JPH0786250A

JPH0786250A - プラズマ処理方法

Info

Publication number: JPH0786250A
Application number: JP23127593A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ito; 陽一伊藤; Manabu Edamura; 学枝村; Naoyuki Tamura; 直行田村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JP2882254B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハ温度制御を容易にするとともに、電極構
造を簡素化する。【構成】処理室６にガス１１を導入してエッチング処理
圧力より高い圧力に制御された雰囲気中でウエハ１を試
料台２１上に載置した後、ウエハを静電吸着して試料台
２１上に固定し、その後、処理室６内の圧力を処理圧力
に制御し、ウエハ１のプラズマ処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理方法に係
り、特に、ウエハの温度を制御しながらプラズマ処理す
るのに好適なプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来技術として、例えば、特公昭
５６−５３８５３号公報および特公昭５７−４４７４７
号公報等に記載のように、ウエハを試料台上に静電吸着
してプラズマにより処理することが知られている。ま
た、第２の従来技術として、特公平２−２７７７８号公
報および特開平２−３０１２８号公報等に記載のよう
に、ウエハを試料台上に載置しクランプにより機械的に
支持した状態で、ウエハ裏面にＨｅガスを導入して、ガ
スの熱伝導，自由対流または強制対流等を利用してウエ
ハを冷却しながら処理することが知られている。さら
に、第３の従来技術として、特開昭５８−３２４１０号
公報および特開昭６０−１１５２２６号公報等に記載の
ように、ウエハを試料台上に静電吸着した後、ウエハ裏
面にＨｅガスを導入してガスの熱伝導，自由対流または
強制対流等を利用してウエハを冷却しながら処理するこ
とが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術を用いて
ウエハを連続して処理、例えば、エッチング処理する場
合、次のような解決すべき課題がある。第１の従来技術
では、ウエハと試料台との間の伝熱が固体と固体の接触
のみであるため、処理中のウエハを十分に冷却すること
が困難である。第２の従来技術では、第１の従来技術に
比べてウエハの冷却特性は優れているが、新たな問題と
してウエハの外周をクランプにより機械的に支持するた
めに、チッピングによる異物やクランプへのデポ物の付
着によって異物を生じ易く、低塵埃化の点で問題があ
る。第３の従来技術では、第２の従来技術に比べて低塵
埃化を図ることができる。しかしながら、第２、第３の
従来技術のようにウエハ裏面に冷却ガスを導入しながら
プラズマ処理する方法では、処理中のウエハ温度を制御
するために、冷却ガスの流量と排気量を交互に微調整し
て裏面圧力を制御する必要があり、制御が複雑になると
いう問題がある。また、試料台に冷却ガスを導入する手
段を設ける必要があり、構造が複雑になる。

【０００４】本発明の目的は、処理中のウエハの温度制
御を容易にでき、しかも構造を簡単にできるプラズマ処
理方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、処理室にガスを導入してエッチング処理圧力より高
い圧力に制御された雰囲気中でウエハを試料台上に載置
した後、ウエハを静電吸着して試料台上に固定する。そ
の後、処理室内の圧力を処理圧力に制御し、ウエハのプ
ラズマ処理を行う。

【０００６】

【作用】プラズマ処理圧力より高い圧力に制御された雰
囲気中でウエハを配置して静電吸着することにより、ウ
エハと試料台との間の空隙にも処理圧力より高い圧力の
ガスが封じ込められる。その後、処理室内の圧力をプラ
ズマ処理圧力に制御する。プラズマ処理の間は、ウエハ
と試料台との間に封じ込められたガスがウエハと試料台
間の表面粗さによる隙間を介して処理室内に洩れ、封じ
込められたガスの圧力は次第に低下するが、ウエハ配置
前の封じ込めの圧力または静電吸着力を調整することに
より、プラズマ処理中のウエハを冷却するのに十分なガ
ス圧に維持することが可能である。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図５に
より説明する。この場合、プラズマ処理として、有磁場
マイクロ波エッチング装置を用いたエッチング処理を例
に説明する。

【０００８】まず、有磁場マイクロ波エッチング装置の
全体について概要を図１および図４によって説明する。
図４によりウエハ処理の流れを説明する。ウエハ１は、
直進ア−ム２によりロ−ドカセット３から取り出され、
ロ−ドロック室４に搬入される。そして、ロ−ドロック
室４内に搬入されたウエハ１は真空雰囲気であるバッフ
ァ室５内をエッチング処理室６に向かって、旋回ア−ム
７により搬送され、エッチング処理室６に搬入される。
そして、後述する方法によりエッチング処理され、バッ
ファ室５、アンロ−ドロック室８を介して大気中に取り
出されアンロ−ドカセット９内に収納される。

