JP2004119987A - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体ウエハとウエハステージ間に導入する熱伝導ガスの圧力分布を任意に設定することによりウエハ温度の制御性に優れた処理装置を提供する。
【解決手段】真空処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、その表面に半導体ウエハを保持するウエハステージ6と、半導体ウエハ5を所定温度に制御する温度制御手段26を備える半導体製造装置において、前記ウエハステージ6は、ウエハステージの中心付近に配置した第1のガス導入口19、ウエハステージの外周付近に配置した第2のガス導入口27、およびウエハステージの前記第2のガス導入口よりも内周側に配置したガス排気口31を備え、前記温度制御手段26は前記第1のガス導入口19から導入するガス流量、第2のガス導入口27から導入するガス流量、およびガス排気口31から排出するガス流量を制御することにより、熱伝導ガスの圧力分布を任意に設定する。
【選択図】 図2An object of the present invention is to provide a processing apparatus excellent in controllability of a wafer temperature by arbitrarily setting a pressure distribution of a heat conductive gas introduced between a semiconductor wafer and a wafer stage.
A semiconductor manufacturing apparatus includes: a plasma generation unit that generates plasma in a vacuum processing chamber; a wafer stage that holds a semiconductor wafer on a surface thereof; and a temperature control unit that controls the semiconductor wafer to a predetermined temperature. The wafer stage 6 has a first gas inlet 19 arranged near the center of the wafer stage, a second gas inlet 27 arranged near the outer periphery of the wafer stage, and the second gas inlet of the wafer stage. Also has a gas exhaust port 31 disposed on the inner peripheral side, and the temperature control means 26 has a gas flow rate introduced from the first gas introduction port 19, a gas flow rate introduced from the second gas introduction port 27, and a gas exhaust port. By controlling the flow rate of the gas discharged from the port 31, the pressure distribution of the heat conducting gas is set arbitrarily.
[Selection] Fig. 2
Description
本発明は半導体製造装置にかかり、特にプラズマを用いて半導体ウエハを処理する半導体製造装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer using plasma.
半導体素子の高集積化にともない、回路パターンは微細化の一途をたどり、要求される加工寸法精度はますます厳しくなっている。このような状況下では、処理中のウエハの温度制御は重要である。例えば、高いアスペクト比が要求されるエッチングプロセスにおいて、異方性エッチングを実現するためには側壁を反応生成物や有機ポリマなどで保護しながらエッチングを行う。このとき、保護膜となる反応生成物や有機ポリマの側壁への付着量はウエハの温度により変化する。したがって、ウエハの温度制御が不十分であると側壁保護膜の厚みがウエハ間でばらつき、その結果エッチング形状が悪化する。特に、大口径ウエハを処理するプロセスではウエハの中心付近と外周付近で側壁保護膜となる有機ポリマの密度分布が不均一となる場合がある。 回路 With the increasing integration of semiconductor devices, circuit patterns have continued to be miniaturized, and the required processing dimensional accuracy has become increasingly strict. Under such circumstances, controlling the temperature of the wafer during processing is important. For example, in an etching process that requires a high aspect ratio, in order to realize anisotropic etching, etching is performed while protecting the side walls with a reaction product or an organic polymer. At this time, the amount of the reaction product or the organic polymer attached to the side wall of the protective film changes depending on the temperature of the wafer. Therefore, if the temperature control of the wafer is insufficient, the thickness of the side wall protective film varies among the wafers, and as a result, the etching shape deteriorates. In particular, in a process for processing a large-diameter wafer, the density distribution of the organic polymer serving as the sidewall protective film may be non-uniform near the center and the periphery of the wafer.
このような場合、ウエハ表面の温度を均一に制御するのみでは均一なエッチング結果を得ることは不可能であり、積極的にウエハ表面の温度分布を制御することが必要になる。 In such a case, it is impossible to obtain a uniform etching result only by controlling the temperature on the wafer surface uniformly, and it is necessary to actively control the temperature distribution on the wafer surface.
