(57)【要約】【課題】半導体基板を載置する下部電極の温度を速やかに変更可能にする。【解決手段】本発明の半導体製造装置１は、チャンバー２内に配設され、半導体基板９を載置するものであって内部に流体が流通する流体流路１０が設けられた下部電極４を備え、それぞれ異なる設定温度の流体を供給する複数の温度調節機１８、１９を備え、複数の温度調節機１８、１９から供給される複数の設定温度の流体の中からいずれか１つの流体を選択して下部電極４の流体流路１０に流すように切り替える切り替え手段１１、１２を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に配設され、半導体基板を載置するものであって内部に流体が流通する流体流路が設けられた下部電極と、
それぞれ異なる設定温度の流体を供給する複数の温度調節機と、
前記複数の温度調節機から供給される複数の設定温度の流体の中からいずれか１つの流体を選択して前記下部電極の流体流路に流すように切り替える切り替え手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記下部電極を加熱するヒータを備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記複数の温度調節機は、流体を循環供給するように構成され、
前記切り替え手段は、前記下部電極の流体流路を通過した後の流体を、その流体を供給する温度調節機へ戻すように構成されていると共に、前記切り替え手段により選択されていない流体を、その流体を供給する温度調節機へ戻すように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
チャンバー内に配設され、半導体基板を載置するものであって内部に流体が流通する２つの流体流路が設けられた下部電極と、
第１の温度の流体を供給する第１の温度調節機と、
前記第１の温度と異なる温度の流体を供給する第２の温度調節機とを備え、
前記２つの温度調節機から供給される２種類の温度の流体を、前記下部電極の２つの流体流路にそれぞれ流し、前記下部電極の設定温度に応じて前記２種類の流体の流量をそれぞれ変更することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチングや気相成長などの工程において、ウエハを載置する下部電極の温度を制御する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程、例えばドライエッチングや、絶縁膜等の気相成長などの工程においては、エッチング速度や膜成長速度のような処理条件を一定に保つために、ウエハの温度を一定に保つ温度制御を行っている。このような温度制御を行う半導体製造装置の一例として、平行平板電極型ドライエッチング設備が知られている（例えば特許文献１参照）。このドライエッチング設備においては、チャンバー内に設置された下部電極上にウエハが載置され、上部電極と下部電極の間に高周波電力を投入してプラズマ放電を行い、ドライエッチングを実行するように構成されている。
【０００３】
そして、上記構成の場合、ウエハの温度、即ち、下部電極の温度を一定に保つ構成として、一定の温度に温度制御された冷媒（例えば水等）をチラー本体から冷媒通路を通して下部電極に送り、下部電極の温度を一定に制御する構成を備えている。
【０００４】
さて、将来微細化が進むと、異種膜間での高選択比化や形状確立のために、ウエハへのラジカル吸着率の制御等が重要となることが予想されている。本発明者は、このウエハへのラジカル吸着率をコントロールする際に重要なパラメータの一つとして、「下部電極の温度」を考えている。
【０００５】
しかし、上記した従来構成においては、下部電極の温度を設定するに際して、チラー本体から冷媒を下部電極に送ることにより、温度制御していることから、この従来構成で、下部電極の温度を変えたい場合には、チラー本体を暖めたり冷ましたりしてチラー本体内の冷媒の温度を変える必要がある。このため、下部電極の温度を変える際に、かなり長い時間（例えば１０分程度の時間）がかかってしまうという問題点があった。特に、今後、マイナス数十℃から１００℃を超える範囲での温度の変更設定が必要となることが予想されているので、温度変更を行う場合に、更に長い時間がかかることが予想される。そのため、量産工場などにおいては、生産性を高めるために、一つのチャンバーで下部電極温度を設定すると、全ての製品において、そのチャンバーでは同一温度でドライエッチング処理を行わなければならなかった。もちろん、プロセスのステップ間で下部電極の温度を変えるような制御もほとんど不可能であった。
【特許文献１】特開２００１−９３８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、半導体基板を載置する下部電極の温度を速やかに変更することができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体製造装置は、チャンバー内に配設され、半導体基板を載置するものであって内部に流体が流通する流体流路が設けられた下部電極と、それぞれ異なる設定温度の流体を供給する複数の温度調節機と、前記複数の温度調節機から供給される複数の設定温度の流体の中からいずれか１つの流体を選択して前記下部電極の流体流路に流すように切り替える切り替え手段とを備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体基板を載置する下部電極の温度を速やかに変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を平行平板型ドライエッチング装置（設備）に適用した場合の第１の実施形態について、図１ないし図３を参照しながら説明する。まず、図１は、本実施形態の平行平板型ドライエッチング装置の概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、平行平板型ドライエッチング装置１は、チャンバーとしての例えば真空容器２と、この真空容器２内の上下部にほぼ平行に配設された上部電極３及び下部電極４とを備えて構成されている。真空容器２は例えば円筒状の容器で構成されており、上部電極３及び下部電極４はそれぞれ例えば円形板状の部材で構成されている。
