KR101057319B1 - 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대, 플라즈마 처리 장치 및절연 피막의 성막 방법 - Google Patents
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Abstract
기대(基臺) 상면을 평탄하게 할 수 있고, 기대부와 정전 척부를 양호하게 고정할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대, 플라즈마 처리 장치 및 절연 피막의 성막 방법을 제공한다. 피처리 기판을 흡착하기 위한 정전 척부(8)와, 정전 척부(8)를 유지하는 기대(7)를 포함하고, 기대(7)는 높이가 높은 볼록부(72)와, 볼록부(72)의 주위에 볼록부(72)보다 소정 높이 낮은 위치에 외주면(71)을 갖고, 외주면(71) 상에 볼록부(72)와 외주면(71)과의 높이와 동일한 막 두께의 용사 피막(76)을 적층하여 볼록부(72)와 용사 피막(76)의 면이 연속하도록 평탄하게 형성하고, 절연성 부재(81, 83, 84)의 사이에 전극(82)을 배설하여 정전 척부(8)를 구성하고, 볼록부(72)의 상면과 용사 피막(76)의 면과의 경계를 덮도록 기대(7)에 접착제(9)로 정전 척부(8)를 고정한다.
Description
본 발명은, 플라즈마를 이용하여, 예를 들면, 에칭 처리, 성막 처리 등을 행하기 위하여 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판을 플라즈마 처리 장치 내에서 재치하는 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대, 플라즈마 처리 장치 및 절연 피막의 성막 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 장치의 제조 분야에서는, 반도체 장치의 미세한 회로 구조를 형성할 때에, 플라즈마 처리 장치에 의하여 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판에 플라즈마를 작용시켜, 에칭 처리 또는 성막 처리 등을 행하고 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 감압 분위기로 한 진공 챔버 내의 플라즈마 처리실에 피처리 기판을 배치하여 플라즈마 처리를 행함으로써, 진공 척에 의하여 피처리 기판을 흡착 유지하기가 곤란하다. 이 때문에, 피처리 기판을 흡착 유지하기 위한 기구로서 정전 척이 이용되고 있다. 정전 척은, 세라믹스 등의 절연성 부재의 사이에, 텅스텐 등으로 이루어진 정전 척용 전극을 배설(配設)하여 구성되 어 있으며, 정전 척용 전극에 직류 전압을 인가하여 쿨롱힘 등에 의하여 피처리 기판을 흡착 유지한다.
또한, 플라즈마 처리 장치에서는, 피처리 기판이 재치되는 기판 재치대가 하부 전극을 겸비하고 있으며, 기판 재치대의 기대부는 알루미늄 등의 도전성 금속 등으로 구성할 필요가 있다. 이 때문에, 기판 재치대로서, 예를 들면 일본특허공개공보 2004-47653호(특허 문헌 1)에 기재되어 있는 바와 같이, 알루미늄 등으로 구성된 기대부에, 별개로 구성된 정전 척부의 세라믹스 등으로 이루어진 절연성 부재를, 접착제로 접착하여 구성된 것이 알려져 있다.
기판 재치대는, 알루미늄 등으로 구성된 기대부 상에 세라믹스 등으로 이루어진 정전 척부를 고착하여 구성된다. 기대부는 부식성이 높은 프로세스 가스에 노출되지 않도록, 그 표면에 절연 피막이 형성되고, 절연 피막 상에 정전 척부가 고착된다. 절연 피막의 단부(端部)가 프로세스 가스에 노출되지 않도록, 특허 문헌 1에서는 홈 등의 공극부를 설치하고, 절연 피막의 단부를 공극부에 접촉시키고, 이 공극부에 헬륨 가스를 공급하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개공보 2004-47653호
그러나, 기대에 홈 등의 공극부를 설치하면 구조가 복잡해질 뿐만 아니라, 두께가 다른 부분이 생기므로, 온도 또는 고주파가 균일해지도록 제어하기가 곤란해진다. 또한, 기대 상에 정전 척부를 고착하기 위해서는, 기대 상면을 가능한 한 평탄하게 할 필요가 있으나, 두께에 불균일함 등이 있어서 평탄하지 않은 경우에는, 고착하기 위한 접착재의 두께에 의하여 두께의 불균일함을 흡수할 필요가 있었다.
