JP2009212286A - Plasma treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置に係り、特に、試料を試料台に静電吸着し裏面に熱伝達ガスを供給して温度制御する方式のプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a sample using plasma, and more particularly, to a plasma processing apparatus of a type in which a sample is electrostatically adsorbed on a sample stage and a heat transfer gas is supplied to the back surface to control the temperature.
半導体装置の製造に用いられるプラズマ処理装置は、通例、真空容器と、これに接続されたガス供給系、処理室内圧力を所定の値に保持する排気系、試料となるウエハを静電吸着して固定する試料台、真空容器内にプラズマを生成するアンテナなどにより構成され、混合ガスを真空容器内に供給し、放電によってプラズマ化し、これによって発生した各種活性種により試料台に載置したウエハなどの試料にエッチングが行なわれるようにしている。 Generally, a plasma processing apparatus used for manufacturing a semiconductor device electrostatically adsorbs a vacuum vessel, a gas supply system connected to the vacuum container, an exhaust system that maintains the processing chamber pressure at a predetermined value, and a wafer as a sample. It is composed of a sample stage to be fixed, an antenna for generating plasma in a vacuum vessel, etc., a mixed gas is supplied into the vacuum vessel, it is turned into plasma by discharge, and a wafer placed on the sample stand by various active species generated thereby This sample is etched.
ところで、このプラズマ処理装置の場合、所望のエッチング性能が確保されるようにするためには種々のパラメータの制御が必要であるが、このときのパラメータの一種にウエハ温度があり、このため試料台に高電圧を印加し、試料ウエハを試料台上の誘電体膜に静電吸着させた上で、試料台の内部から試料の裏面に、例えばヘリウムガスを供給し、試料と試料台の間に熱伝達ガスが介在するようにして熱の伝達性を向上させ、これにより試料の温度が所望値を保ち、温度分布が所望の状態になるように調整する方法が従来から採用されている。 By the way, in the case of this plasma processing apparatus, it is necessary to control various parameters in order to ensure a desired etching performance. One of the parameters at this time is the wafer temperature. A high voltage is applied to the sample wafer, and the sample wafer is electrostatically adsorbed to the dielectric film on the sample table. Then, for example, helium gas is supplied from the inside of the sample table to the back surface of the sample, and the sample is placed between the sample table and Conventionally, a method has been employed in which heat transfer gas is interposed to improve heat transfer properties, thereby maintaining the sample temperature at a desired value and adjusting the temperature distribution to a desired state.
そして、このとき、更に試料の裏面を中央部と外周部の各領域に分け、各領域毎に異なる圧力の熱伝達ガスを供給することにより、所望の温度分布が試料面に形成できるようにした技術についても従来から種々のものが知られている。
例えば、或る提案では、試料台内に複数の冷媒経路を設け、それぞれに所定の異なる温度の冷媒を流すことで、試料台内に温度勾配を与え、それを熱伝達ガスを介して試料に与えるという技術について開示している(例えば特許文献1参照)。
At this time, the back surface of the sample is further divided into a central region and an outer peripheral region, and a desired temperature distribution can be formed on the sample surface by supplying a heat transfer gas having a different pressure for each region. Various techniques have been conventionally known.
For example, in one proposal, a plurality of refrigerant paths are provided in the sample stage, and a temperature gradient is given to the sample stage by flowing a refrigerant having a predetermined different temperature to each of them, and this is applied to the sample via the heat transfer gas. The technique of giving is disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
また、他の提案では、熱伝達ガスを充填する領域を多数に分け、各々の領域で独立に圧力を制御することにより熱伝達を制御するという技術について開示している(例えば特許文献2参照)。
上記従来技術は、試料の周辺部における温度制御に考慮がされているとはいえず、製造歩留まりの向上に問題があった。
すなわち、このようなプラズマ処理装置の場合、試料の最外周端部は試料台の載置部分から外側にはみ出して固定されているが、このとき従来技術では、この外側にはみ出している部分には熱伝達ガスによる冷却作用が充分に働かないので局所的に温度が上昇してしまう。
In the above prior art, it cannot be said that the temperature control in the peripheral portion of the sample is considered, and there is a problem in improving the manufacturing yield.
That is, in the case of such a plasma processing apparatus, the outermost peripheral end portion of the sample protrudes outward from the mounting portion of the sample stage and is fixed. Since the cooling effect by the heat transfer gas does not work sufficiently, the temperature rises locally.
従って、従来技術の場合、試料の最外周部分に温度の調節が困難な領域が存在してしまうことになり、この領域では中央側の処理と同等の結果が得られないので、半導体デバイスの製造に用いることができず、この結果、単位試料当りのデバイス数が減るという製造歩留まりの低下が避けられず、製造コストが増大してしまうという問題が生じてしまうのである。 Therefore, in the case of the prior art, there will be a region where it is difficult to adjust the temperature in the outermost peripheral portion of the sample, and in this region, a result equivalent to the processing on the center side cannot be obtained. As a result, a decrease in the manufacturing yield that the number of devices per unit sample is reduced is unavoidable, resulting in a problem that the manufacturing cost increases.
