KR100964040B1

KR100964040B1 - 탑재 장치, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법

Info

Publication number: KR100964040B1
Application number: KR1020070111908A
Authority: KR
Inventors: 히로하루 이토; 겐이치 가토; 다케히로 우에다
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2010-06-16
Also published as: JP2008117982A; TW200837874A; CN101179045A; TWI440124B; CN100543960C; JP4992389B2; KR20080041116A

Abstract

본 발명의 목적은, 피 처리체에 대한 금속오염의 우려가 없고, 더구나 장기에 걸쳐 정전척이 절연파괴를 일으키지 않는 탑재 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 탑재 장치는, 상기 전극층의 표면측 절연층인 정전척층은 플라즈마용사에 의해 형성된, 두께가 200 μm∼280 μm의 산화 이트륨용사층으로 이루어지고, 표면이, 상기 플라즈마 용사에 사용되는 산화 이트륨의 입경에 의존한 표면조도로 형성된 구성으로 한다. 이러한 구성으로 함으로써 플라즈마에 대한 내구성이 높아지고, 또한 금속오염을 야기할 우려가 없다.

Description

탑재 장치, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{MOUNTING DEVICE, PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피 처리체를 정전흡착하는 정전척층을 구비한 탑재 장치, 이 탑재 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.

에칭이나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리 장치에 이용되는 탑재 장치는, 기판을 탑재 장치에 유지하기 위한 수단으로서 진공척을 이용할 수 없기 때문에 일반적으로 정전척이 사용되고 있다.

정전척은 탑재체의 표면부에 시트형상으로 마련되고, 절연층내에 박형상의 전극을 매설함과 동시에, 전극에 예컨대 직류 전압을 인가함으로써 발생하는 정전기힘에 의해 기판이 정전척의 표면에 흡착되는 기능을 가지고 있다.

탑재 장치에 탑재되어 있는 기판에 대하여 진공 처리 예컨대 플라즈마 처리를 할 때에는, 기판의 이면과 정전척 사이에 온도 조절용 가스(백사이드 가스)를 공급하여, 플라즈마로부터 기판에 입열되는 열을, 해당 가스를 거쳐서 탑재체측으로 방열하도록 하여 기판의 온도를 소정의 온도로 유지하도록 하고 있다.

그런데, 하나의 기판의 플라즈마 처리가 종료하여 다음 기판의 플라즈마 처리가 행하여지기까지의 사이에 있어서, 플라즈마 처리 장치내에 부유하고 있는 약간의 반응 생성물이 탑재 장치의 표면에 부착된다. 이 때문에 예컨대 평행평판형 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 탑재 장치 위에 기판을 두지 않고, 클리닝 가스로부터 얻은 플라즈마에 의해 탑재 장치의 표면을 클리닝하는 것이 행하여지고 있다. 그 때, 탑재 장치(하부 전극)를 전기적으로 부유 상태로 함으로써, 클리닝 가스로부터 전리한 이온에 의한 정전척 표면의 충격력을 완화하여, 해당 표면의 면조도 악화를 억제하는 것도 알려져 있다(특허문헌 1).

그러나, 종래의 정전척을 구성하는 절연층은 Al₂O₃용사막을 이용하고 있기 때문에, 정전척 상에 기판을 두지 않고(이른바 웨이퍼레스(waferless)) 클리닝을 하면, Al₂O₃용사막이 플라즈마에 노출되어, 플라즈마 처리 장치내에 알루미늄(Al)입자가 비산하여, 해당 처리 장치내가 Al로 오염되고, 이 Al가 웨이퍼 상에 전사되어 금속오염을 야기할 우려가 있다.

한편, 특허문헌 2에는, 정전척을 구성하는 절연막으로서 Y₂O₃용사막을 이용하고, 그 막두께를 10 μm∼100 μm으로 하는 것이 기재되어 있다.

그런데, 정전척에는 기판과 정전척 표면 사이에 발생하는 정전기힘에 의해서 기판을 흡착하는 존슨-라벡형(이하「JR 형」이라고 한다)과, 기판과 절연층내의 전 극 사이에 발생하는 정전기힘에 의해서 기판을 흡착하는 쿨롱형의 2개의 유형이 있다. 쿨롱형 정전척에서는 전극에 흐르는 전류치가 작고 흡착력이 안정되어 있지만, 전극에 인가되는 전압은 2.5 kV∼4.0 kV 정도의 고전압이다. 그리고 기술한 바와 같이 정전척의 표면에 대하여 플라즈마클리닝을 하면(웨이퍼레스클리닝을 하면), 용사막내의 보이드나 파티클의 영향을 받아 정전척내(용사막내)에 핀 홀이나 막두께가 국부적으로 얇아지는 곳이 발생하기 쉽다.

