JPH0119253B2 - - Google Patents

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JPH0119253B2
JPH0119253B2 JP56035741A JP3574181A JPH0119253B2 JP H0119253 B2 JPH0119253 B2 JP H0119253B2 JP 56035741 A JP56035741 A JP 56035741A JP 3574181 A JP3574181 A JP 3574181A JP H0119253 B2 JPH0119253 B2 JP H0119253B2
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dielectric layer
workpiece
electrode
plasma
applied processing
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Tsutomu Tsukada
Hideo Takei
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Canon Anelva Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、グロー放電により発生させたプラズ
マを利用して基板表面などを加工するドライエツ
チング装置、スパツタリング装置、プラズマ
CVD装置などのプラズマ応用加工装置に関する。
特に被加工物を効率よく、しかも再現性よく冷
却、加熱など温度制御の容易なプラズマ応用加工
装置に関する。
現在、高周波グロー放電を利用するドライエツ
チング装置は、半導体集積回路等の微細パターン
形成に広く用いられている。特に平行平板電極を
用いる反応性イオンエツチング装置は、微細加工
特性に優れており超LSI作製のためには必要不可
欠な装置である。微細パターンの形成は、通常紫
外線、Ｘ線あるいは電子線等に感光する高分子レ
ジストを被加工物に塗布し、露光現像により必要
なパターンを作り、更にドライエツチングにより
レジストのパターンを被加工物に転写することに
より行なわれる。しかし、レジストは一般に耐熱
性に乏しくドライエツチングの際のプラズマから
の輻射やイオン電子などの衝撃により熱的な損傷
を生じやすく、微細パターンの忠実な転写を妨げ
ることがある。特にエツチング速度を早めるため
高周波電力を増大させた時その傾向は著しい。
従来、被加工物を載置又は保持する試料台を冷
却水等で冷却し、被加工物の熱的損傷を減少させ
ようとする努力はなされている。しかし、被加工
物は一般に単結晶シリコン等の0.5mm程度の厚さ
のウエハーであり、軽いため、試料台上に単に載
置するだけでは、試料台とウエハーとの接触が十
分密にはならない。このため気体による対流熱伝
達がほとんど効果のない低圧ガス中では冷却効果
も期待することはできない。
そこで、従来試料台表面に弾性体シートで覆つ
たり、ウエハー上面より錘やクランプ等により押
えたり、ウエハー裏面にグリース等を塗る方法等
が考案されている。しかし、これらの方法によつ
てもウエハーが軽すぎるため弾性体シートを挾ん
でも熱抵抗がそれほど小さくならず、また錘やク
ランプを使うとウエハーの一部がエツチングされ
ないのみならず錘やクランプにより、プラズマの
状態が乱され、全面的に不均一な加工になるなど
の欠点がある。さらにウエハーを自動搬送して試
料台に載置する場合などこれらの錘やクランプの
操作に複雑な機構が必要である。又、グリース等
を用いると、時にはウエハー裏面のグリースが周
辺よりはみ出し汚染の原因となる場合もある。
上記の方法とは別に、試料台上にくし状の電極
を構成しこの電極上に誘電体層を設け互に隣り合
うくし状電極に交互に極性の異なる電圧を印加
し、試料台上のウエハーを静電吸着力により試料
台に吸着させる方法も考案された。この静電吸着
を利用する方法は前述の方法の欠点を除いたすぐ
れた方法と云えるが、くし状電極を作製すること
が比較的難かしいことや、大気中で吸着力を働か
せるとウエハーが試料台表面の誘電体層と強く付
着して、これをはずす時破損するようなこともあ
る。又、ウエハー内部にも強い電界が生じこれが
原因でウエハーが損傷を受ける場合もある。
これに対し、特開昭55−90228にプラズマの電
