JP2002305188A - Apparatus and method for processing - Google Patents
Apparatus and method for processingInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、処理装置及びその製造
方法並びに被処理体の処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing apparatus, a method of manufacturing the same, and a method of processing an object to be processed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体製造工程では、半導体ウエハの表
面に薄膜を形成したり、半導体ウエハの薄膜を除去した
りすることが行なわれており、このような成膜工程及び
除膜工程には減圧ＣＶＤ装置、スパッタリング装置ある
いはエッチング装置、アッシング装置などの処理装置が
広く用いられている。そして、最近では半導体デバイス
が１６ＭＤＲＡＭ、６４ＭＤＲＡＭと高集積化し、その
配線構造がハーフミクロン、クォータミクロンオーダー
の超微細構造になって来ているため、プラズマを利用し
たＣＶＤ装置、エッチング装置などが用いられている。
例えば、超微細加工のエッチング技術では、一方向のみ
を優先的にエッチングする異方性エッチング技術が重要
である。異方性エッチングを行なう装置としては例えば
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置が知られてい
る。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, a thin film is formed on a surface of a semiconductor wafer or a thin film is removed from the surface of the semiconductor wafer. Processing apparatuses such as a CVD apparatus, a sputtering apparatus, an etching apparatus, and an ashing apparatus are widely used. Recently, semiconductor devices have become highly integrated with 16M DRAMs and 64M DRAMs, and their wiring structures have become ultra-micro structures on the order of half-microns and quarter-microns. Therefore, plasma-assisted CVD equipment and etching equipment have been used. ing.
For example, an anisotropic etching technique that preferentially etches only one direction is important in an etching technique for ultra-fine processing. As an apparatus for performing anisotropic etching, for example, a reactive ion etching (RIE) apparatus is known.
【０００３】ＲＩＥ装置は、高周波電力を印加した下部
電極と接地された上部電極との間でエッチングガスのプ
ラズマを発生させ、このプラスマ中の反応性イオンを負
に自己バイアスされた下部電極に向けて照射し、この反
応性イオンにより半導体ウエハ等の被処理体表面の被エ
ッチング成分をエッチングするよう構成されている。こ
のエッチングに際し、反応性イオン以外にも化学的に活
性なラジカルも同時に生成し、このラジカルによっても
被エッチング成分がエッチングされる。ところがラジカ
ルは電気的に中性であるため、その照射方向を一方向に
規制することができず等方的なエッチングが起こり、そ
の結果半導体ウエハがサイドエッチングされ、精度の高
いエッチングを行なうことができない。そのため、従来
から被処理体を支持する下部電極を液化窒素などの冷媒
を用いて例えばマイナス温度域の低温に制御し、ラジカ
ル反応を凍結して異方性エッチングの精度を高めるよう
にしている。また、半導体ウエハをエッチングする際に
は半導体ウエハ全面の温度を略均一に制御してエッチン
グ速度にバラツキがないようにする必要がある。The RIE apparatus generates plasma of an etching gas between a lower electrode to which high-frequency power is applied and a grounded upper electrode, and directs reactive ions in the plasma toward a negatively self-biased lower electrode. And the reactive ions etch components to be etched on the surface of the object to be processed such as a semiconductor wafer. At the time of this etching, a chemically active radical is also generated in addition to the reactive ion, and the component to be etched is also etched by the radical. However, since the radicals are electrically neutral, the irradiation direction cannot be restricted to one direction, and isotropic etching occurs. As a result, the semiconductor wafer is side-etched, so that highly accurate etching can be performed. Can not. Therefore, conventionally, the lower electrode that supports the object to be processed is controlled to a low temperature of, for example, a minus temperature range by using a coolant such as liquefied nitrogen to freeze a radical reaction to increase the accuracy of anisotropic etching. Further, when etching a semiconductor wafer, it is necessary to control the temperature of the entire surface of the semiconductor wafer substantially uniformly so that the etching rate does not vary.
【０００４】また、プラズマＣＶＤ装置の場合には、高
周波電力を印加した下部電極と接地された上部電極との
間でプロセスガスのプラズマを発生させ、このプラスマ
中の生成ガスが下部電極上の半導体ウエハ表面に堆積し
て所定の薄膜を形成するよう構成されている。そして、
プラズマＣＶＤ装置の場合にも半導体ウエハの処理温度
が成膜速度に大きな影響を与えるため、半導体ウエハ全
面の温度を略均一に制御する必要がある。そのため、従
来から半導体ウエハを載置する下部電極に内蔵された温
度調整機構などを用いて被処理体全面を均一に加熱して
被処理体表面に均一な薄膜を形成するようにしている。In the case of a plasma CVD apparatus, plasma of a process gas is generated between a lower electrode to which high-frequency power is applied and a grounded upper electrode, and the generated gas in the plasma is a semiconductor on the lower electrode. It is configured to deposit on the wafer surface to form a predetermined thin film. And
Also in the case of a plasma CVD apparatus, since the processing temperature of a semiconductor wafer has a great influence on the film forming rate, it is necessary to control the temperature of the entire surface of the semiconductor wafer substantially uniformly. Therefore, conventionally, the entire surface of the object to be processed is uniformly heated using a temperature adjustment mechanism or the like built in the lower electrode on which the semiconductor wafer is mounted so that a uniform thin film is formed on the surface of the object to be processed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被処理
体の接触面及び下部電極上面は完全な平坦に加工するこ
とが困難で、それぞれの面には微視的な凹凸が残ってお
り、これらの凹凸故に被処理体が下部電極に密着せず、
下部電極上面と被処理体裏面との間に細隙が形成される
ため、従来の処理装置の場合には、この細隙部分におけ
る下部電極からの熱伝達が接触部分における熱伝達より
も劣り、均一な冷却を行なうことができず、被処理体面
内で温度分布を生じて被処理体に均一なプラズマ処理を
施すことが難しいという課題があった。また、従来の処
理装置の中には下部電極がプラズマの照射損傷を受けな
いように下部電極の外径を被処理体の外径より小さく形
成したものがある。このような処理装置の場合には下部
電極からはみ出した被処理体の外周縁部をその内側ほど
に冷却することができず、処理中にその外周縁部の温度
がその内側よりも高くなり、均一なプラズマ処理が益々
難しくなるという課題があった。However, it is difficult to completely process the contact surface of the object to be processed and the upper surface of the lower electrode, and microscopic unevenness remains on each surface. Due to the unevenness, the object does not adhere to the lower electrode,
Since a gap is formed between the upper surface of the lower electrode and the back surface of the object to be processed, in the case of the conventional processing apparatus, heat transfer from the lower electrode in this gap portion is inferior to heat transfer in the contact portion, There has been a problem that uniform cooling cannot be performed, and it is difficult to perform uniform plasma processing on the object to be processed due to a temperature distribution in the surface of the object. Further, in some conventional processing apparatuses, the outer diameter of the lower electrode is formed smaller than the outer diameter of the object to be processed so that the lower electrode is not damaged by plasma irradiation. In the case of such a processing apparatus, the outer peripheral portion of the object to be processed that protrudes from the lower electrode cannot be cooled to the inside thereof, and the temperature of the outer peripheral portion becomes higher than the inside during the processing, There is a problem that uniform plasma processing becomes more and more difficult.
【０００６】また、従来のプラズマＣＶＤ装置やプラズ
マアッシング装置の場合には、薄膜化が進むに連れて処
理室内が高真空になるため、エッチング装置と同様に下
部電極上面の微細な凹凸が電極から被処理体への熱伝達
を阻害し、被処理体表面を均一に加熱することができ
ず、均一な成膜あるいはアッシングを行なうことが難し
くなるという課題があった。Further, in the case of a conventional plasma CVD apparatus or plasma ashing apparatus, the processing chamber becomes high vacuum as the film thickness is reduced, so that fine irregularities on the upper surface of the lower electrode are reduced from the electrode as in the case of the etching apparatus. There is a problem in that heat transfer to the object to be processed is hindered, the surface of the object to be processed cannot be heated uniformly, and it is difficult to perform uniform film formation or ashing.
【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、被処理体とこれを保持する支持体間の接触
不良による冷却ムラや加熱ムラを効率良く抑制し、被処
理体の面内での温度分布を抑制し、安定したプラズマ処
理を短時間で施すことができる処理装置及び処理方法を
提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and efficiently suppresses cooling unevenness and heating unevenness due to poor contact between an object to be processed and a support holding the object. It is an object of the present invention to provide a processing apparatus and a processing method capable of suppressing a temperature distribution in a chamber and performing stable plasma processing in a short time.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の処理装置は、処理室内の支持体で支持された被処理体
にプラズマ処理を施す処理装置において、上記支持体の
支持面で開口する第１、第２ガス通路を上記支持体内に
設ける共に第１、第２ガス通路に互いに吸熱反応する異
なった熱伝導性ガスをそれぞれ供給する第１、第２ガス
供給手段を接続したことを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed supported by a support in a processing chamber. Opening first and second gas passages are provided in the support, and first and second gas supply means for supplying different heat conductive gases which endothermic to each other are connected to the first and second gas passages. It is characterized by the following.
【０００９】また、本発明の請求項２に記載の処理装置
は、処理室内の支持体で支持された被処理体にプラズマ
処理を施す処理装置において、上記支持体の支持面で開
口する第１、第２ガス通路を上記支持体内に設ける共に
第１、第２ガス通路に互いに発熱反応する異なった熱伝
導性ガスをそれぞれ供給する第１、第２ガス供給手段を
接続したことを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed supported by a support in a processing chamber, wherein the first processing unit has an opening at a support surface of the support. , A second gas passage is provided in the support body, and first and second gas supply means for supplying different heat conductive gases which generate heat and react with each other are connected to the first and second gas passages. Things.
【００１０】また、本発明の請求項３に記載の処理装置
は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上
記第１、第２ガス供給手段それぞれに熱伝導性ガスの圧
力を制御する圧力制御手段を設けたことを特徴とするも
のである。According to a third aspect of the present invention, in the processing apparatus according to the first or second aspect, the pressure of the thermally conductive gas is controlled by each of the first and second gas supply means. And a pressure control means for controlling the pressure.
【００１１】また、本発明の請求項４に記載の処理装置
は、請求項３に記載の発明において、上記圧力制御手段
は、上記熱伝導性ガスの供給流量を制御する供給量制御
手段と、上記熱伝導性ガスの排気量を制御する排気量制
御手段とを有することを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the processing apparatus according to the third aspect, the pressure control means includes a supply amount control means for controlling a supply flow rate of the heat conductive gas; A displacement control means for controlling a displacement of the heat conductive gas.
【００１２】また、本発明の請求項５に記載の処理装置
は、請求項４に記載の発明において、上記排気量制御手
段の上流側で且つ上記支持体の下流側に圧力検出手段を
設けたことを特徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the processing apparatus according to the fourth aspect, a pressure detecting means is provided on the upstream side of the displacement control means and on the downstream side of the support. It is characterized by the following.
