JP2002246375A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ処理が均一で安定しており、冷却ガ
ス量が少なくコントロールが容易で、電極の製作が容易
なプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 真空容器1と、真空排気手段2と、反応ガ
ス供給手段4と、少なくとも一対の電極３，６に被処理
基板5を押し付ける基板クランプ手段15と、少なくとも
一方の電極への高周波電力供給手段10と、被処理基板裏
面と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手
段12とを有し、電極の被処理基板載置面を所定の等分布
圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガ
ス圧力をほぼその所定圧力またはそれ以下としたプラズ
マ処理装置において、電極の被処理基板載置面を、包絡
面が所定の等分布圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面
とし、かつ曲面を有する波状の載置面とする。
ス量が少なくコントロールが容易で、電極の製作が容易
なプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 真空容器1と、真空排気手段2と、反応ガ
ス供給手段4と、少なくとも一対の電極３，６に被処理
基板5を押し付ける基板クランプ手段15と、少なくとも
一方の電極への高周波電力供給手段10と、被処理基板裏
面と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手
段12とを有し、電極の被処理基板載置面を所定の等分布
圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガ
ス圧力をほぼその所定圧力またはそれ以下としたプラズ
マ処理装置において、電極の被処理基板載置面を、包絡
面が所定の等分布圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面
とし、かつ曲面を有する波状の載置面とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や液晶表示
素子（LCD）製造に用いられるドライエッチング装置、
スパッタ装置、CVD装置等のプラズマ処理装置に関し、
特に基板の冷却、または加熱のための手段としてガスを
用いたガス伝熱プラズマ処理装置に関するものである。
素子（LCD）製造に用いられるドライエッチング装置、
スパッタ装置、CVD装置等のプラズマ処理装置に関し、
特に基板の冷却、または加熱のための手段としてガスを
用いたガス伝熱プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体製造装置におけるシリコン
基板のプラズマ処理装置において、しばしば基板の冷却
又は加熱のための伝熱手段として基板裏面と電極の間に
ヘリウム等の不活性ガスを充満させる方法が用いられ
る。
基板のプラズマ処理装置において、しばしば基板の冷却
又は加熱のための伝熱手段として基板裏面と電極の間に
ヘリウム等の不活性ガスを充満させる方法が用いられ
る。
【０００３】以下、従来のドライエッチング装置の構成
を図９を参照しながら説明する。図９において、３１は
真空容器、３２は真空排気ポンプである。真空容器３１
は真空ポンプ３２により真空排気されつつ、反応ガス供
給口３４よりプラズマを発生させるための反応ガスが真
空容器３１内に導入され、適当な圧力で保持される。３
３は上部電極、３５は被処理基板であるシリコンウェ
ハ、３６は直径１５２ｍｍで１ｍｍの突出量の凸面を有
する下部電極であり、絶縁板３７上に載置されており、
端子３８を通じてコンデンサ３９、高周波電源４０に接
続されている。下部電極３６の凸面は一般に凸球面に形
成されている。
を図９を参照しながら説明する。図９において、３１は
真空容器、３２は真空排気ポンプである。真空容器３１
は真空ポンプ３２により真空排気されつつ、反応ガス供
給口３４よりプラズマを発生させるための反応ガスが真
空容器３１内に導入され、適当な圧力で保持される。３
３は上部電極、３５は被処理基板であるシリコンウェ
ハ、３６は直径１５２ｍｍで１ｍｍの突出量の凸面を有
する下部電極であり、絶縁板３７上に載置されており、
端子３８を通じてコンデンサ３９、高周波電源４０に接
続されている。下部電極３６の凸面は一般に凸球面に形
成されている。
【０００４】下部電極３６の中心位置には中心穴４１が
あり、伝熱ガス供給手段４２にて外部の低圧ヘリウム供
給手段（図示せず）に接続されいいる。これにより、被
処理基板３５を処理温度に温度調整するための伝熱媒体
となる伝熱ガスを被処理基板３５と下部電極３６の間の
隙間に導入され、適度な圧力に保持されている。下部電
極３６の内部には冷却水路４４があり、冷却水が循環し
ている。下部電極３６の周囲上方には円環状のクランプ
リング４５が設置され、支持棒４６で支持されている。
支持棒４６はベローズ４７により真空シールされて外部
の昇降装置（図示せず）により上下動する。
あり、伝熱ガス供給手段４２にて外部の低圧ヘリウム供
給手段（図示せず）に接続されいいる。これにより、被
処理基板３５を処理温度に温度調整するための伝熱媒体
となる伝熱ガスを被処理基板３５と下部電極３６の間の
隙間に導入され、適度な圧力に保持されている。下部電
極３６の内部には冷却水路４４があり、冷却水が循環し
ている。下部電極３６の周囲上方には円環状のクランプ
リング４５が設置され、支持棒４６で支持されている。
