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JPH04196528A - マグネトロンエッチング装置 - Google Patents

マグネトロンエッチング装置

Info

Publication number
JPH04196528A
JPH04196528A JP2331317A JP33131790A JPH04196528A JP H04196528 A JPH04196528 A JP H04196528A JP 2331317 A JP2331317 A JP 2331317A JP 33131790 A JP33131790 A JP 33131790A JP H04196528 A JPH04196528 A JP H04196528A
Authority
JP
Japan
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temperature
cooling
susceptor
wafer
resistance member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2331317A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiji Horioka
啓治 堀岡
Isahiro Hasegawa
功宏 長谷川
Jiyunichi Arami
淳一 荒見
Toshihisa Nozawa
俊久 野沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Electron Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2331317A priority Critical patent/JPH04196528A/ja
Priority to US07/799,056 priority patent/US5290381A/en
Priority to KR1019910021527A priority patent/KR100239389B1/ko
Priority to EP91120423A priority patent/EP0488307B1/en
Priority to DE69120377T priority patent/DE69120377T2/de
Publication of JPH04196528A publication Critical patent/JPH04196528A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、マグネトロンエツチング装置に関する。
（従来の技術及び 発明が解決しようとする課題） 処理装置例えばプラズマエツチング装置では、近年被処
理体であるウェハを冷却してエツチング処理することが
行われている。このために、ウェハを載置固定するサセ
プターを、冷却部によって冷却している。現状ではウェ
ハ冷却の設定温度は一り０℃〜−１００℃程度であるが
、今後益々ウェハの低温処理化が進み、例えば−１５０
℃もの低温に設定することも予想されている。このよう
な高冷却を行なうには、熱伝達ロスをも考慮して、例え
ば−１９６℃の低温を維持てきる液体チ１．素等を冷却
媒体として用いることか必要となる。また、液体チッ素
だけてはウニ／％を設定温度に冷却できないので、温度
コントロールが可能な温調部を別に設ける必要がある。
ところで、液体チッ素等の高冷却機能の冷却部を配置し
た場合には、かなりの低温条件にウェハを設定できるが
、プロセスの種類によって冷却温度を適宜選択設定する
必要があり、設定冷却温度に幅が存在する。この際、ウ
エノ＼温度を所定の低温条件にコントロールするために
は、冷却部からの冷却パワーを減することができる相当
大きなパワーを温調部に供給しなければならず、温度コ
ントロールのための消費電力が増大してしまう。
そこで、本発明の目的とするところは、被処理体を所望
する処理の低温で処理できるようにしたマグネトロンエ
ツチング装置を提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、被処理体を載置固定するサセプターと、 このサセプターを低温冷却する高冷却能力を有する冷却
部と、 上記冷却部から上記被処理体への熱伝達経路途中に配置
され、上記冷却部からの冷却パワーを減する熱抵抗部材
と、 この熱抵抗部材の発生する温度を制御する温調部と、 この温調部の制御により上記被処理体の温度を制御し処
理する手段と、 を有することを特徴とするものである。
（作　用） 本発明では、各種処理条件に対応できるよう、被処理体
の最適な負温度に設定できるように熱抵抗部材を低温発
生源からの低温伝導路に介在させることにより実現した
ものである。
特に、請求項（２）に示すように、熱抵抗部材いにおい
て減じられる冷却パワーを調整可能とすれば、温調部に
て消費される温度コントロールのための電力をより低減
できる。
さらに請求項（３）に示すように被処理体の温度制御に
よりエツチングの処理形状を制御できる。
（実施例） 以下、本発明マグネトロンプラズマエツチング装置の一
実施例について、図面を参照して具体的に説明する。
被処理体である半導体ウェハ１０は、第１のサセプター
１２の上面に載置固定される。この載置固定方式として
は、例えば静電チャック方式により、クーロン力によっ
てウェハ１０を吸引して固定している。前記第１のサセ
プター１２は、第２のサセプター１４の上面に対してボ
