专利名称：半导体制造装置及调温方法
技术领域：
本发明涉及具有半导体晶圆载置台的调温功能的半导体制造装置及半导体晶圆载置台的调温方法。
背景技术：
半导体制造装置包括用于将半导体晶圆维持在规定的工艺温度的调温装置。调温装置通过使调温用的液体(以下称作调温介质)在形成于半导体晶圆载置台内部的流路中循环来进行调温(例如专利文献1、幻。将使调温介质循环的调温方式称作强制对流式。专利文献1 日本特开2001-44176号公报专利文献2 日本特开平7-235588号公报但是，在采用强制对流式的调温时，由于流路导热特性存在一定的界限，因此，存在难以对半导体晶圆进行均勻的调温、温度控制的响应性也较差这样的问题。不言而喻，为了增大调温介质与调温部之间的换热量，也可以考虑在流路内设置散热片等来提高流路导热特性，但由于流路导热特性与压力损失处于相反的关系，因此，在提高流路导热特性时，产生流路的压力损失变大、用于送出调温介质的泵的消耗能量增大这样的问题。相反，在为了谋求节能而降低压力损失时，调温介质的入侧和出侧的温度差变大，流路导热特性降低，难以对半导体晶圆进行均勻的调温。另外，为了利用强制对流式的调温对半导体晶圆进行均勻的调温，需要考虑流路的配置。但是，由于在半导体晶圆载置台上设有各种螺钉，升降销、电极零件，因此，流路的设置空间存在各种制约，流路设计的最佳化极为困难。
发明内容
本发明即是鉴于该情况而做成的，其目的在于提供一种半导体制造装置及调温方法，S卩控制空洞内的压力，以在形成于晶圆载置台的空洞的内壁诱发调温介质的相变化，从而与以往的调温方法相比能够实现半导体晶圆的均勻的调温和高响应性。本发明的半导体制造装置包括在内部具有空洞的半导体晶圆载置台、及为了将该半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度而向上述空洞的内壁喷射目标温度以下的液体的调温介质的喷嘴，其特征在于，包括压力检测部件，其用于检测上述空洞内的压力；真空泵，其用于排出上述空洞内的气体，使得由该压力检测部件检测出的压力为从上述喷嘴喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上、目标温度时的饱和蒸气压以下。本发明的半导体制造装置的特征在于，包括调温介质供给口，为了将上述半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，其用于向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质；温度检测部件，其用于检测上述半导体晶圆载置台的温度，在该半导体制造装置中，在由上述温度检测部件检测出的温度大于目标温度的情况下，上述真空泵排出上述空洞内的气体，使得由上述压力检测部件检测出的压力为从上述喷嘴喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下，在由上述温度检测部件检
4测出的温度小于目标温度的情况下，上述真空泵排出上述空洞内的气体，使得由上述压力检测部件检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且从上述调温介质供给口供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。本发明的半导体制造装置包括在内部具有空洞的半导体晶圆载置台、及为了将该半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度而向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质的调温介质供给口，其特征在于，包括压力检测部件，其用于检测上述空洞内的压力；真空泵，其用于排出上述空洞内的气体，使得由上述压力检测部件检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且从上述调温介质供给口供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。本发明的半导体制造装置的特征在于，上述空洞的内壁相对于半导体晶圆的载置面倾斜。本发明的调温方法为了将在内部具有空洞的半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，向上述空洞的内壁喷射目标温度以下的液体的调温介质，其特征在于，检测上述空洞内的压力，排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为向上述空洞的内壁喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下。本发明的调温方法为了将在内部具有空洞的半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，检测该半导体晶圆载置台的温度，在检测出的温度大于目标温度的情况下，向上述空洞的内壁喷射目标温度以下的液体的调温介质，在检测出的温度小于目标温度的情况下，向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质，其特征在于，检测上述空洞内的压力，在检测出的温度大于目标温度的情况下，排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为向上述空洞的内壁喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下，在检测出的温度小于目标温度的情况下，排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且向上述空洞内供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。