KR20160024730A

KR20160024730A - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20160024730A
Application number: KR1020150024446A
Authority: KR
Inventors: 다쿠미 단도; 아키타카 마키노
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-03-07
Also published as: KR101731003B1; TW201608599A; JP2016046450A; TWI598927B; US10103007B2; JP6435135B2; US20160064189A1

Abstract

(과제) 처리의 효율을 향상할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
(해결수단) 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 정전흡착된 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 시료대가, 상기 시료를 당해 시료대의 상방에서 상하시키는 복수의 밀어올림 핀과, 상기 시료가 그 위에 얹혀지는 요철을 가진 유전체제의 막과, 이 유전체제의 막 상에 배치되어 상기 시료와 당해 유전체제의 막과의 간극에 공급되는 가스의 공급구와, 상기 복수의 밀어올림 핀이 내부에 수납된 관통 구멍의 개구를 구비하여, 상기 가스의 공급구와 연통하여 상기 간극에 공급되는 당해 가스가 통류하는 공급로 및 상기 관통 구멍의 개구와 연통하여 상기 간극에 공급된 가스가 배출되는 배출로 및 상기 공급로와 배출로를 연통하는 연결로를 가진 급배 관로와 연결된 것으로서, 상기 연결로를 개재한 공급로와 배기로 사이의 연통을 폐쇄한 상태에서 당해 공급로로부터 상기 가스를 상기 간극 및 당해 간극을 거쳐 상기 관통 구멍의 내부에 공급한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료의 상면에 미리 배치된 막 구조에 에칭 등의 처리를 실시하는 처리 장치에 관련된 것으로서, 특히 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상면에 얹혀져 유지된 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 미세화 트렌드에 따라, 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료 상면에 배치된 막 구조를 에칭 등의 가공을 실시하여 배선을 형성하는 처리에 요구되는 가공의 정밀도는 해마다 엄격해지고 있다. 플라즈마 처리 장치를 이용하여 웨이퍼 표면의 패턴에 기초하여 높은 정밀도로 에칭을 실시하기 위해서는, 이 에칭 중의 웨이퍼의 표면의 온도를 적절하게 관리하는 것이 중요하다.

최근에는 형상 정밀도를 더 향상하고자 하는 요구에 부응하기 위하여, 웨이퍼를 처리하는 프로세스 중에 있어서 당해 처리의 복수의 단계별에 따라서 웨이퍼의 온도를 보다 고속이면서도 정밀하게 조절하는 기술이 요구되고 있다. 내부가 높은 진공도까지 감압된 플라즈마 처리 장치 내에 있어서 웨이퍼의 표면 온도를 제어하기 위하여, 웨이퍼의 이면(裏面)과 당해 웨이퍼가 얹혀진 시료의 상면과의 사이에 열 전달 매체를 도입하고, 이를 개재하여 시료대에 열을 전달하는 효율을 향상시킴과 함께 시료대 또는 시료의 상면의 온도를 조절하는 것이 종래부터 행해져 왔다.

이와 같은 시료대의 일반적인 구성은, 원통형을 가진 시료대의 상면에 배치된 원형을 가진 웨이퍼의 탑재면을 구성하는 부재가 정전 척의 기능을 하는 것이다. 구체적으로는, 시료대 상면에 얹혀진 웨이퍼를 정전기력에 의해 탑재면을 구성하는 유전체 재료의 막(흡착막) 상면에 흡착시켜 이를 유지하는 기능을 구비하고, 또한 탑재면의 표면과 웨이퍼의 이면의 사이에 열 전달 매체로서 He 가스 등의 열 전달을 촉진시키는 유체를 열 매체로서 공급함으로써, 진공 용기 내에서 시료대와 웨이퍼 사이에서 열 전달의 효율을 향상시키고 있다.

또, 이와 같은 시료대에는, 웨이퍼를 플라즈마 처리 장치의 외측으로부터 반송하거나 또는 플라즈마 처리 장치로부터 꺼내는 반송용의 로봇과의 사이에서 주고받기 위하여, 시료대와 탑재면의 상방에 들어올리거나 또는 탑재면에 얹기 위하여 강하시키는 구성이 배치되어 있다. 이와 같은 구성의 전형적인 것은, 시료대에 대하여 상하 방향으로 이동하여 시료대의 탑재면의 내부로부터 상면 상방의 특정 높이까지 그 선단(先端)을 상하시키는 복수의 핀이 알려져 있고, 이와 같은 핀이 상방으로 이동하여 웨이퍼를 그 선단 상에 얹어 추가로 탑재면 상방으로 이동한 상태에서, 웨이퍼 이면과 탑재면 사이에 형성되는 간극에 웨이퍼를 반송용의 로봇의 아암 선단에 배치된 웨이퍼 유지 부분이 진입하여 웨이퍼를 핀 선단(先端)으로부터 유지 부분 상으로 옮겨, 플라즈마 처리 장치 밖으로 반출하는 것이다. 또 반대로, 웨이퍼 유지 부분에 웨이퍼가 유지된 상태에서 아암이 플라즈마 처리 장치의 진공 용기 내부에 진입하여 당해 유지 부분 상의 웨이퍼를 핀 선단의 상방까지 이동시킨 후, 웨이퍼가 핀 선단 상에 주고받아진 후 아암이 진공 용기 외부로 퇴출하는 것이다.

이와 같은 핀은 복수 개(예를 들면, 3개) 이상이 시료대의 원형의 탑재면의 상면에 배치된 개구와 연통(連通)한 관통 구멍 내부에 수납되고, 이들의 개구 또는 관통 구멍은 탑재면의 중심의 둘레에 중심으로부터 소정의 거리로 서로 떨어져 있는 개소에 배치되는 것이 일반적이나, 이들 핀의 각각이 배치되는 관통 구멍이나 개구는, 그 내부에 상술한 정전흡착시키는 구성을 배치할 수 없기 때문에, 핀이 배치되는 개소는 시료대의 탑재면 내에 있어서 정전흡착의 기능을 할 수 없는 것이 된다. 이와 같은 핀이 배치된 개소에서는 시료대와 웨이퍼 사이의 전열 성능이 저하되어 버리고, 나아가서는 이 핀이 배치된 위치의 상방에서 이것에 대응하는 웨이퍼의 개소의 온도가 그 주위와 현저하게 다를 뿐만 아니라 그 온도를 소기의 것으로 조절하기가 곤란한 온도의 분포 상의 특이점으로 되어 버린다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 일본 공개특허 특개2010-267708호 공보(특허문헌 1)와 같이, 핀이 수납된 관통 구멍이나 구멍의 내부에 웨이퍼 이면과 유전체 막의 상면과의 사이에 공급되는 것과 동등한 He 등의 전열용의 가스를 공급하고, 또한 핀의 수납된 구멍에 충전되는 당해 가스의 압력이 웨이퍼와 유전체 막 정전흡착면의 전열 가스 압력보다 높게 조절하는 구성이 생각되고 있다. 이 종래 기술은, 웨이퍼의 핀 구멍의 상방에 대응하는 개소에 있어서도 열 전달의 양의 저하를 억제하여 웨이퍼의 면 내 방향의 온도의 균일성이 손상되는 것을 저감하는 것이다.

한편으로, 특허문헌 1의 구성에서는, 핀의 측면과 이들이 수납된 구멍의 내벽면과의 사이에서 진공 용기 내부의 처리실 측과 시료대의 내부 측과의 사이를 기밀(氣密)하게 밀봉(시일)하는 구성을 구비하고 있다. 이 때문에, 핀이 관통 구멍 및 시료대 내부에 수납된 상태로부터 상방으로 이동하여 웨이퍼의 이면에 핀 선단을 눌러서 대고 웨이퍼를 탑재면의 상방으로 들어올리려고 하더라도 웨이퍼와 탑재면 사이에 정전흡착력이 잔류하고 있어 핀이 파손되거나 시일이 깨져 버린 경우에는, 처리실 내를 처리에 적합한 진공도로 유지할 수 없게 되어 버린다는 우려가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 핀이 수납된 관통 구멍의 하방에서 핀의 주위를 신축 가능한 벨로즈로 둘러싸서 덮어 상기의 파손이나 시일의 깨짐이 발생하더라도 진공을 유지할 수 있는 구성이, 일본 공개특허 특개2010-153678호 공보(특허문헌 2)에 개시되어 있다. 본 특허문헌 2에서는, 벨로즈 내에 전열 가스를 공급하여 핀을 수납하는 구멍을 거쳐 웨이퍼의 이면과 시료대 표면 사이의 간극에 전열 가스를 공급하는 구성이다. 또, 시료대의 정전흡착면에 웨이퍼가 얹혀져 있지 않은 동안에 전열 가스를 공급함으로써, 벨로즈 내에 이물질이 진입하는 것을 억제하는 구성도 개시되어 있다.

일본 공개특허 특개2010-267708호 공보 일본 공개특허 특개2010-153678호 공보

상기의 종래 기술에서는 다음의 점에 대하여 고려가 불충분했기 때문에 문제가 생기고 있었다.

즉, 특허문헌 2의 구성에서는, 밀어올림 핀 구멍으로부터 전열 가스를 공급하는 구성이기 때문에, 만일 다수의 웨이퍼를 처리하는 과정에서 밀어올림 핀 구멍 또는 벨로즈 내에 이물질이 쌓인 경우에는, 전열 가스 공급에 의해 이물질이 웨이퍼 이면까지 날아올라, 웨이퍼 이면에 부착된다. 웨이퍼 이면에 부착된 이물질은 반송 로봇의 핸드 등을 거쳐 에칭 장치 내 전체에 비산된다. 이물질이 플라즈마 처리에 의해 웨이퍼의 상면에 형성된 미세 패턴 상에 낙하한 경우, 그 부분에 대응하는 배선을 구비한 반도체 디바이스는 사용할 수 없거나 성능이 손상되게 되어, 생산성(수율)의 저하로 연결된다.

또한, 특허문헌 2와 같이 벨로즈를 이용한 구조의 경우에는, 벨로즈 내의 용적이 웨이퍼 이면과 탑재면 사이의 He 등의 열 전달용의 가스가 충전되는 간극의 용적보다 커지는 것이 일반적이나, 플라즈마 처리의 공정이 종료한 후 웨이퍼를 처리실 내로부터 반출하기 위하여 시료대의 탑재면 상방으로 들어올릴 때에, He 가스를 상기 간극으로부터 배기해야만 하는데, 이 배기에 필요로 하는 시간은 벨로즈 내부의 가스를 배기하기 위한 시간이 지배적, 소위 율속(律速)의 요건이 된다.

