KR20080005116A - 전열 구조체 및 기판 처리 장치 - Google Patents

전열 구조체 및 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

기판의 에칭 처리 중에 있어서 소모 부품의 온도를 225℃ 이하로 유지할 수 있는 전열 구조체를 제공한다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(11)를 구비하고, 상기 챔버(11) 내에는 냉매실(25)을 갖는 서셉터(12)가 배치되고, 서셉터(12)의 상부에는 상부 원판형 부재의 위에 웨이퍼(W)가 탑재되고, 하부 원판형 부재의 위에는 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 포커스 링(24)이 배치되고, 정전 척(22) 및 포커스 링(24) 사이에는 겔형 물질로 이루어지는 열전도 시트(39)가 배치되고, 열전도 시트(39)에 있어서 W/m·K로 표시되는 경도의 비가 20 미만으로 설정된다.

Description

전열 구조체 및 기판 처리 장치{HEAT TRANSFER STRUCTURE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 전열 구조체 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 기판 처리 장치의 감압 처리실내에 배치된 전열 구조체에 관한 것이다.
통상, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서 에칭 장치가 널리 알려져 있다. 이 기판 처리 장치는 플라즈마가 내부에서 발생하는 감압 처리실(챔버)을 구비하고, 상기 챔버내에는 기판으로서의 웨이퍼를 탑재하는 탑재대가 배치되어 있다. 이 탑재대는 상기 탑재대의 상부에 배치된 원판형의 정전 척(ESC)과, 이 정전 척 상면의 외주연부에 배치된, 예컨대 실리콘으로 이루어지는 포커스 링을 구비한다.
웨이퍼에 에칭 처리를 실시할 경우에는, 정전 척 위로 웨이퍼를 탑재한 후, 척 내를 감압하고, 처리 가스, 예컨대 C4F8 가스, O2 가스 및 Ar 가스로 구성되는 혼합 가스를 챔버내로 도입하고, 챔버내에 고주파 전류를 공급해서 혼합 가스로부 터 플라즈마를 발생시킨다. 이 플라즈마는 포커스 링에 의해 웨이퍼 상에 수속하고, 웨이퍼에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 에칭 처리가 실시됨으로써 웨이퍼의 온도는 상승하지만, 상기 웨이퍼는 정전 척이 내장하는 냉각 기구에 의해 냉각된다. 이 냉각시, 정전 척 상면으로부터 열전달성이 우수한 헬륨(He) 가스를 웨이퍼의 이면으로 향하여 흐르고, 정전 척과 웨이퍼 사이의 열전달성을 향상함으로써 웨이퍼는 효율 좋게 냉각된다.
한편, 포커스 링의 이면과 정전 척의 외주연부의 상면과의 계면은 고체가 서로 접촉하는 계면이기 때문에, 포커스 링과 정전 척과의 밀착도가 낮고, 상기 계면에는 미소한 간극이 발생한다. 특히, 에칭 처리중은 챔버내가 감압되기 때문에, 이들 간극이 진공 단열층을 형성하고, 정전 척과 포커스 링과의 사이에 있어서 열전달성이 낮게 되고, 포커스 링을 웨이퍼와 같이 효율 좋게 냉각할 수 없고, 그 결과 포커스 링의 온도는 웨이퍼의 온도보다도 높게 된다.
포커스 링의 온도가 높으면 웨이퍼의 외주연부가 그 내측부보다도 고온으로 되고, 웨이퍼에 있어서의 에칭 처리의 면내 균일성이 악화한다.
또한, 에칭 처리시에는 반응 생성물이 발생하고 이 반응 생성물은 폴리머의 막으로서 챔버의 측벽이나 포커스 링에 부착된다. 상기 부착한 폴리머의 막은 포커스 링 등을 플라즈마로부터 보호해서 포커스 링 등이 소모하는 것을 방지하지만, 도 5의 그래프에 도시하는 바와 같이, 폴리머의 막 두께는 부착 대상물(포커스 링 등)의 온도가 상승하면 작게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 포커스 링의 온도가 높으면 포커스 링에 반응 생성물의 폴리머가 부착되기 어렵게 되고, 포커스 링 이 플라즈마에 직접 쬐기 때문에, 포커스 링의 소모가 빠르게 된다.
