KR20220052283A

KR20220052283A - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20220052283A
Application number: KR1020210137568A
Authority: KR
Inventors: 타카히로 센다; 유조 우에무라; 유세이 쿠와바라; 토모야 우지이에
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-04-27
Also published as: TW202226894A; CN114388328A; JP7458292B2; JP2022067466A; US20220122814A1; US11869753B2

Abstract

상부 전극 또는 그 주변의 온도의 측정 정밀도를 높인다. 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되어, 기판을 배치하는 배치대와, 상기 배치대에 대향하는 상부 전극과, 상기 상부 전극의 온도를 조정하는 부재와, 상기 상부 전극의 온도를 조정하는 부재의 내부에 마련되어, 상기 상부 전극의 온도를 측정하는 제 1 센서와, 상기 상부 전극과 상기 제 1 센서와의 사이에 배치되어, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 제 1 시트 부재를 가지는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치 {PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 개시는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

예를 들면, 특허 문헌 1은, 상부 전극에 온도 센서를 마련하여, 상부 전극의 온도를 측정하는 것을 제안하고 있다.

국제공개 제 2018/101065호

그런데, 최근의 프로세스에서는 프로세스 조건에 의해 프로세스 중의 온도를 안정적으로 측정할 수 없는 경우가 있다. 본 개시는, 상부 전극 또는 그 주변의 온도의 측정 정밀도를 높일 수 있는 기술을 제공한다.

본 개시의 하나의 태양에 따르면, 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되어, 기판을 배치하는 배치대와, 상기 배치대에 대향하는 상부 전극과, 상기 상부 전극의 온도를 조정하는 부재와, 상기 상부 전극의 온도를 조정하는 부재의 내부에 마련되어, 상기 상부 전극의 온도를 측정하는 제 1 센서와, 상기 상부 전극과 상기 제 1 센서와의 사이에 배치되고, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 제 1 시트 부재를 가지는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

하나의 측면에 따르면, 상부 전극 또는 그 주변의 온도의 측정 정밀도를 높일 수 있다.

도 1은 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 온도 측정의 과제와 실시 형태에 따른 온도의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 상부 전극 및 그 주변의 구조의 일례를 나타내는 도이다.
도 4는 실시 형태에 따른 온도 센서의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 실시 형태에 따른 온도 센서의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 6은 실시 형태에 따른 시트 부재에 의한 실드 효과를 설명하기 위한 도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하여, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.

[플라즈마 처리 장치]

먼저, 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 도 1의 플라즈마 처리 장치(1)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치이다.

플라즈마 처리 장치(1)는 챔버(10)를 가진다. 챔버(10)는 챔버 본체(12)를 포함하고 있다. 챔버 본체(12)는 대략 원통 형상을 가지고 있다. 내부 공간(10s)은, 챔버 본체(12)의 내측에 제공되어 있다. 챔버 본체(12)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성되고, 내부 공간(10s)은 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 처리실로 되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면 상에는, 내식성을 가지는 막이 마련되어 있다. 내식성을 가지는 막은, 알루미나(산화 알루미늄), 산화 이트륨과 같은 세라믹스로 형성되고, 양극 산화 처리된 산화막일 수 있다.

챔버 본체(12)의 측벽에는, 통로(12p)가 형성되어 있다. 기판(W)은, 내부 공간(10s)과 챔버(10)의 외부와의 사이에서 반송될 때에, 통로(12p)를 통과한다. 통로(12p)는, 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 게이트 밸브(12g)는, 챔버 본체(12)의 측벽을 따라 마련되어 있다.

챔버 본체(12)의 저부 상에는, 지지부(13)가 마련되어 있다. 지지부(13)는, 절연 재료로 형성되어 있다. 지지부(13)는, 대략 원통 형상을 가지고 있다. 지지부(13)는, 내부 공간(10s) 안에서, 챔버 본체(12)의 저부로부터 상방으로 연장되어 있다. 지지부(13) 상에는, 기판의 주위를 둘러싸는 엣지 링(25)(포커스 링이라고도 불림)이 마련되어 있다. 엣지 링(25)은, 대략 원통 형상을 가지고, 실리콘 등으로 형성되어도 된다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 배치대(14)를 더 구비하고 있다. 배치대(14)는, 지지부(13)에 의해 지지되어 있다. 배치대(14)는, 처리실 내에 배치되어, 기판(W)을 배치한다.

