KR101039085B1 - 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법 - Google Patents

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유타카 고즈마
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Abstract

본 발명은 생산성을 높게 할 수 있는 플라즈마처리장치 또는 플라즈마처리방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여 진공용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상면에 탑재된 시료를 이 처리실 내에 형성한 플라즈마를 사용하여 처리하는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 시료대 내에 배치되어 내부를 냉매가 통류하는 통로와, 상기 시료대의 상면을 구성하는 유전체제의 막 내에 배치되어 동심 상에 배치된 막형상의 히터와, 상기 통로를 통하여 순환되는 상기 냉매의 온도를 각각 다른 온도로 조절하는 복수의 온도 조절기와, 이들 복수의 온도 조절기로부터 공급되는 상기 냉매의 상기 통로를 통한 순환을 변환하는 제어장치를 구비하였다.

Description

플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 진공용기 내의 처리실 내에서 형성한 플라즈마를 사용하여 이 처리실 내에서 반도체 웨이퍼 등의 기판형상의 시료를 에칭처리하는 플라즈마처리장치 또는 플라즈마처리방법에 관한 것으로, 특히 시료대 상면에 탑재하여 지지한 시료의 온도를 조절하면서 시료 상면에 배치된 처리대상의 막을 다른 조건으로 연속적으로 처리를 행하는 플라즈마처리장치 또는 플라즈마처리방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 웨이퍼에 가공되는 회로패턴은, 반도체소자의 고집적화에 따라 미세화의 일로를 걸어, 요구되는 가공 치수 정밀도는 점점 더 엄격해져 오고 있다. 이와 같은 상황에서는, 가공처리 중의 웨이퍼(반도체 웨이퍼)의 온도 관리가 매우 중요한 과제로 되어 있다.
예를 들면, 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 에칭하는 경우에는, 통상 웨이퍼에 바이어스전압을 인가하고, 전계로 이온을 가속하여 웨이퍼에 인입함으로써 이방성형상을 실현하고 있다. 이때 웨이퍼에는 입열(入熱)을 동반하기 때문에, 온도가 상승한다.
이 웨이퍼 온도의 상승은 에칭결과에 영향을 미친다. 예를 들면, 반도체 디바이스의 전극이 되는 폴리실리콘의 에칭에서는, 최종적으로 얻어지는 선폭은 에칭 중의 측벽에 부착되는 반응생성물의 재부착이나 디포짓성 라디칼종의 부착이 크게 영향을 미치나, 이들 부착물의 부착율은 웨이퍼 온도에 의해 변화된다. 따라서 처리 중의 웨이퍼의 온도관리가 되어 있지 않으면, 웨이퍼면 내에서 불균일한 에칭결과가 되거나, 웨이퍼 사이의 재현성이 나쁜 에칭결과가 된다. 또한, 반응생성물의 분포는 웨이퍼의 중심 부근에 비하여 바깥 둘레 부근에서 밀도가 낮아지기 때문에, 웨이퍼면 내에서 균일한 선폭(CD)을 얻기 위해서는 적극적으로 웨이퍼의 온도 분포를 관리할 필요가 있다.
이와 같은 온도의 분포를 조절하기 위해서는, 시료인 반도체 웨이퍼를 상면에 탑재하여 유지하는 시료대의 시료 탑재면의 온도의 분포를 웨이퍼의 표면 온도가 원하는 것이 되도록 실현하는 것이 요구된다. 이와 같은 과제에 대하여, 웨이퍼를 그 상면에 탑재하여 유지하는 시료대의 내부 및 그 시료 탑재면을 구성하는 부재의 온도와 그 분포를 조절하는 것이 생각되어 왔다. 이와 같은 기술의 예는, 일본국 특개2006-140455호 공보(특허문헌 1), 일본국 특개2007-067036호 공보(특허문헌 2) 및 일본국 특개2007-300119호 공보(특허문헌 3)에 개시되어 있다.
특허문헌 1 및 2는, 시료대 상부에서 시료의 탑재면을 구성하는 유전체제의 시트형상의 부재를 가지고, 그 부재 내에 웨이퍼를 가열하는 히터와 웨이퍼를 정전기력에 의하여 그 부재 표면 상에 흡착하여 유지하기 위한 전극을 구비함과 동시에, 시료대 내부의 금속제의 원판형상 부재의 내부에 열교환 매체가 통류하는 동심 형상의 통로를 가지고 이 부재와 내부를 통류하는 적절한 온도가 조절된 열교환 매체가 열교환되어 시료대의 온도를 원하는 대로 조절하는 구성을 구비한 플라즈마처리장치가 개시되어 있다. 이들 종래기술은 히터(가열기)와 열교환 매체(냉매)의 각각의 가열, 냉각의 동작을 적절한 크기로 조절함으로써, 시료대 또는 그 상면 상의 웨이퍼의 온도의 값과 분포를 원하는 것으로 하는 것이다. 한편, 특허문헌 3은 시료대를 구성하는 원판형상의 부재 내에 냉매의 통로와 함께 히터를 배치한 구성을 가지고, 특허문헌 1, 2와 마찬가지로 시료의 온도의 값 또는 분포를 조절하는 것이 개시되어 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2006-140455호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2007-067036호 공보
[특허문헌 3]
일본국 특개2007-300119호 공보
상기한 종래기술에서는 다음의 점에서 고려가 불충분하기 때문에 문제가 생기고 있었다. 즉, 가공의 미세화가 요구됨에 따라 가공을 요구받는 회로패턴을 구성하는 웨이퍼 상의 막의 재질의 종류는 증대하고 있고, 또한 복수 종류의 막종 또는 가공조건의 처리를 연속적으로 실현하는 것이 행하여지고 있다. 이 때문에 실현하는 웨이퍼의 온도의 조건도 더욱 넓고, 높은 정밀도가 요구되고 있다.
시료대 내부의 원판형상의 부재 내를 통류하는 냉매에 의한 이 원판형상 부재의 온도의 조절은, 그 냉매 및 원판형상 부재의 열용량이 웨이퍼와 비교하여 매우 크기 때문에, 안정된 온도의 값 또는 분포를 실현할 수 있는 한편으로, 히터에 의한 가열은 특히 냉매의 통로보다 웨이퍼에 근접하여 배치된 경우에는, 응답성이 높아지나 히터의 국소적인 가열량(발열밀도)의 불균일에 기인하는 웨이퍼 탑재면 상 또는 웨이퍼의 온도 분포의 불균일이 커지는 경향을 가지고 있다. 따라서 실현하는 온도의 범위를 크게 하고자 하는 경우에, 히터의 가열량을 크게 하여 실현하는 온도범위를 크게 하면, 가열량을 크게 하여 온도가 높아질수록 온도의 값과 분포의 불균일이 커진다는 문제가 생기고 있었다.
한편으로, 시료대 내부의 냉매의 온도 변화의 범위를 크게 하는 경우에는, 상기 불균일의 문제는 히터를 사용한 경우보다 작게 하는 것이 가능하여도, 히터를 사용하는 경우와 비교하여 응답성이 현저하게 저하하여, 일단 처리실 내로 반입하여 시료대 상에 유지한 웨이퍼를 처리실 밖으로 인출하지 않고(연속적으로) 조건을 바꾸어 복수회 처리하는(멀티스텝의) 경우에는, 조건의 변경에 요하는 시간은 처리의 회수가 증가할수록, 처리의 시간이 길어져 스루풋이 저하하여 생산성이 손상된다는 문제가 생기고 있었다.
상기 종래 기술에서는, 이와 같은 문제점에 대하여 고려되어 있지 않고, 생산성을 높게 하여 정밀도 좋게 처리를 행하기 어렵게 되어 있었다.
본 발명의 목적은, 생산성을 높게 할 수 있는 플라즈마처리장치 또는 플라즈마처리방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적은, 진공용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상면에 탑재된 시료를 이 처리실 내에 형성한 플라즈마를 사용하여 처리하는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 시료대 내에 배치되어 내부를 냉매가 통류하는 통로와, 상기 시료대의 상면을 구성하는 유전체제(誘電體製)의 막 내에 배치되어 동심 상에 배치된 막형상의 히터와, 상기 통로를 통하여 순환되는 상기 냉매의 온도를 각각 다른 온도로 조절하는 복수의 온도 조절기와, 이들 복수의 온도 조절기로부터 공급되는 상기 냉매의 상기 통로를 통과한 순환을 변환하는 제어장치를 구비한 플라즈마처리장치에 의해 달성된다.
