KR100613198B1 - 플라즈마 처리 장치, 포커스 링 및 서셉터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비용의 증가를 방지하면서 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 이 플라즈마 처리 장치는 정전 척 및 포커스 링을 구비하는 서셉터를 포함한다. 프라즈마 처리될 웨이퍼(W)가 정전 척상에 장착된다. 포커스 링은 유전제부 및 도전체부를 구비한다. 유전체부는 정전 척과 접촉하여 배치된 접촉부를 형성한다. 도전체부는 유전체부를 사이에 두고 정전 척과 대향한다.
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 서셉터가 사용할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 서셉터의 변형예의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 서셉터의 다른 변형예의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 있어서의 전열 가스 유입 홈의 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 7a는 포커스 링을 접촉면으로부터 바라 본 도면이며, 도 7b는 도 7a에 있어서의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 연속 드라이 에칭 처리에 있어서의 He 압력 및 F/R 척 전압의 변화를 도시하는 시퀀스 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 10은 포커스 링을 가열하는 가열 부재 및 가열되는 포커스 링의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 11은 펠티에 소자가 설치된 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 서셉터를 사용할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 13은 도 12의 플라즈마 처리 장치의 요부의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 14는 포커스 링의 갭(G)의 차이에 의한 에칭 상태의 변화를 도시한 도면이다.
도 15는 포커스 링의 갭(G)의 차이에 의한 에칭 상태의 변화를 도시한 도면이다.
도 16은 플라즈마 처리 장치로 사용할 수 있는 종래의 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 17은 포커스 링과 정전 척의 열전달성을 개선하는 종래의 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 18은 종래의 에칭 장치의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 하부 전극 25 : 정전 척
25a : 중심부 25b : 외주부
25c : 전극판 25d : 전극판
30 : 포커스 링 30a : 유전체부
30b : 도전체부 31 : 냉매실
본 발명은 플라즈마 처리 장치, 포커스 링 및 서셉터에 관한 것이다.
보통, 플라즈마 처리 장치로서 CVD 장치, 에칭 장치 또는 애싱 장치 등이 널리 알려져 있다. 이 플라즈마 처리 장치에 있어서의 플라즈마 처리실내에는 피처리체인 웨이퍼(W)를 재치하는 서셉터가 설치되어 있다. 이 서셉터는 도 16에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 재치하는 원판 모양의 정전 척(51)과, 이 정전 척(51) 상면의 외주연부에 배치된 도전체 또는 유전체로만 이루어진 포커스 링(52)을 구비한다.
웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 실시할 경우에는, 정전 척(51)상에 웨이퍼(W) 를 재치한 후, 처리실을 소정의 진공도로 유지하면서, 예를 들면 C4F8, O2, Ar 등으로 구성되는 처리 가스를 충전한 상태에서 정전 척(51)상에 웨이퍼(W)를 정전 흡착력에 의해 고정하고, 정전 척(51)에 고주파 전력을 인가하여 처리실내에서 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 이 플라즈마는 정전 척(51)상의 포커스 링(52)에 의해 웨이퍼(W) 위로 수속(收束; 포커스)되고, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 플라즈마 처리[예를 들면, 드라이 에칭(Reactive Ion Etching: RIE) 처리]를 실시한다. 이 때, 드라이 에칭 처리가 실시됨으로써 웨이퍼(W)의 온도가 상승하지만, 상기 온도가 상승한 웨이퍼(W)는 정전 척(51)이 내장하는 냉각 기구에 의해 냉각된다. 이러한 냉각시에, 정전 척(51) 상면으로부터 열전달성이 뛰어난 헬륨 가스 등의 백사이드(backside) 가스를 웨이퍼(W)의 이면을 향해서 유동시켜, 정전 척(51)과 웨이퍼(W) 사이의 열전달성을 향상시킴으로써 웨이퍼(W)가 효율적으로 냉각된다.
한편, 포커스 링(52)의 이면과 정전 척(51)의 외주연부의 상면 사이에는 포커스 링(52)의 이면의 표면 거칠기에 기인하는 요철로 인해, 미크론 단위의 간극이 존재한다. 처리실 내부의 압력을 낮추어 진공 상태로 하면, 해당 간극은 진공 상태가 되고, 진공 단열층을 형성하기 때문에, 정전 척(51)과 포커스 링(52) 사이에 있어서의 열전달성이 낮고, 포커스 링(52)을 웨이퍼(W)와 같이 효율적으로 냉각할 수 없으며, 그 결과 포커스 링(52)의 온도는 웨이퍼(W)의 온도보다도 상승한다. 이러한 포커스 링(52)의 온도 상승에 의해 웨이퍼(W)의 외주연부가 그 내측부보다도 고온이 되고, 해당 외주연부의 에칭 특성이 나빠지며, 구멍 관통성이 악화되거나, 에칭의 선택성이 저하된다.
또한 최근에는, 웨이퍼(W)의 대구경화, 웨이퍼(W)의 초미세 가공화가 비약적으로 진행되었기 때문에, 한 장의 웨이퍼(W)로부터 수많은 디바이스를 생산하게 되었다. 그 때문에 웨이퍼(W)의 외주연부로부터도 디바이스를 생산하는 경우가 있다. 따라서, 포커스 링(52)의 온도 상승을 방지하여, 외주연부에 있어서의 에칭 특성의 악화를 방지 할 필요가 있다.
이 포커스 링의 온도 상승을 방지하기 위해서는, 포커스 링과 정전 척의 열전달성을 개선할 필요가 있고, 이 열전달성을 개선하는 서셉터로서, 도 17에 도시한 바와 같이 냉매 유로(61)를 내장한 정전 척(62)과, 정전 척(62)에 있어서의 웨이퍼(W)의 재치면의 외주연부에 배치된 포커스 링(63)과, 정전 척(62)과 포커스 링(63) 사이에 개재된 열전달 매체(64)와, 포커스 링(63)을 정전 척(62)에 대하여 가압, 고정하는 고정 지그(65)를 구비하는 서셉터(66)가 공지되어 있다[일본 공개 특허 공보 제 2002-16126 호(제 1 도)].
이 서셉터(66)에서는 열전달 매체(64)가 고정 지그(65)로부터 포커스 링(63) 을 거쳐서 인가되는 하중에 의해 변형되고, 이에 따라 정전 척(62)과 포커스 링(63)의 간극을 충전하므로, 정전 척(62)과 포커스 링(63)의 밀착도가 향상되고, 따라서 정전 척(62)과 포커스 링(63)의 열전달성이 개선된다.
또한, 포커스 링의 온도 상승을 방지하는 에칭 장치로서, 도 18에 도시된 바와 같이 반응 실(71)내에 설치된 정전 척(72)과, 상기 정전 척(72)의 상부측 둘레에 설치된 포커스 링(73)과, 포커스 링(73)의 밑면을 따라 설치된 냉각 수단(냉각 유닛)(74)을 구비하고, 이 냉각 유닛(74)은 포커스 링(73)의 밑면에 밀착시켜서 설치된 열전도성이 양호한 재료로 이루어진 기재(74a)와, 상기 기재(74a)에 내장된 냉매를 순환시키는 냉매관(74b)을 갖는 에칭 장치(75)가 공지되어 있다[일본 공개 특허 공보 제 1999-330047 호(제 1 도)].
또한, 다른 에칭 장치로서, 정전 척 상면으로부터 열전달성이 뛰어난 헬륨(He) 가스 등의 백사이드 가스를 포커스 링의 이면을 향해서 유동시킴으로써, 정전 척과 포커스 링 사이에 존재하는 진공의 간극을 백사이드 가스에 의해 확산 충전하고, 따라서 정전 척과 포커스 링 사이의 열전달성을 개선하는 장치가 알려져 있다.
또한, 포커스 링과 정전 척의 열전달성을 개선하기 위해서는, 포커스 링과 정전 척의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 포커스 링에 대향하여 정전 척에 내장된 전극을 구비하는 에칭 장치가 공지되어 있다. 이 장치에서는 전압이 인가된 전극이 정전 흡착력에 의해 포커스 링을 정전 척에 흡착시키기 때문에, 포커스 링과 정전 척의 밀착성이 향상된다.
그러나, 상기 서셉터(66)는 종래의 서셉터의 구성 부품에 부가하여 열전달 매체(64) 및 고정 지그(65)가 필요하기 때문에, 초기 비용이 상승한다. 또한, 고정 지그(65)는 플라즈마에 노출되기 때문에, 플라즈마 처리의 반복과 함께 소모되고, 이에 따라 정기적인 유지보수를 필요로 한다. 따라서, 유지보수 비용이 상승하는 문제가 있다.
또한, 정전 척(62)에 내장된 냉매 유로(61)는 포커스 링(63)의 열뿐만 아니 라 고정 지그(65)의 열까지 회수해버리기 때문에, 포커스 링(63)의 냉각 효율을 기대만큼 개선할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한, 상기한 에칭 장치(75)에서도 냉각 유닛(74)이 필요하기 때문에, 초기 비용이 상승하고, 또한 냉각 유닛(74)이 플라즈마에 노출되어 있으면, 냉각 유닛(74)은 플라즈마 처리의 반복과 함께 소모되고, 이것에 대응하여 정기적인 유지보수를 필요로 하므로, 유지보수 비용도 상승하는 문제가 있다.
또한, 다른 에칭 장치에는 정전 척과 포커스 링 사이에 존재하는 진공 간극의 두께가 작기 때문에, 백사이드 가스를 해당 진공 간극에 있어서 충분히 확산시킬 수 없다. 그 결과, 정전 척과 포커스 링 사이의 열전달성을 충분히 개선할 수 없다. 따라서, 포커스 링의 냉각 효율을 기대만큼 개선할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한 통상적으로, 플라즈마 처리는 복수의 공정으로 이루어지고, 플라즈마 발생을 위한 고주파 전력의 크기 등이 공정마다 변화되기 때문에, 포커스 링의 온도가 변화된다. 한편, 백사이드 가스의 압력이나 정전 척에 내장된 전극에 인가되는 전압은 공정마다 변화되지 않고, 플라즈마 처리를 통해 일정하기 때문에, 포커스 링과 정전 척의 열전달 능력은 변화되지 않는다. 따라서, 고주파 전력의 크기의 변화에 기인하는 포커스 링의 온도 변화를 억제할 수 없고, 포커스 링의 냉각 효율을 개선할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 비용의 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있는 플라즈마 처리 장치, 포커스 링 및 서셉터를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 관점에 의하면, 청구항 1이 제공된다.
본 발명의 제 1 관점에 의하면, 포커스 링은 접촉부를 형성하는 유전체부와, 상기 유전체부를 거쳐서 정전 척에 대향하는 도전체부를 가지므로, 피처리체에 플라즈마 처리를 실시할 때에, 정전 척과 포커스 링 사이의 정전 흡착력을 발생시키기 위한 전하량을 많게 할 수 있고, 이에 따라 정전 척과 포커스 링 사이의 정전 흡착력을 높이고, 정전 척과 포커스 링의 밀착도를 향상시켜서 열전달성을 개선할 수 있다.
따라서, 서셉터의 비용의 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 2가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 유전체부의 두께는 포커스 링의 반경방향으로 일정하므로, 정전 척과 도전체부의 정전 흡착력을 일정하게 하고, 정전 척과 도전체부의 밀착도를 균일화할 수 있다. 따라서, 포커스 링을 균일하게 냉각하여 에칭 특성의 국소적인 악화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 3이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 유전체부는 도전체부를 이루는 재료의 산화물로 이루어지므로, 도전체부를 산화함으로써 유전체부를 형성할 수 있다. 따라서, 해당 포커스 링을 용이하게 형성 할 수 있는 동시에, 유전체부와 도전체부 사이의 간극의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 4가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 도전체부를 이루는 재료는 실리콘이므로, 재료의 입수가 용이하고, 따라서 서셉터의 비용 상승을 더욱 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 5가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 유전체부를 이루는 재료는 이산화규소이므로, 유전체부의 형성이 용이하고, 따라서 서셉터의 비용 상승을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 2 관점에 의하면, 청구항 6이 제공된다.
