KR20090084705A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20090084705A
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wafer
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positioning pin
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키요타카 이시바시
토시히사 노자와
신야 니시모토
신지 코모토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

재치대의 상면을 평활한 형상으로 용이하게 가공할 수 있고, 또한, 기판 주연부의 온도 저하도 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 처리 용기(20) 내로 공급된 처리 가스를 플라즈마화함으로써, 처리 용기(20) 내에서 기판(W)을 처리하는 플라즈마 처리 장치(5)로서, 처리 용기(20) 내에는, 기판(W)을 상면에 재치시키는 재치대(21)가 설치되고, 재치대(21)의 상면에는, 기판(W)의 주연부를 위치 결정하는 위치 결정 핀(25)이 복수 개소에 돌출되어 있으며, 위치 결정 핀(25)은, 재치대(21)의 상면에 형성된 오목부(26)에 삽입되어 있다. 위치 결정 핀(25)을 제거한 상태에서 재치대(21)의 상면을 평활한 형상으로 가공할 수 있다. 또한, 재치대(21)의 상면에 재치된 기판(W)의 주연부 근방에는 위치 결정 핀(25)밖에 존재하지 않으므로, 기판 주연부의 온도 저하도 방지할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 {PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 성막 처리 또는 에칭 처리하는 것으로서, 예를 들면 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치 또는 상부 전극과 하부 전극 사이에 고주파 전압을 부가하여 처리실 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 이상과 같은 플라즈마 처리 장치에서, 처리 용기 내에 설치된 재치대의 상면에, 기판의 주연부를 위치 결정하는 돌기를 복수 개소에 설치한 것이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본특허공개공보 2000-260851호
이상과 같은 플라즈마 처리 장치에서는, 예를 들면 정전 척을 이용하여 재치대의 상면에 기판을 흡착하는 것이 행해지고 있다. 이와 같이 정전 척을 이용하여 재치대의 상면에 기판을 흡착하는 경우, 기판 하면의 손상 등을 막기 위해서도, 흡착 시에 기판의 하면에 대해 밀착하게 되는 재치대의 상면은 가능한 한 평활(平滑)한 형상인 것이 바람직하다. 그러나, 재치대의 상면에 기판 위치 결정용의 돌기가 설치되어 있으면, 이들 돌기가 걸림돌이 되어 재치대의 상면을 연마 처리하는 것이 곤란해져, 재치대의 상면을 평활한 형상으로 가공하기 어려워지는 문제가 있다.
한편, 연마 처리하여 평활한 형상으로 가공한 재치대의 상면에 가이드 링을 싣고, 이 가이드 링의 내측에 기판을 재치시킴으로써, 기판을 위치 결정하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 기판 주연부를 가이드 링으로 둘러싼 경우, 처리 시에 기판 주연부의 온도가 가이드 링의 영향으로 낮아져, 예를 들면 성막 처리를 행한 경우에 기판 주연부의 성막률이 낮아지는 또 다른 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은, 재치대의 상면을 평활한 형상으로 용이하게 가공할 수 있고, 또한, 기판 주연부의 온도 저하도 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 처리 용기 내로 공급된 처리 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 처리 용기 내에서 기판을 처리하는 플라즈마 처 리 장치로서, 상기 처리 용기 내에는, 기판을 상면에 재치시키는 재치대가 설치되고, 상기 재치대의 상면에는, 기판의 주연부를 위치 결정하는 위치 결정 핀이 복수 개소에 돌출되어 있으며, 상기 위치 결정 핀은, 상기 재치대의 상면에 형성된 오목부에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 위치 결정 핀을 재치대의 상면에 형성된 오목부로부터 용이하게 제거할 수 있다. 이 때문에, 위치 결정 핀을 제거한 상태에서 재치대의 상면을 평활한 형상으로 가공할 수 있게 된다. 또한, 재치대의 상면에 재치된 기판의 주연부 근방에는 위치 결정 핀밖에 존재하지 않으므로, 기판 주연부의 온도 저하도 방지할 수 있게 된다.
이 플라즈마 처리 장치에서, 상기 재치대는, 상면에 재치된 기판을 흡착하는 정전 척용의 전극을 가지고 있어도 좋다.
또한, 위에서 본 상태에서, 상기 위치 결정 핀의 면적의 합계가, 상기 재치대의 상면에 재치된 기판의 주연부로부터 주위 15 mm의 영역 면적의 5% 이하여도 좋다.
또한, 상기 위치 결정 핀의 상부 주면(周面)은, 위로 갈수록 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 위치 결정 핀의 하부 주면은 원통 형상으로 형성되어 있으며, 상기 상부 주면과 상기 하부 주면과의 경계에 나타나는 각부(角部)는, 상기 재치대의 상면보다 낮은 위치에 있어도 좋다.
