JP6374301B2 - ステージ、ステージの製造方法、熱交換器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ステージ、ステージの製造方法、及び熱交換器に関する。

半導体製造装置は、減圧可能な処理容器内において基板を支持するためのステージを有している。ステージは、一般的に基板の温度を制御する機能を有している。このようなステージの一例は、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載のステージは、電極を備えている。当該電極の内部には平面視において同心円状をなす複数の流路が形成されている。即ち、当該複数の流路の各々は、電極の周方向に沿って設けられている。当該複数の流路の各々は、第１及び第２の冷媒供給路を介して独立した冷媒槽に接続されている。当該冷媒槽は、個別に冷媒の温度を制御し、温度調整された冷媒を第１の冷媒供給路を介して電極内部の流路内に供給する。流路内に供給された冷媒は、流路内を流通した後に第２の冷媒供給路を介して冷媒槽に戻される。即ち、冷媒は、冷媒槽、第１の冷媒供給路、流路、及び第２の冷媒供給路を循環することによりステージ上に載置される基板の温度を制御する。

特開平５−２４３１９１号公報

上述の特許文献１に記載のステージでは、冷媒が電極の周方向に延びる流路内を流通する過程において基板からの熱を受け取るので、周方向の経路上の位置によって流通する冷媒の温度に差が生じてしまう。したがって、このステージでは、基板の温度分布を均一に制御することが困難である。しかし、半導体装置の微細化の進展に伴い、本技術分野では、より綿密な温度制御が求められている。ある処理条件では、±０．１℃の高精度の温度制御が求められている。

一側面に係るステージは、プレートと熱交換器とを備える。プレートは、その上に基板が載置される表面側と裏面側とを有する。熱交換器は、プレートの裏面側の複数の領域であり、２次元的に分布し、且つ互いに内包しない該複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、供給した熱交換媒体を回収するように構成されている。

このステージでは、プレートの複数の領域に対して個別に熱交換媒体が供給され、供給された熱交換媒体が回収される。これにより、プレートの周方向に沿って熱交換媒体が流通する従来技術と異なり、プレートの周方向の位置によって熱交換媒体の温度に差が生じることが防止される。したがって、上記ステージによれば、温度制御の精度を向上させることができる。

一形態では、熱交換器は、プレートの裏面側に向けて上方に延び、裏面側に対面する開口端を提供する複数の第１の管であり、プレートの下方において分布された、該複数の第１の管と、複数の第１の管をそれぞれ囲む複数の空間を画成する隔壁と、複数の空間にそれぞれ連通するよう隔壁に接続する複数の第２の管と、を有し得る。

本形態では、プレートの下方において分布された複数の第１の管からプレートの複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給することができる。複数の第１の管から供給された熱交換媒体は、複数の空間にそれぞれ連通する複数の第２の管から回収することができる。上記のように、本形態では、プレートの複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給し、供給された熱交換媒体を個別に回収することができる。したがって、上記ステージによれば、温度制御の精度を向上させることができる。

一形態では、複数の第１の管にそれぞれ接続する一端部と他端部とを有する複数の第１の流路、及び、複数の第２の管にそれぞれ接続する一端部と他端部とを有する複数の第２の流路が形成されたブロック状の流路部であり、複数の第１の流路の他端部が局所的に集められた第１の集合部、及び、複数の第２の流路の他端部が局所的に集められた第２の集合部を有する、該流路部と、ステージを支持するケースであって、熱交換器及び流路部を収容する空間をステージと共に画成する、該ケースと、を備え、ケースには、流路部の第１の集合部に対面する第１の開口、及び、流路部の第２の集合部に対面する第２の開口が形成されてもよい。

本形態では、熱交換媒体を第１の開口から複数の第１の流路にまとめて供給することができると共に、熱交換媒体を複数の第２の流路からの第２の開口からまとめて回収することが可能となる。よって、熱交換媒体を供給及び回収するための構成を簡略化することができる。

一形態では、複数の第１の流路は互いに等しいコンダクタンスを有し、複数の第２の流路は互いに等しいコンダクタンスを有していてもよい。本形態では、複数の第１及び第２の流路の内部に流通する熱交換媒体の量を互いに等しくすることができる。これにより、複数の空間内の熱交換媒体とステージとの間で交換される熱量を互いに等しくすることができる。したがって、本形態によれば、温度分布の不均一性を抑制することができる。

一形態では、ケースは、プレートを支持する筒状の側壁を有しており、側壁は、該側壁の外周面の一部を縮径する段差部を含んでおり、段差部に沿って設けられた球体であり、断熱性材料から構成された該球体を更に備えていてもよい。本形態では、プレートから伝わる熱を球体によって途中で断熱することができる。

一形態では、熱交換器は、樹脂を主成分として構成されていてもよい。樹脂は比較的断熱性が高いので、本形態によれば、熱交換器内を流通する熱交換媒体の放熱を抑制することができる。一形態では、複数の第１の管の前記開口端は、炭素を含有する樹脂により構成されていてもよい。本形態によれば、開口端の強度を局所的に高めることができる。

一形態では、プレートの裏面側には、複数の第１の管の開口端がそれぞれ挿入される複数の凹部が形成されていてもよい。本形態では、複数の空間内を流通する熱交換媒体とステージとの熱交換面積を増加させることができる。その結果、熱交換効率を向上させることができる。

