JPH02308527A - 真空処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空処理方法及び装置に係り、特に半導体素
子基板等の試料を冷却して真空処理するのに好適な真空
処理方法及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子基板等の試料を冷却して真空処理する技術と
しては、例えば、特開昭６０−１５８６２７号公報、特
開昭６１−１０３５３１９１公報。

特開昭６１−２００６３５号公報、特開昭６２−１９９
７６’９号公Ｎ、　４’Ｈｔ［６３−５０４７０号公報
等に記載のような、試料が設置される試料台を冷媒で冷
却し、該冷却された試料台を介して試料を冷却するよう
にしたものが、従来より知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、試料の真空処理時において試料を試
料台に押圧し固定する手段での温度上昇、それによる真
空処理時の試料の温度の不均一が生じ、このため、試料
の処理プロセスの不均一性、試料ロット間での処理品質
のバラツキが生じるといった問題を有している。

本発明の目的は、試料の真空処理プロセスの不均一性、
試料口ブト間での処理品質のバラツキの発生を抑制でき
る真空処理方法及び装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、真空処理方法を、試料を試料台に載置する
工程と、該載置された試料を試料押え手段により前記試
料台に固定する工程と、該固定された試料を冷却する工
程と、前記試料押え手段を冷却する工程と、前記固定さ
れた試料を真空下で処理する工程とを有する方法とし、
真空処理装置を、真空処理室と、該真空処理室内で試料
が載置される試料台と、該試料台に載置された前記試料
を押圧し固定する手段と、前記試料台を介して前記試料
を冷却する手段と、前記試料押え手段を冷却する手段と
を具備したものとすることにより、達成される。

〔作　　用〕

真空処理室内で試料は試料台に載置される。該載置され
た試料は、試料押え手段により試料台に押圧されて固定
される。該固定された試料は、試料冷却手段の作用によ
り試料台を介して冷却され、一方、試料押え手段は、試
料押え冷却手段により冷却される。この状態で固定され
た試料は、真空処理される。このような試料の真空処理
時に試料押え手段の温度は上昇しようとするが、しかし
、該試料押え手段は上記のように冷却されているため、
例えば、その温度上昇は抑制される。従って、真空処理
時の試料の温度の均一性は良好に保持される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を！１！１図、第２図により説
明する。

第１図は、本発明による有磁場マイクロ波プラズマエブ
チング装置の要部構成図で、容器１０の頂壁には、開口
１１が形成されている。容器ｌＯは、例えば、ステンレ
ス鋼で形成されている。放電管加は、その形状が、例え
ば、半球形状であり、その開放端は、開口１１と略一致
している。放電管ｍは、例えば、石英で形成されている
。放電管ｍは、その開放端を開口１１に略合致し容器１
０の頂壁に気密に構設されている。容器１０内、放電管
に内で処理空間（９）が形成される。導波管荀は、その
形状が、例えば、略円筒形状である。導波管菊は、放電
管Ｉの外側で該放電管美を内含して配設されている。

マイクロ波発振手段、例えば、マグネトロン父と導波管
荀とは、導波管４１で連結されている。磁場発生手段は
、この場合、ソレノイドコイルωであ値されている。ｔ
ス導管７０の一端は、エツチングガス源７１に連結され
、その他端は、処理空間間に開口させられている。ガス
導管７０には、ガス流量制御器π、バルブｎが設けられ
ている。容器１ｏの、この場合、底壁には、排気ノズル
ωが設けられている。排気管８１の一端は、排気ノズル
（資）に連結され、その他端は、真空ポンプ８２の吸気
口に連結されている。排気管８１には、少なくとも可変
抵抗弁間が設けられている。

第１図で、試料台軸（資）が、その上部を処理空間加に
突出し容器１０の底壁に気密に設けられている。

試料台軸（イ）の軸心は、この場合、開口Ｈの中心およ
び放電管囚の軸心と略一致させられている。試料台９１
は、その形状が、例えば、円板状である。

試料台９１の寸法は、試料ｉｏｏの寸法よりも大きく、
また、関口Ｈの寸法よりも小さくなっている。試料台９
１は、その試料設置面を上面、かつ、水平面として試料
台軸匍の上端に設けられている。試料台９１の試料設置
面の中心は、この場合、試料台軸美の軸心に略一致させ
られている。試料台軸美の下端は、この場合、バイアス
電源、例えば、高周波電源１１０に接続されている。高
周波電源１１０は、接地されている。従って、試料台軸
美、試料台９１は、導電性材料で形成され、容器１（＋
の底壁と試料台軸匍とは、電気的に絶縁されている。ま
た、アース電極１２０が、この場合、試料台９１の側面
に対応して設けられている。