또한, 형성된 진공 단열층부에 의해 포커스 링은 효율적으로 냉각되지 않기 때문에, 시간의 경과와 함께 열이 축적하고, 동일 로트의 웨이퍼의 에칭 처리에 있어서 각 웨이퍼 처리시의 포커스 링의 온도가 일정하게 되지 않고, 프로세스 성능이 악화하는, 예컨대 각 웨이퍼에 있어서 에칭레이트의 분포 형태가 상이하게 된다.
그래서, 포커스 링과 정전 척과의 밀착도를 높게 해서 정전 척과 포커스 링과의 사이에 있어서 열전달성을 향상시키는 대책안이 본 출원인에 의해 제안되고 있다. 구체적으로는, 포커스 링과 정전 척과의 사이에 도전성 실리콘 고무 등의 내열성이 있는 탄성 부재로 형성된 열전도 매체를 개재시킨다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 대책안에서는, 열전달 매체가 포커스 링과 정전 척과의 사이에 있어서 변형한다. 이에 의해, 정전 척 및 포커스 링의 밀착성이 향상하고, 따라서 정전 척 및 포커스 링의 열전달성이 향상한다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 2002-16126 호 공보
그러나, 최근 웨이퍼에 있어서의 에칭 처리의 면내 균일성의 요구 수준은 점점 높아지고, 또한 소모 부품인 포커스 링의 장기 수명화가 요구되고 있어, 그 결과 에칭 처리중에 있어서의 포커스 링의 온도를 225℃ 이하로 유지하는 것이 요구되고 있다. 한편, 열전도 부재의 도전성 실리콘 고무는 유동성이 낮기 때문에, 포커스 링과 정전 척과의 계면의 미소한 간극을 채울 수 없고, 그 결과 열전도 부재 를 끼움으로써 정전 척 및 포커스 링의 열 전달성의 향상에는 한계가 있고, 에칭 처리중에 있어서의 포커스 링의 온도를 225℃ 이하로 유지하는 것은 곤란하다.
본 발명의 목적은, 기판의 에칭 처리중에 있어서의 소모 부품의 온도를 225℃ 이하로 유지할 수 있는 전열 구조체 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 기재된 전열 구조체는, 감압 환경하에서 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리실내에 배치된 전열 구조체이며, 플라즈마에 대하여 노출되는 노출면을 갖는 소모 부품과, 상기 소모 부품을 냉각하는 냉각 부품과, 상기 소모 부품 및 상기 냉각 부품의 사이에 배치되고 또한 겔형 물질로 이루어지는 열전도 부재를 구비하고, 상기 열전도 부재에 있어서의 W/m·K로 표시되는 열전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만인 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 전열 구조체는, 청구항 1에 기재된 전열 구조체에 있어서, 상기 소모 부품은 상기 기판의 외연을 둘러싸도록 배치되는 원환형 부재이며, 상기 냉각 부품은 상기 기판 및 상기 원환형 부재를 탑재하는 탑재대인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 3에 기재된 기판 처리 장치는, 감압 환경하에서 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실내에 배치된 전열 구조체를 구비하는 기판 처리 장치이며, 상기 전열 구조체는, 플라즈마에 대하여 노출되는 노출면을 갖는 소모 부품과, 상기 소모 부품을 냉각하는 냉각 부품 과, 상기 소모 부품 및 상기 냉각 부품의 사이에 배치되고 또한 겔형 물질로 이루어지는 열전도 부재를 갖고, 상기 열전도 부재에 있어서 W/m·K로 표시되는 열전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만인 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 전열 구조체 및 청구항 3에 기재의 기판 처리 장치에 의하면, 플라즈마에 대하여 노출되는 노출면을 갖는 소모 부품 및 상기 소모 부품을 냉각하는 냉각 부품의 사이에 겔형 물질로 이루어지는 열전도 부재가 배치되고, 상기 열전도 부재에 있어서 W/m·K로 표시되는 열전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만이다. 겔형 물질은 소모 부품과 냉각 부품과의 계면에 있어서의 미소한 간극을 채우고, 열전도 부재에 있어서 W/m·K로 표시되는 열전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만으로 되기 때문에, 소모 부품 및 냉각 부품의 열전달성을 종래보다도 향상할 수 있다. 그 결과, 기판의 에칭 처리중에 있어서 소모 부품의 온도를 225℃ 이하로 유지할 수 있다.
