JP2001257253A - Wafer processing device and method of manufacturing wafer - Google Patents

Wafer processing device and method of manufacturing wafer

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JP2001257253A
JP2001257253A JP2000073915A JP2000073915A JP2001257253A JP 2001257253 A JP2001257253 A JP 2001257253A JP 2000073915 A JP2000073915 A JP 2000073915A JP 2000073915 A JP2000073915 A JP 2000073915A JP 2001257253 A JP2001257253 A JP 2001257253A
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Hiromitsu Enami
弘充 榎並
Shinichi Suzuki
慎一 鈴木
Masanori Katsuyama
雅則 勝山
Takeshi Yoshioka
健 吉岡
Saburo Kanai
三郎 金井
Ryoji Nishio
良司 西尾
Taketo Usui
建人 臼井
Hiroteru Kawada
洋輝 川田
Kazuyuki Ikenaga
和幸 池永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a wafer processing device and a method of manufacturing a wafer that achieves excellent responsivity in addition to stable and precise control of a temperature of a processed wafer. SOLUTION: The wafer processing device having a processing chamber 9 for performing plasma processing on a wafer 1, a means 10 for generating plasma in the processing chamber 9, and a wafer stage 2 for placing the wafer 1, comprises refrigerant channels 15 which are disposed in the wafer stage 2 and have refrigerant flowing therein, and a plurality of heat exchangers 21 and 22 connected to the refrigerant channels 15. A temperature of the wafer 1 is controlled by the plurality of heat exchangers 21 and 22.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体等の製造技術
に関し、特に、ウエハ処理装置およびウエハの処理時に
ウエハの温度制御を行うウエハ製造方法に好適である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for manufacturing semiconductors and the like, and is particularly suitable for a wafer processing apparatus and a wafer manufacturing method for controlling a wafer temperature during wafer processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体素子の高集積化にともない
回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求され
る加工寸法精度はますます厳しくなってきており、処理
中のウエハの温度性御が非常に重要になってくる。例え
ば、高いアスペクト比が要求されるエッチングプロセス
においては異方性エッチングを実現するために側壁を有
機ポリマで保護しながらエッチングを行うプロセスが知
られているが、有機ポリマの生成は温度により変化し、
処理中のウエハの温度制御が不十分であると側壁の保護
膜がウエハ間でばらつき、その結果エッチング形状の再
現性が悪化する恐れがある。
2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of semiconductor devices, circuit patterns have been miniaturized, and the required processing dimensional accuracy has become increasingly strict. Becomes very important. For example, in an etching process that requires a high aspect ratio, a process of performing etching while protecting the side walls with an organic polymer to realize anisotropic etching is known, but the generation of the organic polymer varies with temperature. ,
If the temperature control of the wafer during processing is insufficient, the protective film on the side wall varies between wafers, and as a result, the reproducibility of the etched shape may be deteriorated.

【0003】処理中のウエハの温度上昇に対処する方法
として、近年の半導体製造ラインにおいては、温調器に
より一定温度に制御した冷媒をウエハステージ内に循環
させる方法が適用されている。この冷媒の容量をある程
度大きくすると、ウエハへ急激な入熱があった場合でも
冷媒の熱容量が大きいため温度の安定性がよいという利
点があるものの、冷媒の熱容量が大きいため冷媒の温度
を応答性よく制御することが難しい、すなわちウエハス
テージの温度を応答性よく制御するのが難しい。ウエハ
ステージの温度を応答性よく制御する方法としては、被
処理物であるウエハを電極上の熱電素子上に配設された
静電チャック上に積載して処理する方法が知られ、例え
ば特開平4-87321に開示されている。
As a method of coping with a rise in the temperature of a wafer during processing, a method of circulating a coolant controlled at a constant temperature by a temperature controller in a wafer stage in a recent semiconductor manufacturing line has been applied. When the capacity of the refrigerant is increased to some extent, even if there is a sudden heat input to the wafer, the heat capacity of the refrigerant is large and the temperature stability is good. It is difficult to control well, that is, it is difficult to control the temperature of the wafer stage with good responsiveness. As a method of controlling the temperature of the wafer stage with good responsiveness, there is known a method of loading a wafer as an object to be processed on an electrostatic chuck provided on a thermoelectric element on an electrode and processing the wafer. 4-87321.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、熱
電素子は最大でもウエハ裏面の全面積に相当する程度の
面にしか取り付けることができないために、非常に入熱
の大きなプロセスなどに使用した場合には十分ウエハの
温度を制御できない。具体的には、現状の熱電素子の吸
熱量は最大でも4W/cm2程度であるが、例えば酸化膜の
ドライエッチング装置などでは5W/cm2以上の入熱があ
る場合があり、ウエハへ入熱される熱を吸熱するように
ウエハステージへ熱電素子を配置することは実質的に不
可能である。よって、処理中のウエハの温度が上昇して
しまい、エッチング特性が悪化する原因となる。
In the above prior art, since the thermoelectric element can be mounted only on a surface corresponding to the entire area of the back surface of the wafer at the maximum, the thermoelectric element is used in a process having a very large heat input. In such a case, the temperature of the wafer cannot be sufficiently controlled. Specifically, the current heat absorption of the thermoelectric element at present is about 4 W / cm 2 at the maximum. However, for example, in a dry etching apparatus for an oxide film, heat input may be 5 W / cm 2 or more. It is substantially impossible to arrange the thermoelectric element on the wafer stage so as to absorb the heat that is heated. Therefore, the temperature of the wafer being processed increases, which causes deterioration of the etching characteristics.

【0005】また、熱電素子には繰り返し熱応力が作用
するため、疲労によりP型半導体とN型半導体の接着部
等の構造に破壊が発生する場合がある。さらに、上記従
来技術のように、熱電素子がウエハステージの裏面に直
接取り付けられている場合、その交換に非常な手間がか
かるうえ、交換中には装置全体を完全に止めてしまわな
ければならず装置の稼働率が大きく低下してしまうこと
になる。
[0005] Further, since thermal stress is repeatedly applied to the thermoelectric element, the structure such as the bonding portion between the P-type semiconductor and the N-type semiconductor may be broken due to fatigue. Further, when the thermoelectric element is directly mounted on the back surface of the wafer stage as in the above-described conventional technique, it takes a great deal of time to replace the thermoelectric element, and the entire apparatus must be completely stopped during the replacement. The operation rate of the device will be greatly reduced.

【0006】本発明の目的は、処理中のウエハの温度を
安定してかつ精度良く制御することができるばかりでな
く、応答性の良いウエハ処理装置およびウエハ製造方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a wafer processing apparatus and a wafer manufacturing method which not only can stably and accurately control the temperature of a wafer during processing, but also have a high responsiveness.

【0007】また、本発明の目的は、ウエハステージに
流れ込む配管が結露することがなく運転を可能にするこ
とにある。さらに、本発明の目的は、ウエハとウエハス
テージの間の熱抵抗を小さくし、処理中のウエハの温度
制御性をより優れたものにすることにある。さらに、本
発明の目的は、より単純な構造とすることにある。
Another object of the present invention is to enable operation without dew condensation on a pipe flowing into a wafer stage. It is another object of the present invention to reduce the thermal resistance between the wafer and the wafer stage, and to improve the temperature controllability of the wafer during processing. It is a further object of the present invention to provide a simpler structure.

