JP2002057141A - シリコンヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体デバイスの製造工程において、コンタ
ミネーションの発生を抑え、ウェーハの温度制御が可能
なシリコンヒータを提供し、半導体製造の歩留りの向上
を図る。 【解決手段】 シリコンヒータであって、少なくともシ
リコン板の一方の面は溝加工によりヒータパターンを形
成した発熱部であり、他方の面は溝加工を施さないヒー
タ面内の温度を均一化するための均熱部で、これに通電
するための給電部を設けたものであることを特徴とする
シリコンヒータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体デバイ
ス製造用のプラズマ装置等に用いられるシリコンヒータ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置としては、プラズマドラ
イエッチング装置に代表されるような、被処理物である
シリコンウェーハを載置する第一の電極（以下、下部電
極という）とウェーハに対向する位置に第二の電極（以
下、上部電極という）とを設けた平行平板型の装置が知
られている。図１は、このような平行平板型のプラズマ
ドライエッチング装置の一例を示す概略図である。この
装置は、下部電極４上に被処理物であるウェーハ２を載
置し、処理ガス整流用の多数の微細孔を備えた上部電極
１から、この微細孔を通して処理ガスを噴出するもので
あって、上部電極１を高周波電源に接続することによっ
て、両極間でプラズマを生成して所望の処理を行うもの
である。

【０００３】近年の半導体において信頼性の向上、また
製造現場における生産性の向上が要求されるようになる
と、ウェーハをより高均一に処理することが求められ
る。しかしながら、実プロセスにおいては、プラズマ処
理に伴う温度上昇のため、処理の始めと終わりでウェー
ハの温度、及びウェーハ面内の温度が異なってしまい、
エッチングレートに差が生じて、デバイスとして使用で
きなくなることもあった。

【０００４】そこで、最近では下部電極側にヒータを配
置してウェーハの温度を制御している。これは、予めウ
ェーハを所望の温度に保持しておき、これによりエッチ
ングレートの均一化を図るというものである。

【０００５】上述のようにウェーハをヒータにより加熱
しておけば、プラズマ処理に伴う温度上昇によって生じ
る、処理の始めと終わりの温度差、ウェーハ面内での温
度差は小さくできるものの、より微細化、高集積化が進
む半導体では更なる高均一な処理が求められるため、コ
ンタミネーションの発生も制御しなければならないとい
う問題があった。

【０００６】例えば、特開２０００−５４１４１号公報
では、基板載置台（下部電極）に発熱体を埋設してヒー
タとする方法が開示されている。この方法では、埋設さ
れた発熱体によって基板載置台上に保持されたウェーハ
を加熱することができる。この方法によれば、確かにウ
ェーハの加熱が可能になる。しかしながら、特開２００
０−５４１４１号公報では、基板載置台自身がセラミッ
クスで作製されており、ウェーハの保持、取り出し時に
ウェーハと基板載置台が接触することでコンタミネーシ
ョンが発生し、また基板載置台自身がプラズマに曝され
た場合にコンタミネーションの原因となるということが
全く考慮されていない。このようなコンタミネーション
の発生があると、作製されるデバイスの回路の断線、短
絡、絶縁不良等の歩留り低下を引き起こすという問題が
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はこの
ような問題点に鑑みて為されたもので、半導体デバイス
の製造工程において、コンタミネーションの発生を抑
え、ウェーハの温度制御が可能なシリコンヒータを提供
し、半導体製造の歩留りの向上を図ることを主目的とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シリコンヒータであって、少なくともシ
リコン板の一方の面は溝加工によりヒータパターンを形
成した発熱部であり、他方の面は溝加工を施さないヒー
タ面内の温度を均一化するための均熱部で、これに通電
するための給電部を設けたものであることを特徴とする
シリコンヒータである（請求項１）。

【０００９】このようにシリコン製のヒータであれば、
主な被処理物であるシリコンウェーハと同一材質である
ため高純度であり、シリコンウェーハの保持、取り出し
時にウェーハとシリコンヒータが接触しても、コンタミ
ネーションの発生を抑えることができる。また、シリコ
ンヒータ自身がプラズマに曝されても、新たなコンタミ
ネーションの原因とはならない。

