JPH04330722A - ウェーハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造設備の１つ
でＣＶＤ処理、プラズマエッチング等の処理を行うウェ
ーハ処理装置、特にプラズマを発生させる相対向する平
行電極の間隔が変更可能で、且ウェーハの温度制御機能
を有するウェーハ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ処理を行う場合に、要求される
製品の性能、仕様に合せてウェーハの処理条件が変更さ
れることがある。この処理条件変更の手段の１つに電極
間隔の変更がある。又、電極にウェーハを装填、更に電
極からウェーハを取出す作業の過程で電極間隔の変更が
必要となる。更に又、エッチング工程に於いて、ウェー
ハの温度制御は、エッチング速度やエッチング選択性、
エッチング加工寸法精度の重要な要因であり、前記ウェ
ーハは電極を介して冷却、或は加熱され所定の温度とな
る様温度制御される。

【０００３】従来のウェーハ処理装置としては図３に示
すものがある。

【０００４】図中、１は真空容器、２は下電極、３は上
電極を示す。

【０００５】前記真空容器１の底面には下電極ホルダ４
が気密に取付けられ、該下電極ホルダ４に絶縁盤５を介
して、冷却盤６、更に下電極２が取付けられている。該
冷却盤６には、冷却路７が形成されており、該冷却路７
の始端には図示しない冷媒導入管、該冷却路の終端には
図示しない冷媒導出管が連通され、冷媒導入管、冷媒導
出管を介して、水等の冷媒が流入、流出する様になって
いる。

【０００６】前記下電極ホルダ４の内部にはアーム８が
昇降自在に設けられ、該下電極ホルダ４を気密に貫通す
る昇降ロッド９の先端に前記アーム８が固着してある。 該アーム８の端部には前記絶縁盤５を挿通するポスト１
０が植設され、該ポスト１０の上端にウェーハクランプ
１１を固着してある。図中、１２はベローズである。

【０００７】前記真空容器１の天井面にシールフランジ
１３が設けられ、該シールフランジ１３を摺動自在に貫
通する中空の電極支持シャフト１４の下端に上電極ホル
ダ１５を固着する。該上電極ホルダ１５に絶縁ホルダ１
６を介して上電極３が固着されている。又、上電極３に
固着された案内棒１７が、前記電極支持シャフト１４を
貫通して設けられており、該案内棒１７の内部には反応
ガス導入機構が設けられている。

【０００８】前記シールフランジ１３と電極支持シャフ
ト１４との間には、軸心方向に間隙を明け上下一対のシ
ール１８，１９が設けられ、両シール１８，１９の間は
図示しない真空ポンプによって真空引されている。

【０００９】次に、前記シールフランジ１３の上面、電
極支持シャフト１４の回りには、電極間隔変更装置２０
が設けられている。

【００１０】該電極支持シャフト１４と同心に外筒２１
が設けられ、該外筒２１に軸受２２を介してナットリン
グ２３が回転自在に設けられている。該ナットリング２
３は、前記電極支持シャフト１４に螺合していると共に
図示しない回転駆動機構と連結している。又、前記電極
支持シャフト１４は、特に図示していないが回止めがな
されている。

【００１１】電極間隔の変更は、前記ナットリング２３
を回転させて、前記電極支持シャフト１４を昇降して行
う。

【００１２】又、ウェーハ２４の搬入、搬出は、前記昇
降ロッド９、アーム８を介してウェーハクランプ１１を
上昇させた状態で行い、ウェーハ２４の処理状態では前
記ウェーハクランプ１１を下降してウェーハ２４の端縁
をクランプし、ウェーハ２４を下電極２に密着させた状
態で行う。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】現在、半導体デバイス
の高集密化が増々進み、加工精度、加工される線幅もサ
ブミクロンの時代となっている。従って、高精度、高信
頼度の半導体デバイスの製造には、微細な塵埃（パーテ
ィクル）の発生、該パーティクルによる汚染を防止する
ことが不可欠となっている。ところが、上記したウェー
ハ処理装置では、上電極が動く構造となっている為、摺
動部が真空室の上方にあり且摺動部が真空室内部に臨接
している。従って、飛散したパーティクルがウェーハ上
に落下し汚染する可能性が極めて高くなっている。