【０００９】次に、図１によりエッチング処理室６の構
成を説明する。ウエハ１のエッチング処理は、放電管１
０内に所定流量で導入したプロセスガス１１を、マイク
ロ波１２とソレノイドコイル１３による磁場との相互作
用によりプラズマ１４化し、さらに試料台である下部電
極１５に高周波電源１６より高周波電力を印加してウエ
ハ１に入射するイオンのエネルギ−を制御しながら行わ
れ、さらに下部電極１５をサ−キュレ−タ１７からの冷
媒１８を循環させることにより温調して行われる。下部
電極１５上には、Ａｌ製の電極１９にＡｌ₂Ｏ₃を減圧し
た雰囲気中で溶射して絶縁膜２０を形成させて構成した
静電吸着電極２１が固定してあり、さらに下部電極１５
にはロ−パスフィルタ２２およびスイッチ２３を介して
直流電源２４が接続してある。エッチング処理を行うた
めのウエハ１の支持は、下部電極１５を上昇させてウエ
ハ押え２５によりウエハ１外周を支持し、その後、前述
の方法によりエッチング処理室６内にプラズマ１４を生
成させ、スイッチ２３をオンして絶縁膜２０の両端に直
流電圧を印加し、これにより生じる静電吸着力によって
支持される。

【００１０】次に、下部電極１５、静電吸着電極２１の
詳細構成について図２および図３により説明する。下部
電極１５、静電吸着電極２１には、ウエハ１の載置面の
中央部にウエハ１を搬送するための静電吸着電極２１か
らウエハ１を持ち上げるウエハ押し上げピン２６が、下
部電極１５、静電吸着電極２１に設けた孔２７を貫通し
て設けられている。静電吸着電極２１のウエハ１の載置
面には、孔２７から放射状に延びる複数の溝２８とこの
溝２８を互いに連結する環状の溝２９が形成されてい
る。これらの溝２８、２９は、深さが０．０５〜０．１
ｍｍで、幅が０．５〜１ｍｍの大きさであり、これらは
超音波加工によって加工されている。また、ウエハ押し
上げピン２６は一端をスライド軸受３０により支持さ
れ、他端をＯリング３１により気密にシ−ルされてい
る。スライド軸受３０の外周には、複数のすきま３２が
設けてある。これによって、静電吸着電極２１上にウエ
ハ１がないときは、静電吸着電極２１上の溝２８、２９
からウエハ押し上げピン２６と孔２７の隙間に至る空間
はエッチング処理室６と連通状態となる。また、下部電
極１５には、ウエハ押し上げピン２６と孔２７との隙間
の空間まで貫通する排気孔３３が設けてある。排気孔３
３につながるバルブ３４を開くこと、図４に示すバルブ
３５を介してエッチング処理室６を排気する真空ポンプ
３６によって排気できるようになっている。

【００１１】次に、上記のように構成した装置を用いて
のエッチング処理方法を図５により説明する。まず、エ
ッチング処理室６内にプロセスガス１１を所定の流量で
導入しながら真空排気することにより、圧力を例えば約
１０Ｔｏｒｒに調節する。これにより、エッチング処理
室６と連通状態にある静電吸着電極２１上の溝２８、２
９からウエハ押し上げピン２６と孔２７の隙間に至る空
間の圧力も約１０Ｔｏｒｒとなる。

【００１２】この状態でウエハ１が旋回ア−ム７により
エッチング処理室６に搬送され、ウエハ押し上げピン２
６を上昇させてウエハ１を持ち上げた後、旋回ア−ム７
をロ−ドロック室４側に旋回し、再びウエハ押し上げピ
ン２６を下降する。これによりウエハ１は静電吸着電極
２１上に載置される。

【００１３】そして、下部電極１５を上昇させてウエハ
１の外周をウエハ押え２５により支持した状態で、マイ
クロ波１２、ソレノイドコイル１３をオンさせてプラズ
マ１４を生成させる。その後、スイッチ２３をオンして
ウエハ１を静電吸着電極２１上に静電吸着させる。これ
により、静電吸着電極２１上の溝２８、２９からウエハ
押し上げピン２６と孔２７との隙間に至る空間には、ガ
ス圧約１０Ｔｏｒｒのプロセスガス１１が封じ込めら
れ、ウエハ１の裏面の圧力は約１０Ｔｏｒｒとなる。

【００１４】次に、一旦、マイクロ波１２およびソレノ
イドコイル１３をオフしてプラズマ１４を消滅させ、ス
イッチ２３をオフして静電吸着用の電源を解放した後、
エッチング処理室６内からのプロセスガス１１の排気が
増され、当初の圧力よりは低い圧力であるエッチング処
理圧力に調節される。この間、ウエハ１は残留吸着力に
より支持されたままとなる。静電吸着電極２１上の溝２
８、２９からウエハ押し上げピン２６と孔２７とのすき
まに至る空間に存在するプロセスガス１１は、エッチン
グ処理室６内の圧力低下によりウエハ１の外周部裏面と
静電吸着電極２１の外周部表面の表面粗さ程度の隙間か
らエッチング処理室６に漏洩する。この漏洩分を除いた
プロセスガス１１がウエハ１の裏面側に封じ込められた
状態となる。

