JPH0487330A - プラズマ処理装置のウエハ冷却方法 - 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、プラズマ処理中のウェハを冷却するプラズマ
処理装置のウェハ冷却方法に関するものである。

〈従来の技術〉 ウェハをプラズマ処理する場合に、プラズマ処理中のウ
ェハ温度がプラズマ処理特性に影響を及ぼすことが知ら
れている。このため従来のプラズマ処理装置においては
、ウェハの温度を一定に保つべく、種々のウェハ冷却方
法が提案されている。

例えば第２図に示すプラズマ処理装置３１は、ウェハ電
極３３の内部に、当該ウェハ電極３３のウェハ載置面３
３ａの中央部に開口部３４ａを設けた伝熱ガス導入路３
４と、恒温水が循環される恒温水循環路３５とが設けら
れ、さらにウェハ７０をウェハ載置面３３ａに押し付け
る爪３７を形成したクランプ３６がウェハ電極３３の側
方に設けられたものである。

このプラズマ処理装置３１では、クランプ３６の爪３７
によってウェハ７０がウェハ載置面３３ａに押し付けら
れる。この時、ウェハ７０の裏面７０ｂの微小な凹凸や
ウェハ載置面３３ａの微小な凹凸によって、ウェハ７０
とウェハ載置面３３ａとの間には微小の隙間（図示せず
）が生じる、この隙間には、伝熱ガス導入路３４より高
い熱伝導度を有する伝熱ガス、例えばヘリウムが充填さ
れる。さらに恒温水循環路３５には恒温水（例えば５°
Ｃの水）が流されて、ウェハ電極３３が常に所定の温度
に保たれる。そのために、プラズマ処理によって温度上
昇したウェハ７０の熱は、ウェハ７０とウェハ載置面３
３ａとが接触する部分で直接的に伝導されるとともに隙
間に充填された伝熱ガスを介してウェハ７０よりウェハ
電極３３に伝導される。その結果、ウェハ７０は冷却さ
れる。

また、第３図に示す別のプラズマ処理装置５１は、ウェ
ハ電極５３の上部全面に誘電体５４が設けられ、前記ウ
ェハ電極５３の内部に恒温水が循環される恒温水循環路
５５が設けられたものである。

このプラズマ処理装置５１では、ウェハ電極５３に高周
波電力を供給することで、ウェハ電極５３と誘電体５４
上に置かれたウェハ７０との間に自己バイアス電圧を生
しさせて誘電体５４の全体に静電気を発生させ、この静
電気によって誘電体５４の上面にウェハ７０の裏側全面
を密着させる。また恒温水Ｗ１環路５５には所定の温度
（例えば５°Ｃ）の恒温水が流されて、ウェハ電極５３
が所定の温度に保たれる。そのために、プラズマ処理に
よって温度上昇したウェハ７０の熱は、誘電体５４を介
してウェハ７０よりも温度が低いウェハ電極５３に伝導
される。その結果、ウェハ７０の温度はウェハ電極５３
の温度とほぼ同等の温度に冷却される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記プラズマ処理装置の前者の場合には
、伝熱ガスを充填するための伝熱ガス導入路の開口部が
ウェハ載置面の中央部に形成されているため、ウェハと
ウェハ載置面との間に生じた全ての隙間に伝熱ガスが行
き亙らない。そのために、隙間に伝熱ガスが充填されな
い部分では、ウェハの熱が十分にウェハ電極に伝導され
ないので、ウェハの温度分布が不均一になる。その結果
、ウェハに対するプラズマ処理の均一性が低下する。

また、クランプの爪でウェハをウェハ載置面に押し付け
るために、クランプによってクランプを押し付けたウェ
ハ面が損傷を受けて塵埃が発生する。その結果、塵埃に
よってウェハは汚染される。

さらに、クランプされたウェハの近傍とそれ以外のウェ
ハ上とではプラズマ放電のしきい値電圧が異なるために
、均一なプラズマ処理ができない。

一方、後者のプラズマ処理装置では、ウェハの裏側全面
が誘電体に密着しているためにウェハの全面に数百ボル
トの電圧がかかり、ウェハに形成される素子の薄いｗＡ
縁膜、例えばゲート絶縁膜等が静電破壊される悪影響が
ある。

