JP3077144B2 - Sample holding device - Google Patents
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- JP3077144B2 JP3077144B2 JP01301275A JP30127589A JP3077144B2 JP 3077144 B2 JP3077144 B2 JP 3077144B2 JP 01301275 A JP01301275 A JP 01301275A JP 30127589 A JP30127589 A JP 30127589A JP 3077144 B2 JP3077144 B2 JP 3077144B2
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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やプラズマ気相成長
（Chemical Vapor Deposition;CVD）装置等の半導体製
造装置などに内装される試料保持装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample holding apparatus which is installed in a semiconductor manufacturing apparatus such as a plasma etching apparatus or a plasma vapor deposition (CVD) apparatus.
従来の技術 半導体製造過程におけるエッチング工程や薄膜形成工
程においては、試料台に試料を確実に密着させて試料を
所望温度に制御し、かつ所定の高周波電力を確実に印加
してエッチングや薄膜形成を行なう必要がある。2. Description of the Related Art In an etching process and a thin film forming process in a semiconductor manufacturing process, a sample is securely brought into close contact with a sample stage to control the sample to a desired temperature, and a predetermined high-frequency power is reliably applied to perform etching and thin film formation. You need to do it.
これら要件を満たす試料保持装置として、近年、静電
チャック方式を採用した試料保持装置の開発がなされ、
普及してきている。In recent years, as a sample holding device that satisfies these requirements, a sample holding device employing an electrostatic chuck method has been developed.
It is becoming popular.
第６図は従来から使用されているこの種の試料保持装
置の概略を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a conventional sample holding apparatus of this type.
該試料保持装置は、基台51に温度制御板52が載置さ
れ、この温度制御板52に試料台53が載置され、この試料
台53はその周囲に配設された金属製の試料台押え54によ
り温度制御板52側に固定されている。また、温度制御板
52及び試料台押え54は電気的に接地（アース）されてい
る。また、試料台押え54上には石英板55が載置され、試
料台押え54の上面がプラズマで叩打されるのを防止して
いる。In the sample holding device, a temperature control plate 52 is mounted on a base 51, a sample stage 53 is mounted on the temperature control plate 52, and the sample stage 53 is a metal sample stage disposed therearound. It is fixed to the temperature control plate 52 side by the presser 54. Also, the temperature control plate
52 and the sample holder 54 are electrically grounded (earthed). Further, a quartz plate 55 is placed on the sample stage holder 54 to prevent the upper surface of the sample stage holder 54 from being hit by the plasma.
試料台53は、電極57（導電部材）に絶縁膜56が被覆さ
れて構成されており、電極57は電極棒58を介して直流電
源及び高周波電源（共に図示せず）に接続されている。The sample stage 53 is configured by covering an electrode 57 (conductive member) with an insulating film 56, and the electrode 57 is connected to a DC power supply and a high-frequency power supply (both not shown) via an electrode rod 58.
このように構成された試料保持装置が、半導体製造装
置、例えばプラズマ装置に内装された場合においては、
電極棒58を介して電極57に直流電圧が印加され、かつ試
料台53上の試料59にプラズマが照射されると、電極57は
正（又は負）に帯電する一方、試料59はプラズマを介し
て電気的に接地される。そして、試料59と試料台53との
間には静電容量が発生し、この静電容量による吸着作用
により試料59が試料台53に保持される。そしてさらに、
電極57に高周波が印加されることにより、試料59にはバ
イアス電圧が励起されてその表面が負に帯電し、プラズ
マイオンが吸引されて試料59の表面へのエッチングある
いは薄膜形成がなされる。When the sample holding device configured as described above is incorporated in a semiconductor manufacturing device, for example, a plasma device,
When a DC voltage is applied to the electrode 57 via the electrode rod 58 and the sample 59 on the sample stage 53 is irradiated with plasma, the electrode 57 is positively (or negatively) charged, while the sample 59 is charged via the plasma. Electrically grounded. Then, a capacitance is generated between the sample 59 and the sample table 53, and the sample 59 is held on the sample table 53 by an adsorption action by the capacitance. And furthermore,
When a high frequency is applied to the electrode 57, a bias voltage is excited in the sample 59, the surface of the sample 59 is negatively charged, and plasma ions are attracted to perform etching or thin film formation on the surface of the sample 59.
また、温度制御板52内には、冷媒が矢印Ｘ方向から流
入して矢印Ｙ方向に流出するように流路60が形成されて
いる。すなわち、半導体製造過程におけるエッチング工
程や薄膜形成工程においては高温状態となるため、冷媒
によって試料59を冷却し、温度を制御する必要がある。Further, a flow path 60 is formed in the temperature control plate 52 so that the refrigerant flows in the arrow X direction and flows out in the arrow Y direction. That is, since the temperature is high in the etching step and the thin film forming step in the semiconductor manufacturing process, it is necessary to control the temperature by cooling the sample 59 with a refrigerant.
