(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハーをプラズマ処理する装置のチャンバ内に配置されるヒーターにおいて、電源に接続される電熱抵抗体が、シリコン平板をパターン加工して抜かれている連続体形状のシリコンであることを特徴とするシリコンヒーター。
【請求項２】
請求項１に記載の電熱抵抗体に密着したシリコンの均熱体を有することを特徴とするシリコンヒーター。
【請求項３】
該連続体形状の電熱抵抗体の最遠部に電源接続用の１対の電極が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンヒーター。
【請求項４】
該連続体形状の電熱抵抗体または／および該均熱体が単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１、２または３に記載のシリコンヒーター。
【請求項５】
該電熱抵抗体または／および該均熱体が炭化珪素、窒化珪素、ダイヤモンドにより被覆されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載のシリコンヒーター。
【請求項６】
該電熱抵抗体の比抵抗が最大でも１Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載のシリコンヒーター。
【請求項７】
該連続体形状の電熱抵抗体または／および該均熱体の最小幅が１ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のシリコンヒーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用のシリコンウエハーをプラズマ処理する装置に配備されるシリコンヒーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を製造する工程に、シリコンウエハーをプラズマ処理する工程がある。例えばプラズマドライエッチングは、下部電極の上に被処理物であるシリコンウエハーを載置し、処理ガス整流用の多数の微小孔を備えた上部電極の微小孔を通して処理ガスを噴出し、上部電極と下部電極に高周波電圧を印加することで行う。これによりプラズマガスが生成してシリコンウエハーがエッチングされる。
【０００３】
半導体の信頼性および生産性の向上の面から、ウエハーをより高均一に処理することが求められている。しかしながら、実際のプラズマ処理の工程では、処理に伴う温度上昇のため、工程の初めと終わりでウエハーの温度が異なったり、ウエハー面に温度の分布が生じてしまい、エッチングレートに差ができてしまうことがあり、このようなものは不良品とせざるを得なかった。
【０００４】
そこで最近では、プラズマ処理の初めから終わりまでウエハーを所望の温度に保持するため、下部電極側にヒーターを配置し、ウエハーを加熱して温度を一定に制御するという方法も採用されている。例えば特開２０００−５４１４１号公報には、気相成長装置の基板載置台（下部電極）に発熱体を埋設した構成が開示されている。
【０００５】
かかる加熱、温度制御は、プラズマ処理に伴う温度上昇があっても、工程の経過による温度差、ウエハー面の温度分布を小さくできるが、全体として高温側で定温度を維持することになるため、ヒーター等からのコンタミネーションの発生が避けられないものとなっている。特に集積回路の微細化、高集積化が進む半導体では、極めて僅かなコンタミネーションでも不良品となってしまう。特開２０００−５４１４１号公報の記載によれば、基板載置台はセラミックスを材質としており、ウエハーの保持、取り外しの作業中にウエハーと基板載置台が接触することで、また基板載置台自身がプラズマに曝されることでコンタミネーションの原因になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、シリコンウエハーのプラズマ処理中に起こる前記のような問題点を解消し、プラズマ処理中に加熱してもウエハーをコンタミネーションから防御できるヒーターを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明を適用するシリコンヒーターは、シリコンウエハーをプラズマ処理する装置のチャンバ内に配置されるヒーターにおいて、電源に接続される電熱抵抗体が、シリコン平板をパターン加工して抜かれている連続体形状のシリコンであることを特徴とする。
【０００８】
このシリコンヒーターは、シリコンウエハーをプラズマ処理する際に工程の経過による温度差、ウエハー面の温度分布を小さくするための加熱に供されるものであるが、材質がシリコンであるため、高温になって霧散し、シリコンウエハーに付着してもコンタンミネーションの原因にはならない。
