JP3181421B2

JP3181421B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP3181421B2
Application number: JP3265893A
Authority: JP
Inventors: 光明小美野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH06232082A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング装置等の処
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にはエッチング処理等
が繰り返して施される。このエッチング処理は、一般的
には常温近傍の温度下にて行われているが、集積回路の
微細化、高集積化の要請のためにエッチング時における
下地との間における選択比の増大化及び異方性の確保が
一層強く望まれている。このような状況下において、最
近、ウエハを例えば液体窒素を用いて−１５０℃程度の
超低温に冷却しておき、この状態で減圧状態にてエッチ
ング処理を施す、いわゆる低温エッチング処理法が開発
されるに至っている。

【０００３】この低温エッチング処理によれば、例えば
ポリシリコンやシリコン酸化膜のエッチングを行う場合
には下地との間の選択比を従来方法と比較して大幅に大
きくすることができ、しかも異方性も十分に確保できる
ことから例えばコンタクトホールを形成する場合にもホ
ール側壁の角度はなまりもない、９０°に近いシャープ
なホールを形成することができる。このようなエッチン
グ処理を行う装置は、処理自体を低温で行うことから処
理室内部のシール性を確保することが非常に難しくな
り、従って、処理装置を構成する各部材間でシール性を
必要とする部分にはフッ素ゴムよりなるＯリングやバネ
を内蔵したテフロン製リング等のシール部材を介在さ
せ、常温のエッチング処理では３〜５ｋｇｆ／ｃｍ程度
の単位周長当たりの締付け力でシール性を確保できる
が、低温処理のために両部材を通常のエッチング処理装
置の場合と異なり、多数の締付けボルトを使用して例え
ば２０〜１００ｋｇｆ／ｃｍもの強い単位周長当たりの
締付け力で締結してシール性を確保することが試みられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エッチング
装置自体は、通常アルミニウム等の比較的柔らかい加工
性の良好な金属材料で構成されており、従って、上述の
ような大きな単位周長当たりの締付け力で部材を締付け
ると、材料自体が塑性変形し、その結果、シール性が劣
化するという改善点を有していた。また、フッ素ゴムや
テフロンよりなるシール部材が超低温のために劣化し、
これによりシール性も低下するという改善点を有してい
た。更には、多数の締付けボルトを使用することから、
メンテナンス時或いはトラブル時における部品交換のた
めに多くの時間を要するという改善点も有していた。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。本発明の目的は超低温
に適するシール部材を用いてシール性の向上を図ること
ができる処理装置を提供することにある。

【０００５】

【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、真空引き可能になされた処理容器内に
て、被処理体が載置されるサセプタと前記サセプタを支
持するサセプタ支持台とを貫通するガス通路を介して、
前記被処理体の裏面に熱伝達ガスを供給することによっ
て、前記被処理体を減圧下で且つ低温状態で処理する処
理装置において、前記サセプタと前記サセプタ支持台の
接合部に、高弾性材料よりなるシール母材の表面に高い
延性を有するコーティング膜を施してなるリング状のシ
ール部材を前記ガス通路の周囲にリング状に介在させる
ように構成すると共に、前記リング状のシール部材は、
互いに直径の異なる第１のリング状のシール部材と第２
のリング状のシール部材とからなり、前記第１及び第２
のリング状のシール部材は前記接合部の同一面上に２重
にして同心円状に配置されるように構成したものであ
る。

【０００６】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、処理装
置を構成する部材間の接合部には、高弾性材料よりなる
シール母材の表面に高い延性を有するコーティング膜を
施したシール部材を介在させているので、超低温時にお
いても所望の弾性を保持しつつ部材表面とこれに接する
シール部材のコーティング膜とのなじみ性が良好とな
り、高いシール性を確保することが可能となる。

