KR102648118B1 - 웨이퍼 지지대 - Google Patents

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KR102648118B1
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도모히로 다카하시
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

웨이퍼 지지대(20)는, 원판형의 세라믹 기체(22)의 내부에 RF 전극(23)과 히터 전극(30)이 매설된 것이다. RF 전극(23)은, 웨이퍼 적재면(22a)을 복수로 분할한 존마다 마련된 복수의 RF 존 전극(24, 25)에 의해 구성되어 있다. RF 존 전극(24, 25)은, 웨이퍼 적재면(22a)로부터의 거리(높이)가 다른 2단으로 나누어 마련되어 있다. 히터 전극(30)은, 웨이퍼 적재면(22a)을 RF 존 전극(24, 25)과 동일하거나 또는 다르게 복수로 분할한 존마다 마련된 히터 존 전극(31, 32)에 의해 구성되어 있다.

Description

웨이퍼 지지대
본 발명은 웨이퍼 지지대에 관한 것이다.
웨이퍼 지지대로서는, 웨이퍼 적재면을 갖는 원판형의 세라믹 기체의 내부에 RF 전극과 히터 전극이 웨이퍼 적재면측으로부터 이 순서로 매설된 것이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 이 종류의 웨이퍼 지지대로서, 세라믹스 기체 내에 있어서 웨이퍼 탑재면으로부터의 깊이가 서로 다르도록 매설되어 있는 원 형상 RF 전극 및 원환형 RF 전극을 구비한 것이 개시되어 있다. 이 웨이퍼 지지대의 웨이퍼 적재면에 대향하는 위치에는 평판 상부 전극이 배치된다. 그리고, 그 평판 상부 전극과 웨이퍼 지지대의 양 RF 전극을 포함하는 평행 평판 전극간에 고주파 전력을 인가하여 플라스마를 발생시킨다. 특허문헌 1에는, 플라스마를 발생시킬 때, 원형상 RF 전극과 원환형 RF 전극에 각각 다른 고주파 전력을 인가함으로써 플라스마의 밀도 분포를 양호하게 컨트롤할 수 있다고 설명되어 있다.
일본 특허 제5896595호 공보
그러나, 플라스마를 발생시킬 때, 평판 상부 전극과 원형상 RF 전극 사이의 거리 및 평판 상부 전극과 원환형 RF 전극 사이의 거리가 다르고, 웨이퍼 적재면과 원형상 RF 전극 사이의 유전체층(세라믹 기체)의 두께와 웨이퍼 적재면과 원환형 RF 전극 사이의 유전체층의 두께도 다르다. 그 때문에, 플라스마의 밀도가 불균일해지는 경우가 있었다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 플라스마의 밀도가 불균일해지는 것에 의한 문제의 발생을 억제하는 것을 주목적으로 한다.
상술한 목적의 적어도 하나를 달성하기 위해, 본 발명의 웨이퍼 지지대는 이하의 구성을 채용하였다.
즉, 본 발명의 웨이퍼 지지대는,
웨이퍼 적재면을 갖는 원판형의 세라믹 기체의 내부에 RF 전극과 히터 전극이 매설된 웨이퍼 지지대이며,
상기 RF 전극은, 상기 웨이퍼 적재면을 복수로 분할한 존마다 마련된 복수의 RF 존 전극에 의해 구성되고,
상기 복수의 RF 존 전극은, 웨이퍼 적재면으로부터의 거리가 다른 적어도 2단으로 나누어 마련되고,
상기 히터 전극은, 상기 웨이퍼 적재면을 상기 RF 존 전극과 동일하거나 또는 다르게 복수로 분할한 존마다 마련된 복수의 히터 존 전극에 의해 구성되고,
상기 복수의 RF 존 전극은, 상기 세라믹 기체의 이면에 마련된 전극 단자를 통하여 복수의 RF 존 전극용 도체에 각각 독립하여 접속되고,
상기 복수의 히터 존 전극은, 상기 세라믹 기체의 상기 이면에 마련된 전극 단자를 통하여 복수의 히터 존 전극용 도체에 각각 독립하여 접속되어 있는,
것이다.