一形態では、複数の第１の管の各々の外周面には、螺旋状に延びるスロープが形成されていてもよい。本形態では、スロープによって第１の開口端から空間内に流入した熱交換媒体が凹部を側方から画成する側壁面に沿うように案内される。これにより、熱交換面積を更に増加させることができるので、熱交換効率をより向上することができる。また、一形態では、プレート内には、２次元的に分布するよう配置された複数のヒータが設けられていてもよい。一実施形態では、ステージの表面側には、基板を静電吸着する静電チャックが設けられていてもよい。また、一実施形態では、複数の第１の管には、対応する第１の管に流入する熱交換媒体の流量を制御する複数の流量制御器がそれぞれ接続されていてもよい。さらに、流量制御器はニードルバルブ又はオリフィスであり、プレートが径方向において複数のゾーンに分割されているときに、複数の流量制御器の弁の開度は、複数のゾーンの各々に対面する複数の第１の管のそれぞれに接続された複数の流量制御器毎に異なっていてもよい。

別の一側面においては、ステージの製造方法が提供される。このステージの製造方法は、プレートを準備する工程と、熱交換器及び流路部を個別に又は一括して準備する工程と、プレート、熱交換器、及び流路部を有するステージを作成する工程と、を有している。熱交換器は、プレートの裏面側に向けて上方に延び、裏面側に対面する開口端を提供する複数の第１の管であり、プレートの下方において分布された、該複数の第１の管と、複数の第１の管をそれぞれ囲む複数の空間を画成する隔壁と、複数の空間にそれぞれ連通するよう隔壁に接続する複数の第２の管と、を有している。流路部は、複数の第１の管にそれぞれ接続する一端部と他端部とを有する複数の第１の流路、及び、複数の第２の管にそれぞれ接続する一端部と他端部とを有する複数の第２の流路が形成され、且つ、複数の第１の流路の他端部が局所的に集められた第１の集合部、及び、複数の第２の流路の他端部が局所的に集められた第２の集合部を有するブロック体であり、少なくとも流路部は、３Ｄプリンタを用いて形成されていてもよい。

一形態において、ステージの製造方法は、３Ｄプリンタ用のモデルデータを準備する工程を更に含み、モデルデータを準備する工程は、複数の第１の流路及び複数の第２の流路の反転形状を有する模型を準備する工程と、模型をコンピュータ断層撮影して模型の３次元データを生成した後に、該３次元データの反転パターンを生成し、該反転パターンに基づいてモデルデータを作成する工程と、を含んでもよい。本形態では、上述した複雑な形状の流路部を形成することができる。また、一側面に係るステージは、上記のステージの製造方法により製造される。

一側面に係る熱交換器は、２次元的に分布し、且つ互いに内包しないように並ぶ複数の熱交換部を備え、当該複数の熱交換部が、個別に熱交換媒体を供給して、供給した熱交換媒体を回収する。

一側面に係る基板処理装置は、上述したステージを備える。

以上説明したように、本発明の種々の側面及び種々の形態によれば、温度制御の精度を向上することが可能なステージ、ステージの製造方法、及び熱交換器が提供される。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係るステージを概略的に示す分解斜視図である。 図３（ａ）は一実施形態に係る熱交換器の上方からの斜視図であり、（ｂ）は一実施形態に係る熱交換器の下方からの斜視図である。 （ａ）は複数のセル部のうち１つのセル部の平面図であり、（ｂ）は複数のセル部のうち１つのセル部の上方からの斜視図であり、（ｃ）は複数のセル部のうち１つのセル部の下方からの斜視図である。 流路部の斜視図である。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。 一実施形態に係るステージの製造方法を示す流れ図である。 流路部の形成方法を示す流れ図である。 反転模型の形状を示す斜視図である。 複数の第１の中実ケーブルの他端部の経方向断面を示す断面図である。 一実施形態に係るステージを概略的に示す断面斜視図である。 一実施形態に係るステージを概略的に示す断面斜視図である。 半導体製造システムを概略的に示す斜視図である。 熱交換器内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

まず、一実施形態のステージを備えるプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置５０を概略的に示す断面図である。プラズマ処理装置５０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器５２を備えている。処理容器５２は、例えば、その表面に陽極酸化処理がされたアルミニウムから構成されている。この処理容器５２は接地されている。

処理容器５２の底部上には、ステージＳＴが配置されている。図１に示すように、ステージＳＴは、プレート２、ケース４、熱交換器６及び流路部８を備えている。図２を参照して、ステージＳＴについて詳細に説明する。図２は、ステージＳＴの分解斜視図である。図２に示すステージＳＴは、処理容器５２内で基板を支持するための載置台として利用される。

プレート２は、円盤形状を有しており、例えばアルミニウムといった金属によって構成されている。プレート２は、表面側２ａと裏面側２ｂを有している。プレート２の表面側２ａの上には、基板Ｗが載置され得る。