本发明的调温方法为了将在内部具有空洞的半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质，其特征在于，检测上述空洞内的压力，排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且向上述空洞内供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。在本发明中，在半导体晶圆载置台的内部形成有调温用的空洞。在半导体晶圆载置台的温度大于目标温度的情况下，向该空洞的内壁喷射目标温度以下的调温介质。压力检测部件用于检测空洞内的压力，真空泵用于排出空洞内的气体，使得空洞内的压力处于特定的压力范围内。特定的压力范围为向空洞的内壁喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下。因此，与空洞的内壁接触之前的调温介质是液体。另外，由于接触到内壁的调温介质的温度上升到大于目标温度，因此相变化为气体。因而，能够利用调温介质的潜热冷却半导体晶圆载置台。在本发明中，温度检测部件用于检测载置台的温度。在半导体晶圆载置台的温度大于目标温度的情况下，向该空洞的内壁喷射目标温度以下的调温介质。真空泵如上所述那样排出空洞内的气体，使得空洞内的压力为向空洞的内壁喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下。因而，能够利用调温介质的潜热冷却半导体晶圆载置台。另一方面，在半导体晶圆载置台的温度小于目标温度的情况下，向空洞内供给目标温度以上的调温介质。真空泵排出空洞内的气体，使得空洞内的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且向空洞的内壁供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。因此，与空洞的内壁接触之前的调温介质是气体。另外，由于接触到内壁的调温介质的温度降低到小于目标温度，因此相变化为液体。因而，能够利用调温介质的潜热加热半导体晶圆载置台。在本发明中，在半导体晶圆载置台的内部形成有调温用的空洞。在半导体晶圆载置台的温度小于目标温度的情况下，向空洞内供给目标温度以上的调温介质。真空泵排出空洞内的气体，使得空洞内的压力处于特定的压力范围内。特定的压力范围为空洞内的压力在目标温度时的饱和蒸气压以上且向空洞中供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。因此，与空洞的内壁接触之前的调温介质是气体。另外，由于接触到内壁的调温介质的温度降低到小于目标温度，因此相变化为液体。因而，能够利用调温介质的潜热加热半导体晶圆载置台。在本发明中，形成于半导体载置台的空洞的内壁相对于半导体晶圆的载置台倾斜。因而，附着于空洞内壁的液体的调温介质顺着该内壁移动。因而，能够更高效地冷却或加热半导体载置台。与以往的调温方法相比，能够实现半导体晶圆的均勻的调温和高响应性。
图1是表示本发明的实施方式1的半导体制造装置的构造的示意图。图2是表示晶圆载置台和调温装置的示意图。图3是表示喷射真空泵和冷水制造器的构造的示意图。图4是表示控制部的与冷却相关的处理过程的流程图。图5是概念性地表示真空气化冷却条件的状态图。图6A是实施方式2的晶圆载置台和水喷射器的侧剖视图。图6B是实施方式2的水喷射器的俯视图。图7A是实施方式2的变形例的晶圆载置台和水喷射器的侧剖视图。图7B是实施方式2的变形例的水喷射器的俯视图。图8是表示实施方式3的晶圆载置台和调温装置的示意图。图9是表示控制部的与加热相关的处理过程的流程图。图10是概念性地表示真空蒸气加热条件的状态图。图11是表示实施方式4的晶圆载置台和调温装置的示意图。图12是表示控制部的与加热冷却相关的处理过程的流程图。图13是表示控制部的与加热冷却相关的处理过程的流程图。图14是在实验中使用的晶圆载置台的侧剖视图。图15是晶圆载置台的XV-XV剖视图。图16是表示设有温度传感器的晶圆载置台的俯视图。图17是实验结果的曲线图，该实验结果表示了进行加热调温时晶圆载置台的温度均勻性。
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图18是实验结果的曲线图，该实验结果表示了进行加热调温时晶圆载置台的温度均勻性及升温追随性。图19是构成实施方式5的半导体处理装置的晶圆载置台的侧剖视图。图20是图19中的XX-XX剖视图。图21是表示模拟结果的说明图，该模拟结果表示饱和蒸气的流动。图22是表示设有温度传感器的晶圆载置台的俯视图。图23是实验结果的曲线图，该实验结果表示了进行加热调温时晶圆载置台的温度均勻性及升温追随性。图M是构成实施方式6的半导体处理装置的晶圆载置台的侧剖视图。图25是表示对顶面内壁部实施的表面处理的种类和接触角之间的关系的柱状图。图沈是表示表面处理的具体内容的图表。
