KR20230173069A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20230173069A
KR20230173069A KR1020230180275A KR20230180275A KR20230173069A KR 20230173069 A KR20230173069 A KR 20230173069A KR 1020230180275 A KR1020230180275 A KR 1020230180275A KR 20230180275 A KR20230180275 A KR 20230180275A KR 20230173069 A KR20230173069 A KR 20230173069A
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hydrotalcite
plasma
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protective layer
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KR1020230180275A
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겐 다마무시
나오유키 사토
아키히로 요코타
신지 히모리
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 플라즈마에 의한 보호 대상 부재의 소모를 억제하는 것이다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마가 생성되는 처리 용기와, 처리 용기 내에 배치되어 플라즈마에 의한 소모의 보호 대상으로 된 접합층(70)을 갖는다. 접합층(70)은 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71)이 표면에 마련되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 여러 측면 및 실시 형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 베이스(서셉터)와 정전 척의 사이에, 베이스와 정전 척을 접합하는 접합층을 갖는 플라즈마 처리 장치가 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마에 의해 접합층이 사이드부터 소모된다. 플라즈마 처리 장치에서는, 접합층이 소모해서 사이드가 감소되면 공간이 발생하고, 공간이 발생한 부분의 온도 제어를 충분히 할 수 없게 되어, 에칭 레이트의 면내의 균일성이 저하된다. 그래서, 플라즈마 처리 장치에서는, 베이스 및 접합층의 노출면을 덮도록, 정전 척의 하부와 접촉하는 O 링을 마련해서 플라즈마가 닿지 않게 해서, 접합층을 보호하고 있다(예를 들면, 하기 특허문헌 1 참조).
특허문헌
(특허문헌 1) 일본 공개 특허 공보 제2014-053482호
그러나, O 링은 고가이고, 플라즈마 처리 장치의 제조 비용이 증가한다. 또, 플라즈마에 의해 O 링이 소모되고, 교환에 시간이 든다.
또한, 플라즈마에 의한 소모의 문제는, 접합층에 한정되는 것이 아니고, 플라즈마에 의한 소모를 보호해야 할 보호 대상 부재 전반에 발생하는 문제이다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시 형태에 있어서, 처리 용기와, 보호 대상 부재를 갖는다. 처리 용기는 플라즈마가 생성된다. 보호 대상 부재는 처리 용기 내에 배치되고, 플라즈마에 의한 소모의 보호 대상으로 되어 있다. 보호 대상 부재는 래디칼 및 음이온 중 적어도 한쪽을 포함시키는 특성을 갖는 재료를 함유하거나 또는 재료를 포함한 보호층이 표면에 마련되어 있다.
개시하는 플라즈마 처리 장치의 하나의 형태에 따르면, 플라즈마에 의한 보호 대상 부재의 소모를 억제할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 베이스 및 정전 척의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 하이드로탈사이트(hydrotalcite)의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 플라즈마 처리 전후의 중량 변화를 나타낸 도면이다.
도 5a는 반도체 웨이퍼 상의 에칭 레이트의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 5b는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5c는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 반도체 웨이퍼 상의 에칭 레이트의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 6b는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6c는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 2종류의 보호층을 형성한 범위를 나타내는 도면이다.
도 8은 보호층을 형성하는 순서의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 평가 실험으로 실시한 플라즈마 처리의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 10은 보호층의 두께의 계측을 설명하는 도면이다.
도 11은 보호층의 높이의 변화를 나타내는 도면이다.
도 12a는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12b는 플라즈마 처리 시간에 대한 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은 플라즈마 처리 시간에 대한 오염량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 플라즈마 처리 시간에 대한 파티클량의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참조해서 본원이 개시하는 플라즈마 처리 장치의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여한다. 또, 본 실시 형태에 의해 개시하는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시 형태는 처리 내용을 모순되지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.
(제 1 실시 형태)
[플라즈마 처리 장치의 구성]
처음에, 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성에 대해 설명한다. 플라즈마 처리 장치는 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 한다) 등의 피처리체에 대해서 플라즈마 처리를 행하는 시스템이다. 본 실시 형태에서는, 플라즈마 처리로서 플라즈마 에칭을 행하는 경우를 예로 설명한다. 도 1은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
플라즈마 처리 장치(1)는 금속제, 예를 들면, 알루미늄 또는 스테인리스강 제품의 전기적으로 접지된 밀폐 구조의 원통형의 처리실(10)을 가지고 있다. 이 처리실(10) 내에, 피처리 기판으로서의 웨이퍼(W)를 탑재하는 원주 형상의 탑재대(하부 전극)(11)가 배열되어 있다. 이 탑재대(11)는 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지는 탑재대 본체(12)와, 탑재대 본체(12)의 상부에 배치된, 웨이퍼(W)를 흡착하기 위한 예를 들면 Al2O3 등의 절연 재료로 이루어지는 정전 척(13)을 구비하고 있다. 탑재대(11)와 정전 척(13)은 접합층(70)에 의해 접합되어 있다. 탑재대 본체(12)는 절연재를 개재해서, 처리실(10)의 바닥으로부터 수직 상방으로 연장하는 통 형상 지지부(15)에 지지되어 있다.