ケース４は、例えばステンレスといった金属によって構成されており、側壁４ａと底壁４ｂとを有している。側壁４ａは、円筒形状を有しており、その内部に収容空間ＡＳを画成している。側壁４ａは、円筒軸線方向に沿って延びており、プレート２を下方から支持する。底壁４ｂは、側壁４ａの下端部に接続されている。側壁４ａの上端面４ｃには、該上端面４ｃに沿って環状に延在するＯリング１０が設けられ得る。この上端面４ｃには、例えばねじ止めによってＯリング１０を介してプレート２が気密に固定される。これにより、収容空間ＡＳがステージよって上方から画成される。側壁４ａには、供給管１２及び回収管１４が設けられている。供給管１２は、側壁４ａの径方向に沿って延びており、第１の開口１６を介して収容空間ＡＳに連通している。回収管１４は、側壁４ａの径方向に沿って延びており、第２の開口１８を介して収容空間ＡＳに連通している。

熱交換器６及び流路部８は、ケース４の収容空間ＡＳ内に収容される。図３及び図４を参照して、熱交換器６について詳細に説明する。図３（ａ）は熱交換器６の上方からの斜視図であり、図３（ｂ）は下方からの斜視図である。図３に示すように、熱交換器６は、隔壁２０、複数の第１の管２２及び複数の第２の管２４を含んでいる。熱交換器６は、プレート２の裏面側２ｂの複数の領域であり、２次元的に分布し、且つ互いに内包しない該複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、供給した熱交換媒体を回収するように構成されている。

隔壁２０は、全体として円盤形状又は円柱形状をなしており、当該隔壁２０の中心軸方向に延びる略六角柱状のセル部Ｃを複数有している。これらのセル部Ｃは、上方からの平面視においてハニカム構造を形成するように互いに結合されている。複数のセル部Ｃは、複数の断面六角形状の空間Ｓをそれぞれ画成している。即ち、隔壁２０は、プレート２の下方において２次元的に分布し、且つ互いに内包しない複数の空間Ｓを形成する。複数のセル部Ｃのうち１つのセル部Ｃを図４に示す。図４（ａ）はセル部Ｃの平面図であり、図４（ｂ）はセル部の上方からの斜視図であり、図４（ｃ）はセル部の下方からの斜視図である。

複数の第１の管２２はそれぞれ、平面視において対応の空間Ｓの略中心位置を通って延在している。これら複数の第１の管２２は、プレート２の裏面側２ｂ（図２）に向けて互いに略平行に延びている。複数の第１の管２２の各々は、その周囲の空間を画成する隔壁２０によって囲まれている。複数の第１の管２２の各々は、第１の開口端２２ａ及び第２の開口端２２ｂを有している。第１の開口端２２ａは、裏面側２ｂに対面するように配置されている。第２の開口端２２ｂは、第１の開口端２２ａの反対側に位置しており、空間Ｓの下方に位置している。複数の第１の管２２は、後述するチラーユニット４２から熱交換媒体を受けて第１の開口端２２ａから吐出する管として機能する。

複数の第２の管２４は、複数の空間Ｓにそれぞれ連通するよう隔壁２０に接続されている。複数の第２の管２４の各々の下端部には、開口２４ａが設けられている。複数の第２の管２４は、複数の第１の管２２の第１の開口端２２ａから吐出され当該第１の管２２を囲む空間Ｓ内に回収された熱交換媒体を外部に排出される管として機能する。かかる熱交換器６においては、第１の管２２、当該第１の管を囲む空間Ｓを画成する隔壁２０、及び、当該空間Ｓに連通する第２の管２４は、熱交換部を構成している。よって、熱交換器６は、互いに内包しないように二次元的に並べられた複数の熱交換部を有している。

一実施形態では、熱交換器６は、樹脂を主成分として構成され得る。なお、強度や熱伝導率を変更するために熱交換器６を構成する材料を部分的に変更してもよい。例えば、複数の第１の管２２の第１の開口端２２ａが炭素を含有する樹脂によって構成されてもよい。これにより、第１の開口端２２ａの強度を局所的に高めることができる。また、熱交換器６は、例えば３Ｄプリンタを用いて形成することができる。

次に、流路部８について説明する。図５は、流路部８の斜視図である。流路部８は、熱交換器６の下方に配置されており、熱交換器６に熱交換媒体を供給するための流路、及び、熱交換器６から熱交換媒体を回収するための流路を提供する。

図５に示すように、流路部８は、略円柱形のブロック体であり、上面８ａ及び側面８ｂを有している。また、流路部８は、側面８ｂから突出する第１の集合部２９及び第２の集合部３０を有している。この流路部８には、その内部を貫通する複数の第１の流路２６、及び複数の第２の流路２８が形成されている。即ち、流路部８には、その上面８ａから第１の集合部２９又は第２の集合部３０に向けて当該流路部８の内部を貫通する小径の空洞が複数形成されており、これらの空洞が複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８を構成している。複数の第１の流路２６は、一端部２６ａ及び他端部２６ｂをそれぞれ有している。これらの一端部２６ａは、流路部８の上面８ａにおいて熱交換器６の複数の第１の管２２にそれぞれ対応する位置に形成されており、複数の第１の管２２の第２の開口端２２ｂにそれぞれ接続される。複数の第１の流路２６の他端部２６ｂは、第１の集合部２９に局所的に集められている。第１の集合部２９は、ケース４の第１の開口１６に対応する位置に形成されており、ケース４内に収容された状態において第１の開口１６に対面する。

