KR20110055424A - 기판 처리 장치의 기판 탑재대 - Google Patents

기판 처리 장치의 기판 탑재대 Download PDF

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KR20110055424A
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다카시 기타자와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

부품 점수 및 조립 공정수의 증가를 수반하지 않고, 플라즈마의 진입에 기인하는, 접착제층의 소모 및 베이스부 표면에 있어서의 이상 방전에 의한 손상을 방지할 수 있는 기판 처리 장치의 기판 탑재대를 제공한다. 원판형상의 베이스부(41)와, 베이스부(41)의 상부 평면에 접착제층(42)에 의해 접착되고, 웨이퍼 W를 탑재하는 원판형상의 정전 척(23)과, 그 주위에 배치되고 웨이퍼 W를 둘러싸는 동시에 베이스부(41)의 상부 평면(41b)의 외주부를 덮는 원환형상의 포커스 링(25)을 갖고, 정전 척(23)은 상부 원판부(23b)와 이 상부 원판부(23a)보다도 직경이 큰 하부 원판부(23a)를 갖는 2단 구조를 띠고 있고, 하부 원판부(23a)는 베이스부(41)의 오목부(41a)에 끼워 맞춰지고 오목부(41)의 바닥부 평면에 접착제층(42)에 의해 접착되어 있으며, 끼워맞춤부가 포커스 링(25)으로 덮여 있다.

Description

기판 처리 장치의 기판 탑재대 {SUBSTRATE MOUNTING TABLE OF SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 예컨대, 반도체 웨이퍼와 같은 기판에, 성막, 에칭 등의 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 관한 것이다．
기판으로서의 웨이퍼에 플라즈마 처리로서, 예를 들면, 에칭 처리를 실시하는 기판 처리 장치는 웨이퍼를 수용하는 수용실(챔버)과, 해당 챔버내에 배치되고 웨이퍼를 탑재하는 기판 탑재대를 구비한다. 기판 처리 장치는 챔버내에 플라즈마를 발생시켜, 해당 플라즈마에 의해서 기판 탑재대에 탑재된 웨이퍼에 에칭 처리를 실시한다.
기판 탑재대는 상부에 절연성 부재, 예를 들면, 세라믹으로 이루어지는 정전 척을 구비하고, 정전 척의 내부에는 정전 전극판이 배치되어 있다. 웨이퍼에 에칭 처리를 실시하는 동안, 정전 전극판에는 직류 전압이 인가되고, 이 직류 전압에 의해서 발생하는 쿨롱력 또는 죤슨·라벡(Johnsen-Rahbek)력에 의해, 정전 척은 웨이퍼를 흡착되어 유지된다.
도 5는 종래의 기판 처리 장치의 기판 탑재대의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
이 기판 탑재대(70)는, 예를 들면, 금속 알루미늄으로 이루어지는 베이스부(71)와, 해당 베이스부(71)의 상부 평면에 배치된 정전 척(ESC)(72)과, 정전 척(72)과 베이스부(71)를 접착하는 접착제층(73)과, 정전 척(72)의 주위에 배치된 포커스 링(75)을 포함하고, 정전 척(72)의 상부 평면에는 원판형상의 웨이퍼 W가 탑재된다.
베이스부(71)의 상부 평면에는 해당 베이스부(71)를 절연하기 위해, 예를 들면, 알루미나, 이트륨 등으로 이루어지는 세라믹이 용사된 용사 피막이 형성되어 있다. 또한, 플라즈마로 챔버내를 클리닝할 필요가 있기 때문에, 정전 척(72)에는 내플라즈마성 및 내압성이 요구되므로, 최근에는 정전 척(72)으로서 일체의 판 척(plate chuck)이 바람직하게 적용되고 있다. 판 척으로서의 정전 척(72)은 두께 약 1㎜의 세라믹으로 이루어지고, 그 내부에는 정전 전극판(74)이 내장되어 있다.
포커스 링(75)은, 예를 들면, 단결정 실리콘으로 이루어지고, 정전 척(72)에 탑재된 웨이퍼 W를 둘러싸도록 베이스부(71)의 상부 평면의 외주부에 탑재되어 있다. 포커스 링(75)은 플라즈마의 분포역을 웨이퍼 Ｗ상 뿐만 아니라 해당 포커스 링(75)상까지 확대해서 웨이퍼 W의 둘레가장자리부상에 있어서의 플라즈마의 밀도를 웨이퍼 W의 중앙부 상에 있어서의 플라즈마의 밀도와 동일 정도로 유지한다. 이것에 의해, 웨이퍼 W의 전체면에 실시되는 에칭 처리의 균일성을 유지한다.
