JPH07161696A - Substrate cooling equipment - Google Patents

Substrate cooling equipment

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JPH07161696A
JPH07161696A JP33932593A JP33932593A JPH07161696A JP H07161696 A JPH07161696 A JP H07161696A JP 33932593 A JP33932593 A JP 33932593A JP 33932593 A JP33932593 A JP 33932593A JP H07161696 A JPH07161696 A JP H07161696A
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JP
Japan
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gas
substrate
helium
cooling
processed
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JP33932593A
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Japanese (ja)
Inventor
Kojin Nakagawa
行人 中川
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Anelva Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent dielectric breakdown of cooling gas due to high voltage for electrostatic attraction, increase cooling efficiency, and improve reliability. CONSTITUTION:The cooling equipment is provided with an electrode 1 for applying DC high voltage which generates electrostatic attractive force, a substrate mounting stand 2 which fixes a substrate 4 to be processed by the electrostatic attractive force, a cooling mechanism 5 which cools the substrate mounting stand, and a gas suppling mechanism which introduces cooling gas into a space part between the substrate to be processed and the substrate mounting stand. The gas supplying mechanism consists of helium supplying systems 7, 8, 9 for helium supply and other gas supplying systems 7, 10, 11 for mixing gas whose dielectric strength is large in helium. Mechanisms 9, 11 which control the mixing ratio of helium and gas whose dielectric strength is large and the supply pressure are installed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基板冷却装置に関し、
特に、高周波放電によるプラズマを利用して基板の表面
処理を行う高周波放電反応装置に適用される基板冷却装
置に関する。上記高周波放電反応装置は、例えば半導体
デバイス製造工程で酸化シリコン膜等のドライエッチン
グを行う装置に利用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate cooling device,
In particular, the present invention relates to a substrate cooling device applied to a high frequency discharge reaction device that performs a surface treatment of a substrate using plasma generated by high frequency discharge. The high frequency discharge reactor is used, for example, in an apparatus for dry etching a silicon oxide film or the like in a semiconductor device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイス作製工程の一工程である
エッチングでは、ハロゲンを含むガスを主成分とした混
合ガスを放電によってプラズマ化し、これによって発生
した各種活性種(例えば、原子状塩素、原子状フッ素、
フッ素炭素化合物等)を被処理基板の表面まで導いて表
面の薄膜を反応させ、当該薄膜を除去するドライエッチ
ング技術が一般的に用いられる。最近では特に、低圧力
かつ高密度のプラズマを利用したドライエッチング装置
として、いわゆるヘリコン波放電を利用したドライエッ
チング装置が用いられている。
2. Description of the Related Art In etching, which is one of the steps for manufacturing a semiconductor device, a mixed gas containing a halogen-containing gas as a main component is converted into plasma by discharge, and various active species (for example, atomic chlorine, atomic Fluorine,
A dry etching technique is generally used in which a fluorocarbon compound or the like) is introduced to the surface of the substrate to be processed to cause the thin film on the surface to react and the thin film is removed. Recently, in particular, a dry etching apparatus using so-called helicon wave discharge has been used as a dry etching apparatus using low pressure and high density plasma.

【0003】また、半導体デバイスのエッチング技術の
進展に伴い、エッチング中に被処理基板の表面温度を低
くする目的で積極的に冷却を行うことが、微細加工にお
いて重要であることが判明してきた。しかし、ヘリコン
波放電等の高密度プラズマを応用したドライエッチング
装置では、プラズマから被処理基板に対し与えられる熱
量が従来のドライエッチング装置に比較して非常に大き
く、そのため、被処理基板温度を低く保つことが重要な
課題となっており、被処理基板の表面温度を低く保つた
めの効率のよい基板冷却装置が必要とされている。従来
では、基板冷却装置として、静電吸着力を応用したもの
が提案されている。
Further, with the progress of etching technology for semiconductor devices, it has become clear that it is important in microfabrication to actively perform cooling for the purpose of lowering the surface temperature of a substrate to be processed during etching. However, in a dry etching device that applies high-density plasma such as helicon wave discharge, the amount of heat given to the substrate by plasma is much larger than that in the conventional dry etching device. It is an important issue to maintain the temperature, and an efficient substrate cooling device for keeping the surface temperature of the substrate to be processed low is required. Conventionally, a substrate cooling device to which an electrostatic attraction force is applied has been proposed.