【００１０】また、このようなシリコンヒータをプラズ
マ装置等に設置してウェーハを加熱することにより、プ
ロセスの前後及びウェーハ面内での温度の均一化を図る
ことができる。そして、本発明のヒータは、シリコン板
に溝加工を施してヒータパターンを形成した面を発熱
部、溝加工を施していない面を均熱部とすることによ
り、平面の均熱部面にウェーハを載置すれば、ウェーハ
との密着性に優れ、効率よくウェーハを加熱することが
できる。さらに、シリコン板に発熱部と均熱部とが一体
化したヒータであるため、ヒータとしての抵抗の調節も
容易で、製造し易いという利点もある。

【００１１】この場合、前記均熱部の板厚をａ、前記発
熱部の板厚をｂとしたとき、２ａ＜ｂであることが好ま
しい（請求項２）。このように発熱部の板厚ｂが均熱部
の板厚ａの２倍より厚く（２ａ＜ｂ）することにより、
発熱部の板厚が均熱部の板厚に対して十分な厚みを持つ
ため、電流が均熱部に多く流れたり、十分な発熱量が得
られなかったりすることを防止することができる。

【００１２】また、前記発熱部のパターンの最小幅が１
ｍｍ以上であることが好ましい（請求項３）。このよう
に発熱部のパターンの最小幅が１ｍｍ以上であれば、寸
法の微妙なズレによる発熱量への影響が小さくなるため
ヒータの温度ムラが生じることはなく、また機械的な強
度が確保されるためハンドリング時等で破損することを
防止することができる。

【００１３】そして、本発明の場合、シリコンが単結晶
シリコンであることが好ましい（請求項４）。このよう
にシリコンの素材が単結晶シリコンであれば、被処理物
であるウェーハと全く同一材質であるので、コンタミネ
ーションによるウェーハへの汚染を防止することができ
る。また、機械的強度、品質管理等の点からも多結晶シ
リコンより優れており、高純度、長寿命の素材として有
利に使用される。

【００１４】また、前記シリコンは比抵抗が１Ω・ｃｍ
以下であることが好ましい（請求項５）。このように比
抵抗が１Ω・ｃｍ以下であるものは、ウェーハとして多
く用いられるため、入手し易く、コストが低く抑えら
れ、またヒータを形成するための抵抗の調節にも有利で
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。本発明者等は、半導体デバイスの製造
工程に使用されるヒータにおいて、コンタミネーション
の発生を抑え、ウェーハの温度制御を図るために、種々
調査、検討を重ねた結果、ヒータの材質にシリコンを用
い、そのシリコン板に発熱部と均熱部とを一体化してヒ
ータを形成すればよいことを見出し、本発明を完成する
に至ったものである。

【００１６】ここで、図２（ａ）はプラズマドライエッ
チング装置の下部電極等として使用される本発明のシリ
コンヒータのヒータパターンの一例を示す平面図であ
り、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線縦断面図であ
り、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ部分の拡大図である。

【００１７】本発明のシリコンヒータは、例えば図１に
示したようなプラズマドライエッチング装置において用
いられ、この装置は、チャンバ５と、このチャンバ５内
に下部電極として設置されるシリコンヒータ９と、この
シリコンヒータ９上に載置したシリコンウェーハ２の周
辺に配置されるシリコンリング３と、処理ガス整流用の
多数の微細孔を備えた上部電極１とを備えている。この
上部電極１から微細孔を通して処理ガスを噴出し、上部
電極１を高周波電源に接続することによって、両極間で
プラズマを生成してシリコンウェーハ２の表面をエッチ
ング処理する。

【００１８】ここで、本発明に係るシリコンヒータの特
徴は、少なくともシリコン板の一方の面は溝加工により
ヒータパターンを形成した発熱部であり、他方の面は溝
加工を施さないヒータ面内の温度を均一化するための均
熱部で、これに通電するための給電部を設けたことにあ
る。

【００１９】このように、本発明のシリコン製のヒータ
は、被処理物であるシリコンウェーハと同一材質である
ため、不純物とならず高純度であり、シリコンウェーハ
の保持、取り出し時に、たとえウェーハとシリコンヒー
タが接触しても、コンタミネーションの発生を抑えるこ
とができる。また、シリコンヒータ自身がプラズマに曝
されてその表面が侵されても、コンタミネーションの原
因とはならないという利点がある。