이 웨이퍼 지지대에서는, 복수의 RF 존 전극 및 복수의 히터 존 전극은, 세라믹 기체의 웨이퍼 적재면과는 반대측의 면(이면)에 마련된 전극 단자를 통하여 복수의 RF 존 전극용 도체 및 복수의 히터 전극용 도체에 각각 독립하여 접속되어 있다. 그 때문에, RF 존 전극별로 다른 고주파 전력을 공급할 수 있고, 웨이퍼 적재면에 적재되는 웨이퍼 상의 플라스마의 밀도를 어느 정도 균일하게 할 수 있다. 한편, 복수의 RF 존 전극은 적어도 2단으로 나누어 마련되어 있기 때문에, 플라스마의 밀도가 불균일해지는 경우가 있다. 그러나, 그렇게 되었다고 해도, 히터 존 전극별로 다른 전력을 공급할 수 있기 때문에, 존별 성막성의 변동을 히터 온도의 조정으로 보상ㆍ조정할 수 있다. 따라서, 플라스마의 밀도가 불균일해지는 것에 의한 문제의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 지지대에 있어서, 상기 RF 전극은, 상기 복수의 RF 존 전극으로서, 상기 세라믹 기체와 동심원인 원형 전극 또는 상기 원형 전극을 복수로 분할한 전극을 포함하고, 또한, 상기 원형 전극 또는 상기 원형 전극을 복수로 분할한 전극의 외측에 상기 세라믹 기체와 동심원인 하나 이상의 원환 전극 또는 상기 원환 전극 중 적어도 하나를 복수로 분할한 전극을 포함하도록 해도 된다. 세라믹 기체의 내주 부분과 외주 부분에서는 플라스마의 밀도 분포가 다른 경우가 많기 때문에, 이와 같이 원형 전극(또는 원형 전극을 복수로 분할한 전극)과 하나 이상의 원환 전극(또는 원환 전극을 복수로 분할한 전극)으로 나누는 것이 바람직하다. 예를 들어, RF 존 전극으로서, 세라믹 기체와 동심원인 원형 전극과, 그 원형 전극의 외측에 세라믹 기체와 동심원인 하나 이상의 원환 전극을 마련해도 된다. 혹은, 세라믹 기체와 동심원인 원형 전극을 절반으로 나눈 1쌍의 반원형 전극과, 그 양 반원형 전극의 외측에 세라믹 기체와 동심원인 하나 이상의 원환 전극을 마련해도 된다. 혹은, 원환 전극을 복수로 분할해도 된다.
본 발명의 웨이퍼 지지대에 있어서, 상기 세라믹 기체를 상기 웨이퍼 적재면으로부터 보았을 때 상기 RF 존 전극끼리의 사이의 갭에는 적어도 하나의 상기 히터 존 전극이 배치되어 있어도 된다. 인가하는 RF 전력을 크게 한 경우, 갭 간격을 크게 취하면 RF의 간섭을 억제할 수 있어 유리하지만, RF 전극이 존재하지 않는 갭 부분에서 플라스마 밀도가 감소하여 면 내의 플라스마 밀도가 불균일해지는 경우가 있다. 그래서, 그 갭 영역에 히터 존 전극을 배치함으로써, 플라스마 밀도의 불균일로부터 생기는 성막성의 변동을 온도 분포 즉 히터 온도의 조정으로 보상ㆍ조정할 수 있어, 유효하다. 이 경우, 상기 갭에 배치된 상기 히터 존 전극은, 상기 갭과 대응한 형상의 갭 히터 존 전극으로 해도 된다. 이와 같이 하면, 갭 히터 존 전극에 의해 갭의 온도를 개별적으로 제어하기가 용이해져, 갭 부근의 성막성의 변동을 갭 히터 존 전극의 온도를 조정함으로써 보상ㆍ조정할 수 있다.
혹은, 본 발명의 웨이퍼 지지대에 있어서, 상기 세라믹 기체를 상기 웨이퍼 적재면으로부터 보았을 때 상기 복수의 RF 존 전극의 형상과 상기 복수의 히터 존 전극의 형상이 일치하도록 배치되어 있어도 된다. 이와 같이 하면, 각 RF 존 전극을 그것에 대응하는 히터 존 전극에 의해 개별적으로 온도 제어할 수 있다. 여기서, 「히터 존 전극의 형상」이란, 예를 들어 히터 존 전극이 코일에 의해 구성되어 있는 경우에는, 그 코일이 배선되어 있는 영역의 형상을 말한다.
본 발명의 웨이퍼 지지대에 있어서, 상기 복수의 RF 존 전극은, 상기 세라믹 기체와 동심원인 원형 전극과, 상기 원형 전극의 외측에 상기 세라믹 기체와 동심원인 하나 이상의 원환 전극을 포함하고, 상기 히터 전극을 구성하는 상기 복수의 히터 존 전극은, 동일 평면 상에 마련되고, 상기 복수의 RF 존 전극의 상기 히터 전극으로부터의 높이는, 상기 세라믹 기체의 중심에 가까운 RF 존 전극일수록 높게(혹은 낮게)되어 있어도 된다. 그 경우, 각 RF 존 전극 상의 상기 세라믹 기체의 두께(즉 유전체층 두께)를 동일하게 해도 된다.
본 발명의 웨이퍼 지지대는, 상기 세라믹 기체의 상기 웨이퍼 적재면과는 반대측의 면의 중앙 영역에 접합된 중공의 세라믹 샤프트를 구비하고, 상기 복수의 RF 존 전극용 도체 및 상기 히터 전극용 도체는 상기 세라믹 샤프트의 내부에 배치되어 있어도 된다.
