JPH08316215A - ガス伝熱プラズマ処理装置 - Google Patents

ガス伝熱プラズマ処理装置

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JPH08316215A
JPH08316215A JP12481595A JP12481595A JPH08316215A JP H08316215 A JPH08316215 A JP H08316215A JP 12481595 A JP12481595 A JP 12481595A JP 12481595 A JP12481595 A JP 12481595A JP H08316215 A JPH08316215 A JP H08316215A
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祥二 福井
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裕二 筒井
Shigeyuki Yamamoto
重之 山本
Yasuo Tanaka
靖夫 田中
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ処理が均一で安定し、冷却ガス量が
少なくコントロールが容易で、電極の製作を容易にす
る。 【構成】 真空容器１と、真空排気ポンプ２と、反応ガ
ス供給口４と、上部電極３及び下部電極７と、下部電極
７に被処理基板６を押し付けるクランプリング１７と、
下部電極７へ高周波電力を供給する高周波電源１１と、
被処理基板６裏面と下部電極７との間に伝熱ガスを充満
させる伝熱ガス供給手段１３とを有するプラズマ処理装
置において、下部電極７の基板載置面１５を所定の等分
布圧力を受ける基板のたわみ曲面形状とし、ガス圧力を
ほぼその所定圧力又はそれ以下とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体や液晶表示素子
（ＬＣＤ）製造に用いられるドライエッチング装置、ス
パッタ装置、ＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関し、
特に基板の冷却又は加熱のための伝熱手段としてガスを
用いたガス伝熱プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体製造装置におけるシリコン
基板のプラズマ処理装置において、しばしば基板の冷却
又は加熱のための伝熱手段として基板裏面と電極の間に
ヘリウム等の不活性ガスを充満させる方法が用いられ
る。
【０００３】以下、従来のドライエッチング装置の構成
を図４を参照しながら説明する。図４において、４１は
真空容器、４２は真空排気ポンプである。４３は下面に
ガス吹出口を有する上部電極で、上部に反応ガス供給口
４４を有し、アース４５で接地されている。４６は被処
理基板であるシリコンウエハ、４７は直径１５０mm弱で
１ｍｍ弱の突出量の凸面を有する下部電極であり、絶縁
板４８上に載置されており、端子４９を通じてコンデン
サ５０、高周波電源５１に接続されている。下部電極４
７の凸面は一般に凸球面に形成されている。
【０００４】下部電極４７の中心位置には中心穴５２が
あり、伝熱ガス供給手段５３にて外部の低圧ヘリウム供
給手段（図示せず）に接続されている。下部電極４７の
周囲にはシールリング５４が配設され、下部電極４７の
上面には中心穴５２に連通した浅いくぼみ５５が分布し
ている。下部電極４７の内部には冷却水路５６があり、
冷却水が循環されている。下部電極４７の周囲上方には
円環状のクランプリング５７が配設され、支持棒５８で
支持されている。支持棒５８はベローズ５９により真空
シールされて外部の昇降装置（図示せず）により上下動
する。
【０００５】以上のように構成されたドライエッチング
装置について、以下その動作について説明する。シリコ
ンウエハ４６を下部電極４７上に載せ、クランプリング
５７を下降させて下部電極４７の凸面に沿わせて押し付
ける。次いで、真空ポンプ４２で真空容器４１中の空気
を排気し、反応ガス供給口４４から微量のエッチングガ
スを導入しつつ、高周波電源５１により高周波電力を印
加して下部電極４７と上部電極４３の間にプラズマを作
り、シリコンウエハ４６をエッチングする。
【０００６】この間、プラズマは高温であるためシリン
コンウエハ４６が加熱されるので、伝熱ガス供給手段５
３より０．５パスカル前後の圧力のヘリウムガスを流
す。すると、ヘリウムガスは中心穴５２から吹き出し、
下部電極４７の上面のくぼみ５５に充満する。ヘリウム
ガスは流動性がよいので、シリコンウエハ４６から良く
熱を奪い、冷却水路５６中の冷却水により冷却された下
部電極４７に熱を伝えて、シリコンウエハ４６がプラズ
マの熱で過熱し、レジストが変質し、エッチング不良に
なるのを防止する。またシリコンウエハ４６の温度を一
定に保ってエッチング特性を良好にする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
一般的な凸球面の電極４７又は平面電極を用いたプラズ
マ処理装置では、被処理基板が微小なヘリウムガス圧に
よって、中心部が凸球面の電極４７又は平面電極の表面
から浮き上がってしまう。その結果、被処理基板の中心
部と周囲部で電極よりの浮き上がり量が異なってしま
い、エッチング中の冷却効果と電界効果が不均一にな
り、エッチングの不均一が生じるという問題があった。
また、基板の浮き上がりにより、必要冷却ガス量が多く
