KR102280571B1 - 탑재대 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

이상 방전을 방지할 수 있는 탑재대 및 해당 탑재대를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 탑재대로서, 피처리체를 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 갖고, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과, 정전 척의 이면에 접합되고, 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와, 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 수용되고, 탑재면 상으로 출몰 가능하게 상하동하여, 탑재면 상에 상기 피처리체를 지지하기 위한 리프터 핀을 구비하고, 제 1 관통 구멍의 상단부는 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고, 리프터 핀의 상단부는 제 1 관통 구멍의 상단부의 형상과 대응하도록 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고, 리프터 핀이 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 수용되었을 때에 제 1 관통 구멍의 상단부와 면접촉한다.

Description

탑재대 및 플라즈마 처리 장치{MOUNTING TABLE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 탑재대 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래의 플라즈마 처리 장치로서, 진공 공간을 구성할 수 있는 처리 용기와, 해당 처리 용기 내에 하부 전극을 겸한 피처리체를 보지하는 탑재대와, 해당 탑재대와 대향하도록 배치된 상부 전극을 구비한 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2 참조). 특허문헌 1, 2에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 하부 전극을 겸한 탑재대와 상부 전극과의 사이에 고주파 전력을 인가하는 것에 의해, 탑재대에 배치된 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 행한다.
또한, 특허문헌 1, 2에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 탑재대의 상면에 출몰 가능하며 탑재대 상으로 피처리체를 들어올리기 위한 복수의 리프터 핀을 구비하고 있다. 그리고, 탑재대는 해당 리프터 핀을 내부에 수용하기 위한 핀용 구멍을 갖고 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는 피처리체의 이면과 정전 척의 표면 사이에 열전달을 위한 헬륨 가스 등을 공급하기 위한 가스 구멍을 갖고 있다.
특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 피처리체와 탑재대 사이에 발생하는 방전을 방지하기 위해, 그 상부에 덮개부가 마련된 리프터 핀을 갖는다. 해당 리프터 핀이 핀용 구멍에 수용되면, 핀용 구멍의 상부가 리프터 핀의 상부에 마련된 덮개부에 의해 폐색된 상태가 된다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마가 핀용 구멍의 내부까지 돌아 들어감으로써 발생하는 이상 방전을 방지하기 위해, 그 상부가 역삼각형 또는 파형인 리프터 핀을 갖는다.
일본 특허 공개 제 2011-238825 호 일본 특허 공개 제 2000-195935 호
그러나, 상기 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 구성에서는, 피처리체를 탑재대 위로 들어올리는 기능을 위하여, 탑재대에 배치된 피처리체 이면에 대하여 수직인 종방향으로 리프터 핀이 상하동하기 위한 기구를 갖고 있다. 즉, 종방향으로 리프터 핀이 상하동하기 위해서 필요한 직경 방향의 공간이 존재하고 있다. 따라서, 이러한 직경 방향의 공간 부분에 있어서의 이상 방전을 방지할 수 없는 경우가 있고, 그 결과, 피처리체의 품질을 악화시켜서, 수율 악화의 요인이 될 우려가 있다.
여기서, 본 기술 분야에서는, 이상 방전을 방지할 수 있는 탑재대 및 해당 탑재대를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 요망되고 있다.
즉, 본 발명의 일측면에 관한 탑재대는, 피처리체를 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 갖고, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과, 정전 척의 이면에 접합되며, 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와, 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 의해 형성된 핀용 관통 구멍에 수용되고, 탑재면 상으로 출몰 가능하게 상하동하여, 피처리체를 상하 방향으로 반송하는 리프터 핀을 구비하고, 핀용 관통 구멍의 상단부는 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고, 리프터 핀의 상단부는 핀용 관통 구멍의 상단부의 형상과 대응하도록 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고, 리프터 핀이 핀용 관통 구멍에 수용되었을 때에 핀용 관통 구멍의 상단부와 면접촉한다.
이 탑재대에서는, 핀용 관통 구멍의 상단부는 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고, 리프터 핀의 상단부는 핀용 관통 구멍의 상단부의 형상과 대응하도록 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 가지며, 리프터 핀이 핀용 관통 구멍에 수용되었을 때에 리프터 핀의 상단부와 핀용 관통 구멍의 상단부가 면접촉한다. 이 때문에, 리프터 핀이 핀용 관통 구멍에 수용되었을 때, 핀용 관통 구멍의 상단부에 있어서의 직경 방향의 공간을 완전히 없앨 수 있으므로, 리프터 핀과 핀용 관통 구멍 사이에서 발생하는 이상 방전을 방지하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 핀용 관통 구멍의 상단부는 테이퍼 형상을 갖고, 리프터 핀의 상단부는 역 테이퍼 형상을 가져도 좋다. 이 경우, 상기 작용 효과를 적절하게 나타낸다.
본 발명의 다른 측면에 관한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기와, 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 공간 내에 수용되며, 피처리체를 탑재하는 탑재대를 구비하고, 탑재대는, 피처리체를 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 갖고, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과, 정전 척의 이면에 접합되며, 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와, 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 의해 형성된 핀용 관통 구멍에 수용되고, 탑재면 상으로 출몰 가능하게 상하동하여, 피처리체를 상하 방향으로 반송하는 리프터 핀을 구비하고, 핀용 관통 구멍의 상단부는 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고, 리프터 핀의 상단부는 핀용 관통 구멍의 상단부의 형상과 대응하도록 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고, 리프터 핀이 핀용 관통 구멍에 수용되었을 때에 핀용 관통 구멍의 상단부와 면접촉한다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 리프터 핀이 핀용 관통 구멍에 수용되었을 때, 핀용 관통 구멍의 상단부에 있어서의 직경 방향의 공간을 완전히 없앨 수 있어서, 해당 공간 부분에 있어서의 이상 방전을 방지하는 것이 가능한 탑재대를 구비하므로, 이상 방전을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 실현할 수 있다.
일 실시형태에서는, 핀용 관통 구멍이 처리 용기 내에 연통하고 있어도 좋다. 이 경우, 처리 용기 내에 연통하고 있는 핀용 관통 구멍으로부터 수시로 가스 배기를 행할 수 있다. 따라서 간이한 구성으로 가스 배기를 행할 수 있는 동시에, 리프터 핀의 본체부에서 모여진 가스를 배기함으로써 핀용 관통 구멍 내가 감압되기 때문에, 이상 방전되기 어려운 상태를 실현하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 핀용 관통 구멍이 처리 용기 외부의 배기 유로에 연통하고 있어도 좋다. 이 경우, 배기 처리 용기 외부의 배기 유로에 연통하고 있는 핀용 관통 구멍으로부터 소망의 타이밍으로 가스 배기를 행할 수 있다. 따라서 처리 용기 내에 있어서의 제어와는 독립한 구성으로 가스 배기의 제어를 실행할 수 있는 동시에, 핀용 관통 구멍 내가 감압되기 때문에, 이상 방전되기 어려운 상태를 실현하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 측면에 관한 탑재대는, 피처리체를 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 갖고, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과, 정전 척의 이면에 접합되고, 제 1 관통 구멍과 연통하며 제 1 관통 구멍의 구멍 직경보다도 큰 구멍 직경의 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와, 제 2 관통 구멍에 삽입된 통 형상의 슬리브와, 슬리브 내 및 제 1 관통 구멍에 삽입되는 절연체로 이루어지는 통 형상의 스페이서를 구비한다.
