KR20100051576A - 링형상 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마에 의한 소모 및 생산성의 악화를 억제할 수 있는 링형상 부재를 제공한다. 웨이퍼 W에 플라즈마 에칭 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 있어서 플라즈마가 내부에 발생하는 반응실에 수용되는 포커스 링으로서, 원주 방향으로 배치된 4개의 단결정 실리콘의 원호형상 부재로 이루어지고, 각 원호형상 부재의 상면이나 외측면에는 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면, 예를 들면 밀러 지수가 {100}의 결정면이 나타나지 않는다.
Description
본 발명은 링형상 부재 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 플라즈마에 노출되는 면을 갖는 링형상 부재에 관한 것이다.
원판형상의 반도체 웨이퍼(이하, 단지「웨이퍼」라 함)에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치에서는 웨이퍼를 수용하고 또한 내부에 플라즈마가 발생하는 수용실에 있어서, 웨이퍼의 원판형상에 대응해서 몇 개의 링형상 부재가 배치된다.
이와 같은 링형상 부재의 전형적인예로서 포커스 링(focus ring)이 알려져 있다. 포커스 링은 웨이퍼의 주연부을 둘러싸는 링형상 부재이며, 종래는 유전체에 의해서 구성되고, 수용실내의 플라즈마를 웨이퍼 상에 가두고, 플라즈마 처리를 촉진한다.
최근, 웨이퍼의 대구경화에 수반하여 플라즈마 처리의 촉진보다도 웨이퍼에 있어서의 플라즈마 처리의 균일성이 중시되고 있다. 여기서, 상술한 바와 같이, 포커스 링을 유전체에 의해서 구성하면, 웨이퍼 및 포커스 링의 경계선에 플라즈마가 집중해서 웨이퍼의 주연부에 있어서 플라즈마 처리의 균일성을 유지할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 포커스 링의 일부 또는 전부를 도전체로 구성하고, 플라즈마의 분포영역을 웨이퍼의 위에서 포커스 링의 위까지 적극적으로 확대하는 것에 의해서 플라즈마 처리의 균일성을 유지하는 것이 실행되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
플라즈마 처리의 균일성 유지의 관점으로부터, 포커스 링의 도전체로서 웨이퍼의 구성 재료와 동일한 재료인 단결정 실리콘이 바람직하게 이용되고, 포커스 링의 제조 방법에 있어서는 웨이퍼의 제조 방법과 마찬가지로 단결정 실리콘의 잉곳(ingot)이 이용된다.
도 8a 및 도 8d는 포커스 링의 일반적인 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
우선, 단결정 실리콘의 잉곳을 소정의 직경을 갖는 원주(80)로 정형(整形)하고(도 8a), 해당 원주(80)를 슬라이스해서 복수의 원판(81)을 잘라낸다 (도 8b). 다음에, 각 원판(81)에 대해 주연부를 포커스 링(82)으로서 잘라낸다(도 8c 및 도 8d).
(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 제2002-246370호
그러나, 이 때, 원판(81)으로부터 포커스 링(82)이 잘라내어져 형성된 원판(83)이 잉여부재로서 남는다. 해당 원판(83)의 직경은 포커스 링(82)의 직경보다도 작아지기 때문에, 원판(83)의 주연부를 포커스 링(82)으로서 잘라낼 수 없어, 포커스 링(82)의 생산성이 악화된다고 하는 문제가 있다.
또한, 단결정 실리콘으로 이루어지는 원판(81)으로부터 포커스 링(82)을 일체적으로 잘라낼 때, 잘라낸 위치의 자유도가 낮기 때문에, 포커스 링(82)의 플라즈마 노출면에 단결정 실리콘에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타내는 경우가 있고, 그 결과, 포커스 링(82)의 플라즈마에 의한 소모가 커진다고 하는 문제도 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마에 의한 소모 및 생산성의 악화를 억제할 수 있는 링형상 부재 및 그 제조 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1 기재의 링형상 부재는 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 있어서 플라즈마가 내부에 발생하는 수용실에 수용되는 링형상 부재로서, 원주 방향으로 배치된 복수의 단결정재의 원호형상 부재로 이루어지고, 각 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않는 것을 특징으로 한다.
청구항 2 기재의 링형상 부재는 청구항 1 기재의 링형상 부재에 있어서, 상기 소모되기 쉬운 결정면의 밀러(Miller) 지수는 {100}인 것을 특징으로 한다.
청구항 3 기재의 링형상 부재는 청구항 1 기재의 링형상 부재에 있어서, 상기 소모되기 쉬운 결정면의 밀러 지수는 4지수 표기 
또는
으로 나타나는 것을 특징으로 한다.
청구항 4 기재의 링형상 부재는 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에 기재된 링형상 부재에 있어서, 상기 복수의 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 동일한 결정면이 나타나는 것을 특징으로 한다.
청구항 5 기재의 링형상 부재는 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 기재된 링형상 부재에 있어서, 상기 기판의 주연(周緣)을 둘러싸고, 상기 기판의 표면에 평행한 면과 상기 기판의 표면에 수직인 면을 갖고, 상기 평행한 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않는 것을 특징으로 한다.
