JPH03295231A - 表面処理装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路素子の製造工程において用い
られるドライエツチング装置や薄膜堆積装置等の表面処
理装置に係わり、特に反応容器の内壁を所定の温度に加
熱維持し、プロセスの再現性を向上するとともに素子の
歩留り低下の原因となるダストを低減するようにした表
面処理装置に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路素子の製造工程は、主として薄膜の堆積
と微細加工の繰返しによって成立っている。

従来、薄膜の堆積工程としては、スパッタ法あるいは蒸
着法などの物理的な気相成長法や、化学気相成長法が一
般的であったが、最近は、膜形成時の不純物添加および
組成の制御が容易であり、しかも基板表面段差部での膜
の被覆特性も良好なところから、減圧下での化学気相成
長法（減圧ＣＶＤ法）が主流となりつつある。

一方、薄膜の微細加工には、反応性イオンエツチング（
ＲＩ　Ｅ）やプラズマエツチング等のドライエツチング
技術が用いられている。

このドライエツチング法と減圧ＣＶＤ法は、いずれも真
空容器の内部で減圧下で表面処理を行うという共通点を
有している。

これらの表面処理工程におけるプロセスの安定性は、真
空容器の内壁の状態によって大きく左右される。すなわ
ち、例えば容器内壁にエツチング生成物や反応ガスによ
る堆積膜が付着すると、プラズマの励起源である高周波
電圧や直流電圧に対する抵抗が変化したり、堆積膜から
放出ガスが再放出される。これらは、エツチング速度や
薄膜形成速度あるいは薄膜の組成に影響を及ぼし、工程
の再現性を悪化させる。また、真空容器の内壁に付着し
た堆積膜がはがれると、被処理基体にダストが付着し、
素子の歩留りを悪化させる。

このような容器内壁への堆積膜の付着や、堆積膜のはが
れを防止するには、内壁を一定温度以上に加熱し、かつ
温度を一定に保持して、温度変化による膜の疲労を押え
ることが有効である。

（発明が解決しようとする課題） 真空容器の内壁を加熱する手段としては、真空容器全体
を外側から加熱する方法と、真空容器の内部にヒーター
を挿入して内壁のみを加熱する方法があげられる。

前者の方法は、容器全体を均一に加熱できる特徴がある
。しかしながら、ウェハを真空容器に搬入するためのゲ
ート弁やガスの導入弁、真空排気用の弁等も同時に加熱
されてしまうため、これらの真空シール用の材料には全
て耐熱性のものを用いる必要がある。この場合、比較的
耐熱性の高いシール材としてはポリイミドがあるが、実
用的な耐熱温度は２００℃程度であり、それ以上の温度
では使用できない。また、金属シールやテフロンシール
は耐熱性が高いが、いずれも−旦塑性変形を起こすと、
元の形状に戻らない性質があり、多数の半導体ウェハを
繰返し処理するため、弁の動作頻度の高い半導体製造装
置では使用することはできない。しかも真空容器の周辺
にも温度上昇が及ぶため、モータ等の駆動用部品を真空
容器の近くに配置しておくことが困難である。

一方、後者のように、真空容器の内部にヒータを挿入す
る場合には、シール部分や容器外側のモーターなどの搬
送用駆動部品を冷却することが可能である。例えば、容
器の内壁には、導電性の発熱体を絶縁性物で被覆したヒ
ータを被覆し、容器の外側には、外部部品やＯリングシ
ールの保護のために水冷却する構造を用いることができ
る。

しかしながら、この場合には、ヒータに接する壁の温度
が低く、ヒータの内部で大きな温度勾配が生じる。この
温度勾配は、ヒータ上部の温度の均一性を悪化させる。

すなわち、発熱体の真上では高く、発熱体のない部分で
は低くなり、温度むらが発生してしまう。

ヒータの上面にこのような温度差が生ずると、高温部ま
たは低温部で堆積膜が著しく促進されたり、両者の境界
部分の堆積膜が不安定となり、より一層はがれやすくな
るという問題点があった。

従って、従来の真空容器を用いる表面処理装置では、容
器の加熱温度を２００℃以下とするか、内壁温度の均一
性を犠牲にして、局部的に温度むらの大きい加熱手段を
用いざるを得なかった。

（発明の目的） 本発明は、上述のごとき従来技術の欠点を除去し、容器
内面を均一に２００℃以上に加熱でき、かつ容器の外壁
や真空シール部分を冷却できるようにして、半導体製造
工程における表面処理の安定性とダストの低減に有効に
表面処理装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の表面処理装置は、被処理基体を収納する真空容
器と、この容器内を真空排気する手段とを備え、前記真
空容器内に所定の反応ガスを導入して、被処理基体表面
にエツチングまたは薄膜形成を行う表面処理装置におい
て、熱異方性絶縁材料と導電性材料の積層構造を有し、
前記真空容器内壁を２００℃以上に加熱する機能を有す
る電熱ヒータを、前記熱異方性絶縁材料の熱伝導率が最
大となる方向を壁面方向と一致するように前記真空容器
内壁に接して設置したことを特徴とするものである。

