KR20170012108A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 신뢰성이 높고 수율이 향상된 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 진공 용기 내부에 배치된 감압 가능한 처리실과, 이 처리실 내에 배치되어 처리 대상의 웨이퍼가 상면에 놓여 유지되는 시료대와, 이 시료 대의 상방의 상기 처리실 내에 플라즈마를 형성하는 수단을 구비하고, 상기 시료대가, 유전체제의 원판 형상의 블록 및 그 하방에 간극을 두고 배치된 금속제의 원반 형상의 재킷과, 이 재킷의 상면 중앙부에 배치되어 상기 블록의 중앙 하방에 배치된 유전체제의 통 형상의 부재가 내측에 삽입되는 오목부와, 상기 재킷의 내부에 배치되어 내측을 냉매가 통류하는 냉매 유로를 구비하고, 상기 통 형상 부재 및 그 외주측의 상기 블록의 하면의 사이를 개재하여 상기 블록과 상기 재킷이 열을 전달하는 플라즈마 처리 장치.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 진공 용기 내부의 감압 가능한 처리실 내에 배치된 시료대 상에 놓인 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 시료를 놓는 시료대의 온도를 조절하여 시료를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 분야에서는, 보다 높은 집적도를 실현하기 위해 회로 구조를 더욱 미세하게 하는 요구가 증대하고 있으며, 디바이스의 제조에 있어서 반도체 웨이퍼 상면의 막 구조를 드라이 에칭 처리하는 공정이 요구되는 가공의 정밀도는 점점 엄격해지고 있다. 또한, 최근에는 반도체 소자에 불휘발성 재료를 이용하는 것이 증가하고 있으며, 그 대표예로서는 자기(磁氣) 저항을 이용하여 데이터의 기억을 행하는 MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등을 들 수 있고, 자성 재료로서 CoFeB 등의 불휘발성 재료가 이용되고 있다. 이러한 불휘발성 재료의 막층을 에칭하는 처리에서는, 이러한 재료는 화학적인 반응성이 낮은 점에서 플라즈마 중의 이온을 막층에 충돌시킬 때의 운동 에너지에 의한 스퍼터링 효과가 주된 에칭 기구가 된다.

이러한 스퍼터링 효과가 높은 에칭에서는, 반도체 웨이퍼 상의 에칭 중에 발생한 부(副)생성물이 에칭 중의 막의 홈이나 구멍의 측벽에 부착됨으로써 당해 홈이나 구멍의 종단면의 형상이 테이퍼 형상이 된다는 과제가 발생한다. 이 테이퍼 형상이 발생하면 회로의 배선의 폭이 소기의 것으로부터 커져 버려, 디바이스의 미세화(실장 밀도 향상)의 달성이 곤란해진다. 나아가서는, 소자 간의 쇼트 등 불량의 원인이 발생할 가능성도 높아져 수율이 저하되어 버린다는 문제도 발생한다.

에칭에 의한 가공 형상이 테이퍼 형상이 되어버리는 것을 막기 위해서는, 에칭시의 웨이퍼의 온도를 높게 유지하는 것이 유효한 수단인 것이 종래부터 알려져 있다. 일반적으로, 부생성물의 부착 계수는 온도에 의존하고, 온도의 상승에 수반하여 부착 계수는 저하된다. 이 점에서, 웨이퍼를 고온으로 함으로써 부생성물이 소자 측면에 부착되지 않고 배기되는 확률을 높일 수 있어 가공 후의 형상이 테이퍼 형상이 되어버리는 것이 억제된다.

전형적인 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 중의 웨이퍼의 온도를 소망하는 값의 범위로 조절하기 위해, 웨이퍼의 이면과 당해 웨이퍼가 그 위에 놓이는 시료대 상면을 덮는 유전체막과의 사이에 He 가스 등의 열전달 매체를 공급하면서 시료대 내부 또는 이것과 열적으로 접속되는 시료대 상부의 유전체막 표면의 온도가 조절된다. 일반적인 시료대의 구성은, 금속제의 시료대의 기재의 상면에 이것을 덮는 알루미나 또는 이트리아와 같은 세라믹스 등의 유전체제의 막과 그 내부에 배치되어 정전기를 형성하여 웨이퍼를 흡착 유지하는 전극을 갖는 정전 척을 구비하고 있다. 이러한 시료대 상부 상면에 웨이퍼를 정전 흡착하여 유지하고, 또한 정전 척의 유전체막 표면과 웨이퍼 이면과의 사이에 열전달 가스를 공급하여 진공 중에 있어서의 시료대와 웨이퍼의 사이의 열의 전달을 촉진하고 있다.

또한, 시료대의 온도를 소망하는 범위 내의 값으로 조절하기 위해, 내측을 냉매가 유통하여 순환하는 냉매 유로 등의 냉각 수단과 전력이 공급되어 발열하는 히터 등의 가열 수단의 양자를 시료대 내부에 배치한 구성이 널리 알려져 있으며, 이들 냉각 수단의 배열량 또는 가열 수단의 가열량의 밸런스를 적절하게 조절함으로써 시료대, 나아가서는 이것에 놓인 웨이퍼의 온도와 그 분포가 처리에 적합한 소기의 것으로 되어 있다. 일반적으로, 열용량의 크기로부터 현재의 많은 에칭 장치에 있어서는 시료대 내부의 냉매 유로에 소정의 온도로 조절된 냉매를 순환시켜 공급하면서 히터의 출력을 가변하게 조절함으로써, 처리에 이용되는 복수의 값의 온도를 실현하는 일이 행해지고 있다.

이러한 기술의 예로서는, 예를 들면 일본국 공개특허 특개2004-288471호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 내부에 저항 발열체를 가진 평판 형상의 세라믹 서셉터의 하면의 중앙부에 통 형상의 지지체를 갖고, 이 통 형상 지지체의 외주측에서 링 형상으로 이것을 둘러싸서 배치되어 세라믹 서셉터의 이면과 간극을 갖는 냉각 부재를 구비하고, 세라믹 서셉터의 이면과 냉각 부재와의 사이의 간극을 기밀하게 밀봉하고 내부에 전열 가스를 공급하여 전열 공간으로 하고 세라믹 서셉터의 열을 냉각 부재로 전달하여 이것을 냉각하는 구성이 개시되어 있다. 나아가서는, 전열 가스가 공급되는 전열 공간으로부터의 가스 배출을 방지하는 배출 방지 수단에 의해 당해 전열 공간 내의 압력을 조절함으로써 전열 공간을 통한 열의 이동량을 조절하는 구성이 개시되어 있다.

