JPH0722403A

JPH0722403A - 処理装置の制御方法

Info

Publication number: JPH0722403A
Application number: JP5190769A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Komino; 光明小美野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】コールドリークの発生を未然に防止可能な処
理装置の制御方法を提供する。【構成】本発明によれば、コールドリークの発生が予
想される部位Ａ、Ｂを加熱するための加熱手段２２、２
４を設け、処理装置１を低温から常温に復帰する際に、
その加熱手段により当該部位を加熱し、当該部位から水
分を蒸発除去する。加熱方法としては、温度センサ２
８、２９による監視を行いながら所定時間加熱を実施す
ることも可能であり、あるいは温度センサを省略し、実
験的に求めた加熱出力および加熱時間に基づいて加熱を
行うことも可能である。かかる制御方法により、再冷却
の場合にも残存水分が凍結膨張しないので、コールドリ
ークを効果的に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は処理装置の制御方法に係
り、特に低温雰囲気下で被処理体を処理するための処理
装置の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応性ガスプラズマを用いて被処理体を
処理する技術、例えばドライエッチング技術において
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、例えば半導体ウェハを冷却して低温雰囲気下で
エッチング処理を施す方法が知られている。そのために
従来より冷媒収容部を被処理体の載置台に形成し、その
冷媒収容部に外部の冷媒系より冷媒を供給し、その伝熱
により載置された被処理体の反応表面を低温化する低温
処理技術が広く用いられている。

【０００３】ところで上記のような低温処理を施すため
の処理装置の各部位は例えばアルミニウムのような単一
種類の材料から構成されているわけではなく、各部位に
要求される性能、例えば電気的絶縁性、断熱性、強度、
耐低温性などに応じてさまざまな異種材料を用いざるを
得ず、場合によっては、異種材料同士を気密にまたは液
密に接合する必要がある。そのため、従来より接合する
異種材料に応じて様々な接合技術が用いられている。そ
の一例を挙げれば、例えばアルミニウムとステンレスと
は摩擦圧接方式により、ステンレスとコバールとは電子
ビーム溶接方式により、セラミックスとコバールとは真
空ろう付け方式により、それぞれ気密にあるいは液密に
接合されている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】しかしながら、上記接合
技術はいずれも完全なものではなく、特に処理装置は例
えば超低温雰囲気といったような厳しい処理雰囲気に曝
されるため、接続箇所にわずかでも間隙あるいはキャピ
ラリーが存在すると、その間隙に例えば水分が例えば毛
細管現象により入り込み、その水分が処理中に凍結、解
凍を繰り返すことにより、接続部分に極微少ではあって
も亀裂を生じさせる場合がある。その結果、その亀裂を
生じた部位から冷媒、例えば液体窒素が漏出し（いわゆ
るコールドリーク現象）、処理室内の圧力を変動させ、
処理装置の機能を低下させ、極端な場合には処理装置を
故障あるいは破壊してしまうことがある。

【０００５】本発明は従来の低温処理装置の有する上記
のような問題点に鑑みなされたものであり、したがっ
て、その目的とするところは、低温処理装置の各部位に
おけるコールドリークを未然に防止し、故障のない安定
した運転を行うことが可能な新規かつ改良された処理装
置の制御方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、所望の減圧雰囲気に調整可能な気
密に構成された処理室内において、被処理体を載置固定
する載置台に形成した冷媒収容部と外部の冷媒供給系と
の間で冷媒を循環させることにより低温雰囲気下で被処
理体を処理するための処理装置において、処理装置のコ
ールドリークを生じうる部位を加熱する加熱手段を設け
るとともに、前記部位の温度を測定するための温度検出
手段を設け、処理装置を低温域から常温域に戻す際に、
前記加熱手段により前記部位を、前記温度検出手段によ
り検出された温度が予め設定された温度に到達するまで
および／または予め設定された時間にわたり加熱するこ
とを特徴とする、処理装置の制御方法が提供される。

【０００７】さらにまた本発明の別の観点によれば、温
度検出手段を省略し、処理装置を低温域から常温域に戻
す際に、前記加熱手段により前記部位を予め設定された
時間にわたり予め設定された出力で加熱するように構成
することも可能である。