【0004】図2は、静電吸着力を応用した従来の基板
冷却装置の構成例を示す。図2において1は電極本体、
2はアルミナ、炭化珪素等で作製された静電吸着板、3
はカバー、4は被処理基板である。電極本体1の周囲に
はシールド板21が絶縁物22を介して固定される。電
極本体1には、冷媒溜り5、冷媒の出入口6、ガス導入
管7が設けられる。8はガス導入口、9はガス流量制御
装置である。ガス導入管7は、電極本体1側とガス導入
口8側の2つの部分に分けられ、2つの部分を絶縁管2
3によってガス洩れがないように接続する。またガス導
入管7には管内のガス圧力を測定するための圧力計12
を設ける。さらに電極本体1には静電吸着力を発生させ
るための高圧直流電源13が接続され、高電圧が印加さ
れる。
FIG. 2 shows an example of the configuration of a conventional substrate cooling device to which electrostatic attraction is applied. In FIG. 2, 1 is the electrode body,
2 is an electrostatic attraction plate made of alumina, silicon carbide or the like, 3
Is a cover, and 4 is a substrate to be processed. A shield plate 21 is fixed around the electrode body 1 via an insulator 22. The electrode body 1 is provided with a coolant reservoir 5, a coolant inlet / outlet 6, and a gas introduction pipe 7. Reference numeral 8 is a gas inlet, and 9 is a gas flow rate control device. The gas introduction pipe 7 is divided into two parts, that is, the electrode body 1 side and the gas introduction port 8 side, and the two parts are separated into the insulating pipe 2
Connect so that there is no gas leak by 3. Further, the gas introduction pipe 7 has a pressure gauge 12 for measuring the gas pressure in the pipe.
To provide. Further, a high voltage DC power supply 13 for generating an electrostatic attraction force is connected to the electrode body 1 and a high voltage is applied.

【0005】上記の従来の基板冷却装置は、低圧力かつ
高密度のプラズマを利用したドライエッチング装置、す
なわちヘリコン波放電を利用したドライエッチング装置
の基板冷却装置として用いられ、冷却効率が高いという
利点を有する。
The above-mentioned conventional substrate cooling device is used as a substrate cooling device for a dry etching device utilizing low pressure and high density plasma, that is, a dry etching device utilizing helicon wave discharge, and has an advantage of high cooling efficiency. Have.

【0006】従来の基板冷却装置では、基板と静電吸着
板との密着性を高めるために、電極本体1に負の高電圧
を印加して静電吸着力を高めている。基板と静電吸着板
との間の密着性を高める目的は、熱伝導性を高めるため
である。しかしながら、一般的に、高い静電吸着力によ
って被処理基板4を静電吸着板2に強固に密着させた場
合であっても、基板4と静電吸着板2との間にはわずか
に隙間があることが一般的である。このような隙間は、
わずかなものであっても、真空中で用いる条件において
は熱伝導を著しく妨げる。また、基板4あるいは静電吸
着板2の表面の微小な付着物に起因する隙間も頻繁に形
成されやすい。
In the conventional substrate cooling device, in order to improve the adhesion between the substrate and the electrostatic attraction plate, a negative high voltage is applied to the electrode body 1 to enhance the electrostatic attraction force. The purpose of enhancing the adhesion between the substrate and the electrostatic attraction plate is to enhance the thermal conductivity. However, in general, even when the substrate 4 to be processed is firmly adhered to the electrostatic attraction plate 2 by a high electrostatic attraction force, a slight gap is left between the substrate 4 and the electrostatic attraction plate 2. It is common to have Such a gap is
Even a slight amount significantly hinders heat conduction under the conditions used in vacuum. In addition, gaps due to minute adhered substances on the surface of the substrate 4 or the electrostatic attraction plate 2 are likely to be formed frequently.

【0007】また静電吸着板2の材質によっては吸着力
が基板4の処理の終了後にも強固に維持され、基板の取
外しに支障を来す場合がある。この場合には、静電吸着
板2の表面に浅い溝を形成し、被処理基板4と静電吸着
板2の間に積極的に隙間を形成することにより接触面積
を減らし、吸着力を必要最小限に抑制することも行われ
ている。
Further, depending on the material of the electrostatic attraction plate 2, the attraction force may be firmly maintained even after the processing of the substrate 4, and this may hinder the removal of the substrate. In this case, a shallow groove is formed on the surface of the electrostatic attraction plate 2, and a gap is positively formed between the substrate 4 to be processed and the electrostatic attraction plate 2 to reduce the contact area, and the attraction force is required. It is also being suppressed to a minimum.

【0008】いずれの場合にも、被処理基板4の処理は
10-4Torrから10-2Torr程度の真空中で行なわれるた
め、隙間部分が熱伝導は基板の熱輻射によってのみ行わ
れることになり、熱伝導の効率が悪く、被処理基板4の
冷却に支障をきたすことが多い。特に、被処理基板への
熱流入量が特に大きいドライエッチング装置、例えば、
高速処理が要求される、高密度プラズマを応用すべく磁
場を併用したドライエッチング装置に適用された基板冷
却装置において、隙間部分の熱伝導不良の問題点が顕著
になった。
In any case, since the substrate 4 to be processed is processed in a vacuum of 10 -4 Torr to 10 -2 Torr, heat conduction in the gap portion is performed only by heat radiation of the substrate. In many cases, the efficiency of heat conduction is poor, and cooling of the substrate 4 to be processed is often hindered. In particular, a dry etching apparatus in which the amount of heat flowing into the substrate to be processed is particularly large,
In a substrate cooling apparatus applied to a dry etching apparatus that also uses a magnetic field to apply high-density plasma, which requires high-speed processing, the problem of poor heat conduction in the gap becomes noticeable.