여기서, 본 발명의 목적은, 기대 상면을 평탄하게 할 수 있고, 기대부와 정전 척부를 양호하게 고정할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대, 플라즈마 처리 장치 및 절연 피막의 성막 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대로서, 제 1 면, 제 1 면의 주위에 소정 높이 낮은 위치에 제 2 면 및 막 두께가 소정 높이와 동일하고, 제 1 면과 연속하도록 제 2 면 상에 형성되는 절연 피막으로 상면을 구성하는 기대(基臺)와, 기대의 상면에 고정되어 피처리 기판을 유지하는 정전 척부를 구비한다.
제 1 면과 연속하도록, 높이가 낮은 제 2 면에 절연 피막을 형성함으로써, 기대 상면을 평탄하게 형성할 수 있으므로, 정전 척의 고정 상태를 양호하게할 수 있다.
바람직하게는, 기대의 제 1 면과, 제 2 면과의 경계에 형성되는 경사면을 포 함한다. 경사면 상에 절연 피막을 형성함으로써, 절연 피막의 단부가 벗겨지기 어렵게 할 수 있다.
바람직하게는, 절연 피막은 세라믹스막이다.
본 발명의 다른 국면은, 플라즈마 처리 장치로서, 상기 중 어느 한 곳에 기재된 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대를 구비한다.
본 발명의 또 다른 국면은, 기대의 제 1 면과, 제 1 면보다 소정 높이 낮은 위치에 기대의 제 2 면을 갖고, 막 두께가 소정 높이와 동일하고, 제 1 면과 연속하도록 제 2 면 상에 형성되는 절연 피막을 성막하는 방법으로서, 면 상에 절연 피막을 용사(thermal spraying)하는 공정과, 면 상의 제 1 면보다 위에 위치하는 절연 피막을 제거함으로써, 절연 피막의 막 두께를 소정 높이와 일치시키는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 제 1 면과 제 2 면과의 사이에 경사면을 형성하는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 제 1 면의 주위에 제 2 면을 가지고 있으며, 제 1 면의 주연부를 제외하고, 마스킹 부재로 마스킹하는 공정을 포함하고, 절연 피막을 용사하는 공정은, 마스킹 부재 상을 제외하고 절연 피막을 용사한다.
바람직하게는, 제 1 면 상의 주연부와, 제 2 면과 경사면을 조면화(粗面化)하는 공정을 포함한다. 조면화함으로써, 용사 피막의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 기대의 제 1 면보다 소정 높이 낮은 위치에 제 2 면을 형 성하고, 막 두께가 소정 높이와 동일하고, 제 1 면과 연속하도록 제 2 면 상에 절연 피막을 형성하여 기대의 상면을 구성하였으므로, 기대의 상면을 평탄하게 할 수 있고, 기대의 상면에 피처리 기판을 유지하는 정전 척부를 양호하게 고정할 수 있다. 또한, 기대 상면에 절연막을 형성하므로, 부식성이 높은 프로세스 가스에 노출되는 경우는 없다. 또한, 기대 상면을 평탄하게 함으로써, 온도, 고주파의 분포가 균일해지도록 제어하는 것이 용이해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 플라즈마 처리 장치를 도시한 종단면도이다. 도 1에서, 플라즈마 처리 장치(1)는, 상부가 개구된 바닥이 있는 원통 형상의 처리 용기(2)를 포함한다. 처리 용기(2)는 피처리 기판의 일례의 반도체 웨이퍼(W)를 출입 가능하게 수납하기 위한 것이며, 접지되어 있다. 처리 용기(2)의 저부에는, 반도체 웨이퍼(W)를 재치하기 위한 기판 재치대가 되는 서셉터(3)가 설치되어 있다. 서셉터(3)는 기대부(7)와 정전 척부(8)를 포함한다. 정전 척부(8)는 정전기에 의하여 반도체 웨이퍼(W)를 흡착한다. 서셉터(3)에는 처리 용기(2)의 외부에 설치된 교류 전원(4)으로부터 바이어스용의 고주파 전력이 공급된다.
