JP4596883B2 - Annular heater - Google Patents
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Description
本発明は、半導体、液晶、PDP、有機EL等の基板製造装置用の環状ヒータに関するものである。 The present invention relates to an annular heater for a substrate manufacturing apparatus such as a semiconductor, liquid crystal, PDP, or organic EL .
図7に示すウェハ処理装置100の処理室102は、接地された気密な処理容器104内に形成されている。処理室102内には、ウェハWの載置台を兼ねた下部電極106が配置されている。この下部電極106は、熱伝導率が良く導電性の金属、例えばアルミニウムから成り、略円筒形状に形成されている。また、下部電極106の載置面には、例えばポリイミド製の薄膜108aで電極108bを挟持して成る静電チャック108が設けられており、その電極108bには、1.5kVの高電圧を出力する高圧直流電源110が接続されている。
A processing chamber 102 of the
また、下部電極106の上部には、静電チャック108上に載置されるウェハWの周囲を囲むように略環状のリング体112が設けられている。このリング体112は、例えばSiやSiCやC(カーボン)など導電性材料から成る内側リング体(導電性リング体)112aと、例えばAl2O3やSiO2など絶縁性材料から成る外側リング体(環状ヒータ)112bから構成されている。また、内側リング体112aは、図示の例では、静電チャック108の周囲と、静電チャック108のチャック面上に載置されるウェハWの周囲を囲むように配置されている。さらに、外側の環状ヒータ112bは、図示の例では、内側リング体112aの周囲を囲むと共に、下部電極106の外縁部と、その側部の一部を覆うように配置されている。また、内側リング体112aと外側の環状ヒータ112bは、不図示の締結部材、例えばボルトによって下部電極106に固定されている。
A substantially
また、静電チャック108のチャック面には、静電チャック108とウェハWとの間に伝熱ガス、例えばHeを供給する第1および第2ガス供給孔114、116が設けられており、図示の例では、第1ガス供給孔114は、ウェハWの中央部にHeを供給可能な位置に所定間隔ごとに配置され、第2ガス供給孔116は、ウェハWの外縁部にHeを供給可能な位置に所定間隔ごとに配置されている。また、第1ガス供給孔114と第2ガス供給孔116には、それぞれに対応して第1ガス供給管118と第2ガス供給管120が接続されており、これら第1ガス供給管118と第2ガス供給管120には、それぞれに対応して第1圧力調整ユニット164と第2圧力調整ユニット166が介装されている。
The chuck surface of the
第1圧力調整ユニット164は、図8に示すように、第1ガス供給孔114とガス供給源138との間に第1開閉バルブ121と流量調整バルブ(マスフローコントローラ)122と第2開閉バルブ124が介装され、第1開閉バルブ121と流量調整バルブ122との間に圧力計(キャパシタンスマノメータ)168と第1排気管170が介装されている。さらに、第1排気管170には、圧力調整バルブ172と第3開閉バルブ174が介装されており、その圧力調整バルブ172には、上記圧力計168が接続されている。さらにまた、流量調整バルブ122と圧力調整バルブ172には、制御器140が接続されている。また、第2圧力調整ユニット166は、同図に示す第1圧力調整ユニット164と同一に構成されている。
As shown in FIG. 8, the first
また、図7に示すように、内側リング体112aと接する下部電極106の表面には、Oリング184で気密にシールされた内側リング体112aと下部電極106との間に伝熱ガス、例えばHeガスを供給する第3ガス供給孔130が設けられており、図示の例では、第3ガス供給孔130は、内側リング体112aの底面にHeを供給可能な位置に、所定間隔ごとに配置されている。さらに、第3ガス供給孔130には、第3ガス供給管132が接続されており、この第3ガス供給管132には、第3圧力調整ユニット186が介装されている。また、第3圧力調整ユニット186は、図8に示す第1圧力調整ユニット164と同一に構成されている。
Further, as shown in FIG. 7, the surface of the
また、制御器140には、図7に示すようにウェハWの温度を検出する第1温度センサ142と、内側リング体112aの温度を検出する第2温度センサ144と、外側の環状
ヒータ112bの温度を検出する第3温度センサ146が接続されている。これら第1〜第3温度センサ142,144,146は、図示の例では、ファイバ式接触温度計から構成されており、第1の温度センサ142は、ウェハWと接触する静電チャック108のチャック面に露出するように配置され、第2温度センサ144は、内側リング体112aと接触する下部電極106の表面に露出するように配置され、第3温度センサ146は、外側の環状ヒータ112bと接触する下部電極106の表面に露出するように配置されている。
Further, as shown in FIG. 7, the
また、外側の環状ヒータ112b内には、発熱体148が内装されており、この発熱体148には、可変電源150が接続されている。さらに、その可変電源150には、上記制御器140が接続されている。また、下部電極106には、下部電極106の温度を適宜調整するための温度調整機構を構成する冷媒循環路152が内装されており、この冷媒循環路152内に例えば−20℃の冷媒が循環する。さらに、下部電極106には、整合器154を介して、例えば13.56MHzで1700Wのプラズマ生成用高周波電力を出力する高周波電源156が接続されている。
A
また、下部電極106の載置面に対向する処理室102の天井部には、接地された上部電極158が配置されている。また、上部電極158は、多数のガス吐出孔158aが形成されており、このガス吐出孔158aには、不図示の処理ガス供給源と連通する処理ガス供給管160が接続されている。従って、処理ガス供給源から、例えば10sccmのC 4 F 8 と、50sccmのCOと、300sccmのArと、5sccmのO 2 との混合ガスが、ガス吐出孔158aを介して処理室102内に供給される。また、処理容器104の下部には、不図示の真空引き機構と連通する第2排気管162が接続されており、その真空引き機構の作動により、処理室102内は、例えば40mTorrの減圧雰囲気に維持される。
A grounded
そして、内側リング体112aと下部電極106との間にHeなどの伝熱ガスを供給すれば、処理時の減圧雰囲気下でも、それら内側リング体112aと下部電極106との間の熱伝導率を高めることができるため、内側リング体112aで生じた熱を下部電極106に確実に吸収させることができる。
If a heat transfer gas such as He is supplied between the
