KR102510306B1 - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼의 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공하기 위해, 진공 용기 내부에 배치되고 내측에 처리 대상의 웨이퍼가 배치되어 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내에 배치되고 상면에 상기 웨이퍼가 재치(載置)되는 원통형을 가진 시료대와, 상기 시료대의 내부에 배치되고 중심으로부터 외주측을 향하는 직경 방향에 대해서 복수의 반경 상에서 상기 중심 둘레에 동심(同心) 형상으로 배치된 원형의 영역 및 이것의 외주(外周)를 둘러싸는 링 형상의 영역을 포함하는 3개 이상의 직경 방향의 영역의 각각에 배치된 복수의 히터로서, 적어도 1개의 상기 링 형상의 영역의 상기 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 나누어진 복수의 원호(圓弧) 형상의 영역의 각각에 배치된 것을 포함하는 복수의 히터와, 상기 복수의 직경 방향의 영역의 각각 아래쪽의 상기 시료대 내부에 배치되고 상기 복수의 히터의 개수보다 적은 복수의 온도 센서와, 상기 시료대의 온도를 목표값에 가까워지도록 상기 온도 센서로부터의 출력에 따라 상기 복수의 히터의 출력을 조절한 후에 상기 복수의 히터의 각각의 출력을 미리 정해진 값으로 조절하는 제어부를 구비했다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 발명은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 위에 재치(載置)된 처리 대상의 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법으로서, 시료대 상부의 내측에서 중심부의 원형 및 이것의 외주(外周)를 둘러싸는 복수의 링 형상의 영역에 배치된 복수의 히터를 구비하고, 당해 히터로부터의 가열에 의해 온도를 조절하면서 웨이퍼의 처리를 행하는 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
플라스마 처리 장치에 있어서는, 반도체 웨이퍼(이후, 단순히 웨이퍼라고도 함) 등 판 형상의 시료의 표면에 형성된 막이 복수 적층되어 있는 소위 다층막을 에칭 처리하는 시간을 단축하기 위해, 상하로 서로 이웃하는 막을 동일한 처리실 내에서, 또한 이들 막의 각각의 처리 동안에 처리실 외로 웨이퍼를 취출하지 않고 처리하는 것이 행해지고 있다.
이러한 처리에서는, 처리실 내에 배치된 시료대의 온도를 적합한 온도로 조정하여 웨이퍼를 처리하는 것이 중요하다. 이 때문에, 플라스마 처리 장치의 시료대에는 히터가 내장되고, 웨이퍼를 가공할 경우, 가공에 적합한 온도로 조정하여, 가공 정밀도를 높이는 것이 행해지고 있다.
상기와 같은 히터를 갖는 시료대를 구비한 종래기술로서는, 예를 들면, 일본국 특개2018-120881호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 알려져 있었다. 본 종래기술은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대가 분리 가능한 상부를 갖고, 당해 상부는 내측에 냉매가 흐르는 유로를 갖는 금속제의 원판 형상의 기재(基材)와 그 상면을 덮어 시료인 웨이퍼를 정전기로 흡착하기 위한 막 형상의 전극이 내부에 배치된 유전체막과, 이 유전체막 상면의 복수의 영역의 아래쪽에 배치되고 각각에 전원으로부터 전력이 공급되어 발열해서 웨이퍼를 가열하는 복수 개의 막 형상의 히터와, 이들 히터 각각이 배치된 복수의 영역의 아래쪽의 기재 내부에 배치된 복수의 온도 센서를 구비한 구성이 개시되어 있다. 그리고, 각 히터는 대응하는 영역 아래쪽의 기재 상부의 개소에 위치하는 온도 센서가 검지한 온도에 의거하여 출력이 조절되고, 시료대의 유전체막 상면의 각 영역이 대응하는 위쪽의 웨이퍼의 영역의 온도와 그 분포를 높은 정밀도로 소기(所期)의 것에 가까워져, 웨이퍼의 처리의 수율을 향상할 수 있는 것이 나타나 있다.
또한, 일본국 특개2019-140155호 공보(특허문헌 2)에는, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대의 상부의 내측에서 시료대의 위쪽에서 볼 때 중심부 및 그 외주측에서 이것을 둘러싸는 링 형상의 복수의 영역에 막 형상의 히터가 배치되어 있으며, 링 형상의 영역에서는 원통형을 갖는 시료대의 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 복수로 나누어진 원호(圓弧) 형상의 복수의 존(zone) 각각에 복수의 히터 각각이 배치된 것이 개시되어 있다. 특히, 본 종래기술은, 중심부의 원형의 존과, 복수의 원호 형상의 존 각각에 원호 형상의 히터가 배치된 최외주의 영역과, 시료대의 직경 방향에 대해서 이들 중간에 위치하여 복수의 원호 형상의 존 각각에 원호 형상의 히터가 배치된 중간의 영역의 각각으로 나뉘고, 각 존에서 히터의 출력을 조절하여 웨이퍼의 온도와 그 분포를 고정밀도로 제어하여 웨이퍼의 처리의 정밀도를 향상시키는 것이 개시되어 있다.
일본국 특개2018-120881호 공보 일본국 특개2019-140155호 공보
상기 종래기술은, 다음의 점에 대해서 고려가 불충분했기 때문에 문제가 생기고 있었다.
즉, 최근, 더욱 미세화의 요구가 높아지고 있는 반도체 디바이스의 제조에서는, 보다 높은 가공의 정밀도와 함께 높은 수율이 요구되고 있다. 특허문헌 1은, 기재의 상부 표면을 피복하는 유전체막 내부에 복수 개의 막 형상의 히터가 전원과 접속됨과 함께, 각 히터가 대응하는 유전체막 상면의 영역의 아래쪽의 기재 내부에 복수의 온도 센서 각각이 배치된 구성의 기술이다. 이 구성에서는, 히터와 같은 수의 온도 센서를 기재의 내부에 저장하는 것이 필요해진다.
마찬가지로, 특허문헌 2에 있어서도, 각 히터가 배치된 복수의 영역 각각의 아래쪽의 기재 내부에 온도 센서를 구비한 점에서 특허문헌 1과 구성을 동일하게 하고 있으며, 히터와 같은 수의 온도 센서를 배치하는 것이다.
웨이퍼의 처리의 가공의 정밀도를 높이기 위해 웨이퍼의 온도와 그 분포를 정밀하게 행하고자 하면, 보다 많은 히터와 센서를 시료대에 탑재하고, 보다 작은 영역에서 히터의 가열, 발열의 양 및 이에 따른 기재 또는 웨이퍼의 온도를 조절하는 것이 필요해져, 시료대의 기재 내부에 배치되는 웨이퍼를 상하로 이동시키는 복수의 핀을 수납하는 관통 구멍, 냉매의 유로나 고주파 전력의 커넥터, 혹은 웨이퍼와 유전체막의 상면 사이의 극간(隙間)에 공급되는 He 등의 열전달 가스의 유로 등의 구조나 부재끼리의 거리가 작아져 상호 동작이 간섭하여, 실현하는 온도의 정밀도가 저하해 버릴 우려가 있었다.
또한, 다수의 온도 센서와 히터의 쌍을 시료대에 탑재하기 때문에, 비용이 증대하고, 이것을 억제하고자 하면 성능이 손상되어 버린다는 문제에 대해서, 상기 종래기술에서는 고려되고 있지 않았다.
상기 목적은, 웨이퍼를 재치하는 시료대의 온도의 불균일을 저감하여 웨이퍼의 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치되고 내측에 처리 대상의 웨이퍼가 배치되어 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내에 배치되고 상면에 상기 웨이퍼가 재치되는 원통형을 가진 시료대와, 상기 시료대의 내부에 배치되고 중심으로부터 외주측을 향하는 직경 방향에 대해서 복수의 반경 상에서 상기 중심 둘레에 동심(同心) 형상으로 배치된 원형의 영역 및 이것의 외주를 둘러싸는 링 형상의 영역을 포함하는 3개 이상의 직경 방향의 영역의 각각에 배치된 복수의 히터로서, 적어도 1개의 상기 링 형상의 영역의 상기 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 나누어진 복수의 원호 형상의 영역의 각각에 배치된 것을 포함하는 복수의 히터와, 상기 복수의 직경 방향의 영역의 각각 아래쪽의 상기 시료대 내부에 배치되고 상기 복수의 히터의 개수보다 적은 복수의 온도 센서와, 상기 시료대 상에 재치된 상기 웨이퍼를 처리하는 제1 공정 후에 상기 시료대의 온도를 당해 제1 공정 중의 온도와 다른 제2 공정의 온도의 목표값에 가까워지도록 상기 온도 센서로부터의 출력에 따라 상기 복수의 히터에 공급하는 전력의 양을 가변으로 조절한 후에, 상기 제2 공정에 있어서 상기 복수의 히터의 각각에 공급하는 전력의 양을 미리 취득된 상기 시료대의 온도와 상기 복수의 히터에 공급하는 전력의 상관을 나타내는 데이터로부터 얻어진 상기 목표값에 대응하는 상기 전력의 양을 유지하도록 조절하는 제어부를 구비한 플라스마 처리 장치에 의해 달성된다.
또한, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 위에 처리 대상의 웨이퍼를 재치하여 당해 처리실 내에 플라스마를 형성하여 상기 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 방법으로서, 상기 시료대는, 원통형을 갖고, 그 내부에 중심으로부터 외주측을 향하는 직경 방향에 대해서 복수의 반경 상에서 상기 중심 둘레에 동심 형상으로 배치된 원형의 영역 및 이것의 외주를 둘러싸는 링 형상의 영역을 포함하는 3개 이상의 직경 방향의 영역의 각각에 배치된 복수의 히터로서, 적어도 1개의 상기 링 형상의 영역의 상기 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 나누어진 복수의 원호 형상의 영역의 각각에 배치된 것을 포함하는 복수의 히터와, 상기 복수의 직경 방향의 영역의 각각 아래쪽의 상기 시료대 내부에 배치되고 상기 복수의 히터의 개수보다 적은 복수의 온도 센서를 갖고, 상기 웨이퍼를 제1 공정 및 제2 공정을 행하여 처리할 때에, 상기 제1 공정 후에 상기 시료대의 온도를 당해 제1 공정 중의 온도와 다른 제2 공정의 온도의 목표값에 가깝게 하는 천이 공정을 행하는 것으로서, 당해 천이 공정에 있어서 상기 온도 센서로부터의 출력에 따라 상기 복수의 히터의 출력을 조절한 후에, 상기 제2 공정에 있어서 상기 복수의 히터의 각각에 공급하는 전력의 양을 미리 취득된 상기 시료대의 온도와 상기 복수의 히터에 공급하는 전력의 상관을 나타내는 데이터로부터 얻어진 상기 목표값에 대응하는 상기 전력의 양을 유지하도록 조절하는 것에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼의 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 3은 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 4는 도 2에 나타난 실시예에 따른 시료대의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 5는 도 2에 나타난 실시예에 따른 시료대의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 6은 도 4에 나타낸 실시예에 따른 유전체막 내의 히터 전극이 배치된 복수의 영역의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 횡단면도.
도 7은 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 웨이퍼를 처리할 때의 시료대의 온도와 히터 전극에 공급하는 전류의 변화의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프.
본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 이용하여 설명한다.
실시예 1
이하, 본 발명의 실시예를 도 1 내지 7을 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 특히, 도 1에서는 플라스마 처리 장치(100)에 있어서의 진공 용기를 포함하는 주부(主部)의 구성의 약도를 나타내고 있다.
도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치(100)는, 상부 용기(130)나 하부 용기(150)를 포함하는 진공 용기와, 이것에 연결되어 배치된 아래쪽의 배기 펌프(170)와, 위쪽의 제1 고주파 전원(101) 및 솔레노이드 코일(106)을 구비하고 있다. 상부 용기나 하부 용기는 수평 단면 형상이 원 형상의 내벽을 갖고, 그 내부의 중앙부에는, 원통 형상의 시료대(141)가 배치되어 있다.
상부 용기(130)나 하부 용기(150)의 외벽은 진공 격벽을 구성하고 있다. 시료대(141)는 시료대 베이스(142)에 마련된 지지 빔(beam)에 의해 유지되어 있으며, 지지 빔은 시료대의 연직 방향의 중심을 축으로 하여 축 대칭으로 배치(즉, 시료대의 중심축에 대한 가스 유로 형상이 대략 동축 축 대칭)되어 있다.
상부 용기(130) 내의 시료대(141) 위의 공간의 가스 등(처리 가스, 플라스마 중의 입자나 반응 생성물)이, 이 지지 빔들 사이의 공간을 지나 하부 용기(150)를 통해 배기되기 때문에, 피처리물(시료)인 웨이퍼(200)가 재치된 시료대(141)의 둘레 방향에 있어서의 가스의 흐름이 균일해져, 웨이퍼(200)에 대한 균일한 처리가 가능해진다. 또, 시료대 베이스(142)는 지지 빔을 구비한 링 형상을 갖고 있으며, 이 링 부분이 진공 용기인 하부 용기와 상부 용기의 주위에서 유지되고, 진공 시일되기 때문에, 시료대 등의 중량(重量)이 증가해도 대응 가능하다.
진공 용기는, 본 실시예에서는 베이스 플레이트(160) 위에 순차 적층된 원통 형상의 하부 용기(150), 지지 빔을 구비한 링 형상의 시료대 베이스(142), 원통 형상의 상부 용기(130), 어스 링(125), 원통 형상의 방전 블록(124), 가스 도입 링(104)을 포함하는 복수의 부재에 의해 구성되어 있으며, 각각의 부재는 O 링(107)에 의해 진공 시일되어 있다. 방전 블록(124)의 내측에는 원통 형상의 석영 내통(105)이 배치되어 있다. 또한, 시료대 베이스(142)에는 시료대 저부(底部) 덮개(145)를 갖는 시료대(141)가 고정되어 시료대 유닛(140)을 구성하고, 히터(122)가 장착된 방전 블록(124)은 방전 블록 베이스(121)에 고정되어 방전 블록 유닛을 구성하고 있다.
또한, 상부 용기(130), 하부 용기(150), 베이스 플레이트(160)는 플랜지부를 갖고, 상부 용기(130)와 하부 용기(150)는 플랜지부에서 베이스 플레이트(160)에 각각 나사 고정되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 진공 용기 내부에는, 형성되는 원통형을 가진 공간으로서 내측에 가스가 도입되고 전계 및 자계가 공급되어 플라스마가 형성되는 처리실이 배치된다. 이것을 둘러싸는 용기를 구성하는 부재는 내측이 원통 형상을 갖지만, 외벽 형상에 관해서는 수평 단면 형상이 원형이 아니라 직사각형이어도, 다른 형상이어도 된다.
처리실의 위쪽에는, 진공 용기를 구성하는 원판 형상을 갖는 덮개 부재(102)와 그 아래쪽에 처리실 천장면을 구성하는 원판 형상의 샤워 플레이트(103)가 배치되어 있다. 이들 덮개 부재(102)와 샤워 플레이트(103)는 석영 등의 유전체제의 부재이다. 이 때문에, 이들 부재는 마이크로파나 UHF, VHF파 등의 고주파 전계가 투과 가능하게 구성되어 있으며, 위쪽에 배치된 제1 고주파 전원으로부터의 전계가 이들을 지나 처리실 내에 공급된다. 또한, 진공 용기의 외측 측벽의 외주에는 이것을 둘러싸서 자장의 형성 수단(솔레노이드 코일)(106)이 배치되어 발생된 자장을 처리실 내에 공급 가능하게 구성되어 있다.
샤워 플레이트(103)에는, 복수의 관통 구멍인 처리용 가스의 도입 구멍이 배치되어 있으며, 가스 도입 링(104)으로부터 도입된 처리용 가스가 이 도입 구멍을 통해서 처리실 내에 공급된다. 샤워 플레이트(103)의 도입 구멍은, 시료대(141)의 상면인 시료의 재치면의 위쪽이며 시료대(141)의 중심축(290)의 둘레의 축 대칭의 영역에 복수 개 배치되어 있으며, 균등하게 배치된 도입 구멍을 지나 소정의 조성을 갖고 다른 가스 성분으로 구성된 처리용 가스가 처리실 내에 도입된다.