【００１３】また、本発明の請求項６に記載の処理装置
は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明に
おいて、上記第１、第２ガス供給手段それぞれに温度調
整機構を設けたことを特徴とするものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, a temperature adjusting mechanism is provided for each of the first and second gas supply means. Is provided.
【００１４】また、本発明の請求項７に記載の処理装置
は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明に
おいて、上記第１ガス通路の開口部を上記支持面の外周
縁部に設けると共に上記第２ガス通路の開口部を上記支
持面の外周縁部より内側に設けたことを特徴とするもの
である。According to a seventh aspect of the present invention, in the processing apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the opening of the first gas passage is provided outside the support surface. It is characterized in that it is provided on the periphery and the opening of the second gas passage is provided inside the outer periphery of the support surface.
【００１５】また、本発明の請求項８に記載の処理装置
は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明に
おいて、上記プラズマを発生させるために、上記支持体
に高周波電力を印加する高周波電源を接続したことを特
徴とするものである。The processing apparatus according to claim 8 of the present invention is the processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the high frequency power is applied to the support in order to generate the plasma. Is connected to a high-frequency power supply for applying a voltage.
【００１６】また、本発明の請求項９に記載の処理方法
は、処理室内の支持体で支持された被処理体にプラズマ
処理を施す処理方法において、上記被処理体を処理する
際に、上記支持体の支持面で開口する第１、第２ガス通
路それぞれに互いに吸熱反応する異なった熱伝導性ガス
を供給することを特徴とするものである。According to a ninth aspect of the present invention, in the processing method of performing a plasma process on an object to be processed supported by a support in a processing chamber, when the object to be processed is processed, Different heat conductive gases that endothermic each other are supplied to the first and second gas passages that open on the support surface of the support.
【００１７】また、本発明の請求項１０に記載の処理方
法は、処理室内の支持体で支持された被処理体にプラズ
マ処理を施す処理方法において、上記被処理体を処理す
る際に、上記支持体の支持面で開口する第１、第２ガス
通路それぞれに互いに発熱反応する異なった熱伝導性ガ
スを供給することを特徴とするものである。According to a tenth aspect of the present invention, in the processing method of performing a plasma process on an object to be processed supported by a support in a processing chamber, when the object to be processed is processed, It is characterized in that different thermally conductive gases that generate heat and react with each other are supplied to the first and second gas passages that are opened on the support surface of the support.
【００１８】また、本発明の請求項１１に記載の処理方
法は、請求項９または請求項１０に記載の発明におい
て、上記第１、第２ガス通路それぞれに供給する熱伝導
性ガスの圧力を制御することを特徴とするものである。[0018] According to a eleventh aspect of the present invention, in the processing method according to the ninth or tenth aspect, the pressure of the thermally conductive gas supplied to each of the first and second gas passages is controlled. It is characterized by controlling.
【００１９】また、本発明の請求項１２に記載の処理方
法は、請求項１１に記載の発明において、上記第１、第
２ガス通路へのガス供給量及び／また上記第１、第２ガ
ス通路からのガス排気量をそれぞれ制御することを特徴
とするものである。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the processing method according to the eleventh aspect, wherein the gas supply amounts to the first and second gas passages and / or the first and second gas paths are provided. It is characterized in that the amount of gas exhausted from the passage is controlled respectively.
【００２０】また、本発明の請求項１３に記載の処理方
法は、請求項１１または請求項１２に記載の発明におい
て、上記第１、第２ガス流路から排気するガスの圧力を
それぞれ検出することを特徴とするものである。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the processing method of the eleventh or twelfth aspect, the pressures of the gas exhausted from the first and second gas flow paths are detected. It is characterized by the following.
【００２１】また、本発明の請求項１４に記載の処理方
法は、請求項９〜請求項１３のいずれか１項に記載の発
明において、上記第１、第２ガス通路にそれぞれ供給す
る上記各熱伝導性ガスの温度を調整することを特徴とす
るものである。According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a processing method according to the ninth aspect, wherein each of the first and second gas passages is supplied to the first and second gas passages. It is characterized in that the temperature of the thermally conductive gas is adjusted.
【００２２】また、本発明の請求項１５に記載の処理方
法は、請求項９〜請求項１４のいずれか１項に記載の発
明において、上記第１ガス通路の熱伝導性ガスを上記支
持面の外周縁部から供給すると共に上記第２ガス通路の
熱伝導性ガスを上記支持面の外周縁部より内側から供給
することを特徴とするものである。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the processing method according to any one of the ninth to fourteenth aspects, the heat conductive gas in the first gas passage is provided on the supporting surface. And supplying the thermally conductive gas in the second gas passage from inside the outer peripheral edge of the support surface.
【００２３】また、本発明の請求項１６に記載の処理方
法は、請求項９〜請求項１５のいずれか１項に記載の発
明において、上記支持体に高周波電力を印加して上記プ
ラズマを発生させることを特徴とするものである。The processing method according to a sixteenth aspect of the present invention is the processing method according to any one of the ninth to fifteenth aspects, wherein high-frequency power is applied to the support to generate the plasma. It is characterized by the following.
【００２４】また、本発明の請求項１７に記載の処理方
法は、請求項９〜請求項１６のいずれか１項に記載の発
明において、予めモニター用の被処理体を用いてその表
面の温度分布を測定し、上記第１、第２ガス通路への熱
伝導性ガスの供給量及び／また上記第１、第２ガス通路
からのガス排気量を設定し、上記温度分布を均一にする
ことを特徴とするものである。According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided the processing method according to any one of the ninth to sixteenth aspects, wherein the temperature of the surface of the object to be monitored is previously determined by using an object to be monitored. Measuring the distribution, setting the supply amount of the thermally conductive gas to the first and second gas passages and / or the gas exhaust amount from the first and second gas passages, and making the temperature distribution uniform. It is characterized by the following.
【００２５】[0025]
【発明に実施の形態】以下、図１〜図６に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。本実施形態の処理装置は
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置として構成され
ている。このＲＩＥ装置は、図１に示すように、例えば
アルミニウム等の導電性材料により円筒状に形成され処
理室１を備えている。この処理室１は気密構造に構成さ
れ、その周面下部に接続された排気管２を介して図示し
ない真空ポンプにより真空引きして例えば１０−２Torr
以下の真空雰囲気を形成できる。処理室１内の底面には
アルミニウム等の導電性材料により半導体ウエハ３より
小径に形成された支持体としての下部電極４が配設さ
れ、この下部電極４により半導体ウエハ３を支持する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the embodiments shown in FIGS. The processing apparatus of the present embodiment is configured as a reactive ion etching (RIE) apparatus. As shown in FIG. 1, the RIE apparatus has a processing chamber 1 which is formed in a cylindrical shape from a conductive material such as aluminum. The processing chamber 1 is formed in an airtight structure, and is evacuated by a vacuum pump (not shown) through an exhaust pipe 2 connected to a lower portion of a peripheral surface of the processing chamber 1, for example, 10 −2 Torr
The following vacuum atmosphere can be formed. A lower electrode 4 as a support formed of a conductive material such as aluminum and having a smaller diameter than the semiconductor wafer 3 is disposed on a bottom surface in the processing chamber 1, and the lower electrode 4 supports the semiconductor wafer 3.
【００２６】下部電極４の内部には液化窒素等の冷媒が
流通する冷媒通路５が形成され、この冷媒通路５内に冷
媒を供給してマイナス領域の温度まで下部電極４を冷却
する。更に、この下部電極４にはブロッキングコンデン
サ６を介して高周波電源７が接続され、この高周波電源
７の１３.５６Ｍ Ｈzの高周波電圧をブロッキングコン
デンサ６を介して下部電極４に印加する。また、下部電
極４の上面にはこれと同一外径の静電チャック８が接着
剤で貼り付けられている。この静電チャック８は、銅箔
等の導電性金属膜９をポリイミド系樹脂フィルム等の絶
縁性膜１０で挟んだサンドイッチ構造に形成されてい
る。導電性金属膜９には直流電源１１が接続され、この
直流電源１１から直流電圧を導電性金属膜９に印加して
発生する絶縁性膜１０表面のクーロン力により半導体ウ
エハ４を吸着する。また、下部電極４の周囲には石英等
により形成されたフォーカスリング１２が配設され、こ
のフォーカスリング１２により後述のように発生したプ
ラズマを静電チャック８で支持された半導体ウエハ３へ
集める。A coolant passage 5 through which a coolant such as liquefied nitrogen flows is formed inside the lower electrode 4, and a coolant is supplied into the coolant passage 5 to cool the lower electrode 4 to a temperature in a minus region. Further, a high frequency power supply 7 is connected to the lower electrode 4 via a blocking capacitor 6, and a high frequency voltage of 13.56 MHz of the high frequency power supply 7 is applied to the lower electrode 4 via the blocking capacitor 6. An electrostatic chuck 8 having the same outer diameter as the lower electrode 4 is attached to the upper surface of the lower electrode 4 with an adhesive. The electrostatic chuck 8 is formed in a sandwich structure in which a conductive metal film 9 such as a copper foil is sandwiched between insulating films 10 such as a polyimide resin film. A DC power supply 11 is connected to the conductive metal film 9, and the semiconductor wafer 4 is attracted by Coulomb force on the surface of the insulating film 10 generated by applying a DC voltage from the DC power supply 11 to the conductive metal film 9. A focus ring 12 made of quartz or the like is provided around the lower electrode 4, and plasma generated by the focus ring 12 is collected on the semiconductor wafer 3 supported by the electrostatic chuck 8 as described later.
【００２７】また、下部電極４の上方には例えば１５〜
２０ｍｍの間隔を隔てて対向する上部電極１３が配設さ
れ、この上部電極１３は扁平な中空円盤状に形成されて
いる。上部電極１３の上面中央には処理室１上面中央を
貫通しエッチングガスの供給源（図示せず）に連通する
供給管１４が接続され、その下面全面にはエッチングガ
スを処理室１内へ噴出する多数の孔１４Ａが分散して形
成されている。この上部電極１３はグランド電位を維持
するように接地されている。そして、この上部電極１３
から処理室１内にエッチングガスを供給し、下部電極４
に高周波電力を印加すると、下部電極４と上部電極１３
でエッチングガスのプラズマを発生する。Further, for example, 15 to
An upper electrode 13 facing the electrode is provided at an interval of 20 mm, and the upper electrode 13 is formed in a flat hollow disk shape. A supply pipe 14 penetrating through the center of the upper surface of the processing chamber 1 and communicating with a supply source (not shown) of the etching gas is connected to the center of the upper surface of the upper electrode 13, and the etching gas is injected into the processing chamber 1 over the entire lower surface thereof. Are formed in a dispersed manner. The upper electrode 13 is grounded so as to maintain the ground potential. And, this upper electrode 13
Supply an etching gas into the processing chamber 1 from the lower electrode 4
When high frequency power is applied to the lower electrode 4 and the upper electrode 13
Generates plasma of an etching gas.