支持棒４６はベローズ４７により真空シールされて外部
の昇降装置（図示せず）により上下動する。
【０００５】以上のように構成されたドライエッチング
装置については、以下その動作について説明する。シリ
コンウェハ３５を下部電極３６上に載せ、クランプリン
グ４５を下降させて下部電極３６の凸面に沿わせて押し
付ける。次いで、真空ポンプ３２で真空容器３１中の空
気を排気し、反応ガス供給口３４から微量のエッチング
ガスを導入しつつ、高周波電源４０により高周波電力を
印加して下部電極３６と上部電極３３の間にプラズマを
発生させ、シリコンウェハ３５をエッチングする。
装置については、以下その動作について説明する。シリ
コンウェハ３５を下部電極３６上に載せ、クランプリン
グ４５を下降させて下部電極３６の凸面に沿わせて押し
付ける。次いで、真空ポンプ３２で真空容器３１中の空
気を排気し、反応ガス供給口３４から微量のエッチング
ガスを導入しつつ、高周波電源４０により高周波電力を
印加して下部電極３６と上部電極３３の間にプラズマを
発生させ、シリコンウェハ３５をエッチングする。
【０００６】この間、プラズマは高温であるためシリコ
ンウェハ３５が加熱されるので、伝熱ガス供給手段４２
より５００Ｐａ前後の圧力のヘリウムガスを流す。する
とヘリウムガスは中心穴４１から吹き出し、下部電極３
６とシリコンウェハ３５との隙間に充満する。ヘリウム
ガスは流動性がよいので、シリコンウェハ３５からよく
熱を奪い、冷却水路４４中の冷却水により冷却された下
部電極３６に熱を伝えて、シリコンウェハ３５がプラズ
マの熱で過熱し、レジストが変質し、エッチング不良に
なるのを防止する。また、シリコンウェハ３５の温度を
一定に保ってエッチング特性を良好にする。
ンウェハ３５が加熱されるので、伝熱ガス供給手段４２
より５００Ｐａ前後の圧力のヘリウムガスを流す。する
とヘリウムガスは中心穴４１から吹き出し、下部電極３
６とシリコンウェハ３５との隙間に充満する。ヘリウム
ガスは流動性がよいので、シリコンウェハ３５からよく
熱を奪い、冷却水路４４中の冷却水により冷却された下
部電極３６に熱を伝えて、シリコンウェハ３５がプラズ
マの熱で過熱し、レジストが変質し、エッチング不良に
なるのを防止する。また、シリコンウェハ３５の温度を
一定に保ってエッチング特性を良好にする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
一般的な凸面の下部電極３６または平面電極を用いたプ
ラズマ処理装置では、被処理基板が微量なヘリウムガス
圧差によって、中心部が凸面の下部電極３６の表面から
浮き上がってしまう。または、直に電極に接してしま
う。その結果、被処理基板の中心部と周囲部で電極より
浮き上がり量が異なってしまい、エッチング中の冷却効
果と電界効果が不均一になり、エッチングの不均一が生
じるという問題があった。また、基板浮き上がりによ
り、必要冷却ガス消費量が多くなり、そのコントロール
が難しいという問題があった。
一般的な凸面の下部電極３６または平面電極を用いたプ
ラズマ処理装置では、被処理基板が微量なヘリウムガス
圧差によって、中心部が凸面の下部電極３６の表面から
浮き上がってしまう。または、直に電極に接してしま
う。その結果、被処理基板の中心部と周囲部で電極より
浮き上がり量が異なってしまい、エッチング中の冷却効
果と電界効果が不均一になり、エッチングの不均一が生
じるという問題があった。また、基板浮き上がりによ
り、必要冷却ガス消費量が多くなり、そのコントロール
が難しいという問題があった。
【０００８】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、プラ
ズマ処理が均一で安定しており、冷却ガス量が少なくコ
ントロールが容易で、電極の製作が容易なガス伝熱プラ
ズマ処理装置を提供することを目的としている。
ズマ処理が均一で安定しており、冷却ガス量が少なくコ
ントロールが容易で、電極の製作が容易なガス伝熱プラ
ズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のガス伝熱プラズ
マ処理装置は、真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
供給手段と、少なくとも一対の電極に被処理基板を押し
付ける基板クランプ手段と、少なくとも一方の電極への
高周波電力供給手段と、被処理基板裏面と電極との間に
伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段とを有し、電極
の被処理基板載置面を所定の等分布圧力を受ける被処理
基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガス圧力をほぼその所
定圧力またはそれ以下としたガス伝熱プラズマ処理装置
において、電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の
等分布圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、さら
に下記形状の少なくともいずれかを有する載置面とす
る。
マ処理装置は、真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
供給手段と、少なくとも一対の電極に被処理基板を押し
付ける基板クランプ手段と、少なくとも一方の電極への
高周波電力供給手段と、被処理基板裏面と電極との間に
伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段とを有し、電極
の被処理基板載置面を所定の等分布圧力を受ける被処理