そして、所定圧力に調整されたHeが、第1ガス供給孔114からウェハWの中央部と静電チャック108との間に供給され、第2ガス供給孔116からウェハWの外縁部と静電チャック108との間に供給され、第3ガス供給孔130から内側リング体112aと下部電極106との間に供給され、ウェハWの温度と内側リング体112aの温度が略同一となる。
Then, He adjusted to a predetermined pressure is supplied from the first
外側の環状ヒータ112bは、内側リング体112aとは異なり、絶縁性材料から形成されているため、プラズマ雰囲気に曝されてもプラズマ中のイオンがあまり衝突せず、上記の如く複数のウェハWに連続的に処理を行なう場合でも、外側の環状ヒータ112bの温度上昇は、緩慢である。すなわち、外側の環状ヒータ112bの温度は、所定枚数のウェハWに処理を施した後には、150℃〜200℃程度にまで上昇し、安定するが、連続処理の開始から5枚〜10枚程度のウェハWに処理を施した後でないと、上記温度で安定しない。その結果、外側の環状ヒータ112bの温度上昇中には、内側リング体112aの周辺のラジカル密度が一定にならず、ウェハWの処理に影響を及ぼす。
Unlike the
そこで、外側の環状ヒータ112bの温度を、ヒータ148によって処理開始前に予め、例えば180℃程度まで加熱すると共に、その外側の環状ヒータ112bが上記所定温度に達した後は、外側の環状ヒータ112bがその180℃程度の温度に維持されるように、制御器140が第3温度センサ146で検出された外側の環状ヒータ112bの温度
情報に基づいてヒータ148を調整し、外側の環状ヒータ112bの温度を制御する。また、外側の環状ヒータ112bは、内側リング体112aとは異なり、絶縁性材料から形成されているため、上記イオンの衝突に起因する発熱は比較的少なく、また外側の環状ヒータ112bで生じた熱は、下部電極106に放熱され易いため、ヒータ148の発熱量の調整のみで、外側の環状ヒータ112bを所定温度に調整していた。しかし、ウェハW上と内側リング体112a周辺のラジカル密度の安定が不十分であった。
Therefore, the temperature of the outer
特許文献1の外側の環状ヒータ112bは、以上のように複雑に構成されており、処理開始直後からウェハW上とリング体112周辺のラジカル密度を均一化するように制御することが繁雑で、最新のウェハデザインに適用される超微細加工を必要とするウェハWでは中央部と外縁部とでエッチングレートの差が大きく、ウェハW全面に均一な処理を施すことができないと共に、スループットの向上が不十分であった。
The outer
また、上記の環状ヒータをセラミックスで製造する際には、特許文献2に開示されているように高融点金属からなるワイヤーを巻回して巻回体を製造し、この巻回体の両端に端子を接続する。一方、プレス成型機内にセラミックス粉末を充填し、予備成型を行なっておく。その際、予備成型体の表面に所定の平面的パターンに沿って連続的凹部または溝を設ける。巻回体をこの凹部に収容し、この上にセラミックス粉末を充填し、この粉末を一軸加圧成型して円盤状成型体を作製し、円盤状成型体を焼結させ、研削加工を経て、円盤状セラミックスヒータを製造していた。
従来の環状ヒータ112bは、静電チャック108の周囲に導電性内側リング体112aが配置され、その外側に配置する必要があり、環状ヒータ112bが直接プラズマ雰囲気に晒され長時間使用できないとの問題や、外径が大きくしかもその構造から厚みが大きく、装置に組み込んだときにコンパクトにできないという問題があった。
In the conventional
また、図7に示す環状ヒータ112bは、成膜、エッチング、クリーニング等の各種処理を施すにあたり、下部電極106に冷媒を流し、かつ、静電チャック108のチャック面とウェハWとの間にHe等のガスを供給し、かつ、環状ヒータ112bに電圧を印加し、加熱することで、ウェハWの温度分布を均一にするが、ウェハWの外周部は導電性内側リング体112aが配されている為、各種処理の初期段階では導電性内側リング体112aに奪われる熱量が大きく、ウェハWの外周部は中心部より、温度が低くなりやすい。しかも、プラズマ中のイオンの衝突割合が高い為、時間の経過と共に導電性内側リング体112aの温度が上昇し、ウェハWの外周部は中心部より温度が高くなり易いとの課題があった。
In addition, the
また、環状ヒータ112bに電圧を印加して加熱するが、ポーラスセラミックス等で製造された環状ヒータの場合、安価ではあるがパーティクルの発生が多いという課題があった。
Although you heated by applying a voltage to the
さらに、緻密質セラミックスで製造された環状ヒータ112bの場合、従来の製造方法では高融点金属からなるワイヤーを巻回して巻回体を製造し、環状ヒータ112bに埋設するといった方法の為、環状ヒータ112b自体の体積が大きくなり、環状ヒータ112b自体を加熱するために大きな熱量が必要となるとの課題があった。
Furthermore, in the case of the
そして環状ヒータ112bにおける環状セラミックス体と巻回体において、加熱状態を
調整するために環状セラミックスに対する高融点金属からなる巻回体の割合が増す程、熱膨脹係数差による内部応力が大きくなり、製作が困難となる、あるいは製作可能であっても、残留応力が大きい為、昇降温による熱応力が加わることで、抵抗発熱体148の断線や環状ヒータ112b自体のクラック、破損といった問題が発生しやすいとの課題があった。
In the annular ceramic body and the wound body in the
また、環状ヒータ112bの内径側から外径側まで設計値通りの温度分布にしたいのであるが巻回体8の螺旋形状の直径が大きいほど、内径側及び外径側の端部は電力密度が下がる為、温度が低くなり易いとの課題があった。
In addition, the temperature distribution as designed from the inner diameter side to the outer diameter side of the
さらに、緻密質セラミックス自体はプラズマに対する腐食性は高いのであるが、巻回体の両端に端子を接続するといった方法では、ハロゲン系ガスの回り込みによる腐食性の問題、熱サイクルによる応力の問題から通電抵抗の増大、断線の危険性があった。 In addition, the dense ceramics themselves are highly corrosive to plasma. However, in the method of connecting terminals to both ends of the wound body, current is applied due to corrosive problems due to the wrapping of halogen-based gas and stress problems due to thermal cycling. There was a risk of increased resistance and disconnection.