特許文献1には、ウエハを支持するステージとウエハとの間に熱伝導性のガスを導入して冷却する方法が示されている。この方法では、冷却が困難であるウエハ外周付近に導入する熱伝導性ガスの圧力をその内側の領域に導入するガスの圧力よりも高く設定して、外周付近の温度上昇をより抑制することが示されている。
しかしながら、前記従来例では、熱伝導ガスの流れる経路が2系統必要であり、また、外周付近から導入した熱伝導性ガスとその内側から導入した熱伝導性ガスによるウエハ表面での圧力分布を速やかに所望の圧力分布にすることは困難である。 However, in the above-described conventional example, two paths for the flow of the heat conductive gas are required, and the pressure distribution on the wafer surface due to the heat conductive gas introduced from the vicinity of the outer periphery and the heat conductive gas introduced from the inside thereof is quickly increased. It is difficult to obtain a desired pressure distribution.
例えば、外周付近の開口部とその内側の開口部の圧力を制御する場合においては、ガスを導入した直後には外周で高く、内側で低い圧力分布が達成できるものの、比較的短時間のうちにウエハ裏面と電極表面の空間の圧力は均一になり、外周付近の圧力を高く保つことは難しい。もし、外周付近とそのうち側の領域の圧力差を強制的に保とうとすると、圧力の平均値が上昇してウエハの平均温度が変化する可能性がある。 For example, in the case of controlling the pressure of the opening near the outer periphery and the pressure of the opening inside thereof, immediately after the introduction of the gas, a high pressure distribution on the outer periphery and a low pressure distribution on the inside can be achieved, but within a relatively short time. The pressure in the space between the back surface of the wafer and the surface of the electrode becomes uniform, and it is difficult to keep the pressure near the outer periphery high. If the pressure difference between the area around the outer periphery and the area on the other side is forcibly maintained, the average value of the pressure may increase and the average temperature of the wafer may change.
また、外周付近に配置した開口部から熱伝導ガスを導入し、内側に配置した開口部から排気する場合には、内側の開口部が電極のウエハの積載される面と同じ高さで開口しているため、外周付近に配置された開口部からのコンダクタンスが小さくなり、熱伝導ガスに圧力分布がつく可能性がある。 Further, when the heat conductive gas is introduced from the opening arranged near the outer periphery and exhausted from the opening arranged inside, the inner opening is opened at the same height as the surface of the electrode on which the wafer is loaded. As a result, the conductance from the opening disposed near the outer periphery is reduced, and pressure distribution may be applied to the heat transfer gas.
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、半導体ウエハとウエハステージ間に導入する熱伝導ガスの圧力分布を任意に設定して半導体ウエハの温度分布を任意に設定できる半導体製造装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor manufacturing apparatus capable of arbitrarily setting a pressure distribution of a heat conductive gas introduced between a semiconductor wafer and a wafer stage and arbitrarily setting a temperature distribution of the semiconductor wafer. I do.
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
真空処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、その表面に半導体ウエハを保持するウエハステージと、半導体ウエハを所定温度に制御する温度制御手段備える半導体製造装置において、前記ウエハステージは、ウエハステージの中心付近に配置した第1のガス導入口、ウエハステージの外周付近に配置した第2のガス導入口、およびウエハステージの前記第2のガス導入口よりも内周側に配置したガス排気口を備え、前記温度制御手段は前記第1のガス導入口から導入するガス流量、第2のガス導入口から導入するガス流量、およびガス排気口から排出するガス流量を制御することにより、熱伝導ガスの圧力分布を任意に設定する。 In a semiconductor manufacturing apparatus including plasma generation means for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer on its surface, and temperature control means for controlling the semiconductor wafer to a predetermined temperature, the wafer stage includes a wafer stage. A first gas inlet located near the center, a second gas inlet located near the outer periphery of the wafer stage, and a gas outlet located closer to the inner periphery than the second gas inlet of the wafer stage. The temperature control means controls a gas flow rate introduced from the first gas introduction port, a gas flow rate introduced from the second gas introduction port, and a gas flow rate discharged from the gas exhaust port, thereby providing a heat transfer gas. Is set arbitrarily.
本発明は、以上の構成を備えるため、半導体ウエハとウエハステージ間に導入する熱伝導ガスの圧力分布を任意に設定し、その温度分布を任意に設定できる半導体製造装置を提供することができる。 た め Since the present invention has the above configuration, it is possible to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of arbitrarily setting the pressure distribution of the heat conductive gas introduced between the semiconductor wafer and the wafer stage and arbitrarily setting the temperature distribution.