또한, 소결 세라믹과 냉각 부재의 사이에 간극을 설치함으로써, 웨이퍼 탑재면의 변형을 억제할 수도 있다. 예를 들면 종래의 일반적인 웨이퍼 스테이지 구성에 의거하여, 금속 블록 내에 냉매 유로를 형성하고, 냉매 유로 상방에 히터를 배치하고, 금속 블록 상면에 정전 척을 설치한 경우에는, 웨이퍼 온도를 높이기 위해 히터에 대전력을 투입하면, 금속 블록 내의 히터부 근방에서 열팽창이 발생하고, 금속 블록 전체가 볼록형으로 변형된다. 이에 따라, 웨이퍼 탑재면도 볼록형으로 변형되고, 정전 흡착 에러의 발생 원인이 된다.

한편, 특허문헌 1과 같이 소결 세라믹과 냉각 부재 사이에 직경 방향의 구속을 없앰으로써, 소결 세라믹에는 열팽창에 의한 볼록 변형이 발생하지 않는다. 이에 따라, 고온시에 있어서도 웨이퍼를 확실하게 정전 흡착 가능해진다.

또한, 특허문헌 2에는, 기판을 놓는 세라믹제의 원판 형상의 팩과 그 내부에 배치된 히터를 구비한 정전 척과, 팩 내에 배치된 내부 전극에 고주파 전원 또는 직류 전원이 전기적으로 접속된 구성이 개시되어 있다. 또한, 내부 전극의 외주단(外周端)은, 정전 척의 상방에 놓이는 웨이퍼의 외주연보다도 외주측에 연재(延在)되어 배치되고, 이에 따라 처리 중에 정전 척 또는 웨이퍼 상방에 형성되는 플라즈마 시스가 웨이퍼의 외주 단부에 있어서 굴곡되는 것을 방지하고, 웨이퍼의 면 내의 방향에 대해서 처리의 특성의 불균일성을 저감하여 보다 균일에 가깝게 한 에칭 처리를 실시할 수 있다.

일본국 공개특허 특개2004-288471호 일본국 공표특허 특표2015-501546호

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

즉, 불휘발성 재료로 구성된 처리 대상의 막층의 에칭에 있어서, 가공 형상의 수직화나 스루풋을 향상시키는 데에는 당해 막 표면으로의 이온 등 하전 입자의 입사의 에너지를 높이는 것이 요구된다. 한편으로, 이온의 입사 에너지를 높이면 플라즈마로부터 웨이퍼가 받는 열량, 즉 플라즈마로부터의 입열의 양도 증가하기 때문에, 이러한 입열량이 종래보다도 큰 상태에서 웨이퍼의 온도의 값과 그 분포를 웨이퍼의 면 내 방향에 대한 가공의 결과로서의 처리 후의 형상의 불균일성을 저감할 수 있는 데에 충분한 소망하는 범위 내로 하는 일이 필요해진다.

이에 대하여 특허문헌 1에서는, 통 형상의 지지체의 외주측의 세라믹 서셉터이면은 냉각 부재와의 사이에서 전열 가스 공급에 의해 냉각되지만, 중앙부에 배치된 통 형상 지지체를 개재해서는 적극적으로 냉각되는 구성이 아니고, 중앙부와 외주부에서 열전달의 양이 상이해진다. 이 때문에, 큰 양의 열을 받으면서 웨이퍼가 처리되는 경우에는 웨이퍼의 중심 근방에서 온도가 높아져버려, 웨이퍼의 반경 방향에 대한 온도의 변화가 커지고, 가공 형상의 불균일성이 커져 처리의 수율이 손상되어 버릴 우려가 있다.

또한, 일반적으로, 웨이퍼 상면에 이온을 입사시키기 위해 시료대의 내부에 배치된 금속제의 전극에 소정의 주파수의 고주파 전력을 공급하여 웨이퍼 상방에 바이어스 전위를 형성하는 일이 행해지지만, 이온의 입사 에너지를 높이기 위해 높은 바이어스 전력이 공급된 상태에서 웨이퍼 스테이지 내부에 있어서 이상 방전이 발생할 우려가 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 개시된 구성에 있어서, 내부에 전극이 매설된 유전체제의 팩과 하방의 냉각 부재의 사이에 전위차가 생기(生起)한 경우에는, 이들 사이의 간극 내에 고주파 전력에 의한 이상 방전이 발생하여 장치의 수율과 신뢰성이 손상되어 버릴 우려가 있었다.

이러한 과제에 대해서, 특허문헌 1 및 2는 고려되고 있지 않아, 문제가 발생하고 있었다. 본 발명의 목적은, 신뢰성이 높고 수율이 향상된 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치된 감압 가능한 처리실과, 이 처리실 내에 배치되어 처리 대상의 웨이퍼가 상면에 놓여 유지되는 시료대와, 이 시료대의 상방의 상기 처리실 내에 플라즈마를 형성하는 수단을 구비하고, 상기 시료대가, 유전체제의 원반 형상의 블록 및 그 하방에 간극을 두고 배치된 금속제의 원반 형상의 재킷과, 이 재킷의 상면의 중앙부에 배치되어 상기 블록의 중앙부 하방에 배치된 유전체제의 통 형상의 부재가 내측에 삽입되는 오목부와, 상기 재킷의 내부에 배치되어 내측을 냉매가 통류하는 냉매 유로를 구비하고, 상기 통 형상 부재 및 그 외주측의 상기 블록의 하면의 사이를 개재하여 상기 블록과 상기 재킷이 열을 전달하는 플라즈마 처리 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 통 형상 부재 이외의 유전체제의 블록의 이면은 재킷과의 사이에서 복사(輻射) 또는 전열 가스에 의해 냉각되고, 또한 통 형상 부재를 통해서도 열이 전달된다. 이 구성에 의해, 발열층을 갖는 유전체제의 블록의 온도를 그 면내 방향에 대하여 소망하는 값 또는 분포로 실현할 수 있다. 또한, 피가공 시료인 웨이퍼의 외경보다도 큰 직경을 갖는 발열층 및 재킷의 외경을 배치함으로써, 발열층 및 냉각 재킷의 외주부에서 발생하는 온도 불균일 상태가 피가공 시료의 면 내 온도 균일성에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.

또한, 유전체제의 블록과 금속제의 재킷의 사이에 공급되는 전열 가스의 압력을 조정함으로써, 블록과 재킷의 사이에서의 전열량을 변화시켜 유전체제의 블록의 면 내 방향에 대해서 소망하는 범위 내의 값의 온도 또는 분포를 실현할 수 있다. 또한, 유전체제의 블록과 금속제의 재킷의 간극에 절연체를 배치하여 이들 사이의 간극 내에 있어서 이상 방전이 억제된다.

