KR20210023716A - 엣지링, 플라즈마 처리 장치 및 엣지링의 제조 방법 - Google Patents

엣지링, 플라즈마 처리 장치 및 엣지링의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 엣지링의 소모를 억제하면서, 엣지링과 정전 척 사이로부터의 전열 가스의 누설을 저감하는 엣지링을 제공한다.
[해결수단] 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내부에서 배치대에 배치된 기판의 주위를 둘러싸는 엣지링으로서, 상기 처리 용기의 내부에 생성되는 플라즈마와의 접촉면을 가지며, 제1 재료로 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재의 상기 접촉면의 반대측에 마련되며, 제1 재료와 다른 제2 재료로 형성된 제2 부재를 가지고, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료보다 영률이 높은, 엣지링이 제공된다.

Description

엣지링, 플라즈마 처리 장치 및 엣지링의 제조 방법{EDGE RING, PLASMA PROCESSING APPARATUS, AND MANUFACTURING METHOD OF EDGE RING}
본 개시는 엣지링, 플라즈마 처리 장치 및 엣지링의 제조 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치의 처리실 내의, 정전 척에 배치되는 기판의 주위에는, 엣지링이 마련된다. 엣지링은, 처리실 내에 생성된 플라즈마를 기판의 상방을 향하여 수속하여, 기판에의 플라즈마 처리의 효율을 향상시킨다.
최근, 엣지링의 수명의 연장을 목적으로 하여, 실리콘카바이드(SiC)로 대표되는, 실리콘(Si)보다 강성이 강한 재료가 엣지링의 재료로서 채용되는 경우가 있다.
정전 척의 외주측에 배치되는 엣지링의 하면에는, He(헬륨) 등의 전열 가스가 공급되고, 이에 의해, 엣지링의 온도가 제어된다. 예컨대, 특허문헌 1에는, 공급된 전열 가스가 엣지링과 정전 척의 간극으로부터 새는 양(누설량)의 증대를 억제하기 위해, 웨이퍼 반입출 시 및 웨이퍼리스 드라이 클리닝(WLDC) 시에, 포커스링을 정전 흡착하는 것이 제안되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2016-122740호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2016-225588호 공보
엣지링의 상면은 플라즈마에 노출되어, 소모된다. 엣지링이 소정량 이상 소모되면, 에칭 특성 등에 영향을 끼칠 가능성이 있기 때문에, 엣지링을 교환할 필요가 생긴다.
본 개시는 엣지링의 소모를 억제하면서, 엣지링과 정전 척 사이로부터의 전열 가스의 누설을 저감하는 엣지링을 제공한다.
본 개시의 하나의 양태에 따르면, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내부에서 배치대에 배치된 기판의 주위를 둘러싸는 엣지링으로서, 상기 처리 용기의 내부에 생성되는 플라즈마와의 접촉면을 가지며, 제1 재료로 형성된 제1 부재와, 상기 제1 부재의 상기 접촉면의 반대측에 마련되며, 제1 재료와 다른 제2 재료로 형성된 제2 부재를 가지고, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료보다 영률이 높은, 엣지링이 제공된다.
하나의 측면에 따르면, 엣지링의 소모를 억제하면서, 엣지링과 정전 척 사이로부터의 전열 가스의 누설을 저감하는 엣지링을 제공할 수 있다.
도 1은 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 일실시형태에 따른 엣지링의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 일실시형태의 변형예 1∼5에 따른 엣지링의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 일실시형태에 변형예 6에 따른 엣지링의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 일실시형태에 따른 중간 부재를 포함하는 엣지링의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 일실시형태에 따른 중간 부재를 포함하는 엣지링의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치]
일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(10)를 구비한다. 처리 용기(10)는, 그 안에 내부 공간(10s)을 제공한다. 처리 용기(10)는 처리 용기 본체(12)를 포함한다. 처리 용기 본체(12)는, 대략 원통 형상을 갖는다. 처리 용기 본체(12)는, 예컨대 알루미늄으로 형성된다. 처리 용기 본체(12)의 내벽면 상에는, 내부식성을 갖는 막이 마련되어 있다. 상기 막은, 산화알루미늄, 산화이트륨 등의 세라믹이어도 좋다.
처리 용기 본체(12)의 측벽에는, 통로(12p)가 형성되어 있다. 기판(W)은, 통로(12p)를 통하여 내부 공간(10s)과 처리 용기(10)의 외부 사이에서 반송된다. 통로(12p)는, 처리 용기 본체(12)의 측벽을 따라 마련되는 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐된다.
처리 용기 본체(12)의 바닥부 상에는, 지지부(13)가 마련되어 있다. 지지부(13)는, 절연 재료로 형성된다. 지지부(13)는, 대략 원통 형상을 갖는다. 지지부(13)는, 내부 공간(10s) 중에서, 처리 용기 본체(12)의 바닥부로부터 상방으로 연장되어 있다. 지지부(13)는, 상부에 배치대(14)를 갖는다. 배치대(14)는, 내부 공간(10s) 안에서, 기판(W)을 지지하도록 구성되어 있다.
