KR20080015466A - 기판 처리 장치 및 그것에 이용되는 기판 탑재대,플라즈마에 노출되는 부재 - Google Patents
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Abstract
내부에 히터를 매설하고, 그 표면이 피처리 기판의 가열면으로 되는 기판 탑재대 본체와, 기판 탑재대 본체 중에, 상하 이동이 자유롭게 삽통된 리프터 핀을 구비한 기판 탑재대에 있어서, 기판 탑재대 본체는, 그 가열면에, 리프터 핀에 대응하여, 가열면보다 낮은 저면을 갖는 오목부가 형성되고, 리프터 핀은, 리프터 핀 본체와, 리프터 핀 본체의 선단부에, 오목부에 대응하여 형성되고, 오목부에 부분적으로 수납 가능하고, 리프터 핀 본체보다 큰 직경을 가진 헤드부를 갖고, 헤드부는, 피처리 기판을 지지하는 헤드부 상단과, 헤드부 상단에 대향하는 헤드부 하면을 갖고, 리프터 핀은, 헤드부 하면이, 오목부의 저면에 계합한 제 1 상태와, 헤드부 하면이 오목부의 저면으로부터 상승한 제 2 상태 사이에서 이동이 자유롭다.
Description
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판에 플라즈마 처리 등의 처리를 실시하는 기판 처리 장치, 및 그것에 이용되는 기판 탑재대 및 플라즈마에 노출되는 부재에 관한 것이다.
종래부터, 예컨대, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 대하여 열산화 처리, 열질화 처리, 플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리, CVD 등의 막 형성 처리나, 에칭, 애싱 등의 여러 기판 처리가 행하여지고 있다.
이러한 기판 처리에 있어서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판은, 기판 처리 장치의 처리 용기 내에 마련된 기판 탑재대 상에 탑재된 상태로, 소망하는 기판 처리가, 소망하는 기판 온도로 행하여진다. 이와 같이 피처리 기판을 소망하는 기판 온도로 유지하기 위해서, 기판 탑재대 중에는 히터가 내장되고, 또한 피처리 기 판의 기판 탑재대 상에의 장착 및 분리를 위해서, 기판 탑재대에는, 피처리 기판을 기판 탑재대 표면으로부터 들어올리는 리프터 핀이 마련되어 있다(일본 특허 공개 평성 제 9-205130 호 공보, 일본 특허 공개 제 2003-58700 호 공보 참조).
도 1을 참조하여, 기판 처리 장치에 있어서 종래부터 이용되고 있는 기판 탑재대의 구성을 구체적으로 설명한다. 기판 탑재대(301)는 일반적으로 질화 알루미늄(AlN) 등의 세라믹에 의해 구성되어 있고, 내부에 예컨대 히터(302)가 매설되어 있다. 또한 기판 탑재대(30l)중에는, 예컨대 석영 유리로 이루어지는 상하 이동 가능한 리프터 핀(303)이 삽통되어 있고, 리프터 핀(303)은 구동 장치(304)에 의해 승강 구동되고, 이것에 의해 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판(W)이 승강된다.
즉, 리프터 핀(303)이 하강 위치에 있는 상태로 피처리 기판(W)은 기판 탑재대(301)상에 그 표면에 접한 상태로 유지되고, 한편 리프터 핀(303)이 2점 차선으로 나타낸 상승 위치에 있는 상태로, 반송 기구의 아암(도시하지 않음)에 의해 피처리 기판(W)이 리프터 핀(303) 상에서 교환된다. 이러한 기판 탑재대(301)는, 플라즈마 처리 장치 등의 여러 처리 장치, 예컨대 다수의 슬롯을 갖는 평면 안테나(슬롯 안테나)를 거쳐서 처리 용기 내에 마이크로파를 방사하여 마이크로파 플라즈마를 생성하고, 이 마이크로파 플라즈마에 의해 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다.
그러나, 이러한 기판 탑재대(301)에 피처리 기판을 탑재한 상태로, 예컨대 상기의 슬롯 안테나를 이용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 산화 처리를 행하면, 기판 처리 후에 탑재대로부터 반출했을 때에, 피처리 기판의 이 면에, 직경이 0.16㎛ 이상의 것으로 수천 개에 달하는 대량의 이물질이 발생한다고 하는 문제가 발생하는 것이 판명되었다.
한편, 기판 처리 장치가 플라즈마 처리 장치인 경우, 처리 용기 내의 벽부나 처리 용기 내에 마련된 부재는 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있고, 이들 중 강한 플라즈마에 노출된 것은, 표면이 플라즈마에 의해 깎여 이물질이 발생하고, 그 이물질에 의해 알루미늄 등의 금속 오염(metal contamination)을 다수 생기게 하여, 프로세스에 악영향을 주게 된다. 또한, 특히 알루미늄제의 부재에 대하여 플라즈마가 작용하면, 그 부재의 표면의 손상이나 열화가 심해지기 때문에, 장시간의 사용에 의해 프로세스의 재현성이 나빠진다고 하는 문제도 있다.
