JPH07169737A

JPH07169737A - 処理装置

Info

Publication number: JPH07169737A
Application number: JP34303793A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Komino; 光明小美野; Yoichi Deguchi; 洋一出口; Chihiro Taguchi; 千博田口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】載置台の給電部、シール部または接合部の結
露による被害を未然に防止する。【構成】冷却ジャケット８から被処理体Ｗに至る冷却
経路が形成された載置台４の給電部１８、シール部また
は接合部の付近に湿度センサ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、
３１ｂを設置し、それらの部位における結露を適宜検出
し、結露水により給電部１８が劣化したり、あるいはシ
ール部や接合部の微小間隔に入った結露水が氷結しシー
ル部や接合部を破壊したりする事態を未然に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は処理装置に係り、特に半
導体ウェハなどの被処理体を低温状態で処理するための
低温処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体処理装置においては、
垂直なパターン形状と高い選択比を得るために、被処理
体、たとえば半導体ウェハの反応表面を低温化する低温
処理方法が知られている。特に最近では、被処理体の反
応表面温度を低温に制御すればするほど、製品の加工精
度が向上するため、被処理体を、たとえば−１５０℃程
度の超低温領域にまで冷却する処理の超低温化が進めら
れている。

【０００３】上記のような低温処理雰囲気を達成するた
めに、従来より、被処理体を載置する載置台に冷媒ジャ
ケットを設け、その冷却ジャケットに液体窒素などの冷
媒を供給し、その気化熱により載置台を冷却し、冷却さ
れた載置台から被処理体に伝熱される冷熱により被処理
体の反応表面を冷却する構成が採用されている。さらに
被処理体の冷却温度を制御するために、冷却ジャケット
から被処理体に至る伝熱経路に温調用ヒータを設け、こ
の温調用ヒータの発熱量を調整可能に構成している。さ
らに複数の部材から構成される載置台の各部材間におけ
る伝熱特性を向上させるために、各部材間にヘリウムな
どの伝熱ガスを供給している。

【０００４】上記のような低温処理装置において、載置
台を下部電極として作用させる場合には、給電管を介し
て高周波電力を載置台に供給する必要がある。また静電
チャックにより被処理体を載置台の載置面に吸着保持す
る場合には、静電チャックに高圧の直流電圧を印加する
必要がある。さらに上記のような温調用ヒータを発熱さ
せるための電力を供給する必要もある。このように、冷
却ジャケットから被処理体に冷熱を伝熱する伝熱経路が
形成された載置台には、同時に様々な目的から給電経路
が形成されている。

【０００５】また上記のような低温処理装置において載
置台は通常は複数の部材から構成されており、各部材は
密着接合されるか、あるいはボルト手段などにより着脱
自在に接合し、各部材間における伝熱特性を向上させる
ために各部材間にヘリウムなどの伝熱ガスを供給すると
ともに各部材間に供給された伝熱ガスが処理室内に漏出
しないようにＯリングなどによりシールが施されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な低温処理装置を実際に稼働させる場合には、処理室内
の真空排気および大気解放を反復するとともに、載置台
の温度を低温および常温の間で反復的に変化させる必要
がある。そのため、処理室内に導入された気体成分中に
含まれる水分が常温時に、載置台の給電経路、載置台の
シール部あるいは載置台の構成部材の接合箇所に付着
し、そのまま低温領域にまで冷却された場合には、給電
経路に付着した水分が結露し給電経路を劣化させたり、
あるいはシール部あるいは接合箇所の微小間隙に入り込
んだ水分が氷結しシール部あるいは接合箇所を破損させ
るおそれがあり、問題となっていた。