배치대(14)는, 베이스(18) 및 정전 척(20)을 갖는다. 배치대(14)는, 전극 플레이트(16)를 더 가질 수 있다. 전극 플레이트(16)는, 알루미늄 등의 도체로 형성되며, 대략 원반 형상을 갖는다. 베이스(18)는, 전극 플레이트(16) 상에 마련되어 있다. 베이스(18)는, 알루미늄 등의 도체로 형성되며, 대략 원반 형상을 갖는다. 베이스(18)는, 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다.
정전 척(20)은, 베이스(18) 상에 마련되어 있다. 정전 척(20)의 상면에 기판(W)이 배치된다. 정전 척(20)은, 본체 및 전극을 갖는다. 정전 척(20)의 본체는, 대략 원반 형상을 가지며, 유전체로 형성된다. 정전 척(20)의 전극은, 막형의 전극이며, 정전 척(20)의 본체 내에 마련되어 있다. 정전 척(20)의 전극은, 스위치(20s)를 통해 직류 전원(20p)에 접속되어 있다. 정전 척(20)의 전극에 직류 전원(20p)으로부터의 전압이 인가되면, 정전 척(20)과 기판(W) 사이에 정전 인력이 발생한다. 그 정전 인력에 의해, 기판(W)이 정전 척(20)에 유지된다.
베이스(18)의 둘레 가장자리부 상에는, 기판(W)의 주위를 둘러싸도록, 엣지링(25)이 배치된다. 엣지링(25)은 포커스링이라고도 불린다. 엣지링(25)은, 기판(W)에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시킨다.
베이스(18)의 내부에는, 유로(18f)가 마련되어 있다. 유로(18f)에는, 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있는 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(22a)을 통해 온도 조정용의 열교환 매체(냉매, 열매체)가 공급된다. 유로(18f)에 공급된 열교환 매체는, 배관(22b)을 통해 칠러 유닛에 복귀된다. 열교환 매체와 베이스(18)의 열교환에 의해, 정전 척(20) 상에 배치된 기판(W)의 온도가 조정된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 가스 공급 라인(24)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(24)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스(예컨대 He 가스)를, 정전 척(20)의 상면과 기판(W)의 이면 사이에 공급한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 상부 전극(30)을 더 구비한다. 상부 전극(30)은, 배치대(14)의 상방에 배치대(14)에 대향하여 마련되어 있다. 상부 전극(30)은, 부재(32)를 통해, 처리 용기 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 부재(32)는, 절연성을 갖는 재료로 형성된다. 상부 전극(30)과 부재(32)는, 처리 용기 본체(12)의 상부 개구를 폐쇄하고 있다.
상부 전극(30)은, 천장판(34) 및 지지체(36)를 포함할 수 있다. 천장판(34)의 하면은, 내부 공간(10s) 측의 하면이며, 내부 공간(10s)을 구획한다. 천장판(34)은, 발생하는 주울열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체로 형성될 수 있다. 천장판(34)은, 천장판(34)을 그 판두께 방향으로 관통하는 복수의 가스 토출 구멍(34a)을 갖는다.
지지체(36)는, 천장판(34)을 착탈이 자유롭게 지지한다. 지지체(36)는, 알루미늄 등의 도전성 재료로 형성된다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 지지체(36)는, 가스 확산실(36a)로부터 하방으로 연장되는 복수의 가스 구멍(36b)을 갖는다. 복수의 가스 구멍(36b)은, 복수의 가스 토출 구멍(34a)에 각각 연통되어 있다. 지지체(36)에는, 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)는, 가스 확산실(36a)에 접속되어 있다. 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는, 밸브군(42), 유량 제어기군(44) 및 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40), 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)은, 가스 공급부를 구성하고 있다. 가스 소스군(40)은, 복수의 가스 소스를 포함한다. 밸브군(42)은, 복수의 개폐 밸브를 포함한다. 유량 제어기군(44)은, 복수의 유량 제어기를 포함한다. 유량 제어기군(44)의 복수의 유량 제어기의 각각은, 매스플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스의 각각은, 밸브군(42)의 대응의 개폐 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응의 유량 제어기를 통해, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 처리 용기 본체(12)의 내벽면 및 지지부(13)의 외주를 따라, 실드(46)가 착탈이 자유롭게 마련되어 있다. 실드(46)는, 처리 용기 본체(12)에 반응 부생물이 부착하는 것을 방지한다. 실드(46)는, 예컨대, 알루미늄으로 형성된 모재의 표면에 내부식성을 갖는 막을 형성함으로써 구성된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화이트륨 등의 세라믹으로 형성될 수 있다.
