KR20190085825A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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게네츠 요코가와
마사카즈 이소자키
요우스케 사카이
마사히토 모리
다카오 아라세
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

본 발명은, 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 놓여서 유지된 처리 대상의 시료가 당해 처리실 내에 형성된 플라스마를 이용해서 처리되는 플라스마 처리 장치로서, 상기 시료대 상부에 배치되고 상기 시료가 놓이는 상면을 구성하는 제1 유전체제의 판 형상의 부재가 그 상면에, 외주연(外周緣)을 따라 당해 상면의 중앙측 부분을 둘러싸서 링 형상으로 배치된 외주 볼록부와 이 외주 볼록부의 중앙측의 상기 판 형상 부재의 상면에 배치되고 그 정부 상면 상에 상기 시료가 놓이는 복수의 기둥 형상의 돌기부와, 상기 외주 볼록부의 중앙측의 상기 판 형상 부재의 상면이며 상기 돌기부의 상기 정부 상면 및 당해 정부 상면의 외주연에 이어진 측벽면을 제외하는 판 형상 부재의 상면을 덮는 제2 유전체제의 막을 구비했다.

Description

플라스마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용해서 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이며, 특히, 시료를 처리실 내에 배치된 시료대 상면의 유전체막 상에 흡착시켜서 유지한 상태에서 에칭 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
드라이 에칭으로 대표되는 플라스마 처리는, 배기 장치가 연결된 진공 용기 내부의 처리실 내에 처라용의 가스를 도입하면서, 처리실 내에 공급한 전계 또는 자계에 의해 처리용의 가스의 원자 또는 분자를 여기(勵起)해서 전리 혹은 해리시켜서 플라스마를 형성하고, 당해 플라스마 중의 입자를 이용해서 시료 표면에 미리 배치된 마스크층과 처리 대상의 막층을 포함하는 막 구조의 마스크층으로 덮여 있지 않은 처리 대상의 막층을 처리함으로써, 막 구조로부터 원하는 형상을 갖는 회로를 얻는 기술이다. 이와 같은 플라스마를 생성하는 방법으로서는, 유도 결합 방식, 전자 사이클로트론 공명 방식 및 평행 평판 방식(마그네트론 방식을 포함한다)이 주로 이용되고 있다.
유도 결합 방식의 플라스마 생성에는 주로 13.56MHz의 고주파 전력이 이용되고, 전자 사이클로트론 공명 방식에는 2.45GHz의 마이크로파대의 전계가 주로 이용된다. 이들 유도 결합 방식 및 전자 사이클로트론 공명 방식에서는, 플라스마 생성과는 별개로 피가공 시료 표면에 입사하는 이온 등의 하전 입자의 에너지를 제어할 목적으로 고주파(Radio Frequency, RF)대의 전계가 시료 또는 이것을 지지하고 있는 시료대의 내부의 전극에 공급되어, 시료 표면 위쪽에 형성된 바이어스 전위와 플라스마의 전위의 전위차에 의해 시료 표면의 방향으로 유인되는 하전 입자와의 충돌에 의해 처리 대상의 막에 대한 플라스마 중의 반응성 입자의 반응이 촉진되어 처리가 진행된다.
한편, 평행 평판 방식에서는, 종래부터 대향시켜서 배치된 평판 형상의 전극 중 어느 하나에 13.56MHz의 고주파 전력이 공급되는 것이 이용되어 왔지만, 최근 VHF대(30MHz∼300MHz)의 주파수의 전계도 이용되게 되어 있다. 또한, 유도 결합 방식이나 전자 사이클로트론 공명 방식과 마찬가지로, 시료의 표면에 입사하는 이온 등 하전 입자의 에너지를 독립적으로 제어하는 고주파(RF)의 전력도 플라스마 생성과는 별개로 이용되게 되어 있다.
또한, 플라스마 생성에 이용하는 전계와는 별개로 시료 표면에 입사시키는 하전 입자의 에너지를 조절하기 위하여 이용되는 고주파 전력의 전계는, 종래는 수백KHz 내지 수MHz의 주파수의 것이 이용되어 왔지만, 에너지의 제어성을 향상시키기 위하여 MHz대 이상의 주파수의 것이 이용되는 경향이 있다.
한편, 피가공 시료(이하, 시료)가 진공 용기의 내부에 배치되는 플라스마 처리 장치에서는, 시료를 그 상면 위쪽에 놓아 유지하는 시료대는, 진공 용기의 외부에 배치된 온도 조절 장치에 의해서 온도가 조절된 냉매가 시료대 내부의 유로에 공급되어 순환한다. 혹은, 시료대 내부에 히터 등의 가열 장치가 배치된다. 이들 구성에 의해 시료대의 온도가 사용자의 원하는 소정의 범위 내의 값으로 조절된다.
이와 같은 시료대의 구성에 있어서는 종래부터, 미리 온도가 조절된 시료대의 온도를 플라스마를 이용한 처리 중의 시료의 온도를 정밀도 좋게 처리에 적합한 범위 내의 값으로 하기 위하여, 그 상면에 놓인 시료를 정전기력을 이용해서 시료대의 상면에 흡착해서 유지하고, 그 상면의 표면과 시료의 이면 사이의 극간에 열전달성을 갖는 He 등의 가스를 공급하여, 시료와 시료대 사이의 열전달을 촉진하는 구성이 구비되어 있다.
시료를 시료대 상면 상에서 이것에 흡착시키기 위한 정전기력을 생기(生起)하는 구성으로서는, 종래부터, 알루미나(산화알루미늄) 등의 세라믹스의 재료를 시료대의 기재 상면에 용사해서 형성된 막, 혹은 세라믹스의 재료를 소성해서 판 형상으로 형성된 부재이며 기재의 상면 상에 접착된 소결체의 내부에 배치된 막 형상의 흡착용의 전극에 직류 전력이 공급되는 것이 알려져 있다. 또한, 이와 같은 정전기력에 의한 흡착(정전 흡착)을 실현하는 구성으로서는, 저항률이 매우 높은 산화알루미늄 등의 세라믹스를 이용하는 쿨롬 방식과, 비교적 저항률이 낮고 수백마이크로암페어 내지 1밀리암페어 정도의 직류 전류를 흘려보내면서 흡착시키는 존슨 라벡 방식이 알려져 있다.
또한, 세라믹스 등 유전체 재료제의 막 혹은 소결판의 내부에 복수의 정전 흡착용의 전극이 배치되고, 이들 전극에 각각 서로 다른 극성이 부여되도록 직류 전력을 공급해서 시료를 흡착시키는 다이폴형과, 전극에 양음 중 어느 하나의 극성을 부여해서 시료를 흡착하는 모노폴형이 있다. 쿨롬형을 이용하는 경우에는, 유전체제의 막의 표면에 미소한 치수의 복수의 돌기(도트)가 배치되고 시료는 그 이면이 돌기 상면과 접촉해서 유지되는 구성이 가능하고, 시료가 시료대 상면과 접촉하는 면적을 억제해서 접촉에 수반하는 시료 이면에 이물이 부착 혹은 생성되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
일반적으로, 플라스마 처리 장치에서는, 시료의 온도 및 그 면내 분포를 정밀하게 제어할 필요성으로부터, 시료와 시료대 상면을 정전 흡착시키는 정전기력은, 시료와 시료대 상면 사이의 극간에 도입되는 He 등의 가스의 압력에 의한 힘보다도 충분히 크게 해서 시료대 상면에 시료를 강하게 흡착시킬 필요가 있다.
한편, 시료의 이면이 시료대 상면에 접촉함으로써 양자의 표면의 부재가 손상하거나, 한쪽에 부착해 있던 파티클이 다른 쪽으로 재부착해서 이물로 되어 버린다는 문제가 발생할 우려가 있다. 이 이물은, 당해 시료뿐만 아니라, 당해 시료를 플라스마를 이용해서 처리한 후의 시료가 되돌려지는 시료용의 케이스에 부착하거나 다음 공정에서 미세 회로가 형성되어 있는 다른 시료의 표면에 다시 부착하거나 해서, 이물에 의한 오염을 확대시켜 플라스마 처리 장치에 있어서의 처리의 수율을 저하시켜 버리게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 시료를 정전 흡착시키는 시료대의 상면에 소정의 높이, 예를 들면 수㎛ 정도의 높이를 갖는 돌기부(도트)를 미리 복수 형성해 두고, 시료대 상면 상에 놓인 시료는 그 이면이 이들 돌기부 상면과 접촉해서 유지됨으로써, 정전 흡착력을 유지하면서 시료가 시료대 상면과 접촉하는 면적을 저감해서 상기 이물에 의한 문제의 생기를 억제할 수 있다.
