JP3178332B2 - プラズマ処理装置の運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係り、特に試料の冷却を行う伝熱媒体の排気を行うのに
好適な装置の運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマ処理装置、例えばマイク
ロ波等による放電を利用したドライエッチング装置の重
要な用途の１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。半導体基板のド
ライエッチング技術においては、異方性と選択性の両立
が重要な課題となっており、これを実現するためにこれ
までさまざまな工夫がなされてきた。その中でも今後必
要とされるサブミクロンパターンの微細加工において
は、イオンアシスト反応を利用した低温エッチング技術
が必須とされている。

【０００３】基板はプラズマとの化学反応熱やイオン、
電子の入射エネルギーによって加熱され温度が上昇す
る。このため、基板保持台を水、メタノール、液体窒素
などの冷媒を用いて冷却すると共に、静電吸着を用いて
基板と基板保持台とを密着させ熱伝導を良くすると共
に、基板と基板保持台との間に１〜10Torr程度のＨｅ等
の伝熱用ガスを満たして熱伝達を良好にし、効率良く冷
却する手段がとられている。

【０００４】図４を用いて従来技術におけるウェハの処
理手順を簡単に説明する。図示されていないウェハ搬送
機構を用いてウェハ４８を真空処理室４１内のウェハ載
置台４６上に載置し、ウェハ押えにより押し付け後、排
気ポンプ６１及びコンダクタンス調整弁５９により、適
当な圧力に調整し、直流電源６２を用いてウェハ載置台
４６に電圧を印加すると共に、マグネトロン４３より真
空処理室４１内にマイクロ波を導入し、且つソレノイド
コイル４５にて磁場を発生させ電子サイクロトロン共鳴
によりプラズマを発生させる。これにより誘電体４７中
に電荷が溜り、ウェハ４８を静電気力によりウェハ載置
台４６上に固定する。次に真空排気して高真空に保たれ
ていた冷却ガス導入管５１に冷却ガス７１を流すためバ
ルブｂを閉じ、バルブａを開放し、所定の圧力となるま
で冷却ガス７１を流量制御器５４を経由して除々に導入
する。あらかじめウェハ載置台４６はその内部を循環す
る冷媒により冷却されており、ウェハ４８とウェハ載置
台４６間に冷却ガスが満たされることでウェハ４８は冷
却され始める。このウェハ４８の温度は、図示されてい
ない温度センサーにより検知する。そして適正な温度と
なるようウェハの処理中を含め、冷却ガスの圧力を圧力
計５２にて監視しながらバルブａ５３及びバルブｂ５６
の開閉及び流量制御器５４により調整する。ウェハの処
理終了後は、バルブａ５３を閉じ、バルブｂ５６を開
け、ウェハ４８とウェハ載置台４６間、冷却ガス導入口
６４及び冷却ガス導入管５１内に溜った冷却ガス７１を
排気ポンプ６１により排気し、ウェハ載置台４６を接地
させ誘電体膜４７に蓄積された電荷を除電する。この後
ウェハ押え６５を押し上げ、ウェハ４８を搬出する。

【０００５】上記従来技術は、ウェハ上への発塵及び冷
却ガスの排気について十分な配慮がなされておらず、以
下の様な問題点があった。

【０００６】すなわち、まず従来技術の様な構成を取る
場合、ウェハ４８を押えるウェハ押え６５が必要である
という点である。ウェハ押え６５は絶縁体であるセラミ
クスなどで作られるため、プラズマのエネルギーにより
削り取られ、それがウェハ４８上に付着し、半導体素子
の絶縁不良等の不具合を引き起こす原因となる。これを
なくすため、従来技術の構成でそのままウェハ押え６５
を除去すると、通常の運転時は不具合を起こさないが、
停電又は誤操作により電源が遮断された場合、ウェハ４
８とウェハ載置台４６間の冷却ガス７１の圧力により、
図４に示す如くウェハ４８が浮き上がりウェハ４８がず
れて搬送不能となったり、あるいは脱落するという不具
合を生ずる。すなわち、電源が遮断されると排気ポンプ
６１が停止されるため、バルブｂ５６を非通電時開とし
ていても冷却ガス７１が排気されず、静電吸着力とウェ
ハ押え６５による押えがなくなったウェハ４８を図５に
示すように押し上げ、誘電体膜上に設けてある冷却ガス
圧力均一化のための冷却ガス溝７０内の冷却ガス７１が
放出されるからである。