이에 따라, 웨이퍼의 온도와 그 면 내 방향에 대한 분포를 처리에 적합한 것으로 실현할 수 있고, 또한 내부의 이상 방전에 의한 국소적인 가열을 억제할 수 있다. 이에 따라, 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력을 크게 하여 큰 입열이 발생하는 처리의 조건에 있어서도, 웨이퍼의 온도와 그 분포를 적절한 것으로 실현할 수 있다. 또한, 일부의 실시예에서는, 유전체제의 블록과 금속제의 재킷이 접촉하는 것은 중심 부분에 있어서 통 형상의 부재만을 개재하며, 상방의 블록의 가열층을 이용하여 웨이퍼를 고온으로 하는 운전에 있어서도, 웨이퍼가 탑재되는 블록 상면의 볼록 변형 나아가서는 웨이퍼의 흡착의 벗겨짐이 억제된다. 이에 따라 유전체 블록은 넓은 온도 범위에서 사용 가능해지고, 불휘발성 재료의 에칭에 필요한 고온 영역에도 대응할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 실시예에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서의 방전의 특성을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는, 도 1에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 6은, 도 1에 나타내는 실시예의 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 설명하는 종단면도이다.
도 7은, 도 1에 나타내는 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 설명하는 종단면도이다.
도 8은, 도 1에 나타내는 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 설명하는 종단면도이다.

본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 이하에 설명한다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 대해서 도 1 내지 3을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 특히, 본 실시예에서는, 플라즈마가 진공 용기 외측에 배치된 코일에 고주파 전력이 공급되어 형성되는 유도 자장에 의해 형성되는, 소위 유도 결합 방식의 플라즈마를 이용하여 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 웨이퍼 표면에 미리 배치된 마스크를 포함하는 복수의 막층을 갖는 막 구조의 처리 대상의 막층을 에칭하는 에칭 장치를 나타내고 있다.

본 실시예의 플라즈마 처리 장치(100)는, 내부에 소정의 진공도까지 감압되는 처리실(22)을 갖는 진공 용기(35)와, 그 상방에 배치되어 처리실(22) 내에 플라즈마(29)를 형성하기 위해 전계를 형성하는 전계 형성 장치와, 진공 용기 하방에 배치되어 처리실 내의 플라즈마나 반응 생성물, 가스의 입자를 배기하여 감압하는 터보 분자 펌프(27)나 러핑용의 로터리 펌프를 포함하는 진공 펌프를 갖는 배기 장치를 구비하고 있다. 진공 용기(35)는, 그 측벽이 도시하지 않는 다른 진공 용기이며 감압된 내부를 반송 로봇 등의 반송 수단의 아암 상에 놓여져 웨이퍼(W)가 반송되는 반송 용기와 연결되어 있다.

진공 용기(35)는 원통 형상을 갖는 처리실(22)을 둘러싸는 원통형을 갖는 처리실 벽(20)과, 그 상단부의 상방에 놓여져 알루미나 세라믹 또는 석영 등의 고주파의 전계를 투과하는 유전체를 포함하여 구성된 원판형의 덮개 부재(21)를 구비하고, 이들이 그 사이에서 도시하지 않는 O링 등의 시일 부재가 사이에 끼워져 접속됨으로써, 처리실(22)이 그 내측을 기밀하게 밀봉되어 구성된다. 또한, 처리 실(22) 내측의 하부에는, 원통 형상을 갖는 시료대(101)가 배치되며, 시료대(101)의 상면에는 웨이퍼(W)가 탑재되는 유전체제의 탑재면이 구비되어 있다.

처리실(22)의 상부에는 가스 도입관(23)이 접속되고, 가스 도입관(23)을 통해 도시하지 않는 가스 탱크 등의 가스원에 저류된 단일 또는 복수의 종류의 가스가 소정의 비율로 혼합된 처리용 가스(24)가 처리실(22) 내에 도입된다. 또한, 처리실(22)의 하부이며 시료대(101)의 상면 하방에는 원형을 가진 배기구(25)가 배치되고, 배기구(25)에 연통하여 진공 용기(35)의 하방에 배치된 배기 장치의 동작에 의해 당해 배기구(25)를 통해 처리실(22)에 도입된 처리용 가스(24)나 에칭에 의해 발생한 반응 생성물이 처리실(22) 외부로 배기된다.

배기 장치를 구성하는 터보 분자 펌프(27)의 입구와 배기구(25)의 사이를 연결하는 관로 상에는, 당해 관로의 축방향을 가로 질러서 배치된 축의 주위에 회전하고 그 회전의 각도 위치에 따라서 관로의 유로 단면의 크기를 가변하게 조절하는 판 형상의 플랩 복수매를 구비한 압력 조절 밸브(26)가 배치되고, 압력 조절 밸브(26)의 복수의 플랩의 회전에 의한 유로의 개도를 조절함으로써, 배기구(25)로부터의 배기의 유량 또는 속도가 조절된다. 가스 도입관(23)의 처리실(22)측의 개구로부터의 처리용 가스(24)의 유량 또는 속도와 배기구(25)로부터의 배기의 유량 또는 속도의 밸런스에 의해, 처리실(22) 내의 압력이 수㎩∼수십㎩의 범위 내의 플라즈마 처리 장치의 처리 또는 운전에 적합한 값으로 조절된다.

처리실(22)의 상방의 진공 용기(35)의 상부를 구성하는 덮개 부재(21)의 상방에는, 덮개 부재(21)의 외벽을 따라 복수회 감긴 코일(28)이 배치되어 있다. 코일(28)의 일단측은 고주파 전력을 출력하는 전원인 플라즈마 생성용 전원(30)이 전기적으로 접속되고, 이 플라즈마 생성용 전원(30)으로부터 코일(28)에 소정의 주파수, 예를 들면 13.56㎒의 고주파 전력이 공급된다.

고주파 전력의 전류가 흐르는 코일(28)의 주위에 형성되는 유도 자장에 의해 생성된 전계에 의해 처리실(22) 내의 처리용 가스(24)의 원자 또는 분자가 여기되어 처리실(22)의 시료대(101) 상방의 공간에 유도 결합형인 플라즈마(29)가 발생한다. 시료대(101) 상의 웨이퍼(W)는, 플라즈마(29)에 면하고 있으며 시료대(101) 내에 배치된 금속제의 전극에 도시하지 않는 다른 고주파 전원으로부터 공급되는 소정의 주파수의 고주파 전력에 의해 웨이퍼(W) 상방에 형성되는 바이어스 전위에 의해 플라즈마(29) 중의 하전 입자를 웨이퍼(W) 상면의 처리 대상의 막층을 향하여 유인하고 충돌시켜 에칭 처리가 행해진다. 에칭 처리가 완료된 것이 도시하지 않은 검출기에 의해 검출되면, 코일(28)로의 고주파 전력의 공급이 정지되어 플라즈마가 소화되고, 바이어스 형성용의 고주파 전력의 공급이 정지되어 에칭이 정지된 후, 웨이퍼(W)가 처리실(22)로부터 반출되고, 처리실(22) 내에 소정의 가스가 도입되어 플라즈마가 형성되고 처리실(22) 내벽에 부착된 부착물의 제거 또는 내벽 표면을 처리의 개시에 적합한 상태로 하기 위한 플라즈마 클리닝이 실시된다.

