KR100924845B1

KR100924845B1 - 플라즈마 처리 장치용 탑재대 및 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR100924845B1
Application number: KR1020070080295A
Authority: KR
Inventors: 쇼이치로 마츠야마; 신지 히모리; 아츠시 마츠우라
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-11-02
Also published as: TW200826186A; CN100501965C; TWI409874B; CN101123201A; JP2008042116A; KR20080014671A; JP5125024B2

Abstract

피처리 기판의 중앙부에서의 플라즈마의 전계 강도를 낮추고, 이에 따라 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치용 탑재대 및, 이 탑재대를 구비한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

플라즈마 처리 장치(2)용 탑재대(3)는, 플라즈마 생성용 등의 하부 전극(31)을 겸하는 도전체 부재와, 이 도전체 부재의 상면 중앙부를 덮도록 마련되고, 피처리 기판(웨이퍼 W)을 통하여 플라즈마에 인가하는 고주파 전계를 균일하게 하기 위한 유전체층(32)과, 이 유전체층(32)에 적층되고, 정전 척용 전극막(35)이 매설된 정전 척(33)을 구비하고 있다. 여기서, 전극막(35)은 δ／z≥1,000(z ; 전극막(35)의 두께, δ ; 고주파 전원(61a)으로부터 공급되는 고주파 전력에 대한 전극막(35)의 표피 깊이(skin depth))의 조건을 만족하고 있다.

Description

플라즈마 처리 장치용 탑재대 및 플라즈마 처리 장치{LOADING TABLE FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 플라즈마 처리가 실시되는 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대 및, 이 탑재대를 구비한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조 공정 중에는, 드라이 에칭이나 애싱 등과 같이 처리 가스를 플라즈마화하여 기판의 처리를 행하는 경우가 많다. 이러한 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에서는, 예컨대, 평행 평판 형상인 한 쌍의 전극을 상하로 대향시켜 배치하고, 이들 전극 사이에 고주파 전력을 인가함으로써 장치에 도입된 처리 가스를 플라즈마화하여, 하부측의 전극상에 탑재된 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함) 등의 피처리 기판에 처리를 실시하는 타입이 많이 이용되고 있다.

최근, 플라즈마 처리에서는 플라즈마 중의 이온 에너지가 낮고, 또한 전자 밀도가 높은, 「저에너지, 고밀도 플라즈마」가 요구되는 처리가 많아지고 있다. 이 때문에, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력의 주파수가 종래(예컨대, 십 수 ㎒ 정도)에 비하여, 예컨대, 100㎒로 매우 높아지는 경우가 있다. 그러나 인가하는 전력의 주파수를 상승시키면, 전극 표면의 중앙, 즉, 웨이퍼의 중앙에 상당하는 영역에서 전계 강도가 강해지는 한편으로, 그 가장자리에서는 전계 강도가 약해지는 경향이 있다. 이와 같이, 전계 강도의 분포가 불균일하게 되면, 발생하는 플라즈마의 전자 밀도도 불균일하게 되어 버리고, 웨이퍼 내의 위치에 따라 처리 속도 등이 달라지므로, 면내 균일성이 양호한 처리 결과를 얻을 수 없다고 하는 문제가 발생하고 있었다.

이러한 문제에 대하여, 특허문헌 1에는, 예컨대, 한쪽 전극의 대향 표면의 중앙 부분에 세라믹스 등의 유전체층을 매설하여 전계 강도 분포를 균일하게 하여, 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시킨 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다.

이 유전체층의 매설에 관하여 도 6(a)를 이용하여 설명한다. 플라즈마 처리 장치(1)의 하부 전극(11)에 고주파 전원(13)에서 고주파 전력을 인가하면, 표피 효과에 의해 하부 전극(11)의 표면을 전파하여 상부에 도달한 고주파 전류는, 웨이퍼 W의 표면을 따라 중앙을 향하면서, 일부가 하부 전극(11)측으로 누설되고, 그 후 하부 전극(11) 내를 바깥쪽을 향하여 흐른다. 여기서, 플라즈마를 균일하게 하기 위한 유전체층(14)이 마련되어 있는 부위에서는, 고주파 전류가 다른 부위보다 깊이 잠기는 TM 모드의 원통형 공동 공진(cylindrical cavity resonance)을 발생시켜, 결과적으로 웨이퍼 W 면상으로부터 플라즈마에 공급하는 중앙 부분의 전계를 낮출 수 있어, 웨이퍼 W 면내의 전계는 균일해진다. 또, 도면 중의 참조 번호 12는 상부 전극을 나타내고, PZ는 플라즈마를 나타내고 있다.