배치대(14)는, 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 가지고 있다. 배치대(14)는, 전극 플레이트(16)를 더 가질 수 있다. 전극 플레이트(16)는, 예를 들면 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 하부 전극(18)은, 전극 플레이트(16) 상에 마련되어 있다. 하부 전극(18)은, 예를 들면 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 하부 전극(18)은, 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다. 하부 전극(18)의 외주면 및 전극 플레이트(16)의 외주면은, 지지부(13)에 의해 둘러싸여 있다.

정전 척(20)은, 하부 전극(18) 상에 마련되어 있다. 정전 척(20)의 흡착 전극(20a)은, 스위치(20s)를 개재하여 직류 전원(20p)에 접속되어 있다. 직류 전원(20p)으로부터의 전압이 전극에 인가되면, 정전 인력에 의해 기판(W)이 정전 척(20)에 유지된다. 정전 척(20)은, 기판(W) 및 엣지 링(25)을 지지한다.

하부 전극(18)의 내부에는, 유로(18f)가 형성되어 있다. 유로(18f)에는, 챔버(10)의 외부에 마련되어 있는 칠러 유닛으로부터 배관(22a)을 거쳐 열 교환 매체(예를 들면 냉매)가 공급된다. 유로(18f)에 공급된 열 교환 매체는, 배관(22b)을 거쳐 칠러 유닛으로 되돌려진다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 정전 척(20) 상에 배치된 기판(W)의 온도가, 열 교환 매체와 하부 전극(18)과의 열 교환에 의해, 조정된다.

플라즈마 처리 장치(1)에는, 가스 공급 라인(24)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(24)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스(예를 들면 He 가스)를, 정전 척(20)의 상면과 기판(W)의 하면과의 사이로 공급한다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 배치대(14)에 대향하는 상부 전극(30)을 구비한다. 상부 전극(30)은, 천판(34) 및 지지체(36)를 가진다. 상부 전극(30)은, 환상 부재(220)를 개재하여, 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 환상 부재(220)는 원환 형상이며, 도전성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 상부 전극(30) 및 환상 부재(220)는, 챔버 본체(12)의 상부 개구를 닫고 있다.

천판(34)의 하면은, 내부 공간(10s)측의 하면이며, 내부 공간(10s)을 구획 형성하고 있다. 천판(34)은, 줄열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체로 형성될 수 있다. 천판(34)에는, 복수의 가스 토출홀(34a)이 형성되어 있다. 복수의 가스 토출홀(34a)은, 천판(34)을 그 판 두께 방향으로 관통하고 있다.

지지체(36)는, 천판(34)을 착탈 가능하게 지지한다. 지지체(36)는, 접지되어 있다. 지지체(36)는, 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성된다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 지지체(36)에는, 복수의 가스홀(36b)이 형성되어 있다. 복수의 가스홀(36b)은, 가스 확산실(36a)로부터 하방으로 연장되어 있다. 복수의 가스홀(36b)은, 복수의 가스 토출홀(34a)에 각각 연통하고 있다. 지지체(36)에는, 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)는, 가스 확산실(36a)에 접속하고 있다. 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.

가스 공급관(38)에는, 가스 소스군(40), 유량 제어기군(44) 및 밸브군(42)을 포함하는 가스 공급부가 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은, 유량 제어기군(44) 및 밸브군(42)을 개재하여, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은, 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 밸브군(42)은, 복수의 개폐 밸브를 포함하고 있다. 유량 제어기군(44)은, 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 유량 제어기군(44)의 복수의 유량 제어기의 각각은, 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스의 각각은, 유량 제어기군(44)의 대응의 유량 제어기 및 밸브군(42)의 대응의 개폐 밸브를 개재하여, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.

