KR101187544B1 - 탑재대 구조물 및 플라즈마 성막장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

처리용기내의 탈기 처리를 충분히 실행해서 고진공으로 할 수 있는 동시에, 고온에 견딜 수 있는 탑재대 구조물을 제공한다. 피처리체 W에 대해 금속을 포함하는 박막을 형성하기 위해 피처리체를 탑재하는 탑재대 구조물(32)에 있어서, 내부에 척용 전극(34)과 가열 히터(36)가 매립된 세라믹제의 탑재대(38)와, 탑재대의 주변부의 하면에 접속된 금속제의 플랜지부(100)와, 플랜지부와 나사(126)에 의해 접합 되고, 또한, 내부에 냉매를 흘리기 위한 냉매통로(40)가 형성된 금속제의 기대부(42)와, 플랜지부와 기대부의 사이에 개재된 금속 시일 부재(130)를 구비한다.

Description

탑재대 구조물 및 플라즈마 성막장치{MOUNTING TABLE STRUCTURE AND PLASMA FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대해 금속을 포함하는 박막을 플라즈마를 이용해서 형성하는 플라즈마 성막장치 및 이것에 이용하는 탑재대 구조물에 따른 것이다．
일반적으로, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼에 성막 처리나 패턴 에칭 처리 등의 각종 처리를 반복 실행해서 원하는 디바이스를 제조하지만, 반도체 디바이스가 한층의 고집적화 및 고미세화의 요청으로부터, 선폭이나 홀 직경이 점점 미세화되고 있다. 그리고, 배선 재료나 매립 재료로서 종래에는 주로 알루미늄 합금이 이용되고 있었지만, 최근에는 선폭이나 홀 직경이 점점 미세화되고, 또한 동작 속도의 고속화가 요망되고 있기 때문에 텅스텐(W)이나 구리(Cu) 등도 이용되는 경향에 있다.
상기와 같이, Al, W, Cu 등의 금속재료를 배선 재료나 콘택트를 위한 홀의 매립 재료로서 이용하는 경우에는, 예를 들면, 실리콘 산화막(SiO2) 등의 절연재료와 상기 금속재료의 사이에서, 예를 들면, 실리콘의 확산이 생기는 것을 방지하거나, 막의 밀착성을 향상시킬 목적으로, 상기 절연층이나 하층의 도전층과의 사이의 경계부분에 배리어층을 개재시키는 것이 실행되고 있으며, 이 배리어층으로서는 Ta막, TaN막, Ti막, TiN막 등이 널리 알려져 있다. 그리고, 상기 Cu, Ti, Ta 등의 금속을 포함하는 박막의 형성은 일반적으로는 플라즈마 성막장치를 이용해서 플라즈마 스퍼터법에 의해 실행된다(예를 들면, 특허문헌 1 또는 2).
이 플라즈마 성막 장치에서는, 예를 들면, 진공배기 가능한 처리용기내에, 척(chuck)용 전극과 가열 히터를 내장하는 탑재대가 마련되어 있고, 이 탑재대상에 반도체 웨이퍼를 탑재해서 이것을 척용 전극에 인가한 고전압에 의해 발생하는 정전기력으로 흡착 유지하고, 이 상태에서 플라즈마에 의해 금속 타겟으로부터 발생한 금속 이온을 고주파의 바이어스 전력에 의해서 탑재대측으로 끌어당기는 것에 의해서 상기 반도체 웨이퍼상에, 예를 들면, 금속의 박막을 형성하도록 되어 있다. 그리고, 상기 탑재대에는 상기한 가열 히터와 냉각 자켓이 마련되어 있고, 상기 플라즈마측으로부터 반도체 웨이퍼에 대해 공급되는 열량의 대소에 따라 상기 가열 히터와 냉각 자켓을 각각 조정하고, 반도체 웨이퍼가 항상 성막에 최적의 온도를 유지하도록 제어된다.
예컨대, 도 10에 도시된 종래의 탑재대를 참조하면, 탑재대(2)는 냉각 자켓(4)을 갖는 금속제의 기대부(基臺部)(6)와, 이 기대부(6)상에 설치되는 얇은 세라믹 히터(8)로 이루어지고, 이 세라믹 히터(8)내에 척용 전극(10)과 가열 히터(12)가 매립되어 있으며, 이 위에 반도체 웨이퍼 W를 탑재해서 정전기력에 의해 흡착 유지한다. 그리고, 상기 세라믹 히터(8)는 상기 기대부(6)의 상면에 접착제(14)에 의해 강고하게 부착되어 있다.
(특허문헌 1) 일본 특허 공개 공보 제2001-250816호
(특허문헌 2) 일본 특허 공개 공보 제2007-214387호
그런데, 상술한 바와 같은 장치예에 있어서는 설계 기준이 그다지 엄격하지 않은 종래에 있어서는 특별히 문제는 생기지 않았지만, 미세화 및 고집적화가 더욱 진행해서 설계기준이 더욱 엄격해지면, 형성되는 금속막에 대한 품질 내지 특성에 대해서도 더욱 높은 것이 요구된다. 예를 들면, 성막되는 금속막에 대해서는 이종(異種)의 금속이나 원소가 혼입되는 오염을 방지하기 위해, 처리용기내의 표면이나 내부 구조물의 표면 등에 부착되어 있는 불순물을, 성막 처리에 앞서 처리용기내를 고진공으로 진공배기하는 것에 의해서 아웃 가스로서 배출하도록 하고 있지만, 상기 접착제(14)로부터는 항상 실리콘 화합물인 실록산 등의 불순물 가스가 아웃 가스로서 탈기하고 있으므로, 처리용기내를 고진공상태로 할 수 없고, 따라서, 처리용기내를 청정한 상태로 하는 것이 곤란하였다.
또한, 상술한 바와 같이 박막의 품질이나 특성을 높이기 위해, 예를 들면, 400℃ 정도의 높은 프로세스 온도하에서 성막 처리를 실행하는 것도 요청되지만, 상기 접착제의 내열온도는, 예를 들면, 80℃ 정도로 상당히 낮으므로, 이 접착제를 이용할 수 없다고 하는 문제도 있었다.
또한, 탑재대의 상면에, 용사에 의해서 척 전극이나 가열 히터를 매립하도록 한 탑재대 구조물도 알려져 있기는 하지만, 이 경우에도, 이 용사 부분의 내열온도는 기껏해야 80℃ 정도이어서, 상술한 바와 같은 고온에 견딜 수는 없었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 처리용기내의 탈기 처리를 충분히 실행해서 고진공으로 할 수 있는 동시에, 고온에 견딜 수 있는 탑재대 구조물 및 플라즈마 성막장치를 제공하는 것에 있다.
