JP3526220B2 - 半導体製造装置 - Google Patents
半導体製造装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造装置
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化が進み、半導
体基板上に形成されるパターンの寸法や間隔も微細化す
ることが求められている。それに伴い、パターン加工寸
法のばらつきも低減させることが求められている。加工
寸法のばらつきの一因としてウエハ面内での加工ばらつ
きがあげられる。一方、ウエハの大口径化が進み、ウエ
ハ面内でのばらつきの少ないパターンを形成することが
困難となってきている。以下、従来の技術による半導体
製造装置ついて、図面を参照しながら説明する。
体基板上に形成されるパターンの寸法や間隔も微細化す
ることが求められている。それに伴い、パターン加工寸
法のばらつきも低減させることが求められている。加工
寸法のばらつきの一因としてウエハ面内での加工ばらつ
きがあげられる。一方、ウエハの大口径化が進み、ウエ
ハ面内でのばらつきの少ないパターンを形成することが
困難となってきている。以下、従来の技術による半導体
製造装置ついて、図面を参照しながら説明する。
【０００３】図６は、従来の技術における半導体製造装
置の断面図を示す。図６において、１は真空容器、２は
真空容器１内に設置されたウエハ支持台、３はウエハ支
持台２上に設置され、あらかじめマスクパターンが加工
された被加工ウエハ、４は熱交換器、５はウエハ支持台
２と熱交換器４を接続し、冷媒を流すための配管であ
る。
置の断面図を示す。図６において、１は真空容器、２は
真空容器１内に設置されたウエハ支持台、３はウエハ支
持台２上に設置され、あらかじめマスクパターンが加工
された被加工ウエハ、４は熱交換器、５はウエハ支持台
２と熱交換器４を接続し、冷媒を流すための配管であ
る。
【０００４】図７は図６において示した半導体製造装置
の平面図を示し、６はウエハ支持台２と配管５を接続す
る入口であり、７はウエハ支持台２と配管５を接続する
出口である。真空容器１内にエッチングで用いるガスと
プラズマを発生させるための電力を外部から供給するこ
とにより、被加工ウエハ３上にあらかじめ加工されたマ
スクパターンをマスクとしてパターンが加工される。熱
交換器４はウエハ支持台２の温度を調節するためのもの
であり、熱交換器４から流出された冷媒は、配管５、入
口６、ウエハ支持台２、出口７、配管５を経由して熱交
換器４へ戻る。この冷媒の循環によりウエハ支持台２の
温度を調節している。ウエハ支持台２と被加工ウエハ３
は密着しており、熱的に伝導している。被加工ウエハ３
はエッチング処理中にプラズマにさらされることによ
り、温度が上昇する。このウエハ温度上昇を制御し、エ
ッチング処理中に所望のウエハ温度が実現できるように
ウエハ支持台２の温度を調整するため、冷媒の温度を熱
交換器４により設定する。
の平面図を示し、６はウエハ支持台２と配管５を接続す
る入口であり、７はウエハ支持台２と配管５を接続する
出口である。真空容器１内にエッチングで用いるガスと
プラズマを発生させるための電力を外部から供給するこ
とにより、被加工ウエハ３上にあらかじめ加工されたマ
スクパターンをマスクとしてパターンが加工される。熱
交換器４はウエハ支持台２の温度を調節するためのもの
であり、熱交換器４から流出された冷媒は、配管５、入
口６、ウエハ支持台２、出口７、配管５を経由して熱交
換器４へ戻る。この冷媒の循環によりウエハ支持台２の
温度を調節している。ウエハ支持台２と被加工ウエハ３
は密着しており、熱的に伝導している。被加工ウエハ３
はエッチング処理中にプラズマにさらされることによ
り、温度が上昇する。このウエハ温度上昇を制御し、エ
ッチング処理中に所望のウエハ温度が実現できるように
ウエハ支持台２の温度を調整するため、冷媒の温度を熱
交換器４により設定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、エッチング処理中に入口６からウエハ支
持台２内へ入った冷媒は被加工ウエハ３の温度上昇に伴
い、ウエハ支持台２を通して加熱され、出口７から出
る。その結果、ウエハ支持台２は出口６付近から出口７
付近へ向けて温度勾配が発生し、被加工ウエハ３にも同
様な温度勾配が発生する。
来の構成では、エッチング処理中に入口６からウエハ支
持台２内へ入った冷媒は被加工ウエハ３の温度上昇に伴
い、ウエハ支持台２を通して加熱され、出口７から出
る。その結果、ウエハ支持台２は出口６付近から出口７
付近へ向けて温度勾配が発生し、被加工ウエハ３にも同
様な温度勾配が発生する。
【０００６】また、エッチングを行うために発生させた
プラズマはウエハ支持台２および被加工ウエハ３に対し
て中心の温度が最も高い分布を有する同心円上の温度勾
配を発生させてしまうことがある。これらのウエハ支持
台２の温度勾配がエッチング処理中の被加工ウエハに温
度勾配を与え、パターン加工寸法のウエハ面内ばらつき
を発生させるという欠点がある。
プラズマはウエハ支持台２および被加工ウエハ３に対し
て中心の温度が最も高い分布を有する同心円上の温度勾
配を発生させてしまうことがある。これらのウエハ支持
台２の温度勾配がエッチング処理中の被加工ウエハに温
度勾配を与え、パターン加工寸法のウエハ面内ばらつき
を発生させるという欠点がある。
【０００７】この発明の目的は、上記課題について鑑
み、パターン加工寸法のウエハ面内ばらつきを低減させ
る半導体製造装置を提供するものである。
み、パターン加工寸法のウエハ面内ばらつきを低減させ