【0009】この問題を解決するためには、静電吸着板
2を貫通するガス流路を電極の内部に設けて、当該ガス
流路を通して被処理基板4の裏面に冷却用ガスを導入
し、前記隙間部分における熱伝導を良好にすることが有
効である。この冷却用ガスとしては、熱伝導性に優れ、
放電への影響が少なく、安全性の高いガスであるヘリウ
ムを用いるのが一般的である。
In order to solve this problem, a gas flow path penetrating the electrostatic attraction plate 2 is provided inside the electrode, and a cooling gas is introduced to the back surface of the substrate 4 to be processed through the gas flow path, It is effective to improve heat conduction in the gap portion. This cooling gas has excellent thermal conductivity,
It is general to use helium, which is a highly safe gas with little influence on discharge.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記の静電吸着力を利
用した従来の基板冷却装置は、一般的に、次のような問
題を有する。
The conventional substrate cooling apparatus utilizing the above electrostatic attraction force generally has the following problems.

【0011】ヘリウムを被処理基板4の裏面の隙間部分
に導入する場合、放電プラズマの特性変化を最小限に抑
えるためにはヘリウムの流量をなるべく小さくすること
が場ましい。一般的には、被処理基板4と静電吸着板2
との隙間部分のヘリウムの圧力を圧力計12により測定
し、数トール(Torr)となるようにヘリウム流量を設定す
る。気体の熱伝導度は分子流領域においては圧力に依存
しないため、前記隙間において分子流条件が達成されて
いる数トール以上にヘリウム圧力を高くする必要はな
い。従って、圧力を数トールに設定することにより、最
小流量によって基板冷却効果を得ることができる。
When helium is introduced into the gap on the back surface of the substrate 4 to be processed, it is preferable to reduce the flow rate of helium as much as possible in order to minimize the change in characteristics of the discharge plasma. Generally, the substrate 4 to be processed and the electrostatic attraction plate 2
The pressure of helium in the gap between and is measured by the pressure gauge 12, and the helium flow rate is set so as to be several Torr. Since the thermal conductivity of the gas does not depend on the pressure in the molecular flow region, it is not necessary to increase the helium pressure above several torr where the molecular flow condition is achieved in the gap. Therefore, the substrate cooling effect can be obtained with the minimum flow rate by setting the pressure to several torr.

【0012】一方、ヘリウムの絶縁耐圧は小さいので、
静電吸着力を得るために電極本体1にかけた負の直流電
圧によって放電し、絶縁破壊する場合があった。実際に
絶縁破壊し易い場所は、被処理基板1の裏面のガス導入
部分および絶縁管23の部分である。
On the other hand, since the withstand voltage of helium is small,
In some cases, a negative DC voltage applied to the electrode body 1 in order to obtain an electrostatic attraction force causes a discharge to cause dielectric breakdown. Actual locations where dielectric breakdown is likely to occur are the gas introduction portion on the back surface of the substrate 1 to be processed and the portion of the insulating tube 23.

【0013】文献(八田吉典著 気体放電 1968年近代
科学社刊 159 ページ)によれば、いくつかのガスにお
いて、放電電圧が最小となるときの圧力と電極間隔の積
およびその時の絶縁破壊電圧は、以下の通りである。
According to a document (Yoshinori Hatta, Gas Discharge, 1968, Modern Science Co., Ltd., p. 159), for some gases, the product of the pressure and the electrode interval at which the discharge voltage becomes minimum and the breakdown voltage at that time. Is as follows.

【0014】[0014]

【表1】 ヘリウム: 2.5Torr・cm 150V アルゴン: 1.5Torr・cm 265V 窒素 : 0.8Torr・cm 275V[Table 1] Helium: 2.5 Torr · cm 150 V Argon: 1.5 Torr · cm 265 V Nitrogen: 0.8 Torr · cm 275 V

【0015】従って、ヘリウムは1トールの圧力におい
ては間隔2.5cmにおいて最も放電し易く、その時の
絶縁破壊電圧も他のガスに比較して非常に低いことがわ
かる。前記した絶縁破壊し易い場所は、2ヶ所とも放電
する部分の間隔が数cmに設計される場合が多く、ヘリ
ウムの放電を避けることは原理的に困難であった。
Therefore, it can be seen that helium is most easily discharged at a distance of 2.5 cm at a pressure of 1 Torr, and the dielectric breakdown voltage at that time is very low as compared with other gases. It is often difficult in principle to avoid the discharge of helium, because the above-mentioned locations where dielectric breakdown is likely to occur are often designed so that the distance between the discharge points is several cm.

