JPH0982785A - Semiconductor wafer temperature controller - Google Patents

Semiconductor wafer temperature controller

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JPH0982785A
JPH0982785A JP23801395A JP23801395A JPH0982785A JP H0982785 A JPH0982785 A JP H0982785A JP 23801395 A JP23801395 A JP 23801395A JP 23801395 A JP23801395 A JP 23801395A JP H0982785 A JPH0982785 A JP H0982785A
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JP
Japan
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wafer
temperature
semiconductor wafer
control device
temperature control
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Application number
JP23801395A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Inagaki
直樹 稲垣
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to set the temperature of a wafer over a wide range of a high temperature at which the wafer is easily deformable to a low temperature in a wafer temperature controller and to make the temperature in the wafer surface uniform. SOLUTION: A current is suppled to a wafer 10 via a support member 1 to generate Joule heat to control to uniformly heat the surface of the wafer 10. The member 1 is lowered to bring the wafer 10 into direct contact with a stage 3 to be able to quickly cool it. Thus, the temperature of the wafer 10 can be controlled from the high temperature to the low temperature.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハの表
面処理する際に半導体ウェハの温度を制御する半導体ウ
ェハ温度制御装置およびその方法に関に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor wafer temperature control device and method for controlling the temperature of a semiconductor wafer during surface treatment of the semiconductor wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のウェハ温度制御装置は、
半導体ウェハ(以下単にウェハと記す)の表面をエッチ
ングしたり成膜したりする際に、ウェハの載置台に熱源
を配設しその熱源の出力をコントロールしウェハを適宜
の温度に設定し、効果的な処理を行なっていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of wafer temperature control device is
When etching or forming a film on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as "wafer"), a heat source is provided on the wafer mounting table and the output of the heat source is controlled to set the wafer to an appropriate temperature, which is effective. Was being processed.

【0003】図4(a)〜(c)は従来の種々の半導体
ウェハ温度制御装置の例における概略を示す図である。
図4(a)に示すウェハ温度制御装置は、内蔵するヒー
タや冷却管などで温度調節されたステージ27aにウェ
ハ10を載せ、このステージ27aからの直接熱伝導に
よってウェハ10を加熱又は冷却する装置である。ま
た、この装置では、熱伝導効率を高めるために温度調節
されたステージ27aの中央下部よりヘリウムガスの導
入管28を通してウェハ10の裏面とステージ27aと
の間にヘリウムガスを供給している。そして、ウェハ1
0を固定するためにクランプ26が設けられている。
FIGS. 4A to 4C are schematic views showing examples of various conventional semiconductor wafer temperature control devices.
The wafer temperature control device shown in FIG. 4 (a) is a device for placing the wafer 10 on a stage 27a whose temperature is adjusted by a built-in heater or cooling pipe, and heating or cooling the wafer 10 by direct heat conduction from the stage 27a. Is. Further, in this apparatus, helium gas is supplied between the back surface of the wafer 10 and the stage 27a through the helium gas introduction pipe 28 from the lower central portion of the stage 27a whose temperature is adjusted to enhance the heat conduction efficiency. And wafer 1
A clamp 26 is provided to fix 0.

【0004】また、他の例として、図4(b)に示すよ
うに、ウェハ温度制御装置としては、図4(a)と同じ
であるが、ウェハ10の固定およびウェハの吸着力向上
並びに熱伝導効率向上のために、ジョンソン−ラーベッ
クカを利用した静電吸着機構を有している。この静電吸
着機構は、ポリイミドあるいはセラミックス素材で封止
された静電吸着用の電極32と、この電極32に電圧を
印加する静電吸着用電源29とを備えている。
As another example, as shown in FIG. 4 (b), the wafer temperature control device is the same as that shown in FIG. 4 (a), but the fixing of the wafer 10 and the improvement of the suction force of the wafer and the heat treatment are performed. It has an electrostatic attraction mechanism using Johnson-Rahbekka to improve the conduction efficiency. The electrostatic attraction mechanism includes an electrostatic attraction electrode 32 sealed with a polyimide or ceramic material, and an electrostatic attraction power supply 29 that applies a voltage to the electrode 32.

【0005】さらに、他の例としては、図4(c)に示
すように、ホルダ30に乗せられたウェハ10を裏面側
から赤外線を照射し輻射熱で加熱する赤外線ランプ31
によるものがある。
Further, as another example, as shown in FIG. 4 (c), an infrared lamp 31 for irradiating the wafer 10 placed on a holder 30 with infrared rays from the back side to heat the wafer 10 with radiant heat.
There is due to.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のウェハ
温度制御装置の問題点について以下に述べる。
The problems of the above-mentioned conventional wafer temperature control apparatus will be described below.

