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JP2626618C - - Google Patents

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Publication number
JP2626618C
JP2626618C JP2626618C JP 2626618 C JP2626618 C JP 2626618C JP 2626618 C JP2626618 C JP 2626618C
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
gas
sample
lower electrode
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
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Japanese (ja)
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 本発明は、真空処理装置の試料保持方法に係り、特に静電吸着力により基板を
吸着、保持する試料保持方法に関するものである。 【0002】 【従来の技術】 試料を真空処理、例えば、プラズマを利用して処理(以下、プラズマ処理と略
)する装置、例えば、ドライエッチング装置の重要な用途の一つに半導体集積回
路等の微小固体素子の製造における微細パターンの形成がある。この微細パター
ンの形成は、通常、試料である半導体基板(以下、基板と略)の上に塗布したレ
ジストと呼ばれる高分子材料に紫外線を露光,現像して描いたパターンをマスク
としてドライエッチングにより基板に転写することで行われている。 【0003】 このような基板のドライエッチング時には、プラズマとの化学反応熱やプラズ
マ中のイオンまたは電子などの衝撃入射エネルギによりマスク及び基板が加熱さ
れる。従って、十分な放熱が得られない場合、即ち、基板の温度が良好に制御さ
れない場合は、マスクが変形,変質し正しいパターンが形成されなくなったり、
ドライエッチング後の基板からのマスクの除去が困難となってしまうといった不 都合を生じる。そこで、これら不都合を排除するため、次のような技術が従来よ
り種々慣用・提案されている。以下、これら従来の技術について説明する。 【0004】 従来技術の第1例としては、例えば、特公昭 56−53853 号公報に示されてい
るように、高周波電源の出力が印加される試料台を水冷し、該試料台上に被加工
物質を誘電体膜を介して載置し、試料台に直流電圧を印加することでプラズマを
介して誘電体膜に電位差を与え、これにより生じる静電吸着力によって被加工物
質を試料台に吸着させ、被加工物質と試料台との間の熱抵抗を減少させて被加工
物質を効果的に冷却するものがある。 【0005】 従来技術の第2例としては、例えば、特開昭 57−145321 号公報に示されてい
るように、ウェーハの裏面より気体ガスを吹き付けて、ウェーハを気体ガスによ
り直接冷却するものがある。 【0006】 従来技術の第3例としては、例えば、E.J.Egerton 他,Solid State Te
chnology,Vol.25,No.8,P84〜87(1982−8)に示されている
ように、水冷された試料台である電極と該電極に載置され機械的クランプ手段で
外周辺を電極に押圧されて固定された基板との間に、圧力が6Torr 程度のGHe
を流通させて、電極と基板との間の熱抵抗を減少させ、これにより基板を効果的
に冷却するものがある。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記これらの従来技術は、試料の効果的な冷却、及び基板裏面
に流すガスのプロセスに与える影響等の点において、充分配慮されておらず、以
下のような問題があった。 【0008】 上記第1の従来技術では、上記のように行っても、まだ、被加工物質と試料台
との間の接触部分は少なく、微視的にみればわずかな隙間を有している。また、
この隙間には、プロセスガスが入り込み、このガスは、熱抵抗となる。一般のド ライエッチング装置では、通常0.1Torr 程度のプロセスガス圧によって被加
工物質をエッチング処理しており、被加工物質と誘電体膜との間の隙間はプロセ
スガスの平均自由行路長より小さくなるため、静電吸着力による隙間の減少は、
熱抵抗の点からはほとんど変わらず、接触面積が増加した分だけ効果が上がるこ
とになる。したがって、被加工物質と試料台との間の熱抵抗を減少させ被加工物
質をより効果的に冷却するためには、大きな静電吸着力を必要とする。このため
、このような技術では、次のような問題があった。 【0009】 (1)被加工物質が試料台から離脱しにくくなるため、エッチング処理が終了した
被加工物質の搬送に時間を要したり、被加工物質をいためたりする。 【0010】 (2)大きな静電吸着力を生じるためには、誘電体膜と被加工物質との間に大きな
電位差を与える必要があるが、しかし、この電位差が大きくなれば、被加工物質
、すなわち、基板内の素子に対するダメージが大きくなるため、歩留まりが悪く
なり、集積回路の集積度が高まるにつれて要求が高まっている薄いゲート膜の微
細加工では、更に歩留まりが悪くなる。 【0011】 上記第2の従来技術では、ヘリウムガス(以下、GHe と略)のように熱伝導性
の優れた気体ガスを用いることで、ウェーハの冷却効率を向上させることができ
る。しかしながら、このような技術では、次のような問題があった。 【0012】 (1)気体ガスがウェーハの冷却面側にとどまらずエッチング室内に多量に流れ込
むため、GHe のように不活性ガスでもプロセスに与える影響は大きく、したが
って、すべてのプロセスに使用することができない。 【0013】 上記第3の従来技術では、基板の外周辺をクランプによって固定しても、GHe
の真空処理室内への流出は避けられず、したがって上記した第2の従来技術での
問題点と同様の問題を有し、更に次のような問題をも有している。 【0014】 (1) 機械的クランプ手段により基板の外周辺を押圧して、基板を電極に固定する
ため、基板は、流通するGHe のガス圧により周辺支持状態で中高で凸状に変形
