JPH0786382A

JPH0786382A - 基板保持方法及び基板保持装置

Info

Publication number: JPH0786382A
Application number: JP23018793A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Tamura; 直行田村; Nushito Takahashi; 主人高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JP3265743B2

Abstract

(57)【要約】【目的】裏面異物を低減し、ウェハに対する載置台から
の異物転写の少ない、プラズマ処理方法及び装置を提供
する。【構成】試料台２の基板１外周部に対応する位置に表面
が滑らかな環状の漏洩防止面３を設け、さらに前記基板
外周部に対応する位置と該基板の中心に対応する位置の
間に、該基板との接触保持部２０を複数個設け、前記環
状の漏洩防止面及び接触保持部と基板裏面とを接触させ
て係止する静電吸着手段を設けた。基板１は環状の漏洩
防止面３及びその内側に位置する接触保持部２０により
冷却面と接する。しかし、残りの大部分の領域におい
て、基板裏面と冷却面が接触していない。【効果】基板裏面に付着する異物の量を低減することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板を冷却する必要の
ある基板処理プロセスを確実にするための、基板保持方
法及び基板保持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板処理装置において、基板を冷却する
必要がある装置には、プラズマ処理装置として、スパッ
タ装置、ドライエッチング装置、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などがあ
り、また、高エネルギイオン打ち込みを行う装置等、多
くの装置がある。これらの装置では、処理雰囲気が真空
であることが多く、熱の伝わり方が低下するため，大気
中のように冷却面に基板を接触させて冷却することが困
難となっている。真空（希薄気体）中での熱伝導の問題
は、種々の文献で論じられているが、通常の接触面同士
が接触しても真の接触面積が小さいことなどから、接触
による熱伝導量は小さい。特に、基板と冷却面との熱伝
導では、基板を強く冷却面に押し付けることは基板の破
損の面から困難である。そのため、基板が接触する面に
柔らかなエラストマーを用いるなどの工夫が行われてい
た。しかし、基板の熱負荷が増加したり、さらに低温に
基板を冷却する必要がでてきたため、最近では、基板と
冷却面の間にガスを導入し、ガスを媒体として基板の冷
却を行うことが主流となっている。

【０００３】ガス冷却の基板保持装置にも種々の方式が
ある。大きく分けて、（１）基板の裏面と冷却面が接触
しており、両者の表面粗さに起因して生じている隙間を
通じて冷却ガスを導入しガス冷却する方式、（２）基板
裏面と冷却面の間に冷却ガスを導入することは同じであ
るが、両者が接触していない方式、に分類できる。

【０００４】前者に該当する従来例としては、例えば特
公平２ー２７７７８号、特開昭６２ー２７４６２５号、
特開平１ー２５１３７５号、特開平３ー１５４３３４
号、実開平４ー８４３９号がある。また、（２）の例と
しては、例えば特開昭６３ー１０２３１９号、特開平２
ー３１２２２３号、特開平３ー１７４７１９号等があ
る。また、冷却ガスを導入する前は、基板裏面と冷却面
が接触しているが、冷却ガスを導入したことによるガス
圧で基板が浮き上がり、冷却中は基板と冷却面が接して
いない特開平２ー３０１２８号の様な例もある。

【０００５】これらの冷却において、ある特定の冷却ガ
スを使用するとして、冷却ガスによる冷却能力（熱通加
量の大小）は、冷却ガス圧力及び基板裏面と冷却面の距
離（基板裏面のギャップ）に依存する。冷却ガスの圧力
が低い場合は熱通加量が冷却ガス圧力に比例し、両面の
間隙の大小（ギャップ）には依存しない。真空中におけ
る熱伝導特性を模式的に図７に示す。冷却ガスの平均自
由行程とギャップがほぼ一致する程度の圧力Ｐ0以上に
冷却ガス圧力が高い場合は、熱通加量はほぼ一定とな
り、ガス圧力に依存しなくなる。上記の例では、冷却ガ
ス圧力は（１）の例では熱通加量が圧力に比例する領
域、（２）の例は熱通加量が圧力に依存しない領域、で
あることが多い。

