JP3050710B2 - サセプタ温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理装置の処理室内に
被処理体を載置固定するサセプタの温度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体処理装置においては、
垂直なパターン形状と高い選択比を得るために、被処理
体、例えば半導体ウェハの反応表面を低温化する低温処
理方法が知られている。かかる低温処理においては、被
処理体の反応表面の温度を許容処理温度範囲内に正確に
保持することが、製品の歩留まりを向上させ、かつ微細
な表面加工を行う上で重要である。特に最近では、被処
理体の反応表面温度を低温に制御すれば、製品の加工精
度が向上するため、処理の極低温化が進められている。

【０００３】上記のような安定した極低温環境を得るた
めに、冷媒溜を有するサセプタ上に被処理体を載置し
て、その冷媒溜から伝達される冷却熱により被処理体の
反応表面を極低温化する技術が知られている。しかし、
かかる処理装置及び方法により、所望の極低温環境を達
成するためには、大量の冷媒、例えば液体窒素が必要で
あった。しかも、極低温環境を達成するために要する冷
却時間も長く、例えば、室温のサセプタを−１４０℃に
まで冷却するためには約１００分程度の時間を要してい
た。

【０００４】特に、複数のロットの被処理体を連続的に
処理する場合には、ロットの搬入搬出の度に大きな熱損
失が発生し、その都度改めて温度調節を行う必要がある
ため、サセプタからの熱エネルギー損失が大きく、ま
た、それが処理時間を長くする原因ともなっていた。

【０００５】また、処理装置の処理室内は、略真空雰囲
気下で様々な処理ガスやプラズマに曝される上、汚染に
対して非常に敏感であるため、適宜保守点検を行う必要
がある。しかしながら、保守点検のために処理室を開放
して、低温状態のサセプタを急激に大気開放した際に、
大気中に含まれる水分が、低温状態のサセプタに接触し
て結露することがあり、場合によっては装置を故障させ
るおそれがあったため問題となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
とするところは、上記のような従来の技術の有する問題
点に鑑み、サセプタにおける冷媒の消費量を最小限に抑
えることが可能であり、省エネルギー運転を行うことが
できる新規かつ改良されたサセプタの温度制御方法を提
供することである。

【０００７】さらに本発明の別の目的は、複数のロット
の被処理体を連続的に処理する場合であっても、ロット
の搬入搬出の際のサセプタからの熱損失を最小限に抑え
ることが可能であり、省エネルギー運転を行うことがで
きる新規かつ改良されたサセプタの温度制御方法を提供
することである。

【０００８】さらにまた本発明の別の目的は、処理室内
の保守点検を行うために処理室を大気開放した場合に、
サセプタ表面に結露が生じることを回避することが可能
な新規かつ改良されたサセプタの温度制御方法を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、処理室内に被処理体を載置固定す
るためのサセプタアセンブリが複数のサブサセプタから
構成され、上記被処理体の処理表面温度を調節するため
に熱源からの熱量を伝達するための伝熱経路が上記複数
のサブサセプタを通過するように形成され、上記複数の
サブサセプタ間の境界空間に伝熱媒体を封入可能であ
り、上記サセプタアセンブリの温度を調節することによ
り上記被処理体の処理表面温度を制御することが可能な
処理装置において、上記処理室内において上記被処理体
の処理を行うプロセスモードに入る前に初期化モード及
びアイドルモードを順次実行し、その初期化モード時に
は、上記サブサセプタ間の上記境界空間に上記伝熱媒体
を導入し、１又は２以上の上記サブサセプタの温度を監
視しながら上記サセプタアセンブリの温度を調節し、監
視している上記サブサセプタの温度が設定値に到達する
と、上記アイドルモードに入り、そのアイドルモード時
には、上記サブサセプタ間の上記境界空間にある上記伝
熱媒体を真空引きした状態で上記プロセスモードを待機
し、そのプロセスモードに入ると、上記サブサセプタ間
の上記境界空間に再び上記伝熱媒体が導入され、１又は
２以上の上記サブサセプタの温度を監視して上記サセプ
タアセンブリの温度を調節しながら、上記被処理体の処
理が行われる。

【００１０】そして、上記処理室内において複数のロッ
トの被処理体を複数サイクルにわたり処理する場合に
は、あるロットの被処理体に関するプロセスモードの終
了後に再びアイドルモードに戻り、上記サブサセプタ間
の上記境界空間にある上記伝熱媒体を真空引きした状態
で次のロットの被処理体に関するプロセスモードを待機
することにより、複数のロットの被処理体を連続サイク
ルで処理する場合のサセプタの温度制御が行われる。

