KR20080034796A - 기판 탑재대 및 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리장치의 가동 비용을 감소시키고 장치의 가동률을 향상시키는 것이 가능한 기판 탑재대. 기판 탑재대로서의 하부 전극이 장치의 챔버 내에 배치되고, 하부전극 내에 정전 척이 통합되어 있다. 정전 척의 측벽상에 용사피막으로서 1000 내지 2000㎛ 범위의 막 두께를 갖는 예컨대 산화이트륨 막 등의 주기율표의 3 A족 원소의 산화막이 형성된다.
정전 척, 플라즈마 처리장치, 용사 피막, 기판 탑재대

Description

기판 탑재대 및 플라즈마 처리장치{SUBSTRATE STAGE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 기판 탑재대 및 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 특히, 기판의 주위를 둘러싸도록 포커스 링이 설치된 기판 탑재대 및 이 기판 탑재대를 포함하는 반도체 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는, 기판으로서의 웨이퍼에 에칭 등의 플라즈마 처리를 실시하는 것으로서, 웨이퍼를 수용하는 수용실(chamber)과, 이 수용실내에 배치되어 웨이퍼가 장착되도록 된 탑재대를 포함한다. 이 탑재대의 웨이퍼 탑재면에는, 웨이퍼를 흡착 유지하기 위한 정전 척이 배치된다. 정전 척은, 도전성 재료로 이루어지고, 그 전체 주위에 용사 피막(sprayed coating)이 형성되어 있다. 이 플라즈마처리장치는 수용실내에 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마를 이용하여 정전 척에 의해 흡착 유지된 웨이퍼를 에칭처리할 수 있다.
어떤 플라즈마 처리장치에는, 탑재대에 탑재된 웨이퍼의 주위를 둘러싸도록, 포커스 링이라 칭하는 링 형상의 부재가 구비되어 있다. 이 포커스 링의 사용 목적은, 플라즈마를 가두고, 웨이퍼의 피처리면 내의 바이어스 전위의 가장자리면 효 과(edge surface effect)에 의해 발생되는 불연속성을 완화하여, 웨이퍼의 중앙부뿐만아니라 웨이퍼의 주연부에 있어서도, 균일하고 양호한 처리를 할 수 있도록 하는 것이다.
종래의 포커스 링은, 그 상측면이 웨이퍼의 피처리면과 거의 동일한 높이에 위치하도록 배치된다. 그 결과, 포커스 링의 윗쪽에는, 웨이퍼의 피처리면 위에 형성된 것과 거의 동일한 전계가 형성되어, 웨이퍼의 피처리면 내의 바이어스 전위의 가장자리면 효과에 의해 발샹되는 불연속성을 완화시킨다. 그 결과, 웨이퍼의 피처리면 윗쪽과 포커스 링의 윗쪽에, 높이가 거의 동일한 플라즈마 쉬즈(plasma sheath)가 형성된다. 이러한 플라즈마 쉬즈의 존재에 의해서, 웨이퍼의 주연부에 서도, 이온이 웨이퍼의 피처리면에 대하여 수직으로 입사하여, 웨이퍼의 피처리면상에서 균일하고 양호한 처리를 실현하는 것을 가능하게 한다(예컨대, 일본 특허 공표 2003-503841 호 공보 참조).
그러나, 종래의 포커스 링을 사용하는 경우, 웨이퍼와 포커스 링이 거의 동일 전위로 되어있기 때문에, 웨이퍼의 주연부와 포커스 링의 내주부의 사이에서 이온이 웨이퍼의 후면측에 침입하기 쉬운 상태가 된다. 이 웨이퍼의 후면측에 침입한 이온에 의해, 웨이퍼의 주연부의 후면측에 CF 계 폴리머 등이 부착될 수 있는 문제가 발생한다.