청구항 1에 따른 발명은 피처리체에 대해 금속을 포함하는 박막을 형성하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대 구조물에 있어서, 내부에 척용 전극과 가열 히터가 매립된 세라믹제의 탑재대와, 상기 탑재대의 주변부의 하면에 접속된 금속제의 플랜지부와, 상기 플랜지부와 나사에 의해 접합되는 동시에 내부에 냉매를 흘리기 위한 냉매통로가 형성된 금속제의 기대부와, 상기 플랜지부와 상기 기대부의 사이에 개재된 금속 시일 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 탑재대 구조물이다.
이와 같이, 금속을 포함하는 박막을 형성하기 위한 피처리체를 탑재하는 탑재대 구조물를, 내부에 척용 전극과 가열 히터가 매립된 세라믹제의 탑재대와, 탑재대의 주변부의 하면에 접속된 금속제의 플랜지부와, 플랜지부와 나사에 의해 접합되는 동시에 내부에 냉매를 흘리기 위한 냉매통로가 형성된 금속제의 기대부와, 플랜지부와 기대부의 사이에 개재된 금속 시일 부재에 의해 구성하도록 했으므로, 처리용기내의 탈기 처리를 충분히 실행해서 고진공으로 할 수 있는 동시에, 고온에 견딜 수 있는 것이 가능하게 된다.
청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 플랜지부가 상기 탑재대의 하면에서 아래쪽으로 연장하여 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명은 청구항 2의 발명에 있어서, 상기 기대부가 원판형상의 베이스판과, 상기 베이스판상에서 상기 플랜지부의 내측에 마련되고 내부에 상기 냉매통로가 형성된 냉각 자켓부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명은 청구항 3의 발명에 있어서, 상기 냉각 자켓부가 수평방향을 따라 상하로 2분할된 2개의 블록체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 발명은 청구항 4의 발명에 있어서, 상기 2개의 블록체 중, 위쪽에 위치하는 상부 블럭체는 아래쪽에 위치하는 하부 블럭체측으로부터 탄성 부재에 의해 위쪽으로 힘이 가해지고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 6의 발명은 청구항 5의 발명에 있어서, 상기 탄성 부재에는 단열재료로 이루어지는 밀어 올림 핀이 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 7의 발명은 청구항 5의 발명에 있어서, 상기 상부 블럭체와 상기 하부 블럭체의 대향면에는 서로 끼워 맞춰지는 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 8의 발명은 청구항 7의 발명에 있어서, 상기 상부 블럭체와 상기 하부 블럭체의 대향면간의 간극은 열전달을 완화하기 위한 기체 열전도 완화층으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9의 발명은 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항의 발명에 있어서, 상기 탑재대는 중공형상으로 이루어진 금속제의 지주에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 10의 발명은 청구항 9의 발명에 있어서, 상기 지주내에는 상기 냉매통로에 접속된 냉매관이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 11의 발명은 청구항 9의 발명에 있어서, 상기 기대부의 중앙부에는 상기 중공형상의 지주내에 연통되는 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 12의 발명은 청구항 11의 발명에 있어서, 상기 지주내 및 관통구멍내에는 상기 척용 전극에 접속되는 전극 라인, 상기 가열 히터에 접속되는 급전 라인, 상기 탑재대의 온도를 측정하는 열전쌍 라인 및 상기 탑재대의 상면과 상기 피처리체의 하면의 사이에 기체를 공급하는 이면 가스 라인 중의 적어도 하나의 라인이 삽입 통과하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 13의 발명은 청구항 12의 발명에 있어서, 상기 전극 라인은 도전성 재료인 금속 파이프로 이루어지고, 상기 금속 파이프는 상기 이면 가스 라인으로서 겸용되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 14의 발명은 청구항 12의 발명에 있어서, 상기 탑재대의 하면의 중앙부에는 절연재료로 이루어지는 중공형상의 캡부가 접합되어 있고, 상기 캡부 내에 상기 전극 라인의 상단부가 삽입 통과하고, 또한, 상기 캡부의 외측에 상기 급전 라인의 상단부 및 상기 열전쌍 라인의 상단부가 위치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 15에 따른 발명은 피처리체에 대해 금속을 포함하는 박막을 형성하는 플라즈마 성막장치에 있어서, 진공배기 가능한 처리용기와, 피처리체를 탑재하기 위해서 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항에 기재된 탑재대 구조물와, 상기 처리용기내에 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리용기내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생원과, 상기 금속을 포함하는 금속 타겟과, 상기 금속 타겟에 상기 가스의 이온을 끌어 당기기 위한 전압을 공급하는 타겟 전원과, 상기 탑재대 구조물의 척 전극에 대해 바이어스 전력을 공급하는 바이어스 전원과, 상기 탑재대 구조물의 척 전극에 대해 척용의 전압을 인가하는 척용 전원을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 탑재대 구조물 및 플라즈마 처리장치에 따르면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
금속을 포함하는 박막을 형성하기 위한 피처리체를 탑재하는 탑재대 구조물을, 내부에 척용 전극과 가열 히터가 매립된 세라믹제의 탑재대와, 탑재대 주변부의 하면에 접속된 금속제의 플랜지부와, 플랜지부와 나사에 의해 접합되는 동시에 내부에 냉매를 흘리기 위한 냉매통로가 형성된 금속제의 기대부와, 플랜지부와 기대부의 사이에 개재된 금속 시일 부재에 의해 구성하도록 했으므로, 처리용기내의 탈기 처리를 충분히 실행해서 고진공으로 할 수 있는 동시에, 고온에 견딜 수 있다.
도 1은 본 발명의 탑재대 구조물을 갖는 플라즈마 성막장치의 일 예를 나타내는 단면도.
도 2는 탑재대 구조물의 제 1 실시예의 주요부를 나타내는 확대 단면도.
도 3은 탑재대 구조물의 제 1 실시예의 주요부를 나타내는 조립 분해도.
도 4는 도 3 중의 Ａ부를 나타내는 부분 단면도.
도 5는 탑재대의 요철부의 단면형상의 변형예를 나타내는 도면.
도 6은 탑재대 구조물의 탑재대의 가열 후의 경과 시간과 온도의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 탑재대 구조물의 제 2 실시예의 주요부를 나타내는 확대 단면도.
도 8은 본 발명의 탑재대 구조물의 제 3 실시예의 주요부를 나타내는 확대 단면도.
도 9는 면(沿面) 방전의 전압과 면 방전의 거리의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 종래의 탑재대 구조물을 나타내는 개략도.
이하에, 본 발명에 따른 탑재대 구조물 및 플라즈마 성막장치의 일실시형태를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 기술한다.
도 1은 본 발명의 탑재대 구조물을 갖는 플라즈마 성막장치의 일예를 나타내는 단면도, 도 2는 탑재대 구조물의 제 1 실시예의 주요부를 나타내는 확대 단면도, 도 3은 탑재대 구조물의 제 1 실시예의 주요부를 나타내는 조립 분해도, 도 4는 도 3 중의 Ａ부를 나타내는 부분 단면도이다. 여기서는 플라즈마 성막장치로서 ICP(Inductively Coupled)형 플라즈마 스퍼터 장치를 예로 들어 설명한다.
