JPH0722150B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。

〔発明の背景〕

反応性スパッタエッチング装置で代表されるドライエッ
チング装置やイオン打込み装置やイオンビームミーリン
グ装置等のプラズマ処理装置では、試料とプラズマとの
化学反応熱やイオンの衝撃入射エネルギにより試料が加
熱され、このままの状態では、処理精度が低下するた
め、試料を処理時に冷却する必要がある。

一般に、試料を冷却する技術としては、試料が処理時に
載置，保持される試料台を水冷し、該水冷された試料台
を介して試料を冷却する技術が採用されている。しか
し、このような技術では、試料の冷却が不充分であり、
そこで、近年、例えば特公昭56−53853号公報に開示さ
れたような、試料を静電吸着力により試料台に吸着固定
させ試料と試料台との間の熱抵抗を減少させて試料を充
分に冷却する試みがなされている。このような技術を第
１図により説明する。

第１図で、試料台２の試料載置面上には、導電性ゴムシ
ート10が設けられ、導電性ゴムシート10上には絶縁シー
ト５が敷かれている。試料３は被処理面を上面として絶
縁シート５上に載置される。その後、下部電極を構成す
る試料台２に直流電源７を印加し、ガスプラズマの導電
性を利用して試料３は、絶縁シート5,導電性ゴムシート
10を介して試料台２に静電吸着固定され、固定された試
料は冷却器12により冷却される。その他、第１図で、１
は高周波電源、４は上部電極、６は試料台２とチャンバ
13との間に設けられた絶縁体、８は高周波しゃ断回路、
９はマッチング回路、11はカバー、14は排気装置、15は
ガス導入装置である。

このようなプラズマ処理装置では、試料と試料台との間
の熱抵抗を減少させることができ、処理時に試料を充分
に冷却することが可能である。しかし、試料とカバーと
でカバーされない絶縁シートの部分は、直接プラズマに
露呈され、直進性を有するイオンの衝撃を受けるため、
絶縁シートの寿命が充分に得られないという改良すべき
点がある。

この対策として、例えば、特開昭56−85828号公報で開
示された技術が提案されている。特開昭56−85828号公
報で開示された技術は、第２図に示すように、絶縁シー
ト５に載置された試料３の被処理面の周縁端部にカバー
11′の試料側端部が重なるようにして絶縁シート５が直
接プラズマに露呈されるのを防止し、直進性を有するイ
オンの衝撃による絶縁シートの寿命の低下を抑制するも
のである。

このように特公昭56−53853号公報に開示されたような
技術に、特開昭56−85828号公報に開示されたような技
術を付加したプラズマ処理装置では、処理時に試料を充
分に冷却できると共に、直進性を有するイオンの衝撃に
よる絶縁シートの寿命の低下を抑制できるものの、次の
ような問題を有している。

即ち、試料の絶縁シートへの載置，除去時に、その都
度、カバーを退避させる必要があり、このため、装置が
複雑となって自動化に対する信頼性が低下し、また、カ
バーに付着したプロセスからのコンタミがカバー退避に
よる移動時にカバーから離脱してじん埃となる可能性が
あり、超微細加工が要求される最近の半導体製造技術分
野では充分なスループットが得られない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、試料台への試料の配置，除去時のカバ
ー退避を不要にし充分なスループットを得るとともに、
絶縁シートの寿命が充分に得られなくなることによって
生ずる試料吸着時の試料の冷却低下を防止することので
きるプラズマ処理装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、静電吸着力を利用して試料台に試料を固定
し、試料をプラズマ処理する装置において、試料台上に
試料配置用の高台を設け、試料台の高台面を除く面にカ
バーを設けて、試料台への試料の配置，除去時のカバー
退避を不要にして充分なスループットが得られるように
するとともに、試料台に形成された高台の試料配置面お
よび高台を除く面の少なくとも一部を覆って静電吸着用
の絶縁材を設け、カバーによって絶縁材を押え、カバー
の取外しによって絶縁材の着脱交換を可能とすることに
より、寿命の短くなった絶縁材と新たな絶縁材との交換
を容易にし、新しい絶縁材での試料固定により試料の冷
却低下を防止できるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第３図および第４図により説明す
る。