이 문제를 해결하기 위해서, 유전체로 이루어지는 링 형상의 하측부재와, 이 하측부재의 상부에 배치되고 도전성 재료로 이루어지는 링형상의 상측부재로 구성되는 포커스 링이 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 2005-277369 호 공보 참조). 도 4(a)는, 해당 포커스 링이 탑재대의 상면의 정전 척에 설치된 상태를 설명하는 확대 단면도이다. 정전 척(36)상의 포커스 링(19)에는, 상측부재(21)의 윗면의 내주측에 웨이퍼(W)의 이면보다 낮은 평탄부(21a)가 형성되어 있다. 상측 부재(21)의 윗면의 외주측에는, 웨이퍼의 피처리면보다 높은 평탄부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 하측부재(20)상에는, 배치된 상측부재(21)와 웨이퍼(W)의 주연부 (E)의 사이에, 소정의 간극이 형성되도록 상측부재(21)가 배치된다.
이 포커스 링(19)을 사용하면, 웨이퍼(W)와 상측부재(21)의 사이에 소정의 전위차를 형성할 수 있다. 이 전위차에 의해서 형성되는 전계의 작용에 의해 이온의 이동 경로를 변경하여, 이온이 웨이퍼(W)의 주연부(E)의 이면측으로 이동하지 않도록 하여, 이온의 존재에 기인하여 웨이퍼(W)의 주연부(E)의 이면측에 CF 계 폴 리머 등이 부착하는 것을 억제할 수 있다.
도 4(a)에 도시된 거소가 같은 유전체로 이루어지는 하측부재(20)와 도전성 재료로 이루어지는 상측부재(21)로 구성된 포커스 링(19)을 사용함으로써, 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)의 주연부(E)의 이면측에 CF 계의 폴리머의 부착을 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이 형성된 전계의 작용에 의해, 이온(I)의 이동 경로가 변경되어 이온(I)이 정전 척(36)의 측면에 입사하도록 한다. 척(36)의 측면에 입사한 이온(I)은, 이 측면에 형성된 용사 피막(37)을 스퍼터링(sputtering)해서 소모한다. 그리고, 장치 내에서의 플라즈마 처리의 처리시간이 경과함에 따라서, 척(36)의 측면에 형성된 용사피막(37)은 서서히 소모한다. 최종적으로는, 정전 척(36)내부의 도전성부재가 처리 공간에 노출된다. 도전성 부재가 처리 공간에 노출되면, 원치 않는 이상방전 등이 발생할 수 있다. 웨이퍼(W)상에 정상적인 플라즈마 처리를 실시하기 위해서는 정전 척(36)을 교환해야만 한다.
정전 척의 용사피막의 구성성분으로서 알루미나(A12O3)가 이용되었다. 알루미나로 이루어진 용사피막은 이온의 스퍼터링에 의해서, 최대 2.4㎛/h의 속도로 소모한다. 통상, 정전 척의 측면에 형성된 알루미나의 막 두께는 200∼500㎛ 이기 때문에, 플라즈마 처리를 수백 시간 실행한 후마다 정전 척을 교환해야만 한다. 이에 의해서, 장치의 가동 비용이 증가하고, 장치의 가동률이 저하한다고 하는 문제가 발생한다.
본 발명은, 장치의 운전 비용을 저감시키고 또한 가동률을 향상시킬 수 있는 기판탑재대 및 이것을 구비한 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 형태에 의하면, 플라즈마 처리될 기판이 장착되도록 된 기판 탑재대에 있어서, 기판 탑재대상에 장착된 기판의 외주를 둘러싸는 포커스 링이 장착되도록 되어 있는 포커스 링 설치부와, 상기 포커스 링 설치부의 내측 위치에서 포커스 링 설치부를 지나 돌출한 기판 탑재부를 포함하고, 상기 기판 탑재부는, 상부에 기판을 흡착 유지하는 탑재면을 갖는 정전 척을 구비하고, 그의 측면에는 소정의 막 두께를 가지며 주기율표의 3 A족 원소로 이루어진 산화막이 형성되는, 기판 탑재대가 제공된다.
본 발명의 기판 탑재대에 의하면, 포커스 링 설치부보다도 돌출한 기판 탑재부는, 측면에 소정의 막 두께를 가지며 주기율표의 3A족 원소의 산화막이 형성된다. 3A족 원소의 산화막은 내 플라즈마성이 높다. 따라서, 장시간에 걸친 플라즈마 처리에서도, 포커스 링 설치부의 측면에 형성된 산화 막이 완전히 깎이는 일이 없다. 그 결과, 종래에서는 플라즈마 처리를 수백 시간 실행한 후마다 정전 척의 교환이 필요했던 것과는 달리, 종래의 장치에서의 플라즈마 처리 실행 시간보다 수배 더 긴 시간동안 플라즈마 처리를 실행한 후에도, 정전 척의 교환이 필요치 않으며, 이에 의해서 장치의 운전 비용을 저감시키고 또한 가동률을 향상시킬 수 있다.
