JP3919942B2 - Electrostatic adsorption device and vacuum processing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電吸着装置及び真空処理装置に関し、特に、半導体装置、磁性体素子、誘電体素子又は配線回路等を形成する際に用いられるフィルム状の基板を真空処理する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置や磁性体素子等を製造する際の基板材料として、ポリイミドなどのフィルム状基板が用いられてきている。
【0003】
このようなフィルム状の基板を用いて半導体装置や磁性体素子などを製造する際には、スパッタリング法やCVD法による薄膜形成と、エッチングによる薄膜のパターニングを繰り返し行うことから、特にエッチング装置は重要視されている。
【0004】
そのようなエッチング装置の従来のものを説明すると、図6(a)を参照し、符号101は、従来技術の平行平板型のプラズマエッチング装置を示している。このプラズマエッチング装置101は、処理室102を有しており、その内部底面側には、下部電極111が設けられ、下部電極111の上方の処理室102の天井側には、上部電極103が絶縁物105を介して設けられている。
【0005】
下部電極111は、壁面を介してグラウンド電位に接続されており、上部電極103は、マッチングボックス110を介して高周波電源109に接続されている。
【0006】
処理室102には、真空ポンプ120と、ガス導入系121とが接続されており、このプラズマエッチング装置101を用いてエッチングを行う場合には、先ず、真空ポンプ120を起動して、処理室102内を真空排気し、予め高真空状態にしておく。
【0007】
次いで、高真空状態を維持しながら、処理室102内にエッチング対象であって、ポリイミドなどよりなるフィルム状の基板106を搬入し、下部電極111上に載置して固定し、ガス導入系121に設けられたバルブ122を開け、ガス導入管123から処理室102内にエッチングガスを導入する。
【0008】
処理室102内が所定圧力で安定した後、高周波電源107を起動し、マッチングボックス110を介して、上部電極103に13.56MHzの高周波電圧を印加すると、下部電極111表面近傍にエッチングガスのプラズマが発生し、基板106表面上の薄膜がエッチングされる。
【0009】
このようなプラズマを用いたエッチングを行えば、ウェットエッチングに比べてパターンの加工寸法精度が向上し、製造工程が簡略化され、エッチングが均一になるという利点があることから、近年主流の技術である。
【0010】
このプラズマエッチング装置101で基板106を載置して固定する下部電極111としては、静電チャックが広く用いられている。この静電チャックは基板106をその表面に静電吸着するため基板との密着性が高いので、基板温度の制御性が良いという利点がある。
【0011】
この静電チャックは、静電吸着のための電圧を印加する電極130、131が絶縁物132でコーティングされることで構成されるが、この電極130、131を完全に被覆するように絶縁物132をコーティングするのが難しく、またこの絶縁物132の膜厚を均一にすることが困難なため、口径300mm以上、特に500mm以上の大面積に対応する静電チャックを製造することは事実上不可能といえるほどであった。
【0012】
そこで、静電チャックを用いずに、下部電極111の周囲にクランプを設けて機械的に基板106を固定する技術が考えられたが、この場合には、基板106の温度上昇が伴うときに、図6(b)に示すように基板106が5〜6mm程度表面から浮き上がって下部電極111との間に空隙1301〜1304が生じ、この空隙1301〜1304にプラズマ生成の際の放電が集中して、基板106が焼けてしまうという問題が生じていた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するために創作されたもので、その目的は、フィルム状の基板にエッチングや成膜処理などのプラズマ処理をする際に適した技術を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、処理対象物を表面に静電吸着する静電吸着装置であって、前記静電吸着に必要な電圧が印加される静電吸着用電極と、前記静電吸着用電極を被覆して支持し、絶縁物よりなる電極支持部とを有し、少なくとも前記電極支持部が複数に分割され、複数に分割された前記電極支持部は、相互に隣接する前記電極支持部間に間隙が設けられるように配置され、前記間隙には、応力を緩和可能な材質からなる緩衝材が設けられ、前記緩衝材は、接着剤からなる静電吸着装置である。
【0015】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の静電吸着装置であって、処理対象物を表面に静電吸着する静電吸着装置であって、前記静電吸着に必要な電圧が印加される静電吸着用電極と、前記静電吸着用電極を被覆して支持し、絶縁物よりなる電極支持部とを有し、少なくとも前記電極支持部が複数に分割され、複数に分割された前記電極支持部は、相互に隣接する前記電極支持部間に間隙が設けられるように配置され、前記間隙には、応力を緩和可能な材質からなる緩衝材が設けられた静電吸着装置である。
【0016】
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の静電吸着装置であって、前記間隙は、1mm以下であることを特徴とする静電吸着装置である。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の静電吸着装置であって、前記間隙には、前記電極支持部の厚み方向中間の位置であって、前記間隙を上下に分離する位置に保護板が設けられた静電吸着装置である。
