JPH02135753A - Sample holding device - Google Patents
Sample holding deviceInfo
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- JPH02135753A JPH02135753A JP63289592A JP28959288A JPH02135753A JP H02135753 A JPH02135753 A JP H02135753A JP 63289592 A JP63289592 A JP 63289592A JP 28959288 A JP28959288 A JP 28959288A JP H02135753 A JPH02135753 A JP H02135753A
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- sample
- electrode
- gas
- holding device
- sample stage
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- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
Ll上五且■盪!
本発明は試料保持装置、より詳細には静電吸着作用を利
用して試料を吸着保持する静電チャックのごとき試料保
持装置に関し、特に、半導体集積回路の製造において、
試料を高真空下において吸着保持する場合などに用いら
れる試料保持装置に関する。[Detailed Description of the Invention] Ll. The present invention relates to a sample holding device, and more particularly to a sample holding device such as an electrostatic chuck that uses electrostatic adsorption to attract and hold a sample, and in particular, in the manufacture of semiconductor integrated circuits.
The present invention relates to a sample holding device used when holding a sample by suction under high vacuum.
従迷ヱ1術
例えば、電子サイクロトロン共鳴(Electron
Cyclotron Re5onancel を利用し
て生成されるECRプラズマにより、試料の表面上に所
望の物質の薄膜を形成せしめるC V D (Chem
ical Vaper Dep。For example, electron cyclotron resonance (Electron resonance)
C V D (Chem
ical Vaper Dep.
5ition)装置、あるいは試料の表面上に微細な回
路パターンを形成せしめるドライエツチング装置などの
半導体集積回路の製造装置等においては、前記試料を、
高真空状態に維持された処理室内に保持するために、静
電吸着力を利用する静電チャ・ツク式の試料保持装置が
広く用いられている。In a semiconductor integrated circuit manufacturing apparatus such as a dry etching apparatus that forms a fine circuit pattern on the surface of a sample, the sample is
Electrostatic chuck-type sample holding devices that utilize electrostatic adsorption force are widely used to hold samples in processing chambers maintained in a high vacuum state.
従来のこの種試料保持装置は、第12図に示したような
構造となっている。すなわち、基台lOに試料台IJが
載置されており、この試料台11には冷却液を循環させ
るための流路12が形成されている。この流路12には
導入管13および導出管14が接続されており、冷却液
が導入管13から流路12を通って導出管14から排出
されるように構成されている。試料台11の上方には電
極15がシリコンゴム等の伝熱体16を介して載置され
ており、この電極15の上部に試料17が載せられるよ
うになっている。電極15は例λばセラミックなどから
構成される絶縁体18内部に電極層19が埋設された格
好で形成されており、この電極層19には基台10およ
び試料台11を貫通して電極棒20が接続されている。A conventional sample holding device of this type has a structure as shown in FIG. That is, a sample stage IJ is placed on a base 1O, and a flow path 12 for circulating a cooling liquid is formed in this sample stage 11. An inlet pipe 13 and an outlet pipe 14 are connected to the flow path 12, and the cooling liquid is configured to be discharged from the inlet pipe 13, through the flow path 12, and out of the outlet pipe 14. An electrode 15 is placed above the sample stage 11 via a heat transfer member 16 such as silicone rubber, and a sample 17 is placed on top of this electrode 15. The electrode 15 is formed with an electrode layer 19 embedded inside an insulator 18 made of, for example, ceramic. 20 are connected.
基台10および試料台】1に電極棒20を貫通させる部
分には絶縁筒21が介装されている。[Base 10 and sample stage] An insulating tube 21 is interposed in the portion of the base 1 through which the electrode rod 20 is passed.
電極15の試料台11に対する固定は、電極15の下部
外周面に形成されたフランジ部22と電極層え23の上
部内周面に形成されたフランジ部24との接合により、
電極層え23が試料台11にボルト止め(図示せず)さ
れることにより行なわれている。The electrode 15 is fixed to the sample stage 11 by joining a flange portion 22 formed on the lower outer peripheral surface of the electrode 15 and a flange portion 24 formed on the upper inner peripheral surface of the electrode layer 23.
This is done by bolting the electrode layer 23 to the sample stage 11 (not shown).
以上のごとく構成された試料保持装置において、被吸着
物たる試料17を吸着、保持させるには、電極棒20を
電源(図示せず)に接続する一方、試料17を電極15
の上部に載せ、成膜処理あるいはエツチング処理を施す
べく、試料17の表面にプラズマを照射する。このプラ
ズマ照射により、電極15は正または負に帯電する一方
、試料17はプラズマを介して接地される結果、この試
料17と電極15との間には静電力が発生し、試料17
はこの静電力により絶縁体18の表面上に吸着、保持さ
れることとなる。In the sample holding device configured as described above, in order to adsorb and hold the sample 17, which is an object to be adsorbed, the electrode rod 20 is connected to a power source (not shown), and the sample 17 is connected to the electrode 15.
