JP4456218B2

JP4456218B2 - Plasma processing equipment

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Publication number: JP4456218B2
Application number: JP2000074261A
Authority: JP
Inventors: 康実佐護
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2001267295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の表面に所定の処理を施すことは、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）をはじめとする各種半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の製造において盛んに行われている。このような基板処理においては、処理容器内にプラズマを生成し、プラズマの作用によって基板の表面を所定の処理を施すプラズマ処理装置がある。例えば、レジストパターンをマスクとした表面のエッチング処理では、プラズマ中で生成されるイオンや活性種の作用を利用してエッチングを行うプラズマエッチング装置が多く使用されている。この種の装置によると、真空中で基板の処理を行うため基板の汚損が少なく、また、微細パターンの形成を容易に行うことができるメリットがある。
【０００３】
図７を用いて、従来のプラズマ処理装置についてプラズマエッチング装置を例にして説明する。図７は、従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置を示す正面断面概略図である。
図７に示す装置は、内部で基板９の表面に対してエッチングがなされる処理容器１と、処理容器１内を排気する排気系１１と、処理容器１内に所定のプロセスガスを導入するプロセスガス導入系１２と、プロセスガスにエネルギーを与えて処理容器１内にプラズマを形成するプラズマ形成手段２と、プラズマの作用によってエッチングされる処理容器１内の所定の位置に基板９を保持する基板ホルダー３と、基板ホルダー３と対向するように設けられた電極板４と、電極板４を保持する電極ホルダー５とを備えている。
【０００４】
図７に示す装置では、高周波放電によってプラズマを形成するようになっている。具体的には、プラズマ形成手段２は、基板ホルダー３に接続された高周波電源である。基板ホルダー３は、金属で形成されており、上面の基板保持面に基板９を載置して保持するようになっている。
また、基板ホルダー３に保持された基板９に対して垂直な電界が生じるように、接地電位に維持された電極板４が設けられている。電極板４は、円盤状の部材であり、基板ホルダー３に保持された基板９と平行に向かい合うように電極ホルダー５の表面に取り付けられている。電極ホルダー５は、金属製であり、電気的には接地されている。
【０００５】
電極板４は、基板９の表面のエッチングと同様に削られる材料で形成されており、例えば単結晶シリコンである。同様に削られる材料でない場合、この電極板４の表面に生成物が堆積し、基板９上に落下する恐れがある。
電極板４は、この電極板４を機械的に電極ホルダー５に取り付ける取り付け具５１によって取り付けられている。電極板４は、周辺部分の数カ所が取り付け具５１によって電極ホルダー５に取り付けられている。電極板４は、取り付け具５１によって取り付けることで交換可能になっている。取り付け具５１は、例えばネジである。
【０００６】
電極板４は、プラズマからの熱を受けることにより次第に温度が上昇し、熱損傷を受ける恐れがある。また、電極板４と基板９とは対向して設けられているため、電極板４の熱輻射により基板９の温度も上昇してしまう。このようなことから、電極ホルダー５には、電極板４を冷却して所定の温度に制御する冷却機構５３が設けられている。冷却機構５３は、電極ホルダー５の内部に形成された空洞５３１に冷媒を流通させるものである。
【０００７】
図７に示す装置では、電極ホルダー５に設けられた冷却機構５３が予め動作している。不図示の搬送機構によって基板９が処理容器１内に搬入され基板ホルダー３の基板保持面に載置され保持されると、プロセスガス導入系１２が動作してプロセスガスが所定の流量で処理容器１内に導入される。この状態で、プラズマ形成手段２が動作する。即ち、高周波電源３１が動作してプロセスガスに高周波放電が生じ、プラズマが形成される。
プラズマ中ではプロセスガスのラジカルが生成され、基板９の表面は、このラジカルとの反応によりエッチングされる。電極板４は、プラズマの熱によって温度が上昇するが、冷却機構５３が動作していることにより電極ホルダー５からシート５２を介して冷却される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、電極板４は、取り付け具５１によって取り付けられた部分が他の部分に比べ電極ホルダー５とより密着しているため、熱伝達効率が良くなり、冷却機構５３により効率よく冷却されている。このため、この部分の温度が他の部分に比べて低くなる。即ち、電極板４の表面内での温度が不均一になる。
電極板４に対向して設けられた基板９は、電極板４から熱輻射を受け温度が上昇するが、電極板４の温度が不均一であることにより基板９の表面の温度も不均一になる。この結果、基板９の表面のエッチングにも差が生じ、不均一になされる。
【０００９】
より具体的に説明すると、プラズマによるエッチングは、プラズマ中の化学種による膜堆積と競合する反応である。エッチングはイオンの作用が主であるため、温度にそれほど依存しないものの、膜堆積は中性重合種や活性種の作用が主であるため、温度依存性が高い。従って、電極板４の温度が高い場所では、電極板４への膜堆積が進まず、その結果として、基板９へ中性種が堆積してエッチングを阻止し、エッチング速度が低下する。このようなことから、基板９の表面の領域のうち、電極板４の温度の高い部分に対向する部分はエッチング速度が低下する。これと逆のメカニズムで、基板９の表面の領域のうち、電極板４の温度の低い部分に対向する部分はエッチング速度が高くなってしまう。
【００１０】
また、電極板４は、温度が上昇することにより熱膨張する。この際、電極板４の取り付け具５１によって固定されている部分には大きな熱応力が発生する。このため、例えば電極板４が単結晶シリコンのような脆い材料である場合、所定の交換時期が来る前に割れてしまうことがある。
所定の交換時期が来る前に電極板４が割れてしまうと、この分だけコスト高となってしまう。また、基板９の処理中に電極板４が割れてしまうと、割れた電極板４が処理中の基板９の上に落下することにより、基板９上に形成された素子が破壊されてしまったり、最悪の場合、その基板９を使用することができなくなってしまう。この結果、大きな損害が生じ、歩留まりの低下を生じさせてしまう。さらに、処理を再開するまでには、処理容器内１を一旦大気圧に戻して開放し、割れた電極板４を取り除く等した後、処理容器１内を排気しなくてはならない。これらの作業には長時間を要し、生産性の低下を招くことになる。
【００１１】
このような課題は、プラズマエッチング装置に限らず、プラズマ処理装置一般に該当するものである。即ち、基板に対向させた状態の電極板を備えたプラズマ処理では、電極板の温度が不均一になると、基板の面内温度分布も不均一になってしまう。この結果、プラズマ処理の均一性が阻害される。
本願の発明は、上述したような課題を解決するために成されたものであって、電極板の表面の温度を均一にするとともに電極板を破損する事故を未然に防ぐという技術的意義を有している。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、内部で基板に対して所定の処理がなされる処理容器と、処理容器内を排気する排気系と、処理容器内に所定のプロセスガスを導入するプロセスガス導入系と、プロセスガスにエネルギーを与えて処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマの作用によって所定の処理がなされる処理容器内の所定の位置に基板を保持する基板ホルダーとを備えたプラズマ処理装置であって、前記基板ホルダーに前記基板が保持された際に基板に向き合う状態の電極板と、この電極板を保持した電極ホルダーとが設けられており、電極板は、電極ホルダーに対して着脱可能に取り付けられており、さらに、電極ホルダーの表面に静電気を誘起して電極板を電極ホルダーに吸着させる静電吸着機構が設けられており、前記電極板は中空状であり、前記基板に向かい合う面にガス吹き出し孔を多数均等に有しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記静電吸着機構は、前記電極ホルダーの一部として設けられているとともにその表面に前記電極板が吸着される誘電体ブロックと、誘電体ブロック内に設けられた吸着電極と、吸着電極に所定の電圧を印加して誘電体ブロックの表面に静電気を誘起する吸着電源とから構成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項３記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記電極ホルダーは、金属製のホルダー本体と、ホルダー本体に対して接触して設けられているとともにその表面に前記電極板が吸着される誘電体ブロックとからなり、前記静電吸着機構は、前記ホルダー本体に所定の電圧を印加して誘電体ブロックの表面に静電気を誘起する吸着電源とから構成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項４記載の発明は、内部で基板に対して所定の処理がなされる処理容器と、処理容器内を排気する排気系と、処理容器内に所定のプロセスガスを導入するプロセスガス導入系と、プロセスガスにエネルギーを与えて処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマの作用によって所定の処理がなされる処理容器内の所定の位置に基板を保持する基板ホルダーとを備えたプラズマ処理装置であって、
前記基板ホルダーに前記基板が保持された際に基板に向き合う状態の電極板と、この電極板を保持した電極ホルダーとが設けられており、電極板は、電極ホルダーに対して着脱可能に取り付けられており、さらに、電極ホルダーの表面に静電気を誘起して電極板を電極ホルダーに吸着させる静電吸着機構が設けられており、
前記電極ホルダーは、金属製のホルダー本体と、ホルダー本体に対して接触して設けられているとともにその表面に前記電極板が吸着される誘電体ブロックとからなり、
前記静電吸着機構は、前記ホルダー本体に所定の電圧を印加して誘電体ブロックの表面に静電気を誘起する吸着電源とから構成されている。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の構成において、前記静電吸着機構に加え、前記電極ホルダーの表面に機械的に着脱可能に前記電極板を取り付ける取り付け具を有しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の構成において、前記電極板は、基板と同様の形状であって、基板と同等以上４倍以下の大きさを有しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項７記載の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６記載の構成において、前記電極板は、抵抗率が１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以下である材料で形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項８記載の発明は、請求項１から７いずれかに記載の構成において、前記電極ホルダーを介して前記電極板を冷却する冷却機構が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項９記載の発明は、請求項２、３又は４記載の構成において、前記電極板と前記誘電体ブロックとの間には、両者の間の微小な隙間を埋めて熱伝導性を向上させたシートが設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項１０記載の発明は、請求項９記載の構成において、前記シートは、カーボン、導電性ゴム又はインジウムより成るものであるという構成を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、従来技術の説明と同様に、プラズマ処理装置の一例としてプラズマエッチング装置を採り上げる。図１は本願発明の第一の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示した正面断面概略図である。
【００１４】
図１に示す装置は、内部で基板９の表面のエッチングがなされる処理容器１と、処理容器１内を排気する排気系１１と、処理容器１内に所定のプロセスガスを導入するプロセスガス導入系１２と、プロセスガスにエネルギーを与えて処理容器１内にプラズマを形成するプラズマ形成手段２と、プラズマの作用によってエッチングされる処理容器１内の所定の位置に基板９を保持する基板ホルダー３と、基板ホルダー３に基板９が保持された際に基板９に向き合う状態の電極板４と、電極板４を保持する電極ホルダー５と、電極ホルダー５の前面に静電気を誘起させるための静電吸着機構６とから構成されている。
【００１５】
