JP2574899B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

プラズマエッチング装置

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JP2574899B2 JP1221504A JP22150489A JP2574899B2 JP 2574899 B2 JP2574899 B2 JP 2574899B2 JP 1221504 A JP1221504 A JP 1221504A JP 22150489 A JP22150489 A JP 22150489A JP 2574899 B2 JP2574899 B2 JP 2574899B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマエッチング装置に係り、特に、半導
体素子基板等の試料を水温以下の低温に冷却しガスプラ
ズマを利用して低温エッチング処理するプラズマエッチ
ング装置に関するものである。
〔従来の技術〕
半導体素子基板等の試料を水温以下に冷却しガスプラ
ズマを利用してエッチング処理する技術としては、例え
ば、特開昭61−240635号公報、実開昭62−103249号公報
等に記載のような技術が提案されている。
例えば、特開昭61−240635号公報には、支持基板上に
シリコン酸化膜を表面に有するシリコン若しくは化合物
半導体材料よりなるウェハのエッチングの選択性及び異
方性を改善するために、上記ウェハを0℃以下、一例と
して、−50℃に冷却してプラズマエッチング処理する技
術が記載されている。
また、実開昭62−103249号公報には、プラズマエッチ
ング処理される被エッチング物質が配置されるターゲッ
ト電極内部に冷凍循環機で0℃あるいは−20℃の低温に
冷却した冷却水を循環させるようにしたプラズマエッチ
ング技術が記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術、例えば、特開昭61−240635号公報に記
載の技術では、試料の一つであるウェハを0℃以下、一
例として、−50℃に冷却してプラズマエッチング処理す
る技術が記載されている。しかしながら、この設定され
た温度にどのようにして効率良くウエハを冷却するかと
いった点については、配慮されていなかった。また、装
置の保守・点検等において低温に冷却された試料台の取
り外しおよび大気開放に際しての配慮がなされていなか
った。
本発明の目的は、試料と試料台との熱伝達を良好にし
所定温度に冷却された試料で低温エッチング処理を行な
うとともに、試料台を取り外しての保守を容易に行なう
ことのできるプラズマエッチング装置を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、処理ガスが供給されるとともに所定圧力
に減圧排気される真空室内で処理ガスをプラズマ化し、
0℃より低い温度の液冷媒を用いて試料台を冷却し、試
料台上に配置した試料を低温でプラズマによりエッチン
グする装置において、真空室の底面に試料台が挿脱可能
な試料台よりも大きい口径の開口を形成し、開口を覆う
面積を有した底壁を底面に対し気密でかつ着脱可能に設
け、底壁に取り付けて真空室内に試料台を設け、試料台
の内部に設けられた液冷媒が流通する空間と試料台の試
料が配置される面との間に試料の大きさより広い範囲で
設けられ試料台を加熱可能な加熱手段を埋設させ、試料
台の試料設置面に試料の大きさに対応する伝熱材を設け
ることにより、達成される。
〔作 用〕
真空室内の試料台に配置される試料は、液冷媒によっ
て水温以下、すなわち、0℃より低い温度に冷却された
試料台から伝熱板を介して効率良く熱伝達がなされ、所
定温度に冷却される。これにより、試料は良好に低温エ
ッチング処理される。また、エッチング室底面の開口に
気密かつ着脱可能に底壁を設け、該底壁に試料台を取り
付け、試料台内の空間の上面と伝熱板が設置された面と
の間に試料台を加熱できる加熱手段を埋設しているの
で、液体窒素温度付近の温度に冷却された試料台の試料
設置面の温度も、伝熱板を介して効率良く熱が伝達さ
れ、試料台を真空室室から取り外す際にも短時間で温度
回復および抜き出しが行なえ、保守が容易に行なえる。
〔実 施 例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