본 발명의 제 2 관점에 의하면, 포커스 링은 접촉부를 형성하는 유전체부와, 상기 유전체부를 거쳐서 정전 척에 대향하는 도전체부를 가지므로, 피처리체에 플라즈마 처리를 실시할 때에, 정전 척과 포커스 링 사이의 정전 흡착력을 발생시키기 위한 전하량을 많게 할 수 있고, 이에 따라 정전 척과 포커스 링 사이의 정전 흡착력을 높이고, 정전 척과 포커스 링의 밀착도를 향상시켜서 열전달성을 개선할 수 있다. 따라서, 서셉터의 비용 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 3 관점에 의하면, 청구항 7이 제공된다.
본 발명의 제 3 관점에 의하면, 포커스 링은 접촉부를 형성하는 유전체부와, 상기 유전체부를 거쳐서 정전 척에 대향하는 도전체부를 가지므로, 피처리체에 플라즈마 처리를 실시할 때에, 정전 척과 포커스 링 사이의 정전 흡착력을 발생시키기 위한 전하량을 많게 할 수 있고, 이에 따라 정전 척과 포커스 링 사이의 정전 흡착력을 높이고, 정전 척과 포커스 링의 밀착도를 향상시켜서 열전달성을 개선할 수 있다. 따라서, 서셉터의 비용의 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 4 관점에 의하면, 청구항 8이 제공된다.
본 발명의 제 4 관점에 의하면, 열교환 수단을 정전 척과 포커스 링의 접촉면에 가지므로, 정전 척과 포커스 링 사이에 냉각 유닛을 필요로 하지 않고, 또한 정전 척과 포커스 링 사이의 열전달성을 충분히 개선할 수 있고, 이에 따라 비용의 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 9가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 열교환 수단은 열매체가 충전되고 접촉면에 설치된 홈이므로, 열매체를 정전 척과 포커스 링 사이에 확실하게 확산시킬 수 있고, 따라서 포커스 링의 냉각 효율을 보다 비약적으로 개선할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 10이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 열매체가 갈덴(Galden)이므로 입수가 용이하여, 비용의 상승을 확실하게 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 11이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링이 홈을 가지므로, 포커스 링과 열매체의 접촉 면적을 증가시킬 수 있는 동시에, 포커스 링의 강성을 적절하게 저하시킴으로써 포커스 링을 정전 척의 형상과 일치하도록 변형시킬 수 있고, 이에 따라 정전 척과 포커스 링의 밀착도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 포커스 링의 냉각 효율을 더욱 비약적으로 개선할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 12가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 정전 척이 홈을 가지므로, 포커스 링에 있어서 홈을 형성할 필요가 없고, 이에 따라 포커스 링의 초기 비용을 절감할 수 있으며, 따라서 비용의 상승을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 13이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 홈의 깊이는 O.1mm 이상이므로, 컨덕턴스를 크게 할 수 있고, 따라서 열매체를 신속하게 홈에 충전할 수 있고, 그 결과 포커스 링의 냉각 효율을 현저하게 개선할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 14가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 홈에 있어서의 코너부는 둥글게 성형되어 있으므로, 홈에 있어서의 균열의 발생을 방지할 수 있고, 따라서 포커스 링의 내구성을 향상할 수 있고, 그 결과 유지보수 비용의 상승을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 15가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 홈은 포커스 링과 동심형의 고리 모양을 갖는 적어도 하나의 홈으로 이루어지므로, 포커스 링과 정전 척의 접촉면에 있어서 열매체를 균등하게 확산시킬 수 있고, 따라서 포커스 링을 균등하게 냉각할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 16이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링이 냉각되므로, 에칭 처리중에 발생하는 디포지트(deposit)가 포커스 링에 부착되고, 피처리체에 디포지트가 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 피처리체의 이동시에, 피처리체로부터 박리되는 디포지트에 의해 파티클 오염의 발생을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 17이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 제어부는 플라즈마 처리의 각 공정에 따라 공급되는 냉각 가스의 압력을 변경하므로, 플라즈마 발생을 위한 고주파 전압이 공정 마다 변화되어도, 고주파 전압의 변화에 따라 포커스 링과 정전 척의 열전달 능력을 변화시킬 수 있고, 포커스 링의 냉각을 안정적으로 실행할 수 있다. 따라서, 피처리체에 있어서의 에칭 특성의 국소적인 악화의 발생을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 18이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 제어부는 플라즈마 처리의 각 공정에 따라 전극에 인가되는 전압를 변경하므로, 플라즈마 발생을 위한 고주파 전압이 공정마다 변화되어도, 고주파 전압의 변화에 따라 포커스 링과 정전 척의 열전달 능력을 변화시킬 수 있고, 포커스 링의 냉각을 안정적으로 실행할 수 있다. 따라서, 피처리체에 있어서의 에칭 특성의 국소적인 악화의 발생을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 19가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링의 온도가 정전 척의 온도보다 20K 이상 낮아질 수 있으므로, 디포지트를 포커스 링에 확실하게 부착할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 20이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링의 온도가 0℃ 이하로 낮아질 수 있으므로, 디포지트를 포커스 링에 보다 확실하게 부착할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 21이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링이 가열되므로, 부착된 디포지트를 제거할 수 있다. 따라서, 포커스 링의 교환 사이클을 연장할 수 있고, 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 22가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링이 제 2 가열 수단을 가지므로, 열교환 수단의 구조를 간소화할 수 있고, 장치의 초기 비용을 절감할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 23이 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링은 클리닝 가스에 노출되므로, 포커스 링에 부착된 디포지트를 용이하게 제거할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 24가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 포커스 링은 플라즈마에 노출되므로, 포커스 링에 부착된 디포지트를 플라즈마 처리중에 제거할 수 있다. 따라서, 피처리체의 플라즈마 처리의 효율을 저하시키지 않고, 디포지트를 제거할 수 있다.
바람직하게는, 청구항 25가 제공된다.
본 바람직한 형태에 의하면, 열교환 수단은 펠티에 소자이므로, 열매체를 필요로 하지 않는다. 따라서, 열교환 수단의 구조를 간소화할 수 있고, 장치의 초기 비용을 절감할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 5 관점에 의하면, 청구항 26이 제공된다.
본 발명의 제 5 관점에 의하면, 열교환 수단을 정전 척과 포커스 링의 접촉면에 가지므로, 정전 척과 포커스 링 사이에 냉각 유닛을 필요로 하지 않고, 또한 정전 척과 포커스 링 사이의 열전달성을 충분히 개선할 수 있고, 이에 따라 비용의 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 6 관점에 의하면, 청구항 27이 제공된다.
본 발명의 제 6 관점에 의하면, 열교환 수단을 정전 척과 포커스 링의 접촉면에 가지므로, 정전 척과 포커스 링 사이에 냉각 유닛을 필요로 하지 않고, 또한 정전 척과 포커스 링 사이의 열전달성을 충분히 개선할 수 있고, 이에 따라 비용의 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
이상의 내용과 본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 서셉터를 채용할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 1에 있어서, RIE형의 플라즈마 처리 장치로서 구성되는 플라즈마 처리 장치는 예를 들면 알루미늄 또는 스테인레스강과 같은 금속제의 보안 접지된 원통형 챔버(10)를 가지며, 상기 챔버(10)내에 피처리체로서의 웨이퍼(W)를 재치하는 원판모양의 하부 전극(11)이 설치되어 있다. 이 하부 전극(11)은 예를 들면 알루미늄으로 되어 있고, 절연성의 원통형 유지 부재(12)를 거쳐서 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 상방으로 연장되는 원통형 지지부(13)에 지지되어 있다.
챔버(10)의 측벽과 원통형 지지부(13) 사이에는 배기로(14)가 형성되고, 이 배기로(14)의 입구 또는 중간에 고리 모양의 배플판(15)이 설치됨과 동시에, 바닥에 배기구(16)가 설치되고, 상기 배기구(16)에 배기관(17)을 거쳐서 배기 장치(18)가 접속되어 있다. 여기에서, 배기 장치(18)는 진공 펌프를 가지며, 챔버(10)내의 처리 공간을 소정의 진공도까지 압력을 낮춘다. 또한, 배기관(17)은 가변식 나비밸브인 자동 압력 제어 밸브(automatic pressure control valve)(이하 「APC」로 지칭함)(도시하지 않음)를 가지며, 상기 APC는 자동적으로 챔버(10)내의 압력 제어를 실행한다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입 출구(19)를 개폐하는 게이트 밸브(20)가 장착되어 있다.
하부 전극(11)에는 플라즈마 생성 및 RIE용의 고주파 전원(21)이 정합기(22) 및 급전 로드(23)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(21)은 소 정의 고주파, 예를 들면 60MHz의 고주파 전력을 하부 전극(11)에 인가한다. 또한, 챔버(10)의 천장부에는 후술하는 접지 전위의 상부 전극으로서의 샤워 헤드(24)가 설치되어 있다. 이에 따라 고주파 전원(21)로부터의 고주파 전압이 하부 전극(11)과 샤워 헤드(24) 사이에 인가된다.
하부 전극(11)의 상면에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 흡착하는 정전 척(25)이 설치되어 있다. 이 정전 척(25)은 원판 모양의 중심부(25a)와, 고리 모양의 외주부(25b)로 이루어지고, 중심부(25a)는 외주부(25b)에 대하여 도면의 상방으로 연장된다. 또한, 중심부(25a)는 도전막으로 이루어진 전극판(25c)을 한 쌍의 유전막 사이에 끼워 구성되는 한편, 외주부(25b)는 도전막으로 이루어진 전극판(25d)을 한 쌍의 유전막 사이에 끼워 구성되며, 또한 전극판(25c)에는 직류 전원(26)이 스위치(27)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있는 한편, 전극판(25d)에는 직류 전원(28)이 스위치(29)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 정전 척(25)은 직류 전원(26)으로부터의 직류 전압에 의해 쿨롱력 또는 죤슨-라벡(Johnsen-Rahbek)력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착하여 지지한다.
정전 척(25)의 외주부(25b)의 상면에는 중심부(25a)를 고리 모양으로 둘러싸는 포커스 링(30)이 재치되어 있다. 그리고, 하부 전극(11), 정전 척(25) 및 포커스 링(30)은 서셉터를 구성한다.
또한, 하부 전극(11)의 내부에는 예를 들면 원주방향으로 연장하는 고리 모양의 냉매실(31)이 설치된다. 이 냉매실(31)에는 칠러 유닛(32)으로부터 배관(33, 34)을 거쳐서 소정 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수가 순환 공급되어, 해당 냉매의 온도에 의해 정전 척(25)상의 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어한다. 또한, 전열 가스 공급부(35)로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 가스 공급 라인(36)을 거쳐서 정전 척(25)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 간극에 공급되어, 웨이퍼(W)와 정전 척(25)의 열전달성을 향상시킨다.
