JP2630245B2 - 半導体基板のステージ - Google Patents

半導体基板のステージ

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JP2630245B2
JP2630245B2 JP35039593A JP35039593A JP2630245B2 JP 2630245 B2 JP2630245 B2 JP 2630245B2 JP 35039593 A JP35039593 A JP 35039593A JP 35039593 A JP35039593 A JP 35039593A JP 2630245 B2 JP2630245 B2 JP 2630245B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置に関し、
特に半導体基板に対して処理を行う際に半導体基板を支
持するためのステージに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程では、プラズマエ
ッチングやプラズマCVD等のプラズマにより半導体基
板に対して処理を行う工程があるが、この際に半導体基
板はプラズマに晒されるため、半導体基板の温度が上昇
される。このため、半導体基板を支持するステージに冷
却機能を持たせて半導体基板の温度上昇を抑制し、半導
体基板を所望の温度に制御することが行われている。図
4は従来のステージの一例を示す断面図であり、半導体
基板Wを載置するステージ11は良好な熱伝導性をもつ
金属で構成されている。このステージ11の内部には配
管12が延設され、この配管12の中を冷媒が通流さ
れ、この冷媒によってステージ11が冷却され、更に半
導体基板Wを冷却してその温度上昇を抑制している。
【0003】また、最近では更に積極的に半導体基板を
冷却するために種々のステージが提案されており、例え
ば実開平2−129727号公報に提案されているもの
を図5に示す。半導体基板Wはクランプ22によりステ
ージ21に固定される。ステージ21の半導体基板Wの
載置面は良好な熱伝導性を有する金属薄膜23で構成さ
れており、ステージ21上に密封室を画成している。そ
して、この密封室内には冷媒供給口24、冷媒排出口2
5により冷媒25が供給、排出される。このため、冷媒
26の圧力によって金属薄膜23が半導体基板側Wに凸
状状態となる。このため、金属薄膜23は半導体基板W
の表面形状に対応して変形し、金属薄膜23が半導体基
板の表面に密着され、両者の接触面積が増大して半導体
基板Wとステージ21の内部の冷媒25との間の熱交換
効率を向上させ、半導体基板Wの温度上昇を抑制する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のステ
ージでは、半導体基板と冷媒との間で熱交換を行うこと
で半導体基板の温度を所望の温度に制御することは可能
であるが、その温度を迅速に変化させる制御を行うこと
は困難である。例えば、半導体基板に形成した多層膜を
順次エッチングする場合、各層の材質により最適なガス
の種類、高周波印加電圧、ガス圧力、半導体基板の温度
等のパラメータが存在しているため、その際にはエッチ
ングの進行に伴って半導体基板の温度を迅速に変化させ
る制御が必要とされる。
【0005】一般に、図4や図5に示したステージにお
いて半導体基板の温度を変化させる場合、例えば処理中
の半導体基板の温度を80度から110度に変化させる
場合には、冷媒の温度を20度から50度に変える必要
がある。図3(c)は冷媒の温度変化させることで半導
体基板の温度が変化される場合の温度変化を示す図であ
り、処理時間は4分で、最少の2分は低温で処理し、最
後の2分は高温で処理を行う。
【0006】最初、冷媒の温度は30度に設定する、処
理開始より15秒後には半導体基板の温度は80温度で
平衡状態となる。処理開始より2分後に処理を中断し、
冷媒の温度を20度から50度に上昇させるが、冷媒の
温度を変えるのに時間がかかり、20度から50度まで
上昇させるのに必要な時間は約15分である。冷媒の温
度が50度に達してから処理を再開する。処理再開より
15秒後には半導体基板の温度は110度で平衡状態と
なり、処理再開より2分後には処理を終える。結果とし
て、4分の処理に対し、処理開始から終了まで19分か
かることになる。本発明の目的は、半導体基板を迅速に
所望の温度に制御することを可能にしたステージを提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のステージは、半
導体基板が直接に載置されるステージ固定部と、このス
テージ固定部に対して移動可能なステージ可動部とで構
成されており、ステージ固定部にはその内部に冷媒を通
流可能に構成し、ステージ可動部はステージ固定部と接
触状態を保って移動でき、かつその一方向に移動された
ときに半導体基板に接触されるように構成する。例え
ば、ステージ固定部は板状に形成されてその厚さ方向に
穴が貫通され、ステージ可動部はステージ固定部の下側
で上下移動可能に構成され、その上面には前記穴内に嵌
入可能な突起を有し、ステージ可動部が上昇されたとき
に突起の上端面が穴を通してステージ固定部の半導体基