【0007】まず、図4(a),図4(b)に示したウ
ェハ温度制御装置では、ウェハ10を200℃以上に加
熱する場合は、室温状態のウェハ10を、200℃以上
に加熱したステージに載せた瞬間にウェハ10が反ると
いう問題が生ずる。これは、ウェハの中央部と周辺部分
とに温度差が生じ熱膨張が異なりウェハが大きく反る。
例えば、現在用いられている直径200mmのシリコウ
ェハの場合、この量はSEMI定義の「SORI」で2
00μm以上になり弾性変形の領域を越え、ウェハが元
の「SORI」の大きさ(通常10〜30μm程度)に
戻ることはない。このようにウェハが反った場合は、ウ
ェハ外周部に「スリップ」と呼ばれる結晶欠陥やウェハ
ー中央部に「転移」と呼ばれる結晶欠陥が生じ、ウェハ
から製造される半導体装置の歩留りや品質を著しく低下
させるとともに他の半導体製造装置での処理が不可能に
なるという致命的な問題が生じる。
First, in the wafer temperature control apparatus shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), when the wafer 10 is heated to 200 ° C. or higher, the wafer 10 at room temperature is heated to 200 ° C. or higher. There is a problem that the wafer 10 is warped at the moment when it is placed on the stage. This is because there is a temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the wafer, the thermal expansion is different, and the wafer is largely warped.
For example, in the case of the currently used silicon wafer with a diameter of 200 mm, this amount is 2 according to the SEMI-defined “SORI”.
It does not exceed the value of 00 μm, exceeds the region of elastic deformation, and the wafer does not return to the original size of “SORI” (usually about 10 to 30 μm). When the wafer is warped in this way, crystal defects called “slip” occur at the outer periphery of the wafer and crystal defects called “dislocation” occur at the center of the wafer, significantly lowering the yield and quality of semiconductor devices manufactured from the wafer. At the same time, there is a fatal problem that processing by other semiconductor manufacturing equipment becomes impossible.

【0008】また、たとえ反り量が比較的小さく弾性変
形の領域内で結晶欠陥を起こさずに反りが元に戻る場合
であっても、半導体ウェハーの面内温度差のため特に化
学的反応を利用したドライエッチングにおいてはエッチ
レートや加工形状のウェハー面内差が生じるという問題
がある。
Even if the amount of warpage is relatively small and the warpage returns to the original state without causing crystal defects in the region of elastic deformation, a chemical reaction is utilized due to the in-plane temperature difference of the semiconductor wafer. In the dry etching described above, there is a problem that an in-plane difference between the etching rate and the processed shape occurs.

【0009】一方、図4(c)に示した赤外線ランプで
照射して加熱するウェハ温度制御装置では、赤外線ラン
プの配置の工夫によりウェハー面内を比較的均一に加熱
でき前述したウェハの反りの問題は少ないものの、例え
ば、ドライエッチング装置の場合は、エッチング反応に
よって生じる反応生成物等により赤外線ランプが汚れ加
熱の再現性や均一性が劣化するという問題がある。
On the other hand, in the wafer temperature control device shown in FIG. 4 (c) for heating by irradiating with an infrared lamp, the inside of the wafer can be heated relatively uniformly by devising the arrangement of the infrared lamp, and the above-mentioned warp of the wafer is prevented. Although there are few problems, for example, in the case of a dry etching device, there is a problem that the reproducibility and uniformity of heating of the infrared lamp are deteriorated due to the reaction products generated by the etching reaction.

