、熱媒体流路１５を流れる冷媒がヒータユニット１４からの熱の一部を吸収するため、サセプタ１２が過剰に加熱されるのを確実に防止することができ、サセプタ１２の温度が工程Ｐ２における所望の温度を上回る（オーバーシュートする）のを防止することができる。
【００４７】
次いで、サセプタ１２の温度が工程Ｐ２における所望の温度に到達すると、工程Ｐ２へ移行する。
【００４８】
図４は、図３の温度制御方法の次に実行される基板載置台の温度制御方法を示す工程図である。本温度制御方法も図１の基板処理装置１０の冷媒循環システムが、図２における工程Ｐ１、Ｐｕ及びＰ２に亘って実行する。
【００４９】
まず、工程Ｐ１（図４（Ａ））では、第１のバルブ群２３のバルブ２３ａが開弁し且つバルブ２３ｂが閉弁し、第２のバルブ群２４のバルブ２４ａが開弁し且つバルブ２４ｂが閉弁する。したがって、冷媒供給装置２０で冷却された冷媒が熱媒体流路１５へ供給される（図中の矢印参照。）。但し、図３（Ａ）の場合と異なり、熱媒体としての冷媒は冷媒供給装置２０によって出口１５ｂから熱媒体流路１５へ供給されるが、冷媒の流れの向きにかかわらず、熱媒体流路１５を流れる冷媒はヒータユニット１４からの熱の一部を吸収するため、サセプタ１２の温度は上昇せずに一定に維持される。
【００５０】
次いで、工程Ｐｕが開始されると（図４（Ｂ））、第１のバルブ群２３のバルブ２３ａが閉弁し且つバルブ２３ｂが開弁し、第２のバルブ群２４のバルブ２４ａが閉弁し且つバルブ２４ｂが開弁する。したがって、熱媒体流路１５への冷媒の供給が停止され、高温媒体貯蔵タンク２２に貯蔵された高温媒体が出口１５ｂを介して熱媒体流路１５へ供給され、さらに、該熱媒体流路１５を介して高温媒体貯蔵タンク２１へ供給される（図中の矢印参照。）。ここで、上述したように、高温媒体貯蔵タンク２２に貯蔵されている高温媒体の温度は媒体ヒータユニットによって初期温度まで上昇されているため、高温媒体が供給される熱媒体流路１５及びヒータユニット１４の温度差が小さくなる。その結果、サセプタ１２の温度上昇を速やかに行うことができる。
【００５１】
その後、所定の時間に亘って第１のバルブ群２３及び第２のバルブ群２４の状態をそのまま維持する（図４（Ｃ））ので、サセプタ１２の温度は急速に上昇し続ける。このとき、高温媒体貯蔵タンク２１は媒体ヒータユニットによって供給されて貯蔵される高温媒体を加熱し、その温度を初期温度まで上昇させて維持する。
【００５２】
次いで、サセプタ１２の温度が工程Ｐ２における所望の温度に近づくと、工程Ｐｕの終了前に、第１のバルブ群２３のバルブ２３ａが開弁し且つバルブ２３ｂが閉弁し、第２のバルブ群２４のバルブ２４ａが開弁し且つバルブ２４ｂが閉弁する。これにより、サセプタ１２の温度が工程Ｐ２における所望の温度を上回るのを防止することができる。
【００５３】
次いで、サセプタ１２の温度が工程Ｐ２における所望の温度に到達すると、工程Ｐ２へ移行する。
【００５４】
なお、上述した図３及び図４の基板載置台の温度制御方法では、高温媒体貯蔵タンク２１及び２２の一方が空になるまで他方への高温媒体の供給を継続することを想定しているが、高温媒体貯蔵タンク２１及び２２の一方が空になるまで高温媒体の供給を継続する必要はなく、例えば、高温媒体貯蔵タンク２１及び２２の一方における高温媒体が所定量ほど残っていても高温媒体の供給を停止してもよい。この場合、高温媒体貯蔵タンク２１及び２２の一方に残った高温媒体は図示しないバイパス通路を介して他方へ直接移送される。
【００５５】
本発明者は、本発明に係る基板載置台の温度制御方法の作用、効果を確認すべく、図３及び図４の基板載置台の温度制御方法において、サセプタ１２の体積を０．００３９８ｍ３、比熱を９００Ｊ／ｋｇ・ｋ、比重を２７００ｋｇ／ｍ３、熱媒体流路１５の表面積を０．１６ｍ２、熱媒体流路１５における冷媒（高温媒体）とサセプタ１２との伝熱面の捏伝達率を４３００Ｗ／ｍ２・Ｋ、サセプタ１２の熱容量を９６７１．４Ｊ／ｋとし、図３の基板載置台の温度制御方法における工程Ｐｕでのサセプタ１２の温度上昇を比較的短い所定時間の経過毎にサセプタ１２の温度を算出することによってシミュレートし、その結果（実施例）を図５のグラフに「●」で示した。また、工程Ｐｕにおいて常時熱媒体流路１５へ冷媒供給装置２０から冷媒を供給した場合のサセプタ１２の温度上昇を同様にシミュレートし、その結果（比較例）を図５のグラフに「×」で示した。
【００５６】
図５のグラフから分かるとおり、比較例に比べて実施例ではサセプタ１２の温度上昇を速やかに行うことができることが分かった。
【００５７】
