KR20190016912A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20190016912A
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가츠유키 고이즈미
마사노리 다카하시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

피처리체에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성의 저하를 억제한다.
플라즈마 처리 장치에서는, 제1 배치대(2)를, 제1 부재(20)와, 시트 부재(21)와, 제2 부재(22)로 구성하고 있다. 제1 부재(20)는, 웨이퍼(W)가 배치되는 배치면(2a)에 대한 이면측의 배치면(2a)에 대응하는 범위에 오목부(24)가 형성되어 있다. 시트 부재(21)는, 시트형으로 형성되고, 히터(21c) 및 상기 히터(21c)에 전력을 공급하기 위한 인출 배선(21d)이 설치되어 있다. 그리고, 시트 부재(21)는, 히터(21c)가 오목부(24) 내부의 배치면(2a)에 대응하는 영역에 위치하고, 인출 배선(21d)이 오목부(24)의 측면에 위치하도록 오목부(24) 내에 배치되어 있다. 제2 부재(22)는, 시트 부재(21)를 배치한 오목부(24)에 감합되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 여러 측면 및 실시형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 플라즈마를 이용하여, 에칭 등의 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에는, 피처리체의 온도 제어를 보다 고도로 행하기 위해, 피처리체를 배치하는 배치대의 내부에 온도 조절용의 히터가 매립되어 있는 것이 있다. 히터에는 전력을 공급할 필요가 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치에서는, 배치대의 외주 영역에 급전 단자를 설치하고, 급전 단자로부터 히터에 전력을 공급하고 있다(예컨대 하기 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2016-1688호 공보
그러나, 배치대의 외주 영역에 급전 단자를 설치한 경우, 피처리체가 배치되는 배치 영역의 외측에 급전 단자가 배치되기 때문에, 배치대의 직경 방향의 사이즈가 커져 버린다. 플라즈마 처리 장치에서는, 피처리체의 배치 영역의 주위에 포커스링이 배치되지만, 배치대의 직경 방향의 사이즈가 커지면, 포커스링과, 급전 단자를 설치한 외주 영역의 중복 부분이 커져, 포커스링의 직경 방향의 온도 분포에 불균일이 발생하기 쉬워진다. 또한, 배치대에 급전 단자를 설치하기 위해, 배치대의 이면으로부터 급전 단자를 통과시키기 위한 관통 구멍을 형성할 필요가 있고, 이 관통 구멍이 형성된 부분은 피처리체로부터의 열전도가 부분적으로 나빠져, 열의 균일성이 저하되는 특이점이 된다. 이에 따라, 피처리체의 주회 방향에서의 온도 분포에 불균일이 발생하기 쉬워진다. 플라즈마 처리 장치에서는, 피처리체나 포커스링의 온도 분포에 불균일이 발생하면, 피처리체에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성이 저하된다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시양태에 있어서, 제1 부재와, 시트 부재와, 제2 부재를 갖는다. 제1 부재는, 플라즈마 처리의 대상이 되는 피처리체가 배치되는 배치면에 대한 이면측의 배치면에 대응하는 범위에 오목부가 형성되어 있다. 시트 부재는, 시트형으로 형성되고, 히터 및 상기 히터에 전력을 공급하기 위한 인출 배선이 설치되고, 히터가 오목부 내부의 배치면에 대응하는 영역에 위치하고, 인출 배선이 오목부의 측면에 위치하도록 오목부 내에 배치되어 있다. 제2 부재는, 시트 부재를 배치한 오목부에 감합된다.
개시하는 플라즈마 처리 장치의 하나의 양태에 의하면, 피처리체에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은, 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 제1 배치대 및 제2 배치대의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은, 시트 부재의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 4는, 히터를 배치한 영역의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 5는, 시트 부재의 단면의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은, 제2 부재의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본원이 개시하는 플라즈마 처리 장치의 실시형태에 관해 상세히 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다. 또한, 본 실시형태에 의해 개시하는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절하게 조합하는 것이 가능하다.
[플라즈마 처리 장치의 구성]
처음에, 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)의 개략적인 구성을 설명한다. 도 1은, 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지 전위로 된 처리 용기(1)를 갖고 있다. 이 처리 용기(1)는, 원통형으로 되어 있고, 예컨대 표면에 양극 산화 피막이 형성된 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 처리 용기(1)는, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획한다. 처리 용기(1) 내에는, 피처리체(work-piece)인 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 함)(W)를 수평으로 지지하는 제1 배치대(2)가 수용되어 있다.
제1 배치대(2)는, 상하 방향으로 바닥면을 향한 대략 원기둥형을 나타내고 있고, 상측의 바닥면이 웨이퍼(W)가 배치되는 배치면(2a)으로 되어 있다. 제1 배치대(2)의 배치면(2a)은, 웨이퍼(W)와 동일한 정도의 사이즈로 되어 있다. 제1 배치대(2)는, 제1 부재(20)와, 시트 부재(21)와, 제2 부재(22)를 포함하고 있다.
