KR100458424B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 처리장치에 있어서, 피처리 기판(W)의 온도 제어가 개선된다. 대략 원통 형상을 가지고 세라믹 재료로 이루어지는 지지부재(26)가 처리실(10)에 설치된다. 지지부재(26)의 상단부는 재치대(24)의 이면(24b)에 고체상태 접합에 의해 밀폐되어 접합된다. 지지부재(26)의 하단부는 하부 냉각 재킷(jacket)(90) 및 O링(92, 96)을 개재하여 처리실(10)의 저부(10b)에 밀폐되어 접속된다. 지지부재(26)의 안쪽에 형성된 대기실(38)에, 원판형의 알루미늄 블록에 의해 형성된 냉각 재킷(40)이 설치된다. 냉각 재킷(40)은 열전도성 시트(sheet) 부재(42)를 개재하여 재치대(24)의 이면(24a)에 부착된다.
Description
반도체 소자의 제조에 있어서, 에칭(etching), CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering) 등의 제반 공정에서 처리 가스의 이온화나 화학반응 등을 촉진하기 위해서 플라즈마가 이용되고 있다. 일반적으로, 플라즈마를 이용하는 처리장치에서는, 밀폐된 처리실 내에 재치대를 설치하고, 이 재치대에 반도체 웨이퍼를 재치(載置)하여 처리를 하고 있다.
도 1은 종래의 전형적인 플라즈마 처리장치의 구성을 나타내는 모형도이다. 이 플라즈마 처리장치에서는, 진공 챔버(chamber)로 이루어진 처리실(200) 내의 중앙부에 지지부재(support member)(202)를 개재하여 재치대(204)가 설치된다. 피처리 기판으로서의 반도체 웨이퍼(W)는 원판형으로 형성된 재치대(204)의 재치면(204a) 위에 재치된다.
재치대(204)는 반도체 웨이퍼(W)를 정전력(靜電力)으로 흡착하여 보관 유지하기 위한 정전 흡착(chucking) 기능을 구비한다. 이 처리장치에서는 재치대(204)의 적어도 재치면(204a) 부근의 상부를 절연재로 구성하고, 그 내에 전극(206)을 마련하고 있다. 그리고, 처리실(200)의 밖에 설치된 직류 전원(208)으로부터 적당한 전압을 전극(206)에 공급하고, 정전력으로 재치면(204a)에 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 보관 유지시킨다.
처리실(200) 내에 있어서, 플라즈마(P)는 재치대(204)의 윗쪽에서 적당한 방법에 의해 발생되고, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 부근에 도입된다. 동시에, 처리실(200) 내에는 소정의 처리 가스가 도입된다. 이 도입된 처리 가스의 분자가 플라즈마(P)에 의해 여기됨으로써, 성막(film deposition) 또는 에칭(etching) 등의 미세 가공이 촉진된다.
여기서, 재치대(204)의 전극(206)에 고주파 바이어스(bais) 전압을 인가함으로써, 플라즈마(P) 내의 이온(ion)이나 전자를 웨이퍼(W)의 표면에 수직으로 입사시킬 수가 있다. 이에 의해 플라즈마 처리에 의한 미세 가공에서 방향성(이방성)을 갖도록 할 수가 있어 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이 고주파 바이어스 전압을 공급하기 위해, 처리실(200)의 실외에 통상 13.5㎒의 고주파 전원(210)이 마련된다.
재치대(204)는 원판 또는 원주 형상으로 형성된 지지부재(202)의 상면에 O링(O-Ring)(212)을 개재하여 설치된다. O링(212)의 안쪽에 형성되는 틈새(공간)(214)는 처리실(200) 내의 감압된 처리 공간으로부터 차단되어 있다. 실외로부터 재치대(204)에 접속되는 전원선 등은, 지지부재(202)에 형성되어 있는 관통공(도시하지 않음)과 이 틈새(214)를 통해서 뻗어있다.
지지부재(202)는 열전도율이 높은 재료, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 블록이고, 내부에 냉매 통로(202a)를 가지고 있다. 처리실(200)의 실외에 설치된 냉각 장치(도시하지 않음)로부터의 배관(도시하지 않음)을 통해 소정 온도(예를 들면, 25℃)의 냉매(예를 들면, 물)가 냉매 통로(202a)에 공급된다. 이에 의해 지지부재(202) 전체가 소정 온도로 유지된다.
반도체 웨이퍼(W)를 개재하여 재치대(204)에 전달된 플라즈마의 열은 재치대(204)로부터 틈새(간격)(214)을 통해 지지부재(202)에 전해진다. 그리고, 플라즈마의 열은 지지부재(202)에 형성된 냉매 통로(202a)를 흐르는 냉매에 흡수되고, 냉각 장치에 의해 실외로 방열된다. 이 방열 기구에 의해 재치대(204)의 온도를 소정의 설정 온도(통상은 200℃ 이하)로 유지하고 있다.