또한, 시료대(101)는 하부가 상하 방향으로 이동 가능하게 구성된 원통형의 가동축(31)의 상단부에 연결되어 이것에 지지되고, 가동축(31)의 상하 방향의 이동에 따라서 처리실(22) 내가 진공 상태라도 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 시료대(101)를 상하 방향으로 이동시켜, 웨이퍼(W)와 플라즈마(29)의 사이의 거리를 소망하는 것으로 조정함으로써, 에칭의 성능이 조절된다.

또한, 웨이퍼(W)의 온도를 제어하기 위해, 시료대(101)의 금속제의 부재의 내부에는 내측을 냉매가 통류하는 냉매 유로가 배치되고, 냉매 유로와 관로를 개재하여 연결된 온도 조절 유닛(33)으로 소정의 온도로 조절된 냉매가 냉매 유로에 공급되어 통류한 후, 재차 온도 조절 유닛(33)으로 되돌아가서 순환하도록 구성되어 있다. 또한, 시료대(101) 이면과 진공 용기(35)의 처리실(22) 바닥면의 사이의 공간(34)도 배기구(25)로부터의 배기에 의해 소정의 진공도가 된다.

도 2를 이용하여, 본 실시예의 시료대(101)의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 종단면도이다. 또한, 본 도면에서는 원통형을 가진 시료대(101)의 중심축으로부터 임의의 1개의 반경 방향을 포함하는 세로 방향의 면에 대한 단면을 나타내고 있다.

본 실시예의 시료대(101)는, 상면에 피가공 시료(W)(이하, 웨이퍼(W))를 탑재하는 원판 또는 원통 형상을 갖는 유전체 블록(1)과 그 하방에 배치된 원판형 또는 원통형의 외형을 갖고 그 중앙부에는 상방의 유전체 블록(1) 내부에 배치된 전극에 전력을 공급하는 급전선이나 동축 케이블 또는 그 상면의 열전달성의 가스용의 도입구에 당해 가스를 공급하는 관로가 내측에 배치되는 관통 구멍이 배치된 링 형상의 형상을 구비한 금속제의 냉각 재킷(8)을 구비하고 있다. 유전체 블록(1)은 세라믹의 재료를 소기의 형상으로 성형하여 소성한 소결체로 구성되어 있다.

유전체 블록(1)의 내부에는, 막 형상의 금속제의 정전 흡착 전극(2), 고주파 전극(3) 및 발열층(4)이 배치되어 있다. 정전 흡착 전극(2)은 도시하지 않는 직류 전원과 전기적으로 접속되어 직류 전원으로부터 공급되어 인가되는 전압에 의해, 유전체 재료를 사이에 둔 정전 흡착 전극(2)과 웨이퍼(W)의 사이에 전하를 형성하여 정전기력을 생성하고 웨이퍼(W)를 유전체 블록(1) 상면 상방에서 이것에 흡착하여 유지한다.

유전체 블록(1)의 하면 하방에는, 유전체의 재료로 구성된 원통 또는 통 형상의 형상을 가진 통 형상 지지체(5)가 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 통 형상 지지체(5)는 유전체 블록(1)의 일부로서 성형되어 소성되지만, 다른 부재로서 형성 후에 유전체 블록(1)에 연결되어도 된다.

유전체 블록(1)과 통 형상 지지체(5)를 구성하는 재료로서의 유전체는, 내열성, 내부식성의 관점에서 세라믹이 이용되고 있다. 특히, 본 실시예의 유전체 블록(1)은 웨이퍼(W)를 정전 흡착하는 정전 척으로서 기능하기 때문에, 소망하는 척 성능을 얻기 위해 순(純)알루미나 세라믹, 알루미나에 산화 티탄을 첨가한 세라믹, 질화 알루미늄 등의 재료로부터 적절하게 선택된다.

본 실시예의 통 형상 지지체(5)는, 원통형의 사이에 각도를 가진 단차를 사이에 둔 상하 방향으로 2단의 부분으로 나눌 수 있고, 하부의 외경이 상부의 것보다 큰 형상을 갖고 있다. 본 예의 하부의 대경 부분은 하단부를 포함하여 직경을 상방보다 크게 한 플랜지 형상의 부분이며, 그 도면 상 상면은 고정 부재(6) 하면과 접하여 이에 따라 상방으로부터 하방을 향하여 밀어 붙여져 그 위치가 냉각 재킷(8)에 대하여 고정된다.

고정 부재(6)는, 통 형상 지지체(5)의 하부의 대경 부분의 직경보다 큰 외경을 가진 원판 또는 원통형 외형을 갖고, 내측에 플랜지 형상의 하부가 내측에 삽입되어 감합하는 오목부를 구비하고 있다. 당해 오목부 내에 통 형상 지지체(5)의 하부의 플랜지 형상 부분이 삽입되어 플랜지 형상 부분의 상면과 오목부 하면이 접하여 양자가 연결된다. 고정 부재(6)와 냉각 재킷(8)이 냉각 재킷(8)의 하방으로부터 관통 구멍을 통하여 삽입된 고정 볼트(7)에 의해 체결되고, 유전체 블록(1)과 통 형상 지지체(5)가 고정 부재(6)로 파지되어 당해 고정 부재(6)와 함께 냉각 재킷(8) 상에 고정된다.

고정 부재(6)는, 통 형상 지지체(5)의 하부와 연결된 상태로 그 외주에서 이것을 둘러싸서 배치된 복수의 부재가 결합된, 예를 들면 복수의 원호 형상을 갖는 부재가 그 원호의 단부끼리를 접속시킨 결과로서 링 형상의 형상을 갖고 있다. 통 형상 지지체(5)가 세라믹인 경우, 통 형상 지지체(5)의 세라믹의 재료인 부분을 직접 가공하여 볼트 구멍을 형성하면 강도가 부족하여 빠지고, 균열 등의 손괴(損壞)나 먼지가 발생할 우려가 있기 때문에, 금속 또는 수지제의 고정 부재(6)와 고정 볼트(7)를 이용하여 통 형상 지지체(5)를 냉각 재킷(8)에 고정하고 있다.