그런데, 플라즈마 처리는 감압하의 진공 분위기에서 행해지는 경우가 많고, 이러한 경우에는, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 W의 고정에 정전 척(15)을 이용하는 경우가 많다. 정전 척(15)은, 예컨대, 알루미나 등을 용사하여 형성되는 하면측과 상면측의 두 유전체층 사이에, 도전성 전극막(16)을 끼운 구조를 갖고 있다. 그리고, 이 전극막(16)에 고압 직류 전원(17)에서 고압 직류 전력을 인가하여 유전체층 표면에 발생하는 쿨롱력을 이용함으로써 웨이퍼 W를 정전 흡착하여 고정하고 있다.

그런데, 플라즈마의 전위를 낮추기 위한 유전체층(14)이 매설된 하부 전극(11)의 위에 정전 척(15)을 설치하여 웨이퍼 W의 플라즈마 처리를 행하면, 고주파 전류가 정전 척(15)의 전극막(16)을 투과할 수 없어 전극막(16)에서 바깥쪽으로 향하는 흐름이 발생하여 버린다. 다시 말하면, 정전 척용 전극막(16)이 존재하므로 플라즈마로부터는 유전체층(14)이 보이지 않게 되어 버려, 정전 척(15)이 매설된 영역의 플라즈마의 전위를 낮추기 위한 효과를 발휘할 수 없게 되어 버린다. 이 결과, 웨이퍼 W의 중앙부의 위쪽의 플라즈마의 전위가 높고, 가장자리의 전위가 낮은 상태가 되며, 웨이퍼 W의 중앙부와 가장자리에서 처리 속도가 서로 달라져 버리므로, 에칭 등의 플라즈마 처리에서의 면내 불균일의 요인이 되고 있었다.

(특허문헌 1) 일본 공개 특허 공보 제 2004－363552호 : 제 15 페이지 제 84 단락∼제 85 단락

본 발명은, 이러한 사정에 근거하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 플라즈마 중의 전계 강도의 면내 균일성을 향상하여, 기판에 대하여 면내 균일성이 높은 플라즈마 처리를 행할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 탑재대 및, 이 탑재대를 구비한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 탑재대는, 탑재면에 피처리 기판을 탑재하기 위한 플라즈마 처리 장치용 탑재대로서, 고주파 전원에 접속되고, 플라즈마 생성용, 또는 플라즈마 중의 이온 도입용 전극을 겸하는 도전체 부재와, 이 도전체 부재의 상면 중앙부를 덮도록 마련되고, 피처리 기판을 통하여 플라즈마에 인가하는 고주파 전계를 균일하게 하기 위한 유전체층과, 이 유전체층의 위에 적층되고, 이하의 조건을 만족하는 정전 척용 전극막이 매설된 정전 척을 구비하는 것을 특징으로 한다.

단, z ; 정전 척용 전극막의 두께, δ ; 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력에 대한 정전 척용 전극막의 표피 깊이(skin depth), f ; 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수, π ; 원주율, μ ; 정전 척용 전극막의 투자 율(透磁率), ρ ; 정전 척용 전극막의 비저항

여기서, 상기 유전체층은, 원기둥 형상으로 형성되어 TM 모드의 원통형 공동 공진을 발생시키고 있는 경우나, 그 두께가 중앙부보다 가장자리 쪽이 작게 구성되어 있어도 좋다. 또한, 고주파 전원에서 공급되는 고주파 전력의 주파수는, 13㎒ 이상인 것이 적합하다.