第１図で、この場合冷媒供給装置ｉｉ　１３０が設置さ
れている。試料台９１の内部には、冷媒循環路１３１が
形成されている。試料台軸匍の内部には、冷媒供給路１
３２と冷媒排出路１３３が形成されている。

冷媒供給管１３４の一端は、冷媒供給装置ｔ　１３０の
冷媒供給口に連結され、その他端は、冷媒供給Ｍ　１３
２の一端に連通して試料台軸９１に連結されている。

冷媒供給路１３２の他端は、冷媒循環ｊ１３１３１に連
通させられている。冷媒排出路１３３の一端は、冷媒循
環路１３１に連通させられている。冷媒排出管１３５の
一端は、冷媒排出ｊ８１３３の他端に連通して試料台軸
４１に連結され、その他端は、例えば、冷媒供給装置１
３０の冷媒回収口に連結されている。冷媒供給管１３４
．冷媒排出管１３５には、それぞれバルブ１３６．１３
７が設けられている。

第１図、第２図で、処理空間間には、試料押え１４０が
設けられている。試料押え１４０の平面形状は、領えば
、リング状である。試料押え１４０は、その内径端部で
、かつ、下面部に、試料押え部１４１を有している。つ
まり、二の場合、試料台９１の試料設置面に載置された
試料１００の外周辺部に試料押え部１４１は対応可能で
ある。試料押え１４０の内部には、冷媒循環路１４２が
形成されている。また、この場合、冷媒循１１ｊｌｉ！
１４２は、その一部分が試料押え部１４１に近接するよ
うに形成されている。冷媒供給装置としては、この場合
、冷媒供給装置１３０が共用される。冷媒供給管１４３
の一端は、バルブ１３６の前流側で冷媒供給管１３４の
合流連結され、その他端は、冷媒循環路１４２の一端に
連通して試料押え１４０に連結されている。冷媒排出管
１４４の一端は、冷媒循環路１４２の他層に連通してに
料押え１４０に連結され、その他端は、バルブ１３７の
後流側で冷媒排出管１３３に合流連結されている。冷媒
供給装置４３．冷媒排出管１４４には、それぞれバルブ
１４５．１４６が設けられている。また、試料押え１４
０は、処理空関父にあり、従って、冷媒供給管１４３゜
冷媒排出管１４４は、この場合、容器１０の底壁をそれ
ぞれ貫通して気密に設けられている。また、試料押え１
４０が、処理空間間で移動させられる場合においては、
例えば、処理空間Ｉにある冷媒供給管１４３．冷媒排出
管１４４は、試料押え１４０の移動を阻害しない構造、
例えば、ベローズ構造が採用される。この場合、試料押
え１４０には、その温度を検知するセンサ１４７が設け
られている。センサ１４７の出力端は、温度制御装置１
４８に接続されている。例えば、冷媒流量制御ｎ　１４
９がバルブｔ４５の後流側で冷媒供給管１４３に設けら
れている。冷媒流量制御器１４９としては、例えば、自
動調節バルブが用いられ、温度制御ｉ［１４ｇに接続さ
れている。つまり、温度制御装置ｆ　１４ｇは、試料押
え１４０の検知温度と試料押え１４０の温度上昇による
試料１００の温度不均一が生じるのを防止可能で予め設
定された温度とを比較し、該比較結果に１いて冷媒流量
制御器１４９に制御信号を出力する機能を有する。試料
押え１４０　としては、例えば、ての自重、により試料
１００を試料台９１の試料設置面に押圧して固定する機
能を有するものや、機械力、例えば、バネ力により試料
１００を試料台９１の試料設置面に押圧して固定する機
能を有するもの等が採用される。また、この場合、試料
押え１４０は、プラズマの集中を防止するため、電気絶
縁材料、例えば、アルミナで形成若しくはアルミナで被
覆されている。

