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JP2679667B2 - Vacuum processing method - Google Patents

Vacuum processing method

Info

Publication number
JP2679667B2
JP2679667B2 JP5078195A JP5078195A JP2679667B2 JP 2679667 B2 JP2679667 B2 JP 2679667B2 JP 5078195 A JP5078195 A JP 5078195A JP 5078195 A JP5078195 A JP 5078195A JP 2679667 B2 JP2679667 B2 JP 2679667B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
gas
substrate
vacuum processing
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP5078195A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07273177A (en
Inventor
豊 掛樋
則男 仲里
喜正 福島
幸哉 平塚
史雄 柴田
則明 山本
恒彦 坪根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP5078195A priority Critical patent/JP2679667B2/en
Publication of JPH07273177A publication Critical patent/JPH07273177A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2679667B2 publication Critical patent/JP2679667B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、真空処理方法に係り、
特に試料の温度を制御するものに好適な真空処理方法及
び装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】試料を真空処理、例えば、プラズマを利
用して処理(以下、プラズマ処理と略)する装置、例え
ば、ドライエッチング装置の重要な用途の一つに半導体
集積回路等の微小固体素子の製造における微細パターン
の形成がある。この微細パターンの形成は、通常、試料
である半導体基板(以下、基板と略)の上に塗布したレ
ジストと呼ばれる高分子材料に紫外線を露光,現像して
描いたパターンをマスクとしてドライエッチングにより
基板に転写することで行われている。 【0003】このような基板のドライエッチング時に
は、プラズマとの化学反応熱やプラズマ中のイオンまた
は電子などの衝撃入射エネルギによりマスク及び基板が
加熱される。従って、十分な放熱が得られない場合、即
ち、基板の温度が良好に制御されない場合は、マスクが
変形,変質し正しいパターンが形成されなくなったり、
ドライエッチング後の基板からのマスクの除去が困難と
なってしまうといった不都合を生じる。そこで、これら
不都合を排除するため、次のような技術が従来より種々
慣用・提案されている。以下、これら従来の技術につい
て説明する。 【0004】従来技術の第1例としては、例えば、特公
昭56−53853 号公報に示されているように、高周波電源
の出力が印加される試料台を水冷し、該試料台上に被加
工物質を誘電体膜を介して載置し、試料台に直流電圧を
印加することでプラズマを介して誘電体膜に電位差を与
え、これにより生じる静電吸着力によって被加工物質を
試料台に吸着させ、被加工物質と試料台との間の熱抵抗
を減少させて被加工物質を効果的に冷却するものがあ
る。 【0005】従来技術の第2例としては、例えば、特開
昭57−145321号公報に示されているように、ウェーハの
裏面より気体ガスを吹き付けて、ウェーハを気体ガスに
より直接冷却するものがある。 【0006】従来技術の第3例としては、例えば、E.J.
Egerton 他,Solid StateTechnology,Vol.25,No.
8,P84〜87(1982−8)に示されているよう
に、水冷された試料台である電極と該電極に載置され機
械的クランプ手段で外周辺を電極に押圧されて固定され
た基板との間に、圧力が6Torr程度のGHeを流通させ
て、電極と基板との間の熱抵抗を減少させ、これにより
基板を効果的に冷却するものがある。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記こ
れらの従来技術は、試料の効果的な冷却、及び基板裏面
に流すガスのプロセスに与える影響等の点において、充
分配慮されておらず、以下のような問題があった。 【0008】上記第1の従来技術では、上記のように行
っても、まだ、被加工物質と試料台との間の接触部分は
少なく、微視的にみればわずかな隙間を有している。ま
た、この隙間には、プロセスガスが入り込み、このガス
は、熱抵抗となる。一般のドライエッチング装置では、
通常0.1Torr 程度のプロセスガス圧によって被加工物
質をエッチング処理しており、被加工物質と誘電体膜と
の間の隙間はプロセスガスの平均自由行路長より小さく
なるため、静電吸着力による隙間の減少は、熱抵抗の点
からはほとんど変わらず、接触面積が増加した分だけ効
果が上がることになる。したがって、被加工物質と試料
台との間の熱抵抗を減少させ被加工物質をより効果的に
冷却するためには、大きな静電吸着力を必要とする。こ
のため、このような技術では、次のような問題があっ
た。 【0009】(1)被加工物質が試料台から離脱しにくく
なるため、エッチング処理が終了した被加工物質の搬送
に時間を要したり、被加工物質をいためたりする。 【0010】(2)大きな静電吸着力を生じるためには、
誘電体膜と被加工物質との間に大きな電位差を与える必
要があるが、しかし、この電位差が大きくなれば、被加
工物質、すなわち、基板内の素子に対するダメージが大
きくなるため、歩留まりが悪くなり、集積回路の集積度
が高まるにつれて要求が高まっている薄いゲート膜の微
細加工では、更に歩留まりが悪くなる。 【0011】上記第2の従来技術では、ヘリウムガス
(以下、GHeと略)のように熱伝導性の優れた気体ガス
を用いることで、ウェーハの冷却効率を向上させること
ができる。しかしながら、このような技術では、次のよ
うな問題があった。 【0012】(1)気体ガスがウェーハの冷却面側にとど
まらずエッチング室内に多量に流れ込むため、GHeのよ
うに不活性ガスでもプロセスに与える影響は大きく、し
たがって、すべてのプロセスに使用することができな