이와 같은 종래의 기술의 예로서, 일본 특개2015-162490호 공보(특허문헌 1)에 개시의 것이 알려져 있었다. 본 종래 기술은, 피처리체인 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 재치(載置)대가 내부에 배치된 진공 용기 내의 처리 용기 내에 진공 용기 상부에 배치된 상부 전극과 처리 용기 내의 재치대의 내부의 하부 전극 사이에 플라스마를 형성해서 웨이퍼(W)를 처리하는 플라스마 처리 장치의 예가 개시되어 있다. 당해 플라스마 처리 장치의 재치대를 구성하는 베이스부의 상면에는 정전 척이 배치되고, 정전 척을 구성하는 상하의 유전체 레이어 및 그들 사이에 배치된 전극과, 상부의 유전체 레이어의 평탄한 상면에 배치된 복수의 돌출부를 구비하고 있다.
또한, 본 종래 기술에서는, 유전체 레이어의 상면과 돌출부를 덮어서 배치된 이트리아를 포함하는 재료로 구성된 보호막을 구비하고 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 보호막이 유전체 레이어의 평탄한 상면과 그 위쪽으로 돌출하는 복수의 돌출부의 측벽면을 덮음으로써, 파티클의 발생을 억제하는 것이 도모되어 있다.
일본 특개2015-162490호 공보
그러나, 상기한 종래 기술에서는, 다음의 점에 대하여 고려가 불충분하였기 때문에, 문제가 발생되어 있었다.
즉, 돌기부 상면에는 시료를 정전 흡착했을 때의 힘이 집중되기 때문에, 흡착 시의 손상을 방지해서 파티클이나 이물의 발생을 억제하면서 돌기부에는 기계적인 강도도 요구된다. 또한, 최근에는, 플라스마 처리 장치의 양산성을 높이기 위하여, 플라스마를 이용한 시료의 처리에 수반해서 생성된 생성물이 진공 용기 내부의 표면에 퇴적해서 형성되는 퇴적물이 시료의 교체나 다른 시료 처리 시에 부착해서 오염이 확대하는 것을 방지하기 위하여, 임의의 시료의 처리 후에 다음의 시료의 처리 전에 진공 용기 내의 시료가 처리되는 실내 표면의 퇴적물이나 부착물을 플라스마를 이용해서 제거하는 클리닝 공정이 이용되고 있다.
이와 같은 클리닝의 공정에 있어서 시료대 상면에는 시료는 놓여 있지 않은, 소위 웨이퍼리스의 경우에도, 그 상면의 재료가 클리닝용의 플라스마에 의해서 소모해서 정전 흡착하는 성능이 저하할 때까지의 기간이 짧아지거나, 진공 용기 내에 소모한 산화알루미늄에 의한 금속 오염이 발생할 우려가 있었다.
이와 같은 과제에 대하여, 특허문헌 3에 나타나는 바와 같이, 시료를 정전 흡착하기 위한 유전체제의 부재의 표면 또는 그 특정 부분을 이트리아 혹은 그 화합물, 예를 들면 산화이트륨(Y2O3)으로 피복, 또는 구성함에 의해, 소모나 오염을 억제하는 것이 가능하게 된다. 산화이트륨은 플라스마 내성(특히 불소계 라디칼을 갖는 플라스마)이 높아 거의 소모하지 않는 것이 알려져 있고, 이와 같은 재료로 구성된 막에 의해서 덮인 정전 흡착용의 유전체제의 부재는 성능의 저하가 억제됨과 함께, 알루미나 등 유전체 부재에 포함되는 금속 원소에 의한 진공 용기 내부 혹은 시료에의 오염이 억제된다고 생각할 수 있다.
그러나, 산화이트륨은, 종래 이용되고 있는 산화알루미늄에 비해서 기계적 강도가 약하기 때문에, 만약 시료대의 시료가 놓이는 상면의 돌기부의 측벽면, 혹은 돌기끼리의 사이의 상면의 평탄한 면상을 덮음으로써, 시료의 이면에의 부착물을 억제할 수 있어도, 돌기부의 상면이 시료 이면과 접촉해서 시료를 흡착시키는 정전기력이 돌기부에 가해진 상태에서 발생하는 돌기부의 변형에 의해서, 산화이트륨의 피복막이 손상되거나 파손되어서, 본래는 억제할 목적이었던 시료대 상면으로부터의 파티클을 일으켜서, 파티클이나 파편의 시료 이면에의 부착과 이것에 의한 이물을 발생시켜 버려서, 처리의 수율이 손상되어 버린다는 문제에 대하여, 상기 종래 기술에서는 고려되어 있지 않았다.
본 발명의 목적은, 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 놓여서 유지된 처리 대상의 시료가 당해 처리실 내에 형성된 플라스마를 이용해서 처리되는 플라스마 처리 장치로서, 상기 시료대 상부에 배치되고 상기 시료가 놓이는 상면을 구성하는 제1 유전체제의 판 형상의 부재가 그 상면에, 외주연(外周緣)을 따라 당해 상면의 중앙측 부분을 둘러싸서 링 형상으로 배치된 외주 볼록부와 이 외주 볼록부의 중앙측의 상기 판 형상 부재의 상면에 배치되고 그 정부(頂部) 상면 상에 상기 시료가 놓이는 복수의 기둥 형상의 돌기부와, 상기 외주 볼록부의 중앙측의 상기 판 형상 부재의 상면이며 상기 돌기부의 상기 정부 상면 및 당해 정부 상면의 외주연에 이어진 측벽면을 제외하는 판 형상 부재의 상면을 덮는 제2 유전체제의 막을 구비함에 의해 달성된다.
본 발명은, 상기 「배경기술」에 기재한 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료를 시료대에 흡착시키는 정전 흡착 기구부에 관한 것이다.
본 발명에서는, 정전 흡착에 이용하는 절연체의 주재(主材)를 산화알루미늄으로 형성하고, 산화알루미늄 표면에 접촉 면적을 억제하기 위한 도트부를 총면적의 3% 이하로 형성하고, 또한 당해 산화알루미늄 표면의 도트 영역 또는 도트 영역을 포함하는 일부 영역 이외에 산화이트륨을 4∼10㎛ 코팅하고, 정전 흡착부 표면의 90% 이상을 산화이트륨으로 덮는 구조로 했다.
본 발명에 의해, 정전 흡착 표면의 대부분을 산화이트륨으로 덮음으로써 플라스마 조사에 의한 소모나 소모에 수반하는 산화알루미늄 기인의 금속 오염을 억제할 수 있다. 또한 시료와의 접촉으로 기계적 응력이 집중되는 도트부 또는 도트부와 그 주변 일부에는 기계적 강도가 낮은 산화이트륨을 배치하지 않음으로써 산화이트륨의 기계적 파손이나 마모를 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 설명하는 도면.
도 2는 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 3은 도 2에 나타내는 본 실시예의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 도면.
도 4는 도 1에 나타내는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 정전 척의 구성의 일부를 확대해서 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 5는 도 1에 나타내는 본 발명의 실시예의 다른 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 정전 척의 구성의 일부를 확대해서 모식적으로 나타내는 종단면도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용해서 설명한다.
(실시예)
본 발명의 실시예를 도 1 내지 4를 이용해서 이하에 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 설명하는 도면이다.
도 1에 따른 플라스마 처리 장치는, 솔레노이드 코일인 전자기 코일(1)을 이용한 유(有)자장 평행 평판형의 플라스마 처리 장치이다. 본 실시예의 플라스마 처리 장치는, 진공 용기(10)와 그 위쪽에 배치되고 진공 용기(10) 내부의 공간이며 처리 대상의 시료가 재치되고 처리용의 가스가 공급되어 플라스마가 내부에 형성되는 처리실을 갖고, 진공 용기(10)의 위쪽에 배치되고 처리실의 내부에 플라스마를 형성하기 위한 전계 또는 자계를 생성하는 장치인 플라스마 형성부와, 진공 용기(10)의 하부와 연결되고 처리실 내부를 배기해서 감압하는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 포함하는 배기 장치를 구비하고 있다.
진공 용기(10)의 내부의 처리실 내에는, 그 아래쪽에 배치된 원통형을 가진 시료대(2)와, 그 상면을 구성하는 재치면의 위쪽에서 이것에 대향해서 배치되고 플라스마를 형성하기 위한 고주파 전력이 공급되는 원판 형상의 상부 전극(4)과, 이 상부 전극(4)의 시료(3)측에서 시료대(2)의 재치면에 대향해서 배치됨과 함께 처리실의 천장면을 구성하고 당해 처리실 내에 가스를 분산해서 공급하는 관통 구멍을 복수 구비한 원판 형상의 샤워 플레이트(5)가 배치되어 있다.