【0008】なお、本発明は、上記課題あるいは目的の
少なくとも一つを解決することにある。
It is an object of the present invention to solve at least one of the above problems or objects.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、ウエハにプラズマ処理を行なう処理室と、処
理室内にプラズマを発生させる手段と、ウエハを積載す
るウエハステージを備えたウエハ処理装置において、ウ
エハステージ内に設けられ冷媒が流れる冷媒流路と、冷
媒流路に接続された複数個の熱交換器とを備え、ウエハ
の温度は複数個の熱交換器により制御されるものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention provides a processing chamber for performing plasma processing on a wafer, a means for generating plasma in the processing chamber, and a wafer processing apparatus having a wafer stage for loading a wafer. The apparatus includes a coolant flow path provided in the wafer stage and through which a coolant flows, and a plurality of heat exchangers connected to the coolant flow path, wherein the temperature of the wafer is controlled by the plurality of heat exchangers. is there.

【0010】これにより、冷媒流路に複数個の熱交換器
を接続するので、一方で急激な入熱量の変化に対して安
定するように対応し、他方で必要に応じて応答性よくウ
エハの温度を制御すれば、入熱が大きなプロセスであっ
ても十分にウエハの温度を応答性よく制御できる。
Thus, since a plurality of heat exchangers are connected to the refrigerant flow path, on the one hand, it responds stably to a sudden change in the amount of heat input, and on the other hand, it responds to the wafer with good responsiveness as necessary. If the temperature is controlled, the temperature of the wafer can be controlled with sufficient responsiveness even in a process with a large heat input.

【0011】また、本発明はウエハにプラズマ処理を行
なう処理室と、該処理室内に前記プラズマを発生させる
手段と、ウエハを積載するウエハステージを備えたウエ
ハ処理装置において、ウエハステージ内に設けられ冷媒
が流れる冷媒流路と、冷媒流路に連結され冷媒を蓄える
容器を有する第一の熱交換器と、第一の熱交換器と直列
に連結され、冷媒がウエハステージに流れ込む直前に配
置された第二の熱交換器とを備えたものである。
The present invention also provides a wafer processing apparatus having a processing chamber for performing plasma processing on a wafer, a means for generating the plasma in the processing chamber, and a wafer stage on which the wafer is loaded. A refrigerant flow path through which the refrigerant flows, a first heat exchanger having a container that is connected to the refrigerant flow path and stores the refrigerant, and is connected in series with the first heat exchanger, and is disposed immediately before the refrigerant flows into the wafer stage. And a second heat exchanger.

【0012】これにより、冷媒を蓄える容器を有する第
一の熱交換器により、ウエハへの入熱量が変化した場合
でも急激に冷媒の温度が上昇することなく、第二の熱交
換器によりウエハステージに流れ込む直前の冷媒の温度
を制御できるので、プラズマ処理中のウエハの温度を安
定性良く制御するばかりでなく、応答性よく制御するこ
とが可能となる。
Thus, the first heat exchanger having the container for storing the refrigerant allows the second heat exchanger to prevent the temperature of the refrigerant from rising rapidly even when the amount of heat input to the wafer changes. Since the temperature of the refrigerant immediately before flowing into the wafer can be controlled, not only the temperature of the wafer during the plasma processing can be controlled with good stability but also with good responsiveness.

【0013】さらに、本発明はウエハステージに設けら
れ冷媒が循環する冷媒流路と、冷媒流路に連結され冷媒
を蓄える容器を有する第一の熱交換器と、第一の熱交換
器と直列に連結され、冷媒の加熱、冷却を行うように配
置された熱電素子を有する第二の熱交換器とを備えたも
のである。
Further, the present invention provides a refrigerant flow path provided on the wafer stage, through which a refrigerant circulates, a first heat exchanger having a container connected to the refrigerant flow path for storing the refrigerant, and a series of the first heat exchanger. And a second heat exchanger having a thermoelectric element arranged to heat and cool the refrigerant.

【0014】さらに、上記のものにおいて、冷媒流路に
冷媒を流す配管は真空断熱されていることが、結露の点
から望ましい。
Further, in the above-mentioned apparatus, it is desirable from the viewpoint of dew condensation that the pipe through which the refrigerant flows in the refrigerant flow path is vacuum-insulated.

【0015】さらに、上記のものにおいて、ウエハステ
ージのウエハの裏面となる位置に冷却ガスを導入してウ
エハにプラズマ処理を施すことが望ましい。
Further, in the above, it is desirable to introduce a cooling gas to a position on the wafer stage which is to be the back surface of the wafer and to subject the wafer to plasma processing.

【0016】さらに、上記のものにおいて、ウエハステ
ージは導電性材料より構成され、ウエハステージの表面
に設けられた誘電体膜と、ウエハステージとウエハの間
に電位差を与える手段と、を備え、誘電膜とウエハ間に
蓄えられた電荷の静電気力によりウエハを固定すること
が望ましい。
Further, in the above, the wafer stage is made of a conductive material, and comprises a dielectric film provided on the surface of the wafer stage, and means for giving a potential difference between the wafer stage and the wafer. It is desirable to fix the wafer by the electrostatic force of the charge stored between the film and the wafer.

【0017】さらに、本発明はウエハをウエハステージ
に積載し、ウエハステージに冷媒が流れ込む直前の温度
を制御しながらウエハにプラズマ処理を行なうウエハ製
造方法であって、直前の温度の制御をウエハもしくはウ
エハステージの温度を測定した結果に関連して制御する
ことを特徴とするものである。
Further, the present invention is a wafer manufacturing method for loading a wafer on a wafer stage and performing plasma processing on the wafer while controlling the temperature immediately before the coolant flows into the wafer stage. The temperature of the wafer stage is controlled in relation to the measurement result.

【0018】さらに、上記のものにおいて、直前の温度
の制御を、ウエハに施すプラズマ処理の手順に基づいて
行うことが望ましい。
Further, in the above, it is desirable that the temperature control immediately before is performed based on the procedure of the plasma processing applied to the wafer.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
にしたがって詳細に説明する。図1ないし図3は、本発
明の第一の実施例であり、図1は本発明の第一の実施例
をプラズマ処理装置に適用した例の〓断面図である。ま
た、図2は第一の実施例の熱電素子を用いた熱交換器部
の内部を拡大した断面図であり、図3は図2の熱交換器
の斜視図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 to 3 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a sectional view of an example in which the first embodiment of the present invention is applied to a plasma processing apparatus. FIG. 2 is an enlarged sectional view of the inside of a heat exchanger using the thermoelectric element of the first embodiment, and FIG. 3 is a perspective view of the heat exchanger of FIG.

【0020】処理中のウエハ1を載せるためのウエハス
テージ2は、0リング3を介してボルト4で締められた
フランジ5上に固定されている。ウエハステージ2上に
ウエハ1を積載し、ウエハ1をプラズマ6に曝すことに
よりウエハ表面にエッチング処理を施す。7はウエハ1
がウエハステージ2からずれないようにするためのガイ
ドである。8は真空チャンバ9の内部に設けられた円盤
状の電極10に高周波電圧を印加するための高周波電源
であり、この電極10に高周波電圧を印加することによ
り真空チャンバ9内にプラズマ6を発生させる。
A wafer stage 2 on which a wafer 1 being processed is mounted is fixed on a flange 5 tightened by bolts 4 via an O-ring 3. The wafer 1 is mounted on the wafer stage 2, and the wafer 1 is exposed to the plasma 6 to perform an etching process on the wafer surface. 7 is wafer 1
Is a guide for preventing the wafer stage 2 from shifting from the wafer stage 2. Reference numeral 8 denotes a high-frequency power supply for applying a high-frequency voltage to a disk-shaped electrode 10 provided inside the vacuum chamber 9, and generates a plasma 6 in the vacuum chamber 9 by applying a high-frequency voltage to the electrode 10. .