第1図は、本発明の一実施例の、所謂、平行平板型の
プラズマエッチング装置の装置構成図で、エッチング室
10内には、電極20と電極30とが、この場合、上下方向に
対向して内設されている。この場合、真空室は、エッチ
ング室10であり、また、試料台は、電極30である。エッ
チング室10の、この場合、側壁には、排気口11が形成さ
れている。エッチング室10内を減圧排気する手段として
ぱ、真空ポンプ(図示省略)、可変コンダクタンスバル
ブ(図示省略)、排気管150等で構成された公知のもの
が採用される。排気管150の一端は、排気口11に連結さ
れ、他端は、真空ポンプの吸入口に連結されている。可
変コンダクタンスバルブは、排気管150に設けられてい
る。エッチング室10内に処理ガスを導入する手段は、こ
の場合、エッチングガス源とガス流量制御装置とでなる
ガス供給装置40とガス供給管41とガス供給路42とガス供
給バルブ43とで構成されている。ガス供給装置40は、エ
ッチング室10外に設置されている。ガス供給路42は、電
極20に形成されている。ガス供給路42の一端とガス供給
装置40とは、ガス供給管41で連結されている。ガス供給
バルブ43は、ガス供給管41に設けられている。ガス供給
路42の他端は、電極30の試料設置面に向かって開口させ
られている。
第1図で、電極30には、空間31が形成されている。電
極30の底部には、この場合、液冷媒排出管50の一端が空
間31と連通して連結されている。空間31は、この場合、
液冷媒排出管50の連結部に向かって傾斜した底面を有し
ている。この場合、エッチング室10の底壁は、電極30が
挿脱可能な開口12が形成された底壁13と開口12を覆う面
積を有し底壁13に気密に着脱可能な底壁14とで構成され
ている。電極30は、開口12に挿脱可能な位置で底壁14に
設けられている。液冷媒排出管50の他端部は、底壁14を
気密に挿通しエッチング室10外へ突出させられている。
液冷媒供給装置60は、例えば、液冷媒源と送液ポンプと
で構成されている。液冷媒供給管61の一端は、送液ポン
プの吐出口に連結されている。液冷媒供給管61の途中部
分は、液冷媒排出管50に水密に挿通され、その他端は、
空間31の上面付近で開口させられている。液冷媒供給バ
ルブ62は、空間31、液冷媒排出管50外で液冷媒供給管61
に設けられている。加圧ガス供給装置70は、この場合、
加圧ガス源である。加圧ガス供給管71の一端は、加圧ガ
ス供給装置70の加圧ガス供給口に連結され、その一端
は、この場合、液冷媒供給バルブ62の後流側で液冷媒供
給管61に合流連結されている。加圧ガス供給バルブ72
は、加圧ガス供給管71に設けられている。液冷媒回収管
80の一端は、液冷媒排出管50の他端に連結され、他端
は、液冷媒源に連結されている。液冷媒回収バルブ81
は、液冷媒回収管80に設けられている。ガス排出管90
は、エッチング室10内を挿通し、その一端は、空間30の
上面付近で開口させられている。ガス排出管90の途中部
は、電極30の底部に気密、水密を保持し設けられ、他の
途中部は、底壁14に気密に設けられている。ガス排出バ
ルブ91は、エッチング室10外のガス排出管90に設けられ
ている。ガス排出管90の他端は、この場合、大気開放さ
せられている。尚、液冷媒供給装置60が液化冷凍機で構
成されている場合、ガス排出管90の他端は、液化冷凍機
を構成する圧縮機の吸入口に連結される。また、このよ
うな場合、圧縮機で圧縮された昇圧ガスを加圧ガス供給
管71に供給可能とし、該昇圧ガスが加圧ガスとして用い
られる。この場合、電極20は接地され、電極30は、電
源、この場合、高周波電源100に接続されている。高周
波電源100は、エッチング室10外に設置されて接地され
ている。電極30の試料設置面には、この場合、伝熱板11
0が設けられている。伝熱板110は、熱伝導性の良好な材
料で形成されている。加熱手段として、この場合、ヒー
タ120、電流調節器(図示省略)、電流供給源(図示省
略)でなるものが用いられる。ヒータ120は、この場
合、空間31の上面と伝熱板110が設置された面との間で
電極30に埋設されている。ヒータ120の電流導入端子
は、電流調節器を介して電流供給源に接続されている。
第1図で、まず、空間31には、液冷媒はなく、常温状
態で、かつ、電極30の試料設置面には、試料130は設置
されていないものとする。真空ポンプを作動させること
で、エッチング室10内は、減圧排気され、可変コンダク