【０００６】以下、各種の基板の冷却方法の特徴と問題
点について述べる。はじめに基板と冷却面が接触したま
まで冷却する場合について述べる。この例に属するもの
は、特公平２ー２７７７８号、特開昭６２ー２７４６２
５号、特開平１ー２５１３７５号、特開平３ー１５４３
３４号、実開平４ー８４３９号である。この種の冷却方
法では、基板と冷却面は接触しているが、詳細に見ると
冷却面表面の最も凸の部分で基板と接する。冷却面及び
基板の凹部は、互いに接しておらず、その間隙は各々の
表面粗さにもよるが、およそ１０μｍから５０μｍ程度
である。冷却ガスをその間隙に導入する場合、その圧力
は数トール（Ｔｏｒｒ）程度であることが多く、平均自
由行程とほぼ等しい領域である。したがって、図７に示
したように、圧力を適切に設定することで、十分な冷却
効率が得られる。ただし、特公平２ー２７７７８号の図
に示してあるように、冷却ガスの供給を特定の一箇所か
ら行うと、冷却ガスは供給部で最も圧力が高く、基板の
外周部に行くにつれ圧力が低下する。図７に示したよう
に冷却効率に圧力依存性があるため、基板面内で圧力分
布が生ずると、冷却効率に不均一さが生じ温度の均一性
が損なわれるという問題がある。冷却ガスが漏れなけれ
ば、すなわちガスの流れがなければ、圧力分布は生ぜ
ず、温度分布も均一になる。しかし、このようにするに
は、基板外周部をシールする必要がある。その例が、特
開昭６２ー２７４６２５号や実開平２ー１３５１４０号
である。また、冷却ガスの供給部を複数箇所から行い、
基板裏面の圧力分布を均一化するようにしたのが特開平
１ー２５１７３５号、特開平４ー６１３２５号である。
いずれにしても、これらの冷却方法においては、基板裏
面と冷却面は広い面積で接触しており、基板裏面に冷却
面に接触したことで付着する異物の数が多いという問題
がある。また、基板外周部をシール材を用いて冷却ガス
の漏れを防止するためには、シールに必要な荷重を負荷
する必要があり、基板を何等かの方法で強く係止する手
段が必要である。

【０００７】次に、基板と冷却面を初めから接触しない
ようにし、その間隙に冷却ガスを供給して冷却する方法
について述べる。この方法の従来例としては、基板表面
あるいは側面から基板を冷却面に機械的に係止した特開
平３ー１７４７１９号や特開平４ー６２７０号がある。
これらの例は、機械的に基板を係止しているため、係止
部から異物が発生し易いという問題がある。また、特開
平６３ー１０２３１９号や特開平２ー３０１２８号は、
特に基板の係止を行っておらず、基板の自重に頼ってい
る。このような場合に、冷却ガスの漏れ量をあまり大き
くしないようにしたり、基板が浮き上がらないようにす
るためには、冷却ガスの圧力を低く抑えなければならな
い。そのため、冷却効率が低下するという問題がある。

【０００８】電気的に基板を係止する方法として、静電
吸着が知られている。この方法で基板を冷却面に係止
し、基板の内周部に突起を設けた例が特開昭６２ー２０
８６４７号である。特開昭６２ー２０８６４号の明細書
の従来例として、基板外周部および内周部の複数個の分
散して配された突起部でのみ基板と冷却面が接している
電極が紹介されている。この従来例は、吸着ガスが漏れ
易く吸着力が不安定になることがあるとしている。

【０００９】その改良版として、外周部を突き出さず内
周部にのみ突起部を設け、さらに、内周部の突起部を分
散させず中央部に設けることが有効としている。この場
合は、基板と冷却面の間隙が基板面内で不均一となり、
基板裏面の圧力に差が生ずる。また、圧力分布がそれほ
ど大きくないとしても、基板裏面と冷却面の間隙が異な
ると、冷却ガスの平均自由行程とその間隙の比が基板面
内で分布を持つことになり、図７から分かるように冷却
効率の違いが生ずるため、基板の温度分布が大きくなり
易いという問題がある。また、この例で示されている静
電吸着方式は、冷却部に正負の電極を設け、直流高電圧
を印加して静電吸着するようになっている。このような
静電吸着方式では、基板をプラズマ中で処理する際に基
板に照射されるイオンや電子による基板表面の電荷量に
不均一性が発生し易く、基板表面に電流が流れ、基板に
損傷を与えるという問題が発生することもある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術は、基板を効率良く冷却することを重点に考えたもの
である。しかし、近年の半導体デバイスの集積度の増加
により、従来以上に小さい異物や重金属汚染の低減を図
ることが必要になっている。これは、基板裏面の異物付
着についても同様である。基板裏面の異物付着量が多い
と次の工程などで、裏面異物が隣接する基板の表側に付
着したり、一旦基板から離れて別の基板に付着するなど
の問題がある。このため、裏面異物の低減は、プロセス
の安定化や歩留りの向上にとって、重要な課題である。
基板の裏面に異物が付着するのは、他の部材と基板裏面
が接触したときであり、基板冷却面との接触で多数の異
物が付着する。

【００１１】また、従来技術はウェハサイズに対する配
慮について記載されておらず、極力小さな吸着力で冷却
ガスが処理室に漏出して、プロセスに与える影響を少な
くするとされているが、吸着力と冷却ガス圧力の相関に
ついては述べられていない。