本実施形態の特徴点は、電極ホルダー５に電極板４を吸着させる静電吸着機構６が設けられている点である。この点について、図２を用いて具体的に説明する。図２は、図１に示すプラズマ処理装置の要部を示す正面断面概略図である。
【００１６】
電極ホルダー５は、金属で形成されたホルダー本体５４と、ホルダー本体５４の前面の凹部に嵌め込まれた誘電体ブロック５５とから構成されている。そして、静電吸着機構６は、誘電体ブロック５５の内部に設けられた二つの吸着電極６４と、吸着電極６４に所定の直流電圧を印加する吸着用電源６１とから構成されている。吸着用電源６１から吸着電極６４に所定の直流電圧が印加されると、誘電体ブロック５５の前面に静電気が誘起され電極板４が静電吸着されるようになっている。
ホルダー本体５４は、ステンレス等の金属で形成されている。ホルダー本体５４には、スイッチ７１を介してアース部７２と補助高周波電源７３とが並列に接続されている。即ち、ホルダー本体５４を接地電位に維持するかホルダー本体５４に高周波電圧を印加するかが、スイッチ７１によって選択できるようになっている。
【００１７】
ホルダー本体５４の前面には、この前面よりも小さい直径の円盤状の凹部が形成されている。誘電体ブロック５５は、この凹部に適合する直径及び深さの形状であり、この凹部に嵌め込まれた状態でホルダー本体５４に設けられている。
誘電体ブロック５５は、アルミナ、窒化チタン、マグネシア等のセラミックスを主成分とした材料で形成されている。体積抵抗値を所望の値に合わせるため、金属酸化物又は炭化シリコン等を含有させると好適である。例えば、アルミナに酸化チタンを含有っせたものが好適に使用できる。また、誘電体ブロック５５を有機系の材料で形成することも可能である。例えば、ポリイミドから成る膜状、シート状又は板状の部材を誘電体ブロック５５として使用することが可能である。
【００１８】
静電吸着機構６の吸着用電源６１は、二つ設けられている。一方の吸着用電源６１は一方の吸着電極６４に対し正の直流電圧を印加し、他方の吸着用電源６１は他方の吸着電極６４に対し負の直流電圧を印加するよう構成されている。二つの吸着用電源６１の間は短絡されており、その間が接地された構成になっている。二つの吸着用電源６１は、上述の通り極性は異なるが、絶対値の等しい電圧を印加するようになっている。
二つの吸着電極６４は、同じ形をした薄い板状であり、誘電体ブロック５５の内部に中心対称に配置されている。中心対称の配置とは、例えば吸着電極６４がほぼ半円環状であり、電極板４の中心軸に対して同軸になるように狭い間隔で向かい合って配置された構成である。
【００１９】
吸着用電源６１から吸着電極６４に所定の直流電圧を印加する構成について、具体的に説明する。ホルダー本体５４には、内部を貫くように二本の絶縁管６２が誘電体ブロック５５に通じて設けられている。二本の絶縁管６２の内部には、金属製の導入部材６３が挿通されている。導入部材６３は、一端が吸着電極６４に接続され、他端が吸着用電源６１に接続されている。
絶縁管６２は、アルミナ等の絶縁材料で形成されている。ホルダー本体５４には，絶縁管６２に適合する貫通孔が形成されている。絶縁管６２は、この貫通孔に挿通させた状態で設けられている。尚、絶縁管６２の外面と貫通孔の内面との間の隙間から真空リークが発生しないよう、両者の間には不図示のＯリング等の封止部材が設けられている。
【００２０】
導入部材６３は、銅等の金属で形成されている。導入部材６３は、絶縁管６２の内径に適合する外径の断面円形の棒状である。導入部材６３は、絶縁管６２内に挿通された状態で設けられている。そして、絶縁管６２の内面と導入部材６３との間にも、真空リークを防止するための不図示のＯリング等の封止部材が設けられている。
吸着用電源６１が動作し、中心対称に配置された二つの吸着電極６４に絶対値の等しい電圧が印加されると、ホルダー本体５４が接地電位に維持されているため、電極板４の中心軸に対して対称な電界を生じさせ、電極板４の吸着力が均等に生じる。本実施形態では、接地電位に対して吸着電極６４の一方に＋１０００Ｖ、他方に−１０００Ｖ程度の直流電圧が印加されるようになっている。
【００２１】
電極板４は、基板９と同等以上４倍以下の大きさを有している。電極板４の大きさが基板９よりも小さい場合、基板９の表面での電界の向きが不均一になり、エッチングが均一になされない恐れがある。また、電極板４の大きさが基板９の４倍以上であると処理容器１の内部空間が大きくなってしまい、処理容器１内の排気に時間がかかってしまう。
【００２２】
また、電極板４は、抵抗率が１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以下の材料で形成されている。このような材料としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコンカーバイト、カーボン、アルミニウム等が挙げられる。
抵抗率が１．０×１０^１０Ω・ｃｍを超えると、電極板４は、電極ホルダー５へ吸着されにくくなる。このことについて、図３を用いて具体的に説明する。図３は、電極板が電極ホルダーに吸着された状態を示す模式図であり、（１）は、電極板が抵抗率１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以上の材料で形成されている場合を示し、（２）は、電極板が抵抗率１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以下の材料で形成されている場合を示す図である。
【００２３】
図３（１）に示すように、電極板４の抵抗率が１．０×１０^１０Ω・ｃｍを超える場合、吸着電極６４からの電気力線（図３中、６４１で示す）は、電極板４に対して垂直に入射しなくなってくる。これは、抵抗率が１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以上であると、誘電体に近くなり、電極板４の内部に電位差があって内部で電界が生じるからである。
一方、図３（２）に示すように、電極板４が抵抗率１．０×１０^１０Ω・ｃｍより小さい場合、この電極板４の内部で電位差が形成されにくく、吸着電極６４からの電気力線６４１は、電極板４に対してほぼ垂直に入射する。
このように、電極板４が抵抗率１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以上の材料で形成されている場合、吸着電極６４からの電界が電極板４に対して斜めに作用するため、電極板４が静電吸着される力が弱くなってしまう。一方、本実施形態では、電極板４を抵抗率１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以下の材料で形成しているので、電界がほぼ垂直に作用し、電極板４が静電吸着される力を強く得ることができる。
【００２４】
また、本実施形態においても、電極板４は、基板９の表面のエッチングと同様に削られる材料で形成されている。同様に削られる材料でない場合、基板９のエッチングが開始されると電極板４の表面に生成物が堆積してしまう。堆積した生成物が剥離すると、処理容器１内を浮遊し、基板９の表面に付着する恐れがある。生成物が基板９の表面に付着すると、回路欠陥等を生じさせる恐れがある。
【００２５】
電極ホルダー５内部には、従来の装置と同様に冷却機構５３が設けられている。本実施形態でも、冷媒を電極ホルダー５内に流通させて電極ホルダー５を介して電極板４を冷却するようになっている。この冷媒としては、例えば３Ｍ社製のフロリナート（商品名）等が用いられている。この冷媒を２０〜８０℃程度の範囲の温度に保つことにより、電極板４は９０〜１５０℃程度の温度に冷却される。
【００２６】
電極ホルダー５は、電極側カバー５７を介在させて処理容器１に設けられている。電極側カバー５７は、プラズマによって加熱された電極板４の熱が電極ホルダー５を通じて処理容器１に伝わらないようにしているとともに、電極板ホルダー５がプラズマに晒されるのを防いでいる。電極側カバー５７は、石英等で形成されている。尚、処理容器１内に真空リークが生じないようにするため、電極板ホルダー５と電極側カバー５７及び処理容器１と電極側カバー５７との間には、不図示のＯリング等の封止部材が設けられている。
【００２７】
また、電極板４と電極ホルダー５との間には、不図示のカーボンシートが挟み込まれている。カーボンシートは、電極板４と電極ホルダー５の熱接触性を向上させるためのものである。電極板４は、前述したように電極ホルダー５に静電吸着されるが、電極板４の表面や電極ホルダー５の表面は完全な平坦面ではなく、静電吸着されても両者の間には微小な隙間が存在する。この隙間は、真空圧力であることから熱伝導性が悪い。カーボンシートは、このような隙間を埋めて熱伝導性を向上させる意義がある。より具体的には、このような隙間は、電極板４と誘電体ブロック５５との間に形成されるから、カーボンシートは電極板４と誘電体ブロック５５との間に設けられている。カーボンシートとしては、繊維状カーボンを圧縮整形したものが使用できる。カーボンシートの厚さは０．０２〜４ｍｍ程度、好ましくは２ｍｍ程度である。尚、カーボンシート以外にも、シート状の導電性ゴム又はインジウム等を同様の目的で使用することができる。
【００２８】
次に、本実施形態のプラズマ処理装置のその他の構成について説明する。処理容器１は、ステンレス等の金属で形成されており、電気的には接地されている。そして、処理チャンバー１内は排気系１１によって１０^−３Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空圧力に維持されるようになっている。排気系１１は、ドライポンプ等の真空ポンプを備え、不図示の排気速度調整器が設けられている。
【００２９】
プロセスガス導入系１２は、プラズマエッチングに必要なプロセスガスを所定の流量で導入できるようになっている。本実施形態では、ＣＨＦ_３等の反応性ガスをプロセスガスとして処理容器１内に導入するようになっている。プロセスガス導入系１２は、ＣＨＦ_３等のプロセスガスを溜めた不図示のガスボンベと、ガスボンベと処理容器１とを繋ぐ配管１２１等から構成されている。
上述した電極板４は、処理容器１内へのプロセスガスの導入経路にも兼用されている。具体的には、図２に示すように電極板４は中空状であり、下面にガス吹き出し孔４１を多数均等に有している。プロセスガス導入系１２の配管１２１は、ホルダー本体５４と誘電体ブロック５５とを貫通して設けられ、電極板４に接続されている。プロセスガスは、配管１２１を通じて電極板４の内部空間に一旦供給された後、ガス吹き出し孔４１から均一に吹き出して処理容器１内に導入されるようになっている。
【００３０】
プラズマ形成手段２は、従来の装置と同様に、基板ホルダー３に接続された高周波電源３１により構成されている。高周波電源３１は、周波数１３．５６ＭＨｚで、出力２５００Ｗ程度のものである。
基板ホルダー３は、基板ホルダー本体３３と、基板ホルダー本体３３に接して設けられた基板保持ブロック３２とから構成されている。基板ホルダー本体３３は、アルミニウム又はステンレス等の金属で形成されており、上述した高周波電源３１が接続されている。基板保持ブロック３２は、アルミナ等の誘電体で形成されており、表面が基板保持面になっている。
【００３１】
基板ホルダー３には、基板９を静電気によって吸着させる基板吸着機構８が設けられている。基板吸着機構８は、基板保持ブロック３２の内部に設けられた基板吸着電極８２と、基板吸着電極８２に所定の負の直流電圧を印加する基板吸着電源８１とから構成されている。
具体的には、基板ホルダー３には、内部を貫き基板保持ブロック３２に通じるように絶縁管８３が設けられている。絶縁管８３の内部には、導入部材８４が挿通されており、一端が基板吸着電極８２に接続されている。絶縁管８３及び導入部材８４は、上述した電極ホルダー５に設けられた絶縁管６２及び導入部材６３と同様の材料で形成されている。
高周波電源３１は、基板９の表面に自己バイアス電圧を生じさせるための自己バイアス用電源にも兼用されている。高周波電源３１が動作した状態で処理容器１内にプラズマが生成されると、プラズマと高周波電界の相互作用により、基板９の表面の電位が負にシフトした自己バイアス電圧が生じる。
【００３２】
基板ホルダー３の基板保持面の周囲には、補正リング３４が設けられている。補正リング３４は、単結晶シリコン等の基板９と同じ材料で形成されている。基板９の周辺部分は、基板９の端面からの熱放散があるため、中央部分に比べて温度が低くなり易い。そこで、端面からの熱の放散に見合うだけの熱が与えられるように、基板９と同じ材料で形成された補正リング３４を基板９の周囲に設けて基板９の温度を均一にしている。
また、処理容器１内に形成されたプラズマは、エッチングされるイオンや電子によっても維持されている。プラズマの形成された空間全体のうち基板９の周辺部分を臨む部分は、基板９の中央部分を臨む部分に比べてイオンや電子の供給が少なく、プラズマ密度が低くなっている。このため、基板９と同じ材料で形成された補正リング３４を周囲に設けることにより、基板９の周辺部分を臨む空間部分への電子やイオンの供給量を相対的に多くしてプラズマ密度を均一にしている。
【００３３】
基板ホルダー３は、絶縁体３５を介在させて処理容器１に設けられている。絶縁体３５は、アルミナ等の絶縁材で形成されており、基板ホルダー本体３３と処理容器１とを絶縁するとともに、基板ホルダー本体３３をプラズマから保護するようになっている。尚、処理容器１内に真空リークが生じないようにするため、基板ホルダー３と絶縁体３５との間及び処理容器１と絶縁体３５との間に不図示のＯリング等の封止部材が設けられている。
【００３４】