또한, 시료대(2)의 재치면 상에는 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료(3)가 놓여서 유지된다.
샤워 플레이트(5)와 그 위쪽에 배치된 안테나인 상부 전극(4)은, 이들이 진공 용기(10)에 부착된 상태에서 이들 사이에 극간이 형성되도록 배치되어 있다.
당해 극간은, 진공 용기(10) 외부의 가스 도입 라인(6) 및 상부 전극(4) 내에 설치된 가스 유로에 연결되고, 이들이 처리실 내에의 가스의 공급 경로로서 연통(連通)되어 있다.
본 실시예에 있어서, 처리실 내에 공급되는 시료(3)의 처리에 이용되는 처리용의 가스, 혹은 처리에는 직접적으로는 이용되지 않지만 처리용의 가스를 희석하거나 혹은 처리용의 가스가 공급되지 않는 동안에 처리실 내부에 공급되어 처리용의 가스와 교체되는 불활성 가스는, 가스 도입 라인(6)으로부터 상부 전극(4) 내에 설치된 가스 유로를 통해서 당해 극간에 공급되어 그 내부에서 분산된 후, 샤워 플레이트(5)의 중앙부를 포함하는 영역에 배치된 복수의 관통 구멍을 통하여 처리실 내부에 공급된다.
상부 전극(4)은 도전성 재료인 알루미늄 또는 스테인리스 등의 금속 재료로 구성된 원판 형상의 부재이며 그 상면의 중앙부에 플라스마 형성용의 고주파 전력이 전달되는 동축 케이블이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 상부 전극(4)은, 냉매의 온도를 소정의 범위로 조절하는 칠러 등의 온도 제어 장치와 연결되고 당해 냉매가 공급되는 상부 전극용 냉매 유로(7)를 내부에 갖고 있다.
상부 전극용 냉매 유로(7)의 내부를 냉매가 순환하면서 열교환함에 의해서 상부 전극(4)의 온도가 처리에 적절한 값의 범위 내로 조절된다.
본 실시예의 상부 전극(4)에는, 동축 케이블을 통해서 이것과 전기적으로 접속된 방전용 고주파 전원(8)으로부터 플라스마 형성용의 고주파 전력이 방전용 고주파 전력 정합기(9)를 통해서 공급된다.
샤워 플레이트(5)는, 상면 형태가 원판의 형상을 가진 석영 등의 유전체 혹은 실리콘 등의 반도체제의 부재이다. 상부 전극(4)에 고주파 전력이 인가된 결과, 상부 전극(4)의 표면으로부터 방출되는 전계가 샤워 플레이트(5)의 표면에 전계가 형성 혹은 샤워 플레이트(5)를 투과해서 처리실 내에 전계가 방출된다. 또한, 본 실시예에서는, 진공 용기(10)의 외부이며 처리실의 상부의 위쪽과 옆쪽을 둘러싸서 배치된 전자기 코일(1)이 형성하는 자계가 처리실 내부에 공급된다.
당해 자계와 상기 고주파의 전계의 상호 작용에 의해, 처리실 내부에 공급된 처리용의 가스 또는 불활성 가스의 원자 또는 분자가 여기되고, 전리 또는 해리해서 플라스마(11)가 처리실 내에 형성된다. 본 실시예에서는, 플라스마를 형성하기 위한 고주파 전력으로서 초고주파대(VHF대)역의 주파수인 200MHz의 전력이 이용된다.
또한, 진공 용기(10)의 상부를 구성하고 진공 용기(10)를 개폐하는 덮개 부재와 이 내측에 배치된 상부 전극(4) 사이에는, 상부 전극(4)의 위쪽이나 옆쪽에 배치되고 석영이나 테프론(등록상표) 등의 유전체로 구성되고 링 형상의 상부 전극 절연체(12)가 배치되어 있다. 상부 전극 절연체(12)에 의해 상부 전극(4)은, 진공 용기(10)의 상부를 구성하고 진공 용기(10)를 개폐하는 덮개 부재로부터 전기적으로 절연되어 있다.
또한, 마찬가지로 샤워 플레이트(5) 주변에는 석영 등의 유전체로 구성되는 절연링(13)이 배치되고 덮개 부재로부터 절연되어 있다. 이들 상부 전극 절연체(12)와 절연링(13)과 상부 전극(4), 샤워 플레이트(5)는, 덮개 부재의 개폐의 동작 시에 덮개 부재와 일체로서 회동한다.
원통형을 가진 진공 용기(10)는, 그 측벽이 도시하지 않은 진공 용기이며 감압된 내부의 공간인 반송실 내를 시료(3)가 반송되는 반송 용기와 연결되어 있다. 이들 사이에는 시료(3)가 출입되는 통로가 배치되어 있고, 반송실의 내측에는, 통로의 개구로서의 게이트 및 당해 게이트의 주위의 반송실 내측벽과 맞닿아서 게이트를 폐색하는 게이트 밸브가 배치되어 있다. 게이트 밸브는, 게이트에 대하여 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 반송실 내측벽과 맞닿는 면 상에 O링 등의 시일 부재를 구비하고, 진공 용기(10) 내부에 반송된 시료(3)가 처리될 경우에, 상하 방향으로 이동해서 당해 게이트를 둘러싸는 반송실 내측벽에 O링을 맞닿게 해서 이것을 폐색함으로써, 진공 용기(10) 및 통로 내부를 반송실에 대해서 기밀하게 봉지(封止)한다.
처리실 내의 시료대(2)의 아래쪽의 진공 용기(10)의 하부에는, 처리실 내부를 배기하는 진공 펌프와 연통하는 배기용의 개구가 배치되어 있다. 당해 배기용의 개구와 진공 펌프 사이에서 이들을 연결하는 배기용의 관로 상에는, 그 내부의 배기용의 유로를 가로질러 배치된 축 둘레로 회전해서 유로의 배기의 방향에 대한 단면적을 증감시키는 판 형상의 밸브인 압력 조정 밸브(26)가 배치되어 있다.
압력 조정 밸브(26)의 판 형상의 부재가 회전해서 각도가 조절되어 당해 단면적이 증감됨에 의해, 처리실로부터의 배기의 유량 또는 속도가 증감된다. 본 실시예에서는, 처리실 내부의 압력은, 샤워 플레이트(5)의 관통 구멍으로부터 공급되는 가스의 유량 또는 속도와 배기용의 개구로부터 배출되는 가스나 입자의 유량 또는 속도의 밸런스에 의해, 원하는 값의 범위 내로 되도록, 도시하지 않은 제어 장치에 의해 조절된다.
다음으로, 시료대(2) 주변의 구조를 설명한다. 본 실시예의 시료대(2)는 처리실의 아래쪽의 중앙부에 배치된 원통형을 가진 대(臺)로서, 그 내부에 원통형 또는 원판 형상을 가진 금속제의 기재(2a)를 구비하고 있다. 본 실시예의 기재(2a)는, 동축 케이블을 포함하는 급전(給電) 경로에 의해 바이어스용 고주파 전원(20)과 당해 급전 경로 상에 배치된 바이어스용 고주파 전력 정합기(21)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다.
이 구성에 의해, 기재(2a)에는 플라스마 생성용 고주파 전력과는 별개로 다른 주파수(본 예에서는 4MHz)의 고주파 전력이 공급된다. 기재(2a)에 공급된 고주파 전력에 의해서, 플라스마 중의 이온 등 하전 입자를 시료(3)의 상면 또는 시료 재치면에 유인하기 위한 바이어스 전위가 이들의 위쪽에 형성된다. 즉, 상부 전극(4)의 아래쪽에 있어서 기재(2a)는 바이어스용 고주파 전력이 인가되는 하부 전극으로서 기능한다.
또한, 기재(2a)의 내부에는 냉매 유로(19)가 다중의 동심 형상 또는 나선 형상으로 배치되어 있다. 냉매 유로(19)에는, 기재(2a) 또는 시료 재치면의 온도를 시료(3)의 처리에 적합한 온도로 조절하기 위하여 공급되는 소정의 온도의 냉매가 내부를 순환해서 통류(通流)한다.
기재(2a)의 상면에는, 알루미나 혹은 이트리아 등의 유전체제의 정전 흡착막(14)이 배치되어 있다. 정전 흡착막(14)의 내부에는, 시료(3)를 정전 흡착시키기 위한 직류 전력이 공급되는 텅스텐 등의 금속제의 막 형상의 전극(15)이 배치되어 있다. 전극(15)은 그 이면이 기재(2a)를 관통하는 관통 구멍의 내부에 배치된 급전 경로(27)를 통해서 직류 전원(17)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 기재(2a)의 아래쪽이며 시료대(2)의 내부의 급전 경로(27) 상에는 저항 또는 코일 등의 소자(32)가 배치되고, 당해 소자(32)는 접지된 바이어스용 고주파 전력 정합기(21) 및 이것을 통해서 바이어스용 고주파 전원(20)과 같이 동축 케이블을 구비한 급전 경로에 의해서 접속되어 있다. 또한, 관통 구멍의 아래쪽이며 시료대(2)의 내부의 급전 경로(27) 상에는 저항 또는 코일 등의 소자(32)가 배치되고, 당해 소자(32)는 접지된 저역 통과 필터(16)를 통해서 직류 전원(17)과 접속되어 있다.