이 탑재대에 의하면, 슬리브 내 및 제 1 관통 구멍에 삽입되는 절연체로 이루어지는 통 형상의 스페이서를 구비하는 것에 의해, 슬리브 내 및 제 1 관통 구멍에 있어서의 직경 방향의 공간을 좁게 할 수 있다. 이 때문에, 해당 공간에 있어서의 이상 방전을 방지하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 제 1 관통 구멍은 냉열전달용 가스를 공급하는 가스 구멍이라도 좋다. 이 경우, 냉열전달용 가스를 공급하는 가스 구멍에 있어서의 직경 방향의 공간을 좁게 할 수 있어서, 해당 공간 부분에 있어서의 이상 방전을 방지하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 탑재면 상으로 제 1 관통 구멍으로부터 출몰 가능하게 상하동하여, 피처리체를 상하 방향으로 반송하는 리프터 핀을 더 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 리프터 핀을 수용하기 위한 구멍에 있어서의 직경 방향의 공간을 좁게 할 수 있어서, 해당 공간 부분에 있어서의 이상 방전을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태에 의하면, 이상 방전을 방지할 수 있는 탑재대 및 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 탑재대를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 탑재대를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4a는 도 2 및 도 3의 탑재대에 있어서의 가스 구멍의 구성을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이며, 도 4b는 도 4a에 도시한 것의 변형예이다.
도 5는 도 4a의 가스용 스페이서의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 2 및 도 3의 탑재대에 있어서의 핀용 관통 구멍의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 도 6의 핀용 스페이서의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 파셴의 법칙에 의한 방전 개시 전압의 곡선을 도시하는 도면이다.
도 9a는 종래의 탑재대를 나타내는 도면이며, 도 9b는 본 실시형태에 관한 탑재대를 나타내는 도면이다.
도 10은 He의 압력과 웨이퍼 이면의 이상 방전 흔적과의 관계를 나타내는 실험 결과의 표이다.
도 11은 도 6의 탑재대에 있어서의 리프터 핀의 구동 장치를 나타내는 모식도이다.
도 12는 자기(自己) 바이어스를 설명하는 개요도이다.
도 13a 및 도 13b는 저주파이며 또한 RF 고전력의 조건의 자기 바이어스를 나타내는 그래프이다.
도 14는 자기 바이어스와 방전 개시 전압과의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 15는 제 2 실시형태에 관한 탑재대에 있어서의 리프터 핀 및 핀용 관통 구멍의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 16은 제 2 실시형태에 관한 탑재대를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 제 2 실시형태에 관한 탑재대의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다. 또한, 「상」, 「하」라는 단어는 도시하는 상태에 근거하는 것이며, 편의적인 것이다.
(제 1 실시형태)
도 1은, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 플라즈마 처리 장치는, 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지 전위로 된 처리 용기(1)를 갖고 있다. 이 처리 용기(1)는 원통 형상으로 하고, 예컨대 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 처리 용기(1)는, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획 형성한다. 처리 용기(1) 내에는, 피처리체(work-piece)인 반도체 웨이퍼(이하, 단순하게 「웨이퍼」로 칭함)(W)를 수평으로 지지하는 탑재대(2)가 마련되어 있다. 탑재대(2)는 기재(베이스)(2a) 및 정전 척(6)을 포함하여 구성되어 있다. 기재(2a)는 도전성의 금속, 예컨대 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 하부 전극으로서의 기능을 갖는다. 정전 척(6)은 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 기능을 갖는다. 탑재대(2)는 절연판(3)을 거쳐서 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 또한, 탑재대(2)의 상방의 외주에는, 예컨대 단결정 실리콘으로 형성된 포커스링(5)이 마련되어 있다. 또한, 탑재대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예컨대 석영 등으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(3a)가 마련되어 있다.
기재(2a)에는, 제 1 정합기(11a)를 거쳐서 제 1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한 제 2 정합기(11b)를 거쳐서 제 2 RF 전원(10b)이 접속되어 있다. 제 1 RF 전원(10a)은 플라즈마 발생용이고, 이 제 1 RF 전원(10a)으로부터는 소정의 주파수의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 제 2 RF 전원(10b)은 이온 인입용(바이어스용)이고, 이 제 2 RF 전원(10b)으로부터는 제 1 RF 전원(10a)보다 낮은 소정 주파수의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 구성되어 있다. 이와 같이, 탑재대(2)는 전압 인가 가능하게 구성되어 있다. 한편, 탑재대(2)의 상방에는, 탑재대(2)와 평행하게 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워헤드(16)가 마련되어 있고, 샤워헤드(16)와 탑재대(2)는 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능한다.
정전 척(6)은 해당 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)를 개재시켜서 구성되어 있고, 전극(6a)에는 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 그리고 전극(6a)에 직류 전원(12)으로부터 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 흡착되도록 구성되어 있다.
탑재대(2)의 내부에는 냉매 유로(2d)가 형성되어 있고, 냉매 유로(2d)에는 냉매 입구 배관(2b), 냉매 출구 배관(2c)이 접속되어 있다. 그리고, 냉매 유로(2d) 안에 적절한 냉매, 예컨대 냉각수 등을 순환시키는 것에 의해, 탑재대(2)를 소정의 온도로 제어 가능하게 구성되어 있다. 또한, 탑재대(2) 등을 관통하도록, 웨이퍼(W)의 이면에 헬륨 가스 등의 냉열전달용 가스(백사이드 가스)를 공급하기 위한 가스 공급관(30)이 마련되어 있고, 가스 공급관(30)은 도시하지 않는 가스 공급원에 접속되어 있다. 이들의 구성에 의해, 탑재대(2)의 상면에 정전 척(6)에 의해 흡착 보지된 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어한다. 가스 공급관(30)의 구조에 대해서는 후술한다.
탑재대(2)에는, 복수, 예컨대 3개의 핀용 관통 구멍(200)이 마련되어 있고(도 1에는 1개만 나타낸다), 이들 핀용 관통 구멍(200)의 내부에는 각각 리프터 핀(61)이 배설되어 있다. 리프터 핀(61)은 구동 장치(62)에 접속되어 있고, 구동 장치(62)에 의해 상하동된다. 핀용 관통 구멍(200) 및 리프터 핀(61)의 구조에 대해서는 후술한다.
상기의 샤워헤드(16)는 처리 용기(1)의 천벽 부분에 마련되어 있다. 샤워헤드(16)는 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(95)를 거쳐서 처리 용기(1)의 상부에 지지된다. 본체부(16a)는 도전성 재료, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로부터 이루어지고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈 가능하게 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 마련되고, 이 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 본체부(16a)의 바닥부에는 다수의 가스 유통 구멍(16d)이 형성되어 있다. 또한, 상부 천판(16b)에는, 해당 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입 구멍(16e)이 상기의 가스 유통 구멍(16d)과 겹치도록 마련되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)에 공급된 처리 가스는 가스 유통 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 거쳐서 처리 용기(1) 내에 샤워 상태로 분산되어서 공급된다.
본체부(16a)에는, 가스 확산실(16c)에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(16g)가 형성되어 있다. 이 가스 도입구(16g)에는 가스 공급 배관(15a)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(15a)의 타단에는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(가스 공급부)(15)이 접속된다. 가스 공급 배관(15a)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(15b), 및 개폐 밸브(V2)가 마련되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(15)으로부터 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스가 가스 공급 배관(15a)을 거쳐서 가스 확산실(16c)에 공급되고, 이 가스 확산실(16c)로부터 가스 유통 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 거쳐서 처리 용기(1) 내에 샤워 상태로 분산되어서 공급된다.
상기의 상부 전극으로서의 샤워헤드(16)에는, 로우 패스 필터(LPF)(71)를 거쳐서 가변 직류 전원(72)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(72)은 온·오프 스위치(73)에 의해 급전의 온·오프가 가능하게 구성되어 있다. 가변 직류 전원(72)의 전류·전압 및 온·오프 스위치(73)의 온·오프는 후술하는 제어부(90)에 의해 제어된다. 또한, 후술과 같이, 제 1 RF 전원(10a), 제 2 RF 전원(10b)으로부터 고주파가 탑재대(2)에 인가되어서 처리 공간에 플라즈마가 발생할 때에는, 필요에 따라서 제어부(90)에 의해 온·오프 스위치(73)가 온이 되고, 상부 전극으로서의 샤워헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
처리 용기(1)의 측벽으로부터 샤워헤드(16)의 높이 위치보다도 상방으로 연장하도록 원통 형상의 접지 도체(1a)가 마련되어 있다. 이 원통 형상의 접지 도체(1a)는 그 상부에 천벽을 갖고 있다.