タンスバルブによりエッチング室10内は、所定圧力に調
節される。この状態で、送液ポンプが作動させられ、液
冷媒供給バルブ62が開弁させられる。この場合、加圧ガ
ス供給バルブ72、液冷媒回収バルブ81及びガス排出バル
ブ91は閉弁させられている。これにより、液冷媒源の水
温以下の温度を有する液冷媒、例えば、液体窒素は、液
冷媒供給管61を通って空間31に供給される。液体窒素の
このような供給当初は、電極30が常温のため液体窒素は
気化し、空間31の圧力が上昇して液体窒素が供給できな
くなるため、ガス排出バルブ91が開弁される。これによ
り、空間31の窒素ガスは、ガス排出管90を通って空間31
外へ排出され空間31の圧力上昇が防止される。このよう
な空間31への液体窒素の供給により、電極30、伝熱板11
0は、液体窒素温度付近の温度に冷却される。この状態
で、半導体素子基板等の試料130は、公知の搬送手段
(図示省略)によりエッチング室10内に、この場合、1
個搬入される。該搬入された試料130は、被エッチング
面を上向き姿勢として伝熱板110に設置される。伝熱板1
10に設置された試料130は、この場合、その外周辺部を
試料押え140で押圧されて伝熱板110に押し付けられる。
この状態で、試料130は、伝熱板110を介して冷却され
る。一方、ガス供給バルブ43が開弁されられ、エッチン
グ室10内には、ガス供給装置40から所定のエッチングガ
スが所定流量で供給されて導入される。エッチングガス
が導入されているエッチング室10内の圧力は、可変コン
ダクタンスバルブにより所定のエッチング圧力に調節さ
れる。この状態で、電極30には、高周波電源100から高
周波電圧が印加され、電極20,30間では、グロー放電が
発生する。該グロー放電によりエッチング室10内のエッ
チングガスは、プラズマ化される。所定低温に冷却され
ている試料130は、その被エッチング面をガスプラズマ
を利用してエッチング処理される。このようなエッチン
グ処理が、エッチング終点に達した時点で、ガス供給バ
ルブ43は閉弁され、電極30への高周波電圧の印加が停止
される。エッチング処理が終了した試料130は、試料押
え140による押圧を解除され、搬送手段に渡された後に
該搬送手段によりエッチング室10外へ搬出される。その
後、新規な試料130が搬送手段によりエッチング室10内
に搬入され、液体窒素温度付近の温度に冷却されている
電極30の伝熱板110上に設置される。これ以降、上記操
作が再び実施される。
本実施例によれば、液体窒素温度付近の温度に冷却さ
れている電極へ、伝熱板を介して効率良く熱が伝達さ
れ、試料が所定温度の低温に冷却されるので、試料を良
好に低温エッチング処理することができ、また、エッチ
ング室底面の開口に気密かつ着脱可能に底壁を設け、該
底壁に電極を取り付け、電極内の空間の上面と伝熱板が
設置された面との間にヒータを埋設しているので、液体
窒素温度付近の温度に冷却された電極の試料設置面の温
度も、伝熱板を介して効率良く熱が伝達され、電極をエ
ッチング室から取り外す際にも、ヒータを発熱させるこ
とにより、低温に冷却された電極をすばやく常温に復帰
させることができ、大気中に取り出した際の露結を防止
でき、また、電極をエッチング室から簡単に抜き出すこ
とができるので、短時間で容易に保守・点検作業を行な
うことができる。
第2図は、本発明の第2の実施例の、所謂、有磁場型
のマイクロ波プラズマエッチング装置の装置構成図で、
上記一実施例を示す第1図と異なる点は、次のとおりで
ある。
第2図で、放電管160は、頂壁170に開口171が形成さ
れた室172に開口171を介し真空室172内に連通し気密に
構設されている。この場合、放電管160内及び室172内で
真空室内空間が形成される。放電管160の外側には、放
電管160を内部に含み導波管180が設けられている。導波
管180とマイクロ波発振器190とは、この場合、導波管18
1で連結されている。導波管180の外側には、磁場生成手
段、例えば、ソレノイドコイル200が環装されている。
また、ガス供給路42′は、放電管160と室172との構設部
に設けられている。一方、室172の底壁は、試料台210が
挿脱可能な開口173が形成された底壁174と開口173を覆
う面積を有し底壁174に気密に着脱可能な底壁175とで構
成されている。試料台210は、開口173に挿脱可能な位置
で底壁175に設けられている。液冷媒排出管50の他端部