따라서, Y₂O₃용사막의 막두께가 10 μm∼100 μm의 경우에는, 웨이퍼레스클리닝을 하는 프로세스가 포함되면, 얇은 막두께 안에 핀 홀이 존재하고, 또한 극단적으로 얇아지는 부위가 발생하기 때문에, 쿨롱형 정전척에 있어서 고전압이 인가되면 단기간에 절연파괴를 일으켜 버린다. 또한 정전척 표면에 대한 플라즈마에 의한 클리닝의 회수가 많아지면 해당 표면이 거칠어지기 때문에, 그 결과, 기판을 탑재했을 때에, 기판이면과 탑재 장치 표면의 사이로부터 백사이드 가스의 리크양이 많아져, 온도분포의 균일성이 악화하거나, 시간 경과에 따라 온도분포가 변화해 버린다고 하는 문제가 있다. 이러한 점들에 있어서는, 특허문헌 2에는 아무런 기재가 되어 있지 않다.

(특허문헌 1) 일본 특허공개 2006-019626호 공보 (단락0040∼0047, 도 2)

(특허문헌 2) 일본 특허공개 2004-349612호 공보 (단락0041∼단락0042, 단락0052, 도 1)

본 발명은 이러한 사정에 비추어 행해진 것으로, 그 목적은, 피 처리체에 대한 금속오염의 우려가 없고, 더구나 장기간에 걸쳐 정전척이 절연파괴를 일으키지 않는 탑재 장치를 제공하는 것에 있다. 또한 다른 목적은, 이 탑재 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 피 처리체를 탑재하기 위한 탑재체와, 이 탑재체 상에 마련되고, 절연층에 매설된 전극에 전압인가하는 것에 의해 전극층과 피 처리체 사이에서 쿨롱력을 생기게 하여 절연층의 표면에 피 처리체를 정전흡착하는 정전척을 구비한 탑재 장치에 있어서, 상기 전극층의 표면측 절연층인 정전척층은 플라즈마용사에 의해 형성된, 두께가 200 μm∼280 μm의 산화 이트륨(Y2O3)용사층으로 이루어지고, 표면이, 상기 플라즈마 용사에 사용되는 산화 이트륨의 입경에 의존한 표면조도로 형성된 것을 특징으로 한다.

상술한 탑재 장치에 있어서, 상기 정전척층의 평균 표면거칠기는 예컨대 0.6 μm∼0.8 μm인 것이 바람직하다. 또한 상술한 탑재 장치에서는, 정전척층의 표면이 피 처리체를 두지 않고서 플라즈마에 의해 클리닝되게 된다. 또한 상기 전극층에는 예컨대 2.5 kV 이상의 전압이 인가되게 된다.

또한 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 기밀한 처리용기와, 이 처리용기내에 마련되고, 상술한 탑재 장치와, 상기 처리용기내를 진공배기하는 수단과, 상기 처리용기내에 플라즈마를 발생시켜 피 처리체에 대하여 플라즈마 처리를 하기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상술한 플라즈마 처리 장치는, 상기 탑재 장치 위에 피 처리체를 두지 않는 상태에서 플라즈마에 의해 정전척층의 표면을 클리닝하는 처리를 하도록 구성되어 있다.

또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상술한 탑재 장치에 피 처리체를 정전흡착시켜 해당 피 처리체에 대하여 플라즈마 처리를 하는 공정과, 피 처리체를 탑재 장치 위로부터 반출한 후, 정전척층의 표면을 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 탑재 장치는, 정전척층을 Y₂O₃(산화 이트륨: 이트리아)용사층에 의해 구성하고 있기 때문에, 플라즈마에 대한 내구성이 높아지고, 또한 금속오염을 야기할 우려가 없다. 또한, 상기 정전척층의 두께를 200 μm∼280 μm으로 설정하고 있기 때문에, 고전압을 전극층에 인가하더라도, 해당 정전척층이 절연파괴를 일으킬 우려가 없고, 따라서 쿨롱형 정전척에 적용할 수 있다. 특히 피 처리체를 탑재하지 않고서 정전척층의 표면을 플라즈마클리닝하는 경우에도, 내플라즈마성이 크기 때문에 정전척층내에 핀홀이나 막두께의 국소적인 감소가 일어나기 어렵고, 막두께를 상술한 바와 같이 설정한 것과 상호작용하여 장기간 절연파괴가 일어날 우려가 없다.

또한 용사막은 플라즈마 용사에 사용되는 산화 이트륨의 입경에 표면조도가 의존하고 있기 때문에, 표면조도가 플라즈마 처리에 적당한 용사막을 얻을 수 있다. 본 발명자는 Y₂O₃용사막의 표면이 플라즈마에 노출되어 것에 의해 평균 표면거칠기(Ra)가 0.7 μm∼0.8 μm인 것을 파악하고 있고, 따라서 평균 표면거칠기(Ra)가 0.6 μm∼0.8 μm이 되도록 Y₂O₃용사막을 형성해 놓으면, Y₂O₃용사막에 대하여 플라즈마클리닝을 되풀이하여 행하여도 표면 상태의 시간 경과에 따른 변화가 억제된다. 그 결과, 백사이드 가스에 의한 온도 조절 효과가 안정되고, 프로세스시의 기판의 온도가 안정된다.