【０００７】

【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構成図、図２は図１中のシー
ル部近傍を示す拡大断面図、図３は図１の装置に用いら
れるシール部材を示す斜視図である。本実施例において
は処理装置として低温プラズマエッチング装置を例にと
って説明する。

【０００８】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
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
ウム等により形成された後述するごとき複数の部材をボ
ルト等により組み付けることにより構成される。具体的
には、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より前記液体窒素の蒸発による気体を容器外へ排
出される。従って、この−１９６℃の液体窒素の冷熱が
冷却ジャケット１６からサセプタ１４を介してウエハＷ
に対して供給され、これを所望する温度まで冷却し得る
ように構成される。

【００１０】上記サセプタ１４は、上端中央部が突状に
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２８例えばコイルを介して可変直流高電圧源３０に
接続されている。従って、この導電膜２４に高電圧を印
加することによって、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。

【００１１】そして、サセプタ支持台１０及びサセプタ
１４には、これらを貫通してＨｅ等の熱伝達ガスをウエ
ハＷの裏面、これらの接合部、サセプタ１４を構成する
部材間の接合部等に供給するためのガス通路３２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。
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３４が配置されている。
このフォーカスリング３４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。

【００１２】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３６がサセプタ支持
台１０を貫通して接続されており、このパイプリード３
６には配線３８を介してマッチング用のコンデンサ４０
及び例えば１３．５６ＭＨｚまたは４０．６８ＭＨｚ等
のプラズマ発生用の高周波電源４２が順次接続されてい
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。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４４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。

【００１３】また、処理容器４の下部側壁には、排気管
５０が接続されて、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と共に中
央部側壁には図示しないゲートバルブが設けられ、これ
を介してウエハの搬入・搬出を行うように構成される。

【００１４】そして、上記静電チャック２２と冷却ジャ
ケット１６との間のサセプタ下部には温度調整用ヒータ
５２が設けられる。このヒータ５２は、厚さ数ｍｍ程度
の板状のセラミックスヒータよりなり、このヒータ５２
は、サセプタ支持台１０の上面に図示しないボルト等に
より固定されるヒータ固定台５４の上部にその上面を同
一レベルにして完全に収容される。ヒータ固定台５４
は、熱伝導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か、それ以上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に伝導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。尚、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。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５６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５６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３２に接続された
分岐路５８が形成される。そして、上記ヒータ５２には
電力供給リード６０が接続されると共に、このリード６
０には電力源６２が接続されて、所定の電力をヒータ５
２に供給し得るように構成される。

【００１５】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の温度計、例えばフロロオプティッ
クサーモメータ（ＦｌｕｏｒｏｐｔｉｃＴｈｅｒｍｏ
ｍｅｔｅｒ）や熱電対等よりなる温度検出器６４が設け
られている。そして、この温度検出器６４には、検出値
を伝達する温度検出リード６６が接続される。この温度
検出リード６６は、フロロオプティックサーモメータを
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、温度測定部６
８へ接続される。

【００１６】また、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６０、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６４に接続される温度検出リード６
６は全て、プラズマ用の高周波を供給するパイプリード
３６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。上記パイプリード
３６の処理容器底部の貫通部には絶縁体７０が介設され
て、容器側との電気的絶縁を図っている。また、容器の
外方に延びるパイプリード３６の外周にはアースされた
シールド７２が設けられており、高周波が外部に洩れな
いように構成される。