【０００８】

【作用】本発明に基づいて構成された処理装置の制御方
法によれば、処理装置のコールドリークを生じうる部
位、例えば異種材料同士が接合された箇所や、微少な間
隙あるいはキャピラリーが存在する部位を、処理装置を
低温域から常温域に戻す際に、加熱手段により加熱する
とともに、その部位の温度を温度検出手段により検出
し、その検出温度が予め設定された温度に到達するまで
および／または予め設定された時間にわたり加熱を継続
する。設定温度および設定時間は、加熱対象となる部位
に付着している水分が蒸発除去されるに十分な温度およ
び時間とされるので、再び処理装置を低温域で使用した
場合であっても、問題となる部位において水分が凍結せ
ず、したがってコールドリークの発生を未然に防止する
ことが可能である。

【０００９】さらにまた本発明の別の観点によれば、温
度検出手段を省略することも可能である。その場合に
は、加熱手段によりコールドリークが問題となる部位を
そこに存在する水分を除去するに十分な程度加熱するた
めの加熱手段の出力およびその加熱時間を予め実験的に
決定し、このようにして設定された出力で所定の時間に
わたり加熱を行うことにより、効果的に水分を蒸発さ
せ、その部位でのコールドリークの発生を未然に防止す
ることが可能である。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明に基づく処理装置の制御方法
をプラズマエッチング装置に適用した場合について、添
付図面を参照しながら説明する。

【００１１】まず図１を参照しながら本発明方法を適用
可能なエッチング装置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
室２を有している。この処理室２の頂部付近には処理ガ
ス導入口３が設けられており、図示しないガス源から図
示しないマスフローコントローラを介して所定の処理ガ
ス、例えばＨＦ₄を上記処理室２内に導入することが可
能である。さらにまた上記処理室２の底部付近には排気
口４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室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。

【００１２】さらに、この処理室２のほぼ中央に処理室
２の底部５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６が収容されている。そして、この載置
台６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６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７と、その支持台
７の上に着脱自在に取り付けられた、例えばアルミニウ
ム製のサセプタ８より構成されている。

【００１３】上記サセプタ支持台７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９が設けられている。この冷却ジャケット
９には、冷媒供給管路１０および冷媒排出管路１１が設
けられており、図示しない冷媒源より適当な配管手段、
例えば真空２重断熱配管を介して冷媒、例えば液体窒素
を、上記冷媒供給路１０から上記冷却ジャケット９内に
導入し、冷熱源としてジャケット内を循環させ、その後
上記冷媒排出路１１を介して処理装置１の外部に排出す
ることが可能である。

【００１４】上記サセプタ８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１２が設けられている。この静電チャック１２
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１３を挟持することにより構成され、この導電膜１３
に直流高電圧源１４から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。さらに上記サ
セプタ８の載置面には載置された半導体ウェハＷの裏面
に図示しないガス源より伝熱媒体、例えばヘリウムガス
などを供給するための伝熱ガス供給手段１５が設置され
ている。

【００１５】さらに上記サセプタ８の上端周縁部には、
半導体ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１
６が配置されている。このフォーカスリング１６は反応
性イオンを引き寄せない絶縁材料からなり、上記処理室
２内に発生された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。

【００１６】また上記サセプタ８には、マッチング用コ
ンデンサ１７を介して高周波電源１８が接続されてお
り、この高周波電源１８より例えば３８０ＫＨｚの高周
波電力を下部電極を構成する上記サセプタ８に印加する
ことにより、外部において接地され上部電極を構成する
上記処理室２の頂部壁１９との間に、反応性プラズマを
発生させ、半導体ウェハＷの処理面に対してエッチング
処理を施すことが可能なように構成されている。

【００１７】また上記サセプタ８と上記サセプタ支持台
７との間には、温調用ヒータ２０が設けられており、こ
の温調用ヒータ２０に電源２１より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７
内に設けられた上記冷却ジャケット９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。また同様に、上記冷却ジャケット９の周辺部にも加
熱手段２２が設けられており、この加熱手段２２に電源
２３より電力を印加することにより上記冷却ジャケット
９の所定の部位Ａ、すなわち異種部材同士が接合され、
微少な間隙またはキャピラリーが存在し、コールドリー
クが発生しうる部位を所定の温度に加熱することができ
るように構成されている。さらに上記冷媒供給管路１０
および上記冷媒排出管路１１の周囲の所定位置にも加熱
手段２４が設けられており、この加熱手段２４に電源２
５より電力を印加することにより、上記管路１０、１１
の所定部位Ｂ、すなわち異種部材同士が接合され、微少
な間隙またはキャピラリーが存在し、コールドリークが
発生しうる部位を所定の温度に加熱することができるよ
うに構成されている。