제1 부재(20)는, 상면이 평탄한 원반형으로 되어 있고, 상기 상면이 웨이퍼(W)가 배치되는 배치면(2a)으로 되어 있다. 제1 부재(20)는, 절연체(20a) 및 전극(20b)을 갖고 있다. 전극(20b)은, 절연체(20a)의 내부에 설치되어 있고, 전극(20b)에는 도시되지 않은 급전 기구에 의해 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 제1 부재(20)는, 전극(20b)에 직류 전원(12)으로부터 직류 전압이 인가됨으로써, 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착하도록 구성되어 있다. 즉, 제1 부재(20)는, 웨이퍼(W)를 흡착하는 정전척의 기능을 갖는다.
제2 부재(22)는, 도전성의 금속, 예컨대 알루미늄 등을 포함하여 구성되어 있다. 제2 부재(22)는, 제1 부재(20)를 지지하는 베이스로서 기능하는 동시에, 하부 전극으로서 기능한다. 제2 부재(22)는, 도전성 부재의 RF 플레이트(4)에 지지되어 있다. RF 플레이트(4)는, 절연층의 지지대(23)에 지지되어 있다. 지지대(23)는, 처리 용기(1)의 저부에 설치되어 있다. 또한, 제1 부재(20)와 제2 부재(22)의 사이에는 시트 부재(21)가 설치되어 있다. 시트 부재(21)는, 히터가 설치되어 있고, 후술하는 급전 기구를 통해 전력이 공급되어, 웨이퍼(W)의 온도를 제어한다.
제1 배치대(2)는, 외주면을 따라서 주위에 제2 배치대(7)가 설치되어 있다. 제2 배치대(7)는, 내경이 제1 배치대(2)의 외경보다 소정 사이즈 큰 원통형으로 형성되고, 제1 배치대(2)와 축을 동일하게 하여 배치되어 있다. 제2 배치배치대(7)는, 상측의 면이 고리형의 포커스링(5)이 배치되는 배치면(9d)으로 되어 있다. 포커스링(5)은, 예컨대 단결정 실리콘으로 형성되어 있고, 제2 배치대(7)에 배치된다.
제2 배치대(7)는, 베이스(8)와 포커스링 히터(9)를 포함하고 있다. 베이스(8)는, 예컨대 표면에 양극 산화 피막이 형성된 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 베이스(8)는 RF 플레이트(4)에 지지되어 있다. 포커스링 히터(9)는 베이스(8)에 지지되어 있다. 포커스링 히터(9)는, 상면이 평탄한 고리형의 형상으로 되어 있고, 상기 상면이 포커스링(5)이 배치되는 배치면(9d)으로 되어 있다. 포커스링 히터(9)는, 히터(9a) 및 절연체(9b)를 갖고 있다. 히터(9a)는, 절연체(9b)의 내부에 설치되어, 절연체(9b)에 내포되어 있다. 히터(9a)는, 도시되지 않은 급전 기구를 통해 전력이 공급되어, 포커스링(5)의 온도를 제어한다. 이와 같이, 웨이퍼(W)의 온도와 포커스링(5)의 온도는, 상이한 히터에 의해 독립적으로 제어된다.
RF 플레이트(4)에는 급전 막대(50)가 접속되어 있다. 급전 막대(50)에는, 제1 정합기(11a)를 통해 제1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한, 제2 정합기(11b)를 통해 제2 RF 전원(10b)이 접속되어 있다. 제1 RF 전원(10a)은 플라즈마 발생용의 전원이며, 이 제1 RF 전원(10a)으로부터는 소정의 주파수의 고주파 전력이 제1 배치대(2)의 제2 부재(22)에 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 제2 RF 전원(10b)은 이온 인입용(바이어스용)의 전원이며, 이 제2 RF 전원(10b)으로부터는 제1 RF 전원(10a)보다 낮은 소정 주파수의 고주파 전력이 제1 배치대(2)의 제2 부재(22)에 공급되도록 구성되어 있다.
