JP2006261541A - Substrate mounting board, substrate processor and method for processing substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハなどの被処理基板に各種処理を行なう際に、被処理基板を載置するための基板載置台、この基板載置台を備えた基板処理装置、およびこの基板処理装置を用いて被処理基板の処理を行なう基板処理方法に関する。 The present invention uses a substrate mounting table for mounting a substrate to be processed when performing various types of processing on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer, a substrate processing apparatus including the substrate mounting table, and the substrate processing apparatus. The present invention relates to a substrate processing method for processing a substrate to be processed.
近年、半導体装置の製造に際しては、基板載置台に被処理基板である半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」と記すことがある)を載置した状態で一枚ずつ目的の処理を行なう枚葉処理が主流となっている。この枚葉処理においては、複数のウエハ間の処理の再現性とともに、1枚のウエハの面内における処理の均一性を確保することが重要である。例えば、ウエハに対し、プラズマエッチング処理を行なう場合には、基板載置台に温度制御機能を持たせ、ウエハ面内での温度分布をコントロールすることよって、化学反応などを均一に進行せしめ、面内での処理の均一性を目指している。 In recent years, in the manufacture of semiconductor devices, single wafer processing is performed in which a target wafer is processed one by one with a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) as a substrate to be processed placed on a substrate mounting table. Has become the mainstream. In this single wafer processing, it is important to ensure the uniformity of processing within the surface of one wafer as well as the reproducibility of processing between a plurality of wafers. For example, when a plasma etching process is performed on a wafer, the substrate mounting table is provided with a temperature control function, and the temperature distribution in the wafer surface is controlled, so that the chemical reaction and the like can proceed uniformly. Aims at the uniformity of processing.
そして、基板載置台の温度制御に関する従来技術としては、基板載置台の内部に、内側と外側の2系統の冷媒流路を設け、これら二つの領域に温度格差を持たせることによって、ウエハ上の不均一な温度分布と相殺させて、ウエハ面内の温度の均一化を図るプラズマ処理方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 And as a prior art regarding the temperature control of the substrate mounting table, the inside and outside of the substrate mounting table are provided with two systems of refrigerant flow paths, and the temperature difference between these two regions is given to the wafer mounting table. A plasma processing method has been proposed in which the temperature in the wafer surface is made uniform by offsetting the uneven temperature distribution (for example, Patent Document 1).
一般に、ウエハを載置する基板載置台には、熱伝導性に優れたAlなどの金属材料が用いられる。このため、特許文献1のように2系統の冷媒流路を設け、基板載置台内で温度格差を持たせようとしても熱の移動が生じてしまい、温度の制御性や、応答性が悪く、意図するような温度格差を生じさせることは困難であった。つまり、せっかく2系統の冷媒流路を設けても、二つの領域の境界が不明確であり、また、双方からの熱の移動によって素早い温度調節も困難であることから、基板載置台の温度分布を高精度に制御することは出来ない。その結果として、ウエハ面内温度の均一化、さらには処理の均一化も十分に実現できないという課題があった。
従って、本発明の目的は、基板載置台による温度制御を高精度なものとし、ウエハ面内における処理の均一化を図ることである。
In general, a metal material such as Al having excellent thermal conductivity is used for a substrate mounting table on which a wafer is mounted. For this reason, two refrigerant flow paths are provided as in Patent Document 1, and heat transfer occurs even if there is a temperature disparity within the substrate mounting table, resulting in poor temperature controllability and responsiveness. It was difficult to create the intended temperature disparity. In other words, even if two refrigerant flow paths are provided, the boundary between the two regions is unclear, and it is difficult to quickly adjust the temperature due to the movement of heat from both sides. Cannot be controlled with high accuracy. As a result, there has been a problem that the uniformity of the wafer in-plane temperature and the uniformity of the processing cannot be sufficiently realized.
Accordingly, an object of the present invention is to make temperature control by the substrate mounting table highly accurate and to achieve uniform processing within the wafer surface.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点によれば、被処理基板を温度制御しつつ載置するための基板載置台であって、
前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
少なくとも二つの前記流路の間に、断熱部を設けたことを特徴とする、基板載置台が提供される。
In order to solve the above problem, according to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate mounting table for mounting a substrate to be processed while controlling the temperature thereof.
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are independently provided, and
A substrate mounting table is provided in which a heat insulating portion is provided between at least two of the flow paths.
第1の観点のように、温度調節用媒体を通流させる流路と流路の間に断熱部を設けることによって、これら二つの流路による温度調節の独立性を高め、温度調節時間を短縮できる。 As in the first aspect, by providing a heat insulating portion between the flow path through which the temperature adjusting medium flows, the temperature control independence of these two flow paths is increased, and the temperature adjustment time is shortened. it can.