【００２０】また、図２に示すように、シリコンヒータ
９は、少なくともシリコン板の一方の面に溝加工により
ヒータパターンを形成した発熱部７と、他方の面に溝加
工を施さないヒータ面内の温度を均一化するための均熱
部６と、ヒータに通電するための給電部８とを設け、給
電部８に電源を接続し、通電することによりヒータとし
て機能する。

【００２１】このようなシリコンヒータ９をプラズマ装
置等に設置してウェーハを加熱することにより、処理の
始めと終わりでウェーハの温度、及びウェーハ面内の温
度を均一化することができるため、エッチングレートの
均一化を図ることができる。そして、溝加工を施してい
ない平面の均熱部６の上面にウェーハ２を載置すれば、
ウェーハとの密着性に優れ、効率よく加熱することがで
きる。さらに、シリコン板に均熱部６と発熱部７とが一
体化したヒータであるため、ヒータとしての抵抗の調節
にも有利である。

【００２２】そして、図２（ｃ）に示すように、シリコ
ンヒータ９の均熱部６の板厚をａ、発熱部７の板厚をｂ
としたとき、２ａ＜ｂであることが好ましい。本発明の
シリコンヒータは、シリコン板に均熱部６と発熱部７と
が一体化して形成されているため、前記関係（２ａ＜
ｂ）を満たせば、発熱部７の板厚が均熱部６の板厚に対
して十分な厚みを持つため、電流が均熱部に多く流れた
り、十分な発熱量が得られなかったりすることを防止す
ることができる。従って、均熱部６と発熱部７との温度
差を小さくし、均熱化を図ることができる。

【００２３】また、発熱部７のパターンの最小幅ｃが１
ｍｍ以上であることが好ましい。このように発熱部７の
パターンの最小幅ｃが１ｍｍ以上であれば、寸法の微妙
なズレによる発熱量への影響が小さくなるためヒータの
温度ムラが生じることはなく、機械的な強度が確保され
るためハンドリング時等で破損することを防止すること
ができる。

【００２４】そして、本発明ではシリコンの材質を単結
晶シリコンとするのが好ましい。ここで、シリコンの素
材を単結晶シリコンとすれば、被処理物であるウェーハ
と全く同一材質とすることができるので、コンタミネー
ションの原因とはならない。また、機械的強度、品質管
理等の点からも多結晶シリコンやアモルファスシリコン
等より優れており、高純度、長寿命の素材として有利に
使用される。

【００２５】この単結晶シリコンの製造は、通常チョク
ラルスキー法で作製すればよく、この方法によれば安価
で大口径の単結晶シリコンが作製される。この単結晶シ
リコンをシリコンヒータとして使用すれば、強度が高
く、抵抗率も高精度に制御されていると共に、被処理物
であるデバイスが作製されるシリコンウェーハは、チョ
クラルスキー法で作製される場合がほとんどであるの
で、全く同一材質となり、最も好ましい。

【００２６】さらに、前記シリコンは比抵抗が１Ω・ｃ
ｍ以下であることが好ましい。シリコンはその性質上、
電気抵抗値が温度に依存する。特に、１Ω・ｃｍを超え
る比抵抗を有するシリコンでは、温度により電気抵抗値
が大きく変化するため、ヒータとして安定的に使用する
ことが難しい。一方、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下のシリコ
ンでは、この温度による電気抵抗値の変化が小さく、安
定したヒータを作製することができる。また、このよう
な比抵抗のシリコンは、ウェーハとして多く用いられる
ため、入手し易く、コストが低く抑えられ、ヒータを形
成するための抵抗の調節にも有利である。

【００２７】尚、ここではプラズマエッチング装置に本
発明のシリコンヒータを用いる場合を例示して説明した
が、本発明のシリコンヒータは、プラズマＣＶＤ装置、
スパッタ装置等、プラズマを使用する処理装置全てに適
用できるものである。また、本発明のシリコンヒータ
は、デバイス工程において薄膜を形成する際のウェーハ
の加熱用として使用することができ、種々の半導体デバ
イス製造用装置にも有用である。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例、及び比較例を示す。 （実施例１〜３）単結晶シリコンインゴットを切断、外
周研削をして直径２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの円板を作
製した。マシニングセンタにより、ダイヤモンドツール
を使用してこの円板の片面に深さ１５ｍｍの溝を加工し
て発熱部とし、溝加工を施していない厚さ５ｍｍの面を
均熱部とし、これにさらに給電部を２ケ形成して、全体
の抵抗が２Ωとなるように、図２に示すようなヒータパ
ターンを作製した。そして、給電部はアルミニウム箔を
介して端子と接続するようにした。

