JPH0653174A

JPH0653174A - 処理装置

Info

Publication number: JPH0653174A
Application number: JP4220623A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ueda; 庸一上田; Mitsuaki Komino; 光明小美野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1994-02-25
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JP3165515B2

Abstract

(57)【要約】【目的】温度調整用ヒータを設けることにより、冷却
手段から被処理体へ供給される冷熱を調整する。【構成】処理容器４内の載置台８において、被処理体
Ｗを吸着する静電チャック２２と冷却手段１６との間に
セラミックヒータ等よりなる温度調整用ヒータ５２を設
ける。このヒータ５２の発熱量を調整することにより被
処理体Ｗへ供給される冷熱を調整し、熱応答性の改善を
図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング装置やスパ
ッタリング装置のような処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程においては、被
処理体である例えば半導体ウエハは各種の処理装置にお
いてスパッタリング処理やエッチング処理等が繰り返し
て施される。この場合、ウエハを処理容器内に確実に保
持する必要があるが、メカニカルチャックと比較して発
生するパーティクルが遥かに少ない静電チャックが主に
用いられている。この静電チャックの吸着原理は、ウエ
ハに対して絶縁層を介して対向配置される電極に直流高
電圧を印加してウエハの電極対向面に電極の電荷と逆の
電荷を生ぜしめ、これらの間に作用するクーロン力によ
ってウエハを、静電チャックが取り付けられたサセプタ
側へ吸着保持するようになっている。

【０００３】そして、サセプタの下面には、例えばプラ
ズマ等により加熱されるウエハの温度を所定の処理温度
まで冷却して制御するための冷媒等を流通させる冷媒通
路を備えた冷却ブロックが設けられており、これからの
冷熱をウエハに供給するようになっている。そして、通
常ウエハの処理は真空等の減圧下にて行われることか
ら、ウエハと静電チャックとの境界面或いはサセプタと
冷却ブロックとの境界面等において熱伝達の機能を果す
気体が非常に少なくなって熱伝達効率が非常に低下する
ことから、これを補うためにこれらの境界面に熱伝達ガ
スを供給して、ウエハ温度を効果的に制御する試みがな
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のウエハの冷却構造にあっては、一般的に冷媒として
フロリナートやパーフロロカーボン等のフロン系のガス
を使用し、この冷媒自体の温度を調整することによりウ
エハの温度を制御するようになっている。しかしなが
ら、一般的には冷媒通路とウエハとの間の距離がかなり
長いので温度調節された冷媒の温度がウエハ温度に影響
を与えるまでにかなりの時間を要して熱応答性が悪かっ
た。このために、ウエハ温度を迅速に制御できないとい
う改善点があった。特に、ウエハと冷却ブロックとの間
には部材の接合面、すなわち界面が複数箇所存在するの
で、更に、熱応答性を劣化させるという問題点があっ
た。

【０００５】また、冷媒として上述したようなフロン系
のガスを使用することから、この種の冷媒は最低でも−
５０℃程度にしかならず、ウエハの冷却限界温度が比較
的高く、最近におけるウエハ処理時のウエハ極低温化傾
向例えば−１５０℃〜−１８０℃の温度に対応すること
ができないという改善点があった。本発明は、以上のよ
うな問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案され
たものである。本発明の目的は、温度調整用ヒータを設
けることにより冷却手段から被処理体へ供給される冷熱
を調整するようにした処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、処理容器内に、上部に被処理体を吸着
保持する静電チャックを有すると共に下部に前記被処理
体を冷却する冷却手段を有する載置台を収容してなる処
理装置において、前記静電チャックと前記冷却手段との
間に、前記被処理体へ供給される冷熱を調整するため構
成したものである。

【０００７】

【作用】本発明は、以上のように構成されたので、被処
理体は静電チャックにより吸着保持されており、冷却手
段からの冷熱は被処理体に伝達する際に温度調整用ヒー
タからの温熱により制御されて被処理体に伝わることに
なる。従って、このヒータの発熱量を制御することによ
り被処理体の温度を迅速に制御でき、熱応答性を向上さ
せることが可能となる。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係る処理装置の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る処理
装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示す処理装
置の載置台を示す概略分解図である。本実施例において
は、処理装置としてプラズマエッチング装置を例にとっ
て説明する。図示するようにこのエッチング装置２は、
導電性材料、例えばアルミニウム等により円筒或いは矩
形状に成形された処理容器４を有しており、この容器４
内の底部にはセラミック等の絶縁板６を介して被処理
体、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状の
載置台８が収容されている。この載置台８は、アルミニ
ウム等により円柱状に成形されたサセプタ支持台１０
と、この上にボルト１２により着脱自在に設けられたア
ルミニウム等よりなるサセプタ１４とにより主に構成さ
れている。