発明が解決しようとする課題 上記試料保持装置においては、高周波が電極57に印加
された場合、温度制御板52に比べて抵抗の低い試料59側
に主として負荷されて試料表面にバイアス電圧が励起さ
れるが、温度制御板52が電極57と距離的に近いため高周
波電力の一部は温度制御板52にも負荷される。そしてこ
の温度制御板52に負荷された高周波電力はこの温度制御
板52からアース側に逃げ、電力損失を生じるという欠点
があった。In the above sample holding device, when a high frequency is applied to the electrode 57, a bias voltage is mainly applied to the sample 59 having a lower resistance than the temperature control plate 52 to excite a bias voltage on the sample surface. However, since the temperature control plate 52 is close in distance to the electrode 57, a part of the high-frequency power is also applied to the temperature control plate 52. The high-frequency power applied to the temperature control plate 52 escapes from the temperature control plate 52 to the ground side, causing a power loss.
試料59に励起されるバイアス電圧は、試料台53を構成
する絶縁膜56の膜厚に依存することが知られている。す
なわち、絶縁膜56の膜厚が厚い場合においては、試料59
に励起されるバイアス電圧は低くなり、温度制御板52か
らアースに逃げる電力が多くなる。一方、絶縁膜56の膜
厚が薄い場合においては、試料59に励起されるバイアス
電圧は高くなり、前記アースに流れる電力が少なくな
る。It is known that the bias voltage excited in the sample 59 depends on the thickness of the insulating film 56 forming the sample stage 53. That is, when the thickness of the insulating film 56 is large, the sample 59
The bias voltage which is excited at the time is lowered, and the power escaping from the temperature control plate 52 to the ground increases. On the other hand, when the thickness of the insulating film 56 is small, the bias voltage excited by the sample 59 increases, and the power flowing to the ground decreases.
半導体製造過程において、所望のエッチングあるいは
薄膜形成を行なうためには試料59に励起されるバイアス
電圧が装置間で差異のないことが要求される。In the semiconductor manufacturing process, in order to perform desired etching or thin film formation, it is required that the bias voltage excited in the sample 59 does not differ between the apparatuses.
しかし、上記従来の試料保持装置においては、装置間
において前記55の厚さにバラツキが生じるのを防止する
ことはできなかった。すなわち、試料台53において、絶
縁膜56は一般に膜厚が数100μｍ程度のAl2O3及びその他
不純物で形成されているが、その膜厚の厚さには±20％
程度のバラツキが生じる。そして、膜厚の均一化された
試料台53を形成することは生産技術的に困難であるた
め、同一条件にてエッチングあるいは薄膜形成を行なっ
た場合、製品間にバラツキが生じるという課題があっ
た。However, in the above-described conventional sample holding device, it was not possible to prevent the thickness of the 55 from being varied between the devices. That is, in the sample stage 53, the insulating film 56 is generally formed of Al 2 O 3 and other impurities having a thickness of about several hundred μm, and the thickness of the film is ± 20%.
Some variation occurs. Since it is difficult in terms of production technology to form the sample stage 53 having a uniform film thickness, there is a problem that when etching or thin film formation is performed under the same conditions, variations occur between products. .
さらに、上記従来の試料保持装置においては、金属製
の試料台押え54が試料台53の周囲に配設されているた
め、試料台押え54の側面がプラズマに叩打され、金属汚
染の発生原因になる虞があるという課題があった。Furthermore, in the above-mentioned conventional sample holding device, since the metal sample stage holder 54 is disposed around the sample stage 53, the side surface of the sample stage holder 54 is beaten by the plasma, which may cause metal contamination. There is a problem that there is a risk of becoming a problem.
また、試料台押え54を設けているため、構造が複雑で
あり、部品点数も多くなるという課題があった。Further, since the sample stage holder 54 is provided, there is a problem that the structure is complicated and the number of parts is increased.
本発明はこのような課題に鑑み発明されたものであっ
て、構造が簡易で、装置間における試料の保持機能に差
異がなく、しかも効率よく試料を保持することができる
試料保持装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of such problems, and provides a sample holding device that has a simple structure, has no difference in the sample holding function between devices, and can efficiently hold a sample. It is intended to be.
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明に係る試料保持装置
は、プラズマ処理装置に配設される試料保持装置におい
て、高周波電源が印加される導電部材に絶縁膜が被覆さ
れた試料台と、該試料台が載置され、試料温度を制御す
る温度制御板とを備え、該温度制御板はアースから電気
的に絶縁されていることを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a sample holding device according to the present invention is a sample holding device provided in a plasma processing apparatus, wherein a conductive member to which a high-frequency power is applied is covered with an insulating film. And a temperature control plate on which the sample stage is mounted and which controls a sample temperature, wherein the temperature control plate is electrically insulated from the ground.
尚、ここで「アースから電気的に絶縁されている」と
は、絶縁抵抗値が1kΩ以上の場合をいう。Here, “electrically insulated from the ground” means that the insulation resistance value is 1 kΩ or more.