산화막은 포커스 링 설치부의 포커스 링의 탑재면을 피복하도록 포커스 링 설치부에 형성된 피막보다도 두꺼울 수 있다.
이 경우, 산화 막은 포커스 링 설치부의 포커스 링 탑재면을 덮는 피막보다 두껍다. 다시 말해서, 포커스 링설치부에는 피막이 얇게 형성되어 있어, 기판 탑재대에 의한 포커스 링의 냉각효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
포커스 링은, 유전체로 이루어지는 링 형상의 하측부재와, 이 하측부재의 상부에 배치되고 도전성 재료로 이루어지는 링 형상의 상측부재로 이루어질 수 있고, 그리고 상측부재는, 포커스 링이 포커스 링 설치부에 배치될 때 기판의 이면보다 높이가 낮도록 상측부재의 상면의 내주측에 형성된 제1 평탄부와, 기판의 피처리면 보다 높이가 높게 되도록 상측부재의 상면의 외주측에 형성된 제2 평탄부를 갖는다.
이 경우, 포커스 링은 유전체로 이루어지는 링 형상의 하측부재와 이 하측 부재의 상부에 배치되고 도전성 재료로 이루어지는 링 형상의 상측부재로 이루어진다. 또한, 상측부재는 기판의 이면보다 낮은 높이에서 상측부재의 상면의 내주에 형성되는 제1 평탄부와, 기판의 피처리면보다 높은 높이에서 상측부재의 상면의 외주측에 형성되는 제2 평탄부를 포함한다. 그 결과, 기판의 주연부와 상측부재의 사이에 소정의 전위차가 발생한다. 전위차에 의해서 형성되는 전계의 작용에 의해, 이온의 이동 경로가 변경되어, 이온이 기판의 주연부의 이면측으로 이동하는 것이 억제되어, 이온의 존재에 기인하는 기판의 주연부의 이면측에서의 CF계 폴리머 등의 부착을 억제하는 것이 가능하다.
기판 탑재부가 포커스 링 설치부를 지나 적어도 5mm 돌출하게 할 수 있다.
이 경우, 기판 탑재부는 포커스 링 설치부보다 5㎜ 이상 돌출하게 된다. 그 결과, 유전체로 이루어지는 링형상의 하측부재와 도전성재료로 이루어지는 링형상의 상측부재로 구성되는 포커스 링과 기판간의 위치관계를 최적으로 설정하는 것이 가능하여, 기판의 주연부와 상측부재의 사이에 소정의 전위차의 발생을 보장할 수 있다.
소정의 막 두께 범위는 1000 내지 2000㎛일 수 있다.
이 경우, 주기율표의 3A족 원소의 산화막은 1000 내지 2000㎛ 범위의 소정의 막 두께를 갖는다. 그 결과, 장치내에서 플라즈마 처리를 수천 시간, 구체적으로는 3000시간 실행하더라도, 기판 탑재부의 측면에 입사한 이온의 스퍼터링에 의해서, 소정의 막 두께의 산화막은 완전히 깎이는 일이 없다.
산화막은 산화이트륨으로 이루어질 수 있다.
이 경우, 산화막은 산화이트륨으로 이루어진다. 기판 탑재부의 측면에 형성된 산화이트륨은 측면에 입사한 이온의 스퍼터링에 의해서 마모된다. 산화이트륨은 알루미늄을 함유하고 있지 않기 때문에, 알루미늄을 포함하는 이물질이 처리공간에 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에 의하면, 본 발명의 제 1 형태에 따르는 기판 탑재대를 포함하는 플라즈마 처리장치가 제공된다.
본 발명의 기판 탑재대를 구비하는 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 상술한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 추가의 특징들은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 하기의 설명으로부터 명확하게 이해될 것이다.
이하, 바람직한 실시예를 도시하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명할 것이다.
우선, 본 발명의 실시예에 따르는 플라즈마 처리장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 실시예의 플라즈마 처리장치의 개략구성을 나타내는 단면도이다.
