JP2005302936A

JP2005302936A - Plasma processing apparatus

Info

Publication number: JP2005302936A
Application number: JP2004115423A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagata; 毅永田; Makoto Nakao; 誠中尾; Masayuki Shiojiri; 昌幸塩尻; Takeshi Ogawa; 武小川; Yoshihiko Murakami; 嘉彦村上
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2005-10-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus where a test piece can be heated to a high temperature without breaking a test piece stand, and heating efficiency is excellent by eliminating contamination to the test piece due to the abnormal electric discharge of the test piece. <P>SOLUTION: The plasma processing apparatus 1 consists of the heater element 13 of the conductive silicon carbide (SiC) sintered body having a heater 9 arranged in a heater case 12, the first heat reflecting plate 15 of a silicon (Si) or silicon carbide (SiC) sintered body provided on the lower surface of the element 13 through a quarts spacer 14a, and a second heat reflecting plate 16 of a silicon or silicon carbide (SiC) sintered body provided on the lower surface of the first heat reflecting plate 15 through a quarts spacer 14b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体ウエハ等の板状試料を、所定の温度でプラズマ処理するプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ雰囲気下において、発熱体素子を用いて板状試料を効率よく、且つ、板状試料を汚染することなく加熱しつつプラズマ処理することができるプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that plasma-processes a plate-like sample such as a semiconductor wafer at a predetermined temperature. In particular, the plate-like sample can be efficiently processed using a heating element in a plasma atmosphere. The present invention relates to a plasma processing apparatus capable of performing plasma processing while heating without polluting.

従来、プラズマＣＶＤ、プラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置に搭載されて使用される半導体ウエハ等の試料を加熱する加熱装置としては、発熱体素子が埋設された試料台に試料を載置し、前記発熱体素子に通電することにより前記試料台に載置された試料を加熱する加熱装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a heating apparatus for heating a sample such as a semiconductor wafer mounted and used in a plasma processing apparatus such as plasma CVD or plasma etching apparatus, the sample is placed on a sample stage in which a heating element is embedded, A heating device that heats a sample placed on the sample stage by energizing a heating element is used (see, for example, Patent Document 1).

図３は、従来のプラズマ処理装置に搭載される加熱装置の一例を示す断面図であり、容器３１内には半導体ウエハ等の板状試料３８を加熱する加熱装置３２が設けられ、この加熱装置３２は、円盤状ヒーター部３３と円柱状支持部３６とを一体化した断面Ｔ字形のものである。円盤状ヒーター部３３は、緻密でガスタイトなセラミックスの内部にタングステン、モリブデン等からなる熱体素子３９をスパイラル状に埋設したもので、その端部には電極３７を介して電力が供給され、ウエハ等の試料３８を加熱する。一方、容器３１の内部にはガス供給孔３４からプロセスガスが供給され、吸引孔３５から排出される。
そして、前記の緻密でガスタイトなセラミックスとしては、ハロゲン系腐食ガスおよびそのプラズマに対する耐久性に優れることから、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が多用されている。なお、図３においては、プラズマ発生部は省略されている。
特公平６−２８２５８号公報 FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a heating device mounted on a conventional plasma processing apparatus, and a heating device 32 for heating a plate-like sample 38 such as a semiconductor wafer is provided in the container 31, and this heating device. Reference numeral 32 denotes a T-shaped cross section in which the disk-shaped heater portion 33 and the columnar support portion 36 are integrated. The disk-shaped heater section 33 is formed by embedding a thermal element 39 made of tungsten, molybdenum or the like in a dense and gastight ceramic in a spiral shape. A sample 38 such as the above is heated. On the other hand, the process gas is supplied into the container 31 from the gas supply hole 34 and discharged from the suction hole 35.
As the dense and gas-tight ceramic, aluminum nitride (AlN) is frequently used because of its excellent durability against halogen-based corrosive gas and its plasma. In FIG. 3, the plasma generator is omitted.
Japanese Patent Publication No. 6-28258