또, 다른 종류의 막처리의 각각의 처리 사이에 상기 순환이 변환됨으로써 달성된다. 또한 상기 유전체제의 막 내의 상기 막형상의 히터가 독립하여 그 가열이 조절되는 복수의 히터로 이루어짐으로써 달성된다. 또한 상기 통로가 동심형상으로 배치된 복수의 독립된 통로를 가지고, 복수의 온도 조절기 및 이들 사이에서 상 기 각각의 통로에 대한 냉매의 순환이 변환됨으로써 달성된다.
또, 상기한 목적은, 진공용기 내부의 처리실 내에 배치되어 그 상면을 구성하는 유전체제의 막 내에 배치되어 동심 상에 배치된 막형상의 히터를 가진 시료대 상면에 시료를 탑재하여, 이 처리실 내에 형성한 플라즈마를 사용하여 상기 시료 상면의 막을 처리하는 플라즈마처리방법에 있어서, 상기 시료대 내에 동심형상으로 배치된 통로를 통하여 순환되는 냉매의 온도를 각각 다른 온도로 조절 가능한 복수의 온도 조절기로부터 공급되는 상기 냉매의 상기 통로를 통과한 순환을 변환하고 상기 막 형상의 히터에 의해 상기 웨이퍼를 가열하면서 상기 막을 처리하는 플라즈마처리방법에 의해 달성된다.
또, 다른 종류의 막처리의 각각의 처리의 사이에 상기 순환을 변환하는 플라즈마처리방법에 의해 달성된다. 또한 상기 유전체제의 막 내에서 복수의 동심형상으로 배치된 상기 막형상의 히터의 각각의 가열에 의해 상기 웨이퍼 온도의 분포를 조절하면서 상기 시료를 처리하는 플라즈마처리방법에 의해 달성된다. 또한 상기 통로는 동심형상으로 배치된 복수의 독립된 통로를 가지고, 복수의 온도 조절기 및 이들의 사이에서 상기 각각의 통로에 대한 냉매의 순환이 변환되는 플라즈마처리방법에 의해 달성된다.
본 발명의 실시예를 도면을 이용하여 이하에 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예를, 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 플라즈마처리장치를 구비한 진공처리장치의 구성의 개략을 나타내는 상면도이다. 이 도면에서 진공처리장치(100)는 크게 전후 2개의 블록으로 나뉜다. 장치 본체(100)의 도면상 아래쪽측인 장치의 앞쪽측은, 진공처리장치(100)에 공급된 처리대상의 시료인 웨이퍼가 대기압하에서 반송되는 대기측 블록(101)이다.
진공처리장치(100)의 뒤쪽측(도면상 위쪽측)은, 처리블록(102)이다. 이 처리블록(102)에는, 대기측 블록(101)으로부터 반송되어 온 웨이퍼가 감압된 환경에 반입되어 처리되는 처리실을 가지는 처리유닛(l03, 103', 104, 104')과 감압된 내부를 이들 처리실에 웨이퍼가 반송되는 진공용기인 진공반송용기(112) 및 이 내부의 반송실과 대기측 블록(101)을 접속하는 복수의 록실(113, 113')을 구비하고 있고, 이들은 감압되어 높은 진공도의 압력으로 유지 가능한 유닛이며, 처리블록(102)은 진공블록이다.
한편, 대기측 블록(101)은, 내부에 반송로봇(도시 생략)을 구비한 대략 직육면체의 박스체(108)를 가지고, 이 박스체(108)의 앞면측의 측벽면에 설치되어 처리용 또는 클리닝용의 웨이퍼가 수납되어 있는 웨이퍼 카세트가 박스체(108)의 앞면이 면하는 통로를 반송되어 와서 상면에 탑재되는 복수개(도면 상은 3개)의 카세트대(109)를 구비하고 있다. 이들 카세트대(109) 중 도면 우상단의 하나의 위에는 처리유닛(103, 103', 104, 104') 내부의 클리닝에 사용되는 더미 웨이퍼용의 더미 카세트(110)가 탑재된다.
박스체(108) 내의 반송로봇은 이들 카세트와 록실(113, 113')과의 사이에서 웨이퍼를 반입 또는 반출하는 작업을 행한다. 또, 대기측 블록(101)은 그 박스체(108) 내와 연통된 위치 맞춤부(111)를 구비하고, 반송용 로봇은 카세트로부터 웨이퍼를 인출한 후, 이 위치 맞춤부(111)에 반입한다. 반송되는 웨이퍼는 이 위치 맞춤부(111) 내에서 록실(113, 113') 내부의 시료대 상에 탑재될 때의 웨이퍼 배치의 자세에 맞추어 그 위치 맞춤이 행하여진다. 또, 록실(113)은, 대기측 블록(101)과 반송유닛의 진공반송용기(112) 내의 반송실과의 사이를 접속하여, 이 안쪽으로 반송되는 웨이퍼가 탑재된 상태에서 내부의 압력을 상승 또는 감소시키고, 이것을 유지하는 가스배기장치와 가스공급장치가 접속되어 있다.
이 때문에, 이 록실(113)은 그 전후에 개방 또는 폐쇄하여 내부를 밀봉하는 게이트밸브가 배치되어 있다. 또한 내부에는 웨이퍼를 탑재하는 대를 배치하고 있어 웨이퍼가 내부의 압력의 상승, 하강시에 이동하지 않도록 고정하는 수단을 구비하고 있다. 즉, 이 록실(113)은 안쪽에 웨이퍼를 탑재한 상태에서 형성되는 내외의 압력의 차에 견디어 밀봉하는 수단을 구비한 구성으로 되어 있다.
본 실시예에서의 처리블록(102)의 처리유닛(103, 103', 104, 104)은, 처리유닛(103, 103')이, 카세트로부터 처리블록(102)으로 반송되는 웨이퍼의 에칭처리를 행하는 에칭실을 구비한 에칭처리유닛이고, 처리유닛(104, 104')이 웨이퍼를 애싱처리하는 애싱처리유닛이다. 또한 이들 처리유닛은 반송유닛을 구성하는 평면형이 대략 다각형(도면 상은 육각형) 형상의 진공반송용기(112)의 측면과 착탈 가능하게 연결된다. 진공반송용기(112) 내부에는, 내부가 높은 진공도로 감압되어 유지되는 반송실을 구비하고 있다. 이들 처리유닛(103, 103', 104, 104')은, 도면 상 상하 방향을 통하여 도면 상에 수직한 면에 대하여 좌우가 대칭이 되도록 배치되어 있다. 이후, 특별히 기재하지 않는 한 처리유닛(103, 104)의 기재는 처리유닛(103', 104')의 기재에도 적합한 것으로 한다.
또한 이 처리블록(102)에는, 상기 처리유닛(103, 104)과의 사이에 배치되고, 이들 유닛 또는 이들 내부의 처리실 내에서의 처리 등의 유닛의 동작에 필요한 처리용 가스나 액체 등의 유체의 공급을 조절하는 유량조절장치(Mass Flow Controller)를 포함하는 제어유닛(107, 107')이 처리유닛(103, 104)의 특히 진공용기의 측벽면에 인접하여 배치되어 있다. 제어유닛(107)의 내부에 배치되는 유량조절장치는, 인접하는 처리유닛(103, 104)용의 각각을 가지고, 한쪽이 다른쪽의 위쪽에 탑재되어 분리 배치되어 있고, 각 처리유닛에의 처리가스 등의 유체의 공급의 길이나 저항의 차이를 저감하도록 구성되어 있다.
또, 반송유닛은, 안쪽이 감압되어 각 처리유닛(103, 104) 내의 처리실과 록실(113, 113')과의 사이에서 웨이퍼를 반송하기 위하여, 반송실 내에 로봇 아암(도시생략)을 가지고 있다. 또, 상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 처리유닛(103, 104)은, 에칭처리유닛 2개와 애싱처리유닛 2개를 반송유닛(105)의 다각형의 진공반송용기(112)의 각 변에 접속되어 구비하고 있고, 에칭처리유닛(103)의 2개는 진공반송용기(112)의 안 길이측의 2개의 변에 접속되고, 애싱처리유닛(104)의 2개는 각각이 에칭처리유닛(103)의 인접하는 변에 접속되며, 또한 진공반송용기(112)가 남는 변에 록실(113)이 접속되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 2개의 에칭처리실과 2개의 애싱처리실을 구비하고 있다.