【0021】11は真空チャンバ内に処理ガスを導入す
るためのガス配管であり、13は真空チャンバ内を真空
排気するためのターボ分子ポンプであり、バルブ12の
開度を調節することにより真空チャンバ9内の圧力を任
意に設定することができる。処理中のウエハ1はプラズ
マ6からの入熱により加熱されるので、再現性のよいエ
ッチング処理を実現するためには処理中のウエハ1の温
度を測定して調節する必要がある。
Numeral 11 denotes a gas pipe for introducing a processing gas into the vacuum chamber. Numeral 13 denotes a turbo-molecular pump for evacuating the vacuum chamber. 9 can be set arbitrarily. Since the wafer 1 being processed is heated by the heat input from the plasma 6, it is necessary to measure and adjust the temperature of the wafer 1 being processed in order to realize an etching process with good reproducibility.

【0022】ウエハの温度を測定するために熱電対14
を用いて、フランジ5の温度をモニタしている。実際に
測定すべきはウエハ1の温度であるが、熱電対14で測
定した位置の温度とウエハ1の温度の相関をあらかじめ
取っておけば直接ウエハの温度を測定しなくともウエハ
温度を予測可能である。ウエハステージ内には冷媒流路
15が設けられ、真空チャンバ外の熱交換器により一定
温度に管理された冷媒が流され、ウエハステージは冷却
される。フランジ5の下部にはウエハステージ内に冷媒
を流し込む貫通穴が2個設けられており、一方は冷媒の
流入用貫通穴16、もう一方は冷媒の流出用貫通穴17
である。流入用貫通穴16、流出用貫通穴17のいずれ
にも0リング18を介してボルト19締めされた配管2
0、28が接続されており、それぞれの反対側の端部は
第二の熱交換器21の冷媒排出口23、および第一の熱
交換器22の冷媒もどり口24に接続されている。ま
た、第二の熱交換器21の冷媒流入口25もフランジ下
部に接続されたのと同様の配管26が接続されており、
この反対側の端部は第一の熱交換器の冷媒流出口27に
接続されている。配管20、26、28は中空パイプの
中に冷媒流路用の配管29を内蔵した構成となってお
り、中空部はさらにバルブ30、31を介して真空ポン
プ32、33に接続され真空引きする。これは、冷媒温
度が低温の場合に冷媒流路用の配管周りに結露するのを
防止するためである。
The thermocouple 14 is used to measure the temperature of the wafer.
Is used to monitor the temperature of the flange 5. What should be actually measured is the temperature of the wafer 1. However, if the correlation between the temperature at the position measured by the thermocouple 14 and the temperature of the wafer 1 is obtained in advance, the wafer temperature can be predicted without directly measuring the temperature of the wafer. It is. A coolant channel 15 is provided in the wafer stage, and a coolant controlled at a constant temperature is flowed by a heat exchanger outside the vacuum chamber, and the wafer stage is cooled. Two through holes through which a coolant flows into the wafer stage are provided below the flange 5, one of which is a coolant inflow hole 16 and the other is a coolant outflow through hole 17.
It is. Piping 2 tightened with bolts 19 through O-rings 18 in both inflow through hole 16 and outflow through hole 17
0 and 28 are connected, and their opposite ends are connected to a refrigerant outlet 23 of the second heat exchanger 21 and a refrigerant return port 24 of the first heat exchanger 22. Further, the same pipe 26 as that connected to the lower part of the flange is also connected to the refrigerant inlet 25 of the second heat exchanger 21,
This opposite end is connected to the refrigerant outlet 27 of the first heat exchanger. The pipes 20, 26, and 28 have a configuration in which a pipe 29 for a refrigerant flow path is built in a hollow pipe, and the hollow portion is further connected to vacuum pumps 32, 33 via valves 30, 31, and is evacuated. . This is to prevent dew condensation around the refrigerant flow pipe when the refrigerant temperature is low.

【0023】第一の熱交換器22の構成を説明する。第
一の熱交換器は冷媒34を容器35に蓄えておき、冷媒
34を冷凍機36により冷却およびヒータ37により加
熱させ、ポンプ38により冷媒排出口27から排出す
る。冷凍機36の冷却能力は3kWであり、ヒータ37
の加熱能力も3kWである。この値はエッチング装置用
ウエハステージの温調機の能力としては標準的な値であ
るが、使用条件によって適宜選択されるべき値である。
The configuration of the first heat exchanger 22 will be described. The first heat exchanger stores the refrigerant 34 in the container 35, cools the refrigerant 34 by the refrigerator 36, heats the refrigerant 34 by the heater 37, and discharges the refrigerant 34 from the refrigerant outlet 27 by the pump 38. The cooling capacity of the refrigerator 36 is 3 kW.
Also has a heating capacity of 3 kW. This value is a standard value as a capability of the temperature controller of the wafer stage for the etching apparatus, but is a value to be appropriately selected depending on use conditions.

【0024】第一の熱交換器は、容器内に多量の冷媒を
内蔵しているため冷媒の熱容量が大きいので、仮にウエ
ハへの入熱量が変化した場合でも、冷媒が循環していれ
ば急激に冷媒の温度が上昇することなくウエハの温度を
一定に保つことができる。しかし、熱容量が大きいため
に逆にウエハの温度を応答性よく制御するには困難が有
り、応答性よく制御するには第二の熱交換器21を設け
る。
The first heat exchanger has a large heat capacity because the refrigerant contains a large amount of refrigerant in the container. Therefore, even if the amount of heat input to the wafer changes, if the refrigerant is circulating, the first heat exchanger will be abrupt. The temperature of the wafer can be kept constant without increasing the temperature of the coolant. However, it is difficult to control the temperature of the wafer with good responsiveness due to the large heat capacity. To control with good responsiveness, the second heat exchanger 21 is provided.

【0025】第二の熱交換器21の冷媒流入口25は第
一の熱交換器22の冷媒排出口27と接続されており、
冷媒が容器に流れ込むようになっている。反対側の冷媒
排出口23は、フランジ5の流入よう貫通穴16に接続
されており、第二の熱交換器で冷却した冷媒をウエハス
テージ2に送り込む。
The refrigerant inlet 25 of the second heat exchanger 21 is connected to the refrigerant outlet 27 of the first heat exchanger 22,
Refrigerant flows into the container. The coolant outlet 23 on the opposite side is connected to the through hole 16 so that the flange 5 flows in, and sends the coolant cooled by the second heat exchanger to the wafer stage 2.

【0026】第二の熱交換器は図3に示すように側板で
四方を囲まれた直方体状の構造をしており、下側の配管
26から冷媒が流入し上側の配管28から流出する。3
9はバルブ31を介して接続された真空ポンプ33によ
り内部を真空引きするための配管である。40は内部の
熱電素子に直流電圧を印加するための電流導入端子であ
る。第二の熱交換器21の内部には冷媒を冷却するため
の容器41が内蔵されており、容器41の周囲にはN型
半導体素子42とP型半導体素子43を直列に連結した
熱電素子が伝熱板44を介して接触している。この熱電
素子は電流導入端子40を介して外部の直流電源45に
接続され、印加する電圧の極性を変えることにより電熱
板44を加熱、冷却する。熱電素子の加熱と冷却能力は
熱電素子に投入する電力を制御することにより制御され
る。ウエハの温度を制御する方法としては熱電対14に
接続された温度計46によりフランジ5の温度を測定し
てコンピュータ47の処理によりウエハの温度を予測
し、この値をもとに直流電源45の出力を制御すること
が良い。つまり、ウエハの処理中の温度をフィードバッ
ク制御する。
As shown in FIG. 3, the second heat exchanger has a rectangular parallelepiped structure surrounded on all sides by side plates, and the refrigerant flows in from the lower pipe 26 and flows out from the upper pipe 28. Three
9 is a pipe for evacuating the inside by a vacuum pump 33 connected via a valve 31. Reference numeral 40 denotes a current introduction terminal for applying a DC voltage to the internal thermoelectric element. Inside the second heat exchanger 21, a container 41 for cooling the refrigerant is incorporated, and around the container 41, a thermoelectric element in which an N-type semiconductor element 42 and a P-type semiconductor element 43 are connected in series is provided. It is in contact via the heat transfer plate 44. The thermoelectric element is connected to an external DC power supply 45 via a current introduction terminal 40, and heats and cools the electric heating plate 44 by changing the polarity of the applied voltage. The heating and cooling capabilities of the thermoelectric element are controlled by controlling the power applied to the thermoelectric element. As a method of controlling the temperature of the wafer, the temperature of the flange 5 is measured by a thermometer 46 connected to the thermocouple 14, the temperature of the wafer is predicted by the processing of a computer 47, and the DC power supply 45 It is good to control the output. That is, the temperature during the processing of the wafer is feedback-controlled.