る半導体製造装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体製
造装置は、一側に第１の入口を設け他側に第１の出口を
設けた第１の冷媒用通路を内部に形成し、前記第１の出
口の近傍に第２の入口を設け、前記第１の入口の近傍に
第２の出口を設けた第２の冷媒用通路を内部に形成した
ウエハ支持台と、第１の冷媒が循環するように前記第１
の入口および前記第１の出口に、第１の配管を介して連
結された第１の熱交換器と、第２の冷媒が循環するよう
に前記第２の入口および前記第２の出口に、第２の配管
を介して連結された第２の熱交換器とを備え、前記第１
の入口と前記第１の出口は、前記ウエハ支持台の面内の
第１の対称線をはさんで対向する位置に配置され、前記
第２の入口と前記第２の出口は、前記ウエハ支持台の面
内の前記第１の対称線をはさんで対向する位置に配置さ
れ、前記第１の冷媒用通路と前記第２の冷媒用通路は、
同心円状に配置された互いに独立した冷媒用通路であっ
て、前記第２の冷媒用通路は、前記第１の冷媒用通路の
外側に配置され、前記第１の冷媒用通路の長さと前記第
２の冷媒用通路の長さは、前記第１の入口と前記第１の
出口を結ぶ線、あるいは、前記第２の入口と前記第２の
出口を結ぶ線と平行な前記ウエハ支持台の面内の第２の
対称軸の両側において同一であり、前記第１の熱交換器
の設定温度は、前記第２の熱交換器の設定温度と異なる
温度に設定されていることを特徴するものである。
造装置は、一側に第１の入口を設け他側に第１の出口を
設けた第１の冷媒用通路を内部に形成し、前記第１の出
口の近傍に第２の入口を設け、前記第１の入口の近傍に
第２の出口を設けた第２の冷媒用通路を内部に形成した
ウエハ支持台と、第１の冷媒が循環するように前記第１
の入口および前記第１の出口に、第１の配管を介して連
結された第１の熱交換器と、第２の冷媒が循環するよう
に前記第２の入口および前記第２の出口に、第２の配管
を介して連結された第２の熱交換器とを備え、前記第１
の入口と前記第１の出口は、前記ウエハ支持台の面内の
第１の対称線をはさんで対向する位置に配置され、前記
第２の入口と前記第２の出口は、前記ウエハ支持台の面
内の前記第１の対称線をはさんで対向する位置に配置さ
れ、前記第１の冷媒用通路と前記第２の冷媒用通路は、
同心円状に配置された互いに独立した冷媒用通路であっ
て、前記第２の冷媒用通路は、前記第１の冷媒用通路の
外側に配置され、前記第１の冷媒用通路の長さと前記第
２の冷媒用通路の長さは、前記第１の入口と前記第１の
出口を結ぶ線、あるいは、前記第２の入口と前記第２の
出口を結ぶ線と平行な前記ウエハ支持台の面内の第２の
対称軸の両側において同一であり、前記第１の熱交換器
の設定温度は、前記第２の熱交換器の設定温度と異なる
温度に設定されていることを特徴するものである。
【０００９】請求項１記載の半導体製造装置によれば、
ウエハ支持台の側部の第１の入口と第２の出口を互いに
近傍に配置し、また第１の出口と第２の入口を互いに近
傍に設置することによって、お互いの冷媒の温度差を相
殺することができ、ウエハ支持台の面内の温度分布を均
一に制御することができるので、パターン加工寸法のウ
エハ面内ばらつきを低減することができる。また一方の
冷媒がウエハ支持台の中心付近を通り、他方の冷媒がウ
エハ支持台の周辺付近を通るように構成された二系統の
冷却機構を備え、それらの冷媒温度を独立に制御するこ
とによって、エッチング処理時に生じる被加工ウエハの
面内温度差を低減することができ、パターン加工寸法の
ウエハ面内ばらつきを低減することができる。
ウエハ支持台の側部の第１の入口と第２の出口を互いに
近傍に配置し、また第１の出口と第２の入口を互いに近
傍に設置することによって、お互いの冷媒の温度差を相
殺することができ、ウエハ支持台の面内の温度分布を均
一に制御することができるので、パターン加工寸法のウ
エハ面内ばらつきを低減することができる。また一方の
冷媒がウエハ支持台の中心付近を通り、他方の冷媒がウ
エハ支持台の周辺付近を通るように構成された二系統の
冷却機構を備え、それらの冷媒温度を独立に制御するこ
とによって、エッチング処理時に生じる被加工ウエハの
面内温度差を低減することができ、パターン加工寸法の
ウエハ面内ばらつきを低減することができる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】請求項２記載の半導体製造装置は、請求項
１において、第１の熱交換器の設定温度が第２の熱交換
器の設定温度よりも低く設定されているものである。
１において、第１の熱交換器の設定温度が第２の熱交換
器の設定温度よりも低く設定されているものである。
【００１４】請求項２記載の半導体製造装置によれば、
請求項１と同様な効果のほか、ウエハ支持台の中心付近
の設定温度が周辺付近の設定温度よりも低く設定されて
いるので、より一層ウエハ支持台の温度の均一性を図る
ことができる。
請求項１と同様な効果のほか、ウエハ支持台の中心付近
の設定温度が周辺付近の設定温度よりも低く設定されて
いるので、より一層ウエハ支持台の温度の均一性を図る
ことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】この発明の半導体製造装置におけ
る第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明
する。図１は、この発明の第１の実施の形態の半導体製
造装置における平面図を示す。図１において、１１は真
空容器、１２は真空容器１１内に設置され内部に第１の
冷媒用通路（図示せず）および第２の冷媒用通路（図示
せず）を形成したウエハ支持台、１３は第１の熱交換