さらにまた、急速に加熱昇温を行なうとクラックが発生する危険性が高い為、緩やかに昇温しなければならない。この為、各種処理を施せる状態、すなわちウェハWの温度が均一になるまでの時間を要することになり、スループットを高めることが困難であった。 Furthermore, rapid crack Atsushi Nobori trying row is because a high risk for developing, must be gently heated. For this reason, it takes time until various processes can be performed, that is, the temperature of the wafer W becomes uniform, and it is difficult to increase the throughput.
そこで、本発明は上記課題に鑑み、一方の主面を加熱面とし、他方の主面は上記加熱面に平行に形成されている環状絶縁体の内部に上記加熱面に平行に帯状の抵抗発熱体を備えてなり、凸状の下部電極の周辺上部の表面に、上記下部電極の突出部を取り囲むとともに上記他方の主面が上記周辺上部の表面と対向して載置される環状ヒータにおいて、上記環状絶縁体の上記他方の主面に、上記帯状の抵抗発熱体へ給電可能な導電膜を形成するとともに、該導電膜と上記帯状の抵抗発熱体とを複数のビヤホール導体を介して接続し、さらに上記導電膜を取り囲む溝部を形成し、かつ、該溝部にOリングを設置し、該Oリングと上記周辺上部の表面と上記他方の主面とで上記導電膜を封止可能としたことを特徴とする。 The present invention has been made in view of the above problems, the one main surface and the heating surface and the other main surface of the strip-shaped flat row to the heating surface in the interior of the annular insulator is formed into a flat row on the heating surface Ri Na includes a resistive heating element, to an upper peripheral surface of the convex lower electrode, the other main surface surrounds the projecting portion of the lower electrode Ru is placed opposite to the above upper peripheral surface annular in the heater, to the other main surface of the annular insulator, to form a feedable conductive film to said band-shaped resistance heating element, and a conductive film and the strip-shaped resistance heating element through a plurality of via hole conductors In addition, a groove part surrounding the conductive film can be formed, and an O-ring can be installed in the groove part, and the conductive film can be sealed by the O-ring, the surface of the upper peripheral portion, and the other main surface. and said that the content was.
また、一方の主面を加熱面とし、他方の主面は上記加熱面に平行に形成されている環状絶縁体の内部に上記加熱面に平行に帯状の抵抗発熱体を備えてなり、凸状の下部電極の周辺上部の表面に、上記下部電極の突出部を取り囲むとともに上記他方の主面が上記周辺上部の表面と対向して載置される環状ヒータにおいて、上記環状絶縁体の上記他方の主面に上記帯状の抵抗発熱体を貫通し、内面にメタライズ層が被着された穴を形成し、上記メタライズ層と給電端子とを接続可能に構成するとともに、上記穴を取り囲む溝部を形成し、かつ、該溝部にOリングを設置し、該Oリングと上記周辺上部の表面と上記他方の主面とで上記穴を封止可能としたことを特徴とする。 Further, the one main surface and the heating surface, the other main surface is Ri Na comprises a strip-shaped resistance heating element to a flat row to the heating surface in the interior of the annular insulator is formed into a flat row on the heating surface , the convex lower electrode around the top of the surface, in an annular heater above the other major surface Ru is placed opposite to the above upper peripheral surface surrounds the projecting portion of the lower electrode, of the annular insulation A groove portion that penetrates the strip-like resistance heating element on the other main surface, forms a hole with a metallized layer deposited on the inner surface, and is configured to connect the metallized layer and a power supply terminal, and surrounds the hole forming a, and the O-ring placed in the groove portion, characterized in that the sealable said hole between said O-ring and the upper peripheral surface and the other main surface.
さらに、上記他方の主面に複数の凸部を設けたことを特徴とする。 Furthermore, a plurality of convex portions are provided on the other main surface.
以上のように本発明による環状ヒータを用いることで、給電を安定させることができ、線幅0.13μm以下の超微細加工を必要とするウェハWにおいて、ウェハW及びウェハW周辺部の温度差を小さくすることができることから、ウェハW周辺のプラズマ密度を一定に短時間で制御することが可能となり、ウェハWの全面に均一に成膜処理やエッチング処理を行なうことができる。 As described above, by using the annular heater according to the present invention, the power supply can be stabilized, and the temperature difference between the wafer W and the peripheral portion of the wafer W in the wafer W requiring ultrafine processing with a line width of 0.13 μm or less. from being able to reduce, it becomes possible to control in a short time the plasma density near the wafer W constant, the uniform a film forming process or an etching process on the entire surface of the wafer W can line a Ukoto.
また、環状ヒータにおいて、繰り返し加熱や冷却が行なわれても、封止用のリングが配置できるのでパーティクルの発生量が少なく、ヒータのクラック、破損という問題を引き起こすことなく、さらに給電部の通電抵抗が増大したり断線したりするといった問題を防
止できる。
Further, in the annular heater, even cracks repeated heating and cooling row, it can be arranged ring for sealing is less generation of particles, cracks of the heater, without causing the problem of corruption, further energization of the feed unit resistance can be prevented problem or disconnection or increased.
