JP2010141081A - ウェハ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハ内に深さの異なる複数の種類のトレンチを同時に形成できるとともに、半導体ウェハの無駄となる領域を少なくすることでチップの取れ数を増やすことができるウェハ処理装置を提供する。
【解決手段】ウェハ処理装置１００は、ステージ１４の表面に載置した半導体ウェハに対してプラズマ処理によってドライエッチングを行うための装置である。ウェハ処理装置１００では、ステージ１４が、ステージ１４の周方向に４つの区画Ａ〜Ｄに分割されている。区画Ａ〜Ｄの各々には、ステージ１４から半導体ウェハに伝熱される熱量を独立して制御する温度制御手段が設けられている。ステージ１４の表面に半導体ウェハを載置したときに、半導体ウェハの周方向に温度の異なる複数の領域が形成され、領域毎に異なるエッチングレートでトレンチが形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェハ処理装置に関する。特に、ステージの表面に載置された半導体ウェハ加工するウェハ処理装置に関する。

ステージの表面に半導体ウェハを載置して加工処理を行うウェハ処理装置が知られている。この種のウェハ処理装置では、例えば半導体ウェハの一部をエッチングしてトレンチを形成する加工処理が行われる。半導体ウェハをエッチングしてトレンチを形成する場合、トレンチの深さはエッチングレートおよびエッチング時間に応じて変化する。エッチングレートは、トレンチを形成する部位の半導体ウェハの温度に比例する。このため、エッチング時間が等しい場合には、半導体ウェハの温度に応じてエッチング量が変化する。従って、半導体ウェハの温度が変化すると、半導体ウェハに形成されるトレンチの深さも変化する。

特許文献１には、半導体ウェハの外周部と中央部のエッチングレートの不均一性を解消することができるウェハ処理装置が開示されている。このウェハ処理装置では、ステージの外周部と中央部で独立して温度制御を行うことによって、ステージに載置された半導体ウェハの外周部と中央部で異なる温度領域を形成する。半導体ウェハの外周部と中央部の温度を変えることで、外周部と中央部のエッチングレートを略等しくし、外周部と中央部でトレンチ深さが略等しくなるようにしている。

特開２００３−２４３３８０号公報

近年、多品種少量生産の要求から、同一の半導体ウェハに異なる深さのトレンチが形成された半導体装置を製造することが検討されている。エッチングレートは半導体ウェハの温度によって変化することから、半導体ウェハの温度を領域毎に制御できれば、同一の半導体ウェハに異なる深さのトレンチを有する半導体装置を製造することができる。このため、特許文献１の半導体ウェハ処理装置を用いれば、同一の半導体ウェハに異なる深さのトレンチを有する半導体装置を製造することができる。

しかしながら、半導体ウェハの表面に複数のチップパターンを形成する場合、通常、正方形又は長方形のショットを利用して、正方形又は長方形のチップパターンを形成する。このチップパターンは、隣接するチップパターン同士が一辺を共有する（すなわち、隣接するチップパターンのＸ方向又はＹ方向の位置が等しくなるように形成される）。上記した特許文献１のウェハ処理装置を用いて、半導体ウェハの外周部に深い（又は浅い）トレンチが形成された複数のチップパターンを形成し、半導体ウェハの内周に浅い（又は深い）トレンチが形成された複数のチップパターンを形成する場合、深いトレンチが形成された複数のチップパターンを形成する領域は環状となる。外周部の環状の領域は、その内周縁や外周縁に沿って隣接するチップパターン同士が一辺を共有するような複数の正方形又は長方形を配置し難い。このため、半導体ウェハの外周部では、半導体ウェハに無駄な領域が多くなり、チップの取れ数を増やすことができない。

本発明は上記の課題に鑑みて提案されたものである。本発明は、半導体ウェハ内に深さの異なる複数の種類のトレンチを同時に形成できるとともに、半導体ウェハの無駄となる領域を少なくすることでチップの取れ数を増やすことができるウェハ処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、ステージの表面に半導体ウェハを載置し、半導体ウェハを加工するウェハ処理装置に関する。本発明のウェハ処理装置では、ステージが、ステージの周方向に複数の区画に分割されており、区画の各々に、ステージの表面から半導体ウェハに伝熱される熱量を独立して制御する温度制御手段が設けられている。

