JPH06252093A - Pressure control method and its device - Google Patents
Pressure control method and its deviceInfo
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- JPH06252093A JPH06252093A JP5064678A JP6467893A JPH06252093A JP H06252093 A JPH06252093 A JP H06252093A JP 5064678 A JP5064678 A JP 5064678A JP 6467893 A JP6467893 A JP 6467893A JP H06252093 A JPH06252093 A JP H06252093A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、閉空間内を所定の圧力
に設定する圧力制御方法及びその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure control method and apparatus for setting a predetermined pressure in a closed space.
【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。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 an etching process or the like. This etching process is generally performed at a temperature near room temperature, but due to the demand for miniaturization and high integration of integrated circuits, an increase in the selection ratio with the base during etching and It is strongly desired to secure anisotropy. Under such circumstances, a so-called low-temperature etching treatment method has recently been developed in which a wafer is cooled to an ultralow temperature of about −150 ° C. using liquid nitrogen, for example, and etching treatment is performed under reduced pressure in this state. Has reached.
【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、ウエハを保持するサセプタの下方
に例えば冷媒として液体窒素を流す冷却手段を設けてお
き、そして、この冷却手段とサセプタとの間に温度調整
用ヒータを設け、このヒータの発熱量を変化させること
により、冷却手段からウエハに供給される冷熱を制御し
ウエハ温度を制御するようになっている。According to this low temperature etching treatment, for example, when etching a polysilicon or a silicon oxide film, the selection ratio with respect to the underlying layer can be greatly increased as compared with the conventional method. Since a sufficient property can be secured, for example, even when forming a contact hole, the angle of the side wall of the hole is not rounded, and a sharp hole close to 90 ° can be formed. An apparatus for performing such an etching process is provided with a cooling means for flowing liquid nitrogen as a coolant, for example, below a susceptor holding a wafer, and a temperature adjusting heater is provided between the cooling means and the susceptor. By changing the amount of heat generated by the heater, the cooling heat supplied from the cooling means to the wafer is controlled to control the wafer temperature.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記サセプ
タやヒータ或いは他の部材等を装置内に組み込んだとき
にはこれらの間の接合部に必ず僅かな大きさではあるが
閉空間が発生し、これが冷却手段からウエハまでの熱伝
達径路中に介在するとこの閉空間中に存在する気体の量
乃至圧力に起因して熱抵抗が変化し、上記ヒータによる
発熱量の制御だけではウエハ温度を適正に制御できない
という問題点を有している。このため、図６に示すよう
な閉空間の圧力制御装置が提案されている。すなわち、
制御対象となる閉空間２に例えばマスフローコントロー
ラ４を介在したガス供給系６を接続すると共にこの供給
系６にガス放出用の可変バルブ８を分岐させて接続す
る。By the way, when the above-mentioned susceptor, heater, or other member is incorporated in the apparatus, a closed space is always generated at the joint between them, although it is a small size, and this causes cooling. If it is interposed in the heat transfer path from the device to the wafer, the thermal resistance changes due to the amount or pressure of the gas present in this closed space, and the wafer temperature cannot be properly controlled only by controlling the amount of heat generated by the heater. There is a problem. Therefore, a closed space pressure control device as shown in FIG. 6 has been proposed. That is,
For example, a gas supply system 6 with a mass flow controller 4 interposed is connected to the closed space 2 to be controlled, and a variable valve 8 for releasing gas is branched and connected to the supply system 6.
【０００５】そして、閉空間２において期待する熱伝達
係数を得るためにこの閉空間２内を所定の圧力に維持す
べく例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部１０
によりマスフローコントローラ６や可変バルブ８の開度
を調整しつつ気体を供給し、圧力計１２からの値をフィ
ードバックさせつつ閉空間２内の圧力を所望の値に維持
するようになっている。しかしながら、この種の装置に
あっては、上述のようにフィードバック方式を採用して
いるために全体として構造が複雑になり、コスト上昇を
余儀なくされるばかりか、圧力調整時にオーバシュート
やアンダシュートを繰り返しながら所望の圧力値に落ち
着くような制御であるために圧力値が安定するまでに比
較的長い時間を費やしてしまい、早期に所望の熱伝達係
数が得られないという改善点も有していた。Then, in order to maintain a desired pressure in the closed space 2 in order to obtain the expected heat transfer coefficient in the closed space 2, the control unit 10 composed of, for example, a microcomputer or the like.
Thus, the gas is supplied while adjusting the opening of the mass flow controller 6 and the variable valve 8, and the pressure in the closed space 2 is maintained at a desired value while feeding back the value from the pressure gauge 12. However, in this type of device, since the feedback system is adopted as described above, the structure as a whole becomes complicated, and not only cost is inevitably increased, but also overshoot and undershoot are caused during pressure adjustment. Since the control is performed so as to settle down to the desired pressure value repeatedly, it takes a relatively long time until the pressure value stabilizes, and there is also an improvement point that the desired heat transfer coefficient cannot be obtained early. .