【0010】また、例えば、ウェハ上の銅/タングステ
ンの積層金属膜をRFプラズマを用いたドライエッチン
グ法により加工する場合、通常、銅は反応性に乏しく2
00℃以上の高温にしないと塩素又は塩素化物と反応し
ない。そこで、このような金属膜をエッチングするに
は、ウェハを200℃〜250℃に加熱して行う必要が
ある。一方、タングステンはフッ素化物としてフッ素を
含むガスによって容易にドライエッチング(プラズマエ
ッチング)できるため、200℃〜250℃の高温領域
では、加工形状制御が不安定となる。そこで、タングス
テンをエッチングする際は、通常、ウェハを10〜40
℃に温調して行う。従って、銅/タングステンの積層金
属膜を同一チャンバーでドライエッチングする場合に
は、銅をエッチングする場合は、ウェハの温度を200
℃〜250℃に、タングステンをエッチングする場合
は、10〜40℃にウェハを各々の温度に制御する必要
がある。ところが赤外線ランプ加熱法の場合は短時間の
うちにウェハの温度を200℃〜250℃から10〜4
0℃に下げることは困難である。
In addition, for example, when a copper / tungsten laminated metal film on a wafer is processed by a dry etching method using RF plasma, copper is usually poor in reactivity and 2
It does not react with chlorine or chlorinated compounds unless it is heated to a temperature higher than 00 ° C. Therefore, in order to etch such a metal film, it is necessary to heat the wafer to 200 ° C. to 250 ° C. On the other hand, since tungsten can be easily dry-etched (plasma etching) with a gas containing fluorine as a fluorinated product, the processing shape control becomes unstable in a high temperature range of 200 ° C to 250 ° C. Therefore, when etching tungsten, the wafer is usually 10 to 40
Adjust the temperature to ℃. Therefore, when the copper / tungsten laminated metal film is dry-etched in the same chamber, when the copper is etched, the wafer temperature is set to 200.
In the case of etching tungsten at a temperature of ℃ to 250 ℃, it is necessary to control the temperature of the wafer at 10 to 40 ℃. However, in the case of the infrared lamp heating method, the temperature of the wafer is changed from 200 ° C. to 250 ° C. to 10 to 4 within a short time.
It is difficult to lower it to 0 ° C.

【0011】この問題は、図4(a),図4(b)に示
したウェハ温度制御装置、すなわち、温調されたステー
ジに載せウェハに直接熱伝導によって加熱冷却させる装
置おいても同様に困難である。
This problem also occurs in the wafer temperature control device shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), that is, in the device for placing the wafer on a temperature-controlled stage and directly heating and cooling the wafer by heat conduction. Have difficulty.

【0012】従って、本発明の目的は、ウェハが変形し
易い高温から低温までの広範囲にウェハの温度にするこ
とができ、かつウェハ面内の温度を均一にすることがで
きるウェハ温度制御装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a wafer temperature control device capable of controlling the temperature of a wafer in a wide range from high temperature to low temperature at which the wafer is easily deformed and making the temperature within the wafer uniform. Is to provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
ウェハを先端に乗せる複数の導電性の棒状の支持部材
と、前記半導体ウェハを前記支持部材側に押し付けるク
ランプと、これら支持部材間に電流を供給し前記半導体
ウェハに電流を流しジュール熱を発生させる電源部と、
前記半導体ウェハの温度を検知する温度センサとを備え
る半導体ウェハ温度制御装置である。また、前記支持部
材を上下に移動させて半導体ウェハと温度制御されたス
テージとの接触および離間させる機構を備えることが望
ましい。
A feature of the present invention is that a plurality of conductive rod-shaped supporting members for placing a semiconductor wafer on the tip thereof, a clamp for pressing the semiconductor wafer to the supporting member side, and a space between these supporting members are provided. A power supply unit for supplying an electric current to generate Joule heat by passing an electric current through the semiconductor wafer,
A semiconductor wafer temperature control device including a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor wafer. Further, it is desirable to provide a mechanism for moving the support member up and down to bring the semiconductor wafer into contact with and separate from the temperature-controlled stage.

【0014】さらに、本発明の他の特徴は、前記半導体
ウェハを前記支持部材と接触させ前記半導体ウェハに電
流を流しジュール熱を発生させ前記半導体ウェハを加熱
して所望の処理温度にし、しかる後前記半導体ウェハと
前記ステージとを接触させて前記半導体ウェハを更に加
熱又は冷却させて前記処理温度と異なる温度の処理温度
に連続して行う制御機構を備える半導体ウェハ温度制御
装置である。
Further, another feature of the present invention is that the semiconductor wafer is brought into contact with the support member and an electric current is applied to the semiconductor wafer to generate Joule heat to heat the semiconductor wafer to a desired processing temperature, and thereafter, It is a semiconductor wafer temperature control device comprising a control mechanism for bringing the semiconductor wafer and the stage into contact with each other to further heat or cool the semiconductor wafer to continuously perform a processing temperature different from the processing temperature.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0016】図1は本発明の一実施の形態におけるウェ
ハ温度制御装置の概略を示す図である。このウェハ温度
制御装置は、図1に示すように、ウェハ10を乗せステ
ージ3の穴に接触することなく貫通する複数の導電性の
支持部材1と、これら支持部材1間に電流を供給しウェ
ハ10にジュール熱を発生しウェハ10を加熱する電源
部2と、ウェハ10の温度を温度センサ6で検出し電源
部2をオンオフするスイッチング機構5を動作させる温
度コントロール装置4とをを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a wafer temperature control device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this wafer temperature control device includes a plurality of conductive support members 1 on which a wafer 10 is placed and which penetrates the holes of the stage 3 without coming into contact with each other, and an electric current is supplied between the support members 1 to provide a wafer. 10 is provided with a power supply unit 2 that generates Joule heat to heat the wafer 10, and a temperature control device 4 that operates a switching mechanism 5 that detects the temperature of the wafer 10 with a temperature sensor 6 and turns the power supply unit 2 on and off. .

