JPH036378A - 試料保持装置 - 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】 級１よ立且■旦■ 本発明は試料保持装置、より詳細には絶縁体層と試料台
などとから構成され、プラズマ等の照射を受け、高温と
なる試料を保持する場合に用いられる、例えばプラズマ
ＣＶＤ装置に採用される試料保持装置に関する。

従迷ｎ克術 プラズマを用いた半導体製造装置、例えばプラズマＣＶ
Ｄ装置などの中に配設されている試料保持装置は冷媒を
介して冷却される試料台と、絶縁体層などとから構成さ
れている。

例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣ
ｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）を利用して生
成されるＥＣＲプラズマにより、試料の表面上に所望の
物質の薄膜を形成せしめるＣ　Ｖ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｌ装置、あるい
は試料の表面上に微細な回路パターンを形成せしめるド
ライエツチング装置などの半導体集積回路の製造におい
て用いられている試料保持装置を第２図に基づいて説明
する。この試料保持装置は基台１０に試料台１１が添設
されており、この試料台１１には冷却液を循環させるた
めの流路１２が形成されている。この流路１２には導入
管１３および導出管１４が接続されており、冷却液が導
入管１３から流路１２を通って導出管１４から排出され
るように構成されている。試料台１１の図中左方には絶
縁体層１５がシリコンゴム等の伝熱体１６を介して固定
されており、この絶縁体層１５の左側面側に試料１７が
静電チャックされるようになっている。絶縁体層１５は
例えばセラミックなどから構成される絶縁体１８内部に
電極層１９が埋設された格好で形成されており、この電
極層１９には基台１０および試料台１１を貫通して電極
棒２０が接続されている。基台１０および試料台１１の
電極棒２０を貫通させる部分には絶縁筒２１が介装され
ている。

絶縁体層１５の試料台１１に対する固定は、絶縁体層１
５の右側面部外周面に形成されたフランジ部２２と電極
層え２３の左側面部内周面に形成されたフランジ部２４
との接合により、電極層え２３が試料台１１にボルト止
め（図示せず）されることにより行なわれている。

以上のごとく構成された試料保持装置に静電チャックさ
れた試料１７にプラズマが照射されると試料１７の温度
は上昇する。

そこで従来においても試料１７の温度を制御すべく、導
入管１３から水あるいは不凍液などの冷媒を流入させ、
流路１２内を通って導出管１４がら排出させることによ
り、試料台１１を冷却していた。また絶縁体層１５と試
料台１１との間には、シリコンゴムやシリコン系のグリ
ースなどからなる伝熱体１６を介在させて、剛体同士の
接触では極わずかとなる接触伝熱面積の増大を図り、冷
却能力の向上を図っていた。

また、絶縁体層１５と試料台１１の間の熱伝達を大きく
するために、伝熱体としてＨｅガスを充填する方法もあ
る。

明が　決しようとする課 ところが上記したような、従来の試料保持装置にあって
は、試料台１１と絶縁体層１５どの伝熱には伝熱体１６
を介在させているとはいえ、伝熱体１６としてシリコン
ゴムな用いた場合には、シリコンゴムと絶縁体層１５あ
るいは試料台１１との間に隙間ができるなど密着性が悪
く十分に絶縁体層１５を冷却することはできない。

また、伝熱体としてＨｅガスを用いる場合には、絶縁体
層１５と試料台１１の間で放電が起こる可能性がある。

さらにＨｅガスの熱伝達効果を高くするためには、絶縁
体層１５と試料台１１の間の隙間を０．５ｍｍ以下にす
る必要があるが、全面を均に０．５ｍｍ以下に保つこと
は難しい。

従って十分な試料１７の冷却効果を得ることができなか
った。

このため次に述べるような様々な問題が生じていた。例
えばＥＣＲエツチング中の温度上昇はエツチングレジス
トの変形や変質の原因となり、またエツチング形状にも
悪影響を与える。また、ＥＣＲ−ＣＶＤ法による絶縁膜
形成中の温度上昇は、すでに半導体基板上に形成されて
いるアルミ配線の欠損や焼は付きを引き起し、半導体基
板のストレスマイグレーションの一因となっていた。