우선, 이 플라즈마 성막장치(20)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 알루미늄 등에 의해 통체형상으로 성형된 처리용기(22)를 갖고 있다. 이 처리용기(22)는 접지되며, 이 바닥부(24)에는 배기구(26)가 마련되고, 압력 조정을 실행하는 스로틀(throttle) 밸브(28)를 거쳐서 진공펌프(30)에 의해 진공배기 가능하게 되어 있다.
이 처리용기(22)내에는 그 위에 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W를 탑재하기 위해 본 발명에 따른 탑재대 구조물(32)가 마련된다. 이 탑재대 구조물(32)는 내부에 척용 전극(34)과 가열 히터(36)가 매립된 세라믹제의 탑재대(38)와, 이 탑재대(38)를 지지하고 냉매를 흘리기 위한 냉매통로(40)가 내부에 형성된 금속제의 기대부(42)에 의해서 주로 구성되어 있다. 이 탑재대 구조물(32)의 상세에 대해서는 후술한다.
이 기대부(42)는 그의 하면의 중심부에서 아래쪽으로 연장하는 중공형상으로 이루어진 지주(44)에 의해 지지되어 있고, 지주(44)의 하부는 상기 용기 바닥부(24)를 관통하고 있다. 이 지주(44)는 금속, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 등에 의해 형성되어 있다. 그리고, 지주(44)는 도시하지 않은 승강 기구에 의해 상하 이동 가능하게 이루어져 있으며, 상기 탑재대 구조물(32) 자체를 승강할 수 있도록 되어 있다. 상기 지주(44)를 둘러싸도록 해서 신축 가능하게 이루어진 주름상자형상의 금속 벨로우즈(46)가 마련되어 있고, 금속 벨로우즈(46)는 그의 상단이 상기 기대부(42)의 하면에 기밀하게 접합되고, 또 하단이 상기 용기바닥부(24)의 상면에 기밀하게 접합되어 있으며, 처리용기(22)내의 기밀성을 유지하면서 상기 탑재대 구조물(32)의 전체의 승강 이동을 허용할 수 있도록 되어 있다.
또, 용기 바닥부(24)에는 이것으로부터 위쪽을 향해, 예를 들면, 3개(도시 예에서는 2개만 기재함)의 지지 핀(48)이 기립하여 마련되어 있고, 또한, 이 지지 핀(48)에 대응하여 상하이동 가능하게 이루어진 리프터 핀(50)이 상기 탑재대 구조(32)에 마련되어 있다. 따라서, 상기 탑재대 구조물(32)를 하강시켰을 때에, 상기 지지 핀(48)이 리프터 핀(50)을 밀어 올려서 그 상단을 탑재대(38)의 상면으로부터 위쪽으로 돌출시키고, 이 리프터 핀(50)의 상단부로부터 반도체 웨이퍼 W를 이 반도체 웨이퍼 W를 외부에서 들어오는 반송 아암(도시하지 않음) 건네 받아 탑재 이송할 수 있도록 되어 있다. 이를 위해, 처리용기(22)의 하부 측벽에는 반출입구(52)가 마련되고, 또한 이 반출입구(52)에는 반송 아암을 출입시키기 위해 개폐 가능하게 이루어진 게이트밸브(54)가 마련되어 있고, 이 게이트밸브(54)의 반대측에는, 예를 들면, 진공으로 이루어진 반송실(55)이 연결되어 있다.
또, 상기 탑재대(38)에 마련한 상기 척용 전극(34)에는 지주(44)내에 삽입 통과된 전극 라인(56)을 거쳐서 고압 직류의 척용 전원(58) 및, 예를 들면, 13.56㎒의 고주파를 발생하는 고주파 전원으로 이루어지는 바이어스 전원(60)이 각각 접속되어, 반도체 웨이퍼 W를 정전기력에 의해 흡착 유지함과 아울러, 상기 탑재대(38)에 대해 이온 인입용의 소정의 바이어스 전력을 인가할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 상기 전극 라인(56)은 도전성 재료로 이루어지는 금속 파이프, 예를 들면, 스테인리스 스틸제 파이프에 의해 구성되어 있다.
또한, 탑재대(38)에 마련한 가열 히터(36)에는 지주(44)내에 삽입 통과된 급전 라인(62)의 일단이 접속되고, 이 급전 라인(62)의 타단은 공급 전력이 제어 가능하게 이루어진 히터 전원(64)에 접속되어 있다. 또한, 상기 기대부(42)의 냉매통로(40)에는 상기 지주(44)내를 삽입 통과하는 2개의 냉매관(66A, 66B)이 입구측과 출구측에 각각 접속되어 있고, 상기 냉매통로(40)에 냉매, 예를 들면, 갈덴(Galden)(등록상표)을 제어하면서 흘릴 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 금속 파이프로 이루어지는 전극 라인(56)은 탑재대(38)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 하면의 사이에 전열성의 기체를 공급하는 이면 가스 라인(68)으로서 겸용되어 있고, 이 전극 라인(56) 중에 유량 제어된 가스(기체)를 이면 가스로서 흘릴 수 있도록 되어 있다. 이 가스로서는, 예를 들면, Ar 등의 희가스를 이용할 수 있다. 또한, 이 이면 가스 라인(68)을 전극 라인(56)과는 별체로 마련하여도 좋다. 또한, 이 지주(44)내에는 탑재대(38)의 온도를 측정하는 열전쌍 라인(70)이 삽입 통과되어 있다.
한편, 상기 처리용기(22)의 천장부에는, 예를 들면, 산화 알루미늄 등의 유전체로 이루어지는 고주파에 대해 투과성이 있는 투과판(72)이 O링 등의 시일 부재(74)를 거쳐서 기밀하게 마련되어 있다. 그리고, 이 투과판(72)의 상부에, 처리용기(22)내의 처리공간 S에, 예를 들면, 플라즈마 여기용 가스로서의 Ar 가스를 플라즈마화해서 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 발생원(76)이 마련된다.
또한, 이 플라즈마 여기용 가스로서, Ar 대신에 다른 불활성가스, 예를 들면, He, Ne 등의 희가스를 이용해도 좋다. 구체적으로는, 상기 플라즈마 발생원(76)은 상기 투과판(72)에 대응하도록 마련된 유도 코일부(78)를 갖고 있고, 이 유도 코일부(78)에는 플라즈마 발생용의, 예를 들면, 13.56㎒의 고주파전원(80)이 접속되어, 상기 투과판(72)을 거쳐서 처리공간 S에 고주파를 도입할 수 있도록 되어 있다.
또, 상기 투과판(72)의 바로 아래에는 도입되는 고주파를 확산시키는, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지는 배플 플레이트(82)가 마련된다. 그리고, 이 배플 플레이트(82)의 하부에는 상기 처리공간 S의 상부측을 둘러싸도록, 예를 들면, 단면이 내측을 향해 경사진 고리형상(절두 원추각(截頭円錐殼) 형상)의 금속 타겟(84)이 마련되어 있고, 이 금속 타겟(84)에는 Ar 이온을 끌어 당기기 위한 전압을 공급하는 가변의 직류 전원으로 이루어지는 타겟용 전원(86)이 접속되어 있다. 또한, 이 직류 전원 대신에 교류 전원을 이용해도 좋다.
