KR20190095075A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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다카마사 이치노
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

본 발명은 플라스마 처리 장치의 수율을 향상시키는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 처리실과, 이 처리실의 내부에서 피처리물을 재치(載置)하는 시료대와, 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와, 처리실의 내부에 플라스마를 발생시키는 플라스마 발생부를 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 처리실의 내부에서 피처리물을 재치하는 시료대는, 내부에 냉매의 유로가 형성된 제1 금속제의 기재와, 이 제1 금속제의 기재의 상부에 있어서 제1 금속제의 기재보다 열전도율이 작은 제2 금속제의 기재와, 피처리물을 시료대에 대하여 상하로 이동시키는 복수의 리프트 핀을 구비하고, 제1 금속제의 기재와 제2 금속제의 기재에는 복수의 리프트 핀을 통과시키는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 복수의 관통 구멍의 각각의 내부에는 리프트 핀과 제1 금속제의 기재 및 제2 금속제의 기재를 전기적으로 절연하며, 또한 열전도율이 제2 금속제의 기재보다 높은 절연 부재로 형성된 보스를 삽입하여 구성했다.

Description

플라스마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 디바이스를 제조하는 공정에 있어서 이용되고 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 위에 실린 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 시료대 위에 실린 시료의 면 내 온도를 원하는 값으로 유지하면서 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 트렌드에 따라, 반도체 디바이스를 제조하기 위해 필요한 에칭 처리에 요구되는 정밀도는 해마다 엄격해지고 있다. 반도체 웨이퍼를 진공 용기 내부의 플라스마를 이용하여 에칭 처리하는 플라스마 처리 장치에 있어서는, 이러한 과제에 대응하기 위해, 에칭 중에 있어서의 시료의 표면 온도를 원하는 값의 범위 내로 제어하는 것이 중요해지고 있다.
최근에는 가일층의 형상 정밀도 향상의 요구로부터, 1매의 시료를 시료대 위에 유지한 상태에서 복수의 스텝으로 에칭 처리를 행한다. 그 처리 중에 시료의 표면 온도 분포를 각각의 스텝 조건에 최적인 것으로 제어하는 기술이 요구되고 있다.
플라스마 처리 장치에 구비되는 시료대는, 일반적으로 그 상면이 정전 척 구조로 되어 있다. 즉, 시료대 상면을 구성하는 막 형상의 유전체 재료의 내부에 배치된 전극에 전력을 공급하여, 막 위에 실린 웨이퍼를 정전기에 의해 흡착하여 유지하는 구성이 구비되고, 또한 웨이퍼의 이면과 막 표면 사이에 He 가스 등의 열전달 매체를 공급하여, 진공 중에 있어서도 웨이퍼와 시료대 사이의 열전달을 촉진하고 있다.
또한, 웨이퍼가 실리는 시료대의 재치면(載置面)의 온도를 원하는 범위 내로 제어하기 위해, 시료대의 내부에 배치된 부재 내에, 물이나 쿨런트 등의 열전달 매체(냉매)가 통류하는 냉매 유로 등을 이용한 냉각 수단이나 히터 등의 가열 수단이 배치되어 있다. 이들 냉각 수단에 의한 배열량과 가열 수단에 의한 가열량을 증감시킴으로써, 시료대의 재치면 나아가서는 웨이퍼의 온도가 제어된다. 예를 들면, 전형적인 플라스마 에칭 처리 장치에서는, 시료대 내의 냉매 유로에는 칠러 장치 등의 냉매 온도 조절 장치에 의해 그 온도가 소정의 범위 내의 값으로 조절된 냉매를 통류시키면서 히터의 출력을 조절함으로써, 웨이퍼의 온도를 처리에 적합한 범위 내의 값으로 조절하는 것이 행해지고 있다.
플라스마 처리 중의 웨이퍼에는 플라스마로부터의 이온 입사 등에 의해 가열된다. 또한, 시료대 내에 히터 등의 가열 수단이 배치되어 있을 경우에도 웨이퍼가 실린 시료대 상면으로부터 열을 받아 가열된다. 이때, 웨이퍼의 면 내 방향에 대해서 온도의 값과 그 분포를 원하는 범위 내의 값으로 조절하는데 있어서는, 시료대 내부의 열전달의 크기의 분포는 사용자가 원하는 것인 것이 바람직하다. 그러나, 실제로는, 상기 시료대 내부에 배치된 냉매 유로의 형상 등, 내부의 구조의 영향에 영향받아 열전달의 크기의 분포는 면 내 방향에서 불균일해지기 쉬워, 이러한 구조가 미치는 영향은 웨이퍼의 온도를 처리에 적합한 값으로 조절하는데 있어서의 저해 요인이 되고 있다.
구체적으로 설명하면, 원통형의 시료대의 내부에 배치된 금속제의 기재 내부에 냉매를 통류시키는 유로를 배치할 경우, 시료대의 원형 또는 대략 원형을 가진 상면의 면 내의 방향에 대해서 전체에 걸쳐 반경 혹은 둘레 방향에 그 위치가 균등해지도록 유로를 배치하는 것은 물리적으로 곤란하다.
그 이유는, 기재를 포함하여 시료대의 내부에는 냉매 유로뿐만 아니라 다른 목적으로 배치된 부품이나 구조, 예를 들면, 상면의 위쪽에 실리는 반도체 웨이퍼 등 기판 형상의 처리 대상의 시료를 정전기에 의해 흡착하기 위한 전력이나 상기 히터를 발열시키기 위한 전력을 공급하는 케이블이나 커넥터, 혹은 기재나 시료가 실리는 상면을 구성하는 유전체제의 막 내에 배치된 전극에 공급되는 소정의 주파수의 고주파 전력을 공급하는 케이블이나 커넥터, 시료대 상면과 그 위에 실려 흡착된 시료 사이의 극간(隙間)에 공급되는 He 등의 열전달성을 가진 가스를 공급하기 위한 통로, 시료를 그 선단에 실어 시료대 상면 위쪽에서 지지한 상태에서 상승 혹은 강하시키는 복수의 핀이 내부에 배치되어 상하로 이동하는 관통 구멍 등이 배치되어 있고, 이들이 배치되는 바람직한 위치와 냉매 유로의 바람직한 배치 위치가 겹칠 경우에는, 시료의 처리의 성능을 감안하면서 고객 등의 사용자가 요구하는 사양을 만족시키도록 한쪽 혹은 양쪽이 바람직한 위치로부터 시프트된 개소에 배치된다.
종래부터, 제조해야 하는 장치의 구조를 결정하는데 있어서 이러한 설계상의 트레이드 오프는 항상 선택되어 있고, 일반적인 플라스마 처리 장치에 있어서는, 시료대의 상면의 면 내 방향에 대해서 냉매 유로가 지름 방향 혹은 둘레 방향에 대해서 불균등하게 배치된 개소가 생기게 된다. 이러한 부근 등에 배치된 냉매 유로의 개소의 대표예로서는, 냉매의 입구 및 출구를 들 수 있다. 이들 개소의 근방의 기재의 내부 및 상면의 영역에서는 냉매에 의한 열교환량(시료를 냉각할 경우에는 배열의 양)이 지름 또는 둘레 방향에 대해서 불균일해지기 쉬워진다.
이러한 과제를 해결하기 위한 기술로서, 종래부터, 일본국 특개2003-60019호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 알려져 있었다. 본 종래 기술은, 반도체 웨이퍼가 재치된 웨이퍼 스테이지로서, 온도 조절용의 냉매를 흘리는 냉매 통로를 구비한 베이스 기재와, 베이스 기재의 웨이퍼 재치면측에 배치되고 열팽창 계수가 베이스 기재보다 작은 응력 완화 부재와, 응력 완화 부재의 웨이퍼 재치면측에 배치된 유전체막과, 베이스 기재의 웨이퍼 비(非)재치면측에 배치되고 열팽창 계수가 베이스 기재보다 작은 휨 방지 부재를 구비한 것이 개시되어 있다.
본 종래 기술은, 응력 완화 부재를 베이스 기재와 유전체막 사이에 배치함으로써 베이스 기재와 유전체막의 선팽창 계수의 차에 의해 유전체막이 파손되는 것을 억제한다. 응력 완화 부재의 재료로서 티탄이, 베이스 기재로서 알루미늄이, 휨 방지 부재로서 티탄이 개시되어 있다.