【００１１】

【００１２】

【作用】本発明によれば、処理装置の初期化モード時
に、複数のサブサセプタの間に形成される境界空間に伝
熱媒体が導入されるので、伝熱効率の高い伝熱経路がサ
セプタ内に形成され、サセプタアセンブリの温度が速や
かに所定の温度にまで調節される。その後アイドルモー
ドに移行し、サブサセプタの境界空間から伝熱媒体が真
空引きされるので、サセプタアセンブリ内に形成された
上記伝熱経路が寸断される。そのため、サセプタアセン
ブリから熱が逃げ難くなり、安定した温度状態で、被処
理体を処理するプロセスモードを待機することが可能で
ある。プロセスモードに移行した後には、再びサブサセ
プタの間に形成される境界空間に伝熱媒体が導入され、
熱源から被処理体に至る伝熱経路が確保される。そのた
め、高周波電源の印加や処理ガスの導入などにより処理
環境が変動し、サセプタアセンブリ及び被処理体の温度
が変動した場合にでも、その温度変化を迅速かつ正確に
補償することができる。

【００１３】このように、本発明によれば、初期化モー
ド時にはサセプタアセンブリの迅速な冷却が可能とな
り、またアイドルモード時にはそのサセプタアセンブリ
の冷却状態の保持が可能となり、さらにプロセスモード
時には周囲環境に即応してサセプタアセンブリの温度制
御を実行できるので、サセプタアセンブリ及び被処理体
の冷却に要する冷媒の量と時間とを節約することがで
き、処理装置の省エネルギー運転が可能となる。

【００１４】さらに、あるロットの被処理体の処理に関
するプロセスモードが終了した後にアイドルモードに移
行し、複数のサブサセプタの間に形成された境界空間か
ら再び伝熱媒体が真空引きされ、サセプタアセンブリ内
の伝熱経路が寸断される。そのため、大きな熱損失を生
じることなく、ロットの搬入搬出を行うことが可能とな
り、速やかに次のロットの被処理体の処理に関するプロ
セスモードに入ることが可能なので、サセプタアセンブ
リ及び被処理体の冷却に要する冷媒の量と時間とを節約
することが可能となる。

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下に、本発明に基づくサセプタの温度制御
方法を、プラズマエッチング装置に適用した一実施例に
ついて、図面を参照しながら具体的に説明する。最初
に、図１に基づいて、本発明に基づく温度制御方法を適
用可能なプラズマエッチング装置の構成について説明す
る。

【００１７】このプラズマエッチング装置１は、アルミ
ニウム等の材料から成るハウジング２を備え、このハウ
ジング２の内部に処理室３が気密に形成され、その処理
室３内に被処理体、例えば半導体ウェハＷを載置固定す
るためのサセプタアセンブリ４が収納されている。

【００１８】上記ハウジング２は、頂部２ａと一体に形
成された外側円筒壁部２ｂと、上部に内側フランジ部を
有する内側円筒壁部２ｃとから成る二重構造を有してお
り、これらの外側円筒壁部２ｂ及び内側円筒壁部２ｃ
は、共に若干上げ底に形成された底部２ｄ上に気密に載
置固定されている。

【００１９】上記ハウジング２の上記外側円筒壁部２ｂ
の上方には、図示しない処理ガス源より処理ガス、例え
ばＨＦガスなどを図示しないマスフローコントローラな
どを介して上記処理室３内に導入可能なガス供給管路５
が設けられている。また上記ハウジング２の上記外側円
筒壁部２ｂの反対側下方には、ガス排気管路６が設けら
れており、図示しない排気手段、例えば真空ポンプなど
により真空引きが可能な如く構成されている。

【００２０】上記ハウジング２の上記頂部２ａの上方に
は、被処理体、例えば半導体ウェハＷの表面に水平磁界
を形成するための磁界発生装置、例えば永久磁石７が回
転自在に設けられており、この永久磁石による水平磁界
と、これに直交する電界を形成することにより、マグネ
トロン放電を上記処理室３内に発生させることができる
ように構成されている。

【００２１】図１に示すように、上記ハウジング２の上
記内側円筒壁部２ｃと底部２ｄとから構成される空間に
は、絶縁枠８が上記サセプタアセンブリ４の周囲及び底
部をそれぞれ、周囲絶縁部材８ａ及び底部絶縁部材８ｂ
により覆うように配置されている。このようにして、上
記サセプタアセンブリ４をこの絶縁枠８により形成され
る空間内に配置することにより、このサセプタアセンブ
リ４は、外部で接地されている上記ハウジング２から絶
縁状態に保持される。