い。 【0013】上記第3の従来技術では、基板の外周辺を
クランプによって固定しても、GHeの真空処理室内への
流出は避けられず、したがって上記した第2の従来技術
での問題点と同様の問題を有し、更に次のような問題を
も有している。 【0014】(1)機械的クランプ手段により基板の外周
辺を押圧して、基板を電極に固定するため、基板は、流
通するGHeのガス圧により周辺支持状態で中高で凸状に
変形する。このため、基板の裏面と電極との間の隙間量
が大きくなり、これに伴って基板と電極との熱伝導特性
が悪化する。このため、基板の冷却を充分効果的に行う
ことができない。 【0015】(2)電極に基板の外周辺を押圧して固定す
る機械的クランプ手段が設けられているため、基板内の
素子製作面積が減少すると共に、プラズマの均一性が阻
害され、また、機械的クランプ手段の動作時に、機械的
クランプ手段に付着した反応生成物が機械的クランプ手
段から脱落して、塵埃の発生する危険性があり、更に、
基板搬送が極めて複雑となり、その結果、装置が大型化
すると共に信頼性が低下する。 【0016】本発明の目的は、真空処理の終了に際し、
基板に残留する静電力を更に減少させ、基板搬出時に基
板を損傷させることがなく、基板搬出に要する時間を短
縮することができる、真空処理方法を提供することにあ
る。 【0017】 【課題を解決するための手段】本発明は、試料台に直流
電圧を印加して該試料台に真空処理する試料の少なくと
も外周辺と該外周辺よりも試料中心方向に離間した位置
を静電吸着・保持し、該吸着保持した前記試料の裏面
と前記試料台との間の隙間に伝熱ガスを供給し、前記試
に対する所定の真空処理を行い、該所定の真空処理の
終了後、前記伝熱ガスの供給を停止し、その後、前記試
料台に印加される前記直流電圧の印加方向を逆方向に切
り換えることを特徴とする。 【0018】 【作用】試料台に直流電圧を印加して、真空処理室内で
真空処理される試料を試料台に静電吸着保持させると共
に、吸着保持された試料の裏面と試料台との間隙に伝熱
ガスを供給する。真空処理の終了に際し、試料台に直流
電圧を逆印加することにより、残留静電力を減少させる
ことができる。 【0019】このようにすれば、エッチング終了時点で
の基板に残留する静電力を更に減少させることができる
ため、基板搬出時に基板を損傷させることがなく、基板
搬出に要する時間を短縮することができる。 【0020】 【実施例】試料を真空処理、例えば、プラズマ処理する
装置としては、ドライエッチング装置,プラズマCVD
装置,スパッタ装置等があるが、ここでは、ドライエッ
チング装置を例にとり本発明の実施例を説明する。 【0021】以下、本発明の一実施例を図1ないし図3
により説明する。 【0022】図1にドライエッチング装置の概略構成を
示す。真空処理室10の、この場合、底壁には、絶縁体
11を介して試料台である下部電極20が電気絶縁され
て気密に設けられている。真空処理室10には、放電空
間30を有し下部電極20と上下方向に対向して上部電
極40が内設されている。 【0023】試料である基板50の裏面に対応する下部
電極20の表面には、この場合、基板50の裏面の周辺
側に対応して絶縁物60が埋設されている。絶縁物60
の内側の下部電極20には、伝熱ガスの供給路を形成す
る溝21が形成されている。溝21は基板50が載置さ
れていない場合、放電空間30と連通する。また、絶縁
物60には、溝21につながるガス分散用の溝(図示省
略)が形成されている。下部電極20には、溝21と連
通してガス供給路23aとガス排出路23bとが形成さ
れている。また、下部電極20内には、冷媒流路22が
形成されている。下部電極20には、冷媒流路22と連
通して冷媒供給路24aと冷媒排出路24bとが形成さ
れている。 【0024】ガス供給路23aには、ガス源(図示省
略)に連結された導管70aが連結され、ガス排出路2
3bには、導管70bの一端が連結されている。導管7
0aには、マスフローコントローラ(以下、MFCと
略)71が設けられ、導管70bには調整バルブ72が
設けられている。導管70bの他端は、真空処理室10
と真空ポンプ80とを連結する排気用の導管12に合流
連結されている。冷媒供給路24aには、冷媒源(図示
省略)に連結された導管90aが連結され、冷媒排出路
24bには、冷媒排出用の導管90bが連結されてい
る。 【0025】下部電極20には、マッチングボックス1
00を介して高周波電源101が接続されると共に、高
周波遮断回路102を介して直流電源103が接続され
ている。なお、真空処理室10,高周波電源101およ
び直流電源103はそれぞれ接地されている。 【0026】また、上部電極40には、放電空間30に
開口する処理ガス放出孔(図示省略)と該処理ガス放出孔
に連通する処理ガス流路(図示省略)とが形成されてい
る。処理ガス流路には、処理ガス供給装置(図示省略)
に連結された導管(図示省略)が連結されている。 【0027】次に、図1の下部電極20の詳細構造例を
図2,図3により説明する。 【0028】図2,図3で、図1に示したガス供給路2
3aは、この場合、導管25aで形成され、導管25a
は、この場合、下部電極20の基板載置位置中心を軸心
として上下動可能に設けられている。導管25aの外側
には、図1に示したガス排出路23bを形成して導管2
5bが配設されている。導管25bの外側には、図1に
示した冷媒供給路24aを形成して導管25cが配設さ
れている。導管25cの外側には、図1に示した冷媒排
出路24bを形成して導管25dが配設されている。導
管25bの上端は電極上板26につながり、導管25d
の上端は電極上板26の下方の電極上板受27につなが
っている。導管25bの上端部には、電極上板26と電
極上板受27と導管25bとで空室28が形成されてい
る。空室28には分割板29が冷媒流路22を形成して
内設され、導管25cの上端は分割板29につながって
いる。 【0029】基板(図示省略)が載置される電極上板2
6の表面には、この場合、放射状の伝熱ガス分散用の溝
21aと円周状の伝熱ガス分散用の溝21bとが複数条
形成されている。伝熱ガス分散用の溝21a,21b
は、導管25a,25bと連結している。また、基板が
載置される電極上板26の表面には、絶縁物60が設け
られている。この場合は、絶縁膜がコーティングされて
いる。 【0030】なお、図2,図3で、110は基板が載置
されない部分の電極上板26の表面を保護する電極カバ
ーで、111は下部電極20の電極上板26の表面以外
を保護する絶縁カバー、112はシールド板である。ま
た、導管25aの上端には、電極上板26への基板の載
置時並びに電極上板26からの基板の離脱時に基板を裏
面側から支持するピン113が、この場合、120度間
隔で3本配設されている。 【0031】また、溝21a,21bの深さは、基板吸
着時の基板の裏面と溝21a,21bの底面との間の隙