본 발명의 웨이퍼 지지대에 있어서, 상기 복수의 RF 존 전극은, 모두 웨이퍼 적재면으로부터의 거리가 다르도록 다단으로 나누어 마련되어 있어도 되고, 다단이기는 하지만 동일 단에 둘 이상의 RF 존 전극이 마련되어 있어도 된다. 또한, 상기 복수의 히터 존 전극은, 동일 평면 상에 마련되어 있어도 되고, 웨이퍼 적재면으로부터의 거리가 다르도록 마련되어 있어도 된다. 여기서, RF 존 전극의 형상이나 수, 히터 존 전극의 형상이나 수는, 임의로 결정할 수 있다.
도 1은 플라스마 발생 장치(10)의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 2는 도 1의 A-A 단면도.
도 3은 도 1의 B-B 단면도.
도 4는 RF 전극(23) 및 히터 전극(30)의 배치를 나타내는 사시도.
도 5는 다른 예의 RF 전극(23) 및 히터 전극(30)의 배치를 나타내는 사시도.
도 6은 다른 예의 RF 전극(23) 및 히터 전극(30)의 배치를 나타내는 사시도.
도 7은 다른 예의 RF 전극(23) 및 히터 전극(30)의 배치를 나타내는 사시도.
도 8은 RF 전극(23)의 다른 예를 나타내는 평면도.
도 9는 RF 전극(23)의 다른 예를 나타내는 평면도.
도 10은 세라믹 기체(422)를 구비한 웨이퍼 지지대의 단면도.
도 11은 세라믹 기체(522)를 구비한 웨이퍼 지지대의 단면도.
도 12는 세라믹 기체(622)를 구비한 웨이퍼 지지대의 단면도.
본 발명의 바람직한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 플라스마 발생 장치(10)의 사시도, 도 2는 도 1의 A-A 단면도, 도 3은 도 1의 B-B 단면도, 도 4는 RF 전극(23) 및 히터 전극(30)의 배치를 나타내는 사시도이다.
플라스마 발생 장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 지지대(20)와, 상부 전극(50)을 구비하고 있다.
웨이퍼 지지대(20)는, 플라스마를 이용하여 CVD나 에칭 등을 행하는 웨이퍼 W를 지지하여 가열하기 위해 사용되는 것이며, 도시하지 않은 반도체 프로세스용 챔버의 내부에 마련된다. 이 웨이퍼 지지대(20)는, 세라믹 기체(22)와, 중공의 세라믹 샤프트(29)를 구비하고 있다.
세라믹 기체(22)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 세라믹제(예를 들어 알루미나제라든가 질화 알루미늄제)의 원판형 부재이다. 이 세라믹 기체(22)의 표면은, 웨이퍼 W를 적재 가능한 웨이퍼 적재면(22a)으로 되어 있다. 세라믹 기체(22)의 웨이퍼 적재면(22a)과는 반대측의 면(이면)(22b)의 중앙에는, 세라믹 샤프트(29)가 접합되어 있다. 세라믹 기체(22)에는, 도 2 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, RF 전극(23)과 히터 전극(30)이 매설되어 있다. RF 전극(23)과 히터 전극(30)은, 웨이퍼 적재면(22a)에 가까운 쪽으로부터 이 순서로 매설되어 있다.
RF 전극(23)은, 웨이퍼 적재면(22a)과 평행(실질적으로 평행한 경우를 포함, 이하 동일)하게 마련되어 있다. RF 전극(23)은, 세라믹 기체(22)의 중심으로부터 소정 반경(예를 들어 세라믹 기체(22)의 반경의 절반 이상)의 원(21)(도 3 참조)의 내측의 존에 마련된 제1 RF 존 전극(24)과, 그 원(21)의 외측의 존에 마련된 제2 RF 존 전극(25)으로 구성되어 있다. 즉, 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)은, 웨이퍼 적재면(22a)을 복수로 분할한 존마다 마련되어 있다. 제1 RF 존 전극(24)은, 세라믹 기체(22)와 동심원인 원형 전극이다. 제2 RF 존 전극(25)은, 세라믹 기체(22)와 동심원인 원환 전극이며, 제1 RF 존 전극(24)으로부터 이격되어 있다. 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)은, 세라믹 기체(22)의 내부에서 다른 높이(웨이퍼 적재면(22a)으로부터의 거리)로 되도록 매설되어 있다. 여기서는, 제1 RF 존 전극(24)이 웨이퍼 적재면(22a)에 가까워지도록 마련되어 있다. 제1 RF 존 전극(24)은, 세라믹 기체(22)에 세라믹 샤프트(29)를 투영한 원형의 중앙 영역(22c)(도 2 및 도 3의 2점 쇄선)에 중복되도록 마련되어 있지만, 제2 RF 존 전극(25)은, 중앙 영역(22c)으로부터 떨어진 위치에 마련되어 있다. 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)은, 모두 도전성 메쉬 시트로 구성되어 있다.
제1 RF 존 전극(24)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 이면 대략 중앙에 전극 단자(24a)가 접속되어 있다. 전극 단자(24a)는, 세라믹 기체(22)의 이면(22b)으로부터 외부로 노출되도록 마련되어 있다. 제1 RF 존 전극(24)은, 전극 단자(24a)를 통하여 제1 RF 존 전극용 도체(34)에 접속되어 있다. 제1 RF 존 전극용 도체(34)는, 세라믹 샤프트(29)의 중공 내부 및 하부 개구를 거쳐 제1 교류 전원(44)에 접속되어 있다.