板搭載面と同一面に位置されるように構成する。この場
合、穴は半導体基板の搭載面の近傍で内径が細く形成さ
れた段部を有し、突起は穴と等しい外径に形成されると
ともにその上端部は穴の細径に合わせて細径に形成され
た段部を有し、これら穴と突起の段部における衝接によ
り突起の上端面と半導体基板搭載面とを同一面に保つよ
うに構成する。また、本発明のステージは、ステージ固
定部とステージ可動部はそれぞれ内部に冷媒を通流可能
に構成し、ステージ可動部は一方向に移動されたときに
半導体基板に接触されるように構成する。
【0008】
【作用】ステージ可動部が半導体基板から離れた位置に
あるときには、半導体基板の冷却効率が低下され、ステ
ージ可動部が半導体基板に接触したときには半導体基板
の冷却効率を高め、半導体基板を迅速に所望の温度に制
御することが可能となる。
【0009】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例を示しており、(a)は平
面図、(b)はその縦断面図である。ステージ1はステ
ージ固定部2とステージ可動部3とで構成される。ステ
ージ固定部2は熱伝導性の良好な金属により厚肉の円板
状に形成されており、半導体基板Wの搭載面には直径5
mm程度の複数の穴4を等間隔で開設し、この穴4は搭
載面より3mm程度下側の位置に段部4aが設けられ、
この段部4aにおいて7mm程度に拡径され、そのまま
直下に伸びてステージ固定部2の厚さ方向に貫通されて
いる。また、ステージ固定部2はその内部に前記穴4間
を縫うように配管5が蛇行配設され、その両端はステー
ジ固定部の側面2箇所で開口され、図外の冷媒供給装置
に連通され、配管5内を冷媒が通流されるように構成さ
れる。
【0010】一方、ステージ可動部3はステージ固定部
2と同様に熱伝導性の良好な金属により略同径の厚肉円
板状で形成される。そして、その上面には前記ステージ
固定部2に設けた穴4に対応して円形の突起6を設けて
おり、この突起6は前記穴4内に嵌入されるように構成
され、嵌入されたときには突起6の外面と穴の内面とが
接触されるようになっている。また、突起6の上端部に
は段部6aが設けられ、この段部6aよりも上端の部分
は前記穴4の細い内径に合わせた径寸法とされており、
この突起6が穴内で上昇されて穴4と突起6の各段部4
a,6aが衝接されたときに、突起6の上端面は穴4を
通してステージ固定部2の搭載面と同一面に位置され
る。また、前記ステージ可動部3の下方にはシリンダ7
が配設されており、このシリンダ7の上下移動されるロ
ッド7aの上端がステージ可動部3に連結されている。
したがって、ステージ可動部3はシリンダ7により前記
突起6の長さに略等しい範囲でステージ固定部2に対し
て上下移動されるように構成される。
【0011】したがって、この構成によれば、図1
(b)のように、ステージ可動部3が上動位置に移動さ
れているときには、ステージ可動部3の突起6がステー
ジ固定部2の穴4内に嵌入されて両者が密接され、かつ
突起6の上端面はステージ固定部2の搭載面と同一面の
位置にある。このため、ステージ固定部2の搭載面に半
導体基板Wが載置されたときには、半導体基板Wの裏面
はステージ固定部2の搭載面と、ステージ可動部3の突
起6の上端面に接触されることになり、半導体基板Wは
これらの面との間で熱の伝達が行われることになる。し
たがって、ステージのこの状態でステージ固定部2の上
面に半導体基板Wを搭載し、プラズマにより処理を行う
と、半導体基板Wはフラズマに晒されて温度が上昇され
ようとするが、半導体基板Wの裏面はその略全面におい
てステージ1に接触されているため、ステージ1による
冷却効果が高いものとなり、半導体基板Wの温度上昇を
最小限に抑えることができる。
【0012】一方、図2に示すように、シリンダ7によ
りステージ可動部3を下降させると、ステージ可動部3
の突起は穴4内で下降され、これにより半導体基板Wの
裏面は突起6の上端面と接触されなくなり、結果として
半導体基板Wとステージ1との接触面積が減少される。
このため、半導体基板Wに対するステージによる冷却効
果が低下され、半導体基板Wの温度はステージ可動部3
を上昇させていたときよりも高くなる。なお、このと
き、穴4と突起6はステージ1の全面に均一に存在して
いるため、ステージ固定部2とステージ可動部3との間
の熱伝導効率の低下はステージ面に均等に生じることに
なり、半導体基板Wの温度分布の均一性が損なわれるこ
とはない。
【0013】図3(a)は本実施例による半導体基板の
温度の変化を示したものである。処理時間は4分で、最
初の2分は低温で処理、最後の2分は高温で処理を行
う。冷媒温度は20度である。プラズマによる処理の開
始時には、ステージ可動部3は図1のように上昇させて
半導体基板Wとの接触面積を大きくし、ステージ全体と
しての熱容量を大きくしておく。処理開始後15秒後に
は半導体基板Wの温度は80度まで上昇し、平衡状態に
なる。処理開始より2分後、今度はステージ可動部3を
図2のように下降させ、ステージ1と半導体基板Wの裏
面の接触面積を小さくする。その結果、冷媒と半導体基
板の熱交換効率は低下されるので、半導体基板Wの温度
は更に上昇し、15秒後には110度で平衡状態に達
