JP2005251560A

JP2005251560A - Silicon heater

Info

Publication number: JP2005251560A
Application number: JP2004060425A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Aso; 健阿曽; Takashi Yonehisa; 孝志米久; Toshinori Ishii; 利昇石井; Toshiharu Hiji; 利玄臂
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon heater, especially, a disc-shaped silicon heater which can heat whole part of itself uniformly. <P>SOLUTION: In a silicon heater, belt-shape terminals 25, 25' are arranged in opposition to each other along the outer circumference of a silicon plate, and at least one penetrating slit 16 is formed in the central part of the silicon plate in the direction crossing a line connecting the belt-shape terminals. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、全体を均一に加熱することのできるシリコンヒーター、特に円板状シリコンヒーターに関するものである。 The present invention relates to a silicon heater that can uniformly heat the whole, and more particularly to a disk-shaped silicon heater.

一般に、シリコン板に電流を通して加熱するシリコンヒーターは知られており、プラズマＣＶＤ、プラズマ処理装置などに使用されている。例えば、図９には、公知のプラズマ処理装置が示されている。このプラズマ処理装置は電極板２がシールドリング１２に支持されて取り付けられており、この電極板２は単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンなどの均一な厚さの板からなり、板厚方向に平行に微細な径のシャワー穴５が多数設けられた構造になっている。
このプラズマエッチング装置には真空チャンバー８内に電極板２および上下動可能な架台３が間隔をおいて設けられており、電極板２は絶縁体１３により真空チャンバー８と絶縁されている。架台３の上には円板状のシリコンからなるシリコンヒーター９が設けられており、シリコンヒーター９の上にフォーカスリング１と共にウエハ４を載置し、シリコンヒーター９によりウエハ４が均一加熱できるようになっている。 In general, a silicon heater that heats a silicon plate by passing an electric current is known, and is used in plasma CVD, a plasma processing apparatus, and the like. For example, FIG. 9 shows a known plasma processing apparatus. In this plasma processing apparatus, an electrode plate 2 is supported and attached to a shield ring 12, and this electrode plate 2 is composed of a plate having a uniform thickness such as single crystal silicon, polycrystalline silicon or columnar crystal silicon. A large number of fine shower holes 5 are provided in parallel to the direction.
In this plasma etching apparatus, an electrode plate 2 and a vertically movable base 3 are provided in a vacuum chamber 8 with an interval therebetween, and the electrode plate 2 is insulated from the vacuum chamber 8 by an insulator 13. A silicon heater 9 made of disk-shaped silicon is provided on the gantry 3, and the wafer 4 is placed on the silicon heater 9 together with the focus ring 1 so that the wafer 4 can be uniformly heated by the silicon heater 9. It has become.

かかる状態でエッチングガス７を拡散部材１１を通したのち電極板２に設けられたシャワー穴５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電源６により電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加するとプラズマ１０が発生し、このプラズマ１０によるスパッタリングすなわち物理反応と、シリコン−エッチングガス７による化学反応とにより、ウエハ４の表面がエッチングされる。
前記ウエハ４を加熱するためのシリコンヒーター９は、具体的なものとして、図８の平面図に示されるように、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ーパターンを形成した発熱部と、他方の面は溝加工を施さないヒーター面内の温度を均一化するための均熱部とからなり、有底溝１４を有している。このシリコンヒーター９には給電用のターミナル１５が設けられている（特許文献１参照）。
特開２００２−５７１４１号公報 In this state, when a high frequency voltage is applied between the electrode plate 2 and the pedestal 3 by the high frequency power source 6 while flowing the etching gas 7 through the diffusion member 11 and then flowing toward the wafer 4 through the shower hole 5 provided in the electrode plate 2. Plasma 10 is generated, and the surface of the wafer 4 is etched by sputtering, that is, a physical reaction by the plasma 10 and a chemical reaction by the silicon-etching gas 7.
Specifically, the silicon heater 9 for heating the wafer 4 includes, as shown in the plan view of FIG. 8, at least one surface of the silicon plate formed with a heater pattern by groove processing, The other surface is composed of a heat equalizing portion for equalizing the temperature in the heater surface that is not subjected to groove processing, and has a bottomed groove 14. The silicon heater 9 is provided with a power supply terminal 15 (see Patent Document 1).
JP 2002-57141 A