【００１２】本発明の目的は、上記裏面異物を低減し、
ウェハに対する載置台からの異物転写の少ない、基板保
持方法及び基板保持装置を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、大口径ウェハにおけ
る変形を押え、基板の冷却効率を十分高く維持すること
のできる基板保持方法及び基板保持装置を提供すること
にある。

【００１４】本発明の他の目的は、基板の処理中に発生
する基板損傷の防止を図ることのできる基板保持方法及
び基板保持装置である。

【００１５】本発明の他の目的は、静電吸着後、冷却ガ
ス導入に当って、迅速にウェハ裏面全域に冷却ガスが充
填され、生産性の高い、ウェハ温度制御ができる基板保
持方法及び基板保持装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、試料台
の基板外周部に対応する位置に表面が滑らかな環状の漏
洩防止面を設け、さらに前記基板外周部に対応する位置
と該基板の中心に対応する位置の間に、該基板との接触
保持部を複数個設け、前記環状の漏洩防止面及び接触保
持部と基板裏面とを接触させて係止する静電吸着手段を
設けたことにある。

【００１７】基板の裏面異物を低減するには、冷却面と
基板との接触面積を減少させることが有効である。ただ
し、冷却面と基板裏面との距離は、冷却ガスによる冷却
効率があまり低下しない程度に維持する必要がある。こ
れを実現するには、冷却面にわずかな段差を設けて冷却
ガスの導入の有無に拘らず基板裏面と冷却面が接触しな
いようにする。また、冷却面に設けた段差の凸部で、冷
却面と基板裏面が接触するが、この面積は必要最少限と
する。それは、冷却面に静電吸着機能を持たせ、冷却面
凸部で基板を係止することにより達成される。

【００１８】また、冷却ガスの漏洩防止も考慮しなけれ
ばならないが、これは基板外周部に対応する冷却面に表
面が滑らかな環状の凸部、すなわち漏洩防止面を設け、
静電吸着により冷却面と基板裏面を接触させて係止し、
冷却ガスの漏洩防止を図ることにより達成される。

【００１９】更に、本発明は次の三つの特徴を有する。
一つは、ウェハのハンドリングに関るプッシャ部に対し
て、異物輸送に対する解を与えている。載置台の内部に
設備され、あるいは載置台を貫通して設備されるプッシ
ャは、他の部材と接触して異物の発生源となる宿命を持
っている。本発明では、余剰の冷却ガスがこの穴を通っ
て載置台の裏側に流れる様になっており、ウェハとは反
対方向に発生した異物を運ぶ仕組となっているので、ウ
ェハへの異物付着を軽減できる。

【００２０】他の特徴は、載置台裏面にカバーを設備
し、載置台裏面の機構部をより長時間、反応生成物の付
着から保護することにある。載置台の裏側は、冷媒の供
給系統や載置台の上下機構等、複雑な機構が構成される
のが常であり、エッチングによる反応、生成物等がこの
部分に付着すると取扱いが面倒である。これに対し、載
置台裏面にカバーを設備し、このカバーの内側に冷却ガ
スの余剰ガスが流れ込む様にして、処理室の処理時の圧
力よりカバー内の圧力を高めることにより、処理室での
反応生成物がカバー内に入ることを抑制して、載置台裏
面の機構部をより長時間、反応生成物の付着から保護す
ることができる。

【００２１】また、基板の損傷防止は、静電吸着の電気
回路を基板側からプラズマを介して真空容器などのアー
ス部に接続することにより、基板面内の電位差を最少に
することで達成される。

【００２２】

【作用】本発明によれば、基板は環状の漏洩防止面及び
その内側に位置する接触保持部により冷却面と接する。
しかし、残りの大部分の領域において、基板裏面と冷却
面が接触していないので、接触に起因する異物付着を防
止できる。また、基板の冷却は、基板と冷却面が接触し
ているときに比較すると、同じ冷却ガス圧力では若干冷
却効率が低下するが、冷却面の段差を冷却ガスの平均自
由行程の１００倍程度以下にすることで十分な冷却効率
が得られる。さらに、基板と冷却面を全面的に接触させ
ている従来の冷却方法に比較すると、基板裏面と冷却面
間のギャップが大きい。このため、両面間のコンダクタ
ンスが大きくなり、冷却ガスの供給および排気が容易に
行われる、すなわち冷却ガスの給排気時間が短くなり、
基板処理時間を短縮することもできる。さらに、基板外
周部と冷却面の接触部のコンダクタンスは、基板内周部
の非接触部に比較すると非常に小さく（分子流領域では
間隙の二乗に比例する）、非接触部での圧力差が小さく
なる、すなわち冷却効率が一様になるという作用もあ
る。