器、１４はウエハ支持台１２と第１の熱交換器１３を接
続し、冷媒を流すための第１の配管、１５はウエハ支持
台１２と第１の配管１４を接続する第１の入口、１６は
ウエハ支持台１２と第１の配管１４を接続する第１の出
口、１７は第２の熱交換器、１８はウエハ支持台１２と
第２の熱交換器１７を接続する第２の配管、１９はウエ
ハ支持台１２と第２の配管１８を接続し、第１の出口１
６の近傍に設置された第２の入口、２０はウエハ支持台
１２と第２の配管１８を接続し、第１の入口１５の近傍
に設置された第２の出口である。
る第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明
する。図１は、この発明の第１の実施の形態の半導体製
造装置における平面図を示す。図１において、１１は真
空容器、１２は真空容器１１内に設置され内部に第１の
冷媒用通路（図示せず）および第２の冷媒用通路（図示
せず）を形成したウエハ支持台、１３は第１の熱交換
器、１４はウエハ支持台１２と第１の熱交換器１３を接
続し、冷媒を流すための第１の配管、１５はウエハ支持
台１２と第１の配管１４を接続する第１の入口、１６は
ウエハ支持台１２と第１の配管１４を接続する第１の出
口、１７は第２の熱交換器、１８はウエハ支持台１２と
第２の熱交換器１７を接続する第２の配管、１９はウエ
ハ支持台１２と第２の配管１８を接続し、第１の出口１
６の近傍に設置された第２の入口、２０はウエハ支持台
１２と第２の配管１８を接続し、第１の入口１５の近傍
に設置された第２の出口である。
【００１６】エッチング処理を実施する際には、ウエハ
支持台１２の上に被加工ウエハを設置し、真空容器１１
内にエッチングで用いるガスとプラズマを発生させるた
めの電力を外部から供給する。そして、被加工ウエハ上
にあらかじめ加工されたマスクパターンをマスクとして
パターンが加工される。第１の熱交換器１３および第２
の熱交換器１７はウエハ支持台１２の温度を調節するた
めのものであり、第１の熱交換器１３から流出された冷
媒は、第１の配管１４、第１の入口１５、ウエハ支持台
１２の第１の冷媒用通路、第１の出口１６、第１の配管
１４を経由して第１の熱交換器１３へ戻る。他方、第２
の熱交換器１７から流出された冷媒は、第２の配管１
８、第２の入口１９、ウエハ支持台１２の第２の冷媒用
通路、第２の出口２０、第２の配管１８を経由して第２
の熱交換器１７へ戻る。これらの冷媒の循環系は互いに
独立しており、ウエハ支持台１２内でも第１の冷媒用通
路と第２の冷媒用通路に分離されている。また、これら
の冷媒の循環系のコンダクタンスも同一であることが望
ましい。ウエハ支持台１２と被加工ウエハは密着してお
り、熱的に伝導している。被加工ウエハはエッチング処
理中にプラズマにさらされることにより、温度が上昇し
ていく。このウエハ温度上昇を制御し、エッチング処理
中に所望のウエハ温度が実現できるようにウエハ支持台
１２の温度を調節するため、冷媒の温度を第１の熱交換
器１３および第２の熱交換器１７にて設定する。第１の
熱交換器１３と第２の熱交換器１７の冷媒に対する温度
制御性能が同一であれば設定温度は同一にする。エッチ
ング処理中にウエハ支持台１２内へ入った冷媒は被加工
ウエハの温度上昇に伴い、ウエハ支持台１２を通して加
熱される。第１の熱交換器１３から流出された冷媒は第
１の入口１５付近から第１の出口１６付近へ向けて温度
勾配が発生する。第２の熱交換器１７から流出された冷
媒は第２の入口１９付近から第２の出口２０付近へ向け
て温度勾配が発生する。しかし、この発明の第１の実施
の形態の半導体装置の構造上、第１の入口１５と第２の
出口２０が近傍に設置されているため、互いの冷媒の温
度差が相殺され、第１の入口１５および第２の出口２０
付近のウエハ支持台１２の温度は中間的な温度で熱的平
衡状態となる。同様に第１の出口１６と第２の入口１９
が近傍に設置されているため、互いの冷媒の温度差が相
殺され、第１の出口１６および第２の入口１９付近のウ
エハ支持台１２の温度は中間の温度で熱的平衡状態とな
る。その結果、ウエハ支持台１２の全面において均一な
温度が実現できる。
支持台１２の上に被加工ウエハを設置し、真空容器１１
内にエッチングで用いるガスとプラズマを発生させるた
めの電力を外部から供給する。そして、被加工ウエハ上
にあらかじめ加工されたマスクパターンをマスクとして
パターンが加工される。第１の熱交換器１３および第２
の熱交換器１７はウエハ支持台１２の温度を調節するた
めのものであり、第１の熱交換器１３から流出された冷
媒は、第１の配管１４、第１の入口１５、ウエハ支持台
１２の第１の冷媒用通路、第１の出口１６、第１の配管
１４を経由して第１の熱交換器１３へ戻る。他方、第２
の熱交換器１７から流出された冷媒は、第２の配管１
８、第２の入口１９、ウエハ支持台１２の第２の冷媒用
通路、第２の出口２０、第２の配管１８を経由して第２
の熱交換器１７へ戻る。これらの冷媒の循環系は互いに
独立しており、ウエハ支持台１２内でも第１の冷媒用通
路と第２の冷媒用通路に分離されている。また、これら
の冷媒の循環系のコンダクタンスも同一であることが望
ましい。ウエハ支持台１２と被加工ウエハは密着してお
り、熱的に伝導している。被加工ウエハはエッチング処
理中にプラズマにさらされることにより、温度が上昇し
ていく。このウエハ温度上昇を制御し、エッチング処理
中に所望のウエハ温度が実現できるようにウエハ支持台
１２の温度を調節するため、冷媒の温度を第１の熱交換
器１３および第２の熱交換器１７にて設定する。第１の
熱交換器１３と第２の熱交換器１７の冷媒に対する温度
制御性能が同一であれば設定温度は同一にする。エッチ
ング処理中にウエハ支持台１２内へ入った冷媒は被加工