【0017】
請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の静電吸着装置であって、前記複数に分割された電極支持部は、1枚の取付用基板上に設けられたことを特徴とする静電吸着装置である。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の静電吸着装置であって、前記各電極支持部は、前記取付用基板上に接着剤で固着された静電吸着装置である。
【0018】
請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の静電吸着装置であって、前記静電吸着用電極は2種類設けられ、前記2種類の静電吸着用電極間に一定電圧が印加されるように構成されたことを特徴とする。
【0019】
請求項8記載の発明は、真空処理装置であって、真空排気可能な処理室と、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の静電吸着装置とを有することを特徴とする。
【0020】
本発明は上記のように構成されており、静電吸着用電極を被覆して支持する電極支持部が複数に分割され、隣接する電極支持部間に間隙が設けられるように配置されている。
【0021】
このため、電極支持部を、静電吸着用電極をコーティングする絶縁膜が形成可能で、絶縁物の膜厚を均一にして製造することが可能な大きさになるまで分割することにより、処理対象物の大きさや形状に合わせて、いかような基板も静電吸着可能な静電吸着装置を得ることができる。
【0022】
このようにすることで処理対象物を静電吸着装置の表面に静電吸着することができて処理対象物との密着性が良くなるので、処理対象物の温度制御性が向上する。また、クランプを用いて処理対象物を固着する必要がないので、こうした場合に処理対象物が浮き、浮いた箇所に放電が集中して処理対象物が焼けるという従来生じていた問題も防止できる。
【0023】
さらに、間隙を1mm以下にすることで、静電吸着においても若干生じる処理対象物の浮きを、実用上影響が無い程度まで抑えることができる。この点については図4(a)を参照しながら後述する。
【0024】
また、相互に隣接する電極支持部の間隙には、緩衝材が設けられているので、熱膨張や熱収縮によって生じる応力を緩和することができる。従って、かかる応力によって、特に電極支持部表面にマイクロクラックが生じてしまい、プラズマ生成の際の放電中に、かかるマイクロクラックから異常放電が生じてしまうことを防止することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下で、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1を参照し、符号1は、本発明の一実施形態のプラズマエッチング装置であり、処理室2を有している。処理室2の内部底面側には、本実施形態の静電チャック11が設けられている。
【0026】
この静電チャック11は、図2(b)に示すように、Al等の金属よりなる支持体12(取付用基板)と、静電吸着に必要な電圧を印加する正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bと、支持体12上に設けられ、正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bを被覆して支持する電極支持部22とを有する。
【0027】
電極支持部22は、絶縁板13と、絶縁封止材15と、表面吸着電極16とを有する。絶縁板13は接着剤18で支持体12上に固着されており、後に詳述する正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bをその表面に設けるためのものである。絶縁封止材15は比較的柔軟な材質の樹脂からなり、絶縁板13上に、正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bを被覆するように設けられている。さらに表面吸着電極16は絶縁板からなり、絶縁封止材15の表面に設けられている。
【0028】
図2(a)に正電圧印加電極14Aと負電圧印加電極14Bの配置を示す。図2(a)では、配置関係を明確に示すため、これらの正電圧印加電極14Aと負電圧印加電極14B上に形成されている絶縁封止材15や表面吸着電極16とは図示していない。
【0029】
正電圧印加電極14Aと負電圧印加電極14Bとは、ともに櫛状に成形されたアルミニウムや銅等の金属材料からなる。これらは図2(a)に示すように正電圧印加電極14Aと負電圧印加電極14Bとで互い違いになるように絶縁板13上に配置され、隣接する正電圧印加電極14Aと負電圧印加電極14Bとの間隔(以下で電極間距離と称する。)が等しくなるように配置されている。本実施形態ではこの電極間距離を2mmとしている。
【0030】
正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bには、絶縁板13を介して支持体12の内部から背面にかけて設けられた電圧印加端子21A、21Bがそれぞれ接続され、これらの電圧印加端子21A、21Bは、吸着電圧発生部8に設けられたマッチングボックス4を介して直流電源8A、8Bにそれぞれ接続されており、直流電源8A、8Bを起動すると、正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bにそれぞれ正と負の直流電圧が印加できるように構成されている。
【0031】
本実施形態では上述の電極支持体22は図3に示すように電極支持体221〜224に4分割されており、隣接する電極支持体221〜224間には、1mmの間隙が設けられるようにしている。この間隙には、ゴム状の材質を有する柔らかい接着剤19が充填されている。