上記第1の観点においては、前記断熱部を、円筒形状に形成することができる。また、前記流路を、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設け、これら二つの領域を、前記断熱部によって熱的に区画してもよい。 In the first aspect, the heat insulating portion can be formed in a cylindrical shape. Further, the flow path is provided in each of a central region of the substrate mounting table and a peripheral region outside the central portion, and these two regions are thermally partitioned by the heat insulating portion. Also good.
本発明の第2の観点によれば、被処理基板を温度制御しつつ載置するための基板載置台であって、
前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
少なくとも二つの前記流路の間に、空隙部を設けたことを特徴とする、基板載置台が提供される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate mounting table for mounting a substrate to be processed while controlling the temperature,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are independently provided, and
A substrate mounting table is provided in which a gap is provided between at least two of the flow paths.
上記第2の観点のように、温度調節用媒体を通流させる流路と流路の間に空隙部を設け、この部分の伝熱性を調節することにより、これら二つの流路による温度調節の独立性を高め、温度調節時間を短縮できる。従って、基板処理条件に応じた基板面内の温度コントロールが可能になる。 As in the second aspect, a gap is provided between the flow path through which the temperature adjusting medium flows and the heat transfer property of this part is adjusted, so that the temperature control by these two flow paths can be performed. Increases independence and shortens temperature control time. Therefore, it is possible to control the temperature in the substrate surface according to the substrate processing conditions.
上記第2の観点において、前記空隙部を円筒形状に形成することができる。また、前記流路を、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設け、これら二つの領域を、前記空隙部によって熱的に区画してもよい。
また、前記空隙部は、前記基板載置台の下部から上方へ向けて円筒状に立ち上がり、その上部が横方向へ拡大した形状であってもよい。
In the second aspect, the gap can be formed in a cylindrical shape. Further, the flow path is provided in each of a central region of the substrate mounting table and a peripheral region outside the central portion, and these two regions are thermally partitioned by the gap. Also good.
Further, the gap portion may have a shape that rises in a cylindrical shape from the lower portion to the upper portion of the substrate mounting table, and the upper portion thereof is expanded in the lateral direction.
また、前記空隙部内を、減圧状態と、流体を導入した状態とに切替え可能にすることもできる。また、前記空隙部に、その内部を排気する排気手段を接続してもよい。また、前記空隙部に、その内部へ流体を供給する流体供給手段を接続してもよい。また、前記空隙部内の圧力を調節する圧力調節手段を備えた構成としてもよい。また、前記空隙部の内部に温度調節手段を配備することもできる。 Further, the inside of the gap can be switched between a reduced pressure state and a state where a fluid is introduced. Moreover, you may connect the exhaust means which exhausts the inside to the said space | gap part. Moreover, you may connect the fluid supply means which supplies a fluid to the inside to the said space | gap part. Moreover, it is good also as a structure provided with the pressure adjustment means which adjusts the pressure in the said space | gap part. Further, a temperature adjusting means can be provided inside the gap.
本発明の第3の観点によれば、上記第1の観点または第2の観点の基板載置台を備えた基板処理装置が提供される。この場合、被処理基板に対してプラズマを作用させて目的の処理を行なうプラズマ処理装置であってもよい。 According to the 3rd viewpoint of this invention, the substrate processing apparatus provided with the substrate mounting base of the said 1st viewpoint or the 2nd viewpoint is provided. In this case, a plasma processing apparatus that performs a target process by applying plasma to the substrate to be processed may be used.
本発明の第4の観点によれば、基板処理装置内の基板載置台に載置した被処理基板を温度制御しつつ、目的の処理を行なう基板処理方法であって、
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には断熱部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法が提供される。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a substrate processing method for performing a target process while controlling the temperature of a substrate to be processed placed on a substrate placing table in a substrate processing apparatus,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are provided independently of each other, and a heat insulating portion is provided between at least two of the flow paths. A substrate processing method is provided, wherein a substrate to be processed is processed while controlling the temperature by passing a temperature adjusting medium through each path.
上記第4の観点において、前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられており、これら二つの領域を、前記断熱部により断熱してもよい。 In the fourth aspect, the flow path is provided in each of a central region of the substrate mounting table and a peripheral region outside the central portion, and these two regions are separated from the heat insulation. You may insulate with a part.
本発明の第5の観点によれば、基板処理装置内の基板載置台に載置された被処理基板を温度制御しつつ目的の処理を行なう基板処理方法であって、
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法が提供される。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a substrate processing method for performing a target process while controlling a temperature of a target substrate mounted on a substrate mounting table in a substrate processing apparatus,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are provided independently of each other, and a gap is provided between at least two of the flow paths. A substrate processing method is provided, wherein a substrate to be processed is processed while controlling the temperature by passing a temperature adjusting medium through each path.