제2 RF 존 전극(25)은, 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 도전성 메쉬 시트를 포함하는 접속용 도체(27)를 갖고 있다. 접속용 도체(27)는, 원환형의 제2 RF 존 전극(25)의 중심으로부터 방사형으로 마련되고, 전극 단자(24a)와 간섭하지 않도록 배치되어 있다. 접속용 도체(27)에는, 전극 단자(25a)가 세라믹 기체(22)의 이면(22b)으로부터 외부로 노출되도록 마련되어 있다. 전극 단자(25a)도, 전극 단자(24a)와 간섭하지 않도록 배치되어 있다. 제2 RF 존 전극(25)은, 접속용 도체(27) 및 전극 단자(25a)를 통하여 제2 RF 존 전극용 도체(35)와 접속되어 있다. 제2 RF 존 전극용 도체(35)는, 세라믹 샤프트(29)의 중공 내부 및 하부 개구를 거쳐 제2 교류 전원(45)에 접속되어 있다.
히터 전극(30)은, 웨이퍼 적재면(22a)과 평행하게 마련되어 있다. 히터 전극(30)은, 앞에 나온 원(21)(도 3 참조)의 내측의 존에 마련된 제1 히터 존 전극(31)과, 그 원(21)의 외측의 존에 마련된 제2 히터 존 전극(32)으로 구성되어 있다. 즉, 제1 및 제2 히터 존 전극(31, 32)은, 웨이퍼 적재면(22a)을 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)과 동일하도록 둘로 분할한 존마다 마련되어 있다. 제1 히터 존 전극(31)과 제2 히터 존 전극(32)은, 세라믹 기체(22)의 내부에서 동일한 높이로 되도록(즉 동일 평면 상에) 이격하여 매설되어 있다.
제1 히터 존 전극(31)은, 두 전극 단자(31a, 31b)를 가지고 있고, 한쪽 전극 단자(31a)로부터 원(21)의 내측의 원형 영역의 전체에 걸쳐 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 형성된 다른 쪽 전극 단자(31b)까지 코일을 배선한 것이다. 각 전극 단자(31a, 31b)는, 각 제1 히터 존 전극용 도체(36, 36)를 통하여 제1 히터 전원(47)에 접속되어 있다. 여기서, 도 2에는, 편의상, 한쪽 전극 단자(31a)만을 나타내었다. 제1 히터 존 전극(31)은, 평면으로 보았을 때 제1 RF 존 전극(24)에 중복되도록 마련되어 있다.
제2 히터 존 전극(32)은, 두 전극 단자(32a, 32b)를 가지고 있고, 한쪽 전극 단자(32a)로부터 원(21)의 외측의 원환 영역의 전체에 걸쳐 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 형성된 다른 쪽 전극 단자(32b)까지 코일을 배선한 것이다. 각 전극 단자(32a, 32b)는, 각 제2 히터 존 전극용 도체(37, 37)를 통하여 제2 히터 전원(48)에 접속되어 있다. 여기서, 도 2에는, 편의상, 한쪽 전극 단자(32a)만을 나타내었다. 제2 히터 존 전극(32)은, 평면으로 보았을 때 제2 RF 존 전극(25)에 중복되도록 마련되어 있다.
RF 전극(23), 접속용 도체(27) 및 히터 전극(30)의 재질은, 동일해도 되고 달라도 된다. 재질로서는, 도전성을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 Mo, W, Nb, Mo 화합물, W 화합물 또는 Nb 화합물을 들 수 있다. 이 중 세라믹 기체(22)의 열 팽창 계수 차가 작은 것이 바람직하다.
세라믹 샤프트(29)는, 세라믹 기체(22)와 동일한 세라믹을 포함하는 원통형 부재이다. 세라믹 샤프트(29)의 상부 단부면은, 세라믹 기체(22)의 이면(22b)에 확산 접합이나 TCB(Thermal compression bonding)에 의해 접합되어 있다. TCB란, 접합 대상의 두 부재 사이에 금속 접합재를 끼워 넣고, 금속 접합재의 고상선 온도 이하의 온도로 가열한 상태에서 두 부재를 가압 접합하는 공지의 방법을 말한다.
상부 전극(50)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 세라믹 기체(22)의 웨이퍼 적재면(22a)과 대향하는 상방 위치(예를 들어 도시하지 않은 챔버의 천장면)에 고정되어 있다. 이 상부 전극(50)은, 접지에 접속되어 있다.
