JPH06244143A - Treating device - Google Patents
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- JPH06244143A JPH06244143A JP4854193A JP4854193A JPH06244143A JP H06244143 A JPH06244143 A JP H06244143A JP 4854193 A JP4854193 A JP 4854193A JP 4854193 A JP4854193 A JP 4854193A JP H06244143 A JPH06244143 A JP H06244143A
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- heater
- temperature
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to processing equipment such as etching equipment and sputtering equipment.
【0002】[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
持する必要があり、ウエハをクランプ等で固定する従来
のメカニカルチャック方式は、ウエハの周囲或いは表面
を押さえなければならない為、必ずクロスコンタミネー
ションやパーティクル発生の原因になることは明らかで
ある。これらの理由から、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。2. Description of the Related Art Generally, in a semiconductor manufacturing process, an object to be processed, for example, a semiconductor wafer, is repeatedly subjected to a sputtering process, an etching process and the like in various processing apparatuses. In this case, it is necessary to securely hold the wafer in the processing container, and in the conventional mechanical chuck method of fixing the wafer with a clamp or the like, it is necessary to press the periphery or the surface of the wafer. It is clear that this will cause For these reasons, electrostatic chucks that generate far less particles than mechanical chucks are mainly used. The adsorption principle of this electrostatic chuck is
A high DC voltage is applied to the electrodes facing the wafer via an insulating layer to generate a charge opposite to the charge of the electrodes on the electrode facing surface of the wafer, and the Coulomb force acting between them causes the wafer to move. , Is held by suction on the side of the susceptor to which the electrostatic chuck is attached.
【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伝熱の機能を果す気
体が非常に少なくなって伝熱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伝熱促進ガス
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。On the lower surface of the susceptor, there is provided a cooling block provided with a coolant passage through which a coolant or the like for cooling and controlling the temperature of the wafer heated by plasma or the like to a predetermined processing temperature flows. The cold heat from now on is supplied to the wafer. Further, since the processing of the wafer is usually performed under a reduced pressure such as a vacuum, a very small amount of gas plays a heat transfer function at the interface between the wafer and the electrostatic chuck or the interface between the susceptor and the cooling block. As a result, the heat transfer efficiency is greatly reduced, and in order to compensate for this, an attempt has been made to effectively control the wafer temperature by supplying a heat transfer promoting gas to these interfaces.
【0004】[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、すなわち部材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。By the way, in the above-described conventional wafer cooling structure, generally, a CFC-based gas such as Fluorinert or perfluorocarbon is used as a coolant, and the temperature of the coolant itself is adjusted. By doing so, the temperature of the wafer is controlled. However, since the distance between the coolant passage and the wafer is generally long, it takes a considerable time for the temperature of the temperature-controlled coolant to affect the wafer temperature, resulting in poor thermal response. Therefore, there is an improvement in that the wafer temperature cannot be quickly controlled. In particular, since there are a plurality of bonding surfaces of members, that is, member interfaces, between the wafer and the cooling block, there is a problem that thermal response is further deteriorated.
【0005】また、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おり、この低温エッチ
ング処理によれば、例えばポ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きくすることができ、しかも異方性
も十分に確保することができる。しかしながら、この低
温エッチング処理を上記した構造において採用しても前
述した如き問題点が発生していた。そこで、本発明者等
は先の出願(特願平4−220623号)において、サ
セプタと冷却手段との間に、温度調整用ヒータを設けた
装置を提案した。Recently, a so-called low-temperature etching treatment method has been developed in which a wafer is kept at an ultra-low temperature of about -150 ° C. using liquid nitrogen, for example, and etching treatment is performed under reduced pressure in this state. According to this low-temperature etching process, when etching, for example, a polysilicon film or a silicon oxide film, the selection ratio with respect to the base can be increased as compared with the conventional method, and anisotropy is sufficiently secured. can do. However, even if this low temperature etching treatment is adopted in the above-mentioned structure, the above-mentioned problems occur. Therefore, the present inventors proposed a device in the previous application (Japanese Patent Application No. 4-220623) in which a temperature adjusting heater is provided between the susceptor and the cooling means.