플라즈마 처리 장치(1)에서는, 챔버 본체(12)의 내벽면을 따라, 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 실드(46)는, 지지부(13)의 외주에도 마련되어 있다. 실드(46)는, 챔버 본체(12)에 에칭 부생물 등의 반응 생성물이 부착하는 것을 방지한다. 실드(46)는, 예를 들면, 알루미늄으로 형성된 부재의 표면에 내식성을 가지는 막을 형성함으로써 구성된다. 내식성을 가지는 막은, 알루미나 또는 산화 이트륨과 같은 산화막일 수 있다.

지지부(13)와 챔버 본체(12)의 측벽과의 사이에는, 배플 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예를 들면, 알루미늄으로 형성된 부재의 표면에 내식성을 가지는 막을 형성함으로써 구성된다. 내식성을 가지는 막은, 알루미나 또는 산화 이트륨과 같은 산화막일 수 있다. 배플 플레이트(48)에는, 복수의 관통홀이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방, 또한, 챔버 본체(12)의 저부에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 개재하여 배기 장치(51)가 접속되어 있다. 배기 장치(51)는, 예를 들면 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 가지고 있다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)의 전력을 인가하는 제 1 고주파 전원(62)을 구비하고 있다. 제 1 고주파 전원(62)은, 챔버(10) 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여, 고주파(HF)의 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 고주파(HF)의 주파수는, 예를 들면 27 MHz ~ 100 MHz의 범위 내의 주파수이다.

제 1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 개재하여 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(66)는, 정합 회로를 가지고 있다. 정합기(66)의 정합 회로는, 제 1 고주파 전원(62)의 부하측(하부 전극측)의 임피던스를, 제 1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스에 정합시키도록 구성되어 있다. 다른 실시 형태에서는, 제 1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 개재하여 상부 전극(30)에 전기적으로 접속되어 있어도 된다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 이온 인입용의 고주파(LF)의 전력을 인가하는 제 2 고주파 전원(64)을 더 구비할 수 있다. 제 2 고주파 전원(64)은, 고주파(LF)의 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 고주파(LF)는, 주로 이온을 기판(W)에 인입하는 것에 적합한 주파수를 가지고, 예를 들면 400 kHz ~ 13.56 MHz의 범위 내의 주파수이다. 혹은, 고주파(LF)는, 직사각형의 파형을 가지는 펄스 형상의 전압이어도 된다.

제 2 고주파 전원(64)은, 정합기(68)를 개재하여 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(68)는, 정합 회로를 가지고 있다. 정합기(68)의 정합 회로는, 제 2 고주파 전원(64)의 부하측(하부 전극측)의 임피던스를, 제 2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스에 정합시키도록 구성되어 있다.

이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 챔버(10)(챔버 본체(12))의 중심축을 축(Ax)이라 했을 때, 배치대(14), 엣지 링(25), 상부 전극(30)(천판(34), 지지체(36)) 및 환상 부재(220)의 중심축은, 축(Ax)에 대략 일치한다.

상부 전극(30)에는, 상부 전극(30)의 온도를 측정하는 제 1 센서(100)가 장착되어 있다. 제 1 센서(100)는, 지지체(36)의 내부에 마련되고, 지지체(36)와 천판(34)과의 사이에 마련된 제 1 시트 부재(140)에 그 선단이 접촉하여, 상부 전극(30)의 온도를 측정한다.

제 1 센서(100)는, 1 개여도 되고, 복수여도 된다. 예를 들면, 제 1 센서(100)는, 축(Ax)을 중심으로서 원주 방향으로 복수 마련할 수 있다. 예를 들면, 제 1 센서(100)를, 축(Ax)을 중심으로서 원주 방향으로 3 개 배치한 경우, 상부 전극(30)의 3 개소의 온도를 측정할 수 있다. 이에 의해, 3 개의 온도의 측정 결과에 기초하여 상부 전극(30)의 온도의 측정 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 3 개의 측정값의 차분이 허용 범위를 초과하는 경우에 상부 전극(30)의 장착 미스를 판정할 수 있다.