本実施形態では、基板ホルダー３の表面と、電極板４の表面との距離を４ｍｍ以上６０ｍｍ以下の距離にすることが好ましい。圧力にも依存するが、この距離を４ｍｍ未満にした場合、プラズマのいわゆるデバイ距離に近くなってくるため、この空間にプラズマが生成されにくい。また、６０ｍｍを超えるとプラズマが処理容器１内に広く拡散してしまい、プラズマ密度が減少してエッチングの速度が低下する恐れがある。
【００３５】
次に、第一の実施形態のプラズマ処理装置の動作について説明する。
まず、装置の稼働中、静電吸着機構６及び冷却機構５３は常に動作している。従って、電極板４は、基板９の処理の開始前に電極ホルダー５の前面に静電吸着される。そして、この電極板４は、静電吸着されることにより冷却機構５３の冷媒とほぼ等しい温度に冷却される。
【００３６】
不図示の搬送機構によって基板９が処理容器１内に搬入され基板ホルダー３の基板保持面に載置されると、基板吸着機構８が動作し、基板９は基板保持面に静電吸着される。排気系１１によって処理容器１内は予め所定の圧力まで排気されている。この状態で、プロセスガス導入系１２が動作し、所定のプロセスガスが導入される。そして、高周波電源３１により基板ホルダー３に高周波電力が印加され、プロセスガスに高周波放電が生じ、プラズマが形成される。プラズマ中では、プロセスガスのラジカルが生成される。また、基板ホルダー３に高周波電圧が印加され、高周波とプラズマとの相互作用により基板９の表面に負の自己バイアス電圧が生じる。この負の自己バイアス電圧により、基板９に垂直な電界が設定され、プラズマ中のイオンが基板９に垂直に入射する。
【００３７】
入射イオンのエネルギーを利用しながら、基板９の表面は、プロセスガスのラジカルとの反応によりエッチングされる。即ち、反応性プラズマエッチングが行われる。エッチングが行われている間も、静電吸着されている電極板４は、冷却機構５３によって冷却され、温度上昇が抑制される。
所定時間エッチングを行った後、プロセスガス導入系１２及び高周波電源３１の動作を停止し、処理容器１内を排気した後、不図示の搬送機構によって基板９が搬出され、基板９のエッチングが終了する。静電吸着機構６及び冷却機構５３が引き続き動作し、電極板４は、次の基板９が搬入されるまでの間、当初の温度まで冷却される。
【００３８】
尚、上記動作において、スイッチ７１を切り替えて補助高周波電源７３を電極ホルダー５に接続し、電極板４を介して処理容器１内に高周波電界を設定しても良い。この場合、基板ホルダー３に接続されている高周波電源３１による高周波に加えてさらに高周波がプラズマに印加されるので、プラズマ密度が上昇する。この結果、エッチング速度が向上するメリットがある。
【００３９】
本実施形態のプラズマ処理装置では、電極板４が電極ホルダー５に静電吸着されるため、従来の装置のように機械的な取り付け具５１で固定した場合に比べ、より広い面内で均一な接触を確保することができる。このため、電極板４の表面内での温度を均一にすることができる。従って、基板９も表面の温度が均一になり、表面のエッチングが均一になされる。
また、電極板４は、電極ホルダー５に静電吸着されるため、取り付け具５１で固定する必要がない。このため、局部的に大きな応力が生じることがなく、電極板４が割れる事故を未然に防ぐことができる。この結果、歩留まりの低下を防ぐことができる。
【００４０】
但し、本実施形態では、吸着用電源６１が何かの理由で停止した場合に電極板４が落下するのを防いだり、電極板４を交換する際に仮止めをするため、取り付け具５１で電極板４をゆるく固定している。取り付け具５１は、具体的にはネジであり、アルミニウム又はステンレス等で形成されている。処理容器１内では、取り付け具５１は、カバー４２に覆われて電極板４を取り付けている。カバー４２は、石英等で形成されており、取り付け具５１がプラズマに晒されないようになっている。
【００４１】
また、電極板４と電極ホルダー５とを静電吸着させることにより、これらの間の熱伝達効率が向上し、電極板４をより低い温度に維持することができる。この点は多少複雑であるので、図４を用いて具体的に説明する。図４は、電極板の温度変化を示す図であり、（１）は、従来の装置での電極板の温度変化を示し、（２）は、本実施形態の装置での電極板の温度変化を示す。
【００４２】
まず、従来の装置において、電極板４は、冷却機構５３により冷媒の温度に近い設定温度（ｔ_０）に予め冷却されている。エッチングが開始されると、電極板４の温度は、図４（１）に示すように、プラズマからの熱を受けて上昇し、一枚の基板９のエッチングの時間（以下、処理時間と呼ぶ）内に、熱平衡に達することなく上昇し続けてエッチングが終了する。
【００４３】
処理時間が終了し、次の基板９のエッチングが開始されるまでの間（以下、インターバルと呼ぶ）、電極板４の温度は、冷却機構５３の冷却により下降する。しかし、従来の装置では熱伝達効率が悪く、電極板４の温度が当初の温度（ｔ_０）まで冷却されずに次の基板９のエッチングが開始される。このため、電極板４は再びプラズマからの熱を受けて温度が上昇し、処理時間内に電極板４が到達する最高温度（以下、到達温度と呼ぶ）は、前の基板９のエッチングに於ける到達温度よりも高くなってしまう。そして、この到達温度は、基板９の処理枚数が増加するにつれどんどん上昇してしまう。
【００４４】
従って、従来の装置では、処理時間内に於ける電極板４の温度変化の平均（以下、時間平均温度と呼ぶ）ｔ_ａは、基板９の処理枚数が増加するにつれて高くなる。但し、時間平均温度は、ある温度で熱平衡に達し、それ以上は上昇しなくなる。尚、ここでいう熱平衡とは、処理時間内に電極板４が受ける熱の総量と電極板４から奪われる熱の総量が等しくなり、処理時間内で平均した温度がエッチングのたびに変化することが無いという意味での熱平衡である（以下、時間内熱平衡と呼ぶ）。時間平均温度は、時間内熱平衡に達して上昇しなくなるものの、それまでの間は時間平均温度が基板９毎に異なるため、電極板４から基板９に与えられる熱の総量が基板９毎に異なり、エッチングされる量にも差が生じる。
【００４５】
従来の装置では、時間平均温度を一定にする方法として、電極板４を予めエージングする方法がある。具体的には、電極板４を加熱するヒータを設け、電極板４を予め加熱し一枚目の基板９のエッチングから、電極板４が時間内熱平衡に到達しているようにする。しかし、このエージングを行うことは、装置の稼働を開始するまでの工程が増えることになるとともに、長い時間を要するため、生産性の低下を生じさせる問題がある。また、この方法により電極板４の時間平均温度は一定になるものの、電極板４の使用温度が全体に高くなるため、電極板４が熱損傷を受けて寿命が短くなる恐れがある。電極板４の受ける熱損傷を無くす程度まで電極板４を冷却しようとすると、熱伝達効率が悪いため、冷却機構５３を大がかりにする必要がある。
【００４６】
一方、本実施形態の装置では、電極板４が静電吸着されているので、電極板４と電極ホルダー５との間の熱伝達効率が向上している。このため、処理時間内の電極板４の到達温度が低くなり、また、電極板４は処理時間内に熱平衡に達する。このため、処理時間内において電極板４の温度が全体的に低くなるとともに、電極板４の温度が安定した状態が長くなり、基板９の温度上昇を抑えながら基板９のエッチングを安定して行うことができる。
【００４７】
また、電極板４は、インターバルの間に当初の温度（ｔ_０）まで冷却されるため、次の基板９の処理が開始されても、基板９の処理枚数が増加するにつれ到達温度が上昇することが無い。従って、時間平均温度（ｔ_ａ）は、基板９の処理枚数が増加しても上昇することが無い。このため、電極板４から基板９に与えられる熱の総量は、基板９毎に異なることがなく、再現性良く基板９のエッチングを行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態の装置では、エージングを行う場合に比べて、電極板４の使用温度が低いため、電極板４の寿命が短くなることがない。また、エージングを行う必要が無いため、生産性を低下させることがない。さらに、電極板４を静電吸着することにより熱伝達効率が向上しているので、冷却機構５３を簡略化しても電極板４を従来と同じ温度に維持することができる。
【００４９】
次に、本願発明の第二の実施形態のプラズマ処理装置について説明する。図５は、第二の実施形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す正面断面概略図である。第二の実施形態の特徴点は、静電吸着機構６が、誘電体ブロック５５の内部に設けられた一枚の板状の部材のみからなる吸着電極６４と、吸着電極６４に所定の負の直流電圧を印加する吸着用電源６１とから構成されていることである。
【００５０】
具体的には、電極ホルダー５は、第一の実施形態と同様にホルダー本体５４と、ホルダー本体５４の前面の凹部に嵌め込まれた誘電体ブロック５５とから構成されている。誘電体ブロック５５の内部には、一枚の板状の部材で形成された吸着電極６４が設けられている。吸着電極６４は、電極板４と同一の形状であって、この中心軸が電極板４の中心軸と同軸状になるように設けられている。
また、電極板４は、第一の実施形態と同様に、プロセスガスの導入経路にも兼用されている。プロセスガス導入系１２の配管１２１は、ホルダー本体５４と、誘電体ブロック５５とを貫いて電極板４に接続されている。具体的には、吸着電極６４の中央には、配管１２１の直径よりもやや大きい穴が形成されており、配管１２１は、この穴の内側を通って電極板４に接続されるようになっている。
【００５１】
また、一本の絶縁管６２が、ホルダー本体５４を貫いて誘電体ブロック５５に通じるよう設けられている。絶縁管６２の内部には、金属製の導入部材６３が挿通され、一端が吸着電極６４に接続され、他端が吸着用電源６１に接続されている。吸着用電源６１は、吸着電極６４に−１０００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するようになっている。
プラズマが形成される空間に直接接している電極板４は、いわゆるシース電位に保たれる。従って、このシース電位に対して充分にバイアスされた電位を吸着電極６４に与えることで、誘電体ブロック５５が誘電分極し、同様に電極板４を吸着することができる。
【００５２】
第二の実施形態のプラズマ処理装置では、吸着電極６４が一枚の板状の部材のみからなるため、吸着用電源６１が一つである。このため、第一の実施形態に比べて装置の構成が簡略化され、装置のコストを低下させることができる。
また、第二の実施形態においても、第一の実施形態と同様に電極板４は静電吸着されているので、この表面の温度が均一になる。これにより、基板９の表面の温度も均一になり、エッチングを均一に行うことができる。
【００５３】
また、電極板４は、第二の実施形態においても、取り付け具５１による固定をゆるくして、局部的に大きな熱応力の発生を防止することで電極板４の割れを防ぐことがでる。また、電極板４は、静電吸着されることにより熱伝達効率が向上し、処理時間内の到達温度が低く抑えられ、処理時間内に熱平衡に達する。このため、基板９の温度上昇を抑えつつ安定した温度で基板９のエッチングを行うことができる。また、熱伝達効率が向上することにより、インターバルの間に電極板４の温度が当初の温度（ｔ_０）に達し、電極板４の時間平均温度（ｔ_ａ）が一定になる。よって、電極板４から受ける熱の総量は基板９毎に異なることがなく、基板９のエッチングの再現性が向上する。
【００５４】
次に、本願発明の第三の実施形態のプラズマ処理装置について説明する。第三の実施形態は、請求項３の発明に対応したプラズマ処理装置である。図６は、第三の実施形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す正面断面概略図である。
【００５５】
第三の実施形態のプラズマ処理装置の特徴点は、電極ホルダー５のホルダー本体５４が吸着電極に兼用されている点である。具体的には、電極ホルダー５は、ホルダー本体５４と、ホルダー本体５４の前面に接するように設けられた誘電体ブロック５５とから構成されている。そして、ホルダー本体５４には、静電吸着機構６の吸着用電源６１が接続されている。ホルダー本体５４は、アルミニウム又はステンレス等の金属で形成されている。吸着用電源６１は、ホルダー本体５４に−１０００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するようになっている。
【００５６】
誘電体ブロック５５は、第一、第二の実施形態では、ホルダー本体５４の前面の凹部に嵌め込まれていたが、第三の実施形態では、ホルダー本体５４の前面に凹部は形成されておらず、平坦面となっている。誘電体ブロック５５は、このホルダー本体５４の平坦な前面に接して設けられている。誘電体ブロック５５の背面は、ホルダー本体５４の前面と同様の形状及び大きさであり、ホルダー本体５４の前面に突き合わせるようにして設けられている。そして、この誘電体ブロック５５の前面には、電極板４が設けられている。
【００５７】
電極板４は、上述した第一第二の実施形態と同様にプロセスガスの導入経路に兼用されている。第三の実施形態では、ホルダー本体５４に直流電圧が印加されるよう構成されているため、プロセスガス導入系１２の配管１２１は、ホルダー本体５４と絶縁されるようになっている。具体的には、ホルダー本体５４の内部を貫通するように絶縁管１２２が設けられており、配管１２１はこの絶縁管１２２の内部を通じて電極板４に接続されている。配管１２１と、電極板４とが接続する部分には、継手１２３が設けられている。継手１２３はアルミナ等の絶縁材料で形成されている。これは、プラズマから電極板４に入射する電子やイオンによる電流が配管１２１を通ってスイッチ７１側に電流が流れないようにしている。
【００５８】
第三の実施形態のプラズマ処理装置では、吸着用電源６１がホルダー本体５４に接続されているため、絶縁管や導入部材等を設ける必要がなく、装置の構成を簡略化することができ、装置のコストの低下を図ることができる。