천장부의 샤워 헤드(24)는 다수의 가스 통기공(37a)을 갖는 밑면의 전극판(37)과, 상기 전극판(37)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(38)를 갖는다. 또한, 상기 전극 지지체(38)의 내부에 버퍼실(39)이 설치되고, 이 버퍼실(39)의 가스 도입구(38a)에는 처리 가스 공급부(40)로부터의 가스 공급 배관(41)이 접속되어 있다. 또한 챔버(10)의 주위에는 고리 모양 또는 동심형으로 연장되는 자석(42)이 배치되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치의 각 구성요소, 예를 들면 배기 장치(18), 고주파 전원(21), 정전 척용의 스위치(27, 29), 처리 유닛(32), 전열 가스 공급부(35) 및 처리 가스 공급부(40) 등은 이것들의 동작을 제어하는 제어부(43)에 접속되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치의 챔버(10)내에서는 자석(42)에 의해 한 방향을 향하는 수평 자계가 형성됨과 동시에, 하부 전극(11)과 샤워 헤드(24) 사이에 인가된 고주파 전압에 의해 연직방향의 RF 전계가 형성되며, 이에 따라 챔버(10)내에 있어서 처리 가스를 거쳐 마그네트론 방전이 행하여지고, 하부 전극(11)의 표면 근방에 있어서 처리 가스로부터 고밀도의 플라즈마가 생성된다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 드라이 에칭 처리시에, 우선 게이트 밸브(20)를 개방 상태로 하여 가공 대상인 웨이퍼(W)를 챔버(10)내에 반입하고, 정전 척(25) 위에 재치한다. 그리고, 처리 가스 공급부(40)로부터 처리 가스(예를 들면, 소정 유량 비율의 C4F8 가스, O2 가스 및 Ar 가스로 이루어진 혼합 가스)를 소정 유량 및 유량비로 챔버(10)내에 유입하고, 배기 장치(18) 등에 의해 챔버(10)내의 압력을 소정 값으로 한다. 또한, 고주파 전원(21)으로부터 고주파 전력을 하부 전극(11)상에 공급하고, 직류 전원(26)으로부터 직류 전압을 정전 척(25)의 전극판(25c)에 인가하고, 웨이퍼(W)를 정전 척(25)상에 흡착한다. 그리고, 샤워 헤드(24)로부터 토출된 처리 가스는 상기한 바와 같이 플라즈마화하고, 이 플라즈마에서 생성되는 라디칼이나 이온에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 에칭된다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 하부 전극(11)에 대하여 종래(일반적으로 27MHz 이하)보다도 훨씬 높은 주파수 영역(50MHz 이상)의 고주파를 인가함으로써, 처리 가스를 바람직한 해리 상태로 분해시킨다. 분해된 처리 가스는 플라즈마가 되기 때문에, 저압의 조건하에서도 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 고밀도 플라즈마는 손상이 거의 없는 산화 및 질화 처리의 실현을 가능하게 하고, 반도체 디바이스의 고성능화, 저소비 전력화에 크게 기여한다. 즉, 플라즈마중의 고에너지 입자나, 상기 고에너지 입자의 충돌 등에 의해 처리실의 내벽 등으로부터 방사되는 금속 원자에 의한 웨이퍼(W)의 손상이나 오염 등을 방지할 수 있기 때문에, 고품질의 절연막 형성이 요구되는 게이트 형성 공정에 플라즈마 처리를 적용할 수 있고, 그 때문에 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 웨이퍼(W)의 가공 미세화의 진전에 의해 발생할 수 있는 기술적 과제에 대응할 수 있다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
제 1 실시예에 따른 서셉터는 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 산화막인 플라즈마 처리 장치에 사용할 수 있다.
도 2에 있어서, 제 1 실시예에 따른 서셉터는 상기한 바와 같이, 하부 전극(11)과, 하부 전극(11)의 상면에 배치되는 정전 척(25)과, 상기 정전 척(25)의 외주부(25b)의 상면에 재치되는 포커스 링(30)으로 이루어진다.
하부 전극(11)은 냉매실(31)을 가지며, 정전 척(25)은 중심부(25a)의 내부에 전극판(25c)을 갖고, 또한 외주부(25b)의 내부에 전극판(25d)을 가지며, 포커스 링(30)은 외주부(25b)와 접촉하는 접촉부를 형성하는 유전체부(30a)와, 상기 유전체부(30a)를 거쳐서 외주부(25b)에 대향하는 도전체부(30b)를 갖는다.
여기에서, 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 산화막이기 때문에, 포커스 링(30)에 있어서 플라즈마에 노출되는 부위는 실리콘(Si)으로 형성되는 것이 바람직하며, 따라서 도전체부(30b)는 실리콘으로 이루어지고, 유전체부(30a)는 실리콘의 산화물인 이산화규소(SiO2)로 이루어진다.
웨이퍼(W)에 드라이 에칭 처리를 실시할 때에, 고주파 전원(21)에 의해 고주파 전력을 하부 전극(11)에 공급하여 플라즈마를 생성하고, 직류 전원(26)으로부터 전극판(25c)에 고전압을 인가하여 정전 흡착력에 의해 중심부(25a)에 웨이퍼(W)를 흡착시키고, 직류 전원(28)으로부터 전극판(25d)에 고전압을 인가하여 정전 흡착력에 의해 외주부(25b)에 포커스 링(30)을 흡착시킨다. 전극판(25c, 25d)에 인가되 는 고전압은 제어부(43)에 의해 제어된다. 플라즈마가 생성될 때, 종래의 도전체만으로 이루어지는 포커스 링에서는 포커스 링 전체가 플라즈마와 같은 음전위가 되지만, 포커스 링과 정전 척 사이에 전하의 흐름을 방해하는 것이 존재하지 않기 때문에, 포커스 링에 대전된 음전하는 포커스 링과 정전 척의 접촉면을 통해서 정전 척으로 유출된다. 따라서, 포커스 링과 정전 척 사이의 정전 흡착력을 발생시키는 전하가 감소한다. 한편, 제 1 실시예에 따른 포커스 링(30)에서는 도전체부(30b)가 플라즈마와 같은 음전위가 되고, 유전체부(30a)에 있어서의 도전체부(30b)의 계면에는 양전하가 유도되기 때문에, 유전체부(30a)에 있어서의 정전 척(25)과의 계면에는 유전 분극에 의해 음전하가 발생한다. 또한, 정전 척(25)의 표면부가 유전체로 구성되어 있을 경우, 상기 표면부에 있어서의 유전체부(30a)와의 계면에는 유전 분극에 의해 양전하가 발생한다. 그리고, 이들 전하의 작용에 의해, 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이의 정전 흡착력을 보다 높일 수 있다.
이 때, 직류 전원(28)이 전극판(25d)에 인가하는 전압은 유전체부(30a)의 고유 저항치에 의해 결정된다. 즉, 고유 저항치가 1013Ω이상이면, 도전체부(30b)에 유도된 전하에 의해 발생하는 정전 흡착력은 쿨롱력이기 때문에, 인가되는 전압은 약 1.5 내지 4.0kV이며, 고유 저항치가 1013Ω미만이면, 상기 정전 흡착력은 죤슨-라벡력이기 때문에, 인가되는 전압은 약 0 내지 1.0kV이다.
또한, 유전체부(30a)의 두께는 포커스 링(30)의 반경방향으로 일정하지만, 유전체부(30a)의 두께가 커질수록, 정전 척(25)과 도전체부(30b)의 열전달성이 악화되므로, 해당 두께는 얇은 것이 바람직하다. 다만, 제 1 실시예에서는 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 산화막이기 때문에, 이산화규소로 이루어지는 유전체부(30a)는 플라즈마 처리의 반복과 함께 소모된다. 따라서, 유전체부(30a)의 두께는 적어도 1회 유지보수 사이클동안 소모되는 두께 이상일 필요가 있다.
제 1 실시예에 따른 서셉터에 의하면, 포커스 링(30)은 외주부(25b)와의 접촉부를 형성하는 유전체부(30a)와, 상기 유전체부(30a)를 거쳐서 정전 척(25)에 있어서의 외주부(25b)에 대향하는 도전체부(30b)를 구비하므로, 웨이퍼(W)에 드라이 에칭 처리를 실시할 때에, 포커스 링(30)의 유전체부(30a)로부터 접촉부를 거쳐 정전 척(25)으로의 전하의 흐름을 차단할 수 있고, 종래의 포커스 링과 비교해서 정전 흡착력을 발생시키는 전하량의 손실을 억제할 수 있고, 따라서 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이의 정전 흡착력을 높이고, 정전 척(25)과 포커스 링(30)의 밀착도를 향상시켜서 열전달성을 개선할 수 있고, 그 결과, 서셉터의 비용 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링(30)의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
또한, 유전체부(30a)의 두께는 포커스 링(30)의 반경방향으로 일정하므로, 정전 척(25)과 포커스 링(30)사이의 정전 흡착력을 일정하게 하여 밀착도를 균일화할 수 있고, 따라서 포커스 링(30)을 균일하게 냉각하여 에칭 특성의 국소적인 악화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도전체부(30b)의 재료는 실리콘이므로, 재료의 입수가 용이하다. 따라서, 서셉터의 비용 상승을 또한 방지할 수 있고, 또한 유전체부(30a)를 이루는 재료는 이산화규소이므로, 유전체부(30a)를 스퍼터링 등에 의해 용이하게 형성할 수 있으며, 따라서 서셉터의 비용 상승을 확실하게 방지할 수 있는 동시에, 스퍼터 링에 의해 형성된 유전체부(30a)는 포커스 링(30)의 접촉부의 표면을 매끈하게 하기 때문에, 정전 척(25)과 포커스 링(30)의 밀착도를 보다 향상시킬 수 있다.
상술한 제 1 실시예에 따른 서셉터에서는 유전체부(30a)는 포커스 링(30)의 반경방향으로 그 두께가 일정하지만, 도 3에 도시된 바와 같이 포커스 링(30)의 내측으로부터 외측에 걸쳐서 해당 두께가 증가하도록 구성될 수도 있으며, 또한 도 4에 도시된 바와 같이 포커스 링(30)의 외측으로부터 내측에 걸쳐서 해당 두께가 증가하도록 구성될 수도 있다.
또한, 유전체부(30a)의 유전율이 포커스 링(30)의 내측으로부터 외측에 걸쳐서 증가하도록 구성될 수도 있으며, 또한 유전체부(30a)의 유전율이 포커스 링(30)의 외측으로부터 내측에 걸쳐서 증가하도록 구성될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 서셉터에 대하여 상세히 설명한다.
제 2 실시예에 따른 서셉터는 그 구성 및 작용이 상술한 제 1 실시예와 기본적으로 같으므로, 중복되는 구성 및 작용에 관해서는 설명을 생략하고, 이하에 다른 구성 및 작용에 관해 설명한다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
제 2 실시예에 따른 서셉터는 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 폴리실리콘인 플라즈마 처리 장치에 사용될 수 있다.
도 5에 있어서, 제 2 실시예에 따른 서셉터에서는, 포커스 링(30)이 정전 척(25)의 외주부(25b)와 접촉하는 접촉부를 형성하는 유전체부(30c)와, 상기 유전체부(30c)를 거쳐서 외주부(25b)에 대향하는 도전체부(30d)와, 상기 도전체부(30d) 의 상면에 배치되는 다른 유전체부(30e)로 이루어진다.
하부 전극(11) 및 정전 척(25)의 구성은 제 1 실시예와 동일하다.
여기에서, 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 폴리실리콘이기 때문에, 포커스 링(30)에 있어서의 플라즈마에 노출되는 부위는 실리콘 이외의 것으로 형성되는 것이 바람직하며, 따라서 다른 유전체부(30e)는 이산화규소로 이루어진다. 또한, 유전체부(30c)도 이산화규소로 이루어지는 한편, 도전체부(30d)는 실리콘으로 이루어지고, 도전체부(30d)의 일부는 플라즈마에 노출 및 접촉된다.
웨이퍼(W)에 드라이 에칭 처리를 실시할 때에, 직류 전원(28)은 전극판(25d)에 고전압을 인가한다. 플라즈마가 생성될 때, 플라즈마에 접촉하는 도전체부(30d)는 플라즈마와 같은 음전위가 되고, 유전체부(30c)에 있어서의 도전체부(30d)와의 계면에는 양전하가 유도됨과 동시에, 유전체부(30c)에 있어서의 정전 척(25)과의 계면에는 유전 분극에 의해 음전하가 발생한다. 또한 정전 척(25)의 표면부가 유전체로 구성되어 있을 경우, 상기 표면부에 있어서의 유전체부(30c)의 계면에는 유전 분극에 의해 양전하가 발생한다. 그리고, 이들 전하의 작용에 의해, 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이의 정전 흡착력을 보다 높일 수 있다.
여기에서, 종래의 유전체만으로 이루어지는 포커스 링에 있어서, 전극판(25d)과 플라즈마를 콘덴서의 양쪽 전극으로 가정하였을 때, 양쪽 전극 사이에 개재되는 유전체(포커스 링)에 전하가 축적되는 것을 고려하더라도, 해당 유전체의 두께가 지나치게 크기 때문에, 콘덴서의 용량이 지나치게 적다. 즉, 정전 흡착력을 발생시키는 전하를 다량으로 축적할 수 없다. 한편, 제 2 실시예에 따른 포커스 링(30)에서는 전극판(25d)과 도전체부(30d)를 콘덴서의 양쪽 전극으로 가정하였을 때, 양쪽 전극 사이에 개재되는 유전체는 종래의 포커스 링과 비교해서 충분히 얇은 유전체부(30c)이기 때문에, 콘덴서의 용량을 크게 하는 것, 즉 정전 흡착력을 발생시키는 전하를 다량으로 축적하는 것이 가능하다.