또한, 금속 타겟(84)의 외주측에는 이것에 자계를 부여하기 위한 자석(88)이 마련되어 있다. 여기서는 금속 타겟(84)으로서 고융점 금속인, 예를 들면, Ti(티탄)이 이용되고, 이 Ti는 플라즈마 중의 Ar 이온에 의해 금속원자 혹은 금속원자단으로서 스퍼터되며, 플라즈마 중을 통과할 때에 대부분은 이온화된다. 또한, 상기 금속 타겟(84)으로서는 Ti, Zr(지르코늄), Hf(하프늄), Nb(니오브), Mn(망간), Ta(탄탈)를 포함하는 이루어지는 군에서 선택되는 1개의 재료를 이용할 수 있다.
또, 이 금속 타겟(84)의 하부에는 상기 처리공간 S를 둘러싸도록, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지는 원통형상의 보호 커버(90)가 마련되어 있다. 이 보호 커버(90)는 접지되며, 그의 하부는 내측으로 굴곡되어 상기 탑재대(38)의 측부 근방에 위치되어 있다. 또, 처리용기(22)의 바닥부(24)에는 처리용기(22)내에 필요로 되는 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단(91)이 마련된다. 구체적으로는, 가스 도입 수단(91)은 가스 도입구(92)를 갖고, 가스 도입구(92)로부터는 플라즈마 여기용 가스로서, 예를 들면, Ar가스나 다른 필요한 가스, 예를 들면, N2 가스 등이 가스 유량 제어기, 밸브 등으로 이루어지는 가스 제어부(94)를 통해 공급된다.
여기서, 플라즈마 성막장치(20)의 각 구성부는, 예를 들면, 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(96)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는, 장치 제어부(96)는 바이어스 전원(60), 플라즈마 발생용의 고주파 전원(80), 가변 직류 전원으로 이루어지는 타겟용 전원(86), 가스 제어부(94), 스로틀 밸브(28), 진공펌프(30) 등의 동작을 제어하도록 되어 있다. 그리고, 상기 장치 제어부(96)는 제어에 필요한, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 프로그램을 기억하는 기억 매체(98)를 갖고 있다. 이 기억 매체(98)는 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등으로 이루어진다.
다음에, 본 발명의 탑재대 구조물(32)에 대해 상세하게 기술한다. 전술한 바와 같이, 이 탑재대 구조물(32)는 세라믹제의 탑재대(38)와, 이것을 상면측에 지지하는 금속제의 기대부(42)를 포함한다. 도 2 및 도 3에도 도시하듯이, 상기 탑재대(38)는 전체가 얇은 원판형상의 세라믹재에 의해 형성되고, 그 내부의 상측에 상기 척용 전극(34)이 매립되며, 그 하부에 상기 가열 히터(36)가 매립되어 있고, 모두 탑재대(38)의 전면에 걸쳐 형성되어 있다. 세라믹재로서는 AlN, Al2O3, SiC 등을 이용할 수 있다.
그리고, 탑재대(38) 주변부의 하면에는 금속제의 플랜지부(100)가 접속되어 있다. 이 플랜지부(100)는 상기 하면에서 아래쪽으로 연장되어 있고, 이 플랜지부(100)는 원형의 링형상으로 형성된 플랜지 본체(100A)와, 이 플랜지 본체(100A)의 내주측에 접속되는 높이가 낮은 원통형상의 접속 링(100B)에 의해 구성되어 있다. 또한, 이 플랜지 본체(100A)와 탑재대(38)의 주변부의 사이에는 흡열성을 높이기 위해 흑알루마이트 처리된 알루미늄 재료의 원형 링형상의 플레이트(101)가 삽입되어 있다. 이 원형 링형상의 플레이트(101)는 둘레방향을 따라 소정의 길이로 복수, 예를 들면, 3분할되어 있고, 플랜지부(100)에 나사(도시하지 않음)에 의해 고정되어 있다. 이 경우, 이 플레이트(101)와 탑재대(38)의 사이에 약간의 간극이 마련되어 있다. 또한, 상기 분할수는 3개에 한정되지 않고, 또 일체형상이어도 좋다. 그리고, 도 3중의 Ａ부를 확대해서 기재하는 도 4에도 도시된 바와 같이, 상기 접속 링(100B)의 상단부가 상기 탑재대(38)의 주변부의 하면에, 예를 들면, 땜납재(102)에 의해 접속 고정되어 있다. 또한, 이 접속 링(100B)의 하단부와 상기 플랜지 본체(100A)의 내주단은, 예를 들면, 용접재(104)에 의해 접속 고정되어 있고, 또한, 그 외주단은 상기 탑재대(38)의 외주단보다 반경방향 바깥쪽에 위치하도록 길게 설정되어 있다.
따라서, 상기 탑재대(38)와 상기 플랜지부(100)는 일체적으로 접속 고정되어 있게 된다. 여기서 상기 플랜지 본체(100A)의 재료는 금속으로서, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 등이 이용되고, 상기 접속 링(100B)의 재료는 금속으로서, 예를 들면, 코발(Kovar)(등록상표)을 이용할 수 있다.
그리고, 상기 탑재대(38) 및 플랜지 본체(100A)의 주변부에는 상기 리프터 핀(50)을 삽입 통과시키기 위한 리프터 핀 구멍(106)이 각각 형성되고, 또한, 플랜지 본체(100A)의 외주측에는 나사구멍(107)이 형성되어 있다. 또한, 플랜지 본체(100A)의 하면의 내주측에는 그 둘레방향을 따라 링형상으로 시일 홈(108)이 형성되어 있다.
또, 탑재대(38)의 중앙부에 있어서는 상하 방향으로 관통하도록 가스 구멍(110)이 형성되어 있고, 이 가스 구멍(110)에 대응하여, 탑재대(38)의 하면에는 상기 금속 파이프로 이루어지는 전극 라인(56)의 상단부가, 예를 들면, 납땜에 의해 접속되고, 이면 가스를 상기 가스 구멍(110)으로부터 방출할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 전극 라인(56)의 상단부로부터는 접속단자(112)가 분기하여 마련되고, 또한, 접속단자(112)의 상단은 상기 척용 전극(34)에 접속되어 있고, 상기 척용 전극(34)에 바이어스 전압과 척용의 직류 고전압을 필요에 따라 인가할 수 있도록 되어 있다.
또한, 이 탑재대(38)의 중앙부의 하면에 있어서는 상기 급전 라인(62)의 상단이 접속단자(114)를 거쳐서 상기 가열 히터(36)에 접속되고, 또한, 이 하면에 상기 열전쌍 라인(70)의 상단부인 열전쌍의 측온 접점(116)이 부착되어 있다. 또한, 상기 급전 라인(62)은 도시된 예에서는 1개밖에 도시되어 있지 않지만, 실제로는 전기를 흘리기 위해 복수개 마련되어 있다.