基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガス圧力をほぼその所
定圧力またはそれ以下としたガス伝熱プラズマ処理装置
において、電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の
等分布圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、さら
に下記形状の少なくともいずれかを有する載置面とす
る。
【００１０】１．曲面を有する波状の載置面とする。
【００１１】２．同心円上に突部をもつ面とする。
【００１２】３．電極表面一面に伝熱ガス層ができるよ
うに段を設ける。
うに段を設ける。
【００１３】４．電極表面に任意に配列させた段を設け
る。
る。
【００１４】そして伝熱ガスを電極周囲にまで行き渡ら
せるものである。本発明の上記構成によれば、被処理基
板を電極上に基板クランプ手段によって押さえつけ、伝
熱ガスを所定圧力にて被処理基板裏面と電極表面の間の
隙間に充満させると、被処理基板は電極と被処理基板の
全面に分布した小さな点で接触するか、または被処理基
板が電極から微少量だけほぼ均一に浮上した状態とな
り、これによって被処理基板全面でエッチング中の冷却
効果電界効果が均一となり、良好なエッチングができ
る。また、ガスの必要量が少なく、そのコントロールが
容易になる。そして電極の被処理基板載置面を、包絡面
が所定の等分布圧力を受ける基板のたわみ曲線となる波
状に形成しているので、上記効果を一層確保できる。
せるものである。本発明の上記構成によれば、被処理基
板を電極上に基板クランプ手段によって押さえつけ、伝
熱ガスを所定圧力にて被処理基板裏面と電極表面の間の
隙間に充満させると、被処理基板は電極と被処理基板の
全面に分布した小さな点で接触するか、または被処理基
板が電極から微少量だけほぼ均一に浮上した状態とな
り、これによって被処理基板全面でエッチング中の冷却
効果電界効果が均一となり、良好なエッチングができ
る。また、ガスの必要量が少なく、そのコントロールが
容易になる。そして電極の被処理基板載置面を、包絡面
が所定の等分布圧力を受ける基板のたわみ曲線となる波
状に形成しているので、上記効果を一層確保できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明のガス伝熱プラズマ
処理装置の実施形態について、図１を参照して説明す
る。
処理装置の実施形態について、図１を参照して説明す
る。
【００１６】図１において、１は真空容器、２は真空ポ
ンプである。真空容器１は真空ポンプ２により真空排気
されつつ、反応ガス供給口４よりプラズマを発生させる
ための反応ガスが真空容器１内に導入され、適当な圧力
で保持される。３は上部電極で、５は半導体シリコンウ
ェハなどの被処理基板である。６は下部電極であり、絶
縁板７に載置されており、端子８を通じてコンデンサ
９、高周波電源１０に接続されている。下部電極６の中
心位置には中心穴１１があり、伝熱ガス供給手段１２で
外部の低圧ヘリウム供給手段１２ａに接続されている。
下部電極６の上面は被処理基板５を載置する基板載置面
１３とされている。この基板載置面１３は、所定の等分
布圧力を受けた時の被処理基板５のたわみ曲面形状とさ
れている。下部電極６の内部には冷却水路１４があり、
冷却水が循環されている。下部電極６の周囲上方にはク
ランプリング１５が設置され、支持棒１６で支持されて
いる。支持棒１６はベローズ１７により真空シールされ
て外部の昇降装置（図示せず）により上下する。
ンプである。真空容器１は真空ポンプ２により真空排気
されつつ、反応ガス供給口４よりプラズマを発生させる
ための反応ガスが真空容器１内に導入され、適当な圧力
で保持される。３は上部電極で、５は半導体シリコンウ
ェハなどの被処理基板である。６は下部電極であり、絶
縁板７に載置されており、端子８を通じてコンデンサ
９、高周波電源１０に接続されている。下部電極６の中
心位置には中心穴１１があり、伝熱ガス供給手段１２で
外部の低圧ヘリウム供給手段１２ａに接続されている。
下部電極６の上面は被処理基板５を載置する基板載置面
１３とされている。この基板載置面１３は、所定の等分
布圧力を受けた時の被処理基板５のたわみ曲面形状とさ
れている。下部電極６の内部には冷却水路１４があり、
冷却水が循環されている。下部電極６の周囲上方にはク
ランプリング１５が設置され、支持棒１６で支持されて
いる。支持棒１６はベローズ１７により真空シールされ
て外部の昇降装置（図示せず）により上下する。
【００１７】図２に本発明の一実施形態の下部電極の一
例である半導体シリコンウェハ用の下部電極６の詳細を
示す。図２において、１８は伝熱ガスを電極周囲まで効
率よく充満させるための深さ０．２[ｍｍ]、幅２[ｍｍ]
で曲率Ｒ３[ｍｍ]の曲面（図２（Ｃ）参照）をもつ中心
穴11から延びる放射状溝である。従来の下部電極ではこ
の放射状溝は中心から３５[ｍｍ]あるが（図１０参
照）、本発明においては、さらに伝熱ガスを周囲まで行
き渡らせるため、電極中心から放射線状に電極の周囲ま
で溝を設け、冷却向上を図る。本実施形態では
放射状溝を下部電極の中心から６５[ｍｍ]した（図２
（Ｃ）参照）。ここで図２（Ｃ）は図２（ａ）における
Ｅ-Ｅ断面図及びＤ-Ｄ断面図である。
例である半導体シリコンウェハ用の下部電極６の詳細を
示す。図２において、１８は伝熱ガスを電極周囲まで効
率よく充満させるための深さ０．２[ｍｍ]、幅２[ｍｍ]
で曲率Ｒ３[ｍｍ]の曲面（図２（Ｃ）参照）をもつ中心
穴11から延びる放射状溝である。従来の下部電極ではこ
の放射状溝は中心から３５[ｍｍ]あるが（図１０参
照）、本発明においては、さらに伝熱ガスを周囲まで行