제2 부재(22)의 내부에는 냉매 유로(22d)가 형성되어 있다. 냉매 유로(22d)는, 한쪽의 단부에 냉매 입구 배관(22b)이 접속되고, 다른쪽의 단부에 냉매 출구 배관(22c)이 접속되어 있다. 또한, 베이스(8)의 내부에는 냉매 유로(7d)가 형성되어 있다. 냉매 유로(7d)는, 한쪽의 단부에 냉매 입구 배관(7b)이 접속되고, 다른쪽의 단부에 냉매 출구 배관(7c)이 접속되어 있다. 냉매 유로(22d)는, 웨이퍼(W)의 하측에 위치하여 웨이퍼(W)의 열을 흡열하도록 기능한다. 냉매 유로(7d)는, 포커스링(5)의 하측에 위치하여 포커스링(5)의 열을 흡열하도록 기능한다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 냉매 유로(22d) 및 냉매 유로(7d) 중에 냉매, 예컨대 냉각수 등을 각각 순환시킴으로써, 제1 배치대(2) 및 제2 배치대(7)의 온도를 개별로 제어 가능한 구성으로 되어 있다. 또, 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)나 포커스링(5)의 이면측에 냉열 전달용 가스를 공급하여 온도를 개별로 제어 가능한 구성으로 해도 좋다. 예컨대, 제1 배치대(2) 등을 관통하도록, 웨이퍼(W)의 이면에 헬륨 가스 등의 냉열 전달용 가스(백사이드 가스)를 공급하기 위한 가스 공급관이 설치되어도 좋다. 가스 공급관은 가스 공급원에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 제1 배치대(2)의 상면에 흡착 유지된 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어한다.
한편, 제1 배치대(2)의 상측에는, 제1 배치대(2)에 평행하게 대면하도록, 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워 헤드(16)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(16)와 제1 배치대(2)는, 한쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능한다.
샤워 헤드(16)는, 처리 용기(1)의 천장벽 부분에 설치되어 있다. 샤워 헤드(16)는, 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천장판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(95)를 통해 처리 용기(1)의 상부에 지지된다. 본체부(16a)는, 도전성 재료, 예컨대 표면에 양극 산화 피막이 형성된 알루미늄 등으로 이루어지고, 그 하부에 상부 천장판(16b)을 착탈 가능하게 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 설치되고, 이 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 본체부(16a)의 저부에는 다수의 가스 통류 구멍(16d)이 형성되어 있다. 또한, 상부 천장판(16b)에는, 상기 상부 천장판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입 구멍(16e)이, 상기 가스 통류 구멍(16d)과 중복되도록 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)에 공급된 처리 가스는, 가스 통류 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 통해 처리 용기(1) 내에 샤워형으로 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)의 일단이 접속되어 있다. 이 가스 공급 배관(15a)의 타단에는, 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(15)이 접속된다. 가스 공급 배관(15a)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스플로우 컨트롤러(MFC)(15b) 및 개폐 밸브(V2)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(15)으로부터 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스가, 가스 공급 배관(15a)을 통해 가스 확산실(16c)에 공급되고, 이 가스 확산실(16c)로부터 가스 통류 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 통해 처리 용기(1) 내에 샤워형으로 분산되어 공급된다.
상기 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에는, 로우패스 필터(LPF)(71)를 통해 가변 직류 전원(72)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(72)은, 온ㆍ오프 스위치(73)에 의해 급전의 온ㆍ오프가 가능하게 구성되어 있다. 가변 직류 전원(72)의 전류ㆍ전압 및 온ㆍ오프 스위치(73)의 온ㆍ오프는, 후술하는 제어부(90)에 의해 제어된다. 또, 후술하는 바와 같이, 제1 RF 전원(10a), 제2 RF 전원(10b)으로부터 고주파가 제1 배치대(2)에 인가되어 처리 공간에 플라즈마가 발생할 때에는, 필요에 따라서 제어부(90)에 의해 온ㆍ오프 스위치(73)가 온이 되고, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
또한, 처리 용기(1)의 측벽으로부터 샤워 헤드(16)의 높이 위치보다 상측으로 연장되도록 원통형의 접지 도체(1a)가 설치되어 있다. 이 원통형의 접지 도체(1a)는, 그 상부에 천장벽을 갖고 있다.
처리 용기(1)의 저부에는 배기구(81)가 형성되어 있고, 이 배기구(81)에는, 배기관(82)을 통해 제1 배기 장치(83)가 접속되어 있다. 제1 배기 장치(83)는 진공 펌프를 갖고 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 반입 반출구(84)가 설치되어 있고, 이 반입 반출구(84)에는, 상기 반입 반출구(84)를 개폐하는 게이트 밸브(85)가 설치되어 있다.
처리 용기(1)의 측부 내측에는, 내벽면을 따라서 디포지션 실드(86)가 설치되어 있다. 디포지션 실드(86)는, 처리 용기(1)에 에칭 부생성물(디포지션)이 부착되는 것을 방지한다. 이 디포지션 실드(86)의 웨이퍼(W)와 대략 동일한 높이 위치에는, 그라운드에 대한 전위가 제어 가능하게 접속된 도전성 부재(GND 블록)(89)가 설치되어 있고, 이에 따라 이상 방전이 방지된다. 또한, 디포지션 실드(86)의 하단부에는, 제1 배치대(2)를 따라서 연장된 디포지션 실드(87)가 설치되어 있다. 디포지션 실드(86, 87)는 착탈 가능하게 구성되어 있다.
상기 구성의 플라즈마 처리 장치(10)는, 제어부(90)에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(90)에는, CPU를 구비하여 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(91)와, 사용자 인터페이스(92)와, 기억부(93)가 설치되어 있다.