【0032】
このように4分割された電極支持体221〜224を製造するには、支持体12上に絶縁板13を接着剤18で接着し、絶縁板13上に正電圧印加電極14Aと負電圧印加電極14Bとを形成した後に、これらを4つに切断する。この切断の際に電極14A、14Bも切断されてしまうが、その後半田などの導電性接着材で再び分断箇所を接合することで、図2(a)に示すようなパターンを確保するようにしている。
【0033】
また、4分割された電極支持体221〜224の各々では、正電圧印加電極14A及び負電圧印加電極14Bは絶縁板13上で全て面一になり、かつ正電圧印加電極14A及び負電圧印加電極14Bと、表面吸着電極16の表面までの距離が全て等しくなるように構成されている。
【0034】
図2(b)に示すように隣接する電極支持体22の間隙には、保護板17が設けられている。この保護板17は、プラズマエッチング装置1のクリーニング時等に熱などで接着剤19が蒸発して枯渇し、プラズマがこの間隙近くの電極に侵入することで生じる不具合を防止する目的で設けられている。
支持体12の背面にはねじ孔20が設けられており、これによって図1のプラズマエッチング装置1の内部底面にねじ止めされている。
【0035】
このような構成を有する静電チャック11の上方の処理室2の天井側には、上部電極3が絶縁物5を介して設けられている。この上部電極3は、電圧発生部7に設けられたマッチングボックス10を介して高周波電源9に接続されている。また、処理室2には、真空ポンプ20と、ガス導入系21とが接続されている。
【0036】
以上のような構成を有するプラズマエッチング装置1を用いてプラズマエッチングを行う場合には、先ず、真空ポンプ20を起動して、処理室2内を真空排気し、予め高真空状態にしておく。
【0037】
次いで、高真空状態を維持しながら、処理室2内にポリイミドからなるフィルム状の基板6(処理対象物)を搬入し、静電チャック11の表面吸着電極16上に載置した後に、直流電源8A、8Bを起動し、正と負の直流電圧を正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bにそれぞれ印加して、これらの電極14A、14B間に2kV〜50Vの範囲の一定電圧が印加されるようにする。すると静電吸着力が基板6と表面吸着電極16との間に発生し、基板6が表面吸着電極16上に静電吸着されて固定される。
【0038】
本実施形態の静電チャック11では、図3に示すように、絶縁封止材15の膜厚が均一になり、正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14Bを完全に被覆できる程度に製造可能な程度の大きさに電極支持部221〜224を四分割している。
【0039】
このため、基板6が大きい場合でも、このように電極支持部22を製造可能な程度の大きさに分割することで、いかなる大きさの基板6でも静電吸着が可能な静電チャック11を得ることができる。
【0040】
したがって、静電吸着により、基板6と静電チャック11との間の密着性が良くなり、基板6の温度制御性が良くなる。また、従来のようにクランプを用いて基板6を固定しなくてよいので、基板6が大きく浮き、浮いた箇所に放電が集中して基板6が焼けることを防止できる。
【0041】
また、静電チャック11が熱膨張や熱収縮をし、熱応力が生じても、まず絶縁封止材15によってこのような熱応力が若干緩和され、かつ電極支持部221〜224の間隙には、柔軟性を有する材質からなる接着剤19が充填され、これによって熱応力がさらに緩和されるので、特に、静電チャック11の表面に熱応力によるマイクロクラックが発生し、プラズマ生成の際にこのマイクロクラックから異常放電が生じることを防止できる。
【0042】
以上のような静電チャック11上に基板6を静電吸着した後に、不図示のヒータで基板6を加熱して昇温させ、ガス導入系21に設けられたバルブ22を開け、ガス導入管23から処理室2内にエッチングガスを導入する。
【0043】
その後処理室2内が所定圧力で安定した後、高周波電源9を起動し、マッチングボックス10を介して、上部電極3に周波数が400kHzの高周波電圧を印加する。すると放電により静電チャック11表面近傍にエッチングガスのプラズマが発生し、このプラズマにより基板6の表面がエッチングされる。
【0044】
本発明の発明者等は、かかる静電チャックを用いたプラズマエッチング装置1の効果を確認するなどの目的で、各種の特性についての測定を行った。
図4(a)に、本実施形態のプラズマエッチング装置1を用いてフィルム上の基板をエッチングしたときにおける、接合距離及び電極間距離と、基板の浮き上がりとの関係を示す。
【0045】
図4(a)で横軸は、接合距離と、電極間距離とを示す。ここで接合距離とは、相互に隣接する電極支持部22間の間隙であり、また電極間距離とは、図2(a)で示した正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14B間のピッチを示す。また、図4(a)で縦軸は、浮き上がり量すなわち基板6が静電チャック11の表面からどの程度浮き上ったかを示している。
【0046】
図4(a)で曲線(A)は、接合距離と浮き上がりとの関係を示し、曲線(B)は、電極間距離と浮き上がりとの関係を示している。
かかる浮き上がりが1mmを超えると基板が焼ける等の不具合が生じはじめていたことがわかっていたので、浮き上がりは1mm以下に抑えることが望まれる。曲線(A)に示すように、接合距離が1mmでは浮き上がりが1mm以下であったが、接合距離が1.2mm程度を超えると浮き上がりが1mmを超えてしまうことが示されている。この測定結果より、接合距離を1mm以下にしておけば、基板の浮き上がりによる不具合を防止することができることが確認できた。
