JP2001127041A - 基板のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
基板のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱ダメージがなく均一なプラズマ処理を行う
ことができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】 処理室2内にの下部電極3上に半導体ウ
ェハ4を載置してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法
において、半導体ウェハ4の熱膨張係数よりも大きい熱
膨張係数を有する樹脂シート4aによって固定された状
態の半導体ウェハ4の縁部を基板押さえ部材5によって
下部電極3の表面に押さえ付けた状態でプラズマ処理を
行う。これにより、温度上昇による熱変形において半導
体ウェハの中央部を樹脂シート4aを介して下部電極3
に押し付けるようにすることができ、下部電極3の表面
に隙間が生じることがなく、異常昇温による熱ダメージ
や局部放電を防止することができる。
ことができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】 処理室2内にの下部電極3上に半導体ウ
ェハ4を載置してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法
において、半導体ウェハ4の熱膨張係数よりも大きい熱
膨張係数を有する樹脂シート4aによって固定された状
態の半導体ウェハ4の縁部を基板押さえ部材5によって
下部電極3の表面に押さえ付けた状態でプラズマ処理を
行う。これにより、温度上昇による熱変形において半導
体ウェハの中央部を樹脂シート4aを介して下部電極3
に押し付けるようにすることができ、下部電極3の表面
に隙間が生じることがなく、異常昇温による熱ダメージ
や局部放電を防止することができる。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハなど
の基板をプラズマ処理する基板のプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法に関するものである。
の基板をプラズマ処理する基板のプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法に関するものである。
【従来の技術】プラズマ処理装置では、密閉空間内の電
極上に基板などの処理対象物を載置して減圧下でプラズ
マ放電を発生させることによりクリーニングやエッチン
グなどの処理を行う。放電には発熱が伴うため、処理を
継続する過程で基板の温度が上昇する。このとき温度が
過度に上昇すると基板の焼損などの熱ダメージが発生す
ることから、プラズマ処理装置には一般に電極を冷却す
ることにより基板の異常昇温を防止する冷却装置が設け
られている。
極上に基板などの処理対象物を載置して減圧下でプラズ
マ放電を発生させることによりクリーニングやエッチン
グなどの処理を行う。放電には発熱が伴うため、処理を
継続する過程で基板の温度が上昇する。このとき温度が
過度に上昇すると基板の焼損などの熱ダメージが発生す
ることから、プラズマ処理装置には一般に電極を冷却す
ることにより基板の異常昇温を防止する冷却装置が設け
られている。
【発明が解決しようとする課題】ところが処理対象の基
板が平面サイズに対して厚さが相対的に小さい薄型の基
板である場合には、基板は温度上昇によってそりを生じ
処理過程で電極上面から浮き上がりやすい。そして浮き
上がりによって基板と電極面との間に隙間が生じると、
基板から電極への熱伝達が妨げられるため、電極を冷却
していてもこの冷却効果は本来の冷却目的である基板に
対しては十分に及ばず、ますます基板の温度が上昇す
る。この結果、基板への熱ダメージが発生するととも
に、基板と電極との間の隙間部分で異常放電が発生し、
均一なプラズマ処理が妨げられるという問題点があっ
た。そこで本発明は、プラズマ処理時の基板の冷却効果
を高め、熱ダメージがなく均一なプラズマ処理を行うこ
とができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を
提供することを目的とする。
板が平面サイズに対して厚さが相対的に小さい薄型の基
板である場合には、基板は温度上昇によってそりを生じ
処理過程で電極上面から浮き上がりやすい。そして浮き
上がりによって基板と電極面との間に隙間が生じると、
基板から電極への熱伝達が妨げられるため、電極を冷却
していてもこの冷却効果は本来の冷却目的である基板に
対しては十分に及ばず、ますます基板の温度が上昇す
る。この結果、基板への熱ダメージが発生するととも
に、基板と電極との間の隙間部分で異常放電が発生し、
均一なプラズマ処理が妨げられるという問題点があっ
た。そこで本発明は、プラズマ処理時の基板の冷却効果
を高め、熱ダメージがなく均一なプラズマ処理を行うこ
とができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を
提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】請求項1記載の基板のプ
ラズマ処理装置は、密閉空間である処理室内に配置され
た電極上に処理対象の基板を載置してプラズマ処理を行
うプラズマ処理装置であって、基板の下面に基板の熱膨
張係数よりも大きい熱膨張係数を有するサポート部材を
一体的に設け、サポート部材側の面を下方に向けて前記
電極上に載置された基板の縁部またはサポート部材の縁
部に上方から当接して電極へ押えつける基板押え手段
と、この電極を冷却する冷却手段とを備えた。請求項2
記載の基板のプラズマ処理方法は、処理室内に配置され