上記第5の観点において、前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、前記空隙部を真空引きして真空状態とすることにより、前記二つの領域を断熱してもよく、あるいは、前記空隙部に流体を導入して前記二つの領域間の伝熱性を調整してもよく、あるいは、前記空隙部に流体を導入し、かつ内部の圧力を調整して前記二つの領域間の伝熱性を調整してもよい。 In the fifth aspect, the flow path may be provided in a central region of the substrate mounting table and a peripheral region outside the central portion. In this case, the two regions may be insulated by evacuating the gap to create a vacuum state, or a fluid is introduced into the gap to adjust the heat transfer between the two regions. Alternatively, the heat transfer between the two regions may be adjusted by introducing a fluid into the gap and adjusting the internal pressure.
本発明の第6の観点によれば、基板処理装置内の基板載置台に載置された被処理基板に対して第1ステップの処理を行なう工程と、該第1ステップの処理の後に第2ステップの処理を行なう工程と、を少なくとも含む基板処理方法であって、
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設され、かつ少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、
前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させるとともに、前記第1ステップの処理と前記第2ステップの処理と、の間で前記空隙部の伝熱性を変化させて被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法が提供される。
According to the sixth aspect of the present invention, the process of performing the first step on the substrate to be processed mounted on the substrate mounting table in the substrate processing apparatus, and the second after the process of the first step. A substrate processing method including at least a step of performing processing of steps,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are provided independently of each other, and a gap is provided between at least two of the flow paths,
The temperature adjusting medium is allowed to flow through each of the flow paths, and the temperature of the substrate to be processed is controlled by changing the heat transfer property of the gap between the first step process and the second step process. Thus, a substrate processing method is provided.
上記第6の観点において、前記空隙部を、真空状態と流体を導入した状態とに切替えることにより伝熱性を変化させてもよい。 In the sixth aspect, the heat transfer property may be changed by switching the gap between a vacuum state and a state where a fluid is introduced.
また本発明の第7の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第4の観点から第6の観点のいずれかの基板処理方法が行なわれるように前記基板載置台を制御することを特徴とする、制御プログラムが提供される。 According to a seventh aspect of the present invention, the substrate mounting table is controlled so that it operates on a computer and, when executed, the substrate processing method according to any of the fourth to sixth aspects is performed. A control program is provided.
また、本発明の第8の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第4の観点から第6の観点のいずれかの基板処理方法に用いられる前記基板処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a computer storage medium storing a control program that operates on a computer,
A computer storage medium is provided in which the control program controls, when executed, the substrate processing apparatus used in the substrate processing method according to any one of the fourth to sixth aspects.
また、本発明の第9の観点によれば、被処理基板を収容する処理容器と、
被処理基板を載置する基板載置台と、
前記処理容器内で、被処理基板に対し上記第4の観点から第6の観点のいずれかの基板処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置が提供される。
According to a ninth aspect of the present invention, a processing container for storing a substrate to be processed;
A substrate mounting table for mounting a substrate to be processed;
A control unit for controlling the substrate processing method according to any of the fourth to sixth aspects to be performed on the substrate to be processed in the processing container;
A substrate processing apparatus is provided.
本発明によれば、基板載置台による温度制御性を向上させることができるので、基板処理条件に応じて適切な温度コントロールが可能になり、被処理基板の面内における処理の均一性を確保できる。 According to the present invention, since the temperature controllability by the substrate mounting table can be improved, it is possible to control the temperature appropriately according to the substrate processing conditions, and to ensure the uniformity of processing within the surface of the substrate to be processed. .