き渡らせるため、電極中心から放射線状に電極の周囲ま
で溝を設け、冷却向上を図る。本実施形態では
放射状溝を下部電極の中心から６５[ｍｍ]した（図２
（Ｃ）参照）。ここで図２（Ｃ）は図２（ａ）における
Ｅ-Ｅ断面図及びＤ-Ｄ断面図である。
【００１８】基板載置面１３は、半導体シリコンウェハ
の外周を自由支持し、均等圧力をかけた時のたわみ曲線
を包絡面とした波状に形成されている。今回、実施形態
に用いたたわみ曲面形状は、平らな表面の電極上にシリ
コンウェハを載置し、ウェハ外周をクランプリングで押
圧した状態で、電極中心から１０００[Ｐａ]の圧力をか
けてウェハのたわみを実測した形状を用いた。図２に示
すように基板載置面１３は、平面から見ると中心穴１１
を中心として同心的に環状の複数の突部（凸形状）１３
aを配し（図２（ａ）参照）、断面形状では凹凸を繰返
した波状の形態である。言うなれば中心穴11を中心に放
射状に広がる波紋の形態である。本実施形態では曲面を
有する波状であり、交互に曲線の凹凸が繰返されてい
る。具体的には中心穴１１を中心として左右対象の断面
形状をなす（図２（ｂ）参照）。
の外周を自由支持し、均等圧力をかけた時のたわみ曲線
を包絡面とした波状に形成されている。今回、実施形態
に用いたたわみ曲面形状は、平らな表面の電極上にシリ
コンウェハを載置し、ウェハ外周をクランプリングで押
圧した状態で、電極中心から１０００[Ｐａ]の圧力をか
けてウェハのたわみを実測した形状を用いた。図２に示
すように基板載置面１３は、平面から見ると中心穴１１
を中心として同心的に環状の複数の突部（凸形状）１３
aを配し（図２（ａ）参照）、断面形状では凹凸を繰返
した波状の形態である。言うなれば中心穴11を中心に放
射状に広がる波紋の形態である。本実施形態では曲面を
有する波状であり、交互に曲線の凹凸が繰返されてい
る。具体的には中心穴１１を中心として左右対象の断面
形状をなす（図２（ｂ）参照）。
【００１９】より詳しくは、基板載置面１３は、たわみ
曲線からなる包絡面を波の山の頂点とし、波の谷の頂点
と包絡面の差を５０μmとした。波の形状は図７に示
す。図に示すように互いに直交するＸ軸とＹ軸からなる
Ｘ座標、Ｙ座標を設け、ある山の波の頂点を（X0,
Y0）、その隣の山の頂点を（Xn,Yn）（山の頂点ではｎ
は偶数）とする。本実施形態においては、実験的に波の
山と山のピッチをＸ軸方向に１０[ｍｍ]としている。
（Xn/2,Yn/2）は（X0,Y0）と（Xn,Yn）との間をＸ座標
に関して包絡面上に等間隔に区切り、その中点からＹ軸
方向に５０[μm]の位置としている。（X0,Y0）と
（Xn/2,Yn/2）または（Xn,Yn）との間の点（Xr1,
Yr1）、（Xr2,Yr2）、（Xr3,Yr3）…はＸ座標に任意の
点（本実施形態では包絡面上に等間隔の点）を取り、そ
の間がなめらかな曲線となるようにY座標を決定し、包
絡面からの距離d r1、dr2、dr3…を決める。これらの点
をつなぎ合わせたものを基板載置面１３としている。な
お、本実施例においては、ウェハを包絡面形状に支持で
きるように、下部電極６の外周辺から６[ｍｍ]の幅の箇
所（外周部）は波の形状にはせず、実測より得られた形
状としている。
曲線からなる包絡面を波の山の頂点とし、波の谷の頂点
と包絡面の差を５０μmとした。波の形状は図７に示
す。図に示すように互いに直交するＸ軸とＹ軸からなる
Ｘ座標、Ｙ座標を設け、ある山の波の頂点を（X0,
Y0）、その隣の山の頂点を（Xn,Yn）（山の頂点ではｎ
は偶数）とする。本実施形態においては、実験的に波の
山と山のピッチをＸ軸方向に１０[ｍｍ]としている。
（Xn/2,Yn/2）は（X0,Y0）と（Xn,Yn）との間をＸ座標
に関して包絡面上に等間隔に区切り、その中点からＹ軸
方向に５０[μm]の位置としている。（X0,Y0）と
（Xn/2,Yn/2）または（Xn,Yn）との間の点（Xr1,
Yr1）、（Xr2,Yr2）、（Xr3,Yr3）…はＸ座標に任意の
点（本実施形態では包絡面上に等間隔の点）を取り、そ
の間がなめらかな曲線となるようにY座標を決定し、包
絡面からの距離d r1、dr2、dr3…を決める。これらの点
をつなぎ合わせたものを基板載置面１３としている。な
お、本実施例においては、ウェハを包絡面形状に支持で
きるように、下部電極６の外周辺から６[ｍｍ]の幅の箇
所（外周部）は波の形状にはせず、実測より得られた形
状としている。
【００２０】図３は他の実施形態の下部電極を示すもの
である。図に示すように、電極の被処理基板載置面１３
を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理基板のた
わみ曲面とし、かつ同心円状の突部を有する載置面とし
たものであり、平面から見ると中心穴１１を中心として
同心的に環状の複数の突部（凸形状）１３aを配し（図
３（ａ）参照）、断面形状では所定間隔の突起１３ａを
繰返した形態である。具体的には中心穴１１を中心とし
て左右対象の断面形状をなす（図３（ｂ）参照）。 ま
た被処理基板と接する突起の先端は曲面からなることが
好ましい。また、図３（Ｃ）は図３（ａ）におけるＥ-
Ｅ断面図及びＤ-Ｄ断面図であり、放射状溝１８は図２
に示すものと同様のものである。図３のような下部電極
にする場合は包絡面からＹ軸方向に５０[μm]下がった
点を複数設け（図８の（Ｘa,Ｙａ）、（Ｘｂ,Ｙｂ）、
（Ｘｃ,Ｙｃ））、包絡面の曲面と等しい形状とし、山
の頂点である（Ｘ0,Ｙ0）と（Ｘa,Ｙａ）との間をなめ
らかな曲線となるように、包絡面からの距離dr…を決め
る（図８参照）。（XC,YC）と山の頂点である（Xｎ,Y
ｎ）との間も同様にして包絡面からの距離dr…を決め
る。なお距離drは図７で示す方法と同様にして決める。
