(57)【要約】【課題】ウエハの汚染の発生を避け、加熱後の半導体ウエハの載置台を効率よく冷却しスループットを向上させることができる半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハ処理装置１は、半導体ウエハＷを格納するチャンバ３と、当該チャンバ３内に設けられ半導体ウエハＷを載置する載置面７を有するウエハ載置台５と、を備え、載置面７を加熱することで半導体ウエハＷを加熱しながらチャンバ３内での半導体ウエハＷの処理を行う半導体ウエハ処理装置１である。装置１は、載置面７を冷却する載置面冷却部２１を備え、載置面冷却部２１は、ウエハ載置台５に内蔵され冷却用のガスを通過させる冷却ガス通路２３を有している。【選択図】図１
2009049061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを格納するチャンバと、当該チャンバ内に設けられ前記半導体ウエハを載置する載置面を有するウエハ載置台と、を備え、前記載置面を加熱することで前記半導体ウエハを加熱しながら前記チャンバ内での前記半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理装置において、
前記載置面を冷却する載置面冷却部を備え、
前記載置面冷却部は、
前記ウエハ載置台に内蔵され冷却用のガスを通過させる冷却ガス通路を有することを特徴とする半導体ウエハ処理装置。
【請求項２】
前記冷却ガス通路は、
前記ウエハ載置台の中央から前記載置面に沿って放射状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ処理装置。
【請求項３】
前記冷却用のガスは、窒素又はヘリウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウエハ処理装置。
【請求項４】
半導体ウエハを格納するチャンバ内で、当該チャンバ内に設けられたウエハ載置台の載置面に前記半導体ウエハを載置し、前記載置面を加熱することで前記半導体ウエハを加熱しながら前記半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理方法において、
加熱された前記載置面を冷却する載置面冷却工程を備え、
前記載置面冷却工程では、
前記ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路に冷却用のガスを通過させることを特徴とする半導体ウエハ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内で半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、例えば、下記特許文献１に記載のドライエッチング装置が知られている。この種の半導体ウエハ処理においては、半導体ウエハを加熱しながら処理を行うために、ウエハを載置する載置台をヒータ等で加熱する場合もある。このような場合、スループットを高めるためには、載置台の昇温速度及び降温速度を大きくすることが要求される。昇温速度はヒーター容量を上げることで比較的容易に向上することが可能であるが、降温速度の向上は容易ではない。例えば、載置台の熱容量にもよるが自然冷却では１〜２℃／分程度の降温速度であるので、載置台の数百度以上の降温を自然冷却で行おうとすれば、スループットに大きく影響してくる。そこで、降温速度を上げるために、加熱後の載置台にガスを吹き付けて冷却する方法などが考えられていた。
【特許文献１】特開平９−２８３５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような冷却方式では、チャンバ内に冷却用のガスが導入されるので、不活性ガスを用いたとしても、チャンバ内やウエハの汚染が問題となる。そして、このような汚染を防ぐには、チャンバ内に導入する不活性ガス等に含まれる不純物微粒子（パーチクル）を除去するために、高密度のフィルタ等を設置する必要があり、装置が複雑化してしまう。また、高密度フィルタを用いても、完全に混入パーチクルを除去することは困難である。また、このような方式は必ずしも冷却効率の良い方式ではなく、ガス流量を上げれば更に汚染が増すという悪循環にも陥る。
【０００４】
また、載置台を冷却する他の方式としては、載置台に水冷管を設けて冷却水を循環させる水冷方式なども考えられる。しかし、載置台が高温の時に水を供給すると水が沸騰し水冷管が損傷する可能性があるので、ある程度の温度（200℃程度）まで低下してから水を供給することになる。つまり、載置台を200℃以上の高温に加熱した場合、200℃までは、実質、自然冷却となる。また、200℃まで低下した後に水を供給することとしても、水の蒸気圧に対応した水冷管部材の強固化等の措置が必要となる。また、半導体ウエハを回転させるために載置台が回転機構をもつ場合にあっては、水冷管の接続にロータリージョイント等を用いる必要があると共に、水漏れ対策にも費用がかかるので、設備コストに大きく影響する。また、再び載置台を加熱する際には水を水冷管から完全に抜き取る必要もあり、その分スループットが低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、ウエハの汚染の発生を避け、加熱後の半導体ウエハの載置台を効率よく冷却しスループットを向上させることができる半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法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】