【0027】本実施例では伝熱板44と容器41の間の
熱伝導を確保する目的で、間に導電性の真空グリースを
薄く塗布しているが、例えば伝熱板をバネ機構等により
容器に押さえつけるなどの方法により熱伝導を確保する
方法でも良い。いずれにせよ何らかの手法により伝熱板
と容器間の熱伝導は十分に確保できるように注意すべき
である。また、熱電素子の容器と接触する側とは反対側
の伝熱板48の内部には配管49が埋設されており、冷
媒から吸熱した熱を逃すための循環水51を流して熱電
素子の温度上昇を防いでいる。本実施例では伝熱板の冷
却に水を使用しているが、パイプ中に送風し空冷しても
良いし、水以外の冷媒を使用することでも良い。なお、
50は0リングである。
In this embodiment, conductive vacuum grease is applied thinly between the heat transfer plate 44 and the container 41 in order to secure heat conduction between the heat transfer plate 44 and the container 41. For example, a method of securing heat conduction by, for example, pressing down on the substrate may be used. In any case, care should be taken to ensure that the heat transfer between the heat transfer plate and the container is sufficiently ensured by some means. A pipe 49 is buried inside the heat transfer plate 48 on the opposite side of the thermoelectric element from the side in contact with the container, and circulates water 51 for releasing heat absorbed from the refrigerant to flow the temperature of the thermoelectric element. Preventing the rise. In this embodiment, water is used for cooling the heat transfer plate. However, air may be blown into the pipe for air cooling, or a refrigerant other than water may be used. In addition,
50 is a 0 ring.

【0028】本実施例では熱電素子の個数や連結方法に
ついて詳しく言及していないが、必要な冷却能力にみあ
った個数の熱電素子を直列に連結してもよいし、並列に
連結してもよい。但し、並列に連結した場合の方が、万
が一1個の熱電素子が故障した場合にも全体の冷却能力
を失うことなく運転を継続できるというメリットがあ
る。この場合、その他の事情で装置運転を停止させた際
に故障した熱電素子を交換するなどして修理すれば、装
置稼動率を低下させない。
Although the number of thermoelectric elements and the connection method are not described in detail in this embodiment, the number of thermoelectric elements corresponding to the required cooling capacity may be connected in series or in parallel. Good. However, when connected in parallel, there is a merit that the operation can be continued without losing the entire cooling capacity even in the event that one thermoelectric element fails. In this case, if the thermoelectric element that failed when the operation of the apparatus was stopped for other reasons is replaced and repaired, the operation rate of the apparatus is not reduced.

【0029】冷媒を蓄えておく容器を有する第一の熱交
換器と、冷媒を熱電素子により加熱冷却する第二の熱交
換器を、第二の熱交換器がウエハステージに流れ込む直
前に配置されるように直列に連結するように構成したウ
エハステージでは、第一の熱交換器に冷媒を蓄えておく
容器を備えているために、冷媒の熱容量がある程度大き
くウエハへの入熱が急激に増加した場合にも温度が安定
しているだけでなく、ウエハステージに流れ込む冷媒の
温度を熱電素子に供給する電力を制御することにより応
答性よく変化させることができる。
A first heat exchanger having a container for storing a refrigerant and a second heat exchanger for heating and cooling the refrigerant by a thermoelectric element are arranged just before the second heat exchanger flows into the wafer stage. In the wafer stage configured to be connected in series as described above, since the first heat exchanger is equipped with a container for storing the refrigerant, the heat capacity of the refrigerant is somewhat large and the heat input to the wafer increases rapidly. In this case, not only the temperature is stable, but also the temperature of the coolant flowing into the wafer stage can be changed with good responsiveness by controlling the power supplied to the thermoelectric element.

【0030】また、熱電素子を備えた第二の熱交換器は
配管を介してウエハステージに連結しているため、仮に
故障した場合でも容易に交換できるうえ、第一の熱交換
器のみの運転により処理装置の運転が可能であるため装
置の稼働率低下を防ぐことができる。
Further, since the second heat exchanger provided with the thermoelectric element is connected to the wafer stage via a pipe, even if it breaks down, it can be easily replaced, and the operation of only the first heat exchanger can be performed. Accordingly, the operation of the processing apparatus can be performed, so that a decrease in the operation rate of the apparatus can be prevented.

【0031】さらに、熱電素子に供給する電力の制御
は、ウエハの温度もしくはウエハの温度を予測可能な部
位を測定した結果に関連して、あるいはそれを基にフィ
ードバック制御すれば、非常に制御性に優れたウエハス
テージとすることができる。さらに、冷媒を流す配管は
真空中に配置されるため、低温の冷媒を循環させる場合
でも結露することがない。
Further, the control of the electric power supplied to the thermoelectric element is extremely controllable if the feedback control is performed in connection with the result of measuring the temperature of the wafer or a portion where the temperature of the wafer can be predicted or based on the result. The wafer stage can be excellent in quality. Further, since the pipe through which the refrigerant flows is arranged in a vacuum, no condensation occurs even when the low-temperature refrigerant is circulated.

【0032】第一の実施例であるウエハ処理装置を使う
ことにより実現することができたエッチング処理の一例
を説明する。図8(a)は従来の半導体メモリのゲート
電極の断面図を示したものであり、80はシリコン基
板、81は絶縁酸化膜、82は電極となるポリシリコ
ン、83は配線と接続される金属シリサイドである。し
かし、素子の高密度化、高速化のためにゲート電極を流
れる電流密度を上げることが必要となり、金属シリサイ
ドに比べてより低抵抗の金属を金属シリサイドの代わり
に使うようになってきている。例えば、図8(b)は従
来のゲート電極構造に変わる構造の断面図であるが、絶
縁酸化膜81、ポリシリコン84、金属シリサイド8
5、金属86という構造をしている。ここで金属シリサ
イド85はポリシリコン84と金属86の密着性を確保
するるために使用されている。
An example of an etching process which can be realized by using the wafer processing apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 8A is a cross-sectional view of a gate electrode of a conventional semiconductor memory, in which 80 is a silicon substrate, 81 is an insulating oxide film, 82 is polysilicon serving as an electrode, and 83 is metal connected to wiring. Silicide. However, it is necessary to increase the current density flowing through the gate electrode in order to increase the density and speed of the device, and a metal having a lower resistance than the metal silicide has been used instead of the metal silicide. For example, FIG. 8B is a cross-sectional view of a structure that is replaced with a conventional gate electrode structure, and includes an insulating oxide film 81, polysilicon 84, and a metal silicide 8.
5. It has a structure of metal 86. Here, the metal silicide 85 is used to secure the adhesion between the polysilicon 84 and the metal 86.