複数の第２の流路２８は、一端部２８ａ及び他端部２８ｂをそれぞれ有している。複数の第２の流路２８の一端部２８ａは、流路部８の上面８ａにおいて熱交換器６の複数の第２の管２４の開口２４ａにそれぞれ対応する位置に形成されており、複数の第２の管２４の開口２４ａにそれぞれ接続される。複数の第２の流路２８の他端部２８ｂは、第２の集合部３０に局所的に集められている。第２の集合部３０は、ケース４の第２の開口１８に対応する位置に形成されており、ケース４内に収容された状態において第２の開口１８に対面する。

これらの複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８は、互いに連通しない独立した流路として形成されている。一実施形態では、複数の第１の流路２６は互いに等しいコンダクタンスを有しており、複数の第２の流路２８は互いに等しいコンダクタンスを有している。ここで、コンダクタンスとは、流体の流れやすさを示す指標であり、流路の径、長さ及び屈曲率によって定まる値である。例えば、複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８は、流路の長さに応じて流路の径及び屈曲率を調整することにより、互いのコンダクタンスが均一化される。なお、一実施形態では、流路部８は、樹脂を主成分として構成され得る。このようにブロック状の流路部８に複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８を形成することにより、流路の径を最大化することができるので、第１の流路２６及び第２の流路２８のコンダクタンスを大きくすることができる。

図１の説明に戻り、プラズマ処理装置５０について説明する。ステージＳＴのプレート２の表面側２ａには、静電チャック５４が設けられている。静電チャック５４は、導電膜である電極５６を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極５６には、直流電源５８が電気的に接続されている。この静電チャック５４は、直流電源５８からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により基板Ｗを静電吸着保持することができる。

ケース４の供給管１２及び回収管１４には（図２参照）、第１の配管４０ａ及び第２の配管４０ｂの一端がそれぞれ接続されている。第１の配管４０ａ及び第２の配管４０ｂの他端は、処理容器５２の外部に設けられたチラーユニット４２に接続されている。ステージＳＴには、第１の配管４０ａ及び第２の配管４０ｂを介してチラーユニット４２から所定温度の熱交換媒体が循環供給される。なお、熱交換媒体とは、プレート２との熱の交換を目的としてステージＳＴ内を流通する流体であり、プレート２から熱を吸収する冷媒、及び、プレート２に熱を与える熱媒を含む概念である。冷媒として利用される熱交換媒体としては、例えば冷却水、フッ素系液体が用いられる。また、熱交換媒体は、液体に限らず、気化熱を利用した相変化冷却や、ガスを用いたガス冷却であってよい。

チラーユニット４２から供給された熱交換媒体は、第１の配管４０ａ、供給管１２、複数の第１の流路２６、複数の第１の管２２、複数の第２の管２４、複数の第２の流路２８、回収管１４、第２の配管４０ｂを経てチラーユニット４２に戻される。このように循環される熱交換媒体の温度を制御することにより、静電チャック５４上に載置された基板Ｗの温度が制御される。なお、一実施形態では、チラーユニット４２は、互いに独立した複数の流路を介して複数の第１の流路２６と個別に接続されており、複数の第１の流路２６に供給される熱交換媒体の温度を独立して制御可能に構成されていてもよい。同様に、チラーユニット４２は、互いに独立した複数の流路を介して複数の第２の流路２８と個別に接続されていてもよい。この実施形態によれば、複数の第１の配管４０ａから吐出する熱交換媒体の温度を個別に制御することができる。

また、処理容器５２内には、上部電極６０が設けられている。この上部電極６０は、下部電極として機能するプレート２の上方において、当該プレート２と対向配置されており、プレート２と上部電極６０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極６０とプレート２との間には、例えば基板Ｗにプラズマエッチングを行うための処理空間ＰＳが画成されている。

上部電極６０は、絶縁性遮蔽部材６２を介して、処理容器５２の上部に支持されている。上部電極６０は、電極板６４及び電極支持体６６を含み得る。電極板６４は、処理空間ＰＳに面しており、複数のガス吐出孔６４ａを画成している。この電極板６４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。電極板６４は、接地されている。

電極支持体６６は、電極板６４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体６６は、水冷構造を有し得る。電極支持体６６の内部には、ガス拡散室６６ａが設けられている。このガス拡散室６６ａからは、ガス吐出孔６４ａに連通する複数のガス通流孔６６ｂが下方に延びている。また、電極支持体６６にはガス拡散室６６ａに処理ガスを導くガス導入口６６ｃが形成されており、このガス導入口６６ｃには、ガス供給管６８が接続されている。

ガス供給管６８には、バルブ７２及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７４を介して、ガス源７０が接続されている。なお、ＭＦＣの代わりにＦＣＳが設けられていてもよい。ガス源７０は、処理ガスのガス源である。このガス源７０からの処理ガスは、ガス供給管６８からガス拡散室６６ａに至り、ガス通流孔６６ｂ及びガス吐出孔６４ａを介して処理空間ＰＳに吐出される。

また、プラズマ処理装置５０は、接地導体５２ａを更に備え得る。接地導体５２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器５２の側壁から上部電極６０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。

また、プラズマ処理装置５０では、処理容器５２の内壁に沿ってデポシールド７６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド７６は、ステージＳＴの外周にも設けられている。デポシールド７６は、処理容器５２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

処理容器５２の底部側においては、ステージＳＴと処理容器５２の内壁との間に排気プレート７８が設けられている。排気プレート７８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート７８の下方において処理容器５２には、排気口５２ｅが設けられている。排気口５２ｅには、排気管５３を介して排気装置８０が接続されている。排気装置８０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器５２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器５２の側壁には基板Ｗの搬入出口５２ｇが設けられており、この搬入出口５２ｇはゲートバルブ８１により開閉可能となっている。