즉, 단위시간당 웨이퍼 처리 매수(소위, 스루풋)을 높게 하여 장치에 의한 처리의 효율을 향상하기 위해서는, 벨로즈 내부의 공간으로부터의 배기의 양을 높게 하여 단시간에 배기를 종료하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 상기 종래 기술에서는 이와 같은 과제를 해결하는 수단에 대하여 고려되어 있지 않았다. 이와 같이, 웨이퍼를 탑재면으로부터 들어올리는 핀의 외주를 벨로즈로 둘러싼 구성에 있어서, 핀이 배치된 관통 구멍 및 벨로즈의 내부를 고속으로 배기할 수 있고 또한 He 등의 열 전달용의 가스를 공급 또는 배출할 때에 관통 구멍 내부로부터 웨이퍼에 부착되는 이물질을 발생시키지 않는 구성이 요망되고 있다.

본 발명의 목적은, 처리의 효율을 향상할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은 처리의 수율을 향상시킨 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 정전흡착된 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 시료대가, 상기 시료를 당해 시료대의 상방에서 상하시키는 복수의 밀어올림 핀과, 상기 시료가 그 위에 얹혀지는 요철을 가진 유전체제의 막과, 이 유전체제의 막 상에 배치되어 상기 시료와 당해 유전체제의 막과의 간극에 공급되는 가스의 공급구와, 상기 복수의 밀어올림 핀이 내부에 수납된 관통 구멍의 개구를 구비하여, 상기 가스의 공급구와 연통하여 상기 간극에 공급되는 당해 가스가 통류(通流)하는 공급로 및 상기 관통 구멍의 개구와 연통하여 상기 간극에 공급된 가스가 배출되는 배출로 및 상기 공급로와 배출로를 연통하는 연결로를 가진 급배(給排) 관로와 연결된 것으로서, 상기 연결로를 개재한 공급로와 배기로 사이의 연통을 폐쇄한 상태에서 당해 공급로로부터 상기 가스를 상기 간극 및 당해 간극을 거쳐 상기 관통 구멍의 내부에 공급함으로써 달성된다.

밀어올림 핀 구멍 내에 He를 공급하는 것, 및 밀어올림 핀 구멍 내의 He를 고속으로 배기하는 것이 가능하게 된다. 또한, He의 공급·배기시에 있어서도, He 가스의 흐름을 「웨이퍼 이면 간극으로부터 밀어올림 핀 구멍」의 순서로 유지할 수 있고, He 가스의 역류에 의한 밀어올림 핀 구멍 내의 이물질 감아올림을 방지할 수 있다. 이에 의해, (1) 프로세스 종료시(이면 He 배기시)에 있어서의 배기 속도향상, (2) 프로세스 중(이면 He 공급시)에 있어서의 온도 특이점 발생의 방지, (3) 밀어올림 핀 구멍으로부터의 이물질 비산 방지를 양립할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 구성을 확대하여 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 실시예의 변형례에 관련된 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 주요부를 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 밀어올림 핀 시일을 관통 구멍의 축 방향의 상방에서 본 평면도로서, 그 구성을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에 나타낸 실시예의 다른 변형례에 관련된 플라즈마 처리 장치의 시료대의 주요부의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 동작의 흐름을 나타낸 타임차트이다.

본 발명의 실시 형태를 이하의 도면을 이용하여 설명한다.

[실시예 1]

이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 도 1, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타낸 종단면도이다. 특히, 도 1에서는, 진공 용기 내부의 처리실에 플라즈마를 형성하기 위하여 마이크로파의 전계와 함께 이것과 상호 작용을 하는 자계를 공급하여 일렉트론 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance : ECR)을 이용하여, 반도체 웨이퍼 등의 시료의 상면의 막 구조를 에칭하는 장치를 나타내고 있다.

본 실시예의 플라즈마 처리 장치는, 크게 나누어 내부에 플라즈마가 형성되는 처리실(23)을 갖는 진공 용기(21)와, 그 상방에 배치되어 처리실(23) 내에 플라즈마를 형성하기 위한 전계 또는 자계를 형성하는 플라즈마 형성부와, 진공 용기(21)의 하방에 배치되어 처리실(23)과 연통되어 내측의 공간을 배기하여 감압하는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖는 배기부를 구비하고 있다. 처리실(23)은 원통형을 갖는 공간으로서 이것을 외주에서 둘러싸고 배치되는 진공 용기(21)는 금속제의 원통형 부분을 갖고 있다.

진공 용기(21)의 원통형을 갖는 측벽의 상방에는 당해 측벽의 상단에 얹혀져 원판 형상을 갖고 상기 마이크로파의 전계가 내부를 투과할 수 있는 석영에 의해서 구성된 윈도우 부재(22)가 배치되어 있다. 측벽의 상단과 윈도우 부재(22)의 외주연(外周緣)의 하면과의 사이에는 처리실(23)의 내부와 대기압으로 되는 외부의 공간과의 사이를 기밀하게 밀봉하는 0-링 등의 시일 부재가 끼워져 유지되어 있고, 윈도우 부재(22)는 진공 용기(21)를 구성하고 있다. 또, 처리실(23) 내부의 하방에는 원통형을 가진 시료대(101)가 설치되고, 이 상면의 위에는 원판 형상을 가진 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료(4)가 탑재되는 원형의 탑재면이 구비되어 있다.

진공 용기(21)의 측벽의 상부에는 가스 도입관(24)이 연결되고, 가스 도입관(24) 내부를 흐르는 처리용 가스(25)가 윈도우 부재(22)의 하방에 배치된 가스 도입 구멍을 지나 처리실(23)에 도입된다. 처리실(23) 내에 도입된 처리용 가스(25)는, 처리실(23) 내에 공급된 전계 및 자계의 상호 작용에 의해 여기(勵起)되어 플라즈마(33)가 형성된다.

시료대(101)의 하방의 처리실(23)의 하부에는 배기구(26)가 배치되어 배기부와 처리실(23) 내부를 연통하고 있다. 처리실(23)에 도입된 처리 가스(25)나 플라즈마, 시료(4)의 처리 중에 생긴 반응 생성물 등의 처리실(23) 내의 입자가 배기부의 동작에 의해 배기구(26)를 지나 배기된다.

배기구(26)의 하방에 진공 펌프의 일종인 터보 분자 펌프(28)가 압력 조절 밸브(27)를 사이에 두고 연결되어 배치되어 있다. 수평 방향으로 연장되어 배기구(26) 또는 이것과 터보 분자 펌프(28)의 입구와의 사이를 연결하는 유로를 가로지르는 축을 중심으로 회전하여 유로의 단면적을 증감하는 압력 조절 밸브(27)의 개도(開度)의 조절에 의한 배기의 양과 가스 도입 구멍으로부터의 처리 가스(25)의 유입량과의 밸런스를 조절함으로써, 처리실(23)의 압력이 처리에 적합한 압력(본 예에서는 수 Pa 정도)으로 조절된다.

진공 용기(21)의 처리실(23)의 상방의 플라즈마 형성부는, 내부를 마이크로파의 전계가 전파하는 도파관(31)과 이 도파관(31)의 단부(端部)에 배치되어 발진하여 마이크로파의 전계를 도파관(31) 내에 형성하는 마이크로파 발진기(29)를 구비하고 있다. 또, 도파관(31)의 타단부는 윈도우 부재(22)의 상방에 배치된 원통형의 공간의 상부와 연결되어 있다.

마이크로파 발진기(29)에 의해 생성된 마이크로파의 전계(30)는, 도파관(31)을 지나 원통형의 공간에 상방으로부터 도입되고, 마이크로파의 전계는 공간의 내부에서 그 특정 모드가 공진되어 증대된다. 마이크로파의 전계(30)는, 이와 같은 상태에서 윈도우 부재(22)를 통하여 처리실(23) 내에 상방으로부터 도입된다.

또, 진공 용기(21)의 처리실(23)의 상방 및 이 처리실(23) 및 도파관(31)의 수평 방향의 주위에는, 처리실(23)을 둘러싸고 복수 개의 솔레노이드 코일(32)이 배치되어, 이것에 직류 전력이 인가되어 형성된 자계가 처리실(23) 내에 공급된다. 자계는, ECR을 형성하도록 마이크로파의 전계(30)의 주파수에 적합한 밀도 또는 강도로 조절되어 있다.

본 실시예에서는, 반도체 웨이퍼인 시료(4)의 온도를 제어하기 위하여, 시료대(101)의 내부에 배치된 냉매 유로(5)에 냉매를 통류시키고, 냉매와 시료대, 나아가서는 시료(4)와의 사이에서 열 교환시키고 있다. 냉매 유로(5)에는 냉매가 내부를 흐르는 관로를 개재하여 온도 조절 유닛(34)이 연결되어 있고, 칠러 등의 온도 조절 유닛(34)에 있어서 그 온도가 소정의 값의 범위 내로 조절된 냉매가 관로를 지나 냉매 유로(5)에 유입하여 통과하면서 열 교환한 후에 배출되어 관로를 통하여 온도 조절 유닛에 되돌아와서 순환하는 냉매의 경로가 구성되어 있다.

또, 시료대(101) 내부에는 후술하는 바와 같이 금속제의 원통형 또는 원판 형상의 기재(基材)인 전극 블록이 배치되고, 당해 기재는 그 내부에 상기 냉매 유로(5)를 가짐과 함께, 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(20)과 전기적으로 접속되어 있다. 또, 시료대(101)는, 그 상면은 상방에 시료(4)가 탑재되는 원형을 가진 평면을 구성함과 함께, 당해 원형의 상면의 외주를 둘러싸고 시료대(101)를 플라즈마(33)로부터 덮어서 보호하는 커버가 배치되는 오목부를 구비하고 있다.

상기와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치의 진공 용기(21)의 측벽에는 도시 하지 않은 다른 진공 용기가 연결되고, 이 다른 진공 용기 내부에 배치된 반송용의 공간으로서 내부에 반송용의 로봇이 배치된 진공 반송실과의 사이가 웨이퍼가 반송되어 통과하는 통로인 게이트에 의해 연통되어 있다. 처리 전의 시료(4)는, 진공 반송실 내의 로봇의 신축하는 아암 상에 유지된 상태에서 진공 용기(21)와 진공 반송실 사이의 게이트의 연통을 개방 또는 기밀하게 밀봉하는 도시하지 않은 게이트 밸브가 개방된 상태에서, 진공 반송실로부터 처리실(23) 내에 반입되어 시료대(101)에 주고받아져 탑재면의 상면에 얹혀진다.

탑재면과 접하여 그 위에 얹혀진 시료(4)는, 도시하지 않은 정전 척에 전력이 공급되어 탑재면을 구성하는 유전체의 부재에 형성된 전하의 정전기력에 의해 탑재면 상에 정전흡착된다. 이 상태에서, 시료(4)의 이면과 탑재면 사이에 열 He 등의 전달용의 가스가 공급되어, 시료(4)와 탑재면의 유전체 재료, 나아가서는 시료대(101)와의 사이의 열 전달이 촉진된다.