具体实施例方式下面，根据表示本发明的实施方式的附图对本发明进行详细的说明。图1是表示本发明的实施方式1的半导体制造装置的构造的示意图。本实施方式1的半导体制造装置例如是平行平板型的等离子体蚀刻装置。另外，平行平板型的等离子体蚀刻装置是等离子体处理装置的一例，并不限定于此。半导体制造装置包括空心圆筒状的处理容器1。处理容器1例如是铝制，其被接地。在处理容器1的底面大致中央部，隔着圆盘状绝缘体22设有用于载置半导体晶圆W、并起到下部电极的作用的圆盘状的晶圆载置台2(半导体晶圆载置台)。晶圆载置台2例如是铝制或铜制，在其内部具有用于对所载置的半导体晶圆W进行调温的空洞21，空洞21与后述的调温装置6相连接。另外，晶圆载置台2与施加偏压用的高频电源4相连接。另外，在处理容器1的顶面大致中央部，与晶圆载置台2相对地设有上部电极3。在处理容器1与上部电极3之间安装有环状绝缘体14。上部电极3与等离子体产生用的高频电源5相连接。另外，上部电极3形成为空心状，构成包括未图示的多个工艺气体供给孔的气体簇射头。在上部电极3的上表面中央设有用于向上部电极3供给工艺气体的工艺气体供给管31，上部电极3向处理容器1内供给工艺气体。并且，在处理容器1的靠底面的侧面部分连接有排气管12，利用设置在排气管12的下游的未图示的真空泵对处理容器1内进行真空排气。并且，在处理容器1的侧面形成有半导体晶圆W的输送口 11，输送口 11能够利用闸阀13开闭。图2是表示晶圆载置台2和调温装置6的示意图。形成在晶圆载置台2中的空洞21是具有圆形的底面内壁部21a、周壁部21b和圆形的顶面内壁部21c (内壁)的圆柱状。底面内壁部21a在适当部位形成有用于排出空洞21内部的气体和水的排出口 21d。调温装置6包括用于控制各构成部的动作的控制部61。控制部61例如是具有CPU的微型计算机，在CPU中包括存储有控制部61的动作所需的计算机程序、半导体制造工艺所需的工艺温度(目标温度)等各种信息的存储部、用于输入输出各种信息及控制信号的输入输出部等。
调温装置6还包括晶圆载置台2的调温所需的温度控制器62、水喷射器64、排水器65、喷射真空泵66、冷水制造器67、水供给泵68及流量控制阀69。温度控制器62按照来自控制部61的控制信号将从后述的冷水制造器67供给来的冷水的温度反馈控制在特定的温度，将进行了温度控制的水通过配管63a供给到水喷射器64。水喷射器64配置在晶圆载置台2的空洞21内部。水喷射器64包括被形成为直径比顶面内壁部21c小的空心圆板状且与配管63a相连通的基部、及分散配置在该基部的顶面内壁部21c侧的喷嘴64a，水喷射器64构成为将从温度控制器62供给来的水大致均勻地喷射到顶面内壁部21c。排水器65利用配管6;3b、63c与晶圆载置台2的排出口 21d及喷射真空泵66相连接。排水器65接收通过排出口 21d和配管6 排出的水，将其通过配管63c供给到喷射真空泵66。另外，排水器65将通过排出口 21d和配管6 排出的水蒸气保持原样地通过配管63c供给到喷射真空泵66。图3是表示喷射真空泵66和冷水制造器67的构造的示意图。喷射真空泵66通过连接以下各构件而构成，即用于贮存通过配管6 供给来的水的贮水槽66d、用于经由配管66g、66i压送贮水槽66d中的水的压力泵66h、用于将自压送来的水生成水蒸气的真空容器66j、用于喷射自真空容器66j通过配管6 供给来的水蒸气的喷射喷嘴66b、配置有喷射喷嘴66b的吸入室66a、扩散器(diffuser) 66c，吸入室66a与配管63c相连通。特别是，在贮水槽66d中设有用于使从晶圆载置台2的空洞21排出来的水蒸气冷凝的冷凝器66e。另外，在贮水槽66d的适当部位设有溢流管66f。这样地构成的喷射真空泵66利用压力泵6 将贮水槽66d中的水供给到喷射喷嘴66b，使水经由扩散器66c和贮水槽66d循环，从而在吸入室66a中得到真空吸引力。喷射真空泵66利用该真空吸引力从空洞21排出该空洞21内的气体及残留在空洞21内的液体的调温介质、即水。更详细地讲，在对晶圆载置台2进行冷却的情况下，喷射真空泵66从空洞21内不仅排出气化的水蒸气，也排出未气化的液体的水。另外，在对晶圆载置台2进行加热的情况下，喷射真空泵66从空洞21内不仅排出水蒸气，也排出冷凝了的液体的水。冷水制造器67包括与吸入室66a相连通的冷水贮存槽67a、用于自贮水槽66d向冷水贮存槽67a中供给水的配管67f、设置于配管67f的浮子阀67g、用于通过配管67b压送冷水贮存槽67a中的水的冷水制造用压力泵67c、用于将压送来的水冷却的冷冻室67d、配置在冷水贮存槽67a内的蒸发器67e。从蒸发器67e喷射来的水的一部分作为水蒸气蒸发，在蒸发时，通过从其余的水吸收该蒸发所需的潜热来将该水冷却。冷水贮存槽67a与配管63d相连通，通过配管63d将冷水从冷水贮存槽67a向温度控制器62送出。水供给泵68设置在配管63d上。水供给泵68例如是隔膜式的泵，按照来自控制部61的控制信号进行驱动，将冷水制造器67的冷水向温度控制器62送出。流量控制阀69设置在比水供给泵68靠温度控制器62侧的配管63d上。流量控制阀69按照来自控制部61的控制信号来控制从水供给泵68送出来的水的流量，将进行了流量控制的水向温度控制器62送出。调温装置6还包括温度传感器(温度检测部件)70、压力传感器(压力检测部
8件)71和流量传感器72。温度传感器70例如是埋设在晶圆载置台2的适当部位的热电偶温度计，用于检测晶圆载置台2的温度，将检测出的温度信息输出到控制部61。压力传感器71连接于配管63，用于检测空洞21内部的压力，将检测出的压力信息输出到控制部61。流量传感器72用于检测在配管63d中流动的水的流量，将检测出的流量信息输出到控制部61。控制部61通过输入输出部取得温度、压力、流量的信息，根据取得的信息来执行冷却的处理，将用于控制喷射真空泵66、水供给泵68和流量控制阀69的动作的控制信号输出到各部。图4是表示控制部61的与冷却相关的处理过程的流程图。控制部61驱动喷射真空泵66和水供给泵68等(步骤Sll)。然后，控制部61自未图示的存储部读出工艺温度(步骤SU)。接着，控制部61利用温度传感器70检测温度(步骤S13)。然后，控制部61判定由温度传感器70检测出的温度是否大于工艺温度(步骤S14)。下面，将由温度传感器70检测出的温度称作检测温度。