청구항 6 기재의 링형상 부재는 청구항 5 기재의 링형상 부재에 있어서, 포커스 링인 것을 특징으로 한다.
청구항 7 기재의 링형상 부재는 청구항 5 기재의 링형상 부재에 있어서, 상기 기판 처리 장치가 구비하는 상부 전극인 것을 특징으로 한다.
청구항 8 기재의 링형상 부재는 청구항 6 기재의 링형상 부재에 있어서, 상기 포커스 링을 구성하는 상기 단결정재는 상기 기판을 구성하는 단결정재와 동일한 것을 특징으로 한다.
청구항 9 기재의 링형상 부재는 청구항 1 내지 8 중의 어느 한 항에 기재된 링형상 부재에 있어서, 상기 복수의 원호형상 부재는 서로 접착제로 접착되는 것을 특징으로 한다.
청구항 10 기재의 링형상 부재는 청구항 1 내지 8 중의 어느 한 항에 기재된 링형상 부재에 있어서, 상기 복수의 원호형상 부재는 서로 융착(融着)되는 것을 특징으로 한다.
청구항 11 기재의 링형상 부재는 청구항 10기재의 링형상 부재에 있어서, 상기 복수의 원호형상 부재의 사이의 융착 부분은 아몰퍼스(amorphous)화되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 12 기재의 링형상 부재의 제조 방법은 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 있어서 플라즈마가 내부에 발생하는 수용실에 수용되는 링형상 부재의 제조 방법으로서, 소정의 직경을 갖는 단결정재로 이루어지는 원주형상 부재의 주연부로부터 제 1 링형상 부재를 잘라내는 제 1 잘라냄 스텝과, 상기 원주형상 부재로부터 상기 제 1 링형상 부재가 잘라내어져 형성된 잉여부재로부터 상기 제 1 링형상 부재와 동일한 곡률을 갖는 복수의 원호형상 부재를 잘라내는 제 2 잘라냄 스텝과, 상기 복수의 원호형상 부재를 원주 방향으로 배치하고 또한 서로 접합해서 제 2 링형상 부재를 형성하는 접합 스텝을 갖고, 상기 제 2 잘라냄 스텝에서는 각 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않도록 상기 복수의 원호형상 부재를 잘라내는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 13 기재의 기판 처리 장치는 링형상 부재가 수용되는 수용실 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서, 상기 링형상 부재가 원주 방향으로 배치된 복수의 단결정재의 원호형상 부재로 이루어지고, 각 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
청구항 1 기재의 링형상 부재에 따르면, 원주 방향으로 배치된 복수의 원호형상 부재로 이루어지므로, 원주형상 부재로부터 다른 링형상 부재가 잘라내어져 형성된 잉여부재로부터 잘라내어진 복수의 원호형상 부재를 이용하여 제조할 수 있고, 이로써, 링형상 부재의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 원호형상 부재는 단결정재로부터의 잘라냄 위치의 자유도가 높기 때문에, 각 원호형상 부재의 플라즈마에 노출되는 면에 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않도록 각 원호형상 부재를 잘라낼 수 있고, 이로써, 링형상 부재의 플라즈마에 의한 소모를 억제할 수 있다.
청구항 2 기재의 링형상 부재에 따르면, 소모되기 쉬운 결정면의 밀러 지수는 {100}이므로, 각 원호형상 부재의 플라즈마에 노출되는 면에 밀러 지수가 {100}인 결정면이 나타나지 않는다. 이것에 의해, 링형상 부재가 플라즈마에 의해서 소모되는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
청구항 3 기재의 링형상 부재에 따르면, 소모되기 쉬운 결정면의 밀러 지수는 4지수 표기 
또는
으로 나타나므로, 각 원호형상 부재의 플라즈마에 노출되는 면에 4지수 표기 
또는
으로 나타나는 밀러 지수의 결정면이 나타나지 않는다. 이것에 의해, 링형상 부재가 플라즈마에 의해서 소모되는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
청구항 4 기재의 링형상 부재에 따르면, 복수의 원호형상 부재의 플라즈마에 노출되는 면에는 단결정재에 있어서의 동일한 결정면이 나타나므로, 각 플라즈마에 노출되는 면의 소모량을 균일하게 할 수 있고, 각 플라즈마에 노출되는 면에 대향하는 플라즈마의 분포가 흐트러지는 것을 방지할 수 있다.
청구항 5 기재의 링형상 부재에 따르면, 기판의 주연(周緣)을 둘러싸고, 기판의 표면에 평행한 면과 기판의 표면에 수직인 면을 갖는다. 기판의 표면에는 플라즈마가 인입되기 때문에, 해당 기판의 표면에 평행한 면에도 플라즈마가 인입되지만, 평행한 면에는 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않으므로, 링형상 부재가 플라즈마에 의해서 소모되는 것을 더욱 확실하게 억제할 수 있다.