本発明のウェハ処理装置によると、ステージの表面に半導体ウェハを載置したときに、温度制御手段によって、ステージと半導体ウェハの間で伝えられる熱量を区画毎に異ならせることができる。これによって、半導体ウェハの周方向に温度の異なる複数の領域を形成することができる。この状態でエッチングを行うと、半導体ウェハに形成された温度が異なる領域毎に、異なるエッチングレートでトレンチが形成される。このため、１回のエッチングで、半導体ウェハ内にエッチング深さの異なる複数の種類のトレンチを形成することができる。また、半導体ウェハの周方向に温度が異なる複数の領域が形成されるので、各々の領域の形状は扇形となる。扇形の領域は、環状の領域に比べて隣接するチップパターン同士が一辺を共有するような複数の正方形又は長方形を配置し易いため、複数の正方形又は長方形のチップパターンを形成し易い。このため、半導体ウェハに無駄な領域が少なくなり、チップの取れ数を増やすことができる。

上記のウェハ処理装置では、区画の各々に、独立してガスが流れるガス流路が形成されていてもよい。この場合、温度制御手段の各々は、ガス流路を流れるガスの圧力を制御することが好ましい。この構成によると、ガス流路を流れるガスが、ステージ内の熱を半導体ウェハに伝熱あるいは、半導体ウェハの熱をステージに伝熱するための熱媒として機能する。このため、ガスの圧力を制御することによって、ステージから半導体ウェハあるいは、半導体ウェハからステージに伝熱される熱量を制御することができる。区画の各々に独立してガスが流れるガス流路が形成され、各々の区画内のガス流路を流れるガスの圧力を独立して制御することができるため、半導体ウェハを区画毎に異なる温度にすることができる。

上記のウェハ処理装置では、ステージの表面側の少なくとも一部に伝熱部材が配設されていてもよい。この場合、伝熱部材はステージ内の他の部位よりも熱伝導率が高いことが好ましい。この構成によると、ステージの表面に半導体ウェハを載置したときに、ステージと半導体ウェハの間の伝熱量が増加し、半導体ウェハの温度を容易に制御することができる。

本発明のウェハ処理装置によると、半導体ウェハ内に深さの異なる複数の種類のトレンチを同時に形成できるとともに、半導体ウェハの無駄となる領域を少なくすることでチップの増やすことができる。

下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）各々の区画の外周部と中央部に、独立してガスが流れるガス流路が形成されている。
（第２特徴）ステージ内に流体（冷媒又は熱媒）が流れる流体流路が形成されている。
（第３特徴）扇形の区画の各々の中心角が９０°である。
（第４特徴）各ガス供給路が円弧状に伸びる各ガス供給溝の中央に連結されている。
（第５特徴）ステージ本体内の表面近傍に、各々の区画の温度を独立して制御する冷却装置が設けられている。
（第６特徴）各々の区画の境界に沿って断熱部材が配置されている。

（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例であるウェハ処理装置１００の模式的な全体図を示す。
ウェハ処理装置１００は、ステージ１４の表面に載置した半導体ウェハ２４に対してプラズマ処理を行い、半導体ウェハ２４をドライエッチングするための装置である。図１に示すように、ウェハ処理装置１００は、チャンバ１０と、処理ガス供給部６と、ステージ１４を備えている。処理ガス供給部６とステージ１４はいずれもチャンバ１０内に配置されており、処理ガス供給部６とステージ１４の間に放電空間８が形成されている。チャンバ１０の底部には、チャンバ１０内の空気を排出するためのチャンバ排気口１０ａが形成されている。処理ガス供給部６は、上部電極４を備えている。上部電極４は、配線３０を介して接地されている。処理ガス供給部６内には、処理ガス供給路２と、複数の処理ガス供給孔２ａが形成されている。処理ガス供給路２には、処理ガス供給源（図示しない）から処理ガスＧ１が供給される。処理ガス供給孔２ａの各々は処理ガス供給路２と連通しており、その先端は放電空間８に向かって開口している。処理ガス供給源から供給された処理ガスＧ１は、処理ガス供給路２を経由して処理ガス供給孔２ａから放電空間８へ供給される。

ステージ１４は、ステージ本体１３と、絶縁部材１２と、電極板（図示しない）と、枠１４ａと、下部電極２６と、伝熱部材２５を備えている。絶縁部材１２と電極板は、ステージ本体１３の表面に取付けられている。絶縁部材１２の外周には、枠１４ａが取付けられている。電極板は下部電極２６と導通している。下部電極２６は、配線３０とコンデンサ２０を介して高周波電源２８に接続されている。伝熱部材２５はステージ本体１３内の表面近傍に埋設されており、ステージ本体１３よりも熱伝導率が高い材料によって形成されている。

