KR20170012106A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 시료대 상의 히터로 급전하는 경로에서의 발열을 억제한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 진공 용기 내부의 처리실 내의 하부에 배치된 처리 대상의 시료가 놓여져 유지되는 시료대가, 고주파 전원으로부터의 고주파 전력이 공급되는 금속제의 전극 블록과, 그 상면 상에 배치되어 그 내부에 전력이 공급되어 발열하는 막 형상의 히터가 배치된 유전체제의 발열층과, 이 막의 상방을 덮어 배치되는 도전체제의 층과, 상기 발열층의 외주측에서 이것을 둘러싸서 배치되어 상기 도전체제의 층과 전극 블록에 접하여 이들을 도통하는 링 형상의 도전층과, 상기 도전체제의 층의 상방에서 이것을 덮어 배치되어 시료를 정전 흡착하는 정전 흡착층을 구비하고, 상기 도전체제의 층 및 상기 링 형상의 도전층이 상기 고주파 전력의 전류의 표피 깊이보다 큰 치수를 구비하고, 상기 시료의 처리 중에 상기 전극 블록이 소정의 전위로 유지되는 플라즈마 처리 장치.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 반도체 제조 공정에 있어서 웨이퍼 등의 시료에 미세 가공을 실시하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 웨이퍼를 유지 고정하는 시료대를 구비한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 미세화 트렌드에 수반하여, 시료의 에칭 처리에 요구되는 가공 정밀도는 해마다 엄격해지고 있다. 플라즈마 처리 장치를 이용하여 웨이퍼 표면의 미세 패턴에 고정밀도한 가공을 실시하기 위해서는, 에칭시에 있어서의 웨이퍼 표면의 온도 관리가 중요해진다.

최근에는, 더 한층의 형상 정밀도 향상의 요구로부터, 프로세스 중에 웨이퍼의 온도를 에칭 단계에 따라서 보다 고속이면서 치밀하게 조절하는 기술이 요구되고 있다. 진공 용기 내부의 처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 반도체 웨이퍼 상면의 회로 구조가 되는 복수의 막층을 갖는 막 구조를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 감압된 처리실 내에 배치되는 웨이퍼의 표면의 온도를 변화시키기 위해, 웨이퍼가 놓여지고 이것과 접하는 시료대의 표면의 온도를 증감하는 것이 생각되어 왔다.

이러한 진공으로 여겨지는 처리실 내에 배치되는 시료대는 일반적으로, 내측을 소정의 온도로 조절된 냉매가 통류하는 냉매 유로 또는 전력이 공급되어 발열하는 히터가 그 내부에 배치된 금속제의 원통 또는 원판 형상의 기재(基材)와 이 기재의 표면을 덮어 배치되고 그 내측에 웨이퍼를 정전 흡착하기 위한 직류 전압이 인가되는 막 형상의 전극을 갖는 유전체제의 막을 가지고, 유전체막 상면에 놓여진 웨이퍼를 흡착하여 유지하는 정전 척을 구성하는 것이다. 또한, 정전 흡착된 웨이퍼의 이면과 유전체막의 상면과의 사이에 He 등의 열전달성을 갖는 가스를 공급하고, 진공 중에 있어서의 시료대의 기재 내의 냉매 또는 히터와 웨이퍼의 사이의 열통과를 가능하게 하여 이들 사이의 열교환에 의해 웨이퍼의 온도가 조절되고 있다.

이러한 종래 기술로서는, 예를 들면 일본국 특허공표 특표2008-527694호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 종래부터 알려져 있었다. 특허문헌 1에는, 냉각 매체가 내측을 통류하는 냉매 유로를 내부에 구비한 금속제의 원판 형상의 전극 블록 상에 막 형상 또는 플레이트 형상의 히터, 금속 플레이트, 정전 흡착막이 순서대로 배치된 시료대의 구성이 개시되어 있다. 이러한 구성에 의해, 히터의 출력을 조절함으로써 시료대 표면 나아가서는 그 위에 재치되는 웨이퍼의 온도를 증감시켜 소망하는 범위 내의 값이 된다.

나아가서는, 히터를 전극 블록 상면에 접착하는 접착층의 상면의 면 내 방향에 대하여 두께의 변동을 억제하거나, 또는 금속 플레이트의 상하면을 평탄화함으로써, 시료대의 면 내 방향에 대하여 열통과의 양의 불균일성을 저감하여 면 내 방향에 대한 웨이퍼 또는 시료대의 온도의 균일성을 향상시키는 것이 개시되어 있다.

한편으로, 특허문헌 1에 개시되는 바와 같이, 전극 블록 상에 히터나 금속 플레이트를 배치한 경우에는 히터나 금속 플레이트의 측면이 플라즈마에 노출되는 결과, 당해 측면이 플라즈마와의 상호 작용에 의해 변질되거나 깎이거나 하여, 웨이퍼의 온도의 분포에 악영향이 미치거나 처리실 내에 깎인 부재의 입자가 비유(飛遊)하여 처리실의 다른 개소나 웨이퍼에 부착하여 오염되거나 할 우려가 있다. 이러한 과제에 대하여, 특허문헌 2에 개시되는 바와 같이, 이러한 온도 조절을 하기 위한 막 형상의 부재를 구비한 시료대의 당해 막 형상의 부재의 측면을 절연체에서 플라즈마에 대하여 덮음으로써 보호하는 구성이 알려져 있다. 본 종래 기술에서는, 이 구성에 의해 측면이 플라즈마로부터 보호되어 시료대 표면 나아가서는 웨이퍼의 표면의 온도를 소망하는 범위 내의 값으로 조절한다.

일본국 특허공표 특표2008-527694호 일본국 공개특허 특개평9-260474호

상기 종래 기술에서는, 다음 점에 대해서 고려가 불충분했기 때문에 문제가 발생하고 있었다.

즉, 플라즈마 에칭 장치의 분야에서는, 웨이퍼의 처리 중에 플라즈마 중의 이온 등의 하전 입자를 웨이퍼 상의 처리 대상의 막층에 충돌시켜 처리 대상의 막층을 소기의 방향의 에칭을 촉진하여 소망하는 개구 형상을 얻는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 이 때문에, 전극 블록에 소정의 주파수의 고주파 전력을 공급하여 정전 척의 유전체막 또는 이것에 놓여지는 웨이퍼의 상면 상방에 바이어스 전위를 형성함으로써, 플라즈마의 전위와 바이어스 전위와의 전위차에 의해 하전 입자를 웨이퍼 상면으로 유인하고 있다. 또한, 시료대의 전극 블록 상방에 히터를 배치하는 경우에는, 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력과는 다른 경로로 전력이 히터에 공급되고, 당해 히터의 급전용의 경로 상에는 고주파 전력을 차단하기 위한 고주파 필터가 배치된다.