청구항 6 기재의 링형상 부재에 따르면, 링형상 부재는 포커스 링이므로, 플라즈마에 의한 소모가 억제되는 것에 의해서 기판의 플라즈마 처리의 균일성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
청구항 7 기재의 링형상 부재에 따르면, 링형상 부재는 기판 처리 장치가 구 비하는 상부 전극이므로, 플라즈마에 의한 소모가 억제되는 것에 의해서 수용실내의 플라즈마 분포의 균일성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
청구항 8 기재의 링형상 부재에 따르면, 포커스 링을 구성하는 단결정재는 기판을 구성하는 단결정재와 동일하므로, 플라즈마의 분포영역을 기판의 위 뿐만 아니라 포커스 링의 위까지 확대해서 기판의 주연부상에 있어서의 플라즈마의 밀도를 해당 기판의 중앙부상에 있어서의 플라즈마의 밀도와 동일 정도로 유지할 수 있고, 이로써, 포커스 링 근방에 위치하는 웨이퍼의 주연부에 있어서도 플라즈마 처리의 균일성을 유지할 수 있다.
청구항 9 기재의 링형상 부재에 따르면, 복수의 원호형상 부재는 서로 접착제로 접착되므로, 링형상 부재를 용이하게 구성할 수 있고, 이로써, 링형상 부재의 생산성을 확실하게 향상시킬 수 있다.
청구항 10 기재의 링형상 부재에 따르면, 복수의 원호형상 부재는 서로 융착되므로, 링형상 부재의 강도를 향상시킬 수 있고, 이로써, 취급성을 향상시킬 수 있다.
청구항 11 기재의 링형상 부재에 따르면, 복수의 원호형상 부재의 사이의 융착 부분은 아몰퍼스화되어 있으므로, 각 원호형상 부재간에 있어서 결정 구조가 불연속으로 접속되는 것을 완화하고, 이것에 의해, 결정 구조의 불연속에 기인하는 소모가 각 원호형상 부재간에 있어서 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 아몰퍼스화에 의해서 융착 부분이 균질화되기 때문에, 해당 링형상 부재의 대전시에 있어서의 링형상 부재에 대향하는 플라즈마의 분포가 흐트러지는 것을 확실하게 방지 할 수 있다.
청구항 12 기재의 링형상 부재의 제조 방법에 따르면, 소정의 직경을 갖는 단결정재로 이루어지는 원주형상 부재의 주연부로부터 제 1 링형상 부재가 잘라내어지고, 원주형상 부재로부터 제 1 링형상 부재가 잘라내어져 형성된 잉여부재로부터 제 1 링형상 부재와 동일한 곡률을 갖는 복수의 원호형상 부재를 잘라내고, 해당 복수의 원호형상 부재가 원주 방향으로 배치되고, 또한 서로 접합되어 제 2 링형상 부재가 형성되므로, 소정의 직경을 갖는 원주형상 부재로부터 동일한 직경을 갖는 링형상 부재를 복수 제조할 수 있고, 이로써, 링형상 부재의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 원호형상 부재는 잉여부재로부터의 잘라냄 위치의 자유도가 높기 때문에, 각 원호형상 부재의 플라즈마에 노출되는 면에 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않도록 각 원호형상 부재를 잘라낼 수 있으므로, 링형상 부재의 플라즈마에 의한 소모를 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 관한 링형상 부재로서의 포커스 링을 구비하는 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이 기판 처리 장치는 웨이퍼에 플라즈마 에칭(etching) 처리를 실시하도록 구성되어 있다.
도 1에 있어서, 기판 처리 장치(10)는 예를 들면, 직경이 300㎜의 단결정 실리콘으로 이루어지는 웨이퍼 W를 수용하는 챔버(11)(수용실)를 갖고, 해당 챔 버(11)내에는 웨이퍼 W를 탑재하는 원주형상의 서셉터(susceptor)(12)가 배치되어 있다. 또한, 기판 처리 장치(10)에서는 챔버(11)의 내측벽과 서셉터(12)의 측면에 의해서 형성되고, 서셉터(12) 위쪽의 가스를 챔버(11)의 밖으로 배출하는 유로로서 기능하는 측쪽 배기로(13)가 형성된다. 이 측쪽 배기로(13)의 도중에는 배기 플레이트(plate)(14)가 배치된다.
배기 플레이트(14)는 다수의 구멍을 갖는 판형상 부재이고, 챔버(11) 내부를 상부와 하부로 나누는 칸막이판으로서 기능한다. 배기 플레이트(14)에 의해서 나누어진 챔버(11) 내부의 상부(이하,「반응실」이라 함)(17)에는 플라즈마가 발생한다. 또한, 챔버(11) 내부의 하부(이하,「배기실(매니폴드(manifold))」이라 함)(18)에는 챔버(11)내의 가스를 배출하는 배기관(16)이 접속된다. 배기 플레이트(14)는 반응실(17)에 발생하는 플라즈마를 포착 내지 반사해서 매니폴드(18)로의 누설을 방지한다.
배기관(16)에는 TMP(Turbo Molecular Pump) 및 DP(Dry Pump) (모두 도시하지 않음)이 접속되고, 이들 펌프는 챔버(11)내를 진공배기해서 감압한다. 구체적으로 DP는 챔버(11)내를 대기압으로부터 중진공 상태(예를 들면, 1.3×10Pa(0.1Torr) 이하)까지 감압하고, TMP는 DP와 협동해서 챔버(11)내를 중진공 상태보다 낮은 압력인 고진공 상태(예를 들면, 1.3×10-3Pa(1.0×10-5Torr) 이하)까지 감압한다. 또, 챔버(11)내의 압력은 APC 밸브(도시하지 않음)에 의해서 제어된다.
