JPS60136314A - 低圧雰囲気内の処理装置 - Google Patents

低圧雰囲気内の処理装置

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JPS60136314A
JPS60136314A JP58243869A JP24386983A JPS60136314A JP S60136314 A JPS60136314 A JP S60136314A JP 58243869 A JP58243869 A JP 58243869A JP 24386983 A JP24386983 A JP 24386983A JP S60136314 A JPS60136314 A JP S60136314A
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徹 大坪
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10P50/00Etching of wafers, substrates or parts of devices

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  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

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】 〔発明のオU用分野〕 本発明は、9内におい℃基板に食刻1M、膜。
ベーキング処理等の地理を行う低圧雰囲気内の処理装置
に関するものである。
評L〈はドライエツチング装置においては。
基板がプラズマから受ける熱により加熱されて基板上の
フォトレジストが変質し1Lいように基板を冷却するた
めの装置、また、基板の脱ガスのためのベーキング処理
においては基板を効果的に加熱する必要があるため、こ
の基板を加熱する装置、また蒸漕、スパッタ蒸N装置f
などkおいて生成展の粒径、光学的反射率などの制餌の
ために必要な基板の温度制#装置に関するものである。
〔@明の背景〕
低圧雰囲気内の処理装置では、基板と基板支持台間の熱
の授受は、音圧における熱の授受のよ5に十分には行な
われないことが矧られ℃いる。これは、2面間の熱の授
受には介在気体分子が大きな役割を果たしているからで
ある。
そのため、単に、基板支持台の温度制御を行っただけで
は、基板の温度制御を効果的に行うことはできない。
そこで、2面間の熱の授受を効果的に増大する方法がい
くつか知られている。
この従来の基板温度制御装置は、特開1158−324
10号に示すよ5iC第1図に示す如く構成さitてい
る。
即ちこのスパッタリングまたはドライエツチング等の処
理装置は、王に真空室10.スパッタ諒19.陽極2O
1及び基板支持台12から構成されている。
そして真空室10は排気装置18により低圧まで排気さ
れる。陰極であるスパッタ諒19と陽極20との間で放
電を弾止し、生じたイオンZ+aスパッタ&、 19に
たたかれることにより分子がとひ出し、基板支持台12
に叉持された基板15に遜し。
基板15上にスパッタWと同じ材負の薄膜が形成される
ここで、基板支持台12内には導管11が設けられてい
て、宜5を則して水供給装置2から。
温度が制御された水が流されることにより、基板支持台
12は適当な温度に保たれる。
基板15は、バネ14を設げた基板支持具13により全
周にわたって均一な荷iで押え付げられ′c14る。ま
たこの時基板15と基板支持台12との1&1」にはO
リング17が設けられていて、カス室16が作られ、こ
のカス室はOりング17により真空室10からシールさ
れている。
ここで、カスため4は、カス圧計8.制卸糸9、及び弁
3により、jjス供給諒1からのカス流入量が制御され
る。基板15と基板支持台12との間隙に形成されるカ
ス室16は弁6およびカスv7を通して上記カスため4
と結合され、常に一足の圧力に制御されている。
以上の従来の処理装置におい又は、基&15と基板支持
台12とのl1jjに設けられたカス室内の気体分子に
より、基板15と温度制御された基板支支台との間の熱
の投受か行なわれ、基板を単に基板支持台12上に載置
した場合より効果的な基板温度開側」が行71われる。
しかし、なから、この従来の処理装置において。
K o)ような問題点を傅し工いた。
Ji’lJち例えば、基板15を厚さt = [J、5
 rum 、半径α= 50 mmのシリコン基板とし
、ガス室16内の圧力pを1000pa、真空室1o内
の圧力11; p J: ’)十分小さいとした場合、
基板はガス室16内の気体の圧力により変形を覚り“、
中心から半径方向にrの位置での変形marは以下の式
(11に従う。
ここで、E、Vはそれぞれシリコンの縦弾性係数オヨヒ
ボアソン比テ、 E = 13.1 X 10” (N
/−〕、Vユ0.3とする。
この時、基板中むす7zわちr = 00位置での友位
蓋δ。は約270μmKなる。
この値は、ガスとし′″cBeを用いた時の虐切なカス
室16の厚さ134μmを大きく上まわっている。
すなわち、設計とおりの効果が得られないことになる。
さらに、高い熱伝導性を持っligであっ又も、カス室
16中の気体による十分な伝熱効果か得られないわけで
あるから、アルゴンなど真空室1゜内の処理カスと同種
のガスを用いた場合、ヘリウムに見られるような尚^伝