ところで、従来のプラズマ処理装置に搭載される加熱装置３２では、円盤状ヒーター部３３の発熱体素子３９が、窒化アルミニウム焼結体に内蔵されており、発熱体素子３９が通電されて加熱された場合、発熱体素子３９の熱膨張により窒化アルミニウム焼結体に非常に大きな熱歪が発生して、加熱中に窒化アルミニウム焼結体が破損し易いという大きな問題がある。また、発熱体素子３９に通電して高温域まで発熱させた場合、窒化アルミニウム焼結体は高温域ほど抵抗値が低下するので耐絶縁性が低下して絶縁破壊を起こし易いため、窒化アルミニウム焼結体の場合には、６００℃以上に加熱して連続運転することができない。
また、窒化アルミニウム焼結体は、プラズマ雰囲気中で、特にマイクロ波を利用してプラズマ化されたプラズマ雰囲気に曝されると、アースされていない限り、チャージアップして異常放電を起こしやすく、異常放電が起こると、窒化アルミニウム焼結体の表面が荒らされてパーティクルが発生し易く、板状試料への汚染源となったり、破損する虞がある。そのため、異常放電を防止するためのアースを設置することが必要であるが、アース設置は困難であったり、不可能であることが多い。
さらに、発熱体素子３９は、放射熱を試料方向以外にも放射するため、試料の加熱効率が低下するという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、試料台の異常放電による試料の汚染の虞がなく、また試料台を破損せずに高温まで加熱することができ、しかも加熱効率の優れたプラズマ処理装置を提供することを課題とする。 By the way, in the heating device 32 mounted on the conventional plasma processing apparatus, the heating element 39 of the disc-shaped heater portion 33 is built in the aluminum nitride sintered body, and the heating element 39 is energized and heated. In such a case, there is a great problem that the aluminum nitride sintered body is easily damaged due to thermal expansion of the aluminum nitride sintered body due to the thermal expansion of the heating element 39. Further, when the heating element 39 is energized to generate heat up to a high temperature region, the resistance value of the aluminum nitride sintered body decreases as the temperature increases, so that the insulation resistance is lowered and the dielectric breakdown is likely to occur. In the case of a ligation, it cannot be continuously operated by heating to 600 ° C. or higher.
Also, aluminum nitride sintered bodies are prone to charge up and cause abnormal discharge unless they are grounded, especially when exposed to a plasma atmosphere that has been made into plasma using microwaves. When discharge occurs, the surface of the aluminum nitride sintered body is roughened and particles are likely to be generated, which may cause contamination or damage to the plate-like sample. Therefore, it is necessary to install a ground for preventing abnormal discharge, but grounding is often difficult or impossible.
Furthermore, since the heating element 39 radiates radiant heat in directions other than the sample direction, there is a problem that the heating efficiency of the sample is lowered.
The present invention has been made in view of the above circumstances, there is no possibility of contamination of the sample due to abnormal discharge of the sample stage, it can be heated to a high temperature without damaging the sample stage, and the heating efficiency is high. It is an object to provide an excellent plasma processing apparatus.

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、発熱体素子と、この発熱体素子に電気的に接続されて電力を前記発熱体素子に供給する給電用端子を炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体で構成し、この発熱体素子の下方、または発熱体素子の下方と側方にシリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体の反射板を設置することにより解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent investigations to solve the above problems, the present inventors have found that a heating element and a power supply terminal that is electrically connected to the heating element and supplies power to the heating element are provided with silicon carbide ( It can be solved by comprising a (SiC) sintered body and installing a reflector of silicon (Si) or silicon carbide (SiC) sintered body below this heating element or below and on the side of the heating element. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、チャンバーと、該チャンバーに設けられ該チャンバー内にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記チャンバー内且つ前記プラズマ発生部に対向配置され、上面を板状試料を載置する面とする試料台とを備えたプラズマ処理装置であって、前記試料台は、導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体からなる発熱体素子と、この発熱体素子に電気的に接続されて電力を前記発熱体素子に供給する導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体からなる給電用端子と、前記発熱体素子の下方または前記発熱体素子の下方および側方に設けられ、前記発熱体素子から放射される放射熱を反射するシリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体からなる反射板とを備えてなることを特徴としている。 That is, the plasma processing apparatus of the present invention includes a chamber, a plasma generator provided in the chamber and generating plasma in the chamber, and disposed in the chamber so as to face the plasma generator. A plasma processing apparatus having a sample stage as a surface to be mounted, wherein the sample stage includes a heating element made of a conductive silicon carbide (SiC) sintered body and an electrical connection to the heating element. A power supply terminal comprising a conductive silicon carbide (SiC) sintered body connected to supply power to the heating element; and provided below the heating element or below and on the side of the heating element. And a reflecting plate made of a silicon (Si) or silicon carbide (SiC) sintered body that reflects radiant heat radiated from the heating element.

本発明のプラズマ処理装置では、試料台に設けられた発熱体素子により板状試料を加熱する。また、発熱体素子の下方または発熱体素子の下方および側方に設けられた反射板により発熱体素子から放射される放射熱を反射し、板状試料を効率よく加熱する。また、プラズマ雰囲気に曝されチャージアップして異常放電することもなく、パーティクルが発生して板状試料を汚染することもなく、破損の虞もない。 In the plasma processing apparatus of the present invention, the plate-like sample is heated by the heating element provided on the sample stage. Moreover, the radiant heat radiated | emitted from a heat generating element is reflected by the reflecting plate provided in the downward direction of a heat generating element, or the downward direction of a heat generating element, and a plate-shaped sample is heated efficiently. Further, the battery is not exposed to a plasma atmosphere and charged up to cause abnormal discharge, particles are not generated and the plate sample is not contaminated, and there is no risk of breakage.

本発明に係るプラズマ処理装置においては、発熱体素子および反射板は、保護ケースに収納されていることを特徴としている。
これにより、発熱体素子と反射板は雰囲気ガスによる腐食を受けることなく、長期間にわたって性能を維持する。 The plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the heating element and the reflector are housed in a protective case.
As a result, the heating element and the reflecting plate maintain their performance for a long time without being corroded by the atmospheric gas.