【０００６】
本発明の半導体ウエハ処理装置は、半導体ウエハを格納するチャンバと、当該チャンバ内に設けられ半導体ウエハを載置する載置面を有するウエハ載置台と、を備え、載置面を加熱することで半導体ウエハを加熱しながらチャンバ内での半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理装置において、載置面を冷却する載置面冷却部を備え、載置面冷却部は、ウエハ載置台に内蔵され冷却用のガスを通過させる冷却ガス通路を有することを特徴とする。
【０００７】
この半導体ウエハ処理装置では、半導体ウエハを加熱しながら処理を行うため、ウエハ載置台の載置面が加熱される。そして、半導体ウエハの処理後は、載置面冷却部によって載置面が再び冷却される。この載置面冷却部は、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を有しているので、冷却ガス通路を通過する冷却用ガスによって載置台が効率よく冷却され、載置面の温度が効率よく低下する。従って、半導体ウエハの加熱後、載置台の温度を素早く降下させることができるので、処理におけるスループットが向上する。また、このような冷却用ガスは、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を通過することから、チャンバ内にガスが流通せず、チャンバ内や半導体ウエハの汚染が避けられる。
【０００８】
また、冷却ガス通路は、ウエハ載置台の中央から載置面に沿って放射状に延びていることが好ましい。この構成によれば、ウエハ載置台に沿って放射状に冷却用ガスが流動するので、載置面を全体的に均等に冷却することができる。
【０００９】
また、冷却用のガスは、窒素又はヘリウムであることとしてもよい。さらに、窒素、ヘリウムガスが常温以下に冷却されたものを用いることにより、冷却効率をさらに増加させることもできる。
【００１０】
また、本発明の半導体ウエハ処理方法は、半導体ウエハを格納するチャンバ内で、当該チャンバ内に設けられたウエハ載置台の載置面に半導体ウエハを載置し、載置面を加熱することで半導体ウエハを加熱しながら半導体ウエハの処理を行う半導体ウエハ処理方法において、加熱された載置面を冷却する載置面冷却工程を備え、載置面冷却工程では、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路に冷却用のガスを通過させることを特徴とする。
【００１１】
この半導体ウエハ処理方法では、半導体ウエハを加熱しながら処理を行うため、ウエハ載置台の載置面が加熱される。そして、半導体ウエハの処理後は、載置面冷工程によって載置面が再び冷却される。この載置面冷却工程では、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を通過する冷却用ガスによって載置台が効率よく冷却され、載置面の温度が効率よく低下する。また、このような冷却用ガスが、ウエハ載置台に内蔵された冷却ガス通路を通過することから、チャンバ内にガスが流通せず、チャンバ内や半導体ウエハの汚染が避けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法によれば、ウエハの汚染の発生を避け、加熱後の半導体ウエハの載置台を効率よく冷却しスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体ウエハ処理装置及び半導体ウエハ処理方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図３に示すように、半導体ウエハ処理装置１は、外殻３ａで画成されたチャンバ３と、チャンバ３内に設けられ円形の平面形状をなす鉄製のウエハ載置台５とを備えている。この装置１では、ウエハ載置台５の上面として形成された載置面７上に半導体ウエハＷが載置される。そして、ウエハ載置台５に内蔵され載置面７の直下に位置するヒータ９によって、載置面７が加熱される。このような構成により、チャンバ３内において、載置面７上の半導体ウエハＷを加熱した状態で、半導体ウエハＷに対する所定のウエハ処理を行うことができる。ここで、所定のウエハ処理には、真空または常圧のチャンバ内で行うＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）又は高真空のチャンバ内で行うＲＩＥ（reactive ionetching：反応性イオンエッチング）といったような半導体ウエハＷの加工処理が含まれる。
【００１５】
更に、ウエハ載置台５は回転機構を有しており、載置面７の中心を通る鉛直軸線回りで水平に回転する。また、電源部１１からヒータ９への電力は、回転式電極１５を介して供給される。この構成により、装置１では、半導体ウエハＷを回転させながら上記ウエハ処理を行うことができる。