처리실 내부에 도입된 처리용 가스는, 전계 형성 수단인 제1 고주파 전원(101)과 자계 형성 수단인 솔레노이드 코일(106)에 의해 발생하는 전자파 및 자장이 처리실 내에 공급됨으로써 여기되어 시료대(141) 위쪽의 방전 블록(124) 내의 공간에 있어서 플라스마화된다. 이때, 처리용 가스 분자는 전자와 이온으로 전리되거나, 혹은 라디칼로 해리된다. 이 플라스마가 생성되는 영역은, 그 주위가 방전 블록 베이스(121) 위에 배치된 방전 블록(124)에 의해 둘러싸이고, 당해 방전 블록(124)의 외주측벽 상에는 이것을 둘러싸서 제1 온도 컨트롤러(123)에 접속된 히터(122)가 장착되어, 플라스마와 접촉하는 석영 내통(105)을 가열할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 석영 내통(105)이나 방전 블록(124)에의 반응 생성물의 부착을 저감할 수 있다. 이 때문에, 이들 부재는 정상 메인터넌스의 대상으로부터 제외할 수 있다.
웨이퍼를 재치하는 시료대(141)는, 처리실의 내부에 이 샤워 플레이트(103)의 중심축과 합치하도록 배치된다. 플라스마에 의한 처리를 행할 때에는 웨이퍼(200)인 웨이퍼는 시료대(141)의 상면인 원형의 재치면에 놓여 이 면을 구성하는 유전체의 막 정전기에 의해 흡착되어 유지(정전 척)된 상태에서 처리가 행해진다.
본 실시예에서는, 반도체 기판 등의 시료인 웨이퍼(200)는 직경 300㎜의 것을 사용하는 것을 고려하여 원통 형상의 처리실의 내경, 예를 들면 상부 용기(130)의 내측 벽면의 직경은 600㎜로 했다. 단, 이 치수 이외로 할 수도 있다. 예를 들면, 웨이퍼(200)의 직경을 450㎜로 하여, 처리실의 내경을 800㎜로 할 수도 있다.
또한, 시료대(141) 내부에 배치된 전극에는 고주파 바이어스 전원(제2 고주파 전원)(243)이 접속되어 있으며, 공급되는 고주파 전력에 의해 시료대(141) 및 이 위에 놓인 시료(200)의 위쪽에 형성되는 고주파 바이어스에 의해 플라스마 중의 하전 입자를 시료의 표면에 유인하여 충돌시키는 것에 의한 물리 반응과 상기 라디칼과 웨이퍼 표면과의 화학 반응과의 상호반응에 의해 에칭 처리가 진행된다. 또한, 시료대의 온도는 제2 온도 컨트롤러(144)에 의해 원하는 온도로 제어할 수 있다.
시료대(141)에의 고주파 바이어스의 인가(印加)나 시료대(141)의 온도 제어는, 지지 빔을 포함하는 시료대 베이스(142) 내부에 형성된 공동(空洞) 내에 배치된 전원용 배선 코드나 온도 제어용 배선 코드 혹은 냉매용 배관을 통해 행해진다. 또, 도시하고 있지는 않지만, 상기 배선 코드 외, 온도 센서나 정전 척용 배선 코드도 포함할 수 있다. 시료대(141)의 주변에 배치되는 상부 용기(130)에는 반응 생성물이 부착되기 쉽기 때문에, 정상 메인터넌스의 대상 부재이다.
처리실의 아래쪽에는 그 저부와 배기 개구를 갖는 베이스 플레이트(160)를 통해 연결된 배기 펌프(170)가 배치되어 있다. 베이스 플레이트(160)에 마련된 배기 개구는, 시료대(141)의 바로 아래에 배치되고, 배기 개구 위에 배치된 대략 원판 형상을 갖는 배기부 덮개(161)를 실린더(162)에 의해 상하로 이동함으로써 배기 컨덕턴스를 조정할 수 있고, 배기 펌프(170)에 의해 처리실 외로 배출되는 내부의 가스나 플라스마, 생성물의 양, 속도가 조절된다.
이 배기부 덮개(161)는 웨이퍼를 처리할 때에는 개방되어 있으며, 처리용 가스의 공급과 함께 배기 펌프(170) 등의 배기 수단의 동작과의 밸런스에 의해, 처리실 내부의 공간의 압력은 원하는 진공도로 유지된다. 본 실시예에서는, 처리 중의 압력은, 0.1∼4㎩의 범위에서 미리 정해진 값으로 조절된다.
본 실시예에 있어서는, 배기 펌프로서는 터보 분자 펌프 및 진공 처리 장치가 설치되는 건물에 구비된 로터리 펌프 등의 러핑 펌프가 이용된다. 또, 배기부 덮개(161)는, 메인터넌스일 때에는 닫아서 배기 펌프를 O링에 의해 진공 시일하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 부호 1011은 제1 게이트 밸브, 부호 1012는 제2 게이트 밸브, 부호 1015는 밸브 박스, 부호 180은 지주를 나타내고 있다.
본 실시예에서는, 처리실 내에 도입된 처리용 가스, 및 플라스마나 처리 시의 반응 생성물은, 배기 펌프(170) 등의 배기 수단의 동작에 의해 처리실 상부로부터 시료대(141)의 외주측의 공간을 지나, 하부 용기(150)를 통해 아래쪽의 베이스 플레이트(160)에 마련된 개구까지 이동한다. 하부 용기(150)는 반응 생성물이 부착되기 쉽기 때문에, 정상 메인터넌스의 대상 부재가 된다.
에칭 처리 중의 처리실 내부의 압력은 진공계(도시 생략)로 감시되고, 배기부 덮개(161)에 의해 배기 속도를 제어함으로써 처리실 내부의 압력을 제어하고 있다. 이들 처리용 가스의 공급이나 전계 형성 수단, 자계 형성 수단, 고주파 바이어스, 배기 수단의 동작은 도시하지 않은 통신 가능하게 접속된 제어 장치에 의해 조절된다.
플라스마 처리에 사용하는 처리용 가스에는, 각 프로세스의 조건마다 단일 종류의 가스, 혹은 복수 종류의 가스를 최적의 유량비로 혼합된 가스가 이용된다. 이 혼합 가스는, 그 유량이 가스 유량 제어기(도시 생략)에 의해 조절되고 이것과 연결된 가스 도입 링(104)을 통해 진공 용기 상부의 처리실 위쪽의 샤워 플레이트(103)와 덮개 부재(102) 사이의 가스 체류용 공간에 도입된다. 본 실시예에서는 스테인리스제의 가스 도입 링을 이용했다.
다음으로, 웨이퍼(200)의 플라스마 처리 장치(100) 내에의 반입, 플라스마 처리 장치(100)로부터의 반출의 절차에 대해서 설명한다. 웨이퍼(200)의 반송에 있어서, 미리 게이트 밸브가 열림 상태가 되고, 플라스마 처리 장치(100)의 상부 용기(130)에 밸브 박스(1015)를 끼워 연열(連列)된 다른 진공 용기인 진공 반송 용기 내부의 감압된 공간인 진공 반송실(1004)에 내부에 배치된 반송 로봇이 웨이퍼(200)를 당해 실내에서 반송한다. 이 상태에서, 플라스마 처리 장치(100) 내부의 처리실과 진공 반송실(1004)은 제1 게이트 밸브(1011)와 제2 게이트 밸브(1012)의 각각이 개폐하는 2개의 통로인 게이트를 통해 접속되어 있다.
플라스마 처리 장치(100)의 처리실 내부와 진공 반송실(1004) 내부의 압력이 동등 또는 전자가 약간 낮아진 상태에서, 제1 게이트 밸브(1011)와 제2 게이트 밸브(1012)의 각각이 게이트를 개방하고, 아암을 구비한 진공 반송 로봇(110)이 진공 반송실(1004)로부터 처리실 내에 웨이퍼(200)를 반입한다. 다음으로, 웨이퍼(200)가 처리실 내의 시료대(141) 위쪽에서 당해 시료대(141)에 건네 받아지고, 진공 반송 로봇(110)은 처리실 내로부터 퇴출하여 진공 반송실(1004) 내부로 돌아가고, 제2 게이트 밸브(1012)가 닫힌다. 이 다음에 웨이퍼(200) 상면에 미리 형성된 처리 대상의 막층에, 처리실 내에 형성된 플라스마를 이용하여 에칭 등의 소정의 처리가 실시된다. 또, 웨이퍼(200)의 처리를 하는 운전 중에는, 제1 게이트 밸브(1011)는 개방 상태가 유지되어 있다.
처리실 내에 있어서 웨이퍼(200)에의 처리가 완료되면, 다시, 제1, 제2 게이트 밸브(1011, 1012)가 열림 상태가 되고, 시료대(141)로부터 웨이퍼(200)가 위쪽으로 들어 올려져 시료대(141) 상면으로부터 유리(遊離)되면, 반입 시와 마찬가지로, 진공 반송 로봇(110)이 처리실 내에 진입하여, 웨이퍼(200)를 수취하여 진공 반송실(1004)에 반출한다. 그 후, 다음에 처리되는 웨이퍼(200)가 있을 경우에는, 당해 다음 웨이퍼(200)가 처리실 내에 반입되고, 없을 경우에는, 다시 제2 게이트 밸브(1012)가 닫혀, 플라스마 처리 장치(100)에서의 웨이퍼(200)의 처리가 종료한다.
다음으로, 도 2 내지 도 3을 이용하여, 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 2 및 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 특히, 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치(100)의 하부를 확대하여 나타내는 종단면도이며, 플라스마 처리 장치(100)의 상부에 배치된 제1 고주파 전원(201), 덮개 부재(202), 코일(206) 등의 부재는 생략하고 있다. 즉, 도 1에 나타난 플라스마 처리 장치(100)의, 상부 용기(130)로부터 하측의 부분이 확대하여 나타나 있다. 본 도면에 나타나는 플라스마 처리 장치(100)는, 크게 나누어 진공 용기 및 그 아래쪽에 배치되고 당해 진공 용기를 아래쪽으로부터 지지하는 가대(架台), 당해 가대의 아래쪽에 접속되고 진공 용기 내부와 연통하여 당해 내부를 배기하는 배기 수단을 구비하고 있다.
또, 본 도면에서는, 도 1에서 앞서 설명된 도면에 있어서 나타난 부호가 붙여진 부분에 대해서, 필요하지 않는 한 설명을 생략한다. 또한, 진공 용기의 측벽에 배치되고 진공 용기 내부와 외부 사이를 연통하는 개구인 게이트의 주위에서 측벽과 맞닿아 게이트를 폐색(閉塞)하여 기밀하게 봉지 또는 개방하는 제2 게이트 밸브(1012)와 이것을 내부에 구비하는 박스(1015)가 나타나 있다.
본 도면의 플라스마 처리 장치(100)의 진공 용기는, 상부 용기(130) 및 그 아래쪽의 시료대 베이스(142) 그리고 이 아래쪽에 배치된 하부 용기(150)를 구비하여, 이들이 상하 방향으로 층을 이루도록 놓여 구성되어 있다. 하부 용기(150)는, 그 하면이 베이스 플레이트(160) 상면에 이것과 접하여 놓여 있다.
또한, 플라스마 처리 장치(100)는, 가대인 베이스 플레이트(160)의 하면 아래쪽이며 플라스마 처리 장치(100)가 배치된 건물의 바닥면 위쪽의 이들 사이에서, 베이스 플레이트(160)에 그 상단부가 접속되어 베이스 플레이트(160)와 그 위쪽의 진공 용기를 지지하는 복수 개의 지주(180)를 구비하고 있다. 또한, 베이스 플레이트(160)가 지주(180)에 의해 지지되어 형성된 베이스 플레이트(160) 하면과 바닥면 사이의 공간에서 베이스 플레이트(160)의 중앙부에 배치된 내부의 배기용 배기구와 연통하여 당해 관통 구멍의 아래쪽에 배치된 배기 펌프(170)와, 하부 용기(150)의 내측에 배치되고 배기구를 개방 또는 기밀하게 폐색하는 배기부 덮개(261)를 배기구에 대하여 상하로 구동하는 액추에이터인 실린더(162)를 구비하고 있다.
또, 플라스마 처리 장치(100)에 있어서도, 베이스 플레이트(160)는 접지 전극과 전기적으로 접속되어 접지 전위로 되어 있다. 이 때문에, 베이스 플레이트(160)와 하면을 접촉시켜 접속된 하부 용기(150), 시료대 베이스(142), 상부 용기(130)는 접지 전위로 되어 있다.
배기 수단은, 하부 용기(150) 및 베이스 플레이트(160)에 배치된 관통 구멍인 배기구의 아래쪽에서 이것과 연통되어 배치된 터보 분자 펌프 등의 배기 펌프(170)와, 배기 펌프(170)의 입구와 배기구를 연결하여 상호 연통시키는 배기 덕트(도시 생략)를 구비하고 있다. 또, 본 도면의 플라스마 처리 장치(100)에 있어서도, 배기 펌프(170)의 배출구는 플라스마 처리 장치(100)가 접지되는 건물에 미리 배치된 로터리 펌프 등의 러핑 펌프에 연결되어 있으며, 또한 배기구로부터 배출되는 배기의 유량 또는 속도는, 배기부 덮개(161)가 실린더(162)가 구동되고 배기구에 대하여 상하로 이동함으로써, 배기구에의 배기의 유로의 면적을 증감시킴으로써 조절된다.
도 3은, 도 2에 나타낸 시료대 베이스(142)를 포함하는 주요부의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 특히, 시료대 베이스(142)에 연결되어 상부 용기(130), 시료대 베이스(142) 및 하부 용기(150)로 구성되는 진공 용기의 내부의 처리실 내에 배치되고, 상면에 놓인 웨이퍼(200)를 유지하는 시료대(141)의 구성이 보다 상세하게 확대되어 나타나 있다.
도 2와 마찬가지로, 본 도면에 나타나는 플라스마 처리 장치(100)는, 진공 용기, 그 아래쪽에 배치된 베이스 플레이트(160), 이 아래쪽에 배치된 배기 수단이 상하 방향에 배치되어 있다. 또한, 진공 용기는, 내부의 측벽면이 원통형을 가진 상부 용기(130), 시료대 베이스(142), 하부 용기(150)의 각각이 상하 방향에 접속되어, 서로 그 상하 방향의 중심축을 수평 방향으로 합치시키거나, 혹은 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사(近似)한 위치에 배치되어 구성되어 있다.
시료대 블록은, 크게 나누어 하부를 구성하는 시료대 베이스(142)와, 이 위쪽에 놓여 접속되어 원통형을 가진 헤드부(201)를 포함하는 시료대(141), 그리고 시료대 베이스(142) 위쪽 또한 시료대(141)의 외주측에서 이것을 둘러싸서 링 형상으로 배치된 외주 링(202)을 구비하여 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 이들 부분은, 플라스마 처리 장치(100)가 부품 교환이나 점검 등의 보수가 행해지는 작업에 있어서, 진공 용기 내부가 대기압이 되어 개방된 상태에서, 진공 용기 또는 아래쪽 부분으로부터 착탈되어 교환 가능하게 구성되어 있다.
시료대(141)의 상부를 구성하는 헤드부(201)는, 원형을 가진 금속제의 판 형상의 부재인 베이스 플레이트(203)와, 이 위쪽에 놓인 원판 또는 원통형을 가진 금속제의 기재 그리고, 기재의 원형을 가진 상면을 덮어 배치된 유전체제의 막을 구비하여 구성되어 있다. 이들 베이스 플레이트(203)와 유전체제의 막을 갖는 기재는, 후술하는 바와 같이, 연결되어 일체로 착탈 가능하게 구성되어 있다.
시료대 베이스(142)는, 시료대(141)를 그 위쪽에 놓는 가대로서 기능하는 부재로서, 원통 형상의 베이스 실린더와, 베이스 실린더의 중앙부 위쪽에 놓여 접속됨과 함께 위쪽에 헤드부(201)가 놓여 베이스 플레이트(203) 외주 하면과 접속되는 T 플랜지(205)와, 이들 베이스 실린더 및 T 플랜지(205) 내측의 공간인 수납 공간(207)을 구비하고 있다. 수납 공간(207)은, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(200)를 헤드부(201) 위쪽에서 상하시키는 복수의 핀을 상하로 이동시키는 핀 구동부(208)나, 헤드부(201)에 접속된 센서나 전극에의 커넥터 등이 내부에 배치되어 있는 공간이며, 대기압 또는 플라스마 처리 장치(100)가 접지되는 건물 내부의 것과 같은 압력으로 되어 있다.
