KR20120112218A - 천정 전극판 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 플라즈마 발생 당초부터 천정 전극판의 온도를 안정시킬 수 있고, 복수의 웨이퍼에 대하여 균일한 에칭 처리를 행할 수 있는 천정 전극판을 제공하는 것에 있다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 서셉터(12)와, 처리 공간(S)을 사이에 두고 대향하도록 배치된 천정 전극판(31)은, 쿨링 플레이트(32)를 개재하여 전극 지지체(33)에 맞닿아 지지되어 있으며, 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면에는 전열 시트(38)가 형성되어 있다. 전열 시트(38)는, 열 전도율이 0.5?2.0W/mㆍK의 범위에 있고, 실리콘을 성분에 포함하는 내열성의 점착제나 고무 및, 당해 점착제나 고무에 혼입된 산화물, 질화물 또는 탄화물의 세라믹스 필러를, 당해 점착제나 고무 중에 25?60체적％로 포함하고, 그의 막두께는, 예를 들면 30㎛?80㎛로, 천정 전극판(31)의 각 가스공(34)의 근방의 소정 영역을 회피하도록 도포하여, 형성되어 있다.

Description

천정 전극판 및 기판 처리 장치{CEILING ELECTRODE PLATE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 천정 전극판 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 처리 공간을 사이에 두고 기판 재치대와 대향하도록 배치된 천정 전극판에 관한 것이다.
기판으로서의 웨이퍼에 에칭 처리를 행하는 기판 처리 장치는, 웨이퍼를 수용하는 감압 가능한 챔버와, 당해 챔버 내에 배치되어 웨이퍼를 올려놓는 기판 재치대와, 당해 기판 재치대와 처리 공간을 사이에 두고 대향하도록 배치된 천정 전극판(CEL)을 구비한다. 감압된 챔버 내에는 플라즈마가 발생하여, 당해 플라즈마가 웨이퍼를 에칭한다. 천정 전극판은, 열 확산판으로서 기능하는 쿨링 플레이트를 개재하여 전극 지지체(UEL)에 지지되어 있다.
웨이퍼에 플라즈마 처리, 예를 들면 에칭 처리를 행하는 경우, 웨이퍼의 각 부위에 있어서의 에칭 레이트(E/R)는 각각 각 부위의 온도의 영향을 받기 때문에, 에칭 처리 중에 있어서 웨이퍼, 기판 재치대(holding stage), 천정 전극판 등의 챔버 내 부품의 표면 온도를 균일하게 유지하는 것이 요구된다. 그러나, 챔버 내는 진공으로 유지(holding)되기 때문에, 챔버 내 부품의 상호 간에 있어서 열이 전해지기 어렵고, 각 부품의 온도가 안정되기까지 시간을 필요로 한다는 문제가 있다.
또한, 웨이퍼에 에칭 처리가 행해질 때, 웨이퍼를 올려놓는 기판 재치대의 상부에 배치되는 천정 전극판은 플라즈마로부터 열을 받아 그의 온도가 변동한다. 천정 전극판의 온도는 처리 공간 내의 플라즈마 중의 라디칼의 분포에 영향을 미치기 때문에, 동일 로트 내의 복수의 웨이퍼를 처리하는 사이에 천정 전극판의 온도가 변동하면, 동일 로트 내의 복수의 웨이퍼에 대하여 균일한 에칭 처리를 행하는 것이 곤란해진다. 그래서, 천정 전극판을 지지하는 전극 지지체에는, 온도 조절 기구로서, 예를 들면 냉각수를 비롯한 냉매가 유통되는 냉매 유로가 설치되어 있어, 열 확산판으로서 기능하는 쿨링 플레이트를 개재하여 천정 전극판을 냉각하고, 이에 따라 플라즈마로부터의 열의 영향을 직접 받는 천정 전극판의 온도가 조정되고 있다.
그런데, 천정 전극판과 쿨링 플레이트와의 맞닿음 면, 쿨링 플레이트와 전극 지지체와의 맞닿음 면에 있어서의 밀착도는 그만큼 높지 않고, 또한 진공 분위기인 점에서 이들 부재 상호 간의 열 전달 효율은 낮다. 따라서, 천정 전극판의 온도 제어에 시간적인 어긋남이 발생하여, 플라즈마 발생 당초부터 천정 전극판의 온도를 원하는 온도로 조정하는 것이 곤란해져, 웨이퍼마다의 에칭 레이트 등의 프로세스 속성이 안정되지 않는 원인이 되고 있다.