本発明のプラズマ処理装置によれば、試料台に設けられた発熱体素子により板状試料を加熱し、また、発熱体素子の下方または発熱体素子の下方および側方に設けられた反射板により放射熱を反射し、板状試料を８００℃程度の高温域まで効率よく加熱することができる。また、プラズマ雰囲気に曝されチャージアップすることがないので、異常放電を防止するためのアースを設置せずとも異常放電することもなく、もって、パーティクルが発生して板状試料を汚染することもなく、破損の虞もない。
さらに、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、発熱体素子および反射板を保護ケースに収納したので、プラズマ雰囲気から保護することができる。
以上により、プラズマ雰囲気下においても、異常放電によるパーティクル発生に起因した板状試料の汚染もなく、発熱体素子や反射板の腐食もなく、板状試料を効率よく、高温に、長期間にわたって安定的に加熱してプラズマ処理することができる。 According to the plasma processing apparatus of the present invention, the plate-like sample is heated by the heating element provided on the sample stage, and by the reflecting plate provided below the heating element or below and on the side of the heating element. The radiant heat is reflected, and the plate-like sample can be efficiently heated to a high temperature range of about 800 ° C. In addition, since there is no charge-up due to exposure to the plasma atmosphere, abnormal discharge will not occur without installing a ground to prevent abnormal discharge, and particles may be generated and contaminate the plate sample. There is no risk of damage.
Furthermore, according to the plasma processing apparatus of the present invention, since the heating element and the reflection plate are housed in the protective case, it can be protected from the plasma atmosphere.
As described above, even in a plasma atmosphere, there is no contamination of the plate-like sample due to generation of particles due to abnormal discharge, no corrosion of the heating element and the reflector, and the plate-like sample is efficiently stabilized at a high temperature for a long time. Can be heated and plasma treated.

以下、本発明のプラズマ処理装置の一実施形態について図面に基づき説明する。
なお、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解するために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図１は、本発明の一実施形態のプラズマ処理装置を示す概略断面図である。
図１において、アルミニウムまたはステンレススチールからなるチャンバー２の側壁（側部）には、反応ガスをチャンバー２内に導入する反応ガス導入口３および反応ガスをチャンバー２外へ排出する反応ガス排出口４が設けられている。 Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
This embodiment is specifically described in order to better understand the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a reaction gas introduction port 3 for introducing a reaction gas into the chamber 2 and a reaction gas discharge port 4 for discharging the reaction gas to the outside of the chamber 2 are provided on a side wall (side portion) of the chamber 2 made of aluminum or stainless steel. Is provided.

また、チャンバー２の頂部２ａの高純度石英製のマイクロ波照射窓２１の外側には、マイクロ波を利用したプラズマ発生部２２が設けられ、このプラズマ発生部２２は、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波照射窓２１を介してチャンバー２内に照射するマイクロ波発生器２３が備えられている。このマイクロ波照射窓２１の上面には、マイクロ波を均一に照射するためのアンテナ部２４が設けられ、このアンテナ部２４は、スロットアンテナ（孔付金属板）２５と誘電体２６とから構成されている。 Further, outside the microwave irradiation window 21 made of high-purity quartz at the top 2a of the chamber 2, a plasma generation unit 22 using microwaves is provided, and this plasma generation unit 22 is, for example, a 2.45 GHz micro wave. A microwave generator 23 that irradiates the chamber 2 with waves through the microwave irradiation window 21 is provided. An antenna unit 24 for uniformly irradiating microwaves is provided on the upper surface of the microwave irradiation window 21. The antenna unit 24 includes a slot antenna (metal plate with holes) 25 and a dielectric 26. ing.

一方、チャンバー２の底部２ｂには、開口部２ｃが形成され、この開口部２ｃを気密に覆う窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる焼結体板５が底部２ｂにＯリング６を介して螺子部材７により締結・固定されている。
そして、この焼結体板５上には、高純度透明石英製のＴ字型の脚８が立設され、この脚８上には、発熱部９が設けられている。この発熱部９は、その上面が板状試料Ｗ載置面とされ、この試料載置面は、前記プラズマ発生部２２に対向している。なお、開口部２ｃを気密に覆う焼結体板５はチャージアップして異常放電することを防止するため、アルミニウムまたはステンレススチール製チャンバーを介してアースされている。 On the other hand, an opening 2 c is formed in the bottom 2 b of the chamber 2, and a sintered body plate 5 made of aluminum nitride (AlN) covering the opening 2 c in an airtight manner is screwed to the bottom 2 b via an O-ring 6. It is fastened and fixed by.
A T-shaped leg 8 made of high-purity transparent quartz is erected on the sintered body plate 5, and a heat generating portion 9 is provided on the leg 8. The heat generating portion 9 has an upper surface serving as a plate-like sample W placement surface, and the sample placement surface faces the plasma generation portion 22. The sintered body plate 5 that covers the opening 2c in an airtight manner is grounded through an aluminum or stainless steel chamber in order to prevent an abnormal discharge due to charge-up.