처리 용기(1)의 바닥부에는 배기구(81)가 형성되어 있고, 이 배기구(81)에는 배기관(82)을 거쳐서 제 1 배기 장치(83)가 접속되어 있다. 제 1 배기 장치(83)는 진공 펌프를 갖고 있고, 이 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해 처리 용기(1) 내를 소정의 진공도까지 감압시킬 수 있도록 구성되어 있다. 한편, 처리 용기(1) 내의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(84)가 마련되어 있고, 이 반입출구(84)에는 해당 반입출구(84)를 개폐하는 게이트 밸브(85)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 측부 내측에는 내벽면을 따라 데포 실드(86)가 마련되어 있다. 데포 실드(86)는 처리 용기(1)에 에칭 부생성물(데포)이 부착되는 것을 방지한다. 이 데포 실드(86)의 웨이퍼(W)와 대략 동일한 높이 위치에는, 그라운드에 대한 전위를 제어 가능하게 접속된 도전성 부재(GND 블록)(89)가 마련되어 있고, 이에 따라 이상 방전이 방지된다. 또한, 데포 실드(86)의 하단부에는 내벽 부재(3a)를 따라 연장되는 데포 실드(87)가 마련되어 있다. 데포 실드(86, 87)는 착탈 가능하게 되어 있다.
상기 구성의 플라즈마 처리 장치는 제어부(90)에 의해 그의 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(90)에는, CPU를 구비하여 플라즈마 처리 장치의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(91)와, 유저 인터페이스(92)와, 기억부(93)가 마련되어 있다.
유저 인터페이스(92)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(93)에는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(91)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(92)로부터의 지시 등에 의해 임의의 레시피를 기억부(93)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(91)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(91)의 제어 하에서 플라즈마 처리 장치에서의 소망의 처리가 행해진다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예컨대, 하드 디스크, CD, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 또는 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 거쳐서 수시 전송시켜서 온라인에서 사용하거나 하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여, 탑재대(2)의 주요부의 구성에 대해서 설명한다. 도 2 및 도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 탑재대(2)를 나타내는 개략 단면도이다. 도 2는 리프터 핀(61)을 상승시켜서 웨이퍼(W)를 지지한 경우를 나타내고, 도 3은 리프터 핀(61)을 하강시켜서 웨이퍼(W)를 정전 척(6) 상에 지지한 경우를 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 탑재대(2)는 기재(2a)와 정전 척(6)에 의해 구성되어 있고, 기재(2a)의 하방에서 정전 척(6)의 상방으로 리프터 핀(61)이 삽입 통과 가능하게 구성되어 있다.
정전 척(6)은 원판 형상을 나타내고, 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재면(21)과, 해당 탑재면에 대향하는 이면(22)을 갖고 있다. 탑재면(21)은 원형을 나타내고, 웨이퍼(W)의 이면과 접촉하여 원판 형상의 웨이퍼를 지지한다. 기재(2a)는 정전 척(6)의 이면(22)에 접합되어 있다.
탑재면(21)에는 가스 공급관(30)의 단부(가스 구멍)가 형성되어 있다. 가스 공급관(30)은 냉각용의 헬륨 가스 등을 공급하고 있다. 가스 공급관(30)의 단부는 제 1 가스 구멍(317) 및 제 2 가스 구멍(318)에 의해 형성되어 있다. 제 1 가스 구멍(317)은 정전 척(6)의 이면(22)에서 탑재면(21)까지 관통하도록 마련되어 있다. 즉, 제 1 가스 구멍(317)의 내벽은 정전 척(6)에 의해 형성되어 있다. 한편, 제 2 가스 구멍(318)은 기재(2a)의 이면에서 정전 척(6)과의 접합면까지 관통하도록 마련되어 있다. 즉, 제 2 가스 구멍(318)의 내벽은 기재(2a)에 의해 형성되어 있다. 제 2 가스 구멍의 구멍 직경은, 예컨대 제 1 가스 구멍의 구멍 직경보다도 크다. 그리고, 제 1 가스 구멍(317) 및 제 2 가스 구멍이 연통하도록, 정전 척(6) 및 기재(2a)가 배치되어 있다. 가스 공급관(30)에는, 가스용 슬리브(204) 및 가스용 스페이서(202)가 배치되어 있다. 또한, 전극(6a)의 단부는 가스용 슬리브(204) 및 가스용 스페이서(202)와 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 가스용 슬리브(204) 및 가스용 스페이서(202)의 상세한 내용은 후술한다.
또한, 탑재면(21)에는, 리프터 핀(61)을 수용하는 핀용 관통 구멍(200)이 형성되어 있다. 핀용 관통 구멍(200)의 직경은 가스 공급관(30)의 가스 구멍의 직경보다 크다. 핀용 관통 구멍(200)은 제 1 관통 구멍(17) 및 제 2 관통 구멍(18)에 의해 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 관통 구멍(17)은 정전 척(6)에 형성되고, 제 2 관통 구멍(18)은 기재(2a)에 형성되어 있다. 핀용 관통 구멍(200)을 형성하는 제 1 관통 구멍(17)은 리프터 핀(61)의 외경에 맞춘 구멍 직경, 즉 리프터 핀(61)의 외경보다 약간 큰(예컨대, 0.1 ~ 0.5 mm 정도 큼) 구멍 직경이 되어, 내부에 리프터 핀(61)을 수용 가능하게 되어 있다. 제 2 관통 구멍의 구멍 직경은, 예컨대 제 1 관통 구멍의 구멍 직경보다도 크다. 그리고, 제 1 관통 구멍(17)의 내벽 및 제 2 관통 구멍(18)의 내벽과 리프터 핀(61)과의 사이에는 핀용 슬리브(203) 및 핀용 스페이서(201)가 배치되어 있다. 핀용 슬리브(203) 및 핀용 스페이서(201)의 상세한 내용은 후술한다.
리프터 핀(61)은 절연성의 세라믹스 또는 수지 등으로부터 핀 형상으로 형성된 핀 본체부(61a) 및 핀 상단부(61b)를 구비하고 있다. 이 핀 본체부(61a)는 원통 형상을 나타내고, 외경이 예컨대 수 mm 정도를 갖고 있다. 핀 상단부(61b)는, 핀 본체부(61a)가 모따기 되는 것에 의해 형성되고, 구 형상의 면을 갖고 있다. 이 구 형상의 면은, 예컨대 곡률을 매우 크게 하여, 리프터 핀(61)의 핀 상단부(61b) 전체를 웨이퍼(W) 이면에 접근시키고 있다. 리프터 핀(61)은, 도 1에 나타내는 구동 장치(62)에 의해 핀용 관통 구멍(200) 내를 상하동하여, 탑재대(2)의 탑재면(21)으로부터 출몰 가능하게 동작한다. 또한, 구동 장치(62)는, 리프터 핀(61)이 수용되었을 때에, 리프터 핀(61)의 핀 상단부(61b)가 웨이퍼(W) 이면 바로 아래에 위치하도록, 리프터 핀(61)의 정지 위치의 높이 조정을 행한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 리프터 핀(61)을 상승시킨 상태에서는, 핀 본체부(61a)의 일부 및 핀 상단부(61b)가 탑재대(2)의 탑재면(21)으로부터 돌출한 상태가 되어, 탑재대(2)의 상부에 웨이퍼(W)를 지지한 상태가 된다. 한편, 도 3에 도시하는 바와 같이. 리프터 핀(61)을 하강시킨 상태에서는, 핀 본체부(61a)가 핀용 관통 구멍(200) 내에 수용된 상태가 되어, 웨이퍼(W)는 탑재면(21)에 탑재된다. 이와 같이, 리프터 핀(61)은 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 반송한다.