する。このため、基板の裏面と電極との間の隙間量が大きくなり、これに伴って
基板と電極との熱伝導特性が悪化する。このため、基板の冷却を充分効果的に行
うことができない。 【0015】 (2) 電極に基板の外周辺を押圧して固定する機械的クランプ手段が設けられてい
るため、基板内の素子製作面積が減少すると共に、プラズマの均一性が阻害され
、また、機械的クランプ手段の動作時に、機械的クランプ手段に付着した反応生
成物が機械的クランプ手段から脱落して、塵埃の発生する危険性があり、更に、
基板搬送が極めて複雑となり、その結果、装置が大型化すると共に信頼性が低下
する。 【0016】 本発明の目的は、静電吸着力を用いた真空処理装置の試料保持方法として、大
きな静電吸着力を必要とせずに、基板を吸着、保持する試料保持方法を提供する
ことにある。 【0017】 【課題を解決するための手段】 該吸着保持した前記試料の裏面と前記試料台との間の隙間に伝熱ガスを供給し、
前記真空処理室内の処理ガス圧と前記試料裏面の前記伝熱ガス圧との差圧を前記
試料と前記試料台との間の熱抵抗が十分に減少する範囲で小さくするとともに、
前記静電吸着力を前記試料の浮上りが防止される範囲で小さくすることを特徴と
する。 【0018】 本発明の特徴によれば、試料の裏面で絶縁膜に静電吸着される吸着部の面積は
、伝熱ガスのガス圧と真空処理室の圧力との差圧による試料の下部電極からの浮
上りを防止するために、伝熱ガスのガス圧と真空処理室の圧力との差圧により決
ま る必要静電吸着力により選定される。静電吸着力により試料台上で前記試料が吸
着される部分の面積は、試料裏面の面積の1/5以上とするのが良い。 【0019】 【作用】 真空処理室内の処理ガス圧と試料裏面の伝熱ガス圧との差圧を、試料と試料台
との間の熱抵抗の許す範囲で小さくすることにより、大きな静電吸着力を必要と
せずに、試料の裏面と試料台との間の隙間量の増大を抑制できる。例えば、伝熱
ガスの圧力が1Torr で真空処理室10の圧力が0.1Torr の場合、試料の下
部電極20からの浮上りを防止するための必要静電吸着力は約1.3g/cm2 で
あり、従って、これより吸着部の面積は、試料の裏面面積の約1/5に選定され
る。 【0020】 本発明によれば、静電吸着によって試料と下部電極との接触面積を増加させて
熱抵抗を減少させる従来の技術と比較すると、静電吸着力を小さくしても試料冷
却の効果が十分得られる。静電吸着力が小さいため、試料の下部電力からの離脱
が容易となり、エッチング処理が終了した試料の搬送時間を短縮できると共に、
試料の損傷を防止できる。また、静電吸着力が小さくてよいため、試料に与えら
れる電位差は小さく試料内の素子に対するダメージを小さくできる。したがって
、薄いゲート膜の微細加工でも歩留まりを悪化させる心配がない。 【0021】 【実施例】 試料を真空処理、例えば、プラズマ処理する装置としては、ドライエッチング
装置,プラズマCVD装置,スパッタ装置等があるが、ここでは、ドライエッチ
ング装置を例にとり本発明の実施例を説明する。 【0022】 以下、本発明の一実施例を図1ないし図3により説明する。 【0023】 図1にドライエッチング装置の概略構成を示す。真空処理室10の、この場合
、底壁には、絶縁体11を介して試料台である下部電極20が電気絶縁されて気
密に設けられている。真空処理室10には、放電空間30を有し下部電極20と
上 下方向に対向して上部電極40が内設されている。 【0024】 試料である基板50の裏面に対応する下部電極20の表面には、この場合、基
板50の裏面の周辺側に対応して絶縁物60が埋設されている。絶縁物60の内
側の下部電極20には、伝熱ガスの供給路を形成する溝21が形成されている。
溝21は基板50が載置されていない場合、放電空間30と連通する。また、絶
縁物60には、溝21につながるガス分散用の溝(図示省略)が形成されている
。下部電極20には、溝21と連通してガス供給路23aとガス排出路23bと
が形成されている。また、下部電極20内には、冷媒流路22が形成されている
。下部電極20には、冷媒流路22と連通して冷媒供給路24aと冷媒排出路2
4bとが形成されている。 【0025】 ガス供給路23aには、ガス源(図示省略)に連結された導管70aが連結さ
れ、ガス排出路23bには、導管70bの一端が連結されている。導管70aに
は、マスフローコントローラ(以下、MFCと略)71が設けられ、導管70b
には調整バルブ72が設けられている。導管70bの他端は、真空処理室10と
真空ポンプ80とを連結する排気用の導管12に合流連結されている。冷媒供給
路24aには、冷媒源(図示省略)に連結された導管90aが連結され、冷媒排
出路24bには、冷媒排出用の導管90bが連結されている。 【0026】 下部電極20には、マッチングボックス100を介して高周波電源101が接
続されると共に、高周波遮断回路102を介して直流電源103が接続されてい
る。なお、真空処理室10,高周波電源101および直流電源103はそれぞれ
接地されている。 【0027】 また、上部電極40には、放電空間30に開口する処理ガス放出孔(図示省略)
と該処理ガス放出孔に連通する処理ガス流路(図示省略)とが形成されている。
処理ガス流路には、処理ガス供給装置(図示省略)に連結された導管(図示省略)
が連結されている。 【0028】 次に、図1の下部電極20の詳細構造例を図2,図3により説明する。 【0029】 図2,図3で、図1に示したガス供給路23aは、この場合、導管25aで形
成され、導管25aは、この場合、下部電極20の基板載置位置中心を軸心とし
て上下動可能に設けられている。導管25aの外側には、図1に示したガス排出
路23bを形成して導管25bが配設されている。導管25bの外側には、図1
に示した冷媒供給路24aを形成して導管25cが配設されている。導管25c
の外側には、図1に示した冷媒排出路24bを形成して導管25dが配設されて
いる。導管25bの上端は電極上板26につながり、導管25dの上端は電極上
板26の下方の電極上板受27につながっている。導管25bの上端部には、電
極上板26と電極上板受27と導管25bとで空室28が形成されている。空室
28には分割板29が冷媒流路22を形成して内設され、導管25cの上端は分
