(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置内でシリコンウエーハを載置するシリコンヒータであって、少なくともシリコン板の一方の面は溝加工によりヒータパターンを形成した発熱部であり、他方の面は溝加工を施さないヒータ面内の温度を均一化するための均熱部であり、前記発熱部に通電するための給電部を前記ヒータパターンの両端に設けたもので、前記均熱部の板厚をａ、前記発熱部の板厚をｂとしたとき、２ａ＜ｂであることを特徴とするプラズマ処理装置内でシリコンウエーハを載置するシリコンヒータ。
【請求項２】
前記発熱部のパターンの最小幅が１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載したプラズマ処理装置内でシリコンウエーハを載置するシリコンヒータ。
【請求項３】
前記シリコンヒータのシリコンが単結晶シリコンであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載したプラズマ処理装置内でシリコンウエーハを載置するシリコンヒータ。
【請求項４】
前記シリコンヒータのシリコンは比抵抗が１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載したプラズマ処理装置内でシリコンウエーハを載置するシリコンヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体デバイス製造用のプラズマ装置等に用いられるシリコンヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置としては、プラズマドライエッチング装置に代表されるような、被処理物であるシリコンウェーハを載置する第一の電極（以下、下部電極という）とウェーハに対向する位置に第二の電極（以下、上部電極という）とを設けた平行平板型の装置が知られている。
図１は、このような平行平板型のプラズマドライエッチング装置の一例を示す概略図である。この装置は、下部電極４上に被処理物であるウェーハ２を載置し、処理ガス整流用の多数の微細孔を備えた上部電極１から、この微細孔を通して処理ガスを噴出するものであって、上部電極１を高周波電源に接続することによって、両極間でプラズマを生成して所望の処理を行うものである。
【０００３】
近年の半導体において信頼性の向上、また製造現場における生産性の向上が要求されるようになると、ウェーハをより高均一に処理することが求められる。
しかしながら、実プロセスにおいては、プラズマ処理に伴う温度上昇のため、処理の始めと終わりでウェーハの温度、及びウェーハ面内の温度が異なってしまい、エッチングレートに差が生じて、デバイスとして使用できなくなることもあった。
【０００４】
そこで、最近では下部電極側にヒータを配置してウェーハの温度を制御している。これは、予めウェーハを所望の温度に保持しておき、これによりエッチングレートの均一化を図るというものである。
【０００５】
上述のようにウェーハをヒータにより加熱しておけば、プラズマ処理に伴う温度上昇によって生じる、処理の始めと終わりの温度差、ウェーハ面内での温度差は小さくできるものの、より微細化、高集積化が進む半導体では更なる高均一な処理が求められるため、コンタミネーションの発生も制御しなければならないという問題があった。
【０００６】
例えば、特開２０００−５４１４１号公報では、基板載置台（下部電極）に発熱体を埋設してヒータとする方法が開示されている。この方法では、埋設された発熱体によって基板載置台上に保持されたウェーハを加熱することができる。
この方法によれば、確かにウェーハの加熱が可能になる。しかしながら、特開２０００−５４１４１号公報では、基板載置台自身がセラミックスで作製されており、ウェーハの保持、取り出し時にウェーハと基板載置台が接触することでコンタミネーションが発生し、また基板載置台自身がプラズマに曝された場合にコンタミネーションの原因となるということが全く考慮されていない。このようなコンタミネーションの発生があると、作製されるデバイスの回路の断線、短絡、絶縁不良等の歩留り低下を引き起こすという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みて為されたもので、半導体デバイスの製造工程において、コンタミネーションの発生を抑え、ウェーハの温度制御が可能なシリコンヒータを提供し、半導体製造の歩留りの向上を図ることを主目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリコンヒータであって、少なくともシリコン板の一方の面は溝加工によりヒータパターンを形成した発熱部であり、他方の面は溝加工を施さないヒータ面内の温度を均一化するための均熱部で、これに通電するための給電部を設けたものであることを特徴とするシリコンヒータである。
【０００９】
このようにシリコン製のヒータであれば、主な被処理物であるシリコンウェーハと同一材質であるため高純度であり、シリコンウェーハの保持、取り出し時にウェーハとシリコンヒータが接触しても、コンタミネーションの発生を抑えることができる。また、シリコンヒータ自身がプラズマに曝されても、新たなコンタミネーションの原因とはならない。
【００１０】
また、このようなシリコンヒータをプラズマ装置等に設置してウェーハを加熱することにより、プロセスの前後及びウェーハ面内での温度の均一化を図ることができる。
そして、本発明のヒータは、シリコン板に溝加工を施してヒータパターンを形成した面を発熱部、溝加工を施していない面を均熱部とすることにより、平面の均熱部面にウェーハを載置すれば、ウェーハとの密着性に優れ、効率よくウェーハを加熱することができる。さらに、シリコン板に発熱部と均熱部とが一体化したヒータであるため、ヒータとしての抵抗の調節も容易で、製造し易いという利点もある。