また、第三の実施形態においても、第一第二の実施形態と同様に電極板４は静電吸着されているので、この表面の温度が均一になる。これにより、基板９の表面の温度が均一になり、エッチングを均一に行うことができる。また、電極板４は、局部的に大きな熱応力が電極板４に発生するのが防止され、電極板４の割れが無くなる。さらに、電極板４の温度上昇が低く抑えられ、時間平均温度も一定になるので、良質なエッチングを再現性良く行うことができる。
【００５９】
上述した各実施形態では、静電吸着機構６は、吸着用電源６１として直流電源を使用して吸着電極６４に直流電圧を印加し電極板４の静電吸着を行ったが、高周波電源によって吸着電極６４に高周波電圧を印加するよう構成しても良い。この場合、電極板４は、誘電体ブロック５５の前面に生じる自己バイアス電圧によって吸着される。このような構成は、直流電源を使用した場合よりも入射するイオンが多くなるため、エッチングされる量が多くなり、一枚の電極板４の寿命が短くなってしまう。また、プラズマが生成されないと自己バイアス電圧が生じないため、基板９の処理を行わない間は電極板４が吸着されず電極板４の冷却が充分行われない欠点がある。このような欠点が無い点で、吸着用電源６１に直流電源を使用した前述の構成は優れている。
【００６０】
また、プラズマ形成手段２は、基板ホルダー３に高周波電圧を印加するよう構成したが、補助高周波電源７３によって電極板４に高周波電圧を印加してプラズマを形成するよう構成しても良い。
また、基板ホルダー３にプラズマ形成のための高周波電圧を印加しない場合、基板９の表面には自己バイアス電圧は生じないが、イオンの入射を必要としない反応性エッチング等に好適に使用することができる。また、電極板４と、基板ホルダー３との両方に高周波電圧を印加するよう構成することもできる。この場合、電極板４に印加された高周波電圧によってプラズマを形成し、基板ホルダー３に印加された高周波電圧によって自己バイアス電圧を生じさせてイオン入射させることができる。
尚、各実施形態において電極板４は導体又は半導体より成るものであったが、電極板４が絶縁体より成ることもあり得る。例えば、石英等の酸化シリコン又は窒化シリコン製の電極板４が採用されることもある。
【００６１】
上述した説明では、プラズマエッチング装置を例にしたが、プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）装置、プラズマアッシング装置、プラズマ表面窒化装置等の他の各種のプラズマ処理装置についても同様に実施できる。例えばプラズマ化学蒸着装置であれば、シランと水素の混合ガスのような堆積作用のあるガスを導入してプラズマを形成する。また、プラズマアッシング装置の場合、酸素のようなアッシング作用のあるガスを導入してプラズマを形成する。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１、２、３又は４の発明によれば、電極板が電極ホルダーの表面に静電吸着されるため、機械的な取り付け具に比べてより広い面内で均一な接触を確保することができる。これにより、電極板の表面の温度が均一になり、基板に対して均一に処理を行うことができる。また、電極板が静電吸着されているため、取り付け具を設けないか又は取り付け具による固定をゆるくすることができ、局部的に大きな熱応力が生じることがない。このため、電極板が割れる等の事故を未然に防ぐことができ、歩留まりの低下を防ぐことができる。また、電極板を静電吸着することにより、取り付け具によって固定した場合に比べて高い接触性を有する部分が広がり、電極板と電極ホルダーとの間の熱伝達効率が向上する。このため、電極板の温度を低く抑えて処理を行うことができる。従って、電極板の温度上昇に起因した処理の劣化や再現性の低下を防止することができる。
また、請求項５の発明によれば、上記効果に加え、電極板が電極ホルダーからずれてしまったり、吸着用電源が何かの理由で停止した場合にこの電極板が落下するのを防ぐことができる。このため、電極板が基板上に落下することにより素子が破壊されたり、基板が使用できなくなることによる歩留まりの低下を防ぐことができる。また、電極板を交換する際に仮止めすることができるため、効率よく作業を行うことができる。
また、請求項６の発明によれば、上記効果に加え、基板の表面に均一な電界を生じさせることができ、基板の処理を均一に行うことができる。また、処理容器の内部空間が大きくなることがなく、この処理容器内を排気する時間が長くなることがない。
また、請求項７の発明によれば、上記効果に加え、電極板が電極ホルダーに吸着される力が強くなって、電極板と電極ホルダーとの接触性が高くなり、熱伝達効率がさらに向上する。また、電極板がずれる恐れがない。
また、請求項８の発明によれば、上記効果に加え、電極板が冷却されるので、電極板の熱応力が緩和されて電極板の割れ等の恐れがさらに少なくなる。電極板の温度上昇を抑制して、処理速度を高めたり、処理の再現性を向上させたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示した正面断面概略図である。
【図２】図２は、図１に示すプラズマ処理装置の要部を示す正面断面概略図である。
【図３】電極板が電極ホルダーに吸着された状態を示す模式図であり、（１）は、電極板が抵抗率１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以上の材料で形成されている場合を示し、（２）は、電極板が抵抗率１．０×１０^１０Ω・ｃｍ以下の材料で形成されている場合を示す図である。
【図４】電極板の温度変化を示す図であり、（１）は、従来の装置での電極板の温度変化を示し、（２）は、本実施形態の装置での電極板の温度変化を示す。
【図５】第二の実施形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す正面断面概略図である。
【図６】第三の実施形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す正面断面概略図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置を示す正面断面概略図である。
【符号の説明】
１処理容器
１１排気系
１２プロセスガス導入系
３基板ホルダー
３１高周波電源
３４補正リング
４電極板
４１ガス吹き出し孔
５電極ホルダー
５１取り付け具
５３冷却機構
５３１空洞
５４ホルダー本体
５５誘電体ブロック
６静電吸着機構
６１吸着用電源
６２絶縁管
６３導入部材
６４吸着電極
８基板吸着機構
８１基板吸着電源
８２基板吸着板
９基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs a predetermined process on the surface of a substrate using plasma.
[0002]
[Prior art]
Applying a predetermined treatment to the surface of a substrate is actively performed in the manufacture of various semiconductor devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) and liquid crystal displays. In such substrate processing, there is a plasma processing apparatus that generates plasma in a processing container and performs a predetermined processing on the surface of the substrate by the action of the plasma. For example, in a surface etching process using a resist pattern as a mask, a plasma etching apparatus that performs etching using the action of ions or active species generated in plasma is often used. According to this type of apparatus, the substrate is processed in a vacuum, so that there is little contamination of the substrate, and there is an advantage that a fine pattern can be easily formed.
[0003]
A conventional plasma processing apparatus will be described using a plasma etching apparatus as an example with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic front sectional view showing a plasma etching apparatus as an example of a conventional plasma processing apparatus.
The apparatus shown in FIG. 7 includes a processing container 1 in which the surface of the substrate 9 is etched, an exhaust system 11 for exhausting the inside of the processing container 1, and a process for introducing a predetermined process gas into the processing container 1. A gas introduction system 12, plasma forming means 2 for forming plasma in the processing container 1 by applying energy to the process gas, and a substrate for holding the substrate 9 at a predetermined position in the processing container 1 to be etched by the action of the plasma A holder 3, an electrode plate 4 provided so as to face the substrate holder 3, and an electrode holder 5 that holds the electrode plate 4 are provided.
[0004]
In the apparatus shown in FIG. 7, plasma is formed by high frequency discharge. Specifically, the plasma forming means 2 is a high-frequency power source connected to the substrate holder 3. The substrate holder 3 is made of metal, and is configured to place and hold the substrate 9 on the upper substrate holding surface.
In addition, an electrode plate 4 maintained at the ground potential is provided so that an electric field perpendicular to the substrate 9 held by the substrate holder 3 is generated. The electrode plate 4 is a disk-shaped member, and is attached to the surface of the electrode holder 5 so as to face the substrate 9 held by the substrate holder 3 in parallel. The electrode holder 5 is made of metal and is electrically grounded.
[0005]
The electrode plate 4 is made of a material that can be cut in the same manner as the etching of the surface of the substrate 9, and is, for example, single crystal silicon. Similarly, if it is not a material to be cut, there is a possibility that a product accumulates on the surface of the electrode plate 4 and falls onto the substrate 9.
