KR20180035685A - 탑재대 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

전압 인가 가능하게 구성된 탑재대는, 가공물을 탑재하는 탑재면 및 상기 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 상기 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과, 상기 정전 척의 이면에 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와, 상기 제 2 관통 구멍에 삽입된 통 형상의 스페이서와, 상기 제 1 관통 구멍 및 상기 스페이서에 수용된 핀을 구비한다. 상기 핀은 상기 제 1 관통 구멍 및 상기 스페이서 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고, 상기 제 1 관통 구멍과 상기 핀의 간극은 상기 스페이서와 상기 핀의 간극보다 크다.

Description

탑재대 및 플라즈마 처리 장치{MOUNTING TABLE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 탑재대 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 진공 공간을 구성 가능한 처리 용기와, 해당 처리 용기 내에 하부 전극을 겸한 가공물을 유지하는 탑재대와, 해당 탑재대와 대향하도록 배치된 상부 전극을 구비한 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 하부 전극을 겸한 탑재대와 상부 전극의 사이에 고주파 전력이 인가됨으로써, 탑재대에 배치된 웨이퍼 등의 가공물에 대해, 플라즈마 처리를 실시한다.
또, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 탑재대의 표면에 자유롭게 출몰하도록, 탑재 대상에 가공물을 들어올리기 위한 복수의 리프터 핀을 구비하고 있다. 그리고, 탑재대는, 해당 리프터 핀을 내부에 수용하기 위한 핀용 구멍을 가지고 있다. 또, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 가공물의 이면과 정전 척의 표면의 사이에 열 전달을 위한 헬륨 가스 등을 공급하기 위한 가스 구멍을 가지고 있다.
특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 가공물과 탑재대의 사이에서 발생하는 방전을 방지하기 위하여, 그 상단부가 역테이퍼 형상으로 형성된 리프터 핀과, 그 상단부가 테이퍼 형상으로 형성된 핀용 관통 구멍을 갖는다. 리프터 핀의 상단부는, 리프터 핀이 핀용 관통 구멍에 수용되었을 때에 핀용 관통 구멍의 상단부와 면 접촉한다.
일본 공개 특허 공보 제 2014-143244 호
그렇지만, 특허문헌 1에 개시되어 있는 구성에 있어서는, 예를 들면 가스 구멍에 있어서의 방전을 방지하기 위해서 개선의 여지가 있다. 본 기술 분야에서는, 이상 방전을 방지할 수 있는 탑재대 및 해당 탑재대를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 요구되고 있다.
즉, 본 발명의 1 측면에 따른 탑재대는 전압 인가 가능하게 구성된 탑재대이다. 탑재대는 정전 척, 베이스, 스페이서 및 핀을 구비한다. 정전 척은 가공물을 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된다. 베이스는 정전 척의 이면에 접합되고, 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된다. 스페이서는 통 형상을 나타내고, 제 2 관통 구멍에 삽입된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 스페이서에 수용된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 스페이서 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고, 제 1 관통 구멍과 핀의 간극은 스페이서와 핀의 간극보다 크다.
이 탑재대에서는, 탑재면에 형성된 제 1 관통 구멍, 및 제 1 관통 구멍에 연통하는 제 2 관통 구멍에 삽입된 통 형상의 스페이서에 핀이 수용된다. 이것에 의해, 탑재대에 마련된 구멍의 공간을 좁게 할 수 있으므로, 전자가 가속하기 위한 공간을 마련하지 않도록 하는 것도 가능하다. 이 때문에, 제 1 관통 구멍 및 스페이서에 있어서의 방전을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 핀은 제 1 관통 구멍 및 스페이서 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되기 때문에, 가스 공급 기능이나 리프트 기능을 저해하지 않고, 방전을 방지할 수 있다. 또, 정전 척과 베이스의 재질이 상이한 경우, 열 팽창 계수의 차에 의해 제 1 관통 구멍 및 스페이서의 접속 개소가 어긋날 우려가 있다. 이 탑재대에서는, 제 1 관통 구멍과 핀의 간극은 스페이서와 핀의 간극보다 크다. 이 때문에, 정전 척과 베이스의 재질이 상이한 경우에도, 제 1 관통 구멍 및 스페이서에 삽입된 핀이 파손되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 본 발명자는 베이스측의 공간을 좁게 하는 것이 정전 척측의 공간을 좁게 한 경우와 비교해서, 이상 방전을 효과적으로 방지할 수 있는 것을 찾아냈다. 즉, 핀의 파손을 회피하기 위해서 필요한 공간을 제 1 관통 구멍과 핀의 간극에 갖게 함으로써, 핀의 파손을 회피하면서, 이상 방전을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 탑재대는 전압 인가 가능하게 구성된 탑재대이다. 탑재대는 정전 척, 베이스 및 핀을 구비한다. 정전 척은 가공물을 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된다. 베이스는 정전 척의 이면에 접합되고, 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 수용된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고, 제 1 관통 구멍과 핀의 간극은 제 2 관통 구멍과 핀의 간극보다 크다.