なお、冷媒としては、例えば、冷却水、液化フッ素系化
合物、液化炭化水素、液化菫素、液体へリュウム等が適
宜選択され、従って、冷媒供給装置ｔ　１３０　として
は１選択された冷媒を供給可能なものが採用される。ま
た、上記のように試料ｌｏｏの冷却に用いられる冷媒で
は、試料押え１４Ｇの冷却が不充分、また、逆に、冷却
し過ぎる場合においては、試料押え１４０の冷却に用い
られる冷媒を、試料１００゛の冷却に用いられる冷媒と
は異ならせることができる。この場合、例えば、冷媒供
給装置１３０の他に試料押え１４（＋の冷却層゛の冷媒
を供給する装置の設置が別に必要となる。また、試料押
え１４０を冷却し過ぎる場合で、試料押え１４０への冷
媒供給量調節でもカバーできない場合、試料押え１４０
に供給される冷媒を所定温度になるように加温しても良
い。この場合、冷媒を加温する手段、例えば、ヒータが
冷媒供給管１４３に設けられる。

また、試料１００．つまり、試料台９１冷却後に排出さ
れる冷媒により試料押え１４０の冷却が有効になされる
場合においては、冷媒供給管１４３の一端は、冷媒排出
路１３３の他端に連通して試料台軸頭に連結されるか、
または、冷媒排出管１３５に合流連結される。また、試
料押え１４０を冷却した後の冷媒で試料１００を冷却す
るようにすることも可能である。この場合、冷媒供給管
１４３の一端は、冷媒供給装置ｌ　１３０の冷媒供給口
に連結され、冷媒排出管１４４の他端は、冷媒供給路１
３２の一端に連通して試料台軸頭に連結されるか、また
は、冷媒供給管１３４の一端と連結される。

第１図、第２図で、半導体素子基板等の試料１００が、
この場合、１個、公知の搬送手段（図示省略）により処
理空間Ｉに搬入されて試料台９１の試料設置面に被処理
面上向姿勢にて渡され載置される。

この場合、試料押え１４０は、搬送手段から試料台９１
への試料１００の渡し、載置を阻害しない状態にある。

処理空間箕は、真空ポンプ羽の作動により所定圧力まで
減圧排気されている。試料台９１の試料設置面に載置さ
れた試料１００は、その後、試料押え１４０の試料押え
部１４１が試料１００の被処理面の外周辺部に当接した
状態で試料押え１４０により押圧されて固定される。冷
媒循環路１３１には、冷媒供給袋ｆｆ１１３０の作動お
よびバルブ１３６の開弁により冷媒供給管１３４．冷媒
供給路１３２を介して所定の冷媒が供給される。冷媒循
環路１３１に供給された冷媒は、冷媒循環路１３１を循
環流通した後に冷媒排出路１３３．冷媒排出管１３５お
よび開弁しているバルブ１３７を介して冷媒供給装置１
３０に回収される。これにより、試料台９１は所定温度
に冷却され、また、試料１００は、試料台９１を介して
所定温度に冷却される。なお、試料１００の冷却効率を
高めるために、試料台９１の試料設置面と試料１００の
裏面との間に熱伝導性が良好なガス、例えば、ヘリウム
ガスが供給される場合がある。また、バルブ１４５．１
４６がそれぞれ開弁させられ、冷媒循環路１４２には、
冷媒供給管１４３を介して冷媒が供給される。冷媒循環
路１４２に供給された冷媒は、冷媒循環路１４２を循環
流通した後に冷媒排出管１４４゜１４５を介して冷媒供
給装置　１３０に回収される。これにより、試料押え１
４０は冷却される。一方、処理空間（９）には、試料１
００およびその処理仕様に対応して選択されたエツチン
グガスが、エツチングガス源７１からガス導管７０．開
弁されたバルブｎを介しガス流量制御器ｎで流量を所定
流量に調節されて導入される。処理空間（資）に導入さ
れたエツチングガスの一部は、作動している真空ポンプ
反ににより排気され、可変抵抗弁部により処理空間萄の
圧力は、所定の処理圧力に調節される。また、一方、マ
グネトロン父が作動させられ、例えば、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波が発振される。該発振されたマイクロ波は
、導波管４１．４０を伝播し、これにより、放電管６部
にはマイクロ波電界が発生させられる。これと共に、ソ
レノイドコイルωの作動により放電管１部には、磁場が
発生させられるる。このようなマイクロ波電界と磁場と
の相乗作用により放電管（９）内にあるエツチングガス
は、プラズマ化される。試料台９１に固定された試料１
００の被処理面は、該プラズマを利用してエラチン処理
される。エツチング処理中に試料１００の温度は上昇し
ようとするが、試料１００の冷却によりその温度は所定
温度に保持される。また、エツチング処理中に試料押え
１４０の温度も上昇しようとするが、この場合、試料押
え１４０の冷却によりその温度上昇は抑制される。つま
り、エツチング処理中における試料押え１４０の温度上
昇、それによる試料押え部１４１を介しての試料１００
への熱伝導、そして、それによる′試料の温度不均一化
が抑制され、この状態で試料１００は、エツチング処理
される。