이러한 문제를 해결하는 기술로서, 일본 특허 공개 제 2002-353206 호 공보에는, 반응실의 내벽 중, 플라즈마의 생성 영역에 접하는 부분에 실리콘 결정체를 마련하는 것이 개시되어 있다. 그리고, 이 공보에는, 실리콘 결정체로서 단결정 실리콘의 잉곳(ingot)을 도려낸 것을 이용하는 것이 기재되어 있다.
그러나, 이와 같이 단결정 실리콘을 가공하여 벌크체로 반응실의 벽부를 구성하면, 매우 고가의 것으로 되고, 또한, 충분한 강도를 얻을 수 없고, 실제로는 실현이 곤란하다.
본 발명의 목적은, 탑재하는 피처리 기판의 이면의 이물질을 저감할 수 있는 기판 탑재대를 구비한 기판 처리 장치 및 그와 같은 기판 탑재대를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 처리 용기 내의 플라즈마에 노출되는 부위로부터의 금속 오염을 현실적으로 억제할 수 있는, 플라즈마 처리를 행하는 기판 처리 장치 및 그것에 이용되는 플라즈마에 노출되는 부재를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 관점에 의하면, 내부에 히터를 매설하고, 그 표면이 피처리 기판의 가열면으로 되는 기판 탑재대 본체와, 상기 기판 탑재대 본체 중에, 상하 이동이 자유롭게 삽통된 리프터 핀을 구비한 기판 탑재대로서, 상기 기판 탑재대 본체의 상기 가열면에, 상기 리프터 핀에 대응하여, 상기 가열면보다 낮은 저면을 갖는 오목부가 형성되고, 상기 리프터 핀은, 리프터 핀 본체와, 상기 리프터 핀 본체의 선단부에, 상기 오목부에 대응하여 형성되고, 상기 오목부에 부분적으로 수납 가능하고, 상기 리프터 핀 본체보다 큰 직경을 갖는 헤드부를 갖고, 상기 헤드부는, 피처리 기판을 지지하는 헤드부 상단과, 상기 헤드부 상단에 대향하는 헤드부 하면을 갖고, 상기 리프터 핀은, 상기 헤드부 하면이 상기 오목부의 저면에 계합한 제 1 상태와, 상기 헤드부 하면이 상기 오목부의 저면으로부터 상승한 제 2 상태 사이에서 이동이 자유로운, 기판 탑재대가 제공된다.
상기 제 1 관점에서, 상기 제 1 상태에서는, 상기 헤드부 상단은, 상기 기판 탑재대 상면으로부터, 0.0㎜을 넘고, 0.5㎜ 이하의 거리만큼 이간하고 있는 것이 바람직하고, 0.1㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 거리만큼 이간하고 있는 것이 보다 바람직하고, 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 거리만큼 이간하고 있는 것이 더욱 더 바람직하다.
또한, 상기 제 1 관점의 기판 탑재대에 있어서, 상기 기판 탑재대 본체는 질화 알루미늄으로 이루어지고, 상기 리프터 핀은 석영 유리로 이루어지는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 배기계에 의해 배기되는 기판 처리실과, 상기 기판 처리실 중에 수납되고, 피처리 기판을 유지하여 가열하는 기판 탑재대와, 상기 기판 처리실 중에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계를 포함하는 기판 처리 장치로서, 상기 기판 탑재대는, 내부에 히터를 매설하고, 그 표면이 피처리 기판의 가열면으로 되는 기판 탑재대 본체와, 상기 기판 탑재대 본체 중에, 상하 이동이 자유롭게 삽통된 리프터 핀을 구비하고, 상기 기판 탑재대 본체의 상기 가열면에, 상기 리프터 핀에 대응하여, 상기 가열면보다 낮은 저면을 갖는 오목부가 형성되고, 상기 리프터 핀은, 리프터 핀 본체와, 상기 리프터 핀 본체의 선단부에, 상기 오목부에 대응하여 형성되고, 상기 오목부에 부분적으로 수납 가능하고, 상기 리프터 핀 본체보다 큰 직경을 갖는 헤드부를 갖고, 상기 헤드부는, 피처리 기판을 지지하는 헤드부 상단과, 상기 헤드부 상단에 대향하는 헤드부 하면을 갖고, 상기 리프터 핀은, 상기 헤드부 하면이, 상기 오목부의 저면에 대하여 계합한 제 1 상태와, 상기 헤드부 하면이 상기 오목부의 저면으로부터 상승한 제 2 상태 사이에서 이동이 자유로운, 기판 처리 장치가 제공된다.