ウエハの温度上昇に伴い、ウエハ支持台１２を通して加
熱される。第１の熱交換器１３から流出された冷媒は第
１の入口１５付近から第１の出口１６付近へ向けて温度
勾配が発生する。第２の熱交換器１７から流出された冷
媒は第２の入口１９付近から第２の出口２０付近へ向け
て温度勾配が発生する。しかし、この発明の第１の実施
の形態の半導体装置の構造上、第１の入口１５と第２の
出口２０が近傍に設置されているため、互いの冷媒の温
度差が相殺され、第１の入口１５および第２の出口２０
付近のウエハ支持台１２の温度は中間的な温度で熱的平
衡状態となる。同様に第１の出口１６と第２の入口１９
が近傍に設置されているため、互いの冷媒の温度差が相
殺され、第１の出口１６および第２の入口１９付近のウ
エハ支持台１２の温度は中間の温度で熱的平衡状態とな
る。その結果、ウエハ支持台１２の全面において均一な
温度が実現できる。
【００１７】以上のように、二系統の冷却機構を逆並列
に配置し、ウエハ支持台１２への互いの入口と出口を近
傍に設置することで、プラズマにさらされている間のウ
エハ支持台１２の温度勾配を抑制することができ、被加
工ウエハの温度も面内で均一にすることができる。そし
て、ウエハ面内の温度分布が均一になれば、パターン加
工寸法のばらつきを低減した加工が実現できる。
に配置し、ウエハ支持台１２への互いの入口と出口を近
傍に設置することで、プラズマにさらされている間のウ
エハ支持台１２の温度勾配を抑制することができ、被加
工ウエハの温度も面内で均一にすることができる。そし
て、ウエハ面内の温度分布が均一になれば、パターン加
工寸法のばらつきを低減した加工が実現できる。
【００１８】具体的な一例としてアルミニウム合金のパ
ターンを加工する場合を示す。アルミニウム合金のパタ
ーン形成をドライエッチングにより実施する場合、ウエ
ハ支持台１２の設定温度とパターン加工寸法の関係は非
常に敏感である。図２にウエハ支持台１２の設定温度と
パターン加工寸法の関係を示す。図２より、ウエハ支持
台１２の設定温度を故意に変化させるとパターン加工寸
法が変化することがわかる。
ターンを加工する場合を示す。アルミニウム合金のパタ
ーン形成をドライエッチングにより実施する場合、ウエ
ハ支持台１２の設定温度とパターン加工寸法の関係は非
常に敏感である。図２にウエハ支持台１２の設定温度と
パターン加工寸法の関係を示す。図２より、ウエハ支持
台１２の設定温度を故意に変化させるとパターン加工寸
法が変化することがわかる。
【００１９】被加工ウエハを真空容器１１内のウエハ支
持台１２上に設置する。被加工ウエハはパターンとなる
アルミニウム合金が全面に堆積された後、フォトリソグ
ラフィ法等によりマスクパターンが形成されている。被
加工ウエハは静電吸着方式や機械的圧着方式等によりウ
エハ支持台１２に密着している。ウエハ支持台１２と被
加工ウエハの間に少量のヘリウムガスを流すことによ
り、相互の熱伝導性を向上させることが望ましい。真空
容器１１内に塩素系ガスを導入し、真空容器１１内を１
０ｍＴｏｒｒ程度の圧力に調整する。外部よりアンテナ
や電極を用いて、ＲＦ電力を印加することにより、塩素
系ガスをプラズマ化させる。ウエハ支持台１２の温度は
最初５０度になるように、第１の熱交換器１３と第２の
熱交換器１７の設定温度を５０度とする。第１の配管１
４および第２の配管１８には保温材を設置し、外部温度
と熱的に遮蔽することが望ましい。プラズマにさらされ
た被加工ウエハの表面は加工が終了するまでに９０度程
度まで上昇する。それに伴い、被加工ウエハと密着して
いるウエハ支持台１２も加熱され、温度が上昇してい
く。ここで、図３（ａ）に従来例の半導体製造装置にお
けるウエハ支持台の温度勾配の様子Ｑ1 とパターン加工
寸法のウエハ面内分布Ｑ2 を示す。図３（ａ）中のＡ−
Ａ’は図７中のＡ−Ａ’に対応する。循環している冷媒
はウエハ支持台２への入口６付近では５０度であるが、
出口７付近では６０度程度まで上昇する。すなわち、ウ
エハ支持台の温度勾配も同様となる。そして図２の関係
にしたがい、ウエハ支持台２の入口６付近のパターン加
工寸法と出口７付近のパターン加工寸法は異なってしま
う。温度の高い方がパターン加工寸法は細く仕上がり、
温度の低い方がパターン加工寸法は太く仕上がる。その
結果として、ウエハ面内でパターン加工寸法がばらつく
ことになる。次に、図３（ｂ）にこの発明の第１の実施
の形態の半導体製造装置におけるウエハ支持台の温度勾
配の様子Ｑ3 とパターン加工寸法のウエハ面内分布Ｑ4
を示す。図３（ｂ）中のＢ−Ｂ’は図１中のＢ−Ｂ’に
対応する。この発明の第１の実施の形態の半導体製造装
置の構造上、第１の入口１５と第２の出口２０が近傍に
設置されているため、互いの冷媒の温度差が相殺され
る。第１の入口１５付近の冷媒の温度は５０度、第２の
出口２０付近の冷媒の温度は６０度となると、第１の入
口１５および第２の出口２０付近のウエハ支持台１２の
温度はほぼ中間的な温度である５５度で熱的平衡状態と
なる。同様なことが第１の出口１６および第２の入口１
９付近のウエハ支持台１２で発生する。その結果、ウエ
ハ支持台１２の全面において均一な温度が実現できる。
そして図３（ｂ）に示すようにパターン加工寸法のウエ
ハ面内分布が均一になり、パターン加工寸法のばらつき
を低減した加工が実現できる。
持台１２上に設置する。被加工ウエハはパターンとなる
アルミニウム合金が全面に堆積された後、フォトリソグ
ラフィ法等によりマスクパターンが形成されている。被
加工ウエハは静電吸着方式や機械的圧着方式等によりウ
エハ支持台１２に密着している。ウエハ支持台１２と被
加工ウエハの間に少量のヘリウムガスを流すことによ
り、相互の熱伝導性を向上させることが望ましい。真空