이 탑재대에서는, 탑재면에 형성된 제 1 관통 구멍, 및 제 1 관통 구멍에 연통하는 제 2 관통 구멍에 핀이 수용된다. 이것에 의해, 탑재대에 마련된 구멍의 공간을 좁게 할 수 있으므로, 전자가 가속하기 위한 공간을 마련하지 않도록 하는 것도 가능하다. 이 때문에, 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 있어서의 방전을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 핀은 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되기 때문에, 가스 공급 기능이나 리프트 기능을 저해하지 않고, 방전을 방지할 수 있다. 또, 정전 척과 베이스의 재질이 상이한 경우, 열 팽창 계수의 차에 의해 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍의 접속 개소가 어긋날 우려가 있다. 이 탑재대에서는, 제 1 관통 구멍과 핀의 간극은 제 2 관통 구멍과 핀의 간극보다 크다. 이 때문에, 정전 척과 베이스의 재질이 상이한 경우에도, 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 삽입된 핀이 파손되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 본 발명자는 베이스측의 공간을 좁게 하는 것이 정전 척측의 공간을 좁게 한 경우와 비교해서, 이상 방전을 효과적으로 방지할 수 있는 것을 찾아냈다. 즉, 핀의 파손을 회피하기 위해서 필요한 공간을 제 1 관통 구멍과 핀의 간극에 갖게 함으로써, 핀의 파손을 회피하면서, 이상 방전을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는 처리 용기, 가스 공급부, 및 탑재대를 구비한다. 처리 용기는 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획한다. 가스 공급부는 처리 공간 내에 처리 가스를 공급한다. 탑재대는 처리 공간 내에 수용되고, 가공물을 탑재한다. 탑재대는 전압 인가 가능하게 구성된다. 탑재대는 정전 척, 베이스, 스페이서 및 핀을 구비한다. 정전 척은 가공물을 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된다. 베이스는 정전 척의 이면에 접합되고, 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된다. 스페이서는 통 형상을 나타내고, 제 2 관통 구멍에 삽입된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 스페이서에 수용된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 스페이서 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고, 제 1 관통 구멍과 핀의 간극은 스페이서와 핀의 간극보다 크다. 이 플라즈마 처리 장치에 따르면, 상술한 탑재대와 동일한 효과를 갖는다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는 처리 용기, 가스 공급부, 및 탑재대를 구비한다. 처리 용기는 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획한다. 가스 공급부는 처리 공간 내에 처리 가스를 공급한다. 탑재대는 처리 공간 내에 수용되고, 가공물을 탑재한다. 탑재대는 전압 인가 가능하게 구성된다. 탑재대는 정전 척, 베이스 및 핀을 구비한다. 정전 척은 가공물을 탑재하는 탑재면 및 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된다. 베이스는 정전 척의 이면에 접합되고, 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍에 수용된다. 핀은 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고, 제 1 관통 구멍과 핀의 간극은 제 2 관통 구멍과 핀의 간극보다 크다. 이 플라즈마 처리 장치에 따르면, 상술한 탑재대와 동일한 효과를 갖는다.
본 발명의 여러 측면 및 실시 형태에 따르면, 이상 방전을 방지할 수 있는 탑재대 및 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 탑재대를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 탑재대를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 탑재대에 있어서의 가스 구멍의 구성을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 도 4의 가스 구멍을 구성하는 부재의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 이상 방전을 설명하는 도면이다.
도 7은 제 2 실시 형태에 따른 가스 구멍의 구성을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 실시예 및 비교예에 있어서의 방전 발생의 유무를 나타내는 표이다.
이하, 도면을 참조해서 여러 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에 있어 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여한다. 또, 「상」 「하」의 용어는 도시하는 상태에 근거하는 것이고, 편의적인 것이다.
(제 1 실시 형태)
도 1은 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 플라즈마 처리 장치는 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지 전위로 이루어진 처리 용기(1)를 가지고 있다. 이 처리 용기(1)는 원통형으로 이루어지며, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 처리 용기(1)는 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획한다. 처리 용기(1) 내에는, 가공물인 반도체 웨이퍼(이하, 단지 「웨이퍼」라고 한다.)(W)를 수평으로 지지하는 탑재대(2)가 마련되어 있다. 탑재대(2)는 기재(베이스)(2a) 및 정전 척(6)을 포함해서 구성되어 있다. 기재(2a)는 도전성의 금속, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 하부 전극으로서의 기능을 갖는다. 정전 척(6)은 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 기능을 갖는다. 탑재대(2)는 절연판(3)을 통해서 도체의 지지대(4)에 지지된다. 또, 탑재대(2)의 상방의 외주에는, 예를 들면 단결정 실리콘으로 형성된 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 또한, 탑재대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 원통형의 내벽 부재(3a)가 마련되어 있다.