본 발명에 의하면, 「δ／z≥1,000」이 되는 조건을 만족하는 정전 척용 전극막을 이용함으로써, 웨이퍼 등의 피처리 기판상을 전파하는 고주파 전류가 이 전극막을 투과하고, 피처리 기판을 통하여 플라즈마에 인가하는 고주파 전계를 균일하게 하기 위해 마련된 유전체층의 아래쪽으로 들어가는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 정전 척을 마련한 경우에서도 상기 유전체층을 활용하여 TM 모드의 원통형 공동 공진을 발생시킬 수 있으므로, 웨이퍼 면상으로부터 플라즈마에 공급하는 중앙 부분의 전계를 낮추는 것이 가능하게 되며, 말하자면, 산 형상의 전계 강도 분포의 전계 강도가 큰 영역을 평탄화할 수 있다. 이 결과, 플라즈마 처리, 예컨대, 에칭 처리에 대한 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 탑재대를 에칭 장치로서의 플라즈마 처리 장치에 적용한 실시 형태에 대하여 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 RIE(Reactive Ion Etching) 플라즈마 처리 장치(2)의 일례를 나타내고 있다. 플라즈마 처리 장치(2)는, 예컨대, 내부가 밀폐 공간이 되어 있는 진공 챔버로 이루어지는 처리 용기(21)와, 이 처리 용기(21) 내의 저면 중앙에 배치된 탑재대(3)와, 탑재대(3)의 위쪽에 이 탑재대(3)와 대향하도록 마련된 상부 전극(51) 등을 구비하고 있다.

처리 용기(21)는 직경이 작은 원통 형상의 상부실(21a)과, 직경이 큰 원통 형상의 하부실(21b)로 이루어진다. 상부실(21a)과 하부실(21b)은 서로 연통하고 있으며, 처리 용기(21) 전체는 기밀로 구성되어 있다. 상부실(21a) 내에는, 탑재대(3)나 상부 전극(51) 등이 격납되어 있으며, 하부실(21b) 내에는, 탑재대(3)를 지탱하고 또한, 배관 등이 들어간 지지 케이스(27)가 격납되어 있다. 하부실(21b) 저면의 배기구(22)에는 배기관(23)을 거쳐 배기 장치(24)가 접속되어 있다. 이 배기 장치(24)에는 도시하지 않은 압력 조정부가 접속되어 있으며, 이 압력 조정부는 도시하지 않은 제어부로부터의 신호에 따라 처리 용기(21) 내 전체를 진공 배기하여 소망하는 진공도로 유지하도록 구성되어 있다. 한편, 상부실(21a)의 측면에는 피처리 기판인 웨이퍼 W의 반입출구(25)가 마련되어 있으며, 이 반입출구(25)는 게이트 밸브(26)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 처리 용기(21)는, 알루미늄 등의 도전성 부재로 구성되고, 접지되어 있다.

탑재대(3)는, 예컨대, 알루미늄으로 이루어지는 도전체 부재인 플라즈마 생성용 하부 전극(31)과, 전계를 균일하게 조정하기 위해 하부 전극(31)의 상면 중앙부를 덮도록 매설된 유전체층(32)과, 웨이퍼 W를 고정하기 위한 정전 척(33)을 아래쪽으로부터 이 순번으로 적층한 구조가 되어 있다. 하부 전극(31)은, 지지 케이 스(27)상에 설치된 지지대(31a)에 절연 부재(41)를 사이에 두고 고정되고, 처리 용기(21)에 대하여 전기적으로 충분히 뜬 상태가 되어 있다.

하부 전극(31) 내에는 냉매를 통류시키기 위한 냉매 유로(42)가 형성되어 있으며, 냉매가 이 냉매 유로(42)를 흐름으로써 하부 전극(31)이 냉각되고, 정전 척(33) 상면의 탑재면에 탑재된 웨이퍼 W가 소망하는 온도로 냉각되도록 구성되어 있다.

또한, 정전 척(33)에는 탑재면과 웨이퍼 W의 이면 사이의 열전달성을 높이기 위한 열전도성 백사이드 가스를 방출하는 관통 구멍(43)이 마련되어 있다. 이 관통 구멍(43)은, 하부 전극(31) 내 등에 형성된 가스 유로(44)와 연통하고 있으며, 이 가스 유로(44)를 거쳐 도시하지 않은 가스 공급부로부터 공급된 헬륨(He) 등의 백사이드 가스가 방출되도록 되어 있다.

하부 전극(31)에는, 예컨대, 주파수가 100㎒인 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원(61a)과, 제 1 고주파 전원(61a)보다 주파수가 낮은, 예컨대, 3.2㎒인 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원(61b)이 각각 정합기(62a, 62b)를 거쳐 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(61a)에서 공급되는 고주파 전력은, 후술하는 처리 가스를 플라즈마화하는 역할을 담당하고, 제 2 고주파 전원(61b)에서 공급되는 고주파 전력은, 웨이퍼 W에 바이어스 전력을 인가함으로써 플라즈마 중의 이온을 웨이퍼 W 표면에 도입하는 역할을 담당한다.