【0016】また、ヘリウムの圧力を高くすることによ
って絶縁耐圧を高くすることは可能であるが、圧力を高
くすることによってガス流量が大きくなるので、放電特
性に影響する、あるいは、被処理基板の裏面圧力が高く
なることにより被処理基板を押し上げる力が働き、吸着
性を損ねる等の問題が発生した。
Although it is possible to increase the dielectric strength voltage by increasing the pressure of helium, the gas flow rate increases by increasing the pressure, so that the discharge characteristics are affected or the substrate to be processed is affected. The increase in the backside pressure causes a force to push up the substrate to be processed, which causes problems such as impairing the adsorptivity.

【0017】本発明の目的は、上記の問題に鑑み、静電
吸着のための高電圧に起因する冷却用ガスの絶縁破壊の
防止し、冷却効率が高くかつ信頼性の高い基板冷却装置
を提供することにある。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a substrate cooling device which prevents the dielectric breakdown of a cooling gas due to a high voltage for electrostatic attraction and has a high cooling efficiency and a high reliability. To do.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明に係る基板冷却機
構は、静電吸着力を発生させる直流高電圧を印加するた
めの電極と、静電吸着力により被処理基板を固定する基
板載置台と、この基板載置台を冷却する冷却機構と、被
処理基板と基板載置台との間の隙間部分に冷却用ガスを
導入するガス供給機構とを備えるものであり、前記ガス
供給機構が、ヘリウムを供給するためのヘリウム供給系
と、ヘリウムに絶縁耐力の大きいガスを混合させるため
の他のガス供給系とからなり、ヘリウムと絶縁耐力の大
きいガスの混合比および供給圧力を制御する機構を備え
ることを特徴とする。
A substrate cooling mechanism according to the present invention comprises an electrode for applying a DC high voltage for generating an electrostatic attraction force, and a substrate mounting table for fixing a substrate to be processed by the electrostatic attraction force. And a cooling mechanism for cooling the substrate mounting table, and a gas supply mechanism for introducing a cooling gas into a gap between the substrate to be processed and the substrate mounting table, wherein the gas supply mechanism is helium. And a gas supply system for mixing helium with a gas having a large dielectric strength, and a mechanism for controlling the mixing ratio and supply pressure of helium and a gas having a large dielectric strength. It is characterized by

【0019】基板冷却用のヘリウムガスの供給機構に加
えて、絶縁耐圧の大きなガスを導入することができる独
立した他のガス供給機構を設け、ヘリウムと絶縁耐力の
大きなガスを混合して基板裏面の隙間部分に供給するよ
うに構成される。またこの場合において、ヘリウムと絶
縁耐力の大きなガスの混合割合および供給圧力は適切な
ものに調整される。
In addition to the helium gas supply mechanism for cooling the substrate, another independent gas supply mechanism capable of introducing a gas having a large withstand voltage is provided, and helium and a gas having a large withstand voltage are mixed and the back surface of the substrate is mixed. Is configured to be supplied to the gap portion of the. Further, in this case, the mixing ratio and supply pressure of helium and a gas having a large dielectric strength are adjusted to be appropriate.

【0020】他のガス供給系としては、六フッ化硫黄供
給系であることが好ましい。
The other gas supply system is preferably a sulfur hexafluoride supply system.

【0021】[0021]

【作用】本発明では、冷却用ヘリウムガスに絶縁耐力の
高い他のガスを混合することにより、静電吸着用の高電
圧に起因する冷却ガスの絶縁破壊を防止し、基板冷却装
置の冷却効率および信頼性を高めるものである。
According to the present invention, the cooling helium gas is mixed with another gas having a high dielectric strength to prevent the dielectric breakdown of the cooling gas due to the high voltage for electrostatic attraction, thereby improving the cooling efficiency of the substrate cooling device. And increase reliability.

【0022】[0022]

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0023】図1は本発明に係る基板冷却装置の代表的
な実施例を示す構成図である。図1において、基板冷却
装置は、ヘリコン波を利用した高周波放電反応装置に組
み込まれる。基板冷却装置の基本な構成部分について、
図2に示した従来装置と同一の要素には同一の符号を付
している。
FIG. 1 is a block diagram showing a typical embodiment of a substrate cooling device according to the present invention. In FIG. 1, the substrate cooling device is incorporated in a high frequency discharge reaction device using a helicon wave. Regarding the basic components of the substrate cooling device,
The same elements as those of the conventional apparatus shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.