なお、この場合、高周波電源１１０の作動によりエツチ
ング処理中の試料１００には、所定のバイアス電圧が印
加され、これにより、エツチング速度の高速化、精密異
方性エツチングが達成される。また、試料押え１４０へ
のプラズマの集中が防止できるため、エツチング処理中
における試料押え１４０の温度上昇つまり試料１００の
温度不均一化が更に有効に抑制できる。試料１００のエ
ツチング処理が終了した時点で、処理空間（９）へのエ
ツチングガスの導入、マグテトロン５０．　　ソレノイ
ドコイル６０゜高周波電源１１０等の作動が停止される
。その後、試料押え１４０による試料１００の押圧、固
定が解除され、エツチング処理済みの試料１００は、試
料台９１から搬送手段に渡され処理空間Ｉ外へ搬出され
る。その後、処理空間Ｉには、搬送手段により新規な試
料が搬入され、以下、上記操作が順次繰り返して実施さ
れる。これにより、試料は、１個毎類次連続してニーｌ
テンプ処理される。

なお、更に、エツチング処理中に試料押え１４０の温度
がセンサ１４７により検知されて温度制御装置１４８に
入力される。温度制御装ｆｆ１１４８では、入力されて
きた検知温度と上記予め設定された温度との比較演算が
実施され、該比較結果に基いて温度制御装置１４８から
冷媒流量制御器１４９に制御信号が出力されて冷媒循環
路１４２に供給される冷媒の流量が制御される。つまり
、検知温度が上記設定温度〜よυ、も高い場合には、試
料押え１４０の温度が上記設定温度になるように冷媒循
ＩｊＩ略１４２に供給される冷媒の流量は増量される。

また、検知温度が上記設定温度よりも逆に低い場合は、
該冷媒の流量は減址される。このようなことにより、エ
ツチング処理中における試料押えの温度による試料温度
の不均一性が更に良好に抑制される。

上記実施例に、よれば、次のような効果が得られる。

（１）　　マイクロ波電界と磁場との相乗昨月により生
成されたプラズマを利用しての試料のエツチング処理中
における試料押えの温度上昇を抑制でき試料温度の不均
一化を抑制できるので、試料のエツチング処理プロセス
の不均一性、試料口ブト間でのエツチング処理品質のバ
ラツキの発生を抑制できる。

（２；　　試料押えへの上記ブラ・ズマの集中を防止で
きるので、試料のエツチング処理中における試料押えの
温度上昇を更に有効に抑制でき試料温度の不均一化を更
に抑制できる。

（３）　　試料押えの温度を検知し、エツチング処理中
の試料の温度不均一化に及ぼす試料押えの温度の影響を
充分に除去できる。

なお、上記一実施例では、有磁場型マイクロ波プラズマ
エツチング装置を用いて試料をプラズマエツチング処理
する例を取り挙げて説明したが、本発明は、次のような
場合においても有効に適用し得る。

イ１）　　プラズマエツチング装置を用いた試料のエツ
チング処理。

（ａ）　　例えば、特關昭６０−１５８６２７号公報、
特開昭６１−１０３５３１号公報に記載のような平行平
板型反応性プラズマエツチング装置に用いた試料のエツ
チング処理。

