JPH03154334A - 低温処理方法および装置 - Google Patents
低温処理方法および装置Info
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- JPH03154334A JPH03154334A JP29233189A JP29233189A JPH03154334A JP H03154334 A JPH03154334 A JP H03154334A JP 29233189 A JP29233189 A JP 29233189A JP 29233189 A JP29233189 A JP 29233189A JP H03154334 A JPH03154334 A JP H03154334A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【産業上の利用分野１
本発明はウェーハの低温処理方法及び装置に係り、特に
超低温領域で高精度に温度制御されたエツチングに好適
な処理方法および装置に関する。 【従来の技術］ 半導体ウェーハの各種処理工程の中で、ウェーハの温度
制御が重要となる工程がある０例えば。 反応性ガスプラズマを用いて半導体集積回路の微細パタ
ーン形成するドライエツチング技術において、加工する
ウェーハを０℃以下に冷却して高精度加工する低温エツ
チング法が、特開昭６０−１５８６２７号公報に開示さ
れている。 この方法は、冷媒溜めを有する電ｗＡ（冷却台）上にウ
ェーハを置いて冷却し１反応表面の低温化によりサイド
エツチング反応を抑制するものである。すなわちサイド
エツチング反応は、主に中性ラジカルによる熱反応であ
り、熱励起の少ない低温条件はど抑制される。一方、エ
ツチング底面での反応は、底面に向かって加速されたイ
オンの照射エネルギによって、ウェーハ温度がかなり低
温になっても進行する。 このような低温エツチング法では温度変動を極力抑える
ことが重要であるが、エツチング中においては、プラズ
マからの放射熱やエツチング反応熱によってウェーハ温
度が変動しやすい。 このように、温度変動要因を伴う処理においては、冷却
台との熱接触をいかに良くするかが重要となる。この点
に関して、静電吸着を用いる方法（特開昭５５−９０２
２８号）、ウェーハ裏面を鏡面化する方法（特開昭６Ｏ
−２２３１６）等が知られている。 【発明が解決しようとする課題】 上記従来技術では、ウェーハを冷却台により密に接触す
ることが主眼であり、ガス冷却の効率について配慮され
ておらず、ウェーハと冷却台の間に僅かなすきまがある
場合の冷却が不充分になるという問題があった。 本発明の目的は、ウェーハと冷却台の間に充填したガス
による冷却の効率を高め、ウェーハの温度変動の少ない
処理方法及び装置を提供することにある。
超低温領域で高精度に温度制御されたエツチングに好適
な処理方法および装置に関する。 【従来の技術］ 半導体ウェーハの各種処理工程の中で、ウェーハの温度
制御が重要となる工程がある０例えば。 反応性ガスプラズマを用いて半導体集積回路の微細パタ
ーン形成するドライエツチング技術において、加工する
ウェーハを０℃以下に冷却して高精度加工する低温エツ
チング法が、特開昭６０−１５８６２７号公報に開示さ
れている。 この方法は、冷媒溜めを有する電ｗＡ（冷却台）上にウ
ェーハを置いて冷却し１反応表面の低温化によりサイド
エツチング反応を抑制するものである。すなわちサイド
エツチング反応は、主に中性ラジカルによる熱反応であ
り、熱励起の少ない低温条件はど抑制される。一方、エ
ツチング底面での反応は、底面に向かって加速されたイ
オンの照射エネルギによって、ウェーハ温度がかなり低
温になっても進行する。 このような低温エツチング法では温度変動を極力抑える
ことが重要であるが、エツチング中においては、プラズ
マからの放射熱やエツチング反応熱によってウェーハ温
度が変動しやすい。 このように、温度変動要因を伴う処理においては、冷却
台との熱接触をいかに良くするかが重要となる。この点
に関して、静電吸着を用いる方法（特開昭５５−９０２
２８号）、ウェーハ裏面を鏡面化する方法（特開昭６Ｏ
−２２３１６）等が知られている。 【発明が解決しようとする課題】 上記従来技術では、ウェーハを冷却台により密に接触す
