专利名称：基板处理装置和温度调节方法
技术领域：
本发明涉及具有对处理室内的构成构件的表面温度进行调节的温度调节部件的基板处理装置和对该基板处理装置的处理室内构成构件的表面温度进行调节的温度调节方法。
背景技术：
对以半导体晶圆为首的各种基板实施规定的处理的基板处理装置是这样的装置 例如，包括能够进行真空排气的处理室、用于在处理室内载置基板的基板载置台(基座)、 隔着处理空间与基板载置台相对配置的喷淋头，利用被施加在基座以及喷淋头中的任意一个上的高频电使处理气体的等离子体产生，利用产生的等离子体对基板实施蚀刻、成膜等等离子体处理。在这样的基板处理装置中，基板以及用于载置该基板的基座的温度控制例如以下述的方式进行。即、在基座的内部例如设置沿着圆周方向延伸的环状的冷却介质流路，从例如冷却单元经由冷却介质用配管使低温的冷却介质循环供给到该冷却介质流路中，被循环的冷却介质冷却了的基座经由例如静电吸盘(ESC)冷却基板，由此，对等离子体的热量输入等进行处理。另外，最近，提出有一种基板处理装置(例如，参照专利文献1)，其将在冷却介质流路中循环的冷却介质利用该冷却介质的气化热(下面，称为“蒸发潜热”。)冷却。专利文献1 日本特开2005-079539号公报然而，在采用了使冷却介质循环的温度调节方法的基板处理装置中，由等离子体等引起的热量输入量较大时，必须使冷却介质温度进一步低温化、并使循环量增大，不仅需要用于设置高冷却能力的温度调节部件的较大的设置空间，还因为基座内部的下部空间有限，因此有时会因基板处理装置的不同而无法设置温度调节部件。另外，在包括利用冷却介质的蒸发潜热的冷却部件的基板处理装置中，存在需要冷却部件专用的循环管线、压缩机、冷凝器、膨胀阀等、从而装置结构变得复杂这种问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包括设置空间较少即可、并且能够简化装置结构的温度调节部件的基板处理装置以及该基板处理装置的处理室内构成构件的温度调节方法。为了解决上述问题，本发明的第1技术方案的基板处理装置包括处理室，其用于对基板实施规定的处理，能够进行真空排气；润湿面形成装置，其用于在上述处理室内的构成构件的温度调节面的背面上形成冷却介质的润湿面；蒸发室，其用于将上述润湿面从周围的气氛隔离；压力调整装置，其用于对该蒸发室内的压力进行调整，该基板处理装置的特征在于，利用上述压力调整装置对上述蒸发室内的压力进行调整而使形成上述润湿面的冷却介质蒸发，利用该冷却介质的蒸发潜热来对上述温度调节面的温度进行控制。本发明的第2技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案的基板处理
4装置中，在上述构成构件的表面上的多个位置存在上述温度调节面，并且针对每个上述温度调节面设置有上述润湿面形成装置、蒸发室以及压力调整装置。本发明的第3技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案或者第2技术方案的基板处理装置中，上述压力调整装置将上述蒸发室内的压力调整成比上述冷却介质的饱和蒸汽压低的压力。本发明的第4技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案至第3技术方案中的任意一项所述的基板处理装置中，在上述蒸发室上连接有将上述冷却介质蒸发而成的蒸汽排出到蒸发室外的蒸汽排出流路。本发明的第5技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案至第4技术方案中的任意一项所述的基板处理装置中，上述润湿面形成装置是将上述冷却介质吹到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面的冷却介质吹附装置。本发明的第6技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案至第4技术方案中的任意一项所述的基板处理装置中，上述润湿面形成装置具有冷却介质槽，该冷却介质槽使上述温度调节面的背面的至少一部分浸渍到上述冷却介质中，上述润湿面形成装置利用上述冷却介质的表面张力将该冷却介质供给到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面。本发明的第7技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案至第4技术方案中的任意一项所述的基板处理装置中，上述润湿面形成装置是将上述冷却介质喷射到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面的喷淋装置。