지지부(13)와 처리 용기 본체(12)의 측벽 사이에는, 배플 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예컨대, 알루미늄으로 형성된 모재의 표면에 내부식성을 갖는 막(산화이트륨 등의 막)을 형성함으로써 구성된다. 배플 플레이트(48)에는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방, 또한, 처리 용기 본체(12)의 바닥부에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통해 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는, 압력 조정 밸브 및 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 포함한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 제1 고주파 전원(62) 및 제2 고주파 전원(64)을 구비하고 있다. 제1 고주파 전원(62)은, 제1 고주파 전력(이하, 「HF 전력 또는 HF 파워」라고도 함)을 발생하는 전원이다. 제1 고주파 전력은, 플라즈마의 생성에 알맞은 주파수를 갖는다. 제1 고주파 전력의 주파수는, 예컨대 27 ㎒∼100 ㎒의 범위 내의 주파수이다. 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(66) 및 전극 플레이트(16)를 통해 베이스(18)에 접속되어 있다. 정합기(66)는, 제1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측[베이스(18)측]의 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖는다. 또한, 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 통해, 상부 전극(30)에 접속되어 있어도 좋다. 제1 고주파 전원(62)은, 일례의 플라즈마 생성부를 구성하고 있다.
제2 고주파 전원(64)은, 제2 고주파 전력(이하, 「LF 전력 또는 LF 파워」라고도 함)을 발생하는 전원이다. 제2 고주파 전력은, 제1 고주파 전력의 주파수보다 낮은 주파수를 갖는다. 제1 고주파 전력과 함께 제2 고주파 전력이 이용되는 경우에는, 제2 고주파 전력은 기판(W)에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전압용의 고주파 전력으로서 이용된다. 제2 고주파 전력의 주파수는, 예컨대 400 ㎑∼13.56 ㎒의 범위 내의 주파수이다. 제2 고주파 전원(64)은, 정합기(68) 및 전극 플레이트(16)를 통해 베이스(18)에 접속되어 있다. 정합기(68)는, 제2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측[베이스(18)측]의 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖는다.
또한, 제1 고주파 전력을 이용하지 않고, 제2 고주파 전력을 이용하여, 즉, 단일의 고주파 전력만을 이용하여 플라즈마를 생성하여도 좋다. 이 경우에는, 제2 고주파 전력의 주파수는, 13.56 ㎒보다 큰 주파수, 예컨대 40 ㎒여도 좋다. 또한, 이 경우, 플라즈마 처리 장치(1)는, 제1 고주파 전원(62) 및 정합기(66)를 구비하지 않아도 좋다. 제2 고주파 전원(64)은 일례의 플라즈마 생성부를 구성한다.
플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 가스가, 가스 공급부로부터 내부 공간(10s)에 공급되어, 플라즈마를 생성한다. 또한, 제1 고주파 전력 및/또는 제2 고주파 전력이 공급됨으로써, 상부 전극(30)과 베이스(18) 사이에서 고주파 전계가 생성된다. 생성된 고주파 전계가 플라즈마를 생성한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 전원(70)을 구비하고 있다. 전원(70)은, 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 전원(70)은 내부 공간(10s) 내에 존재하는 정이온을 천장판(34)에 인입하기 위한 전압을, 상부 전극(30)에 인가한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 제어부(80)를 더 구비할 수 있다. 제어부(80)는, 프로세서, 메모리 등의 기억부, 입력 장치, 표시 장치, 신호의 입출력 인터페이스 등을 구비하는 컴퓨터일 수 있다. 제어부(80)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 제어한다. 제어부(80)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또한, 제어부(80)에서는, 표시 장치에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한, 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어 프로그램은, 플라즈마 처리 장치(1)에서 각종 처리를 실행하기 위해, 프로세서에 의해 실행된다. 프로세서가, 제어 프로그램을 실행하여, 레시피 데이터에 따라 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 제어한다.
[엣지링]
다음에, 일실시형태에 따른 엣지링(25)에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 일실시형태에 따른 엣지링(25)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2의 (a)는 일실시형태에 따른 엣지링(25)을 상면에서 본 도면이다. 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 A-A 단면을 나타내는 도면이다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 엣지링(25)은, 기판(W)의 주위를 둘러싸도록 링형으로 형성되어 있다. 엣지링(25)의 상면(25a1)은, 엣지링(25)이 정전 척(20)에 배치되었을 때, 처리 용기(10)의 내부에 생성된 플라즈마와 접촉하는 면이 된다.
도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)가 접합된 구성을 갖는다. 상부 부재(25a)는 탄화실리콘(SiC)으로 형성된다. 하부 부재(25b)는 실리콘(Si)으로 형성된다. 하부 부재(25b)는, 상부 부재(25a)의 상면(25a1)의 반대측, 즉, 엣지링(25)의 플라즈마와 접촉하지 않는 측에 마련된다.