이러한 종래의 기판 탑재대에 있어서는 정전 척(72)과 포커스 링(75)의 사이에 간극이 있기 때문에, 이 간극과, 웨이퍼 W와 포커스 링(75)의 사이의 간극을 통해 플라즈마가 진입하고, 유기물로 이루어지는 접착제층(73)이 플라즈마의 조사를 받아 소모된다고 하는 문제가 있다. 또한, 정전 척(72)과 포커스 링(75)의 사이에 있어서의 베이스부(71)의 표면(71a)이 노출된다. 이 노출 표면(71a)에 플라즈마가 조사되어 용사 피막이 소모되고, 이윽고 베이스부(71)의 금속 알루미늄이 노출되면 이상 방전이 발생한다고 하는 문제도 있다. 접착제층(73)의 소모 및 이상 방전의 발생은 기판 탑재대로서의 기능에 악영향을 미치고, 기판 탑재대의 수명이 짧아진다고 하는 원인으로 된다.
그래서, 정전 척과 베이스부를 접착하는 접착제층의 소모 등을 회피할 수 있는 기판 탑재대의 개발이 요망되고 있고, 접착제층의 주변부를 보호 피복으로 덮도록 한 기판 탑재대가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
(특허문헌 1) 일본 특허 공개 공보 제 2000-286332 호
특허문헌 1에 기재된 기판 탑재대는 정전 척 본체와 베이스부의 접착부 뿐만 아니라, 정전 척 본체 전체와 베이스부의 일부를 별도의 부재인 불소 수지 보호막에 의해서 피복한 것이며, 베이스부와, 베이스부에 탑재된 정전 척과, 정전 척의 주위에 배치되는 포커스 링을 구비한 기판 탑재대에 있어서, 새로운 구성 부재인 불소 수지 보호막을 추가하는 것이므로, 부품 점수 및 조립 공정수가 증가한다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 부품 점수 및 조립 공정수의 증가를 수반하는 일 없이, 플라즈마의 진입에 기인하는, 정전 척과 베이스부를 접착하는 접착제층의 소모 및 베이스부 표면에 있어서의 아킹(이상 방전)의 발생을 방지할 수 있는 기판 처리 장치의 기판 탑재대를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 원판형상의 베이스부와, 해당 베이스부의 상부 평면에 접착제층에 의해 접착되고, 원형의 흡착면에 의해서 기판을 지지하는 원판형상의 정전 척과, 해당 정전 척의 주위에 배치되어 상기 기판을 둘러싸고, 상기 베이스부의 상기 상부 평면의 외주부를 덮는 원환형상의 포커스 링을 갖고, 상기 정전 척은 상부 원판부와 해당 상부 원판부보다도 직경이 큰 하부 원판부를 갖는 2단 구조를 가지며, 상기 하부 원판부의 외주부 및 해당 하부 원판부와 상기 베이스부를 접착하는 상기 접착제층의 외주부는 상기 포커스 링으로 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 2 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 청구항 1 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 있어서, 상기 베이스부는 상기 정전 척의 상기 하부 원판부가 끼워 맞춰지는 오목부를 갖고, 상기 하부 원판부와 상기 오목부의 끼워맞춤부는 상기 포커스 링으로 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 청구항 2 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 있어서, 상기 포커스 링은 상기 베이스부의 상기 오목부를 둘러싸는 상부 평면에 탑재되어 있고, 상기 포커스 링의 하부 평면과 상기 정전 척의 상기 하부 원판부의 상부 평면의 간극은 0.4㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 4 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 청구항 2 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 있어서, 상기 포커스 링은 상기 정전 척의 상기 하부 원판부에 탑재되어 있고, 상기 포커스 링의 하부 평면과 상기 베이스부의 상기 오목부를 둘러싸는 상부 평면의 간극은 0.4㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 5 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 청구항 1 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 있어서, 상기 포커스 링은 상기 정전 척의 상기 하부 원판부의 외주부 및 상기 접착제층의 외주부가 헐겁게 끼워지는 절결부를 갖고, 상기 하부 원판부의 외주부 및 상기 접착제층의 외주부와 상기 절결부의 내벽면의 간극은 해당 포커스 링으로 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 6 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 청구항 1 내지 5 중의 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 있어서, 상기 기판은 원형의 판형상체이며, 해당 기판과 상기 포커스 링은 연직방향에 있어서 일부가 중첩되어 있고, 상기 기판의 반경 방향을 따른 하나의 중첩 부분에 있어서의 중첩 폭은 0.5∼1.5㎜인 것을 특징으로 한다.
청구항 7 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 청구항 6 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 있어서, 상기 중첩 부분에 있어서의 상기 기판의 하부 평면과 상기 포커스 링의 상부 평면의 간극은 0.4㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 8 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대는 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 있어서, 상기 정전 척의 상기 상부 원판부의 외주면과 상기 포커스 링의 내주면의 간극은 0.05∼0.4㎜인 것을 특징으로 한다.