반송유닛의 측벽의 주위에 배치된 처리블록(102) 아래쪽에는, 각각의 처리유닛에 대응하여 각각 필요한 가스, 냉매의 저류, 배기부나 전력 공급하는 전원 등의 유틸리티를 수납할 수 있는 직사각형 형상의 베드(106, 106', 106", 106'")가 배치되어 있다. 처리유닛(103, 104)은, 크게 상하로 나누어 생각할 수 있고, 각각이 처리실을 안쪽에 포함하는 챔버부 및 이 처리실에 대응한 유틸리티를 수납하는 부분이다. 또, 처리유닛(103, 104)은, 그 상부를 구성하는 처리챔버부와 베드(106, 106")를 포함하고, 이것들은 하나의 유닛으로서 진공반송용기(112) 또는 반송유닛으로부터 착탈 가능하게 연결된다.
처리유닛(103, 104)의 베드(106, 106")는, 상부의 챔버부에 필요한 유틸리티, 제어기, 열교환기 등을 내부에 수납하는 대략 직육면체 형상을 가지고 있다. 유틸리티는, 예를 들면 처리실 내를 감압하기 위한 배기펌프, 전력을 공급하기 위한 전원, 처리실 내에서 시료인 웨이퍼가 그 위에 탑재되어 고정되는 시료대에 공급하기 위한 가스의 저류부, 시료대를 냉각하기 위한 냉매의 저류부나 냉매를 열교환하여 순환시키기 위한 냉동사이클의 열교환기를 들 수 있다. 베드(106, 106")는, 이들 유틸리티를 수납하고, 챔버부 아래쪽에서 이것의 하면과 연결된 지지기둥과 그 상면의 평판부가 접속되어 있다.
처리유닛(103, 104)의 처리실(챔버)부는, 진공반송용기(112)와 그 각 변에서 기설정된 접속용 게이트로 접속된다. 또, 진공반송용기(112)의 아래쪽에는 도시 생략한 지지용 프레임이 배치되어 기설정된 높이로 유지되어 있다. 이들 처리실부에 대응하는 베드(106, 106") 내의 유틸리티는, 진공반송용기(112) 아래쪽의 공간 에 배치된 가스나 유체의 배관, 또는 전원, 제어장치의 배선의 끝부와 접속된다. 이 때문에 베드(106, 106")의 프레임 또는 진공반송용기(112) 하면과 바닥면과의 사이의 공간에 면한 측면에는, 수납하는 베드 내의 유틸리티가 구동되는 것에 필요한 인터페이스부부를 구비하고 있다.
이와 같이 본 실시예에서는, 처리유닛(103, 104)은 이것에 대응하는 베드(106, 106")와 그 위쪽의 처리 챔버부(및 처리실 내를 배기하는 배기장치)가 하나의 조합으로서 유닛을 구성하고 있다. 이 하나의 처리유닛이 한데 모여 진공처리장치(100) 또는 진공반송용기(112)(반송유닛)에 설치되어, 떼어내기 가능하게 연결되어 있다.
또한, 대기측 블록(101)의 뒤쪽에서, 처리블록(102)과의 사이에는 록실(113, 113')이 배치되어 있으나, 각 베드와의 사이에 간극이 형성되어 있다. 이 대기측 블록(101)의 박스체(108)의 배면측은, 처리 블록(102)에 공급되는 가스, 냉매, 전원 등의 배선, 배관이 배치되는 공급로로 되어 있다. 즉, 이와 같은 진공처리장치(100)가 설치되는 장소는, 전형적으로는 청정룸과 같은 공기가 정화되는 실내이나, 복수의 처리장치를 설치하는 경우에는, 배치의 효율을 향상시키기 위하여 진공처리장치(100)에 공급되는 각종 가스, 냉매, 전원은, 다른 부분에, 예를 들면 진공처리장치(100)를 설치하는 바닥면(플로어)과는 다른 플로어에 한데 모아 배치하여 진공처리장치(100)에 관로, 케이블 등을 부설하여 공급, 순환시키는 것이, 일반적이다.
본 실시예는, 다른 부분에서의 가스나 냉매의 관로, 또는 전원으로부터의 전 선이라는 공급라인의 접속 인터페이스(116)가 박스체(108)의 배면을 따라 이것과 일체로 배치되어 있다. 또한 접속 인터페이스부(116)에서 공급로와 접속되어 처리 블록(102)측으로 공급되는 각 유틸리티의 공급로를, 접속 인터페이스부(116)로부터의 관로나 전선 등의 공급라인은, 록실(113, 113') 아래쪽과 진공반송용기(112)의 중앙부 아래쪽을 통하여, 베드(106)에 설치된 인터페이스부(116)를 거쳐 각 베드에 접속되어 있다.
즉, 상기 접속 인터페이스(116)로 접속되어 처리블록(102)측으로 공급되는 각 공급라인의 상태를 검지하는 검지수단과 이 검지된 출력의 결과를 표시하여 사용자가 용이하게 장치의 동작상태를 검지할 수 있도록 검지출력을 표시하는 표시수단을 구비한 표시부(117)가 박스체(108)의 배면부에 이것을 따라 이것과 일체로 배치되어 있다. 또, 이들 공급라인에 의한 공급을 조절하는 또는 조절 지령을 입력할 수 있는 조절수단을 설치하여도 된다.
또, 이 박스체(108)의 배면과 처리 블록(102)의 처리유닛(104, 104')과의 사이에 간격이 설치되어 있고, 이 간격은 사용자가 들어 와 처리유닛(104, 104')이나 진공반송용기(112), 록실(l13, 113')에 대하여 작업할 수 있는 공간임과 동시에, 접속 인터페이스부(116)나 박스체(108) 배면의 표시부(117)를 확인하거나, 조절, 정비하거나 할 수 있는 공간으로 되어 있다. 또한 이들 공급라인으로부터의 공급에 관한 장치의 동작에 관한 정보의 표시와 조절하는 수단을 집중적으로 배치하고 있다. 이에 의하여 장치를 가동시키기 위하여 필요한 작업이 용이해지고, 장치의 가동효율이 향상한다.
또, 본 실시예에서는 처리측 블록(102)의 각 유닛에 필요한 유틸리티의 공급로는 한데 모아 배치되어 있다. 진공처리장치(100)의 설치 플로어 밑의 플로어 등의 다른 부분에서의 공급관이나 전선 등의 공급로를 정리하여 대기 블록(101)의 박스체(108) 배면에 배치한 것으로, 진공처리장치(100)를 플로어에 설치하는 경우나 장치의 정비나 교환작업을 행하는 경우에 공급로의 설치, 접속, 떼어냄 작업이 용이해져 작업효율이 향상된다.
또, 배관, 케이블 등의 배치공간은, 진공반송용기(112), 록실(113)의 아래쪽으로서, 각 처리유닛의 베드 사이의 공간에도 배치된다. 이 때문에, 이것들의 설치, 접속, 떼어냄이라는 작업을 위한 공간을 확보할 수 있고, 작업이 용이해져 작업효율이 향상하고, 나아가서는 장치의 가동효율이 향상된다. 또 유틸리티의 접속부가 장치의 안쪽측, 즉 진공반송용기(112)의 아래쪽이고, 각 베드 사이의 공간에 면하도록 배치되어 있기 때문에 상기 작업을 위한 공간이 적고, 장치의 주위에 배관이나 선로와 그 접속부 등을 설치하는 경우보다도 설치면적이 저감되어 동일한 플로어 면적에 대하여 설치 가능한 대수가 증대한다.
또, 베드부 상부는 평면을 구비하고 있고, 이 평면 상에 사용자나 메인티넌스를 행하는 담당자가 올라서서 처리실부(103a)나 진공반송용기(112)를 비롯한 유닛에 액세스하여 정비나 부품 교환을 용이하게 행할 수 있게 된다. 즉, 베드부의 상부를 메인티넌스용의 공간으로서 구비하고 있고, 이것에 의해서도, 장치의 설치면적을 저감하고, 또 정비 등의 작업효율도 향상할 수 있다,
또, 각 처리유닛(103, 104)의 처리실은, 내부에 반송된 웨이퍼가 탑재되는 유지대를 구비하고 있고, 이 유지대에는 그 온도조절을 위한 구성이 구비되어 있다. 예를 들면, 처리유닛(103) 내의 처리실에는, 대략 원통형의 시료대(103a)가 배치되고, 내부에는 물을 주성분으로 하는 열교환 매체가 통류하는 동심형상으로 배치된 통로를 구비하고 있다.