상부 부재(25a)의 상면(25a1)은, 플라즈마와 접촉하는 면이기 때문에, 플라즈마에 폭로되어, 소모된다. 소정량 이상 소모된 엣지링(25)은, 에칭 특성 등, 기판(W)의 처리에 영향을 끼치기 때문에, 교환해야 한다. 따라서, 엣지링(25)의 소모를 억제하여, 엣지링(25)의 교환 시기를 늦추도록 엣지링(25)을 형성하는 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
따라서, 상부 부재(25a)는, 플라즈마에 폭로되었을 때의 소모를 억제하는 부재로서, 실리콘보다 단단한 탄화실리콘으로 형성한다. 재료의 경도는, 예컨대, 영률로 나타낼 수 있다.
예컨대, 플라즈마에 폭로되는 상부 부재(25a)의 재료(이하, 「제1 재료」라고도 함)는 하부 부재(25b)보다 영률이 높은 재료로 형성된다. 이에 대하여, 하부 부재(25b)는, 플라즈마와 접촉하지 않는 측에 마련되며, 플라즈마에 폭로되지 않기 때문에, 하부 부재(25b)의 재료(이하, 「제2 재료」라고도 함)는, 상부 부재(25a)보다 영률이 낮은 재료여도 좋다.
실리콘의 영률은 1.30×1011(㎩)이고, 탄화실리콘의 영률은 4.30×1011(㎩)이다. 탄화실리콘의 영률은, 실리콘의 영률보다 높다. 이상으로부터, 탄화실리콘은 실리콘보다 단단하다고 할 수 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 엣지링(25)은, 플라즈마와 접촉하는 상부 부재(25a)를 탄화실리콘에 의해 형성함으로써, 상부 부재(25a)를 실리콘으로 형성한 경우와 비교하여 소모를 억제할 수 있다. 이에 의해, 엣지링(25)의 수명을 연장하여, 엣지링(25)의 교환 시기를 늦출 수 있다.
반대로, 하부 부재(25b)는, 상부 부재(25a)보다 무른 재료로 한다. 그 이유는, 탄화실리콘은 실리콘보다 단단하기 때문에, 하부 부재(25b)를 탄화실리콘으로 형성하면, 정전 척(20)에 엣지링(25)을 흡착시켰을 때에 하부 부재(25b)를실리콘으로 형성한 경우와 비교하여 엣지링(25)의 흡착성이 나빠지기 때문이다. 이 결과, 전열 가스가 엣지링(25)과 정전 척(20) 사이로부터 새어 버린다. 이에 대하여, 하부 부재(25b)를 실리콘으로 형성함으로써, 전열 가스가 엣지링(25)과 정전 척(20) 사이로부터 새는 것을 해소할 수 있다.
이상으로부터, 본 실시형태에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)를 접합한 구성을 가지고, 상부 부재(25a)를 구성하는 제1 재료는, 하부 부재(25b)를 구성하는 제2 재료보다 영률이 높은 재료가 사용된다. 이에 의해, 엣지링(25)의 소모를 억제하면서, 엣지링(25)과 정전 척(20) 사이로부터 전열 가스가 새는 것을 저감할 수 있다.
또한, 상부 부재(25a)는, 처리 용기(10)의 내부에 생성되는 플라즈마와의 접촉면을 가지며, 제1 재료로 형성된 제1 부재의 일례이다. 또한, 하부 부재(25b)는, 제1 부재의 상기 접촉면의 반대측에 마련되며, 제1 재료보다 영률이 낮은 제2 재료로 형성된 제2 부재의 일례이다.
또한, 탄화실리콘은 제1 재료의 일례이며, 실리콘은 제2 재료의 일례이다. 제2 재료가 실리콘인 경우, 실리콘의 영률은, 1.30×1011(㎩)이기 때문에, 제1 재료는, 1.30×1011(㎩)보다 높은 영률을 갖는 재료이면 좋다. 제1 재료는, 영률이 실리콘보다 높은 SiC가 바람직하다. 단, 제1 재료는, 에칭 대상에 따라 영률이 실리콘보다 높은 산화규소(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3)여도 좋다.
[접합 방법]
상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 접합 방법으로서는, 용융 접합, 즉, 가열에 의해 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 표면을 녹여 접합하는 방법을 일례로서 들 수 있다.
예컨대, 상부 부재(25a)가 탄화실리콘으로 형성되고, 하부 부재(25b)가 실리콘으로 형성되는 경우, 탄화실리콘과 실리콘이라고 하는 다른 재료를 접합하기 때문에, 엣지링(25)의 사용 시, 접합면에 스트레스가 가해진다. 구체적으로는, 탄화실리콘과 실리콘의 선열팽창 계수는 다르기 때문에, 엣지링(25)의 사용 시에 플라즈마의 입열 등에 의해 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)가 열에 의한 팽창 및 수축을 반복하면, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 접합면에 마찰이 생긴다. 이에 의해, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 접합면에 있어서 크랙이나 깨짐(이하, 「파단」이라고도 함) 등의 손상이 생기는 것이 염려된다.