【0024】すなわち図1において、電極本体1の上部
には、アルミナ、炭化珪素等で作製された静電吸着板2
が設けられ、静電吸着板2の上には被処理基板4が載置
される。静電吸着板2の上面が基板載置面となってい
る。被処理基板4および静電吸着板2の周囲にはカバー
3が配置される。さらに電極本体1の側部の周囲には、
シールド板21が絶縁物22を介して固定される。電極
本体1の内部には、冷媒溜り5、冷媒の出入口6、ガス
導入管7が設けられる。ガス導入管7のガス導入口8は
下方に設けられ、ガス導入管7の途中にガス流量制御装
置9が設けられる。ガス導入管7は実際には電極本体1
側とガス導入口8側の2つの部分に分けられ、2つの部
分を絶縁管23によってガス洩れがないように接続され
る。またガス導入管7には管内のガス圧力を測定するた
めの圧力計12が付加されることが望ましい。さらに電
極本体1には、静電吸着板2において静電吸着力を発生
させるための高圧直流電源13が接続され、これにより
高電圧が印加される。
That is, in FIG. 1, an electrostatic attraction plate 2 made of alumina, silicon carbide or the like is provided on the upper part of the electrode body 1.
And the target substrate 4 is placed on the electrostatic attraction plate 2. The upper surface of the electrostatic attraction plate 2 serves as a substrate mounting surface. A cover 3 is arranged around the substrate 4 to be processed and the electrostatic attraction plate 2. Furthermore, around the side of the electrode body 1,
The shield plate 21 is fixed via the insulator 22. A coolant reservoir 5, a coolant inlet / outlet 6, and a gas introduction pipe 7 are provided inside the electrode body 1. The gas introduction port 8 of the gas introduction pipe 7 is provided below, and a gas flow rate control device 9 is provided in the middle of the gas introduction pipe 7. The gas introduction tube 7 is actually the electrode body 1
Side and the gas introduction port 8 side are divided into two parts, and the two parts are connected by an insulating pipe 23 so as to prevent gas leakage. Further, it is desirable to add a pressure gauge 12 to the gas introduction pipe 7 for measuring the gas pressure in the pipe. Further, the electrode body 1 is connected to a high-voltage DC power supply 13 for generating an electrostatic attraction force on the electrostatic attraction plate 2, whereby a high voltage is applied.

【0025】上記の構成に対して、さらに、第2のガス
導入口10、第2のガス流量制御装置11が付加され
る。ガス導入口10とガス流量制御装置11は、第1の
ガス導入口8および第1のガス流量制御装置9に対して
並設される。
A second gas inlet 10 and a second gas flow rate control device 11 are further added to the above structure. The gas introduction port 10 and the gas flow rate control device 11 are arranged in parallel to the first gas introduction port 8 and the first gas flow rate control device 9.

【0026】前記第1のガス導入口8で導入されるガス
は冷却用のガスであり、代表的にはヘリウムであり、第
2のガスは絶縁耐力の大きなガスである。冷却用ガスで
あるヘリウムに対して絶縁耐力の大きな第2のガスが混
合されるが、ガス流量制御装置9,11によってそれら
の混合比が最適なものに調整される。またガス流量制御
装置9,11によって第1および第2のガスの供給圧力
を調整することもできる。
The gas introduced through the first gas introduction port 8 is a cooling gas, typically helium, and the second gas has a large dielectric strength. The second gas having a large dielectric strength is mixed with helium which is a cooling gas, and the gas flow rate control devices 9 and 11 adjust the mixing ratio thereof to an optimum one. Further, the supply pressures of the first and second gases can be adjusted by the gas flow rate control devices 9 and 11.

【0027】被処理基板4を載置させて支持しかつ冷却
するための基板冷却装置は、反応室30の内部に配置さ
れる。反応室30の内部は、付設された排気機構31に
よって排気され、所要の減圧状態に保持される。また反
応室30の上部でかつ基板の上方にはプラズマ発生室3
2が形成される。プラズマ発生室32にはアンテナ42
が配置され、プラズマ発生室32の外側周囲にはソレノ
イドコイル33が配置される。アンテナ42には、高周
波電源40から整合回路41を介して高周波電力が供給
される。またソレノイドコイル42には図示しない電源
から給電され励磁される。さらに、反応室30の外側周
囲には永久磁石34およびヨーク35からなる磁気回路
が配設されている。
A substrate cooling device for placing, supporting and cooling the substrate 4 to be processed is arranged inside the reaction chamber 30. The inside of the reaction chamber 30 is exhausted by an attached exhaust mechanism 31 and is maintained in a required reduced pressure state. The plasma generation chamber 3 is provided above the reaction chamber 30 and above the substrate.
2 is formed. An antenna 42 is provided in the plasma generation chamber 32.
And a solenoid coil 33 is arranged around the outside of the plasma generation chamber 32. High frequency power is supplied to the antenna 42 from the high frequency power supply 40 via the matching circuit 41. Further, the solenoid coil 42 is supplied with power from a power source (not shown) and is excited. Further, a magnetic circuit including a permanent magnet 34 and a yoke 35 is arranged around the outside of the reaction chamber 30.

【0028】上記構成を有する基板冷却装置の基本的な
動作について説明する。
The basic operation of the substrate cooling device having the above structure will be described.

