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JPH0752749B2 - Wafer holding mechanism - Google Patents
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JPH0752749B2 - Wafer holding mechanism - Google Patents

Wafer holding mechanism

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Publication number
JPH0752749B2
JPH0752749B2 JP3641086A JP3641086A JPH0752749B2 JP H0752749 B2 JPH0752749 B2 JP H0752749B2 JP 3641086 A JP3641086 A JP 3641086A JP 3641086 A JP3641086 A JP 3641086A JP H0752749 B2 JPH0752749 B2 JP H0752749B2
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wafer
stage
gas
ceramic plate
porous ceramic
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直道 阿部
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体ウエハーを真空あるいは減圧条件の下でイオン注
入、スパッタ等の処理を行う場合、ウエハーの裏面側と
温調されたステージとの間にガスを導入して冷却の効率
化が行われる。本発明では熱伝導性のガスを導入するガ
ス室を介してウエハーと対向するステージ側に多孔質セ
ラミック板を貼設することによりウエハー側からの熱を
ステージ側へ効果的に放出させる熱伝導特性の改善を行
った。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] When a semiconductor wafer is subjected to processing such as ion implantation and sputtering under vacuum or reduced pressure conditions, a gas is introduced between the back surface side of the wafer and a temperature-controlled stage. Cooling efficiency is improved. According to the present invention, a porous ceramic plate is attached to the stage side facing the wafer through a gas chamber for introducing a heat-conductive gas to effectively release heat from the wafer side to the stage side. Was improved.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、半導体製造装置において、特に減圧条件で使
用する場合のウエハー保持機構の熱伝導の改良に関す
る。
The present invention relates to improvement in heat conduction of a wafer holding mechanism in a semiconductor manufacturing apparatus, particularly when used under reduced pressure conditions.

半導体のウエハー・プロセスにおいて、真空あるいは減
圧の条件下でスパッタ蒸着、エッチング、イオン注入等
の処理が行われる。
In a semiconductor wafer process, processes such as sputter deposition, etching, and ion implantation are performed under vacuum or reduced pressure.

これらの工程で大きい面積を持つウエハー全面に迅速、
且つ均一なる処理を行うためには、工程でウエハー面で
発生する熱を速やかに除去することが望ましい。
In these processes, the whole surface of a wafer with a large area can be quickly
In order to perform uniform processing, it is desirable to quickly remove the heat generated on the wafer surface in the process.

通常考えられる機械的なるウエハー保持機構では、ウエ
ハーの周囲をクランプで平面のステージに固定しても、
微視的には接触面積は極めて僅かであり、ウエハーの局
部的加熱によりウエハー面はステージより遊離して熱伝
導は極めて悪くなる。
In a conventional mechanical wafer holding mechanism, even if the periphery of the wafer is fixed to a flat stage with a clamp,
Microscopically, the contact area is extremely small, and the wafer surface is separated from the stage due to local heating of the wafer, resulting in extremely poor heat conduction.

このため、ステージ面を平面でなく、凸状の曲面構造に
して接触を良くする方法、ウエハーとステージの間隙に
熱伝導の良好なるコーティング材を挟む方法、あるいは
ウエハー裏面とステージ間の狭いギャップにガス室を設
けガスの熱伝導を利用する方法等が提案されている。
Therefore, the stage surface is not flat but has a convex curved structure to improve contact, a coating material with good thermal conductivity is sandwiched between the wafer and the stage, or a narrow gap between the wafer backside and the stage is used. A method of providing a gas chamber and utilizing heat conduction of gas has been proposed.

これらの方法は下記公開特許により報告されている。These methods are reported in the following published patents.

特開昭 58−132937 特開昭 58−213434 特開昭 58−213440 特開昭 58−213441 特開昭 58− 32410 本発明は、特にガスの熱伝導を利用してウエハーの冷却
を行う場合の熱伝導の改良を行うものである。
JP-A-58-132937 JP-A-58-213434 JP-A-58-213440 JP-A-58-213441 JP-A-58-32410 The present invention is particularly applicable to the case of cooling a wafer by utilizing heat conduction of gas. It is intended to improve heat conduction.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の技術によるガスの熱伝導を利用せるウエハーの保
持方法を、マグネトロン・スパッタ蒸着装置を例として
その概略を第2図の断面図によって説明する。
A conventional wafer holding method utilizing heat conduction of gas will be described with reference to a cross-sectional view of FIG. 2 by taking a magnetron sputtering deposition apparatus as an example.