또한, 상기 오목부의 내주면 상단이 곡면으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 크기가 다른 복수의 기판에 대응하도록, 상기 재치대의 상면에 상기 오목부가 복수 조(組)로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명에 의하면, 처리 용기 내로 공급된 처리 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 처리 용기 내에서 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리 용기 내에는, 기판을 상면에 재치시키는 재치대가 설치되고, 상기 재치대의 상면의 주연부에는, 상기 재치대의 상면에 재치된 기판의 주연부로부터 떨어져서 배치되는 링 부재가 탈착 가능하게 재치되어 있으며, 상기 링 부재의 내주에는, 기판의 주연부를 위치 결정하는 위치 결정부가 복수 개소에 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 재치대는, 상면에 재치된 기판을 흡착하는 정전 척용의 전극을 가지고 있어도 좋다. 또한, 위에서 본 상태에서, 상기 위치 결정부의 면적의 합계가, 상기 재치대의 상면에 재치된 기판의 주연부로부터 주위 15 mm의 영역 면적의 5% 이하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 위치 결정 핀 또는 링 부재를 제거한 상태로 재치대의 상면을 연마 처리할 수 있고, 흡착 시에 기판의 하면에 대해 밀착하게 되는 재치대의 상면을 용이하게 평활한 형상으로 가공할 수 있게 된다. 또한, 재치대의 상면에 기판을 재치시켜 처리할 때에는, 기판의 주연부 근방에 위치 결정 핀 또는 위치 결정부 밖에 존재하지 않으므로, 기판 주연부의 온도 저하도 방지할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(5)를 구비한 플라즈마 처리 시스템(1)의 평면도이다. 이 플라즈마 처리 시스템(1)은, 기판으로서의 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리 시스템(1)에 대해 반입출시키는 반입출부(2), 반입출부(2)에 인접시켜 설치된 2 개의 로드록실(3), 각 로드록실(3)에 각각 인접시켜 설치된 반송실(4), 반송실(4)의 주위에 배치된 복수의 플라즈마 처리 장치(5)로 구성되어 있다. 각 플라즈마 처리 장치(5)와 반송실(4)의 사이에는, 게이트 밸브(6)가 설치되어 있다.
반송실(4)에는, 로드록실(3)과 각 플라즈마 처리 장치(5)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 반입출시키는 반송 장치(10)가 설치되어 있다. 반송 장치(10)는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 한 쌍의 반송 암(11)을 가지고 있다. 반송실(4)의 내부는 진공 흡인할 수 있도록 있다. 즉, 반송실(4) 내를 진공 상태로 함으로써, 로드록실(3)로부터 취출된 웨이퍼(W)를 각 플라즈마 처리 장치(5)로 반송할 수 있고, 각 플라즈마 처리 장치(5)로부터 반출한 웨이퍼(W)를 로드록실(3)로 되돌릴 수 있다. 이 때문에, 각 플라즈마 처리 장치(5) 내를 진공으로 유지한 채로, 웨이퍼(W)의 반입·반출을 행할 수 있다.
반입출부(2)에는 카세트(15)가 인접하여 놓여져 있으며, 이 카세트(15)로부터 반입출부(2)에 의해 취출된 웨이퍼(W)가 로드록실(3)으로 전달된다. 또한, 로드록실(3)로부터 반입출부(2)에 의해 취출된 웨이퍼(W)가 카세트(15)로 되돌려진다. 반입출부(2)의 측방에는, 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라이먼트 기구(16)가 설치되어 있다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(5)의 개략적인 구성을 나타낸 종단면도이다. 도 3은, 이 플라즈마 처리 장치(5)가 구비하는 재치대(21)의 평면도이다.
이 플라즈마 처리 장치(5)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어진, 상부가 개구된 바닥이 있는 원통 형상의 처리 용기(20)를 구비하고 있다. 후술하는 바와 같이, 이 처리 용기(20)의 내부에서, 웨이퍼(W)가 플라즈마 처리된다. 처리 용기(20)는 전기적으로 접지되어 있다.
처리 용기(20) 내의 저부(底部)에는, 웨이퍼(W)를 상면에 재치시키는 원통 형상의 재치대(서셉터)(21)가 설치되어 있다. 재치대(21)는, 예를 들면 질화알루미늄으로 이루어지고, 그 내부에는, 히터 등의 온도 조절 기구(22)가 설치되어 있다. 이 온도 조절 기구(22)에 의해, 재치대(21) 상의 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 온도 조절하는 것이 가능하다.
재치대(21)에는, 정전 척(ESC)용의 전극(23)이 내장되어 있다. 재치대(21)의 상면에 웨이퍼(W)를 재치시킨 때에는, 온도 조절 기구(22)에 의한 온도 조절이 정밀도 좋게 행해지도록 전극(23)에 전압이 인가되어, 웨이퍼(W)와 재치대(21)의 사이 에 정(正)·부(負)의 전하가 발생되게 된다. 그리고, 웨이퍼(W)와 재치대(21)의 사이에 작용하는 존슨 라벡력(Johnson-Rahbek force)에 의해, 웨이퍼(W)는 재치대(21)의 상면에 견고하게 흡착된다.