청구항 1 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 정전 척은 상부 원판부와 해당 상부 원판부보다도 직경이 큰 하부 원판부를 갖는 2단 구조를 띠고 있고, 하부 원판부의 외주부 및 해당 하부 원판부와 베이스부를 접착하는 접착제층의 외주부는 포커스 링으로 덮여 있으므로, 다른 구성 부재를 추가하지 않고 플라즈마가 베이스부의 노출 표면이나 접착제층의 외주부에 도달하는 것을 억제할 수 있고, 이로써 부품 점수 및 조립 공정수의 증가를 수반하는 일 없이, 플라즈마의 진입에 기인하는, 정전 척과 베이스부를 접착하는 접착제층의 소모 및 베이스부 표면에 있어서의 이상 방전의 발생을 방지하고, 이상 방전에 의한 베이스부나 접착제층의 손상을 방지할 수 있다.
청구항 2 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 베이스부는 정전 척의 하부 원판부가 끼워맞춰지는 오목부를 갖고, 하부 원판부와 오목부의 끼워맞춤부는 포커스 링으로 덮여 있으므로, 베이스부의 노출 표면이나 접착제층의 외주부를 끼워맞춤부의 하부에 위치시켜 베이스부의 노출 표면이나 접착제층의 외주부에 이르는 플라즈마의 진입 경로를 길게 할 수 있고, 플라즈마가 베이스부의 표면이나 접착제층의 외주부에 도달하는 것을 확실하게 억제할 수 있고, 이로써, 접착제층의 소모를 확실하게 방지할 수 있다.
청구항 3 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 포커스 링은 베이스부의 오목부를 둘러싸는 상부 평면에 탑재되어 있고, 포커스 링의 하부 평면과 정전 척의 하부 원판부의 상부 평면의 간극은 0.4㎜ 이하이므로, 접착제층 및 베이스부 표면으로의 플라즈마의 진입을 더욱 확실하게 방지하고, 이것에 의해서 접착제층의 소모 및 이상 방전의 발생을 회피할 수 있다.
청구항 4 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 포커스 링은 정전 척의 하부 원판부에 탑재되어 있고, 포커스 링의 하부 평면과 베이스부의 오목부를 둘러싸는 상부 평면의 간극은 0.4㎜ 이하이므로, 접착제층 및 베이스부 표면으로의 플라즈마의 진입을 더욱 확실하게 방지하고, 이것에 의해서 접착제층의 소모 및 이상 방전의 발생을 회피할 수 있다.
청구항 5 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 포커스 링은 정전 척의 하부 원판부의 외주부 및 접착제층의 외주부가 헐겁게 끼워지는 절결부를 갖고, 하부 원판부의 외주부 및 접착제층의 외주부와 절결부의 내벽면의 간극은 포커스 링으로 덮여 있으므로, 정전 척과 베이스부를 접착하는 접착제층 및 베이스부 표면으로의 플라즈마의 진입을 확실하게 억제할 수 있고, 이로써 기판 탑재대의 수명을 연장시킬 수 있다.
청구항 6 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 기판은 원형의 판형상체이며, 해당 기판과 포커스 링은 연직 방향에 있어서 일부가 중첩되어 있고, 기판의 반경 방향을 따른 하나의 중첩 부분에 있어서의 중첩 폭은 0.5mm∼1.5㎜이므로, 기판과 포커스 링의 사이의 간극을 플라즈마가 통과하는 것을 저지할 수 있다.
청구항 7 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 중첩 부분에 있어서의 기판의 하부 평면과 포커스 링의 상부 평면의 간극은 0.4㎜ 이하이므로, 기판과 포커스 링의 사이의 간극으로의 플라즈마의 진입을 저지하여 접착제층의 소모 및 이상 방전의 발생을 방지할 수 있다.
청구항 8 기재의 기판 처리 장치의 기판 탑재대에 따르면, 정전 척의 상부 원판부의 외주면과 포커스 링의 내주면의 간극은 0.05mm∼0.4㎜이므로, 정전 척과 포커스 링의 사이의 간극으로의 플라즈마의 진입을 저지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 탑재대를 구비한 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 기판 탑재대를 도시하는 부분 단면도이다.
도 3은 실시형태의 변형예에 따른 기판 탑재대를 도시하는 부분 단면도이다.
도 4는 실시형태의 별도의 변형예에 따른 기판 탑재대를 도시하는 부분 단면도이다.
도 5는 종래의 기판 탑재대의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 탑재대를 구비한 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 이 기판 처리 장치는 기판으로서의 반도체 디바이스용의 웨이퍼(이하, 단지「웨이퍼」라 함)에 플라즈마 에칭 처리를 실행한다.
도 1에 있어서, 기판 처리 장치(10)는 웨이퍼 W를 수용하는 챔버(11)를 갖고, 챔버(11)내에는 웨이퍼 W를 탑재하는 원주형상의 기판 탑재대 (이하, 「서셉터」라 함)(12)가 배치되어 있다. 이 기판 처리 장치(10)에서는 챔버(11)의 내측벽과 서셉터(12)의 측면에 의해서 측방 배기로(13)가 형성된다. 측방 배기로(13)의 도중에는 배기 플레이트(14)가 배치되어 있다.