ることが主眼であり、ガス冷却の効率について配慮され
ておらず、ウェーハと冷却台の間に僅かなすきまがある
場合の冷却が不充分になるという問題があった。 本発明の目的は、ウェーハと冷却台の間に充填したガス
による冷却の効率を高め、ウェーハの温度変動の少ない
処理方法及び装置を提供することにある。
上記目的は、ウェーハの裏面および／もしくは冷却台の
表面を粗面化してガス冷却に関与する表面積を増大する
事によって達成される。 【作用１ ウェーハと冷却ガスの間に温度差ΔＴがあるときに両者
間に流れる熱量Ｑは次式で表される。 Ｑ／ΔＴ＝ｈ −Ｓ ここで、ｈは冷却ガスの熱伝達率、Ｓは熱接触面積であ
る。 ウェーハと冷却台の間に、あるガス種が一定のガス圧で
充填されているとき、即ちガスとウェーハ間の熱伝達率
りが一定のとき、ガスとウェーハ間の熱伝達が接触面Ｓ
の大きいほど良くなることは上式より明らかである。こ
の関係はガスと冷却台間の熱伝達に関しても同じである
。これらの熱接触面の粗面化は２表面積の増加分に比例
して熱、伝達を向上させ、冷却台上のウェーハの温度が
発熱等によって変動するすることを抑制できる。 【実施例１ （実施例１） 以下１本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。 第２図は２本発明の低温処理を行なうエツチング装置の
主要部構成断面図である。、本エツチング装置は、マイ
クロ波発生用のマグネトロンｌ、導波管２．放電管３．
電磁コイル４．高周波電力印加電源５．エツチングガス
導入部６．排気部７を主構成要素とする従来のマイクロ
波プラズマエツチング装置に、冷媒供給機８に接続した
冷却台９゜ウェーハ温度測定機１０．及びウェーハ裏面
に充填する冷却ガス導入部１１を設けたものである。 ここで、冷媒としては液体窒素を用い、冷却台９の内部
は約−１９６℃に、そして熱伝導の良いアルミニウム製
のウェーハ設置面部の表面温度は約−１７０℃まで冷却
可能とした。エツチングするウェーハ２０はこの冷却台
上に置き、熱伝導の悪い窒化シリコン等のセラミクスよ
りなる押え１２で同定する。ウェーハ２０の裏面には冷
却ガスとしてＨｅガスを１ｋＰａ程度に充填する６エツ
チングはＩＰａ程の低ガス圧のもとで行なうので。 冷却ガスの圧力はウェーハに過大の力をかけない範囲に
留める必要がある１図には記していないが。 予備排気室から自動搬送系により、ウェーハ２０をエツ
チング室の真空を破らずに冷却電極上に置く、ウェーハ
同定後冷却ガスを充填し、−１３０℃〜−１５０℃にウ
ェーハを冷却する。 第１図に冷却台付近の模式図を示す。ウェーハ２０の裏
面３０および冷却台９の表面３１には微細な凹凸を設は
粗面にしている。冷却台は、アルミニウムや銅のような
熱伝導の良い材料で、冷媒からウェーハに到る熱伝導経
路を構成し、その他の周辺部はステンレスやテフロンな
どの熱伝導の悪い材料で被覆しておくとよい。 第３図は従来の特に粗面加工を施していない例であり、
ウェーハ裏面３２は（鏡面研磨していない通常の場合）
全く平坦ではないものの鏡面に比べて約２０％以下の増
加面積しかもたず、また冷却台表面３３も同様にほぼ平
坦に仕上げられている。 第４図に、液体窒素で冷却したアルミニウム製Ｍｌ極上
にＳｉウェーハを置いて、冷却ガスとしてＨｅを１ＯＴ
ｏｒｒの圧力で充填し、ＳＦ、ガスでＳｉをエツチング
したときのウェーハ温度変化の一例を示す。従来のほぼ
鏡面の場合は、冷却開始後約４０秒でウェーハ裏面温度
が一１５０℃となり、このときに放電を開始すると反応
熱などによる温度上昇が始まり一９０℃で飽和する傾向
が見られた。一方、ウェーハ裏面および電極の冷却台表
面を実効面積がおよそ２倍になるように粗面化した場合
には、約２０秒で放電開始温度の一１５０℃となり、エ
ツチング時の飽和温度も一１３５℃と良好な冷却を維持
することができた。 冷却面の拡大概略図を第５図に示す。第５図（ａ）は、
はぼ４５度の傾斜面になるように冷却台９の表面および
ウェーハ裏面を粗面化した場合である。粗い研磨方法に
よって仕上げた面がほぼこれに相当し、実効面積を約１
．４倍に増加できる。なお、冷却面間距離が数十μｍ程
になるように抑えつけておくときには、この距ｇｌＬに