また伝熱体１６としてシリコン系のグリースを用いた場
合には、グリースが経時的に劣化して冷却能力が経時的
に低下したり、あるいはグリースが試料台１１と絶縁体
層１５の間からしみ出し、試料１７を汚染するといった
問題があった。

本発明は係る問題点に鑑みて発明されたものであって、
絶縁体層１５に保持される試料に対する冷却能力が向上
し、試料温度を低温に確実容易に維持制御することので
きる試料保持装置を提供し、例えばＬＳＩの高集積化、
微細化を進めることを容易とすることを目的とする。

課８を　？するための 上記した目的を達成するために、本発明に係る試料保持
装置は絶縁体層と試料台を備えた試料保持装置において
、前記絶縁体層と前記試料台との間に柔軟性のあるメタ
ルシートが介装されていることを特徴とし、 また、絶縁体層と試料台を備えた試料保持装置において
、前記絶縁体層と前記試料台との間に熱伝導性繊維を含
有した柔軟性のある有機複合材シートが介装されている
ことを特徴とするものである。

作■ 上記した構成によれば、試料保持装置を構成する絶縁体
層と試料台との間に柔軟性のあるメタルシートが介装さ
れている。従って、前記絶縁体層と試料台との隙間が前
記柔軟性のあるメタルシトにより埋められ、このメタル
シートを介して密着し、接触面積が大きくなると同時に
メタルシトの良好な熱伝導性が有効に利用され、絶縁体
層から試料台への熱伝達がスムーズに行なわれ、絶縁体
層に保持された試料に対する冷却能力も向上する。

また、試料保持装置を構成する絶縁体層と試料台との間
に柔軟性のあるカーボンや金属ウィスカーなどを含有し
た有機複合材シートが介装されても、前記柔軟性のある
メタルシートを介装した場合と同様、有機複合材シート
に含有される金属ウィスカーの良好な熱伝導性を有効に
利用することができ、絶縁体層から試料台への熱伝達が
スムーズに行なわれることになり、絶縁体層に保持され
た試料に対する冷却能力が向上する。

夫胤胴 以下本発明に係る試料保持装置の実施例を図面に基づい
て説明する。

なお、従来例における部品と同一機能の部品には共通の
符合を用いる。

第１図は本実施例に係る試料保持装置３０が配設された
プラズマＣＶＤ装置の縦断面図である。

３５はプラズマ生成室、３６は導波管、３７は試料１７
に対し薄膜を堆積させる反応室、３８は励磁コイルであ
る。プラズマ生成室３５はステンレス鋼製であって、マ
イクロ波に対して空洞共振器を構成するように形成され
ており、−側壁の中央部には石英ガラス板３９で閉鎖さ
れたマイクロ波導入窓４０が形成され、また、他方の側
壁の中央部にはマイクロ波導入窓４０と対向してプラズ
マの引き出し窓４１が形成されている。マイクロ波導入
窓４０には導波管３６の一端部が接続され、またプラズ
マ引き出し窓４１にはこのプラズマ弓き出し窓４１に臨
む反応室３７が連接され、さらに周囲には、プラズマ生
成室３５およびこのプラズマ生成室３５に連結された導
波管３６の一端部に跨ってこれらプラズマ生成室３５お
よび導波管３６と同心状に励磁コイル３８が周設されて
いる。

導波管３６は、マイクロ波導入窓４０に接続されていな
い他端部が高周波発振器（図示せず）に接続され、この
高周波発振器から発せられたマイクロ波がマイクロ波導
入窓４０を経てプラズマ生成室３５内に導入されるよう
に構成されている。

励磁コイル３８は直流電源（図示せず）に接続されてお
り、この直流電源に通電することによって、プラズマ生
成室３５内にマイクロ波が導入されるとプラズマを生成
するように磁界が形成されるとともに、反応室３７側に
向けて磁束密度が低くなる発散磁界が形成され、プラズ
マ生成室３５内で生成されたプラズマが反応室３７内に
導入されるようになっている。

反応室３７は側壁に排気装置（図示せず）に接続される
排気口４２を備え、反応室３７の内部にはプラズマ引き
出し窓４１と対向させて試料保持装置３０が配設され、
この試料保持装置３０の前面にプラズマ引き出し窓４１
と対向させて試料１７が静電チャックの手法で着脱自在
に装着されている。