間(以下、溝部隙間と略)が伝熱ガスの平均自由行路長
以上になれば、伝熱ガスの伝熱効果が低下するようにな
るため、該溝部隙間が、好ましくは、伝熱ガスの平均自
由行路長以下となるように溝21a,21bの深さを選
定するのが良い。 【0032】また、基板の裏面で絶縁膜に静電吸着され
る部分(以下、吸着部と略)の面積は、伝熱ガスのガス
圧と真空処理室10の圧力との差圧による基板の下部電
極20からの浮上りを防止するために、伝熱ガスのガス
圧と真空処理室10の圧力との差圧により決まる必要静
電吸着力により選定する。例えば、伝熱ガスの圧力が1
Torrで真空処理室10の圧力が0.1Torr の場合、基板
の下部電極20からの浮上りを防止するための必要静電
吸着力は約1.3g/cm2であり、従って、これより吸着
部の面積は、基板の裏面面積の約1/5に選定される。 【0033】上記のように構成された図1ないし図3の
ドライエッチング装置で、基板50は、公知の搬送装置
(図示省略)により真空処理室10に搬入された後に、
その裏面外周辺部を絶縁物60と対応させて下部電極2
0に載置される。下部電極20への基板50の載置完了
後、処理ガス供給装置から導管を経てガス流通路に供給
された処理ガスは、ガス流通路を流通した後に上部電極
40のガス放出孔より放電空間30に放出される。真空
処理室10内の圧力調整後、下部電極20には高周波電
源101より高周波電力が印加され、下部電極20と上
部電極40との間にグロー放電が生じる。このグロー放
電により放電空間30にある処理ガスはプラズマ化さ
れ、このプラズマにより基板50のエッチング処理が開
始される。また、これと共に下部電極20には、直流電
源103より直流電圧が印加される。基板50のプラズ
マによるエッチング処理の開始により、このプラズマ処
理プロセスによって生じるセルフバイアス電圧と直流電
源103によって下部電極20に印加される直流電圧と
により、基板50は下部電極20に静電吸着されて固定
される。その後、溝21a,21bには、ガス源よりM
FC71及びガス供給路23aを順次介して伝熱ガス、
例えば、GHeが供給される。このとき、GHeは、MFC
71と調整バルブ72との操作によりガス量を制御され
て供給され、場合によっては、基板裏面の空間にGHeを
封じ込めた使用も可能である。これにより、冷媒流路2
2を流通する冷媒、例えば、水や低温液化ガス等で冷却
されている下部電極20と基板50との熱抵抗は減少さ
せられ、基板50は効果的に冷却される。その後、エッ
チングの終了に近づくと、溝21a,21bへのGHeの
供給は停止され、エッチングの終了に伴って、放電空間
30への処理ガスの供給と、下部電極20への直流電圧
および高周波電力の印加が停止される。その後、引続き
基板50に生じている静電吸着力は解除、この場合、電
気的に接地されたピン113が基板50に当接すること
によって静電気の除去が行われ、ピン113 の作動により
基板50は下部電極20上より除去される。その後、基
板50は、公知の搬送装置により真空処理室10外へ搬
出される。また、静電気の除去については、直流電圧の
印加を停止した後に、高周波電力の印加を停止すること
によっても行うことができる。 【0034】以上、本実施例によれば、次のような効果
が得られる。 【0035】(1)基板の裏面の外周辺だけでなくその裏
面の他の部分も使用して基板を下部電極に固定できるた
め、伝熱ガスであるGHeのガス圧による基板の変形を防
止でき、下部電極に固定された基板の裏面と下部電極と
の間の隙間量の増大を抑制できる。従って、基板と下部
電極との間の熱伝導特性の悪化を防止でき、基板を効率
的に冷却できる。 【0036】(2)少なくとも基板の裏面の外周辺を吸着
しているので、伝熱ガスであるGHeは吸着部で真空処理
室内への流出を抑制させるため、GHeのプロセスに与え
る影響は少なくなり、全てのプロセスに使用することが
できる。 【0037】(3)静電吸着によって基板と下部電極との
接触面積を増加させて熱抵抗を減少させる従来の技術と
比較すると、本実施例では、静電吸着力の大きさはGHe
の圧力と真空処理室内の圧力との圧力差による基板の浮
上りを防止するのに必要な大きさで良く、GHeの圧力と
プラズマの圧力との差圧を、基板の裏面と下部電極との
間の熱抵抗の許す範囲で小さくすることにより静電吸着
力を小さくしても基板冷却の効果が十分得られる。 【0038】(4)静電吸着力が小さいため、基板の下部
電力からの離脱が容易となり、エッチング処理が終了し
た基板の搬送時間を短縮できると共に、基板の損傷を防
止できる。 【0039】(5)静電吸着力が小さくてよいため、基板
に与えられる電位差は小さく基板内の素子に対するダメ
ージを小さくできる。したがって、薄いゲート膜の微細
加工でも歩留まりを悪化させる心配がない。 【0040】(6)基板を機械的クランプ手段によらず静
電吸着力によって下部電極に固定しているため、基板内
の素子製作面積の減少を防止できると共に、プラズマの
均一性を良好に保持でき、また、下部電極への基板の載
置時並びに下部電極からの基板の除去時に塵埃が発生す
る危険性がなく、更に、基板搬送を容易化でき、その結
果、装置の大型化を抑制できると共に信頼性を向上でき
る。 【0041】図4は、本発明を実施したドライエッチン
グ装置の他の例を示すもので、真空処理室10の頂壁と
上部電極40には、真空処理室10外部と放電空間30
とを連通して光路120が形成されている。光路120
の真空処理室10外部側には、透光窓121が気密に設
けられている。透光窓121と対応する真空処理室10
外部には、温度計測手段、例えば、赤外線温度計122
が設けられている。赤外線温度計122の出力はアンプ
123を介してプロセス制御用コンピュータ124に入
力され、プロセス制御用コンピュータ124により演算
された指令信号がMFC71に入力されるようになって
いる。なお、その他、図1と同一装置等は、同一符号で
示し説明を省略する。 【0042】本実施例によれば、更に次のような効果が
得られる。 【0043】(1)基板の温度を計測しながらGHeの供給
量を調整、すなわち、GHeを供給するMFCをプロセス
制御コンピュータと結合し、あらかじめ求めた基板の温
度とGHeの供給量との間の関係からGHeの供給量を制御
することにより基板の温度を一定の温度に保持できる。
このような制御は、Al−Cu−Si材のドライエッチ
ングの際に特に有効であり、ホトレジストがダメージを
受けない範囲の高い温度に制御して被エッチング材の残
渣を減少させることができる。 【0044】(2)プラズマの圧力が高い場合には、エッ
チング速度が基板の温度上昇に伴って増加するプロセス
もあり、このような場合には、基板の温度があらかじめ
設定した一定温度を超えた場合に、GHeを流して冷却効
果を上げホトレジストのダメージを防止しながらエッチ