熱効果を得られないのは明白である。
以上のように、従来の基板温度制御装置では高伝導性カ
スであるヘリウムを用いても十分な伝熱特性を得られな
いし、ガス室16内のカスを真空室10内のカスと同種
のものを用いた場合。
塊夷的にをまカス室16による効果的な伝熱特性は得ら
れ1tいという問題点を有していた〇さらに、0りング
のシール効果が発生する0リングのつぶししるまで、基
板15を押えつけることは、基板の機械的強夏の観点か
ら不可能である。
そこで、どうしても気体のもれが兄住し℃しまい1.X
窒室10内に導入する処理気体と異なる気体を伝熱用気
体とした場合、リークした伝熱用気体か真空室10内の
処理に悪影臀娶及はすとい5問題点も有し1いた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記促米技術の問題点に鑑み、低圧雰
囲気内で食刻、 xMj4%ベーキングなど、処理を行
う装置におい℃、基板の温度制御を効果的に行うことが
できるようにした低圧雰囲気内の処理装置を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を連成するために、基板と基板支持
台の間隙距離が1間隙内に存在する気体の平均自由行程
より小さい範囲では、2面間の熱の授受倉は、任意の圧
力におい℃気体の種類には依存しないことに層目し、基
板支持台を凸面にL℃基板が気体圧力により凸に変形し
た場合でも気体層の厚さをその気体の平均自由行程より
小さくすることにより効果的な2面間の伝熱特性を高伝
導性気体以外の気体におい℃も良くしたことにある。
〔発明の実施例〕
以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体的に説明
する。
即ちii、2図を用いて本発明の脣敵点を具体的に説明
する。
基板と基板支持台間の気体層の厚さをdとして、気体層
の圧力を笈えた時単位温度差当りに2面間を単位時間、
単位面積あたり、It11遇する熱量(熱通過率)の変
化をヘリウム、ちっ素、四塩化炭素につい℃実験により
測定したのが第2図である。
更に本発明の一実施例を第3図、第4図および第5図に
もとづいて具体的に説明する。
本実施例は、Aを室24.上部寛&30.下部′−極3
7.高周波tIL源42から生に構成される平行平板形
のドライエツチング装置である。
真空室24は、排気系41により低圧まで排気され、真
空計69及び制御系40により足圧にされ処理気体導入
口25から処理気体である例えば四塩化炭素が導入され
る。また、上部−極50および絶縁物38を介した下部
電極37間には1局周波亀rM42から為周波が印加さ
れ、処理気体はグラズマ状態になり、下部岨極67上の
基板340表面が表囲のレジストにより形成されたバタ
ー7通りに食刻される。
この図から明らかなように、気体層の厚さdリウムを用
いた場合と同様の熱通過率を得られる。
すなわち、気体層の厚さは常時toIun;[を以下に
し工おくと伝熱効果は大きい。
また、カスの圧力は、気体の種類にもよるが気体層の厚
さが10μm程度(機械的接触の限界であれは、約16
00 Pα以上にしても熱通過率は上昇せず、意味が7
よい。
さらに1例えば半径50rnmの基板が1500pαの
気体から受ける荷重は1kgであり、これ以上の荷重を
加えるのは基板の破壊の起こる可能性が重重くる。従っ
て1soopa程夏が限界だと考えられる。
この図において、直源部21は、気体分子の平均自由行
程が、気体層の厚さより十分大きい場合であり、気体の
圧力とともに腕形に熱通過率は上昇し、気体層の厚さや
気体の種類に関係しない。
一力、直祿部22は、気体分子の平均自由行程が、気体
〕曽の厚さより十分小さい場合であり、気体層の厚さが
大きくなると熱通過率は下がる。
この時熱通過率は、同極の気体であれは圧力が大きくな
り又も変化しない。
また曲煉部26はこれら2つの場合の過渡的な状態であ
る。
ここで、下部゛電極57は、内部に専管32が設げられ
てい又、流体供給@、 43から、設定温度に保たれた
流体が供給され、設定温良に保たれる〇下部電極67を
設足温反に保つ方法としては、流体を流す方法に限らず
、ヒートパイプと乍却源あるbは発熱導?wなどを用い
る方法であってもさしつかえない。
基&34は、バネ36が設けられた環状または6〜4魚
のつめからなり駆動系29により駆動される基板支持具
35により総加重3〜4kgで押えつけられる。
さらに、伝熱用気体が、流量制御装置46および真空計
45により圧力が制御された気体だめ44から導管47
を通じ 下部電極57に導入され。
兜4図に示したように円48上に設けられた直径1mm
程度の多数の気体導入穴31を通じ、基板34と下部電
極37が作る間隙に送られる。
また、気体導入口25を通じ真空室24内に導入される
気体および下部電極37を通じ真空室24内に導入され
る気体は合せて一本の導管28から供給され、流量制御
装置27により制御され、気体供給献26から真空室に
供給される気体の酩意を制御する。
七り下部電極37は、凸面形状に加工され。
表面は1表面荒さ3.2S程度まで研摩されている。
この時、凸面の形状は1式(1)に従うか式(υよりや
や大きく加工される。これは、気体が導入されて基板が
裏面から荷ムを受けてもさらに変形し7よいようにする
ためであり、そ結果基板34は下部電極37に密清し、
かつ必要以上に基板を哀形させずにすむ。
以上の装置11構成において、基板の温度制御が行なわ