유전체부(30c) 및 도전체부(30d)의 두께는 포커스 링(30)의 반경방향으로 일정하지만, 각각의 두께는 얇은 것이 바람직하다. 다만, 제 2 실시예에서는 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 폴리실리콘이기 때문에, 실리콘으로 이루어지는 도전체부(30d)는 플라즈마 처리의 반복과 함께 소모된다. 따라서, 도전체부(30d)의 두께는 적어도 1회의 유지보수 사이클동안 소모되는 두께 이상일 필요가 있다.
제 2 실시예에 따른 서셉터에 의하면, 포커스 링(30)은 정전 척(25)에 있어서의 외주부(25b)와의 접촉부를 형성하는 유전체부(30c)와, 상기 유전체부(30c)를 거쳐서 외주부(25b)에 대향하는 도전체부(30d)를 구비하므로, 웨이퍼(W)에 드라이 에칭 처리를 실시할 때에, 정전 흡착력을 발생시키는 전하량을 많게 할 수 있고, 따라서 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이의 정전 흡착력을 높이고, 정전 척(25)과 포커스 링(30)의 밀착도를 향상시켜서 열전달성을 개선할 수 있다. 따라서, 서셉터의 비용 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링(30)의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있다.
여기에서, 제 2 실시예에 따른 서셉터에서는 유전체부(30c)는 그 두께가 포커스 링(30)의 반경방향으로 일정하지만, 포커스 링(30)의 내측으로부터 외측에 걸쳐서, 또는 외측으로부터 내측에 걸쳐서 해당 두께가 증가하도록 구성될 수도 있으 며, 또한 유전체부(30c)의 유전율이 포커스 링(30)의 내측으로부터 외측에 걸쳐서,또는 외측으로부터 내측에 걸쳐서 증가하도록 구성될 수도 있음은 상술한 제 1 실시예에 따른 서셉터와 같다.
상술한 제 1 및 2 실시예에 따른 서셉터에서는 도전체부의 재료로서 실리콘을 사용하였지만, 도전체부를 이루는 재료는 플라즈마에 접촉하여 마이너스로 대전하는 것이면, 어떤 것을 이용하여도 좋으며, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 반도체 등을 이용할 수도 있다. 이에 따라, 도전체부에 유도되는 전하를 보다 증가시킬 수 있고, 따라서 정전 척(25)과 포커스 링(30)의 밀착도를 보다 향상시켜서 열전달성을 보다 개선할 수 있다.
또한, 상술한 제 1 및 2의 실시예에 따른 서셉터에서는 유전체부의 재료로서 이산화규소를 사용하였지만, 유전체부의 재료는 절연성을 가지며, 특히 유전율이 큰 것이면, 어떤 것을 이용하여도 좋고, 예를 들면 질화규소(SiN)이나 알루마이트 등을 이용할 수도 있다. 이 때, 유전체부의 재료로서 도전체부를 이루는 재료의 산화물을 사용하면, 도전체부를 산화시킴으로써 유전체부를 형성할 수 있다. 따라서, 포커스 링(30)을 용이하게 형성할 수 있는 동시에, 유전체부와 도전체부 사이의 간극의 발생을 방지할 수 있고, 따라서 도전체부에 유도되는 전하를 또한 증가시킬 수 있다.
또한, 유전체부의 형성 방법은 스퍼터링에 한정되지 않고, 재료에 따라 CVD나 디핑(dopping) 등을 적절히 사용할 수 있다.
또한, 상술한 제 1 및 2 실시예에 따른 서셉터에서는 정전 척(25)과 유전체 부(30a 또는 30c)가 직접 접촉하지만, 도전성 실리콘 고무 등의 내열성이 있는 탄성 부재를 정전 척(25)과 유전체부(30a 또는 30c) 사이에 개재시킬 수도 있으며, 이에 따라 정전 척(25)과 포커스 링(30)사이의 열전달성을 또한 개선할 수 있다. 또한, 백사이드 가스로서 헬륨 가스를 정전 척(25)과 유전체부(30a 또는 30c) 사이에 충전시킬 수도 있으며, 이에 따라 열전달 능력이 더욱 향상될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 서셉터에 대해서 상세히 설명한다.
제 3 실시예에 따른 서셉터는 그 구성 및 작용이 상술한 제 1 실시예와 기본적으로 같으므로, 중복되는 구성 및 작용에 관해서는 설명을 생략하고, 이하에 다른 구성 및 작용에 관해 설명한다.
제 3 실시예에 따른 서셉터에서는 후술하는 바와 같이, 전열 가스 공급부(35)로부터의 전열 가스(열매체), 예를 들면 He 가스가 가스 공급 라인(46)을 거쳐서 정전 척(25)의 중심부(25a)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 간극, 정전 척(25)의 외주부(25b)의 상면과 포커스 링(30)의 이면의 간극, 하부전극(11)과 정전 척(25)의 간극에 공급되어, 웨이퍼(W)와 정전 척(25), 포커스 링(30)과 정전 척(25), 및 정전 척(25)과 하부 전극(11)의 열전달성을 향상시킨다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6에 있어서, 제 3 실시예에 따른 서셉터는 제 1 실시예에 따른 서셉터와 같이, 하부 전극(11)과, 하부 전극(11)의 상면에 배치되는 정전 척(25)과, 상기 정전 척(25)의 외주부(25b)의 상면에 재치되는 포커스 링(30)으로 이루어진다.
여기에서, 가스 공급 라인(46)은 중심부(25a)의 상면에 개구되는 웨이퍼 섹 션 라인(46a)과, 외주부(25b)의 상면의 2 개소에 있어서 개구되는 포커스 링 섹션 라인(46b)을 가지며, 포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부는 외주부(25b)의 상면에 있어서 중심부(25a)의 중심에 대해서 대칭으로 배치된다(도 7a 참조).
웨이퍼 섹션 라인(46a)은 PCV(pressure control valve)(80)와 개폐 밸브(81)를 구비하고, PCV(80) 및 개폐 밸브(81)는 이들의 동작을 제어하는 제어부(43)에 접속된다. PCV(80)는 웨이퍼 섹션 라인(46a)이 웨이퍼(W)의 이면에 공급하는 He 가스의 압력을 제어하고, 개폐 밸브(81)는 제어부(43)의 명령에 따라 웨이퍼 섹션 라인(46a)을 전열 가스 공급부(35)로부터 차단한다.
포커스 링 섹션 라인(46b)도 PCV(82)와 개폐 밸브(83)를 구비하며, PCV(82) 및 개폐 밸브(83)는 이들의 동작을 제어하는 제어부(43)에 접속된다. PCV(82)는 포커스 링 섹션 라인(46b)이 후술되는 전열 가스 유입 홈(44)에 공급하는 He 가스의 압력을 제어하고, 개폐 밸브(83)는 제어부(43)의 명령에 따라 포커스 링 섹션 라인(46b)을 전열 가스 공급부(35)로부터 차단한다.
또한, 포커스 링 섹션 라인(46b)은 포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부와 개폐 밸브(83) 사이에 챔버 개방 계통(84)을 갖는다. 이 챔버 개방 계통(84)은 2개의 라인(85a, 85b)으로 이루어진다. 라인(85a, 85b)은 일단에 있어서 포커스 링 섹션 라인(46b)과 각각 연통하는 동시에, 타단에 있어서 서로 접속되어서 하나의 계통을 이루고, 챔버(10)내에 연통한다. 라인(85a)은 개폐 밸브(86)를 가지며, 라인(85b)은 개폐 밸브(87) 및 오리피스부(88)를 갖는다. 개폐 밸브(86, 87)는 이들의 동작을 제어하는 제어부(43)에 접속된다.
또한, 웨이퍼 섹션 라인(46a)이 도면에 도시된 바와 같이 챔버 개방 계통(84)과 같은 계통을 구비할 수도 있다.
또한, 웨이퍼 섹션 라인(46a)이 복수 설치되고, 각 웨이퍼 섹션 라인(46a)이 중심부(25a)의 상면에 있어서 각각 웨이퍼(W)의 이면의 중심부 및 주연부에 대향하도록 개구되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 온도를 적절히 제어할 수 있다.
또한, 포커스 링(30)은 외주부(25b)와 접촉하는 접촉면(접촉부)에 있어서 전열 가스 유입 홈(44)을 가지며, 그 재료는 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 산화막인 경우에는 실리콘(Si)을 사용할 수 있고, 웨이퍼(W)의 에칭 대상막이 폴리실리콘인 경우에는 이산화규소(SiO2)를 사용할 수 있는 등, 웨이퍼(W)의 에칭 대상막의 종류에 따라 적절하게 선택된다. 예를 들면, 질화 규소(SiN)이나 알루마이트 처리된 알루미늄(Al), 탄화 규소(SiC) 등도 사용할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 있어서의 전열 가스 유입 홈(44)의 개략적인 구성을 나타내는 도면으로, 도 7a는 포커스 링(30)을 접촉면으로부터 바라 본 도면이며, 도 7b는 도 7a에 있어서의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도이다.
도 7에 있어서, 전열 가스 유입 홈(44)은 접촉면에 있어서 포커스 링(30)과 동심형의 고리 모양을 갖는 내측 유입 홈(44a)과, 마찬가지로 접촉면에 있어서 상기 내측 유입 홈(44a)을 둘러싸도록 배치되고 또한 포커스 링(30)과 동심형의 고리 모양을 갖는 외측 유입 홈(44b)과, 내측 유입 홈(44a)과 외측 유입 홈(44b)을 연결 하는 방사상 유입 홈(44c)을 가지며, 외측 유입 홈(44b)의 직경은 외주부(25b)의 상면에 있어서의 2개의 포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부 사이의 거리와 대략 일치한다.
보통, 정전 척(25)에 있어서의 중심부(25a)의 중심과, 포커스 링(30)의 중심은 일치하기 때문에, 포커스 링(30)을 외주부(25b)의 상면에 재치하였을 때, 포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부와 외측 유입 홈(44b)이 대향하고, 이에 따라 포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부로부터 공급되는 He 가스는 전열 가스 유입 홈(44)내에 충전된다.
또한, 내측 유입 홈(44a), 외측 유입 홈(44b) 및 방사상 유입 홈(44c)의 단면 형상은 대략 직사각형이고, 그 폭은 예를 들면 1mm이며, 그 깊이는 O.1 내지 1.0mm이고, 또한 0.5mm 이상인 것이 바람직하며, 그 코너부는 둥글게 성형되어 있다.
다음으로, 드라이 에칭 처리에 있어서의 전열 가스 유입 홈(44)에의 He 가스의 공급 압력(이하 「He 압력」으로 지칭함)의 변화 및 포커스 링(30)을 정전 척(25)의 외주부(25b)에 흡착시키기 위하여 전극판(25d)에 인가되는 고전압(High Voltage)(이하 「F/R 척 전압」으로 지칭함)의 변화에 대해서 설명한다.
도 8a 및 도 8b는 연속 드라이 에칭 처리에 있어서의 He 압력 및 F/R 척 전압의 변화를 도시하는 시퀀스 다이어그램이다.
도 8a 및 도 8b에 있어서, 연속 드라이 에칭 처리는 PCV(82)의 0점 조정을 실행하는 PCV 0점 조정 시퀀스, 전열 가스 유입 홈(44)에 공급되는 He 가스의 누출 을 점검하는 누출 점검 시퀀스, 웨이퍼(W)를 챔버(10)에 반입하는 반입 시퀀스, 반입된 웨이퍼(W)에 드라이 에칭을 실시하는 프로세스 시퀀스, 드라이 에칭이 실시된 웨이퍼(W)를 챔버(10)로부터 반출하는 반출 시퀀스, 및 드라이 에칭시에 대전된 하부 전극(11)을 제전(除電)하는 하부 전극 제전 시퀀스를 가지며, 이들 시퀀스를 적절히 조합함으로써 실행된다.