第３図は、真空処理室20は、この場合、上部電極30と下
部電極40とが上下方向に対向して内設されている。上部
電極30は、電極板31と電極軸32とで構成されている。電
極軸32の上端は、真空処理室20の頂壁に設けられ、電極
軸32の下端には電極板31が設けられている。電極軸32に
は、ガス流路（図示省略）が形成され、電極板31には、
ガス流路と連通し下部電極40に向って開口したガス放出
孔（図示省略）が穿設されている。電極軸32には、ガス
供給装置（図示省略）に連結されたガス供給管21がガス
流路と連通して連結されている。下部電極40は、試料台
41と電極軸42とで構成されている。上部電極30の電極板
31と対向する試料台41の面側には、試料台41の中心を中
心とする高台43が形成されている。上部電極30の電極板
31と対向する高台43の面の大きさは、高台43の中心と中
心を略一致させて高台43に試料３を載置した場合、試料
３の周縁端部が高台43より出る程度の大きさである。試
料台41には、高台43の中心を軸心とし高台43側に凹を有
する穴44aが穿設され、穴44aの回りで冷媒流路45が形成
されている。電極軸42には、試料台41の穴44aと同一寸
法の穴44bが長手方向に穿設され、試料台41の冷媒流路4
5と連通する冷媒供給路46と冷媒排出路47とが形成され
ている。電極軸42は、その上端部を真空処理室20内に突
出し、試料台41の電極板31に対向する面を除いて取り付
けられた絶縁体48を介して、真空処理室20の底壁に設け
られている。電極板31と対向する試料台41の面におい
て、高台43に試料３を載置した状態でプラズマに露呈さ
れる試料台41の他の部分と試料３のプラズマに露呈され
ない面の周縁部に対向する試料台41の更に他の部分とに
は、カバー50が設けられている。また、電極板31と対向
する試料台41の面では、この場合、高台43に、例えば、
フッ素樹脂製の絶縁シート49′が敷かれている。絶縁シ
ート49′の一部は高台43の角部に沿って折り曲げられ、
第４図に示すように試料台41の高台43が形成された面で
高台43を除く面の一部をおおって延長されており、カバ
ー50が絶縁シート49′のプッシャーとしての役目を果た
している。カバー50の高台43側端部の厚さは、高台43の
絶縁膜49′の表面以下となる厚さであり、その他の部分
の厚さ，形状は、高台43の絶縁膜49′への試料３の載
置，除去を阻害しないものとなっている。真空処理室20
外にある電極軸42の下端部には、冷媒供給路46と連通し
て冷媒入口51が形成され、冷媒排出路47と連通して冷媒
出口52が形成されている。冷媒供給装置（図示省略）に
一端が連結された冷媒供給管53の他端が冷媒入口51と連
通して連結され、冷媒排出管54の一端が冷媒出口52と連
通して連結されている。冷媒排出管54の他端は、他の場
所に設けられた排出溝（図示省略）に開口させても良い
し、また、冷媒供給装置に連結しても良い。電極軸42の
下端には、マッチング回路55と高周波電源56とが接続さ
れ、これらと並列に高周波しゃ断回路57と直流電源58と
が接続されている。高周波電源56と直流電源58とはそれ
ぞれアースされている。穴44a,44bには、試料エレベー
タ60のロッド61が昇降動可能に挿設されている。ロッド
61の真空処理室20外端にはフランジ62が設けられ、フラ
ンジ62は昇降駆動装置（図示省略）に設けられている。
電極軸42の下端とフランジ62とには金属ベローズ63が跨
設され、穴44a,44bを介しての真空処理室20の真空破壊
が防止されている。ロッド62の真空処理室20内端には、
穴44aの高台43側の凹に収容可能な大きさ，形状の試料
受具64が設けられている。なお、真空処理室20には、真
空排気装置70が連結され、真空処理室20はアースされて
いる。

第３図で、真空処理室20は真空排気装置70の作動により
所定圧力に減圧排気される。試料３は、真空処理室20に
真空間ゲート（図示省略）を介して具設された副真空室
（図示省略）に搬入され、試料３の搬入後、副真空室は
真空処理室20と同程度の圧力に減圧排気される。その
後、真空間ゲートが開放され副真空室から真空処理室20
に真空間ゲートを介して試料３が、この場合は、１枚だ
け高知の搬送手段、例えば、試料すくい部を有する回転
アーム（図示省略）により搬入され、試料台41の高台43
に対応する位置まで搬送される。このように搬送されて
きた試料３は、昇降駆動装置を駆動して試料受具64をフ
ランジ62,ロッド61を介して高台43の絶縁膜49′以上の
高さに上昇させることで、試料受具64に受取られる。試
料３を試料受具64に渡した回転アームは真空間ゲートを
介して真空処理室20から副真空室へ退出させられ、その
後、真空間ゲートは閉止される。一方、昇降駆動装置を
駆動して試料受具64をフランジ62,ロッド61を介して穴4
4aの高台43側の凹に収容するように下降することで、試
料３は高台43の絶縁膜49′に渡され、被処理面をプラズ
マに露呈可能に載置される。その後、ガス供給装置から
ガス供給管21を経てガス流路に所定流量で処理ガスが供
給され、この処理ガスはガス流路を流通してガス放出孔
に至りガス放出孔から試料３に向って放出される。これ
と共に、真空排気装置70の作動により放出された処理ガ
スの一部は所定流量で排気され、これにより真空処理室
20内は所定の処理圧力に調整されて保持される。この状
態で試料台41に電極軸42を介して高周波電源56を印加す
ることで、電極板31と試料台41との間で放電が生じ処理
ガスはプラズマ化される。また、試料台41に電極軸42を
介して直流電源58を印加しガスプラズマの導電性を利用
して試料３は静電吸着力により絶縁膜49′を介して高台
43に吸着固定され、これにより、試料３と高台43との間
の熱抵抗が減少させられる。また、冷媒供給装置から冷
媒供給管53,冷媒入口51を介して冷媒供給路46に冷媒、
例えば、冷却水が供給され、この冷却水は、冷媒供給路
46を流通した後に冷媒流路45に入り、冷媒流路46を循環
する。これにより試料台41は冷却される。なお、冷媒流
路45を循環した冷却水は、その後、冷媒排出路47,冷媒
出口52,冷媒排出管54を介して、例えば、排出溝に排出
される。高台43に絶縁膜49′を介して吸着固定された試
料３の被処理面は、ガスプラズマにより所定処理され、
この処理時に試料３は、水冷されている試料台41を介し
て充分に冷却される。なお、処理済みの試料３は、上記
した操作と逆操作により真空処理室20から副真空室へ、
更に、副真空室外へ排出される。

