JP2679667C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明は、真空処理方法に係り、特に試料の温度を制御するものに好適な真空
処理方法及び装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】 試料を真空処理、例えば、プラズマを利用して処理(以下、プラズマ処理と略)
する装置、例えば、ドライエッチング装置の重要な用途の一つに半導体集積回路
等の微小固体素子の製造における微細パターンの形成がある。この微細パターン の形成は、通常、試料である半導体基板（以下、基板と略）の上に塗布したレジ
ストと呼ばれる高分子材料に紫外線を露光，現像して描いたパターンをマスクと
してドライエッチングにより基板に転写することで行われている。 【０００３】 このような基板のドライエッチング時には、プラズマとの化学反応熱やプラズ
マ中のイオンまたは電子などの衝撃入射エネルギによりマスク及び基板が加熱さ
れる。従って、十分な放熱が得られない場合、即ち、基板の温度が良好に制御さ
れない場合は、マスクが変形，変質し正しいパターンが形成されなくなったり、
ドライエッチング後の基板からのマスクの除去が困難となってしまうといった不
都合を生じる。そこで、これら不都合を排除するため、次のような技術が従来よ
り種々慣用・提案されている。以下、これら従来の技術について説明する。 【０００４】 従来技術の第１例としては、例えば、特公昭56−53853号公報に示されている
ように、高周波電源の出力が印加される試料台を水冷し、該試料台上に被加工物
質を誘電体膜を介して載置し、試料台に直流電圧を印加することでプラズマを介
して誘電体膜に電位差を与え、これにより生じる静電吸着力によって被加工物質
を試料台に吸着させ、被加工物質と試料台との間の熱抵抗を減少させて被加工物
質を効果的に冷却するものがある。 【０００５】 従来技術の第２例としては、例えば、特開昭57-145321号公報に示されている
ように、ウェーハの裏面より気体ガスを吹き付けて、ウェーハを気体ガスにより
直接冷却するものがある。 【０００６】 従来技術の第３例としては、例えば、E.J.Egerton他，Solid State Technolog
y，Vol.２５，Ｎo.８，Ｐ８４〜８７（１９８２−８）に示されているように、
水冷された試料台である電極と該電極に載置され機械的クランプ手段で外周辺を
電極に押圧されて固定された基板との間に、圧力が６Torr程度のＧHeを流通させ
て、電極と基板との間の熱抵抗を減少させ、これにより基板を効果的に冷却する
ものがある。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記これらの従来技術は、試料の効果的な冷却、及び基板裏面
に流すガスのプロセスに与える影響等の点において、充分配慮されておらず、以
下のような問題があった。 【０００８】 上記第１の従来技術では、上記のように行っても、まだ、被加工物質と試料台
との間の接触部分は少なく、微視的にみればわずかな隙間を有している。また、
この隙間には、プロセスガスが入り込み、このガスは、熱抵抗となる。一般のド
ライエッチング装置では、通常０.１Torr程度のプロセスガス圧によって被加工
物質をエッチング処理しており、被加工物質と誘電体膜との間の隙間はプロセス
ガスの平均自由行路長より小さくなるため、静電吸着力による隙間の減少は、熱
抵抗の点からはほとんど変わらず、接触面積が増加した分だけ効果が上がること
になる。したがって、被加工物質と試料台との間の熱抵抗を減少させ被加工物質
をより効果的に冷却するためには、大きな静電吸着力を必要とする。このため、
このような技術では、次のような問題があった。 【０００９】 (1) 被加工物質が試料台から離脱しにくくなるため、エッチング処理が終了した
被加工物質の搬送に時間を要したり、被加工物質をいためたりする。 【００１０】 (2) 大きな静電吸着力を生じるためには、誘電体膜と被加工物質との間に大きな
電位差を与える必要があるが、しかし、この電位差が大きくなれば、被加工物質
、すなわち、基板内の素子に対するダメージが大きくなるため、歩留まりが悪く
なり、集積回路の集積度が高まるにつれて要求が高まっている薄いゲート膜の微