배기 플레이트(14)는 다수의 관통 구멍을 갖는 판형상부재이며, 챔버(11)의 내부를 상부와 하부로 구획하는 간막이판으로서 기능한다. 배기 플레이트(14)에 의해 구획된 챔버(11) 내부의 상부(이하, 「처리실」이라 함)(15)에는 후술하는 바와 같이 플라즈마가 발생한다. 또한, 챔버(11) 내부의 하부(이하, 「배기실(매니폴드)」이라 함)(16)에는 챔버(11)내의 가스를 배출하는 배기관(17)이 접속되어 있다. 배기 플레이트(14)는 처리실(15)에 발생하는 플라즈마의 확산을 차단하거나, 또는 반사해서 매니폴드(16)로의 누설을 방지한다.
배기관(17)에는 TMP(Turbo Molecular Pump) 및 DP(Dry Pump)(모두 도시 생략)가 접속되고, 이들 펌프는 챔버(11)내를 진공배기해서 소정 압력까지 감압한다. 또, 챔버(11)내의 압력은 APC(Automatic Pressure Control) 밸브(도시 생략)에 의해서 제어된다.
챔버(11)내의 서셉터(12)에는 제 1 고주파 전원(18)이 제 1 정합기(19)를 사이에 두고 접속되고, 또한 제 2 고주파 전원(20)이 제 2 정합기(21)를 사이에 두고 접속되어 있고, 제 1 고주파 전원(18)은 비교적 낮은 주파수, 예를 들면, 2㎒의 바이어스용의 고주파 전력을 서셉터(12)에 인가하고, 제 2 고주파 전원(20)은 비교적 높은 고주파, 예를 들면, 60㎒의 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 서셉터(12)에 인가한다. 이것에 의해, 서셉터(12)는 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 제 1 정합기(19) 및 제 2 정합기(21)는 서셉터(12)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감하여 고주파 전력의 서셉터(12)에의 인가 효율을 최대로 한다.
서셉터(12)의 상부에는 정전 전극판(22)을 내부에 갖는 정전 척(23)이 배치되어 있다. 정전 척(23)은 세라믹스로 구성되어 있고, 하부 원판부가 상부 원판부보다도 직경이 큰 2단 구조를 갖고 있다.
정전 전극판(22)에는 직류 전원(24)이 접속되어 있고, 정전 전극판(22)에 정의 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼 W에 있어서의 정전 척(23)측의 면(이하, 「이면」이라 함)에는 부전위가 발생해서 정전 전극판(22) 및 웨이퍼 W의 이면의 사이에 전위차가 생기고, 이 전위차에 기인하는 쿨롱력 또는 죤슨·라벡력에 의해, 웨이퍼 W는 정전 척(23)에 흡착되어 유지된다.
정전 척(23)에 흡착 유지된 웨이퍼 W를 둘러싸도록, 포커스 링(25)이 배치되어 있다. 포커스 링(25)은, 예를 들면, 실리콘(Si)이나 탄화규소(SiC) 등에 의해서 구성된다.
서셉터(12)의 내부에는, 예를 들면, 원주방향으로 연장하는 환상의 냉매실(26)이 마련되어 있다. 냉매실(26)에는 칠러 유닛(도시 생략)으로부터 냉매용 배관(27)을 통해 저온의 냉매, 예를 들면, 냉각수이나 갈덴(Galden)(등록상표)이 순환 공급된다. 냉매에 의해서 냉각된 서셉터(12)는 정전 척(23)을 사이에 두고 웨이퍼 W 및 포커스 링(25)을 냉각한다.
정전 척(23)에 있어서의 웨이퍼 W가 흡착 유지되어 있는 부분(이하, 「흡착면」이라 함)에는 복수의 전열 가스 공급 구멍(28)이 개구되어 있다. 전열 가스 공급 구멍(28)은 전열 가스 공급 라인(29)을 사이에 두고 전열 가스 공급부(도시 생략)에 접속되고, 전열 가스 공급부는 전열 가스로서의 He(헬륨) 가스를, 전열 가스 공급 구멍(28)을 통해 흡착면 및 웨이퍼 W의 이면의 간극에 공급한다. 흡착면 및 웨이퍼 W의 이면의 간극에 공급된 He 가스는 웨이퍼 W의 열을 정전 척(23)에 효과적으로 전달한다.
챔버(11)의 천장부에는 서셉터(12)와 대향하도록 샤워헤드(30)가 배치되어 있다. 샤워헤드(30)는 상부 전극판(31)과, 이 상부 전극판(31)을 착탈 가능하게 매다는 쿨링 플레이트(32)와, 쿨링 플레이트(32)를 덮는 덮개(33)를 갖는다. 상부 전극판(31)은 두께 방향으로 관통하는 다수의 가스 구멍(34)을 갖는 원판형상 부재로 이루어지고, 예를 들면, 반도체인 실리콘에 의해서 구성된다. 또한, 쿨링 플레이트(32)의 내부에는 버퍼실(35)이 마련되고, 버퍼실(35)에는 가스 도입관(36)이 접속되어 있다.