여기서, 재치대(204)의 설정 온도를 통상 200℃ 이하라고 하는 것은 재치대(204)의 이면에 O링(212)이 접촉하고 있기 때문이다. 즉, O링(212)은 탄성수지에 의해 형성되어 있고, 그 내열 온도가 최대이어도 200℃ 정도이기 때문이다.
재치대(204)의 설정 온도를 200℃ 이하로 함으로써, 재치대(204)와 반도체 웨이퍼(W)와의 사이에 큰 온도차가 생긴다. 일반적인 플라즈마 처리에서는, 웨이퍼(W)의 온도는 400℃ 정도이기 때문에, 양자간에 200℃ 전후의 온도차를 마련할 필요가 있다. 이 온도차는 양자의 접촉면 및 양자간에 형성된 틈새의 열저항에 의해 마련된다.
또한, 재치대(204)의 내부에 저항 발열체(도시하지 않음)를 마련하고, 온도 피드백(feedback) 기능(도시하지 않음)에 의해 저항 발열체의 발열량을 전기적으로 제어하는 것도 행해지고 있다.
상기와 같은 종래의 플라즈마 처리장치에 있어서는, 지지부재(202) 측으로부터의 냉각 또 내장 저항 발열체의 가열에 의한 온도 제어에 의해 재치대(204)의 온도는 꽤 높은 정밀도에서 설정 온도로 유지할 수가 있다.
그렇지만, 온도 제어 대상인 반도체 웨이퍼(W)의 온도에 대해서는, 반도체 웨이퍼(W)와 재치대(204) 사이의 온도차가 크기 때문에, 플라즈마 밀도의 변동이나 웨이퍼 고체 간의 품질 격차 등에 기인하는 온도 변화를 고려한 세밀한 열응답(熱應答)으로 보상하는 것이 어렵다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 안정되고 한편 균일한 온도로 유지하는 것은 어려운 일이다.
또, 플라즈마 처리를 개시할 때는, 반도체 웨이퍼(W)를 재치대(204) 위에 재치하고 나서 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 처리 개시 가능 온도(설정 온도)까지 올릴 필요가 있다. 이 시간은 예열 시간(preheat time)으로 불려진다. 위에서 설명한 바와 같이 반도체 웨이퍼(W)와 재치대(204) 사이의 온도차가 크면, 예열시간이 길어져 처리율(throughput)을 향상시키는 것이 어렵다.
발명의 요약
본 발명의 총괄적인 목적은 상술의 문제점을 해결한 개량된 유용한 플라즈마처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 피처리 기판에 대한 온도 제어 특성(응답성, 안정성, 균일성 등)을 개선함으로써 플라즈마 처리 품질을 향상시킨 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 다른 목적은 피처리 기판을 재치대 위에 재치하고서 처리를 개시할 때까지의 예열시간을 단축하고, 높은 처리율을 얻는 것이 가능한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 감압(減壓)된 처리실 내에서 피처리 기판에 대해 플라즈마를 이용한 처리를 하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리실 내에 배치되고 상기 피처리 기판을 재치하기 위한 재치면과 이 재치면 반대측의 이면을 갖는 재치대와 상기 재치대를 지지하는 지지부재를 가지고 있고, 상기 지지부재는, 상기 재치대와 상기 처리실 벽면 사이에 설치되고 상기 재치대에 밀폐되어 접합되고 한편 상기 처리실에 밀폐되어 접합됨으로써 상기 처리실의 처리 공간으로부터 격리된 공간을 상기 재치대의 이면 측에 구획 형성하고, 상기 처리실 벽면과의 접합부와 상기 재치대 사이를 소정의 거리를 두어 상기 재치대와 상기 접합부 사이에 소정의 열저항을 부여하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치가 제공된다.
상술한 발명에 의하면, 처리실 벽면과 지지부재와의 접합부로부터 재치대까지의 사이에 소정의 열저항이 주어지기 때문에, 재치대와 접합부 사이에 열저항에 따른 온도차를 마련할 수가 있다. 따라서, 재치대를 피처리 기판의 처리 온도로 유지하면서, 접합부의 온도를 낮은 온도로 유지할 수가 있다. 이에 의해 지지부재와 처리실 벽면과의 접속부를 고무 또는 수지 등의 내열 온도 이하로 유지할 수가 있다. 즉, 지지부재와 처리실 벽면과의 접속부를 고무 또는 수지 등의 탄성부재로 이루어지는 실(seal) 부재로서 밀폐 구성하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에 있어서 지지부재와 처리실의 벽면과의 접속부에 밀폐 접속용의 탄성부재를 마련하고, 접속부를 제 1 냉각 수단에 의해 냉각하는 구성으로 해도 좋다. 제 1 냉각 수단에 의해 접속부를 냉각함으로써, 실(seal)용의 탄성부재로 염가인 재료의 실(seal)부재, 예를 들면 O링 등을 사용할 수가 있다.