챔버(11)내의 서셉터(12)에는 제 1 고주파 전원(19)이 제 1 정합기(20)를 거 쳐서 접속되고, 또한 제 2 고주파 전원(31)이 제 2 정합기(30)를 거쳐서 접속되어 있으며, 제 1 고주파 전원(19)은 비교적 낮은 주파수의 이온 인입용의 고주파 전력을 서셉터(12)에 공급하고, 제 2 고주파 전원(31)은 비교적 높은 주파수의 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 서셉터(12)에 공급한다. 이것에 의해, 서셉터(12)는 전극으로서 기능한다. 또한, 제 1 정합기(20) 및 제 2 정합기(30)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 임의의 직경을 갖는 하부 원판형상 부재의 위에, 해당 하부 원판형상 부재보다 직경이 작은 상부 원판형상 부재를 중첩한 형상을 나타낸다. 또, 하부 및 상부 원판형상 부재는 세라믹스로 구성되어 있다. 서셉터(12)에 웨이퍼 W를 탑재할 때, 해당 웨이퍼 W는 정전 척(22)에 있어서의 상부 원판형상 부재의 위에 배치된다.
정전 척(22)에서는 정전 전극판(21)에 직류 전원(23)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 전극판(21)에 양(positive)의 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼 W에 있어서의 정전 척(22)측의 면(이하,「이면」이라 함)에는 음(negative) 전위가 발생하여 정전 전극판(21) 및 웨이퍼 W의 이면의 사이에 전위차가 발생하고, 해당 전위차에 기인하는 쿨롱(coulomb)력 또는 죤슨·라벡(Johnsen_Rahbek)력에 의해, 웨이퍼 W는 정전 척(22)에 있어서의 상부 원판형상 부재의 위에 흡착 유지된다.
또한, 정전 척(22)에는 흡착 유지된 웨이퍼 W를 둘러싸도록, 링형상 부재인 포커스 링(24)이 직접 탑재된다. 포커스 링(24)은 도전체, 예를 들면 웨이퍼 W를 구성하는 재료와 동일한 단결정 실리콘에 의해서 구성된다. 포커스 링(24)은 도전체로 이루어지므로, 플라즈마의 분포영역을 웨이퍼 Ｗ의 위 뿐만 아니라 해당 포커스 링(24)의 위까지 확대해서 웨이퍼 W의 주연부상에 있어서의 플라즈마의 밀도를 해당 웨이퍼 W의 중앙부상에 있어서의 플라즈마의 밀도와 동일 정도로 유지한다. 이것에 의해, 웨이퍼 W의 전면에 실시되는 플라즈마 에칭 처리의 균일성을 유지할 수 있다.
서셉터(12)의 내부에는 예를 들면, 원주 방향으로 연장하는 고리형상의 냉매실(25)이 마련된다. 이 냉매실(25)에는 칠러(chiller) 유닛(도시하지 않음)으로부터 냉매용 배관(26)을 거쳐서 저온의 냉매, 예를 들면, 냉각수나 갈덴(Galden)(등록상표)이 순환 공급된다. 해당 저온의 냉매에 의해서 냉각된 서셉터(12)는 정전 척(22)을 거쳐서 웨이퍼 W 및 포커스 링(24)을 냉각한다.
정전 척(22)에 있어서의 상부 원판형상 부재의 상면의 웨이퍼 W가 흡착 유지되는 부분(이하,「흡착면」이라 함)에는 복수의 전열 가스 공급 구멍(27)이 개구되어 있다. 이들 복수의 전열 가스 공급 구멍(27)은 전열 가스 공급 라인(28)을 거쳐서 전열 가스 공급부(도시하지 않음)에 접속되고, 해당 전열 가스 공급부는 전열 가스로서의 헬륨(He) 가스를 전열 가스 공급 구멍(27)을 거쳐서 흡착면 및 웨이퍼 W의 이면의 간극에 공급한다. 흡착 및 웨이퍼 W의 이면의 간극(間隙)에 공급된 헬륨 가스는 웨이퍼 W의 열을 정전 척(22)에 효과적으로 전달한다.
챔버(11)의 천장부에는 서셉터(12)와 대향하도록 샤워헤드(29)가 배치되어 있다. 샤워헤드(29)는 다수의 가스 구멍(32)을 갖는 원판형상의 천장 전극판(33)과, 해당 천장 전극판(33)을 착탈 가능하게 달아매는 쿨링 플레이트(cooling plate)(34)와, 해당 쿨링 플레이트(34)를 덮는 덮개(35)를 갖는다. 또한, 해당 쿨링 플레이트(34)의 내부에는 버퍼실(36)이 마련되고, 이 버퍼실(36)에는 처리 가스 도입관(37)이 접속되어 있다. 샤워헤드(29)는 처리 가스 도입관(37)으로부터 버퍼실(36)에 공급된 처리 가스를, 가스 구멍(32)을 거쳐서 반응실(17) 내부에 공급한다.