사용자 인터페이스(92)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(93)에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(91)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 사용자 인터페이스(92)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(93)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(91)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(91)의 제어하에, 플라즈마 처리 장치(10)에서의 원하는 처리가 행해진다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예컨대 하드디스크, CD, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 또는, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 수시 전송시켜 온라인에서 사용하거나 하는 것도 가능하다.
[제1 배치대 및 제2 배치대의 구성]
다음으로, 제1 배치대(2) 및 제2 배치대(7)의 주요부 구성에 관해 설명한다. 도 2는, 제1 배치대 및 제2 배치대의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
제1 배치대(2)는, 제1 부재(20)와, 시트 부재(21)와, 제2 부재(22)를 포함하고 있다.
제1 부재(20)는, 예컨대 세라믹 등의 절연체(20a)로 구성되고, 상하 방향으로 바닥면을 향한 원통형으로 형성되어 있다. 제1 부재(20)는, 상측의 바닥면이 웨이퍼(W)가 배치되는 배치면(2a)으로 되어 있다. 또한, 제1 부재(20)는, 상측의 바닥면을 구성하는 평면부(20c)에 있어서, 배치면(2a)측이 되는 상부보다 하부가 직경 방향 외측으로 돌출된 플랜지부(20d)가 형성되어 있다. 즉, 제1 부재(20)의 평면부(20c)는, 측면의 위치에 따라서 외경이 상이하고, 상부보다 하부가 직경 방향 외측으로 돌출되어 형성되어 있다. 제1 부재(20)는, 평면부(20c)의 상부의 절연체(20a)의 내부에 전극(20b)이 설치되어 있다. 제1 부재(20)의 전극(20b)에는, 도시되지 않은 급전 기구를 통해 전력이 공급된다. 전극(20b)에 대한 급전 기구로는, 제1 부재(20)의 내부에 급전용의 배선을 형성해도 좋고, 시트 부재(21)에 급전용의 배선을 형성해도 좋고, 시트 부재(21) 및 제2 부재(22)에 관통 구멍을 형성하여 급전용의 배선을 형성해도 좋다.
제1 부재(20)는, 제1 부재(20)의 하측의 바닥면에 있어서 배치면(2a)에 대응하는 범위에 오목부(24)가 형성되어 있다. 즉, 제1 부재(20)는, 배치면(2a)에 대한 이면측의, 배치면(2a)에 대응하는 범위에 우묵하게 들어간 오목부(24)가 형성되어 있다. 오목부(24)는, 바닥면(24a)이 배치면(2a)과 평행하고, 웨이퍼(W)와 동일한 정도 또는 웨이퍼(W)보다 약간 큰 사이즈로 되어 있고, 바닥면(24a)을 둘러싸는 측면(24b)이 형성되어 있다. 오목부(24)에는 시트 부재(21)가 배치되어 있다.
도 3은, 시트 부재의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다. 시트 부재(21)는, 예컨대 폴리이미드 등의 유기 재료에 의해 시트형으로 형성되어 있고, 원형으로 형성된 원형 부분(21a)과, 원형 부분(21a)의 주위에 원형 부분(21a)으로부터 연장된 배선부(21b)가 설치되어 있다. 배선부(21b)는, 원형 부분(21a)으로부터 방사형으로 8개 설치되어 있다. 또, 시트 부재(21)는, 내열성, 난연성 및 내전압성을 구비한 재료라면, 어떠한 재료를 이용하여 형성해도 좋다. 예컨대, 폴리이미드 대신에, 폴리아미드, 폴리에스테르, 테플론(등록상표)이나 액정 폴리머 등을 이용해도 좋다.
원형 부분(21a)은, 내부에 히터(21c)가 설치되고, 오목부(24) 내부의 배치면(2a)에 대응하는 영역의 사이즈로 형성된다. 예컨대, 원형 부분(21a)은, 오목부(24)의 바닥면(24a)에 대응하는 사이즈로 형성된다. 배선부(21b)는, 내부에 인출 배선(21d)이 설치되어 있다.
이러한 시트 부재(21)는, FPC(Flexible printed circuits)에 의해 용이하게 작성할 수 있다. FPC의 필름은, 베이스 필름이라고 불리며, 주로 폴리이미드 등으로 만들어져 있다. FPC는, 배선도 포함하여 얇고 유연하여 자유자재로 구부릴 수 있다. 예컨대, FPC에서는, 폴리이미드 등에 의해 작성된 절연성의 필름 상에, 굵기나 두께 등 단면적에 따른 저항률을 바꿔 배선을 형성함으로써, 히터(21c)와 인출 배선(21d)을 형성한 시트 부재(21)를 작성할 수 있다. 예컨대, 시트 부재(21)를 FPC로 형성하고, 인출 배선(21d) 등의 배선에는 최대로 전류를 0.3 A 흘리는 것으로 한다. 이 경우, 인출 배선(21d) 등의 배선은, 발열하지 않도록 두께를 18 ㎛, 폭을 1 mm로 형성한다. 히터(21c)는, 두께를 9 ㎛, 폭을 최대한 가늘게 형성하고, 히터(21c)가 저항 가열로서 발열하도록 인출 배선(21d) 등의 배선에 비교해서 저항을 높게 한다. 또, 저항률을 바꾼다면, 배선의 단면적에 한정되지 않고, 배선 재료의 재질의 변경, 또는, 재질과 단면적의 조합이어도 상관없다.