The electrode plate 4 is attached by a fixture 51 that mechanically attaches the electrode plate 4 to the electrode holder 5. The electrode plate 4 is attached to the electrode holder 5 by attachment tools 51 at several places in the peripheral portion. The electrode plate 4 can be exchanged by being attached by a fixture 51. The attachment 51 is a screw, for example.
[0006]
The electrode plate 4 gradually increases in temperature by receiving heat from the plasma, and may be damaged by heat. Further, since the electrode plate 4 and the substrate 9 are provided to face each other, the temperature of the substrate 9 also rises due to thermal radiation of the electrode plate 4. For this reason, the electrode holder 5 is provided with a cooling mechanism 53 that cools the electrode plate 4 and controls it to a predetermined temperature. The cooling mechanism 53 is for circulating a coolant through a cavity 531 formed inside the electrode holder 5.
[0007]
In the apparatus shown in FIG. 7, the cooling mechanism 53 provided in the electrode holder 5 operates in advance. When the substrate 9 is carried into the processing container 1 by a transport mechanism (not shown) and is placed and held on the substrate holding surface of the substrate holder 3, the process gas introduction system 12 operates to process the process gas at a predetermined flow rate. 1 is introduced. In this state, the plasma forming means 2 operates. That is, the high frequency power supply 31 operates to generate high frequency discharge in the process gas, and plasma is formed.
Process gas radicals are generated in the plasma, and the surface of the substrate 9 is etched by reaction with the radicals. The temperature of the electrode plate 4 rises due to the heat of the plasma, but is cooled from the electrode holder 5 via the sheet 52 by operating the cooling mechanism 53.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional apparatus, the electrode plate 4 is more closely attached to the electrode holder 5 than the other part attached by the fixture 51, so that the heat transfer efficiency is improved, and the cooling mechanism 53 efficiently cools the electrode plate 4. Has been. For this reason, the temperature of this part becomes low compared with another part. That is, the temperature in the surface of the electrode plate 4 becomes non-uniform.
The temperature of the substrate 9 provided opposite to the electrode plate 4 is increased by receiving heat radiation from the electrode plate 4, but the temperature of the surface of the substrate 9 is also non-uniform due to the non-uniform temperature of the electrode plate 4. Become. As a result, a difference also occurs in the etching of the surface of the substrate 9, which is nonuniform.
[0009]
More specifically, plasma etching is a reaction that competes with film deposition by chemical species in the plasma. Although the etching is mainly performed by ions, it does not depend so much on the temperature. However, the film deposition is mainly performed by neutral polymerized species or active species, and therefore has high temperature dependency. Accordingly, film deposition on the electrode plate 4 does not proceed at a place where the temperature of the electrode plate 4 is high. As a result, neutral species are deposited on the substrate 9 to prevent etching, and the etching rate is reduced. For this reason, the etching rate of the region on the surface of the substrate 9 facing the portion where the temperature of the electrode plate 4 is high decreases. By the reverse mechanism, the etching rate is high in the portion of the surface region of the substrate 9 that faces the portion of the electrode plate 4 where the temperature is low.
[0010]
The electrode plate 4 is thermally expanded as the temperature rises. At this time, a large thermal stress is generated in the portion of the electrode plate 4 fixed by the fixture 51. For this reason, for example, when the electrode plate 4 is made of a brittle material such as single crystal silicon, the electrode plate 4 may be broken before the predetermined replacement time comes.
If the electrode plate 4 breaks before the predetermined replacement time comes, the cost increases accordingly. Further, if the electrode plate 4 is broken during the processing of the substrate 9, the broken electrode plate 4 falls onto the substrate 9 being processed, and the elements formed on the substrate 9 may be destroyed. In the worst case, the substrate 9 cannot be used. As a result, a great damage is caused and the yield is lowered. Further, before the process is resumed, the inside of the processing container 1 must be returned to atmospheric pressure and opened, and after the broken electrode plate 4 is removed, the inside of the processing container 1 must be exhausted. These operations take a long time and cause a decrease in productivity.
[0011]
Such a problem applies not only to a plasma etching apparatus but also to a general plasma processing apparatus. That is, in the plasma processing provided with the electrode plate facing the substrate, the in-plane temperature distribution of the substrate becomes non-uniform when the temperature of the electrode plate becomes non-uniform. As a result, the uniformity of plasma processing is hindered.
The invention of the present application has been made in order to solve the above-described problems, and has the technical significance of making the temperature of the surface of the electrode plate uniform and preventing accidents that damage the electrode plate. is doing.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 of the present application is directed to a processing container in which predetermined processing is performed on a substrate, an exhaust system for exhausting the inside of the processing container, and a predetermined process in the processing container. A process gas introduction system for introducing a gas; plasma forming means for applying energy to the process gas to form plasma in the processing container; and a substrate at a predetermined position in the processing container where predetermined processing is performed by the action of the plasma. A plasma processing apparatus comprising a substrate holder for holding, provided with an electrode plate facing the substrate when the substrate is held by the substrate holder, and an electrode holder holding the electrode plate The electrode plate is detachably attached to the electrode holder. Further, the electrode plate is statically attracted to the electrode holder by inducing static electricity on the surface of the electrode holder. Suction mechanism is provided with the electrode plate is hollow, it has a configuration that has equally large number of gas blow holes on the surface facing the substrate.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 2 of the present application is the structure according to claim 1, wherein the electrostatic adsorption mechanism is provided as a part of the electrode holder and the surface is provided with the electrostatic adsorption mechanism. It is composed of a dielectric block to which the electrode plate is adsorbed, an adsorption electrode provided in the dielectric block, and an adsorption power source that induces static electricity on the surface of the dielectric block by applying a predetermined voltage to the adsorption electrode. It has the composition of being.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 of the present application is the configuration according to claim 1, wherein the electrode holder is provided in contact with the holder body made of metal and the holder body. And an electrostatic power supply mechanism for inducing static electricity on the surface of the dielectric block by applying a predetermined voltage to the holder body. It has the structure that it is comprised from.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 of the present application is directed to a processing container in which a predetermined process is performed on a substrate, an exhaust system for exhausting the inside of the processing container, and a predetermined value in the processing container. A process gas introduction system for introducing a process gas; plasma forming means for applying energy to the process gas to form plasma in the processing container; and a predetermined position in the processing container where predetermined processing is performed by the action of the plasma. A plasma processing apparatus comprising a substrate holder for holding a substrate,
An electrode plate facing the substrate when the substrate is held by the substrate holder and an electrode holder holding the electrode plate are provided, and the electrode plate is detachably attached to the electrode holder. In addition, there is an electrostatic adsorption mechanism that induces static electricity on the surface of the electrode holder to attract the electrode plate to the electrode holder,
The electrode holder comprises a metal holder body and a dielectric block that is provided in contact with the holder body and on which the electrode plate is adsorbed,
The electrostatic adsorption mechanism includes an adsorption power source that applies a predetermined voltage to the holder body to induce static electricity on the surface of the dielectric block.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 5 of the present application is the structure according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the surface of the electrode holder is mechanically added to the surface of the electrode holder. It has the structure of having the fixture which attaches the said electrode plate so that attachment or detachment is possible.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 6 of the present application is the configuration according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the electrode plate has the same shape as the substrate, And having a size that is equal to or larger than 4 times.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 7 of the present application is the structure according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the electrode plate has a resistivity of 1.0 × 10 6. ¹⁰ It has a configuration in which it is formed of a material that is Ω · cm or less.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 8 of the present application is the configuration according to any one of claims 1 to 7, further comprising a cooling mechanism for cooling the electrode plate via the electrode holder. It has the composition of being.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 9 of the present application is claimed. 2, 3 or 4 In the described configuration, a sheet is provided between the electrode plate and the dielectric block so as to fill a minute gap between the two and improve the thermal conductivity.
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 10 of the present application has the structure according to claim 9, wherein the sheet is made of carbon, conductive rubber or indium.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. In the following description, a plasma etching apparatus is taken as an example of a plasma processing apparatus as in the description of the prior art. FIG. 1 is a schematic front sectional view showing the configuration of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0014]
The apparatus shown in FIG. 1 includes a processing container 1 in which the surface of the substrate 9 is etched, an exhaust system 11 for exhausting the inside of the processing container 1, and a process gas introduction for introducing a predetermined process gas into the processing container 1. A system 12; plasma forming means 2 for forming plasma in the processing container 1 by applying energy to the process gas; and a substrate holder 3 for holding the substrate 9 at a predetermined position in the processing container 1 to be etched by the action of plasma. The electrode plate 4 facing the substrate 9 when the substrate 9 is held by the substrate holder 3, the electrode holder 5 holding the electrode plate 4, and the electrostatic for inducing static electricity on the front surface of the electrode holder 5 It consists of a suction mechanism 6.
[0015]
The feature of this embodiment is that an electrostatic adsorption mechanism 6 for adsorbing the electrode plate 4 to the electrode holder 5 is provided. This point will be specifically described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic front sectional view showing a main part of the plasma processing apparatus shown in FIG.
[0016]
The electrode holder 5 includes a holder main body 54 made of metal and a dielectric block 55 fitted in a recess on the front surface of the holder main body 54. The electrostatic adsorption mechanism 6 includes two adsorption electrodes 64 provided inside the dielectric block 55 and an adsorption power source 61 that applies a predetermined DC voltage to the adsorption electrode 64. When a predetermined DC voltage is applied to the suction electrode 64 from the suction power supply 61, static electricity is induced on the front surface of the dielectric block 55, and the electrode plate 4 is electrostatically attracted.
The holder body 54 is made of a metal such as stainless steel. The holder body 54 is connected in parallel with a ground portion 72 and an auxiliary high-frequency power source 73 via a switch 71. That is, the switch 71 can select whether the holder body 54 is maintained at the ground potential or the high-frequency voltage is applied to the holder body 54.
[0017]
A disc-shaped recess having a smaller diameter than the front surface is formed on the front surface of the holder main body 54. The dielectric block 55 has a shape with a diameter and a depth suitable for the recess, and is provided in the holder main body 54 in a state of being fitted in the recess.
The dielectric block 55 is formed of a material mainly composed of ceramics such as alumina, titanium nitride, and magnesia. In order to adjust the volume resistance to a desired value, it is preferable to contain a metal oxide or silicon carbide. For example, alumina containing titanium oxide can be preferably used. The dielectric block 55 can also be formed of an organic material. For example, a film-like, sheet-like or plate-like member made of polyimide can be used as the dielectric block 55.
[0018]
Two power sources 61 for adsorption of the electrostatic adsorption mechanism 6 are provided. One suction power source 61 is configured to apply a positive DC voltage to one suction electrode 64, and the other suction power source 61 is configured to apply a negative DC voltage to the other suction electrode 64. The two suction power sources 61 are short-circuited, and the space between them is grounded. As described above, the two power sources 61 for adsorption are different in polarity but apply voltages having the same absolute value.
The two attracting electrodes 64 are thin plates having the same shape, and are arranged symmetrically inside the dielectric block 55. The centrally symmetric arrangement is, for example, a configuration in which the adsorption electrode 64 has a substantially semi-annular shape and is arranged to face each other at a narrow interval so as to be coaxial with the central axis of the electrode plate 4.