図面において、1は真空容器で排気孔11とアルゴン等の
ガス導入孔12を備えている。
In the drawing, reference numeral 1 denotes a vacuum container having an exhaust hole 11 and a gas introduction hole 12 such as argon.

3は蒸着材料よりなるターゲットで、マグネトロン・ス
パッタ装置の場合マグネット4と陽極5が配置される。
A target 3 made of a vapor deposition material is provided with a magnet 4 and an anode 5 in the case of a magnetron sputtering apparatus.

2は被蒸着基板となるウエハーで、ウエハーは静電吸着
機構6とヒートシンク7よりなるステージ8により保持
される。シートシンクには冷却水を導入する流入管13と
排出管14が接続されて、処理期間中ヒートシンクを低温
にする。
Reference numeral 2 denotes a wafer to be a substrate to be vapor-deposited, and the wafer is held by a stage 8 composed of an electrostatic attraction mechanism 6 and a heat sink 7. An inflow pipe 13 and a discharge pipe 14 for introducing cooling water are connected to the sheet sink to keep the heat sink at a low temperature during the processing period.

静電吸着機構6は、絶縁体のアルミナにより構成され、
内部に正負の電圧が印加される電極9a,9bが埋込まれて
いる。
The electrostatic adsorption mechanism 6 is made of alumina, which is an insulator,
Electrodes 9 a and 9 b to which positive and negative voltages are applied are embedded inside.

静電吸着機構6とウエハー2との間は50μm以下の狭い
ギャップよりなるガス室10が設けられ、冷却ガスとして
He等のガスをガス導入管15を通じて導入される。
A gas chamber 10 having a narrow gap of 50 μm or less is provided between the electrostatic adsorption mechanism 6 and the wafer 2 to serve as a cooling gas.
Gas such as He is introduced through the gas introduction pipe 15.

図面では、ターゲット3とステージ間に印加される高周
波電源、静電吸着機構の電源等は省略している。
In the drawing, a high frequency power source applied between the target 3 and the stage, a power source of the electrostatic attraction mechanism, etc. are omitted.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

第2図のスパッタ装置を用いて蒸着処理を行う場合、ア
ルゴン・イオンによりスパッタされたターゲット材料よ
りなる原子は、ウエハー上に被着して薄膜を形成する
が、その際衝突エネルギーによりウエハーを加熱する。
When vapor deposition is performed using the sputtering apparatus shown in FIG. 2, atoms of the target material sputtered by argon ions are deposited on the wafer to form a thin film. At that time, the wafer is heated by collision energy. To do.

ウエハーに発生せる熱量は、ガス室に導入されているHe
ガスを介して、ステージ8に伝達されて除去される。
The amount of heat generated by the wafer is the amount of He introduced in the gas chamber.
The gas is transmitted to the stage 8 and removed.

然し、ステージのガス室10に面している部分は、静電吸
着機構8の緻密なるアルミナ面であるため、Heガスより
アルミナ面への熱伝導は必ずしも良好でない。
However, since the portion of the stage facing the gas chamber 10 is the dense alumina surface of the electrostatic adsorption mechanism 8, the heat conduction from the He gas to the alumina surface is not necessarily good.

処理時間の短縮化をはかり、設備のスループットを上昇
させるためにもHeガスからステージに対する熱伝導の良
好なる構造が要望されている。
In order to shorten the processing time and increase the throughput of the equipment, a structure with good heat conduction from He gas to the stage is required.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点は、ガス室に面するステージに多孔質セラミ
ック板を面接着することによりなる本発明のウエハー保
持機構により解決される。
The above problems can be solved by the wafer holding mechanism of the present invention, which is formed by surface-bonding the porous ceramic plate to the stage facing the gas chamber.