또한, 일본국 특개2010-21405호 공보(특허문헌 2)에서는, 시료대에 배치된 관통 구멍 내부에 수납되어 피처리체를 승강시키는 리프트 핀을 갖는 진공 처리 장치로서, 리프트 핀의 선단부의 접시 위의 부분의 외주연부(外周緣部)가 피처리체의 처리 중에 시료대 상면의 관통 구멍 주위에 접촉하여 밀착함으로써 관통 구멍을 기밀하게 폐쇄함으로써, 관통 구멍 내부의 공간과 그 위쪽의 피처리체 사이의 열전도가 다른 개소와 국소적으로 상이한 특이점이 되어 버리는 것을 억제하여 시료대 상면의 전체에 걸쳐 불균일이 작은 전열이 얻어지도록 한 것이 개시되어 있다.
일본국 특개2003-60019호 공보 일본국 특개2010-21405호 공보
그러나, 상기 종래 기술은 다음 점에 대한 고려가 불충분했기 때문에 문제가 생기고 있었다.
우선, 특허문헌 1의 종래 기술은, 냉매 유로가 열전도율이 높은 알루미늄의 베이스 기재 내에 배치되고, 유로 형상의 불균등한 배치에 의한 국소적인 온도의 소기(所期)의 것으로부터의 벗어남의 어느 정도의 억제는 가능하지만, 시료대에 배치된 급전 경로나 유체를 공급하기 위해서나 핀용의 상하 방향의 관통 구멍의 영향에 대해서 고려되고 있지 않아, 이러한 구조를 구비한 시료대에 있어서 온도의 불균일을 억제할 수 없을 우려가 있었다.
또한, 특허문헌 2의 종래 기술에서는, 시료대의 상면 또는 상부에 접촉하는 핀의 선단부에 배치된 접시 형상 혹은 대경(大徑)의 부분에는, 예를 들면 핀용의 관통 구멍 내에 He 등의 열전달성의 가스를 공급해도 당해 선단 부분의 부재에 의한 열저항은 존재하기 때문에, 플라스마로부터 공급되는 열량이 클 경우에는 리프트 핀부의 온도가 상승한다. 또한, 핀의 대경부 또는 접시 형상 부분에 정전 척용의 전극을 내장시키는 것은 곤란하기 때문에, 당해 부분에서의 피처리체를 시료대에 정전 흡착시키는 정전기력은 국소적으로 저하해 버린다. 또한, 당해 개소의 시료대에는 히터의 배치도 곤란하며 히터를 이용한 가열에 의해 피처리체의 온도를 조절하는 구성에서는, 오히려 국소적으로 피처리체의 온도를 원하는 값으로 할 수 없는 영역이 되어 버릴 우려가 있었다.
상기한 바와 같이, 종래 기술에서는 시료대의 내부의 구조에 기인하여 열전달의 양이 국소적인 대소가 생겨 시료대 상면에 실리는 시료의 처리 중의 온도의 값과 그 분포가 소기의 것으로부터 벗어나 버려, 웨이퍼의 처리의 정밀도나 수율이 손상되어 버린다는 문제에 대해서 고려되고 있지 않았다.
본 발명의 목적은 처리의 수율을 향상시키고, 또한 처리의 정밀도를 향상시킨 플라스마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 진공 용기로 형성된 처리실과, 이 처리실의 내부에 설치되어 피처리물을 재치하는 시료대와, 진공 펌프를 구비하여 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와, 전원을 구비하여 처리실의 내부에 플라스마를 발생시키는 플라스마 발생부를 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 시료대는, 내부에 냉매의 유로가 형성된 제1 금속제의 기재와, 이 제1 금속제의 기재의 상부에 있어서 제1 금속제의 기재보다 열전도율이 작은 제2 금속제의 기재와, 제2 금속제의 기재의 표면을 덮는 절연 부재로 형성되고 내부에 전극이 형성되어 상면에 재치한 피처리물을 정전기력으로 흡착하는 절연막층과, 정전기력에 의한 흡착을 정지한 상태에서 피처리물을 절연막층의 상면에 대하여 상하로 이동시키는 복수의 리프트 핀을 구비하고, 제1 금속제의 기재와 제2 금속제의 기재와 절연막층에는 복수의 리프트 핀을 통과시키는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 복수의 관통 구멍의 각각의 내부에는 리프트 핀과 제1 금속제의 기재 및 제2 금속제의 기재를 전기적으로 절연하며, 또한 열전도율이 제2 금속제의 기재보다 큰 절연 부재로 형성된 보스를 삽입하여 구성했다.
본 발명에 의하면, 시료대의 기재를 다층 구조로 하여, 고열전도 재질의 하부층에 유로를 형성하고, 기재의 관통 구멍에 설치되는 절연성 보스는 하부층과 열적으로 접촉시켜, 절연성 보스의 열전도율을 상부층보다 높게 함으로써, 절연성 보스로부터의 배열량을 올려, 시료의 면 내의 배열 분포의 불균일을 억제할 수 있다.
이때, 기재의 각 층의 열팽창 차에 의한 절연성 보스의 파손이 염려되기 때문에, 선팽창 계수가 큰 하부층과 절연성 보스 사이에는 극간을 마련하고, 전열용의 연질 접착층을 충전함으로써, 다층 기재에 설치한 절연성 보스의 파손을 억제하고, 플라스마 처리 장치에 필요한 반복 열사이클에 내성을 갖는 시료대를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 설명하는 플라스마 처리 장치의 종단면도.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 단면도이며, (b)는 (a)의 점선으로 둘러싼 A부의 상세를 나타내는 단면도와 그 부분에 있어서의 웨이퍼(Ｗ)의 온도 분포를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예의 변형예 1에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예의 변형예 2에 따른 시료대의 리프트 핀 근방의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예의 변형예 3에 있어서의 시료대의 리프트 핀 근방의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 단면도.
본 발명은 진공 용기로 형성되고 내측에서 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실의 아래쪽에 배치되고 상기 플라스마를 이용한 처리 대상의 웨이퍼가 그 상면에 실리는 시료대와, 이 시료대의 내부에 배치된 원판 또는 원통 형상을 가진 금속제의 기재를 구비한 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 관한 플라스마 처리 장치의 금속제의 기재는, 이 기재를 냉각하기 위한 냉매가 통류하는 냉매 유로가 형성된 열전도성이 비교적 큰 재료로 구성된 하(下)부재와, 이 하부재의 위쪽에서 상(上)부재와 접속되고 열전도성이 비교적 작은 재료로 구성된 상부재를 구비하고, 시료대의 상면에서 웨이퍼를 상하(上下)시키는 핀이 배치된 관통 구멍이 기재의 하부재와 상부재를 관통하여 형성되어 있고, 관통 구멍의 내부에, 열전도율이 상부재의 열전도율보다 큰 절연성 재료로 구성된 보스를 장착한 구성을 갖고 있다.
본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서 동일 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 부여하도록 하고, 그 반복적인 설명은 원칙적으로 생략한다. 단, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 본 발명의 사상 내지 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서, 그 구체적 구성을 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다.
[실시예]
본 발명의 실시예를 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한다.
본 실시예는, 에칭 처리 장치 등의 플라스마 처리 장치에 관한 것으로, 처리실 내에서 사용되는 시료대 내부에 배치된 금속제 전극 블록(기재)의 리프트 핀용 구멍 등의 관통 구멍에 끼워넣어지는 보스와 전극 블록의 상대적인 배치 및 재료의 구성에 관한 것이다.
구체적으로는, 전극 블록을 온도 변화에 수반하는 변형을 억제하기 위해 복수층의 부재로 구성하고 (상부층의 열전달율)＜(하부층의 열전달율)로 한 후에, (보스의 열전도율)＞(상부층의 열전도율)로 하여 하부층에의 열전달량을 크게 하는 것, 또한, 이러한 다층 구상의 시료대 전극 블록의 보스와 관통 구멍 사이에 삽입되는 접착층의 열전도율을 상부층보다 크게 하거나, 또는 (상부층의 보스용의 접착층의 강성)＞(하부층의 접착층의 강성)으로 한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 설명하는 종단면도이다. 특히, 본 도면의 플라스마 처리 장치는, 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 도파관을 통과시켜 마이크로파대의 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 Resonance: 전자 사이클로트론 공명)에 의해 여기(勵起)하여 플라스마를 형성하는 플라스마 에칭 장치가 예시되어 있다.
본 도면에 있어서, 플라스마 처리 장치(100)는, 내부에 그 내측이 처리에 적합한 소정의 진공도로 감압되는 원통형의 처리실(33)을 가진 진공 용기(20)와, 그 위쪽 및 옆쪽의 주위에 배치되어 처리실(33) 내에 플라스마를 형성하기 위한 전계 또는 자계를 형성하여 공급하는 플라스마 형성 유닛과, 진공 용기(20) 아래쪽에 배치되어 처리실(33) 하부의 배기구(36)를 통해 처리실(33) 내와 연통하여 배치되고 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 위에 실려 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 부재(321)가 끼워져 접속 또는 연결됨으로써 시일 부재(321)가 변형하여 처리실(33)의 내부가 처리실(33)의 외부에 대하여 기밀하게 봉지(封止)된다.