【0029】最初、排気機構31によってプラズマ発生
室32および反応室30の内部を排気して必要な減圧状
態にし、その後に反応用ガス導入管36によって所定ガ
スを所定圧力になるようにプラズマ発生室32内に導入
する。この所定圧力の値は、ガス種、アンテナ形状、磁
場強度等によって決まる最適な値である。
First, the inside of the plasma generation chamber 32 and the reaction chamber 30 is evacuated by the exhaust mechanism 31 to a required decompressed state, and then the reaction gas introduction pipe 36 is used to bring the predetermined gas to a predetermined pressure. Installed in 32. The value of this predetermined pressure is an optimum value determined by the gas type, antenna shape, magnetic field strength, and the like.

【0030】次に高周波電源40によって発生した高周
波電力を整合回路41を介してアンテナ42に供給する
と、プラズマ発生室32の内部に高周波による放電が発
生し、プラズマが発生する。このとき、ソレノイドコイ
ル33によってプラズマ発生室32内に磁界を発生させ
れば、プラズマの発生効率が向上すると共に、磁界のな
い場合に比較して低いガス圧力においても放電を発生さ
せることができる。さらにアンテナ42の構成によって
は、いわゆるヘリコン波によるプラズマを発生させて超
高密度プラズマ装置として応用することができる。
Next, when the high frequency power generated by the high frequency power supply 40 is supplied to the antenna 42 through the matching circuit 41, a high frequency discharge is generated inside the plasma generation chamber 32 and plasma is generated. At this time, if a magnetic field is generated in the plasma generation chamber 32 by the solenoid coil 33, the plasma generation efficiency is improved, and discharge can be generated even at a low gas pressure as compared with the case without a magnetic field. Further, depending on the configuration of the antenna 42, plasma by so-called helicon waves can be generated and applied as an ultra-high density plasma device.

【0031】上記のようにプラズマ発生室32内に発生
したプラズマの中に存在するイオンおよび活性化された
ガス分子または原子は、反応室30の内部に拡散し、被
処理基板4の表面の薄膜と反応して、これを除去する。
反応室30内においてプラズマ中の荷電粒子は磁界の沿
って運動するため、図1に示すように、永久磁石34お
よびヨーク35の効果によって反応室30内のプラズマ
中の荷電粒子の反応室内壁との衝突による損失が減少
し、反応室30内のプラズマの密度を高く保つことがで
きる。
The ions and the activated gas molecules or atoms present in the plasma generated in the plasma generating chamber 32 as described above diffuse inside the reaction chamber 30 and form a thin film on the surface of the substrate 4 to be processed. React with and remove it.
Since the charged particles in the plasma move along the magnetic field in the reaction chamber 30, as shown in FIG. 1, due to the effect of the permanent magnet 34 and the yoke 35, the charged particles in the plasma in the reaction chamber 30 become The loss due to the collision of the plasma is reduced, and the plasma density in the reaction chamber 30 can be kept high.

【0032】このとき、基板冷却装置の電極本体1に高
電圧電源13によって負の高電圧を印加することによ
り、静電吸着板2と被処理基板4の間に静電吸着力が発
生し、被処理基板4が静電吸着板2に密着する。さら
に、ガス導入口8から、ガス流量制御機構9およびガス
導入管7を通して、被処理基板4の裏面にヘリウムガス
を供給することにより、被処理基板4と静電吸着板2の
間の隙間にヘリウムガスが流れ、熱的接触が改善され
る。
At this time, by applying a negative high voltage to the electrode body 1 of the substrate cooling device by the high voltage power source 13, an electrostatic attraction force is generated between the electrostatic attraction plate 2 and the substrate 4 to be processed, The substrate 4 to be processed is brought into close contact with the electrostatic attraction plate 2. Further, helium gas is supplied from the gas introduction port 8 to the back surface of the substrate 4 to be processed through the gas flow rate control mechanism 9 and the gas introduction pipe 7 so that a gap between the substrate 4 to be processed and the electrostatic attraction plate 2 is formed. Helium gas flows, improving thermal contact.

【0033】従来装置の問題点は、前述したように冷却
用ガス導入系における絶縁破壊であった。絶縁破壊の発
生状況は、冷却ガスの圧力および種類によって大きく異
なり、一般に利用されるヘリウムを用いた冷却では、前
述の通り絶縁破壊が発生し易い。しかし、ヘリウムの熱
伝導率が常温において0.144J/(m・s・K)
と、他のガス(例えば窒素の熱伝導率は常温において
0.024J/(m・s・K)に過ぎない)に比較して
非常に大きいため、冷却において重要な役割を果たして
おり、他の絶縁耐力の高いガスに置き換えることは現実
的ではない。
The problem of the conventional device is the dielectric breakdown in the cooling gas introduction system as described above. The state of occurrence of dielectric breakdown greatly differs depending on the pressure and type of the cooling gas, and in general cooling using helium, the dielectric breakdown easily occurs as described above. However, the thermal conductivity of helium is 0.144 J / (m · s · K) at room temperature.
In comparison with other gases (for example, the thermal conductivity of nitrogen is only 0.024 J / (m · s · K) at room temperature), it plays an important role in cooling. It is not realistic to replace the gas with high dielectric strength.

