JPH0670986B2

JPH0670986B2 - 真空処理装置の試料保持方法

Info

Publication number: JPH0670986B2
Application number: JP1249152A
Authority: JP
Inventors: 豊掛樋; 則男仲里; 喜正福島; 幸哉平塚; 史雄柴田; 則明山本; 恒彦坪根
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH02110927A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は真空処理装置の試料保持方法に係り、特に静電
吸着により試料を保持するものに好適な真空処理装置の
試料保持方法に関するものである。

〔従来の技術〕試料を真空処理、例えば、プラズマ利用して処理（以
下、プラズマ処理と略）する装置、例えば、ドライエッ
チング装置の重要な用途の一つに半導体集積回路等の微
小固体素子の製造における微細パターンの形成がある。
この微細パターンの形成は、通常、試料である半導体基
板（以下、基板と略）の上に塗布したレジストと呼ばれ
る高分子材料に紫外線を露光，現像して描いたパターン
をマスクとしてドライエッチングにより基板に転写する
ことで行われている。

このような基板のドライエッチング時には、プラズマと
の化学反応熱やプラズマ中のイオンまたは電子などの衝
撃入射エネルギによりマスク及び基板が加熱される。従
って、十分な放熱が得られない場合、即ち、基板の温度
が良好に制御されない場合は、マスクが変形，変質し正
しいパターンが形成されなくなったり、ドライエッチン
グ後の基板からのマスクの除去が困難となってしまうと
いった不都合を生じる。そこで、これら不都合を排除す
るため、次のような技術が従来より種々慣用・提案され
ている。以下、これら従来の技術について説明する。

従来技術としては、例えば、特公昭56-53853号公報に示
されているように、高周波電源の出力が印加される試料
台を水冷し、該試料台上に被加工物質を誘電体膜を介し
て載置し、試料台に直流電圧を印加することでプラズマ
を介して誘電体膜に電位差を与え、これにより生じる静
電吸着力によって被加工物質を試料台に吸着させ、被加
工物質と試料台との間の熱抵抗を減少させて被加工物質
を効果的に冷却するものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術は、被加工物質を試料台か
ら離脱させる点について、配慮されていなかった。

上記従来技術では、上記のように行っても、まだ、被加
工物質と試料台との間の接触部分は少なく、微視的にみ
ればわずかな隙間を有している。また、この隙間には、
プロセスガスが入り込み、このガスは、熱抵抗となる。
一般のドライエッチング装置では、通常0.1Torr程度の
プロセスガス圧によって被加工物質をエッチング処理し
ており、被加工物質と誘電体膜との間の隙間はプロセス
ガスの平均自由行路長より小さくなるため、静電吸着力
による隙間の減少は、熱抵抗の点からはほとんど変わら
ず、接触面積が増加した分だけ効果が上がることにな
る。したがって、被加工物質と試料台との間の熱抵抗を
減少させ被加工物質をより効果的に冷却するためには、
大きな静電吸着力を必要とする。このため、このような
技術では、次のような問題があった。

（１）被加工物質が試料台から離脱しにくくなるため、
エッチング処理が終了した被加工物質の搬送に時間を要
したり、被加工物質をいためたりする。

（２）大きな静電吸着力を生じるためには、誘電体膜と
被加工物質との間に大きな電位差を与える必要がある
が、しかし、この電位差が大きくなれば、被加工物質、
すなわち、基板内の素子に対するダメージが大きくなる
ため、歩留まりが悪くなり、集積回路の集積度が高まる
につれて要求が高まっている薄いゲート膜の微細加工で
は、更に歩留まりが悪くなる。

本発明の目的は、真空処理される試料の温度を効果的に
制御できるとともに、試料の搬送を容易に行なえる真空
処理装置の試料保持方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、真空処理する試料を試料台に静電吸着・保
持し、吸着保持した試料の裏面に試料台との間の伝熱用
ガスを供給し、試料の真空処理を行ない真空処理の終了
に伴い、伝熱用ガスの供給停止および静電吸着のための
通電の停止を行なった後、試料に生じている静電吸着力
を解除し、試料台から試料を取り除くことにより、達成
される。