[0019]
A configuration in which a predetermined DC voltage is applied from the suction power supply 61 to the suction electrode 64 will be specifically described. The holder main body 54 is provided with two insulating tubes 62 extending through the dielectric block 55 so as to penetrate the inside of the holder main body 54. A metal introduction member 63 is inserted into the two insulating tubes 62. The introduction member 63 has one end connected to the adsorption electrode 64 and the other end connected to the adsorption power supply 61.
The insulating tube 62 is made of an insulating material such as alumina. The holder body 54 is formed with a through hole that fits the insulating tube 62. The insulating tube 62 is provided in a state of being inserted through the through hole. A sealing member such as an O-ring (not shown) is provided between the two so that a vacuum leak does not occur from the gap between the outer surface of the insulating tube 62 and the inner surface of the through hole.
[0020]
The introduction member 63 is made of a metal such as copper. The introduction member 63 is a rod having a circular cross section with an outer diameter that matches the inner diameter of the insulating tube 62. The introduction member 63 is provided in a state of being inserted into the insulating tube 62. A sealing member such as an O-ring (not shown) for preventing vacuum leakage is also provided between the inner surface of the insulating tube 62 and the introduction member 63.
When the suction power supply 61 is operated and a voltage having the same absolute value is applied to the two suction electrodes 64 arranged symmetrically with respect to the center, the holder body 54 is maintained at the ground potential. An electric field that is symmetric with respect to is generated, and the adsorption force of the electrode plate 4 is evenly generated. In the present embodiment, a DC voltage of about +1000 V is applied to one of the adsorption electrodes 64 and −1000 V to the other with respect to the ground potential.
[0021]
The electrode plate 4 has a size equal to or larger than the substrate 9 and not larger than four times. When the size of the electrode plate 4 is smaller than that of the substrate 9, the direction of the electric field on the surface of the substrate 9 becomes non-uniform, and there is a possibility that the etching is not made uniform. Further, if the size of the electrode plate 4 is four times or more that of the substrate 9, the internal space of the processing container 1 becomes large, and it takes time to exhaust the processing container 1.
[0022]
The electrode plate 4 has a resistivity of 1.0 × 10. ¹⁰ It is made of a material of Ω · cm or less. Examples of such a material include single crystal silicon, polycrystalline silicon, silicon carbide, carbon, and aluminum.
Resistivity is 1.0 × 10 ¹⁰ If it exceeds Ω · cm, the electrode plate 4 becomes difficult to be adsorbed to the electrode holder 5. This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the electrode plate is adsorbed to the electrode holder, and (1) shows that the electrode plate has a resistivity of 1.0 × 10. ¹⁰ The case where the electrode plate is formed of a material of Ω · cm or more is shown. ¹⁰ It is a figure which shows the case where it forms with the material of ohm * cm or less.
[0023]
As shown in FIG. 3A, the resistivity of the electrode plate 4 is 1.0 × 10. ¹⁰ When it exceeds Ω · cm, the lines of electric force from the adsorption electrode 64 (indicated by 641 in FIG. 3) do not enter the electrode plate 4 perpendicularly. This has a resistivity of 1.0 × 10 ¹⁰ This is because when it is Ω · cm or more, it becomes close to a dielectric, and there is a potential difference inside the electrode plate 4 and an electric field is generated inside.
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the electrode plate 4 has a resistivity of 1.0 × 10. ¹⁰ If it is smaller than Ω · cm, it is difficult for a potential difference to be formed inside the electrode plate 4, and the electric lines of force 641 from the adsorption electrode 64 enter the electrode plate 4 almost perpendicularly.
Thus, the electrode plate 4 has a resistivity of 1.0 × 10. ¹⁰ When the electrode plate 4 is formed of a material of Ω · cm or more, the electric field from the adsorption electrode 64 acts obliquely with respect to the electrode plate 4, so that the force with which the electrode plate 4 is electrostatically adsorbed becomes weak. On the other hand, in this embodiment, the electrode plate 4 has a resistivity of 1.0 × 10. ¹⁰ Since it is made of a material of Ω · cm or less, the electric field acts almost vertically, and a strong force for electrostatically attracting the electrode plate 4 can be obtained.
[0024]
Also in this embodiment, the electrode plate 4 is formed of a material that can be cut in the same manner as the etching of the surface of the substrate 9. Similarly, when the material is not shaved, the product is deposited on the surface of the electrode plate 4 when the etching of the substrate 9 is started. If the deposited product is peeled off, it may float inside the processing container 1 and adhere to the surface of the substrate 9. If the product adheres to the surface of the substrate 9, a circuit defect or the like may occur.
[0025]
A cooling mechanism 53 is provided inside the electrode holder 5 as in the conventional apparatus. Also in this embodiment, the coolant is circulated in the electrode holder 5 to cool the electrode plate 4 through the electrode holder 5. As this refrigerant, for example, Fluorinert (trade name) manufactured by 3M Company is used. By keeping this refrigerant at a temperature in the range of about 20 to 80 ° C., the electrode plate 4 is cooled to a temperature of about 90 to 150 ° C.
[0026]
The electrode holder 5 is provided in the processing container 1 with an electrode side cover 57 interposed therebetween. The electrode side cover 57 prevents the heat of the electrode plate 4 heated by the plasma from being transmitted to the processing container 1 through the electrode holder 5 and prevents the electrode plate holder 5 from being exposed to the plasma. The electrode side cover 57 is made of quartz or the like. In order to prevent a vacuum leak from occurring in the processing container 1, an O-ring (not shown) or the like is sealed between the electrode plate holder 5 and the electrode side cover 57 and between the processing container 1 and the electrode side cover 57. A member is provided.
[0027]
A carbon sheet (not shown) is sandwiched between the electrode plate 4 and the electrode holder 5. The carbon sheet is for improving the thermal contact between the electrode plate 4 and the electrode holder 5. The electrode plate 4 is electrostatically adsorbed to the electrode holder 5 as described above, but the surface of the electrode plate 4 and the surface of the electrode holder 5 are not completely flat surfaces, and even if electrostatically adsorbed between them, There are minute gaps. Since this gap is a vacuum pressure, the thermal conductivity is poor. The carbon sheet has a significance of filling such gaps and improving thermal conductivity. More specifically, since such a gap is formed between the electrode plate 4 and the dielectric block 55, the carbon sheet is provided between the electrode plate 4 and the dielectric block 55. As the carbon sheet, one obtained by compressing and shaping fibrous carbon can be used. The thickness of the carbon sheet is about 0.02 to 4 mm, preferably about 2 mm. In addition to the carbon sheet, a sheet-like conductive rubber or indium can be used for the same purpose.
[0028]
Next, another configuration of the plasma processing apparatus of the present embodiment will be described. The processing container 1 is made of a metal such as stainless steel and is electrically grounded. The inside of the processing chamber 1 is 10 by an exhaust system 11. ^-3 The vacuum pressure is maintained at about Pa to 10 Pa. The exhaust system 11 includes a vacuum pump such as a dry pump, and an exhaust speed regulator (not shown) is provided.
[0029]
The process gas introduction system 12 can introduce a process gas necessary for plasma etching at a predetermined flow rate. In this embodiment, CHF ₃ Such a reactive gas is introduced into the processing vessel 1 as a process gas. The process gas introduction system 12 is CHF ₃ A gas cylinder (not shown) in which process gas such as the above is stored, and a pipe 121 that connects the gas cylinder and the processing container 1 are configured.
The electrode plate 4 described above is also used as a process gas introduction path into the processing container 1. Specifically, as shown in FIG. 2, the electrode plate 4 is hollow and has a large number of gas blowing holes 41 on the lower surface. The piping 121 of the process gas introduction system 12 is provided through the holder main body 54 and the dielectric block 55 and is connected to the electrode plate 4. The process gas is once supplied to the internal space of the electrode plate 4 through the pipe 121, and then uniformly blown out from the gas blowing holes 41 and introduced into the processing container 1.
[0030]
The plasma forming means 2 is composed of a high frequency power source 31 connected to the substrate holder 3 as in the conventional apparatus. The high frequency power supply 31 has a frequency of 13.56 MHz and an output of about 2500 W.
The substrate holder 3 includes a substrate holder main body 33 and a substrate holding block 32 provided in contact with the substrate holder main body 33. The substrate holder main body 33 is made of a metal such as aluminum or stainless steel, and is connected to the high-frequency power source 31 described above. The substrate holding block 32 is formed of a dielectric material such as alumina, and the surface thereof is a substrate holding surface.
[0031]
The substrate holder 3 is provided with a substrate adsorption mechanism 8 that adsorbs the substrate 9 by static electricity. The substrate suction mechanism 8 includes a substrate suction electrode 82 provided inside the substrate holding block 32 and a substrate suction power source 81 that applies a predetermined negative DC voltage to the substrate suction electrode 82.
Specifically, the substrate holder 3 is provided with an insulating tube 83 so as to penetrate the substrate holder 3 and communicate with the substrate holding block 32. An introduction member 84 is inserted into the insulating tube 83, and one end is connected to the substrate adsorption electrode 82. The insulating tube 83 and the introducing member 84 are formed of the same material as the insulating tube 62 and the introducing member 63 provided in the electrode holder 5 described above.
The high frequency power supply 31 is also used as a self-bias power supply for generating a self-bias voltage on the surface of the substrate 9. When plasma is generated in the processing container 1 with the high frequency power supply 31 operating, a self-bias voltage in which the potential of the surface of the substrate 9 is negatively shifted is generated due to the interaction between the plasma and the high frequency electric field.
[0032]
A correction ring 34 is provided around the substrate holding surface of the substrate holder 3. The correction ring 34 is formed of the same material as the substrate 9 such as single crystal silicon. Since the peripheral portion of the substrate 9 has heat dissipation from the end face of the substrate 9, the temperature tends to be lower than that of the central portion. Therefore, the temperature of the substrate 9 is made uniform by providing a correction ring 34 made of the same material as the substrate 9 around the substrate 9 so as to give heat enough to dissipate heat from the end face.
Moreover, the plasma formed in the processing container 1 is also maintained by ions and electrons to be etched. Of the entire space where the plasma is formed, the portion facing the peripheral portion of the substrate 9 is less supplied with ions and electrons and the plasma density is lower than the portion facing the central portion of the substrate 9. For this reason, by providing a correction ring 34 made of the same material as that of the substrate 9 in the periphery, the amount of electrons and ions supplied to the space facing the peripheral portion of the substrate 9 is relatively increased, and the plasma density is made uniform. I have to.
[0033]
The substrate holder 3 is provided in the processing container 1 with an insulator 35 interposed therebetween. The insulator 35 is formed of an insulating material such as alumina, and insulates the substrate holder body 33 and the processing container 1 and protects the substrate holder body 33 from plasma. Note that a sealing member such as an O-ring (not shown) is provided between the substrate holder 3 and the insulator 35 and between the process vessel 1 and the insulator 35 in order to prevent a vacuum leak from occurring in the process vessel 1. Is provided.
[0034]
In the present embodiment, the distance between the surface of the substrate holder 3 and the surface of the electrode plate 4 is preferably 4 mm or more and 60 mm or less. Although depending on the pressure, if this distance is less than 4 mm, the plasma becomes close to the so-called Debye distance, so that it is difficult to generate plasma in this space. On the other hand, when the thickness exceeds 60 mm, the plasma diffuses widely in the processing container 1, and the plasma density may decrease and the etching rate may decrease.
[0035]
Next, the operation of the plasma processing apparatus of the first embodiment will be described.