【００１８】さらに上記静電チャック１２付近には半導
体ウェハＷの温度を検出するための温度検出手段２６、
例えばラクストロンや熱電対などが設けられており、こ
の温度検出手段２６により検出された温度が制御器２７
に送られ、例えば上記温調用ヒータ２０の出力を制御す
るために使用される。また同様に、上記加熱手段２２付
近にも上記冷却ジャケット９の所定の部位Ａの温度を検
出するための温度検出手段２８が設けられており、その
検出値を上記制御器２７に送ることが可能である。さら
にまた、上記加熱手段２４付近にも上記配管１０、１１
の所定の部位Ｂの温度を検出するための温度検出手段２
９が設けられており、その検出値を上記制御器２７に送
ることが可能なように構成されている。

【００１９】また上記冷却ジャケット９内にはジャケッ
ト内の冷媒、例えば液体窒素の液位を測定するための上
部液位計３０および下部液位計３１が設置されており、
冷媒の水位に関する情報を上記制御器２７に送り、冷媒
供給管路１０から上記ジャケット９内に導入される冷媒
の供給量を調整することが可能である。以上のように、
本発明に基づく処理装置の制御方法を適用可能なプラズ
マエッチング装置１は構成されている。

【００２０】さてすでに説明したように上記のような処
理装置により低温処理を行う場合には、異種材料同士を
接合した部位、例えば上記冷却ジャケット９の壁部の一
部（図中符号Ａで示す）や、あるいは上記冷媒供給管路
１０や上記冷媒排出管路１１の一部（図中符号Ｂで示
す）に、いわゆるコールドリークが生じする可能性があ
る。本発明はかかるコールドリークの発生を未然に防止
し、故障のない処理装置の運転を保証するものである
が、本発明に基づく制御方法の構成をより良く理解する
ために、次に図２〜６を参照しながら、異種材料接合部
分にコールドリークが発生するメカニズムについて簡単
に説明する。

【００２１】図２に示すように異種材料、例えばステン
レス３０とステンレス３１との接合箇所３２において気
密あるいは液密に接合する場合であっても、接合面に一
部微少な間隙、またはキャピラリー３３が生じてしま
う。

【００２２】かかるキャピラリー３３を有する接合箇所
を、図３に示すように常温域において水分を含むガス中
に曝した後、図４に示すように超低温域の温度雰囲気に
おいた場合には、ガス中に含まれる水分が凍結しその部
位の外面に霜として水分が付着する。その後、再び接合
箇所を図５示すように常温にまで戻すと、外面に付着し
た霜が融解し、水滴となって表面に表れる。この水滴
は、接合箇所のキャピラリー内にいわゆる毛細管現象に
より吸引され、残存することになる。このようにキャピ
ラリー内に水分を含んだ状態で、接合箇所を再び超低温
域にまで冷却すると、水分が凍結膨張し、図６に示すよ
うに接合箇所を引き離す方向に応力が発生することにな
る。かかる動作を反復するといずれ接合箇所に亀裂が生
じ、その部位の内部に封入してある冷媒、例えば液体窒
素の漏出を生じさせることがある。かかる現象を一般に
コールドリークと称している。

【００２３】次に図７を参照しながら、冷媒供給管路１
０部分にコールドリークが生じた場合を例に挙げて、コ
ールドリークの処理装置に与える影響について具体的に
説明する。図示のように冷媒供給管路１０は例えばステ
ンレス製の２重断熱配管構造を有している。この２重断
熱配管構造は、内側パイプ４０とその内側パイプ４０の
周囲を所定の環状空間を開けて覆う外側パイプ４１とか
ら構成されており、図示しない冷媒源より供給される冷
媒は上記内側パイプ４０内の通路４２を流通して、供給
口４３より上記冷却ジャケット９内に導入可能である。
なお上記内側パイプ４０は上記処理室の底部５内の部分
５２において外周方向に向かって肉厚に形成されてい
る。