【００１４】更に、上記した従来の冷媒は冷媒として水
を用いている。その為、特に断熱構造とはなっていない
。ところが、近年ではエッチング加工寸法精度に関与す
るウェーハ面と平行な方向のエッチング、サイドエッチ
ングを防止しながら高エッチング選択性を得るには、サ
イドエッチングの起こらない温度（低温）にウェーハを
冷却することが要求される。この為、冷媒給排構造とし
て断熱構造が不可欠となっている。給排構造を断熱構造
とした場合、導入管、導出管の径等が必然的に大径とな
る。ところが、前記従来例で明らかな様にウェーハクラ
ンプの昇降機構が装置中心部にある。従って、冷媒導入
管、冷媒導出管の占有スペースは極めて制限されたもの
となっており、この為冷媒導入管、冷媒導出管をスペー
スを必要とする断熱構造とすることが難しいのが現状で
ある。

【００１５】本発明は、斯かる実情に鑑み、電極間隔変
更動作に伴うウェーハのパーティクル汚染を最小にし、
而も低温冷媒によるウェーハの冷却を可能としたウェー
ハ処理装置を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器に配
設され、上下一対の相対向する平行平板電極間にプラズ
マを発生させ、下電極にウェーハ載置板を介して載置さ
れるウェーハを処理するウェーハ処理装置に於いて、前
記真空容器の底面を遊貫する下電極支持筒を前記下電極
側に固着し、該支持筒の真空処理室遊貫部をベローズに
より気密に囲繞し、該支持筒下端に電極間隔変更用のア
クチュエータを設け、前記下電極を貫通して前記ウェー
ハ載置板に固着された押上下棒を昇降自在に設け、該押
上下棒と同心に内筒、冷媒供給管、冷媒排出管を多重に
設け、内筒と冷媒供給管とで冷媒供給路を形成し、冷媒
供給管と冷媒排出管とで冷媒排出路を形成し、冷媒供給
路を前記下電極に設けた冷却路の始端に連通させ、冷媒
排出路を該冷却路の終端に連通させたことを特徴とする
ものである。

【００１７】

【作用】電極間隔の変更は、アクチュエータを駆動して
下電極を移動させて行い、ウェーハの温度制御は冷媒供
給路より冷媒を冷却路に供給し、冷媒を冷却路に流通さ
せることで行い、又冷媒は冷媒排出路より排出する。而
して、電極間隔変更の機構と、冷媒給排機構が中心部に
集約され、構造が簡潔となり、占有スペースも小さい。

【００１８】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明
する。

【００１９】尚、本実施例中上電極は真空容器天井に固
定的に設けられ、その固定手段については、種々公知の
手段を用いることが可能であり、特に図示していない。 又、図１中、図３中で示したものと同一のものには同符
号を付してある。

【００２０】真空容器１の底面に支持筒２６を遊貫し、
該支持筒２６の下端にフランジ２７を固着し、該フラン
ジ２７にエアシリング等のアクチュエータ２８を取付け
、又該フランジ２７にはスライド軸受２９を設け、前記
真空容器１の下面に立設したガイドロッド３０に該軸受
２９を嵌合させる。

【００２１】前記支持筒２６の上端に、下電極ホルダ４
を固着し、該下電極ホルダ４に絶縁盤５を介して、冷却
盤６、更に下電極２が取付けられている。該下電極２に
は冷却路７を形成する。

【００２２】前記絶縁盤５の周辺部所要箇所に、支持筒
２６と平行にウェーハクランプ棒３１を挿通させ、該ウ
ェーハクランプ棒３１はスプリング３２によって下方へ
付勢する。又、該ウェーハクランプ棒３１の上端にはク
ランプ爪３３を固着する。該ウェーハクランプ棒３１の
下方、該ウェーハクランプ棒３１の軸心延長上に配置し
たストッパ３４を真空容器１の底面に固着する。