割板29につながっている。 【0030】 基板(図示省略)が載置される電極上板26の表面には、この場合、放射状の
伝熱ガス分散用の溝21aと円周状の伝熱ガス分散用の溝21bとが複数条形成
されている。伝熱ガス分散用の溝21a,21bは、導管25a,25bと連結
している。また、基板が載置される電極上板26の表面には、絶縁物60が設け
られている。この場合は、絶縁膜がコーティングされている。 【0031】 なお、図2,図3で、110は基板が載置されない部分の電極上板26の表面
を保護する電極カバーで、111は下部電極20の電極上板26の表面以外を保
護する絶縁カバー、112はシールド板である。また、導管25aの上端には、 電極上板26への基板の載置時並びに電極上板26からの基板の離脱時に基板を
裏面側から支持するピン113が、この場合、120度間隔で3本配設されてい
る。 【0032】 また、溝21a,21bの深さは、基板吸着時の基板の裏面と溝21a,21b
の底面との間の隙間(以下、溝部隙間と略)が伝熱ガスの平均自由行路長以上に
なれば、伝熱ガスの伝熱効果が低下するようになるため、該溝部隙間が、好まし
くは、伝熱ガスの平均自由行路長以下となるように溝21a,21bの深さを選
定するのが良い。 【0033】 また、基板の裏面で絶縁膜に静電吸着される部分(以下、吸着部と略)の面積
は、伝熱ガスのガス圧と真空処理室10の圧力との差圧による基板の下部電極2
0からの浮上りを防止するために、伝熱ガスのガス圧と真空処理室10の圧力と
の差圧により決まる必要静電吸着力により選定する。例えば、伝熱ガスの圧力が
1Torr で真空処理室10の圧力が0.1Torr の場合、基板の下部電極20か
らの浮上りを防止するための必要静電吸着力は約1.3g/cm2 であり、従って
、これより吸着部の面積は、基板の裏面面積の約1/5に選定される。 【0034】 上記のように構成された図1ないし図3のドライエッチング装置で、基板50
は、公知の搬送装置(図示省略)により真空処理室10に搬入された後に、その
裏面外周辺部を絶縁物60と対応させて下部電極20に載置される。下部電極2
0への基板50の載置完了後、処理ガス供給装置から導管を経てガス流通路に供
給された処理ガスは、ガス流通路を流通した後に上部電極40のガス放出孔より
放電空間30に放出される。真空処理室10内の圧力調整後、下部電極20には
高周波電源101より高周波電力が印加され、下部電極20と上部電極40との
間にグロー放電が生じる。このグロー放電により放電空間30にある処理ガスは
プラズマ化され、このプラズマにより基板50のエッチング処理が開始される。
また、これと共に下部電極20には、直流電源103より直流電圧が印加される
。基板50のプラズマによるエッチング処理の開始により、このプラズマ処理プ
ロ セスによって生じるセルフバイアス電圧と直流電源103によって下部電極20
に印加される直流電圧とにより、基板50は下部電極20に静電吸着されて固定
される。その後、溝21a,21bには、ガス源よりMFC71及びガス供給路
23aを順次介して伝熱ガス、例えば、処理ガスが供給される。このとき、処理
ガスは、MFC71と調整バルブ72との操作によりガス量を制御されて供給さ
れ、場合によっては、基板裏面の空間に処理ガスを封じ込めた使用も可能である
。これにより、冷媒流路22を流通する冷媒、例えば、水や低温液化ガス等で冷
却されている下部電極20と基板50との熱抵抗は減少させられ、基板50は効
果的に冷却される。その後、エッチングの終了に近づくと、溝21a,21bへ
の処理ガスの供給は停止され、エッチングの終了に伴って、放電空間30への処
理ガスの供給と、下部電極20への直流電圧および高周波電力の印加が停止され
る。その後、引続き基板50に生じている静電吸着力は解除、この場合、電気的
に接地されたピン113が基板50に当接することによって静電気の除去が行わ
れ、ピン 113の作動により基板50は下部電極20上より除去される。その後、
基板50は、公知の搬送装置により真空処理室10外へ搬出される。また、静電
気の除去については、直流電圧の印加を停止した後に、高周波電力の印加を停止
することによっても行うことができる。 【0035】 以上、本実施例によれば、次のような効果が得られる。 【0036】 (1) 基板の裏面の外周辺だけでなくその裏面の他の部分も使用して基板を下部電
極に固定できるため、伝熱ガスである処理ガスのガス圧による基板の変形を防止
でき、下部電極に固定された基板の裏面と下部電極との間の隙間量の増大を抑制
できる。従って、基板と下部電極との間の熱伝導特性の悪化を防止でき、基板を
効率的に冷却できる。 【0037】 (2) 少なくとも基板の裏面の外周辺を吸着しているので、伝熱ガスである処理ガ
スは吸着部で真空処理室内への流出を抑制させるため、処理ガスのプロセスに与
える影響は少なくなり、全てのプロセスに使用することができる。 【0038】 (3) 静電吸着によって基板と下部電極との接触面積を増加させて熱抵抗を減少さ
せる従来の技術と比較すると、本実施例では、静電吸着力の大きさは処理ガスの
圧力と真空処理室内の圧力との圧力差による基板の浮上りを防止するのに必要な
大きさで良く、処理ガスの圧力とプラズマの圧力との差圧を、基板の裏面と下部
電極との間の熱抵抗の許す範囲で小さくすることにより静電吸着力を小さくして
も基板冷却の効果が十分得られる。 【0039】 (4) 静電吸着力が小さいため、基板の下部電力からの離脱が容易となり、エッチ
ング処理が終了した基板の搬送時間を短縮できると共に、基板の損傷を防止でき
る。 【0040】 (5) 静電吸着力が小さくてよいため、基板に与えられる電位差は小さく基板内の
素子に対するダメージを小さくできる。したがって、薄いゲート膜の微細加工で
も歩留まりを悪化させる心配がない。 【0041】 (6) 基板を機械的クランプ手段によらず静電吸着力によって下部電極に固定して
いるため、基板内の素子製作面積の減少を防止できると共に、プラズマの均一性
を良好に保持でき、また、下部電極への基板の載置時並びに下部電極からの基板
の除去時に塵埃が発生する危険性がなく、更に、基板搬送を容易化でき、その結
果、装置の大型化を抑制できると共に信頼性を向上できる。 【0042】 図4は、本発明を実施したドライエッチング装置の他の例を示すもので、真空