히터(21c)는, 배치면(2a)의 영역 전체면에 1개 설치해도 좋고, 배치배치면(2a)을 분할한 영역마다 개별로 설치해도 좋다. 즉, 시트 부재(21)의 원형 부분(21a)에는, 배치면(2a)을 분할한 영역마다 히터(21c)를 개별로 복수 설치해도 좋다. 예컨대, 히터(21c)는, 제1 배치대(2)의 배치면(2a)을 중심으로부터의 거리에 따라서 복수의 영역으로 나누고, 각 영역에서 제1 배치대(2)의 중심을 둘러싸도록 고리형으로 연장시켜도 좋다. 혹은, 중심 영역을 가열하는 히터와, 중심 영역의 외측을 둘러싸도록 고리형으로 연장된 히터를 포함해도 좋다. 또한, 배치면(2a)의 중심을 둘러싸도록 고리형으로 연장시킨 영역을, 중심으로부터의 방향에 따라서 복수의 영역으로 나누고, 각 영역에 히터(21c)를 설치해도 좋다. 시트 부재(21)는, 히터(21c)를 복수 설치한 경우에도, 배선부(21b)를 복수 설치함으로써, 각각의 히터(21c)에 전력을 공급하기 위한 인출 배선(21d)을 용이하게 설치할 수 있다.
도 4는, 히터를 배치한 영역의 일례를 나타내는 개략 평면도이다. 도 4는, 제1 배치대(2) 및 제2 배치대(7)를 상방향으로부터 본 평면도이다. 도 4에는, 원판형으로 제1 배치대(2)의 배치면(2a)이 도시되어 있다. 배치면(2a)은, 중심으로부터의 거리 및 방향에 따라서 복수의 영역(HT1)으로 나누어져 있고, 각 영역(HT1)에 개별로 히터(21c)가 설치되어 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)의 온도를, 영역(HT1)마다 제어할 수 있다.
시트 부재(21)의 원형 부분(21a)에는, 히터(21c)를 설치한 영역을 중복시켜 설치해도 좋다.
도 5는, 시트 부재의 단면의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 5에는, 히터(21c)로서, 비교적 넓은 영역을 덥히는 베이스 히터(21c1)와, 베이스 히터(21c1)의 상부에, 베이스 히터(21c1)보다 좁은 영역을 덥히는 트림 히터(21c2)와, 중복시켜 설치한 경우를 나타내고 있다. 이러한 시트 부재(21)에서는, 예컨대, 베이스 히터(21c1)에 의해, 비교적 넓은 영역을 안정적으로 온도 제어의 기본이 되는 온도로 전체적으로 덥히고, 트림 히터(21c2)에 의해, 각 영역의 온도를 개별로 조정한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 시트 부재(21)는, 히터(21c)가 설치된 원형 부분(21a)이 오목부(24) 내부의 배치면(2a)에 대응하는 영역에 위치하고, 인출 배선(21d)이 설치되어 배선부(21b)가 오목부(24)의 측면(24b)에 위치하도록, 오목부(24) 내에 배치된다.
제2 부재(22)는, 시트 부재(21)를 배치한 오목부(24)에 감합된다. 제2 부재(22)의 내부에는 냉매 유로(22d)가 형성되어 있다.
도 6은, 제2 부재의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 사시도이다. 도 6에는, 제2 부재(22)와, 제1 부재(20)와의 감합전의 상태를 나타내고 있다. 또, 도 6의 예는, 제1 부재(20)의 배치면(2a)측을 하측으로 하고 있고, 도 2와는 상하 방향이 역방향으로 되어 있다. 즉, 도 6은, 도 1, 도 2와 비교해서, 상하가 반대(상하 반전)로 되어 있다.