이와 같이, 웨이퍼(W)의 하면 전체는, 재치대(21)의 상면에 밀착하도록 재치되므로, 흡착 시에 웨이퍼(W)의 하면에 대해 밀착하게 되는 재치대(21)의 상면은 가능한 한 평활한 형상인 것이 바람직하다. 이 때문에, 재치대(21)의 상면은, 연마 처리에 의하여, 평활한 형상으로 가공 처리되어 있다.
재치대(21)의 상면에는, 복수의 위치 결정 핀(25)이 재치대(21)의 상면으로부터 상방으로 돌출되어 설치되어 있다. 이 예에서는, 3 개의 위치 결정 핀(25)이 재치대(21)의 상면에 설치되어 있다. 각 위치 결정 핀(25)은, 모두 대략 원주 형상을 이루고 있으며, 재치대(21)의 상면에 형성된 원주 형상의 오목부(26)에 삽입됨으로써, 재치대(21)의 상면에서 소정의 개소에 유지되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 위치 결정 핀(25)의 상부 주면(25a)은, 위로 갈수록 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성되고, 위치 결정 핀(25)의 하부 주면(25b)은, 직경이 일정한 원통 형상으로 형성되어 있다. 상부 주면(25a)의 경사 각도(수평으로부터의 경사 각도)는, 예를 들면 45 ~ 80°이다. 재치대(21)의 상면에 형성된 오목부(26)의 내주면(26a)은, 위치 결정 핀(25)의 하부 주면(25b)의 직경보다 큰 일정한 직경을 갖는 원통 형상으로 형성되어 있다. 위치 결정 핀(25)은, 하반부를 오목부(26)에 삽입함으로써, 재치대(21)의 상면에 유지되어 있지만, 위치 결정 핀(25)의 하부 주면(25b)의 직경이 오목부(26)의 내주면(26a)의 직경보다 작으므로, 위치 결정 핀(25)은, 오목부(26)로부터 상방으로 뽑아내어 재치대(21)의 상면으로부터 용이하게 제거할 수 있다.
위치 결정 핀(25)의 주면에서, 상부 주면(25a)과 하부 주면(25b)과의 경계에 나타나는 각부(25c)는, 재치대(21)의 상면보다 낮은 위치에 설치되어 있다.
재치대(21)의 하방에는, 재치대(21) 상에 놓여진 웨이퍼(W)를 적절히 승강시키는 승강 기구(29)가 설치되어 있다. 승강 기구(29)는, 재치대(21)의 상면으로 돌출이 가능한 3 개의 승강 핀(30)을, 플레이트(31)의 상면에 수직으로 설치한 구성을 가지고 있다. 승강 기구(29)의 플레이트(31)는, 처리 용기(20)의 저부(底部)를 관통하는 지지 기둥부(32)의 상단에 지지되어 있다. 지지 기둥부(32)의 하단에는, 처리 용기(20)의 외부에 배치된 승강 장치(33)가 설치되어 있다. 이 승강 장치(33)의 가동에 의해, 재치대(21)를 관통하고 있는 3 개의 승강 핀(30)이 승강하고, 승강 핀(30)의 상단이 재치대(21)의 상면으로부터 상방으로 돌출된 상태와, 승강 핀(30)의 상단이 재치대(21)의 내부로 인입된 상태로 교체된다.
반송 암(11)에 실려 재치대(21)의 상방으로 반입된 웨이퍼(W)를, 승강 기구(29)의 3 개의 승강 핀(30)에 의해 반송 암(11)으로부터 상방으로 들어올림으로써, 웨이퍼(W)가 승강 핀(30)으로 수취된다. 그리고, 반송 암(11)의 퇴출 후, 승강 핀(30)이 하강함으로써, 재치대(21)의 상면에 웨이퍼(W)가 재치된다.
그리고, 승강 핀(30)이 하강하여 재치대(21)의 상면에 웨이퍼(W)가 재치될 때 에는, 승강 핀(30)의 하강에 수반하여, 테이퍼 형상으로 형성된 위치 결정 핀(25)의 상부 주면(25a)으로 웨이퍼(W)의 주연부가 안내되고, 웨이퍼(W)는 재치대(21)의 상면의 중앙으로 위치 결정되어 재치되도록 되어 있다.
또한, 이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 위치 결정이 행해질 때에는, 위치 결정 핀(25)의 상부 주면(25a)에 웨이퍼(W)의 주연부가 접촉함으로써, 위치 결정 핀(25) 이 옆으로 밀려 오목부(26) 내에서 기울어질 우려가 있다. 상술한 바와 같이, 위치 결정 핀(25)의 주면에 나타나는 각부(25c)가 재치대(21)의 상면보다 낮은 위치에 설치되어 있으므로, 이와 같이 위치 결정 핀(25)이 오목부(26) 내에서 기울어진 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 위치 결정 핀(25) 주면의 각부(25c)가 오목부(26)의 내주면(26a)에 접촉한 상태가 된다. 이와 같이, 위치 결정 핀(25)이 오목부(26) 내에서 기울어진 경우에도, 오목부(26) 상단과 재치대(21) 상면과의 각부(21＇)는, 위치 결정 핀(25)의 주면에 접촉하지 않으므로, 위치 결정 핀(25)의 파손이 방지된다.
