JP5651317B2 - 半導体製造装置及び温調方法 - Google Patents
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Description
また、強制対流式の温調で半導体ウエハの均一な温調を実現するためには、流路の配置に工夫を要する。ところが、半導体ウエハ載置台には、各種ねじ、リフトピン、電極部品が設けられているため、流路の設置スペースに種々の制約があり、流路設計の最適化は困難を極める。
半導体ウエハ載置台の温度が目標温度超である場合、空洞の内壁に目標温度以下の温調媒体が吹き付けられる。真空ポンプは、上述のように、空洞内の圧力が、空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞内の気体を排出する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって冷却することが可能になる。
一方、半導体ウエハ載置台の温度が目標温度未満である場合、空洞内へ目標温度以上の温調媒体が供給される。真空ポンプは、空洞内の圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、空洞の内壁へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように空洞内の気体を排出する。このため、空洞の内壁に接触する前の温調媒体は気体である。また、内壁に接触した温調媒体は目標温度未満に低下するため、液体に相変化する。従って、半導体ウエハ載置台を、温調媒体の潜熱によって加熱することが可能になる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。本実施の形態1に係る半導体製造装置は、例えば、平行平板型のプラズマエッチング装置である。なお、平行平板型のプラズマエッチング装置は、プラズマ処理装置の一例であり、これに限定されるものでは無い。半導体製造装置は、中空円筒状の処理容器1を備える。処理容器1は、例えばアルミニウム製であり、接地されている。
更にまた、処理容器1の側面には、半導体ウエハWの搬送口11が形成されており、搬送口11はゲートバルブ13によって開閉可能に構成されている。
冷水貯留槽67aは、配管63dと連通しており、配管63dを通じて、冷水貯留槽67aから温度制御器62へ冷水が送出されるように構成されている。
水の流量は、天面内壁部21cに噴射された水の気化によって、空洞21内の圧力が上記温度圧力範囲から外れないように決定すれば良い。つまり、真空ポンプで排気可能な水蒸気量より少ない水が噴射されるように目標流量を決定すれば良い。
具体的には、制御部61は、プロセス温度と、目標水温と、目標流量と、目標圧力とを対応付けたテーブルを予め記憶しておき、ステップS12で読み出したプロセス温度と、前記テーブルとに基づいて、目標水温、目標流量及び目標圧力を決定すれば良い。
図6は、実施の形態2に係るウエハ載置台102及び温調装置6を示す模式図である。図6(a)は、ウエハ載置台102及び水噴射器164の側断面図、図6(b)は、水噴射器164の平面図である。実施の形態2に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台102の空洞121の形状及び水噴射器164の構成のみが実施の形態1に係る半導体製造装置と異なるため、以下では主に上記相異点を説明する。
このように、実施の形態2に係る半導体製造装置は、より効率的に半導体ウエハWを冷却することが可能になる。
実施の形態2にあっては、不要な水を素早く排出することができるため、より正確にウエハ載置台102の温調を行うことが可能になる。
図8は、実施の形態3に係るウエハ載置台2及び温調装置306を示す模式図である。実施の形態3に係る半導体製造装置は、飽和蒸気をウエハ載置台2の空洞21内に供給することによって、ウエハ載置台2を加熱温調するものである。実施の形態3に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台2及び温調装置306の構成のみが実施の形態1と異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。
実施の形態3に係る温調装置306は、実施の形態1で説明した水噴射器64、温度制御器62及び流量センサ72を備えておらず、飽和蒸気を空洞21内部へ供給するための蒸気圧制御器73及び減温器74を備える。また、ウエハ載置台2の適宜箇所には、水蒸気供給口(温調媒体供給口)21eが設けられている。
具体的には、制御部61は、プロセス温度と、目標水蒸気温度と、目標圧力とを対応付けたテーブルを予め記憶しておき、ステップS32で読み出したプロセス温度と、前記テーブルとに基づいて、目標水蒸気温度、及び目標圧力を決定すれば良い。
図11は、実施の形態4に係るウエハ載置台2及び温調装置406を示す模式図である。実施の形態4に係るウエハ半導体装置は、実施の形態1及び3の構成部材を組み合わせることによって、ウエハ載置台2を加熱冷却可能に構成したものである。
図17は、加熱温調を行う際のウエハ載置台2の温度均一性を示した実験結果のグラフである。横軸は計測時間、縦軸はウエハ載置台2の最大温度及び最小温度の温度差ΔTを示している。図17に示したグラフから、昇温時における温度差ΔTが1.0℃未満、定常時における温度差ΔTが0.1℃未満になるように温度制御されていることが分かる。
図19は、実施の形態5に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台602の側断面図、図20は、図19のXX−XX線断面図である。ウエハ載置台602は、円形の底面内壁部621aと、一体形成された周壁部621b及び円形の天面内壁部621cとを備え、空洞621を形成している。ウエハ載置台602の直径は480mm、全体の厚みは50mm、空洞621内の高さ方向幅は30mm、底面内壁部621a及び天面内壁部621cの厚みは約10mmである。また、底面内壁部621aの中心から200mm径方向に離隔した部位に水蒸気供給口621eが設けられている。水蒸気供給口621eには、空洞621内へ流入した飽和蒸気を、ウエハ載置台602の周方向へ分流させる平面視略V字状の分岐ノズルが設けられている。より詳細には、分岐ノズルは、空洞621内へ流入した飽和蒸気が直接、天面内壁部621cに当たることを防止すると共に、該飽和蒸気を、第1周方向へ導く第1角筒部と、該第1角筒部と連続しており、空洞621内へ流入した飽和蒸気を、第1周方向と逆方向の第2周方向へ導く2枚の第2角筒部とを備える。更に、ウエハ載置台602の底面内壁部621aの中心部には、空洞621内部の気体及び水を排出する排出口621dが形成されている。更にまた、ウエハ載置台602内部の空洞621には、ウエハ載置台602が真空引きによって潰れることを防止すべく、底面内壁部621aの中心周りに、12本の支柱621fが設けられている。各支柱621fは、円柱状である。
図24は、実施の形態6に係る半導体処理装置を構成するウエハ載置台2の側断面図である。実施の形態6に係る半導体製造装置は、実施の形態1と同様であり、ヒータ708及びヒータ電源708aを備えている。ヒータ708は、例えば電熱線であり、ウエハ載置台2の天面内壁部21cに埋設されており、ヒータ電源708aは、ヒータ708に給電することによって、ウエハ載置台2を加熱するように構成されている。ヒータ電源708aによる給電動作は、制御部61によって制御されている。