また、上記試料保持装置において、さらに温度制御板
と試料台との間に絶縁部材が介装されていることを特徴
としている。Further, in the above sample holding device, an insulating member is further interposed between the temperature control plate and the sample stage.
作用 上記構成によれば、温度制御板がアースから電気的に
絶縁されているので、試料台が載置される温度制御板は
電気的に浮遊することとなる。したがって、導電部材に
高周波が印加された場合、前記温度制御板は、前記導電
部材と同様、電極としての作用をなし、高周波電力の一
部がアース側に逃げるのを防止することができる。Operation According to the above configuration, since the temperature control plate is electrically insulated from the ground, the temperature control plate on which the sample stage is mounted floats electrically. Therefore, when a high frequency is applied to the conductive member, the temperature control plate functions as an electrode similarly to the conductive member, and can prevent a part of the high frequency power from escaping to the ground side.
また、温度制御板が電極としての作用をなすため、該
温度制御板にも高周波電力が印加される。すなわち、試
料が載置される試料台の上面以外の部分にも高周波電力
が印加されることとなり、電力損失が生じる。Since the temperature control plate functions as an electrode, high-frequency power is also applied to the temperature control plate. That is, high-frequency power is also applied to portions other than the upper surface of the sample stage on which the sample is placed, and power loss occurs.
しかし、温度制御板と試料台との間に絶縁部材が介装
されることにより、温度制御板への高周波電力の印加が
抑制され、ほぼすべての高周波電力が試料台の上面に印
加される。However, since the insulating member is interposed between the temperature control plate and the sample table, the application of high-frequency power to the temperature control plate is suppressed, and almost all of the high-frequency power is applied to the upper surface of the sample table.
実施例 以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳説する。Embodiment Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第２図は本発明に係る試料保持装置が内装されたプラ
ズマ装置としての電気サイクロトロン共鳴（Electron C
yclotron Resonance;ECR）プラズマエッチング装置を模
式的に示した断面図である。FIG. 2 shows an electric cyclotron resonance (Electron C) as a plasma device equipped with a sample holding device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a (yclotron resonance; ECR) plasma etching apparatus.
このECRプラズマエッチング装置は、プラズマ生成室
１と、このプラズマ生成室１の下部に接続された試料室
２と、プラズマ生成室１の上方にあってマイクロ波をプ
ラズマ生成室１に導入するマイクロ波導波管３と、プラ
ズマ生成室１の周囲にあってこのプラズマ生成室１と同
心状に配設された励磁コイル４と、試料室２に内装され
る試料保持装置５等とから構成されている。The ECR plasma etching apparatus includes a plasma generation chamber 1, a sample chamber 2 connected to a lower portion of the plasma generation chamber 1, and a microwave guide above the plasma generation chamber 1 for introducing microwaves into the plasma generation chamber 1. It comprises a wave tube 3, an exciting coil 4 surrounding the plasma generation chamber 1 and arranged concentrically with the plasma generation chamber 1, a sample holding device 5 installed in the sample chamber 2, and the like. .
プラズマ生成室１は、略円柱形状に形成され、その上
部壁には第１のガス導入管６が接続されると共にマイク
ロ波を導入するための導入口７が形成されている。The plasma generation chamber 1 is formed in a substantially cylindrical shape, and a first gas introduction pipe 6 is connected to an upper wall thereof, and an introduction port 7 for introducing a microwave is formed.
試料室２は、プラズマ生成室１よりも大口径を有する
と共に、その側壁には第２のガス導入管８が接続され、
またプラズマ生成室１とは仕切板10によって仕切られ、
この仕切板10にはプラズマ引出窓９が形成されている。
また、試料室２の下方には排気口23が形成されて図示省
略の排気系に接続されている。The sample chamber 2 has a larger diameter than the plasma generation chamber 1, and a second gas introduction pipe 8 is connected to a side wall thereof.
Further, the plasma generation chamber 1 is partitioned by a partition plate 10,
The plasma extraction window 9 is formed in the partition plate 10.
An exhaust port 23 is formed below the sample chamber 2 and is connected to an exhaust system (not shown).
マイクロ波導波管３は、断面形状矩形に形成され、石
英製マイクロ波導入窓11を介してプラズマ生成室１に接
続されている。The microwave waveguide 3 is formed in a rectangular shape in cross section, and is connected to the plasma generation chamber 1 through a microwave introduction window 11 made of quartz.