처리 용기(20)의 상부 개구에는, 기밀성을 확보하기 위한 Ο 링 등을 거쳐, 예를 들어 유전체의 석영 부재로 이루어진 투과창(35)이 설치되어 있다. 투과창(35)은 대략 원반 형상이다. 석영 부재 대신에 그 밖의 유전체 재료, 예를 들어 Al2O3, AlN 등의 세라믹스를 사용해도 좋다.
투과창(35)의 상방에는, 평면 형상의 안테나 부재, 예를 들면 원판 형상의 래디얼 라인 슬롯 안테나(36)가 설치되어 있다. 래디얼 라인 슬롯 안테나(36)는, 전도성을 갖는 재질, 예를 들어 Ag, Au 등으로 도금 또는 코팅된 구리의 얇은 원판으로 이루어진다. 래디얼 라인 슬롯 안테나(36)에는, 마이크로파를 투과시키는 다수의 슬릿이, 예를 들면 소용돌이 형상 또는 동심원 형상으로 정렬하여 형성되어 있다.
래디얼 라인 슬롯 안테나(36)의 상면에는 마이크로파의 파장을 단축시키기 위한 지파판(遲波板)(37)이 배치되어 있다. 지파판(37)은 전도성의 커버(38)에 의해 덮여 있다. 커버(38)에는 원환(円環) 형상의 열매체 유로(39)가 설치되고, 이 열매체 유로(39)를 흐르는 열매체에 의하여, 커버(38)와 투과창(35)을 소정의 온도로 유지하도록 되어 있다.
커버(38)의 중앙에는 동축 도파관(40)이 접속되어 있다. 이 동축 도파관(40)은, 내측 도체(41)와 외관(42)으로 구성되어 있다. 내측 도체(41)는, 상술한 래디얼 라인 슬롯 안테나(36)와 접속되어 있다. 내측 도체(41)의 래디얼 라인 슬롯 안테나(36)측은 원추형으로 형성되고, 래디얼 라인 슬롯 안테나(36)에 대해 마이크로파를 효율성 좋게 전파(傳播)하도록 되어 있다.
마이크로파 공급 장치(45)에서 발생된, 예를 들면 2.45 GHz의 마이크로파가, 구형(矩形) 도파관(46), 모드 변환기(47), 동축 도파관(40), 지파판(37), 래디얼 라인 슬롯 안테나(36)를 거쳐 투과창(35)으로 방사된다. 그리고, 이 때의 마이크로파 에너지에 의하여 투과창(35)의 하면에 전계가 형성되고, 처리 용기(20) 내에 플라즈마가 생성된다.
처리 용기(20) 내에는, 가스 공급 기구로서의 상부 샤워 플레이트(50)와 하부 샤워 플레이트(51)가 재치대(21)의 상부에 설치되어 있다. 이들 상부 샤워 플레이트(50)와 하부 샤워 플레이트(51)는, 예를 들면 석영관 등으로 이루어진 중공(中空)의 관재(管材)로 구성되어 있다. 도시되어 있진 않지만, 상부 샤워 플레이트(50)와 하부 샤워 플레이트(51)에는, 재치대(21) 상의 웨이퍼(W)에 대해 가스를 공급하는 복수의 개구부가 분포되어 설치되어 있다.
상부 샤워 플레이트(50)에는, 처리 용기(20)의 외부에 배치된 플라즈마 생성 가스 공급원(55)이 배관(56)을 거쳐 접속되어 있다. 플라즈마 생성 가스 공급원(55)에는, 플라즈마 생성용 가스로서, 예를 들면 질소, Ar, 산소 등이 저장되어 있다. 이 플라즈마 생성 가스 공급원(55)으로부터, 배관(56)을 통하여 상부 샤워 플레이트(50) 내에 플라즈마 생성 가스가 도입되고, 처리 용기(20) 내에 균일하게 분산된 상태로 플라즈마 생성 가스가 공급된다.
하부 샤워 플레이트(51)에는 처리 용기(20)의 외부에 배치된 처리 가스 공급원(60)이 배관(61)을 거쳐 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(60)에는, 처리 가스로서 예를 들면 TEOS 등이 저장되어 있다. 이 처리 가스 공급원(60)으로부터, 배관(61)을 통하여 하부 샤워 플레이트(51) 내에 처리 가스가 도입되고, 처리 용기(20) 내에 균일하게 분산된 상태로 처리 가스가 공급된다.