【００２９】このようにして得られたシリコンヒータを
下部電極としてプラズマエッチング装置のチャンバ内に
設置した。次いで、このシリコンヒータ上にシリコンウ
ェーハを載置し、上部電極から微細孔を通して処理ガス
を噴出し、上部電極を高周波電源に接続することによっ
て、両極間でプラズマを発生させてシリコンウェーハの
表面をエッチング処理した。このとき、シリコンヒータ
の給電部に通電することによってウェーハを加熱した。
シリコンヒータに温調器を接続することによりウェーハ
の温度制御を行い、ウェーハ面内で２００℃±２℃の精
度で保持することができた。この状態でウェーハを５０
０枚処理するのを３回繰り返した時の歩留りを表１に示
す。

【００３０】シリコンヒータを用いてウェーハの処理を
行った実施例１〜３では、シリコンウェーハの保持、取
り出し時にウェーハとシリコンヒータが接触しても、ま
たシリコンヒータ自身がプラズマに曝されても、コンタ
ミネーションの発生を抑えることができ、歩留りを向上
させることができた。

【００３１】（比較例１〜３）実施例のシリコンヒータ
の代わりに、セラミックス製下部電極を使用した以外
は、実施例と同様にしてシリコンウェーハの表面をエッ
チング処理し、ウェーハを５００枚処理するのを３回繰
り返した時の歩留りを表１に併記した。

【００３２】セラミックス下部電極を用いてウェーハの
処理を行った比較例１〜３では、シリコンウェーハとセ
ラミックス下部電極とが接触したり、セラミックス下部
電極自身がプラズマに曝されたりしたことにより、コン
タミネーションが発生し、歩留りが低下した。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１の結果を見れば明らかなように、実施
例１〜３はいずれも、比較例１〜３と比較して歩留りが
向上している。

【００３５】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
コンヒータであって、少なくともシリコン板の一方の面
は溝加工によりヒータパターンを形成した発熱部であ
り、他方の面は溝加工を施さないヒータ面内の温度を均
一化するための均熱部で、これに通電するための給電部
を設けたことにより、コンタミネーションの発生を抑
え、ウェーハの温度制御が可能になる。従って、処理の
均一化を実現し、半導体製造の歩留りの向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマドライエッチング装置の一例を示す概
略図である。

【図２】本発明のシリコンヒータの一例を示した図であ
る。 （ａ） 本発明のシリコンヒータのヒータパターンの一
例を示す平面図、 （ｂ） （ａ）のＡ−Ａ線縦断面図、 （ｃ） （ｂ）のＢ部分の拡大図。

【符号の説明】

１…上部電極、 ２…シリコンウェーハ、 ３…シリコ
ンリング、４…下部電極、 ５…チャンバ、 ６…均熱
部、７…発熱部、 ８…給電部、 ９…シリコンヒー
タ。ａ…均熱部の板厚、 ｂ…発熱部の板厚、ｃ…発熱
部のパターンの最小幅。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 和義 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社群馬事業所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA13 AA16 BB26 BB29

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンヒータであって、少なくともシ
   リコン板の一方の面は溝加工によりヒータパターンを形
   成した発熱部であり、他方の面は溝加工を施さないヒー
   タ面内の温度を均一化するための均熱部で、これに通電
   するための給電部を設けたものであることを特徴とする
   シリコンヒータ。
2. 【請求項２】 前記均熱部の板厚をａ、前記発熱部の板
   厚をｂとしたとき、２ａ＜ｂであることを特徴とする請
   求項１に記載したシリコンヒータ。
3. 【請求項３】 前記発熱部のパターンの最小幅が１ｍｍ
   以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載したシリコンヒータ。
4. 【請求項４】 前記シリコンが単結晶シリコンであるこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
   記載したシリコンヒータ。
5. 【請求項５】 前記シリコンは比抵抗が１Ω・ｃｍ以下
   であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれ
   か１項に記載したシリコンヒータ。