처리 용기(2)의 저부(底部)에는, 진공 펌프 등의 배기 장치(11)에 의하여 처리 용기(2) 내의 공기를 배기하기 위한 배기관(12)이 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(2)의 측벽(5)에는, 도시하지 않은 처리 가스 공급원으로부터의 처리 가스를 공급하기 위한 가스 도입부(13)가 설치되어 있다.
처리 용기(2)의 상부 개구에는, 기밀성을 확보하기 위한 씰재(14)를 거쳐, 예를 들면, 석영 등의 원형의 유전체로 이루어진 천판(20)이 서셉터(3)에 대향하도록 지지되어 있다. 석영을 대신하여 다른 유전체를 사용해도 좋다. 천판(20)에 의하여 처리 용기(2) 내에 처리 공간(S)이 형성된다. 천판(20)은 평면 형태가 원형이다.
천판(20)은 마이크로파가 공급됨으로써 그 하면에 플라즈마를 발생한다. 천판(20)의 상방에는 원판 형상의 슬롯 안테나(30)가 설치되어 있으며, 슬롯 안테나(30)의 상면에는 지파판(31)과, 지파판(31)을 덮는 안테나 커버(32)가 설치되어 있다. 슬롯 안테나(30)는 도전성을 갖는 재질, 예를 들면, Ag, Au 등이 도금된 구리의 얇은 원판으로 이루어지고, 다수의 슬롯(33)이 소용돌이 형상 또는 동심원 형상으로 정렬되어 형성되어 있다.
안테나 커버(32)에는 동축 도파관(35)이 접속되어 있으며, 동축 도파관(35)은 내측 도체(35a)와 외관(外管)(35b)에 의하여 구성되어 있다. 내측 도체(35a)는 슬롯 안테나(30)와 접속되어 있다. 내측 도체(35a)의 슬롯 안테나(30)측은 원추 형태를 가져서, 효율적으로 슬롯 안테나(30)에 대해 마이크로파를 전파한다. 동축 도파관(35)은 마이크로파 공급 장치(36)에서 발생시킨, 예를 들면, 2.45 GHz의 마이크로파를 부하 정합기(37), 동축 도파관(35), 지파판(31), 슬롯 안테나(30)를 거쳐 천판(20)으로 전파시킨다. 그리고, 그 에너지에 의하여 천판(20)의 하면에 전계가 형성되고, 가스 도입부(13)에 의하여 처리 용기(2) 내로 공급된 처리 가스를 플라즈마화하여, 서셉터(3) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 소정의 플라즈마 처리, 예를 들면, 성막 처리 또는 에칭 처리 등이 행하여진다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리할 때에는, 처리 용기(2) 내의 서셉터(3) 상의 정전 척(8)에 의하여 반도체 웨이퍼(W)를 흡착하고, 가스 도입부(13)로부터 소정의 처리 가스를 처리 용기(2) 내로 공급하면서, 배기관(12)으로부터 배기함으로써, 처리 공간(S) 내를 소정의 압력으로 한다. 그리고, 교류 전원(4)에 의하여 반도체 웨이퍼(W)로 바이어스 고주파를 인가하고, 또한, 마이크로파 공급 장치(36)에 의하여 마이크로파를 발생시켜, 천판(20)을 거쳐 마이크로파를 처리 용기(2) 내로 도입하여 천판(20)의 하부에 전계를 발생시킨다. 그러면, 처리 공간(S) 내의 처리 가스가 플라즈마화되어, 처리 가스의 종류 등을 선택함으로써, 반도체 웨이퍼(W)에 대해 소정의 플라즈마 처리, 예를 들면, 에칭 처리, 애싱 처리, 성막 처리 등의 각종 플라즈마 처리를 실시할 수 있다.