상부 전극(30)의 주위에는, 접지 전위인 접지 전극(210)이 마련되어 있다. 상부 전극(30) 및 접지 전극(210)은, 도전성이 있는 부재에 의해 형성되어 있다. 상부 전극(30)과 접지 전극(210)과의 사이에는, 절연 부재(230)가 마련되고, 상부 전극(30)과 접지 전극(210)과의 사이를 절연하고 있다. 절연 부재(230)는 시트 형상이어도 된다.

환상 부재(220)에는, 접지 전극(210)의 온도를 측정하는 제 2 센서(200)가 장착되어 있다. 제 2 센서(200)는, 환상 부재(220)의 내부에 마련되고, 환상 부재(220)와 접지 전극(210)과의 사이에 마련된 제 2 시트 부재(240)에 그 선단이 접촉하여, 접지 전극(210)의 온도를 측정한다.

제 2 센서(200)는, 1 개여도 되고, 복수여도 된다. 예를 들면, 제 2 센서(200)는, 축(Ax)을 중심으로서 원주 방향으로 복수 마련할 수 있다. 예를 들면, 제 2 센서(200)를, 축(Ax)을 중심으로서 원주 방향으로 3 개 배치한 경우, 접지 전극(210)의 3 개소의 온도를 측정할 수 있다. 이에 의해, 3 개의 온도의 측정 결과에 기초하여 접지 전극(210)의 온도의 측정 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 3 개의 측정값의 차분이 허용 범위를 초과하는 경우에 접지 전극(210)의 장착 미스를 판정할 수 있다.

제 1 고주파 전원(62)으로부터 출력된 고주파(HF)의 전력은, 상부 전극(30)보다 배치대(14)에 인가하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 고파워의 고주파(HF)의 전력을 상부 전극(30)에 인가하지 않음으로써, 제 1 센서(100) 및 제 2 센서(200) 중 적어도 하나로 상부 전극(30)의 온도를 측정할 시, 측정 정밀도를 높일 수 있다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 제어부(80)를 더 구비할 수 있다. 제어부(80)는, 프로세서, 메모리와 같은 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 위하여 커멘드의 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, 제어부(80)의 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어 프로그램은, 플라즈마 처리 장치(1)에서 각종 처리를 실행하기 위하여, 제어부(80)의 프로세서에 의해 실행된다. 제어부(80)의 프로세서가, 제어 프로그램을 실행하고, 레시피 데이터에 따라 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 제어함으로써, 각종 프로세스, 예를 들면 플라즈마 처리 방법이 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행된다.

이어서, 도 2의 (a)를 참조하여, 상부 전극(30)의 온도 측정의 과제에 대하여 설명한다. 도 2의 (a)는, 상부 전극(30)의 온도 측정의 과제를 나타내는 도이며, 도 2의 (b)는, 실시 형태에 따른 제 1 센서(100) 및 제 2 센서(200) 중 적어도 하나에 의한 온도의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.

본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에는, 도 1에 나타내는 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)가 마련되어 있지만, 종래의 플라즈마 처리 장치의 경우에는, 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)가 마련되어 있지 않다. 따라서, 종래의 플라즈마 처리 장치의 경우, 상부 전극(30)의 하방에서 생성되는 플라즈마가 상부 전극(30) 및 접지 전극(210)의 간극으로 진입하고, 그 간극에서 RF 방전이 발생하면, 제 1 센서(100) 및 제 2 센서(200)는, 직접 그 공간 방전의 영향을 받는다. 그 결과, 각 센서가 프로세스 중의 온도를 안정적으로 측정할 수 없는 경우가 생겨, 측정 정밀도가 저하되는 경우가 있다.