일반적으로, 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 주파수의 크기는 에칭 성능에 영향을 미치고, 예를 들면 주파수를 높게 한 경우에는 웨이퍼 상에 입사하는 이온 에너지가 단색화되기 때문에, 절연막을 에칭하는 처리에 있어서는 마스크의 선택비가 향상되어 결과적으로 에칭 성능이 향상되는 것이 알려져 있다. 한편으로, 히터로의 급전용의 경로상의 히터와 고주파 필터와의 사이의 개소에서의 발열의 양이 커진다.

즉, 히터로의 급전 라인에는 동축 케이블이 이용되는 것이 일반적이고, 고주파 전력의 주파수가 높아짐과 함께 당해 동축 케이블 내의 중심 도체와 외부 도체의 사이의 리크 전류가 증대해버리고, 그 결과 당해 케이블로부터의 발열이 증대해 버린다. 이 때문에, 높은 주파수의 고주파 전력을 이용하여 웨이퍼의 처리를 행할 수 없어, 처리의 성능이 손상되고 있었다. 이러한 과제에 대해서, 상기 종래 기술에서는 고려되고 있지 않았다.

본 발명의 목적은, 히터를 구비한 시료대에 있어서 당해 히터로 급전하는 경로에서의 발열을 억제하고, 처리의 성능을 향상시킨 플라즈마 처리 장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치되어 내측이 감압되는 처리실과, 이 처리실 내의 하부에 배치되어 처리 대상의 시료가 놓여져서 유지되는 시료대와, 상기 처리실 내에 플라즈마를 형성하는 수단을 구비하고, 상기 시료대가, 고주파 전원으로부터의 고주파 전력이 공급되는 금속제의 전극 블록과, 그 상면 상에 배치되어 그 내부에 전력이 공급되어 발열하는 막 형상의 히터가 배치된 유전체제의 발열층과, 이 막의 상방을 덮어 배치된 도전체제의 층과, 상기 발열층의 외주측에서 이것을 둘러싸서 배치되어 상기 도전체제의 층과 전극 블록에 접하여 이들을 도통하는 링 형상의 도전층과, 상기 도전체제의 층의 상방에서 이것을 덮어 배치되어 그 상면 상방에 놓여지는 상기 시료를 정전 흡착하는 정전기력을 발생시키기 위한 정전 흡착층을 구비하고, 상기 도전체제의 층 및 상기 링 형상의 도전층이 상기 고주파 전력의 전류의 표피 깊이보다 큰 치수를 구비하고, 상기 시료의 처리 중에 상기 전극 블록이 소정의 전위로 유지되는 플라즈마 처리 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 히터층이 도전성 재료로 실드되는 구성이 되고, 전극 블록에 인가한 바이어스 전력(고주파 전류)이 히터 라인 내에 흐르는 것을 억제할 수 있다. 즉, 고주파 전력의 전류는 표피 효과에 의해 도체 표면을 흐르기 때문에, 표피 심도보다도 두꺼운 도전성을 가진 재료의 부재로 히터를 덮음으로써, 고주파 전력의 전류가 히터에 유입되는 것이 억제되고, 히터로의 급전 라인의 발열이 억제되어 보다 넓은 범위의 주파수의 바이어스 형성용의 고주파 전력을 이용할 수 있어, 에칭 성능이 향상된다.

또한, 전극 블록과 실드판이 도통한 상태가 되기 때문에, 전극 블록에 바이어스 전력을 인가했을 때에 히터층의 임피던스에 의해 웨이퍼 상의 시스에 전압이 가해지기 어려워지는 것이 억제된다. 예를 들면, 히터를 적층 구조로 하여 히터층 내의 절연 재료의 두께가 증가해도, 전극 블록과 실드판 사이의 임피던스에는 영향이 없고, 히터의 구성에 관계없이 웨이퍼 상면의 시스에 효율적으로 고주파 전력의 전압이 인가된다. 이에 따라, 히터의 설계 자유도가 증가하여 그 온도를 높은 정밀도로 조절하는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
도 2는, 종래의 기술에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성을 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 5는, 도 1에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 6은, 도 5에 나타내는 변형예의 시료대의 발열층의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 7은, 도 3에 나타내는 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 8은, 도 3에 나타낸 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 대해서 도 1 내지 7을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 종단면도이다. 특히, 본 도면의 플라즈마 처리 장치는, 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 도파관을 통하여 마이크로파대(帶)의 전계와 진공 용기 주위에 배치된 코일에 의해 형성된 자계를 도입하고, 당해 처리실 내에 공급된 처리용 가스를 전계 및 자계의 상호 작용에 의한 ECR(Electron Cyclotron Resonace: 전자 사이클로트론 공명)에 의해 여기하여 플라즈마를 형성하는 플라즈마 에칭 장치가 예시되어 있다.

본 도면에 있어서, 플라즈마 처리 장치(100)는, 내부에 그 내측이 처리에 적합한 소정의 진공도로 감압되는 처리실(33)을 가진 진공 용기(20)와, 그 상방 및 측방의 주위에 배치되어 처리실(33) 내에 플라즈마를 형성하기 위한 전계 또는 자계를 형성하여 공급하는 플라즈마 형성 유닛과, 진공 용기(20) 하방에 배치된 처리실(33) 하부의 배기구(36)를 개재하여 처리실(33) 내와 연통하여 배치된 터보 분자 펌프(38) 등의 진공 펌프를 포함하는 배기 유닛을 포함하여 구성되어 있다. 진공 용기(20)는, 원통형을 가진 처리실(33)의 외주를 둘러싸서 배치되는 원통형을 가진 금속제의 처리실 벽(31)과, 그 원형의 상단부(上端部)의 위에 놓여져 석영 유리 등의 마이크로파대의 전계를 투과할 수 있는 유전체를 포함하여 구성된 원판 형상을 갖는 덮개 부재(32)를 구비하고 있다.

덮개 부재(32)의 외주연부 하면과 처리실 벽(31)의 상단부는, 이들 사이에 O링 등의 시일 부재가 사이에 끼워져 접속 또는 연결됨으로써 시일 부재가 변형되어 처리실(33)의 내외가 기밀하게 밀봉된다. 처리실(33)의 내측 하부에는, 시료(W)(본 예에서는, 반도체 웨이퍼)가 그 원형의 상면 상방에 놓여지는 원통형을 가진 시료대(101)가 배치되고, 그 상방의 처리실(33)의 상부에는 에칭 처리를 행하기 위한 처리 가스(35)를 처리실(33) 내에 도입하는 개구를 가진 가스 도입관(34)이 배치되어 있다.