청구항 2에 기재된 전열 구조체에 의하면, 소모 부품은 기판의 외연을 둘러싸도록 배치되는 원환형 부재이고, 냉각 부품은 기판 및 원환형 부재를 탑재하는 탑재대이기 때문에 기판의 에칭 처리중에 있어서 원환형 부재의 온도를 225℃ 이하로 유지할 수 있고, 그 결과 탑재대에 탑재된 기판에 있어서 에칭 처리의 면내 균일성의 요구 수준을 만족할 수 있는 동시에, 원환형 부재의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 본 발명의 실시 형태에 따른 전열 구조체를 구비하는 기판 처리 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 전열 구조체를 구비하는 기판 처리 장치의 개략구성을 도시하는 단면도다. 이 기판 처리 장치는 기판으로서의 반도체 웨이퍼 상에 형성된 폴리실리콘층에 에칭 처리를 실시하도록 구성되고 있다.
도 1에 있어서, 기판 처리 장치(10)는, 예컨대 직경이 300mm의 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 "웨이퍼"라 한다)(W)를 수용하는 챔버(11)(처리실)를 갖고, 상기 챔버(11)내에는 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대로서의 원주상의 서셉터(12)(냉각 부품)가 배치되어 있다. 기판 처리 장치(10)에서는, 챔버(11)의 내측벽과 서셉터(12)의 측면에 의해, 서셉터(12) 상방의 가스를 챔버(11)의 밖으로 배출하는 유로로서 기능하는 측방 배기로(13)가 형성된다. 이 측방 배기로(13)의 도중에는 배기 플레이트(14)가 배치된다. 챔버(11)의 내벽면은 석영이나 산화이트륨(Y2O3)으로 덮여진다.
배기 플레이트(14)는 다수의 구멍을 갖는 판형 부재이며, 챔버(11)를 상부와 하부로 구획되는 구획판으로 기능한다. 배기 플레이트(14)에 의해 구획된 챔버(11)의 상부(이하, "반응실"이라 함)(17)에는 후술하는 플라즈마가 발생한다. 또한, 챔버(11)의 하부(이하, "배기실(매니폴드)"이라 한다)(18)에는 챔버(11)내의 가스를 배출하는 거친 흡인 배기관(15) 및 본 배기관(16)이 개구한다. 거친 흡인 배기관(15)에는 DP(Dry Pump)(도시하지 않음)가 접속되고, 본 배기관(16)에는 TMP(Turbo Molecular Pump)(도시하지 않음)가 접속된다. 또한, 배기 플레이트(14)는 반응실(17)에 있어서 후술의 처리 공간(S)에 있어서 발생하는 이온이나 라디컬을 포착 또는 반사해서 이들의 매니폴드(18)로의 누설을 방지한다.
거친 흡인 배기관(15) 및 본 배기관(16)은 반응실(17)의 가스를 매니폴드(18)를 거쳐서 챔버(11)의 외부로 배출한다. 구체적으로는, 거친 흡인 배기관(15)은 챔버(11) 내를 대기압으로부터 저진공 상태까지 감압하고, 본 배기관(16)은 거친 흡인 배기관(15)과 협동해서 챔버(11)내를 저진공 상태보다 낮은 압력인 고진공 상태(예컨대, 133Pa(1Torr) 이하)까지 감압한다.
서셉터(12)에는 하부 고주파 전원(19)이 정합기(Matcher)(20)를 거쳐 접속되어 있고, 상기 하부 고주파 전원(19)은 소정의 고주파 전력을 서셉터(12)에 인가한다. 이에 의해, 서셉터(12)는 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 하부 정합기(20)는 서셉터(12)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감해서 고주파 전력의 서셉터(12)로의 공급 효율을 최대로 한다.