【0006】そして、このヒータの発熱量を制御して冷
却手段からウエハに供給される冷熱を調整することによ
りウエハ温度を制御し、これにより熱応答性等を改善し
たり、種々の異なる温度においてウエハを処理すること
が可能となった。そして、この提案した装置にあって
は、ヒータの絶縁材料として例えばAl2O3 、SiC
等を使用しているが、Al2 O3 は熱衝撃に対して比較
的弱いことからウエハの処理温度を例えば−150℃か
ら+50℃に急激に変化させるような場合には熱衝撃に
よって材料破壊を生じたり、或いは高ワット密度を出せ
ないのみならず、熱伝導性が劣ることからウエハ温度の
面内均一性を十分に確保できないという改善点があっ
た。The temperature of the wafer is controlled by controlling the amount of heat generated by this heater to adjust the cold heat supplied from the cooling means to the wafer, thereby improving the thermal response and the like, and at various different temperatures. It has become possible to process wafers. In the proposed device, the insulating material of the heater is, for example, Al 2 O 3 or SiC.
However, since Al 2 O 3 is relatively weak against thermal shock, when the wafer processing temperature is rapidly changed from −150 ° C. to + 50 ° C., the material is destroyed by thermal shock. However, there is an improvement in that the wafer wattage cannot be obtained or a high watt density cannot be obtained, and because the thermal conductivity is poor, the in-plane uniformity of the wafer temperature cannot be sufficiently secured.
【0007】また、SiCはAl2 O3 に比較して熱伝
導率、熱膨張率において良好な特性を有しているが、絶
縁耐圧が低く、誘電率が大きい欠点がある他、現状では
ホットプレス法によってしか製造できない為非常に高価
であり、コストの上昇を余儀なくされるという問題を有
している。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、温度調整用ヒータに熱衝撃等に強い窒化アルミ
ニウムを絶縁体として用いた処理装置を提供することに
ある。Further, although SiC has better characteristics in thermal conductivity and thermal expansion coefficient than Al 2 O 3 , it has the drawbacks of low dielectric strength and large dielectric constant, and is currently hot. Since it can be manufactured only by the pressing method, it is very expensive and there is a problem that the cost must be increased. The present invention has been made to pay attention to the above problems and to solve them effectively. It is an object of the present invention to provide a processing apparatus using aluminum nitride, which is resistant to thermal shock and the like, as an insulator for a temperature adjusting heater.
【0008】[0008]
【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
保持するチャック部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、前記チャック部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に窒
化アルミニウムを絶縁体として用いた温度調整用ヒータ
を設けるようにしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention has a chuck part for adsorbing and holding an object to be processed in a processing container and cooling the object to be processed in the lower part. In a processing apparatus including a mounting table having a cooling unit, a temperature at which aluminum nitride is used as an insulator between the chuck unit and the cooling unit to adjust the cold heat supplied to the object to be processed. An adjustment heater is provided.
【0009】[0009]
【作用】本発明は、以上のように構成されたので、被処
理体はチャック部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。この場合、被処理体の処理温度を
変えるべく短時間にヒータ発熱量を大幅に変化させて熱
衝撃が発生しても窒化アルミニウムをヒータの絶縁体と
して用いているのでこれが破壊することがなく、また、
被処理体の面内均一性も確保することが可能となる。Since the present invention is configured as described above, the object to be processed is adsorbed and held by the chuck portion, and the cold heat from the cooling means is transferred from the temperature adjustment heater to the object to be processed. Is transmitted to the object to be processed. Therefore, by controlling the heat generation amount of the heater, the temperature of the object to be processed can be quickly controlled, and the thermal response can be improved. In this case, aluminum nitride is used as the insulator of the heater even if a thermal shock is generated by greatly changing the heating value of the heater in a short time so as to change the processing temperature of the object to be processed, so that it does not break down, Also,
In-plane uniformity of the object to be processed can be ensured.
【0010】[0010]
【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、図3は本発明装置に用い
る温度調整用ヒータを示す平面図、図4は図3に示すヒ
ータの断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the processing apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a schematic exploded view showing a mounting table of the processing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows a temperature adjusting heater used in the apparatus of the present invention. FIG. 4 is a plan view and FIG. 4 is a sectional view of the heater shown in FIG.