ング時間の短縮を図ることができる。 【0045】以上説明した実施例では、基板の吸着に静
電吸着力を用いているが、プラズマガスの圧力が高いプ
ロセスにおいては真空吸着力を用いることも可能であ
る。また、絶縁物下面に正極と負極とを交互に並べて配
置し静電吸着力を基板に付与するようにしても良い。ま
た、下地の材料が露出し始めてから更にオーバーエッチ
ングを行うような場合は、下地の材料が露出し始めた時
点でGHeの供給を停止し下部電極に直流電圧を逆印加す
るようにする。このようにすれば、エッチング終了時点
での基板に残留する静電力を更に減少させることができ
るため、基板搬出時に基板を損傷させることがなく、基
板搬出に要する時間を短縮することができる。但し、こ
の場合は、エッチング中の基板の温度をオーバーエッチ
ング時の温度上昇分だけ下げておくよう制御してやる必
要がある。また、伝熱ガスとしてGHeの他に水素ガス,
ネオンガス等の熱伝導性の良いガスを用いても良い。 【0046】なお、本発明は、その他の冷却される基板
台に配置保持されて真空処理される試料の温度を制御す
るのに同様の効果を有する。 【0047】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように、真空処
理の終了に際し、基板に残留する静電力を更に減少さ
せ、基板搬出時に基板を損傷させることがなく、基板搬
出に要する時間を短縮することができる、という効果が
ある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum processing method,
In particular, the present invention relates to a vacuum processing method and apparatus suitable for controlling the temperature of a sample. 2. Description of the Related Art Vacuum processing of a sample, for example, an apparatus for processing using plasma (hereinafter abbreviated as plasma processing), for example, one of important applications of a dry etching apparatus is a semiconductor integrated circuit or the like. There is formation of a fine pattern in the manufacture of a micro solid device. This fine pattern is usually formed by dry etching using a pattern drawn by exposing and developing a polymer material called a resist applied on a semiconductor substrate (hereinafter abbreviated to “substrate”) as a mask as a mask. It is performed by transferring to. At the time of dry etching of such a substrate, the mask and the substrate are heated by heat of chemical reaction with plasma or impact incident energy such as ions or electrons in the plasma. Therefore, when sufficient heat radiation cannot be obtained, that is, when the temperature of the substrate is not properly controlled, the mask is deformed or deteriorated, and a correct pattern cannot be formed.
A disadvantage arises in that it is difficult to remove the mask from the substrate after the dry etching. In order to eliminate these inconveniences, the following techniques have been conventionally used and proposed. Hereinafter, these conventional techniques will be described. As a first example of the prior art, for example, as shown in Japanese Patent Publication No. 56-53853, a sample table to which an output of a high-frequency power supply is applied is cooled with water, and a work piece is processed on the sample table. A substance is placed via a dielectric film, and a DC voltage is applied to the sample stage to apply a potential difference to the dielectric film via plasma. In some cases, the thermal resistance between the workpiece and the sample stage is reduced to effectively cool the workpiece. As a second example of the prior art, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-145321, a gas gas is blown from the back surface of a wafer and the wafer is directly cooled by the gas gas. is there. As a third example of the prior art, for example, EJ
Egerton et al., Solid State Technology, Vol. 25, No.
