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JP6219178B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

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JP6219178B2
JP6219178B2 JP2014008093A JP2014008093A JP6219178B2 JP 6219178 B2 JP6219178 B2 JP 6219178B2 JP 2014008093 A JP2014008093 A JP 2014008093A JP 2014008093 A JP2014008093 A JP 2014008093A JP 6219178 B2 JP6219178 B2 JP 6219178B2
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Description

本発明は、プラズマエッチング装置等の加工装置に装備され半導体ウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブル機構、更に詳しくは静電気による吸着力を利用して被加工物を吸着保持する静電チャックテーブル機構に関する。
半導体デバイス製造工程においては、半導体ウエーハは個々のデバイスに分割される前にその裏面を研削装置によって研削して所定の厚さに形成されている。ウエーハの裏面を研削すると、ウエーハの裏面に研削歪が残存し、分割されたデバイスの抗折強度が低下するという問題がある。このような問題を解消するために、ウエーハの裏面にプラズマエッチング処理を施すことによって、ウエーハの裏面に生成された研削歪を除去し、デバイスの抗折強度を向上させるプラズマエッチング装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
上述したプラズマエッチング装置は、プラズマ処理室を真空状態にしてプラズマエッチング処理を実施することから、被加工物を保持するチャックテーブルが被加工物を真空吸引保持する方式であると、被加工物をチャックテーブル上に確実に吸引保持することが困難である。従って、プラズマエッチング装置のチャックテーブルは、一般に静電気による吸着力を利用して被加工物を吸着保持する静電チャックテーブルが用いられている(特許文献2参照)。
静電チャックテーブルには、プラズマの熱が被加工物に入斜することにより被加工物の温度が表面膜(レジスト等)の耐熱温度以上に上昇することを防ぐため、また、温度分布を均一にする等の目的で、静電チャックテーブルと被加工物の間に冷却媒体ガスを供給するための溝を静電チャックテーブルの保持面に形成している(特許文献3参照)。
特開2006−73592号公報 特開2007−311462号公報 特開2000−332091号公報
被加工物は処理されない面に保護テープあるいは剛性基板が貼着されて搬送される。保護テープが貼着された場合には、保護テープが保持面に密着して被加工物を冷却することは可能であるが、剛性基板が貼着された場合には、保持面の微細な凹凸により剛性基板と保持面とが点接触となり冷却効率が低下してしまう。
本発明の目的は、保護テープ、剛性基板のどちらの貼着方法であっても効率よく冷却可能なプラズマエッチング装置を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のプラズマエッチング装置は、プラズマ処理室を備えたハウジングと、該ハウジングの該プラズマ処理室内に配設された保持面に被加工物を静電吸着により保持するチャックテーブルを備える静電チャックテーブル機構と、該チャックテーブルに保持された被加工物にプラズマ発生用の処理ガスを噴射する処理ガス噴射手段と、該プラズマ処理室内を減圧する減圧手段と、を備えるプラズマエッチング装置であって、該静電チャックテーブル機構は、被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの内部に配設され電圧が印加されることにより電荷が発生する電極と、該電極に電圧を印加する電圧印加手段と、該チャックテーブルを表面に