【００２３】冷却ガスを媒体としてウェハを温度制御す
る時、必要な冷却ガスの圧力は２Torr以上が必要で、こ
の圧力は高いほど熱伝達の効率は良くなる。一方、静電
吸着力は、制御しようとするウェハの温度に大きく依存
し、現状実用化されているプロセスでは、−60℃〜＋15
0℃程度であり、汎用的な印加電圧300〜1000Ｖの下で安
定して得られる吸着力は40〜100gf/cm²である。冷却ガ
スの圧力制御については、ガス供給系の時定数やウェハ
と載置台と接触面の粗さの相対関係等によって大きく変
動するために、精密に圧力を制御することは困難であ
る。従って、例えば10Torr±５Torr程度の制御になる。

【００２４】これらを前提に前記公知例と対比して見る
と、先ず接触すべき位置について少なくともウェハ外周
辺を吸着とあるが、ウェハ外周辺を支持して、裏面に圧
力10Torrでガスを充填するとウェハの変形量は0.1〜0.2
5mmも変形する。この値は、ウェハのエッチング加工精
度を損うと共に、冷却ガスによる熱伝達効率も小さくな
るので、この問題を解決するためにはウェハの外周辺の
他にウェハサイズによって、例えば６″の場合は１周、
８″の場合は２周等、ウェハのセンタ寄りに吸着部を別
に設けることによって、この変形を防止することができ
る。

【００２５】又、ウェハを他の部材と接触させると、必
ずその部分に異物が付着することは周知であり、この観
点から考えると静電吸着面は小さい方が良いことは明白
である。しかし乍ら、前述した如く、圧力制御レベル、
吸着力とを考え合せると、現状の技術レベルでは吸着面
積をウェハの全面積の約１/２以下とするのが妥当であ
る。何故なら、静電吸着力が40gf/cm²の時、８″ウェハ
で１/２吸着の時全吸着力は約6280gfであるのに対し、
冷却ガスに圧力15Torrによる剥離力は、約6190gfとなる
からである。

【００２６】更に、載置台の裏側に貫通する穴の中にウ
ェハ搬送に供するプッシャを設けることにより、プッシ
ャ部で発生した異物をウェハとは反対側に運ぶためのキ
ャリヤガスとして余剰の冷却ガスが作用し、ウェハへの
異物付着を防止し、加えて、当該余剰の冷却ガスは、載
置台裏側のカバー内に導入され、カバー内圧力を処理室
圧力により高めて載置台裏側の機構部の汚染、生成物の
付着を抑制する。

【００２７】

【実施例】本発明の第一の実施例を説明する。まず図１
に、基板１を支持部材２に係止するための静電吸着回路
を示す。基板１の処理として、マイクロ波プラズマエッ
チング装置を例にとり説明する。基板１が載置された基
板保持装置９が、エッチング室１０に設置されている。
エッチング室１０は、真空ポンプ１１により排気され、
ガス供給部からエッチングに必要なガスが供給される。
基板保持装置９には、高周波電源１２、直流電源１３が
接続されている。マイクロ波は、導波管１４を通って石
英窓１５からエッチング室１０に導入される。高周波電
源１２が動作あるいはマイクロ波が導入されると、エッ
チング室１０にプラズマ１７が発生する。このとき、直
流電源１３の電位により、基板保持装置９、基板１、プ
ラズマ１６を介して静電吸着回路１７が形成される。こ
の状態で基板１は基板保持装置９、すなわち図２の基板
支持部材２に生じさせる静電気力により係止される。

【００２８】図２は、本発明の基板保持方法により基板
を保持するための基板保持装置９の断面を示したもので
ある。基板１が基板の支持部材２の凸部３に載せられ、
かつ支持部材２の凸部３は静電吸着回路（後述）に接続
されており、凸部３で基板１は支持部材２に係止され
る。支持部材２には、基板１を冷却するための冷媒４を
流す流路が設けられている。模式的に示した供給部５か
ら冷媒が供給され、排出部６から取り出され、支持部材
２の温度をコントロールする。また、支持部材２の中央
には冷却ガス７の流路が設けられており、冷却ガス７の
供給及び排気を行う。基板１の温度コントロールは、支
持部材２の凹部８に充填された冷却ガス７が温度コント
ロールされた支持部材２と基板１の熱伝導を担うことに
より達成される。静電吸着力は、支持部材２の表面に貼
付あるいは形成された誘電体１８によって発生される。

【００２９】誘電体１８としては、例えば、酸化アルミ
ニウム、酸化アルミニウムにチタン酸化物を混合したも
のなどを使用することができる。また、静電気力を発生
させるための直流電圧としては、数１００ボルトを印加
する。このようにして、図２の支持部材２の凸部３に基
板が静電吸着される。静電吸着のための電位は、直流電
源１３により印加されたが、支持部材２において一様な
電位であり、凸部３においても同様で、基板１の外周部
は一様な電位となっている。そのため、基板１の面内に
て発生する電位差は、基板１に照射された電子やイオン
の分布に起因するものであり、基板１に損傷を与えるほ
どの高電位差は発生しない。それに対し、支持部材２の
中に、正負の電極を形成し、その電極で静電吸着する場
合は、基板１に高電位差が発生する可能性があり、基板
の損傷となる恐れがある。