【０００７】本発明は、従来の低温処理装置において処
理を行う際の上記のような問題点に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、水分の結露により不利
益を被るおそれのある部位において、結露の発生を未然
に検知し、結露の発生により処理装置に損傷が及ぶのを
防止することが可能な、新規かつ改良された処理装置を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、被処理体を冷却するため
の冷却手段を備えた載置台を処理容器内に収容し、載置
台に載置された被処理体を低温状態で処理するための処
理装置に、冷却手段より被処理体に冷熱を伝熱する冷却
経路に接する給電経路に湿度センサを設けたことを特徴
としている。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、被処理体
を冷却するための冷却手段を備えた載置台を処理容器内
に収容し、載置台に載置された被処理体を低温状態で処
理するための処理装置に、冷却手段より被処理体に冷熱
を伝熱する冷却経路に接するシール部分および／または
載置台構成部材の接合部分に湿度センサを設けたことを
特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、載置台の冷却
経路に接して設けられる、たとえば高周波電力を印加す
るための給電棒のような給電経路に湿度センサを設けて
いるので、その湿度センサにより所定量以上の水分の存
在が検出された場合には、結露が生じるおそれがあると
判断し、処理を停止したり、あるいは加熱装置により加
熱することにより結露を防止する対抗措置をとることが
でき、給電経路の劣化および／または破損を未然に防止
することができる。特に印加される高周波電力は表面伝
播するので、給電経路の表面劣化の影響を受けやすく、
給電経路の劣化はそのまま装置間差の原因ともなってい
たが、本発明はかかる問題に有効に対処できるため、製
品の歩留まりの向上を図ることができる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、載置台の
シール部分や各構成部材の接着部分など微小間隙が生じ
る部分に湿度センサを設けているので、その湿度センサ
により所定量以上の水分の存在が検出された場合には、
微小間隙に水分が入り込みそこで氷結しシールや接着が
破壊される前に、処理を停止したり、あるいは加熱する
ことにより結露を防止する対抗措置をとることができる
ので、シールや接着部分の破壊を未然に防止することが
できる。

【００１２】

【実施例】以下添付図面に基づいて本発明を低温プラズ
マエッチング装置に適用した一実施例について詳細に説
明する。

【００１３】まず図１を参照しながら本発明を適用可能
な低温プラズマエッチング装置１について簡単に説明す
る。図示のように、このエッチング装置１は、導電性材
料、例えばアルミニウム製の略円筒形状の気密に構成さ
れた処理容器２を有しており、この処理容器２の底部付
近には排気口３が設けられており、図示しない排気手
段、例えば真空ポンプを介して処理容器２内を所望の減
圧雰囲気に真空引き可能なように構成されている。

【００１４】さらに、この処理容器２のほぼ中央に処理
容器２の底部から電気的に絶縁状態を保持するように略
円柱形状の載置台４が収容されている。この載置台４の
上面に被処理体、例えば半導体ウェハＷを載置すること
が可能である。この載置台４は、例えばアルミニウム製
の略円柱形状のサセプタ支持台５と、そのサセプタ支持
台５の上にボルト６により着脱自在に設けられた、例え
ばアルミニウム製のサセプタ７より構成されている。

【００１５】上記サセプタ支持台５には、冷媒、例えば
液体窒素を流通循環させるための冷媒収容部、例えば冷
却ジャケット８が設けられている。この冷却ジャケット
８には、冷媒供給路９および冷媒排出路１０が設けられ
ており、図示しない冷却回路から冷媒、例えば液体窒素
を上記冷媒供給路９を介して上記冷却ジャケット８内に
導入し、そのジャケット内部を循環させ、上記冷媒排出
路１０を介して排出させ、再び冷却回路に戻すことが可
能なように構成されている。これらの冷媒供給路９、１
０は、たとえばステンレス製の内側配管と外側配管との
間に真空層を形成した真空断熱２重配管構造とすること
が可能であり、かかる構成により熱損失を最小限に抑え
るとともに、処理容器２に冷熱が伝達するのを防止する
ことができる。

【００１６】上記サセプタ７は、中央部に凸部を有する
円板形状をしており、その中央凸部の載置面には、半導
体ウェハＷを載置固定するための固定手段、例えば静電
チャック１１が設けられている。この静電チャック１１
は、例えば２枚のポリイミドフィルム間に銅箔等の導電
膜１２を挟持することにより構成され、この導電膜１２
に直流高電圧源１３から高周波フィルタ１４を介して高
電圧を印加することにより、チャック面にクーロン力を
発生させ、半導体ウェハＷを載置面に吸着保持すること
が可能である。