配設し内部に該チャックテーブルを冷却する冷却手段を備えたテーブル基台と、を備え、該チャックテーブルの該保持面には、全面に渡って正六角形が平面充填したハニカム形状で連通して形成された溝と、ハニカム形状の正六角形の該保持面に突出して形成された複数の凸部とを備え、該溝には噴射孔が複数形成され、該噴射孔に連通し該溝内に冷却媒体ガスを供給する冷却媒体ガス供給源を備え、各該凸部の該保持面から突出している高さは、被加工物の表面に貼着される保護テープが複数の該凸部に当接して載置された際に、該保護テープの裏面が該保持面に当接する高さに形成され、被加工物の該保持面に当接する面に該保護テープが貼着された際には、該保護テープが複数の該凸部及び該保持面に当接して載置され、該保護テープの裏面と該チャックテーブルの該保持面とが当接し該冷却手段への熱伝導により且つ該溝から供給された冷却媒体ガスによる熱伝達により該保護テープ全体が冷却され、被加工物の該保持面に当接する面に剛性基板が貼着された際には、該剛性基板が複数の該凸部に当接して載置され、該剛性基板の裏面と該チャックテーブルの保持面とは僅かな隙間が生じ、該溝から供給された冷却媒体ガスが該隙間に行き渡り熱伝達により該剛性基板全体が冷却されることを特徴とする。
本発明は、被加工物を保持する保持面に複数の溝と複数の凸部とを形成したので、剛性基板に貼着された被加工物の場合には、凸部により保持面と被加工物との間に隙間が形成され隙間に冷却媒体ガスが供給されることで剛性基板が冷却される。保護テープに貼着された被加工物の場合には、保護テープが保持面に密着するので、保護テープが複数の溝による熱伝達と保護テープが直接保持面に当接することによる熱伝導により冷却される。したがって、本発明のプラズマエッチング装置は、どちらの貼着方法であっても効率良く冷却することが可能である。
図1は、実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成例を示す図である。 図2は、実施形態に係るプラズマエッチング装置の静電チャックテーブル機構を一部断面で示す斜視図である。 図3は、実施形態に係るプラズマエッチング装置の静電チャックテーブル機構のチャックテーブルの平面図である。 図4は、図3中のIV部を拡大して示す平面図である。 図5は、図3に示されたチャックテーブルが剛性基板に貼着された被加工物を保持する状態を示す断面図である。 図6は、図3に示されたチャックテーブルが保護テープに貼着された被加工物を保持する状態を示す断面図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
実施形態に係るプラズマエッチング装置を、図1から図6に基づいて説明する。図1は、実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成例を示す図である。図2は、実施形態に係るプラズマエッチング装置の静電チャックテーブル機構を一部断面で示す斜視図である。図3は、実施形態に係るプラズマエッチング装置の静電チャックテーブル機構のチャックテーブルの平面図である。図4は、図3中のIV部を拡大して示す平面図である。図5は、図3に示されたチャックテーブルが剛性基板に貼着された被加工物を保持する状態を示す断面図である。図6は、図3に示されたチャックテーブルが保護テープに貼着された被加工物を保持する状態を示す断面図である。
実施形態に係るプラズマエッチング装置1は、被加工物Wの処理面にプラズマエッチング処理を施すものである。なお、本実施形態に係るプラズマエッチング装置1によりプラズマエッチング処理が施される被加工物Wは、例えば、シリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハを用いることができる。被加工物Wは、表面Wa(図5及び図6に示す)に格子状に形成された分割予定ラインで区画された各領域にデバイスが形成され、デバイスに分割される前に処理面としての裏面Wb(図5及び図6に示す)が研削装置によって研削されて、裏面Wbに研削歪が残存していることがある。被加工物Wは、プラズマエッチング装置1により裏面Wbにプラズマエッチング処理が施されて、裏面Wbに残存した研削歪が除去される。被加工物Wは、プラズマエッチング装置1に搬送される際に、表面Waに剛性の高く変形することのないガラス板などで構成された剛性基板S(図5に示す)が貼着されたり、変形しやすい合成樹脂などで構成された保護テープT(図6に示す)が貼着される。