【0017】また、クランプ7はウェハ10を固定する
とともにウェハ10の裏面と支持部材1の先端部との接
触抵抗を小さくするために設けられている。そして、こ
のクランプ7は、例えば、耐熱用樹脂で製作され、スプ
リングにより押圧力が与えられている。ウェハ10に電
流を流す電源部2は直流電源であって、その電圧はウェ
ハの回路素子を破壊しない程度である。一方、温度コン
トロール装置4は、ステージ3に内蔵される水冷ジャケ
ットに低温の冷却水の供給を制御する機構と温度センサ
6の検出信号によりステージ3に内蔵されるヒータに供
給する電流を制御することとスイッチング機構5を動作
させる電流制御部とを備えている。
The clamp 7 is provided to fix the wafer 10 and to reduce the contact resistance between the back surface of the wafer 10 and the tip of the supporting member 1. The clamp 7 is made of, for example, heat-resistant resin, and is pressed by a spring. The power supply unit 2 that supplies a current to the wafer 10 is a DC power supply, and its voltage is such that the circuit elements of the wafer are not destroyed. On the other hand, the temperature control device 4 controls the current supplied to the heater built in the stage 3 by the mechanism for controlling the supply of low-temperature cooling water to the water cooling jacket built in the stage 3 and the detection signal of the temperature sensor 6. And a current controller for operating the switching mechanism 5.

【0018】次に、このウェハ温度制御装置の動作を説
明する。まず、クランプ7を引き上げてウェハ10が入
り易くした後、ウェハ10を支持部材1に乗せる。そし
て、クランプ7を引き下げてウェハ10を固定する。次
に、電源部2から支持部材1を介してウェハ10に電流
を流す。このことにより、ウェハ10はジュール熱によ
り発熱し、その温度は温度センサ6で測定される。所望
の温度に達すると、温度コントロール装置4より信号が
スイッチング機構5に転送され、電源部2からの電流の
供給が停止される。このように電流の供給および遮断を
行ない温度が一定になった後、プラズマエッチングを行
なう。
Next, the operation of this wafer temperature control device will be described. First, the clamp 7 is pulled up so that the wafer 10 can be easily inserted, and then the wafer 10 is placed on the support member 1. Then, the clamp 7 is pulled down to fix the wafer 10. Next, an electric current is passed from the power supply unit 2 to the wafer 10 via the support member 1. As a result, the wafer 10 generates heat due to Joule heat, and its temperature is measured by the temperature sensor 6. When the desired temperature is reached, a signal is transferred from the temperature control device 4 to the switching mechanism 5, and the supply of current from the power supply unit 2 is stopped. After the current is supplied and cut off and the temperature becomes constant, plasma etching is performed.

【0019】ここで、ウェハ10に流す電流を設定する
のに以下の手順で電流値を試算することが望ましい。例
えば、ウェハ10を抵抗体と見なし抵抗値[Ω]をRと
し、設定する電流値[A]をI、流す時間[sec]を
tとすれば、熱エネルギーW[cal]=0.24×R
2 tとなる。一方、抵抗Rは一般に試料の長さをl,
断面積をS,抵抗率をPとするとR=P×l/Sで表さ
れる。そして、ウェハの抵抗率は添加される不純物(P
型,N型を決めるボロン又はリン)の量によって異なる
が一般に10[Ω・cm]前後である。これらの抵抗値
と流す時間を決めれば、所望の温度に対する電流値など
を予じめ設定する必要がある。
Here, in order to set the current to be applied to the wafer 10, it is desirable to make a trial calculation of the current value by the following procedure. For example, assuming that the wafer 10 is a resistor, the resistance value [Ω] is R, the current value [A] to be set is I, and the flowing time [sec] is t, the thermal energy W [cal] = 0.24 × R
I 2 t. On the other hand, the resistance R is generally the sample length l,
If the cross-sectional area is S and the resistivity is P, then R = P × l / S. Then, the resistivity of the wafer depends on the added impurities (P
It is generally around 10 [Ω · cm], though it depends on the amount of boron or phosphorus that determines the type and N type. If these resistance values and the flow time are determined, it is necessary to set the current value for a desired temperature in advance.