【０００９】
シリコンヒーターは、電熱抵抗体に密着したシリコンの均熱体を有していてもよい。
【００１０】
均熱体を有することでウエハー面の温度分布をさらに小さくできる。この場合も均熱体の材質がシリコンであるため、高温になって霧散したシリコンが、シリコンウエハーに付着してもコンタンミネーションの原因にはならない。さらに均熱体のウエハー載置面を研磨加工することにより、ウエハーとの密着性がよくなり、効率よく加熱することができる。
【００１１】
電熱抵抗体と均熱体が独立に作製されているので、発熱部と均熱部の組み合わせによって多種形状、条件に合わせてヒーターとして選択することができ、また、不具合が発生した部分のみを交換すればよいからランニングコストを抑えることができる。
【００１２】
連続体形状の電熱抵抗体の連続体の最遠部に電源接続用の１対の電極が配置されていることで適切に実施できる。
【００１３】
かかる電熱抵抗体は、従来のヒーターのように発熱体である電極を埋設したり、絶縁体表面に焼き付ける必要が無いため、制作のための工程も簡略化でき、形状変更や修正の自由度も高い。
【００１４】
電熱抵抗体または（および）均熱体は単結晶シリコンからなることが好ましい。
電熱抵抗体または（および）均熱体は炭化珪素、窒化珪素、ダイアモンドにより被覆されていることで適切に実施できる。
【００１５】
この被覆層はプラズマ耐蝕性に優れているので、プラズマに曝された場合にもパーティクルの発生源とはならず、更に被覆層が劣化しても表面の被覆は何度でも行えるので、ヒーターとしての寿命も長く保つことが可能となる。炭化珪素等の被覆にはＣＶＤ法等が有効であるが、他の方法でも実施できる。
【００１６】
連続体形状の電熱抵抗体または（および）均熱体の最小幅は１ｍｍ以上が好ましく、これ以上細く加工すると寸法の微妙なズレが発熱量に大きな影響を及ぼし、ヒーターの温度むらの原因になることと、機械的な強度も劣りハンドリング時などに破損する恐れがある。
【００１７】
電熱抵抗体の比抵抗が１Ω・ｃｍ以下が好ましく、材質がシリコンであるから、この範囲のものはウエハーとして多く用いられているので入手が容易で安価であり、またヒーター化するための抵抗の調節に望ましい。シリコンはその性質上、電気抵抗値が温度に依存する。特に１Ω・ｃｍを越えるような比抵抗を有するシリコンは、温度により電気抵抗値が大きく変化してしまい、ヒーターとして安定的に使用するのは難しい。比抵抗が１Ω・ｃｍ以下のシリコンでは、この温度による電気抵抗値の変化が小さく安定したヒーターを作製することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面により説明する。
図１は、本発明のシリコンヒーターの一実施例を示す平面図である。図２は、そのＡ−Ａ視の断面図である。シリコンヒーター１を構成する電熱抵抗体２は、シリコン単結晶のインゴットを切断、外周研削して得られた円板を、ダイヤモンドツールにより加工して図示した連続体形状に得られる。電熱抵抗体２の連続体形状の最遠位置に電極５および６がアルミニウム箔で形成され、加熱電源に接続される。
【００１９】
図３は、本発明のシリコンヒーターの別な一実施例を示す断面図である。この例のシリコンヒーター１は、図１および図２に示したシリコンヒーターである連続体形状の電熱抵抗体２の表面に炭化珪素の被覆３を施したものである。
【００２０】
図４は、シリコンヒーター１をプラズマドライエッチング装置１０に組み込んだ例の部分断面図である。チャンバー１１内の下部に位置する絶縁体の台板１３上には、下部電極を兼ねるシリコンヒーター１が配置される。シリコンヒーター１は、図１および図２に示した連続体形状の電熱抵抗体２と、シリコン単結晶円板からなる均熱体４が重ね合わされたものである。均熱体４の上に被処理物であるシリコンウエハー２０を載置する。シリコンヒーター１の電極５および６（図１参照）は、温度制御回路を介して加熱電源に配線される。
【００２１】
チャンバー１１内の上部にはシリコンウエハー２０と若干の距離をおき、これと対向するように上部電極１７が配置される。下部電極（シリコンヒーター１）と上部電極１７は高電圧の高周波電源に配線される。上部電極１７はフード１８で覆われ、処理ガス整流用の多数の微小孔１９を備えている。フード１８は図示を省略する処理ガス供給源に接続される。
【００２２】
このプラズマドライエッチング装置１０は、シリコンヒーター１の電極５および６に加熱電源から給電し、シリコンヒーター１を一定温度に加熱する一方で、処理ガスを供給しながら下部電極と上部電極１７の間に高周波電圧を印加するとプラズマガスが生成してシリコンウエハー２０がエッチングされる。
【００２３】