ステージ本体１３内には、複数のガス供給路１８と、流体流路１６が形成されている。複数のガス供給路１８の各々は独立した流路であり、その上流端は、ガス流路１８ｅを介してガス供給源（図示しない）に接続されている。ガス流路１８ｅにはレギュレータ２３が設けられている。レギュレータ２３によって、ガス供給源から供給されるガスの圧力が所定の圧力に制御される。ガス供給路１８の各々には、流量制御弁１７ａ〜１７ｄと圧力計２２ａ〜２２ｄが設けられている。流量制御弁１７ａ〜１７ｄは、各ガス供給路１８を流れるガスの圧力を制御する。圧力計２２ａ〜２２ｄは、各ガス供給路１８を流れるガスの圧力を検知する。流量制御弁１７ａ〜１７ｄと圧力計２２ａ〜２２ｄは制御部（図示しない）に接続されている。制御部は、圧力計２２ａ〜２２ｄによって検知される圧力に基づいて流量制御弁１７ａ〜１７ｄを制御し、各ガス供給路１８を流れるガスの圧力を制御する。これによって、各ガス供給路１８を流れるガス流量を独立して制御できるようになっている。

ガス供給路１８の各々の下流端は、絶縁材料１２に形成されたガス供給溝２１に連通しており、ガス供給溝２１の上端は放電空間８に向かって開口している。ガス供給源から供給されたガスＧ２は、ガス供給路１８を経由してガス供給溝１８ａから放電空間８へ供給される。流体流路１６は、ステージ本体１３内を循環するように形成されている。流体流路１６の一端には供給口１６ａが設けられ、他端には排出口１６ｂが設けられている。供給口１６ａと排出口１６ｂはステージ本体１３の外側に位置している。供給口１６ａに供給された冷媒は、流体流路１６を流れ、排出口１６ｂから排出される。流体流路１６を流れる冷媒によってステージ１４が冷却され、ステージ１４に載置された半導体ウェハ２４も冷却される。

図２に、ステージ１４の上視図を示す。図２は、枠１４ａの内側のみを示している。
図２に示すように、ステージ１４は上面から視たときに円形となっている。ステージ１４の表面には、ガス供給溝２１ａ１〜２１ｄ２が形成されている。ステージ本体１３の表面のうちガス供給溝２１ａ１〜２１ｄ２が形成されていない範囲に、絶縁部材１２と電極板（図示しない）が配設されている。絶縁部材１２は、例えばポリイミドなどで形成されている。ステージ１４は、ステージ１４の周方向に４つの区画Ａ〜Ｄに分割されている。区画Ａの内周側にはガス供給溝２１ａ１が形成されており、外周側にはガス供給溝２１ａ２が形成されている。区画Ｂの内周側にはガス供給溝２１ｂ１が形成されており、外周側にはガス供給溝２１ｂ２が形成されている。区画Ｃの内周側にはガス供給溝２１ｃ１が形成されており、外周側にはガス供給溝２１ｃ２が形成されている。区画Ｄの内周側にはガス供給溝２１ｄ１が形成されており、外周側にはガス供給溝２１ｄ２が形成されている。各区画Ａ〜Ｄの内周側に形成されているガス供給溝２１ａ１，２１ｂ１，２１ｃ１，２１ｄ１は、円弧状に伸びる２本の溝と区画の境界線に沿って半径方向に伸びる２本の溝で構成されている。半径方向に伸びる２本の溝は、ステージ１４の中央近傍で接続している。各区画Ａ〜Ｄの外周側に形成されているガス供給溝２１ａ２，２１ｂ２，２１ｃ２，２１ｄ２は、円弧状に伸びる溝で構成されている。ガス供給溝２１ａ１〜２１ｄ２の各々は、区画Ａ〜Ｄ毎に異なるガス供給路１８に連通しており、各区画Ａ〜Ｄは独立している。各ガス供給路１８は、円弧状に伸びる各ガス供給溝１８ａ１〜１８ｄ２の中央に連結している。中央に連結することで、円弧状のガスの供給溝２１ａ１〜２１ｄ２内にガスを均等に流すことができる。ウェハ処理装置１００では、各ガス供給溝１８ａ１〜１８ｄ２のガスＧ２の圧力が独立して制御される。