【0020】また、実際のウェハには裏面にも成膜が行
なわれるため工程によっては裏面に絶縁膜が形成されて
いる場合もある。しかし、試みた結果では1.0μm厚
までの絶縁膜であれば、支持部材材1の先端を針状の突
起部を形成しクランプ7で押さえることによってその先
端部がウェハ10の下地まで到達することが確認でき
た。通常の半導体装置の製造プロセスでは裏面に形成さ
れる絶縁膜の膜厚は3000〜5000オングストロー
ムであり、厚くても8000オングストローム程度であ
るので、支持部材1とウェハ10との接触が十分得られ
た。
Further, since an actual wafer is also formed with a film on the back surface, an insulating film may be formed on the back surface depending on the process. However, as a result of the trial, if the insulating film has a thickness of up to 1.0 μm, the tip of the supporting member material 1 is formed into a needle-shaped protrusion and the clamp 7 presses the tip to reach the base of the wafer 10. I was able to confirm that. In a normal semiconductor device manufacturing process, the thickness of the insulating film formed on the back surface is 3000 to 5000 angstroms, and even the thickest is about 8000 angstroms, so that sufficient contact between the support member 1 and the wafer 10 was obtained. .

【0021】さらに、ウェハ10の中を通る電流によっ
て半導体回路素子の破壊が起きる可能性について調査・
実験を行った結果、電流はウェハの素子形成領域でない
厚い基板部分に流れることと、基板と素子領域層との間
に熱酸化膜などの絶縁膜が形成されているためそれが障
壁となり電流は流れ込まない。その結果、半導体回路素
子の破壊や品質の劣化は認められなかった。
Furthermore, the possibility of destruction of semiconductor circuit elements due to the current passing through the wafer 10 is investigated.
As a result of the experiment, the current flows in the thick substrate portion that is not the element formation region of the wafer, and because an insulating film such as a thermal oxide film is formed between the substrate and the element region layer, it becomes a barrier and the current Does not flow. As a result, no damage or deterioration of the quality of the semiconductor circuit element was observed.

【0022】次に、このウェハ温度制御装置を反応性イ
オンエッチング装置に応用して、実際に銅の金属膜のエ
ッチングを行った例を用いて具体的に説明する。
Next, the wafer temperature control device will be applied to a reactive ion etching device to concretely explain an example in which a copper metal film is actually etched.

【0023】まず、ウェハ10を加熱するのに、電源部
2には直流電源を用いた。そして室温での電極間の抵抗
Rであるウェハ10の厚さを0.06[cm]とし、抵
抗率を10[Ω−cm]としてR=l/S=10[Ω−
cm]×13[cm]/0.06×10[cm2 ]≒2
00[Ω]となる。従って、支持部材1間に流れる電流
を0.5[A]とし、60秒電流を流すと熱エネルギー
WはW=0.24×200×(0.5)2 ×60=72
0[cal]となる。シリコンウェハーの比熱は0.1
66[cal/g℃]であり、質量は約40gであるか
ら、熱エネルギーによる温度の上昇ΔT[℃]はmcΔ
T=W(mは質量,Cは比熱)からΔT≒110℃とな
る。先に述べたように実際の抵抗率は温度の上昇によっ
て低下するので半導体ウェハーの温度が200℃に達す
るまでには約140秒必要であった。かかる高温にウェ
ハ10を加熱してからプラズマ放電を起し銅層をマスク
を介して選択的にエッチング除去した。
First, a DC power source was used for the power source section 2 to heat the wafer 10. The thickness of the wafer 10, which is the resistance R between the electrodes at room temperature, is 0.06 [cm], and the resistivity is 10 [Ω-cm]. R = 1 / S = 10 [Ω-
cm] × 13 [cm] /0.06×10 [cm 2 ] ≈2
00 [Ω]. Therefore, when the current flowing between the supporting members 1 is 0.5 [A] and a current is passed for 60 seconds, the thermal energy W is W = 0.24 × 200 × (0.5) 2 × 60 = 72.
It becomes 0 [cal]. Specific heat of silicon wafer is 0.1
Since it is 66 [cal / g ° C] and the mass is about 40 g, the temperature increase ΔT [° C] due to thermal energy is mcΔ.
From T = W (m is mass, C is specific heat), ΔT≈110 ° C. As described above, the actual resistivity decreases as the temperature rises, so it took about 140 seconds for the semiconductor wafer temperature to reach 200 ° C. After heating the wafer 10 to such a high temperature, plasma discharge was generated to selectively remove the copper layer by etching through the mask.