기재(2a)에는, 제 1 정합기(11a)를 통해서 제 1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한, 제 2 정합기(11b)를 통해서 제 2 RF 전원(10b)이 접속되어 있다. 제 1 RF 전원(10a)은 플라즈마 발생용이며, 이 제 1 RF 전원(10a)으로부터는 소정의 주파수의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 구성되어 있다. 또, 제 2 RF 전원(10b)은 이온 인입용(바이어스용)이며, 이 제 2 RF 전원(10b)으로부터는 제 1 RF 전원(10a)보다 낮은 기설정 주파수의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 구성되어 있다. 이와 같이, 탑재대(2)는 전압 인가 가능하게 구성되어 있다. 한편, 탑재대(2)의 상방에는, 탑재대(2)와 평행하게 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워 헤드(16)가 마련되어 있고, 샤워 헤드(16)와 탑재대(2)는 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능한다.
정전 척(6)은 해당 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)을 개재시켜 구성되어 있고, 전극(6a)에는 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 그리고 전극(6a)에 직류 전원(12)으로부터 직류 전압이 인가됨으로써, 쿨롱 힘에 의해 웨이퍼(W)가 흡착되도록 구성되어 있다. 절연체(6b)는 예를 들면 세라믹스 등으로 형성된다.
탑재대(2)의 내부에는 냉매 유로(2d)가 형성되어 있고, 냉매 유로(2d)에는 냉매 입구 배관(2b), 냉매 출구 배관(2c)이 접속되어 있다. 그리고, 냉매 유로(2d) 내에 적당의 냉매, 예를 들면 냉각수 등을 순환시킴으로써, 탑재대(2)를 소정의 온도로 제어 가능하게 구성되어 있다. 또, 탑재대(2) 등을 관통하도록, 웨이퍼(W)의 이면에 헬륨 가스 등의 냉열 전달용 가스(백사이드 가스)를 공급하기 위한 가스 공급관(30)이 마련되어 있고, 가스 공급관(30)은 도시하지 않는 가스 공급원에 접속되어 있다. 이들의 구성에 의해, 탑재대(2)의 상면에 정전 척(6)에 의해 흡착 유지된 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어한다. 가스 공급관(30)의 구조에 대해서는 후술한다.
탑재대(2)에는, 복수, 예를 들면 3개의 핀용 관통 구멍(200)이 마련되어 있고(도 1에는 1개만 나타낸다.), 이들의 핀용 관통 구멍(200)의 내부에는, 각각 리프터 핀(61)이 배열되어 있다. 리프터 핀(61)은 구동 기구(62)에 접속되어 있고, 구동 기구(62)에 의해 상하 이동된다. 핀용 관통 구멍(200)의 구조에 대해서는 후술한다.
상기 샤워 헤드(16)는 처리 용기(1)의 천정 벽 부분에 마련되어 있다. 샤워 헤드(16)는 본체부(16a)와 전극판을 구성하는 상부 천정판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(95)를 통해서 처리 용기(1)의 상부에 지지된다. 본체부(16a)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지고, 그 하부에 상부 천정판(16b)을 자유롭게 착탈하도록 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 마련되고, 이 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 본체부(16a)의 저부에는, 다수의 가스 통류 구멍(16d)이 형성되어 있다. 또, 상부 천정판(16b)에는, 해당 상부 천정판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입 구멍(16e)이 상기 가스 통류 구멍(16d)과 중첩하도록 마련되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)에 공급된 처리 가스는 가스 통류 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 통해서 처리 용기(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급된다.
본체부(16a)에는 가스 확산실(16c)에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(16g)가 형성되어 있다. 이 가스 도입구(16g)에는 가스 공급 배관(15a)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(15a)의 타단에는, 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(가스 공급부)(15)이 접속된다. 가스 공급 배관(15a)에는, 상류측으로부터 차례로 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(15b) 및 개폐 밸브(V2)가 마련되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(15)으로부터 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스가 가스 공급 배관(15a)을 통해서 가스 확산실(16c)에 공급되고, 이 가스 확산실(16c)로부터, 가스 통류 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 통해서 처리 용기(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급된다.
상기 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에는, 로우패스 필터(LPF)(71)를 통해서 가변 직류 전원(72)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(72)은 온·오프 스위치(73)에 의해 급전의 온·오프가 가능하게 구성되어 있다. 가변 직류 전원(72)의 전류·전압 및 온·오프 스위치(73)의 온·오프는 후술하는 제어부(90)에 의해 제어된다. 또, 후술하는 바와 같이, 제 1 RF 전원(10a), 제 2 RF 전원(10b)으로부터 고주파가 탑재대(2)에 인가되어 처리 공간에 플라즈마가 발생할 때에는, 필요에 따라서 제어부(90)에 의해 온·오프 스위치(73)가 온으로 되고, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
처리 용기(1)의 측벽으로부터 샤워 헤드(16)의 높이 위치보다 상방으로 연장하도록 원통형의 접지 도체(1a)가 마련되어 있다. 이 원통형의 접지 도체(1a)는 그 상부에 천정벽을 가지고 있다.