처리실(33)의 내측 하부에는, 처리 대상의 시료인 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료(이하, 웨이퍼(Ｗ))가 그 원형의 상면 위쪽에 실리는 원통형을 가진 시료대(101)가 배치된다. 그 위쪽의 처리실(33)의 상부로서 플라스마가 형성되는 공간인 방전부를 갖고 있다. 방전부를 둘러싸는 진공 용기(20)의 상부에는 에칭 처리를 행하기 위한 처리 가스(35)를 처리실(33) 내에 도입하는 개구(開口)를 가진 가스 도입관(34)이 접속되어 있다.
처리실(33)의 시료대(101) 아래쪽의 저면(底面)에는 배기구(36)가 배치되어 있다. 배기구(36)는, 진공 용기(101) 저부(底部) 아래쪽에 배치되고 배기 유닛을 구성하는 터보 분자 펌프(38)의 입구와 배기용의 관로를 개재하여 연통되어 있다. 배기구(36)를 통과시켜 처리실(33)에 유입된 처리 가스(35)나 에칭에 의해 생긴 반응 생성물이나 플라스마(43)의 생성 입자가 배기된다.
처리실(33)의 배기구(36)와 터보 분자 펌프(38)를 연결시키는 관로 위에는 압력 조절 밸브(37)가 배치되어 있다. 도시하지 않은 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라 압력 조절 밸브(37)의 개도(開度)가 증감 제어됨으로써, 배기구(36)를 통과시킨 처리실(33)의 배기의 유량 또는 속도가 조절되고, 처리실(33) 내의 압력이 소정의 범위 내의 값으로 조절된다. 본 실시예에서는, 처리실(33) 내의 압력은 수 Pa 정도 내지 수십 Pa의 범위 내의 소정의 값으로 조절된다.
처리실(33)의 위쪽에는, 플라스마 형성 유닛을 구성하는 도파관(41)과 그 단부(端部)에 배치되어 마이크로파의 전계(40)를 형성하는 마그네트론 등의 마이크로파 발진기(39)가 구비되어 있다. 마이크로파 발진기(39)에 의해 생성된 마이크로파의 전계(40)는, 도파관(41)에 도입되고, 그 단면이 사각형의 부분과 이에 접속된 단면 원형의 부분을 통해 전파하여 도파관(41) 하단부에 접속되어 도파관(41)보다 지름이 큰 원통형을 가진 공진용의 공간에서 소정의 전계의 모드가 증폭되고, 당해 모드의 전계는, 처리실(33) 위쪽에 배치되어 진공 용기(20) 상부를 구성하는 덮개 부재(32)를 투과하여 처리실(33) 내에 위쪽으로부터 도입된다.
처리실 덮개(32)의 위쪽과 처리실 벽(31)의 외벽의 주위에는 이들을 둘러싸서 배치된 솔레노이드 코일(42)이 구비되고, 솔레노이드 코일(42)은, 도시하고 있지 않은 전원에 접속되어 있다. 이 도시하고 있지 않은 전원에 의해 솔레노이드 코일(42)에 전류를 흘리면, 솔레노이드 코일(42)은 자계를 생성하고, 당해 솔레노이드 코일(42)에 의해 생성된 자계가 처리실(33) 내에 도입된다.
처리실(33) 내에 도입된 처리 가스(35)의 원자 또는 분자는, 마이크로파의 전계(40)와 솔레노이드 코일(42)에 의해 생성된 자계의 상호 작용에 의한 ECR(Electron Cyclotron Resonance)에 의해 여기되어 전리 혹은 해리하여, 시료대(101) 또는 그 상면 위쪽의 웨이퍼(Ｗ)의 위쪽의 처리실(33)의 공간 내에 플라스마(43)가 생성된다.
플라스마(43)는 웨이퍼(Ｗ)에 면해 있고, 상기한 바와 같이, 시료대(101) 내의 금속제인 전극 블록을 겸한 기재는 고주파 전원(21)과 전기적으로 접속되고 당해 고주파 전원(21)으로부터 출력되는 소정의 주파수의 고주파 전력이 공급되어, 웨이퍼(Ｗ)에 생기는 바이어스 전위에 의해 플라스마(43) 중의 하전 입자가 웨이퍼(Ｗ) 상면에 유인되고, 웨이퍼(Ｗ) 상면에 미리 배치된 막 구조의 처리 대상의 막층에 대한 에칭 처리가 행해진다.
본 실시예에서는, 웨이퍼(Ｗ)의 처리 중에, 처리에 적합한 범위 내의 웨이퍼(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 칠러 등의 온도 조절 유닛(26)과, 시료대(101)의 금속제인 기재(202)의 내부에 배치된 냉매 유로(11)가, 관로(261, 262)에 의해 접속되어 순환로를 구성하고 있다.
온도 조절 유닛(26)에 의해 온도가 조절된 냉매가 시료대(101) 내의 냉매 유로(11)에 관로(261)를 통과시켜 공급되고, 냉매 유로(11)의 내측을 통과하는 냉매와 웨이퍼(Ｗ)와 열적으로 접속된 시료대(101) 사이에서 열교환이 행해지고, 이 냉매가 관로(262)를 통해 온도 조절 유닛(26)으로 되돌아감으로써, 시료대(101) 및 그 위쪽에 실린 웨이퍼(Ｗ)의 온도가 원하는 범위 내의 값이 되도록 조절된다.
진공 용기(20)와 연통 가능하게 그 측벽에 접속된 도시하지 않은 다른 진공 용기로서, 감압된 내부를 웨이퍼(Ｗ)가 반송되는 반송실을 구비한 진공 반송 용기의 당해 반송실로부터 웨이퍼(Ｗ)가, 반송실 내에 배치되어 양단이 관절부에 의해 접속된 복수개의 암 부재를 구비한 도시하지 않은 로봇 암의 암 선단부에 실린 상태로, 암의 신장에 의해 진공 용기(20)의 처리실(33) 내에 반입되어 시료대(101) 상면의 위쪽까지 반송된다.
웨이퍼(Ｗ)가 시료대(101)의 도시하지 않은 리프트 핀 위에 건네 받아지면, 암이 수축하여 처리실(33)로부터 퇴실함과 함께 리프트 핀이 웨이퍼(Ｗ)를 실은 상태로 하강하여 시료대(33) 내에 수납되면, 웨이퍼(Ｗ)가 시료대(33)의 상면인 원형 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사(近似)한 형상의 재치면 위에 실린다. 도 1은 이와 같이 하여 웨이퍼(Ｗ)가 시료대(101)에 재치된 상태를 나타내고 있다.
도 2의 (a)에 시료대(101)의 상세한 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 시료대(101)는, 내부에 배치되어 원통 또는 원 형상을 가진 금속제의 기재를 구성하는 전극 블록(202)과, 이 전극 블록(202)의 상면을 덮는 유전체제의 막인 정전 흡착층(203)을 구비하여 형성되어 있다.
정전 흡착층(203)은, 내부에 배치된 도전체제의 막 형상의 부재인 내부 전극(203-1)과, 그 상하를 덮어 배치된 막 형상의 절연체(203-2)를 구비하고 있다. 내부 전극(203-1)의 재료로서, 본 실시예에서는 텅스텐, 절연체의 재료로서 내(耐)플라스마성을 갖는 알루미나 세라믹스나 이트리아 등의 세라믹이 사용되고 있다.
시료대(101)의 웨이퍼(Ｗ)를 재치하는 재치면을 구성하는 유전체제의 막인 정전 흡착층(203)의 내부에 배치된 막 형상의 내부 전극(203-1)은, 직류 전원(207)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 내부 전극(203-1)에 직류 전원(207)으로부터 직류 전력이 공급되어 내부 전극(203-1)의 위쪽에 배치된 절연막(203-2)과 그 위쪽의 웨이퍼(Ｗ)의 내부에 전하가 축적된 결과 생기는 정전기력에 의해, 웨이퍼(Ｗ)가 유전체제의 막인 정전 흡착층(203) 위에 흡착되어 유지된다.
