JPH0487321A - 真空処理装置の被処理物保持装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩのような半導体素子の製造工程
において使用されるエツチング装置等の真空処理装置に
関し、より詳しくはウェーハ等の被処理物の保持装置に
関する。

［従来の技術ｊ 近年におけるＬＳＩの微細化に伴い、酸素プラズマのよ
うなガスプラズマを発生させる反応性イオンエツチング
装置等の真空処理装置を用いて、レジスト層をエツチン
グすることにより現像を行って、レジストパターンを形
成する乾式現像プロセスが提案されている。

ところで、このような乾式現像プロセスにおいては、プ
ラズマとの化学反応熱やイオン、電子等の衝撃入射エネ
ルギにより、マスクおよび被処理物である基板が加熱さ
れ、その温度が良好に制御されない場合には、基板の変
形等により目的とする微細パターンが形成されなくなる
。

そこで、かかる不都合を排除すべく、基板を冷却する技
術が種々提案されている。

例えば、特開平１−３０２７２６号公報には、冷媒通路
が形成された電極上に静電チャックを配設し、この冷媒
通路に液体窒素やフッ素系冷媒等を導入することにより
電極全体を冷却し、これにより静電ヂャックに吸着され
た被処理物の冷却を行う技術が開示されている。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、従来のように冷媒を用いて電極全体を冷
却するようにした場合にあっては、以下のような問題が
ある。

（１）被処理物たる基板の温度を、要求される温度、例
えば０℃以下に維持することが容易でない。そして、０
℃以下に維持するためには大量の冷媒循環量を必要とし
、大きなチラーをも必要とする。

（２）冷媒の供給はバイブを通して行わざるを得ず、そ
の表面での結露作用により他の機織部分へ損傷を与える
おそれがある。

（３）電極全体の熱容量が大きいので被処理物たる基板
の温度制御の応答性が悪い。

本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、通常の冷
却水による温度制御が可能であると共に、温度制御の応
答性に優れた真空処理装置の被処理物保持装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、真空容器
内に設けられた電極と、該電極上に配設された熱電冷却
素子と、該熱電冷却素子上に配設された静電チャックと
を備えたことを特徴とする。

［作　用１ 本発明によれば、被処理物は電極上の熱電冷却素子上に
配設された静電チャックに吸着状態で保持され、所定の
真空処理が行われる。

このとき、熱電冷却素子には所定の電流が流される。こ
れにより、ベルチェ効果により熱電冷却素子の静電チャ
ック側（１次側）は冷却され、電極側（２次側）は加熱
され、両者間に所定の温度差が生ずる。

従って、電極を、例えば、室温程度の冷却水で冷却して
も、静電チャックおよびその上に保持される被処理物は
、例えば０℃以下とすることが可能であり、低コストの
簡易な冷却装置でもって所望の温度制御を行うことがで
きる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添附図面を参照しつつ説明する
。

第１図ないし第３図に、本発明を反応性イオンエツチン
グ装置に適用した一実施例を示す。

図において、ｌＯは反応容器であり、容器自体が電極を
構成している。

反応容器１０の下側には、被処理物たる基板となるウェ
ーハを上下させるための機械的なウェーハリフト機構を
内蔵した支持台１２が設けられ、さらに、この支持台Ｉ
２の上に電極ブロックＩ４が設けられている。電極ブロ
ック１４の上面側には円盤状の陥凹部１４Ａが形成され
ており、この陥凹部１４Ａには、後述する熱電冷却素子
としてのベルチェ素子板１６および静電チャック板１８
が、順に接触状態で固設されている。

電極ブロック１４、ベルチェ素子板１６および静電チャ
ック板１８のそれぞれの中央部には、貫通孔１４Ｂ、　
１６Ａおよび１８Ａが形成されている。

電極ブロック１４においては、貫通孔１４Ｂを挾んで永
久磁石２０が設けられ、その両端にはそれぞれ磁性体か
らなるポールピース２０Ａおよび２０Ｂが設けられてい
る。ポールピース２０Ａおよび２０Ｂは陥凹部１４Ａの
両端に臨むべく偏位されている。電極ブロック１４内に
は冷却水通路１４Ｃが設けられており、冷却水配管２２
に接続されている。

