JPH06252094A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明の目的は、プロセスの進行に応じて迅
速にウエーハの温度を変えることが可能な技術を提供す
ることにある。 【構成】 ウエーハ２とウエーハ載置台３との間に介在
する熱媒体ガスの圧力を制御することにより、ウエーハ
載置台３とウエーハ２との間の熱伝達率を変化させ、ウ
エーハの温度を制御する。 【効果】 上述した手段によれば、熱媒体ガスの圧力を
制御することによってウエーハの温度制御を行うので、
ウエーハ載置台の熱容量などに影響されず、迅速にウエ
ーハの温度を変化させ、プロセスの進行に応じて最適の
温度条件にすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造に関し、
特に、プロセスの処理速度がウエーハの温度に依存する
ためにウエーハの温度調節を行う工程に適用して有効な
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造に際し、プラズマＣＶ
Ｄ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）やプラズマエッチング等化学反応を利用したプロ
セスでは、反応速度が反応物の温度に依存するために、
半導体ウエーハの温度が成膜やエッチング等の処理速度
に大きな影響を与える。そのためにこれらのプロセスで
はウエーハの温度調節が重要な問題となる。

【０００３】このような温度調節の方法として、ウエー
ハを載置するウエーハ載置台内部に冷媒を循環させウエ
ーハ載置台を冷却し、ウエーハの熱をウエーハ載置台に
吸収することによってウエーハを冷却する方法が採用さ
れている。しかしながら、ウエーハ及びウエーハ載置台
は何れも微小な凹凸を有し、ウエーハとウエーハ載置台
とは、それらの凹凸による点接触の状態にあり、面接触
即ち密着した状態にはなっていないので、ウエーハから
ウエーハ載置台への直接の熱伝導は起こりにくい。ま
た、反応容器内が真空に近いために、ウエーハとウエー
ハ載置台との間には熱伝導の媒体となる物質が少ないの
で、媒体を介した間接的な熱伝導も起こりにくい。従っ
て、そのままでは、輻射による冷却に頼ることとなり、
冷却の効率が低くなる。そこで、ウエーハとウエーハ載
置台との間に熱媒体となるガスを介在させ、ウエーハと
ウエーハ載置台との間に熱媒体ガスによる熱伝導を起こ
させ、ウエーハ載置台の温度を制御することによって、
ウエーハの温度を制御する温度調節方法が採られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の温度調節方法で
は、ウエーハの温度を変える場合に、先ずウエーハ載置
台の温度を変えなければならない。だが、ウエーハ載置
台の温度調節を行うためには、ウエーハ載置台内部に冷
媒を循環させる循環器の温度調節を行わなければならな
いため、比較的長い時間が必要となる。また、ウエーハ
載置台もある程度大きな熱容量を持っているため、瞬時
に循環器の温度変化に追従できない。従って、現在の温
度調節方法では、プロセスに影響を与えるような温度変
化を短時間にウエーハ載置台に与えることは、不可能で
ある。そのため、ウエーハの温度調節は、プロセスの進
行する間ウエーハ載置台の温度をある一定温度に保つこ
とで行われており、プロセスの進行に応じて迅速に温度
を変えプロセスの進行をコントロールすることには用い
られていない。

【０００５】本発明の目的は、プロセスの進行に応じて
迅速にウエーハの温度を変えることが可能な技術を提供
することにある。

【０００６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【０００８】半導体製造装置のウエーハ載置台を温度調
節し、ウエーハとウエーハ載置台との熱伝導のために、
ウエーハとウエーハ載置台との間に介在する熱媒体ガス
の圧力を制御し、ウエーハ載置台とウエーハとの間の熱
伝達率を変化させることによってウエーハの温度を制御
する。

【０００９】

【作用】上述した手段によれば、熱媒体ガスの圧力を変
化させることによって制御を行うので、ウエーハ載置台
の熱容量などに影響されず、迅速にウエーハの温度を変
化させることが可能となる。

【００１０】以下、本発明の構成について、実施例とと
もに説明する。

【００１１】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明をプラズマエッチング装置に
適用した実施例の構成を示す図である。図中、１はプラ
ズマエッチングを行うために０．１Ｔｏｒｒから０．０
１Ｔｏｒｒ程度の真空を保つ円筒状の真空容器である。

【００１３】真空容器１内には、ウエーハ２を固定する
ウエーハ載置台３とプラズマ発生のための電極４とを設
け、ウエーハ載置台３は電極４と対をなすもう一方の電
極を兼ね、電極４はウエーハ載置台３の上方に対面して
設けている。