発熱部９は、下向きにフランジ部１０を有し、Ｔ字型の脚８の頂面に位置決め固定された高純度透明石英製の板状試料支持板１１と、この板状試料支持板１１と前記Ｔ字型の脚８の頂面とで構成されたヒータケース１２の内部に配設された導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体の発熱体素子１３と、この発熱体素子１３の下面には石英製のスペーサー１４ａを介してシリコン（Ｓｉ）製または炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体の第１の熱反射板１５と、この第１の熱反射板１５の下面には石英製のスペーサー１４ｂを介してシリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体の第２の熱反射板１６と、一端が発熱体素子１３に電気的に接続され、他端が前記第１の熱反射板１５と第２の熱反射板１６とをそれぞれ貫通し、Ｔ字型の脚８の内部空間を通過し、焼結体板５を貫通して前記反応チャンバー２外に導出された導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体の給電用端子１７から主として構成されている。
そして、給電用端子１７と焼結体板５は、その貫通部１８において気密に封着されている。なお、この実施の形態にあっては、熱反射板は上下２枚設けられているが、必ずしも上下２枚設ける必要はなく、１枚であってもよい。 The heat generating portion 9 has a flange portion 10 facing downward, and a plate-like sample support plate 11 made of high-purity transparent quartz, which is positioned and fixed on the top surface of the T-shaped leg 8, and the plate-like sample support plate 11 A heating element 13 of a conductive silicon carbide (SiC) sintered body disposed inside a heater case 12 constituted by the top surface of the T-shaped leg 8, and a lower surface of the heating element 13 Includes a first heat reflecting plate 15 made of silicon (Si) or a silicon carbide (SiC) sintered body through a quartz spacer 14a, and a quartz spacer on the lower surface of the first heat reflecting plate 15. The second heat reflecting plate 16 of silicon (Si) or silicon carbide (SiC) sintered body and the one end are electrically connected to the heating element 13 through 14b, and the other end is the first heat reflecting plate. 15 and the second heat reflecting plate 16, and pass through the internal space of the T-shaped leg 8. And it is composed mainly of the feeding terminal 17 of the sintered body plate wherein 5 through the reaction chamber 2 outside derived conductive silicon carbide (SiC) sintered bodies.
The power supply terminal 17 and the sintered body plate 5 are hermetically sealed at the penetrating portion 18. In this embodiment, two upper and lower heat reflecting plates are provided. However, it is not always necessary to provide two upper and lower plates, and one heat reflecting plate may be provided.

発熱体素子１３は、通電により発熱するものであり、例えば、図２に示すように円形の平板状であり、中央部から外周部に向かって徐々に発熱体素子の幅が狭くなるように形成されたスパイラル状となっている。
発熱体素子１３を構成する導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体としては、焼結助剤無添加で焼結され、焼結密度が２．８ｇ／ｃｍ^３以上で、室温での電気抵抗が１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体が、板状試料Ｗへの汚染源となる不純物を含まず、かつ適度な抵抗を有するので好ましい。 The heating element 13 generates heat when energized. For example, the heating element 13 has a circular flat plate shape as shown in FIG. 2, and is formed so that the width of the heating element gradually decreases from the center toward the outer periphery. It has become a spiral shape.
The conductive silicon carbide (SiC) sintered body constituting the heating element 13 is sintered without adding a sintering aid, has a sintered density of 2.8 g / cm ³ or more, and has an electric resistance at room temperature. Is preferably 1 Ω · cm or less because it does not contain impurities that become a contamination source to the plate-like sample W and has an appropriate resistance.

このような導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体は、次のいずれかの方法で製造することができる。
「製造方法１」
不活性雰囲気または還元性雰囲気のプラズマ中に、シラン化合物、またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から０．１Ｔｏｒｒの範囲で制御しつつ気相反応させることにより、平均粒子径が０．１μｍ以下の炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を合成する。その後、この炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を成形・焼成して炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体とする。 Such a conductive silicon carbide (SiC) sintered body can be manufactured by any of the following methods.
"Manufacturing method 1"
A source gas composed of a silane compound or silicon halide and hydrocarbon is introduced into the plasma in an inert atmosphere or a reducing atmosphere, and the pressure of the reaction system is controlled in the range of less than 1 atm to 0.1 Torr. By phase reaction, a silicon carbide (SiC) powder having an average particle size of 0.1 μm or less is synthesized. Thereafter, the silicon carbide (SiC) powder is molded and fired to obtain a silicon carbide (SiC) sintered body.

「製造方法２」
平均粒子径が０．１〜１０μｍの第１の炭化珪素粉末と、不活性雰囲気または還元性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から０．１Ｔｏｒｒの範囲で制御しつつ気相反応させることによって合成された平均粒子径が０．１μｍ以下の第２の炭化珪素粉末とを混合し、この混合粉末を成形・焼成して炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体とする。 "Manufacturing method 2"
A raw material gas composed of a silane compound or silicon halide and hydrocarbon is introduced into a plasma of an inert atmosphere or a reducing atmosphere, with the first silicon carbide powder having an average particle size of 0.1 to 10 μm, and the reaction system The mixture is mixed with a second silicon carbide powder having an average particle size of 0.1 μm or less synthesized by a gas phase reaction while controlling the pressure within a range of less than 1 atm to 0.1 Torr. Firing is made into a silicon carbide (SiC) sintered body.