【００１０】
上記構成の場合、上部電極３に設けられたガスノズル５よりプロセスガス（例えばＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝２０／５００／１０ｓｃｃｍ）を真空容器２内に導入し、真空容器２の底部に設けられた排気口６から排気を行うことにより、真空容器２内を所望の圧力になるように制御可能な構成となっている。そして、上部電極３と下部電極４の間に、高周波電源７から高周波電力を投入してプラズマ放電を行うことにより、プラズマ８を生成し、ドライエッチング処理を実行するように構成されている。尚、下部電極４上には、半導体基板としてのウエハ９が静電チャックにより載置固定されている。上記ウエハ９は、例えばシリコン基板上にＳｉＯ２膜を成膜し、レジストにより配線パターンを形成したものである。また、上部電極３と真空容器２の側壁は、ヒータと循環水によって設定温度（例えば６０℃）になるように温度調整される構成となっている。
【００１１】
さて、下部電極４の内部には、図２に示すように、流体としての冷媒（例えば水等）が流通する流体流路１０が設けられている。下部電極４は、熱伝導性の良い部材（例えば金属等）で構成されており、流体流路１０を通る冷媒により速やかに加熱または冷却されることにより、上記冷媒の温度とほぼ等しい温度に保持される構成となっている。
【００１２】
流体流路１０の一端部（例えば流入部）１０ａと他端部（例えば流出部）１０ｂには、切り替え手段としての例えば切り替え弁１１、１２が接続されている。これら切り替え弁１１、１２には、流路１３、１４、１５、１６の各一端部１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａが接続されている。更に、切り替え弁１１と切り替え弁１２との間は、流路１７で接続されている。この場合、流路１３、１４の各他端部１３ｂ、１４ｂは、温度調節機としての例えば第１のチラー本体１８の冷媒出口部１８ａと冷媒戻り部１８ｂに接続されている。そして、流路１５、１６の各他端部１５ｂ、１６ｂは、温度調節機としての例えば第２のチラー本体１９の冷媒出口部１９ａと冷媒戻り部１９ｂに接続されている。
【００１３】
ここで、２つのチラー本体１８、１９は、内部に貯留する大容量の冷媒（例えば水等の流体）の温度を所望の温度に調節可能なように構成されていると共に、設定された温度の冷媒を予め設定された流量で循環供給する、即ち、冷媒出口部１８ａ、１９ａから出力し、冷媒戻り部１８ｂ、１９ｂから戻すように構成されている。尚、２つのチラー本体１８、１９内の冷媒の温度は、異なる温度に設定されている。
【００１４】
上記構成において、図２に示す状態では、第１のチラー本体１８から供給された冷媒が流路１３、切り替え弁１１を通って、下部電極４の流体流路１０に供給され、切り替え弁１２、流路１４を通って、第１のチラー本体１８へ戻るように切り替え弁１１、１２が設定されている。このとき、第２のチラー本体１９から供給された冷媒は、流路１５、切り替え弁１１、流路１７、切り替え弁１２、流路１６を通って、第２のチラー本体１９へ戻るように構成されている。即ち、図２に示す状態では、下部電極４は、第１のチラー本体１８からの冷媒で加熱または冷却されて、その冷媒の温度にほぼ等しい温度に保持される構成となっている。
【００１５】
切り替え弁１１、１２が切り替えられると、図３に示すように、第２のチラー本体１９から供給された冷媒が流路１５、切り替え弁１１を通り、下部電極４の流体流路１０に供給され、切り替え弁１２、流路１６を通り、第２のチラー本体１９へ戻るように変更される。このとき、第１のチラー本体１８から供給された冷媒は、流路１３、切り替え弁１１、流路１７、切り替え弁１２、流路１４を通り、第１のチラー本体１８へ戻るように変更される。即ち、図３に示す状態では、下部電極４は、第２のチラー本体１９からの冷媒で加熱または冷却されてその冷媒の温度にほぼ等しい温度に保持される構成に設定される。尚、切り替え弁１１、１２の上述した切り替え制御は、図示しないコントローラからの指令（または作業者からの手動指令）により適宜実行されるように構成されている。
【００１６】
このような構成の本実施例によれば、切り替え弁１１、１２により２つのチラー本体１８、１９から供給される２つの設定温度の流体の中のいずれか１つの流体を選択して下部電極４の流体流路１０に流すように構成したので、下部電極４の温度、ひいてはウエハ９の温度を、上記２つの設定温度のうちの一方の温度から他方の温度へ（またはその逆の温度へ）設定温度に速やかに、具体的には、１〜２秒程度で変更することができる。
【００１７】
図４は、本発明の第２の実施形態を示すものである。尚、第１の実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第２の実施形態においては、下部電極４を加熱するヒータ２０を設けた。上記第２の実施例によれば、下部電極４を低い温度から高い温度に変更する（切り替える）場合に、ヒータ２０により通電加熱することができるから、温度変更に要する時間をより一層短縮することができる。尚、上述した以外の第２の実施形態の構成は、第１の実施形態の構成と同じ構成となっている。