図1に示すウェハ処理装置50の処理室10は、気密な処理容器51内に形成されている。処理室10内には、下部電極4が配設されている。この下部電極4は熱伝導率が大きく導電性の金属、例えばアルミニウムからなり円盤状に形成され、冷却媒体を流す流路56が形成されている。下部電極4の上面には、例えば吸着電極3を埋設したセラミックス製のウェハ保持部材54が設けられている。このウェハ保持部材54の上面をウェハWを載せる設置面5とし、設置面5とウェハWの間にHe等のガスを流す溝9が形成され、ウェハWの熱を効率よく下部電極4に導くことができる。そして、この吸着電極3に1kVの直流電圧を印加してウェハWを設置面5に吸着することができる。
The
また、下部電極4の周辺上部には、設置面5に載せられたウェハWの周囲を囲むように環状ヒータ70が配設されている。そして、必要に応じて環状ヒータ70の上面に絶縁性環状リング6が設けられている。
In addition, an
そして、ウェハWに各種処理を施すには、設置面5にウェハWを載せるとともに、一対の静電吸着用の吸着電極3に直流電圧を印加することにより、ウェハWと吸着電極3との間に誘電分極によるクーロン力や微少な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力等の静電吸着力を発現させ、設置面5上のウェハWを強制的に吸着して固定するとともに、下部電極4の流路56に冷却液を流し、かつ、設置面5の溝9にHe等のガスを供給する。また、環状ヒータ70に電圧を印加し加熱して、プラズマ発生用対向電極11と下部電極4の間に高周波電圧を印加することでプラズマを発生させ、処理容器内10内に成膜用ガスを供給し、ウェハW上に薄膜を形成することができる。また、真空処理室10内にエッチング用ガスを供給し、ウェハWの表面に微細な回路パターンを形成することができる。
Then, in performing various processes on the wafer W, between with placing the wafer W on the mounting
本発明の環状ヒータ70は、主面を加熱面7aとした環状絶縁体7に抵抗発熱体8を備えてなる環状ヒータ70において、上記抵抗発熱体8は帯状に形成されており、上記環状絶縁体7の内部に上記加熱面7aに平行に抵抗発熱体8が配置することで、環状ヒータ70の厚みを小さくすることができ、しかも帯状の抵抗発熱体8は厚みが数百μm以下と小さく幅は1〜10mm程とすることができることから、加熱面7aの温度を制御してウェハWの周辺の温度低下を防止してウェハW面と略同じ温度として、ウェハW周辺部をウェハ上面と同様にプラズマ密度を均一にすることができることから、ウェハWの表面に一様に成膜処理やエッチング処理ができる。
The
また、本発明の環状ヒータ70は、上記環状絶縁体7の加熱面7aに対向する他方の主面7bが、加熱面7aに平行に形成されていることが好ましい。その理由は、ウェハWに覆われていない従来の環状ヒータ112bの上面は直接プラズマに晒されることから腐食したり成膜物が堆積したりすることから、頻繁に交換する必要があり長時間使用することができないが、本発明の環状ヒータ70の加熱面7aに対向する他方の主面7bが平行に形成されていることから、下部電極4の主面に平行に加熱面7aの上に絶縁性環状リング6を載せることが可能となり、この絶縁性環状リング6は容易に交換可能であり、長時間に渡り環状ヒータ70を配設した状態で使用することができるからである。そして、環状ヒータ70を交換する作業が省け、装置の稼働率をアップすることが可能となる。
The
また、本発明の環状ヒータ70の抵抗発熱体8への給電方法は、環状ヒータ70を使用する上での重要な要素である。
In addition, the method of feeding the
本発明の環状ヒータ70は、図2に示すように記環状絶縁体7の他方の主面7bに上記帯状の抵抗発熱体8を貫通する穴7cを形成し、該穴7cの内面にメタライズ層21を形
成し、該メタライズ層21とロウ材22を介して上記抵抗発熱体8と給電端子20とを接続することが好ましい。このような給電構造とすることで、給電端子20から抵抗発熱体8に確実に給電できる。具体的には穴7c内面に銀・銅・チタン等のメタライズ処理21を行ない、環状絶縁体と熱膨張差の小さいFe−Ni−Co合金やモリブデン、タングステン、モリブデン合金、タングステン合金等で作製された給電端子20をアルミ、銀、銅、またはこれらの金属合金等のロウ材22でロウ付けすると、温度変化に対し耐久性があり、強固に給電端子20を接続できて好ましい。
As shown in FIG. 2, the
また、穴7cの内面にメタライズ処理21を行なった状態でコイルスプリング23等の応力緩和材を付帯した給電端子20を挿入し、給電することも可能である。
Moreover, by inserting the
また、図3(b)に示すように、上記環状絶縁体7の他方の主面7bに上記抵抗発熱体8へ給電可能な導電膜24を形成することが好ましい。導電膜24を通して抵抗発熱体8へ給電するには、導電膜24が環状絶縁体7の表面から大きく突出することがなく、給電端子20等の嵌め合わせが必要なく、環状ヒータ70を下部電極4に容易に短時間でセットすることが可能となり好ましい。
Further, as shown in FIG. 3B, it is preferable to form a
また、上記導電膜24と抵抗発熱体8とが複数のビヤホール導体26を介して接続されていることが好ましい。具体的には環状絶縁体7の他方の主面に穿孔した複数の穴7dに埋設され、抵抗発熱体8と接続したビヤホール導体26に直接、不図示の給電端子を機械的に押し付けて接続し給電する方法も採れるが、抵抗発熱体8が露出した複数の穴7dに、抵抗発熱体8の露出部と接続するように導体粒子を充填し環状絶縁体7と同時焼成してビヤホール導体26を形成することが好ましい。そして、ビヤホール導電体26の露出部にメタライズ層やメッキ層で導電膜24を形成して、給電の信頼性を高めることが好ましい。
Further, it is preferable that the above
尚、環状絶縁体7を焼成後、該複数の穴7dを設け、例えばタングステン製のワイヤーをビヤホール導体26としてロウ付けして形成することも可能であるが、焼成前の環状絶縁体に該複数の穴7dを設け、例えば、タングステンの原料粉末にAlN原料粉末と有機バインダーを混練し、ペースト状にしたものを該複数の穴7dに充填し、同時焼成してビヤホール導体26を形成することがより好ましい。
It is possible to form the plurality of