이에 대하여, 최근 플라즈마 처리 장치의 구성 부재 간의 열 전달 효율을 개선하는 온도 조정 기술이 본 출원인에 의해 개발되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 기술에서는, 플라즈마 처리 장치에 있어서의, 각 구성 부재 상호 간, 예를 들면 포커스 링 및 서셉터의 사이에 전열 시트를 배치하여 열 전달 효율을 개선하고 있다.
일본공개특허공보 2002-16126호
그러나, 상기 종래 기술에 있어서의 전열 시트는, 그의 적용 기술이 반드시 확립되어 있는 것은 아니며, 특히, 플라즈마의 열을 직접 받아 가열되는 천정 전극판에 적용하기 위한 기술은 충분히 확립되어 있지 않다는 문제가 있다.
본 발명의 과제는, 플라즈마 발생 당초부터 천정 전극판의 온도를 안정시킬 수 있고, 복수의 웨이퍼에 대하여 균일한 에칭 처리를 행할 수 있는 천정 전극판 및 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1 기재의 천정 전극판은, 온도 조정 기구를 갖는 전극 지지체에 늘어뜨려 지지(釣支)된 천정 전극판으로서, 상기 전극 지지체에 쿨링 플레이트를 개재하여 맞닿아 있고, 당해 쿨링 플레이트와의 맞닿음 면에 전열 시트가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 2 기재의 천정 전극판은, 청구항 1 기재의 천정 전극판에 있어서, 상기 천정 전극판에는 다수의 가스공(孔)이 설치되어 있고, 상기 전열 시트는, 상기 가스공의 근방의 소정 영역을 피하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3 기재의 천정 전극판은, 청구항 2 기재의 천정 전극판에 있어서, 상기 전열 시트는, 상기 가스공의 중심을 중심으로 하여 반경 1.5mm 내지 2.5mm의 원형 영역을 피하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4 기재의 천정 전극판은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 천정 전극판에 있어서, 상기 전열 시트의 막두께는, 100㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 5 기재의 천정 전극판은, 청구항 4 기재의 천정 전극판에 있어서, 상기 전열 시트의 막두께는, 30㎛ 내지 80㎛인 것을 특징으로 한다.
청구항 6 기재의 천정 전극판은, 청구항 4 또는 청구항 5 기재의 천정 전극판에 있어서, 상기 천정 전극판은, 처리 공간을 사이에 두고 기판 재치대와 대향하도록 배치되고, 상기 전열 시트는, 상기 기판 재치대의 중심부에 대향하는 위치와, 상기 기판 재치대의 주변부에 대향하는 위치에서는, 그의 막두께가 상이한 것을 특징으로 한다.
청구항 7 기재의 천정 전극판은, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 천정 전극판에 있어서, 상기 쿨링 플레이트의 상기 전열 시트와의 맞닿음 면에 이형제가 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 8 기재의 천정 전극판은, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에기재된 천정 전극판에 있어서, 상기 쿨링 플레이트와 상기 전극 지지체와의 맞닿음 면에 상기 전열 시트가 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9 기재의 천정 전극판은, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 천정 전극판에 있어서, 상기 전열 시트의 열 전도율은, 0.5?2.0W/mㆍK인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 10 기재의 기판 처리 장치는, 천정 전극판과, 당해 천정 전극판과는 처리 공간을 사이에 두고 대향하도록 배치된 기판 재치대를 갖고, 당해 기판 재치대에 올려놓여진 기판에 대하여 소정의 처리를 행하는 기판 처리 장치로서, 상기 천정 전극판으로서, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 천정 전극판을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 천정 전극판이 쿨링 플레이트를 개재하여 전극 지지체에 맞닿아 있고, 천정 전극판의 쿨링 플레이트와의 맞닿음 면에 전열 시트가 형성되어 있기 때문에, 천정 전극판과 쿨링 플레이트와의 사이의 열 전달 효율이 향상되어 전극 지지체에 의한 천정 전극판의 온도 조정 기능이 양호하게 발현되고, 이에 따라, 천정 전극판의 온도가 조기에 안정되어, 플라즈마 발생 당초부터 천정 전극판의 온도를 안정시킬 수 있고, 복수의 웨이퍼에 대하여 균일한 에칭 처리를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 천정 전극판을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 천정 전극판의 쿨링 플레이트와의 맞닿음 면을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 천정 전극판의 부분 확대 평면도이다.