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施形態にかかる半導体製造装置を示す図、図2は図1に示すウエハステージの断面を示す図、図3はウエハステージの平面図である。これらの図において、1は処理室内に導入した処理ガス、2は高周波電源、3は高周波電源2を印加するコイル、4は処理室内に形成したプラズマ、5は半導体ウエハ、6は半導体ウエハを載置するウエハステージ、7は半導体ウエハ5を固定するクランプ、8はウエハステージと電気的に接続した電極、9は絶縁板、10は真空チャンバ、11はフランジ、12は給電棒、13は高周波電源、14は給電棒をフランジから絶縁するための絶縁材、15はブロッキングコンデンサである。
Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a diagram showing a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the wafer stage shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of the wafer stage. In these figures, 1 is a processing gas introduced into the processing chamber, 2 is a high-frequency power supply, 3 is a coil for applying the high-
16は冷媒通路、17は所定温度の冷媒を循環する温度調整器、18はウエハステージに形成した冷媒通路、19はウエハステージの中心付近に配置した第1のガス導入口、20は第1のガス導入口19に接続する第1の配管、21は保護カバーであり、電極8およびウエハステージ6の外周をプラズマから保護する。22は処理室内を排気するターボ分子ポンプ、23はドライポンプである。24は第1の流量制御機であり、第1のガス導入口19から導入するガス流量を制御する。25は第1の配管20に接続した第1の圧力計、26は圧力計25,30,35の測定値をもとに第1の流量制御機、第2の流量制御機29および排気弁32を制御する制御コンピュータである。27はウエハステージの外周付近に形成した第2のガス導入口、28は第2のガス導入口27に接続する第2の配管、29は第2の流量制御機であり、第2のガス導入口27から導入するガス流量を制御する。30は第2の配管28に接続した第2の圧力計である。31は第2のガス導入口よりも内周側に配置したガス排気口、32は排気弁、33はガス排気口に接続した第3の配管、34は排気口31に接続した真空ポンプ、35は第3の配管に接続した第3の圧力計である。
16 is a refrigerant passage, 17 is a temperature controller for circulating a refrigerant of a predetermined temperature, 18 is a refrigerant passage formed in the wafer stage, 19 is a first gas inlet disposed near the center of the wafer stage, and 20 is a first gas inlet. A
図1に示すように、処理室内に導入された処理ガス1は、高周波電源2に接続したコイル3の作る磁界および高周波電源13の作る電界によりプラズマ4状態となっている。処理すべき半導体ウエハ5をウエハステージ6上に積載しクランプ7により固定する。ウエハステージ6は電極8上にボルトで固定され、絶縁板9により真空チヤンバ10とは電気的に絶縁されている。ウエハステージ6と電気的に接続している電極8は給電棒12およびブロッキングコンデンサ15を介して高周波電源13に接続する。これにより、ウエハにバイアス電圧を印加してプラズマ中のイオンをウエハに効果的に引き込むことができる。
As shown in FIG. 1, a
図2に示すように、ウエハステージ6の内部には、処理装置の外部に設けた温度調整器17により一定温度に制御した冷媒を循環させるための冷媒通路18が設けてある。これにより、ウエハに入射した熱をウエハステージ6、冷媒を介して温度調整器により取り除き、ウエハを冷却することができる。
As shown in FIG. 2, a
しかし、処理室内の圧力は数Pa程度であり、ウエハとウエハステージ間の熱伝達率を充分に確保することができない。第1のガス導入口19および第2のガス導入口27は、ウエハとウエハステージ間に冷却用のガス(例えばヘリウムガス)を導入して熱伝達率を向上ものである。
However, the pressure in the processing chamber is about several Pa, and a sufficient heat transfer coefficient between the wafer and the wafer stage cannot be secured. The
すなわち、ウエハステージ6の中心に第1のガス導入口19を設け、このガス導入口には第1の配管20を介して第1の流量制御機24を接続する。また、配管の流量制御機24の下流部には第1の圧力計25を設け、ウエハステージの中心に流れ込む冷却ガスの圧力を測定する。測定結果はコンピュータ26に送信する。コンピュータ26は第1の圧力計の測定する圧力が事前に設定された値となるように流量制御機を制御する。
That is, a
また、ウエハステージの外周付近には第2のガス導入口27を図3に示すように同心円上に4個所設け、これらのガス導入口には第2の配管28を介して第2の流量制御機29を接続する。また流量制御機の下流の配管には第2の圧力計30を設けて、ウエハステージの外周付近に導入する冷却ガスの圧力を測定する。第2の圧力計の測定結果はコンピュータ26に送信する。コンピュータ26は第2の圧力計の測定する圧力が事前に設定された値となるように流量制御機を制御する。