【００１７】そして、この装置を構成する部材間の接合
部であって、気密なシール性を必要とする部分には、本
発明の特長とするシール部材７４が介在されており、処
理容器４内の気密性を保持している。このシール部材７
４は、ヘリウムを供給するガス通路３２や大気と通じて
いるパイプリード３６が貫通する部分や供給ヘリウムの
容器内への洩れを防止すべき部分に介在されることにな
る。そのために、図示例にあっては、サセプタ支持台１
０の上面とサセプタ１４の下面及びヒータ固定台５４の
下面との接合部７６にまず一対のシール部材７４Ａ、７
４Ｂがリング状に介在され、サセプタ１４の収容凹部５
６の下面とヒータ固定台５４の上面との接合部７８に他
のシール部材７４Ｃが介在され、そして、サセプタ１４
の上面と静電チャック２２の下面との接合部８０に他の
一対のシール部材７４Ｄ、７４Ｅがリング状に介在され
る。サセプタ支持台１０とサセプタ１４との間に介在さ
れる一対のシール部材の内、直径の小さいシール部材７
４Ｂはガス通路３２及びパイプリード３６側からの漏洩
ガスを遮断するためにこれらを取り巻くようにして配置
されており、他方の直径の大きなシール部材７４Ａは、
サセプタ支持台とサセプタの周縁部に配置されて二重シ
ール構造になされている。

【００１８】また、ヒータ固定台５４と収容凹部５６の
下面との間に介在されるシール部材７４Ｃは温度調整用
ヒータ５２の外周側に配置されており、この内側に供給
されることになる上下方向への熱伝達用のヘリウムガス
が処理容器４内へ漏出することを防止している。サセプ
タ１４と静電チャック２２との間に介在される一対のシ
ール部材の内、直径の小さいシール部材７４Ｅは分岐さ
れたガス通路３２の上端排出口の外周側に配置されてお
り、この内側に供給されることになる熱伝達用のヘリウ
ムガスが上述と同様に処理容器４内へ漏出することを防
止している。この直径の小さいシール部材７４Ｅの外周
側には直径の大きなシール部材７４Ｄが配置されて二重
シール構造になされている。

【００１９】図２は各シール部材７４が介在された状態
を拡大して示した図であり、図示例にあっては一例とし
て上下部材、例えばヒータ固定台５４の上面と収容凹部
５６の下面との間に介在されるシール部材７４Ｄを示
し、これらの部材間には熱伝達用ガスを適度に滞留させ
るために幅が０．１ｍｍ程度の僅かな間隙Ｓが形成され
る。このシール部材７４Ｄは、他のシール部材も同様で
あるが下側部材、すなわち図示例にあってはヒータ固定
台５４の上面に形成した断面矩形のリング状のシール溝
８２内に収容されており、その上下端が両部材と接する
ように溝寸法或いはシール部材の寸法が設定されてい
る。

【００２０】各シール部材７４は、図３に示すように構
成される。すなわち、断面がアルファベットの文字Ｃの
ように屈曲可能になされてリング状に形成されたシール
母材８４を有し、この表面にはコーティング膜８６が形
成されている。このシール母材８４としては、処理ガス
が腐食性ガスであることから耐腐食性の高弾性材料、例
えばＳＵＳ３１６のようなＳＵＳ３００番代の高級ステ
ンレス材やニッケル−コバルト合金、例えばインコネル
（商品名）、ハステロイ（商品名）などが使用される。
これらの材料以外としては低温においても高い弾性係数
を保証するために弾性係数及び降伏点が共に高い材料で
あるならば、どのような材料を用いてもよい。

【００２１】また、コーティング膜８６としては高い延
性または展性を有する材料、例えばインジウム（Ｉ
ｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃ
ｕ）等の金属材やテフロン、高分子ポリエチレンなどの
高分子材料を用いる。この種のコーティング膜８６を形
成することにより部材表面とのなじみ性が良好となり−
１５０℃程度の超低温においてもそのシール性が劣化す
ることはない。このコーティング膜８６は、少なくとも
介在時に部材表面と接する部分のみに施してあればよ
く、図示例にあってはシール母材８４の外側面のみに施
してあり、内側面には施してない。