본 발명에 관한 탑재 장치를 에칭 장치로서의 플라즈마 처리 장치에 적용한 실시의 형태에 대하여 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 RIE(Reactive Ion Etching)플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타내고 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 내부가 밀폐공간으로 되어있는 진공챔버로 이루어지는 처리용기(11)와, 이 처리용기(11)내의 저면중앙에 배치된 탑재 장치(2)와, 해당 탑재 장치(2)의 위쪽에 이 탑재 장치(2)와 대향하도록 마련된 상부 전극(31)을 구비하고 있다.

처리용기(11)는 작은 직경의 원통형상의 상부실(11a)과, 큰 직경의 원통형상 의 하부실(11b)로 이루어진다. 상부실(11a)과 하부실(11b)은 서로 연통하고 있고, 처리용기(11) 전체는 기밀하게 구성되어 있다. 상부실(11a)내에는, 탑재 장치(2)나 상부 전극(31) 등이 저장되고, 하부실(11b)내에는 탑재 장치(2)를 지탱함과 동시에, 배관 등을 포함한 지지케이스(17)가 저장되어 있다. 하부실(11b) 저면의 배기구(12)에는, 배기관(13)을 거쳐서 배기 장치(14)가 접속되어 있다. 이 배기 장치(14)에는 도시하지 않는 압력조정부가 접속되어 있고, 이 압력조정부는 도시하지 않는 제어부로부터의 신호에 의해서 처리용기(11)내 전체를 진공배기하여 소망하는 진공도로 유지하도록 구성되어 있다. 한편, 상부실(11a)의 측면에는 피 처리체인 웨이퍼(W)의 반출입구(15)가 마련되어 있고, 이 반출입구(15)는 게이트밸브(16)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 또한 처리용기(11)는, 알루미늄 등의 도전성 부재로 구성되고, 접지되어 있다.

상기 상부 전극(31)은 중공형상으로 형성되고, 하면에 처리용기(11)내로 처리 가스 및 클리닝 가스를 분산 공급하기 위한 다수의 가스 공급 구멍(32)이 예컨대 균등하게 분산되어 형성되어 있는 것에 의해 가스샤워헤드를 구성하고 있다. 상부 전극(31)의 상면중앙에는 가스도입관(33)이 마련되고, 이 가스도입관(33)은 상류에서 처리 가스 공급원(35)에 접속되어 있다. 이 처리 가스 공급원(35)은, 도시하지 않는 처리 가스 공급량의 제어기구를 가지고 있고, 플라즈마 처리 장치(1)에 대하여 처리 가스의 공급량의 공급과 중단 및 증감의 제어를 할 수 있게 되어 있다. 또한, 상부 전극(31)이 상부실(11a)의 벽부에 고정되는 것에 의해, 상부 전극(31)과 처리용기(11)의 사이에는 도전로가 형성되어 있다.

또한, 상부실(11a)의 주위에는, 반출입구(15)의 상하에 두개의 멀티폴링자석(47a, 47b)이 배치되어 있다. 멀티폴링자석(47a, 47b)은, 복수의 이방성 세그먼트주상자석이 링형상의 자성체의 케이스에 부착되어 있고, 인접하는 복수의 세그먼트주상자석끼리의 방향이 역방향이 되도록 배치되어 있다. 이에 의해 자력선이 인접하는 세그먼트주상자석사이에 형성되어, 상부 전극(31)과 탑재체(21)(하부 전극) 사이의 처리공간의 주변부에 자기장이 형성되어, 처리공간으로 플라즈마를 가둘 수 있다. 또한, 멀티폴링자석(47a, 47b)을 갖지 않는 장치구성으로 하여도 좋다.

다음으로 탑재 장치(2)에 대하여 설명한다. 탑재 장치(2)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 예컨대 알루미늄에 의해 상면의 외주연부가 그 중앙부보다 낮게 형성된 하부 전극이 되는 탑재체(21)와, 이 탑재체(21)의 상면에 형성된 후술하는 시트형상의 정전척(4)과, 이 정전척(4)을 둘러싸듯이 배치된 포커스링(28)을 구비하고 있다. 상기 탑재체(21)는 지지케이스(17) 상에 설치된 지지대(21a)에 고정되어 있다. 상기 포커스링(28)은 웨이퍼(W)의 주연의 외측 영역의 플라즈마 상태를 조정하는 역할, 예컨대 웨이퍼(W)보다도 플라즈마를 넓혀, 웨이퍼면내의 에칭속도의 균일성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 지지대(21a)의 하부외측에는 지지대(21a)를 둘러싸도록 배플판(18)이 마련되어 있다. 배플판(18)은, 상부실(11a)내의 처리 가스를 배플판(18)과 상부실(11a) 벽부 사이에 형성된 극간을 거쳐서 하부실(11b)로 통류시키는 것에 의해, 처리 가스의 흐름을 가다듬는 정류판으로서의 역할을 한다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이 탑재체(21)의 외주면은 Y₂O₃용사에 의해서 형성된 Y₂O₃용사층(23)에 의해서 피복되어 있다. 이 Y₂O₃용사층(23)은 정전척(4)과 일체가 되어있다.