The surface of the sample 17 is irradiated with plasma in order to perform a film forming process or an etching process. Due to this plasma irradiation, the electrode 15 is charged positively or negatively, while the sample 17 is grounded through the plasma. As a result, an electrostatic force is generated between the sample 17 and the electrode 15, and the sample 17 is grounded through the plasma.
is attracted and held on the surface of the insulator 18 by this electrostatic force.
このようにプラズマの照射により電極15に吸着、保持
される試料17においては、プラズマの影響により、試
料17の温度上昇は避けられないが、この温度上昇が過
度の場合には、試料17における成膜あるいはエツチン
グが阻害されることとなる。この温度上昇の制御が、将
来の超微細化LSIの製造には不可決の要素となってき
ている。In this way, the temperature of the sample 17 that is attracted and held by the electrode 15 due to plasma irradiation is unavoidably increased due to the influence of the plasma, but if this temperature increase is excessive, the growth of the sample 17 The film or etching will be inhibited. Controlling this temperature rise is becoming an essential element in the production of future ultra-fine LSIs.
そこで従来においても試料17の温度を制御すべく、導
入管13から水あるいは不凍液を流入させ、流路12内
を通って導出管14から排出させることにより、試料台
11を冷却していた。また電極15と試料台11との間
には、シリコンゴムなどからなる伝熱体16を介在させ
て、剛体どうしの接触では極わずかとなる接触伝熱面積
の増大を図っていた。Therefore, in the past, in order to control the temperature of the sample 17, the sample stage 11 was cooled by injecting water or antifreeze from the inlet pipe 13, passing through the channel 12, and discharging it from the outlet pipe 14. Furthermore, a heat transfer body 16 made of silicone rubber or the like is interposed between the electrode 15 and the sample stage 11 in an attempt to increase the contact heat transfer area, which is extremely small when contact between rigid bodies.
日が ゛しようとする課題
ところが上記したような、従来の試料保持装置にあって
は、試料台11と電極15どの伝熱は良伝熱体16を介
在させているとはいえ、やはり固体間における伝熱であ
り、伝熱接触面積の増大には限度があるため試料台11
の冷却に伴う電極15の冷却には限界があった。この温
度制御の限界により、例えば超LSIの高集積化、微細
化におCづるエツチング速度等に限界を生じていた。However, in the conventional sample holding device as mentioned above, although heat transfer between the sample stage 11 and the electrodes 15 is carried out through a good heat transfer body 16, it is still difficult to conduct heat transfer between solids. Since there is a limit to the increase in the heat transfer contact area, the sample stage 11
There was a limit to the cooling of the electrode 15 due to the cooling of the electrode 15. This limit in temperature control has caused a limit to the etching rate, etc., which are associated with higher integration and miniaturization of ultra-LSIs, for example.
本発明は係る問題点に鑑みて発明されたもので、電極上
に載置される試料温度を低温に確実容易に維持制御する
ことのできる試料保持装置を提供し2、例えばLSIの
高集積化、微細化を進めることを容易とすることを目的
とする。The present invention was invented in view of the above problems, and provides a sample holding device that can reliably and easily maintain and control the temperature of a sample placed on an electrode at a low temperature. The purpose is to facilitate the progress of miniaturization.
課題を解決するための 段
上記した目的を達成するために、本発明に係る試料保持
装置では、内部に冷却媒体が導入される流路な有する試
料台と、絶縁体あるいは少な(とも該表面が絶縁体層か
ら成る電極とで構成され、該電極の表面に接触する試料
と前記電極との間に電圧が印加され、前記絶縁体と前記
試料との間に生じる静電力により、前記試料が前記電極
上に吸着される静電チャック式の試料保持装置において
、前記試料台と前記電極との間にガスを導入するための
ガス導入部が形成されていることを特徴とし、
また上記試料保持装置において、電極上面に。Steps for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned objects, the sample holding device according to the present invention includes a sample stage having a flow path into which a cooling medium is introduced, and an insulator or A voltage is applied between the electrode and a sample in contact with the surface of the electrode, and the electrostatic force generated between the insulator and the sample causes the sample to An electrostatic chuck type sample holding device that is attracted onto an electrode, characterized in that a gas introduction part for introducing gas is formed between the sample stage and the electrode, and the above sample holding device , on the top surface of the electrode.
試料と電極との間にガスを導入するためのガス導入部が
形成されていることを特徴とし、また内部に冷却媒体が
導入される流路が電極内部に形成される一方、電極に、
試料と電極との間にガスを導入するためのガス導入部が
形成されていることを特徴とするものである。It is characterized in that a gas introduction part for introducing gas is formed between the sample and the electrode, and a flow path into which a cooling medium is introduced is formed inside the electrode, while the electrode has a
It is characterized in that a gas introduction part is formed between the sample and the electrode to introduce gas.
1■
上記した構成によれば、前記試料台と前記電極との伝熱
は、シリコンゴムなどの伝熱体を介して行なわれるので
はなく、伝導率の非常に高いガス流動体を介して行な^
ることとなる。1. According to the above configuration, heat transfer between the sample stage and the electrodes is not carried out via a heat transfer body such as silicone rubber, but is carried out via a gas fluid with extremely high conductivity. Na ^
The Rukoto.