【0047】
また、曲線(B)をみると、電極間距離が2mm以下では浮き上がりが1mm以下に抑えられていたものの、2mmを超えると浮き上がりが1mmを超えることがわかる。これより、基板の浮き上がりによる不具合を防止するためには、電極間距離を2mm以下にしておけばよいことがわかる。
【0048】
図4(b)に、本実施形態のように静電チャックを使用したプラズマエッチング装置と、静電チャックを使用しなかったエッチング装置とのそれぞれについて、放電時間と基板表面温度との関係を求めるための測定を行った。図4(b)で横軸は、プラズマ生成の際の放電時間を示し、縦軸は、基板表面温度を示す。
【0049】
ここでは全ての測定について、0.8W/cm2の高周波電力を供給し、エッチングガスとしてはCF4とO2との混合ガスを500SCCMで処理室内に導入し、処理室内の圧力を250mTorrとした。
【0050】
図4(b)で曲線(C)は、静電チャックを使用しないプラズマエッチング装置について、高周波電力の周波数を350kHzとした場合の測定結果を示し、曲線(D)は、静電チャックを使用しないプラズマエッチング装置について、高周波電力の周波数を13.56MHzとした場合の測定結果を示す。また、曲線(E)は、静電チャックを使用した本実施形態のプラズマエッチング装置を用いた時の測定結果を示している。
【0051】
曲線(C)には、放電時間が2分のときは基板表面温度が100℃であるが、放電時間が8分になった時点で200℃にまで達してしまい、わずか6分の間に100℃もの温度上昇がみられることが示されている。
【0052】
曲線(D)では、曲線(C)ほど急激な変化はみられないものの、放電時間が3分の時点で100℃であった基板表面温度が、放電時間が15分になった時点で200℃にまで達してしまい、12分で100℃も上昇してしまうことが示されている。
【0053】
これに対し、曲線(E)では、放電時間が3分のときには60℃であった基板表面温度が、放電時間が20分になったときでも100℃程度までしか上昇せず、17分間での温度上昇は40℃程度にとどまっており、曲線(C)、(D)に示した静電チャックなしのプラズマエッチング装置に比して、放電時間に対する基板表面温度の変動が少ないことがわかり、基板の温度制御性が良好になるという本発明の効果が確認できたことがわかる。
【0054】
図5(a)、(b)に、本実施形態の静電チャックを用いて、ポリイミドをエッチングする際の高周波電力とポリイミドのエッチングレートとの関係の測定結果を示す。
【0055】
図5(a)に、本実施形態の静電チャックをRIE装置と、プラズマエッチング装置のそれぞれに適用して、ポリイミドのエッチングを行ったときの、高周波電力とエッチングレートとの関係を示す。図5(a)で横軸は高周波電力を示し、縦軸はポリイミドのエッチングレートを示す。
【0056】
図5(a)で曲線(F)は、静電チャックをRIE装置に適用したときの測定結果を示し、曲線(G)はプラズマエッチング装置に適用したときの測定結果を示している。
ここでは全ての測定について、エッチングガスとしてCF4とO2との混合ガスを流量500SCCMで処理室内に導入し、処理室内の圧力を250mTorrとした。
【0057】
曲線(F)には、高周波電力が1kWの時点でエッチングレートが4000Å/minで、高周波電力を2kWまで上げるとエッチングレートが8500Å/minまで向上したことが示されている。
【0058】
また、曲線(G)には、高周波電力が1kWの時点でエッチングレートが2000Å/minで、高周波電力を2kWまで上げるとエッチングレートが4000Å/minまで向上したことが示されている。
【0059】
この測定結果から、RIE装置は同じ高周波電力ではプラズマエッチング装置よりもエッチングレートが大きく、また高周波電力の変化量に対するエッチングレートの変化量が大きいということがわかる。
【0060】
また、図5(b)には、本実施形態の静電チャックを備えたエッチング装置を用いて、ポリイミドをエッチングする際の、高周波電力とエッチングレートとの関係を示す。図5(b)において曲線(H)は高周波電力の周波数が350kHzの場合の測定結果を示し、曲線(I)は高周波電力の周波数が13.56MHzの場合の測定結果を示す。
【0061】
ここでは全ての測定について、エッチングガスとしてCF4とO2との混合ガスを流量500SCCMで処理室内に導入してエッチングを行った。
曲線(H)には、高周波電力が1kWのときには、エッチングレートが6000Å/minであり、2kWになると13500Å/minまで大きくなることが示されており、高周波電力が1kW上昇するとエッチングレートが7500Å/min増加していることがわかる。
【0062】
曲線(I)には、高周波電力が1kWのときには、エッチングレートが4000Å/minであり、2kWになると8500Å/minになっていることが示されており、高周波電力が1kW上昇するとエッチングレートが4500Å/min増加していることがわかる。
【0063】
これより、高周波電力の周波数が小さい曲線(H)のほうが、周波数が大きい曲線(I)に比して高周波電力の変化によるエッチングレートの変動が大きく、またエッチングレートも大きくなっていることがわかる。
【0064】
以上のように、RIE装置では、プラズマエッチング装置に比してエッチングレートが高く、高周波電力を変化させることでエッチングレートも高くなることから、高速なエッチングをする場合にはRIE装置の方が好ましいかに思われる。
【0065】
しかし、RIE装置では、基板を載置する電極に高周波電圧を印加する必要があり、このように高周波電圧が印加される電極に、基板を搬送するための搬送機構を取り付ける必要がある。このため、搬送機構と、基板に印加される高周波電圧との絶縁をとる必要があるため、フィルム状の基板のように自由度の大きな基板の場合技術的に大きな困難を伴うという難点がある。