本发明的第8技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案至第4技术方案中的任意一项所述的基板处理装置中，上述润湿面形成装置是这样的装置具有设在上述温度调节面的背面上的多孔质膜，并且经由该多孔质膜将上述冷却介质供给到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面。本发明的第9技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案至第8技术方案中的任意一项所述的基板处理装置中，上述处理室内的构成构件是用于载置上述基板的基板载置台或者以隔着处理空间与该基板载置台相对的方式设置的喷淋头。本发明的第10技术方案的基板处理装置的特征在于，在第1技术方案至第9技术方案中的任意一项所述的基板处理装置中，上述冷却介质是水。为了解决上述问题，本发明的第11技术方案的温度调节方法的特征在于，其包括润湿面形成步骤，在具有对基板实施规定的处理的、能够进行真空排气的处理室的基板处理装置中，将冷却介质供给到该基板处理装置的上述处理室内的构成构件的温度调节面的背面上而形成该冷却介质的润湿面；减压步骤，其通过对用于将上述润湿面从周围的气氛隔离的蒸发室内的压力进行调整而使形成上述润湿面的冷却介质蒸发，利用该冷却介质的蒸发潜热对上述温度调节面的温度进行调节。本发明的第12技术方案的温度调节方法的特征在于，在第11技术方案的温度调节方法中，根据在上述润湿面形成步骤中的上述冷却介质的供给量及/或上述蒸发室内的压力对上述温度调节面的温度进行控制。本发明的第13技术方案的温度调节方法的特征在于，在第12技术方案的温度调节方法中，在将上述蒸发室内的压力设定成上述冷却介质的饱和蒸汽压以下之后，通过对供给到上述润湿面上的上述冷却介质的供给量进行调整而对上述温度调节面的温度进行控制。采用本发明，能够实现设置空间较少、并且简化了装置结构的温度调节部件，由此，能够高效地将处理室内的构成构件的温度调节面的温度调节到任意的温度。
图1是表示本发明的实施方式的基板处理装置的主要部分的剖视图及其局部放大图。图2是表示本实施方式的蒸发室内的压力与温度调节面的温度之间的关系的图。图3是表示本实施方式的处理热量与向温度调整部件供给冷却介质的供给量之间的关系的图。图4是表示本发明的实施方式的基板处理装置的第1变形例的主要部分的剖视图及其局部放大图。图5是表示本发明的实施方式的基板处理装置的第1变形例的处理热量与向槽供给水的供给量之间的关系的图。图6是表示本发明的实施方式的基板处理装置的第2变形例的主要部分的剖视图及其局部放大图。图7是表示本发明的实施方式的基板处理装置的第3变形例的主要部分的剖视图及其局部放大图。
具体实施例方式下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式的基板处理装置的主要部分的剖视图及其局部放大图。在图1中，该基板处理装置10具有处理室(腔室)11，该处理室11对基板实施蚀刻、成膜等规定的等离子体处理，能够进行真空排气。在腔室11内的下部中央部设有基板载置台(基座)12。基座12在其上部表面1 上载置基板。基座12经由第1匹配器(省略图示)连接有第1高频电源13，第1高频电源13将比较低的频率、例如2MHz的偏压用的高频电施加在基座12上。基座12作为下部电极而发挥作用。在隔着处理空间S与基座12相对的顶部部分配置有喷淋头14。喷淋头14经由第2匹配器(省略图示)连接有第2高频电源15，第2高频电源15将比较高的频率、例如 60MHz的等离子体生成用的高频电施加在喷淋头14上。喷淋头14作为上部电极而发挥作用。在基板处理装置10中，作为腔室内构成构件的基座12的上部表面12a为温度调节面。即、在腔室11内，对省略图示的基板实施规定的等离子体处理时，基板被来自等离子体的热量输入加热到例如300°c以上。等离子体蚀刻时的基板的最佳处理温度为例如40°C 左右。因而，为了将基板温度冷却到最佳处理温度，基座12的上部表面1 是需要利用温度调节部件进行冷却的温度调节面。在此，所谓的温度调节面是指根据基板的处理目的需要将表面温度调节到任意的温度的腔室内构成构件的表面。另外，所谓的腔室内构成构件是指也包括腔室11的内壁构成构件的广义的概念。对温度调节面的温度进行调节的温度调节装置主要包括多个喷水装置16，其用于在基座12的作为与上部表面(下面，称为“基座的表面”。)1 最近的面的背面(下面， 称为“基座的背面”。)12b上形成冷却介质、例如水的润湿面；蒸发室17，其用于将形成在基座12的背面12b上的润湿面从周围的气氛隔离；压力计20，其用于对蒸发室17内的压力进行监视；压力调整装置，其用于对蒸发室17内的压力进行调整。