처리실(33)의 시료대(101) 하방의 바닥면에는 배기구(36)가 배치되고, 당해 배기구(36)를 통하여 처리실(33)에 도입된 처리 가스(35)나 에칭에 의해 발생한 반응 생성물이나 플라즈마(43)의 입자가 배기된다. 배기구(36)는 배기 유닛을 구성하는 터보 분자 펌프(38)의 입구와 배기용의 관로를 개재하여 연통되어 있다.

관로 상에는 관로 내의 통로의 축을 가로지르는 방향으로 배치된 회전축 주위에 회전하여 관로의 유로 단면적을 증감하는 판 형상의 플랩을 복수 구비한 압력조절 밸브(37)가 배치되어 있다. 도시하지 않는 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서 압력 조절 밸브(37)의 플랩의 각도가 증감되어 관로의 개도가 조절됨으로써, 배기구(36)를 통한 처리실(33)의 배기의 유량 또는 속도가 조절되고, 처리실(33) 내의 압력이 소정의 범위 내의 값으로 조절된다. 본 실시예에서는, 처리실(33) 내의 압력은 수㎩ 정도 내지 수십㎩의 범위 내의 소정의 값으로 조절된다.

처리실(33)의 상방에는, 플라즈마 형성 유닛을 구성하는 도파관(41)과 그 단부에 배치되어 마이크로파의 전계(40)를 형성하는 마그네트론 등의 마이크로파 발진기(39)가 구비되어 있다. 마이크로파 발진기에서 생성된 마이크로파의 전계(40)는, 도파관(41)에 도입되어 그 단면이 직사각형인 부분과 이것에 접속된 단면 원형인 부분을 통하여 전파되고 도파관(41) 하단부에 접속되어 도파관(41)보다 직경이 큰 원통형을 갖는 공진(共振)용의 공간에서 소정의 전계의 모드가 증폭되고, 당해 모드의 전계는, 처리실(33) 상방에 배치되어 진공 용기(20) 상부를 구성하는 덮개 부재(32)를 투과하여 처리실(33) 내에 상방으로부터 도입된다.

덮개 부재(32)의 상방과 처리실 벽(31)의 외벽의 주위에는 이들을 둘러싸서 배치된 솔레노이드 코일(42)이 구비되고, 당해 솔레노이드 코일(42)에 의해 생성된 자계가 처리실(33) 내에 도입되면, 처리실(33) 내에 도입된 처리 가스(35)의 원자 또는 분자는 마이크로파의 전계(40)와 자계의 상호 작용에 의해 생기(生起)된 ECR에 의해 여기되며, 시료대(101) 또는 그 상면 상방의 시료(W)의 상방의 처리실(33)의 공간 내에 플라즈마(43)가 생성된다. 플라즈마(43)는 시료(W)에 면하고 있으며, 상기한 바와 같이, 시료대(101) 내의 금속제의 전극에는 고주파 전원(21)으로부터 출력되는 소정의 주파수의 고주파 전력이 공급되어 시료(W) 상방에 형성되는 바이어스 전위에 의해 플라즈마(43) 중의 하전 입자가 유인되고, 시료(W) 상면에 미리 배치된 막 구조의 처리 대상의 막층에 대한 에칭 처리가 행해진다.

본 실시예에서는, 반도체 웨이퍼인 시료(W)의 처리 중에 처리에 적합한 소정의 범위 내의 시료(W)의 온도를 실현하기 위해 시료대(101)의 온도를 조절하는 구성을 구비하고 있다. 진공 용기(20) 외부에 배치되어 냉매의 온도를 설정된 범위 내의 값으로 조절하는 기능을 구비한 온도 조절 유닛(26)과 시료대(101) 내부에 배치된 냉매 유로(11)가 관로에 의해 접속되어 순환로를 구성하고, 온도 조절 유닛(26)에 의해 온도가 조절된 냉매가 전극 블록 내의 냉매 유로(11)에 관로를 통해 공급되고, 내측을 통과하는 냉매와 시료(W)와 열적으로 접속된 전극 블록의 사이에서 열교환이 행해지고, 전극 블록 또는 그 상방에 놓여진 시료(W)의 온도가 소망하는 범위 내의 값이 되도록 조절된다.

에칭 처리가 종점에 도달한 것이 도시되어 있지 않은 검출기에 의해 플라즈마(43)의 발광의 분석 등의 공지의 기술을 이용하여 검출되면, 고주파 전원(21)으로부터의 고주파 전력의 공급 및 전계 및 자계의 공급이 정지되고 플라즈마(43)가 소화되어 에칭 처리가 정지된다. 그 후, 시료(W)는 처리실(33)로부터 반출되고 챔버 클리닝이 실시된다.

도 2 이하를 이용하여 본 실시예의 시료대(101)의 구성을 설명한다. 우선, 도 2를 이용하여 종래 기술에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성을 설명한다.

도 2는, 종래의 기술에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성을 모식적으로 나타낸 종단면도이다. 본 도면에서는, 원통 또는 원판 형상을 가진 시료대(101)의 중심축과 이 중심축으로부터 임의의 방향의 반경을 포함하는 상하 방향의 면에 따른 단면을 나타내고 있다.

도 2에 있어서, 시료대(101)는, 열교환 매체(이하, 냉매라고 기재한다)가 내측을 통류하는 도시하지 않는 냉매 유로가 내부에 구비된 원판 또는 원통 형상을 가진 금속제의 전극 블록(1)과, 그 상부에 배치된 막층인 히터층(2)과, 그 상방에 놓여진 금속판(3)과, 그 상면 상방에 배치된 유전체제의 막층인 정전 흡착층(4)을 구비하고 있다. 플라즈마 처리 장치(100)가 시료(W)를 에칭하는 것에 있어서는, 시료대(101) 상의 정전 흡착층(4) 상면 상에 놓여진 시료(W) 표면에 이온을 입사시키기 위해, 전극 블록(1)에 바이어스 전위를 형성하는 고주파 전력을 공급하는 구성이 일반적이다. 본 예에 있어서, 이러한 바이어스 형성용의 고주파 전력은 전극 블록(1)과 전기적으로 접속된 소정의 주파수의 전력을 출력하는 고주파 전원(21)으로부터 공급된다.

한편, 히터층(2)을 구성하는 발열용 저항체(2-1)는, 전극 블록(1) 내부에 배치된 도시하지 않는 관통 구멍 내에 배치되어 히터층(2)의 발열용 저항체(2-1)와 커넥터를 개재하여 접속된 동축 케이블을 구비하여 구성된 히터 급전 라인(22)을 통해 히터 전원(24)과 전기적으로 접속되어 있다. 히터 급전 라인(22) 상에는, 바이어스 형성용의 고주파 전력이 히터 전원(24)에 유입되지 않도록 이것을 차단하기 위한 콘덴서를 포함하는 로우 패스 필터 회로를 구비한 고주파 필터(23)가 배치되어 있다.