【0066】
この点、プラズマエッチング装置は基板側が接地電位に接続されているため、かかる高周波電圧との絶縁をとる必要が無く、インラインエッチング装置や、両面エッチング装置や、多段電極エッチング装置を容易に構成でき、さらに製造コストも2/3程度で済む利点がある。従って、本発明をRIE装置に適用することはむろん可能であるが、実用上はRIE装置よりもプラズマエッチング装置に適用することが好ましい。
【0067】
なお、本実施形態では、真空処理装置としてプラズマエッチング装置1について説明しているが、本発明はこれに限らず、CVD装置などの成膜装置や、スパッタリング装置等の他の装置にも適用可能である。
【0068】
また、本実施形態の静電チャック11では電圧印加用の電極として双極型を採用し、図2(a)に示すように配置しているが、本発明はこのような配置関係に限らず、また、単極型を用いてもよい。
【0069】
また、支持体12上で電極支持部221〜224を4分割しているが本発明はこれに限らず、基板の大きさに合わせていくつに分割してもよい。
さらに、本実施形態では電極支持部221〜224の間隙を1mmとしているが、本発明はこれに限らず、1mm以下に設定されていれば基板6の浮きを抑えることができる。また正電圧印加電極14A、負電圧印加電極14B間の間隔を2mmとしているが、本発明はこの値には限らず、2mm以下に設定されていればよい。
【0070】
また、本実施形態では、プラズマ励起のために上部電極3に印加する高周波電圧の周波数を400kHzとしていたが、本発明はこれに限らず、150kHz〜450kHzの範囲に設定することが好ましい。プラズマ密度とイオンエネルギーの積によってエッチングレートはほぼ決定されるが、上記の範囲をとることでエッチングレートはほぼ最大となり、高速なエッチングができるためである。
【0071】
さらに、本実施形態では処理対象物としてフィルム状の基板について説明しているが、本発明はこれに限らず、シリコン基板等、他の静電吸着可能な基板に適用することも可能である。
【0072】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、処理対象物の面積が大きい場合であってもこれを静電吸着することができる。従って基板の温度制御性が向上し、クランプを用いて基板を固着する必要がないので、こうした場合に基板が浮き、浮いた箇所に放電が集中して基板が焼けるという従来生じていた問題も防止できる。
【0073】
更に、静電チャックに熱応力が生じてもマイクロクラックが生じないので、このマイクロクラックから異常放電が生じてしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のプラズマエッチング装置を説明する断面図
【図2】(a):本発明の実施形態の静電チャックにおける電極の配置関係を説明する図
(b):本発明の実施形態の静電チャックの構成を説明する断面図
【図3】本発明の実施形態の静電チャックを説明する平面図
【図4】(a):本発明の実施形態の静電チャックにおいて接合距離及び電極間距離と、基板の浮き上がりとの関係を説明するグラフ
(b):本発明の実施形態において放電時間と基板表面温度との関係を説明するグラフ
【図5】(a):RIE装置とプラズマエッチング装置について高周波電力と、ポリイミドエッチングレートとの関係を比較したグラフ
(b):本発明の実施形態のプラズマエッチング装置において、周波数の異なる高周波電力を印加した場合の、高周波電力とポリイミドのエッチングレートとの関係を説明するグラフ
【図6】(a):従来のRIE装置の構造を説明する図
(b):従来のフィルム状の基板の浮きを説明する断面図
【符号の説明】
1…プラズマエッチング装置 2…処理室 3…上部電極 4…ガス導入路 6…基板(処理対象物) 7…電圧印加部 8…吸着電圧発生部 11…静電チャック 12…支持体 13…絶縁板 14A…正電圧印加電極 14B…負電圧印加電極 15…絶縁封止材 16…表面吸着電極 19…接着剤(緩衝材) 22、221〜224…電極支持部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic chuck and a vacuum processing apparatus, and more particularly to a technique for vacuum processing a film-like substrate used when forming a semiconductor device, a magnetic element, a dielectric element, a wiring circuit, or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a film-like substrate such as polyimide has been used as a substrate material for manufacturing semiconductor devices, magnetic elements and the like.
[0003]
When manufacturing a semiconductor device or a magnetic element using such a film-like substrate, the etching apparatus is particularly important because thin film formation by sputtering or CVD and thin film patterning by etching are repeated. Is being viewed.