本発明は、上記の従来の技術では考慮されていない点に鑑みてなされたもので、その目的は、試料最外周近傍での温度分布の不均一が抑制でき、製品コストの低減が図れるようにしたプラズマ処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the points that are not taken into consideration in the above-described conventional technique, and the object thereof is to suppress uneven temperature distribution in the vicinity of the outermost periphery of the sample, and to reduce the product cost. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus.
上記目的は、上面に静電吸着用の誘電体膜が設けられ内部に冷媒の流通路が形成されている試料台を処理室内に配置し、前記処理室内の前記試料台の上方にプラズマを形成し、前記誘電体膜上に載置した試料を処理するプラズマ処理装置において、前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の外周部で、前記試料台の周辺部からはみ出した部分の温度を、当該試料の外周部以外の部分の温度とは独立に制御する試料温度制御手段が設けられていることにより達成される。 The purpose is to place a sample stage in the processing chamber, which is provided with a dielectric film for electrostatic adsorption on the upper surface and in which a refrigerant flow path is formed, and to form plasma above the sample stage in the processing chamber In the plasma processing apparatus for processing the sample placed on the dielectric film, when the sample is placed on the dielectric film, the sample protrudes from the periphery of the sample stage at the outer periphery of the sample. This is achieved by providing sample temperature control means for controlling the temperature of the portion independently of the temperature of the portion other than the outer peripheral portion of the sample.
このとき、前記試料温度制御手段が、前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の裏面の中央部に円形領域が区画されるようにして前記誘電体膜に形成された第1の凹み部と、前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、前記円形領域の外周側に環状の領域が区画されるようにして前記誘電体膜に形成された第2の凹み部と、前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、前記第1と前記第2の凹み部の間に位置し、前記試料の裏面に当接してこれら第1と第2の凹み部の間をシールするようにして前記誘電体膜に形成された第1の環状の凸部と、前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、前記第2の凹み部の外周側で当該第2の凹み部と前記処理室内との間を区画する第2の環状凸部と、前記第1の凹み部に熱伝達ガスを供給する第1の管路と、前記第2の凹み部に熱伝達ガスを供給する第2の管路とで構成されるようにしても上記目的を達成することができる。 At this time, the sample temperature control means is formed on the dielectric film such that when the sample is placed on the dielectric film, a circular area is defined in the center of the back surface of the sample. 1 dent and a second dent formed in the dielectric film such that when the sample is placed on the dielectric film, an annular area is defined on the outer peripheral side of the circular area. And when the sample is placed on the dielectric film, the sample is positioned between the first and second recesses, and abuts against the back surface of the sample to form the first and second recesses. A first annular convex portion formed on the dielectric film so as to seal the gap, and when the sample is placed on the dielectric film, the first convex portion on the outer peripheral side of the second concave portion. A heat transfer gas is supplied to the second annular convex portion partitioning between the second concave portion and the processing chamber, and the first concave portion. A first conduit, can achieve the above object so as to be composed of a second conduit for supplying the heat transfer gas into the second recess.
この場合、前記第1の凸部の外周端と前記第2の凸部の外周端までの距離が、前記試料の厚さの8倍以下であるようにしてもよく、前記第2の凹み部に供給される熱伝達ガスの流量が、前記第1の凹み部に供給される熱伝達ガスの流量よりも多くされているようにしてもよく、更には前記第2の管路が、前記第2の凹み部の円周方向に略均等の間隔で配置された複数本の管路であるようにしてもよい。 In this case, the distance from the outer peripheral end of the first convex portion to the outer peripheral end of the second convex portion may be 8 times or less the thickness of the sample, and the second concave portion The flow rate of the heat transfer gas supplied to the first recess may be greater than the flow rate of the heat transfer gas supplied to the first recess, and further, the second conduit may be You may make it be the several pipe line arrange | positioned by the substantially equal space | interval in the circumferential direction of 2 dent parts.
また、このとき、前記試料温度制御手段が、前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の裏面の中央部に円形領域が区画されるようにして前記誘電体膜に形成された凹み部と、前記凹み部に熱伝達ガスを供給する第1の管路と、前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の外周部で、前記試料台の周辺部からはみ出した部分に直接熱伝達ガスを供給する第2の管路とで構成されるようにしても上記目的を達成することができる。 Further, at this time, the sample temperature control means is formed on the dielectric film so that when the sample is placed on the dielectric film, a circular region is defined in the center of the back surface of the sample. When the sample is placed on the dielectric film, the first conduit for supplying a heat transfer gas to the recess, and the dielectric film, the outer periphery of the sample, from the periphery of the sample stage The above-described object can be achieved even if it is constituted by the second pipe that supplies the heat transfer gas directly to the protruding portion.