給電用端子１７は、発熱体素子１３に電力を供給するためのものであり、導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体からなり、前記発熱体素子１３で使用される導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体と同質材料であることが、熱膨張性、高熱伝導性等の点において好ましい。 The power feeding terminal 17 is for supplying electric power to the heat generating element 13 and is made of a conductive silicon carbide (SiC) sintered body. (SiC) It is preferable that the material is the same material as the sintered body in terms of thermal expansion and high thermal conductivity.

発熱体素子１３と給電用端子１７とは、Ｓｉを含む接合剤層１９を介して電気的に接続されており、Ｓｉを含む接合剤で接合したことにより、接続部分の耐久性の向上が大幅に図られている。
また、焼結体板５は、チャンバー１１に取り付けられるとともに、チャンバー２内を気密に保持するものであり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の他、例えば、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックスが、気密性、耐熱性などに優れていることから好ましい。 The heating element 13 and the power supply terminal 17 are electrically connected via a bonding agent layer 19 containing Si, and joining with a bonding agent containing Si greatly improves the durability of the connection portion. It is envisaged.
The sintered body plate 5 is attached to the chamber 11 and holds the inside of the chamber 2 in an airtight manner. In addition to aluminum nitride (AlN), for example, silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), alumina (Al Ceramics such as ₂ O ₃ ) are preferable because they are excellent in airtightness and heat resistance.

焼結体板５と給電用端子１７とは、接着剤層２０により気密に封着されている。この封着剤層２０を構成する封着剤としては、気密に封着でき、発熱体素子１３を昇温させる際の温度に耐える耐熱性を備えている材料であることが必要であり、このような特性を備えた封着剤としては、アルミノ珪酸ガラス、バリウムホウ珪酸ガラスの他、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２０〜７０重量％、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を２０〜３５重量％含有するホウ珪酸亜鉛ガラスなどを例示することができる。 The sintered body plate 5 and the power feeding terminal 17 are hermetically sealed by the adhesive layer 20. The sealant constituting the sealant layer 20 needs to be a material that can be hermetically sealed and has heat resistance that can withstand the temperature when the heating element 13 is heated. As a sealing agent having such characteristics, in addition to aluminosilicate glass and barium borosilicate glass, 20 to 70% by weight of zinc oxide (ZnO) and 20 to 35% by weight of boron oxide (B ₂ O ₃ ) are contained. A borosilicate zinc glass etc. can be illustrated.

第１の熱反射板１５及び第２の熱反射板１６を構成するシリコン（Ｓｉ）としては、高純度のものであれば、単結晶シリコンであっても、多結晶シリコンであってもよい。これらの熱反射板の厚みは１〜３ｍｍ程度が好ましい。厚みが１ｍｍ未満であると反りが生じたり、破損しやすいので好ましくなく、一方、厚みが３ｍｍを超えると熱容量が大きくなるので好ましくない。
また、第１の熱反射板１５及び第２の熱反射板１６を構成する炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体としては、高純度のものであれば、導電性であっても、絶縁性であってもよい。これらの熱反射板１５、１６の厚みも１〜３ｍｍ程度が好ましい。厚みが１ｍｍ未満であると反りが生じたり、破損しやすいので好ましくなく、一方、厚みが３ｍｍを超えると熱容量が大きくなるので好ましくない。 The silicon (Si) constituting the first heat reflecting plate 15 and the second heat reflecting plate 16 may be single crystal silicon or polycrystalline silicon as long as it has high purity. The thickness of these heat reflecting plates is preferably about 1 to 3 mm. If the thickness is less than 1 mm, it is not preferable because warpage occurs or breaks easily. On the other hand, if the thickness exceeds 3 mm, the heat capacity increases.
In addition, the silicon carbide (SiC) sintered body constituting the first heat reflecting plate 15 and the second heat reflecting plate 16 may be electrically conductive or insulating if it has a high purity. May be. The thickness of these heat reflecting plates 15 and 16 is preferably about 1 to 3 mm. If the thickness is less than 1 mm, it is not preferable because warpage occurs or breaks easily. On the other hand, if the thickness exceeds 3 mm, the heat capacity increases, which is not preferable.

このように構成されたプラズマ処理装置１では、給電用端子１７とリード線とを電気的に接続し、給電用端子１７を介して発熱体素子１３に電力を供給することにより、発熱体素子１３が発熱して板状試料支持板１１を介して板状試料Ｗを所定の温度に加熱する。
一方、反応チャンバー２内には所定圧力のプラズマガスが導入され、この導入されたプラズマガスがマイクロ波によりプラズマ化され、前記所定の温度に保持された板状試料Ｗの上面にプラズマ処理を施す。
そして、このように構成されたプラズマ処理装置１は、チャンバー２内の、マイクロ波によってプラズマ化されたプラズマ雰囲気に曝される箇所は、炭化珪素（ＳｉＣ）（またはシリコン）、石英、及び窒化アルミニウム（異常放電防止のためアースされているのでチャージアップしない）のみで構成されているので、板状試料Ｗへの汚染源となることはなく、しかも８００℃程度の高温度域で使用しても熱歪み、絶縁性の低下に起因する発熱部１３の破損も生じない。 In the plasma processing apparatus 1 configured as described above, the power supply terminal 17 and the lead wire are electrically connected, and power is supplied to the heat generator element 13 via the power supply terminal 17, whereby the heat generator element 13. Generates heat and heats the plate-like sample W to a predetermined temperature via the plate-like sample support plate 11.
On the other hand, a plasma gas having a predetermined pressure is introduced into the reaction chamber 2, and the introduced plasma gas is turned into plasma by microwaves, and plasma processing is performed on the upper surface of the plate-like sample W held at the predetermined temperature. .
And the plasma processing apparatus 1 comprised in this way WHEREIN: The location exposed to the plasma atmosphere converted into plasma by the microwave in the chamber 2 is silicon carbide (SiC) (or silicon), quartz, and aluminum nitride. Since it is composed only of (it is not charged up because it is grounded to prevent abnormal discharge), it does not become a source of contamination to the plate-like sample W, and even when used in a high temperature range of about 800 ° C. The heat generating portion 13 is not damaged due to the distortion and the decrease in insulation.