처리 용기(1)의 저부에는 배기구(81)가 형성되어 있고, 이 배기구(81)에는, 배기관(82)을 통해서 제 1 배기 장치(83)가 접속되어 있다. 제 1 배기 장치(83)는 진공 펌프를 가지고 있고, 이 진공 펌프를 작동시킴으로써 처리 용기(1) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 구성되어 있다. 한편, 처리 용기(1) 내의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입출구(84)가 마련되어 있고, 이 반입출구(84)에는 해당 반입출구(84)를 개폐하는 게이트 밸브(85)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 측부 내측에는, 내벽면을 따라 디포 실드(86)가 마련되어 있다. 디포 실드(86)는 처리 용기(1)에 에칭 부생성물(디포)이 부착하는 것을 방지한다. 이 디포 실드(86)의 웨이퍼(W)와 대략 동일 높이 위치에는, 그랜드에 대한 전위가 제어 가능하게 접속된 도전성 부재(GND 블록)(89)가 마련되어 있고, 이것에 의해 이상 방전이 방지된다. 또, 디포 실드(86)의 하단부에는, 내벽 부재(3a)를 따라 연장하는 디포 실드(87)가 마련되어 있다. 디포 실드(86, 87)는 자유롭게 착탈하도록 되어 있다.
상기 구성의 플라즈마 처리 장치는 제어부(90)에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(90)에는, CPU를 구비한 플라즈마 처리 장치의 각부를 제어하는 프로세스 콘트롤러(91)와, 유저 인터페이스(92)와, 기억부(93)가 마련되어 있다.
유저 인터페이스(92)는 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작을 실시하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(93)에는, 플라즈마 처리 장치로 실행되는 각종 처리를 프로세스 콘트롤러(91)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(92)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(93)로부터 호출해서 프로세스 콘트롤러(91)로 하여금 실행하게 함으로써, 프로세스 콘트롤러(91)의 제어하에서, 플라즈마 처리 장치에서의 소망의 처리가 행해진다. 또, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예를 들면, 하드 디스크, CD, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나 또는, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 통해서 수시 전송시켜 온라인으로 사용하거나 하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조해서, 탑재대(2)의 주요부 구성에 대해 설명한다. 도 2 및 도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 탑재대(2)를 나타내는 개략 단면도이다. 도 2는 리프터 핀(61)을 상승시켜 웨이퍼(W)를 지지한 경우를 나타내고, 도 3은 리프터 핀(61)을 하강시켜 웨이퍼(W)를 정전 척(6) 상에 지지한 경우를 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 탑재대(2)는 기재(2a)와 정전 척(6)에 의해 구성되어 있고, 기재(2a)의 하방으로부터 정전 척(6)의 상방으로 리프터 핀(61)이 삽통 가능하게 구성되어 있다.
정전 척(6)은 원판 형상을 나타내고, 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재면(21)과, 해당 탑재면에 대향하는 이면(22)을 가지고 있다. 탑재면(21)은 원형을 나타내고, 웨이퍼(W)의 이면과 접촉해서 원판 형상의 웨이퍼를 지지한다. 기재(2a)는 정전 척(6)의 이면(22)에 접합되어 있다. 정전 척(6)은 기재(2a)의 표면에 접착재를 이용해서 접합될 수 있다.
탑재면(21)에는 가스 공급관(30)의 단부(가스 구멍)가 형성되어 있다. 가스 공급관(30)은 냉각용의 헬륨 가스 등을 공급하고 있다. 가스 공급관(30)의 단부는 제 1 관통 구멍(17) 및 제 2 관통 구멍(18)에 의해 형성되어 있다. 제 1 관통 구멍(17)은 정전 척(6)의 이면(22)으로부터 탑재면(21)까지를 관통하도록 마련되어 있다. 즉, 제 1 관통 구멍(17)의 내벽은 정전 척(6)에 의해 형성되어 있다. 한편, 제 2 관통 구멍(18)은 기재(2a)의 이면으로부터 정전 척(6)과의 접합면까지를 관통하도록 마련되어 있다. 즉, 제 2 관통 구멍(18)의 내벽은 기재(2a)에 의해 형성되어 있다. 제 2 관통 구멍의 구멍 직경은 예를 들면 제 1 관통 구멍의 구멍 직경보다 크다. 그리고, 제 1 관통 구멍(17) 및 제 2 관통 구멍이 연통하도록, 정전 척(6) 및 기재(2a)가 배치되어 있다. 가스 공급관(30)에는 가스용 스페이서(204)가 배치되어 있다.
가스용 스페이서(204)는 예를 들면, 세라믹스 등의 절연체로 이루어지고, 원통 형상을 나타낸다. 그리고, 가스용 스페이서(204)는 제 2 관통 구멍(18) 내에서 기재(2a)와 접하도록, 제 2 관통 구멍(18)의 구멍 직경과 거의 동일한 외경을 가지며, 기재(2a)의 하면측으로부터 상면측을 향해서, 제 2 관통 구멍(18) 내에 끼워 넣어지도록 부착되어 있다. 가스용 스페이서(204)는 제 1 관통 구멍(17)의 구멍 직경보다 작은 내경을 가지고 있다.