【0033】従来の図8(a)のような電極構造を実現
するためには絶縁酸化膜の上にポリシリコン、金属シリ
サイドの膜を形成した後金属シリサイド上にレジスト8
7でパターンを形成して、塩素ガスを主体としたガスを
用いてウエハを室温程度の温度に管理して金属シリサイ
ドとポリシリコンを所望のパターンにエッチングしてい
た。一方、図8(b)では絶縁酸化膜の上にポリシリコ
ン、金属シリサイド、金属の膜を形成した後、金属上に
レジストパターンを形成しエッチングすることになる。
しかし、金属のエッチングには6フッ化硫黄を主体にし
たガスを用いてウエハの温度をより低い温度(〜10℃
程度)でエッチングするほうがより効率的であり、金属
シリサイドやポリシリコンのエッチングとは使用するガ
ス種やウエハの温度条件が異なる。そこで、従来の装置
でエッチングするためには金属のエッチングが終了後、
金属シリサイドのエッチングをおこなう前に設定温度を
10℃程度上昇させるための待ち時間が必要になる。
In order to realize the conventional electrode structure as shown in FIG. 8A, a polysilicon film and a metal silicide film are formed on an insulating oxide film and then a resist 8 is formed on the metal silicide.
7, a pattern was formed, and the metal silicide and polysilicon were etched into a desired pattern by controlling the wafer at a temperature of about room temperature using a gas mainly composed of chlorine gas. On the other hand, in FIG. 8B, after a film of polysilicon, metal silicide, and metal is formed on the insulating oxide film, a resist pattern is formed on the metal and etched.
However, a gas mainly containing sulfur hexafluoride is used for metal etching to lower the wafer temperature to a lower temperature (-10 ° C.).
Etching) is more efficient, and differs from the etching of metal silicide or polysilicon in the type of gas used and the temperature condition of the wafer. Therefore, in order to etch with a conventional device, after the metal etching is completed,
Before etching the metal silicide, a waiting time for raising the set temperature by about 10 ° C. is required.

【0034】本実施例による例を説明する。ウエハステ
ージの材質はアルミニウム、フランジの材質はステンレ
ス鋼であり、合計の熱容量は6kJ/Kである。また、
第一の熱交換器の容器や配管すべてに含まれる冷媒の熱
容量は30kJ/Kである。この場合、第一の熱交換器
のヒータが作用して冷媒を加熱することになるが、全熱
容量の36kJ/Kを3kWで加熱するのに要する時間
は120秒となる。つまり少なくともこれだけの時間は
実際のエッチングに寄与しないむだ時間となり装置の処
理能力の低下原因となる。これに対し、第一の実施例の
ように第二の熱交換器を設けた場合は、第一の熱交換器
から流れ出る10℃程度の温度の冷媒を第二の熱交換器
を用いて室温程度に温調した冷媒をウエハステージに送
り出せばよいことになる。
An example according to the present embodiment will be described. The material of the wafer stage is aluminum, the material of the flange is stainless steel, and the total heat capacity is 6 kJ / K. Also,
The heat capacity of the refrigerant contained in all the containers and pipes of the first heat exchanger is 30 kJ / K. In this case, the heater of the first heat exchanger acts to heat the refrigerant, but the time required to heat the total heat capacity of 36 kJ / K at 3 kW is 120 seconds. That is, at least this time is a dead time that does not contribute to the actual etching, which causes a reduction in the processing capability of the apparatus. In contrast, when the second heat exchanger is provided as in the first embodiment, the refrigerant having a temperature of about 10 ° C. flowing out of the first heat exchanger is cooled to room temperature using the second heat exchanger. What is necessary is just to send the refrigerant whose temperature has been adjusted to a certain degree to the wafer stage.

【0035】本実施例では第二の熱交換器の容器容量が
3リットル、冷媒の流量が毎秒3リットルであり、第二
の熱交換器で単位時間あたり加熱、冷却される冷媒の熱
容量は5.4kJ/Kであった。したがって、これを第
二の熱交換器の加熱機能(10kW)により暖めるのに
要する時間はわずか5.4秒となる。この程度の時間な
らば全プロセスに影響を与えることはほとんどない。つ
まり、装置の処理能力が最大限活かすことができる。
In this embodiment, the container capacity of the second heat exchanger is 3 liters, the flow rate of the refrigerant is 3 liters per second, and the heat capacity of the refrigerant heated and cooled per unit time in the second heat exchanger is 5 liters. 0.4 kJ / K. Therefore, it takes only 5.4 seconds to heat it by the heating function (10 kW) of the second heat exchanger. This time has little effect on the whole process. That is, the processing capability of the apparatus can be utilized to the maximum.

【0036】以上において、第一の熱交換器の設定温度
も第二の熱交換器の設定温度と同じように10℃程度上
昇させるかどうかはその後のプロセスによって適宜決定
すればよい。また、全プロセスの中で第二の熱交換器を
用いて冷媒を温調する時間の方が短くなるように設定す
る方が装置の安定性は増すことになるので、例えば本実
施例とは逆に第一の熱交換器では冷媒を金属シリサイド
のエッチングする温度に設定しておき、初めにエッチン
グする金属の時のみ第二の熱交換器を用いて10℃程度
低い温度に温調することでも良い。
In the above description, whether the set temperature of the first heat exchanger is raised by about 10 ° C. in the same manner as the set temperature of the second heat exchanger may be appropriately determined by a subsequent process. In addition, the stability of the apparatus is increased by setting the time for controlling the temperature of the refrigerant using the second heat exchanger to be shorter in the entire process, so that, for example, in the present embodiment, Conversely, in the first heat exchanger, the coolant is set to the temperature at which the metal silicide is etched, and only when the metal to be etched first is used, the temperature is adjusted to about 10 ° C. lower by using the second heat exchanger. But it is good.

【0037】さらに、上記のプロセスでは金属、金属シ
リサイド、ポリシリコンの3種類の膜を連続してエッチ
ングする例を挙げたが、エッチングする膜種が変化する
時に一旦プラズマ処理を停止することも良い。つまり、
上記の例では設定温度の違いがたかだか10℃程度であ
ったが、もっと温度差が大きく第二の熱交換器の能力と
の兼ね合いで数秒程度を要するような場合、一旦プラズ
マを切りこの間にウエハステージの温度を所望の値にす
る。
Further, in the above-described process, an example in which three types of films of metal, metal silicide, and polysilicon are successively etched has been described. However, when the type of film to be etched changes, the plasma processing may be temporarily stopped. . That is,
In the above example, the difference in the set temperature was at most about 10 ° C. However, if the temperature difference is larger and it takes about several seconds in view of the capacity of the second heat exchanger, the plasma is once cut off and the wafer Set the stage temperature to the desired value.

【0038】この方法では、冷媒の温度を温調している
間にプラズマからの入熱がないのでより早く設定温度に
到達できる、温度を調節している間に制御不能なエッチ
ングの進行が防止される、ガス種を変更する必要がある
場合にはその間にガスを完全に置換することができる、
などの効果がある。
In this method, since there is no heat input from the plasma while the temperature of the refrigerant is being controlled, the set temperature can be reached more quickly. Uncontrolled etching can be prevented from progressing while the temperature is being controlled. If the gas type needs to be changed, the gas can be completely replaced in the meantime.
And so on.

【0039】なお、上記実施例では半導体メモリのゲー
ト電極を処理する場合の例として説明したが、必ずしも
これに限るわけではなく、その他の材質からなる別の構
造の処理に使用しても良い。
Although the above embodiment has been described as an example in which the gate electrode of the semiconductor memory is processed, the present invention is not limited to this and may be used for processing another structure made of another material.