고주파 전원(21)으로부터의 고주파 전력의 고주파 전류(25)(이하, 고주파 전원 전압이 플러스인 경우를 기재)는, 고주파 전원(21)으로부터 전극 블록(1)을 개재하여 발열용 저항체(2-1) 내에 흐르고, 또한 히터 급전 라인(22)에 유입되려고 하지만 고주파 필터(23)에 의해 히터 전원(24)을 향하여 흐르는 것이 억제된다. 이 때문에, 전극 블록(1)에 공급된 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력은, 처리실(33)의 내벽면이며 플라즈마(43)에 면하는 부재에서 소정의 전위, 예를 들면 접지 전위가 된 부재를 향하여 흐르도록 하여, 고주파 전류(25)는 금속판(3), 정전 흡착층(4) 등의 도시하지 않는 시료(W)의 방향으로 흘러 당해 처리실(33) 내의 벽면의 방향으로 흐르게 된다.

바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 주파수는 에칭 성능에 영향을 미치고, 예를 들면 주파수를 높게 한 경우에는 웨이퍼 상에 입사하는 이온 에너지가 단색화하기 때문에, 절연막을 에칭하는 프로세스 등에 있어서는 마스크 선택비가 향상되어 에칭 성능이 향상되는 것이 알려져 있다. 한편으로, 주파수를 높게 한 경우에는, 발열용 저항체(2-1)와 고주파 필터(23)의 사이의 히터 급전 라인(22)에서 발열이 발생해버린다.

즉, 히터를 구비한 시료대(101)에 놓여진 시료(W)를 에칭 처리하는 성능을 향상시키기 위해, 바이어스 형성용의 고주파 전력의 주파수를 높게 하면, 히터 급전 라인(22)의 발열이 문제가 되어 버린다. 이러한 과제에 대하여, 본 실시예에서는 이하에 설명하는 구성을 구비하고 있다. 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.

본 도면에 있어서, 본 실시예의 시료대(101)는, 냉매 유로(11)를 내부에 구비하고 중앙부에 위쪽으로 상면이 높아진 볼록부와 외주측의 부분이 낮아진 오목부를 갖는 금속제의 전극 블록(1)과, 전극 블록(1)의 볼록부 상면 상방에 이것을 덮어 배치된 복수의 막층을 구성하는 발열층(5), 실드층(6), 도전층(7), 절연층(8), 정전 흡착층(4)을 구비하고 있다. 발열층(5)은, 전형적으로는 히터층(2)으로 구성되고, 본 실시예에서는 스테인리스나 텅스텐 등으로 형성되어 시료(W)의 형상에 상사(相似)한 원형 또는 다중으로 배치된 원호 형상의 부분이 원형의 영역에 배치된 막 형상의 발열용 저항체(2-1)가, 알루미나나 이트리아 등의 세라믹 또는 폴리이미드 등의 수지제의 절연체막(2-2)의 내부에 포함되어 배치된 구성을 구비하고 있다.

또한, 발열층(5)으로서는 펠티에 소자 등을 사용해도 된다. 본 실시예로서는, 발열층(5)에는 금속제의 막을 갖는 히터를 이용한 예를 나타낸다.

발열층(5)의 상방으로서 시료(W)를 놓을 수 있는 재치면을 구성하는 유전체제의 정전 흡착층(4)과의 사이에는 도전성을 갖는 막층인 실드층(6)이 배치되어 있다. 실드층(6)으로서, 용사법이나 도금에 의해 도전성을 갖는 막층을 형성해도 되고, 또는 막 형상의 부재로 바꾸어 알루미늄이나 몰리브덴 등의 금속제의 원판 형상을 가진 부재를 이용해도 된다.

발열층(5)의 외주연 외측에는 이것을 둘러싸서 전극 블록(1)의 볼록부 상면에 링 형상으로 배치된 도전성 부재로부터 구성된 도전층(7)이 배치되고, 실드층(6)은 그 외주측 부분에 있어서 도전층(7)을 사이에 두고 원판 또는 원통 형상을 갖는 금속제의 전극 블록(1)과 접합되어 있다. 도전층(7)은 도포된 도전성 접착제여도 되고, 또는 도전성의 재료를 혼합한 세라믹 재료를 용사하여 형성한 막이여도 된다. 또한, 스프링식의 도전성 핀, 또는 도체제의 링 부재 등의 구조체여도 된다.

발열층(5)은 실드층(6)과 도전층(7)에 의해 이들의 내측에 둘러싸인다. 한편으로, 실드층(6)의 외주부에 배치된 도전층(7)이 플라즈마(43)에 폭로되면, 플라즈마(43) 중의 라디칼 등의 활성을 가진 입자나 이온 등 하전 입자와 도전층(7)이 상호 작용을 생기하여 화학 반응에 의해 변질되거나 발생한 생성물이 휘발되거나, 스퍼터링 등 물리적으로 깎임으로써, 도전층(7)의 도전성이 경시(經時)적으로 변화하거나 처리실(33) 내에 비유한 도전층(7) 유래의 입자에 의한 처리실(33)이나 시료(W) 표면의 오염이 발생할 우려가 있다.

이것을 억제하기 위해, 본 예에서는, 도전층(7)의 추가로 외주측에 이것을 둘러싸서 링 형상으로 배치되어 내(耐)플라즈마성이 상대적으로 큰 유전체 또는 절연체의 재료를 포함하여 구성된 절연층(8)이 배치되어 있다. 본 예의 절연층(8)은, 도전층(7)의 외주측 표면과 그 상방의 실드층(6)의 외주측 벽에 걸쳐서 덮는 층이며, 상면에 있어서 정전 흡착층(4)의 외주연 부분의 하면과 접속되어 있다. 절연층(8)은, 정전 흡착층(4)과 전극 블록(1)의 볼록부 상면과의 사이에 끼워져, 처리실(33) 또는 플라즈마(43)에 대하여 내측의 도전층(7)과 실드층(6)과 발열층(5)을 둘러싸서 덮어 보호하고 있다. 절연층(8)에는, 예를 들면 실리콘, 에폭시, 불소계 고무가 이용된다.