容器１１内に塩素系ガスを導入し、真空容器１１内を１
０ｍＴｏｒｒ程度の圧力に調整する。外部よりアンテナ
や電極を用いて、ＲＦ電力を印加することにより、塩素
系ガスをプラズマ化させる。ウエハ支持台１２の温度は
最初５０度になるように、第１の熱交換器１３と第２の
熱交換器１７の設定温度を５０度とする。第１の配管１
４および第２の配管１８には保温材を設置し、外部温度
と熱的に遮蔽することが望ましい。プラズマにさらされ
た被加工ウエハの表面は加工が終了するまでに９０度程
度まで上昇する。それに伴い、被加工ウエハと密着して
いるウエハ支持台１２も加熱され、温度が上昇してい
く。ここで、図３（ａ）に従来例の半導体製造装置にお
けるウエハ支持台の温度勾配の様子Ｑ1 とパターン加工
寸法のウエハ面内分布Ｑ2 を示す。図３（ａ）中のＡ−
Ａ’は図７中のＡ−Ａ’に対応する。循環している冷媒
はウエハ支持台２への入口６付近では５０度であるが、
出口７付近では６０度程度まで上昇する。すなわち、ウ
エハ支持台の温度勾配も同様となる。そして図２の関係
にしたがい、ウエハ支持台２の入口６付近のパターン加
工寸法と出口７付近のパターン加工寸法は異なってしま
う。温度の高い方がパターン加工寸法は細く仕上がり、
温度の低い方がパターン加工寸法は太く仕上がる。その
結果として、ウエハ面内でパターン加工寸法がばらつく
ことになる。次に、図３（ｂ）にこの発明の第１の実施
の形態の半導体製造装置におけるウエハ支持台の温度勾
配の様子Ｑ3 とパターン加工寸法のウエハ面内分布Ｑ4
を示す。図３（ｂ）中のＢ−Ｂ’は図１中のＢ−Ｂ’に
対応する。この発明の第１の実施の形態の半導体製造装
置の構造上、第１の入口１５と第２の出口２０が近傍に
設置されているため、互いの冷媒の温度差が相殺され
る。第１の入口１５付近の冷媒の温度は５０度、第２の
出口２０付近の冷媒の温度は６０度となると、第１の入
口１５および第２の出口２０付近のウエハ支持台１２の
温度はほぼ中間的な温度である５５度で熱的平衡状態と
なる。同様なことが第１の出口１６および第２の入口１
９付近のウエハ支持台１２で発生する。その結果、ウエ
ハ支持台１２の全面において均一な温度が実現できる。
そして図３（ｂ）に示すようにパターン加工寸法のウエ
ハ面内分布が均一になり、パターン加工寸法のばらつき
を低減した加工が実現できる。
【００２０】この発明の第２の実施の形態の半導体製造
装置について、図面を参照しながら説明する。図４は、
この発明の第２の半導体製造装置における平面図を示
す。図４において、２１は真空容器、２２は真空容器２
１内に設置され、お互いに分離した二系統の冷媒が流れ
る同心円状の冷媒用通路を備えたウエハ支持台、２３は
第１の熱交換器、２４はウエハ支持台２２と第１の熱交
換器２３を接続し、冷媒を流すための第１の配管、２５
はウエハ支持台２２と第１の配管２４を接続する第１の
入口、２６はウエハ支持台２２と第１の配管２４を接続
する第１の出口、２７は第２の熱交換器、２８はウエハ
支持台２２と第２の熱交換器２７を接続する第２の配
管、２９はウエハ支持台２２と第２の配管２８を接続
し、第１の出口２６の近傍に設置された第２の入口、３
０はウエハ支持台２２と第２の配管２８を接続し、第１
の入口２５の近傍に設置された第２の出口である。
装置について、図面を参照しながら説明する。図４は、
この発明の第２の半導体製造装置における平面図を示
す。図４において、２１は真空容器、２２は真空容器２
１内に設置され、お互いに分離した二系統の冷媒が流れ
る同心円状の冷媒用通路を備えたウエハ支持台、２３は
第１の熱交換器、２４はウエハ支持台２２と第１の熱交
換器２３を接続し、冷媒を流すための第１の配管、２５
はウエハ支持台２２と第１の配管２４を接続する第１の
入口、２６はウエハ支持台２２と第１の配管２４を接続
する第１の出口、２７は第２の熱交換器、２８はウエハ
支持台２２と第２の熱交換器２７を接続する第２の配
管、２９はウエハ支持台２２と第２の配管２８を接続
し、第１の出口２６の近傍に設置された第２の入口、３
０はウエハ支持台２２と第２の配管２８を接続し、第１
の入口２５の近傍に設置された第２の出口である。
【００２１】エッチング処理を実施する際には、ウエハ
支持台２２の上に被加工ウエハを設置し、真空容器２１
内にエッチングで用いるガスとプラズマを発生させるた
めの電力を外部から供給する。そして、ウエハ上にあら
かじめ加工されたマスクパターンをマスクとしてパター
ンが加工される。第１の熱交換器２３および第２の熱交
換器２７はウエハ支持台２２の温度を調節するためのも
のであり、第１の熱交換器２３から流出された冷媒は、
第１の配管２４、第１の入口２５、ウエハ支持台２２、
第１の出口２６、第１の配管２４を経由して第１の熱交
換器２３へ戻る。ウエハ支持台２２中の冷媒はウエハ支
持台２２の中心部分の冷媒用通路３２を経由する。他
方、第２の熱交換器２７から流出された冷媒は、第２の
配管２８、第２の入口２９、ウエハ支持台２２、第２の
出口３０、第２の配管２８を経由して第２の熱交換器２
７へ戻る。ウエハ支持台２２中の冷媒はウエハ支持台２
２の周辺部分の冷媒用通路３３を経由する。ウエハ支持
台２２と被加工ウエハは密着しており、熱的に伝導して
いる。被加工ウエハはエッチング処理中にプラズマにさ
らされることにより、温度が上昇していく。しかも、被
加工ウエハの温度上昇はウエハの中心が最も大きく、周
辺が最も小さい。このウエハ温度上昇を制御し、エッチ
ング処理中に所望のウエハ温度が実現できるようにウエ
ハ支持台２２の温度を調節するため、冷媒の温度を第１
の熱交換器２３および第２の熱交換器２７にて設定す
る。さらに、第１の熱交換器２３の設定温度を第２の熱