또한 하부 전극(31)의 상면 바깥 둘레 부분에는, 정전 척(33)을 둘러싸도록 포커스 링(45)이 배치되어 있다. 포커스 링(45)은 웨이퍼 W의 가장자리 바깥쪽의 영역의 플라즈마 상태를 조정하는 역할, 예컨대, 웨이퍼 W보다 플라즈마를 넓혀, 웨이퍼 면내의 에칭 속도의 균일성을 향상시키는 역할을 담당한다.

지지대(31a)의 하부 바깥쪽에는 지지대(31a)를 둘러싸도록 배플판(28)이 마련되어 있다. 배플판(28)은, 상부실(21a) 내의 처리 가스를 배플판(28)과 상부실(21a) 벽부 사이에 형성된 틈을 거쳐 하부실(21b)로 통류시킴으로써, 처리 가스의 흐름을 조정하는 정류판으로서의 역할을 담당한다.

또한, 상부 전극(51)은 중공 형상으로 형성되고, 그 하면에 처리 용기(21) 내로 처리 가스를 분산 공급하기 위한 다수의 가스 공급 구멍(52)이, 예컨대, 균등하게 분산하여 형성되어 있음으로써 가스 샤워헤드를 구성하고 있다. 이 상부 전극(51)의 상면 중앙에는 가스 도입관(53)이 마련되고, 이 가스 도입관(53)은 처리 용기(21)의 상면 중앙을 관통하여 상류에서 처리 가스 공급원(55)에 접속되어 있다. 이 처리 가스 공급원(55)은, 도시하지 않은 처리 가스 공급량 제어 기구를 갖고 있으며, 플라즈마 처리 장치(2)에 대하여 처리 가스 공급량의 공급 중단 및 증감의 제어를 행할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상부 전극(51)이 상부실(21a)의 벽부에 고정됨으로써, 상부 전극(51)과 처리 용기(21) 사이에는 도전로가 형성되어 있다.

또한, 상부실(21a)의 주위에는, 게이트 밸브(26)의 상하로 두 개의 멀티폴(multipole) 링 자석(66a, 66b)이 배치되어 있다. 멀티폴 링 자석(66a, 66b)은, 복수의 이방성 세그먼트 막대 자석이 링 형상 자성체의 케이싱에 부착되어 있으며, 인접하는 복수의 세그먼트 막대 자석끼리의 방향이 서로 역방향이 되도록 배치되어 있다. 이에 따라 자력선이 인접하는 세그먼트 막대 자석 사이에 형성되고, 상부 전극(51)과 하부 전극(31) 사이의 처리 공간의 주변부에 자장이 형성되어, 처리 공간에 플라즈마를 가둘 수 있다. 또, 멀티폴 링 자석(66a, 66b)을 갖지 않는 장치 구성으로 하여도 좋다.

이상의 장치 구성에 의해, 플라즈마 처리 장치(2)의 처리 용기(21)(상부실(21a)) 내에는, 하부 전극(31)과 상부 전극(51)으로 이루어지는 한 쌍의 평행 평판 전극이 형성된다. 처리 용기(21) 내를 진공압으로 조정한 후, 처리 가스를 도입하여 고주파 전원(61a, 61b)으로부터 고주파 전력을 공급함으로써 처리 가스가 플라즈마화하고, 고주파 전류는, 하부 전극(31)→플라즈마→상부 전극(51)→처리 용기(21)의 벽부→어스로 이루어지는 경로를 흐른다. 플라즈마 처리 장치(2)의 이러한 작용에 의해, 탑재대(3)상에 고정된 웨이퍼 W에 대하여 플라즈마에 의한 에칭이 실시된다.

다음으로, 도 2를 참조하여 본 실시 형태에 따른 탑재대(3)에 대하여 상술한다. 또, 도 2에 나타낸 탑재대(3)의 종단 측면도에서는, 냉매 유로(42)나 백사이드 가스의 가스 유로(44) 등의 기재를 생략하고 있다.

하부 전극(31)의 상면 중앙부에는, 앞서 설명한 바와 같이 유전체층(32)이 매설되어 있다. 유전체층(32)은, 그 유전체층(32)이 매설된 영역에서의 플라즈마의 전위를 낮추는 기능을 갖고 있다. 유전체층(32)은, 예컨대, 알루미나(Al₂O₃)를 주성분으로 하는 비유전률이 10인 세라믹스로 구성되어 있다. 유전체층(32)은, 예 컨대, 두께 t₂＝5㎜, 직경 Φ₂＝100㎜인 원기둥 형상을 갖고 있다.