베이스 실린더는, 최외주부를 구성하여 그 상하를 상부 용기(130) 및 하부 용기(150)에 끼워져 진공 용기를 구성하는 링 형상의 베이스 링(204)과, 베이스 링(204)의 중심측에 배치된 원통형을 갖는 중앙 원통과, 이들 사이를 연결하여 일체로 구성된 복수 개의 지지 빔(206)을 구비하여 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 베이스 링(204)의 내주 및 중앙 원통의 외주는 상하 방향의 중심이 합치 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 수평 방향의 위치에 배치된 반경이 다른 원통형을 갖고, 지지 빔(206)은 그 축이 당해 중심축의 위치로부터 방사 형상으로 반경 방향을 따라 배치되고, 인접하는 것들의 축간의 각도가 동등하거나 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 값이 되어 배치되어 있다.
중앙 원통의 하면은, 시료대부 덮개(245)가 착탈 가능하게 구성되어 있으며, 중앙 원통에 대하여 내부의 수납 공간(207)을 기밀하게 봉지하여 폐색하도록 장착되어 있다. 수납 공간(207)은 각 지지 빔(206) 및 베이스 링(204)의 내부에서 중앙 원통의 내부와 플라스마 처리 장치(100)의 외부까지 이것을 관통하여 연통해서 배치된 통 형상의 공간을 포함하고 있다.
T 플랜지(205)는, 원통형의 외주부와 내부에 수납 공간(207)을 구성하는 스페이스를 갖고, 스페이스 내에는 핀 구동부(208)가 배치되어 있다. 원통형의 외주부는, 그 상단부가 위쪽의 베이스 플레이트(203) 외주연부(外周緣部) 하면과, 그 하단부가 아래쪽의 베이스 실린더의 중앙 원통 상단부와, 각각 O링 등의 시일 부재를 끼워 대향 또는 맞닿는다.
시료대 베이스(142) 내부의 수납 공간(207) 내부에는, 핀 구동부(208) 외에, 헤드부(201)에 공급되는 냉매의 배관이나 센서 혹은 전극에의 급전 케이블 등의 배선이 배치된다. 그리고, 수납 공간(207)을 구성하는 지지 빔(206) 내의 통로는, 시료대(141)와 플라스마 처리 장치(100) 외부에 배치된 전원이나 냉매의 공급원 사이를 연결하는 배관이나 케이블이 설치되는 공간으로 되어 있다.
기재의 내부에 배치된 복수의 오목부 내에 삽입되어 기재의 온도를 검지하는 복수의 온도 센서는 그 단부(端部)가 수납 공간(207) 내에 배치되고, 지지 빔(206) 내의 공간을 통해서 당해 단부와 베이스 링(204) 또는 플라스마 처리 장치(100) 외부에 배치된 용기 컨트롤러(209)와 케이블에 의해 통신 가능하게 접속되어, 웨이퍼(200)의 처리 중에 발신된 각 온도 센서의 출력이 용기 컨트롤러(209)에서 수신 가능하게 구성되어 있다. 또한, 핀 구동부(208)도 마찬가지로, 용기 컨트롤러(209)와 케이블에 의해 통신 가능하게 접속되어 있으며, 용기 컨트롤러(209)로부터의 지령 신호에 따라 핀 구동부(208)의 동작이 조절된다.
또한, 금속제의 기재는 플라스마를 형성하기 위한 전계의 주파수보다 작은 주파수의 고주파 전력이 웨이퍼(200)의 처리 중에 공급되어, 유전체제의 막의 상면에 놓인 웨이퍼(200) 상에 바이어스 전위가 형성된다. 본 실시예에서는, 제2 고주파 전원(243)으로부터의 바이어스 전위 형성용 고주파 전력을 받기 위한 커넥터가 기재에 삽입되고 전기적으로 접속되어 헤드부(201)에 장착되고, 수납 공간(207) 내부에 배치된 당해 커넥터의 단부와 제2 고주파 전원(243) 사이를 전기적으로 접속하는 급전용 케이블이 특정의 지지 빔(206) 내부의 공간을 포함하는 수납 공간(207) 내에 배치되어 있다.
또한, 금속제의 기재의 내부에는, 온도가 소정의 범위 내의 값으로 조절된 냉매가 공급되어 순환하는 냉매 유로가 배치되어 있다. 이러한 냉매는 칠러 등의 냉동 사이클을 이용한 온도 조절기를 구비한 제2 온도 컨트롤러(144)에 있어서 온도가 조절되어 내부의 펌프에 의해, 기재 내부의 냉매 유로에 공급되고 열교환하여 배출된 냉매가 제2 온도 컨트롤러(144)로 되돌아가 다시 온도 조절된 후, 다시 기재 내부의 냉매 유로에 공급된다. 냉매 유로와 제2 온도 컨트롤러(144)를 접속하는 냉매의 배관도 지지 빔(206) 공간을 포함한 수납 공간(207) 내에 배치된다.
용기 컨트롤러(209)는, 연산 장치를 포함하고, 플라스마 처리 장치(100) 또는 진공 용기 외부에 배치되며, 시료대(141) 및 수납 공간의 내부에 배치된 핀 구동부(209) 등의 복수의 기기와 통신 가능하게 접속되어 있다. 용기 컨트롤러(209)는, 통신 가능하게 접속된 기기로부터 신호를 수신하여 신호에 포함되는 정보를 검출하고, 이들 기기에 대하여 지령 신호를 발신하여 그 동작을 조절한다.
본 실시예의 용기 컨트롤러(209)는, 반도체 디바이스로 구성된 연산기와, 기기 사이에서 신호를 송수신하는 인터페이스와, 데이터를 내부에 저장하여 기록 또는 기억하는 RAM이나 ROM 등의 메모리 디바이스 혹은 하드디스크 드라이브 등의 기억 장치를 구비하고 있으며, 이들이 용기 컨트롤러(209) 내부에서 통신 가능하게 접속되어 있다. 외부로부터의 신호를 인터페이스를 통해서 수신한 용기 컨트롤러(209)는, 당해 신호로부터 연산기가 정보를 검출하여 기억 장치 내에 정보를 저장함과 함께, 기억 장치 내부에 미리 저장된 소프트웨어를 판독하여 이것에 기재된 알고리즘을 따라 앞선 신호에 대응한 지령 신호를 산출하고, 인터페이스를 통해서 제어의 대상이 되는 기기에 지령 신호를 발신한다.
용기 컨트롤러(209)의 기억 장치는, 용기 컨트롤러(209) 내부에 수납되어 있어도, 외부에 통신 가능하게 배치되어 있어도 된다. 본 실시예의 용기 컨트롤러(209)는, 온도 센서 및 핀 구동부(208)와 통신 가능하게 접속되어 있다.
도 3의 시료대 블록의 주요부의 구성을 확대하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 4 및 도 5는, 도 2에 나타난 실시예에 따른 시료대의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 예에 있어서 도 4, 5는, 시료대(141) 및 시료대 베이스(142)를 서로 다른 방향에서 이들 중심축을 지나는 종방향의 면에서 자른 단면을 나타내는 도면이다.
도 4에 나타나는 시료대 블록은, 시료대(141)와 시료대 베이스(142)와 외주 링(202)을 포함하여 구성되어 있다. 시료대 블록은, 도 10에 나타나는 바와 같이, 플라스마 처리 장치(100)의 상부 용기(130)를 포함하는 시료대 베이스(142)보다 상측의 부분을, 시료대 베이스(142)로부터 분리한 후에, 시료대 베이스(142)를 선회 리프터(210)의 상하 방향의 축 둘레로 회전시켜, 시료대(141)와 일체로 아래쪽의 하부 용기(150) 위쪽으로부터 이동 가능하게 구성되어 있다.
도 4, 5에 나타나는 바와 같이, 시료대 블록은, 시료대 베이스(142)의 위쪽에, 베이스 플레이트(203)를 하면에 갖는 시료대(141)가 놓이고, 이들이 볼트 등의 체결 수단을 통해 착탈 가능하게 접속되어 구성되어 있다. 이 상태에서, 시료대(141)의 외주측에서 베이스 플레이트(203)의 외주연 상면 위쪽에는, 금속제의 외주 링(202)이 배치된다.
시료대 베이스(142)는, 외주 링(205)과 지지 빔(206)과 중앙 원통을 구비한 베이스 실린더와, 그 위쪽에서 이것과 O링 등의 시일 부재를 사이에 끼워 맞닿음 혹은 대향하여 배치된 T 플랜지(205)를 구비하고 있다. 또한, 이들이 접속되어 내부에 배치되는 수납 공간(207)을 구비하여 구성된다.
T 플랜지(205)는, 상기와 같이 원통형을 갖고 시료대 베이스(142)의 플라스마 처리 장치(100) 내의 외주 측벽을 구성하는 원통부와, 이 원통부 내부의 수납 공간(207) 내에 배치되고 원통부의 원통형을 가진 내주벽에 일체로 접속 또는 형성된 T자 형상 또는 Y자 형상의 빔부(301)를 갖고 있다. 또한, 원통부는 상단부가 시료대(141)의 헤드부(201)의 베이스 플레이트(203)에, 하단부가 베이스 실린더의 중앙 원통에 O링을 통해 끼워져 배치되어 수납 공간(207)이 플라스마 처리 장치(100)에 대하여 기밀하게 봉지되어 있다.
또한, T자 형상 또는 Y자 형상의 빔부(301)는 이들 단부가 원통부의 내주 벽면에 일체로 접속 또는 형성되어 원통부의 내부에 배치되고, 빔부(301)의 중앙으로부터 원통부의 내주 벽면으로 연장되는 복수의 빔들 사이에 수납 공간(207)을 구성하는 공간이 형성되어 있다. 이러한 빔간의 공간은 베이스 플레이트(203)를 통해서 헤드부(201) 내부에 연결되는 상기 센서나 커넥터의 케이블 등 배선이나 냉매나 가스의 배관이 배치되어 지나가는 경로로 되어 있다.
빔부(301)는 각 빔을 포함하여 판 형상의 부재로서 각 빔의 선단부가 원통부의 원통형을 가진 내주 벽면의 높이 방향 상하단의 중간의 위치에 일체로 접속 또는 형성되어 있으며, T 플랜지(205) 위쪽에 베이스 플레이트(203)가 놓여 내부가 봉지된 상태에서 빔부(301)의 상면과 위쪽의 베이스 플레이트(203) 하면 사이에 공간이 형성되고, 이 베이스 플레이트(203) 사이의 공간도 상기 커넥터나 센서가 배치되는 공간으로서 이용된다. 또한, 빔부(301)의 중앙부 하면에는 상기와 같이 핀 구동부(208)의 상단부가 접속되고, 각 빔에는 핀 구동부(208)의 하단부에 연결되어 핀 구동부(208)의 상하 방향으로 신축하는 동작에 따라 상하 방향으로 이동하는 복수(본 실시예에서는 3개)의 핀(302)이 관통하는 구멍이 배치되어 있다.
이들 핀(302)은, 위쪽의 베이스 플레이트(203)를 포함하는 헤드부(201)를 관통하여 당해 헤드부(201)의 상면을 구성하는 유전체제의 막 상에 배치된 개구와 연통한 관통 구멍(303) 내에 삽입되고, 상기 상하 방향의 이동에 의해 유전체제의 막 위쪽에 놓이는 웨이퍼(200)를 헤드부(201) 또는 시료대(141)의 상면에 대하여 상하로 유리, 접근, 재치하는 동작을 행한다. 이 때문에 수납부(207) 내에 위치하는 핀(302)의 외주측의 공간은 플라스마 처리 장치(100)와 연통하게 되고, 빔부의 핀용 관통 구멍의 상하의 수납 공간(207)과 핀 사이에 핀(302) 외주측의 플라스마 처리 장치(100) 내부와 연통한 공간 사이를 기밀하게 봉지하기 때문에, 빔부의 핀용 관통 구멍의 주위에 O링 등의 시일 부재가 배치되어 있다.
즉, 베이스 플레이트(203)의 하부에는, 그 주위의 베이스 플레이트(203)의 하면으로부터 아래쪽으로 돌출하는 원통형 또는 원추대(圓錐台) 형상을 갖고 상기 각 핀(302)이 관통하여 내측에 수납되는 관통 구멍(303)이 중앙부에 배치된 볼록부(203')가, 복수의 개소(본 실시예에서는 3개소)에 배치되어 있다. 베이스 플레이트(203)와 T 플랜지(205)가 상하로 연결된 상태에서, 각 볼록부(203')의 하단면과 빔부(301)의 각 빔에 배치된 핀용 관통 구멍의 외주의 상면이 맞닿음 또는 대향하여 O링 등의 시일 부재를 끼우고, 각 빔의 핀용 관통 구멍 및 헤드부(201) 내의 관통 구멍(303)의 내측의 공간과 외측의 수납 공간(207) 사이를 기밀하게 봉지한다.
각 핀(302)은, 수납 공간(207) 내부에 있어서 빔부(301) 중앙부의 하면에 상단부가 연결된 핀 구동부(208)의 상하의 신축의 동작에 의해 핀 구동부(208) 하단부에 접속된 3개의 아암의 선단부 상면에 접속되고, 당해 각 아암 선단부 상면으로부터 헤드부(201) 내부의 관통 구멍(303) 내부까지 연장된다. 각 핀의 상선단(上先端)은 핀 구동부(208)가 가장 수축된 상태에서 시료대(141) 상면의 위쪽의 최대의 높이에 위치하고 핀 구동부(208)가 가장 신장(伸長)된 상태에서 헤드부(201) 내의 관통 구멍(303) 내에 위치한다.
빔부(301)의 각 빔 아래쪽에 위치하는 각 핀(302)의 외주에는 각 빔 하면과 각 핀(302)이 접속된 각 아암의 상면 사이를 접속하여 아암 및 핀(302)의 상하의 이동에 따라 수축하는 벨로우즈(304)가 배치되어 있다. 각 빔 하면 및 각 아암 상면과 접속되는 벨로우즈(304)의 상하단은, 빔 하면 및 아암 상면 사이에 O링 등의 시일 부재를 끼워 맞닿음 또는 대향하여 연결되어 있으며, 각 핀(302)이 내부에 수납된 관통 구멍(303) 및 빔부(301)의 빔의 관통 구멍을 통해 플라스마 처리 장치(100) 내부와 연통한 벨로우즈(302) 내측과 외측의 수납 공간(207) 사이가 기밀하게 봉지된다.
이러한 구성에 의해, 용기 컨트롤러(209)로부터의 지령 신호에 의해 구동되는 핀 구동부(207)의 최대, 최소 사이의 신축에 따라 상하 방향으로 핀(302)이 이동하고 벨로우즈(304)가 신축한다. 이러한 핀(302)의 이동 및 벨로우즈(304)의 신축의 동작에 대해서도, 벨로우즈 및 관통 구멍(302)의 내부와 수납 공간(207) 사이는 기밀하게 봉지된다. 이 때문에, 웨이퍼(200)를 처리하는 플라스마 처리 장치(100)의 운전 도중에도, 플라스마 처리 장치(100) 내에 형성되는 플라스마나 처리용 가스의 반응성을 가진 입자나 반응 생성물의 입자가 수납 공간(207) 내에 배치된 핀 구동부(208)나 센서나 커넥터 등의 단자에 악영향을 미치는 것이 억제된다.
본 실시예의 시료대(141)를 구성하는 헤드부(201)는, 베이스 플레이트(203)와 그 위쪽에 놓인 절연 부재(305)와 그 위쪽에 놓인 금속제의 기재(306)를 구비하여 구성되고, 원판 또는 원통 형상을 가진 기재(306)의 원형을 가진 상면에는, 웨이퍼(200)가 그 위에 놓이는 재치면을 구성하는 이트리아 혹은 알루미나 등의 세라믹스를 포함하여 구성된 유전체막(307)이 배치된다. 또한, 베이스 플레이트(203), 절연 부재(305), 기재(306)와의 각각의 사이에는, O링 등의 시일 부재가 끼워져 일체로 접속되고, 플라스마 처리 장치(100) 내부와 수납 공간(207)과 연통한 시료대 블록의 내부의 공간이 기밀하게 봉지됨과 함께, 헤드부(201)를 1 그룹의 부재로 하여 시료대 베이스(142)에 대하여 장착하고, 위쪽으로 분리 가능하게 구성되어 있다.
즉, 베이스 플레이트(203)는 원판 형상을 갖고, 외주측 부분에 배치된 관통 구멍을 통해서 베이스 플레이트(203) 아래쪽으로부터 삽입된 금속제의 볼트(308)에 의해, 위쪽에 놓인 절연 부재(305)를 통해 위쪽의 기재(306)와 체결되어 있다. 이에 따라, 베이스 플레이트(203), 절연 부재(305), 기재(306)가 일체로 연결된다.