상기 기판 처리 장치로서는 플라즈마 처리 장치를 적용할 수 있다. 또한, 이러한 플라즈마 처리 장치로서는, 상기 기판 처리실의 일부에, 상기 기판 탑재대 상의 피처리 기판에 대면하도록 마련된 유전체 창과, 상기 기판 처리실의 외측에, 상기 유전체 창에 계합하여 마련된 안테나를 구비한 것을 이용할 수 있다. 이 경우에, 상기 안테나는, 평면 형상 안테나로 이루어지고, 복수의 슬롯이 형성되고, 상기 안테나를 거쳐서 마이크로파가, 상기 슬롯으로부터 상기 처리 용기 내에 도입되는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 기판 처리 장치로서는, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 에칭 장치, CVD 장치 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
본 발명의 제 3 관점에 의하면, 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와, 이 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구를 구비하고, 상기 처리 용기 내의 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서, 상기 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부위의 적어도 일부가 실리콘막으로 코팅되어 있는, 기판 처리 장치가 제공된다.
이 경우에, 상기 플라즈마에 노출되는 부위는, 금속제의 본체의 표면에 실리콘막이 코팅되어 구성되어 있어서 좋다.
본 발명의 제 4 관점에 따르면, 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와, 이 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와, 상기 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부재를 구비하고, 상기 처리 용기 내의 피처리체에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서, 상기 플라즈마에 노출되는 부재는, 금속제의 본체와, 해당 본체의 적어도 플라즈마에 노출되는 부위에 코팅된 실리콘막을 갖는, 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제 5 관점에 의하면, 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와, 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생부와, 상기 마이크로파 발생부에서 발생한 마이크로파를 상기 처리 용기를 향해서 전달하는 도파로와, 상기 처리 용기의 상부에 마련되고, 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입부와, 상기 마이크로파 도입부를 상기 처리 용기 내의 피처리체에 접하도록 상기 처리 용기 내에서 지지하고, 그 일부가 적어도 플라즈마의 생성 영역에 위치하고, 금속제의 본체를 갖고 그 적어도 상기 플라즈마의 생성 영역에 위치하는 부분에 실리콘막이 코팅되어 이루어지는 지지 부재와, 상기 처리 용기 내의 상기 마이크로파 도입부의 바로 아래의 위치에 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 기구를 구비하고, 상기 마이크로파에 의해 상기 처리 용기 내에 형성된 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는, 기판 처리 장치가 제공된다.
이 경우에, 상기 마이크로파 도입부는, 마이크로파를 방사하는 안테나와, 상기 안테나로부터 방사된 마이크로파를 투과하여 처리 용기 내에 유도하는 유전체로 이루어지는 투과 부재를 갖고, 상기 지지 부재는 상기 투과 부재를 지지하는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 제 6 관점에 따르면, 피처리 기판을 수용하는 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 플라즈마 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서, 상기 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부재로서, 금속제의 본체와, 해당 본체의 적어도 플라즈마에 노출되는 부위에 코팅된 실리콘막을 갖는, 플라즈마에 노출되는 부재가 제공된다.
상기 제 3 내지 제 6 관점에서, 상기 본체는, 알루미늄제로 할 수 있고, 상기 실리콘막은, 용사에 의해 형성된 막인 것이 바람직하다. 또한, 상기 실리콘막의 두께는 1~ 100㎛ 인 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제 1 및 제 2 관점에 따르면, 상기 리프터 핀이 하강하여 상기 제 1 상태에 있는 경우, 피처리 기판은 상기 리프터 핀에 의해, 상기 기판 탑재대의 상면으로부터 이간된 상태로 유지되고, 그 결과, 피처리 기판이 기판 탑재대 표면과 직접 접촉하지 않고, 이러한 접촉에 의해 발생하는 이물질 발생의 문제를 해소할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 상태에 있어서의 피처리 기판의, 상기 기판 탑재대 상면으로부터의 이간 거리를 0.4㎜ 이내로 함으로써, 기판 처리시의 온도 분포의 균일성을 높게 유지할 수 있다.