다음으로, 도 4a 및 도 5를 이용하여, 가스 공급관(30) 내에 배치된 가스용 슬리브(204) 및 가스용 스페이서(202)의 상세한 구성을 설명한다. 도 4a는 탑재대(2)에 있어서의 가스 구멍의 구성을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 도 5는 가스용 스페이서(202)의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 가스용 슬리브(204)는 가스 공급관(30)을 형성하는 제 2 가스 구멍(318) 내에 배설되어 있다. 가스용 슬리브(204)는, 예컨대 세라믹스 등의 절연체로부터 이루어지고, 원통 형상을 나타낸다. 그리고, 가스용 슬리브(204)는 제 2 가스 구멍(318) 내에서 기재(2a)와 접하도록, 제 2 가스 구멍(318)의 구멍 직경과 거의 동일한 외경을 갖고, 기재(2a)의 하면측으로부터 상면측을 향하여, 제 2 가스 구멍(318) 내에 끼워 넣어지도록 장착되어 있다. 가스용 슬리브(204)는 제 2 가스 구멍(318)의 구멍 직경보다도 작은 내경(예컨대 수 mm 정도)을 갖고 있다.
가스용 슬리브(204)에는, 수지(예컨대 폴리이미드) 등의 절연체로 이루어지는 가스용 스페이서(202)가 삽입되어 있다. 가스용 스페이서(202)는 기재(2a)의 하면측으로부터 상면측을 향하여, 제 2 가스 구멍(318)에 장착된 가스용 슬리브(204)에 삽입 통과되는 동시에, 제 1 가스 구멍(317)에 삽입 통과되고, 제 1 가스 구멍(317) 및 가스용 슬리브(204) 내에 끼워 넣어지도록 장착되어 있다.
도 4a 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 가스용 스페이서(202)는 스페이서 본체부(202a) 및 스페이서 단부(202b)를 갖고 있다. 스페이서 본체부(202a)는 원통 형상을 갖고 있다. 정전 척(6)측의 스페이서 단부(202b)는 원통 형상을 나타내고, 스페이서 본체부(202a)보다도 작은 내경을 갖고 있다. 스페이서 단부(202b)의 내경을 축소하여 평균 자유 행정(mean free path)을 줄임으로써, 냉열전달용 가스의 유속을 감소시킬 수 있어서, 스페이서 단부(202b) 내에서 이상 방전이 발생하지 않게 된다. 또한, 스페이서 단부(202b)는, 예컨대 외경이 스페이서 본체부(202a)의 외경과 거의 동일한 (베이스(2)측의) 본체 연장부(205)와, 외경이 스페이서 본체부(202a)의 외경보다도 작은 (정전 척(6)측의) 플러그부(206)를 포함하고 있다. 본 실시형태에서는 스페이서 단부(202b)가 스페이서 본체부(202a)의 내경보다 작은 내경을 갖지만, 도 4b에 도시된 바와 같이, 스페이서 단부(202b')의 내경이 스페이서 본체부(202a)의 내경과 동일할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 본체 연장부(205)가 스페이서 본체부(202a)에 접속되는 것에 의해, 스페이서 단부(202b)가 스페이서 본체부(202a)와 일체로 된 상태에서, 가스용 슬리브(204) 내에 삽입되어 있다. 본체 연장부(205) 및 스페이서 본체부(202a)는 가스용 슬리브(204) 내에 수용되어서 배치되어 있다. 플러그부(206)는 정전 척(6)의 이면(22)으로부터 탑재면(21)까지 연장되도록 제 1 가스 구멍(317) 내에 배치되어 있다. 이와 같이, 가스용 스페이서(202)가 가스용 슬리브(204)의 내벽 및 제 1 가스 구멍(317)의 내벽을 덮도록 연장되어 있다. 가스용 스페이서(202)를 삽입하는 것에 의해, 가스 공급관(30) 내의 직경 방향 공간은 가스용 스페이서(202) 삽입 전보다도 작아진다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 이용하여, 핀용 관통 구멍(200) 내에 배치된 핀용 슬리브(203) 및 핀용 스페이서(201)의 상세한 구성을 설명한다. 도 6은 탑재대(2)에 있어서의 핀용 관통 구멍(200)의 구성을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 도 7은 핀용 스페이서(201)의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 핀용 슬리브(203)는 핀용 관통 구멍(200)을 형성하는 제 2 관통 구멍(18) 내에 배치되어 있다. 핀용 슬리브(203)는, 예컨대 세라믹스 등의 절연체로부터 이루어지고, 원통 형상을 나타낸다. 그리고, 핀용 슬리브(203)는, 제 2 관통 구멍(18) 내에서 기재(2a)와 접하도록, 제 2 관통 구멍(18)의 구멍 직경과 거의 동일한 외경을 갖고, 기재(2a)의 하면측으로부터 상면측을 향하여 제 2 관통 구멍(18) 내에 끼워 넣어지도록 장착되어 있다. 핀용 슬리브(203)는 제 2 관통 구멍(18)의 구멍 직경보다도 작고, 리프터 핀(61)의 외경보다도 큰 내경(예컨대 수 mm 정도)을 갖고 있다.
핀용 슬리브(203)에는, 수지(예컨대 폴리이미드) 등의 절연체로 이루어지는 핀용 스페이서(201)가 삽입되어 있다. 핀용 스페이서(201)는 기재(2a)의 하면측으로부터 상면측을 향하여, 제 2 관통 구멍(18)에 장착된 핀용 슬리브(203)에 삽입 통과되는 동시에, 제 1 관통 구멍(17)에 삽입 통과되어, 제 1 관통 구멍(17) 및 핀용 슬리브(203) 내에 끼워 넣어지도록 장착되어 있다.
도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이 핀용 스페이서(201)는 원통 형상의 수용부(201a)와, 수용부(201a)의 일단에 형성되고, 직경 방향 외측으로 돌출하는 테두리부(201b)를 갖는다. 수용부(201a)는, 예컨대 수백 ㎛ 이하의 두께를 갖는 원통 형상을 갖고 있다. 수용부(201a)는 핀 본체부(61a)의 외경보다도 큰 내경을 갖고 있다. 한편, 테두리부(201b)는 수용부(201a)의 직경 방향 외측으로 돌출하는 테두리 형상을 나타내고, 기재(2a)에 고정하기에 충분한 면적을 갖고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 테두리부(201b)의 상면이 기재(2a)의 하면에 고정된 상태에서, 핀용 스페이서(201)는 핀용 슬리브(203)에 삽입되어 있다. 또한, 핀용 스페이서(201)의 수용부(201a)는 기재(2a)의 이면에서 정전 척(6)의 탑재면(21)까지 연장되도록 배치되어 있다. 이와 같이, 핀용 스페이서(201)가 핀용 슬리브(203)의 내벽 및 제 1 관통 구멍(17)의 내벽을 덮도록 연장되어 있다. 핀용 스페이서(201)를 삽입하는 것에 의해, 핀용 관통 구멍(200) 내에 있어서의 리프터 핀(61)이 존재하지 않는 공간, 즉 리프터 핀(61)과 제 1 관통 구멍(17)의 내벽과의 사이, 및 리프터 핀(61)과 핀용 슬리브(203)의 내벽과의 사이가 보다 작아진다. 즉, 핀용 스페이서(201)를 삽입하는 것에 의해, 핀용 관통 구멍(200)에 있어서의 직경 방향의 공간은 핀용 스페이서(201) 삽입 전보다도 작아진다. 이 때문에, 도 3에 도시하는 바와 같이, 리프터 핀(61)을 하강시켜서 핀용 관통 구멍(200) 내에 수용시킨 때에는, 핀용 관통 구멍(200) 내에 공간이 거의 없는 상태가 된다.