금속제이며 도전성을 갖는 냉각 재킷(8)에는, 상기한 바와 같이, 내부에 냉매 유로(9)가 배치되어 냉매 유로(9)에 온도가 조절된 냉매가 공급되어 통류함으로써, 냉각 재킷(8)의 온도가 조정된다. 웨이퍼(W)로의 이온의 입사나 내부의 고주파 전극(3)의 하방에 배치된 발열층(4)에 직류 전류가 공급되어 생성되는 열에 의해 유전체 블록(1)에 열이 공급되는 경우에는, 유전체 블록(1)의 링 형상의 하면과 냉각 재킷(8)의 링 형상의 상면의 사이 및 통 형상 지지체(5)의 하부 하면과 통 형상 지지체(5) 및 고정 부재(6)가 내부에 삽입되는 냉각 재킷(8)의 상기 링 형상 상면의 중앙측에 배치된 오목부의 바닥면의 사이에서, 각각 전열량 Q1, 전열량 Q2의 열이 전달되고, 유전체 블록(1)으로부터 냉각 재킷(8)으로의 배열이 행해진다.

유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 사이의 간극이 시료대(101)의 주위의 처리실(22)과 연통하여 동일하게 진공의 상태인 경우에는, Q1은 주로 복사에 의해 전열된다. 또한, 본 실시예에서는 유전체 블록(1) 내부에 원형 또는 복수의 원호형의 영역에 배치된 발열층(4)과 냉각 재킷(8)의 외경은 웨이퍼(W)의 외경보다도 크게 되어 있다.

즉, 유전체 블록(1) 상면의 웨이퍼(W)가 놓이는 탑재면의 외주측의 영역에는, 실리콘, 알루미나 또는 석영 등으로 구성된 서셉터 링(10)이 탑재되고, 발열층(4)은 유전체 블록(1)의 중앙부뿐만아니라 그 외주단은 서셉터 링(10)의 하방에도 배치되어 있다. 또한, 통 형상 지지체(5)의 외주측의 유전체 블록(1)의 하면과 냉각 재킷(8)의 상면의 사이의 간극에는 절연층(11)이 배치되어 있다. 절연층(11)의 상세는 실시예 2에서 서술한다.

시료대를 구성하는 금속 블록 내에 배치된 냉매 유로 및 그의 상방에 배치된 히터와, 금속 블록 상면에 배치된 정전 척을 갖는 종래의 기술에 있어서, 웨이퍼의 온도를 상승시키기 위해 히터에 대전력을 투입하면, 금속 블록 내의 히터부 근방에서 열팽창이 발생하고 금속 블록 전체가 볼록형으로 변형되어 버려, 금속 블록 상방의 웨이퍼가 놓이는 탑재면도 볼록형으로 변형되어 웨이퍼의 외주측 영역에서 흡착을 할 수 없는 에러가 발생해 버릴 우려가 있었다. 한편, 본 실시예의 구성과 같이, 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)을 중앙부에 배치한 통 형상 지지체(5)에 의해 연결하여 고정하고, 그 외주측의 영역에서는 간극을 사이에 두고 양자의 표면이 대향하여 배치된 구성으로 함으로써, 열팽창량이 커지는 시료대 또는 유전체 블록(1)의 반경 방향에 대한 외주부에 있어서 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 구속은 본질적으로 없거나 저감되어 있으며, 유전체 블록(1)의 볼록형 변형이 억제된다. 이에 따라, 예를 들면 냉각 재킷(8)은 20℃로 하고, 유전체 블록(1)을 200℃ 이상으로 승온시키는 등 웨이퍼(W)의 처리에 적합한 온도를 실현하기 위해 시료대(101)의 상하의 온도를 크게 하는 것이 필요한 경우에 있어서도 반경 방향에 대한 정전 흡착이 깨지는 일 없이 웨이퍼(W)를 유전체 블록(1) 상면 상방에 흡착하는 것이 가능해진다.

또한, 유전체 블록(1)의 외주측 이면과 냉각 재킷(8)의 외주측 상면의 사이의 전열량(Q1)과, 통 형상 지지체(5) 하부와 냉각 재킷(8) 중앙부 상면의 사이의 전열량(Q2)에 의해, 유전체 블록(1)에서 냉각 재킷(8)으로의 열의 전달량의 반경 방향에 대한 변동을 저감할 수 있다. 예를 들면, 시료대(101)의 전열량이 외주측의 영역에서의 Q1만인 경우에는, 웨이퍼(W)의 외주측의 영역은 냉각 재킷(8)에 열이 전달되지만 웨이퍼(W)의 중앙측의 영역에서는 배열(排熱)이 상대적으로 작아 웨이퍼(W)의 중심 근방에서 온도가 높아져 버린다. 본 실시예와 같이 유전체 블록(1)을 중앙부에서 지지하는 통 형상 지지체(5)로부터 냉각 블록(1)에 Q2의 양의 열을 전달함으로써, 웨이퍼(W)의 중앙부의 온도가 상승하는 일이 억제된다.

열량 Q1, Q2의 크기를, 유전체 블록(1)의 외주측 이면과 냉각 재킷(8)의 외주측 상면의 사이의 간극의 거리, 대향되는 면적이나, 통 형상 지지체(5)의 하부 대경부가 냉각 재킷(8) 중앙부의 오목부 바닥면과 접촉하는 면적을 적절하게 선택하여 이것을 실현하는 치수로 구성함으로써, 웨이퍼(W)의 소기의 온도의 값과 그 분포를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 발열층(4) 또는 냉각 재킷(8)의 외주연의 위치를 웨이퍼(W)의 외경보다도 외측에 위치하도록 배치함으로써, 발열층(4) 및 냉각 재킷(8)의 외주부에서 발생하는 온도의 불균일을 억제하여 웨이퍼(W)의 온도의 값과 분포에 미치는 악영향을 저감하고 있다.

유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 원판 또는 원통형의 외경은 동등한 치수를 갖고 있다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 알루미나나 석영 등의 내(耐)플라즈마성이 상대적으로 큰 유전체제의 외주 보호 부재(32)가 시료대(101)의 외주측의 부분에 이것을 둘러싸서 배치됨으로써 시료대(101)의 측면이 처리실(22)과의 사이에서 구획되어, 플라즈마(29)의 진입에 의해 당해 측면이 상호 작용에 의해 변질 또는 부착물이 퇴적되는 일이 억제된다. 이 경우, 유전체 블록(1) 내에 매설된 발열층(4)은 냉각 재킷(8)보다도 외경이 작아지지만, 발열층(4)의 외경은 적어도 웨이퍼(W)의 외경보다도 커지도록 배치해야 한다.