た電極上に処理対象の基板を載置してプラズマ処理を行
うプラズマ処理法法であって、基板の下面に基板の熱膨
張係数よりも大きい熱膨張係数を有するサポート部材を
一体的に設けておき、この基板をサポート部材側の面を
下方に向けて電極の上面に載置する工程と、前記電極上
に載置された基板の縁部またはサポート部材の縁部をこ
の電極へ押え付ける工程と、前記電極を冷却しながらこ
の電極に高周波電圧を印加することにより処理室内でプ
ラズマを発生させる工程とを含む。本発明によれば、基
板の材質の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する
サポート部材によって基板の下面を固定し、基板の縁部
またはサポート部材の縁部に基板押えを上方から当接さ
せて電極に押え付けた状態でプラズマ処理を行うと、サ
ポート部材により基板の熱変形による浮き上がりを防止
することができる。
ラズマ処理装置は、密閉空間である処理室内に配置され
た電極上に処理対象の基板を載置してプラズマ処理を行
うプラズマ処理装置であって、基板の下面に基板の熱膨
張係数よりも大きい熱膨張係数を有するサポート部材を
一体的に設け、サポート部材側の面を下方に向けて前記
電極上に載置された基板の縁部またはサポート部材の縁
部に上方から当接して電極へ押えつける基板押え手段
と、この電極を冷却する冷却手段とを備えた。請求項2
記載の基板のプラズマ処理方法は、処理室内に配置され
た電極上に処理対象の基板を載置してプラズマ処理を行
うプラズマ処理法法であって、基板の下面に基板の熱膨
張係数よりも大きい熱膨張係数を有するサポート部材を
一体的に設けておき、この基板をサポート部材側の面を
下方に向けて電極の上面に載置する工程と、前記電極上
に載置された基板の縁部またはサポート部材の縁部をこ
の電極へ押え付ける工程と、前記電極を冷却しながらこ
の電極に高周波電圧を印加することにより処理室内でプ
ラズマを発生させる工程とを含む。本発明によれば、基
板の材質の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する
サポート部材によって基板の下面を固定し、基板の縁部
またはサポート部材の縁部に基板押えを上方から当接さ
せて電極に押え付けた状態でプラズマ処理を行うと、サ
ポート部材により基板の熱変形による浮き上がりを防止
することができる。
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は本発明の
実施の形態1の基板のプラズマ処理装置の正断面図、図
2(a)は同基板のプラズマ処理装置の部分断面図、図
2(b)は同基板のプラズマ処理装置の部分斜視図、図
3は同基板の熱変形の説明図である。まず図1を参照し
てプラズマ処理装置の構造を説明する。本実施の形態の
プラズマ処理装置は、ウェハの裏面をエッチングにより
薄くするウェハ裏面エッチング装置である。図1におい
て、真空チャンバ1は真空密に形成された容器であり、
内部はプラズマ処理を行うための処理室2となってい
る。処理室2の内部には段付き円柱形状の下部電極3が
配設されている。下部電極3の下部の円柱部3aは真空
チャンバ1の底面に形成された絶縁貫通孔に装着された
絶縁体1a内に挿通している。また、真空チャンバ1の
底部には排気孔1bが設けられており、排気孔1bは真
空排気部10と接続されている。真空排気部10を駆動
することにより、処理室2内が真空排気される。下部電
極3の上面はプラズマ処理対象の基板である半導体ウェ
ハ(以下、単に「ウェハ」と略記する)4が載置される
載置部となっている。図2(a)に示すように、シリコ
ンを主成分とするウェハ4の下面全体にはシート状の樹
脂シート4aが接着剤で貼着されている。樹脂シート4
aは熱膨張係数α1がウェハ4の材質であるシリコンの
熱膨張係数(α2=3×10−6)よりも大きいものを
使用している。ここでは、樹脂シート4aとしてポリオ
レフィン(熱膨張係数α1=100×10−6)を用い
ている。すなわちウェハ4は、シリコンの熱膨張係数よ
りも大きい熱膨張係数を有するポリオレフィンよりなる
サポート部材としての樹脂シート4aが一体的に設けら
れている。この樹脂シート4aは耐熱性の樹脂シートで
あり、ウェハ4の回路形成面側に貼着されている。図1
に示すように、下部電極3の上方には下部電極3の上面
と対向して上部電極6が配設されている。真空チャンバ
1の上面にはシール軸受け8が固着されており、シール
軸受け8に設けられたスライド孔8aには、上部電極6
のスライド部6bが上下方向にスライド自在にかつ真空
密に挿通している。上部電極6は上下動機構9に連結さ
れており、上下動機構9を駆動することにより上部電極
6は処理室2内で昇降する。上部電極6が下降した状態
では、上部電極6の下面と下部電極3の間の隙間はプラ
ズマ処理のための適正な電極間距離に保たれる。そして
上部電極6が上昇した状態では、下部電極3上面の載置
部上には処理対象のウェハ4を載置部に装着するための
ハンドリング用のスペースが確保される。なお、真空チ
ャンバ1には図示しない開閉可能な開口部が設けられて
おり、ウェハ4の処理室2内への搬出・搬入はこの開口
部を介して行われる。上部電極6には内孔6cが設けら
れており、下部電極3と対向した下面には内孔6cと連
通するガス孔6aが多数設けられている。内孔6cはガ
ス供給部11と接続されており、ガス供給部11を駆動
することによりガス孔6aを介して酸素ガスやフッ素系
ガスなどのプラズマ発生用ガスが処理室2内の下部電極
3上に載置されたウェハ4に対して噴射される。図2に
示すように下部電極3の上方には、円環状の基板押え部
材5が配設されている。基板押え部材5の内縁部5aは
ウェハ4の縁部の上方に位置しており、内縁部5aをウ
ェハ4上面に当接させることにより、基板押え部材5は