Further, four
さらに、第2のガス導入口の内側には、第1および第2の導入口から導入された冷却ガスを排気するための排気口31が図3に示すように同心円上に4個設けてある。このガス排気口には排気弁32を介して第3の配管33により真空ポンプ34を接続する。第3の配管には冷却ガスの排気口付近の圧力を測定するための第3の圧力計35を設けてある。圧力計35の測定結果はコンピュータに送信する。コンピュータ26は第3の圧力計の測定する圧力が事前に設定された値となるように排気弁32を制御する。
Further, inside the second gas inlet, four
すなわち、ウエハ裏面とステージ間に導入している冷却ガスの圧力を、ステージの中心付近、外周付近、およびこれらの中間付近でそれぞれ独立に制御することができる。これによりウエハとウエハステージ間における熱伝達率を半径方向の領域により変化させることができ、ウエハ面内の温度分布を任意に設定することができる。 That is, the pressure of the cooling gas introduced between the back surface of the wafer and the stage can be independently controlled in the vicinity of the center of the stage, the periphery of the stage, and the vicinity thereof. Thereby, the heat transfer coefficient between the wafer and the wafer stage can be changed depending on the region in the radial direction, and the temperature distribution in the wafer surface can be set arbitrarily.
このように構成されたウエハステージを備えたプラズマ処理装置では、ウエハ面内のエッチング特性を制御することができるので非常に再現性の良い処理をおこなうことができる。 In the plasma processing apparatus including the wafer stage configured as described above, since the etching characteristics in the wafer surface can be controlled, it is possible to perform processing with very high reproducibility.
例えば、大口径のウエハに形成したアルミ配線を塩素ガスを用いてエッチングしている場合、アルミあるいはレジスト膜がエッチングしたときに発生する反応生成物はアルミ配線の側壁に再付着して垂直なエッチングが実現される。この反応性生物はウエハの中心も外周付近もほぼ同じように発生する。しかしウエハが大口径化すると中心付近で発生した反応生成物は外周付近で発生した反応生成物に比べて排気されにくいため、反応生成物のウエハの中心での濃度が高くなる。このような状況下で従来のウエハ面内温度一定の条件でエッチングした場合、ウエハの中心付近ではアルミ配線に付着する反応性生物が多いために、外周付近に比べエッチング速度が低い傾向となる。したがって最終的に得られるエッチング形状はウエハ面内で異なったものとなってしまう。 For example, when aluminum wiring formed on a large-diameter wafer is etched using chlorine gas, the reaction products generated when the aluminum or resist film is etched are re-attached to the side walls of the aluminum wiring and vertical etching is performed. Is realized. This reactive product is generated in the same manner at the center and near the outer periphery of the wafer. However, when the diameter of the wafer increases, the reaction products generated near the center are less likely to be exhausted than the reaction products generated near the outer periphery, so that the concentration of the reaction products at the center of the wafer increases. In such a situation, when etching is performed under the conventional condition in which the temperature in the wafer surface is constant, the etching rate tends to be lower than that in the vicinity of the outer periphery because a large amount of reactive substances adhere to the aluminum wiring near the center of the wafer. Therefore, the finally obtained etching shape is different in the wafer plane.
