JPH01298721A - 真空処理装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、真空中にてウェハーその他の各Ｆ１試料の加
工処理笠を行う真空処理装置において、試料を固定する
静電チャック電極を改良した真空処理装置に関する。

（従来の技術） ＬＳＩその他の６種゛ト導体素子の製造に際しては、真
空処理装置やプラズマエツチング装置等の真空処理装置
が使用される。

この真空処理装置においては、ウェーハその他の試料は
真空容器内の試料台上に載置され、ガス冷却あるいは試
料台を介したｈｋ熱による温度制御の下で必要な処理を
施される。

試料台と試料との固定方法としては、試ｔ４をｒｌｔに
試料台に載置しただけの自重設置法、静電チャックによ
り試料を試料台の電極に静電的に吸着させる静電チャッ
ク法、試料をクランプ等を用いて試料台に固定する機械
式チャック法などがある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、真空中では試料と試料台との間の熱伝導は両
者の接触面積に依（ｊするため、大きな熱伝導を得るこ
とか難しく、例えば真空処理装置において試料を２００
℃に加熱するためには、試料台の温度を２５０℃に保っ
た上、１０分間以上も待たなければならないという欠点
かあった。

また、プラズマ等を用いてスパッタ成膜試料のエツチン
グを行う場合には、プラズマからの吸熱によって試料が
３００　℃程度まで昇温しでしまうため、１００℃以下
の低温にて処理することができなかった。特に、プラズ
マによるスパッタやエツチングでは、処理中の試料温度
によって膜質や密層性、あるいはエツチング形状やエツ
チングレートが大きく左右されるため、試料の処理温度
を精度よくコントロールすることか肝要であるが、従来
技術では、これに十分にλ・す応することができなかっ
た。

また、従来の静電チャック法においては、静電チャック
電極の、試料に接する側の絶縁層（第１の絶縁層）はガ
ス導入配管に接する部分だけしかバターニングされてい
ないため、試料と静電チャックの間の熱抵抗が大きかっ
た。

本発明は従来技術における上述のごとき課題を解決すべ
くなされたもので、試料と試料台上の静電チャックとの
間の熱伝導度を高めることによって試料の温度を試料台
を介して精度よく制御し得る真空処理装置を提供するこ
とを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の真空処理装置は、真空容器と、これに絶縁的に
取付けられた試料台と、この試料台の温度を制御する温
度制御機構と、前記試料台上に固定され、試料を静電的
に吸着する静電チャック電極と、この静電チャック電極
の上面に開口するガス導入配管と、このガス導入配盾Ｃ
三ガスを供給するガス供給機構と、前記静電チャック電
極の第１の絶縁層に形成され、前記ガス導入配管に連な
り、それからＯ（給されるガスを前記第１の絶縁層と試
料との間に充拍させるガス分散溝とを具備することを特
徴とするものである。

（作　用） 上述のように構成した本発明の真空処理装置においては
、試料と、これを静電的に吸着する静電チャック電極と
の間に、ガス分散溝を介してガスが供給され、これが両
者間を薄膜状に拡散してゆくため、両者間の熱伝導度が
高くなり、試料の温度を試料台の温度制御によって、所
望の温度に精度よくコントロールすることかできる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明装置の実施例を示すもので、真空容器１
には、その下端に絶縁部材２を介して試料台３が気密に
接続固定されている。この試料台は導電性の材料からな
り、電極部祠としても機能する。

試料台３の上には静電チャック電極４か固定されており
、試料（例えば被処理基板）Ａはこの静電チャック電極
に吸着されて固定される。真空容器１内の上方には、試
料台３と対向して対向電極５が設置されている。この対
向電極はリード線６および真空容器１を介して接地され
、また、試料台３は整合回路７を介して高周波電源８に
接続されている。

静電チャック電極４は、電極本体４ａと、その上下面を
被覆する第１の絶縁層４ｂおよび第２の絶縁層４Ｃから
なり、電極本体４ａは高周波遮断回路９を介して直流電
源１０に接続されている。

また、静電チャック電極４は第２の絶縁層４Ｃを試料台
３上面に接着剤を用いて接着することにより試料台３に
固定されている。

試料台３の内部には温度制御機構の一部を（ｈ成する媒
体通路３ａが形成されており、そこには温度調整された
冷却水等の媒体が媒体配管１１ａ。

１１ｂを通して導入または排出される。また、対向電融
５にはガス導入管１２を通して処理ガスが導入され、対
向電極５の表面に設けた放出孔（図示せず）からｈｋ出
される。なお、第１図中、１３は排気管を、１４は真空
容器］内の圧力を検出する圧力計を示す。