すなわち自由分子領域における気体の熱伝導率は極めて
高(、例λばヘリウムガス+ 3Torr1830W−
cm−”−’C−’であり、シリコンゴムにおける0
、 24 W =c m−2・’C−’に較べると比較
にならない程の高い値となっている。That is, the thermal conductivity of gas in the free molecular region is extremely high (for example, λ, for example, helium gas + 3 Torr 1830 W -
cm-"-'C-', 0 in silicone rubber
, 24 W = cm-2·'C-' is an incomparably high value.
また電極上面に、試料と電極との間にガスを導入するた
めのガス導入部が形成された場合には、試料台と電極と
の間のみならず、電極と試料との間の伝熱も伝導率の非
常に高いガス流動体を介して行なえることとなる。In addition, if a gas introduction part is formed on the top surface of the electrode to introduce gas between the sample and the electrode, heat transfer will occur not only between the sample stage and the electrode but also between the electrode and the sample. This can be done through a gas fluid with very high conductivity.
また内部に冷却媒体が導入される流路が電極内部に形成
される一方、電極に、試料と電極との間にガスを導入す
るためのガス導入部が形成された場合には、試料が載置
される電極が、冷却媒体により直接冷却されるために、
試料の温度制御がより一層容易確実に行なえることとな
る。In addition, if a flow path for introducing a cooling medium is formed inside the electrode, and a gas introduction part for introducing gas between the sample and the electrode is formed in the electrode, the sample is placed on the electrode. Since the electrodes are directly cooled by the cooling medium,
Temperature control of the sample can be performed more easily and reliably.
X鬼立
以下、本発明にかかる実施例を図面に基づいて説明する
。なお従来技術と同じ部分については同一符合を付すこ
ととする。X Onitate Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. Note that the same parts as in the prior art are given the same reference numerals.
(A)第1図においてlOは基台であり、この基台10
上に円板形状の試料台11が載置されており、この試料
台11内部には冷却液を循環させるための円環状の流路
12が形成されている。この流路12には導入管13お
よび導出管14が接続されており、冷却液が導入管13
から流路12を通り、導出管14から排出されるように
構成されている。冷却液としては水または不凍液が使わ
れる。(A) In FIG. 1, lO is a base, and this base 10
A disk-shaped sample stand 11 is placed on top, and an annular flow path 12 for circulating a cooling liquid is formed inside this sample stand 11. An inlet pipe 13 and an outlet pipe 14 are connected to this flow path 12, and the cooling liquid is supplied to the inlet pipe 13.
The liquid is configured to pass through the flow path 12 and be discharged from the outlet pipe 14. Water or antifreeze is used as the coolant.
試料台11の上面には電極15がスペイサ−30を介し
て載置されており、このスペイサ−30により、試料台
11と電極15との間にガスを導入させるためのガス導
入部31となる空間が確保されている。このガス導入部
31は試料台11と電極15との間に挿入されるガスの
分子流が形成され得る、例えば10μm程度の溝状のガ
ス溜りとなっている。使用されるガスの種類としてはガ
スが漏れないようにすることにより、腐食性ガス以外は
使用可能であるが、He、Arなどが取扱上便利である
。スペイサ−30は電極15の外周面とほぼ一致する外
周面を有したリング形状に形成されており、また上記ガ
ス導入部31には基台10および試料台11を貫通して
ガス導入管32が接続されている。試料台11とスペイ
サ−30と電極15との間にはガスが漏れないように十
分なシール(図示せず)が施されている。An electrode 15 is placed on the upper surface of the sample stage 11 via a spacer 30, and the spacer 30 serves as a gas introduction section 31 for introducing gas between the sample stage 11 and the electrode 15. Space is secured. The gas introducing portion 31 is a groove-shaped gas reservoir with a diameter of, for example, about 10 μm, in which a molecular flow of the gas inserted between the sample stage 11 and the electrode 15 can be formed. As for the type of gas used, any gas other than corrosive gas can be used as long as the gas does not leak, but He, Ar, etc. are convenient for handling. The spacer 30 is formed in a ring shape with an outer peripheral surface that almost matches the outer peripheral surface of the electrode 15, and a gas introduction tube 32 is provided in the gas introduction section 31, passing through the base 10 and the sample stage 11. It is connected. A sufficient seal (not shown) is provided between the sample stage 11, spacer 30, and electrode 15 to prevent gas from leaking.
電極15は耐熱性に優れた例えばセラミック(A1□0
3)などから構成される絶縁体18の内部に、電極層1
9が埋設された格好で形成されており、この電極層19
には基台IOおよび試料台11を貫通して電極棒20が
接続されている。電極15には試料17が載せられ吸着
されるので、試料17の吸着面となる電極15の上面は
、所定の表面滑らかさを得るために研磨仕−ヒげが施さ
れている。また基台10および試料台11に電極棒20
を貫通させる部分には絶縁筒21が介装されている。The electrode 15 is made of, for example, ceramic (A1□0
3), an electrode layer 1 is placed inside the insulator 18 composed of
9 is buried, and this electrode layer 19
An electrode rod 20 is connected to the electrode rod 20 by penetrating the base IO and the sample stage 11. Since the sample 17 is placed on the electrode 15 and is attracted thereto, the upper surface of the electrode 15, which serves as the attraction surface for the sample 17, is polished to obtain a predetermined surface smoothness. In addition, an electrode rod 20 is mounted on the base 10 and the sample stage 11.