一実施形態においては、プラズマ処理装置５０は、高周波電源ＨＦＧ、高周波電源ＬＦＧ、整合器ＨＵ１、及び、整合器ＨＵ２を更に備えている。高周波電源ＨＦＧは、プラズマ生成用の高周波電力を発生するものであり、２７ＭＨｚ以上の周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力を整合器ＨＵ１を介して、プレート２に供給する。整合器ＨＵ１は、高周波電源ＨＦＧの内部（又は出力）インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させる回路を有している。また、高周波電源ＬＦＧは、イオン引き込み用の高周波バイアス電力を発生するものであり、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば、３ＭＨｚの高周波バイアス電力を、整合器ＨＵ２を介してプレート２に供給する。整合器ＨＵ２は、高周波電源ＬＦＧの内部（又は出力）インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させる回路を有している。なお、下部電極はプレート２と別体として設けられても良い。

また、一実施形態においては、プラズマ処理装置５０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置５０の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系等を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置５０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置５０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置５０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置５０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。

次に、ステージＳＴ内部の熱交換媒体の流れについて説明する。図６は、熱交換器６内の熱交換媒体の流れを模式的に示す断面図である。

チラーユニット４２によって第１の開口１６からステージＳＴ内に供給された熱交換媒体は、流路部８の複数の第１の流路２６を通過し、第２の開口端２２ｂを介して複数の第１の管２２にそれぞれ流入する。第２の開口端２２ｂから流入した熱交換媒体は、複数の第１の管２２に沿って上方に移動し、第１の開口端２２ａからプレート２の裏面側２ｂに向けて放出される。第１の開口端２２ａから放出された熱交換媒体は、第１の開口端２２ａに対面するプレート２の裏面側２ｂに接触することでプレート２との間で熱交換を行う。熱交換を行った熱交換媒体は、隔壁２０に沿って下方に移動し、複数の第２の管２４の開口２４ａから空間Ｓの外部に排出される。空間Ｓから排出された熱交換媒体は、開口２４ａに接続された複数の第２の流路２８、第２の開口１８を介してチラーユニット４２に戻される。

上記のように、熱交換器６は、互いに平行に延在するよう二次元的に並べられた第１の管２２から個別に熱交換媒体が吐出され、吐出された熱交換媒体が対応の空間Ｓを介して第２の管２４によって回収されるように構成されている。即ち、熱交換器６には、複数の熱交換部が設けられており、これら熱交換部は、互いに独立した熱交換媒体の流路を提供している。かかる熱交換器６によれば、プレート２の裏面側２ｂに対面する第１の開口端２２ａから当該裏面側２ｂに熱交換媒体が個別に放出されるので、複数の空間Ｓ内を流通する熱交換媒体の温度に差異が生じることが抑制される。

なお、一実施形態では、図７に示すように、空間Ｓを画成するプレート２の裏面側２ｂには、表面側２ａに向けて延びる凹部８２が複数形成されており、これらの複数の凹部８２に複数の第１の開口端２２ａがそれぞれ挿入されていてもよい。この凹部８２は、当該凹部８２を上方から画成する上壁８２ａ、及び、当該凹部８２を側方から画成する側壁面８２ｂを有している。凹部８２は、水平方向の断面形状が円形を有し得る。図７に示す実施形態では、凹部８２の上壁８２ａ及び側壁面８２ｂが熱交換媒体との接触面となるので、熱交換面積が増加する。また、熱交換位置を熱の発生源に近い表面側２ａに近づけることができる。したがって、この実施形態では、熱交換効率が向上される。

また、別の一実施形態では、図８に示すように、複数の第１の管２２の各々の外周面には、螺旋状に延びるスロープ２２ｃが形成されていてもよい。スロープ２２ｃは、第１の開口端２２ａから放出された熱交換媒体を凹部８２の側壁面８２ｂに沿うように螺旋状に案内する。図８に示す実施形態によれば、スロープ２２ｃによってプレート２と熱交換媒体との接触面積を更に増加させることができるので、熱交換効率が更に向上される。

また、別の一実施形態では、図９に示すように、プレート２の裏面側２ｂには、なだらかな曲面によって画成される凹部８４が複数形成されており、これらの複数の凹部８２に複数の第１の開口端２２ａがそれぞれ挿入されていてもよい。図９に示す実施形態では、第１の開口端２２ａから放出された熱交換媒体がなだらかな曲面に沿って移動するので、凹部８４内に空気だまりが発生することによって熱交換効率が低下することが防止される。

次に、ステージＳＴの製造方法について説明する。図１０は、一実施形態に係るステージＳＴの製造方法Ｍ１を示す流れ図である。方法Ｍ１では、まず工程ＳＴ１１においてプレート２及びケース４が準備される。次いで、工程ＳＴ１２において熱交換器６が準備される。一実施形態では、熱交換器６は、３Ｄプリンタにより形成される。３Ｄプリンタに読み込ませる熱交換器６のモデルデータは、例えば３次元ＣＡＤソフトを用いて作成される。