시료대(101)의 금속제의 기재인 전극 블록(202)에 형성된 냉매 유로(11)에는, 온도 조절 유닛(26) 내에서 소정의 범위 내의 온도로 조정된 열교환 매체인 냉매가 순환하여 공급되고 있다. 이에 따라, 시료대(101) 또는 금속제의 기재인 전극 블록(202)의 온도는, 정전 흡착층(203) 위에 흡착되어 유지되는 웨이퍼(Ｗ)의 온도가, 이 웨이퍼(Ｗ)의 처리를 개시하기에 적합한 값의 범위 내의 온도로 설정된다.
이 상태에서, 유전체제의 막인 정전 흡착층(203)의 상면과 이 정전 흡착층(203)의 상면에 정전 흡착된 웨이퍼(Ｗ) 사이의 극간(G)에, 정전 흡착층(203)에 형성된 개구(203-3)를 통해 He 등의 열전달성을 가진 가스가 공급된다. He 등의 열전달성을 가진 가스는, 개구(203-3)와 연통한 가스 공급 경로(204)를 통해, 도시하고 있지 않은 가스 공급원으로부터 공급된다.
이러한 구성에 있어서, 정전 흡착층(203)의 상면과 이 상면에 정전 흡착된 웨이퍼(Ｗ) 사이의 극간(G)에 He 등의 열전달성을 가진 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(Ｗ)와 정전 흡착층(203)을 포함하는 시료대(101) 사이의 열전달이 촉진된다.
이 상태에서, 도 1에 나타낸 구성에 있어서, 도시하고 있지 않은 제어부에서 제어하여, 처리실(33) 내에 가스 도입관(34)을 통해 처리 가스(35)를 도입함과 함께, 덮개 부재(32)를 통과시킨 마이크로파의 전계와, 솔레노이드 코일(42)로부터의 자계를 처리실(33) 내에 형성한다. 이에 따라, 이들의 상호 작용에 의해 처리실(33)의 내부에, 처리 가스(35)를 이용한 플라스마(43)가 형성된다.
이와 같이 처리실의 내부에 플라스마(43)를 발생시킨 상태에서, 시료대(101)를 구성하는 전극 블록(202)에, 고주파 전원(21)으로부터의 소정의 주파수의 고주파 전력을 인가한다. 이에 따라, 웨이퍼(Ｗ)의 상면 위쪽에 바이어스 전위가 형성되어, 플라스마(43)의 전위와의 전위차에 따라 플라스마(43) 중의 이온 등의 하전 입자가 웨이퍼(Ｗ)의 상면에 유인되어 충돌한다. 이에 따라, 웨이퍼(Ｗ)가 에칭 처리된다. 웨이퍼(Ｗ)의 상면에는, 최표면의 처리 대상의 막층을 포함하는 복수의 막층이 적층하여 형성되어 있고, 처리 대상의 막층 위에 레지스트에 의한 마스크 패턴이 형성되어 있다.
에칭 처리가 종점에 도달한 것이, 도시하지 않은 검출기에 의해 플라스마(43)의 발광 분석 등의 공지의 기술을 이용하여 검출되면, 도시하고 있지 않은 제어부에서 제어되어, 고주파 전원(21)으로부터 전극 블록(202)에의 고주파 전력의 공급 및 마이크로파 발신기(39)로부터의 마이크로파의 전계(40), 및 솔레노이드 코일(42)에 의한 자계의 공급이 정지되어 처리실(33) 내부의 플라스마(43)가 소화되고, 에칭 처리가 정지된다. 그 후, 웨이퍼(Ｗ)는, 도시하고 있지 않은 반송 수단에 의해 처리실(33)로부터 반출되고, 처리실(33) 내의 클리닝이 실시된다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극 블록(202)은, 하부층(202-1)과 상부층(202-2)의 2층 구조로 형성되어 있다. 상부층(202-2)은, 웨이퍼(Ｗ)가 그 위에 실리는 재치면을 구성하는 원통형의 볼록부(202-21)와, 볼록부(202-21)보다 지름이 큰 원통형의 베이스부(202-22)가 형성되어 있다.
상부층(202-2)의 볼록부(202-21)의 상면은, 원형 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 형상을 갖고, 당해 상면에는, 이를 덮어 배치되고 볼록부(202-21)의 상면과 접합된 유전체제의 막인 정전 흡착층(203)이 형성되어 있다. 이 정전 흡착층(203)은, 상술한 바와 같이, 내부에 배치된 도전체제의 막 형상의 부재인 내부 전극(203-1)과, 그 상하를 덮어 배치된 막 형상의 절연체(203-2)를 구비하고 있다. 내부 전극(203-1)의 재료로서, 본 실시예에서는 텅스텐, 절연체의 재료로서 내플라스마성을 갖는 알루미나 세라믹스나 이트리아 등의 세라믹이 사용되고 있다.
본 실시예의 정전 흡착층(203)은, 전극 블록(202) 상면을 덮어 플라스마 등의 가열 수단에 의해 반 용융 상태로 된 세라믹 또는 금속의 재료의 입자를 스프레잉하여 막 형상으로 퇴적시켜 형성하는 용사법에 의해 형성되어도 되고, 또한 내부 전극(203-1)을 구성하는 금속제의 막을 내부에 포함한 상태의 세라믹 등의 재료를 막 형상으로 형성한 후에 이를 소결(燒結)하여 판 형상으로 성형하여 형성된 소결판에 의한 것이어도 된다.
전자의 경우에는 입자가 스프레잉되어 막 형상으로 퇴적하는 공정에 의해, 후자의 경우에는 소결판과 전극 블록(202) 상면 또는 그 위에 배치된 부재 사이에 배치된 접착제에 의해, 전극 블록(202)의 상부층(202-2)의 볼록부(202-21)의 상면과 정전 흡착층(203)이 접합되어, 일체의 부재로서 구성된다. 용사법 또는 소결판에 의해 형성된 정전 흡착층(203)의 표면(웨이퍼(Ｗ)를 재치하는 면)은 비교적 거칠고, 요철이 형성되어 있다.
시료대(101)에는, 웨이퍼(Ｗ)의 이면과 정전 흡착층(203)의 표면 사이의, 주로 정전 흡착층(203)의 표면의 비교적 거친 요철에 의해 형성되는 극간(G)에, 정전 흡착층(203) 상면의 개구(203-3)로부터 공급되는 He 등의 열전달성을 갖는 전열 가스(205)를 통류시키는, 전열 가스 공급 통로(204)가 배치되어 있다. 전열 가스 공급 통로(204)는, 전극 블록(202) 및 정전 흡착층(203)을 관통하여 형성되어 있다.
정전 흡착층(203)의 웨이퍼(Ｗ)용의 재치면 위에 웨이퍼(Ｗ)가 실려 정전 흡착되어 유지된 상태에서, 웨이퍼(Ｗ)의 이면과 정전 흡착층(203)의 표면 사이의 극간(G)에, 도시하고 있지 않은 가스 공급 수단으로부터 공급된 전열 가스(205)를 공급한다. 본 실시예의 전열 가스 공급 통로(204)는, 정전 흡착층(203)의 상면의 개구(203-3)에 통하는 전극 블록(202) 내부의 개소인 통로(204-1)와, 시료대(101)의 저면으로부터 아래쪽으로 연장되는 가스 라인(204-2)을 구비하여 구성되어 있다.
전열 가스(205)가 웨이퍼(Ｗ)의 이면과 정전 흡착층(203)의 표면 사이의 극간(G)에 공급되어 존재함으로써, 배기되어 소정의 진공도로 설정되는 처리실(33)의 내측이어도, 웨이퍼(Ｗ)와 시료대(101)(전극 블록(202)) 사이의 열전달이 촉진되어, 웨이퍼(Ｗ)의 온도를 원하는 범위 내의 값으로 유지하는 것이 용이해진다. 본 실시예에 있어서, 전열 가스(205)의 공급의 유량 또는 속도는, 전열 가스(205)의 유량을 검지하는 도시하지 않은 유량계로부터의 출력을 이용하여, 도시하고 있지 않은 제어부에서 전열 가스 공급 통로(204) 위에 배치된 유량 제어 밸브(206)를 제어함으로써 조절된다.
또한, 본 실시예의 시료대(101)는, 전극 블록(202)의 상부층(202-2)의 원통형의 볼록부(202-21)의 외주연의 단차부(202-22)에, 석영이나 알루미나나 이트리아 등의 세라믹제의 커버링(202-3)이 배치되어 있다. 이 커버링(202-3)에 의해, 상부층(202-2)의 원통형의 볼록부(202-21)의 측면 및 단차부(202-22)의 상면이 덮여 있다. 또한, 이 커버링(202-3)과 전극 블록(202)의 외주부는, 표면이 절연체로 덮인 커버(2021)로 덮여 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 처리실(33) 내에 설치되는 전극 블록(202)이 플라스마(43)와 직접 접할 일이 없어져, 전극 블록(202)이 플라스마(43)와의 상호 작용에 의해 깎이거나 생성물이 부착되는 것이 억제된다.