比べて粗面の凹凸を小さくしておくことが肝要となる。 粗面の凹凸によって冷却面間距離が増大すると。 その分の冷却効率の低下が起るためである。 第５図（ｂ）は、より実効面積の増大効率を向上するた
めに、矩形に近い断面の凹凸で粗面を形成した例である
６周知のホトリソグラフィ法で数μｍピッチの溝を形成
することによってこのような面を得ることができる。１
μｍピッチで０．５μｍ深さの溝を形成すれば、平面で
あったときの２倍の実効面積増が得られる。 ウェーハは従来通りとし冷却台のみを粗面化しても冷却
効率は向上した。電極表面の粗面化には。 上記の他に多孔質状の材料９例えばアルミナやカーボン
粒の焼結体を表面に接着したものでもよい。 また、ここではマイクロ波エツチング装置を例に取った
が、リアクティブイオンエツチング（ＲＩＥと略記され
る）のようなその他のエツチング装置で同様の低温処理
を行なうことができる。また、冷却は液体窒素だけでな
く、より低温の液体ヘリウムや、逆に高温側ではあるが
、より簡便な不凍液を用いても良い。 （実施例２） 第６図に他の実施例を示す１本実施例は、冷却面積を増
大するためウェーハをより面積の大きな冷却板４０の上
に置く、冷却板とウェーハは例えば氷を接着剤４１とし
て同定してお（、Ｈｅ冷却ガス１０Ｔｏ ｒ ｒの熱伝
導率は４例えば−２００℃のときに、約８Ｘ１０−”Ｊ
／ａｍ・ｓ−にであり。 氷はこれより６桁程熱伝導率が高いことから、この接着
による冷却効率の低下は無視できる。冷却板４ｏはアル
ミニウムなどの熱伝導率のよい材料で形成し、裏面を粗
面化しておくことが望ましい。 その他、冷却ガスを冷却面間に安定して充填するために
、冷却面の周辺にシール４２としてポリイミドなどの低
温でも柔軟な材料で形成されたリングを設けておくこと
が好ましい。シール４２の設置によれば、ウェーハ周辺
から冷却ガスがリークして、冷却面間の場所によって冷
却ガス圧が低下し冷却効率が下がることを防止できる。 【発明の効果］ 本発明によれば、処理中のウェーハの温度をより低温に
制御できるので、ウェーハ温度に敏感な低温エツチング
などの処理を安定して行うことができる。
表面を粗面化してガス冷却に関与する表面積を増大する
事によって達成される。 【作用１ ウェーハと冷却ガスの間に温度差ΔＴがあるときに両者
間に流れる熱量Ｑは次式で表される。 Ｑ／ΔＴ＝ｈ −Ｓ ここで、ｈは冷却ガスの熱伝達率、Ｓは熱接触面積であ
る。 ウェーハと冷却台の間に、あるガス種が一定のガス圧で
充填されているとき、即ちガスとウェーハ間の熱伝達率
りが一定のとき、ガスとウェーハ間の熱伝達が接触面Ｓ
の大きいほど良くなることは上式より明らかである。こ
の関係はガスと冷却台間の熱伝達に関しても同じである
。これらの熱接触面の粗面化は２表面積の増加分に比例
して熱、伝達を向上させ、冷却台上のウェーハの温度が
発熱等によって変動するすることを抑制できる。 【実施例１ （実施例１） 以下１本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。 第２図は２本発明の低温処理を行なうエツチング装置の
主要部構成断面図である。、本エツチング装置は、マイ
クロ波発生用のマグネトロンｌ、導波管２．放電管３．
電磁コイル４．高周波電力印加電源５．エツチングガス
導入部６．排気部７を主構成要素とする従来のマイクロ
波プラズマエツチング装置に、冷媒供給機８に接続した
冷却台９゜ウェーハ温度測定機１０．及びウェーハ裏面
に充填する冷却ガス導入部１１を設けたものである。 ここで、冷媒としては液体窒素を用い、冷却台９の内部
は約−１９６℃に、そして熱伝導の良いアルミニウム製
のウェーハ設置面部の表面温度は約−１７０℃まで冷却
可能とした。エツチングするウェーハ２０はこの冷却台
上に置き、熱伝導の悪い窒化シリコン等のセラミクスよ
りなる押え１２で同定する。ウェーハ２０の裏面には冷
却ガスとしてＨｅガスを１ｋＰａ程度に充填する６エツ
チングはＩＰａ程の低ガス圧のもとで行なうので。 冷却ガスの圧力はウェーハに過大の力をかけない範囲に
留める必要がある１図には記していないが。 予備排気室から自動搬送系により、ウェーハ２０をエツ
チング室の真空を破らずに冷却電極上に置く、ウェーハ
同定後冷却ガスを充填し、−１３０℃〜−１５０℃にウ