도 4는 도 2의 천정 전극판의 측면도이다.
도 5는 천정 전극판과 쿨링 플레이트와의 맞닿음부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 천정 전극판을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 본 플라즈마 처리 장치는, 기판으로서의 반도체 디바이스용의 웨이퍼(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 함)에 플라즈마 에칭 처리를 행한다.
도 1에 있어서, 기판 처리 장치로서의 플라즈마 처리 장치(10)는, 예를 들면, 직경이 300mm인 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(11)를 갖고, 당해 챔버(11) 내에는 반도체 디바이스용의 웨이퍼(W)를 올려놓는 원주 형상의 서셉터(12)가 배치되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 챔버(11)의 내측벽과 서셉터(12)의 측면에 의해 측방 배기로(13)가 형성된다. 이 측방 배기로(13)의 도중에는 배기 플레이트(14)가 배치된다.
배기 플레이트(14)는 다수의 관통공을 갖는 판 형상 부재로, 챔버(11) 내부를 상부와 하부로 나누는 구분판으로서 기능한다. 배기 플레이트(14)에 의해 나누어진 챔버(11) 내부의 상부(이하, 「처리실」이라고 함)(15)에는 후술하는 바와 같이 플라즈마가 발생한다. 또한, 챔버(11) 내부의 하부(이하, 「배기실(매니폴드)」라고 함)(16)에는 챔버(11) 내의 가스를 배출하는 배기관(17)이 접속되어 있다. 배기 플레이트(14)는 처리실(15)에 발생하는 플라즈마를 포착 또는 반사하여 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 진공 흡인하여 감압한다. 구체적으로는, DP는 챔버(11) 내를 대기압으로부터 중진공 상태(예를 들면, 1.3×10Pa(0.1Torr) 이하)까지 감압하고, TMP는 DP와 협동하여 챔버(11) 내를 중진공 상태보다 낮은 압력인 고진공 상태(예를 들면, 1.3×10?3Pa(1.0×10?5Torr) 이하)까지 감압한다. 또한, 챔버(11) 내의 압력은 APC 밸브(도시 생략)에 의해 제어된다.
챔버(11) 내의 서셉터(12)에는 제1 고주파 전원(18)이 제1 정합기(19)를 통하여 접속되고, 또한 제2 고주파 전원(20)이 제2 정합기(21)를 통하여 접속되어 있으며, 제1 고주파 전원(18)은 비교적 낮은 주파수, 예를 들면, 2㎒의 이온 인입용의 고주파 전력을 서셉터(12)에 인가하고, 제2 고주파 전원(20)은 비교적 높은 주파수, 예를 들면, 60㎒의 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 서셉터(12)에 인가한다. 이에 따라, 서셉터(12)는 전극으로서 기능한다. 또한, 제1 정합기(19) 및 제2 정합기(21)는, 서셉터(12)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감시켜 고주파 전력의 서셉터(12)로의 인가 효율을 최대로 한다.
서셉터(12)의 상부에는 정전 전극판(22)을 내부에 갖는 세라믹스로 이루어지는 정전 척(23)이 배치되어 있다. 정전 전극판(22)에는 직류 전원(24)이 접속되어 있어, 정전 전극판(22)에 정(正)의 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)에 있어서의 정전 척측의 면(이하, 「이면(裏面)」이라고 함)에는 부(負)의 전위가 발생하여 정전 전극판(22) 및 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 전계가 발생하고, 당해 전계에 기인하는 쿨롱력 또는 존슨ㆍ라벡력에 의해, 웨이퍼(W)는 정전 척(23)에 흡착 보존 유지된다.