ここで試料保持装置３０を第２図に基づいて詳しく説明
すると、試料保持装置３０は基台ｌＯに試料台１１が添
設されており、この試料台１１には冷却液を循環させる
ための流路１２が形成されている。この流路１２には導
入管１３および導出管１４が接続されており、冷却液が
導入管１３から流路１２を通って導出管１４から排出さ
れるように構成されている。試料台１１の図中左方には
絶縁体層１５が伝熱体１６であるインジュムシートを介
して固定されており、この絶縁体層１５の左側面部に試
料１７が保持できるようになっている。絶縁体層１５は
例えばセラミックなどから構成される絶縁体１８内部に
電極層１９が埋設された格好で形成されており、この電
極層１９には基台１０および試料台１１を貫通して電極
棒２０が接続されている。基台１０および試料台１１に
電極棒２０を貫通させる部分には絶縁筒２１が介装され
ている。また、電極棒２０には直流電源４３と高周波電
源４４とが接続されている（第１図）。

絶縁体層１５の試料台１１に対する固定は、絶縁体層１
５の右側面部外周面に形成されたフランジ部２２と電極
層え２３の左側面部内周面に形成されたフランジ部２４
との接合により、電極層え２３が試料台１１にボルト止
め（図示せず）されることにより行なわれている。

したがって、このようなプラズマＣＶＤ装置において、
反応室３７内の試料保持装置３０に試料１７を装着し、
プラズマ生成室３５および反応室３７内を所要の真空度
に設定した後、ガス供給管４５、ガス供給管４６および
環状ノズル４７を通じてプラズマ生成室３５、反応室３
７内にそれぞれ同種または異種の反応ガス（または不活
性ガス）を供給し、励磁コイル３８に直流電流を通電す
るとともに、導波管３６、マイクロ波導入窓４０を通じ
てマイクロ波をプラズマ生成室３５内に導入すると、プ
ラズマ空洞共振器として機能するプラズマ生成室３５内
で前記マイクロ波は共振状態となり、反応ガスを分解し
、共鳴励起してプラズマが生成する。生成されたプラズ
マ中のイオンは励磁コイル３８によって形成される発散
磁界に沿った方向性を持つイオンビームとして試料保持
装置３０に向けて照射され、試料保持装置３０に装着さ
れている試料１７に薄膜を形成する。

この場合、試料保持装置３０および試料１７に照射され
る熱量はプラズマ中のイオン電流と密接な関係があり、
試料保持装置３０および試料１７の温度が上昇する。こ
のため、従来の試料保持装置３０は試料台１１に冷却液
を循環させて冷却するための流路１２が形成されるとと
もに、試料台１１と絶縁体１８との間の熱伝導を利用し
て冷却するために伝熱体１６としてシリコン系のゴムや
シリコン系のグリースなどが介装されていた。しかし、
シリコン系のゴムを使用した場合はシリコンゴムと絶縁
体１８、あるいはシリコンゴムと試料台１１との間の密
着性が悪く、隙間ができるなどして、試料台１１と絶縁
体１８との接触面積が小さくなり、第３図の曲線（ｃｌ
　に示すように所望の冷却効果が得られない。また、伝
熱体１６とし１ てゴム系の材料を使用していると材料自体の経時的劣化
によって伝熱・冷却効果にも経時的低下を伴う。

また、シリコン系のグリースなどを利用した場合はシリ
コン系のゴムなどと同様、経時的にグリースが劣化する
ために冷却効果に経時的劣化をきたす。また、グリース
などを利用すると、試料台１１と絶縁体１８との間から
グリースなどが漏洩して試料１７を汚染する場合などが
あった。他方、本実施例に係るメタルシートはＩｎ＠属
を使用しているのでシリコン系ゴムよりも鋭利な凹凸に
対して柔軟性を有して対応でき、この凹凸を埋めること
ができるため、試料台１１と絶縁体１８との間の密着性
が数段改善される。しかも、金属であるため熱伝導も非
常に良好である。

さらに、シリコン系のグリースなどと異って、試料台１
１と絶縁体１８との間から漏洩して試料を汚染すること
もなく、また経時的な変化による冷却効果の低下もほと
んど生じない。

