JPH05121361A - 半導体ウエハ冷却装置 - Google Patents

半導体ウエハ冷却装置

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JPH05121361A
JPH05121361A JP28116291A JP28116291A JPH05121361A JP H05121361 A JPH05121361 A JP H05121361A JP 28116291 A JP28116291 A JP 28116291A JP 28116291 A JP28116291 A JP 28116291A JP H05121361 A JPH05121361 A JP H05121361A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas introduction
pressure
semiconductor wafer
refrigerant gas
gap
Prior art date
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Pending
Application number
JP28116291A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidenori Sekiya
秀徳 関谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却能力を常に一定に保持し、製品品質のバ
ラツキを防止することができる半導体ウエハ冷却装置を
提供する。 【構成】 真空チャンバー1内に設けられ半導体ウエハ
5を所定の間隙6を介して支持するステージ3と、間隙
6内へガス導入路8を介して所定量の冷媒ガス9を導入
する冷媒ガス導入バルブ10と、ガス導入路8内に設け
られガス導入路8内に圧力差を発生させるオリフイス2
1と、このオリフイス21の前後にそれぞれ設けられガ
ス導入路8内のそれぞれの位置の圧力を測定する第1お
よび第2の圧力測定器22,23と、これら第1および
第2の圧力測定器22,23でそれぞれ測定される各圧
力値P1,P2および圧力差(P2−P1)によって冷媒ガ
ス導入バルブ10の開閉量を調節して間隙6内の圧力を
一定に制御するバルブ開閉制御器24とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばRIE(反応
性イオンエッチング)およびCVD(化学気相堆積)等
のような半導体ウエハ真空処理装置に用いられ、被処理
物としての半導体ウエハを冷却する半導体ウエハ冷却装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の半導体ウエハ冷却装置が適
用された半導体ウエハ真空処理装置の概略構成を示す図
である。図において、1は壁面に反応ガス2の導入口1
aおよび真空ポンプ(図示せず)への接続口1bがそれ
ぞれ形成される真空チャンバー、3はこの真空チャンバ
ー2の底部に設けられ、Oリング4を介して半導体ウエ
ハ5を担持するステージ、6はこのステージ3と半導体
ウエハ5の裏面との間に形成される間隙、7は真空チャ
ンバー2の上部のステージ3と対向する位置に設けられ
る電極である。
【0003】8はステージ3内を貫通して間隙6に連通
し、間隙6内に冷媒ガス9を導入するガス導入路、10
はこのガス導入路8に接続されガス導入路8内を流れる
冷媒ガス9の流量を調節する冷媒ガス導入バルブ、11
はガス導入路8内の圧力を測定する圧力測定器、12は
この圧力測定器11からの測定圧力信号13を取り込
み、冷媒ガス導入バルブ10へ開閉量指示信号14を送
出するバルブ開閉制御器である。そして、これら間隙
6、ガス導入路8、冷媒ガス導入バルブ10、圧力測定
器11およびバルブ開閉制御器12で半導体ウエハ冷却
装置20を構成している。
【0004】次に動作について説明する。RIEやCV
D等のような半導体ウエハ真空処理装置においては、反
応ガス2を導入口1aから真空チャンバー1内に流し込
み、真空チャンバー1内が所定の圧力となるように、真
空ポンプによって接続口1bから排気しながら、電極7
とステージ3間に高周波電力を印加し、両者7、3間に
プラズマを生成して半導体ウエハ5を処理している。こ
のような処理中に半導体ウエハ5はプラズマに曝され、
又、表面での化学反応により加熱される。
【0005】このような加熱の影響を防ぐために、装置
には半導体ウエハ冷却装置20が組み込まれている。す
なわち、半導体ウエハ冷却装置20は、ガス道入路8か
らステージ3と半導体ウエハ5の裏面との間に形成され
る間隙6へ冷媒ガス9を供給し、この冷媒ガス9によっ
て半導体ウエハ5の昇温を防止している。この際、冷媒