상술한 기판 처리 장치(10)의 각 구성부품의 동작은 기판 처리 장치(10)가 구비하는 제어부(도시하지 않음)의 CPU가 플라즈마 에칭 처리에 대응하는 프로그램에 따라 제어한다.
도 2는 도 1에 있어서의 포커스 링의 구성을 상세하게 설명하기 위한 사시도이다.
도 2에 있어서, 포커스 링(24)은 동일한 곡률을 갖는, 예를 들면, 4개의 원호형상 부재(24a∼24d)로 이루어진다. 각 원호형상 부재(24a∼24d)는 원주 방향으로 배치되고, 또한 인접하는 원호형상 부재끼리는 서로 용융(溶融) 접합이나 확산 접합 등에 의해서 융착(融着)되어 있는 것이 바람직하고, 또한, 각 원호형상 부재(24a∼24d)간의 융착 부분은 아몰퍼스(amorphous)화되어 있는 것이 바람직하다.
포커스 링(24)에 있어서 각 원호형상 부재(24a∼24d)는 해당 포커스 링(24)이 정전 척(22)에 탑재되었을 때에, 정전 척(22)의 흡착면에 탑재된 웨이퍼 W의 표 면에 평행하게 되는 상면(24a1∼24d1)과, 해당 각 상면(24a1∼24d1)에 인접해서 수직인 외측면(24a2∼24d2)과, 포커스 링(24)이 정전 척(22)에 탑재되었을 때에 정전 척(22)에 접촉하는, 상면(24a1∼24d1)과는 반대의 면인 하면(24a3∼24d3)을 갖는다.
포커스 링(24)의 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)은 반응 실(17) 내부에 노출되기 때문에, 반응실(17) 내부에 있어서 처리 가스로부터 플라즈마가 발생할 때, 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)은 플라즈마에 노출된다. 특히, 웨이퍼 W에 플라즈마 에칭 처리를 실시할 때, 서셉터(12)에는 이온 인입용의 고주파 전력이 인가되기 때문에, 웨이퍼 W의 표면 뿐만 아니라 포커스 링(24)의 상면(24a1∼24d1)에도 플라즈마중의 이온이 인입되어 스퍼터링(sputtering)된다. 포커스 링(24)이 스퍼터링에 의해서 소모되면 해당 포커스 링(24)에 대향하는 플라즈마의 분포가 흐트러지고, 웨이퍼 W에 있어서의 플라즈마 에칭 처리의 균일성의 유지가 곤란하게 된다.
본 실시형태에서는 이것에 대응해서, 플라즈마에 노출되는 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면, 예를 들면, 밀러 지수(miller indices)가 {100}으로 나타내어지는 저차(低次), 예를 들면 (100), (010) 또는 (001)의 결정면이 나타나지 않도록 설정된다. 구체적으로는 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 단결정 실리콘의 벌크(bulk)재로부터 잘라낼 때, 상면(24a1∼ 24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면이 나타나지 않도록 각 원호형상 부재(24a∼24d)가 잘라내어진다.
또한, 포커스 링(24)을 단결정 실리콘 이외의 재료, 예를 들면, SiC로 대표되는 육방정계의 재료에 의해서 구성하는 경우, 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 밀러 지수가 하기 4지수 표기 (1)로 나타나는 저차, 예를 들면 하기 4지수 표기 (2)로 나타나는 결정면이 나타나지 않도록 설정된다.
포커스 링(24)에서는 예를 들면, 플라즈마에 노출되는 일이 없는 하면(24a3∼24d3)에 나타나는 결정면은 밀러 지수가 상술한 저차의 지수 표기로 나타나는 결정면이라도 좋은 반면, 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 나타나는 결정면은 밀러 지수가 예를 들면, (211), (118), (131)이나 하기 4지수 표기 (3)으로 나타나는 결정면이다.
또한, 포커스 링(24)에서는 각 원호형상 부재(24a∼24d)의 상면(24a1∼24d1)에 나타나는 결정면은 모두 동일한 지수표기의 밀러 지수의 결정면인 것이 바람직하지만, 밀러 지수가 고차(高次)인 지수표기로 나타내어지는 결정면이면, 서로 다 른 지수표기의 밀러지수로 나타내는 결정면이라도 좋다.
도 3a 내지 도 3c는 본 실시형태에 관한 링형상 부재의 제조 방법으로서의 포커스 링의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
우선, 도 8a 내지 도 8d에 나타내는 바와 같이, 소정의 직경을 갖는, 단결정 실리콘으로 이루어지는 원주(80)로부터 슬라이드에 의해서 잘라내어진 각 원판(81)의 주연부를 일체형의 포커스 링(82)(제 1 링형상 부재)으로서 잘라내고(제 1 잘라냄 스텝), 원판(81)으로부터 포커스 링(82)이 잘라내어져 형성된 잉여부재로서의 원판(83)으로부터 포커스 링(82)과 동일한 곡률을 갖는 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 잘라낸다(도 3a)(제 2 잘라냄 스텝). 이 때, 원호형상 부재(24a∼24d)의 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면이 나타나지 않도록 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 잘라낸다. 즉, 예를 들면, 상면(24a1∼24d1)은 소모되기 어려운 단결정 실리콘의 결정면이다.