一方、本実施形態にかかる処理装置を用い、ウエハの中心付近に比して外周付近の冷却ガス圧力を高く設定してエッチングを行う場合は、ウエハ外周付近での熱伝達率が向上するために、外周付近の温度を中心付近に比べて低く設定することができる。反応生成物の付着はウエハの温度の影響を強く受け、温度が低いほど付着しやすくなる。したがって、外周付近の温度を適切に低く設定することにより、外周付近における反応生成物の付着量を中心付近におけるそれとほぼ同じにして、ウエハ面内におけるエッチング速度をほぼ均一とすることができる。 On the other hand, when the processing apparatus according to the present embodiment is used to perform etching while setting the cooling gas pressure near the periphery to be higher than that near the center of the wafer, the heat transfer coefficient near the periphery of the wafer is improved. The temperature near the outer periphery can be set lower than that near the center. The adhesion of the reaction product is strongly affected by the temperature of the wafer, and the lower the temperature, the easier the adhesion. Therefore, by appropriately setting the temperature in the vicinity of the outer periphery, the amount of reaction products deposited in the vicinity of the outer periphery can be made substantially the same as that in the vicinity of the center, and the etching rate in the wafer surface can be made substantially uniform.
以上、ウエハの外周付近の温度を低く設定する必要がある場合について説明したが、これとは逆の場合にも本実施例は有効である。例えば、一台の装置で複数のプロセスを実現する場合、処理ガスの条件や圧力を変更するとプラズマの状態が変化する場合がある。例えば、ウエハ中心付近のプラズマ密度が外周付近に比べて高い場合、中心付近でのエッチングレートのみが高くなる。このような場合には、先の例とは逆にウエハ中心付近の温度を低く設定して、中心付近の反応生成物の付着を多くして中心付近でのエッチング速度を低下させることにより、ウエハ面内のエッチング速度を均一にすることができる。 The case where the temperature near the outer periphery of the wafer needs to be set low has been described above, but the present embodiment is also effective in the opposite case. For example, when a plurality of processes are realized by one apparatus, the condition of the plasma may change when the conditions and pressure of the processing gas are changed. For example, when the plasma density near the center of the wafer is higher than that near the outer periphery, only the etching rate near the center increases. In such a case, contrary to the previous example, the temperature near the center of the wafer is set low to increase the adhesion of reaction products near the center and reduce the etching rate near the center, thereby reducing the wafer speed. The in-plane etching rate can be made uniform.
また、本実施形態においては、ウエハステージの中心付近と外周付近から冷却ガスを導入し、外周付近の内側の位置から冷却ガスを排気することにより、ウエハとステージ間にある冷却ガスに常に圧力分布を付与することができる。したがって、例えば中心および外周からのみガスを導入する場合に比して、温度制御性の良い処理装置を提供することができる。また、中心付近の冷却ガスの圧力と外周付近のガスの圧力を独立して制御することができるため、外周付近に配置したガス導入口から冷却ガスを導入し、中心付近に配置した排気口からガスを排気する装置とは相違して、ウエハの温度分布を外周が低い状態から中心が低い状態まで様々な温度分布に制御することができる。 In the present embodiment, the cooling gas is introduced from the vicinity of the center and the outer periphery of the wafer stage, and the cooling gas is exhausted from the inner position near the outer periphery. Can be given. Therefore, it is possible to provide a processing apparatus having good temperature controllability as compared with a case where gas is introduced only from the center and the outer periphery, for example. In addition, since the pressure of the cooling gas near the center and the pressure of the gas near the outer periphery can be controlled independently, the cooling gas is introduced from the gas introduction port arranged near the outer periphery, and from the exhaust port arranged near the center. Unlike a device that exhausts gas, the temperature distribution of the wafer can be controlled to various temperature distributions from a state where the outer periphery is low to a state where the center is low.
以上、本実施形態では冷却ガスの導入口を配置する位置をウエハステージの中心に1個所、外周付近の同心円上に4個所、排気口を配置する位置をウエハステージの外周付近の前記導入口の内側に位置する同心円上に4個所設けた構造とした。しかし、前記導入口および排気口はウエハステージの中心あるいは同心円上に配置する必要はない。また導入口あるいは排気口を4個所とする必要もない。ウエハの温度分布が適切となるようにガスの導入口や排気口を配置する位置および個数を決定すればよい。また、ガス導入口や排気口の開口部の形状は円形である必要はなく、任意の形状、例えばスリット状のものであってもよい。さらに前記開口部は多孔室材で充填した構造であってもよい。 As described above, in the present embodiment, the cooling gas introduction port is located at one location at the center of the wafer stage, the concentric circles around the periphery are located at four locations, and the exhaust port is located at the introduction port near the wafer stage periphery. Four concentric circles located inside are provided. However, the inlet and the outlet need not be arranged at the center or concentric circle of the wafer stage. Also, there is no need to provide four inlets or outlets. The positions and numbers of the gas inlets and gas outlets may be determined so that the wafer temperature distribution is appropriate. Further, the shape of the opening of the gas introduction port or the exhaust port does not need to be circular, but may be any shape, for example, a slit shape. Further, the opening may have a structure filled with a porous chamber material.