ルト１３により着脱自在に固定される。このように、サ
セプターを２つに分割している理由は、サセプターが汚
染された場合には上側の第１のサセプター１２のみを交
換し、そのメインテナンスを容易にするためである。ま
た、第１．第２のサセプター１２゜１４の境界には、第
１のサセプター１２を切り欠いて得られる領域に温調部
として例えばセラミックヒータ１５が配置されている。
このセラミックヒータ１５は、図示しない温度制御部の
コントロールに基づき、温調温度をコントロール可能で
ある。
第１．第２のサセプター１２．１４の側面および底面は
、第１の絶縁セラミック１６によって覆われている。そ
して、第１．第２のサセプター１２．１４の側面と、第
１の絶縁セラミック１６の内側面との間には、第１の間
隙１８が形成されている。
前記第１の絶縁セラミック１６の下面には、高冷却能力
を有する冷却部としての液体チツ素収容部２０が設けら
れている。この液体チツ素収容部２０の内壁底面は、例
えばポーラスに形成され、核沸騰を起すことができるよ
うになっており、その内部の液体チッ素を一１９６℃に
維持できる。
なお、図示していないが、この液体チツ素収容部２０に
液体チッ素を導入するための真空断熱管（例えば商品名
バイオレット）が接続され、これバ一般に金属にて形成
せざるを得ず、他の部材との電気的絶縁が不能であるの
で、この真空断熱管を接地している。前記液体チツ素収
容部２０の底面側には、第２の絶縁セラミック２２が固
定されている。反応室を形成するためのチャンバーは、
上部チャンバー３０と下部チャンバー３２とから形成さ
れる。前記下部チセンバー３２は、前記第１、第２のサ
セプター１２．１４．第１の絶縁セラミック１６．液体
チツ素収容部２０および第２の絶縁セラミック２２の側
面を覆う側壁３２ａと、前記第２の絶縁セラミック２２
の底面を受けて載置する支持壁３２ｂとを有し、前記側
壁３２ａの内壁は、上記各側面に密着せず、その間に第
２の間隙２４が形成されている。
一方、前記上部チャンバー３０は、第１のサセプター１
２の上面側及び下部チャンバー３２の側壁３２ａの周囲
を覆うように筒状に形成され、その下端側が前記下部チ
ャンバー３２と連結固定されている。
前記上部チャンバー３０および下部チャンバー３２で構
成されるチャンバー室内は、第１の排気系３４によって
真空引きが可能である。
上部チャンバ−３０外上部には半導体ウエノ１１０の表
面に水平磁界を形成するための磁界発生装置例えば永久
磁石（図示せず）か設けられ、この磁石による水平磁界
と、これに直交する電界を形成することによりマグネト
ロン放電を可能にし、低圧エツチングを可能にする。
一方、前記第１の間隙１８および第２の間隙２４をそれ
ぞれ真空断熱層とするために、第１の間隙１８の上端側
には第１の０リングシール４０によってシールされ、第
２の間隙上端側は第２の０リングシール４４によってシ
ールされており、この各間隙１８．２４を、第２の排気
系３６によって真空引き可能としている。
上記装置において、成体チツ素収容部２０から冷却パワ
ーを減する熱抵抗部材について説明する。
まず、この液体チツ素収容部２０と第２のサセプター１
４との間に設けられた第１のセラミック１６が熱抵抗部
材として作用する。これは、サセプター１４と液体チツ
素収容部２０との間の絶縁部材としても機能するか、材
質をセラミックとして形成することで熱抵抗部材として
も機能させることができ、液体チツ素収容部２０から冷
却ノ々ワーを減することができる。
また、第１．第２のサセプター１２．１４はボルト１３
により連結されているので、このボルト１３の締結力を
調整することで、第１．第２のサセプター１２．１４の
密着力を調整でき、密着力を弱めることで熱抵抗を高め
ることが可能である。
しかし、このような手法では熱抵抗の定量的な調整は困
難である。そこで、本実施例では下記の構成により熱抵
抗を調整可能としている。
前記第２のサセプター１４には、その表面上の外周近傍
にＯリング用溝５０が上記第２のサセプター１４の中心
と同心的に配設され、かつ、その内側には同心的にガス
充填用リング溝５４を有している。そして、上記Ｏリン
グ用溝５０内にＯリング５２を配設することて、０リン
グ５２の内側を気密シール可能としている。
さらに、前記ガス充填用リング溝５４に開口するガス導
入部６０が設けられている。本実施例では、ヘリウム（
Ｈｅ）ガスをこのガス導入部６０を介して、第２のサセ
プター１４の表面と第１のサセプター１２の裏面との当
接面間に所定の圧力にて充填している。
前記ガス導入部６０は、第２図に示すように、ガス供給
管７０途中にて上方に分岐するように接続され、このガ
ス供給管７０のＩＮ側にはレギュレータ７２及び絞り弁
７４が配設され、そのＯＵＴ側には絞り弁７６が配設さ
れている。そして、前記レギュレータ７２にて測定され
たゲージ圧を、ＯＵＴ側の絞り弁７６を駆動する弁駆動
部７８にフィードバックし、測定されるゲージ圧が常時
−定になるようにＯＵＴ側の絞り弁７６の開閉駆動を行
っている。また、一定値に維持されるゲージ圧を可変と
している。そして、このゲージ圧を低めることで、第１
．第２のサセプター１２．１４間に充填されるＨｅガス
圧を低下できるので、この間の熱伝達特性を低め、熱抵
抗部材として機能させることができる。
次に、作用について説明する。
本実施例では、上部チャンバー３０を接地し、第１．第
２のサセプター１２．１４にＲＦ電源を供給することに
より対向電極を構成し、ＲＩＥ方式のプラズマエツチン
グ装置を構成している。また、前記ウェハ１０と対向す
る位置であって、前記上部チャンバー３０の外側上方に