특히, 최근, HARC(High Aspect Ratio Contact) 등의 프로세스에서는, 플라즈마 처리 장치에 인가하는 고주파(RF(HF, LF))의 파워가 커지고, 또한 기판(W)의 처리 시간이 길어지는 경향에 있다. 그 결과, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 고주파(RF)를 인가한 순간(RF ON의 개시), 제 1 센서(100) 및 제 2 센서(200)에 의해 측정한 온도(T)는, 갑자기 높은 값을 취한다(도 2의 (a)의 A). 그 후에도, 고주파(RF)를 인가하고 있는 동안(RF ON의 동안), 제 1 센서(100) 및 제 2 센서(200)에 의해 측정되는 온도는, 미리 설정된 온도의 도달 안정 제어 범위를 초과하여, 불안정한 상태가 된다(도 2의 (a)의 B). 이와 같이, 상부 전극(30) 및 접지 전극(210)의 온도는, 고주파(RF)의 고파워화 등에 의해 상부 전극(30)의 근방 또는 내부에서 공간 방전이 발생하기 쉽기 때문에, 측정값에 노이즈가 들어가, 안정화되기 어려워지고 있다.

따라서, 기판(W)마다의 처리실 내의 컨디션을 유지하여, 상부 전극(30) 및 그 주변의 온도를 측정할 때의 환경을 보다 안정화시키고, 온도의 측정 결과에 기초하여, 프로세스의 제어를 적절히 행하는 것이 요구되고 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)가 마련된다. 이하에서는, 도 3을 참조하여, 실시 형태에 따른 상부 전극(30) 및 그 주변의 구조에 대하여 더 상세하게 설명한다.

제 1 시트 부재(140)는, 상부 전극(30)(천판(34))과 제 1 센서(100)와의 사이에 배치되고, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 고용량 재료로 형성되어 있다. 이에 의해, 제 1 센서(100)의 선단은, 직접, 천판(34)에 접촉하지 않는다. 제 1 시트 부재(140)는, 천판(34)과 지지체(36)의 사이의 전위차를 작게 하여, 플라즈마 방전을 억제하고, 고주파 전류가 직접 각 센서에 흐르는 것을 억제하여, 고주파 전류에 의한 노이즈를 대략 제거한다. 그 결과, 제 1 센서(100)에 의해 온도를 측정할 때의 환경이 안정화되어, 온도의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

제 1 시트 부재(140)는, 내전압의 특성을 가지는 부재에 의해 형성된다. 예를 들면, 제 1 시트 부재(140)가 불소 함유 재료인 경우, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 고용량 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 시트 부재(140)가 실리콘 함유 재료인 경우, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 4.0 이상인 고용량 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

제 2 시트 부재(240)는, 접지 전극(210)과 제 2 센서(200)와의 사이에 배치되고, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 고용량 재료로 형성되어 있다. 제 2 시트 부재(240)의 작용 및 효과에 대해서는, 제 1 시트 부재(140)의 작용 및 효과와 동일하다.

제 2 시트 부재(240)는, 내전압의 특성을 가지는 부재에 의해 형성된다. 예를 들면, 제 2 시트 부재(240)가 불소 함유 재료인 경우, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 고용량 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 시트 부재(240)가 실리콘 함유 재료인 경우, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 4.0 이상인 고용량 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

지지체(36)에는, 유로(37)가 형성되어 있다. 또한, 지지체(36)에는, 히터(39)가 매립되어 있다. 유로(37)에는, 챔버(10)의 외부에 마련되어 있는 칠러 유닛으로부터 열 교환 매체(예를 들면 냉매)가 공급된다. 열 교환 매체는 유로(37)를 순환하여, 칠러 유닛으로 되돌려진다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 천판(34)의 온도가, 유로(37)에 공급되는 열 교환 매체 및 히터(39)와, 천판(34)과의 열 교환에 의해 조정된다.

환상 부재(220)에는, 히터(250)가 매립되어 있다. 접지 전극(210)의 온도는, 히터(250)에 의한 가열에 의해 조정된다. 또한 환상 부재(220)에는, 유로가 형성되어도 된다. 이에 의해, 접지 전극(210)의 온도가 조정된다.