도 2a 내지 2e는, 도 1에 도시한 서셉터(3)에 포함되는 기대부(7)와 정전 척(8)의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예의 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대는, 기대부(7)와 정전 척부(8)를 포함한다. 기대부(7)는 제 1 면이 되는 원형의 볼록부(72), 볼록부(72)의 주위의 소정 높이 낮은 위치에 제 2 면이 되는 외주면(71) 및 볼록부(72)와 연속하도록 외주면(71) 상에 형성되는 절연 피막이 되는 용사 피막(76)으로 상면이 구성되어 있으며, 이 기대부(7)의 상면에 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 정전 척부(8)가 고정된다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 2a에 도시한 바와 같이, 기대부(7)는 알루미늄 냉각판으로 구성되어 있으며, 외형 형태는 원판 형상이다. 기대부(7)에는 중앙 에 비교적 높이가 높은 원형의 볼록부(72)가 형성되어 있으며, 볼록부(72)의 주위에 볼록부(72)보다 소정 높이 낮은 위치에 외주면(71)이 형성되어 있다. 볼록부(72)는 최종 마무리 공정에서 기대부(7)의 상면을 평탄한 면으로 한 때에 제거되는 부분으로 하기 위하여 형성된다. 기대부(7)의 외주면(71)으로부터 볼록부(72)에 걸쳐 완만한 경사면(73)이 형성되어 있으며, 볼록부(72)의 중앙부 상에는 주위보다 함몰된 평탄부(74)가 형성되어 있다. 기대부(7)의 이러한 형태는 원형의 알루미늄판을 절삭 가공함으로써 얻을 수 있다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 기대부(7)의 외주면(71) 상과 볼록부(72) 상의 주연부를 블라스트 처리하여 조면화한다. 도 2c에 도시한 바와 같이, 조면화한 외주면(71) 상 및 볼록부(72)의 주연부 상을 제외하고, 평탄부(74) 상과 볼록부(72) 상을 마스크 부재(75)에 의하여 마스킹한다. 그리고, 조면화한 외주면(71) 상 및 볼록부(72)의 주연부 상에 용사 피막(76)을 형성한다. 용사 피막(76)은 볼록부(72)의 높이와 외주면(71)의 높이와의 차이에 상당하는 두께로 적층되고, 예를 들면, 저(低)저항 세라믹스막 등이며, 막 두께는 예를 들면 350 ㎛로 선택된다.
도 2c에 도시한 마스크 부재(75)를 제거한 후, 용사 피막(76)과 볼록부(72)를 연마하여 선 C - C보다 윗 부분을 제거하고, 도 2d에 도시한 바와 같이, 기대부(7)의 볼록부(72)의 상면과 용사 피막(76)의 상면이 연속하도록 평탄부(74)로 마무리한다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 평탄부(74) 상에 접착제(9)를 도포하고, 그 위에 정전 척부(8)를 재치하고, 정전 척부(8)를 기대부(7) 상에 고정한다. 정전 척부(8) 는, 예를 들면, 일본특허공개공보 2006-60040호에 기재되어 있는 것을 사용한다. 즉, 절연성 기판(81) 상에 전극이 되는 금속막(82)을 형성하고, 이 금속막(82)을 덮는 저(低)저항 세라믹스 용사 피막(83)을 형성하고, 그 위에 상면이 정전 흡착면이 되는 고(高)저항 세라믹스 용사 피막(84)을 적층하여 정전 척부(8)를 형성한다.