또, 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에 있어서, 지지부재에 의해 격리된 공간에 제 2 냉각 수단을 마련하여 재치대를 냉각하는 것으로 해도 좋다. 제 2 냉각 수단에 의해 재치대를 직접 냉각함으로써 재치대의 온도를 정밀도 좋게 신속히 제어할 수가 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명을 통해 한층 명료하게 될 것이다.
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 특히 진공 처리실 내의 재치대(placement table)에 재치된 반도체 웨이퍼(wafer) 등의 피처리(被處理) 기판에 플라즈마를 이용한 처리를 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 전체 구성을 도시하는 모형도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 전체 구성을 도시하는 모형도,
도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 처리장치의 일부를 도시하는 단면도.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 전체 구성을 나타내는 모형도이다.
도 2에 나타낸 플라즈마 처리장치는, 소망의 진공도로 감압 가능한 처리 공간을 가지는 진공 챔버(chamber)인 처리실(10)과, 이 처리실(10)에 연통(連通)하여 설치된 플라즈마 발생실(12)과, 이 플라즈마 발생실(12)에 마이크로파(micro wave) 투과창(14)을 개재하여 접속된 도파관(16)을 가지고 있다.
도파관(16)의 단부에는 마이크로파 발생기인 마그네트론(magnetron)(18)이 접속되어 있다. 마그네트론(18)으로부터 소정의 전력(예를 들면, 2kW)으로 발생된 2.45㎓의 마이크로파(micro wave)(MW)는 도파관(16) 및 투과창(14)을 통해 플라즈마 발생실(12)에 도입된다.
플라즈마 발생실(12)에는, 외부의 플라즈마용 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 배관(20)을 통해 플라즈마용 가스, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스가 도입된다. 플라즈마 발생실(12)의 주위에는 전자 코일(coil)(22)이 설치되어 있다.
플라즈마 발생실(12) 내에서는, 전자 코일(22)에 의한 자계 내에 마이크로파(MW)가 플라즈마용 가스에 입사되고, 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance : ECR)의 작용으로 고밀도의 플라즈마(P)가 생성된다. 생성된 플라즈마(P)는 아래쪽의 처리실(10)에 도입된다.
처리실(10)에는 그 중앙부에 원판형상의 재치대(24)가 설치되어 있다. 이 재치대(24)는 처리실(10)의 저면(10b)에 밀폐되어 접속된 대략 원통형의 지지부재(26)에 의해 지지되어 있다.
본 실시예에서는, 재치대(24) 및 지지부재(26)의 양자 모두는, 고체상태 접합에 적절한 세라믹(ceramic)체인 AlN(질화알루미늄)에 의해 형성된다. 그리고, 후술하듯이 재치대(24)와 지지부재(26)는 강하게 한편 밀폐되어 접합되어 있다.
피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)는, 처리실(10)의 측벽에 설치된 게이트 밸브(도시하지 않음)를 통해서 처리실(10) 내에 반입되고, 재치대(24)의 재치면(24a) 위에 재치된다.
재치대(24)의 내부에는, 재치면(24a)에 근접한 상부 위치에 박막 또는 시트형(sheet type)의 전극(28)이 매설되어 있다. 후술하듯이, 이 전극(28)에는 정전 흡착용의 직류 전압과 플라즈마 인입용의 고주파 전압이 급전된다.
또, 재치대(24)의 내부에는 전극(28)보다 안쪽(아래)의 위치에, 고융점 금속, 예를 들면 몰리브덴(Molybdenum)이나 텅스텐(tungsten) 등으로 이루어지는 저항 발열체(30)가 설치되어 있다. 후술하듯이, 이 저항 발열체(30)에는 재치대(24)를 가열용 하기 위한 전력이 공급된다.
처리실(10)에는 외부의 처리 가스 공급원(도시하지 않음)로부터 배관(32)을 통해 소요 처리 가스(CVD의 경우, 예를 들면 SiH4등)가 공급된다. 처리실(10) 내에 도입된 처리 가스의 분자는 플라즈마(P)에 의해 여기됨으로써, 활성화되어 웨이퍼(W)의 표면에 막을 퇴적하거나 혹은 웨이퍼(W)의 표면을 에칭한다.
이때 재치대(24)의 전극(28)에 고주파 전압이 인가됨으로써 플라즈마(P) 내의 이온이나 전자가 반도체 웨이퍼(W)에 입사한다. 따라서, 플라즈마열 및 반응열로 반도체 웨이퍼(W)가 가열된다. 그리고, 가열된 반도체 웨이퍼(W)로부터 재치대(24)에 열이 전달된다.