다음에, 잘라내어진 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 원주방향으로 배치하고(도 3b), 인접하는 원호형상 부재끼리를 서로, 예를 들면, 확산 접합에 의해서 융착해서 포커스 링(24)(제 2 링형상 부재)을 형성한다(도 3c)(접합 스텝).
본 발명의 실시형태에 관한 포커스 링(24)으로서의 링형상 부재에 의하면, 원주방향으로 배치된 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)로 이루어지므로, 원주(80)로부터 포커스 링(82)이 잘라내어져 형성된 잉여부재로서의 원판(83)으로부터 잘라내어진 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 이용해서 제조할 수 있고, 이로써, 포커스 링(24)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 플라즈마 에칭 처리 중, 웨이퍼 W의 표면에는 플라즈마 중의 이온이 인입되기 때문에, 해당 웨이퍼 W의 표면에 평행한 상면(24a1∼24d1)에도 이온이 인입되지만, 각 원호형상 부재(24a∼24d)는 원판(83)으로부터의 잘라냄 위치의 자유도가 높기 때문에, 각 원호형상 부재(24a∼24d)의 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면, 예를 들면, 밀러 지수가 {100}으로 대표되는 저차(低次)의 지수표기의 결정면이 나타나지 않도록 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 잘라낼 수 있고, 이로써, 포커스 링(24)의 플라즈마에 의한 소모를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 웨이퍼 W의 주연부상에 있어서의 플라즈마의 분포가 흐트러지는 것을 방지할 수 있고, 이로써, 웨이퍼 W의 플라즈마 처리의 균일성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
상술한 본 실시형태에서는 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 원판(83)으로부터 잘라내었지만, 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 직접 원주(80)로부터 잘라내어도 좋다. 이 경우에도, 각 원호형상 부재(24a∼24d)의 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면이 나타나지 않도록 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 잘라낸다.
상술한 포커스 링(24)에서는 포커스 링(24)을 구성하는 단결정 실리콘은 웨이퍼 W를 구성하는 단결정 실리콘과 동일하므로, 플라즈마의 분포 영역을 웨이퍼 Ｗ의 위 뿐만 아니라 포커스 링(24)의 위까지 확대해서 웨이퍼 W의 주연부상에 있어서의 플라즈마의 밀도를 해당 웨이퍼 W의 중앙부상에 있어서의 플라즈마의 밀도 와 동일 정도로 유지할 수 있고, 이로써, 포커스 링(24) 근방에 위치하는 웨이퍼의 주연부에 있어서도 플라즈마 처리의 균일성을 유지할 수 있다.
또한, 상술한 포커스 링(24)에서는 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)의 상면(24a1∼24d1)에 동일한 밀러 지수의 결정면이 나타나도록 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 배치한 경우, 플라즈마 에칭 처리에 의한 상면(24a1∼24d1)의 소모량을 균일하게 할 수 있고, 해당 상면(24a1∼24d1)에 대향하는 플라즈마의 분포가 흐트러지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 포커스 링(24)에서는 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)는 서로 융착되고, 또한 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)의 사이의 융착 부분은 아몰퍼스화되어 있으므로, 결정립계나 격자 결함을 배제하고, 인접하는 원호형상 부재간에 있어서 결정 격자를 연속적으로 접속할 수 있고, 이로써 포커스 링(24)의 강도를 더욱 향상시킬 수 있고, 이것에 의해, 포커스 링(24)의 취급성을 향상시킬 수 있다. 또한, 아몰퍼스화에 의해서 융착 부분이 균질화되기 때문에, 해당 포커스 링(24)의 대전시에 있어서의 포커스 링(24)에 대향하는 플라즈마의 분포가 흐트러지는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상술한 포커스 링(24)에서는 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)는 서로 융착되었지만, 이들 원호형상 부재(24a∼24d)를 서로 접착제로 접착해도 좋다. 이것에 의해, 포커스 링(24)을 용이하게 구성할 수 있고, 이로써, 포커스 링(24)의 생산성을 확실하게 향상시킬 수 있다.
또, 포커스 링(24)의 제조 방법은 상술한 도 3a 내지 도 3c의 제조 방법에 한정되지 않는다.
도 4a 내지 도 4f는 본 실시형태에 관한 링형상 부재의 제조 방법으로서의 포커스 링의 제조 방법의 변형예를 나타내는 공정도이다.
우선, 소정의 직경을 갖는 단결정 실리콘으로 이루어지는 원주(80)(도 4a)의 주연부를 원통형상으로 잘라내고, 해당 잘라내어진 원통재(40)(도 4b)로부터 슬라이스에 의해서 일체형의 포커스 링(82)(제 1 링형상 부재)을 잘라낸다(제 1 잘라냄 스텝).