[중간 부재(변형예)]
그래서, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 접합면에 있어서의 파단을 회피하기 위해, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b) 사이에 중간 부재를 마련하는 것이 바람직하다. 도 3은 일실시형태의 변형예 1∼5에 따른 엣지링(25)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)에 나타내는 일실시형태의 변형예 1에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b) 사이에 중간 부재(25c)를 마련한다.
중간 부재(25c)를 구성하는 재료의 영률은, 상부 부재(25a)를 구성하는 제1 재료의 영률 이하이고, 하부 부재(25b)를 구성하는 제2 재료의 영률 이상이면 좋다. 이에 의해, 열에 의한 팽창 및 수축에 의해 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 접합면에 가해지는 마찰력을 중간 부재(25c)에 의해 완화할 수 있다. 이에 의해, 엣지링(25)의 접합면이 파단하는 것을 회피할 수 있다.
예컨대, 상부 부재(25a)가 탄화실리콘으로 형성되고, 하부 부재(25b)가 실리콘으로 형성되어 있는 경우, 중간 부재(25c)는, 탄화실리콘과 실리콘이 소정의 비율로 혼합된 재료로 구성되어도 좋다. 또한, 중간 부재(25c)는, 상부 부재(25a)를 구성하는 탄화실리콘과, 하부 부재(25b)를 구성하는 실리콘의 혼합 비율을 두께 방향으로 변화시킨 조성 경사층이어도 좋다. 조성 경사층의 일례로서는, 상부 부재(25a)가 탄화실리콘으로 형성되고, 하부 부재(25b)가 실리콘으로 형성되어 있는 경우, 상부 부재(25a)와의 접합면에 근접할수록 중간 부재(25c)의 실리콘에 대한 탄화실리콘의 혼합 비율을 높게 하는 예를 들 수 있다. 이 경우, 하부 부재(25b)와의 접합면에 근접할수록 중간 부재(25c)의 탄화실리콘에 대한 실리콘의 혼합 비율을 높게 한다. 이에 의해, 열에 의한 팽창 및 수축에 의해 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 접합면에 가해지는 마찰력을 중간 부재(25c)에 의해 완화하여, 엣지링(25)의 접합면이 파단하는 것을 효과적으로 회피할 수 있다.
중간 부재(25c)는, 조성이 이산적으로 변화하는 막으로 구성되어도 좋고, 조성이 연속적으로 변화하는 막으로 구성되어도 좋다. 조성이 이산적으로 변화하는 막으로 구성되는 중간 부재(25c)의 일례로서는, 복수의 판형 부재를 접합하여 중간 부재(25c)를 형성하는 경우를 들 수 있다. 복수의 판형 부재는, 조성이 다른 재료로 형성되고, 상부 부재(25a)와의 접합면에 가까운 판형 부재일수록, 하부 부재(25b)의 제2 재료(실리콘)에 대한 상부 부재(25a)의 제1 재료(탄화실리콘)의 혼합 비율을 높게 한다. 그리고, 하부 부재(25b)와의 접합면에 근접할수록, 제2 재료에 대한 제1 재료의 혼합 비율을 낮게 한다. 이에 의해, 열에 의한 팽창 및 수축으로 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 접합면에 가해지는 마찰력을 중간 부재(25c)에 의해 더욱 효과적으로 완화할 수 있다.
조성이 연속적으로 변화하는 막으로 구성되는 중간 부재(25c) 및 엣지링(25)은, 예컨대 3D 프린터를 이용하여 제조할 수 있다. 이 경우, 중간 부재(25c)는, 상부 부재(25a)와의 접합면에 근접할수록, 하부 부재(25b)의 제2 재료(실리콘)에 대한 상부 부재(25a)의 제1 재료(탄화실리콘)의 혼합 비율을 높게 한다. 그리고, 하부 부재(25b)와의 접합면에 근접할수록, 제2 재료에 대한 제1 재료의 혼합 비율을 낮게 한다.