在检测温度为工艺温度以下的情况下(步骤S14 判断结果为“否”)，控制部61将流量控制阀69控制为关闭状态(步骤 S15)。在判定为检测温度大于工艺温度的情况下(步骤S 14 判断结果为“是”)，控制部61确定应向顶面内壁部21c喷射的水的目标水温和目标流量(步骤S 16)，确定空洞21内的目标压力(步骤S17)。在此，对目标水温、目标流量和目标压力进行说明。图5是概念性地表示真空气化冷却条件的状态图。横轴是温度，纵轴是压力。曲线图中的曲线表示水的饱和蒸气压I3Sv(T)。I^sv(T)是温度T的函数。在检测温度大于工艺温度Tl的情况下，控制部61在用阴影表示的温度压力范围内确定目标水温和目标压力。在用阴影表示的温度压力范围内，空洞21内的压力为从喷嘴64a喷射的水的温度T时的饱和蒸气压I3Sv(T)以上且工艺温度Tl时的饱和蒸气压P以下。例如，将与工艺温度T 1相同的温度确定为目标水温，工艺温度Tl时的饱和蒸气压Ι^ν(Τ 1)确定为目标压力即可。水的流量确定为不会由于喷射到顶面内壁部21c的水的气化而导致空洞21内的压力脱离上述温度压力范围即可。即，将目标流量确定为喷射的水比能够由真空泵排出的水蒸气量少即可。具体地讲，控制部61预先存储有使工艺温度、目标水温、目标流量和目标压力相关联而成的表格，根据在步骤S 12中读出的工艺温度和上述表格来确定目标水温、目标流量和目标压力即可。完成步骤S 17的处理后的控制部61根据目标流量来控制流量控制阀69的开度(步骤S 18)。接着，控制部61为了使水的温度与该目标水温一致，根据目标水温对温度控制器62的动作进行反馈控制(步骤S 19)。然后，控制部61为了使空洞21内的压力与目标压力一致，根据目标压力对喷射真空泵66的动作进行反馈控制(步骤S20)。在完成了步骤S20或步骤S 15的处理的情况下，控制部61判定是否过渡到下一工艺(步骤S21)。在判定为过渡到下一工艺的情况下(步骤S21 判断结果为“是”)，控制部61将处理返回到步骤S 12。在判定为不过渡到下一工艺的情况下(步骤S21 判断结果为“否”)，控制部61判定是否结束等离子处理(步骤S22)。在判定为不结束等离子处理的情况下(步骤S22 判断结果为“否”)，控制部61将处理返回到步骤S 13。在判定为结束等离子处理的情况下(步骤S22 判断结果为“是”)，控制部61结束冷却的处理。在实施方式1的等离子处理装置及调温方法中，在低温下使喷到顶面内壁部21c上的水蒸发，利用蒸发潜热冷却晶圆载置台2，因此，与以往的调温方法相比，能够实现半导体晶圆W的均勻的冷却及高响应性。实施方式2图6A是实施方式2的晶圆载置台102和水喷射器164的侧剖视图，图6B是实施方式2的水喷射器164的俯视图。实施方式2的半导体制造装置仅是晶圆载置台102的空洞121的形状及水喷射器164的构造与实施方式1的半导体制造装置有所不同，因此，下面主要说明上述不同点。实施方式2的形成在晶圆载置台102中的空洞121具有底面内壁部121a、周壁部121b和顶面内壁部121c。顶面内壁部121c和底面内壁部121a具有相对于用于载置半导体晶圆W的载置面倾斜的倾斜面。更具体地讲，顶面内壁部121c形成这样的倒圆锥形状，该倒圆锥形状为在晶圆载置台102的径向大致中央部的下方具有顶点、底缘部到达周壁部121b的倒圆锥形状。底面内壁部121a形成这样的圆锥形状，该圆锥形状为在晶圆载置台102的径向大致中央部的上方具有顶点、底缘部到达周壁部121b的圆锥形状。另外，底面内壁部121a在晶圆载置台102的径向外侧、即靠近周壁部121b的部分上具有与实施方式1同样的排出口 121d。实施方式2的水喷射器164包括呈直径比顶面内壁部121c小的空心圆环状且与配管63a相连通的基部、及在该基部的位于顶面内壁部121c侧的环状面上沿周向等距配置的多个喷嘴16 ，该水喷射器164构成为将从温度控制器62供给来的水大致均勻地喷射到顶面内壁部121c的外周部分。在实施方式2的半导体制造装置中，被喷到顶面内壁部121c上的水沿着倾斜面流向晶圆载置台102的中心部。因而，与实施方式1相比，能够将调温用的水更长时间、更大范围地保持在顶面内壁部121c上。另外，在顶面内壁部121c的温度与工艺温度之间的温差较大的情况下，被喷到顶面内壁部121c上的水瞬间发生相变化，但在顶面内壁部121c的局部的温度达到工艺温度的情况下，有时附着液体的水。沿着倾斜面流动的水在到达未达到工艺温度的部分时发生相变化，该部分被冷却。这样，实施方式2的半导体制造装置能够更高效地对半导体晶圆W进行冷却。另外，到达顶面内壁部121c的顶点部分的水滴落到底面内壁部121a，沿着底面内壁部121a所形成的斜面向外周侧流动，因此，能够从排出口 121d迅速地排出已经对调温没有帮助的无用的水。在底面内壁部121a中滞留大量的水时，该水有可能对空洞121内的压力控制产生不良影响，结果，有可能无法准确地进行在顶面内壁部121c上的相变化及对顶面内壁部121c的温度控制。在实施方式2中，能够迅速地排出无用的水，因此，能够更准确地进行晶圆载置台102的调温。图7A是实施方式2的变形例的晶圆载置台102和水喷射器264的侧剖视图，图7B是实施方式2的变形例的水喷射器沈4的俯视图。实施方式2的变形例的半导体制造装置仅是水喷射器264的构造与上述实施方式2的半导体制造装置有所不同，因此，下面主要说明上述不同点。变形例的水喷射器264包括呈直径比顶面内壁部121c小的空心圆环状且与配管63a相连通的基部、及在该基部的位于顶面内壁部121c侧的环状面外侧及环状面内侧分别沿周向等距配置的喷嘴26 ，该水喷射器264构成为将从温度控制器62供给来的水大致均勻地喷射到顶面内壁部121c的外周部分。在变形例的半导体制造装置中，喷嘴^Ha在周向及径向上分散配置，因此，能够实现半导体晶圆W的更均勻的冷却及高响应性。