First, during operation of the apparatus, the electrostatic adsorption mechanism 6 and the cooling mechanism 53 are always operating. Accordingly, the electrode plate 4 is electrostatically attracted to the front surface of the electrode holder 5 before the processing of the substrate 9 is started. The electrode plate 4 is cooled to a temperature substantially equal to the refrigerant of the cooling mechanism 53 by being electrostatically attracted.
[0036]
When the substrate 9 is carried into the processing container 1 and placed on the substrate holding surface of the substrate holder 3 by a transport mechanism (not shown), the substrate suction mechanism 8 operates and the substrate 9 is electrostatically attracted to the substrate holding surface. . The inside of the processing container 1 is exhausted to a predetermined pressure by the exhaust system 11 in advance. In this state, the process gas introduction system 12 operates and a predetermined process gas is introduced. Then, high frequency power is applied to the substrate holder 3 by the high frequency power supply 31, high frequency discharge is generated in the process gas, and plasma is formed. In the plasma, process gas radicals are generated. In addition, a high frequency voltage is applied to the substrate holder 3, and a negative self-bias voltage is generated on the surface of the substrate 9 due to the interaction between the high frequency and the plasma. Due to this negative self-bias voltage, an electric field perpendicular to the substrate 9 is set, and ions in the plasma enter the substrate 9 perpendicularly.
[0037]
While utilizing the energy of incident ions, the surface of the substrate 9 is etched by reaction with radicals of the process gas. That is, reactive plasma etching is performed. Even during the etching, the electrostatically adsorbed electrode plate 4 is cooled by the cooling mechanism 53, and the temperature rise is suppressed.
After etching for a predetermined time, the operation of the process gas introduction system 12 and the high-frequency power supply 31 is stopped, the processing container 1 is evacuated, and then the substrate 9 is unloaded by a transfer mechanism (not shown), and the etching of the substrate 9 is completed. To do. The electrostatic adsorption mechanism 6 and the cooling mechanism 53 continue to operate, and the electrode plate 4 is cooled to the initial temperature until the next substrate 9 is carried.
[0038]
In the above operation, the switch 71 may be switched to connect the auxiliary high frequency power source 73 to the electrode holder 5, and a high frequency electric field may be set in the processing container 1 via the electrode plate 4. In this case, since the high frequency is applied to the plasma in addition to the high frequency by the high frequency power supply 31 connected to the substrate holder 3, the plasma density increases. As a result, there is an advantage that the etching rate is improved.
[0039]
In the plasma processing apparatus of the present embodiment, since the electrode plate 4 is electrostatically attracted to the electrode holder 5, it is more uniform in a wider plane than when fixed by a mechanical fixture 51 as in the conventional apparatus. Contact can be ensured. For this reason, the temperature within the surface of the electrode plate 4 can be made uniform. Therefore, the surface temperature of the substrate 9 is also uniform, and the surface is etched uniformly.
Further, since the electrode plate 4 is electrostatically attracted to the electrode holder 5, it is not necessary to fix it with the fixture 51. For this reason, a large stress does not occur locally, and an accident that the electrode plate 4 breaks can be prevented in advance. As a result, a decrease in yield can be prevented.
[0040]
However, in this embodiment, the attachment tool 51 is used to prevent the electrode plate 4 from dropping when the suction power supply 61 stops for some reason, or to temporarily fix the electrode plate 4 when the electrode plate 4 is replaced. The electrode plate 4 is loosely fixed. The mounting tool 51 is specifically a screw, and is formed of aluminum, stainless steel, or the like. In the processing container 1, the attachment tool 51 is covered with a cover 42 and attaches the electrode plate 4. The cover 42 is made of quartz or the like so that the mounting tool 51 is not exposed to plasma.
[0041]
Further, by electrostatically adsorbing the electrode plate 4 and the electrode holder 5, heat transfer efficiency between them can be improved, and the electrode plate 4 can be maintained at a lower temperature. This point is somewhat complicated and will be specifically described with reference to FIG. 4A and 4B are diagrams showing the temperature change of the electrode plate. FIG. 4A shows the temperature change of the electrode plate in the conventional device. FIG. 4B shows the temperature change of the electrode plate in the device of this embodiment. Indicates.
[0042]
First, in the conventional apparatus, the electrode plate 4 is set to a set temperature (t ₀ ) In advance. When etching is started, the temperature of the electrode plate 4 rises in response to heat from the plasma as shown in FIG. 4A, and the etching time for one substrate 9 (hereinafter referred to as processing time). ), The etching continues to rise without reaching thermal equilibrium.
[0043]
Until the processing time ends and etching of the next substrate 9 starts (hereinafter referred to as an interval), the temperature of the electrode plate 4 decreases due to cooling of the cooling mechanism 53. However, the heat transfer efficiency is low in the conventional apparatus, and the temperature of the electrode plate 4 is the initial temperature (t ₀ The etching of the next substrate 9 is started without being cooled to. Therefore, the temperature of the electrode plate 4 rises again due to the heat from the plasma, and the highest temperature reached by the electrode plate 4 within the processing time (hereinafter referred to as the reached temperature) is the same as that in the previous etching of the substrate 9. It will be higher than the ultimate temperature. This ultimate temperature increases as the number of processed substrates 9 increases.
[0044]
Therefore, in the conventional apparatus, the average temperature change of the electrode plate 4 within the processing time (hereinafter referred to as the time average temperature) t _a Increases as the number of substrates 9 processed increases. However, the time average temperature reaches thermal equilibrium at a certain temperature and does not increase any more. Here, the thermal equilibrium means that the total amount of heat received by the electrode plate 4 within the processing time is equal to the total amount of heat taken away from the electrode plate 4, and the temperature averaged within the processing time changes every time etching is performed. It is thermal equilibrium in the sense that there is no (hereinafter referred to as in-time thermal equilibrium). Although the time average temperature reaches the thermal equilibrium in time and does not increase, the time average temperature varies from one substrate 9 to another until then, so the total amount of heat given from the electrode plate 4 to the substrate 9 varies from one substrate 9 to another. There is also a difference in the amount etched.
[0045]
In the conventional apparatus, there is a method of aging the electrode plate 4 in advance as a method of making the time average temperature constant. Specifically, a heater for heating the electrode plate 4 is provided, and the electrode plate 4 is preheated so that the electrode plate 4 reaches the thermal equilibrium in time from the etching of the first substrate 9. However, performing this aging increases the number of steps until the operation of the apparatus is started, and requires a long time, which causes a problem of reducing productivity. Moreover, although the time average temperature of the electrode plate 4 becomes constant by this method, since the use temperature of the electrode plate 4 becomes high as a whole, the electrode plate 4 may be damaged by heat and the life may be shortened. If it is attempted to cool the electrode plate 4 to such an extent that the heat damage received by the electrode plate 4 is eliminated, the heat transfer efficiency is poor, and the cooling mechanism 53 needs to be made large.
[0046]
On the other hand, in the apparatus of this embodiment, since the electrode plate 4 is electrostatically adsorbed, the heat transfer efficiency between the electrode plate 4 and the electrode holder 5 is improved. For this reason, the temperature reached by the electrode plate 4 within the processing time is lowered, and the electrode plate 4 reaches thermal equilibrium within the processing time. For this reason, the temperature of the electrode plate 4 generally decreases within the processing time, and the state in which the temperature of the electrode plate 4 is stable increases, and the etching of the substrate 9 is stably performed while suppressing the temperature increase of the substrate 9. be able to.
[0047]
In addition, the electrode plate 4 has an initial temperature (t ₀ Therefore, even if the processing of the next substrate 9 is started, the reaching temperature does not increase as the number of substrates 9 processed increases. Therefore, the time average temperature (t _a ) Does not increase even if the number of processed substrates 9 increases. For this reason, the total amount of heat applied from the electrode plate 4 to the substrate 9 does not differ from one substrate 9 to another, and the substrate 9 can be etched with good reproducibility.
[0048]
Moreover, in the apparatus of this embodiment, since the use temperature of the electrode plate 4 is low compared with the case where aging is performed, the lifetime of the electrode plate 4 is not shortened. Moreover, since it is not necessary to perform aging, productivity is not reduced. Further, since the heat transfer efficiency is improved by electrostatically adsorbing the electrode plate 4, the electrode plate 4 can be maintained at the same temperature as the conventional one even if the cooling mechanism 53 is simplified.
[0049]
Next, the plasma processing apparatus of 2nd embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 5 is a schematic front sectional view showing the configuration of the main part of the plasma processing apparatus of the second embodiment. The feature of the second embodiment is that the electrostatic adsorption mechanism 6 has an adsorption electrode 64 made of only one plate-like member provided inside the dielectric block 55, and a predetermined negative polarity on the adsorption electrode 64. It is comprised from the power supply 61 for adsorption | suction which applies a DC voltage.
[0050]
Specifically, the electrode holder 5 includes a holder main body 54 and a dielectric block 55 fitted in a recess on the front surface of the holder main body 54 as in the first embodiment. Inside the dielectric block 55, an adsorption electrode 64 formed of a single plate-like member is provided. The adsorption electrode 64 has the same shape as the electrode plate 4 and is provided so that the central axis thereof is coaxial with the central axis of the electrode plate 4.
The electrode plate 4 is also used as a process gas introduction path, as in the first embodiment. The piping 121 of the process gas introduction system 12 is connected to the electrode plate 4 through the holder main body 54 and the dielectric block 55. Specifically, a hole slightly larger than the diameter of the pipe 121 is formed at the center of the adsorption electrode 64, and the pipe 121 is connected to the electrode plate 4 through the inside of the hole. Yes.
[0051]
In addition, a single insulating tube 62 is provided so as to penetrate the holder main body 54 to the dielectric block 55. A metal introduction member 63 is inserted into the insulating tube 62, one end is connected to the adsorption electrode 64, and the other end is connected to the adsorption power supply 61. The suction power supply 61 applies a negative DC voltage of about −1000 V to the suction electrode 64.
The electrode plate 4 that is in direct contact with the space where the plasma is formed is maintained at a so-called sheath potential. Therefore, when a potential sufficiently biased with respect to the sheath potential is applied to the attracting electrode 64, the dielectric block 55 is dielectrically polarized, and the electrode plate 4 can be attracted in the same manner.
[0052]
In the plasma processing apparatus of the second embodiment, since the adsorption electrode 64 is composed of only one plate-like member, there is one adsorption power supply 61. For this reason, compared with 1st embodiment, the structure of an apparatus is simplified and the cost of an apparatus can be reduced.
Also in the second embodiment, the electrode plate 4 is electrostatically adsorbed similarly to the first embodiment, so that the surface temperature becomes uniform. Thereby, the temperature of the surface of the substrate 9 is also uniform, and etching can be performed uniformly.
[0053]
Further, in the second embodiment, the electrode plate 4 can be prevented from cracking by loosening the fixing by the fixture 51 and preventing the generation of a large thermal stress locally. In addition, the electrode plate 4 is electrostatically adsorbed to improve heat transfer efficiency, the temperature reached within the processing time is kept low, and the thermal equilibrium is reached within the processing time. Therefore, the substrate 9 can be etched at a stable temperature while suppressing the temperature rise of the substrate 9. In addition, the heat transfer efficiency is improved, so that the temperature of the electrode plate 4 changes to the initial temperature (t ₀ ), And the time average temperature (t _a ) Becomes constant. Therefore, the total amount of heat received from the electrode plate 4 is not different for each substrate 9, and the reproducibility of etching of the substrate 9 is improved.
