(57)【要約】【課題】基板の温度を流体により調節する温度調節器の設置領域を節減することが可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体製造装置は、基板を収容する収容部と、流体の温度を調節する第１の温度調節器とを備える。さらに、前記装置は、前記第１の温度調節器からの前記流体を分流させる第１および第２流路と、前記第２流路内の前記流体の温度を調節する第２の温度調節器とを備える。さらに、前記装置は、前記第１流路内の前記流体と前記第２流路内の前記流体とを合流させ、合流した前記流体を前記収容部に供給する流体供給流路と、前記第１流路内の前記流体の流量と、前記第２流路内の前記流体の流量とを調節する流量調節器とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する収容部と、
流体の温度を調節する第１の温度調節器と、
前記第１の温度調節器からの前記流体を分流させる第１および第２流路と、
前記第２流路内の前記流体の温度を調節する第２の温度調節器と、
前記第１流路内の前記流体と前記第２流路内の前記流体とを合流させ、合流した前記流体を前記収容部に供給する流体供給流路と、
前記第１流路内の前記流体の流量と、前記第２流路内の前記流体の流量とを調節する流量調節器と、
を備える半導体製造装置。
【請求項２】
前記第１の温度調節器は、前記流体の温度を第１温度に調節し、
前記第２の温度調節器は、前記第２流路内の前記流体の温度を第２温度に調節し、
前記流量調節器は、前記流体供給流路内の前記流体の温度を、前記第１温度と前記第２温度との間の第３温度に調節する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記第１の温度調節器は、前記流体を冷却する冷却器である、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記第２の温度調節器は、前記第２流路内の前記流体を加熱する加熱器である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記収容部内の部分の温度を検出する温度検出部を備え、
前記流量調節器は、前記温度検出部により検出された前記収容部内の部分の温度に基づいて、前記第１流路内の前記流体の流量と、前記第２流路内の前記流体の流量とを調節する、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記第１の温度調節器からの前記流体を分流させる第３流路と、
前記第３流路内の前記流体の温度を調節する第３の温度調節器とを備え、
前記流体供給流路には、前記第１流路内の前記流体と、前記第２流路内の前記流体と、前記第３流路内の前記流体とが流入する、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
基板を収容部内に収容し、
流体の温度を第１の温度調節器により調節し、
前記第１の温度調節器からの前記流体を第１および第２流路に分流させ、
前記第２流路内の前記流体の温度を第２の温度調節器により調節し、
前記第１流路内の前記流体と前記第２流路内の前記流体とを合流させ、合流した前記流体を流体供給流路を介して前記収容部に供給し、
前記第１流路内の前記流体の流量と、前記第２流路内の前記流体の流量とを流量調節器により調節する、
ことを含む半導体製造方法。
【請求項８】
さらに、前記収容部内の部分の温度を、前記流体供給流路からの前記流体により調節することを含む、請求項７に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置の処理チャンバ内のウェハは、ウェハ温度を迅速かつ正確に調節するために、複数台の冷却器（チラー）からの冷媒により冷却されることが多い。しかしながら、プラズマ処理装置の冷却器の台数が多くなると、これらの冷却器を設置するために広い設置領域が必要となる。そのため、プラズマ処理装置の設置面積が増加することが問題となる。同様の問題は、ウェハ温度を温度調節器からの流体により調節するその他の半導体製造装置でも起こり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２６３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板の温度を流体により調節する温度調節器の設置領域を節減することが可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、基板を収容する収容部と、流体の温度を調節する第１の温度調節器とを備える。