여기에서, 도 8을 참조하여, 파셴의 법칙에 의한 방전 개시 전압에 대해서 설명한다. 도 8은 파셴의 법칙에 의한 방전 개시 전압의 곡선을 도시하는 도면이다. 그 횡축은 헬륨 가스의 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱, 종축은 방전 개시 전압이다. 횡축 및 종축은 대수 눈금(logarithmic scale)으로 표시하고 있다. 예컨대 도 8의 점(Pe)으로 나타내는 바와 같이, 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱이 2.0[cm·Torr]인 경우에는, 방전 개시 전압은 대략 200 [V]가 된다. 이때의 압력(P) 및 전극간 거리(T)의 조건 하에서, 전압이 예컨대 54 [V]가 된 경우에는, 전압의 값이 방전 개시 전압인 대략 200 [V]에 비해서 작고, 추가로 4배 정도의 마진이 있으므로, 방전은 발생하지 않는다. 한편, 동일 조건 하에서 전압이 예컨대 300 [V]가 된 경우에는, 전압의 값이 방전 개시 전압인 대략 200 [V]에 비해서 크기 때문에, 방전이 발생한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 방전 개시 전압은 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱에 대하여 극소값(P1)을 갖고 있다. 이 극소값(P1)에서, 가장 방전하기 쉬운 압력(P) 및 전극간 거리(T)가 된다. 그리고, 이 극소값(P1)을 경계로 해서 우측으로 갈수록, 즉 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱이 커질수록 방전 개시 전압이 높아진다. 예컨대, 전극간 거리(T)를 극소값(P1)에 있어서의 전극간 거리(T)로 하고, 압력(P)을 극소값(P1)에 있어서의 압력(P)으로부터 상승시킨 경우에는, 방전 개시 전압이 높아진다. 이것은 압력(P)이 상승하면 전극간에 존재하는 He가 늘어나고, 평균 자유 행정이 작은 상태가 되므로, 전계에 의해 전자가 가속되어도 충분한 운동 에너지를 얻기 전에 He에 충돌하기 때문이다. 마찬가지로, 예컨대 압력(P)을 극소값(P1)에 있어서의 압력(P)으로 하고, 전극간 거리(T)를 극소값(P1)에 있어서의 전극간 거리(T)로부터 길게 한 경우도, 방전 개시 전압이 높아진다. 이것은 전극간 거리(T)가 길어지면 전계에 의한 가속력이 감소하는 것으로부터 충분한 운동 에너지를 얻을 수 없기 때문이다. 이와 같이, 극소값(P1)을 경계로 우측으로 갈수록, 즉 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱이 커질수록 방전 개시 전압이 높아진다.
한편, 이 극소값(P1)을 경계로 하여 좌측으로 갈수록, 즉 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱이 작아질수록 방전 개시 전압이 높아진다. 예컨대, 전극간 거리(T)를 극소값(P1)에 있어서의 전극간 거리(T)로 하고, 압력(P)을 극소값(P1)에 있어서의 압력(P)으로부터 감소시킨 경우에는, 방전 개시 전압이 높아진다. 이것은 전극간에 존재하는 He가 적어져서, 가속한 전자와 충돌하기 어려워지기 때문이다. 마찬가지로, 압력(P)을 극소값(P1)에 있어서의 압력(P)으로 하고, 전극간 거리(T)를 극소값(P1)에 있어서의 전극간 거리(T)로부터 감소시킨 경우에는, 방전 개시 전압이 높아진다. 이것은 전자가 가속하기 위한 공간이 부족하기 때문이다. 이와 같이, 극소값(P1)을 경계로 좌측으로 갈수록, 즉 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱이 작아질수록 방전 개시 전압이 높아진다.
따라서, 방전 개시 전압을 높이기 위해서는, 극소값(P1)의 우측 또는 좌측이 되는 장치 또는 프로세스 조건으로 하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱을 극소값(P1)에 비교하여 보다 크게, 또는 보다 작게 하면, 웨이퍼(W)의 이면에서, 방전되기 어려운 상태로 할 수 있다. 그런데, 방전 개시 전압의 곡선은 극소값의 우측에서는 완만하게 상승하고 있다. 이 때문에, 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱을 극소값(P1)보다 크게 하도록 장치 또는 프로세스 조건을 변경한다고 해도, 방전 개시 전압이 극적으로 증가하는 것이 아니기 때문에, 전극간의 전압을 올리면, 어쨌든 방전 개시 전압에 도달해버린다. 이 때문에, 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱을 극소값(P1)으로부터 크게 하도록 장치 또는 프로세스 조건을 변경해도 웨이퍼(W)의 이면에 있어서의 방전을 적절히 방지할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 극소값(P1)의 좌측에서는, 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱 PT=1인 점근선을 따라 곡선이 급격하게 상승하고 있다. 이 때문에, 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱을 극소값(P1)보다 작게 하도록 장치 또는 프로세스 조건을 변경한 경우에는 방전 개시 전압이 극적으로 증가한다. 또한, 점근선이 존재하는 것으로부터, 전극간 거리(T)가 작아지면, 전자의 가속에 필요한 거리를 확보할 수 없는 상황, 즉 전극간의 전압을 아무리 상승시켜도 물리적으로 방전할 수 없는 상황으로 할 수 있다. 따라서, 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱을 극소값(P1)보다 작게 하도록 장치 또는 프로세스 조건을 변경하는 쪽이 압력(P)과 전극간 거리(T)와의 곱을 극소값(P1)에 비해서 보다 크게 하도록 장치 또는 프로세스 조건을 변경하는 것보다도 효율적으로 방전을 방지할 수 있다. 이 때문에, 방전 개시 전압을 높이기 위해서는, 극소값(P1)의 우측보다도 극소값(P1)의 좌측에 있도록 하는 장치 또는 프로세스 조건으로 하는 것이 보다 효율적이고 또한 효과적이다. 이상으로부터, 파셴의 법칙에 의하면, 전극간 거리(T), 즉 전계가 발생하는 공간을 작게 함으로써, 보다 방전하기 어려워지는 것으로 생각된다. 또한, 웨이퍼(W) 이면에 국소적으로 존재하는 공간의 크기를 작게 하는 쪽이, 즉 전극간 거리(T)를 작게 하는 쪽이 온도 균일성의 관점으로부터도 우수하다.
도 9a 및 도 9b는 핀용 스페이서(201)의 작용을 나타내는 개략도로서, 전위의 등고선을 점선으로 나타내고 있다. 도 9a는 종래의 탑재대(2)를 도시하는 도면이고, 도 9b는 제 1 실시형태에 관한 탑재대(2)를 도시하는 도면이다. 도 9a에 나타내는 종래의 탑재대(2)에서는, 리프터 핀(61)이 플라즈마에 노출되는 것을 회피하기 위하여, 핀용 관통 구멍(200) 내부의 깊은 위치에 리프터 핀(61)을 정지시켜서 수용하고 있다. 또한, 핀 상단부의 곡률은 작다. 그렇게 하면, 도 9a과 같이, 핀용 스페이서(201)를 마련하지 않는 탑재대(2)에서는, 핀용 관통 구멍(200) 내에서 전자가 가속할 수 있을 정도의 공간(Z)이 존재하게 된다. 또한, 공간(Z)은 전계의 왜곡이 발생하고 있는 부분도 포함하고 있다. 전계의 왜곡 부분은 전자가 동일 개소로 진행하기 때문에, 방전을 유발시키기 쉽다. 이와 같이, 종래의 리프터 핀(61)의 형상이나 배치에서는, 리프터 핀(61)과 웨이퍼(W)가 근접하고 있지 않기 때문에, 리프터 핀(61)의 상부와 웨이퍼(W)와의 사이에서, 전자가 가속 가능한 공간 부분이 존재하고 있다. 또한, 리프터 핀(61)이 수용되어 있는 부분에서도, 직경 방향에 있어서의 공간이 존재하고 있다. 이 때문에, 이들 공간 부분에서 전자가 가속해서 He와 충돌하여, 방전이 발생할 가능성이 있다.