【００１４】エッチングのための反応ガスは、ガス導入
管５によって真空容器１内に導入し、排気管６を介して
接続した真空排気系（図示せず）によって吸引され外部
に排出する。プラズマは、ウエーハ載置台３上方に設け
た電極４とウエーハ載置台３との間に高周波電流を印加
し、グロー放電を起こさせることによって生成し、ウエ
ーハ２のエッチングを行う。

【００１５】ウエーハ２は、ウエーハ載置台３上に載
せ、環状のウエーハストッパ７によって上方への移動を
規制し、ウエーハ２とウエーハ載置台３との間には熱媒
体ガスが介在している。

【００１６】熱媒体ガスとしてはヘリウムガスを用い、
ガス供給源であるボンベ８から、ガス供給管９及びウエ
ーハ載置台の中心に設けた流路３ａを通り、ウエーハ２
とウエーハ載置台３との間に供給し、ウエーハ２とウエ
ーハ載置台３との間の隙間を流れ、ウエーハストッパ７
側壁に設けた開口７ａを通って排気管６から排出する。
また、熱媒体ガスの圧力は、ガス供給管９に設けた圧力
制御装置１０によって制御する。

【００１７】なお、図１ではウエーハ２とウエーハ載置
台３との間の隙間を強調して表現してあるが、その隙間
は通常肉眼による判別が困難な程度のわずかな隙間であ
り、ウエーハ２は、ウエーハ載置台３上に部分的に点接
触した状態或いはウエーハ載置台３からわずかに浮き上
がった状態で、ウエーハ載置台３とウエーハストッパ７
とによって保持されている。

【００１８】また、ウエーハ載置台３内には環状の中空
部３ｂを構成し、冷媒管１１を介して冷熱源装置１２か
ら供給される冷媒が、中空部３ｂを循環することによっ
てウエーハ載置台３を冷却している。

【００１９】ウエーハ２の温度は、ウエーハ２裏面に端
部を接している光ファイバー１３を用いた蛍光式の温度
測定装置１４等電気的に絶縁されプラズマ生成のため印
加される高周波に影響を受けない測定装置で測定され
る。

【００２０】以下、本実施例のプラズマエッチング装置
によって、エッチング処理中に温度調節を行う方法を説
明する。

【００２１】本実施例の装置では、ウエーハ２がプラズ
マによって加熱されており、ウエーハ載置台３を冷却し
ウエーハ２の熱をウエーハ載置台３に吸収することによ
ってウエーハ２を冷却し、ウエーハ２の温度を調節す
る。

【００２２】ウエーハ２の温度を上げる場合には、熱媒
体ガスの圧力を下げて、ウエーハ２とウエーハ載置台３
との間に介在する熱媒体ガスの密度が下げてやる。これ
によって、熱伝達に寄与する熱媒体ガスが減少し、ウエ
ーハ２とウエーハ載置台３との間の熱伝達率が下がるの
で、ウエーハ２からウエーハ載置台３に吸収される熱量
が減少し、ウエーハ２の温度が上がることになる。逆
に、ウエーハ２の温度を下げる場合には、熱媒体ガスの
圧力を上げて、ウエーハ２とウエーハ載置台３との間に
介在する熱媒体ガスの密度が上げてやる。これによっ
て、熱伝達に寄与する熱媒体ガスが増加し、ウエーハ２
とウエーハ載置台３との間の熱伝達率が上がるので、ウ
エーハ２からウエーハ載置台３に吸収される熱量が増加
し、ウエーハ２の温度が下がることになる。

【００２３】このような温度の変化は、温度測定装置１
４からのデータを圧力制御装置１０にフィードバックし
て圧力制御装置１０を自動的に制御することで可能とな
る。ウエーハ２の温度を希望する値に設定すれば、その
設定値と温度測定装置１４の温度データとを比較して、
その差に応じて熱媒体ガスの圧力を圧力制御装置１０が
制御し、ウエーハ２の温度を一定値に保持するまたは設
定値まで温度を上昇或いは下降させることが可能であ
る。

【００２４】本実施例のプラズマエッチング装置では、
熱媒体ガスの圧力を変えることによりウエーハ２とウエ
ーハ載置台３との熱伝達率を変化させてウエーハ２の温
度を制御することができるので、ウエーハ載置台３の熱
容量に影響されず、短時間でウエーハ２の温度を変える
ことが可能である。