また、ここでは包絡面からの距離を５０[μm]としたが
これに限られたものではない。
である。図に示すように、電極の被処理基板載置面１３
を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理基板のた
わみ曲面とし、かつ同心円状の突部を有する載置面とし
たものであり、平面から見ると中心穴１１を中心として
同心的に環状の複数の突部（凸形状）１３aを配し（図
３（ａ）参照）、断面形状では所定間隔の突起１３ａを
繰返した形態である。具体的には中心穴１１を中心とし
て左右対象の断面形状をなす（図３（ｂ）参照）。 ま
た被処理基板と接する突起の先端は曲面からなることが
好ましい。また、図３（Ｃ）は図３（ａ）におけるＥ-
Ｅ断面図及びＤ-Ｄ断面図であり、放射状溝１８は図２
に示すものと同様のものである。図３のような下部電極
にする場合は包絡面からＹ軸方向に５０[μm]下がった
点を複数設け（図８の（Ｘa,Ｙａ）、（Ｘｂ,Ｙｂ）、
（Ｘｃ,Ｙｃ））、包絡面の曲面と等しい形状とし、山
の頂点である（Ｘ0,Ｙ0）と（Ｘa,Ｙａ）との間をなめ
らかな曲線となるように、包絡面からの距離dr…を決め
る（図８参照）。（XC,YC）と山の頂点である（Xｎ,Y
ｎ）との間も同様にして包絡面からの距離dr…を決め
る。なお距離drは図７で示す方法と同様にして決める。
また、ここでは包絡面からの距離を５０[μm]としたが
これに限られたものではない。
【００２１】図４は他の実施形態の下部電極を示すもの
である。図に示すように、電極の被処理基板載置面１３
を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理基板のた
わみ曲面とし、さらに電極表面一面に被処理基板に対し
て一様な伝熱ガス層ができるように、電極外周に段を設
ける形状にした載置面とするものであり、平面から見る
と中心穴１１を中心として下部電極６の外周に環状の突
部をなす段６ａを設けたものである（図４（ａ）、
（ｂ）参照）。また中心穴１１を中心として左右対象の
断面形状をなす。この段６ａに被処理基板５を載置し
て、被処理基板５と被処理基板載置面１３との間に空間
を設け、この空間にＨｅガスを充填し、一様な伝熱ガス
層が形成される。このために電界効果、伝熱効果も一様
なものが得られ、エッチングによるバラツキが低減す
る。また段部６ａは被処理基板の外周端だけを支えてい
るのでガスは空間全体に一様に広がり、更に伝熱の効果
も向上する。図４のような下部電極にする場合、外周に
設けた段部以外は、包絡面から一様に任意の距離hとし
た面（窪み）を設け、下部電極の外周部分は包絡面のた
わみ曲線の形状としたものである。
である。図に示すように、電極の被処理基板載置面１３
を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理基板のた
わみ曲面とし、さらに電極表面一面に被処理基板に対し
て一様な伝熱ガス層ができるように、電極外周に段を設
ける形状にした載置面とするものであり、平面から見る
と中心穴１１を中心として下部電極６の外周に環状の突
部をなす段６ａを設けたものである（図４（ａ）、
（ｂ）参照）。また中心穴１１を中心として左右対象の
断面形状をなす。この段６ａに被処理基板５を載置し
て、被処理基板５と被処理基板載置面１３との間に空間
を設け、この空間にＨｅガスを充填し、一様な伝熱ガス
層が形成される。このために電界効果、伝熱効果も一様
なものが得られ、エッチングによるバラツキが低減す
る。また段部６ａは被処理基板の外周端だけを支えてい
るのでガスは空間全体に一様に広がり、更に伝熱の効果
も向上する。図４のような下部電極にする場合、外周に
設けた段部以外は、包絡面から一様に任意の距離hとし
た面（窪み）を設け、下部電極の外周部分は包絡面のた
わみ曲線の形状としたものである。
【００２２】図11は変形例であり、電極の被処理基板載
置面13を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理基
板のたわみ曲面とし、さらに突部をなす段部６ｂを複数
個、規則的に点在させ、窪みの部分は包絡面から一様に
任意の距離hとしたものである。段部６ｂは中心穴１１
を中心として放射状に一定間隔で配置されている。また
中心穴１１を中心として環状に一定間隔で配置されてい
る（図１１では見やすくするために代表的な段部６ｂに
のみ符号を付しているが他の突起も同様の段部であ
る。）図１２もまた変形例であり、電極の被処理基板載
置面１３を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理
基板のたわみ曲面とし、さらに段部６ｃを不規則的に複
数個、点在させ、窪みの部分は包絡面から一様に任意の
距離hとしたものである。図１３もまた変形例であり、
電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、段部を規則的ま
たは不規則的に点在させ、さらに電極外周に段部を設け
（図１３では段部が規則的に点在する例）、窪みの部分
は包絡面から一様に任意の距離hとする、上記の特徴を
組み合わせた下部電極である。（図１２、１３では見や
すくするために代表的な段部６ｂ、６ｃにのみ符号を付
しているが他の突起も同様の段部である。） 以上の構成による動作を、図１を参照して説明する。被
処理基板５を下部電極６上に載せ、上昇していた支持棒
１６を下降させてクランプリング１５により被処理基板
５の周囲を押さえて被処理基板５を凸状に整形する。次
に、真空ポンプ２で真空容器１を真空排気し、反応ガス
供給口４から微量のエッチングガスを導入しつつ、高周
波電源１０より高周波電力を印加して、被処理基板５を