본 실시예의 직류 전원(17) 및 바이어스용 고주파 전원(20)은, 그 일단측의 단자는 접지되거나 어스에 전기적으로 접속되어 있다.
저역 통과 필터(16) 및 바이어스용 고주파 전력 정합기(21)는, 직류 전원(17) 및 바이어스용 고주파 전원(20)에 방전용 고주파 전원(8)으로부터의 플라스마 형성용의 고주파 전력이 유입하는 것을 억제하기 위하여 배치되어 있다. 보다 높은 주파수의 전류의 흐름을 방해해서 필터링(여과)하는 저역 통과 필터(16)에 의해 직류 전원(17)으로부터의 직류 전력 혹은 바이어스용 고주파 전원(20)으로부터의 고주파 전력은 손실 없이 각각 정전 흡착막(14) 및 시료대(2)에 공급되지만, 시료대(2)측으로부터 직류 전원(17) 및 바이어스용 고주파 전원(20)에 유입하는 플라스마 형성용의 고주파 전력은 저역 통과 필터(16) 또는 바이어스용 고주파 전력 정합기(21)를 통해서 어스로 흘려보내진다. 또, 도 1 중의 바이어스용 고주파 전원(20)으로부터의 급전의 경로 상에는 저역 통과 필터(16)는 도시되어 있지 않지만, 마찬가지의 효과를 갖는 회로가 도시하는 바이어스용 고주파 전력 정합기(21) 내에 내장되어 있다.
도 1에 나타내는 실시예는, 정전 흡착막(14)의 내부에 배치된 막 형상의 전극(15)을 복수 구비하고 있다.
이들 중 한쪽과 다른 쪽에는, 각각에서 서로 다른 극성을 갖도록 직류 전압이 공급되어, 양극성의 정전 흡착을 행하는 것으로 되어 있다. 이 때문에, 정전 흡착막(14)과 시료(3)의 접촉면의 면적이 2등분 되었거나 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 범위 내의 값으로 전극(15)이 두 영역으로 나눠져 배치되고, 각각에 독립한 값의 직류 전력이 공급되어, 서로 다른 값의 전압으로 유지된다.
시료대(2)는, 이것을 구성하는 기재(2a) 및 정전 흡착막(14)를 관통해서 배치되고 He 등 열전달성을 가진 가스가 내부를 통류하는 열전달 가스용의 관통 구멍이 배치되어 있다. 정전 흡착막(14) 상면 위쪽에 배치되고 이것에 정전 흡착된 시료(3)의 이면과 정전 흡착막(14) 상면 사이의 극간에는, 상기 관통 구멍의 내부를 통하여 정전 흡착막(14) 상면의 개구로부터 헬륨 공급 수단(18)으로부터 헬륨 가스가 공급된다. 공급된 열전달성을 가진 헬륨 가스에 의해 시료(3)와 정전 흡착막(14) 사이의 열전달이 향상되고, 기재(2a) 내부의 냉매 유로(19)와의 열의 교환량이 증대해서 시료(3)의 온도를 조절하는 효율이 높아진다.
기재(2a)의 아래쪽에는, 테프론 등으로 형성되는 원판 형상의 절연판(22)이 배치되어 있다. 절연판(22)이 배치됨으로써, 접지되거나 어스와 전기적으로 접속되고 접지 전위로 된 기재(2a)가 아래쪽의 부재로부터 절연되어 있다.
또한, 기재(2a)의 측면의 주위에는 이것을 둘러싸고 접속되어 배치되고 알루미나 등의 유전체제의 링 형상의 절연층(23)이 배치되어 있다. 기재(2a)의 아래쪽에서 이것과 접속되어 배치된 절연판(22)의 아래쪽과 주위 및 그 위쪽의 절연층(23)의 주위에는, 접지되거나 어스와 전기적으로 접속되어 접지 전위로 된 도전성 재료로 구성된 도전판(29)이 배치되어 있다.
도전판(29)은, 위쪽으로부터 보았을 때 원형이거나 그렇다고 간주할 수 있을 정도의 근사한 형상을 가진 판 부재로서, 그 중앙부에, 절연판(22), 절연층(23)을 사이에 두고 기재(2a)가 내측에 배치되고, 기재(2a)의 하면과 측면이 둘러싸여서 배치된 오목부를 구비하고 있다. 또한, 오목부의 외주측의 위치에는 중앙측으로부터 외주측에 수평 방향으로 연재(延在)하는 판 형상의 플랜지부인 차폐판(24)을 갖고 있다. 차폐판(24)은, 처리실 내의 시료대(2)의 위쪽에 형성되는 플라스마를 처리실 내부의 상부에 치우치게 해서, 소위, 가두기 위해서 배치된 것이고, 판 형상의 플랜지부에 가스나 입자를 상하 방향으로 통과시키기 위하여 복수의 구멍을 구비하고 있다.
또한, 시료대(2)의 상부의 정전 흡착막(14)의 대략 원형을 가진 시료 재치면의 외주측의 개소에는, 석영 등의 내플라스마성을 가진 유전체로 구성되는 링 형상의 서셉터링(25)이, 기재(2a)의 외주부의 상면 위쪽에 놓이고 시료 재치면을 둘러싸서 배치되어 있다. 서셉터링(25)은, 그 외주연부는 절연층(23)의 상면에 놓이고 이것을 덮어서 배치되어 있다.
또한, 기재(2a) 및 링 형상의 절연층(23)과 이들의 하면에 접해서 아래쪽에 배치된 원판 형상의 절연판(22)을 중앙부의 오목부의 내측에 갖고, 절연판(22)과 절연층(23)의 측면을 오목부의 측벽이 둘러싸서 배치된 접지 전위의 도전판(29), 및 그 외주측의 부위이며 중앙측으로부터 외주측에 연재하고 진공 용기(10)의 처리실 내벽면에 그 선단이 근접 또는 접촉하여 있는 차폐판(24)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시예의 도체판(29)은, 도시하고 있지 않지만 접지되거나 어스와 전기적으로 접속되어 접지 전위로 되어 있다.
도전판(29)은 도전성의 재료로 구성되어 있지만, 플라스마에 면하는 차폐판(24)은 적어도, 알루미늄 등의 도전성의 재료로 구성된 부재와 그 표면에 양극 산화 처리되어 형성된 알루마이트 피막 또는 세라믹스 등의 유전체의 재료가 용사되어 형성된 피막을 갖고 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 차폐판(24)에는, 복수의 가스 통과 구멍(30)이 형성되어 있고, 샤워 플레이트(5)로부터 공급된 프로세스 가스나 처리실 내의 플라스마 혹은 생성물의 입자가 가스 통과 구멍(30)의 내측을 통과해서 시료대(2) 아래쪽의 배기용의 개구를 향해서 시료대(2)의 외주측의 처리실 내 공간을 흐르는 구성으로 되어 있다.
또한, 정전 흡착용의 직류 전원(17)과 텅스텐제의 전극(15) 사이를 전기적으로 접속하는 급전 경로(27) 및 바이어스용 고주파 전원(20)과 기재(20a) 사이에서 이들을 전기적으로 접속하는 동축 케이블을 포함하는 급전 경로 상에는 저항 또는 코일을 포함하는 소자(32)가 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 급전 경로(27) 상에 있어서 저역 통과 필터(16)와 텅스텐 전극(15) 사이에 배치되는 소자(32)를 1000Ω의 저항으로 구성된 것으로 하고, 바이어스용 전원(20)과 기재(2a) 사이의 급전 경로 상이며 바이어스용 고주파 전력 정합기(21)와 기재(2a) 사이에 배치되는 소자(32)를 0.5μH(플라스마 형성용 고주파 전력에 이용하는 200MHz의 전력에 대해서 628Ω의 임피던스를 갖는 것)의 인덕턴스를 갖는 것, 예를 들면 코일을 포함하는 소자로 했다.
도 2 및 도 3을 이용해서 본 실시예의 시료대의 구성을 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 본 실시예의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 2의 (b)는, 시료대(2)의 상면을 위쪽으로부터 본 상면도, 도 3는 도 2의 (b)의 A-A선을 따른 종단면도를 나타내고 있다.