ウェハ4を自重により下部電極3の上面に押えつける。
図1に示すように、上部電極6には外径方向に延出して
下垂する複数のアーム部材7が結合されており、アーム
部材7の下部7aは基板押え部材5の下方に位置する。
基板押え部材5には下方に突出するピン5bが固着され
ており、下部7aにはピン5bの位置に対応して穴7b
が設けられている。基板押え部材5はピン5bを穴7b
に摺動自在に挿入することにより下部7aに支持され
る。アーム部材7は基板押え部材5を上部電極6から支
持する支持部材となっている。上部電極6を上昇させる
とアーム部材7も共に上昇し、基板押え部材5は上昇す
る。逆に上部電極6を下降させると基板押え部材5は下
部電極3上のウェハ4の縁部の上面に着地し、アーム部
材7の下部7aの上面から基板押え部材5の下面が離れ
る。これにより、基板押え部材5の自重がウェハ4に作
用してこれを下部電極3に押え付ける。すなわち、上部
電極6を下降させた状態では基板押え部材5がウェハ4
を下部電極3に押え付け、上部電極6を上昇させること
により、ウェハ4の押え付けは解除される。この基板押
え部材5の昇降動作は、前述の上下動機構9によって行
われる。上下動機構9は基板押え部材5を下部電極3に
対して相対的に昇降させる昇降手段となっている。昇降
手段としては、下部電極3側を昇降させる構成でもよ
い。下部電極3には内孔3b,3cが設けられており、
内孔3b,3cは下部電極3の上部に形成されたウオー
タジャケット部3dと連通している。内孔3b,3cは
冷却装置13と接続されており、冷却装置13を駆動す
ることにより冷却水が内孔3b,3cを介してウオータ
ジャケット部3d内を循環し、これにより下部電極3が
冷却される。すなわち、冷却装置13およびウオータジ
ャケット部3dは下部電極3を冷却する冷却手段となっ
ている。また、下部電極3には高周波電源12が電気的
に接続されており、高周波電源を駆動することにより、
接地された上部電極6と下部電極3との間には高周波電
圧が印加される。このプラズマ処理装置は上記のように
構成されており、以下動作について説明する。まず、上
部電極6が上昇した状態で、真空チャンバ1の図示しな
い開口部を開放し、下面を樹脂シート4aで固定された
状態のウェハ4を下部電極3上面の載置部に装着する。
そして開口部を閉鎖して処理室2を密閉すると共に、上
部電極6を下降させる。これにより、上部電極6の下面
と下部電極3の上面との隙間が所定の放電距離に保たれ
ると共に、基板押え部材5が下降し、ウェハ4の縁部の
上面に当接する。これにより、ウェハ4の下面の樹脂シ
ート4aは下部電極3の上面に押しつけられる。次い
で、真空排気部10を駆動して処理室2内部を真空排気
し、処理室2内部が所定真空度に到達したならば、ガス
供給部11を駆動してガス孔6aからプラズマ発生用ガ
スを噴出させる。そしてこの状態で高周波電源12を駆
動して上部電極6と下部電極3との間に高周波電圧を印
加する。これにより、上部電極6と下部電極3との間に
はプラズマ放電が発生し、この結果発生したプラズマに
よりウェハ4表面のプラズマ処理が行われる。このプラ
ズマ処理により、ウェハ4及び樹脂シート4bの温度は
上昇する。このとき冷却装置13を駆動することにより
下部電極3のウオータジャケット3d内に冷却水が循環
し、下部電極3は冷却される。これにより、プラズマ処
理によって上昇したウェハ4の熱は電極3に伝達され、
ウェハ4の異常昇温が防止される。下面に樹脂シート4
aが一体的に装着されたウェハ4のプラズマ処理におけ
る挙動について、図3を参照して説明する。図3(a)
は、下部電極3上で基板押えによる拘束がない状態で、
ウェハ4の温度が上昇したときの変形を示すものであ
る。ウェハ4は下面にウェハ4よりも熱膨張係数の大き
な材質の樹脂シート4aを接着して固定された状態とな
っていることから、温度上昇に伴って樹脂シート4aの
方がウェハ4よりも大きな熱膨張を生じる。この結果、
ウェハ4は図3(a)に示すように上に凹(下に凸)の
そりを生じる。すなわち、本実施の形態に示す樹脂シー
ト4aで下面を固定されたウェハ4は、拘束のない状態
では温度上昇に伴う熱変形によって縁部が下部電極3か
ら浮き上がるような変形を生じる。特にこのそりの挙動
はウェハ4の厚みが薄い場合に顕著となる。図3(b)
は、上述のウェハ4に対して本実施の形態のプラズマ処
理装置を用いた状態を示している。この状態では、ウェ
ハ4の縁部は基板押え部材5によって熱膨張による伸縮
を許容された状態で下部電極3に押えつけられている。
このため、プラズマ処理過程において温度上昇が生じた
場合でも、ウェハ4は縁部を下方に押しつけられた状態
を保ち、図3(a)に示すような上に凹のそり変形が発
生しない。このとき、ウェハ4は単に縁部の浮き上がり
が防止されるのみでなく、樹脂シート4aとウェハ4と
の熱膨張率の差により生じるそりが強制的に矯正された
状態となっていることから、ウェハ4には内側部分を樹
脂シート4aを介して下部電極3上面に押しつけるよう
な内力が発生する。これにより、ウェハ4は全面にわた
って均一に樹脂シート4aを介して下部電極3上面に接
触する。従って、通常の薄型基板を電極上に載置して縁
部を押え付けた場合に発生する中央部の浮き上がり現象
(図3(b)に示す二点鎖線4’参照)が発生しない。
すなわち、ウェハ4を載置した下部電極3の上面に隙間
が発生することがなく、プラズマ処理によって発生する
ウェハ4の熱を冷却された下部電極3に効率よく伝達す
ることができ、ウェハ4の異常昇温が発生しない。ま
た、隙間内で局部放電が生じることによるプラズマ処理
のばらつきがない。すなわち上記実施の形態1は、ウェ
ハ4のような薄型の基板の下面を、この薄型基板の材質
の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材質のサ