さらに、前記装置は、前記第１の温度調節器からの前記流体を分流させる第１および第２流路と、前記第２流路内の前記流体の温度を調節する第２の温度調節器とを備える。さらに、前記装置は、前記第１流路内の前記流体と前記第２流路内の前記流体とを合流させ、合流した前記流体を前記収容部に供給する流体供給流路と、前記第１流路内の前記流体の流量と、前記第２流路内の前記流体の流量とを調節する流量調節器とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す概略図である。
【図２】第２実施形態の半導体製造装置の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す概略図である。
【０００９】
図１の半導体製造装置は、冷却器（チラー）１と、加熱器（ヒーター）２と、バルブボックス３と、処理チャンバ４と、温度検出部５と、制御部６とを備えている。冷却器１は第１の温度調節器の例であり、加熱器２は第２の温度調節器の例である。バルブボックス３と制御部６は、流量調節器の例である。処理チャンバ４は、収容部の例である。図１の半導体製造装置はさらに、流路１１と、第１流路１２と、第２流路１３と、流路１４と、流路１５とを備えている。流路１４は、流体供給流路の例である。
【００１０】
図１の半導体製造装置は、処理チャンバ４内のウェハ３１をプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置である。ウェハ３１は、本開示の基板の例である。ウェハ３１は、処理チャンバ４内のＥＳＣ（静電チャック：Electrostatic Chuck）４ａ上に載置される。
【００１１】
図１は、ウェハ３１の表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウェハ３１の表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書においては、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。例えば、ＥＳＣ４ａとウェハ３１との位置関係は、ＥＳＣ４ａがウェハ３１の下方に位置していると表現される。本実施形態の−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
【００１２】
以下、図１の半導体製造装置の構造を詳細に説明する。
【００１３】
冷却器１は、冷却水（冷媒）の温度を調節する機器であり、具体的には、冷却水を冷却する。冷却水は、本開示の流体の例である。冷却器１は、冷却水の温度を設定温度である第１温度Ｔ１に調節する。本実施形態の第１温度Ｔ１は、２０℃である。冷却器１により冷却された冷却水は、冷却器１の出口から流路１１に排出される。
【００１４】
流路１１は、第１および第２流路１２、１３に分岐している。よって、流路１１内の冷却水は、第１流路１２と第２流路１３とに分流される。
【００１５】
加熱器２は、第２流路１３内の冷却水の温度を調節する機器であり、具体的には、第２流路１３内の冷却水を加熱する。加熱器２の例は、第２流路１３を構成する配管の周囲に巻かれたヒータージャケットやリボンヒーターである。加熱器２は、冷却水の温度を設定温度である第２温度Ｔ２に調節する。本実施形態の第２温度Ｔ２は、４０℃である。
【００１６】
第１および第２流路１２、１３は、流路１４に合流している。よって、第１流路１２内の冷却水と第２流路１３内の冷却水は、流路１４に流れ込んで合流する。第１流路１２から流路１４には、第１温度Ｔ１の冷却水が流れ込む。第２流路１３から流路１４には、第２温度Ｔ２の冷却水が流れ込む。
【００１７】
バルブボックス３は、第１流路１２と第２流路１３の合流地点に配置されている。バルブボックス３は、第１流路１２内の冷却水の流量と、第２流路１３内の冷却水の流量とを調節することができる。具体的には、本実施形態のバルブボックス３は、前者の冷却水の流量と後者の冷却水の流量との比率を調節することができる。
【００１８】