【００２８】また本実施形態では、下部電極４内には冷
媒通路５と干渉しない位置に熱伝導性に優れ且つ互いに
吸熱反応する熱伝導性ガス（反応性ガス）がそれぞれ通
る第１、第２ガス通路１５、１６が図１、図３に示すよ
うに形成され、しかも第１、第２ガス通路１５、１６は
いずれも後述のように下部電極４の上面の複数位置で開
口している。また、第１、第２ガス通路１５、１６には
第１、第２ガス給排手段１７、１８がそれぞれ接続さ
れ、これらのガス給排手段１７、１８から互いに吸熱反
応する反応性ガスを第１、第２ガス通路１５、１６へ供
給すると共にそれぞれのガス圧を所定圧で維持するよう
に排気制御する。これらの第１、第２ガス給排手段１
７、１８はいずれも同様に構成されている。例えば、第
１ガス給排手段１７は、反応性ガスが充填されたボンベ
１７Ａと、反応性ガスの流量を制御するマスフローコン
トローラ１７Ｂと、マスフローコントローラ１７Ｂによ
り供給された反応性ガスを排気制御する可変バルブ１７
Ｃとを備えて構成されている。In the present embodiment, the first and second heat conductive gases (reactive gases) having excellent heat conductivity and absorbing and reacting with each other pass through the lower electrode 4 at a position where they do not interfere with the coolant passage 5. The gas passages 15 and 16 are formed as shown in FIGS. 1 and 3, and the first and second gas passages 15 and 16 are opened at a plurality of positions on the upper surface of the lower electrode 4 as described later. Further, first and second gas supply / discharge means 17 and 18 are connected to the first and second gas passages 15 and 16, respectively. First, the gas is supplied to the second gas passages 15 and 16 and exhaust control is performed so that the respective gas pressures are maintained at a predetermined pressure. These first and second gas supply / discharge means 1
7 and 18 have the same configuration. For example, the first gas supply / discharge means 17 includes a cylinder 17A filled with a reactive gas, a mass flow controller 17B for controlling the flow rate of the reactive gas, and a variable for controlling the exhaust of the reactive gas supplied by the mass flow controller 17B. Valve 17
C.
【００２９】熱伝導性に優れ且つ互いに吸熱反応する反
応性ガスの組み合わせとしては、例えば窒素ガスと酸素
ガスの組み合わせ、窒素ガスと水素ガスの組み合わせ等
を挙げることができる。この場合には第１ガス給排手段
１７から供給する反応性ガスと、第２ガス給排手段１８
から供給する反応性ガスとが異なり、半導体ウエハ３と
下部電極４間の細隙において互いに吸熱反応を起こす。
この吸熱反応により単に熱伝達率を高めるだけでなく、
半導体ウエハ３からの吸熱により更に冷却効率を高める
ことができる。但し、熱伝導性ガスとして反応性ガスを
供給する場合には、これらのガス及び生成ガスがプラズ
マ処理に影響しないものを選択する必要がある。Examples of the combination of reactive gases having excellent thermal conductivity and causing endothermic reactions with each other include a combination of nitrogen gas and oxygen gas and a combination of nitrogen gas and hydrogen gas. In this case, the reactive gas supplied from the first gas supply / discharge means 17 and the second gas supply / discharge means 18
Is different from the reactive gas supplied from the semiconductor wafer 3, and causes an endothermic reaction in the gap between the semiconductor wafer 3 and the lower electrode 4.
This endothermic reaction not only increases the heat transfer coefficient,
Heat absorption from the semiconductor wafer 3 can further increase the cooling efficiency. However, when a reactive gas is supplied as a heat conductive gas, it is necessary to select a gas that does not affect the plasma processing.
【００３０】また、図２に示すように下部電極４の上面
で開口する第１ガス通路１５の第１開口部１９は下部電
極４の外周縁部に周方向に沿って例えば１２個形成さ
れ、これらの第１開口部１９はいずれも同一円周上に配
置されている。また、同様に下部電極４の上面で開口す
る第２ガス通路１６の第２開口部２０は第１開口部１９
の配置された円周の内側に例えば１２個分散配置されて
いる。１２個のうち８個の第２開口部２０は第１開口部
１９のやや内側で周方向に等間隔を隔てて同一円周上に
配置され、残りの４個は８個の第２開口部２０の更に内
側に位置し、やはり周方向に等間隔を隔てて同一円周上
に配置されている。第１、第２開口部１９、２０の大き
さは、０.１〜２.０ｍｍ径のものが好ましい。また、そ
の個数は上記個数に制限されるものではなく、その個数
が多く、広く分散している方が極め細かく半導体ウエハ
３の温度を制御することができて好ましいが、経済面を
勘案すると８〜２００個が好ましい。As shown in FIG. 2, for example, 12 first openings 19 of the first gas passage 15 opening on the upper surface of the lower electrode 4 are formed on the outer peripheral edge of the lower electrode 4 along the circumferential direction. These first openings 19 are all arranged on the same circumference. Similarly, the second opening 20 of the second gas passage 16 that opens on the upper surface of the lower electrode 4 is the first opening 19.
For example, twelve pieces are dispersedly arranged inside the circumference where the pieces are arranged. Eight of the twelve second openings 20 are arranged on the same circumference at equal intervals in the circumferential direction slightly inside the first opening 19, and the remaining four are eight second openings. 20 and are also arranged on the same circumference at equal intervals in the circumferential direction. The first and second openings 19 and 20 preferably have a diameter of 0.1 to 2.0 mm. In addition, the number is not limited to the above-mentioned number, and it is preferable that the number is large and widely dispersed because the temperature of the semiconductor wafer 3 can be extremely finely controlled. ~ 200 are preferred.
【００３１】また、静電チャック８には第１、第２開口
部１９、２０に対応させた２種類の第１、第２孔２１、
２２がそれぞれ複数ずつ形成されている。第１孔２１は
４箇所でそれぞれ同一形状、同一大きさの円弧状に形成
され、４個の第１孔２１にはそれぞれ３個の第１開口部
１９が臨むように形成されている。また、第２孔２２は
１２個の第２開口部２０に対応させてこれらと同一大き
さに形成されている。従って、下部電極４と半導体ウエ
ハ３で挟まれた円弧状の第１孔２１は円弧状の空間を形
成し、この円弧状の空間部はこの部分で開口した３個の
第１開口部１９を介して第１ガス通路１５と連通し、第
１ガス通路１５と同一ガス圧を維持する。第２孔２２に
ついても第１孔２１と同様に半導体ウエハ３の裏面で第
２ガス通路１６と同一ガス圧を維持するように構成され
ている。尚、一番内側に配置された４個の第２開口部２
０及び第２孔２２は下部電極４に内蔵されたリフタピン
（図示せず）が進退動する孔を利用するように構成され
ている。The electrostatic chuck 8 has two types of first and second holes 21 and 21 corresponding to the first and second openings 19 and 20, respectively.
22 are formed respectively. The first holes 21 are each formed in an arc shape having the same shape and the same size at four places, and the four first holes 21 are formed so that three first openings 19 are respectively exposed. The second holes 22 are formed to have the same size as the twelve second openings 20 so as to correspond thereto. Therefore, the arc-shaped first hole 21 sandwiched between the lower electrode 4 and the semiconductor wafer 3 forms an arc-shaped space, and this arc-shaped space defines three first openings 19 opened at this portion. The first gas passage 15 communicates with the first gas passage 15 through the first gas passage 15 and maintains the same gas pressure as the first gas passage 15. The second hole 22 is also configured to maintain the same gas pressure as the second gas passage 16 on the back surface of the semiconductor wafer 3, similarly to the first hole 21. Note that the four second openings 2 arranged on the innermost side
The zero and second holes 22 are configured to use holes in which a lifter pin (not shown) built in the lower electrode 4 moves forward and backward.
【００３２】熱伝導性に優れ且つ互いに吸熱反応する反
応性ガスの組み合わせとして例えば窒素ガスと酸素ガス
を第１、第２ガス給排手段１７、１８のボンベ１７Ａ、
１８Ａから個別に供給しながらそれぞれの排気量を可変
バルブ１７Ｃ、１８Ｃ及び圧力計１７Ｄ、１８Ｄにより
制御することにより第１ガス通路１５内の窒素ガスのガ
ス圧と第２ガス通路１６内の酸素ガスのガス圧をそれぞ
れ所定圧に制御することができる。所定圧の窒素ガスと
酸素ガスは第１、第２ガス通路１５、１６の第１、第２
開口部１９、２０及び静電チャック８の第１、第２孔２
１、２２を介して静電チャック８と半導体ウエハ３間の
細隙を満たし、これらのガスにより細隙での熱伝導性を
高めるとができる。しかも、エッチング時の半導体ウエ
ハ３での発熱により窒素ガスと酸素ガスが吸熱反応し、
半導体ウエハ３の熱を吸熱してその冷却効率を一層高め
ることができる。また、熱伝導性ガス（反応性ガス）と
しては、エンタルピーが大きなガスほど好ましい。エン
タルピーが大きなガスは、熱伝達媒体としての機能ばか
りでなく、多くの熱エネルギーを輸送でき、それだけ半
導体ウエハ３に多くの熱を奪い、あるいは多くの熱を与
えることができる。As a combination of reactive gases having excellent thermal conductivity and endothermic with each other, for example, nitrogen gas and oxygen gas are supplied to the cylinders 17A of the first and second gas supply / discharge means 17 and 18,
The gas pressure of the nitrogen gas in the first gas passage 15 and the oxygen gas in the second gas passage 16 are controlled by controlling the respective exhaust amounts by the variable valves 17C and 18C and the pressure gauges 17D and 18D while individually supplying the gas from the 18A. Can be controlled to a predetermined pressure. Nitrogen gas and oxygen gas at a predetermined pressure are supplied to the first and second gas passages 15 and 16 through the first and second gas passages.
Openings 19, 20 and first and second holes 2 of electrostatic chuck 8
The gap between the electrostatic chuck 8 and the semiconductor wafer 3 can be filled via the first and the second 22, and the heat conductivity of the gap can be enhanced by these gases. In addition, the heat generated in the semiconductor wafer 3 during etching causes an endothermic reaction between the nitrogen gas and the oxygen gas,
The heat of the semiconductor wafer 3 is absorbed, and the cooling efficiency can be further improved. Further, as the heat conductive gas (reactive gas), a gas having a larger enthalpy is more preferable. A gas having a large enthalpy can not only function as a heat transfer medium, but also transport a large amount of heat energy, and thus can take a large amount of heat to the semiconductor wafer 3 or provide a large amount of heat.