An insulating tube 21 is interposed in the portion where the insulating tube 21 is penetrated.
電極15の試料台i1に対する固定は、電極15の下部
外周に形成されたフランジ部22と、このフランジ部2
2に対向する形で電極層え23の上部内周に形成された
フランジ部24とが接合され、この電極層え23が試料
台11にボルト止め(図示せず)されることにより行な
われている。The electrode 15 is fixed to the sample stage i1 by a flange portion 22 formed on the lower outer periphery of the electrode 15 and this flange portion 2.
A flange portion 24 formed on the upper inner periphery of the electrode layer 23 facing the electrode layer 23 is joined to the electrode layer 23, and this electrode layer 23 is bolted to the sample stage 11 (not shown). There is.
以上のごと(構成された試料保持装置において、被吸着
物たる試料17を吸着、保持させるには、電極棒20を
電源(図示せず)に接続する一方、試料17を試料台1
1の上面に載せ、成膜処理またはエツチング処理を施す
べく、試料17の表面にプラズマを照射する。 このプ
ラズマ照射により、絶縁体18は正または負に帯電する
一方、試料17はプラズマを介して接地される結果、こ
の試料17と絶縁体18との間には静電力が発生し、試
料17はこの静電力により絶縁体18の表面上に吸着、
保持されることとなる。In order to adsorb and hold the sample 17, which is an object to be adsorbed, in the sample holding device configured as described above, the electrode rod 20 is connected to a power source (not shown), and the sample 17 is placed on the sample stand.
1 and irradiates the surface of the sample 17 with plasma in order to perform a film forming process or an etching process. As a result of this plasma irradiation, the insulator 18 is positively or negatively charged, while the sample 17 is grounded via the plasma. As a result, an electrostatic force is generated between the sample 17 and the insulator 18, and the sample 17 is This electrostatic force attracts it onto the surface of the insulator 18,
It will be retained.
また本実施例における試料保持装置では、試料台11の
流路I2に冷却液が循環させられ、試料台11が十分に
冷却されるとともに、試料台11と電極15との間の伝
熱は、ガスを介した気体伝導式で行なわれており、電極
15は十分冷却された試料台11により効率良く冷却さ
れることとなる。すなわち作用のところでも述べたよう
に、自由分子領域における気体の熱伝導率は極めてたか
く、例えばヘリウムガス:3Torr、1830W−c
m−”・℃−1であり、シリコンゴムにおける0、24
W−am−”・℃”1に較べると比較にならない程の高
い値となっている。Furthermore, in the sample holding device of this embodiment, the cooling liquid is circulated through the flow path I2 of the sample stage 11, so that the sample stage 11 is sufficiently cooled, and the heat transfer between the sample stage 11 and the electrodes 15 is This is carried out by gas conduction via gas, and the electrode 15 is efficiently cooled by the sufficiently cooled sample stage 11. In other words, as mentioned in the operation section, the thermal conductivity of gas in the free molecular region is extremely high; for example, helium gas: 3 Torr, 1830 W-c
m-”・℃-1, 0,24 in silicone rubber
This is an incomparably high value compared to W-am-".°C"1.
またプロセス等に影響を与^ることか心配されるガスリ
ークも真空技術による対応により、リーク量を最小に抑
太ることができ、悪影響は全く認められない。In addition, by using vacuum technology, we are able to minimize the amount of gas leaks that may affect processes, etc., and no adverse effects have been observed.
なお、本実施例では、電極と試料台へのガス導入につい
て、基台10および試料台11を貫通するガス導入管3
2による例を示したが、このガス導入管は試料台11を
通さずに、電極の側面から電極に入れる形式でもよい。Note that in this embodiment, for introducing gas to the electrodes and the sample stage, a gas introduction pipe 3 that passes through the base 10 and the sample stage 11 is used.
Although the example according to No. 2 has been shown, this gas introduction tube may be introduced into the electrode from the side of the electrode without passing through the sample stage 11.
次に上記した実施例に係る試料保持装置と、試料台11
と電極15との間にシリコンゴムを介在させた従来の試
料保持装置とを用いて実験した結果を比較する。Next, the sample holding device according to the above-described embodiment and the sample stage 11
The results of an experiment using a conventional sample holding device in which silicone rubber was interposed between the electrode 15 and the electrode 15 will be compared.
実験方法としては、−旦試料17の温度を200℃まで
上げ、これをそれぞれの装置により冷却した場合を比較
した。また流入側の冷却液の温度は常に10°Cになる
ように調節されている。As an experimental method, the temperature of the sample 17 was raised to 200° C., and then the samples were cooled using each device for comparison. Further, the temperature of the coolant on the inflow side is always adjusted to 10°C.