단, 중간 부재(25c) 및 엣지링(25)의 제조 방법은, 3D 프린터에 한정되지 않는다. 예컨대, 중간 부재(25c) 및 엣지링(25)은, 스퍼터 장치를 사용하여 제조하여도 좋다. 이 경우, 제1 재료의 타겟과 제2 재료의 타겟을 준비하고, 각각의 타겟에 투입하는 고주파 전력을 바꿈으로써, 제1 재료와 제2 재료의 혼합 비율을 제어하여 막을 형성할 수 있다. 예컨대, 어떤 시간은, 탄화실리콘의 타겟에 가해지는 고주파 파워를 실리콘의 타겟에 가해지는 고주파 전력보다 높게 하여, 탄화실리콘의 실리콘에 대한 배합율을 높인다. 다음 시간은, 탄화실리콘의 타겟에 가해지는 고주파 전력과 실리콘의 타겟에 가해지는 고주파 전력을 동일하게 하여, 탄화실리콘과 실리콘의 배합률을 5:5로 한다. 또 다음 시간은, 실리콘의 타겟에 가해지는 고주파 전력을 탄화실리콘의 타겟에 가해지는 고주파 전력보다 높게 하여, 실리콘의 탄화실리콘에 대한 배합율을 높인다. 이와 같이, 제1 재료의 타겟과 제2 재료의 타겟에 인가하는 고주파 전력을 제어함으로써 중간 부재(25c)의 조성을 제어할 수 있다.
또한, 예컨대 중간 부재(25c)는, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 사용하여 제조하여도 좋다. 이 경우, 제1 재료의 막을 생성하는 가스와 제2 재료의 막을 생성하는 가스의 가스 유량비를 바꿈으로써 중간 부재(25c)를 조성 경사층으로 제조할 수 있다.
또한, 중간 부재(25c)는, 연속적으로 조성이 변해 가는 것이 바람직하다. 단, 이산적으로 조성이 변해 가는 것이어도 좋다. 또한, 중간 부재(25c)는, 연속적 또는 이산적으로 조성이 변하는 조성 경사층에 한정되지 않고, 같은 조성의 재료에 의해 형성되어도 좋다. 예컨대, 중간 부재(25c)는, 탄화실리콘과 실리콘 중 어느 한쪽의 재료에 의해 형성하여도 좋다. 중간 부재(25c)는, 탄화실리콘보다 영률이 낮고, 또한 실리콘보다 영률이 높은 재료로서, 탄화실리콘 및 실리콘 이외의 다른 재료로 형성하여도 좋다.
엣지링(25)의 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)를 중간 부재(25c)를 통해 접합함으로써, 엣지링(25)에 의해 파단이 생기기 어려운 구성으로 할 수 있으며, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 밀착성을 높일 수 있다.
[다른 변형예]
다음에, 도 3의 (b)∼(e)에 나타내는 일실시형태에 따른 변형예 2∼5에 따른 엣지링(25)에 대해서 설명한다. 도 3의 (b) 및 (c)에 나타내는 일실시형태의 변형예 2, 3에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b) 사이에 중간 부재(25c)를 마련하지 않는다. 도 3의 (d) 및 (e)에 나타내는 일실시형태의 변형예 4, 5에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b) 사이에 중간 부재(25c)를 마련한다.
도 3의 (b)에 나타내는 변형예 2에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)가 직접 접합되고, 하부 부재(25b)의 외주측(기판과 반대측)의 측면이 상부 부재(25a)에 의해 덮여, 노출되지 않는다.
도 3의 (c)에 나타내는 변형예 3에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)가 직접 접합되고, 하부 부재(25b)의 외주측 및 내주측의 양측면이 상부 부재(25a)에 의해 덮여, 노출되지 않는다.
도 3의 (d)에 나타내는 변형예 4에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)가 중간 부재(25c)를 통해 접합되고, 중간 부재(25c) 및 하부 부재(25b)의 외주측의 측면이 상부 부재(25a)에 의해 덮여, 노출되지 않는다.
도 3의 (e)에 나타내는 변형예 5에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)가 중간 부재(25c)를 통해 접합되고, 중간 부재(25c) 및 하부 부재(25b)의 외주측 및 내주측의 양측면이 상부 부재(25a)에 의해 덮여, 노출되지 않는다.
변형예 2∼5에 나타내는 엣지링(25)에서는, 하부 부재(25b) 및 중간 부재(25c)가 외측면 또는 양측면에서 노출되지 않는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 외측면 또는 양측면에서 각 부재의 접착면(접합 부분)이 상부 부재(25a)에 의해 덮여, 엣지링(25)의 측면에 돌아 들어간 플라즈마에 폭로되지 않는 구성으로 되어 있다. 이에 의해, 각 부재 사이의 접착층의 소모를 억제할 수 있다. 또한, 하부 부재(25b)의 내주측의 측면 또는 하부 부재(25b) 및 중간 부재(25c)의 내주측의 측면이 상부 부재(25a)에 의해 덮여, 노출되지 않는 구성으로 하여도 좋다.