또한, 서셉터(12)의 위에는, 정전 척(23)에 흡착 보존 유지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록, 포커스 링(25)이 올려놓여져 있다. 포커스 링(25)은 실리콘(Si)이나 탄화 규소(SiC) 등에 의해 구성된다. 즉, 포커스 링(25)은 반도전체로 이루어지기 때문에, 플라즈마의 분포 범위를 웨이퍼(W) 상뿐만 아니라 당해 포커스 링(25) 상까지 확대하여 웨이퍼(W)의 주연부 상에 있어서의 플라즈마의 밀도를 당해 웨이퍼(W)의 중앙부 상에 있어서의 플라즈마의 밀도와 동일한 정도로 유지한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 전체면에 행해지는 플라즈마 에칭 처리의 균일성을 확보한다.
서셉터(12)의 내부에는, 예를 들면, 원주 방향으로 연재하는 환상의 냉매실(26)이 설치되어 있다. 이 냉매실(26)에는, 칠러 유닛으로부터 냉매용 배관(도시 생략)을 통하여 저온의 냉매, 예를 들면, 냉각수나 갈덴(등록 상표)이 순환 공급된다. 당해 저온의 냉매에 의해 냉각된 서셉터(12)는 웨이퍼(W) 및 포커스 링(25)을 냉각한다.
정전 척(23)은, 정전 흡착하고 있는 웨이퍼(W)를 향하여 개구하는 복수의 전열 가스 공급공(도시 생략)을 갖는다. 이들 복수의 전열 가스 공급공은, 전열 가스 공급 라인을 통하여 전열 가스 공급부(모두 도시 생략)에 접속되고, 당해 전열 가스 공급부는 전열 가스로서의 He(헬륨) 가스를, 전열 가스 공급공을 통하여 흡착면 및 웨이퍼(W)의 이면의 극간에 공급한다. 흡착면 및 웨이퍼(W)의 이면의 극간에 공급된 헬륨 가스는 웨이퍼(W)의 열을 서셉터(12)에 효과적으로 전달한다.
챔버(11)의 천정부에는, 처리 공간(S)을 개재하여 서셉터(12)와 대향하도록 샤워 헤드(30)가 배치되어 있다. 샤워 헤드(30)는, 천정 전극판(31)과, 당해 천정 전극판(31)을 착탈 가능하게 늘어뜨려 지지하는 전극 지지체(33)와, 당해 전극 지지체(33)와 천정 전극판(31)과의 사이에 협지되도록 배치된 쿨링 플레이트(32)를 갖는다. 쿨링 플레이트(32) 및 천정 전극판(31)은 두께 방향으로 관통하는 다수의 가스공(34)을 갖는 원판 형상 부재로 이루어지고, 예를 들면 반도전체인 실리콘, SiC(탄화 규소), 석영 등에 의해 구성된다. 또한, 전극 지지체(33)의 내부에는 온도 조정용의 냉매 유로(도시 생략) 및 버퍼실(35)이 설치되어 있고, 버퍼실(35)에는 처리 가스 도입관(도시 생략)이 접속되어 있다.
또한, 샤워 헤드(30)의 천정 전극판(31)에는 직류 전원(37)이 접속되어, 천정 전극판(31)으로 부의 직류 전압이 인가된다. 이때, 천정 전극판(31)은 2차 전자를 방출하여 처리실(15) 내부의 전자 밀도가 저하되는 것을 방지한다.
또한, 천정 전극판(31)과 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면 및 쿨링 플레이트(32)와 전극 지지체(33)와의 맞닿음 면에는, 후술하는 전열 시트(38)가 개재되어 있다. 전열 시트(38)는 천정 전극판(31)과 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면 및 쿨링 플레이트(32)와 전극 지지체(33)와의 맞닿음 면에 발생하는 미소한 극간을 충전함과 함께 각 맞닿음 면에 있어서의 열 전달 효율을 개선하고, 천정 전극판(31)의 열을 쿨링 플레이트(32)를 개재하여 전극 지지체(33)에 효과적으로 전달한다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 가스 도입관으로부터 버퍼실(35)로 공급된 처리 가스가 가스공(34)을 통하여 처리실(15) 내부의 처리 공간(S)으로 도입되고, 당해 도입된 처리 가스는, 제2 고주파 전원(20)으로부터 서셉터(12)를 통하여 처리실(15) 내부에 인가된 플라즈마 생성용의 고주파 전력에 의해 여기되어 플라즈마가 된다. 당해 플라즈마 중의 이온은, 제1 고주파 전원(18)이 서셉터(12)에 인가하는 이온 인입용의 고주파 전력에 의해 웨이퍼(W)를 향하여 인입되어, 당해 웨이퍼(W)에 플라즈마 에칭 처리를 행한다.