ガス9の伝熱能力は圧力によって異なるため、間隙6内
の圧力を一定に保持しておく必要がある。このため、O
リング4等のシール材により冷媒ガス9が真空チャンバ
ー1内に漏れるのを極力抑えるとともに、圧力測定器1
1によりガス導入路8内の圧力を検出し、この測定圧力
信号13に基づいてバルブ開閉制御器12は冷媒ガス導
入バルブ10へ開閉量指示信号14を送出し、冷媒ガス
導入バルブ10の開度を調節して間隙6内の冷媒ガス9
の圧力が一定になるように制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体ウエハ冷
却装置は以上のように構成され、圧力測定器11はガス
導入路8の途中に1個所しか設けられていないため、O
リング4の部分から冷媒ガス9の漏れが起こっている場
合には、圧力測定器11で測定されるガス導入路8内の
冷媒ガス9の圧力を一定に制御しても、冷媒ガス9の漏
れが起こっている部分に近い半導体ウエハ5の裏面で
は、冷媒ガス9の圧力が低下し冷却能力が低下する。こ
の冷却能力の低下は冷媒ガス9の漏れ量が多い場合やガ
ス導入路8の径が細い場合に著しくなり、これが原因で
起こる半導体ウエハ5毎の温度差によりエッチング特性
や成膜特性に差が生じたり、半導体ウエハ5にダメージ
を与えたりして、製品品質にバラツキが発生するという
問題点があった。
【0007】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、冷却能力を常に一定に保持する
ことにより、製品品質のバラツキを防止することができ
る半導体ウエハ冷却装置を提供することを目的とするも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体ウ
エハ冷却装置は、真空チャンバー内に設けられ半導体ウ
エハを所定の間隙を介して支持するステージと、間隙内
へガス導入路を介して所定量の冷媒ガスを導入する冷媒
ガス導入バルブと、ガス導入路内に設けられガス導入路
内に圧力差を発生させる圧力差発生手段と、この圧力差
発生手段の前後にそれぞれ設けられガス導入路内のそれ
ぞれの位置の圧力を測定する第1および第2の圧力測定
器と、これら第1および第2の圧力測定器でそれぞれ測
定される各圧力値および圧力差によって冷媒ガス導入バ
ルブの開閉量を調節して間隙内の圧力を一定に制御する
圧力制御手段とを備えたものである。
【0009】
【作用】この発明における半導体ウエハ冷却装置のバル
ブ開閉制御器は、ガス導入路内に形成される圧力差発生
手段前後で測定される圧力と圧力差によって、半導体裏
面の間隙内の冷媒ガスの圧力を予測し、この予測圧力が
一定となるように、冷媒ガス導入バルブの開閉量を制御
する。
【0010】
【実施例】実施例1 以下、この発明の実施例を図について説明する。図1は
この発明の実施例1における半導体ウエハ冷却装置が適
用された半導体ウエハ真空処理装置の概略構成を示す図
である。図において、真空チャンバー1、導入口1a、
反応ガス2、ステージ3、Oリング4、半導体ウエハ
5、間隙6、電極7、ガス導入路8、冷媒ガス9および
冷媒ガス導入バルブ10は図3に示す従来装置における
ものと同様である。
【0011】21はガス導入路8内に形成される圧力差
発生手段としてのオリフイス、22はこのオリフイス2
1の冷媒ガス9の流れの下流側に接続され圧力を測定す
る第1の圧力測定器、23はオリフイス21の冷媒ガス
9の流れの上流側に接続され圧力を測定する第2の圧力
測定器、24はこれら第1および第2の圧力測定器2
2,23によってそれぞれ測定され、出力される各測定
圧力信号25,26に基づいて、冷媒ガス導入バルブ1
0へ開閉量指示信号27を送出して、ガス導入路8内に
導入される冷媒ガス9の流量を制御するバルブ開閉制御
器である。そして、これら間隙6、ガス導入路8、冷媒
ガス9、冷媒ガス導入バルブ10、オリフイス21、第
1の圧力測定器22、第2の圧力測定器23およびバル
ブ開閉制御器24で半導体ウエハ冷却装置30を構成し
ている。
【0012】次に、上記のように構成されるこの発明の
実施例1における半導体ウエハ冷却装置30の動作につ
いて説明する。図2(A)は図1における半導体ウエハ
冷却装置30のガス導入路8の詳細を示す拡大断面図、
図2(B)は図2(A)の各部に対応した冷媒ガス流系
の等価回路図であり、図中、Iはガス導入路8内を流れ
る冷媒ガス9の流量、P1は第1の圧力測定器22で測
定される圧力値、P2は第2の圧力測定器23で測定さ
れる圧力値、Pは半導体ウエハ5の裏面に形成される間
隙6内の圧力値、R0はオリフイス21の流路抵抗、R1
はガス道入路8内の流路抵抗、R2はOリング4部から
の冷媒ガス9の漏れ流路抵抗をそれぞれ表す。
【0013】まず、図2(B)に示す等価回路から次式