지지체(36) 및 환상 부재(220)는, 모두 도전성 부재로 형성된다. 본 실시 형태에서는, 지지체(36) 및 환상 부재(220)는 별체이지만, 일체여도 된다. 지지체(36)는, 상부 전극(30)의 온도를 조정하는 부재의 일례이다. 환상 부재(220)는, 접지 전극(210)의 온도를 조정하는 부재의 일례이다.

제 1 센서(100) 및 제 2 센서(200)에 의해 측정된 상부 전극(30)의 온도 및 접지 전극(210)의 온도는, 제어부(80)로 송신된다. 제어부(80)는, 측정된 상부 전극(30)의 온도 및 접지 전극(210)의 온도에 기초하여, 상부 전극(30)의 온도 및 접지 전극(210)의 온도가 목표 온도로 조정되도록 히터(39, 250)의 가열 온도 및 유로(37)로 공급하는 열 교환 매체의 온도를 제어한다.

[온도 센서]

이어서, 본 실시 형태에 따른 온도 센서에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 실시 형태에 따른 온도 센서의 일례를 나타내는 도이다. 도 4에서는, 온도 센서의 일례로서, 제 1 센서(100)를 예로 들어 그 구성을 설명한다. 제 2 센서(200)는, 제 1 센서(100)와 동일한 구성이기 때문에, 설명을 생략한다.

제 1 센서(100)는, 센서 소자(110), 실드 부재(130), 링 형상 부재(120) 및 실드 케이블(101)을 가진다. 센서 소자(110)는, 통 형상의 실드 부재(130)로 둘러싸여 있다. 실드 부재(130)는, 도전성 재료에 의해 형성되고, 접지 전위이다. 센서 소자(110)는, 백금에 의해 형성되고, 내부에서 도체의 실드 케이블(101)과 접속된다. 도체의 실드 케이블(101)은, 센서 소자(110)의 내부에 삽입되어도 된다.

실드 부재(130)의 선단은, 본체부보다 소경화되고, 지지체(36)에 형성된 오목부에 삽입되어 있다. 센서 소자(110)는, 실드 부재(130)의 기단(본체부)에서 굵고, 선단에서 가늘어지며, 실드 부재(130)의 선단의 홀을 관통하여, 지지체(36)에 형성된 관통하는 홀을 지나, 제 1 시트 부재(140)에 접촉한다.

상부 전극(30) 내로 플라즈마가 진입하면, 내부 공간에서, 고주파(HF, LF)에 의한 방전(RF 방전)이 발생하는 경우가 있다. 상부 전극(30)의 내부 공간에서는, 파셴의 법칙에 따라, 원하는 압력 및 원하는 거리의 공간에 있어서 방전이 발생한다. 방전을, 센서 소자(110)가 직접 받게 되면 센서 소자(110)가 측정한 온도의 측정값에 노이즈가 생겨, 온도의 측정 정밀도가 저하된다. 이 때문에, 이를 회피하기 위하여, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상의 고용량 재료인 제 1 시트 부재(140)를, 제 1 센서(100)와 천판(34)와의 사이에 마련한다. 이에 의해, 제 1 시트 부재(140)에 의해 고주파 전류를 감쇠시킨다. 이 제 1 시트 부재(140)의 실드 효과에 의해, 제 1 센서(100)는, 직접, 방전의 영향을 받지 않는다. 이에 의해, 상부 전극(30)의 온도를 측정할 시의 외란을 줄여, 온도의 측정 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 제 1 센서(100) 내에서는, 센서 소자(110)뿐 아니라, 실드 부재(130)측에서도 방전이 발생한다. 그러나, 실드 부재(130)는 도전성 재료로 형성되어 있고, 접지 전위이기 때문에, 실드 부재(130)를 흐르는 고주파 전류를 그라운드에 흘림으로써 방전의 영향을 억제할 수 있다.