전술한 플라즈마 처리 장치(10)의 각 구성 부품의 동작은, 플라즈마 처리 장치(10)가 구비하는 제어부(도시 생략)의 CPU가 플라즈마 에칭 처리에 대응하는 프로그램에 따라서 제어한다.
도 2는, 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 천정 전극판의 쿨링 플레이트와의 맞닿음 면을 나타내는 도면, 도 3은 도 2의 천정 전극판의 부분 확대 평면도, 도 4는 도 2의 천정 전극판의 측면도이다.
도 2에 있어서, 천정 전극판(31)은 원형 판 형상체를 나타내고 있고, 그의 지름은, 예를 들면 웨이퍼(W)를 올려놓는 서셉터(12)의 지름과 거의 동일하다. 또한, 그의 두께는, 예를 들면, 5?20mm이다. 천정 전극판(31)의 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면에는 전열 시트(38)가 도포, 형성되어 있다.
전열 시트(38)는, 예를 들면, 폴리오르가노실록산으로서 XE14?B8530(A)(모멘티브 퍼포먼스 메테리얼즈 제조)와 XE14-B8530(B)(모멘티브 퍼포먼스 메테리얼즈 제조)를 이용하여, 양자를 중량비 1:1로 혼합한 액(이 액을 이하, 「혼합액 A」라고 함)을 조제하고, 계속해서 혼합액 A에 알루미나 필러로서 DAM5(가부시키가이샤 덴키카가쿠코교 제조, 평균 입경 5㎛)를, 혼합액 A:알루미나 필러＝60:40(체적비)이 되도록 첨가하고, 또한 가교성 폴리오르가노실록산계 경화제인 RD-1(토레ㆍ다우코닝실리콘 가부시키가이샤 제조)을, 혼합액 A와 알루미나 필러의 중량의 합계에 대하여 0.04중량％가 되도록 첨가하여 얻어진 액(이 액을 이하, 「혼합액 B」라고 함)을, 후술하는 가스공(34)에 대응하는 개구부(41)를 형성하기 위한 소정의 마스킹재를 개재하여, 또한 원하는 막두께가 되도록 천정 전극판(31)의 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면(31a)에, 예를 들면 스크린 인쇄하고, 그 후, 예를 들면 150℃에서 30시간 가열하고, 경화함으로써 형성되어 있다. 또한 전열 시트(38)의 열 전도율은, 혼합액 B만을 경화시킨 시험편을 이용하여 레이저 플래시법으로 측정한 결과, 1.2W/mㆍK였다.
도 3 및 도 4에 있어서, 천정 전극판(31)에는 다수의 가스공(34)이 형성되어 있고, 천정 전극판(31)의 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면(31a)에 형성된 전열 시트(38)에도 가스공(34)에 대응하는 개구부(41)가 형성되어 있다. 천정 전극판(31)에 형성된 가스공(34)은, 예를 들면 φ0.5mm의 관통공이고, 전열 시트(38)에 형성된 개구부(41)는, 예를 들면, φ3mm?φ5mm의 원형의 구멍이다. 가스공(34)이 개구부(41)의 중심부에 위치하도록 전열 시트(38)가 형성되어 있다. 따라서, 전열 시트(38)의 개구부(41)는, 가스공(34)과 동심 형상으로 설치되어 있고, 가스공(34)의 근방의 소정 영역, 즉, 가스공(34)의 중심을 중심으로 하여, 예를 들면 반경 1.5mm 내지 2.5mm의 원형 영역은, 전열 시트(38)가 존재하지 않는 영역으로 되어 있다.