【００２４】さらに上記冷媒供給管路１０を上記処理装
置１の底部５に接続するジョイント部４３として、上記
内側パイプ４０と上記外側パイプ４１との間には、第１
の補助パイプ４４および第２の補助パイプ４５が、上記
内側パイプ４０の所定箇所に形成されたフランジ部４６
に同軸上に固定されるように形成されており、冷媒の漏
出および熱の散逸が効果的に防止されている。このよう
な構成の結果、上記内側パイプ４０と上記第１の補助パ
イプ４４との間には第１の環状空間４７が、さらに上記
第１の補助パイプ４４と上記第２の補助パイプ４５との
間には第２の環状空間４８が、それぞれ形成されること
になる。上記第１の環状空間４７は、上記処理室の底部
５内の部分５３において、上記内側パイプ４０の肉厚部
の輪郭に沿って一旦周方向に展開した後、再び上記内側
パイプ４０の外周に沿った部分５４において垂直方向に
延伸している。

【００２５】また冷媒流路４２と上記第１の環状空間４
７および上記第２の環状空間４８との間は適当な封止部
材４９により液密または気密に封止されている。また同
時に第２の環状空間４８の上端は、図示のように上記第
１の環状空間４７の外周方向に展開する部分５３に開口
しているが、その開口部は封止部材５０により液密また
は気密に封止されている。さらに上記第１の環状空間４
７の上端は、開口部５１において処理室２内に開口して
おり、上記処理室２を真空引きする際に、上記第１の環
状空間４７内も真空引きが可能なように構成されてお
り、冷媒流路４２を流通する冷媒の断熱効率を高めるこ
とが可能である。

【００２６】しかるに、冷媒流路４２に冷媒、例えば−
１９６℃の液体窒素を導入し処理装置を超低温状態にし
た後常温に戻す動作を反復すると、例えば封止部分４
９、５０に、図２〜図６に関連して説明したような亀裂
が生じコールドリークが生じることがある。すなわち、
亀裂が生じた状態で冷媒を流路４２に導入すると、冷媒
は封止部分４９を通過して第２の環状空間４８内に漏出
し、さらに封止部分５０を通過して第１の環状空間４７
内に漏出し、開口部５１から処理室２内に漏出すること
になる。その結果、気化した液体窒素が処理室内の処理
圧力を変動させ、処理装置の機能を低下させ、ひいては
製品の歩留まりおよびスループットを低下させることに
なる。

【００２７】本発明は上記のようなコールドリークの発
生を未然に防止するものであり、そのために、コールド
リークの発生が予想される部位、すなわち、図１におい
て部分Ａおよび部分Ｂとして例示する部位、例えば異種
材料同士を接合した部位を加熱するための加熱手段２２
および２４を設けている。この加熱手段２２および２４
により、処理装置を超低温状態から常温に戻す際に、コ
ールドリークの発生が予想される部位を加熱し、その部
位に存在する水分を蒸発除去することが可能である。そ
の結果、その部位からは水分が完全に除去されるので、
再び超低温状態に冷却した場合であっても、残存水分の
凍結膨張作用により当該部位に亀裂が生じその亀裂を介
してコールドリークが発生することを効果的に防止する
ことが可能である。

【００２８】コールドリークの発生が予想される部位の
加熱方法としては、その部位の温度を測定する温度セン
サ２８および２９を設置し、その温度センサ２８および
２９による測定値が予め設定された値、例えば１２０℃
になるまで加熱することが可能である。その場合に、そ
の部位から完全に水分が除去されるようにある程度の時
間、例えば１５分間継続して加熱することが好ましい。

【００２９】またコールドリークの発生が予想される部
位の別の加熱方法としては、予めその部位から水分を除
去するに必要な加熱手段の出力および／または加熱時間
を実験的に求めておき、その実験値に基づいて所定の出
力で所定の時間にわたり加熱手段により当該部位を加熱
することも可能である。かかる構成を採用した場合に
は、温度センサ２８および２９を省略することが可能な
ので、処理装置１の構造を簡略化することが可能であ
る。以上が本発明に基づいて構成された処理装置の制御
方法の動作に関する説明である。

【００３０】最後に本発明に基づいて構成された処理装
置の制御方法を適用可能なプラズマエッチング装置の動
作について簡単に説明する。図示しないカセット室に収
納された半導体ウェハは、所定の搬送アームにより図示
しないロードロック室に移され、このロードロック室よ
りゲートバルブ５５を介して所定の圧力、例えば１×１
０^-4〜数十Ｔｏｒｒ程度に減圧された処理室２内の載置
台６のサセプタ８の載置面に載置された後、静電チャッ
ク１２により吸着保持される。