또한, 원판 형상을 가진 베이스 플레이트(203)의 직경은 외주가 원판 또는 원통형을 가진 위쪽에 배치되는 절연 부재(305) 및 기재(306)보다도 커지고, 베이스 플레이트(203) 외주연부 하면의 아래쪽에서 O링을 끼워 이것과 상단부가 대향 또는 맞닿는 T 플랜지(205)의 원통부의 상단부와 볼트에 의해, 절연 부재(305)의 외주측에서 체결된다. 이에 따라, 외주측의 볼트의 체결을 해제함으로써, 헤드부(201)를 일체로 하여 T 플랜지(305) 또는 시료대 베이스(142)로부터 위쪽으로 분리 가능하게 구성되어 있다.
도 5에 나타나는 바와 같이, 기재(306)는 원판 또는 원통 형상을 가진 금속제의 2개의 상부 기재(306a) 및 하부 기재(306b)가 각각의 상면과 하면을 맞닿게 하고, 납땜이나 마찰 교반 등의 수단에 의해 접합시켜 일체로 된 부재로서, 하부 기재(306b) 내부에 냉매 유로(313)가 배치된다. 또한, 상부 기재(306a) 내부의 중앙부에 형성되고 도면상 아래쪽에 개구를 갖도록 형성된 오목부에는 제2 고주파 전원(142)으로부터의 고주파 전력이 공급되는 수전 커넥터(310)가 삽입되어 기재(306)와 접속된다.
수전 커넥터(310)의 하부는, 급전용 케이블의 선단부와 접속된 급전 커넥터(309)와 접하여 이것과 전기적으로 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(243)으로부터 기재(306)에 공급된 고주파 전원에 의해 헤드부(201) 또는 그 재치면 위쪽에 놓인 웨이퍼(200) 상면의 위쪽에 형성된 바이어스 전위와 플라스마의 전위와의 차에 따라 플라스마 중의 하전 입자가 웨이퍼(200) 상면 방향으로 유인되어 충돌하는 것에 의한 처리의 촉진과 함께 웨이퍼(200) 및 그 아래쪽의 기재가 가열되게 된다.
본 실시예에서는, 이 가열에 의해 변화하는 웨이퍼(200) 및 기재(306) 또는 헤드부(201)의 온도를, 처리에 적합한 원하는 범위 내의 값으로 조절하기 위해, 기재(306) 내부의 냉매 유로(313)에 제2 온도 컨트롤러(144)에 있어서 소정 온도가 된 냉매가 공급되어 순환함과 함께, 기재(306) 위의 유전체막(307) 상면과 이 위에 놓여 흡착 유지된 웨이퍼(200)의 이면(裏面) 사이에 He 등의 열전달성을 가진 가스가 공급된다. 본 실시예에서는, 기재(306)의 외주측에 링 형상으로 배치되고 열전달성의 가스가 내부를 통류하는 가스 유로(317), 및 당해 가스 유로(317)와 웨이퍼(200) 및 유전체막(307) 사이의 극간(隙間)을 연통하여 기재(306) 상의 재치면을 구성하는 유전체막(307) 상면에 배치된 개구에 연통된 관통로인 가스 공급로(318)가 시료대(141)에 구비되어 있다.
가스 공급로(318)로부터 개구를 통해서 열전달성을 가진 가스가 유전체막(307) 상면과의 사이의 극간에 공급되고, 웨이퍼(200)와 기재(306) 나아가서는 내부의 냉매의 순환로(313)에 공급되고 순환하는 냉매와의 사이의 열의 전달이 촉진되어 그 양이 커지게 된다. 웨이퍼(200) 또는 기재(306) 상면의 온도는, 이들 냉매의 온도의 값이나 유량 혹은 그 속도, 더욱이는 열전달성 가스의 극간에서의 압력의 값과 그 분포에 의해 조절하는 것이 가능해진다.
상기한 바와 같이, 금속제의 기재(306)에는, 웨이퍼(200)와 비교하여 상대적으로 큰 열용량을 갖고, 제2 온도 컨트롤러(144)로부터의 소정의 범위 내의 온도가 된 냉매가 공급된다. 기재(306)는, 위쪽에 놓여 온도의 조절 대상이 되는 웨이퍼(200)의 온도의 값의 기반이 됨과 함께, 웨이퍼(200) 위쪽에 바이어스 전위를 형성하기 위한 고주파 전력이 공급되는 전극으로서 기능한다.
상기와 같이, 금속제의 원판 또는 원통형 부재인 상부 기재(306a)는, 그 외주측 부분이 중앙측을 둘러싸서 링 형상으로 배치된 오목부가 배치되고, 당해 오목부에 의해 둘러싸인 중앙측 부분은 오목부의 저면으로부터 위쪽으로 볼록 형상을 가진 원통형의 부분으로 되어 있다. 상부 기재(306a)의 볼록 형상 부분의 원형의 상면은, 유전체막(307)에 피복되어 당해 유전체막(307) 상면이 웨이퍼(200)의 재치면으로서 이용된다.
볼록 형상 부분 상면의 원형을 가진 재치면은 웨이퍼(200)와 같거나 근사한 직경을 갖고 있으며, 웨이퍼(200)는 그 처리의 기간 중 및 그 전후에 재치면에 놓인 상태에서 복수의 직류 전원으로부터 그 값이 조절되어 유전체막(307) 내부의 복수의 개소에 공급된 전력에 의해, 웨이퍼(200)와 유전체막(307) 사이에 정전기력이 형성되어 유전체막(307) 상면에 대하여 흡착되어 유지되거나, 혹은 공급된 직류 전력에 의해 열이 생성되어 웨이퍼(200)의 온도의 값 또는 그 분포가 조절된다.
즉, 유전체막(307)은, 이트리아 또는 알루미나를 포함하는 세라믹스를 재료로서 이용하여 구성되고, 본 실시예에서는 용사법(溶射法)에 의해 상부 기재(306a)의 재치면이 되는 전(全)영역을 포함하는 보다 큰 상면의 영역에 재료의 입자가 반용융 상태에서 분사되어 막 형상 형성된다. 유전체막(307) 내부에는, 웨이퍼(200)를 흡착하기 위한 정전기력을 형성하기 위한 직류 전력이 공급되는 복수의 막 형상의 ESC(정전 흡착) 전극(311), 및 웨이퍼(200)의 온도를 처리에 적합한 원하는 범위 내의 값으로 가열하여 조절하기 위한 히터로서 이용되는 복수의 막 형상의 히터 전극(312)이 배치되어 있다.
ESC 전극(311)은, 웨이퍼(200)가 놓인 상태에서, 이것이 덮는 유전체막(307)의 재치면의 투영면의 아래쪽의 영역에 배치된 복수의 막 형상의 전극이다. 본 실시예의 ESC 전극(311)은, 유전체막(307)과 마찬가지로 용사법에 의해 형성된 것이다.
복수의 ESC 전극(311) 중 2개는, 각각이 다른 직류 전원(319)과 접속되고 서로 다른 극성의 전위가 부여되어, 유전체막(307)을 구성하는 세라믹스의 재료를 끼워 웨이퍼(200) 내에서 전하가 분극해서 축적되어 유전체막(307)의 방향으로 웨이퍼(200)를 처리 중에 흡인하여 유지하는 정전기력이 형성된다. 또한, 이들 ESC 전극(311)에 웨이퍼(200)의 처리 후에 처리 중과 반대의 극성이 부여됨으로써 플라스마가 소실 후에도 처리 전 또는 처리 중에 웨이퍼(200)를 흡착하는 정전기력을 형성하기 위해 축적된 전하의 분극이 완화 혹은 용기에 제거된다.
각 ESC 전극(311)은, 베이스 플레이트(203) 하면에 장착된 ESC 전극 급전 케이블 커넥터 유닛(320) 상부와 베이스 플레이트(203), 절연 부재(305) 그리고 기재(306)를 관통하는 급전 경로를 통해 전기적으로 접속된다. 또한, 복수의 ESC 전극이 전기적으로 접속된 ESC 전극 급전 케이블 커넥터 유닛(320) 상부의 아래쪽에서 이것과 접속된 ESC 전극 급전 케이블 커넥터 유닛(320) 하부는, 플라스마 처리 장치(100) 외부에 배치되고 당해 복수의 ESC 전극(311)에 직류 전력을 공급하도록 할당된 직류 전원(319)의 하나와 수납 공간(207)에 배치된 1개의 급전 케이블을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
직류 전원(319)은, 출력하는 전류 또는 전압의 크기를 가변으로 조절 가능하게 구성됨과 함께, 용기 컨트롤러(209)와 통신 가능하게 접속되어 있다. 직류 전원(319)으로부터 용기 컨트롤러(209)에 상기 전류 또는 전압의 값을 나타내는 신호가 송신되고, 용기 컨트롤러(209)가 연산기를 이용하여 산출해서 발신한 지령 신호를 수신한 직류 전원(319)으로부터는, 당해 지령 신호에 의거하여 직류 전원(319)에 의해 전압 또는 전류의 크기가 조절된 직류 전력이, 이것에 접속된 복수의 ESC 전극(311)에 시료대(141) 외부의 급전 케이블 및 시료대(141) 내부의 복수의 급전 경로를 통해서 공급된다.
히터 전극(312)은, 유전체막(307) 내부의 높이 방향 아래쪽의 위치에 배치된 금속제의 막 형상의 복수의 전극으로서, 각각이 유전체막(307)과 마찬가지로 용사법에 의해 형성되고 원형 또는 부채꼴 혹은 원호 형상을 가진 것이다. 각각의 히터 전극(312)은, 각각의 아래쪽에 배치된 복수의 히터 급전 커넥터(322)의 각각 및 적어도 1개의 히터 급전 커넥터 유닛(323)을 통해 전기적으로 접속되고, 직류 전원(321)에 있어서 전류 또는 전압이 원하는 값으로 조절된 직류 전력이 공급되어 생기(生起)되는 열량이 조절된다.
각각의 히터 전극(312)의 아래쪽에서 이것과 전기적으로 접속된 히터 급전 커넥터(322)는, 도 5에 나타나는 바와 같이, 히터 전극(312)의 아래쪽의 유전체막(307) 하부 및 그 아래쪽의 기재(306)를 관통하여 하부 기재(306b)의 하면 아래쪽으로부터 수납 공간(207) 내에 노출된 하단부를 갖고 있다. 히터 급전 커넥터(322)의 하단부는, 그 절연용 부재의 내부를 지나 접속 단자에 전기적으로 접속된 접속 케이블(322')을 통해, 베이스 플레이트(203)를 관통하여 하부 기재(306b) 아래쪽에 위치하는 히터 급전 커넥터 유닛(323)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 히터 급전 커넥터(322)는, 그 내부에 접속 케이블(322')과 전기적으로 접속되어 급전 경로를 구성하기 위한 금속제의 접속 단자와 그 외주측에 배치되어 기재(306)로부터 접속 단자를 절연하는 유전체제의 절연 보스를 구비하고 있다. 각 히터 급전 커넥터(322)는, 기재(306)의 아래쪽으로부터 이것에 배치된 삽입 구멍 내에 삽입되어 기재(306)에 장착된다.
이 상태에서, 삽입 구멍의 내부에서 히터 급전 커넥터(322)의 접속 단자는, 히터 전극(312)과 전기적으로 접속되어 삽입 구멍의 상부로부터 아래쪽으로 연장된 히터측의 접속 단자와 히터 급전 커넥터(322)의 절연 보스의 내측에서 접촉, 혹은 한쪽이 다른쪽의 내부에 끼워넣어져, 상하의 접속 단자의 양자가 접속된다. 히터 급전 커넥터(322)의 하단부는 절연체 내부의 급전 경로와 베이스 플레이트(203)에 장착된 히터 급전 커넥터 유닛(323)의 상부와 베이스 플레이트(203)와 기재(306) 사이의 절연 부재(305) 내부의 공간에 있어서 접속 케이블(322')을 통해 접속되어 있다.
후술하는 바와 같이, 절연 부재(305) 및 기재(306)의 중앙측의 극간이나 공간은 수납 공간(207)과 연통되어 그 일부를 구성하고 있는 공간이며, 이들 외주측에서 이들을 둘러싸서 배치된 O링 등의 시일 부재에 의해 내부와 외부가 기밀하게 봉지되어 있다. 이 때문에, 상기 공간에 배치되어 있는 급전 경로 상의 커넥터나 케이블의 접속 부분은, 수납 공간(207)과 마찬가지로, 플라스마 처리 장치(100)의 운전의 유무에 상관없이 대기압 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 값의 압력으로 되어 있다.
히터 급전 커넥터 유닛(323)은, 베이스 플레이트(203)에 장착된 급전 경로 상에서 접속, 절단하는 단자를 구비한 커넥터이며, 상하 2개의 부분을 구비하고 있다.
히터 급전 커넥터 유닛 상부(323a)가 복수의 히터 급전 커넥터(322)의 접속 케이블(323')과 베이스 플레이트(203) 상면과 기재(306)의 하면 사이의 개소에 있어서 접속된다. 히터 급전 커넥터 유닛 하부(323b)는 히터용 직류 전원(321)에 접속된 급전 케이블과 베이스 플레이트(203)의 하면 아래쪽의 수납 공간에 있어서 접속되어 있다.
이들 히터 급전 커넥터 유닛 상부(323a) 및 히터 급전 커넥터 유닛 하부(323b)는 착탈 가능하게 구성되고, 양자가 일체로 접속된 상태에서, 각각의 내부에 구비된 케이블과 전기적으로 접속된 접속 단자가 접속하여 직류 전원(321)과 복수의 히터 급전 커넥터(322)가 전기적으로 접속된다. 이에 따라 직류 전원(321)으로부터 출력되는 직류의 전력은, 복수의 히터 급전 커넥터(322) 및 이들 각각에 전기적으로 접속된 복수의 히터 전극(312)에 병렬로 공급된다.
이와 같이 ESC 전극(311) 및 히터 전극(312)을 내장하는 유전체막(307)은, 각각의 재료를 용사법에 의해 분사하여 적층시켜 형성된다. 우선, 미리 재료가 부착되기 쉽게 하기 위해 요철이 형성된 상부 기재(306a)의 상면에 세라믹스를 재료로 한 입자를 이용하여 용사법에 의해 유전체막(307)의 하층의 피막이 형성되고, 그 위에 히터 전극(312)의 막이 형성된다.
이들 하층의 피막 및 히터 전극(312)의 막 상면을 덮어 세라믹스를 재료로 하여 유전체막(307)의 중간의 층이 용사법에 의해 형성된 후, 중간의 층 위에 ESC 전극(311)이 용사법에 의해 형성된다. 그 후, 중간의 층 및 ESC 전극(311)의 막층을 덮어 유전체막(307)의 상층의 막이 용사법에 의해 형성된다.
용사법에 의해 적층된 유전체막(307)은, 적어도 재치면을 구성하는 면이 깎여, 용사에 의해 형성된 표면의 입자들 사이의 구멍이 막힘과 함께 형상이 갖춰진다. 웨이퍼(200)가 재치면을 구성하는 유전체막(307) 상면에 놓여 정전기력에 의해 흡착된 상태에서, 웨이퍼(200)의 이면과 재치면의 상면 사이에 형성되는 극간에는, He 등의 열전달성을 가진 가스 등의 유체가 공급되어, 웨이퍼(200)와 시료대(141) 사이의 열전달이 촉진되지만, 웨이퍼(200)와 재치면을 구성하는 유전체막(307) 사이에서 접촉하는 면적이 양자간의 원하는 열전달의 양이 얻어지도록, 상기 표면의 형상의 조절이 행해진다.
도 3의 (a)에 나타나는 바와 같이, 금속제의 기재(306)에는 금속제의 수전 커넥터(310)가 삽입되어 접촉하고, 플라스마 처리 장치(100) 내에 플라스마가 형성되는 웨이퍼(200)의 처리 중에 제2 고주파 전원(243)으로부터의 고주파 전력이 수납 공간(207)에 배치된 케이블을 통해서 급전 커넥터(309) 및 이것에 접한 수전 커넥터(310)를 통해 전극인 기재(306)에 공급된다. 이 고주파 전력의 공급에 의해 시료대(141)의 재치면에 놓여 정전 흡착되어 유지된 상태에서 웨이퍼(200) 위쪽에 플라스마의 전위와의 사이의 전위차에 따라, 플라스마 중의 하전 입자를 웨이퍼(200) 상면의 방향으로 유인하여 표면 위의 처리 대상의 막층에 충돌시켜 에칭 등의 처리를 촉진시키는 바이어스 전위가 형성된다.