【００１７】さらに上記載置台４の各構成部材の接続
面、たとえばサセプタ支持台５とサセプタ７との間、サ
セプタ７とヒータ固定部１５との間や、載置された半導
体ウェハＷの裏面と静電チャック１１のチャック面など
には、それぞれ伝熱ガス供給手段１６を介して、伝熱媒
体、例えばヘリウムガスなどを供給することが可能であ
り、サセプタ７内の冷却ジャケット８から冷熱が速やか
に半導体ウェハＷにまで伝達することが可能なように構
成されている。

【００１８】また上記サセプタ７と上記サセプタ支持台
５との間には、ヒータ固定台１５に取り付けられた温調
用ヒータ２６が設置されており、この温調用ヒータ２６
に電源２９よりフィルタ２８を介して電力を印加して加
熱源として作用させることにより、上記サセプタ支持台
５内に設けられた上記冷却ジャケット８から半導体ウェ
ハＷに伝達される冷熱量を最適に調整することが可能で
ある。

【００１９】さらに上記サセプタ７の上端周縁部には、
被処理体である半導体ウェハＷを囲むように環状のフォ
ーカスリング１７が配置されている。このフォーカスリ
ング１７は反応性イオンを引き寄せない絶縁材料からな
り、プラズマ反応性イオンを内側に設置された半導体ウ
ェハＷに対してのみ入射させ、エッチング処理の効率化
を図っている。

【００２０】また上記サセプタ７には、中空に成形され
た導体よりなる給電棒１８がサセプタ支持台５を貫通し
て設けられている。この給電棒１８は、図２に示すよう
に、接地側の外側管１９と高周波電力印加側の内側管２
０とからなる二重管構造に構成され、外側管１９と内側
管２０との間および内側管の内部に中空部２１、２２が
それぞれ形成されており、これらの中空部２１、２２に
は不活性ガスを流通させることが可能なように構成され
ている。そして内側管２０はブロッキングコンデンサ２
３を介して高周波電源２４に接続されており、処理時に
はたとえば１３．５６ＭＨｚの高周波をサセプタに印加
することが可能である。かかる構成によりサセプタ７は
下部電極として作用し、上部電極との間にグロー放電を
生じさせ、反応性プラズマを処理室内に形成し、そのプ
ラズマ流にて被処理体をエッチング処理することができ
る。また内側管２０の内部の中空部２２には、静電チャ
ック１１に高電圧を印加するためのリード線２５および
温調用ヒータ２６に電源２８よりフィルタ２９を介して
電力を供給するリード線２７ａが収納されている。

【００２１】上記サセプタ７の上方には、接地された上
部電極２７ｂが設けられている。この上部電極２７ｂの
内部は中空に構成され、被処理体である半導体ウェハＷ
への対向面には多数の小孔２８が穿設されており、図示
しない処理ガス源からガス供給管路２９により図示しな
いマスフローコントローラを介して送られた処理ガス、
例えばＣＦ₄などのエッチングガスを処理室内に均一に
導入することができるように構成されている。

【００２２】また本発明によれば、冷却ジャケット８か
ら被処理体に至る冷却経路が構成される載置台４の給電
経路、すなわち給電棒１８の周囲には第１の湿度センサ
３０ａ、３０ｂが、さらに載置台構成部材の接続箇所や
シール箇所、たとえばサセプタ支持台５とサセプタ７と
の間のシール箇所やサセプタ７とフォーカスリング１７
の接続箇所には第２の湿度センサ３１ａ、３１ｂがそれ
ぞれ設置されており、各部位における水分の量を検出
し、制御器３２に信号を送ることが可能である。制御器
３２はその信号に応じて、高周波電源２４、静電チャッ
ク用直流電源１３、ヒータ用電源２９などの出力を調整
することが可能である。

【００２３】上記各部位の湿度を検出するための湿度セ
ンサとしては、市販の各種湿度センサ、たとえば電気抵
抗式湿度計、鏡面冷却式湿度計、赤外線湿度計などを使
用することが可能である。たとえば電気抵抗式湿度計を
例に挙げれば、図３に示すように、絶縁フィルム３０に
導電性パターン３１を付したもので、その表面の乾湿状
態により変化する抵抗値によりセンサ付近に存在する水
分の量を検出するように構成したものである。