가스 도입 구멍으로부터 처리 가스(25)가 처리실(23)의 상부로부터 내부로 공급됨과 함께, 터보 분자 펌프(28) 및 압력 조절 밸브(27)의 동작에 의해서 배기구(26)로부터의 처리실(23) 내의 가스 또는 입자가 처리실(23) 밖으로 배출된다. 단위시간당의 처리 가스(25)의 도입량과 배기구(26)로부터의 입자의 배기량(속도)와의 밸런스에 의해, 처리실(23) 내부의 압력이 처리에 적합한 소기의 범위 내의 값으로 조절된다.

이 상태에서, 처리실(23) 내에 도파관(31)과 윈도우 부재(22)를 통과하게 한 마이크로파의 전계와 솔레노이드 코일(32)에 의해 생성된 자장이 공급되고, 마이크로파의 전계(30)와 솔레노이드 코일(32)로부터의 자계와의 상호 작용에 의해 형성된 ECR을 이용하여 처리 가스(25)의 입자가 여기되어 처리실(23) 내의 시료대(101)의 상방의 공간에 플라즈마(33)가 생성된다. 시료대(101)의 탑재면에 유지된 시료(4)의 상면에 배치된 처리 대상의 막은, 플라즈마(33) 중의 하전입자와 여기된 활성 입자와의 상호 작용에 의해 에칭이 실시된다. 본 실시예에서는, 처리 중에 온도 조절된 냉매가 순환하여 시료대(101) 내부에 공급되는 순환로를 구비함으로써, 시료대(101), 나아가서는 시료(4)의 온도가 처리에 적합한 값의 범위 내가 되도록 조절된다.

도시하지 않은 처리의 종점을 판정하는 검출기에 의해 처리의 종점의 도달이 검출되면, 처리가 정지되어 전계 및 자계의 공급이 정지되어 플라즈마(33)가 소화(消火)되고, 게이트 밸브가 개방되어 반송용의 로봇의 아암이 신장되어 처리실(23) 내에 진입하여 시료(4)를 시료대(101) 상의 위치로부터 아암 상에 수취한 후 아암이 수축되어 시료(4)가 처리실(23) 밖으로 반출된 후, 다른 처리 전의 시료(4)가 처리실(23) 내에 반입된다.

다음으로, 도 2를 이용하여 본 실시예에 관련된 시료대(101)의 상세한 구성을 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 구성을 확대하여 모식적으로 나타낸 종단면도이다.

본 실시예에 있어서, 시료대(101)는 열 교환 매체(이하, 냉매)가 내부를 통류하는 경로인 냉매 유로(5)가 내부에 배치된 금속제의 원통 또는 원판 형상의 부재인 전극 블록(1)의 상면 상방에, 정전흡착 기능을 하고 유전체 재료로 구성된 막 또는 판 형상의 부재가 배치되어 있다. 유전체의 재료로서는 알루미나나 이트리아 등의 세라믹을 이용할 수 있다.

본 예에서는, 유전체 막(2)으로 하여 설명한다. 유전체 막(2)은, 대기압 중에서 플라즈마를 이용하여 고온으로 하여 반용융 상태의 상기 세라믹의 입자를 전극 블록(1)의 상면에 소정의 두께까지 내뿜는 용사(溶射)에 의해 형성한 것이다. 또, 유전체제의 부재로서 판 형상의 부재를 이용하는 경우에는, 상기 세라믹을 소정의 판형으로 성형한 부재를 고온에서 소성하여 형성한 소결판을 이용할 수 있다.

유전체 막(2)의 내부에는 시료(4)를 정전흡착하기 위한 도시하지 않은 막 형상의 전극이 하나 또는 복수 배치되어 정전 척을 구성하고, 내부의 전극에 직류의 전압이 인가되어 이것에 소기의 극성이 형성됨으로써 유전체 막(2) 상면의 내측에 전하가 축적되어 정전기가 형성됨으로써, 당해 상면 상방에 얹혀진 시료(4)가 유전체 막(2)의 상면으로서 이에 의해 구성되는 시료(4)의 탑재면에 흡착되어 유지된다.

시료대(101)의 기재인 전극 블록(1)의 내부에는, 냉매 유로(5)와 함께, 시료(4)를 그 선단 상에 얹어 상하 방향으로 이동함으로써 시료의 탑재면의 상방에서 시료(4)를 상하로 이동시키는 복수의 밀어올림 핀(6)과 이것이 내부에 배치된 관통 구멍, 및 전극 블록(1) 또는 관통 구멍의 하방에서 밀어올림 핀(6)의 하부의 주위를 둘러싸고 내외를 기밀하게 구획하는 벨로즈(7)와, 밀어올림 핀(6)의 하단부와 연결되어 이것을 상하 방향으로 이동시킴과 함께 벨로즈(7)를 접힌 눈금을 따라서 신축시키는 밀어올림 핀 승강 기구(8)를 구비하고 있다. 또한, 시료(4)가 유전체 막(2)의 상면인 탑재면 상방에 얹혀진 상태에서 시료(4) 이면과 탑재면 사이에 형성되는 간극에 He 가스 등의 시료(4)와 시료대(101) 사이의 열 전달을 촉진하는 열 전도성의 가스가 도입되는 유전체 막(2) 상면의 개구와 연통된 당해 열 전달 가스의 공급 경로인 전열 가스 유로(11)가 전극 블록(1)을 관통하여 배치되어 있다.

또한, 밀어올림 핀(6)은, 시료(4)가 시료대(101)의 유전체 막(2) 상면 상에 유지되어 있는 동안은, 전극 블록(1)의 관통 구멍 내부에 수납되어 있고, 시료(4)를 처리실(23) 외부에 반출 또는 다른 시료를 시료대(101) 상에 얹을 때에 상방으로 이동하여 그 선단을 유전체 막(2)의 탑재면 상방으로 돌출시킨다. 밀어올림 핀(6)의 하단은 베이스 부재(6')와 결합되고, 베이스 부재(6')와 연결된 밀어올림 핀 승강 기구(8)와 연결되어 있다.

베이스 부재(6')의 상면에 있어서 벨로즈(7)의 내측에는 He 가스가 공급 또는 배기되는 개구가 배치되어 있다. 당해 개구 및 전열 가스 유로(11)와는, He 가스의 급배 관로와 연결되어 연통하고 있다. 본 실시예에서는, 유전체 막(2)의 상면의 개구로서 전열 가스 유로(11) 상방에서 이것에 연통한 He 가스 공급구 및 유전체 막(2)의 상면의 개구로서 밀어올림 핀(6)이 수납되는 관통 구멍과 연통한 개구는, 시료(4)가 유전체 막(2) 상면 상방에 얹혀진 상태에서 시료(4) 이면과 유전체 막(2) 상면과의 사이에 형성되는 간극(이하, He 충전 간극)을 거쳐 연통한 구성이다.

본 실시예의 급배 관로는, He 가스가 내부를 흐르는 경로로서 분기되었거나 또는 바이패스 관로를 개재하여 연결된 복수의 파이프나 그 위에 배치되어 He 가스의 흐름을 개방/폐색(개폐) 또는 당해 가스의 유량, 속도를 조절하는 밸브를 구비한 것이며, 그 일단(一端)측은 시료대(101)의 벨로즈(7) 내부와 전열 가스 유로(11)의 각각에 연통되어 있다. 또한, 타방(他方)의 단부는 He 가스의 공급용 및 배기용의 두 개의 관로를 갖고, 각각이 도시하지 않은 가스원으로서 고압으로 된 저류조 및 관로 내부를 배기하기 위한 로터리 펌프 등의 배기 펌프와 연결되어 있다.

본 실시예의 급배 관로는, 시료대(101) 측의 하나의 단부가 전극 블록(1) 내부의 관통 구멍인 전열 가스 유로(11)와 연결되어 연통하고, 상기 가스원으로부터의 He 가스가 당해 관로를 지나 전열 가스 유로(11)와 그 유전체 막(2)의 상면의 He 가스 공급구를 거쳐 시료(4)와 유전체 막(2) 사이의 He 충전 간극에 유입되는 경로를 구성하는 He 공급 라인을 구비하고 있다. 또, 시료대(101) 측의 다른 단부가 벨로즈(7) 내부의 베이스 부재(6')와 연결되어 그 상면에 배치된 개구와 연통하고, He 충전 간극 또는 벨로즈(7) 내부의 공간(7') 내의 He 가스를 배기하기 위한 경로를 구성하는 He 배기 라인을 구비하고 있다.

또한, 이들 He 공급 라인 및 He 배기 라인은 시료대(101)의 외측에 있어서 일방이 분기되어 타방과 결합하거나 또는 바이패스 관로에 의해 양자가 연결된 구성을 구비하고, 벨로즈(7)와 관통 구멍에 의해 구성되는 공간(7')의 내부와 연통한 He 가스를 급배하기 위한 경로가 구성된다. 즉, 급배 관로는, 시료대(101) 상방의 He 충전 간극 및 시료대(101) 하방의 바이패스 관로에 의해 연결되어 연통한 두 개의 라인을 구비하고 있다.

도 2에 나타낸 실시예의 급배 관로는, 공간(7')에 면한 베이스 부재(6') 상면의 개구와 연통한 He 배기 라인 상에 있어서 전열 가스 유로(11)와 연통한 He 공급 라인과의 분기부 또는 이들 두 개의 경로를 연결하는 바이패스 관로와의 결합부보다 상류의 측(베이스 부재(6')의 개구에 가까운 측)에 He 배기 라인을 개폐하는 밸브인 벨로즈 배기 밸브(13)가 배치되어 있다. 또한, 당해 바이패스 관로와의 연결부보다 하류의 측(배기 펌프에 가까운 측)의 소정의 위치에는, 배기 펌프에 의해 배출되는 He 가스의 유량의 증감 또는 당해 경로를 개폐하는 He 개폐 밸브(14)가 배치되어 있다. 또한, 전열 가스 유로(11)와 연결된 He 공급 라인 상에 있어서 바이패스 관로와의 결합부보다 상류의 측(가스원에 가까운 측)의 소정의 위치에는, 가스원으로부터 공급되는 He 가스의 유량의 증감 또는 He 공급 라인을 개폐하는 He 공급 밸브(12)가 배치되어 있다.