서셉터(12)의 상부에는 정전 전극판(21)을 내부에 갖는 정전 척(22)이 배치되어 있다. 정전 척(22)은 어떤 직경을 갖는 하부 원판형 부재 위에, 상기 원판형 부재보다 직경이 작은 상부 원판형 부재를 겹친 형상을 나타낸다. 또한, 정전 척(22)은 알루미늄으로 되고, 상부 원판형 부재의 상면에는 세라믹 등이 용사되어 있다. 서셉터(12)가 웨이퍼(W)를 탑재할 때, 상기 웨이퍼(W)는 정전 척(22)에 있어서의 상부 원판형 부재 위에 배치된다.
또한, 정전 척(22)에서는, 정전 전극판(21)에 직류 전원(23)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 전극판(21)에 플러스의 고직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)에 있어서 정전 척(22)측의 면(이하, "이면"이라 함)에는 마이너스 전위가 발생해서 정전 전극판(21) 및 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 전위차가 생기고, 상기 전위차에 기인하는 쿨롱 힘 또는 존슨·라벡 힘에 의해, 웨이퍼(W)는 정전 척(22)에 있어서 상부 원판형 부재 상에 있어서 흡착 유지된다.
또한, 정전 척(22)에 있어서의 하부 원판형 부재의 상면에 있어서의 상부 원판형 부재가 겹쳐지지 않는 부분(이하, "포커스 링 탑재면"이라고 한다)에는 원환형이 포커스 링(24)(소모 부품, 원환형 부재)이 배치된다. 이 포커스 링(24)은 도전성 부재, 예를 들면 실리콘으로 되고, 정전 척(22)에 있어서 상부 원판형 부재의 위에 흡착 유지된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싼다. 또한, 포커스 링(24)은 처리 공간(S)에 노출하는 노출면을 갖고, 상기 처리 공간(S)에 있어서 플라즈마를 웨이퍼(W)의 표면을 향해 수속하고, 에칭 처리의 효율을 향상시킨다.
또한, 서셉터(12)의 내부에는, 예컨대 원주 방향으로 연장하는 환상의 냉매실(25)이 설치된다. 이 냉매실(25)에는 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 냉매용 배관(26)을 거쳐서 저온의 냉매, 예컨대 냉각수나 갈덴이 순환 공급된다. 상기 저온의 냉매에 의해 냉각된 서셉터(12)는 정전 척(22)을 거쳐서 웨이퍼(W) 및 포커스 링(24)을 냉각한다. 따라서, 본 실시 형태에서는 서셉터(12)가 직접적 냉각 부품 으로서 기능하고, 정전 척(22)이 간접적 냉각 부품으로서 기능한다. 또한, 웨이퍼(W) 및 포커스 링(24)의 온도는 주로 냉매실(25)로 순환 공급되는 냉매의 온도, 유량에 의해 제어된다.
정전 척(22)에 있어서의 상부 원판형 부재 위의 웨이퍼(W)가 흡착 유지되는 부분(이하, "흡착면"이라고 함)에는 복수의 전열 가스 공급 구멍(27)이 개구하고 있다. 이들 복수의 전열 가스 공급 구멍(27)은 전열 가스 공급 라인(28)을 거쳐서 전열 가스 공급부(도시하지 않음)에 접속되고, 상기 전열 가스 공급부는 전열 가스로서의 헬륨(He) 가스를 전열 가스 공급 구멍(27)을 거쳐서 흡착면 및 웨이퍼(W)의 이면의 간극에 공급한다. 흡착면 및 웨이퍼(W)의 이면의 간극에 공급된 헬륨 가스는 웨이퍼(W)의 열을 정전 척(22)에 효과적으로 열전달한다.
챔버(11)의 천정부에는 서셉터(12)와 대향하도록 가스 도입 샤워 헤드(29)가 배치되어 있다. 가스 도입 샤워 헤드(29)에는 상부 정합기(30)를 거쳐서 상부 고주파 전원(31)이 접속되어 있고, 상부 고주파 전원(31)은 소정의 고주파 전력을 가스 도입 샤워 헤드(29)에 인가하기 때문에, 가스 도입 샤워 헤드(29)는 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 상부 정합기(30)의 기능은 상술한 하부 정합기(20)의 기능과 같다.