本発明は、上記課題を解決するために成されたもので、
静電破壊がなくプラズマ処理の均一性に優れたプラズマ
処理装置のウェハ冷却方法を提供することを目的とする
。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成するために成されたもので、
プラズマ処理装置でプラズマ処理を行う場合に、ウェハ
が載置されるウェハ電極に高周波電力を供給することで
ウェハ電極のウェハ載置面の周部に設けた誘電体にウェ
ハの裏面の周部を密着させて、誘電体に密着させた周部
を除くウェハの裏面をウェハ載置面に密接させる。次に
、ウェハ！！２直面に複数の開口部を設けた伝熱ガス導
入路を経て、ウェハ載置面とウェハとの間に生じた隙間
に伝熱ガスを充填することよりなるウェハ冷却方法であ
る。

〈作用〉 上記したプラズマ処理装置のウェハ冷却方法では、ウェ
ハ電極のウェハ載置面の周部に設けた誘電体にウェハを
密着させたことにより、静電気によるウェハの密着がウ
ェハ裏面の周部で成されるので、ウェハの静電破壊は低
減される。またウェハ載置面に複数の開口部を設けた伝
熱ガス導入路を経て、ウェハ載置面とウェハとの間に生
じた隙間に伝熱ガスが充填されることにより、ウェハ載
置面とウェハとの間に生じた隙間の殆どに伝熱ガスが充
填されるので、プラズマ処理でウェハに生じた熱は、ウ
ェハがウェハ電極に直接接触している部分ではウェハよ
りウェハ電極に直接伝導され、隙間の部分では伝熱ガス
を媒体にしてウェハ電極に伝導される。その結果、ウェ
ハは全体に亙たって冷却されるので、ウェハのプラズマ
処理が均一になる。

〈実施例〉 本発明のウェハ冷却方法が実施されるプラズマ処理装置
の一例を第１図（ａ）に示す断面図および第１図（＋）
）のＡ部拡大図により説明する。

図に示すプラズマ処理装置１１は、処理室１２の内部に
ウェハ７０が載置されるウェハ電極１３とこのウェハ電
極１３に平行に対向させた電極１４とを設けた、いわゆ
る平行平板型プラズマ処理装置である。

前記ウェハ電極１３のウェハ載置面１３ａの周部には、
ウェハ載置面１３ａと同一高さに上面１５ａを形成した
リング状の誘電体１５が設けられる。またウェハ電極１
３の内部には、恒温水循環路１６と、ウェハ載置面１３
ａに複数の微小な開口部１７ａを設ｉｔた伝熱ガス導入
路１７とが形成される。

またウェハ電極１３には、ブロッキングコンデンサ１８
を介して高周波電源１９が接続される。

一方電極１４の内部には、ウェハ電極１３側に開口を設
けた処理ガス導入路２０が形成される。

次に、上記構成のプラズマ処理装置１１によって実施さ
れるウェハ冷却方法を説明する。

零ウェハ冷却方法は、プラズマ処理時に行われる。

まず恒温水循環路１６に恒温水（例えば温度が５°Ｃの
水）を循環させて、ウェハ電極１３を所定の温度に保持
する。

そして誘電体１５の上面１５ａを含むウェハ載置面１３
ａ上にウェハ７０を置く。その後、処理ガス導入路２０
より処理室１２内にプラズマ処理ガスを供給するととも
に供給したプラズマ処理ガスの一部を処理室１２に設け
た排気管２１より排気して、処理室１２内のプラズマ処
理ガスの圧力を一定に保つ。

次に、ウェハ電極１３と電極１４との間にプラズマを発
生させるために、ウェハ電極１３に高周波電源１９より
高周波電力を供給する。この時、ウェハ電極１３とウェ
ハ７０との間に自己バイアス電圧が生じる。この自己バ
イアス電圧によって誘電体１５に静電気が発生する。こ
の静電気によってウェハ７０の裏面７０ｂの周部は誘電
体１５の上面１５ａに密着される。従って、ウェハ７０
は、誘電体１５に発生じた静電気の影響を周部にしか受
けないので、ウェハ７０に形成される素子の殆どは静電
破壊を受けない。