본 실시예에서는, 대략 원통형의 지지부재(26)의 안쪽이 처리실(10)의 처리 공간으로부터 격리되어 있다. 즉, 지지부재(26)의 안쪽에는 처리실(10)의 처리 공간으로부터 격리된 공간이 구획 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 지지부재(26)의 안쪽은 대기에 연통한 대기실(大氣室)로 되어 있고, 그 대기실 내에 재치대(24)를 소정의 온도로 냉각하기 위한 후술하는 냉각기구, 예를 들면 냉각 재킷(jacket)이 설치되어 있다. 이 냉각 재킷에 의한 냉각과 재치대(24) 내장의 저항발열체(30)에 의한 가열과의 온도 제어에 의해, 재치대(24)의 온도는 반도체 웨이퍼(W)의 설정 온도(예를 들면, 400℃보다 조금 낮은 설정 온도 350℃)로 유지되게 되어 있다.
지지부재(26)의 하단은 개구(開口)되어 있고, 지지부재(26) 안쪽의 대기실은 처리실(10) 아래에 설치된 외부부착 유닛(34)에 연통하고 있다. 외부부착 유닛(34)에는 플라즈마 처리장치의 운전 제어에 필요한 제어 회로, 전원, 가스 공급원, 냉각 장치, 지지 핀 및 승강기구 등이 설치되어 있다. 외부부착 유닛(34) 내의 공간은 항상 대기에 개방되어 있어도 좋고, 혹은 필요시에 대기에 개방되는 문 형태의 것이어도 좋다.
처리실(10)은 그 저면에 형성된 1개 또는 복수개의 배기 구멍에 접속된 배관(36)을 개재하여 진공 펌프(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 이 진공 펌프에 의한 배기로 처리실(10)의 실내, 보다 구체적으로는 지지부재(26) 안쪽의 대기실을 제외한 처리 공간이, 해당 플라즈마 처리에 필요한 소정의 진공도로 유지되도록 되어 있다.
도 3은 상술한 플라즈마 처리장치의 지지부재(26) 근방을 포함하는 부분의 구성을 나타내는 단면도이다. 지지부재(26)의 안쪽에 형성되어 있는 대기실(38)[처리실(10)의 실처리(室處理) 공간으로부터 격리된 공간]에는, 냉각 재킷(40)이 설치되어 있다. 냉각 재킷(40)은 원판형의 열전도성부재 예를 들면 알루미늄 블록(Aluminum Block)으로 이루어지고, 열전도성 시트부재, 예를 들면 카본 시트(carbon sheet)(42)를 개재하여 재치대(24)의 이면(24b)에 부착되어 있다.
냉각 재킷(40)의 내부에는 원주 방향으로 뻗어있는 냉매 통로(40a)가 설치되어 있다. 이 냉매 통로(40a)에는 외부부착 유닛(34)에 설치되어 있는 냉각 장치(44)로부터 배관(46)을 통해 소정 온도(예를 들면, 25℃)의 냉매(예를 들면, 냉각수)(F)가 공급된다.
냉각 재킷(40)에는 냉매 통로(40a)를 피한 부위에, 재치대(24)로 전력선, 센스선, 가스 공급관 등을 통과시키기 위한 복수의 관통공이 형성되어 있다.
냉각 재킷(40)의 중심부에 설치된 관통공에는 절연성의 가스 공급관(48)이 통과하고 있다. 이 가스 공급관(48)의 상단 개구와 대향하여 재치대(24)의 중심부에도 가스 통로용의 관통공(24c)이 설치되어 있다.
처리 중에는, 외부부착 유닛(34)에 설치되어 있는 불활성 가스 공급부(50)로부터 가스 공급관(48) 및 관통공(24c)을 통해 웨이퍼 온도 제어용의 불활성 가스, 예를 들면 헬륨(He) 가스가 반도체 웨이퍼(W) 주위에 공급된다.
재치대(24)의 재치면(24a)에는 적당한 패턴의 오목한 부분 또는 홈이 형성되어 있어도 좋으며, 불활성 가스는 그 오목한 부분 또는 홈을 따라 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 골고루 미친다. 이 불활성 가스의 가스압을 제어하여 재치대(24)와 반도체 웨이퍼(W)와의 사이의 틈새 또는 접촉면의 열저항을 가변하는 것에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 조절할 수가 있다.
재치대(24)의 관통공(24c)의 상단부에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(52)가 구멍(24c)보다 약간 돌출한 상태로 설치되어 있다. 이 온도 센서(52)의 출력 단자는 관통공(24c) 및 가스 공급관(48)에 헐렁하게 끼워져 있는 센스선(54)에 전기적으로 접속되어 있다. 센스선(54)은 대기실(38)을 통해 외부부착 유닛(34)의 온도 제어부(56)에 보내진다. 온도 제어부(56)는 온도 센서(52)로부터의 온도 검출 신호에 기초하여 소정의 피드백(feed back) 제어 방식, 예를 들어 PID 제어 방식에 의해 불활성 가스 공급부(50)에 있어서의 가스 공급의 유량 또는 압력을 제어한다.