또한, 센서 소자(110)와 실드 부재(130)와의 사이에는, 이들 부재 간의 간극을 밀봉하는 링 형상 부재(120)가 배치되어 있다. 링 형상 부재(120)는, 실리콘 함유 구조체 또는 카본 함유 구조체일 수 있다.

링 형상 부재(120)는, 예를 들면 도전성을 가지는 수지로 형성되어도 된다. 센서 소자(110)와 실드 부재(130)와의 사이에 고주파 전류가 들어가면, 센서 소자(110)와 실드 부재(130)와의 사이에서 방전이 발생할 가능성이 있다. 그러면, 전술한 바와 같이 센서 소자(110)에 의한 온도의 측정값에 노이즈가 생겨, 온도의 측정 정밀도가 저하된다. 따라서, 이를 회피하기 위하여, 링 형상 부재(120)에 의해 고주파 전류의 전파를 차폐한다.

도 5는 실시 형태에 따른 온도 센서의 다른 예를 나타내는 도이다. 여기서도, 제 1 센서(100)를 예로 들어 설명하지만, 제 2 센서(200)에 대해서도 마찬가지로 도 5의 구성을 가져도 된다.

도 5의 제 1 센서(100)가 도 4의 제 1 센서(100)와 상이한 점은, 도 5의 제 1 센서(100)에서는, 실드 부재(130)가, 내부에 래버린스 구조를 가지는 점이다. 도 5의 예에서는, 실드 부재(130)의 내벽 및 센서 소자(110)의 외벽 중 적어도 어느 일방에 요철(凹凸)을 마련함으로써, 실드 부재(130)의 내부가 래버린스 구조로 되어 있다. 이에 의해, 파셴의 법칙에 기초하여, 실드 부재(130)의 내부에서 공간 방전이 발생하기 어려운 조건으로 함으로써, 방전에 의한 온도의 측정 정밀도의 저하를 더 억제할 수 있다. 제 1 센서(100)의 그 외의 구성에 대해서는, 도 4와 동일하기 때문에, 중복되는 설명은 생략한다.

[실드 효과]

제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)에 의한 실드 효과에 대하여, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 실시 형태에 따른 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)에 의한 실드 효과를 설명하기 위한 도이다.

도 6의 (a)의 횡축은, 도 4 및 도 5에 나타내는 센서 소자(110)가 관통하는 홀의 직경((φD) mm)을 나타내고, 종축은, 감쇠량((A) dB)을 나타낸다. 도 6의 (b)의 횡축은, 도 4 및 도 5에 나타내는 센서 소자(110)가 관통하는 홀의 길이((t) mm)를 나타내고, 종축은, 감쇠량((A) dB)을 나타낸다.

감쇠량(A)은, 식 (1)에 의해 나타내진다.

[수 1]

식 (1)에 있어서, α 및 β는 정수, λ는, 고주파(HF) 또는 고주파(LF)의 파장을 나타낸다. 감쇠량(A)은, 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)의 실드 효과, 즉, 고주파 전류를 차단하는 효과의 지표이다. 감쇠량(A)이 클수록, 고주파 전류를 차단하는 효과가 높다.

고주파(HF)의 주파수가 40 MHz일 때, 파장(λ)은 약 7.5 m가 되고, 고주파(LF)의 주파수가 400 kHz일 때, 파장(λ)은 약 750 m가 된다. 식 (1)로부터, 고주파(HF)의 파장을 식 (1)의 λ에 대입한 경우에 산출되는 감쇠량(A)은, 고주파(LF)의 파장을 식 (1)의 λ에 대입한 경우에 산출되는 감쇠량(A)보다 작아진다.

따라서, 여기서는, 고주파(HF, LF) 중, 실드 효과(감쇠량(A))의 값이 작아지는, 보다 엄격한 조건의 고주파(HF)의 파장(λ)을 사용하여, 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)의 감쇠량(A)을 산출하고, 실드 효과의 지표로서 사용한다.