処理室10の頂壁と上部電極40には、真空処理室10外部と放電空間30とを
連通して光路120が形成されている。光路120の真空処理室10外部側には
、透光窓121が気密に設けられている。透光窓121と対応する真空処理室1
0外部には、温度計測手段、例えば、赤外線温度計122が設けられている。赤
外線温度計122の出力はアンプ123を介してプロセス制御用コンピュータ1
24に入力され、プロセス制御用コンピュータ124により演算された指令信号
が MFC71に入力されるようになっている。なお、その他、図1と同一装置等は
、同一符号で示し説明を省略する。 【0043】 本実施例によれば、更に次のような効果が得られる。 【0044】 (1) 基板の温度を計測しながら処理ガスの供給量を調整、すなわち、GHe を供
給するMFCをプロセス制御コンピュータと結合し、あらかじめ求めた基板の温
度とGHe の供給量との間の関係からGHe の供給量を制御することにより基板
の温度を一定の温度に保持できる。このような制御は、Al−Cu−Si材のド
ライエッチングの際に特に有効であり、ホトレジストがダメージを受けない範囲
の高い温度に制御して被エッチング材の残渣を減少させることができる。 【0045】 (2) プラズマの圧力が高い場合には、エッチング速度が基板の温度上昇に伴って
増加するプロセスもあり、このような場合には、基板の温度があらかじめ設定し
た一定温度を超えた場合に、GHe を流して冷却効果を上げホトレジストのダメ
ージを防止しながらエッチング時間の短縮を図ることができる。 【0046】 以上説明した実施例では、基板の吸着に静電吸着力を用いているが、プラズマ
ガスの圧力が高いプロセスにおいては真空吸着力を用いることも可能である。ま
た、絶縁物下面に正極と負極とを交互に並べて配置し静電吸着力を基板に付与す
るようにしても良い。また、下地の材料が露出し始めてから更にオーバーエッチ
ングを行うような場合は、下地の材料が露出し始めた時点でGHe の供給を停止
し下部電極に直流電圧を逆印加するようにする。このようにすれば、エッチング
終了時点での基板に残留する静電力を更に減少させることができるため、基板搬
出時に基板を損傷させることがなく、基板搬出に要する時間を短縮することがで
きる。但し、この場合は、エッチング中の基板の温度をオーバーエッチング時の
温度上昇分だけ下げておくよう制御してやる必要がある。また、伝熱ガスとして
GHeの他に水素ガス,ネオンガス等の熱伝導性の良いガスを用いても良い。 【0047】 なお、本発明は、その他の冷却される基板台に配置保持されて真空処理される
試料の温度を制御するのに同様の効果を有する。 【0048】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれば、静電吸着によって試料と下部電極との
接触面積を増加させて熱抵抗を減少させる従来の技術と比較すると、静電吸着力
を小さくしても試料冷却の効果が十分得られる。静電吸着力が小さいため、試料
の下部電力からの離脱が容易となり、エッチング処理が終了した試料の搬送時間
を短縮できると共に、試料の損傷を防止できる。また、静電吸着力が小さくてよ
いため、試料に与えられる電位差は小さく試料内の素子に対するダメージを小さ
くできる。したがって、薄いゲート膜の微細加工でも歩留まりを悪化させる心配
がない。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for holding a sample in a vacuum processing apparatus, and more particularly to a method for holding and holding a substrate by electrostatic attraction. . 2. Description of the Related Art Vacuum processing of a sample, for example, an apparatus for processing using plasma (hereinafter abbreviated as plasma processing), for example, one of important applications of a dry etching apparatus is a semiconductor integrated circuit. There is formation of a fine pattern in the manufacture of a micro solid device. This fine pattern is usually formed by dry etching using a pattern drawn by exposing and developing a polymer material called a resist applied on a semiconductor substrate (hereinafter abbreviated to “substrate”) as a mask as a mask. It is performed by transferring to. [0003] At the time of such dry etching of the substrate, the mask and the substrate are heated by heat of chemical reaction with the plasma or impact incident energy such as ions or electrons in the plasma. Therefore, when sufficient heat radiation cannot be obtained, that is, when the temperature of the substrate is not properly controlled, the mask is deformed or deteriorated, and a correct pattern cannot be formed.