この場合、前記第2の管路が前記誘電体膜保護用のフォーカスリングの中を通っているようにしてもよく、更には前記第2の管路が前記誘電体膜保護用のフォーカスリングの中を通っている部分に断熱材が備えられているようにしてもよい。 In this case, the second duct may pass through the focus ring for protecting the dielectric film, and further, the second duct may be connected to the focus ring for protecting the dielectric film. You may make it the heat insulating material be provided in the part which has passed through.
本発明によれば、試料の最外周での局所的な温度分布の不均一が抑制できるので、試料の最外周部分も半導体デバイスの製造に用いることができるようになり、この結果、製品のコストを低減することができる。 According to the present invention, since the local temperature distribution non-uniformity at the outermost periphery of the sample can be suppressed, the outermost peripheral portion of the sample can also be used for manufacturing a semiconductor device. Can be reduced.
以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態であり、ここで、この実施形態に係るプラズマ処理装置は、上部の真空容器11を主体とする処理部と下部のベッド部119に大別され、このとき真空容器11は脚118によりベッド部119の上部に支持される。
まず、処理部の上方には、この真空容器11内に電磁場を発生させるためのマグネトロン13を主体とする電磁波発生装置が設けられ、下方には、真空容器11内部を排気して減圧する真空排気装置121が設けられている。
Hereinafter, a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Here, the plasma processing apparatus according to this embodiment is roughly divided into a processing section mainly composed of an
First, an electromagnetic wave generator mainly composed of a magnetron 13 for generating an electromagnetic field in the
また、真空容器11の内部には処理室19があり、処理室19内には試料台115が設けられ、この試料台115には、非処理物である半導体ウェハ等の試料Wが載置されるステージ110が備えられている。
一方、下部のベッド部119には、試料台115の内部の温度分布を制御する熱交換器121と、試料台115内に配置された導電性部材から構成される電極に高周波電力を供給して試料の上面にバイアス電位を形成するための高周波電源123、試料Wをステージ110に静電吸着するための電力を供給する直流電源124が備えられている。
In addition, a
On the other hand, the
更に、試料Wとステージ110の間に試料Wと試料台115間の熱伝達効率を高める働きをする熱伝導ガスの供給とその流量を調節するガス供給ユニット125が備えられている。
ここで、このガス供給ユニット125は、ここにいう熱伝導ガスだけではなく処理用ガスの供給も行っている。
このとき、ベッド部119は略直方体の形状に作られ、これにより、上記した特定の装置を収納するための空間が得られるようにしているが、このとき、その平坦な上面は、作業者が乗載可能な踏み台として機能し、例えば真空容器11の内外の装置を取り扱う作業に際して作業者が利用できるようにしてある。
Further, a
Here, the
At this time, the
また、真空容器11の内部には処理室19が形成され、その上方には、試料Wの径よりも大きな径の略円形の板であるシャワープレート18が、処理室19の天井面を構成するようにして配置されている。
このときシャワープレート18は、試料台115又はこれに載置される試料Wの中心とほぼ同軸の点を中心にしてその周囲に均等に配置された複数の貫通孔を備え、ガス供給ユニット125のユニットcからシャワープレート18の上面に供給された処理用ガスは、上記した貫通孔を通って処理室19の天井部に流入されるようにしてある。
A
At this time, the
そして、このシャワープレート18の上方には、例えば石英などの誘電体で作られた略円板形状の窓部材15が所定の間隔をもって配置され、更にその上方にはマイクロ波のアンテナ16が設けられている。
そこで、このアンテナ16から放射されたマイクロ波が窓部材15とシャワープレート18を介して処理室19内の試料台115とその上方のシャワープレート18との間の空間に導入され、処理用ガスをプラズマ化するために用いられる。
このとき、真空容器11の窓部材15の上方の部分は略円筒形の空間として形成され、ここに導入されたマイクロ波が増幅されやすい形状を備えている。
Above the
Therefore, the microwave radiated from the
At this time, the upper part of the
真空容器11の中で試料台115の下方の部分は、試料台115の上方にある処理室19内部のプラズマや反応性ガス、プラズマ処理に伴って形成された反応生成物の粒子が流入する空間を形成している。
そこで、真空容器11の底面に真空排気装置121に連通した開口120が設けられ、これにより試料台115の下方の部分に流入した粒子等は開口120から処理室19外に排出されるようになっている。
このとき開口120と真空排気装置121の間の通路には回転可能な複数の板状のフラップ弁が配置され、このフラップ弁を回動させることにより通路の断面積を調整し、真空排気装置121による処理室19内の排気量が調節できるよになっている。
In the
Therefore, an opening 120 communicating with the
At this time, a plurality of rotatable plate-shaped flap valves are disposed in the passage between the opening 120 and the
真空容器11内の上方にはマグネトロン13が配置されており、このマグネトロン13により生成されたマイクロ波は、断面が略矩形状の導波管12により略水平方向に伝播した後下方に進行向きを変え、アンテナ16から窓部材15の上方の増幅用空間へ導入される。この空間において増幅した所定周波数のマイクロ波が窓部材15及びシャワープレート18を介して下方の処理室19内に供給される。
また、ガス供給ユニット125から供給された処理用ガスは、処理ガス導入口を介して窓部材15とシャワープレート18の間の空間に供給され、この空間の全体を充たすように行き渡り、シャワープレート18の貫通孔からその下方の処理室19内の試料台115に向かい供給される。
A magnetron 13 is disposed above the inside of the
Further, the processing gas supplied from the
このとき、図示してないが、上記した各部の動作を調節するため、各種のセンサが設けてあり、これらのセンサからの信号を通信手段を介し受信し、受信した信号から各部の状態を検出し、その結果に基づき、これら各部の動作を指令する信号を通信手段を介して発信し、これらの動作を調節する制御装置CTRLが備えられている。
また、これも図示してないが、試料Wを真空容器11内の処理室19に搬入する前に予備的に搬送される場所として、B室と名付けられている設備が真空容器11に隣接して設けられている。
At this time, although not shown, various sensors are provided to adjust the operation of each unit described above, and signals from these sensors are received via communication means, and the state of each unit is detected from the received signal. Then, based on the result, a control device CTRL is provided that transmits a signal for instructing the operation of each of these units via the communication means, and adjusts these operations.