특히, 일실시형태 및 변형예 1∼5에 따른 엣지링(25)의 중간 부재(25c)를 조성 경사층으로 하는 경우, 3D 프린터 기술, 애더티브 매뉴팩쳐링(Additive Manufacturing) 기술, 스퍼터 장치, CVD 장치 중 어느 하나로 제조하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 3D 프린터 기술, 애더티브 매뉴팩쳐링 기술을 사용하는 경우, 실리콘과 탄화실리콘의 재료를 이용한 적층 조형 기술을 이용할 수 있다. 예컨대, 실리콘과 탄화실리콘의 재료의 분말에 레이저나 전자 빔을 조사하여 소결시킴으로써 조형하는 조형 기술을 이용할 수 있다. 또한, 실리콘과 탄화실리콘의 재료의 분말이나 와이어를 공급하면서, 레이저나 전자 빔으로 재료를 용융·퇴적시킴으로써 조형하는 조형 기술 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 조형 방법은 일례이며 이에 한정되는 것이 아니다.
다음에, 도 4에 나타내는 일실시형태에 따른 변형예 6에 따른 엣지링(25)에 대해서 설명한다. 도 4의 (a)는 변형예 6에 따른 엣지링(25)을 하면에서 본 도면이다. 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 B-B 단면을 나타내는 도면이다.
변형예 6에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b) 사이에 중간 부재(25c)를 마련하지 않는다. 변형예 6에 따른 엣지링(25)은, 상부 부재(25a)는 일체적으로 형성되어 있다. 하부 부재(25b)는, 둘레 방향에 복수의 파트(25b1)로 분할되어 있다. 파트(25b1)의 개수는, 2개 이상이면 좋다. 각 파트(25b1)는 동일 형상이며, 둘레 방향에 균등하게 배치되어 있다.
이에 따르면, 하부 부재(25b)가 복수의 파트(25b1)로 분할되고, 각 파트(25b1) 사이에 홈이 형성된다. 이에 의해, 접합 시 또는 사용 시에 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b)의 열팽창률의 차이에 의한 변형이 하부 부재(25b)에 국소적으로 집중하는 것을 억제하여, 파단의 가능성을 더욱 낮게 억제할 수 있다.
단, 하부 부재(25b)를 복수의 파트(25b1)로 분할하는 경우, 분할에 의해, 엣지링(25)의 이면 흡착성에의 영향 및 전열 가스의 누설에 의한 이면 냉각에의 영향이 생기지 않는 것 또는 그와 같은 영향을 최소한으로 억제하도록 분할홈 등을 형성하는 것이 중요하다.
또한, 변형예 6에 따른 엣지링(25)에 대해서도, 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b) 사이에 중간 부재(25c)를 마련하여도 좋다. 또한, 하부 부재(25b)의 외주측 또는 양측의 측면을 상부 부재(25a)에 의해 덮도록 하여도 좋다.
[엣지링의 제조 방법]
다음에, 일실시형태 및 변형예에 따른 엣지링(25) 중 중간 부재(25c)를 포함하는 엣지링(25)의 제조 방법에 대해서, 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 5는 일실시형태에 따른 중간 부재(25c)를 포함하는 엣지링(25)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6은 일실시형태에 따른 중간 부재(25c)를 포함하는 엣지링(25)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하는, 중간 부재(25c)를 포함하는 엣지링(25)의 제조 방법의 일례이며, 이에 한정되지 않는다.
본 처리에서는, 단계 S1에 있어서, 상부 부재(25a), 하부 부재(25b) 및 복수매의 조성이 다른 중간 부재의 판형 부재를 준비한다. 도 6의 (a)의 예에서는, 동일 형상의 링형의 상부 부재(25a), 복수매의 중간 부재(25c1, 25c2, 25c3), 하부 부재(25b)가 준비되어 있다. 중간 부재(25c1, 25c2, 25c3)를 총칭하여 중간 부재(25c)라고도 부른다.
상부 부재(25a)가 탄화실리콘, 하부 부재(25b)가 실리콘인 경우, 중간 부재(25c1)는 실리콘에 대한 탄화실리콘의 비율이 다른 중간 부재(25c2, 25c3)보다 높은 배합율로 형성된다. 중간 부재(25c3)는 탄화실리콘에 대한 실리콘의 비율이 다른 중간 부재(25c1, 25c2)보다 높은 배합율로 형성된다. 중간 부재(25c2)의 실리콘에 대한 탄화실리콘의 배합율은, 중간 부재(25c1)보다 낮고, 중간 부재(25c3)보다 높은 것이 바람직하다.
이러한 조성이 다른 중간 부재(25c1∼25c3)를 접합함으로써 실리콘에 대한 탄화실리콘의 혼합 비율이, 상부 부재(25a)에 근접할수록 높아지고, 하부 부재(25b)에 근접할수록 낮아지는 조성 경사층을 형성할 수 있다.
도 5로 되돌아가서, 다음에, 단계 S2에 있어서, 하부 부재(25b), 중간 부재(25c3), 중간 부재(25c2), 중간 부재(25c1), 상부 부재(25a)의 순서로 중첩한다. 이에 의해, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 모든 부재가 순서대로 중첩된다.