【００３３】従って、静電チャック８上に半導体ウエハ
３を吸着し、下部電極４と上部電極４間の真空放電によ
りエッチングガスのプラズマを発生させて半導体ウエハ
３にエッチング処理を施す際に、半導体ウエハ３がエッ
チングにより昇温しても、半導体ウエハ３を下部電極４
により冷却することができる。そして、この冷却作用は
半導体ウエハ３が静電チャック８全面に均等に密着せ
ず、両者間に多少の細隙が形成されていても、この細隙
に第１、第２開口部１９、２０及び第１、第２孔２１、
２２を介して窒素ガスと酸素ガスが供給され、これらの
ガスにより細隙での熱伝達率を高め、半導体ウエハ３の
熱は窒素ガス及び酸素ガスを介して下部電極４へ均等に
伝達され、半導体ウエハの密着の度合に関係なく半導体
ウエハ３全面をムラなく冷却することができる。しかも
半導体ウエハ３がエッチングによる発熱を利用した窒素
ガスと酸素ガスの吸熱反応により半導体ウエハ３の熱を
吸熱するため、半導体ウエハ３の冷却効率を更に高める
ことができる。Accordingly, when the semiconductor wafer 3 is attracted to the electrostatic chuck 8 and a plasma of an etching gas is generated by vacuum discharge between the lower electrode 4 and the upper electrode 4 to perform an etching process on the semiconductor wafer 3, Even if the temperature of the wafer 3 is increased by etching, the semiconductor wafer 3 is moved to the lower electrode 4
Can be cooled. Then, even if the semiconductor wafer 3 does not adhere evenly to the entire surface of the electrostatic chuck 8 and a small gap is formed between the two, the first and second openings 19 and 20 are formed in the gap. And the first and second holes 21,
The nitrogen gas and the oxygen gas are supplied through the gas supply 22, and the heat transfer rate in the narrow gap is increased by these gases, so that the heat of the semiconductor wafer 3 is uniformly transmitted to the lower electrode 4 through the nitrogen gas and the oxygen gas. Irrespective of the degree of close contact of the semiconductor wafer, the entire surface of the semiconductor wafer 3 can be uniformly cooled. Moreover, since the semiconductor wafer 3 absorbs the heat of the semiconductor wafer 3 by an endothermic reaction between the nitrogen gas and the oxygen gas using the heat generated by the etching, the cooling efficiency of the semiconductor wafer 3 can be further improved.
【００３４】また、本実施形態のように半導体ウエハ３
が静電チャック８よりも大径の場合には、静電チャック
８からはみ出した半導体ウエハ３の外周縁部が直接冷却
されず、その部分の温度がその内側よりも高温になる
が、この場合には、第１、第２ガス給排手段１７、１８
により窒素ガスと酸素ガスの給排を制御して第１ガス通
路１５内の窒素ガスのガス圧を第２ガス通路１６内の酸
素ガスのガス圧より高く設定することができる。このよ
うに第１ガス通路１５内の窒素ガスのガス圧を第２ガス
通路１６内の酸素ガスのガス圧より高く設定することに
より、窒素ガスと酸素ガスの吸熱反応と相俟って半導体
ウエハ３の外周縁部での冷却作用をその内側よりも強く
することができ、半導体ウエハ３の外周縁部をその内側
よりも強く冷却し、半導体ウエハ３全面をムラなく冷却
してその面内での温度分布をなくすことができる。Also, as in the present embodiment, the semiconductor wafer 3
When the diameter of the semiconductor wafer 3 is larger than that of the electrostatic chuck 8, the outer peripheral edge portion of the semiconductor wafer 3 protruding from the electrostatic chuck 8 is not directly cooled, and the temperature of the portion becomes higher than that of the inside. First and second gas supply / discharge means 17 and 18
Accordingly, the supply and discharge of the nitrogen gas and the oxygen gas can be controlled to set the gas pressure of the nitrogen gas in the first gas passage 15 higher than the gas pressure of the oxygen gas in the second gas passage 16. By setting the gas pressure of the nitrogen gas in the first gas passage 15 higher than the gas pressure of the oxygen gas in the second gas passage 16 as described above, the semiconductor wafer is combined with the endothermic reaction between the nitrogen gas and the oxygen gas. The cooling action at the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 can be made stronger than its inner side, the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 is cooled more strongly than its inner side, and the entire surface of the semiconductor wafer 3 is cooled evenly, and Temperature distribution can be eliminated.
【００３５】次に、動作について説明する。真空引きさ
れた処理室１内の下部電極４に半導体ウエハ３を載置
し、静電チャック８のクーロン力で半導体ウエハ３を静
電チャック８上に吸着する。次いで、上部電極１３の供
給管１４でエッチングガスを受給し、その孔１４Ａから
処理室１内へエッチングガスを供給し、エッチングガス
のガス圧を例えば１０−２Torr以下の真空度に設定す
る。次いで、下部電極４に１３.５６ＭＨzの高周波電圧
を印加しエッチングガスを介して下部電極４と上部電極
１３間で真空放電させるとこれら両者間でエッチングガ
スがプラズマ化し、主としてその反応性イオンによって
半導体ウエハ３に異方性エッチングを施す。このエッチ
ングにより半導体ウエハ３の温度が上昇するが、下部電
極４内の冷媒通路５を流通する液化窒素等の冷媒により
下部電極４を冷却しているため、この下部電極４及び静
電チャック８を介して半導体ウエハ３を冷却してその温
度上昇を抑制する。Next, the operation will be described. The semiconductor wafer 3 is placed on the lower electrode 4 in the evacuated processing chamber 1, and the semiconductor wafer 3 is attracted to the electrostatic chuck 8 by the Coulomb force of the electrostatic chuck 8. Next, the etching gas is received by the supply pipe 14 of the upper electrode 13, the etching gas is supplied into the processing chamber 1 from the hole 14A, and the gas pressure of the etching gas is set to, for example, a vacuum degree of 10 −2 Torr or less. Next, when a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the lower electrode 4 to cause a vacuum discharge between the lower electrode 4 and the upper electrode 13 via the etching gas, the etching gas is turned into plasma between the two, and the semiconductor is mainly formed by the reactive ions. The wafer 3 is subjected to anisotropic etching. Although the temperature of the semiconductor wafer 3 rises by this etching, the lower electrode 4 and the electrostatic chuck 8 are cooled because the lower electrode 4 is cooled by a refrigerant such as liquefied nitrogen flowing through a refrigerant passage 5 in the lower electrode 4. Then, the semiconductor wafer 3 is cooled to suppress its temperature rise.
【００３６】この時、第１、第２ガス給排手段１７、１
８のガスボンベ１７Ａ、１８Ａからマスフローコントロ
ーラ１７Ｂ、１８Ｂを介して予め設定されたガス流量に
制御しながら下部電極４内の第１ガス通路１５に窒素ガ
スを供給すると共に第２ガス通路１６内に酸素ガスを供
給している。この第１、第２ガス通路１５、１６内に供
給された窒素ガスと酸素ガスはそれぞれの可変バルブ１
７Ｃ、１８Ｃによって排気量を制御し、第１、第２ガス
通路１５、１６内の圧力がそれぞれ一定圧力に設定され
ている。このように圧力設定された窒素ガスは第１ガス
通路１５の第１開口部１９及び静電チャック８の第１孔
２１を介して静電チャック８と半導体ウエハ３間に形成
された細隙に侵入すると共に酸素ガスは第２ガス通路１
６の第２開口部２０及び静電チャック８の第２孔２２を
介して静電チャック８と半導体ウエハ３間に形成された
細隙に侵入してこれらの細隙の圧力をそれぞれ上述の圧
力に維持する。At this time, the first and second gas supply / discharge means 17, 1
The nitrogen gas is supplied to the first gas passage 15 in the lower electrode 4 while controlling the gas flow rate from the gas cylinders 17A and 18A of No. 8 through the mass flow controllers 17B and 18B to the preset gas flow rate, and the oxygen gas is supplied into the second gas passage 16 Supplying gas. The nitrogen gas and the oxygen gas supplied into the first and second gas passages 15 and 16 are supplied to respective variable valves 1.
The exhaust amount is controlled by 7C and 18C, and the pressure in the first and second gas passages 15 and 16 is set to a constant pressure. The nitrogen gas set as described above is supplied to the gap formed between the electrostatic chuck 8 and the semiconductor wafer 3 through the first opening 19 of the first gas passage 15 and the first hole 21 of the electrostatic chuck 8. Oxygen gas enters the second gas passage 1
6 through the second opening 20 and the second hole 22 of the electrostatic chuck 8 to enter the gaps formed between the electrostatic chuck 8 and the semiconductor wafer 3 and reduce the pressure of these gaps to the above-described pressures. To maintain.
【００３７】従って、半導体ウエハ３外周縁部裏面の細
隙における窒素ガスのガス圧はその内側の細隙における
酸素ガスのガス圧よりも高く設定されているため、前者
の細隙での熱伝達速度が後者の細隙での熱伝達速度より
も速く、半導体ウエハ３の外周縁部をその内側よりも強
く冷却する。しかも、窒素ガスと酸素ガスの吸熱反応に
よって半導体ウエハ３の熱を吸熱し、それぞれの細隙に
おける冷却効率が一層高くなり、より短時間で半導体ウ
エハ３を所定温度まで冷却して全面の温度をより短時間
で均一化し、スループットを高めることができる。従っ
て、静電チャック８から半導体ウエハ３の外周縁部がは
み出し、その内側よりも高温になる場合であっても、こ
の部分を内側よりも強く冷却するため、結果的には半導
体ウエハ３全面をバランス良く冷却して面内の温度分布
をなくし、全面で均一な異方性エッチングを施すことが
できる。Therefore, since the gas pressure of the nitrogen gas in the gap on the back surface of the outer peripheral edge portion of the semiconductor wafer 3 is set higher than the gas pressure of the oxygen gas in the gap on the inside, heat transfer in the former gap is performed. The speed is higher than the heat transfer speed in the latter slit, and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 is cooled more strongly than the inner side. In addition, the heat of the semiconductor wafer 3 is absorbed by the endothermic reaction between the nitrogen gas and the oxygen gas, and the cooling efficiency in each of the gaps is further increased, and the semiconductor wafer 3 is cooled to a predetermined temperature in a shorter time to reduce the temperature of the entire surface. Uniformization can be achieved in a shorter time, and the throughput can be increased. Therefore, even when the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 protrudes from the electrostatic chuck 8 and becomes hotter than the inside thereof, this part is cooled more strongly than the inside, and as a result, the entire surface of the semiconductor wafer 3 is completely cooled. By cooling in a well-balanced manner, the temperature distribution in the plane is eliminated, and uniform anisotropic etching can be performed on the entire surface.