【００２２】このようなシール部材７４は、適当数のボ
ルトにより単位周長当たりの締付け力、例えば１０ｋｇ
ｆ／ｃｍ以下で締付けられ、この時シール溝８２の平均
表面粗さＲａは、０．２μｍ（０．８Ｓ）以下に設定さ
れ、アルミニウム部材の硬度はＨｖ７０以下に設定され
る。尚、図示例にあっては、説明の容易化のためにシー
ル部材を代表的な接合部のみに設けた場合について説明
したが、超低温に晒されてシール性が必要とされる接合
部には全て介在させるようにし、この種のエッチング装
置においては例えば２０箇所程シール部材が設けられ
る。

【００２３】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内のサセプタ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３６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。

【００２４】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、これを冷却して所望の低温状
態に維持するようになっている。これにより、ウエハＷ
には低温エッチングが施されることになる。冷却ジャケ
ット１６とウエハＷとの間に設けられた温度調整用ヒー
タ５２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−１５
０℃〜１０℃程度に維持する。尚、ヒータの発熱量やジ
ャケット１６内の冷媒の流量を制御することによりウエ
ハ温度を常温以上、例えば６０℃まで上げることができ
る。

【００２５】また、冷却ジャケット１６における冷熱を
効率的にウエハＷ側へ伝導させるためにサセプタ支持台
１０やサセプタ１４の接合部或いはこれらを構成する部
材間の接合部に必要に応じて熱伝達用のヘリウムガスを
供給したり、これら部材に大気に通じるパイプリード３
６を貫通して設けていることから、各部材の接合部７
６、７８、８０に形成される僅かな間隙、例えば間隙Ｓ
等を介して減圧下の処理容器４内にヘリウムガスや大気
成分が漏出せんとする傾向にある。しかしながら、本実
施例にあっては、各接合部７６、７８、８０には本発明
の特長とする図３に示す如きシール部材７４が介在され
ているのでヘリウムガスや大気成分が接合部の間隙を介
して容器内に漏出することを防止することが可能とな
る。これらの接合部の温度は、例えば冷媒として液体窒
素を用いた場合には最高−１９６℃もの超低温まで冷却
されるため従来のテフロン製或いはフッ素ゴム製シール
部材では弾性を失ってシール性が劣化するが、本実施例
にあっては超低温においても高い弾性係数を有する材料
によりシール母材８４を形成し、更にその表面にこれと
接触する部材とのなじみ性を高く維持するために延性ま
たは展性の大きな材料よりなるコーティング膜８６を施
してある。従って、これらシール部材７４が超低温に晒
されても、断面がＣ文字状のシール部材７４が図示例に
おいては上下方向へ屈曲することでその弾発力が高く維
持され、また、部材（図２においてはヒータ固定台５４
と収容凹部５６を指す）との接点Ｐ１、Ｐ２においては
上記コーティング膜８６が介在されることから部材表面
とのなじみ性が高く維持され、結果的にこの部分におけ
るシール性を高く維持することが可能となる。

【００２６】本実施例において、各部材相互間を締付け
るためのボルト数を少なくしてシール部材７４の単位周
長当たりの締付け力を従来の低温エッチング装置の場合
よりもかなり小さな締付け力である１０ｋｇｆ／ｃｍ程
度に設定し、シール溝の平均表面粗さＲａを０．２μｍ
程度に設定し、更にアルミニウム部材のビッカース硬度
Ｈｖを７０程度に設定したところ（シール圧力は１ｋｇ
ｆ／ｃｍ² 以上）、ヘリウムガスのリークレートは１０
^-6Ｔｏｒｒ・リットル／ｓｅｃ以下となって高いシール
性を確保することができることが判明した。このよう
に、従来の低温エッチング装置のシール部材に対する単
位周長当たりの締付け力よりも遥かに小さな単位周長当
たりの締付け力で超低温時においても十分なシール性を
確保することができ、従って、部材相互間を締付けるた
めに使用するボルト数を少なくすることができ、メンテ
ナンス性の向上を図ることが可能となる。