【００２２】なお、上記ハウジング２、上記絶縁枠８、
及び上記サセプタアセンブリ４は、それぞれが相互に接
触しないように、絶縁材料製のＯリング９、９’又はス
ペーサ１０、１０’などの部材により絶縁状態に相互に
離隔するように構成されている。また、上記絶縁枠８と
上記サセプタアセンブリ４との間に形成される間隔３３
内は排気管路３４を介して図示しない排気手段、例えば
真空ポンプにより真空引きが可能なように構成されてい
る。

【００２３】上記サセプタアセンブリ４は、図示の例で
は、３層構造（４ａ、４ｂ及び４ｃ）を有している。こ
のサセプタアセンブリ４の上層の第１のサブサセプタ４
ａの上面には静電チャック１１が載置され、この静電チ
ャック１１の上面に上記被処理体、例えば半導体ウェハ
Ｗが載置固定される。

【００２４】上記静電チャック１１は、例えば一対のポ
リイミド樹脂製フィルム１１ａ及び１１ｂを貼り合わせ
たもので、その中には銅箔などの薄い導電膜１２が封入
されている。この導電膜１２は導電線１３を介して直流
電源１４に接続されている。また、上記静電チャック１
１は、被処理体、例えば半導体ウェハＷの形状に合わせ
て、通常は平坦な円形シート状に形成されている。

【００２５】作動時には、上記静電チャック１１の上記
導電膜１２に上記直流電源１３から高圧の直流電圧、例
えば２．０ＫＶが印加される。これにより、上記静電チ
ャック１１の表面に分極により静電気が発生し、そのク
ーロン力により上記半導体ウェハＷが上記静電チャック
１１の上面に吸着保持される。

【００２６】また、上記静電チャック１１と上記被処理
体との間に形成される空間１５には、第１の冷媒源１６
から弁１７及び冷媒供給管路１８を介して冷媒を供給す
ることが可能である。図示の例では、冷媒としてヘリウ
ムなどの不活性ガスを使用しているが、これは例示であ
って、封入される冷却媒体は、上記第１の冷媒源１６か
ら冷却熱を最小限の熱損失で伝達可能であり、かつ、仮
に漏れが生じた場合であっても、上記処理室３内の処理
ガスと反応し難い伝熱媒体であれば、上記例に限定され
ない。また、上記空間１５は、後述する境界空間３５及
び３６のように封止されていないが、上述の通り、被処
理体Ｗは静電チャック１１のクーロン力により上記第１
のサブサセプタ４ａ上に載置固定されているので、この
クーロン力により上記間隔１５には２０Ｔｏｒｒ未満の
圧力を有する伝熱媒体であれば封止することが可能であ
る。

【００２７】上記サセプタアセンブリ４の中層の第２の
サセプタ４ｂには、被処理体の処理表面温度を調節する
ための温度調節装置、例えばヒータ１９が設けられてい
る。図示の例では、上記ヒータ１９は、上記第２のサブ
サセプタ４ｂの上面に、すなわち、上記第１のサブサセ
プタ４ｂの下面に面するように設置されているが、この
位置に限定されない。このヒータ１９は、ヒータの出力
を制御するヒータドライバ２０に接続されており、さら
に、上記ヒータ１９の付近には、上記第２のサブサセプ
タ４ｂの温度を検出してコントローラ２１に送り、上記
ヒータドライバ２０を駆動して上記ヒータ１９の温度制
御を行うための制御用の第１の温度センサ、例えば測温
抵抗体２２が設置されている。

【００２８】なお、図示の例では、上記制御用の第１の
温度センサ２２の他に監視用の第２の温度センサ、例え
ば測温抵抗体２３が、上記ヒータ１９及び上記第１の温
度センサ２２に近接して設けられている。この第２の温
度センサ２３から信号は温度モニタ２４に送られる。こ
の温度モニタ２４と上記コントローラ２１とはインタロ
ックを形成しており、装置の誤動作を防止すると共に、
ヒータ温度の安定制御を可能にしている。図示の例で
は、上記第１及び第２の温度センサは、上記第２のサブ
サセプタ４ｂの上記ヒータ１９付近に設置されている
が、上記サセプタ４内の温度特性の変化を検出できる位
置に配置されるのであれば、この位置に限定されない。