예를 들면, 발열층(4)과 웨이퍼(W)의 외경이 φ300㎜로 동일하고, 냉각 재킷의 외경이 φ400㎜로 큰 경우에는, 웨이퍼(W)의 온도는 외주부에 있어서 저하되고, 면 내 온도 균일성이 얻어지지 않는다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 외경에 비해 발열층(4) 및 냉각 재킷(8)의 외경이 커지도록 배치함으로써, 웨이퍼(W) 외주부의 온도 저하를 억제할 수 있고, 웨이퍼의 면 내 온도를 균일화할 수 있다.

가동축(31)은 냉각 재킷(8)의 하면에 연결되어 있을 뿐이며 유전체 블록(1)에 접속되어 있지 않다. 이 때문에, 가동축(31)이 상하 방향으로 이동해도 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 사이의 간극의 크기는 일정하기 때문에, 예를 들면 에칭 처리의 도중에 가동축(31)의 구동에 의해 시료대(101)를 상하시켜 웨이퍼(W)와 플라즈마(29)의 사이의 거리를 조정한 경우라도, 처리 중의 임의의 시점에서 당해 간극에서 방전이 억제되어 있으면 그 후의 처리에 있어서도 이 간극에서의 방전이 억제된다. 한편으로, 유전체 블록(1)만이 수직 방향으로 이동 가능하고 냉각 블록(8)은 위치가 고정되어 있는 경우에는, 유전체 블록(1)이 이동하면 냉각 재킷(8)과의 간극량이 변화된 결과, 고주파 전극(3)에 고주파 전력이 공급되어 형성되는 전계에 의해 당해 간극 내에서 방전이 발생할 우려가 있다.

또한, 본 실시예에서는, 고주파 전원(30)으로부터 코일(28)에 공급된 고주파 전력에 의해 처리실(22) 내에 형성된 전계는, 도전성의 냉각 재킷(8)에 의해 차단되기 때문에, 시료대(101)가 수직 방향으로 이동함으로써 간극량(공간량)이 변화되었다고 해도 냉각 재킷(8) 하방의 공간(34)에서의 방전이 억제된다.

도 3을 이용하여, 본 실시예의 시료대의 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 사이의 간극의 보다 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 도 2에 나타내는 실시예에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면에 있어서, 도 1 또는 2에서 나타낸 동일한 부호의 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.

본 실시예의 유전체 블록(1)의 통 형상 지지체(5) 하부는 외경이 상부의 원통 형상 부분보다 커진 형상을 갖고 있다. 당해 하부의 대경부는, 그 외주측에 배치되어 당해 대경부의 상면과 맞닿아 하방으로 밀어 붙이는 고정 부재(6)의 중앙측의 오목부에 감합하여 파지되고, 도전성의 냉각 재킷(8)에 고정 볼트(7)로 고정되어 있다. 유전체 블록(1)을 냉각 재킷(8)에 배치함에 있어서는, 우선 통 형상 지지체(5)에 고정 부재(6)를 장착하고, 이들을 냉각 재킷(8)의 중앙부의 오목부에 삽입하여 그 바닥부 상면 상방에 놓고, 고정 부재(6)를 냉각 재킷(8)의 하면 하방으로부터 관통 구멍에 고정 볼트(7)를 삽입하여 고정 부재(6)와 냉각 재킷(8)을 체결하여, 통 형상 지지체(5) 및 그 상방에 연결, 접속된 유전체 블록(1)의 위치를 냉각 재킷(8) 상방에 고정한다.

본 실시예의 고정 부재(6)는, 반원 형상의 환상(環狀) 부재의 복수(본 예에서는 2개)가 그 단부끼리가 접속되어 1개의 링 형상의 형상을 이루는 부재이며, 통 형상 지지체(5)의 하부의 플랜지부 위에 놓여져 장착된 상태에서 통 형상 지지체(5)의 외주측에서 이것을 둘러싸서 배치된 링 형상의 부재가 된다. 통 형상 지지체(5)의 하부의 대경부 외주를 둘러싸서 밖에 고정 부재(6)가 배치되어 냉각 재킷(8)과 체결된 상태에서, 통 형상 지지체(5)의 상부 외주측 벽과 냉각 재킷(8)의 원통형의 오목부의 내측 벽면의 사이에는, 수평 방향에 대하여 길이 L2의 링 형상의 형상을 가진 간극이 존재한다.

이 L2는, 통 형상 지지체(5)의 외경이나 고정 부재(6)의 내외경, 오목부의 반경 등의 치수의 크기에 따라 정해지는 크기이다. 한편, 통 형상 지지체(5)의 외주측의 유전체 블록(1)의 하면과 냉각 재킷(8)의 오목부의 외주측의 상면의 사이의 간극의 크기 L1은, 통 형상 지지체(5)의 자체의 길이와 냉각 재킷(8) 중앙부의 오목부의 깊이에 의해 정해지는 크기이다. 양자 사이의 전열 성능을 가능한 한 크게 하기 위해서는 당해 L1은 간극량을 최대한 작게 하는 것이 요망된다.

본 실시예에서는, L1은 수㎜, 바람직하게는 1㎜ 이하가 되는 한편으로, L2는 고정 볼트(7)가 삽입되는 고정 부재(6)의 치수에 따라 영향을 받는다. 고정 볼트(7)와의 체결시의 기계적인 강도를 고려하면, 간극의 크기는 L2>L1의 관계가 된다.

이 상태에 있어서, 유전체 블록(1) 내에 배치된 고주파 전극(3)에 바이어스 전위 형성용의 고주파 전원(16)으로부터 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력이 공급된 경우, L2는 상대적으로 큰 점에서 L1에 비해 도면 중의 B방향으로 방전이 발생할 가능성이 높아진다. 이러한 간극 내의 방전이 개시되는 전압은 간극의 크기와 관계가 있으며, 도면상 A의 방향보다도 B의 방향인 쪽이 방전 개시 전압은 낮아진다.

불휘발성 재료를 에칭하는 경우에는, 화학적인 반응성이 낮은 점에서 이온 에너지에 의한 스퍼터링 효과가 주된 에칭의 반응이 되고, 가공 형상의 수직화나 스루풋 향상의 관점에서 이온의 입사 에너지를 더욱 높이는 것이 요망되고 있으며, 이 때문에 고주파 전원(16)의 출력 전압을 크게 하는 일이 필요해진다고 예상된다. 한편으로, 본 실시예에서는 냉각 재킷(8)은 접지 또는 접지 전극과 전기적으로 접속되어 어스 전위되는 구성을 구비하고, 이에 따라 고주파 전극(3)과 냉각 재킷(8) 사이에 전위 구배가 발생하고, 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 간극에 있어서 방전이 발생할 가능성이 높아진다.