A disadvantage arises in that it is difficult to remove the mask from the substrate after the dry etching. In order to eliminate these inconveniences, the following techniques have been conventionally used and proposed. Hereinafter, these conventional techniques will be described. As a first example of the prior art, for example, as shown in Japanese Patent Publication No. 56-53853, a sample table to which an output of a high-frequency power supply is applied is cooled with water, and a work piece is formed on the sample table. A substance is placed via a dielectric film, and a DC voltage is applied to the sample stage to apply a potential difference to the dielectric film via plasma. In some cases, the thermal resistance between the workpiece and the sample stage is reduced to effectively cool the workpiece. As a second example of the prior art, for example, as disclosed in JP-A-57-145321, a gas gas is blown from the back surface of a wafer and the wafer is directly cooled by the gas gas. is there. As a third example of the prior art, for example, EJ Egerton et al., Solid State Te
25, No. 8, pp. 84-87 (1982-8), an electrode which is a water-cooled sample stage and an outer periphery which is mounted on the electrode and which is mechanically clamped. GHe with a pressure of about 6 Torr between the substrate and the substrate pressed and fixed
To reduce the thermal resistance between the electrode and the substrate, thereby effectively cooling the substrate. [0007] However, these prior arts are not sufficiently considered in terms of effective cooling of a sample and influence of a gas flowing on the back surface of a substrate on a process. However, there were the following problems. In the first prior art, even if the above-described operation is performed, the contact portion between the material to be processed and the sample stage is still small, and there is a slight gap when viewed microscopically. . Also,
A process gas enters this gap, and this gas becomes a thermal resistance. In a general dry etching apparatus, a material to be processed is usually etched by a process gas pressure of about 0.1 Torr, and a gap between the material to be processed and the dielectric film becomes smaller than an average free path length of the process gas. Therefore, the decrease in the gap due to the electrostatic attraction force
There is almost no change in terms of thermal resistance, and the effect is increased by the increase in the contact area. Therefore, a large electrostatic attraction force is required to reduce the thermal resistance between the material to be processed and the sample stage and to cool the material to be processed more effectively. For this reason, such a technique has the following problems. (1) Since the material to be processed is less likely to be detached from the sample table, it takes time to transport the material to be processed after the etching process is completed, or the material to be processed is damaged. (2) In order to generate a large electrostatic attraction force, it is necessary to apply a large potential difference between the dielectric film and the material to be processed. That is, since the damage to the elements in the substrate is increased, the yield is deteriorated. In the fine processing of a thin gate film, which is demanded as the integration degree of the integrated circuit is increased, the yield is further deteriorated. In the second prior art, the cooling efficiency of the wafer can be improved by using a gas gas having excellent heat conductivity such as helium gas (hereinafter, abbreviated as GHe). However, such a technique has the following problems. (1) Since a large amount of gaseous gas flows into the etching chamber instead of staying on the cooling surface side of the wafer, even an inert gas such as GHe has a large effect on the process. Can not. In the third prior art, even if the outer periphery of the substrate is fixed by a clamp, the GHe
Inevitably flows into the vacuum processing chamber, and therefore has the same problems as the above-mentioned problems in the second prior art, and further has the following problems. (1) Since the outer periphery of the substrate is pressed by the mechanical clamping means to fix the substrate to the electrode, the substrate is deformed to a convex shape at a middle height in the peripheral support state by the gas pressure of the flowing GHe. For this reason, the gap amount between the back surface of the substrate and the electrode increases, and accordingly, the heat conduction characteristics between the substrate and the electrode deteriorate. Therefore, the cooling of the substrate cannot be performed sufficiently effectively. (2) Since the electrodes are provided with mechanical clamping means for pressing and fixing the outer periphery of the substrate, the area for manufacturing elements in the substrate is reduced, and the uniformity of plasma is hindered. During the operation of the mechanical clamping means, there is a risk that reaction products adhered to the mechanical clamping means fall off the mechanical clamping means and generate dust,
Substrate transport becomes extremely complicated, resulting in an increase in the size of the apparatus and a decrease in reliability. An object of the present invention is to provide a sample holding method for holding and holding a substrate without requiring a large electrostatic holding force, as a sample holding method of a vacuum processing apparatus using an electrostatic holding force. is there. Means for Solving the Problems Supplying a heat transfer gas to a gap between the back surface of the sample held by suction and the sample table,
While reducing the pressure difference between the processing gas pressure in the vacuum processing chamber and the heat transfer gas pressure on the back surface of the sample as long as the thermal resistance between the sample and the sample stage is sufficiently reduced,