ポート部材に固定した構成とし、この薄型基板の縁部を
電極に押しつけた状態でプラズマ処理を行うようにした
ものである。これにより、プラズマ処理時の発熱による
熱変形は、薄型基板を電極表面に対して押しつけるよう
な変形挙動を示し、薄型基板と電極との間の隙間発生が
防止される。 (実施の形態2)図4は本発明の実施の形態2の基板の
デスミア処理装置の正断面図、図5は同基板およびキャ
リアの斜視図、図6は同基板の熱変形の説明図である。
まず図4を参照して基板のデスミア処理装置の構造を説
明する。図4において、水平に配設されたベース部22
の中央部には開口部22aが設けられており、開口部2
2a内には下方から電極23が絶縁部材23a(図2)
を介して装着されている。電極23の上面は処理対象の
基板4Aを載置する載置部となっている。基板4Aは、
銅の回路パターンが高密度で形成された樹脂基板であ
り、製造過程において樹脂膜に銅の回路パターンに導通
する導電部形成のための貫通孔を加工する穴開け加工が
行われる。処理対象の基板4Aはこの穴開けのためのレ
ーザ穴開け加工後のものであり、レーザ加工によって設
けられた開口内部には樹脂残さであるスミアが残留して
いる。このデスミア装置は、開口部内のスミアをプラズ
マ処理により除去するものである。基板4Aは図5に示
すように、アルミ製のプレート状のサポート部材として
のキャリア41に固定用のピン41によって固定された
状態で、電極23上に載置される。ここで、キャリア4
1の材質であるアルミの熱膨張係数(α4=23×10
−6)は、基板4Aの主構成要素である銅の回路パター
ンの熱膨張係数(α3=16×10−6)よりも大きな
ものとなっており、基板4Aは熱膨張係数が大きな材質
のサポート部材を一体的に装着した状態となっている。
なお、固定手段として、ピン41を用いる代わりに接着
テープを用いて基板4Aをキャリア40に固定(一体
化)するようにしてもよい。ベース部22の上方には、
蓋部材30が図示しない昇降手段により昇降自在にに配
設されている。蓋部材30が下降した状態では、蓋部材
30の下端部はベース部材22の上面のシール部材25
に当接する。これにより、電極23、ベース部材22お
よび蓋部材30で閉囲される空間は密閉され、プラズマ
処理を行うための処理室21を形成する。蓋部材30の
天井面には、当接部材34を備えた基板押え33が垂直
に配設されている。基板押え33は、キャリア41の縁
部を押え付ける位置に複数配設されており、蓋部材30
を下降させた状態では当接部材34がキャリア41の縁
部に当接してキャリア41を電極23の上面に押しつけ
る。ベース部22には排気孔22bが設けられており、
排気孔22bは真空排気部26と接続されている。真空
排気部26を駆動することにより、処理室21内が真空
排気される。蓋部材30の上部には給気孔31が設けら
れており、給気孔31はガス供給部32に接続されてい
る。ガス供給部32は酸素ガスやフッ素系ガスなどのプ
ラズマ発生用ガスを供給する。また電極23は高周波電
源35と接続されており、高周波電源35を駆動するこ
とにより、接地された蓋部材30と電極23の間には高
周波電圧が印加される。すなわち蓋部材30がベース部
材22の上面に当接した状態で、真空排気部26を駆動
して排気孔22bから真空吸引することにより、処理室
21内部が真空排気される。この後、蓋部材30の上面
の給気孔31からプラズマ発生用ガスを供給し、電極2
3と蓋部材30の間に高周波電源35によって高周波電
圧を印加することにより、処理室21内にはプラズマ放
電が発生し電極23上に載置された基板4Aのプラズマ
処理が行われる。また、電極23に設けられた内孔23
b、23cには冷却装置36が接続されており、冷却装
置36を駆動して電極23内に冷却水を循環させること
により、プラズマ処理時に電極23を冷却するようにな
っている。このデスミア処理装置は上記のように構成さ
れており、以下動作について説明する。まず、基板4A
がピン41によって固定されたキャリア40が、電極2
3上に載置される。次いで蓋部材30を下降させて処理
室21を閉じる。これにより、基板押え33の当接部材
34はキャリア40上面の縁部に当接しキャリア40を
電極23上面に押しつける。次に真空排気部26により
処理室21内を真空排気する。次いでガス供給部32に
より処理室21内にプラズマ発生用ガスを供給した状態
で、高周波電源35を駆動して電極23と蓋部材30と
の間に高周波電圧を印加する。これにより、処理室21
内にはプラズマが発生し、基板4A上面はエッチング処
理される。このとき、樹脂膜の開口部内に残留していた
スミアも同時に除去され、デスミア処理が行われる。こ
のデスミア処理におけるキャリア40および基板4Aの
挙動について、図6を参照して説明する。図6(a)
は、基板押えによる拘束がない状態でキャリア40およ
び基板4Aの温度が上昇したときの変形を示すものであ
る。デスミア処理による温度上昇に伴い、基板4A及び
キャリア40は熱膨張する。このとき、基板4Aは銅の
回路パターンが高密度で形成された樹脂基板であり、キ
ャリア40の材質は銅よりも熱膨張係数が大きいアルミ
であることから、デスミア処理時の温度上昇に伴ってキ
ャリア40の方が基板4Aよりも大きな熱膨張を生じ
る。この熱膨張において、キャリア40はピン41で固
定された基板4Aによって上面の変位が拘束され、図6
(a)に示すように上に凹のそりを生じる。これにより
キャリア40の上面には圧縮方向に変位し、また基板4
Aも熱膨張を生じることから、基板4Aは上に凸のそり
を生じる。すなわち、キャリア40および基板4Aは熱
変形によってキャリア40の縁部が電極23から浮き上
がり、同時に基板4Aの中央部がキャリア40から浮き
上がるような変形挙動を示す。図6(b)は、このよう
なキャリア40に固定された基板4Aに対して本実施の