は、底壁175を気密に挿通し室172外へ突出させられてい
る。ガス排出管90は、室172内を挿通し、その他の途中
部は、底壁175に気密に設けられている。尚、第2図
で、その他第1図と同一装置、部品等は同一符号で示し
説明を省略する。
第2図で、放電管160には、マイクロ波電界と磁界と
の作用により有磁場型のマイクロ波放電が発生し、放電
管160内のエッチングガスは、該マイクロ波放電により
プラズマ化される。試料130は、上記一実施例での操作
と同様の操作にて所定低温に設定、制御され、その被エ
ッチング面は、ガスプラズマを利用してエッチング処理
される。この場合、ガスプラズマ中のイオンの被エッチ
ング面への入射エネルギは、電極30に接続された電源、
例えば、高周波電源220でバイアス電位を調節すること
で制御される。尚、その他の操作は、上記一実施例での
操作と同様であり、説明を省略する。
本実施例によれば、上記一実施例での効果と同様の効
果を奏することができる。
尚、上記第2の実施例では、有磁場型のマイクロ波プ
ラズマエッチング装置に適用した場合につき説明した
が、この他に無磁場型のマイクロ波プラズマエッチング
装置に適用しても同様の効果を得ることができる。
また、ガスプラズマが生成される室と試料がエッチン
グ処理される室とが、同一の室であっても、または、例
えば、プラズマ生成室で生成されたガスプラズマを試料
エッチング処理される室内に導入し該室内に導入された
ガスプラズマを利用して試料をエッチング処理可能な別
々の室であっても、特に問題は生じない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、試料と試料台との熱伝達を良好に行
なえ、所定温度に冷却されたた試料で低温エッチング処
理を行なうことができるとともに、試料台を取り外して
の保守を容易に行なうことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の平行平板型のプラズマエッ
チング装置の装置構成図、第2図は、本発明の第2の実
施例の有磁場型のマイクロ波プラズマエッチング装置の
装置構成図である。 10……エッチング室、20,30……電極、31……空間、40
……ガス供給装置、41……ガス供給管、42,42′……ガ
ス供給路、43……ガス供給バルブ、60……液冷媒供給装
置、61……液冷媒供給管、62……液冷媒供給バルブ、10
0……高周波電源、110……伝熱板、120……ヒータ、130
……試料、150……排気管、160……放電管、172……
室、180,181……導波管、190……マイクロ波発振器、20
0……ソレノイドコイル、210……試料台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪根 恒彦 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社日立製作所笠戸工場内 (56)参考文献 特開 昭60−25233(JP,A) 特開 昭63−70429(JP,A) 特開 昭55−154585(JP,A) 特開 昭62−501460(JP,A) 特開 昭62−144330(JP,A) 実開 昭56−78457(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】処理ガスが供給されるとともに所定圧力に
    減圧排気される真空室内で前記処理ガスをプラズマ化
    し、0℃より低い温度の液冷媒を用いて試料台を冷却
    し、前記試料台上に配置した試料を低温で前記プラズマ
    によりエッチングする装置において、 前記真空室の底面に前記試料台が挿脱可能な前記試料台
    よりも大きい口径の開口を形成し、前記開口を覆う面積
    を有した底壁を前記底面に対し気密でかつ着脱可能に設
    け、前記底壁に取り付けて前記真空室内に前記試料台を
    設け、前記試料台の内部に設けられた前記液冷媒が流通
    する空間と前記試料台の前記試料が配置される面との間
    に前記試料の大きさより広い範囲で設けられ前記試料台
    を加熱可能な加熱手段を埋設させ、前記試料台の試料設
    置面に前記試料の大きさに対応する伝熱材を設けたこと
    を特徴とするプラズマエッチング装置。
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