처리실(10)의 측벽과 통 형상 지지부(15)의 사이에는 배기로(16)가 형성되고, 이 배기로(16)의 바닥부에 연통하는 배기관(17)이 배기 장치(18)에 접속되어 있다. 배기 장치(18)는 진공 펌프를 갖고, 처리실(10) 내를 소정의 진공도까지 감압한다. 또, 배기관(17)은 가변식 버터플라이 밸브인 자동 압력 제어 밸브(automatic pressure control valve)(19)를 갖고, 그 자동 압력 제어 밸브(19)에 의해 처리실(10) 내의 압력이 제어되어 있다.
탑재대 본체(12)에는, 플라즈마 생성 및 이온 인입용의 고주파 전압을 인가하는 고주파 전원(21)이 정합기(22) 및 급전봉(23)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(21)은 소정의 고주파, 예를 들면, 60MHz의 고주파 전력을 탑재대(11)에 인가한다. 또한, 고주파 전원(21)은 복수 마련되고, 주파수가 상이한 복수의 고주파를 탑재대(11)에 공급해도 좋다. 예를 들면, 고주파 전원(21)은 복수 마련되고, 플라즈마 생성용의 고주파 전력과, 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 고주파 전력을 탑재대(11)에 공급해도 좋다.
처리실(10)의 천정부에는, 접지 전극으로서의 샤워 헤드(24)가 배열되어 있다. 상술의 고주파 전원(21)에 의해, 탑재대(11)와 샤워 헤드(24)의 사이에 고주파 전압이 인가된다. 샤워 헤드(24)는 다수의 가스 통기 구멍(25)을 갖는 하면의 전극판(26)과, 전극판(26)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(27)를 갖는다. 또, 전극 지지체(27)의 내부에 버퍼실(28)이 마련되고, 이 버퍼실(28)의 가스 도입구(29)에는 처리 가스 공급부(30)로부터의 가스 공급 배관(31)이 접속되어 있다.
탑재대 본체(12)의 내부에는, 예를 들면, 원주 방향으로 배치되는 환상의 냉매실(35)이 마련되어 있다. 이 냉매실(35)에는, 칠러 유닛(36)으로부터 배관(37, 38)을 통해서 소정 온도의 냉매, 예를 들면, 냉각수가 순환 공급된다. 이것에 의해, 탑재대 본체(12)는 소정의 온도로 냉각되고 있다.
탑재대 본체(12)의 상부에 배치된 정전 척(13)은 적당한 두께를 가진 원판 형상을 이루고 있고, 정전 척(13)의 내부에는, 텅스텐 등의 도전 재료로 이루어지는 전극판(40)이 매립되어 있다. 전극판(40)에는 직류 전원(41)이 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 정전 척(13)은 직류 전원(41)으로부터 전극판(40)에 직류 전압을 인가함으로써, 쿨롱력으로 웨이퍼(W)를 흡착 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 소정의 온도에 냉각된 탑재대 본체(12)의 열은 이 정전 척(13)을 통해서, 정전 척(13)의 상면에 흡착한 웨이퍼(W)에 전달된다. 이 경우, 처리실(10) 내가 감압되어도 열을 효율 좋게 웨이퍼(W)에 전달시키기 위해서, 정전 척(13)의 상면에 흡착한 웨이퍼(W)의 이면을 향해, He 등의 열 전달용 가스가 제 1 가스 공급 라인(46)을 통해서, 제 1 열 전달용 가스 공급부(52)로부터 공급되고 있다.
또, 상술한 바와 같이, 탑재대 본체(12)의 열은 정전 척(13)을 통해서 웨이퍼(W)에 전달되지만, 그때, 온도 변화로 인해, 정전 척(13)에 변형이 생겨 정전 척(13)의 상면의 평면도(平面度)가 악화되는 경우가 있다. 정전 척(13)의 상면의 평면도가 악화되면, 웨이퍼(W)를 확실히 흡착할 수 없게 되어 버린다. 그래서, 접합층(70)의 두께를 조정함으로써, 온도 변화로 인해 발생하는 정전 척(13)의 변형을 접합층(70)에서 흡수하고, 이러한 정전 척(13)의 상면의 평면도의 악화를 방지하는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는, 예를 들면 웨이퍼(W)의 직경이 200mm인 경우는, 접합층(70)의 두께를 60㎛ 이상, 웨이퍼(W)의 직경이 300mm인 경우는, 접합층(70)의 두께를 90~150㎛로 하는 것이 바람직하다.
탑재대(11)는 정전 척(13)을 둘러싸도록, 환상의 포커스 링(60)이 상부에 배치되어 있다. 또, 처리실(10)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입출구(62)를 개폐하는 게이트 밸브(63)가 장착되어 있다. 또, 처리실(10)의 주위에는, 환상 또는 동심 형상으로 연장하는 자석(64)이 배치되어 있다.