形態2のデスミア処理装置を使用した状態を示してい
る。この状態では、キャリア40の縁部は熱膨張による
伸縮を許容された状態で当接部材34によって電極23
に押しつけられている。このため、デスミア処理過程に
おいて温度上昇が生じた場合でも、キャリア40は外縁
部を下方に押しつけられた状態を保ち、図6(a)に示
すような上に凹のそり変形が発生しない。このとき、単
にキャリア40の縁部の浮き上がりが防止されるのみで
なく、キャリア40と基板4Aとの熱膨張率の差により
生じるそりが強制的に矯正された状態となることによ
り、基板4Aにはピン41による外側への張力が作用す
る。これにより、基板4Aに生じていた上に凸のそりは
消失し、基板4Aはキャリア40との間に隙間を生じる
ことなく全面にわたりキャリア40と均一に接触する。
このため、デスミア処理によって発生する基板4Aの熱
を、冷却手段によって常に冷却されている電極23にキ
ャリア40を介して効率よく伝達することができ、基板
4Aの異常昇温が発生しない。また、基板4Aは全面に
わたって電極面に押しつけられることから、電極23の
上面に隙間が発生せず、隙間内で局部放電が生じること
によるデスミア処理のばらつきがない。すなわち上記実
施の形態2は、銅による回路パターンが形成された基板
の下面にこの基板の材質の熱膨張率よりも大きな熱膨張
率の材質のサポート部材としてのキャリアを固定した構
成とし、このキャリアの縁部を電極表面に押しつけた状
態でプラズマ処理によるデスミア処理を行うようにした
ものである。これにより、プラズマ処理時の発熱による
熱変形は、基板をキャリアに押しつけるような変形挙動
を示し、基板とキャリアとの間の隙間発生が防止され
る。
実施の形態1の基板のプラズマ処理装置の正断面図、図
2(a)は同基板のプラズマ処理装置の部分断面図、図
2(b)は同基板のプラズマ処理装置の部分斜視図、図
3は同基板の熱変形の説明図である。まず図1を参照し
てプラズマ処理装置の構造を説明する。本実施の形態の
プラズマ処理装置は、ウェハの裏面をエッチングにより
薄くするウェハ裏面エッチング装置である。図1におい
て、真空チャンバ1は真空密に形成された容器であり、
内部はプラズマ処理を行うための処理室2となってい
る。処理室2の内部には段付き円柱形状の下部電極3が
配設されている。下部電極3の下部の円柱部3aは真空
チャンバ1の底面に形成された絶縁貫通孔に装着された
絶縁体1a内に挿通している。また、真空チャンバ1の
底部には排気孔1bが設けられており、排気孔1bは真
空排気部10と接続されている。真空排気部10を駆動
することにより、処理室2内が真空排気される。下部電
極3の上面はプラズマ処理対象の基板である半導体ウェ
ハ(以下、単に「ウェハ」と略記する)4が載置される
載置部となっている。図2(a)に示すように、シリコ
ンを主成分とするウェハ4の下面全体にはシート状の樹
脂シート4aが接着剤で貼着されている。樹脂シート4
aは熱膨張係数α1がウェハ4の材質であるシリコンの
熱膨張係数(α2=3×10−6)よりも大きいものを
使用している。ここでは、樹脂シート4aとしてポリオ
レフィン(熱膨張係数α1=100×10−6)を用い
ている。すなわちウェハ4は、シリコンの熱膨張係数よ
りも大きい熱膨張係数を有するポリオレフィンよりなる
サポート部材としての樹脂シート4aが一体的に設けら
れている。この樹脂シート4aは耐熱性の樹脂シートで
あり、ウェハ4の回路形成面側に貼着されている。図1
に示すように、下部電極3の上方には下部電極3の上面
と対向して上部電極6が配設されている。真空チャンバ
1の上面にはシール軸受け8が固着されており、シール
軸受け8に設けられたスライド孔8aには、上部電極6
のスライド部6bが上下方向にスライド自在にかつ真空
密に挿通している。上部電極6は上下動機構9に連結さ
れており、上下動機構9を駆動することにより上部電極
6は処理室2内で昇降する。上部電極6が下降した状態
では、上部電極6の下面と下部電極3の間の隙間はプラ
ズマ処理のための適正な電極間距離に保たれる。そして
上部電極6が上昇した状態では、下部電極3上面の載置
部上には処理対象のウェハ4を載置部に装着するための
ハンドリング用のスペースが確保される。なお、真空チ
ャンバ1には図示しない開閉可能な開口部が設けられて
おり、ウェハ4の処理室2内への搬出・搬入はこの開口
部を介して行われる。上部電極6には内孔6cが設けら
れており、下部電極3と対向した下面には内孔6cと連
通するガス孔6aが多数設けられている。内孔6cはガ
ス供給部11と接続されており、ガス供給部11を駆動
することによりガス孔6aを介して酸素ガスやフッ素系
ガスなどのプラズマ発生用ガスが処理室2内の下部電極
3上に載置されたウェハ4に対して噴射される。図2に
示すように下部電極3の上方には、円環状の基板押え部
材5が配設されている。基板押え部材5の内縁部5aは
ウェハ4の縁部の上方に位置しており、内縁部5aをウ
ェハ4上面に当接させることにより、基板押え部材5は
ウェハ4を自重により下部電極3の上面に押えつける。
図1に示すように、上部電極6には外径方向に延出して
下垂する複数のアーム部材7が結合されており、アーム
部材7の下部7aは基板押え部材5の下方に位置する。
基板押え部材5には下方に突出するピン5bが固着され
ており、下部7aにはピン5bの位置に対応して穴7b
が設けられている。基板押え部材5はピン5bを穴7b
に摺動自在に挿入することにより下部7aに支持され
る。アーム部材7は基板押え部材5を上部電極6から支
持する支持部材となっている。上部電極6を上昇させる
とアーム部材7も共に上昇し、基板押え部材5は上昇す
る。逆に上部電極6を下降させると基板押え部材5は下
部電極3上のウェハ4の縁部の上面に着地し、アーム部
材7の下部7aの上面から基板押え部材5の下面が離れ
