JPH0487331A - 処理装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、処理装置に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体素子の製造工程においては、例えばエツ
チング装置、アッシング装置、スパッタ装置、ＣＶＤ装
置等のように、減圧下で発生させたプラズマ中でプロセ
ス等の処理を行う各種処理装置が使用されている。これ
らの処理装置においては、通當、対向配置された一対の
電極のうち、一方に被処理物である半導体ウェハを配置
すると共に、減圧下で電極間に直流電力やＲＦ電力を印
加することによってプラズマを発生させ、このプラズマ
を利用してエツチングやアッシング等の所望の処理が施
される。

上述したようなプラズマを利用した各種処理装置では、
処理工程中に半導体ウェハの温度が上昇し、素子要素が
溶融したり、物理的特性等が変化する等して、処理の均
一性が低下することを防止するため、載置台側に冷却ジ
ャケットを設けて、半導体ウェハを冷却しながら処理を
行っている。

ところで、一般に載置台と半導体ウェハの裏面間には、
ウェハ裏面の粗さにより微視的な空間が存在し、減圧雰
囲気下での処理においては上記空間も減圧状態とされる
ため、電極とウェハ間での熱伝達が著しく悪化するとい
う問題がある。

そこで、載置台側の電極上に弾性絶縁フィルムを設置す
ると共に、この弾性フィルム上に配置された半導体ウェ
ハの周縁部を気密に保持し、この空間内に気体を導入す
ることによって、冷却効率の低下を防止することが提案
されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したような従来の処理装置において
は、処理工程中に半導体ウエノ１上に例えば（＋）の電
荷がチャージされ、このチャージされた電荷が弾性絶縁
フィルムの耐電圧を超えると、電極側から放電が起こり
、弾性絶縁フィルムが破壊されてしまうという難点があ
った。処理工程中にこのような放電が発生すると、弾性
絶縁フィルムの破壊のみならず、半導体ウエノ＼の処理
品質も当然ながら低下し、不良発生の原因となってしま
う。

一方、弾性絶縁フィルム自体は、クランプ時の均一性や
冷却効果等の点から例えば１００μｍ程度までと、あま
り厚くすることができない。そこで、弾性絶縁フィルム
をあまり厚くすることなく耐電圧を高めて、電極側から
の放電を防止することが強く望まれている。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、プラズマを利用した処理装置において、被処理物
を気密に保持するために電極上に配置される弾性フィル
ムの破壊を防止した処理装置を提供することを目的とす
るものである。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） すなわち本発明は、被処理物の載置台となる第１の電極
と、この第１の電極と対向配置された第２の電極とを有
し、これら第１および第２の電極間にプラズマを発生さ
せ、このプラズマにより前記被処理物に対して所望の処
理を施す装置において、前記第１の電極の前記被処理物
の載置面に、該第１の電極材料の反応絶縁被膜を介して
、弾性絶縁フィルムを配置したことを特徴とするもので
ある。

（作　用） 本発明の処理装置においては、被処理物の載置台となる
第１の電極上に、この第１の電極材料の反応絶縁被膜例
えば酸化絶縁被膜を介して、弾性絶縁フィルムを配置し
ている。上記酸化被膜は、絶縁膜として機能するため、
弾性絶縁フィルムの厚さを増すことなく、耐電圧を高め
ることができる。これにより、被処理物上にチャージさ
れた電荷による放電の発生を抑制することが可能となり
、安定して処理を行うことができる。

（実施例） 以下、本発明装置をプラズマエツチング装置に適用した
実施例について、図面を参照して説明する。

第１図に示すように、真空容器１内には、載置台を兼ね
る下部電極２と、上部電極３とが対向して配置されてお
り、また真空容器１内を所定の真空状態例えば数１０ｍ
Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒまて排気することが可能な排
気系４が接続されている。

上記下部電極２は、例えばアルミニウム材のような導電
性金属材料によって形成されている。この下部電極２の
表面には、第２図に示すように、被処理物載置面２ａで
ある上面を含めて、絶縁性の酸化被膜いわゆるアルマイ
ト被膜５が形成されている。このアルマイト被膜５は、
酸化アルミニウムを主として構成されたものであり、電
気絶縁性の被膜である。