상기 본 발명의 제 3 ~ 제 6 관점에 따르면, 상기 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부위의 적어도 일부가 실리콘막으로 코팅되어 있는, 전형적으로는, 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부재가, 금속제의 본체와, 해당 본체의 적어도 플라즈마에 노출되는 부위에 코팅된 실리콘막을 갖는 것이기 때문에, 플라즈마에 의해 손모(損耗)하는 것이 주로 실리콘이며, 알루미늄 등의 금속제의 본체의 플라즈마에 의한 손모가 억제되고, 알루미늄 등의 금속 오염의 발생을 지극히 적게 할 수 있다. 또한, 알루미늄제 등의 본체의 위에 막을 형성하면 좋기 때문에, 비교적 저렴하게 제조할 수 있다. 더구나 본체는 금속이기 때문에 충분한 강도를 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 기판 처리대의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 탑재대의 구성을 나타내는 단면 도,
도 3은 도 2의 기판 탑재대를 나타내는 평면도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 기초가 되는 실험을 도시한 도면,
도 5는 도 3의 기판 처리대의 일부를 확대 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 기초가 되는 실험을 나타내는 다른 도면,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예의 효과를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 탑재대를 적용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도,
도 9는 도 8의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 평면 안테나를 나타내는 평면도,
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 탑재대의 리프터 핀의 변형예를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 개략 단면도,
도 12는 도 11의 플라즈마 장치에 이용되는 평면 안테나 부재의 구조를 도시한 도면,
도 13은 투과판으로부터의 거리와 플라즈마의 전자 온도와의 관계를 도시한 도면,
도 14는 도 11의 플라즈마 처리 장치에 이용되는 상위 플레이트를 나타내는 확대도,
도 15(a)는 종래의 상위 플레이트의 플라즈마에 의한 손모 상태를 나타내는 모식도,
도 15(b)는 도 11의 플라즈마 처리 장치에 있어서 상위 플레이트의 플라즈마에 의한 손모 상태를 나타내는 모식도,
도 16은 연속적으로 플라즈마 처리한 경우의 상위 플레이트의 실리콘막의 유무에 의한 알루미늄 오염의 차이를 나타내는 그래프.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
(제 1 실시예)
본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 탑재대에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 실시예에 따른 기판 탑재대를 나타내는 단면도, 도 3은 그 평면도이다. 이 기판 탑재대는 열산화 처리, 열질화 처리, 플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리, CVD 등의 막 형성 처리나, 에칭, 애싱 등의 여러 기판 처리 장치에 적용 가능하다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 기판 탑재대(20)는 질화 알루미늄 등의 세라믹재로 이루어져 내부에 도 3에 나타내는 동심원 형상 또는 스파이럴 형상의 히터(23)가 매설된 기판 탑재대 본체(22)를 갖고, 이 기판 탑재대 본체(22) 중에는 3개소에, 리프터 핀(24)이 삽통되는 관통공(22a)이 형성되어 있다. 리프터 핀(24) 은, 내부식성 및 내열성을 고려하고 Al2O3, AlN, 또는 석영 유리로 형성되어 있다. 리프터 핀(24)은, 전동식 또는 가스압 구동식의 승강 기구(25)에 의해, 도 2에 실선으로 나타내는 하강 위치와, 2점 차선으로 나타내는 상승 위치 사이에서 승강 구동된다.
도 2의 구성에서는, 상기 리프터 핀(24)은 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판(W)을 유지하고, 상기 리프터 핀(24)의 하강 위치에 있어서도, 상기 피처리 기판(W)의 이면은 상기 기판 탑재대 본체(22)의 상면에 접촉하지 않고, 기판 탑재대 본체(22)의 상면은, 피처리 기판(W)을 가열하는 가열면으로서 기능한다. 한편, 리프터 핀(24)의 상승 위치에 있어서는, 피처리 기판(W)은, 기판 탑재대 본체(22)의 상면으로부터 윗쪽으로 높게 들어 올려지고, 피처리 기판(W)과 기판 탑재대 본체(22) 사이에는, 도시하지 않는 기판 반송 기구의 로봇 아암이 삽입되는 공간이 형성되어 있다.
또, 도 3에 나타내는 예에서는, 상기 히터(23)는 패턴 히터로 구성되고, 실제로는 서로 독립으로 구동되는 내측 히터 부분(23a) 및 외측 히터 부분(23b)보다, 평면 형상으로 구성되어 있다. 내측 히터 부분(23a) 및 외측 히터 부분(23b)은 금속재, 예컨대 W나 Mo 등을 절연 공간의 슬릿(23c)에 의해 패터닝함으로써, 서로 분리하여 형성되어 있다. 패터닝은, 증착 또는 플레이트를 가공함으로써 형성된다. 또한 내측 히터 부분(23a)에는, 전원으로부터 급전되는 급전 라인(도시하지 않음)에 입력측 콘택트(26a) 및 출력측 콘택트(26b)에서 접속되고, 마찬가지로 외측 히 터 부분(23b)에는, 마찬가지의 급전 라인이, 입력측 콘택트(27a) 및 출력측 콘택트(27b)에서 접속되어, 구동 전류가 흐른다. 도 3의 평면도에 있어서는, 3개의 관통 구멍(22a)은, 서로 약 120도의 각도로 이간하고 있고, 따라서 이들을 삽통하는 3개의 리프터 핀(24)도 서로 약 120도의 각도로 이간하고 있다.
종래의 기판 탑재대에서는, 상술한 바와 같이, 적절한 처리 장치에 있어서 피처리 기판을 탑재한 상태로 피처리 기판의 처리가 행하여지지만, 피처리체의 이면에 대량의 이물질이 발생한다고 하는 문제가 있다. 이러한 이물질 발생의 문제는, 피처리 기판이 기판 탑재대의 표면에 직접 접하고 있기 때문에, 주로 피처리 기판의 어긋남 및 피처리 기판에의 부착물의 부착에 의해 발생하는 것이라고 생각된다.