가스 도입 샤워 헤드(29)는 다수의 가스 구멍(32)을 갖는 천정 전극판(33)과, 상기 천정 전극판(33)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(34)를 갖는다. 또한, 상기 전극 지지체(34)의 내부에는 버퍼실(35)이 설치되고, 이 버퍼실(35)에는 처리 가스 도입관(36)이 접속되어 있다. 가스 도입 샤워 헤드(29)는 처리 가스 도입관(36)으로부터 버퍼실(35)에 공급된 처리 가스, 예컨대 취소계 가스 또는 염소계 가스에 O2 가스 및 Ar 등의 불활성 가스를 첨가한 혼합 가스를 반응실(17)내에 공급한다.
또한, 챔버(11)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반응실(17)내로의 반출입시에 이용되는 반출입구(37)가 설치되고, 반출입구(37)에는 상기 반출입구(37)를 개폐하는 게이트 밸브(38)가 부착되어 있다.
이 기판 처리 장치(10)의 반응실(17)내에서는 서셉터(12) 및 가스 도입 샤워 헤드(29)에 고주파 전력을 인가하여, 서셉터(12) 및 가스 도입 샤워 헤드(29) 사이의 처리 공간(S)에 고주파 전력을 인가함으로써, 상기 처리 공간(S)에 있어서 가스 도입 샤워 헤드(20)에서 공급된 처리 가스를 고밀도의 플라즈마로 하여 이온과 라디컬을 발생시키고, 상기 이온 등에 의해 웨이퍼(W)에 에칭 처리를 행한다.
한편, 상술한 기판 처리 장치(10)의 각 구성 부품의 동작은 기판 처리 장치(10)가 구비하는 제어부(도시하지 않음)의 CPU가 에칭 처리에 대응하는 프로그램에 따라 제어한다.
상술한 기판 처리 장치(10)에서는 웨이퍼(W) 및 정전 척(22)의 사이의 열전달을 효과적으로 행하기 위해서, 웨이퍼(W) 및 정전 척(22) 사이에 전달 가스가 공급되지만, 포커스 링(24) 및 정전 척(22) 사이에는 전열 가스가 공급되는 것은 없다. 또한, 포커스 링(24) 및 정전 척(22) 사이에는 전열 가스가 공급되는 것은 없다. 또한, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)은 각각 고체이기 때문에, 만일 포커스 링(24)과 정전 척(22)이 직접 접촉할 경우에는, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 계면에 미소한 간극이 발생한다. 여기에서, 상술한 바와 같이, 서셉터(12) 및 포커스 링(24)이 배치되는 챔버(11)내, 보다 구체적으로는 반응실(17)내는 고진공 상태까지 감압되기 때문에, 계면의 미소한 간극은 진공 단열층을 형성한다.
플라즈마에 쬐어지는 웨이퍼(W) 및 포커스 링(24)은 에칭 처리중에 있어서, 플라즈마로부터의 입열에 의해 온도가 상승하지만, 웨이퍼(W)는 정전 척(22)을 거쳐 서셉터(12)에 의해 냉각되기 때문에, 그 온도는 100℃ 정도로 유지된다. 한편, 진공 단열층이 형성되면, 포커스 링(24)은 정전 척(22)을 거쳐 서셉터(12)에 의해 냉각되는 일이 없으므로, 그 온도는 450℃ 정도까지 상승한다. 즉, 포커스 링(24) 및 웨이퍼(W)의 온도차가 커지지만, 이 때, 상술한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 있어서의 에칭 처리의 면내 균일성이 악화하고, 또한 포커스 링(24)의 소모가 빠르게 된다. 또한, 포커스 링(24)에는 시간의 경과와 함께 열이 축적하므로, 동일 로트에 있어서의 프로세스 성능이 악화한다.
이들의 문제를 해결하기 위해서는, 에칭 처리중에 있어서의 웨이퍼(W)의 온도를 225℃ 이하로 억제하면 좋은 것, 및 동일 로트의 웨이퍼의 에칭 처리에서 각 웨이퍼 처리시에 있어서의 포커스 링(24)의 최고 온도의 차(편차)가 ±30℃ 이내이면 좋은 것이 본 발명자 등에 의해 제안되고 있다.