이 통로는, 열교환 매체가 통류하는 유로(119)와 연결되고, 시료대(103a)의 온도를 처리에 적절한 값 또는 온도로 하기 위하여 온도 조절기(105a, 105b)에 의해 기설정된 온도로 조절된 후에 이 유로(119)를 거쳐 열교환 매체가 시료대(103a)에 공급되고, 시료대(103a)에서 배출된 열교환 매체는 유로(119)를 통하여 온도 조절기(105a, 105b)로 되돌아가 순환한다. 온도 조절기(105a, 105b) 사이에는 유로 조절기(120)가 배치되고, 이 유로 조절기(120)가 2개의 온도 조절기(105a, 105b)와의 사이 및 유로(119)와의 사이에서 열교환 매체의 유로를 연결하고 있다. 이 유로 조절기(120)는, 온도 조절기(105a, 105b)로부터의 열교환 매체의 어느 것을 유로(119)를 거쳐 시료대(103a)에 공급하여 순환시킬지를 변환하고, 조절한다.
본 실시예에서는, 2개의 온도 조절기(105a, 105b) 및 유로 조절기(120)가 처리유닛(103)의 대략 직육면체의 베드(106)의 도면 위쪽(뒤쪽)의 측벽에 인접하여 배치된 대략 직육면체의 수납부(115) 내부에 수납되어 배치되어 있다. 이 수납부(115)는, 진공처리장치(100)가 배치되는 바닥면 상에 배치되어 있으나, 이 바닥면의 아래 쪽, 예를 들면 이 바닥 아래쪽 층의 천정부에 배치되어 있어도 된다.
도 2는, 도 1에 나타내는 처리유닛의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 이 도면에서 본 발명의 실시형태에 관한 진공처리장치(100)로서의 처리유닛(103) 은, 개념적으로 상부와 하부로 나뉘고, 상부에 처리대상의 시료가 안쪽에 배치되어 처리되는 처리 챔버부와, 이 처리 챔버부에서 필요한 전력을 공급하는 전원이나 냉각하기 위한 냉매의 저류부 등을 수납하여 배치한 베드(106)를 구비하고 있고, 예를 들면 처리의 사양에 따라 선택된 재료인 알루미늄 등의 도전성재료로 형성된 부재로 이루어져 그 안쪽이 배기되어 감압되는 용기인 진공용기 내의 공간인 처리실(201)과, 이 처리실(201) 내에 배치된 대략 원통형상의 시료대(103a)를 구비하고 있다.
또한, 처리유닛(103)은 시료대(103a)의 온도를 조절하기 위하여 시료대(103a) 내에서 이것을 구성하는 원판형상의 기재(202) 내부에 동심형상으로 배치된 열교환 매체인 냉매의 통로(203)와, 이것에 연통하여 접속된 냉매의 배관으로 구성된 유로(119)와, 이 유로(119)와 연결되어 냉매의 온도를 조절하기 위한 2개의 온도 조절기(105a, 105b) 및 이들 유로(119)에 냉매의 경로로 연결된 유로 조절기(120)를, 수납부(115) 내에 수납하여 구비하고 있다. 또한, 시료대(103a)의 원판형상 부재인 기재(202) 안쪽에 온도가 조절된 냉매가 순환되는 통로(203)는, 시료대(103a)의 온도 조절수단을 구성하고, 이와 같은 온도 제어수단을 능동화함으로써, 시료대(103a)의 온도가 적절하게 조절된다.
또한, 처리실(201) 내에는 기판형상의 처리 대칭의 시료인 웨이퍼(205)를 탑재하기 위한 시료대(103a)의 상면인 웨이퍼 탑재면 위쪽의 처리실(201)의 상부에, 이 탑재면과 대향한 위치에서 염소계 등의 처리가스를 처리실(201) 내에 공급하기 위한 가스공급수단이 배치되어 있다. 이 가스공급수단으로부터 처리가스가 시료 대(103a) 상에 탑재된 웨이퍼(205)를 향하여 유입된다.
처리 챔버부에는, 처리실(201)과 이 처리실(201) 내에 전자파에 의한 전계, 자계를 공급하기 위한 전계공급수단, 자계공급수단과, 처리실(201) 내에 가스를 공급하기 위한 가스공급수단과, 처리실(201)을 둘러싸고 내외를 기밀하게 밀봉하는 진공용기인 상하의 용기벽(212, 218)과, 용기벽(218) 아래쪽에 배치되어 처리실(201) 내의 가스, 플라즈마 등의 입자를 배출함과 동시에 처리실(201) 내를 감압된 기설정된 진공도의 압력으로 유지하기 위한 배기수단을 구비하고 있다. 배기수단은 시료대(103a) 아래쪽의 공간인 진공실(214)을 둘러싸는 하부의 용기벽(218) 바닥부의 중앙에 배치된 개구인 배기구(219)와 연통하고 있다. 처리실(201) 내에 공급된 처리용 가스, 플라즈마, 반응생성물 등이 시료대(103a) 바깥 둘레의 공간, 진공실(214)을 통하여 배기구(219)를 거쳐 배기수단에 의해 외부로 배출된다.
이 처리 챔버부의 상부에는, 전계를 처리실(201)에 공급하기 위한 전계공급수단을 구성하는 마그네트론(207)과, 이 마그네트론(207)에 의해 생성되는 마이크로파가 지나는 관로인 상부 도파관(208a)이(화살표와 같이) 대략 수평방향으로 마이크로파를 도파하도록 배치되고, 이 상부 도파관(208a)에 접속되어 내부가 연통한 하부 도파관(208b)을 가지고(화살표와 같이), 상부 도파관(208a) 내를 전파하여 온 마이크로파는(화살표와 같이) 하부 도파관(208b) 내로 전파되어 이것보다 아래쪽의 처리실(201)측으로 진행한다. 즉, 하부 도파관(208b)은 상부 도파관(208a), 전파원과 아래쪽의 처리실(201)을 연결하기 위한 전도부재이다.
하부 도파관(208b)으로 진행한 마이크로파는, 처리실(201) 상부으로서 하부 도파관(208b)의 하부에 배치된 공간 내에서 도시 생략한 슬롯 안테나 등의 수단에 의하여 대략 수평방향에 대하여 높은 전계의 강도를 가지는 분포를 가지게 된다. 또, 하부 도파관(208b)의 하부에는, 이것에 접속된 석영 등의 절연체제의 원판형상을 가진 유전체 창(209)이 배치되어 있고, 상기 고전계의 분포를 가지는 전파는 이 유전체 창(209)을 투과하여 아래쪽의 원통형상의 처리실(201) 내로 전파된다.
본 실시예에서는, 유전체 창(209)의 아래쪽에 공간이 배치되고, 이 공간과 연통하여 배치된 가스도입관(210)을 구비하고 있으며, 가스도입관(210)으로부터 도 1에 나타내는 제어유닛(107) 내에 배치된 처리용 가스의 유량 조절기(MFC)에 의해 그 유량 속도가 조절된 가스가 상기 공간에 도입된다. 또한 이 공간 내의 가스는, 아래쪽에 배치된 가스 분산판(211)에 구비된 관통구멍의 복수로부터 상기 처리실(201) 내로 분산되어 유입한다. 분산판(211)은 유전체 창(209)과 마찬가지로 석영 등의 유전체로 구성하여도, 실리콘 등의 반도체로 구성하여도 되고, 도파관(208a, 208b)을 통하여 전파되어 온 전파에 의한 전계가 처리실(201)을 투과하여 도입되도록 구성되어 있는 것이 필요하다.