【００３０】さて、このようにして係止された基板１の
裏面に、冷却ガス７が供給される。冷却ガス７は、支持
部材２の凹部８に充填されるが、その圧力は、数トール
から数１０トールの範囲とする。また、凹部８のギャッ
プは、１５μｍから０．１ないし０．２ｍｍとすれば、
冷却効率の低下も無視できるほどとなる。すなわち、パ
ーティクルや表面荒さを考慮すると、少なくとも、１５
μｍのギャップが必要である。また、ガスの熱伝導率を
考慮すると、０．２ｍｍが上限である。

【００３１】なお、静電吸着力は、ギャップが設けられ
た凹部８の間では、ほとんどゼロであり、凸部３におい
てのみ静電吸着力が発生しているとみなせる。しかし、
直流電源１３に電圧を適切に設定して、冷却ガス７の圧
力に十分耐えることのできる吸着力を設定することがで
きるので、冷却ガス７により基板１が動いたり飛ばされ
たりすることはない。

【００３２】支持部材２は、冷媒４で冷却され温度コン
トロールされている。したがって、凹部３の支持部材面
で冷却された冷却ガス７は、直接あるいは何回か他の冷
却ガスに衝突しながら基板１に達する。基板１に達した
冷却ガスは、基板１からエネルギーを得、すなわち基板
１を冷却し、再び支持部材側に戻り、というサイクルを
繰り返しながら基板１を冷却する。冷却ガス７の圧力
が、凹部３のギャップに対応する平均自由行程を有する
圧力より十分高い場合は、上記のガス分子の挙動の他
に、ガス分子同士が衝突してエネルギーの授受を行いな
がら、基板１の熱エネルギーを支持部材２の冷却面に運
ぶ現象も多くなる。しかし、本発明の範囲おける熱エネ
ルギーの輸送は、冷却ガス７を媒体とした熱伝導であ
る。たとえば、別に設けられた冷却部で冷却ガス７を予
め冷却して基板１の裏面に対流させ、そのガスの熱容量
によって基板を冷却するものではない。このような条件
が満たされる凹部３のギャップ、冷却ガス７の圧力とす
る。

【００３３】なお、冷却ガス７と支持部材３の間のエネ
ルギーの授受の割合は、熱適応係数と呼ばれる値で表さ
れる。この熱適応係数は、冷却ガスの種類、部材の表面
状態（汚染の状況など）に依存する。基板１と冷却ガス
７との間も同様である。冷却ガス７としては、漏れても
あまりエッチング特性に影響を及ぼさないことや、冷却
ガス７の給排気時間が他のガスより短くできることなど
から、ヘリウムが用いられる。しかし、そのほかに、窒
素、アルゴン、あるいはエッチングガスなど、冷却効率
は変わるが、特に限定されるべきものではない。

【００３４】さて、冷却ガス７の仲介により、基板１は
十分に冷却されることとなった。さらに、基板１は、凸
部３のみで支持部材２と接している。基板裏面に他の部
材との接触により発生する異物がつく可能性があるの
は、この凸部３に対応する基板裏面のみとなる。また、
もしも、支持部材２が基板１より大きい面積を有し、図
２に示した基板１の外側にも面がある場合は、その外側
の面にプラズマが照射されてエッチングが起こること
や、基板１のエッチング反応生成物が付着することなど
のために、その面を介して異物が基板１の表側に付着す
ることになる。

【００３５】その意味において、図２は、基板１より支
持部材２を小さくしたものである。しかし、本発明にお
ける裏面異物を低減するという効果は、基板１より支持
部材２が大きくても損なわれるものではない。

【００３６】次に本発明の他の実施例を図３に示す。図
３の実施例も基本的には図１の例と同じであるが、基板
１の受渡しのためのプッシャー１９を設けたものであ
る。プッシャー１９の上下により、基板１は支持部材２
から受け渡される。プッシャー１９は、基板１の処理の
たび毎に上下しなければならない。すなわち、支持部材
２とは独立に動く必要がある。そのため、支持部材２と
プッシャー１９との間には隙間を設ける必要がある。こ
の隙間を通して冷却ガス７が漏れることになる。冷却ガ
ス７の漏れ量は、最少に抑える必要がある。それを可能
とするため、プッシャー１９の周囲に凸部３とほぼ同じ
か全く同じ高さの面の内周側凸部２０を設けた。この面
は、平坦で基板１と接触しているため、冷却ガス７の漏
れ量も許容量以内に抑えることができる。プッシャーを
中間部の凸部２０に設ける理由としては、次の３つがあ
る。