【００２９】上記第１のサブサセプタ４ａは、上記第２
のサブサセプタ４ｂの全体を完全に覆い込むように設置
されている。かかる構成により、高周波電源２５に接続
されており配線が複雑な上記第２のサブサセプタ４ｂの
汚染が防止されると共に、上記第２のサブサセプタ４ｂ
とは別個に、上記第１のサブサセプタ４ａ部分のみを交
換することが可能になるので、処理装置の保守が容易と
なる。

【００３０】また、前述のように、上記第１のサブサセ
プタ４ａの側壁と上記絶縁部材８の側壁８ａの内面の間
にはＯリングなどの絶縁部材９が介装されているので、
処理ガスの侵入が防止され、上記サセプタアセンブリ４
の中層及び下層（４ｂ及び４ｃ）の汚染が防止される。

【００３１】上記サセプタアセンブリ４の下層の第３の
サブサセプタ４ｃの内部には、例えば液体窒素などの冷
媒２６を溜めるための冷媒溜２７が設置されている。こ
の冷媒溜２７は、冷媒供給管路２８により弁２９を介し
て液体窒素源３０に連通している。冷媒溜２７の壁面の
上方及び下方には、それぞれ、温度センサ３１及び３２
が設置されている。これらの温度センサ３１及び３２
は、冷媒溜２７内の冷媒２６の液面を検出するための液
面検出器であり、上記２４温度モニタは、温度センサ３
１及び３２から送られてくる信号の相関関係から冷媒２
６の液面を演算し、その結果を上記コントローラ２１に
送ることが可能である。上記コントローラ２１は、その
信号に応答して、上記弁２９を開閉することにより、上
記冷媒溜２７内の冷媒、例えば液体窒素２０の量を制御
するように構成されている。さらに、上記冷媒溜２７の
内壁面は、例えば多孔質状に形成され、核沸騰を起こす
ことができるようになっており、その内部の液体窒素と
上記冷媒溜２７との温度差を１℃前後に維持することが
できる。

【００３２】既に述べたように、第１、第２及び第３の
サブサセプタ４ａ、４ｂ及び４ｃから成る上記サセプタ
アセンブリ４は、上記絶縁枠８により、上記処理室３を
構成する上記ハウジング２から絶縁されて、電気的には
同一極性のカソードカップリングを構成し、中層の上記
第２のサブサセプタ４ｂには、マッチング装置３１を介
して上記高周波電源２５に接続されている。かくして、
上記サセプタアセンブリ４と接地されているハウジング
２とにより対向電極が構成され、高周波電力の印加によ
り、電極間にプラズマ放電を発生させることが可能であ
る。

【００３３】さらに、本実施例に基づくサセプタアセン
ブリ４の上層の上記第１のサブサセプタ４ａと上記ヒー
タ１９を備えた中層の上記第２のサブサセプタ４ｂとの
間、及び中層の上記第２のサブサセプタ４ｂと下層の上
記第３のサブサセプタ４ｃとの間には、それぞれ境界空
間３５及び３６が形成されている。これらの境界空間３
５及び３６は、例えばＯリングのような封止部材３７及
び３８により、それぞれ気密に構成されている。

【００３４】上層の上記第１のサセプタ４ａと中層の上
記第２のサブサセプタ４ｂとの間に形成される第１の境
界空間３５は、管路４９により、弁５０及びマスフロー
コントローラ５１を介して、第２の冷媒源５２に接続さ
れており、上記コントローラ２１からの指令に応じて上
記弁５０を開放することにより、上記第２の冷媒源５２
からヘリウムなどの不活性ガスを供給し封入することが
可能に構成されている。また、この境界空間３５は、上
記管路２９により、弁５３を介して、真空ポンプなどの
排気手段５４に接続されており、上記コントローラ２１
からの指令に応じて上記弁５３を開放することにより、
上記境界空間３５に封入されている冷媒を真空引きする
ことが可能な如く構成されている。

【００３５】また中層の上記第１のサセプタ４ｂと中層
の上記第２のサブサセプタ４ｃとの間に形成される第１
の境界空間３６は、管路５５により、弁５６及びマスフ
ローコントローラ５７を介して、第３の冷媒源５８に接
続されており、上記コントローラ２１からの指令に応じ
て上記弁５６を開放することにより、上記第３の冷媒源
５８からヘリウムなどの不活性ガスを供給し封入するこ
とが可能に構成されている。また、この境界空間３６
は、上記管路５５により、上記弁５９を介して、真空ポ
ンプなどの排気手段６０に接続されており、上記コント
ローラ２１からの指令に応じて上記弁５９を開放するこ
とにより、上記境界空間３６に封入されている冷媒を真
空引きすることが可能な如く構成されている。