る。これにより、基板押え部材5の自重がウェハ4に作
用してこれを下部電極3に押え付ける。すなわち、上部
電極6を下降させた状態では基板押え部材5がウェハ4
を下部電極3に押え付け、上部電極6を上昇させること
により、ウェハ4の押え付けは解除される。この基板押
え部材5の昇降動作は、前述の上下動機構9によって行
われる。上下動機構9は基板押え部材5を下部電極3に
対して相対的に昇降させる昇降手段となっている。昇降
手段としては、下部電極3側を昇降させる構成でもよ
い。下部電極3には内孔3b,3cが設けられており、
内孔3b,3cは下部電極3の上部に形成されたウオー
タジャケット部3dと連通している。内孔3b,3cは
冷却装置13と接続されており、冷却装置13を駆動す
ることにより冷却水が内孔3b,3cを介してウオータ
ジャケット部3d内を循環し、これにより下部電極3が
冷却される。すなわち、冷却装置13およびウオータジ
ャケット部3dは下部電極3を冷却する冷却手段となっ
ている。また、下部電極3には高周波電源12が電気的
に接続されており、高周波電源を駆動することにより、
接地された上部電極6と下部電極3との間には高周波電
圧が印加される。このプラズマ処理装置は上記のように
構成されており、以下動作について説明する。まず、上
部電極6が上昇した状態で、真空チャンバ1の図示しな
い開口部を開放し、下面を樹脂シート4aで固定された
状態のウェハ4を下部電極3上面の載置部に装着する。
そして開口部を閉鎖して処理室2を密閉すると共に、上
部電極6を下降させる。これにより、上部電極6の下面
と下部電極3の上面との隙間が所定の放電距離に保たれ
ると共に、基板押え部材5が下降し、ウェハ4の縁部の
上面に当接する。これにより、ウェハ4の下面の樹脂シ
ート4aは下部電極3の上面に押しつけられる。次い
で、真空排気部10を駆動して処理室2内部を真空排気
し、処理室2内部が所定真空度に到達したならば、ガス
供給部11を駆動してガス孔6aからプラズマ発生用ガ
スを噴出させる。そしてこの状態で高周波電源12を駆
動して上部電極6と下部電極3との間に高周波電圧を印
加する。これにより、上部電極6と下部電極3との間に
はプラズマ放電が発生し、この結果発生したプラズマに
よりウェハ4表面のプラズマ処理が行われる。このプラ
ズマ処理により、ウェハ4及び樹脂シート4bの温度は
上昇する。このとき冷却装置13を駆動することにより
下部電極3のウオータジャケット3d内に冷却水が循環
し、下部電極3は冷却される。これにより、プラズマ処
理によって上昇したウェハ4の熱は電極3に伝達され、
ウェハ4の異常昇温が防止される。下面に樹脂シート4
aが一体的に装着されたウェハ4のプラズマ処理におけ
る挙動について、図3を参照して説明する。図3(a)
は、下部電極3上で基板押えによる拘束がない状態で、
ウェハ4の温度が上昇したときの変形を示すものであ
る。ウェハ4は下面にウェハ4よりも熱膨張係数の大き
な材質の樹脂シート4aを接着して固定された状態とな
っていることから、温度上昇に伴って樹脂シート4aの
方がウェハ4よりも大きな熱膨張を生じる。この結果、
ウェハ4は図3(a)に示すように上に凹(下に凸)の
そりを生じる。すなわち、本実施の形態に示す樹脂シー
ト4aで下面を固定されたウェハ4は、拘束のない状態
では温度上昇に伴う熱変形によって縁部が下部電極3か
ら浮き上がるような変形を生じる。特にこのそりの挙動
はウェハ4の厚みが薄い場合に顕著となる。図3(b)
は、上述のウェハ4に対して本実施の形態のプラズマ処
理装置を用いた状態を示している。この状態では、ウェ
ハ4の縁部は基板押え部材5によって熱膨張による伸縮
を許容された状態で下部電極3に押えつけられている。
このため、プラズマ処理過程において温度上昇が生じた
場合でも、ウェハ4は縁部を下方に押しつけられた状態
を保ち、図3(a)に示すような上に凹のそり変形が発
生しない。このとき、ウェハ4は単に縁部の浮き上がり
が防止されるのみでなく、樹脂シート4aとウェハ4と
の熱膨張率の差により生じるそりが強制的に矯正された
状態となっていることから、ウェハ4には内側部分を樹
脂シート4aを介して下部電極3上面に押しつけるよう
な内力が発生する。これにより、ウェハ4は全面にわた
って均一に樹脂シート4aを介して下部電極3上面に接
触する。従って、通常の薄型基板を電極上に載置して縁
部を押え付けた場合に発生する中央部の浮き上がり現象
(図3(b)に示す二点鎖線4’参照)が発生しない。
すなわち、ウェハ4を載置した下部電極3の上面に隙間
が発生することがなく、プラズマ処理によって発生する
ウェハ4の熱を冷却された下部電極3に効率よく伝達す
ることができ、ウェハ4の異常昇温が発生しない。ま
た、隙間内で局部放電が生じることによるプラズマ処理
のばらつきがない。すなわち上記実施の形態1は、ウェ
ハ4のような薄型の基板の下面を、この薄型基板の材質
の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材質のサ
ポート部材に固定した構成とし、この薄型基板の縁部を
電極に押しつけた状態でプラズマ処理を行うようにした
ものである。これにより、プラズマ処理時の発熱による
熱変形は、薄型基板を電極表面に対して押しつけるよう
な変形挙動を示し、薄型基板と電極との間の隙間発生が
防止される。 (実施の形態2)図4は本発明の実施の形態2の基板の
デスミア処理装置の正断面図、図5は同基板およびキャ
リアの斜視図、図6は同基板の熱変形の説明図である。
まず図4を参照して基板のデスミア処理装置の構造を説
明する。図4において、水平に配設されたベース部22
の中央部には開口部22aが設けられており、開口部2
2a内には下方から電極23が絶縁部材23a(図2)
を介して装着されている。電極23の上面は処理対象の
