JP2009049061A - Device and method for processing semiconductor wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チャンバ内で半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor wafer processing apparatus and a semiconductor wafer processing method for processing a semiconductor wafer in a chamber.
従来、このような分野の技術として、例えば、下記特許文献1に記載のドライエッチング装置が知られている。この種の半導体ウエハ処理においては、半導体ウエハを加熱しながら処理を行うために、ウエハを載置する載置台をヒータ等で加熱する場合もある。このような場合、スループットを高めるためには、載置台の昇温速度及び降温速度を大きくすることが要求される。昇温速度はヒーター容量を上げることで比較的容易に向上することが可能であるが、降温速度の向上は容易ではない。例えば、載置台の熱容量にもよるが自然冷却では1〜2℃/分程度の降温速度であるので、載置台の数百度以上の降温を自然冷却で行おうとすれば、スループットに大きく影響してくる。そこで、降温速度を上げるために、加熱後の載置台にガスを吹き付けて冷却する方法などが考えられていた。
しかしながら、このような冷却方式では、チャンバ内に冷却用のガスが導入されるので、不活性ガスを用いたとしても、チャンバ内やウエハの汚染が問題となる。そして、このような汚染を防ぐには、チャンバ内に導入する不活性ガス等に含まれる不純物微粒子(パーチクル)を除去するために、高密度のフィルタ等を設置する必要があり、装置が複雑化してしまう。また、高密度フィルタを用いても、完全に混入パーチクルを除去することは困難である。また、このような方式は必ずしも冷却効率の良い方式ではなく、ガス流量を上げれば更に汚染が増すという悪循環にも陥る。 However, in such a cooling system, since a cooling gas is introduced into the chamber, contamination of the chamber and the wafer becomes a problem even when an inert gas is used. In order to prevent such contamination, it is necessary to install a high-density filter or the like in order to remove impurity fine particles (particles) contained in the inert gas introduced into the chamber, which complicates the apparatus. End up. Moreover, even if a high density filter is used, it is difficult to completely remove the mixed particles. Moreover, such a system is not necessarily a system with good cooling efficiency, and it also falls into a vicious circle in which contamination increases with increasing gas flow rate.
また、載置台を冷却する他の方式としては、載置台に水冷管を設けて冷却水を循環させる水冷方式なども考えられる。しかし、載置台が高温の時に水を供給すると水が沸騰し水冷管が損傷する可能性があるので、ある程度の温度(200℃程度)まで低下してから水を供給することになる。つまり、載置台を200℃以上の高温に加熱した場合、200℃までは、実質、自然冷却となる。また、200℃まで低下した後に水を供給することとしても、水の蒸気圧に対応した水冷管部材の強固化等の措置が必要となる。また、半導体ウエハを回転させるために載置台が回転機構をもつ場合にあっては、水冷管の接続にロータリージョイント等を用いる必要があると共に、水漏れ対策にも費用がかかるので、設備コストに大きく影響する。また、再び載置台を加熱する際には水を水冷管から完全に抜き取る必要もあり、その分スループットが低下する。 Further, as another method for cooling the mounting table, a water cooling method in which a cooling water is circulated by providing a water cooling pipe on the mounting table may be considered. However, if water is supplied when the mounting table is at a high temperature, the water may boil and the water cooling tube may be damaged. Therefore, the water is supplied after the temperature is lowered to a certain level (about 200 ° C.). That is, when the mounting table is heated to a high temperature of 200 ° C. or higher, natural cooling is substantially achieved up to 200 ° C. Moreover, even if water is supplied after the temperature is lowered to 200 ° C., measures such as strengthening the water-cooled tube member corresponding to the vapor pressure of water are required. In addition, when the mounting table has a rotating mechanism for rotating the semiconductor wafer, it is necessary to use a rotary joint or the like for connecting the water-cooled pipes, and it also costs money for countermeasures against water leakage. A big influence. In addition, when the mounting table is heated again, it is necessary to completely remove water from the water-cooled tube, and the throughput is reduced accordingly.