재치대(24)로 매설되어 있는 전극(28)은 쌍극흡착 방식에 의해 한 쌍의 전극편(28A, 28b)으로 분할되어 있다. 이들 한 쌍의 전극편(28A,28B)에는 정전 흡착용의 직류 전압과 플라즈마 인입용의 고주파 전압을 공급하기 위한 도선 또는도체봉(58, 60)이 각각 전기적으로 접속되어 있다.
이러한 도선(58, 60)은 냉각 재킷(40)의 관통공에 끼워서 고정되어 있는 절연 시스(insulating sheath)(62, 64) 내를 각각 통과해 대기실(38)에 인출되고, 대기실(38)을 통과해 외부부착 유닛(34)의 정전 흡착용 직류 전원(66) 및 플라즈마 인입용 고주파 전원(68)에 전기적으로 접속되어 있다.
직류 전원(66)은 소정의 전압치로 한쪽의 전극편(28A)에 양의 전압을, 다른 한쪽의 전극편(28b)에 음의 전압을 각각 공급한다. 고주파 전원(68)은 13.56㎒의 고주파 전압을, 예를 들면 2kW의 전력으로 메칭박스(matching box)(70)를 통해 양쪽 전극편(28A, 28B)에 공급한다.
재치대(24)로 매설되어 있는 저항 발열체(30)의 단자에는 가열용의 전력선(72, 74)이 접속되어 있다. 이들 전력선(72, 74)은 냉각 재킷(40)의 관통공에 끼워서 고정되어 있는 절연 시스(76, 78) 내를 각각 통과해 대기실(38)에 인출되고, 대기실(38)을 통과해 외부부착 유닛(34)의 200V 교류 전원으로 이루어지는 히터(heater) 전원(80)에 접속되어 있다.
재치대(24)에는 재치대 온도 검출용의 온도 센서(82)가 매립식 또는 접촉식으로 부착되어 있다. 이 온도 센서(82)의 출력 단자에는, 냉각 재킷(40)의 관통공에 끼워서 고정되어 있는 절연 시스(84) 내를 통과해 센스선 또는 도체봉(86)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 센스선(86)은 대기실(38)을 통과해 외부부착 유닛(34)의 온도 제어부(88)에 접속되어 있다. 온도 제어부(88)는 온도 센서(82)로부터의 온도 검출신호에 기초하여 소정의 피드백 제어방식, 예를 들면 PID 제어방식에 의해 히터 전원(80)에 있어서의 전력의 출력(공급) 양을 제어한다.
또한, 센스선(54, 86), 도선(58, 60) 및 전력선(72, 74) 등의 전선은 절연 피복된 케이블이어도 좋다.
재치대(24)의 둘레 부분에는 3곳에 관통공(24d)이 설치되어 있고, 반도체 웨이퍼(W)의 전달시에는 이러한 관통공(24d)으로부터 각각 지지 핀(도시하지 않음)이 재치면(24a)으로부터 돌출하도록 되어 있다.
지지부재(26)는, 그 상단면이 재치대(24) 이면(24b)의 상기 관통공(24d)보다 안쪽의 부위에 고체상태 접합에 의해 밀폐 접합되어 있다. 본 실시예에서는, 예를 들면 일본 특허 제 2783980 호에 개시된 세라믹체용의 고체상태 접합법을 이용해 접합되어 있다. 이 고체상태 접합법에 의한 세라믹체(본 예에서는 AlN)끼리의 고체상태 접합에 있어서는, 양접합체(24, 26)의 접합 경계면을 따라 접합조장 재료의 원자가 풍부한 층이 존재하고, 이 접합 경계면의 양측으로 뻗도록 세라믹 입자가 성장한다. 이에 의해 접합 부분의 밀페성이 높아지고, 강도도 접합 부분 이외의 부분과 동등 이상으로 되어 있다. 접합조장 재료는 양접합체(24, 26)의 재질(AlN)과 동일하여도 좋고, 혹은 잇트리움(yttrium) 화합물 등이어도 좋다.
이런 고체상태 접합체는, 예를 들면 접합해야 할 각 세라믹체의 각 접합면의 중심선 평균 조잡도(Ra)를 0.2㎛ 이하로 하고, 평면성 정도를 0.2㎛ 이하로 하고, 이들 접합면의 적어도 한쪽 위에 접합조장 재료의 용액을 도포하고, 그 다음에 각 접합면을 접합시킨 상태로 각 세라믹체를 열처리함으로써 얻어진다. 또한 열처리의 처리 온도는 해당 세라믹체의 소결 온도(sintering temperature)를 T℃라고 했을 때, (T－50)℃ 이상이면 좋다.