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置としてのプラズマエッチング装置100を示す概略断面図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a
このプラズマエッチング装置100は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ(処理容器)10を有している。このチャンバ10は保安接地されている。
The
チャンバ10の底部には、セラミックス等からなる絶縁板12を介して下側から、円柱状の第1のサセプタ板13、第2のサセプタ板14、第3のサセプタ板15が積層され、さらにその上に第4のサセプタ板16が積層されている。これら第1〜第4のサセプタ板13,14,15,16は例えばアルミニウムからなり、一体に接合されて基板載置台17を形成しており、その上に被処理基板である半導体ウエハWが載置される。また、基板載置台17は下部電極としても機能する。
A cylindrical
基板載置台17の上面には、半導体ウエハWを静電力で吸着保持する静電チャック18が設けられている。この静電チャック18は、導電膜からなる電極20を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極20には直流電源22が電気的に接続されている。そして、直流電源22からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハWが静電チャック18に吸着保持される。
An
静電チャック18(半導体ウエハW)の周囲で第4のサセプタ板16の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング(補正リング)24が配置されている。基板載置台17の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材26が設けられている。
A conductive focus ring (correction ring) 24 made of, for example, silicon is disposed on the upper surface of the
基板載置台17の内部には、環状をした内側の冷媒室28と、該内側の冷媒室28を囲むように環状をした外側の冷媒室29と、が設けられている。これらの冷媒室28,29には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管28a,29aを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が供給され、ここでは図示しない配管28b,29bを通じて排出されることにより、冷媒の循環が行なわれる。そして、循環される冷媒の温度によって基板載置台17上の半導体ウエハWの処理温度を制御することができる。基板載置台17の内側の冷媒室28と、外側の冷媒室29との間には、空隙部30が円筒状に設けられ、この空隙部30は、バルブ71を介して排気手段としての真空ポンプ72に接続されている。この空隙部30の詳細な構成については後述する。
An inner
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスがガス供給ライン32を介して静電チャック18の上面と半導体ウエハWの裏面との間に供給される。
Further, a heat transfer gas, for example, He gas, from a heat transfer gas supply mechanism (not shown) is supplied between the upper surface of the
下部電極である基板載置台17の上方には、基板載置台17と対向するように平行に上部電極34が設けられている。そして、上部電極34および下部電極である基板載置台17の間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極34は、下部電極である基板載置台17上の半導体ウエハWと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
An
この上部電極34は、絶縁性遮蔽部材42を介して、チャンバ10の上部に支持されており、基板載置台17との対向面を構成しかつ多数の吐出孔37を有する電極板36と、この電極板36を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体38とによって構成されている。電極板36は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、レジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板36はシリコンやSiCで構成されるのが好ましい。電極支持体38の内部には、ガス拡散室40が設けられ、このガス拡散室40からはガス吐出孔37に連通する多数のガス通流孔41が下方に延びている。
The
電極支持体38にはガス拡散室40へ処理ガスを導くガス導入口62が形成されており、このガス導入口62にはガス供給管64が接続され、ガス供給管64には処理ガス供給源66が接続されている。ガス供給管64には、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)68および開閉バルブ70が設けられている。そして、処理ガス供給源66から、エッチングのための処理ガスがガス供給管64からガス拡散室40に至り、ガス通流孔41およびガス吐出孔37を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極34は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
The
上部電極34には、整合器46および給電棒44を介して、第1の高周波電源48が電気的に接続されている。第1の高周波電源48は、13.56MHz以上の周波数、例えば13.56〜60MHzの高周波電力を出力する。整合器46は、第1の高周波電源48の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に第1の高周波電源48の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器46の出力端子は給電棒44の上端に接続されている。
A first high
一方、上記上部電極34には、第1の高周波電源48の他、可変直流電源50が電気的に接続されている。可変直流電源50はバイポーラ電源で構成するのが好ましい。具体的には、この可変直流電源50は、上記整合器46および給電棒44を介して上部電極34に接続されており、オン・オフスイッチ52により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源50の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ52のオン・オフはコントローラ51により制御されるようになっている。
On the other hand, a variable
整合器46は、図2に示すように、第1の高周波電源48の給電ライン49から分岐して設けられた第1の可変コンデンサ54と、給電ライン49のその分岐点の下流側に設けられた第2の可変コンデンサ56を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、整合器46には、直流電圧電流(以下、単に直流電圧という)が上部電極34に有効に供給可能なように、第1の高周波電源48からの高周波(例えば60MHz)および後述する第2の高周波電源からの高周波(例えば2MHz)をトラップするフィルタ58が設けられている。すなわち、可変直流電源50からの直流電流がフィルタ58を介して給電ライン49に接続される。このフィルタ58はコイル59とコンデンサ60とで構成されており、これらにより第1の高周波電源48からの高周波および第2の高周波電源からの高周波がトラップされる。
As shown in FIG. 2, the matching
チャンバ10の側壁から上部電極34の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体10aが設けられており、この円筒状接地導体10aの天壁部分は筒状の絶縁部材44aにより上部給電棒44から電気的に絶縁されている。