이에 비하여, 도 9b와 같이, 핀용 스페이서(201)를 마련한 제 1 실시형태에 관한 탑재대(2)에서는, 리프터 핀(61)을 웨이퍼(W)에 근접시키는 것에 의해, 공간(Z)을 좁게 할 수 있는 동시에, 핀용 관통 구멍(200) 내에서 전계의 왜곡이 발생하고 있는 부분에 리프터 핀(61)이 존재하도록 배치할 수 있다. 또한, 핀 상단부(61b)의 곡률을 크게 하는 것에 의해, 공간(Z)을 보다 좁게 할 수 있다. 즉, 핀 상단부(61b)가 웨이퍼(W)와 근접하기 때문에, 핀 상단부(61b)와 웨이퍼(W)와의 사이에 있어서의 공간 부분을 종래보다도 좁게 할 수 있다. 핀 본체부(61a)의 수용부에서도, 핀용 스페이서(201)가 마련되고 있는 만큼, 직경 방향에 있어서의 공간 부분을 종래보다도 좁게 할 수 있다. 이와 같이, 전자가 가속하기 위한 공간을 마련하지 않도록 할 수 있으므로, 핀용 관통 구멍(200)에 있어서의 방전을 방지하는 것이 가능해진다.
이상, 제 1 실시형태에 관한 탑재대(2)에 의하면, 핀용 관통 구멍(200)에 삽입된 핀용 슬리브(203)와, 핀용 슬리브(203)에 삽입된 핀용 스페이서(201)를 구비하는 것에 의해, 핀용 관통 구멍(200)에 있어서의 직경 방향의 공간을 좁게 할 수 있다. 핀용 관통 구멍(200) 내에 리프터 핀(61)이 수용된 상태에서, 핀 본체부(61a)와 핀용 스페이서(201)와의 사이, 및 핀 상단부(61b)와 웨이퍼(W) 이면과의 사이에 있어서의 공간은 종래보다도 좁아진다. 따라서, 해당 공간에 있어서의 이상 방전을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 1 실시형태에 관한 탑재대(2)는 가스 구멍인 가스 공급관(30)에 삽입된 가스용 슬리브(204)와, 가스용 슬리브(204)에 삽입된 가스용 스페이서(202)를 구비하는 것에 의해, 가스 공급관(30)에 있어서의 직경 방향의 공간을 좁게 할 수 있다. 가스 공급관(30)에 있어서의 직경 방향의 공간이 좁아지는 것에 의해, 전자를 가속할 수 없어서, 방전되기 어려운 상태가 된다. 따라서, 가스 공급관(30)에 있어서의 방전을 방지할 수 있다.
도 10은 제 1 실시형태의 탑재대(2)에 있어서의, He의 압력과 웨이퍼(W) 이면의 이상 방전 흔적과의 관계를 나타내는 실험 결과의 표이다. 프로세스 1에서는, 제 1 RF 전원(10a)의 전력을 2000 [W], 제 2 RF 전원(10b)의 전력을 4000 W로 하여 플라즈마를 발생시키고, He 압력을 0 [Torr], 탑재대(2)의 제어 온도를 80 [℃]로 했다. 프로세스 2에서는, 프로세스 1의 조건 중 He 압력을 10 [Torr]로 했다. 프로세스 3에서는, 프로세스 1의 조건 중 He 압력을 25 [Torr]로 했다. 도 10에 있어서의 사선의 란은 He의 압력을 나타내고 있다. 상기 프로세스 1 ~ 3에 관해서, 탑재대(2)에 마련된 3개의 핀용 관통 구멍(200)(Pin-1, Pin-2, Pin-3) 및 가스 공급관(30)(가스 구멍)에 있어서, 웨이퍼(W) 이면의 이상 방전 흔적을 눈으로 확인했다. 결과의 란에 있어서의 ○△×의 표시는 웨이퍼(W) 이면의 방전 흔적에 대해서 표현하는 것으로서, ○ 표시는 방전 흔적이 없고 정상 부분과 차이가 없는 상태, △ 표시는 하얗고 뿌연 방전 흔적을 눈으로 주시하면 겨우 알 수 있는 상태, × 표시는 눈으로 분명하게 방전 흔적이라고 알 수 있는 상태를 나타내고 있다. 도 10에 도시하는 바와 같이 제 1 실시형태에 관한 탑재대(2)를 구비한 플라즈마 처리 장치는 He의 압력이 25 [Torr]보다 낮은 조건 하에서 이상 방전을 방지할 수 있는 것이 확인되었다.
(제 2 실시형태)
그런데, 상술한 제 1 실시형태에 관한 탑재대(2)에서는 이하 설명하는 바와 같이 개선의 여지가 더 있다. 도 11은 도 1의 탑재대에 있어서의 리프터 핀(61)의 구동 장치(62)의 개요를 나타내는 모식도이다. 또한, 도 11에서는 리프터 핀(61)을 2개 확인할 수 있는 단면의 경우를 도시하고 있다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 구동 장치(62)는 구동원(54), 및 구동원(54)에 접속된 구동 부재(55)를 구비하고 있다. 구동 부재(55)는, 예컨대 원반 형상을 나타내고, 그 외연의 소정의 1 개소가 구동원(54)과 접속되어 있다. 이 때문에, 구동원(54)과의 접속점에서 상하 방향의 구동력이 작용한다. 또한, 구동 부재(55)는 구동원(54)과의 접속점에 대향하는 구동 부재(55)의 외연의 1 개소가 고정되어 있다. 구동 부재(55)의 상면에는 리프터 핀(61)의 하단부가 접속되어 있다. 또한, 도 11에서는 생략하고 있지만, 3 이상의 리프터 핀(61)이 구동 부재(55)의 상면에 등간격으로 배치되어 있다. 구동 부재(55)의 구동원(54)과의 접속점에 구동력이 작용한 경우, 구동 부재(55)는 고정된 개소를 중심으로 경사져서, 리프터 핀(61)이 상승한다. 이와 같이, 리프터 핀(61)을 지지하는 구동 부재(55)는 편측 지지 구조인 경우에는, 리프터 핀(61)의 하중에 의해 구동 부재(55)가 휠 가능성이 있다. 또한, 구동 부재(55)의 외연의 1 개소가 고정되어 있지 않고, 대신에 다른 구동원(54)이 접속된 소위 양측 지지 구조라도, 복수의 구동원(54)의 구동 시퀀스가 어긋난 경우에는 구동 부재(55)가 휠 가능성이 있다. 구동 부재(55)가 휘면, 리프터 핀(61)은 핀용 관통 구멍(200) 내를 수직 방향으로 정확하게 상하동할 수 없다. 따라서, 리프터 핀(61)과 핀용 관통 구멍(200)의 내벽과의 사이에는, 극간 공간(소위 여유)이 필요하다. 그러나, 핀용 스페이서(201)를 삽입함에 따라, 직경 방향의 공간이 줄기 때문에, 리프터 핀(61)이 상하동하기 위해 충분한 극간 공간이 존재하지 않게 될 가능성이 있다. 또한, 기재(2a)는 도전성의 금속으로 구성되어 있기 때문에 열팽창한다. 이 때문에, 핀용 관통 구멍(200)의 위치가 어긋나거나, 구경이 작아지는 경우가 있다. 그렇게 되면, 핀용 스페이서(201)를 삽입한 경우에는 해당 위치 어긋남이나 직경의 축소를 허용하지 못할 우려가 있다. 또한, 핀용 스페이서(201)의 삽입에 따라, 리프터 핀(61)이 상하동할 때의 슬라이딩 저항이 증가할 우려가 있다. 이상으로부터, 핀용 스페이서(201)의 삽입에 의해 공간을 축소하는 것에 의해 이상 방전을 방지한다고 하는 대책에서는, 리프터 핀의 기능과 이상 방전의 방지를 적절하게 양립시킬 수 없는 경우가 있다고 생각된다.
또한, 이상 방전은, 특히 RF 주파수가 보다 낮고, RF 전력이 보다 높은 조건 하에서 용이하게 발생한다. 이것은 RF 주파수를 보다 낮게, 또한 RF 전력을 보다 높게 하면, 자기 바이어스(self-bias)가 증가하기 때문이다.