【０００６】更には、圧力調整時に可変バルブ８に流し
て放出する気体がかなりの量になるためにランニングコ
ストの上昇も余儀なくされていた。また、フィードバッ
クの分解能が低い場合には、微小な圧力調整ができない
という問題点も有していた。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
であり、その目的は設定圧力に対応した所定の時間だけ
気体を供給することによりオープン制御で迅速に閉空間
の圧力制御を行うことができる圧力制御方法及びその装
置を提供することにある。Furthermore, since the amount of the gas that flows into the variable valve 8 and is released at the time of adjusting the pressure becomes a considerable amount, the running cost must be increased. Further, there is a problem that minute pressure adjustment cannot be performed when the feedback resolution is low. The present invention focuses on the above problems and was devised to solve them effectively. The purpose of the present invention is to quickly open and control by supplying gas for a predetermined time corresponding to the set pressure. Another object of the present invention is to provide a pressure control method and device capable of controlling the pressure of a closed space.
【０００７】[0007]
【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、閉空間内に気体を供給して前記閉空間
内を所定の圧力に設定する圧力制御装置において、前記
閉空間内を真空引きするための真空排気系と、前記閉空
間内に気体を導入するための気体供給系と、この気体供
給系に介設されてこれに流れる気体の流量を制御する流
量制御弁と、前記閉空間内を所定の圧力に設定するため
に必要とされる時間だけ前記流量制御弁に前記気体を流
す制御部とを備え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 provides a pressure control device for supplying gas into a closed space to set a predetermined pressure in the closed space. A vacuum exhaust system for evacuating the interior, a gas supply system for introducing gas into the closed space, and a flow rate control valve interposed in the gas supply system for controlling the flow rate of gas flowing therein. A control unit that causes the gas to flow through the flow rate control valve for a time required to set a predetermined pressure in the closed space.
【０００８】[0008]
【作用】上記構成によれば、まず、真空排気系により閉
空間内を真空引きして非常に低い基準圧力に予め設定
し、その後、制御部は気体供給系の流量制御弁を所定の
時間だけ、開状態として所定の流量の気体を流す。この
制御部には、期待する設定すべき閉空間内圧力と流量と
の関係（例えば供給時間を一定とする）が予めテーブル
化されて記憶されており、所望する閉空間圧力に対して
流量が一義時に決定される。これにより、オープン制御
により閉空間内圧力を迅速に所定の圧力に設定すること
が可能となる。According to the above structure, first, the closed space is evacuated by the vacuum evacuation system to preset it to a very low reference pressure, and then the control unit sets the flow control valve of the gas supply system for a predetermined time. , A predetermined flow rate of gas is allowed to flow in the open state. In this control unit, the relationship between the expected pressure in the closed space and the flow rate to be set (for example, the supply time is constant) is stored in a table in advance, and the flow rate is stored with respect to the desired closed space pressure. It is decided at the time of justice. This makes it possible to quickly set the pressure in the closed space to a predetermined pressure by the open control.
【０００９】[0009]
【実施例】以下に、本発明に係る圧力制御方法及びその
装置の一実施例について詳述する。図１は本発明の圧力
制御装置を示す構成図、図２は図１に示す装置が適用さ
れたプラズマエッチング装置を示す断面図、図３は図２
に示す冷却ジャケットの本実施例と従来の構造を比較す
るための比較図である。まず、本発明の説明に先立って
本発明装置及び方法が適用されるプラズマエッチング装
置について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the pressure control method and apparatus according to the present invention will be described in detail below. 1 is a block diagram showing a pressure control device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a plasma etching device to which the device shown in FIG. 1 is applied, and FIG.
FIG. 7 is a comparative diagram for comparing the present embodiment of the cooling jacket shown in FIG. First, prior to the description of the present invention, a plasma etching apparatus to which the apparatus and method of the present invention are applied will be described.
【００１０】図示するようにこのエッチング装置１４
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１６を有しており、この
容器１６の底部にはセラミック等の絶縁板１８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２０が収容されている。この載置台２
０は、アルミニウム等により形成された複数の部材をボ
ルト等（図示せず）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２０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２２と、この
上にボルト（図示せず）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２４とにより主に構成さ
れている。As shown in the drawing, this etching apparatus 14
Has a processing container 16 formed of a conductive material, such as aluminum, into a cylindrical or rectangular shape. At the bottom of the container 16, an object to be processed, such as a semiconductor, is provided via an insulating plate 18 made of ceramic or the like. A substantially columnar mounting table 20 for mounting the wafer W is housed. This table 2
0 is configured by assembling a plurality of members formed of aluminum or the like with bolts or the like (not shown). Specifically, the mounting table 20 includes a susceptor support table 22 formed of aluminum or the like in a cylindrical shape, and a susceptor 24 made of aluminum or the like which is detachably provided on the susceptor support table 22 by a bolt (not shown). It is mainly composed.