또, 탑재대(11)를 구성하는 탑재대 본체(12)와 접합층(70)와 정전 척(13)에는, 관통 구멍(65)이 마련된다. 관통 구멍(65)의 내부에는, 전기적으로 저항 또는 인덕턴스를 통해서 접지된 푸셔 핀(66)이 마련된다. 또한, 도 1에서는, 관통 구멍(65) 및 푸셔 핀(66)을 1개 도시했지만, 관통 구멍(65) 및 푸셔 핀(66)은 탑재대(11)의 둘레 방향으로 균등한 간격으로 3개 이상 마련된다. 푸셔 핀(66)은 처리실(10)을 기밀하게 함과 아울러, 신축 가능한 벨로우즈(67)를 통해서 에어 실린더(68)에 각각 접속된다. 푸셔 핀(66)은 로드록실의 반송 장치로부터 웨이퍼(W)의 주고 받기를 행하고, 정전 척(13)에 웨이퍼(W)를 접착 이탈할 때에, 에어 실린더(68)에 의해 상하 이동한다. 웨이퍼(W)를 처리실(10) 내에 전달하는 경우의 반입 동작을 설명한다. 게이트 밸브(63)가 열리고, 반입출구(62)로부터 반송 장치가 웨이퍼(W)를 처리실(10) 내에 반입한다. 다음으로, 푸셔 핀(66)이 관통 구멍(65)을 통해서 상승하고 웨이퍼(W)의 이면을 지지하고, 반송 장치로부터 웨이퍼(W)를 들어 올린다. 그 후, 반송 장치는 반입출구(62)로부터 로드록실로 돌아오고, 푸셔 핀(66)이 관통 구멍(65)을 통해서 하강함으로써 웨이퍼(W)가 정전 척(13) 상에 탑재된다. 마지막으로 게이트 밸브(63)가 닫힘으로써 웨이퍼(W)가 처리실(10) 내에 전달된다. 웨이퍼(W)를 처리실(10) 내로부터 취출할 때의 반출 동작을 설명한다. 게이트 밸브(63)가 열리고, 푸셔 핀(66)이 관통 구멍(65)을 통해서 상승함으로써 웨이퍼(W)가 정전 척(13) 상으로부터 들어 올려진다. 반입출구(62)로부터 반송 장치가 처리실(10) 내에 들어가고, 푸셔 핀(66) 상에 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 하측까지 온다. 다음으로, 푸셔 핀(66)이 관통 구멍(65)을 통해서 하강하고 웨이퍼(W)가 반송 장치에 탑재된다. 그 후, 반송 장치는 반입출구(62)로부터 로드록실로 돌아와, 웨이퍼(W)가 챔버 내로부터 반출된다.
플라즈마 처리 장치의 처리실(10) 내에서는, 자석(64)에 의해 일 방향을 향하는 수평 자계가 형성됨과 아울러, 탑재대(11)와 샤워 헤드(24)의 사이에 인가된 고주파 전압에 의해 수직 방향의 RF 전계가 형성되고, 이것에 의해, 처리실(10) 내에서 처리 가스를 개재한 마그네트론 방전이 행해지고, 탑재대(11)의 표면 근방에서 처리 가스로부터 고밀도의 플라즈마가 생성된다.
플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성 요소, 예를 들면, 배기 장치(18), 고주파 전원(21), 처리 가스 공급부(30), 정전 척(13) 용의 직류 전원(41) 및 제 1 열 전달용 가스 공급부(52) 등은 제어부(69)에 의해 동작이 제어되고 있다.
[탑재대(11) 및 정전 척(13)의 부분의 주요부 구성]
다음으로, 탑재대(11) 및 정전 척(13)의 부분의 주요부 구성에 대해 설명한다. 도 2는 베이스 및 정전 척의 주요부 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
탑재대(11)는 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지는 탑재대 본체(12)와 탑재대 본체(12)의 상부에 배치된, 웨이퍼(W)를 흡착하기 위한 예를 들면 Al2O3 등의 절연 재료로 이루어지는 정전 척(13)을 구비하고 있다. 탑재대 본체(12)는 상하 방향으로 바닥면을 향한 대략 원 기둥 형상을 나타내고 있고, 상측의 바닥면의 중앙 부분(12a)이 주변 부분(12b)보다 높이가 높게 형성되어 있다. 중앙 부분(12a)은 웨이퍼(W)와 동일한 정도의 사이즈로 되어 있다.
탑재대(11)의 중앙 부분(12a)의 상부에는, 정전 척(13)이 마련되어 있다. 탑재대(11)와 정전 척(13)은 접합층(70)에 의해 접합되어 있다. 접합층(70)은 정전 척(13)과 탑재대(11)의 응력 완화의 역할을 담당함과 아울러, 탑재대(11)와 정전 척(13)을 접합한다. 접합층(70)은 예를 들면, 실리콘 수지, 아크릴, 에폭시 등의 탄성 중합체를 이용해서 형성된다.
여기서, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마 에칭을 행한 경우, 래디칼이나 음이온에 의해, 접합층(70)을 구성하는 탄성 중합체의 고리 형상 결합손이 공격받는다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 탄성 중합체의 저분자화가 진행해서, 접합층(70)이 사이드부터 소모된다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 접합층(70)이 소모되어 사이드가 감소하면, 접합층(70)의 사이드의 부분에 공간이 발생한다. 그리고, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 공간이 발생한 부분의 정전 척(13)의 온도 제어를 충분히 할 수 없게 되어, 에칭 레이트의 면내의 균일성이 저하된다.
이 때문에, 종래, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 정기적으로 메인터넌스를 행한다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 접합층(70)의 소모에 따라서, 정전 척(13)을 교환해서, 접합층(70)을 재형성하는 등의 메인터넌스를 행한다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 짧은 기간에 메인터넌스가 필요하면, 메인터넌스의 수고가 많아져, 플라즈마 처리 장치(1)의 유지 비용도 높아진다. 또, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 짧은 기간에 메인터넌스가 필요하면, 플라즈마 처리를 실시할 수 없는 다운 타임도 많아져, 생산성도 저하한다.