また、上記下部電極２の被処理物載置面２ａ上には、上
記したアルマイト被膜５を介して弾性絶縁フィルム６例
えばポリイミド系樹脂・カプトンフィルム（商品名）か
配置されており、この弾性絶縁フィルム６上に被処理物
例えば半導体ウェハ７が載置される。

上記アルマイト被膜５の厚さは、弾性絶縁フィルム６の
厚さとの兼合いによって適宜設定されるものであるが、
例えば１０μｆｆ１〜２００μｍ程度の厚さ範囲から選
択される。また、弾性絶縁フィルム６の厚さは、例えば
２５μＩ１１−１００μｍの範囲から選択される。この
実施例においては、アルマイト被膜５の厚さを約５０μ
匝とし、また弾性絶縁フィルム６は、厚さ５０μｍのも
のを使用した。

なお、これらアルマイト被膜５と弾性絶縁フィルム６の
厚さは、電極２．３間に絶縁物が介在させることによっ
て、プラズマの発生を極端に阻害しない程度に設定する
ことが好ましい。

上記載置台２の外周側には、例えばエアシリンダ等の駆
動機構８により昇降可能とされたクランプリング９が配
置されており、このクランプリング９によって半導体ウ
ェハ７を弾性絶縁フィルム６に押圧することで、半導体
ウェハ７は所定のクランプ荷重で下部電極２に保持され
る。

また、載置台２の上面は、半導体ウニｔＸ７の周縁にク
ランプリング９て加えたクランプ荷重が、半導体ウェハ
７の周辺固定による等分布荷重として加わったと仮定し
た時の半導体ウエノ＼７の変形曲面とほぼ同一の曲面で
凸状に形成されている。

上記下部電極２は、半導体ウェハ７を冷却可能に保持す
るものであり、下部電極２内部には冷却ジャケット１０
が内蔵されている。冷却ジャケット１０には、冷却媒体
の導入管１１と排出管１２とが接続されており、冷却ジ
ャケット１０内部に冷却媒体例えば冷却水を循環させる
ことによって、半導体ウェハ７の冷却が行われる。

ここで、下部電極２の上面に配置された弾性絶縁フィル
ム６と半導体ウェハ７との間には、微視的に見るとウェ
ハ裏面の表面粗さにより、微小な空間が必然的に形成さ
れる。そして、上記微小空間内に下部電極２と半導体ウ
ェハ７との間の伝熱媒体となる気体を導入するためのガ
ス導入管１３が、下部電極２の中央部を貫通して設けら
れており、このガス導入管１３は、圧力調整機構１４を
介して真空容器１外に配置されたガス供給源１５に接続
されている。

上記圧力調整機構１４内の主配管１６には、ガス供給源
１５側に、導入ガスの流量を調整する流量調節器１７が
介挿されており、さらに主開閉弁１８および圧力ゲージ
１９を介して下部電極２側のガス導入管１３に接続され
ている。また、上記主配管１６の主開閉弁１８と圧力ゲ
ージ１９間には、副配管２０が接続されており、この副
配管２０は、開開閉弁２１および圧力調整弁２２を介し
て真空ポンプ２３に接続されている。上記圧力調整弁２
２は、圧力ゲージ１つによって計測された弾性絶縁フィ
ルム６と半導体ウェハ７間の微小空間内の圧力に応じて
、コントローラ２４によって制御されるよう構成されて
いる。

ここで、上記伝熱媒体用ガスとしては、例えば窒素ガス
やヘリウム、アルゴン等の不活性ガス等が用いられ、ま
たプロセス用の反応ガス等を用いることが可能である等
、特にガスの種類に限定されるものではない。

また、前述した上部電極３には、反応ガス供給管２５が
接続されていると共に、上部電極３の下部表面には図示
しない微細な小孔が設けられており、この微細な小孔か
ら反応ガス、例えばアルゴンガス等が真空容器１内に流
出可能とされている。

そして、上部電極３に接続された図示しない高周波電源
によって、上部電極３と下部電極２との間にプラズマが
形成されるよう構成されている。

なお、載置台を兼ねる下部電極２は、この実施例では電
気的に接地されている。勿論、電力を引加してもよい。

上記構成のエツチング装置におけるエツチング操作は、
例えば以下のようにして行われる。

すなわち、まず所定の真空状態まで排気された真空容器
１内の下部電極２上に半導体ウェハ７を配置し、クラン
プリング９により所定のクランプ荷重で保持する。次に
、下部電極２上に配置された弾性絶縁フィルム６と半導
体ウェハ７間の微小空間内にガス導入管１３から伝熱媒
体となる気体を、以下の手順にしたがって導入する。