また、本発明の環状ヒータ70は、環状絶縁体7の他方の主面7bに形成した上記導電膜24または上記給電端子20の周囲を囲むように溝部37が形成されていることが好ましい。給電端子20や導電膜24、ビヤホール導体26等の給電部を腐食性ガスから保護する構造としては図4に示すように環状絶縁体7の他方の主面にこれらの給電部の周囲を囲むように溝部37を設けることが好ましい。その理由は、溝部37が腐食性ガスとの沿面距離を稼げるのはいうまでもないが、腐食性ガスは異方性が高い為、腐食性ガスの回り込み防止に有効であるからである。さらに溝部37に耐熱性、耐腐食性の高いOリング38を設置し、機械的に環状絶縁体を固定、Oリングシールすることで、より確実に腐食性ガスの回り込みを防止できる。
In the
また、図5のように環状絶縁体7の他方の主面に点在する凸部49を設け、下部電極4との接触面積を低減することで、下部電極4からの吸熱を防止することが可能となり、結果的に環状ヒータ70の加熱電源の低容量化が計れると共に温度差による熱応力を低減できるので、クラックや破損という問題に対する信頼性を高めることができる。
In addition, as shown in FIG. 5,
また、図6に示す環状リング体6がシリコン等の導電体の場合、各種プロセスが進むにつれてウェハWと同様、プラズマ中のイオンが激しく衝突する為、環状リング体6自体の温度が上昇していく。プロセス初期の環状ヒータ70の加熱状態から加熱停止状態にして
も、環状リング体6は冷却され難いため、ウェハWよりも温度が高くなる場合がある。これを防止する為に環状絶縁体7の一方の主面に凹部39を設け、そこにHe、Arといった不活性ガスを貫通孔41、40を通し流すことで冷却し、ウェハWの周辺の温度を均一に保つことができる。
In the case where the
次に、本発明の環状ヒータ70のその他の構成について説明する。
Next , another configuration of the
本発明の環状ヒータ70はその加熱面7aの幅が5〜20mmであり、好ましくは10〜15mmとすると、ウェハWの周辺温度の低下を防ぐことができて好ましい。環状絶縁体7は、環状ヒータ70とプラズマ間の絶縁破壊を回避できる絶縁性の緻密質セラミックが好ましい。その中でも絶縁抵抗が1010Ωcm以上と大きく耐腐食性、パーティクル発生低減といった観点から窒化アルミニウム、アルミナ、イットリア、YAG、YAG分散アルミナがより好ましく、熱伝導性、耐腐食性、パーティクル発生低減といった観点から窒化アルミニウムが更に好ましい。
In the
また、抵抗発熱体8は高融点金属であるタングステン、モリブデン、これらの合金等を主成分とするセラミックが好ましい。
The
また、環状ヒータ70の厚みは20mm以下であることが好ましい。20mmを超えると、加熱に要する熱容量が増すため、加熱用電源の容量を大きくする必要があり、また加熱中、環状ヒータの厚み方向に温度差がつき易く、熱応力によってクラックが発生したり破損したりする虞があった。そこで、20mm以下の厚みとすることで、加熱に必要な熱容量を低減することができることから温度制御が容易となり好ましい。より好ましくは15mm以下で、急速な昇温、降温を行なっても、厚み方向での温度差がつき難いため、クラックや破損という問題に対して高い信頼性を得ることが可能となる。さらに好ましくは10mm以下とすることで、ウェハ保持部材54と下部電極4とからなる基板支持部材全体の厚みを薄くすることができるので、更に熱効率を高め、信頼性を高めることができる。また、帯状の抵抗発熱体8の埋設位置は、環状絶縁体7の二つの主面の間の、好ましくは厚みの40〜60%の位置に設けると、加熱時の熱応力が均一に発生して破損の虞が少なく、また、厚みが20mm以下であれば、加熱面7aと抵抗発熱体8との間の距離を10mm以下とすることができて、抵抗発熱体8の熱が加熱面7aへ迅速に伝わり、応答性が優れることから好ましい。
The thickness of the
そして、厚みが20mm以下の環状ヒータ70を得る為には、抵抗発熱体8を同一平面状に形成することが好ましい。特許文献2に記載のような高融点金属からなるワイヤーを巻回して巻回体を得て、連続的凹部または溝を設けた予備成型体に巻回体を収容し、この上にセラミックス粉末を充填し、一軸加圧成型を行ない、焼成、加工を行なうという工程では、環状ヒータの厚みを20mmを超えて必要以上に厚くしなくてはならない。しかし、本発明の抵抗発熱体8は、例えば図2(b)の様な環状ヒータ70の断面を示すように抵抗発熱体8を帯状に同一平面状に配置することで、環状ヒータ70の厚みを小さくすることができる。
Then, in order to thickness obtain the following
また、本発明の帯状の抵抗発熱体8の厚みは1〜500μmが好ましい。埋設された抵抗発熱体8の厚みが1μm未満でも、製造は可能であるが、例えば抵抗発熱体8の厚みが0.5μmの抵抗発熱体8を製作すると、その厚みのばらつきが0.1μm程となり、その抵抗値は単純に考えても20%程ばらつく虞があり、設計値通りの抵抗発熱体8を歩留まり良く作製することが困難となるからである。また、500μmを超えた抵抗発熱体8を埋設しようとすると、抵抗発熱体8と環状絶縁体7との熱膨脹差から製作途中で破損し、作製が困難であった。また、ホットプレス法等を用いて製作したとしても、残留応力が大きいことから、加熱冷却により熱応力が大きくなり、クラックや破損の危険性が大きか
った。
The thickness of the strip-shaped
以上のように厚みが小さく、体積が小さい環状ヒータ70を使用することで、ウェハ温度の不均一を素早く補正し、かつ高い信頼性の下にウェハの表面の全域を均一に加熱することができる。
Small thickness as described above, by using the
また、抵抗発熱体8は、図2(a)のような帯状に円弧状のパターンと接続パターンを組み合わせて作製したり、渦巻状に配設したりすることで、加熱面7aの温度差を小さく制御することができる。
The
本発明の環状ヒータ70の製造方法は、ドクターブレード法、ロールコンパクション法等を用いて成形したセラミックグリーンシートに1〜500μm厚みの箔状かつ帯状の抵抗発熱体8を挟持し、熱圧着を行なった後、その成形体を真空炉、高圧炉、ホットプレス等で焼成し、製造することが好ましい。この様な製造方法で作製すると、厚みの小さい、抵抗発熱体8周辺の残留応力を抑えた環状ヒータ70を作製できる。そして、クラックや割れの問題に対して信頼性の高い環状ヒータ70を提供できる。
In the manufacturing method of the
さらに、帯状の抵抗発熱体8をスクリーン印刷法で形成することで、抵抗発熱体8の厚みをサブミクロン単位で細かく、かつ容易に制御することができ、結果として、狙い通りの抵抗値の抵抗発熱体8を備えた環状ヒータ70を製作することができる。
Further, by forming the strip-like
本発明の実施例を以下に示す。 Examples of the present invention are shown below.