【００１１】上記サセプタ支持台２２には、冷却手段、
例えば冷却ジャケット２６が設けられており、このジャ
ケット２６には例えば液体窒素等の冷媒が冷媒導入管２
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３０より前記液体窒素の蒸発による気体が容器外へ排
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２６からサセプタ２４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。The susceptor support 22 has a cooling means,
For example, a cooling jacket 26 is provided, and a refrigerant such as liquid nitrogen is provided in the jacket 26 as the refrigerant introduction pipe 2
The gas is introduced through 8 and circulates in the jacket, and the gas resulting from the evaporation of the liquid nitrogen is discharged from the refrigerant discharge pipe 30 to the outside of the container. Therefore, the cold heat of the liquid nitrogen at −196 ° C. is transferred from the cooling jacket 26 to the wafer W via the susceptor 24.
And is configured to be cooled to a desired temperature.
【００１２】この冷却ジャケット２６は、図３（Ａ）に
示すように例えば断面矩形状の冷媒溜め２７を有してお
り、その底部内壁面は、ある程度の粗さに加工された核
沸騰伝熱面２７Ａとして構成され、この底部を介して効
率的に冷熱をウエハに向けて供給するようになってい
る。この場合、底部内壁面に核沸騰加工を施すために
は、図３（Ｂ）に示す従来構造のように底部を刳り貫い
て核沸騰伝熱面２７Ａを形成した後に底部を溶接で接合
するか或いは図３（Ａ）に示す本実施例のように上部を
開放しておいて底部内壁面に核沸騰面加工を施した後に
蓋体２９を溶接で接合する場合が考えられる。熱効率を
上げるためには底部よりウエハに向けて形成される熱流
路Ａにおける熱抵抗をできるだけ減らす必要があるが、
底部や蓋体を接合する部分においては溶接代３１Ａにお
いては熱抵抗が小さいが、部材の境界線３１Ｂでは僅か
な隙間のために熱抵抗が大きくなり、従って、熱流路Ａ
の途中においてはできるだけ部材の境界部分を介在させ
ないようにするのが好ましい。そこで、本実施例におい
ては図３（Ａ）に示すように蓋体２９を溶接して溶接代
３１Ａを熱流路Ａからできるだけ外すように構成されて
いる。As shown in FIG. 3 (A), the cooling jacket 26 has a coolant reservoir 27 having a rectangular cross section, for example, and the inner wall surface of the bottom portion thereof is processed into nucleate boiling heat transfer processed to a certain degree of roughness. The surface 27A is configured to efficiently supply cold heat to the wafer through the bottom portion. In this case, in order to perform the nucleate boiling process on the inner wall surface of the bottom, whether the nucleate boiling heat transfer surface 27A is formed by hollowing out the bottom like the conventional structure shown in FIG. Alternatively, as in this embodiment shown in FIG. 3A, it is conceivable that the lid 29 is joined by welding after the upper portion is opened and the inner wall surface of the bottom portion is subjected to nucleate boiling surface processing. In order to improve the thermal efficiency, it is necessary to reduce the thermal resistance in the heat passage A formed from the bottom toward the wafer as much as possible.
In the portion where the bottom portion and the lid are joined, the heat resistance is small at the welding margin 31A, but at the boundary line 31B between the members, the heat resistance becomes large due to the slight gap, and therefore the heat flow path A
In the middle of the step, it is preferable that the boundary portion of the members is not interposed as much as possible. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3A, the lid 29 is welded to remove the welding margin 31A from the heat flow path A as much as possible.
【００１３】上記サセプタ２４は、上端中央部が凸状に
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３２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３２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３４を絶縁状
態で挟み込むことにより形成され、この導電膜３４は電
圧供給リード３６により途中、高周波をカットするフィ
ルタ３８例えばコイルを介して可変直流高電圧源４０に
接続されている。従って、この導電膜３４に高電圧を印
加することによって、チャック３２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。The susceptor 24 is formed in a disk shape having a convex upper end center portion, and an electrostatic chuck 32 is formed in a wafer mounting portion at the center of the susceptor 24 in an area substantially the same as the wafer area. The electrostatic chuck 32 is formed, for example, by sandwiching a conductive film 34 such as a copper foil in an insulating state between two sheets of polymer polyimide film, and the conductive film 34 is cut by a voltage supply lead 36 in the middle of high frequencies. It is connected to a variable DC high voltage source 40 via a filter 38, for example, a coil. Therefore, by applying a high voltage to the conductive film 34, the wafer W can be attracted and held by the Coulomb force on the upper surface of the chuck 32.