또한, 상기 탑재대(38)의 아래쪽에 부착되는 상기 기대부(42)는 금속제의 원판형상의 베이스판(118)과, 이 베이스판(118)의 위에 마련되는 원판형상의 냉각 자켓부(120)에 의해 주로 구성되어 있고, 이들 베이스판(118)과 냉각 자켓부(120)는 도시하지 않은 볼트에 의해 일체적으로 접속 고정되어 있다. 상기 베이스판(118) 및 냉각 자켓부(120)를 구성하는 금속으로서는 스테인리스 스틸, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 등을 이용할 수 있다.
상기 냉각 자켓부(120)의 직경은 베이스판(118)의 직경보다 조금 작게 설정되고, 또한 상기 플랜지부(100)의 내측에 밀접해서 수납되는 크기로 설정되어 있다. 또한, 이 냉각 자켓부(120)의 두께는 이들을 조립했을 때에 상기 탑재대(38)의 하면에 대략 접할 수 있는 두께로 설정되어 있다.
상기 베이스판(118)의 중앙부의 하면에는 상기 중공형상의 지주(44) 및 이것을 둘러싸는 벨로우즈(46)의 각 상단부가 각각 용접 등에 의해 기밀하게 접합되어 있다. 또한, 이 베이스판(118) 및 냉각 자켓부(120)의 중앙부에는 상기 각 라인(56, 62, 70)이 삽입 통과하는 관통구멍(122)이 상기 중공형상의 지주(44)내에 연통하여 형성되어 있다.
또한, 베이스판(118)의 주변부에는 상기 리프터 핀(50)이 상하 방향으로 출몰 가능하게 마련되는 동시에, 이 리프터 핀(50)의 외주측에는 상기 플랜지 본체(100A)의 나사구멍(107)에 연통하는 나사 구멍(124)이 형성되어 있고, 나사(126)에 의해 상기 플랜지 본체(100A)와 베이스판(118)을 접속 고정시켜 일체적으로 조립할 수 있도록 되어 있다. 이 나사(126)는 플랜지 본체(100A)의 둘레방향을 따라, 예를 들면, 15개 정도 마련되어 있다. 그리고, 상기 리프터 핀(50)의 내주측에는 상기 플랜지 본체(100A)의 시일 홈(108)에 대향하도록 시일 홈(128)이 둘레방향을 따라 링형상으로 마련되어 있다. 그리고, 이 시일 홈(108, 128)을 따라 본 발명의 특징으로 하는 링형상의 금속 시일 부재(130)가 끼워 장착되어, 상기 플랜지 본체(100A)와 베이스판(118)의 사이를 기밀하게 시일할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이 플랜지부(100)와 기대부(42) 사이에 개재된 금속 시일 부재(130)에 의해, 상기 지주(44)내가 대기압으로 되어도, 고온에 견디고 또한 고진공에 견딜 수 있는 밀폐성을 실현하는 것이 가능하게 된다. 이 금속 시일 부재(130)로서는, 예를 들면, 알루미늄의 피복을 가진 스테인리스 스틸제의 메탈 시일을 이용할 수 있다.
또, 상기 냉각 자켓부(120)에는 전술한 바와 같이, 냉매통로(40)가 그 전면에 걸쳐 형성되어 있고, 이 냉매통로(40)의 입구 및 출구에는 지주(44)내를 삽입 통과한 상기 냉매관(66A, 66B)이 각각 접속되어 냉각용의 냉매를 흘리도록 되어 있다. 그리고, 이 냉각 자켓부(120)는 수평방향을 따라 상하로 2분할되어 2개의 블럭체, 즉, 상부 블럭체(132A)와 하부 블록체(132B)로 나뉘어져 있고, 하부 블럭체(132B)에 상기 냉각 통로(40)가 마련되어 있다.
여기서, 상기 냉각 자켓부(120)의 분할면, 즉, 상부 블럭체(132A)와 하부 블럭체(132B)의 양 대향면에는 서로 헐겁게 끼운 상태에서 끼워 맞춰진 요철부(134A, 134B)가 그 둘레방향을 따라, 예를 들면, 동심원형상으로 형성되어 있고, 그 전열 면적(대향 면적)이 커지도록 설계되어 있다. 또한, 이들 요철부(134A, 134B)는 동심원형상이 아니고, 예를 들면, 직선형상으로 병렬시켜 마련해도 좋으며, 그 배열 방향은 특히 한정되지 않는다. 또한, 여기서는 상기 요철부(134A, 134B)가 단면 방형상으로 형성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 이 요철부(134A, 134B)의 단면형상을 도 5(A)에 나타내는 바와 같이 단면 삼각형의 지그재그 형상이나 도 5(B)에 나타내는 바와 같이 사인곡선과 같은 사행(蛇行) 형상으로 해도 좋고, 어쨌든 전달 면적을 넓게 할 수 있으면, 그 단면형상은 불문한다.
그리고, 상기 하부 블럭체(132B)의 상면의 주변부에는 스프링 오목부(136)가 형성되어 있다. 이 스프링 오목부(136)는 하부 블럭체(132B)의 둘레방향을 따라 복수개, 예를 들면, 4개정도 등간격으로 마련되어 있다. 그리고, 각 스프링 오목부(136)내에는 탄성 부재로서, 예를 들면, 코일 스프링(138)이 수용되는 동시에, 이 코일 스프링(138)에는 밀어 올림 핀(140)이 끼워 장착되어 있고, 이 밀어 올림 핀(140)에 의해 상부 블럭체(132A)를 위쪽으로 힘을 가해서 밀어 올리고, 이 상부 블럭체(132A)의 상면을 상기 탑재대(38)의 하면에 밀접 상태에서 접촉시킬 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 탄성 부재로서는 코일 스프링에 한정되지 않고, 판 스프링, 접시 스프링 등 을 이용해도 좋다. 여기서 상기 밀어 올림 핀(140)은 단열재료, 예를 들면, ZrO2에 의해 형성되어, 밀어 올림 핀(140)의 접촉 부분의 열전도성이 국부적으로 높아지는 것을 방지하고 있다.