다음에, 플라스마 발생 장치(10)의 사용예에 대해 설명한다. 도시하지 않은 챔버 내에 플라스마 발생 장치(10)를 배치하고, 웨이퍼 적재면(22a)에 웨이퍼 W를 적재한다. 그리고, 제1 RF 존 전극(24)에 제1 교류 전원(44)으로부터 고주파 전력을 공급하고, 제2 RF 존 전극(25)에 제2 교류 전원(45)으로부터 고주파 전력을 공급한다. 이렇게 함으로써, 상부 전극(50)과 세라믹 기체(22)에 매설된 RF 전극(23)을 포함하는 평행 평판 전극간에 플라스마가 발생하고, 그 플라스마를 이용하여 웨이퍼 W에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다. 또한, 도시하지 않은 열전대의 검출 신호에 기초하여 웨이퍼 W의 온도를 구하고, 그 온도가 설정 온도(예를 들어 350℃나 300℃)가 되도록 제1 히터 존 전극(31)에 인가하는 전압을 제1 히터 전원(47)에 의해 제어하고, 제2 히터 존 전극(32)에 인가하는 전압을 제2 히터 전원(48)에 의해 제어한다.
이상 상세히 기술한 웨이퍼 지지대(20)에서는, 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)에 각각 다른 고주파 전력(예를 들어 같은 주파수이면서 다른 와트수의 전력이라든가, 다른 주파수이면서 같은 와트수의 전력이라든가, 다른 주파수이면서 다른 와트수의 전력 등)을 공급할 수 있고, 웨이퍼 적재면(22a)에 적재되는 웨이퍼 W 상의 플라스마의 밀도를 어느 정도 균일하게 할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)은 다단으로 마련되어 있기 때문에, 플라스마의 밀도가 불균일해지는 경우가 있다. 그러나, 그렇게 되었다고 해도, 제1 및 제2 히터 존 전극(31, 32)의 각각에 다른 전력을 공급할 수 있기 때문에, 존별 성막성의 변동을 히터 온도의 조정으로 보상ㆍ조정할 수 있다. 따라서, 플라스마의 밀도가 불균일해지는 것에 의한 문제의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 세라믹 기체(22)의 내주 부분과 외주 부분은 플라스마의 밀도 분포가 다른 경우가 많기 때문에, 상술한 바와 같이 RF 전극(23)을 내주측의 원형 전극(제1 RF 존 전극(24))과 외주측의 원환 전극(제2 RF 존 전극(25))으로 나누는 것이 바람직하다.
또한, 세라믹 기체(22)를 웨이퍼 적재면(22a)으로부터 보았을 때(즉 평면으로 보았을 때) 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)과 제1 및 제2 히터 존 전극(31, 32)이 일치하도록 배치되어 있다. 그 때문에, 각 RF 존 전극(24, 25)을 그것에 대응하는 히터 존 전극(31, 32)에 의해 개별적으로 온도 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 전혀 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 다양한 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 평면으로 보았을 때 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)의 형상과 제1 및 제2 히터 존 전극(31, 32)의 형상이 일치하도록 배치하였지만, 서로 상사 형상이 되도록 배치해도 된다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보았을 때 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)끼리의 사이에 나타나는 도너츠 형상의 갭 G에 제1 및 제2 히터 존 전극(131, 132)의 한쪽(여기서는 제2 히터 존 전극(132))이 중복되어 배치되도록 해도 된다. 도 5 중, 상술한 실시 형태와 동일 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하였다. 도 5에서는, 편의상, 각 RF 존 전극(24, 25)의 접속용 도체나 RF 존 전극용 도체, 전원은 생략하고, 각 히터 존 전극(131, 132)의 히터 존 전극용 도체나 전원도 생략하였다. 또한, 각 히터 존 전극(131, 132)은 배선 패턴을 생략하여 코일이 배선되는 영역만을 나타내었다. 인가하는 RF 전력을 크게 한 경우, 갭 G의 간격을 크게 취하면 RF의 간섭을 억제할 수 있어 유리하지만, RF 전극이 존재하지 않는 갭 G의 부분에서 플라스마 밀도가 감소하여 면 내의 플라스마 밀도가 불균일해지는 경우가 있다. 그래서, 그 갭 G의 영역에 제2 히터 존 전극(132)이 중복하도록 배치함으로써, 플라스마 밀도의 불균일로부터 생기는 성막성의 변동을 온도 분포 즉 히터 온도의 조정으로 보상ㆍ조정할 수 있다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보았을 때 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)끼리의 사이에 나타나는 도너츠 형상의 갭 G에, 그 갭 G와 대응한 형상(여기서는 갭 G와 같은 형상)의 갭 히터 존 전극(183)을 마련해도 된다. 이 경우, 제1 및 제2 히터 존 전극(181, 182)의 형상은, 각각 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)의 형상과 대략 일치하고 있다. 이에 의해, 예를 들어 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)끼리의 사이의 갭 G의 간격을 크게 했을 때에도, 갭 히터 존 전극(183)에 의해 갭 G의 온도를 개별적으로 제어하기가 용이하게 된다. 즉, 갭 부근의 성막성의 변동을 갭 히터 존 전극(183)의 온도를 조정함으로써 보상ㆍ조정할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 각 히터 존 전극(31, 32)을 동일 평면 상에 마련하였지만, 서로의 높이(웨이퍼 적재면(22a)으로부터의 거리)가 다르게 마련되어도 된다. 예를 들어, 각 히터 존 전극(31, 32)의 높이를, 각 RF 존 전극(24, 25)의 높이에 맞춰도 된다.