プラズマエッチング装置1は、図1に示すように、プラズマ処理室11を備えたハウジング10と、プラズマ処理室11内に配設されかつ被加工物Wを静電吸着により保持するチャックテーブル22を備える静電チャックテーブル機構20と、被加工物Wにプラズマ発生用の処理ガスを噴射する処理ガス噴射手段50と、プラズマ処理室11内を減圧する減圧手段60と、制御手段100を備える。
ハウジング10は、上側の開口が閉塞された円筒形状をなしており、内側にプラズマ処理室11を形成する。ハウジング10は、その側面に被加工物W搬出入用の開口12が設けられている。ハウジング10には、エアシリンダーなどにより開口12を開閉するゲート13が上下方向に移動可能に取り付けられている。プラズマ処理室11は、ゲート13により開口12が閉塞されると密閉される。
処理ガス噴射手段50は、ハウジング10の下側の開口を閉塞して、チャックテーブル22に保持された被加工物Wに第1ガス供給源51及び第2ガス供給源52から供給される処理ガスを噴射するものである。処理ガス噴射手段50が噴射する処理ガスとして、CF、SF等のフッ素系ガスと酸素を主体とするガスが用いられる。処理ガス噴射手段50は、下部電極としても作用する。処理ガス噴射手段50は、ハウジング10の下側の開口を閉塞しかつ処理ガスを噴射する噴射口(図示せず)が設けられた収容容器53と、収容容器53内に収容されたIPCアンテナ54を収容している。IPCアンテナ54の端子54a,54bは、高周波電源56に接続されている。収容容器53は、アルミニウム合金等の金属で構成され、内部にポーラスセラミックス等の中空体55が充填されている。また、収容容器53には、収容容器53内を真空排気するターボポンプ57及びドライポンプ63が接続された排出口53bが形成されている。
減圧手段60は、ハウジング10の上端部に形成された二つの排気口61と、排気口61に接続してプラズマ処理室11内を真空排気するターボポンプ62及びドライポンプ63と、ターボポンプ62とドライポンプ63との間に設けられたバッファータンク64を備えている。
静電チャックテーブル機構20は、ハウジング10の上部で、かつ、プラズマ処理室11内に配設されている。静電チャックテーブル機構20は、図2に示すように、被加工物Wを保持する保持面21を備えたチャックテーブル22と、チャックテーブル22の内部に配設され電圧が印加されることにより電荷が発生する電極23と、電極23に電圧を印加する電源24(電圧印加手段に相当)と、テーブル基台25とを備えている。
テーブル基台25は、上部電極としても作用する。テーブル基台25は、導電性の金属で構成され、高周波電源26(図1に示す)に接続されている。テーブル基台25は、図5及び図6に示すように、チャックテーブル22を表面25aに配設しており、内部にチャックテーブル22を冷却する冷却手段27を備えている。冷却手段27は、テーブル基台25の内部に形成された空間である冷却室28と、テーブル基台25に形成されかつ流量調整バルブ29(図1に示す)を介して液体源30(図1に示す)に接続された液体導入口(図示せず)と、テーブル基台25に形成されかつ気液分離タンク31(図1に示す)等を介して水ポンプ32(図1に示す)に接続された気体排出口(図示せず)とを備えている。冷却手段27は、液体源30から冷却室28に液体(例えば、純水)が供給され、水ポンプ32により冷却室28内が減圧され、この減圧により冷却室28内の液体の核沸騰によってテーブル基台25の表面25aに配設されたチャックテーブル22を冷却する。なお、図5及び図6は、図1に示された静電チャックテーブル機構20を反転して記載している。
チャックテーブル22は、テーブル基台25の表面25aに配設される。なお、チャックテーブル22は、テーブル基台25の表面25aに配設されて、テーブル基台25の下方に位置し、保持面21が処理ガス噴射手段50に対向する。