ェーハを冷却する。 第１図に冷却台付近の模式図を示す。ウェーハ２０の裏
面３０および冷却台９の表面３１には微細な凹凸を設は
粗面にしている。冷却台は、アルミニウムや銅のような
熱伝導の良い材料で、冷媒からウェーハに到る熱伝導経
路を構成し、その他の周辺部はステンレスやテフロンな
どの熱伝導の悪い材料で被覆しておくとよい。 第３図は従来の特に粗面加工を施していない例であり、
ウェーハ裏面３２は（鏡面研磨していない通常の場合）
全く平坦ではないものの鏡面に比べて約２０％以下の増
加面積しかもたず、また冷却台表面３３も同様にほぼ平
坦に仕上げられている。 第４図に、液体窒素で冷却したアルミニウム製Ｍｌ極上
にＳｉウェーハを置いて、冷却ガスとしてＨｅを１ＯＴ
ｏｒｒの圧力で充填し、ＳＦ、ガスでＳｉをエツチング
したときのウェーハ温度変化の一例を示す。従来のほぼ
鏡面の場合は、冷却開始後約４０秒でウェーハ裏面温度
が一１５０℃となり、このときに放電を開始すると反応
熱などによる温度上昇が始まり一９０℃で飽和する傾向
が見られた。一方、ウェーハ裏面および電極の冷却台表
面を実効面積がおよそ２倍になるように粗面化した場合
には、約２０秒で放電開始温度の一１５０℃となり、エ
ツチング時の飽和温度も一１３５℃と良好な冷却を維持
することができた。 冷却面の拡大概略図を第５図に示す。第５図（ａ）は、
はぼ４５度の傾斜面になるように冷却台９の表面および
ウェーハ裏面を粗面化した場合である。粗い研磨方法に
よって仕上げた面がほぼこれに相当し、実効面積を約１
．４倍に増加できる。なお、冷却面間距離が数十μｍ程
になるように抑えつけておくときには、この距ｇｌＬに
比べて粗面の凹凸を小さくしておくことが肝要となる。 粗面の凹凸によって冷却面間距離が増大すると。 その分の冷却効率の低下が起るためである。 第５図（ｂ）は、より実効面積の増大効率を向上するた
めに、矩形に近い断面の凹凸で粗面を形成した例である
６周知のホトリソグラフィ法で数μｍピッチの溝を形成
することによってこのような面を得ることができる。１
μｍピッチで０．５μｍ深さの溝を形成すれば、平面で
あったときの２倍の実効面積増が得られる。 ウェーハは従来通りとし冷却台のみを粗面化しても冷却
効率は向上した。電極表面の粗面化には。 上記の他に多孔質状の材料９例えばアルミナやカーボン
粒の焼結体を表面に接着したものでもよい。 また、ここではマイクロ波エツチング装置を例に取った
が、リアクティブイオンエツチング（ＲＩＥと略記され
る）のようなその他のエツチング装置で同様の低温処理
を行なうことができる。また、冷却は液体窒素だけでな
く、より低温の液体ヘリウムや、逆に高温側ではあるが
、より簡便な不凍液を用いても良い。 （実施例２） 第６図に他の実施例を示す１本実施例は、冷却面積を増
大するためウェーハをより面積の大きな冷却板４０の上
に置く、冷却板とウェーハは例えば氷を接着剤４１とし
て同定してお（、Ｈｅ冷却ガス１０Ｔｏ ｒ ｒの熱伝
導率は４例えば−２００℃のときに、約８Ｘ１０−”Ｊ
／ａｍ・ｓ−にであり。 氷はこれより６桁程熱伝導率が高いことから、この接着
による冷却効率の低下は無視できる。冷却板４ｏはアル
ミニウムなどの熱伝導率のよい材料で形成し、裏面を粗
面化しておくことが望ましい。 その他、冷却ガスを冷却面間に安定して充填するために
、冷却面の周辺にシール４２としてポリイミドなどの低
温でも柔軟な材料で形成されたリングを設けておくこと
が好ましい。シール４２の設置によれば、ウェーハ周辺
から冷却ガスがリークして、冷却面間の場所によって冷
却ガス圧が低下し冷却効率が下がることを防止できる。 【発明の効果］ 本発明によれば、処理中のウェーハの温度をより低温に
制御できるので、ウェーハ温度に敏感な低温エツチング
などの処理を安定して行うことができる。
第１図は本発明の一実施例の冷却部所面図、第２図は本
発明の一実施例のエツチング装置断面図。 第３ｖＡｌ±従来の冷却部所面図、第４図は本発明の効
果を示すウェーハ温度変化グラフ、第５図は本発明の実
施例の冷却部概略断面図、第６図は本発明の他の実施例
の冷却部所面図である。 符号の説明 １・・・マグネトロン、２・・・導波管、３・・・放電
管。 ５・・・高周波電源、８・・・冷媒供給機、９・・・冷
却電極。 １０・・・ウェーハ温度測定機、１１・・・冷却ガス導