상술한 실시 형태에서는, RF 전극(23)을 다른 높이의 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)으로 구성하였지만, RF 전극을 다른 높이의 셋 이상의 RF 존 전극으로 구성해도 된다. 도 7에, RF 전극(23)을 다른 높이의 제1 내지 제3 RF 존 전극(124 내지 126)으로 구성한 예를 나타낸다. 도 7 중, 상술한 실시 형태와 동일 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하였다. 도 7에서는, 편의상, 각 RF 존 전극(124 내지 126)의 접속용 도체나 RF 존 전극용 도체, 전원은 생략하고, 각 히터 존 전극(231 내지 233)의 히터 존 전극용 도체나 전원도 생략하였다. 또한, 각 히터 존 전극(231 내지 233)은 배선 패턴을 생략하여 코일이 배선되는 영역만을 나타내었다. 이들 히터 존 전극(231 내지 233)은 동일 평면 상에 마련되어 있다. 제1 RF 존 전극(124)은, 세라믹 기체(22)와 동심원인 원형 전극이며, 제2 및 제3 RF 존 전극(125, 126)은, 세라믹 기체(22)와 동심원인 원환 전극이다. 제1 내지 제3 RF 존 전극(124 내지 126)은, 웨이퍼 적재면(22a)에 가까운 측으로부터, 제1 RF 존 전극(124), 제2 RF 존 전극(125) 및 제3 RF 존 전극(126)의 순으로 나열되어 있다. 히터 전극(30)을 구성하는 제1 내지 제3 히터 존 전극(231 내지 233)은, 평면으로 보았을 때, 제1 내지 제3 RF 존 전극(124 내지 126)과 일치하도록 마련되어 있다. 이 구성에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지 효과가 얻어진다. 특히, 제1 내지 제3 RF 존 전극(124 내지 126)에 각각 다른 고주파 전력을 공급할 수 있기 때문에, 플라스마의 밀도 분포를 보다 양호하게 컨트롤할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 히터 존 전극(231 내지 233)의 각각에 다른 전력을 공급할 수 있기 때문에, 존별 성막성의 변동을 히터 온도의 조정으로 보상ㆍ조정할 수 있다.
여기서, RF 전극(23)을 구성하는 제1 내지 제3 RF 존 전극(124 내지 126)의 히터 전극(30)으로부터의 높이 h1 내지 h3은, 각각 임의로 설정할 수 있다. 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이, 중심부의 제1 RF 존 전극(124)의 히터 전극(30)으로부터의 높이가 가장 높고, 외주로 감에 따라 히터 전극(30)으로부터의 높이가 낮아지도록 해도 된다(h1>h2>h3). 혹은, 이와는 반대로, 중심부의 제1 RF 존 전극(124)의 히터 전극(30)으로부터의 높이가 가장 낮고, 외주로 감에 따라 히터 전극(30)으로부터의 높이가 높아지게 해도 된다(h1<h2<h3). 혹은, h1>h2<h3으로 하거나, h1<h2>h3으로 하거나 하는 등, 각 RF 존 전극(124 내지 126)의 높이 h1 내지 h3을 자유롭게 설정해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, RF 전극(23)은 원형 전극의 제1 RF 존 전극(24)과 원환 전극의 제2 RF 존 전극(25)으로 구성하였지만, 원환 전극인 제2 RF 존 전극(25)을 복수로 분할하여 각 분할 전극에 개별적으로 교류 전원을 접속해도 되고, 원형 전극인 제1 RF 존 전극(24)을 복수로 분할하여 각 분할 전극에 개별적으로 교류 전원을 접속해도 된다. 이렇게 하면, 플라스마의 밀도 분포를 더욱 양호해지도록 용이하게 컨트롤할 수 있다. 도 8에, RF 전극(23)을 구성하는 제2 RF 존 전극(25)을 세 원호형 전극(251 내지 253)으로 분할한 경우를 예시한다. 여기서, 원호상 전극(251 내지 253)은 모두 동일한 높이여도 되고, 각각 다른 높이여도 되고, 둘이 동일한 높이여도 되고 하나가 다른 높이여도 된다. 도 9에, RF 전극(23)을 구성하는 제2 RF 존 전극(25)을 세 원호형 전극(251 내지 253)으로 분할하고, 또한 제1 RF 존 전극(24)을 두 반원형 전극(241, 242)으로 분할한 경우를 예시한다. 여기서, 반원형 전극(241, 242)은 동일한 높이여도 되고, 각각 다른 높이여도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 세라믹 기체(22)의 표면이 편평한 것을 예시하였지만, 도 10에 도시하는 스텝형 세라믹 기체(422)를 채용해도 된다. 도 10에서는, 상술한 실시 형태와 동일 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하였다. 세라믹 기체(422)의 표면은, 외주부에 원환형의 단차면(422a)을 갖는다. 