〔作用〕

真空処理室内で真空処理される試料を試料台に静電吸着
によって吸着・保持させるとともに、吸着保持された試
料の裏面と試料台の間に伝熱ガスを供給することによ
り、伝熱ガスの圧力による試料の変形を防止して吸着保
持された試料の裏面と試料台との間の隙間量の増大が抑
制され、真空処理される試料温度を効果的に制御できる
とともに、試料の真空処理の終了に伴って伝熱用ガスの
供給停止および静電吸着のための通電の停止を行なった
後、試料に生じている静電吸着力を解除することによ
り、伝熱ガスの圧力による試料の飛び跳ねを生じさせる
ことなく、試料に残っている静電吸着力の解除もでき、
試料台からの試料の離脱も容易になり試料の搬送が容易
に行なえる。

〔実施例〕

試料を真空処理、例えば、プラズマ処理する装置として
は、ドライエッチング装置，プラズマCVD装置，スパッ
タ装置等があるが、ここでは、ドライエッチング装置を
例にとり本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図により説
明する。

第１図にドライエッチング装置の概略構成を示す。真空
処理室10の、この場合、底壁には、絶縁体11を介して試
料台である下部電極20が電気絶縁されて気密に設けられ
ている。真空処理室10には、放電空間30を有し下部電極
20と上下方向に対向して上部電極40が内設されている。

試料である基板50の裏面に対応する下部電極20の表面に
は、絶縁物60が埋設されている。また、下部電極20に
は、伝熱ガスの供給路を形成する溝21が形成されてい
る。絶縁物60と溝21については、第２図および第３図を
用いて詳細に後述する。下部電極20には、溝21と連通し
てガス供給路23aとガス排出路23bとが形成されている。
また、下部電極20内には、冷媒流路22が形成されてい
る。下部電極20には、冷媒流路22と連通して冷媒供給路
24aと冷媒排出路24bとが形成されている。

ガス供給路23aには、ガス源（図示省略）に連結された
導管70aが連結され、ガス排出路23bには、導管70bの一
端が連結されている。導管70aには、マスフローコント
ローラ（以下、MFCと略）71が設けられ、導管70bには調
整バルブ72が設けられている。導管70bの他端は、真空
処理室10と真空ポンプ80とを連結する排気用の導管12に
合流連結されている。冷媒供給路24aには、冷媒源（図
示省略）に連結された導管90aが連結され、冷媒排出路2
4bには、冷媒排出用の導管90bが連結されている。

下部電極20には、マッチングボックス100を介して高周
波電源101が接続されると共に、高周波遮断回路102を介
して直流電源103が接続されている。なお、真空処理室1
0,高周波電源101および直流電源103はそれぞれ接地され
ている。

また、上部電極40には、放電空間30に開口する処理ガス
放出孔（図示省略）と該処理ガス放出孔に連通する処理
ガス流路（図示省略）とが形成されている。処理ガス流
路には、処理ガス供給装置（図示省略）に連結された導
管（図示省略）が連結されている。

次に、第１図の下部電極20の詳細構造例を第２図，第３
図により説明する。

第２図、第３図で、第１図に示したガス供給路23aは、
この場合、導管25aで形成され、導管25aは、この場合、
下部電極20の基板載置位置中心を軸心として上下動可能
に設けられている。導管25aの外側には、第１図に示し
たガス排出路23bを形成して導管25bが配設されている。
導管25bの外側には、第１図に示した冷媒供給路24aを形
成して導管25cが配設されている。導管25cの外側には、
第１図に示した冷媒排出路24bを形成して導管25dが配設
されている。導管25bの上端は電極上板26につながり、
導管25dの上端は電極上板26の下方の電極上板受27につ
ながっている。導管25bの上端部には、電極上板26と電
極上板受27と導管25bとで空室28が形成されている。空
室28には分割板29が冷媒流路22を形成して内設され、導
管25cの上端は分割板29につながっている。