또한, 샤워헤드(30)의 상부 전극판(31)에는 직류 전원(37)이 접속되어 있고, 상부 전극판(31)에 부의 직류 전압이 인가된다. 이 때, 상부 전극판(31)은 정 이온의 충돌에 의해 2차 전자를 방출해서 처리실(15) 내부에 웨이퍼 Ｗ상에 있어서 전자밀도가 저하하는 것을 방지한다. 방출된 2차 전자는 웨이퍼 Ｗ상으로부터 측방 배기로(13)에 있어서 서셉터(12)의 측면을 둘러싸도록 마련된 반도체인 탄화규소나 규소에 의해서 구성되는 접지 전극(그라운드 링)(38)으로 흐른다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(10)에서는 처리 가스 도입관(36)으로부터 버퍼실(35)에 공급된 처리 가스가 가스 구멍(34)을 통해 처리실(15) 내부에 도입되고, 도입된 처리 가스는 제 2 고주파 전원(20)으로부터 서셉터(12)를 통해 처리실(15) 내부에 인가된 플라즈마 생성용의 고주파 전력에 의해서 여기되어 플라즈마로 된다. 플라즈마 중의 이온은 제 1 고주파 전원(18)이 서셉터(12)에 인가하는 바이어스용의 고주파 전력에 의해서 웨이퍼 W를 향해 인입되어, 웨이퍼 W에 플라즈마 에칭 처리를 실시한다.
기판 처리 장치(10)의 각 구성 부재의 동작은 기판 처리 장치(10)가 구비하는 제어부(도시 생략)의 CPU가 플라즈마 에칭 처리에 대응하는 프로그램에 따라 제어한다.
도 2는 도 1에 있어서의 기판 탑재대를 도시하는 부분 단면도이다.
도 2에 있어서, 서셉터(12)는 베이스부(이하,「금속 베이스」라 함)(41)와, 해당 금속 베이스(41)의 상부 표면에 접착제층(42)에 의해서 접착되고, 원형의 흡착면에 의해서 웨이퍼 W를 지지하는 원판형상의 정전 척(23)과, 해당 정전 척(23)의 주위에 배치되고 웨이퍼 W를 둘러싸는 원환형상의 포커스 링(25)을 포함한다.
정전 척(23)은 하부 원판부(23a)가 상부 원판부(23b)보다도 직경이 큰 2단 구조(모자형 형상)를 갖고 있다. 하부 원판부(23a) 및 상부 원판부(23b)의 두께는, 예를 들면, 각각 1㎜이다. 금속 베이스(41)는 세라믹스의 용사막으로 덮인 금속 알루미늄으로 이루어지는 원통 형상의 부재이며, 금속 베이스(41)의 상부 표면에는 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)가 끼워맞춰지는 오목부(41a)가 마련되어 있다. 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)는 금속 베이스(41)의 오목부(41a)에 끼워맞춰지고, 접착제층(42)에 의해서 오목부(41a)의 바닥부 평면에 접착되어 있다.
포커스 링(25)은 금속 베이스(41)의 오목부(41a)를 둘러싸는 상부 평면(41b)에 탑재되어 있고, 포커스 링(25)은 상부 평면(41b)을 덮고 있다. 포커스 링(25)의 내주 부분은 금속 베이스(41)의 상부 평면(41b)의 내주측 단부보다도 내측으로 돌출되어 있고, 오목부(41a)에 끼워맞춰진 정전 척(23)의 하부 평판부(23a)의 외주부 및 접착제층(42)의 외주부는 포커스 링(25)에 의해서 덮여 있다. 즉, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)와 금속 베이스(41)의 오목부(41a)의 끼워맞춤부(41c)는 포커스 링(25)으로 덮여 있다. 여기서, 정전 척(23)의 반경 방향에 있어서 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)와 포커스 링(25)의 중첩 폭(F)은, 예를 들면, 0.5㎜ 이상이다. 이 중첩 폭(F)을 0.5㎜ 이상으로 하는 것에 의해서, 플라즈마의 진입을 저지하는 효과가 증대한다.
정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 두께와 접착제층(42)의 두께의 합계는 금속 베이스(41)의 오목부(41a)의 깊이보다도 약간 얇게 되어 있다. 따라서, 금속 베이스(41)의 오목부(41a)를 둘러싸는 상부 평면(41b)에 탑재된 포커스 링(25)의 하부 평면과 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 상부 평면의 사이에는 간극(D)이 있다. 이 간극(D)은, 예를 들면, 0.4㎜ 이하이다. 이 간극을 0.4㎜보다도 크게 하면, 플라즈마의 진입을 저지하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다.