【0040】本実施例では第一の熱交換器に冷媒を蓄え
ておくための容器が設けてあるばかりでなく、実際に冷
媒を加熱、冷却することもできる構成としていたが、ウ
エハステージから排出された冷媒を単に蓄えるための容
器と、第一の実施例と同様な構成の第二の熱交換器を直
列に連結しておき、冷媒の温調はすべて第二の熱交換器
によりおこなうことでも良い。この場合では第一の熱交
換器が省略された構成となるため第一の実施例ほどの冷
却能力を期待することはできないが、容器に蓄えられた
冷媒の熱容量によりウエハに対する入熱が急激に増加し
た場合でも比較的安定して冷媒の温調をおこなうことが
できる。
In this embodiment, not only is the first heat exchanger provided with a container for storing the refrigerant but also the refrigerant can be actually heated and cooled. A container for simply storing the cooled refrigerant and a second heat exchanger having the same configuration as that of the first embodiment are connected in series, and the temperature of the refrigerant is all controlled by the second heat exchanger. But it is good. In this case, the cooling capacity of the first embodiment cannot be expected because the first heat exchanger is omitted, but the heat input to the wafer is rapidly increased by the heat capacity of the refrigerant stored in the container. Even if the temperature increases, the temperature of the refrigerant can be controlled relatively stably.

【0041】図4に第一の実施例の熱電素子の制御方法
とは異なる制御方法の一例を示す。本実施例では熱電素
子に電力を供給する直流電源45を制御するためのコン
ピュータ52には、温度計46からの情報とエッチング
処理を自動運転するための処理制御装置53の情報が送
られている。コンピュータ52は処理制御装置53から
の情報、例えばウエハに施すプラズマ処理の手順に基づ
いて次に設定すべきウエハの温度情報を決定し、現在の
温度と比較し、第二の熱交換器から排出される冷媒の温
度とウエハ温度の時間遅れを予測し、先行して冷媒の温
度を調節する。
FIG. 4 shows an example of a control method different from the control method of the thermoelectric element of the first embodiment. In this embodiment, information from a thermometer 46 and information from a processing control device 53 for automatically operating an etching process are sent to a computer 52 for controlling a DC power supply 45 for supplying power to a thermoelectric element. . The computer 52 determines temperature information of a wafer to be set next based on information from the processing control device 53, for example, a procedure of plasma processing to be performed on the wafer, compares the temperature with the current temperature, and discharges the information from the second heat exchanger. A time delay between the coolant temperature to be performed and the wafer temperature is predicted, and the coolant temperature is adjusted in advance.

【0042】これにより、ウエハの温度制御を最適化す
ることができ、エッチング特性をさらに改善することが
できる。
As a result, the temperature control of the wafer can be optimized, and the etching characteristics can be further improved.

【0043】図5に本発明の第二の実施例を示す。本実
施例は第一の実施例と同様のプラズマ処理装置に本発明
のウエハステージを適用したものであり、真空チャンバ
9に0リング54を介してフランジ55を取り付け、フ
ランジ55上に絶縁プレート56をはさんだ状態で、表
面に誘電膜57を取り付け、静電チャック機能を付加し
たウエハステージ58をボルト59で固定している点が
第一の実施例とは異なる。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a wafer stage of the present invention is applied to the same plasma processing apparatus as in the first embodiment. A flange 55 is attached to a vacuum chamber 9 via an O-ring 54, and an insulating plate 56 is mounted on the flange 55. The first embodiment is different from the first embodiment in that a dielectric film 57 is attached to the surface of the wafer stage 58 and a wafer stage 58 having an electrostatic chuck function is fixed with bolts 59.

【0044】また、フランジ55、絶縁プレート56、
ウエハステージ58には貫通穴60が設けてあり、フラ
ンジには図示しないヘリウムガス供給機構から供給され
るヘリウムガスの流量を制御するマスフローコントロー
ラ61を介して配管62が接続してある。
Further, a flange 55, an insulating plate 56,
A through hole 60 is provided in the wafer stage 58, and a pipe 62 is connected to the flange via a mass flow controller 61 for controlling the flow rate of helium gas supplied from a helium gas supply mechanism (not shown).

【0045】さらに、ウエハステージにはフランジと絶
縁プレートを貫通して埋め込まれた絶縁パイプ63中に
埋め込まれた給電棒64により外部の直流電源65から
直流電圧を印加でき、ウエハステージ58に直流電圧を
供給する導線66に高周波電源67を接続し、高周波電
圧も供給することができる。68は高周波電流が直流電
源に流れ込まないようにするためのコイルであり、69
はブロッキングコンデンサである。
Further, a DC voltage can be applied to the wafer stage 58 from an external DC power supply 65 by a power supply rod 64 embedded in an insulating pipe 63 penetrating through the flange and the insulating plate. A high-frequency power supply 67 can be connected to a conducting wire 66 for supplying a high-frequency voltage. Reference numeral 68 denotes a coil for preventing high-frequency current from flowing into the DC power supply.
Is a blocking capacitor.

【0046】真空チャンバ内に処理ガスを導入し、電極
に高周波電圧を印加してプラズマを生成した状態でウエ
ハステージにマイナス電圧を印加すると、プラズマを介
してウエハステージとウエハ間に電位差が発生し、誘電
膜内に分極電荷が発生するためにウエハは誘電膜表面に
静電気的に吸着、固定される。また、このときウエハス
テージには高周波電圧が印加されるためウエハにバイア
ス電圧が発生しプラズマ中のイオンを効果的に引き込む
ことができ、より効果的にエッチングをおこなうことが
できるようになる。しかし、同時にウエハへの入熱量が
増加するためにウエハの温度上昇が増加することになる
ので、ウエハへの入熱を効果的にウエハステージに逃す
ためにウエハ裏面と誘電膜間にヘリウムガスを導入す
る。このようにすることにより、ウエハと誘電膜、すな
わちウエハステージへの熱抵抗が小さくなり効果的にウ
エハの冷却をおこなうことができる。
When a processing gas is introduced into the vacuum chamber and a negative voltage is applied to the wafer stage while plasma is generated by applying a high-frequency voltage to the electrodes, a potential difference is generated between the wafer stage and the wafer via the plasma. Since the polarization charge is generated in the dielectric film, the wafer is electrostatically adsorbed and fixed on the surface of the dielectric film. At this time, since a high frequency voltage is applied to the wafer stage, a bias voltage is generated on the wafer, and ions in the plasma can be effectively drawn in, so that etching can be performed more effectively. However, at the same time, the amount of heat input to the wafer increases, so the temperature rise of the wafer increases, so helium gas is injected between the back surface of the wafer and the dielectric film to effectively release the heat input to the wafer to the wafer stage. Introduce. By doing so, the thermal resistance to the wafer and the dielectric film, that is, the wafer stage is reduced, and the wafer can be cooled effectively.

【0047】以上のようなウエハステージでは、ウエハ
とウエハステージ間の熱抵抗が小さくなり、ウエハの冷
却効率があがるため、第一の実施例と比べてさらに応答
性よくまた制御性よくウエハの温度を制御することがで
きる。
In the above-described wafer stage, the thermal resistance between the wafer and the wafer stage is reduced, and the cooling efficiency of the wafer is increased. Therefore, the wafer temperature is more responsive and more controllable than in the first embodiment. Can be controlled.