정전 척부(8)는, 그 밖에도 2 매의 기판 사이에 전극을 개재하여, 프레스 가공에 의하여 일체화한 것이어도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기대부(7)의 상부의 외주면(71)과 경사면(73)을 조면화하고, 그 위에 용사 피막(76)을 형성함으로써, 평탄한 기대(7)를 형성할 수 있다. 또한, 용사 피막(76)의 단부가 노출될 일이 없으므로, 용사 피막(76)이 외주면(71) 또는 경사면(73)으로부터 벗겨지기 어렵게 할 수 있다. 또한, 용사 피막(76)과 평탄부(74)와의 경계 부근을 덮도록 정전 척부(8)를 접착제(9)로 고정하였으므로, 용사 피막(76)과 평탄부(74)와의 경계 부근이 플라즈마 처리 중에 부식성이 높은 불소 래디컬 등을 포함하는 처리 가스와 접촉할 일이 없으므로, 용사 피막(76)을 더욱 벗기기 어렵게 할 수 있다.
또한, 외주면(71)으로부터 볼록부(72)에 걸쳐 경사면(73)을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 수직면이어도 좋다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 도시한 실시예의 것에 한정되지 않는다. 도시된 실시예에 대하여, 본 발명과 동일한 범위 내에서, 또는 균등 범위 내에서 다양한 수정 또는 변형을 가할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대는, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에서 반도체 웨이퍼 기판을 재치하는데에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 플라즈마 처리 장치를 도시한 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 서셉터(3)에 포함되는 기대부(7)와 정전 척(8)의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
*부호의 설명*
1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 처리 용기
3 : 서셉터
4 : 교류 전원
7 : 기대부
8 : 정전 척부
9 : 접착제
11 : 배기 장치
12 : 배기관
13 : 가스 도입부
30 : 슬롯 안테나
31 : 지파판
33 : 슬롯
35 : 동축 도파관
36 : 마이크로 공급 장치
71 : 외주면
72 : 볼록부
73 : 경사면
74 : 평탄부
75 : 마스크 부재
76 : 용사 피막
81 : 절연성 기판
82 : 금속막
83 : 저저항 세라믹스 용사 피막
84 : 고저항 세라믹스 용사 피막
Claims (8)
- 제 1 면, 상기 제 1 면의 주위에 소정 높이 낮은 위치에 제 2 면 및 막 두께가 상기 소정 높이와 동일하고, 상기 제 2 면 상에 형성되는 절연 피막을 포함하는 기대(基臺)와,피처리 기판을 유지하는 정전 척부를 구비하되,상기 기대의 제 1 면과 상기 절연 피막의 상면은, 상기 기대의 연속하는 상면을 형성하고, 상기 정전 척부는 상기 기대의 연속하는 상면에 고정되는 것인 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대.
- 제 1 항에 있어서,상기 기대의 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 경계에 형성되는 경사면을 포함하는 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 절연 피막은 세라믹스막인 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 플라즈마 처리 장치용 기판 재치대를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 기대(基臺)의 제 1 면과, 상기 제 1 면보다 소정 높이 낮은 위치에 상기 기대의 제 2 면을 갖고,막 두께가 상기 소정 높이와 동일하고, 상기 제 1 면과 연속하도록 상기 제 2 면 상에 형성되는 절연 피막을 성막하는 방법으로서,상기 면 상에 상기 절연 피막을 용사(thermal spraying)하는 공정과,상기 면 상의 상기 제 1 면보다 위에 위치하는 절연 피막을 제거함으로써, 상기 절연 피막의 막 두께를 상기 소정 높이와 일치시키는 공정을 포함하는 절연 피막의 성막 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 사이에 경사면을 형성하는 공정을 포함하는 절연 피막의 성막 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 면은, 상기 제 1 면의 주위에 가지고 있으며,상기 제 1 면의 주연부를 제외하고, 상기 제 1 면 상에 마스킹 부재로 마스킹하는 공정을 포함하고,상기 절연 피막을 용사하는 공정은, 상기 마스킹 부재 상을 제외하고 상기 절연 피막을 용사하는 절연 피막의 성막 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 면 상의 주연부와, 상기 제 2 면과 상기 경사면을 조면화(粗面化) 하는 공정을 포함하는 절연 피막의 성막 방법.
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