この場合、試料が載着されて固定される電極が上記一実
施例における試料台に相当する。

（ｂ）　　マイクロ波プラズマエツチング装置を用いた
試料のエツチング処理。

マイクロ波プラズマエツチング装置とは、上記一実施例
での有磁場型マイクロ波プラズマニーｔ’ｆ−ングｇｔ
厘とは真なり、磁場を使用せずにマイクロ波電界のみで
エツチングガスをプラズマ化し、該プラズマを利用して
エツチング処理するタイプのものである。

（Ｃ）　　プラズマエツチング装置を用いた試料のエツ
チング処理。

プラズマエツチング＊ａ！とに、容量結合型のプラズマ
エツチング装置であり、電極以外に試料が固定される試
料台を別途有するタイプのものである。

（２）　　プラズマＣＶＤ装置を用いた試料の成膜処理
。

この場合、プラズマＣＶＤ装置としては、有磁場型のマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置、無磁場型のマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置、平行平板型プラズマＣＶＤ装置、容
量結合型のプラズマＣＶＤ装置ｔ等が含まれる。このよ
うな装置で、試料が固定されるものが試料台であり、こ
れが電極である゛ものにおいてはその電極が試料台に相
当する。

（３）例えば、特開昭６３−５０４７０号公報に記載の
ような各スパプタ装置を用いた試料の成膜処理。

（４）例えば、特開昭６２−１９９７６９号公報に記載
のようなＭＢｇ装置を用いた試料の成膜処理。

なお、この他に、試料押えにより試料を試料台に押圧し
て固定し、試料台に固定された試料を冷却して真空下で
処理するもので、真空処理中に試料押えの温度が上昇す
る。逆に冷却され過ぎるものに該当するものにおいては
、本発明は、有効に適用し得る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料の真空処理中における試料抑圧固
定手段の温度変化による試料の温度不均一化を防止でき
るので、試料の真空処理プロセスの不均一性、試料ロッ
ト間での処理品質のバラツキの発生を抑制できる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の有磁場型のマイクロ波プ
ラズマエツチング装置の構成図、第２図は、第１ｆｆｉ
の試料押えの平面図である。 １０・・・・・・容器、１１・・・・・・開口、Ｉ・・
−・・放電管、（支）・・・処理空間、４０．４１・・
・・・・導波管、父・・・・・・マグネトロン、ω・・
・・・・ソレノイド、７０・・・・・・ガス導管、７１
・・・・・・工、テングガス源、（資）・・・・・・排
気ノズル、８１・・・・・・排気管、乾・・・・・・真
空ポンプ、９１・・・・・・試料台、１３０・・・冷媒
供給装置、１３１．１４２・・・・・・冷媒循環路、１
３２・・−・・冷媒供給装置、１３３・・・・・・冷媒
排出路、１３４．１６３・・・・・・冷媒供給管、１３
５　、　１４４・・・・・・冷媒排出管、１４０蛎−−
−−一臥翠ｉマＬ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料を試料台に載置する工程と、該載置された試料
   を試料押え手段により前記試料台に固定する工程と、該
   固定された試料を冷却する工程と、前記試料押え手段を
   冷却する工程と、前記固定された試料を真空下で処理す
   る工程とを有することを特徴とする真空処理方法。 ２、前記試料押え手段に冷媒を流通させて該試料押え手
   段を冷却する第１請求項に記載の真空処理方法。 ３、前記試料押え手段に冷媒を流通させると共に、該流
   通量を調節し、前記試料押え手段の温度を調節して冷却
   する第１請求項に記載の真空処理方法。 ４、真空処理室と、該真空処理室内で試料が載置される
   試料台と、該試料台に載置された前記試料を押圧し固定
   する手段と、前記試料台を介して前記試料を冷却する手
   段と、前記試料押え手段を冷却する手段とを具備したこ
   とを特徴とする真空処理装置。 ５、前記試料押え手段の試料押れ部材に冷媒流路を形成
   し、該冷媒流路に冷媒供給ラインおよび冷媒排出ライン
   をそれぞれ連結した第４請求項に記載の真空処理装置。