そこで、本発明は、ウエハの汚染の発生を避け、加熱後の半導体ウエハの載置台を効率よく冷却しスループットを向上させることができる半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor wafer processing apparatus and a semiconductor wafer processing method capable of avoiding the occurrence of wafer contamination, efficiently cooling a semiconductor wafer mounting table after heating, and improving throughput. To do.
本発明の半導体ウエハ処理装置は、半導体ウエハを格納するチャンバと、当該チャンバ内に設けられ半導体ウエハを載置する載置面を有するウエハ載置台と、を備え、載置面を加熱することで半導体ウエハを加熱しながらチャンバ内での半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理装置において、載置面を冷却する載置面冷却部を備え、載置面冷却部は、ウエハ載置台に内蔵され冷却用のガスを通過させる冷却ガス通路を有することを特徴とする。 A semiconductor wafer processing apparatus of the present invention includes a chamber for storing a semiconductor wafer and a wafer mounting table provided in the chamber and having a mounting surface for mounting the semiconductor wafer, and heating the mounting surface. A semiconductor wafer processing apparatus for processing a semiconductor wafer in a chamber while heating the semiconductor wafer includes a mounting surface cooling unit that cools the mounting surface. The mounting surface cooling unit is built in the wafer mounting table and is cooled. And a cooling gas passage through which the gas is passed.
この半導体ウエハ処理装置では、半導体ウエハを加熱しながら処理を行うため、ウエハ載置台の載置面が加熱される。そして、半導体ウエハの処理後は、載置面冷却部によって載置面が再び冷却される。この載置面冷却部は、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を有しているので、冷却ガス通路を通過する冷却用ガスによって載置台が効率よく冷却され、載置面の温度が効率よく低下する。従って、半導体ウエハの加熱後、載置台の温度を素早く降下させることができるので、処理におけるスループットが向上する。また、このような冷却用ガスは、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を通過することから、チャンバ内にガスが流通せず、チャンバ内や半導体ウエハの汚染が避けられる。 In this semiconductor wafer processing apparatus, processing is performed while heating the semiconductor wafer, so that the mounting surface of the wafer mounting table is heated. After the processing of the semiconductor wafer, the placement surface is cooled again by the placement surface cooling unit. Since the mounting surface cooling unit has a cooling gas passage built in the wafer mounting table, the mounting table is efficiently cooled by the cooling gas passing through the cooling gas passage, and the temperature of the mounting surface is efficiently increased. It drops well. Therefore, after the semiconductor wafer is heated, the temperature of the mounting table can be quickly lowered, so that throughput in processing is improved. Further, since such a cooling gas passes through the cooling gas passage built in the wafer mounting table, the gas does not flow through the chamber, and contamination of the chamber and the semiconductor wafer can be avoided.
また、冷却ガス通路は、ウエハ載置台の中央から載置面に沿って放射状に延びていることが好ましい。この構成によれば、ウエハ載置台に沿って放射状に冷却用ガスが流動するので、載置面を全体的に均等に冷却することができる。 The cooling gas passage preferably extends radially from the center of the wafer mounting table along the mounting surface. According to this configuration, since the cooling gas flows radially along the wafer mounting table, the mounting surface can be uniformly cooled as a whole.
また、冷却用のガスは、窒素又はヘリウムであることとしてもよい。さらに、窒素、ヘリウムガスが常温以下に冷却されたものを用いることにより、冷却効率をさらに増加させることもできる。 Further, the cooling gas may be nitrogen or helium. Furthermore, the cooling efficiency can be further increased by using nitrogen or helium gas cooled to room temperature or lower.