【0024】図2は本発明の他の実施の形態におけるウ
ェハ温度制御装置の概略を示す図である。このウェハ温
度制御装置は、図2に示すように、ウェハ10を支持部
材1に支持した状態でステージ3に接触させたり離間さ
せたりする昇降機構8を設けたことである。それ以外は
前述の実施の形態のウェハ温度制御装置と同じである。
また、この昇降機構8は、処理室外に配設される直線往
復運動機構、例えば、ピソトンが突出するエアシリンダ
による機構か、あるいはプランジャを突出させるモータ
駆動による機構を備え、処理室内にあって支持部材1と
クランプ7の支柱とを取付ける可動板9を前記ピストン
あるいはプランジャに取付けている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a wafer temperature control device according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, this wafer temperature control device is provided with an elevating mechanism 8 for bringing the wafer 10 into contact with or separating from the stage 3 while being supported by the support member 1. The rest is the same as the wafer temperature control device of the above-described embodiment.
The elevating mechanism 8 is provided with a linear reciprocating mechanism arranged outside the processing chamber, for example, a mechanism using an air cylinder from which a pisoton protrudes, or a motor driving mechanism that causes a plunger to protrude, and is supported inside the processing chamber. A movable plate 9 for mounting the member 1 and the support of the clamp 7 is attached to the piston or the plunger.

【0025】この昇降機構8と温度コントロール制御装
置4と電源部2との一連の動作を行なう市販のプログラ
ムシーケンサを用いることで、ウェハ10の温度は、同
一処理工程中で、何段階かの温度に設定できる。すなわ
ち、ウェハ10をステージ3から引離した状態で支持部
材1を経て電流を流しウェハ10を加熱し所望の温度に
し、所望の温度で一処理をウェハ10に施す。そして、
昇降機構8によりウェハ10をウェハ10aの位置に降
しステージ3と接触させ冷却させ、次の低い温度で処理
する所望の温度にすることができる。なお、ステージ3
には水冷ジャケットが内蔵され、温度コントロール装置
4からの適温にされた冷却水が供給されるようになって
いる。
By using a commercially available program sequencer that performs a series of operations of the elevating mechanism 8, the temperature control control device 4, and the power supply unit 2, the temperature of the wafer 10 can be set in several stages in the same processing step. Can be set to. That is, with the wafer 10 separated from the stage 3, an electric current is passed through the support member 1 to heat the wafer 10 to a desired temperature, and the wafer 10 is subjected to one treatment at a desired temperature. And
The elevating mechanism 8 can lower the wafer 10 to the position of the wafer 10a to bring it into contact with the stage 3 to cool it, and bring it to a desired temperature for processing at the next lower temperature. Stage 3
Is equipped with a water cooling jacket, and cooling water of an appropriate temperature is supplied from the temperature control device 4.

【0026】図3は試料として使用したウェハの断面図
である。次に、このウェハ温度制御装置を平行平板型の
反応性・イオン・エッチング装置(以下RIEと呼称)
に組み込み、銅/タングステンの積層金属配線の加工を
行うことを説明することで動作を説明する。まず、この
エッチングを行なうために、図3のウェハを準備した。
このウェハは、図3に示すように、シリコン基板11上
に熱酸化膜12とBPSG膜13が形成されている。こ
のBPSG膜13の上には常圧気相成長法によってタン
グステン膜14が2000オングストローム形成されて
いる。更にスパッタ法にて銅の薄膜15が4500オン
グストローム形成されている。エッチングのマスク16
としてはプラズマ気相成長法によって3000オングス
トロームの酸化膜を形成した後、フォトレジストのマス
ク16としてドライエッチング法にてパターニングした
ものを用いた。そして、酸化膜のドライエッチング後フ
ォトレジストはプラズマアッシングにてO2 ガスを用い
て選択的に除去しマスク16を形成した。
FIG. 3 is a sectional view of a wafer used as a sample. Next, this wafer temperature control device is used as a parallel plate type reactive ion etching device (hereinafter referred to as RIE).
The operation will be explained by explaining that the processing is performed by incorporating the copper / tungsten laminated metal wiring into the above. First, the wafer of FIG. 3 was prepared to perform this etching.
In this wafer, as shown in FIG. 3, a thermal oxide film 12 and a BPSG film 13 are formed on a silicon substrate 11. A tungsten film 14 having a thickness of 2000 angstrom is formed on the BPSG film 13 by atmospheric pressure vapor deposition. Further, a copper thin film 15 having a thickness of 4500 angstroms is formed by the sputtering method. Etching mask 16
In this case, an oxide film having a thickness of 3000 angstrom was formed by the plasma vapor deposition method, and then the photoresist mask 16 was patterned by the dry etching method. After dry etching of the oxide film, the photoresist was selectively removed by O 2 gas by plasma ashing to form a mask 16.