【００３６】上記境界空間３５及び３６は、１〜１００
μｍであり、好ましくは、５０μｍ程度に形成される。
これらの間隔３５及び３６には、図示の例ではヘリウム
やアルゴンなどの不活性ガスが封入されているが、これ
は例示であって、封入される媒体は、熱源である上記冷
媒溜２７からの冷却熱を最小限の熱損失で上記サセプタ
アセンブリ４内に形成される伝熱経路中を伝達させるこ
とが可能であり、かつ仮に漏れが生じた場合であっても
上記処理室３内の処理ガスと反応し難い伝熱媒体であれ
ば、上記例に限定されない。

【００３７】上記境界空間３５及び３６に封入される不
活性ガスは、３００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは７０Ｔｏ
ｒｒ程度の圧力に加圧されている。封入される冷却ガス
の熱抵抗は圧力を高めた方が低くなるが、３００Ｔｏｒ
ｒを越えた辺りからほぼ一定値をとるため、上記範囲内
で封入される冷却ガスの圧力を選択することにより、良
好な伝熱経路を上記サセプタアセンブリ４内に形成する
ことができる。

【００３８】以上のように、本発明に基づくサセプタの
温度制御を適用可能なプラズマエッチング装置１におい
ては、コントローラ２１の制御の下に、後述するような
操作モードに応じて、上記サブサセプタ間に形成される
上記境界空間３５及び３６に冷却ガスを封入排気するこ
とができると同時に、熱源である上記冷媒溜２７からの
熱量の供給を調節することができるように構成されてい
る。その結果、各モードに最適な伝熱経路を上記サセプ
タアセンブリ４内に形成することができるので、液体窒
素などの冷却源の消費を最小限に抑えることが可能であ
ると共に、上記サセプタアセンブリの温度制御性能を改
善することができる。

【００３９】次に、図２に基づいて、上記プラズマエッ
チング装置の製造工程における構成について説明する。
なお、既に説明したプラズマエッチング装置の同じ構成
について、同一の番号を付することによりその説明を省
略する。

【００４０】図示のように、本発明に基づくマグネトロ
ンプラズマ装置１の処理室３のハウジング２には、開閉
自在に設けられたゲートバルブ１５０を介して隣接する
ロードロック室１５１が接続するように構成されてい
る。

【００４１】このロードロック室１５１には、搬送装置
１５２、例えばアルミニウム製のアームを導電性テフロ
ンによりコーティングして静電対策が施された搬送アー
ムが設けられている。また、上記ロードロック室１５１
には、底面に設けられた排気口より排気管１５３が接続
され、真空排気弁１５４を介して真空ポンプ１５５によ
り真空引きが可能なように構成されている。

【００４２】上記ロードロック室１５１の側壁には、開
閉自在に設けられたゲートバルブ１５６を介して隣接す
るカセット室１５７が接続されるように構成されてい
る。このカセット室１５７には、カセット１５８を載置
する載置台１５９が設けられており、このカセット１５
８は、被処理体である半導体ウェハＷを２５枚を１つの
ロットとして収納することができるように構成されてい
る。また、上記カセット室１５７には、底面に設けられ
た排気口より排気管１６１が接続され、真空排気弁１６
１を介して真空ポンプ１５５により真空引きが可能なよ
うに構成されている。

【００４３】また、上記カセット室１５７の他方の側壁
は、開閉自在に設けられたゲートバルブ１６２を介して
大気に接するように構成されている。以上のように、本
発明に基づくサセプタ温度制御方法を適用可能なプラズ
マエッチング装置１は構成されている。

【００４４】次に、図３に示すフローチャート、図４及
び図５に示す冷却シーケンスのタイミングチャートを参
照しながら、上記のようなプラズマエッチング装置に適
用された本発明に基づくサセプタ温度制御方法の動作に
ついて説明する。まず、処理装置１を起動すると、本願
に基づく制御システムが開始し、ステップＳ１におい
て、初期化モードに入る。