試料17の温度変化と戻り側の冷却液の温度変化を第2
図に示す。The temperature change of sample 17 and the temperature change of the cooling liquid on the return side are
As shown in the figure.
この実験によると、試料台11と電極15との間にガス
を介在させた本発明に係る場合は従来例と比較して、そ
の冷却時間はおよそ半分程度で同様の効果が得られてい
る。また循環する戻り側冷却液の温度変化については、
従来例の場合にはほとんど変化が見られないのに対し、
本実施例に係る場合には5℃〜10℃の温度の上昇が見
られ、それだけ十分な冷却効果が得られていることが実
証されている。According to this experiment, in the case of the present invention in which a gas is interposed between the sample stage 11 and the electrode 15, the cooling time is about half that of the conventional example, and the same effect is obtained. Regarding the temperature change of the circulating coolant on the return side,
In contrast to the conventional case, where almost no change is observed,
In the case of this example, a temperature increase of 5° C. to 10° C. was observed, proving that a sufficient cooling effect was obtained.
また別の実施例としては、スペイサ−30を用いる代わ
りに、試料台11の上面あるいは電極15の下面にIO
μm程度の深さを有する溝を形成することにより、試料
台11と電極15との間にガスの導入部を形成すること
も容易である(図示せず)。In another embodiment, instead of using the spacer 30, an IO
By forming a groove having a depth of about μm, it is also easy to form a gas introduction part between the sample stage 11 and the electrode 15 (not shown).
(B)次に別の実施例を第3図および第4図に示す。(B) Next, another embodiment is shown in FIGS. 3 and 4.
この実施例においてはガスの導入部35が電極34の上
面に形成されており、従って、電極34と試料17との
間において特に伝熱効率が高められている。ガス導入部
35は電極34の上面に上面周辺部を残して深さ10μ
m程度の溝36を形成することにより構成されている。In this embodiment, the gas introduction part 35 is formed on the upper surface of the electrode 34, so that the heat transfer efficiency is particularly enhanced between the electrode 34 and the sample 17. The gas introduction part 35 has a depth of 10 μm on the upper surface of the electrode 34, leaving a peripheral part of the upper surface.
It is constructed by forming a groove 36 of about m length.
このガス導入部35には基台10、試料台11および電
極34を貫通するガス導入路37が接続されている。電
極34周辺部上面は研磨仕上げにより滑らかな面となる
ように構成されており、このように電極34上面周辺部
の滑らかさを増すことにより、電極34上面と試料17
下面との間にガス封入が可能となるように構成されてい
る。また満36以外のガス導入部35の部分においては
、試料17を支えることができ試料17が変形すること
のない構造となっている。A gas introduction path 37 that passes through the base 10, the sample stage 11, and the electrode 34 is connected to the gas introduction section 35. The upper surface of the peripheral part of the electrode 34 is configured to be a smooth surface by polishing, and by increasing the smoothness of the peripheral part of the upper surface of the electrode 34 in this way, the upper surface of the electrode 34 and the sample 17
The structure is such that gas can be sealed between the lower surface and the lower surface. Further, the portions of the gas introduction portion 35 other than the portion 36 have a structure that can support the sample 17 and prevent the sample 17 from being deformed.
この実施例の場合、電極34と試料台11との間には従
来例の場合と同様にシリコンゴムなどからなる伝熱体1
6が介装されている。他の部分における構成は、上記し
た実施例と同様に構成されている。In this embodiment, a heat transfer body 1 made of silicone rubber or the like is placed between the electrode 34 and the sample stage 11, as in the conventional example.
6 is interposed. The configuration of other parts is similar to that of the above-described embodiment.
この実施例により実験した結果を以下に示す。The results of experiments conducted in this example are shown below.
実験は、常温のヘリウムガスを試料17であるシリコン
ウェハと電極34間に封入することにより行なった。電
極34と試料台11との間には良伝熱体であるシリコン
ゴムを介在させている。ウェハ温度の測定には蛍光温度
計を使用した。The experiment was conducted by filling room temperature helium gas between the silicon wafer, which is the sample 17, and the electrode 34. Silicone rubber, which is a good heat conductor, is interposed between the electrode 34 and the sample stage 11. A fluorescence thermometer was used to measure the wafer temperature.
プラズマの条件は以下のとおりである。The plasma conditions are as follows.
CV Dにおけるマイクロ波; 2 k w +ガス流
量:02を1505CCU、静電チャック電圧;lkV
、 冷却液温度;10℃、 プラズマ照射時間、6m1
n
第5図にこの実験の結果をグラフにしたものを示す。Microwave in CV D; 2 kw + gas flow rate: 02 to 1505 CCU, electrostatic chuck voltage: lkV
, Coolant temperature: 10℃, Plasma irradiation time: 6m1
n Figure 5 shows a graph of the results of this experiment.
電極34と試料17との間にガスを導入しない場合には
、200℃近い温度であった試料17が、同一条件でH
eガスを導入することにより、導入するHeのガス圧が
5 Torrにおいて100℃以上温度が下がったこと
が認められた。また試料17?M度はガス圧力に対する
依存性が認められ、このことから、ガスが伝熱媒体とし
て有効に作用していることがわかる。When no gas is introduced between the electrode 34 and the sample 17, the sample 17, which had a temperature of nearly 200°C, is exposed to H under the same conditions.