【0011】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。In this embodiment, a plasma etching apparatus will be described as an example of the processing apparatus. As shown in the figure, this etching apparatus 2 has a processing container 4 which is formed of a conductive material such as aluminum into a cylindrical or rectangular shape, and an insulating plate 6 of ceramic or the like is provided at the bottom of the container 4. Object to be processed, for example, semiconductor wafer W
A mounting table 8 having a substantially columnar shape for mounting thereon is accommodated. The mounting table 8 is mainly configured by a susceptor support table 10 formed of aluminum or the like in a cylindrical shape, and a susceptor 14 made of aluminum or the like that is detachably provided by bolts 12 on the susceptor support table 10.
【0012】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
ウエハ載置部にはチャック部として、例えば静電チャッ
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等の伝熱促進ガスをウエハWの裏面
に供給するためのガス通路30が形成されている。尚、
上記静電チャック22にも伝熱促進ガスを通過させる多
数の通気孔(図示せず)が形成される。The susceptor support 10 has a cooling means,
For example, a cooling jacket 16 is provided, and a refrigerant such as liquid nitrogen is provided in the jacket 16 as the refrigerant introducing pipe 1.
It is introduced via 8 and circulates in the jacket, and is discharged from the refrigerant discharge pipe 20 to the outside of the container. The susceptor 14 is
The central portion is formed in a disk shape having a protrusion shape, and an electrostatic chuck 22, for example, is formed as a chuck portion on the wafer mounting portion at the center thereof in an area substantially the same as the wafer area. The electrostatic chuck 22 is formed, for example, by sandwiching a conductive film 24 such as a copper foil in an insulating state between two polymer polyimide films. The conductive film 24 is a filter that cuts a high frequency on the way by a voltage supply lead 26. It is connected to the DC high voltage source 28 via 27. Therefore, by applying a high voltage to the conductive film 24, the chuck 22
The upper surface of the wafer W can be suction-held by the Coulomb force. A gas passage 30 is formed in the susceptor support 10 and the susceptor 14 for supplying a heat transfer promoting gas such as He to the back surface of the wafer W. still,
A large number of vent holes (not shown) are formed in the electrostatic chuck 22 to allow the heat transfer promoting gas to pass therethrough.
【0013】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13.56MHz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。An annular focus ring 32 is arranged at the upper peripheral edge of the susceptor 14 so as to surround the wafer W. The focus ring 32 is made of an insulating material that does not attract the reactive ions, and allows the reactive ions to effectively enter only the semiconductor wafer W inside. The susceptor 14 is provided with a pipe lead 34 made of a hollow conductor that penetrates the susceptor support 10. The pipe lead 34 has a wiring 36.
Is connected to a high frequency power source 38 for generating plasma of 13.56 MHz, for example. Therefore, the susceptor 14 is configured as a lower electrode. And
A filter 40 for noise cutting and a capacitor 42 for matching are sequentially provided on the wiring 36.
【0014】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。Above the susceptor 14, the upper electrode 4 is grounded at a distance of about 15 to 20 mm.
4 are provided, a process gas, for example, an etching gas such as CF 4 is supplied to the upper electrode 44 through a gas supply pipe 46, and a large number of small holes 48 formed on the electrode surface of the upper electrode 44. The etching gas is blown out into the processing space below. An exhaust pipe 50 is connected to the lower side wall of the processing container 4 so that the atmosphere inside the processing container 4 can be exhausted by an exhaust pump (not shown).