원판 또는 원통 형상을 가진 하부 기재(306b)의 상부에는, 그 중심의 둘레에 동심 또는 나선 형상으로 배치되어 반경 방향에 다중으로 형성된 홈이 배치되고, 상부 기재(306a)와 접합됨으로써 기재(306) 내부에 냉매 유로(313)가 형성된다. 냉매 유로(313)의 입구 및 출구는, 제2 온도 컨트롤러(144)와 접속된 냉매 공급 또는 되돌림용 배관(314)의 단부와 베이스 플레이트(1203) 아래쪽에 배치된 접속용 커넥터를 통해 수납 공간(207) 내측에서 접속된다.
제2 온도 컨트롤러(144)의 칠러 등의 냉동 사이클을 이용하여 소정의 범위 내의 온도가 된 냉매는, 배관(314)을 통해서 입구를 통해 냉매 유로(313) 내에 공급되고, 기재(306) 내에 있어서 열교환하여 온도가 상승한 냉매가 냉매 유로(313)의 출구 및 이것에 접속된 배관(314)을 지나 제2 온도 컨트롤러(144)로 되돌아간 후, 다시 온도가 소정의 범위 내의 값으로 조절된 후에 기재(306) 내의 냉매 유로(313)에 공급되어, 폐쇄된 환로 내를 순환한다. 이러한 냉매를 순환시킨 공급에 의해, 기재(306)가 처리에 적합한 원하는 범위 내의 값으로 조절된다.
본 실시예에서는, 기재(306) 상부의 원통형을 가진 볼록부 및 당해 볼록부의 원형을 가진 상면을 덮어 웨이퍼(200)의 재치면을 구성하는 유전체막(307)을 관통하여 배치된 복수의 가스 공급로(318) 및 이것에 연통한 유전체막(307) 상면의 재치면의 외주측의 복수의 개소에 배치된 개구가 구비되어 있다. 상부 기재(306a)의 재치면의 외주연을 덮는 유전막(307)의 당해 외주연 부분에는, 상면의 중앙측을 둘러싸서 링 형상으로 배치되고 그 평탄한 상면이, 유전체막(307)의 재치면 위쪽에 놓인 웨이퍼(200)가 흡착된 상태에서 웨이퍼(200)의 이면과 맞닿는 링 볼록부(307')가 배치되어 있으며, 이 링 볼록부(307')를 따라 그 중앙측이 오목해진 재치면의 표면에 상기 복수의 개구가 배치되어 있다.
웨이퍼(200)가 놓인 상태에서 개구로부터 링 볼록부(307')의 중앙측의 원형의 영역인 오목부 내의 웨이퍼(200)와 유전체막(307)의 극간에 공급되어 열전달성의 가스는, 링 볼록부(307')에 의해 상기 영역의 외주측의 단부가 폐쇄되어 있거나, 열전달성의 가스가 미소량만 시료대(141) 외부의 플라스마 처리 장치(100) 내에 누출되어 있는 상태가 되어, 오목부 내를 충만하여 웨이퍼(200)의 면내의 방향에 있어서의 열전달의 양의 변동(분포)이 작아짐과 함께, 웨이퍼(200)의 외주연의 근방의 둘레 방향의 영역에 있어서도 열전달의 양 또는 웨이퍼(200)의 온도가 소기의 것에 의해 가까워지는 것이 가능해진다.
절연 부재(305)는 유전체제의 재료에 의해 구성된 부재로서, 볼트(308)에 의해 상하 방향으로 체결된 금속제의 기재(306)와 금속제의 베이스 플레이트(203) 사이에서 끼워져 배치되고, 이들 사이 및 도 5에 나타난 바와 같이, 베이스 플레이트(203)에 장착되고 이것을 통해서 기재(306) 내에 삽입되어 있는 온도 센서(315)와의 사이를 절연하고 있다. 또한, 절연 부재(305)와 베이스 플레이트(203) 및 기재(306) 사이에는, O링 등의 시일 부재가 끼워져 변형하여 유지되고 있으며, 수납 공간(207)과 연통한 베이스 플레이트(203) 위쪽의 절연 부재(305) 및 기재(306)의 내측의 극간 등의 공간과 외측의 플라스마 처리 장치(100) 내부 사이를 기밀하게 봉지하고 있다.
본 실시예의 절연 부재(305)는 크게 나누어 2개의 부재로 구성된다. 즉, 외주측에 배치되어 링 형상을 갖고 외주측벽이 원통형을 갖고 알루미나 등의 세라믹스를 재료로 하여 구성된 절연 링(305')과, 절연 링(305')의 중앙측에서 이것에 둘러싸인 영역에 배치되어 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 탄성을 가진 수지를 재료로 하여 구성된 상하 2매의 절연판(305a, 305b)을 구비하여 구성되고, 이들 사이에는 극간이 배치되어 있다.
볼트(308)에 의한 기재(306)와 베이스 플레이트(203)와의 체결에 의해, 외주측의 절연 링(305')의 상하의 단부는 평활한 면을 갖고, 이 평활한 면과 상하의 기재(306) 및 베이스 플레이트(203)의 외주측의 면 사이에 O링 등 시일 부재가 끼워진다. 이에 따라, 절연 링(305')의 내측의 공간과 볼트(308)를 이용하여 절연 링(305')과 이것을 끼워 상하 방향으로 체결된 기재(306) 및 베이스 플레이트(203)와의 내측의 수납 공간(207)에 연통한 극간의 공간은 외부로부터 기밀하게 봉지된다.
또한, 절연 링(305')은 강성(剛性)이 상대적으로 높은 알루미나 등의 세라믹스를 재료로 하여 구성되고, 변형이 억제되고, 체결되어 양자는 그 위치가 고정되었다고 간주할 수 있는 상태가 된다. 절연 링(305')의 변형이 상대적으로 작기 때문에, 이 상태에서 볼트(308)를 이용한 기재(306) 및 베이스 플레이트(203)의 체결에 의해 양자간의 상하 방향의 거리의 변동이 소기의 것 이하로 작아지게 되어, 온도 센서(315)나 베이스 플레이트(203)와 기재(306)가 접촉 혹은 전기적으로 통전해 버려 이들 사이의 절연이 손상되어 버리는 경우가 일어나는 것이 억제됨과 함께, 베이스 플레이트(203) 또는 기재(306)에 장착된 배관, 케이블이나 센서와 같은 기기가, 상기 체결의 작업이나 체결 후의 시료대(141) 위에서의 웨이퍼(200)의 처리에 있어서의 온도의 증감에 의한 헤드부(201)를 구성하는 각 부재의 형상, 치수의 변화에 수반하여 변위하거나 외력을 받아 손상되거나 검지, 검출의 성능이 변동하거나 하는 것이 저감된다.
절연 링(305')은, 헤드부(201) 및 절연 부재(305)의 외주측의 부분을 구성하는 링 형상의 부재로서, 위쪽의 기재(306)와 아래쪽의 베이스 플레이트(203) 사이에 끼워져 유지된다. 그 상부에는, 외주측의 부분에는 위쪽으로 돌출하여 중앙측을 둘러싸는 링 형상의 볼록부와, 당해 링 형상의 볼록부의 내주(중앙)측의 상하 방향의 높이가 볼록부보다 낮아진 부분에 평탄한 상면을 갖고 있다.
또한, 기재(306)의 하부를 구성하는 하부 기재(306b)의 하부의 외주측의 영역에는, 상하 방향의 두께가 작아져, 하부 기재(306) 하면에서 볼 때 위쪽으로 오목해진 오목부가 중앙측의 부분을 둘러싸서 링 형상으로 배치되어 있다. 절연 링(307')이 베이스 플레이트(203)와 기재(306)에 끼워져 유지된 상태에서, 절연 링(307')의 링 형상의 볼록부는, 하부 부재(306b)의 외주측의 오목부에 계합(係合)하여 오목부 내에 넣어져서, 볼록부의 평탄한 상면과 볼록부의 내주측의 평탄한 상면이 위쪽의 기재(306)와, 평탄한 하면이 아래쪽의 베이스 플레이트(203) 상면과, O링 등 시일 부재를 끼워 접속 혹은 극간을 두고 대향한다.
또한, 절연 링(305')은, 기재(306)와 베이스 플레이트(203)는 볼트(308)에 의해 양자를 체결하는 볼트(308)가 내부를 상하로 관통하는 관통 구멍을 링 형상 볼록부의 내주측의 상면에 개구를 갖고 구비하고 있으며, 볼트(308)는 베이스 플레이트(203)의 관통 구멍의 아래쪽으로부터 내부에 삽입되어, 그 위쪽에서 축방향을 합치하여 배치된 절연 링(305')의 관통 구멍을 관통하여 위쪽의 기재(306)의 암 나사 구멍에 삽입되어 나사 체결되고, 기재(306)와 아래쪽의 베이스 플레이트(203)가 절연 링(305') 및 이들 사이의 O링을 끼워 연결되어 체결된다.
본 실시예에서는, 절연 링(305') 상부의 볼록부가 하부 기재(306b) 외주측의 오목부 내에 끼워맞춰져서 양자가 O링을 끼워 맞닿음 또는 표면끼리 극간을 통해 대향시켜 연결된 상태에서, 시료대(141) 또는 헤드부(201)의 상하 방향의 중심축으로부터의 절연 링(305')의 링 형상의 볼록부의 내주측 벽면과 하부 기재(306b)의 오목부의 외주측 벽면과의 반경 방향의 위치는 전자쪽이 커져 있으며, 양자간에 반경 방향에 대해서 소정의 길이(폭)의 극간이 당해 중심 둘레에 링 형상으로 형성된다. 이 링 형상의 극간은, 도시하지 않은 가스원에 접속된 배관과의 커넥터와 베이스 플레이트(203)의 배관용 관통 구멍을 통해 기밀하게 연결되어, He 등의 전열성이 높은 가스가 내부에 공급되어 헤드부(201) 내부의 외주측의 부분을 링 형상으로 통류하는 가스 유로(317)가 된다.
가스 유로(317)에 공급된 He 등의 가스는, 그 내부에서 헤드부(201)의 둘레 방향으로 확산하고, 서로 시료대(141)의 중심축 둘레에 동등한 각도로 배치된 복수의 가스 공급로(318) 각각으로부터 재치면의 외주측 부분에 도입된다. 웨이퍼(200) 이면의 외주측의 복수의 부분에 동등한 유량 또는 속도로 열전달성의 가스가 공급되어, 유전체막(307)을 통한 웨이퍼(200)와 기재(306) 또는 그 내부의 냉매 유로(313) 내의 냉매 사이의 열전달의 양의 둘레 방향의 불균일, 나아가서는 웨이퍼(200)의 온도의 불균일이 저감된다.
헤드부(201)의 중앙측의 영역에 배치된 상하 2매의 절연판(305a, 305b)은 절연 링(305')과 비교하여 상대적으로 강성이 작은 수지를 재료로 하여 구성된 부재이며, 본 실시예에서는 각각에, 베이스 플레이트(203)의 도면상 아래쪽으로부터 이것을 관통하여 기재(306) 내부에 삽입되는 복수의 온도 센서(315)가 내측에 배치되는 관통 구멍이 복수 배치되어 있다. 또한, 절연판(305a, 305b)의 중앙부에는, 베이스 플레이트(203)를 관통하여 기재(306)에 삽입되는 수전 커넥터(310)가 내측에 배치되는 관통 구멍이 배치되어 있다.
수전 커넥터(310) 및 각 온도 센서(315)는, 기재(306)의 도면상 아래쪽으로부터 도면상 위쪽으로 삽입되고, 이들 하단부는, 기재(306)가 절연 부재(305)를 끼워 베이스 플레이트(203)에 체결된 상태에서 베이스 플레이트(203)에 장착되어 그 위치가 고정된다.
상하에 겹쳐쌓여 배치되는 수지제의 절연판(305a, 305b)은, 이들을 관통하는 온도 센서(315), 수전 커넥터(310)에 맞춰 관통 구멍이 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 온도 센서(315), 수전 커넥터(310)가 베이스 플레이트(203)에 장착된 상태에서 절연판(305a, 305b)의 관통 구멍의 내주 벽면과 온도 센서(315)의 외주측 벽면 및 수전 커넥터(310)의 외주측 벽면 사이에는, 소정의 극간이 배치된다.
본 예의 온도 센서(315)는, 각각이, 상부에 봉상(棒狀)의 형상을 갖고 그 축을 따른 중심측의 영역에 배치되어 축방향으로 연장되는 센서 본체인 열전대와, 축방향으로 소정 높이를 갖고 열전대의 외주를 둘러싸서 배치된 금속제의 시스와, 시스 및 열전대와 연결 또는 결합되고 베이스 플레이트(203) 하면에 장착되는 커넥터부를 구비하며, 커넥터부는 열전대와는 절연되는 한편 내부를 지나 열전대와 전기적으로 접속되어 열전대로부터의 신호가 내부를 통해서 송신되는 케이블이 접속되어 있다. 각 온도 센서(315)의 커넥터부로부터의 복수의 케이블은, 베이스 플레이트(203)의 하면에 연결되어 배치된 1개의 센서 케이블 커넥터 유닛(316)에 접속되고, 당해 센서 케이블 커넥터 유닛(316)으로부터 1 그룹의 케이블로서 용기 컨트롤러(209)에 통신 가능하게 접속되어 있다.
각 온도 센서(315)는, 베이스 플레이트(203)의 복수의 개소 및 그 위쪽의 대응하는 위치에 배치된 절연판(305a, 305b) 또한 하부 기재(306b)의 각각의 복수의 개소에 배치된 관통 구멍을 통해서, 베이스 플레이트(203)의 아래쪽으로부터 관통 구멍에 삽입되어 열전대 및 시스의 선단부가 상부 기재(306a)의 상기 관통 구멍에 대응한 위치에 배치된 원통형의 오목부 내에 삽입된다. 커넥터부가 베이스 플레이트(203)에 장착된 상태에서, 각 온도 센서(315)의 열전대는 상부 기재(306a)의 오목부 내벽면과는 접촉하고 있지 않다.
또, 각 온도 센서가 삽입되는 상기 관통 구멍 및 이것에 대응한 위치에 배치된 상부 기재(306a)의 오목부는, 원통 또는 원판 형상을 가진 시료대(141) 또는 기재(306)의 상면에 대해서 반경 방향 및 둘레 방향에 서로 다른 개소에 배치되어 있다. 이 상태에서, 온도 센서(315)의 열전대가 온도를 검지한 신호가, 용기 컨트롤러(209)에 송신되고 용기 컨트롤러(209) 내부에 배치된 연산기가 내부를 구성하는 기억 장치에 기억된 소프트웨어의 알고리즘을 따라 각 온도 센서(315)의 개소에서의 온도의 값 및 이들 분포를 검출한다.
각 온도 센서(315)의 금속제의 시스는, 당해 온도 센서(315)의 커넥터부가 베이스 플레이트(203)에 장착된 상태에서, 그 하단부 또는 커넥터부와의 접속부에 있어서 베이스 플레이트(203)와 접촉하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 온도 센서(315)의 시스는, 열전대의 외주측에서 거리를 두고 이것을 둘러싸서 배치된 원통 형상을 구비하여 열전대로부터 절연되어 있다.
각 온도 센서(315)가 시료대(141)에 베이스 플레이트(203) 아래쪽으로부터 삽입되어 장착된 상태에서, 각 온도 센서(315)의 시스는 기재(306)와는 거리를 두고 배치되어 있다. 즉, 시스는 기재(306)와는 전기적으로 절연되며 또한 베이스 플레이트(203)와는 전기적으로 접속되어 있다.
베이스 플레이트(203)는 아래쪽의 시료대 베이스(142) 및 하부 용기(150)를 통해 접지 전위가 된 베이스 플레이트(160)와 전기적으로 접속되어 접지 전위가 된다. 이 때문에 각 온도 센서(315)의 시스도 접지 전위가 됨으로써, 제2 고주파 전원(243)으로부터 기재(306)에 공급되는 고주파 전력의 성분이 온도 센서(315)로부터 출력되는 신호에 중첩되어 노이즈가 되는 것이 억제되고, 용기 컨트롤러(209)에 있어서의 시료대(141) 내부 또는 그 상면의 온도의 값 혹은 그 반경 방향 혹은 둘레 방향의 분포의 검출의 정밀도가 손상되는 것이 억제된다.
본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 제2 고주파 전원으로부터 출력된 고주파 전력은, 급전용 케이블을 지나 그 일단(一端)에 접속되고 베이스 플레이트(203) 아래쪽의 수납 공간(207)의 중앙부에 배치된 급전 커넥터(309)와 이것에 접속된 수전 커넥터(210)를 통해, 당해 수전 커넥터(210)가 중심부에 삽입되어 접속된 기재(306)에 공급된다. 기재(306)와 베이스 플레이트(203) 사이의 절연판(305a, 305b)의 중심부에도 이들 급전 커넥터(309) 및 수전 커넥터(310)가 내부에 삽입되는 관통 구멍이 배치되어 있다.