て永久磁石を回転し、ウェハ１０の近傍にその面と平行
な磁場を形成することて、マグネトロンエツチング装置
を構成している。そして、チャンバー内を真空引きした
状態にて、エツチングガスを導入し、上記対向電極間に
エツチングガスによるプラズマを生成している。さらに
、ウェハ１０の近傍に水平磁場を形成することで、イオ
ンの飛翔方向がウエノ１］０表面に垂直となり、異方性
の高いエツチングが実現できる。
ここで、上記のマグネトロンプラズマエツチングを行う
に際して、被処理体であるウエノＸ１０を冷却している
。このために、冷却部としての液体チツ素収容部２０が
設けられ、−１９６℃の低温度の液体チツ素を利用して
、ウニＩ＼１０を冷却し、かつ、セラミックヒータ１５
により設定温度に維持するための温度コントロールを実
施している。
例えば５ｉｎ２層、ポリシリコンエツチング等の各種処
理に対応して、セラミックヒータ１５を調整して所望す
る処理最適温度を得る。
ここで、ウェハ１０の設定冷却温度によって、液体チツ
素収容部２０からの冷却パワーでは充分すぎる場合があ
る。本実施例では、上述した熱抵抗部材を介在させるこ
とで、液体チツ素収容部２０からの冷却パワーを減じ、
セラミックヒータ１５での温度コントロールに要する消
費電力を低減している。まず、前記液体チツ素収容部２
０と第２のサセプター１４との間に配設された第１のセ
ラミック１６の存在により、このセラミック１６固有の
熱伝達特性により冷却パワーが減じられる。
また、ウェハ１０の設定冷却温度に対応して熱抵抗を調
整できるようにしている。この調整は、第１、第２のサ
セプター１２．１４間に充填されるＨｅガス圧力を調整
することで実現できる。
第３図は、本実施例装置を用い、ウエノ＼１０の温度条
件を変えた場合のエツチング形状を示したものである。
いずれも、ＲＦ電力、９００Ｗ、ＣＨＦ、ガス流量；５
０ＳＣＣＭ、圧力；　４０ｍＴｏｒｒの条件で５ｉｎ２
を工、。
チングしたものであるが、同図（Ａ）に示す温度−１５
６℃のエツチング形状が、同図（Ｂ）。
（Ｃ）にそれぞれ示す温度−４６℃、−９℃のエツチン
グ形状よりも優れていることが分かる。即ち被処理体の
低温度下での温度によりエツチング溝の形状を制御でき
る。
このような低温エツチングは集積度が１６Ｍ１３２Ｍ、
６４Ｍと微細化されるにつれ、配線部（Ａｌ）も微細と
なり、プラズマ反応熱に対する保護の面で微細化におけ
るプラズマ処理を可能にする。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々変形実施が可能である。
ガス圧により冷却パワーの減する量を調整する場合にあ
っては、上記実施例のようにサセプター間のガス充填圧
力を変化させるものに限らず、例えばサセプターと静電
チャックシート間のガス充填圧力を変化させるものであ
っても良い。また、本発明は必ずしもマグネトロンプラ
ズマエツチングに適用するものに限らず、サセプター、
冷却部を有する各種低温処理装置例えばプラズマエツチ
ング装置、プラズマＣＶＤなどにも同様に適用できる。
さらに、冷却部、温調部及び熱抵抗部材としても、上記
実施例に示した部材に限らず、同一機能を有する他の部
材を適用できる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、高冷却能力を有す
る冷却部を配置して、被処理体の設定冷却温度の幅を拡
げながらも、熱抵抗部材を配設することで冷却パワーを
必要により減じ、温調部での最終的な温度コントロール
によする消費電力を低減することができる。特に、熱抵
抗部材て減じられる冷却パワー量を調整可能とすること
で、より省エネルギー化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を適用したマグネトロンプラズマエツ
チング装置の一実施例の概略断面図、第２図は、第１図
におけるガス導入部へのガス供給系を示す断面図、 第３図は、温度条件を変えた場合のエツチング形状を示
す概略説明図である。 １０・・・被処理体（ウェハ）、 １２．１４・・・サセプター、 １５・・・温調部（セラミックヒータ）２０・・・冷却
部（液体チツ素収容部）、１６．５０〜７６・・・熱抵
抗部材。 代理人　弁理士　井　　上　　　−（他１名）第２図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）被処理体を載置固定するサセプターと、このサセ
    プターを低温冷却する高冷却能力を有する冷却部と、 上記冷却部から上記被処理体への熱伝達経路途中に配置
    され、上記冷却部からの冷却パワーを減する熱抵抗部材
    と、 この熱抵抗部材の発生する温度を制御する温調部と、 この温調部の制御により上記被処理体の温度を制御し処
    理する手段と、 を有することを特徴とするマグネトロンエッチング装置
    。
  2. （２）請求項（１）において、 上記熱抵抗部材で減じられる冷却パワー量を調整可能と
    したマグネトロンエッチング装置。
  3. （３）請求項（１）または（２）において、処理容器内
    に設けられ、被処理体を負温度に冷却するサセプターと
    、このサセプターの温度をエッチング処理に適合する負
    温度に設定する手段とを具備してなることを特徴とする
    マグネトロンエッチング装置。
JP2331317A 1990-11-28 1990-11-28 マグネトロンエッチング装置 Pending JPH04196528A (ja)

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