JPH0461325A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、処理装置に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体素子の製造工程においては、例えばエツ
チング装置、アッシング装置、イオン注入装置、スパッ
タ装置等の減圧下で処理を行う各種半導体製造装置が使
用されている。これら各装置においては、通常、載置台
上に保持された被処理物である半導体ウエノ１に対し、
真空中や減圧雰囲気下にて所望の処理が施される。

上述したような各種製造装置では、処理工程中に半導体
ウェハが昇温し、物理的特性等が変化して処理の均一性
が低下することを防止するため、載置台側に冷却ジャケ
ットを設ける等して、半導体ウェハを冷却しながら処理
を行っている。

ところで、一般に載置台と半導体ウェハ裏面間には微視
的な空間が存在し、減圧雰囲気下での処理においては上
記空間も減圧状態とされるため、上述したように半導体
ウニｌ＼を間接的に冷却する方法を採用した場合には、
上記減圧された空間の存在によって熱伝達が著しく悪化
し、有効に半導体ウェハを冷却することができないとい
う問題がある。

そこで、載置台と半導体ウェハ間の熱伝達が阻害されな
い程度に気体を導入し、冷却効率の低下を防止すること
が行われている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の半導体製造装置においては、半導
体ウェハの中央部と周縁部とて温度分布が不均一になり
やすいという問題があった。

これは、従来の半導体製造装置では伝熱媒体となる気体
を半導体ウェハの中央部付近に相当する位置のみから導
入していたことに起因して発生するものと考えられる。

上述したように、半導体ウエノ１の温度分布が不均一と
なると、処理条件に差が生して処理品質の不安定化を招
いてしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、減圧雰囲気下や真空中で処理を行う際
に、被処理物の温度分布を均一に保つことを可能にした
処理装置を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、載置台上に保持された被処理物に対
し、前記被処理物と載置台間に導入された気体を介して
前記被処理物の温調を行いつつ、減圧下にて所定の処理
を施す処理装置において、前記被処理物と載置台間の圧
力がほぼ一定に保たれるよう、前記導入気体の供給口を
前記載置台に複数設けたことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明の処理装置においては、被処理物と載置台との間
の伝熱媒体となる気体の供給口を載置台に複数設けるこ
とによって、被処理物と載置台との間の圧力が全体にほ
ぼ一定に保たれるようにしている。つまり、部分的に導
入気体の供給口を複数設けることによって、供給口付近
のみの圧力が高くなることを防止している。一方、被処
理物と載置台間の熱伝達効率、換言すれば冷却効率は、
その間の圧力に大きく依存する。従って、被処理物と載
置台との間の圧力を全体にほぼ一定に保つことにより、
被処理物全体の温度分布を均一にすることが可能となる
。

（実施例） 以下、本発明装置をエツチング装置に適用した実施例に
ついて、図面を参照して説明する。

第１図に示すように、真空容器１内には、下部電極を兼
ねる例えばアルマイト被膜を有するアルミニウム等から
なる載置台２と、上部電極３とが対向して配置されてお
り、また真空容器１内を所定の真空状態例えば数１０■
Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒまで排気することが可能な排
気系４が接続されている。

上記載置台２の上面には、弾性フィルム５例えばポリイ
ミド系樹脂・カプトンフィルム（商品名）が配置されて
おり、この弾性フィルム５上に被処理物例えば半導体ウ
ェハ６が載置される。そして、載置台２の外周側には、
例えばエアシリンダ等の駆動機構７によって昇降可能と
されたクランブリング８が配置されており、このクラン
ブリング８によって半導体ウェハ６の周縁部を弾性フィ
ルム５に押圧することにより、半導体ウェハ６は所定の
クランプ荷重で載置台２に保持される。

また、載置台２の上面は、半導体ウェハ６の周縁にクラ
ンブリング８で加えたクランプ荷重が、半導体ウェハ６
の周辺固定による等分布荷重として加わったと仮定した
時の半導体ウェハ６の変形曲面とほぼ同一の曲面で凸状
に形成されている。

上記載置台２は、半導体ウェハ６を冷却可能に保持する
ものてあり、載置台２内部には冷却ジャケット９か内蔵
されている。冷却ジャケット９には、冷却媒体の導入管
１０と排出管１１とが接続されており、冷却ジャケット
９内部に冷却媒体例えば冷却水を循環させることによっ
て、半導体ウェハ６の冷却が行われる。

ここで、載置台２の上面に配置された弾性フィルム５と
半導体ウェハ６との間には、微視的に見ると微小な空間
が必然的に形成される。載置台２内には、上記微小空間
内に載置台２と半導体ウェハ６との間の伝熱媒体となる
気体を導入するためのガス導入管１２が中央部を貫通し
て設けられている。