【００３８】以上説明したように本実施形態によれば、
下部電極４の支持面で開口する第１、第２ガス通路１
５、１６を下部電極４内に設ける共に第１、第２ガス通
路１５、１６に互いに吸熱反応する窒素ガスと酸素ガス
をそれぞれ供給する第１、第２ガス給排手段１７、１８
を接続したため、窒素ガスを第１ガス給排手段１７から
第１ガス通路１５へ供給すると共に酸素ガスを第２ガス
給排手段１８から第２ガス通路１６へ供給すれば、これ
らのガスは第１、第２ガス通路１５、１６を経由して第
１、第２開口部１９、２０及び第１、第２孔２１、２２
を介して下部電極４上面の外周縁部及びその内側の複数
箇所から半導体ウエハ３と静電チャック８間の細隙に行
き渡り、細隙に介在する窒素ガスと酸素ガスにより半導
体ウエハ３と下部電極４間の熱伝達率が高まり、しかも
窒素ガスと酸素ガスが細隙において吸熱反応して半導体
ウエハ３の熱を吸熱し、半導体ウエハ３全面をムラなく
短時間で冷却して半導体ウエハ３面内での温度分布を抑
制し、半導体ウエハ３全面に均一なエッチングを施すこ
とができ、ひいてはスループットを高めることができ
る。As described above, according to the present embodiment,
First and second gas passages 1 opened on the support surface of lower electrode 4
First and second gas supply / discharge means 17 and 18 for providing nitrogen gas and oxygen gas, which endothermic each other, to first and second gas passages 15 and 16, respectively.
When the nitrogen gas is supplied from the first gas supply / discharge means 17 to the first gas passage 15 and the oxygen gas is supplied from the second gas supply / discharge means 18 to the second gas passage 16, these gases are First and second openings 19 and 20 and first and second holes 21 and 22 via first and second gas passages 15 and 16.
Through the outer peripheral edge of the upper surface of the lower electrode 4 and a plurality of locations inside the upper surface of the lower electrode 4 to the gap between the semiconductor wafer 3 and the electrostatic chuck 8, and the semiconductor wafer 3 and the lower electrode The heat transfer coefficient between the semiconductor wafers 3 is increased, and the nitrogen gas and the oxygen gas endothermic and react with each other in the narrow gap to absorb the heat of the semiconductor wafer 3. , The temperature distribution in the semiconductor wafer 3 can be suppressed, the entire surface of the semiconductor wafer 3 can be uniformly etched, and the throughput can be increased.
【００３９】更に、本実施形態では、第１、第２ガス給
排手段１７、１８のマスフローコントローラ１７Ｂ、１
８Ｂ及び可変バルブ１７Ｃ、１８Ｃを介して第１、第２
ガス通路１５、１６内の窒素ガスと酸素ガスそれぞれの
圧力を個別に制御して静電チャック８と半導体ウエハ３
間の外周縁部の細隙に介在する窒素ガスの圧力をその内
側の細隙に介在する酸素ガスの圧力よりも高く設定する
ようにしたため、外周縁部の細隙の方がその内側に細隙
よりも熱伝達率が良くなり、窒素ガスと酸素ガスの吸熱
反応と相俟って半導体ウエハ３の外周縁部をその内側よ
りも強く冷却することができる。従って、半導体ウエハ
３の外周縁部が静電チャック８からはみ出していても半
導体ウエハ３面内を均一に冷却し、半導体ウエハ３全面
に均一なエッチングを施すことができる。Further, in the present embodiment, the mass flow controllers 17B, 17B of the first and second gas supply / discharge means 17, 18 are provided.
8B and the first and second via the variable valves 17C and 18C.
The pressures of the nitrogen gas and the oxygen gas in the gas passages 15 and 16 are individually controlled to control the electrostatic chuck 8 and the semiconductor wafer 3.
Since the pressure of the nitrogen gas interposed in the gap at the outer peripheral edge between them is set higher than the pressure of the oxygen gas interposed in the inner gap, the gap at the outer peripheral edge is narrower toward the inside. The heat transfer coefficient is higher than that of the gap, and the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 can be cooled more strongly than the inner side thereof in combination with the endothermic reaction between the nitrogen gas and the oxygen gas. Therefore, even if the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 protrudes from the electrostatic chuck 8, the inside of the semiconductor wafer 3 can be uniformly cooled, and the entire surface of the semiconductor wafer 3 can be uniformly etched.
【００４０】図４〜図６に示すプラズマエッチング装置
を例に挙げて本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態の処理装置は、図４、図５に示す下部電極及
びガスの給排機構を除き、上記実施形態と同様に構成さ
れている。そこで、本実施形態の特徴を中心にして本発
明を説明する。Another embodiment of the present invention will be described using the plasma etching apparatus shown in FIGS. 4 to 6 as an example.
The processing apparatus of the present embodiment has the same configuration as that of the above embodiment, except for the lower electrode and the gas supply / discharge mechanism shown in FIGS. Therefore, the present invention will be described focusing on the features of the present embodiment.
【００４１】本実施形態のエッチング装置の下部電極３
１内には、図４に示すように熱伝導性に優れ且つ互いに
吸熱反応する異なった熱伝導性ガス例えば窒素ガスと酸
素ガスがそれぞれ通る第１、第２ガス通路３２、３３が
形成され、しかも第１、第２ガス通路３２、３３はいず
れも図５に示すように下部電極３１の上面の複数位置で
開口している。また、第１、第２ガス通路３２、３３に
は第１、第２ガス供給手段３４、３５がそれぞれ接続さ
れ、これらのガス供給手段３４、３５それぞれから窒素
ガスと酸素ガスを第１、第２ガス通路３２、３３へ供給
する。これらの第１、第２ガス供給手段３４、３５はい
ずれも同様に構成されている。第１、第２ガス供給手段
３４、３５は、窒素ガスと酸素ガスがそれぞれ充填され
たガス供給源例えばボンベ３４Ａ、３５Ａと、ボンベ３
４Ａ、３５Ａと第１、第２ガス通路３２、３３をそれぞ
れ連結する、例えばステンレス、インコネル等のニッケ
ル合金により形成された配管３４Ｂ、３５Ｂと、配管３
４Ｂ、３５Ｂにそれぞれ取り付けられ、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３４Ｃ、３５Ｃ
と、マスフローコントローラ３４Ｃ、３５Ｃの下流側に
取り付けられた、可変バルブ３４Ｄ、３５Ｄ及び圧力計
３４Ｅ、３５Ｅとを備えている。また、下部電極３１内
には上記実施形態と同様の冷媒通路３６が形成され、こ
の冷媒通路３６を流れる液化窒素により下部電極３１を
冷却する。The lower electrode 3 of the etching apparatus of this embodiment
As shown in FIG. 4, first and second gas passages 32 and 33 are formed in the first gas passage, through which different heat conductive gases excellent in heat conductivity and endothermic with each other, for example, nitrogen gas and oxygen gas, respectively, are passed. In addition, the first and second gas passages 32 and 33 are open at a plurality of positions on the upper surface of the lower electrode 31 as shown in FIG. Further, first and second gas supply means 34 and 35 are connected to the first and second gas passages 32 and 33, respectively, and nitrogen gas and oxygen gas are supplied from the first and second gas supply means 34 and 35 respectively. The gas is supplied to the two gas passages 32 and 33. These first and second gas supply means 34 and 35 have the same configuration. The first and second gas supply means 34 and 35 include a gas supply source filled with nitrogen gas and oxygen gas, for example, cylinders 34A and 35A, and a cylinder 3A.
4A and 35A and the first and second gas passages 32 and 33, respectively, and pipes 34B and 35B made of a nickel alloy such as stainless steel or Inconel, and pipe 3
Mass flow controllers 34C and 35C attached to the 4B and 35B, respectively, for controlling the flow rate of the helium gas.
And variable valves 34D, 35D and pressure gauges 34E, 35E attached downstream of the mass flow controllers 34C, 35C. Further, a refrigerant passage 36 similar to the above embodiment is formed in the lower electrode 31, and the lower electrode 31 is cooled by liquefied nitrogen flowing through the refrigerant passage 36.
【００４２】本実施形態では、互いに吸熱反応する反応
性ガスとして窒素ガスと酸素ガスを用いているが、その
他の吸熱反応するガス、例えば窒素ガスと水素ガスの組
み合わせであっても良い。また、互いに発熱反応する異
なった熱伝導性ガス（反応性ガス）を用いることもでき
る。発熱反応するガスとしては、例えば水素ガスと酸素
ガス、一酸化炭素ガスと酸素ガスなどの組み合わせがあ
る。また、熱伝導性ガスとしては、エンタルピーが大き
なガスほど好ましい。エンタルピーが大きなガスは、熱
伝達媒体としての機能ばかりでなく、多くの熱エネルギ
ーを輸送でき、それだけ半導体ウエハ３に多くの熱を奪
い、あるいは多くの熱を与えることができる。In the present embodiment, nitrogen gas and oxygen gas are used as reactive gases that endothermic each other, but other gases that endothermic, for example, a combination of nitrogen gas and hydrogen gas may be used. Further, different heat conductive gases (reactive gases) that generate an exothermic reaction with each other can also be used. Examples of the gas that generates an exothermic reaction include a combination of hydrogen gas and oxygen gas, and a combination of carbon monoxide gas and oxygen gas. As the heat conductive gas, a gas having a larger enthalpy is more preferable. A gas having a large enthalpy can not only function as a heat transfer medium, but also transport a large amount of heat energy, and thus can take a large amount of heat to the semiconductor wafer 3 or provide a large amount of heat.
【００４３】そして、図５に示すように下部電極３１の
上面で開口する第１ガス通路３２の第１開口部３７は下
部電極３１の外周縁部に周方向に沿って例えば８個形成
され、これらの第１開口部３７はいずれも同一円周上に
配置されている。また、同様に下部電極３１の上面で開
口する第２ガス通路３３の第２開口部３８は第１開口部
３７の配置された円周の内側に例えば１６個分散配置さ
れている。そのうち８個の第２開口部３８は第１開口部
３７のやや内側で径方向に等間隔を隔てた円周上に配置
され、残りの８個は更に内側に位置し、やはり径方向に
等間隔を隔てた円周上に配置されている。第１、第２開
口部３７、３８の大きさは、０.１〜２.０ｍｍ径のもの
が好ましい。また、その個数は上記個数に制限されるも
のではなく、その個数が多く、広く分散している方が極
め細かく半導体ウエハ３の温度を制御することができて
好ましいが、経済面を勘案すると８〜２００個が好まし
い。As shown in FIG. 5, for example, eight first openings 37 of the first gas passage 32 opening on the upper surface of the lower electrode 31 are formed in the outer peripheral edge of the lower electrode 31 along the circumferential direction. These first openings 37 are all arranged on the same circumference. Similarly, for example, 16 second openings 38 of the second gas passage 33 opening on the upper surface of the lower electrode 31 are arranged inside the circumference where the first opening 37 is arranged. Eight of the second openings 38 are arranged on the circumference at equal intervals in the radial direction slightly inside the first opening 37, and the remaining eight are located further inside, and also in the radial direction. They are arranged on a circumference with a space between them. The first and second openings 37 and 38 preferably have a size of 0.1 to 2.0 mm in diameter. In addition, the number is not limited to the above-mentioned number, and it is preferable that the number is large and widely dispersed because the temperature of the semiconductor wafer 3 can be extremely finely controlled. ~ 200 are preferred.