이와 같이, 밀어 올림 핀(140)으로 상기 상부 블럭체(132A)를 위쪽으로 밀어 올린 결과, 상기 상부 블럭체(132A)와 하부 블럭체(132B)의 대향면 사이에는 약간의 간극이 생기고, 이 간극부분에는 대기압의 공기가 중공형상의 지주(44)내를 거쳐서 들어오므로, 상기 간극은 상하 방향으로의 열전달을 완화하기 위한 기체 열전도 완화층(142)으로서 기능하게 된다. 이 기체 열전도 완화층(142)에 의해, 반도체 웨이퍼 W의 이면측을 면내 균일하게 열전도해서 균일하게 냉각하는 것이 가능하게 되고, 반도체 웨이퍼 W가 국소적으로 냉각되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기 탑재대(38)의 주변부의 외측에는, 예를 들면, 알루미나 등으로 이루어지는 단면 사각형의 단열재(144)가 링형상으로 마련되어 있고, 또한 이 단열재(144)와 이 아래쪽의 기대부(42)의 측면을 둘러싸도록 해서, 예를 들면, 알루미늄 등으로 이루어지는 실드(146)가 링형상으로 마련되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 성막장치(20)를 이용해서 실행되는 성막방법의 일예에 대해 설명한다. 우선, 장치 제어부(96)의 지배하에서, 진공펌프(30)를 동작시키는 것에 의해 진공으로 된 처리용기(22)내에 어떠한 가스로 흘리지 않고 이 처리용기(22)내의 분위기를 고진공도가 될 때까지 진공배기하고, 이 상태를 어느 정도의 기간만큼 유지한다. 이것에 의해, 처리용기(22)의 내벽이나 내부 구조물의 표면에 부착되어 있는 가스나 수분 등을 배출해서 디가스 처리(degassing treatment)가 실행된다. 이 때의 처리용기(22)내의 압력은 후술하는 바와 같이, 예를 들면, 10-8Torr 정도의 고진공까지 진공배기할 수 있다.
이와 같이 해서, 디가스 처리를 완료하면, 처리용기(22)내에 반송실(55)측으로부터 도시하지 않은 반송 아암을 이용해서 반도체 웨이퍼 W를 반입해서, 이것을 아래쪽으로 강하되어 있는 탑재대 구조물(32)의 탑재대(38)상에 탑재하고, 이 탑재대 구조물(32)를 성막 위치까지 상승시킨다. 이와 동시에, 척용 전원(58)으로부터 전극 라인(56)을 거쳐서 탑재대(38)의 척용 전극(34)에 직류의 고전압, 예를 들면, 4000V 정도를 인가하고, 이것에 의해 발생하는 정전기력에 의해 상기 반도체 웨이퍼 W를 탑재대(38)에 흡착 유지하고, 반도체 웨이퍼 W의 탈락을 방지하는 동시에 양자간의 열전도를 양호하게 해서 온도 제어를 실행하기 쉽게 한다.
다음에, 가스 제어부(94)를 동작시켜 Ar가스를 흘리고, 스로틀 밸브(28)를 제어해서 처리용기(22)내를 소정의 성막용의 진공도로 유지한다. 그 후, 타겟용 전원(86)으로부터 직류 전력을 금속 타겟(84)에 인가하고, 또한 고주파 전원(80)으로부터 유도 코일부(78)에 고주파 전력(플라즈마 전력)을 인가한다. 이와 동시에, 히터 전원(64)도 제어되어 가열 수단인 가열 히터(36)에 전력을 인가하는 것에 의해서 반도체 웨이퍼 W를 소정의 온도로 가열하고, 예를 들면 이 온도를 유지한다.
한편, 장치 제어부(96)는 바이어스 전원(60)에도 지령을 내려, 탑재대(38)의 척용 전극(34)에 대해 소정의 고주파, 예를 들면, 13.56㎒의 바이어스 전력을 인가한다. 이와 같이 제어된 처리용기(22)내에 있어서는 유도 코일부(78)에 인가된 플라즈마 전력에 의해 아르곤 플라즈마가 형성되어 아르곤 이온이 생성되고, 이들 이온은 금속 타겟(84)에 인가된 전압에 의해 끌어 당겨져 금속 타겟(84)에 충돌하고, 이 금속 타겟(84)이 스퍼터되어 금속입자가 방출된다.
또한, 스퍼터된 금속 타겟(84)으로부터의 금속입자인 금속원자, 금속원자단은 플라즈마 중을 통과할 때에 대부분은 이온화된다. 여기서 금속입자는 이온화된 금속 이온과 전기적으로 중성인 중성 금속원자가 혼재하는 상태로 되어 아래방향으로 비산해 간다. 특히, 이 처리용기(22)내의 성막시의 압력은, 예를 들면, 5mTorr 정도로 되어 있어, 이것에 의해 플라즈마 밀도를 높여, 금속입자를 고효율로 이온화할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 금속 이온은 탑재대(38)의 척용 전극(34)에 인가된 바이어스 전력에 의해 발생한 반도체 웨이퍼 Ｗ면상의 두께 수㎜정도의 이온 시스의 영역에 들어가면, 강한 지향성을 갖고 반도체 웨이퍼 Ｗ측으로 가속하여 끌어 당겨져 반도체 웨이퍼 W에 퇴적하게 된다. 그리고, 성막 중에 있어서는 플라즈마 중으로부터 반도체 웨이퍼 W의 표면에 충돌하는 이온에 의해 반도체 웨이퍼 W 자체는 가열되므로, 반도체 웨이퍼 W의 온도를 균일하게 유지하기 위해, 플라즈마로부터 반도체 웨이퍼 W에 들어가는 열량과, 이 반도체 웨이퍼 W로부터 아래쪽으로 나가는 열이 균등하도록 가열 히터(36)로부터의 열 공급량을 제어한다.
예를 들면, 반도체 웨이퍼 W의 온도를 일정하게 유지하기 위해 플라즈마로부터 반도체 웨이퍼 W로의 입열량이 적어지면, 그 만큼, 가열 히터(36)로부터 공급하는 열량을 증대시키고, 반대로 플라즈마로부터의 입열량이 너무 많으면, 그 만큼, 가열 히터(36)로부터 공급하는 열량을 감소시킨다. 또, 기대부(42)의 냉각 자켓부(120)의 냉매통로(40)에는 항상 냉매를 흘려 냉각 자켓부(120) 자체를 냉각하고 있고, 상기 가열 히터(36)측에 발생하고 있는 여분의 열을 제거해서 반도체 웨이퍼 W의 온도의 제어를 용이하게 하고 있다.
여기서, 탑재대(38)를 지지하는 중공형상의 지주(44)의 하단은 대기에 개방되어 있으므로, 이 지주(44)내 및 탑재대(38)의 아래쪽의 영역은 대기압상태로 되어 있고, 냉각 자켓부(120)를 구성하는 상하 블럭체(132A, 132B)의 간극도 대기압 분위기로 되고, 이 간극이 기체 열전도 완화층(142)으로 되어 있다. 따라서, 위쪽에 위치하는 상부 블럭체(132A)를 국부적으로 냉각하는 것이 아니라, 이 상부 블럭체(132A)로부터 면내 방향에 걸쳐 균등하게, 혹은 균일하게 열을 빼앗아 냉각할 수 있다.
이 결과, 상부 블럭체(132A)는 면내 방향에 있어서 온도가 균일하게 되어 있으므로, 이 위쪽에 위치하는 탑재대(38)의 면내 방향의 온도를 균일하게 할 수 있고, 또한, 이 탑재대(38)의 상면에 탑재되어 있는 반도체 웨이퍼 W의 온도의 면내 온도를 균일하게 유지할 수 있다. 그리고, 상기 상부 블럭체(132A)는 단열성 재료로 이루어지는 밀어 올림 핀(140)에 의해 위쪽으로 힘이 가해지고 있어서, 상기 상부 블럭체(132A)의 상면과 탑재대(38)의 하면이 면으로 접촉하므로, 양자간의 열전도는 매우 양호한 상태로 되어 있다.