【００１１】
この場合、前記均熱部の板厚をａ、前記発熱部の板厚をｂとしたとき、２ａ＜ｂであることが好ましい。
このように発熱部の板厚ｂが均熱部の板厚ａの２倍より厚く（２ａ＜ｂ）することにより、発熱部の板厚が均熱部の板厚に対して十分な厚みを持つため、電流が均熱部に多く流れたり、十分な発熱量が得られなかったりすることを防止することができる。
【００１２】
また、前記発熱部のパターンの最小幅が１ｍｍ以上であることが好ましい。
このように発熱部のパターンの最小幅が１ｍｍ以上であれば、寸法の微妙なズレによる発熱量への影響が小さくなるためヒータの温度ムラが生じることはなく、また機械的な強度が確保されるためハンドリング時等で破損することを防止することができる。
【００１３】
そして、本発明の場合、シリコンが単結晶シリコンであることが好ましい。
このようにシリコンの素材が単結晶シリコンであれば、被処理物であるウェーハと全く同一材質であるので、コンタミネーションによるウェーハへの汚染を防止することができる。また、機械的強度、品質管理等の点からも多結晶シリコンより優れており、高純度、長寿命の素材として有利に使用される。
【００１４】
また、前記シリコンは比抵抗が１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
このように比抵抗が１Ω・ｃｍ以下であるものは、ウェーハとして多く用いられるため、入手し易く、コストが低く抑えられ、またヒータを形成するための抵抗の調節にも有利である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、半導体デバイスの製造工程に使用されるヒータにおいて、コンタミネーションの発生を抑え、ウェーハの温度制御を図るために、種々調査、検討を重ねた結果、ヒータの材質にシリコンを用い、そのシリコン板に発熱部と均熱部とを一体化してヒータを形成すればよいことを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１６】
ここで、図２（ａ）はプラズマドライエッチング装置の下部電極等として使用される本発明のシリコンヒータのヒータパターンの一例を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線縦断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ部分の拡大図である。
【００１７】
本発明のシリコンヒータは、例えば図１に示したようなプラズマドライエッチング装置において用いられ、この装置は、チャンバ５と、このチャンバ５内に下部電極として設置されるシリコンヒータ９と、このシリコンヒータ９上に載置したシリコンウェーハ２の周辺に配置されるシリコンリング３と、処理ガス整流用の多数の微細孔を備えた上部電極１とを備えている。この上部電極１から微細孔を通して処理ガスを噴出し、上部電極１を高周波電源に接続することによって、両極間でプラズマを生成してシリコンウェーハ２の表面をエッチング処理する。
【００１８】
ここで、本発明に係るシリコンヒータの特徴は、少なくともシリコン板の一方の面は溝加工によりヒータパターンを形成した発熱部であり、他方の面は溝加工を施さないヒータ面内の温度を均一化するための均熱部で、これに通電するための給電部を設けたことにある。
【００１９】
このように、本発明のシリコン製のヒータは、被処理物であるシリコンウェーハと同一材質であるため、不純物とならず高純度であり、シリコンウェーハの保持、取り出し時に、たとえウェーハとシリコンヒータが接触しても、コンタミネーションの発生を抑えることができる。また、シリコンヒータ自身がプラズマに曝されてその表面が侵されても、コンタミネーションの原因とはならないという利点がある。
【００２０】
また、図２に示すように、シリコンヒータ９は、少なくともシリコン板の一方の面に溝加工によりヒータパターンを形成した発熱部７と、他方の面に溝加工を施さないヒータ面内の温度を均一化するための均熱部６と、ヒータに通電するための給電部８とを設け、給電部８に電源を接続し、通電することによりヒータとして機能する。
【００２１】
このようなシリコンヒータ９をプラズマ装置等に設置してウェーハを加熱することにより、処理の始めと終わりでウェーハの温度、及びウェーハ面内の温度を均一化することができるため、エッチングレートの均一化を図ることができる。そして、溝加工を施していない平面の均熱部６の上面にウェーハ２を載置すれば、ウェーハとの密着性に優れ、効率よく加熱することができる。さらに、シリコン板に均熱部６と発熱部７とが一体化したヒータであるため、ヒータとしての抵抗の調節にも有利である。
【００２２】
そして、図２（ｃ）に示すように、シリコンヒータ９の均熱部６の板厚をａ、発熱部７の板厚をｂとしたとき、２ａ＜ｂであることが好ましい。
本発明のシリコンヒータは、シリコン板に均熱部６と発熱部７とが一体化して形成されているため、前記関係（２ａ＜ｂ）を満たせば、発熱部７の板厚が均熱部６の板厚に対して十分な厚みを持つため、電流が均熱部に多く流れたり、十分な発熱量が得られなかったりすることを防止することができる。従って、均熱部６と発熱部７との温度差を小さくし、均熱化を図ることができる。
【００２３】
また、発熱部７のパターンの最小幅ｃが１ｍｍ以上であることが好ましい。
このように発熱部７のパターンの最小幅ｃが１ｍｍ以上であれば、寸法の微妙なズレによる発熱量への影響が小さくなるためヒータの温度ムラが生じることはなく、機械的な強度が確保されるためハンドリング時等で破損することを防止することができる。
【００２４】
そして、本発明ではシリコンの材質を単結晶シリコンとするのが好ましい。
ここで、シリコンの素材を単結晶シリコンとすれば、被処理物であるウェーハと全く同一材質とすることができるので、コンタミネーションの原因とはならない。また、機械的強度、品質管理等の点からも多結晶シリコンやアモルファスシリコン等より優れており、高純度、長寿命の素材として有利に使用される。