도 1에서, 플라즈마 처리장치(10)는, 반도체 장치용의 웨이퍼(W)(이하, "웨이퍼(W)"라고 함)에 플라즈마처리, 예컨대, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching)처리를 실시하는 에칭 처리장치로서 구성되고, 그리고 처리실로 사용되며 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속으로 이루어지는 챔버(11)를 포함한다.
이 챔버(11)내에는, 기판 탑재대로서의 하부 전극(12)이 배치된다. 이 하부 전극(12)은, 예컨대 직경이 300 mm인 웨이퍼(W)를 탑재하도록 되어 있고, 또한 전극(12)에 탑재된 웨이퍼(W)와 동시에 챔버(11)내에서 수직방향으로 이동하도록 배열되어 있다. 이 하부전극(12)과 대향하도록 챔버(11)의 천장부에 샤워 헤드(13)가 배치되어, 챔버(11)내에 후술하는 처리가스를 공급하도록 되어 있다. 하부전극(12)은 포커스 링 설치부(39)(도 2(a) 및 2(b) 참조)와 웨이퍼 탑재부(40)(도 2(a) 및 2(b) 참조)를 구비하며, 포커스 링 설치부(39)상에는, 하부 전극(12)에 탑재된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 후술하는 포커스 링(19)이 설치되고, 웨이퍼 탑재부(40)는, 포커스 링 설치부(39)의 내측에 있어서 해당 포커스 링 설치부(39)보다도 5mm 이상 상방향으로 돌출하도록 배치된다.
하부 고주파전원(14)이 하부 정합기(15)를 거쳐서 하부전극(12)에 접속되어, 소정의 고주파 전력을 하부전극(12)에 공급한다. 또한, 하부 정합기(15)는, 하부전극(12)으로부터의 고주파 전력의 반사를 저감하여 하부전극(12)으로의 고주파 전력의 입사효율을 최대로 한다.
하부전극(12)의 윗쪽에는, 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 흡착하기 위한 정전 척(ESC)(16)이 배치되어 있고, 이 정전 척(16)은 전극막이 적층되어 이루어지는 ESC 전극판(17)을 내장하고 있다. ESC 전극판(17)에는 직류전원(18)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(16)은, 직류전원(18)으로부터 ESC 전극판(17)에 인가된 직류전압에 의해 발생하는 쿨롱 힘 또는 존슨 라벡(Johnsen-Rahbek) 힘에 의해서 웨이퍼(W)를 그 상면에 흡착 유지한다. 정전 척(16)의 주변에 포커스 링(19)이 배치된다. 이 포커스 링(19)은, 이산화규소(SiO2) 등의 유전체로 이루어지는 링 형상의 하측부재(20)와, 이 하측부재(20)상에 배치되고 실리콘(Si) 등의 도전재로 이루어지는 링형상의 상측부재(21)로 구성된다. 포커스 링(19)은 하부전극(12)의 위에 발생한 플라즈마를 웨이퍼(W)의 피처리면을 향해서 균일하게 수속시킬 수 있다.
하부전극(12)의 하부에는, 하부전극(12)의 하부로부터 아래쪽으로 향해서 연장된 지지체(23)가 배치되어 있다. 이 지지체(23)는 하부전극(12)을 지지하여, 도시하지 않은 볼 나사의 회전에 의해서 하부전극(12)을 수직방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 지지체(23)는 커버(24, 25)로 덮여져서, 챔버(11)내의 분위기로부터 차단된다.
챔버(11)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반출입구(26)와 배기부(27)가 마련된다. 웨이퍼(W)는, 플라즈마 처리장치(10)에 인접하게 배치되어 있는 LLM(로드록 모듈)(load lock module)(도시하지 않음)의 반송 아암(도시하지 않음)에 의해서 반출입구(26)을 거쳐서 챔버(11)내로 반출입될 수 있다. 배기부(27)는, 배기 매니폴드, APC(자동 압력 제어)(Automatic Pressure Contro1)밸브, DP(건식 펌프)(Dry Pump), TMP(터보 분자 펌프)(turbo molecular pump)등(모두 도시하지 않음)으로 이루어지는 배기계에 접속된다. 챔버(11) 내의 공기 등은 이 배기부(27)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.