It is characterized in that the electrostatic attraction force is reduced within a range where the floating of the sample is prevented. According to a feature of the present invention, the area of the adsorption portion electrostatically adsorbed to the insulating film on the back surface of the sample is determined by the difference between the gas pressure of the heat transfer gas and the pressure of the vacuum processing chamber. In order to prevent the air from rising, the pressure is selected based on the required electrostatic attraction force determined by the pressure difference between the gas pressure of the heat transfer gas and the pressure of the vacuum processing chamber. The area of the portion where the sample is adsorbed on the sample table by the electrostatic attraction force is preferably at least 1/5 of the area of the back surface of the sample. A large electrostatic attraction is achieved by reducing the pressure difference between the processing gas pressure in the vacuum processing chamber and the heat transfer gas pressure on the back surface of the sample within the range allowed by the thermal resistance between the sample and the sample stage. It is possible to suppress an increase in the amount of gap between the back surface of the sample and the sample table without requiring force. For example, when the pressure of the heat transfer gas is 1 Torr and the pressure of the vacuum processing chamber 10 is 0.1 Torr, the required electrostatic attraction force for preventing the sample from floating from the lower electrode 20 is about 1.3 g / cm @ 2. Therefore, the area of the adsorption section is selected to be about 1/5 of the area of the back surface of the sample. According to the present invention, the effect of cooling the sample can be reduced even if the electrostatic attraction force is reduced, as compared with the conventional technology in which the contact area between the sample and the lower electrode is increased by electrostatic adsorption to reduce the thermal resistance. Is sufficiently obtained. Since the electrostatic attraction force is small, it is easy to separate the sample from the lower power, and it is possible to shorten the transport time of the sample after the etching process,
Sample damage can be prevented. Further, since the electrostatic attraction force may be small, the potential difference applied to the sample is small, and damage to elements in the sample can be reduced. Therefore, there is no fear that the yield is deteriorated even in the fine processing of the thin gate film. Examples of apparatuses for performing vacuum processing of a sample, for example, plasma processing, include a dry etching apparatus, a plasma CVD apparatus, and a sputtering apparatus. In this embodiment, a dry etching apparatus is taken as an example. Will be described. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a dry etching apparatus. On the bottom wall of the vacuum processing chamber 10 in this case, a lower electrode 20 serving as a sample stage is electrically insulated and provided airtight through an insulator 11. An upper electrode 40 is provided in the vacuum processing chamber 10 so as to have a discharge space 30 and face the lower electrode 20 in the vertical direction. In this case, an insulator 60 is buried in the surface of the lower electrode 20 corresponding to the back surface of the substrate 50 corresponding to the periphery of the back surface of the substrate 50. The lower electrode 20 inside the insulator 60 has a groove 21 that forms a heat transfer gas supply path.
The groove 21 communicates with the discharge space 30 when the substrate 50 is not placed. In addition, a groove (not shown) for gas dispersion connected to the groove 21 is formed in the insulator 60. The lower electrode 20 has a gas supply passage 23a and a gas discharge passage 23b formed in communication with the groove 21. In the lower electrode 20, a coolant channel 22 is formed. The lower electrode 20 communicates with the refrigerant flow path 22 and has a refrigerant supply path 24 a and a refrigerant discharge path 2.
4b are formed. The gas supply path 23a is connected to a conduit 70a connected to a gas source (not shown), and the gas discharge path 23b is connected to one end of the conduit 70b. The conduit 70a is provided with a mass flow controller (hereinafter abbreviated as MFC) 71, and the conduit 70b
Is provided with an adjustment valve 72. The other end of the conduit 70b is connected to the exhaust conduit 12 connecting the vacuum processing chamber 10 and the vacuum pump 80. A conduit 90a connected to a refrigerant source (not shown) is connected to the refrigerant supply path 24a, and a refrigerant discharge pipe 90b is connected to the refrigerant discharge path 24b. The lower electrode 20 is connected to a high-frequency power supply 101 via a matching box 100 and a DC power supply 103 via a high-frequency cutoff circuit 102. The vacuum processing chamber 10, the high-frequency power supply 101, and the DC power supply 103 are each grounded. The upper electrode 40 has a processing gas discharge hole (not shown) that opens into the discharge space 30.
And a processing gas flow path (not shown) communicating with the processing gas discharge hole.
In the processing gas flow path, a conduit (not shown) connected to a processing gas supply device (not shown)
Are connected. Next, an example of a detailed structure of the lower electrode 20 of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. In FIG. 2 and FIG. 3, the gas supply path 23a shown in FIG. 1 is formed by a conduit 25a in this case, and the conduit 25a in this case is centered on the substrate mounting position center of the lower electrode 20 as an axis. It is provided movably up and down. Outside the conduit 25a, the conduit 25b is provided by forming the gas discharge passage 23b shown in FIG. Outside the conduit 25b, FIG.