交換器２７より低く設定すると、ウエハ支持台２２の中
心の熱交換効率を高く、ウエハ支持台２２の周辺の熱交
換効率を低くすることができる。その結果、ウエハ支持
台２２の全面において均一な温度が実現できる。
支持台２２の上に被加工ウエハを設置し、真空容器２１
内にエッチングで用いるガスとプラズマを発生させるた
めの電力を外部から供給する。そして、ウエハ上にあら
かじめ加工されたマスクパターンをマスクとしてパター
ンが加工される。第１の熱交換器２３および第２の熱交
換器２７はウエハ支持台２２の温度を調節するためのも
のであり、第１の熱交換器２３から流出された冷媒は、
第１の配管２４、第１の入口２５、ウエハ支持台２２、
第１の出口２６、第１の配管２４を経由して第１の熱交
換器２３へ戻る。ウエハ支持台２２中の冷媒はウエハ支
持台２２の中心部分の冷媒用通路３２を経由する。他
方、第２の熱交換器２７から流出された冷媒は、第２の
配管２８、第２の入口２９、ウエハ支持台２２、第２の
出口３０、第２の配管２８を経由して第２の熱交換器２
７へ戻る。ウエハ支持台２２中の冷媒はウエハ支持台２
２の周辺部分の冷媒用通路３３を経由する。ウエハ支持
台２２と被加工ウエハは密着しており、熱的に伝導して
いる。被加工ウエハはエッチング処理中にプラズマにさ
らされることにより、温度が上昇していく。しかも、被
加工ウエハの温度上昇はウエハの中心が最も大きく、周
辺が最も小さい。このウエハ温度上昇を制御し、エッチ
ング処理中に所望のウエハ温度が実現できるようにウエ
ハ支持台２２の温度を調節するため、冷媒の温度を第１
の熱交換器２３および第２の熱交換器２７にて設定す
る。さらに、第１の熱交換器２３の設定温度を第２の熱
交換器２７より低く設定すると、ウエハ支持台２２の中
心の熱交換効率を高く、ウエハ支持台２２の周辺の熱交
換効率を低くすることができる。その結果、ウエハ支持
台２２の全面において均一な温度が実現できる。
【００２２】以上のように被加工ウエハに対して二系統
の冷却機構を同心円上に配置することにより、ウエハ支
持台２２の中心部と周辺部の温度抑制を独立にすること
ができ、被加工ウエハの温度も面内で均一にすることが
できる。そして、ウエハ面内の温度分布が均一になれ
ば、パターン加工寸法のばらつきを低減した加工が実現
できる。
の冷却機構を同心円上に配置することにより、ウエハ支
持台２２の中心部と周辺部の温度抑制を独立にすること
ができ、被加工ウエハの温度も面内で均一にすることが
できる。そして、ウエハ面内の温度分布が均一になれ
ば、パターン加工寸法のばらつきを低減した加工が実現
できる。
【００２３】具体的な一例としてアルミニウム合金のパ
ターンを加工する場合を示す。アルミニウム合金のパタ
ーン形成をドライエッチングにより実施する場合、ウエ
ハ支持台の設定温度とパターン加工寸法の関係は非常に
敏感である。上記したが、図２に示したウエハ支持台２
２の設定温度とパターン加工寸法の関係より、ウエハ支
持台２２の設定温度を故意に変化させるとパターン加工
寸法が変化する。
ターンを加工する場合を示す。アルミニウム合金のパタ
ーン形成をドライエッチングにより実施する場合、ウエ
ハ支持台の設定温度とパターン加工寸法の関係は非常に
敏感である。上記したが、図２に示したウエハ支持台２
２の設定温度とパターン加工寸法の関係より、ウエハ支
持台２２の設定温度を故意に変化させるとパターン加工
寸法が変化する。
【００２４】被加工ウエハを真空容器２１内のウエハ支
持台２２上に設置する。被加工ウエハはパターンとなる
アルミニウム合金が全面に堆積された後、フォトリソグ
ラフィ法等によりマスクパターンが形成されている。被
加工ウエハは静電吸着方式や機械的圧着方式等によりウ
エハ支持台２２に密着している。ウエハ支持台２２と被
加工ウエハの間に少量のヘリウムガスを流すことによ
り、相互の熱伝導性を向上させることが望ましい。真空
容器内に塩素系ガスを導入し、真空容器２１内を１０ｍ
Ｔｏｒｒ程度に圧力調整する。外部よりアンテナや電極
を用いて、ＲＦ電力を印加することにより、塩素系ガス
をプラズマ化させる。第１の熱交換器２３の設定温度を
４５度、第２の熱交換器２７の設定温度を５５度とす
る。第１の配管２４および第２の配管２８には保温材を
設置し、外部温度と熱的に遮蔽することが望ましい。こ
こで、図５（ａ）に従来例の半導体製造装置における被
加工ウエハの温度分布の様子Ｑ5 とパターン加工寸法の
ウエハ面内分布Ｑ6 を示す。図５（ａ）中のＣ−Ｃ’は
図７中のウエハ支持台２上ではＣ−Ｃ’の位置に対応す
る。プラズマにさらされた被加工ウエハの表面は加工が
終了するまでに被加工ウエハの中心で９０度程度、周辺
で８０度まで上昇する。この原因はプラズマの密度が中
心部分で高く、周辺で低いためである。そして図２の関
係にしたがい、温度の高い方がパターン加工寸法は細く
仕上がり、温度の低い方がパターン加工寸法は太く仕上
がる。その結果として、ウエハ面内でパターン加工寸法
がばらつくことになる。次に、図５（ｂ）にこの発明の
第２の実施の形態の半導体製造装置における被加工ウエ
ハの温度分布の様子Ｑ7 とパターン加工寸法のウエハ面
内分布Ｑ8 を示す。図５（ｂ）中のＤ−Ｄ’は図４中ウ
エハ支持台２２上ではＤ−Ｄ’の位置に対応する。この
発明の第２の実施の形態の半導体製造装置の構造上、二
系統の冷却機構を被加工ウエハに対して同心円状に配置
することにより、ウエハ支持台２２の中心部と周辺部の
温度抑制を独立にすることができ、被加工ウエハの温度
も面内で均一にすることができる。そして、図５（ｂ）
に示すようにパターン加工寸法のウエハ面内分布が均一
になり、パターン加工寸法のばらつきを低減した加工が
実現できる。