図３及び図４の基板載置台の温度制御方法によれば、ヒータユニット１４が発熱する際（工程Ｐｕ）、熱媒体流路１５への冷媒の供給が停止され、熱媒体流路１５へ高温媒体が供給される。これにより、ヒータユニット１４からの熱の一部が熱媒体流路１５を流れる冷媒によって吸収されるのを抑制することができるので、サセプタ１２の温度上昇、ひいてはウエハＷの温度上昇を速やかに行うことができると共に、熱エネルギーのロスを低減することができる。
【００５８】
図３及び図４の基板載置台の温度制御方法では、工程Ｐｕにおいて、高温媒体貯蔵タンク２１から熱媒体流路１５を経由して高温媒体貯蔵タンク２２へ高温媒体が供給され、次の工程Ｐｕにおいて、前の工程Ｐｕにおいて高温媒体を貯蔵した高温媒体貯蔵タンク２２から熱媒体流路１５を経由して高温媒体貯蔵タンク２１へ高温媒体が供給されるため、温度がさほど低下していない高温媒体を再利用することができる。その結果、低温の熱媒体を初期温度まで上昇させて高温媒体とする必要を無くすことができ、もって、熱エネルギーを節約することができる。
【００５９】
また、図３及び図４の基板載置台の温度制御方法では、工程に応じて媒体を使い分ける。具体的には、サセプタ１２の温度を所望の温度に維持する際（工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）、及びサセプタ１２の温度を下降する際（工程Ｐｄ１、Ｐｄ２）、冷媒供給装置２０から冷媒が熱媒体流路１５に供給され、ヒータユニット１４が発熱する際（工程Ｐｕ）、高温媒体貯蔵タンク２１、２２から高温媒体が熱媒体流路１５に供給される。これにより、迅速に熱媒体流路１５の温度を変更することができる。
【００６０】
図３及び図４の基板載置台の温度制御方法では、プラズマエッチング処理の開始前において高温媒体が高温媒体貯蔵タンク２１に貯蔵されるときの該高温媒体の温度、すなわち、初期温度は、プラズマエッチング処理の工程Ｐ２におけるサセプタ１２の所望の温度以下であるのが好ましい。これにより、工程Ｐｕにおいて高温媒体によってサセプタ１２が過剰に加熱されて該サセプタ１２の温度が上記所望の温度を越えるのを確実に防止することができる。
【００６１】
上述した図１の冷媒循環システムは２つの高温媒体貯蔵タンク（２１，２２）を備えたが、熱媒体流路１５へ高温媒体を供給できれば、冷媒循環システムは２つの高温媒体貯蔵タンクを備えなくてもよい。
【００６２】
例えば、図６（Ａ）に示すように、冷媒循環システムが冷媒配管１９の支管１９ａに接続された１つの高温媒体貯蔵タンク２１のみを備えていてもよい。この場合、工程Ｐｕでは、第１のバルブ群２３のバルブ２３ａが閉弁し且つバルブ２３ｂが開弁して高温媒体貯蔵タンク２１に貯蔵された高温媒体が熱媒体流路１５へ供給されるが、熱媒体流路１５を流れた高温媒体は出口１５ｂから冷媒配管１９へ流出し、そのまま冷媒配管１９内に留まる。その後、工程Ｐ２において第１のバルブ群２３のバルブ２３ａ、２３ｂがともに開弁し、冷媒供給装置２０で冷却された冷媒が熱媒体流路１５だけでなく高温媒体貯蔵タンク２１へも供給される。高温媒体貯蔵タンク２１は供給された冷媒を貯蔵し、媒体ヒータユニットによって貯蔵される冷媒を加熱し、その温度を初期温度まで上昇させて維持する。温度が初期温度まで高められた冷媒（高温媒体）は次の工程Ｐｕにおいて高温媒体貯蔵タンク２１から熱媒体流路１５へ供給される。
【００６３】
また、例えば、図６（Ｂ）に示すように、冷媒循環システムが高温媒体貯蔵タンクを備えず、冷媒配管１９における熱媒体流路１５の入口１５ａ近傍に急速加熱器２５を備えるだけでもよい。この場合、工程Ｐｕでのみ急速加熱器２５が作動して冷媒供給装置２０で冷却された冷媒を急速加熱してその温度を初期温度まで高める。温度が初期温度まで高められた冷媒（高温媒体）は熱媒体流路１５へ供給される。
【００６４】
なお、上述した実施の形態においてプラズマエッチング処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）等を含むＦＰＤ（Flat  Panel  Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０  基板処理装置
１２  サセプタ
１４  ヒータユニット
１５  熱媒体流路
１５ａ  入口
１５ｂ  出口
１９  冷媒配管
１９ａ，１９ｂ  支管
２０  冷媒供給装置
２１，２２  高温媒体貯蔵タンク
２３  第１のバルブ群
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ  バルブ
２４  第２のバルブ群
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005519992.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005519992.tif 000007