우선, 플라즈마 처리 장치는 N2 가스를 챔버(10)에 유입시키고(N2 퍼지 온), APC을 개방하는 동시에, 배기 장치(18)를 작동시켜서 챔버(10)내의 압력을 낮춘다.
계속되는 PCV 0점 조정 시퀀스에서는 PCV(82)를 폐쇄하고, 포커스 링 섹션 라인(46b)을 전열 가스 공급부(35)로부터 차단하는 동시에, 개폐 밸브(83, 86, 87)를 개방한다. 따라서, 포커스 링 섹션 라인(46b)은 챔버 개방 계통(84)을 거쳐서 배기 장치(18)에 의해 진공 처리된다. 소정 시간만큼 진공 처리를 계속한 후, 포커스 링 섹션 라인(46b)내의 압력에 의거하여 PCV(82)의 0점 조정을 실행한다(PCV 0점 조정 온). 연속 드라이 에칭처리의 초기에 PCV(82)의 0점 조정을 함으로써, 이후의 시퀀스에 있어서의 He 압력의 제어를 정확하게 실행할 수 있다. 또한, 챔버(10)내의 감압시에, 포커스 링 섹션 라인(46b)을 진공 처리함으로써, 챔버(10)내와 전열 가스 유입 홈(44)내의 압력차를 제거할 수 있다. 이에 따라 압력차에 기인하는 포커스 링(30)의 이탈을 방지할 수 있다.
이어서, 누출 점검 시퀀스에서는 APC를 폐쇄하고, APC에 의해 제어되는 챔버(10)내의 압력(이하 「APC 제어 압력」으로 지칭함)을 상승시키고, 상기 APC 제어 압력을 누출 점검시의 챔버(10) 내부 압력인 F/R 척 흡착 압력으로 설정한다. APC 제어 압력의 상승시에, APC 제어 압력이 6.65 ×104Pa(500torr)에 달하면, 전극판(25d)에 고전압을 인가하여 F/R 척 전압을, 임시 흡착을 위한 F/R 척 임시 흡착 전압으로 설정하고, 또한 2.5초 후에, 본 흡착을 위한 F/R 척 흡착 전압으로 설정한다. 전극판(25d)에의 고전압의 인가를 APC 제어 압력이 6.65 ×104Pa에 도달할 때까지 시작하지 않는 것은, 챔버(10) 내부의 압력이 낮을 때에는 전극판(25d)에 고전압을 인가하여도 포커스 링(30)이 정전 척(25)에 흡착되지 않기 때문이다.
그리고, He 가스를 포커스 링 섹션 라인(46b)으로부터 전열 가스 유입 홈(44)에 공급하고, He 압력이 F/R 누출 점검 압력에 도달한 후에 PCV(82)를 폐쇄하고(He 압력을 오프로 함), 소정 시간 경과후, 포커스 링 섹션 라인(46b)내의 압력을 측정하고, 측정된 압력이 소정의 범위내에 있는지 여부를 판정한다. 또한, 누출 점검은 포커스 링 섹션 라인(46b)내의 압력의 측정이 아니라, 포커스 링 섹션 라인(46b)내의 가스 유량을 측정하는 것에 의해 수행할 수도 있다.
측정된 압력이 소정의 범위내에 있으면, 계속되는 반입 시퀀스에 있어서, APC를 개방하는 동시에, F/R 척 전압을 반입시 F/R 척 전압으로 설정하고, He 압력을 반입시 F/R 냉각 압력으로 설정한다. He 압력이 안정되면, 웨이퍼(W)를 챔버(10)내에 반입하고, 정전 척(25)에 재치하여 흡착하는 동시에, N2 가스의 챔버(10)로의 유입을 중단한다(N2 퍼지 오프).
이어서, 프로세스 시퀀스에서는 APC을 폐쇄하고, APC 제어 압력을 드라이 에칭에 필요한 챔버(10)내의 압력인 프로세스 압력까지 상승시키고, 드라이 에칭 시작후, 드라이 에칭의 레시피에 있어서의 각 단계에 대응하여 He 압력을 예를 들면F/R 냉각 압력(단계 1)이나 F/R 냉각 압력(단계 2) 등으로 변경하는 동시에, F/R 척 전압을 예를 들면 F/R 척 전압(단계 1)이나 F/R 척 전압(단계 2) 등으로 변경한다. F/R 냉각 압력(단계 1) 및 F/R 척 전압(단계 1) 등의 값은, 단계별로 하부 전극(11)으로의 인가 고주파 전압이나 전극판(25c)으로의 인가 고전압이 변화되어도, 포커스 링(30)의 온도가 일정하게 유지되도록, 미리 설정되어 있다. 또한, 제 3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치로는, F/R 냉각 압력(단계 n) 및 F/R 척 전압(단계 n)은 각각 24 단계에 대응하여 설정할 수 있다.
드라이 에칭의 종료후, 반출 시퀀스에서는 APC를 개방하고, F/R 척 전압을 반출시 F/R 척 전압으로 설정하는 동시에, 상술한 PCV 0점 조정 시퀀스와 마찬가지로, PCV(82)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(83, 86, 87)를 개방하여 PCV(82)의 0점 조정을 실행한다(PCV 0점 조정 온). 그 후에, N2 가스를 챔버(10)에 유입하는 동시에(N2 퍼지 온), He 압력을 반출시 F/R 냉각 압력으로 설정하고, 드라이 에칭이 실시된 웨이퍼(W)를 챔버(10)로부터 반출한다.
웨이퍼(W)가 반출된 후, 하부 전극 제전 시퀀스에서는, APC를 폐쇄하고, APC 제어 압력을 프로세스 압력으로 설정하는 동시에, 하부 전극(11)의 제전을 실행하고, 계속되는 반입 시퀀스에서는 APC을 개방하는 동시에, F/R 척 전압을 반입시 F /R 척 전압으로 설정하고, He 압력을 반입시 F/R 냉각 압력으로 설정하고, N2 가스의 챔버(10)로의 유입을 중단한다(N2 퍼지 오프). 그리고, 다음 웨이퍼(W)[즉, 제 2 웨이퍼(W)]를 챔버(10)내에 반입하고, 정전 척(25)에 재치하여 흡착한다.
이어서, 상술한 프로세스 시퀀스 및 반출 시퀀스를 실행하고, 드라이 에칭이 실시된 제 2 웨이퍼(W)를 반출한 후, 상술한 하부 전극 제전 시퀀스를 실행한다.
이상의 반입 시퀀스, 프로세스 시퀀스, 반출 시퀀스 및 하부 전극 제전 시퀀스를 1로트에 있어서의 웨이퍼(W)의 매수, 예를 들면 25장에 대응시켜 반복 실행한다.
반출 시퀀스 및 반입 시퀀스에 있어서, F/R 척 전압 및 He 압력을 0으로 하지 않고 포커스 링(30)의 냉각을 실행하는 것은, 다음 웨이퍼(W)의 드라이 에칭에 대비하여, 포커스 링(30)의 열을 완전하게 제거하고, 웨이퍼(W)마다 드라이 에칭 조건을 균일하게 하기 위해서다.
또한, 각 반입 시퀀스에서는 반드시 PCV(82)의 0점 조정이 실행된다. 즉, 각 프로세스 시퀀스에 대응하여 반드시 PCV(82)의 0점 조정이 실행된다. 이에 따라 각 프로세스 시퀀스에 있어서 He 압력의 제어를 정확하게 실행할 수 있다.
해당 로트에 있어서의 최후의 하부 전극 제전 시퀀스가 실행되면, APC를 개방하는 동시에, F/R 척 전압을 반입시 F/R 척 전압으로 설정하고, He 압력을 반입시 F/R 냉각 압력으로 설정하고, 소정 시간 경과후, PCV(82)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(83, 86, 87)를 개방하고, 포커스 링 섹션 라인(46b)의 진공 처리를 실행한다. 그리고, 포커스 링 섹션 라인(46b)으로부터 He 가스를 배제한 후, 다시 He 압력을 반입시 F/R 냉각 압력으로 설정하고, 또한 F/R 척 전압을 0으로 설정하고, 포커스 링(30)의 정전 척(25)에의 정전 흡착을 해제한다.
또한, 도 8a 및 도 8b의 시퀀스 다이어그램에 있어서의 F/R 척 전압이나 He 압력의 그래프의 고저는 F/R 척 전압이나 He 압력의 값의 대소에 무관하며, 단지 값이 변화됨을 도시한다.
도 8a 및 도 8b의 시퀀스에 의하면, F/R 척 전압 및 He 압력의 설정 값이 반입 시퀀스, 프로세스 시퀀스 및 반출 시퀀스에 따라 변경되며, 특히 프로세스 시퀀스의 각 단계에 따라 변경되므로, 포커스 링(30)의 냉각을 안정적으로 실행할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)에 있어서의 에칭 특성의 국소적인 악화의 발생을 방지할 수 있다.
제 3 실시예에 따른 서셉터에 의하면, 포커스 링(30)은 정전 척(25)에 있어서의 외주부(25b)와 접촉하는 접촉면에 있어서 전열 가스 유입 홈(44)을 가지며, 포커스 링(30)을 외주부(25b)의 상면에 재치하였을 때, 포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부와 전열 가스 유입 홈(44)이 대향하여 포커스 링 섹션 라인(46b)으로부터의 He 가스가 전열 가스 유입 홈(44)에 충전되므로, 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이에 냉각 유닛을 필요로 하지 않고, 또한 He 가스를 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이에 있어서 확실하게 확산시킬 수 있는 동시에, 포커스 링(30)과 He 가스의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이의 열전달성을 충분히 개선할 수 있고, 이에 따라 플라즈마 처리 장치의 비용 상승 을 방지하는 동시에, 포커스 링(30)의 냉각 효율을 보다 비약적으로 개선할 수 있다. 또한, 전열 가스 유입 홈(44)이 포커스 링(30)의 강성을 적절하게 저하시킴으로써 포커스 링(30)을 정전 척(25)의 형상과 일치하도록 변형시킬 수 있고, 이에 따라 정전 척(25)과 포커스 링(30)의 밀착도를 향상할 수 있다. 그 결과, 포커스 링(30)의 냉각 효율을 또한 비약적으로 개선할 수 있다.
또한, 전열 가스 유입 홈(44)의 깊이는 0.1mm 이상이므로, 컨덕턴스를 크게 할 수 있고, 따라서 He 가스의 신속한 전열 가스 유입 홈(44)에의 충전을 실행할 수 있고, 그 결과 포커스 링(30)의 냉각 효율을 현저하게 개선할 수 있다.
또한, 전열 가스 유입 홈(44)에 있어서의 코너부는 둥글게 성형되어 있으므로, 전열 가스 유입 홈(44)에 있어서의 균열의 발생을 방지할 수 있고, 따라서 포커스 링(30)의 내구성을 향상할 수 있고, 그 결과 유지보수 비용의 상승을 방지할 수 있다.
또한, 전열 가스 유입 홈(44)은 상기 접촉면에 있어서 포커스 링(30)과 동심형의 고리 모양을 갖는 내측 유입 홈(44a)과, 마찬가지로 접촉면에 있어서 상기 내측 유입 홈(44a)을 둘러싸도록 배치되고 또한 포커스 링(30)과 동심형의 고리 모양을 갖는 외측 유입 홈(44b)과, 내측 유입 홈(44a)과 외측 유입 홈(44b)을 연결하는 방사상 유입 홈(44c)을 가지므로, 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이(즉, 상기 접촉면)에 있어서 He 가스를 균등하게 확산시킬 수 있고, 따라서 포커스 링(30)을 균등하게 냉각할 수 있다.
상술한 제 3 실시예에 따른 서셉터에서는, 전열 가스 유입 홈(44)이 상기 접 촉면에 있어서 2중의 고리 모양을 갖고 있지만, 전열 가스 유입 홈(44)의 구조는 이것에 한정되지 않고, 포커스 링(30)의 크기, 강성에 따라 적절히 변경되며, 예를 들면 단일 고리 모양이나, 3중 이상의 고리 모양을 가질 수도 있다.