【００４５】（１） 初期化モード（Ｓ１） 初期化モードにおいては、処理装置１全体の初期化が行
われる。すなわち、システムパワーがオンにされ、弁５
０及び弁５６が開放されて、所定圧力の冷却ガス源５２
及び５８からヘリウムなどの不活性ガスがマスフローコ
ントローラ５１及び５７を介して、サブサセプタ４ａ及
び４ｂの間の境界空間３５及びサブサセプタ４ｂ及び４
ｃの間の境界空間３６にそれぞれ送られ、上記境界空間
３５及び３６を共に冷却ガス封入状態にする。この結
果、サセプタアセンブリ４内に、冷媒溜２７から静電チ
ャック１１の上面に至る伝熱経路が形成される。同時に
弁２９が開放されて、液体窒素源３０から液体窒素が上
記冷媒溜２７の中に送られる。この冷媒溜２７中の液体
窒素は熱源として作用し、上記サセプタアセンブリ４内
に形成された伝熱経路を伝って、上記サセプタアセンブ
リ４全体を冷却する。この冷却の程度は、上記サブサセ
プタ４ｂ内に設置された温度センサ２２により監視され
ており、所定の冷却温度に到達すると、制御システム
は、Ｓ２において、アイドルモードに入る。

【００４６】（２） アイドルモード（Ｓ２） アイドルモードに入ると、制御システムは、弁５３及び
弁５９を開放し、真空ポンプ５４及び６０を起動して、
上記サブサセプタ間の境界空間３５及び３６に封入され
ていた冷却ガスをそれぞれ排気して、上記境界空間３５
及び３６を共に略真空状態にする。この結果、上記サセ
プタアセンブリ４内に形成されていた伝熱経路は、２箇
所の真空断熱層により分断されることになり、熱が逃げ
難くなる。従って、初期化モードにおいてすでに所定の
温度にまで冷却されていた上記サセプタアセンブリ４
は、その温度を保持することが可能となる。

【００４７】この状態を保持したまま、制御システム
は、ステップＳ３において、次に上記処理室３内におい
て半導体ウェハＷなどの被処理体の処理を行うか、ある
いは、上記処理室３内の保守点検を行うかを、オペレー
タに問い合わせる。オペレータが、上記処理室３内にお
いて半導体ウェハＷなどの被処理体の処理を行うことを
選択した場合には、制御システムは、ステップＳ４にお
いて、プロセスモードを実行する。

【００４８】（３） プロセスモード（Ｓ４） プロセスモードが選択された場合には、制御システム
は、アイドル状態を保持したまま、被処理体の搬入動作
を行う。すなわち、図２に示すように、まず大気との間
に設けられたゲートバルブ１６２を開口して、被処理体
Ｗを１ロット、すなわち２５枚収納したカセット１５８
が図示しない搬送ロボットにより、カセット室１５７の
載置台１５９の上に載置され、上記ゲートバルブ１６２
が閉口する。上記カセット室１５７に接続された真空排
気弁１５４が開口して、真空ポンプ１５５により上記カ
セット室１５７が真空雰囲気、例えば１０^-1Ｔｏｒｒに
排気される。

【００４９】次いで、ロードロック室１５１とカセット
室１５７の間のゲートバルブ１５６が開口して、搬送ア
ーム１５２により被処理体Ｗが上記カセット室１５７に
載置されたカセット１５８より取り出され、保持されて
上記ロードロック室１５１へ搬送され、上記ゲートバル
ブ１５６が閉口する。上記ロードロック室１５１に接続
された真空排気弁１５４が開口して、真空ポンプ１５５
により上記ロードロック室１５１が真空雰囲気、例えば
１０^-3Ｔｏｒｒに排気される。

【００５０】次いで、ロードロック室１５１と処理室３
の間のゲートバルブ１５０が開口して、上記搬送アーム
１５２により被処理体Ｗが上記処理室３へ搬送され、上
記第１のサブサセプタ４ａ上に載置され、上記ゲートバ
ルブ１５０が閉口する。この間、上記処理室４内は、真
空排気弁１６３を開口することにより真空ポンプ１５５
を介して真空雰囲気、例えば１０^-5Ｔｏｒｒに排気され
る。

【００５１】その後、直流電源１４のスイッチが入り、
静電チャック１１の導電膜１２に高圧の直流電圧、例え
ば２．０ＫＶが印加される。これにより、上記静電チャ
ック１１の表面に分極により静電気が発生し、そのクー
ロン力により上記半導体ウェハＷが上記静電チャック１
１の上面に吸着保持される。

【００５２】上記半導体ウェハＷが吸着された後、弁１
７が開放されて、ヘリウムなどの冷却ガス源１６から冷
却ガスが、上記静電チャック１１と上記被処理体Ｗの間
の空間１５に送られて、冷媒溜２７からの伝熱経路が上
記被処理体Ｗにまで到達する。その結果、上記被処理体
Ｗの処理表面を所望の温度にまで冷却することが可能と
なる。しかる後、処理ガスが図示しないマスフローコン
トローラを介して供給管路５から上記処理室３内に導入
されて、処理を実施するための準備が完了する。