도 6의 (a)에 나타내는 감쇠량(A)이 미리 정해진 임계치(S1)보다 커지면, 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)의 실드 효과에 의해 RF 방전을 차단할 수 있다. 즉, 임계치(S1)는, RF 방전을 차단할 수 있는 감쇠량(A)을 나타내고 있다. 따라서, 감쇠량(A)이 임계치(S1)보다 커지도록 홀의 직경(φD)을 설계한다.

또한, 도 6의 (b)에 나타내는 감쇠량(A)이 미리 정해진 임계치(S1)보다 커지면, 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)의 실드 효과에 의해 RF 방전을 차단할 수 있다. 따라서, 감쇠량(A)이 임계치(S1)보다 커지도록 홀의 길이(t)를 설계한다. 홀의 직경(φD) 및 홀의 길이(t)의 양방이 임계치(S1)를 초과하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)에 의해 방전을 차단할 수 있다.

제 1 시트 부재(140) 및 제 2 시트 부재(240)를 마련한 경우의, 제 1 센서(100) 및 제 2 센서(200) 중 적어도 하나에 의한 온도의 측정 결과를, 도 2의 (b)에 나타낸다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 고주파(RF)를 인가하고 있는 동안(RF ON), 제 1 센서(100)(및 제 2 센서(200))에 의해 측정한 온도(T)는, 도달 안정 제어 범위 내이며 안정되어 있다(도 2의 (b)의 C). 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 상부 전극(30) 및 그 주변의 구성에 의하면, 상부 전극(30)의 온도의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

금회 개시된 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에 있어서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실시 형태는, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.

예를 들면, 플라즈마 처리 장치의 일례로서 플라즈마 처리 장치를 들어 설명했지만, 플라즈마 처리 장치는, 기판에 정해진 처리(예를 들면, 성막 처리, 에칭 처리 등)를 실시하는 장치이면 되며, 플라즈마 처리 장치에 한정되는 것은 아니다.

본 개시의 플라즈마 처리 장치는, Atomic Layer Deposition(ALD) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입의 장치라도 적용 가능하다.

Claims

처리실과,
상기 처리실 내에 배치되어, 기판을 배치하는 배치대와,
상기 배치대에 대향하는 상부 전극과,
상기 상부 전극의 온도를 조정하는 부재와,
상기 상부 전극의 온도를 조정하는 부재의 내부에 마련되어, 상기 상부 전극의 온도를 측정하는 제 1 센서와,
상기 상부 전극과 상기 제 1 센서와의 사이에 배치되고, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 제 1 시트 부재
를 가지는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 전극의 주위에 배치되어, 접지 전위인 접지 전극과,
상기 접지 전극의 온도를 조정하는 부재와,
상기 접지 전극의 온도를 조정하는 부재의 내부에 마련되어, 상기 접지 전극의 온도를 측정하는 제 2 센서와,
상기 접지 전극과 상기 제 2 센서와의 사이에 배치되고, 주파수가 1 MHz에 있어서의 비유전율이 2.4 이상인 제 2 시트 부재를 가지는,
플라즈마 처리 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 중 적어도 하나는, 도체의 실드 부재로 둘러싸여 있는,
플라즈마 처리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 실드 부재는, 내부에 래버린스 구조를 가지는,
플라즈마 처리 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 실드 부재는, 접지 전위인,
플라즈마 처리 장치.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 중 적어도 하나와, 상기 실드 부재와의 간극을 밀봉하는 도전성의 링 형상 부재를 가지는,
플라즈마 처리 장치.
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 전극의 온도를 조정하는 부재에 형성된 상기 제 1 센서의 선단부가 관통하는 홀, 및 상기 접지 전극의 온도를 조정하는 부재에 형성된 상기 제 2 센서의 선단부가 관통하는 홀 중 적어도 하나의 직경(φD)과, 상기 홀의 길이(t)는, 식 (1)로부터 산출되는 감쇠량(A)이 미리 설정된 임계치 이상이 되도록 설계되어 있는,
[수 1]

플라즈마 처리 장치.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 중 적어도 하나는, 원주 방향으로 복수 배치되는,
플라즈마 처리 장치.