A
下部電極である基板載置台17には、整合器88を介して第2の高周波電源90が電気的に接続されている。この第2の高周波電源90から下部電極である基板載置台17に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハW側にイオンが引き込まれる。第2の高周波電源90は、2〜13.56MHz未満の範囲内の周波数、例えば2MHzの高周波電力を出力する。整合器88は第2の高周波電源90の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に第2の高周波電源90の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
A second high-
上部電極34には、第1の高周波電源48からの高周波(60MHz)は通さずに第2の高周波電源90からの高周波(2MHz)をグランドへ通すためのローパスフィルタ(LPF)92が電気的に接続されている。このローパスフィルタ(LPF)92は、好適にはLRフィルタまたはLCフィルタで構成されるが、1本の導線だけでも第1の高周波電源48からの高周波(60MHz)に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極である基板載置台17には、第1の高周波電源48からの高周波(60MHz)をグランドに通すためのハイパスフィルタ(HPF)94が電気的に接続されている。
The
チャンバ10の底部には排気口80が設けられ、この排気口80に排気管82を介して排気装置84が接続されている。排気装置84は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ10の側壁には半導体ウエハWの搬入出口85が設けられており、この搬入出口85はゲートバルブ86により開閉可能となっている。また、チャンバ10の内壁に沿ってチャンバ10にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止するためのデポシールド11が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド11がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド11は、内壁部材26の外周にも設けられている。チャンバ10の底部のチャンバ壁側のデポシールド11と内壁部材26側のデポシールド11との間には、排気プレート83が設けられている。デポシールド11および排気プレート83としては、例えば、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
An
プラズマエッチング装置100の各構成部は、CPUを備えたプロセスコントローラ95に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ95には、工程管理者がプラズマエッチング装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース96が接続されている。
Each component of the
また、プロセスコントローラ95には、プラズマエッチング装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ95の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウエア)や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部97が接続されている。
The
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース96からの指示等にて任意のレシピを記憶部97から呼び出してプロセスコントローラ95に実行させることで、プロセスコントローラ95の制御下で、プラズマエッチング装置100での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばCD−ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the
このように構成されるプラズマエッチング装置100においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ86を開状態とし、搬入出口85を介してエッチング対象である半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入し、基板載置台17上に載置する。そして、処理ガス供給源66からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室40へ供給し、ガス通流孔41およびガス吐出孔37を介してチャンバ10内へ供給しつつ、排気装置84によりチャンバ10内を排気し、その中の圧力を例えば0.1〜150Paの範囲内の設定値とする。
When performing the etching process in the
このようにチャンバ10内にエッチングガスを導入した状態で、第1の高周波電源48からプラズマ生成用の高周波電力(例えば、60MHz)を所定のパワーで上部電極34に印加するとともに、第2の高周波電源90よりイオン引き込み用の高周波(例えば、2MHz)を所定のパワーで下部電極である基板載置台17に印加する。そして、可変直流電源50から所定の直流電圧を上部電極34に印加する。さらに、静電チャック18のための直流電源22から直流電圧を静電チャック18の電極20に印加して、半導体ウエハWを基板載置台17に固定する。
While the etching gas is introduced into the
上部電極34の電極板36に形成されたガス吐出孔37から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極34と下部電極である基板載置台17間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハWの被処理面がエッチングされる。
The processing gas discharged from the gas discharge holes 37 formed in the
このプラズマエッチング装置100では、上部電極34に高い周波数領域(イオンが動けない5〜10MHz以上)の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい解離状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。このようにプラズマが形成される際に、上部電極34に可変直流電源50から所定の極性および大きさの直流電圧を印加する。
In this
また、印加電極である上部電極34の表面つまり電極板36の表面に対する所定の(適度な)スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Vdcが深くなるように、つまり上部電極34表面での自己バイアス電圧Vdcの絶対値が大きくなるように、可変直流電源50からの印加電圧をコントローラ51により制御することが好ましい。第1の高周波電源48から印加される高周波のパワーが低い場合に、上部電極34にポリマーが付着するが、可変直流電源50から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極34に付着したポリマーをスパッタして上部電極34の表面を清浄化することができる。それとともに、半導体ウエハW上に最適な量のポリマーを供給してフォトレジスト膜の表面荒れを解消することができる。
Further, (moderate) given the applied electrodes to the surface of the surface, i.e. the
次に、基板載置台17の詳細について説明する。
図3は、図1のプラズマエッチング装置100における基板載置台17を中心とする要部断面図であり、図4は、図3におけるI−I'線矢視における水平断面図である。前記のとおり、基板載置台17の内部には、内側の冷媒室28と外側の冷媒室29とがそれぞれ環状に形成されている。これらの冷媒室28,29には、供給用の配管28a,29aを介して冷却水などの冷媒が供給され、排出用の配管28b,29bを介して排出されることにより、それぞれ独立的に冷媒の循環が行なわれる。
Next, details of the substrate mounting table 17 will be described.