도 2에 나타내는 예에서는, 시료대(2)의 주요부인 기재(2a) 및 그 상면 위쪽에 배치된 정전 척(201)의 구성을 확대해서 나타나 있지만, 도 1에 나타내는 실시예에서는 다른 부재도 시료대(2)를 구성하는 부재로서 배치되어 있고, 도 2에서는 이들은 생략되어 있다.
도 2에 나타내는 예에 있어서, 시료대(2)의 내부에 배치된 원통형 또는 원판 형상을 갖고 금속으로 형성되는 기재(2a)는, 도시하지 않은 바이어스용 고주파 전원(20)과 바이어스용 고주파 전력 정합기(21)를 통해서 동축 케이블 등으로 구성된 급전 경로에 의해 접속되어 있다. 또한, 기재(2a)의 내부에는, 도시하지 않은 온도 조절기에 의해 그 온도가 조절된 냉매가 내부를 통류하는 냉매 유로(19)가, 기재(2a)의 중심 둘레에 동심 형상으로 다중 혹은 나선 형상으로 배치되어 있다. 본 예는, 기재(2a) 또는 시료대(2)의 온도를, 온도가 조절된 냉매를 시료대(2) 내부의 냉매 유로(19)에 순환시키는 것만으로 행하고 있지만, 기재(2a)의 내부이며 냉매 유로(19)와 기재(2a) 위쪽에 놓이는 정전 척(201) 사이에 히터 등의 가열 혹은 온도 조절의 수단이 배치되어 있어도 된다.
기재(2a) 상면의 위쪽에는, 원형 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 형상을 가진 판 형상의 부재를 포함해서 구성된 정전 척(201)이 기재(2a) 상면과의 사이에 수지제의 접착층(204)을 사이에 두고 상호 접속되어 배치되어 있다. 또한, 시료대(2)는, 기재(2a), 접착층(204), 정전 척(201)을 관통해서 배치된 복수의 관통 구멍을 구비하고 있다. 본 예의 시료대(2)의 관통 구멍은, 시료를 선단에 놓은 상태에서 상하해서 시료(3)를 시료대(2) 위쪽에서 상하 움직이는 압상(押上) 핀이 내부에 배치된 압상 핀 구멍(205), 및 시료(3)가 정전 척(201) 상면 상에 놓인 상태에서 시료(3) 이면과 정전 척(201) 상면 사이의 극간에 공급되는 He 등의 열전달성을 가진 가스가 내부를 통류하는 열전달 가스 공급 구멍(207)을 각각 복수 개 포함하고 있다.
정전 척(201)은, 크게 나눠서 산화알루미늄(Al2O3) 또는 이것을 포함한 세라믹스 재료가 소정의 형상으로 소성되어 형성된 소결판으로 구성된 흡착판(202)과, 흡착판(202)의 상면을 피복해서 배치되고 정전 척(201)의 상면을 구성하는 표면막(206)을 구비하고 있다. 흡착판(202)의 내부에는, 도시하지 않은 직류 전원(17)과 저역 통과 필터(16)를 통해서 접속된 복수의 막 형상의 전극(15)이 배치되어 있다. 본 예의 흡착판(202)은, 내부에 텅스텐 등의 금속의 전극(15)용의 재료가 배치된 세라믹스 재료가 형틀의 내부에서 소성되어 형성된 것이다. 또, 상기한 온도 조절의 수단으로서 접착층(204)과 기재(2a) 상면 사이에, 그 내부에 히터용의 막 형상의 전극이 배치되고 용사법에 의해서 형성된 세라믹스 등 유전체제의 막이 배치되어 있어도 된다.
진공 용기(10)에 연결된 반송실로부터 진공 용기(11) 내부의 처리실에, 반송실 내부에 배치되고 복수의 암(arm)이 연결되어 신축 가능하게 구성된 암을 구비하는 반송용 로봇의 암 선단부에 놓여서 시료(3)가 반송되고, 시료대(2) 위쪽으로 운반되면, 시료대(2) 내부의 복수의 압상 핀 구멍(207) 내부에 수납된 복수 개(본 예에서는 3개)의 압상 핀이 도시하지 않은 구동 장치의 구동에 의해 위쪽으로 이동해서 압상 핀의 선단이 정전 척(201) 상면 위쪽으로 돌출하여 암 상에 유지된 시료(3)의 이면에 접한다. 또한, 압상 핀이 위쪽으로 이동함으로써 시료(3)가 더 위쪽으로 들어올려짐으로써, 시료(3)가 암으로부터 압상 핀에 건네 받아진다. 암이 수축함으로써 진공 용기(11) 내부로부터 반송실로 퇴출하면, 진공 용기(11)의 게이트가 게이트 밸브에 의해 닫혀 밀봉된다. 시료(3)는, 압상 핀이 아래쪽으로 이동해서 시료대(3)의 압상 핀 구멍(205) 내부에 수납됨으로써, 정전 척(201) 상면에 재치된다.
이 상태에서, 전극(15)에 직류 전원으로부터 전력이 공급되어 복수의 전극(15)이 서로 다른 극성을 가짐으로써, 전극(15)과 시료(3) 사이의 정전 척(201) 내부에 생기된 양음의 전하에 의해, 시료(3)가 정전 척(201) 상면에 흡착된다. 이 상태에서, 열전달 가스 구멍(207)을 통해서 시료(3) 이면과 정전 척(201) 상면 사이에 He 등의 열전달성을 갖는 가스가 공급되고, 소정의 온도로 된 냉매가 냉매 유로(19)에 공급되어 순환함으로써 온도가 조절되는 기재(2a)와의 사이의 열의 전달이 촉진된다.
또한, 시료대(2) 아래쪽의 처리실 저면에 배치된 배기용의 개구에 연결된 배기 장치가 구동됨으로써, 진공 용기(11) 내부의 처리실이 배기됨과 함께, 샤워 플레이트(5)의 관통 구멍을 통해서 처리용의 가스가 공급되고, 처리실 내에 공급되는 처리용의 가스의 유량 또는 속도와, 배기용의 개구로부터의 배기의 유량 또는 속도의 밸런스에 의해, 처리실 내의 압력이 처리의 개시에 적합한 범위 내의 값으로 조절된다. 처리실 내에, 방전용 고주파 전원(8)으로부터의 플라스마 형성용의 고주파 전력이 상부 전극(4)에 공급되어 석영 등의 유전체제의 샤워 플레이트(5)를 통해서 플라스마 형성용의 전계가 공급됨과 함께, 전자기 코일(1)에 의해 형성된 자계가 공급되어, 처리용의 가스의 원자 또는 분자가 여기되어 전리 혹은 해리해서 처리실 내의 시료대(2) 위쪽에 플라스마(11)가 형성된다.
플라스마 형성용의 고주파 전력보다 주파수가 작은 바이어스 형성용 고주파 전원(20)으로부터의 바이어스 형성용의 고주파 전력이 기재(2a)에 공급되어, 시료(3) 상면 위쪽에 바이어스 전위가 형성되고, 플라스마(11)와의 전위차에 따라서 플라스마(11) 내의 이온 등 하전 입자가 시료(3) 표면에 유인되어 충돌하여 당해 표면에 미리 배치된 처리 대상의 막의 처리가 개시된다. 냉매에 의해 소정의 범위 내의 온도로 조절된 기재(2a)와의 사이에서 열이 전달되면서 시료(3)의 처리가 진행되고, 도시하지 않은 판정기에 의해 처리의 종점이 검출되면, 바이어스 형성용의 고주파 전력의 기재(2a)에의 공급이 정지되어 처리가 정지되고 플라스마(11)가 소화된다. 이 후, 전극(15)이 처리 중과는 다른 극성이 부여되어 시료(3)를 흡착하고 있던 정전기력이 저감된 후, 압상 핀이 위쪽으로 구동되어 시료(3)가 정전 척(201) 위쪽으로 들어올려진다.
이 후, 게이트 밸브가 구동되어 개방된 게이트를 통하여 반송실 내의 반송용 로봇의 암이 처리실 내에 진입해서 선단부를 시료(3)와 정전 척(201) 사이에 위치시킨 상태에서, 압상 핀이 다시 하강해서 압상 핀 구멍(205) 내에 수납됨으로써 시료(3)가 압상 핀으로부터 암 선단부에 건네 받아진다. 암이 그 수축에 의해 게이트로부터 반송실 내에 퇴출하면 시료(3)가 암에 놓여서 진공 용기(11) 내부로부터 반출되고, 다음으로 처리될 예정의 시료(3)가 존재하는 경우에는, 상기와 마찬가지의 동작에 의해 다음의 시료(3)가 처리실 내에서 처리되고, 처리되어야 할 다음의 시료(3)가 없다고 판단되면, 본 예의 플라스마 처리 장치의 반도체 디바이스 제조용의 운전이 정지된다.