가스 구멍에는 핀(31)이 수용되어 있다. 핀(31)은 제 1 관통 구멍(17) 및 가스용 스페이서(204)에 수용된다. 핀(31)의 외경은 제 1 관통 구멍(17) 및 가스용 스페이서(204)의 내경보다 작다. 즉, 가스용 스페이서(204)는 제 1 관통 구멍(17)의 구멍 직경보다 작고, 핀(31)의 외경보다 큰 내경을 가지고 있다. 핀(31)은 예를 들면 세라믹스 등의 절연체로 형성될 수 있다.
또, 탑재면(21)에는 리프터 핀(61)을 수용하는 핀용 관통 구멍(200)이 형성되어 있다. 핀용 관통 구멍(200)은 제 1 관통 구멍(17) 및 제 2 관통 구멍(18)에 의해 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 관통 구멍(17)은 정전 척(6)에 형성되고, 제 2 관통 구멍(18)은 기재(2a)에 형성되어 있다. 핀용 관통 구멍(200)을 형성하는 제 1 관통 구멍(17)은 리프터 핀(61)의 외경에 맞춘 구멍 직경, 즉, 리프터 핀(61)의 외경보다 큰(예를 들면, 0.1~0.5mm 정도 큰) 구멍 직경으로 되고, 내부에 리프터 핀(61)을 수용 가능하게 되어 있다. 제 2 관통 구멍의 구멍 직경은 예를 들면 제 1 관통 구멍의 구멍 직경보다 크다. 그리고, 제 2 관통 구멍(18)의 내벽과 리프터 핀(61)의 사이에는, 핀용 스페이서(203)가 배치되어 있다.
핀용 스페이서(203)는 핀용 관통 구멍(200)을 형성하는 제 2 관통 구멍(18) 내에 배열되어 있다. 핀용 스페이서(203)는 예를 들면, 세라믹스 등의 절연체로 이루어지고, 원통 형상을 나타낸다. 그리고, 핀용 스페이서(203)는 제 2 관통 구멍(18) 내에서 기재(2a)와 접하도록, 제 2 관통 구멍(18)의 구멍 직경과 거의 동일한 외경을 가지며, 기재(2a)의 하면측으로부터 상면측을 향해서, 제 2 관통 구멍(18) 내에 끼워 넣어지도록 부착되어 있다. 핀용 스페이서(203)는 제 1 관통 구멍(17)의 구멍 직경보다 작고, 리프터 핀(61)의 외경보다 큰 내경을 가지고 있다.
리프터 핀(61)은 절연성의 세라믹스 또는 수지 등으로부터 핀 형상으로 형성된 핀 본체부(61a) 및 핀 상단부(61b)를 구비하고 있다. 이 핀 본체부(61a)는 원통 형상을 나타내고, 외경이 예를 들면 수 mm 정도를 가지고 있다. 핀 상단부(61b)는 핀 본체부(61a)가 챔퍼링(chamfering)됨으로써 형성되고, 구 형상의 면을 가지고 있다. 이 구 형상의 면은 예를 들면 곡율을 매우 크게 하고, 리프터 핀(61)의 핀 상단부(61b) 전체를 웨이퍼(W) 이면에 접근하고 있다. 리프터 핀(61)은 도 1에 나타내는 구동 기구(62)에 의해 핀용 관통 구멍(200) 내를 상하 이동하고, 탑재대(2)의 탑재면(21)으로부터 자유롭게 출몰하도록 동작한다. 또, 구동 기구(62)는 리프터 핀(61)이 수용되었을 때에, 리프터 핀(61)의 핀 상단부(61b)가 웨이퍼(W) 이면 바로 아래에 위치하도록, 리프터 핀(61)의 정지 위치의 높이 조정을 행한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 리프터 핀(61)을 상승시킨 상태에서는, 핀 본체부(61a)의 일부 및 핀 상단부(61b)가 탑재대(2)의 탑재면(21)으로부터 돌출한 상태로 되고, 탑재대(2)의 상부에 웨이퍼(W)를 지지한 상태로 된다. 한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 리프터 핀(61)을 하강시킨 상태에서는, 핀 본체부(61a)가 핀용 관통 구멍(200) 내에 수용된 상태로 되고, 웨이퍼(W)는 탑재면(21)에 탑재된다. 이와 같이, 리프터 핀(61)은 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 반송한다.
도 4는 도 2 및 도 3의 탑재대에 있어서의 가스 구멍의 구성을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 핀(31)의 측부와 제 1 관통 구멍(17)의 사이에, 간극(CL1)이 형성되어 있다. 또, 핀(31)의 측부와 가스용 스페이서(204)의 내벽(204a)의 사이에, 간극(CL2)이 형성되어 있다. 또, 핀(31)의 상단과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에, 간극(CL3)이 형성되어 있다. 간극(CL1)은 간극(CL2)보다 크게 되어 있다.