【0015】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程度の板状に成形されており、図3及び図4に示
すように内部には、例えばタングステン、カーボン或い
はFe−Cr−Al合金(例えばリバーライト(商品
名)やフェクラロイ(商品名)で耐酸化性を持たせるこ
とから希土類元素、特にLaやYを微量添加している)
よりなる線状或いは帯状の抵抗発熱体54が全体に渡っ
て例えば蛇行状或いは一筆書き状に配設されている。そ
して、この抵抗発熱体54の全体は、焼結したAlN
(窒化アルミニウム)よりなる絶縁体56により被われ
ており、このヒータ52を取り付けた時に内部の発熱体
54を外部の基台側から電気的に絶縁し得るように構成
される。絶縁体56を構成するAlNは、例えば従来使
用されていたAl2O3 等のセラミックスに比較して熱
伝導率に関しては約10倍程高く、しかも熱衝撃性に対
しても耐久性が高く急激な温度変化に対して破壊しにく
い。例えば熱膨張率に関してはAl2 O3 は7.3×1
0-6/℃であるのに対してAlNは4.5×10-6/℃
と低く、引張強度に関してはAl2 O3 は24〜26k
gf/mm2 であるのに対してAlNは40〜50kg
f/mm2 と高く、強度上優れている。また、AlNは
電気絶縁体であるので、熱はフォノンを介して伝わる。
熱伝導機構から(図5に示すように)熱伝導率は常温以
下でピークを示す。この為、100K(−173℃)程
度では常温の値より大きくなる。また、AlNは、図5
から明らかなように低温領域で熱伝導率は上昇し、しか
も熱容量(比熱)は低下するのでこれらの相乗効果によ
りヒータの電気絶縁体として、また均熱板としては非常
に良好な特性を発揮する。A temperature adjusting heater 52, which is a feature of the present invention, is provided between the electrostatic chuck 22 and the cooling means 16. Specifically, the heater 52 is formed into a plate shape having a thickness of about several mm, and as shown in FIGS. 3 and 4, inside the heater 52, for example, tungsten, carbon, or an Fe—Cr—Al alloy (for example, a river is used). Rare earth elements, especially La and Y, are added in trace amounts to give oxidation resistance with light (trade name) and feclaloy (trade name))
A linear or strip-shaped resistance heating element 54 made of, for example, is arranged in a meandering shape or a one-stroke writing shape. The entire resistance heating element 54 is made of sintered AlN.
It is covered with an insulator 56 made of (aluminum nitride), and when the heater 52 is attached, the internal heating element 54 can be electrically insulated from the external base side. The AlN forming the insulator 56 has a thermal conductivity about 10 times higher than that of the conventionally used ceramics such as Al 2 O 3 and has a high durability against thermal shock, and thus is sharp. Difficult to break even with various temperature changes. For example, regarding the coefficient of thermal expansion, Al 2 O 3 is 7.3 × 1.
0 -6 / ° C, whereas AlN is 4.5 x 10 -6 / ° C
And the tensile strength of Al 2 O 3 is 24-26k.
gf / mm 2 whereas AlN is 40-50 kg
It has a high f / mm 2 and is excellent in strength. Also, since AlN is an electrical insulator, heat is transferred via phonons.
From the heat conduction mechanism (as shown in FIG. 5), the heat conductivity shows a peak at room temperature or lower. Therefore, at about 100K (-173 ° C), the value becomes larger than the value at room temperature. In addition, AlN is shown in FIG.
As can be seen from the above, the thermal conductivity increases and the heat capacity (specific heat) decreases in the low temperature region, so these synergistic effects exert extremely good characteristics as an electrical insulator for heaters and as a soaking plate. .
【0016】上記発熱体54は、上述のようにヒータの
各部分の発熱量を均一化するように全体に渡って略均等
に配設されており、例えば中心部に装着孔58等が形成
されている場合にはこの部分における放熱量を補償する
ためにこの装着孔58の周縁部に発熱体をリング状に配
設したりする。そして、この発熱体54の両端には、電
力供給リード60が接続されている。このように構成さ
れたヒータ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62の上部に形成
されたヒータ収容溝64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62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。As described above, the heating elements 54 are arranged substantially evenly over the whole so as to equalize the amount of heat generated in each part of the heater. For example, a mounting hole 58 is formed in the central portion. In this case, in order to compensate the heat radiation amount in this portion, a heating element is arranged in a ring shape at the peripheral portion of the mounting hole 58. The power supply leads 60 are connected to both ends of the heating element 54. As shown in FIG. 2, the heater 52 configured in this manner has a heater housing groove 64 formed in an upper portion of a heater fixing base 62 provided on the upper surface of the susceptor support base 10 with its upper surface at the same level and completely. Housed in. The heater fixing base 62 is made of a material having good thermal conductivity, such as aluminum. The size of the heater 52 is preferably set to be substantially the same as or larger than the area of the wafer, and the cooling heat from the cooling jacket 16 located below the heater 52 is controlled to be transferred to the wafer W. Then, the temperature of the wafer W can be adjusted.