【００２５】
この単結晶シリコンの製造は、通常チョクラルスキー法で作製すればよく、この方法によれば安価で大口径の単結晶シリコンが作製される。この単結晶シリコンをシリコンヒータとして使用すれば、強度が高く、抵抗率も高精度に制御されていると共に、被処理物であるデバイスが作製されるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法で作製される場合がほとんどであるので、全く同一材質となり、最も好ましい。
【００２６】
さらに、前記シリコンは比抵抗が１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
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を超える比抵抗を有するシリコンでは、温度により電気抵抗値が大きく変化するため、ヒータとして安定的に使用することが難しい。
一方、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、安定したヒータを作製することができる。また、このような比抵抗のシリコンは、ウェーハとして多く用いられるため、入手し易く、コストが低く抑えられ、ヒータを形成するための抵抗の調節にも有利である。
【００２７】
尚、ここではプラズマエッチング装置に本発明のシリコンヒータを用いる場合を例示して説明したが、本発明のシリコンヒータは、プラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置等、プラズマを使用する処理装置全てに適用できるものである。
また、本発明のシリコンヒータは、デバイス工程において薄膜を形成する際のウェーハの加熱用として使用することができ、種々の半導体デバイス製造用装置にも有用である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例、及び比較例を示す。
（実施例１〜３）
単結晶シリコンインゴットを切断、外周研削をして直径２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの円板を作製した。マシニングセンタにより、ダイヤモンドツールを使用してこの円板の片面に深さ１５ｍｍの溝を加工して発熱部とし、溝加工を施していない厚さ５ｍｍの面を均熱部とし、これにさらに給電部を２ケ形成して、全体の抵抗が２Ωとなるように、図２に示すようなヒータパターンを作製した。そして、給電部はアルミニウム箔を介して端子と接続するようにした。
【００２９】
このようにして得られたシリコンヒータを下部電極としてプラズマエッチング装置のチャンバ内に設置した。次いで、このシリコンヒータ上にシリコンウェーハを載置し、上部電極から微細孔を通して処理ガスを噴出し、上部電極を高周波電源に接続することによって、両極間でプラズマを発生させてシリコンウェーハの表面をエッチング処理した。
このとき、シリコンヒータの給電部に通電することによってウェーハを加熱した。シリコンヒータに温調器を接続することによりウェーハの温度制御を行い、ウェーハ面内で２００℃±２℃の精度で保持することができた。この状態でウェーハを５００枚処理するのを３回繰り返した時の歩留りを表１に示す。
【００３０】
シリコンヒータを用いてウェーハの処理を行った実施例１〜３では、シリコンウェーハの保持、取り出し時にウェーハとシリコンヒータが接触しても、またシリコンヒータ自身がプラズマに曝されても、コンタミネーションの発生を抑えることができ、歩留りを向上させることができた。
【００３１】
（比較例１〜３）
実施例のシリコンヒータの代わりに、セラミックス製下部電極を使用した以外は、実施例と同様にしてシリコンウェーハの表面をエッチング処理し、ウェーハを５００枚処理するのを３回繰り返した時の歩留りを表１に併記した。
【００３２】
セラミックス下部電極を用いてウェーハの処理を行った比較例１〜３では、シリコンウェーハとセラミックス下部電極とが接触したり、セラミックス下部電極自身がプラズマに曝されたりしたことにより、コンタミネーションが発生し、歩留りが低下した。
【００３３】
【表１】
0003976994.tif 000002
【００３４】
表１の結果を見れば明らかなように、実施例１〜３はいずれも、比較例１〜３と比較して歩留りが向上している。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、シリコンヒータであって、少なくともシリコン板の一方の面は溝加工によりヒータパターンを形成した発熱部であり、他方の面は溝加工を施さないヒータ面内の温度を均一化するための均熱部で、これに通電するための給電部を設けたことにより、コンタミネーションの発生を抑え、ウェーハの温度制御が可能になる。従って、処理の均一化を実現し、半導体製造の歩留りの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマドライエッチング装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明のシリコンヒータの一例を示した図である。
（ａ）  本発明のシリコンヒータのヒータパターンの一例を示す平面図、
（ｂ）  （ａ）のＡ−Ａ線縦断面図、
（ｃ）  （ｂ）のＢ部分の拡大図。
【符号の説明】
１…上部電極、  ２…シリコンウェーハ、  ３…シリコンリング、
４…下部電極、  ５…チャンバ、  ６…均熱部、
７…発熱部、  ８…給電部、  ９…シリコンヒータ。
ａ…均熱部の板厚、  ｂ…発熱部の板厚、
ｃ…発熱部のパターンの最小幅。
【図１】
0003976994.tif 000003
【図２】
0003976994.tif 000004