【００１４】上記サセプタ２４には、中空に成形された
導体よりなるパイプリード４２がサセプタ支持台２２を
貫通して接続されており、このパイプリード４２には配
線４４を介してマッチング用のコンデンサ４６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４８が順次接続されている。従っ
て、上記サセプタ２４は下部電極として構成されること
になる。上記サセプタ２４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５０が
配設されており、この上部電極５０にはガス供給管５２
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５０の電極表面に形成された多
数の小孔５４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。A pipe lead 42 made of a hollow conductor is connected to the susceptor 24 by penetrating the susceptor support 22. A matching capacitor 46 is connected to the pipe lead 42 via a wire 44. Further, a high frequency power source 48 for generating plasma of, for example, 13.56 MHz or 40.68 MHz is sequentially connected. Therefore, the susceptor 24 is configured as a lower electrode. Above the susceptor 24, about 15
A grounded upper electrode 50 is disposed at a distance of about 20 mm, and a gas supply pipe 52 is connected to the upper electrode 50.
A process gas, for example, an etching gas such as CF 4 is supplied via the through holes, and the etching gas is blown into a processing space below through a large number of small holes 54 formed on the electrode surface of the upper electrode 50.
【００１５】また、処理容器１６の下部側壁には、排気
管５６が接続されて、処理容器１６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。An exhaust pipe 56 is connected to the lower side wall of the processing container 16 so that the atmosphere in the processing container 16 can be discharged by an exhaust pump (not shown), and the central side wall is not shown. A gate valve is provided,
It is configured to carry in and carry out wafers through this.
【００１６】そして、上記静電チャック３２と冷却ジャ
ケット２６との間のサセプタ下部には温度調整用ヒータ
５８が設けられる。このヒータ５８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５８
は、サセプタ支持台２２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６０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６０
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５８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２６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。そして、上記ヒ
ータ５８には電力供給リード６２が接続されると共に、
このリード６２には電力源６４が接続されて、所定の電
力をヒータ５８に供給し得るように構成される。尚、こ
の温度調整用ヒータ５８やヒータ固定台６０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。A temperature adjusting heater 58 is provided below the susceptor between the electrostatic chuck 32 and the cooling jacket 26. The heater 58 is a plate-shaped ceramics heater having a thickness of about several mm.
Is completely accommodated on the upper surface of the heater fixing base 60, which is fixed to the upper surface of the susceptor support base 22 by a bolt or the like not shown, with its upper surface at the same level. Heater fixing base 60
Is made of a material having good thermal conductivity, such as aluminum. The size of the heater 58 is preferably set to be substantially the same as or larger than the wafer area, so that the cold heat from the cooling jacket 26 located below the heater 58 is conducted to the wafer W. The temperature of the wafer W can be controlled and adjusted. The power supply lead 62 is connected to the heater 58, and
A power source 64 is connected to the lead 62 so that a predetermined power can be supplied to the heater 58. A through hole (not shown) through which a pusher pin or the like penetrates is formed in the temperature adjusting heater 58 and the heater fixing base 60.
【００１７】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６２、静電チャック３２に接続される電圧供給リー
ド３６等はプラズマ用の高周波を供給するパイプリード
４２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
４２の処理容器底部の貫通部には絶縁体６６が介設され
て、容器側との電気的絶縁を図っている。Further, various wirings which are easily influenced by the high frequency for plasma generation, such as the power supply lead 62 connected to the heater and the voltage supply lead 36 connected to the electrostatic chuck 32, supply the high frequency for plasma. It is housed in the pipe lead 42 and is designed not to have an influence of high frequency noise on the outside. An insulator 66 is provided in a penetrating portion of the bottom of the processing container of the pipe lead 42 to achieve electrical insulation from the container side.
【００１８】そして、サセプタ支持台２２やサセプタ２
４には、これらを貫通してＨｅ等の伝熱促進ガスを部材
界面、例えば静電チャック３２の裏面とサセプタ２４の
上面との間やヒータ５８の上面とサセプタ下面との間に
供給するためのガス通路６８が形成されている。また、
ヒータ固定台６０には、ヒータ５８の上面とサセプタ２
４の収容凹部下面との境界部に上記したガスを供給する
ために、ガス通路６８からの分岐路７０が形成される。Then, the susceptor support base 22 and the susceptor 2
In order to supply a heat transfer accelerating gas such as He through the member interfaces, such as between the back surface of the electrostatic chuck 32 and the upper surface of the susceptor 24 or between the upper surface of the heater 58 and the lower surface of the susceptor 4, The gas passage 68 is formed. Also,
The heater fixing base 60 includes the upper surface of the heater 58 and the susceptor 2.
A branch passage 70 from the gas passage 68 is formed in order to supply the above-mentioned gas to the boundary portion with the lower surface of the accommodation recess of No. 4.