ベルチェ素子板１６は、構造そのものは広く知られてい
るので詳細な説明は省略するが、本実施例にあっては、
上下のアルミナ板の間に電極を交互に異ならせたダイオ
ードが配列されて構成されている。これは市販のものを
用いることが可能である。

静電チャック板１８は、好ましくは少なくとも２枚の平
板電極をポリフッ化ビニリデン等の高分子材料やアルミ
ナ等のセラミックからなる強誘電体に埋め込んで構成さ
れた双極型が用いられ、前記強誘電体としては熱伝導性
の観点からセラミックが好ましい。さらに、平板電極の
形状としては、円状電極と、それを囲む円環状電極、ま
たは半径の違う同心の円環を多数設け、交互に正負電極
とする電極が好ましい。

静電チャック板１８の表面上には第３図に示す如く、複
数の同心の不活性ガスの導入溝１８Ｃが形成され、導入
溝１８０は半径方向溝１８Ｄによって連通されている。

そして、半径方向溝１８Ｄには静電チャック１８を貫通
して形成された導入孔１８Ｅが開口している。

なお、溝の形状は、ウェーハと静電チャック板１８との
間に不活性ガスを充填できるものであれば、その形状は
特に制限されるものでな（、例えば螺旋状あるいは格子
状であってもよい。

さらに、静電チャック板１８には等角度間隔で半径方向
三方に延びる開口１８Ｂが設けられ、この開口１８Ｂに
はウェーハを着脱するためのりフタ−２４のウェーハ受
け２４Ａが配設されている。

そして、上述した静電チャック板１８の外周縁には電極
ブロック１４に架設されるステンレス鋼製の押え板２６
が設けられ、該押え板２６をねじ２ｇ、　２８・・・で
もって締着することにより、ペルチェ素子板１６および
静電チャック板１８を電極ブロック１４の陥凹部１４Ａ
内に、接触状態を維持しつつ固定している。

なお、３０は静電チャック板１８に埋設された温度セン
サであり、温度コントロール装置３２に接続されている
。さらに、温度コントロール装置３２は、ペルチェ素子
板１６の静電チャック板１８と接触する側（冷却側）、
および電極ブロック１４と接触する側（加熱側）に、そ
れぞれ接続されているベルチェ素子用定電流電源３４に
接続されている。

さらに、静電チャック板１８の電極には、静電チャック
用高圧電源３６からＯ〜２ＫＶの高電圧が供給される。

また、電極ブロック１４は高周波電源３８と接続されて
いる。

そこで、本実施例における反応性イオンエツチング装置
においては、排気口４０からポンプによって反応容器１
０内を高真空に排気した後、反応ガス容器からバイブ４
２を介して、酸素等の反応ガス、またはこの反応ガスと
共に窒素等の不活性ガスを、それぞれ流量制御バルブを
介して反応容器ｌＯ内に導入する。電極ブロック１４に
高周波電源３８から高周波電力を印加して反応ガスのプ
ラズマを発生し、静電チャック板１８に吸着固定された
ウェーハのエツチングを行う。

このエッヂング工程において、不図示のウェーハと静電
チャック板１８の不活性ガスの導入溝１８Ｇとで形成さ
れる空間には、導入孔１８Ｅと連通された供給バイブ４
４を介してヘリウム等の冷媒ガスが導かれ、ウェーハ上
に発生する熱を静電チャック板１８側へ伝導させる。し
かるに、電極ブロック１４内の冷却水通路１４Ｇには、
冷却水配管２２を介して、室温程度の冷却水が循環供給
されており、電極ブロック１４を室温程度に保っている
。

さらに、ベルチェ素子板１６には定電流電源３４から２
０Ｖ程度の直流電圧が加えられ、静電チャック板１８と
接触している冷却側と電極ブロック１４と接触している
加熱側との間に、この加える電流に応じた温度差が生ず
る。