また、本発明の半導体ウエハ処理方法は、半導体ウエハを格納するチャンバ内で、当該チャンバ内に設けられたウエハ載置台の載置面に半導体ウエハを載置し、載置面を加熱することで半導体ウエハを加熱しながら半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理方法において、加熱された載置面を冷却する載置面冷却工程を備え、載置面冷却工程では、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路に冷却用のガスを通過させることを特徴とする。 In the semiconductor wafer processing method of the present invention, a semiconductor wafer is placed on a placement surface of a wafer placement table provided in the chamber in a chamber for storing the semiconductor wafer, and the placement surface is heated. In a semiconductor wafer processing method for processing a semiconductor wafer while heating the semiconductor wafer, the semiconductor wafer processing method includes a mounting surface cooling process for cooling the heated mounting surface, and in the mounting surface cooling process, a cooling built in the wafer mounting table is provided. A cooling gas is passed through the gas passage.
この半導体ウエハ処理方法では、半導体ウエハを加熱しながら処理を行うため、ウエハ載置台の載置面が加熱される。そして、半導体ウエハの処理後は、載置面冷工程によって載置面が再び冷却される。この載置面冷却工程では、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を通過する冷却用ガスによって載置台が効率よく冷却され、載置面の温度が効率よく低下する。また、このような冷却用ガスが、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を通過することから、チャンバ内にガスが流通せず、チャンバ内や半導体ウエハの汚染が避けられる。 In this semiconductor wafer processing method, processing is performed while heating the semiconductor wafer, so that the mounting surface of the wafer mounting table is heated. After the processing of the semiconductor wafer, the placement surface is cooled again by the placement surface cooling step. In the mounting surface cooling step, the mounting table is efficiently cooled by the cooling gas passing through the cooling gas passage built in the wafer mounting table, and the temperature of the mounting surface is efficiently reduced. Further, since such a cooling gas passes through the cooling gas passage built in the wafer mounting table, the gas does not flow through the chamber, and contamination of the chamber and the semiconductor wafer can be avoided.
本発明の半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法によれば、ウエハの汚染の発生を避け、加熱後の半導体ウエハの載置台を効率よく冷却しスループットを向上させることができる。 According to the semiconductor wafer processing apparatus and the semiconductor wafer processing method of the present invention, it is possible to avoid the occurrence of wafer contamination, efficiently cool the semiconductor wafer mounting table after heating, and improve the throughput.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor wafer processing apparatus and a semiconductor wafer processing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1〜図3に示すように、半導体ウエハ処理装置1は、外殻3aで画成されたチャンバ3と、チャンバ3内に設けられ円形の平面形状をなす鉄製のウエハ載置台5とを備えている。