유전체 막(2)의 외주연부의 상면에는, 링 형상으로 배위(配位)되어 상방으로 돌출한 볼록부인 외주 시일(3-1)이 배치되어 있다. 외주 시일(3-1)은, 종단면이 직사각형 또는 사다리꼴 형상을 가진 유전체 막(2)과 동일한 재료로 구성된 부재로서, 다른 부분이 전극 블록(1) 상면 상방에 용사나 도포되거나 또는 소결재로서 형성될 때에, 당해 유전체 막(2)의 일부로서 일체로 형성된다. 본 예의 시료(4)는, 도시하지 않은 유전체 막(2)의 표면 상에 미리 형성된 복수의 미소한 돌기 및 외주 시일(3-1) 상면 상에 얹혀져 이들과 접하여 지지된 상태에서 유전체 막(2) 상에 탑재되어 있다.

이 상태에서, 시료(4)의 이면과 유전체 막(2)의 표면의 상기 미소한 돌기끼리의 사이의 오목부와의 사이에는 미소한 간극이 생기고, 전열 가스 유로(11)의 상단에 위치하는 He 공급구로부터 도입된 He 가스가 확산되어 충전됨으로써, 시료(4)와 유전체 막(2) 사이의 열 전달이 촉진되어 처리실(23) 내가 플라즈마를 이용한 처리에 적합한 높은 진공도의 압력에 있어서도 시료(4)와 전극 블록(1) 사이의 열 전달을 행하게 하고 있다.

시료(4)는, 유전체 막(2) 내부에 미리 배치된 금속제의 막 형상의 전극에 직류 전압이 인가되어 유전체 막(2) 상면에 축적된 전하에 의해 형성된 정전기력을 이용하여 시료(4)를 유전체 막(2)에 흡착되어 유지된다. 외주 시일(3-1)의 적어도 그 중앙측의 유전체 막(2) 상면보다 작은 표면 거칠기를 갖고 평탄하게 된 상면에는, 시료(4)가 정전기력에 의해 유전체 막(2)에 흡착되어 있는 상태에서, 시료(4)의 최외주연부의 이면이 높은 압력으로 눌러지고 있다. 이것에 의해, 외주 시일(3-1)에 의해 시료(4)와 유전체 막(2) 사이의 상기 간극(He 충전 간극)이 그 내측에 둘러싸서 넣어 외부와 구획되고, 당해 He 충전 간극 내에 He 가스 공급구로부터 공급된 He 가스가 유전체 막(2)의 외주연부로부터 한없이 처리실(23) 내로 누출되는 것이 억제된다.

본 실시예의 급배 관로와 시료대(101)가 연결된 구성에서는, 전열 가스 유로(11) 상방의 He 가스 공급구와 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 상방의 개구와의 사이의 He 충전 간극의 He 가스의 컨덕턴스(흐름의 용이함)는, 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 내의 공간(7') 및 이것으로부터 He 배기 라인의 바이패스 관로와의 결합부까지의 부분의 컨덕턴스 및 전열 가스 유로(11) 및 이것으로부터 He 공급 라인의 바이패스 관로와의 결합부까지의 부분의 컨덕턴스, 나아가서는 바이패스 관로 각각의 컨덕턴스보다 작게 되어 있다.

시료(4)의 처리 전 및 처리 중의 냉매 유로(5)에는, 온도 조절 유닛(34)에 의해 온도가 소정의 범위 내의 값으로 조절된 냉매가 공급되어 순환하고 있어, 전극 블록(1), 나아가서는 시료(4)가 처리에 적합한 원하는 온도로 조절된다. 또한, 금속제의 전극 블록(1)은 시료대(101)의 기재로서, 시료(4)의 처리 중에 고주파 전원(20)과 전기적으로 접속되어 고주파 전력이 공급된다.

이와 같은 시료대(101)에서는, 시료(4)가 유전체 막(2) 상방에 얹혀진 상태에서는, 유체 또는 모터 등 액추에이터에 의해 구성된 밀어올림 핀 승강 기구(8)의 동작에 의해 밀어올림 핀(6)이 상방으로 이동함으로써 그 선단이 먼저 시료(4)의 이면에 맞닿고, 그 후 밀어올림 핀(6)이 다시 상방으로 이동함으로써 시료(4)가 유전체 막(2)의 탑재면 상방으로 이간하여 소정의 높이까지 들어올려진 후 밀어올림 핀 승강 기구(8)의 동작의 정지에 의해서 당해 높이에서 밀어올림 핀(6) 선단 상에 유지된다.

도 1의 플라즈마 처리 장치의 진공 용기(21)의 측벽에는, 도시하지 않은 다른 진공 용기가 연결되고, 당해 진공 용기 내부의 공간은 당해 공간 내에 배치되어 시료(4)를 반송하는 진공 반송 로봇을 갖고 시료(4)가 반송되는 진공 반송실로 되어 있다. 진공 반송실 내의 진공 반송 로봇이 처리 전의 시료(4)를 복수의 아암 중 일방의 선단부의 유지부 상에 얹어 유지한 상태에서, 진공 용기 내의 처리실(23)과 진공 반송실 사이를 연통하여 시료(4)가 반송되는 통로인 게이트를 개폐하는 게이트 밸브가 동작하여 게이트가 개방된 후, 당해 게이트를 지나 타방의 아암으로서 시료(4)가 얹혀져 있지 않은 것이 신장하여 시료(4)가 처리실(23) 내에 반입된다.

아암 선단부는, 밀어올림 핀(6)이 시료(4)를 들어올려 유지하고 있을 때에 생기는 시료(4) 이면과 유전체 막(2)의 표면과의 사이의 간극에 진입하여 시료(4)가 얹혀져 있지 않은 빈 유지부를 시료(4)의 하방에 배치한다. 그 후, 밀어올림 핀 승강 기구(8)의 동작에 의해 밀어올림 핀(6)이 하방으로 이동하여 시료(4)를 유지부 상에 얹은 후 다시 하강한다. 이 상태에서 유지부에 시료(4)가 얹혀진 아암은 수축하여 시료(4)를 처리실(23) 밖의 진공 반송실 내에 반출한다.

다음으로, 처리 전의 시료(4)가 얹혀진 일방의 아암이 신장하여 시료(4)를 게이트를 통하여 처리실(23) 내에 반입하고, 유지부 상의 시료(4)를 시료대(101)의 탑재면을 구성하는 유전체 막(2) 상면의 복수의 밀어올림 핀이 수납된 관통 구멍의 개구의 상방에 위치시켜 정지한다. 이 상태에서 밀어올림 핀 승강 기구(8)가 그 동작에 의해 밀어올림 핀(6)을 상방으로 이동시켜 그 선단을 아암의 유지부에 얹혀진 처리 전의 시료(4)의 이면에 접촉시킨 후에도 다시 상방으로 이동시켜, 시료(4)를 아암의 유지부의 더 상방까지 들어올린 상태에서 정지하고, 시료(4)를 아암 상방에 이간시켜 유지한다.

처리 전의 다른 시료(4)가 밀어올림 핀(6)의 선단 상에 얹혀져 유지되면, 아암이 수축하여 처리실(23)로부터 진공 반송실까지 퇴출하고, 게이트 밸브가 게이트를 기밀하게 폐색하여 처리실(23)을 밀봉한다. 이 상태에서, 밀어올림 핀 승강 기구(8)의 동작에 의해 밀어올림 핀(6)이 하방으로 이동을 개시하고, 시료(4)가 하방으로 이동하여 밀어올림 핀(6)이 선단까지 관통 구멍 내에 수납되어 시료(4)의 이면이 유전체 막(2) 상면의 미소한 돌기 또는 외주 시일(3-1) 상면에 얹혀진 후에도 밀어올림 핀 승강 기구(8)의 동작은 계속되어 밀어올림 핀(6)의 수납 위치까지 하강한 상태에서 정지한다. 그 후, 유전체 막(2) 내의 전극에 직류 전력이 공급되어 시료(4)가 유전체 막(2)에 대하여 정전흡착되고, He 가스가 He 충전 간극에 전열 가스 유로(11)를 지나 공급된다.

본 예에 있어서, 밀어올림 핀(6)은 시료(4)를 안정되게 유지하는 면에서 복수 개(예를 들면, 3개 이상) 구비하는 것이 바람직하나, 이들 밀어올림 핀(6)은 복수 개(예를 들면, 3개) 이상이 유전체 막(2)의 원형의 탑재면의 상면에 배치되어 탑재면의 중심의 둘레에 중심으로부터 소정의 거리로 서로 떨어져 있는 개소에 배치된 개구와 연통한 관통 구멍 내부에 수납되고, 이들 개구 또는 관통 구멍은 탑재면의 중심의 둘레에 중심으로부터 소정의 거리로 서로 떨어져 있는 개소에 배치되어 있다. 그러나, 이들 밀어올림 핀(6)의 각각이 배치되는 관통 구멍이나 개구는, 그 내부에 상술한 정전흡착시키는 구성을 배치할 수 없기 때문에, 핀이 배치되는 개소는 탑재면 내에 있어서 정전흡착의 기능을 할 수 없는 것으로 된다.

이와 같은 밀어올림 핀(6) 각각이 배치된 개소에서는, 시료대(101)와 시료(4) 사이의 전열 성능이 저하되어 버리고, 나아가서는 이들 밀어올림 핀(6)이 배치된 위치의 상방에서 이것에 대응하는 시료(4)의 상면의 개소의 온도는 그 주위와 현저하게 다를 뿐만 아니라 그 온도를 소기의 것으로 조절하기가 곤란한 온도의 분포 상의 특이점으로 되어 버릴 우려가 있다. 이 문제를 해결하기 위하여, 본 실시예에서는, 밀어올림 핀(6)의 하부와 관통 구멍의 주위를 신축 가능하면서도 진공 시일 가능한 벨로즈(7)로 커버하여, 관통 구멍 내에 He 가스를 충전 가능한 구성으로 하였다.

벨로즈(7)가 신축함으로써 밀어올림 핀 승강 기구(8)의 동작에 의해 밀어올림 핀(6)이 승강한다. 이에 따라서, 벨로즈(7)는 신축하여 베이스 부재(6')와 전극 블록(1)의 하면과의 거리를 증감시키면서, 내부의 공간(7') 내부를 외부로부터 기밀하게 구획함으로써, 내부에 충전되는 He 가스의 압력이 소정의 값의 범위 내로 유지된다.

또한, 전극 블록(1)의 하면에는, 이것을 덮어 절연체 부재(9) 및 접지 전위로 된 전극인 어스 전극(10)이 배치되어 있다. 이에 의해, 전극 블록(1)에 고주파 전원(20)으로부터 고주파 전력이 인가된 경우에 있어서도, 밀어올림 핀 승강 기구(8)나, 후술하는 각종 밸브류 등에 전자파가 누설되어 오동작하는 것이 억제된다.