バルブボックス３は、これらの流量を調節することで、流路１４内の冷却水の温度を第３温度Ｔ３に調節することができる。第３温度Ｔ３は、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との間の温度である（Ｔ１≦Ｔ３≦Ｔ２）。例えば、バルブボックス３は、前者の冷却水の流量と後者の冷却水の流量との比率を３：１に調節することで、流路１４内の冷却水の温度を２５℃に調節することができる。第３温度Ｔ３に調節された冷却水は、流路１４を介して処理チャンバ４内に供給される。
【００１９】
処理チャンバ４は、処理対象のウェハ３１を収容可能である。ウェハ３１は、処理チャンバ４内のＥＳＣ４ａ上に載置される。処理チャンバ４は、ウェハ３１にバイアス電圧を印加するための上部電極２１および下部電極２２と、下部電極２２を覆う絶縁体２３とを備えている。下部電極２２と絶縁体２３は、ＥＳＣ４ａを構成している。
【００２０】
処理チャンバ４は、ＥＳＣ４ａ上のウェハ３１の温度を、流路１４からの冷却水により調節することができる。ＥＳＣ４ａは、流路１４、１５に接続されている。流路１４からの冷却水は、ＥＳＣ４ａ内の流路を通過し、流路１５へと排出される。冷却水は、ＥＳＣ４ａ内を通過する間にウェハ３１を冷却することができる。
【００２１】
処理チャンバ４から排出された冷却水は、流路１５を介して冷却器１に供給され、冷却器１の入口から冷却器１内に導入される。冷却器１は、この冷却水の温度を再び第１温度Ｔ１に調節して、流路１１へと排出する。このようにして、冷却水が半導体製造装置内を循環する。
【００２２】
温度検出部５は、矢印Ｓ１で示すように、ＥＳＣ４ａの温度を検出する。温度検出器５は例えば、温度計や温度センサである。ＥＳＣ４ａの温度は、収容部内の部分の温度の例である。温度検出部５により検出されたＥＳＣ４ａの温度は、矢印Ｓ２で示すように、制御部６に送信される。
【００２３】
制御部６は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部６は、冷却器１の冷却処理、加熱器２の加熱処理、バルブボックス３の開閉、処理チャンバ４のプラズマ処理などを制御する。
【００２４】
制御部６は、矢印Ｓ３で示すように、温度検出部５により検出されたＥＳＣ４ａの温度に基づいて、バルブボックス３の動作を制御する。具体的には、制御部６は、ＥＳＣ４ａの温度に基づいて、第１流路１２内の冷却水の流量と、第２流路１３内の冷却水の流量とを調節する。例えば、ＥＳＣ４ａの温度が高すぎる場合には、第１流路１２の冷却水の流量を増加させて、第３温度Ｔ３を低下させる。一方、ＥＳＣ４ａの温度が低すぎる場合には、第２流路１３の冷却水の流量を増加させて、第３温度Ｔ３を上昇させる。このようにして、制御部６は、ＥＳＣ４ａの温度を所望の温度に調節することができる。本実施形態の制御部６は、ＥＳＣ４ａの温度を調節することにより、ＥＳＣ４ａ上に載置されたウェハ３１の温度を所望の温度に調節することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、冷却水の温度を調節する温度調節器として、冷却器１と加熱器２とを備えている。冷却器１は、冷却水の温度を第１温度Ｔ１に調節する。加熱器２は、冷却水の温度を第２温度Ｔ２に調節する。よって、本実施形態によれば、処理チャンバ４に供給する冷却水の温度を、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との間の第３温度Ｔ３に調節することができる。
【００２６】
冷却水の温度をＴ１とＴ２との間のＴ３に調節する処理は、一般に２台以上の冷却器により実行される。しかしながら、冷却器の台数が多くなると、これらの冷却器を設置するために広い設置領域が必要となる。
【００２７】
一方、本実施形態においては、第１の温度調節器からの冷却水を、第１および第２流路１２、１３に分流させる。そして、第２流路１３内の冷却水の温度を第２の温度調節器で調節し、第１および第２流路１２、１３の冷却水を流路１４に合流させる。よって、本実施形態によれば、第１の温度調節器を冷却器１、第２の温度調節器を加熱器２とすることで、冷却水の温度をＴ１とＴ２との間のＴ３に調節することができる。すなわち、本実施形態によれば、冷却水の温度をＴ１とＴ２との間のＴ３に調節する処理を、１台の冷却器１により実行することができる。
【００２８】
一般に、加熱器２の構造は冷却器１の構造よりも単純であり、加熱器２の設置領域は冷却器１の設置領域よりも狭くてすむ。例えば、加熱器２がヒータージャケットやリボンヒーターの場合には、加熱器２は、第２流路１３を構成する配管の周囲に巻かれた状態で設置される。この場合、加熱器２は非常に狭い領域に設置することができる。よって、本実施形態によれば、冷却水の温度を調節する温度調節器（冷却器１および加熱器２）の設置領域を節減することが可能となる。