그래서 본 발명자는, 본 발명의 기초가 되는 연구에 있어서, 플라즈마 처리 장치 등의 여러 처리 장치, 다수의 슬롯을 갖는 평면 안테나(슬롯 안테나)를 거쳐서 처리 용기 내에 마이크로파를 방사하여 마이크로파 플라즈마를 생성하고, 이 마이크로파 플라즈마에 의해 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서 도 1에 나타내는 바와 같은 종래의 기판 탑재대를 사용하고, 피처리 기판의 기판 처리시의 리프터 핀의 높이를 다양하게 변화시켜, 발진(發塵)의 모양 및 기판 처리에 의해 피처리 기판 표면에 형성되는 막의 균일성에 대하여 조사하였다.
이 처리 실험에서는 피처리 기판(W)으로서 실리콘 웨이퍼(기판)를 사용하고, 실리콘 기판상에 두께가 7~8㎚의 실리콘 산화막을, 133.3 Pa의 압력하에, 400℃의 기판 온도에 있어서, Ar 가스를 500mL/min(sccm)의 유량으로, 산소 가스 및 수소 가스를 모두 5mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 또한 마이크로파 안테나로부터 주파수가 2.45㎓의 마이크로파를, 4000W의 파워로 공급함으로써 행하였다. 이하의 표 1은, 이러한 처리 실험의 결과를 나타내는 것이고, 리프터 핀 높이, 실리콘 기판의 이면에 부착된 입자(이물질) 수, 피처리 기판 표면에 형성된 실리콘 산화막의 평균 막두께, 및 막두께 균일성(1σ값/평균 막두께)을 나타낸다. 표 1 중, 핀 높이는, 리프터 핀이 기판 탑재대의 표면으로부터 돌출하고 있는 돌출 높이를 나타내고 있지만, 이것은 실제의 높이가 아니라, 승강 기구에 입력된 입력 설정값을 나타내고 있다.
표 1을 참조함으로써, 리프터 핀의 설정 높이가 O.1㎜인 경우에는, 실리콘 기판 이면에, 입경이 0.16㎛ 이상의 이물질이 5813개 관측된 것에 비해, 리프터 핀의 설정 높이를 0.2㎜으로 하는 것으로 이물질 수는 2239개까지 감소하고, 또한 상기 설정 높이를 0.3㎜으로 하는 것으로 이물질 수는 1273개까지 감소하는 것을 알 수 있다. 또한 상기 설정 높이를 0.5㎜으로 하는 것으로 이물질 수는 463개까지 감소하고, 상기 설정 높이를 1.0㎜으로 하는 것으로 이물질 수는 350개까지 감소하는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 리프터 핀을 기판 처리시에 있어서도 기판 탑재대의 표면으로부터 돌출하도록 승강 기구를 제어함으로써, 피처리 기판 이면에서의 이물질의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었지만, 한편, 이와 같이 피처리 기판(W)을 기판 처리시에 기판 탑재대의 표면(즉, 가열면)으로부터 이간된 상태로 유지한 경우, 피처리 기판의 이면과 가열면과의 간격이 지나치게 커지면, 피처리 기판 표면에서의 성막의 균일성이 열화할 우려가 있다.
그래서, 상기 표 1을 참조하면, 리프터 핀 설정 높이가 O.1㎜인 경우, 형성된 실리콘 산화막의 막두께 균일성은 1.4%인 데 비해, 상기 리프터 핀 설정 높이가 0.2㎜인 경우, 형성된 실리콘 산화막의 막두께 균일성은 1.46%, 0.3㎜인 경우는 1.5%, 0.5㎜인 경우는 2.3%, 1.0㎜인 경우는 1.95%가 된다. 이 리프터 핀 설정 높이와 평균 막두께와의 관계, 및 리프터 핀 설정 높이와 막두께 균일성과의 관계를 도 4에 나타낸다.
이들 표 1 및 도 4로부터, 리프터 핀의 설정 높이가 증대하고, 또한, 막두께의 격차가 증대하는 경향에 있는 것을 알 수 있다.
즉, 피처리 기판 이면에서의 발진의 문제는, 피처리 기판과 기판 탑재대와의 접촉을 회피하고, 기판 처리시에 있어서도 피처리 기판이 기판 탑재대에 접촉하지않도록 리프터 핀 상에 유지하는 것으로 회피할 수 있는 것, 또한 기판 처리시에 피처리 기판과 기판 탑재대와의 거리가 증대하면, 기판 처리의 균일성이 열화하는 것을 알았다. 이것은, 기판 탑재대로부터 기판이 떨어지면, 기판에의 복사열이 저하하여 기판의 온도가 내려가고, 기판의 온도 분포가 현저히 나빠지기 때문이다. 또한 본 발명에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 이러한 기판 처리의 균일성이, 리프터 핀의 설정 높이가 0.3㎜을 넘는 부근부터 급변하여, 악화하는 것이 발견되었다.