【００１８】
図５または図６は、本発明の第３の実施形態を示すものである。尚、第１の実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第３の実施形態においては、下部電極４に２つの流体流路１０、２１を設けた。これら流体流路１０、２１は、図６に示すように、円形板状の下部電極４の内部に、その中心から外周へ向けて渦巻き状に、且つ、互い違いになるように設けられている。
【００１９】
そして、２つのチラー本体２２、２３は、第１の実施例のチラー本体１８、１９の機能に加えて、冷媒を送り出すときの流量を調節する機能を有している。更に、第１のチラー本体２２の冷媒出口部２２ａを流路１３を介して下部電極４の一方の流体流路１０の一端部（例えば中心側の端部）に接続し、第１のチラー本体２２の冷媒戻り部２２ｂを流路１４を介して流体流路１０の他端部（例えば外周側の端部）に接続している。また、第２のチラー本体２３の冷媒出口部２３ａを流路１５を介して下部電極４の他方の流体流路２１の一端部（例えば中心側の端部）に接続し、第２のチラー本体２３の冷媒戻り部２３ｂを流路１６を介して流体流路２１の他端部（例えば外周側の端部）に接続している。
【００２０】
上記構成の場合、下部電極４の温度を、第１のチラー本体２２から供給される冷媒の温度に設定したい場合には、第１のチラー本体２２から冷媒を大きな流量で冷媒流路１０へ供給し、第２のチラー本体２３からは、第１のチラー本体２２からの冷媒の流量に比べて極めて小さな流量で冷媒を供給するように制御する。一方、下部電極４の温度を、第２のチラー本体２３から供給される冷媒の温度に設定したい場合には、第２のチラー本体２３から冷媒を大きな流量で流体流路２１へ供給し、第１のチラー本体２２からは、第２のチラー本体２３からの冷媒の流量に比べて極めて小さな流量で冷媒を供給するように制御する。また、下部電極４の温度を、第１のチラー本体２２から供給される冷媒の温度と、第２のチラー本体２３から供給される冷媒の温度の中間の温度に設定した場合には、第１のチラー本体２２から供給される冷媒の流量と、第２のチラー本体２３から供給される冷媒の流量をそれぞれ調節することにより、下部電極４の温度が所望の温度になるように制御する。上記第３の実施形態によれば、第１のチラー本体２２からの冷媒または第２のチラー本体２３からの冷媒を止めること無いため、各冷媒の温度変化を防ぐことができ、下部電極４の温度、ひいてはウエハ９の温度を、上記２つの設定温度（第１のチラー本体２２から供給される冷媒の温度と第２のチラー本体２３から供給される冷媒の温度）のいずれか１つの設定温度、更に、２つの設定温度の中間の所望の温度に速やかに変更することができる。
【００２１】
（他の実施形態）
本発明は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
【００２２】
上記第１または第２の実施形態においては、２つのチラー本体１８、１９を設けたが、これに限られるものではなく、３つ以上のチラー本体を設け、切り替え弁により３つ以上のチラー本体から供給される３つ以上の設定温度の冷媒の中のいずれか１つの冷媒を選択して下部電極４の流体流路１０に流すように構成しても良い。
【００２３】
また、上記第３の実施形態において、第２の実施形態と同様にして、下部電極４を加熱するヒータを設けるように構成しても良い。更に、第３の実施形態においては、２つのチラー本体２２、２３を設けたが、これに限られるものではなく、３つ以上の流量調節可能なチラー本体を設けると共に、下部電極４内に３つ以上の流体流路を設けるように構成しても良い。
【００２４】
更にまた、上記各実施形態において、下部電極４を冷却する冷却装置（例えばペルチェ素子等）を設けるように構成しても良い。この場合、ヒータと冷却装置を併設しても良いし、いずれか一方だけを設けるように構成しても良い。また、上記各実施形態においては、本発明をドライエッチング装置１１に適用したが、これに限られるものではなく、ＣＶＤ等の他の半導体製造装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すもので、平行平板型ドライエッチング装置の概略構成を示す縦断面図
【図２】切り替え弁により第１のチラー本体からの冷媒を下部電極内に流すようにした状態を示す図
【図３】切り替え弁により第２のチラー本体からの冷媒を下部電極内に流すようにした状態を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図２相当図
【図５】本発明の第３の実施形態を示す図２相当図
【図６】下部電極の上面図
【符号の説明】
【００２６】
図面中、１は平行平板型ドライエッチング装置（半導体製造装置）、２は真空容器（チャンバー）、３は上部電極、４は下部電極、９はウエハ（半導体基板）、１０は流体流路、１１、１２は切り替え弁（切り替え手段）、１８は第１の第２のチラー本体（温度調節機）、１９は第２のチラー本体（温度調節機）、２０はヒータ、２１は流体流路、２２は第１の第２のチラー本体（温度調節機）、２３は第２のチラー本体（温度調節機）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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