Also, although not shown in the figure, an equipment named B room is adjacent to the
そして、このB室と真空容器11はゲート111を介して連通されており、そのゲート111はゲートバルブ116とシリンダー117により開閉されるようになっている。
そこで、試料WがB室に搬送されると、ゲートバルブ116によりゲート111が開かれ、ロボットアーム112がB室から試料台115上方に試料Wを搬送する。
そして搬送を済ますと、ロボットアーム112はB室内に収められ、ゲートバルブ116によりゲート111が閉じ、その後、真空排気装置121により真空容器11内が減圧される。
The B chamber and the
Therefore, when the sample W is transferred to the B chamber, the
When the transfer is completed, the
試料台115の上に搬送された試料Wは、直流電源124から供給された電力に応じて発生される静電場の力により試料載置面に吸着保持され、この後、処理室19内に処理用ガスが供給される。
このとき真空容器11の上部にはソレノイドコイル14が設けてあり、これにより処理室19内に磁場が形成されている。従って、ここにマイクロ波が供給されると、マイクロ波と磁場の相互作用により処理用ガスが励起されてプラズマが発生する。
そこで、このプラズマを用いて試料Wの表面に形成されている少なくとも一層の処理対象の膜がエッチング処理されることになる。
The sample W transported on the
At this time, a
Therefore, at least one layer to be processed formed on the surface of the sample W is etched using this plasma.
このとき試料台115の電極には高周波電源123から高周波電力が供給され、これにより試料Wの上方に所定のバイアス電位が形成される。そこで、このバイアス電位とプラズマの電位差に応じてプラズマ中の荷電粒子が試料W表面に誘引され、異方性を有するエッチング処理が促進される。
プラズマ及び処理用ガス、生成物などの粒子は、真空容器11内の処理室19の内側壁と処理台の側壁面との間の通路を通り、処理台下方の空間に移動して、真空排気装置121の動作により開口120から処理室19外に排出される。
ここで処理中は、ガス供給ユニット125による処理用ガスの供給と真空排気装置121による開口120からの排出とが調節され、この結果、両者のバランスがとれて処理室19内が所定の圧力に調節されることになる。このとき真空容器11の側壁面や底部面は接地される。
At this time, high frequency power is supplied from the high frequency power source 123 to the electrode of the
Particles such as plasma, processing gas, and products pass through a passage between the inner wall of the
Here, during the processing, the supply of the processing gas by the
このとき開口120は略円形に作られ、その上で略円筒形状の試料台115の中心軸とほぼ同心上に配置されている。従って、この実施形態によれば、処理室19及び窓部材15、シャワープレート18、試料台115及び開口120と真空排気装置121内の真空ポンプとが略同一の軸を中心にして配置されていることになり、この結果、、試料Wの軸周りと周方向について処理の均一性が良くなり、処理の歩留まりが向上される。
At this time, the opening 120 is formed in a substantially circular shape, and is disposed substantially concentrically with the central axis of the substantially
エッチング処理が終了したら直流電源124がOFFに切り替わり、試料Wと試料台115は除電される。その後、高周波電源123がOFFに切り替わり、処理ガスの供給は停止され、マグネトロン13はマイクロ波の放出を停止する。
この結果、プラズマはエネルギー供給源とガス供給源を失って消滅し、残ったガスは真空排気装置121により排気される。その後、排気を止め、ガス供給ユニット125から空気を供給し、この結果、真空容器11内は換気(ベント)される。その後、ゲートバルブ116がゲート111を開き、B室内のロボットアーム112が試料Wを試料台115上からB室内に搬出し、ゲートバルブ116がゲート111を閉じて、エッチングの全行程が終了する。
When the etching process is completed, the
As a result, the plasma loses the energy supply source and the gas supply source and disappears, and the remaining gas is exhausted by the
試料台115には2本のガス導入管113、114が設けてあり、このとき一方のガス導入管113は、第1の管路として試料台115のほぼ中央に上下に貫通した状態で形成してあり、他方のガス導入管114は、第2の管路として試料台115の周辺部に上下に貫通した状態で形成してある。
そして、エッチング処理中、ガス導入管113には、冷媒としてガス供給ユニット125のユニットbから熱伝達ガスが供給され、ガス導入管114には、冷媒としてガス供給ユニット125のユニットaから熱伝達ガスが供給される。
The