【００２３】前記支持筒２６の真空容器挿入部を囲繞す
る様に前記下電極ホルダ４と真空容器１との間にベロー
ズ３５を気密に取付ける。

【００２４】前記下電極２の下面に、前記支持筒２６と
同心に、内筒３６、冷媒供給管３７を多重に配設して、
気密に固着する。又、前記内筒３６の内側に中空の押上
下棒３８を設け、前記冷媒供給管３７の外側に冷媒排出
管３９を設ける。

【００２５】前記内筒３６と前記冷媒供給管３７とがな
す空隙によって冷媒供給路４０が形成され、該冷媒供給
管３７と前記冷媒排出管３９とがなす空隙によって冷媒
排出路４１が形成される。前記冷媒供給路４０は供給路
枝管４２により、外部の冷媒供給源に連通し、前記冷媒
排出路４１は排出路枝管４３により外部の冷媒供給源に
連通する。又、前記冷媒供給路４０、冷媒排出路４１は
それぞれ前記冷却路７に連通している。

【００２６】前記押上下棒３８の上端には、ウェーハ載
置板４４を固着し、押上下棒３８の中空部を真空容器１
の円部に開口する。又、押上下棒３８の下端は、伝達ロ
ッド４５の上端のフランジ４６を固着してある。該フラ
ンジ４６には、外部ヘリウムガス供給源（図示せず）と
連通する連絡路４７を穿設し、該連絡路４７は前記押上
下棒３８の内部と連通させている。

【００２７】前記内管３６、冷媒供給管３７、冷媒排出
管３９の下端にベースプレート４８を気密に固着し、該
ベースプレート４８には前記押上下棒３８を遊挿させる
。該押上下棒３８の下端部を囲繞するベローズ４９をベ
ースプレート４８と前記フランジ４６との間に気密に取
付ける。

【００２８】前記伝達ロッド４５は、該フランジ下面に
取付けたブリッジ５０にスライド軸受５１を介して摺動
自在に取付け、該伝達ロッド４５はスプリング５２によ
り下方に付勢してある。特に図示していないが、前記伝
達ロッド４５は所要の手段で押上げられる様になってい
る。

【００２９】以下、作動について説明する。

【００３０】尚、図１は下電極２が下がり、ウェーハの
クランプが解放され且ウェーハ載置板４４が上昇してウ
ェーハ２４を上昇させた状態を示している。

【００３１】ウェーハ２４を装置に装填する場合は、図
１に示す状態で行われる。

【００３２】図１に示す状態とするには、アクチュエー
タ２８を伸長させ、フランジ２７、支持筒２６を介して
下電極ホルダ４、絶縁盤５、冷却盤６等と一体に下電極
２を降下させる。

【００３３】下電極２の下降により、下電極２と一体構
造である押上下棒３８、内筒３６、冷媒供給管３７、冷
媒排出管３９、伝達ロッド４５も又下降する。前記ウェ
ーハクランプ棒３１は、下電極２の最初の下降では、ス
トッパ３４に当接せず、所要距離下降した時点で初めて
当接する様になっている。前記アクチュエータ２８の最
大伸長量は、ウェーハクランプ棒３１が、ストッパ３４
に当接して、更に前記スプリング３２に拡し、ウェーハ
クランプ棒３１、クランプ爪３３を図１に示す状態迄、
下電極２に対して相対上昇させ得るものとする。

【００３４】下電極２を最下位置迄、下降させた状態で
、図示しない手段で伝達ロッド４５を押上げると押上下
棒３８を介してウェーハ載置板４４を上昇させ、ウェー
ハ２４を持上げる。

【００３５】斯かる状態で、図示しないウェーハ搬送手
段により、ウェーハの取出し、ウェーハの装填が行われ
る。

【００３６】ウェーハ２４の処理を行うには、図示しな
い手段による伝達ロッド４５の押上げを解放し、スプリ
ング５２による復元力によってウェーハ載置板４４を下
降させ、ウェーハ２４を下電極２に載置させる。

【００３７】次に、アクチュエータ２８を短縮させ下電
極ホルダ４、下電極２を上昇させ、クランプ爪３３の下
電極２に対する相対降下をさせ、クランプ爪３３でウェ
ーハ２４をクランプする。