이 경우, 상부 블럭체(132A)의 온도는 프로세스 온도인, 예를 들면, 400℃ 정도의 고온으로 되지만, 상기 기체 열전도 완화층(142)을 사이에 두고 위치하는 하부 블럭체(132B)의 온도는, 예를 들면, 50～60℃ 정도이다. 또한, 상기 기체 열전도 완화층(142)을 구획하는 상하 블럭체(132A, 132B)의 대향면은 요철형상으로 이루어져 전열 면적이 넓게 되어 있으므로, 상술한 바와 같이 온도의 면내 균일성을 유지하면서 양자간의 효율적인 열전도 및 열전달을 실행할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 기체 열전도 완화층(142)의 기능에 의해, 상부 블럭체(132A)가 국부적으로 냉각되지 않으므로, 그 위의 세라믹제의 탑재대(38)도 국부적으로 냉각되는 일이 없어지고, 이것에 의해 파손을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같이 탑재대(38)의 파손을 방지할 수 있으므로, 탑재대(38)의 급속한 승온이 가능하게 되고, 그 만큼, 반도체 웨이퍼 처리의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
더 나아가서는 상술한 바와 같이 상부 블럭체(132A)나 탑재대(38) 및 이것에 접속되는 플랜지부(100)도 400℃ 정도의 고온이 되지만, 이 플랜지부(100)와 그 하부의 베이스판(118)의 사이는 내열성의 금속 시일 부재(130)에 의해 시일되어 있으므로, O링을 이용한 경우와는 달리 내열성이 있고, 처리용기(22)내의 기밀성을 높게 유지할 수 있다.
또한, 이 금속 시일 부재(130)를 이용하고 있기 때문에, 성막 처리 전에 실행되는 전술한 디가스 처리의 경우에도 처리용기(22)내를 고진공, 예를 들면, 10-8Torr정도까지 진공 배기할 수 있다. 따라서, 디가스 처리(탈기 처리)를 충분히 실행할 수 있으므로, 오염이 없는 순수한 금속막을 형성할 수 있다. 이 점에 관해 실험한 결과, 시일 부재로서 O링을 이용한 종래의 플라즈마 처리장치에서는 기껏해야 10-4Torr 정도까지밖에 진공 배기할 수 없었지만, 본 발명 장치와 같이 금속 시일 부재(메탈 시일)(130)를 이용한 경우에는 대략 10-8Torr 정도의 고진공을 달성할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 금속을 포함하는 박막을 형성하기 위한 피처리체, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대 구조물을, 내부에 척용 전극(34)과 가열 히터(36)가 매립된 세라믹제의 탑재대(38)와, 탑재대(38)의 주변부의 하면에 접속된 금속제의 플랜지부(100)와, 플랜지부(100)와 나사(126)에 의해 접합되는 동시에 내부에 냉매를 흘리기 위한 냉매통로(40)가 형성된 금속제의 기대부(42)와, 플랜지부(100)와 기대부(42) 사이에 개재된 금속 시일 부재(130)에 의해 구성하도록 했으므로, 처리용기(22)내의 탈기 처리를 충분히 실행해서 고진공으로 할 수 있음은 물론, 고온에 견딜 수 있다.
<본 발명의 탑재대 구조물의 승온 실험>
여기서, 본 발명에 따른 탑재대 구조물의 승온 실험을 실행했으므로, 그 평가 결과에 대해 설명한다. 도 6은 탑재대 구조물에서 탑재대의 가열 후의 경과 시간과 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서는 탑재대의 가열 히터(36)의 전류는 상한값인 15A 이하를 유지하였다.
도 6에 도시된 그래프에 의하면, 탑재대(38)의 온도를 탑재대(38)의 가열 개시로부터 대략 65분 정도에서 상온 350℃까지 승온할 수 있고, 대략 5℃/min의 승온 레이트를 달성할 수 있었다. 따라서, 이 탑재대 구조물에 의하면, 반도체 웨이퍼 처리의 스루풋을 대폭 향상할 수 있음을 알 수 있었다. 덧붙여서 말하면, 종래의 플라즈마 성막장치의 경우에는 탑재대를 급속 승온하면 세라믹제의 탑재대에 깨짐이 생겼으므로, 승온 레이트는 고작해야 2～3℃/min 정도이며, 상기한 바와 같이 본 발명의 우위성을 알 수 있었다.
<제 2 실시예>
다음에, 본 발명의 탑재대 구조물의 제 2 실시예에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 탑재대 구조물의 제 2 실시예의 주요부를 나타내는 확대 단면도이다. 또한, 도 7에 있어서 도 2에 도시된 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
앞의 제 1 실시예의 경우에는 냉각 자켓부(120)를 상하에 상부 블럭체(132A)와 하부 블럭체(132B)로 2분할했지만, 이것에 한정되지 않고, 도 7에 도시한 바와 같이 냉각 자켓부(120)를 분할되어 있지 않은 일체구조로 해도 좋다. 이 경우에는 상기 냉각 자켓부(120)의 상면과 탑재대(38)의 하면의 사이에 약간의 간극을 마련하고, 여기에 평면형상으로 기체 열전도 완화층(142)을 형성한다.
이 경우에는 상기 냉각 자켓부(120)의 상면과 탑재대(38)의 하면과의 사이의 전열 면적은 앞의 제 1 실시예의 경우보다는 적어지지만, 제 1 실시예와 대략 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
<제 3 실시예>
다음에, 본 발명의 탑재대 구조물의 제 3 실시예에 대해 설명한다. 도 8은 본 발명의 탑재대 구조물의 제 3 실시예의 주요부를 도시된 확대 단면도, 도 9는 면 방전의 전압과 면 방전의 거리의 관계를 도시한 그래프이다. 또한, 도 8에 있어서 도 2에 도시된 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
앞의 제 1 실시예와 본 실시예의 경우에는, 예를 들면, 4000볼트의 직류 고압이 인가되는 전극 라인(56)과 대략 제로 전위에 가까운 열전쌍 라인(70)이나 급전 라인(62)의 사이에서, 이들 각 라인의 상단과 탑재대(38)의 하면의 접속부에 있어서, 탑재대(38)의 하면을 따라 방전이 발생하는 면 방전이 생길 우려가 있다. 이 때문에, 앞의 제 1 및 제 2 실시예에 있어서는 냉각 자켓부(120)의 중앙부에 마련한 관통구멍(122)의 직경 H1(도 2 참조)을 비교적 크게 설정하고, 상기 전극 라인(56)과 다른 라인, 즉 열전쌍 라인(70)이나 급전 라인(62)과의 사이의 거리를, 상기 면 방전이 생기지 않는 거리까지 이간시켜 마련하지 않으면 안 되었다.