細加工では、更に歩留まりが悪くなる。 【００１１】 上記第２の従来技術では、ヘリウムガス（以下、ＧHeと略）のように熱伝導性
の優れた気体ガスを用いることで、ウェーハの冷却効率を向上させることができ
る。しかしながら、このような技術では、次のような問題があった。 【００１２】 (1) 気体ガスがウェーハの冷却面側にとどまらずエッチング室内に多量に流れ込
むため、ＧHeのように不活性ガスでもプロセスに与える影響は大きく、したがっ
て、すべてのプロセスに使用することができない。 【００１３】 上記第３の従来技術では、基板の外周辺をクランプによって固定しても、ＧHe
の真空処理室内への流出は避けられず、したがって上記した第２の従来技術での
問題点と同様の問題を有し、更に次のような問題をも有している。 【００１４】 (1) 機械的クランプ手段により基板の外周辺を押圧して、基板を電極に固定する
ため、基板は、流通するＧHeのガス圧により周辺支持状態で中高で凸状に変形す
る。このため、基板の裏面と電極との間の隙間量が大きくなり、これに伴って基
板と電極との熱伝導特性が悪化する。このため、基板の冷却を充分効果的に行う
ことができない。 【００１５】 (2) 電極に基板の外周辺を押圧して固定する機械的クランプ手段が設けられてい
るため、基板内の素子製作面積が減少すると共に、プラズマの均一性が阻害され
、また、機械的クランプ手段の動作時に、機械的クランプ手段に付着した反応生
成物が機械的クランプ手段から脱落して、塵埃の発生する危険性があり、更に、
基板搬送が極めて複雑となり、その結果、装置が大型化すると共に信頼性が低下
する。 【００１６】 本発明の目的は、真空処理の終了に際し、基板に残留する静電力を更に減少さ
せ、基板搬出時に基板を損傷させることがなく、基板搬出に要する時間を短縮す
ることができる、真空処理方法を提供することにある。 【００１７】 【課題を解決するための手段】 本発明は、試料台に直流電圧を印加して該試料台に真空処理する試料の外周辺
から試料中心付近に亘って該試料を静電力により吸着保持し、該吸着保持した前 記試料の裏面と前記試料台との間の隙間に伝熱ガスを供給し、前記試料に対する
所定の真空処理を行い、該所定の真空処理の終了後、前記伝熱ガスの供給を停止
し、その後、前記試料台に印加される前記直流電圧の印加方向を逆方向に切り換
えて前記試料に残留する前記静電力を減少させることを特徴とする。 【００１８】 【作用】 試料台に直流電圧を印加して、真空処理室内で真空処理される試料を試料台に
静電吸着保持させると共に、吸着保持された試料の裏面と試料台との間隙に伝熱
ガスを供給する。真空処理の終了に際し、試料台に直流電圧を逆印加することに
より、残留静電力を減少させることができる。 【００１９】 このようにすれば、エッチング終了時点での基板に残留する静電力を更に減少
させることができるため、基板搬出時に基板を損傷させることがなく、基板搬出
に要する時間を短縮することができる。 【００２０】 【実施例】 試料を真空処理、例えば、プラズマ処理する装置としては、ドライエッチング
装置，プラズマＣＶＤ装置，スパッタ装置等があるが、ここでは、ドライエッチ
ング装置を例にとり本発明の実施例を説明する。 【００２１】 以下、本発明の一実施例を図１ないし図３により説明する。 【００２２】 図１にドライエッチング装置の概略構成を示す。真空処理室１０の、この場合
、底壁には、絶縁体１１を介して試料台である下部電極２０が電気絶縁されて気
密に設けられている。真空処理室１０には、放電空間３０を有し下部電極２０と
上下方向に対向して上部電極４０が内設されている。 【００２３】 試料である基板５０の裏面に対応する下部電極２０の表面には、この場合、基
板５０の裏面の周辺側に対応して絶縁物６０が埋設されている。絶縁物６０の内 側の下部電極２０には、伝熱ガスの供給路を形成する溝２１が形成されている。
溝２１は基板５０が載置されていない場合、放電空間３０と連通する。また、絶
縁物６０には、溝２１につながるガス分散用の溝（図示省略）が形成されている
。下部電極２０には、溝２１と連通してガス供給路２３ａとガス排出路２３ｂと
が形成されている。また、下部電極２０内には、冷媒流路２２が形成されている
。下部電極２０には、冷媒流路２２と連通して冷媒供給路２４ａと冷媒排出路２