なり、そのコントロールが難しいという問題があった。
【０００８】また、従来、３７０mm×４７０mm×１．３
mm等の大型の寸法となるＬＣＤガラス基板に対しては、
ヘリウムガス圧力によるたわみが大きくなることと、た
わみによる応力によりガラスが破損するため、ヘリウム
ガスによる基板温度制御が困難であるという問題があっ
た。
【０００９】また、電極の加工上凸面を成形するために
は球面以外の形状は製作し難く、球面以外は極く単純な
突起形状しか作られていなかった。
【００１０】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、プラ
ズマ処理が均一で安定しており、冷却ガス量が少なくコ
ントロールが容易で、電極の製作が容易なガス伝熱プラ
ズマ処理装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のガス伝熱プラズ
マ処理装置は、真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
供給手段と、少なくとも一対の電極と、一方の電極に被
処理基板を押し付ける基板クランプ手段と、少なくとも
一方の電極への高周波電力供給手段と、被処理基板裏面
と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段
とを有するプラズマ処理装置において、電極の被処理基
板載置面を所定の等分布圧力を受ける被処理基板のたわ
み曲面形状とし、伝熱ガス圧力をほぼその所定圧力又は
それ以下としたことを特徴とする。
【００１２】好適には、電極の被処理基板載置面は、包
絡面が所定の等分布圧力を受ける被処理基板のたわみ曲
面である階段状載置面とされる。
【００１３】また、基板クランプ手段が一平面上の四角
形の４辺に相当する４つの線分にて被処理基板の４辺に
接する方形枠状に形成され、電極の被処理基板載置面が
所定の等分布圧力を受ける四角形板のたわみ曲面とされ
る。
【００１４】
【作用】本発明の上記構成によれば、被処理基板を電極
上に基板クランプ手段によって押さえ付け、伝熱ガスを
所定圧力にて被処理基板裏面と電極表面の間の隙間に充
満させると、被処理基板は電極と被処理基板の全面に分
布した小さな点で接触するか、又は被処理基板が電極か
ら微小量だけほぼ均一に浮上した状態となり、これによ
って被処理基板全面でエッチング中の冷却効果と電界効
果が均一となり、良好なエッチングができる。また、ガ
スの必要量が少なく、そのコントロールが容易になる。
【００１５】また、電極の被処理基板載置面を、包絡面
が所定の等分布圧力を受ける基板のたわみ曲面となる階
段状に形成することにより、上記効果を一層確保しなが
ら電極の製作が容易になる。
【００１６】また、基板クランプ手段を一平面上の四角
形の４辺に相当する４つの線分にて被処理基板の４辺に
接する方形枠状に形成し、電極の被処理基板載置面を所
定の等分布圧力を受ける四角形板のたわみ曲面とするこ
とにより、四角形の被処理基板に対しても適用できる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明のガス伝熱プラズマ処理装置の
一実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】図１において、１は真空容器、２は真空排
気ポンプである。３は下面にガス吹出口を有する上部電
極で、上部に反応ガス供給口４を有し、アース５で接地
されている。６はＬＣＤガラス基板（寸法３７０mm×４
７０mm×１．１mm）や半導体シリコンウエハなどの被処
理基板である。７は下部電極であり、絶縁板８に載置さ
れており、端子９を通じてコンデンサ１０、高周波電源
１１に接続されている。
【００１９】下部電極７の中心位置には中心穴１２があ
り、伝熱ガス供給手段１３で外部の低圧ヘリウム供給手
段（図示せず）に接続されている。下部電極７の周囲に
は伝熱ガスをシールするシールリング１４が配設され、
上面は被処理基板６を載置する基板載置面１５とされて
いる。この基板載置面１５は、所定の等分布圧力を受け
た時の被処理基板６のたわみ曲面形状とされている。下
部電極７の内部には冷却水路１６があり、冷却水が循環
されている。下部電極７の周囲上方にはクランプリング
１７が配設され、支持棒１８で支持されている。支持棒
１８はベローズ１９により真空シールされて外部の昇降
装置（図示せず）により上下動する。
【００２０】図２にＬＣＤガラス基板用の下部電極７の
詳細を示す。図２において、２１は伝熱ガスを電極周囲
まで効率良く充満させるための深さ１mmの放射状溝であ
る。
【００２１】基板載置面１５は階段状基板載置面２２に
て構成されている。この階段状基板載置面２２は、ＬＣ
Ｄ用ガラス基板の外周４辺を自由支持し、０．３パスカ
ルの均等圧力をかけた時のたわみ曲面を包絡面とした階
段状に成形されている。但し、段差ｄは５０〜１００ミ
クロンである。そのたわみ曲面は、基板を実際に加圧し
て測定するか、コンピュータにより精密に基板の変形を
計算して求める。また、このＬＣＤガラス基板用の下部
電極７における階段状基板載置面２２はＮＣフライス盤
で加工される。
【００２２】また、ＬＣＤガラス基板を処理する際のク
ランプリング１７は、一平面上の四角形の４辺に相当す
る４つの線分にてＬＣＤガラス基板の外周４辺の少し内
側に接する方形枠状に構成される。
【００２３】図３に半導体シリコンウエハ用の下部電極
７の詳細を示す。図３において、３１は伝熱ガスを電極
周囲まで効率良く充満させるための深さ１mmの放射状溝