도 5는 도 4의 가스 구멍을 구성하는 부재의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 탑재면(21)의 중심을 P1, 가스 구멍의 중심을 P2, 탑재면(21)의 중심 P1로부터 제 1 관통 구멍(17)(가스 구멍의 중심 P2)까지의 거리를 R, 핀(31)의 직경을 D, 제 1 관통 구멍(17)의 직경을 d1, 제 2 관통 구멍(18)의 직경을 d2, 제 1 관통 구멍(17) 내의 간극(CL1)의 길이를 g1, 제 2 관통 구멍(18) 내의 간극(CL2)의 길이를 g2, 기재(2a)의 열 팽창율을 α1, 정전 척(6)의 열 팽창율을 α2, 제 1 관통 구멍(17)과 제 2 관통 구멍(18)이 동축에 배치되었을 때의 온도인 기준 온도로부터의 목표 온도차를 ΔT로 했을 때, 제 1 관통 구멍 내의 간극의 길이 g1는 이하의 식 1의 관계를 만족한다.
g1≥(2·(R·(α1-α2)·ΔT＋D)-d2-D)/2 …(식 1)
또, 도면에서는 가스용 스페이서(204)를 생략하고 있다. 제 2 관통 구멍(18) 내의 간극(CL2)의 직경은, 가스용 스페이서(204)가 존재하는 경우에는, 가스용 스페이서(204)의 내벽과 핀(31)의 측부의 사이의 거리이며, 가스용 스페이서(204)가 존재하지 않는 경우에는, 제 2 관통 구멍(18)의 내벽과 핀(31)의 측부의 사이의 거리이다.
다음으로, 간극(CL1) 및 간극(CL2)이 이상 방전에 주는 영향을 설명한다. 이상 방전을 회피하기 위해서는, 전자가 가속하기 위한 공간을 마련하지 않도록 하는 것이 중요하기 때문에, 간극(CL1) 및 간극(CL2)의 양쪽을 가능한 한 좁게 할 필요가 있다. 그러나, 간극(CL1) 및 간극(CL2)의 양쪽을 좁게 한 경우, 기재(2a)와 정전 척(6)의 열 팽창율의 차이로 인해 핀(31)이 파손될 우려가 있다. 이 때문에, 여유(공간)를 갖게 하기 위해서, 간극(CL1) 및 간극(CL2)의 어느 한 쪽은 넓게 설정할 필요가 있다.
도 6은 이상 방전을 설명하는 도면이다. 도 6의 (A)~(C)는 간극(CL2)이 간극(CL1)보다 큰 경우이며, 도 6의 (D)~(F)는, 간극(CL1)이 간극(CL2)보다 큰 경우이다. 또, 가스용 스페이서(204)는 생략되어 있다.
먼저, 간극(CL2)이 간극(CL1)보다 큰 경우에 대해 설명한다. 도 6의 (A)에 나타내는 바와 같이, 탑재대에 전압이 인가된 경우, 간극(CL2)을 구성하는 기재(2a)의 측부(2ae)(가스용 스페이서(204)가 있는 경우에는 가스용 스페이서(204)의 측부)와 웨이퍼(W)의 이면에서 대응하는 부분(WE)의 사이에 전계가 발생된다. 이때, 전자가 가속하기 위해서 충분한 공간이 존재하기 때문에, 간극(CL2)에 대해 마이크로 할로우(micro-hollow) 음극 방전(PL1)이 발생된다. 그리고, 도 6의 (B)에 나타내는 바와 같이, 간극(CL2)으로부터 간극(CL1)에 공급 전자가 발생된다. 이것에 의해, 도 6의 (C)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 이면에 있어 글로우 방전이 발생된다. 즉, 간극(CL2)이 큰 경우, 마이크로 할로우 음극 방전에 기인한 이상 방전이 발생한다고 생각된다.
다음으로, 간극(CL1)이 간극(CL2)보다 큰 경우에 대해 설명한다. 도 6의 (D)에 나타내는 바와 같이, 탑재대에 전압이 인가된 경우, 간극(CL2)을 구성하는 기재(2a)의 측부(2ae)(가스용 스페이서(204)가 있는 경우에는 가스용 스페이서(204)의 측부)와 웨이퍼(W)의 이면에서 대응하는 부분(WE)의 사이에 전계가 발생된다. 이때, 전자가 가속하기 위해서 충분한 공간이 존재하지 않기 때문에, 간극(CL2)에 대해 마이크로 할로우 음극 방전(PL1)은 발생되지 않는다. 따라서, 도 6의 (E) 및 (F)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 이면에 있어 글로우 방전도 발생되지 않는다. 즉, 간극(CL2)이 작은 경우, 마이크로 할로우 음극 방전에 기인한 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다고 생각된다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시 형태에 따른 탑재대(2) 및 플라즈마 처리 장치에서는, 탑재면(21)에 형성된 제 1 관통 구멍(17), 및 제 1 관통 구멍(17)에 연통하는 제 2 관통 구멍(18)에 삽입된 가스용 스페이서(204)에 핀(31)이 수용된다. 이것에 의해, 탑재대(2)에 설치된 구멍의 공간을 좁게 할 수 있으므로, 전자가 가속하기 위한 공간을 마련하지 않게 할 수 있다. 이 때문에, 제 1 관통 구멍(17) 및 가스용 스페이서(204)에 있어서의 방전을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 핀(31)은 제 1 관통 구멍(17) 및 가스용 스페이서(204) 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되기 때문에, 가스 공급 기능을 저해하지 않고, 방전을 방지할 수 있다. 또, 간극(CL1) 및 간극(CL2)의 양쪽을 좁게 할 수 없기 때문에, 어느 한쪽을 좁게 하는 경우에는, 이상 방전의 발생의 억제에 효과적인 간극(CL2)을 좁게 함으로써, 핀(31)의 파손을 회피하면서, 이상 방전을 효과적으로 방지할 수 있다.