【０００９】上記サセプタ支持台１０には、冷却手段、
例えば冷却ジャケット１６が設けられており、このジャ
ケット１６には例えば液体窒素等の冷媒が冷媒導入管１
８を介して導入されてジャケット内を循環し、冷媒排出
管２０より容器外へ排出される。上記サセプタ１４は、
中央部が突状になされた円板状に成形され、その中央の
ウエハ載置部には静電チャック２２がウエハ面積と略同
じ面積で形成されている。この静電チャック２２は、例
えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅箔等の導電
膜２４を絶縁状態で挟み込むことにより形成され、この
導電膜２４は電圧供給リード２６により途中高周波をカ
ットするフィルタ２７を介して直流高電圧源２８に接続
されている。従って、この導電膜２４に高電圧を印加す
ることにより、チャック２２の上面にウエハＷをクーロ
ン力により吸引保持し得るように構成される。そして、
サセプタ支持台１０及びサセプタ１４には、Ｈｅ等の熱
伝達ガスをウエハＷの裏面に供給するためのガス通路３
０が形成されている。尚、上記静電チャック２２にも熱
伝達ガスを通過させる多数の通気孔（図示せず）が形成
される。

【００１０】また、サセプタ１４の上端周縁部には、ウ
エハＷを囲むように環状のフォーカスリング３２が配置
されている。このフォーカスリング３２は反応性イオン
を引き寄せない絶縁性の材質からなり、反応性イオンを
内側の半導体ウエハＷにだけ効果的に入射せしめる。そ
して、このサセプタ１４には、中空に成形された導体よ
りなるパイプリード３４がサセプタ支持台１０を貫通し
て設けられており、このパイプリード３４には配線３６
を介して例えば３８０ＫＨｚのプラズマ発生用の高周波
電源３８に接続されている。従って、上記サセプタ１４
は下部電極として構成されることになる。そして、この
配線３６には、ノイズカット用のフィルタ４０及びマッ
チング用のコンデンサ４２が順次介設される。

【００１１】上記サセプタ１４の上方には、これより約
１５〜２０ｍｍ程度離間させて、接地された上部電極４
４が配設されており、この上部電極４４にはガス供給管
４６を介してプロセスガス、例えばＣＦ₄ 等のエッチン
グガスが供給され、上部電極４４の電極表面に形成され
た多数の小孔４８よりエッチングガスを下方の処理空間
に吹き出すように構成されている。また、処理容器４の
下部側壁には、排気管５０が接続されており、処理容器
４内の雰囲気を図示しない排気ポンプにより排出し得る
ように構成される。

【００１２】そして、上記静電チャック２２と冷却手段
１６との間には、本発明の特長とする温度調整用ヒータ
５２が設けられる。具体的には、このヒータ５２は、厚
さ数ｍｍ程度の板状のセラミックヒータよりなり、この
ヒータ５２は、図２にも示すようにサセプタ支持台１０
の上面に設けられるヒータ固定台５４の上部に形成され
たヒータ収容溝５６内にその上面を同一レベルにして完
全に収容される。ヒータ固定台５４は、熱伝達性の良好
な材料例えばアルミニウムにより構成される。このヒー
タ５２の大きさは、好ましくはウエハ面積と略同一面積
になるように設定されるのが良く、この下方に位置する
冷却ジャケット１６からの冷熱がウエハＷに伝達するの
を制御してウエハＷの温度調整を行い得るように構成さ
れる。