8, pages 84 to 87 (1982-8), an electrode which is a water-cooled sample stage, and a substrate which is mounted on the electrode and whose outer periphery is pressed against the electrode by mechanical clamping means and fixed thereto. In some cases, GHe having a pressure of about 6 Torr is passed between the electrodes to reduce the thermal resistance between the electrode and the substrate, thereby effectively cooling the substrate. [0007] However, these prior arts are not sufficiently considered in terms of effective cooling of the sample and the effect of the gas flowing on the back surface of the substrate on the process. However, there were the following problems. In the first prior art, even if the above-described operation is performed, there is still little contact between the material to be processed and the sample table, and there is a slight gap when viewed microscopically. . Further, a process gas enters the gap, and this gas becomes a thermal resistance. In general dry etching equipment,
Usually, the material to be processed is etched by a process gas pressure of about 0.1 Torr, and the gap between the material to be processed and the dielectric film is smaller than the average free path length of the process gas. The reduction in the gap is almost the same in terms of the thermal resistance, and the effect is increased by the increase in the contact area. Therefore, a large electrostatic attraction force is required to reduce the thermal resistance between the material to be processed and the sample stage and to cool the material to be processed more effectively. For this reason, such a technique has the following problems. (1) Since the material to be processed hardly separates from the sample table, it takes time to transport the material to be processed after the etching process is completed, or the material to be processed is damaged. (2) In order to generate a large electrostatic attraction force,
It is necessary to give a large potential difference between the dielectric film and the material to be processed. However, if this potential difference is large, the material to be processed, that is, the element in the substrate is greatly damaged, and the yield is reduced. In the case of fine processing of a thin gate film, which is increasingly required as the integration degree of an integrated circuit increases, the yield is further reduced. In the second prior art, the cooling efficiency of the wafer can be improved by using a gas gas having excellent thermal conductivity such as helium gas (hereinafter abbreviated as GHe). However, such a technique has the following problems. (1) Since a large amount of gaseous gas flows into the etching chamber instead of staying on the cooling surface side of the wafer, even an inert gas such as GHe has a large effect on the process. Can not. In the third prior art, even if the outer periphery of the substrate is fixed by a clamp, the flow of GHe into the vacuum processing chamber is unavoidable. Therefore, the same problem as in the above second prior art is obtained. Problem, and also has the following problem. (1) Since the outer periphery of the substrate is pressed by the mechanical clamping means to fix the substrate to the electrode, the substrate is deformed to a convex shape at a middle height in the peripheral support state by the gas pressure of the flowing GHe. For this reason, the gap amount between the back surface of the substrate and the electrode increases, and accordingly, the heat conduction characteristics between the substrate and the electrode deteriorate. Therefore, the cooling of the substrate cannot be performed sufficiently effectively. (2) Since the electrode is provided with mechanical clamping means for pressing and fixing the outer periphery of the substrate, the area for manufacturing the element in the substrate is reduced, and the uniformity of plasma is impaired. During the operation of the mechanical clamping means, there is a risk that reaction products adhered to the mechanical clamping means fall off the mechanical clamping means and generate dust,
Substrate transport becomes extremely complicated, resulting in an increase in the size of the apparatus and a decrease in reliability. The object of the present invention is
An object of the present invention is to provide a vacuum processing method capable of further reducing the electrostatic force remaining on a substrate, without damaging the substrate at the time of unloading the substrate, and shortening the time required for unloading the substrate. According to the present invention, at least a sample to be vacuum-processed is applied to the sample table by applying a DC voltage to the sample table.
Also the outer periphery and the position separated from the outer periphery in the sample center direction
DOO electrostatically attracted and held to the rear surface of the sample held adsorption
The heat transfer gas is supplied to the gap between the sample table and the sample table, a predetermined vacuum process is performed on the sample, the supply of the heat transfer gas is stopped after the predetermined vacuum process is completed , and then the test is performed.
Switch the application direction of the DC voltage applied to the bed to the opposite direction.
And wherein the Rikae Rukoto. A DC voltage is applied to the sample base to electrostatically attract and hold the sample to be vacuum-processed in the vacuum processing chamber to the sample base, and to prevent a gap between the back surface of the sample held by suction and the sample base. Supply heat transfer gas. At the end of the vacuum processing, the residual electrostatic force can be reduced by reversely applying the DC voltage to the sample stage. By doing so, the electrostatic force remaining on the substrate at the end of etching can be further reduced, so that the substrate is not damaged when it is carried out, and the time required for carrying out the substrate can be shortened. it can. EXAMPLES Examples of an apparatus for vacuum processing, for example, plasma processing of a sample include a dry etching apparatus and plasma CVD.
Although there are an apparatus, a sputtering apparatus, and the like, an embodiment of the present invention will be described using a dry etching apparatus as an example. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described below. FIG. 1 shows a schematic configuration of a dry etching apparatus. On the bottom wall of the vacuum processing chamber 10 in this case, a lower electrode 20 serving as a sample stage is electrically insulated and provided airtight through an insulator 11. An upper electrode 40 is provided in the vacuum processing chamber 10 so as to have a discharge space 30 and face the lower electrode 20 in the vertical direction. In this case, an insulator 60 is buried in the surface of the lower electrode 20 corresponding to the back surface of the substrate 50 corresponding to the periphery of the back surface of the substrate 50 in this case. Insulator 60
A groove 21 forming a heat transfer gas supply path is formed in the lower electrode 20 on the inside. The groove 21 communicates with the discharge space 30 when the substrate 50 is not placed. In addition, a groove (not shown) for gas dispersion connected to the groove 21 is formed in the insulator 60. The lower electrode 20 has a gas supply passage 23a and a gas discharge passage 23b formed in communication with the groove 21. In the lower electrode 20, a coolant channel 22 is formed. The lower electrode 20 is formed with a refrigerant supply path 24a and a refrigerant discharge path 24b in communication with the refrigerant flow path 22. The gas supply path 23a is connected to a conduit 70a connected to a gas source (not shown).