【0034】本実施例で示した基板冷却装置では、第2
のガス導入口10から第2のガス流量制御機構11を通
して第2のガスを導入し、ガス導入管7においてヘリウ
ムガスと混合して、被処理基板4の裏面の空間に供給す
ることができる。そして、第2のガスの混合量を数%か
ら数十%の間の適当な量とし、その混合比をガス流量制
御機構9および第2のガス流量制御機構11によって制
御する。また、ガス流量はガス導入管7内の圧力を圧力
計12により測定して、所定の値となるように決定す
る。
In the substrate cooling device shown in this embodiment, the second
The second gas can be introduced from the gas introduction port 10 through the second gas flow rate control mechanism 11, mixed with the helium gas in the gas introduction pipe 7, and supplied to the space on the back surface of the substrate 4 to be processed. Then, the mixing amount of the second gas is set to an appropriate amount between several% and several tens%, and the mixing ratio is controlled by the gas flow rate control mechanism 9 and the second gas flow rate control mechanism 11. Further, the gas flow rate is determined so as to be a predetermined value by measuring the pressure in the gas introduction pipe 7 with the pressure gauge 12.

【0035】ヘリウムに混合する第2のガスとしては、
絶縁耐力の高いものを選択する必要がある。絶縁耐力の
高いガスとして代表的なものに六フッ化硫黄がある。こ
のガスは、放電による電子の付着により大量の負イオン
を発生し、放電の成長を防止する効果がある。高電圧を
用いる装置の絶縁用として、大気圧でもしくは加圧して
利用するのが一般的である。しかし本実施例では、数ト
ール程度のヘリウムに数%から数十%混合する利用法を
採用し、この場合においても絶縁破壊を防止する効果が
大きい。
As the second gas mixed with helium,
It is necessary to select one with high dielectric strength. A representative gas with high dielectric strength is sulfur hexafluoride. This gas has the effect of preventing the growth of the discharge by generating a large amount of negative ions due to the attachment of electrons due to the discharge. For insulation of a device using a high voltage, it is generally used at atmospheric pressure or under pressure. However, in this embodiment, a method of using helium of several torr mixed with several to several tens of percent is adopted, and even in this case, the effect of preventing dielectric breakdown is great.

【0036】六フッ化硫黄は、ドライエッチングプロセ
スにおける反応ガスもしくは反応補助用ガスとして用い
られる場合も多く、冷却用ガスに混合して反応室30内
に供給しても、エッチングプロセスに悪影響を及ぼす危
険性は少ない。しかし、極微細加工を行うプロセスにお
いて、六フッ化硫黄がプロセス結果に悪影響を及ぼす場
合には、他の、絶縁耐力の強いガスを六フッ化硫黄の代
わりに使用することも可能である。絶縁耐力の大きいガ
スの例を以下に示す。絶縁耐力は、六フッ化硫黄の絶縁
耐力を1とした場合の相対値で示す。
Sulfur hexafluoride is often used as a reaction gas or a reaction auxiliary gas in a dry etching process, and even if it is mixed with a cooling gas and supplied into the reaction chamber 30, it adversely affects the etching process. There is little danger. However, in the process of performing microfabrication, when sulfur hexafluoride adversely affects the process result, another gas having high dielectric strength can be used instead of sulfur hexafluoride. An example of gas with high dielectric strength is shown below. The dielectric strength is shown as a relative value when the dielectric strength of sulfur hexafluoride is 1.

【0037】[0037]

【表2】 ガス名 絶縁絶力(SF6を1としたときの相対値) CF4 0.4 C26 0.8 C38 0.97 C36 1.03 C-C48 1.25 CCl3 F 1.84 CCl22 1.04 CCl4 2.4 CCl2 FCClF2 2.41[Table 2] Gas name Insulation strength (relative value when SF 6 is 1) CF 4 0.4 C 2 F 6 0.8 C 3 F 8 0.97 C 3 F 6 1.03 C-C 4 F 8 1.25 CCl 3 F 1.84 CCl 2 F 2 1.04 CCl 4 2.4 CCl 2 FCClF 2 2.41