気伝導性を利用した静電吸着力により被加工物を
試料台と密着させて冷却する機構を有するドライ
エツチング装置が開示されている。この装置は試
料台に印加した直流高圧と、この試料台表面を覆
つた誘電体膜を介在して、プラズマにより導かれ
被加工物の試料台に接する面に集まつた電荷との
間の静電力により被加工物と試料台との密着性を
保ち、これにより、被加工物の温度制御を行なう
方法を利用したものである。
この方法ではプラズマが存在するエツチング時
のみ欣着力が働くことや、被加工物内にはほとん
ど電界が生じないため、被加工物に損傷を与える
ことが少なく、ドライエツチング時の冷却法とし
て、優れたものと云える。しかし、この発明によ
るドライエツチング装置を実際に用いた場合、い
まだ、いくつかの不都合も残されていることが明
らかになつた。この発明においては、被加工物に
接する高周波電極および場合によつては高周波電
極上に設けられた試料台には高周波電圧と重畳し
て直流電圧がかけられている。従つて、若し、こ
れらの電極あるいは試料台の一部にごく僅かでも
プラズマに対し露出部分があれば、プラズマを通
して電荷が静電吸着用電源に流れ込み、電源の容
量によつては、静電吸着電圧が低下し、吸着力が
失われたりあるいは電源の破損を起す場合があ
る。又場合によつては、露出部分の存在がプラズ
マ電位を変化させたり、更に異常放電を引き起し
エツチングに悪影響を与えることもある。特に多
量の加工を行なうため電極は大型を要求されるこ
とが多く、しかも、電極が回転したり、電極上の
構造が、被加工物の自動搬送機構等のために複雑
であつたりすると、電極、試料台の全表面にわた
つて、完全な誘電体膜を作り、更に長い使用期間
を通じてその性能を維持することは困難である。
又、冷却水についても、直接に高い静電電位に触
れることになり好ましい構造とは云えない。更に
種々の実験を繰返した結果、電極あるいは電極お
よび試料台を覆う誘電体膜の材質についても、好
結果を得るためには多くの制限があることがわか
つた。従つて大量の被加工物を短時間でしかも繰
返し処理する生産規模でのドライエツチング装置
としては必ずしも満足できるものではなかつた。
又特開昭55−90228の明細書中では特に触れて
いないが、プラズマの電気伝導性を利用して静電
吸着を行なわせ、被加工物を固定する方法は、同
様に平行平板電極を利用したスパツタリングやプ
ラズマCVD装置などにも有効に使用できるが、
これらの場合にもドライエツチングと同様な問題
がある。
本発明の目的は、上に述べたような従来の静電
吸着を応用した装置の欠点すなわち複雑な形状、
大きな面積を有する電極、試料台の全面を確実に
覆うことの困難、それに伴う事故、高い電圧と冷
却水との接触の問題誘電体膜の性能に関する問題
点などを除いた静電吸着機構を有するプラズマ応
用加工装置を提供することにある。
上述の目的を達成するため本発明においては、
第１の特徴として高周波電極上の被加工物に接す
る面あるいは、その近傍を含む面内に高周波電極
とは薄い誘電体によつて直流的には絶縁されてい
る電極を採用した。この新たに導入された電極は
多くの場合、被加工物と前述の高周波電極との中
間に位置するので、便宜上中間電極と呼ぶ。この
中間電極は、被加工物と誘電体薄膜を介して接触
する。中間電極の面積は特に限定されることはな
いが被加工物と接する面全体とほぼ近いことが実
用上有利である。この場合と比較して面積をあま
りに小さくすれば静電吸着力が減少し、必要以上
に大きければ、膜の破損による事故を招き易いだ
けのことになる。
また冷却水を導く銅管あるいは他の金属管は、
高周波電極内あるいは、少なくとも中間電極の周
囲の誘電体層の高周波電極側に設けられている。
更に本発明においては中間電極の表面の誘電体膜
あるいは中間電極と高周波電極との間の誘電体層
にも選ばれた熱伝導性、耐電圧性、耐エツチング
性に優れた材料が使用される。
次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。第
１図は本発明を実施したドライエツチング装置の
断面図である。反応容器１はバルブ２を通して真
空に排気出来る。この反応容器１内には平板状の
高周波電極３とこれに対向した接地電極４とが平
行に設置されている。高周波電極３上の一ないし
は複数箇所の被加工物５を載置する試料台６は、
高周波電極３と、中間誘電体層７で直流的に絶縁