One end of a conduit 70b is connected to 3b. Conduit 7
A mass flow controller (hereinafter abbreviated as MFC) 71 is provided at 0a, and an adjustment valve 72 is provided at a conduit 70b. The other end of the conduit 70b is connected to the vacuum processing chamber 10
And a vacuum conduit 80 that connects the vacuum pump 80 and the vacuum pump 80. A conduit 90a connected to a refrigerant source (not shown) is connected to the refrigerant supply path 24a, and a refrigerant discharge pipe 90b is connected to the refrigerant discharge path 24b. The lower electrode 20 has a matching box 1
A high-frequency power supply 101 is connected via a high-frequency circuit 00 and a DC power supply 103 is connected via a high-frequency cutoff circuit 102. The vacuum processing chamber 10, the high-frequency power supply 101, and the DC power supply 103 are each grounded. The upper electrode 40 is formed with a processing gas discharge hole (not shown) opened to the discharge space 30 and a processing gas flow path (not shown) communicating with the processing gas discharge hole. A processing gas supply device (not shown) is provided in the processing gas passage.
Are connected to each other (not shown). Next, a detailed structural example of the lower electrode 20 of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3, the gas supply path 2 shown in FIG.
3a is formed in this case by a conduit 25a,
In this case, is provided so as to be able to move up and down about the center of the substrate mounting position of the lower electrode 20 as an axis. Outside the conduit 25a, the gas discharge passage 23b shown in FIG.
5b is provided. Outside the conduit 25b, a conduit 25c is provided by forming the refrigerant supply passage 24a shown in FIG. Outside the conduit 25c, a conduit 25d is formed by forming the refrigerant discharge passage 24b shown in FIG. The upper end of the conduit 25b is connected to the upper electrode plate 26, and the conduit 25d
Is connected to an electrode upper plate receiver 27 below the electrode upper plate 26. An empty space 28 is formed at the upper end of the conduit 25b by the upper electrode plate 26, the upper electrode plate receiver 27, and the conduit 25b. A dividing plate 29 is formed in the vacant space 28 so as to form the refrigerant passage 22, and the upper end of the conduit 25 c is connected to the dividing plate 29. An upper electrode plate 2 on which a substrate (not shown) is placed
In this case, a plurality of grooves 21a for dispersing heat transfer gas radially and grooves 21b for dispersing heat transfer gas circumferentially are formed on the surface of 6 in this case. Grooves 21a and 21b for dispersing heat transfer gas
Is connected to the conduits 25a and 25b. An insulator 60 is provided on the surface of the electrode upper plate 26 on which the substrate is mounted. In this case, the insulating film is coated. In FIGS. 2 and 3, reference numeral 110 denotes an electrode cover for protecting the surface of the electrode upper plate 26 where the substrate is not placed, and reference numeral 111 denotes a portion for protecting the lower electrode 20 other than the surface of the electrode upper plate 26. The insulating cover 112 is a shield plate. Further, at the upper end of the conduit 25a, pins 113 for supporting the substrate from the back side when the substrate is mounted on the electrode upper plate 26 and when the substrate is detached from the electrode upper plate 26, in this case, three pins at 120 ° intervals. This is installed. The depth of the grooves 21a and 21b is determined by the gap between the back surface of the substrate and the bottom of the grooves 21a and 21b (hereinafter abbreviated as groove gap) when the substrate is sucked. In this case, the heat transfer effect of the heat transfer gas is reduced. Therefore, the depth of the grooves 21a and 21b is selected so that the groove gap is preferably equal to or less than the average free path length of the heat transfer gas. Good to do. The area of a portion of the back surface of the substrate that is electrostatically attracted to the insulating film (hereinafter, abbreviated as an absorptive portion) depends on the pressure difference between the gas pressure of the heat transfer gas and the pressure of the vacuum processing chamber 10. In order to prevent floating from the lower electrode 20, the selection is made based on a required electrostatic attraction force determined by a differential pressure between the gas pressure of the heat transfer gas and the pressure of the vacuum processing chamber 10. For example, if the pressure of the heat transfer gas is 1
When the pressure of the vacuum processing chamber 10 is 0.1 Torr and the pressure of the vacuum processing chamber 10 is 0.1 Torr, the required electrostatic attraction force for preventing the substrate from floating from the lower electrode 20 is about 1.3 g / cm 2. The area of the portion is selected to be about 1/5 of the rear surface area of the substrate. In the dry etching apparatus of FIGS. 1 to 3 configured as described above, the substrate 50 is loaded into the vacuum processing chamber 10 by a known transport apparatus (not shown),
The outer peripheral portion of the lower electrode is made to correspond to the insulator 60 so that the lower electrode 2
0. After the mounting of the substrate 50 on the lower electrode 20 is completed, the processing gas supplied to the gas flow passage from the processing gas supply device via the conduit flows through the gas flow passage, and then flows from the gas discharge hole of the upper electrode 40 to the discharge space 30. Will be released. After adjusting the pressure in the vacuum processing chamber 10, high-frequency power is applied to the lower electrode 20 from the high-frequency power supply 101, and a glow discharge occurs between the lower electrode 20 and the upper electrode 40. The processing gas in the discharge space 30 is turned into plasma by the glow discharge, and the etching of the substrate 50 is started by the plasma. At the same time, a DC voltage is applied to the lower electrode 20 from the DC power supply 103. The substrate 50 is electrostatically attracted to the lower electrode 20 and fixed by the self-bias voltage generated by the plasma processing process and the DC voltage applied to the lower electrode 20 by the DC power supply 103 when the etching process of the substrate 50 by the plasma is started. Is done. After that, the grooves 21a and 21b receive M