3 is a cross-sectional view of the main part centering on the substrate mounting table 17 in the
このため、基板載置台17において、内側の冷媒室28の周囲と、外側の冷媒室29の周囲とは、熱的にそれぞれ独立した二つの領域、つまり中央部の領域と、周辺部の領域と、を形成している。そして、基板載置台17の内側の冷媒室28と、外側の冷媒室29との間には、空隙部30が設けられ、これら二つの領域を区画する境界をなしている。
Therefore, in the substrate mounting table 17, the periphery of the inner
空隙部30は、基板載置台17の内部に形成された円筒状の空隙であり、第1のサセプタ板13〜第4のサセプタ板16を積層して基板載置台17を形成する前に各サセプタ板13,14,15,16を加工しておくことによって形成できる。
The
本実施形態において、空隙部30に接続する配管30aは、基板載置台17の下方まで延伸しており、さらにこの配管30aには、バルブ71を介して真空ポンプ72が接続されている。この真空ポンプ72を用い、空隙部30内を所定の真空状態まで減圧した後でバルブ71を閉じることによって、空隙部30内を所望の真空状態にすることができる。真空状態は、空隙部30の熱伝導性を低下させ、断熱部として機能させることができる。例えば基板載置台17の中央部の領域と周辺部の領域とに温度差をつけたい場合には、空隙部30を真空引きして断熱部とすることにより、冷媒室28および29による温度調節の独立性を向上させ、冷媒室28,29内を通流させる冷媒からの熱伝導の応答性を高め、かつ二つの領域を明瞭に区画することができる。このように空隙部30は、冷媒室28,29による基板載置台17内の温度分布を明確にし、温度の制御性を高めるように機能する。従って、想定されるウエハWの面内温度分布に応じて、空隙部30の配置を設定することが好ましい。
In the present embodiment, the
図5は、第2の実施形態に係るプラズマエッチング装置における基板載置台17を中心とした要部断面の構造を示す図面である。図1に示す実施形態では、空隙部30に真空ポンプ72を接続して空隙部30の内部を真空引きできる構成としたが、本実施形態では、真空ポンプ72に加え、空隙部30へ任意のガスを供給する流体供給手段としての熱媒体供給源74を接続配備する構成とした。真空ポンプ72による真空引きと、熱媒体供給源74からの熱媒体の供給は、バルブ71およびバルブ73の切替えにより行なうことができる。そして、例えば基板載置台17の中央部の領域と周辺部の領域とに温度差をつけたい場合には、空隙部30を真空引きして断熱性を高め、中央部の領域と周辺部の領域との間で伝熱性を高めたい場合には、熱媒体供給源74から例えばHeガス、N2ガス、O2ガス、Arガス、SF6ガスなどの熱媒体を導入する。熱媒体の導入により、空隙部30による断熱作用を緩和し、基板載置台17における中央部の領域と周辺部の領域との間で熱の移動を生じさせることが可能になる。
FIG. 5 is a drawing showing a cross-sectional structure of the main part centering on the substrate mounting table 17 in the plasma etching apparatus according to the second embodiment. In the embodiment shown in FIG. 1, the
また、熱媒体供給源74からの供給経路上に冷却器(不図示)などの熱媒体温度調節手段を配備し、例えば導入される熱媒体を所定の温度まで冷却して導入することも可能である。
It is also possible to arrange a heat medium temperature adjusting means such as a cooler (not shown) on the supply path from the heat
さらに、必要に応じ、熱媒体供給源74からの供給経路上に加圧ポンプなどの圧力調節手段(不図示)を配備し、熱媒体導入時の空隙部30内を加圧状態に設定することにより、熱伝達性を調節することもできる。この場合、空隙部30の配管30aに圧力測定手段75を配備することにより、空隙部30内の圧力をモニターできる。第2実施形態のプラズマエッチング装置における他の構成は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、熱媒体としては、ガスに限らず、例えば液体を用いることも可能である。
Furthermore, if necessary, pressure adjusting means (not shown) such as a pressure pump is provided on the supply path from the heat
このように第2実施形態の基板載置台17においては、空隙部30の内部を真空状態と熱媒体の充填状態とに切替えることにより、基板載置台17の中央部の領域と周辺部の領域との間で、高精度かつ目的に応じた自由度の高い温度制御が可能になる。従って、例えばウエハWに対しエッチング等の処理を、複数ステップに分けてステップ毎に異なる設定温度で行なう場合に、各ステップの処理条件に応じて空隙部30の伝熱性を変えることにより、基板載置台17の温度分布を素早く制御し、最適な温度条件で処理を行なうことが可能になる。
As described above, in the substrate mounting table 17 of the second embodiment, by switching the inside of the
図6は、第2実施形態のプラズマエッチング装置を用い2ステップのエッチング処理を行なう場合の温度制御に関する処理手順の一例を示すフロー図である。ここでは、第1ステップのプラズマエッチング処理では、基板載置台17の中央部と周辺部(つまり、ウエハWの中央部と周辺部に相当する領域)に温度差を持たせて処理を行ない、第2ステップのプラズマエッチング処理では、基板載置台17の中央部と周辺部を均一な温度で処理する場合を例に挙げる。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure related to temperature control when performing a two-step etching process using the plasma etching apparatus of the second embodiment. Here, in the plasma etching process of the first step, the process is performed with a temperature difference between the central part and the peripheral part of the substrate mounting table 17 (that is, the area corresponding to the central part and the peripheral part of the wafer W). In the two-step plasma etching process, a case where the central part and the peripheral part of the substrate mounting table 17 are processed at a uniform temperature is taken as an example.