以下、本発明を具体的に詳しく説明する。
（実施例１）
図１に示すプラズマ処理装置１を作製した。まず、アルミニウム（Ａｌ）金属製のチャンバー２の頂部２ａに高純度石英製のマイクロ波照射窓２１を気密に取り付け、このマイクロ波照射窓２１の外側に、マイクロ波を利用したプラズマ発生部２２を設けた。このプラズマ発生部２２は、マイクロ波照射窓２１の上面にスロットアンテナ（孔付金属板）２５と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製の誘電体板２６から構成されるアンテナ部２４を配設し、このアンテナ部２４上に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波照射窓２１を介してチャンバー２内に照射するマイクロ波発生器２３を取り付けることにより作製した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(Example 1)
A plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 was produced. First, a microwave irradiation window 21 made of high-purity quartz is airtightly attached to the top 2 a of the chamber 2 made of aluminum (Al) metal, and a plasma generation unit 22 using microwaves is provided outside the microwave irradiation window 21. Provided. The plasma generation unit 22 includes an antenna unit 24 including a slot antenna (a metal plate with holes) 25 and a dielectric plate 26 made of aluminum nitride (AlN) on the upper surface of the microwave irradiation window 21, and the antenna. A microwave generator 23 that irradiates the chamber 2 with a 2.45 GHz microwave through the microwave irradiation window 21 is attached on the portion 24.

発熱体素子１３および給電用端子１７には、前記製造方法２により製造され、常温下での熱伝導率が１７５Ｗ／ｍ・Ｋで、かつ、体積固有抵抗値が０．０７Ωｃｍである導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体を用いた。発熱体素子１３の形状は、平面視円形の平板状で、厚み３ｍｍ、直径２４０ｍｍとした。また、発熱体素子１３の幅は、中央部で２４ｍｍ、外周部に向かって徐々に狭くし、外周部の一番外側で６ｍｍのスパイラル状とした。給電用端子１７は、直径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱状に形成した。 The heating element 13 and the power feeding terminal 17 are manufactured by the manufacturing method 2 and have a conductivity of 175 W / m · K at room temperature and a volume resistivity of 0.07 Ωcm. A silicon carbide (SiC) sintered body was used. The shape of the heating element 13 was a flat plate shape having a circular shape in plan view, and had a thickness of 3 mm and a diameter of 240 mm. The width of the heating element 13 was 24 mm at the center, gradually narrowed toward the outer periphery, and 6 mm on the outermost portion of the outer periphery. The power feeding terminal 17 was formed in a cylindrical shape having a diameter of 10 mm and a length of 300 mm.

焼結体板５の材質としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた。焼結体板５は、直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍとし、給電用端子１７を貫通させるための穴の直径を１２ｍｍとした。また、板状試料の支持板１１およびＴ字型の脚８は透明石英製とした。 As the material of the sintered body plate 5, aluminum nitride (AlN) was used. The sintered body plate 5 had a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm, and a diameter of a hole for passing through the power supply terminal 17 was 12 mm. The plate-shaped sample support plate 11 and the T-shaped leg 8 were made of transparent quartz.

そして、発熱体素子１３と給電用端子１７の接合体を、以下のようにして作製した。
珪素（Ｓｉ）粉末０．７ｇとモリブデン（Ｍｏ）粉末０．３ｇを秤量し、アクリル樹脂を溶解したα−テルピネオール溶液を加えて混合した後、この混合物を発熱体素子１３と給電用端子１７との接合面に塗付した。次いで、発熱体素子１３と給電用端子１７とを所定の形状に組み立て、３５０℃にて２０分間脱脂を行い、大気圧下１５００℃で３０分間熱処理することにより接合した。 And the joined body of the heat generating element 13 and the terminal 17 for electric power feeding was produced as follows.
After weighing 0.7 g of silicon (Si) powder and 0.3 g of molybdenum (Mo) powder, and adding and mixing an α-terpineol solution in which an acrylic resin is dissolved, this mixture is heated to the heating element 13 and the power feeding terminal 17. It was applied to the joint surface. Next, the heating element 13 and the power feeding terminal 17 were assembled in a predetermined shape, degreased at 350 ° C. for 20 minutes, and bonded by heat treatment at 1500 ° C. for 30 minutes at atmospheric pressure.