제2 부재(22)는, 예컨대 알루미늄 등의 도전성의 금속에 의해, 오목부(24)와 동일 사이즈 또는, 오목부(24)보다 약간 작은 사이즈로 원통형으로 형성되어 있다. 또한, 제2 부재(22)는, 오목부(24)의 측면(24b)과 대향하는 면(22e)에, 오목부(24)에 대한 이면측으로 연통하는 관통 구멍(22f)이 형성되어 있다. 관통 구멍(22f)은, 시트 부재(21)의 배선부(21b)가 배치되는 위치에 설치되어 있다. 도 6의 예에서는, 관통 구멍(22f)이 등간격으로 8개 설치되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 시트 부재(21)는, 배선부(21b)가 제2 부재(22)의 관통 구멍(22f)에 통과하여, 단부가 제2 부재(22)의 하측까지 연장되어 있다. 제2 부재(22)의 하측에는, 도시되지 않은 급전 단자가 설치되어 있고, 배선부(21b)의 단부가 급전 단자에 접속되어 있다. 시트 부재(21)에는, 제어부(90)의 제어에 따라서, 히터 전원으로부터 전력이 급전 단자에 공급된다. 배치면(2a)은, 시트 부재(21)의 히터(21c)에 의해 가열 제어된다.
제1 배치대(2)는, 제1 부재(20)에 제2 부재(22)를 감합한 상태로, 주위가 RF 플레이트(4)에 지지되어 있고, RF 플레이트(4)와 접촉하는 부분에는 O링(O-Ring)(25)이 설치되어 있다. 이에 따라, 제1 배치대(2)는, 처리 공간의 진공을 유지할 수 있다. 또한, 제1 배치대(2)는, 처리 공간에서 생성된 플라즈마가 하부에 돌아 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또한, O링(O-Ring)(25)의 내측에는 금속제의 스파이럴링(26)이 설치되어 있고, 이에 따라, 제2 부재(22)와 RF 플레이트(4)가 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이 제1 배치대(2)는, 예컨대 세라믹 등의 절연체(20a)에 의해 형성된 제1 부재(20)가 외주면에 설치되어 있다. 이에 따라, 플라즈마로부터 시트 부재(21)나 제2 부재(22)를 보호할 수 있다.
제2 배치대(7)는, 베이스(8)와, 포커스링 히터(9)를 포함하고 있다. 포커스링 히터(9)는, 도시되지 않은 절연층을 통해 베이스(8)에 접착되어 있다. 포커스링 히터(9)의 상면은, 포커스링(5)이 배치되는 배치면(9d)으로 되어 있다. 또, 포커스링 히터(9)의 상면에는, 열전도성이 높은 시트 부재 등을 설치해도 좋다.
제2 배치대(7)의 높이는, 웨이퍼(W)로의 열의 전달이나 RF 전력과, 포커스링(5)으로의 열의 전달이나 RF 전력이 일치하도록 적절하게 조정된다. 즉, 도 2에서는, 제1 배치대(2)의 배치면(2a)과 제2 배치대(7)의 배치면(9d)의 높이가 일치하지 않는 경우를 예시하고 있지만, 양자가 일치해도 좋다.
포커스링(5)은, 원환형의 부재이며, 제2 배치대(7)와 동축이 되도록 설치되어 있다. 포커스링(5)의 내측 측면에는, 직경 방향 내측으로 돌출된 볼록부(5a)가 형성되어 있다. 즉, 포커스링(5)은, 내측 측면의 위치에 따라서 내경이 상이하다. 예컨대, 포커스링(5)의 볼록부(5a)가 형성되어 있지 않은 개소의 내경은, 웨이퍼(W)의 외경보다 크다. 한편, 포커스링(5)의 볼록부(5a)가 형성된 개소의 내경은, 제1 부재(20)의 플랜지부(20d)가 형성되어 있지 않은 개소의 외경보다 크다.
포커스링(5)은, 볼록부(5a)가 제1 부재(20)의 플랜지부(20d)의 상면과 이격되고, 또한, 제1 부재(20)의 평면부(20c)의 측면으로부터도 이격된 상태가 되도록 제2 배치대(7)에 배치된다. 즉, 포커스링(5)의 볼록부(5a)의 하면과 플랜지부(20d)의 상면의 사이에는, 간극이 형성되어 있다. 또한, 포커스링(5)의 볼록부(5a)의 측면과 평면부(20c)의 플랜지부(20d)가 형성되어 있지 않은 측면의 사이에는, 간극이 형성되어 있다. 그리고, 포커스링(5)의 볼록부(5a)는, 제1 배치대(2)와 제2 배치대(7) 사이의 간극(34)의 상측에 위치한다. 즉, 배치면(2a)과 직교하는 방향에서 볼 때, 볼록부(5a)는, 간극(34)과 중복되는 위치에 존재하여 상기 간극(34)을 덮고 있다. 이에 따라, 플라즈마가, 제1 배치대(2)와 제2 배치대(7) 사이의 간극(34)으로 진입하는 것을 억제할 수 있다.