【００２７】図２及び図３に示すシール部材７４にあっ
ては、シール母材８４の断面形状をアルファベットの文
字Ｃのような形状としたがこれに限定されず、例えば図
４に示すようにこのシール母材８４の断面形状をいわゆ
る一端を切り欠いたまゆ形状に成形してもよい。これに
よれば、上下それぞれ２点で部材表面と接触することに
なりシール性を一層向上させることができる。また使用
する冷媒も液体窒素に限らず、他の冷媒、例えば液体ヘ
リウム、液体水素、液体酸素等も用いることができる。
尚、上記実施例にあっては、本発明を低温プラズマエッ
チング装置へ適用した場合について説明したが、これに
限定されず、低温減圧下にて被処理体を処理する装置、
例えばウエハやＬＣＤ等の電気的特性を低温で検査する
プローバ装置や、低温真空下で試料を観察するための電
子顕微鏡等にも適用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の処理装置
によれば次のように優れた作用効果を発揮することがで
きる。低温においても弾性を失わないシール部材を用い
たので、サセプタ支持台からサセプタに向けて冷熱を効
率的に伝達しつつ、且つシール性を低下させることなく
被処理体に対して所望の処理を施すことができる。ま
た、従来の低温処理装置と比較して単位周長当たりの締
付け力も小さくすることができるので、締付けに必要と
するボルト数も少なくでき、メンテナンス性の向上を図
ることができる。

【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構
成図である。

【図２】図１中のシール部近傍を示す拡大断面図であ
る。

【図３】図１の装置に用いられるシール部材を示す斜視
図である。

【図４】本発明に用いる他のシール部材を示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

２エッチング装置４処理容器１０サセプタ支持台１４サセプタ１６冷却ジャケット２２静電チャック４２高周波電源４４上部電極７４シール部材７６、７８、８０接合部８２シール溝８４シール母材８６コーティング膜Ｓ間隙Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 B01J 3/02 H01L 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空引き可能になされた処理容器内に
て、被処理体が載置されるサセプタと前記サセプタを支
持するサセプタ支持台とを貫通するガス通路を介して、
前記被処理体の裏面に熱伝達ガスを供給することによっ
て、前記被処理体を減圧下で且つ低温状態で処理する処
理装置において、前記サセプタと前記サセプタ支持台の接合部に、高弾性
材料よりなるシール母材の表面に高い延性を有するコー
ティング膜を施してなるリング状のシール部材を前記ガ
ス通路の周囲にリング状に介在させるように構成すると
共に、前記リング状のシール部材は、互いに直径の異な
る第１のリング状のシール部材と第２のリング状のシー
ル部材とからなり、前記第１及び第２のリング状のシー
ル部材は前記接合部の同一面上に２重にして同心円状に
配置されることを特徴とする処理装置。
【請求項２】真空引き可能になされた処理容器内に
て、載置される被処理体を吸着する静電チャックを上面
に設置したサセプタと前記サセプタを支持するサセプタ
支持台とを貫通するガス通路を介して、前記被処理体の
裏面に熱伝達ガスを供給することによって、前記被処理
体を減圧下で且つ低温状態で処理する処理装置におい
て、前記サセプタと前記静電チャックの接合部に、高弾性材
料よりなるシール母材の表面に高い延性を有するコーテ
ィング膜を施してなるリング状のシール部材を前記ガス
通路の上端排出口の周囲にリング状に介在させるように
構成すると共に、前記リング状のシール部材は、互いに
直径の異なる第１のリング状のシール部材と第２のリン
グ状のシール部材とからなり、前記第１及び第２のリン
グ状のシール部材は前記接合部の同一面上に２重にして
同心円状に配置されることを特徴とする処理装置。
【請求項３】前記サセプタ支持台には、前記被処理体
を冷却する冷却ジャケットが設けられることを特徴とす
る請求項１または２に記載の処理装置。
【請求項４】前記冷却ジャケットには、液体窒素が流
されることを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】前記シール部材は、屈曲性を高めるため
に、その断面形状の一部が切り欠かれていることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載の処理装置。