(제 2 실시 형태)
제 2 실시 형태에 따른 탑재대 및 플라즈마 처리 장치는, 제 1 실시 형태에 따른 탑재대 및 플라즈마 처리 장치와 비교해서, 핀용 스페이서(203) 및 가스용 스페이서(204)를 구비하지 않은 점에서 상이하며, 그 외는 동일하다. 이하에서는, 제 1 실시 형태와 중복하는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7은 탑재대에 있어서의 가스 구멍의 구성을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 핀(31)의 측부와 제 1 관통 구멍(17)의 사이에, 간극(CL1)이 형성되어 있다. 또, 핀(31)의 측부와 제 2 관통 구멍(18)의 사이에, 간극(CL2)이 형성되어 있다. 또, 핀(31)의 상단과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에, 간극(CL3)이 형성되어 있다. 간극(CL1)은 간극(CL2)보다 크게 되어 있다. 그 외의 구성은 제 1 실시 형태에 따른 탑재대와 동일하다.
제 2 실시 형태에 따른 탑재대(2) 및 플라즈마 처리 장치에서는, 탑재면(21)에 형성된 제 1 관통 구멍(17), 및 제 1 관통 구멍(17)에 연통하는 제 2 관통 구멍(18)에 핀(31)이 수용된다. 이것에 의해, 탑재대(2)에 설치된 구멍의 공간을 좁게 할 수 있으므로, 전자가 가속하기 위한 공간을 마련하지 않게 할 수 있다. 이 때문에, 제 1 관통 구멍(17) 및 제 2 관통 구멍(18)에 있어서의 방전을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 핀(31)은 제 1 관통 구멍(17) 및 제 2 관통 구멍(18) 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되기 때문에, 가스 공급 기능을 저해하지 않고, 방전을 방지할 수 있다. 또, 간극(CL1) 및 간극(CL2)의 양쪽을 좁게 할 수 없기 때문에, 어느 한쪽을 좁게 하는 경우에는, 이상 방전의 발생의 억제에 효과적인 간극(CL2)을 좁게 함으로써, 핀(31)의 파손을 회피하면서, 이상 방전을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상, 일실시 형태에 대해 기술했지만, 본 발명은 이러한 특정의 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있고, 여러 변형 또는 변경이 가능하다.
예를 들면, 도 4에 있어서는, 제 1 관통 구멍(17)의 구멍 직경을 가스용 스페이서(204)의 내경보다 크게 함으로써 간극(CL1)을 간극(CL2)보다 크게 하고 있지만, 핀(31)의 형상을 변경함으로써, 간극(CL1)을 간극(CL2)보다 크게 해도 좋다. 마찬가지로, 도 7에 있어서는, 제 1 관통 구멍(17)의 구멍 직경을 제 2 관통 구멍(18)의 내경보다 크게 함으로써 간극(CL1)을 간극(CL2)보다 크게 하고 있지만, 핀(31)의 형상을 변경함으로써, 간극(CL1)을 간극(CL2)보다 크게 해도 좋다.
또, 상술한 실시 형태에 대해, 핀(31)이 리프터 핀이어도 좋다.
또, 제 1 실시 형태 및 제 2 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radical line slot antenna)로 발생시킨 플라즈마를 이용하고 있어도 좋다.
(실시예)
이하, 상기 효과를 설명할 수 있도록 본 발명자가 실시한 실시예 및 비교예에 대해 설명한다.
(실시예 1)
제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용했다. 웨이퍼(W)를 탑재대(2)에 배치하고, 탑재대(2)에 전압을 인가해서 플라즈마를 생성했다(제 1 RF 전원(10a) : 2700W, 제 2 RF 전원(10b) : 19000W, 압력 : 30Torr(3.9×103Pa)). 전열 가스는 He를 이용했다. 간극(CL1)을 0.15mm, 간극(CL2)을 0.05mm로 하고, 간극(CL3)을 0.2mm로 했다. 그리고, 소정 시간 플라즈마 처리를 했다. 그 후, 웨이퍼(W)의 이면에 방전 흔적이 존재하는지 아닌지 확인했다.
(실시예 2)
간극(CL3)을 0.3mm로 했다. 그 외의 조건은 실시예 1과 동일하게 했다.
(비교예 1)
제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용했다. 웨이퍼(W)를 탑재대(2)에 배치하고, 탑재대(2)에 전압을 인가해서 플라즈마를 생성했다. 간극(CL1)을 0.035mm, 간극(CL2)을 0.2mm로 하고, 간극(CL3)을 거의 0mm로 했다. 소정 시간 플라즈마 처리한 후, 웨이퍼(W)의 이면에 방전 흔적이 존재하는지 아닌지 확인했다. 처리 조건은 실시예 1과 동일하게 했다.