另外，也可以进行提高顶面内壁部121c的润湿性的表面处理，例如由多孔体构成顶面内壁部121c的表面。另外，为了提高润湿性，也可以向水中添加表面活性剂。在这种情况下，能够进一步实现调温的均勻性及高响应性。另外，不言而喻，本实施方式2及变形例也可以应用于后述的实施方式3及实施方式4。实施方式3图8是表示实施方式3的晶圆载置台2和调温装置306的示意图。实施方式3的半导体制造装置通过将饱和蒸气供给到晶圆载置台2的空洞21内来对晶圆载置台2进行加热调温。实施方式3的半导体制造装置仅是晶圆载置台2和调温装置306的构造与上述实施方式1有所不同，因此，下面主要说明上述不同点。实施方式3的调温装置306不包括在实施方式1中说明的水喷射器64、温度控制器62和流量传感器72，而包括用于将饱和蒸气供给到空洞21内部的蒸气压控制器73和减温器74。另外，在晶圆载置台2的适当部位设有水蒸气供给口(调温介质供给口)21e。蒸气压控制器73由减压阀构成，该减压阀通过配管63f从外部输入水蒸气，将输入的饱和蒸气减压至能够由后续的减温器74进行温度控制的压力，将减压后的水蒸气通过配管63g送到减温器74。另外，蒸气压控制器73包括用于使配管63f、63g之间断开/接通的未图示的水蒸气供给阀。减温器74通过按照来自控制部61的控制信号使从蒸气压控制器73送出来的水蒸气的压力增减，控制该水蒸气的温度，将进行温度控制后的饱和蒸气通过配管6 供给到空洞21内。在喷射真空泵66中，压力控制用的冷水自冷水制造器67通过配管63i、63j进行循环。图9是表示控制部61的与加热相关的处理过程的流程图。控制部61驱动喷射真空泵66等(步骤S 31)。然后，控制部61自未图示的存储部读出工艺温度(步骤S 32)。接着，控制部61利用温度传感器70检测温度(步骤S 33)。然后，控制部61判定检测温度是否小于工艺温度(步骤S34)。在检测温度为工艺温度以上的情况下(步骤S 34:判断结果为“否”)，控制部61将水蒸气供给阀控制为关闭状态(步骤S35)。在判定为检测温度小于工艺温度的情况下(步骤S 34:判断结果为“是”)，控制部61确定应向空洞21内部供给的饱和蒸气的温度、即目标水蒸气温度(步骤S 36)，确定空洞21内的目标压力(步骤S37)。在此，对目标水蒸气温度和目标压力进行说明。图10是概念性地表示真空蒸气加热条件的状态图。图10所示的状态图与图5中表示的状态图相同，在检测温度小于工艺温度T2的情况下，控制部61在用阴影表示的温度压力范围内确定目标水蒸气温度和目标压力。在用阴影表示的温度压力范围内，空洞21内的压力为工艺温度T2时的饱和蒸气压I^sv (T2)以上且供给到空洞21内部的水蒸气的温度T时的饱和蒸气压I3SV(T)以下。例如，将与工艺温度T2相同的温度确定为目标水蒸气温度，工艺温度T2时的饱和蒸气压Psv (T2)确定为目标压力即可。具体地讲，控制部61预先存储有使工艺温度、目标水蒸气温度和目标压力相关联而成的表格，根据在步骤S32中读出的工艺温度和上述表格来确定目标水蒸气温度和目标压力即可。完成步骤S37的处理后的控制部61将水蒸气供给阀控制为打开状态(步骤S38)。接着，控制部61为了使水蒸气的温度与目标水蒸气温度一致，根据目标水蒸气温度对蒸气压控制器73和减温器74的动作进行反馈控制(步骤S39)。然后，控制部61为了使空洞21内的压力与目标压力一致，根据目标压力对喷射真空泵66的动作进行反馈控制(步骤S40)。步骤S40或步骤S 35以后的处理、即步骤S41及步骤S42的处理与在实施方式1中说明的步骤S21及步骤S22的处理相同，因此省略其详细地说明。在实施方式3的半导体制造装置及调温方法中，利用供给到空洞21的低温蒸气冷凝而恢复为液体时的冷凝潜热加热晶圆载置台2，因此，与以往的调温方法相比，能够实现半导体晶圆W的均勻的加热及高响应性。实施方式4图11是表示实施方式4的晶圆载置台2和调温装置406的示意图。实施方式4的晶圆半导体装置通过将实施方式1及实施方式3的构成构件组合起来，而构成为能够对晶圆载置台2进行加热冷却。实施方式4的晶圆载置台2与实施方式1同样地在其内部具有空洞21，在该空洞21内配置有水喷射器64。另外，晶圆载置台2在底面内壁部21a的适当部位设有与实施方式3同样的水蒸气供给口 21e。实施方式4的调温装置406包括与实施方式1同样的控制部61、温度控制器62、水喷射器64、排水器65、喷射真空泵66、冷水制造器67、水供给泵68、流量控制阀69、温度传感器70、压力传感器71和流量传感器72。调温装置406还包括与实施方式3同样的蒸气压控制器73和减温器74。调温装置406还包括用于切换加热和冷却的切换阀75。在切换阀75上连接有配管63k、631、63h、63a，切换阀75包括用于选择性地切换将从减温器74送出来的水蒸气送出到水蒸气供给口 21e的路径、及将从温度控制器62送出来的水送出到水喷射器64的路径的阀。按照来自控制部61的控制信号，进行切换阀75的路径切换。图12及图13是表示控制部61的与加热冷却相关的处理过程的流程图。控制部61驱动喷射真空泵66和水供给泵68等(步骤S 51)。然后，控制部61自未图示的存储部读出工艺温度(步骤S5》。接着，控制部61利用温度传感器70检测温度(步骤S53)。然后，控制部61判定由温度传感器70检测出的温度是否大于工艺温度(步骤S54)。在判定为检测温度大于工艺温度的情况下(步骤S 54 判断结果为“是”)，控制部61确定应向顶面内壁部21c喷射的水的目标水温和该水的目标流量(步骤S 55)，确定空洞21内的目标压力(步骤S56)。完成步骤S56的处理后的控制部61将切换器切换到真空气化冷却系统(步骤