である。基板載置面１５は階段状基板載置面３２にて構
成されている。この階段状基板載置面３２は、半導体シ
リコンウエハの外周を自由支持し、０．３パスカルの均
等圧力をかけた時のたわみ曲面を包絡面とした階段状に
成形されている。また、この半導体シリコンウエハ用の
下部電極７における階段状基板載置面３２は旋盤とフラ
イス盤で加工される。
【００２４】以上の構成による動作を図１を参照して説
明する。被処理基板６を下部電極７上に載せ、上昇して
いた支持棒８を下降させてクランプリング７により被処
理基板６の周囲を押さえて被処理基板６を凸状に整形す
る。次に、真空ポンプ２で真空容器１中の空気を排気
し、反応ガス供給口４から微量のエッチングガスを導入
しつつ、高周波電源１１より高周波電力を印加し、被処
理基板６をエッチングする。
【００２５】この間、伝熱ガス供給手段１３より０．３
パスカルの圧力のヘリウムガスを流すと、ヘリウムガス
は中心穴１２から吹き出し、下部電極７の上面の放射状
溝２１、３１と階段状基板載置面２２、３２上の空間を
通って、被処理基板６の裏面と下部電極７の上面の間の
空間全体に充満する。このとき、流動性、熱伝導性とも
良いヘリウム原子は、プラズマにより加熱される被処理
基板６の裏面と冷却水路１６により冷却された下部電極
７上面との間を毎秒数百メートルの速度で往復運動し、
被処理基板６の熱を下部電極７に良く伝える。
【００２６】エッチングが終了すれば、支持棒１８を上
昇させて、クランプリング１７を被処理基板６から離れ
るまで上昇させて被処理基板６を取り出す。
【００２７】なお、電極凸面の階段形状は、正確な等高
線形状でなくとも、一般に金型加工に用いられるツール
による加工痕であっても良い。また、本発明はドライエ
ッチング装置のみならず、スパッタ装置やＣＶＤＣ装置
における被処理基板の冷却、又は熱伝達性の良いことか
ら加熱にも適用できる。
【００２８】
【発明の効果】本発明のガス伝熱プラズマ処理装置によ
れば、以上の説明から明らかなように、被処理基板を載
置する電極の形状が、伝熱ガス圧力による被処理基板の
たわみ曲面と同じであるので、被処理基板と電極の隙間
は基板全面において均一で、エッチングの均一性を向上
することができる。また、冷却に必要な伝熱ガスの量が
少なく、そのコントロールが容易になる。
【００２９】また、微小な階段状溝を設けることによ
り、伝熱ガスのまわりを良くして、エッチングの均一性
を保ちつつ冷却効果の均一性向上を図ることができる。
また、階段状形状は設計と加工がし易いので、電極の製
造コスト低減を図ることができる。
【００３０】また、基板クランプ手段を一平面上の四角
形の４辺に相当する４つの線分にて被処理基板の４辺に
接する方形枠状に形成し、電極の被処理基板載置面を所
定の等分布圧力を受ける四角形板のたわみ曲面とするこ
とにより、四角形の被処理基板に対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス伝熱プラズマ処理装置の一実施例
の縦断面図である。
【図２】同実施例におけるＬＣＤガラス基板用電極を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】同実施例における半導体シリコンウエハ用電極
を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】従来例のガス伝熱プラズマ処理装置の縦断面図
である。
【符号の説明】
１ 真空容器 ２ 真空排気ポンプ ３ 上部電極 ４ 反応ガス供給口 ６ 被処理基板 ７ 下部電極 １１ 高周波電源 １３ 伝熱ガス供給手段 １４ シールリング １５ 基板載置面 １７ クランプリング ２２ 階段状基板載置面 ３２ 階段状基板載置面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/68 21/68 Ｎ (72)発明者 山本 重之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田中 靖夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空容器と、真空排気手段と、反応ガス
    供給手段と、少なくとも一対の電極と、一方の電極に被
    処理基板を押し付ける基板クランプ手段と、少なくとも
    一方の電極への高周波電力供給手段と、被処理基板裏面
    と電極との間に伝熱ガスを充満させる伝熱ガス供給手段
    とを有するプラズマ処理装置において、電極の被処理基
    板載置面を所定の等分布圧力を受ける被処理基板のたわ
    み曲面形状とし、伝熱ガス圧力をほぼその所定圧力又は
    それ以下としたことを特徴とするガス伝熱プラズマ処理
    装置。
  2. 【請求項２】 電極の被処理基板載置面を、包絡面が所
    定の等分布圧力を受ける被処理基板のたわみ曲面である
    階段状載置面としたことを特徴とする請求項１記載のガ
    ス伝熱プラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 基板クランプ手段を、一平面上の四角形
    の４辺に相当する４つの線分にて被処理基板の４辺に接
    する方形枠状に形成し、電極の被処理基板載置面を所定
    の等分布圧力を受ける四角形板のたわみ曲面としたこと
    を特徴とする請求項１又は２記載のガス伝熱プラズマ処
    理装置。
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