The conduit 25c is provided by forming the refrigerant supply path 24a shown in FIG. Conduit 25c
A conduit 25d is formed outside the refrigeration line, forming the refrigerant discharge passage 24b shown in FIG. The upper end of the conduit 25b is connected to the upper electrode plate 26, and the upper end of the conduit 25d is connected to the upper electrode plate receiver 27 below the upper electrode plate 26. An empty space 28 is formed at the upper end of the conduit 25b by the upper electrode plate 26, the upper electrode plate receiver 27, and the conduit 25b. A dividing plate 29 is formed in the vacant space 28 so as to form the refrigerant passage 22, and the upper end of the conduit 25 c is connected to the dividing plate 29. In this case, on the surface of the electrode upper plate 26 on which the substrate (not shown) is placed, in this case, a radial heat transfer gas dispersion groove 21a and a circumferential heat transfer gas dispersion groove 21b are provided. A plurality of sections are formed. The grooves 21a and 21b for dispersing the heat transfer gas are connected to the conduits 25a and 25b. An insulator 60 is provided on the surface of the electrode upper plate 26 on which the substrate is mounted. In this case, the insulating film is coated. In FIGS. 2 and 3, reference numeral 110 denotes an electrode cover for protecting the surface of the electrode upper plate 26 where the substrate is not placed, and reference numeral 111 denotes a portion for protecting the lower electrode 20 other than the surface of the electrode upper plate 26. The insulating cover 112 is a shield plate. Further, at the upper end of the conduit 25a, pins 113 for supporting the substrate from the back side when the substrate is mounted on the electrode upper plate 26 and when the substrate is detached from the electrode upper plate 26, in this case, three pins at 120 ° intervals. This is installed. Further, the depth of the grooves 21 a and 21 b is determined by adjusting the depth of the grooves 21 a and 21 b
If the gap between the bottom surface of the heat transfer gas (hereinafter abbreviated as groove space) becomes longer than the average free path length of the heat transfer gas, the heat transfer effect of the heat transfer gas is reduced. It is preferable to select the depth of the grooves 21a and 21b so as to be equal to or less than the average free path length of the heat transfer gas. The area of a portion of the back surface of the substrate that is electrostatically attracted to the insulating film (hereinafter, abbreviated as an attracting portion) is determined by the pressure difference between the gas pressure of the heat transfer gas and the pressure of the vacuum processing chamber 10. Lower electrode 2
In order to prevent the floating from zero, the selection is made based on the required electrostatic attraction force determined by the differential pressure between the gas pressure of the heat transfer gas and the pressure of the vacuum processing chamber 10. For example, when the pressure of the heat transfer gas is 1 Torr and the pressure of the vacuum processing chamber 10 is 0.1 Torr, the required electrostatic attraction force for preventing the substrate from floating from the lower electrode 20 is about 1.3 g / cm @ 2. Therefore, the area of the suction portion is selected to be about 1/5 of the rear surface area of the substrate. In the dry etching apparatus of FIGS. 1 to 3 configured as described above,
After being transported into the vacuum processing chamber 10 by a known transport device (not shown), it is placed on the lower electrode 20 with its outer peripheral portion corresponding to the insulator 60. Lower electrode 2
After the mounting of the substrate 50 on the gas flow path, the processing gas supplied from the processing gas supply device to the gas flow path via the conduit is discharged into the discharge space 30 from the gas discharge hole of the upper electrode 40 after flowing through the gas flow path. Is done. After adjusting the pressure in the vacuum processing chamber 10, high-frequency power is applied to the lower electrode 20 from the high-frequency power supply 101, and a glow discharge occurs between the lower electrode 20 and the upper electrode 40. The processing gas in the discharge space 30 is turned into plasma by the glow discharge, and the etching of the substrate 50 is started by the plasma.
At the same time, a DC voltage is applied to the lower electrode 20 from the DC power supply 103. When the etching process of the substrate 50 by the plasma is started, the lower electrode 20 is formed by the self-bias voltage generated by the plasma processing process and the DC power supply 103.
The substrate 50 is electrostatically attracted to the lower electrode 20 and fixed by the DC voltage applied to the substrate 50. Thereafter, a heat transfer gas, for example, a processing gas is supplied to the grooves 21a and 21b from the gas source via the MFC 71 and the gas supply path 23a in order. At this time, the processing gas is supplied in a controlled amount by operating the MFC 71 and the adjustment valve 72, and in some cases, the processing gas can be used in a space on the back surface of the substrate. Thereby, the thermal resistance between the lower electrode 20 and the substrate 50, which are cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 22, for example, water or low-temperature liquefied gas, is reduced, and the substrate 50 is effectively cooled. Thereafter, as the etching is approached, the supply of the processing gas to the grooves 21a and 21b is stopped. With the completion of the etching, the supply of the processing gas to the discharge space 30, the DC voltage to the lower electrode 20, and the high frequency The application of power is stopped. Thereafter, the electrostatic attraction force generated on the substrate 50 is subsequently released. In this case, the static electricity is removed by the contact of the electrically grounded pins 113 with the substrate 50, and the operation of the pins 113 causes the substrate 50 to be removed. It is removed from the lower electrode 20. afterwards,
The substrate 50 is carried out of the vacuum processing chamber 10 by a known transfer device. The static electricity can also be removed by stopping the application of the DC voltage and then stopping the application of the high-frequency power. As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained. (1) Since the substrate can be fixed to the lower electrode using not only the outer periphery of the back surface of the substrate but also other portions of the back surface, deformation of the substrate due to the gas pressure of the processing gas as a heat transfer gas is prevented. Thus, it is possible to suppress an increase in the amount of gap between the lower electrode and the back surface of the substrate fixed to the lower electrode. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the heat conduction characteristic between the substrate and the lower electrode, and it is possible to efficiently cool the substrate. (2) Since at least the outer periphery of the back surface of the substrate is adsorbed, the processing gas, which is a heat transfer gas, is suppressed from flowing into the vacuum processing chamber at the adsorption section. Less and can be used for all processes. (3) Compared with the conventional technology in which the contact area between the substrate and the lower electrode is increased by electrostatic adsorption to reduce the thermal resistance, in this embodiment, the magnitude of the electrostatic adsorption force is larger than that of the processing gas. The pressure may be large enough to prevent the substrate from rising due to the pressure difference between the pressure and the pressure in the vacuum processing chamber.The pressure difference between the processing gas pressure and the plasma pressure is determined by the difference between the back surface of the substrate and the lower electrode. Even if the electrostatic attraction force is reduced, the effect of cooling the substrate can be sufficiently obtained by reducing the thermal resistance within the range permitted by the thermal resistance. (4) Since the electrostatic attraction force is small, it is easy to separate the substrate from the lower power, and it is possible to shorten the transport time of the substrate after the etching process and prevent the substrate from being damaged. (5) Since the electrostatic attraction force may be small, the potential difference applied to the substrate is small, and damage to elements in the substrate can be reduced. Therefore, there is no fear that the yield is deteriorated even in the fine processing of the thin gate film. (6) Since the substrate is fixed to the lower electrode by an electrostatic attraction force without using a mechanical clamping means, it is possible to prevent a reduction in an element manufacturing area in the substrate and to maintain good plasma uniformity. Also, there is no danger of generating dust when the substrate is placed on the lower electrode and when the substrate is removed from the lower electrode, and further, the substrate can be easily transported, and as a result, the size of the apparatus can be suppressed. In addition, reliability can be improved. FIG. 4 shows another example of the dry etching apparatus embodying the present invention. The outside of the vacuum processing chamber 10 and the discharge space 30 are connected to the top wall of the vacuum processing chamber 10 and the upper electrode 40. Thus, an optical path 120 is formed. A light-transmitting window 121 is provided hermetically outside the optical path 120 outside the vacuum processing chamber 10. Vacuum processing chamber 1 corresponding to translucent window 121
A thermometer 122, for example, an infrared thermometer 122, is provided outside the apparatus. The output of the infrared thermometer 122 is sent to the process control computer 1 via the amplifier 123.