상술한 바와 같이, 리프터 핀 높이는, 기판 승강 기구에 의해 설정한 리프터 핀의 설정 높이이며, 실제의 리프터 핀의 기판 탑재대 상에 있어서의 실제의 돌출 높이는 반드시 일치하지 않는다. 이 때문에, 도 1의 종래의 기판 탑재대를 사용하고, 기판 승강 기구에 의해 리프터 핀의 돌출량을 제어한 경우, 실제로는 피처리 기판이 기판 탑재대의 표면에 접촉해 버리는 경우가 있어, 이러한 사태를 확실히 피하기 위해서는, 안전을 보고 상기 리프터 핀이 둘출량을 필요 이상으로 크게 설정하지 않을 수 없다. 그러나, 이와 같이 리프터 핀의 둘출량을 크게 하면, 피처리 기판 이면에서의 발진을 억제할 수 있더라도, 동시에 기판 처리의 균일성을 확보하는 것은 곤란하다. 또한, 기판 탑재대의 표면에 직접 돌기를 형성하는 것도 생각되지만, 기계 가공 정밀도상 매우 어렵다.
그래서 본 발명에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이 기판 탑재대 본체(22)의 표면에 오목부(22b)를 형성하고, 또한 리프터 핀(24)의 선단부에, 리프터 핀(24)이 하강 위치에 있는 경우에 오목부(22b)에 부분적으로 수납되도록, 헤드부(24a)를 형성한다.
도 5는, 하강 상태에 있어서의 헤드부(24a)를 보다 확대하여 도시하는 도면이다. 도 5를 참조함으로써, 기판 탑재대 본체(22) 표면에 형성되어 상기 헤드부(24a)를 부분적으로 수납하는 오목부(22b)는 깊이(h1)를 갖고 있고, 하강 상태에 있어서는 헤드부(24a)가 오목부(22b) 중에, 헤드부(24a)의 저면이 오목부(22b)의 저면에 계합하여 착석하고 있다. 헤드부(24a)의 형상은, 각 형상, 원 형상이 바람직하지만, 원 형상이 특히 바람직하다. 전형적으로는, 리프터 핀(24)의 직경(W1)은 2~3㎜, 헤드부(24a)의 직경(W2)은 약 10㎜로 설정된다. 상기 직경(W1)은, 이 부분에 있어서 온도 분포가 열화하기 때문에, 그다지 크게 할 수 없다. 바람직하게는 15㎜ 이하이다.
그때, 헤드부(24a)의 높이(H)는 오목부(22b)의 깊이(h1)보다 크게 설정되고, 그 결과, 헤드부(24a)는 기판 탑재대 본체(22)의 표면으로부터 윗쪽으로, 높이 H - h1 (= h2)만큼 돌출한다.
표 2 및 도 6은, 기판 탑재대 본체(22)에 있어서, 돌출 높이(h2)를 다양하게 변화시킨 경우의, 피처리 기판(W) 이면에 생기는 직경이 0.16㎛ 이상의 이물질의 수와, 피처리 기판(W) 표면에 형성된 실리콘 산화막의 막두께, 또한 상기 실리콘 산화막의 막두께 균일성을 나타낸다. 단지 표 2 및 도 6의 실험에 있어서, 실리콘 산화막의 성막은, 먼저 설명한 것과 동일한 조건으로 행하고 있다.
표 2를 참조함으로써, * 도장의 시료는 피처리 기판(W)의 반송을 트랜스퍼 모듈까지 멈추게 하여, 처리 용기중으로의 도입을 행하지 않은 대조 표준의 실험이며, 이 경우에는 피처리 기판(W) 이면에서의 입경이 0.16㎛ 이상의 입자의 수는 119개에 불과한 것을 알 수 있다.
이것에 대하여, 상기 돌출 높이(h2)를 0.0㎜, 즉 피처리 기판(W)이 직접 기판 탑재대 본체(22)의 표면에 접촉하고 있는 경우, 피처리 기판(W)의 이면에 발생하는 입자는 3888개에 이른다는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 헤드부(24a)가 돌출 높이(h2)를 0.2㎜ 및 0.4㎜으로 한 경우, 상 기 입자수는 각각 536개 및 572개이며, 발진은 효과적으로 억제되는 것을 알 수 있다.
또한 막두께 균일성(1σ값/평균 막두께)에 대하여 살펴보면, 헤드부 돌출 높이(h2)가 0.4㎜인 경우, 상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이 막두께 불규칙성이 1.04%로 두께 균일성도 양호한 결과였다. 이와 같이, 헤드부 돌출 높이(h2)가 0.2~0.4㎜의 범위에 있는 경우, 이물질 수를 억제할 수 있고, 또한, 막두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 상기 0.2~0.4㎜의 헤드부 돌출 높이는, 피처리 기판(W)의 휘어짐 양에 대응하고 있고, 헤드부 돌출 높이를 이 범위로 설정함으로써, 뒤집힌 피처리 기판에서도 기판 탑재대 본체(22) 표면과의 접촉을 회피하는 것이 가능하게 되는 것으로 생각된다.