【００２９】
また、本実施形態の半導体製造装置は、第１流路１２内の冷却水の流量と第２流路１３内の冷却水の流量とを調節することで、処理チャンバ４に供給する冷却水の温度を調節する。一般に、流量調節による冷却水の温度制御は、冷却器１や加熱器２による冷却水の温度制御よりも高速で実行することができる。よって、本実施形態によれば、冷却水の流量を調節することで、流路１４内の冷却水の温度を迅速に調節することができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、冷却水の温度を調節する温度調節器の設置領域を節減することが可能となり、半導体製造装置の設置面積を低減することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態の半導体製造装置の処理チャンバ４は、プラズマ処理以外の処理を行うチャンバでもよい。また、本実施形態の加熱器２は、ヒータージャケットやリボンヒーター以外の機器でもよい。また、本実施形態の半導体製造装置は、水以外の流体を冷媒として使用してもよい。
【００３２】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の半導体製造装置の構造を示す概略図である。
【００３３】
図２の半導体製造装置は、図１に示す構成要素に加えて、加熱器（ヒーター）７と第３流路１６とを備えている。加熱器７は、第３の温度調節器の例である。
【００３４】
本実施形態の流路１１は、第１、第２、および第３流路１２、１３、１６に分岐している。具体的には、流路１１が第１および第２流路１２、１３に分岐し、第３流路１６が第２流路１３から分岐している。よって、流路１１内の冷却水は、第１、第２、および第３流路１２、１３、１６に分流される。
【００３５】
加熱器７は、第３流路１６内の冷却水の温度を調節する機器であり、具体的には、第３流路１６内の冷却水を加熱する。加熱器７の例は、第３流路１６を構成する配管の周囲に巻かれたヒータージャケットやリボンヒーターである。加熱器７は、冷却水の温度を設定温度に調節する。加熱器７の設定温度は、加熱器２の設定温度（第２温度Ｔ２）と同じ温度でもよいし、加熱器２の設定温度（第２温度Ｔ２）と異なる温度でもよい。
【００３６】
第３流路１６は、加熱器２の上流地点で第２流路１３から分岐し、加熱器２の下流地点で第２流路１３に合流している。よって、第３流路１６で加熱された冷却水は、第２流路１３で加熱された冷却水に合流し、バルブボックス３および流路１４に流れ込む。
【００３７】
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、冷却水の温度を調節する温度調節器として、冷却器１と加熱器２、７とを備えている。本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、冷却水の温度を１台の冷却器１により調節することができる。よって、本実施形態によれば、冷却水の温度を調節する温度調節器（冷却器１および加熱器２、７）の設置領域を節減することが可能となる。
【００３８】
なお、本実施形態の加熱器２、７は、並列に配置されているが、直列に配置されていてもよい。また、本実施形態の半導体製造装置は、並列または／および直列に配置された３台以上の加熱器を備えていてもよい。
【００３９】
また、本実施形態においては、第２流路１３と第３流路１６の合流地点に、バルブボックス３と同様のバルブボックスを配置してもよい。この場合、このバルブボックスの動作は、制御部６が制御してもよい。
【００４０】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００４１】
１：冷却器、２：加熱器、３：バルブボックス、
４：処理チャンバ、４ａ：ＥＳＣ、５：温度検出部、６：制御部、７：加熱器、
１１：流路、１２：第１流路、１３：第２流路、
１４：流路、１５：流路、１６：第３流路、
２１：上部電極、２２：下部電極、２３：絶縁体、３１：ウェハ
【図１】
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【図２】
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