【0027】このように準備されたウェハ10を処理室
に入れ支持部材1に載置する。次に、支持部材1を通し
電源部2からウェハ10に電流を流す。このことにより
ウェハ10はジュール熱によって加熱する。真空中での
加熱があるため、放熱は小さく均一に加熱される。先に
示した通り約140秒でウェハ10は200℃に昇温す
る。この後、RFジェネレータによりプラズマ放電によ
りマスク16を介して銅膜15をエッチングする。
The wafer 10 thus prepared is placed in the processing chamber and placed on the support member 1. Next, an electric current is passed from the power supply unit 2 to the wafer 10 through the support member 1. As a result, the wafer 10 is heated by Joule heat. Since there is heating in a vacuum, the heat radiation is small and the heating is uniform. As described above, the wafer 10 is heated to 200 ° C. in about 140 seconds. After that, the copper film 15 is etched through the mask 16 by plasma discharge by the RF generator.

【0028】なお、この銅膜エッチングにはCl2 を5
0sccm,SiCl4 を50sccm,N2 を10s
ccm流し、圧力を30Paとした。RFパワーは1
3.56MHzで800wを印加した。この時の銅のエ
ッチレートは2300オングストローム/minが得ら
れた。また、エッチングの面内均一性は±5%と良好な
値が得られた。
It should be noted that Cl 2 is added to this copper film etching by 5%.
0 sccm, SiCl 4 50 sccm, N 2 10 s
The pressure was set to 30 Pa by flowing ccm. RF power is 1
800w was applied at 3.56MHz. At this time, the etching rate of copper was 2300 angstrom / min. Moreover, the in-plane uniformity of etching was a favorable value of ± 5%.

【0029】この後、一度プラズマ放電を中止し、昇降
機構8で可動板9を下げウェハ10aをステージ3に接
触させる。このとき支持部材1からウェハ10aへの電
流の供給は停止している。ステージ3は35℃に温調さ
れており、ステージ3と接触しているウェハ10aの温
度は約90秒で200℃から35℃へ下げることができ
た。この後、再びプラズマ放電により選択的にエッチン
グされた銅膜パターンを介してタングステン膜14をエ
ッチングした。
After that, the plasma discharge is stopped once, and the movable plate 9 is lowered by the elevating mechanism 8 to bring the wafer 10a into contact with the stage 3. At this time, the supply of current from the support member 1 to the wafer 10a is stopped. The temperature of the stage 3 was adjusted to 35 ° C., and the temperature of the wafer 10a in contact with the stage 3 could be lowered from 200 ° C. to 35 ° C. in about 90 seconds. After that, the tungsten film 14 was etched again through the copper film pattern selectively etched by the plasma discharge.

【0030】なお、タングステン膜14のエッチングは
SF6 を50sccmCl2 を10sccm流し圧力は
15Paとした。RFパワーは350wを印加した。こ
の時のタングステンのエッチレートは2800オングス
トローム/minが得られた。エッチングの面内均一性
も±3%と良好な値が得られた。以上の手順を経ること
により、本発明のウェハ温度制御装置を用いて、銅/タ
ングステンの積層金属配線を同一反応容器内で連続して
行うことができた。
The etching of the tungsten film 14 was carried out by flowing SF 6 at 50 sccm and Cl 2 at 10 sccm at a pressure of 15 Pa. The RF power applied was 350w. At this time, the etch rate of tungsten was 2800 angstrom / min. The in-plane uniformity of etching was a good value of ± 3%. Through the above procedure, the wafer temperature control device of the present invention can be used to continuously carry out copper / tungsten laminated metal wiring in the same reaction vessel.