상기 정전척(4)은, 탑재체(21)의 표면에 예컨대 알루미나용사에 의해서 형성된 Al₂O₃용사층(41)과, 텅스텐(W)용사에 의해서 형성된 W용사층으로 이루어지는 전극층(42)과, Y₂O₃용사에 의해서 형성된 Y₂O₃용사층(43)을 아래쪽으로부터 이 순서로 적층한 시트 구조로 되어있다. 이 정전척(4)의 제조 방법의 상세에 대해서는 후술한다. 또한, 상기 정전척(4)의 전극층(42)은 스위치(45)를 거쳐서 전원부인 고압직류 전원(46)에 접속되어 있고, 이 고압직류 전원(46)으로부터 전극층(42)에 예컨대 고압직류 전압이 인가되면, 도 3에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)와 전극층(42) 사이에서 발생하는 쿨롱력(정전분극력)에 의해서, 탑재면인 정전척(4) 상면에 웨이퍼(W)가 정전흡착되게 되어 있다.

또한, 상기 탑재체(21)에는, 예컨대 주파수 100 MHz의 고주파를 공급하는 제 1 고주파 전원(41a)과, 제 1 고주파 전원(41a) 보다도 주파수가 낮은 예컨대 3.2 MHz의 고주파를 공급하는 제 2 고주파 전원(41b)이 각기 정합기(42a, 42b)를 거쳐서 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(41a)으로부터 공급되는 고주파는, 후술하는 처리 가스를 플라즈마화하는 역할을 하고, 제 2 고주파 전원(41b)으로부터 공급되는 고주파는, 웨이퍼(W)에 바이어스 전력을 인가함으로써 플라즈마 안의 이온을 웨이퍼(W) 표면에 끌어들이는 역할을 한다. 또한, 상기 탑재체(21)내에는 냉매를 통 류시키기 위한 냉매유로(26)가 형성되어 있고, 냉매가 이 냉매유로(26)를 흐름으로써 탑재체(21)가 냉각되어, 탑재면 상에 탑재된 웨이퍼(W)가 소망하는 온도로 냉각되도록 구성되어 있다. 또한 도 1의 27은 탑재체(21), 정전척(4)내를 지나 웨이퍼(W)의 이면측에 열전도 매체인 예컨대 He 가스(백사이드 가스)를 공급하는 열전도 매체 공급로이다. 이 열전도 매체 공급로(27)는, 플라즈마로부터 웨이퍼(W)에 입열되는 열을 탑재체(21)측으로 열전도하여 웨이퍼(W)의 온도를 설정온도로 유지하는 역할을 가지고 있다. 또한, 탑재체(21)의 내부에는, 도시하지 않는 반송아암에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 하는 것이 가능한 승강핀이 마련되어 있다.

다음으로 도 4 및 도 5를 참조하면서 상기 탑재 장치(2)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선, 냉매유로(26) 및 열전도 매체 공급로(27)(도시하지 않음)가 형성된 탑재체(21)를 준비한다. 이 탑재체(21)를 예컨대 150℃까지 가열한 상태에서, 탑재체(21) 상면의 낮은 외주연부를 마스킹한 후, 알루미나를 용사하여, 예컨대 450 μm의 Al₂O₃용사층(41)을 형성한다. 그 후, Al₂O₃용사층(41)을 층두께가 예컨대 300 μm이 될 때까지 연마한다(도 4(a)).

다음으로, Al₂O₃용사층(41)의 전극층(42)을 형성하는 부분 이외를 마스킹한 후, 텅스텐을 용사하여, 예컨대 50 μm의 전극층(42)을 형성한다(도 4(b)). 계속해서, 탑재체(21)를 예컨대 150℃까지 가열한 상태에서 플라즈마용사법에 의해 소정의 입경 예컨대 10 μm∼20 μm을 가지는 산화 이트륨을 플라즈마용사하여, 예컨대 450 μm의 Y₂O₃용사층(43)을 형성한다. 이 플라즈마용사법이란 용사재료를 플라즈마 류에 의해서 가속하여 대상물의 표면에 코팅하는 것이다. 그 후, Y₂O₃용사층(43)을 예컨대 200 μm∼280 μm, 바람직하게는 250 μm가 될 때까지 연삭한다(도 4(c)). 이 연삭 방법은, 예컨대 탑재체(21)를 회전테이블 상에 고정하여, 회전테이블을 회전시킴과 동시에, 다이아몬드연마용 입자가 붙은 회전숫돌을 회전시키면서 탑재체(21)에 대하여 이동시킴으로써 Y₂O₃용사층(43)을 연삭한다. 여기서 Y₂O₃용사층(43)의 층두께의 하한값을 200 μm로 한 이유는, 쿨롱형 정전척에 있어서 장기간에 걸쳐 절연파괴가 일어나지 않도록 하기 위해서이다. 예컨대 쿨롱형 정전척에서는 운용시에 4.0 kV의 전압을 인가하는 것도 있지만, 이 경우에 있어서는, 웨이퍼레스클리닝을 되풀이하여 행하여도 절연파괴가 장기간에 걸쳐 일어나지 않도록 하기 위해서이다. 또한 전극층(42)에 2.5 kV의 전압을 인가하는 방법의 정전척에서는 출하시에 마진을 보고 예컨대 4.0 kV 정도의 전압을 인가하여 시험을 하지만, 4.0 kV 정도의 고전압을 인가하더라도 후술하는 내압시험의 데이터로부터 알 수 있듯이 절연파괴가 일어나지 않도록 하기 위해서이다.