上記ガス導入管１２の載置台２上面側の端部、すなわち
開放部１３は、第２図（ａ）および（ｂ）に示すように
、まず中心付近の円周上の均等位置に複数例えば４個の
ガス供給口１３ａとして開口されており、また周縁部近
傍の円周上の均等位置に複数例えば８個のガス供給口１
３ｂとして開口されており、さらに中心付近と周縁部と
の中間位置の円周上の均等位置に複数例えば８個のガス
供給口１３ｃとして開口されている。これらガス供給口
１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、中心付近から放射状に伸び
た接続管１４によって、それぞれガス供給管１２と接続
されている。

つまり、ガス供給口を中心付近のみならず、周縁部やそ
れらの中間位置にも設けることによって、半導体ウェハ
６のほぼ全面において均等なガス吹出し状態が得られる
ように、ガス供給口１３が複数設けられている。その状
態を図示すると、第３図に示すように、伝熱媒体となる
気体が導入される微小空間１５を介して、載置台２上面
と半導体ウェハ６との距Ｍｌが半導体ウェハ６全面にお
いてほぼ均等となるように、複数のガス供給口１３ａ、
１３ｂ、１３Ｃが半径方向に位置設定される。

このガス供給口１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、円孔、楕円
孔、角孔等いずれでもよい。

また、上記ガス導入管１２の他方の端部は、圧力調整機
構１６を介して真空容器１外に配置されたガス供給源１
７に接続されている。

上記圧力調整機構１５内の主配管１８には、ガス供給源
１７側に導入気体の流量を調整する流量調節器１９が介
挿されており、さらに主開閉弁２０および圧力ゲージ２
１を介してガス導入管１２に接続されている。また、上
記主配管１８の主開閉弁２０と圧力ゲージ２１間には、
副配管２２が接続されている。この副配管２２は、開開
閉弁２３および圧力調整弁２４を介して真空ポンプ２５
に接続されている。上記圧力調整弁２４は、圧力ゲージ
２１によって計測された弾性フィルム５と半導体ウェハ
６間の微小空間１５内の圧力に応じて、コントローラ２
６によって制御され、また主開閉弁２０と開開閉弁２１
とが連動するよう構成されている。

ここで、上記伝熱媒体用ガスとしては、例えば窒素ガス
やヘリウム、アルゴン等の不活性ガス等が用いられ、ま
たプロセス用の反応ガス等を用いることか可能である等
、特にガスの種類に限定されるものではない。

また、前述した上部電極３には、反応ガス供給管２７が
接続されていると共に、上部電極３の下部表面には図示
しない微細な小孔が設けられており、この微細な小孔か
ら反応ガス、例えばアルゴンガス等が真空容器１内に流
出可能とされている。

そして、上部電極３に接続された図示しない高周波電源
によって、上部電極３と下部電極である載置台２との間
にプラズマが形成されるよう構成さされている。なお、
上記実施例における載置台２は、電気的に接地されてい
る。また、電圧を印加してもよい。例えば上下電極２．
３間に位相の異なる電力を印加してもよい。

上記構成のエツチング装置におけるエツチング操作は、
例えば以下のようにして行われる。

すなわち、まず所定の真空状態まで排気された真空容器
１内の載置台２上に半導体ウェハ６を配置し、クランプ
荷重８により所定のクランプ荷重で保持する。次に、載
置台２上に配置された弾性フィルム５と半導体ウェハ６
間の微小空間１５内にガス導入管１２から伝熱媒体とな
るガスを以下の手順にしたがって導入する。

まず、ガス供給源１６から例えば０．７ｋｇ／ｃｍ２〜
１．０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で供給される伝熱媒体用
ガスを、流量調節器１９によって所定流量、例えば０〜
２０ＳＣＣ）！程度に調整する。これは、微小空間１５
内に一時に多量のガスが導入され、半導体ウェハ６のク
ランプ状態等が異常となることを防止するためである。

所定流量に調整された伝熱媒体用ガスは、主配管１８を
介してガス導入管１２から微小空間１５内に導入される
。この際に、伝熱媒体用ガスは複数のガス供給口１３ａ
、１３ｂ、１３ｃから微小空間１５内に導入されるため
、第３図に示したように、載置台２上面と半導体ウェハ
６との距離ｐは半導体ウェハ６全面においてほぼ均等と
なるように維持される。