도 5는, 천정 전극판(31)과 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 5에 있어서, 천정 전극판(31) 및 쿨링 플레이트(32)에는, 각각 가스공(34)이, 예를 들면 등(等)간격이고, 또한 각각 연통하도록 설치되어 있다. 천정 전극판(31)의 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면에는 전열 시트(38)가 형성되어 있고, 당해 전열 시트(38)의 가스공(34)에 대응하는 위치에는 개구부(41)가 형성되어 있다. 즉, 전열 시트(38)의 개구부(41)와 천정 전극판(31)의 가스공(34)과는 각각 연통하도록, 또한 가스공(34)이 개구부(41)의 거의 중앙에 접속하도록 배치되어 있다. 이에 따라, 가스공(34)으로부터 진입한 플라즈마의 전열 시트(38)까지의 도달 경로는 미로 형상이 된다. 따라서, 가스공(34)으로부터 플라즈마가 진입해도 전열 시트(38)까지 도달하는 것은 곤란하며, 전열 시트(38)의 플라즈마에 대한 노출을 방지하여 전열 시트(38)의 손상 및 파티클의 발생 등의 문제를 회피할 수 있다.
천정 전극판(31)에는, 당해 천정 전극판(31)을 쿨링 플레이트(32)에 맞닿아 고정하기 위한 볼트용의 구멍(40)이 설치되어 있고(도 2, 도 3 참조), 전열 시트(38)는 볼트용의 구멍(40)을 피하도록 형성되어 있다. 또한, 볼트용의 구멍(40)에는 플라즈마가 진입할 우려가 없기 때문에, 볼트용의 구멍(40)에 대응하는 전열 시트(38)의 개구부의 크기는, 볼트용의 구멍(40)과 거의 동일한 크기로 되어 있다.
이러한 구성의 천정 전극판(31)은, 쿨링 플레이트(32)를 개재하여 전극 지지체(33)에 늘어뜨려 지지되어, 챔버 내의 소정 위치에 고정된다(도 1 참조).
본 실시 형태에 의하면, 천정 전극판(31)의 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면(31a)에 전열 시트(38)를 형성했기 때문에, 천정 전극판(31)과 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면에 발생하는 미소한 극간을 충전함과 함께, 천정 전극판(31)과 쿨링 플레이트(32)와의 사이의 열 전달 효율이 개선되어 천정 전극판(31)의 열이 쿨링 플레이트(32)를 개재하여 전극 지지체(33)에 효과적으로 전달된다. 따라서, 천정 전극판(31)이 전극 지지체(33)에 의해 효과적으로 냉각되어 그의 온도가 안정되고, 예를 들면 동일 로트에 있어서의 1매째의 웨이퍼 처리시와 5매째의 웨이퍼 처리시에 있어서의 천정 전극판(31)의 온도를 안정시킬 수 있다. 또한, 이에 따라, 천정 전극판(31)이 대향하는 처리 공간(S) 내의 라디칼의 활성이 안정되어, 웨이퍼마다의 에칭 레이트의 평균값도 안정된다. 또한, 예를 들면 챔버 내 온도가 200℃ 또는 그 이상이 되어도, 천정 전극판(31)의 온도를 100℃ 정도로 유지할 수 있고, 이에 따라, 천정 전극판(31)의 열팽창을 억제하여, 부재 상호의 클리어런스를 고려하지 않는 설계가 가능해진다. 또한, 플라즈마가 챔버 내 부품의 극간에 진입하는 것에 의한 이상(異常) 방전, 나아가서는 파티클의 발생 등의 문제를 억제할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 천정 전극판(31)의 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면(31a)에 전열 시트(38)를 형성함으로써, 천정 전극판(31)과 쿨링 플레이트(32)와의 사이의 열 전달 효율이 개선되고, 천정 전극판(31)은 쿨링 플레이트(32)를 개재하여 열을 확산시킬 수 있어, 천정 전극판(31)에 있어서의 열분포의 균일화를 도모할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 전열 시트(38)의 유기 재료는, 예를 들면 실리콘을 성분에 포함하는 내열성의 점착제나 고무이기 때문에, 전열 시트(38)는 유연하게 변형하여, 천정 전극판(31)에 있어서의 쿨링 플레이트(32)와의 접촉면이 다소 굴곡져 있어도 확실하게 밀착시킬 수 있다. 또한, 전열 시트(38)의 전열재는 산화물, 질화물 또는 탄화물의 세라믹스 필러로, 필러가 상기 내열성의 점착제나 고무 중에, 예를 들면 25?60체적％로 함유되어 있기 때문에, 전열 시트는 전역에 걸쳐 거의 균일하게 열을 전달할 수 있어, 그 결과, 천정 전극판(31) 전체를 거의 균일하게 온도 조정할 수 있다.