이 플라즈마 처리장치(10)에서는, 챔버(11)내로 웨이퍼(W)가 반입되는 경우, 하부전극(12)이 반출입구(26)와 같은 높이까지 하방향으로 이동한다. 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리가 실시되는 경우, 하부전극(12)이 웨이퍼(W)의 처리위치까지 상승한다. 도 1은 챔버(11)내로 웨이퍼(W)가 반입되는 경우에 있어서의 반출입구(26)와 하부전극(12)의 위치관계를 나타내고 있다.
또한, 샤워헤드(13)는, 하부전극(12) 위에 형성된 처리 공간(S)에 면한 다수의 가스 통과 구멍(28)을 갖는 원판형상의 상부전극(CEL)(29)과, 이 상부전극(29)의 위에 배치되고 상부전극(29)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(30)를 갖는다. 또한, 상부전극(29)은, 처리 공간(S)에 대향하고 또 밀봉 링(35)의 내주부로 덮인 외주부를 갖는 면을 구비한다. 밀봉 링(35)은 챔버(11)의 천장부에 배치된 환형 부재이다. 이 밀봉 링(35)은, 예컨대, 석영 등으로 이루어지고, 스크류(도시 안됨)를 플라즈마로부터 보호한다. 이들 스크류는 상부 전극(29)의 외주부상에 배치되고, 그리고 상부 전극(29)을 챔버(11)의 천정부에 고정시키는데 사용된다.
상부전극(29)에는, 상부 정합기(32)를 거쳐서 상부 고주파 전원(31)이 접속되어 있다. 이 상부 고주파 전원(31)은, 소정의 고주파 전력을 상부전극(29)에 공급할 수 있다. 또한, 상부 정합기(32)는, 상부전극(29)으로부터의 고주파전력의 반사를 저감하여 상부전극(29)으로의 고주파전력의 입사효율을 최대화할 수 있다.
전극 지지체(30)의 내부에는 버퍼실(33)이 마련되고, 이 버퍼실(33)에는 처리가스 도입관(도시하지 않음)이 접속되어 있다. 버퍼실(33)에는, 예컨대, 처리가스 도입관으로부터, 산소가스(O2),아르곤가스(Ar)및 4불화탄소(CF4)의 단독 또는 조합으로 이루어지는 처리가스가 도입되고, 도입된 처리가스는 가스 통과 구멍(28)을 거쳐서 처리 공간(S)에 공급된다.
이 플라즈마 처리장치(10)의 챔버(11)내에는, 상술한 바와 같이, 하부전극(12)및 상부전극(29)에 고주파전력이 인가된다. 고주파 전력이 인가되면, 처리 공간(S)에서 처리가스로부터 이온이나 래디컬 등으로 구성되는 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마는, 포커스 링(19)에 의해서 웨이퍼(W)의 피처리표면상에 균일하게 수속되어, 웨이퍼(W)의 피처리면을 균일하게 물리적 또는 화학적으로 에칭한다.