다음에, 원주(80)로부터 원통재(40)가 잘라내어져 형성된 잉여부재로서의 원주(41)(도 4c)의 측부를 절단해서 해당 원주(41)의 측면에 평면(42)을 형성하고, 해당 평면(42)으로부터 포커스 링(82)과 동일한 곡률을 갖는 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 잘라낸다(도 4d)(제 2 잘라냄 스텝). 이 때, 도 3a 내지 도 3c의 제조 방법과 마찬가지로, 원호형상 부재(24a∼24d)의 상면(24a1∼24d1)이나 외측면(24a2∼24d2)에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면이 나타나지 않도록 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 잘라낸다.
다음에, 잘라내어진 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 원주 방향으로 배치하고(도 4e), 인접하는 원호형상 부재끼리를 서로 확산 접합에 의해서 융착해서 포커스 링(24)(제 2 링형상 부재)을 형성한다(도 4f)(접합 스텝).
그런데, 웨이퍼 W의 대구경화는 더욱 진행하는 것이 확실시되고 있고, 웨이 퍼 W의 직경으로서 450㎜이 가까운 장래에 있어서 주류로 된다고 고려되고 있다. 이 경우, 일체형의 포커스 링(82)의 제조에는 직경이 500㎜ 이상의 단결정 실리콘으로 이루어지는 원주형상 부재(잉곳)가 필요하게 되지만, 직경 500㎜ 이상의 잉곳은 제조가 곤란하다고 고려되고 있다.
상술한 도 4a 내지 도 4f의 제조 방법에 의하면, 원주형상의 잉곳(원주(41))으로부터 해당 잉곳의 곡률반경보다도 큰 곡률반경을 갖는 복수의 원호형상 부재(24a∼24d)를 잘라내는 것에 의해 해당 잉곳의 직경보다도 큰 직경을 갖는 포커스 링(24)을 제조할 수 있으므로, 웨이퍼 W의 대구경화에 대응할 수 있다.
상술한 기판 처리 장치(10)에서는 포커스 링(24)이 정전 척(22)에 직접 탑재되어 있지만, 포커스 링(24)과 정전 척(22)이 밀착하고 있지 않으면, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 사이에 진공 단열층이 형성되어 플라즈마 에칭 처리 중에 이온의 입사에 의해서 가열되는 포커스 링(24)을 정전 척(22)에 의해서 효율 좋게 냉각할 수 없다. 이 경우, 포커스 링(24)의 온도는 약 500℃까지 상승하기 때문에, 해당 포커스 링(24)의 방사열에 의해서 웨이퍼 W의 주연부가 가열되어 웨이퍼 W에 있어서의 플라즈마 에칭 처리의 균일성의 유지가 곤란하게 될 우려가 있다.
그래서, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 정전 척(22) 및 포커스 링(24)의 사이에 전열 시트(50)를 개재시켜 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 사이의 밀착성을 향상시켜도 좋다. 이것에 의해, 포커스 링(24) 및 정전 척(22)의 사이에 있어서의 진공 단열층의 형성을 방지할 수 있고, 이로써, 포커스 링(24)을 정전 척(22)에 의해서 효율 좋게 냉각할 수 있다. 이 때, 전열 시트(50)로서 점착성을 갖는 링형상 의 수지 시트를 이용하면, 우선, 링형상의 전열 시트(50)를 정전 척(22)에 배치하고, 해당 전열 시트(50)에 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 점착하면서 원주 방향으로 배치하는 것에 의해(도 5b), 각 원호형상 부재(24a∼24d)를 서로 접합하는 일 없이, 정전 척(22)상에 있어서 포커스 링(24)을 형성할 수 있다. 이것에 의해, 포커스 링(24)의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 관한 링형상 부재는 상술한 포커스 링(24) 뿐만 아니라, 기판 처리 장치의 다른 구성부품에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 최근, 플라즈마 처리 성능 향상을 목적으로 하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, 직류 전원(61)을 천장 전극판(33)에 접속해서 반응실(17) 내부에 직류 전압을 인가하는 기판 처리 장치(60)가 개발되고 있다. 반응실(17) 내부에 직류 전압을 인가하기 위해서는 반응실(17) 내부에 표면이 노출되는 직류 전압의 그라운드 전극(62)을 마련할 필요가 있다.
그라운드 전극(62)은 도전재, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 링형상 부재이며, 서셉터(12)의 하부에 있어서 해당 서셉터(12)를 둘러싸도록 배치된다. 그라운드 전극(62)은 그 외측면이 측쪽 배기로(13)에 면한다. 여기서, 그라운드 전극(62)을, 포커스 링(24)과 마찬가지로 복수의 원호형상 부재에 의해서 구성하는 것에 의해, 그라운드 전극(62)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 그라운드 전극(62)을 구성하는 각 원호형상 부재를 잘라낼 때에는 측쪽 배기로(13)에 면하는 외측면에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면이 나타나지 않도록 잘라낸다. 이것에 의해, 그라운드 전극(62)의 플라즈마에 의한 소모를 억제할 수 있다.