또한, 전열 가스 유입 홈(44)은 방사상 유입 홈(44c)을 갖지 않을 수도 있으며, 이 경우 내측 유입 홈(44a)에 대응하는 가스 공급 라인(46)의 개구부가 외주부(25b)의 상면에 배치되는 것이 바람직하다.
포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부도 2개소에 한정되지 않으며, 외주부(25b)의 상면에 3개소 이상 배치될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 서셉터에 대해서 상세히 설명한다.
제 4 실시예에 따른 서셉터는 그 구성 및 작용이 상술한 제 3 실시예와 기본적으로 같으므로, 중복되는 구성 및 작용에 관해서는 설명을 생략하고, 이하에 다른 구성 및 작용에 관해서 설명한다.
도 9는 제 4 실시예에 따른 서셉터의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9에 있어서, 제 4 실시예에 따른 서셉터도 하부 전극(11)과, 하부 전극(11)의 상면에 배치되는 정전 척(25)과, 상기 정전 척(25)의 외주부(25b)의 상면에 재치되는 포커스 링(30)으로 이루어진다.
여기에서, 정전 척(25)은 외주부(25b)의 상면에 있어서 전열 가스 유입 홈(45)을 가지며, 상기 전열 가스 유입 홈(45)은 외주부(25b)의 상면에 있어서 중심부(25a)와 동심형의 고리 모양을 갖는 내측 유입 홈(45a)과, 마찬가지로 외주부(25b)의 상면에 있어서 상기 내측 유입 홈(45a)을 둘러싸도록 배치되고 또한 중심부(25a)와 동심형의 고리 모양을 갖는 외측 유입 홈(45b)과, 내측 유입 홈(45a)과 외측 유입 홈(45b)을 연결하는 방사상 유입 홈(도시하지 않음)을 가지며, 가스 공급 라인(46)에 있어서의 포커스 링 섹션 라인(46b)은 외측 유입 홈(45b)에 연결된다. 이에 따라, 포커스 링 섹션 라인(46b)의 개구부로부터 공급되는 He 가스는 전열 가스 유입 홈(45)내에 충전된다.
보통, 정전 척(25)에 있어서의 중심부(25a)의 중심과 포커스 링(30)의 중심은 일치하기 때문에, 포커스 링(30)을 외주부(25b)의 상면에 재치하였을 때, 내측 유입 홈(45a) 및 외측 유입 홈(45b)은 포커스 링(30)에 대하여도 동심원 모양으로 배치된다.
또한, 내측 유입 홈(45a), 외측 유입 홈(45b) 및 방사상 유입 홈의 단면 형상도 대략 직사각형 형상을 가지며, 그 폭은 예를 들어 1mm이며, 그 깊이는 O.1 내지 1.Omm이거나 또는 0.5mm 이상인 것이 바람직하고, 그 코너부는 둥글게 성형되어 있다.
제 4 실시예에 따른 서셉터에 의하면, 정전 척(25)은 외주부(25b)의 상면에 있어서 전열 가스 유입 홈(45)을 가지며, 가스 공급 라인(46)에 있어서의 포커스 링 섹션 라인(46b)은 외측 유입 홈(45b)에 연결되어 He 가스를 전열 가스 유입 홈(45)에 공급하므로, 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이에 냉각 유닛을 필요로 하지 않고, 포커스 링(30)에 있어서 전열 가스 유입 홈을 형성할 필요를 없앨 수 있고, 또한 He 가스를 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이에 있어서 확실하게 확산시킬 수 있다. 따라서, 정전 척(25)과 포커스 링(30) 사이의 열전달성을 충분히 개 선할 수 있고, 이에 따라 플라즈마 처리 장치의 초기 비용을 절감할 수 있는 동시에, 포커스 링(30)의 냉각 효율을 보다 비약적으로 개선할 수 있다.
또한, 전열 가스 유입 홈(45)은 외주부(25b)의 상면에 있어서 중심부(25a)와 동심형의 고리 모양을 갖는 내측 유입 홈(45a)과, 마찬가지로 접촉면에 있어서 상기 내측 유입 홈(45a)을 둘러싸도록 배치되고 또한 중심부(25a)와 동심형의 고리 모양을 갖는 외측 유입 홈(45b)과, 내측 유입 홈(45a)과 외측 유입 홈(45b)을 연결하는 방사상 유입 홈을 가지므로, 포커스 링(30)과의 접촉면인 외주부(25b)의 상면에 있어서 He 가스를 균등하게 확산시킬 수 있고, 따라서 포커스 링(30)을 균등하게 냉각할 수 있다.
상술한 제 4 실시예에 따른 서셉터에서는, 전열 가스 유입 홈(45)은 외주부(25b)의 상면에 있어서 2중의 고리 모양을 갖고 있지만, 전열 가스 유입 홈(45)의 구조는 이것에 한정되지 않고, 포커스 링(30)의 크기에 따라 적절히 변경되어, 예를 들면 단일 고리 모양이나, 3중 이상의 고리 모양을 가질 수도 있다.
또한, 상술한 제 3 및 제 4 실시예에 따른 서셉터에서는, 포커스 링(30)과 정전 척(25)중 어느 하나만이 전열 가스 유입 홈을 갖지만, 포커스 링(30) 및 정전 척(25)의 각각이 전열 가스 유입 홈을 가질 수도 있으며, 이에 따라 포커스 링(30)의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
드라이 에칭 처리중에 있어서, 처리 가스로부터 발생하는 라디칼중 물체에 부착되는 디포지트성 라디칼은 저온의 물체에 부착되는 경향이 있다. 종래의 플라즈마 처리 장치에서는 드라이 에칭 처리에 있어서, 웨이퍼(W)의 온도는 하부 전극 등이 내장하는 냉각 기구의 냉각 작용에 의해 약 80℃ 근방까지밖에 상승하지 않는다. 한편, 포커스 링의 온도는 충돌하는 라디칼에 의해 약 200 내지 400℃ 근방까지 상승한다. 따라서, 디포지트성 라디칼은 웨이퍼(W)에 부착되는 경향이 있고, 특히 웨이퍼(W)가 정전 척으로부터 돌출한 부분에 있어서의 이면, 즉 웨이퍼 베벨부(beveled portion)에 부착되기 쉽다.
이 웨이퍼 베벨부에 부착된 디포지트성 라디칼은 웨이퍼(W)의 드라이 에칭 처리후, 웨이퍼(W)가 플라즈마 처리 장치로부터 반출될 때에, 웨이퍼(W)로부터 박리될 수 있다. 박리된 디포지트성 라디칼은 플라즈마 처리 장치내에 잔류하고, 다음회 그리고 그 이후의 드라이 에칭 처리중 N2 가스의 흐름에 의해 감아 올려질 수 있다. 그리고, 감아 올려진 디포지트성 라디칼은 웨이퍼(W)의 표면에 부착되는 등으로 인해 파티클 오염을 야기한다.
상술한 파티클 오염의 발생을 방지하기 위해서는, 웨이퍼 베벨부에 디포지트성 라디칼이 부착되지 못하도록 하는 것이 바람직하다. 웨이퍼 베벨부에의 디포지트성 라디칼의 부착을 방지하는 방법으로서는, 예를 들면 포커스 링과 정전 척 사이에 O2 가스나 He 가스가 흐르게 하여, 웨이퍼 베벨부의 표면 근방에 가스 유동을 발생시키는 것 등이 있다. 그러나, 가스 유동이 에칭을 위한 라디칼도 흘려보내기 때문에, 웨이퍼(W)의 에지부에 있어서의 에칭의 균일성이 계속될 수 없다.
한편, 상술한 제 3 및 제 4 실시예에 따른 서셉터에서는, 전열 가스 유입 홈(44 또는 45)에 갈덴 등의 냉매를 충전함으로써 포커스 링(30)을 냉각하고, 디포 지트성의 라디칼을 포커스 링(30)에 강제적으로 부착되게 한다. 이에 따라, 웨이퍼 베벨부에 디포지트성 라디칼이 부착되는 것을 방지할 수 있고, 파티클 오염의 발생을 방지할 수 있다. 포커스 링(30)의 냉각 때문에, 전열 가스 유입 홈(44 또는 45)에 충전하는 냉매의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 갈덴은 입수가 용이하기 때문에, 갈덴을 사용하면 플라즈마 처리 장치의 운용 비용을 확실하게 억제할 수 있다.
포커스 링(30)을 냉각할 때는 포커스 링(30)의 온도를 정전 척(25)의 온도보다 20K 이상 낮추는 것이 바람직하다. 드라이 에칭 처리중이라도, 정전 척(25)의 온도는 하부 전극(11) 내부의 냉매실(31)에 의해 약 20℃로 유지된다. 따라서, 포커스 링(30)의 온도를 정전 척(25)의 온도보다 20K 이상 낮춤으로써, 포커스 링(30)의 온도를 0℃ 이하로 낮출 수 있다. 이에 따라, 디포지트성 라디칼이 포커스 링(30)에 확실하게 부착되도록 할 수 있다.
디포지트성 라디칼이 포커스 링(30)에 다량으로 부착되었을 경우에는, 포커스 링(30)을 교환할 필요가 있지만, 포커스 링(30)의 빈번한 교환은 플라즈마 처리 장치의 유지보수 비용을 상승시키기 때문에, 디포지트성 라디칼이 포커스 링(30)에 다량으로 부착되지 못하도록 할 필요가 있다. 이를 위해, 포커스 링(30)에 부착된 디포지트성 라디칼을 제거하는 것이 바람직하다.
거기에서, 상술한 제 3 및 제 4 실시예에 따른 서셉터에서는, 전열 가스 유입 홈(44 또는 45)에 고열의 매체를 충전함으로써 포커스 링(30)을 가열한다. 디포지트성 라디칼은 고열에 의해 승화되기 때문에, 포커스 링(30)을 가열함으로써, 부착된 디포지트성 라디칼을 제거할 수 있다. 이에 따라 포커스 링(30)의 교환 사이클을 연장할 수 있고, 플라즈마 처리 장치의 유지보수 비용을 억제할 수 있다.
포커스 링의 가열 방법은 고온의 열매체의 충전에 한정되지 않는다. 예를 들면 포커스 링의 외주면을 덮는 가열 부재(제 2 가열 수단)에 의한 가열도 좋다.
도 10은 포커스 링을 가열하는 가열 부재 및 가열되는 포커스 링의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 10에 있어서, 포커스 링(48)의 외반경은 포커스 링(30)과 비교해서 작게 설정됨과 동시에, 포커스 링(48)의 상면은 외주측이 낮아지도록 단차를 이룬다. 가열 부재(47)는 단면이 역 "L"자 모양의 원환형 부재이며, 그 내주 측면이 포커스 링(48)의 외주 측면을 덮는 동시에, "L"자에 있어서의 돌출부가 포커스 링(48)의 상면에 있어서의 단차부에 매끈하게 결합된다. 가열 부재(47)는 라디칼의 충돌에 의해 온도가 상승하기 쉬운 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 이산화규소(SiO2) 등으로 이루어진다.
그리고, 플라즈마 처리 장치내에 있어서 플라즈마를 발생시키고, 가열 부재(47)에 라디칼을 충돌시킴으로써 가열 부재(47)의 온도를 상승시킨다. 온도가 상승된 가열 부재(47)는 그 열을 포커스 링(48)에 전달하여 포커스 링(48)을 가열한다.
가열 부재(47)를 사용하면, 전열 가스 유입 홈(44 또는 45)에 고열의 매체를 충전할 필요를 없앨 수 있기 때문에, 전열 가스 유입 홈(44, 45), 가스 공급 라인(46)이나 전열 가스 공급부(35)의 구조를 간소화할 수 있다.
디포지트성 라디칼의 제거는 포커스 링의 가열뿐만 아니라, 다른 방법에 의해 실현될 수도 있다.