【００５３】次いで、高周波電源２５からマッチング装
置３１を介して高周波電力がサブサセプタ４ｂに供給さ
れ、被処理体Ｗに対するプラズマエッチングが開始され
る。図１に示す処理装置１においては、ハウジング２の
上方に配置された永久磁石７を回転し、被処理体Ｗの近
傍にその処理面と平行な磁場を形成することで、イオン
を被処理体Ｗに対して垂直に方向付けることが可能とな
り、異方性の高いエッチングを達成することができる。

【００５４】プラズマエッチングの間には、発生したプ
ラズマにより上記サセプタアセンブリ４の温度に変動が
生じる場合があるが、上記処理装置１においては、その
温度を上記温度センサ２２により監視し、そのセンサか
らの信号に応答して、ヒータドライバ２０を駆動して、
上記サセプタアセンブリ４の温度を許容制御範囲内に収
めることが可能である。

【００５５】所望のエッチング処理が終了すると、上記
高周波電源２５を停止し、プラズマの発生を止めると共
に、処理ガスの供給も停止する。さらに、上記処理室３
内の処理ガスや反応生成物を置換するために、窒素など
の不活性ガスを上記処理室３内に導入すると共に、真空
ポンプ１５５による排気が行われる。

【００５６】上記処理室３内の残留処理ガスや反応生成
物が十分に排気された後に、上記処理室３の側面に設け
られたゲートバルブ１５０が開口され、隣接するロード
ロック室１５１より搬送アーム１５２が処理室３内の被
処理体Ｗの位置まで移動し、被処理体Ｗを保持して、上
記ロードロック室１５１に搬送し、上記ゲートバルブ１
５０を開口する。このロードロック室において、被処理
体Ｗはヒータにより室温、例えば１８℃まで昇温され、
その後上記ロードロック室１５１よりカセット室１５７
を介して大気に搬出される。

【００５７】また、プロセスを実行するに際し、サセプ
タの温度を、例えば−１５０℃から−１００℃に昇温さ
せたい場合がある。かかる場合には、本発明によれば、
制御システムは、弁５０を開放し、上記冷媒源５２から
冷却ガスを上記境界空間３５に充填し、上記境界空間３
５を冷却ガス封入状態にする一方、上記境界空間３６を
略真空状態に保持する。かかる構成により、冷媒溜２７
とサセプタ４ａ及び４ｂとの間の伝熱経路を分断し、不
必要な冷媒の消耗を防ぐと共に、ヒータ１９に供給され
た電力を有効に利用して、サセプタアセンブリ４の温度
を速やかに所望の温度にまで昇温させることが可能にな
る。

【００５８】以上が、本発明に基づくプロセスモードの
説明であるが、継続して別のカセットに収納された別の
ロットの被処理体を処理したい場合には、制御システム
は、ステップＳ５において、アイドルモード（Ｓ２）に
戻り、ロットの交換が行われる間、サセプタアセンブリ
４内に形成される伝熱経路を分断し、熱損失を最小限に
抑えるように動作する。

【００５９】ステップＳ４に戻り、オペレータが上記処
理室３内の保守点検を行うことを選択した場合には、制
御システムは、アイドルモード（Ｓ２）を経由して、ス
テップＳ６に入り、メンテナンスモードを実行する。

【００６０】（４） メンテナンスモード（Ｓ６） メンテナンスモードに入ると、制御システムは、弁５０
を開放し、上記冷媒源５２から冷却ガスを上記境界空間
３５に充填し、上記境界空間３５を冷却ガス封入状態に
する一方、上記境界空間３６は略真空状態に保持する。
かかる構成により、冷媒溜２７とサセプタ４ａ及び４ｂ
との間の伝熱経路を分断し、不必要な冷媒の消耗を防ぐ
と共に、ヒータ１９に供給された電力を有効に利用し
て、サブサセプタアセンブリ４ａ及び４ｂを速やかに常
温まで温度上昇させることが可能になる。

【００６１】サセプタの温度が十分に上昇した後に、上
記処理室３内の清掃、あるいは汚染した上層の第１のサ
ブサセプタ４ａの交換といった保守点検を実施すること
が可能である。メンテナンスが終了した後に、さらに続
いて、被処理体の処理を実施したい場合には、制御シス
テムは、初期化モード（Ｓ１）にシーケンスを戻し、上
述のプロセスモードに関して説明したフローを再実行す
る。