금속 베이스(41)의 상부 평면(41b)에 탑재된 포커스 링(25)의 하부 표면과 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 사이에 간극을 마련하는 것에 의해, 각 구성 부재의 제작시에 있어서의 제작 오차를 흡수하고, 조립 용이성을 확보할 수 있다. 예를 들면, 금속 베이스(41)의 상부 평면(41b)과, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 상부 평면을 동일 높이로 하고, 포커스 링(25)을, 금속 베이스(41)의 상부 평면(41b) 및 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 상부 평면의 양쪽에 동시에 맞닿게 하여 탑재하려고 해도, 치수 오차의 영향으로 상부 평면(41b)과 하부 원판부(23a)의 상부 평면이 동일한 높이가 되는 일은 없으므로, 양호한 조립을 할 수 없다.
웨이퍼 W는, 예를 들면, 실리콘으로 이루어지는 원형의 판형상체이며, 웨이퍼 W와 포커스 링(25)은 연직 방향에 있어서 일부, 즉 웨이퍼 W의 외주부와 포커스 링(25)의 내주부가 중첩되어 있다. 웨이퍼 W의 반경 방향을 따른 중첩 부분에 있어서의 중첩 폭(A)은, 예컨대, 0.5mm∼1.5㎜이다. 중첩 폭(A)이 0.5㎜보다도 적으면 플라즈마의 진입을 방지하는 효과가 충분하지 않고, 1.5㎜보다도 크면 정전 척(23)과 웨이퍼 W의 접촉 면적이 상대적으로 작아지므로, 웨이퍼 W의 온도를 제어할 때의 전열 효율이 저하한다. 중첩 폭(A)이 0.5∼1.5㎜이면, 전열 효율을 저하시키는 일 없이, 웨이퍼 W와 포커스 링(25)의 간극을 플라즈마가 통과하는 것을 방지할 수 있다.
웨이퍼 W와 포커스 링(25)이 중첩되는 중첩 부분에 있어서의 웨이퍼 W와 포커스 링(25)의 간극(B)은, 예를 들면, 0.4㎜ 이하이다. 간극이 0.4㎜보다도 크면 플라즈마의 진입을 저지하는 효과가 불충분하게 된다. 웨이퍼 W와 포커스 링(25)의 간극이 0.4㎜ 이하이면, 플라즈마의 진입을 효과적으로 저지할 수 있다. 이 때, 웨이퍼 W의 하부 평면과 포커스 링(25)의 상부 평면을 맞닿게 해도 좋지만, 포커스 링(25)의 상부 평면으로부터 받는 수직 저항력에 기인하는 응력에 의한 손상을 회피하기 위해 약간의 간극, 예를 들면, 0.1㎜ 정도의 간극을 확보하는 것이 바람직하다.
정전 척(23)의 상부 원판부(23b)의 외주면과 포커스 링(25)의 내주면의 사이의 간극(C)은, 예를 들면, 0.4㎜ 이하, 바람직하게는 0.05㎜ 이상 0.4㎜ 이하이다. 이 간극(C)이 0.4㎜보다도 크면, 플라즈마의 진입을 저지하는 효과가 작아진다. 또한, 이 간극(C)이 0.05㎜보다도 작으면, 정전 척(23)의 상부 원판부(23b)의 외주면과 포커스 링(25)의 내주면이 접촉해서 손상될 우려가 있다. 간극(C)이 0.05∼0.4㎜이면, 접촉에 의한 손상을 방지하면서 플라즈마의 진입을 저지할 수 있다. 도 2에 있어서의 포커스 링(25)의 하부 평면과 하부 원판부(23a)의 상부 평면의 사이에 형성되는 간극(D)에 대해서도 마찬가지이다.
본 실시형태에 의하면, 정전 척(23)을, 상부 원판부(23b)와 해당 상부 원판부(23b)보다도 직경이 큰 하부 원판부(23a)를 갖도록 하고, 하부 원판부(23a)를 금속 베이스(41)의 오목부(41a)에 끼워 맞추는 매립 구조로 하고, 끼워맞춤부(41c)를 포커스 링(25)으로 덮도록 했으므로, 금속 베이스(41)의 표면(오목부(41a)의 바닥부 표면)이나 접착제층(42)의 외주부를 하부 원판부(23a) 및 오목부(41a)의 끼워맞춤부(41c)의 하부에 위치시켜, 금속 베이스(41)의 표면이나 접착제층(42)의 외주부에 이르는 플라즈마의 진입 경로를 길게 할 수 있고, 이로써, 플라즈마가 금속 베이스(41)의 표면이나 접착제층(42)의 외주부에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 다른 구성 부재를 추가하는 일 없이, 접착제층(42)의 소모나 금속 베이스(41)의 표면에 있어서의 이상 방전의 발생을 방지할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 의하면, 웨이퍼 W와 포커스 링(25)을 연직 방향에 있어서 일부 중첩하고, 웨이퍼 W와 포커스 링(25)의 사이에 형성되는 수평 방향으로 연장하는 간극의 두께(B), 정전 척(23)의 상부 원판부의 외주면과 포커스 링(25)의 내주면의 사이에 형성되는 연직 방향으로 연장하는 간극의 폭(C), 및 포커스 링(25)의 하부 평면과 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 상부 평면의 사이에 형성되는 수평 방향의 간극의 두께(D)를 각각 0.4㎜ 이하로 하고, 이것에 의해서, 웨이퍼 W 및 정전 척(23)과 포커스 링(25)의 사이에 형성되고, 웨이퍼 W의 상부 공간과 연통하는 간극을 소위 미로형상의 래비린스(labyrinth) 구조로 했으므로, 웨이퍼 W에 플라즈마 처리를 실시할 때의 플라즈마가 이 간극을 거쳐 금속 베이스(41)의 표면이나 접착제층(42)에 도달하는 것을 저지하고, 접착제층(42)의 소모나 금속 베이스(41)의 표면에 있어서의 이상 방전의 발생을 방지하여, 이들 손상을 막을 수 있다. 