결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 비교예 1(간극(CL1)＜간극(CL2))의 경우, 웨이퍼(W)의 이면에 있어 이상 방전이 발생하고 있는 것이 확인되었다. 한편, 실시예 1, 2(간극(CL1)＞간극(CL2))에서는 웨이퍼(W)의 이면에 있어 이상 방전이 발생하지 않는 것이 확인되었다. 이와 같이, 간극(CL1)을 좁히는 것보다도 간극(CL2)을 좁히는 것이, 이상 방전의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 것이 확인되었다.
1 : 처리 용기 2 : 탑재대
2a : 기재(베이스) 6 : 정전 척
17 : 제 1 관통 구멍 18 : 제 2 관통 구멍
31 : 핀 61 : 리프터 핀
200 : 핀용 관통 구멍 203 : 핀용 스페이서
204 : 가스용 스페이서

Claims (8)

  1. 전압 인가 가능하게 구성된 탑재대로서,
    가공물을 탑재하는 탑재면 및 상기 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 상기 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과,
    상기 정전 척의 이면에 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와,
    상기 제 2 관통 구멍에 삽입된 통 형상의 스페이서와,
    상기 제 1 관통 구멍 및 상기 스페이서에 수용된 핀
    을 구비하고,
    상기 핀은 상기 제 1 관통 구멍 및 상기 스페이서 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고,
    상기 제 1 관통 구멍과 상기 핀의 간극은 상기 스페이서와 상기 핀의 간극보다 큰
    탑재대.
  2. 전압 인가 가능하게 구성된 탑재대로서,
    가공물을 탑재하는 탑재면 및 상기 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 상기 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과,
    상기 정전 척의 이면에 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와,
    상기 제 1 관통 구멍 및 상기 제 2 관통 구멍에 수용된 핀
    을 구비하고,
    상기 핀은 상기 제 1 관통 구멍 및 상기 제 2 관통 구멍 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고,
    상기 제 1 관통 구멍과 상기 핀의 간극은 상기 제 2 관통 구멍과 상기 핀의 간극보다 큰
    탑재대.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정전 척은 세라믹스로 형성되고, 그 내부에 전극을 가지며,
    상기 베이스는 금속으로 형성된
    탑재대.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 관통 구멍은 냉열 전달용 가스를 공급하는 가스 구멍인 탑재대.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 핀은 상기 탑재 대상에 가공물을 들어올리기 위한 리프터 핀이며,
    상기 제 1 관통 구멍은 핀용 관통 구멍인
    탑재대.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 관통 구멍 내의 간극의 길이를 g1, 상기 베이스의 열 팽창율을 α1, 상기 정전 척의 열 팽창율을 α2, 상기 탑재면의 중심으로부터 상기 제 1 관통 구멍의 중심까지의 거리를 R, 상기 핀의 직경을 D, 상기 제 2 관통 구멍의 직경을 d2, 상기 제 1 관통 구멍과 상기 제 2 관통 구멍이 동축에 배치되었을 때의 온도인 기준 온도로부터의 목표 온도차를 ΔT로 했을 때, 상기 제 1 관통 구멍 내의 간극의 길이 g1가 이하의 식 1의 관계를 만족하는 탑재대.
    g1≥(2·(R·(α1-α2)·ΔT＋D)-d2-D)/2 … (식 1)
  7. 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획하는 처리 용기와,
    상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 공간 내에 수용되고, 가공물을 탑재하는 탑재대
    를 구비하고,
    상기 탑재대는 전압 인가 가능하게 구성되고,
    가공물을 탑재하는 탑재면 및 상기 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 상기 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과,
    상기 정전 척의 이면에 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와,
    상기 제 2 관통 구멍에 삽입된 통 형상의 스페이서와,
    상기 제 1 관통 구멍 및 상기 스페이서에 수용된 핀
    을 구비하고,
    상기 핀은 상기 제 1 관통 구멍 및 상기 스페이서 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고,
    상기 제 1 관통 구멍과 상기 핀의 간극은 상기 스페이서와 상기 핀의 간극보다 큰
    플라즈마 처리 장치.
  8. 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획하는 처리 용기와,
    상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 공간 내에 수용되고, 가공물을 탑재하는 탑재대
    를 구비하고,
    상기 탑재대는 전압 인가 가능하게 구성되고,
    가공물을 탑재하는 탑재면 및 상기 탑재면에 대향하는 이면을 가지며, 상기 탑재면에 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과,
    상기 정전 척의 이면에 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍과 연통하는 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와,
    상기 제 1 관통 구멍 및 상기 제 2 관통 구멍에 수용된 핀
    을 구비하고,
    상기 핀은 상기 제 1 관통 구멍 및 상기 제 2 관통 구멍 각각의 내벽에 대해서 간극을 두고 배치되고,
    상기 제 1 관통 구멍과 상기 핀의 간극은 상기 제 2 관통 구멍과 상기 핀의 간극보다 큰
    플라즈마 처리 장치.
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