【０００７】一方、ウェハ８を載置台６に密着固定させ
るため静電吸着を行うとともにウェハ８を冷却するため
冷却ガスを用いることが特開昭６０−１１５２２６号公
報に示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】誘電体膜の誘電率を大
きくして電源遮断後も残留する電荷を大きくすることに
よって、ウェハ押え６５を除くことが考えられるが、残
留吸着力が大きくなると通常の運転時も除電のための時
間が長くなる。このため、１枚当たりの処理時間も長く
なり、結果としてスループットが低下する。

【０００９】本発明の目的は、ウェハ押えを必要とせ
ず、しかもスループットが高いプラズマ処理装置の運転
方法を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した問題を解決する
ため、冷却ガスの排気管を排気ポンプの上部ではなく真
空処理室に接続する構成とし、排気路には非通電時開放
とするバルブを取り付けた。また、ウェハ載置台にもウ
ェハとウェハ載置台間の冷却ガスを抜くための流路と、
この流路を非通電時開放する蓋とを設けた。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に本発明によるプラズマ処理
装置の構成を示す。

【００１２】真空処理室１内には、ウェハ８を配置する
ためのウェハ載置台６が設けられている。ウェハ載置台
６の上面には誘電体膜７が形成されている。ウェハ８は
図示を省略した搬送装置によってウェハ載置台６上に配
置又は取り除かれる。ウェハ８は誘電体膜７を介してウ
ェハ載置台６上に配置される。

【００１３】真空処理室１の上部には、ウェハ載置台６
に対向して石英製のベルジャ２を介して導波管４が取り
付けてある。導波管４の端部には、マイクロ波を発振す
るためのマグネトロン３が取り付けてある。真空処理室
１の外周部には、真空処理室１の内側に磁界を発生させ
るためのソレノイドコイル５が設けてある。また真空処
理室１内部へ処理ガスを導入するためのガス供給管（図
示省略）が接続されている。さらに真空処理室１には排
気管１７を経由して、真空処理室１内部を減圧排気する
ための排気ポンプ２１が接続されている。排気管１７と
排気ポンプ２１の間には、仕切弁１８と真空処理室１内
を適当な圧力に調整するためのコンダクタンス調整弁１
９が取り付けてある。ウェハ載置台６の内部には、冷媒
を循環するための冷媒溝９が形成してあり、該冷媒溝９
には図示を省略した温調器との間で冷媒を移送するため
の冷媒循環用の冷媒配管１０が接続されている。ウェハ
載置台６には図示していない整合器を介して高周波電源
２３が接続され、同時に図示していない高周波遮断器を
介して直流電源２２が接続されている。

【００１４】さらにウェハ載置台６には、誘電体膜７を
貫通して冷却ガス３４を供給するための冷却ガス導入路
２４が形成してあり、該冷却ガス導入路２４には冷却ガ
ス導入管１１が接続されている。冷却ガス、例えばＨｅ
ガスは、冷却ガス導入管１１に設けられた流量制御器１
４を介して誘電体膜７の上に吸着保持されるウェハ８の
裏面に供給される。ウェハ８が配置される範囲の誘電体
膜７には、例えば図３に示すように冷却ガス３４をウェ
ハ８裏面全域に供給し易くした冷却ガス溝３０が設けて
ある。これによりウェハ８裏面の圧力は、ウェハ８裏面
の全域で均一になると共に、冷却ガス導入管１１圧力と
ほぼ同圧となるようにしてある。冷却ガス導入管１１に
は圧力計１２が設けられ、図示されてない温度センサー
から読み取られたウェハ８の温度を監視しながら、冷却
ガス３４の熱伝達率が適切な値となるよう圧力を調整す
る。