【００１３】この温度調整用ヒータ５２やヒータ固定台
５４にはプッシャピン等の貫通する貫通孔（図示せず）
等が形成されている。このヒータ固定台５４の周縁部に
は、ボルト孔５８が適当数形成されており、この固定台
５４をボルト６０によりサセプタ支持台１０側へ着脱可
能に取り付けている。また、サセプタ１４の下面には上
記ヒータ固定台５４全体を収容するための収容凹部６２
が形成されると共に、このヒータ固定台５４には、ヒー
タ５２の上面とサセプタ１４の収容凹部６２の下面との
境界部にＨｅ等の熱伝達媒体を供給するために、前記ガ
ス通路３０に接続された分岐路６４（図１参照）が形成
される。そして、上記ヒータ５２には電力供給リード６
６が接続されると共に、このリード６６にはフィルタ６
７を介して電力源６８が接続されて、所定の電力をヒー
タ５２に供給し得るように構成される。

【００１４】また、前記静電チャック２２には、ウエハ
温度を検出するために温度に依存して光の往復時間が変
化することを利用した温度計、例えばラクストロンや熱
電対等よりなる温度検出器７０が設けられている。そし
て、この温度検出器７０には、検出値を伝達する温度検
出リード７２が接続される。この温度検出リード７２
は、温度検出器７０としてラクストロンを用いた場合に
は光ファイバにより構成されるが、熱電対を用いた場合
には通常の導体が使用され、この場合には高周波ノイズ
を除去するフィルタ７４を途中に介設して、この装置全
体を制御する、例えばコンピュータ等よりなる制御部７
６へ入力される。この制御部７６は、上述のように所定
のプログラムにより装置全体を制御するものであり、例
えば前記高周波電源３８、ヒータ５２への電力源６８、
静電チャック２２への直流高圧源２８の給配を制御す
る。

【００１５】特に、本実施例にあっては、プラズマ発生
用の高周波の影響を受け易い各種配線、例えばヒータに
接続される電力供給リード６６、静電チャック２２に接
続される電圧供給リード２６、温度検出器７０に接続さ
れる温度検出リード７２は全て、プラズマ用の高周波を
供給するパイプリード３４内に収容されており、外部に
対して高周波ノイズの影響を与えないようになされてい
る。そして、上述のように上記各リード６６、２６、７
２にはそれぞれ高周波ノイズカット用のフィルタ６７、
２７、７４が接続されている。また、上記パイプリード
３４の処理容器底部の貫通部には絶縁体７８が介設され
て、容器側との電気的絶縁を図っている。また、前記冷
却ジャケット１６に接続される冷媒導入管１８及び冷媒
排出管２０の容器底部の貫通部には、セラミックス２重
管８０が設けられると共にこのセラミックスで囲まれた
部分は真空状態に維持されており、サセプタ支持台１０
と処理容器底部との間の電気的絶縁及び断熱を行ってい
る。

【００１６】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について述べる。まず、図示しないロードロック室
より所定の圧力、例えば、１×１０^-4〜数Ｔｏｒｒ程度
に減圧された処理容器４のサセプタ１４の上部にウエハ
Ｗを載置し、これを静電チャック２２によりクーロン力
によりサセプタ１４側へ吸着保持する。そして、上部電
極４４と下部電極（サセプタ）１４との間にパイプリー
ド３４を介して高周波を印加することによりプラズマを
立て、これと同時に上部電極４４側からプロセスガスを
処理空間に流し、エッチング処理を行う。また、プラズ
マによる熱で、ウエハが所定の設定温度よりも過度に加
熱されるのでこれを冷却するためにサセプタ支持台１０
の冷却ジャケット１６に冷媒、例えば液体窒素を流通さ
せてこの部分を−１９６℃に維持し、これからの冷熱を
この上部のサセプタ１４を介してウエハＷに供給し、こ
れを冷却するようになっている。