ガス導入配管１５の上端は試料台３および静電チャック
電極４を貫通し、静電チャック電極４の上面に開口して
いる。ガス導入配管１５の途中にはガス供給機構の一部
を構成する圧力に１１６とガス流】コントローラバルブ
１７が設けられ、またガス導入配管１５のガス流量コン
トローラバルブ１７よりも下流から分岐するガス排出配
管１８にはｉｉＪ変バルブ１９が設けられている。

第２図は静電チャック電極付近の詳細を示している。こ
の図において、電極本体４ａとしては厚さ０．０５〜０
．２ｍｍ程度の銅シートが使用されており、また、第１
の絶縁層４ｂおよび第２の絶縁層４Ｃとしては、フレキ
シブルな厚さ０．０５〜［：）、２ｎ＋ｎ程度のポリイ
ミド樹脂フィルムが使用されている。これらのフィルム
の周縁部分は互いに接希され、電極本体４ａのエツジ部
分を覆っている。第１の絶縁層４ｂの上面には、バター
ニングによってガス分散溝２０か形成されている。

第３図はガス分散溝２０の形状の一例を示すらので、ガ
ス導入配管１５の上端に連なり、そこを中心として放射
状方向に伸びる４本の放射状溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
、２１ｄと、これらの放射状溝の外端に連なり、そこか
ら円周ｈ゛向に伸びる円弧状溝２２ａ、　　２２１）、
２２Ｃ，２２ｄからｆＭ成されている。これらのガス分
散溝の外径は、ガス漏れを防ぐため試料Ａの外径よりも
小径とされている。

なお、ガス分散溝２０は第４図ないし第７図に例示する
ような形状としてもよい。即ち第４図は第３図に示した
ガス分散溝パターンの大小２個を４５°ずらせて２重に
組合わせたガス分散溝３０を、第５図は多数本の直線状
の溝をツリー状に配置したガス分散溝３１を、第６図は
渦巻き状としたガス分散溝３２を、第７図は多数本の直
線状の溝を放射状に配置したガス分散溝３３を、それぞ
れスケルトン的に示している。

次に、上述のように構成された本発明の真空処理装置の
作動を説明する。

第１図において、先ず、試料台３上の静電チャック電極
４の上面に試料Ａを載置し、真空容器１内を排気管１３
を通して真空にｖト気すると共に、静電チャック電極の
電極本体４ａに、直流電源１０より電圧を印加し、試料
Ａを静電的に試料台３上に固定する。

次に、処理ガス導入装置（図示せず）より、ガス導入管
を通して処理ガスを真空容器１内に導入し、その圧力か
所定の値に達したら、高周波電源８より高周波電圧を試
料台３に印加して試料Ａのエツチングを行う。

この時、真空容器１内は圧力計１４の指示に基づき所定
の電力に制御され、また、試料台゛３の媒体通路３ａに
は所定温度の媒体が供給されて試料台′３の温度を制御
する。一方、第１の絶縁層４ｂの１曲に形成したガス分
散溝２０には、ガス流量コントローラバルブ１７の制御
のもとで、ガス導入配管１５より微量の不活性ガス、例
えば窒素ガスが供給される。このガスは静電チャック電
極４の第１の絶縁層３ｂと試料Ａとの間の微小へ隙間を
薄膜状に拡散してゆく。この薄膜状のガスの介（１によ
って試料Ａと静電チャック電極４間の熱伝導性はとしく
高まるので、試料Ａの温度は試料台３の温度によく追従
するようになる。

下記表は、上記装置を高速ＲＩ　Ｅ　（ＲＥＡＣＴＩＶ
ＥＩＯＮ　ＩＥ’ｒＧＩＩＩＮＧ　）　’Ａ置に適用し
て、処理中の試料Ａの温度をサーモラベルによってＭ１
定した結果を示す。この別表は、高周波電源８から試料
台３に供給される電力を電極＋１１−位面積当りのパワ
ー強度（Ｗ　／　ｃｄ　）に換算し、これを１０分間印
加した後の試料面の上昇温度を示すもので、（Ａ）はガ
ス分散溝のない従来の静電チャック電極をＩＩＩＬＩて
試料Ａを静電的にチャックし、ガス導入配管１５から窒
素ガスを導入した場合を、（Ｂ）は静電チャック電極を
使用せずに、試料台３上に直接、試料Ａを載置して自重
のみにて固定した場合を、（Ｃ）は従来タイプの静電チ
ャック電極を用い、ガス導入配管１５からガスを流さな
かった場合を、（Ｄ）は静電チャック電極を使用せずに
、試料台３上に直接、試料Ａを載置して機械的に試料Ａ
をクランプした場合を、また（Ｅ）は上述した本発明の
実施例の場合をそれぞれ示している。