【００２４】次に図４を参照しながら以上のように構成
された低温プラズマエッチング装置１の全体的な動作に
ついて説明する。大気との間に設けられたゲートバルブ
３２を開口して、被処理体Ｗを収納したカセット３３が
図示しない搬送ロボットにより、カセット室３４の載置
台３５の上に載置され、上記ゲートバルブ３２が閉口す
る。上記カセット室３４に接続された真空排気弁３６が
開口して、真空ポンプ３７により上記カセット室３４が
減圧雰囲気、例えば１０^-1Ｔｏｒｒに排気される。

【００２５】次いで、ロードロック室３８とカセット室
３４の間のゲートバルブ３９が開口して、搬送アーム４
０により被処理体Ｗが上記カセット室３４に載置された
カセット３３より取り出され、保持されて上記ロードロ
ック室３８へ搬送され、上記ゲートバルブ３９が閉口す
る。上記ロードロック室３８に接続された真空排気弁４
１が開口して、真空ポンプ３７により上記ロードロック
室３８が減圧雰囲気、例えば１０^-3Ｔｏｒｒに排気され
る。

【００２６】この間処理容器２内においては、冷却ジャ
ケット８には図示しない冷却源から冷媒が供給され、こ
れによりサセプタ７および上記静電チャックシート１１
が冷却された状態で、上記被処理体Ｗが上記ロードロッ
ク室３８から搬送され載置されるのを待機している。つ
いで、ロードロック室３８と処理室２の間のゲートバル
ブ４２が開口して、上記搬送アーム４０により被処理体
Ｗが上記処理容器２へ搬送されて上記静電チャックシー
ト１１上に載置されて固定され、上記ゲートバルブ４２
が閉口する。なお上記処理容器２は、真空排気弁４３を
開口することにより、真空ポンプ３７を介して減圧雰囲
気、例えば１０^-5Ｔｏｒｒに予め排気されている。

【００２７】しかる後、処理ガス、例えばＨＦなどのガ
スが、図示しないマスフローコントローラを介してガス
供給管路２９から処理容器２内に導入される。本実施例
においては、上記上部電極２９が接地されており、上記
載置台４が一体的な下部電極を構成するので、上記載置
台４の中層のサセプタ７に高周波電源２４から高周波電
力を供給することにより、対向電極が形成され、処理容
器２内に導入された処理ガスによるＲＩＥ方式のプラズ
マエッチングが行われる。

【００２８】こうして、上記被処理体Ｗを低温化させた
状態において被処理体Ｗにエッチングを施すことによ
り、垂直なパターン形状と高い選択比を兼ね備えた、異
方性の高いエッチング処理を達成することができる。

【００２９】ここで低温プラズマエッチング処理に際
し、処理容器２内の真空排気および大気解放を反復する
とともに、載置台４の温度を低温および常温の間で反復
的に変化させる必要がある。そのため、処理容器４内に
導入された気体成分中に含まれる水分が常温時に、載置
台４の給電経路、たとえば給電棒１８や、載置台４のシ
ール部あるいは載置台の構成部材の接合箇所に付着し、
そのまま低温領域にまで冷却された場合には、給電経路
１８に付着した水分が結露し給電経路を劣化させたり、
あるいはシール部あるいは接合箇所の微小間隙に入り込
んだ水分が氷結しシール部あるいは接合箇所を破損させ
るおそれがある。

【００３０】しかしながら、本発明によれば、第１の湿
度センサ３０ａ、３０ｂおよび第２の湿度センサ３１
ａ、３１ｂが、載置台４の冷却経路に接しており冷却時
に載置台４と同時に冷却される給電経路およびシール部
あるいは接合箇所に配置されており、これらの部位に水
分が存在する場合には、制御器３２に信号を送り、制御
器３２は結露を防止するための対抗策を講じることがで
きる。対抗策としては、たとえば、処理装置自体を停止
し、上記各部位に設けられた図示しないヒータなどの加
熱装置により熱を加えて水分を蒸発させ排気空気ととも
に除去したり、あるいは受け皿およびドレンを設け結露
水を適宜排除したりすることが可能である。このように
して、本発明によれば、結露水により給電経路が劣化あ
るいは破損したり、あるいは接合部やシール部の微小間
隔に入り込んだ結露水の氷結により接合部やシール部が
破損することを防止することができる。