【0017】この温度調整用ヒータ52やヒータ固定台
62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62の周縁部に
は、ボルト孔64が適当数形成されており、この固定台
62をボルト66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62全体を収容するための収容凹部68
が形成されると共に、このヒータ固定台62には、ヒー
タ52の上面とサセプタ14の収容凹部68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70(図1参照)が形成
される。そして、上記ヒータ52の電力供給リード60
にはフィルタ72を介して電力源74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。A through hole (not shown) through which a pusher pin or the like penetrates the temperature adjusting heater 52 and the heater fixing base 62.
Etc. are formed. An appropriate number of bolt holes 64 are formed in the peripheral portion of the heater fixing base 62, and the fixing base 62 is detachably attached to the susceptor support base 10 side with bolts 66. In addition, an accommodation recess 68 for accommodating the entire heater fixing base 62 is provided on the lower surface of the susceptor 14.
The heater fixing base 62 is connected to the gas passage 30 in order to supply a heat transfer medium such as He to the boundary between the upper surface of the heater 52 and the lower surface of the accommodation recess 68 of the susceptor 14. A branched path 70 (see FIG. 1) is formed. Then, the power supply lead 60 of the heater 52
An electric power source 74 is connected to the heater 52 via a filter 72 so that a predetermined electric power can be supplied to the heater 52.
【0018】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、例えばフロロプチックサ
ーモメトリ(Fluoroptic Thermome
try)(商品名)や熱電対等よりなる温度検出器76
が設けられている。そして、この温度検出器76には、
検出値を伝達する温度検出リード78が接続される。こ
の温度検出リード78は、温度検出器76としてフロロ
プチックサーモメトリ(FluoropticTher
mometry)(商品名)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80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82へ入力さ
れる。この制御部82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74、静電チャッ
ク22への直流高電圧源28の給配を制御する。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84が介設されて、容器側との電気的絶縁を図ってい
る。In addition, the electrostatic chuck 22 has a thermometer, for example, a fluorotropic thermometer, which utilizes the fact that the round-trip time of light changes depending on the temperature in order to detect the wafer temperature.
temperature detector 76 composed of try (trade name) and thermocouple
Is provided. And, in this temperature detector 76,
The temperature detection lead 78 for transmitting the detected value is connected. The temperature detecting lead 78 serves as a temperature detector 76 and is a fluoroscopic thermometer.
When using “mometry” (trade name), it is composed of an optical fiber, but when using a thermocouple, a normal conductor is used. In this case, a filter 80 for removing high frequency noise is inserted in the middle. It is input to a control unit 82 that is provided and controls the entire apparatus, such as a computer. The control unit 82 controls the entire apparatus by a predetermined program as described above. For example, the high frequency power source 38, the electric power source 74 to the heater 52, and the direct current high voltage source 28 to the electrostatic chuck 22 are supplied. Control distribution. Also,
An insulator 84 is provided in the penetrating portion of the pipe lead 34 at the bottom of the processing container to electrically insulate it from the container side.
【0019】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
発生せしめ、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、
低温エッチングを行う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。Next, the operation of this embodiment configured as described above will be described. First, the wafer W is placed on the upper portion of the susceptor 14 of the processing container 4 which is depressurized to a predetermined pressure from a load lock chamber (not shown), for example, about 1 × 10 −4 to several Torr, and the wafer W is placed by the electrostatic chuck 22. Adsorbed and held on the susceptor 14 side by Coulomb force. Then, a high frequency is applied between the upper electrode 44 and the lower electrode (susceptor) 14 via the pipe lead 34 to generate plasma, and at the same time, a process gas is caused to flow from the upper electrode 44 side into the processing space for etching. Perform processing. Also,
In order to perform the low temperature etching, a coolant, for example, liquid nitrogen is circulated in the cooling jacket 16 of the susceptor support 10 to maintain this portion at −196 ° C., and the cold heat from this portion is supplied to the wafer W via the susceptor 14 on the upper portion. Then, it is designed to be cooled.
【0020】この場合、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℃〜−1
80℃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−196℃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5
2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(−196℃)との間
の温度差36℃はサセプタ等の熱抵抗に基づき発生する
温度差)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。In this case, the cooling jacket 16 and the wafer W
A temperature adjustment heater 52 is provided between the temperature adjustment unit and the temperature adjustment unit, and the temperature at which the wafer W is cooled is adjusted by adjusting the amount of heat generated in this portion, so that the wafer W has a predetermined temperature, for example, -150 ° C to -1.