即ち、ウエハーの保持機構としては、冷却機能部上に静
電吸着機構を設けてなるステージと、該ステージ表面に
貼設された多孔質セラミック板と、該多孔質セラミック
板を包囲してなり、ウエハーを支持するための突起と、
該多孔質セラミック板、該突起、及び突起上に載置され
るウエハーにて形成される空間であって、熱伝導性ガス
が導入されるガス室とを有する構造とする。
That is, as a wafer holding mechanism, a stage provided with an electrostatic adsorption mechanism on a cooling function section, a porous ceramic plate attached to the surface of the stage, and surrounding the porous ceramic plate, A protrusion for supporting the wafer,
A space formed by the porous ceramic plate, the protrusion, and a wafer placed on the protrusion and having a gas chamber into which a heat conductive gas is introduced is provided.

また、上記ステージを静電吸着機構とヒートシンクによ
り構成する場合は、前記多孔質セラミック板は該静電吸
着機構に面接着せる構造とする。
When the stage is composed of an electrostatic attraction mechanism and a heat sink, the porous ceramic plate is structured to be surface-bonded to the electrostatic attraction mechanism.

〔作用〕[Action]

前記多孔質セラミック板に対して熱伝導媒体である、例
えばHeガスが自由に流通出入りするため、ウエハー側か
らガスによる多孔質セラミック板への熱交換が効果的に
改善される。
For example, He gas, which is a heat-conducting medium, freely flows into and out of the porous ceramic plate, so that heat exchange from the wafer side to the porous ceramic plate by the gas is effectively improved.

従って、該多孔質セラミック板から、静電吸着機構を介
して冷却機能部への熱伝導が大きく改善され、ウエハー
側で発生する熱を効率良く放出することが実現できる。
Therefore, the heat conduction from the porous ceramic plate to the cooling function section via the electrostatic adsorption mechanism is greatly improved, and the heat generated on the wafer side can be efficiently released.

〔実施例〕〔Example〕

本発明による一実施例を図面により詳細説明する。従来
の技術の項において用いた符号と同一のものは説明を省
略する。
An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Descriptions of the same symbols as those used in the section of the related art will be omitted.

第1図断面図は、ウエハー保持機構部のみを示してい
る。本発明に直接関係のない部分は省略している。
The sectional view of FIG. 1 shows only the wafer holding mechanism. Portions not directly related to the present invention are omitted.

本発明の主要点は、第1図で多孔質セラミック板である
多孔質アルミナ板16が静電吸着機構6に面接着されてい
ることである。
The main point of the present invention is that the porous alumina plate 16 which is the porous ceramic plate in FIG. 1 is surface-bonded to the electrostatic attraction mechanism 6.

ウエハー2の裏面と多孔質アルミナ板16は約50μmのギ
ャップを挟んで対向配置され、ウエハーの周辺部の該多
孔質アルミナ板16の周囲を囲むように設けたリング17に
よりガス室10が形成され、ガス室に導入されたHeガスは
真空容器内に洩れないように構成されている。
The back surface of the wafer 2 and the porous alumina plate 16 are opposed to each other with a gap of about 50 μm interposed therebetween, and the gas chamber 10 is formed by a ring 17 provided so as to surround the periphery of the porous alumina plate 16 at the peripheral portion of the wafer. The He gas introduced into the gas chamber is configured so as not to leak into the vacuum container.

静電吸着機構の緻密質アルミナ面には、複数個所の突起
18が設けられ、該突起は多孔質アルミナ板に開口せる孔
を通して、ウエハーの裏面を支持することにより、ガス
室の間隙寸法を維持する。
Multiple protrusions on the dense alumina surface of the electrostatic adsorption mechanism
18 is provided, and the protrusion maintains the gap size of the gas chamber by supporting the back surface of the wafer through a hole opened in the porous alumina plate.

上記構造のウエハー保持機構を用いて、ガス室にHeガス
を約3Torr導入し、熱伝導率を測定せる結果、多孔質ア
ルミナ板を設けない場合には0.03W/cm℃であったがの
が、0.06W/cm℃に改善された。
Using the wafer holding mechanism having the above structure, introducing He gas into the gas chamber at about 3 Torr and measuring the thermal conductivity, the result was 0.03 W / cm ° C when the porous alumina plate was not provided. , 0.06W / cm ℃.

CF4+CHF3ガスを用いたRIE(反応性イオンエッチング)
では、従来の構造ではRFパワーが4W/cm2でレジスト膜の
こげが発生したが、本発明の構造では8W/cm2まで異常が
なくエッチング可能であった。
RIE (reactive ion etching) using CF 4 + CHF 3 gas
In the conventional structure, the resist film was burnt at an RF power of 4 W / cm 2 , but in the structure of the present invention, etching was possible up to 8 W / cm 2 without any abnormality.