次いで、工程ＳＴ１３において流路部８が準備される。図１１を参照して、流路部８の形成方法を詳細に説明する。図１１は、流路部８の形成方法Ｍ２を示す流れ図である。方法Ｍ２では、まず工程ＳＴ２１において、複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８の反転形状を有す反転模型ＩＭが準備される。図１２は、反転模型ＩＭの一例を示す斜視図である。当該反転模型ＩＭは、複数の第１の流路２６の反転形状を有する複数の第１の中実ケーブル３２と、複数の第２の流路２８の反転形状を有する複数の第２の中実ケーブル３４とを有している。第１の中実ケーブル３２及び第２の中実ケーブル３４は、例えば合成ゴムによって構成されており、中実構造を有している。複数の第１の中実ケーブル３２の一端部３２ａ及び他端部３２ｂは、複数の第１の流路２６の一端部２６ａ及び他端部２６ｂにそれぞれ相当する位置に固定されている。また、複数の第２の中実ケーブル３４の一端部３４ａ及び他端部３４ｂは、複数の第２の流路２８の一端部２８ａ及び他端部２８ｂにそれぞれ相当する位置に固定されている。

図１３は、複数の第１の中実ケーブル３２の他端部３２ｂの経方向断面を示している。なお、複数の第２の中実ケーブル３４の他端部３４ｂは、複数の第１の中実ケーブル３２の他端部３２ｂと同様な構成を有しているので、以下では複数の第１の中実ケーブル３２の他端部３２ｂの構成についてのみ説明する。図１３に示すように、複数の他端部３２ｂは、その外周が複数の分離チューブ３６によってそれぞれ被覆されている。分離チューブ３６は、複数の第１の中実ケーブル３２同士を非接触にするために利用されるものであり、例えばポリオレフィンといった第１の中実ケーブル３２及び第２の中実ケーブル３４とは異なる素材によって構成されている。また、複数の第１の中実ケーブル３２の他端部３２ｂ及び複数の第２の中実ケーブル３４の他端部３４ｂは、結束チューブ３８によって束ねられている。結束チューブ３８は、分離チューブ３６と同じ素材によって構成され得る。このようにして束ねられた複数の第１の中実ケーブル３２の他端部３２ｂ、及び複数の第２の中実ケーブル３４の他端部３４ｂは、ケース４の第１の開口１６及び第２の開口１８にそれぞれ相当する位置に配置される。

次いで、工程ＳＴ２２において、反転模型ＩＭがコンピュータ断層撮影（ＣＴ撮影）され、撮影されたＣＴ画像から反転模型ＩＭの断面構造を含む３次元データが作成される。この際、第１の中実ケーブル３２及び第２の中実ケーブル３４の素材と分離チューブ３６及び結束チューブ３８の素材との違い、具体的にはＸ線透過率の違いを利用して、反転模型ＩＭのうち第１の中実ケーブル３２及び第２の中実ケーブル３４に相当する部分のみの３次元データが作成される。

その後、工程ＳＴ２３において、工程ＳＴ２２において作成された３次元データの反転パターンの３次元データが生成される。反転模型ＩＭは、複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８の反転形状を有しているので、工程ＳＴ２３において生成される反転模型ＩＭの３次元データの反転パターンは複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８を含む立体構造の３次元データである。この反転パターンの生成は、例えば画像処理ソフトを用いて行われる。

次いで、工程ＳＴ２４において反転模型ＩＭの３次元データの反転パターンが３Ｄプリンタのデータ形式に適合するモデルデータに変換される。３Ｄプリンタのデータ形式に適合するモデルデータとは、例えばＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｌａｎｇｕａｇｅ）形式で立体構造を表した３次元データである。一実施形態では、この際に、複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８のコンダクタンスが均一になるよう、当該モデルデータにおける複数の第１の流路２６及び複数の第２の流路２８に相当する部分の径、屈曲率、長さを微調整してもよい。なお、コンダクタンスへの影響の高い流路の経を調整することで、容易に調整することができる。

次いで、工程ＳＴ２５において当該モデルデータを３次元プリンタに読み込ませることにより流路部８を形成する。なお、熱交換器６及び流路部８は、３Ｄプリンタを用いて個別に形成されてもよいし、熱交換器６のモデルデータと流路部８のモデルデータを結合することによって熱交換器６及び流路部８を一括して形成してもよい。

図１０の説明に戻り、方法Ｍ１のＳＴ１４においては、準備されたプレート２、ケース４、熱交換器６、及び流路部８を有するステージＳＴが作成される。即ち、複数の第１の管２２の第２の開口端２２ｂが複数の第１の流路２６の一端部２６ａに接続され、複数の第２の管２４の開口２４ａが複数の第２の流路２８の一端部２８ａに接続されるよう、熱交換器６と流路部８とが結合される。熱交換器６及び流路部８は、第１の開口１６及び第２の開口１８に第１の集合部２９及び第２の集合部３０がそれぞれ対面するよう、ケース４内に収容される。また、ケース４上にプレート２を配置することにより収容空間ＡＳがプレート２及びケース４によって画成される。