【0031】以上、本実施の形態では、高温から低温に
設定して処理することで説明したが、ウェハの膜質によ
っては、このウェハ温度制御装置によれば、一バッチ処
理で低温から高温に温度を変えて複数の処理もできる。
As described above, in the present embodiment, the processing is performed by setting the temperature from high temperature to low temperature. However, depending on the film quality of the wafer, according to this wafer temperature control device, the temperature is changed from low temperature to high temperature in one batch process. It is also possible to perform multiple processes by changing.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
ウェハを支持する複数の支持部材と、この支持部材を介
してウェハ中に電流を流しジュール熱を発生させる電源
部とを設けることによって、ウェハの中央部や周辺部を
問わず均一に所望の温度にすることができる。また、ウ
ェハに流す電流あるいは時間を任意に変えることができ
るので、ウェハを広範囲に温度を変えることもできる。
さらに、加熱されたウェハを冷却されたステージと接触
させたり離間させたりする機構を設けることによって、
一バッチ処理で複数の異なる温度のウェハの処理ができ
るという効果もある。
As described above, in the present invention,
By providing a plurality of supporting members for supporting the wafer and a power supply unit for supplying an electric current through the supporting members to generate Joule heat, the temperature of the wafer can be uniformly adjusted to a desired temperature regardless of the central portion or the peripheral portion. Can be In addition, since the current or time passed through the wafer can be changed arbitrarily, the temperature of the wafer can be changed over a wide range.
Further, by providing a mechanism for bringing the heated wafer into contact with or separated from the cooled stage,
There is also an effect that a plurality of wafers having different temperatures can be processed by one batch processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態におけるウェハ温度制御
装置の概略を示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a wafer temperature control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施の形態におけるウェハ温度制
御装置の概略を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a wafer temperature control device in another embodiment of the present invention.

【図3】試料として使用したウェハの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a wafer used as a sample.

【図4】従来の種々の半導体ウェハ温度制御装置の例に
おける概略を示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of various conventional semiconductor wafer temperature control devices.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持部材 2 電源部 3,27a,27b ステージ 4 温度コントロール装置 5 スイッチング機構 6 温度センサ 7,26 クランプ 8 昇降機構 9 可動板 10,10a ウェハ 11 シリコン基板 12 熱酸化膜 13 BSG膜 14 タングステン膜 15 銅膜 16 マスク 28 導入管 29 静電吸着用電源 30 ホルダ 31 赤外線ランプ 32 電極 1 Support Member 2 Power Supply Unit 3, 27a, 27b Stage 4 Temperature Control Device 5 Switching Mechanism 6 Temperature Sensor 7, 26 Clamp 8 Lifting Mechanism 9 Movable Plate 10, 10a Wafer 11 Silicon Substrate 12 Thermal Oxide Film 13 BSG Film 14 Tungsten Film 15 Copper film 16 Mask 28 Introducing tube 29 Power source for electrostatic attraction 30 Holder 31 Infrared lamp 32 Electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ウェハを先端に乗せる複数の導電
性の棒状の支持部材と、前記半導体ウェハを前記支持部
材側に押し付けるクランプと、これら支持部材間に電流
を供給し前記半導体ウェハに電流を流しジュール熱を発
生させる電源部と、前記半導体ウェハの温度を検知する
温度センサとを備えることを特徴とする半導体ウェハ温
度制御装置。
1. A plurality of conductive rod-shaped supporting members for mounting a semiconductor wafer on a tip thereof, a clamp for pressing the semiconductor wafer to the supporting member side, and a current between the supporting members for supplying a current to the semiconductor wafer. A semiconductor wafer temperature control device, comprising: a power supply section for generating flow Joule heat; and a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor wafer.
【請求項2】 前記支持部材を上下に移動させて半導体
ウェハと温度制御されたステージとの接触および離間さ
せる機構を備える請求項1記載の半導体ウェハ温度制御
装置。
2. The semiconductor wafer temperature control device according to claim 1, further comprising a mechanism for moving the support member up and down to bring the semiconductor wafer into contact with and separate from the temperature-controlled stage.
【請求項3】 前記半導体ウェハを前記支持部材と接触
させ前記半導体ウェハに電流を流しジュール熱を発生さ
せ前記半導体ウェハを加熱して所望の処理温度にし、し
かる後前記半導体ウェハと前記ステージとを接触させて
前記半導体ウェハを更に加熱又は冷却させて前記処理温
度と異なる温度の処理温度に連続して行う制御機構を備
えることを特徴とする請求項2記載の半導体ウェハ温度
制御装置。
3. The semiconductor wafer is brought into contact with the support member and an electric current is applied to the semiconductor wafer to generate Joule heat to heat the semiconductor wafer to a desired processing temperature, and thereafter, the semiconductor wafer and the stage are separated from each other. 3. The semiconductor wafer temperature control device according to claim 2, further comprising a control mechanism which is brought into contact with the semiconductor wafer to further heat or cool the semiconductor wafer to continuously perform a processing temperature different from the processing temperature.
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