この装置1では、ウエハ載置台5の上面として形成された載置面7上に半導体ウエハWが載置される。そして、ウエハ載置台5に内蔵され載置面7の直下に位置するヒータ9によって、載置面7が加熱される。このような構成により、チャンバ3内において、載置面7上の半導体ウエハWを加熱した状態で、半導体ウエハWに対する所定のウエハ処理を行うことができる。ここで、所定のウエハ処理には、真空または常圧のチャンバ内で行うCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)又は高真空のチャンバ内で行うRIE(reactive ionetching:反応性イオンエッチング)といったような半導体ウエハWの加工処理が含まれる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor
更に、ウエハ載置台5は回転機構を有しており、載置面7の中心を通る鉛直軸線回りで水平に回転する。また、電源部11からヒータ9への電力は、回転式電極15を介して供給される。この構成により、装置1では、半導体ウエハWを回転させながら上記ウエハ処理を行うことができる。
Further, the wafer mounting table 5 has a rotating mechanism and rotates horizontally around a vertical axis passing through the center of the
また、この装置1は、ウエハWの加熱後に高温となったウエハ載置台5及び載置面7を冷却ガスを用いて冷却するための冷却部21を備えている。なお、冷却ガスとしては、窒素又はヘリウムといった不活性なガスが用いられる。この冷却部21は、ウエハ載置台5に内蔵されヒータ9の直下に位置すると共に、ウエハ載置台5の中心から水平方向に放射状に延在する多数の冷却ガス通路23を備えている。冷却ガス通路23は、ウエハ載置台5の半径方向に細長く延びる上部通路23aと、この上部通路23aの先端に連通され上部通路23aの直下で平行に延びる下部通路23aとを有している。冷却ガス通路23は、チャンバ3とは接続されておらず隔離して設けられているので、冷却ガスがチャンバ内に流通せず、チャンバ内や半導体ウエハの汚染を避けることができる。上部通路23aはウエハ載置台5の中心から周縁部に向かって冷却ガスを流動させ、下部通路23bはその冷却ガスを周縁部から中心に向かって戻すように流動させる。更に、冷却部21は、上部通路23aに冷却ガスを導入するガス導入路25と、下部通路23bからの冷却ガスを排出するガス排出路27とを備えている。ガス導入路25は、載置面7の中心を通る鉛直軸線に沿って延在しており、このガス導入路25の周囲を取り囲むようにガス排出路27が設けられている。
In addition, the
この冷却部21の構成により、ガス供給部29からガス導入口25aを通じてガス導入路25に冷却ガスが導入されると、冷却ガスは、放射状に配列された各上部通路23aを中心から外側に向かって通過する。その後、冷却ガスは、各下部通路23bを通じてウエハ載置台5の周縁部から中心に向かって流動し、更にガス排出路27を通過して、ガス排出口27aから排出される。さらに、冷却ガスは、排気ポート28から、排気処理装置(図示せず)を介して、外気に排出される。このように、冷却ガスがウエハ載置台5内部の冷却ガス通路23を流動することにより、ウエハ載置台5及び載置面7が効率よく冷却される。
With this configuration of the
このような装置1の構成に基づき、処理対象の半導体ウエハWがチャンバ3内に導入され載置面7上に載置されると、電源部11からの電力によりヒータ9が載置面5上の半導体ウエハWを加熱する。さらに、ウエハ載置台5が水平回転しながら、チャンバ3内では前述のウエハ処理が行われ、半導体ウエハWに処理が施される。その後、処理済みの半導体ウエハWが載置面5上から取り除かれると、ガス導入路25に冷却ガスが導入され、冷却ガスが放射状に配列された各上部通路23a及び各下部通路23bを通過する。そして、高温となったウエハ載置台5の熱が冷却ガスにより取り除かれ、ウエハ載置台5及び載置面7が効率的に冷却される。
Based on such a configuration of the
以上のように、半導体ウエハWを加熱して処理した後、高温となった載置面7の温度を素早く降下させて初期状態に戻すことができるので、ウエハ処理におけるスループットが向上する。また、冷却ガスがウエハ載置台5の内部を通過することから、チャンバ3内にガスが流通せず、チャンバ3内や半導体ウエハWの汚染が避けられる。また、複数の冷却ガス通路23が載置面7に平行に放射状に広がった形状を成しているので、載置面7の各部が全体的に均等に冷却される。
As described above, after the semiconductor wafer W is heated and processed, the temperature of the mounting
また、ウエハ載置台5を冷却する冷媒として、気体を用いているので、ガス供給部29とガス導入口25aとの接続には、厳密な気密性は要求されず、ロータリージョイント等を省略して簡易継ぎ手31といった簡易なもので対応できる。また、冷媒として液体を用いる場合に比較して冷媒用の配管も容易である。なお、冷却部21における冷却ガスの流れは、前述とは逆向きの流れとしてもよい。すなわち、ガス排出口27a側から冷却ガスを導入し、下部通路23b、上部通路23aの順に流動させてガス導入口25a側に排出してもよい。
Further, since gas is used as a coolant for cooling the wafer mounting table 5, strict airtightness is not required for connection between the