持台２２上に設置する。被加工ウエハはパターンとなる
アルミニウム合金が全面に堆積された後、フォトリソグ
ラフィ法等によりマスクパターンが形成されている。被
加工ウエハは静電吸着方式や機械的圧着方式等によりウ
エハ支持台２２に密着している。ウエハ支持台２２と被
加工ウエハの間に少量のヘリウムガスを流すことによ
り、相互の熱伝導性を向上させることが望ましい。真空
容器内に塩素系ガスを導入し、真空容器２１内を１０ｍ
Ｔｏｒｒ程度に圧力調整する。外部よりアンテナや電極
を用いて、ＲＦ電力を印加することにより、塩素系ガス
をプラズマ化させる。第１の熱交換器２３の設定温度を
４５度、第２の熱交換器２７の設定温度を５５度とす
る。第１の配管２４および第２の配管２８には保温材を
設置し、外部温度と熱的に遮蔽することが望ましい。こ
こで、図５（ａ）に従来例の半導体製造装置における被
加工ウエハの温度分布の様子Ｑ5 とパターン加工寸法の
ウエハ面内分布Ｑ6 を示す。図５（ａ）中のＣ−Ｃ’は
図７中のウエハ支持台２上ではＣ−Ｃ’の位置に対応す
る。プラズマにさらされた被加工ウエハの表面は加工が
終了するまでに被加工ウエハの中心で９０度程度、周辺
で８０度まで上昇する。この原因はプラズマの密度が中
心部分で高く、周辺で低いためである。そして図２の関
係にしたがい、温度の高い方がパターン加工寸法は細く
仕上がり、温度の低い方がパターン加工寸法は太く仕上
がる。その結果として、ウエハ面内でパターン加工寸法
がばらつくことになる。次に、図５（ｂ）にこの発明の
第２の実施の形態の半導体製造装置における被加工ウエ
ハの温度分布の様子Ｑ7 とパターン加工寸法のウエハ面
内分布Ｑ8 を示す。図５（ｂ）中のＤ−Ｄ’は図４中ウ
エハ支持台２２上ではＤ−Ｄ’の位置に対応する。この
発明の第２の実施の形態の半導体製造装置の構造上、二
系統の冷却機構を被加工ウエハに対して同心円状に配置
することにより、ウエハ支持台２２の中心部と周辺部の
温度抑制を独立にすることができ、被加工ウエハの温度
も面内で均一にすることができる。そして、図５（ｂ）
に示すようにパターン加工寸法のウエハ面内分布が均一
になり、パターン加工寸法のばらつきを低減した加工が
実現できる。
【００２５】また、第２の実施の形態は、入口２５、２
９および出口２６、３０をウエハ支持第２２の側部に設
け、かつ第２の入口２９を第１の出口２６の近傍に配置
し、第２の出口３０を第１の入口２５の近傍に配置した
構成であるので、入口と出口を結ぶ方向の温度分布の均
一化も図れ、第１の実施の形態と同様な効果も得ること
ができる。
９および出口２６、３０をウエハ支持第２２の側部に設
け、かつ第２の入口２９を第１の出口２６の近傍に配置
し、第２の出口３０を第１の入口２５の近傍に配置した
構成であるので、入口と出口を結ぶ方向の温度分布の均
一化も図れ、第１の実施の形態と同様な効果も得ること
ができる。
【００２６】なお、上記の実施の形態では、真空容器中
のドライエッチングついて示したが、ウエハ支持台を有
する半導体製造装置による加工であれば、同様の効果が
得られることは言うまでもない。ここで、特許請求の範
囲に示された発明は上記の実施の形態で説明した態様に
限られるものではない。
のドライエッチングついて示したが、ウエハ支持台を有
する半導体製造装置による加工であれば、同様の効果が
得られることは言うまでもない。ここで、特許請求の範
囲に示された発明は上記の実施の形態で説明した態様に
限られるものではない。
【００２７】
【発明の効果】請求項１記載の半導体製造装置によれ
ば、ウエハ支持台の側部の第１の入口と第２の出口を互
いに近傍に配置し、また第１の出口と第２の入口を互い
に近傍に設置することによって、お互いの冷媒の温度差
を相殺することができ、ウエハ支持台の面内の温度分布
を均一に制御することができるので、パターン加工寸法
のウエハ面内ばらつきを低減することができる。また一
方の冷媒がウエハ支持台の中心付近を通り、他方の冷媒
がウエハ支持台の周辺付近を通るように構成された二系
統の冷却機構を備え、それらの冷媒温度を独立に制御す
ることによって、エッチング処理時に生じる被加工ウエ
ハの面内温度差を低減することができ、パターン加工寸
法のウエハ面内ばらつきを低減することができる。
ば、ウエハ支持台の側部の第１の入口と第２の出口を互
いに近傍に配置し、また第１の出口と第２の入口を互い
に近傍に設置することによって、お互いの冷媒の温度差
を相殺することができ、ウエハ支持台の面内の温度分布
を均一に制御することができるので、パターン加工寸法
のウエハ面内ばらつきを低減することができる。また一
方の冷媒がウエハ支持台の中心付近を通り、他方の冷媒
がウエハ支持台の周辺付近を通るように構成された二系
統の冷却機構を備え、それらの冷媒温度を独立に制御す
ることによって、エッチング処理時に生じる被加工ウエ
ハの面内温度差を低減することができ、パターン加工寸
法のウエハ面内ばらつきを低減することができる。
【００２８】
【００２９】請求項２記載の半導体製造装置によれば、
請求項１と同様な効果のほか、ウエハ支持台の中心付近
の設定温度が周辺付近の設定温度よりも低く設定されて
いるので、より一層ウエハ支持台の温度の均一性を図る
ことができる。
請求項１と同様な効果のほか、ウエハ支持台の中心付近
の設定温度が周辺付近の設定温度よりも低く設定されて
いるので、より一層ウエハ支持台の温度の均一性を図る
ことができる。
【図１】この発明の第１の実施の形態における半導体製
造装置の概略平面図である。
造装置の概略平面図である。
【図２】ウエハ支持台の設定温度とパターン加工寸法の
関係図である。
関係図である。
【図３】半導体製造装置のウエハ支持台の温度分布の様