【００３１】かくして、所望のエッチング処理が終了す
ると、上記高周波電源２４を停止し、プラズマの発生を
止めると共に、処理ガスの供給も停止する。さらに、上
記処理容器２内の処理ガスや反応生成物を置換するため
に、窒素などのパージ用不活性ガスを上記処理容器２内
に導入すると共に、真空ポンプ３７による排気が行われ
る。その後、静電チャック１１によるチャッキングが停
止されて、被処理体Ｗは搬送可能状態で待機する。

【００３２】上記処理容器２内の残留処理ガスや反応生
成物が十分に排気された後に、上記処理容器２の側面に
設けられたゲートバルブ４２が開口され、隣接するロー
ドロック室３８より上記搬送装置の搬送アーム４０が処
理容器２内の被処理体Ｗの位置まで移動し、被処理体Ｗ
を保持して、上記ロードロック室３８に搬送し、上記ゲ
ートバルブ４２を閉口する。このロードロック室３８に
おいて、被処理体Ｗはヒータにより室温、例えば１８℃
まで昇温され、その後上記ロードロック室３８よりカセ
ット室３４を介して大気に搬出される。以上が、本発明
に基づく処理装置１を用いた実施例の動作説明である。

【００３３】上記実施例では、一例として本発明に基づ
いて構成された低温プラズマエッチング装置に適用した
例を示したが、本発明方法はかかる装置に限定されるこ
となく、ＣＶＤ装置、アッシング装置、スパッタ装置、
あるいは被処理体を低温で検査等する場合、例えば電子
顕微鏡の試料載置台や半導体材料、素子の評価を行う試
料載置台の冷却機構にも適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、以下のような優れた作用効果を奏することが可能で
ある。すなわち請求項１に記載の発明によれば、載置台
の冷却経路に接して設けられ冷却時に同時に冷却される
給電経路、たとえば高周波電力を印加するための給電棒
付近に湿度センサを設けているので、その湿度センサに
より所定量以上の水分の存在が検出された場合には、結
露が生じるおそれがあると判断し、処理を停止したり、
あるいは加熱装置により加熱することにより結露を防止
する対抗措置をとることができ、給電経路の劣化および
／または破損を未然に防止することができる。特に印加
される高周波電力は表面伝播するので、給電経路の表面
劣化の影響を受けやすく、給電経路の劣化はそのまま装
置間差の原因ともなっていたが、本発明はかかる問題に
有効に対処できるため、製品の歩留まりの向上を図るこ
とができる。

【００３５】また請求項２に記載の発明によれば、載置
台のシール部分や各構成部材の接着部分など微小間隙が
生じる部分に湿度センサを設けているので、その湿度セ
ンサにより所定量以上の水分の存在が検出された場合に
は、微小間隙に水分が入り込みそこで氷結しシールや接
着が破壊される前に、処理を停止したり、あるいは加熱
することにより結露を防止する対抗措置をとることがで
きるので、シールや接着部分の破壊を未然に防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を低温プラズマエッチング装置に適用し
た一実施例を示す概略的な断面図である。

【図２】図１に示す低温プラズマエッチング装置に適用
可能な給電棒の概略的な断面図である。

【図３】典型的な電気抵抗式湿度センサのブロック図で
ある。

【図４】本発明に基づく低温プラズマエッチング装置を
半導体製造装置に適応した場合の断面図である。

【符号の説明】

１プラズマエッチング装置２処理用器４載置台５サセプタ支持台７サセプタ８冷却ジャケット１１静電チャック１８給電棒２６温調用ヒータ２７ｂ上部電極３０ａ、３０ｂ第１の湿度センサ３１ａ、３１ｂ第２の湿度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田口千博山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を冷却するための冷却手段を備
えた載置台を処理容器内に収容し、前記載置台に載置さ
れた被処理体を低温状態で処理するための処理装置にお
いて、前記冷却手段より前記被処理体に冷熱を伝熱する
冷却経路に接する給電経路に湿度センサを設けたことを
特徴とする、処理装置。
【請求項２】被処理体を冷却するための冷却手段を備
えた載置台を処理容器内に収容し、前記載置台に載置さ
れた被処理体を低温状態で処理するための処理装置にお
いて、前記冷却手段より前記被処理体に冷熱を伝熱する
冷却経路に接するシール部分および／または載置台構成
部材の接合部分に湿度センサを設けたことを特徴とす
る、処理装置。