도 2(a) 및 2(b)는, 정전 척의 측벽부 부근의 개략구성을 나타내는 확대 단면도 이며, 도 2(a)는 도 1에 있어서의 A 부의 확대단면도 이고, 도 2(b)는 도 1의 플라즈마 처리장치(10)에 있어서 종래의 정전 척이 배치된 경우에 있어서의 A 부의 확대 단면도이다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 정전 척(16)의 주연에는, 상술한 바와 같이 하측부재(20)와 상측부재(21)로 구성되는 포커스 링(19)이 배치된다. 상측부재(21)의 상측면의 내주부상에는, 정전 척(16)에 의해 흡착 유지된 웨이퍼(W)의 이면보다 낮은 높이에 배치된 평탄부(21a)(제 1 평탄부)가 형성되어 있다. 상측 부재(21)의, 상측면의 외주부에는, 웨이퍼(W)의 피처리면보다 높은 위치에 평탄부(도 1참조)(제 2 평탄부)가 형성되어 있다. 또한, 상측부재(21)와 웨이퍼(W)의 주연부(E)의 사이에는, 소정의 간격이 형성된다. 또, 상술한 바와 같이, 포커스 링 설치부(39)의 내측에 배치된 웨이퍼 탑재부(40)가 포커스 링 설치부(39)를 지나 5mm 이상 돌출하고 있기 때문에, 해당 포커스 링(19)과 웨이퍼(W) 간의 위치관계를 최적으로 설정할 수 있다. 구체적으로는, 평탄부(21a)와 웨이퍼(W)의 이면과의 간격을 최적값으로 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이 플라즈마 처리장치(10)의 챔버(11)내에서는, 이온이나 래디컬 등으로 구성되는 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마는, 포커스 링(19)에 의해서 웨이퍼(W)의 피처리면상에 수속되어, 웨이퍼(W)의 피처리면을 물리적 또는 화학적으로 에칭한다. 이 때, 도전성 재료로 이루어지는 상측부재(21)는, 유전체로 이루어지는 하측부재(20)에 의해서 정전 척(16)으로부터 절연되어, 이에 따라, 해당 포커스 링(19)의 상측부재(21)와 웨이퍼(W)의 주연부(E)의 사이에 소정의 전위차가 발생한다. 전위차에 의해서 형성되는 전계의 작용에 의해 이온의 이동 경로가 변경되어, 이온이 웨이퍼(W)의 주연부(E)의 이면측으로 이동하는 것을 억제함으로써, 이온의 존재에 기인하여 웨이퍼(W)의 주연부(E)의 이면측에 CF계 폴리머 등이 부착되는 것을 억제하는 것이 가능하다.
그러나, 형성된 전계의 작용에 의해, 이동 경로가 변경된 이온이 정전 척(16)의 측벽(측면)에 입사한다. 입사된 이온은 척(16)의 측벽에 형성된 용사피막을 스퍼터링하고 마모하여, 용사피막이 소모된다. 측벽에 형성된 용사 피막이 완전히 마모되어 정전 척(16)내부의 도전성 부재가 처리 공간(S)에 노출되면, 도전성부재의 노출에 의해 바람직하지 않은 이상 방전등이 야기될 수 있다. 웨이퍼(W)에 정상적인 플라즈마 처리를 지속하기 위해서는 정전 척(16)의 교환이 필요하다.
본 실시예에서는, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 정전 척(16)의 측벽에 용사피막으로서 주기율표에 있어서의 3A족 원소의 산화막, 예컨대 산화이트륨(Y2O3)막(38)을 형성하여, 산화이트륨 막(38)의 막 두께(L1)가 1000∼2000㎛의 범위가 되도록 한다.
이와 반대로, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이 종래의 정전 척(36)의 측벽에는, 막 두께의 범위가 200 내지 500㎛인 예컨대 알루미나(Al2O3) 등의 용사 피막이 형성되어 있다.
알루미나에 비해서, 주기율표에 있어서의 3A족 원소의 산화막은 이온에 의해서 스퍼터되기 어렵기 때문에 내플라즈마성이 높다. 보다 구체적으로는, 알루미나 막(37)은 상술한 이온의 스퍼터에 의해서 최대 2.4㎛/h의 속도로 마모되는 한편, 산화이트륨 막(38)은 이온의 스퍼터에 의해서 최대 0.74㎛/h의 속도로 깎여지는 것에 불과하다. 따라서, 용사피막으로서 산화이트륨 막(38)을 형성함으로써, 정전 척(16)내부의 도전성부재의 노출을 대폭 지연시킬 수 있다.
또, 본 실시예의 정전 척(16)은, 그 직경(L2)이 종래의 정전 척(36)의 직경 (L4)과 동일하게 되도록 구성되어 있고, 또한 웨이퍼(W)에 대한 종래의 정전 척(36)과 동일한 기능을 갖고 있다.
본 실시예에 있어서, 정전 척(16)의 포커스 링 설치부(39)에도, 예컨대 알루미나 또는 산화이트륨으로 이루어지는 용사피막이 형성되어 있다. 여기서, 정전 척(16)에 의한 포커스 링(19)의 냉각효율을 저하시키지 않게 하기 위해서는, 용사피막을 두텁게 형성하지 않는 것이 바람직하다. 예컨대, 종래 기술과 마찬가지로 용사 피막을 200∼500㎛의 범위의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 정전 척(16)의 측벽에 형성되는 용사피막은 포커스 링 설치부(39)의 포커스 링 탑재면을 피복하는 용사 피막보다도 두껍다.