子とパターン加工寸法の関係図であり、（ａ）は従来
例、（ｂ）は第１の実施の形態を示す。
子とパターン加工寸法の関係図であり、（ａ）は従来
例、（ｂ）は第１の実施の形態を示す。
【図４】この発明の第２の実施の形態における半導体製
造装置の概略平面図である。
造装置の概略平面図である。
【図５】半導体装置の被加工ウエハの温度分布の様子と
パターン加工寸法の関係図であり、（ａ）は従来例、
（ｂ）は第２の実施の形態を示す。
パターン加工寸法の関係図であり、（ａ）は従来例、
（ｂ）は第２の実施の形態を示す。
【図６】従来の半導体製造装置の概略断面図である。
【図７】その概略平面図である。
１ 真空容器
２ ウエハ支持台
３ 被加工ウエハ
４ 熱交換器
５ 配管
６ 入口
７ 出口
１１ 真空容器
１２ ウエハ支持台
１３ 第１の熱交換器
１４ 第１の配管
１５ 第１の入口
１６ 第１の出口
１７ 第２の熱交換器
１８ 第２の配管
１９ 第２の入口
２０ 第２の出口
２１ 真空容器
２２ ウエハ支持台
２３ 第１の熱交換器
２４ 第１の配管
２５ 第１の入口
２６ 第１の出口
２７ 第２の熱交換器
２８ 第２の配管
２９ 第２の入口
３０ 第２の出口
Claims (2)
- 【請求項１】 一側に第１の入口を設け他側に第１の出
口を設けた第１の冷媒用通路を内部に形成し、前記第１
の出口の近傍に第２の入口を設け、前記第１の入口の近
傍に第２の出口を設けた第２の冷媒用通路を内部に形成
したウエハ支持台と、第１の 冷媒が循環するように前記第１の入口および前記
第１の出口に、第１の配管を介して連結された第１の熱
交換器と、第２の 冷媒が循環するように前記第２の入口および前記
第２の出口に、第２の配管を介して連結された第２の熱
交換器とを備え、 前記第１の入口と前記第１の出口は、前記ウエハ支持台
の面内の第１の対称線をはさんで対向する位置に配置さ
れ、 前記第２の入口と前記第２の出口は、前記ウエハ支持台
の面内の前記第１の対称線をはさんで対向する位置に配
置され、 前記第１の冷媒用通路と前記第２の冷媒用通路は、同心
円状に配置された互いに独立した冷媒用通路であって、 前記第２の冷媒用通路は、前記第１の冷媒用通路の外側
に配置され、 前記第１の冷媒用通路の長さと前記第２の冷媒用通路の
長さは、前記第１の入口と前記第１の出口を結ぶ線、あ
るいは、前記第２の入口と前記第２の出口を結ぶ線と平
行な前記ウエハ支持台の面内の第２の対称軸の両側にお
いて同一であり、 前記第１の熱交換器の設定温度は、前記第２の熱交換器
の設定温度と異なる温度に設定されていることを特徴す
る 半導体製造装置。 - 【請求項２】 前記第１の熱交換器の設定温度が前記第
２の熱交換器の設定温度よりも低く設定されている請求
項１記載の半導体製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23440898A JP3526220B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 半導体製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23440898A JP3526220B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 半導体製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068249A JP2000068249A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3526220B2 true JP3526220B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=16970551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23440898A Expired - Fee Related JP3526220B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 半導体製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3526220B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110269314A1 (en) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Applied Materials, Inc. | Process chambers having shared resources and methods of use thereof |
| JP6374301B2 (ja) * | 2013-12-24 | 2018-08-15 | 東京エレクトロン株式会社 | ステージ、ステージの製造方法、熱交換器 |
| KR101736363B1 (ko) * | 2016-04-18 | 2017-05-18 | (주)티티에스 | 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 |
-
1998
- 1998-08-20 JP JP23440898A patent/JP3526220B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000068249A (ja) | 2000-03-03 |
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