図８に示される有底溝１４を有するシリコンヒーターのターミナル１５に給電しシリコンヒーターに通電しても、ターミナル１５と１５´を結ぶ線およびその周囲が加熱され、ターミナル１５と１５´を結ぶ線から最も離れたＸ部分およびＹ部分は加熱されることが少なく、ターミナルの取り付け点およびその近傍が最も強く加熱され、２個のターミナル結ぶ線から外れた部分は加熱することが少ないために、シリコンヒーター９が全体に均一に加熱されることはなく、したがって、ウエハ全体を均一に加熱することができるシリコンヒーターが求められている。 Even if power is supplied to the silicon heater terminal 15 having the bottomed groove 14 shown in FIG. 8 and the silicon heater is energized, the line connecting the terminals 15 and 15 'and the surrounding area are heated and the line connecting the terminals 15 and 15'. Since the X and Y parts farthest from the surface are rarely heated, the terminal attachment point and its vicinity are heated most strongly, and the part off the line connecting the two terminals is hardly heated. The heater 9 is not uniformly heated as a whole, and therefore a silicon heater that can uniformly heat the entire wafer is desired.

そこで、本発明者等は、かかる観点から、全体を均一に加熱することができるシリコンヒーターを開発すべく下記のごとき実験を行った。
実験１
単結晶シリコンインゴットを用意し、このインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：１ｍｍに輪切り切断し、直径：２８０ｍｍ、厚さ：１ｍｍを有する寸法の単結晶シリコン板を用意し、この単結晶シリコン板の直径方向に対抗して図７の平面図に示されるようにターミナル１５、１５´を取り付け、このターミナル１５と１５´の間に２００Ｖの交流電流を流したところ、ターミナル１５と１５´の近傍が最も高温に加熱されて加熱領域Ａを形成し、ターミナル１５と１５´を結ぶ直線の近傍が二番目に高温に加熱されて中間加熱領域Ｂを形成し、中間加熱領域Ｂの外側がほとんど加熱されない非加熱領域Ｃを形成していた。この場合、貫通スリットは周縁２６に接していないためにシリコンヒータの極端な強度低下はない。
また、従来の図８に示されるシリコンヒーターも図７とほぼ同じ熱分布を有していた。これは溝加工を施さないヒーター面内の温度を均一化するための均熱部は電流が遮られることがないために、図７の単結晶シリコン板と同じ加熱分布をするものと考えられる。 In view of this, the present inventors conducted the following experiment in order to develop a silicon heater capable of uniformly heating the whole from such a viewpoint.
Experiment 1
A single crystal silicon ingot is prepared, and the ingot is cut into pieces with a diamond band saw into a thickness of 1 mm, and a single crystal silicon plate having a diameter of 280 mm and a thickness of 1 mm is prepared. The diameter of the single crystal silicon plate As shown in the plan view of FIG. 7, terminals 15 and 15 ′ are attached to face the direction, and when an AC current of 200 V is passed between the terminals 15 and 15 ′, the vicinity of the terminals 15 and 15 ′ is the most. It is heated to a high temperature to form a heating area A, the vicinity of the straight line connecting the terminals 15 and 15 'is heated to the second highest temperature to form an intermediate heating area B, and the outside of the intermediate heating area B is hardly heated. A heating region C was formed. In this case, since the through slit is not in contact with the peripheral edge 26, there is no extreme reduction in strength of the silicon heater.
Also, the conventional silicon heater shown in FIG. 8 has almost the same heat distribution as FIG. This is considered to be the same heating distribution as that of the single crystal silicon plate of FIG. 7 because the current is not interrupted in the soaking part for uniformizing the temperature in the heater surface not subjected to groove processing.

実験２
実験１で用意した単結晶シリコン板の周囲に沿って帯状ターミナル２５、２５´を図６の平面図に示されるように取り付けてシリコンヒーターを作製し、このシリコンヒーターの帯状のターミナル２５、２５´に２００Ｖの交流を流し、熱分布を実験１と同様にして測定したところ、加熱領域Ａおよび中間加熱体Ｂが広がり、非加熱領域Ｃの面積が小さくなった。 Experiment 2
Band-shaped terminals 25 and 25 ′ are attached along the periphery of the single crystal silicon plate prepared in Experiment 1 as shown in the plan view of FIG. 6 to produce a silicon heater, and the band-shaped terminals 25 and 25 ′ of this silicon heater are produced. When a 200 V alternating current was passed through and the heat distribution was measured in the same manner as in Experiment 1, the heating area A and the intermediate heating body B were expanded, and the area of the non-heating area C was reduced.