（作　用） 上述のように構成した本発明の表面処理装置においては
、加熱手段の絶縁性材料として熱異方性材料を用いてい
るので、ヒータ内部において温度勾配が生じない。これ
は、熱伝導率が最大となる面内方向の熱伝導率が充分大
きく、面内方向には熱伝導が容易であるのに対し、それ
と垂直な方向の熱伝導率は小さく、壁面に垂直な方向に
は熱が伝わり難いためである。

従って、発熱体真上の温度と発熱体の間隙部分上との温
度差がなくなり、ヒータ上部温度の均一性が向上する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係わる制用のドライエツ
チング装置を示す概略構成図である。

同図において、真空容器１の上下面には、その一部を構
成する第１および第２の電極２．３が対向して配置され
ている。第１の電極（陽極）２は真空容器１の上面に直
接固着され、リード線４により直接接地されている。第
２の電極（陰極）３は、真空容器１の下面に絶縁物５を
介して固着されており、マツチング回路６を介して高周
波電源７から高周波電力が印加される。

真空容器１の内面、真空容器１から排気手段までの排管
８の内面および排管８の途中に介挿された真空仕切りバ
ルブ９の内面には、それぞれ加熱手段１０が被覆されて
いる。

第２の電極（陰極）３の上面には、被エツチング基体を
載置するための試料台１１が載置されている。この試料
台の内部には被エツチング基体を加熱する加熱手段（図
示せず）を設けである。

また、真空容器１の外面には、水冷バイブ１２が配置さ
れている。１３は、第１の電極２および加熱手段１０を
貫通して、真空容器１内に開口するガス導入管を示す。

加熱手段１０は、第２図に示すように、絶縁性材料１０
ｇと導電性材料１０ｂを積層した構造の電熱ヒータから
なる。この電熱ヒータにおいて、発熱体として機能する
導電性材料１０ｂにはグラファイトが使用され、また絶
縁性材料１０ａとしては、例えば六方晶の窒化ホウ素Ｂ
Ｎ等の熱異方性材料が使用される。電熱ヒータは、その
熱異方性材料の熱伝導率が、被覆される壁面方向で最大
となるように、方向を定めて真空容器１などの壁面に被
覆されている。

上述のように、本発明の表面処理装置においては、電熱
ヒータの絶縁性材料として熱異方性材料（例えば六方晶
のＢＮ）を用いているので、第３図に示すように、ヒー
タ内部において温度勾配が生じない。これは、第２図に
示すように、熱伝導率が最大となるａ軸方向の熱伝導率
が、例えば０．５ｅａｌ／ｓｅｅ／　ｃｄ／　”Ｃ／　
ｅ■と充分大きく、面内方向には熱伝導が容易であるの
に対し、ａ軸に垂直なＣ軸方向の熱伝導率は０．０３７
ｃａｌ／ｓｅｅ／　ｅシｌ＠ｃｌｃｌＩと小さく、面に
垂直な方向には熱が伝わり難いためである。なお、第２
図中、矢印の長さはａ軸とａ軸の熱伝導率の大きさを表
している。

また、水冷バイブ１２に冷却水を流すことにより、真空
容器１や排管８などの外面は冷却されるので、第４図に
示すように、真空仕切りバルブで使われている０リング
１４は、低い温度に保たれる。すなわち、実験の結果、
Ｏリング１４から電熱ヒータ１０までの距離を２０ｍｍ
以上としておけば、真空容器１や排管８内を３００℃以
上に加熱しても、０リングは１５０℃以上に昇温しない
ことが判明している。

上記のように構成した真空装置によれば、真空容器内面
を２００℃以上、例えば３００℃の温度に、しかも均一
に保つことが可能であり、銅Ｃｕのエツチング生成物を
真空容器内面に付着させることなく、銅エツチングをす
ることができる。

第５図は本発明の第２の実施例に係わるケイ素Ｓｉ用の
ドライエツチング装置を示す概略図である。この実施例
では、加熱手段１０は第１の電極２の内面と容器１の側
壁内面にのみ被覆されており、他の構成は第１図の場合
と同じである。

第６図は第５図の上面図であり、第１の電極２の内壁に
被覆した、加熱手段１０である電熱ヒータの下面の一部
には、厚さが１，０００オングストロ一ム程度の熱酸化
膜１５を配置しである。

ここで、電熱ヒータ１０をＯＦＦの状態とし、真空容器
１内に、ガス導入管１３を通して塩素ガスＣＩ２を導入
し、マツチング回路６を介して高周波電源７から第２の
電極３に高周波電力を印加し、被試料基体台１１に載置
されているＳｉ基板をエツチングして、熱酸化膜１５上
にエツチング生成物の堆積膜を生じさせた。