포커스링 히터(9)는, 절연체(9b)의 내부에 히터(9a)가 설치되어 있다. 히터(9a)는, 베이스(8)와 동축인 고리형을 나타내고 있다. 히터(9a)는, 배치배치면(9d)의 영역 전체면에 1개 설치해도 좋고, 배치면(9d)을 분할한 영역마다 개별로 설치해도 좋다. 즉, 히터(9a)는, 배치면(9d)을 분할한 영역마다 개별로 복수 설치해도 좋다. 예컨대, 히터(9a)는, 제2 배치대(7)의 배치면(9d)을 제2 배치대(7)의 중심으로부터의 방향에 따라서 복수의 영역으로 나누고, 각 영역에 히터(9a)를 설치해도 좋다. 예컨대, 도 4에는, 원판형으로 제1 배치대(2)의 배치면(2a)의 주위에, 제2 배치대(7)의 배치면(9d)이 도시되어 있다. 배치면(9d)은, 중심으로부터의 방향에 따라서 복수의 영역(HT2)으로 나누어져 있고, 각 영역(HT2)에 개별로 히터(9a)가 설치되어 있다. 히터(9a)에는, 도시되지 않은 급전 기구를 통해 급전 단자에 접속되어 있다. 히터(9a)에 대한 급전 기구로는, 베이스(8)의 외주부에 급전용의 배선을 형성해도 좋고, 베이스(8)에 관통 구멍을 형성하여 급전용의 배선을 형성해도 좋다. 포커스링 히터(9)에는, 제어부(90)의 제어에 따라서, 히터 전원으로부터 전력이 급전 단자에 공급된다. 배치면(9d)은, 포커스링 히터(9)의 히터(9a)에 의해 가열 제어된다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 포커스링(5)의 온도를, 영역(HT2)마다 제어할 수 있다.
[작용 및 효과]
다음으로, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)의 작용 및 효과에 관해 설명한다. 에칭 등의 플라즈마 처리에서는, 웨이퍼(W)의 면내의 가공 정밀도의 균일성을 실현하기 위해, 웨이퍼(W)의 온도뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 외주 영역에 설치되어 있는 포커스링(5)의 온도를 조정하는 것이 요구되고 있다.
따라서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)가 배치되는 제1 배치배치대(2)와, 포커스링(5)이 배치되는 제2 배치대(7)를 분리하여 설치하고, 열의 이동이 억제되도록 고안했다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)의 온도뿐만 아니라, 포커스링(5)의 온도를 개별로 조정할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)의 설정 온도에 비교해서 포커스링(5)의 설정 온도를 보다 고온도 대역으로 설정할 수도 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)의 면내의 가공 정밀도의 균일성을 실현할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제1 배치대(2)를, 제1 부재(20)와, 시트 부재(21)와, 제2 부재(22)로 구성하고 있다. 제1 부재(20)는, 웨이퍼(W)가 배치되는 배치면(2a)에 대한 이면측의 배치면(2a)에 대응하는 범위에 오목부(24)가 형성되어 있다. 시트 부재(21)는 시트형으로 형성되고, 히터(21c) 및 상기 히터(21c)에 전력을 공급하기 위한 인출 배선(21d)이 설치되어 있다. 그리고, 시트 부재(21)는, 히터(21c)가 오목부(24) 내부의 배치면(2a)에 대응하는 영역에 위치하고, 인출 배선(21d)이 오목부(24)의 측면에 위치하도록 오목부(24) 내에 배치되어 있다. 제2 부재(22)는, 시트 부재(21)를 배치한 오목부(24)에 감합되어 있다.
여기서, 예컨대, 제1 배치대(2)에 관통 구멍을 형성하여 히터(21c)에 전력을 공급하는 구성으로 한 경우, 배치면(2a)의 관통 구멍이 형성된 부분은 열전도가 부분적으로 나빠져, 열의 균일성이 저하되는 특이점이 된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 주회 방향에서의 온도 분포에 불균일이 발생하기 쉬워지고, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성이 저하된다.