【0048】図6に本発明の第三の実施例を示す。本実
施例は、第二の熱交換器内の熱電素子の冷却用として伝
熱板内の配管に冷却水を循環させる代わりに、ウエハス
テージ内を流れて排出された冷媒を循環させる点が第二
の実施例とは異なる。フランジの冷媒の流出用貫通穴1
7に接続された配管の端部は、第二の熱交換器の側板に
設けられた冷媒の流入口70に接続され、側板に設けら
れた冷媒の排出口71は、第一の熱交換器の冷媒戻り口
24に接続される。また、これらの配管は第一の実施
例、第二の実施例と同様に中空構造となっており、バル
ブ72を介して接続された真空ポンプ73により真空引
きすることができる。
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that instead of circulating the cooling water through the pipes in the heat transfer plate for cooling the thermoelectric elements in the second heat exchanger, the refrigerant discharged through the wafer stage is circulated. This is different from the second embodiment. Coolant outflow hole 1 for flange
7 is connected to a refrigerant inlet 70 provided on a side plate of the second heat exchanger, and a refrigerant outlet 71 provided on the side plate is connected to the first heat exchanger. Is connected to the refrigerant return port 24. These pipes have a hollow structure as in the first and second embodiments, and can be evacuated by a vacuum pump 73 connected via a valve 72.

【0049】以上のように構成されたウエハステージで
は、熱電素子の冷却に循環水のような設備を必要としな
いので装置の構成が単純になる。
In the wafer stage configured as described above, since equipment such as circulating water is not required for cooling the thermoelectric element, the configuration of the apparatus is simplified.

【0050】図7に本発明の第4の実施例を示す。本実
施例では、第3の実施例とは異なり、フランジ55の流
出用貫通穴17と第二の熱交換器21の冷媒流入口70
を結ぶ配管74と、第一の熱交換器22の冷媒戻り口2
4と第二の熱交換器の冷媒排出口71を結ぶ配管75
と、をバイパスする配管76が設けてある。そして、配
管74、75、76にはそれぞれ冷媒を流したり止めた
りするためのバルブ77、78、79を備えている。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, unlike the third embodiment, the outflow through hole 17 of the flange 55 and the refrigerant inlet 70 of the second heat exchanger 21 are different.
And the refrigerant return port 2 of the first heat exchanger 22
A pipe 75 connecting the fourth and the refrigerant outlet 71 of the second heat exchanger
Are provided. The pipes 74, 75, 76 are provided with valves 77, 78, 79 for flowing and stopping the refrigerant, respectively.

【0051】ウエハへの入熱が当初予想していたよりも
小さく、第二の熱交換器による温度制御が不要な場合、
ウエハステージ内を循環し温度が上昇した冷媒が第二の
熱交換器内を循環すると、第一の熱交換器で温調されて
流れ出した冷媒がウエハステージに流れ込む前に第二の
熱交換器の部分で加熱され温度上昇してしまうことがあ
る。このような場合、バルブ77、79を閉じ、バルブ
78を開にしてウエハステージを流れ出た冷媒が第二の
熱交換器に流れ込むことなく直接第一の熱交換器22に
戻るようにすれば、ウエハステージに流れ込む前の冷媒
の温度が不要に上昇することを防ぐことができる。当
然、先に説明したように第二の熱交換器によるウエハの
温度制御が必要な場合には、バルブの動作を逆にすれば
よい。
When the heat input to the wafer is smaller than expected at first and the temperature control by the second heat exchanger is unnecessary,
When the refrigerant whose temperature rises and circulates in the wafer stage circulates in the second heat exchanger, the refrigerant that has been temperature-controlled by the first heat exchanger and has flowed out flows into the second heat exchanger before flowing into the wafer stage. In some cases, the temperature may increase due to heating at the portion. In such a case, if the valves 77 and 79 are closed and the valve 78 is opened to allow the refrigerant flowing out of the wafer stage to return directly to the first heat exchanger 22 without flowing into the second heat exchanger, Unnecessary rise in the temperature of the refrigerant before flowing into the wafer stage can be prevented. Of course, as described above, when it is necessary to control the temperature of the wafer by the second heat exchanger, the operation of the valve may be reversed.

【0052】このウエハステージでは、ウエハへの入熱
量に応じて第一の熱交換器のみによるウエハの温度制御
と第二の熱交換器を併用したウエハの温度制御を適宜選
択することができる。
In this wafer stage, the temperature control of the wafer using only the first heat exchanger and the temperature control of the wafer using the second heat exchanger together can be appropriately selected according to the amount of heat input to the wafer.

【0053】以上説明した実施例では、ウエハの温度は
直接測定した構成とはしていないが、例えば、フランジ
とウエハステージに貫通穴を設けておき、この貫通穴の
中に蛍光温度計を埋設しウエハ裏面の温度を直接接触す
るようにしてもよいし、蛍光温度計の代わりに熱電対を
ウエハ裏面に直接接触させるようにすることも良い。
In the embodiment described above, the temperature of the wafer is not directly measured. For example, a through hole is provided in the flange and the wafer stage, and a fluorescent thermometer is embedded in the through hole. The temperature of the back surface of the wafer may be directly contacted, or a thermocouple may be directly contacted with the back surface of the wafer instead of the fluorescent thermometer.

【0054】また、ウエハステージ内の冷媒が流れるた
めの流路は1系統のみとして説明したが、冷媒の流れる
系統が、ウエハステージの中心付近と外周付近の2系統
に分割されているようにすることも良い。この場合、例
えば通常温度条件的にはウエハの外周付近で温度が上昇
しやすい傾向があるので、外側の流路に流す冷媒の冷却
にのみ本発明を適用することも効率等より好ましい。ま
た、外周付近と中心付近の流路に流す冷媒の温調に本発
明を適用すれば、中心付近と外側付近の温度を別の温度
に設定することも可能となる。さらに、本発明の適用例
としてプラズマエッチング装置を使い説明したが、その
他の処理装置、例えばCVD装置や電子描画装置、液晶
用ガラス基板処理装置等のステージとして適用すること
も可能である。
Although the description has been made assuming that only one flow path for the refrigerant in the wafer stage flows, the flow path of the refrigerant is divided into two systems near the center and the outer periphery of the wafer stage. It is also good. In this case, for example, under normal temperature conditions, the temperature tends to increase near the outer periphery of the wafer. Therefore, it is preferable to apply the present invention only to cooling the refrigerant flowing through the outer flow path from the viewpoint of efficiency and the like. Further, if the present invention is applied to the temperature control of the refrigerant flowing in the flow path near the outer periphery and near the center, it is possible to set the temperatures near the center and the outside to different temperatures. Furthermore, although a plasma etching apparatus has been described as an application example of the present invention, the present invention can also be applied to a stage of another processing apparatus, for example, a CVD apparatus, an electronic drawing apparatus, a liquid crystal glass substrate processing apparatus, or the like.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、処理中の
ウエハの温度を安定してかつ精度良く制御することがで
きるばかりでなく、応答性の良いウエハ処理装置および
ウエハ製造方法を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to stably and accurately control the temperature of a wafer during processing, and to obtain a wafer processing apparatus and a wafer manufacturing method with good responsiveness. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による第一の実施例の横断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment according to the present invention.

【図2】 図1の第二の熱交換器を拡大した断面図。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a second heat exchanger of FIG. 1;

【図3】 図2の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of FIG. 2;

【図4】 本発明による第一の実施例の制御法を示すブ
ロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a control method according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明による第一の実施例の横断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of the first embodiment according to the present invention.

【図6】 本発明による第一の実施例の横断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of the first embodiment according to the present invention.

【図7】 本発明による第一の実施例の横断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of the first embodiment according to the present invention.