実験３
実験２で作製した単結晶シリコン板の周囲に沿って帯状ターミナル２５、２５´が対向して取り付けられているシリコンヒーターの直径方向に、図１の平面図に示されるように、帯状ターミナル２５、２５´を結ぶ線を直角に横切るように一つの貫通スリット１６を設けたところ、電流はその貫通スリット１６を迂回して単結晶シリコン板の外周に近づくように流れ、非加熱領域Ｃは消滅し、加熱領域Ａおよび中間加熱領域Ｂだけになり、単結晶シリコン板が一層均一に加熱された。 Experiment 3
As shown in the plan view of FIG. 1, in the diameter direction of the silicon heater to which the strip-like terminals 25, 25 ′ are attached so as to face each other along the periphery of the single crystal silicon plate produced in Experiment 2, When one through slit 16 is provided so as to cross the line connecting 25 'at right angles, the current flows so as to bypass the through slit 16 and approach the outer periphery of the single crystal silicon plate, and the non-heated region C disappears. Only in the heating area A and the intermediate heating area B, the single crystal silicon plate was heated more uniformly.

これらの実験１〜３から、本発明者らは、シリコン板の外周部に沿って帯状ターミナルを対向して設け、シリコン板の中央部に帯状ターミナルを結ぶ線を横切る方向に少なくとも一つの貫通スリットが設けると、加熱されない部分は無くなり、非加熱領域Ｃは消滅するという知見を得たのである。この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、
（１）シリコン板の外周部に沿って帯状ターミナルが対向して設けられており、シリコン板の中央部に帯状ターミナルを結ぶ線を横切る方向に少なくとも一つの貫通スリットが設けられているシリコンヒーター、
（２）前記貫通スリットは、シリコン板の周縁に接していない前記（１）記載のシリコンヒーター、に特徴を有するものである。 From these experiments 1 to 3, the present inventors provided a belt-like terminal facing the outer peripheral portion of the silicon plate, and at least one through slit in a direction crossing the line connecting the belt-like terminal to the central portion of the silicon plate. In other words, the non-heated portion C disappears and the non-heated region C disappears. This invention has been made based on such knowledge,
(1) A silicon heater in which band-shaped terminals are provided facing each other along the outer peripheral portion of the silicon plate, and at least one through slit is provided in a direction crossing a line connecting the band-shaped terminals at the center of the silicon plate;
(2) The through slit is characterized by the silicon heater according to (1), which is not in contact with the periphery of the silicon plate.

前記（１）または（２）に記載のシリコンヒーターは貫通スリットが設けられているので強度が低下する。それを補強するために、図２に示されるように、貫通スリット１６にアルミナセメント、マグネシアセメントのような絶縁性を有する耐火物接合材２０を充填すると強度の低下を防止することができる。したがってこの発明は、
（３）シリコン板の外周部に沿って帯状ターミナルが対向して設けられており、シリコン板の中央部に帯状ターミナルを結ぶ線を横切る方向に少なくとも一つの貫通スリットが設けられており、前記少なくとも一つの貫通スリットに絶縁性を有する耐火物接合材が充填されているシリコンヒーター、に特徴を有するものである。 Since the silicon heater according to (1) or (2) is provided with a through slit, the strength is lowered. In order to reinforce it, as shown in FIG. 2, when the through slit 16 is filled with a refractory bonding material 20 having an insulating property such as alumina cement or magnesia cement, a decrease in strength can be prevented. Therefore, the present invention
(3) A band-shaped terminal is provided facing the outer periphery of the silicon plate, and at least one through slit is provided in a direction crossing a line connecting the band-shaped terminal at the center of the silicon plate, This is characterized by a silicon heater in which one through slit is filled with an insulating refractory bonding material.

この発明のシリコンヒーターは、従来のシリコンヒーターに比べて一層均一な温度分布に加熱することができるので、ウエハなどを均一に加熱することができ、プラズマエッチング処理を正確に行うことができるところから半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。 Since the silicon heater of the present invention can be heated to a more uniform temperature distribution as compared with the conventional silicon heater, the wafer can be heated uniformly and the plasma etching process can be performed accurately. It can greatly contribute to the development of the semiconductor device industry.