우선, 자기 바이어스에 대해서 설명한다. 도 12는 자기 바이어스를 설명하기 위한 개요도이다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 탑재대(2)에 상당하는 전극에 RF 전원이 콘덴서(CB)를 거쳐서 접속되고, 처리 용기(1)에 상당하는 벽이 그라운드에 접속되어 있는 것으로 한다. 또한, 벽의 면적이 RF 전극의 면적보다도 충분히 큰 것으로 한다. 이 경우에는, 벽에 유입하는 전자는 그라운드에 방출되지만, 전극에 유입한 전자는 콘덴서(CB)에 의해 축적된다. 콘덴서(CB)에 전하가 축적되는 것에 의해, 전극에 음의 직류 전압인 자기 바이어스(VDC)가 자연히 발생한다. 그리고, RF 전원의 RF 파형을 VRF로 하고, 그 진폭을 VPP로 하면, 플라즈마로부터의 전하를 축적한 콘덴서(CB)의 영향에 의해, 전극에 전해지는 RF 파형(Vele)은 자기 바이어스(VDC)의 분량만큼 전체적으로 음의 방향으로 이동한다. 또한, 플라즈마가 발생했을 때에는, 플라즈마 중의 전자와 가스 이온과의 질량의 차이에 의해, 플라즈마가 양으로 대전하는 동시에, 플라즈마와 벽 및 전극과의 사이에 음의 바이어스 영역인 시스(sheath)가 발생한다. 이 시스를 안정적으로 유지하기 위해서는, 플라즈마로부터 전극에 유입되는 전자의 전하량(유입 전류)의 시간 평균과, 플라즈마로부터 전극에 유입되는 이온의 전하량(이온 전류)의 시간 평균을 동일하게 할 필요가 있다. 상기 설명한 바와 같이, 자기 바이어스(VDC)가 발생하면, 전극에 전해지는 RF 파형(Vele)을 음의 방향으로 하강하게 하여 전자가 전극에 유입하는 시간을 짧게 하도록 작용하기 때문에, 유입 전류와 이온 전류와의 시간 평균이 같아져서, 결과적으로 안정적으로 플라즈마를 유지할 수 있다.
도 13a는 RF 주파수 및 RF 전력을 소정의 값으로 했을 때의 전극의 RF 파형이며, 도 13b는 도 13a에서 나타내는 RF 파형의 조건보다도 더 저주파이고 또한 고전력으로 한 경우의 RF 파형이다. 예컨대, RF 전력을 높게 하면, RF 전력에 의해 형성되는 전계가 높아지고, 전계에 의해 가속되는 전자의 운동 에너지가 커지기 때문에, 전극으로 날아가는 전자의 양이 많아져서, 자기 바이어스(VDC)가 증가한다. 즉, 도 13a 및 도 13b에 도시하는 바와 같이, RF 인가 조건을 저주파이고 또한 고전력으로 한 경우에는 진폭(VPP)의 증대와 함께 자기 바이어스(VDC)도 증대한다.
도 14는 파셴의 법칙의 그래프을 이용하여, 자기 바이어스(VDC)가 증대한 경우에 이상 방전이 발생하기 쉬운 것을 설명하는 그래프이다. 여기에서는, 소정의 프로세스 조건(A1)에 있어서의 방전 개시 전압이 V1인 것으로 한다. 이때, 탑재대(2)에 발생한 자기 바이어스가 방전 개시 전압(V1)보다도 작은 VDC1인 경우에는, 이상 방전은 발생하지 않는다. 그러나, 탑재대(2)에 발생한 자기 바이어스가 증대한 경우에는, 방전 개시 전압(V1)을 넘는 경우가 있다. 예컨대, 방전 개시 전압(V1)보다도 큰 VDC2가 발생한 경우에는, 프로세스 조건(A1)에서도 이상 방전이 발생한다. 즉, RF 인가 조건을 저주파이고 또한 고전력으로 한 경우에는, 자기 바이어스(VDC)가 증대함으로써, 방전 개시 전압(V1)을 넘을 가능성이 커지기 때문에, 이상 방전 발생의 위험이 높아진다.
그래서, 요구되는 광범위한 에칭 조건(예컨대, 주파수 500kHz 이하이고 또한 RF 전력이 3000W 이상)에서도 이상 방전을 방지하기 위해서는, 웨이퍼(W) 이면과 정전 척(6)과의 사이에 있어서의 이상 방전을 발생시키는 공간을 좁게 하는 것만으로는 충분하지 않고, 추가로 마진을 갖는 대책, 즉 이상 방전을 발생시키는 공간 바로 그것을 없애는 것이 보다 유효하다.
이상의 고찰에 기초하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 설명에서는 제 1 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점에 대해서 주로 설명한다.
도 15는 제 2 실시형태에 관한 탑재대에 있어서의 리프터 핀 및 핀용 관통 구멍의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 본 실시형태에 있어서의 핀용 관통 구멍(200')은, 제 1 관통 구멍(17') 및 제 2 관통 구멍(18')에 의해 형성되어 있다. 또한, 여기에서는 핀용 관통 구멍(200')의 상단부는 제 1 관통 구멍(17')에 의해 형성되고, 핀용 관통 구멍(200')의 하단부는 제 2 관통 구멍(18')에 의해 형성되어 있다. 제 1 관통 구멍(17')은 핀용 관통 구멍(200')의 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고 있다. 즉, 제 1 관통 구멍(17')은 탑재대(2')의 하측을 향할수록 작은 구멍 직경을 갖는 테이퍼 형상을 갖고 있다.
리프터 핀(61')의 핀 상단부(61b')는 핀 본체부(61a')(하단부측)측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고 있다. 즉, 핀 상단부(61b')는 제 1 관통 구멍(17')의 형상과 대응하도록, 탑재대(2')의 상측을 향할수록 큰 단면(외경)을 갖는 역 테이퍼 형상을 갖고 있다. 리프터 핀(61')이 핀용 관통 구멍(200')에 수용되었을 때, 핀 상단부(61b')의 외면은 제 1 관통 구멍(17')의 내벽과 면접촉한다. 이 때문에, 제 1 관통 구멍(17')에 있어서, 핀 상단부(61b')와 제 1 관통 구멍(17')의 내벽과의 사이에 있어서의 거리, 즉 직경 방향의 공간이 완전히 없어진다.
도 16은, 제 2 실시형태에 관한 탑재대를 나타내는 개략 단면도이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 탑재대(2')에 있어서의 핀용 관통 구멍(200')은 배기용 관통 구멍(19)에 연통되어 있다. 배기용 관통 구멍(19)은 탑재대(2')의 측벽에서 개구되어 있다. 이에 따라, 핀용 관통 구멍(200')은 탑재대(2')를 구비하는 플라즈마 처리 장치의 처리 용기(1) 내에 연통되어 있다. 리프터 핀(61')의 핀 본체부(61a')와 제 2 관통 구멍(18')의 내벽과의 사이에 있어서의 공간에 존재하고 있는 가스는 이 배기용 관통 구멍(19)을 통하여 처리 용기(1) 내에 배기된다. 또한, 배기용 관통 구멍(19)은 탑재대(2')의 측벽에서 개구되어 있는 것에 한정되지 않고, 지지대(4)의 측벽에서 개구되어 있는 것이라도 좋다.
이상, 제 2 실시형태에 관한 탑재대(2')에 의하면, 핀용 관통 구멍(200')이 하단부를 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 나타내고, 리프터 핀(61')의 핀 상단부(61b')가 핀용 관통 구멍(200')의 상단부의 형상과 대응하도록 하단부측을 향해서 서서히 직경이 축소된 형상을 갖고 있다. 리프터 핀(61')은 핀용 관통 구멍(200')에 수용되었을 때에 핀용 관통 구멍(200')의 상단부의 내벽과 면접촉한다. 이 때문에, 핀용 관통 구멍(200')의 상단부에서, 직경 방향의 공간을 완전히 없앨 수 있다. 이렇게 이상 방전을 발생시키는 공간 바로 그것을 없앰으로써, RF 인가 조건을 저주파이고 또한 고전력으로 한 경우에서도 이상 방전을 방지할 수 있다. 또한, 리프터 핀(61')의 웨이퍼 지지 기능과 이상 방전의 방지를 양립시키는 것이 가능해진다.