또한, 정전 흡착층(203)의 내부에 배치된 내부 전극(203-1)은, 시료대(101)의 외부에 배치된 직류 전원(207)과, 급전 라인(208)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 당해 직류 전원(207)으로부터의 직류 전력이 공급된 내부 전극(203-1)에 발생한 전압에 의해, 웨이퍼(Ｗ)와의 사이의 절연체(203-2) 내에 분극한 전하가 생기(生起)되고, 이에 따라 정전 흡착층(203)과 웨이퍼(Ｗ) 사이에 정전기력이 발생한다. 이 정전기력에 의해, 웨이퍼(Ｗ)에는, 이를 정전 흡착층(203) 상면 방향에 흡착하는 힘이 작용한다.
또한, 직류 전원(207)의 전력은, 전극 블록(202)을 관통하는 구멍(211-1, 211-11)의 내부에 배치된 중공(中空)의 절연성 보스(210)를 통해 케이블 및 커넥터로 구성된 급전 라인(208)을 개재하여, 정전 흡착층(203)의 내부 전극(203-1)에 급전된다.
내부 전극(203-1)은, 그들의 사이에 정전 흡착층(203-2)을 구성하는 유전체 재료가 배치되어 절연된 복수의 막 형상의 전극으로 구성되고, 인접하는 전극간에 상이한 극성이 부여되는, 소위 쌍극형의 정전 흡착용의 전극으로 구성되어 있다. 웨이퍼(Ｗ)의 재치면을 구성하는 시료대(101)의 원통형의 볼록부(202-21)의 상면을 덮는 정전 흡착층(203)에 있어서, 그 면 내에서 복수로 분할된 영역에 대응하는 내부의 개소에 배치된 복수의 전극에 상이한 극성이 부여된다.
이에 따라, 웨이퍼(Ｗ) 내의 복수 영역에서 상이한 극성의 전하가 분극하여 형성된다. 그 결과, 처리실(33) 내에 플라스마(43)가 형성되어 있지 않은 상태에서도, 웨이퍼(Ｗ)를 정전 흡착층(203)에 흡착 또는 지지하는 정전기력을 발생시키는 것이 가능해진다.
이러한 시료대(101)의 위쪽으로부터 웨이퍼(Ｗ)를 처리실(33) 밖으로 반출할 경우에는, 우선, 처리실(33)의 내부에서 플라스마(43)의 발생을 정지한 상태에서, 정전기력으로 웨이퍼(Ｗ)를 유지하고 있는 내부 전극(203-1)에 인가된 전압을 제거하는 제전(除電)의 공정을 실시한다. 그 후, 원통형의 볼록부(202-21)를 위에서 보았을 때에 동심원 형상으로 동일한 간격으로 배치된 3개의 리프트 핀(209)을, 도시하고 있지 않은 액추에이터로 구동하여 상승시키고, 웨이퍼(Ｗ)를 정전 흡착층(203) 상면 위쪽으로 들어올려, 상면으로부터의 소정의 거리로 유지한다.
3개의 리프트 핀(209)은, 각각, 정전 흡착층(203)의 상면에 개구를 가져 정전 흡착층(203) 및 전극 블록(202)을 관통하는 관통 구멍(211-3)에 장착된 중공의 절연성 보스(210)의 내부에 수납되어 있다. 도시하고 있지 않은 액추에이터로 구동함으로써, 3개의 리프트 핀(209)은, 그 선단까지 관통 구멍(211-3)의 내부에 수납된 상태(도 2의 (a)에 나타낸 상태)로부터, 당해 선단을 정전 흡착층(203) 상면으로부터 위쪽으로 돌출하여 웨이퍼(Ｗ) 이면에 맞닿은 상태로, 또한 위쪽으로 이동하여 웨이퍼(Ｗ)를 정전 흡착층(203) 상면으로부터 유리시킨 상태로 하여, 웨이퍼(Ｗ)를 정전 흡착층(203) 상면 위쪽으로 들어올린다.
이 상태에서, 도시하지 않은 로봇 암의 암이 처리실(33) 내에 진입하고, 리프트 핀(209)으로 들어올린 웨이퍼(Ｗ)와 정전 흡착층(203) 사이의 극간에 선단의 웨이퍼 유지부가 이동한다. 이후, 도시하고 있지 않은 액추에이터의 동작에 의해 리프트 핀(209)이 하강하여 도시하고 있지 않은 당해 암 선단부 아래쪽으로 이동함으로써, 웨이퍼(Ｗ)가 도시하고 있지 않은 암 선단부의 웨이퍼 유지부에 건네 받아지고, 리프트 핀(203)은 시료대(101)의 관통 구멍(211-3)에 장착된 중공의 절연성 보스(210)의 내부에 수납된다. 이후, 도시하고 있지 않은 로봇 암의 암이 수축함으로써, 웨이퍼(Ｗ)는 로봇 암에 유지된 상태로 처리실(33) 외부의 도시하지 않은 진공 반송 용기 내의 반송실로 반출된다.
상기 전열 가스 공급 통로(204)의 전극 블록 내 통로(204-1)는, 전극 블록(202)에 형성된 관통 구멍(211-2)에 장착된 중공의 절연성 보스(210-2) 내를 관통하여 설치된다. 또한, 급전 라인(208)은, 전극 블록(202)에 형성된 관통 구멍(211-1)에 장착된 중공의 절연성 보스(210-1) 내를 관통하여 설치된다. 또한, 리프트 핀(209)은, 전극 블록(202)에 형성된 관통 구멍(211-3)에 장착된 중공의 절연성 보스(210-3)의 내부에 설치된다.
전극 블록(202)의 관통 구멍(211-1 내지 211-3)에 장착한 중공의 절연성 보스(210-1 내지 210-3)는, 관통 구멍(211-1 내지 211-3)의 내부를 보호함과 동시에, 전극 블록(202)과의 전기적인 절연 기능을 갖고 있다.
이러한 관통 구멍(211-1 내지 211-3)에 어떤 극간을 갖고 장착한 중공의 절연성 보스(210-1 내지 210-3)를 개재한 전극 블록(202)에의 열의 전달의 효율은, 전극 블록(202) 내부의 열의 전달의 효율과 비교하여 현저히 작다. 그 결과, 이러한 관통 구멍(211-1 내지 211-3)의 위쪽에 위치하는 웨이퍼(Ｗ)의 면 내의 방향에 대해서, 온도의 값 혹은 열전달의 양의 분포가 국소적으로 상이한 것이 되기 쉽다.
특히, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)의 열전도율이 전극 블록(202)의 열전도율보다 낮을 경우에는, 웨이퍼(Ｗ)의 절연성 보스(210-1 내지 210-3)의 바로 위에 위치한 부분에 있어서, 웨이퍼(Ｗ)로부터 바로 아래의 절연성 보스(210-1 내지 210-3)를 개재하여 전극 블록(202)으로 흐르는 열의 전달이, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)에 의해 저해되어진다.
열전도율이 낮은 세라믹 등이 절연성 보스(210-1 내지 210-3)의 구성 재료로서 이용되어, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)를 관통 구멍(211-1 내지 211-3)에, 어떤 극간을 갖고 장착했을 경우에는, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)를 개재한 웨이퍼(Ｗ)로부터 전극 블록(202)에의 열의 전달량이 작아져 버린다. 이 때문에, 관통 구멍(211-1 내지 211-3)과 그 주위의 전극 블록(202) 사이에서의 웨이퍼(Ｗ)의 온도가 원하는 온도 범위로부터의 벗어남이 국소적으로 커져 버린다. 이러한 경우의 절연 보스(210-3)의 바로 위의 웨이퍼(Ｗ)의 국소적인 온도 분포를, 도 2의 (b)의 그래프(120)에 나타낸다.
이에 대하여, 본 실시예의 시료대(101)는, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극 블록(202)이 복수의 층(본 실시예에서는, 하부층(202-1)과 상부층(202-2)의 2층)을 이루는 구조체를 상하 방향으로 배치해서 그들을 접합하여 일체로 한 구조로 했다. 또한, 하부층(202-1)은, 위쪽에 접합된 상부층(202-1)보다 높은 열전도율을 갖는 재료로 구성하고, 그 내부에 냉매 유로(11)를 배치하는 구성으로 했다. 즉, 전극 블록(202)을 구성하는 부재의 열전도율은, (하부층(202-1))＞(상부층(202-2))의 관계로 되어 있다.