励磁コイル４は、直流電流が供給されると所定の磁場
を発生する。すなわち、直流電流が励磁コイル４に供給
されると、マイクロ波発振器（図示せず）からプラズマ
生成室１に導入されるマイクロ波の角周波数ωと電子サ
イクロトロンの角周波数ωｃとが等しくなるような磁場
が形成され、電子は共鳴運動を行なう。この共鳴を起こ
させるための条件、すなわち、ECR条件は、次式で示さ
れる。The excitation coil 4 generates a predetermined magnetic field when a direct current is supplied. That is, when the DC current is supplied to the exciting coil 4, a microwave oscillator so that the angular frequency of the microwaves introduced (not shown) into the plasma generation chamber 1 omega and the angular frequency omega c electron cyclotron equals A strong magnetic field is formed, and the electrons perform resonant motion. The condition for causing this resonance, that is, the ECR condition is represented by the following equation.
ω＝ωｃ＝eB/m…… ここで、ｅは電子の電荷（＝1.6×10-19C）、Ｂは磁
束密度（Ｔ）、ｍは電子の質量（9.1×10-31kg）であ
る。本実施例では、マイクロ波の角周波数ωは、2.45GH
zに設定されており、前記式よりECR条件を満たす磁束
密度Ｂは8.75×10-2Tである。ω = ω c = eB / m where e is the charge of the electron (= 1.6 × 10 −19 C), B is the magnetic flux density (T), and m is the mass of the electron (9.1 × 10 −31 kg). is there. In the present embodiment, the angular frequency ω of the microwave is 2.45 GH
The magnetic flux density B satisfying the ECR condition is set to 8.75 × 10 −2 T according to the above equation.
試料保持装置５は、第１図に示したように、平面視円
形形状に形成された基台12に、第１の絶縁シート13、温
度制御板14、伝導シート15、第２の絶縁シート16（絶縁
部材）、試料台17が順次載置されて構成されている。As shown in FIG. 1, the sample holding device 5 includes a first insulating sheet 13, a temperature control plate 14, a conductive sheet 15, and a second insulating sheet 16 on a base 12 formed in a circular shape in plan view. (Insulating member) and a sample stage 17 are sequentially mounted.
第１の絶縁シート13は、温度制御板14をアースから電
気的に絶縁するために介装されたものであって、フッ素
樹脂等の耐真空性、耐熱性を有する絶縁材料で形成され
ている。本実施例ではこの第１の絶縁シート13は、厚さ
t1が10mmに設定されているが特に限定されるのではな
い。The first insulating sheet 13 is provided to electrically insulate the temperature control plate 14 from the ground, and is made of an insulating material having vacuum resistance and heat resistance such as fluororesin. . In this embodiment, the first insulating sheet 13 has a thickness of
t 1 is has been set to 10mm but is not particularly limited.
温度制御板14は、試料台17の温度を制御するためのも
のであって、冷媒の流路18が形成されている。そして、
水等の冷媒が矢印Ａ方向から基台12及び第１の絶縁シー
ト13に貫設された孔を介して流路18内を循環し、矢印Ｂ
方向に流出するように構成されている。The temperature control plate 14 is for controlling the temperature of the sample stage 17, and has a coolant channel 18 formed therein. And
Refrigerant such as water circulates in the flow path 18 from the direction of arrow A through holes formed in the base 12 and the first insulating sheet 13,
It is configured to flow in the direction.
伝導シート15は試料台17への冷却効果を高めるための
ものであって、厚さ0.5mmのインジウムシートが使用さ
れている。The conductive sheet 15 is for enhancing the cooling effect on the sample stage 17, and an indium sheet having a thickness of 0.5 mm is used.
第２の絶縁シート16は温度制御板14への高周波の印加
を抑制するためのものであって、フッ素樹脂等の耐真空
性、耐熱性の絶縁材料で形成されている。ここで第２の
絶縁シート16の厚さt2としては、1mm〜2mm程度が好まし
く、本実施例では厚さt2は2mmに設定されている。この
第２の絶縁シート16の厚さt2が薄すぎると充分な絶縁効
果が得られず、一方この第２の絶縁シート16の厚さt2が
厚すぎると温度制御板14からの冷却効果が充分に得られ
ないため、第２の絶縁シート16の厚さt2は上記した程度
が好ましい。The second insulating sheet 16 is for suppressing the application of high frequency to the temperature control plate 14, and is formed of a vacuum-resistant and heat-resistant insulating material such as a fluororesin. Here, as the thickness t 2 of the second insulating sheet 16, preferably about 1 mm to 2 mm, the thickness t 2 in the present embodiment is set to 2 mm. If the thickness t 2 of the second insulating sheet 16 is too small, a sufficient insulating effect cannot be obtained, while if the thickness t 2 of the second insulating sheet 16 is too thick, the cooling effect from the temperature control plate 14 will not be obtained. Is not sufficiently obtained, the thickness t2 of the second insulating sheet 16 is preferably in the above-described range.