基板（図示省略）が載置される電極上板26の表面には、
この場合、放射状の伝熱ガス分散用の溝21aと円周状の
伝熱ガス分散用の溝21bとが複数条形成されている。伝
熱ガス分散用の溝21a,21bは、導管25a,25bと連結してい
る。また、基板が載置される電極上板26の表面には、絶
縁物60が設けられている。この場合は、絶縁膜がコーテ
ィグされている。

なお、第２図，第３図で、110は基板が載置されない部
分の電極上板26の表面を保護する電極カバーで、111は
下部電極20の電極上板26の表面以外を保護する絶縁カバ
ー、112はシールド板である。また、導管25aの上端に
は、電極上板26への基板の載置時並びに電極上板26から
の基板の離脱時に基板を裏面側から支持するピン113
が、この場合、120度間隔で３本配設されている。

また、溝21a,21bの深さは、基板吸着時の基板の裏面と
溝21a,21bの底部との間の隙間（以下、溝部隙間と略）
が伝熱ガスの平均自由行路長以上になれば、伝熱ガスの
伝熱効果が低下するようになるため、該溝部隙間が、好
ましくは、伝熱ガスの平均自由行路長以下となるように
溝21a,21bの深さを選定するのが良い。

また、基板の裏面で絶縁膜に静電吸着により実質的に密
着される部分（以下、吸着部と略）の面積は、伝熱ガス
のガス圧と真空処理室10の圧力との差圧による基板の下
部電極20からの浮上りを防止するために、伝熱ガスのガ
ス圧と真空処理室10の圧力との差圧により決まる必要静
電吸着力により選定する。例えば、伝熱ガスの圧力が1T
orrで真空処理室10の圧力が0.1Torrの場合、基板の下部
電極20からの浮上りを防止するための必要静電吸着力は
約1.3g/cm²であり、従って、これより吸着部の面積は、
基板の裏面面積の約1/5に選定される。なお、本例は一
例であり、吸着部の面積を基板裏面のほぼ全面まで大き
くとすれば、それに応じて静電吸着力を小さくできるこ
とは言うまでもない。

上記のように構成された第１図ないし第３図のドライエ
ッチング装置で、基板50は、公知の搬送装置（図示省
略）により真空処理室10に搬入された後に、その裏面外
周辺部を絶縁物60と対応させて下部電極20に載置され
る。下部電極20への基板50の載置完了後、処理ガス供給
装置から導管を経てガス流通路に供給された処理ガス
は、ガス流通路を流通した後に上部電極40のガス放出孔
より放電空間30に放出される。真空処理室10内の圧力調
整後、下部電極20には高周波電源101より高周波電力が
印加され、下部電極20と上部電極40との間にグロー放電
が生じる。このグロー放電により放電空間30にある処理
ガスはプラズマ化され、このプラズマにより基板50のエ
ッチング処理が開始される。また、これと共に下部電極
20には、直流電源103より直流電圧が印加される。基板5
0のプラズマによるエッチング処理の開始により、この
プラズマ処理プロセスによって生じるセルフバイアス電
圧と直流電源103によって下部電極20に印加される直流
電圧とにより、基板50は下部電極20に静電吸着されて実
質的に密着し、固定される。その後、溝21a,21bには、
ガス源よりMFC71及びガス供給路23aを順次介して伝熱ガ
ス、例えば、GHeが供給される。これにより、実質的に
密着している基板裏面と下部電極20との微小な間隙の全
域にわたってに、溝21a,21bからGHeが供給される。この
とき、GHeは、MFC71と調整バルブ72との操作によりガス
量を制御されて供給され、場合によっては、基板裏面と
下部電極20、詳しくは絶縁物60との間隙にGHeを封じ込
めた使用も可能である。これにより、冷媒流路22を流通
する冷媒、例えば、水や低温液化ガス等で冷却されてい
る下部電極20と基板50との熱抵抗は、基板裏面の全域に
わたって均一に減少させられ、基板50は効果的、すなわ
ち、均一に且つ効率良く冷却される。言い替えれば、基
板裏面の略全面が吸着保持されることにより効果的に基
板の冷却が行なえる。その後、エッチングの終了に近づ
くと、溝21a,21bへのGHeの供給は停止され、エッチング
の終了に伴って、放電空間30への処理ガスの供給と、下
部電極20への直流電圧および高周波電力の印加が停止さ
れる。その後、引続き基板50に生じている静電吸着力は
解除、この場合、電気的に電極上板26と同電位に保たれ
たピン113が基板50に当接することによって静電気の除
去が行われ、ピン113の作動により基板50は下部電極20
上より除去される。その後、基板50は、公知の搬送装置
により真空処理室10外へ搬出される。また、静電気の除
去については、直流電圧の印加を停止した後に、高周波
電力の印加を停止することによっても行うことができ
る。