続いて、上述の半導体ウエハ処理装置1と比較するため、半導体ウエハ処理装置におけるウエハ載置台及び載置面の他の冷却方式について検討する。
Subsequently, in order to compare with the semiconductor
まず、図4及び図5に示すように、半導体ウエハ処理装置101のウエハ載置台105は、ヒータ9の直下に形成された円柱形状の冷却ガス滞留空間123を備えている。この冷却ガス滞留空間123に、中心に位置するガス導入路25から冷却ガスが導入され、ガス排出管127から冷却ガスが排出されることで、ウエハ載置台105が冷却される。この半導体ウエハ処理装置101において、半導体ウエハ処理装置1と同一又は同等の構成要素については、図面に同一の符号を付して説明を省略する。
First, as shown in FIGS. 4 and 5, the wafer mounting table 105 of the semiconductor
上記装置101の構成によれば、冷却ガス滞留空間123のうち、ガス導入路25及びガス排出管27から離れた位置に、冷却ガスが停滞する箇所が生じ円滑な流動が行われないので、冷却効率がよくない。そして、ガスは液体に比べて伝熱性が低いため、ガスを冷媒とする場合には、このようなガスの停滞が特に問題となる。これに対して、前述の半導体ウエハ処理装置1は、冷却ガス滞留空間123に代えて、複数の細長い冷却ガス通路23を放射状に配置しているので、冷却ガスの停滞も発生しにくく、高い冷却効率が得られる点で優れている。
According to the configuration of the
次に考えられる冷却方式としては、ウエハ載置台内に冷却水を循環させる水冷方式がある。例えば、前述の半導体ウエハ処理装置1の冷却ガスに代えて、水を冷媒として用いることが考えられる。ところがこの場合、ウエハ載置台5が高温の時に水を供給すると水が沸騰しウエハ載置台5が損傷する可能性がある為、ある程度の温度(200℃程度)まで低下してから水を供給することになる。つまり、ウエハ処理においてウエハ載置台5を200℃以上の高温に加熱した場合、200℃までは、実質、自然冷却となる。また、200℃まで低下した後に水を供給することとしても、水の蒸気圧に対する載置台5部材の強固化等の措置が必要となる。
As a possible cooling system, there is a water cooling system in which cooling water is circulated in the wafer mounting table. For example, it is conceivable to use water as a refrigerant instead of the cooling gas of the semiconductor
また、ウエハ載置台5が回転機構をもつ場合にあっては、水供給部の接続に高い気密性が要求されるので、ロータリージョイント等を用いる必要があると共に、水漏れ対策にも費用がかかり、設備コストに大きく影響する。また、再び載置面7を加熱する際には、水をウエハ載置台5内から完全に抜き取る必要もあり、その分スループットが低下する。これに対し、前述の半導体ウエハ処理装置1では、冷媒としてガスが用いられるので、上記の問題が避けられ、載置台5部材の強固化等の措置も必要なく、また、スループットの向上も図ることができる点で優れている。
Further, when the wafer mounting table 5 has a rotation mechanism, a high airtightness is required for connection of the water supply unit, so that it is necessary to use a rotary joint or the like and there is a cost for countermeasures against water leakage. The equipment cost is greatly affected. Further, when the mounting
次に、図6に示すように、更に他の冷却方式を用いる半導体ウエハ処理装置201は、ウエハ載置台205の上方に設けられたガス噴出管223を備えている。ガス供給部29からガス噴出管223に送られた冷却ガスは、噴出孔223aから下方に噴出され、載置面7に吹き付けられる。そして、吹き付けられた冷却ガスにより、ウエハ載置台5が冷却される。その後、冷却ガスは、排気ポート228から、排気処理装置(図示せず)を介して、外気に排出される。この、半導体ウエハ処理装置201において、半導体ウエハ処理装置1と同一又は同等の構成要素については、図面に同一の符号を付して説明を省略する。
Next, as shown in FIG. 6, the semiconductor
このような半導体ウエハ処理装置201では、チャンバ3内に冷却ガスが導入されるので、たとえ不活性ガスを用いたとしても、チャンバ3内やウエハWの汚染が問題となる。そして、このような汚染を防ぐには、チャンバ内に導入する不活性ガス等に含まれるパーチクルを除去するために、高密度のフィルタ等を設置する必要があり、装置が複雑化してしまう。また、このような方式は必ずしも効率の良い方式ではなく、ガス流量を上げれば更に汚染が増すという悪循環にも陥る。高密度のフィルタ等を設置する必要があり、装置が複雑化してしまう。また、高密度フィルタを用いても、完全に混入パーチクルを除去することは困難である。これに対し、前述の半導体ウエハ処理装置1では、冷却用ガスが、ウエハ載置台5に内蔵された冷却ガス通路23を通過することから、チャンバ3内にはガスが流通せず、チャンバ3内や半導体ウエハWの汚染が避けられる点で優れている。