도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 정전 척(201)은 그 상면에 복수 개의 돌기 혹은 볼록 형상 부분을 구비하고, 그 상면 위쪽에 시료(3)가 놓인다. 볼록 형상의 부분은, 흡착판(202)의 외주연을 따라 흡착판(202) 상면의 중앙측 부분을 둘러싸서 링 형상으로 배치된 외주 볼록부(305) 및 압상 핀 구멍(205)의 상단 개구의 주위에서 이것을 둘러싸서 링 형상으로 배치된 복수(본 예에서는 3개)의 내측 볼록부(306), 그리고 외주 볼록부(305), 내측 볼록부(306) 사이의 흡착판(202) 상면에 배치되고 원통 또는 원추대(圓錐臺) 형상을 구비한 돌기 부분이며 상단면이 내측 볼록부(306)의 내경보다 작은 직경을 가진 복수의 기둥 형상의 도트부(304)를 구비하고 있다. 본 예의 3개의 압상 핀 구멍(205)은, 그 상단의 개구의 중심이 정전 척(201)을 위쪽으로부터 보았을 때 원형을 가진 흡착판(202)의 중심의 둘레에, 같거나 또는 동등하게 간주할 수 있을 정도로 근사한 각도를 이루고, 중심으로부터 같거나 또는 동등한 반경 위치에 배치된다.
복수의 도트부(304)는, 외주 볼록부(305)의 내측의 흡착판(202) 상면의 전체에 걸쳐 각각의 거리는 반드시 같지는 않지만 단위 면적당의 도트부(304)의 상단면의 면적은 균등 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 값으로 되도록 또한 높이 H1도 같거나 혹은 동등하게 되도록 미리 1300개 형성된다. 또한, 본 실시예의 흡착판(202)의 상면은, 도트부(304)의 상단부를 제외하고, 외주 볼록부(305), 내측 볼록부(306) 상단면도 포함해서 유전체제의 재료로 구성된 표면막(206)에 의해 피복되어 있다. 이 상태에서, 각 도트부(304)끼리의 사이의 흡착판(202)의 상면도 표면막(206)에 의해 피복되고, 이 도트부(304)끼리의 사이의 표면막(206)의 상면은, 표면막(206)을 갖지 않는 도트부(304) 상단면보다도 낮게 되어 있다.
도 3에서는, 도트부(304)의 크기 및 개수는 모식화해서 표시되어 있고, 도시되는 도트부(304)의 개수는 실제의 것과는 다른 것이다. 외주 볼록부(305)는, 시료(3)가 정전 척(201) 상면에 놓여서 정전 흡착되었을 때에, 시료(3) 이면의 외주연부와 외주 볼록부(305)의 상단면이 맞닿아서, 양자에 흡착력이 인가된다. 시료(3) 이면과 정전 척(201) 상면 사이의 극간과 외주 볼록부(305) 외주측의 처리실 내의 공간 사이를 대략 기밀하게 구획하고, 당해 극간에 공급되는 헬륨 등의 열전달성을 갖는 가스를 극간 내에 밀폐하여 처리실 내에 누설되는 것을 억제한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 예의 흡착판(202)은 Al2O3을 포함하는 세라믹스 재료를 소성시켜서 형성된 소결판이고, 외주연부에 링 형상으로 배치되고 반경 방향에 대한 폭 W를 가진 평탄한 상단면의 높이가 흡착판(202)의 중앙측의 부분의 상면보다 높게 된 외주 볼록부(305)와, 그 내측에 배치되고 직경 D를 갖는 평탄한 원형 형상의 상단면의 높이가 주위보다 높게 된 원통 형상을 가진 도트부(304)를 구비하고 있다. 외주 볼록부(305)의 상면을 포함하는 흡착판(202)의 상면은, 도트부(304)의 상면, 측벽면 및 도트부(304)의 측벽 하단부의 주위의 흡착판(202)의 상면의 링 형상의 영역을 제외하고, 산화이트륨(Y2O3)을 포함하는 세라믹스제의 재료를 포함해서 구성된 표면막(206)으로 덮여 있다.
표면막(206)은 외주 볼록부(305)의 상면과 내주측의 측벽면도 덮어서 배치되고, 도트부(304)와 외주 볼록부(305)까지의 사이의 흡착판(202)의 상면을 비우지 않고 덮고 있다. 이와 같이 외주 볼록부(305)의 중앙측의 흡착판(202) 상면을 덮는 표면막(206)의 상면은 높이가 도트부(304)의 상단면의 높이보다 낮게 되어 있고, 시료(3)가 정전 척(201) 상에 놓여서 정전 흡착된 상태에서 비접촉면(301)을 구성한다. 본 실시예에서는 도 3에 나타내는 바와 같이 이들 사이의 거리는 H2로 나타나고, 도트부(304)의 근방의 흡착판(202)의 상면으로부터의 높이 H1보다 작게 되어 있다.
또, 도 3에 나타나는 바와 같이, 본 예에서는, 흡착판(202) 내부의 외주 볼록부(305) 및 도트부(304)의 아래쪽의 투영 영역에는 전극(15)이 배치되고, 전극(15)에 공급되는 직류 전력에 의해 형성되는 전하가 외주 볼록부(305) 그리고 도트부(304)를 통해서 형성되어 있다. 이것에 의해, 이들 상면과 그 위쪽에 놓인 시료(3)의 이면 사이에 정전기에 의한 압부(押付)력이 작용하도록 구성되어 있다.
본 실시예의 도트부(304)의 하단부를 포함해서 이것의 주위를 둘러싸는 링 형상의 흡착판(202) 상면의 영역은, 흡착막(22)이 배치되어 있지 않은 비피복부(303)로 되어 있다. 즉, 원통형을 갖는 도트부(304)의 주위에 배치된 표면막(206)은, 원통형의 도트부(304)의 측벽의 하단부로부터 거리를 두고 배치되어 있다. 이것에 의해, 도트부(304)의 원형의 상단면 및 원통 또는 원추대 형상의 측벽 그리고 하단의 주위의 흡착판(202) 상면은, 시료(3)가 정전 척(201)에 놓인 상태에서는 시료(3) 이면과 접촉하지 않고 시료(3)와 정전 척(201) 사이의 극간을 구성하는 공간에, 시료(3)가 놓여 있지 않은 상태에서는 처리실 내의 공간에 노출된다.
또, 본 실시예에서는, 원판 형상을 가진 정전 척(201)은 직경 φ가 295㎜이고 상면의 면적은 683.1㎠이다. 또한, 표면막(206)에 의해 피복되어 있지 않은 영역(7)의 총면적은, 약 22.9㎠(도트부(4) 및 도트 주변의 산화이트륨이 코팅되어 있지 않은 부분의 면적×도트수)이고, 정전 흡착면의 총면적에 대한 산화이트륨의 피복률은 약 96.7%이다.
본 예의 흡착막(206)은, 두께가 5㎛인 Y2O3(산화이트륨)이 PVD(Physical Vapor Deposition)법에 의해 형성된다. 또한, 도트부(304)의 높이 H1은 15㎛이고, 직경 D는 1㎜로 되어 있다. 또한, 외주 볼록부(305) 상면을 덮는 표면막(206) 상면인 외주 시일부(32) 표면과 외주 볼록부(305)의 중앙측의 표면막(206)의 비접촉면(301) 사이의 높이의 차 H2는, 외주 시일부(32)의 단차의 높이에 동등한 것으로서, 10㎛로 되어 있다. 그리고, 도트부(304) 상단면과 시일부(32) 상면의 상하 방향의 높이 위치는 동등하거나 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 것으로 되고, 환언하면 동일면 상에 위치하도록 구성되고, 도트부(304) 상단면과 시일부(32) 상면은, 시료(3)가 정전 척(201) 상에 정전 흡착된 상태에서, 마찬가지로 시료(3) 이면에 맞닿는다.
또한, 도트부(304)의 주위의 표면막(206)에 의해 피복되어 있지 않은 비피복부(303)는, 그 외주단의 위치, 즉, 도트부(304)의 외주에서 이것을 둘러싸는 표면막(206)의 내주단의 직경은, 도트부(304) 직경의 1.5배 이내의 범위로 되어 있다. 본 실시예에서는, 원통형으로 되고 도트부(304)는 직경이 1㎜로 되므로, 비피복부(303)의 직경은 φ1.5㎜로 된다. 또한, 외주 볼록부(305)의 폭 W는 3㎜로 되어 있다.