절연층(8)을 탄성을 가진 재료로 이루어지는 링 형상의 부재에 의해 구성하고, 그 탄성을 이용하여 도전층(7)의 외주 표면에 가압되어 탈착 가능하게 부착되는 구성으로 해도 된다. 이 구성에 의해, 예를 들면 절연층(8)의 소모가 빠른 에칭 프로세스 조건을 사용하는 경우에도 절연층(8)은 단시간에 교환 가능해져, 보수, 점검을 위해 진공 용기(20)를 대기에 개방하여 시료(W)의 처리를 행할 수 없는 비가동 시간을 단축할 수 있다.

나아가서는, 절연층(8)은 전극 블록(1) 또는 실드층(6)이나 정전 흡착층(4)의 반경 방향에 대하여 상이한 재료의 층으로 구성된 복수의 층 구조를 가진 것으로서, 내측의 층은 실드층(6) 또는 도전층(7)에 접합하여, 외측의 층만을 탈착할 수 있는 구성으로 해도 된다. 이에 따라, 보수의 작업시에 절연층(8)의 외측의 층을 떼어낸 동안에도 도전층(7)이 외측에 노출되는 일이 억제되고, 보수 작업의 종료 후에 진공 용기(20)를 기밀하게 구성하여 처리실(33) 내를 감압했을 때에 도전층(7)의 성분이 처리실(33) 내에 비유하여 내부나 시료(W)를 오염시켜버리는 일이 억제된다.

정전 흡착층(4)은, 알루미나나 이트리아 등의 세라믹의 유전체 재료로 구성된 막층 중에 도시하지 않는 시료(W)의 형상에 맞춘 원형의 영역에 걸쳐 배치된 막 형상의 전극이 배치되고, 당해 정전 흡착용의 전극에 직류 전압이 인가됨으로써 당해 전극의 상방의 유전체의 막에 전하를 형성하여 축적하여 형성한 정전기력에 의해 당해 유전체의 막 상면 상방에 재치한 웨이퍼를 정전 흡착한다. 정전 흡착층(4)은, 내부에 막 형상의 전극을 내장한 원판 형상으로 성형된 유전체 재료를 소결하여 형성하거나 세라믹의 입자나 금속의 입자를 실드층(6)의 상면에 용사하여 막층을 형성해도 된다.

본 실시예의 구성에 의해, 발열층(5)은 실드층(6) 및 도전층(7)으로 덮여 내장된 구성이 되고, 전극 블록(1)에 공급된 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 전류(고주파 전류(25))가 히터 급전 라인(22)으로 흐르는 것이 억제된다. 즉, 고주파 전류(25)는 표피 효과에 의해 도체의 표면을 흐르는 점에서, 본 실시예에서는, 당해 고주파 전류(25)가 흐르는 표피 심도보다도 큰 두께를 가진 도전성의 재료로 구성된 실드층(6)에 의해 발열층(5)의 상면과 외주측 단부를 덮어, 발열층(5)을 둘러싸서 내장하는 구성에 의해, 고주파 전류(25)는 발열층(5)으로 유입되는 것이 억제된다. 이에 따라, 히터 급전 라인(22)의 발열을 억제할 수 있고, 결과적으로 시료대(101)로의 히터의 실장과, 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 주파수로서 보다 높은 범위의 값을 이용할 수 있다.

도 4를 이용하여, 본 실시예의 시료대(101)의 치수에 대해서 상세하게 설명한다. 도 4는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면에 있어서는, 본 실시예의 시료대(101)의 복수층의 막 구조의 치수를 설명한다.

본 예에서는, 실드층(6)의 외주측 부분과 전극 블록(1)의 볼록부 상면과의 사이에 도전층(7)을 배치하고, 도전층(7)의 내측에 발열층(5)을 배치하는 구성을 구비하여, 발열층(5)을 구성하는 절연체막(2-2)의 내부에 이것에 내장된 막 형상의 발열용 저항체(2-1)가 배치되어 있다. 이 점에서, 전극 블록(1)의 중심부의 원통형의 볼록부 상의 발열층(5)의 직경 d1, 및 그 내부에서 원형 또는 볼록부의 중심축 주위에서 다중의 원호 형상으로 배치된 발열용 저항체(2-1)의 최외주연의 직경 d0은, 상방을 덮는 실드층(6)의 직경 d2보다도 작은 것이 되고, 또한 상방에 배치된 정전 흡착층(4)의 직경 d4보다도, 추가로 또한 그 상면 상방에 놓여져서 유지되는 시료(W)의 직경보다 작은 것이 된다. 또한, 실드층(6)과 도전층(7)의 외주 표면을 덮고, 또한 절연층(8)은 정전 흡착층(4)의 이면 내에 남겨서 플라즈마(43) 중의 입자의 진입을 억제할 수 있도록, 실드층(6)의 직경 d2는 정전 흡착층(4)의 직경 d4보다도 작게 되고, 정전 흡착층(4)의 외주측 부분의 이면과 전극 블록(1)의 볼록부상면의 사이에 절연층(8)이 배치되어 있다.

또한, 본 실시예에서는, 전극 블록(1)의 원형의 볼록부 상면의 직경 d5에 비해, 절연층(8)의 직경 d3과 정전 흡착층(4)의 직경 d4가 작은 것이 바람직하다. 이 이유는, 정전 흡착층(4)의 외주의 전극 블록(1)의 외주측 부분의 오목부 상에 배치된 서셉터 링(9)에 반경 방향의 위치 어긋남이 발생한 경우에, 전극 블록(1) 상면의 직경 d5의 위치에서 서셉터 링(9)의 변위가 억제되기 때문에, 서셉터 링(9)이 정전 흡착층(4)이나 절연층(8)에 접촉하는 일이 억제되기 때문이다.

세라믹 등의 유전체제로 구성된 정전 흡착층(4)이나 절연층(8)은 금속제의 전극 블록(1)보다도 무르기 때문에, 서셉터 링(9)과 정전 흡착층(4)이나 절연층(8)과의 접촉에 의해 결손이나 균열이 발생하여 조각이나 입자가 발생하여 이물이나 오염을 발생시킬 우려가 있어 피해야 한다. 또한, 서셉터 링(9)은 에칭 처리의 조건 에 따라, 실리콘, 석영, 알루미나 등으로 구성된다.

본 실시예의 원형을 가진 발열층(5)은, 접지 전극과 전기적으로 접속되어 접지 전위가 된 금속제의 전극 블록(1)의 원형의 볼록부 상면 상방에 배치되어, 외주연 외측이 도전성을 갖는 도전층(7)에 의해 둘러싸이고, 이 도전층(7)과 함께 그 상방이 금속 등의 도전성을 갖는 실드층(6)에 의해 덮여, 그 주위가 도전성을 가진 부재에 의해 둘러싸여 있다. 이들 발열층(5)을 둘러싸는 부재의 치수는, 처리실(33) 내에 공급되는 고주파 전력의 전류가 표피 효과에 의해 흐르는 표피 깊이보다도 큰 값으로 되어 있다.