本実施例のようなプラズマ処理装置では、次のような効
果が得られる。

（１） 試料の高台への載置，除去時にカバーの退避が
不要であるため、装置が簡単となって自動化に対する信
頼性の低下を防止でき、また、カバーに付着したプロセ
スからのコンタミがカバーから離脱してじん埃となる可
能性も抑制でき、超微細加工が要求される場合でも充分
なスループットを得ることができる。

（２） 試料と高台との間の熱抵抗を減少させることが
できるため、処理時に試料を充分に冷却することがで
き、処理精度を向上できる。

（３） 絶縁膜にプラズマに露呈される部分がなくなる
ため、直進性を有するイオンの衝撃による絶縁膜の寿命
の低下を抑制できる。

（４） カバーによって絶縁シートを押さえているの
で、カバーを外すことによって絶縁シートの交換を極め
て容易に行なえる。

第５図は、本発明の他の実施例を説明するもので、試料
台41′が、高台43等を有する試料台上部80と、冷媒流路
45等を有する試料台下部81とに分離されている。この場
合、試料台41′の試料３の配置側の面には、高台43だけ
ではなく、全面にわたって絶縁材である絶縁膜49がコー
ティングされている。すなわち、試料台41′の高台43が
形成された面の全面に、例えば、フッ素樹脂を静電粉体
塗装後焼成させて絶縁膜49がコーティングされている。
試料台上部80は、試料台下部81に載置され取り付けボル
ト82により取外し可能に取り付けられている。試料台上
部80と試料台下部81との接触はメタルタッチであるが、
それぞれの仕上精度をよくしておくことで、取り付けボ
ルト82による締付け力，中央部での下からの冷媒圧力に
よる押し付け力により、この間の熱抵抗は充分に低下す
る。なお、その他の装置、部品等は第３図と同一であり
同一符号で示して説明を省略する。

本実施例のようなプラズマ処理装置では、前記した一実
施例での効果の他に、カバーおよび試料台上部を外すこ
とによってコーティングした絶縁膜の変更が容易である
という効果がある。

なお、上記した他の実施例の他に絶縁膜として、パラキ
シレン重合物のような高絶縁性高分子樹脂を真空蒸着し
て成膜するようにしても良い。このようにした場合は、
フッ素樹脂の絶縁膜の10倍以上の絶縁破壊電圧を得るこ
とができるため、大きな静電吸着力を得ることができ
る。また、ポリイミド等の耐電圧性の高い高分子の塗布
によっても同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料台上に試料配置用の高台を設け、
試料台の高台面を除く面にカバーを設けることによっ
て、試料台への試料の配置，除去時のカバー退避を不要
にでき充分なスループットが得られるとともに、試料台
の試料が固定される部分に絶縁材を設け、カバーによっ
て絶縁材を押さえ、カバーを取り外すことによって、絶
縁材を容易に交換可能に設けているので、寿命の短くな
った絶縁材と新たな絶縁材とを交換して、新しい絶縁材
で試料を固定でき、試料吸着時の試料の冷却低下を防止
する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、従来のプラズマ処理装置の真空処理室部の縦
断面図、第２図は、従来の改良されたプラズマ処理装置
の下部電極部の部分縦断面図、第３図は、本発明による
プラズマ処理装置の一実施例を示す真空処理室部の縦断
面図、第４図は第３図のＡ−Ａ視図、第５図は、本発明
によるプラズマ処理装置の他の実施例を示す下部電極部
の部分断面図である。 ３……試料、41……試料台、43……高台、49……絶縁
膜、49′……絶縁シート、50……カバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電吸着力を利用して試料台に試料を固定
   し、前記試料をプラズマ処理する装置において、前記試
   料台上に前記試料配置用の高台を設け、前記試料台の前
   記高台面を除く面にカバーを設け、前記試料台に形成さ
   れた高台の試料配置面および前記高台を除く面の少なく
   とも一部を覆って、前記静電吸着用の絶縁材を設け、前
   記カバーによって前記絶縁材を押え、前記カバーの取外
   しによって前記絶縁材の着脱交換を可能としたことを特
   徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記絶縁材が試料台に着脱可能に設けられ
   た特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】前記絶縁材が試料台に設けられ、前記絶縁
   材を有する前記試料台の一部を着脱可能に分離した特許
   請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。