された中間電極層８とこの中間電極層８表面及び
端面を完全に被覆した表面誘電体層９とにより構
成されている。高周波電極３は反応容器１内に絶
縁スペーサ１０を介して設置され、高周波電極周
囲は接地電位であるシールド１１により覆われ、
放電が高周波電極の不要の部分で生じないように
している。試料台６以外の高周波電極上は電極カ
バー１２で被い、エツチング特性の改善を図つて
いる。高周波電極３にはマツチング回路１３を通
し高周波電源１４より高周波電力が供給される。
一方試料台中に埋め込まれた中間電極層８には高
周波フイルター１９を介し直流高圧電源１５より
リード線１６を通し直流電圧が供給される。高周
波電極と中間電極層及びリード線との間は絶縁さ
れているため、直流電圧が高周波電極上に漏れる
ことはなく、高周波電極の金属面がプラズマに面
していても、プラズマが直流電圧により影響され
ることがないため、高周波電極の構造を簡単にす
ることが出来る。２０は高周波電極３内に設けら
れた冷却水のための流路である。本実施例で見ら
れるように、冷却水の流路を高抵抗、高電圧の直
流電圧の回路から絶縁してあることは本発明の特
徴の一つである。中間誘電体層７は本実施例にお
いては、アルミナ粉末を充填したエポキシ系接着
剤を使用した。表面誘電体層９はポリイミド樹脂
を用いている。
次に本発明による装置の動作について説明す
る。反応容器１を排気ポンプ（図示せず）により
バルブ２を通して真空に排気した後、ガス溜１７
からエツチングガスがマスフローコントローラー
１８を通して導入し、反応容器内圧力を所定のエ
ツチング圧力を保つ。この状態で高周波電極３に
高周波電力を供給すると、グロー放電が生じ試料
台６上に載置した被加工物５表面をエツチングす
ることが出来るのは通常のドライエツチング装置
と同様である。この時被加工物上には負の自己バ
イアス電圧が自動的に生じる。本発明のドライエ
ツチング装置では中間電極層８に正の直流高圧を
印加することが出来るため、表面誘電体層９を介
し、静電吸着力により被加工物５を試料台６に吸
着させることが出来る。この時高周波電極に水を
流し試料台を冷却しておけば、エツチング中に被
加工物の温度上昇を低く抑えることが出来、フオ
トレジストの劣化等を防ぐことが出来る。
本実施例では直流電圧を印加する中間電極層が
高周波電極上の試料台部分にのみ分離されて置か
れているため、大きな高周波電極であつても、高
周波電極が回転する機構であつても、被加工物の
自動搬送のために高周波電極が複雑に加工されて
いても金属電極部周辺及びリード線部のプラズマ
に対する絶縁について考慮すれば、他の大部分の
高周波電極周辺のプラズマに対する絶縁について
はほとんど考慮する必要がない。
中間誘電体層７は電気絶縁性に優れかつ、熱伝
導性が高いことが必要である。実施例で示したよ
うにアルミナ等のセラミツクを充填したエポキシ
系接着剤等が好適である。又、表面誘電体層９
は、電気絶縁性に優れかつ、熱伝導性が高いこと
が必要であるばかりでなく、静電吸着力を効率良
く働かせるために誘電率が大きくかつ数10〜
100μｍ程度と薄いことが望ましく、しかも被加
工物を載置しない場合、反応性プラズマによりエ
ツチングされるため耐エツチング特性が優れてお
り、なおかつ表面にピンホール等の絶縁破壊が生
じやすい箇所の無いことが要求される。さらに機
械的強度が強く表面が平滑であり、材質的には被
加工物特にシリコン等の半導体材料に対する汚染
の原因にならないものであることが要求され、加
うるに劣化や汚染の場合交換が容易であることが
望ましい。
これらの条件に広く適合する物質は極めて限定
されるが数多くの材料から実験的に選ばれたもの
として先に実施例中でも示したポリイミドやその
他の高分子物質の溶液の電極上への塗布、感圧接
着剤を片面に塗布したポリイミド、テフロン等の
高分子フイルムの貼付、充填剤を含めて、シリコ
ンゴム系、エポキシ樹脂系の接着剤や塗料の使用
は好結果を得ることができる。又中間電極をセラ
ミツク、ガラス、プラスチツク等で覆つて一体と
し、表面誘電体層や中間誘電体層までを含めたも
のとして利用してもよい。この際金属酸化物等の
溶射を利用することは効果ある方法である。又中
間電極表面を陽極酸化等による該金属酸化物で覆
うことも効果ある方法である。
本発明によればいずれの方法を採用するにして
も、誘電体層として、最も作製の困難な高い直流
電圧、静電吸着に関係する部分は、面積として