더 나아가서는 이상 방전에 의한 파티클의 발생 및 금속오염을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)를 금속 베이스(41)의 오목부(41a)에 끼워맞추는 매립 구조로 했으므로, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 하부 평면에 도포하는 접착제량이 다소 많아져도, 하부 원판부(23a)와 오목부(41a)의 내부 벽면의 사이에 있어서의 약간의 간극에 의해서 흡수할 수 있다. 따라서, 접착제의 도포량을 엄밀하게 조정할 필요가 없다. 또, 서셉터 전체로써의 조립 용이성이 향상하고, 또한 잉여의 접착제가 박리하는 것에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 정전 척(23)과 금속 베이스(41)의 접착부를 매립 구조로 했으므로, 포커스 링(25)으로서 종래의 것을 그대로 적용할 수 있다고 하는 효과도 있다.
본 실시형태에 있어서, 정전 척(23)에 히터를 매설하고, 보다 가까운 위치에서 웨이퍼 W의 온도를 제어하도록 해도 좋다. 이와 같이, 정전 척(23)에 히터를 매설하는 것에 의해서, 히터를 구비하지 않은 종래형의 정전 척에 비해 그 두께가 두껍게 되지만, 그 만큼, 정전 척(23) 자체로서 직경이 큰 하부 원판부(23a)와 직경이 작은 상부 원판부로 이루어지는 2단 구조를 형성하기 쉬워진다. 그리고, 정전 척(23)을 2단 구조로 하는 것에 의해서, 절대적인 두께가, 예를 들면, 3㎜정도로 얇은 포커스 링(25)에 의해서 하부 원판부(23a)를 덮기 쉬워진다. 따라서, 금속 베이스(41) 및 접착제층(42)으로의 플라즈마의 도달을 억제하고, 기판 탑재대 전체로서의 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 정전 척(23)을 하부 원판부(23a)와 상부 원판부(23b)로 이루어지는 2단 구조(모자형 구조)로 했으므로, 종래 기술에 비해 정전 척(23)내를 전파하는 열의 경계부를 서셉터(12)의 외측으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 전열 효율이 향상하고, 정전 척(23) 및 웨이퍼 W에 있어서의 열의 균일성을 확보하기 쉬워진다.
본 실시형태에 있어서, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)를 금속 베이스(41)의 오목부(41a)에 끼워맞추는 매립 구조로 했으므로, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 열팽창을, 금속 베이스(41)의 오목부(41a)에서 구속하게 되지만, 금속 베이스(41)쪽이 정전 척(23a)보다도 열팽창 계수가 크므로 양자간에서 열응력이 발생하는 일은 없다. 따라서, 열응력에 기인하는 정전 척(23)의 변형 또는 손상을 회피해서 기판 탑재면의 정밀도를 유지할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 접착제층(42)의 두께를 균일하게 하기 위해, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 하부 평면과 금속 베이스(41)의 오목부(41a)의 바닥부 평면의 사이에 스페이서를 개재시킬 수 있다. 스페이서로서는, 예를 들면, 세라믹으로 이루어지는 비즈를 적용할 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 변형예에 대해 설명한다.
도 3은 본 실시형태의 변형예에 따른 기판 탑재대를 도시하는 부분 단면도이다.
도 3에 있어서, 이 기판 탑재대(52)가 도 2의 기판 탑재대(12)와 다른 점은 정전 척(23)에 있어서의 상부 원판부(23b)의 직경에 대한 하부 원판부(23a)의 직경을 더욱 크게, 즉 상부 원판부(23b)의 외주면에 대한 하부 원판부(23a)의 외주면의 돌출길이를 길게 해서 포커스 링(25)을 하부 원판부(23a)에 탑재한 점이다.
본 변형예에 의하면, 포커스 링(25)을 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)에 탑재했으므로, 포커스 링(25)에 대한 웨이퍼 W의 위치 결정시에 있어서, 양 부재의 사이에는 정전 척(23)만이 개재하게 되며, 더욱 정확한 위치 결정이 가능하게 되며, 양 부재간에 형성되는 간극(B)의 치수가 안정된다. 또한, 각 구성 부재의 제작 공차의 누적에 의한 위치 결정 불량을 회피할 수 있다.