[0054]
Next, a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is a plasma processing apparatus corresponding to the invention of claim 3. FIG. 6 is a schematic front sectional view showing the configuration of the main part of the plasma processing apparatus of the third embodiment.
[0055]
The feature of the plasma processing apparatus of the third embodiment is that the holder body 54 of the electrode holder 5 is also used as an adsorption electrode. Specifically, the electrode holder 5 includes a holder body 54 and a dielectric block 55 provided so as to be in contact with the front surface of the holder body 54. The holder main body 54 is connected to a suction power source 61 of the electrostatic suction mechanism 6. The holder body 54 is made of a metal such as aluminum or stainless steel. The suction power supply 61 applies a negative DC voltage of about −1000 V to the holder body 54.
[0056]
In the first and second embodiments, the dielectric block 55 is fitted in the recess on the front surface of the holder body 54. However, in the third embodiment, the recess is not formed on the front surface of the holder body 54. It has become a flat surface. The dielectric block 55 is provided in contact with the flat front surface of the holder body 54. The back surface of the dielectric block 55 has the same shape and size as the front surface of the holder main body 54, and is provided so as to face the front surface of the holder main body 54. An electrode plate 4 is provided on the front surface of the dielectric block 55.
[0057]
The electrode plate 4 is also used as a process gas introduction path as in the first and second embodiments described above. In the third embodiment, since a DC voltage is applied to the holder main body 54, the pipe 121 of the process gas introduction system 12 is insulated from the holder main body 54. Specifically, an insulating tube 122 is provided so as to penetrate the inside of the holder main body 54, and the pipe 121 is connected to the electrode plate 4 through the inside of the insulating tube 122. A joint 123 is provided at a portion where the pipe 121 and the electrode plate 4 are connected. The joint 123 is made of an insulating material such as alumina. This prevents current due to electrons and ions incident on the electrode plate 4 from the plasma from flowing through the pipe 121 to the switch 71 side.
[0058]
In the plasma processing apparatus of the third embodiment, since the adsorption power supply 61 is connected to the holder main body 54, there is no need to provide an insulating tube, an introduction member, etc., and the structure of the apparatus can be simplified. The cost can be reduced.
Also in the third embodiment, since the electrode plate 4 is electrostatically adsorbed similarly to the first and second embodiments, the surface temperature becomes uniform. Thereby, the temperature of the surface of the substrate 9 becomes uniform, and etching can be performed uniformly. Further, the electrode plate 4 is prevented from generating a large thermal stress locally on the electrode plate 4, and the electrode plate 4 is not cracked. Furthermore, since the temperature rise of the electrode plate 4 is suppressed low and the time average temperature is also constant, good quality etching can be performed with good reproducibility.
[0059]
In each of the above-described embodiments, the electrostatic adsorption mechanism 6 uses a DC power supply as the adsorption power supply 61 to apply a DC voltage to the adsorption electrode 64 to perform electrostatic adsorption of the electrode plate 4. You may comprise so that a high frequency voltage may be applied to the electrode 64. FIG. In this case, the electrode plate 4 is attracted by the self-bias voltage generated on the front surface of the dielectric block 55. In such a configuration, more ions are incident than when a direct current power supply is used, so that the amount of etching increases, and the life of one electrode plate 4 is shortened. Further, since no self-bias voltage is generated unless plasma is generated, the electrode plate 4 is not adsorbed and the electrode plate 4 is not sufficiently cooled while the substrate 9 is not processed. The above-described configuration using a DC power source as the suction power source 61 is excellent in that there is no such drawback.
[0060]
The plasma forming means 2 is configured to apply a high frequency voltage to the substrate holder 3, but may be configured to apply a high frequency voltage to the electrode plate 4 by the auxiliary high frequency power source 73 to form plasma.
Further, when a high frequency voltage for plasma formation is not applied to the substrate holder 3, no self-bias voltage is generated on the surface of the substrate 9, but it is preferably used for reactive etching or the like that does not require ion incidence. it can. In addition, a high frequency voltage can be applied to both the electrode plate 4 and the substrate holder 3. In this case, plasma can be formed by the high-frequency voltage applied to the electrode plate 4, and a self-bias voltage can be generated by the high-frequency voltage applied to the substrate holder 3 to cause ion incidence.
In each embodiment, the electrode plate 4 is made of a conductor or a semiconductor, but the electrode plate 4 may be made of an insulator. For example, an electrode plate 4 made of silicon oxide such as quartz or silicon nitride may be employed.
[0061]
In the above description, the plasma etching apparatus is taken as an example, but the present invention can be similarly applied to other various plasma processing apparatuses such as a plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus, a plasma ashing apparatus, and a plasma surface nitriding apparatus. For example, in the case of a plasma chemical vapor deposition apparatus, a plasma is formed by introducing a gas having a deposition action such as a mixed gas of silane and hydrogen. In the case of a plasma ashing apparatus, a gas having an ashing action such as oxygen is introduced to form plasma.
[0062]
【The invention's effect】
As explained above, claims 1, 2, 3 or 4 According to the invention, since the electrode plate is electrostatically adsorbed on the surface of the electrode holder, uniform contact can be ensured in a wider plane as compared with a mechanical fixture. Thereby, the temperature of the surface of an electrode plate becomes uniform and it can process uniformly with respect to a board | substrate. Further, since the electrode plate is electrostatically adsorbed, no attachment tool is provided or the fixing by the attachment tool can be loosened, and no large thermal stress is generated locally. For this reason, it is possible to prevent an accident such as the electrode plate from cracking, and to prevent a decrease in yield. In addition, by electrostatically adsorbing the electrode plate, a portion having higher contactability than that in the case where the electrode plate is fixed by a fixture spreads, and the heat transfer efficiency between the electrode plate and the electrode holder is improved. For this reason, it is possible to perform processing while keeping the temperature of the electrode plate low. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of processing and the reproducibility due to the temperature rise of the electrode plate.
Claims 5 According to the invention, in addition to the above-described effect, it is possible to prevent the electrode plate from falling when the electrode plate is displaced from the electrode holder or when the suction power supply is stopped for some reason. For this reason, it is possible to prevent the device from being destroyed when the electrode plate falls on the substrate, or the yield from being lowered due to the substrate becoming unusable. In addition, since the electrode plate can be temporarily fixed when the electrode plate is replaced, the work can be performed efficiently.
Claims 6 According to the invention, in addition to the above effects, a uniform electric field can be generated on the surface of the substrate, and the substrate can be processed uniformly. Further, the internal space of the processing container does not increase, and the time for exhausting the inside of the processing container does not increase.
Claims 7 According to the invention, in addition to the above effect, the force with which the electrode plate is adsorbed to the electrode holder becomes stronger, the contact between the electrode plate and the electrode holder is increased, and the heat transfer efficiency is further improved. Moreover, there is no possibility that the electrode plate is displaced.
Claims 8 According to the invention, in addition to the above effects, the electrode plate is cooled, so that the thermal stress of the electrode plate is relaxed and the risk of cracking of the electrode plate is further reduced. It is possible to suppress the temperature rise of the electrode plate, increase the processing speed, and improve the reproducibility of the processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front sectional view showing a main part of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the electrode plate is adsorbed to the electrode holder, and (1) shows a resistivity of 1.0 × 10. ¹⁰ The case where the electrode plate is formed of a material of Ω · cm or more is shown. ¹⁰ It is a figure which shows the case where it forms with the material of ohm * cm or less.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a temperature change of an electrode plate, wherein FIG. 4A shows a temperature change of the electrode plate in a conventional device, and FIG. 4B is a temperature change of the electrode plate in the device of the present embodiment. Indicates.
FIG. 5 is a schematic front sectional view showing a configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 6 is a schematic front sectional view showing a configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a third embodiment.
FIG. 7 is a schematic front sectional view showing a plasma etching apparatus as an example of a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Processing container
11 Exhaust system
12 Process gas introduction system
3 Substrate holder
31 High frequency power supply
34 Correction ring
4 Electrode plate
41 Gas outlet
5 Electrode holder
51 Fitting
53 Cooling mechanism
531 cavity
54 Holder body
55 Dielectric Block
6 Electrostatic adsorption mechanism
61 Power supply for adsorption
62 Insulation tube
63 Introduction member
64 Adsorption electrode
8 Substrate adsorption mechanism
81 Substrate suction power supply
82 Substrate suction plate
9 Board

Claims

A processing container that performs predetermined processing on the substrate inside, an exhaust system that exhausts the inside of the processing container, a process gas introduction system that introduces a predetermined process gas into the processing container, and gives energy to the process gas A plasma processing apparatus comprising plasma forming means for forming plasma in a processing container, and a substrate holder for holding a substrate at a predetermined position in the processing container where predetermined processing is performed by the action of plasma,
An electrode plate facing the substrate when the substrate is held by the substrate holder and an electrode holder holding the electrode plate are provided, and the electrode plate is detachably attached to the electrode holder. In addition, there is an electrostatic adsorption mechanism that induces static electricity on the surface of the electrode holder to attract the electrode plate to the electrode holder,
The plasma processing apparatus, wherein the electrode plate is hollow and has a large number of gas blowing holes on a surface facing the substrate.

The electrostatic attraction mechanism is provided as a part of the electrode holder and has a dielectric block on the surface of which the electrode plate is adsorbed, an attraction electrode provided in the dielectric block, and an attraction electrode. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising: an adsorption power source that applies static voltage to induce static electricity on the surface of the dielectric block.

The electrode holder includes a metal holder main body and a dielectric block that is provided in contact with the holder main body and has the electrode plate adsorbed on the surface thereof. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising an adsorption power source that applies a predetermined voltage to the holder body to induce static electricity on the surface of the dielectric block.

A processing container that performs predetermined processing on the substrate inside, an exhaust system that exhausts the inside of the processing container, a process gas introduction system that introduces a predetermined process gas into the processing container, and gives energy to the process gas A plasma processing apparatus comprising plasma forming means for forming plasma in a processing container, and a substrate holder for holding a substrate at a predetermined position in the processing container where predetermined processing is performed by the action of plasma,
An electrode plate facing the substrate when the substrate is held by the substrate holder and an electrode holder holding the electrode plate are provided, and the electrode plate is detachably attached to the electrode holder. In addition, there is an electrostatic adsorption mechanism that induces static electricity on the surface of the electrode holder to attract the electrode plate to the electrode holder,
The electrode holder comprises a metal holder body and a dielectric block that is provided in contact with the holder body and on which the electrode plate is adsorbed,
The plasma processing apparatus is characterized in that the electrostatic adsorption mechanism includes an adsorption power source that applies a predetermined voltage to the holder body to induce static electricity on the surface of the dielectric block.

5. The plasma processing according to claim 1, further comprising an attachment for attaching the electrode plate to the surface of the electrode holder in a mechanically detachable manner in addition to the electrostatic adsorption mechanism. apparatus.

6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the electrode plate has the same shape as that of the substrate and has a size equal to or more than four times that of the substrate. .

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the electrode plate is made of a material having a resistivity of 1.0 × 10 ¹⁰ Ω · cm or less.

The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a cooling mechanism that cools the electrode plate via the electrode holder.

Between the dielectric block and the electrode plate, according to claim 2, 3 or 4 further characterized in that to fill the small gap between them with improved thermally conductive sheet is provided Plasma processing equipment.

The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the sheet is made of carbon, conductive rubber, or indium.