また、試料台17は、Al等で形成された電極19（導電部
材）と、この電極19を被覆するAl2O3等で形成された絶
縁膜20とから構成されており、電極19には電極棒21が接
続されている。そして、この電極棒21は、第２の絶縁シ
ート16、温度制御板14等を貫通して図示省略の直流電源
及び高周波電源に接続され、試料台17は第２の絶縁シー
ト16上に固定されている。尚、22は絶縁筒であって、電
極棒21と温度制御板14等との電気的接触を防止してい
る。The sample stage 17 is composed of an electrode 19 (conductive member) made of Al or the like, and an insulating film 20 made of Al 2 O 3 or the like that covers the electrode 19. The electrode rod 21 is connected. The electrode rod 21 is connected to a DC power supply and a high-frequency power supply (not shown) through the second insulating sheet 16, the temperature control plate 14, and the like, and the sample table 17 is fixed on the second insulating sheet 16. ing. Reference numeral 22 denotes an insulating cylinder, which prevents electrical contact between the electrode rod 21 and the temperature control plate 14 or the like.
上記試料保持装置を具備したECRプラズマエッチング
装置においては、以下の如く試料台17に載置された試料
24へのエッチングがなされる（第２図参照）。In the ECR plasma etching apparatus equipped with the sample holding device, the sample placed on the sample stage 17 as described below is used.
24 is etched (see FIG. 2).
まず、Cl2、BCl3等のエッチングガス及びN2、O2、He
等のキャリアガスを第１のガス導入管６又は第２のガス
導入管８からそれぞれプラズマ生成室１又は試料室２に
導入した後、これらプラズマ生成室１及び試料室２を所
定圧力（４×10-3Torr）に設定し、マイクロ波（周波数
2.45GHz）をマイクロ波導波管３からプラズマ生成室１
に導入する。そして、励磁コイル４に直流電流を供給し
てECR条件を満足する所定の磁場を発生させ、ECR励起に
よりプラズマ25を生成する。生成したプラズマ25は、孔
９（プラズマ引出窓）を通過し、発散磁界により矢印Ｃ
方向に加速されて試料室２内に導かれる。First, an etching gas such as Cl 2 or BCl 3 and N 2 , O 2 , He
After the carrier gas such as is introduced from the first gas introduction pipe 6 or the second gas introduction pipe 8 into the plasma generation chamber 1 or the sample chamber 2, respectively, the plasma generation chamber 1 and the sample chamber 2 are subjected to a predetermined pressure (4 × Set to 10 -3 Torr, microwave (frequency
2.45 GHz) from the microwave waveguide 3 to the plasma generation chamber 1
To be introduced. Then, a DC current is supplied to the exciting coil 4 to generate a predetermined magnetic field satisfying the ECR condition, and the plasma 25 is generated by the ECR excitation. The generated plasma 25 passes through the hole 9 (plasma extraction window), and is generated by the diverging magnetic field by the arrow C.
It is accelerated in the direction and guided into the sample chamber 2.
一方、試料台17の電極19に直流電圧が印加されると、
試料24はプラズマ25を介して接地される一方、電極19は
正（又は負）に帯電し、試料24の裏面と電極19との間に
は一定の静電容量を有するコンデンサが形成され、試料
24は試料台17の上面に吸着され保持される。On the other hand, when a DC voltage is applied to the electrode 19 of the sample stage 17,
While the sample 24 is grounded via the plasma 25, the electrode 19 is positively (or negatively) charged, and a capacitor having a constant capacitance is formed between the back surface of the sample 24 and the electrode 19,
24 is adsorbed and held on the upper surface of the sample table 17.
そしてさらに、電極19に高周波が印加されると、この
高周波及びプラズマの作用により試料24の表面側には負
のバイアスが励起され、試料表面には所定の強度を有す
る電界が形成される。そして、プラズマ25は試料24に吸
引されてこの試料24に所定のエッチングが施される。Further, when a high frequency is applied to the electrode 19, a negative bias is excited on the surface side of the sample 24 by the action of the high frequency and the plasma, and an electric field having a predetermined intensity is formed on the sample surface. Then, the plasma 25 is sucked by the sample 24, and the sample 24 is subjected to predetermined etching.
上記試料保持装置５においては、温度制御板14と基台
12との間に第１の絶縁シート13が介装されているので、
温度制御板14はこの温度制御板14内の流路18を循環する
冷媒の絶縁抵抗値と同程度の絶縁抵抗値をもって絶縁さ
れる。すなわち、温度制御板14には流路18内を冷媒が循
環しているため、温度制御板14は冷媒と同程度の絶縁性
でもって電気的に絶縁される。一方、前記冷媒の絶縁抵
抗値は1MΩ以上を有し（純水の場合、２〜3MΩ）、プラ
ズマの絶縁抵抗値である1kΩより大きい。したがって、
高周波が電極19に印加されると、高周波電力は温度制御
板14にも印加されるもののこの温度制御板14からアース
に逃げることなく、抵抗の低い試料24側にバイアス電圧
が励起され、装置間に差異のない均一な電界強度が試料
24上に形成される。すなわち、温度制御板14は電極19と
同様の作用をなし、試料24には装置間に差異のないバイ
アス電圧が励起される。In the sample holding device 5, the temperature control plate 14 and the base
12 and the first insulating sheet 13 is interposed between
The temperature control plate 14 is insulated with an insulation resistance value substantially equal to the insulation resistance value of the refrigerant circulating in the flow path 18 in the temperature control plate 14. That is, since the refrigerant circulates through the flow path 18 in the temperature control plate 14, the temperature control plate 14 is electrically insulated with the same degree of insulation as the refrigerant. On the other hand, the refrigerant has an insulation resistance value of 1 MΩ or more (in the case of pure water, 2 to 3 MΩ), and is larger than the insulation resistance value of plasma, 1 kΩ. Therefore,
When the high frequency is applied to the electrode 19, the high frequency power is also applied to the temperature control plate 14, but without escaping from the temperature control plate 14 to the ground, a bias voltage is excited toward the sample 24 with low resistance, and the Uniform electric field strength with no difference in sample
Formed on 24. That is, the temperature control plate 14 performs the same operation as the electrode 19, and a bias voltage having no difference between the devices is excited in the sample 24.