12S57)。然后，控制部61根据目标流量来控制流量控制阀69的开度(步骤S58)。接着，控制部61为了使水的温度与该目标水温一致，根据目标水温对温度控制器62的动作进行反馈控制(步骤S59)。然后，控制部61为了使空洞21内的压力与目标压力一致，根据目标压力对喷射真空泵66的动作进行反馈控制(步骤S60)。在完成了步骤S60的处理后的情况、或者检测温度为工艺温度以下的情况下(步骤S 54:判断结果为“否”)，控制部61判定检测温度是否小于工艺温度(步骤S61)。在判定为检测温度不小于工艺温度的情况下(步骤S61 判断结果为“否”)，控制部61将流量控制阀69控制为关闭状态(步骤S6》，将水蒸气供给阀控制为关闭状态(步骤S63)。在步骤S61中判定为检测温度小于工艺温度的情况下(步骤S61 判断结果为“是”)，控制部61将切换器切换到真空蒸气加热系统(步骤S64)。然后，确定应向空洞21内部供给的水蒸气的温度、即目标水蒸气温度(步骤S65)，确定空洞21内的目标压力(步骤 S66)。完成步骤S66的处理后的控制部61将水蒸气供给阀控制为打开状态(步骤S67)。接着，控制部61为了使水蒸气的温度与目标水蒸气温度一致，根据目标水蒸气温度对蒸气压控制器73和减温器74的动作进行反馈控制(步骤S68)。然后，控制部61为了使空洞21内的压力与目标压力一致，根据目标压力对喷射真空泵66的动作进行反馈控制(步骤S69)。在完成了步骤S69或步骤S63的处理后的情况下，控制部61判定是否过渡到下一工艺(步骤S 70)。在判定为过渡到下一工艺的情况下(步骤S 70:判断结果为“是”)，控制部61将处理返回到步骤S52。在判定为不过渡到下一工艺的情况下(步骤S 70 判断结果为“否”)，控制部61判定是否结束等离子处理(步骤S 71)。在判定为不结束等离子处理的情况下(步骤S 71 判断结果为“否”)，控制部61将处理返回到步骤S53。在判定为结束等离子处理的情况下(步骤S71 判断结果为“是”)，控制部61结束加热冷却的处理。在实施方式4的半导体制造装置及调温方法中，与以往的调温方法相比，能够实现半导体晶圆W的均勻的加热冷却及高响应性。另外，在实施方式中，作为调温介质的一例子例示了水，但不言而喻并不限定于水。接着，为了确认本发明的半导体制造装置及调温方法的作用效果，对将饱和蒸气供给到晶圆载置台2的空洞21内部来对晶圆载置台2进行加热调温的实验进行说明。图14是在实验中使用的晶圆载置台2的侧剖视图，图15是晶圆载置台2的XV-XV剖视图。晶圆载置台2与在实施方式3中说明的构造相同，包括圆形的底面内壁部21a、及一体形成的周壁部21b和圆形的顶面内壁部21c，形成有空洞21。晶圆载置台2是铝制。晶圆载置台2的直径为480mm，整体的厚度为33mm，底面内壁部21a和顶面内壁部21c的厚度均为约10mm。另外，在晶圆载置台2的底面内壁部21a中形成有水蒸气供给口 21e及用于排出空洞21内部的气体和水的排出口 21d。水蒸气供给口 21e和排出口 21d以相对于底面内壁部21a的中心处于对称的位置关系的方式设置在自底面内壁部21a的中心沿径向离开200mm的部位。并且，在晶圆载置台2内部的空洞21中，为了防止晶圆载置台2因抽真空而被压扁，在底面内壁部21a的中心周围设有4根支柱21f。各支柱21f是一条边的长度为Imm的棱柱状，形成为该各支柱21f位于一条边的长度为135mm的正方形的顶点。图16是表示设有温度传感器Sl S4的晶圆载置台2的俯视图。具体地讲，为了确认进行加热调温时的晶圆载置台2的温度均勻性、升温追随性，在与晶圆载置台2的上表面、即顶面内壁部21c的径向中心部相对应的部位设有温度传感器S 1，在与水蒸气供给口21e相对应的部位设有温度传感器S2，在与排出口 21d相对应的部位设有温度传感器S 3，在与支柱21f相对应的部位设有温度传感器S4。首先，使向晶圆载置台2的空洞21内部供给的饱和蒸气的温度以10°C间隔阶段性地从40°C上升至100°C，对温度传感器S 1 S4检测出的温度的最大温度与最小温度之间的温度差ΔT的时间变化进行了调查。图17是实验结果的曲线图，该实验结果表示了进行加热调温时晶圆载置台2的温度均勻性。横轴表示计测时间，纵轴表示晶圆载置台2的最大温度和最小温度之间的温度差ΔΤ。由图17所示的曲线图可知，进行温度控制，使得升温时的温度差ΔΤ小于1.0°C，稳定时的温度差Δ T小于0. 1°C。接着，使向晶圆载置台2的空洞21内部供给的饱和蒸气的温度以约1°C /秒急速地从40°C升温至100°C，对温度传感器Sl S4检测出的温度的最大温度与最小温度之间的温度差ΔΤ的时间变化进行了调查。图18是实验结果的曲线图，该实验结果表示了进行加热调温时晶圆载置台2的温度均勻性及升温追随性。横轴表示计测时间，纵轴表示晶圆载置台2的最大温度和最小温度之间的温度差ΔΤ。由图18所示的曲线图可知，即使在使晶圆载置台2以约1°C/秒急速地升温的情况下，也能够将温度差Δ T抑制为小于5. 5°C。由以上的实验结果可得出，本发明的半导体制造装置及调温方法在升温时和稳定时均能够实现较高的温度均勻性(升温时ΔΤ < 5. 5°C，稳定时ΔΤ < 0. 1°C )和升温追随性。实施方式5图19是构成实施方式5的半导体处理装置的晶圆载置台602的侧剖视图，图20是图19的XX-XX剖视图。晶圆载置台602包括圆形的底面内壁部621a、及一体形成的周壁部621b和圆形的顶面内壁部621c，形成有空洞621。晶圆载置台602的直径为480mm，整体的厚度为50mm，空洞621内的高度方向宽度为30mm，底面内壁部621a和顶面内壁部621c的厚度均为约10mm。另外，在自底面内壁部621a的中心沿径向离开200mm的部位设有水蒸气供给口 621e。在水蒸气供给口 621e中设有俯视为大致V字形的分支喷嘴，该分支喷嘴用于使流入到空洞621内的饱和蒸气向晶圆载置台602的周向分流。