４ｂとが形成されている。 【００２４】 ガス供給路２３ａには、ガス源（図示省略）に連結された導管７０ａが連結さ
れ、ガス排出路２３ｂには、導管７０ｂの一端が連結されている。導管７０ａに
は、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣと略）７１が設けられ、導管７０ｂ
には調整バルブ７２が設けられている。導管７０ｂの他端は、真空処理室１０と
真空ポンプ８０とを連結する排気用の導管１２に合流連結されている。冷媒供給
路２４ａには、冷媒源（図示省略）に連結された導管９０ａが連結され、冷媒排
出路２４ｂには、冷媒排出用の導管９０ｂが連結されている。 【００２５】 下部電極２０には、マッチングボックス１００を介して高周波電源１０１が接
続されると共に、高周波遮断回路１０２を介して直流電源１０３が接続されてい
る。なお、真空処理室１０，高周波電源１０１および直流電源１０３はそれぞれ
接地されている。 【００２６】 また、上部電極４０には、放電空間３０に開口する処理ガス放出孔(図示省略)
と該処理ガス放出孔に連通する処理ガス流路（図示省略）とが形成されている。
処理ガス流路には、処理ガス供給装置（図示省略）に連結された導管(図示省略)
が連結されている。 【００２７】 次に、図１の下部電極２０の詳細構造例を図２，図３により説明する。 【００２８】 図２，図３で、図１に示したガス供給路２３ａは、この場合、導管２５ａで形 成され、導管２５ａは、この場合、下部電極２０の基板載置位置中心を軸心とし
て上下動可能に設けられている。導管２５ａの外側には、図１に示したガス排出
路２３ｂを形成して導管２５ｂが配設されている。導管２５ｂの外側には、図１
に示した冷媒供給路２４ａを形成して導管２５ｃが配設されている。導管２５ｃ
の外側には、図１に示した冷媒排出路２４ｂを形成して導管２５ｄが配設されて
いる。導管２５ｂの上端は電極上板２６につながり、導管２５ｄの上端は電極上
板２６の下方の電極上板受２７につながっている。導管２５ｂの上端部には、電
極上板２６と電極上板受２７と導管２５ｂとで空室２８が形成されている。空室
２８には分割板２９が冷媒流路２２を形成して内設され、導管２５ｃの上端は分
割板２９につながっている。 【００２９】 基板（図示省略）が載置される電極上板２６の表面には、この場合、放射状の
伝熱ガス分散用の溝２１ａと円周状の伝熱ガス分散用の溝２１ｂとが複数条形成
されている。伝熱ガス分散用の溝２１ａ，２１ｂは、導管２５ａ，２５ｂと連結
している。また、基板が載置される電極上板２６の表面には、絶縁物６０が設け
られている。この場合は、絶縁膜がコーティングされている。 【００３０】 なお、図２，図３で、１１０は基板が載置されない部分の電極上板２６の表面
を保護する電極カバーで、１１１は下部電極２０の電極上板２６の表面以外を保
護する絶縁カバー、１１２はシールド板である。また、導管２５ａの上端には、
電極上板２６への基板の載置時並びに電極上板２６からの基板の離脱時に基板を
裏面側から支持するピン１１３が、この場合、１２０度間隔で３本配設されてい
る。 【００３１】 また、溝２１ａ,２１ｂの深さは、基板吸着時の基板の裏面と溝２１ａ,２１ｂ
の底面との間の隙間（以下、溝部隙間と略）が伝熱ガスの平均自由行路長以上に
なれば、伝熱ガスの伝熱効果が低下するようになるため、該溝部隙間が、好まし
くは、伝熱ガスの平均自由行路長以下となるように溝２１ａ，２１ｂの深さを選
定するのが良い。 【００３２】 また、基板の裏面で絶縁膜に静電吸着される部分（以下、吸着部と略）の面積
は、伝熱ガスのガス圧と真空処理室１０の圧力との差圧による基板の下部電極２
０からの浮上りを防止するために、伝熱ガスのガス圧と真空処理室１０の圧力と
の差圧により決まる必要静電吸着力により選定する。例えば、伝熱ガスの圧力が
１Torrで真空処理室１０の圧力が０.１Torrの場合、基板の下部電極２０からの
浮上りを防止するための必要静電吸着力は約１.３ｇ／cm2であり、従って、これ
より吸着部の面積は、基板の裏面面積の約１／５に選定される。 【００３３】 上記のように構成された図１ないし図３のドライエッチング装置で、基板５０
は、公知の搬送装置（図示省略）により真空処理室１０に搬入された後に、その
裏面外周辺部を絶縁物６０と対応させて下部電極２０に載置される。下部電極２
０への基板５０の載置完了後、処理ガス供給装置から導管を経てガス流通路に供