또한 도 2 또는 도 5에 도시하는 바와 같이 헤드부(24a)가 기판 탑재대 본체(22)에 형성된 오목부(22b)와 계합함으로써 기계적으로 헤드부(24a)의 돌출 높이가 결정되는 구성의 기판 탑재대(20)에서는, 헤드부 돌출 높이(h2)를 확실하고 또한 정밀하게 결정할 수 있으므로, 헤드부 돌출 높이(h2)를 0.0㎜을 넘도록 예컨대 0.1~0.5㎜의 범위로 설정하고, 또한 효과적으로 입자수를 억제하는 동시에, 또한 균일한 막 형성을 행하는 것도 가능하다.
도 7은, 도 2, 도 5의 기판 탑재대(20)에 있어서 실현되는 입자수의 억제 효과를, 앞서 도 1에 나타내는 종래의 기판 탑재대(301)에 있어서, 헤드부를 갖지 않는 종래의 리프터 핀(303)을 승강 기구(304)에 의해 위치 제어한 경우의 입자수 억제 효과와 비교하여 도시하는 도면이고, 상기 표 1과 표 2에 대응하는 것이다. 도 7에 있어서, ●가 도 2, 도 5의 기판 탑재대(20)를 이용한 표 2에 대응하고, ○가 도 1의 종래의 기판 탑재대(301)를 이용한 표 1에 대응한다.
도 7을 참조하는 것에, 본 발명과 같이 리프터 핀(24)의 헤드부(24a)와 기판 탑재대 본체 중에 형성한 오목부(22b)의 기계적 계합에 의해, 헤드부(24a)의 둘출량을 0.1~0.5㎜의 범위로 정밀하게 제어한 경우, 이러한 헤드부를 형성하지 않고 구동 장치에 의해 리프터 핀의 둘출량을 제어한 경우에 비교해서, 보다 효과적인 이물질 발생의 억제가 실현되어 있다는 것을 알 수 있다.
다음에, 이러한 기판 탑재대를 적용한 기판 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 8은, 상기 구성의 기판 탑재대를 갖춘 기판 처리 장치로서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)는, 상부가 개구하고 있는 원통형 형상의 처리 용기(10)를 갖고 있다. 처리 용기(10)는, 예컨대 알루미늄, 스테인리스강 등의 금속 또는 그 합금으로 이루어지는 도체 부재로 형성되어 있다.
처리 용기(10)의 상부 개구부에는, 평판 형상으로 형성된 유전체판(4)이 배치되어 있다. 유전체판(4)은, 예컨대 두께 20~30㎜ 정도의 석영 또는 세라믹 등이 이용된다. 처리 용기(10)와 유전체판(4) 사이는, O 링 등의 밀봉재(도시하지 않음)를 개재시켜, 기밀성을 유지할 수 있도록 되어 있다. 유전체판(4)은, 링 형상의 상위 플레이트(61)에 지지되어 있다.
유전체판(4)의 상부에는, 예컨대 복수의 슬롯(50a)을 갖는 평면 안테나의 하나인 방사상 라인 슬롯 안테나(50)가 설치되어 있다. 슬롯 안테나(50)는, 도파관(52), 모드 변환기(53) 및 직사각형 도파관(54)으로 구성된 도파로(59)를 거쳐서, 마이크로파 발생 장치(56)에 접속되어 있다. 마이크로파 발생 장치(56)는 마이크로파 발생기를 갖고 있고, 마이크로파 발생기는 300M ~ 30㎓, 예컨대 2.45㎓의 마이크로파를 발생한다. 슬롯 안테나(50) 상부에는, 유전체, 예컨대 석영, 세라믹, 불소 수지 등 적층체로 이루어지는 지파재(55)가 마련되고, 그 위에 냉각 자켓을 구성하는 도체 커버(57)가 배치되어 있다. 이 도체 커버(57)에 의해, 마이크로파를 차폐하고, 슬롯 안테나(50), 유전체판(4)을 효율적으로 냉각할 수 있다. 또한, 직사각형 도파로의 도중에 임피던스의 매칭을 행하는 매칭 회로(도시하지 않음)를 마련하고, 전력의 사용 효율을 향상시키도록 구성할 수 있다.
도파관(52)의 내부에는, 도전성 재료로 이루어지는 축부(51)가 슬롯 안테나(50) 상면 중앙부에 접속된다. 이것에 의해, 도파관(52)은 동축 도파관으로서 구성되어, 유전체판(4)을 거쳐서 처리 용기(10) 내에 고주파의 전자계를 방사한다. 슬롯 안테나(50)는 유전체판(4)에 의해 처리 용기(10)로부터 격리되어 보호된다. 이로 인해 슬롯 안테나(50)는, 플라즈마에 노출되지 않는다.
도 9는, 상기 슬롯 안테나(50)의 구성을 상세히 나타내는 평면도이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 슬롯 안테나(50)에는 다수의 슬롯(50a)이 동심원 형상으로, 또한 인접하는 슬롯(50a)끼리가 직행하는 방향으로, T자 형상으로 형성되어 있다.