【図8】 本発明による実施例でのエッチング例を示す
断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing an example of etching in an embodiment according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウエハ 2…ウエハステ
ージ 5…フランジ 6…プラズマ 7…ガイド 8…高周波電源 9…真空チャンバ 11…ガス配管 13…ターボ分子ポンプ 14…熱電対 15…冷媒流路 16…流入用貫
通穴 17…流出用貫通穴 20…配管 21…第二の熱交換器 22…第一の熱
交換器 23…冷媒排出口 24…冷媒戻り
口 25…冷媒流入口 26…配管 27…冷媒排出口 28…配管 29…配管 34…冷媒 35…容器 37…ヒータ 70…冷媒の流入口 71…冷媒の排
出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer 2 ... Wafer stage 5 ... Flange 6 ... Plasma 7 ... Guide 8 ... High frequency power supply 9 ... Vacuum chamber 11 ... Gas piping 13 ... Turbo molecular pump 14 ... Thermocouple 15 ... Refrigerant flow path 16 ... Inflow through hole 17 ... Outflow through-hole 20 ... Piping 21 ... Second heat exchanger 22 ... First heat exchanger 23 ... Refrigerant outlet 24 ... Refrigerant return port 25 ... Refrigerant inlet 26 ... Pipe 27 ... Refrigerant outlet 28 ... Pipe 29 ... piping 34 ... refrigerant 35 ... container 37 ... heater 70 ... refrigerant inlet 71 ... refrigerant outlet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 慎一 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 勝山 雅則 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 吉岡 健 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 西尾 良司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 臼井 建人 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 川田 洋輝 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 池永 和幸 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5F004 BA04 BB13 BB25 BB26 CA04 CB12 5F031 CA02 HA16 HA38 HA39 JA01 JA46 MA32 NA05  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Shinichi Suzuki 6-16-16 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Masanori Katsuyama 6--16 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Hitachi, Ltd. Device Development Center (72) Inventor Ken Yoshioka 794, Higashi Toyoi, Kazamatsu, Kudamatsu City, Yamaguchi Prefecture Incorporated Hitachi, Ltd. 794, Higashi Toyoi, Katsumatsu, Katsumatsu, Yamaguchi Prefecture Inventor, Saburo Kanai Inside the Kasado Plant of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Ryoji Nishio 502, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Inside of the Mechanical Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Tetsuto Usui 502, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Co., Ltd. Inside Hitachi Machinery Research Laboratory (72) Inventor Hiroki Kawada 502 Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. (72) Inventor Kazuyuki Ikenaga 502 Kandachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki F-Term (Mechanical Research Laboratories) Hitachi Machinery Research Laboratories 5F004 BA04 BB13 BB25 BB26 CA04 CB12 5F031 CA02 HA16 HA38 HA39 JA01 JA46 MA32 NA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ウエハにプラズマ処理を行なう処理室と、
該処理室内に前記プラズマを発生させる手段と、前記ウ
エハを積載するウエハステージを備えたウエハ処理装置
において、 前記ウエハステージ内に設けられ冷媒が流れる冷媒流路
と、 前記冷媒流路に接続された複数個の熱交換器とを備え、
前記ウエハの温度は前記複数個の熱交換器により制御さ
れることを特徴とするウエハ処理装置。
A processing chamber for performing a plasma processing on a wafer;
In a wafer processing apparatus comprising: means for generating the plasma in the processing chamber; and a wafer stage on which the wafer is loaded, wherein a refrigerant flow path provided in the wafer stage and through which a refrigerant flows, is connected to the refrigerant flow path. With a plurality of heat exchangers,
The wafer processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the wafer is controlled by the plurality of heat exchangers.
【請求項2】ウエハにプラズマ処理を行なう処理室と、
該処理室内に前記プラズマを発生させる手段と、前記ウ
エハを積載するウエハステージを備えたウエハ処理装置
において、 前記ウエハステージ内に設けられ冷媒が流れる冷媒流路
と、 前記冷媒流路に連結され前記冷媒を蓄える容器を有する
第一の熱交換器と、 前記第一の熱交換器と直列に連結され、前記冷媒が前記
ウエハステージに流れ込む直前に配置された第二の熱交
換器とを備えたことを特徴とするウエハ処理装置。
2. A processing chamber for performing plasma processing on a wafer,
In a wafer processing apparatus provided with a means for generating the plasma in the processing chamber and a wafer stage for loading the wafer, a refrigerant flow path provided in the wafer stage and through which a refrigerant flows; A first heat exchanger having a container for storing a refrigerant, and a second heat exchanger connected in series with the first heat exchanger and disposed immediately before the refrigerant flows into the wafer stage. A wafer processing apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項3】処理室と、該処理室内にプラズマを発生さ
せる手段と、前記ウエハを積載するウエハステージを備
えたウエハ処理装置において、 前記ウエハステージに設けられ冷媒が循環する冷媒流路
と、 前記冷媒流路に連結され前記冷媒を蓄える容器を有する
第一の熱交換器と、 前記第一の熱交換器と直列に連結され、前記冷媒の加
熱、冷却を行うように配置された熱電素子を有する第二
の熱交換器とを備えたことを特徴とするウエハ処理装
置。
3. A wafer processing apparatus comprising: a processing chamber; means for generating plasma in the processing chamber; and a wafer stage on which the wafer is mounted. A first heat exchanger having a container that stores the refrigerant and is connected to the refrigerant flow path; a thermoelectric element that is connected in series with the first heat exchanger and that is arranged to heat and cool the refrigerant. And a second heat exchanger having:
【請求項4】請求項1ないし3に記載のいずれかのもの
において、前記冷媒流路に前記冷媒を流す配管は真空断
熱されていることを特徴とするウエハ処理装置。
4. The wafer processing apparatus according to claim 1, wherein a pipe through which the refrigerant flows in the refrigerant channel is vacuum-insulated.
【請求項5】請求項1ないし3に記載のいずれかのもの
において、前記ウエハステージの前記ウエハの裏面とな
る位置に冷却ガスを導入して前記ウエハにプラズマ処理
を施すことを特徴とするウエハ処理装置。
5. A wafer according to claim 1, wherein a plasma is applied to the wafer by introducing a cooling gas into the wafer stage at a position to be a back surface of the wafer. Processing equipment.
【請求項6】請求項1ないし3に記載のいずれかのもの
において、前記ウエハステージは導電性材料より構成さ
れ、前記ウエハステージの表面に設けられた誘電体膜
と、前記ウエハステージと前記ウエハの間に電位差を与
える手段と、を備え、前記誘電膜と前記ウエハ間に蓄え
られた電荷の静電気力により前記ウエハを固定すること
を特徴とするウエハ処理装置。
6. The wafer stage according to claim 1, wherein the wafer stage is made of a conductive material, a dielectric film provided on a surface of the wafer stage, the wafer stage and the wafer. Means for providing a potential difference between the dielectric film and the wafer, wherein the wafer is fixed by electrostatic force of charges stored between the dielectric film and the wafer.
【請求項7】ウエハをウエハステージに積載し、該ウエ
ハステージに冷媒が流れ込む直前の温度を制御しながら
前記ウエハにプラズマ処理を行なうウエハ製造方法であ
って、前記直前の温度の制御を前記ウエハもしくは前記
ウエハステージの温度を測定した結果に関連して制御す
ることを特徴とするウエハ製造方法。
7. A wafer manufacturing method for loading a wafer on a wafer stage and performing plasma processing on the wafer while controlling the temperature immediately before the coolant flows into the wafer stage, wherein the temperature control immediately before the cooling is performed by the wafer Alternatively, the wafer manufacturing method is controlled in accordance with a result of measuring the temperature of the wafer stage.
【請求項8】請求項7に記載のものにおいて、前記直前
の温度の制御を、前記ウエハに施すプラズマ処理の手順
に基づいて行うことを特徴とするウエハ製造方法。
8. The wafer manufacturing method according to claim 7, wherein the immediately preceding temperature control is performed based on a procedure of a plasma processing performed on the wafer.
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