給された処理ガスは、ガス流通路を流通した後に上部電極４０のガス放出孔より
放電空間３０に放出される。真空処理室１０内の圧力調整後、下部電極２０には
高周波電源１０１より高周波電力が印加され、下部電極２０と上部電極４０との
間にグロー放電が生じる。このグロー放電により放電空間３０にある処理ガスは
プラズマ化され、このプラズマにより基板５０のエッチング処理が開始される。
また、これと共に下部電極２０には、直流電源１０３より直流電圧が印加される
。基板５０のプラズマによるエッチング処理の開始により、このプラズマ処理プ
ロセスによって生じるセルフバイアス電圧と直流電源１０３によって下部電極２
０に印加される直流電圧とにより、基板５０は下部電極２０に静電吸着されて固
定される。その後、溝２１ａ，２１ｂには、ガス源よりＭＦＣ７１及びガス供給
路２３ａを順次介して伝熱ガス、例えば、ＧHeが供給される。このとき、ＧHeは
、ＭＦＣ７１と調整バルブ７２との操作によりガス量を制御されて供給され、場
合によっては、基板裏面の空間にＧHeを封じ込めた使用も可能である。これによ
り、冷媒流路２２を流通する冷媒、例えば、水や低温液化ガス等で冷却されてい
る下部電極２０と基板５０との熱抵抗は減少させられ、基板５０は効果的に冷却
される。その後、エッチングの終了に近づくと、溝２１ａ，２１ｂへのＧHeの 供給は停止され、エッチングの終了に伴って、放電空間３０への処理ガスの供給
と、下部電極２０への直流電圧および高周波電力の印加が停止される。その後、
引続き基板５０に生じている静電吸着力は解除され、ピン３３の作動により基板
５０は下部電極２０上より除去される。その後、基板５０は、公知の搬送装置に
より真空処理室１０外へ搬出される。 【００３４】 以上、本実施例によれば、次のような効果が得られる。 【００３５】 (1) 基板の裏面の外周辺だけでなくその裏面の他の部分も使用して基板を下部電
極に固定できるため、伝熱ガスであるＧHeのガス圧による基板の変形を防止でき
、下部電極に固定された基板の裏面と下部電極との間の隙間量の増大を抑制でき
る。従って、基板と下部電極との間の熱伝導特性の悪化を防止でき、基板を効率
的に冷却できる。 【００３６】 (2) 少なくとも基板の裏面の外周辺を吸着しているので、伝熱ガスであるＧHeは
吸着部で真空処理室内への流出を抑制させるため、ＧHeのプロセスに与える影響
は少なくなり、全てのプロセスに使用することができる。 【００３７】 (3) 静電吸着によって基板と下部電極との接触面積を増加させて熱抵抗を減少さ
せる従来の技術と比較すると、本実施例では、静電吸着力の大きさはＧHeの圧力
と真空処理室内の圧力との圧力差による基板の浮上りを防止するのに必要な大き
さで良く、ＧHeの圧力とプラズマの圧力との差圧を、基板の裏面と下部電極との
間の熱抵抗の許す範囲で小さくすることにより静電吸着力を小さくしても基板冷
却の効果が十分得られる。 【００３８】 (4) 静電吸着力が小さいため、基板の下部電力からの離脱が容易となり、エッチ
ング処理が終了した基板の搬送時間を短縮できると共に、基板の損傷を防止でき
る。 【００３９】 (5) 静電吸着力が小さくてよいため、基板に与えられる電位差は小さく基板内の
素子に対するダメージを小さくできる。したがって、薄いゲート膜の微細加工で
も歩留まりを悪化させる心配がない。 【００４０】 (6) 基板を機械的クランプ手段によらず静電吸着力によって下部電極に固定して
いるため、基板内の素子製作面積の減少を防止できると共に、プラズマの均一性
を良好に保持でき、また、下部電極への基板の載置時並びに下部電極からの基板
の除去時に塵埃が発生する危険性がなく、更に、基板搬送を容易化でき、その結
果、装置の大型化を抑制できると共に信頼性を向上できる。 【００４１】 図４は、本発明を実施したドライエッチング装置の他の例を示すもので、真空
処理室１０の頂壁と上部電極４０には、真空処理室１０外部と放電空間３０とを
連通して光路１２０が形成されている。光路１２０の真空処理室１０外部側には
、透光窓１２１が気密に設けられている。透光窓１２１と対応する真空処理室１
０外部には、温度計測手段、例えば、赤外線温度計１２２が設けられている。赤
外線温度計１２２の出力はアンプ１２３を介してプロセス制御用コンピュータ１