또한, 전극 블록(202)의 관통 구멍(211-1 내지 211-3)에 장착한 절연성 보스(210-1 내지 210-3)는, 관통 구멍(211-1 내지 211-3) 중 하부층(202-1)에 형성된 관통 구멍(211-11 내지 211-31)과 밀착해 있다. 이에 따라, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)는, 하부층(202-1)과 열적으로 접촉하도록 장착되어 있다. 그리고, 하부층(202-1)은, 열전도율이 상부층(202-2)보다 높은 재료로 구성되어 있다. 구성 재료의 예로서는, 하부층(202-1)은 알루미늄, 구리, 상부층(202-2)은 티탄, 스테인레스, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)는 AlN(질화알루미늄), BN(질화붕소) 등을 이용할 수 있다.
본 실시예에서는, 전극 블록(202) 내부에 배치된 관통 구멍(211-1 내지 211-3) 중 하부층(202-1)를 관통하는 부분의 관통 구멍(211-11 내지 211-31)의 내주 벽면에 밀착한 상태로 접촉시켜 원통형의 절연성 보스(210-1 내지 210-3)가 끼워넣어져, 양자가 접촉하는 구성으로 되어 있다. 이에 따라, 웨이퍼(Ｗ)와 하부층(202-1)에 형성된 냉매 유로(11) 사이를 연결하는 열전달의 경로는, 웨이퍼(Ｗ) 하면, 절연성 보스(210-1 내지 210-3) 및 하부층(202-1)을 개재하여 냉매 유로(11)에 이르는 것이 되고, 도 2의 (b)에 화살표로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(Ｗ)측으로부터 상부층(202-2)의 하측의 하부층(202-1)에 형성된 냉매 유로(11)측으로 흐르는 열량(Q´)도 크게 할 수 있다.
이와 같이, 상부층(202-2)보다 열전달율이 높은 절연성 보스(210-1 내지 210-3)가 장착된 관통 구멍(211-1 내지 211-3)의 상부에 있어서의 웨이퍼(Ｗ)의 부분과, 그 이외의 절연성 보스(210-1 내지 210-3)보다 열전달율이 낮은 재료로 형성된 상부층(202-2)의 상부에 있어서의 부분과의 웨이퍼(Ｗ)로부터 전극 블록(202)에의 열전달량의 차를 작게 할 수 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 종래 기술과 비교하여, 웨이퍼(Ｗ)의 면 내 방향에 대한 온도의 값 또는 그 분포가 관통 구멍과 그 주위에 있어서 다른 개소와 비교하여 국소적으로 크게 어긋나 버리는 것이 억제된다.
그 결과, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같은 웨이퍼(Ｗ)의 온도 분포(110)를 얻을 수 있다. 도 2의 (b)에 나타낸 온도 분포를 나타내는 그래프에 있어서, 본 실시예에 의해 얻어지는 웨이퍼(Ｗ)의 면 내의 온도 분포(110)는, 본 실시예가 적용되고 있지 않을 경우의 온도 분포(120)에 대하여, 피크 레벨이 저감되어 웨이퍼(Ｗ) 면 내에서의 온도 분포의 균일화가 보다 개선되어 있음을 알 수 있다.
또한, 상부층(202-2)에 하부층(202-1)보다 낮은 열전도율을 갖는 부재를 이용함으로써, 상부층(202-2)과 내부 전극(203-1) 사이에 도시하고 있지 않은 히터가 배치되었을 경우에, 당해 히터와 비교적 높은 열전도율을 갖는 하부층(202-1)의 내부에 형성된 냉매 유로(11) 사이의 열저항을, 비교적 낮은 열전도율을 갖는 상부층(202-2)에 의해 크게 할 수 있다. 그 결과, 도시하고 있지 않은 히터의 가열 에너지를 효율적으로 웨이퍼(Ｗ)에 전달하는 것이 가능해져, 웨이퍼(Ｗ)의 온도를, 비교적 짧은 시간에 보다 높은 정밀도로 조절할 수 있다.
[변형예 1]
도 3은, 도 1에 나타낸 실시예의 플라스마 처리 장치의 제1 변형예에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타낸 종단면도이다. 도 3에 있어서, 도 1 또는 2와 동일한 부호가 부여되어 있는 구성에 대해서는, 필요한 경우 이외의 설명을 생략한다.
본 변형예 1에 따른 시료대(3101)는, 전극 블록(3202)이 상하 방향으로 3개 부재가 일체로 접합된 3층으로 구성되어 있다. 또한, 상대적으로 높은 열전도율의 재료로 구성된 부재가 중간층(3202-3)을 구성하고, 당해 중간층(3202-3)의 내부에 냉매 유로(11)가 배치되어 있다.
또한, 중간층(3202-3)의 위쪽에, 이 상면과 접속된 상대적으로 낮은 열전도율의 재료로 구성된 부재가, 상부층(3202-2)으로서 형성되어 있다. 이 상부층(3202-2)은, 도 2에 나타낸 실시예에서 설명한 상부층(202-2)에 상당한다.
또한, 중간층(3202-3)의 아래쪽에, 이 중간층(3202-3)에 대하여 상대적으로 낮은 열전도율의 재료로 구성된 부재가, 중간층(3202-3)의 하면과 접해 이면층(3202-4)으로서 형성되어 있다.
그리고, 각 층을 구성하는 재료의 열전도율은, (중간층(3202-3))＞(상부층(3202-2)), 및 (중간층(3202-3))＞(이면층(3202-4))의 관계로 되어 있다.
또한, 전극 블록(3202) 전체를 관통하는 관통 구멍 내에서 그 내주 벽면과 접해 이를 덮도록 끼워넣어져 배치되는 절연성 보스(210-1 내지 210-3)는, 실시예에서 설명한 경우와 마찬가지로, 중간층(3202-3)에 형성된 관통 구멍(3211-1 내지 3211-3)과 각각 열적으로 접촉해 있다.
이 절연성 보스(210-1 내지 210-3)의 부재로서, 열전도율이 상부층(3202-2)보다 높은 재료를 채용했다. 구성 재료의 예로서는, 중간층(3202-3)은 알루미늄, 구리, 상부층(3202-2) 및 이면층(3202-4)은 티탄, 스테인레스, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)는 AlN, BN 등을 이용할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(Ｗ)로부터 절연성 보스(210-1 내지 210-3) 및 중간층(3202-3)을 개재하여, 냉매 유로(11)에 전도하는 열량을 크게 할 수 있어, 실시예의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼(Ｗ)의 면 내의 배열 분포의 불균일을 억제할 수 있다.
본 변형예에 있어서는, 이면층(3202-4)을 중간층(3202-3)의 아래쪽에 있어서, 중간층(3202-3)과 접속시켜 배치함으로써, 다층의 구조를 갖는 전극 블록(3202)의 열변형을 억제할 수 있다. 즉, 상부층(3202-2)의 아래쪽에서 이에 접속되어 선팽창 계수가 보다 큰 중간층(3202-3)의 아래쪽에 상부층(3202-2)과 선팽창 계수가 거의 동등한 이면층(3202-4)을 배치했음으로써, 전극 3블록(3202)을 구성하는 재료의 열팽창의 차에 의해 발생하는 상하 방향의 휨을, 중간층(3202-3)의 상하를 끼워 팽창이 상대적으로 작은 상부층(3202-2), 이면층(3202-4)에 의해 저감할 수 있어, 전극 블록(3202) 나아가서는 시료대(3101) 전체의 변형을 억제할 수 있다.
그 결과, 전극 블록(3202)이 플라스마(43) 혹은 상부층(3202-2)과 내부 전극(203-1) 사이에 배치된 도시하고 있지 않은 히터로부터의 열을 받아 가열된 경우에도, 중간층(3202-3)의 시료대(3101)의 볼록부 혹은 그 위쪽에 실리는 웨이퍼(Ｗ)의 면 내의 방향에 대한 상대적으로 큰 팽창과 이에 의한 상하 방향의 휨이 저감되어, 전극 블록(3202) 나아가서는 시료대(3101) 전체의 변형이 억제된다.
시료대(3101)는, 플라스마(43)가 형성되는 처리실(33) 내에 배치되어 플라스마(43)에 노출되기 때문에, 전극 블록(3202)의 이면층(3202-4)은, 내플라스마성이 높은 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 중간층(3202-3)의 알루미늄이나 구리보다 내플라스마성이 높은, 상부층(3202-2)과 동일 부재의 티탄이나 스테인레스가 이용된다.