이와 같이, 유전체 창(209), 분산판(211)은 처리실(201)의 위쪽의 면(천정면)을 구성하고 있고, 특히 분산판(211)은 처리실(201)의 안쪽의 벽면을 구성하여 형성되는 플라즈마에 면한다. 처리실(201) 내부는, 도시 생략한 진공펌프 등의 상기 배기수단과 연통되어 있고, 처리용 가스가 공급되어 형성된 플라즈마에 의한 반응생성물이 생성되면서 처리실(201) 내를 기설정된 진공도의 감소된 압력으로 유지한다. 이와 같이 처리실(201) 내에 공급된 처리용 가스에 대하여, 상기 유전체 창(209) 및 분산판(211)을 투과하여 처리실(201) 내에 공급되는 마이크로파에 의한 전계와, 하부 도파관(208b) 및 처리실(201)의 주위를 둘러 싸서 진공용기를 구성하는 상부의 용기벽(212)의 바깥 둘레를 둘러싸서 배치되어 처리실(201)(진공용기) 내에 자계를 공급하는 솔레노이드 코일(213)로부터의 자계와의 상호작용에 의한 ECR이 생기되고, 처리가스가 플라즈마화된다. 이와 같이 하여, 상부 용기(212) 내의 처리실(201)내로서, 시료대(103a) 위쪽의 공간에서 플라즈마가 형성되다.
처리실(201)의 천정면을 구성하는 분산판(211)의 아래쪽에 시료대(103a)가 배치되고, 시료대(103a) 상에 탑재되는 웨이퍼(205)와 분산판(211)은 대향하여 배치되게 된다. 이 시료대(103a) 내부에는 도전체제(導電體製)의 원판형상 부재인 기재(基材)(202)가 배치되고, 고주파 전원(215)과 접속되어 있다. 고주파 전원(215)으로부터 공급되는 전력에 의해 기재(202) 상면 또는 그 원형의 상면에 배치된 유전체막(217) 상에 탑재된 웨이퍼(205) 표면에 고주파 바이어스에 의한 전압이 생기된다. 또, 유전체막(217)은, 그 안쪽에 적어도 하나의 전극으로서 가변 직류전원(216)과 접속된 정전흡착용 전극을 가지고 있다.
이 정전 흡착용 전극, 유전체막(217) 및 웨이퍼(205)와 플라즈마와의 사이의 작용에 의하여 웨이퍼(205)의 표면에 퇴적된 전하와 유전체막(217)(또는 전극)과의 사이에서 생기는 정전기에 의한 힘에 의하여 웨이퍼(205)는 시료대(103a)[유전체막(217)] 상으로 끌어 당겨져 흡착되어 지지된다. 상기 흡착용 전극과 고주파 전원(215)으로부터의 전력이 공급되어 인가되는 전극과는 동일하여도 된다.
시료대(103a) 위쪽에 형성된 플라즈마 중에 함유되는 이온은, 기재(202)에 인가되는 고주파 전력에 의한 바이어스전압으로 유인되어 웨이퍼(205) 표면에 충돌하고, 이때, 시료 표면에 존재하는 라디칼이 작용하여 시료 표면의 물질과 반응함으로써 시료가 처리(본 실시예에서는 에칭처리)된다. 이 웨이퍼(205) 표면의 물질과 플라즈마와의 반응에 의하여 웨이퍼(205) 위쪽의 처리실(201) 내에 반응생성물이 생성된다.
이와 같이 생성된 반응생성물과, 처리실(201) 내의 플라즈마나 처리에 기여하지 않는 가스 등은 시료대(103a) 주위의 공간에서 아래쪽으로 이동하고, 시료대(103a)의 아래쪽에서 상부의 용기벽(212)과 함께 진공용기를 구성하는 하부의 용기벽(218)에 의하여 둘러싸인 시료대(103a) 아래쪽의 공간에서, 하부의 용기벽(218)의 시료대(103a) 바로 밑에 위치하는 배기구(219)로부터, 도시 생략한 진공펌프 등의 배기수단에 의해 흡인되어 처리실(201) 밖으로 배출된다.
또, 본 실시예에서는 상기 배기구(219)에는, 회전하여 이 배기구(219)를 개폐하는 셔터밸브를 구비하고 있고, 회전에 의하여 배기구(219)의 단면적을 변화시켜 배기량 속도를 조절하도록 구성되어 있다. 또한, 상기 처리실(201) 및 진공실(214)을 구성하는 상부의 용기벽(212), 하부의 용기벽(218)은 적절한 수단을 거쳐 접지되어 있다.
본 발명의 실시예에서는, 시료대(103a)의 상기 유전체막(217) 상의 웨이퍼(205)가 탑재되는 부분의 바깥 둘레측에는 탑재면을 둘러싸서 유전체제의 시료대 링(204)이 배치되어 있고, 전극과 처리실(201) 내의 플라즈마와의 사이에서 정전흡착시키기 위한 전원으로부터의 전류가 흐르는 것을 억제한다. 이 때문에, 절연체 에 의하여 구성된 부재를 사용하여도 된다.
또, 이 시료대 링(204)은, 시료대(103a) 또는 전극인 기재(202)를 플라즈마로부터의 이온의 충돌로부터 보호하는 작용을 하도록 그것을 위한 수단을 구비하고 있어도 된다. 예를 들면 시료대 링(204) 상에 웨이퍼(205)의 처리에 영향을 주기 어려운 재료로 구성된 부재를 보호부재로서 배치하여도 된다. 또, 이 시료대 링(204) 자체를 이온에 의하여 깍이기 어렵게 처리에 영향을 주기 어려운 재질인 알루미나 등의 세라믹스로 구성하여도 된다.
이와 같이 플라즈마 중의 이온의 충돌을 받으면서 처리가 행하여지는 웨이퍼(205)는, 그 온도가 처리 중에 상승하는 경우가 생긴다. 그래서, 시료대(103a) 내부에 냉매의 통로(203)를 배치하고, 그 내부에 온도 조절기(105a, 105b)에 의해 온도 조절된 냉매를 통류시켜 이들 중 어느 하나의 원래로 돌아가도록 순환시키고, 처리 사이에 시료대(103a) 또는 웨이퍼(205) 표면의 온도를 원하는 온도가 되도록 조절함으로써, 시료대(103a) 상에 탑재된 웨이퍼(205)의 온도를 원하는 온도에 근접시킨다.
또, 웨이퍼(205)와 시료대(103a) 또는 기재(202)와의 사이의 열전달의 효율을 향상시켜, 웨이퍼(205)의 온도와 그 분포를 더욱 원하는 것에 근접시키기 위하여 웨이퍼(205)의 이면과 시료의 탑재면인 유전체막(217) 표면과의 사이에 열전달용 가스(예를 들면, He)를 열전달 가스원(222)으로부터 공급한다. 이것에 의하여 원래 열용량이 시료대(103a)와 비교하여 매우 작은 웨이퍼(205)의 온도는 시료대(103a)의 온도와 그 분포에 의하여 근접하게 된다.
또, 상기한 바와 같이 시료대(103a)의 기재(202) 내에 배치된 통로(203) 내를 흐르는 냉매는, 온도 조절기(105a, 105b) 중 어느 하나로부터 유로(119)를 거쳐 기재(202) 내의 통로(203)에 공급되어 흐르면서 기재(202)와 열교환한 후, 기재(202)로부터 배출되어 원래의 온도 조절기(105a, 105b) 중 어느 하나로 되돌아가 다시 온도를 조절하여 다시 유로(119)에 공급되는 순환을 행하여 기재(202)의 온도를 원하는 온도의 값 또는 그 분포가 되도록 조절한다.
이와 같은 온도 조절기(105a, 105b)는 진공처리장치(100)가 설치되는 바닥면(206) 상의 베드(106) 뒤쪽에 배치되어 있고, 본 실시예에서는 베드(106)에 사용자가 오르내리기 위한 대략 직육면체형의 대(臺)인 수납부(115)의 안쪽에 배치되어 있으며, 이것에 의하여 사용자의 정비 등의 작업을 용이하게 함과 동시에, 부품의 설치효율을 향상하여 설치면적의 증대를 억제하고, 나아가서는 진공처리장치의 운전, 운용의 효율을 향상시킨다. 이 오르내리기 위한 수납부(115)는, 내부를 평판 등으로 둘러싸서 보호하는 부재이다. 이 수납부(115)는 베드부(103b)에 의하여 구성되어 있어도 된다. 이와 같이 수납실인 대(115)는 베드부(103b) 또는 진공처리장치(100)로부터 떼어냄/설치 가능하게 구성되어 있고, 수납실이 베드부(103b)로 구성되어 있는 경우에는, 장치 본체로부터 설치/떼어냄 가능하게 구성되어 있다.