또, 전극 블록(1)을 관통하는 전열 가스 유로(11)에 연통하여 연결된 He 가스의 급배 관로에서는, He 공급 밸브(12)가 「개방」으로 됨으로써, 벨로즈 배기 밸브(13) 및 He 배기 밸브(14)의 개폐에 관계없이, 가스원으로부터의 He 가스가 전열 가스 유로(11)에 유입한다. He 가스는 전열 가스 유로(11)를 거쳐 He 충전 간극에 공급된다.

본 실시예에서는, He 가스가 He 충전 간극에 공급되면, 당해 He 충전 간극 내를 확산한 He 가스의 입자가 유전체 막(2)의 표면에 배치된 밀어올림 핀(6)을 수납한 관통 구멍 내로 흘러들어 공간(7')에 확산된다. 그 결과, 최종적으로는 He 충전 간극과 밀어올림 핀(6)이 수납된 공간(7') 내부의 압력이 동등하게 된다. 본 예에서는, 양자가 동일한 값으로 된 상태에서 He 가스의 급배 경로를 통한 공급은 정지하고, 당해 공간(7')이나 He 충전 간극 내의 압력이 더 증가하는 일은 없으나, 이것에 한정하지 않고 급배 경로 내의 압력을 더 높은 것으로 하여 He 충전 간극의 가스의 압력을 높게 하여 당해 간극의 열 전달을 더 크게 하는 것이어도 된다.

이와 같이, 공간(7') 내의 He 가스의 압력을 He 충전 간극 내의 것과 동등하게 함으로써, 공간(7')이 시료(4)의 온도의 분포에 있어서의 특이점으로 되는 것이 억제된다. 단, 벨로즈(7)를 이용한 구성에서는, 공간(7') 내의 용적이 시료(4) 이면의 He 충전 간극의 용적보다 커진다.

이 때문에, 시료(4)의 플라즈마에 의한 처리의 종료 후에 시료(4)를 밀어올림 핀(6)에 의해 유전체 막(2)의 상면 또는 외주 시일(3-1)로부터 이간시키기 위하여 필요로 하는 He 충전 간극으로부터 He 가스를 배기하는 시간은, 당해 공간(7')의 배기에 필요로 하는 시간이 지배적인 요소가 된다. 즉, He 가스의 배기에 필요로 하는 시간은 장치가 단위시간당 처리하는 시료(4)의 매수, 소위 스루풋에 강한 영향을 주기 때문에, 스루풋을 높게 하여 처리의 효율을 향상하기 위해서는 당해 배기의 시간을 짧게 하는 것이 요구된다.

본 실시예에서는, 밀어올림 핀(6) 구멍으로부터 He 가스를 배기 가능한 라인을 설치하고, 추가로 배기 라인에 벨로즈 배기 밸브(13)를 설치하고, 벨로즈 배기 밸브(13)의 개폐에 의해서 밀어올림 핀(6) 내의 He 배기 상태를 제어할 수 있도록 하였다. 또한, 벨로즈 배기 밸브(13)를 개방으로 할 때에는, He 배기 밸브(14)도 개방으로 한다. He 배기 밸브(14)와 He 공급 밸브(12)는 동시에 개방으로 되는 일은 없고, 어느 것인가 일방이 개방인 경우에는 타방은 폐쇄가 된다. 장치 정지시에는 양방을 폐쇄로 한다.

He 가스의 공급 및 배기시의 동작을 설명한다. 본 예에서는, He 가스를 He 충전 간극이나 관통 구멍 내 또는 벨로즈(7) 내의 공간(7')에 공급할 때에는, 먼저 시료(4)가 유전체 막(2) 상면 상방에 얹혀져 흡착, 유지된 상태에서 He 공급 밸브(12)가 도시하지 않은 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서 개방된 상태로 된다. He 공급 밸브(12)가 개방됨으로써, He 가스가 전열 가스 유로(11)를 지나 He 충전 간극에 공급되고, 나아가서는 이것에 연통한 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍의 내부 및 벨로즈(7) 내부의 공간(7')에 공급된다.

이 때, 벨로즈 배기 밸브(13)은 폐색된 상태로 유지된다. 이것에 의해, 급배 관로를 구성하는 He 공급 라인과 He 배기 라인 사이, 나아가서는 공간(7')과의 사이의 연통이 차단되어 이것이 유지된다.

He 충전 간극의 압력 P1이 도시하지 않은 압력 센서로부터의 출력 신호를 받은 제어 장치에 의해 검출되고, P1의 값이 미리 설정된 값 이상이 되었다고 판정되면, 제어 장치로부터의 지령 신호에 기초하여, 시료(4)의 처리(본 예에서는 에칭 처리)가 개시된다. 예를 들면, 시료(4)가 유전체 막(2) 상에서 흡착 유지된 상태에서 He 공급 밸브(12)가 완전히 개방되어 He 가스가 공급되고, He 충전 간극의 압력 P1이 예를 들면 500 Pa 이상으로 되었음이 검출되면, 처리실(23) 내에 마이크로파(30)의 전계 및 솔레노이드 코일(32)로부터의 자계가 공급되어 플라즈마(33)가 처리실(23) 내에 형성되고, 전극 블록(1)에 고주파 전원(20)으로부터 고주파 전력이 공급되어 시료(4)의 처리가 개시된다.

다음으로, 시료(4)의 처리의 종료가 검지된 경우 등에서 He 가스를 He 충전 간극으로부터 배기할 때에는, 먼저 He 공급 밸브(12)가 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서 폐색된다. 이것에 의해, He 가스의 급배 관로는 가스원과의 사이의 연통이 바이패스 관로와의 결합부의 상류측의 위치에서 차단된다.

다음으로, 벨로즈 배기 밸브(13) 및 He 배기 밸브(14)가 완전개방 상태로 되어 이것이 유지된다. 이 동작에 의해, 급배 관로 중 베이스 부재(6')와 연결된 하나의 경로는, 벨로즈(7) 내의 공간(7'), 밀어올림 핀(7)을 수납한 관통 구멍 내부 및 유전체 막(2)과 시료(4)의 이면과의 사이의 공간에 의해 구성된 He 충전 간극, 전열 가스 유로(11) 및 이것에 연결되어 연통한 급배 관로의 다른 경로의 바이패스 관로와의 결합부의 하류측의 부분, 및 당해 바이패스 관로와 연통되고, 당해 급배 관로의 경로의 타방의 단부를 개재하여 배기 펌프와 연결된다.

이 때문에, 배기 펌프가 동작함으로써, 상기 공간(7') 및 He 충전 공간 내의 He 가스가 베이스 부재(6') 상면의 개구를 통하여 배기됨과 함께, He 충전 공간 및 전열 가스 유로(11) 내의 He 가스도 급배 관로의 바이패스 관로를 통하여 배기된다. 이와 같이 하여, He 충전 간극 및 관통 구멍 내의 He 가스는 두 개의 경로와 통하게 하여 병렬하여 고속으로 배기된다.

여기서, 예를 들면 시료(4)가 그 직경이 300 ㎜ 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 직경의 값을 가진 원형의 Si제의 웨이퍼인 경우, 당해 웨이퍼의 자중(自重)에 의해 He 충전 공간의 누름 압력은 약 18 Pa로 되기 때문에, 본 실시예에서는 압력 센서를 이용하여 검출한 He 충전 간극 및 관통 구멍 내의 He 가스의 압력이 18 Pa보다 저하되었음이 제어 장치에 의해 판정된 후, 제어 장치로부터의 지령에 기초하여 유전체 막(2) 내의 전극에 공급되고 있던 정전흡착용의 전압이 정지되고, 또한 시료(4)에 축적된 전하를 저감 또는 제거하는 제전(除電)의 동작이 실시된 후에 밀어올림 핀(6)이 상승한다.

여기서, He 충전 공간의 압력이 18 Pa 이상의 상태에서 정전흡착용의 전압이 정지된 경우에는, 시료(4)(웨이퍼)가 이면의 He 가스의 압력에 기인하여 부상해 버려 시료(4)의 위치가 어긋나 버릴 우려가 있다. 본 실시예에서는, He 가스의 공급 및 배기시의 He 가스는 He 충전 간극으로부터 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 내의 공간(7')의 순서로 흐른다. 이 때문에, 벨로즈(7) 내부의 He 가스가 He 충전 간극을 향하여 흘러 버려 관통 구멍 또는 공간(7') 내의 이물질이 시료(4) 이면을 향하여 감아올려지는 일이 저감된다.

통상, 이물질의 원인이 되는 처리실(23) 내부의 미립자는, 처리되는 웨이퍼의 매수가 증대되어 감에 따라서 처리실(23) 내에 부착되고, 특히는 밀어올림 핀(6)이 수납되는 관통 구멍 내에 진입한 것은 플라즈마에 직접적으로 노출되는 일이 없기 때문에 내부에 체류하여 부착되어 퇴적되어 가게 된다. 관통 구멍 내의 미립자 또는 그 퇴적물의 결편(缺片)이 관통 구멍의 개구를 지나 시료(4)의 이면까지 날아 올라 당해 이면에 부착되면, 시료(4)의 이물질로 되어 반송 로봇의 핸드 등을 거쳐 에칭 장치 전체에 확산될 우려가 있다. 이와 같은 이물질이 시료(4)의 표면의 막이나 처리 후의 막 구조에 낙하되어 부착된 경우에는, 그 부분을 포함하는 반도체 디바이스는 성능이 손상되게 되어 반도체 디바이스의 생산성(수율)이 저하로 연결되게 된다.

본 실시예의 상기 구성에 의하면, 이와 같은 과제를 해결하여 이하의 효과를 기대할 수 있다.

(1) 시료(4)의 처리의 종료 시(He 가스를 배기하는 경우)에 있어서의 배기의 유량, 속도를 향상할 수 있다.

(2) 시료(4)의 처리중(열 전달용의 He 가스가 He 충전 간극에 공급되는 동안)에 있어서의 시료(4)의 표면의 온도의 특이점이 발생하는 것을 저감할 수 있다.

(3) 밀어올림 핀(6)을 수납하는 관통 구멍 개구로부터 이물질이 날아 떠다녀 시료(4) 또는 처리실(23)이 오염되는 일이 저감된다.

[변형례]

상기 실시예의 변형례에 대하여 도 3, 4를 이용하여 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타낸 실시예의 변형례에 관련된 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 주요부를 모식적으로 나타낸 종단면도이다.

본 도면에 있어서, 시료대(101)의 원통형을 가진 전극 블록(1)의 상면을 덮어 배치된 유전체 막(2)의 외주연부에는, 그 내측을 둘러싸고 상방을 향하여 돌기한 링 형상의 외주 시일(3-1)이 배치되어 있다. 외주 시일(3-1)은, 종단면이 직사각형 또는 사다리꼴 형상을 가진 유전체 막(2)과 동일한 재료로 구성된 부재로서, 다른 부분이 전극 블록(1) 상면 상방에 용사나 도포되거나 또는 소결재로서 형성될 때에, 당해 유전체 막(2)의 일부로서 일체로 형성된다.