한편, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제1 부재(20)의 배치면(2a)에 대응하는 범위에 오목부(24)가 형성되고, 오목부(24) 내에 배치된 시트 부재(21)가 제2 부재(22)의 이면측의 급전 단자와 접속하고 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제1 배치대(2)에 관통 구멍을 형성하지 않고 히터(21c)에 전력을 공급할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 히터(21c)에 대한 급전에 필요한 배선을 배치하는 플랜지부(20d)의 직경 방향의 폭을 작게 할 수 있고, 제1 배치대(2)의 직경 방향의 사이즈를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 포커스링(5)과, 플랜지부(20d)와의 중복 부분을 작게 할 수 있기 때문에, 포커스링(5)의 온도 분포에 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 제2 부재(22)는, 오목부(24)의 측면(24b)과 대향하는 면(22e)에, 오목부(24)에 대한 이면측으로 연통하는 관통 구멍(22f)이 형성되어 있다. 시트 부재(21)는 히터(21c)가 설치되고, 오목부(24) 내부의 배치면(2a)에 대응하는 영역의 사이즈로 형성된 원형 부분(21a)과, 인출 배선(21d)이 설치되고, 상기 원형 부분(21a)으로부터 연장된 배선부(21b)가 형성되어 있다. 그리고, 시트 부재(21)는, 배선부(21b)가 제2 부재(22)의 관통 구멍(22f)을 통과하도록 배치되어 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제2 부재(22)의 이면측까지 배선부(21b)를 용이하게 배치할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제2 배치대(7)의 포커스링(5)이 배치되는 배치면(9d)에 히터(9a)를 설치하고 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)의 온도뿐만 아니라, 포커스링(5)의 온도를 개별로 조정할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 면내의 가공 정밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제2 부재(22)의 내부에 냉매 유로(22d)가 형성되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 냉매 유로(22d)에 냉매를 흘리는 것에 의해 웨이퍼(W)의 온도를 제어할 수 있기 때문에, 플라즈마 처리에 의한 웨이퍼(W)에 대한 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상, 여러가지 실시형태에 관해 설명했지만, 전술한 실시형태에 한정되지 않고 여러가지 변형 양태를 구성할 수 있다. 예컨대, 전술한 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(10)였지만, 제1 배치대(2)는 임의의 플라즈마 처리 장치(10)에 채용될 수 있다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)는, 유도결합형의 플라즈마 처리 장치(10), 마이크로파와 같은 표면파에 의해 가스를 여기시키는 플라즈마 처리 장치(10)와 같이, 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치(10)이어도 좋다.
또한, 전술한 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제2 부재(22)의 면(22e)에, 오목부(24)에 대한 이면측으로 연통하는 관통 구멍(22f)을 형성하고, 시트 부재(21)의 배선부(21b)가 관통 구멍(22f)을 통과하도록 배치하는 경우를 예로 설명했지만 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 제2 부재(22)의 면(22e)에, 오목부(24)에 대한 이면측으로 연통하는 홈을 형성하고, 시트 부재(21)의 배선부(21b)가 홈을 통과하도록 배치해도 좋다. 이 경우도, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제2 부재(22)의 이면측까지 배선부(21b)를 용이하게 배치할 수 있다.
또한, 전술한 제1 부재(20), 시트 부재(21) 및 제2 부재(22)는, 각각 복수의 부품을 조합하여 구성되어도 좋다. 예컨대, 제1 부재(20)는, 평면부(20c)를 구성하는 부품과, 오목부(24)의 측면을 구성하는 원환형의 부품을 조합하여 구성되어도 좋다.
또한, 전술한 제1 부재(20)는, 내부에 전극(20b)을 설치하여 정전척의 기능을 갖는 경우를 예로 설명했지만 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제1 부재(20)와는 별도로 정전척이 설치되어 있어도 좋다.
1 : 처리 용기
2 : 제1 배치대
2a : 배치면
4 : RF 플레이트
5 : 포커스링
7 : 제2 배치대
9 : 포커스링 히터
9a : 히터
9b : 절연체
9d : 배치면
10 : 플라즈마 처리 장치
20 : 제1 부재
20a : 절연체
20b : 전극
20c : 평면부
20d : 플랜지부
21 : 시트 부재
21a : 원형 부분
21b : 배선부
21c : 히터
21c1 : 베이스 히터
21c2 : 트림 히터
21d : 인출 배선
22 : 제2 부재
22d : 냉매 유로
22e : 면
22f : 관통 구멍
24 : 오목부
24a : 바닥면
24b : 측면
W : 웨이퍼

Claims (5)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    플라즈마 처리의 대상이 되는 피처리체가 배치되는 배치면에 대한 이면측의 상기 배치면에 대응하는 범위에 오목부가 형성된 제1 부재와,
    시트형으로 형성되고, 히터 및 상기 히터에 전력을 공급하기 위한 인출 배선이 설치되고, 상기 히터가 상기 오목부 내부의 배치면에 대응하는 영역에 위치하고, 상기 인출 배선이 상기 오목부의 측면에 위치하도록 상기 오목부 내에 배치된 시트 부재와,
    상기 시트 부재를 배치한 상기 오목부에 감합된 제2 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재는, 상기 오목부의 측면과 대향하는 면에, 상기 오목부에 대한 이면측으로 연통하는 홈 또는 관통 구멍이 형성되고,
    상기 시트 부재는, 상기 히터가 설치되고, 상기 오목부 내부의 상기 배치면에 대응하는 영역의 사이즈로 형성된 히터 부분과, 상기 인출 배선이 설치되고, 상기 히터 부분으로부터 연장된 배선부가 형성되고, 상기 배선부가 상기 제2 부재의 상기 홈 또는 상기 관통 구멍을 통과하도록 배치된
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재는, 상기 배치면을 바닥면으로 한 원통형으로 형성되고,
    상기 제1 부재의 외주면을 따라서, 포커스링이 배치되는 배치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배치대는, 상기 포커스링이 배치되는 배치면에 히터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 부재는, 내부에, 냉매 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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