그래서, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 처리실(10) 내에 배치되는, 플라즈마에 의한 소모의 보호 대상으로 된 보호 대상 부재에, 래디칼 및 음이온 중 적어도 한쪽을 포함시키는 특성을 갖는 재료에 함유시키거나, 또는, 해당 재료를 포함한 보호층(71)을 보호 대상 부재의 표면에 마련한다. 래디칼 및 음이온 중 적어도 한쪽을 포함시키는 특성을 갖는 재료로서는, 예를 들면, 하이드로탈사이트, 무기 나노 시트, 층 형상 니오브·티탄산염, 이온 흡착성을 갖는 광물 등을 들 수 있다.
실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 접합층(70)의 사이드측의 표면에 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71)을 마련한다. 보호층(71)은 예를 들면, 실리콘 수지에 하이드로탈사이트를 첨가한 재료를 이용해서 형성한다. 하이드로탈사이트의 첨가량은 예를 들면, 체적 퍼센트 농도로, 0.5~90 vol%의 범위이면 좋고, 바람직하게는, 0.5~40 vol%의 범위이며, 보다 바람직하게는, 5~15 vol%의 범위이다.
하이드로탈사이트는 예를 들면, 하기 식(1)으로 표현되는 화합물이다.
Mg1-xAlx(OH)2(Cl)x-ny·(An-)y·mH2O (1)
(식 중, x는 0.15＜x＜0.34를 만족하는 정수이며, An-는 Cl- 이외의 n값의 음이온이며, y는 정수이며, m는 0.1＜m＜0.7을 만족하는 정수이다.)
도 3은 하이드로탈사이트의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다. 하이드로탈사이트는 Mg/Al계 층 형상 화합물이며, 층 형상 구조를 갖고, 층 간에 음이온을 포함시키는 성질을 갖는다. 예를 들면, 하이드로탈사이트는 예를 들면, CHF3, CF4 등의 처리 가스를 플라즈마화한 경우, F를 흡착하고, 일단 흡착한 F를 방출하지 않는 성질을 갖는다. 하이드로탈사이트에 관한 자세한 것은 예를 들면, 일본 공개 특허 공보 제2009-178682호에 기재되어 있다.
실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 접합층(70)의 사이드측의 표면에 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71)을 마련함으로써, 접합층(70)의 소모를 억제할 수 있다. 이것은, 하이드로탈사이트가 F를 흡착함으로써, 접합층(70)의 사이드 부근의 F의 밀도가 감소하고, 소모의 진행 속도가 감소하기 때문인 것으로 생각된다.
[실시예]
이하, 상기 효과를 설명하기 위하여 본 발명자가 실시한 평가 실험의 구체적인 예를 설명한다. 처음에, 실리콘 수지의 소모의 억제의 효과의 확인을 행한 평가 실험의 구체적인 예를 설명한다. 평가 실험에서는, 실리콘 수지만의 평가 시료 A와, 하이드로탈사이트를 함유시킨 평가 시료 B의 2종류를 준비했다. 평가 시료 B에서는, 실리콘 수지에 하이드로탈사이트를 10 vol% 함유시켰다. 2종류의 평가 시료 A, B의 사이즈는 30mm 각(角)으로 한다. 평가 실험에서는, 평가 시료 A, B를 복수 준비하고, 처리 가스의 농도를 변경해서 플라즈마 에칭의 플라즈마 처리를 행했다. 플라즈마 에칭의 처리 가스로서는, CF4/O2의 혼합 가스를 이용하고, CF4와 O2의 유량비를 변화시켰다.
도 4는 플라즈마 처리 전후의 중량 변화를 나타낸 도면이다. 도 4는, 평가 시료 A 및 평가 시료 B의 플라즈마 처리 전후의 중량 변화를 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, CF4의 유량비가 5%인 경우에서는, 하이드로탈사이트를 함유시킴으로써, 중량 변화가 1/10 정도로 억제되고 있다. 또, CF4의 유량비가 85%인 경우에서는, 하이드로탈사이트를 함유시킴으로써, 중량 변화가 1/2 정도로 억제되고 있다.
이와 같이, 플라즈마 처리에서는, 하이드로탈사이트를 함유시킴으로써, 실리콘 수지의 소모가 억제되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 하이드로탈사이트에 의한 F의 흡착의 효과의 확인을 실시한 평가 실험의 구체적인 예를 설명한다. 평가 실험에서는, 실리콘 수지만(하이드로탈사이트 없음)의 평가 시료 A와, 하이드로탈사이트를 함유시킨 평가 시료 B와, 하이드로탈사이트를 표면에 도포한 평가 시료 C의 3 종류를 준비했다. 평가 시료 B에서는, 실리콘 수지에 하이드로탈사이트를 10 vol% 함유시켰다. 3 종류의 평가 시료 A~C의 사이즈는 5mm 각으로 한다. 평가 실험에서는, 웨이퍼(W)로서 산화막이 형성된 블랭킷을 이용하고, 3 종류의 평가 시료 A~C를 웨이퍼(W)의 표면에 배치해서 플라즈마 에칭을 행했다. 플라즈마 에칭의 처리 가스로서는, CF4/Ar/O2의 혼합 가스를 이용했다.