【００１７】特に、本実施例においては、冷却ジャケッ
ト１６とウエハＷとの間に温度調整用ヒータ５２を設け
て、この部分の発熱量を調整することによりウエハＷを
冷却する温度を調整し、ウエハＷを所定の温度、例えば
−１５０℃〜−１８０℃程度に維持する。従来装置にあ
っては、冷却媒体自体の温度を制御することによってウ
エハ温度を制御しており、しかも冷却ジャケットとウエ
ハとの間の距離が長く、界面も多いので熱応答性が非常
に悪かった。これに対して、本実施例においては、上述
のように冷却ジャケット１６は一定の低温、例えば−１
９６℃に固定され、これに対してヒータ５２はウエハＷ
に例えば１５〜２０ｍｍまでの距離に接近させて設けら
れているので、このヒータ５２の発熱量の変化は迅速に
ウエハＷの温度変化となって表れ、従って熱応答性が良
く、迅速にウエハ温度を制御することが可能となる。従
って、ヒータ５２をオフしたときの液体窒素だけによる
ウエハ冷却温度、例えば−１６０℃（液体窒素（−１９
６℃）との間の温度差３６℃はサセプタ等によるロス）
を最低温度値としてそれ以上、常温までの温度範囲内で
迅速に且つ直線的にウエハ温度を制御することが可能と
なる。尚、液体窒素の供給を断ってヒータ５２だけによ
り温度制御を行ってもよい。

【００１８】また、ヒータ５２とサセプタ１４との界面
部及びウエハＷの下面には、ガス通路３０を介して冷却
されたＨｅ等の熱伝達ガスが導入されているので上下間
の熱伝達効率が劣化することもなく、上記した熱応答性
を一層向上させることができる。また、パイプリード３
４を通る高周波は、表皮効果によりパイプ周辺部を伝達
し、このパイプリード３４内には高周波によって影響を
受けて誘導ノイズを発生する各種リード２６、６６、７
２が収容されており、しかも出口側においては高周波ノ
イズカット用のフィルタ２７、６７、７４が介設されて
いるので、制御系に悪影響を与えることがない。

【００１９】また、プラズマによってダメージを受ける
消耗品であるサセプタを交換する場合にはこのサセプタ
１４とサセプタ支持台１０とを接続するボルト１２を緩
めることによりサセプタ１４を容易に取り外すことがで
きる。更に、過電流によるヒータ５２の破損、寿命によ
るヒータの劣化等が生じた場合には、ヒータ交換等のメ
ンテナンス作業を行うが、この場合には上述のようにサ
セプタ１４を取り外した状態で更にボルト６０を取り外
すことによりヒータ５２をヒータ固定台５４ごとサセプ
タ支持台１０から取り外すことができ、ヒータ５２の交
換作業を容易に行うことができる。

【００２０】上記実施例においては、冷却媒体として液
体窒素を用い、温度調整用ヒータ５２としてセラミック
ヒータを用いた場合を説明したが、これに限定されず、
例えば冷却媒体として液体ヘリウム等を用いてもよい
し、また、ヒータとして他の種類のヒータを用いてもよ
い。尚、上記実施例においては、載置台をプラズマエッ
チング装置に用いた場合について説明したが、これに限
定されず、ウエハを処理するためにこれを保持する必要
のある装置ならばどのような装置、例えばＣＶＤ装置、
アッシング装置、スパッタ装置等にも適用し得るのは勿
論である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような優れた作用効果を発揮することができる。冷
却手段と静電チャックとの間に温度調整用ヒータを設け
て被処理体の温度を制御するようにしたので、温度制御
時の熱応答性を大幅に向上させることができ、精度の良
い温度制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る処理装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】図１に示す処理装置の載置台を示す概略分解図
である。

【符号の説明】

４処理容器８載置台１０サセプタ支持台１４サセプタ（下部電極）１６冷却ジャケット（冷却手段）２２静電チャック２６電圧供給リード２８直流高圧電源３４パイプリード３８高周波電源４４上部電極５２温度調整用ヒータ６６電力供給リードＷ被処理体（半導体ウエハ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理容器内に、上部に被処理体を吸着保
持する静電チャックを有すると共に下部に前記被処理体
を冷却する冷却手段を有する載置台を収容してなる処理
装置において、前記静電チャックと前記冷却手段との間
に、前記被処理体へ供給される冷熱を調整するための温
度調整用ヒータを設けたことを特徴とする処理装置。
【請求項２】前記載置台は、プラズマ発生用の高周波
電極を有し、前記高周波電極は中空のパイプリードを介
して高周波電源へ接続されると共に前記パイプリード内
には少なくとも前記静電チャックへの電圧供給リード及
び前記温度調整用ヒータへの電力供給リードが収容され
ることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】前記温度調整用ヒータはセラミックによ
り形成されると共に前記冷却手段は液体窒素或いはフロ
ンＲ１４を用いることを特徴とする請求項１または２記
載の処理装置。