表１　　温度測定結果 また、第８図は、連続処理時間に対する試料温度の変化
の測定結果を、上述の本発明実施例装置による場合と、
従来装置による場合につき示すものである。

これらの結果から、本発明による場合には、従来装置に
比べて冷却効果か著しく向上していること、および処理
時間に対する温度安定性が高く、温度制御能力が向上し
ていることが分る。その理由は、静電チャック電極と試
料との間に必然的に形成されるミクロな隙間にガス導入
配管からの不活性ガスが充填され、両者間の熱伝導率か
向上するためと考えられる。

また、上記実施例においては、ガス分散溝２０を静電チ
ャック電Ｉ５！４の第１の絶縁層４ｂの上面のみに形成
した例につき述べたか、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えば、静電チャック電極４の第２の絶縁層
４ｃの下面、即ち試料台３との境界面にも形成するよう
にしてもよく、その場合には、冷却効果や温度制御性は
一層向上する。

なお、この場合には、静電チャック電極の耐久性を保つ
ため、第１の絶縁層側のガス分散溝２０と、第２の絶縁
層側のガス分散溝とは、異なる形状のものを組合わせて
使用することが望ましい。

また、上記実施例においては、第１の絶縁層および第２
の絶縁層としてポリイミド樹脂フィルムからなるフレキ
シブルシート材を用いたが、その理由は不活性ガスか真
空容器１中に流れ出さないよう、試料Ａと静電チャック
電Ｉ５！４との密着を計るためである。従って、これら
の面が均一に平坦化されている場合には、第１の絶縁層
をフレキシブルにする必要はなく、例えば固体質のアル
ミナや窒化けい素等のファインセラミックスで構成して
もよい。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明においては、静電チャック電画と
試料との間に必然的に形成されるミクロな隙間にガス導
入配管からの不活性ガスか均等に充填されるので、試料
台と試料との間の熱抵抗が低減し、試料の温度を粘度よ
く制御でき、また、従来よりも低い温度で試料を処理す
ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空処理装置の実施例を示す概略図、
第２図は第１図における静電チャック電極近傍の縦断面
図、第３図はその平面図、第４図ないし第７図は本発明
において使用される静電チャック電極におけるガス分散
溝の他の実施例を示すスケルトン図、第８図は本発明装
置と従来装置における試料温度の変化の様子を示すグラ
フである。 １・・・真空容器、２・・・絶縁部材、３・・・試料台
、３ａ・・・媒体通路、４・・・静電チャック電極、４
ａ・・・電極本体、４ｂ・・・第１の絶縁層、４Ｃ・・
・第２の絶縁層、５・・・対向電極、６・・・リード線
、７・・・整合回路、８・・・高周波電源、９・・・高
周波遮断回路、１０・・・直流電源、ｌｌａ、ｌｌｂ・
・・媒体配管、１゛３・・・排気管、１４．１６・・・
圧力計、１５・・・ガス導入配管、１７・・・ガス流量
コントローラバルブ、１８・・・ガスＩＪト出配管、１
９・・・可変バルブ、２（１，３０，３１，３２，３３
・・ガス分散溝。 出願人代理人　　　佐　藤　−雄 第１図 千２図 第３図 第４図　　　　第５図 第６図　　　　粥７図 連続処理時間　↑ 、　　第８０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器と、これに絶縁的に取付けられた試料台と
   、この試料台の温度を制御する温度制御機構と、前記試
   料台上に固定され、試料を静電的に吸着する静電チャッ
   ク機構と、この静電チャック機構の上面に開口するガス
   導入配管と、このガス導入配管にガスを供給するガス供
   給機構と、前記静電チャック機構の第１の絶縁層に形成
   され、前記ガス導入配管に連なり、それから供給される
   ガスを前記第１の絶縁層と試料との間に充填させるガス
   分散溝とを具備することを特徴とする真空処理装置。 ２、前記静電チャック機構は第１の絶縁層と、第２の絶
   縁層と前記第１、第２の絶縁層との間に電気的浮游の状
   態で形状された電極層からなることを特徴とする請求項
   １に記載の真空処理装置。 ３、前記分散溝が第１の絶縁層と、第２の絶縁層を貫通
   して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   真空処理装置。 ４、前記静電チャック機構が前記試料台に粘着剤あるい
   は接着剤で密着固定されていることを特徴とする請求項
   １に記載の真空処理装置。