【００４４】また、上記配管３４Ｂ、３５Ｂそれぞれに
はマスフローコントローラ３４Ｃ、３５Ｃと圧力計３４
Ｅ、３５Ｅの間に位置する第１、第２温度調整機構３
９、４０がそれぞれ取り付けられている。これらの温度
調整機構３９、４０はいずれも同様に構成されている。
そこで、第１温度調整機構３９を例に挙げて図４、図６
を参照しながら説明し、第２温度調整機構４０には第１
温度調整機構３９の部品に相当する符号を付してその説
明を省略する。第１温度調整機構３９は、例えば図６に
示すように、配管３４Ｂ内に装着された温度調整部材３
９Ａと、温度調整部材３９Ａを全長に亘って配管３４Ｂ
を介して囲むコイル３９Ｂと、コイル３９Ｂを介して温
度調整部材３９Ａの温度を調整する温度制御器３９Ｃと
を備えている。そして、本実施形態のように窒素ガスを
冷却する場合にはコイル３９Ｂは例えば冷媒が循環する
冷却コイルとして構成され、また温度制御器３９Ｃは冷
却機として構成されている。そして、冷却コイルと配管
３４Ｂ間には熱伝達媒体例えばシリコーングリースが介
在し、シリコーングリースを介して冷却コイルにより配
管３４Ｂの熱を効率良く吸熱できるように構成されてい
る。また、上記温度調整部材３９Ａは、例えば図６に示
すように毛細管を多数本束ねたものや、図示してないが
通気自在に形成された多孔質体などによって構成するこ
とができる。この温度調整部材３９Ａは耐食性、耐発塵
性の材料、例えば配管３４Ｂと同様の材料あるいは石英
などによって形成されたものが好ましい。The pipes 34B and 35B have mass flow controllers 34C and 35C and a pressure gauge 34, respectively.
First and second temperature adjusting mechanisms 3 located between E and 35E
9 and 40 are respectively attached. Each of these temperature adjusting mechanisms 39 and 40 has the same configuration.
4 and 6 by taking the first temperature adjusting mechanism 39 as an example.
Will be described with reference to FIG.
The components corresponding to those of the temperature adjusting mechanism 39 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 6, for example, the first temperature adjusting mechanism 39 is provided with a temperature adjusting member 3 mounted in the pipe 34B.
9A and the temperature adjusting member 39A over the entire length of the pipe 34B.
And a temperature controller 39C for adjusting the temperature of the temperature adjusting member 39A via the coil 39B. When cooling the nitrogen gas as in the present embodiment, the coil 39B is configured as, for example, a cooling coil through which a refrigerant circulates, and the temperature controller 39C is configured as a cooler. A heat transfer medium, for example, silicone grease is interposed between the cooling coil and the pipe 34B, and the heat of the pipe 34B can be efficiently absorbed by the cooling coil via the silicone grease. Further, the temperature adjusting member 39A can be composed of, for example, a bundle of a number of capillaries as shown in FIG. 6, or a porous body (not shown) which is formed so as to be freely ventilated. The temperature adjusting member 39A is preferably made of a corrosion-resistant and dust-resistant material, for example, the same material as the pipe 34B or made of quartz or the like.
【００４５】従って、第１、第２ガス供給手段３４、３
５は、ボンベ３４Ａ、３５Ａから配管３４Ｂ、３５Ｂを
介してマスフローコントローラ３４Ｃ、３５Ｃによって
それぞれ所定のガス流量に制御された窒素ガスと酸素ガ
スを供給し、それぞれのガスの圧力を可変バルブ３４
Ｄ、３５Ｄ及び圧力計３４Ｅ、３５Ｅにより一定に維持
する。所定圧のヘリウムガスは第１、第２ガス通路３
２、３３の第１、第２開口部３７、３８を介して下部電
極３１と半導体ウエハ３間の細隙へ流通する。そして、
例えば、第１ガス通路３２に到達する窒素ガスは、第１
温度調整機構３９によって例えば室温より低い温度であ
る＋１５℃に温度調整され、また、第２ガス通路３３に
到達する酸素ガスは、第２温度調整機構４０によって例
えば室温より高い温度である＋３７℃に温度調整され、
下部電極３１の第１開口部３７及び第２開口部３８から
供給された窒素ガスにより半導体ウエハ３を裏面から直
接温度調整して半導体ウエハ３全面を例えば５℃に均等
に設定する。この場合、窒素ガスは下部電極３１から半
導体ウエハ３への熱伝達媒体としての機能よりもむしろ
半導体ウエハ３を直接昇温させたり、降温させたりする
温度調整機能が優先する。Therefore, the first and second gas supply means 34, 3
Numeral 5 supplies nitrogen gas and oxygen gas controlled at predetermined gas flow rates by mass flow controllers 34C and 35C from cylinders 34A and 35A via pipes 34B and 35B, and controls the pressure of each gas by a variable valve 34.
D, 35D and the pressure gauges 34E, 35E are kept constant. Helium gas of a predetermined pressure is supplied to the first and second gas passages 3.
The fluid flows through the first and second openings 37 and 38 into the narrow space between the lower electrode 31 and the semiconductor wafer 3. And
For example, the nitrogen gas reaching the first gas passage 32
The temperature is adjusted to, for example, + 15 ° C., which is lower than room temperature, by the temperature adjusting mechanism 39, and the oxygen gas reaching the second gas passage 33 is adjusted to, for example, + 37 ° C., which is higher than room temperature, by the second temperature adjusting mechanism 40. Temperature adjusted,
The temperature of the semiconductor wafer 3 is directly adjusted from the back surface by the nitrogen gas supplied from the first opening 37 and the second opening 38 of the lower electrode 31 to uniformly set the entire surface of the semiconductor wafer 3 to, for example, 5 ° C. In this case, the nitrogen gas has a higher priority than a function as a heat transfer medium from the lower electrode 31 to the semiconductor wafer 3, rather than a temperature adjustment function of directly increasing or decreasing the temperature of the semiconductor wafer 3.
【００４６】次に、動作について説明する。まず、本実
施形態のエッチング装置を用いてエッチング処理を行な
う場合には、処理すべき半導体ウエハ３のエッチング処
理に先立って、第１、第２ガス供給手段３４、３５から
供給する窒素ガス及び酸素ガスガスの温度を第１、第２
温度調整機構３９、４０を用いてそれぞれ所定の温度
（調整温度が両者で同一温度の場合もあれば、温度差が
ある場合もある）に設定する。次いで、本実施形態の処
理方法ではモニター用半導体ウエハ３を下部電極３上に
載置した状態で、第１ガス供給手段３４から一定流量の
窒素ガスを第１ガス通路３２へ供給し、その第１開口部
３７からモニター用半導体ウエハ３と下部電極３間に窒
素ガスを供給する。これと同時に第２ガス供給手段３５
からも一定流量の酸素ガスを第２ガス通路３３の第２開
口部３８を介して供給する。Next, the operation will be described. First, when performing the etching process using the etching apparatus of the present embodiment, prior to the etching process of the semiconductor wafer 3 to be processed, nitrogen gas and oxygen supplied from the first and second gas supply units 34 and 35 are used. Gas temperature of the first, second
Using the temperature adjusting mechanisms 39 and 40, the temperature is set to a predetermined temperature (the adjusted temperature may be the same temperature or the temperature may be different). Next, in the processing method of the present embodiment, a constant flow rate of nitrogen gas is supplied from the first gas supply means 34 to the first gas passage 32 while the monitoring semiconductor wafer 3 is placed on the lower electrode 3, A nitrogen gas is supplied between the monitoring semiconductor wafer 3 and the lower electrode 3 through one opening 37. At the same time, the second gas supply means 35
Thus, a constant flow rate of oxygen gas is supplied through the second opening 38 of the second gas passage 33.
【００４７】これらの窒素ガス、酸素ガスによりモニタ
ー用半導体ウエハ３の冷却ムラを上記実施形態で説明し
たように抑制できるが、依然としてモニター用半導体ウ
エハ３全面を均一に冷却することが困難な場合がある。
その場合にはモニター用半導体ウエハ３の温度分布を例
えば赤外線温度センサによりモニターしながら、マスフ
ローコントローラ３４Ｃ、３５Ｃを用いて第１、第２ガ
ス供給手段３４、３５からそれぞれ供給する窒素ガス、
酸素ガスの流量を個別に調整し、あるいは第１、第２温
度調整機構３９、４０を用いて窒素ガス、酸素ガスの温
度を調整する。そして、それぞれの圧力及び温度におけ
る窒素ガスと酸素ガスの吸熱反応により半導体ウエハ３
から積極的に熱を奪い、温度を迅速に下げた時の半導体
ウエハ３全面の温度が例えば略５℃になる流量あるいは
温度を探す。この際、半導体ウエハ３の温度が高い部分
と低い部分との温度差が大きい時には、可変バルブ３４
Ｄまたは３５Ｄよりガス圧力を高めて熱伝達率を大きく
するか、あるいは第１、第２温度調整機構３９、４０に
より窒素ガス、酸素ガスの温度をそれぞれ調整するなど
して、短時間で温度を平均化することができる。そし
て、全面が均一な温度になった時点での窒素ガスと酸素
ガスそれぞれの流量及び第１、第２温度調整機構３９、
４０による窒素ガス、酸素ガスの調整温度の設定条件を
図示しない制御装置の記憶装置に設定登録しておく。こ
のようにして半導体ウエハ３表面の温度を略均一にした
後、エッチング処理を開始する。Although the cooling unevenness of the monitoring semiconductor wafer 3 can be suppressed by the nitrogen gas and the oxygen gas as described in the above embodiment, it may still be difficult to uniformly cool the entire surface of the monitoring semiconductor wafer 3. is there.
In this case, while monitoring the temperature distribution of the monitoring semiconductor wafer 3 with, for example, an infrared temperature sensor, nitrogen gas supplied from the first and second gas supply means 34 and 35 using the mass flow controllers 34C and 35C,
The flow rates of the oxygen gas are individually adjusted, or the temperatures of the nitrogen gas and the oxygen gas are adjusted using the first and second temperature adjusting mechanisms 39 and 40. The semiconductor wafer 3 is subjected to an endothermic reaction between nitrogen gas and oxygen gas at each pressure and temperature.
The flow or temperature at which the temperature of the entire surface of the semiconductor wafer 3 at the time when the temperature is rapidly reduced by, for example, about 5 ° C. is actively searched for. At this time, when the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part of the semiconductor wafer 3 is large, the variable valve 34
The gas pressure is increased from D or 35D to increase the heat transfer coefficient, or the temperature of nitrogen gas and oxygen gas are adjusted by the first and second temperature adjustment mechanisms 39 and 40, respectively, so that the temperature can be reduced in a short time. Can be averaged. Then, the flow rates of the nitrogen gas and the oxygen gas and the first and second temperature adjustment mechanisms 39 at the time when the entire surface reaches a uniform temperature,
The setting conditions of the adjustment temperatures of the nitrogen gas and the oxygen gas by 40 are set and registered in a storage device of a control device (not shown). After the temperature of the surface of the semiconductor wafer 3 is made substantially uniform in this way, the etching process is started.