도 5a는 반도체 웨이퍼 상의 에칭 레이트의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 5a에는, 웨이퍼(W)의 각 위치에서의 에칭 레이트(E/R)가 패턴을 변경해서 나타나 있다. 또, 도 5a에는, 웨이퍼(W) 상에서의 평가 시료 A가 배치된 측정점 PA, 평가 시료 B가 배치된 측정점 PB, 평가 시료 C가 배치된 측정점 PC의 위치가 나타나 있다. 평가 시료 A가 배치된 측정점 PA의 부근은 주위와 동일한 정도로 에칭 레이트로 되어 있다. 평가 시료 A는 실리콘 수지만으로 형성되어 있다. 이것으로부터, 실리콘 수지만에서는, 에칭 레이트의 변동이 작은 것을 확인할 수 있다. 한편, 평가 시료 B가 배치된 측정점 PB 및 평가 시료 C가 배치된 측정점 PC의 부근은 주위보다 낮은 에칭 레이트로 되어 있다. 평가 시료 B 및 평가 시료 C는 실리콘 수지에 하이드로탈사이트가 함유 또는 도포되어 있다. 이것으로부터, 하이드로탈사이트는 에칭 레이트를 저하시키는 것을 확인할 수 있다.
도 5b 및 도 5c는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5b는 웨이퍼(W)의 중심을 0으로 해서, 도 5a의 Y축을 따르는 에칭 레이트의 변화를 나타내고 있다. 도 5c는 웨이퍼(W)의 중심을 0으로 해서, 도 5a의 X축을 따르는 에칭 레이트의 변화를 나타내고 있다. 또한, X축은 평가 시료 A가 배치된 측정점 PA로부터 약간 어긋나 있다.
도 5b 및 도 5c에는, 평가 시료 A~C를 웨이퍼(W)의 표면에 배치해서 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트가 「금회 테스트」로서 나타나 있다. 또, 도 5b 및 도 5c에는, 평가 시료 A~C를 배치하지 않고, 웨이퍼(W)에 마찬가지의 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트가 「Ref(평가 시료 없음)」로서 나타나 있다.
도 5b에 나타내는 바와 같이, 하이드로탈사이트를 함유시킨 평가 시료 B가 배치된 측정점 PB의 위치의 부근(＋110mm의 부근)은 에칭 레이트가 크게 저하되어 있다. 에칭 레이트의 저하는 60~75mm의 폭으로 발생하고 있다.
또, 도 5c에 나타내는 바와 같이, 실리콘 수지만의 평가 시료 A가 배치된 측정점 PA의 위치의 부근(-110mm의 부근)은 에칭 레이트가 약간 저하되어 있다. 에칭 레이트의 저하는 45mm의 폭으로 발생하고 있다. 또, 하이드로탈사이트를 표면에 도포한 평가 시료 C가 배치된 측정점 PC의 위치의 부근(＋110mm의 부근)은 에칭 레이트가 크게 저하되어 있다. 에칭 레이트의 저하는 130mm의 폭으로 발생하고 있다.
도 5a ~ 5c로부터, 평가 시료 B 및 평가 시료 C의 부근은 하이드로탈사이트가 F를 흡착함으로써, 에칭 레이트가 저하되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 웨이퍼(W)로서 폴리 실리콘 수지의 웨이퍼(W)를 이용해서, 3 종류의 평가 시료 A~C를 웨이퍼(W)의 표면에 배치해서 플라즈마 에칭을 행했다. 플라즈마 에칭의 처리 가스로서는, CF4/O2의 혼합 가스를 이용했다.
도 6a는 반도체 웨이퍼 상의 에칭 레이트의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 6a에는, 폴리 실리콘 수지의 웨이퍼(W)의 각 위치에서의 에칭 레이트(E/R)가 패턴을 변경해서 나타나 있다. 또, 도 6a에는, 웨이퍼(W) 상에서의 평가 시료 A가 배치된 측정점 PA, 평가 시료 B가 배치된 측정점 PB, 평가 시료 C가 배치된 측정점 PC의 위치가 나타나 있다. 평가 시료 A가 배치된 측정점 PA의 부근은 주위와 동일한 정도의 에칭 레이트로 되어 있다. 평가 시료 A는 실리콘 수지만으로 형성되어 있다. 이것으로부터, 폴리 실리콘 수지에 있어서도, 실리콘 수지만에서는, 에칭 레이트의 변동이 작은 것을 확인할 수 있다. 한편, 평가 시료 B가 배치된 측정점 PB 및 평가 시료 C가 배치된 측정점 PC의 부근은 주위보다 낮은 에칭 레이트로 되어 있다. 평가 시료 B 및 평가 시료 C는 실리콘 수지에 하이드로탈사이트가 함유 또는 도포되어 있다. 이것으로부터, 폴리 실리콘 수지에 있어서도, 하이드로탈사이트는 에칭 레이트를 저하시키는 것을 확인할 수 있다.
도 6b 및 도 6c는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6b는 웨이퍼(W)의 중심을 0으로 해서, 도 6a의 Y축을 따르는 에칭 레이트의 변화를 나타내고 있다. 도 6b는 웨이퍼(W)의 중심을 0으로 해서, 도 6a의 X축을 따르는 에칭 레이트의 변화를 나타내고 있다.