【００１５】冷却ガス導入管１１は、非通電時閉である
バルブａ１３の下流で分岐し、一方は冷却ガス導入路２
４と、一方は非通電時開放となるバルブｂ１６を介して
真空処理室１に接続される。これにより、停電時排気ポ
ンプ２１の作動が停止しても、冷却ガス導入管１１内は
冷却ガス導入管よりも数百〜数千倍の容積の真空処理室
１に吸引され、真空処理室１と冷却ガス導入管１１及び
冷却ガス導入路２４は同圧力となる。

【００１６】さらにウェハ載置台６には、図２で示すご
とく冷却ガス溝３０に連通した単数又は複数個の冷却ガ
ス抜き穴３３が設けられ、その出口部は通常（ａ）に示
すごとく、例えばソレノイドを用いたアクチェータ３２
により蓋３１が押し付けられ封止されている。停電時に
は（ｂ）に示すごとくアクチェータ３２が後退し、冷却
ガス溝３０の冷却ガス３４が真空処理室１内に吸引さ
れ、迅速にウェハ８裏面と真空処理室１内が同圧力とな
る。

【００１７】上記したような手段をとることにより、停
電、誤操作等により電源が遮断され、排気ポンプが停止
しても、冷却ガス排気管は真空処理室に連通されるため
迅速に冷却ガスが排気される。さらに冷却ガス溝に溜っ
ている冷却ガスも真空処理室内に迅速に排気される。

【００１８】以上の作用により、ウェハ押えを除去して
も電源遮断時のウェハずれ、脱落がなくなり、発塵が少
なくスループットの高いプラズマ処理装置の運転方法を
提供できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、停電時においてもウェ
ハ裏面の冷却ガス圧力を真空処理室と迅速に同圧力とす
ることができるため、裏面の冷却ガスと真空処理室の差
圧によるウェハの浮き上がりを防止できる。よって必要
であったウェハ押えが不必要となり、低発塵でスループ
ットの高いプラズマ処理装置の運転方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマ処理装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１のウェハ載置台の冷却ガス抜き穴近傍を示
す断面図である。（ａ）は通電時、(ｂ）は非通電時を
示す。

【図３】図１のウェハ載置面の一例を示す平面図であ
る。

【図４】従来技術になるブラズマ処理装置を示す断面図
である。

【図５】図４のプラズマ処理装置より、ウェハ押えを取
り外した場合の停電時のウェハの挙動を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…真空処理室、２…ベルジャ、３…マグネトロン、４
…導波管、５…ソレノイドコイル、６…ウェハ載置台、
７…誘電体膜、８…ウェハ、９…冷媒溝、１０…冷媒配
管、１１…冷却ガス導入管、１２…圧力計、１３…バル
ブａ、１４…流量制御器、１５…冷却ガス排気管、１６
…バルブｂ、１７…排気管、１８…仕切弁、１９…コン
ダクタンス調整弁、２０…配管、２１…排気ポンプ、２
２…直流電源、２３…高周波電源、２４…冷却ガス導入
路、３０…冷却ガス溝、３１…蓋、３２…アクチェー
タ、３３…冷却ガス抜き穴、３４…冷却ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−158361（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110924（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065,21/68 C23C 16/50 C23F 4/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の圧力に減圧排気された真空処理室内
   に処理ガスを供給して処理ガスのプラズマを発生させ、
   プラズマに対向して配置した試料を処理するプラズマ処
   理装置の運転方法において、 前記試料と試料載置台間に満たされる冷却ガスの導入管
   を分岐させ、該冷却ガスの導入管より分岐する排気管を
   バルブを介して前記真空処理室に接続して構成したプラ
   ズマ処理装置であって、非通電時前記バルブを開放し、
   真空処理室内に冷却ガスを抜くよう制御することを特徴
   とするプラズマ処理装置の運転方法。