처리 용기(20)의 저부(底部)에는, 진공 펌프 등의 배기 장치(65)에 의하여 처리 용기(20) 내의 분위기를 배기하기 위한 배기관(66)이 접속되어 있다.
이어서, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 시스템(1)의 작용에 대하여 설명한다. 또한, 플라즈마 처리의 일례로서 플라즈마 생성 가스로서 Ar, 산소를 이용하고, 처리 가스로서 TEOS를 사용하여, 웨이퍼(W)의 표면(상면)에 절연막(SiO2막)을 성막하는 예를 설명한다.
우선, 반입출부(2)에서, 카세트(15)로부터 취출된 웨이퍼(W)가 얼라이언트 기구(16)에서 위치 조정된 후, 로드록실(3)로 전달된다. 그리고, 로드록실(3) 내 및 반송실(4) 내가 진공으로 유지된 상태에서, 반송 장치(10)의 반송 암(11)에 의해 로드록실(3) 내로부터 웨이퍼(W)가 취출되고, 웨이퍼(W)가 플라즈마 처리 장치(5)로 반입된다.
웨이퍼(W)는, 반송 암(11)의 상면에 실린 상태에서, 플라즈마 처리 장치(5)의 처리 용기(20) 내로 반입되어 재치대(21)의 상방으로 이동하게 된다. 그 후, 승강 장치(33)의 가동에 의하여, 주변 승강 기구(29)의 3 개의 승강 핀(30)이 상승하고, 반송 암(11)에 지지되어 있던 웨이퍼(W)를 밀어 올려 반송 암(11)의 상방으로 들어 올린다. 이렇게 하여, 웨이퍼(W)가 승강 기구(29)의 3 개의 승강 핀(30)으로 전달된 후, 반송 암(11)이 재치대(21)의 상방으로부터 퇴출되고, 반송 암(11)은 반송실(4) 내로 되돌려진다. 그리고, 반송 암(11)의 퇴출 후, 승강 장치(33)의 가동에 의하여 3 개의 승강 핀(30)이 하강하게 되고, 웨이퍼(W)는 재치대(21)의 상면에 재치된다.
이와 같이 재치대(21)의 상면에 웨이퍼(W)가 재치되는 때에는, 승강 핀(30)의 하강에 수반하여, 테이퍼 형상으로 형성된 위치 결정 핀(25)의 상부 주면(25a)으로 웨이퍼(W)의 주연부가 안내되고, 웨이퍼(W)는 재치대(21)의 상면의 중앙으로 위치 결정되어 재치되게 된다. 이 경우, 앞서 도 5에서 설명한 바와 같이, 위치 결정 핀(25)의 상부 주면(25a)에 웨이퍼(W)의 주연부가 접촉하고, 위치 결정 핀(25)이 옆으로 밀려 오목부(26) 내에서 기울어질 우려가 있다. 그러나, 위치 결정 핀(25)의 주면에 나타나는 각부(25c)가 재치대(21)의 상면보다 낮은 위치에 설치되어 있으므로, 오목부(26) 상단과 재치대(21) 상면과의 각부(21＇)가 위치 결정 핀(25)의 주면에 접촉하지 않아, 위치 결정 핀(25)의 파손이 방지된다.
이렇게 하여, 웨이퍼(W)가 재치대(21) 상에 재치되면, 처리 용기(20) 내가 밀폐된 상태가 되어, 배기관(66)으로부터 배기가 행해져 처리 용기(20) 내가 감압된다. 또한, 상부 샤워 플레이트(50)로부터는 플라즈마 생성 가스(Ar, 산소)가 처리 용기(20) 내로 공급되고, 하부 샤워 플레이트(51)로부터는 플라즈마 성막용의 처리 가스(TEOS)가 처리 용기(20) 내로 공급된다. 그리고, 마이크로파 공급 장치(45)의 작동에 의하여 투과창(35)의 하면에 전계가 발생하고, 상기 플라즈마 생성 가스가 플라즈마화되고, 또한, 처리 가스가 플라즈마화되어, 이 때 발생된 활성종(活性種)에 의하여 웨이퍼(W) 상에 성막 처리가 이루어진다.
또한, 플라즈마 처리 중에는, 재치대(21)에 내장되어 있는 전극(23)으로 전압이 인가되고, 웨이퍼(W)는 재치대(21)의 상면에 견고하게 흡착된다. 그리고, 이와 같이 웨이퍼(W)의 하면 전체를 재치대(21)의 상면에 밀착시킴으로써, 온도 조절 기구(22)에 의한 온도 조절이 정밀도 좋게 행해진다.
그리고, 소정 시간 성막 처리가 행해진 후, 마이크로파 공급 장치(45)의 작동과, 처리 용기(20) 내로의 처리 가스의 공급이 정지된다. 그 후, 승강 기구(29)의 승강 장치(33)의 가동에 의하여, 3 개의 승강 핀(30)이 상승하고, 재치대(21)의 상면에 재치되어 있던 웨이퍼(W)가 재치대(21)의 상방으로 들어올려진다. 그리고, 반송 장치(10)의 반송 암(11)이 처리 용기(20) 내로 반입되고, 반송 암(11)이 재치대(21)의 상방으로 진입하게 한다.