また、ウェハ電極１３のウェハ載置面１３ａと誘電体１
５の上面１５ａとが同一高さに形成されているので、誘
電体１５に密着された部分を除くウェハ７０の裏面７０
ｂはウェハ載置面１３　ａ　ニ密接される。

ところが、ウェハ７０の裏面７０ｂやウェハ載置面１３
ａには、通常の研削加工による微小な凹凸があるので、
ウェハ載置面１３ａとウェハ７゜の裏面７０ｂとの間に
は微小な隙間２２が生じる。

このため、この隙間２２の伝熱性を高めるために、隙間
２２には伝熱ガス導入路１７より複数の開口部１７ａを
経て伝熱ガスＧが充填される。この伝熱ガスＧには高い
熱伝導度を有するヘリウムが用いられる。このため、プ
ラズマ処理によって温度が上昇したウェハ７０の熱は、
ウェハ７ｏとウェハ載置面１３ａとが直接接触している
部分ではウェハ電極１３に直接伝導され、伝熱ガスＧが
充填されている部分では伝熱ガスＧを媒体にしてウェハ
電極１３に伝導される。この時、充填された伝熱ガスＧ
は、ウェハ７０と誘電体１５とが密着されているので、
処理室１２の内部には漏れない。

その結果、プラズマ処理中のウェハ７ｏは冷却されて、
ウェハ７０の温度はウェハ電極１３の温度とほぼ同等の
温度になる。

上記したようにウェハ７０は静電気によって誘電体１５
に密着されるので、密着時に塵埃は発生しない。

さらに、ウェハ７０の上面にはプラズマ放電を乱すもの
がないので、プラズマ放電のしきい値電圧は安定し、プ
ラズマはウェハ７ｏと電極１４との間で均一に発生する
。

なお、上記実施例は平行平板型電極のプラズマ処理装置
１１で説明したが、平行平板型の電極構造で上部側の電
極をウェハ電極に形成したプラズマ処理装置や、いわゆ
るヘキソード型電極のプラズマ処理装置等にも、本発明
のウェハ冷却方法を適用することが可能である。

〈発明の効果〉 以上、説明したように本発明によれば、ウェハ電極に高
周波電力を供給し、ウェハ電極のウェハ載置面の周部に
設けた誘電体に静電気を発生させてウェハを密着させる
ので、ウェハの静電破壊が低減されてウェハの品質の向
上が図れる。またウェハ密着時に塵埃が発生−しないの
で、ウェハの清浄度は保たれる。さらにウェハとウェハ
を極との隙間の殆どに複数の開口部を設けた伝熱ガス導
入路より伝熱ガスが充填されるので、ウェハの熱は伝熱
ガスを媒体にしてウェハ電極に伝導できる。

よって、ウェハの冷却効果が高められるので、プラズマ
処理の均一性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、プラズマ処理装置の構成断面図、第１
図（ｂ）は、第１図（ａ）中のＡ部拡大図、第２図は、
従来例の構成断面図、 第３図は、別の従来例の構成断面図である。 １１・・・プラズマ処理装置、　　１２・・・処理室。 １３・・・ウェハ電極、　　１３ａ・・・ウェハ載置面
。 １４・・・電極、　　　　　１５・・・誘電体。 １５ａ・・・誘電体の上面、　　１６・・・恒温水循環
路１７・・・伝熱ガス導入路、　　１７ａ・・・開口部
２２・・・隙間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プラズマ処理装置でプラズマ処理を行う場合に、ウェハ
   電極に高周波電力を供給することで前記ウェハ電極のウ
   ェハ載置面の周部に設けた誘電体にウェハ裏面の周部を
   密着させて、誘電体に密着させた周部を除く前記ウェハ
   裏面を前記ウェハ載置面に密接させる工程と、 前記ウェハ電極のウェハ載置面に複数の開口部を設けた
   伝熱ガス導入路を経て、前記ウェハ載置面と前記ウェハ
   との間に生じた隙間に伝熱ガスを充填する工程とにより
   なることを特徴とするプラズマ処理装置のウェハ冷却方
   法。