A command signal input to the MFC 71 and calculated by the process control computer 124 is input to the MFC 71. In addition, the same devices and the like as those in FIG. According to this embodiment, the following effects can be further obtained. (1) The supply amount of the processing gas is adjusted while measuring the temperature of the substrate, that is, the MFC that supplies GHe is connected to the process control computer, and the MFC that supplies GHe between the substrate temperature and the supply amount of GHe obtained in advance. By controlling the supply amount of GHe from the relationship, the substrate temperature can be maintained at a constant temperature. Such control is particularly effective at the time of dry etching of the Al-Cu-Si material, and the residue of the material to be etched can be reduced by controlling the temperature to a high temperature within a range where the photoresist is not damaged. (2) When the plasma pressure is high, there is also a process in which the etching rate increases as the temperature of the substrate increases. In such a case, the temperature of the substrate exceeds a predetermined temperature. In this case, it is possible to reduce the etching time while flowing GHe to increase the cooling effect and prevent the photoresist from being damaged. In the embodiment described above, the electrostatic attraction force is used for the substrate attraction, but it is also possible to use the vacuum attraction force in a process in which the plasma gas pressure is high. Alternatively, the positive electrode and the negative electrode may be alternately arranged on the lower surface of the insulator to apply electrostatic attraction to the substrate. Further, in the case where overetching is further performed after the base material starts to be exposed, the supply of GHe is stopped at the time when the base material starts to be exposed, and a DC voltage is reversely applied to the lower electrode. With this configuration, the electrostatic force remaining on the substrate at the end of the etching can be further reduced, so that the substrate is not damaged at the time of unloading the substrate, and the time required for unloading the substrate can be shortened. However, in this case, it is necessary to control so that the temperature of the substrate during etching is reduced by the temperature rise during over-etching. Further, a gas having good heat conductivity such as hydrogen gas or neon gas may be used as the heat transfer gas in addition to GHe. The present invention has a similar effect in controlling the temperature of a sample that is placed and held on another substrate substrate to be cooled and subjected to vacuum processing. As described above, according to the present invention, compared with the prior art in which the contact area between the sample and the lower electrode is increased by electrostatic adsorption to reduce the thermal resistance, Even if the adsorption force is reduced, the effect of cooling the sample can be sufficiently obtained. Since the electrostatic attraction force is small, the sample can be easily detached from the lower power, and the transport time of the sample after the etching process can be shortened, and the sample can be prevented from being damaged. Further, since the electrostatic attraction force may be small, the potential difference applied to the sample is small, and damage to elements in the sample can be reduced. Therefore, there is no fear that the yield is deteriorated even in the fine processing of the thin gate film.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明を実施したドライエッチング装置の一例を示す構成図。 【図2】 図1の下部電極の詳細平面図。 【図3】 図2のA−A視断面図。 【図4】 本発明を実施したドライエッチング装置の他の例を示す構成図。 【符号の説明】 10…真空処理室、20…下部電極、21,21a,21b…溝、22…冷媒
流路、23a…ガス供給路、24a…冷媒供給路、50…基板。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a dry etching apparatus embodying the present invention. FIG. 2 is a detailed plan view of a lower electrode of FIG. 1; FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2; FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of the dry etching apparatus embodying the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vacuum processing chamber, 20 ... Lower electrode, 21, 21a, 21b ... Groove, 22 ... Refrigerant channel, 23a ... Gas supply path, 24a ... Refrigerant supply path, 50 ... Substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 保持し、該吸着保持した前記試料の裏面と前記試料台との間の隙間に伝熱ガスを
供給し、前記真空処理室内の処理ガス圧と前記試料裏面の前記伝熱ガス圧との差
圧を前記試料と前記試料台との間の熱抵抗が十分に減少する範囲で小さくすると
ともに、前記静電吸着力を前記試料の浮上りが防止される範囲で小さくすること
[Claims] The heat transfer gas is supplied to the gap between the back surface of the sample held and adsorbed and held and the sample stage, and the pressure difference between the processing gas pressure in the vacuum processing chamber and the heat transfer gas pressure on the back surface of the sample is supplied. Is reduced in a range where the thermal resistance between the sample and the sample stage is sufficiently reduced, and the electrostatic attraction force is reduced in a range where the floating of the sample is prevented.

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