更详细地讲，分支喷嘴包括第1方筒部和两片第2方筒部，该第1方筒部用于防止流入到空洞621内的饱和蒸气直接与顶面内壁部62Ic接触，并将该饱和蒸气向第1周向引导，该第2方筒部与该第1方筒部相连接，用于将流入到空洞621内的饱和蒸气向与第1周向相反方向的第2周向引导。并且，在晶圆载置台602的底面内壁部621a的中心部形成有用于排出空洞621内部的气体和水的排出口 621d。并且，在晶圆载置台602内部的空洞621中，为了防止晶圆载置台602因抽真空而被压扁，在底面内壁部621a的中心周围设有12根支柱621f。各支柱621f为圆柱状。图21是表示模拟结果的说明图，该模拟结果表示饱和蒸气的流动。如图21所示，在实施方式5的半导体处理装置中，流入到空洞621内的饱和蒸气向晶圆载置台602的周向分流而在空洞621内流动，从排出口 621d被排出。因而，与流入到空洞621内的饱和蒸气直接与顶面内壁部621c接触这样的构造相比，能够避免对晶圆载置台602的局部进行加热，从而能够提高温度均勻性。另外，在实施方式5中，说明了使流入到空洞621内的饱和蒸气分流的构造，但只要至少设有用于将供给到空洞621内的饱和蒸气向沿着顶面内壁部621c的方向引导的引导板，就能够提高晶圆载置台602的温度均勻性。接着，为了确认实施方式5的半导体制造装置及调温方法的作用效果，对将饱和蒸气供给到晶圆载置台602的空洞621内部来对晶圆载置台2进行加热调温的实验进行说明。图22是表示设有温度传感器S 1 S4的晶圆载置台602的俯视图。具体地讲，为了确认进行加热调温时的晶圆载置台602的温度均勻性、升温追随性，在与晶圆载置台602的上表面、即顶面内壁部621c的径向中心部相对应的部位设有温度传感器Si，在与水蒸气供给口 621e相对应的部位设有温度传感器S2，在与比水蒸气供给口 621e靠径向外侧的部位相对应的部位设有温度传感器S 3，在相对于晶圆载置台602的中心与温度传感器S 3对称的部位设有温度传感器S4。在此，使向晶圆载置台602的空洞621内部供给的饱和蒸气的温度以约1°C /秒急速地从40°C升温至100°C，对温度传感器S 1 S4检测出的温度的最大温度与最小温度之间的温度差ΔT的时间变化进行了调查。图23是实验结果的曲线图，该实验结果表示了进行加热调温时晶圆载置台602的温度均勻性及升温追随性。横轴表示计测时间，纵轴表示晶圆载置台602的最大温度和最小温度之间的温度差。由图23所示的曲线图可知，即使在使晶圆载置台602以约1°C /秒急速地升温的情况下，也能够将温度差ΔΤ抑制为小于；TC。将图18和图23的曲线图相比较，能够确认实施方式5的半导体制造装置在升温时的温度均勻性优良。实施方式6图M是构成实施方式6的半导体处理装置的晶圆载置台2的侧剖视图。实施方式6的半导体制造装置与实施方式1相同，包括加热器708和加热器电源708a。加热器708例如是电热线，其埋设在晶圆载置台2的顶面内壁部21c中，通过加热器电源708a向加热器708供电来将晶圆载置台2加热。加热器电源708a的供电动作由控制部61来控制。在实施方式6中，能够利用水的蒸发潜热冷却晶圆载置台2，利用加热器708加热晶圆载置台2。通过采用加热器708作为加热部件，能够利用简单的构造控制晶圆载置台2的温度。另外，在从加热切换到冷却时，为了使附着于顶面内壁部21c的水蒸发，也可以利用加热器708对顶面内壁部21c进行加热。同样，在从冷却切换到加热时，为了使附着于顶面内壁部21c的水蒸发，也可以利用加热器708对顶面内壁部21c进行加热。实施方式7实施方式7的半导体制造装置对构成晶圆载置台2的顶面内壁部实施了规定的表面加工这一点与上述实施方式有所不同，因此，下面主要对上述不同点进行说明。图25是表示对顶面内壁部实施的表面处理的种类和接触角之间的关系的柱状图，图26是表示表面处理的具体内容的图表。另外，接触角越大，防水性越高，接触角越小，防水性越低。在通过将饱和蒸气供给到晶圆载置台2的空洞内来进行蒸气加热的构造的情况下，对顶面内壁部实施防水性的表面处理较佳。作为防水性较高的表面处理，例如优选混合树脂和陶瓷的涂敷C-1、采用草酸系的酸进行的铝的阳极氧化并浸渗有硅酸乙酯的涂层处理A-3等。在防水性较高的情况下，能够提高导热面更新效果。即，冷凝而附着于顶面内壁部的水被迅速地除去，新的饱和蒸气附着于顶面内壁部，因此，能够有效地进行蒸气加热。另一方面，在通过向晶圆载置台2的顶面内壁部喷射水来进行冷却的构造的情况下，对顶面内壁部实施亲水性处理较佳。作为亲水性较高的表面处理，例如优选利用氧化铝喷镀进行的涂层处理Y-3。在亲水性较高的情况下，水在顶面内壁部的导热面上均勻地扩散而发生膜沸腾，因此，能够有效地对晶圆载置台2进行冷却。在实施方式7中，能够提高晶圆载置台2的升温效率或降温效率。实施方式8实施方式8的半导体制造装置仅是水喷射器64的喷嘴64a的构造与实施方式1有所不同，因此，下面主要对上述不同点进行说明。实施方式8的喷嘴6 采用微米 纳米气泡产生装置来构成，该微米 纳米气泡产生装置通过使水和空气回旋，能够在水中混入直径为几百纳米 10微米以下的微小的气泡地喷射水。例如，微米 纳米气泡产生装置采用f 7 ，才、？卜研究所的M2-LM/PVC等即可。具体的构造众所周知(日本专利第3397154号)，因此省略其详细地说明。在实施方式8的半导体制造装置中，由于水中混入有气泡，因此，能够促进水蒸发，从而能够更有效地冷却晶圆载置台2。本次公开的实施方式在所有的方面都是例示，应该认为并非用于限制。本发明的范围并不是上述内容，而是包括权利要求书所示的内容、与权利要求书内容等同的内容及在权利要求书的范围内的所有变更。附图标记说明1、处理容器；2、晶圆载置台；3、上部电极；6、调温装置；21、空洞；21c、顶面内壁部；61、控制部；66、喷射真空泵；70、温度传感器；71、压力传感器；W、半导体晶圆。