次に、本発明の第2の実施形態を図4ないし図5を用いて説明する。図4は本実施形態にかかるウエハステージの平面図、図5はウエハステージの断面図である。これらの図において、36はウエハステージの表面に同心円状に設けた溝領域、37はウエハステージ中心付近の溝領域に設けたガス導入口、38はウエハステージの外周付近に形成した溝領域に設けたガス導入口、39はウエハステージの外周付近の前記導入口の内側に設けたガス排気口、40はウエハステージの表面に放射状に設けた溝領域、41はウエハステージの表面に同心円状に設けた凸領域であり、この部分がウエハと接触してウエハを支持する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a plan view of the wafer stage according to the present embodiment, and FIG. 5 is a sectional view of the wafer stage. In these figures, 36 is a groove region provided concentrically on the surface of the wafer stage, 37 is a gas inlet provided in a groove region near the center of the wafer stage, and 38 is a groove region formed near the outer periphery of the wafer stage.
前記第1の実施形態においては、ガス導入口およびガス排気口をウエハステージ表面に単に開口させるだけの構成としている。この構成では周方向にガスが流れにくいため、この方向に圧力分布がつく場合がある。ウエハの温度分布に敏感なプロセスでは、この周方向の圧力分布に基づく温度差が問題となってくる場合がある。この問題に対処するためには、周方向のガス導入口と排気口の数を増やす方法が考えられるが、この方法はガス導入口と排気口に接続する配管の本数が増加するため、配管の引き回しが複雑になる。 In the first embodiment, the gas inlet and the gas outlet are simply opened on the surface of the wafer stage. In this configuration, since gas does not easily flow in the circumferential direction, a pressure distribution may be generated in this direction. In a process that is sensitive to the wafer temperature distribution, a temperature difference based on the circumferential pressure distribution may become a problem. To address this problem, it is conceivable to increase the number of gas inlets and outlets in the circumferential direction.However, this method increases the number of pipes connected to the gas inlets and outlets. Routing becomes complicated.
本実施形態においては、前述のようにウエハステージの表面に同心円状の溝領域36と放射状に伸びる溝領域40を設け、中心の溝領域に1個所のガス導入口39、外周付近に設けた溝領域に4個所のガス導入口38を設け、内側の領域に4個所の排気口39を設けた構成とした。前記溝領域の深さは、深すぎるとウエハとステージ間の熱伝達率が低下して、ウエハ面内の温度分布を不均等にすることになるので、1mm以下程度に抑えるのがよい。
In this embodiment, as described above, the
このような構成とすることにより、ウエハ裏面とウエハステージ間の周方向圧力分布を均等にして良好な温度分布を得る。 With such a configuration, a favorable temperature distribution can be obtained by equalizing the circumferential pressure distribution between the wafer back surface and the wafer stage.