チャックテーブル22は、被加工物Wが保持面21上に載置されて、剛性基板S又は保護テープTを介して被加工物Wを保持するものである。チャックテーブル10は、誘電体セラミックスから形成された円盤形状であり、電源24から電極23に高圧の直流電圧が印加されることで、保持面21に分極による電荷(静電気)が発生し、そのクーロン力により被加工物Wを保持面21に静電吸着することで保持する。
チャックテーブル22の保持面21には、図3及び図4に示すように、全面に渡って正六角形が平面充填したハニカム形状で連通して形成された溝40と、ハニカム形状の正六角形の保持面21に突出して形成された複数の凸部41(図4に示す)とを備えている。溝40は、保持面21から凹に形成されている。溝40は、図4に示すように、平面視において、内側に囲む保持面21(以下、符号21aで示す)が正六角形となるようにハニカム形状に形成されており、隣り合う正六角形の保持面21a間に一本のみ設けられている。なお、本実施形態では、溝40は、内側に囲む正六角形の保持面21aの一辺の長さLが2.89mmとなるようにハニカム形状に形成され、溝40の幅Hが0.5mmに形成されている。また、溝40の保持面21aからの深さD(図5及び図6に示す)は、5〜10μmに形成されている。このように、チャックテーブル22には、多数の正六角形の保持面21aを備えている。なお、本発明では、溝40が内側に囲む保持面21aが正六角形に限らずに種々の図形(円、多角形)となるように、溝40がハニカム形状に形成されてもよい。
凸部41は、円柱状に形成され、正六角形の保持面21aから凸に形成されている。凸部41は、保持面21aに剛性基板Sが載置(貼着)された際には、図5に示すように、正六角形の保持面21aと剛性基板Sとの間に隙間Cを形成する。また、凸部41の正六角形の保持面21aから突出している高さK(図5及び図6に示す)は、被加工物Wの表面Waに貼着される保護テープTが、図6に示すように、複数の凸部41に当接して載置された際に、保護テープTの裏面が保持面21aに当接する高さに形成されている。本実施形態では、凸部41の保持面21aからの高さKは、5〜10μmで、かつ、溝40の底からの凸部41までの高低差は、10〜15μmに形成されている。ヘリウム分子の平均自由工程が10μmであるからである。
凸部41は、本発明では、すべての正六角形の保持面21aから凸に形成されてもよく、すべての正六角形の保持面21aから凸に形成されていなくてもよい。要するに、凸部41は、剛性基板Sと保持面21aとの間に隙間Cを形成することができれば、なるべく少ないのが望ましい。なお、本実施形態では、図4中の上下に一つおきの正六角形の保持面21aに形成されている。また、本実施形態では、凸部41は、直径が0.5mmで、かつ正六角形の保持面21aの中央に形成されている。本発明では、凸部41は、正六角形の保持面21aの任意の位置に形成されればよい。
また、溝40には、図5及び図6に示すように、チャックテーブル22を貫通した噴射孔42が複数設けられている(なお、図5及び図6には、噴射孔42を一つのみ示し、他を省略している)。噴射孔42は、テーブル基台25に設けられた連通配管部43と連通している。プラズマエッチング装置1は、連通配管部43を介して少なくとも一つの噴射孔42に連通し、溝40内に冷却媒体ガスを供給する冷却媒体ガス供給源44を備えている。冷却媒体ガス供給源44から噴射孔42に供給された冷却媒体ガスは、噴射孔42から溝40内に供給されて、剛性基板S又は保護テープTを冷却した後、ハウジング10内のプラズマ処理室11内に拡散し、被加工物W交換時にゲート13が開いた際に外部に排出される。なお、冷却媒体ガスとして、ヘリウムガス等の希ガスを用いることができる。
制御手段100は、プラズマエッチング装置1を構成する上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物Wに対するプラズマエッチング処理をプラズマエッチング装置1に行わせるものである。なお、制御手段100は、例えばCPU等で構成された演算処理装置やROM、RAM等を備える図示しないマイクロプロセッサを主体として構成されており、加工動作の状態や画像などを表示する図示しない表示手段や、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない操作手段と接続されている。