이하, 편의상 상술한 도 2(a)에 나타내는 본 실시예를 작용예라 칭하고, 도 2(b)에 나타내는 종래의 형태를 종래 기술의 예라고 한다.
다음에, 작용예와 종래 기술의 예를 비교한다.
[작용예]
상술한 바와 같이, 플라즈마 처리장치(10)의 챔버(11)내에서는, 이온이나 래디컬 등으로 구성되는 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 중의 이온은 정전 척(16)의 측벽에 입사한다. 입사한 이온은 정전 척(16)의 측벽에 용사피막으로서 형성된 산화이트륨 막(38)을 스퍼터링하여 마모한다. 도 3에 검은 마름모 기호로 나타낸 바와 같이, 플라즈마 처리 시간(RF 시간(hr))의 경과에 따라 산화이트륨 막(38)의 마 모량(측벽 마모(㎛))을 계측하였다.
[종래 기술의 예]
작용예와 같이, 도 3에 검은 사각형 기호로 나타낸 바와 같이, 플라즈마 처리의 처리시간(RF 시간(H))의 경과에 따라 알루미나 막(37)의 마모량을 측정하였다.
도 3의 그래프로부터, 종래 기술의 예에서 정전 척(36)의 측벽에 형성된 알루미나 막(37)은 플라즈마처리가 수 천시간 실행되면 완전히 마모되었다. 한편, 작용예의 정전 척(16)의 측벽에 형성된 산화이트륨 막(38)은 플라즈마처리가 수 천시간 실행되더라도 완전히 마모되지 않았다. 약 1400시간 동안의 플라즈마 처리 실시 후에, 약 200㎛의 측벽 마모량이 측정되었다. 이로부터, 플라즈마 처리가 3000시간 실행되더라도 1000㎛ 미만의 측벽 마모량이 미만이 되고, 측벽의 역할을 하는 산화이트륨 막(38)(막 두께(L1)의 범위가 1000 내지 2000㎛임)이 완전히 제거되지 않는 것으로 추정되었다.
본 실시예에 의하면, 정전 척(16)의 측벽에 1000∼2000㎛의 범위의 막 두께의 산화이트륨 막(38)을 형성하기 때문에, 장치 내에서 플라즈마처리를 수 천시간, 구체적으로는 3000시간 실행하더라도, 측벽에 입사한 이온의 스퍼터링에 의해서 완전히 깎이지는 않는다. 그 결과, 플라즈마처리를 수 천시간 실행한 후마다 정전 척(36)의 교환이 필요했던 종래 기술의 예와는 달리, 본 실시예에서는 플라즈마처리를 3000시간 실행하더라도 정전 척(16)의 교환이 필요하지 않기 때문에, 장치의 가동 비용이 절감되고 또 가동률을 향상시킬 수 있다.
정전 척의 측벽에 형성하는 산화이트륨 막은 반드시 1000∼2000㎛의 범위에 속하는 막 두께로 할 필요는 없다는 점에 유의해야 한다. 산화이트륨 막은 2000㎛ 이상의 막 두께를 가질 수도 있다. 본 발명자들은, 2700㎛의 막 두께의 산화이트륨 막을 측벽에 형성한 정전 척을 110℃로 가열했을 때에 해당 정전 척에 크랙이 발생하는 한편, 2000㎛의 막 두께의 산화이트륨 막을 측벽에 형성한 정전 척을 110℃로 가열했을 때는 정전 척에 크랙이 발생하지 않는 다는 것을 확인하였다. 정전 척의 목표수명의 설정 등의 관점으로부터, 산화이트륨 막의 막 두께가 1000∼2000㎛의 범위가 최적이라고 추정했다. 정전 척의 베이스(도전성 부재)의 표면에 금속 등의 언더코트(undercoat)를 형성함으로써, 2000㎛ 이상의 막 두께의 산화이트륨 막 등을 용이하게 형성할 수 있다고 예상된다.