純度99%平均粒径1.2μmのAlN原料粉末に有機バインダーと溶媒のみを加えて泥しょうを作製し、ドクターブレード法により厚さ約0.5mmのグリーンシートを複数枚成形した。また、抵抗発熱体となる電極用のペーストは純度99%以上、平均粒径約2μmのタングステンの原料粉末に5重量%のAlN原料粉末と有機バインダー混練し、作製した。このペーストを用いてグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて厚み20μmの図3(a)の形状のパターンを印刷した。 A slurry was prepared by adding only an organic binder and a solvent to an AlN raw material powder having a purity of 99% and an average particle diameter of 1.2 μm, and a plurality of green sheets having a thickness of about 0.5 mm were formed by a doctor blade method. Also, an electrode paste to be a resistance heating element was prepared by kneading 5% by weight of an AlN raw material powder and an organic binder into a tungsten raw material powder having a purity of 99% or more and an average particle diameter of about 2 μm. The paste on the green sheet was used to print a pattern of the shape of FIG. 3 having a thickness of 20 [mu] m (a) by screen printing.
そして、グリーンシートと抵抗発熱体用の電極を備えたグリーンシートとを積層し、その積層体を50℃、5000Paの圧力で熱圧着し、グリーンシート間の密着性を高めた積層体を切削加工にて環状に加工し、該環状の積層体を真空脱脂した後、窒素雰囲気下において2000℃にて焼成することにより、タングステンより形成された帯状の抵抗発熱体を埋設した環状セラミックス体を作製した。
Then, by laminating a green sheet having an electrode for a green sheet resistance heating element, the
さらに、この環状セラミックス体を外径320mm、内径296mm、厚み16mm、抵抗発熱体の位置が両主面からともに8mmとなるように研削加工した後、抵抗発熱体を貫通する直径4mm深さ9mmの穴を設け、この穴の内面に銀・銅・チタンでメタライズ層を形成し、その後、低熱膨張合金であるFe−Ni−Co合金製の給電端子をAg−Cuを主成分とするロウ材を用いて真空中約800℃にてロウ付し、試料No.1を作製した。 Furthermore , after grinding this annular ceramic body so that the outer diameter is 320 mm, the inner diameter is 296 mm, the thickness is 16 mm, and the position of the resistance heating element is 8 mm from both main surfaces, the diameter is 4 mm and the depth is 9 mm. A metallization layer is formed with silver, copper, and titanium on the inner surface of the hole , and then a power supply terminal made of Fe-Ni-Co alloy, which is a low thermal expansion alloy, is used as a brazing material mainly composed of Ag-Cu. And brazing at about 800 ° C. in a vacuum. 1 was produced.
また、試料No.1と外径、内径、厚みが同じ大きさで環状絶縁体がSiO2からなり、直径5mmのコイル状モリブデンを円環状に埋設した環状ヒータを準備し、試料No.2とした。 Sample No. An annular heater in which the outer diameter, the inner diameter and the thickness are the same as those of No. 1 and the annular insulator is made of SiO 2 and coiled molybdenum having a diameter of 5 mm is embedded in an annular shape is prepared. 2.
次に、吸着電極用としての一対の内部電極を埋設してある直径295mmのAlN製のウェハ支持部材を作製した。また、アルミニウムの表面を酸化、絶縁処理した下部電極と
シリコン接着した。尚、下部電極には環状ヒータを載置できる段と冷却媒体用の流路とを形成した。
Next, a wafer support member made of AlN having a diameter of 295 mm in which a pair of internal electrodes for adsorption electrodes was embedded was produced. Moreover, oxidizing the surface of the aluminum was <br/> silicon bonded to the lower electrode was insulated. Note that the lower electrode was formed a flow path for the stage and the cooling medium which can be placed a ring heater.
この下部電極の段部に試料No.1もしくは試料2を載置し、さらに環状ヒータ上に、基板支持部材上に載置される300mmウェハの外周側から片側2mmを支持出来る環状リング体6が載置されたウェハ支持部材を、プラズマエッチング可能な真空チャンバー内に設置した。
A sample no. 1 or by mounting a
そして、以下の条件でエッチング処理を行なった後、ウェハの表面で中心から周辺へ向けて、ウェハの端面から1mmの位置までのエッチング量をウェハの直径方向で測定した。そして、10等間隔で測定した11箇所のエッチング量の平均値Avと最大値AmaxMAXと最小値AminからバラツキK=(Amax−Amin)/Avを求めた。 After the etching process lines Tsu name under the following conditions, toward the periphery from the center on the surface of the wafer was measured etching amount from the end face of the wafer to the position of 1mm in diameter direction of the wafer. Then, to determine the variation K = (A max -A min) / A v from the average value A v and the maximum value A max MAX and the minimum value A min of or falling edge of quenching of 11 points measured at 10 equally spaced.
尚、その他の条件は下記とした。 Other conditions were as follows.
1)真空度:1×10 −5 Pa
2)プロセスガス:アルゴン
3)プロセス時間:2分
4)プラズマパワー:300W
5)ウェハ吸着電圧:±400V
6)ウェハ温度:80℃
7)ヒータ温度:80℃
そして、それぞれの結果を表1に示す。
2) Process gas: Argon 3) Process time: 2 minutes 4) Plasma power: 300 W
5) Wafer adsorption voltage: ± 400 V
6) Wafer temperature: 80 ° C
7) Heater temperature: 80 ° C
It shows respective results in Table 1.