は、特開昭55−90288の装置に採用されている方
法と比較すれば極めて限られたものであり、更に
本発明の場合には、この静電吸着に関する表面誘
電体層の面積の大部分は被加工物に覆われるた
め、直接プラズマには晒らされないことになり、
この点でも極めて有利である。このため前述した
各種の誘電体を利用した均一な被膜の形成が容易
かつ低価格で実現できた。さらに同様な理由で本
発明の装置では試料台として、交換容易な形状に
しておき、予備試料台を用意し、表面誘電体層劣
化に備えることもできるという特徴もある。
第２図は本発明を実施したドライエツチング装
置により被加工物としてのAlを表面に付着させ
たSiウエハーを実際にエツチングした時のウエハ
ーの到達表面温度をエツチング中の高周波電力に
対して目盛つた図である。図で、１０１はウエハ
ーを試料台にそのまま載置した場合の温度特性で
ある。１０２は中間電極層に正の900Vの電圧を
印加しエツチングした時の温度特性であり、１０
３は1500Vの正電圧を印加してエツチングした時
の温度特性である。いずれの場合も高周波電極は
20℃程度の水により冷却されている。被加工物で
あるAlを付着したSiウエハー上には通常マスク
材としてフオトレジストが塗布されているが、前
記フオトレジストがエツチング中に熱的損傷を受
けるのはおおよそ110℃以上である。従つて従来
の方法で試料台に被加工物をそのまま載置しただ
けではフオトレジストに損傷を与えない高周波電
力はたかだか120W以下であり、エツチング速度
を充分高めることは出来ず高速エツチングを望む
ことが出来ないばかりか載置の方法や、エツチン
グ条件が異なることにより、温度上昇特性が大き
く異なり、再現性の悪いエツチングしか行うこと
が出来ない。本発明によるドライエツチング装置
を用い、中間電極層に正の電圧を印加した場合は
900V程度の電圧でも曲線１０２に示すように、
110℃以下の温度上昇で200W程度の高周波電力を
投入出来る。エツチング速度は高周波電力に比例
するため、従来法に比べ1.7倍程のエツチング速
度がフオトレジストの損傷無しで得られる。その
上、ウエハーが冷却された試料台に吸着され接触
面の熱抵抗が小さくなるため、温度上昇特性が試
料の載置方法等によらず再現性の良いエツチング
特性が得られる。さらに曲線１０３で示されるよ
うに中間電極層に印加する電圧を1500Vに上げる
と冷却特性はさらに改善され、110℃以下の温度
上昇が得られる高周波電力の範囲は260W以下と
なり、静電吸着を利用していない従来法に比較し
て約2.2倍のエツチング速度がフオトレジストの
損傷無しで得られる。
以上述べたように本発明によれば、大面積高周
波電極上で大量に被加工物を自動搬送機構を用い
て載置するドライエツチング装置においてさえ
も、比較的容易にプラズマを乱すことなく、直流
高電圧を誘電体を介して被加工物に印加すること
が出来、静電吸着により被加工物を効率良く冷却
することが出来るため、フオトレジストが熱的損
傷を受けることなく速いエツチング速度で再現性
良く被加工物をエツチング出来る。本実施例では
高周波電極上に試料台を固定し、前記試料台中の
中間電極層直流電圧を印加する場合について述べ
たが、特殊な例として、前記中間電極層が接地電
位であつても被加工物質に帯電するセルフバイア
ス電圧によつて静電吸着力が生じ、被加工物を冷
却することができる。
以上の説明では、複数の被加工物に対する中間
電極の電位はすべて同一にしてある。実際問題と
して、このような使い方が大部分であり、装置も
簡単で実用的価値が高いが、このような構成は、
本発明を限定するものではなく、必要とあれば複
数の中間電極のうち電位を異なるものがあつても
よく、そのような構成も本発明の範囲である。
又、以上ドライエツチング装置に関して詳しい
説明を行つたがスパツタ装置やプラズマCVD装
置であつてもよいことは云うまでもない。広くプ
ラズマ応用装置としては、冷却のみでなく、被加
工物を加熱することも重要なことがあるが、加熱
に関しても、本発明の装置はすぐれた性能を示す
ことは上述の説明から容易に理解できる
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施したドライエツチング装
置の断面図であり、第２図は本発明によるドライ
エツチング装置を用いた時の被加工物の温度特性
である。 １……反応容器、２……バルブ、３……高周波
電極、４……接地電極、５……被加工物質、６…