エッチングする。
置面13を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理基
板のたわみ曲面とし、さらに突部をなす段部６ｂを複数
個、規則的に点在させ、窪みの部分は包絡面から一様に
任意の距離hとしたものである。段部６ｂは中心穴１１
を中心として放射状に一定間隔で配置されている。また
中心穴１１を中心として環状に一定間隔で配置されてい
る（図１１では見やすくするために代表的な段部６ｂに
のみ符号を付しているが他の突起も同様の段部であ
る。）図１２もまた変形例であり、電極の被処理基板載
置面１３を、包絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理
基板のたわみ曲面とし、さらに段部６ｃを不規則的に複
数個、点在させ、窪みの部分は包絡面から一様に任意の
距離hとしたものである。図１３もまた変形例であり、
電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、段部を規則的ま
たは不規則的に点在させ、さらに電極外周に段部を設け
（図１３では段部が規則的に点在する例）、窪みの部分
は包絡面から一様に任意の距離hとする、上記の特徴を
組み合わせた下部電極である。（図１２、１３では見や
すくするために代表的な段部６ｂ、６ｃにのみ符号を付
しているが他の突起も同様の段部である。） 以上の構成による動作を、図１を参照して説明する。被
処理基板５を下部電極６上に載せ、上昇していた支持棒
１６を下降させてクランプリング１５により被処理基板
５の周囲を押さえて被処理基板５を凸状に整形する。次
に、真空ポンプ２で真空容器１を真空排気し、反応ガス
供給口４から微量のエッチングガスを導入しつつ、高周
波電源１０より高周波電力を印加して、被処理基板５を
エッチングする。
【００２３】この間、伝熱ガス供給手段１２よりヘリウ
ムガスを流すと、ヘリウムガスは中心穴１１から吹き出
し、下部電極６の上面の放射状溝１８と波状の基板載置
面１３上の空間を通って、被処理基板５の裏面と下部電
極６の上面との間の空間全体に充満する。このとき、流
動性、熱伝導性とも良好なヘリウム原子は、プラズマに
より加熱される被処理基板５の裏面と冷却水路１４によ
り冷却された下部電極６上面との間を毎秒数百メートル
の速度で往復運動し、被処理基板５の熱を下部電極６に
よく伝える。エッチングが終了すれば、支持棒１６を上
昇させて、クランプリング１５を被処理基板５から離れ
るまで上昇させて被処理基板５を取り出す。ここで波状
の基板載置面を使用する理由を下記に示す。
ムガスを流すと、ヘリウムガスは中心穴１１から吹き出
し、下部電極６の上面の放射状溝１８と波状の基板載置
面１３上の空間を通って、被処理基板５の裏面と下部電
極６の上面との間の空間全体に充満する。このとき、流
動性、熱伝導性とも良好なヘリウム原子は、プラズマに
より加熱される被処理基板５の裏面と冷却水路１４によ
り冷却された下部電極６上面との間を毎秒数百メートル
の速度で往復運動し、被処理基板５の熱を下部電極６に
よく伝える。エッチングが終了すれば、支持棒１６を上
昇させて、クランプリング１５を被処理基板５から離れ
るまで上昇させて被処理基板５を取り出す。ここで波状
の基板載置面を使用する理由を下記に示す。
【００２４】１．電極の帯電量の抑制（ダメージ対策）
として電極表面に貼る、カプトンテープが貼りやすい。
として電極表面に貼る、カプトンテープが貼りやすい。
【００２５】２．電極面の埃などのクリーニング・メン
テナンスがしやすい。
テナンスがしやすい。
【００２６】３．ウェハ裏面との接触によるキズを防
ぐ。（キズに伴うパーティクル発生の防止）４．ウェハ
と下部電極との間での放電を防ぎ、放電が不均一になる
のを防止する。
ぐ。（キズに伴うパーティクル発生の防止）４．ウェハ
と下部電極との間での放電を防ぎ、放電が不均一になる
のを防止する。
【００２７】５．下部電極をアルマイト処理などの表面
処理する場合、その処理を均一にすることができる。
処理する場合、その処理を均一にすることができる。
【００２８】以上のような項目があげられる。上記項目
は、基板載置面に角の部分があるものと、本実施形態の
ような、なめらかな曲面をもつ波状の基板載置面と比べ
ると、有利な点であると考えられる。また上記３〜５項
については先端に曲面を有する突起を備えた基板載置面
についても言える効果である。図５，６は従来のエッチ
ング装置と本実施形態のエッチング装置で行った、各He
圧力に対するウェハ温度を測定した結果を示している。
ウェハ温度測定位置は、ウェハ中心部（センタ）とウェ
ハ周辺部（エッジ）の２点である。ウェハは６インチ
（外径１５０ｍｍ）のシリコンウェハを用い、各He圧力
において、下記の条件でプラズマを発生させた後のウェ
ハ温度を、サーモラベルを用いて測定した。 使用ガス流量：Cl2 ２０sccm ／ BCl3 ８０sccm 圧力：１．５ Pa RF・ICPパワー：７００W RF・Biasパワー：２００W 上記条件を用いて放電を行った。
は、基板載置面に角の部分があるものと、本実施形態の
ような、なめらかな曲面をもつ波状の基板載置面と比べ
ると、有利な点であると考えられる。また上記３〜５項
については先端に曲面を有する突起を備えた基板載置面
についても言える効果である。図５，６は従来のエッチ
ング装置と本実施形態のエッチング装置で行った、各He
圧力に対するウェハ温度を測定した結果を示している。
ウェハ温度測定位置は、ウェハ中心部（センタ）とウェ
ハ周辺部（エッジ）の２点である。ウェハは６インチ
（外径１５０ｍｍ）のシリコンウェハを用い、各He圧力
において、下記の条件でプラズマを発生させた後のウェ