Heat transfer gas through the FC 71 and the gas supply path 23a in order,
For example, GHe is supplied. At this time, GHe is MFC
The gas amount is controlled and supplied by the operation of the control valve 71 and the adjustment valve 72. In some cases, GHe can be used in a space on the back surface of the substrate. Thereby, the refrigerant flow path 2
The thermal resistance between the lower electrode 20 and the substrate 50, which are cooled by a coolant flowing through the substrate 2, such as water or a low-temperature liquefied gas, is reduced, and the substrate 50 is effectively cooled. Thereafter, when the etching is approached, the supply of GHe to the grooves 21a and 21b is stopped, and the supply of the processing gas to the discharge space 30 and the DC voltage and the high-frequency power to the lower electrode 20 are completed. Is stopped. After that, the electrostatic attraction force generated on the substrate 50 is subsequently released. In this case, static electricity is removed by the electrically grounded pin 113 coming into contact with the substrate 50. It is removed from above the lower electrode 20. Thereafter, the substrate 50 is carried out of the vacuum processing chamber 10 by a known transfer device. The static electricity can also be removed by stopping the application of the DC voltage and then stopping the application of the high-frequency power. As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) Since the substrate can be fixed to the lower electrode by using not only the outer periphery of the back surface of the substrate but also the other part of the back surface, it is possible to prevent the substrate from being deformed by the gas pressure of GHe which is a heat transfer gas. It is possible to suppress an increase in the gap amount between the lower electrode and the back surface of the substrate fixed to the lower electrode. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the heat conduction characteristic between the substrate and the lower electrode, and it is possible to efficiently cool the substrate. (2) Since at least the outer periphery of the back surface of the substrate is adsorbed, GHe, which is a heat transfer gas, suppresses the outflow into the vacuum processing chamber at the adsorbing portion, so the influence of GHe on the process is reduced. , Can be used for all processes. (3) In comparison with the prior art in which the contact area between the substrate and the lower electrode is increased by electrostatic attraction to reduce the thermal resistance, the magnitude of the electrostatic attraction is GHe in this embodiment.
The pressure required for preventing the substrate from floating due to the pressure difference between the pressure in the vacuum processing chamber and the pressure between the GHe pressure and the plasma pressure is determined by the difference between the GHe pressure and the plasma pressure. Even if the electrostatic attraction force is reduced, the effect of cooling the substrate can be sufficiently obtained by reducing the thermal resistance within the range permitted by the thermal resistance. (4) Since the electrostatic adsorption force is small, it is easy to remove the substrate from the lower electric power, the transport time of the substrate after the etching process can be shortened, and the substrate can be prevented from being damaged. (5) Since the electrostatic attraction force may be small, the potential difference applied to the substrate is small and damage to the elements in the substrate can be reduced. Therefore, there is no fear that the yield is deteriorated even in the fine processing of the thin gate film. (6) Since the substrate is fixed to the lower electrode by electrostatic attraction without using mechanical clamping means, it is possible to prevent the reduction of the device manufacturing area in the substrate and to maintain good plasma uniformity. In addition, there is no risk of dust being generated when the substrate is placed on the lower electrode and when the substrate is removed from the lower electrode, and further, the substrate can be easily transported, and as a result, the size of the apparatus can be suppressed. Also, the reliability can be improved. FIG. 4 shows another example of the dry etching apparatus embodying the present invention. The top wall of the vacuum processing chamber 10 and the upper electrode 40 are provided on the outside of the vacuum processing chamber 10 and the discharge space 30.
And an optical path 120 is formed. Light path 120
On the outside of the vacuum processing chamber 10, a light-transmitting window 121 is provided in an airtight manner. Vacuum processing chamber 10 corresponding to translucent window 121
Externally, a temperature measuring means, for example, an infrared thermometer 122
Is provided. The output of the infrared thermometer 122 is input to the process control computer 124 via the amplifier 123, and the command signal calculated by the process control computer 124 is input to the MFC 71. In addition, the same devices and the like as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. According to this embodiment, the following effects can be further obtained. (1) Adjusting the supply amount of GHe while measuring the substrate temperature, that is, connecting the MFC that supplies GHe with the process control computer to obtain a value between the substrate temperature and the supply amount of GHe which is obtained in advance. From the relationship, the temperature of the substrate can be kept constant by controlling the supply amount of GHe.