단차면(422a)은, 웨이퍼 적재면(22a)보다 1단 낮게 되어 있다. 이 세라믹 기체(422)에 있어서, 내측의 제1 RF 존 전극(원형 전극)(24)으로부터 웨이퍼 적재면(22a)까지의 유전체 두께와, 외측의 제2 RF 존 전극(원환 전극)(25)으로부터 단차면(422a)까지의 유전체 두께를 동일하게 해도 된다. 이렇게 하면, 내외에서의 플라스마 밀도를 균일화할 수 있다. 혹은, 도 11에 도시하는 포켓형 세라믹 기체(522)를 채용해도 된다. 도 11에서는, 상술한 실시 형태와 동일 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하였다. 세라믹 기체(522)의 표면은, 외주부에 원환형의 단차면(522a)을 갖는다. 단차면(522a)은, 웨이퍼 적재면(22a)보다 1단 높게 되어 있다. RF 전극(23)은, 내측의 제1 RF 존 전극(원형 전극)(24)과, 외측의 제2 RF 존 전극(원환 전극)(525)으로 구성되어 있다. 제2 RF 존 전극(525)은, 접속용 도체(527), 전극 단자(25a) 및 제2 RF 존 전극용 도체(35)를 통하여 제2 교류 전원(도 2 참조)에 접속되어 있다. 또한, 제2 RF 존 전극(525)의 쪽이 제1 RF 존 전극(24)보다 높은 위치에 배치되어 있다. 세라믹 기체(522)에 있어서도, 제1 RF 존 전극(24)으로부터 웨이퍼 적재면(22a)까지의 유전체 두께와, 외측의 제2 RF 존 전극(525)으로부터 단차면(522a)까지의 유전체 두께를 같게 해도 된다. 이렇게 하면, 내외에서의 플라스마 밀도를 균일화할 수 있다.
또한, 도 7에 있어서도, 세라믹 기체(22)의 표면이 평면인 것을 예시하였지만, 도 12에 도시하는 원환 홈 구비 세라믹 기체(622)를 채용해도 된다. 도 12에 있어서, 상술한 실시 형태와 동일 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하였다. 세라믹 기체(622)의 표면은, 세라믹 기체(622)와 동심원인 원환 홈(622a)을 갖고 있다. RF 전극(23)은, 내측의 제1 RF 존 전극(원형 전극)(624)과, 외측의 제2 RF 존 전극(원환 전극)(625)과, 또한 그 외측의 제3 RF 존 전극(원환 전극)(626)으로 구성되어 있다. 제2 RF 존 전극(625)은, 접속용 도체(627), 전극 단자(25a) 및 제2 RF 존 전극용 도체(35)를 통하여 제2 교류 전원(45)(도 2 참조)에 접속되어 있다. 제3 RF 존 전극(626)은, 접속용 도체(628), 전극 단자(626a) 및 제3 RF 존 전극용 도체(636)를 통하여 제3 교류 전원(도시 생략)에 접속되어 있다. 제1 RF 존 전극(24)으로부터 웨이퍼 적재면(22a)까지의 유전체 두께와, 제2 RF 존 전극(625)으로부터 원환 홈(622a)의 저면까지의 유전체 두께와, 제3 RF 존 전극(626)으로부터 웨이퍼 적재면(22a)까지의 유전체 두께를 동일하게 해도 된다. 이렇게 하면, 내외에서의 플라스마 밀도를 균일화할 수 있다.
상술한 실시 형태나 도 7의 형태에서는, RF 전극(23)의 분할수와 히터 전극(30)의 분할수를 같게 하였지만, 양자의 분할수를 다르게 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 및 제2 RF 존 전극(24, 25)이나 접속용 도체(27)는, 모두 도전성 메쉬 시트로 구성하였지만, 특별히 메쉬 시트에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도전성이 균일한 시트(금속박 등)를 사용해도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, RF 전극(23)에 전압을 인가함으로써 웨이퍼 W를 웨이퍼 적재면(22a)으로 흡인하도록 해도 된다. 또한, 세라믹 기체(22)에 정전 전극을 더 매설하고, 그 정전 전극에 전압을 인가함으로써 웨이퍼 W를 웨이퍼 적재면(22a)으로 흡인해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 웨이퍼 지지대(20)의 제조 방법의 일례를 나타내었지만, 웨이퍼 지지대(20)의 제조 방법은 특별히 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 공지의 제조 방법에 의해 웨이퍼 지지대(20)을 제조해도 된다. 예를 들어 일본 특허 공개 제2012-89694호 공보에 기재된 제조 방법에 준하여 웨이퍼 지지대(20)를 제조해도 된다.
본 출원은, 2018년 7월 4일에 출원된 일본 특허 출원 제2018-127620호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용들의 모두가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 웨이퍼를 플라스마 처리할 때 이용 가능하다.