During the etching process, the
ここで、図2は、ガス供給ユニット125のユニットaとユニットbの詳細で、始めにユニットaについて説明すると、まず、ガス導入管113内の圧力を圧力計21で計り、この圧力計21からの信号に基づいて流量を調節するようMFC25に指令を与え、これによりガス導入管113内の圧力が所定の値になるように流量が制御され、この結果、ガス導入管113内の圧力は所定の値でほぼ一定に保たれる。このとき、バルブ23は、エッチング処理中は開いておき、そうでないときは閉じておく。
Here, FIG. 2 shows details of the unit a and the unit b of the
次に、ユニットbについて説明すると、この場合、圧力計22でガス導入管114内の圧力を計り、圧力計22からの信号に基づいて、圧力が所定の値よりも低ければバルブ24を開いてガスを供給し、バルブ27は閉めておく。このときの流量は圧力計22からの信号に基づいてMFC26が制御する。
一方、ガス導入管114内の圧力が所定の値よりも高い場合は、バルブ24を閉め、バルブ27を開いて真空ポンプ28により排気し、減圧する。ここでエッチング処理してないときはバルブ24、27の双方を閉じておく。
なお、この実施形態では流量制御にMFC(マスフローコントローラ)を用いているが、PCVに代えてもよい。
Next, the unit b will be described. In this case, the pressure in the
On the other hand, when the pressure in the
In this embodiment, an MFC (mass flow controller) is used for flow rate control, but it may be replaced with PCV.
次に、試料Wが載置されるステージ110の詳細について説明する。
図3は、試料台115の上部の外周端部を拡大し断面図として示したもので、この図では、試料台115上面に静電吸着力の媒体となる誘電体膜35で覆われた部分があり、この部分において、試料Wが載置されたとき、試料Wの裏面が接している範囲がステージ110として定義されている。
ステージ110の中心には、試料Wとステージ110の間に熱伝達ガスを供給するガス導入管113があり、ステージ110の外周部には、同じく試料Wとステージ110の間に熱伝達ガスを供給するガス導入管114がある。
そして、試料台115の上部でステージ110の外周側には、誘電体膜35をプラズマから守るためのフォーカスリング36が備えられている。
Next, details of the
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the outer peripheral edge of the upper part of the
At the center of the
A
このとき誘電体膜35の上面は平面ではなく、図で上から見て円形の凹み部31と環状の凹み部34、同じく環状の凸部32、33が形成してある。
このとき、図4に示すように、凹み部31は試料台115の中央部に位置し、環状の凹み部34と環状の凸部32、33は、この凹み部31を中心として同心円状に形成してあり、ここでガス導入管113は凹み部31に開口され、ガス導入管114は凹み部34に開口されており、従って、凹み部31、34は熱伝達ガスの導入部となる。そして、凸部32、33が試料台115による試料Wの静電吸着面となり、ここで凸部32は内側吸着面を形成し、凸部33は外側吸着面を形成することになる。
そこで、以下、内側吸着面のことも内側吸着面32と記載し、外側吸着面も外側吸着面33と記載する。
At this time, the upper surface of the
At this time, as shown in FIG. 4, the
Therefore, hereinafter, the inner suction surface is also referred to as the
ここで、まず、内側吸着面32は、ガス導入管113から凹み部31内に導入された熱伝達ガスが外部に流出するのを静電吸着により抑制する働きをする。
次に、外側吸着面33も、ガス導入管114から凹み部34内に導入された熱伝達ガスが外部に流出するのを静電吸着により抑制する働きをするが、このとき、凹み部34の中の熱伝達ガスが外側吸着面33から適量漏れ出すようにする。そして、この漏れ出した熱伝達ガスが、図3に矢印Aで示すように、試料Wの周辺部の裏面から当該試料Wの外周端面に沿って流れ、これにより試料Wの周辺部の温度が、試料Wの他の部分とは独立に調整できるようにする。
Here, first, the
Next, the
つまり、この場合、試料Wの外周部で、試料台115の周辺部からはみ出した部分の温度を、試料Wの外周部以外の部分の温度とは独立に制御する試料温度制御手段が設けられていることになり、これが、この実施形態の特徴である。
そして、ここでは、内側吸着面32による熱伝達ガスの流出抑制の程度と、外側吸着面33による熱伝達ガスの流出抑制の程度に差を持たせるようにしており、以下、この点について、更に具体的に説明する。
That is, in this case, sample temperature control means is provided for controlling the temperature of the portion of the outer periphery of the sample W that protrudes from the periphery of the
Here, a difference is set between the degree of suppression of the heat transfer gas flow out by the