【００６２】なお、図３乃至図５に示す例においては、
メンテナンスモード（Ｓ６）に入るために、初期化モー
ド（Ｓ１）及びアイドルモード（Ｓ２）を順次実行して
いるが、メンテナンスモード（Ｓ６）においては、上記
サセプタアセンブリ４内の伝熱経路が分断されており、
上記サセプタアセンブリ４が徐々に昇温することが重要
であり、場合によっては、初期化モード（Ｓ１）を省略
することも可能であり、また、プロセスモード（Ｓ４）
からアイドルモード（Ｓ２）を経て、メンテナンスモー
ド（Ｓ６）に入る構成を採用することも可能である。以
上が、本発明に基づくサセプタ温度制御をマグネトロン
プラズマエッチング装置１に適用した実施例の動作説明
である。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明に基づくサセプタ
の温度制御によれば、サセプタの伝熱性能をモードに応
じて最適化することができるので、サセプタにおける冷
媒の消費量を最小限に抑えて、処理装置の省エネルギー
運転を行うことができる。さらにまた、本発明に基づく
サセプタの温度制御によれば、複数のロットの被処理体
を連続的に処理する場合であっても、ロットの搬入搬出
の際のサセプタからの熱損失を最小限に抑えることが可
能であり、処理装置の省エネルギー運転を行うことがで
きる。

【００６４】さらにまた、本発明に基づくサセプタの温
度制御によれば、処理室内の保守点検を行うために処理
室を開放し、低温状態のサセプタを急激に大気開放した
場合であっても、大気中に含まれる水分が、低温状態の
前記サセプタに接触して結露することを回避することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したマグネトロン式プラズマエッ
チング装置の一実施例の略断面図である。

【図２】図１に示すプラズマエッチング装置の製造工程
における一実施例の略断面図である。

【図３】本発明に基づくサセプタの温度制御を実行する
ための一実施例のフローチャートを示している。

【図４】本発明に基づくサセプタの温度制御における冷
却シーケンスのプロセスモードのタイミングチャートを
示している。

【図５】本発明に基づくサセプタの温度制御における冷
却シーケンスのメンテナンスモードのタイミングチャー
トを示している。

【符号の説明】

１ プラズマエッチング装置 ２ ハウジング ３ 処理室 ４ サセプタアセンブリ １１ 静電チャック １９ 温度調節装置 ２０ ヒータドライバ ２１ コントローラ ２２、２３ 温度センサ ２４ 温度モニタ ２５ 高周波電源 ２７ 冷媒溜 ３０ 冷媒源 ３５、３６ 境界空間 １６、５２ 冷却ガス源 Ｗ 被処理体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内に被処理体を載置固定するための
   サセプタアセンブリが複数のサブサセプタから構成さ
   れ、上記被処理体の処理表面温度を調節するために熱源
   からの熱量を伝達するための伝熱経路が上記複数のサブ
   サセプタを通過するように形成され、上記複数のサブサ
   セプタ間の境界空間に伝熱媒体を封入可能であり、上記
   サセプタアセンブリの温度を調節することにより上記被
   処理体の処理表面温度を制御することが可能な処理装置
   において、 上記処理室内において上記被処理体の処理を行うプロセ
   スモードに入る前に初期化モード及びアイドルモードを
   順次実行し、 その初期化モード時には、上記サブサセプタ間の上記境
   界空間に上記伝熱媒体を導入し、１又は２以上の上記サ
   ブサセプタの温度を監視しながら上記サセプタアセンブ
   リの温度を調節し、監視している上記サブサセプタの温
   度が設定値に到達すると、上記アイドルモードに入り、 そのアイドルモード時には、上記サブサセプタ間の上記
   境界空間にある上記伝熱媒体を真空引きした状態で上記
   プロセスモードを待機し、 そのプロセスモードに入ると、上記サブサセプタ間の上
   記境界空間に再び上記伝熱媒体が導入され、１又は２以
   上の上記サブサセプタの温度を監視して上記サセプタア
   センブリの温度を調節しながら、上記被処理体の処理が
   行われ、 上記処理室内において複数のロットの被処理体を複数サ
   イクルにわたり処理する場合には、あるロットの被処理
   体に関するプロセスモードの終了後に再びアイドルモー
   ドに戻り、上記サブサセプタ間の上記境界空間にある上
   記伝熱媒体を真空引きした状態で次のロットの被処理体
   に関するプロセスモードを待機することを特徴とする、
   サセプタ温度制御方法。