그리고, 반송 암(11)이 재치대(21)의 상방으로 진입한 후, 승강 장치(33)의 가동에 의하여 3 개의 승강 핀(30)이 하강한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)가 반송 암(11)에 실린 상태가 된다. 그리고, 반송 암(11)에 실린 웨이퍼(W)가 플라즈마 처리 장치(5)로부터 반출되어 로드록실(3)로 되돌려진다. 이렇게 하여 로드록실(3)로 되돌려진 웨이퍼(W)는, 반입출부(2)를 거쳐 카세트(15)로 되돌려진다.
이 플라즈마 처리 시스템(1)에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(5)의 처리 용기(20) 내에 설치되어 있는 재치대(21)의 상면으로부터, 위치 결정 핀(25)을 상방으로 뽑아 내어 용이하게 제거할 수 있다. 이 때문에, 위치 결정 핀(25)을 제거한 상태에서 재치대(21)의 상면을 연마 처리할 수 있고, 흡착 시에 웨이퍼(W)의 하면에 밀착하게 하는 재치대(21)의 상면을 용이하게 평활한 형상으로 가공할 수 있게 된다. 또한, 재치대(21)의 상면에 웨이퍼(W)를 재치시켜 플라즈마 처리할 때에는, 웨이퍼(W) 의 주연부 근방에 위치 결정 핀(25)밖에 존재하지 않으므로, 웨이퍼(W)의 주연부의 온도 저하도 방지할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 처리 효율이 향상되고, 생산율의 향상이 도모된다.
여기서, 도 6에 도시한 바와 같이, 재치대(21)의 상면에 종래의 가이드 링(70)이 실려져 있는 경우에, 재치대(21), 가이드 링(70) 및 투과창(35)의 사이의 열의 이동에 대하여 검토하였다. 재치대(21)의 온도를 T21, 투과창(35)의 온도를 T35, 가이드 링(70)의 온도를 T70으로 한 경우, 평형 상태에서는, 재치대(21)로부터 가이드 링(70)으로 흐르는 열은, 가이드 링(70)으로부터 투과창(35)으로 흐르는 열과 동일해지므로, 하기 식(1)이 성립된다.
σ(T21 4-T70 4)/(1/ε70+1/ε21-1) = σ(T70 4-T35 4)/(1/ε35+1/ε70-1)…(1)
여기서, σ: 스테판 볼츠만 정수, ε21: 재치대(21)의 복사(輻射)율, ε35: 투과창(35)의 복사율, ε70: 가이드 링(70)의 복사율이다.
일례로서, 재치대(21)의 재질이 AlN(ε21 = 0.9), 투과창(35)의 재질이 석영(ε35 = 0.9), 가이드 링(70)의 재질이 알루미나(ε70 = 0.9)인 경우, 재치대(21)의 온도 T21를 380℃, 투과창(35)의 온도 T35를 200℃로 하여 계산하면, 가이드 링(70)의 온도 T70는 약 310℃이 되고, 재치대(21)와는 70℃ 정도의 온도차가 발생한다.
이와 같이 재치대(21)의 상면에 재치된 웨이퍼(W)의 주연부에 밀접(密接)시켜 가이드 링(70)을 배치한 경우, 재치대(21)와 가이드 링(70)에 70℃ 정도의 온도차가 발생함으로써, 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 저하되고, 플라즈마 처리에 악영향을 주게 된다. 예를 들면, 처리 가스로서 Ar/C5F8를 이용한 CFx의 성막 플라즈마 처리를 예로 들면, 성막 전구체는 물체 온도가 낮은 쪽의 물체 표면에 퇴적되기 쉬우므로, 고온 물체와 저온 물체에서는, 저온 물체의 표면 쪽의 기상(氣相) 중의 성막 전구체가 일찍 물체 표면에 흡수되어 기상의 밀도가 낮아진다. 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 저하되면, 웨이퍼(W)의 주연부 근방에서는 성막 전구체가 감소되게 된다.
도 7은, 정전 척에 의하여 재치대(21)의 상면에 웨이퍼(W)를 밀착시켜, 웨이퍼(W)와 재치대(21)의 온도차를 거의 없앤 조건에서, 웨이퍼(W)의 주연부에 가이드 링(70)을 밀접시켜 배치한 경우와, 웨이퍼(W)의 주연부로부터 15 mm 벌려 가이드 링(70)을 배치한 경우의, 웨이퍼(W) 주변부에서의 성막률을 비교한 그래프이다. 또한, 처리 가스로서 Ar/C5F8를 이용한 CFx의 성막 플라즈마 처리로 비교했다.