1权利要求
1.一种半导体制造装置，该半导体制造装置包括在内部具有空洞的半导体晶圆载置台、及为了将该半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度而向上述空洞的内壁喷射目标温度以下的液体的调温介质的喷嘴，其特征在于，包括压力检测部件，其用于检测上述空洞内的压力；真空泵，其用于排出上述空洞内的气体，使得由该压力检测部件检测出的压力为从上述喷嘴喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下。
2.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于，包括调温介质供给口，为了将上述半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，其用于向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质；温度检测部件，其用于检测上述半导体晶圆载置台的温度，在由上述温度检测部件检测出的温度大于目标温度的情况下，上述真空泵排出上述空洞内的气体，使得由上述压力检测部件检测出的压力为从上述喷嘴喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下，在由上述温度检测部件检测出的温度小于目标温度的情况下，上述真空泵排出上述空洞内的气体，使得由上述压力检测部件检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且从上述调温介质供给口供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。
3.一种半导体制造装置，该半导体制造装置包括在内部具有空洞的半导体晶圆载置台、及为了将该半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度而向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质的调温介质供给口，其特征在于，包括压力检测部件，其用于检测上述空洞内的压力；真空泵，其用于排出上述空洞内的气体，使得由上述压力检测部件检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且从上述调温介质供给口供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的半导体制造装置，其特征在于，上述空洞的内壁相对于半导体晶圆的载置面倾斜。
5.一种调温方法，该调温方法为了将在内部具有空洞的半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，向上述空洞的内壁喷射目标温度以下的液体的调温介质，其特征在于，检测上述空洞内的压力；排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为向上述空洞的内壁喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下。
6.一种调温方法，该调温方法为了将在内部具有空洞的半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，检测该半导体晶圆载置台的温度，在检测出的温度大于目标温度的情况下，向上述空洞的内壁喷射目标温度以下的液体的调温介质，在检测出的温度小于目标温度的情况下，向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质，其特征在于，检测上述空洞内的压力，在检测出的温度大于目标温度的情况下，排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为向上述空洞的内壁喷射的调温介质的温度时的饱和蒸气压以上且目标温度时的饱和蒸气压以下；在检测出的温度小于目标温度的情况下，排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且向上述空洞内供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。
7. —种调温方法，该调温方法为了将在内部具有空洞的半导体晶圆载置台的温度调整为目标温度，向上述空洞内供给目标温度以上且处于饱和蒸气状态的调温介质，其特征在于，检测上述空洞内的压力；排出上述空洞内的气体，使得检测出的压力为目标温度时的饱和蒸气压以上且向上述空洞内供给的调温介质的温度时的饱和蒸气压以下。
全文摘要
本发明提供半导体制造装置及调温方法。与以往的调温方法相比，能够实现半导体晶圆的均匀的调温和高响应性。半导体制造装置包括在内部具有空洞(21)的晶圆载置台(2)、及为了将晶圆载置台(2)的温度调整为工艺温度而向空洞(21)的内壁喷射工艺温度以下的水的喷嘴(64a)，其中，该半导体制造装置包括压力传感器(71)，其用于检测空洞(21)内的压力；真空泵，其用于排出空洞(21)内的气体，使得由压力传感器(71)检测出的压力为从喷嘴(64a)喷射的水的温度时的饱和蒸气压以上且工艺温度时的饱和蒸气压以下。
文档编号H01L21/3065GK102379030SQ20108001485
公开日2012年3月14日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年3月31日
发明者松崎和爱, 永关澄江 申请人:东京毅力科创株式会社