예를 들면, 도전층(7)의 전극 블록(1)의 볼록부의 반경 방향에 대한 폭인 d2-d1(도전층(7)의 최외주연의 반경 위치와 발열층(5)의 최외주연의 반경 위치의 사이의 거리)은 표피 깊이보다 큰 것으로 되어 있다. 또한, 실드층(6)의 상하 방향의 두께는 상기 고주파 전력에 의한 전류의 표피 깊이보다 큰 것으로 되어 있다.

이 구성에 의해, 본 실시예에 있어서 고주파 전력의 전류는 발열층(5) 내의 발열용 저항체(2-1)에 유입되는 일이 억제된다. 이에 따라, 발열용 저항체(2-1)에 전력을 공급하는 히터 급전 라인(22)으로의 고주파 전력의 전류가 유입되어 히터 급전 라인(22)에서 발열이 생기하여 당해 라인의 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있고, 결과적으로 시료대(101)로의 히터의 실장과 높은 범위의 주파수의 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력을 이용한 시료(W)의 처리를 실현할 수 있다.

도 5를 이용하여 상기 실시예의 변형예를 설명한다. 도 5는, 도 1에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.

상기 실시예에 있어서, 시료대(101)의 발열층(5)으로부터의 발열에 의해 시료대(101)의 가열이 행해질 때에, 전극 블록(1)은 냉매 유로(11)를 흐르는 냉매에 의해 소정의 온도로 되어 있다. 실드층(6)의 온도>전극 블록(1) 상면(또는 냉매 유로(11)의 내벽면)의 온도인 경우에는, 전극 블록(1)과 실드층(6)의 구성 재료의 열팽창 계수에 큰 차이가 없으면, 발생하는 열팽창의 양도 실드층(6)>전극 블록(1)이 된다.

이 경우에는, 도전층(7)에 열팽창의 양의 차이에 의한 응력이 발생하게 된다. 도전층(7)에, 도전성 접착제를 사용한 경우에는, 도전층(7)에 도전성 접착제의 접합 강도를 넘는 응력이 발생하면 이것에 벗겨짐이 발생하여 전극 블록(1)과 실드층(6)의 사이에서 도통이 손상되고, 고주파 전류(25)가 발열층(5)에 유입되는 일을 억제할 수 없게 되어버린다. 이것을 억제하기 위해, 본 예의 도전층(7)은, 이러한 상하로 접속하는 부재 사이의 열팽창의 양의 응력을 완화하는 형상으로 되어 있다.

즉, 도 5(a)에 나타나는 바와 같이, 본 예의 실드층(6)은 전극 블록(1)의 반경 방향에 대하여 그 외주연 부분의 두께가 내주측의 것보다 작게 되어 외주연 부분의 이면이(도면 상 상방향에) 움푹 패인 단차를 갖고 있다. 도전층(7)은, 당해단차를 개재하여 오목부의 하방과 발열층(5)의 외주벽 외측의 공간에 있어서 이것을 메우도록 배치되어, 양자에 걸친 두께를 갖고 있다. 이러한 도전층(7)에 의해, 상기 상하로 접속된 부재의 열팽창의 양의 차이에 의해 도전층(7)에 발생하는 응력이 완화되고, 벗겨짐과 이에 따른 고주파 전류(25)의 히터 급전 라인(22)으로의 유입이 저감된다.

도 5(b)는, 실드층(6)의 외주측 부분에 반경 방향에 대하여 매끄럽게 두께가 작아지는 테이퍼 형상을 가진 별도의 변형예가 개시되어 있으며, 도 5(a)의 예와 동일하게, 실드층(6)의 두께가 작게 된 당해 외주측 가장자리부의 이측과 발열층(5)의 외주측의 공간에 있어서 이것을 메우도록 양쪽의 표면에 접하여 도전층(7)이 배치되어, 도전층(7)의 두께가 실드층(6) 외주연 부분의 이면의 테이퍼 형상에 맞추어 직경 방향으로 커지고 있다. 이러한 구성에 있어서도, 도 5(a)와 동일하게 도전층(7)에 발생하는 응력을 완화시켜, 벗겨짐과 이에 따른 고주파 전류(25)의 히터 급전 라인(22)으로의 유입을 억제할 수 있다.

또한, 도 5(a), (b)의 형상에 의해, 도전층(7)의 직경 방향의 폭을 변동시키지 않고 실드층(6)측의 접착면의 면적을 증가시킬 수 있다. 이들 예에서는, 실드층(6)의 상하 방향의 두께는 반경 방향에 대하여 감소하고 최외주연의 두께가 최소가 되도록 구성되어 있다. 즉, 실드층(6)의 중앙측의 두께 t1>외주연 부분의 두께 t2로 되어 있다. 또한, 실드층(6)의 두께 t1 및 t2는, 처리실(33)에 공급되는 고주파 전력의 전류의 표피 깊이보다 큰 값으로 되어 있다.

다음으로, 도 6을 이용하여, 상기 변형예의 시료대(101)의 발열층(5)의 구성의 상세를 설명한다. 도 6은, 도 5에 나타내는 변형예의 시료대의 발열층의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.

본 예에 있어서, 발열층(5)은 막 형상의 발열용 저항체(2-1)가 절연체막(2-2)으로 덮인 구성을 구비하고 있다. 일반적으로, 절연체막(2-2)에 이용되는 알루미나 등의 세라믹이나 폴리이미드 등의 수지는 열전도율이 상대적으로 작다. 그래서, 본 예에서는, 발열용 저항체(2-1)의 상방의 절연체막(2-2)의 두께 t3과 하방의 두께 t4가 t4>t3이 되는 위치에 발열용 저항체(2-1)가 배치되어 있다.

이 구성에 의해, 발열용 저항체(2-1)가 발생하는 열이 보다 효율적으로 상방의 시료(W)측에 전달된다. 이러한 구성은, 도 3에 나타내는 실시예의 시료대(101)의 발열층(5)에 있어서 실현함으로써, 동일한 작용·효과를 가져올 수 있다. 또한, 본 예의 발열층(5)의 두께(도면 상 상하 방향에 대한 높이)는, 수㎜ 정도 이하, 바람직하게는 1㎜ 이하로 구성되어 있다.

상기한 바와 같이, 발열층(5)의 최외주연의 전극 블록(1)의 볼록부 중심축으로부터의 반경 위치 d1은 내부에 배치된 발열용 저항체(2-1)의 최외주연의 반경 위치 d0보다 크게 되어 있다. 이 발열용 저항체(2-1)의 최외주연과 발열층(5)의 최외주연과의 거리 d1-d0은, 발열층(5)의 최외주연 부분에 존재하는 절연체막(2-2)의 반경 방향의 폭(도면 상 수평 방향의 두께)에 상당한다.