まず、ガス供給源１５から例えば０．７ｋｇ／ｃｍ２〜
１．０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で供給される伝熱媒体用
ガスを、流；調節器１７によって所定流量、例えばａ〜
２０８ＣＣＭ程度に調整する。これは、微小空間内に一
時に多量のガスが導入され、半導体ウェハ７のクランプ
状態等が異常となることを防止するためである。

所定流量に調整された伝熱媒体用ガスは、主配管１６を
介してガス導入管１３から微小空間１２内に導入される
。そして、圧力ゲージ１９によって計測している微小空
間内の圧力が所定圧まで到達すると、圧力調整弁２２が
開状態とされて、伝熱媒体用ガスを所定の流量で圧力調
整機構１４側に供給しつづけた状態で、微小空間内の圧
力が所定圧に維持される。また、処理の進行等に伴って
伝熱媒体用ガスが漏れ、設定圧以下となると、圧力調整
弁２２が閉状態となって、伝熱媒体用ガスが設定圧まで
供給される。

そして、上部電極３に所定のＲＦ電力を印加することに
よって、上部電極３と下部電極２間にプラズマを形成し
、所定のエツチング処理を行う。

上記エツチング処理工程中において、半導体ウェハ７は
形成されたプラズマやエツチング動作によって温度が上
昇するが、微小空間内に導入された伝熱媒体用ガスを介
して半導体ウェハ７と下部電極２との間で熱の伝達が行
われ、冷却ジャケット１０内に循環された冷却水によっ
て冷却されて所定の温度内に維持される。

上記実施例のエツチング装置においては、下部電極２と
弾性絶縁フィルム６との間に、絶縁被膜であるアルマイ
ト被膜５を介在させ、十分な耐電圧を確保しているため
、エツチング処理が進行して半導体ウェハ７の表面に電
荷がチャージされても、放電の発生を十分に抑制するこ
とができる。

これにより、弾性絶縁フィルム６の放電破壊が防止でき
、半導体ウェハ７の処理品質の均一性を確保することが
可能となる。

また、下部電極２と半導体ウェハ７間の微小空間内への
伝熱媒体用ガスの導入量を圧力によって制御していると
共に、その圧力を一定に維持しているため、下部電極２
と半導体ウェハ６間の熱伝達状態を処理工程中良好にか
つ一定に保つことができ、半導体ウェハ７の冷却を効率
よく、かつ安定に行うことが可能となり、安定したエツ
チング処理を効率よく行うことが可能となる。

なお、上記実施例においては、本発明の処理装置をエツ
チング装置に適用した例について説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、例えばアッシング装置
、スパッタ装置、ＣＶＤ装置等の減圧下でプラズマ処理
を行う各種半導体製造装置に対して有効であり、上記エ
ツチング装置と同様な効果を得ることができる。また、
半導体ウェハの処理に限らず、例えば液晶基板のＴＰＴ
回路の形成等に適用してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の処理装置によれば、被処
理物を気密に保持するために電極上に配置される弾性絶
縁フィルムの破壊を抑制することができることから、安
定してかつ均一に所望の処理を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の処理装置を適用した一実施例のエツチ
ング装置の構成を示す図、第２図はそのエツチング装置
における下部電極を示す図である。 １・・・・・・真空容器、２・・・・・・下部電極、３
・・・・・・上部電極、５・・・・・・アルマイト被膜
、６・・・・・・弾性絶縁フィルム、７・・・・・・半
導体ウェハ、９・・・・・・クランブリング、１０・・
・・・・冷却ジャケット、１３・・・・・・ガス導入管
、１４・・・・・・圧力調整機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被処理物の載置台となる第１の電極と、この第１の電極
   と対向配置された第２の電極とを有し、これら第１およ
   び第２の電極間にプラズマを発生させ、このプラズマに
   より前記被処理物に対して所望の処理を施す装置におい
   て、 前記第１の電極の前記被処理物の載置面に、該第１の電
   極材料の反応絶縁被膜を介して、弾性絶縁フィルムを配
   置したことを特徴とする処理装置。