【００３１】この間、図示しない冷媒供給源より冷媒、
例えば液体窒素が冷媒供給管路１０を介して冷却ジャケ
ット９内に供給され、そこからの冷熱の伝熱により半導
体ウェハの処理面が所望の温度にまで冷却される。かか
る温度は随時温度センサ２６により感知され、その検出
信号に基づいて制御器２７が加熱手段２０等を作動させ
るなどして所定の温度が保持される。

【００３２】この際、本発明によれば、超低温に冷却す
る前に、すなわち前に低温処理が行われた処理装置を常
温に戻す際に、加熱手段２２および２４によりコールド
リークの発生が予想される部位を加熱し、その部位から
予め水分を除去しているので、再び低温処理を行った場
合であっても、残存した水分が凍結膨張してコールドリ
ークを発生させるような亀裂を当該部位に生じさせるこ
とを有効に回避することが可能である。

【００３３】このようにして最適な処理環境に保持され
た処理室２内に処理ガス、例えばＨＦ₄などが処理ガス
供給管路３から供給されるとともに、高周波電源１８よ
り下部電極であるサセプタ８に高周波電力が印加される
と、処理室２内にエッチング用反応性プラズマが発生
し、半導体ウェハＷの処理面に対して所望のエッチング
処理を行うことが可能である。

【００３４】エッチング処理終了後には、処理室内の残
留処理ガスや反応生成物が十分に排気した後に、搬送ア
ームにより半導体ウェハＷがゲートバルブ５５を介して
ロードロック室、さらにはカセット室に搬出され、一連
の処理が終了する。以上が、本発明に基づく制御方法を
適用可能なプラズマエッチング装置の一実施例に関する
一連の動作説明である。

【００３５】上記実施例では、一例として本発明に基づ
く処理装置の制御方法を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できる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
基づいて構成された処理装置の処理方法によれば、処理
装置が低温状態から常温状態に復帰する場合に、コール
ドリークの発生が予想される部位を加熱することによ
り、その部位から水分を蒸発除去させることが可能なの
で、再び処理装置を低温状態にした場合であっても、残
存水分が凍結膨張し、その部位にコールドリークを発生
させるような亀裂が生じるのを有効に防止することがで
きる。その結果、故障のない安定した処理装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成されたプラズマエッチン
グ装置１の概略的な断面図である。

【図２】コールドリーク発生の様子を示す説明図であ
る。

【図３】コールドリーク発生の様子を示す説明図であ
る。

【図４】コールドリーク発生の様子を示す説明図であ
る。

【図５】コールドリーク発生の様子を示す説明図であ
る。

【図６】コールドリーク発生の様子を示す説明図であ
る。

【図７】コールドリークの発生が予想される冷媒供給管
路の構造を概略的に示す断面図である。

【符号の説明】

１処理装置２処理室６載置台７サセプタ支持台８サセプタ９冷却ジャケット１０冷媒供給管路１１冷媒は移出管路２２、２４加熱手段２７制御器２８、２９温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の減圧雰囲気に調整可能な気密に構
成された処理室内において、被処理体を載置固定する載
置台に形成した冷媒収容部と外部の冷媒供給系との間で
冷媒を循環させることにより低温雰囲気下で被処理体を
処理するための処理装置において、処理装置のコールドリークを生じうる部位を加熱する加
熱手段を設けるとともに、前記部位の温度を測定するた
めの温度検出手段を設け、処理装置を低温域から常温域
に戻す際に、前記加熱手段により前記部位を、前記温度
検出手段により検出された温度が予め設定された温度に
到達するまでおよび／または予め設定された時間にわた
り加熱することを特徴とする、処理装置の制御方法。
【請求項２】所望の減圧雰囲気に調整可能な気密に構
成された処理室内において、被処理体を載置固定する載
置台に形成した冷媒収容部と外部の冷媒供給系との間で
冷媒を循環させることにより低温雰囲気下で被処理体を
処理するための処理装置において、処理装置のコールドリークを生じうる部位を加熱する加
熱手段を設け、処理装置を低温域から常温域に戻す際
に、前記加熱手段により前記部位を予め設定された時間
にわたり予め設定された出力で加熱することを特徴とす
る、処理装置の制御方法。