第３図（ａ）（ｂ）は復数個の試料台Ａ〜Ｃについて
高周波を電極19に印加した場合において、試料24の自己
バイアス電圧（Ｖ）と高周波電力（Ｗ）との相関関係を
示した特性図であって、第３図（ａ）は本発明の特性図
を示し、第３図（ｂ）は従来例（第６図参照）の特性図
を示している。自己バイアス電圧は、試料24としてのAl
板を試料台17に載置し、高周波を電極19に印加して測定
した。また、第１のガス導入管６から200SCCMのCl2ガス
を、またマイクロ波導波管３から出力800Wのマイクロ波
をそれぞれプラズマ生成室１に導入してプラズマ25を生
成した。尚、試料24とプラズマ引出窓９との間の距離は
160mmであった。FIGS. 3 (a) and 3 (b) show the correlation between the self-bias voltage (V) of the sample 24 and the high-frequency power (W) when a high frequency is applied to the electrode 19 with respect to several sample stages A to C. FIG. 3 (a) is a characteristic diagram of the present invention, and FIG. 3 (b) is a characteristic diagram of a conventional example (see FIG. 6). The self-bias voltage is
The plate was placed on the sample stage 17 and a high frequency was applied to the electrode 19 for measurement. Also, Cl 2 gas of 200 SCCM was introduced into the plasma generation chamber 1 from the first gas introduction pipe 6 and 800 W of microwave was output from the microwave waveguide 3 to generate plasma 25. The distance between the sample 24 and the plasma extraction window 9 is
160 mm.
第３図（ａ）（ｂ）から明らかなように、従来例にお
いては高周波電力（Ｗ）に対する自己バイアス電圧
（Ｖ）は試料台Ａ〜Ｃで10〜20V程度のバラツキが存在
するのに対し、本発明は高周波電力に対する自己バイア
ス電圧は試料台Ａ〜Ｃ間でバラツキが生じず、試料保持
装置の信頼性が向上している。As is clear from FIGS. 3 (a) and 3 (b), in the conventional example, the self-bias voltage (V) with respect to the high-frequency power (W) varies about 10 to 20 V between the sample tables A to C. According to the present invention, the self-bias voltage for high-frequency power does not vary among the sample tables A to C, and the reliability of the sample holding device is improved.
また、上記試料保持装置は、試料台17と温度制御板14
との間に第２の絶縁シート16が介装されているので、試
料台17の周辺部（図中、26で示す）への高周波電力の印
加が抑制され、高周波の電力損失を抑制することができ
る。すなわち、試料24の表面上には高密度の電界強度が
形成されることとなる。Further, the sample holding device includes a sample stage 17 and a temperature control plate 14.
Since the second insulating sheet 16 is interposed between the first and second substrates, the application of high-frequency power to the periphery of the sample table 17 (indicated by 26 in the figure) is suppressed, and high-frequency power loss is suppressed. Can be. That is, a high-density electric field strength is formed on the surface of the sample 24.
第４図は、上述と同様、試料24としてAl板を使用し、
第２の絶縁シート16による効果を測定した結果である。
図中、実線が本発明に係る場合を示し、、破線は第２の
絶縁シート16が介装されていない従来例に係る場合を示
している。FIG. 4 shows the case where an Al plate is used as the sample 24 in the same manner as described above.
It is the result of measuring the effect of the second insulating sheet 16.
In the drawing, a solid line indicates a case according to the present invention, and a broken line indicates a case according to a conventional example in which the second insulating sheet 16 is not interposed.
この第４図から明らかなように、本発明のものは従来
例のものに比べて試料24に励起されるバイアス電圧が増
加し、高密度の電界強度が形成されていることが判る。As is clear from FIG. 4, the bias voltage of the sample of the present invention, which is excited by the sample 24, is increased as compared with the conventional example, and a high-density electric field is formed.