도 4는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서의 방전의 특성을 모식적으로 나타낸 그래프이다. 이러한 특성은 파셴의 법칙으로서 일반적으로 알려져 있으며, 본 도면에서는 공간의 방전 개시 전압이 압력 P와 전극 간 거리 d에 관계되는 것이 나타나 있으며, 이러한 관계성은 직류 방전, 고주파 방전 중 어느 것에 있어도 동일한 경향을 나타낸다.

도 3에 나타낸 A의 방향은 수직 방향 간극량 L1이 작은 점에서 P·d값도 작아지고, 방전 개시 전압도 높아진다. 한편으로, 도면상 B의 방향은 수평 방향 간극량 L2가 큰 점에서 P·d값도 커져 방전 개시 전압이 낮아지게 되어, 본 실시예에서는 상대적으로 B의 방향에 있어서 방전이 보다 발생하기 쉬운 것이 된다. 웨이퍼(W)의 처리 중에 발생하는 이러한 시료대(101) 내부에서의 방전은 바이어스 전위나 플라즈마의 전위를 불안정하게 하여 웨이퍼(W)의 처리에 악영향을 미쳐 처리의 수율을 손상시켜 버린다.

본 실시예의 시료대(101)는 내부에서의 방전을 억제하기 위해, 도 2, 3에 나타내는 바와 같이 냉각 재킷(8)의 상면에 절연층(11)을 배치했다. 냉각 재킷(8)의 상면, 및 오목부의 내벽면이 절연층(11)으로 피복되어, 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 간극에 결려 있었던 전압이 당해 절연층(11)에도 분배되어 내려감으로써, 이들 사이에서의 간극, 특히 B의 방향에 대한 방전이 억제된다.

또한, 냉각 재킷(8)은 도전성, 열전도성의 관점에서 알루미늄 등의 금속 재료를 이용하면 되지만, 금속이 노출된 상태에서 방전에 노출되면 이물 또는 오염물의 발생원이 된다. 절연층(11)을 배치하면, 가령 상기 간극에서 방전이 발생해도, 이물이나 오염물의 발생량을 금속 재료에 비해 훨씬 적게 할 수 있다.

절연체(11)는 세라믹이나 수지 등을 이용하여 소성이나 기계 가공에 의해 성형하면 된다. 또는, 냉각 재킷에 알루미늄을 이용한 경우에는, 알루미늄 표면에 양극 산화 처리를 행하여, 양극 산화 피막을 절연층(11)으로서 이용해도 된다. 또한, 냉각 재킷(8) 표면에 알루미나 용사 처리, 절연 수지 코팅을 실시하여 절연층(11)으로 해도 된다.

도 5를 이용하여 상기 실시예의 변형예를 설명한다. 도 5는, 도 1에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면에 있어서도, 도 1 내지 3에서 나타낸 동일한 부호의 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.

본 예에서는, 유전체 블록(1)의 통 형상 지지체(5)의 하부의 대경부의 바닥면과 이것이 내부에 삽입되는 냉각 재킷(8)의 중앙부 오목부의 바닥면의 사이에 단열재(12)가 두어져 이들이 맞닿는 구성을 구비하고, 당해 단열재(12)에 의해 양자 사이의 전열량 Q2가 저감된다. 장치 소형화하는 데에서는 통 형상 지지체(5)의 축방향의 길이는 작은 쪽이 바람직하지만 단열의 관점에서는 통 형상 지지체(5)를 길게 하는 것이 바람직하다.

처리의 조건이나 시료대(101)의 치수의 선택에 따라서는, 전열량 Q2가 과대해지고 웨이퍼(W)의 온도가 중앙부의 영역에 있어서 허용되는 범위를 넘어 낮아질 수도 있다. 그 경우에는, 미리 선택된 두께 등의 치수를 갖는 단열층(12)을 통 형상 지지체(5)의 바닥면과 냉각 재킷(8)의 오목부 바닥면의 사이에 끼워 전열의 양 Q2가 조절된다.

이 구성에 의해, 장치의 소형화와 소망하는 전열량(Q2)의 실현을 양립할 수 있다. 단열재(12)의 재료로서는, 열전도율이 낮은 것을 선택하면 되고, 예를 들면 스테인리스, 티탄 등의 금속 재료나, 수지 재료 등을 이용할 수 있다.

도 6을 이용하여, 또 다른 변형예에 대해서 설명한다. 도 6은, 도 1에 나타내는 실시예의 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 설명하는 종단면도이다. 본 도면에 있어서도, 도 1 내지 5에서 나타낸 동일한 부호의 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.

본 예에서는, 유전체 블록(1) 및 통 형상 지지체(5)와 냉각 재킷(8)의 사이의 간극에, 이것을 시료대(101) 주위의 처리실(22) 내의 공간으로부터 기밀하게 구획하는 O링 등의 시일재(15)가 사이에 끼워져 배치되고, 주위로부터 기밀하게 구획된 간극 공간에 He 등의 전열 가스(14)가 공급된다. 전열 가스는 도시하지 않는 전열 가스(14)의 저류부로부터 냉각 재킷(8) 내에 배치된 관통 구멍 또는 관로로부터 구성되는 가스 라인(13)을 통해 시료대(101) 하방으로부터 간극 내에 공급된다. 전열 가스(14)로서는 He 이외의 희가스를 이용해도 된다.

본 변형예에서는, 상기 간극에 공급한 He는 통 형상 지지체(5)의 외주측의 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 사이의 간극 및 냉각 재킷(8) 중앙부에 배치된 오목부 내벽 및 바닥면과 통 형상 지지체(5)의 사이의 간극에 분산되어 충만한다. 전열 가스의 공급량 또는 간극 내의 압력이 조절됨으로써 전열량 Q1 및 Q2가 증감된다. 이에 따라, 유전체 블록(1)의 상면 또는 웨이퍼(W)의 면 내 방향에 대해서 통 형상 지지체(5) 및 유전체 블록(1)의 치수에 의한 Q1, Q2의 전열량의 밸런스를 유지하면서 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 사이의 전체로서의 전열량의 레벨을 가변하게 조절하는 것이 가능해진다.

다음으로, 상기 실시예의 또 다른 변형예에 대해서 도 7, 8을 이용하여 설명한다. 도 7, 8은, 도 1에 나타내는 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 설명하는 종단면도이다. 본 도면에 있어서도, 도 1 내지 6에서 나타낸 동일한 부호의 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.

