JPH09157846A - 温度調節装置 - Google Patents

温度調節装置

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JPH09157846A
JPH09157846A JP33565795A JP33565795A JPH09157846A JP H09157846 A JPH09157846 A JP H09157846A JP 33565795 A JP33565795 A JP 33565795A JP 33565795 A JP33565795 A JP 33565795A JP H09157846 A JPH09157846 A JP H09157846A
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temperature control
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Hideki Kawamura
秀樹 河村
Hirochika Yamamoto
弘親 山元
Yukinobu Nishikawa
幸伸 西川
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Teisan KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハ等の被処理体を支持する支持体
の温度を容易に調節することのできる温度調整装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の温度調節装置３０は、支持体１
６の内部に設けられた温度調節室３２内に液体窒素を供
給してフラッシングさせる液体窒素供給装置３４と、支
持体１６を加熱する加熱装置４６と、支持体１６の温度
を検出する温度センサ５８，６０と、支持体１６の温度
を所望の温度に設定する温度設定手段６４と、温度セン
サ５８，６０により検出された温度に基づき、支持体１
６が設定温度となるように、液体窒素供給装置３４及び
加熱装置４６を制御するコントローラ４４とを備えるこ
とを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング装置や
スパッタリング装置、ＣＶＤ装置等の処理装置に関し、
特に、半導体ウェハ等の被処理体を支持する支持体の温
度を調節するための温度調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハの処理においては、温度が
半導体ウェハの処理条件因子として深く関わっている。
例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）において
は、半導体ウェハを−１００℃以下に冷却すると、エッ
チングの異方性が向上することが知られている。そこ
で、従来のＲＩＥ装置では、半導体ウェハを支持する支
持体、いわゆるサセプタアセンブリ内の液溜まりに液体
窒素等の液化ガスを導入して半導体ウェハを冷却する手
段が採られている（特開平６−２１６０７６号等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の処理装置は、装置１台につき１種類の処
理だけを行うことが前提となっていたため、大きな変化
量で処理温度を上下させる温度調節は通常行われていな
かった。従って、１台の処理装置で異なる種類の処理を
続けて行うには長時間を要することとなる。
【０００４】そこで、本発明は、支持体の温度を大きな
変化量で短時間のうちに調節することのできる温度調整
装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の温度調節装置は、被処理体を支持する支持
体の内部に設けられた温度調節室内に液体窒素を供給し
てフラッシングさせる液体窒素供給装置と、支持体を加
熱する加熱装置と、支持体の温度を検出する温度センサ
と、支持体の温度を所望の温度に設定する温度設定手段
と、温度センサにより検出された温度に基づき、支持体
が前記温度設定手段により設定された温度となるよう
に、液体窒素供給装置及び加熱装置を制御するコントロ
ーラと、を備えることを特徴としている。
【０００６】上記構成において、支持体を冷却する場
合、極低温の液体窒素を用いているので、迅速に設定温
度とすることができる。また、液体窒素は温度調節室内
にてフラッシングされガス状となるため、支持体の冷却
後、温度調節室内からの排出を速やかに行うことができ
る。従って、冷却モードから加熱モードへの切換えを瞬
時に行うことが可能である。
【０００７】なお、加熱装置としては、温度調節室内に
高温の窒素ガスを供給する高温窒素ガス供給装置や、支
持体内に設けられた電気ヒータが好適である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。
【０００９】図１は、本発明が適用されたＲＩＥ装置を
示す概略図である。このＲＩＥ装置１０は、真空系に接
続され内部が減圧される処理チャンバ１２を備えてい
る。処理チャンバ１２内には、被処理体としての半導体