そこで、ベルチェ素子板１６にあっては、この温度差を
４０℃程度に設定することが可能であり、電極ブロック
１４が室温程度であっても、静電チャック板１８の温度
な０℃以下、ひいてはウェーハの温度を所望の０℃以下
にすることが可能である。

このことは、従来の静電チャックと電極ブロックとを直
接に接触させ、電極ブロックを冷媒でもって冷却する方
法の場合、静電チャックを０℃以下にするためには電極
ブロックをも０℃以下とせざるを得ないことと大きく相
違する。

なお、静電チャック板１８の温度は温度センサ３０にて
検出され、温度コントロール装置３２に送られる。温度
コントロール装置３２は定電流電１ａ３４の定電流値を
変更し、静電チャック板１８、ひいては、ウェーハの温
度を制御する。

このような本発明によれば、静電チャック板１８を所定
の温度に制御する、すなわち変化状態から安定状態に移
行するに要する時間（以下「特性時間」と称す）として
は、３０秒以下が可能であった。

次に、本発明を他型式装置へ適用した実施例を第４図に
示す。

本実施例にあっては、プラズマ発生手段としてマイクロ
波を用い、ウェーハを保持する電極ブロックと他の電極
とに低周波電力を印加することによりプラズマに異方性
を付与するようにしている。

なお、本実施例において、前記実施例と機能的に同一の
部位には同一符号を付し重複説明を避ける。

本実施例においては、反応容器１０の上部に石英窓１０
Ａが設けられ、この石英窓１０Ａを通してマイクロ波導
波管１０Ｂおよびマイクロ波発振機ＩＯＣが設けられて
いる。

この石英窓１０Ａと対向して反応器１０の下側には支持
台１２の上に電極ブロック１４が設けられており、この
電極ブロック１４の上面には小型のベルチェ素子板１６
０．１６０・・・が４個別々に載置され、さらにそれ等
の上に静電チャック板１８が載置されている。そして、
静電チャック板１８の外周部と電極ブロック１４との間
はねじ２８でもって直接締着されており、ベルチェ素子
板１６０と静電チャック板１８および電極ブロック１４
との接触が密とされている。

また、静電チャック板１８と電極ブロック１４との外周
部はガラスカバー５０によって覆われている。

これは反応ガスのプラズマがペルチェ素子板１６０の側
面に大量に到達し、ベルチェ素子板１６０に損傷を与え
ないためである。さらに、本実施例における電極ブロッ
ク１４は低周波電源（５０〜１００Ｋｔ（ｚ）５２と接
続されている。

本実施例においても前記実施例と同様にエツチング工程
において、電極ブロック１４の冷却通路１４Ｇに冷却水
配管２２を介して室温程度の冷却水を循環させつつ、ペ
ルチェ素子板１６０に直流電圧を印加することにより、
静電チャック板１８、ひいてはウェーハを０℃以下に冷
却することが可能である。

［発明の効果１ 以上の説明から明らかなように、本発明の真空処理装置
の被処理物保持装置によれば、被処理物を、例えば０℃
以下に冷却するに際し、通常の冷却水による温度制御が
可能で低コスト化をはかることができる。また、温度制
御の応答性に優れているので、作業効率上も有利である
。

特に本発明は、乾式現像レジストの乾式現像装置として
の反応性イオンエツチング装置に好適である。

第３図は本発明の一実施例の平面図、 第４図は本発明の他の実施例を示す断面図である。

ｌＯ・・・反応容器、 １４・・・電極ブロック、 １４Ａ・・・冷却水通路、 １６．１６０・・・ベルチェ素子板、 １８・・・静電チャック板。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の一部拡大図、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空容器内に設けられた電極と、 該電極上に配設された熱電冷却素子と、 該熱電冷却素子上に配設された静電チャックと を備えたことを特徴とする真空処理装置の被処理物保持
   装置。