It was observed that by introducing e-gas, the temperature was lowered by 100° C. or more when the introduced He gas pressure was 5 Torr. Sample 17 again? Dependency of the M degree on gas pressure was observed, which indicates that the gas acts effectively as a heat transfer medium.
なお図示しないが、Heガス圧力の代わりに、Heガス
流量を変^てウェハ温度を調査した結果、Heガス流量
が多いほど、ウェハ温度が低くなることを確認した。Although not shown, the wafer temperature was investigated by changing the He gas flow rate instead of the He gas pressure, and it was confirmed that the higher the He gas flow rate, the lower the wafer temperature.
さらに別の実施例として、試料台39と電極34との間
にもガスを導入した場合の構成を第6図および第7図に
示す、この実施例では、試料台39の上面に溝41から
なるガス導入部40が形成されている。また電極押え4
2は焼きバメなどの締まりバメにて電極34に密接させ
られており、電極34と電極押え42との間からはガス
が漏≦Lない構造となっている。さらに試料台39と電
極押え42との間にはOリング43が介装されており、
試料台39と電極押え42との間からもガスが漏れない
構造となっている。As yet another embodiment, a configuration in which gas is also introduced between the sample stage 39 and the electrode 34 is shown in FIGS. 6 and 7. In this embodiment, the groove 41 is A gas introduction section 40 is formed. Also, the electrode presser 4
2 is brought into close contact with the electrode 34 by tight fitting such as shrinkage fitting, and the structure is such that no gas leaks from between the electrode 34 and the electrode holder 42. Furthermore, an O-ring 43 is interposed between the sample stage 39 and the electrode holder 42.
The structure is such that gas does not leak between the sample stage 39 and the electrode holder 42.
上記した構成にかかる実施例では、試料台39と電極3
4との間の伝熱がさらに改善され、試料17の冷却がさ
らに効率よく容易に行なえることとなる。In the embodiment with the above configuration, the sample stage 39 and the electrode 3
4 is further improved, and the sample 17 can be cooled more efficiently and easily.
(C)さらに別の実施例を第8図および第9図に示す。(C) Yet another embodiment is shown in FIGS. 8 and 9.
この実施例では試料台45には冷却液を流通させるため
の流路が形成されておらず、電極46の内部に冷却液流
通のための流路47が形成されている。そして電極46
の上面には、溝49から構成されるガス導入部48が形
成されており、溝49以外のガス導入部48の部分にお
いては試料17を支えることができ、試料17が変形す
ることのない構造となっている。この溝49の深さは、
20μm程度であり、溝49の電極46上面における面
積率はおよそ40%程度に構成されている。In this embodiment, the sample stage 45 does not have a flow path for flowing the coolant, but a flow path 47 for flowing the coolant is formed inside the electrode 46. and electrode 46
A gas introduction section 48 consisting of a groove 49 is formed on the upper surface, and a structure in which the sample 17 can be supported in a portion of the gas introduction section 48 other than the groove 49, and the sample 17 is not deformed. It becomes. The depth of this groove 49 is
It is approximately 20 μm, and the area ratio of the groove 49 on the upper surface of the electrode 46 is approximately 40%.
なお、第8図には、図示しCいないが、冷却液の流通の
ための流路を電極とともに試料台に設けてもよい。Although not shown in FIG. 8, a flow path for cooling liquid may be provided on the sample stage together with the electrodes.
また電極における溝の構成は第9図に示したものではな
く、第11図に示したように形成しても良い。Further, the structure of the grooves in the electrodes is not the one shown in FIG. 9, but may be formed as shown in FIG. 11.
第11図には、電極51に溝53が形成され、この溝5
3に連なるガス導入部52にはガス導入口54およびガ
ス排出口55が接続されている例を示したが、ガス排出
口55は設けずに、試料との間にガスを封入する形式と
してもよい。In FIG. 11, a groove 53 is formed in the electrode 51.
Although an example is shown in which a gas inlet 54 and a gas outlet 55 are connected to the gas inlet 52 connected to the gas inlet 52, it is also possible to seal the gas between the sample and the sample without providing the gas outlet 55. good.
なお、溝の面積率は、静電吸着力を考慮して定める必要
があり、試料の吸着力を確保できる範囲で、できるだけ
大きいほうが望ましい、なお溝のパターンは、同心対称
とするのが、試料の均一冷却の点で優れている。The area ratio of the grooves must be determined taking into account the electrostatic adsorption force, and it is desirable that the groove area be as large as possible within the range that can secure the adsorption force for the sample.The groove pattern should be concentrically symmetrical. It is excellent in terms of uniform cooling.