第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）は試料24にエッチングを施
した場合のエッチング状態を示したものであって、試料
24としてSi基板27にSiO2膜28、Al合金29が順次積層形成
され、さらにこのAl合金29に所定パターンのレジスト30
が塗布されたものが使用されている。図中、第４図
（ａ）はエッチング前の試料24を示し、第４図（ｂ）は
本発明に係る試料保持装置を使用してエッチングを施し
た場合を示し、第４図（ｃ）は従来例（第６図参照）に
係る試料台53に試料24を載置してエッチングを施した場
合を示している。また、第１のガス導入管６から200SCC
MのCl2ガスを、マイクロ波導波管３から出力900Wのマイ
クロ波をそれぞれプラズマ生成室１に導入してプラズマ
を生成した。尚、高周波電源の出力は350Wに設定した。5 (a), 5 (b) and 5 (c) show the etching state when the sample 24 is etched.
As an 24, an SiO 2 film 28 and an Al alloy 29 are sequentially formed on a Si substrate 27, and a resist 30 having a predetermined pattern
Is used. 4 (a) shows a sample 24 before etching, FIG. 4 (b) shows a case where etching is performed using the sample holding apparatus according to the present invention, and FIG. 4 (c). Shows a case where the sample 24 is mounted on the sample stage 53 and etched according to a conventional example (see FIG. 6). In addition, the first gas introduction pipe 6
M Cl 2 gas and 900 W microwaves were introduced from the microwave waveguide 3 into the plasma generation chamber 1 to generate plasma. The output of the high frequency power supply was set to 350W.
この第５図（ｂ）（ｃ）から明らかなように、従来例
に係る場合、高周波の電力損失が大きいため、試料24上
に形成される電界強度が弱く、Al合金29にはレジスト30
が多く残っている。また、プラズマイオンの指向性も弱
いため、Al合金29は逆テーパ状にエッチングされてい
る。これに対し本発明に係る試料保持装置を使用した場
合、試料24には充分なバイアス電圧が励起されているた
め、鋭くエッチングされている。As apparent from FIGS. 5 (b) and 5 (c), in the case of the conventional example, the electric field intensity formed on the sample 24 is weak because of the high frequency power loss, and the resist 30
Many remain. Further, since the directivity of the plasma ions is weak, the Al alloy 29 is etched in a reverse taper shape. On the other hand, when the sample holding device according to the present invention is used, the sample 24 is sharply etched because a sufficient bias voltage is excited in the sample 24.
また、上記試料保持装置においては、従来例（第６図
参照）における試料台押え54を省略することが可能とな
り、装置の簡略化を図ることができる。Further, in the sample holding device, the sample stage holder 54 in the conventional example (see FIG. 6) can be omitted, and the device can be simplified.
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく要
旨を逸脱しない範囲において変更可能である。例えば、
第１及び第２の絶縁シート13、16に使用する材料として
は、耐真空性、耐熱性を有するのであればよく、フッ素
樹脂の他、ポリイミドやシリコンゴムあるいはセラミッ
ク板も使用可能である。The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified without departing from the scope of the invention. For example,
The material used for the first and second insulating sheets 13 and 16 is not limited as long as it has vacuum resistance and heat resistance. In addition to fluorine resin, polyimide, silicon rubber, or a ceramic plate can be used.
また、上記実施例においては、温度制御板により試料
が冷却される場合について説明したが、温度制御板にヒ
ータを埋設して試料を加熱することにより試料の温度制
御を行なう場合にも同様に適用できる。すなわち、この
場合においても温度制御板の絶縁抵抗は冷媒の場合と同
様1MΩ以上を有するため、温度制御板の絶縁抵抗値はプ
ラズマの絶縁抵抗値（約1kΩ）よりも高く、所期の目的
を達成することができる。In the above embodiment, the case where the sample is cooled by the temperature control plate has been described. However, the same applies to the case where the temperature is controlled by burying a heater in the temperature control plate and heating the sample. it can. That is, even in this case, the insulation resistance of the temperature control plate is 1 MΩ or more as in the case of the refrigerant, so the insulation resistance value of the temperature control plate is higher than the insulation resistance value of the plasma (about 1 kΩ). Can be achieved.
また、本発明に係る試料保持装置は、プラズマCVD装
置を使用して試料表面に薄膜を形成する場合にも同様に
適用することができる。Further, the sample holding device according to the present invention can be similarly applied to a case where a thin film is formed on a sample surface using a plasma CVD device.