…試料台、７……中間誘電体層、８……中間電極
層、９……表面誘電体層、１０……絶縁スペーサ
ー、１１……シールド、１２……電極カバー、１
３……マツチング回路、１４……高周波電源、１
５……直流高圧電源、１５……リード線、１７…
…ガス溜、１８……マスフローコントローラ、１
９……高周波フイルター、２０……冷却水水路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 反応容器内にグロー放電によりプラズマを発
    生させることのできる１対の平行平板電極を有す
    るプラズマ応用加工装置において、いづれか一方
    の高周波電極上に、誘電体層と、該誘電体層で上
    記高周波電極から直流的に絶縁された被加工物と
    ほぼ同じ面積を有する直流印加用電極と、該直流
    印加用電極の表面及び端面を被覆した他の誘電体
    層とから成る被加工物設置手段とが設けられ、該
    被加工物設置手段に上記被加工物を静電吸着させ
    るための上記直流印加用電極に電圧を印加する電
    圧印加手段及び被加工物処理の際上記被加工物設
    置手段を冷却する、上記電圧印加手段の回路から
    絶縁された冷却手段を備えたことを特徴とするプ
    ラズマ応用加工装置。 ２ 前記直流印加用電極の被加工物に面する表面
    誘電体層が感圧接着剤を片面に塗布した高分子フ
    イルムであることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載のプラズマ応用加工装置。 ３ 前記表面誘電体層がポリイミド系、シリコン
    ゴム系、エポキシ系の高分子塗料、接着剤ないし
    はこれらの塗料、接着剤に充填剤を含む材料を塗
    布した膜により構成されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第２項記載のプラズマ応用加工装
    置。 ４ 前記表面誘電体層と中間誘電体層が前記直流
    印加用電極の構成金属酸化物により形成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    プラズマ応用加工装置。 ５ 前記直流印加印加用電極および前記表面誘電
    体層および前記中間誘電体層が金属を封入したセ
    ラミツク、ガラス、プラスチツク等の誘電体によ
    り一体として構成されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載のプラズマ応用加工装
    置。 ６ 前記中間誘電体層がセラミツク系充填剤を混
    入したエポキシ系の接着剤ないしは塗料であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラ
    ズマ応用加工装置。 ７ 前記表面誘電体層ないしは前記中間誘電体層
    が、金属酸化物等の溶射膜によつて形成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    プラズマ応用加工装置。
JP56035741A 1981-03-12 1981-03-12 Plasma applying working device Granted JPS57149734A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56035741A JPS57149734A (en) 1981-03-12 1981-03-12 Plasma applying working device
US06/357,216 US4399016A (en) 1981-03-12 1982-03-11 Plasma device comprising an intermediate electrode out of contact with a high frequency electrode to induce electrostatic attraction

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JPH0119253B2 true JPH0119253B2 (ja) 1989-04-11

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