以下に、図１、図２を参考にして、ウェハ処理装置１００によって半導体ウェハ２４にドライエッチングを行うときの動作の一例を説明する。
まず、ステージ１４の表面に半導体ウェハ２４を載置して、チャンバ１０を密閉する。次に、チャンバ１０内の空気をチャンバ排気口１０ａから排出してチャンバ１０内を真空にする。次に、流体流路１６に冷媒を供給する。これによって、ステージ本体１３内が冷却される。

次に、ガス供給源からレギュレータ２３を介してガス供給路１８にガスＧ２を供給する。ガスＧ２は、例えばＨｅガスを用いることができる。本実施例のウェハ処理装置１００では、流量制御弁１７ａ〜１７ｄによって、各ガス供給路１８を流れるガスＧ２の圧力が制御される。具体的には、区画Ａの内周側のガス供給溝２１ａ１に連結されているガス供給路１８ａ１を流れるガスの圧力が１４Ｔｏｒｒ、区画Ａの外周側のガス供給溝２１ａ２に連結されているガス供給路１８ａ２を流れるガスの圧力が１２Ｔｏｒｒに制御される。さらに、区画Ｂの内周側のガス供給溝２１ｂ１に連結されているガス供給路１８ｂ１を流れるガスＧ２の圧力が２０Ｔｏｒｒ、区画Ｂの外周側のガス供給溝２１ｂ２に連結されているガス供給路１８ｂ２を流れるガスの圧力が１８Ｔｏｒｒに制御される。さらに、区画Ｃの内周側のガス供給溝２１ｃ１に連結されているガス供給路１８ｃ１を流れるガスＧ２の圧力が１７Ｔｏｒｒ、区画Ｃの外周側のガス供給溝２１ｃ２に連結されているガス供給路１８ｃ２を流れるガスＧ２の圧力が１５Ｔｏｒｒに制御される。さらに、区画Ｄの内周側のガス供給溝２１ｄ１に連結されているガス供給路１８ｄ１を流れるガスＧ２の圧力が１０Ｔｏｒｒ、区画Ｄの外周側のガス供給溝２１ｄ２に連結されているガス供給路１８ｄ２を流れるガスの圧力が８Ｔｏｒｒに制御される。

次に、処理ガス供給路２に処理ガスＧ１を供給する。処理ガス供給路２に供給された処理ガスＧ１は、処理ガス供給溝２ａから放電空間８へ供給される。同時に、高周波電源２８から下部電極２６に高周波電力が印加され、下部電極２６と上部電極４の間の放電空間８にグロー放電が生じる。これによって、放電空間８内の処理ガスＧ１がプラズマ化される。放電空間８内に発生したプラズマによって半導体ウェハ２４と絶縁材料１２の間に電位差が生じ、半導体ウェハ２４がステージ１４の表面に静電吸着される。さらに、放電空間８内に発生したプラズマによって半導体ウェハ２４がドライエッチングされる。

本実施例のウェハ処理装置１００では、各々のガス供給溝２１ａ１〜２１ｄ２を流れるガスＧ２の圧力が制御され、半導体ウェハ２４からステージ１４に伝熱される熱量が制御される。ウェハ処理装置１００では流体流路１６を流れる冷媒によってステージ１４を冷却しているため、ガス供給路１８を流れるガスＧ２の圧力を高くすると、ステージ１４によって半導体ウェハ２４が冷却される効率が高くなる。また、ガス供給路１８を流れるガスＧ２の圧力を低くすると、ステージ１４によって半導体ウェハ２４が冷却される効率が低くなる。このため、ガス供給溝２１ａ１〜２１ｄ２を流れるガスＧ２の流量を区画Ａ〜Ｄ毎に独立して制御することによって、半導体ウェハ２４の周方向に温度の異なる４つの領域（ステージ１４の区画Ａ〜Ｄに対応する領域）を形成することができる。この状態でエッチングが行われるため、半導体ウェハ２４に形成された温度が異なる４つの領域毎に、異なるエッチングレートでトレンチを形成することができる。これによって、半導体ウェハ２４内にエッチング深さの異なる４種類のトレンチを形成することができる。なお、本実施例のウェハ処理装置１００では流体流路１６に流れる冷媒によってステージ１４を冷却しているが、流体流路１６に熱媒を流すことによってステージ１４を加熱してもよい。この場合、ガス供給路１８を流れるガスＧ２の圧力を高くすると、ステージ１４によって半導体ウェハ２４が加熱される効率が高くなる。ガス供給路１８を流れるガスＧ２の圧力を低くすると、ステージ１４によって半導体ウェハ２４が加熱される効率が低くなる。
また、本実施例のウェハ処理装置１００によると、半導体ウェハ２４の周方向に複数の温度が異なる領域が形成され、各々の領域の形状が扇形となる。ウェハ処理装置１００を用いて半導体ウェハ２４を処理すると、半導体ウェハ２４に各々の中心角が９０°である扇形の領域が形成される。このため、各々の区画Ａ〜Ｄの中心角を挟む２つの線分に沿って（各々の区画の境界に沿って）隙間がないようにチップパターンを形成することができる。このため、半導体ウェハ２４に無駄な領域が少なくなり、チップの取れ数を十分に増やすことができる。