처리유닛(103)에서의 웨이퍼(205)의 처리는, 도시 생략한 배기장치를 사용하여 처리실(201) 내를 기설정된 압력, 예를 들면 0.0133 Pa 정도로까지 감압한다. 그 후, 웨이퍼(205)를 시료대(103a) 상면의 시료 탑재면인 유전체막(217) 상에 탑재하고, 웨이퍼(205)를 정전흡착수단에 의하여 그 위에 흡착하여 유지한다. 이어 서, 시료대(103a) 내부의 냉매의 통로(203)를 포함하는 온도 조절수단을 구동하면서 He 가스 등의 열전달 가스를 웨이퍼(205)와 유전체막(217)과의 사이에 유량 등을 조절하여 공급한다. 이것에 의하여 웨이퍼(205)를 원하는 온도에 가까운 값의 온도로 조절할 수 있다. 웨이퍼(205)가 유지된 상태에서 염소 등의 처리가스를 가스공급수단에 의해 웨이퍼(205)를 향하여 도입하여 처리실(201) 내에 공급한 전자파를 이용하여 처리실 내에 플라즈마를 형성하고, 이 플라즈마를 사용하여 웨이퍼(205)의 처리(본 실시예에서는 에칭처리)를 개시한다. 미리 정해진 처리가 종료된 경우, 웨이퍼(205)를 처리실 내에서 반출하여 처리유닛(103)에 의한 일련의 처리의 동작이 종료한다.
본 실시예의 시료대(103a)는, 내부에 동심원 형상으로 형성된 다중의 냉매가 통류하는 통로(203)를 내장한 티탄제의 대략 원판형상의 기재(202)와, 그 원판형상의 표면에 용사(溶射)에 의해 형성된 알루미나 또는 이트리아의 피막인 유전체막(217)을 구비한 구성으로 되어 있다. 통로(203)는 냉매의 순환 경로에 의해 다른 온도로 냉매를 조절하는 온도 조절기(105a, 105b)와 연결되어 있다. 이 때문에 이것들 사이에 배치된 유로 조절기(120)의 동작에 의하여 순환시키는 냉매를 선택함으로써 기재(202)의 온도, 나아가서는 그 상부에 탑재하여 유지되는 웨이퍼(205)의 온도의 값 또는 그 분포를 조절할 수 있다. 또한, 이들 온도 조절기(105a, 105b)의 온도의 설정은, 진공처리장치(100)를 제어하는 도시 생략한 제어장치로부터의 출력신호에 의해 제어된다.
도 3을 사용하여, 본 실시예의 시료대(103a)의 구성에 대하여 상세하게 설명 한다. 도 3은 도 2에 나타내는 시료대(103a)의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 또한, 본 도면에서는, 기재(202) 상부에 배치된 원형의 유전체막(217)의 바깥 둘레에 배치되는 시료대 링(204)은 생략하였다.
본 도면에서 유전체막(217)은, 주요한 구조는 적어도 복수의 막층이 적층되어 구성되어 있다. 본 실시예에서는 아래쪽 및 위쪽에 인접하는 2개의 알루미나 또는 이트리아의 유전체막(217a, 217b)으로 구성되어 있다. 아래쪽의 유전체막(217a) 내에는 3계통의 독립하여 그 동작이 조절되는 막형상의 내부 히터(322)와 외부 히터(320)와 중간 히터(321)가 배치되어 있다. 이들은 동심형상으로 배치되어 있고, 내부 히터(322)가 원형, 중간 히터(321), 외부 히터(320)가 링형상으로 구성되어 있으며, 이들은 상하방향에 대하여 상면의 높이가 동일하게 일치시켜져 있다.
또, 위쪽의 유전체막(217b) 내부에는, 상기 정전 흡착용의 전극이 중심부의 원형의 것, 그 바깥 둘레의 링형상의 것이 2개 배치되고, 본 실시예에서는 중심부의 내부 전극(341)과 바깥 둘레에 배치한 외부 전극(342)을 가지고 있다. 이들에는 각각 직류전원(216a, 216b)이 접속되어 전력이 공급된다. 본 실시예에서는 내부 전극(53)에 플러스전압을, 외부 전극(55)에는 마이너스 전압을 인가하고 있다. 따라서, 본 실시예의 시료대(103a)는 이른바 쌍극형의 정전척으로서 동작하고, 플라즈마의 유무에 관계 없이 웨이퍼를 착탈할 수 있다.
내부 히터(322), 중간 히터(321), 외부 히터(320)에는, 각각 독립으로 필터를 거쳐 전원이 접속되고, 전력이 공급되어 가열동작을 행하게 한다. 도면에서 는 외부 히터(320)에 대해서만 도시되어 있고, 전원(328)이 필터를 구성하는 코일(327)을 거쳐 기재(202)의 바깥 둘레부에 관통된 관통구멍 내의 절연부재제의 절연 파이프(324) 내에 삽입된 커넥터(323)에 의해 외부 히터(320)와 접속되어 있다.
기재(202)에는 웨이퍼(205)에 바이어스 전압을 인가하기 위한 고주파 전원(215)을 접속하고 있고, 플라즈마 중의 이온을 웨이퍼(205) 상면으로 인입하여 이방성 에칭을 행한다. 이때, 웨이퍼(205)에 입열을 수반하기 때문에, 이 입열에 따르는 웨이퍼(205)의 온도의 상승은 에칭형상에 크게 영향을 미친다. 따라서, 웨이퍼(205)는 냉각하기 위하여 시료대(103a) 또는 시료 탑재면의 중심에 관통구멍(330)을 설치하고 있고, 이 관통구멍(330)의 개구로부터 헬륨 등의 열전달 가스를 도입하고 있다. 이것에 의하여 웨이퍼(205)와 유전체막(217b) 사이의 열전달율을 확보하여 불필요한 웨이퍼의 온도 상승을 억제한다. 또한 본 실시예에서는 상세하게는 설명하지 않으나, 중심의 관통구멍(330)의 상부 개구로부터 도입한 헬륨가스가 웨이퍼(205) 바깥 둘레까지 압력 손실 출력을 적극 억제하면서 골고루 퍼지도록 유전체막(217b)의 상면의 가스가 확산되는 홈의 패턴을 최적화하고 있다.
처리 중의 웨이퍼(205)의 온도는, 본 실시예에서는 웨이퍼 온도 분포와 상관이 취해지는 것이 사전에 분명하게 되어 있는 기재(202)의 온도를 검지한 센서의 출력을 사용하여 검출하고 있다. 구체적으로는, 기재(202)의 내부 히터(322) 및 중간 히터(321), 외부 히터(320)의 아래쪽의 기재(202) 반경방향의 기설정된 위치에 배치한 구멍(334)을 설치하고, 시스 열전대(333)를 스프링(335)과 고정구(336)로 기재(202) 하면에 고정하고 있다. 도면에서는 중간 히터(321) 아래쪽의 것만을 나타내고 있다. 시스 열전대(333)를 온도센서로서 사용하는 경우에는, 선단의 접촉상태가 검지결과에 크게 영향을 미치나, 본 실시예에서는 스프링의 가세에 의해 안정화된 가압 하중으로 기재(202)의 부재에 접촉시키고 있기 때문에, 검지결과의 신뢰성은 높게 할 수 있다.
온도의 검지 결과는 제어장치(337)에 출력되고, 이 제어장치(337)에서 출력 에 의거하여 기재(202)의 온도값 또는 그 분포가 검출되고, 이 결과에 의거하여 제어장치(337)와 통신 가능하게 접속된 내부 히터(322), 중간 히터(321), 외부 히터(320)의 동작이나 가열량, 시간이 조절되고 있다. 또한, 온도를 검지하는 센서로서는 시즈 열전대(333) 이외에 백금 저항체나 형광 온도계, 방사 온도계를 이용할 수 있다. 또, 웨이퍼(205)의 이면 이물이 그다지 문제가 되지 않는 경우에는, 온도센서의 선단을 직접 웨이퍼(205) 이면에 접촉시켜 검지하여도 된다.
또한, 본 실시예의 도면에서는 히터의 급전부는 1개소만 기술하고 있으나, 실제로는 2개소 필요한 것은 물론이다. 또, 본 실시예에서는 히터에 대한 급전은 교류전원이어도 직류전원이어도 된다.