【００１９】これらの部材の境界部分には、必ず僅かな
隙間が形成されてしまい、この境界部分は冷部ジャケッ
ト２６からウエハＷに至る熱流路の途中に介在すること
から境界部分のガス圧力により熱伝達率が変化し、従っ
て、この境界部分の熱伝達率を効果的に制御する必要が
ある。そこで、この境界部分の周辺部には適当数のシー
ル部材７２を介在させて境界部分に僅かな隙間の閉空間
７４、７６を形成し、この閉空間７４、７６に連通する
ガス通路６８に本発明に係る圧力制御装置７８（図１参
照）を接続する。A slight gap is always formed at the boundary between these members, and this boundary is present in the middle of the heat flow path from the cold part jacket 26 to the wafer W. The heat transfer coefficient changes and therefore it is necessary to effectively control the heat transfer coefficient at this boundary. Therefore, a proper number of seal members 72 are interposed in the peripheral portion of the boundary portion to form closed spaces 74 and 76 with a slight gap in the boundary portion, and the gas passage 68 communicating with the closed spaces 74 and 76 is provided with a main space. The pressure control device 78 (see FIG. 1) according to the invention is connected.
【００２０】具体的には、この圧力制御装置７８は、上
記閉空間７４、７６内を真空引きするための真空排気系
８０と、上記閉空間７４、７６内に一定の圧力の気体を
導入するための気体供給系８２と、この供給系８２に介
設されてこれに流れる気体の流量を制御する例えばマス
フローコントローラ（ＭＦＣ）のような流量制御弁８４
と、これら部材の動作を制御する、例えばマイクロコン
ピュータのような制御部８６とにより主に構成されてい
る。Specifically, the pressure control device 78 introduces a vacuum exhaust system 80 for evacuating the closed spaces 74 and 76 and a gas having a constant pressure into the closed spaces 74 and 76. Gas supply system 82 and a flow rate control valve 84 such as a mass flow controller (MFC) which is provided in the supply system 82 and controls the flow rate of gas flowing through the gas supply system 82.
And a control unit 86 for controlling the operation of these members, such as a microcomputer.
【００２１】上記気体供給系８２の端部には、一定の圧
力になされた例えばヘリウム（Ｈｅ）のような熱媒体気
体を収容したガス源８８が接続されており、上記流量制
御部８４の上流側には第１の開閉バルブ９０が、下流側
には第２の開閉バルブ９２がそれぞれ介設されている。
また、第２の開閉バルブ９２の上流側には、圧力計９４
が介在されており、その検出値は制御部８６へ入力され
る。上記真空排気系８０は、第２の開閉バルブ９２の下
流側に接続されており、この排気系８０の端部には、真
空ポンプ９６が接続されると共に、途中には第３の開閉
バルブ９８が介在されている。A gas source 88 containing a heating medium gas such as helium (He) at a constant pressure is connected to the end of the gas supply system 82, and is upstream of the flow rate control unit 84. A first opening / closing valve 90 is provided on the side, and a second opening / closing valve 92 is provided on the downstream side.
Further, a pressure gauge 94 is provided upstream of the second opening / closing valve 92.
Is interposed, and the detected value is input to the control unit 86. The vacuum evacuation system 80 is connected to the downstream side of the second opening / closing valve 92, a vacuum pump 96 is connected to the end of the evacuation system 80, and a third opening / closing valve 98 is provided in the middle. Is intervening.
【００２２】また、制御部８６には、上記各バルブの動
作時間等を計測するためのタイマ１００が接続されると
共に所望の情報乃至データを予め記憶する例えばＲＯＭ
のような記憶部１０２が接続される。この記憶部１０２
には、ガス源８８から一定の圧力例えば２ｋｇ／ｃｍ2
の気体を所定の減圧下の基準圧力、例えば１Ｔｏｒｒに
なされた上記閉空間７４、７６に一定の時間（時間を固
定した場合）、例えば５秒間だけ供給した時の閉空間の
最終的な圧力と、ＭＦＣの流量との関係を示した図４に
示すようなグラフがテーブル化して予め記憶されてお
り、所定の熱伝達率を得るための所望の閉空間圧力に設
定するようにＭＦＣの弁開度が制御部８６により制御さ
れる。A timer 100 for measuring the operating time of each valve is connected to the control unit 86, and desired information or data is stored in advance, for example, a ROM.
The storage unit 102 as described above is connected. This storage unit 102
A constant pressure from the gas source 88, for example 2 kg / cm 2
And the final pressure of the closed space when the gas is supplied to the closed spaces 74 and 76 set to 1 Torr for a fixed time (when the time is fixed), for example, for 5 seconds. , A graph as shown in FIG. 4 showing the relationship with the flow rate of the MFC is stored in advance as a table, and the valve of the MFC is opened so as to set a desired closed space pressure for obtaining a predetermined heat transfer coefficient. The degree is controlled by the control unit 86.