ハ温度を、サーモラベルを用いて測定した。 使用ガス流量：Cl2 ２０sccm ／ BCl3 ８０sccm 圧力：１．５ Pa RF・ICPパワー：７００W RF・Biasパワー：２００W 上記条件を用いて放電を行った。
【００２９】冷却水温度は、７０℃として測定をした図
から明らかなように、従来のエッチング装置ではウェハ
中心部とウェハ周辺部とで温度差にバラツキが生じてお
り、ウェハに与える熱影響が問題となっているが、本実
施形態では温度差のバラツキはほとんど無く、エッチン
グ状態の均一性が向上している。特にヘリウム（Ｈｅ）
ガスが１０００Ｐａ付近までは、ほぼ均一な温度分布と
なる。
から明らかなように、従来のエッチング装置ではウェハ
中心部とウェハ周辺部とで温度差にバラツキが生じてお
り、ウェハに与える熱影響が問題となっているが、本実
施形態では温度差のバラツキはほとんど無く、エッチン
グ状態の均一性が向上している。特にヘリウム（Ｈｅ）
ガスが１０００Ｐａ付近までは、ほぼ均一な温度分布と
なる。
【００３０】本発明は、ドライエッチング装置のみなら
ず、スパッタ装置やＣＶＤＣ装置における被処理基板の
冷却、または熱伝達性のよいことから加熱にも適用でき
る。
ず、スパッタ装置やＣＶＤＣ装置における被処理基板の
冷却、または熱伝達性のよいことから加熱にも適用でき
る。
【００３１】
【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、以
上の説明から明らかなように、被処理基板を載置する電
極の形状が、伝熱ガス圧力による被処理基板のたわみ曲
面と同じであり、ヘリウム等の伝熱ガスの充満させるこ
とのできる波状の形状を設けているので、被処理基板と
電極との隙間は基板全体において均一で、エッチングの
均一性を向上することができる。また、電極中心から放
射状に伸びる、微少な溝を設けることにより、伝熱ガス
のまわりを良くして、エッチングの均一性を保ちつつ冷
却効果の均一性向上を図ることができる。
上の説明から明らかなように、被処理基板を載置する電
極の形状が、伝熱ガス圧力による被処理基板のたわみ曲
面と同じであり、ヘリウム等の伝熱ガスの充満させるこ
とのできる波状の形状を設けているので、被処理基板と
電極との隙間は基板全体において均一で、エッチングの
均一性を向上することができる。また、電極中心から放
射状に伸びる、微少な溝を設けることにより、伝熱ガス
のまわりを良くして、エッチングの均一性を保ちつつ冷
却効果の均一性向上を図ることができる。
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置を示す
図
図
【図２】（ａ）本発明の一実施形態における下部電極の
平面図 （ｂ）同電極のＥ-Ｅ断面図 （ｃ）同電極の放射状溝の詳細図
平面図 （ｂ）同電極のＥ-Ｅ断面図 （ｃ）同電極の放射状溝の詳細図
【図３】（ａ）本発明の他の実施形態における下部電極
の平面図 （ｂ）同電極のＥ-Ｅ断面図 （ｃ）同電極の放射状溝の詳細図
の平面図 （ｂ）同電極のＥ-Ｅ断面図 （ｃ）同電極の放射状溝の詳細図
【図４】（ａ）本発明の別の実施形態における下部電極
の平面図 （ｂ）同電極の断面図
の平面図 （ｂ）同電極の断面図
【図５】本発明の実施形態における下部電極での圧力−
温度グラフ
温度グラフ
【図６】従来例の下部電極での圧力−温度グラフ
【図７】本実施形態で用いた波状基板載置面形状の詳細
を示す図
を示す図
【図８】図３に示した基板載置面形状の詳細を示す図
【図９】従来例のプラズマ処理装置を示す図
【図１０】（ａ）従来例の下部電極の平面図 （ｂ）同下部電極の断面図 （ｃ）同下部電極の放射状溝の詳細図
【図１１】（ａ）別実施形態の下部電極の変形例（表面
に規則的に段を点在させた下部電極）の平面図 （ｂ）同電極の断面図
に規則的に段を点在させた下部電極）の平面図 （ｂ）同電極の断面図
【図１２】（ａ）別実施形態の下部電極の変形例（表面
に不規則的に段を点在させた下部電極）の平面図 （ｂ）同電極の断面図
に不規則的に段を点在させた下部電極）の平面図 （ｂ）同電極の断面図
【図１３】（ａ）別実施形態の下部電極の変形例の平面
図 （ｂ）同電極の断面図
図 （ｂ）同電極の断面図
１ 真空容器 ２ 真空排気ポンプ ３ 上部電極 ４ 反応ガス供給口 ５ 被処理基板（シリコンウェハ） ６ 下部電極 ７ 絶縁板 ８ 端子 ９ コンデンサ １０ 高周波電源 １１ 中心穴（下部電極） １２ 伝熱ガス供給手段 １３ 基板載置面 １４ 冷却水路 １５ クランプリング １６ 支持棒 １７ ベローズ １８ 放射状溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ ５Ｆ０４５ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA41 AA63 BA01 BC02 BC04 BC06 CA02 CA03 CA25 CA62 CA63 CA65 DA02 EA05 EA06 EB01 EB42 EC10 EC13 EC21 ED13 EE02 EE04 EE15 FA06 FA20 FC15 4K029 AA06 AA24 BC07 BD01 DA08 DC35 JA01 JA06 4K030 CA04 CA12 FA03 GA02 KA23 KA26 LA18 5F004 AA01 BA06 BB13 BB21 BB25 BB26 CA04 5F031 CA02 HA03 HA06 HA08 HA10 HA25 HA28 HA37 HA38 HA40 MA32 PA11 PA20 PA26 5F045 AA08 BB01 BB10 EE14 EH12 EJ02 EJ09 EK21 EM03 EM07 EM09
Claims (5)