この堆積膜の量は、真空容器１の中心からの距離に依存
する。

第７図は真空容器中心からの距離と、エツチング生成物
の堆積速度との関係を示している。この時、真空容器１
の内壁温度を等間隔に１０ケ所測定した結果、その均一
性［（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）］　は５
０％であった。

次に、電熱ヒータの温度を２００℃とし、その他の条件
は変えずに上記と同様の実験を行ったところ、真空容器
中心からの距離と堆積速度との関係は第８図のようにな
り、真空容器の内壁温度の均一性は１０％以内に収まっ
た。

第９図と第１０図は、第５図および第６図と同一構成の
表面処理装置において、Ｓｉ基板を塩素ガスＣＩ２でエ
ツチングする際、電熱ヒータ１０の温度を１００℃、２
００℃、ヒータＯＦＦとした場合におけるエツチング枚
数と、それに対するＳＬエツチング速度またはダスト個
数との関係を示す特性図である。

第９図から明らかなように、電熱ヒータの温度が２００
℃であれば、７５枚のエツチングを行ってもエツチング
速度はほぼ一定であるが、電熱ヒータ温度を１００℃ま
たヒータＯＦＦにしたときは、エツチング枚数が２５枚
あたりからエツチング速度が低下してくる。また、第１
０図から分るように、電熱ヒータ温度が１００℃、また
はヒータＯＦＦのときには、エツチング枚数が２５枚を
超えるあたりからダストが急激に増えるが、ヒータ温度
が２００℃のときは、ダストの発生は押えられる。

次に、本発明の第３の実施例を、第１１図を参照して説
明する。

第１１図はマイクロ波電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ
）プラズマを利用したＣＶＤ装置を示すもので、真空容
器１内には、２．４５ＧＨｚのマイクロ波２１が矩形導
波管２２を通して導入される。また、真空容器１の内面
には、第２図につき説明したと同一構成の加熱手段１０
が被覆されている。

真空容器１の周辺には、磁気コイル２３が設けられ、電
子サイクロトロンを実現する。真空容器１内には、ガス
導入管１３を通してエツチングガスが導入され、排管８
を経由して排気手段（図示せず）へ導かれる。また、真
空容器１の外側に設けた冷却チャンバー２４内には、配
管２５を介して冷却水が導入される。試料載置台１１上
には試料２６が載置され、ドライエツチングや薄膜堆積
等の表面処理が施される。

第１２図は、上述した第１．２．３の実施例に具備され
ている加熱手段１０の温度−電圧特性図を示すもので、
真空容器１の内壁に堆積膜を生じることがなく、また真
空容器内壁温度の均一性も大幅に改善される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の表面処理装置においては
、熱異方性の絶縁性材料と導電性材料の積層構造を有し
、この熱異方性絶縁材料の熱伝導率が最大となる方向を
壁面方向と一致するよう構成された電熱ヒータを容器内
壁に接して設置するようにしたので、容器内壁を均一に
２００℃以上に加熱でき、半導体素子の製造工程におけ
る表面処理の安定とダストの低減に大きく寄与ことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す表面処理装置の概略
構成図、第２図は本発明装置において使用される加熱手
段（電熱ヒータ）の説明図、第３図は第２図に示す加熱
手段の内部位置と温度との関係を示すグラフ、第４図は
真空仕切りバルブの取付は部近傍の縦断面図、第５図は
本発明の第２実施例を示す表面処理装置の概略構成図、
第６図は第５図の上面（縮小）図、第７図と第８図は第
６図の装置において真空容器中心からの距離に対するエ
ツチング生成物の堆積速度の特性図、第９図はエツチン
グ枚数に対するエツチング速度の特性図、第１０図はエ
ツチング枚数に対するダスト個数の関係を示す特性図、
第１１図は本発明の第３実施例に係わる表面処理装置の
概略構成図、第１２図は本発明において使用される加熱
手段１０の温度−電圧の関係を示す特性図である。 １・・・真空容器、２・・・第１の電極、３・・・第２
の電極、４・・・リード線、５・・・絶縁物、６・・・
マツチング回路、７・・・高周波電源、８・・・排管、
９・・・真空仕切りバルブ、１０・・・加熱手段、１１
・・・試料載置台、１２・・・水冷パイプ、１３・・・
ガス導入管、１４・・・０リング、２１・・・マイクロ
波、２２・・・矩形導波管、２３・・・磁気コイル、２
４・・・冷却チャンバー２５・・・配管、２６・・・試
料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被処理基体を収納する真空容器と、この容器内を真空
   排気する手段とを備え、前記真空容器内に所定の反応ガ
   スを導入して、被処理基体表面にエッチングまたは薄膜
   形成を行う表面処理装置において、熱異方性絶縁材料と
   導電性材料の積層構造を有し、前記真空容器内壁を２０
   ０℃以上に加熱する機能を有する電熱ヒータを、前記熱
   異方性絶縁材料の熱伝導率が最大となる方向を壁面方向
   と一致するように前記真空容器内壁に接して設置したこ
   とを特徴とする表面処理装置。