なお、一実施形態では、図１４に示すように、ステージＳＴのプレート２内部において２次元状に分布するよう配置された複数のヒータ８５が更に設けられていてもよい。複数のヒータ８５は、ケーブル８５ａを介して複数のヒータ電源にそれぞれ接続されている。複数のヒータ８５は、複数のヒータ電源から供給される電力により熱を発生して、プレート２を全体的又は局所的に加熱し得る。ヒータ８５及びケーブル８５ａは、ケース４の底壁４ｂを貫通し、第１の流路２６、第２の流路２８、空間Ｓを避けるようにプレート２内まで延びる隔離管８６内に収容されている。隔離管８６の上端部は開口しており、複数のヒータ８５の各々は、当該上端部を介してプレート２に接している。隔離管８６は、ヒータ８５の熱が熱交換器６や流路部８に伝わらないよう高い断熱性を有する材料によって構成され得る。一実施形態では、ヒータ８５の先端部にネジを切っておき、プレート２とケース４を固定するボルトとして利用してもよい。

また、一実施形態では、図１５に示すように、ケース４の側壁４ａには、該側壁４ａの外周面の一部が縮径された段差部８８が形成されてもよい。段差部８８は、側壁４ａの周方向に沿って形成されている。また、側壁４ａには、複数の球体９０が段差部８８に沿って設けられている。球体９０は、段差部８８の高さ方向の幅と略同一の径を有しており、側壁４ａと共にプレート２の荷重を支持する。この球体９０は、断熱性材料によって構成され得る。球体９０は、点接触で側壁４ａと接しているので熱伝導率を非常に小さくすることができる。よって、図１５に示す実施形態では、ヒータ８５又は基板Ｗによって加熱されたプレート２の熱を段差部８８において遮断することができる。これにより、プレート２の熱がケース４を介して熱交換器６及び流路部８に伝わることを抑制することができる。

図１６は、上述したプラズマ処理装置５０を含む半導体製造システムを概略的に示す斜視図である。従来技術では、プレートの周方向に沿った流路に熱交換媒体を流通させるために大きな吐出圧を有するポンプを備えたチラーユニットが必要とされていた。このため、従来は大型のチラーユニットが必要となるため、プラズマ処理装置とは異なるフロアにチラーユニットを配置しなければならないことがあった。これに対し、上述したステージＳＴでは、第１の流路２６及び第２の流路２８が高いコンダクタンスを有しているので、チラーユニット４２のポンプを小型化することが可能となる。これにより、図１６に示すように、チラーユニット４２をプラズマ処理装置５０と同じフロアに設置することができる。このため、ステージＳＴとチラーユニット４２との間を接続する第１の配管４０ａ及び第２の配管４０ｂの長さを短くすることができる。その結果、熱交換媒体がチラーユニット４２からステージＳＴに到達するまでの時間を短縮することができるので、より応答性の高い温度制御が可能となる。更に、第１の配管４０ａ及び第２の配管４０ｂを通過する際に熱交換媒体の熱が外部に放出されることを抑制することができる。

以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、隔壁２０によって形成されるセル部Ｃは、略六角柱状に限定されるものではなく、円柱状又は略多角形状を有していてもよい。

また、上述した実施形態は、熱交換器６と流路部８を別体としたが、一体で構成してもよい。この場合、作図が困難な流路部８をコンピュータ断層撮影（ＣＴ撮影）を用いた上記の方法で作図し、別途作図した熱交換器６と組み合わせてモデルデータを形成してもよい。また、上述した実施形態は、熱交換器６は、ケース４内に収容される構成としたが、ケース４の上方に設置するように構成してもよい。この場合、熱交換器６は、金属で形成される。

また、上述した実施形態は、複数の流路がそれぞれ独立した構成について説明したが、これに限らない。これについて説明すると、隣り合う複数の流路は互いに連通してもよい。また、複数の流路間は、空隙であってもよく、ケース４内は熱交換媒体に満たされた状態となっていてもよい。このように構成すると、動植物の組織内と似た流路となる。このように構成であれば、精度の低い３Ｄプリンタであっても形成することができる。また、１つの流路が機能しなくとも、熱交換媒体は、連通する他の流路から供給されるため、流路部８の形成における歩留まりの向上や故障率の低下の効果が期待できる。

また、ステージＳＴが利用される基板処理装置は、プラズマ処理装置に限定されるものではない。ステージＳＴは、基板の温度を制御しつつ、当該基板を処理する装置であれば、任意の処理装置に利用され得る。例えば、塗布現像装置、洗浄装置、成膜装置、エッチング装置、アッシング装置、熱処理装置などの半導体製造装置やフラットパネルディスプレイ製造装置に好適に用いることができる。

また、上述した実施形態は、基板の温度分布を均一に制御することに注目して説明したがこれに限らない。例えば、不均一なプラズマの分布をあえて基板の温度分布を不均一にすることで相殺することができる。この場合、流路のコンダクタンスの調整、ヒータの配置や形状の調整、ヒータの温度制御、個々の流路への独立した熱交換媒体の供給によって不均一な基板の温度分布を実現できる。このようにすることで、面内均一な基板処理を行うことができる。

また、一実施形態では、図１７に示すように、複数の第１の管２２に複数の流量制御器ＦＣがそれぞれ接続されていてもよい。これらの流量制御器ＦＣは、複数の第１の流路２６の一端部２６ａと複数の第１の管２２との間にそれぞれ設けられ得る。流量制御器ＦＣは、例えばニードルバルブ又はオリフィスであり、複数の第１の管２２の各々に流入する熱交換媒体の流量を制御する。これらの流量制御器ＦＣは、個別に弁の開度を調整可能に構成されている。