上記した二つの実施例に係る構成では、冷却液が電極4
6(第8図)または電極51(第11図)内部に直接供
給され、しかも電極46 (51)と試料17どの伝熱
がガスを介した気体伝導式となっており、きわめて効率
的に試料17の冷却が行な太るようになっている。In the configurations according to the two embodiments described above, the cooling liquid is
6 (Fig. 8) or the inside of the electrode 51 (Fig. 11), and the heat transfer between the electrode 46 (51) and the sample 17 is by gas conduction via gas, which is extremely efficient. 17 is cooling and gaining weight.
この実施例に係る装置をプラズマ装置に用いた場合の実
験の結果を以下に示す。The results of an experiment in which the device according to this example was used in a plasma device are shown below.
実験ではガス導入溝付き電極46を用い、常温のヘリウ
ムガスな試才、417であるシリコンウェハと電極46
との間に封入することにより行なった。In the experiment, an electrode 46 with a gas introduction groove was used, a helium gas sample at room temperature, a silicon wafer 417, and an electrode 46.
This was done by enclosing it between the
プラズマ条件
マイクロ波; 1 kw、RF ; 40w、ガス流量
;Ct、をl03(:CM、静電チャック電圧; 80
0v、Heガス圧力; 20Torr、プラズマ照射時
間:min
上記した条件により実験を行ない、ヘリウムガスを導入
しない場合と比較すると、ヘリウムガスを導入しない場
合には、試料17の温度が200℃以上であったが、ヘ
リウムガスを導入した場合には、50℃以下となり、1
50℃以上の温度差が確認できた。さらに電極46内部
に流通させる冷却液温度を下げることにより、試料17
温度もそれに応じて下がることが確認できた。Plasma conditions Microwave; 1 kw, RF; 40 W, gas flow rate; Ct, l03 (: CM, electrostatic chuck voltage; 80
0v, He gas pressure; 20 Torr, plasma irradiation time: min The experiment was conducted under the above conditions, and compared to when helium gas was not introduced, it was found that the temperature of sample 17 was 200°C or higher when helium gas was not introduced. However, when helium gas was introduced, the temperature dropped to below 50℃, and 1
A temperature difference of 50°C or more was confirmed. Furthermore, by lowering the temperature of the coolant flowing inside the electrode 46, the sample 17
It was confirmed that the temperature also decreased accordingly.
(D)次に本発明における第1図に示した実施例に係る
場合、第3図に示した実施例に係る場合、第6図に示し
た実施例に係る場合、従来例に係る場合を同一の条件下
で実験比較した結果を示しておく、比較は実験開始から
のウェハ温度の上昇で行なった。(D) Next, in the case of the embodiment shown in FIG. 1 of the present invention, the case of the embodiment shown in FIG. 3, the case of the embodiment shown in FIG. 6, and the case of the conventional example. The results of an experimental comparison under the same conditions are shown below, and the comparison was made with an increase in wafer temperature from the start of the experiment.
プラズマ照射条件 02流量: 1505CCU、マイクロ波:2kw。Plasma irradiation conditions 02 flow rate: 1505CCU, microwave: 2kw.
プラズマ照射時間;6m1n、溝の深さ;5〜10μm
、試料台と電極間のガス導入部厚さ;10μm、ヘリウ
ムガス圧カニ 10Torr、シリコンゴム厚さ;0.
2mm
第1図に示した実施例に係る場合:29℃第3図に示し
た実施例に係る場合;41℃第6図に示した実施例に係
る場合;18℃従来例に係る場合で伝熱体としてシリコ
ンゴムを用いた場合;70℃
従来例に係る場合で伝熱体として真空グリースを用いた
場合;49°C
及豆Ω効呈
以上の説明により明らかな如く、本発明にかかる試料保
持装置にあっては、内部に冷却媒体が導入される流路を
有する試料台と、絶縁体あるいは少なくとも該表面が絶
縁体層から成る電極とで構成され、該電極の表面に接触
する試料と前記電極との間に電圧が印加され、前記絶縁
体と前記試料との間に生じる静電力により、前記試料が
前記電極上に吸着される静電チャック式の試料保持装置
において、前記試料台と前記電極との間にガスを導入す
るためのガス導入部が形成されていることを特徴とし、
また電極上面に、試料と電極との間にガスを導入するた
めのガス導入部が形成されていることを特徴とし、
また内部に冷却媒体が導入される流路が電極内部に形成
される一方、電極に、試料と電極との間にガスを導入す
るためのガス導入部が形成されていることを特徴とする
ので、
従来は剛体と弾性体との間における、伝熱接触面積の少
ない効率の悪い伝熱機構となっていたが、本発明に係る
場合は、ガスを介した気体伝導方式とすることにより、
きわめて効率の良い伝熱機構を構成することができ、電
極上に載置される試料温度を容易に低温に維持制御する
ことができることとなる。したがって、例えばLSIの
高集積化、微細化をより容易に進めることができること
となる。Plasma irradiation time: 6m1n, groove depth: 5-10μm
, Thickness of gas introduction part between sample stage and electrode: 10 μm, Helium gas pressure: 10 Torr, Silicon rubber thickness: 0.