종래 기술의 예에서는, 정전 척(36)의 측벽에 알루미나 막(37)이 형성되어 있고, 그 위에 형성된 알루미나 막(37)은 척의 측벽에 입사한 이온의 스퍼터링에 의해서 제거된다. 종래 기술의 예에서는, 알루미나 막(37)이 깎일 때에, 알루미늄(Al)을 함유하는 이물질, 예컨대 불화알루미늄(AlF3)이 처리 공간(S) 내에 발생하여 발생된 이물질이 웨이퍼(W)에 부착함으로써는, 최종적으로 조립되는 반도체 장치의 제품불량을 야기하는 문제가 있다.
한편, 정전 척(16)의 측벽에 산화이트륨 막(38)이 형성되어 있는 작용예에서는, 알루미늄을 포함하는 이물질이 처리 공간(S) 내에 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있는 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 플라즈마 처리장치의 개략구성을 나타내는 단면도,
도 2(a) 및 2(b)는 정전 척의 측벽 부근의 개략구성을 나타내는 확대 단면도로서, 도 2(a)는 도 1의 A 부의 확대 단면도이고, 도 2(b)는 도 1의 플라즈마 처리장치에 배치된 종래의 정전 척의 동일 부분의 확대 단면도,
도 3은, 본 실시예 및 종래 예에 있어서의 플라즈마 처리 처리시간의 경과에 따른 측벽 마모량의 측정 결과를 나타내는 그래프,
도 4(a) 및 4(b)는, 종래의 정전 척의 측벽 부근의 개략구성을 나타내는 확대단면도호서, 도 4(a)는 탑재대의 상면의 정전 척에 설치된 포커스 링의 확대 단면도이며, 도 4(b), 정전 척의 측벽이 해당 측벽에 입사한 이온의 스퍼터에 의해서 깎인 상태를 설명하는 확대 단면도.

Claims (7)

  1. 플라즈마 처리가 실시되는 기판을 탑재하도록 되어 있는 기판 탑재대에 있어서,
    상기 기판 탑재대상에 탑재된 기판의 주위를 둘러싸는 포커스 링이 설치되도록 되어 있는 포커스 링 설치부; 및
    상기 포커스 링 설치부의 내측 위치에서 상기 포커스 링 설치부보다도 돌출하도록 된 기판 탑재부를 포함하며,
    상기 기판 탑재부의 상부에는, 상기 기판을 흡착 유지하는 탑재면을 갖는 정전 척을 구비하고, 상기 기판 탑재부의 측면에는, 소정의 막 두께를 가지며 주기율표의 3A족 원소로 이루어진 산화막이 형성되는
    기판 탑재대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화막은 상기 포커스 링 설치부의 포커스 링 탑재면을 덮기 위해서 상기 포커스 링에 형성된 피막보다 두꺼운
    기판 탑재대.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링은, 유전체로 이루어지는 링 형상의 하측부재와, 상기 하측부 재의 상부에 배치되고 도전성 재료로 이루어지는 링 형상의 상측부재로 이루어지고,
    상기 상측부재는, 포커스 링이 상기 포커스 링 설치부에 설치되었을 때, 기판의 이면보다 낮은 높이에서 상측부재의 상면의 내주측에 형성된 제 1 평탄부와, 기판의 피처리면보다 높은 위치에서 상측부재의 상면의 외주측에 형성된 제 2 평탄부를 포함하는
    기판 탑재대.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 탑재부는 상기 포커스 링 설치부보다도 적어도 5mm 돌출하는
    기판 탑재대.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 막 두께는 1000 내지 2000㎛인
    기판 탑재대.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화막은 산화이트륨으로 이루어지는
    기판 탑재대.
  7. 플라즈마 처리가 실시되는 기판이 탑재되도록 되어 있는 기판 탑재대를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 기판 탑대재상에 탑재된 기판의 주위를 둘러싸는 포커스 링이 설치되도록 되어 있는 포커스 링 설치부; 및
    상기 포커스 링 설치부의 내측 위치에서 상기 포커스 링 설치부보다 돌출하도록 된 기판 탑재부를 포함하고,
    상기 기판 탑재부의 상부에는, 상기 기판을 흡착 유지하는 탑재면을 갖는 정전 척을 구비하고, 상기 기판 탑재부의 측면에는, 소정의 막 두께를 가지며 주기율표의 3A족 원소로 이루어진 산화막이 형성되는
    플라즈마 처리 장치.
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