【００２３】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。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１６内のサセプタ２４の上部に
ウエハＷを載置し、これを静電チャック３２のクーロン
力によりサセプタ２４側へ吸着保持する。そして、上部
電極５０側からプロセスガスを処理空間に流し、上部電
極５０と下部電極（サセプタ）２４との間にパイプリー
ド４２を介して高周波を印加することによりプラズマを
立て、エッチング処理を行う。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 24 in the processing container 16 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 electrostatic chuck 32 It is adsorbed and held on the susceptor 24 side by the Coulomb force. Then, a process gas is caused to flow from the side of the upper electrode 50 into the processing space, and a high frequency is applied between the upper electrode 50 and the lower electrode (susceptor) 24 through the pipe lead 42 to generate plasma and perform etching processing.
【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２６とウエハＷとの間に設けられた温度調整用ヒー
タ５８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２６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。Further, since the wafer is excessively heated above a predetermined set temperature by the heat generated by the plasma, a coolant, for example, liquid nitrogen, is passed through the cooling jacket 16 of the susceptor support 10 to cool the wafer. To -196 ° C
The wafer W is supplied to the wafer W via the susceptor 14 on the upper side, and is cooled to maintain a desired low temperature. As a result, the wafer W
Will be subjected to low temperature etching. The temperature for cooling the wafer W is adjusted by adjusting the amount of heat generated by the temperature adjustment heater 58 provided between the cooling jacket 26 and the wafer W, and the wafer W is cooled to a predetermined temperature, for example, −15.
Maintain at about 0 ° C to 10 ° C. By controlling the amount of heat generated by the heater and the flow rate of the coolant in the jacket 26, the wafer temperature can be raised to room temperature or higher, for example, 60 ° C.
【００２５】また、ヒータ５８の発熱量の制御によりウ
エハ温度を適正値に維持するためには、冷却ジャケット
２６からウエハＷに至るまでの熱流路の熱抵抗、取り分
け各部材が接合される界面部分の閉空間７４、７６にお
ける熱伝達率（気体の圧力に対応）を必要に応じて適正
な値に維持する必要がある。この維持操作はウエハに対
する処理を実施するに先立って行われたり或いは、一定
のロット数のウエハ処理が終了して次に異なる温度でウ
エハ処理を行う時に行われたりする。閉空間７４、７６
の熱伝達率は、この空間における気体の種類と圧力とに
より一義的に決定され、その圧力は図４に示すように例
えば流量制御弁（ＭＦＣ）８４の弁開度により変化する
ＭＦＣの流量に依存することになる。Further, in order to maintain the wafer temperature at an appropriate value by controlling the amount of heat generated by the heater 58, the thermal resistance of the heat passage from the cooling jacket 26 to the wafer W, and especially the interface portion where each member is joined It is necessary to maintain the heat transfer coefficient (corresponding to the pressure of gas) in the closed spaces 74 and 76 at an appropriate value as necessary. This maintenance operation may be performed prior to performing the processing on the wafer, or may be performed when the wafer processing is performed for a certain number of lots and then the wafer processing is performed at different temperatures. Closed space 74, 76
Is uniquely determined by the type and pressure of gas in this space, and the pressure is, for example, as shown in FIG. 4, the flow rate of MFC that changes depending on the valve opening of the flow control valve (MFC) 84. Will depend on you.
【００２６】閉空間７４、７６内を所望の圧力に設定す
るには、まず、気体供給系８２の第１の開閉バルブ９０
を閉状態とし、流量制御弁８４、第２の開閉バルブ９２
及び真空排気系８０の第３の開閉バルブ９８を開状態と
して真空ポンプ９６を駆動し、閉空間７４、７６を含む
系全体を真空引きして基準圧力、例えば１０-2Ｔｏｒｒ
程度に維持する。この時の真空引きは制御部８６により
圧力計９４の値をモニタしながら行われる。尚、この基
準圧力は、閉空間圧力として設定されるべき最低圧力値
よりも低い値に設定する。このように系全体が真空度の
高い基準圧力になったならば、第３の開閉バルブ９８を
閉じて真空引きを停止すると共に流量制御弁８４も閉状
態とする。In order to set the pressure in the closed spaces 74 and 76 to a desired pressure, first, the first opening / closing valve 90 of the gas supply system 82 is set.
Is closed, and the flow control valve 84 and the second opening / closing valve 92 are closed.
And the third opening / closing valve 98 of the vacuum exhaust system 80 is opened to drive the vacuum pump 96, and the whole system including the closed spaces 74 and 76 is evacuated to a reference pressure, for example, 10 -2 Torr.
Maintain to a degree. The evacuation at this time is performed while the controller 86 monitors the value of the pressure gauge 94. The reference pressure is set to a value lower than the minimum pressure value that should be set as the closed space pressure. When the entire system reaches the reference pressure with a high degree of vacuum in this way, the third opening / closing valve 98 is closed to stop the evacuation and the flow rate control valve 84 is also closed.