【００３８】ウェーハ２４のクランプ後は、ウェーハ２
４を処理可能な状態であり、それ以後のアクチュエータ
２８の短縮、即ち下電極の上昇は上下電極間隔の変更、
調整作動となる。

【００３９】而して、下電極２側の上昇、下降のみで、
ウェーハ２４のクランプ、上下電極間隔の変更をなし得
る。

【００４０】ウェーハ処理中に於けるウェーハ２４の温
度制御は、供給路枝管４２より冷媒を供給し、冷媒供給
路４０を経て冷却路７に冷媒を流通させ、下電極２を介
してウェーハ２４を冷却し、更に冷媒は冷媒排出路４１
を経て排出路枝管４３より排出される。

【００４１】又、ウェーハ２４の温度制御に於いて、下
電極２とウェーハ２４との間の熱伝達効率を向上させる
為、連絡路よりヘリウムガスを供給し、押上下棒３８を
経てウェーハ２４と下電極２間の間隙にヘリウムガスを
充填する。

【００４２】次に、ウェーハの冷却は、氷点下の低温冷
媒を用いて冷却を行う。斯かる低温冷媒の使用が可能な
様に、冷媒供給管３７、冷媒排出管３９等冷媒の流路を
形成する管は断熱２重管構造となっている。

【００４３】冷媒排出管３９の真空断熱構造は、外壁管
３９ａと内壁管３９ｂの２重管構造であり、外壁管３９
ａと内壁管３９ｂとの間は真空となっている。

【００４４】該外壁管３９ａの途中に継手座５３が設け
られ、該継手座５３に冷媒排出管３９の軸心と直交する
方向に延びる排出枝管４３の外壁管４３ａが固着され、
該排出枝管４３の内壁管４３ｂは前記冷媒排出管３９の
内壁管３９ｂに連通している。尚、排出枝管４３の外壁
管４３ａ、内壁管４３ｂは先端で気密に閉塞され、該外
壁管４３ａ、内壁管４３ｂの間の空隙は前記冷媒排出管
３９の外壁管３９ａ、内壁管３９ｂ間の空隙に連通する
と共に真空となっている。

【００４５】前記排出枝管４３には、絶縁材から成る連
結管５４が嵌合し、前記継手座５３に気密に取付けられ
、該連結管５４には前記流出管５６が嵌合し、連結管５
４と流出管５６とは気密に連結してある。

【００４６】該流出管５６も、冷媒排出管３９と同様２
重管構造の断熱管である。

【００４７】冷媒排出管３９の内部に設けられた前記冷
媒供給管３７は、前記冷媒排出管３９と同様２重管断熱
構造であり、該冷媒供給管３７の上端には前記下電極２
に固着している絶縁フランジ５７が当接し、下端にはＴ
型ジョイント５８が固着されている。

【００４８】前記冷媒排出管３９の下端には、プラグ５
９が嵌入、気密に取付けられ、前記冷媒供給管３７は該
プラグ５９を貫通している。

【００４９】前記Ｔ型ジョイント５８の上フランジ６０
は、前記冷媒供給管３７の外壁管３７ａに固着され、更
に該上フランジ６０は前記プラグ５９に気密に固着され
ている。又、上フランジ６０にはＴ型ジョイント５８の
外壁管５８ａが固着され、該外壁管５８ａの途中には、
Ｔ字座６１が設けられている。

【００５０】前記Ｔ型ジョイント５８の内部に迄延出す
る冷媒供給管３７の内壁管３７ｂの下端には、Ｔ型ジョ
イント５８の内壁管５８ｂが固着されている。Ｔ型ジョ
イント５８の下フランジ６２には、前記内壁管５８ａ、
外壁管５８ｂが固着され、更にＴ型ジョイント５８下端
に嵌入したプラグ６３が前記下フランジ６２に気密に取
付けられている。

【００５１】前記Ｔ字座６１に冷媒供給管３７の軸心と
直交する方向に延びる供給枝管４２の外壁管４２ａが固
着され、該供給枝管４２の内壁管４２ｂは前記冷媒供給
管３７の下端に連通している。該供給枝管４２も、外壁
管４２ａと内壁管４２ｂによって、２重管断熱構造とな
っている。