【００３７】（１）余剰ガスの排出処理のため（２）ガス流れによってプッシャー部での発生異物を排
出するため（３）異常放電を防止するため異常放電は、ガス種、雰囲気圧力、電位のかかる隙間間
隔及び電位によって異なるが、例えば冷却ガス雰囲気内
にプッシャーを設けると、冷却ガス雰囲気圧力が８〜１
０Ｔｏｒｒ（ｍｍＨｇ）であり、静電吸着のための電圧
が４５０〜７００Ｖである場合、電位のかかる隙間間隔
を０．１６〜０．２ｍｍにする必要がある。しかしなが
ら、このような隙間を作るには作業上困難を伴う。本実
施例のごとくすると、プッシャー１９の設けられた雰囲
気を、エッチング室圧力３〜５ｍｍＴｏｒｒに対してコ
ンダクタンス分高い圧力、例えば、１０ｍｍＴｏｒｒ
（１／１０²ｍｍＨｇ）とし、隙間間隔を１ｍｍ程度明
けたとしても、プッシャー１９の設けられた雰囲気は、
放電が生じ易い圧力に比べ、かなり低く圧力にすること
ができ、異常放電の発生を防止することができる。

【００３８】図３を基板１を取り外した状態で基板保持
装置９を上から見たのが、図４の例である。支持部材２
の中央に冷却ガス７の給排気口２１が設けられ、その周
囲にプッシャー１９と内周側凸部２０が配置されてい
る。この内周側凸部２０は、基板１のたわみを受ける役
割も果たすことができる。

【００３９】なお、図４では、内周側凸部２０を円形と
したが、この形状は特に限定するものではない。基板保
持装置９をリング状としたのが図５に示した実施例であ
る。リング状凸部２２内には、プッシャー１９の他に、
基板１の温度センサー２３、基板の有無を検出する基板
検出センサー２４、さらに基板１の電位をアース電位に
するためのアース端子２５が設けられている。なお、凹
部８への冷却ガス７の給排気を速やかに行うため、リン
グ状凸部２２の一部を切りかき、冷却ガス７が通り易く
なるようにしてある。

【００４０】温度センサー２３は、プラズマ中で使用す
るような装置では、蛍光温度計とすれば雑音などの心配
が無い。また、基板検出センサー２４は、例えば光ファ
イバーを通してレーザー光を導入し、基板１の裏面に照
射する。その反射光の有無により基板１の有無を検出す
る。また、温度センサー２３の出力は、基板１の有無で
変動するため、その変化を基板１の有無の検出に用いる
ことも可能である。

【００４１】アース端子２５は、静電吸着した基板１
を、プッシャー１９で持ち上げ受け渡す前に使用するも
のである。静電吸着で帯電した基板１に残留吸着力が存
在する間は、プッシャー１９を使用することはできな
い。そこで、その待ち時間を短縮するために、基板１を
アースに落としたい場合がある。アース端子２５を上下
して基板１に接触させることにより、基板１の電位をア
ースとする。アース端子２５は、導電性の材料とする
が、プラズマ処理中の異常放電を避けるため、抵抗率が
通常の金属などより大幅に大きい炭化シリコンなどを使
用することも有効である。また、この機能を、プッシャ
ー１９に兼用させることも可能である。

【００４２】図５は、各種センサーを同じ支持部材上に
配置したが、各々を単独に用いても本発明の主旨を損な
うものではない。

【００４３】本発明の基板保持装置９を使用することに
より、基板１の裏面に付着する異物が少なくなる。ま
た、この基板処理装置により処理された基板１を使用す
ることにより、裏面異物が隣接する他の基板の表面に付
着したり、裏面から異物が溶けたり脱離したりすること
により、基板に汚染を生じさせたりすることが防止され
る。

【００４４】次に本発明の他の実施例を図６に示す。図
６は基板保持装置９の断面を示し、ヘッド部６１の上面
には静電吸着のための絶縁膜が付着してあり、基板１と
接触・吸着する堰６２ａがウェハ外周部に設けられてお
り、それより内径部に堰６２ｂ，堰６２ｃがそれぞれ設
けてあり、堰６２ｃの中に載置台裏面に貫通する穴６６
が設けてある。ヘッド部６１の中部には冷媒を溜める空
間６４が設けてあり、冷媒の供給排出が可能な通路が設
けてある。ヘッド部６１の固着した軸６３が基板保持装
置９のほぼ中心に設けてあり、この中に冷却ガスを導入
するための導入路が設けてある。前述の穴６６に係合し
て、ウェハ搬送のためのプッシャー機構６５が設けてあ
る。載置台の裏側には貫通穴６６より外周部にカバー６
７が配置されている。