表1のように、本発明の環状絶縁体に二つの平行な主面を備え、一方の主面が加熱面で、上記環状絶縁体の内部に上記加熱面に平行な帯状の抵抗発熱体を備えた環状ヒータ試料No.1は、エッチング量のバラツキが0.88%以下と小さく、優れた特性を示すことが分かった。 As shown in Table 1, the present invention comprises two flat rows major surface to the annular insulator, in one principal heating surface, the upper Symbol heating surface inside of the upper Symbol annular insulator flat line band-shaped An annular heater sample with a resistance heating element No. 1, the variation of the etching amount is small 0.88% or less, was found to exhibit excellent characteristics.
しかし、従来の環状ヒータ試料No.2は、エッチング量のバラツキが7.63%と大きく、精度良くエッチングできない事が分かった。 However, the conventional annular heater sample No. In No. 2 , the variation in etching amount was as large as 7.63%, and it was found that etching could not be performed with high accuracy.
実施例1の試料No.1と同様の製法に準じて、その厚みがそれぞれ、10mm、20mm、25mmの環状ヒータを作製した。尚、厚みは環状ヒータの周方向に等間隔に5箇所測定し、その平均値とした。 Sample No. 1 of Example 1 1 in accordance with the same method and its thickness are manufactured in 10 mm, 20 mm, a 25mm circular heater. The thickness was measured at five locations at equal intervals in the circumferential direction of the annular heater , and the average value was taken.
そして、試料No.1と同じ構造で、同じ真空チャンバーに設置し、以下の条件で環状ヒータを急速昇温試験して、何℃/分で加熱した場合に環状ヒータにクラックが発生し断
線が発生するかを調べた。
Then, the sample No. Installed in the same vacuum chamber with the same structure as No. 1 and conducted a rapid temperature rise test of the annular heater under the following conditions to determine how many degrees C / min the annular heater would crack and break. It was.
1)真空度:1×10 −5 Pa
2)プロセスガス:アルゴン
3)プラズマパワー:300W
4)ウェハ吸着電圧:±400V
5)ウェハ温度:100℃
6)冷却水温度:40℃
それぞれの結果を表2に示す。
2) Process gas: Argon 3) Plasma power: 300 W
4) Wafer adsorption voltage: ± 400 V
5) Wafer temperature: 100 ° C
6) Cooling water temperature: 40 ° C
The results are shown in Table 2.
以上のように、10mm、20mmの厚みの環状ヒータ試料No.21〜25は、昇温速度250℃/分でも断線がなく好ましい特性を示した。 As described above, 10 mm, of 20mm thick annular heater Sample No. 21 to 25, disconnection even 250 ° C. / min heating rate showed favorable properties without.
しかし、試料No.28の厚みが25mmの環状ヒータは、250℃/分で断線が発生した。 However, sample no. 28 annular heater 25mm thickness of disconnection occurred at 250 ° C. / min.
実施例1に示したAlNヒータの製法に準じて、その抵抗発熱体の厚みがそれぞれ、0.5μm、1μm、500μm、600μmの、全体厚み10mmの環状ヒータを作製した。尚、抵抗発熱体の設計値はすべて10Ωとした。 According to the method of the AlN heater shown in Example 1, the thickness of the resistance heating element, respectively, 0.5 [mu] m, 1 [mu] m, 500 [mu] m, of 600 .mu.m, were produced annular heater of the overall thickness of 10 mm. The design value of the resistance heating element was all 10Ω.
また、抵抗発熱体の厚みは環状絶縁体の断面で5箇所測定し、その平均値とした。 Further, the thickness of the resistance heating element was measured at five points on the cross section of the annular insulator , and the average value was obtained.
それぞれのヒータが設計値に対して、どれだけの精度で製作できたかを評価した。 For each of the heater design value, it was evaluated whether can be manufactured at how much accuracy.
その結果を表3に示す。
表3から、試料No.31は抵抗発熱体の厚みが0.5μmで、設計値10Ωに対して9.2Ωと8%のばらつきが生じた。 From Table 3 , Sample No. No. 31 had a resistance heating element thickness of 0.5 μm, and a variation of 9.2Ω and 8% occurred with respect to the design value of 10Ω.
また、試料No.32、33は、1μmと500μmで9.9Ωと、1%のばらつきで略設計値通りの抵抗値が得られた。 Sample No. 32 and 33, a 1μm and 9.9Ω at 500 [mu] m, the resistance value of substantially the design value with a 1% variation were obtained.
尚、試料No.34は600μmとしたが、熱膨脹差による応力が大きかったことから環状ヒータにクラックが生じた。 Sample No. Although 34 was set to 600 μm, cracks were generated in the annular heater because the stress due to the difference in thermal expansion was large.
以上の結果から、抵抗発熱体の厚みは1〜500μmが好ましいことが分かった。 From the above results , it was found that the thickness of the resistance heating element is preferably 1 to 500 μm.
環状ヒータの製法として、純度99%平均粒径1.2μmのAlN原料粉末に有機バインダーと溶媒のみを加えて泥しょうを作製し、ドクターブレード法により厚さ約0.5mmのグリーンシートを複数枚成形した。また、抵抗発熱体となる電極用のペーストは純度99%以上、平均粒径約2μmのタングステンの原料粉末に5重量%のAlN原料粉末と有機バインダー混練し、作製した。このペーストを用いてグリーンシート上にスクリーン印刷法を用いて厚み20μmのパターンを印刷した。 As a manufacturing method of the annular heater, slurry is made by adding only organic binder and solvent to AlN raw material powder with 99% purity and average particle size of 1.2μm, and several green sheets with a thickness of about 0.5mm by doctor blade method. Molded. Also, an electrode paste to be a resistance heating element was prepared by kneading 5% by weight of an AlN raw material powder and an organic binder into a tungsten raw material powder having a purity of 99% or more and an average particle diameter of about 2 μm. Using this paste, a pattern having a thickness of 20 μm was printed on a green sheet using a screen printing method.