２４に入力され、プロセス制御用コンピュータ１２４により演算された指令信号
がＭＦＣ７１に入力されるようになっている。なお、その他、図１と同一装置等
は、同一符号で示し説明を省略する。 【００４２】 本実施例によれば、更に次のような効果が得られる。 【００４３】 (1) 基板の温度を計測しながらＧHeの供給量を調整、すなわち、ＧHeを供給する
ＭＦＣをプロセス制御コンピュータと結合し、あらかじめ求めた基板の温度とＧ
Heの供給量との間の関係からＧHeの供給量を制御することにより基板の温度を一
定の温度に保持できる。このような制御は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ材のドライエッチ
ングの際に特に有効であり、ホトレジストがダメージを受けない範囲の高い温度
に制御して被エッチング材の残渣を減少させることができる。 【００４４】 (2) プラズマの圧力が高い場合には、エッチング速度が基板の温度上昇に伴って
増加するプロセスもあり、このような場合には、基板の温度があらかじめ設定し
た一定温度を超えた場合に、ＧHeを流して冷却効果を上げホトレジストのダメー
ジを防止しながらエッチング時間の短縮を図ることができる。 【００４５】 以上説明した実施例では、基板の吸着に静電吸着力を用いているが、プラズマ
ガスの圧力が高いプロセスにおいては真空吸着力を用いることも可能である。ま
た、絶縁物下面に正極と負極とを交互に並べて配置し静電吸着力を基板に付与す
るようにしても良い。また、下地の材料が露出し始めてから更にオーバーエッチ
ングを行うような場合は、下地の材料が露出し始めた時点でＧHeの供給を停止し
下部電極に直流電圧を逆印加するようにする。このようにすれば、エッチング終
了時点での基板に残留する静電力を更に減少させることができるため、基板搬出
時に基板を損傷させることがなく、基板搬出に要する時間を短縮することができ
る。但し、この場合は、エッチング中の基板の温度をオーバーエッチング時の温
度上昇分だけ下げておくよう制御してやる必要がある。また、伝熱ガスとしてＧ
Heの他に水素ガス，ネオンガス等の熱伝導性の良いガスを用いても良い。 【００４６】 なお、本発明は、その他の冷却される基板台に配置保持されて真空処理される
試料の温度を制御するのに同様の効果を有する。 【００４７】 【発明の効果】 本発明は、以上説明したように、真空処理の終了に際し、基板に残留する静電
力を更に減少させ、基板搬出時に基板を損傷させることがなく、基板搬出に要す
る時間を短縮することができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明を実施したドライエッチング装置の一例を示す構成図。 【図２】 図１の下部電極の詳細平面図。 【図３】 図２のＡ−Ａ視断面図。 【図４】 本発明を実施したドライエッチング装置の他の例を示す構成図。 【符号の説明】 １０…真空処理室、２０…下部電極、２１，２１ａ，２１ｂ…溝、２２…冷媒
流路、５０…基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 試料台に直流電圧を印加して該試料台に真空処理する試料の外周辺から試料中
   心付近に亘って該試料を静電力により吸着保持し、該吸着保持した前記試料の裏
   面と前記試料台との間の隙間に伝熱ガスを供給し、前記試料に対する所定の真空
   処理を行い、該所定の真空処理の終了後、前記伝熱ガスの供給を停止し、その後
   、前記試料台に印加される前記直流電圧の印加方向を逆方向に切り換えて前記試
   料に残留する前記静電力を減少させることを特徴とする真空処理方法。 真空処理室内に処理ガスを供給すると共に該真空処理室内の圧力を調整後、試
   料が載置される試料台に直流電圧を印加して前記試料の外周辺から試料中心付近
   に亘って該試料を静電力により吸着させて固着した後、該吸着保持した前記試料
   の裏面と前記試料台との間の隙間に伝熱ガスを供給しながら、高周波電力を印加
   して前記処理ガスをプラズマ化し、該プラズマにより前記試料のプラズマ処理を
   行い、前記プラズマ処理の終了後、前記処理ガス及び前記伝熱ガスの供給を停止
   し、その後、前記試料台に直流電圧を逆方向に印加して前記試料に残留する前記
   静電力を減少させることを特徴とする真空処理方法。