【００２７】次に、第１の開閉バルブ９０を開状態とす
ると同時に（第２の開閉バルブ９２は開状態）、流量制
御弁８４を適宜開いて所定の流量、すなわち図４におい
て期待する所定の圧力に対応する流量を所定の時間（例
えば５秒間）だけ流し、各バルブ８４、９２、９０を閉
状態とする。これにより閉空間７４、７６には予めテー
ブル化されていたグラフに基づいて決定される流量の気
体が所定時間（５秒間）だけ流入し、閉空間７４、７６
内を所望する圧力に迅速に設定することができる。Next, at the same time when the first opening / closing valve 90 is opened (the second opening / closing valve 92 is open), the flow rate control valve 84 is appropriately opened to a predetermined flow rate, that is, a predetermined flow rate expected in FIG. The flow rate corresponding to the pressure is flowed for a predetermined time (for example, 5 seconds) to close the valves 84, 92, 90. As a result, the gas having a flow rate determined based on the graphs that have been tabulated in advance flows into the closed spaces 74 and 76 for a predetermined time (5 seconds), and the closed spaces 74 and 76 are closed.
The inside pressure can be quickly set to the desired pressure.
【００２８】この時、制御部８６は、記憶部１０２に予
め記憶されていた図４に示すようなグラフに基づいてＭ
ＦＣの弁開度を設定し、ＭＦＣの開時間はタイマ１００
を参照することにより計測する。この時の圧力変化は、
図５に示され、直線Ａは所望の圧力が１０Ｔｏｒｒの場
合の圧力変化を示し、直線Ｂは所望の圧力が５Ｔｏｒｒ
の場合の圧力変化を示し、共に所望の圧力まで直線的に
上昇し、オーバーシュートやアンダーシュートを生ずる
ことなく迅速に閉空間内が設定圧力に制御され、この結
果、早期に期待する熱伝達率を得ることができる。これ
に対し、曲線Ｃは従来制御方法による圧力変化を示し、
オーバーシュートやアンダーシュートが生じて所望の設
定圧力に安定するまではかなりの時間を要する。At this time, the control unit 86 controls the M based on the graph previously stored in the storage unit 102 as shown in FIG.
The FC valve opening is set, and the opening time of the MFC is set by the timer 100.
It is measured by referring to. The pressure change at this time is
As shown in FIG. 5, the straight line A shows the pressure change when the desired pressure is 10 Torr, and the straight line B shows the desired pressure of 5 Torr.
Shows the pressure change in the case of, and both rise linearly to the desired pressure, the closed space is quickly controlled to the set pressure without overshoot or undershoot, and as a result, the expected heat transfer coefficient Can be obtained. On the other hand, the curve C shows the pressure change by the conventional control method,
It takes a considerable amount of time for overshoot or undershoot to occur and stabilize at a desired set pressure.
【００２９】上記実施例においては、気体の流通時間が
５秒間に設定した場合について説明したが、この時間は
どのような値に設定してもよい。しかしながら、この流
通時間を過度に短く設定すると必要な圧力精度が得られ
なくなる場合が生ずる。また、上記実施例においては、
気体流通時間を５秒間に固定した場合について説明した
が、これに限定されず、例えばＭＦＣの流量を固定にし
て時間を変化させることにより所望の圧力を最終的に得
るようにしてもよい。更に、上記実施例においては、代
表として２つの閉空間７４、７６について説明したが、
熱伝達率を制御すべき全ての閉空間について適用し得る
のは勿論である。In the above embodiment, the case where the gas flow time is set to 5 seconds has been described, but this time may be set to any value. However, if this flow time is set too short, the required pressure accuracy may not be obtained. Further, in the above embodiment,
Although the case where the gas flow time is fixed to 5 seconds has been described, the present invention is not limited to this, and the desired pressure may be finally obtained by changing the time while fixing the flow rate of the MFC. Further, in the above embodiment, the two closed spaces 74 and 76 have been described as representatives.
Of course, it is applicable to all closed spaces whose heat transfer coefficient is to be controlled.
【００３０】また、本実施例においては、図３（Ａ）に
示すように冷却ジャケット２６の冷媒溜め２７を密閉す
る際に蓋体２９を溶接により接合するようにしたので、
冷熱の伝わる熱流路Ａの熱抵抗が図３（Ｂ）に示す従来
構造と比較して小さくなり、冷熱の伝熱効率を上昇させ
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。Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3A, the lid 29 is joined by welding when the coolant reservoir 27 of the cooling jacket 26 is sealed,
The thermal resistance of the heat flow path A through which cold heat is transmitted is smaller than that of the conventional structure shown in FIG. 3B, and the heat transfer efficiency of cold heat can be increased. The refrigerant used is not limited to liquid nitrogen, and other refrigerants such as liquid helium, liquid hydrogen and liquid oxygen can be used. In addition, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to the low temperature plasma etching apparatus has been described. It can also be applied to a prober device for inspecting the electrical characteristics of the sample at a low temperature, an electron microscope for observing a sample under a low temperature vacuum, and the like.