入部、２０・・・ウェーハ２，４０・・・冷却板、４１
・・・接着剤、４２・・・シール 第 巴 菊 図 第 図 時間 Ｃ律＋） 算 霞 烹 図 第 αυ
発明の一実施例のエツチング装置断面図。 第３ｖＡｌ±従来の冷却部所面図、第４図は本発明の効
果を示すウェーハ温度変化グラフ、第５図は本発明の実
施例の冷却部概略断面図、第６図は本発明の他の実施例
の冷却部所面図である。 符号の説明 １・・・マグネトロン、２・・・導波管、３・・・放電
管。 ５・・・高周波電源、８・・・冷媒供給機、９・・・冷
却電極。 １０・・・ウェーハ温度測定機、１１・・・冷却ガス導
入部、２０・・・ウェーハ２，４０・・・冷却板、４１
・・・接着剤、４２・・・シール 第 巴 菊 図 第 図 時間 Ｃ律＋） 算 霞 烹 図 第 αυ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ウェーハを冷却台上に同定し、ウェーハと冷却台の
間に冷却用ガスを所定の圧力で充填することによって冷
却しながらウェーハを処理する方法において、ウェーハ
と冷却台の対向面の少なくとも一方を粗面化して用いる
ことを特徴とする低温処理方法。 ２、上記の粗面は、表面積が平面の１．２倍以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低温処理
方法。 ３、ウェーハを冷却しながらエッチングする処理装置に
おいて、該装置の冷却台表面は、表面積が平面の１．２
倍以上となるように粗面化されていることを特徴とする
低温処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29233189A JPH03154334A (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | 低温処理方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29233189A JPH03154334A (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | 低温処理方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03154334A true JPH03154334A (ja) | 1991-07-02 |
Family
ID=17780407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29233189A Pending JPH03154334A (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | 低温処理方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03154334A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5792304A (en) * | 1993-09-16 | 1998-08-11 | Hitachi, Ltd. | Method of holding substrate and substrate holding system |
-
1989
- 1989-11-13 JP JP29233189A patent/JPH03154334A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5792304A (en) * | 1993-09-16 | 1998-08-11 | Hitachi, Ltd. | Method of holding substrate and substrate holding system |
| US5961774A (en) * | 1993-09-16 | 1999-10-05 | Hitachi, Ltd. | Method of holding substrate and substrate holding system |
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