또한 플라즈마용사에 의해 형성된 Y₂O₃용사층(43)의 표면은 산화 이트륨의 입경에 의존하는 표면조도로 형성되어 있다. 구체적으로는 Y₂O₃용사층(43)의 평균 표면거칠기(Ra)는 예컨대 0.6 μm∼0.8 μm이다. 본 발명자는 Y₂O₃용사층(43)의 표면이 플라즈마로 노출되는 것에 의해 평균 표면거칠기(Ra)가 0.7 μm~0.8 μm인 것을 파악하고 있고, 따라서 평균 표면거칠기(Ra)가 0.6 μm∼0.8 μm이 되도록 Y₂O₃ 용사층(43)을 형성해 놓으면, Y₂O₃용사층(43)에 대하여 플라즈마클리닝을 되풀이하여 행하여도 표면 상태의 시간 경과에 따른 변화가 억제된다. 이러한 일련의 조작에 의해서 도 4(c)에 도시하는 바와 같이 Al₂O₃용사층(41)과 Y₂O₃용사층(43) 사이에 전극층(42)이 개재하는 정전척(4)이 탑재체(21)와 일체화한 상태로 형성된다.

이어서, 정전척(4)의 상면부를 마스킹한 후, 탑재체(21)를 예컨대 150℃까지 가열한 상태에서 플라즈마용사법에 의해 탑재체(21)의 외주면에 산화 이트륨을 플라즈마용사하여, 예컨대 400 μm의 Y₂O₃용사층(23)을 형성한다(도 4(d)). 이 조작에 의해서 도 4(d)에 도시하는 바와 같이 Al₂O₃용사층(41) 및 Y₂O₃용사층(43)과 Y₂O₃용사층(23)이 일체화한다. 그 후, 정전척(4)으로부터 마스크재를 제거한다.

이상의 각 장치구성에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리용기(11)(상부실(11a))내에는, 탑재체(하부 전극)(21)와 상부 전극(31)으로 이루어지는 한 쌍의 평행평판 전극이 형성된다.

다음으로 본 발명의 실시의 형태의 작용에 대하여 설명한다. 우선 게이트밸브(16)를 열어, 반출입구(15)를 통하여 도시하지 않는 반송아암에 의해, 웨이퍼(W)가 처리용기(11)내의, 탑재 장치(2) 상에 탑재된다. 그리고 반송아암이 퇴출하여 게이트밸브(16)를 닫은 후, 배기 장치(14)에 의해서 처리용기(11)내를 감압하여, 처리용기(11)내의 압력이 소정의 압력, 예컨대 26.7 Pa(200 mTorr) 이하로 한다. 그 후, 가스샤워헤드의 가스 공급 구멍(32)으로부터 처리 가스, 예컨대 C₄F₈ 가스를 소정의 유량으로 탑재 장치(2)의 위쪽 측의 공간에 공급한다. 이 때 정전척(4)의 전극층(42)에 고압직류 전원(46)으로부터 예컨대 2.5 kV∼4.0 kV, 예컨대 2.5 kV의 고압직류전압이 인가되어, 도 3에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)와 전극층(42) 사이에서 발생하는 쿨롱력(정전분극력)에 의해, 탑재면인 정전척(4) 상면에 웨이퍼(W)가 정전흡착된다.

그리고 제 1 고주파 전원(41a)으로부터 탑재체(하부 전극)(21)에 소정의 고주파 전력을 공급한다. 이 고주파는, 탑재체(21)로부터 상부 전극(31)을 거쳐서 처리용기(11)에 흘러, 어스(earth)에 떨어지고, 이렇게 해서 처리분위기에 고주파전기장이 형성된다. 또한 상부 전극(31)과 탑재체(21) 사이에는 멀티폴링자석(47a, 47b)에 의해 자력선이 인접하는 세그먼트주상자석사이에 형성되어, 상부 전극(31)과 탑재체(21)(하부 전극) 사이의 처리공간의 주변부에 자기장이 형성되어, 이에 의해서 발생한 전자의 드리프트에 의해 마그네트론 방전이 형성된다. 그리고 이 마그네트론 방전에 의해 처리 가스가 플라즈마화하여, 이온이나 래디컬(radical)이 생성된다. 그 후, 제 2 고주파 전원(41b)으로부터 소정의 고주파 전력을 탑재체(하부 전극)(21)에 인가하여 셀프 바이어스를 발생시킴으로써 탑재 장치(2) 상에 탑재된 웨이퍼(W)에 대하여 에칭이 실시된다.