베이스 플레이트(203) 하면에 장착된 급전 커넥터(309)의 수납 공간(207)에 노출된 단부는, 그 일단이 제2 고주파 전원(144)과 접속된 급전 케이블이 접속된다. 용기 컨트롤러(209)와 통신 가능하게 접속된 제2 고주파 전원(144)에 의해 당해 용기 컨트롤러(209)로부터의 지령 신호에 따라 출력하는 고주파 전력의 크기 혹은 양이 조절되고, 수전 커넥터(310)를 통해서 공급되는 고주파 전력에 의해 헤드부(201) 위쪽에 형성되는 바이어스 전위의 크기와 그 분포가 조절된다.
본 실시예에서는 수전 커넥터(310)는, L자 또는 역T자 형상을 가진 부재이다. 수전 커넥터(310)는, 금속 등의 도전체제의 위쪽 부재(상부) 및 그 상단에서 당해 상부와 전기적으로 접속되고, 그 하부의 단부에서 급전 커넥터(309)와 접속하는 접속 단자를 갖고, L 또는 역T자의 형상을 가진 아래쪽 부재(하부)를 구비하고 있다.
수전 커넥터(310)는, 베이스 플레이트(203) 및 절연판(305a) 또는 절연판(305b)의 중앙부에 배치된 관통 구멍의 내부에 삽입되어, 상부와 하부가 접속된 상태에서, 그 하부는, 당해 관통 구멍 내부에 삽입되어 베이스 플레이트(203) 하면에 장착된다.
수전 커넥터(310)의 상부는, 금속제의 봉상 부재로서, 하부 기재(306b)의 중앙부의 관통 구멍에 삽입되어 관통하고 그 관통 이 위쪽에서 상부 기재(306a)의 중앙부에 배치된 오목부인 감입(嵌入) 구멍 내에 삽입되어 상부 기재(306a)와 전기적으로 접속된다. 또한, 상부의 하단부는 수전 커넥터(310) 하부에 접속된 상태에서 하부의 금속제의 접속 단자에 배치된 오목부 내에 끼워넣어진다.
수전 커넥터(210)의 하부는 L자 또는 역T자의 형상을 가진 부재이다. 그리고, 금속제의 상부의 하단부에 접속되는 단자 및 L 또는 역T자의 하부의 단부에 급전 커넥터(209)와 접속되는 단자와 이들 단자들 사이에서 접속된 급전용의 경로를 유전체 또는 절연체 재료로 구성된 부재의 내부에 갖고 있다.
당해 하부의 상단부에는, 수전 커넥터(210)의 상부와 하부가 일체로 접속된 상태에서, 상부를 구성하는 금속제의 봉상의 부재의 하단부가 끼워넣어져 접속하는 감입 구멍을 가진 단자가 배치되어 있다. 또한, 수전 커넥터(210)의 L자 또는 역T자 형상의 형상을 가진 하부는, 상부와 하부가 접속된 상태에서, 베이스 플레이트(203) 하면 아래쪽의 수납 공간(207)에 노출되고, 그 일단의 접속 단자에 수납 공간(207) 내에 배치된 급전 커넥터(209)가 접속된다.
급전 커넥터(209)는, 유전체 또는 절연체의 재료에 의해 구성된 본체의 중심부에 배치되고, 제2 고주파 전원(143)으로부터의 고주파 전력이 흐르는 급전 케이블과 전기적으로 접속되는 접속 단자를 구비한 고주파 급전용 커넥터이다. 그 일단에는 접속 단자가 노출되고, 타단부는 급전 케이블과 접속되거나, 또는 내부에서 접속 단자에 전기적으로 접속된 급전 케이블이 예출(曳出)되어 연장되어 있다.
제2 고주파 전원(143)에 급전 케이블을 통해 접속된 급전 커넥터(209)는, 수전 커넥터(210)와 수납 공간(207) 내에 있어서 착탈 작업이 가능하게 구성되어 있다. 이들 착탈은, 수전 커넥터(210)가 헤드부(201) 또는 베이스 플레이트(203)에 장착된 그 L자 또는 역T자의 아래쪽 부분이며 베이스 플레이트(203) 하면 아래쪽의 수납 공간(207) 내에 노출된 부분의 단부에 대하여 행해진다.
본 실시예는, 수전 커넥터(310)의 하부는, 이것이 베이스 플레이트(203) 하면 아래쪽에 노출되어 이것에 장착된 상태에서, 제2 고주파 전원(143)과의 사이를 전기적으로 접속하는 급전 케이블이 예출된 급전 커넥터(309)의 상단부가 장착된다. 그리고, 베이스 플레이트(203)와 위쪽의 절연 부재(305) 및 기재(306)는 일체로 장착된 상태에서 급전 커넥터(309)와 수전 커넥터(310)는 착탈 작업이 가능하게 구성되어 있으며, 헤드부(201)는 시료대 베이스(142)에 대하여 일체적으로 착탈하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 수전 커넥터(310)의 봉상의 상부와 하부가 접속되는 개소의 외주측에 이것을 둘러싸서 세라믹스 등의 절연성을 가진 재료 혹은 유전체로 구성된 원통 형상 혹은 링 형상을 가진 절연 보스가 구비된다. 절연 보스는, 수전 커넥터(310)가 헤드부(201)에 장착된 상태에서, 절연판(305a, 305b) 및 베이스 플레이트(203)의 중앙부에서 반경 방향에 대해서 절연판(305a 또는 305b) 및 베이스 플레이트(203)와 수전 커넥터(310)의 상부 하부가 접속되는 개소 사이에, 이들과 극간을 두고, 상하 방향에 대해서 하부 기재(306b) 하면 및 베이스 플레이트(203) 상면 사이에 극간을 두고 배치되는 부재이며, 이들로부터 수전 커넥터(310)의 급전 경로를 절연하고 있다.
이러한 본 실시예의 헤드부(201)에서는, 우선, 기재(306)에 대하여 수전 커넥터(310)의 상부가 장착되고 양자가 접속된다. 그 후, 절연 링(305') 및 그 중앙측의 절연판(305a, 305b)이 기재(306) 하면의 도면상 아래쪽에 배치됨과 함께, 중앙부에 있어서 수전 커넥터(310) 상부가 그 내측의 관통 구멍에 삽입되어 절연 보스가 배치된다.
이 후, 베이스 플레이트(203)와 기재(306)가, 절연 부재(305) 및 절연 보스를 사이에 끼워 볼트(308)가 이용되어 체결된다. 세라믹스 재료로 구성된 절연 보스도, 수전 커넥터(310)와 베이스 플레이트(203) 사이뿐만 아니라, 그 상하 단면은 소정의 근소한 극간을 통해 기재(306) 중앙부의 하면 및 베이스 플레이트(203) 중앙부의 상면에 대향하여 배치되고 절연 부재(305)와 마찬가지로 기재(306) 및 베이스 플레이트(203) 사이를 절연하는 부재로서 기능함과 함께 양자간의 상하 방향의 공간의 거리(높이)가 소기의 값 이하가 되는 것을 억제하는 부재로서 기능한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 헤드부(201) 내에는, 유전체막(307) 내부의 복수의 히터 전극(312) 각각의 하면과 전기적으로 접속된 복수의 히터 급전 커넥터(322)가 배치되어 있다. 이들 히터 급전 커넥터(322) 각각의 하단부는, 히터 전극(312)에의 급전 경로를 구성하는 접속 케이블(323)이 내부의 접속 단자로부터 예출되어, 베이스 플레이트(203) 상면 위쪽에 위치하는 히터 급전 커넥터 유닛(324)의 히터 급전 커넥터 유닛 상부(324a)와 접속되어 있으며, 히터 급전 커넥터 유닛(324)을 통해 히터용 직류 전원(321)으로부터의 직류 전력을 받는 구성으로 되어 있다.
히터 급전 커넥터 유닛(324)은, 베이스 플레이트(203)에 장착되어 베이스 플레이트(203) 상면 위쪽에 노출된 히터 급전 커넥터 유닛 상부(324a)와, 당해 히터 급전 커넥터 유닛 상부(324a) 하면에 아래쪽으로부터 착탈 가능하게 장착되고 내부의 급전 경로와 전기적으로 접속되어 히터용 직류 전원(321)과 전기적으로 접속된 히터 급전 커넥터 유닛 하부(324b)를 구비하고 있다.
절연판(305a, 305b)의 각각에는, 히터 급전 커넥터(322) 각각의 기재(306) 내의 위치에 맞춰 배치된 관통 구멍이 구비되고, 절연판(305)이 기재(306)와 베이스 플레이트(203) 사이에서 끼워져 헤드부(201)가 일체로 구성된 상태에서, 히터 급전 커넥터(322)의 하단부는 그 주위에 극간을 두고 당해 각각의 관통 구멍 내부에 수납된다. 절연판(305a, 305b)은, 기재(306)와 베이스 플레이트(203) 사이에서 끼워져 헤드부(201)를 구성한 상태에서, 이들 사이에 극간이 형성되고, 당해 극간 내에 각 히터 급전 커넥터(322)와 히터 급전 커넥터 유닛(324) 사이를 전기적으로 접속하는 복수 개의 접속 케이블(323)이 배치된다.
본 실시예의 히터 급전 커넥터(322)의 각각은, 유전체 또는 절연체 재료로 구성된 원통형을 가진 보스와 그 내부에 배치된 접속 단자를 구비하고 있다. 접속 단자는, 히터 급전 커넥터(322)가 기재(306)에 삽입되어 장착된 상태에서, 그 상단부가 히터 전극(312)측의 접속 단자에서 접속하여 이것과 전기적으로 접속되고, 하단부는 접속 케이블(323)과 전기적으로 접속된다.
히터 급전 커넥터(322)의 각각은, 하부 기재(306b)의 관통 구멍과 상부 기재(306a)에 배치된 원통형의 구멍으로 구성된 삽입 구멍 내에 삽입되어, 당해 삽입 구멍 내부의 상단부(저부)에 배치되어 위쪽의 히터 전극(322)과 전기적으로 접속되고 아래쪽으로 연장되는 히터측의 접속 단자와 보스의 내측에 있어서 외주를 둘러싸는 기재(306)로부터 절연된 상태에서 끼워맞춰져 접촉한다. 이와 같이 하여, 수납 공간(207) 내부와 연통되어 대기압이 된 삽입 구멍 내부에 있어서, 히터 전극(312)과 히터용 직류 전원(321) 사이가 전기적으로 접속된다.
각각의 급전 케이블(323)은, 절연판(305a, 305b) 사이의 극간에서, 각각의 히터 급전 커넥터(322)의 하단부와 베이스 플레이트(203) 상면 위쪽에 위치하는 히터 급전 커넥터 유닛(324) 상부(324a)를 접속하고 있다. 히터 급전 커넥터 유닛 하부(324b)와 직류 전원(321) 사이는 1개 또는 1 그룹의 급전 케이블로 접속되고, 히터용 직류 전원(321)으로부터의 직류 전력은, 히터 급전 커넥터 유닛 상부(324a)로부터 분기된 접속 케이블(323) 각각 및 이것에 접속된 각각의 히터 급전 커넥터(322)를 통해서 복수의 히터 전극(312)에 병렬로 공급된다.
본 실시예에 있어서는, 수지 재료로 구성된 절연판(305a, 305b)은, 주위에 배치된 부재 사이에 극간을 두고 배치되어 있으며, 웨이퍼(200)의 처리 중의 온도에 따라 생기는 기재(306)의 변형이 생길 경우여도, 급전 케이블(323)의 단부와 히터 급전 커넥터(322) 혹은 히터 급전 커넥터 유닛(324) 사이의 접속 부분이 손상되거나, 절단되는 것이 억제된다.
본 실시예의 외주 링(202)은, 시료대(141)의 외주측에 배치되어 그 주위를 덮는 링 형상의 부재로서, 크게 나누어 서셉터 링(325), 커버 링(326), 감금 링(327)을 구비하여 구성되어 있다. 이들 부재는, 시료대(141)에 대하여 혹은 상호 체결하는 수단을 갖지 않고 단순히 시료대(141)의 외주측에 놓인다.
외주 링(202)이 시료대(141)에 놓인 상태에서, 서셉터 링(325)은 상부 기재(306a) 상부 외주측에 배치되고, 커버 링(326)은 서셉터 링(325) 아래쪽 또한 베이스 플레이트(203) 위쪽에서 헤드부(201)의 외주측면의 주위에 배치되고, 감금 링(327)은 베이스 플레이트(203) 위쪽에서 커버 링(326) 외주측에 배치된다. 또한, 이들 부재끼리의 대향하는 표면 사이에는 소정의 크기의 극간이 배치된다.
본 실시예에서는 외주 링(203)은, 시료대(141) 또는 헤드부(201)에 대하여, 커버 링(326)이 장착된 후에, 서셉터 링(326) 및 감금 링(327)이 순서대로 시료대(141)에 장착된다. 이하는, 커버 링(326)의 장착 후에 감금 링(327), 또한 서셉터 링(325)이 장착되는 순서로 설명하지만, 시료대의 형상이나 사양에 따라 먼저 서셉터 링(325)이 장착되어도 된다.
우선, 커버 링(326)은, 알루미나 혹은 이트리아 등의 세라믹스 재료로 구성된 링 형상 혹은 원통 형상을 가진 부재이다. 베이스 플레이트(203)와 기재(306)가 절연 부재(305)를 끼워 체결되어 구성된 헤드부(201)의 당해 원통형의 외측벽 형상을 가진 절연 부재(305)의 절연 링(305')의 원통형의 외주측벽의 외주측에, 그 내주 벽면이 소정의 극간을 두고 위쪽으로부터 끼워넣어져 베이스 플레이트(203)의 외주연부 상면의 위쪽에 놓인다.
본 실시예에서는, 커버 링(326)의 내주 벽면의 크기(높이)는 절연 링(305')의 외주측벽의 것과 같게 되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않고, 절연 링(305')의 외주측벽을 덮어 배치된다. 또한, 커버 링(326)의 평탄한 하단면은, 베이스 플레이트(203) 상면 위쪽에 놓인 상태에서, 절연 링(305')의 외주단으로부터 베이스 플레이트(203) 상면의 외주단까지 사이의 상면에 대하여 이것을 덮어 놓인다.
감금 링(327)은, 금속제의 기재의 표면에 알루미나 혹은 이트리아 등의 세라믹스 재료로 구성된 피막을 구비한 링 형상의 부재로서, 종방향의 단면은 원통형을 갖는 내주측 부분과 내주측 부분의 상단부로부터 외주 방향으로 연장되는 링 판 형상의 플랜지부를 구비하고 있다. 이 점에서, 감금 링(327)은 역L자 형상의 단면을 구비한 부재이다.
감금 링(327)의 내주측 부분의 원통형의 내주측벽의 직경은 커버 링(326)의 외주측벽의 직경보다 약간 크게 되어, 시료대(141)에 커버 링(326)이 장착된 상태에서, 커버 링(326)의 외주측에 위쪽으로부터 극간을 두고 끼워져 커버 링(326)의 외주측의 베이스 플레이트(203) 외주연부 상면 위쪽에 놓인다. 이 상태에서, 커버 링(326) 또는 감금 링(327)은, 절연 링(305')의 외주측의 베이스 플레이트(203) 외주연부의 위쪽으로부터 삽입되어 베이스 플레이트(203)와 T 플랜지(205)를 체결하는 복수 개의 볼트의 위쪽을 플라스마 처리 장치(100)에 대하여 덮고 있다.
감금 링(327)의 원통형의 내주측 부분의 저면은 금속제의 기재가 노출되어 있다. 감금 링(327)이 커버 링(326)의 외주측에서 베이스 플레이트(203)의 외주연부 상면에 놓여 양자가 맞닿은 상태에서, 이 노출된 저면과 베이스 플레이트(203)의 노출된 금속제의 부재가 맞닿아 전기적으로 접속되어 있다.
이 때문에, 감금 링(327)은 베이스 플레이트(203) 및 T 플랜지(205)를 통해 하부 용기(150)와 전기적으로 접속되어 있으며, 이들과 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 처리 중에 접지 전위가 된다. 이러한 전위가 되는 감금 링(327)의 플랜지부는, 플라스마 처리 장치(100) 내에 있어서 시료대(141)의 외주측에서 플라스마 처리 장치(100)의 내주 벽면과의 사이의 공간에 시료대(141)의 당해 주위를 둘러싸서 배치된다.