まず、エッチング処理に先立ち、ステップS11では、空隙部30内を真空引きする。具体的には、バルブ73を閉じ、バルブ71を開放した状態で、真空ポンプ72を作動させ、配管30aを介して空隙部30内を減圧する。空隙部30内が所定の真空度に達したら、バルブ71を閉じることにより、空隙部30は所定の真空状態に維持され、断熱層として機能する。
First, prior to the etching process, the
ステップS12では、冷媒室28と29に、配管28aと28bを通じて、温度の異なる冷媒をそれぞれ導入する。例えば、プラズマエッチングの処理時に、ウエハWの周辺部の方が加熱しやすい場合には、冷媒室28と冷媒室29に導入する冷媒に温度差を持たせ、基板載置台17の周辺部に設けられた冷媒室29に温度の低い冷媒を導入する。前記したように、真空状態の空隙部30内は断熱層として機能するので、基板載置台17の中央部の領域と周辺部の領域の熱の移動が抑制され、これら二つの領域の温度制御を応答性良く、独立的に行なうことができる。
In step S12, refrigerants having different temperatures are introduced into the
次に、ステップS13では、第1ステップのプラズマエッチング処理を実施する。この第1ステップのプラズマエッチング処理においては、ウエハWの周辺部に対応する基板載置台17の周辺部の温度が低く制御されるため、ウエハWの周辺部の温度上昇が抑制され、ウエハWの面内での温度分布の均一性、さらにはエッチング処理のウエハ面内均一性が図られる。 Next, in step S13, the plasma etching process of the first step is performed. In the plasma etching process of the first step, the temperature of the peripheral part of the substrate mounting table 17 corresponding to the peripheral part of the wafer W is controlled to be low. The uniformity of the temperature distribution within the surface, and further the uniformity within the wafer surface of the etching process can be achieved.
ステップS14では、バルブ71を閉じた状態で、バルブ73を所定のコンダクタンスに設定し、空隙部30に熱媒体供給源74から熱媒体を導入する。この際、圧力測定手段75により空隙部30内の圧力を測定し、空隙部30内が設定圧力に達したらバルブ73を閉じる。空隙部30内に熱媒体を導入することにより、また、空隙部30内の圧力を変化させることにより、熱伝導率を調節することができる。なお、必要に応じて図示しない加圧ポンプを作動させて、空隙部30内がより高圧になるまで熱媒体を充填することもできる。
In step S <b> 14, the
次に、ステップS15では、冷媒室28,29に同一温度の冷媒をそれぞれ導入する。ステップS14で空隙部30には熱媒体が所定圧力で充填されているため、空隙部30を介して基板載置台17の中央部と周辺部の二つの領域間で熱の移動がスムーズに行なわれる。そして、ステップS16では、第2ステップのプラズマエッチング処理を実施する。この第2ステップのプラズマエッチング処理は、ウエハWの面内における温度分布が生じにくい条件で行なわれるため、基板載置台17の温度を均一に制御することで効率的なプラズマエッチング処理が可能になる。
Next, in step S15, the refrigerant having the same temperature is introduced into the
次に、図7および図8を参照しながら、本発明の第3実施形態について説明する。図7は、第3実施形態に係るプラズマエッチング装置における基板載置台150を中心とする要部断面図であり、図8はそのII−II'線矢視の水平断面図である。なお、図7および図8では、説明の便宜上、ガス供給ライン32は図示を省略している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part centering on the substrate mounting table 150 in the plasma etching apparatus according to the third embodiment, and FIG. 8 is a horizontal cross-sectional view taken along the line II-II ′. 7 and 8, the
本実施形態では、環状の空隙部101,102を二重に配設するとともに、各空隙部101,102が、基板載置台150の下部から上方へ向けて円筒状に立ち上がり、その上部が横方向へ拡大した拡大部101b,102bを有する形状とした。
In the present embodiment, the
図7から見て取れるように、基板載置台150は、下から第1のサセプタ板151、第2のサセプタ板152、第3のサセプタ板153、第4のサセプタ板154が接合された積層構造をしている。基板載置台150の内部には、内側から外側へ向けて、第1冷媒室131と、その外側の第2冷媒室132と、さらにその外側の第3冷媒室133とがそれぞれ環状に形成されており、第1冷媒室131と第2冷媒室132との間に空隙部101を配設し、第2冷媒室132と第3冷媒室133との間に、空隙部102を配設している。そして、各空隙部101,102の上部の拡大部101b,102bには、温度調節手段としてのヒーター103および104をそれぞれ個別に内設している。ヒーター103,104は、それぞれヒーター電源141,142に電気的に接続され、空隙部101,102の内部を加熱できるように構成されている。
As can be seen from FIG. 7, the substrate mounting table 150 has a laminated structure in which the
空隙部101には、配管101aを介して真空ポンプ112と熱媒体供給源114がそれぞれ接続されており、空隙部102には、配管102aを介して真空ポンプ122と熱媒体供給源124が接続されている。真空ポンプ112と熱媒体供給源114は、バルブ111とバルブ113の開閉により、また、真空ポンプ122と熱媒体供給源124は、バルブ121とバルブ123の開閉により、それぞれ切替え可能に構成されており、第2実施形態(図5)と同様に空隙部101,102の内部を、真空状態と熱媒体の充填状態とに切替えることにより、高精度な温度調節を可能にしている。
A
さらに、本実施形態の基板載置台150では、必要な場合にヒーター103および104にヒーター電源141,142から、それぞれ電力供給を行なうことによって、空隙部101および/または空隙部102内を加熱し、空隙部101,102内の温度を短時間で変化させることが可能である。このような構成により、例えば温度変化を伴う複数ステップのエッチング処理を行なう場合などにおいて、空隙部101および空隙部102の内部の温度の応答性を高め、効率良くウエハWの面内温度を制御することが可能になる。第3実施形態のプラズマエッチング装置における他の構成は、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
Further, in the substrate mounting table 150 of the present embodiment, the
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、図1の実施形態では、平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げたが、これに限るものではなく、永久磁石を用いたマグネトロンRIEプラズマエッチング装置や、誘導結合型プラズマエッチング装置等の種々のプラズマエッチング装置に適用できる。さらに、本発明は、エッチング装置に限るものではなく、例えば成膜装置など、温度制御が要求される種々の半導体製造装置に適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the embodiment of FIG. 1, the parallel plate type plasma etching apparatus is taken as an example, but the present invention is not limited to this, and a magnetron RIE plasma etching apparatus using a permanent magnet, an inductively coupled plasma etching apparatus, etc. It can be applied to various plasma etching apparatuses. Furthermore, the present invention is not limited to an etching apparatus, and can be applied to various semiconductor manufacturing apparatuses that require temperature control, such as a film forming apparatus.