- 【請求項１】 真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
供給手段と、少なくとも一対の電極と、一方の電極に被
処理基板を押し付ける基板クランプ手段と、少なくとも
一方の電極への高周波電力供給手段と、被処理基板裏面
と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段
とを有し、電極の被処理基板載置面を所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガス圧
力をほぼその所定圧力またはそれ以下とするとともに、
電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、かつ曲面を有す
る波状の載置面としたことを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項２】 真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
供給手段と、少なくとも一対の電極と、一方の電極に被
処理基板を押し付ける基板クランプ手段と、少なくとも
一方の電極への高周波電力供給手段と、被処理基板裏面
と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段
とを有し、電極の被処理基板載置面を所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガス圧
力をほぼその所定圧力またはそれ以下とするとともに、
電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、かつ同心円上に
突部を有する載置面としたことを特徴とするプラズマ処
理装置。 - 【請求項３】 真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
供給手段と、少なくとも一対の電極と、一方の電極に被
処理基板を押し付ける基板クランプ手段と、少なくとも
一方の電極への高周波電力供給手段と、被処理基板裏面
と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段
とを有し、電極の被処理基板載置面を所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガス圧
力をほぼその所定圧力またはそれ以下とするとともに、
電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、さらに電極表面
一面に被処理基板に対して一様な伝熱ガス層ができるよ
うに、電極外周に段を設ける形状にした載置面としたこ
とを特徴とするのプラズマ処理装置。 - 【請求項４】 真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
供給手段と、少なくとも一対の電極と、一方の電極に被
処理基板を押し付ける基板クランプ手段と、少なくとも
一方の電極への高周波電力供給手段と、被処理基板裏面
と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段
とを有し、電極の被処理基板載置面を所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面形状とし、伝熱ガス圧
力をほぼその所定圧力またはそれ以下とするとともに、
電極の被処理基板載置面を、包絡面が所定の等分布圧力
を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、さらに電極表面
に規則的にまたは不規則的な配列で突部を点在させる形
状にした載置面としたことを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項５】 電極の被処理基板載置面を、包絡面が所
定の等分布圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面とし、
さらに電極表面一面に一様な伝熱ガス層ができるよう
に、電極表面に規則的にまたは不規則的な配列で突部を
点在させ、かつ電極外周に段を有する形状にした載置面
としたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001044847A JP2002246375A (ja) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001044847A JP2002246375A (ja) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002246375A true JP2002246375A (ja) | 2002-08-30 |
Family
ID=18906763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001044847A Pending JP2002246375A (ja) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002246375A (ja) |
Cited By (11)
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2001
- 2001-02-21 JP JP2001044847A patent/JP2002246375A/ja active Pending
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