し、処理開始から4分後に処理を終了する。このよう
に、半導体基板Wの温度を迅速に変化させることが可能
とされたため、従来では19分かかっていた処理を4分
で終了することができる。
【0014】また、本発明では、半導体基板の温度を低
下させる際にも有効である。即ち、図3(b)のよう
に、エッチング時間は4分とし前半2分は高温で後半2
分は低温で処理を行う。処理開始時にはステージ可動部
3を図2のように下降させて半導体基板Wとステージ1
との接触面積を小さくする。処理開始後20秒で半導体
基板Wの温度は110度で平衡状態となる。2分後、図
1のようにステージ可動部3を上昇させると、半導体基
板Wとステージ1との接触面積が大きくなり、半導体基
板Wは80度で平衡状態となる。
【0015】なお、ステージに設けた穴と突起は、その
平面形状を角状に形成してもよく、或いは帯状に形成し
てもよい。また、前記実施例ではステージ固定部にのみ
冷媒を通流するように構成しているが、ステージ可動部
にも冷媒を通流するように構成すれば、ステージ可動部
がステージ固定部に対して接触されない状態で移動され
るように構成することも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板が直接に載置されるステージ固定部にはその内部に冷
媒を通流可能に構成し、このステージ固定部に対して移
動可能なステージ可動部はステージ固定部と接触状態を
保って移動でき、かつその一方向に移動されたときに半
導体基板に接触されるように構成しているので、ステー
ジ可動部が半導体基板から離れた位置にあるときには、
半導体基板の冷却効率が低下され、ステージ可動部が半
導体基板に接触したときには半導体基板の冷却効率を高
め、半導体基板を迅速に所望の温度に制御することが可
能となる。これにより、半導体装置の製造効率を高める
ことができる効果がある。また、ステージ固定部は板状
に形成されてその厚さ方向に段部を有する穴が貫通さ
れ、ステージ可動部には穴内に嵌入可能な段部を有する
突起を有し、ステージ可動部が上昇されたときに両者の
段部が衝接して突起の上端面が穴を通して半導体基板搭
載面と同一面に位置されることで、半導体基板にダメー
ジを与えることなくステージ固定部を半導体基板に接触
させることが可能となる。更に、ステージ固定部とステ
ージ可動部のそれぞれの内部に冷媒を通流可能に構成す
ることで、冷却効率を更に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示し、(a)は平面図、
(b)はステージ可動部が上昇されたときの縦断面図で
ある。
【図2】本発明の一実施例において、ステージ可動部が
下降した状態の断面図である。
【図3】本発明と従来の各ステージによる半導体基板の
温度変化制御を説明するための図である。
【図4】従来の一般的なステージの断面図である。
【図5】最近提案されているステージの断面図である。
【符号の説明】
1 ステージ 2 ステージ固定部 3 ステージ可動部 4 穴 4a 段部 5 配管 6 突起 6a 段部 W 半導体基板

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板が載置されるステージを、前
    記半導体基板が直接に載置されるステージ固定部と、こ
    のステージ固定部に対して移動可能なステージ可動部と
    で構成し、前記ステージ固定部にはその内部に冷媒を通
    流可能に構成し、前記ステージ可動部は前記ステージ固
    定部と接触状態を保って移動でき、かつその一方向に移
    動されたときに前記半導体基板に接触されるように構成
    したことを特徴とする半導体基板のステージ。
  2. 【請求項2】 ステージ固定部は板状に形成されてその
    厚さ方向に穴が貫通され、ステージ可動部はステージ固
    定部の下側で上下移動可能に構成され、その上面には前
    記穴内に嵌入可能な突起を有し、ステージ可動部が上昇
    されたときに突起の上端面が穴を通してステージ固定部
    の半導体基板搭載面と同一面に位置されるように構成し
    た請求項1の半導体基板のステージ。
  3. 【請求項3】 穴は半導体基板の搭載面の近傍で内径が
    細く形成された段部を有し、突起は前記穴と等しい外径
    に形成されるとともにその上端部は前記穴の細径に合わ
    せて細径に形成された段部を有し、これら穴と突起の段
    部における衝接により突起の上端面と半導体基板搭載面
    とを同一面に保つように構成してなる請求項2の半導体
    基板のステージ。
  4. 【請求項4】 半導体基板が載置されるステージを、前
    記半導体基板が直接に載置されるステージ固定部と、こ
    のステージ固定部に対して移動可能なステージ可動部と
    で構成し、前記ステージ固定部とステージ可動部はそれ
    ぞれ内部に冷媒を通流可能に構成し、前記ステージ可動
    部は一方向に移動されたときに前記半導体基板に接触さ
    れるように構成したことを特徴とする半導体基板のステ
    ージ。
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