10…チャンバ(処理容器)
13…第1のサセプタ板
14…第2のサセプタ板
15…第3のサセプタ板
16…第4のサセプタ板
17…基板載置台(下部電極)
28…冷媒室(内側)
29…冷媒室(外側)
30…空隙部
30a…配管
34…上部電極
44…給電棒
46,88…整合器
48…第1の高周波電源
50…可変直流電源
51…コントローラ
52…オン・オフスイッチ
66…処理ガス供給源
84…排気装置
90…第2の高周波電源
W…半導体ウエハ(被処理体)
10 ... Chamber (processing container)
DESCRIPTION OF
28 ... Refrigerant chamber (inside)
29 ... Refrigerant chamber (outside)
30 ...
Claims (25)
前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
少なくとも二つの前記流路の間に、断熱部を設けたことを特徴とする、基板載置台。 A substrate mounting table for mounting a substrate to be processed while controlling the temperature,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are independently provided, and
A substrate mounting table, wherein a heat insulating portion is provided between at least two of the flow paths.
前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
少なくとも二つの前記流路の間に、空隙部を設けたことを特徴とする、基板載置台。 A substrate mounting table for mounting a substrate to be processed while controlling the temperature,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are independently provided, and
A substrate mounting table, wherein a gap is provided between at least two of the flow paths.
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には断熱部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法。 A substrate processing method for performing a target process while controlling the temperature of a substrate to be processed placed on a substrate mounting table in a substrate processing apparatus,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are provided independently of each other, and a heat insulating portion is provided between at least two of the flow paths. A substrate processing method, wherein a substrate to be processed is processed while controlling the temperature by passing a temperature adjusting medium through each path.
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法。 A substrate processing method for performing a target process while controlling the temperature of a substrate to be processed mounted on a substrate mounting table in a substrate processing apparatus,
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are provided independently of each other, and a gap is provided between at least two of the flow paths. A substrate processing method, wherein a substrate to be processed is processed while controlling the temperature by passing a temperature adjusting medium through each path.
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設され、かつ少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、
前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させるとともに、前記第1ステップの処理と前記第2ステップの処理と、の間で前記空隙部の伝熱性を変化させて被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法。 The method includes at least a process of performing a first step process on a substrate to be processed placed on a substrate mounting table in a substrate processing apparatus, and a process of performing a second step process after the first step process. A substrate processing method comprising:
In the substrate mounting table, a plurality of flow paths through which the temperature adjusting medium flows are provided independently of each other, and a gap is provided between at least two of the flow paths,
The temperature adjusting medium is allowed to flow through each of the flow paths, and the temperature of the substrate to be processed is controlled by changing the heat transfer property of the gap between the first step process and the second step process. The substrate processing method is characterized in that the substrate processing is performed.
前記制御プログラムは、実行時に、請求項15から請求項22のいずれか1項に記載の基板処理方法に用いられる前記基板処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。 A computer storage medium storing a control program that runs on a computer,
23. A computer storage medium characterized in that, when executed, the control program controls the substrate processing apparatus used in the substrate processing method according to any one of claims 15 to 22.
被処理基板を載置する基板載置台と、
前記処理容器内で、被処理基板に対し請求項15から請求項22のいずれか1項に記載された基板処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置。 A processing container for storing a substrate to be processed;
A substrate mounting table for mounting a substrate to be processed;
A control unit for controlling the substrate processing method according to any one of claims 15 to 22 to be performed on the substrate to be processed in the processing container;
A substrate processing apparatus comprising:
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