감금 링(327)의 링 원판 형상의 형상을 구비한 플랜지부에는, 상하 방향으로 상하면을 관통하는 관통 구멍이 복수 배치되어 있다. 플라스마 처리 장치(100)의 당해 시료대(141)의 외주측의 공간은, 시료대(141)의 위쪽의 공간에서 형성된 플라스마나 플라스마 처리 장치(100) 내에 공급된 가스 혹은 웨이퍼(200)의 처리 중에 형성된 반응 생성물 등의 입자가 아래쪽으로 통과하여 흘러 시료대(141) 아래쪽으로 이동하여 배기되는, 소위 통로로 되어 있다.
감금 링(327)은 그 플랜지부가 당해 통로 내에서 상기 흐름의 방향을 가로질러 배치됨으로써, 관통 구멍을 지나 가스의 입자나 플라스마 중의 중성의 입자를 이동시켜, 플라스마 내의 하전 입자가 아래쪽으로 이동하는 것이 억제된다. 즉, 플라스마가 감금 링(327)의 아래쪽의 시료대(141) 혹은 시료대 베이스(142)의 외주측 벽면이나 플라스마 처리 장치(100)의 내벽면의 표면에 도달하여 이들을 구성하는 부재의 재료와 상호작용을 일으키거나, 그 표면에 부착되는 것이 억제된다.
또한, 시료대(141)의 외주측의 통로이며 헤드부(201) 또는 기재(306) 상면의 웨이퍼(200)의 재치면에 높이 방향에 가까운 개소에 접지 전위가 된 소위 전극이 시료대(141) 또는 재치면 위의 웨이퍼(200)의 외주를 둘러싸서 배치된다. 감금 링(327)은 베이스 플레이트(203)와의 사이의 전기적인 접속이 안정적으로 유지됨과 함께, 헤드부(201)를 T 플랜지(205) 위에 체결하기 위한 볼트의 상면이 전극에 의해 덮힘으로써, 당해 볼트와 플라스마 또는 그 하전 입자나 반응성을 구비한 입자가 접촉하여 상호작용을 일으키는 것이 억제되고, 웨이퍼(200)의 처리 중에 플라스마의 이상한 방전의 발생이 억제되어 처리가 안정되고, 그리고 또한, 이에 따른 플라스마 처리 장치(100) 내의 부재의 소모가 억제되어, 웨이퍼(200)의 처리의 재현성이 향상된다.
본 실시예에서는, 감금 링(327)이 커버 링(326)의 외주측에 장착된 후에, 헤드부(201)의 상부 외주를 둘러싸서 커버 링(326)의 위쪽에 서셉터 링(325)이 놓인다. 서셉터 링(325)은 알루미나 혹은 이트리아 등의 세라믹스 재료로 구성된 링 형상의 부재이다.
서셉터 링(325)은, 상부 기재(306)의 상부 외주측의 부분에 웨이퍼(200)의 재치면의 외주를 둘러싸서 배치되고 그 표면의 높이가 낮아진(단차를 가진) 오목부에 삽입되어 상부 기재(306a)의 오목부에 둘러싸인 원통형의 볼록 형상부의 상면인 유전체막(307)으로 구성된 원형의 웨이퍼(200)의 재치면 또는 이것에 놓인 웨이퍼(200)를 둘러싸서, 오목부의 상면 혹은 볼록 형상 부분의 외주측 벽면을 플라스마 처리 장치(100) 내의 플라스마에 대하여 덮고 있다.
본 실시예의 서셉터 링(325)은, 기재(306) 상부의 오목부에 장착된 상태에서, 그 내주연의 기재(306) 또는 웨이퍼(200)의 재치면의 중심으로부터의 반경 방향의 위치는, 오목부에 둘러싸인 볼록 형상 부분 또는 재치면의 외주연의 반경 방향의 위치보다 약간 크게 되고, 이들 사이에는 극간이 배치된다. 또한, 웨이퍼(200)가 재치면에 놓인 상태에서, 웨이퍼(200)의 외주연의 상기 반경 방향의 위치는, 서셉터 링(326)의 내주연보다 외주측으로 크게 되고, 이 결과, 웨이퍼(200)는 재치면 형상으로 놓여 유지된 상태에서 외주연이 볼록 형상 부분 및 그 외주측에 위치하는 서셉터 링(326)의 내주연보다 반경 방향의 외측에 오버행(overhang)하여 위치하고 있다.
또한, 본 실시예의 서셉터 링(326)의 상면의 높이는, 상부 기재(306a)의 재치면의 높이, 혹은 유전체막(307)의 재치면 또는 볼록 형상 부분의 외주 단부에 배치되고 중앙측 부분을 둘러싼 유전체막(307)에 의한 링 볼록부(307')의 평탄한 상면의 높이보다 작게 되어 있다. 웨이퍼(200)는 재치면 위에 그 오버행하는 외주연부의 이면이 그 아래쪽의 서셉터 링(325)의 내주연부 상면을 덮도록 배치된다.
또한, 도시하고 있지 않지만 서셉터 링(325)의 내주연부의 외주측의 상면은 높이가 내주연부보다 높게 되어 있으며, 이 때문에 웨이퍼(200)가 서셉터 링(326)의 당해 높게 된 링 형상의 부분의 중앙측에서 오목해진(높이가 낮게 된) 상면 형상이 원형인 영역 내에 배치되게 된다. 이 점에서, 웨이퍼(200)가 시료대(141) 혹은 재치면 위에 놓일 때에 보다 중앙측에 스스로 위치하도록 유도할 수 있다.
또한, 본 실시예의 서셉터 링(325)은, 그 상하 방향의 두께는 외주측의 부분이 내주측보다 크게 되어 있다. 당해 서셉터 링(325)의 내주측의 부분은 오목부에 끼워진 상태에서 오목부의 상면(저면)에 놓이고, 외주측의 두께가 큰 부분은 상부 기재(306a)의 외주측 벽면의 외주를 둘러싸서 이것을 덮고 있다.
또한, 이 두께가 크게 된 외주측의 부분의 평탄한 하면은, 극간을 두고 커버 링(326)의 상단면과 대향하여 배치된다. 이러한 극간의 크기나 서셉터 링(325)의 상하 방향의 높이 위치는, 상부 기재(306a)의 오목부의 저면과 맞닿는 내주측 부분의 두께에 의해 정해진다.
서셉터 링(326)의 하단면 및 커버 링(326)과 감금 링(327) 사이의 극간에 의해, 플라스마 처리 장치(100)의 내부의 플라스마 혹은 하전 입자와 베이스 플레이트(203) 및 T 플랜지를 체결하는 볼트 상단 사이의 거리가 연면(沿面)됨으로써, 당해 볼트와 플라스마 또는 하전 입자와의 상호작용이 일어나는 것이 억제된다.
다음으로, 도 6을 이용하여 본 실시예의 시료대(141) 위의 히터 전극(312)이 배치된 영역의 구성에 대해서 설명한다. 도 6은, 도 4에 나타낸 실시예에 따른 유전체막 내의 히터 전극이 배치된 복수의 영역의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 횡단면도이다. 특히, 도 4에 나타낸 높이 A-A를 지나는 수평 방향의 면에서 잘랐을 경우의 유전체막(307)의 횡단면이 모식적으로 나타나 있다.
본 실시예에 있어서, 시료대(141)의 기재(306) 상면 위에 배치된 유전체막(307)의 내측에 내장되어 배치된 히터 전극(312)은, 대략 원형을 가진 웨이퍼(200)가 재치되어 시료대(141)의 재치면을 구성하는 유전체막(307)의 상면에 대해서, 위쪽에서 볼 때 상하 방향의 중심축으로부터 외주를 향하는 직경 방향 및 중심축 둘레의 둘레 방향에 대해서 복수로 나누어진 복수의 영역마다 배치되어 있다. 본 예에서는, 중심축을 포함하는 중심의 개소에 원형을 갖는 영역과 그 외주측에서 이것을 둘러싸서 배치된 링 형상의 영역이 중심에 대해서 동심 형상으로 다중으로 배치된다.
구체적으로는, 도 6의 (a)에 나타내는 시료대(141)의 원통형을 갖는 기재(306)의 볼록부의 대략 원형의 상면에 배치된 유전체막(307)의 상면은 웨이퍼(200)가 그 위에 놓이는 재치면을 구성하고, 그 중심으로부터 외주측을 향하는 반경 방향에 대해서, 각각이 다른 반경 위치의 범위를 점하여 중심 둘레의 둘레 방향에 동심 형상으로 배치된 8개의 영역으로 나누어진다. 또한, 당해 중심을 포함하는 가장 내측의 원형의 영역의 외주측에 배치된 7개의 링 형상의 영역에 있어서, 이들 반경 방향에 복수 배치된 링 형상의 영역은 둘레 방향에 대해서, 각각이 중심에 대하여 동등하거나 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 각도의 범위로 연장되는 원호 형상의 복수의 영역(존)으로 나누어져 있다(반경 방향에 복수로 나누어진 각각의 영역은, 둘레 방향에도 복수의 존으로 나누어져 있다).
도면상, 재치면의 아래쪽의 이들 반경 방향과 둘레 방향에 복수로 나누어진 각각의 영역 내의 각각의 존은, 반경 방향에 소정의 길이(폭)를 갖고 둘레 방향에 대해서도 같은 폭인 채로 소정의 각도 범위에 걸쳐 연장된 길이를 갖고 있다. 이러한 형상을 가진 존과 중앙부의 원형의 존의 내측에는, 소정의 폭을 가진 텅스텐 또는 그 합금을 포함하는 막 형상의 히터 전극(312)이 직경 방향 혹은 둘레 방향에 복수 회 접혀 배치되어 있다. 각 존을 위쪽에서 볼 때 이들 접힌 히터가 점하는 면적은 당해 존의 것과 동등하다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 값이 되고 있으며, 각 존 및 이들로 구성되는 원형 또는 링 형상의 각 영역은, 도면상 면내의 방향에 대해서 실질적으로 전체가 히터로 점유되어 있다. 즉, 각 존에는 이것과 동등한 형상을 가진 히터 전극(312)이 배치되고, 각각이 직류 전원(321)과 접속되어 있다.
또한, 본 실시예의 반경 방향이 서로 다른 위치의 범위를 동심 형상으로 점하는 링 형상의 복수의 영역은, 유전체막(307) 또는 그 상면의 중심으로부터의 반경 방향에 대해서 외주측의 것일수록 많은 존을 갖고 있다. 도 6의 (a)에서는, 중심부의 영역에서는 존(404c)은 1개이며 원형 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 형상을 갖고, 그 반경 방향의 외측에서 같은 반경 방향의 폭을 갖고 존(404c)의 전체 둘레를 둘러싸는 2개의 반원 링 형상의 존(404c')이 배치되어 있다.
또한, 그 외주측에는 동심 형상으로 3겹으로 배치되고 1／3둘레씩(약 120°)의 각도의 범위에 걸쳐 연장되는 원호 형상의 존(404m)이 배치되어 3겹의 영역 각각에서 존(404c)의 전체 둘레를 둘러싸고 있으며, 또한 외주측에는 동심 형상으로 3겹으로 배치되고 1／8둘레씩(약 45°)의 각도의 범위에 걸쳐 연장되는 원호 형상의 존(404o)이 배치되고 3겹의 영역 각각에서 존(404c)의 전체 둘레를 둘러싸고 있다. 즉, 중심측으로부터 외주측을 향하여 각 영역의 존은, 1,2,3,3,3,8,8,8개 배치되어, 시료대(141)는 합계 36개의 존에 히터 전극(312)이 구비되어 있다.
한편, 도 6의 (b)에서는, 각 영역의 존은, 1,1,1,4개 배치되어 있다. 즉, 중앙부의 존(405c)의 외주측에 동심 형상으로 2겹의 링 형상의 존(405m)이 배치되고, 그 외주측에 동심 형상으로 배치되고 각각이 1／4둘레씩(약 90°)의 각도의 범위에 걸쳐 연장되는 원호 형상의 존이 구비되어 있다. 도 6의 (b)의 예에서는, 합계 7개의 존에 히터 전극(312)이 구비되어 있다.
본 실시예에서는, 이러한 반경 방향이 서로 다른 위치에 배치된 복수의 영역을, 반경 방향에 대해서 3개의 그룹으로 나누고, 각각의 그룹마다 히터 전극(312)의 출력을 조절하여, 기재(306) 또는 유전체막(307) 상면, 혹은 웨이퍼(200)의 온도와 그 분포를 조절한다. 도 6의 (a)에서는, 존(404c)과 2개의 존(404c')을 중심부의 그룹(401)으로 하고, 그 외주측의 3겹으로 배치되고 1／3둘레씩(약 120°)의 각도의 범위에 걸쳐 연장되는 원호 형상의 존을 중간부의 그룹(402)으로, 또한 외주측에서 3겹으로 배치되고 1／8둘레씩(약 45°)의 각도의 범위에 걸쳐 연장되는 원호 형상의 존을 외주부의 그룹(403)으로서 구분한다.
이들 그룹(401, 402, 403)의 각각에 속하는 존 내의 히터 전극(312)은, 각각이 같은 직류 전력(321)에 전기적으로 접속되어, 같은 출력의 직류 전력이 공급된다. 즉, 본 실시예의 복수의 히터 전극(312)은, 각각이 속하는 그룹(401, 402, 403) 중 어느 것마다 대응하는 3개의 직류 전원(321)의 각각으로부터 전력이 공급된다. 그리고, 각각의 그룹(401, 402, 403)의 히터 전극(312)은 각각의 발열하는 양이 각 그룹 내의 히터 전극(312)끼리 동등해지도록, 각 직류 전원(312)과 병렬 또는 직렬로 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 각각의 영역 또는 존의 그룹(401, 402, 403)의 아래쪽의 기재(306)의 내측에, 기재(306)의 내부 또는 상면, 혹은 유전체막(307) 상면의 각 그룹에 대응하는 위치에서의 온도를 검지하는 온도 센서(315)가 1개씩 배치되어 있다. 본 예에서는, 온도 센서(315) 각각으로부터의 출력이 피드백되어 이것을 수신한 용기 컨트롤러(209)가 기억 장치로부터 판독한 소프트웨어의 알고리즘을 따라, 각 온도 센서(315)가 대표하는 각 그룹의 범위에 대응하는 기재(306) 또는 유전체막(307) 상면 혹은 웨이퍼(200)의 온도와 그 목표값으로부터의 차를 검출한 결과에 따라, 각 그룹마다 존의 히터 전극(312)에 공급되는 직류 전력의 크기가 산출되고, 히터 전극(312)의 발열, 가열의 양이 조절된다.
또, 본 실시예의 링 형상의 영역에 배치되는 복수의 존에서는, 당해 존의 둘레 방향의 길이는, 직경 방향의 존의 길이(폭)보다 충분히 크게 되어 있다.
이상과 같은 구성을 구비한 본 실시예의 시료대(141)에서는, 재치면 위의 복수의 영역의 그룹마다 재치면 또는 기재(306) 혹은 웨이퍼(200)의 온도의 값이 조절되고, 웨이퍼(200)의 면내 방향에 대한 온도와 분포와의 소기의 것으로부터의 어긋남을 저감하여, 처리의 수율이 향상된다.
다음으로, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)가 시료대(141) 상부의 유전체막(307) 상면에 놓인 웨이퍼(200)를 처리할 때에 시료대(141)의 히터 전극(312)에의 전력의 공급을 조절함으로써 시료대(141) 및 웨이퍼(200)의 온도를 조절하는 동작을 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 웨이퍼를 처리할 때의 시료대의 온도와 히터 전극에 공급하는 전류의 변화의 일례를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
본 예에서는, 웨이퍼(200)의 표면에 미리 형성된 마스크층 및 그 아래쪽의 처리 대상의 막층을 포함하는 막 구조의 당해 처리 대상의 막층을 에칭하는 처리로서, 당해 에칭은 복수의 공정(스텝)을 포함하고, 하나의 에칭의 공정의 처리의 조건으로서 호적(好適)한 웨이퍼(200)의 온도와 그 후의 다른 에칭의 공정에서의 호적한 웨이퍼(200)의 온도가 서로 다를 경우에, 이들 공정 사이에 시료대(141) 또는 이것에 놓인 웨이퍼(200)의 온도를 한쪽으로부터 다른쪽으로 변화시키는 공정을 갖고 있는 처리의 예를 설명한다. 또한, 전후 2개의 에칭의 공정 각각에 있어서, 시료대(141) 및 웨이퍼(200)의 온도를 소정의 허용 범위 내의 값으로 유지하는, 소위 온도를 일정하게 유지하도록, 각 존의 히터 전극(312)에의 전력이 공급됨과 함께, 냉매 유로(313)에 공급되는 냉매의 온도나 유량 또는 그 속도가 조절된다. 이러한 온도를 일정하게 유지하는 공정을 본 도면에 있어서 정상 운전(의 공정)이라고 호칭하고, 상기의 전후의 2개의 에칭의 공정을 각각 정상 운전 1, 정상 운전 2라고 호칭한다.