【0038】上記の表2に示した例は絶縁耐力の比較的
強いガスの一部であるが、一般に炭素または硫黄とハロ
ゲンからなるガスは負イオンを生成し易く、絶縁耐力が
大きい。さらに、これらのガスにはドライエッチングの
反応ガスもしくは反応補助ガスとして用いられるものが
多く含まれており、目的とするドライエッチングプロセ
スに用いているガスと同じものを冷却用の混合ガスとし
て選択すれば、ドライエッチングプロセスへの悪影響は
一切無視することができる。なおヘリウムと絶縁耐力の
大きいガスとの混合比が予め一定値に決定できるのであ
れば、予めその混合比のガスを作ってボンベにより供給
することが可能である。この構成によれば、ガス供給系
7,11等を設ける必要がなく、かつ上記実施例の場合
と同一の効果をもたらすことができる。
The example shown in Table 2 above is a part of the gas having a relatively high dielectric strength, but in general, a gas composed of carbon or sulfur and halogen easily produces negative ions and has a high dielectric strength. Furthermore, many of these gases are used as a reaction gas or a reaction auxiliary gas for dry etching, and the same gas as that used for the target dry etching process should be selected as a mixed gas for cooling. Thus, any adverse effects on the dry etching process can be ignored. If the mixing ratio of helium and a gas having a high dielectric strength can be determined in advance to a constant value, it is possible to prepare a gas having that mixing ratio in advance and supply it by a cylinder. According to this configuration, it is not necessary to provide the gas supply systems 7 and 11 and the like, and the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、被処理基板を冷却するためのヘリウムガスに対し
第2ガスとして絶縁耐力の大きいガスを混合するための
ガス供給系を付設することにより、静電吸着用に高電圧
をかけた場合にも冷却用のヘリウムが絶縁破壊すること
のない基板冷却装置を実現することができる。これによ
り、冷却ガス導入方式の冷却装置の被処理基板の冷却効
率を改善することができる。本発明は、高速処理を要求
される磁場を併用した高密度プラズマを応用したドライ
エッチング装置のように、被処理基板への熱流入量が特
に大きい装置における基板冷却装置に適用すると、その
冷却効果が顕著になる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a gas supply system for mixing a gas having a large dielectric strength as a second gas with a helium gas for cooling a substrate to be processed is attached. By doing so, it is possible to realize a substrate cooling device in which helium for cooling does not cause dielectric breakdown even when a high voltage is applied for electrostatic attraction. Thereby, the cooling efficiency of the substrate to be processed in the cooling device of the cooling gas introduction system can be improved. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention, when applied to a substrate cooling device in a device in which a large amount of heat flows into a substrate to be processed, such as a dry etching device that uses high-density plasma combined with a magnetic field that requires high-speed processing, has a cooling effect Becomes noticeable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る基板冷却装置の代表的実施例を示
す構成図であり、高周波放電反応装置に装着した状態を
示す。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a typical embodiment of a substrate cooling device according to the present invention, showing a state of being mounted on a high frequency discharge reaction device.

【図2】従来の基板冷却装置の構造例を示す縦断面図で
ある。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a structural example of a conventional substrate cooling device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電極本体 2 静電吸着板 3 カバー 4 被処理基板 5 冷媒溜り 7 ガス導入管 8,10 ガス導入口 9,11 ガス流量制御装置 13 高圧直流電源 30 反応室 31 排気機構 32 プラズマ発生室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode main body 2 Electrostatic adsorption plate 3 Cover 4 Processing target substrate 5 Refrigerant reservoir 7 Gas introduction pipe 8,10 Gas introduction port 9,11 Gas flow controller 13 High voltage DC power supply 30 Reaction chamber 31 Exhaust mechanism 32 Plasma generation chamber

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 静電吸着力を発生させる直流高電圧を印
加するための電極と、前記静電吸着力により被処理基板
を固定する基板載置台と、この基板載置台を冷却する冷
却機構と、前記被処理基板と前記基板載置台との間の隙
間部分に冷却用ガスを導入するガス供給機構とを備えた
基板冷却装置において、 前記ガス供給機構は、ヘリウムを供給するためのヘリウ
ム供給系と、前記ヘリウムに絶縁耐力の大きいガスを混
合させるための他のガス供給系とからなり、前記ヘリウ
ムと前記絶縁耐力の大きいガスの混合比および供給圧力
を制御する機構を備えたことを特徴とする基板冷却装
置。
1. An electrode for applying a DC high voltage for generating an electrostatic attraction force, a substrate placement table for fixing a substrate to be processed by the electrostatic attraction force, and a cooling mechanism for cooling the substrate placement table. A substrate cooling device comprising a gas supply mechanism for introducing a cooling gas into a gap between the substrate to be processed and the substrate mounting table, wherein the gas supply mechanism is a helium supply system for supplying helium. And another gas supply system for mixing the helium with a gas having a large dielectric strength, and a mechanism for controlling the mixing ratio and supply pressure of the helium and the gas having a large dielectric strength. Substrate cooling device.
【請求項2】 請求項第1項記載の基板冷却装置におい
て、前記他のガス供給系は、六フッ化硫黄供給系である
ことを特徴とする基板冷却装置。
2. The substrate cooling apparatus according to claim 1, wherein the other gas supply system is a sulfur hexafluoride supply system.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6695946B2 (en) * 2001-04-18 2004-02-24 Applied Materials Inc. Cooling system
US7820230B2 (en) 2007-08-31 2010-10-26 Panasonic Corporation Plasma doping processing device and method thereof

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