도 6b 및 도 6c에는, 평가 시료 A~C를 웨이퍼(W)의 표면에 배치해서 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트가 「금회 테스트」로서 나타나 있다. 또, 도 6b 및 도 6c에는, 평가 시료 A~C를 배치하지 않고, 웨이퍼(W)에 마찬가지의 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트가 「Ref(평가 시료 없음)」로서 나타나 있다.
도 6b에 나타내는 바와 같이, 하이드로탈사이트를 함유시킨 평가 시료 B가 배치된 측정점 PB의 위치의 부근(＋110mm의 부근)은 에칭 레이트가 크게 저하되어 있다. 에칭 레이트의 저하는 45mm의 폭으로 발생하고 있다.
또, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 실리콘 수지만의 평가 시료 A가 배치된 측정점 PA의 위치의 부근(-110mm의 부근)은 에칭 레이트가 약간 저하되어 있다. 에칭 레이트의 저하는 30mm의 폭으로 발생하고 있다. 또, 하이드로탈사이트를 표면에 도포한 평가 시료 C가 배치된 측정점 PC의 위치의 부근(＋110mm의 부근)은 에칭 레이트가 크게 저하되어 있다. 에칭 레이트의 저하는 60~75mm의 폭으로 발생하고 있다.
도 6a ~ 6c로부터도, 평가 시료 B 및 평가 시료 C의 부근은 하이드로탈사이트가 F를 흡착함으로써, 에칭 레이트가 저하되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71)에 의한 접합층(70)의 보호 효과의 확인을 행한 평가 실험의 구체적인 예를 설명한다. 평가 실험에서는, 탑재대(11) 및 정전 척(13)의 측면(둘레면)을 대략 절반의 범위로 구분하고, 각각의 범위의 접합층(70)의 표면에, 하이드로탈사이트를 포함하지 않는 보호층(71a)과, 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71b)의 2종류의 보호층(71)을 형성해서 보호 효과를 확인했다. 보호층(71b)에서는, 실리콘 수지에 하이드로탈사이트를 10 vol% 함유시켰다.
도 7은 2종류의 보호층을 형성한 범위를 나타내는 도면이다. 도 7에는, 탑재대(11) 및 정전 척(13)을 위쪽에서 본 상면도를 나타내고 있다. 도 7에는, 탑재대(11) 및 정전 척(13)의 측면에 있어서, 하이드로탈사이트를 포함하지 않는 보호층(71a)을 형성한 범위(80a)와, 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71b)을 형성한 범위(80b)가 나타나 있다. 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 탑재대(11) 및 정전 척(13)의 중심에 대해 하부의 위치를 0°으로 한, 중심으로부터 각도 θ로, 탑재대(11) 및 정전 척(13)의 측면의 위치를 나타내는 것으로 한다. 이 경우, 보호층(71a)은 각도 θ=0°~ 180°의 범위로 형성되어 있다. 보호층(71b)은 각도 θ=180°~ 360°의 범위로 형성되어 있다.
여기서, 보호층(71)을 형성하는 순서를 설명한다. 도 8은 보호층을 형성하는 순서의 일례를 나타내는 도면이다. 예를 들면, 접합층(70)의 두께가 200㎛인 경우, 보호층(71)은 접합층(70)의 측면에, 400㎛의 폭, 두께 80㎛로 형성한다. 또한, 보호층(71)의 폭 및 두께는 일례이며, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 보호층(71)의 폭은 접합층(70)의 폭보다 크고, 접합층(70)을 덮을 수 있는 폭으로 형성한다. 보호층(71)의 두께는 플라즈마 처리가 행해지는 기간에 있어서, F를 포함시키는 특성이 충분히 유지되는 두께로 형성한다.
형성된 보호층(71)의 측면은, 도 8의 (A)과 같이, 단차가 없는 플랫 상태로 되지 않고, 실제로는, 도 8의 (B)과 같이, 접합층(70)의 부분이 패인 상태로 될 수도 있다.
평가 실험에서는, 이러한 보호층(71)이 형성된 플라즈마 처리 장치(1)를 이용해서 플라즈마 처리를 반복해서 행하고, 보호층(71)의 변화를 평가했다. 도 9는 평가 실험으로 실시한 플라즈마 처리의 흐름을 나타내는 도면이다. 평가 실험에서는, 신규의 보호층(71)이 형성된 플라즈마 처리 장치(1)를 이용해서, 전체로 플라즈마 처리를 162시간 행했다. 평가 실험에서는, 보호층(71)이 신규 상태(0h)와 플라즈마 처리를 142시간 실시한 상태(142h)에서, 보호층(71)의 두께를 계측했다. 도 10은 보호층의 두께의 계측을 설명하는 도면이다. 평가 실험에서는, 보호층(71)의 두께로서, 정전 척(13)의 측면을 기준(높이 0)으로 한 보호층(71)의 표면의 높이를 계측했다. 또, 평가 실험에서는, 보호층(71)이 신규 상태(0h)와 플라즈마 처리를 22시간(22h), 67시간(67h), 142시간(142h) 각각 실시한 상태에서, 에칭 레이트, 오염량, 파티클 등을 계측했다.
도 11은, 보호층의 높이의 변화를 나타내는 도면이다. 보호층(71)이 신규 상태(0h)와 플라즈마 처리를 142시간 실시한 상태(142h)에 대해서, 각도 θ의 위치에서 계측된 보호층(71)의 높이가 나타나 있다.