다음으로 정전 척(33)에 대하여 설명한다. 정전 척(33)은, 예컨대, 직경이 하부 전극(31)의 상면부와 같은 정도의 크기이며, 두께가 1㎜인 원판 형상을 갖고 있으며, 상면측과 하면측의 유전체층(34) 사이에 전극막(35)을 끼운 구조로 되어 있다. 정전 척(33)의 유전체층(34)은, 예컨대, 비유전률이 8 정도인 유전률을 갖는 세라믹스를 전극막(35)에 용사하는 것 등에 의해 형성되어 있다.

전극막(35)은, 예컨대, 알루미나(Al₂O₃)에 탄화몰리브덴(MoC)을 35wt％ 함유시킨 전극 재료에 의해 구성되고, 두께가 15㎛, 비저항이 30Ω㎝인 것이 사용되고 있다. 전극막(35)은 스위치(63)와 저항(64)을 거쳐 고압 직류 전원(65)에 접속되어 있으며, 고압 직류 전원(65)으로부터 전극막(35)에 고압 직류 전력이 인가되면, 정전 척(33)의 유전체층(34) 표면에 발생하는 쿨롱력에 의해, 탑재면인 정전 척(33) 상면에 웨이퍼 W가 정전 흡착되도록 되어 있다.

여기서, 정전 척(33)에 매설되어 있는 전극막(35)은, 고주파 전류가 전극막(35)을 투과할 수 없어 유전체층(32)을 매설한 효과를 발휘할 수 없게 되어 버리지 않도록, 이하의 조건을 만족하도록 구성되어 있다.

단, z ; 전극막(35)의 두께[m], δ ; 고주파 전원(61a)으로부터 공급되는 고주파 전력에 대한 전극막(35)의 표피 깊이[m], f ; 고주파 전원(61a)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수, π ; 원주율, μ ; 전극막(35)의 투자율[H／m], ρ ; 전극막(35)의 비저항[Ωm]

정전 척(33)의 전극막(35)에 대하여 상술한 조건을 설정한 근거에 대하여 설명하면, 고주파 전력에 의해 전극막(35) 중에 형성되는 전계 E와, 자속 밀도 D는 맥스웰의 방정식에 의해 수학식 1, 수학식 2와 같이 표시된다.

전극막(35)의 두께 방향을 z축으로 취해, 하부 전극(31)측을 정으로 하여 상기 식을 풀면, z축 방향의 전계 강도는 수학식 3으로 표시된다.

여기서, E₀은 전극막(35)에 입사하는 전계의 전계 강도, K는 이하의 수학식 4로 표시되는 파라미터이다.

K를 이용하여 수학식 3을 고쳐 쓰면,

가 된다.

여기서, 「(2／ωμσ)^1／2」은, 고주파 전력에 대한 전극막(35)의 표피 깊이에 상당하므로, 이 값을 수학식 6과 같이 「δ」로 치환하면, 수학식 7을 얻을 수 있다.

이 수학식 7에서, 고주파 전력의 전계가 전극막(35)을 투과하는 투과율 「E／E₀」은, 수학식 8에 나타내는 바와 같이 「exp(－z／δ)」에 비례하므로, 「z／δ」의 값이 「0」에 가까워질수록 전계의 투과율은 1.0(100％)에 가까워진다.

즉, 「z／δ」의 역수 「δ／z」에 대해서는, 이 값이 클수록 전계의 투과율이 높아진다. 따라서, 전극막(35)의 두께 「z」에 대한 표피 깊이 「δ＝(2／ωμσ)^1／2」을 상대적으로 크게 함으로써, 웨이퍼 W측으로부터의 고주파 전류의 대부분을 유전체층(32)측으로 투과시키는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 주파수가 일정한 경우에는, 예컨대, 비저항 「ρ＝1／σ」이 큰(전도율 「σ」이 작은) 전극 재료를 사용함으로써 「δ／z」의 값을 크게 할 수 있다. 또한, 전극막(35)의 두 께 「z」를 작게 함으로써도 「δ／z」의 값을 크게 할 수 있다.