【００２５】また、ウエーハを中低温に冷却し行うプラ
ズマエッチングの場合、ウエーハ２の処理温度を高くす
れば処理速度は速くなるがサイドエッチングが生じやす
くなり、ウエーハ２の処理温度を低くすれば処理速度は
遅くなるがサイドエッチングが生じにくくなるという特
性がある。さらに、エッチング処理の前期から中期まで
はサイドエッチングが生じにくく、処理の進行につれて
後期にサイドエッチングが生じやすくなるという特性が
ある。

【００２６】これらの特性を利用して、本実施例の装置
を用いてプラズマエッチングを行う際には、処理の中期
までは、圧力制御装置１０によって熱媒体ガスの圧力を
下げてウエーハ２の温度を高めに設定し、処理速度を速
くすることにより処理時間の短縮を図り、処理の後期で
は、圧力制御装置１０によって熱媒体ガスの圧力を上げ
てウエーハ２の温度を低めに設定し、サイドエッチング
の発生を防止する。これによって、処理に要する時間を
短縮し、かつサイドエッチングの発生をも防止すること
が可能となる。

【００２７】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００２８】例えば、反応性イオンエッチング装置等他
のドライエッチング装置全般、或いはプラズマＣＶＤ装
置等のＣＶＤ装置全般、その他にもウエーハ載置台を温
度調節し、ウエーハとウエーハ載置台との間に介在する
熱媒体ガスによってウエーハとウエーハ載置台との間の
熱伝達を行い、ウエーハの温度を調節する半導体製造装
置全般に適用することが可能である。

【００２９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００３０】（１）本発明によれば、熱媒体ガスの圧力
を変えることによりウエーハとウエーハ載置台との熱伝
達率を変化させてウエーハの温度を制御することができ
るので、ウエーハ載置台の熱容量などに影響されず、短
時間でウエーハの温度を変えることが可能となるという
効果がある。

【００３１】（２）本発明によれば、短時間でウエーハ
の温度を変えることができるので、プロセスの進行に応
じてウエーハの温度を変化させ、最適の温度条件で処理
を行うことが可能になるという効果がある。

【００３２】（３）本実施例の装置を用いてプラズマエ
ッチングを行う際には、処理の中期までは、熱媒体ガス
の圧力を低くしてウエーハの温度を高めに設定し、処理
の後期では、熱媒体ガスの圧力を高くしてウエーハの温
度を低めに設定することによって、中間までの処理速度
を速くして処理に要する時間を短縮し、かつ後期の処理
速度を遅くしてサイドエッチングの発生を防止すること
が可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるプラズマエッチング
装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１…真空容器、２…ウエーハ、３…ウエーハ載置台、３
ａ…流路、３ｂ…中空部、４…電極、５…ガス導入管、
６…排気管、７…ウエーハストッパ、７ａ…開口、８…
ボンベ、９…ガス供給管、１０…圧力制御装置、１１…
冷媒管、１２…冷熱源装置、１３…光ファイバ、１４…
温度測定装置。

フロントページの続き (72)発明者 河合 和彦 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 加藤 誠一 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエーハ載置台を温度調節し、ウエーハ
   とウエーハ載置台との間に介在する熱媒体ガスによって
   ウエーハとウエーハ載置台との間の熱伝達を行い、ウエ
   ーハの温度を調節する半導体製造装置であって、ウエー
   ハとウエーハ載置台との間に介在する熱媒体ガスの圧力
   を変えてウエーハの温度を制御することを特徴とする半
   導体製造装置。
2. 【請求項２】 ウエーハ載置台を温度調節し、ウエーハ
   とウエーハ載置台との間に介在する熱媒体ガスによって
   ウエーハとウエーハ載置台との間の熱伝達を行い、ウエ
   ーハの温度を調節する半導体製造方法であって、ウエー
   ハとウエーハ載置台との間に介在する熱媒体ガスの圧力
   を変えてウエーハの温度を制御することを特徴とする半
   導体製造方法。
3. 【請求項３】 ウエーハのドライエッチング加工におい
   て、中期まではウエーハとウエーハ載置台との間に介在
   する熱媒体ガスの圧力を下げることによってウエーハの
   温度を上げてエッチングを行い、エッチングの後期に
   は、熱媒体ガスの圧力を上げることによってウエーハの
   温度を下げてエッチングを行うことを特徴とする請求項
   ２に記載の半導体製造方法。