본 발명자의 식견에 의하면, 위에서 본 상태에서, 위치 결정 핀(25)의 면적의 합계가, 재치대(21)의 상면에 재치된 웨이퍼(W)의 주연부로부터 주위 15 mm의 영역 면적의 5% 이하이면, 주연부의 온도 저하를 방지하여 웨이퍼(W) 전체의 온도를 균일하게 할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균일한 레이트로 성막할 수 있음이 판명되었다.
이어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 재치대(21)의 상면에 형성된 오목부(26)에 삽입되어 있는 위치 결정 핀(25)의 온도에 대하여 검토하였다. 예를 들면, 위치 결정 핀(25)의 재질이 알루미나인 경우, 위치 결정 핀(25)이 오목부(26)의 내면과 대향하고 있는 면적(매설(埋設) 표면적)과 위치 결정 핀(25)이 재치대(21)의 상면으로 돌출되어 있는 면적(돌출 표면적)의 비(매설 표면적/돌출 표면적)와 위치 결정 핀(25)의 온도 관계는 도 9에 도시하는 바와 같다. 위치 결정 핀(25)의 재질이 알루미나인 경우, 매설 표면적/돌출 표면적을 5 이상으로 하면, 재치대(21)와 위치 결정 핀(25)의 온도차를 20℃ 이하로 할 수 있으므로, 요구되는 스펙을 만족시킬 수 있게 된다. 또한, 위치 결정 핀(25)의 재질이 고저항 Si인 경우는, 고저항 Si는 알루미나보다 복사율이 작아, 열이 달아나기 어려우므로, 매설 표면적/돌출 표면적을 2 이상으로 하면, 재치대(21)와 위치 결정 핀(25)의 온도차를 20℃ 이하로 할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예의 일례를 설명하였으나, 본 발명은 여기에 예시한 형태에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예를 도출해 낼 수 있음은 자명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 도 5에 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 위치 결정이 행해질 때에는, 위치 결정 핀(25)의 상부 주면(25a)에 웨이퍼(W)의 주연부가 접촉함으로써, 위치 결정 핀(25)이 옆으로 밀려 오목부(26) 내에서 기울어질 우려가 있다. 여기에서, 도 10에 도시한 바와 같이, 오목부(26)의 내주면 상단을 곡면으로 형성하면 좋다. 이에 의해, 위치 결정 핀(25)의 파손을 보다 확실하게 방지할 수 있게 된다.
또한, 크기가 다른 복수의 웨이퍼(W)에 대응할 수 있도록, 재치대(21)의 상면에 오목부(26)가 복수조로 형성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 도 11에 도시한 바와 같이, 8-inch 웨이퍼(W’)를 위치 결정하기 위한 오목부(26’)를 재치대(21)의 상면에서 중심측에 동심원 형상으로 배치하고, 12-inch 웨이퍼(W”)를 위치 결정하기 위한 오목부(26”)를 재치대(21)의 상면에서 외측에 동심원 형상으로 배치한다. 이 경우, 내측의 오목부(26’)에 위치 결정 핀(25)을 삽입하면, 8-inch 웨이퍼(W’)를 위치 결정할 수 있고, 외측의 오목부(26”)에 위치 결정 핀(25)을 삽입하면, 12-inch 웨이퍼(W”)를 위치 결정할 수 있다.
또한, 재치대(21)의 상면에서 웨이퍼(W)의 주연부를 3 개의 위치 결정 핀(25)으로 가이드하는 예를 설명하였으나, 위치 결정 핀(25)의 수는 임의적이며, 4 개 이상의 위치 결정 핀(25)을 이용하여 웨이퍼(W)의 주연부를 가이드해도 좋다.
도 12는, 내주에 복수의 위치 결정부(80)를 갖는 링 부재(81)를 이용하여, 재치대(21)의 상면에 재치되는 웨이퍼(W)의 주연부를 위치 결정하는 실시예를 나타내고 있다. 도 13은 도 12 중의 X - X 단면도이다.
링 부재(81)의 외주에는, 재치대(21)의 주면 상방을 둘러싸는 커버부(82)가 설치되어 있다. 이 링 부재(81)는, 평면으로 형성된 재치대(21)의 상면에 탈착 가능하게 장착할 수가 있고, 이 때, 커버부(82)를 재치대(21)의 주면 상방에 씌움으로써, 재치대(21)의 상면에서 항상 일정한 위치에 링 부재(81)를 설치할 수 있다. 링 부재(81)의 내주에는, 재치대(21)의 상면에 재치되는 웨이퍼(W)의 주연부를 위치 결정하는 위치 결정부(80)가 복수 개소에 설치되어 있다. 또한, 도시된 예에서는, 위치 결정부(80)가 3 개소에 설치되어 있다. 이 경우, 위에서 본 상태에서, 위치 결정부(80)의 면적의 합계가, 재치대(21)의 상면에 재치된 웨이퍼(W)의 주연부로부터 주위 20 mm의 영역 면적의 5% 이하이다.