상기 플라즈마 처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)에 에칭 처리를 실시했을 때에 반응 생성물이 처리용기(11)내의 처리분위기에 부유하기 때문에, 에칭 처리 후, 처리용기(11)내로부터 웨이퍼(W)를 반출할 때, 웨이퍼(W)가 놓여져 있지 않은 탑재 장치(2)의 표면, 즉 정전척(4)의 표면에 반응 생성물이 부착해 버린다. 그 때문에 탑 재 장치(2)에 부착된 반응 생성물을 정기적으로 제거해야 한다. 이 반응 생성물을 제거하기 위한 플라즈마 처리 장치의 세정 방법에 대하여 설명한다. 예컨대 1롯에 있어서의 최후의 웨이퍼(W)의 에칭 처리가 종료하여, 처리용기(11)내로부터 웨이퍼(W)를 반출한 후, 게이트밸브(16)를 닫고, 배기 장치(14)에 의해서 처리용기(11)내를 감압하고, 처리용기(11)내의 압력을 소정의 압력, 예컨대 26.7 Pa(200 mTorr) 이하로 한다. 그 후, 가스샤워헤드의 가스 공급 구멍(32)으로부터 클리닝 가스, 예컨대 산소(O₂) 가스 및 SF₆ 가스를 소정의 유량, 예컨대 각기 800 sccm으로 탑재 장치(2)의 위쪽 측의 공간에 공급한다.

그리고 클리닝 가스도 상술과 같이 하여 플라즈마화한다. 이 때, 제 2 고주파 전원(41b)을 오프(off)로 한 상태, 즉 탑재체(하부 전극)(21)의 전기 상태를 플로팅(floating) 상태로 하여, 이 플라즈마에 의해 탑재 장치(2)의 탑재면에 퇴적한 반응 생성물을 박리한다. 박리한 반응 생성물(더스트)은, 배기 장치(14)에 의해서 처리용기(11) 밖으로 배출된다. 이에 의해 탑재 장치(2)의 탑재면에 퇴적한 반응 생성물이 제거된다.

상술한 실시의 형태에 의하면, 탑재 장치(2)는, 정전척(4)을 Y₂O₃용사층(43)에 의해 구성하고 있기 때문에, 알루미늄(Al) 등의 금속이 비산하지 않는다. 또한, 상기 Y₂O₃용사층(43)의 두께를 200 μm∼280 μm으로 하고 있기 때문에, 2.5 kV 이상의 고전압을 전극층(42)에 인가하더라도 해당 Y₂O₃용사층(43)이 절연파괴를 일으 킬 우려가 없다. 따라서 쿨롱형 정전척에 적용할 수 있다. 그리고 Y₂O₃용사층(43)은 Al₂O₃용사층보다도 플라즈마에 대한 내구성이 높기 때문에, 탑재 장치(2) 상에 웨이퍼(W)를 두지 않고서 플라즈마클리닝을 하더라도, 정전척(4)내(Y₂O₃용사층(43)내)에 핀홀이나 막두께의 국부적인 감소가 일어나기 어렵고, 그 막두께를 상술한 바와 같이 설정한 것과 상호작용하여 장기간에 걸쳐 절연파괴가 일어나지 않는다. 또한 Y₂O₃용사층(43)의 표면은 플라즈마 처리에 적당한 표면거칠기에 있기 때문에, Y₂O₃용사층(43)에 대하여 플라즈마클리닝을 되풀이하여 행하여도 막두께의 국소적인 감소가 일어나지 않기 때문에 웨이퍼오염은 전혀 없다고 해도 좋다.

본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실험에 대하여 설명한다.

(내플라즈마성의 평가시험)

하나의 웨이퍼(W) 상에, Y₂O₃용사막이 표면에 형성되어 있는 샘플 A와 Al₂O₃용사막이 표면에 형성되어 있는 샘플 B와 알루미나세라믹 플레이트(샘플 C)를 각기 설치하고, 이 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리 장치의 탑재대 위에 탑재하여, 이하의 프로세스 조건에서 샘플 A, B, C에 대하여 플라즈마를 조사하여, 샘플 A, B, C의 소모량을 측정했다. 그 결과를 도 5에 나타낸다.

처리용기내의 압력: 5.3 Pa(40 mTorr)

처리 가스: CF4/Ar/O2=80/160/20 sccm

고주파 전원: l400 W

도 5에 도시하는 바와 같이, 샘플 A에서는 소모량이 1.6 μm/h이며, 샘플 B에서는 소모량이 5.5 μm/h이며, 샘플 C에서는 소모량이 4.5 μm/h인 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터 Y₂O₃용사막은 Al₂O₃용사막 및 알루미나세라믹 플레이트보다도 플라즈마에 대한 내구성이 높은 것을 알 수 있다.