0h 상태에서는, 하이드로탈사이트를 포함하지 않는 보호층(71a)이 형성된 각도 θ=0°~ 180°과 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71b)이 형성된 각도 θ=180°~ 360°으로, 보호층(71)의 높이에 큰 차이는 없다. 즉, 보호층(71)이 신규 상태에서는, 보호층(71a)과 보호층(71b)의 높이가 동일한 상태이다.
한편, 142h 상태에서는, 하이드로탈사이트를 포함하지 않는 보호층(71a)이 형성된 각도 θ=0°~ 180°에서는, 높이가 크게 감소하고 있고, 평균의 높이가 -170㎛로 되어 있다. 또, 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71b)이 형성된 각도 θ=180°~ 360°에서는, 높이의 감소가 작고, 평균의 높이가 -90㎛로 되어 있다. 또한, 각도 θ=180°~ 360°의 범위에 대해서도, 높이가 크게 감소하고 있는 위치가 있지만, 이것은, 하이드로탈사이트가 불균일이며, 하이드로탈사이트가 적은 위치가 있었기 때문인 것으로 생각된다.
이 도 11로부터, 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71b)이 접합층(70)의 감소를 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
도 12a는 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 12a에는, 플라즈마 처리가 0시간(0h), 67시간(67h), 142시간(142h) 각각에 대해, 웨이퍼(W)의 각도 θ 또한 중심으로부터 반경 149mm의 위치의 에칭 레이트가 나타나 있다. 각도 θ=0°~ 180°의 범위는 하이드로탈사이트를 포함하지 않는 보호층(71a)이 형성되어 있다. 각도 θ=180°~ 360°의 범위는 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71b)이 형성되어 있다. 도 12a에 나타내는 바와 같이, 에칭 레이트(E/R)는 0시간, 67시간, 142시간의 각각으로 대략 일정하게 되어 있다.
도 12b는 플라즈마 처리 시간에 대한 에칭 레이트의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 12b에는, 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71b)이 형성되어 있는 범위의 반경 149mm의 위치의 에칭 레이트의 평균이 「하이드로탈사이트 유(有)」로서 나타나 있다. 또, 하이드로탈사이트를 포함하지 않는 보호층(71a)이 형성되어 있는 범위의 반경 149mm의 위치의 에칭 레이트의 평균이 「하이드로탈사이트 무(無)」로서 나타나 있다. 또한, 도 12b에서는, 하이드로탈사이트 무와 하이드로탈사이트 유의 그래프가 겹친 상태로 되어 있다.
도 12a 및 도 12b로부터, 웨이퍼로부터의 거리를 적절히 취함으로써, 에칭 레이트에 대해서 영향을 주지 않는다. 즉, 하이드로탈사이트는 프로세스에 영향이 없고, 접합층(70)의 장기 수명화에 기여할 수 있다.
도 13은 플라즈마 처리 시간에 대한 오염량의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 13에는, 플라즈마 처리를 22시간, 67시간, 142시간 각각 실시한 상태에서, Mg, Al, Ca, Fe, Ni의 금속 오염량을 계측한 결과를 연결한 그래프가 나타나 있다. 또, 도 13의 좌측에는, 하이드로탈사이트를 포함하지 않는 보호층(71a)만을 형성하고 있을 때의 Mg, Al, Ca, Fe, Ni의 금속 오염량을 「레퍼런스 데이터」로서 나타내고 있다. 하이드로탈사이트를 포함한 보호층을 형성한 것에 의한 금속 오염량은 각 원소 모두 대체로 레퍼런스 데이터와 동등의 수치로 되어 있다.
도 13으로부터, 하이드로탈사이트를 보호층(71)에 첨가했다고 해도, 금속 오염량이 플라즈마 처리 장치(1)에 적용이 가능한 레벨인 것을 확인할 수 있다.
도 14는 플라즈마 처리 시간에 대한 파티클량의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 14에는, 플라즈마 처리를 22시간, 67시간, 142시간 각각 실시한 상태에서, 웨이퍼(W) 상의 파티클의 개수를 계측한 결과를 연결한 그래프가 나타나 있다. 또한, 파티클로서는, 직경 60nm 이상의 것을 계측했다. 도 14에서는, 직경 60nm 이상이 50개 이하를 기준으로 해서 나타내고 있다. 각 플라즈마 처리 모두 파티클량은, 대체로 기준 이하 또는 기준과 동일한 정도의 수치로 되어 있다.
도 14로부터, 하이드로탈사이트를 보호층(71)에 첨가했다고 해도, 파티클에의 영향은 적은 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마가 생성되는 처리 용기(처리실(10))와, 처리 용기 내에 배치되고 플라즈마에 의한 소모의 보호 대상으로 된 접합층(70)을 갖는다. 접합층(70)은 하이드로탈사이트를 포함한 보호층(71)이 표면에 마련되어 있다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마에 의한 접합층(70)의 소모를 억제할 수 있다. 이 결과, 플라즈마 처리 장치(1)는 접합층(70)의 메인터넌스의 수고를 경감할 수 있고, 플라즈마 처리 장치(1)의 유지 비용을 싸게 할 수 있다. 또, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마 처리를 실시할 수 없는 다운 타임도 적게 되고, 생산성의 저하를 억제할 수 있다.