Such control is particularly effective at the time of dry etching of the Al-Cu-Si material, and the residue of the material to be etched can be reduced by controlling the temperature to a high temperature within a range where the photoresist is not damaged. (2) When the plasma pressure is high, there is also a process in which the etching rate increases as the temperature of the substrate rises. In such a case, the temperature of the substrate exceeds a preset constant temperature. In this case, it is possible to reduce the etching time while flowing GHe to enhance the cooling effect and prevent damage to the photoresist. In the embodiments described above, the electrostatic attraction force is used for attracting the substrate, but the vacuum attraction force can also be used in the process in which the pressure of the plasma gas is high. Alternatively, the positive electrode and the negative electrode may be alternately arranged on the lower surface of the insulator to apply electrostatic attraction to the substrate. Further, in the case where overetching is further performed after the base material starts to be exposed, the supply of GHe is stopped when the base material starts to be exposed, and a DC voltage is applied reversely to the lower electrode. With this configuration, the electrostatic force remaining on the substrate at the end of the etching can be further reduced, so that the substrate is not damaged at the time of unloading the substrate, and the time required for unloading the substrate can be shortened. However, in this case, it is necessary to control so that the temperature of the substrate during etching is reduced by the temperature rise during over-etching. In addition, hydrogen gas,
A gas having good heat conductivity such as neon gas may be used. The present invention has a similar effect in controlling the temperature of a sample which is placed and held on another substrate to be cooled and vacuum processed. As described above, according to the present invention, the electrostatic force remaining on the substrate is further reduced at the end of the vacuum processing, and the substrate is not damaged during the substrate unloading. The effect is that the time can be shortened.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明を実施したドライエッチング装置の一例
を示す構成図。 【図2】図1の下部電極の詳細平面図。 【図3】図2のA−A視断面図。 【図4】本発明を実施したドライエッチング装置の他の
例を示す構成図。 【符号の説明】 10…真空処理室、20…下部電極、21,21a,2
1b…溝、22…冷媒流路、50…基板
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a dry etching apparatus embodying the present invention. FIG. 2 is a detailed plan view of a lower electrode of FIG. 1; FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2; FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of the dry etching apparatus embodying the present invention. [Explanation of Codes] 10 ... Vacuum processing chamber, 20 ... Lower electrode, 21, 21a, 2
1b groove, 22 refrigerant channel, 50 substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平塚 幸哉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 柴田 史雄 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 山本 則明 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 坪根 恒彦 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 特開 昭58−32410(JP,A) 特開 昭58−132937(JP,A) 実開 昭55−115047(JP,U) 特公 昭56−53853(JP,B2)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Yukiya Hiratsuka               502 Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref.                 Hitachi, Ltd. (72) Inventor Fumio Shibata               794 Kudamatsu-shi, Yamaguchi Prefecture               Hitachi Kasado Plant (72) Inventor Noriaki Yamamoto               794 Kudamatsu-shi, Yamaguchi Prefecture               Hitachi Kasado Plant (72) Inventor Tsunehiko Tsubone               794 Kudamatsu-shi, Yamaguchi Prefecture               Hitachi Kasado Plant                (56) References JP-A-58-32410 (JP, A)                 JP-A-58-132937 (JP, A)                 Japanese Utility Model Showa 55-115047 (JP, U)                 JP-B-56-53853 (JP, B2)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.試料台に直流電圧を印加して該試料台に真空処理す
る試料の少なくとも外周辺と該外周辺よりも試料中心方
向に離間した位置とを静電吸着・保持し、該吸着保持し
た前記試料の裏面と前記試料台との間の隙間に伝熱ガス
を供給し、前記試料に対する所定の真空処理を行い、該
所定の真空処理の終了後、前記伝熱ガスの供給を停止
し、その後、前記試料台に印加される前記直流電圧の印
加方向を逆方向に切り換えることを特徴とする真空処理
方法。 2.請求項1記載の真空処理方法であって、前記所定の
真空処理が、真空処理室内に供給された処理ガスに高周
波電力を印加して発生させたプラズマにより行なわれる
エッチング処理であり、該エッチング処理により前記試
料の下地の材料が露出し始めてから更にオーバーエッチ
ングを行う真空処理方法において、前記下地の材料が露
出し始めた時点で前記伝熱ガスの供給及び前記直流電圧
の印加を停止し、前記試料台に直流電圧を逆方向に印加
した状態で前記オーバーエッチングを行い、該オーバー
エッチングの終了に伴って、前記処理ガスの供給を停止
すると共に前記高周波電力の印加を停止することを特徴
とする真空処理方法。 3.真空処理室内に処理ガスを供給すると共に該真空処
理室内の圧力を調整後、試料が載置される試料台に直流
電圧を印加して前記試料の少なくとも外周辺と該外周辺
よりも試料中心方向に離間した位置とを該試料台に静電
吸着させて固定した後、該吸着保持した前記試料の裏面
と前記試料台との間の隙間に伝熱ガスを供給しながら、
高周波電力を印加して前記処理ガスをプラズマ化し、該
ラズマにより前記試料のプラズマ処理を行い 前記プラズマ処理の終了後、前記処理ガス及び前記伝熱
ガスの供給を停止すると共に前記高周波電力及び前記
流電圧の印加を停止し、その後、前記試料台直流電圧
を逆方向に印加することを特徴とする真空処理方法。
(57) [Claims] At least the outer periphery of the sample to be vacuum-processed on the sample stage by applying a DC voltage to the sample stage and the sample center direction rather than the outer periphery
Electrostatically attracting and holding a position spaced apart from each other in the direction, supplying a heat transfer gas to a gap between the back surface of the attracted and held sample and the sample stage, and performing a predetermined vacuum process on the sample,
Stops the supply of heat transfer gas after the specified vacuum processing is completed
The DC voltage applied to the sample stage.
The vacuum processing method according to claim Rukoto switching pressurized direction in the opposite direction. 2. The vacuum processing method according to claim 1, wherein the predetermined
The vacuum processing has a high frequency to the processing gas supplied into the vacuum processing chamber.
Performed by plasma generated by applying wave power
A etching process, the vacuum processing method of performing further over-etching after by the etching process begins to expose material underlying said sample is supplied and the DC of the heat transfer gas at the time the material of the underlying began exposed Voltage
Application is stopped and a DC voltage is applied to the sample table in the reverse direction.
The above etching is performed in the state
Stops the supply of the processing gas at the end of etching
And the application of the high-frequency power is stopped . 3. The processing gas is supplied into the vacuum processing chamber and the vacuum processing is performed.
After adjusting the pressure of the physical chamber, at least the outer peripheral and outer periphery of the sample by applying a DC voltage to the sample stage which specimen is placed
After being electrostatically adsorbed and fixed to the sample table at a position more distant from the center of the sample than the back surface of the sample that is adsorbed and held.
While supplying heat transfer gas to the gap between the and the sample table,
Applying high frequency power to turn the processing gas into plasma,
Performing plasma treatment of the sample by flop plasma, wherein after completion of the plasma treatment, the process gas and the heat transfer
The application of high frequency power and the direct <br/> current voltage is stopped, then, the vacuum processing method characterized by applying a DC voltage in the opposite direction to the sample stage is stopped the supply of gas.
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