본 예에 있어서, 외주 시일(3-1)의 높이 h1은 10∼100 ㎛의 범위 내의 값으로 유전체 막(2)의 둘레 방향으로 일정 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 값으로 되어 형성된다. 또, 외주 시일(3-1)의 평탄한 면으로 구성된 상면은, 시료(4)가 유전체 막(2) 상에 얹혀져 흡착 유지된 상태에서 시료(4)의 이면과 맞닿고, 시료(4)의 이면의 외주연부를 따라서 링 형상으로 배치되는 맞닿음 면의 시료(4) 중앙측의 유전체 막(2) 및 시료(4)와의 사이의 공간과 시료(4)의 외주측의 처리실(23)의 공간과의 사이를 소정의 압력차가 형성될 정도로 기밀하게 구획할 수 있는 폭을 갖고 있다.

본 변형례에서는, 추가로 유전체 막(2) 상면의 밀어올림 핀(6)을 수납하는 관통 구멍 상방의 개구의 주위에 이것을 둘러싸고 링 형상으로 배치된 유전체제의 밀어올림 핀 시일(3-2)이 배치되어 있다. 밀어올림 핀 시일(3-2)도, 외주 시일(3-1)과 마찬가지의 단면의 형상을 구비한 유전체제의 링 형상의 돌기부로서, 유전체 막(2)의 일부로서 일체로 형성되는 것이다.

밀어올림 핀 시일(3-2)의 구성의 상세를 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 도 3에 나타낸 밀어올림 핀 시일을 관통 구멍의 축 방향의 상방에서 본 평면도로서 그 구성을 모식적으로 나타낸 것이다.

도 4 (a)에서는, 밀어올림 핀(6)을 수납하는 관통 구멍(401)의 주위에 밀어올림 핀 시일(3-2)이 링 형상으로 배치되어 있는 것이 나타나 있다. 밀어올림 핀 시일(3-2)의 링 형상의 평탄한 상면은 시료(4)가 유전체 막(2) 상면 상방에서 흡착 유지된 상태에서 시료(4)의 이면과 접촉하여 서로 맞닿는 접촉부(402)를 구성하는 부분이며, 당해 상면에는 관통 구멍의 축을 중심으로 방사상으로 배치되어 링의 내주측과 외주측을 연통하는 복수의 홈부(403)가 구비되어 있다.

당해 복수의 홈부(403)는, 그 표면이 시료(4)가 유전체 막(2) 상면 상방에서 흡착 유지된 상태에서 시료(4)의 이면과는 접촉하지 않도록 구성되어 있다. 한편, 홈부(403) 이외의 밀어올림 핀 시일(3-2)의 상면은 웨이퍼 이면과 접촉하는 접촉부(402)를 구성한다. 본 예에서는, 이와 같이 하여 밀어올림 핀 시일(3-2)의 상면과 시료(4)의 이면과의 접촉을 저감하는 구성을 구비하고 있다.

이와 같은 접촉부(402), 홈부(403)를 구비한 밀어올림 핀 시일(3-2)은 시료(4)가 흡착 유지된 상태에서, 관통 구멍(401)의 내측의 공간(7')과 외측의 He 충전 간극과의 사이를, 이들 사이에서 소정의 압력차가 형성될 정도로 절반쯤 기밀하게 구획한다. 즉, 관통 구멍(401)의 내측의 공간(7')과 외측의 He 충전 간극과의 사이는, He 충전 간극에 있어서의 체류하는 He 가스의 컨덕턴스보다 충분히 작은 컨덕턴스가 되는 홈부(403) 복수에 의해 연통되어 있다.

도 4 (b)에는, 도 4 (a)의 링 형상의 평탄한 접촉부와 방사상의 홈부와의 형상의 조합 대신에, 관통 구멍(401)의 개구의 주위에 시료(4)의 이면과 접촉하여 서로 맞닿는 접촉부(405)로서의 상면이 원형인 복수의 원통형의 볼록부가, 당해 원의 중심이 관통 구멍(401)의 축의 주위에 균등한 각도로 위치하도록 복수 배치되어 있다. 이들 볼록부끼리의 관통 구멍(401) 둘레 방향의 간극(405)은, 시료(4)가 유전체 막(2) 상에 얹혀져 유지된 상태에서 시료(4)의 이면과 밀어올림 핀 시일(3-2)의 표면과의 사이에 He 가스가 통류하는 공간을 형성하는 것이다.

또한, 도 4 (a)와 마찬가지로, 관통 구멍(401)의 내측의 공간(7')과 외측의 He 충전 간극과의 사이에서의 컨덕턴스가 He 충전 간극에 있어서의 체류하는 He 가스의 컨덕턴스보다 충분히 작은 것으로 되도록 이들의 사이를 연통하는 것이다. 또한, 본 예에 있어서, 홈부(403), 간극(405)의 컨덕턴스는 He 가스가 외주 시일(3-1)을 지나 He 충전 간극으로부터 처리실(23)로 흐르는 경우의 컨덕턴스보다 크게 되어 있다.

이 구성에 의해, He 충전 간극의 He 가스의 컨덕턴스는, 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 내의 공간의 컨덕턴스 및 전열 가스 유로(11), 바이패스 관로 각각의 컨덕턴스보다 작게 되어 있다. 그리고, 본 예에 있어서도, 급배 관로와 시료대(101)가 연결된 구성은, 전열 가스 유로(11) 상방의 He 가스 공급구와 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 상방의 개구와의 사이의 He 충전 간극의 He 가스의 컨덕턴스는, 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 내의 공간(7') 및 이것부터 He 배기 라인의 바이패스 관로와의 결합부까지의 부분의 컨덕턴스 및 전열 가스 유로(11) 및 이것부터 He 공급 라인의 바이패스 관로와의 결합부까지의 부분의 컨덕턴스, 나아가서는 바이패스 관로 각각의 컨덕턴스보다 작게 되어 있다.

본 변형례의 구성을 구비함으로써, 다음의 점의 효과를 기대할 수 있다.

(1) 그 온도가 원하는 범위 내의 값으로 조절된 유전체 막(2)의 표면이 시료(4) 이면에 근접함으로써, 시료(4)와 유전체 막(2) 사이의 국소적인 열 전달이 향상한다. 밀어올림 핀(6)이 격납된 관통 구멍(401)의 개구는 유전체 막(2)의 상면 면 내에 있어서 흡착하는 정전기력이 작거나 없기 때문에, 종래에는 시료(4)의 당해 개소는 열 전달 상의 특이점으로 되어 버려 시료(4)의 온도의 분포에 있어서 특이점으로 되어 버릴 우려가 있었다. 본 변형례에서는, 도 4에 나타낸 밀어올림 핀 시일(3-2)을 배치함으로써, 관통 구멍(401)의 개구의 주위에서의 국소적인 열 전달을 향상시켜, 온도 분포 상의 특이점의 발생 또는 온도의 편차를 저감할 수 있다.

(2) 관통 구멍(401)으로부터 발생하는 이물질은, 관통 구멍(401) 내의 공간(7')으로부터 시료(4)를 향한 He 가스의 흐름이 주 요인이라고 생각되나, 이와 같은 흐름이 생기지 않는 경우이더라도 정전기력 등에 의해 관통 구멍(401) 내부로부터 미립자나 퇴적물의 결편이 시료(4)를 향하여 날아 떠다니는 경우가 있다. 이와 같은 경우이더라도, 밀어올림 핀 시일(3-2)에 의해 시료(4)의 이면과 유전체 막(2)의 상면과의 사이의 공간이 구획되어 있음으로써, 시료(4) 이면의 광범위에 걸쳐 미립자나 결편이 비산되는 것이 억제된다. 적어도, 도 4 (a), (b)에 나타낸 홈부(403)나 간극(405)의 치수보다 큰 치수의 미립자나 결편은 이들을 통과할 수 없으므로, 이와 같은 미립자나 결편이 관통 구멍(401) 내측의 공간(7')으로부터 He 충전 간극에 날아 떠다니는 것이 방지된다.

한편으로, 밀어올림 핀 시일(3-2)을 배치함으로써, He 충전 간극으로부터 관통 구멍(401) 내에 흘러들어가는 He 가스의 흐름은, 그 유량 또는 속도가 도 1의 실시예와 비교하여 저하하게 된다. 이 때문에, 본 예에서는 He 가스를 He 충전 간극에 공급하여 그 압력을 처리에 적합한 범위 내의 값으로 하는 시간이 도 1의 실시예보다 길어져 버릴 우려가 있다.

전열 가스 유로(11)를 통과하게 한 시료(4) 이면(He 충전 간극)에의 He 가스의 공급은, 시료(4)의 처리의 개시 전에 처리실(23) 내의 압력을 조정하고 있는 동안 등의 비처리 시간에 있어서 다른 동작과 병행하여 실시된다. 본 예에서는, He 가스의 공급에 필요로 하는 시간이 플라즈마 처리 장치의 스루풋을 손상하지 않도록, 밀어올림 핀 시일(3-2)의 비접촉부인 홈부(403)나 간극(405)의 치수를 설정하고 있다.

또, 밀어올림 핀 시일(3-2)은 홈부(403)나 간극(405)을 설치하지 않는 링 형상으로 한 후에 밀어올림 핀 시일(3-2) 높이 h2를 외주 시일(3-1) 높이 h1보다 작은 치수로 하여, 밀어올림 핀 시일(3-2) 상면과 시료(4)의 이면과의 접촉을 저감해도 된다. 이 경우에는, 높이의 차이 h1 - h2에 상당하는 높이를 가진 밀어올림 핀 시일(3-2) 상면과 시료(4)의 이면과의 링 형상의 간극을 도 4의 홈부(403)나 간극(405)으로서 구성하는 것도 가능하다. 또한, 도 4 (b)의 예에 있어서 복수의 원통형의 볼록부 대신에 적절한 표면 거칠기를 구비한 상면을 갖고 요철의 선단이 시료(4)의 이면과 당해 요철의 선단부와 접촉하는 밀어올림 핀 시일(3-2)을 구비해도 된다.

다음으로, 상기 실시예의 다른 변형례에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다. 도 5는, 도 1에 나타낸 실시예의 다른 변형례에 관련된 플라즈마 처리 장치의 시료대의 주요부의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 종단면도이다.