또한, 고주파 전력의 주파수가 높을수록 표피 깊이는 작아지므로(δ∝(1／ω)^1／2＝(1／2πf)^1／2), 고주파 전력의 주파수를 높게 한 경우에는 이 영향을 상쇄하기 위해 비저항 등이 보다 큰 전극 재료를 사용할 필요가 있다.

도 3은 「δ／z」를 파라미터로 하여, 전극막(35) 중의 전계의 투과율 「E／E₀」을 계산한 결과를 플롯한 도면이다. 도 3에 의하면, 「δ／z」를 1,000 이상으로 함으로써, 전계의 투과율을 「0.999 이상」(99.9％ 이상)으로 할 수 있다. 99.9％ 이상의 전계가 전극막(35)을 투과할 수 있게 되면, 하부 전극(31)에 매설된 유전체층(32)이 플라즈마로부터 충분히 보이게 되며, 유전체층(32)이 매설된 영역의 플라즈마의 전위를 낮추는 효과를 발휘하는 것이 가능하게 된다고 생각할 수 있다.

상술한 실시 형태에 따른 탑재대(3)의 작용에 대하여 이하에 설명한다. 제 1 고주파 전원(61a)으로부터 공급되어, 하부 전극(31)의 표면을 전파한 고주파 전류는, 웨이퍼 W의 표면으로부터, 그 일부가 정전 척(33)측으로 누설된다. 이 때, 정전 척(33) 내에 매설되어 있는 전극막(35)을 「δ／z≥1,000」의 조건을 만족하도록 구성함으로써 전극막(35)에 입사한 고주파 전류의 99.9％ 이상을 투과시킬 수 있다. 이 결과, 고주파 전류가 유전체층(32)에 도달하는 것이 가능하게 되므로, 고주파 전류가 이 부위에서 다른 부위보다 깊이 잠겨, 유전체층(32)이 매설된 영역의 플라즈마의 전위를 낮출 수 있다.

이상에 설명한 작용에 의해, 정전 척(33)에 의해 웨이퍼 W를 고정하는 타입의 탑재대(3)이더라도, 유전체층(32)을 이용하여 플라즈마의 전위를 저하시키는 작용이 전극막(35)의 존재에 의해 손상되는 경우가 없다. 이에 따라, 유전체층(32)의 효과가 발휘되지 않는 경우에는 산 형상으로 되어 버리는 전계 강도 분포의 피크를, 그 효과가 발휘됨으로써 평탄화할 수 있으므로, 플라즈마 중의 전자 밀도에 대하여 높은 면내 균일성을 얻을 수 있어, 예컨대, 에칭 처리 등의 플라즈마 처리에 대한 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

또, 유전체층(32)의 구성은 실시 형태에 나타낸 원기둥 형상인 것에 한정되지 않고, 예컨대, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 돔 형상을 이루는 것이나 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 원추 형상을 이루는 것이라도 좋다. 이와 같이, 유전체층(32)의 두께를 중앙부보다 둘레 부분 쪽이 작아지도록 함으로써, 둘레 부분보다 중앙부의 전계 강도를 약하게 할 수 있어, 보다 평탄한 분포로 할 수 있다.

또한, 정전 척(33)의 타입은, 용사한 알루미나 등으로 쿨롱력을 발생시키기 위한 유전체층을 구성하는 타입인 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 질화 알루미늄 등의 세라믹 플레이트를 유전체층으로서 이용하여, 이 세라믹 플레이트 내에 전극막을 매설하는 타입의 정전 척에도 본 발명은 적용할 수 있다. 이러한 타입의 정전 척은, 접착제에 의해 하부 전극(31)에 대하여 접합되는 경우가 많으므로, 웨이퍼 W 표면으로부터의 고주파 전류가 접착제의 층(접착층)을 투과할 수 있도록, 비저항이 큰 접착제를 사용할 필요가 있다.

이 밖에, 유전체층으로서 사용되는 세라믹스의 일반적인 선팽창률이 2×10^－6／℃∼11×10^－6／℃이므로, 전극이 되는 도전체 부재의 선팽창률도 이 범위에 가까운 것을 사용하는 것이 바람직하다.

(실시예)

(실험 1)

정전 척(33)의 구성이 서로 다른 탑재대(3)를 작성하고, 그 차이점이 실제의 플라즈마 처리에 미치는 영향에 대하여 조사했다.