また、加熱から冷却に切り替える際、天面内壁部21cに付着した水を蒸発させるべく、ヒータ708を利用して天面内壁部21cを加熱するように構成しても良い。同様に、冷却から加熱に切り替える際、天面内壁部21cに付着した水を蒸発させるべく、ヒータ708を利用して天面内壁部21cを加熱するように構成しても良い。
実施の形態7に係る半導体製造装置は、ウエハ載置台2を構成する天面内壁部に、所定の表面加工を施した点が上述の実施の形態とは異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。
実施の形態8に係る半導体製造装置は、水噴射器64のノズル64aの構成のみが、実施の形態1とは異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。実施の形態8に係るノズル64aは、水と空気とを旋回させることによって、直径が数百ナノメートル〜10マイクロメートル以下の微細な気泡を混入させて水を噴射することができるマイクロ・ナノバブル発生装置を用いて構成されている。例えば、マイクロ・ナノバブル発生装置は、ナノプラネット研究所のM2-LM/PVC等を採用すれば良い。具体的な構成は、公知である(特許第3397154号)ため、詳細な説明は省略する。
2 ウエハ載置台
3 上部電極
6 温調装置
21 空洞
21c 天面内壁部
61 制御部
66 エゼクタ真空ポンプ
70 温度センサ
71 圧力センサ
W 半導体ウエハ
Claims (6)
- 内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射するノズルとを備える半導体製造装置であって、
前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記空洞内の気体を排出する真空ポンプと、
前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になる前記空洞内の目標圧力を決定する手段と、
前記圧力検出手段にて検出された圧力が、決定された目標圧力になるように前記真空ポンプの動作を制御する制御部と
を備え、
前記空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜している
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射するノズルとを備える半導体製造装置であって、
前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記空洞内の気体を排出する真空ポンプと、
前記半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口と、
前記半導体ウエハ載置台の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度超である場合、前記ノズルから噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になる前記空洞内の目標圧力を決定する手段と、
前記温度検出手段にて検出された温度が目標温度未満である場合、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になる前記空洞内の目標圧力を決定する手段と、
前記圧力検出手段にて検出された圧力が、決定された目標圧力になるように前記真空ポンプの動作を制御する制御部と
を備え、
前記空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜している
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台と、該半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調媒体供給口とを備える半導体製造装置であって、
前記空洞内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記空洞内の気体を排出する真空ポンプと、
目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記温調媒体供給口から供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になる前記空洞内の目標圧力を決定する手段と、
前記圧力検出手段にて検出された圧力が、決定された目標圧力になるように前記真空ポンプの動作を制御する制御部と
を備え、
前記空洞の内壁は、半導体ウエハの載置面に対して傾斜している
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 内部に空洞を有し、該空洞の内壁が半導体ウエハの載置面に対して傾斜している半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射する温調方法であって、
前記空洞内の圧力を検出し、
前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になる前記空洞内の目標圧力を決定し、
検出された圧力が、決定された目標圧力になるように前記空洞内の気体を排出する
ことを特徴とする温調方法。 - 内部に空洞を有する半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、該半導体ウエハ載置台の温度を検出し、検出された温度が目標温度超である場合、目標温度以下の液体の温調媒体を前記空洞の内壁に噴射し、検出された温度が目標温度未満である場合、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、
前記空洞内の圧力を検出し、
検出された温度が目標温度超である場合、検出された圧力が、前記空洞の内壁へ噴射される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以上、目標温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出し、
検出された温度が目標温度未満である場合、検出された圧力が、目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になるように前記空洞内の気体を排出する
ことを特徴とする温調方法。 - 内部に空洞を有し、該空洞の内壁が半導体ウエハの載置面に対して傾斜している半導体ウエハ載置台の温度を目標温度に調整すべく、目標温度以上であり、飽和蒸気状態の温調媒体を前記空洞内へ供給する温調方法であって、
前記空洞内の圧力を検出し、
目標温度に係る飽和蒸気圧以上、前記空洞内へ供給される温調媒体の温度に係る飽和蒸気圧以下になる前記空洞内の目標圧力を決定し、
検出された圧力が、決定された目標圧力になるように前記空洞内の気体を排出する
ことを特徴とする温調方法。
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