が成立する。 P2−P1=R0I・・・・・・・・・・・(1) P1−P=R1I ・・・・・・・・・・・(2) 上記式(1)、(2)よりIを消去してPについて整理
すると、 P=P1−R1/R0(P2−P1)・・・・(3) が得られる。この式(3)より、圧力Pを一定に制御す
るためには、第1の圧力測定器22で測定される圧力値
1から、オリフイス21の前後で第1および第2の圧
力測定器22,23で測定される圧力値の差(P2
1)に係数R1/R0を乗じた値を差し引いた値が一定
となるように制御すれば良いことがわかる。
【0014】又、係数R1/R0は、半導体ウエハ5がス
テージ3上に載置されていない状態(圧力P=0とみな
せる)にて、第1および第2の圧力測定器22,23で
それぞれの位置の圧力値P1,P2を測定することによっ
て容易に得られる。すなわち、上記各圧力値P1,P2
10,P20とすると、式(3)は 0=P10−R1/R0(P20−P10)・・・(4) となり、式4を整理すると、 R1/R0=P10/P20−P10・・・・・・(5) となり、式5として求めることができる。
【0015】したがって、バルブ開閉制御器24は第1
および第2の圧力測定器22,23からの各測定圧力信
号25,26と、予め式(5)によって求められる係数
とを基に、式3に示される間隙6内の圧力Pが常に一定
になるように、冷媒ガス導入バルブ10へ開閉量指示信
号を送出して、冷媒ガス導入バルブ10の開度を調節す
ることにより、ガス導入路8内に導入される冷媒ガス9
の流量を制御すれば、間隙6内に裏面が隣接される半導
体ウエハ5は常に一定能力で冷却されるので個々でエッ
チング特性や成膜特性に差が生じることはなくなる。
【0016】実施例2 尚、上記実施例1では圧力差発生手段としてオリフイス
21を示して説明したが、ニードルバルブ等のように流
路抵抗を持つものであれば何でも良く、上記実施例1と
同様の効果を奏する。
【0017】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば真空チ
ャンバー内に設けられ半導体ウエハを所定の間隙を介し
て支持するステージと、間隙内へガス導入路を介して所
定量の冷媒ガスを導入する冷媒ガス導入バルブと、ガス
導入路内に設けられガス導入路内に圧力差を発生させる
圧力差発生手段と、この圧力差発生手段の前後にそれぞ
れ設けられガス導入路内のそれぞれの位置の圧力を測定
する第1および第2の圧力測定器と、これら第1および
第2の圧力測定器でそれぞれ測定される各圧力値および
圧力差によって冷媒ガス導入バルブの開閉量を調節して
間隙内の圧力を一定に制御する圧力制御手段とを備えた
ので、冷却能力を常に一定に保持して、製品品質のバラ
ツキを防止することができる半導体ウエハ冷却装置を提
供することを目的とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1における半導体ウエハ冷却
装置が適用された半導体ウエハ真空処理装置の概略構成
を示す図である。
【図2】図2(A)は図1における半導体ウエハ冷却装
置のガス導入路の詳細を示す拡大断面図、図2(B)は
図2(A)の各部に対応した冷媒ガス流系の等価回路図
である。
【図3】従来の半導体ウエハ冷却装置が適用された半導
体ウエハ真空処理装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバー 3 ステージ 5 半導体ウエハ 6 間隙 7 電極 8 ガス導入路 9 冷媒ガス 10 冷媒ガス導入バルブ 21 オリフイス(圧力差発生手段) 22 第1の圧力測定器 23 第2の圧力測定器 24 バルブ開閉制御器(圧力制御手段) 30 半導体ウエハ冷却装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空チャンバー内に設けられ半導体ウエ
    ハを所定の間隙を介して支持するステージと、上記間隙
    内へガス導入路を介して所定量の冷媒ガスを導入する冷
    媒ガス導入バルブと、上記ガス導入路内に設けられ上記
    ガス導入路内に圧力差を発生させる圧力差発生手段と、
    この圧力差発生手段の前後にそれぞれ設けられ上記ガス
    導入路内のそれぞれの位置の圧力を測定する第1および
    第2の圧力測定器と、これら第1および第2の圧力測定
    器でそれぞれ測定される各圧力値および圧力差によって
    上記冷媒ガス導入バルブの開閉量を調節して上記間隙内
    の圧力を一定に制御する圧力制御手段とを備えたことを
    特徴とする半導体ウエハ冷却装置。
JP28116291A 1991-10-28 1991-10-28 半導体ウエハ冷却装置 Pending JPH05121361A (ja)

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