또, 하이드로탈사이트는 저가로 입수할 수 있다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)는 제조 비용을 크게 증가시키지 않고 제조할 수 있다.
(그 외의 실시 형태)
이상, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 제어 방법에 대해 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이하에서는, 다른 실시 형태에 대해 설명한다.
예를 들면, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 접합층(70)의 사이드의 표면에 보호층(71)을 마련해서 플라즈마에 의한 접합층(70)의 소모를 억제하는 경우를 예로 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 실시 형태의 일례에 있어서, 플라즈마 처리 장치(1)는 접합층(70)의 사이드의 표면에 보호층(71)을 마련하지 않고, 접합층(70)에 하이드로탈사이트를 함유시켜 형성되어도 좋다. 이 경우도, 플라즈마 처리 장치(1)는 접합층(70)에 함유된 하이드로탈사이트가 F를 흡착함으로써, 플라즈마에 의한 접합층(70)의 소모를 억제할 수 있다. 또, 플라즈마 처리 장치(1)는 접합층(70)에 하이드로탈사이트를 함유시킴으로써, 사이드뿐만 아니라, 푸셔 핀(66)을 수납하기 위해서 탑재대(11)에 형성된 관통 구멍(65) 등에 진입하는 플라즈마에 의한 접합층(70)의 소모를 억제할 수 있다. 또, 플라즈마 처리 장치(1)는 접합층(70)에 하이드로탈사이트를 함유시킨 재료로 접합층(70)을 형성하면 좋기 때문에, 보호층(71)을 형성하는 작업의 수고를 경감할 수 있다. 또, 기존의 플라즈마 처리 장치(1)를 메인터넌스할 때에, 하이드로탈사이트를 함유시킨 재료로 접합층(70)을 형성함으로써, 기존의 플라즈마 처리 장치(1)에 대해서도, 플라즈마에 의한 접합층(70)의 소모를 억제할 수 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 실시 형태의 일례에 있어서, 보호 대상 부재를 접합층(70)으로 한 경우를 예로 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 보호 대상 부재는 플라즈마에 의한 소모로부터 보호해야 할 부재이면, 어느 것이어도 좋다. 예를 들면, 보호 대상 부재는 플라즈마를 차단하기 위해서 마련되는 O 링, 플라즈마 처리 장치(1) 내에서 사용되는 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK), 실리콘, 아크릴, 에폭시 등의 탄성 중합체이어도 좋다. 또, 보호 대상 부재는 웨이퍼(W)를 승강시키는 푸셔 핀(66) 등의 부쉬 부품(Bush parts), 핀 부품이어도 좋다. 또, 보호 대상 부재는 플라즈마로부터 부품을 보호하기 위해서 표면에 형성된 용사막 등의 표면 코팅이어도 좋다. 보호 대상 부재는 하이드로탈사이트를 함유해도 좋고, 또는, 하이드로탈사이트를 포함한 보호층이 표면에 마련되어도 좋다. 예를 들면, O 링 등의 탄성 중합체를, 하이드로탈사이트를 함유시킨 재료로 형성해도 좋다. 또, 보호 대상 부재가 표면에 용사막이 형성되는 경우, 하이드로탈사이트를 포함한 용사 재료에 의해, 하이드로탈사이트를 포함한 용사막을 보호 대상 부재의 표면에 형성해도 좋다.
(베이스)
또, 예를 들면, 제 1 실시 형태에서는, 탑재대(11)가 알루미늄보다 열 팽창율이 낮은 재료로 형성되는 경우를 이용해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 탑재대(11)는 예를 들면, 하부 전극으로서 알루미늄 등의 도전성 부재(Al의 선열 팽창율 ; 대략 23.5×10-6(cm/cm/도))로 형성되어도 좋다.
1 : 플라즈마 처리 장치 10 : 처리실
11 : 탑재대 13 : 정전 척
12 : 탑재대 본체 70 : 접합층

Claims (10)

  1. 기대와,
    상기 기대의 상부에 배치되는 정전척과,
    상기 기대와 상기 정전척의 사이에 배치되는 접합층과,
    상기 접합층의 측면에 마련되어, 하이드로탈사이트를 함유하는 보호층
    을 구비하는 기판 탑재대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층은, 체적 퍼센트 농도로 0.5~90 vol%의 범위에서 하이드로탈사이트를 함유하는
    기판 탑재대.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접합층은, 탄성 중합체인
    기판 탑재대.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체는 PEEK, 실리콘, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나인
    기판 탑재대.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보호층의 폭은, 상기 접합층의 두께보다 큰
    기판 탑재대.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는, 플라즈마 처리가 행해지는 기간에 있어서, F를 포함시키는 특성이 충분히 유지되는 두께인
    기판 탑재대.
  7. 기대와,
    상기 기대의 상부에 배치되는 정전척과,
    상기 기대와 상기 정전척의 사이에 배치되고, 하이드로탈사이트를 함유하는 접합층
    을 구비하는 기판 탑재대.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합층은, 체적 퍼센트 농도로 0.5~90 vol%의 범위에서 하이드로탈사이트를 함유하는
    기판 탑재대.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 접합층은 탄성 중합체인
    기판 탑재대.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체는 PEEK, 실리콘, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나인
    기판 탑재대.
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