Maintain around 80 ° C. In the conventional apparatus, the wafer temperature is controlled by controlling the temperature of the cooling medium itself. Further, the distance between the cooling jacket and the wafer is long and there are many interfaces, so the thermal response is very poor. . On the other hand, in this embodiment, as described above, the cooling jacket 16 is fixed at a constant low temperature, for example, −196 ° C., whereas the heater 52 is mounted on the wafer W by, for example, 15 to 15.
Since it is installed close to a distance of up to 20 mm,
This change in the amount of heat generated by the heater 52 promptly appears as a change in the temperature of the wafer W. Therefore, the thermal responsiveness is good and the wafer temperature can be quickly controlled. Therefore, the heater 5
Wafer cooling temperature only by liquid nitrogen when 2 is turned off, for example, -160 ° C (temperature difference 36 ° C between liquid nitrogen (-196 ° C) and liquid nitrogen (temperature difference generated due to thermal resistance of susceptor) is the minimum temperature) As a value, it becomes possible to control the wafer temperature quickly and linearly within the temperature range up to room temperature.
【0021】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He
等の伝熱促進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、ウエハの処理温度を例え
ば−150℃から−50℃に変える場合には、制御部8
2の制御によりヒータ52の抵抗発熱体54に流す電流
を急激に増加させてヒータ温度を一気に、例えば2〜3
分間で増加し、冷却ジャケット16からウエハWに供給
される冷熱を制御してウエハを所望の温度、例えば−5
0℃に維持する。この場合、急激な温度変化に伴ってヒ
ータ52の絶縁体56には大きな熱衝撃が加わるが、特
に、本実施例においては絶縁体56として耐熱衝撃性が
高いAlNを用いているので急激な温度変化に対しても
亀裂や破壊が発生することを抑制することが可能とな
る。He is also provided on the interface between the heater 52 and the susceptor 14 and on the lower surface of the wafer W via the gas passage 30.
Since the heat transfer accelerating gas such as the above is introduced, the heat transfer efficiency between the upper and lower parts does not deteriorate, and the above-mentioned thermal responsiveness can be further improved. Further, when changing the wafer processing temperature from −150 ° C. to −50 ° C., for example, the control unit 8
The current flowing through the resistance heating element 54 of the heater 52 is rapidly increased by the control of No. 2 to increase the heater temperature at once, for example, 2 to 3
The cooling heat supplied to the wafer W from the cooling jacket 16 is controlled by controlling the cooling heat which is increased over a period of time to bring the wafer to a desired temperature, for example, −5.
Keep at 0 ° C. In this case, a large thermal shock is applied to the insulator 56 of the heater 52 due to the rapid temperature change. Particularly, in the present embodiment, since AlN having high thermal shock resistance is used as the insulator 56, a rapid thermal shock is caused. It is possible to suppress the occurrence of cracks and fractures even with changes.
【0022】このようにウエハ処理温度を変える場合に
は、急激な昇温や降温を行う場合があるが、これに伴っ
て材料内部に大きな熱応力が発生しても絶縁体材料の破
壊を防止することができる。更には、このAlNは熱伝
導性が従来の、例えばセラミックスヒータ等よりも遥か
に高いのでヒータの平面方向に熱が良く伝わり、従って
ウエハ温度の面内均一性を高めることが可能となる。ま
た、このAlN材料は、従来使用されていたSiC材料
よりも安価なので材料費のコストアップを招来すること
もない。When the wafer processing temperature is changed as described above, the temperature may be suddenly increased or decreased, and even if a large thermal stress is generated inside the material, the destruction of the insulator material is prevented. can do. Furthermore, since this AlN has a much higher thermal conductivity than that of a conventional ceramic heater, for example, the heat is well transferred in the plane direction of the heater, and therefore the in-plane uniformity of the wafer temperature can be increased. Further, since this AlN material is cheaper than the conventionally used SiC material, the material cost is not increased.
【0023】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66を取り外
すことによりヒータ52をヒータ固定台62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。When replacing the susceptor, which is a consumable item damaged by plasma, the susceptor 14 can be easily removed by loosening the bolt 12 connecting the susceptor 14 and the susceptor support 10. Further, when the heater 52 is damaged due to overcurrent and the heater is deteriorated due to its life, maintenance work such as heater replacement is performed. In this case, the bolts are further removed with the susceptor 14 removed as described above. By removing 66, the heater 52 can be removed from the susceptor support 10 together with the heater fixing base 62, and the replacement work of the heater 52 can be easily performed.