(절연파괴의 평가시험)

Y₂O₃용사막에 대하여 평가하기 전에, 참고시험으로서 Al₂O₃의 용사막에 있어서의 막두께와 절연내압의 관계를 조사했다. 그 실험 방법에 대해서는, 절연 기판의 표면에 마련된 전극 위에 Al₂O₃의 용사막을 성막하고, 그 다음에 전극을 마련한 샘플을 진공분위기에 두고, Al₂O₃의 용사막이 브레이크다운(절연파괴)에 이르는 전압을 측정하는 것에 의해 행했다. 이러한 시험을 용사막의 막두께를 여러가지 바꿔서 행한 결과를 도 6에 나타낸다. 이 결과로부터 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이 10 μm∼100 μm의 막두께로는, 4 kV의 전압을 인가하면 절연파괴해 버려, 쿨롱형 정전척에는 도저히 사용할 수 없고, 또한 인가전압을 조금 낮게 설정했다고 해도, 웨이퍼레스클리닝을 행하는 운용에 대해서는 적용 가능하지 않은 것은 명백하다.

이러한 참고시험을 근거로 하여, Y₂O₃용사막에 대하여, 막두께가 200 μm 및 220 μm의 샘플에 대하여 동일한 시험을 행한 바 도 7에 나타내는 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과로부터 예컨대 인가전압을 4 kV로 설정했다고 하면, 내압의 마진이 2배 이상이고, 웨이퍼레스클리닝이 되풀이하여 행하여지더라도, 장기간에 걸쳐 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.

(웨이퍼 상의 오염평가시험)

A: 실시예

도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 탑재 장치(2)에 웨이퍼(W)를 두지 않고서 그 표면에 대하여 플라즈마클리닝을 이하의 조건으로 행했다.

처리용기내의 압력: 26.7 Pa(200 mTorr)

클리닝 가스: O₂/SF₆=800/800 sccm

제 1 고주파 전원: 750 W

제 2 고주파 전원: 0 W

처리 시간: 25초

상술한 클리닝을 실시한 후, 처리용기(11)내의 탑재 장치(2)에 베어 웨이퍼(W)를 탑재하여, 반응용기(11)내의 오염 처리를 했다. 이 오염 처리는 오염 처리 1∼오염 처리 4로 이루어지고, 이 순서로 연속하여 오염 처리를 실시하고 있다. 이하에 오염 처리 1∼오염 처리 4의 조건을 나타낸다.

(오염 처리 1)

처리용기내의 압력: 2.6 Pa(20 mTorr)

처리 가스: CF₄/CHF₃/He=150/250/400 sccm

제 1 고주파 전원: 450 W

제 2 고주파 전원: 75 W

처리 시간: 5초

(오염 처리 2)

처리용기내의 압력: 1.3 Pa(10 mTorr)

처리 가스: HBr/O₂=330/3 sccm

제 1 고주파 전원: 250 W

제 2 고주파 전원: 250 W

처리 시간: 10초

(오염 처리 3)

처리용기내의 압력: 2.6 Pa(20 mTorr)

처리 가스: HBr/O₂/N₂/He=42/8/12/60 sccm

제 1 고주파 전원: 0 W

제 2 고주파 전원: 250 W

처리 시간: l0초

(오염 처리 4)

처리용기내의 압력: 13 Pa(100 mTorr)

처리 가스: O₂=140 sccm

제 1 고주파 전원: 750 W

제 2 고주파 전원: 0 W

처리 시간: 10초

상술한 오염 처리를 한 후, 처리용기(11)의 밖으로 베어 웨이퍼(W)를 반출하여, 베어 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있는 원소의 정량 분석을 했다.

B: 비교예

도 2에 나타내는 탑재 장치(2)에 있어서, Y₂O₃용사층(43) 대신에 Al₂O₃용사층을 이용한 것 외에는, 실시예와 같은 조건으로 정전척의 표면을 클리닝했다. 그 후, 처리용기(11)내의 탑재 장치(2)에 베어 웨이퍼(W)를 탑재하여, 실시예와 같은 조건으로 오염 처리를 하고, 처리 후 반응용기내의 베어 웨이퍼를 반출하여, 해당 베어 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있는 원소의 정량 분석을 했다.

(결과 및 고찰)

상술한 분석 결과를 표 1〔단위: ×10¹⁰ atoms/cm²〕로 나타낸다.

	Fe	Cr	Ni	Na	Cu	Al	Y
실시예	4.3	1.8	0.1	4.1	0.2	8.2	0.2
비교예	11	2.5	0.3	16	0.2	100	0.0

이 결과로부터 알 수 있듯이 Al₂O₃용사막을 이용한 경우에는, Al이 100×10¹⁰(atoms/cm²)였지만, Y₂O₃용사막을 이용한 경우에는, 8.2×10¹⁰(atoms/cm²)였다. 따라서, Y₂O₃용사막을 이용하는 것이, Al₂O₃용사막의 경우에 비해서 Al의 오염량이 현격히 적고, 현재의 반도체제조 장치에서는 Al의 오염량이 1×10¹¹(atoms/cm²) 이하라면 특성에 영향이 없다고 되어있기 때문에, 웨이퍼(W)의 Al오염이 없어진다고 말 할 수 있다. 또한 상술한 실험 데이터로부터 알 수 있듯이 Y₂O₃용사막은 내플라즈마성이 크고, 결과적으로 웨이퍼(W)에 부착하는 이트륨의 오염량은 실질적으로 제로라고 말 할 수 있는 것으로, 이트륨의 영향은 전혀 없다.