そして、発熱体素子１３に接合された給電用端子１７と、焼結体板５とを以下のようにして封着した。まず、カーボン治具を用い、発熱体素子１３に接合された給電用端子１７と焼結体板５とをそれぞれ所定の位置に配設した。配設後、封着剤を給電用端子１７と焼結体板５と貫通孔の隙間に充填し、窒素雰囲気中にて昇温速度１０℃／分で９００℃まで昇温させ、９００℃で３０分間保持した。その後、降温速度１０℃／分にて室温まで冷却した。上記の封着剤は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）６０ｇと酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３）２５ｇとシリカ（ＳｉＯ_２）１５ｇとを自動乳鉢にて混合後、１６８０℃の電気炉にて白金ルツボを用いて溶融し、水中に投下して急冷してガラスとし、このガラスを３００メッシュ以下になるまで粉砕することにより作製した。 The power supply terminal 17 joined to the heating element 13 and the sintered body plate 5 were sealed as follows. First, using a carbon jig, the power feeding terminal 17 and the sintered body plate 5 joined to the heating element 13 were disposed at predetermined positions. After the disposition, the sealing agent is filled in the gaps between the power supply terminal 17, the sintered body plate 5 and the through hole, and the temperature is increased to 900 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere. Hold for 30 minutes. Then, it cooled to room temperature with the temperature-fall rate of 10 degree-C / min. The above sealant was prepared by mixing 60 g of zinc oxide (ZnO), 25 g of boron oxide (B ₂ O ₃ ) and 15 g of silica (SiO ₂ ) in an automatic mortar, and then using a platinum crucible in an electric furnace at 1680 ° C. The glass was melted, dropped into water, rapidly cooled to give glass, and this glass was pulverized to 300 mesh or less.

また、シリコン（Ｓｉ）製の熱反射板１５、１６を次のようにして作製した。
厚み３ｍｍ、直径２４０ｍｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）板に必要な穴加工を施した後、両表面を平面研削法により鏡面加工（表面粗さ（Ｒａ）０．１μｍ）を施した。 Further, the heat reflecting plates 15 and 16 made of silicon (Si) were produced as follows.
After drilling necessary holes in a polycrystalline silicon (Si) plate having a thickness of 3 mm and a diameter of 240 mm, both surfaces were mirror-finished by a surface grinding method (surface roughness (Ra) 0.1 μm).

（実施例２）
実施例１に準じてプラズマ処理装置１を作製した。ただし、熱反射板１５、１６を炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体とし、この炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体の熱反射板１５、１６を次のようにして作製した。
厚み３ｍｍ、直径２４０ｍｍの多導電性炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体板に必要な穴加工を施した後、両表面を平面研削法により鏡面加工（表面粗さ（Ｒａ）０．０８μｍ）を施した。 (Example 2)
A plasma processing apparatus 1 was produced according to Example 1. However, the heat reflecting plates 15 and 16 were made of a silicon carbide (SiC) sintered body, and the heat reflecting plates 15 and 16 of the silicon carbide (SiC) sintered body were produced as follows.
After drilling the necessary holes in a multi-conductive silicon carbide (SiC) sintered body plate having a thickness of 3 mm and a diameter of 240 mm, both surfaces are mirror-finished by surface grinding (surface roughness (Ra) 0.08 μm). did.

（比較例１）
実施例１に準じてプラズマ処理装置１を作製した。ただし、熱反射板１５、１６は設けなかった。 (Comparative Example 1)
A plasma processing apparatus 1 was produced according to Example 1. However, the heat reflecting plates 15 and 16 were not provided.

（比較例２）
図３に示す断面構造を有するプラズマ処理装置１を作製した。ただし、発熱部９を構成するセラミックスは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体とした。 (Comparative Example 2)
A plasma processing apparatus 1 having the cross-sectional structure shown in FIG. 3 was produced. However, the ceramic constituting the heat generating portion 9 was an aluminum nitride (AlN) sintered body.

（評価）
実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２のプラズマ処理装置１を次のようにして評価した。
板状試料支持台１１上に８インチのＳｉウエハを載置し、プロセス雰囲気を０．１Ｔｏｒｒの窒素（Ｎ_２）雰囲気に調整し、発熱体素子１３に通電してウエハを加熱しつつ、２．４５ＧＨｚのマイクロ波（出力２ｋＷ）を発振させて窒素プラズマを生成させ、１４４０時間連続して運転し、異常放電の発生有無、発熱部９の破損、発熱部９、熱反射板１５、１６の腐食有無、加熱温度、加熱効率等について評価した。 (Evaluation)
The plasma processing apparatus 1 of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was evaluated as follows.
An 8-inch Si wafer was placed on the plate-like sample support 11, the process atmosphere was adjusted to a 0.1 Torr nitrogen (N ₂ ) atmosphere, and the heating element 13 was energized to heat the wafer while 2 .45 GHz microwave (output 2 kW) is oscillated to generate nitrogen plasma, operated continuously for 1440 hours, occurrence of abnormal discharge, breakage of heat generating part 9, heat generating part 9, heat reflecting plates 15, 16 The presence or absence of corrosion, heating temperature, heating efficiency, etc. were evaluated.