상기한 실시예와 같이, 90% 이상의 피복률로 산화이트륨제의 표면막(206)에 의해 산화알루미늄제의 흡착판(202)의 상면이 덮임에 의해, 플라스마(11)에 노출된 부분은 종래 기술보다 현저하게 저감되어, 플라스마(11) 내의 입자와의 상호 작용에 의해 소모되는 흡착판(202)의 산화알루미늄의 총량이 억제된다. 이것에 의해, 산화알루미늄과 플라스마(11) 내의 입자가 작용함에 의해 진공 용기(11) 내부의 처리실 내에 알루미늄(Al)이나 마그네슘(Mg) 등의 금속종이 확산하는 것이 억제되어, 처리 대상의 시료(3)에 대한 금속에 의한 오염이 억제된다.
산화이트륨은 플라스마(11)에 의한 소모는 산화알루미늄과 비교해서 현저하게 적어, 산화이트륨의 소모에 수반하는 처리실 내에의 오염을 생기하는 원인으로 되는 물질의 확산을 대폭 저하할 수 있다. 흡착판(202) 상면의 표면막(206)의 피복률이 높을수록 오염을 억제하는 효과는 커지지만, 90% 이상을 산화이트륨을 주성분으로 하는 표면막(206)으로 피복함으로써, 충분히 금속에 의한 오염을 억제하는 것이 가능하게 된다.
금속 오염 방지의 관점에서만 본다면, 표면막(206)은 도트부(304)의 모든 표면을 포함해서 흡착판(202) 상면 모두에 걸쳐 피복되는 것이 바람직하다. 그러나, 산화이트륨의 기계적 강도는 산화알루미늄과 비교해서 현저하게 낮은 것이 알려져 있고, 시료(3)와 정전 흡착에 수반해서 맞닿는 개소에 배치된 경우에는, 양자의 접촉 혹은 압부력에 의해서 국소적으로 발생하는 과도한 응력에 기인해서 산화이트륨이 손상, 파손되어 버려서, 그 파편이 처리실 내에 유리(遊離)해서 시료(3)나 다른 처리실의 내표면에 부착해서 이물을 생기해 버린다.
특허문헌 1은, 본 실시예의 도트부(304)에 상당하는 돌출부의 정부(頂部) 상면에는 산화이트륨이 배치되어 있지 않은 구성이 개시되어 있다. 이 구성에 의하면, 가장 큰 응력이 형성된다고 추정되는 돌출부의 정부 상면의 피막이 파손되는 것은 회피된다. 그러나, 본 실시예의 도트부(304)의 높이 H1은 수㎛ 내지 수십㎛의 범위 내의 것으로 설정되며, 또한 흡착판(202)의 상면 전체에서 각 도트부(304)의 높이 H1에는 불균일이 발생하는 것은 실질적으로 피할 수 없다. 이 결과로서, 도트부(304)의 정부뿐만 아니라 도트부(304)에 의해서는 정부 상단면 근방의 측벽면을 구성하는 부재에도 응력이 가해지게 되어, 이 근방의 측벽면을 덮는 산화이트륨을 포함하는 표면막(206)에 파손이 발생할 우려가 있다.
본 실시예에서는, 이 시료(3)와의 접촉에 수반하는 국소적인 응력에 의해 표면막의 파손이 발생해서 처리실 혹은 시료(3)의 오염이 생기하는 것을 억제하기 위하여, 도트부(304)의 정부 상면 및 측벽면 그리고 도트부(304) 하단의 외주를 링 형상으로 둘러싸는 흡착판(202)의 표면에는 산화이트륨을 포함해서 구성된 표면막(206)이 배치되어 있지 않다. 이 때문에, 시료(3)가 접촉하거나 혹은 흡착됨으로써 도트부(304)의 정부 상면과 그 외주연을 둘러싸는 근방의 측벽면에 발생하는 응력에 기인해서 표면막(206)이 손상되거나 결손되어서 이물의 원인으로 되는 파편이나 입자가 발생하는 것이 발생된다.
상기한 실시예에 있어서, 도트부(304)의 표면 및 그 주위의 흡착판(202) 상면에 산화이트륨의 표면막(206)이 설치되어 있지 않은 비피복부(303)를 형성하는 공정으로서는, 이하에 나타내는 두 수순을 생각할 수 있다.
제1 수순에서는, 우선 정전 척(201)의 흡착판(202) 상면의 전체에 산화이트륨 또는 이것을 포함하는 세라믹스 재료를 PVD나 용사법 등을 이용해서 피복한다. 다음으로, 도트부(304) 및 그 주변의 소정의 영역의 흡착판(202)의 상면에 마스크를 설치하고, 시료(3)가 면하는 정전 흡착면에 표면막(206)을 피복한다. 그 후에 마스크를 제거하고, 도트부(304) 및 그 주변부만이 개구한 마스크를 표면막(206)이 설치된 상면의 전체에 설치하고, 샌드블라스트 또는 연마제를 이용해서 연마해서 마스크의 개구부의 표면막(206)만을 제거한다.
제2 수순은, 도트부(304) 및 그 주변의 흡착판(202) 상면의 부분에만 마스크를 설치하고, 흡착판(202) 상면의 전체에 산화이트륨을 포함하는 세라믹스 재료를 PVD나 용사법 등을 이용해서 피막을 형성하여 표면막(206)을 배치한다. 다음으로, 도트부(304) 및 그 주변의 부분을 덮어서 배치한 마스크를 제거함으로써 표면막(206)이 설치되어 있지 않은 비피복부(303)를 형성한다.
제1 및 제2 수순 모두, 산화알루미늄제의 흡착판(202) 상면에 미리 형성된 도트부(304) 각각의 위치에 맞춰서 마스크를 배치할 필요가 있다. 이 때문에, 도트부(304)의 정부의 직경과 동일한 직경의 마스크는 도트부(304)에 대한 위치 맞춤에 높은 정밀도가 필요하게 되어, 제조 비용이 높아져 버린다. 마스크의 개구부의 직경으로서 도트부(304)의 직경의 1.5배 정도의 우도(尤度)가 있으면 마스크의 제작 및 마스크의 배치에 수반하는 비용을 억제할 수 있고, 또한 제작의 수율도 향상한다.
한편, 표면막(206)으로 덮여 있지 않은 비피복부(303)의 면적이, 시료(3)의 이면에 면하는 정전 척(201) 또는 흡착판(202)의 상면의 전체의 면적의 10%보다 낮아지는(표면막(206)으로 피복되어 있는 영역이 90% 이상) 경우에는, 상기 실시예의 오염이나 이물을 충분히 억제하는 것이 알려져 있다. 이로부터, 피복부(33)의 외주연(도트부(304) 주위를 둘러싸는 표면막(206)의 내주연)의 직경을 도트부(304)의 하단부의 직경의 1.5배 이내로 함으로써, 표면막(206)을 피복해서 정전 척(201)을 제조하는 비용이 억제된다.
도 4 및 5를 이용해서 상기 실시예의 변형예의 구성을 설명한다. 도 4는, 도 1에 나타내는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 정전 척의 구성의 일부를 확대해서 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 5는, 도 1에 나타내는 본 발명의 실시예의 다른 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 정전 척의 구성의 일부를 확대해서 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 4의 예에서는, 도트부(304)의 정부 상면과 당해 상면의 외주연 근방의 도트부(304)의 측벽면(401)에는, 표면막(206)이 설치되어 있지 않다. 본 예의 도트부(304)는 그 정부 상면과 측벽면(401)이 시료(3)가 정전 척(201)에 놓여 있지 않은 상태에서 처리실 내에, 놓여 있는 상태에서는 측벽면(401)이 시료(3)와 정전 척(201) 상면 사이의 극간의 공간에 노출되어 있는 구성으로 된다.
즉, 도트부(304)의 측벽 표면에는 그 하단으로부터 정부 상면 외주보다 낮은 소정의 높이까지를 덮는 표면막(206)의 측벽 피복부(402)를 구비하고 있다. 측벽 피복부(402)의 상단은 그 높이가 도트부(304) 주위의 비접촉면(301)의 높이보다 높게 되며, 또한 당해 상단은 도트부(304) 정부 상면의 외주연과의 사이의 거리를 두고 있고, 시료(3)가 정전 척(201) 상에 놓여서 흡착된 상태여도 양자가 접촉하지 않도록 구성되어 있다.
또한, 도 5에 나타내는 변형예는, 도트부(304)의 측벽은 하단부도 포함해서 표면막(206)으로 피복되어 있고, 표면막(206)의 비접촉부(301)와 도트부(304) 측벽이 접하는 개소의 표면막(206)의 두께는 비접촉부(301)와 동등하게 되어 있는 예가 나타나 있다.