【0024】上記実施例にあっては、ヒータ52の抵抗
発熱体54を蛇行形状に似た形状としたが、これに限定
されず、例えば渦巻状に形成するようにしてもよい。ま
た、上記実施例においては、冷却媒体として液体窒素を
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。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。In the above embodiment, the resistance heating element 54 of the heater 52 has a shape similar to a meandering shape, but the shape is not limited to this, and it may be formed in a spiral shape, for example. Further, in the above embodiment, the case where liquid nitrogen is used as the cooling medium has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, liquid helium or the like may be used as the cooling medium. In the above embodiment, the case where the mounting table is used in the plasma etching apparatus has been described, but the present invention is not limited to this, and if the apparatus needs to hold the wafer to process the wafer, what kind of apparatus, Of course, it can be applied to a CVD apparatus, an ashing apparatus, a sputtering apparatus and the like.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のように優れた作用効果を発揮することができる。温
度調整用ヒータの絶縁体に熱衝撃性及び熱伝導性に優れ
た窒化アルミニウムを用いるようにしたので、急激な昇
温や降温に伴って材料内部に大きな熱応力が生じても、
この絶縁体に亀裂や破壊が発生することを大幅に抑制す
ることができ、しかも高ワット密度を発揮できる。従っ
て、ウエハの急激な温度変化を可能とし得るので、全体
の処理速度を促進させることができる。また、窒化アル
ミニウムは熱伝導性が良好であることから、ヒータ面内
における熱の移動が迅速に行われ、従って、被処理体の
温度の面内均一性を大幅に向上させることができる。As described above, according to the present invention,
The following excellent operational effects can be exhibited. Since aluminum nitride, which has excellent thermal shock resistance and thermal conductivity, is used as the insulator of the temperature adjustment heater, even if a large thermal stress occurs inside the material due to a rapid temperature increase or decrease,
It is possible to significantly suppress the occurrence of cracks and breakage in this insulator, and it is possible to exhibit a high watt density. Therefore, the temperature of the wafer can be rapidly changed, and the overall processing speed can be accelerated. Further, since aluminum nitride has a good thermal conductivity, heat can be transferred quickly within the heater surface, and therefore the in-plane uniformity of the temperature of the object to be processed can be greatly improved.
【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。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a processing apparatus according to the present invention.
【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。FIG. 2 is a schematic exploded view showing a mounting table of the processing apparatus shown in FIG.
【図3】本発明の装置に用いる温度調整用ヒータを示す
平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a temperature adjusting heater used in the apparatus of the present invention.
【図4】図3に示すヒータの断面図である。4 is a cross-sectional view of the heater shown in FIG.
【図5】AlNの温度に対する熱伝導率と熱容量(比
熱)の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thermal conductivity and the heat capacity (specific heat) with respect to the temperature of AlN.
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(チャック部) 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 54 抵抗発熱体 56 絶縁体 60 電力供給リード W 被処理体(半導体ウエハ) 4 processing container 8 mounting table 10 susceptor support 14 susceptor (lower electrode) 16 cooling jacket (cooling means) 22 electrostatic chuck (chuck) 26 voltage supply lead 28 direct current high voltage power supply 34 pipe lead 38 high frequency power supply 44 upper electrode 52 temperature Adjustment heater 54 Resistance heating element 56 Insulator 60 Power supply lead W Object to be processed (semiconductor wafer)
Claims (1)
持するチャック部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、前記チャック部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に窒化ア
ルミニウムを絶縁体として用いた温度調整用ヒータを設
けたことを特徴とする処理装置。1. A processing apparatus comprising a processing container having a chuck portion for holding and holding an object to be processed in an upper part and a mounting table having cooling means for cooling the object to be processed in a lower part, wherein the chuck is provided. Between the part and the cooling means,
A processing apparatus comprising a temperature adjusting heater using aluminum nitride as an insulator for adjusting the cold heat supplied to the object to be processed.
Priority Applications (4)
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JP4854193A Withdrawn JPH06244143A (en) | 1993-01-29 | 1993-02-15 | Treating device |
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