発明の効果 以上詳述したように本発明に係る試料保持装置は、高
周波が印加される導電部材に絶縁膜が被覆された試料台
と、該試料台が載置される温度制御板とを備え、該温度
制御板がアースから電気的に絶縁されているので、温度
制御板はアースから電気的に浮遊されている。つまり、
温度制御板は電極と同様の使用をなすこととなり、温度
制御板に高周波が印加されても高周波電力はアースに逃
げることはなくなり、試料側のバイアス電圧は装置間に
差異のない均一的なものとなる。したがって、試料表面
上に形成される電界強度は、装置間における差異がなく
なり、所望のエッチングや薄膜形成を施すことが可能と
なり、信頼性の向上した半導体デバイスを得ることがで
きる。Effect of the Invention As described in detail above, the sample holding device according to the present invention includes a sample stage in which a conductive member to which a high frequency is applied is coated with an insulating film, and a temperature control plate on which the sample stage is mounted. Since the temperature control plate is electrically insulated from the ground, the temperature control plate is electrically floating from the ground. That is,
The temperature control plate is used in the same way as the electrodes, so that even if high frequency is applied to the temperature control plate, the high-frequency power will not escape to the ground, and the bias voltage on the sample side will be uniform with no difference between the devices. Becomes Therefore, the intensity of the electric field formed on the surface of the sample has no difference between the apparatuses, and the desired etching and thin film formation can be performed, and a semiconductor device with improved reliability can be obtained.
また、上記試料保持装置に加えて、さらに温度制御板
と試料台との間に絶縁部材が介装されることにより、温
度制御板に印加される高周波電力が抑制されると共に、
試料表面上に励起されるバイアス電圧が増加し、試料表
面上の電界密度が高くなり、効率よくエッチング及び薄
膜形成を行なうことができ、省エネルギ化を図ることが
できる。Further, in addition to the sample holding device, by further interposing an insulating member between the temperature control plate and the sample stage, while suppressing the high-frequency power applied to the temperature control plate,
The bias voltage excited on the sample surface increases, the electric field density on the sample surface increases, the etching and thin film formation can be performed efficiently, and energy saving can be achieved.
さらには、従来から使用されている試料押えを省略す
ることが可能となり、構造が簡略化され、コストダウン
を図ることができる。Furthermore, it is possible to omit the sample holder conventionally used, so that the structure is simplified and the cost can be reduced.
第１図は本発明に係る試料保持装置の一実施例を示す断
面図、第２図は本発明に係る試料保持装置が内装された
ECRプラズマエッチング装置の概略断面図、第３図
（ａ）（ｂ）は復数個の試料台について高周波電源の出
力と試料の自己バイアス電圧を示した特性図であって、
第３図（ａ）は本発明に係る特性図、第３図（ｂ）は従
来例に係る特性図、第４図は第２の絶縁シートの効果を
みるための高周波電源の出力と試料の自己バイアス電圧
との相関関係を示した特性図、第５図（ａ）（ｂ）
（ｃ）はエッチング形状の模式図であって、第５図
（ａ）はエッチング前の試料を示した断面図、第５図
（ｂ）は本発明に係る試料保持装置を使用してエッチン
グした場合の試料の断面図、第５図（ｃ）は従来例に係
るものを使用してエッチングした場合の試料の断面図、
第６図は従来例の試料保持装置の概略断面図である。 14……温度制御板、16……第２の絶縁シート（絶縁部
材）、17……試料台、19……電極（導電部材）、20……
絶縁膜。FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a sample holding device according to the present invention, and FIG. 2 is equipped with a sample holding device according to the present invention.
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are characteristic diagrams showing the output of a high-frequency power supply and the self-bias voltage of a sample on a number of sample stages, and FIG.
FIG. 3 (a) is a characteristic diagram according to the present invention, FIG. 3 (b) is a characteristic diagram according to a conventional example, and FIG. 4 is an output of a high-frequency power source and a sample of FIG. 5 (a) and 5 (b) are characteristic diagrams showing the correlation with the self-bias voltage.
FIG. 5 (c) is a schematic view of the etching shape, FIG. 5 (a) is a cross-sectional view showing a sample before etching, and FIG. 5 (b) is etched using the sample holding device according to the present invention. FIG. 5 (c) is a cross-sectional view of the sample in the case where etching is performed using the conventional example.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a conventional sample holding device. 14 ... temperature control plate, 16 ... second insulating sheet (insulating member), 17 ... sample table, 19 ... electrode (conductive member), 20 ...
Insulating film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−270471（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23F 4/00 C23C 16/50 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-270471 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23F 4/00 C23C 16/50 H01L 21 / 205 H01L 21/3065 H01L 21/31
Claims (2)
置において、高周波電源が印加される導電部材に絶縁膜
が被覆された試料台と、該試料台が載置され、試料温度
を制御する温度制御板とを備え、該温度制御板はアース
から電気的に絶縁されていることを特徴とする試料保持
装置。In a sample holding apparatus provided in a plasma processing apparatus, a sample stage in which a conductive member to which a high-frequency power is applied is covered with an insulating film, and the sample stage is mounted to control a sample temperature. A sample holding device, comprising: a temperature control plate, wherein the temperature control plate is electrically insulated from ground.
装されていることを特徴とする請求項１記載の試料保持
装置。2. The sample holding device according to claim 1, wherein an insulating member is interposed between the temperature control plate and the sample table.
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