또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 종래부터, 제 2 고주파 전원(31)을 서셉 터(12)가 아닌 천장 전극판(33)에 접속해서 해당 천장 전극판(33)에 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 공급하는 기판 처리 장치(70)가 알려져 있다. 이 기판 처리 장치(70)에서는 원판형상의 천장 전극판(33)의 주위를 둘러싸도록, 도전재 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 링형상 부재로서의 외측 전극판(71)(상부 전극)이 배치된다. 해당 외측 전극판(71)은 그 하면이 반응실(17) 내부에 노출된다. 여기서, 외측 전극판(71)을, 포커스 링(24)과 마찬가지로 복수의 원호형상 부재에 의해서 구성하는 것에 의해, 외측 전극판(71)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 외측 전극판(71)을 구성하는 각 원호형상 부재를 잘라낼 때에는 반응실(17) 내부에 노출되는 하면에 소모되기 쉬운 단결정 실리콘의 결정면이 나타나지 않도록 잘라낸다. 이것에 의해, 외측 전극판(71)의 플라즈마에 의한 소모를 억제할 수 있다.
또, 상술한 본 실시형태에서는 플라즈마 에칭 처리가 실시되는 기판이 반도체 웨이퍼이었지만, 플라즈마 에칭 처리가 실시되는 기판은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)나 FPD(Flat Panel Display) 등의 유리 기판이라도 좋다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 링형상 부재로서의 포커스 링을 구비하는 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 있어서의 포커스 링의 구성을 상세하게 설명하기 위한 사시도.
도 3a 내지 도 3c는 본 실시형태에 관한 링형상 부재의 제조 방법으로서의 포커스 링의 제조 방법을 나타내는 공정도.
도 4a 내지 도 4f는 본 실시형태에 관한 링형상 부재의 제조 방법으로서의 포커스 링의 제조 방법의 변형예를 나타내는 공정도.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서의 정전 척 및 포커스 링의 근방의 구성의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5a는 단면도이며, 도 5b는 평면도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 링형상 부재로서의 그라운드 전극을 구비하는 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시형태에 관한 링형상 부재로서의 외측 전극판을 구비하는 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 8a 및 도 8d는 포커스 링의 일반적인 제조 방법을 나타내는 공정도.
부호의 설명
W 웨이퍼
10, 60, 70 기판 처리 장치
11 챔버
12 서셉터
17 반응실
22 정전 척
24 포커스 링
24a∼24d 원호형상 부재
24a1∼24d1 상면
24a2∼24d2 외측면
41, 80 원주
50 전열 시트
61 그라운드 전극
71 외측 전극판
83 원판
Claims (13)
- 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 있어서 플라즈마가 내부에 발생하는 수용실에 수용되는 링(ring)형상 부재로서,원주 방향으로 배치된 복수의 단결정재의 원호형상 부재로 이루어지고,각 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않는 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 1 항에 있어서,상기 소모되기 쉬운 결정면의 밀러(Miller) 지수는 {100}인 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 1 항에 있어서,상기 소모되기 쉬운 결정면의 밀러 지수는 4지수 표기또는
으로 나타나는 것을 특징으로 하는
링형상 부재. - 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,상기 복수의 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 동일한 결정면이 나타나는 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,상기 기판의 주연(周緣)을 둘러싸고,상기 기판의 표면에 평행한 면과, 기판의 표면에 수직인 면을 갖고,상기 평행한 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않는 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 5 항에 있어서,상기 링형상 부재는 포커스(focus) 링인 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 5 항에 있어서,상기 링형상 부재는 상기 기판 처리 장치가 구비하는 상부 전극인 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 6 항에 있어서,상기 포커스 링을 구성하는 상기 단결정재는 상기 기판을 구성하는 단결정재와 동일한 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,상기 복수의 원호형상 부재는 서로 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,상기 복수의 원호형상 부재는 서로 융착(融着)되는 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 제 10 항에 있어서,상기 복수의 원호형상 부재의 사이의 융착 부분은 아몰퍼스(amorphous)화되어 있는 것을 특징으로 하는링형상 부재.
- 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 있어서 플라즈마가 내부에 발생하는 수용실에 수용되는 링형상 부재의 제조 방법으로서,소정의 직경을 갖는 단결정재로 이루어지는 원주형상 부재의 주연부로부터 제 1 링형상 부재를 잘라내는 제 1 잘라냄 스텝(step)과,상기 원주형상 부재로부터 상기 제 1 링형상 부재가 잘라내어져 형성된 잉여부재로부터 상기 제 1 링형상 부재와 동일한 곡률을 갖는 복수의 원호형상 부재를 잘라내는 제 2 잘라냄 스텝과,상기 복수의 원호형상 부재를 원주 방향으로 배치하고 또한 서로 접합해서 제 2 링형상 부재를 형성하는 접합 스텝을 갖고,상기 제 2 잘라냄 스텝에서는 각 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않도록 상기 복수의 원호형상 부재를 잘라내는 것을 특징으로 하는제조 방법.
- 링형상 부재가 수용되는 수용실 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 있어서,상기 링형상 부재는원주 방향으로 배치된 복수의 단결정재의 원호형상 부재로 이루어지고,각 원호형상 부재의 상기 플라즈마에 노출되는 면에 상기 단결정재에 있어서의 소모되기 쉬운 결정면이 나타나지 않는 것을 특징으로 하는기판 처리 장치.
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