본 실시형태의 변형예에 있어서, 포커스 링(25)과 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 반경 방향을 따른 중첩 부분에 있어서의 중첩 폭(G)은, 예를 들면, 1∼30㎜이다. 이것에 의해서, 포커스 링(25)은 정전 척(23)에 의해서 안정하게 지지된다.
본 실시형태의 변형예에 있어서, 포커스 링(25)의 하부 평면과 금속 베이스(41)의 상부 평면(41b)의 사이에 형성되는 간극(E)은 도 2에 있어서의 포커스 링(25)의 하부 평면과 하부 원판부(23a)의 상부 평면의 사이에 형성되는 간극(D)과 마찬가지로, 예를 들면, 0.4㎜ 이하이다. 이것에 의해서 해당 간극(E)으로의 플라즈마의 진입을 저지할 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 다른 변형예에 대해 설명한다.
도 4는 본 실시형태의 다른 변형예에 따른 기판 탑재대를 도시하는 부분 단면도이다.
도 4에 있어서, 본 변형예의 기판 탑재대(62)가 도 2의 기판 탑재대(12)와 다른 점은 금속 베이스(61)로서 정전 척(23)이 끼워 맞춰지는 오목부가 없는 평평한 상부 평면을 갖는 것으로 하고, 포커스 링(55)에, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 외주부 및 접착제층(42)의 외주부가 끼워 맞춰지는 절결부(55a)를 마련하고, 이 절결부(55a)에, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 외주부 및 접착제층(42)의 외주부를 헐겁게 끼우게 한 점이다.
본 변형예에 의하면, 정전 척(23)의 하부 원판부(23a)의 외주부 및 접착제층(42)의 외주부와 포커스 링(55)의 절결부(55a)의 내벽면의 간극이 포커스 링(55) 자신에 의해서 덮여 있으므로, 해당 간극으로의 플라즈마의 진입이 저지된다. 따라서, 플라즈마가 조사되는 것에 의한 접착제층(42)의 소모나 금속 베이스(61)의 표면에 있어서의 이상 방전의 발생을 방지할 수 있다.
상술한 실시형태 및 변형예에 있어서, 플라즈마 처리가 실시되는 기판은 반도체 디바이스용의 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display)를 포함하는 FPD(Flat Panel Display) 등에 이용하는 각종 기판이나, 포토 마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 기판 처리 장치 12, 52, 62 : 기판 탑재대(서셉터)
22 : 정전 전극판 23 : 정전 척(ESC)
23a : 하부 원판부 23b : 상부 원판부
25, 55 : 포커스 링 41, 61 : 금속 베이스(베이스부)
41a : 오목부 41b : 상부 평면
42 : 접착제층

Claims (8)

  1. 베이스부와,
    상기 베이스부의 상부 평면에 접착제층에 의해서 접착되고, 원형의 흡착면에 의해서 기판을 지지하는 원판형상의 정전 척과,
    상기 정전 척의 주위에 배치되어 상기 기판을 둘러싸고, 상기 베이스부의 상기 상부 평면의 외주부를 덮는 원환형상의 포커스 링
    을 갖고,
    상기 정전 척은 상부 원판부와 상기 상부 원판부보다도 직경이 큰 하부 원판부를 갖는 2단 구조를 갖고,
    상기 하부 원판부의 외주부와 해당 하부 원판부와 상기 베이스부를 접착하는 상기 접착제층의 외주부는 상기 포커스 링으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는
    기판 처리 장치의 기판 탑재대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스부는 상기 정전 척의 상기 하부 원판부가 끼워맞춰지는 오목부를 갖고, 상기 하부 원판부와 상기 오목부의 끼워맞춤부는 상기 포커스 링으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 베이스부의 상기 오목부를 둘러싸는 상부 평면에 탑재되어 있고, 상기 포커스 링의 하부 평면과 상기 정전 척의 상기 하부 원판부의 상부 평면과의 간극은 0.4㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 정전 척의 상기 하부 원판부에 탑재되어 있고, 상기 포커스 링의 하부 평면과 상기 베이스부의 상기 오목부를 둘러싸는 상부 평면과의 간극은 0.4㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 정전 척의 상기 하부 원판부의 외주부 및 상기 접착제층의 외주부가 헐겁게 끼워지는 절결부를 갖고, 상기 하부 원판부의 외주부 및 상기 접착제층의 외주부와 상기 절결부의 내벽면과의 간극은 상기 포커스 링으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 원형의 판형상체이며, 상기 기판과 상기 포커스 링은 연직 방향에 있어서 일부가 중첩되어 있고, 상기 기판의 반경 방향을 따른 중첩 부분에 있어서의 중첩 폭은 0.5∼1.5㎜인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중첩 부분에 있어서의 상기 기판의 하부 평면과 상기 포커스 링의 상부 평면과의 간극은 0.4㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 척의 상기 상부 원판부의 외주면과 상기 포커스 링의 내주면과의 간극은 0.05∼0.4㎜인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 기판 탑재대.
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