전열 시트(38)의 열 전도율은, 예를 들면, 0.5?2.0W/mㆍK이다. 열 전도율이 이 범위 내라면, 전술한 바와 같이, 전열 시트(38)의 전역에 걸쳐 거의 균일하게 열을 전달할 수 있어, 천정 전극판(31) 전체를 거의 균일 온도로 조정할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 전열 시트(38)를 구성하는 실리콘을 성분에 포함하는 내열성의 점착제나 고무는, 실리콘을 함유하는 것이면 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 주쇄 골격이 실록산 유닛으로 구성되는 폴리오르가노실록산으로서, 가교 구조를 갖는 것을 들 수 있다. 폴리오르가노실록산 중에서는 열 경화인 것이 바람직하고, 주재인 폴리오르가노실록산에 더하여, 경화제(가교성 폴리오르가노실록산)를 이용하는 것이 바람직하다. 폴리오르가노실록산의 반복 단위 구조는, 디메틸실록산 유닛, 페닐메틸실록산 유닛, 디페닐실록산 유닛 등을 들 수 있다. 또한, 비닐기, 에폭시기 등의 관능기를 갖는 변성 폴리오르가노실록산을 이용해도 좋다.
본 실시 형태에 있어서, 전열 시트(38) 중의 필러로서의 전열재는 산화물, 질화물 또는 탄화물의 세라믹스 필러이지만, 구체적으로 예시하면, 산화물로서는 알루미나, 마그네시아, 산화 아연, 실리카 등, 질화물로서는 질화 알루미늄, 질화 붕소, 질화 규소 등, 탄화물로서는 탄화 규소 등을 들 수 있다. 당해 세라믹스 필러는 구(球)형의 구조를 갖는 것이 바람직하고, 형상에 이방성이 있는 것은 전열 특성을 최대로 하도록 배향시키는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 세라믹스 필러로서는, 알루미나, 산화 아연, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 질화 규소, 탄화 규소 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 전열 시트(38)의 막두께는 100㎛ 이하, 바람직하게는 30㎛?80㎛이다.
천정 전극판(31)과 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면에는, 형성 가공에 기인하는 어느 정도의 굴곡 또는 면 거침이 남는다. 따라서, 전열 시트(38)가 너무 얇으면, 당해 전열 시트(38)는 천정 전극판(31) 및 쿨링 플레이트(32)의 맞닿음 면의 극간을 충전하여 열적 일체성을 확보할 수 없게 된다. 한편, 전열 시트(38)의 막두께가 두꺼워지면, 천정 전극판(31)과 전열 시트(38)의 합성 열 용량이 커져, 플라즈마 에칭 처리 중에 있어서의 천정 전극판(31)의 승온 형태가 당해 플라즈마 에칭 처리에 적절한 것이 되지 않을 우려가 있다. 전열 시트(38)의 막두께가 30㎛?80㎛ 범위 내이면, 전열 시트(38)를 천정 전극판(31)으로 확실히 밀착시켜 천정 전극판(31)을 열적으로 안정시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 천정 전극판(31)의 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면(31a)에 형성되는 전열 시트(38)는, 천정 전극판(31)이 처리 공간을 사이에 두고 대향하도록 배치된 기판 재치대의 중심부에 대향하는 위치와, 주변부에 대향하는 위치에서, 그의 막두께를 상이하게 할 수 있다. 즉, 서셉터(12)의 중심부와 대향하는 천정 전극판(31)의 중심부는 플라즈마 밀도가 높은 처리 공간(S)에 대향하기 때문에, 고온이 되기 쉽다. 따라서, 천정 전극판(31)의 중심부의 전열 시트(38)의 막두께를, 그 이외의 부분의 막두께보다도 얇게 하여 열 저항을 낮게 억제함과 함께, 열 전달 효율을 조정하고, 이에 따라, 천정 전극판(31)의 면 내 온도의 균일화 및 에칭 레이트의 균일화를 도모할 수도 있다.