지지부재(26)의 하단부는, 중심 개구부(90a)를 갖는 링(ring) 형의 하부 냉각 재킷(98)을 개재하여 처리실(10)의 저부(10b)에 밀폐 접속되어 있다. 지지부재(26)의 하단면이 O링(92)을 개재하여 하부 냉각 재킷(90)의 상면 둘레 부분에 위치하고, 원주 방향으로 적당한 간격을 두어 복수 개의 볼트(94)가 지지부재(26)의 하단 두꺼운 부분을 개재하여 하부 냉각 재킷(90)의 대응하는 나사구멍에 돌려서 넣어진다. 이에 의해 지지부재(26)는 O링(92)을 개재하여 하부 냉각 재킷(90)과 밀폐 접속되어 있다.
한편, 하부 냉각 재킷(90)의 하면 둘레부분이 O링(96)을 개재하여 처리실(10)의 저부(10b)의 상면에 위치되고, 원주 방향으로 적당한 간격을 두고 뒤편으로부터 복수개의 볼트(98)가 저판부(10b)를 개재하여 하부 냉각 재킷(90)이 대응하는 나사구멍에 돌려 넣어진다. 이에 의해 하부 냉각 재킷(90)은 O링(96)을 개재하여 처리실(10)의 저부(10b)와도 밀폐 접속되어 있다.
이와 같이, 본 실시예에 있어서의 지지부재(26)는, 대략 원통형의 형체를 가지고, 그 상단부에서 재치대(24)의 이면(24b)에 고체상태 접합에 의해 밀폐 접합되고, 그 하단부에서 하부 냉각 재킷(90) 및 O링(92,96)을 개재하여 처리실(10)의 저부(10b)에 밀폐 접속되어 있다. 이런 밀폐 구조에 의해 처리실(10) 내의 처리 공간은 지지부재(26) 안쪽의 대기실(38)로부터도, 외부부착 유닛(34)의 대기압 공간으로부터도 밀폐 격리되고 소망한 진공도로 유지 가능하도록 되어 있다.
또한, 본 실시예의 지지부재(26)에 있어서는, 응력을 완화하기 위해서, 그 상단부 및 중간부에 각각 안쪽으로 잘록한 굴곡부(26a,26b)가 형성되어 있다.
처리실(10)의 저부(10b)에도, 하부 냉각 재킷(90)의 중심 개구부(90a)와 대응하는 위치에 중심 개구부(10c)가 형성되어 있다. 상기 지지부재(267) 안쪽의 대기실(38)과 외부부착 유닛(34)은 이들 개구부(90a, 10c)를 개재하여 서로 대기압 하에서 연통하고 있다. 또, 외부부착 유닛(34)으로부터의 전선, 배관은 모두 개구부(90a, 10c)를 통해 대기실(38) 내에 도입된다.
하부 냉각 재킷(90)의 상면에는 원주 방향으로 적당한 간격을 두고 복수 개의 모난 부분을 따내어 경사면을 갖는 구멍(counter sink bore)이 형성되어 있다. 이러한 모난 부분을 따내어 경사면을 갖는 구멍에 압축 코일 용수철(100)을 개재하여 수직 지지봉(102)이 세워서 설치되어 있다. 각 수직 지지봉(102)의 상단은 각 압축 코일 용수철(100)의 탄성력으로 대기실(38) 내의 상부 냉각 재킷(40)의 이면에 압착되어 있다.
이와 같이, 상부 냉각 재킷(40)을 개재하여 재치대(24)가, 수직 지지봉(102) 및 압축 코일 용수철(100)에 의해 하부 냉각 재킷(90)을 개재하여 처리실(10)의 저부(10b)에 지지되어 있다. 이런 내부 지지 기구에 의해, 재치대(24)의 중량을 지탱하기 위한 지지부재(26)의 부담이 경감되고 있다.
냉각 재킷(90)의 내부에는 원주 방향으로 뻗어있는 냉매 통로(90b)가 형성되어 있다. 이 냉매 통로(90b)에는 외부부착 유닛(34)의 냉각 장치(44)로부터 배관(104)을 개재하여 소정 온도(예를 들면, 25℃)의 냉매(예를 들면, 냉각수)(F)가 공급된다.
상술한 것처럼, 이 플라즈마 처리장치에서는, 진공 처리실(10) 내에 있어 반도체 웨이퍼(W)의 재치대(24)를 대략 원통형의 밀폐식 지지부재(26)로 지지하고, 이 밀폐식 지지부재(26)의 안쪽에 형성되는 대기실(38) 안에 냉각 재킷(40)을 설치하여 재치대(24)를 소정 온도로 냉각한다. 냉각 재킷(40)에 대한 냉매의 공급은 대기실(38)을 경유하여 행해진다. 또, 재치대(24) 내의 전극(28)이나 저항 발열체(30)에 대한 정전 흡착용 전압 및 플라즈마 인입용 전압의 급전 등, 전기 계통의 배선도 모두 대기실(38)을 경유하여 행한다.
