JP3109339B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP3109339B2
JP3109339B2 JP23280493A JP23280493A JP3109339B2 JP 3109339 B2 JP3109339 B2 JP 3109339B2 JP 23280493 A JP23280493 A JP 23280493A JP 23280493 A JP23280493 A JP 23280493A JP 3109339 B2 JP3109339 B2 JP 3109339B2
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wafer
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cooling gas
gas
plasma processing
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直行 田村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に係
り、微細な設計ルールのデバイスの生産において特に異
物の発生を押さえ、且つウェハの温度を精密に制御する
必要のある半導体製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの製造過程において、ウ
ェハの温度制御が重要であり、これを解決する手段とし
てウェハと載置台の間に冷却ガスを導入して、冷却効果
を得ること、ウェハと載置台を静電吸着によって指示す
ることが特開昭60−115226号公報に記載されて
いる。
【0003】又、該公知例は、ウェハの少なくとも外周
辺を載置台に吸着させ、冷却ガスをウェハと載置台の隙
間に満たし、吸着力を極力小さくして、冷却ガスが真空
処理室へ漏出することを抑制しようとしていることが記
載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理装置の例
として、プラズマエッチング装置を例にとって、従来技
術の問題点と本発明の目的を説明する。
【0005】先ず、従来技術はウェハサイズに対する配
慮について記載されておらず、極力小さな吸着力で冷却
ガスが処理室に漏出して、プロセスに与える影響を少な
くすると説明しているが、吸着力と冷却ガス圧力の相関
については述べられていない。上述の従来技術に対し、
本発明の目的は現状の大口径ウェハにおいて、1) ウ
ェハの変形を押え、2) プラズマ処理によるウェハへ
の入熱に対し、十分な熱交換が可能で、3) 静電吸着
後、冷却ガス導入に当って、迅速にウェハ裏面全域に冷
却ガスが充填され、4) ウェハに対する載置台からの
異物転写の少ない再現性が良く、生産性の高い、ウェハ
温度制御ができるプラズマ処理装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めには、現状の実現可能な技術レベルを認識する必要が
ある。先ず、冷却ガスを媒体としてウェハを温度制御す
る時、必要な冷却ガスの圧力は2Torr以上が必要で、こ
の圧力は高いほど熱伝達の効率は良くなる。一方、静電
吸着力は、制御しようとするウェハの温度に大きく依存
し、現状実用化されているプロセスでは、−60℃〜+15
0℃程度であり、汎用的な印加電圧300〜1000Vの下で安
定して得られる吸着力は40〜100gf/cm2である。冷却ガ
スの圧力制御については、ガス供給系の時定数やウェハ
と載置台と接触面の粗さの相対関係等によって大きく変
動するために、精密に圧力を制御することは困難であ
る。従って、例えば10Torr±5Torr程度の制御になる。
【0007】これらを前提に前記公知例と対比して見る
と、先ず接触すべき位置について少なくともウェハ外周
辺を吸着とあるが、ウェハ外周辺を支持して、裏面に圧
力10Torrでガスを充填するとウェハの変形量は0.1〜0.2
5mmも変形する。この値は、ウェハのエッチング加工精
度を損うと共に、冷却ガスによる熱伝達効率も小さくな
るので、この問題を解決するためにはウェハの外周辺の
他にウェハサイズによって、例えば6″の場合は1周、
8″の場合は2周等、ウェハのセンタ寄りに吸着部を別
に設けることによって、この変形を防止することができ
る。
【0008】又、ウェハを他の部材と接触させると、必
ずその部分に異物が付着することは周知であり、この観
点から考えると静電吸着面は小さい方が良いことは明白
である。しかし乍ら、前述した如く、圧力制御レベル、
吸着力とを考え合せると、現状の技術レベルでは吸着面
積をウェハの全面積の約1/2以下とするのが妥当であ
る。何故なら、静電吸着力が40gf/cm2の時、8″ウェハ
で1/2吸着の時全吸着力は約6280gfであるのに対し、
冷却ガスに圧力15Torrによる剥離力は、約6190gfとなる
からである。
【0009】更に、本発明は次の2点について課題の解
明を提示している。一つは、ウェハのハンドリングに関
るプッシャ部に対して、異物輸送の対する解を与えてい
る。載置台の内部に設備され、あるいは載置台を貫通し
て設備されるプッシャは、他の部材と接触して異物の発
生源となる宿命を持っている。本発明は、余剰の冷却ガ
スがこの穴を通って載置台の裏側に流れる様になってお
り、ウェハとは反対方向に発生した異物を運ぶ仕組とな
っているので、ウェハへの異物付着と経減できる。更に
もう一つは、載置台の裏側は、冷媒の供給系統や載置台
の上下機構等、複雑な機構が構成されるのが常であり、
エッチングによる反応、生成物等がこの部分に付着する
と取扱いが面倒である。これに対し、載置台裏面にカバ
ーを設備し、このカバーの内側に冷却ガスの余剰ガスが
流れ込む様にして、処理室の処理時の圧力よりカバー内
の圧力を高めることにより、処理室での反応生成物がカ
バー内に入ることを抑制して、載置台裏面の機構部をよ
り長時間、反応生成物の付着から保護することができ
る。
【0010】
【作用】本発明では、プラズマ処理室内のウェハ載置台