SiO2、PSG膜のエッチングを行った所、エッチング速度
はSiO2膜では、従来5000Å/minが10000Å/minに、PSG膜
では1μm/minが2.5μm/minと大きく改善された。
When the SiO 2 and PSG films were etched, the etching rate of the SiO 2 film was greatly improved from the conventional 5000 Å / min to 10000 Å / min, and the PSG film was improved from 1 μm / min to 2.5 μm / min.

上記の実施例では、ウエハー保持機構として静電吸着機
構によりウエハーを保持しているが、静電吸着機構を使
用しないで、メカニカルクランプを使用せる場合でも同
様に多孔質アルミナ板の使用は有効である。
In the above-mentioned embodiment, the wafer is held by the electrostatic chucking mechanism as the wafer holding mechanism, but the use of the porous alumina plate is also effective when the mechanical clamp is used without using the electrostatic chucking mechanism. is there.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に説明せるごとく、本発明のウエハー保持機構によ
りスパッタ、エッチング、イオン注入等の減圧雰囲気で
処理を行うに際し、ウエハーの温度上昇が著しく抑えら
れ、処理の高速化に寄与する所大である。
As described above, when the wafer holding mechanism of the present invention is used to perform processing in a reduced pressure atmosphere such as sputtering, etching, and ion implantation, the temperature rise of the wafer is significantly suppressed, which contributes to speeding up the processing.

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

第1図は本発明にかかわるウエハー保持機構を示す断面
図、 第2図は従来のマグネトロン・スパッタ装置を説明する
断面図を示す。 図面において、 1は真空容器、 2はウエハー、 3はターゲット、 4はマグネット、 5は陽極、 6は静電吸着機構、 7はヒートシンク、 8はステージ、 9a,9bは静電吸着機構の電極、 10はガス室、 11は排気孔、 12はガス導入孔、 13は冷却水の流入管、 14は冷却水の排出管、 15はガス導入管、 16は多孔質アルミナ板、 17はリング、 18は突起、 をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a sectional view showing a wafer holding mechanism according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a conventional magnetron sputtering apparatus. In the drawings, 1 is a vacuum container, 2 is a wafer, 3 is a target, 4 is a magnet, 5 is an anode, 6 is an electrostatic attraction mechanism, 7 is a heat sink, 8 is a stage, 9a and 9b are electrodes of the electrostatic attraction mechanism, 10 is a gas chamber, 11 is an exhaust hole, 12 is a gas introduction hole, 13 is a cooling water inflow pipe, 14 is a cooling water discharge pipe, 15 is a gas introduction pipe, 16 is a porous alumina plate, 17 is a ring, 18 Indicates a protrusion, and, respectively.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/31 H02N 13/00 D 8525−5H Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/31 H02N 13/00 D 8525-5H

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】冷却機能部上に静電吸着機構を設けてなる
ステージと、該ステージ表面に貼設された多孔質セラミ
ック板と、該多孔質セラミック板を包囲してなり、ウエ
ハーを支持するための突起と、該多孔質セラミック板、
該突起、及び該突起状に載置されるウエハーにて形成さ
れる空間であって、熱伝導性ガスが導入されるガス室と
を有することを特徴とするウエハー保持機構。
1. A stage having an electrostatic adsorption mechanism provided on a cooling function part, a porous ceramic plate attached to the surface of the stage, and surrounding the porous ceramic plate to support a wafer. Projections for the porous ceramic plate,
A wafer holding mechanism, comprising a space formed by the protrusion and a wafer placed on the protrusion and having a gas chamber into which a thermally conductive gas is introduced.
【請求項2】上記ステージは、水冷式のヒートシンクよ
りなる冷却機能部とウエハー吸着用の静電吸着機構とか
らなり、前記多孔質セラミック板は該静電吸着機構に面
接着せる構造よりなることを特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載のウエハー保持機構。
2. The stage comprises a cooling function section composed of a water-cooled heat sink and an electrostatic adsorption mechanism for adsorbing a wafer, and the porous ceramic plate is structured to be surface-adhered to the electrostatic adsorption mechanism. The wafer holding mechanism according to claim (1).
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