以上、本実施例によれば、次のような効果が得られる。

（１）下部電極に基板を静電吸着・保持させ、吸着保持
した基板の裏面と下部電極との間隙にGHeを供給するこ
とにより、GHeのガス圧による基板の変形を防止して吸
着保持された下部電極の裏面と基板との間の隙間量の増
大を抑制され、真空処理される基板の温度を効果的に制
御できる。また、下部電極に設けた下部電極と同電位の
試料押上げ手段であるピンを基板に接させることで、基
板に蓄積した静電気がピンに流れて除去されるので、ピ
ンを押し上げることにより、下部電極からの基板の離脱
が容易になり、基板の搬送を容易に行うことができる。

（２）静電吸着によって基板と下部電極との接触面積を
増加させて熱抵抗を減少させる従来の技術と比較する
と、本実施例では、静電吸着力の大きさはGHeの圧力と
真空処理室内の圧力との圧力差による基板の浮上りを防
止するのに必要な大きさで良く、GHeの圧力とプラズマ
の圧力との差圧を、基板の裏面と下部電極との間の熱抵
抗の許す範囲で小さくすることにより静電吸着力を小さ
くできる。これにより、基板の下部電極からの離脱が容
易となり、エッチング処理が終了した基板の搬送時間を
短縮できると共に、基板の損傷を防止できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、真空処理する試料を試料台に静電吸着
・保持させ、吸着保持した試料の裏面と試料台との間隙
に伝熱ガスを供給することにより、真空処理される試料
の温度を効果的に制御でき、また、試料の真空処理の終
了に伴って伝熱用ガスの供給停止および静電吸着のため
の通電の停止を行なった後、試料に生じている静電吸着
力を解除することにより、試料台からの試料の離脱が容
易になり試料の搬送を容易に行なうことができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したドライエッチング装置の一例
を示す構成図、第２図は第１図の下部電極の詳細平面
図、第３図は第２図のＡ−Ａ視断面図である。 10……真空処理室、20……下部電極、21,21a,21b……
溝、22……冷媒流路、50……基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平塚幸哉茨城県土浦市神田町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者柴田史雄山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者山本則明山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者坪根恒彦山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空処理する試料を試料台に静電吸着・保
持し、該吸着保持した前記試料の裏面に前記試料台との
間の伝熱用ガスを供給し、前記試料の真空処理を行ない
該真空処理の終了に伴い、前記伝熱用ガスの供給停止お
よび前記静電吸着のための通電の停止を行なった後、前
記試料に生じている静電吸着力を解除し、前記試料台か
ら前記試料を取り除くことを特徴とする真空処理装置の
試料保持方法。