次に、本発明の第3の実施形態を図6ないし図7を用いて説明する。図6は本発明の実施形態にかかる半導体製造装置を示す図、図7はウエハステージの断面図である。これらの図において、42はウエハステージの表面に設けた誘電体膜、36aは誘電体膜42の表面に同心円状に設けた溝領域である。41aは誘電体膜42の表面に同心円状に設けた凸領域であり、この部分がウエハと接触してウエハを支持する。また、誘電体膜の表面には図示しない放射状の溝領域を設けることができる。43は直流電源でありウエハを静電チャックするための電源をウエハステージ6供給する。44は電源保護用コイルである。なお、図において図1ないし図3に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a view showing a semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view of a wafer stage. In these figures, reference numeral 42 denotes a dielectric film provided on the surface of the wafer stage, and reference numeral 36a denotes a groove region provided concentrically on the surface of the dielectric film 42. Reference numeral 41a denotes a convex region provided concentrically on the surface of the dielectric film 42, and this portion contacts the wafer and supports the wafer. Further, a radial groove region (not shown) can be provided on the surface of the dielectric film. Reference numeral 43 denotes a DC power supply for supplying a power supply for electrostatically chucking the wafer to the
本実施形態ではウエハステージの表面に、周方向および放射方向に溝領域を形成した誘電体膜42を設けた構成としている。また、ウエハステージには電源保護用のコィル44を介して直流電源43が接続してある。プラズマが着火している状態でウエハステージ6に前記直流電源43の電圧を印加すると、誘電体膜42には真空チヤンバ10に接触しているために接地電位となっているプラズマ7を介して前記直流電圧が印加される。これによりウエハ7はクーロン力によりウエハステージ6に吸着される。
In the present embodiment, a structure is provided in which a dielectric film 42 having groove regions formed in the circumferential direction and the radial direction is provided on the surface of the wafer stage. A DC power supply 43 is connected to the wafer stage via a
誘電体膜42の厚みは、厚すぎると吸着力が不足するため、1mm以下程度とするのがよい。誘電体膜に設ける溝の深さ前述のように1mm以下程度とすればウエハ面内の温度分布を悪化することはない。本実施形態ではクランプなどを設けることなくウエハを固定することができる。このため、接触部などから発生した異物により素子が破壊されることがなく、歩留まりのよい処理装置を提供することができる。また、クランプによりウエハをステージに固定した場合に比べ、吸着部でのウエハのウエハステージ表面への密着がよく、熱伝達率が向上するためウエハ温度の制御性がより向上する。 If the thickness of the dielectric film 42 is too large, the attraction force is insufficient. If the depth of the groove provided in the dielectric film is set to about 1 mm or less as described above, the temperature distribution in the wafer surface does not deteriorate. In this embodiment, the wafer can be fixed without providing a clamp or the like. Therefore, a processing device with a high yield can be provided without the element being destroyed by foreign matter generated from the contact portion or the like. Further, compared with a case where the wafer is fixed to the stage by a clamp, the wafer is more closely adhered to the surface of the wafer stage at the suction portion, and the heat transfer coefficient is improved, so that the controllability of the wafer temperature is further improved.
次に、本発明の第4の実施形態を図8を用いて説明する。図8は本発明の実施形態にかかる半導体製造装置を示す図である。図において、45はウエハステージ6および誘電体膜42を貫通する貫通穴、46は貫通穴45に挿入した蛍光温度計等の温度計であり、温度計はウエハ裏面に接触するように配置し、その検出出力はコンピュータ26に供給する。なお、図において図6に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention. In the figure, 45 is a through hole penetrating the
コンピュータ26は前記温度計の出力を受信し、前記流量制御機24、29と排気弁32の開度を制御してウエハの温度を設定値に制御する。前記温度計はウエハの温度を直接測定するのではなく、ウエハの温度を予測しうる個所の温度を測定してもよい。
The computer 26 receives the output of the thermometer, controls the
以上のように前記実施形態によれば、中心付近と外周付近に設けたガス導入口から冷却ガスを導入し、外周の内側領域に設けた排気口からガスを排気する構成としたので、プラズマで処理中のウエハとウエハステージ間に導入する冷却ガスの圧力を中心付近と外周付近で任意に設定することができる。このため、ウエハ面内の温度分布を任意に変化させることができる。これにより、ウエハ面内のエッチング速度を中心から外周付近まで均一とすることができ、再現性の良い処理装置を提供することができる。 As described above, according to the embodiment, the cooling gas is introduced from the gas introduction ports provided near the center and the outer periphery, and the gas is exhausted from the exhaust port provided in the inner region on the outer periphery. The pressure of the cooling gas introduced between the wafer being processed and the wafer stage can be arbitrarily set near the center and the periphery. For this reason, the temperature distribution in the wafer surface can be arbitrarily changed. Thus, the etching rate in the wafer surface can be made uniform from the center to the vicinity of the outer periphery, and a processing apparatus with good reproducibility can be provided.