10: 플라스마 발생 장치
20: 웨이퍼 지지대
21: 원
22: 세라믹 기체
22a: 웨이퍼 적재면
22b: 이면
22c: 중앙 영역
23: RF 전극
24, 124: 제1 RF 존 전극
24a: 전극 단자
25, 125: 제2 RF 존 전극
25a: 전극 단자
27: 접속용 도체
29: 세라믹 샤프트
30: 히터 전극
31, 131, 181, 231: 제1 히터 존 전극
31a, 31b: 전극 단자
32, 132, 182, 232: 제2 히터 존 전극
32a, 32b: 전극 단자
34: 제1 RF 존 전극용 도체
35: 제2 RF 존 전극용 도체
36: 제1 히터 존 전극용 도체
37: 제2 히터 존 전극용 도체
44: 제1 교류 전원
45: 제2 교류 전원
47: 제1 히터 전원
48: 제2 히터 전원
50: 상부 전극
126: 제3 RF 존 전극
183: 갭 히터 존 전극
233: 제3 히터 존 전극
241, 242: 반원형 전극
251 내지 253: 원호형 전극
422, 522, 622: 세라믹 기체
422a, 522a: 단차면
525: 제2 RF 존 전극
527: 접속용 도체
622a: 원환 홈
624 내지 626: 제1 내지 제3 RF 존 전극
626a: 전극 단자
627, 628: 접속용 도체
636: 제3 RF 존 전극용 도체

Claims (9)

  1. 웨이퍼 적재면을 갖는 원판형의 세라믹 기체의 내부에 RF 전극과 히터 전극이 매설된 웨이퍼 지지대이며,
    상기 RF 전극은, 상기 웨이퍼 적재면을 복수로 분할한 존마다 마련된 복수의 RF 존 전극에 의해 구성되고,
    상기 복수의 RF 존 전극은, 웨이퍼 적재면으로부터의 거리가 다른 적어도 2단으로 나누어 마련되고,
    상기 히터 전극은, 상기 웨이퍼 적재면을 상기 RF 존 전극과 동일하거나 또는 다르게 복수로 분할한 존마다 마련된 복수의 히터 존 전극에 의해 구성되고,
    상기 복수의 RF 존 전극은, 상기 세라믹 기체의 이면에 마련된 전극 단자를 통하여 복수의 RF 존 전극용 도체에 각각 독립하여 접속되고,
    상기 복수의 히터 존 전극은, 상기 세라믹 기체의 상기 이면에 마련된 전극 단자를 통하여 복수의 히터 존 전극용 도체에 각각 독립하여 접속되고,
    각 RF 존 전극 상의 상기 세라믹 기체의 두께는 동일한,
    웨이퍼 지지대.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RF 전극은, 상기 복수의 RF 존 전극으로서, 상기 세라믹 기체와 동심원인 원형 전극 또는 상기 원형 전극을 복수로 분할한 전극을 포함하고, 또한, 상기 원형 전극 또는 상기 원형 전극을 복수로 분할한 전극의 외측에 상기 세라믹 기체와 동심원인 하나 이상의 원환 전극이나 상기 원환 전극 중 적어도 하나를 복수로 분할한 전극을 포함하는,
    웨이퍼 지지대.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 기체를 상기 웨이퍼 적재면으로부터 보았을 때 상기 RF 존 전극끼리의 사이의 갭에는 적어도 하나의 상기 히터 존 전극이 배치되어 있는,
    웨이퍼 지지대.
  4. 제3항에 있어서, 상기 갭에 배치된 상기 히터 존 전극은, 상기 갭의 형상과 동일 형상의 갭 히터 존 전극인,
    웨이퍼 지지대.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 기체를 상기 웨이퍼 적재면으로부터 보았을 때 상기 복수의 RF 존 전극의 형상과 상기 복수의 히터 존 전극의 형상이 일치하도록 배치되어 있는,
    웨이퍼 지지대.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 RF 존 전극은, 상기 세라믹 기체와 동심원인 원형 전극과, 상기 원형 전극의 외측에 상기 세라믹 기체와 동심원인 하나 이상의 원환 전극을 포함하고,
    상기 히터 전극을 구성하는 상기 복수의 히터 존 전극은, 동일 평면 상에 마련되고,
    상기 복수의 RF 존 전극의 상기 히터 전극으로부터의 높이는, 상기 세라믹 기체의 중심에 가까운 RF 존 전극일수록 높게 되어 있는,
    웨이퍼 지지대.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 RF 존 전극은, 상기 세라믹 기체와 동심원인 원형 전극과, 상기 원형 전극의 외측에 상기 세라믹 기체와 동심원인 하나 이상의 원환 전극을 포함하고,
    상기 히터 전극을 구성하는 상기 복수의 히터 존 전극은, 동일 평면 상에 마련되고,
    상기 복수의 RF 존 전극의 상기 히터 전극으로부터의 높이는, 상기 세라믹 기체의 중심에 가까운 RF 존 전극일수록 낮게 되어 있는,
    웨이퍼 지지대.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 웨이퍼 지지대이며,
    상기 세라믹 기체의 상기 웨이퍼 적재면과는 반대측의 면의 중앙 영역에 접합된 중공의 세라믹 샤프트
    를 구비하고,
    상기 복수의 RF 존 전극용 도체 및 상기 히터 존 전극용 도체는 상기 세라믹 샤프트의 내부에 배치되어 있는,
    웨이퍼 지지대.
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