또한, 핀용 관통 구멍(200')은 배기용 관통 구멍(19)을 거쳐서 처리 용기(1) 내에 연통하고 있다. 해당 배기용 관통 구멍(19)을 통하여 수시로 가스 배기를 행할 수 있다. 따라서, 배기용 관통 구멍(19)이라는 간이한 구성만으로, 리프터 핀(61')의 핀 본체부(61a')와 제 2 관통 구멍(18')의 내벽과의 사이에 있어서의 공간에 존재하고 있는 가스를 배기할 수 있다. 이 때문에, 핀용 관통 구멍(200') 내가 감압되므로, 이상 방전되기 어려운 상태를 실현하는 것이 가능해진다.
이상, 일 실시형태에 대해서 기술했지만, 본 발명은 상기 특정한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서 여러가지 변형 또는 변경이 가능하다.
예컨대, 핀용 관통 구멍(200') 내를 감압하기 위한 배기 장치를 별도로 마련해도 좋다. 도 17은 제 2 실시형태에 관한 탑재대의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다. 이 탑재대(2")를 구비하는 플라즈마 처리 장치는 처리 용기(1)를 배기하는 제 1 배기 장치(83)와는 다른 위치에 마련된 제 2 배기 장치(94)를 갖고 있다. 복수의 핀용 관통 구멍(200')은 제 2 배기 장치(94)에 접속되어 있다. 즉, 핀용 관통 구멍(200') 각각이 처리 용기(1)의 내부와 제 2 배기 장치(94)를 접속하는 배기 유로의 일부로서 구성되어 있다. 이 변형예에 관한 탑재대(2")를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 의하면, 핀용 관통 구멍(200') 내부를 제 2 배기 장치(94)에 의해 소망의 타이밍으로 배기할 수 있다. 따라서, 처리 용기(1)의 배기 제어와는 독립한 구성으로 핀용 관통 구멍(200') 내부의 가스 배기의 제어를 행할 수 있는 동시에, 핀용 관통 구멍(200') 내가 감압되어, 도 16에 관한 탑재대(2')를 구비하는 플라즈마 처리 장치와 동일하게 이상 방전되기 어려운 상태를 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 상술한 제 2 배기 장치(94)는 핀용 관통 구멍(200') 각각에 대응시켜서 복수 구비하고 있어도 좋다.
또한, 제 2 실시형태에서는 제 1 관통 구멍(17')을 테이퍼 형상, 핀 상단부(61b')를 역 테이퍼 형상으로 했지만, 리프터 핀(61')이 핀용 관통 구멍(200')에 수용되었을 때에 핀 상단부(61b')가 제 1 관통 구멍(17')의 내벽과 면접촉하는 형상을 갖고 있는 한, 이 형상에 한정되지 않는다. 예컨대, 유발 형상 등 여러 가지 형상을 나타내도 좋다. 또한, 제 1 관통 구멍(17')의 전체가 테이퍼 형상으로 되어 있을 필요는 없고, 제 1 관통 구멍(17')의 상단부만이 테이퍼 형상으로 되어도 좋으며, 제 1 관통 구멍(17')의 하단부만이 테이퍼 형상으로 되어도 좋다.
또한, 제 2 실시형태에서는, 핀용 관통 구멍(200')의 상단부가 제 1 관통 구멍(17')인 경우를 설명했지만, 핀용 관통 구멍(200')의 상단부가 제 1 관통 구멍(17') 및 제 2 관통 구멍(18')의 일부라도 좋다. 즉, 테이퍼 형상이 되는 부분이 제 1 관통 구멍(17')과 제 2 관통 구멍(18')의 일부에 의해 형성되어 있어도 좋다. 또는, 핀용 관통 구멍(200')의 상단부가 제 1 관통 구멍(17') 및 핀용 슬리브(203)의 일부라도 좋다. 즉, 테이퍼 형상이 되는 부분이 제 1 관통 구멍(17')과 핀용 슬리브(203)의 일부에 의해 형성되어 있어도 좋다.
또한, 제 2 실시형태의 핀용 관통 구멍(200')에서, 제 1 실시형태에서 설명한 핀용 스페이서(201)를 이용하여 이상 방전을 방지하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서, 플라즈마 처리 장치는 레이디얼 라인 슬롯 안테나(Radial line slot antenna)에서 발생시킨 플라즈마를 이용하고 있어도 좋다.
1 : 처리 용기 2 : 탑재대
2a : 기재(베이스) 6 : 정전 척
17 : 제 1 관통 구멍 18 : 제 2 관통 구멍
61 : 리프터 핀 200 : 핀용 관통 구멍
203, 204 : 슬리브 201, 202 : 스페이서

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 탑재대에 있어서,
    피처리체를 탑재하는 탑재면 및 상기 탑재면에 대향하는 이면을 갖고, 상기 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과,
    상기 정전 척의 이면에 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍과 연통하며 상기 제 1 관통 구멍의 구멍 직경보다도 큰 구멍 직경의 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와,
    상기 제 2 관통 구멍에 삽입된 통 형상의 슬리브와,
    상기 슬리브 내 및 상기 제 1 관통 구멍에 삽입되는 절연체로 이루어지는 통 형상의 스페이서를 구비하고,
    상기 통 형상의 스페이서는 테두리부를 가지고, 상기 테두리부는 직경 방향 외측으로 돌출하는 테두리 형상을 가지고, 상기 테두리부의 상면이 상기 베이스의 하면과 대향하는
    탑재대.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 관통 구멍은 냉열전달용 가스를 공급하는 가스 구멍인
    탑재대.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 탑재면 상으로 상기 제 1 관통 구멍으로부터 출몰 가능하게 상하동하여, 상기 피처리체를 상하 방향으로 반송하는 리프터 핀을 더 구비하는
    탑재대.
  9. 탑재대에 있어서,
    베이스와,
    상기 베이스 상에 배치되고, 피처리체를 탑재하는 탑재면을 갖는 정전 척과,
    상기 베이스 및 상기 정전 척을 관통하는 제 1 관통 구멍과,
    상기 베이스 및 상기 정전 척을 관통하는 제 2 관통 구멍과,
    상기 제 1 관통 구멍에 수용되고, 상기 탑재면 상으로 출몰 가능하게 상하동하여, 상기 피처리체를 상하 방향으로 반송하는 리프터 핀과,
    상기 베이스측의 상기 제 1 관통 구멍 및 상기 제 2 관통 구멍 내에 삽입된 제 1 및 제 2 슬리브와,
    상기 제 1 슬리브 내에 삽입되고, 상기 베이스를 관통하여 상기 정전 척측의 상기 제 1 관통 구멍 내까지 삽입된 제 1 스페이서와,
    상기 제 2 슬리브 내에 삽입되고, 상기 베이스를 관통하여 상기 정전 척측의 상기 제 2 관통 구멍 내까지 삽입된 제 2 스페이서를 구비하며,
    상기 제 2 스페이서는, 그 외경이 상기 베이스측의 직경보다 상기 정전 척측의 직경이 작게 형성되어 있고,
    상기 제 1 스페이서는 테두리부를 가지고, 상기 테두리부는 직경 방향 외측으로 돌출하는 테두리 형상을 가지고, 상기 테두리부의 상면이 상기 베이스의 하면과 대향하는
    탑재대.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 관통 구멍은 냉열전달용 가스을 공급하는 가스 구멍인
    탑재대.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 관통 구멍은 상기 베이스측의 직경보다 상기 정전 척측의 직경이 작은
    탑재대.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 관통 구멍은 상기 제 1 관통 구멍보다 작은
    탑재대.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 관통 구멍의 상단부는 테이퍼 형상을 갖고,
    상기 리프터 핀의 상단부는 역 테이퍼 형상을 갖는
    탑재대.
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