[0004]
A conventional one of such an etching apparatus will be described. Referring to FIG. 6A,
[0005]
The
[0006]
A
[0007]
Next, while maintaining a high vacuum state, a film-
[0008]
After the inside of the
[0009]
Etching using such plasma has the advantages that pattern processing dimensional accuracy is improved compared to wet etching, the manufacturing process is simplified, and etching is uniform. is there.
[0010]
An electrostatic chuck is widely used as the
[0011]
This electrostatic chuck is configured by
[0012]
Therefore, a technique has been considered in which a clamp is provided around the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created in order to solve the problems of the conventional technology, and its purpose is to provide a technology suitable for performing plasma processing such as etching or film formation on a film-like substrate. There is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in
[0015]
Invention of
[0016]
The invention described in claim 3Either of
The invention according to
[0017]
The invention according to
The invention described in claim 66. The electrostatic attraction apparatus according to
[0018]
A seventh aspect of the present invention is the electrostatic adsorption device according to any one of the first to sixth aspects, wherein two types of the electrostatic adsorption electrodes are provided, and the two types of electrostatic adsorption devices are provided. The configuration is such that a constant voltage is applied between the electrodes.
[0019]
The invention described in
[0020]
The present invention is configured as described above, and the electrode support part that covers and supports the electrostatic chucking electrode is divided into a plurality of parts, and is arranged so that a gap is provided between adjacent electrode support parts.
[0021]
For this reason, by dividing the electrode support part until it can be formed with an insulating film that coats the electrode for electrostatic adsorption and can be manufactured with a uniform film thickness of the insulator, it can be processed. According to the size and shape of an object, an electrostatic chucking device capable of electrostatically chucking any substrate can be obtained.
[0022]
By doing so, the object to be treated can be electrostatically adsorbed on the surface of the electrostatic adsorption device, and the adhesion to the object to be treated is improved, so that the temperature controllability of the object to be treated is improved. In addition, since it is not necessary to fix the object to be processed using a clamp, it is possible to prevent the conventional problem that the object to be processed floats in such a case, and the object to be processed burns due to the concentration of discharge at the floating portion.
[0023]
Furthermore, by setting the gap to 1 mm or less, it is possible to suppress the floating of the processing object that slightly occurs even in electrostatic adsorption to the extent that there is no practical impact. This point will be described later with reference to FIG.
[0024]
In addition, since the buffer material is provided in the gap between the electrode support portions adjacent to each other, the stress caused by thermal expansion or thermal contraction can be relieved. Therefore, it is possible to prevent a microcrack from being generated on the surface of the electrode support portion due to the stress, and an abnormal discharge from the microcrack during the discharge during plasma generation.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Referring to FIG. 1,
[0026]
As shown in FIG. 2B, the
[0027]
The
[0028]
FIG. 2A shows the arrangement of the positive
[0029]
Both the positive
[0030]
The positive
[0031]
In the present embodiment, the
[0032]
The
[0033]
Further, the
[0034]
As shown in FIG. 2B, a
A
[0035]
On the ceiling side of the
[0036]
When plasma etching is performed using the
[0037]
Next, while maintaining a high vacuum state, a film-like substrate 6 (processing object) made of polyimide is carried into the
[0038]
In the
[0039]
For this reason, even when the
[0040]
Therefore, due to electrostatic adsorption, the adhesion between the
[0041]
Further, even if the
[0042]
After electrostatically adsorbing the
[0043]
After that, after the inside of the
[0044]
The inventors of the present invention measured various characteristics for the purpose of confirming the effect of the
FIG. 4A shows the relationship between the bonding distance and the inter-electrode distance and the lift of the substrate when the substrate on the film is etched using the
[0045]
In FIG. 4A, the horizontal axis indicates the bonding distance and the inter-electrode distance. Here, the junction distance is a gap between the
[0046]
In FIG. 4A, the curve (A) shows the relationship between the bonding distance and the lift, and the curve (B) shows the relationship between the distance between the electrodes and the lift.
Since it has been found that when the lift exceeds 1 mm, problems such as burning of the substrate have started to occur, it is desirable to suppress the lift to 1 mm or less. As shown in the curve (A), when the joining distance is 1 mm, the lift is 1 mm or less. However, when the joining distance exceeds about 1.2 mm, it is shown that the lift exceeds 1 mm. From this measurement result, it was confirmed that if the bonding distance was 1 mm or less, problems due to the floating of the substrate could be prevented.
[0047]
Further, from the curve (B), it can be seen that when the distance between the electrodes is 2 mm or less, the lift is suppressed to 1 mm or less, but when the distance exceeds 2 mm, the lift exceeds 1 mm. From this, it can be seen that the distance between the electrodes should be set to 2 mm or less in order to prevent problems due to the floating of the substrate.