본 예에 있어서는, 도 2에 나타낸 He 가스의 급배 관로의 구성에 대하여, 가스원과 전열 가스 유로(11)에 연결되어 시료대(101)를 향하여 He 가스가 흐르는 경로(He 공급 라인)와 배기 펌프와 벨로즈(7) 하방의 베이스 부재(6') 상면의 개구에 연결되어 시료대(101)로부터 He 가스가 배기 펌프를 향하여 흐르는 경로(He 배기 라인)와의 사이의 바이패스 관로 상에 유량 제어 밸브(15)를 배치하고 있다. 또, 실시예에 있어서 바이패스 관로와 He 배기 라인과의 결합부의 시료대(101)측의 He 배기 라인 상에 배치되어 있던 벨로즈 배기 밸브(13)는 배치되어 있지 않다.

또한, 본 예에서는, 도 1, 3, 4에 나타낸 외주 시일(3-1)이 유전체 막(2)의 외주연부에 원형의 주연(周緣)을 따라서 배치되어 있다. 한편으로, 관통 구멍(401)의 주위에 배치된 밀어올림 핀 시일(3-2)은 유전체 막(2) 상에 배치되어 있지 않다.

이와 같은 구성에서는, 전열 가스 유로(11)와 벨로즈(7) 내의 공간(7')의 양방으로부터 He 가스를 He 충전 간극에 공급 및 이들로부터 배기하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면 도 1, 2에서 나타낸 실시예와 마찬가지로, He를 He 충전 간극에 공급하는 경우에는, He 공급 밸브(12)를 개방 상태로 유지하고 He 배기 밸브(14)는 폐색 상태로 유지된다.

또한, 제어 장치로부터의 지령 신호에 기초하여, 바이패스 관로 상의 유량 제어 밸브(15)는 낮은 개도로 개방한 상태로 되어 바이패스 관로의 He 가스의 컨덕턴스가 He 공급 라인보다 낮은 상태로 된다. 또, 바이패스 관로의 He 가스의 컨덕턴스는, He 충전 간극에서의 전열 가스 유로(11) 상단의 He 가스 공급구와 밀어올림 핀이 수납된 관통 구멍의 개구와의 사이의 컨덕턴스보다도 큰 상태로 된다.

본 예에 있어서도, 급배 관로와 시료대(101)가 연결된 구성은, 전열 가스 유로(11) 상방의 He 가스 공급구와 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 상방의 개구와의 사이의 He 충전 간극의 He 가스의 컨덕턴스는, 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 내의 공간(7') 및 이것부터 He 배기 라인의 바이패스 관로와의 결합부까지의 부분의 컨덕턴스 및 전열 가스 유로(11) 및 이것부터 He 공급 라인의 바이패스 관로와의 결합부까지의 부분의 컨덕턴스, 나아가서는 바이패스 관로 각각의 컨덕턴스보다도 작게 되어 있다. 이 때문에, He 공급 라인과 He 배기 라인, 나아가서는 공간(7')과의 사이는 연통이 폐쇄되어 있지 않기는 하나, He 가스의 통류는 방해받고 있는 상태로 되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 가스원으로부터 He 공급 라인에 유입된 He 가스는, 전열 가스 유로(11) 및 이것과 연통한 유전체 막(2) 상면의 개구로부터 큰 유량으로 공급되고, He 배기 라인, 벨로즈(7) 내의 공간(7') 및 이것과 연통한 유전체 막(2) 상면의 관통 구멍의 개구로부터는 작은 유량으로 공급된다. 그 결과, He 가스의 공급이 개시된 상태에서, He 충전 간극의 압력 P1과 밀어올림 핀 구멍 내의 압력 P2는, 그 값이 P1 ≥ P2의 관계로 되고, 공간(7') 내부에 He 충전 간극으로부터 He 가스가 유입되거나 유입되는 방향으로 가압하는 압력의 조건이 형성된다. 이것에 의해, He 가스가 공급되어 있는 동안에 있어서 He 충전 간극에 공간(7')으로부터 He 가스 또는 이것에 포함된 이물질을 생기(生起)하는 미립자나 퇴적물의 결편이 유입되는 것이 억제된다.

다음으로, 상기 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 동작의 흐름을 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은, 도 1에 나타낸 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 동작의 흐름을 나타낸 타임차트이다.

먼저, 본 도면에 나타낸 플라즈마 처리 장치에 있어서, 임의의 시료(4)의 에칭 처리가 개시되면, 도시하지 않은 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서, 도시하지 않은 반송 로봇의 선단부의 핸드 상에 파지(把持)된 시료(4)는 처리실(23) 내의 시료대(101)의 시료 탑재면을 구성하는 유전체 막(2)의 상방까지 반입되고, 이 상태에서 유지된다. 다음으로, 시각 T1에 있어서 밀어올림 핀 상승 기구(8)의 동작에 의해, 시료대(101) 내부의 밀어올림 핀(6)이 관통 구멍 내부에 그 선단이 수납된 상태로부터 유전체 막(2) 상방을 향하여 상승한다.

밀어올림 핀(6)이 상승을 지속하면 복수의 핀의 선단은 반송 로봇 선단의 핸드에 유지된 시료(4)의 이면과 접하고, 밀어올림 핀(6)은 추가 상승에 의해서 시료(4)를 핸드 상방에서 복수의 핀 선단에서 하방으로부터 지지한 상태로 되고, 이 상태에서 밀어올림 핀(6)은 정지한다. 반송 로봇과 시료(4)가 이간된 상태에서 반송 로봇은 핸드를 포함하는 선단부를 처리실(23)의 외부에 퇴출시킨다.

그 후, 그 선단이 관통 구멍의 내부까지 수납된 위치까지 밀어올림 핀(6)이 하강하여 관통 구멍 내에 완전히 수납되어, 시료(4)가 시료대(101)의 유전체 막(2)의 표면에 탑재된다. 이 상태에서, 유전체 막(2) 내부의 전극에 정전흡착용의 전압이 인가되어 상술한 정전 척에 의해 시료(4)가 유전체 막(2) 상에서 흡착 유지된다.

이 상태에서, 시각 T2에 있어서 He 충전 간극 내에 He 가스의 공급이 개시된다. He 가스를 공급할 때에는, He 공급 밸브(12)를 「개방」 상태로 하여 이를 유지함으로써, He 가스가 가스원으로부터 He 공급 라인을 거쳐 전열 가스 유로(11)를 지나 He 충전 간극에 공급된다.

이 때, He 가스가 공급되기 전의 He 충전 간극 및 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍 내부의 압력은, 시료(4)가 유전체 막(2)의 상면에 얹혀지기 전에서는 관통 구멍의 상부 개구도 포함하여 처리실(23)에 노출되어 있으므로, 처리실(23) 내의 압력과 동등한 것으로 되어 있고, He 가스가 통류하는 전열 가스 유로(11) 내부의 압력보다 낮은 값으로 되어 있다. 또한, 유전체 막(2) 상면의 미소한 요철의 표면과 시료(4) 이면 사이에 끼워져 구성된 He 충전 간극의 He 가스의 흐름의 용이함(소위, 컨덕턴스)은, 전열 가스 유로(11) 및 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍보다 낮게 되어 있다.

He 가스가 전열 가스 유로(11)로부터 He 충전 간극에 공급되고 있는 동안, 도 2, 3의 구성에 있어서는, 벨로즈 배기 밸브(13) 및 He 배기 밸브(14)는 폐색되어 이 상태가 유지된다. 도 5에 나타난 구성에 있어서는, He 배기 밸브(14)는 폐색되어 이 상태가 유지되고, 유량 제어 밸브(15)는 낮은 개도로 개방된 상태로 유지된다.

He 가스가 He 공급 라인을 시료대(101)를 향하여 흐름 전열 가스 유로(11)를 통하여 He 충전 간극에 공급된다. 도 2, 3의 구성에서는, 가스원으로부터의 He 가스는 모두 He 공급 라인과 전열 가스 유로(11)를 통하여 He 충전 간극에 유입되어 그 일부는 밀어올림 핀(6)이 수납된 관통 구멍의 개구를 통하여 벨로즈(7) 내의 공간(7')에도 유입된다. 또, 도 5의 구성에서는, 가스원으로부터의 He 가스의 주된 부분은 He 공급 라인과 전열 가스 유로(11)를 통하여 He 충전 간극에 유입되고, 남는 일부는 바이패스 관로와 He 배기 라인을 통하여 공간(7')에 유입된다.

도 2, 3, 5의 어느 경우에나 최종적으로는 He 충전 간극과 공간(7') 내의 압력이 동등하게 되나, He 가스가 공급되는 기간(T2∼T4)의 초기에서는 He 충전 간극의 압력 P1과 공간(7')(관통 구멍 내부의 공간도 포함함)의 내부의 압력 P2는 P1 ≥ P2의 관계로 된다. 시료(4) 이면(He 충전 간극)의 He의 최종적인 압력값은, 적어도 근소하나마 외부로의 누설이 불가피한 외주 시일(3-1)을 형성할 수 있는 He 충전 간극 내부와 외부 사이의 압력차의 크기와 외부의 처리실(23) 내의 압력에 따라서 정해지게 되나, He 충전 간극으로부터 본 예에서는 미리 설정된 값에 도달하였음이 도시하지 않은 압력 센서에 의해 검지되면, He 공급 밸브(12)가 폐색되어 He 가스의 공급이 정지된다.

보다 상세하게는, 시료(4)가 유전체 막(2) 상에 흡착 유지되고 있는 기간에 있어서 전열용 가스를 공급하는 것이 필요한 기간에서는, He 공급 밸브(12)가 He 충전 간극 내의 압력값이 처리에 적합한 압력의 범위로부터 미리 정해진 역치보다 높아진 경우에는 폐색되고, 당해 역치보다 저하된 경우에는 개방됨으로써, He 가스가 He 충전 간극에 공급된다. 도 7에서는 이와 같은 시료(4)의 정전흡착된 기간 내의 He 가스 공급의 기간인 시간 T2∼T4에 있어서의 He 공급 밸브(12)의 단속적인 개폐의 동작과 이것에 의한 He 가스의 단속적인 공급의 동작은 나타나 있지 않고, 당해 기간에 단일한 온과 오프로 단순화하여 나타나 있다.

상기 어느 경우에나, He 공급 밸브(12)가 개방되어 He 공급 라인을 통하여 He 가스가 공급되고 있는 동안은, 공간(7') 내부에 He 충전 간극으로부터 He 가스가 유입되거나 유입되는 방향으로 가압하는 압력의 조건이 형성된다. 이것에 의해, He 가스가 공급되고 있는 동안에 있어서 He 충전 간극에 공간(7')으로부터 He 가스 또는 이것에 포함된 이물질을 생기하는 미립자나 퇴적물의 결편이 유입되는 것이 억제된다.