【００４８】エッチング処理を行なう場合にはまず、下
部電極３１上に処理すべき半導体ウエハ３を載置した状
態で上部電極からエッチングガスとして、例えば、トリ
フルオロエタン（ＣＨＦ３）と一酸化炭素（ＣＯ）の混
合ガス（混合比：ＣＨＦ３／ＣＯ＝４５／１５５）を例
えば２００ｓｃｃｍの流量で処理室１内へ供給し、エッ
チングガスのガス圧力を例えば４×１０−２Torrの真空
度に設定する。次いで、下部電極３１に１３.５６ＭＨz
の高周波電圧を１４５０Ｗで印加しエッチングガスを介
して下部電極３１と上部電極（図４では図示せず）間で
真空放電させるとこれら両者間でエッチングガスがプラ
ズマ化し、主としてその反応性イオンによって半導体ウ
エハ３に異方性エッチングを施す。このエッチングによ
り半導体ウエハ３の温度が上昇するが、下部電極３１内
の冷媒通路３７を流通する液化窒素により下部電極３１
を冷却しているため、この下部電極３１を介して半導体
ウエハ３を冷却してその温度上昇を抑制する。In the case of performing the etching process, first, with the semiconductor wafer 3 to be processed placed on the lower electrode 31, from the upper electrode, for example, trifluoroethane (CHF 3 ) and carbon monoxide ( CO) (mixing ratio: CHF 3 / CO = 45/155) is supplied into the processing chamber 1 at a flow rate of, for example, 200 sccm, and the gas pressure of the etching gas is set to, for example, a degree of vacuum of 4 × 10 −2 Torr. I do. Next, 13.56 MHz is applied to the lower electrode 31.
Is applied at 1450 W and a vacuum discharge is caused between the lower electrode 31 and the upper electrode (not shown in FIG. 4) via the etching gas. The wafer 3 is subjected to anisotropic etching. Although the temperature of the semiconductor wafer 3 rises by this etching, the lower electrode 31
, The semiconductor wafer 3 is cooled via the lower electrode 31 to suppress the temperature rise.
【００４９】更に、本実施形態では、第１、第２開口部
３７、３８から供給される窒素ガスと酸素ガスは上部電
極３１から半導体ウエハ３への熱伝達率を高めるだけで
なく、同一または異なった温度（あるいは同一温度）に
調整された窒素ガスと酸素ガスにより半導体ウエハ３外
周縁部及びその内側で熱を付与しあるいは熱を奪ってそ
れぞれの部分の温度を積極的に所定の温度である５℃に
調整する。より具体的には、半導体ウエハ３の温度が５
℃より高い外周縁部には大きな流量で窒素ガスを供給し
てガス圧力を高くして熱伝達率を上げると共に酸素ガス
との吸熱反応により冷却効率を高めてその部分の温度を
５℃まで下げ、半導体ウエハ３の設定温度である５℃よ
り内側部分には小さな流量で酸素ガスを供給して低いガ
ス圧力で冷却効率を外周縁部よりも低下させてその部分
の温度を５℃まで上げて半導体ウエハ３全面の温度を５
℃に平均化する。また、場合によっては第１、第２温度
調整機構３９、４０により第１、第２開口部３７、３８
からそれぞれ供給する窒素ガスと酸素ガスの温度を調整
して半導体ウエハ３全面の温度を５℃に平均化する。こ
の吸熱反応を用いる方法は、第１開口部３７と第２開口
部３８の間で周囲より高い温度分布を示す場合に有効で
ある。Further, in the present embodiment, the nitrogen gas and the oxygen gas supplied from the first and second openings 37 and 38 not only increase the heat transfer coefficient from the upper electrode 31 to the semiconductor wafer 3 but also increase the heat transfer rate. With the nitrogen gas and the oxygen gas adjusted to different temperatures (or the same temperature), heat is applied to or taken away from the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 3 and the inside thereof, and the temperature of each portion is positively increased to a predetermined temperature. Adjust to a certain 5 ° C. More specifically, the temperature of the semiconductor wafer 3 is 5
Supply nitrogen gas at a large flow rate to the outer peripheral part higher than ℃ to increase the gas pressure to increase the heat transfer coefficient, and to increase the cooling efficiency by the endothermic reaction with oxygen gas and reduce the temperature of that part to 5 ℃ Oxygen gas is supplied at a small flow rate to a portion inside the set temperature of 5 ° C. of the semiconductor wafer 3 to lower the cooling efficiency at a low gas pressure from the outer peripheral portion to raise the temperature of the portion to 5 ° C. Temperature of the entire surface of the semiconductor wafer 3 is set to 5
Average to ° C. In some cases, the first and second openings 37 and 38 are provided by the first and second temperature adjusting mechanisms 39 and 40.
The temperature of the nitrogen gas and the oxygen gas supplied from are adjusted respectively, and the temperature of the entire surface of the semiconductor wafer 3 is averaged to 5 ° C. The method using the endothermic reaction is effective when the temperature distribution between the first opening 37 and the second opening 38 is higher than the surrounding temperature.
【００５０】以上説明したように本実施形態によれば、
下部電極３１内に第１、第２ガス通路３２、３３を設け
ると共に第１、第２ガス通路３２、３３を第１、第２開
口部３７、３８を介して下部電極３１上面の外周縁部及
びその内側の複数箇所でそれぞれ開口させ、例えば窒素
ガスと酸素ガスを第１、第２ガス供給手段３４、３５か
ら第１、第２ガス通路３２、３３へ個別に供給し、これ
らのガスを第１、第２ガス通路３２、３３を経由させて
第１、第２開口部３７、３８を介して下部電極３１上面
の外周縁部及びその内側の複数箇所から個別に半導体ウ
エハ３と下部電極３１間の細隙に行き渡らせるようにし
たため、窒素ガスと酸素ガスにより半導体ウエハ３と下
部電極３１間の熱伝達率が高まると共に、半導体ウエハ
３の温度の高い部分では窒素ガスまたは酸素ガスの流量
を高くしてその温度を低下させ、温度の低い部分では窒
素ガスまたは酸素ガスの流量を低くしてその温度を高く
することにより半導体ウエハ３全面の温度を均一化する
ことができ、延いては半導体ウエハ３面内での温度分布
を解消して半導体ウエハ３全面に均一なエッチングを施
すことができる。また、窒素ガス、酸素ガス流量の調整
だけでは半導体ウエハ３の温度を迅速に温度調整できな
い場合には第１、第２温度調整機構３９、４０を用いる
ことにより迅速に半導体ウエハ３の温度を均一化するこ
とができる。従って、本実施形態のエッチング装置及び
プラズマ処理方法は、半導体ウエハ３の中心を通る断面
において例えば外周縁部の温度が高くその内側の温度が
低い、温度分布を呈する場合にでも下部電極３１上に載
置された半導体ウエハ３を予め温度調整してその全面の
温度を均一にした後、本来の処理を行なうようにしたた
め、本来の処理時には被処理体の面内での温度分布を確
実に抑制することができ、安定したエッチングを施すこ
とができる。As described above, according to the present embodiment,
First and second gas passages 32 and 33 are provided in the lower electrode 31, and the first and second gas passages 32 and 33 are formed through the first and second openings 37 and 38 at the outer peripheral edge of the upper surface of the lower electrode 31. And at a plurality of locations inside thereof, for example, nitrogen gas and oxygen gas are individually supplied from the first and second gas supply means 34 and 35 to the first and second gas passages 32 and 33, and these gases are supplied. The semiconductor wafer 3 and the lower electrode are individually passed through the first and second gas passages 32 and 33 from the outer peripheral edge of the upper surface of the lower electrode 31 through the first and second openings 37 and 38 and from a plurality of locations inside the lower electrode 31. The heat transfer rate between the semiconductor wafer 3 and the lower electrode 31 is increased by the nitrogen gas and the oxygen gas, and the flow rate of the nitrogen gas or the oxygen gas is increased in a portion where the temperature of the semiconductor wafer 3 is high. Raise the temperature The temperature of the entire surface of the semiconductor wafer 3 can be made uniform by lowering the flow rate of the nitrogen gas or oxygen gas and increasing the temperature in a portion where the temperature is low. , And uniform etching can be performed on the entire surface of the semiconductor wafer 3. When the temperature of the semiconductor wafer 3 cannot be quickly adjusted only by adjusting the flow rates of the nitrogen gas and the oxygen gas, the first and second temperature adjusting mechanisms 39 and 40 are used to quickly make the temperature of the semiconductor wafer 3 uniform. Can be Therefore, the etching apparatus and the plasma processing method according to the present embodiment can be applied to the lower electrode 31 even in a cross section passing through the center of the semiconductor wafer 3, for example, when the temperature at the outer peripheral edge is high and the temperature at the inner side is low. After the temperature of the mounted semiconductor wafer 3 is adjusted in advance and the temperature of the entire surface is made uniform, the original processing is performed, so that the temperature distribution in the plane of the object to be processed during the original processing is reliably suppressed. And stable etching can be performed.
【００５１】尚、上記実施形態では吸熱反応する熱伝導
性ガス（反応性ガス）として窒素ガスと酸素ガスを例に
挙げて説明したが、窒素ガスと水素ガス等の吸熱反応す
るその他のガスの組み合わせを用いることもできる。ま
た、発熱反応するガスの組み合わせは半導体ウエハを加
熱する必要のあるＣＶＤ装置等で好ましく用いることが
できる。半導体ウエハ３を静電チャック８により下部電
極４上に固定する場合について説明したが、半導体ウエ
ハ３をクランプによって固定するようにしたものであっ
ても良い。また、実施形態ではそれぞれの下部電極を示
す図において静電チャックを省略して説明したが、これ
ら実施形態でも実施形態と同様に静電チャックが設けら
れており、これらの静電チャックにはそれぞれの下部電
極３１、５１の開口部に対応した孔が設けられている。
また、上記各実施形態では、上下で対をなす上部電極及
び下部電極を例に挙げて説明した、本発明における第
１、第２電極は上下で対向する以外にも左右で対向する
電極対についても適用することができる。また、上記各
実施形態ではエッチング装置を例に挙げて説明したが、
本発明の処理装置はエッチング装置に制限されるもので
なく、その他のプラスマＣＶＤ装置、プラスマアッシン
グ装置等の処理装置についても同様に適用することがで
きる。In the above embodiment, nitrogen gas and oxygen gas have been described as examples of the heat conductive gas (reactive gas) that undergoes an endothermic reaction. However, other gases such as nitrogen gas and hydrogen gas that undergo an endothermic reaction, such as hydrogen gas, are described. Combinations can also be used. Further, a combination of gases that generate an exothermic reaction can be preferably used in a CVD apparatus or the like that needs to heat a semiconductor wafer. Although the case where the semiconductor wafer 3 is fixed on the lower electrode 4 by the electrostatic chuck 8 has been described, the semiconductor wafer 3 may be fixed by a clamp. Further, in the embodiment, the electrostatic chuck is omitted in the drawings showing the respective lower electrodes. However, in these embodiments, the electrostatic chuck is provided similarly to the embodiment, and these electrostatic chucks are respectively provided. Holes corresponding to the openings of the lower electrodes 31 and 51 are provided.