プラズマ処理によってトレンチを形成しているときの半導体ウェハ２４の中央部は、外周部に比べてトレンチの表面に反応生成物が付着しやすい。このため、半導体ウェハ２４の外周部はプラズマに晒されやすい。その結果、半導体ウェハの２４の外周部と中央部の温度が等しければ、中央部に比べて外周部のエッチングレートが高くなり、外周部と中央部の間にエッチングばらつきが生じる。ウェハ処理装置１００では、各々の区画の外周部（外側）と中央部（内側）に、独立してガスが流れるガス流路（ガス供給溝２１ａ１〜２１ｄ２）が形成され、外周部側のガス圧力を内周部側のガス圧力より低く制御するため、ステージ１４の外周部と中央部の各々でエッチングレートを制御することができる。これによって、半導体ウェハ２４の外周部と中央部のエッチングレートの均一性をつくり出している。

なお、ウェハ処理装置１００では、ステージ本体１３内の表面近傍に、各々の区画Ａ〜Ｄの温度を独立して制御する冷却装置が配設されていてもよい。この場合、冷却装置を用いて各々の区画Ａ〜Ｄ内の温度を独立して制御することができ、半導体ウェハ２４の周方向に温度の異なる４つの領域（ステージ１４の区画Ａ〜Ｄに対応する領域）を形成することができる。また、冷却装置に替えて、各々の区画内に、区画内の温度を独立して制御する加熱装置が配設されていてもよい。

また、ウェハ処理装置１００では、各々の区画Ａ〜Ｄの境界に沿って断熱部材が配置されていてもよい。この場合、隣接する２つの区画の間で伝熱される熱量が断熱部材によって抑制されるため、各々の区画Ａ〜Ｄをより高い精度で温度制御することができる。これによって、半導体ウェハ２４の周方向により高い精度で温度の異なる複数の領域を形成することができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本発明の第１実施例であるウェハ処理装置１００の模式的な全体図を示す。 ウェハ処理装置１００のステージ１４の上面図を示す。

符号の説明

２：処理ガス供給路
２ａ：処理ガス供給孔
４：上部電極
６：処理ガス供給部
８：放電空間
１０：チャンバ
１０ａ：チャンバ排気口
１２：絶縁部材
１３：ステージ本体
１４：ステージ
１４ａ：枠
１６：流体流路
１６ａ；供給口
１６ｂ：排出口
１７ａ〜１７ｄ：流量制御弁
１８、１８ａ１〜１８ｄ２：ガス供給路
１８ｅ：ガス流路
２０：コンデンサ
２１、２１ａ１〜２１ｄ２：ガス供給溝
２２：圧力計
２３：レギュレータ
２４：半導体ウェハ
２５：伝熱部材
２６：下部電極
２８：高周波電源
３０：配線
Ａ〜Ｄ：区画

Claims (3)

1. ステージの表面に半導体ウェハを載置し、その半導体ウェハを加工するウェハ処理装置であり、
   前記ステージが、そのステージの周方向に複数の区画に分割されており、
   その区画の各々に、前記ステージの表面から前記半導体ウェハに伝熱される熱量を独立して制御する温度制御手段が設けられていることを特徴とするウェハ処理装置。
2. 前記区画の各々に、独立してガスが流れるガス流路が形成されており、
   前記温度制御手段の各々は、前記ガス流路を流れるガスの圧力を制御することを特徴とする請求項１のウェハ処理装置。
3. 前記ステージの表面側の少なくとも一部に伝熱部材が配設されており、その伝熱部材は前記ステージ内の他の部位よりも熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１又は２に記載のウェハ処理装置。

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