이러한 링 부재(81)의 내주에 설치된 위치 결정부(80)를 이용함으로써, 마찬가지로, 웨이퍼(W)의 주연부를 위치 결정할 수 있다. 또한, 링 부재(81)는 재치대(21)의 상면으로부터 용이하게 제거할 수 있다. 이 때문에, 링 부재(81)를 제거한 상태에서 재치대(21)의 상면을 연마 처리할 수 있고, 흡착 시에 웨이퍼(W)의 하면에 밀착하게 되는 재치대(21)의 상면을 용이하게 평활한 형상으로 가공할 수 있 게 된다. 또한, 재치대(21)의 상면에 웨이퍼(W)를 재치시켜 플라즈마 처리할 때에는, 웨이퍼(W)의 주연부 근방에 위치 결정부(80)밖에 존재하지 않으므로, 웨이퍼(W) 주연부의 온도 저하도 방지할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 처리 효율이 향상되고, 생산 비율의 향상이 도모된다.
또한, 이상의 실시예에서는, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 고주파 전압을 이용한 플라즈마 처리에 대해서도 당연히 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 이상의 실시예에서는, 본 발명을 성막 처리를 행하는 플라즈마 처리에 적용하고 있었으나, 본 발명은, 성막 처리 이외의 기판 처리, 예를 들면 에칭 처리를 행하는 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리에서 처리되는 기판은, 반도체 웨이퍼, 유기 EL 기판, FPD(플랫 패널 디스플레이)용 기판 등 어떤 것이어도 좋다.
본 발명은, 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리에 적용할 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 시스템의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 3은 재치대의 평면도이다.
도 4는 오목부와 위치 결정 핀의 설명도이다.
도 5는 오목부 내에서 기울어진 상태의 위치 결정 핀의 설명도이다.
도 6은 재치대, 가이드 링 및 투과창의 사이의 열 이동의 설명도이다.
도 7은 웨이퍼의 주연부에 가이드 링을 밀접시켜 배치한 경우와, 웨이퍼의 주연부로부터 15 mm 벌려 가이드 링을 배치한 경우의, 웨이퍼 주연부에서의 성막률을 비교한 그래프이다.
도 8은 재치대, 위치 결정 핀 및 투과창의 사이의 열 이동의 설명도이다.
도 9는 면적비(매설 표면적/돌출 표면적)와 위치 결정 핀의 온도 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 오목부의 내주면 상단을 곡면으로 형성한 실시예에 따른 오목부와 위치 결정 핀의 설명도이다.
도 11은 재치대의 상면에 복수조의 오목부가 형성되어 있는 실시예에 따른 재치대의 평면도이다.
도 12는 내주에 복수의 위치 결정부를 갖는 링 부재를 이용하여 웨이퍼의 주연부를 위치 결정하는 실시예의 설명도이다.
도 13은 도 12 중의 X - X 단면도이다.

Claims (10)

  1. 처리 용기 내로 공급된 처리 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 처리 용기 내에서 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 처리 용기 내에는, 기판을 상면에 재치시키는 재치대가 설치되고,
    상기 재치대의 상면에는, 기판의 주연부를 위치 결정하는 위치 결정 핀이 복수 개소에 돌출되어 있으며,
    상기 위치 결정 핀은, 상기 재치대의 상면에 형성된 오목부에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재치대는, 상면에 재치된 기판을 흡착하는 정전 척용의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    위에서 본 상태에서, 상기 위치 결정 핀의 면적의 합계가, 상기 재치대의 상면에 재치된 기판의 주연부로부터 주위 15 mm의 영역 면적의 5% 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위치 결정 핀의 상부 주면은, 위로 갈수록 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위치 결정 핀의 하부 주면(周面)은, 원통 형상으로 형성되어 있으며, 상기 상부 주면과 상기 하부 주면과의 경계에 나타나는 각부(角部)는, 상기 재치대의 상면보다 낮은 위치에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오목부의 내주면 상단이 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    크기가 다른 복수의 기판에 대응하도록, 상기 재치대의 상면에 상기 오목부가 복수조(組) 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 처리 용기 내로 공급된 처리 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 처리 용기 내에서 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 처리 용기 내에는, 기판을 상면에 재치시키는 재치대가 설치되고,
    상기 재치대의 상면 주연부에는, 상기 재치대의 상면에 재치된 기판의 주연 부로부터 떨어져 배치되는 링 부재가 탈착 가능하게 재치되어 있으며,
    상기 링 부재의 내주에는, 기판의 주연부를 위치 결정하는 위치 결정부가 복수 개소에 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 재치대는, 상면에 재치된 기판을 흡착하는 정전 척용의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    위에서 본 상태에서, 상기 위치 결정부의 면적의 합계가, 상기 재치대의 상면에 재치된 기판의 주연부로부터 주위 15 mm의 영역 면적의 5% 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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