본 실시 형태에서는, 이것을 감안하여, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 열 전달성을 개선해야 하고, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 계면에 있어서 미소한 간극의 발생을 억제한다. 구체적으로는, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 사이에 겔형 물질로 이루어지는 열전도 시트(39)(열전도 부재)를 배치한다. 겔형 물질로 이루어지는 열전도 시트(39)는 유동성을 갖기 때문에, 상기 미소한 간극을 매립해서 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 밀착도를 올림으로써, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 열전달성을 개선한다. 여기에서, 포커스 링(24)의 열이 열전도 시트(39) 및 포커스 링(24)의 열이 열전도 시트(39) 및 정전 척(22)을 거쳐서 서셉터(12)에 전달되기 때문에, 포커스 링(24), 열전도 시트(39), 정전 척(22) 및 서셉터(12)는 전열 구조체를 구성한다.
열전도 시트(39)의 열전달성은 열전도 시트(39) 그 자체의 열전도율이 클수록, 또한 열전도 시트(39)가 부드러울수록, 즉 경도가 작을수록, 좋아지는 것을 생각할 수 있기 때문에, 본 실시 형태에서는, 후술하는 본 발명자에 의한 실험 결과에 의거하여, 열전도 시트(39)에 있어서의 W/m·K로 표시되는 전열도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만으로 설정되어 있다. 또한, 열전도 시트(39)로서는, 구체적으로 시트형 열전도 겔인 "λGEL"(등록상표)(일본의 가부시키가이샤 젤텍)이 이용된다.
열전도 시트(39)는 절연성 부재이고, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)은 도전성 부재이기 때문에, 포커스 링(24), 열전도 시트(39) 및 정전 척(22)은 콘덴서를 구성한다. 이 콘덴서의 전하가 크게 되면, 웨이퍼(W)에 있어서 에칭 처리의 면내 균일성에 영향을 미치기 때문에, 콘덴서의 용량을 작게 할 필요가 있다. 그래서, 본 실시 형태에 있어서 열전도 시트(39)의 두께는 얇은 쪽이 바람직하고, 구체적으로 열전도 시트(39)의 두께의 최대치는 0.7㎜로 설정된다.
또한, 열전도 시트(39)는 점착성을 갖기 때문에, 포커스 링(24)의 교환에 있어서 열전도 시트(39)를 포커스 링(24)과 정전 척(22)으로부터 분리될 때, 열전도 시트(39)가 찢어져 그 일부가 포커스 링(24)과 정전 척(22)에 밀착하여 남는 것이 있다. 특히, 정전 척(22)에 밀착한 열전도 시트(39)의 일부는 완전히 제거할 필요가 있기 때문에, 포커스 링(24)의 교환 작업성을 손상하는 것이 있다. 그래서, 열전도 시트(39)가 찢어지는 것을 방지하는 관점에서 열전도 시트(39)의 두께는 어떤 값 이상인 것이 바람직하고, 구체적으로 열전도 시트(39)의 두께의 최소치는 0.3㎜로 설정된다.