基板4Aを載置する載置部となっている。基板4Aは、
銅の回路パターンが高密度で形成された樹脂基板であ
り、製造過程において樹脂膜に銅の回路パターンに導通
する導電部形成のための貫通孔を加工する穴開け加工が
行われる。処理対象の基板4Aはこの穴開けのためのレ
ーザ穴開け加工後のものであり、レーザ加工によって設
けられた開口内部には樹脂残さであるスミアが残留して
いる。このデスミア装置は、開口部内のスミアをプラズ
マ処理により除去するものである。基板4Aは図5に示
すように、アルミ製のプレート状のサポート部材として
のキャリア41に固定用のピン41によって固定された
状態で、電極23上に載置される。ここで、キャリア4
1の材質であるアルミの熱膨張係数(α4=23×10
−6)は、基板4Aの主構成要素である銅の回路パター
ンの熱膨張係数(α3=16×10−6)よりも大きな
ものとなっており、基板4Aは熱膨張係数が大きな材質
のサポート部材を一体的に装着した状態となっている。
なお、固定手段として、ピン41を用いる代わりに接着
テープを用いて基板4Aをキャリア40に固定(一体
化)するようにしてもよい。ベース部22の上方には、
蓋部材30が図示しない昇降手段により昇降自在にに配
設されている。蓋部材30が下降した状態では、蓋部材
30の下端部はベース部材22の上面のシール部材25
に当接する。これにより、電極23、ベース部材22お
よび蓋部材30で閉囲される空間は密閉され、プラズマ
処理を行うための処理室21を形成する。蓋部材30の
天井面には、当接部材34を備えた基板押え33が垂直
に配設されている。基板押え33は、キャリア41の縁
部を押え付ける位置に複数配設されており、蓋部材30
を下降させた状態では当接部材34がキャリア41の縁
部に当接してキャリア41を電極23の上面に押しつけ
る。ベース部22には排気孔22bが設けられており、
排気孔22bは真空排気部26と接続されている。真空
排気部26を駆動することにより、処理室21内が真空
排気される。蓋部材30の上部には給気孔31が設けら
れており、給気孔31はガス供給部32に接続されてい
る。ガス供給部32は酸素ガスやフッ素系ガスなどのプ
ラズマ発生用ガスを供給する。また電極23は高周波電
源35と接続されており、高周波電源35を駆動するこ
とにより、接地された蓋部材30と電極23の間には高
周波電圧が印加される。すなわち蓋部材30がベース部
材22の上面に当接した状態で、真空排気部26を駆動
して排気孔22bから真空吸引することにより、処理室
21内部が真空排気される。この後、蓋部材30の上面
の給気孔31からプラズマ発生用ガスを供給し、電極2
3と蓋部材30の間に高周波電源35によって高周波電
圧を印加することにより、処理室21内にはプラズマ放
電が発生し電極23上に載置された基板4Aのプラズマ
処理が行われる。また、電極23に設けられた内孔23
b、23cには冷却装置36が接続されており、冷却装
置36を駆動して電極23内に冷却水を循環させること
により、プラズマ処理時に電極23を冷却するようにな
っている。このデスミア処理装置は上記のように構成さ
れており、以下動作について説明する。まず、基板4A
がピン41によって固定されたキャリア40が、電極2
3上に載置される。次いで蓋部材30を下降させて処理
室21を閉じる。これにより、基板押え33の当接部材
34はキャリア40上面の縁部に当接しキャリア40を
電極23上面に押しつける。次に真空排気部26により
処理室21内を真空排気する。次いでガス供給部32に
より処理室21内にプラズマ発生用ガスを供給した状態
で、高周波電源35を駆動して電極23と蓋部材30と
の間に高周波電圧を印加する。これにより、処理室21
内にはプラズマが発生し、基板4A上面はエッチング処
理される。このとき、樹脂膜の開口部内に残留していた
スミアも同時に除去され、デスミア処理が行われる。こ
のデスミア処理におけるキャリア40および基板4Aの
挙動について、図6を参照して説明する。図6(a)
は、基板押えによる拘束がない状態でキャリア40およ
び基板4Aの温度が上昇したときの変形を示すものであ
る。デスミア処理による温度上昇に伴い、基板4A及び
キャリア40は熱膨張する。このとき、基板4Aは銅の
回路パターンが高密度で形成された樹脂基板であり、キ
ャリア40の材質は銅よりも熱膨張係数が大きいアルミ
であることから、デスミア処理時の温度上昇に伴ってキ
ャリア40の方が基板4Aよりも大きな熱膨張を生じ
る。この熱膨張において、キャリア40はピン41で固
定された基板4Aによって上面の変位が拘束され、図6
(a)に示すように上に凹のそりを生じる。これにより
キャリア40の上面には圧縮方向に変位し、また基板4
Aも熱膨張を生じることから、基板4Aは上に凸のそり
を生じる。すなわち、キャリア40および基板4Aは熱
変形によってキャリア40の縁部が電極23から浮き上
がり、同時に基板4Aの中央部がキャリア40から浮き
上がるような変形挙動を示す。図6(b)は、このよう
なキャリア40に固定された基板4Aに対して本実施の
形態2のデスミア処理装置を使用した状態を示してい
る。この状態では、キャリア40の縁部は熱膨張による
伸縮を許容された状態で当接部材34によって電極23
に押しつけられている。このため、デスミア処理過程に
おいて温度上昇が生じた場合でも、キャリア40は外縁
部を下方に押しつけられた状態を保ち、図6(a)に示
すような上に凹のそり変形が発生しない。このとき、単
にキャリア40の縁部の浮き上がりが防止されるのみで
なく、キャリア40と基板4Aとの熱膨張率の差により
生じるそりが強制的に矯正された状態となることによ
り、基板4Aにはピン41による外側への張力が作用す
る。これにより、基板4Aに生じていた上に凸のそりは
消失し、基板4Aはキャリア40との間に隙間を生じる
ことなく全面にわたりキャリア40と均一に接触する。