【００１６】
また、この装置１は、ウエハＷの加熱後に高温となったウエハ載置台５及び載置面７を冷却ガスを用いて冷却するための冷却部２１を備えている。なお、冷却ガスとしては、窒素又はヘリウムといった不活性なガスが用いられる。この冷却部２１は、ウエハ載置台５に内蔵されヒータ９の直下に位置すると共に、ウエハ載置台５の中心から水平方向に放射状に延在する多数の冷却ガス通路２３を備えている。冷却ガス通路２３は、ウエハ載置台５の半径方向に細長く延びる上部通路２３ａと、この上部通路２３ａの先端に連通され上部通路２３ａの直下で平行に延びる下部通路２３ａとを有している。冷却ガス通路２３は、チャンバ３とは接続されておらず隔離して設けられているので、冷却ガスがチャンバ内に流通せず、チャンバ内や半導体ウエハの汚染を避けることができる。上部通路２３ａはウエハ載置台５の中心から周縁部に向かって冷却ガスを流動させ、下部通路２３ｂはその冷却ガスを周縁部から中心に向かって戻すように流動させる。更に、冷却部２１は、上部通路２３ａに冷却ガスを導入するガス導入路２５と、下部通路２３ｂからの冷却ガスを排出するガス排出路２７とを備えている。ガス導入路２５は、載置面７の中心を通る鉛直軸線に沿って延在しており、このガス導入路２５の周囲を取り囲むようにガス排出路２７が設けられている。
【００１７】
この冷却部２１の構成により、ガス供給部２９からガス導入口２５ａを通じてガス導入路２５に冷却ガスが導入されると、冷却ガスは、放射状に配列された各上部通路２３ａを中心から外側に向かって通過する。その後、冷却ガスは、各下部通路２３ｂを通じてウエハ載置台５の周縁部から中心に向かって流動し、更にガス排出路２７を通過して、ガス排出口２７ａから排出される。さらに、冷却ガスは、排気ポート２８から、排気処理装置（図示せず）を介して、外気に排出される。このように、冷却ガスがウエハ載置台５内部の冷却ガス通路２３を流動することにより、ウエハ載置台５及び載置面７が効率よく冷却される。
【００１８】
このような装置１の構成に基づき、処理対象の半導体ウエハＷがチャンバ３内に導入され載置面７上に載置されると、電源部１１からの電力によりヒータ９が載置面５上の半導体ウエハＷを加熱する。さらに、ウエハ載置台５が水平回転しながら、チャンバ３内では前述のウエハ処理が行われ、半導体ウエハＷに処理が施される。その後、処理済みの半導体ウエハＷが載置面５上から取り除かれると、ガス導入路２５に冷却ガスが導入され、冷却ガスが放射状に配列された各上部通路２３ａ及び各下部通路２３ｂを通過する。そして、高温となったウエハ載置台５の熱が冷却ガスにより取り除かれ、ウエハ載置台５及び載置面７が効率的に冷却される。
【００１９】
以上のように、半導体ウエハＷを加熱して処理した後、高温となった載置面７の温度を素早く降下させて初期状態に戻すことができるので、ウエハ処理におけるスループットが向上する。また、冷却ガスがウエハ載置台５の内部を通過することから、チャンバ３内にガスが流通せず、チャンバ３内や半導体ウエハＷの汚染が避けられる。また、複数の冷却ガス通路２３が載置面７に平行に放射状に広がった形状を成しているので、載置面７の各部が全体的に均等に冷却される。
【００２０】
また、ウエハ載置台５を冷却する冷媒として、気体を用いているので、ガス供給部２９とガス導入口２５ａとの接続には、厳密な気密性は要求されず、ロータリージョイント等を省略して簡易継ぎ手３１といった簡易なもので対応できる。また、冷媒として液体を用いる場合に比較して冷媒用の配管も容易である。なお、冷却部２１における冷却ガスの流れは、前述とは逆向きの流れとしてもよい。すなわち、ガス排出口２７ａ側から冷却ガスを導入し、下部通路２３ｂ、上部通路２３ａの順に流動させてガス導入口２５ａ側に排出してもよい。
【００２１】
続いて、上述の半導体ウエハ処理装置１と比較するため、半導体ウエハ処理装置におけるウエハ載置台及び載置面の他の冷却方式について検討する。
【００２２】
まず、図４及び図５に示すように、半導体ウエハ処理装置１０１のウエハ載置台１０５は、ヒータ９の直下に形成された円柱形状の冷却ガス滞留空間１２３を備えている。この冷却ガス滞留空間１２３に、中心に位置するガス導入路２５から冷却ガスが導入され、ガス排出管１２７から冷却ガスが排出されることで、ウエハ載置台１０５が冷却される。この半導体ウエハ処理装置１０１において、半導体ウエハ処理装置１と同一又は同等の構成要素については、図面に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２３】
上記装置１０１の構成によれば、冷却ガス滞留空間１２３のうち、ガス導入路２５及びガス排出管２７から離れた位置に、冷却ガスが停滞する箇所が生じ円滑な流動が行われないので、冷却効率がよくない。そして、ガスは液体に比べて伝熱性が低いため、ガスを冷媒とする場合には、このようなガスの停滞が特に問題となる。これに対して、前述の半導体ウエハ処理装置１は、冷却ガス滞留空間１２３に代えて、複数の細長い冷却ガス通路２３を放射状に配置しているので、冷却ガスの停滞も発生しにくく、高い冷却効率が得られる点で優れている。
【００２４】