본 실시 형태에 관한 열전도 시트(39)로서의 열전도 시트(39)에 의하면, 포커스 링(24) 및 서셉터(12) 사이, 보다 구체적으로는 포커스 링(24) 및 정전 척(22) 사이에 겔형 물질로 이루어지는 열전도 시트(39)가 배치되고, 상기 열전도 시트(39)에 있어서 W/m·K로 표시되는 연전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만으로 설정된다. 열전도 시트(39)는 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 경계에 있어서 미소한 간극을 채우기 때문에, 포커스 링(24) 및 서셉터(12)의 열전도성을 종래보다도 향상하여, 서셉터(12)에 의한 포커스 링(24)의 냉각을 효율 좋게 행할 수 있다. 그 결과, 에칭 처리중에 있어서 포커스 링(24)의 온도를 225℃ 이하로 유지할 수 있고, 이에 의해 웨이퍼(W)에 있어서 에칭 처리의 면내 균일성의 악화 및 포커스 링(24)의 조기 소모를 방지할 수 있다. 또한, 포커스 링(24)에 시간의 경과와 함께 열이 축적하는 것을 방지하여 동일 로트에 있어서 프로세스 성능의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 정전 척(22)에 있어서 포커스 링 탑재면에는 연마 가공이 실시되고 그 면조도가 Ra로 1.6 이하로 설정된다. 그렇지만, 포커스 링 탑재면의 면조도가 수많게 발생해도, 열전도 시트(39)는 이들의 미소한 간극을 충분히 채울 수 있기 때문에, 포커스 링 탑재면에 연가 가공을 반드시 실시할 필요는 없고, 그 면조도도 Ra로 6.3 이상이라도 좋다. 이 때, 연마 가공 폐지에 의해 정전 척(22)의 제조 비용을 억제할 수 있다. 또한 포커스 링 탑재면의 면조도를 크게 함으로써 열전도 시트(39) 및 정전 척(22)의 실제 접촉 면적을 증가시킬 수 있고, 그리고 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 열전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 열전도 시트(39)가 정전 척(22) 및 포커스 링(24) 사이에 배치되었지만, 열전도 시트(39)가 배치되는 장소는 이에 한정되지 않고, 챔버(11) 내에 배치된, 가열되는 부재 및 상기 가열되는 부재의 열을 방열하는 부재 사이에 있으면 좋다.
실시예
다음에, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
우선, 본 발명자는 아스카 C로 표시되는 경도가 10∼100중 어느 하나이며, W/m·K로 표시되는 열전도율이 0.2∼17 중 어느 하나인 복수의 열전도 시트(39)를 준비했다. 그리고, 열전도 시트(39)마다, 상기 열전도 시트(39)를 기판 처리 장치(10)에 있어서의 정전 척(22) 및 포커스 링(24) 사이에 배치하고, 정전 척(22)에 있어서 상부 원판형 부재의 위에 웨이퍼(W)를 탑재하여 흡착 유지시키고, 척(11) 내를 고진공 상태까지 감압하고, 흡착면 및 웨이퍼(W)의 이면의 간극으로 헬륨 가 스를 공급하는 동시에, 서셉터(12) 및 가스 도입 샤워 헤드(29)로 고주파 전력을 3분간×3사이클로 인가하여 포커스 링(24)의 온도의 포화치(이하, "포화 온도"라 함)를 측정했다.
그 후, 본 발명자는 계측한 포커스 링(24)의 포화 온도와, 열전도율 및 경도를 하기 표 1에 정리했다.
표 1
열전도율 W/m·K 경도 아스카 C 환산치 포화 온도 ℃
0.2 10 303
0.8 20 453.1
1.1 15 181.7
1.1 20 162.6
1.2 18 144.7
1.6 29 173.2
2.0 10 130.9
2.0 55 388
2.1 10 104.5
2.3 26 122.4
2.5 27 91.7
3.0 12 81.1
3.0 40 102
3.0 75 106.5
5.0 100 453
6.0 65 89.1
6.0 95 157.3
15.0 20 62.2
17.0 20 55.8
그리고, 우선, 열전도율 및 포화 온도의 관계를 도 2에 그래프로 도시했다.
도 2의 그래프에 의하면, 전체로서 열전도율이 0.8인 경우에 포화 온도가 453.1℃로 되는 경우, 열전도율이 2.0인 경우에 포화 온도가 388℃로 되는 경우와 열전도율이 5.9인 경우에 453℃로 되는 경우가 있고, 포커스 링(24)의 온도를 포화 온도 역치(225℃) 이하로 고정하기 위한 열전도율의 명확한 기준을 얻을 수 없었다.
이어서, 본 발명자는 경도 및 포화 온도의 관계를 도 3의 그래프에 도시했다.
도 3의 그래프에 의하면, 경도가 20일 경우에 포화 온도가 453.1℃로 되는 경우, 경도가 55인 경우로 포화 온도가 388℃로 되는 경우나 경도가 100일 경우에 453℃로 되는 경우가 있고, 포커스 링(24)의 온도를 포화 온도 역치 이하로 고정하기 위한 경도의 명확한 기준을 얻을 수 없었다.