예를 들면, 클리닝 가스를 플라즈마 처리 장치내에 흘려보내서 디포지트성 라디칼을 제거할 수도 있다. 구체적으로는, O2, NF3, SF6나 CF4
등으로 이루어진 클리닝 가스로부터 플라즈마를 발생시키고, 포커스 링에 부착된 디포지트성 라디칼에 발생한 라디칼을 충돌시켜서, 디포지트성 라디칼을 비산시킴으로써, 포커스 링으로부터 디포지트성 라디칼을 용이하게 제거할 수 있다.
또한, 예를 들면 드라이 에칭 처리중에 발생한 플라즈마에 포커스 링을 노출시켜 디포지트성 라디칼을 제거할 수도 있다. 구체적으로는, 처리 가스로부터 발생한 라디칼을 포커스 링에 부착된 디포지트성 라디칼에 충돌시킨다. 이에 따라 포커스 링(30)에 부착된 디포지트를 연속 드라이 에칭 처리중에 제거할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 드라이 에칭 처리의 효율을 저하시키지 않고, 디포지트를 제거할 수 있다.
포커스 링의 냉각 및 가열 방법은 상술한 열매체를 사용하는 방법에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이 포커스 링(30)과 정전 척(25)의 접촉면에 있어서, 전열 가스 유입 홈(44, 45) 대신에, 펠티에 소자(Peltier Device)(49)가 설치되어도 좋다. 펠티에 소자(49)는 직류 전류에 의해 용이하게 가열 또는 냉각을 실행할 수 있으므로, 열매체를 필요로 하지 않는다. 따라서, 열교환 기구의 구성을 간소화할 수 있고, 플라즈마 처리 장치의 초기 비용을 절감할 수 있다. 또한, 펠티에 소자(49)는 포커스 링(30) 및 정전 척(25)중 어디에 설치되어도 좋다.
또한, 포커스 링의 가열 방법으로서, 상술한 방법 외에, 램프의 조사에 의한 가열이나, 저항체의 발열에 의한 가열을 이용할 수도 있다.
또한, 상술한 포커스 링의 가열 방법 및 냉각 방법의 조합은 자유롭기 때문에, 이들 방법을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
제 1 내지 제 4 실시예에 따른 서셉터에서는, 정전 척(25)은 원판형이고, 포커스 링(30)은 원환형이지만, 정전 척(25) 및 포커스 링(30)의 형상은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 피처리체가 LCD 등일 경우, LCD의 형상에 대응해서 정전 척(25)은 사각형 플레이트 형상이 되고, 포커스 링(30)이 사각형 프레임 형상이 될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 서셉터에 대해서 상세한 설명한다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 서셉터를 사용할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 12에 있어서, 처리 용기를 구성하는 진공 챔버(101)는 재질이 예를 들어 알루미늄 등이며, 원통형으로 구성되어 있다.
이 진공 챔버(101)내에는 웨이퍼(W)를 재치하기 위한 서셉터(102)가 설치되어 있고, 이 서셉터(102)는 하부 전극을 겸하고 있다. 또한 진공 챔버(101)내의 천장부에는 상부 전극을 구성하는 샤워 헤드(103)가 설치되어 있고, 이들 서셉터(102)와 샤워 헤드(103)에 의해 한쌍의 평행 평판 전극이 구성되어 있다.
상기 샤워 헤드(103)의 상방에는 가스 확산용 공극(104)이 설치되는 동시에, 이 가스 확산용 공극(104)의 하측에 위치하도록 다수의 세공(105)이 설치된다. 그리고, 처리 가스 공급계(106)로부터 공급된 소정의 처리 가스(에칭 가스)를 가스 확산용 공극(104)내에서 확산시켜, 세공(105)으로부터 웨이퍼(W)를 향해 샤워형으로 공급하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서 이 샤워 헤드(103)는 접지 전위가 되도록 하고 있지만, 샤워 헤드(103)에 고주파 전원이 접속되어, 세섭터(102)와 샤워 헤드(103)의 쌍방에 고주파 전압이 인가되는 구성으로 할 수도 있다.
한편, 서셉터(102)에는 정합기(107)를 거쳐서 고주파 전원(108)이 접속되어 있고, 서셉터(102)에 소정 주파수(예를 들면, 수백 킬로헤르츠 내지 100메가 헤르츠 정도의 고주파)의 고주파 전력을 공급한다.
또한, 서셉터(102)의 웨이퍼(W)의 재치면에는, 웨이퍼(W)를 흡착 지지하기 위한 정전 척(109)이 설치된다. 이 정전 척(109)은 절연층(109a)내에 정전 척용 전극(109b)을 설치한 구성으로 되어 있고, 정전 척용 전극(109b)에는 직류 전원(110)이 접속되어 있다. 또한, 서셉터(102)의 상면에는 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 포커스 링(111)이 설치된다.
상기 포커스 링(111)은 그 전체 형상이 고리 모양으로 구성되어 있고, 도 13에도 도시된 바와 같이, 서셉터(102)상에 재치되는 하측 부재(111a)와, 이 하측 부재(111a)의 상측에 배치되는 상측 부재(111b)로 구성되어 있다.
하측 부재(111a)와 상측 부재(111b)는 모두 예를 들어 실리콘 등의 재질로 되어 있고, 고리 모양으로 구성되어 있다. 그리고, 하측 부재(111a)와 상측 부재(111b) 사이에는 간극(111c)이 형성되고 있고, 도 13의 화살표로 도시된 바와 같이, 이 간극(111c)이 처리 가스의 유로로서 기능하도록 되어 있다.
하측 부재(111a)에는 핀 삽입 구멍(113)이 복수개(본 실시예에서는 원주방향을 따라 120°간격으로 합계 3개)가 설치되어 있고, 이들 핀 삽입 구멍(113)에는 각각 핀(114)이 삽입되어 있다. 또한 상측 부재(111b)에는 이들 핀(114)에 대응하여 결합 구멍(115)이 설치되어 있고, 이들 결합 구멍(115)내에 핀(114)의 선단 부분이 삽입된 상태에서, 핀(114) 위에 상측 부재(111b)가 지지되도록 되어 있다. 즉, 상측 부재(111b)는 실질적으로 핀(114)상에 재치된 상태로 되어 있고, 상방으로 들어 올림으로써 하측 부재(111a)로부터 제거되고, 상측 부재(111b)만을 교환 가능한 구조로 되어 있다.
또한, 핀(114)은 각각 하측 부재(111a)에 대하여 착탈 가능하도록 되어 있고, 핀(114)을 길이가 다른 것으로 교환함으로써 하측 부재(111a)와 상측 부재(111b) 사이의 간극(111c)의 폭[도 13에 도시된 간격(갭)G]을 변경 가능하도록 되어 있다.
또한, 도 13의 참조부호 "116"은 포커스 링(111)전체를 서셉터(102)상의 소 정 위치에 위치 결정하기 위한 위치 결정 핀이며, 서셉터(102)상에 원주방향으로 180°간격으로 합계 2개가 설치되어 있다. 또한 하측 부재(111a) 및 상측 부재(111b)에는 이들의 위치 결정 핀(116)에 대응하여 각각 위치 결정 구멍(117, 118)이 설치된다.
또한, 상기 서셉터(102)에는 도면에 도시하지 않은 냉매 순환용의 냉매유로가 형성되고 있고, 서셉터(102)를 소정 온도로 온도 제어 가능하도록 되어 있다. 또한, 서셉터(102)와 웨이퍼(W)의 이면 사이에 냉각용 가스, 예를 들면 헬륨 가스를 공급하는 도면에 도시하지 않은 가스 공급 기구가 설치되어 있고, 이 냉각용 가스에 의해, 서셉터(102)와 웨이퍼(W)의 열교환이 촉진되어, 웨이퍼(W)가 소정 온도로 온도 제어되도록 되어 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(101)의 바닥에는 배기 포트(120)가 설치되고, 이 배기 포토(120)에는 진공 펌프 등으로 구성된 배기계(121)가 접속되어 있다.
또한, 세셉터(102)의 주위에는 웨이퍼(W)의 재치면에 대하여 대략 평행하게, 고리 모양으로 형성된 배기 링(122)이 설치된다. 이 배기 링(122)에는 다수의 구멍으로 이루어진 배기로가 형성되고 있고, 이들 배기로를 거쳐서 배기계(121)에 의해 진공 배기를 실행함으로써, 서셉터(102)의 주위에 균일한 처리 가스의 흐름이 형성되도록 되어 있다. 또한, 이 배기 링(122)은 전기적으로 접지 전위에 접속되고 있어, 서셉터(102)와 샤워 헤드(103) 사이의 처리 공간에 형성된 플라즈마가 배기 링(122)의 하방 공간으로 누출되는 것을 방지한다.
또한, 진공 챔버(101)의 주위에는 자장 형성 기구(123)가 설치되어 있고, 진공 챔버(101)내의 처리 공간에, 소망의 자장을 형성할 수 있도록 되어 있다. 이 자장 형성 기구(123)에는 회전 기구(124)가 설치되어 있고, 진공 챔버(101)의 주위 로 자장 형성 기구(123)를 회전시킴으로써, 진공 챔버(101)내의 자장을 회전 가능하도록 구성되어 있다.
다음으로, 이와 같이 구성된 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 플라즈마 에칭 처리에 대해서 설명한다.
우선, 진공 챔버(1O1)의 도면에 도시하지 않은 반입-반출구에 설치된 도면에 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 반송 기구 등에 의해 웨이퍼(W)를 진공 챔버(101)내에 반입하여 서셉터(102)상에 재치한다. 서셉터(102)상에 재치된 웨이퍼(W)는 이후 정전 척(109)의 정전 척용 전극(109b)에 직류 전원(110)으로부터 소정의 직류 전압을 인가함으로써 흡착 지지된다.
다음으로, 반송 기구를 진공 챔버(101) 밖에 대피시킨 후, 게이트 밸브를 폐쇄하고, 배기계(121)의 진공 펌프 등에 의해 진공 챔버(101) 내부를 배기한다. 진공 챔버(101) 내부가 소정 진공도로 된 후, 진공 챔버(101)내에 가스 확산용 공극(104) 및 세공(105)을 거쳐서, 처리 가스 공급계(106)로부터 소정의 에칭 처리용 처리 가스를 유입하고, 진공 챔버(101) 내부를 소정 압력, 예를 들면 1Pa 내지 1OOPa 정도로 유지한다.
이 상태에서, 고주파 전원(108)으로부터 서셉터(102)에 소정 주파수의 고주파 전력을 공급한다. 서셉터(102)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 샤워 헤드(103)와 서셉터(102) 사이의 처리 공간에는 고주파 전계가 형성된다. 또한, 처리 공간에는 자장 형성 기구(123)에 의한 소정의 자장이 형성된다. 이에 따라, 처리 공간에 공급된 처리 가스로부터 소정의 플라즈마가 발생하고, 그 플라즈마에 의해 웨이 퍼(W)상의 소정의 막이 에칭된다.
이 때, 샤워 헤드(103)의 세공(105)으로부터 웨이퍼(W)의 표면에 공급된 처리 가스는 웨이퍼(W)의 표면을 중앙부에서 주연부를 향해서 흐르고, 웨이퍼(W)의 주위로부터 포커스 링(111)의 하측 부재(111a)와 상측 부재(111b) 사이의 간극(111c)을 통과하고, 하방을 향해 유동하여 배기된다. 그리고, 이러한 처리 가스의 흐름이 웨이퍼(W)의 주위에 균일하게 형성된다.
여기에서, 포커스 링이 간극(111c)을 갖지 않을 경우, 웨이퍼(W)의 표면에 공급된 처리 가스는 포커스 링의 상방을 통하여 주위로 흘러나간다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 주연부에 처리 가스의 흐름이 정체되어, 웨이퍼(W) 전체의 에칭 레이트가 저하될 가능성이 있으며, 또한 웨이퍼(W)의 주연부의 에칭 레이트가 중앙부의 에칭 레이트와 다른 경향을 나타낼 가능성이 있다. 이에 대하여 본 실시예에서는 간극(111c)을 갖지 않을 경우와 비교하여, 웨이퍼(W)의 주연부에서의 처리 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있고, 상기 의 불량을 해소할 수 있으며, 웨이퍼(W) 전체의 에칭 레이트의 향상이나, 에칭 레이트의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 처리 가스가 포커스 링의 상방을 통해 주위로 흘러나가는 경우(간극(111c)을 갖지 않는 경우)는, 포커스 링이 소모되어 포커스 링 상면의 높이가 낮아지면, 이에 따라 처리 가스의 흐름이 점차 변해버린다. 이 때문에, 처리 가스의 체류 시간(체재 시간)이 변화되고, 웨이퍼(W)에 대한 에칭 처리의 상태가 변화되어버리므로, 포커스 링의 소모량이 비교적 적은 시점에 있어서, 포커스 링을 교환할 필요가 발생한다.