다음으로, 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서 처리실(23) 내에 처리용 가스가 공급됨과 함께 배기구(26)로부터 처리실(23) 내의 가스가 진공 펌프의 동작에 의해서 배기된다. 이들 급배기의 밸런스에 의해 처리실(23) 내의 압력이 처리에 적합한 범위의 값으로 된 것이 검출된 후, 제어 장치로부터의 지령에 따라서 마이크로파의 전계(30) 및 솔레노이드 코일(32)로부터의 자계의 상호 작용에 의해 처리용 가스가 여기되어 처리실(23) 내에 플라즈마(33)가 형성된다.

시각 T3에 있어서, 시료대(101) 내의 전극 블록(1)에 고주파 전원(20)으로부터의 고주파 전력이 공급되어 시료(4)의 에칭 처리가 개시된다. 그 후, 에칭의 종점이 도시하지 않은 검출기에 의해 검출되면, 제어 장치로부터의 지령 신호를 따라서 당해 고주파 전력의 공급이 정지되어 에칭 처리가 정지된다.

또한, 처리용 가스의 공급이 정지된 후, 시각 T4에 있어서 He 가스 공급을 정지한다. 즉, He 공급 라인 상의 He 공급 밸브(12)가 폐색된다. 또한 동시 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근접한 시각에 있어서, He 배기 밸브(14)가 개방되어 이것이 유지된다. 도 2, 3의 구성에 있어서는 벨로즈 배기 밸브(13)도 개방되어 이것이 유지된다.

He 배기 라인을 개재하여 공간(7') 및 He 충전 간극과 전열 가스 유로(11)가 배기 펌프와 연통되고, 관통 구멍 내의 공간을 포함하는 벨로즈(7) 내의 공간(7') 및 전열 가스 유로(11)의 내부 및 이들 양방으로부터 시료(4) 이면의 He 가스가 배기된다. 이와 같이 두 개의 경로에서 병렬하여 배기함으로써, He 충전 간극 및 공간(7') 내의 He 가스를 보다 단시간에 고속으로 배기할 수 있다. 또, 도 3, 5의 예에서는 시료대(101) 및 He 가스의 급배 관로에 있어서의 He 공급 라인과 He 배기 라인 사이를 연통하는 He 가스의 통로에는 가스의 흐름을 방해하는 구성이 배치되어 컨덕턴스를 저하시킴으로써, He 충전 간극으로부터 He 가스가 배기되는 동안에 있어서, He 충전 간극에 공간(7')으로부터 He 가스 또는 이것에 포함된 이물질을 생기하는 미립자나 퇴적물의 결편이 유입되는 것이 억제된다.

시료(4)의 이면의 He 압력이 시료(4)를 떼어내는 데에 적합한 미리 설정된 값보다 저하되었음이 검출된 후, 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서 정전흡착 전압의 공급이 정지되어 정전흡착력을 제거 또는 저감하는 제전의 공정이 실시된 후, 시각 T5에 있어서 밀어올림 핀(6)이 상승한다. 밀어올림 핀(6)의 선단에 시료(4) 이면이 접한 후에도 밀어올림 핀(6)의 상승이 계속되는 결과, 시료(4)는 유전체 막(2)으로부터 유리(遊離)되어 상방으로 들어올려져, 시료(4)를 주고받는 높이 위치까지 이동한다. 그 후, 도시하지 않은 반송용 로봇의 아암이 처리실(23) 내에 진입하여 그 선단의 핸드가 시료(4)와 유전체 막(2) 사이에 삽입되어 정지한다.

밀어올림 핀(6)이 강하하여 시료(4)가 하방으로 이동함으로써 핸드 상에 시료(4)가 주고받아지고, 밀어올림 핀(6)은 관통 구멍 내에 수납된다. 반송용 로봇의 아암이 수축하여 처리실(23) 밖으로 시료(4)에 반출된다. 그 후, 다음 시료(4)가 반입되기 전의 시각 T6까지 벨로즈 배기 밸브(13) 및 He 배기 밸브(14)가 「개방」 상태가 유지되어 시각 T6에 있어서 「폐쇄」상태로 된다.

그 후, 다음 시료(4)가 반송되어 오면 상기의 동작을 반복하여 시료(4)의 처리를 계속한다. 소정의 매수의 시료(4)의 처리가 종료되었음이 제어 장치에 의해 검출되면, 시료(4)를 반출한 후, 처리실(23) 내부의 메인터넌스 또는 대기압까지의 개방이 실시된다.

상기의 실시예 또는 변형례에서는 이와 같은 동작에 의해, He 가스의 공급 및 배기시에 있어서도, He 가스의 흐름을 He 충전 간극으로부터 관통 구멍 내부(공간(7'))를 향하는 것으로 할 수 있고, 관통 구멍 내의 He 가스가 He 충전 간극에 유입됨으로써 생기는 이물질의 생기가 억제된다. 나아가서는, 반도체 디바이스의 제조의 높은 수율을 확보하면서 높은 스루풋으로 시료를 처리할 수 있다.

본 발명은, 상기의 실시예 또는 변형례에 있어서 나타난 구성에 한정된 것 이 아니라, 그 기술 사상의 범위 내에서 다른 형태를 구비할 수 있다. 예를 들면, 실시예 및 변형례에 있어서 나타난 급배 관로 상의 He 공급 밸브(12), 벨로즈 배기 밸브(13), He 배기 밸브(14), 유량 제어 밸브(15)나 밀어올림 핀 시일(3-2)은 서로 배타적인 것이 아니라, 유량 제어 밸브(15)와 밀어올림 핀 시일(3-2)의 양자를 구비해도 되고, 공간(7')으로부터 He 충전 간극으로의 이물질 원인의 물질의 이동이나 확산을 억제할 수 있는 작용·효과를 나타낼 수 있도록, 이들 전부 또는 그 일부의 조합을 구비하고, 제어 장치로부터의 지령 신호에 기초하여 동작함으로써 당해 작용·효과를 나타내도록 구성될 수 있다.

본 발명이 제안하는 반도체 제조 장치의 시료대는, 상기 플라즈마 처리 장치의 실시예에 한정되지 않고, 애싱 장치, 스퍼터 장치, 이온 주입 장치, 레지스트 도포 장치, 플라즈마 CVD 장치, 플랫 패널 디스플레이 제조 장치, 태양 전지 제조 장치 등, 정밀한 웨이퍼 온도 관리를 필요로 하는 다른 장치에도 전용이 가능하다.

1 : 전극 블록
2 : 유전체 막
3-1 : 외주 시일
3-2 : 밀어올림 핀 시일
4 : 시료
5 : 냉매 유로
6 : 밀어올림 핀
7 : 벨로즈
8 : 밀어올림 핀 승강 기구
9 : 절연체 부재
10 : 어스 전극
11 : 전열 가스 유로
12 : He 공급 밸브
13 : 벨로즈 배기 밸브
14 : He 배기 밸브
15 : 유량 제어 밸브
20 : 고주파 전원
21 : 처리실 벽
22 : 처리실 덮개
23 : 처리실
24 : 가스 도입관
25 : 처리 가스
26 : 배기구
27 : 압력 조절 밸브
28 : 터보 분자 펌프
29 : 마이크로파 발진기
30 : 마이크로파
31 : 도파관
32 : 솔레노이드 코일
33 : 플라즈마
34 : 온도 조절 유닛
101 : 시료대

Claims

진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 정전흡착된 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 시료대가, 상기 시료를 당해 시료대의 상방에서 상하시키는 복수의 밀어올림 핀과, 상기 시료가 그 위에 얹혀지는 요철을 가진 유전체제의 막과, 이 유전체제의 막 상에 배치되어 상기 시료와 당해 유전체제의 막과의 간극에 공급되는 가스의 공급구와, 상기 복수의 밀어올림 핀이 내부에 수납된 관통 구멍의 개구를 구비하여, 상기 가스의 공급구와 연통하여 상기 간극에 공급되는 당해 가스가 통류하는 공급로 및 상기 관통 구멍의 개구와 연통하여 상기 간극에 공급된 가스가 배출되는 배출로 및 상기 공급로와 배출로를 연통하는 연결로를 가진 급배 관로와 연결된 것으로서,
상기 연결로를 개재한 공급로와 배기로 사이의 연통을 폐쇄한 상태에서 당해 공급로로부터 상기 가스를 상기 간극 및 당해 간극을 거쳐 상기 관통 구멍의 내부에 공급하는 플라즈마 처리 장치.
진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 정전흡착된 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 시료대가, 상기 시료를 당해 시료대의 상방에서 상하시키는 복수의 밀어올림 핀과, 상기 시료가 그 위에 얹혀지는 요철을 가진 유전체제의 막과, 이 유전체제의 막 상에 배치되어 상기 시료와 당해 유전체제의 막과의 간극에 공급되는 가스의 공급구와, 상기 복수의 밀어올림 핀이 내부에 수납된 관통 구멍의 개구를 구비하여, 상기 가스의 공급구와 연통하여 상기 간극에 공급되는 당해 가스가 통류하는 공급로 및 상기 관통 구멍의 개구와 연통하여 상기 간극에 공급된 가스가 배출되는 배출로 및 상기 공급로와 배출로를 연통하는 연결로와, 이 연결로 상에 배치되어 상기 가스의 통류를 방해하는 수단을 가진 급배 관로와 연결된 것으로서,
상기 배출로의 상기 연결로와의 결합부와 배기 수단과의 사이에 배치된 밸브를 폐쇄한 상태에서 당해 공급로로부터 상기 가스를 상기 간극 및 당해 간극을 거쳐 상기 관통 구멍의 내부에 공급하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공급로의 상기 연결로와의 결합부와 상기 가스의 가스원과의 사이에 배치된 밸브를 폐쇄하고, 또한 상기 연결로를 개재한 공급로와 배기로 사이를 연통한 상태에서, 상기 배기로로부터 상기 간극 및 상기 관통 구멍 내의 상기 가스를 배기하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체제의 막이 상기 간극의 외주를 둘러싸고 상기 시료의 이면과 맞닿는 링 형상의 외주측 볼록부와 이 외주측 볼록부의 내측에서 상기 관통 구멍의 개구의 외주를 둘러싸고 배치된 링 형상의 관통 구멍용 볼록부를 구비하고, 상기 시료가 상기 유전체제에 얹혀진 상태에서 상기 관통 구멍용 볼록부의 상면과 상기 시료의 이면과의 사이에 간극이 형성되는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스를 배기할 때에 상기 간극 내의 상기 가스의 압력이 상기 관통 구멍 내의 가스의 압력보다 높게 되는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시료대의 하방에 위치하는 상기 관통 구멍 내에 배치된 밀어올림 핀의 하부의 주위를 둘러싸고 당해 밀어올림 핀 및 상기 관통 구멍을 포함하는 내부의 공간과 외부를 기밀하게 구획하는 벨로즈를 구비하며, 상기 배기로가 당해 벨로즈 내부의 상기 공간에 연통한 플라즈마 처리 장치.