このシリコンヒーター１は、上記例のプラズマドライエッチング装置に限らずシリコンウエハーをプラズマ処理する装置に広く使用できるものであり、例えばプラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、アッシング装置にも使用できる。
【００２４】
以下、本発明を実施した例を記載する。
実施例１
比抵抗が０．０１Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットを切断、外周研削してφ２００×６ｍｍｔ、およびφ２００×１５ｍｍｔの円板２枚を得た。φ２００×６ｍｍｔの円板は表面をラッピング、ポリッシング加工により５ｍｍｔに研磨仕上げし均熱体４とした。φ２００×１５ｍｍｔの円板にはマシニングセンタのダイヤモンドツールにより加工し、全体の抵抗が２Ωとなるように連続体形状を形成し電熱抵抗体２とした。電極５および６はアルミニウム箔で形成した。
【００２５】
電熱抵抗体２と均熱体４を重ね合わせたシリコンヒーター１を下部電極としてプラズマドライエッチング装置１０に設置し、シリコンヒーター１の上にシリコンウエハー２０を載置してプラズマドライエッチングを施した。シリコンヒーターの温度制御を行い、ウエハー面内で２００℃±２℃の精度で維持することができた。
【００２６】
この状態でウエハー５００枚ずつを３回処理した（実施例１−１〜１−３）。比較のためヒーター機能を持たない従来のセラミックス製下部電極を使用して、同様にウエハー５００枚ずつを３回処理した。処理の結果である良品数とその歩留まりを表１に示す。
【００２７】
【表１】
0003694454.tif 000002
【００２８】
実施例２
実施例１と同様に電熱抵抗体と均熱体を作製し、夫々の表面にＣＶＤ法によって炭化珪素を２００μｍ被覆したものを重ね合わせてシリコンヒーター１としてプラズマドライエッチング装置１０に設置し、その余は実施例１と同様に、ウエハー５００枚にプラズマドライエッチングを施した（実施例２−１）。前記の炭化珪素の代わりに窒化珪素２００μｍ被覆したものをシリコンヒーター１として使用し（実施例２−２）、また炭化珪素の代わりにダイアモンド２００μｍ被覆したものをシリコンヒーター１として使用し（実施例２−３）、各々ウエハー５００枚ずつにプラズマドライエッチングを施した。比較のためヒーター機能を持たないセラミックス製下部電極を使用して、同様にウエハー５００枚ずつを３回処理した。処理の結果は表２に示すとおりである。
【００２９】
【表２】
0003694454.tif 000003
【００３０】
以上のように、シリコンヒーターを使用した本発明の実施例では、何れも比較例より歩留まりが向上していることが分かった。これは、シリコンヒーターによりウエハーの温度が均一に維持されるので、面内で均一な処理が可能となること、さらにはヒーター自身がウエハーと同素材であることにより、パーティクルやコンタミネーションの発生が抑制されているからである。
【００３１】
実施例２で例示した電熱抵抗体および均熱体の表面被覆層の効果は、各比較例はいうに及ばず、実施例１よりも相対的に優れており、なかでもダイアモンドの表面被覆層（実施例２−３）が優れており、１０％以上の歩留まりの向上を実現することができた。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明のシリコンヒーターは、半導体製造用のシリコンウエハーをプラズマ処理する装置に配備されることにより、プラズマ処理中にシリコンウエハーを温度制御し、工程の経過による温度差、ウエハー面の温度分布を小さくできる一方で、材質がシリコンであるため、シリコンウエハーのコンタンミネーションの原因にはならない。そのため半導体製造の歩留まりを飛躍的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するシリコンヒーターの実施例の平面図である。
【図２】本発明を適用するシリコンヒーターの実施例の断面図である。
【図３】本発明を適用するシリコンヒーターの別な実施例の断面図である。
【図４】本発明を適用する実施例のシリコンヒーターをプラズマドライエッチング装置に組み込んだ例の部分断面図である。
【符号の説明】
１はシリコンヒーター、２は電熱抵抗体、３は被覆、４は均熱体、５・６は電極、１０はプラズマドライエッチング装置、１１はチャンバー、１３は台板、１７は上部電極、１８はフード、１９は微小孔、２０はシリコンウエハーである。
【図１】
0003694454.tif 000004
【図２】
0003694454.tif 000005
【図３】
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【図４】
0003694454.tif 000007