한편, 이들 정상 운전 1, 2 사이에서 시료대(141) 및 웨이퍼(200)의 온도를, 전자에서의 온도로부터 후자의 온도로 변화시키는 공정에 있어서는, 시료대(141)의 복수 존 내의 히터 전극(312)에 공급되는 직류 전력이 증대 혹은 저감된다. 이러한 공정을 본 도면에 있어서 천이 운전(의 공정)이라고 호칭한다. 또, 본 도 7에 나타내는 예의 각 공정의 처리의 조건으로서의 온도는, 정상 운전 1에 있어서 유지되어 있는 시료대(141)의 낮은 온도로부터 정상 운전 2에서 실현되어 유지되는 높은 온도로 변경된다. 본 실시예의 구성은 이것에 한정되지 않고, 정상 운전 1에서의 높은 온도를 정상 운전 2의 낮은 온도로 변경할 경우에도 적용되어 마찬가지의 작용·효과를 발휘할 수 있다.
도 7의 (a)에서는, 상기 처리의 온도의 조건을 변화시켜 행해지는 에칭 처리의 공정에 있어서, 도 6에 나타내는 중앙부, 중간부, 외주부의 3개의 그룹(401, 402, 403)의 영역의 아래쪽에서 기재(306) 내에 배치된 3개의 온도 센서(315) 각각이 출력하여 용기 컨트롤러(209)에서 검출된 온도의 시간의 경과에 수반하는 변화를 나타내고 있다. 도 7의 (b)는, 동(同) 공정에 있어서 3개의 그룹의 영역의 각 존 내의 히터 전극(312)에 공급되는 직류 전력의 값의 시간의 경과에 수반하는 변화를 나타내고 있다. 이들 상하의 도면은, 각각의 횡축의 같은 개소가 같은 시각으로서 대응지어져 나타나 있다.
도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 시각 t1까지 실시되는 정상 운전 1과 시각 t2로부터 실시되는 정상 운전 2의 각각에 있어서, 3개의 그룹 각각의 아래쪽의 온도 센서(315)로부터 검출되는 기재(306)의 온도는, 각각 처리의 조건으로서의 설정되어 있는 Tc1, Tm1, To1, 및 Tc2, Tm2, To2를 포함하는 소정의 허용 범위 내의 값이 되어, 온도가 일정하게 되어 있다고 간주할 수 있을 정도로 유지되어 있다. 도 6을 이용하여 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 이들 정상 운전 1, 2에 있어서는, 각 존 내의 히터 전극(312)에 공급되는 전류의 값이 각각 미리 정해진 일정한 값이 되도록 용기 컨트롤러(209)로부터의 지령 신호에 따라 각각에 전기적으로 접속된 직류 전원(321)에 의해 조절되어 있다.
특히, 본 예에서는, 그룹의 영역에 속하는 존들에 공급되는 전류는 같은 값이 되도록 조절되어 있다. 이 때문에, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 중앙부의 그룹(401), 중간부의 그룹(402), 외주부의 그룹(403)의 각각에 속하는 존 내의 각각 히터 전극(312)에 공급되는 전류는, 각각 정상 운전 1에 있어서는 미리 정해진 Ihc1, Ihm1, Iho1이 되고, 정상 운전 2에 있어서는 미리 정해져 각각 정상 운전보다 높은 값인 Ihc2, Ihm2, Iho2가 되어, 허용 범위 내의 값으로 유지되어 있다. 이들 전류의 값은, 반도체 디바이스를 양산하여 제조하기 위한 에칭 처리를 웨이퍼(200)에 실시하는 운전의 개시 전에, 미리 당해 웨이퍼(200)와 같은 구성을 갖는 다른 웨이퍼(200)를 플라스마 처리 장치(100)에 있어서, 온도를 파라미터로 하여 그 외는 당해 양산의 운전의 것과 같다고 간주할 수 있을 조건으로 처리하는 등의 시험을 행하여, 웨이퍼(200) 또는 온도 센서(315)로부터 검출되는 시료대(141)의 온도와 각 그룹의 히터 전극(312)에 공급되는 전류의 값을 관련지은 데이터를 취득해 두고, 당해 데이터로부터 소정의 처리의 조건으로서의 온도 센서(315)가 검지하는 온도에 대응하는 히터 전극(312)에 공급되는 전류값을 산출 혹은 선택한 용기 컨트롤러(209)로부터의 지령 신호에 의거하여 조절, 실현된다.
한편, 정상 운전 1 중에 실시되는 에칭 공정이 종료한 후의 시각 t1에 있어서, 기재(306) 내의 각 온도 센서(312)의 검지하는 온도를 다음 에칭 공정의 온도의 조건으로서의 설정값 Tc2, Tm2, To2가 되도록 변화시키는 천이 운전이 개시된다. 본 실시예에서는, 당해 천이 운전 중의 각 그룹(401, 402, 403)에 속하는 복수의 히터 전극(312)에 공급되는 전류의 값은, 온도 센서(312)로부터의 출력을 받아 온도를 검출한 용기 컨트롤러(209)가, 목표가 되는 값 Tc2, Tm2, To2와의 차이에 따라 증감시키는, 소위 피드백 제어를 행하여 가변으로 조절한다. 이 때문에, 도 7의 (a), (b)에 나타나는 바와 같이, 각 그룹에 대응하는 온도 센서(315)로부터 검출되는 온도 Tc1, Tm1, To1은, 시각 t1의 천이 운전의 개시로부터 각각 Tc2, Tm2, To2를 향하여 균일하게 증대하여 이들 값에 접근하면 서서히 증가율이 저감되고, 소위 점근(漸近)하여, 시각 t2의 직전에는 온도의 변화가 충분히 작다고 간주할 수 있을 정도의 양이 되고 있다.
각 온도 센서(315)로부터의 신호를 수신한 용기 컨트롤러(209)가, 온도의 변화의 양이 소정의 허용 범위 내인 것을 검출함과 함께, 이들 검출한 온도와 목표의 온도의 값 Tc2, Tm2, To2와의 편차의 값이 다른 소정의 허용 범위 내인 것을 검출했을 경우에, 시료대(141) 또는 웨이퍼(200)의 온도를 조절하는 공정을 시각 t2에 있어서 정상 운전 2로 전환하여 이행시키고, 각 직류 전원(321)으로부터 히터 전극(312)에 공급되는 전류의 값을 미리 정해진 Ihc2, Ihm2, Iho2로 해서, 이것을 일정해지도록 조절한다. 이러한 피드백 제어의 결과, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 각 그룹에 속하는 히터 전극(312)에 공급되는 전류의 값은, 천이 운전에 있어서는, I 목표가 되는 온도의 조건으로서의 설정값 Tc2, Tm2, To2에 대응하는 값 Ihc2, Ihm2, Iho2를 일단 초과하여 증대된 후에 저감되어 당해 Ihc2, Ihm2, Iho2에 점근하도록 변동하고 있다.
본 실시예에서는, 이러한 전류의 공급의 조절은, 용기 컨트롤러(209)가 상기와 같이 각 온도 센서(315)의 신호로부터 검출되는 온도의 값과 목표의 값과의 차의 양에 따라 전류량의 값을 산출하고, 이것을 각각의 직류 전원(321)에 지령 신호로서 발신하여 실시시킨다. 예를 들면, 임의의 그룹 i의 온도 센서(315)로부터의 검출값을 Tsim, 목표값을 Tsi-target으로 하면, 다음 식으로부터 당해 임의의 그룹에 속하는 각 히터 전극(312)에 공급되는 전류량 Ii가 산출된다.
[수식 1]
Figure 112021018368553-pct00001
[수식 2]
Figure 112021018368553-pct00002
이들 식에 있어서, i는 3개의 그룹 중 어느 것을 번호로 나타내는 부호를, Kp, Kq는 각각 임의의 실수인 피드백 계수를 나타내고 있다. 또한, 이러한 천이 운전 중에 임의의 온도 센서(315)에서 검출되는 온도 Tsi 및 다음 정상 운전에서의 목표값 Tsi-target은 다음 식으로부터 산출된다.
[수식 3]
Figure 112021018368553-pct00003
[수식 4]
Figure 112021018368553-pct00004
이들 식에 있어서, k는 각 존 중 어느 것을 번호로 나타내는 부호를, Ik는 존 k의 히터 전극(312)에 공급되는 직류 전류의 값을, n은 존의 수를 나타내는 자연수를 나타내고 있다. 본 예에서는 그룹 수는 n보다 작은 수이다. 또한, 각 그룹에 대응하는 기재(306) 내부의 온도 Ts를 산출하는 계수인 Ak, Ck는, 사전의 시험이나 교정에 의해 구할 수 있다.
발명자들은, 플라스마 처리 장치(100)의 처리실 내에서의 플라스마의 분포나, 플라스마, 생성물 등의 입자의 흐름의 분포의 중심축 둘레의 대칭성을 고려하여, 시료대(141)의 직경 방향의 온도의 분포보다 둘레 방향의 온도의 분포가 충분히 작은 것, 반도체 디바이스를 제조함에 있어서는, 웨이퍼(200)의 처리 대상의 막을 처리하는 공정(스텝)에 의해 처리의 조건이 서로 다를 경우여도 일반적으로 직경 방향의 온도의 분포를 변화시키는 것이 많고, 둘레 방향의 온도의 분포의 불균일은 직경 방향의 것보다 충분히 작은 것을 고려하여, 본 실시예의 상기와 같은 전류량의 조절에 따른 웨이퍼(200) 또는 시료대(141)의 온도와 그 분포의 조절을 상기(想起)했다.
상기의 실시예에 의해, 처리에 적합한 웨이퍼(200)의 온도의 분포를 단시간에 변경하여 실현할 수 있고, 처리를 높은 정밀도로 실시하여 가공 후의 형상이 소기의 것으로부터 불균일해지는 것을 억제하여, 처리의 수율을 향상시킬 수 있다.
100: 플라스마 처리 장치 101: 제1 고주파 전원
102: 덮개 부재(석영판) 203: 샤워 플레이트
104: 가스 도입 링 105: 석영 내통
106: 코일 107: O링
122: 히터 123: 제1 온도 컨트롤러
124: 방전 블록 125: 어스 링
130: 상부 용기 140: 시료대 유닛
141: 시료대 142: 시료대 베이스
143: 제2 고주파 전원 144: 제2 온도 컨트롤러
145: 시료대 저부 덮개 150: 하부 용기
160: 베이스 플레이트 161: 배기부 덮개
162: 실린더 170: 배기 펌프
180: 지주 1011: 제1 게이트 밸브
1012: 제2 게이트 밸브 1015: 밸브 박스

Claims (12)

  1. 진공 용기 내부에 배치되고 내측에 처리 대상의 웨이퍼가 배치되어 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내에 배치되고 상면에 상기 웨이퍼가 재치(載置)되는 원통형을 가진 시료대와, 상기 시료대의 내부에 배치되고 중심으로부터 외주측을 향하는 직경 방향에 대해서 복수의 반경 상에서 상기 중심 둘레에 동심(同心) 형상으로 배치된 원형의 영역 및 이것의 외주(外周)를 둘러싸는 링 형상의 영역을 포함하는 3개 이상의 직경 방향의 영역의 각각에 배치된 복수의 히터로서, 적어도 1개의 상기 링 형상의 영역의 상기 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 나누어진 복수의 원호(圓弧) 형상의 영역의 각각에 배치된 것을 포함하는 복수의 히터와, 상기 복수의 직경 방향의 영역의 각각 아래쪽의 상기 시료대 내부에 배치되고 상기 복수의 히터의 개수보다 적은 복수의 온도 센서와, 상기 시료대 상에 재치된 상기 웨이퍼를 처리하는 제1 공정 후에 상기 시료대의 온도를 당해 제1 공정 중의 온도와 다른 제2 공정의 온도의 목표값에 가까워지도록 상기 온도 센서로부터의 출력에 따라 상기 복수의 히터에 공급하는 전력의 양을 가변으로 조절한 후에, 상기 제2 공정에 있어서 상기 복수의 히터의 각각에 공급하는 전력의 양을 미리 취득된 상기 시료대의 온도와 상기 복수의 히터에 공급하는 전력의 상관을 나타내는 데이터로부터 얻어진 상기 목표값에 대응하는 상기 전력의 양을 유지하도록 조절하는 제어부를 구비한 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 히터의 주력(主力)의 미리 정해진 값은, 상기 시료대의 온도를 상기 목표값을 포함하는 허용 범위 내의 값으로 유지하는 것인 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 온도 센서는, 위쪽에서 볼 때 각각의 상기 복수의 직경 방향의 영역이 투영되는 영역 내에 배치된 플라스마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 원호 형상의 영역은, 상기 직경 방향의 길이보다 상기 둘레 방향의 길이가 큰 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 직경 방향의 영역 내의 상기 히터는, 같은 출력이 되도록 조절되는 플라스마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    적어도 1개의 상기 링 형상의 영역이 또한 상기 직경 방향의 복수의 반경 상에서 동심 형상으로 배치된 복수의 링 형상의 영역, 또는 상기 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 나누어진 복수의 원호 형상의 영역을 갖고, 이들 영역의 각각의 아래쪽의 상기 시료대의 내부에 배치된 복수의 히터를 구비한 플라스마 처리 장치.
  7. 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 위에 처리 대상의 웨이퍼를 재치하여 당해 처리실 내에 플라스마를 형성하여 상기 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 방법으로서,
    상기 시료대는, 원통형을 갖고, 그 내부에 중심으로부터 외주측을 향하는 직경 방향에 대해서 복수의 반경 상에서 상기 중심 둘레에 동심 형상으로 배치된 원형의 영역 및 이것의 외주를 둘러싸는 링 형상의 영역을 포함하는 3개 이상의 직경 방향의 영역의 각각에 배치된 복수의 히터로서, 적어도 1개의 상기 링 형상의 영역의 상기 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 나누어진 복수의 원호 형상의 영역의 각각에 배치된 것을 포함하는 복수의 히터와,
    상기 복수의 직경 방향의 영역의 각각 아래쪽의 상기 시료대 내부에 배치되고 상기 복수의 히터의 개수보다 적은 복수의 온도 센서를 갖고,
    상기 웨이퍼를 제1 공정 및 제2 공정을 행하여 처리할 때에, 상기 제1 공정 후에 상기 시료대의 온도를 당해 제1 공정 중의 온도와 다른 제2 공정의 온도의 목표값에 가깝게 하는 천이 공정을 행하는 것으로서, 당해 천이 공정에 있어서 상기 온도 센서로부터의 출력에 따라 상기 복수의 히터의 출력을 조절한 후에, 상기 제2 공정에 있어서 상기 복수의 히터의 각각에 공급하는 전력의 양을 미리 취득된 상기 시료대의 온도와 상기 복수의 히터에 공급하는 전력의 상관을 나타내는 데이터로부터 얻어진 상기 목표값에 대응하는 상기 전력의 양을 유지하도록 조절하는 플라스마 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 히터의 주력의 미리 정해진 값은, 상기 시료대의 온도를 상기 목표값을 포함하는 허용 범위 내의 값으로 유지하는 것인 플라스마 처리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 온도 센서는, 위쪽에서 볼 때 각각의 상기 복수의 직경 방향의 영역이 투영되는 영역 내에 배치된 플라스마 처리 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 원호 형상의 영역은, 상기 직경 방향의 길이보다 상기 둘레 방향의 길이가 큰 플라스마 처리 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 직경 방향의 영역 내의 상기 히터는, 같은 출력이 되도록 조절되는 플라스마 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    적어도 1개의 상기 링 형상의 영역이 또한 상기 직경 방향의 복수의 반경 상에서 동심 형상으로 배치된 복수의 링 형상의 영역, 또는 상기 중심 둘레의 둘레 방향에 대해서 나누어진 복수의 원호 형상의 영역을 갖고, 이들 영역의 각각의 아래쪽의 상기 시료대의 내부에 배치된 복수의 히터를 구비한 플라스마 처리 방법.
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