また、ガスの導入口と排気口は同心円状に配置したガス溝内に設けた構成とすると、不要な周方向圧力分布を極力押さえることができるため、ウエハ面内の温度分布がさらに改善され、再現性の良い処理装置を提供することができる。 In addition, when the gas inlet and exhaust ports are provided in gas grooves arranged concentrically, unnecessary circumferential pressure distribution can be suppressed as much as possible, so that the temperature distribution in the wafer surface is further improved, A processing device with good reproducibility can be provided.
さらに、ウエハステージの表面に誘電体膜を設け、ウエハとウエハステージ間に電位差を発生させて、クーロンカによりウエハをステージに固定する構成とすると、ウエハ表面にクランプが不要となる。これにより処理中にウエハ表面上に異物が付着することによる素子破壊などを防止することができ、歩留まりの良い処理装置を提供することができる。また、クランプによりウエハを固定した場合に比べ熱的な接触が向上するためにウエハの温度上昇をより抑制することができ、より制御性のよい処理装置を提供することができる。 Further, if a dielectric film is provided on the surface of the wafer stage, a potential difference is generated between the wafer and the wafer stage, and the wafer is fixed to the stage by Coulomba, a clamp is not required on the wafer surface. As a result, it is possible to prevent element destruction or the like due to foreign matter adhering to the wafer surface during processing, and to provide a processing apparatus with a high yield. Further, the thermal contact is improved as compared with the case where the wafer is fixed by the clamp, so that the temperature rise of the wafer can be further suppressed, and a processing apparatus with more controllability can be provided.
さらに、ウエハの温度を測定する温度計をウエハステージに設け、この温度計の情報をもとに熱伝導ガスの流量、圧力を制御する構成とするとによりウエハ温度の制御性の優れた処理装置を提供することができる。 Furthermore, a thermometer for measuring the temperature of the wafer is provided on the wafer stage, and the flow rate and pressure of the heat conductive gas are controlled based on the information of the thermometer, thereby providing a processing apparatus having excellent controllability of the wafer temperature. Can be provided.
1 処理ガス
2,13 高周波電源
3 コイル
4 プラズマ
5 半導体ウエハ
6 ウエハステージ
7 クランプ
8 電極
9 絶縁板
10 真空チャンバ
11 フランジ
12 給電棒
14 絶縁材
15 ブロッキングコンデンサ
16 配管
17 温度調整器
18 冷媒通路
19 第1のガス導入口
20 第1の配管
21 保護カバー
22 ターボ分子ポンプ
23 ドライポンプ
24 第1の流量制御機
25 第1の圧力計
26 制御コンピュータ
27 第2のガス導入口
28 第2の配管
29 第2の流量制御機
30 第2の圧力計
31 ガス排気口
32 排気弁
33 第3の配管
34 真空ポンプ
35 第3の圧力計
36、40 溝領域
37,38 ガス導入口
39 ガス排気口
41 凸領域
42 誘電体膜
43 直流電源
44 電源保護用コイル
45 貫通穴
46 温度計
DESCRIPTION OF
Claims (1)
In a semiconductor manufacturing apparatus comprising: a plasma generation unit that generates plasma in a vacuum processing chamber; a wafer stage that holds a semiconductor wafer on the surface thereof; and a temperature control unit that controls the semiconductor wafer to a predetermined temperature. A first gas inlet port located near the center of the wafer stage, a second gas inlet port located near the outer periphery of the wafer stage, and a gas outlet port located on the inner peripheral side of the second gas inlet of the wafer stage. Wherein the temperature control means controls a gas flow rate introduced from the first gas introduction port, a gas flow rate introduced from the second gas introduction port, and a gas flow rate discharged from the gas exhaust port. Semiconductor manufacturing equipment.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2011008703A3 (en) * | 2009-07-13 | 2011-04-28 | Applied Materials, Inc. | Plasma processing chamber with enhanced gas delivery |
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-
2003
- 2003-10-22 JP JP2003362273A patent/JP2004119987A/en active Pending
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| US8382939B2 (en) | 2009-07-13 | 2013-02-26 | Applied Materials, Inc. | Plasma processing chamber with enhanced gas delivery |
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