(표면거칠기의 평가시험)

도 2에 나타내는 탑재 장치(2)에 있어서, 도 8에 도시하는 바와 같이 Y₂O₃용사층(43) 표면의 1∼4의 4개소의 표면거칠기(Ra)에 대하여, 미사용시와, 2년간 운용을 한 후에 대하여 각기 조사한 바, 표 2에 나타내는 결과를 얻을 수 있었다.

측정개소	출하검사 Ra(㎛)	사용후 검사 Ra(㎛)
1	0.60	0.52
2	0.58	0.54
3	0.56	0.56
4	0.54	0.62

미사용의 데이터는 4점밖에 없지만, 사용 후의 것에 대해서는 26점의 데이터를 얻어(표 2에는 기재하고 있지 않다), 사용 후의 평균 표면거칠기(Ra)는 0.52 μm∼0.78 μm 사이에 들어가 있다. 따라서 표 2의 결과도 고려하면, 웨이퍼레스클리닝을 하는 것에 의해, Y₂O₃용사막의 평균 표면거칠기(Ra)가 0.6 μm∼0.8 μm이 되는 것을 파악할 수 있고, 따라서 정전척의 제조시에 Y₂O₃용사막의 평균 표면거칠기(Ra)를 0.6 μm∼0.8 μm로 설정하면 표면조도의 시간 경과에 따른 변화가 억제된다.

(흡착력의 시험)

본 발명에 이용되는, 250 μm의 Y₂O₃용사막을 형성한 정전척에 2인치 웨이퍼를 이용하여, 대기분위기에서 중앙 및 주연부에 순차적으로 흡착시키고, 분리할 때의 흡인력을 측정하여, 정전척의 흡착력의 평가를 했다. 그 결과, 현재 실기에 사용되고 있는 200 mm 알루미나세라믹 플레이트로 이루어지는 정전척과 동등한 흡착력으로, 흡착성능에 대해서는 아무런 문제가 없는 것을 확인했다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 탑재 장치를 갖춘 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 종단측면도이고,

도 2는 본 발명의 실시의 형태에 관한 탑재 장치를 나타내는 종단측면도이고,

도 3은 정전흡착의 모양을 나타내는 모식도이고,

도 4는 도 2에 나타내는 탑재 장치의 제조공정을 도시하는 도면이고,

도 5는 내플라즈마성의 평가시험의 결과를 나타내는 설명도이고,

도 6은 Al₂O₃용사층의 층두께와 내전압의 관계를 나타내는 특성도이고,

도 7은 Y₂O₃용사층의 층두께와 내전압의 관계를 나타내는 특성도이고,

도 8은 탑재 장치 표면의 측정개소를 나타내는 평면도이다.

Claims

피 처리체를 탑재하기 위한 탑재체와,

이 탑재체 상에 마련되고, 절연층에 매설된 전극에 전압 인가하는 것에 의해 전극층과 피 처리체 사이에서 쿨롱력을 생기게 하여 절연층의 표면에 피 처리체를 정전흡착하는 정전척을 포함하는 탑재 장치에 있어서,

상기 전극층의 표면측 절연층인 정전척층은 플라즈마용사에 의해 형성된, 두께가 200 μm∼280 μm의 산화 이트륨 용사층으로 이루어지고, 표면의 거칠기는 상기 플라즈마 용사에 사용되는 산화 이트륨의 입경에 의존하는 것을 특징으로 하고,

상기 정전척층의 평균 표면거칠기는 0.6 μm∼0.8 μm인 것을 특징으로 하는

탑재 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 정전척층의 표면은, 피 처리체를 두지 않고서 플라즈마에 의해 클리닝 되는 것을 특징으로 하는

탑재 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전극층에 인가되는 전압은, 2.5 kV 이상인 것을 특징으로 하는

탑재 장치.
기밀한 처리용기와,

이 처리용기 내에 마련되고, 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 탑재 장치와,

상기 처리용기 내를 진공배기하는 수단과,

상기 처리용기 내에 플라즈마를 발생시켜 피 처리체에 대하여 플라즈마 처리를 하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 탑재 장치 위에 피 처리체를 두지 않는 상태에서 플라즈마에 의해 정전 척층의 표면을 클리닝하는 처리를 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 탑재 장치에 피 처리체를 정전흡착시켜 해당 피 처리체에 대하여 플라즈마 처리를 하는 공정과,

피 처리체를 탑재 장치 위로부터 반출한 후, 정전척층의 표면을 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 산화 이트륨의 입경은 10 μm∼20 μm인 것을 특징으로 하는

탑재 장치.