次に考えられる冷却方式としては、ウエハ載置台内に冷却水を循環させる水冷方式がある。例えば、前述の半導体ウエハ処理装置１の冷却ガスに代えて、水を冷媒として用いることが考えられる。ところがこの場合、ウエハ載置台５が高温の時に水を供給すると水が沸騰しウエハ載置台５が損傷する可能性がある為、ある程度の温度（200℃程度）まで低下してから水を供給することになる。つまり、ウエハ処理においてウエハ載置台５を200℃以上の高温に加熱した場合、200℃までは、実質、自然冷却となる。また、200℃まで低下した後に水を供給することとしても、水の蒸気圧に対する載置台５部材の強固化等の措置が必要となる。
【００２５】
また、ウエハ載置台５が回転機構をもつ場合にあっては、水供給部の接続に高い気密性が要求されるので、ロータリージョイント等を用いる必要があると共に、水漏れ対策にも費用がかかり、設備コストに大きく影響する。また、再び載置面７を加熱する際には、水をウエハ載置台５内から完全に抜き取る必要もあり、その分スループットが低下する。これに対し、前述の半導体ウエハ処理装置１では、冷媒としてガスが用いられるので、上記の問題が避けられ、載置台５部材の強固化等の措置も必要なく、また、スループットの向上も図ることができる点で優れている。
【００２６】
次に、図６に示すように、更に他の冷却方式を用いる半導体ウエハ処理装置２０１は、ウエハ載置台２０５の上方に設けられたガス噴出管２２３を備えている。ガス供給部２９からガス噴出管２２３に送られた冷却ガスは、噴出孔２２３ａから下方に噴出され、載置面７に吹き付けられる。そして、吹き付けられた冷却ガスにより、ウエハ載置台５が冷却される。その後、冷却ガスは、排気ポート２２８から、排気処理装置（図示せず）を介して、外気に排出される。この、半導体ウエハ処理装置２０１において、半導体ウエハ処理装置１と同一又は同等の構成要素については、図面に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２７】
このような半導体ウエハ処理装置２０１では、チャンバ３内に冷却ガスが導入されるので、たとえ不活性ガスを用いたとしても、チャンバ３内やウエハＷの汚染が問題となる。そして、このような汚染を防ぐには、チャンバ内に導入する不活性ガス等に含まれるパーチクルを除去するために、高密度のフィルタ等を設置する必要があり、装置が複雑化してしまう。また、このような方式は必ずしも効率の良い方式ではなく、ガス流量を上げれば更に汚染が増すという悪循環にも陥る。高密度のフィルタ等を設置する必要があり、装置が複雑化してしまう。また、高密度フィルタを用いても、完全に混入パーチクルを除去することは困難である。これに対し、前述の半導体ウエハ処理装置１では、冷却用ガスが、ウエハ載置台５に内蔵された冷却ガス通路２３を通過することから、チャンバ３内にはガスが流通せず、チャンバ３内や半導体ウエハＷの汚染が避けられる点で優れている。
【００２８】
続いて、本発明者らが半導体ウエハ処理装置１の効果を確認するために行った実験について説明する。ここでは、半導体ウエハ処理装置１及び２０１において、各温度（２００℃、３００℃、５００℃）に加熱したウエハ載置台５，２０５を冷却する実験を行った。冷却ガスとしては、窒素（常温）及びヘリウム（常温）を用い、窒素については、２通り（５０Ｌ／分及び１００Ｌ／分）のガス流量で冷却した。そして、ウエハ載置台の温度が５０℃まで低下する時間を測定し、更に、温度低下後の半導体ウエハ上のパーチクル数を計測した。なお、比較のため、ウエハ載置台を自然冷却させた場合についても同様の実験を行った。
【００２９】
図７の表に示す実験結果の通り、処理装置２０１に比べて、処理装置１では１／３の時間でウエハ載置台の冷却を行うことができる。従って、処理装置１によれば、スループットの向上が可能であることが確認された。また、ウエハ載置台の降温後におけるウエハＷ上のパーチクル数（直径0.05μm以上）も、自然冷却と同じレベルであり、処理装置１では、ウエハＷの汚染が避けられることも確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る半導体ウエハ処理装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１におけるII-II断面図である。
【図３】図１におけるIII-III断面図である。
【図４】他の冷却方式が用いられる半導体ウエハ処理装置を示す断面図である。
【図５】図４におけるV-V断面図である。
【図６】更に他の冷却方式が用いられる半導体ウエハ処理装置を示す断面図である。
【図７】本発明者らが半導体ウエハ処理装置の効果を確認するために行った実験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体ウエハ処理装置、３…チャンバ、５…ウエハ載置台、７…載置面、２１…載置面冷却部、２３…冷却ガス通路、Ｗ…半導体ウエハ。
【図１】
2009049061.tif 000003
【図２】
2009049061.tif 000004
【図３】
2009049061.tif 000005
【図４】
2009049061.tif 000006
【図５】
2009049061.tif 000007
【図６】
2009049061.tif 000008
【図７】
2009049061.tif 000009