において、ウェハを静電吸着するのに必要なウェハの1
/2以下の接触部を、ウェハの外周部と少なくとも1つ
の他の直径を持つ部分に分散して設け、内側の吸着部に
冷却ガスが載置台裏側に貫通して流出できる穴を持たせ
ることによって、十分な冷却機能を有した上で、載置台
からの異物転写の少ないウェハ温度制御システムを提供
することができる。 更に、載置台の裏側に貫通する穴
の中にウェハ搬送に供するプッシャを設けることによ
り、プッシャ部で発生した異物をウェハとは反対側に運
ぶためのキャリヤガスとして余剰の冷却ガスが作用し、
ウェハへの異物付着を防止し、加えて、当該余剰の冷却
ガスは、載置台裏側のカバー内に導入され、カバー内圧
力を処理室圧力により高めて載置台裏側の機構部の汚
染、生成物の付着を抑制する。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例を図によって説明する。図
1は本発明の一実施例の構成を示す。図1において、真
空処理室10は、処理室容器7と、真空室を構成する導
入窓3と、真空排気手段と、処理室内にウェハ5を載置
する載置台6と、処理ガス導入手段から成り、本実施例
の場合はマグネトロン1によってマイクロ波を発生さ
せ、マイクロ波導波管2によってマイクロ波を導入窓3
を経て処理室10へ伝播できる構造となっている。真空
処理室の周囲には磁場発生用電磁コイル4が設備してあ
る。図2は載置台6の断面を示し、ヘッド部61の上面
には静電吸着のための絶縁膜が付着してあり、ウェハ5
と接触・吸着する堰62aがウェハ外周部に設けられてお
り、それより内径部に堰B62b堰C62cがそれぞれ設けて
あり、堰C62cの中に載置台裏面に貫通する穴66が設
けてある。ヘッド部61の中部には冷媒を溜める空間6
4が設けてあり、冷媒の供給排出が可能な通路が設けて
ある。ヘッド部61の固着した軸63が載置台のほぼ中
心に設けてあり、この中に冷却ガスを導入するための導
入路が設けてある。前述の穴66に係合して、ウェハ搬
送のためのプッシャ機構65が設けてある。載置台の裏
側には貫通穴66より外周部にカバー67が配置されて
いる。
【0012】本発明は上記のように構成され、ウェハ5
を処理する場合は、真空の状態で搬送手段(図示せず)
よりウェハ5を処理室10へ導入し、予め冷媒によって
温度制御された載置台へウェハ5を載置して、電磁コイ
ル4へ通電し、所定の磁場を形成して処理ガスを導入
し、マグネトロンへ通電し、マイクロ波を発生して、処
理室内でECR(電子サイクロトロン共鳴)によりガス
をプラズマ化し、プラズマによってDC回路を形成して
静電吸着力を発生させ、続いてウェハ5と載置台6の間
に冷却ガスを充填する。冷却ガスは、吸着している接触
部以外のギャップを素早く拡散し、プラズマからウェハ
に入る熱をヘッド部へ伝達し、冷媒と熱交換を行わせ
る。冷却ガスは、ウェハの外周近傍まで冷却効果を持た
せるために、ウェハの外周部で処理室へ漏出するが、そ
れと同時に貫通穴66へ積極的に漏出する寸法関係が与
えられ、余剰ガスとして載置台裏側へ噴出する。ウェハ
と載置台の間の冷却ガスは、所定の圧力以上に保持する
必要があり、漏出したガス量に相当するガスは常に供給
している。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、冷却のために必要な冷
却ガスの圧力を確保しつつ、接触面積を低減して異物が
ウェハ裏面へ転写する量を低減し、生産設備として再現
性の良い、ウェハ温度制御された状態でのプラズマ処理
を可能にし、歩溜りの良いプラズマ処理装置を得ること
ができる。
【0014】更に、冷却ガスの余剰分を載置台の裏側
(ウェハの反対側)に噴出することによって、プッシャ
部で発生する異物をウェハと反対側へ運び出し、ウェハ
への異物付着を軽減し、加えて処理室内の載置台裏側に
設けたカバー内に当該ガスを噴出することにより、カバ
ー内の圧力を処理室の圧力より高く保ち、載置台の機構
部への反応生成物の付着を少なくして、経時変化の少な
いプラズマ処理装置を提供できるメリットがある。
【0015】ここでいう冷却ガスは一般的にはヘリウム
ガスが用いられ、本発明では数ccm〜10ccm程度が処理室
内へ漏出することになるが、この量はプロセスガスの供
給量の100分の1〜数拾分の1で、プロセスに対して何
ら影響を与えないことは実験により確認済である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のプラズマ処理装置の概略図
である。
【図2】本発明の載置台の詳細説明図である。
【符号の説明】
1…:マグネトロン、2…導波管、3…導入窓、4…電
磁コイル、6…載置台、10…処理室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C30B 33/12 H01L 21/68

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空処理室と、ガス導入手段と、真空処理
    室にウェハを載置する手段を有するプラズマ処理装置
    で、ウェハを載置する載置台がウェハを静電吸着によっ
    て保持し、冷却ガスをウェハと載置台の間に導入してウ
    ェハの温度制御を行うプラズマ処理装置において、 前記載置台は、誘電体膜(絶縁膜)とウェハとが直接接
    触する構造であって、ウェハと載置台の接触面積(静電
    吸着面積)がウェハの面積の1/2以下であり、且つウ
    ェハ外周の他にウェハ外周とウェハ中心の間に少なくと
    も略1周の接触部を有し、接触部以外は冷却ガスの導入
    時の拡散を早めるためにギャップを与えられており、冷
    却ガスはウェハ周辺部から洩れ出る以外に、載置台裏面
    に洩れ出る穴を有し、かつ該穴中にウェハ押上ピンを装
    備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
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