【００１５】なお、上記の他に静電吸着電極２１を双極
方式としてこの間もウエハ１を静電吸着することもでき
る。

【００１６】次に、マイクロ波１２およびソレノイド１
３を再びオンしてプラズマ１４を生成し、スイッチ２３
をオンする。これにより、ウエハ１に静電吸着力が付与
され、静電吸着電極２１上に支持された状態でエッチン
グ処理される。ウエハ１のエッチング処理中、静電吸着
電極２１上の溝２８、２９からウエハ押し上げピン２６
と孔２７の隙間に至る空間に封じ込まれたプロセスガス
１１は、エッチング処理室６内の圧力との差圧によりエ
ッチング処理室６内へ漏洩し、圧力は次第に低下する。
しかし、ウエハ１の温度を所定の温度に維持するのに必
要な圧力がエッチング処理中にも維持されるように、ウ
エハ１は最初から高めの圧力を保持させてあるので、問
題とはならない。

【００１７】その後、エッチング処理が終了するとバル
ブ３４を開いて真空ポンプ３６により、静電吸着電極２
１上の溝２８、２９からウエハ押し上げピン２６と孔２
７のすきまに至る空間のプロセスガス１１を排気した
後、マイクロ波１２およびソレノイドコイル１３をオフ
してプラズマ１４を消滅させ、スイッチ２３をオフして
ウエハ１の静電吸着を解放する。そして、下部電極１５
を下降してウエハ押え２５によるウエハ１の支持を解放
する。

【００１８】次に、本エッチング方法におけるエッチン
グ処理中のウエハ１の温度変化について、実験により検
討を行った結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】この結果より、ウエハ１のそり量が約５μ
ｍと小さい場合では、静電吸着電極２１への印加電圧を
−３００Ｖ以上とした場合、エッチング処理中のウエハ
１の温度変化は約１℃以内であリ、良好な結果が得られ
た。また、ウエハ１のそり量が約３０μｍとさらに大き
い場合では、印加電圧−３００Ｖではエッチング処理中
のウエハ１の温度変化が約２．７℃と大きくなったが、
印加電圧を−６００Ｖまで高くして吸着力を増加させる
ことにより、温度変化を１℃以内に抑えることができ、
良好な結果が得られた。なお、このときのウエハ１への
入熱量は約１２０Ｗ／６インチであった。

【００２１】また、ウエハ１の処理温度はウエハ１を配
置して静電吸着したときのウエハ１裏面の圧力を変化さ
せたり、エッチング処理開始時のウエハ１裏面圧力を変
化させることにより設定でき、連続処理時のウエハ毎の
温度の再現性は、排気孔３３とバルブ３４の間に圧力計
を設け、エッチング開始時の圧力を一定値に制御するこ
とにより得られる。

【００２２】また、静電吸着電極２１上の溝２８、２９
からウエハ押し上げピン２６と孔２７の隙間に至る空間
へ封じ込めるガスとしてプロセスガス１１の他にＨｅガ
ス等のプロセスガス以外のガスを使用しても良い。この
場合、ウエハ１を配置する前にエッチング処理室６内に
Ｈｅガス等を導入し、ウエハを配置して静電吸着が完了
した時点で、Ｈｅガス等の封じ込めガスに替えてプロセ
スガス１１をエッチング処理室６内に導入し、所定の処
理圧力に制御してエッチング処理を行う。

【００２３】以上、本実施例によれば、処理室にガスを
導入してエッチング処理圧力より高い圧力に制御された
雰囲気中でウエハを試料台上に載置した後、ウエハを静
電吸着して試料台上に固定し、その後、処理室内の圧力
を処理圧力に制御してウエハのプラズマ処理を行うよう
にすることにより、ウエハと試料台との間にプラズマ処
理中のウエハを冷却するのに十分な圧力のガスを保持す
ることが可能となり、処理中のウエハの温度制御を容易
にできるとともに、しかも従来のようなウエハと試料台
との間に冷却ガスを供給するための機構を必要としない
ので、装置の構造を簡単にできる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によればウエハの温度制御を容易
にでき、しかも構造を簡単にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理方法を実施するための装
置のエッチング処理室部の一実施例を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１のエッチング処理室部のウエハ配置部の詳
細を示す縦断面図である。

【図３】図２の詳細を示す部分断面図である。

【図４】本発明のプラズマ処理方法を実施するためのプ
ラズマ処理装置の一実施例であるエッチング装置の全体
構成を示す平面図である。

【図５】本発明のプラズマ処理方法の一実施例であるエ
ッチング処理方法を示すタイムチャート図である。

【符号の説明】

１…ウエハ、１１…プロセスガス、１５…下部電極、１
６…高周波電源、２０…絶縁膜、２１…静電吸着電極、
２２…ロ−パスフィルタ、２３…スイッチ、２４…直流
電源、２５…ウエハ押え、２６…ウエハ押し上げピン、
２７…孔、２８，２９…溝、３０…スライド軸受、３１
…Ｏリング、３３…排気孔、３４…バルブ、３６…真空
ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理圧力より高い圧力の処理室系内で試料
台上にウエハを載置する工程と、前記試料台上に前記ウ
エハを静電吸着した後、前記処理室内を所定の圧力に制
御する工程と、前記所定圧力で前記ウエハをプラズマ処
理する工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方
法。