次に、グリーンシートと抵抗発熱体用の電極を備えたグリーンシートとを積層し、その積層体を50℃、5000Paの圧力で熱圧着し、グリーンシート間の密着性を高めた積層体を切削加工にて環状に加工し、さらに、ヒータ電極の給電開始端部、終点端部それぞれに図3(b)に示すような貫通する直径0.4mmの穴を各6個、各直径6mmの範囲内に均等に設け、その穴内部に電極用ペーストを充填した。
Then, by laminating a green sheet having an electrode for a green sheet resistance heating element, the
そして、該環状の積層体を真空脱脂した後、窒素雰囲気下において2000℃にて焼成することにより、タングステンより形成された帯状の抵抗発熱体を埋設した環状セラミックス体を作製した。 Then, after vacuum degreased the annular laminated body, by firing at 2000 ° C. in a nitrogen atmosphere, to prepare a circular ceramic body embedded a strip of resistive heating element formed of tungsten.
さらに、この環状セラミックス体を外径320mm、内径296mm、厚み10mm、抵抗発熱体の位置が両主面からともに5mmとなるように研削加工した後、図3に示すような、直径8mmの導電膜をAg−Cuを主成分とするロウ材を用いて真空中約800℃にてロウ付し、試料Aを作製した。
Furthermore, the annular ceramic body outer diameter 320 mm, internal diameter 296 mm,
また、試料Bとしては、実施例1に示した試料1と同じ環状ヒータを準備した。但し、条件を合わせる為に、環状ヒータの厚みは10mmとした。
As the sample B, it was prepared the same annular heater and the
そして、試料A、Bを用いて実施例1と同じ構造で同じチャンバー内にそれぞれ設置して、以下の条件において何サイクルでクラックや抵抗変化が発生するかの耐久試験を行なった。 The samples A, installed respectively in the same chamber at the same structure as in Example 1 using the B, cracks and resistance change lines Tsu name or the durability test occurs many cycles under the following conditions.
1)真空度:1×10 −5 Pa
2)プロセスガス:アルゴン
3)プラズマパワー:300W
4)ウェハ吸着電圧:±400V
5)ウェハ温度:20℃
6)温度サイクル:20℃で1分保持し、80℃に1分で昇温、20℃に1分で降温
その結果、5000回の温度サイクル後の抵抗変化は0.2%以下と極めて小さく、クラックは発生せず、非常に信頼性の高い給電方法であることが分かった。
1) degree of vacuum: 1 × 10 - 5 Pa
2) Process gas: Argon 3) Plasma power: 300 W
4) Wafer adsorption voltage: ± 400 V
5) Wafer temperature: 20 ° C
6) Temperature cycle: Hold at 20 ° C for 1 minute, increase to 80 ° C in 1 minute, decrease to 20 ° C in 1 minute. As a result, the resistance change after 5000 temperature cycles is very small, 0.2% or less. As a result, it was found that this is a highly reliable power supply method without cracks.
3 :吸着電極
4 :下部電極
5 :設置面
6 :環状リング
7 :環状絶縁体
7a:加熱面
7b:主面
7c:穴
7d:穴
8 :抵抗発熱体
10:処理室
11:対向電極
20:給電端子
21:メタライズ層
22:ロウ材
23:コイルスプリング
24:導電膜
26:ビヤホール導体
37:溝部
38:Oリング
39:凹部
40:貫通孔
41:貫通孔
49:凸部
50:ウェハ処理装置
51:処理容器
54:ウェハ保持部材
56:冷却媒体用の流路
70:環状ヒータ
100:ウェハ処理装置
102:処理室
104:処理容器
106:下部電極
108:静電チャック
108a:薄膜
108b:電極
110:高圧電流電源
112:リング体
112a:内側リング体
112b:環状ヒータ
114:第1ガス供給孔
116:第2ガス供給孔
118:第1ガス供給管
120:第2ガス供給管
121:第1開閉バルブ
122:流量調整バルブ
124:第2開閉バルブ
130:第3ガス供給孔
132:第3ガス供給管
138:ガス供給源
140:制御器
142:第1温度センサ
144:第2温度センサ
146:第3温度センサ
148:発熱体
150:可変電源
152:冷媒循環路
154:整合器
156:高周波電源
158:上部電極
158a:ガス吐出孔
160:処理ガス供給管
162:第2排気管
164:第1圧力調整ユニット
166:第2圧力調整ユニット
168:圧力計
170:第1排気管
172:圧力調整バルブ
174:第3開閉バルブ
184:Oリング
186:第3圧力調整ユニット
W :ウェハ
3: adsorption electrode 4: lower electrode 5: installation surface 6: annular ring 7: annular insulator 7a: heating surface 7b: main surface 7c: hole 7d: hole 8: resistance heating element 10: treatment chamber 11: counter electrode 20: feeding terminal 21: metalized layer 22: brazing material 23: coil spring 24: conductive film 26: via hole conductor 37: groove 38: O-ring 39: recess 40: through hole 41: through hole 49: projection 50: c E c processing apparatus 51: processing chamber 54: c E c holding member 56: cooling medium for the flow path 70: the annular heater 100: c E c processor 102: treatment chamber 104: process vessel 106: lower electrode 108: the electrostatic chuck 108a : Thin film 108b: Electrode 110: High-voltage current power source 112: Ring body 112a: Inner ring body 112b: Annular heater 114: First gas supply hole 116: Second gas supply hole 118: First gas supply pipe 12 : Second gas supply pipe 121: first on-off valve 122: flow rate adjusting valve 124: second on-off valve 130: third gas supply hole 132: third gas supply pipe 138: gas supply source 140: controller 142: first Temperature sensor 144: second temperature sensor 146: third temperature sensor 148: heating element 150: variable power supply 152: refrigerant circulation path 154: matching unit 156: high frequency power supply 158: upper electrode 158a: gas discharge hole 160: process gas supply pipe 162: second exhaust pipe 164: first pressure adjustment unit 166: second pressure adjustment unit 168: pressure gauge 170: first exhaust pipe 172: pressure adjustment valve 174: third on-off valve 184: O-ring 186: third pressure adjustment unit W: c E c
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