れる過程について説明する。
気体導入穴31から基板34の&面に導入された気体は
、2面の間隙を辿し又真望室24内に排気される一方1
円48の内部にも導入され1円48の内部の気体の圧力
は気体導入穴31における気体の圧力と同じ値になる。
この足常状悪になるまでの時間は、 5.25程度の面
とシリコン基板との間隙であれば数秒とかがらないこと
か実験によりa緒されている。
=また。真空室24側に排気される段階で、円48の外
側には、圧力の勾配が住じる。これは、 rMJ原距離
10μmというこの部分の持つコンタクタンスによるも
のである。
この時の、気体層33の半径方I9の圧力公事を第5図
に示す。
この時、基板64上の多くの点において、裏面の気体層
33の圧力は設定圧力町えば700paにしておくとす
ると、第2図に示したグラフより明らかなように、ヘリ
ウム、窒素、四塩化炭素(この他の気体においても同様
だと考えられる。)などの気体層℃において、熱通過率
500W/m”・dayという大きな値を示す。
ここで1円48の外側の部分では基板裏面の圧力が低い
が、基板自身のもつ熱伝導性が気体層の持つ熱通過率に
比べて十分大きいため、基板中心との温度の差は問題に
ならない。
ここで、高周波m源42により約200Wの電力を電力
1し、シリコン基板上のアルミニウム膜をドライエツチ
ングした場合の基板の温度は、下部電極を20℃に設定
した場合、30上程度であった。これは、基板を単に載
置した場合の250℃という値に比べると極め又良好な
姐である。
さらに、下部電極37を通じ真空室24に導入される気
体の量を測定してみると、@径iQQmmのシリコン基
板を3.2S面に研摩した下部電極上に載置し、気体層
の圧力を1ooo pαにし、半径45mmの円周上に
設けた気体導入穴から導入した場合のリーク量は、約0
.02〜0.05pa * rn’ /sec程度であ
り、ドライエツチングを行う場合の通常の反応気体流量
である0、5〜2Pα・m’7”I a C’に比べ1
〜2桁小さい値になっており、さらに。
10 Pα〜10−’Pαの低圧雰囲気で処理を行う電
子磁気共鳴によるマイクロ波プラズマ処理装置における
反応気体流量0.04〜0.06Pα・が/ Z g 
Cよりも少い1直になっている。このため、マイクQ氏
放電によるプラズマ処理装置における基板温度制御装置
としても用込ることもできる。
また、基板支持台を400〜500℃に熱した状態で基
板のベーキングに用いた場合、基板温度Tは以下の式(
2(により上昇する。
λ T =To + (Tg−To ) arp (−−1
) −・・(21ここで、To、1″−はそれぞれ基板
の初期温度電極の温度、λは基板全面における熱通過量
Cは基板の熱容量である。ここで、λ= 5.4 F/
dg 、c = 5.8 J/dg 、To = 20
℃、 Tg = 400℃とすると、約4秒で360℃
まで上昇することになる0この値は、実験によつ℃もほ
ぼ近い値がでている。
さらに、本発明は、真空中における基板温度制御が必璧
となる本実施例に説明していない他のプロセス処理に適
用できることは当業者にとって明らかである。
0#、明の効果〕 以上説明したように本琴明によれば、基板と基板支持台
との間隙に700Pα前後の気体を介在させた上で1間
隙距離を10PL程度以下にすることができるので高伝
導性気体であるヘリウム以外の処理気体に用いる分子量
の大きいプロセス処理気体を用いても基板と基板支持台
との間の熱通過率を大きくでき、これにより、良好な温
度側両特性を得られ、かつ、伝熱用気体に処理気体と同
種の気体を使用できるので伝熱用気体のリークの問題を
も解決することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の処理装置を示す縦断面図、第2図は熱通
過率と気体圧力の胸係な示した図。 第6図は本発明の一実施例を示す縦断面図、絹4図は下
部電極および基板の透し図、第5肉は気体層の圧力分布
を示″1−図である。 24・・・真空室 31・・・気体導入穴36・・・気
体層 34・・・基板 35・・・基板支持具 37・・・下部電極44・・・
気体だめ 為4叱 34 を 虱!5図 牛怪力l01(雀mす

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t 低圧雰囲気内の処理装置において、基板を加熱また
    は冷却するために加熱諒または耐却源を接続または内重
    し、且つ基板を支持する支持台を設け、該支持台の基板
    を支持する支持面と基板の゛矢面との間に圧力気体を導
    入させ%該支持面を凸状に形成したことを特徴とする低
    圧雰囲気内の処理装置。 2、上記支持台の支持面に、圧力気体を導入する穴を基
    板の外周に近い位置に設置したことを特徴とする特許請
    求の範囲第1狽記載の低圧雰囲気内の処理装置。 6、 上記支持台の支持面と基板の裏向との間に導入す
    る気体として、該低圧雰囲気内に尋人する気体と同種の
    気体であることを特徴とする特許請求の範囲第2項目口
    載の低圧雰囲気内の処理装置。
JP58243869A 1983-12-26 1983-12-26 低圧雰囲気内の処理装置 Expired - Lifetime JPH0614520B2 (ja)

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