이와 같이, 대기압 하에서 재치대 냉각용의 냉각 재킷(40)을 설치하거나 가스관이나 전선을 설치하는 것은, 장치 설계·제작이 용이하게 될 뿐만 아니라 장치관리 면에서도 편리하다.
또, 이 플라즈마 처리장치에서는, 지지부재(26)가 재치대(24)에 대해서는 고체상태 접합에 의해 밀폐되어 접합되고, 지지부재(26)의 하단측에서 지지부재(26)와 하부 냉각 재킷(90)과의 사이의 밀폐된 접속, 그리고 하부 냉각 재킷(90)과 처리실(10)과의 사이의 밀폐된 접속에 각각 O링(90, 96)이 이용된다.
여기서, O링(90, 96)은 하부 냉각 재킷(90)의 온도(25℃)에서 냉각되기 때문에, 열로 변질 열화될 우려는 없다. 따라서, O링(90, 96)의 내열 온도(200℃이하)에 구애됨이 없고, 재치대(24)의 설정 온도를 임의로, 바람직하게는 반도체 웨이퍼(W)의 설정 온도(예를 들면, 400℃)보다 약간 낮은 값(예를 들면, 350℃)으로 선택할 수가 있다.
이와 같이, 재치대(24)의 설정 온도를 반도체 웨이퍼(W)의 설정 온도에 가까이 함으로써, 플라즈마 밀도의 변동이나 웨이퍼 고체간의 격차 등에 기인하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도의 격차를 양호한 응답 속도로 정확하게 보상할 수가 있다. 따라서, 웨이퍼 온도를 안정되게 한편 균일하게 설정치에 유지할 수가 있고, 그 결과 플라즈마 처리의 품질을 향상할 수가 있다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)를 재치대(24)에 재치하고 나서 처리를 개시할 때까지의 예열시간의 단축도 가능해져 처리율를 높일 수가 있다.
또, 지지부재(26)를 열전도성의 세라믹(ceramic)체로 구성하고, 한편 그 하단부를 하부 냉각 재킷(90)에 열결합시키고 있다. 이에 의해 재치대(24)로부터의 열을 지지부재(26) 및 하부 냉각 재킷(90)을 개재하여 처리실(10)의 밖으로 방출하는 것이 가능하고, 냉각 효율을 높일 수가 있다.
또한, 지지부재(26)의 크기, 특히 높이 치수는, 지지부재(26)에 있어서의 열전도에서 소비되어야 할 열량에 기초하여 결정된다. 재치대(24)의 설정 온도와 하부 냉각 재킷(90)의 설정 온도와의 온도차를 △T(℃), 재치대(24)에 입사하는 플라즈마열의 열량을 J(와트), 지지부재(26)의 열저항을 λ(℃/와트)로 하면, △T와 J가 미리 아는 값(설계값)으로 주어진다. 따라서, 이하의 식(1)으로부터 열저항(λ)을 구할 수 있다.
열저항(λ)은 지지부재(26)를 형성하는 재료의 열전도율(고유치)과 횡단면적(설계값)과 길이, 즉 높이로 정해진다. 따라서, 열저항(λ)과 열전도율과 횡단면적 각각의 값에 기초하여 지지부재(26)의 필요한 높이, 즉 재치대(24)와 하부 냉각 재킷(90)과의 사이의 거리를 구할 수 있다.
상기한 실시예에서는 지지부재(26)를 AlN(질화알루미늄)로 구성했지만, 질화 규소 등의 다른 세라믹을 사용해도 좋다. 즉, 처리실(10)의 처리 공간에서 열화하는 일 없이, 재치대(24)와 밀폐로 접합이 가능이고, 또한 바람직하게는 열전도율이 높은 재료이면 임의의 재료를 지지부재(26)로 이용할 수가 있다.
지지부재(26)의 형상은 원통체로 한정되는 것은 아니고, 각통체(角筒體)이어도 좋다. 상기한 실시예에서는 지지부재(26)와 처리실(10)의 저부(10b)와의 사이에 하부 냉각 재킷(90)을 마련했지만, 처리실(10)의 저부(10b) 내에 온도 제어 수단을 마련하고 지지부재(26)를 처리실(10)의 저부(10b)에 직접 접속하는 구성이라고 해도 좋다. 또, 지지부재(26)의 부착부분은 저부(10b)에 한정되는 일 없이, 처리실(10)의 측벽 등에 부착되는 구성으로 해도 좋다. 또, 상기한 실시예에서는 지지부재(26)를 재치대(24)의 이면(24b)에 접합했지만, 재치대(24)의 측면에 접합하는 구성으로 해도 좋다.