[변형예 2]
다음으로, 도 4를 이용하여 본 발명의 실시예의 제2 변형예로서, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)의 다른 구성을 설명한다. 도 4는, 도 2에 나타내는 실시예에서 설명한 플라스마 처리 장치의 본 변형예에 따른 시료대(4101)의 구성에 있어서, 리프트 핀(209)이 설치되는 부분의 주위의 개략을 모식적으로 나타낸 도면이다.
상기 설명한 실시예 및 변형예 1에 있어서, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)는, 실시예에 있어서의 전극 블록(202)의 관통 구멍(211-1 내지 211-3)의 내주 벽, 또는 변형예 1에 있어서의 전극 블록(3202)의 관통 구멍(3211-1 내지 3211-3)의 내주 벽을 보호함과 동시에, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)의 내부의 공간 및 이에 수납되는 리프트 핀(209)과 전극 블록(202) 또는 전극 블록(3202) 사이를 전기적으로 절연하는 기능을 발휘하는 것이 요구된다.
본 변형예 2에 따른 절연성 보스(4210-3)는, 열전도율은 낮지만 절연성(유전률 또는 비유전률)과 내플라스마성이 높은 재료로 구성된 내측 보스(4210-31)와, 열전도율은 보다 높지만 절연성 및 내플라스마성이 낮은 재료로 구성된 외측 보스(4210-32)를, 내측 보스(4210-31)의 외주 벽면과 외측 보스(4210-32)의 내주 벽면을 맞닿아 배치한, 동심 형상으로 다중의 구성을 구비하고 있다.
외측 보스(4210-32)의 외주 벽면은, 시료대(4101)의 전극 블록(4202)을 구성하는 하부층(4202-1)과 상부층(4202-2)에 형성된 관통 구멍(4211-3)과 밀착하여, 실시예에서 설명한 경우와 마찬가지로 하부층(4202-1)과 열적으로 접촉해 있다.
본 변형예의 절연성 보스(4210-3)에서는, 각각에서 열전도성과 절연성이 상반하여 상이한 복수의 재료가 동심 형상으로 경계를 접해 일체의 부재로서 절연성 보스(4210-3)를 구성함으로써, 절연성 보스(4210-3)로서 필요한 열전도성, 절연성, 내플라스마성 등의 특성을 상이한 부재에 담당하게 하여 전체적으로 필요한 성능이 확보되고 있다.
또한, 본 변형예에 있어서는, 실시예 1에서 설명한 절연성 보스(210-1 및 210-2)에 대해서도, 절연성 보스(4210-3)와 마찬가지의 구성을 갖고 있다.
[변형예 3]
다음으로, 본 발명의 실시예의 또 다른 제3 변형예를, 도 5를 이용하여 설명한다. 도 5는, 도 2에 나타낸 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대(5101)의 구성에 있어서, 리프트 핀(209)이 설치되는 부분의 주위의 개략을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 이용하여 설명한 실시예와 같이, 시료대(101)는, 금속 등의 상대적으로 높은 도전성 또는 열전도성을 갖는 전극 블록(202)을, 하부층(202-1)과 상부층(202-2)과 같이, 선팽창 계수가 상이한 재료로 구성된 부재를 상하 방향에 접속시켜 다층의 구조로 구성하고 있다. 이러한 경우에는, 이 전극 블록(202)에 열이 가해졌을 경우, 각 층의 열팽창의 크기의 차에 의해, 이들의 복수의 층을 관통하여 밀착해서 끼워넣어진 원통형의 절연성 보스(210)는, 그 축을 가로지르는 방향으로 전단력(剪斷力)이 작용하여 파손될 우려가 있다.
예를 들면, 도 2에 나타낸 실시예에서는, 티탄 또는 스테인레스로 형성된 상부층(202-2)보다, 알루미늄 또는 구리로 형성된 하부층(202-1)쪽이 선팽창 계수가 높은 재료로 형성되어 있다. 또한, 절연성 보스(210-1 내지 210-3)가 그 외주의 벽면을 전극 블록(202)의 관통 구멍(211-1 내지 211-3)의 내주 벽과 접해 끼워넣어져 있다.
이러한 구성에 있어서, 플라스마(43)가 형성되고 웨이퍼(Ｗ)가 처리되고 있는 동안에 가열됨으로써, 전극 블록(202)의 하부층(202-1) 및 상부층(202-2)에는 각각 열팽창이 발생한다. 이때, 양자의 열팽창율의 차에 의해, 전극 블록(202)의 중심 부분으로부터 반경 방향으로 떨어진 위치에 형성된 관통 구멍(211-1 내지 211-3)의 위치가, 상대적으로 크게 변이하는 하부층(202-1)과 팽창의 양이 상대적으로 작아 변이량이 비교적 작은 상부층(202-2)으로 상이하다.
그 결과, 팽창의 양이 상대적으로 작아 변이량이 비교적 작은 상부층(202-2) 내의 부위에 유지된 절연성 보스(210-1 내지 210-3)가 시료대(101)의 외주측을 향하는 방향의 힘(전단력)을 받게 된다. 이에 따라, 상기 팽창의 차가 허용되는 범위를 초과하면 절연성 보스(210)의 파손이 발생해 버릴 우려가 있다.
본 변형예에 있어서의 도 5에 나타낸 예에서는, 절연성 보스(5210-3)는, 전극 블록(5202)을 구성하는 하부층(5202-1)을 관통하는 관통 구멍(5211-31)과, 상부층(5202-2)을 관통하는 관통 구멍(5211-3)의 내부에 삽입되어, 양자를 관통하여 배치되어 있다.
원통형을 갖는 절연성 보스(5210-3)의 상부층(5202-2) 내의 부위는, 그 외주 벽면과 상부층(5202-2)에 형성된 관통 구멍(5211-3)의 내주 벽면 사이에 경질 접착층(5212-3)을 개재하여 접속되어 고정된다. 전극 블록(5202)의 구성 재료는, (하부층(5202-1)의 선팽창 계수)＞(상부층(5202-2)의 선팽창 계수)로 되어 있다.
또한, 원통형의 절연성 보스(5210-3)의 하부층(5202-1) 내의 부위는, 그 외주 벽면과 하부층(5202-1)의 관통 구멍(5211-31)의 내주 벽면 사이의 극간에 연질 접착층(5213-3)을 끼워 하부층(5202-1)에 접속되어 그 위치가 고정된다.
상기 극간의 절연성 보스(5210-3)의 반경 방향에 대한 크기는, 절연성 보스(5210-3)를 포함하는 전극 블록(5202)의 조립시 혹은 외부로부터의 작용에 의해 시료대(5101)가 가열되기 전의 상태에서, 절연성 보스(5210-3)와 상부층(5202-2) 사이의 극간보다 절연성 보스(5210-3)와 하부층(5202-1) 사이의 극간쪽이 크게 형성되어 있다. 또한, 관통 구멍 내의 절연성 보스(5210-3)와 하부층(5202-1) 사이의 극간에는 연질 접착제(5213-3)가 끼워져 있다.
이러한 구성에 의해, 본 변형예의 시료대(5101)에서는, 열팽창에 의한 전극 블록(5202)과 절연성 보스(5210-3)의 물리적인 간섭을 억제하면서 양자간에서의 보다 높은 열전달을 실현할 수 있다. 즉, 절연성 보스(5210-3) 또는 관통 구멍의 반경 방향에 대한 경질 접착층(5212-3)의 크기(두께)를 t1, 연질 접착층(5213-3)의 두께를 t2로 했을 경우, t2＞t1로 되어 있다.
그리고 또한, 재료로서의 이들 경질 접착층(5212-3) 및 연질 접착층(5213-3)의 경도는 (경질 접착층(5212-3)의 경도 또는 강성)＞(연질 접착층(5213-3)의 경도 또는 강성)의 관계로 되어 있다.
이러한 접착제의 예로서는, 경질 접착층(5212-3)은 수지계 접착제, 또는, 세라믹계 접착제, 연질 접착층(5213-3)은 실리콘계 접착제 등을 사용할 수 있다. 또한, 연질 접착층(5213-3)은 연질임과 동시에 열전도성이 좋은 것이 바람직하기 때문에, 열전도율을 높이기 위해 세라믹 등의 열전도용의 필러를 첨가해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 본 변형예에서의 전극 블록(5202)을 구성하는 각 층과 절연성 보스(5210-3) 사이의 열전달율의 관계는, (절연성 보스(5210-3)와 연질 접착층(5213-3) 사이의 열전달율)＞(절연성 보스(5210-3)와 경질 접착층(5212-3) 사이의 열전달율)로 되어 있다.