ウェハ１４が載置されこれを支持するためのサセプタア
センブリ（支持体）１６が配置されている。このサセプ
タアセンブリ１６は整合器１８を介して高周波電源２０
が接続され、陰極として機能するようになっている。サ
セプタアセンブリ１６の上方には所定の間隔をおいて電
極２２が配置されている。この電極２２は陽極として機
能するよう接地されている。また、電極２２は中空構造
となっており、その内部空間２４は配管２６を介して反
応性ガス供給源（図示せず）に連通されている。反応性
ガス供給源から電極２２の内部空間２４に供給される反
応性ガスは、電極２２の下面に形成された多数の小孔２
８を通して真空チャンバ１２内に導入される。
【００１０】このような構成において、真空チャンバ１
２内を例えば１０-2Ｔｏｒｒ以下に減圧すると共に、Ｃ
Ｆ4 等の反応性ガスを導入し、電極２２とサセプタアセ
ンブリ１６との間に高周波電圧を印加すると、反応性ガ
スがプラズマ化してイオンやラジカル等の活性種が生成
される。サセプタアセンブリ１６には負のバイアス電圧
がかけられるので、生成されたイオン等の活性種はサセ
プタアセンブリ１６の方向に導かれ、サセプタアセンブ
リ１６上の半導体ウェハ１４をエッチングすることとな
る。
【００１１】かかるＲＩＥ装置１０に適用された本発明
による温度調節装置３０は、サセプタアセンブリ１６に
形成された温度調節室３２内に液体窒素を供給する液体
窒素供給装置３４を備えている。図示実施形態における
液体窒素供給装置３４は、真空チャンバ１２の外部に配
置され且つ液体窒素が導入される気液分離器３６と、温
度調節室３２内に配置されたフラッシュ盤３８とを有し
ている。気液分離器３６とフラッシュ盤３８とは真空断
熱配管４０により接続されており、気液分離器３６内の
液体窒素が極低温を保ったままフラッシュ盤３８に送ら
れるようになっている。フラッシュ盤３８の上面には多
数の液体噴射孔（図示せず）が形成されており、フラッ
シュ盤３８に送られた液体窒素は液体噴射孔から上方に
向けてフラッシングされる。また、真空断熱配管４０中
には電磁弁４２が介設されており、この電磁弁４２はマ
イクロコンピュータ等のコントローラ４４からの制御信
号により制御される。
【００１２】また、温度調節装置３０は、サセプタアセ
ンブリ１６の温度調節室３２内に高温の窒素ガスを供給
するための高温窒素ガス供給装置４６を備えている。こ
の高温窒素ガス供給装置４６は、真空チャンバ１２の外
部に配置され且つ窒素ガスが導入される窒素ガスタンク
４８を有している。窒素ガスタンク４８の内部には、導
入された窒素ガスを高温に加熱するために、電気ヒータ
等の加熱装置５０が配置されている。高温窒素ガス供給
装置４６は、更に、温度調節室３２内に配置された窒素
ガス放出盤５２を有している。窒素ガス放出盤５２と窒
素ガスタンク４８とは断熱配管５４により接続されてお
り、この断熱配管５４中には電磁弁５６が介設されてい
る。この電磁弁５６も前述のコントローラ４４により制
御される。
【００１３】コントローラ４４には、サセプタアセンブ
リ１６の温度を検出する温度センサ５８，６０が接続さ
れている。図示実施形態では、温度センサ５８，６０は
サセプタアセンブリ１６のウェハ支持面６２の近傍と温
度調節室３２の近傍の２ヶ所に配置されており、コント
ローラ４４はこれらの温度センサ５８，６０からの温度
信号に基づいて、ウェハ支持面６２の温度を演算処理に
より求めるよう機能する。また、コントローラ４４に
は、所望の処理温度を設定するための適宜な入力装置、
例えばキーボード（温度設定手段）６４が接続されてい
る。
【００１４】このような温度調節装置３０を用いて処理
温度を調節する場合、次のような手順で行われることと
なる。なお、本実施形態において、処理温度はサセプタ
アセンブリ１６のウェハ支持面６２の温度をいう。
【００１５】まず、例えばエッチングの異方性を高める
ために処理温度を−１００℃にしたい場合、入力装置６
４から設定処理温度として−１００℃を入力する。温度
設定がなされると、コントローラ４４は、温度センサ５
８，６０の信号からその時点におけるサセプタアセンブ
リ１６のウェハ支持面６２の温度を算出する。そして、
現時点の温度が設定温度（−１００℃）以上であると判
断したならば、電磁弁制御信号を発し、電磁弁４２を開
放し、電磁弁５６は閉じたままとする。電磁弁４２が開
放されると、気液分離器３６内の窒素ガスの圧力を駆動
源として気液分離器３６から液体窒素が真空断熱配管４
０を通ってフラッシュ盤３８に送られ、温度調節室３２
の上面に噴き付けられる。極低温の液体窒素はサセプタ
アセンブリ１６に直接噴き付けられるため、サセプタア
センブリ１６は急速に冷却されると共に、その上で支持
されている半導体ウェハ１４も冷却される。こうしてウ
ェハ支持面６２の温度が設定温度になると、その状態に
至ったことをコントローラ４４は温度センサ５８，６０
の信号から認識し、電磁弁４２を制御して液体窒素のフ
ラッシュ盤３８への供給を停止し或いは流量を減ずる。
この後、エッチング処理を行うのであるが、高周波電源
２０を入れると、放電により半導体ウェハ１４が加熱さ
れるため、コントローラ４４は適宜電磁弁４２を制御し