본 발명자는 포커스 링(24)의 온도를 포화 온도 역치 이하로 고정할 수 없었던 경우에 대해서 검토한 바, 어느 경우도 열전도율은 크지만 경도도 큰 경우나, 경도는 작지만 열전도율도 작은 경우 경우에 상당하는 것을 발견했다. 그래서, 본 발명자는 열전도율에 관한 경도의 비에 주목하고, 열전도율에 관한 비 및 포화 온도의 관계를 구하고, 하기 표 2에 정리하는 동시에, 열전도율에 관한 경도의 비 및 포화 온도의 관계를 도 4에 그래프로 도시했다.
표 2
경도/열전도율 포화 온도 ℃
50 303
25.0 453.1
13.6 181.7
18.2 162.6
15.0 144.7
18.1 173.2
5.0 130.9
27.5 388
4.8 104.5
11.3 122.4
10.8 91.7
4.0 81.1
13.3 102
25.0 106.5
20.0 453
10.8 89.1
15.8 157.3
1.3 62.2
1.2 55.8
도 4의 그래프에 의하면, 열전도율에 관한 경도의 비가 20 미만이면, 포커스 링(24)의 온도를 포화 온도 역치 이하로 고정할 수 있는 것을 알았다.
또한, 본 발명자는 열전도율에 관한 경도의 비가 20 미만의 열전도 시트(39)를 이용하여 서셉터(12) 및 가스 도입 샤워(29)에 고주파 전력을 3분간×3사이클로 인가했을 때의 각 사이클에 있어서 포커스 링(24)의 포화 온도를 측정한 바, 각 포화 온도의 차가 ±30℃ 이하인 것을 확인했다.
즉, 열전도 시트(39)에 있어서 W/m·K로 표시되는 열전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만이면, 포커스 링(24)의 온도를 포화 온도 역치 이하로 고정할 수 있는 동시에, 각 고주파 전력 인가 사이클에 있어서 포커스 링(24)의 포화 온도의 차를 ±30℃ 이하로 고정할 수 있는 것을 알았다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 전열 구조체를 구비하는 기판 처리 장치의 개략 구성을 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 있어서 열전도 시트의 열전도율 및 포커스 링의 포화 온도의 관계를 도시한 그래프,
도 3은 도 1에 있어서 열전도 시트의 경도 및 포커스 링의 포화 온도의 관계를 도시한 그래프,
도 4는 도 1에 있어서 열전도 시트의 열전도율에 관한 경도의 비 및 포커스 링의 포화 온도의 관계를 도시한 그래프,
도 5는 부착하는 폴리머의 막 두께와 부착 대상물의 온도의 관계를 도시한 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 처리 장치 11 : 챔버
12 : 서셉터 22 : 정전 척
24 : 포커스 링 25 : 냉매실
39 : 열전도 시트 S : 처리 공간
W : 웨이퍼

Claims (3)

  1. 감압 환경하에서 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리실내에 배치된 전열 구조체에 있어서,
    플라즈마에 대하여 노출되는 노출면을 갖는 소모 부품과,
    상기 소모 부품을 냉각하는 냉각 부품과,
    상기 소모 부품 및 상기 냉각 부품 사이에 배치되고, 또한 겔형 물질로 이루어지는 열전도 부재를 구비하고,
    상기 열전도 부재에 있어서의 W/m·K에서 표시되는 열전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만인 것을 특징으로 하는
    전열 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소모 부품은 상기 기판의 외연을 둘러싸도록 배치되는 원환형 부재이고, 상기 냉각 부품은 상기 기판 및 상기 원환형 부재를 탑재하는 탑재대인 것을 특징으로 하는
    전열 구조체.
  3. 감압 환경하에서 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실내에 배치된 전열 구조체를 구비하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 전열 구조체는 플라즈마에 대해 노출되는 노출면을 갖는 소모 부품과, 상기 소모 부품을 냉각하는 냉각 부품과, 상기 소모 부품 및 상기 냉각 부품 사이에 배치되고, 또한 겔형 물질로 이루어지는 열전도 부재를 갖고,
    상기 열전도 부재에 있어서의 W/m·K로 표시되는 열전도율에 관한 아스카 C로 표시되는 경도의 비가 20 미만인 것을 특징으로 하는
    기판 처리 장치.
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