본 예에 있어서도, 이 거리 d1-d0은 상기 고주파 전력의 전류에 대한 표피 두께보다 큰 값을 가지고 있다. 또한 절연체막(2-2)의 상방 및 하방의 두께 t3, t4의 각각도 상기 고주파 전력의 전류에 대한 표피 두께보다 큰 값을 갖고 있으며, 이러한 구성에 의해, 이에 따라 전극 블록(1), 도전층(7) 및 실드층(6)의 표면을 흐르는 고주파 전력의 전류가 발열용 저항체(2-1)에 유입되는 것이 억제되고, 히터 급전 라인(22)에서의 발열의 생기가 억제된다.

다음으로, 도 7을 이용하여 상기 실시예의 변형예에 있어서의 발열층(5)과 전극 블록(1)의 사이를 접착하는 접착층의 구성에 대해서 설명한다. 도 7은, 도 3에 나타내는 실시예의 또 다른 변형예에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 특히, 본 예에 있어서는, 시료대(101)의 전극 블록(1)과 발열층(5)의 사이를 접착하는 접착층의 구성을 설명한다.

본 도면에 있어서, 발열층(5)과 전극 블록(1)의 원형의 볼록부 상면이 이들 사이에 접착층(10)을 사이에 두고 접착된다. 접착층(10)을 구성하는 접착제로서는 실리콘계나 에폭시계의 것이 사용된다.

이러한 접착제는 상대적으로 열전도율이 낮기 때문에 접착층(10)의 두께를 적절하게 선택함으로써 이것을 단열층으로서 작용시킬 수 있다. 한편으로, 도 3의 구성에서는 도전층(7)이나 절연층(8)이 발열층(5)이나 실드층(6)의 외주측에 배치되어, 도 4에 나타나는 바와 같이 발열층(5)의 직경은 정전 흡착층(4)의 직경보다 작은(d4>d1) 구성으로 되어 있다.

이 때문에, 정전 흡착층(4)의 외주연의 반경 위치와 동일한 위치까지 발열층(5)을 배치할 수 없고, 정전 흡착층(4)의 외주연부로서, 발열층(5)의 외주연보다 (직경 d1보다) 외측의 개소(d4∼d1의 영역)는 발열층(5)으로부터의 열의 전달량은 직경 d1보다 중앙측의 영역에 비해 작아지고, 당해 영역에서의 온도의 값이나 그 분포의 중앙측으로부터의 불균일성이 커진다. 그래서, 본 예에서는, 전극 블록(1)의 반경 방향에 대하여 접착층(10)의 상하 방향의 두께가 상이해지도록 배치되고, 특히 최외주부의 두께 t6이 (직경 d1보다)중앙측의 부분에서의 두께 t5보다 작은 (t6>t5)가 되도록 구성되어 있다.

이러한 접착층(10)의 두께의 반경 방향에 대한 분포를 실현하기 위해, 전극 블록(1)의 중앙부 볼록 상면에는 외주단부에 단차를 개재한 링 형상의 오목부가 배치되고, 접착층(10)은 전극 블록(1)의 볼록부 상면에 있어서 그 중앙측으로부터 당해 오목부에 걸쳐서 배치되고, 접착층(10)의 상면은 그 중앙부로부터 외주 단부까지 평탄한 형상을 구비함으로써, 이러한 t6>t5가 되는 두께의 분포가 실현되어 있다. 이 외주측이 크게 된 두께의 분포에 의해, 발열층(5)의 외주측 부분에서 발열층(5)으로부터 접착층(10)을 개재하여 하측을 향하는 열의 이동을 억제하여 상대적으로 상방을 향하는 열의 이동을 크게 하고, 발열층(5)의 외주부에 있어서의 정전 흡착층(4) 상면 또는 시료(W)의 온도의 상승 또는 가열의 효율이 높여진다.

또한, 본 도면에 나타내는 바와 같이, 전극 블록(1)의 중앙부 볼록부 상면의 외주측 부분에 배치된 단차를 개재한 오목부에 걸쳐서 배치된 발열층(5)과 그 하방의 접착층(10)의 외주 표면을 덮어 배치되는 도전층(7) 및 실드층(6)의 외주 표면을 덮어 배치되는 절연층(8)은, 당해 오목부 위이며 이 오목부 상면과 정전 흡착층(4)의 외주연 부분 이면의 사이에 배치된다. 이들 구성은, 도 3 내지 5에 나타낸 것과 동등한 것이다.

다음으로, 상기 실시예의 또 다른 변형예에 대해서 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은, 도 3에 나타낸 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.

본 예에서는, 도전층(7)의 배치에 의해 전극 블록(1)과 실드층(6)의 양자가 도통된 상태가 된다. 이 때문에, 전극 블록(1)에 고주파 전원(21)으로부터의 바이어스 형성용의 고주파 전력을 인가했을 때에, 발열층(5)의 임피던스에 의해 시료(W) 상에 형성되는 플라즈마 시스에 전압이 가해지기 어려워지는 것이 억제된다.

이 점에서, 발열층(5)이 절연체막(2-2)의 내부에 발열용 저항체(2-1)를 상하로 복수층을 겹쳐서 배치된 적층의 구성을 구비하여, 그 결과로서 발열층(5)의 절연체막(2-2)의 전체의 상하 방향의 두께가 증가한 경우라도, 전극 블록(1)과 실드층(6)의 사이의 임피던스에 영향이 미치는 것을 억제할 수 있다. 도 8은, 이 지견에 의거하여 생각된 발열용 저항체(2-1)가 상하로 2개 겹쳐서 배치된 구성의 예를 나타내고 있다.

본 도면에 있어서, 발열층(5)은, 상단 내측 발열체(2-1-1), 상단 외측 발열체(2-1-2), 하단 내측 발열체(2-1-3), 하단 외측 발열체(2-1-4)가 절연체막(2-2)의 내부에 배치되어 이것에 의해 덮인 구성을 구비하고 있다. 상단 발열체와 하단 발열체는 내측과 외측의 사이의 분할 위치가 면 내에서 상이하고, 이들 상하단의 발열체의 각각을 독립하여 사용한 경우, 병용된 경우의 각각에 있어서 정전 흡착층(4) 또는 그 상면에 놓여진 시료(W)의 표면의 상이한 온도 분포를 실현할 수 있다.