压力调整装置包括连接于蒸发室17的排气管18、连接于该排气管18的排气泵(省略图示)、对蒸发室17内的压力进行控制的APC阀19。在这样的结构的基板处理装置10中，作为温度调节面的基座12的表面12a的温度被以下面的方式调节。S卩、首先，从存储水的贮水罐经由水供给配管(都省略图示)将作为冷却介质的水供给到喷水装置16，如图1的局部放大图I所示，从该喷水装置16朝向上方喷水，在基座 12的背面12b上形成冷却介质、即水的润湿面。此时，使水的喷射量为例如在基座12的整个背面12b上形成均等的水的薄膜那样的程度。另外，此时，蒸发室17内被排气泵减压，蒸发室17内的压力被APC阀19调整成比水的饱和蒸汽压略低。通过将蒸发室17内的压力调整成比水的饱和蒸气压略低的压力，形成在基座12的背面12b上的润湿面的水变成水蒸汽而蒸发，此时，与水的蒸发潜热相当的热量被吸收，基座12的背面12b以及作为温度调节面的基座12的表面1 被冷却到规定温度。基板处理装置10所具有的控制部(省略图示)的CPU按照与温度调节处理相对应的程序来对基板处理装置10的各构成构件的动作进行控制。采用本实施方式，在作为温度调节面的基座12的表面12a的背面12b上形成作为冷却介质的水的润湿面，对将该润湿面从周围的气氛隔离的蒸发室17内的压力进行调整而使形成润湿面的水蒸发，利用水的蒸发潜热来对基座12的背面12b乃至基座12的表面 12a进行冷却，因此，与使冷却介质循环的以往的温度调节装置相比，能够简化装置结构，从而减少设置空间。S卩、采用本实施方式，需要作为冷却介质的水的供给配管，但因为将供给了的水形成为水蒸汽并经由排气管18排出到蒸发室外，所以不需要排水用配管。另外，也不需要以往所需要的冷却装置的温度控制装置以及制冷剂配管的绝热结构。因而，能够广泛地应用于从设置空间少的小基板处理装置到需要对大面积构成构件的表面温度进行调整的大型基板处理装置。尤其最适合于难以确保冷却介质的循环流路的基板处理装置。在本实施方式中，根据向喷水装置16供给水的供给量与蒸发室17内的压力对温度调节面、即基座12的表面12a的温度进行控制。因为水的蒸发潜热几乎不会由于压力而变化，所以优选将蒸发室17内的压力作为主控制条件，将向喷水装置16的供给水的供给量作为副控制条件。S卩、求得基座12的表面12a的温度变成所希望的温度那样的水的饱和蒸汽压，将蒸发室17内的压力维持成该饱和蒸汽压，相对于等离子体的热量输入等伴随比较小的变动的热量输入，通过对水的供给量进行调整来进行应对，由此，优选以尽量维持成饱和蒸汽压的方式进行控制。另外，相对于急速的热量输入，优选通过使蒸发室17内的压力急速下降，并由此使水的蒸发量增大来进行应对。在本实施方式中，在利用温度调节部件对基座12的来自等离子体的热量输入进行处理、回收的情况下，将水的蒸发潜热设为例如2257 (kj/kg)、将来自等离子体的热量输入设为A(kJ/sec)时，以A/2257 (kg/sec)的水蒸发的方式进行控制，由此，能够对来自等离子体的热量输入进行回收、处理。在本实施方式中，作为冷却介质使用常温的水，能够在例如0°C 80°C的范围内对温度调节面、即基座12的表面12a的温度进行调整。图2是表示本实施方式的蒸发室17内的压力与基座12的表面12a的温度之间的关系的曲线图。在图2中可知，以基座12的表面12a的温度在蒸发室17内的压力为500001 时为80°C方式进行调整，在此状态下，使蒸发室17内的压力下降到1230 时，基座12的表面 12a的温度变成10°C左右，将蒸发室17内的压力下降到6101 时，基座12的表面12a的温度变成0°C左右。另外，通过选定各条件，基座12的表面12a的温度能够冷却到例如-10°C 左右。在此情况下，因为水的供给流路有可能冻结，所以优选将冻结防止用的加热器设在水的供给流路上。在本实施方式中，能够处理的热量按照供给到喷水装置16的水的流量、换言之水的蒸发量而变化。图3是表示向本实施方式的喷水装置16供给水的供给流量与处理热量之间的关系的曲线图。另外，图3是表示蒸发室17内的压力为5000 的情况下的水供给流量与处理热量之间的关系的曲线图，由图3可知处理热量与水的流量(水的蒸发量)成正比例地增大。在本实施方式中，也能够局部地对基座12的表面温度进行调节。即、能够将基座 12的表面1 的中央部与周边部调整成不同的温度。在此情况下，在基座的与基座12的表面12a的中央部相对应的背面12b的部分、基座12的与基座12的表面12a的周边部相对应的背面12b的部分上分别设置作为润湿面形成装置的、例如喷水装置16、蒸发室17以及压力调整装置18、19，分别相互独立地进行控制而局部地对基座12的表面12a的温度进行调节。