In each of the above embodiments, the upper electrode and the lower electrode forming a pair at the top and bottom have been described as an example. Can also be applied. In each of the above embodiments, the etching apparatus has been described as an example.
The processing apparatus of the present invention is not limited to an etching apparatus, and can be similarly applied to other processing apparatuses such as a plasma CVD apparatus and a plasma ashing apparatus.
【００５２】[0052]
【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項１７に記載の
発明によれば、被処理体とこれを保持する支持体間の接
触不良による冷却ムラや加熱ムラを効率良く抑制し、被
処理体の面内での温度分布を抑制し、安定したプラズマ
処理を短時間で施すことができる処理装置及び処理方法
を提供することができる。According to the first to seventeenth aspects of the present invention, uneven cooling and uneven heating due to poor contact between the object to be processed and the support holding the object can be efficiently suppressed. A processing apparatus and a processing method capable of suppressing a temperature distribution in a plane of a processing body and performing stable plasma processing in a short time can be provided.
【図１】本発明の処理装置の一実施形態を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a processing apparatus of the present invention.
【図２】図１に示す処理装置から取り出した下部電極の
上方からの平面図である。FIG. 2 is a plan view from above of a lower electrode taken out of the processing apparatus shown in FIG. 1;
【図３】図２に示す下部電極の一部を拡大して示す断面
図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of a lower electrode shown in FIG. 2 in an enlarged manner.
【図４】本発明の処理装置の他の実施形態の下部電極の
構成を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration of a lower electrode of another embodiment of the processing apparatus of the present invention.
【図５】図４に示す下部電極の上方からの平面図であ
る。FIG. 5 is a plan view from above of a lower electrode shown in FIG. 4;
【図６】図４に示す処理装置に用いられる温度調整機構
の構成の一部を示す配管の断面斜視図である。6 is a sectional perspective view of a pipe showing a part of a configuration of a temperature adjusting mechanism used in the processing apparatus shown in FIG. 4;
１ 処理室 ３ 半導体ウエハ（被処理体） ４、３１、５１ 下部電極（支持体） ７ 高周波電源 １５、３２、５２ 第１ガス通路 １６、３３、５３ 第２ガス通路 １７ 第１ガス給排手段（ガス供給手段） １７Ｂ、１８Ｂ マスフローコントローラ（供給量制御
手段） １７Ｃ、１８Ｃ 可変バルブ（排気量制御手段） １７Ｄ、１８Ｄ、３４Ｅ、３５Ｅ 圧力計（圧力検出手
段） １８ 第２ガス給排手段（ガス供給手段） １８Ｄ 圧力計（圧力検出手段） １９ 第１開口部（開口） ２０ 第２開口部（開口） ３４ 第１ガス供給手段 ３５ 第２ガス供給手段 ３９、４０ 温度調整機構DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing chamber 3 Semiconductor wafer (object to be processed) 4, 31, 51 Lower electrode (support) 7 High-frequency power supply 15, 32, 52 First gas passage 16, 33, 53 Second gas passage 17 First gas supply / discharge means (Gas supply means) 17B, 18B Mass flow controller (supply amount control means) 17C, 18C Variable valve (discharge amount control means) 17D, 18D, 34E, 35E Pressure gauge (pressure detection means) 18 Second gas supply / discharge means (gas Supply means) 18D pressure gauge (pressure detection means) 19 first opening (opening) 20 second opening (opening) 34 first gas supply means 35 second gas supply means 39, 40 temperature adjustment mechanism
フロントページの続き (72)発明者 西川 浩 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 土屋 一雄 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 BA04 BB17 BB20 BB25 5F031 CA02 HA16 HA38 HA39 HA40 JA01 JA46 MA28 MA29 MA32 PA30 Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Nishikawa TBS Release Center Tokyo Electron Co., Ltd., 5-3-6 Akasaka, Minato-ku, Tokyo (72) Inventor Kazuo Tsuchiya 5-6-1, Akasaka, Minato-ku, Tokyo TBS Broadcasting center Tokyo Electron Limited F term (reference) 5F004 AA01 BA04 BB17 BB20 BB25 5F031 CA02 HA16 HA38 HA39 HA40 JA01 JA46 MA28 MA29 MA32 PA30
Claims (17)
にプラズマ処理を施す処理装置において、上記支持体の
支持面で開口する第１、第２ガス通路を上記支持体内に
設ける共に第１、第２ガス通路に互いに吸熱反応する異
なった熱伝導性ガスをそれぞれ供給する第１、第２ガス
供給手段を接続したことを特徴とする処理装置。1. A processing apparatus for performing a plasma process on an object to be processed supported by a support in a processing chamber, wherein first and second gas passages opened in a support surface of the support are provided in the support. A processing apparatus, wherein first and second gas supply means for supplying different heat conductive gases which endothermic to each other are connected to the first and second gas passages, respectively.
にプラズマ処理を施す処理装置において、上記支持体の
支持面で開口する第１、第２ガス通路を上記支持体内に
設ける共に第１、第２ガス通路に互いに発熱反応する異
なった熱伝導性ガスをそれぞれ供給する第１、第２ガス
供給手段を接続したことを特徴とする処理装置。2. A processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed supported by a support in a processing chamber, wherein first and second gas passages opened in a support surface of the support are provided in the support. A processing apparatus, wherein first and second gas supply means for supplying different heat conductive gases which react with each other exothermicly are connected to the first and second gas passages, respectively.
熱伝導性ガスの圧力を制御する圧力制御手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の処理装
置。3. The processing apparatus according to claim 1, wherein each of said first and second gas supply means is provided with a pressure control means for controlling a pressure of the heat conductive gas.
の供給流量を制御する供給量制御手段と、上記熱伝導性
ガスの排気量を制御する排気量制御手段とを有すること
を特徴とする請求項３に記載の処理装置。4. The pressure control means has a supply amount control means for controlling a supply flow rate of the heat conductive gas, and an exhaust amount control means for controlling an exhaust amount of the heat conductive gas. The processing device according to claim 3, wherein
支持体の下流側に圧力検出手段を設けたことを特徴とす
る請求項４に記載の処理装置。5. The processing apparatus according to claim 4, wherein a pressure detecting means is provided on the upstream side of the exhaust amount control means and on the downstream side of the support.
温度調整機構を設けたことを特徴とする請求項１〜請求
項５のいずれか１項に記載の処理装置。6. The processing apparatus according to claim 1, wherein a temperature adjusting mechanism is provided for each of said first and second gas supply means.
の外周縁部に設けると共に上記第２ガス通路の開口部を
上記支持面の外周縁部より内側に設けたことを特徴とす
る請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の処理装
置。7. An opening of the first gas passage is provided at an outer peripheral edge of the support surface, and an opening of the second gas passage is provided inside the outer peripheral edge of the support surface. The processing device according to claim 1.
支持体に高周波電力を印加する高周波電源を接続したこ
とを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記
載の処理装置。8. The processing apparatus according to claim 1, wherein a high-frequency power supply for applying high-frequency power is connected to the support for generating the plasma.
にプラズマ処理を施す処理方法において、上記被処理体
を処理する際に、上記支持体の支持面で開口する第１、
第２ガス通路それぞれに互いに吸熱反応する異なった熱
伝導性ガスを供給することを特徴とする処理方法。9. A processing method for performing plasma processing on an object to be processed supported by a support in a processing chamber, wherein when the object to be processed is processed, a first opening is formed on a support surface of the support.
A processing method, wherein different heat conductive gases that endothermic each other are supplied to each of the second gas passages.
体にプラズマ処理を施す処理方法において、上記被処理
体を処理する際に、上記支持体の支持面で開口する第
１、第２ガス通路それぞれに互いに発熱反応する異なっ
た熱伝導性ガスを供給することを特徴とする処理方法。10. A processing method for performing a plasma process on a processing object supported by a support in a processing chamber, wherein the first and second openings are formed on a support surface of the support when processing the processing object. A processing method, characterized in that different heat conductive gases that generate an exothermic reaction with each other are supplied to respective gas passages.
給する熱伝導性ガスの圧力を制御することを特徴とする
請求項９または請求項１０に記載の処理方法。11. The processing method according to claim 9, wherein the pressure of the thermally conductive gas supplied to each of the first and second gas passages is controlled.
量及び／また上記第１、第２ガス通路からのガス排気量
をそれぞれ制御することを特徴とする請求項１１に記載
の処理方法。12. The process according to claim 11, wherein the amount of gas supplied to the first and second gas passages and / or the amount of gas exhausted from the first and second gas passages are controlled. Method.
ガスの圧力をそれぞれ検出することを特徴とする請求項
１１または請求項１２に記載の処理方法。13. The processing method according to claim 11, wherein the pressure of the gas exhausted from the first and second gas flow paths is detected.
給する上記各熱伝導性ガスの温度を調整することを特徴
とする請求項９〜請求項１３のいずれか１項に記載の処
理方法。14. The processing method according to claim 9, wherein the temperature of each of the heat conductive gases supplied to the first and second gas passages is adjusted. .
記支持面の外周縁部から供給すると共に上記第２ガス通
路の熱伝導性ガスを上記支持面の外周縁部より内側から
供給することを特徴とする請求項９〜請求項１４のいず
れか１項に記載の処理方法。15. A heat conductive gas in the first gas passage is supplied from an outer peripheral edge of the support surface, and a heat conductive gas in the second gas passage is supplied from inside the outer peripheral edge of the support surface. The processing method according to any one of claims 9 to 14, wherein:
記プラズマを発生させることを特徴とする請求項９〜請
求項１５のいずれか１項に記載の処理方法。16. The processing method according to claim 9, wherein the plasma is generated by applying high-frequency power to the support.
の表面の温度分布を測定し、上記第１、第２ガス通路へ
の熱伝導性ガスの供給量及び／また上記第１、第２ガス
通路からのガス排気量を設定し、上記温度分布を均一に
することを特徴とする請求項９〜請求項１６のいずれか
１項に記載の処理方法。17. A method for measuring a temperature distribution of a surface of an object to be monitored in advance by using a monitor object to determine a supply amount of a heat conductive gas to the first and second gas passages and / or a first and second temperature distribution. The processing method according to any one of claims 9 to 16, wherein the amount of gas exhausted from the gas passage is set to make the temperature distribution uniform.
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