【００４５】本発明は上記のように構成され、基板１
（ウェハ）を処理する場合は、真空の状態で搬送手段
（図示せず）より基板１を処理室へ導入し、予め冷媒に
よって温度制御された載置台９へ基板１を載置して、電
磁コイル４へ通電し、所定の磁場を形成して処理ガスを
導入し、マグネトロンへ通電し、マイクロ波を発生し
て、処理室内でＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）によ
りガスをプラズマ化し、プラズマによってＤＣ回路を形
成して静電吸着力を発生させる。続いて基板１と載置台
９の間に冷却ガスを充填する。冷却ガスは、吸着してい
る接触部以外のギャップを素早く拡散し、プラズマから
基板１（ウェハ）に入る熱をヘッド部へ伝達し、冷媒と
熱交換を行わせる。冷却ガスは、ウェハの外周近傍まで
冷却効果を持たせるために、ウェハの外周部で処理室へ
漏出するが、それと同時に貫通穴６６へ積極的に漏出す
る寸法関係が与えられ、余剰ガスとして載置台裏側へ噴
出する。ウェハと載置台の間の冷却ガスは、所定の圧力
以上に保持する必要があり、漏出したガス量に相当する
ガスは常に供給している。

【００４６】本発明によれば、冷却のために必要な冷却
ガスの圧力を確保しつつ、接触面積を低減して異物がウ
ェハ裏面へ転写する量を低減し、生産設備として再現性
の良い、ウェハ温度制御された状態でのプラズマ処理を
可能にし、歩溜りの良いプラズマ処理装置を得ることが
できる。

【００４７】更に、冷却ガスの余剰分を載置台の裏側
（ウェハの反対側）に噴出することによって、プッシャ
部で発生する異物をウェハと反対側へ運び出し、ウェハ
への異物付着を軽減し、加えて処理室内の載置台裏側に
設けたカバー内に当該ガスを噴出することにより、カバ
ー内の圧力を処理室の圧力より高く保ち、載置台の機構
部への反応生成物の付着を少なくして、経時変化の少な
いプラズマ処理装置を提供できるメリットがある。

【００４８】ここでいう冷却ガスは一般的にはヘリウム
ガスが用いられ、本発明では数ccm〜10ccm程度が処理室
内へ漏出することになるが、この量はプロセスガスの供
給量の100分の１〜数拾分の１で、プロセスに対して何
ら影響を与えないことは実験により確認済である。

【００４９】以上、本発明の実施例について述べた。な
お、本発明は、基板の冷却を念頭において説明したが、
基板を加熱する場合も支持部材を基板より高温に維持す
ることになるのみで、本質的に違いが無いのは言うまで
もない。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、基板の冷却を確実に実
施したうえで、基板裏面に付着する異物の量を低減する
ことができる。また、基板の係止を静電吸着で行ってい
るため、基板の表側で基板と接触するような基板係止治
具を使用する必要がなく、基板表側の異物低減も達成で
きる。また、基板表側における基板の処理が、基板係止
治具のために阻害されることがなく、基板全面で実施さ
れるという効果もある。これにより、裏面異物の低減に
よる基板処理の歩留り向上が図れる。また、基板表側の
異物も低減でき、さらなる歩留り向上と、基板一枚から
取れるデバイスチップ数の増加も図れるという効果があ
る。

【００５１】さらに、従来の静電吸着電極に起因する基
板損傷も発生せず、この面からの歩留り向上が図れとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板保持方法を適用した基板処理装置
の概要を示す縦断面図。