て液体窒素を温度調節室３２に送り込み、サセプタアセ
ンブリ１６の冷却を行う必要がある。なお、温度調節室
３２内に導入された液体窒素はフラッシュ盤３８からの
噴出と同時に気化され、符号６６で示す配管を経て速や
かに大気中に放出される。
【００１６】次に、上述の冷却状態から処理温度を例え
ば２０℃に戻す場合、入力装置６４から２０℃をコント
ローラ４４に入力する。処理温度が設定されたならば、
コントローラ４４は電磁弁４２を閉じ、電磁弁５６を開
放する。これにより、高温の窒素ガスが窒素ガスタンク
４８から断熱配管５４及び窒素ガス放出盤５２を経て温
度調節室３２内に導入される。その結果、サセプタアセ
ンブリ１６、ひいてはその上に支持された半導体ウェハ
１４の温度が上昇する。この際、先に温度調節室３２内
に導入された液体窒素は配管６６を経て排出されている
ため、液体窒素の影響を受けず、サセプタアセンブリ１
６の温度は急速に上昇することとなる。そして、サセプ
タアセンブリ１６のウェハ支持面６２の温度が設定温度
の２０℃に達したならば、電磁弁５６を閉鎖すべくコン
トローラ４４から制御信号が発せられる。この後、エッ
チング処理を行うと、前述したように半導体ウェハ１４
は加熱されウェハ支持面６２の温度は２０℃を越えるた
め、コントローラ４４は電磁弁４２を適宜制御し、液体
窒素を温度調節室３２内に導入して処理温度を一定に保
つようにする。
【００１７】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことはいうまでもない。例えば、上記実施形態は、サセ
プタアセンブリ１６を加熱するための加熱装置として高
温窒素ガス供給装置４６を用いているが、高温窒素ガス
供給装置４６に代えてサセプタアセンブリ１６に電気ヒ
ータ（発熱抵抗体）を埋設してもよい。勿論、その場
合、コントローラ４４は電気ヒータへの通電量を制御す
ることになる。
【００１８】また、上記実施形態は本発明をＲＩＥ装置
に適用した例であるが、本発明による温度調節装置は減
圧ＣＶＤ装置やスパッタリング装置、他の型式のエッチ
ング装置等、種々の処理装置に適用可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
液体窒素を冷却手段として用いているため、支持体を短
時間に所望の温度まで冷却することができる。また、支
持体内に導入された液体窒素はフラッシングにより気化
されるため、支持体からの排出を短時間に行うことがで
き、冷却から加熱への切換えを迅速に行うことができ
る。更に、加熱時には液体窒素の影響を受けないので、
支持体の加熱も短時間に行うことができる。
【００２０】このように、本発明の温度調節装置を用い
れば、短時間のうちに温度を大きな変化量で上下させる
ことができるため、処理温度の異なる処理を続けて行う
場合の待ち時間が大幅に短縮され、処理装置の処理能
力、生産性が向上する。従来においては、このような異
なる種類の処理は複数の処理装置を用いて行っていたの
で、本発明は処理装置の台数削減にも寄与するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による温度調節装置が適用されたＲＩＥ
装置を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１０…ＲＩＥ装置（処理装置）、１４…半導体ウェハ
（被処理体）、１６…サセプタアセンブリ（支持体）、
３０…温度調節装置、３２…温度調節室、３４…液体窒
素供給装置、３６…気液分離器、３８…フラッシュ盤、
４０…真空断熱配管、４２…電磁弁、４４…コントロー
ラ、４６…高温窒素ガス供給装置（加熱装置）、４８…
窒素ガスタンク、５０…電気ヒータ、５２…窒素ガス放
出盤、５４…断熱配管、５６…電磁弁、５８，６０…温
度センサ、６２…ウェハ支持面、６４…入力装置（温度
設定手段）。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理装置において被処理体を支持する支
    持体の温度を調節する温度調節装置において、 前記支持体の内部に設けられた温度調節室内に液体窒素
    を供給してフラッシングさせる液体窒素供給装置と、 前記支持体を加熱する加熱装置と、 前記支持体の温度を検出する温度センサと、 前記支持体の温度を所望の温度に設定する温度設定手段
    と、 前記温度センサにより検出された温度に基づき、前記支
    持体が前記温度設定手段により設定された温度となるよ
    うに、前記液体窒素供給装置及び前記加熱装置を制御す
    るコントローラと、を備える温度調節装置。
  2. 【請求項２】 前記加熱装置は前記温度調節室内に高温
    の窒素ガスを供給する高温窒素ガス供給装置である請求
    項１記載の温度調節装置。
  3. 【請求項３】 前記加熱装置は前記支持体内に設けられ
    た電気ヒータである請求項１記載の温度調節装置。
JP33565795A 1995-12-01 1995-12-01 温度調節装置 Pending JPH09157846A (ja)

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