A. 실험 방법

실험에는 도 1에 나타내는 평행 평판형 플라즈마 처리 장치(2)를 이용했다. 그리고, 레지스트막을 도포한 웨이퍼 W를 탑재대(2)의 탑재면에 탑재하고, 플라즈마를 발생시켜 레지스트막의 애싱 처리를 행했다. 처리 용기(21) 내의 압력은 0.7㎩(5mTorr), 처리 가스는 O₂ 가스(100sccm으로 공급), 플라즈마 생성용 고주파 전력은 주파수 100㎒, 2㎾로 했다. 이 조건에서, 도 2에서 설명한 것과 대략 같은 구성의 탑재대(3)에 대하여, 이하에 나타내는 각 참조예, 실시예 및 비교예와 같이 정전 척(33)의 구성을 변화시켜, 웨이퍼 W에 대하여 소정 시간 애싱 처리를 행한 후, 웨이퍼 W상의 소정의 측정점에 대하여 레지스트막의 막 두께를 측정하고, 애싱 속도를 산출했다. 또한, 참조예, 실시예, 비교예의 각 매설 유전체층(32)은, 도 2 에 나타낸 직경 Φ₂＝100㎜, 두께 t₂＝5㎜인 것을 사용했다.

정전 척(33)의 구성은 이하와 같다.

(참조예)

정전 척(33)이 설치되어 있지 않고, 전극막(35)이 없는 탑재대를 이용하여 실험을 행했다.

(실시예 1)

비저항 30Ω㎝, 두께 15㎛인 전극 재료(Al₂O₃에 MoC를 35wt％ 함유시킨 것)를 이용하여, δ／z≥1,000의 조건을 만족하는 전극막(35)(δ／z＝1,837.8)을 작성하여 실험을 행했다.

(비교예 1)

비저항 0.01Ω㎝, 두께 15㎛인 전극 재료(Al₂O₃에 MoC를 40wt％ 함유시킨 것)를 이용하여, δ／z≥1,000의 조건을 만족하고 있지 않은 전극막(35)(δ／z＝33.6)을 작성하여 실험을 행했다.

B. 실험 결과

도 5는 웨이퍼 W상의 각 측정점에서의 애싱 속도를 플롯한 결과를 나타내고 있다. 도 5(a)는 참조예, 도 5(b)는 실시예 1, 도 5(c)는 비교예 1의 탑재대에 대한 실험 결과를 각각 나타내고 있다. 여기서 각 그래프의 가로축은, 도 2에 나타낸 방향으로 좌표축을 설정한 경우에서, X축 방향(도면을 따라 좌우 방향, 우측을 정으로 함) 및, Y축 방향(도면을 따라 자기 앞에서 안쪽의 방향, 안쪽을 정으로 함)으로의 웨이퍼 W의 중앙으로부터의 거리[㎜]를 나타내고 있다. 또한, 세로축은 애싱 속도[㎚／min]를 나타내고 있다. 각 실험 결과에 대하여, X축 방향의 애싱 속도를 마름모(◆)로 플롯하고, Y축 방향을 삼각(△)으로 플롯하고 있다. 또한, 그래프 중에 기재한 수치는, 각 실험 조건에서의 애싱 속도의 평균치와, 이 평균치에 대한 실험 결과의 상대적인 변화폭[％]을 나타내고 있다.

실험 결과에 의하면, 모든 조건(참조예, 실시예 1, 비교예 1)에서, X축과 Y축의 축 방향의 차이에 따른 애싱 속도의 차이는 볼 수 없고, 애싱 속도는 웨이퍼 W의 중앙에 대하여 반경 방향으로 대칭적인 분포가 되었다. 참조예의 실험 결과에서는, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 W 중앙의 영역에 애싱 속도의 피크는 볼 수 없었다. 이는, 정전 척(33)이 설치되어 있지 않고, 웨이퍼 W와 유전체층(32) 사이에 전극막(35)이 없으므로, 유전체층(32)이 매설된 영역의 위쪽에서 플라즈마의 전위를 낮추는 작용이 발휘되어, 유전체층(32)의 효과가 발휘되고 있지 않은 경우에는 산 형상이 되어 버리는 전계 강도 분포의 피크를 평탄화 할 수 있었던 결과라고 말할 수 있다.