실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지로, 절연성 보스(5210-3)는, 열전도율이 상부층(5202-2)을 구성하는 부재의 열전도율보다 큰 재료로 형성되고, 하부층(5202-1)은, 열전도율이 상부층(5202-2)을 구성하는 부재의 열전도율보다 큰 재료로 형성되어 있다. 본 변형예에서는, 상부층(5202-2)으로부터 절연성 보스(5210-3)에 보다 많은 열이 전달하게 되어, 절연성 보스(5210-3)의 상단부에 있어서 그 주위의 상부층(5202-2)과의 사이의 온도의 차가 억제되고, 관통 구멍(5211-3)의 위쪽 및 그 주위에서의 웨이퍼(Ｗ)의 온도의 국소적인 변동을 작게 할 수 있다.
또한, 본 변형예의 시료대(5101)를 조립하는 공정에 있어서, 경질 접착층(5212-3)을 이용하여 절연성 보스(5210-3)를 상부층(5202-2)과 접속해서 그 위치를 고정한 후, 절연성 보스(5210-3)와 하부층(5202-1) 내의 관통 구멍(5211-31)의 내주 벽면 사이에 연질 접착층(5213-3)을 배치할 때에는, 하부층(5202-1)의 하면(저면)측의 관통 구멍(5211-31)의 개구로부터 연질 접착층(5213-3)을 충전했을 경우에는, 경질 접착층(5212-3)과 연질 접착층(5213-3) 사이에 극간이 발생해 버려, 당해 극간에 의해 절연성 보스(5210)의 고정이나 열전달의 성능이 손상되어 버릴 우려가 있다.
이를 억제하기 위해, 본 변형예에서는, 하부층(5202-1)의 관통 구멍(5211-31)과 상부층(5202-2)의 관통 구멍(5211-3) 사이의 경계부 외주측에 있어서 적어도 어느 쪽의 접합면(도 5에 나타낸 구성에서는, 상부층(5202-2)의 측)을 오목하게 한 오목부를 당해 경계부를 링 형상으로 둘러싸서 형성한 배기용 홈(5214-3)을 배치하고, 이 배기용 홈(5214-3)과 전극 블록(5202)의 하면의 측을 연통하는 배기 구멍(5215-3)을 구비하고 있다.
이 구성에 의해, 연질 접착층(5213-3)을 절연성 보스(5210-3)와 하부층(5202-1) 내의 관통 구멍(5211-31)의 내주 벽면과의 극간에 가득 충전할 때에도, 당해 극간 내의 연질 접착층(5213-3)과 경질 접착층(5212-3) 사이에 공간, 소위 보이드가 발생하는 것을 억제하여, 연질 접착층(5213-3)을 절연성 보스(5210-3)의 주위에 배치할 수 있어, 절연성 보스(5210-3)의 위치의 고정 및 열전달의 효율이 손상되는 것이 억제된다.
또한, 본 변형예에 있어서는, 리프트 핀(209)이 설치되는 부분의 주위의 구성에 대해서 설명했지만, 실시예 1에서 설명한 절연성 보스(210-1 및 210-2)를 장착하는 부분에 대해서도, 도 5에서 설명한 절연성 보스(5210-3)와 마찬가지의 구성을 가진 부재가 장착된다.
상기 실시예 및 변형예의 구성에 의하면, 처리 중의 웨이퍼(Ｗ)의 면 내 방향에 있어서의 온도의 값과 그 분포에 있어서 국소적으로 변화가 큰 개소(특이점의 영역)가 발생하는 것을 억제할 수 있고, 웨이퍼(Ｗ)의 처리에 있어서의 원하는 웨이퍼(Ｗ) 또는 시료대(5101)의 온도의 목표값을 정밀도 좋게 축 원자 처리의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 실시예는 마이크로파의 전계 및 자계를 이용하여 ECR에 의해 플라스마(43)를 발생시키는 플라스마 처리 장치를 설명했지만, 다른 플라스마를 형성하는 수단, 예를 들면 유도 결합이나 용량 결합에 의해 플라스마를 형성하는 구성이어도, 본 발명은 그 작용, 효과에 제약을 발생시키지 않고 이를 적용하는 것이 가능하다.
본 발명이 제안하는 진공 처리 장치의 시료대는 상기 플라스마 처리 장치의 실시예에 한정되지 않고, 이물의 발생을 억제하면서, 정밀한 웨이퍼 온도 관리를 필요로 하는 다른 장치에도 전용(轉用)이 가능하다. 예를 들면, 웨이퍼를 고온으로 가열하면서 처리를 행하는, 애싱 장치, 스퍼터 장치, 이온 주입 장치 등에도 유용하다고 생각된다.
11: 냉매 유로 20: 진공 용기
21: 고주파 전원 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 41: 도파관
42: 솔레노이드 코일 100: 플라스마 처리 장치
101, 3101, 4101, 5101: 시료대 202, 3202, 4202, 5202: 전극 블록
202-1, 4202-1, 5202-1: 하부층
202-2, 3202-2, 4202-2, 5202-2: 상부층
203: 정전 흡착층 203-1: 내부 전극
203-2: 절연체 204: 전열 가스 공급 통로
204-1: 전극 블록 내 통로 204-2: 가스 라인
206: 유량 제어 밸브 207: 직류 전원
208: 급전 라인 209: 리프트 핀
210-1, 210-2, 210-3, 4210-3: 절연성 보스
3202-3: 중간층 3202-4: 이면층
4210-31: 내측 보스 4210-32: 외측 보스
5212-3: 경질 접착층 5213-3: 연질 접착층
5214-3: 배기용 홈 5215-3: 배기 구멍
Ｗ: 웨이퍼

Claims (8)

  1. 진공 용기로 형성된 처리실과,
    상기 처리실의 내부에 설치되어 피처리물을 재치(載置)하는 시료대와,
    진공 펌프를 구비하여 상기 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와,
    전원을 구비하여 상기 처리실의 내부에 플라스마를 발생시키는 플라스마 발생부를 구비한 플라스마 처리 장치로서,
    상기 시료대는,
    내부에 냉매의 유로가 형성된 제1 금속제의 기재와,
    상기 제1 금속제의 기재의 상부에 있어서 상기 제1 금속제의 기재보다 열전도율이 작은 제2 금속제의 기재와,
    상기 제2 금속제의 기재의 표면을 덮는 절연 부재로 형성되고 내부에 전극이 형성되어 상면에 재치한 상기 피처리물을 정전기력으로 흡착하는 절연막층과,
    상기 정전기력에 의한 흡착을 정지한 상태에서 상기 피처리물을 상기 절연막층의 상면에 대하여 상하로 이동시키는 복수의 리프트 핀을 구비하고,
    상기 제1 금속제의 기재와 상기 제2 금속제의 기재와 상기 절연막층에는 복수의 상기 리프트 핀을 통과시키는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 복수의 상기 관통 구멍의 각각의 내부에는 상기 리프트 핀과 상기 제1 금속제의 기재 및 상기 제2 금속제의 기재를 전기적으로 절연하며, 또한 열전도율이 상기 제2 금속제의 기재보다 큰 절연 부재로 형성된 보스가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보스가 삽입된 상태에서 당해 보스의 외측 벽면과 상기 제2 금속제의 기재에 형성된 상기 관통 구멍의 내측 벽면의 극간(隙間)이 상기 보스의 외측 벽면과 상기 제1 금속제의 기재에 형성된 상기 관통 구멍의 내측 벽면의 극간보다 크게 되어 있고, 상기 보스의 외측 벽면과 상기 제1 금속제의 기재의 내측 벽면의 극간에 제1 접착제가 끼워져 상기 보스의 외측 벽면과 상기 제1 금속제의 기재의 내측 벽면이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접착제의 열전도율이 상기 제2 금속제의 기재의 열전도율보다 큰 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 접착제의 강성이 상기 제2 금속제의 기재의 강성보다 작은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 보스의 외측 벽면과 상기 제2 금속제의 기재에 형성된 상기 관통 구멍의 내측 벽면의 극간에 제2 접착제가 끼워져 상기 보스의 외측 벽면과 상기 제2 금속제의 기재가 접속되고, 상기 보스의 외측 벽면과 상기 제2 금속제의 기재 사이의 극간과 상기 제1 금속제의 기재의 외부를 연통하는 연통로를 구비한 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보스는 내측과 외측의 2층을 갖고, 상기 내측의 층은, 상기 외측의 층보다 절연성이 높고 열전도율이 낮은 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 금속제의 기재가 티탄 또는 티탄 합금을 재료로 하여 형성되고, 상기 제1 금속제의 기재가 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 재료로 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보스가 질화알루미늄을 재료로 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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