温度调节面、即规定的部分不仅可以是一个位置，也可以是两个位置或者两个位置以上，针对每个温度调节部分设置润湿面形成装置、压力调整装置。另外，在本实施方式中，也能够通过在温度调节面内改变来自喷水装置的喷水时间而对基座12的表面温度分布进行调整。在本实施方式中，作为腔室内构成构件，除了基座12之外，可以列举出以喷淋头 14、省略图示的沉积屏蔽件(exposition shield)、聚焦环、屏蔽环为首的各种构件，上述的构件的表面能够作为温度调节面。在本实施方式中，在温度调节面、即基座12的表面12a的背面12b上形成了水的润湿面，但由于构成构件的不同，可以想到难以在背面上形成润湿面的情况。在此情况下， 作为与温度调节面最近的面，例如，也可以在与温度调节面的背面邻接的侧面等上形成水的润湿面。在本实施方式中，使用了最适合作为冷却介质的水，除了水之外，能够使用甲醇、氨等具有较大的蒸发潜热的液体。接着，说明本发明的实施方式的基板处理装置的变形例。图4是表示本发明的实施方式的基板处理装置的第1变形例的主要部分的剖视图及其局部放大图。在图4中，该基板处理装置是这样的装置使基座22的与表面2 相反的一侧的背面22b为形成有多个凸状部的凹凸面，设置将该凹凸面从周围的气氛隔离的蒸发室24、 被配置在该蒸发室M内的水槽23，使基座22的背面22b的凸状部的一部分浸渍到该水槽 23中，如图4的局部放大图IV所示，利用表面张力将水作为冷却介质供给到基座22的背面 22b上而形成润湿面。另外，与上述实施方式同样，利用形成润湿面的水蒸发时的蒸发潜热对基座22的表面2 进行冷却。在本实施方式的第1变形例中，也与上述实施方式同样，能够实现设置空间较少、 并且简化了装置结构的温度调节装置，由此，能够高效地将温度调节面的温度调节到任意的温度。另外，在本实施方式的第1变形例中，能够通过在温度调节面内改变凹凸面的疏密程度而对基座22的表面温度分布进行调整。下面，说明使用了本实施方式的第1变形例的实验例。使用图4的基板处理装置，在存在来自基座22的表面22a的热量输入的情况下 (省略图示)，对利用水的蒸发潜热将基座22的表面22a的温度保持成25°C所需要的供给到水槽23中的水的供给量进行调查时，向基座22的表面2 输入的热量的输入量与向水槽23供给的水供给量之间显示了良好的相关关系。图5是表示腔室内压力为6701 时的向基座22的表面2 输入的热量的输入量与向水槽23供给的水的供给量之间的关系的图。在图5中，随着热量输入量增大，需要向水槽23供给的水的供给量依次增大。在这样的基板处理装置中，如果向基座22的表面2 输入的热量的输入量没有变动，并且被供给到水槽23中的水的供给量也保持成恒定，则能够将基座22的表面22a的温度半永久地持续保持成25 °C。接着，说明本发明的实施方式的基板处理装置的其他的变形例。图6是表示本发明的实施方式的基板处理装置的第2变形例的主要部分的剖视图及其局部放大图。在图6中，该基板处理装置是这样的装置在包围基座32的背面32b的蒸发室34 内配置多个喷淋装置33，如图6的局部放大图VI所示，利用该喷淋装置33在基座32的背面32b上形成水的润湿面，通过对蒸发室34内的压力进行调整而使形成润湿面的作为冷却介质的水蒸发。在本实施方式的第2变形例中，也与上述实施方式同样，能够利用设置空间较少， 并且简化了装置结构的温度调节装置高效地对温度调节面的温度进行调节。接着，说明本发明的实施方式的基板处理装置的其他的变形例。图7是表示本发明的实施方式的基板处理装置的第3变形例的主要部分的剖视图及其局部放大图。在图7中，该基板处理装置是这样的装置将多孔的多孔质层43以与基座42的背面42b抵接的方式配置在基座42的背面42b上，从省略图示的水供给源将作为冷却介质的水供给到该多孔质层43中而使水从多孔质层43的靠蒸发室44侧的表面渗出，由此，在多孔质层43的表面上形成水的润湿面。另外，与上述实施方式同样，利用压力调整装置(省略图示)对蒸发室44内的压力进行调整，由此，形成润湿面的水蒸发，利用蒸发潜热对基座42的表面4 的温度进行调节。在本实施方式的第3变形例中，也与上述实施方式同样，能够实现设置空间较少、 并且简化了装置结构的温度调节装置，由此，能够高效地对温度调节面的温度进行调节。另外，在所有的本发明的实施方式中，对于伴随基板被大口径化时的冷却介质流路长度的增加而产生的冷却介质入口与冷却介质出口的温度梯度，也同样能够只通过形成润湿面而简单地抑制。
权利要求