上記評価の結果によれば、実施例１、実施例２のプラズマ処理装置１にあっては、ウエハ温度８００℃で連続運転中に異常放電が起こることもなく、連続運転終了後、発熱部９、熱反射板１５、１６を点検したところ、発熱部９の破損や熱反射板１５、１６の異常は認められなかった。
これに対して、比較例１のプラズマ処理装置１にあっては、ウエハ温度を８００℃まで昇温することができなかった。
また、比較例２のプラズマ処理装置１にあっては、ウエハ温度が８００℃に到達して５分後に、発熱部を構成する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体にクラックが発生し、ヒータが断線した。 According to the result of the above evaluation, in the plasma processing apparatus 1 of Example 1 and Example 2, abnormal discharge does not occur during continuous operation at a wafer temperature of 800 ° C., and after the continuous operation is completed, the heating unit 9 When the heat reflecting plates 15 and 16 were inspected, the heat generating portion 9 was not damaged and the heat reflecting plates 15 and 16 were not abnormal.
On the other hand, in the plasma processing apparatus 1 of Comparative Example 1, the wafer temperature could not be raised to 800 ° C.
Further, in the plasma processing apparatus 1 of Comparative Example 2, a crack occurred in the aluminum nitride (AlN) sintered body constituting the heat generating part 5 minutes after the wafer temperature reached 800 ° C., and the heater was disconnected. did.

本発明の加熱装置は、発熱体素子や反射板の腐食もなく、異常放電によるパーティクル発生に起因した汚染もなく、シリコン（Ｓｉ）ウエハや、ＧａＡｓウエハ等の板状試料を効率よく、高温に、長期にわたってプラズマ処理することができ、その工業上の利用効果は極めて大である。 The heating device of the present invention does not corrode the heating element or the reflector, does not cause contamination due to the generation of particles due to abnormal discharge, and efficiently converts plate-like samples such as silicon (Si) wafers and GaAs wafers to high temperatures. The plasma treatment can be performed over a long period of time, and its industrial utilization effect is extremely large.

本発明のプラズマ処理装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the plasma processing apparatus of this invention. 本発明の発熱体素子の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the heat generating element of this invention. 従来のプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the conventional plasma processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１プラズマ処理装置
２チャンバー
２ａチャンバー頂部
２ｂチャンバーの底部
２ｃチャンバーの開口部
３反応ガス導入口
４反応ガス排出口
５焼結体板
６Ｏリング
７螺子部材
８脚
９発熱部
１０フランジ部
１１試料支持台
１２ヒータケース
１３発熱体素子
１４ａ、１４ｂスペーサー
１５第一熱反射板
１６第二熱反射板
１７給電用端子
１８貫通孔
１９接合剤層
２０接着剤層
２１マイクロ波照射窓
２２プラズマ発生部
２３マイクロ波発生器
２４アンテナ部
２５スロットアンテナ
２６誘電体

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma processing apparatus 2 Chamber 2a Chamber top part 2b Chamber bottom part 2c Chamber opening part 3 Reactive gas inlet 4 Reactive gas outlet 5 Sintered body plate 6 O-ring 7 Screw member 8 Leg 9 Heating part 10 Flange part 11 Sample support Table 12 Heater case 13 Heating element 14a, 14b Spacer 15 First heat reflecting plate 16 Second heat reflecting plate 17 Feeding terminal 18 Through hole 19 Adhesive layer 20 Adhesive layer 21 Microwave irradiation window 22 Plasma generating portion 23 Micro Wave generator 24 Antenna section 25 Slot antenna 26 Dielectric

Claims

チャンバーと、該チャンバーに設けられ該チャンバー内にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記チャンバー内且つ前記プラズマ発生部に対向配置され、上面を板状試料を載置する面とする試料台とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記試料台は、導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体からなる発熱体素子と、この発熱体素子に電気的に接続されて電力を前記発熱体素子に供給する導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体からなる給電用端子と、前記発熱体素子の下方または前記発熱体素子の下方および側方に設けられ前記発熱体素子から放射される放射熱を反射するシリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体からなる反射板と、
を備えてなることを特徴とするプラズマ処理装置。 A chamber, a plasma generation unit that is provided in the chamber and generates plasma in the chamber, and a sample stage that is disposed in the chamber and opposite to the plasma generation unit and has an upper surface as a surface on which a plate-like sample is placed. A plasma processing apparatus comprising:
The sample stage includes a heating element made of a conductive silicon carbide (SiC) sintered body, and conductive silicon carbide (SiC) that is electrically connected to the heating element and supplies power to the heating element. ) A power feeding terminal made of a sintered body and silicon (Si) or silicon carbide provided below the heating element or below and on the side of the heating element and reflecting radiant heat radiated from the heating element A reflector made of a (SiC) sintered body;
A plasma processing apparatus comprising:

前記発熱体素子および前記反射板は、保護ケースに収納されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the heating element and the reflector are housed in a protective case.