一実施形態のステージでは、配置位置によって複数の流量制御器ＦＣの弁が異なる開度に設定されていてもよい。例えば、径方向においてプレート２が複数のゾーンに分割されているときに、複数の流量制御器ＦＣの弁の開度は、複数のゾーンの各々に対面する複数の第１の管２２のそれぞれに接続された複数の流量制御器ＦＣ毎に異なっていてもよい。このように構成することで、プレート２の径方向において分割された複数のゾーンに対して吐出される熱交換媒体の流量を、ゾーン毎に変化させることが可能となる。したがって、ゾーン毎に熱交換率が変わるため、径方向において温度に差異を有するような温度分布をプレート２に持たせることが可能となる。

また、熱交換器は、図示した構成を有するものに限定されるものではなく、２次元的に分布し且つ互いに内包しない複数の領域に対して熱交換媒体を供給し、供給した熱交換媒体を回収する構成であれば、任意の構成を有し得る。また、上述した実施形態は、矛盾のない範囲で組み合わせることができる。

２…プレート、２ａ…表面側、２ｂ…裏面側、４…ケース、６…熱交換器、８…流路部、１２…供給管、１４…回収管、１６…第１の開口、１８…第２の開口、２０…隔壁、２２…第１の管、２２ａ…第１の開口端、２２ｂ…第２の開口端、２２ｃ…スロープ、２４…第２の管、２４ａ…開口、２６…第１の流路、２６ａ…一端部、２６ｂ…他端部、２８…第２の流路、２８ａ…一端部、２８ｂ…他端部、２９…第１の集合部、３０…第２の集合部、３２…第１の中実ケーブル、３４…第２の中実ケーブル、３６…分離チューブ、３８…結束チューブ、４２…チラーユニット、５０…プラズマ処理装置、８２,８４…凹部、８５…ヒータ、８５ａ…ケーブル、８６…隔離管、８８…段差部、９０…球体、Ｃ…セル部、ＦＣ…流量制御器、ＩＭ…反転模型、Ｓ…空間、ＳＴ…ステージ、Ｗ…基板。

Claims (12)

1. その上に基板が載置される表面側と裏面側とを有するプレートと、
   前記プレートの前記裏面側の複数の領域であり、２次元的に分布し、且つ互いに内包しない該複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、供給した熱交換媒体を回収するように構成された熱交換器であり、
   前記プレートの前記裏面側に向けて上方に延び、前記裏面側に対面する開口端を提供する複数の第１の管であり、前記プレートの下方において分布された、該複数の第１の管と、
   前記複数の第１の管をそれぞれ囲む複数の空間を画成する隔壁と、
   前記複数の空間にそれぞれ連通するよう前記隔壁に接続する複数の第２の管と、
   を有する、該熱交換器と、
   前記複数の第１の管にそれぞれ接続する一端部と他端部とを有する複数の第１の流路、及び、前記複数の第２の管にそれぞれ接続する一端部と他端部とを有する複数の第２の流路が形成されたブロック状の流路部と、
   前記プレートを支持するケースであって、前記熱交換器及び前記流路部を収容する空間を前記プレートと共に画成する、該ケースと、
   を備え、
   前記ケースは、前記プレートを支持する筒状の側壁を有しており、
   前記側壁は、該側壁の外周面の一部を縮径する段差部を含んでおり、
   前記段差部に沿って設けられた球体であり、断熱性材料から構成された該球体を更に備える、ステージ。
2. 前記流路部は、前記複数の第１の流路の他端部が局所的に集められた第１の集合部、及び、前記複数の第２の流路の前記他端部が局所的に集められた第２の集合部を有し、
   前記ケースには、前記流路部の前記第１の集合部に対面する第１の開口、及び、前記流路部の前記第２の集合部に対面する第２の開口が形成されている、請求項１に記載のステージ。
3. 前記複数の第１の流路は互いに等しいコンダクタンスを有し、
   前記複数の第２の流路は互いに等しいコンダクタンスを有する、
   請求項１又は２に記載のステージ。
4. 前記熱交換器は、樹脂を主成分として構成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載のステージ。
5. 前記複数の第１の管の前記開口端は、炭素を含有する樹脂により構成されている、請求項４に記載のステージ。
6. 前記プレートの前記裏面側には、前記複数の第１の管の前記開口端がそれぞれ挿入される複数の凹部が形成されている、請求項１〜５の何れか一項に記載のステージ。
7. 前記複数の第１の管の各々の外周面には、螺旋状に延びるスロープが形成されている、請求項６に記載のステージ。
8. 前記プレート内には、２次元的に分布するよう配置された複数のヒータが設けられている、請求項１〜７の何れか一項に記載のステージ。
9. 前記ステージの前記表面側には、前記基板を静電吸着する静電チャックが設けられている、請求項１〜８の何れか一項に記載のステージ。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載のステージを備える、基板処理装置。
11. 前記複数の第１の管には、対応する前記第１の管に流入する前記熱交換媒体の流量を制御する複数の流量制御器がそれぞれ接続されている、請求項１〜９の何れか一項に記載のステージ。
12. 前記流量制御器はニードルバルブ又はオリフィスであり、
    前記プレートが径方向において複数のゾーンに分割されているときに、前記複数の流量制御器の弁の開度は、前記複数のゾーンの各々に対面する前記複数の第１の管のそれぞれに接続された前記複数の流量制御器毎に異なっている、請求項１１に記載のステージ。

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