エッチング処理中、凹み部34内には熱伝達ガスが供給され、凹み部34内の平均圧力が一定に維持されるように、ガスの流出と流入のバランスがガス供給ユニット125により調節されている。
このとき、まず、内側吸着面32の幅は、凹み部31による内周側熱伝達ガスの導入部からの熱伝達ガスの流出又はガス導入管114以外からの熱伝達ガスの流入による圧力分布の乱れが、試料Wの表面で周方向の温度分布幅に影響を及ぼさないように充分に大きくしておく。
During the etching process, a heat transfer gas is supplied into the
At this time, first, the width of the
そこで、図示のように、外側吸着面33の幅を内側吸着面32の幅よりも小さくしておけば、外側吸着面33によるガスの密閉性は内側吸着面32よりも弱くなり、この結果、矢印Aで示した熱伝達ガスの流出(方性流出)が現れ、この結果、ガスが試料Wに接触する裏面の部分に温度勾配を与え、その上方にある試料W表面の温度分布幅の増大を引き起こすが、ここで、このときの温度分布幅の増大は、試料Wに対するガス接触面の幅、つまり凹み部34の幅と外側吸着面33の幅の和Lを狭くすることにより抑えられる。
Therefore, as shown in the figure, if the width of the
ここで、図5は、このときの和Lによる温度分布特性を示したもので、縦軸のMは、試料Wが凹み部34の内周端から外側吸着面33の外周端に接している部分、すなわち試料WのLで表わされている部分における表面と裏面の温度分布幅の比、つまり試料表面温度分布幅/試料裏面温度分布幅を表わす。このとき試料Wの厚さは0.5mmとする。
従って、試料Wの厚さに対して相対的に和Lを小さくしてやれば、ガスの異方性流出による温度分布幅の増大は熱拡散の効果により充分に抑制できることになり、この結果、試料台115の周辺部からはみ出した部分に充分に極限して、その温度だけを試料Wの外周部以外の部分の温度とは独立に制御できることが判り、実用的には、和Lを試料Wの厚みの8倍以下に抑えてやればよいことが判る。
Here, FIG. 5 shows the temperature distribution characteristic by the sum L at this time, and M on the vertical axis indicates that the sample W is in contact with the outer peripheral end of the
Therefore, if the sum L is made relatively small with respect to the thickness of the sample W, an increase in the temperature distribution width due to the anisotropic outflow of gas can be sufficiently suppressed due to the effect of thermal diffusion. It is understood that the portion protruding from the periphery of 115 is sufficiently limited, and only the temperature can be controlled independently of the temperature of the portion other than the outer peripheral portion of the sample W. In practice, the sum L is the thickness of the sample W. It can be seen that it should be suppressed to 8 times or less.
このとき、可能な限り試料Wの最外周側に極限して冷やすという観点からすれば、外側吸着面33の幅は狭い方が良いが、しかし狭すぎれば、加工精度の問題から、外側吸着面33のガス密閉性が低下し過ぎ、ガス流量制御ユニットの最大流量でも凹み部34内の平均圧力を所定の圧力に到達させることができなかったり、真空排気装置121の性能の問題で、処理室19内に流れ込むガスの量が真空排気装置121による排気量を上回ってしまい、処理室19内部が加圧されてしまう虞があり、従って、このような問題が生じない程度に外側吸着面33幅を狭めることが望ましい。
At this time, from the viewpoint of cooling as much as possible to the outermost peripheral side of the sample W as much as possible, the width of the
次に、図6は、上記実施形態による場合と、従来技術による場合を比較して示した図である。
ここで、まず、上側の特性(a)は、試料表面の温度分布を示したもので、このとき縦軸は温度で、横軸は中心を原点とした試料表面の位置である。
次に、下側の特性(b)は、試料表面のCD(Critical-Dimension:超微細寸法)シフト量分布を示したもので、このとき縦軸はCDシフト量で、横軸は中心を原点とした試料表面位置である。
上側の特性(a)と下側の特性(b)において、実線が上記実施形態による特性で、破線は従来技術による特性であり、従って、これらの図から、本発明の実施形態によれば、従来技術よりも試料の外周側を冷やすことができ、且つ、CDシフト量が細る領域をより外周側に寄せることができので、EEを狭めることができることが判る。
Next, FIG. 6 is a diagram showing a comparison between the case of the above embodiment and the case of the prior art.