또한 본 실시 형태에 있어서, 천정 전극판(31)의 중심 부분에는, 전열 시트(38)가 형성되어 있지 않아도 좋다.
본 실시 형태에 있어서, 전극 지지체(33)와 쿨링 플레이트(32)와의 맞닿음 면에도 전열 시트(38)를 개재시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 전극 지지체(33) 및 쿨링 플레이트(32) 상호 간의 열 전달 효율이 향상되고, 전극 지지체(33)에 의한 쿨링 플레이트(32)를 개재한 천정 전극판(31)의 냉각 효과가 향상되어, 천정 전극판(31)의 온도가 보다 안정된다. 또한, 챔버 내의 열 분포가 개선되어, 에너지 절약을 실현할 수도 있다.
본 실시 형태에 있어서, 쿨링 플레이트(32)에 있어서의 천정 전극판(31)과의 맞닿음 면, 보다 상세하게는, 쿨링 플레이트(32)에 있어서의 전열 시트(38)와의 맞닿음 면에 이형제를 도포하는 것이 바람직하다. 천정 전극판(31)은 소모 부품으로, 소정 시간 사용 후에는 신품으로 교환되지만, 쿨링 플레이트(32)는 계속 사용되기 때문에, 수명에 도달한 천정 전극판(31)을 제거한 후의 쿨링 플레이트(32)의 표면을 청정하게 보존 유지하기 위해서이다. 이형제로서는, 예를 들면, 불소 코팅, 열 전도성이 양호한 파우더, 예를 들면 카본, 보론나이트라이드 등을 주성분으로 하는 이형제가 적합하게 이용된다.
이상, 본 발명을 실시 형태를 이용하여 상세히 설명했지만, 본 발명은, 이들 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 전술한 실시 형태에 있어서 플라즈마 에칭 처리가 행해지는 기판은 반도체 디바이스용의 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display) 등을 포함하는 FPD(Flat Panel Display) 등에 이용하는 각종 기판이나, 포토 마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이라도 좋다.
W : 웨이퍼
S : 처리 공간
10 : 플라즈마 처리 장치
11 : 챔버
12 : 서셉터
30 : 샤워 헤드
31 : 천정 전극판
32 : 쿨링 플레이트
33 : 전극 지지체
34 : 가스공
38 : 전열 시트
40 : 볼트용의 구멍
41 : 개구부

Claims (10)

  1. 온도 조정 기구를 갖는 전극 지지체에 늘어뜨려 지지(釣支)된 천정 전극판으로서,
    상기 전극 지지체에 쿨링 플레이트를 개재하여 맞닿아 있고, 당해 쿨링 플레이트와의 맞닿음 면에 전열 시트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천정 전극판에는 다수의 가스공(孔)이 설치되어 있고, 상기 전열 시트는, 상기 가스공의 근방의 소정 영역을 피하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전열 시트는, 상기 가스공의 중심을 중심으로 하여 반경 1.5mm 내지 2.5mm의 원형 영역을 피하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전열 시트의 막두께는, 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전열 시트의 막두께는, 30㎛ 내지 80㎛인 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 천정 전극판은, 처리 공간을 사이에 두고 기판 재치대와 대향하도록 배치되고, 상기 전열 시트는, 상기 기판 재치대의 중심부에 대향하는 위치와, 상기 기판 재치대의 주변부에 대향하는 위치에서는, 그의 막두께가 상이한 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트의 상기 전열 시트와의 맞닿음 면에 이형제가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 지지체와 상기 쿨링 플레이트와의 맞닿음 면에 상기 전열 시트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전열 시트의 열 전도율은, 0.5?2.0W/mㆍK인 것을 특징으로 하는 천정 전극판.
  10. 천정 전극판과, 당해 천정 전극판과는 처리 공간을 사이에 두고 대향하도록 배치된 기판 재치대를 갖고, 당해 기판 재치대에 올려놓여진 기판에 대하여 소정의 처리를 행하는 기판 처리 장치로서, 상기 천정 전극판으로서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 천정 전극판을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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