이들 변형예 모두, 도트부(304)의 평탄하게 구성된 정부 상면의 외주연보다 낮은 개소까지, 도트부(304)의 측벽면이 표면막(206)으로 피복되어 있다. 이것에 의해, 정전 척(201)의 상면 전체에 있어서의 도트부(304)의 정부 상면에 높이의 불균일이 있는 것에 기인해서, 시료(3)가 흡착되었을 때의 도트부(304)의 정부의 변형 및 이것에 수반하는 도트부(304)의 측벽면 나아가서는 그 아래쪽의 당해 측벽면을 피복하는 표면막(206)과 시료(3) 이면이 접촉해서 접촉막(206)의 결손이나 깨짐이 생기하여 오염이나 이물이 발생하는 것이 저감된다는, 상기 실시예와 마찬가지의 효과가 나타난다. 이들 변형예에서는, 표면막(206)의 흡착판(202) 상면의 피복률은 실시예보다도 높기 때문에, 오염이나 이물의 발생을 억제하는 효과는 보다 높게 된다. 그러나, 도트부(304)의 측벽면에 있어서 표면막(206)을 정밀하게 형성해야만 하고, 이 달성을 위해서는 표면막(206)을 피복하는 공정에 있어서 높은 정밀도로 마스크를 형성 및 배치하는 것이 필요하게 되어 제조 비용이 높아진다.
상기한 예에서는, 도트부(304)의 높이 H1이 15㎛로 되어 있다. 이것은, 도트부(304)에 의해 시료(3)와 정전 척(201)의 비접촉면(301) 상면이 접촉하는 것이 억제되어, 시료(3)에 대해서 정전 척(201) 기인의 이물이 생기하는 것이 억제된다.
그러나, 도트부(304)의 높이 H1이 필요 이상으로 높으면 시료(3)와 정전 척(201) 나아가서는 시료대(2)와의 사이의 열전달의 양이나 효율이 저하해 버려서, 시료(3)의 온도를 조절하는 성능이 저하해 버린다. 이로부터, 본 실시예에 있어서 도트부(304)의 높이는 바람직하게는 20㎛ 이하로 된다.
또한 마찬가지로, 상기한 예에서는, 원통형 또는 원추대형을 갖는 도트부(304)의 정부 상면의 직경이 1㎜로 되어 있다. 도트부(304)의 직경이 크면, 표면막(206)의 피복률을 90% 이상으로 하기 위하여 도트부(304)의 수를 적게 할 필요가 있다. 도트부(304) 수가 적어져 도트부(304)끼리의 사이의 거리가 길어지면, 시료(3)가 정전 흡착된 상태에서 시료(3)와 표면막(206)의 비접촉면(301)이 접촉할 가능성이 높아져, 시료(3)에 대한 오염이나 이물을 억제하는 효과가 저감되어 버린다.
발명자들의 검토에 의하면, 이와 같은 시료(3)와 비접촉면(301)의 접촉을 저감하기 위하여, 도트부(304)는 시일부(302) 이외의 영역에서 가능한 한 균등하게 배치되며, 또한 직경이 약 300㎜인 흡착판(202) 상면 상에서 300개 정도는 필요해지는 것이 지견으로서 얻어져 있다. 이 조건과 비피복부(303)의 면적을 흡착판(202)의 상면의 면적의 10%보다 낮게 하기 위해서는, 도트부(304)의 정부 상면의 직경을 2㎜ 이하로 할 필요가 있다.
또한, 상기한 예에서는, 표면막(206)의 시일부(302) 및 비접촉면(301)의 두께는 5㎛로 되어 있다. 이 두께는 표면막(206)을 형성하기 위한 비용과 표면막(206)의 수명을 양립할 수 있는 것이 필요하게 되고, 바람직하게는 2㎛∼10㎛의 두께의 범위 내로부터 선택된다. 또한, 표면막(206)은 PVD를 이용했지만, CVD(Chemical Vapor Deposition)나 용사와 같은 다른 방법을 이용해도 마찬가지의 효과가 있는 것은 물론이다.
상기한 예에서는, 흡착판(202)으로서 산화알루미늄을 주재로 한 재료를 이용해서 소성된 소결판이 이용되고 있다. 그 내부에 배치된 전극(15)으로부터, 시료(3)가 접하는 상면까지의 두께는 약 200㎛∼300㎛로 되어 있다.
따라서, 표면막(206)은 정전 척(201)의 표면의 미소한 두께의 층으로서 배치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 전극(15)에 의해 쿨롬 방식의 정전 흡착을 행하는 경우에는, 흡착판(202)을 내전압 특성이 높고 퇴적 저항률도 높은 산화알루미늄을 주재로 해서 구성함으로써, 고전압 인가에 의한 높은 흡착 특성을 실현할 수 있어 저(低)리크 전류에 수반하는 잔류 흡착을 효과적으로 억제할 수 있다.
이상의 실시예에 따르면, 시료(3)를 정전 척(201)에 정전 흡착시켰을 때에 도트부(304) 정부와 시료(3)의 이면이 맞닿아서 당해 정부가 변형되어도, 도트부(304)를 피복하는 표면막(206)이 손상 혹은 결락되어서 시료(3)에 부착해서 이물로 되어, 시료(3)의 처리의 수율이 손상되는 것이 억제된다. 또한, 정전 척(201) 상면의 표면막(206)의 손상이 저감되어 정전 척(201) 혹은 기재(2a)를 보수(補修), 보수(保守)를 요하는 시간의 간격이 길게 되어, 처리의 효율이 향상한다.
1 : 전자기 코일 2 : 시료대
3 : 시료 4 : 상부 전극
5 : 샤워 플레이트 6 : 가스 도입 라인
7 : 상부 전극용 냉매 유로 8 : 방전용 고주파 전원
9 : 방전용 고주파 전력 정합기 10 : 진공 용기
11 : 플라스마 12 : 상부 전극 절연체
13 : 절연링 14 : 정전 흡착막
15 : 전극 16 : 저역 통과 필터
17 : 직류 전원 18 : 헬륨 공급 수단
19 : 냉매 유로 20 : 바이어스용 고주파 전원
21 : 바이어스용 고주파 전력 정합기
22 : 절연판 23 : 절연층
24 : 차폐판 25 : 서셉터링
26 : 압력 조정 밸브 27 : 급전 경로
29 : 도체판 30 : 가스 통과 구멍
31 : 콘덴서 32 : 소자
201 : 정전 척 202 : 흡착판
204 : 접착층 205 : 압상 핀 구멍
206 : 표면막 207 : 열전달 가스 구멍
301 : 비접촉면 302 : 시일부
303 : 비피복부 304 : 도트부
305 : 외주 볼록부 306 : 내측 볼록부

Claims (8)

  1. 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 놓여서 유지된 처리 대상의 시료가 당해 처리실 내에 형성된 플라스마를 이용해서 처리되는 플라스마 처리 장치로서,
    상기 시료대 상부에 배치되고 상기 시료가 놓이는 상면을 구성하는 제1 유전체제의 판 형상의 부재가 그 상면에, 외주연(外周緣)을 따라 당해 상면의 중앙측 부분을 둘러싸서 링 형상으로 배치된 외주 볼록부와 이 외주 볼록부의 중앙측의 상기 판 형상 부재의 상면에 배치되고 그 정부(頂部) 상면 상에 상기 시료가 놓이는 복수의 기둥 형상의 돌기부와, 상기 외주 볼록부의 중앙측의 상기 판 형상 부재의 상면이며 상기 돌기부의 상기 정부 상면 및 당해 정부 상면의 외주연에 이어진 측벽면을 제외하는 판 형상 부재의 상면을 덮는 제2 유전체제의 막을 구비한 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외주 볼록부의 상면을 덮어서 상기 제2 유전체제의 막이 배치되고, 당해 외주측 볼록부 상에 배치된 제2 유전체제의 막 상면과 복수의 상기 돌기부의 정부 상면의 위에 상기 시료가 놓여서 유지되는 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외주 볼록부의 중앙측에 배치된 상기 제2 유전체제의 막의 상면과 당해 시료 사이에 극간을 두고 상기 시료가 상기 돌기부 상에 놓여서 상기 시료대 상에 유지되는 플라스마 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 유전체제의 막이 상기 돌기부의 하단을 포함하는 주위의 상기 판 형상 부재의 상면을 제외한 상기 판 형상 부재의 상면을 덮어서 배치된 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기부의 높이가 20㎛ 이하이며 정부 상면의 직경이 2㎜ 이하인 플라스마 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 유전체막의 두께가 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 플라스마 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 판 형상 부재의 상면의 상기 제2 유전체제의 막으로 덮인 부분의 면적의 당해 상면 전체의 면적에 대한 비율이 90% 이상인 플라스마 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 유전체가 산화알루미늄을 포함하고, 제2 유전체가 산화이트륨을 포함하는 플라스마 처리 장치.
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