이에 대하여, 본 실시예에서는 처리 가스가 간극(111c)을 통해 주위로 흘러나가므로, 소모에 의한 포커스 링 상면 높이의 변화가 웨이퍼(W)의 처리 상태에 미치는 영향을 억제할 수 있고, 포커스 링 교환의 유지보수 타이밍을 장기화할 수 있다.
또한, 포커스 링(111)이 소모되었을 때에 전체를 교환하는 것이 아니라, 상측 부재(111b)만을 교환함으로써, 교환 부품의 비용의 절감을 도모할 수 있고, 운용 비용의 절감을 도모할 수 있다.
이상과 같이 하여, 소정의 플라즈마 에칭 처리가 실행되면, 고주파 전원(108)로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하고, 에칭 처리를 정지하고, 상술한 순서와는 반대의 순서로 웨이퍼(W)를 진공 챔버(101) 밖으로 반출한다.
도 14 및 도 15의 그래프는 상술한 포커스 링(111)의 간극(111c)의 간격[갭(G)]의 차이에 의한 웨이퍼(W) 각부의 에칭 상태의 변화를 나타내는 것으로, 동 도면에 있어서, 세로축은 에칭 레이트(nm/min), 가로축은 웨이퍼 중심으로부터의 거리(mm)를 나타내고 있다.
에칭 대상물은 SiN 막이며, 사용한 에칭 가스 및 그 유량은 CHF3/CF4/Ar/O2 = 30/75/600/15sccm, 압력은 23.3Pa(175mTrr), 고주파 전력은 1000W(주파수: 13.56MHz)의 조건에서 에칭을 수행하였다. 또한, 도 14는 포커스 링(111)의 상측 부재(111b)의 두께가 1.5mm인 경우를 나타내고, 도 15는 포커스 링(111)의 상측 부재(111b)의 두께가 2.8mm인 경우를 나타내고 있다. 또한, 각각의 경우에서 포커스 링(111)의 하측 부재(111a)의 두께는 1.5mm이다.
이들 그래프에 나타낸 바와 같이, 간극(111c)의 갭(G)이 0인 경우와 비교하여, 0.5mm, 1.5mm, 2.5mm로 갭(G)을 넓혀감에 따라, 웨이퍼(W) 전체의 에칭 레이트가 상승하였다.
또한, 특히 도 14의 그래프에 현저히 표시되어 있는 대로, 간극(111c)의 갭(G)이 0일 때에, 웨이퍼(W)의 주변부의 에칭 레이트가 중심부의 에칭 레이트보다 낮아지지만, 간극(111c)의 갭(G)을 넓힘으로써, 웨이퍼(W) 주변부의 에칭 레이트를 중심부의 에칭 레이트와 비교하여 상대적으로 보다 많이 상승시킬 수 있고, 웨이퍼(W)의 에칭 레이트의 면내 균일성을 향상시킬 수 있었다.
여기에서, 전술한 바와 같이, 도 15는 상측 부재(111b)의 두께가 2.8mm, 도 14는 상측 부재(111b)의 두께가 1.5mm인 경우를 나타내므로, 도 14에 표시되는 결과는 실질적으로 도 15에 표시된 상태로부터 상측 부재(111b)가 1.3mm 소모된 상태의 결과를 나타낸다. 그리고, 예를 들면 간극(111c)의 갭(G)이 2.5mm의 경우의 도 15 및 도 14의 경우의 에칭 처리 상태의 변화와, 갭(G)이 0인 경우의 같은 변화를 보면 분명한 바와 같이, 갭(G)이 2.5mm인 경우가 갭(G)이 0의 경우와 비교하여, 포커스 링의 소모가 에칭 처리의 면내 균일성에 주는 영향을 경감할 수 있다. 이 때문에, 포커스 링의 교환의 유지보수 빈도를 줄이는 것이 가능해진다.
또한, 갭(G)을 0.5mm보다 좁게 하면, 컨덕턴스의 저하에 기인하여 간극(111c)의 처리 가스 유로로서의 작용이 손상되어, 상기와 같은 현저한 작용 및 효과상의 차이가 나타나지 않게 된다. 이 때문에, 갭(G)은 0.5mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 포커스 링(111)을 사용하는 것에 의해, 웨이퍼(W) 전체의 에칭 레이트를 높일 수 있고, 이것에 의해 처리량을 증대시켜, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상술한 갭(G)이 0일 때에, 웨이퍼(W) 주변부의 에칭 레이트가 중심부의 에칭 레이트보다 낮아지는 에칭 처리에, 포커스 링(111)을 사용하고 적절한 갭(G)의 폭으로 조정함으로써, 웨이퍼(W) 주변부의 에칭 레이트를 중심부의 에칭 레이트와 비교하여 상대적으로 보다 많이 상승시킬 수 있고, 웨이퍼(W)의 에칭 레이트의 면내 균일성을 향상시켜, 고밀도의 에칭 처리를 실행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 포커스 링(111)의 교환 등의 유지보수 빈도를 줄여서 장치의 가동률을 향상시킬 수 있으므로, 생산성의 향상을 도모할 수 있고, 또한 포커스 링(111)이 소모되었을 때에, 그 일부인 상측 부재(111b)만을 교환함으로써 운용 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는 본 발명을 반도체 웨이퍼의 에칭에 적용한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 그러한 경우에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 액정 표시 장치용의 글래스 기판 등, 다른 피처리 기판의 에칭을 실행할 경우 에 대해서도 같은 방법으로 적용할 수 있다.
상술한 플라즈마 처리 장치로는 1회 유지보수 사이클동안에 있어서 시간 경과와 함께 소모되는 포커스 링의 두께에 따라, 포커스 링 냉각 압력 및 포커스 링 전압의 값을 미리 설정 가능하다. 또한 광 센서 등의 검지 수단에 의해 포커스 링 의 소모 정도를 검지하고, 상기 검지된 값을 포커스 링 냉각 압력 및 포커스 링 전압의 설정 값으로 피드백함으로써, 포커스 링의 소모 정도를 다음회의 처리에 있어서의 프로세스 레시피에 반영하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 에칭 장치뿐만 아니라, 그 밖의 플라즈마 처리 장치, 예를 들면 CVD 장치 또는 애싱 장치에도 적용 가능하다.
본 발명에 따르면, 비용의 상승을 방지하는 동시에, 포커스 링의 냉각 효율을 비약적으로 개선할 수 있는 플라즈마 처리 장치, 포커스 링 및 서셉터가 제공된다.
Claims (27)
- 플라즈마 처리 장치에 있어서,플라즈마 처리가 실시되는 피처리체를 재치하는 정전 척과, 상기 정전 척에 접촉부에서 접촉하는 포커스 링을 갖는 서셉터를 포함하며,상기 포커스 링은 상기 접촉부를 형성하는 유전체부와, 상기 유전체부를 거쳐서 상기 정전 척에 대향하는 도전체부를 갖고,상기 유전체부의 유전율이 포커스 링의 외측으로부터 내측을 향하여 증가하도록 구성되어 있는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 유전체부의 두께는 상기 포커스 링의 반경방향으로 일정한플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 유전체부는 상기 도전체부를 이루는 재료의 산화물로 이루어지는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 도전체부를 이루는 재료는 실리콘인플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 유전체부를 이루는 재료는 이산화규소인플라즈마 처리 장치.
- 플라즈마 처리가 실시되는 피처리체를 재치하는 정전 척에 접촉부에서 접촉하는 포커스 링에 있어서,상기 접촉부를 형성하는 유전체부와,상기 유전체부를 거쳐서 상기 정전 척에 대향하는 도전체부를 포함하고,상기 유전체부의 유전율이 포커스 링의 외측으로부터 내측을 향하여 증가하도록 구성되어 있는포커스 링.
- 서셉터에 있어서,플라즈마 처리가 실시되는 피처리체를 재치하는 정전 척과,상기 정전 척에 접촉부에서 접촉하는 포커스 링을 포함하며,상기 포커스 링은 상기 접촉부를 형성하는 유전체부와, 상기 유전체부를 거쳐서 상기 정전 척에 대향하는 도전체부를 갖고,상기 유전체부의 유전율이 포커스 링의 외측으로부터 내측을 향하여 증가하도록 구성되어 있는서셉터.
- 플라즈마 처리 장치에 있어서,플라즈마 처리가 실시되는 피처리체를 재치하는 정전 척과, 상기 피처리체의 주변에 있어서 상기 정전 척에 접촉면에서 접촉하는 포커스 링을 갖는 서셉터와,상기 접촉면에 설치된, 상기 포커스 링의 열교환을 실행하는 열교환 수단을 포함하고,상기 접촉면에 설치된 상기 열교환 수단은 열매체가 충전되는 홈인플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,상기 열매체는 갈덴(Galden)인플라즈마 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 포커스 링이 상기 홈을 갖는플라즈마 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 정전 척이 상기 홈을 갖는플라즈마 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 홈의 깊이는 0.1mm 이상인플라즈마 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 홈에 있어서의 코너부는 둥글게 성형되어 있는플라즈마 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 홈은 상기 포커스 링과 동심형의 고리 모양을 갖는 적어도 하나의 홈으로 이루어지는플라즈마 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 열교환 수단은 상기 포커스 링을 냉각하는 냉각 수단을 갖는플라즈마 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 열교환 수단은 전열 가스를 상기 접촉면에 공급하는 공급로를 가지며, 상기 열교환 수단으로부터 공급되는 전열 가스의 압력을 제어하는 제어부를 더 구비하며, 상기 제어부는 복수의 공정으로 이루어지는 상기 플라즈마 처리의 각 공정 에 따라 상기 공급되는 전열 가스의 압력을 변경하는플라즈마 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 포커스 링에 대향하도록 상기 정전 척에 내장되는 전극과, 상기 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 더 구비하며, 상기 전극은 정전 흡착력에 의해 상기 포커스 링을 상기 정전 척에 흡착시키고, 상기 제어부는 복수의 공정으로 이루어지는 상기 플라즈마 처리의 각 공정에 따라 상기 전극에 인가되는 전압을 변경하는플라즈마 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 열교환 수단은 상기 포커스 링의 온도를 상기 정전 척의 온도보다 20K이상 내리는플라즈마 처리 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 열교환 수단은 상기 포커스 링의 온도를 0℃ 이하로 내리는플라즈마 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 열교환 수단은 상기 포커스 링을 가열하는 가열 수단을 갖는플라즈마 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 포커스 링은 상기 포커스 링을 가열하는 제 2 가열 수단을 더 구비하는플라즈마 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 포커스 링은 클리닝 가스에 노출되는플라즈마 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 포커스 링은 플라즈마에 노출되는플라즈마 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 열교환 수단은 펠티에 소자(Peltier device)인플라즈마 처리 장치.
- 플라즈마 처리가 실시되는 피처리체를 재치하는 정전 척에, 상기 피처리체의 주변에 있어서 접촉면에서 접촉하는 포커스 링에 있어서,상기 접촉면에 설치된, 상기 포커스 링의 열교환을 실행하는 열교환 수단을 포함하고,상기 접촉면에 설치된 상기 열교환 수단은 열매체가 충전되는 홈인포커스 링.
- 서셉터에 있어서,플라즈마 처리가 실시되는 피처리체를 재치하는 정전 척과,상기 피처리체의 주변에 있어서 접촉면에서 상기 정전 척에 접촉하는 포커스 링과,상기 접촉면에 설치된, 상기 포커스 링의 열교환을 실행하는 열교환 수단을 포함하고,상기 접촉면에 설치된 상기 열교환 수단은 열매체가 충전되는 홈인서셉터.
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