この発明のシリコンヒーターを図面に基づいて一層詳細に説明する。
図１〜図５は、この発明のシリコンヒーターの平面説明図であり、図１〜図２はすでに説明したので説明を省略する。図３は、実験２で用意した外周部に沿って帯状ターミナルが対向して設けられたシリコン板の中央部に帯状ターミナルを結ぶ線を横切る方向に二つの貫通スリット１７、１７がシリコン円板の直径方向にシリコン円板の中心を挟んで離れて直列に設けられている実施例である。中心部に貫通スリットを設けない理由は、中心部は帯状ターミナルから比較的遠方にあり、非加熱領域が発生し易いので貫通スリットの形成は中心部を除く貫通スリットを図３に示されるように設けることが一層好ましい。 The silicon heater of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
1 to 5 are plan explanatory views of the silicon heater according to the present invention. Since FIGS. FIG. 3 shows that two through slits 17 and 17 are formed on the silicon disk in the direction crossing the line connecting the band terminals to the center of the silicon plate provided with the band terminals facing each other along the outer periphery prepared in Experiment 2. This is an example in which the center of the silicon disk is spaced apart in series in the diameter direction. The reason why the through slit is not provided in the center is that the center is relatively far from the belt-like terminal, and a non-heated region is likely to occur. Therefore, the through slit is formed as shown in FIG. More preferably, it is provided.

図４〜図５は、この発明のシリコンヒーターの変形態様を示したものであって、図４は複数の貫通スリット１８を半径方向に広がるように設けたものであり、図５は複数の貫通スリット１９が交叉するように設けたものである。図３〜図５に示されるシリコンヒーターの貫通スリット１７、１８、１９に、図２に示されると同様に絶縁性を有する耐熱性接着材を充填してもよい。 4 to 5 show modified embodiments of the silicon heater according to the present invention. FIG. 4 shows a plurality of through slits 18 provided so as to expand in the radial direction, and FIG. 5 shows a plurality of through holes. The slits 19 are provided so as to cross each other. The through slits 17, 18, and 19 of the silicon heater shown in FIGS. 3 to 5 may be filled with a heat-resistant adhesive having insulating properties as shown in FIG. 2.

この発明のシリコンヒーターの平面図である。It is a top view of the silicon heater of this invention. この発明のシリコンヒーターの平面図である。It is a top view of the silicon heater of this invention. この発明のシリコンヒーターの平面図である。It is a top view of the silicon heater of this invention. この発明のシリコンヒーターの平面図である。It is a top view of the silicon heater of this invention. この発明のシリコンヒーターの平面図である。It is a top view of the silicon heater of this invention. 比較シリコンヒーターの平面図である。It is a top view of a comparative silicon heater. 比較シリコンヒーターの平面図である。It is a top view of a comparative silicon heater. 従来シリコンヒーターの平面図である。It is a top view of the conventional silicon heater. 通常のプラズマエッチング処理装置である。It is a normal plasma etching processing apparatus.

Explanation of symbols

１フォーカスリング
２電極板
３架台
４ウエハ
５シャワー穴
６高周波電源
７エッチングガス
８真空チャンバー
９シリコンヒーター
１０プラズマ
１４有底溝
１５ターミナル
１６貫通スリット
１７貫通スリット
１８貫通スリット
１９貫通スリット
２０耐熱性接合材
２５帯状ターミナル
２６周縁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Focus ring 2 Electrode plate 3 Base 4 Wafer 5 Shower hole 6 High frequency power supply 7 Etching gas 8 Vacuum chamber 9 Silicon heater 10 Plasma 14 Bottomed groove 15 Terminal 16 Through slit 17 Through slit 18 Through slit 19 Through slit 20 Heat resistant bonding material 25 Belt terminal 26 Edge

Claims

Silicon having a belt-like terminal facing the outer periphery of the silicon plate and having at least one through slit in a direction crossing a line connecting the belt-like terminal at the center of the silicon plate heater.

The silicon heater according to claim 1, wherein the through slit is not in contact with the periphery of the silicon plate.

3. The refractory bonding material having an insulating property is filled in at least one through slit provided in a direction crossing a line connecting the strip-shaped terminal at the center of the silicon plate. Silicon heater.

4. The silicon heater according to claim 1, wherein the silicon plate is made of single crystal silicon.

4. The silicon heater according to claim 1, wherein the silicon plate is made of polycrystalline silicon.

4. The silicon heater according to claim 1, wherein the silicon plate is made of columnar silicon having a unidirectionally solidified structure.

The silicon heater according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the silicon plate is disk-shaped.