상기한 바와 같이 본 실시예에 있어서, 도 3에 나타낸 B의 방향은 수평 방향의 간극의 크기 L2가 상대적으로 L1보다 큰 점에서, P·d값도 커지고, 방전 개시의 전압이 낮아진다. 본 변형예에서는, 도면상 L2의 간극에서의 B의 방향에 대한 방전을 억제하기 위해, 고정 부재(6)의 상방에 제 2 절연재(17)를 배치했다. 이 제 2 절연재(17)를 구비함으로써, 당해 간극의 적어도 일부가 절연성의 재료로 메워지고, 전압이 제 2 절연재(17)의 절연 재료로 분배되어 간극에서의 표면끼리의 사이의 전압이 저감되어 방전이 억제된다.

본 예의 제 2 절연재(17)는, 고정 부재(6)와 동일하게, 예를 들면 반원의 환상 또는 원호 형상의 부재 2개를 상호의 단부를 접속하여 구성되는 링 형상의 부재이며, 통 형상 지지체(5)에 고정 부재(6)와 함께 장착한 상태에서 이것의 외주 측벽을 둘러싸는 환상의 부재이다. 하부에 그 직경이 상부보다 큰 대경부를 구비하는 통 형상 지지체(5)를 냉각 재킷(8)에 접속하기 전에, 통 형상 지지체(5)에 제 2 절연재(17)와 고정 부재(6)가 장착되어, 통 형상 지지체(5)가 이것에 장착된 제 2 절연재(17)와 고정 부재(6)와 함께 냉각 재킷(8)의 중앙부에 배치된 오목부 내에 삽입되어 바닥면끼리가 접촉, 접속한 후, 체결함으로써 상호가 위치를 고정시켜 연결된다.

도 8에 나타나는 예는, 통 형상 지지체(5)의 상부 주위에 제 2 절연재(17)를 배치하여 L2의 간극을 메워서 도 3 상의 B의 방향의 간극의 크기를 저감하는 구성대신에, 고정 부재(6)에 의해 L2을 메워서 당해 B의 방향의 간극을 작게 하는 구성을 구비한 것이다. 고정 부재(6)에 금속제의 재료를 이용하는 경우에는 표면에, 고정 부재(6)의 외주측의 냉각 블록(8)의 상면과 동일하게 절연층(11)을 배치할 수 있다.

이상의 실시예 또는 변형예에 의하면, 원통형을 갖는 시료대(101)의 반경 방향에 대해서 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 사이의 열의 전달을 웨이퍼(W)의 처리에 적합한 소망하는 범위 내의 값으로 하여 시료대(101) 또는 웨이퍼(W) 상면의 온도의 불균일성을 저감할 수 있다. 또는, 유전체 블록(1)과 냉각 재킷(8)의 사이의 반경 방향에 대한 열의 전달의 양을 소망하는 양 또는 그 분포로 실현하고, 웨이퍼(W) 또는 시료대(101) 상면의 온도와 그 분포를 소기의 범위인 것으로 할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 처리의 수율을 향상시킬 수 있다.

이상의 실시예 또는 변형예에서는 유도 결합 방식의 플라즈마 처리 장치를 설명했지만, 플라즈마의 생성 방법으로서 마이크로파 ECR, 용량 결합 등의 종래부터 공지된 기술을 이용한 장치에 있어서도, 본 발명과 동등한 효과가 나타난다.

또한, 웨이퍼(W)를 에칭 처리하는 플라즈마 처리 장치뿐만 아니라, 애싱 장치, 스퍼터 장치, 이온 주입 장치, 레지스트 도포 장치, 플라스마 CVD 장치, 플랫 패널 디스플레이 제조 장치, 태양 전지 제조 장치 등, 웨이퍼 온도 관리를 필요로 하는 다른 장치에 상기 실시예의 발명을 적용하여 동일한 효과를 나타내는 것이 가능하다.

1 : 유전체 블록
2 : 정전 흡착 전극
3 : 고주파 전극
4 : 발열층
5 : 통 형상 지지체
6 : 고정 부재
7 : 고정 볼트
8 : 냉각 재킷
9 : 냉매 유로
10 : 서셉터 링
11 : 절연층
12 : 단열재
13 : 가스 라인
14 : 전열 가스
15 : 시일재
16 : 고주파 전원
17 : 제 2 절연재
20 : 처리실 벽
21 : 덮개 부재
22 : 처리실
23 : 가스 도입관
24 : 처리 가스
25 : 배기구
26 : 압력 조절 밸브
27 : 터보 분자 펌프
28 : 코일
29 : 플라즈마
30 : 플라즈마 생성용 전원
31 : 가동축
32 : 보호 부재
33 : 온도 조절 유닛
34 : 공간
35 : 진공 용기
100 : 플라즈마 처리 장치
101 : 시료대
W : 웨이퍼

Claims (7)

1. 진공 용기 내부에 배치된 감압 가능한 처리실과, 이 처리실 내에 배치되어 처리 대상의 웨이퍼가 상면에 놓여 유지되는 시료대와, 이 시료대의 상방의 상기 처리실 내에 플라즈마를 형성하는 수단을 구비하고,
   상기 시료대가, 유전체제의 원판 형상의 블록 및 그 하방에 간극을 두고 배치된 금속제의 원판 형상의 재킷과, 이 재킷의 상면의 중앙부에 배치되어 상기 블록의 중앙부 하방에 배치된 유전체제의 통 형상의 부재가 내측에 삽입되는 오목부와, 상기 재킷의 내부에 배치되어 내측을 냉매가 통류하는 냉매 유로를 구비하고, 상기 통 형상의 부재 및 그 외주측의 상기 블록의 하면과의 사이를 개재하여 상기 블록과 상기 재킷이 열을 전달하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 통 형상의 부재가 상부보다 직경이 큰 하부를 갖고 당해 하부와 상기 오목부의 사이를 개재하여 상기 블록과 상기 재킷이 열을 전달하는 플라즈마 처리 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 오목부의 내측에 배치되어 큰 직경을 갖는 상기 통 형상인 부재의 하부의 외주 또는 상방을 덮어서 둘러싸는 금속제의 링 형상 부재로서 상기 재킷과 체결되어 상기 통 형상 부재를 당해 재킷 상에서 유지하는 링 형상 부재를 구비한 플라즈마 처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 금속제의 링 형상 부재의 상면 상방의 상기 오목부에 있어서 상기 통 형상인 부재를 둘러싸서 배치된 절연체제의 부재를 구비한 플라즈마 처리 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 블록과 상기 재킷의 사이의 간극에 열전달성의 가스가 공급되는 플라즈마 처리 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 간극에 있어서의 열전달성의 가스의 압력을 가변하게 조절하는 기능을 구비한 플라즈마 처리 장치.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 블록 내에 원호 형상 또는 원판 형상으로 배치된 발열층 및 상기 재킷의 각각의 직경이 상기 웨이퍼의 직경보다도 큰 플라즈마 처리 장치.

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