なお、このガス導入時には、微小空間１５内に圧力が所
定の設定圧に到達していないため、圧力調整弁２４は閉
状態とされている。圧力ゲージ２１によって計測された
微小空間１５内の圧力が設定圧まで到達すると、圧力調
整弁２４が開状態とされて、余分な伝熱媒体用ガスは真
空ポンプ２５にて排出される。また、半導体ウニ／％６
の周縁部は、クランブリング８により弾性フィルム５を
介して載置台２に押し付けられているため、伝熱媒体用
ガスは上記微小空間１５内に封入された状態となるが、
処理の進行等に伴って伝熱媒体用ガスが漏れ、設定圧以
下となると、圧力調整弁２４が閉状態となって、伝熱媒
体用ガスが設定圧まで供給される。以上の動作により、
微小空間１５内に圧力は所定の設定圧に維持される。

また、上記微小空間１２内に導入するガス圧は、半導体
ウェハ６と載置台２上面との距離ｇに影響を与えるため
、距離ｇが不均衡とならないように設定する。具体的な
設定圧としては、熱伝達率が飽和する導入ガス圧以下の
値、例えば２０Ｔｏｒｒ程度で飽和する場合１０Ｔｏｒ
ｒ程度の値とすることが好ましい。

そして、上部電極３に所定のＲＦ電力を印加することに
よって、上部電極３と下部電極を兼ねる載置台２と間に
プラズマが形成され、所定の工・ンチング処理か行なわ
れる。

上記エツチング処理工程中において、半導体ウェハ６は
形成されたプラズマやエツチング動作によって温度か上
昇するが、微小空間１５内に導入された伝熱媒体用ガス
を介して半導体ウニ／％６と載置台２との間で熱の伝達
が行われ、冷却ジャケット９内に循環された冷却水によ
って冷却される。

このように、上記実施例のエツチング装置においては、
載置台２上に配置された弾性フィルム５と半導体ウェハ
６間の微小空間１５内に伝熱媒体用ガスを導入し、この
伝熱媒体用ガスを介して半導体ウェハ６と載置台２との
熱的な接続を行っているため、上記伝熱媒体用ガスによ
り加熱流束を充分に大きく設定することか可能となる。

そして、伝熱媒体用ガスの供給口１３　ａ　％　　１３
　ｂ　ｓ　１３　ｃを載置台２に複数設け、半導体ウェ
ハ６載置台２間の圧力を全体にほぼ一定に保つことによ
って、載置台２上面と半導体ウェハ６との距離Ωを半導
体ウェハ６全面においてほぼ均一に維持しているため、
半導体ウニＩ＼６の冷却を効率よく行うことができると
共に、半導体ウエノ＼６全体の温度分布を均一にするこ
とが可能となる。

また、上記微小空間１５内への伝熱媒体用ガスの導入量
を圧力によって制御しているため、処理工程中安定して
半導体ウエノ１６の冷却を行うことが可能となる。

従って、半導体ウェハ６全体に対してエツチング処理を
均質に行うことが可能となり、工・ソチング処理の安定
性が向上する。

なお、上記実施例においては、本発明装置をエツチング
装置に適用した例について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えばアッシング装置、イオ
ン注入装置、スパッタ装置等の減圧下で処理を行う各種
半導体製造装置に対して有効であり、上記エツチング装
置と同様な効果を得ることができる。さらに、被処理体
は半導体に限らず、液晶素子駆動回路であるアモルファ
スＳ１へのＴＰＴ回路の形成に用いてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明装置によれば、伝熱媒体と
なる気体の供給口を複数設けていることから、被処理物
の温度分布を均一に維持することか可能となり、処理品
質の向上か図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置を適用した一実施例のエツチング
装置の構成を示す図、第２図はその要部である載置台と
ガス供給口の状態を示す図、第３図は上記エツチング装
置における被処理物と載置台の関係を示す図である。 １・・・・・・真空容器、２・・・・・載置台、３・・
・・・・上部電極、５・・・・・弾性フィルム、６・・
・・・・半導体ウエノ１８・・・・・・クランブリング
、９・・・・・・冷却ジャケット、１２・・・・・・ガ
ス導入管、１３ａ、１３ｂ、１３Ｃ・・・・・・ガス供
給口、１５・・・・・・微小空間、１６・・・・・・圧
力調整機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　載置台上に保持された被処理物に対し、前記被処理物
   と載置台間に導入された気体を介して前記被処理物の温
   調を行いつつ、減圧下にて所定の処理を施す処理装置に
   おいて、 前記被処理物と載置台間の圧力がほぼ一定に保たれるよ
   う、前記導入気体の供給口を前記載置台に複数設けたこ
   とを特徴とする処理装置。