このため、デスミア処理によって発生する基板4Aの熱
を、冷却手段によって常に冷却されている電極23にキ
ャリア40を介して効率よく伝達することができ、基板
4Aの異常昇温が発生しない。また、基板4Aは全面に
わたって電極面に押しつけられることから、電極23の
上面に隙間が発生せず、隙間内で局部放電が生じること
によるデスミア処理のばらつきがない。すなわち上記実
施の形態2は、銅による回路パターンが形成された基板
の下面にこの基板の材質の熱膨張率よりも大きな熱膨張
率の材質のサポート部材としてのキャリアを固定した構
成とし、このキャリアの縁部を電極表面に押しつけた状
態でプラズマ処理によるデスミア処理を行うようにした
ものである。これにより、プラズマ処理時の発熱による
熱変形は、基板をキャリアに押しつけるような変形挙動
を示し、基板とキャリアとの間の隙間発生が防止され
る。
【発明の効果】本発明によれば、基板の材質の熱膨張係
数よりも大きい熱膨張係数を有する材質のサポート部材
によって基板を固定し、プラズマ処理時において基板の
縁部またはサポート部材の縁部に基板押えを上方から当
接させて電極に押え付けるようにしたので、温度上昇に
よる熱変形が生じてもこの熱変形は基板を電極に対して
均一に押え付けるような内力を生じる変形挙動となり、
基板と電極との間の隙間の発生を防止して、基板の異常
昇温によるダメージを防止するとともに、均一なプラズ
マ処理を行うことができる。
数よりも大きい熱膨張係数を有する材質のサポート部材
によって基板を固定し、プラズマ処理時において基板の
縁部またはサポート部材の縁部に基板押えを上方から当
接させて電極に押え付けるようにしたので、温度上昇に
よる熱変形が生じてもこの熱変形は基板を電極に対して
均一に押え付けるような内力を生じる変形挙動となり、
基板と電極との間の隙間の発生を防止して、基板の異常
昇温によるダメージを防止するとともに、均一なプラズ
マ処理を行うことができる。
【図1】本発明の実施の形態1の基板のプラズマ処理装
置の正断面図
置の正断面図
【図2】(a)本発明の実施の形態1の基板のプラズマ
処理装置の部分断面図 (b)本発明の実施の形態1の基板のプラズマ処理装置
の部分斜視図
処理装置の部分断面図 (b)本発明の実施の形態1の基板のプラズマ処理装置
の部分斜視図
【図3】本発明の実施の形態1の基板の熱変形の説明図
【図4】本発明の実施の形態2の基板のデスミア処理装
置の正断面図
置の正断面図
【図5】本発明の実施の形態2の基板およびキャリアの
斜視図
斜視図
【図6】本発明の実施の形態2の基板の熱変形の説明図
2、21 処理室 3 下部電極 3d ウオータジャケット 4 ウェハ 4a 樹脂シート 4A 基板 5 基板押え部材 6 上部電極 10、26 真空排気部 11、32 ガス供給部 12、35 高周波電源 13、36 冷却装置 23 電極 40 キャリア 41 ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土師 宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4K057 DA20 DB06 DB20 DD01 DD08 DM03 DM39 DN01 5F004 AA06 BA04 BB19 BB21 BB25 BD07 DB01 DB23 EA38
Claims (2)
- 【請求項1】密閉空間である処理室内に配置された電極
上に処理対象の基板を載置してプラズマ処理を行うプラ
ズマ処理装置であって、基板の下面に基板の熱膨張係数
よりも大きい熱膨張係数を有するサポート部材を一体的
に設け、サポート部材側の面を下方に向けて前記電極上
に載置された基板の縁部またはサポート部材の縁部に上
方から当接して電極へ押えつける基板押え手段と、この
電極を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とする基
板のプラズマ処理装置。 - 【請求項2】処理室内に配置された電極上に処理対象の
基板を載置してプラズマ処理を行うプラズマ処理法法で
あって、基板の下面に基板の熱膨張係数よりも大きい熱
膨張係数を有するサポート部材を一体的に設けておき、
この基板をサポート部材側の面を下方に向けて電極の上
面に載置する工程と、前記電極上に載置された基板の縁
部またはサポート部材の縁部をこの電極へ押え付ける工
程と、前記電極を冷却しながらこの電極に高周波電圧を
印加することにより処理室内でプラズマを発生させる工
程とを含むことを特徴とする基板のプラズマ処理方法。
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JP30365599A JP2001127041A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 基板のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
GB0025040A GB2357898B (en) | 1999-10-26 | 2000-10-12 | Plasma process apparatus and plasma process method for substrate |
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JP30365599A JP2001127041A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 基板のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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