지지부재(26) 안쪽의 대기실(38) 내의 구성도 여러 가지의 변형·변경이 가능하다. 재치대(24)와 냉각 재킷(40)과의 사이에는 임의의 열결합이 가능하고, 예를 들어 열전도 시트(42)를 생략하여 틈새로 해도 괜찮다. 냉각 재킷(40)으로 사용하는 냉매의 종류 또는 온도는 여러 가지로 선택 가능하고, 하부 냉각 재킷(90)과 다른 냉매(온도) 또는 냉각 장치를 사용해도 좋다. 또, 냉각 재킷(40)을 이와 다른 구조 또는 냉각 방식의 냉각 수단으로 치환할 수도 있다.
상기 실시예에 있어서의 재치대(24)의 구성은 하나의 예이고, 여러 가지의 재치대 구조를 채용할 수가 있다. 예를 들어, 전극(28)을 단일(단극) 구조로 해도 좋다. 또, 웨이퍼 온도 제어용의 불활성 가스 통로나 재치대 온도 제어용의 발열체를 갖추지 않는 재치대이어도 좋다.
상기 실시예에서는 ECR 방식으로 플라즈마를 생성했지만, 다른 플라즈마 생성법, 예를 들면 평행 평판 방식, 마그네트론 방식, 마이크로파 방식 등도 사용 가능하다. 피처리 기판은 반도체 웨이퍼로 한정되는 것은 아니고, LCD 기판, 유리 기판 등이어도 좋다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 피처리 기판에 대한 온도 제어를 개선하여 플라즈마 처리의 품질 및 처리율의 향상을 실현할 수가 있다.
본 발명은 구체적으로 개시된 상술의 실시예에 한정됨이 없이, 본 발명의 범위내에서 여러 가지의 변형예 및 개량예가 이루어질 수 있다.
Claims (11)
- 감압된 처리실(10) 내에서 피처리 기판(W)에 대해 플라즈마(P)를 이용한 처리를 하는 플라즈마 처리장치에 있어서,상기 처리실(10) 내에 배치되고, 상기 피처리 기판(W)을 재치하기 위한 재치면(24a)과 이 재치면 반대측의 이면(24b)을 가지는 재치대(24)와,상기 재치대(24)를 지지하는 지지부재(26)를 가지고 있고,상기 지지부재(26)는, 상기 재치대(24)와 상기 처리실(10) 벽면(10b)과의 사이에 설치되고, 상기 재치대(24)에 밀폐 접합되고 한편 상기 처리실(10)에 밀폐 접속됨으로써 상기 처리실(10)의 처리 공간으로부터 격리된 공간(38)을 상기 재치대(24)의 이면(24a) 측에 구획 형성하며, 상기 처리실(10) 벽면(10b)과의 접합부와 상기 재치대(24)와의 사이를 소정 거리 이격시키고 상기 재치대(24)와 상기 접합부 사이에 소정의 열저항(λ)을 부여하도록 구성된 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 지지부재(26)와 상기 처리실(10) 벽면(10b)과의 접속부에 밀폐 접속용의 탄성부재(92,96)가 설치되고, 한편 상기 접속부를 냉각하는 제 1 냉각 수단(90)이 설치되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 격리된 공간(38)에 설치되고, 상기 재치대(24)를 냉각하는 제 2 냉각 수단(40, 44, 46)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 냉각 수단(40, 44, 46)은, 내부에 냉매 통로(40a)가 형성되고,상기 재치대(24)의 이면(24a)에 부착된 열전도성부재(40)와,상기 냉매 통로(40a)에 상기 격리된 공간(38)을 경유하여 냉매를 공급하는 냉매 공급 수단(44,46)을 갖는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 재치대(24) 및 상기 지지부재(26)의 각각은 세라믹 재료로 형성되고, 고체상태 접합에 의해 접합된 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 세라믹 재료는 질화알루미늄(AlN)인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 재치대(24)의 내부에 설치된 전극(28)과, 상기 피처리 기판(W)에 대한 정전 흡착력을 발생시키기 위한 전압을 상기 격리된 공간(38)을 경유하여 상기 전극(28)에 공급하는 정전 흡착용 전압 공급 수단(58,60,70)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 재치대(24)의 내부에 설치된 전극(28)과, 상기 피처리 기판(W)에 플라즈마를 인입하기 위한 고주파 전압을 상기 격리된 공간(38)을 경유하여 상기 전극(28)에 공급하는 고주파 전압 공급 수단(58,60,66)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 재치대(24)의 내부에 설치된 전열체(30)와, 이 전열체(30)에 상기 격리된 공간(38)을 경유하여 전력을 공급하는 전열용 전력 공급 수단(72, 74, 80)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 재치대(24)의 상기 재치면(24a)에 설치된 가스 통로와, 이 가스 통로에 상기 격리된 공간(38)을 경유하여 불활성 가스를 공급하여 상기 피처리 기판(W)의 온도를 제어하는 온도 제어용 가스 공급 수단(48, 50)을 갖는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 격리된 공간(38)에 설치되고, 상기 재치대(24)를 지지하는 내부 지지부재(100, 102)를 갖는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
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