[0048]
FIG. 4B shows the relationship between the discharge time and the substrate surface temperature for each of a plasma etching apparatus using an electrostatic chuck as in this embodiment and an etching apparatus not using an electrostatic chuck. Measurements were taken. In FIG. 4B, the horizontal axis represents the discharge time during plasma generation, and the vertical axis represents the substrate surface temperature.
[0049]
Here, for all measurements, 0.8 W / cm2Of high frequency power and CF as etching gasFourAnd O2Was introduced into the processing chamber at 500 SCCM, and the pressure in the processing chamber was 250 mTorr.
[0050]
Curve (C) in FIG. 4 (b) shows the measurement results when the frequency of the high frequency power is 350 kHz for the plasma etching apparatus not using the electrostatic chuck, and curve (D) does not use the electrostatic chuck. About a plasma etching apparatus, the measurement result in case the frequency of high frequency electric power is 13.56 MHz is shown. Curve (E) shows the measurement result when using the plasma etching apparatus of this embodiment using an electrostatic chuck.
[0051]
The curve (C) shows that the substrate surface temperature is 100 ° C. when the discharge time is 2 minutes, but reaches 200 ° C. when the discharge time becomes 8 minutes, and is 100 in just 6 minutes. It has been shown that a temperature rise of as much as ° C can be seen.
[0052]
In curve (D), although the change is not as rapid as in curve (C), the substrate surface temperature, which was 100 ° C. when the discharge time was 3 minutes, was changed to 200 ° C. when the discharge time was 15 minutes. It is shown that the temperature rises to 100 ° C. in 12 minutes.
[0053]
On the other hand, in the curve (E), the substrate surface temperature, which was 60 ° C. when the discharge time was 3 minutes, increased only to about 100 ° C. even when the discharge time was 20 minutes, and it was 17 minutes. The temperature rise is only about 40 ° C., and it can be seen that the substrate surface temperature does not fluctuate with respect to the discharge time compared to the plasma etching apparatus without electrostatic chuck shown in curves (C) and (D). It can be seen that the effect of the present invention that the temperature controllability is improved can be confirmed.
[0054]
FIGS. 5A and 5B show measurement results of the relationship between the high-frequency power and the polyimide etching rate when polyimide is etched using the electrostatic chuck of this embodiment.
[0055]
FIG. 5A shows the relationship between the high-frequency power and the etching rate when polyimide is etched by applying the electrostatic chuck of the present embodiment to each of the RIE apparatus and the plasma etching apparatus. In FIG. 5A, the horizontal axis represents high frequency power, and the vertical axis represents polyimide etching rate.
[0056]
In FIG. 5A, a curve (F) shows a measurement result when the electrostatic chuck is applied to an RIE apparatus, and a curve (G) shows a measurement result when the electrostatic chuck is applied to a plasma etching apparatus.
Here, CF is used as the etching gas for all measurements.FourAnd O2Was introduced into the processing chamber at a flow rate of 500 SCCM, and the pressure in the processing chamber was 250 mTorr.
[0057]
Curve (F) shows that when the high frequency power is 1 kW, the etching rate is 4000 Å / min, and when the high frequency power is increased to 2 kW, the etching rate is improved to 8500 Å / min.
[0058]
Curve (G) shows that the etching rate is 2000 Å / min when the high frequency power is 1 kW, and the etching rate is increased to 4000 Å / min when the high frequency power is increased to 2 kW.
[0059]
From this measurement result, it can be seen that the RIE apparatus has a higher etching rate than the plasma etching apparatus at the same high-frequency power, and that the change amount of the etching rate with respect to the change amount of the high-frequency power is large.
[0060]
FIG. 5B shows the relationship between the high frequency power and the etching rate when the polyimide is etched using the etching apparatus equipped with the electrostatic chuck of the present embodiment. In FIG. 5B, the curve (H) shows the measurement result when the frequency of the high frequency power is 350 kHz, and the curve (I) shows the measurement result when the frequency of the high frequency power is 13.56 MHz.
[0061]
Here, CF is used as the etching gas for all measurements.FourAnd O2Etching was performed by introducing the mixed gas with the gas at a flow rate of 500 SCCM into the processing chamber.
Curve (H) shows that the etching rate is 6000 kg / min when the high frequency power is 1 kW, and increases to 13500 kg / min when the high frequency power is 2 kW. It can be seen that min has increased.
[0062]
Curve (I) shows that the etching rate is 4000 kg / min when the high frequency power is 1 kW, and 8500 kg / min when the high frequency power is 2 kW. When the high frequency power is increased by 1 kW, the etching rate is 4500 kg. It can be seen that there is an increase in / min.
[0063]
From this, it can be seen that the curve (H) where the frequency of the high frequency power is small has a larger variation in the etching rate due to the change of the high frequency power and the etching rate is larger than the curve (I) where the frequency is high. .