Here, the upper characteristic (a) shows the temperature distribution on the sample surface, where the vertical axis is the temperature and the horizontal axis is the position of the sample surface with the center as the origin.
The lower characteristic (b) shows the CD (Critical-Dimension) shift amount distribution on the sample surface, where the vertical axis is the CD shift amount, and the horizontal axis is the center. The sample surface position.
In the upper characteristic (a) and the lower characteristic (b), the solid line is the characteristic according to the above embodiment, and the broken line is the characteristic according to the prior art. Therefore, from these figures, according to the embodiment of the present invention, It can be seen that the outer peripheral side of the sample can be cooled more than the prior art, and the region where the CD shift amount is narrowed can be brought closer to the outer peripheral side, so that the EE can be narrowed.
次に、本発明の他の実施形態について、図7により説明する。
ここで、この図7の実施形態が、図3で説明した実施形態と異なる点は、熱伝導ガスの導入管を試料台115の内部から外周部に移し、試料台115の上部でステージ110の外周側に備えられているフォーカスリング36を通してガス導入管71を設け、これにより試料Wの最外周部でステージ110からはみ出している部分の真下から熱伝導ガスが吹き出されるようしたところにあり、この結果、図3の実施形態における凹み部34とガス導入管114は除かれ、ガス導入管71には、図2に示したガス供給ユニット125のユニットaから熱伝導ガスが供給されることになる。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, the embodiment of FIG. 7 differs from the embodiment described in FIG. 3 in that the heat transfer gas introduction pipe is moved from the inside of the
従って、この図7の実施形態においては、熱伝導ガスが試料Wの最外周部に直接、吹き付けられ、これにより試料Wの最外周が冷却されることになるが、このときフォーカスリング36は、エッチング処理時、プラズマからの入熱により加熱されている。
そこで、この実施形態では、ガス導入管71がフォーカスリング36内を通っている部分に断熱材72を施し、この部分が断熱材72により覆われ、フォーカスリング36の熱が熱伝導ガスに伝わらないようにしている。
このときガス導入管71から吹き出されるガスの温度は、試料台115内の温度にも依存する。そこで、熱交換装置122により試料台115の温度を制御し、ガス供給ユニット125のユニットaによる熱伝導ガスの流量を制御することにより試料Wの最外周部分の温度を調整する。
Therefore, in the embodiment of FIG. 7, the heat conduction gas is sprayed directly on the outermost periphery of the sample W, thereby cooling the outermost periphery of the sample W. At this time, the
Therefore, in this embodiment, a
At this time, the temperature of the gas blown out from the
この図7の実施形態においても、ガス導入管71は等間隔で複数本配置する方が、熱伝導ガスの総流量の節約に繋がる。
また、この図7の実施形態においても、試料Wの最外周部分で熱伝導ガスが吹き付けられる部分の幅を調整することにより、最外周部分の温度分布幅の広がりが制御でき、このときも上記した幅を試料Wの厚みの8倍の長さ以下であれば、充分に抑えられる。
Also in the embodiment of FIG. 7, arranging a plurality of
In the embodiment of FIG. 7 as well, by adjusting the width of the portion to which the heat conduction gas is sprayed at the outermost peripheral portion of the sample W, the spread of the temperature distribution width at the outermost peripheral portion can be controlled. If the obtained width is 8 times or less the thickness of the sample W, it can be sufficiently suppressed.
11:真空容器
12:導波管
13:マグネトロン
14:ソレノイドコイル
15:窓部材
16:アンテナ
17:処理ガス導入口
18:シャワープレート
19:処理室
21:圧力計
22:圧力計
23:バルブ
24:バルブ
25:MFC
26:MFC
27:バルブ
28:真空ポンプ
31:凹み部
32:凸部(内側吸着面)
33:凸部(外側吸着面)
34:凹み部
35:誘電体膜
36:フォーカスリング
71:ガス導入管
72:断熱材
110:ステージ
111:ゲート
112:ロボットアーム
113:ガス導入管
114:ガス導入管
115:試料台
116:ゲートバルブ
117:シリンダー
118:脚
119:ベッド部
120:開口
121:真空排気装置
122:熱交換装置
123:高周波電源
124:直流電源
125:ガス供給ユニット
11: Vacuum container 12: Waveguide 13: Magnetron 14: Solenoid coil 15: Window member 16: Antenna 17: Processing gas inlet 18: Shower plate 19: Processing chamber 21: Pressure gauge 22: Pressure gauge 23: Valve 24: Valve 25: MFC
26: MFC
27: Valve 28: Vacuum pump 31: Recess 32: Convex (inner suction surface)
33: Convex part (outer suction surface)
34: Depression 35: Dielectric film 36: Focus ring 71: Gas introduction pipe 72: Heat insulating material 110: Stage 111: Gate 112: Robot arm 113: Gas introduction pipe 114: Gas introduction pipe 115: Sample stage 116: Gate valve 117: Cylinder 118: Leg 119: Bed part 120: Opening 121: Vacuum exhaust device 122: Heat exchange device 123: High frequency power supply 124: DC power supply 125: Gas supply unit
Claims (8)
前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の外周部で、前記試料台の周辺部からはみ出した部分の温度を、当該試料の外周部以外の部分の温度とは独立に制御する試料温度制御手段が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A sample stage having a dielectric film for electrostatic adsorption provided on the upper surface and having a coolant flow passage formed therein is disposed in the processing chamber, and plasma is formed above the sample stage in the processing chamber to form the dielectric. In a plasma processing apparatus for processing a sample placed on a body membrane,
When the sample is placed on the dielectric film, the temperature of the outer peripheral portion of the sample that protrudes from the peripheral portion of the sample stage is controlled independently of the temperature of the portion other than the outer peripheral portion of the sample. A plasma processing apparatus, characterized in that a sample temperature control means is provided.