【００３１】[0031]
【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。本装
置発明によれば気体供給系から流量制御弁により流量制
御された気体を所定時間だけ閉空間に供給するオープン
制御にしたので、従来のような構造複雑なフィードバッ
ク制御が不要となり安価に提供することができる。本発
明方法によれば、上述のようにオープン制御が行われる
ので、オーバーシュートやアンダシュートを生ずること
なく閉空間内を迅速に所定の圧力に設定することができ
る。従って、例えば熱流路の熱伝達率を早期に安定させ
ることができ、円滑な処理が可能となる。また、圧力調
整時に気体を系外へ放出する必要がないのでランニング
コストも削減することができる。As described above, according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. According to the present invention, the open control is performed to supply the gas whose flow rate is controlled by the flow control valve from the gas supply system to the closed space for a predetermined time. Therefore, the complicated complicated feedback control as in the past is not necessary and the cost is provided. be able to. According to the method of the present invention, since the open control is performed as described above, it is possible to quickly set the predetermined pressure in the closed space without causing overshoot or undershoot. Therefore, for example, the heat transfer coefficient of the heat flow path can be stabilized at an early stage, and smooth processing can be performed. Further, since it is not necessary to release the gas to the outside of the system when adjusting the pressure, the running cost can be reduced.
【図１】本発明に係る圧力制御装置を示す構成図であ
る。FIG. 1 is a configuration diagram showing a pressure control device according to the present invention.
【図２】図１に示す装置が適用されたプラズマエッチン
グ装置を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a plasma etching apparatus to which the apparatus shown in FIG. 1 is applied.
【図３】図２に示す冷却ジャケットの本実施例と従来の
構造を比較するための比較図である。FIG. 3 is a comparative diagram for comparing the present embodiment of the cooling jacket shown in FIG. 2 with a conventional structure.
【図４】図１に示す装置の制御部に記憶される流量と圧
力との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a flow rate and a pressure stored in a control unit of the device shown in FIG.
【図５】本発明装置と従来装置による圧力変化を比較す
るための比較図である。FIG. 5 is a comparative diagram for comparing pressure changes between the device of the present invention and the conventional device.
【図６】従来の圧力制御装置を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional pressure control device.
１４ エッチング装置 １６ 処理容器 ２４ サセプタ ２６ 冷却ジャケット ３２ 静電チャック ４８ 高周波電源 ５０ 上部電極 ５８ 温度調整用ヒータ ６８ ガス通路 ７４、７６ 閉空間 ７８ 圧力制御装置 ８０ 真空排気系 ８２ 気体供給系 ８４ 流量制御弁 ８６ 制御部 ８８ ガス源 ９６ 真空ポンプ １０２ 記憶部 14 Etching Device 16 Processing Container 24 Susceptor 26 Cooling Jacket 32 Electrostatic Chuck 48 High Frequency Power Supply 50 Upper Electrode 58 Temperature Adjusting Heater 68 Gas Passage 74, 76 Closed Space 78 Pressure Control Device 80 Vacuum Exhaust System 82 Gas Supply System 84 Flow Control Valve 86 control unit 88 gas source 96 vacuum pump 102 storage unit
Claims (2)
を所定の圧力に設定する圧力制御方法において、前記閉
空間内を真空引きしてこの閉空間内を前記所定の圧力以
下の基準圧力に予め設定し、その後、気体を所定の流量
で所定の時間だけ前記閉空間内へ供給するように構成し
たことを特徴とする圧力制御方法。1. A pressure control method for supplying gas into a closed space to set a predetermined pressure in the closed space, wherein the closed space is evacuated to a pressure below the predetermined pressure. A pressure control method, wherein the pressure is preset to a reference pressure, and then gas is supplied into the closed space at a predetermined flow rate for a predetermined time.
を所定の圧力に設定する圧力制御装置において、前記閉
空間内を真空引きするための真空排気系と、前記閉空間
内に気体を導入するための気体供給系と、この気体供給
系に介設されてこれに流れる気体の流量を制御する流量
制御弁と、前記閉空間内を所定の圧力に設定するために
必要とされる時間だけ前記流量制御弁に前記気体を流す
制御部とを備えたことを特徴とする圧力制御装置。2. A pressure control device for supplying gas into a closed space to set a predetermined pressure in the closed space, and a vacuum exhaust system for evacuating the closed space, and a closed space in the closed space. A gas supply system for introducing gas, a flow rate control valve provided in the gas supply system for controlling the flow rate of gas flowing through the gas supply system, and required for setting a predetermined pressure in the closed space. A pressure control device comprising: a control unit that causes the gas to flow through the flow control valve for a certain time.
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1993
- 1993-03-01 JP JP06467893A patent/JP3167493B2/en not_active Expired - Lifetime
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