도 5로 되돌아가서, 다음에, 단계 S3에 있어서, 중첩된 전체 부재를 용융 접합하고, 본 처리를 종료한다. 이에 의해, 각 부재의 표면이 녹아, 인접하는 부재와 접합한다. 이에 의해, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 모든 부재가 용융 접합되어, 엣지링(25)이 제조된다.
또한, 제조된 엣지링(25)은, 용융 접합한 후에 형상에 변형이 생기는 경우가 있다. 이 경우, 엣지링(25)의 상면 및 하면을 절삭 가공에 의해 평평하게 한다.
이상에 나타낸, 엣지링(25)의 제조 방법은, 일례이고, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 중간 부재(25c1∼25c3)를 먼저 용융 접합하고, 일체화한 후, 중간 부재(25c)를 상부 부재(25a)와 하부 부재(25b) 사이에 끼운 상태로 용융 접합하여도 좋다.
또한, 스퍼터 장치 또는 CVD 장치를 사용하여 엣지링(25)을 제조하는 경우에는, 상부 부재(25a)[하부 부재(25b)]를 먼저 형성하고, 중간 부재(25c1∼25c3)를 순서대로 형성한 후, 하부 부재(25b)[상부 부재(25a)]를 용융 접합하여도 좋다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 엣지링(25), 플라즈마 처리 장치(1) 및 엣지링의 제조 방법에 따르면, 엣지링(25)의 소모를 억제하여, 엣지링(25)과 정전 척(20) 사이로부터의 전열 가스의 누설을 저감할 수 있다.
이번에 개시된 일실시형태에 따른 엣지링, 플라즈마 처리 장치 및 엣지링의 제조 방법은, 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순하지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순하지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예컨대, 엣지링(25)의 제1 부재 및/또는 제2 부재에, 에칭 등의 프로세스에 영향이 생기지 않는 레벨로, 질소 등의 불순물을 도핑하여도 좋다. 제2 재료로서 다결정 실리콘을 이용하여도 좋다. 이에 의해서도, 접합 시 또는 사용 시의 파단을 저감할 수 있다. 제2 재료로서 어모퍼스 실리콘을 이용하여도 좋다. 이에 의해서도, 접합 시 또는 사용 시의 파단을 더욱 저감할 수 있다.
본 개시의 플라즈마 처리 장치는, Atomic Layer Deposition(ALD) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), ElectronC yclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP) 중 어느 타입의 장치에도 적용 가능하다.

Claims (9)

  1. 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내부에서 배치대에 배치된 기판의 주위를 둘러싸는 엣지링에 있어서,
    상기 처리 용기의 내부에 생성되는 플라즈마와의 접촉면을 가지며, 제1 재료로 형성된 제1 부재와,
    상기 제1 부재의 상기 접촉면의 반대측에 마련되며, 제1 재료보다 영률이 낮은 제2 재료로 형성된 제2 부재
    를 포함하는, 엣지링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 재료는 탄화실리콘(SiC), 산화실리콘(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중 어느 하나이고,
    상기 제2 재료는 실리콘(Si)으로 형성되는 것인, 엣지링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 중간 부재를 갖는, 엣지링.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중간 부재는 상기 제1 재료보다 영률이 낮고, 상기 제2 재료보다 영률이 높은 재료로 구성되어 있는 것인, 엣지링.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 중간 부재는 조성이 이산적으로 변화하는 막으로부터 구성되는 것인, 엣지링.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 중간 부재는 조성이 연속적으로 변화하는 막으로부터 구성되는 것인, 엣지링.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 부재는 둘레 방향에 복수의 파트로 분할되어 있는 것인, 엣지링.
  8. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 배치되며, 기판을 배치하는 배치대와,
    상기 배치대에 배치된 기판의 주위를 둘러싸는 엣지링
    을 포함하며, 상기 엣지링은,
    상기 처리 용기의 내부에 생성되는 플라즈마와의 접촉면을 가지며, 제1 재료로 형성된 제1 부재와,
    상기 제1 부재의 상기 접촉면의 반대측에 마련되며, 제1 재료보다 영률이 낮은 제2 재료로 형성된 제2 부재
    를 포함하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  9. 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내부에서 배치대에 배치된 기판의 주위를 둘러싸는 엣지링의 제조 방법에 있어서,
    제1 재료로 형성된 제1 부재와, 상기 제1 재료보다 영률이 낮은 제2 재료로 형성된 제2 부재와, 상기 제1 재료의 영률부터 상기 제2 재료의 영률까지의 범위의 영률을 갖는 중간 부재를, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 상기 중간 부재를 끼우는 공정과,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 상기 중간 부재를 끼운 상태로, 상기 제1 부재와 상기 중간 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 공정
    을 포함하는, 엣지링의 제조 방법.
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