【００５２】該供給枝管４２には、絶縁材から成る連結
管５５が嵌合し、前記Ｔ字座６１に気密に取付けられ、
該連結管５５には流入管６４が嵌合し、連結管５５と流
入管６４とは気密に連結してある。

【００５３】該流入管６４も２重管断熱管となっている
。

【００５４】冷媒供給管３７の内部に設けられた内管６
５の上端は、下電極２に固着され、下端は前記プラグ６
３を貫通して、前記ベローズ４９内に突出している。該
内管６５内部を前記押上下棒３８が挿通しており、該押
上下棒３８の上端部はガイド６６で摺動自在に支持され
ている。

【００５５】上述した構成に於いて、内管６５と冷媒供
給管３７との間で形成される筒状の空隙が、冷媒供給路
４０となり、該冷媒供給路４０は前記冷却路７に連通し
ている。又、冷媒供給管３７と冷媒排出管３９との間で
形成される筒状の空隙が、冷媒排出路４１となり、該冷
媒排出路４１は前記冷却路７に連通している。

【００５６】流入管６４より供給された冷媒は、前記冷
媒供給路４０を通って冷却路７に至り、冷却路７を流通
する過程で、下電極２を冷却して、冷媒排出路４１に流
入する。該冷媒排出路４１を通った冷媒は、前記流出管
５６を経て装置外へ排出される。

【００５７】而して、本実施例では、多重管構造で中心
部に集約してあるので、簡潔な構造となっており、更に
低温の冷媒が中心部を流れ、高温の冷媒が低温の冷媒の
外側を流れる構成であると共に冷媒が流れる管は全て真
空の断熱層を有する２重管構造であるので、断熱効果は
極めて高い。

【００５８】尚、上記実施例ではヘリウムガスを押上下
棒を中空管として該押上下棒の内部より供給しているが
、押上下棒と内管とがなす空隙を利用して供給する様に
してもよい。この場合、供給するヘリウムガスが冷媒に
よって冷却されるので、ウェーハの冷却をより効果的と
する。

【００５９】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、下電極
を可動とした構造であり、摺動部を完全に処理室外にす
ることで、ウェーハのパーティクルによる汚染を最小に
することができ、更に大電極の可動機構、ウェーハの昇
降機構、冷媒給排機構を全て中心部に集約した構成であ
るので、占有スペースが小さくてすみ、真空層を形成し
た２重断熱管の採用が可能となり、低温冷媒による冷却
が実現する等、種々の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例を示す部分断面図である
。

【図２】該実施例に於ける冷媒給排部の詳細を示す図１
のＡ矢視相当図である。

【図３】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　真空容器 ２　　　　　　下電極 ３　　　　　　上電極 ７　　　　　　冷却路 ２６　　　　支持筒 ２８　　　　アクチュエータ ３５　　　　ベローズ ３６　　　　内筒 ３７　　　　冷媒供給管 ３８　　　　押上下棒 ３９　　　　冷媒排出管 ４０　　　　冷媒供給路 ４１　　　　冷媒排出路 ４４　　　　ウェーハ載置板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器に配設され、上下一対の相対向す
   る平行平板電極間にプラズマを発生させ、下電極にウェ
   ーハ載置板を介して載置されるウェーハを処理するウェ
   ーハ処理装置に於いて、前記真空容器の底面を遊貫する
   下電極支持筒を前記下電極側に固着し、該支持筒の真空
   処理室遊貫部をベローズにより気密に囲繞し、該支持筒
   下端に電極間隔変更用のアクチュエータを設け、前記下
   電極を貫通して前記ウェーハ載置板に固着された押上下
   棒を昇降自在に設け、該押上下棒と同心に内筒、冷媒供
   給管、冷媒排出管を多重に設け、内筒と冷媒供給管とで
   冷媒供給路を形成し、冷媒供給管と冷媒排出管とで冷媒
   排出路を形成し、冷媒供給路を前記下電極に設けた冷却
   路の始端に連通させ、冷媒排出路を該冷却路の終端に連
   通させたことを特徴とするウェーハ処理装置。