【図２】図１における基板保持装置の一実施例の縦断面
図。

【図３】図１における基板保持装置の他の実施例の縦断
面図。

【図４】図３の基板保持装置の一部を断面した上面図。

【図５】他の実施例の基板保持装置の一部を断面した上
面図。

【図６】本発明の基板保持装置の他の実施例の縦断面
図。

【図７】真空中の熱伝導特性を説明する図。

【符号の説明】

１…基板、２…支持部材、３…凸部、４…冷媒、５…供
給口、６…排出口、７…冷却ガス、８…凹部、９…基板
保持装置、１０…エッチィング室、１１…真空ポンプ、
１２…高周波電源、１３…直流電源、１４…導波管、１
５…石英窓、１６…プラズマ、１７…静電吸着回路、１
８…誘電体、１９…プッシャー、２０…内周側凸部、２
１…冷却ガス給排気口、２２…リング状凸部、２３…温
度センサー、２４…基板検出センサー、２５…アース端
子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料台に被処理基板を保持するとともに、
処理時に試料台と被処理基板の間のガスを媒体として該
基板を冷却する基板保持装置において、前記試料台の、基板外周部に対応する試料台に表面が滑
らかな環状の漏洩防止面を設け、さらに前記基板外周部
に対応する位置と該基板の中心に対応する位置の間に、
該基板との接触保持部を複数個設け、前記環状の漏洩防止面及び接触保持部と基板裏面とを接
触させて係止する静電吸着手段を設けたことを特徴とす
る基板保持装置。
【請求項２】前記接触保持部を貫通する穴を設け、該穴
内の前記基板の押し上げ用ピンを配置したことを特徴と
する請求項１記載の基板保持装置。
【請求項３】前記試料台の前記接触保持部は、互いに離
間し、該試料台中心を中心として同心円状に配置されて
いることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項４】真空処理室とガス導入手段と真空処理室に
基板を載置する試料台を有するプラズマ処理装置であっ
て、試料台に基板を静電吸着によって保持し、冷却ガス
を基板と載置台の間に導入して基板の温度制御を行うプ
ラズマ処理装置において、前記試料台の、基板外周部に対応する試料台に表面が滑
らかな環状凸部を設け、さらに前記基板外周部に対応す
る位置と該基板の中心に対応する位置の間に、該基板と
の接触保持部を複数個設け、前記環状凸部及び接触保持部と基板裏面とをそれぞれ接
触させて係止する静電吸着手段を設けたことを特徴とす
る基板保持装置。
【請求項５】前記環状の漏洩防止面及び接触保持部の高
さを、１５μm〜２００μmとしたことを特徴とする請求
項１記載の基板保持装置。
【請求項６】前記環状の漏洩防止面及び接触保持部の前
記基板との接触面積を、前記基板の面積の１／２以下と
したことを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項７】前記接触保持部を貫通する穴を通って余剰
の冷却ガスが前記試料台の反基板側に流れ、前記穴内で
発生した異物を運ぶように構成されていることを特徴と
する請求項１記載の基板保持装置。
【請求項８】前記試料台の反基板側にカバーを設備し、
該カバーの内側に冷却ガスの余剰ガスを流入させて処理
室の処理時の圧力よりカバー内の圧力を高くし、処理室
での反応生成物がカバー内に入ることを抑制ように構成
されていることを特徴とする請求項１記載の基板保持装
置。
【請求項９】請求項７に記載の基板保持装置において、
該支持部材のガス漏洩防止面の内周側に設けられた該基
板の受渡し部材の周囲に、該支持部材と該基板裏面が接
触する領域を設け、冷却媒体のガスが該受渡し部材の設
置部を通じて多量に漏洩するのを防止したことを特徴と
する基板保持装置。
【請求項１０】請求項７に記載の基板保持装置におい
て、該受渡し部の周囲に設けられたガス漏洩防止面を静
電気力を用いた吸着面としたことを特徴とする基板保持
装置。
【請求項１１】請求項７に記載の基板保持装置におい
て、該温度計測部材の周囲に該支持部材と該基板裏面が
接触する領域を設け、冷却媒体のガスが該温度計測部材
の設置部を通じて漏洩するのを防止したことを特徴とす
る基板保持装置。
【請求項１２】真空処理室と、ガス導入手段と、真空処
理室にウェハを載置する手段を有するプラズマ処理装置
で、ウェハを載置する載置台がウェハを静電吸着によっ
て保持し、冷却ガスをウェハと載置台の間に導入してウ
ェハの温度制御を行うプラズマ処理装置において、該載置台は静電吸着によるウェハと載置台の接触面積
が、当該ウェハの面積の１/２以下であり、且つウェハ
外周の他にウェハ外周とウェハ中心の間に少なくとも略
１周の接触部を有し、接触部以外は冷却ガスの導入時の
拡散を早めるためのギャップを与え、冷却ガスはウェハ
周辺部から洩れ出る以外に載置台裏面に洩れ出る通路を
有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】前記冷却ガスが載置台裏側に洩れ出る穴
を、真空処理室に対しコンダクタンスを持つカバー内に
配置したことを特徴とする、請求項１２に記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項１４】温度制御機能を有する支持部材に該基板
を載せた状態で該基板を係止した後、該支持部材に設け
たガス供給部から該支持部材と該基板の裏面間にガスを
供給し、ガスを媒体として該基板を冷却する基板保持方
法において、該基板の外周部を、該支持部材の外周に設けられた環状
のガス漏洩防止面と接触させ、静電気力により前記基板
の外周部を該ガス漏洩防止面に吸着することによって該
基板裏面に供給されたガスの漏洩を妨げることを特徴と
する基板保持方法。
【請求項１５】前記ガス漏洩防止面の内側の支持部材に
設けられた複数の基板支持部により基板を保持して該基
板の変形を防止することを特徴とする請求項１４に記載
の基板保持方法。
【請求項１６】該温度計測部材の周囲に設けた該ガス漏
洩防止面を静電気力を用いた吸着面としたことを特徴と
する請求項１４に記載の基板保持方法。
【請求項１７】該温度計測部材と該基板支持部材を兼用
としたことを特徴とする請求項１４に記載の基板保持方
法。