[0064]
As described above, in the RIE apparatus, the etching rate is higher than that in the plasma etching apparatus, and the etching rate is increased by changing the high frequency power. Therefore, the RIE apparatus is preferable for high-speed etching. It seems to be
[0065]
However, in the RIE apparatus, it is necessary to apply a high-frequency voltage to the electrode on which the substrate is placed, and it is necessary to attach a transport mechanism for transporting the substrate to the electrode to which the high-frequency voltage is applied. For this reason, since it is necessary to insulate the transfer mechanism from the high-frequency voltage applied to the substrate, there is a technical problem that a substrate having a high degree of freedom such as a film-like substrate is technically difficult.
[0066]
In this regard, since the plasma etching apparatus is connected to the ground potential on the substrate side, it is not necessary to insulate from such a high frequency voltage, and an in-line etching apparatus, a double-sided etching apparatus, and a multistage electrode etching apparatus can be easily configured, Furthermore, there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced to about 2/3. Therefore, although it is possible to apply the present invention to an RIE apparatus, it is preferable to apply it to a plasma etching apparatus rather than an RIE apparatus in practice.
[0067]
In the present embodiment, the
[0068]
Further, in the
[0069]
Further, the
Furthermore, in this embodiment, the
[0070]
In the present embodiment, the frequency of the high-frequency voltage applied to the
[0071]
Furthermore, in the present embodiment, a film-like substrate has been described as the object to be processed, but the present invention is not limited to this, and can be applied to other electrostatically attractable substrates such as a silicon substrate.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when the area of the processing object is large, it can be electrostatically adsorbed. Therefore, the temperature controllability of the substrate is improved, and there is no need to fix the substrate using a clamp. In such a case, the substrate is floated, and the conventional problem that the substrate is burnt due to concentration of discharge at the floating portion is prevented. it can.
[0073]
Furthermore, since microcracks do not occur even when thermal stress occurs in the electrostatic chuck, it is possible to prevent abnormal discharge from occurring from the microcracks.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram for explaining an arrangement relationship of electrodes in the electrostatic chuck according to the embodiment of the present invention.
(b): Cross-sectional view illustrating the configuration of the electrostatic chuck according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view illustrating an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a graph for explaining the relationship between the bonding distance and the inter-electrode distance and the lift of the substrate in the electrostatic chuck according to the embodiment of the present invention.
(b): a graph for explaining the relationship between the discharge time and the substrate surface temperature in the embodiment of the present invention
FIG. 5A is a graph comparing the relationship between high-frequency power and polyimide etching rate for an RIE apparatus and a plasma etching apparatus.
(b): A graph for explaining the relationship between high frequency power and polyimide etching rate when high frequency power having different frequencies is applied in the plasma etching apparatus of the embodiment of the present invention.
6A is a diagram for explaining the structure of a conventional RIE apparatus; FIG.
(b): Cross-sectional view for explaining the floating of a conventional film-like substrate
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記静電吸着に必要な電圧が印加される静電吸着用電極と、
前記静電吸着用電極を被覆して支持し、絶縁物よりなる電極支持部とを有し、
少なくとも前記電極支持部が複数に分割され、
複数に分割された前記電極支持部は、相互に隣接する前記電極支持部間に間隙が設けられるように配置され、
前記間隙には、応力を緩和可能な材質からなる緩衝材が設けられ、
前記緩衝材は、接着剤からなる静電吸着装置。An electrostatic adsorption device for electrostatically adsorbing a processing object on a surface,
An electrode for electrostatic adsorption to which a voltage necessary for the electrostatic adsorption is applied;
Covering and supporting the electrode for electrostatic attraction, and having an electrode support portion made of an insulator,
At least the electrode support is divided into a plurality of parts ,
The electrode support parts divided into a plurality are arranged so that a gap is provided between the electrode support parts adjacent to each other,
The gap is provided with a cushioning material made of a material that can relieve stress,
The buffer material is an electrostatic adsorption device made of an adhesive .
前記静電吸着に必要な電圧が印加される静電吸着用電極と、
前記静電吸着用電極を被覆して支持し、絶縁物よりなる電極支持部とを有し、
少なくとも前記電極支持部が複数に分割され、
複数に分割された前記電極支持部は、相互に隣接する前記電極支持部間に間隙が設けられるように配置され、
前記間隙には、応力を緩和可能な材質からなる緩衝材が設けられた静電吸着装置。 An electrostatic adsorption device for electrostatically adsorbing a processing object on a surface,
An electrode for electrostatic adsorption to which a voltage necessary for the electrostatic adsorption is applied;
Covering and supporting the electrode for electrostatic attraction, and having an electrode support portion made of an insulator,
At least the electrode support is divided into a plurality of parts,
The electrode support parts divided into a plurality are arranged so that a gap is provided between the electrode support parts adjacent to each other,
An electrostatic attraction apparatus provided with a buffer material made of a material capable of relaxing stress in the gap .
請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の静電吸着装置とを有することを特徴とする真空処理装置。A processing chamber that can be evacuated;
A vacuum processing apparatus comprising: the electrostatic attraction apparatus according to claim 1.
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