내부 히터(322), 중간 히터(321), 외부 히터(320)의 패턴은, 웨이퍼(205)의 면내 중에서 반경방향 또는 둘레방향의 온도의 값과 그 분포를 조절하고 싶은 영역에 배치하게 되나, 이 경우에도 용사에 의해 이들 막형상의 히터를 형성하는 것은 큰 이점이 있다. 즉, 용사로 히터 패턴을 형성하는 경우에는, 마스크에 패턴을 제작하여 두면 되기 때문에, 그 형상에 큰 제약은 없다. 또, 이에 의하여 예를 들면 히터의 급전구를 자유롭게 배치하기 쉽다는 효과도 기대할 수 있다. 이것에 대하 여, 예를 들면 시스 히터 등을 기재(202)에 매립하는 경우에는, 시트의 강성에 의하여 극단적으로 작은 곡율로 구부리는 것이 어렵기 때문에, 복잡한 히터 패턴을 형성하는 것은 현실적이지 않다. 또, 히터 패턴을 임의로 조절하는 경우에는, 히터의 길이에 의해 히터 저항이 변화하게 되나, 용사로 형성하는 경우에는 히터의 두께나 히터의 저항율을 조절함으로써, 히터 저항을 적정하게 할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 유전체막(217b) 내부에 배치한 동심형상의 막형상의 히터뿐만 아니라, 기재(202)의 상부에도 동심형상으로 다중으로 배치된 히터(329)를 구비하고 있어도 된다. 이 히터(329)는 기재(202) 내부의 냉매가 지나는 통로(203)의 상면과 기재(202)의 상면과의 사이에 배치되어 있고, 이 히터(329)에 의한 가열과 통로(203) 내를 통류하는 냉매에 의한 냉각을 적절하게 좋바하여 기재(202)의 온도의 값과 분포 및 그 응답성을 향상할 수 있다.
도 4 및 도 5를 이용하여, 본 실시예의 진공처리장치에 관한 처리의 흐름의 예를 나타낸다. 도 4는 도 2에 나타내는 실시예에 관한 플라즈마처리의 흐름을 나타내는 그래프이다. 본 도면에서는, 처리유닛(103) 내에서 행하여지는 웨이퍼(205)의 상면이 다른 종류의 또는 조성의 막을 웨이퍼(205)를 처리실 밖으로 반출하지 않고 연속적으로 처리하는 경우의 웨이퍼(205)(또는 시료 탑재면 상면)의 온도 및 기재(202) 표면의 온도의 변화를 나타내고 있다. 이와 같은 예의 전형으로서는, 도 4의 막(1)이 게이트용 막이고, 막(2)이 배선(메탈)용 막인 경우이다.
본 실시예의 냉매의 온도 조절기(105a, 105b)에서는 냉매는 각각 다른 온도로 조절되어 있다. 예를 들면 온도 조절기(105a)는 냉매의 온도를 20℃가 되도록 조절하고, 온도 조절기(105b)는 80℃가 되도록 조절되어 있다. 이들 온도의 차는, 시료대(103a)의 유전체막(217) 내에 배치된 외부 히터(320), 중간 히터(321), 내부 히터(322)의 동작에 의하여 이들 사이에서 형성할 수 있는 유전체막(217) 상면의 온도차의 최대값(ΔTh)보다 큰 값으로 되어 있다.
본 실시예에서는, 이들 히터에 의하여 실제의 처리에서 실현되는 유전체막(217)의 온도 차의 최대값(ΔTs)은, ΔTh보다 기설정된 값만큼 작은 것으로 되어 있다. 이 때문에, 본 실시예의 시료대(103a)에서 실현되는 유전체막(217) 상면의 온도 또는 웨이퍼(205)의 온도(Ts1)의 범위는, 온도 조절기(105a)에 의해 조절된 냉매가 공급되는 경우에는, 기재(202) 상면의 온도가 비열의 상대적인 크기로부터 냉매의 온도와 대략 같아지기 때문에, 온도 조절기(105a)로부터의 냉매의 온도(Tc1)보다 기설정된 값(δ)만큼 큰 값과 이것보다 ΔTs만큼 큰 값의 사이의 범위가 된다. 또, 온도 조절기(105b)에서 냉매가 공급되는 경우의 웨이퍼(205)의 온도(Ts2)는, 온도 조절기(105b)로부터의 냉매의 온도(Tc2)보다 기설정된 값(δ)만큼 큰 값과 이것보다 ΔTs만큼 큰 값의 사이의 범위가 된다.
본 실시예에서는, 이와 같은 온도 조절기(105a, 105b)에 의해 온도가 조절된 냉매의 공급[또는 히터(329)에 의한 가열]에 의하여 제공되는 시료대(103a)의 온도의 값 및 분포를 베이스로 하여, 외부 히터(320), 중간 히터(321), 내부 히터(322)의 동작을 시스 열전대(333) 등의 온도센서로부터의 검지결과를 사용하여 조절하여, 유전체막(217) 또는 웨이퍼(205) 상면의 온도의 값과 그 분포를 원하는 것으로 실현한다. 도 4에서는 제 1 막의 에칭처리인 막(1)처리에서는, 온도 조절기(105a) 로부터의 냉매를 기재(202) 내부에 공급하여, 기재(202) 표면의 온도를 Tc1로 조절하면서, 히터를 동작시켜 복수의 다른 유전체막(217)의 온도(Ts1)의 값과 그 분포를 형성하고 있다.
막 1처리가 종료된 후, 다른 종류 또는 조성의 막 2를 처리할 때에, 구해지는 웨이퍼(205) 온도의 최저값이 Ts1의 최대값보다 큰 경우에는, Tc1을 Tc2로 변환하기 위하여, 기재(202) 내의 통로(203)에 공급되는 냉매를 온도 조절기(105a)로부터의 것에서 온도 조절기(105b)의 것으로 변환한다. 이때에 유로 조절기(120)는, 기재(202)의 통로(203)로부터 배출된 냉매를 배출측의 유로(119)를 거쳐 온도 조절기(105a)로 되돌리도록 배출(리턴)측의 유로를 유지하면서, 공급측의 유로(119)를 통하여 통로(203)에 온도 조절기(105b)에서 공급된 80℃로 온도가 조절된 냉매를 공급하도록 공급측의 냉매의 유로를 변환한다. 그후, 유로 조절기(120)의 공급측의 냉매 출구로부터 리턴측의 냉매입구까지의 유로(119) 및 통로(203) 내의 냉매가 모두 온도 조절기(105b)로부터의 냉매로 교체되었다고 제어장치에 의해 판단된 경우에는, 유로조절기(120)는 통로(203)로부터 배출되어 유로(119)를 거쳐 되돌아가는 냉매를 온도 조절기(105b)로 되돌리도록 유로를 변환하여 온도 조절기(105b)와 기재(202) 내의 통로(203)와의 사이에서 냉매를 순환시킨다.
이와 같은 유로 조절기(120)의 변환 동작은, 미리 처리의 개시 전에 통신장치를 거쳐 얻어진 웨이퍼(205) 상의 막 종류, 조성이나 처리의 조건 및 진공처리장치(100)나 처리유닛(103)의 각 곳에 배치된 각 부의 동작을 검지하는 센서[시스 열전대(333)를 포함한다]로부터 검출된 정보에 의거하여 제어장치(337)로부터 발신된 지령에 의해 행하여진다. 또한, 이와 같은 변환을 실시함에 있어서, 각각의 온도 조절기(105a, 105b) 또는 유로 조절기(120)와 이들과의 사이에 기설정된 양의 냉매를 저류할 수 있는 저류부를 구비하여도 된다. 저류부가 저류할 수 있는 양은, 유로(119) 및 통로(203) 내부의 냉매량이 있으면 충분하다.
이것에 의하여, 기재(202) 표면의 온도가 Tc2로 변동하여 유지된다. 이후 외부 히터(320), 중간 히터(321), 내부 히터(322)의 동작에 의한 가열에 의해 웨이퍼(205)의 온도(Ts2)값과 온도 분포가 복수의 다른 단계의 각각에서 원하는 것으로 변화, 형성되어, 막 2의 처리가 행하여진다.