2mm In the case of the embodiment shown in Fig. 1: 29°C In the case of the embodiment shown in Fig. 3; 41°C In the case of the embodiment shown in Fig. 6; 18°C in the case of the conventional example When using silicone rubber as the heating body: 70°C When using vacuum grease as the heat transfer body in the case of the conventional example: 49°C As is clear from the above explanation, the sample according to the present invention The holding device is composed of a sample stage having a flow path into which a cooling medium is introduced, and an electrode whose surface is made of an insulator or at least an insulating layer, and a sample that is in contact with the surface of the electrode. In an electrostatic chuck type sample holding device in which a voltage is applied between the electrode and the sample is attracted onto the electrode by an electrostatic force generated between the insulator and the sample, the sample stage and A gas introduction part for introducing gas between the sample and the electrode is formed, and a gas introduction part for introducing gas between the sample and the electrode is formed on the upper surface of the electrode. In addition, a flow path through which a cooling medium is introduced is formed inside the electrode, and a gas introduction section is formed in the electrode to introduce gas between the sample and the electrode. Conventionally, this was an inefficient heat transfer mechanism with a small heat transfer contact area between a rigid body and an elastic body, but in the case of the present invention, a gas conduction method using gas is used. By doing so,
An extremely efficient heat transfer mechanism can be constructed, and the temperature of the sample placed on the electrode can be easily maintained and controlled at a low temperature. Therefore, for example, higher integration and miniaturization of LSI can be more easily achieved.
第1図は本発明に係る試料保持装置の一実施例を示す概
略断面図、第2図は試料温度と時間との関係および戻り
側冷却液の温度と時間との関係を示すグラフ、第3図は
別の実施例を示す概略断面図、第4図は第3図に示す装
置の平面図、第5図はウェハ温度とヘリウムガス圧力と
の関係を示すグラフ、第6図は別の実施例を示す概略断
面図、第7図は第6図に示す装置の平面図、第8図は別
の実施例を示す概略断面図、第9図は平面図、第10図
は流入側冷却液温度と試料温度との関係を示ケグラフ、
第11図は電極の別の実施例を示す平面図、第12図は
従来例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the sample holding device according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing the relationship between sample temperature and time, and the relationship between return side cooling liquid temperature and time. The figure is a schematic sectional view showing another embodiment, FIG. 4 is a plan view of the apparatus shown in FIG. 3, FIG. 5 is a graph showing the relationship between wafer temperature and helium gas pressure, and FIG. 6 is another embodiment. A schematic sectional view showing an example, FIG. 7 a plan view of the device shown in FIG. 6, FIG. 8 a schematic sectional view showing another embodiment, FIG. 9 a plan view, and FIG. 10 an inflow side cooling fluid A graph showing the relationship between temperature and sample temperature,
FIG. 11 is a plan view showing another embodiment of the electrode, and FIG. 12 is a schematic sectional view showing a conventional example.
Claims (3)
と、絶縁体あるいは少なくとも該表面が絶縁体層から成
る電極とで構成され、該電極の表面に接触する試料と前
記電極との間に電圧が印加され、前記絶縁体と前記試料
との間に生じる静電力により、前記試料が前記電極上に
吸着される静電チャック式の試料保持装置において、前
記試料台と前記電極との間にガスを導入するためのガス
導入部が形成されていることを特徴とする試料保持装置
。(1) Consisting of a sample stage having a flow path into which a cooling medium is introduced, and an electrode whose surface is made of an insulator or at least an insulating layer, the electrode is connected to the sample in contact with the surface of the electrode. In an electrostatic chuck type sample holding device in which a voltage is applied between the sample stage and the electrode, the sample is attracted to the electrode by an electrostatic force generated between the insulator and the sample. A sample holding device characterized in that a gas introduction part for introducing gas is formed between the parts.
ためのガス導入部が形成されていることを特徴とする請
求項1記載の試料保持装置。(2) The sample holding device according to claim 1, wherein a gas introduction portion for introducing gas between the sample and the electrode is formed on the upper surface of the electrode.
縁体層から成る電極とで構成され、該電極の表面に接触
する試料と前記電極との間に電圧が印加され、前記絶縁
体と前記試料との間に生じる静電力により、前記試料が
前記電極上に吸着される静電チャック式の試料保持装置
において、前記電極内部に冷却媒体が導入される流路が
形成され、かつ、電極に試料と電極との間にガスを導入
するためのガス導入部が形成されていることを特徴とす
る試料保持装置。(3) It is composed of a sample stage and an insulator or an electrode whose surface is made of an insulating layer, and a voltage is applied between the sample in contact with the surface of the electrode and the electrode, and the insulator and the In an electrostatic chuck type sample holding device in which the sample is attracted onto the electrode by an electrostatic force generated between the sample and the sample, a flow path is formed into the electrode through which a cooling medium is introduced, and the sample is attracted to the electrode. A sample holding device characterized in that a gas introduction part for introducing gas between a sample and an electrode is formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63289592A JPH02135753A (en) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | Sample holding device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63289592A JPH02135753A (en) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | Sample holding device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02135753A true JPH02135753A (en) | 1990-05-24 |
Family
ID=17745232
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JP63289592A Pending JPH02135753A (en) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | Sample holding device |
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