前記試料温度制御手段が、
前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の裏面の中央部に円形領域が区画されるようにして前記誘電体膜に形成された第1の凹み部と、
前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、前記円形領域の外周側に環状の領域が区画されるようにして前記誘電体膜に形成された第2の凹み部と、
前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、前記第1と前記第2の凹み部の間に位置し、前記試料の裏面に当接してこれら第1と第2の凹み部の間をシールするようにして前記誘電体膜に形成された第1の環状の凸部と、
前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、前記第2の凹み部の外周側で当該第2の凹み部と前記処理室内との間を区画する第2の環状凸部と、
前記第1の凹み部に熱伝達ガスを供給する第1の管路と、
前記第2の凹み部に熱伝達ガスを供給する第2の管路とで構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The sample temperature control means comprises:
When the sample is placed on the dielectric film, a first recess formed in the dielectric film so that a circular region is defined in the center of the back surface of the sample;
When the sample is placed on the dielectric film, a second recess formed in the dielectric film so that an annular region is defined on the outer peripheral side of the circular region;
When the sample is placed on the dielectric film, the sample is positioned between the first and second recesses, and is in contact with the back surface of the sample between the first and second recesses. A first annular protrusion formed on the dielectric film so as to seal;
When the sample is placed on the dielectric film, a second annular convex portion that partitions the second concave portion and the processing chamber on the outer peripheral side of the second concave portion;
A first conduit for supplying a heat transfer gas to the first recess;
A plasma processing apparatus comprising: a second pipe for supplying a heat transfer gas to the second recess.
前記第1の凸部の外周端と前記第2の凸部の外周端までの距離が、前記試料の厚さの8倍以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2,
The plasma processing apparatus, wherein a distance between an outer peripheral end of the first convex portion and an outer peripheral end of the second convex portion is not more than eight times the thickness of the sample.
前記第2の凹み部に供給される熱伝達ガスの流量が、前記第1の凹み部に供給される熱伝達ガスの流量よりも多くされていることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing apparatus, wherein the flow rate of the heat transfer gas supplied to the second recess is greater than the flow rate of the heat transfer gas supplied to the first recess.
前記第2の管路が、前記第2の凹み部の円周方向に略均等の間隔で配置された複数本の管路であることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing apparatus, wherein the second pipeline is a plurality of pipelines arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction of the second recess.
前記試料温度制御手段が、
前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の裏面の中央部に円形領域が区画されるようにして前記誘電体膜に形成された凹み部と、
前記凹み部に熱伝達ガスを供給する第1の管路と、
前記誘電体膜に前記試料が載置されたとき、当該試料の外周部で、前記試料台の周辺部からはみ出した部分に直接熱伝達ガスを供給する第2の管路とで構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The sample temperature control means comprises:
When the sample is placed on the dielectric film, a recess formed in the dielectric film so that a circular region is defined at the center of the back surface of the sample,
A first pipe for supplying a heat transfer gas to the recess;
When the sample is placed on the dielectric film, the outer peripheral portion of the sample is configured with a second pipe that supplies heat transfer gas directly to a portion protruding from the peripheral portion of the sample stage. A plasma processing apparatus.
前記第2の管路が前記誘電体膜保護用のフォーカスリングの中を通っていることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 6,
The plasma processing apparatus, wherein the second pipe passage passes through the focus ring for protecting the dielectric film.
前記第2の管路が前記誘電体膜保護用のフォーカスリングの中を通っている部分に断熱材が備えられていることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7,
A plasma processing apparatus, wherein a heat insulating material is provided in a portion where the second conduit passes through the focus ring for protecting the dielectric film.
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JP2008053384A JP2009212286A (en) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | Plasma treatment device |
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JP2016184645A (en) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 住友大阪セメント株式会社 | Electrostatic chuck device |
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- 2008-03-04 JP JP2008053384A patent/JP2009212286A/en active Pending
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