도 4에서는, 다른 종류, 조성막의 각각에서 기재(202)의 다른 온도값, 분포를 실현하기 위하여, 냉매를 각각 다른 온도로 설정하는 2개의 온도 조절기(105a, 105b)의 사이에서 공급, 순환을 변환하였으나, 도 5에서는 하나의 막 처리의 복수의 단계에서, 2개의 온도 조절기(105a, 105b) 사이에서 공급, 순환을 변환하는 예를 나타낸다. 도 5는 도 2에 나타내는 실시예에 관한 플라즈마처리의 흐름을 나타내는 그래프이다. 본 도면에서는 처리유닛(103) 내에서 행하여지는 웨이퍼(205) 상면의 임의의 막을 웨이퍼(205)를 처리실 밖으로 반출하지 않고 연속적으로 처리하는 경우의 웨이퍼(205)(또는 시료 탑재면 상면)의 온도 및 기재(202) 표면의 온도의 변화를 나타내고 있다.
이 도면에서, 처리 1, 처리 2가 임의의 막에 대하여 다른 조건으로 행하여지는 에칭처리를 나타낸다. 이들 처리의 전후에 있어서, 웨이퍼(205)의 온도의 천이가, 통로(203)에 공급, 순환되는 냉매의 변환과 유전체막(217) 내의 히터의 동작에 의해 행하여진다.
본 예에서는, 처리 1에서는 온도 조절기(105a)로부터 20℃로 조절된 냉매를 공급하면서 처리가 실시되고, 처리 2에서는 그 전에 온도 조절기(105b)로부터의 80℃로 조절된 냉매의 공급으로 변환되어 이것을 유지하면서 처리가 실시된다. 처리 1의 이전의 천이에서는, 기재(202)의 온도의 천이는 행하여지지 않고, 온도 조절기(105a)(TCU1)로부터의 냉매의 공급이 유지되면서, 내부 히터(322), 중간 히터(321), 외부 히터(320)의 동작에 의하여 유전체막(217) 또는 웨이퍼(205) 상면의 온도값과 분포가 형성된다. 한편, 처리 1의 다음 천이에서는, 도 4의 예에서 나타낸 유로 조절기(120)의 동작에 의한 통로(203)에의 냉매의 공급, 리턴(순환)의 변환이 행하여져, 냉매의 기재(202)에의 공급이 온도 조절기(105a)(TCU1)로부터의 것에서 온도 조절기(105b)(TCU2)의 것으로 변환되어, 기재(202) 표면의 온도의 천이가 행하여진다.
그 후, 처리 2에서, 온도 조절기(105b)(TCU2)로부터의 냉매의 공급이 유지되면서, 내부 히터(322), 중간 히터(321), 외부 히터(320)의 동작에 의해 유전체막(217) 또는 웨이퍼(205) 상면의 온도의 값과 분포가 형성된다. 처리 2의 다음에 다시 유로 조절기(120)의 동작에 의한 통로(203)에의 냉매의 공급, 리턴(순환)의 변환이 행하여져, 냉매의 기재(202)에 대한 공급이 온도 조절기(105b)(TCU2)로부터의 것에서 온도 조절기(105a)(TCU1)의 것으로 변환되어, 기재(202) 표면의 온도의 천이가 행하여진다.
유로가 변환되어 순환이 변환되는 냉매는 미리 온도가 조절되어 있기 때문 에, 티탄 등의 금속제로 열전달성이 큰 기재(202)의 온도를 단시간으로 변화, 천이시킬 수 있다. 이 때문에, 히터의 동작에 의해 유전체막(217) 상에 실현할 수 있는 온도차 이상으로 웨이퍼(205) 또는 유전체막(217)의 온도를 변화시킬 필요가 있는 경우는, 미리 상기 차로 조절된 다른 온도의 냉매의 순환으로 변환하여 기재(202)의 온도를 변화시켜 히터를 병용하여 처리를 행함으로써 처리의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 금속제의 기재(202) 온도의 냉매의 통로(203)에 의한 조절은 기재(202) 온도의 각 부분에서의 불균일이 상대적으로 작기 때문에, 웨이퍼(205)의 온도를 크게 변화시키는 경우에도 히터에 의한 가열, 온도의 불균일을 낮게 억제하여, 고정밀도로 웨이퍼(205)의 면내의 반경방향 또는 둘레방향의 온도값과 그 분포를 실현할 수 있어, 수율을 향상할 수 있다.
이상의 실시예에서는, 2개의 냉매의 온도 조절기(105a, 105b)를 사용하였으나, 2개 이상 구비하여도 된다. 또, 기재(202) 내의 냉매의 통로(203)에는 하나의 온도 조절기(105a)로부터의 냉매가 공급되어 있으나, 기재(202) 내에 2개 이상의 독립된 동심형상의 통로를 가지고, 각각에 다른 온도의 냉매를 순환시켜 기재(202)의 중앙, 바깥 둘레측에서 온도분포를 형성하여도 되고, 또한 내외 각각의 통로에 연결된 2개 이상의 온도 조절기와 유로 조절기를 구비하여 2개 이상의 온도 조절기로부터 냉매를 변환하여도 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 플라즈마처리장치를 구비한 진공처리장치의 구성의 개략을 나타내는 상면도,
도 2는 도 1에 나타내는 처리유닛의 구성의 개략을 나타내는 종단면도,
도 3은 도 2에 나타내는 시료대(103a)의 구성의 개략을 나타내는 종단면도,
도 4는 도 2에 나타내는 실시예에 관한 플라즈마처리의 흐름을 나타내는 그래프,
도 5는 도 2에 나타내는 실시예에 관한 플라즈마처리의 흐름을 나타내는 그래프이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 진공처리장치 101 : 대기측 블록
102 : 처리블록 103, 103', 104, 104' : 처리유닛
105a, 105b : 온도 조절기 106, 106', 106", 106"' : 베드
107 : 제어유닛 108 : 박스체
109 : 카세트대 111 : 위치 맞춤부
112 : 진공반송용기 113, 113' : 록실
119 : 유로 120 : 유로 조절기
201 : 처리실 202 : 기재
203 : 통로 204 : 시료대 링
205 : 웨이퍼 206 : 바닥면
207 : 마그네트론 208a, 208b : 도파관
209 : 유전체 창 210 : 가스 도입관
211 : 분산판 212, 218 : 용기벽

Claims (8)

  1. 진공용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상면에 탑재된 시료를 상기 처리실 내에 형성한 플라즈마를 사용하여 처리하는 플라즈마처리장치에 있어서,
    상기 시료대 내에 배치되어 내부를 냉매가 통류하는 통로와, 상기 시료대의 상면을 구성하는 유전체제(誘電體製)의 막 내에 배치되어 동심 상에 배치된 막형상의 히터와, 상기 통로를 통하여 순환되는 상기 냉매의 온도를 각각 다른 온도로 조절하는 복수의 온도 조절기와, 이들 복수의 온도 조절기로부터 공급되는 상기 냉매의 상기 통로를 통한 순환을 변환하는 제어장치를 구비하며,
    상기 시료 상에 배치된 다른 종류의 막을 처리하는 각각의 처리끼리의 사이의 시간에 순환이 변환되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체제의 막 내의 상기 막형상의 히터가 독립하여 그 가열이 조절되는 복수의 히터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 통로가 동심형상으로 배치된 복수의 독립된 통로를 가지고, 복수의 온도 조절기 및 이들 사이에서 상기 각각의 통로에 대한 냉매의 순환이 변환되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  4. 진공용기 내부의 처리실 내에 배치되어 그 상면을 구성하는 유전체제의 막 내에 배치되어 동심 상에 배치된 막형상의 히터를 가진 시료대 상면에 웨이퍼를 탑재하고, 상기 처리실 내에 형성된 플라즈마를 사용하여 상기 웨이퍼 상면의 막을 처리하는 플라즈마처리방법에 있어서,
    상기 시료대 내에 동심형상으로 배치된 통로를 통하여 순환되는 냉매의 온도를 각각 다른 온도로 조절 가능한 복수의 온도 조절기로부터 공급되는 상기 냉매의 상기 통로를 통과한 순환을 변환하여, 상기 막형상의 히터에 의해 상기 웨이퍼를 가열하면서 상기 막을 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    다른 종류의 막처리의 각각의 처리 사이에 상기 순환을 변환하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 유전체제의 막 내에서 복수의 동심형상으로 배치된 상기 막형상의 히터의 각각의 가열에 의해 상기 웨이퍼의 온도의 분포를 조절하면서 상기 웨이퍼를 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 통로는 동심형상으로 배치된 복수의 독립된 통로를 가지고, 복수의 온도 조절기 및 이들 사이에서 상기 각각의 통로에 대한 냉매의 순환이 변환되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  8. 삭제
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