그 때문에, 직경 H1이 커지므로, 그 만큼, 냉각 자켓부(120)의 유효면적이 적어져 열적으로 불감대로 되는 부분이 증대하고, 이 상측에 위치하는 탑재대(38)의 중심부에 대한 냉각 효과가 저하하고, 반도체 웨이퍼 W 에 대한 면내 온도의 균일성을 열화시킬 위험이 있다. 이 경우, 도 9에 도시된 그래프로부터, 면 방전을 방지하기 위해서는, 예를 들면, 4000볼트가 인가되는 전극 라인(56)과 다른 라인의 사이를 16㎜이상 이간시킬 필요가 있는 것을 알 수 있다.
그래서, 이 제 3 실시예에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 탑재대(38)의 하면의 중앙부에, 절연재료로 이루어지는 중공형상의 캡부(150)가 접착제 등에 의해 접합하여 마련되어 있다. 그리고, 이 캡부(150)내에 상기 전극 라인(56)의 상단부를 삽입 통과시켜서 면 방전이 생기는 것을 방지하도록 되어 있다. 이 캡부(150)를 구성하는 절연재료로서는, 예를 들면, AlN 등의 세라믹재를 이용할 수 있고, 직경은, 예를 들면, 5㎝ 정도이다. 그리고, 캡부(150)의 외측에 상기 급전 라인(62)의 상단부나 열전쌍 라인(70)의 상단부를 위치시키고 있다.
이 결과, 상기 전극 라인(56)의 상단과, 다른 라인, 즉, 급전 라인(62)이나 열전쌍 라인(70)의 상단의 사이의 거리를 작게 할 수 있으므로, 그 만큼, 관통구멍(122)의 직경 H2의 크기를 작게 할 수 있. 따라서, 냉각 자켓부(120)의 유효 면적을 증가시킬 수 있으므로 열적으로 불감대로 되는 부분이 적어지고, 반도체 웨이퍼 W의 면내 온도의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 이 경우에도, 다른 점에 있어서는 제 1 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있는 것은 물론이며, 이 제 3 실시예의 내용을 제 2 실시예에도 적용할 수 있다. 또한, 상기 각 실시예에 있어서는 금속을 포함하는 박막으로서 금속막인 Ti막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, Cu막, Ta막 등의 다른 금속막, 이들 금속의 질화막이나 산화막 등의 박막을 형성하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.
또한, 여기서는 탑재대 구조물로서, 지주를 마련한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 지주를 마련하지 않고 기대부를 직접적으로 용기 바닥부에 설치하도록 한 탑재대 구조물에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 더 나아가서는 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
20 : 플라즈마 성막장치 22 : 처리용기
32 : 탑재대 구조물 34 : 척용 전극
36 : 가열 히터 38 : 탑재대
40 : 냉매통로 42 : 기대부
44 : 지주 56 : 전극 라인
58 : 척용 전원 60 : 바이어스 전원
62 : 급전 라인 68 : 이면 가스 라인
74 : 시일 부재 76 : 플라즈마 발생원
84 : 금속 타겟 86 : 타겟용 전원
91 : 가스 도입 수단 100 : 플랜지부
118 : 베이스판 120 : 냉각 자켓부
130 : 금속 시일 부재 132A : 상부 블록체
132B : 하부 블록체 134A, 134B : 요철부
138 : 코일 스프링(탄성 부재) 140 : 밀어 올림 핀
142 : 기체 열전도 완화층 150 : 캡부

Claims (15)

  1. 피처리체에 대해 금속을 포함하는 박막을 형성하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대 구조물로서,
    내부에 척용 전극과 가열 히터가 매립된 세라믹제의 탑재대와,
    상기 탑재대의 주변부의 하면에 접속된 금속제의 플랜지부와,
    상기 플랜지부와 나사에 의해 접합되고, 또한, 내부에 냉매를 흘리기 위한 냉매통로가 형성된 금속제의 기대부와,
    상기 플랜지부와 상기 기대부의 사이에 개재된 금속 시일 부재를 구비하며,
    상기 플랜지부는 상기 탑재대의 하면에서 아래쪽으로 연장하도록 마련되어 있으며,
    상기 기대부는, 원판형상의 베이스판과, 상기 베이스판상에서 상기 플랜지부의 내측에 마련되고 내부에 상기 냉매통로가 형성되는 냉각 자켓부을 포함하며,
    상기 냉각 자켓부는 수평방향을 따라 상하로 2분할된 2개의 블록체로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 블록체 중, 위쪽에 위치하는 상부 블럭체는 아래쪽에 위치하는 하부 블럭체측으로부터 탄성 부재에 의해 위쪽으로 힘이 가해지고 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성 부재에는 단열재료로 이루어지는 밀어 올림 핀이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 블럭체와 상기 하부 블럭체의 대향면에는 서로 끼워 맞춰지는 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 블럭체와 상기 하부 블럭체의 대향면간의 간극은 열전달을 완화하기 위한 기체 열전도 완화층을 형성하는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  9. 제 1 항 및 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대는 중공형상으로 이루어진 금속제의 지주에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지주내에는 상기 냉매통로에 접속된 냉매관이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기대부의 중앙부에는 상기 중공형상의 지주내로 연통하는 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 지주내 및 관통구멍내에는 상기 척용 전극에 접속되는 전극 라인, 상기 가열 히터에 접속되는 급전 라인, 상기 탑재대의 온도를 측정하는 열전쌍 라인 및 상기 탑재대의 상면과 상기 피처리체의 하면의 사이에 기체를 공급하는 이면 가스 라인 중의 적어도 하나의 라인이 삽입 통과하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극 라인은 도전성 재료인 금속 파이프로 이루어지고, 상기 금속 파이프는 상기 이면 가스 라인으로서 겸용되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 탑재대의 하면의 중앙부에는 절연재료로 이루어지는 중공형상의 캡부가 접합되어 있고, 상기 캡부 내에 상기 전극 라인의 상단부가 삽입 통과되고, 또한, 상기 캡부의 외측에 상기 급전 라인의 상단부 및 상기 열전쌍 라인의 상단부가 위치되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조물.
  15. 피처리체에 대해 금속을 포함하는 박막을 형성하는 플라즈마 성막장치로서,
    진공배기 가능하게 이루어진 처리용기와,
    피처리체를 탑재하는 청구항 제 1 항 및 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 탑재대 구조물과,
    상기 처리용기내에 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리용기내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생원과,
    상기 금속을 포함하는 금속 타겟과,
    상기 금속 타겟으로 상기 가스의 이온을 끌어 당기기 위한 전압을 공급하는 타겟 전원과,
    상기 탑재대 구조물의 척 전극에 대해 바이어스 전력을 공급하는 바이어스 전원과,
    상기 탑재대 구조물의 척 전극에 대해 척용의 전압을 인가하는 척용 전원을 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 성막장치.
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