실시예 1의 실험 결과에서는, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 애싱 속도 분포의 형상이나, 그 평균치에 대한 변화폭이 참조예의 실험 결과와 대략 같게 되었다. 이는, 웨이퍼 W와 유전체층(32) 사이에 전극막(35)이 존재하여도, 「δ／z≥1,000」의 조건을 만족하는 전극막(35)을 매설한 정전 척(33)을 사용함으로써, 플라즈마로부터 유전체층(32)이 보이는 상태가 되며, 유전체층(32)이 매설된 영역의 전계 강도를 낮추는 작용이 발휘된 결과라고 말할 수 있다.

이에 대하여, 비교예 1의 실험 결과에서는, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 애싱 속도 분포의 형상은 웨이퍼 W의 중앙의 영역에서 최대가 되는 산 형상의 분포가 되었다. 또한, 애싱 속도의 평균치에 대한 변화폭도 25％이며, 참조예나 실시예 1의 실험 결과(18.6％∼18.8％)와 비교하여 변화가 크고, 면내 균일성이 나쁜 결과가 되었다. 이는, 「δ／z≥1,000」의 조건을 만족하고 있지 않은 전극막(35)을 매설한 정전 척(33)을 사용함으로써 플라즈마로부터 유전체층(32)이 보이지 않는 상태가 되며, 유전체층(32)에 의해 전계 강도를 낮추는 작용이 발휘되지 않았기 때문이라고 말할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 따른 탑재대를 구비한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 종단 측면도,

도 2는 실시 형태에 따른 탑재대의 일례를 나타내는 종단 측면도,

도 3은 실시 형태에 따른 정전 척용 전극막의 작용을 평가하기 위한 특성도,

도 4는 실시 형태에 따른 탑재대의 변형예를 나타내는 종단 측면도,

도 5는 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실시예의 결과를 나타내는 특성도,

도 6은 탑재대를 구비한 플라즈마 처리 장치의 종래예를 설명하기 위한 설명도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

PZ : 플라즈마 W : 웨이퍼

2 : 플라즈마 처리 장치 3 : 탑재대

21 : 처리 용기 21a : 상부실

21b : 하부실 22 : 배기구

23 : 배기관 24 : 배기 장치

25 : 반입출구 26 : 게이트 밸브

27 : 지지 케이스 28 : 배플판

31 : 하부 전극 31a : 지지대

32 : 유전체층 33 : 정전 척

34 : 유전체층 35 : 전극막

41 : 절연 부재 42 : 냉매 유로

43 : 관통 구멍 44 : 가스 유로

45 : 포커스 링 51 : 상부 전극

52 : 가스 공급 구멍 53 : 가스 도입관

55 : 처리 가스 공급원

61a : 제 1 고주파 전원(고주파 전원)

61b : 제 2 고주파 전원(고주파 전원) 62a, 62b : 정합기

63 : 스위치 64 : 저항

65 : 고압 직류 전원 66a, 66b : 멀티폴 링 자석

Claims

삭제
탑재면에 피처리 기판을 탑재하기 위한 플라즈마 처리 장치용 탑재대로서,

고주파 전원에 접속되고, 플라즈마 생성용, 또는 플라즈마 중의 이온 도입용 전극을 겸하는 도전체 부재와,

이 도전체 부재의 상면 중앙부를 덮도록 마련되고, 피처리 기판을 통하여 플라즈마에 인가하는 고주파 전계를 균일하게 하기 위한 유전체층과,

이 유전체층의 위에 적층되고, 이하의 조건을 만족하는 정전 척용 전극막이 매설된 정전 척

을 구비하되,

단, z ; 정전 척용 전극막의 두께, δ ; 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력에 대한 정전 척용 전극막의 표피 깊이(skin depth), f ; 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수, π ; 원주율, μ ; 정전 척용 전극막의 투자율(透磁率), ρ ; 정전 척용 전극막의 비저항,

상기 유전체층은 원기둥 형상으로 형성되어 있는 것

을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 탑재대.
삭제
제 2 항에 있어서,

상기 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수는, 13㎒ 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 탑재대.
피처리 기판에 대하여 플라즈마 처리가 행해지는 처리 용기와,

이 처리 용기 내에 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입부와,

상기 처리 용기 내에 마련된 청구항 2에 기재된 플라즈마 처리 장치용 탑재대와,

상기 탑재대의 위쪽에 그 탑재대와 대향하도록 마련된 상부 전극과,

상기 처리 용기 내를 진공 배기하기 위한 수단

을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.