次に、実施形態に係るプラズマエッチング装置1の加工動作について説明する。まず、オペレータが加工内容情報を制御手段100に登録し、オペレータから加工動作の開始指示があった場合に、プラズマエッチング装置1が加工動作を開始する。加工動作を開始すると、まず、制御手段100は、ゲート13を上下動させて、開口12を開放し、図示しない搬出手段によって被加工物Wを開口12を通してハウジング10内に搬入し、電源24を作動して電極23に電圧を印加して、チャックテーブル22で被加工物Wを静電吸着する。さらに、制御手段100は、ゲート13を上下動させて、開口12を閉塞する。
次に、制御手段100は、ターボポンプ57,62及びドライポンプ63を作動して、ハウジング10内のプラズマ処理室11及び収容容器53の内部を真空排気する。また、制御手段100は、ハウジング10内のプラズマ処理室11及び収容容器53の内部の真空排気とほぼ同時に、水ポンプ32を作動してテーブル基台25内の冷却室28内を排気して減圧し、液体源30から供給された冷却室28内の液体を核沸騰させ、テーブル基台25の表面25aに配設されたチャックテーブル22を冷却する。さらに、制御手段100は、ハウジング10内のプラズマ処理室11及び収容容器53の内部の真空排気とほぼ同時に、冷却媒体ガス供給源44から溝40内に冷却媒体ガスを供給して、チャックテーブル22及び被加工物Wを冷却する。
このとき、被加工物Wの保持面21aに当接する表面Waに保護テープTが貼着された際には、チャックテーブル22の静電吸着力により保護テープTが変形し、図6に示すように、保護テープTが凸部41及び凸部41近傍を除く保持面21aに当接して載置される。そして、チャックテーブル22の静電吸着力により保護テープTが保持面21aに設けられる微細な凹凸にある程度入り込んで、保護テープTの裏面とチャックテーブル22の保持面21aとが面で当接し、冷却手段27の温度が図6中の点線で示す矢印のように熱伝導されて、保護テープTから冷却手段27への熱伝導により保護テープT全体が冷却される。さらに、保護テープT内に凸部41が食い込んだ状態となるので、溝40から供給された冷却媒体ガスは保護テープTに噴射されて、冷却媒体ガスの温度が図6中の点線で示す矢印のように熱伝達されて、冷却媒体ガスによる熱伝達により保護テープT全体が冷却される。
また、被加工物Wの保持面21aに当接する表面Waに剛性基板Sが貼着された際には、チャックテーブル22の静電吸着力により、図5に示すように、剛性基板Sが複数の凸部41に当接して載置される。そして、剛性基板Sの裏面とチャックテーブル22の保持面21aとは僅かな隙間Cが生じる。溝40から供給された冷却媒体ガスは、図5中の実線で示す矢印のように流れて、隙間C内に行き渡り、冷却媒体ガスの温度が図5中の点線で示す矢印のように熱伝達されて、熱伝達により剛性基板S全体が冷却される。さらに、剛性基板Sが複数の凸部41に当接して載置されるので、冷却手段27の温度が図5中の点線で示す矢印のように熱伝導されて、剛性基板Sから冷却手段27への熱伝導により剛性基板S全体が冷却される。
そして、ハウジング10のプラズマ処理室11内等の圧力が所定の圧力まで減圧され、テーブル基台25の冷却室28内の液体の核沸騰によりチャックテーブル22が所定温度まで冷却されると、プラズマエッチング処理の準備が完了する。
プラズマエッチング処理の準備が完了した後、制御手段100は、高周波電源26を作動して所定周波数でかつ所定出力の電力を上部電極としてのテーブル基台25に印加する。これと同時に、制御手段100は、高周波電源56を作動して所定周波数でかつ所定出力の電力を端子54a,54bを介してIPCアンテナ54に印加する。さらに、制御手段100は、高周波電源26の作動と同時に第1ガス供給源51及び第2ガス供給源52を作動して、処理ガスの供給を開始する。第1ガス供給源51及び第2ガス供給源52から供給された処理ガスは、収容容器53の噴射口からチャックテーブル22に保持された被加工物Wに噴射される。