시료(W) 표면의 면 내 방향에 대한 에칭 처리의 결과로서의 가공 형상의 불균일성을 저감하기 위해 에칭시의 시료(W)의 표면의 온도와 그 분포를 소망하는 가공 결과가 얻어지는 것에 가능한 한 가까워지게 할 필요가 있지만, 이러한 온도 분포는 처리 대상의 막층의 종류의 처리의 조건에 의해 상이하게 되어 있다. 본 예와 같이 다층화된 발열층(5)을 구비함으로써, 시료(W)의 온도와 그 면 내 방향에 대한 분포를 실현할 수 있는 범위가 커지고, 보다 다수의 종류와 넓은 범위에서의 처리의 조건에 대응하는 것이 가능해진다.

이상의 실시예에 있어서, 시료대(101)는 원판 또는 원통 형상을 가진 전극 블록(1)의 중앙부의 원통형의 볼록부 상면 상에 발열층(5), 실드층(6), 도전층(7), 절연층(8) 및 정전 흡착층(4) 또는 접착층(10)을 구비한 복수층의 막 구조를 구비하고, 발열층(5)이 실드층(6), 도전층(7)으로 덮이는 구성을 구비하고 있다. 이 구성에 있어서, 전극 블록(1)에 공급된 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 전류(고주파 전류(25))는 발열층(5)의 절연체막(2-2) 내에 배치된 발열용 저항체(2-1)를 통해 히터용 급전 라인(22)에 유입되는 것이 억제된다. 이에 따라, 히터 급전 라인(22)의 발열이 억제되어, 결과적으로 시료대(101)의 히터의 실장과 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 고주파화를 양립할 수 있다.

적용할 수 있는 고주파 전력의 주파수의 범위가 확대됨으로써, 예를 들면 상이한 주파수대의 고주파 전력을 중첩하여 전극 블록(1)에 공급하는 것도 가능해진다. 또한, 시료대(101)의 발열층(5)이 다층화된 히터를 구비해도 된다. 이에 따라, 면 내 방향에 대한 온도의 제어성이 향상되기 때문에, 보다 다수의 에칭 프로세스의 조건에 대응하여 최적의 온도 분포가 실현 가능해진다.

또한, 상기 실시예 및 변형예에 있어서, 처리실(33)에서의 시료(W)의 처리의 종료 후에 실시되는 챔버 클리닝시에는, 처리실(33) 내에 아르곤 등 희가스가 도입되어 플라즈마가 형성되고, 시료대(101)의 상면은 이 희가스에 의한 플라즈마에 노출되어도, 도전층(7)의 외주부에 절연층(8)을 배치하고, 도전층(7)을 플라즈마로부터 보호하는 구성으로 함으로써, 도전층(7)의 도전성의 경시 변화, 깎인 도전성 재료에 의한 진공 처리실 내의 오염 등의 문제의 생기가 억제된다. 이에 따라, 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 주파수와 시료의 온도 및 그 분포를 최적화한 처리를 실현할 수 있고, 또한 장기간에 걸쳐서 처리실(33) 내에서 이물의 원인이 되는 물질이나 입자의 발생을 억제하여 신뢰성을 향상시킨 플라즈마 처리 장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 마이크로파 ECR 플라즈마 에칭 장치에 제 1, 2 실시예를 적용한 예를 서술했지만, 플라즈마의 발생 방법이 유도 결합, 용량 결합 등 다른 방식이여도, 본 발명의 시료대의 효과가 유효한 것은 말할 필요도 없다.

본 발명이 제안하는 진공 처리 장치 시료대는, 상기 플라즈마 처리 장치의 실시예에 한정되지 않고, 애싱 장치, 스퍼터 장치, 이온 주입 장치, 레지스트 도포장치, 플라즈마 CVD 장치, 플랫 패널 디스플레이 제조 장치, 태양 전지 제조 장치 등, 정밀한 웨이퍼 온도 관리를 필요로 하는 다른 장치에도 전용(轉用)이 가능하다.

1 : 전극 블록
2 : 히터
2-1 : 발열용 저항체
2-2 : 절연체막
3 : 금속판
4 : 정전 흡착층
5 : 발열층
6 : 실드층
7 : 도전층
8 : 절연층
9 : 서셉터 링
10 : 접착층
11 : 냉매 유로
21 : 고주파 전원
22 : 히터 급전 라인
23 : 고주파 필터
24 : 히터 전원
25 : 고주파 전류
26 : 온도 조절 유닛
31 : 처리실 벽
32 : 덮개 부재
33 : 처리실
34 : 가스 도입관
35 : 처리 가스
36 : 배기구
37 : 압력 조절 밸브
38 : 터보 분자 펌프
39 : 마이크로파 발진기
40 : 전계
41 : 도파관
42 : 솔레노이드 코일
43 : 플라즈마
101 : 시료대
W : 시료

Claims (5)

1. 진공 용기 내부에 배치되어 내측이 감압되는 처리실과, 이 처리실 내의 하부에 배치되어 처리 대상의 시료가 놓여져서 유지되는 시료대와, 상기 처리실 내에 플라즈마를 형성하는 수단을 구비하고,
   상기 시료대가, 고주파 전원으로부터의 고주파 전력이 공급되는 금속제의 전극 블록과, 그 상면 상에 배치되어 그 내부에 전력이 공급되어 발열하는 막 형상의 히터가 배치된 유전체제의 발열층과, 이 막의 상방을 덮어 배치되는 도전체제의 층과, 상기 발열층의 외주측에서 이것을 둘러싸서 배치되어 상기 도전체제의 층과 전극 블록에 접하여 이들을 도통하는 링 형상의 도전층과, 상기 도전체제의 층의 상방에서 이것을 덮어 배치되어 그 상면 상방에 놓여지는 상기 시료를 정전 흡착하는 정전기력을 발생시키기 위한 정전 흡착층을 구비하고,
   상기 도전체제의 층 및 상기 링 형상의 도전층이 상기 고주파 전력의 전류의 표피 깊이보다 큰 치수를 구비하고, 상기 시료의 처리 중에 상기 전극 블록이 소정의 전위로 유지되는 플라즈마 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열층의 상기 막 형상의 히터의 외주 및 상방 및 하방의 유전체 재료의 두께가 상기 표피 깊이보다 큰 플라즈마 처리 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 도전체제의 층이 상기 전극 블록의 반경 방향에 대하여 상이한 상하 방향의 두께를 구비하고, 최외주연에 있어서 최소의 두께를 구비한 플라즈마 처리 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 발열층의 상기 막 형상의 히터의 상방의 유전체 재료의 두께가 하방의 두께보다 작은 플라즈마 처리 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전극 블록과 상기 발열층의 사이에 배치된 접착층이 상기 전극 블록의 반경 방향에 대하여 상이한 상하 방향의 두께를 구비하고, 최외주연에 있어서 최대의 두께를 구비한 플라즈마 처리 장치.
   

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