1.一种基板处理装置，其包括处理室，其用于对基板实施规定的处理，能够进行真空排气；润湿面形成装置，其用于在上述处理室内的构成构件的温度调节面的背面上形成冷却介质的润湿面；蒸发室，其用于将上述润湿面从周围的气氛隔离；压力调整装置，其用于对该蒸发室内的压力进行调整，该基板处理装置的特征在于，利用上述压力调整装置对上述蒸发室内的压力进行调整而使形成上述润湿面的冷却介质蒸发，利用该冷却介质的蒸发潜热来对上述温度调节面的温度进行控制。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，在上述构成构件的表面上的多个位置存在上述温度调节面，并且针对每个上述温度调节面设置有上述润湿面形成装置、上述蒸发室以及上述压力调整装置。
3.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，上述压力调整装置将上述蒸发室内的压力调整成比上述冷却介质的饱和蒸汽压低的压力。
4.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，在上述蒸发室上连接有将上述冷却介质蒸发而成的蒸汽排出到上述蒸发室外的蒸汽排出流路。
5.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，上述润湿面形成装置是将上述冷却介质吹到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面的冷却介质吹附装置。
6.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，上述润湿面形成装置具有冷却介质槽，该冷却介质槽使上述温度调节面的背面的至少一部分浸渍到上述冷却介质中，上述润湿面形成装置利用上述冷却介质的表面张力将该冷却介质供给到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面。
7.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，上述润湿面形成装置是将上述冷却介质喷射到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面的喷淋装置。
8.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，上述润湿面形成装置是这样的装置具有设在上述温度调节面的背面上的多孔质膜， 并且经由该多孔质膜将上述冷却介质供给到上述温度调节面的背面上而形成上述润湿面。
9.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，上述处理室内的构成构件是用于载置上述基板的基板载置台或者以隔着处理空间与该基板载置台相对的方式设置的喷淋头。
10.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，上述冷却介质是水。
11.一种温度调节方法，其特征在于，其包括润湿面形成步骤，在具有对基板实施规定的处理的、能够进行真空排气的处理室的基板处理装置中，将冷却介质供给到该基板处理装置的上述处理室内的构成构件的温度调节面的背面上而形成该冷却介质的润湿面；减压步骤，通过对将上述润湿面从周围的气氛隔离的蒸发室内的压力进行调整而使形成上述润湿面的冷却介质蒸发，利用该冷却介质的蒸发潜热来对上述温度调节面的温度进行调节。
12.根据权利要求11所述的温度调节方法，其特征在于，根据在上述润湿面形成步骤中的上述冷却介质的供给量及/或上述蒸发室内的压力对上述温度调节面的温度进行控制。
13.根据权利要求12所述的温度调节方法，其特征在于，在将上述蒸发室内的压力设定成上述冷却介质的饱和蒸汽压以下之后，通过对上述冷却介质的供给到上述润湿面上的供给量进行调整而对上述温度调节面的温度进行控制。
全文摘要
本发明提供基板处理装置和温度调节方法。基板处理装置包括设置空间较少、能够简化装置结构的温度调节部件。其包括对基板实施等离子体处理的腔室(11)、在腔室内用于载置基板的基座(12)、以隔着处理空间(S)与基座相对的方式设置的喷淋头(14)、对处理空间施加高频电而使等离子体产生的高频电源(15)、在作为温度调节面的基座的表面(12a)的背面(12b)上形成水的润湿面的喷水装置(16)、将水的润湿面从周围的气氛隔离的蒸发室(17)、对蒸发室内的压力进行调整的压力调整装置(18、19)，其中，利用压力调整装置对蒸发室内的压力进行调整而使形成润湿面的水蒸发，利用水的蒸发潜热对基座的表面的温度进行控制。
文档编号H01L21/00GK102376530SQ20111023989
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月19日 优先权日2010年8月20日
发明者佐佐木康晴, 松崎和爱, 菊池英一郎 申请人:东京毅力科创株式会社