JPH0528032U - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチング、スパッタリング、ＣＶＤなどの
プラズマを利用した所定の処理を行うプラズマ処理装置
に関し、加熱・冷却機能を備えた電極ステージを有する
プラズ処理装置において、該電極ステージに搭載した半
導体基板の温度制御が容易に行われるようにする。 【構成】 加熱・冷却機能を備えた電極ステージの上に
搭載されている被処理基板を、プラズマを利用して処理
するプラズマ処理装置において、電極ステージ８の少な
くとも被処理基板２の載置部分が、サファイア部材１１
で構成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体装置製造におけるエッチング、スパッタリング、ＣＶＤなど のプラズマを利用した所定の処理を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

プラズマエッチングの場合で、特に、平行平板型プラズマエッチング装置に関 連して説明するが、これに限定されるものではない。図１に標準的な平行平板型 プラズマエッチング装置の構成を示す。この装置は、真空ポンプの排気系につな がっている排気口および反応ガス（ここではエッチングガス）の導入口とを備え た反応室１と、被処理基板である半導体基板２を搭載したカソード電極ステージ ３と、半導体基板２の上方に配置されたアノード電極４と、高周電源５とからな る。反応室１を排気して、高周波電源５によりアノード電極４とカソード電極ス テージ３との間にプラズマが発生する。この時、カソード電極３は自己バイアス 作用により負（マイナス）にバイアスされるため、プラズマ中のイオンによって 衝撃され、カソード電極ステージ３上の半導体基板２がこの衝撃イオンとプラズ マ中のエッチヤントの中性活性種とによってエッチングされる。

【０００３】 このようなエッチング作用はカソード電極ステージ３にも同時に作用するので 、電極の材質によっては金属不純物が半導体基板２に付着して金属汚染で半導体 特性に悪影響を与えることがある。そこで、電極の露出面を、石英やセラミック で被覆して汚染防止を図ることが提案されている（例えば、特開昭63-157416 号 、特開平01-161837 号参照）。

【０００４】 さらに、近年の半導体装置製造においては、高集積化に伴って微細化も要求さ れており、特に、プラズマエッチングではサイドエッチのない、垂直加工が求め られている。これを達成する技術として、最近では被処理物である半導体基板２ の温度制御が注目されており、基板表面での化学反応を基板温度によりコントロ ールして垂直な断面形状を得ようとするものである。基板の温度制御には、冷や す場合には、図２に示すように、半導体基板２を搭載する電極ステージ８をその 内部に冷媒（冷却水、液体窒素など）を通す貫通孔９が設けられ、一方、加熱す る場合には、電極ステージにヒータが内蔵されている（図示せず）。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

このような加熱・冷却機能を備えた電極ステージにおいて、上述したように金 属汚染防止のためにセラミックのようなもので被覆した場合に、電極８の温度が 半導体基板２に伝わり難く、基板温度を十分にコントロールすることができない 。

【０００６】 本考案の目的は、加熱・冷却機能を備えた電極ステージを有するプラズマ処理 装置において、該電極ステージに搭載した半導体基板の温度制御が容易に行われ るように改善したプラズマ装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上述の目的が、加熱・冷却機能を備えた電極ステージの上に搭載されている被 処理基板を、プラズマを利用して処理するプラズマ処理装置において、電極ステ ージの少なくとも被処理基板の載置部分が、サファイア部材で構成されているこ とを特徴とするプラズマ処理装置によって達成される。

【０００８】 電極ステージの表面全体をサファイア部材（板）で覆うことは、電極ステージ をセラミックで被覆する必要がないので、好ましい。しかしながら、大きいサイ ズのサファイア板は高額となるので、コストの面から少なくとも半導体基板と同 じサイズであれば良く、表出している電極ステージをセラミックなどで覆うこと になる。

【０００９】

【作用】

本考案で用いるサファイア部材（板）はその熱伝導率が石英やセラミックより も高く、下の電極ステージの熱と上の半導体基板の熱とのやりとりを効率良く行 えるので、半導体基板を冷却することを加熱することもできて温度制御が容易に 行える。

【００１０】

【実施例】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例および比較例によって本発明 を詳細に説明する。 図３は、本考案に係る平行平板型プラズマエッチング装置の概略断面図であり 、基本的には図２に示した従来のプラズマエッチング装置と同様な構成であって 、同一参照番号は同じないし同等の部品を表している。

【００１１】 本考案によると、高周波電源５につながっているカソード電極ステージ８の表 面部分の全体がサファイア板１１にしてあり、その上に半導体基板２が載置され ている。この装置において、シリコン基板のプラズマエッチングと同時に電極８ の貫通孔９に液体窒素を流して、圧力１０^-6Torr下での半導体基板２の温度変化 （冷却状況）を調べると、図４に示すようになっている。比較例として、サファ イア板１１の代わりに石英板を用いた場合の温度変化を調べると、図４に示すよ うになる。したがって、石英を用いた場合と比較して、サファイアを用いた場合 の方が到達温度が低くかつ到達温度に至るまでの時間が短い。

【００１２】 そして、このサファイア板を用いたプラズマエッチング装置でエッチングを行 わずに、液体窒素による冷却で、圧力0.１Torr下で、３０分後の半導体基板（ウ エハー）の表面温度分布を調べて、図５に示す結果が得られる。このようにサフ ァイアの良熱伝導性によって半導体基板での均一な温度分布が達成できる。 さらに、半導体基板２よりも大きな電極８での基板２の載っていない部分がサ ファイア板１１に覆われているので、電極金属の汚染を従来のように防止するこ とができる。

【００１３】 図６に本発明に係る別の実施例であって、カソード電極の下部に冷却媒体用貫 通孔を装置の構成上配置することのできなかった場合のカソード電極構造を示す 。この場合には、担持ロッド１５の内部に冷媒用貫通孔１６が設けられ、該ロッ ド１５の先端側面にサファイア部材１７が取り付けられている。このサファイア 部材１７の上面に電極１８が高周波電源１９とつながるように形成されている。 この電極１８はその形状が半導体基板２とほぼ同じかあるいは少し大きく、この 上に基板２が載置されている。このサファイア部材１７が良熱伝導性材料である ので、半導体基板２を冷却することができる。

【００１４】 上述の説明はプラズマエッチング装置についてあるが、スパッタリング装置や ＣＶＤ装置の半導体基板搭載電極に本発明を適用することができる。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明したように、本発明に係るプラズマ処理装置は石英やセラミックより も熱伝導性が良いサファイアを利用して、基板搭載電極の加熱・冷却機能を生か しかつ石英やセラミックと同等の金属汚染防止効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の平行平板型プラズマエッチング装置の概
略断面図である。

【図２】従来の別の平行平板型プラズマエッチング装置
の概略断面図である。

【図３】本発明に係る平行平板型プラズマエッチング装
置の概略断面図である。

【図４】半導体基板の冷却効果の温度変化を示すグラフ
である。

【図５】半導体基板の表面温度の分布を示すグラフであ
る。

【図６】本発明に係る電極構造を示す電極の概略断面図
である。

【符号の説明】

１…反応室 ２…半導体基板 ３…カソード電極 ４…アノード電極 ５…高周波電源 ８…カソード電極 ９…冷媒用貫通孔 １１…サファイア部材（板）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱・冷却機能を備えた電極ステージの
   上に搭載されている被処理基板を、プラズマを利用して
   処理するプラズマ処理装置において、前記電極ステージ
   （８）の少なくとも前記被処理基板（２）の載置部分
   が、サファイア部材（１１）で構成されていることを特
   徴とするプラズマ処理装置。