このとき、高周波電源56からIPCアンテナ54に電力が印加されているために、噴射される処理ガスは、IPCアンテナ54によりプラズマ化されて処理ガス噴射手段50からハウジング10内のプラズマ処理室11に噴射されて、被加工物Wの裏面Wbにプラズマエッチング処理を施す。制御手段100は、所定時間被加工物Wの裏面Wbにプラズマエッチング処理を施すと、プラズマエッチング装置1の構成要素を適宜停止し、裏面Wbにプラズマエッチング処理が施された被加工物Wを開口12を通してハウジング10外に搬出させるとともに、プラズマエッチング処理前の被加工物Wをハウジング10内に搬入して、先ほどと同様の工程でプラズマエッチング処理を施す。
以上のように、実施形態に係るプラズマエッチング装置1によれば、被加工物Wを保持する保持面21,21aに複数の溝40と複数の凸部41を形成したので、剛性基板Sに貼着された被加工物Wの場合には、凸部41により保持面21,21aとの間に隙間Cが形成され隙間Cに冷却媒体ガスが供給されることで剛性基板S全体が冷却される。また、保護テープTに貼着された被加工物Wの場合には、保護テープTが保持面21,21aに当接するので、保護テープTが複数の溝40から噴射される冷却媒体ガスによる熱伝達と、保護テープTが直接保持面21,21aに当接することによる冷却手段27の熱伝導により保護テープT全面が冷却される。したがって、プラズマエッチング装置1は、保護テープT、剛性基板Sのどちらの貼着方法であっても効率よく冷却可能となる。また、プラズマエッチング装置1は、保護テープT、剛性基板Sのどちらの貼着方法であっても効率よく冷却可能となるので、保護テープTに貼着された被加工物Wと、剛性基板Sに貼着された被加工物Wとが変更されても、チャックテーブル22などを交換する必要も生じないので、生産性が低下することを抑制できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1 プラズマエッチング装置
10 ハウジング
11 プラズマ処理室
20 静電チャックテーブル機構
21,21a 保持面
22 チャックテーブル
23 電極
24 電源(電圧印加手段)
25 テーブル基台
25a 表面
27 冷却手段
40 溝
41 凸部
50 処理ガス噴射手段
60 減圧手段
W 被加工物
K 高さ

Claims (1)

  1. プラズマ処理室を備えたハウジングと、該ハウジングの該プラズマ処理室内に配設された保持面に被加工物を静電吸着により保持するチャックテーブルを備える静電チャックテーブル機構と、該チャックテーブルに保持された被加工物にプラズマ発生用の処理ガスを噴射する処理ガス噴射手段と、該プラズマ処理室内を減圧する減圧手段と、を備えるプラズマエッチング装置であって、
    該静電チャックテーブル機構は、被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの内部に配設され電圧が印加されることにより電荷が発生する電極と、該電極に電圧を印加する電圧印加手段と、該チャックテーブルを表面に配設し内部に該チャックテーブルを冷却する冷却手段を備えたテーブル基台と、を備え、
    該チャックテーブルの該保持面には、全面に渡って正六角形が平面充填したハニカム形状で連通して形成された溝と、ハニカム形状の正六角形の該保持面に突出して形成された複数の凸部とを備え、
    該溝には噴射孔が複数形成され、該噴射孔に連通し該溝内に冷却媒体ガスを供給する冷却媒体ガス供給源を備え、
    各該凸部の該保持面から突出している高さは、被加工物の表面に貼着される保護テープが複数の該凸部に当接して載置された際に、該保護テープの裏面が該保持面に当接する高さに形成され、
    被加工物の該保持面に当接する面に該保護テープが貼着された際には、該保護テープが複数の該凸部及び該保持面に当接して載置され、該保護テープの裏面と該チャックテーブルの該保持面とが当接し該冷却手段への熱伝導により且つ該溝から供給された冷却媒体ガスによる熱伝達により該保護テープ全体が冷却され、
    被加工物の該保持面に当接する面に剛性基板が貼着された際には、該剛性基板が複数の該凸部に当接して載置され、該剛性基板の裏面と該チャックテーブルの保持面とは僅かな隙間が生じ、該溝から供給された冷却媒体ガスが該隙間に行き渡り熱伝達により該剛性基板全体が冷却されること、
    を特徴とするプラズマエッチング装置。
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