ここで、従来のシリコン系ゴム、シリコン系グ２ リースを伝熱体１６として使用した場合と本実施例に係
るメタルシート（Ｉｎシート）を使用した場合との比較
を行なった実験結果を第３図に示す。

ここでＲＦ−Ｐｏｗｅｒは電極層１９に接続されている
高周波発振器の出力であり、プラズマはマイクロ波２ｋ
ｗの０□プラズマ（ガス圧１．２ｍＴｏｒｒ）を５分間
照射した場合を示している。シリコン系のゴムを用いた
（ｃｌの場合、試料１７温度は３００℃以上となり、シ
リコン系のグリースを用いた（ｂ）の場合、試料１７温
度は約２００℃となり、両者とも試料１７上のアルミ配
線に焼は付きが認められた。

しかし、本実施例に係るＩｎシートを使用したｆａｌの
場合は、試料台１１による冷却効果が向上し、試料１７
上の温度も１６０〜１８０℃に上限が押えられてアルミ
配線に焼は付きは認められなかった。

なお、本実施例においてはメタルシートとしてＩｎシー
トを使用したが、錫、鉛及びこれらを含む合金など、融
点が１５０℃前後以上で柔軟性の大きな密着性の良好な
メタルシートを用いれば本実施例と同様の効果を得るこ
とができる。

また、材料としてもメタルシートに限定されることはな
く、熱伝達性の良い柔軟性の大きなシートであればよい
。例えばカーボンやアルミなどの金属のウィスカーまた
はファイバーを含有した有機複合材のシートでもよい。

柔軟性に富む高分子化合物材料等の有機材料は、前記有
機複合材の基材に適しており、中でも少なくとも１５０
℃程度の耐熱性を有する材料がとくに好ましい。

光匪辺苅盟 以上の説明により明らかなように、本発明に係る試料保
持装置は絶縁体層と試料台などとから構成された試料保
持装置において、前記絶縁体層と前記試料台との間に柔
軟性のあるメタルシートが介装されているので、この柔
軟性のあるメタルシートが絶縁体層および試料台表面に
生じている鋭利な凹凸にはいり込み、この凹凸を埋める
ことにより絶縁体層と試料台との密着性を向上させるこ
とができ、接触面積を拡大することができる。

このため熱伝導が有効に利用されて十分な冷却効果を得
ることができる結果、試料の温度を低く維持でき、ＥＣ
Ｒエツチング中にエツチングレジストの変形や変質を生
ぜず、あるいは熱によるエツチング形状への悪影響を抑
制することができる。また、すでに形成されたアルミ配
線を欠損することもなくなり、従って、ＬＳＩの高集積
化、微細化などを推進することが容易になる。

また、絶縁体層と試料台などとから構成された試料保持
装置において、前記絶縁体層と前記試料台との間に柔軟
性のあるカーボンや金属ウィスカーなどを含有した有機
複合材シートが介装されている場合であっても、有機複
合材は有機材シートの柔軟性とこの有機複合材に含有さ
れているカーボンやアルミなどの金属ウィスカーの良好
な熱伝導性を効率良く利用しているので、有機複合材シ
ートであっても上記メタルシートの場合と同様の効果を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る試料保持装置を配設したプラズマ
ＣＶＤ装置の概略縦断面図、第２図は第　５ １図の試料保持装置の拡大縦断面図、第３図は伝熱体と
して従来のシリコン系ゴム、シリコン系グリースを用い
た場合と本実施例に係るＩｎシートを用いた場合のテス
ト結果を示したグラフである。 　６ １１・・・試料台、１５・・・絶縁体層、１６・・・伝
熱体（メタルシート有機複合材シート）、３０・・・試
料保持装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁体層と試料台を備えた試料保持装置において
   、前記絶縁体層と前記試料台との間に柔軟性のあるメタ
   ルシートが介装されていることを特徴とする試料保持装
   置。
2. （２）絶縁体層と試料台を備えた試料保持装置において
   、前記絶縁体層と前記試料台との間に熱伝導性繊維を含
   有した柔軟性のある有機複合材シートが介装されている
   ことを特徴とする試料保持装置。