In such a semiconductor
続いて、本発明者らが半導体ウエハ処理装置1の効果を確認するために行った実験について説明する。ここでは、半導体ウエハ処理装置1及び201において、各温度(200℃、300℃、500℃)に加熱したウエハ載置台5,205を冷却する実験を行った。冷却ガスとしては、窒素(常温)及びヘリウム(常温)を用い、窒素については、2通り(50L/分及び100L/分)のガス流量で冷却した。そして、ウエハ載置台の温度が50℃まで低下する時間を測定し、更に、温度低下後の半導体ウエハ上のパーチクル数を計測した。なお、比較のため、ウエハ載置台を自然冷却させた場合についても同様の実験を行った。
Next, an experiment conducted by the present inventors for confirming the effect of the semiconductor
図7の表に示す実験結果の通り、処理装置201に比べて、処理装置1では1/3の時間でウエハ載置台の冷却を行うことができる。従って、処理装置1によれば、スループットの向上が可能であることが確認された。また、ウエハ載置台の降温後におけるウエハW上のパーチクル数(直径0.05μm以上)も、自然冷却と同じレベルであり、処理装置1では、ウエハWの汚染が避けられることも確認された。
As shown in the experimental results shown in the table of FIG. 7, the wafer mounting table can be cooled in the
1…半導体ウエハ処理装置、3…チャンバ、5…ウエハ載置台、7…載置面、21…載置面冷却部、23…冷却ガス通路、W…半導体ウエハ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記載置面を冷却する載置面冷却部を備え、
前記載置面冷却部は、
前記ウエハ載置台に内蔵され冷却用のガスを通過させる冷却ガス通路を有することを特徴とする半導体ウエハ処理装置。 A chamber for storing a semiconductor wafer; and a wafer mounting table provided in the chamber and having a mounting surface on which the semiconductor wafer is mounted, and heating the semiconductor wafer by heating the mounting surface. In a semiconductor wafer processing apparatus for processing the semiconductor wafer in the chamber,
A mounting surface cooling unit for cooling the mounting surface,
The mounting surface cooling section described above is
A semiconductor wafer processing apparatus comprising a cooling gas passage which is built in the wafer mounting table and allows a cooling gas to pass therethrough.
前記ウエハ載置台の中央から前記載置面に沿って放射状に延びていることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハ処理装置。 The cooling gas passage is
The semiconductor wafer processing apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor wafer processing apparatus extends radially from the center of the wafer mounting table along the mounting surface.
加熱された前記載置面を冷却する載置面冷却工程を備え、
前記載置面冷却工程では、
前記ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路に冷却用のガスを通過させることを特徴とする半導体ウエハ処理方法。 In a chamber for storing a semiconductor wafer, the semiconductor wafer is placed on a placement surface of a wafer placement table provided in the chamber, and the semiconductor wafer is heated while heating the placement surface. In a semiconductor wafer processing method for processing a wafer,
A placement surface cooling step for cooling the heated placement surface,
In the mounting surface cooling process described above,
A semiconductor wafer processing method, wherein a cooling gas is passed through a cooling gas passage built in the wafer mounting table.
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