처리 용기(10)의 하부에는, 배기부(11)가 마련되어 있다. 배기부(11)는, 중공으로 기밀인 배기관(75, 77)을 갖고 있다. 배기관(77)의 하부에는, 밸브(43)를 거쳐서 터보 분자 펌프(42)가 접속되어 있다. 밸브(43)는 예컨대 개폐 밸브와 APC 밸브와 같은 압력 제어 밸브로 구성되어 있다. 또한, 배기관(77)의 아래쪽에 마련된 플랜지(77a)의 하부 측면에는, 처리 용기(10) 내를 러프 배기할 수 있는 러프 배기구(73)가 마련되고, 이 러프 배기구(73)에는, 밸브(39)를 거쳐서 접속한 러프 배기하여 라인(40)을 거쳐서 도시하지 않는 진공 펌프가 마련되고, 이 진공 펌프에 터보 분자 펌프(42)의 배기 라인(41)이 접속되어 있다.
상기 러프 배기 라인(40), 터보 분자 펌프(42)를 거쳐서 배기하는 것으로, 처리 용기(10) 내를 소망하는 진공도로 할 수 있다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽의 상부에는, 각종 처리 가스 등을 처리 용기(10) 내에 도입하는 가스 인젝터(6)가 마련되어 있다. 이 가스 인젝터(6)는 도시한 예에서는 내주에 균등하게 가스 구멍이 형성된 링 형상을 하고 있다. 그 외에 노즐 형상이나 샤워 형상이어도 좋다.
이 가스 인젝터(6)에는, 예컨대 Ar 등의 희가스원(101)과, 질소 가스원(102)과, 산소 가스원(103)이, 각각의 매스플로우 콘트롤러(MFC)(101a, 102a, 103a) 및 각각의 밸브(101b, 101c, 102b, 102c, 103b, 103c) 및 공통 밸브(104)를 거쳐서 접속되어 있다. 상기 가스 인젝터(6)에는, 후술하는 탑재대(8)를 둘러싸도록 다수의 가스 토출구가 형성되어 있고, 그 결과, Ar 가스, 질소 가스, 산소 가스는, 상기 처리 용기(10) 내의 프로세스 공간에 일정하게 도입된다.
또, 처리 가스로서는, 이들에 한정되지 않고, 처리에 따라 다양한 것을 이용할 수 있고, 그것에 따라, 예컨대, 수소나 암모니아, NO, N2O, H2O, CF 계 가스 등의 에칭 가스의 가스원을 마련하는 것이 가능하다.
처리 용기(10)의 내부에는, 예컨대 반도체 웨이퍼와 같은 피처리 기판(W)을 탑재하는 기판 탑재대(8)가 마련되어 있다. 기판 탑재대(8) 상면에는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판(W)의 외경보다 조금 외측까지, 예컨대 0.5~1㎜ 정도의 깊이의 오목부(스폿 페이싱부)가 형성되고, 피처리 기판이 탑재하는 위치가 어긋나는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 단지, 예컨대 정전척을 마련한 경우에는, 정전력으로 유지되기 때문에, 오목부의 홈이 마련될 필요는 없다. 이 기판 탑재대(8)는, 기판 탑재대 본체(8a)와, 기판 탑재대 본체(8a)에 삽통된 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 승강하기 위한 리프터 핀(14)과, 리프터 핀(14)을 승강하는 승강 기구(15)를 갖고 있다. 또한, 기판 탑재대 본체(8a)의 내부에는, 발열 저항체(9)가 매설되어 있다. 발열 저항체(9)에 전력을 인가하여 기판 탑재대 본체(8a) 를 가열하고, 피처리 기판(W)을 가열하는 구조로 되어 있다. 기판 탑재대 본체(8a)는, AlN, Al2O3 등의 세라믹으로 구성되어 있다.
이 기판 탑재대(8)는, 상기 기판 탑재대(20)와 동일한 구조를 갖고 있다. 즉, 리프터 핀(14)의 상부에는 헤드부(14a)가 마련되고, 기판 탑재대 본체(8a)의 헤드부(14a)에 대응하는 위치에는 헤드부(14a)를 부분적으로 수납하도록, 상기 오목부(22b)에 대응한 오목부(8b)가 형성되어 있다. 그리고, 헤드부(14a)의 높이와 오목부(8b)의 깊이는, 헤드부(14a)가 오목부(8b)에 착석하고 있는 리프터 핀(14)의 하강 상태로, 헤드부(14a)의 선단부가 기판 탑재대 본체(8)의 표면으로부터 0.0㎜을 넘고, 0.5㎜ 이하의 거리만큼 돌출하도록, 바람직하게는 0.1㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 거리만큼 돌출하도록, 보다 바람직하게는 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 거리만큼 돌출하도록, 설정된다.
또, 기판 탑재대(8) 내에 하부 전극을 매설하고, 이 하부 전극에, 매칭 박스(도시하지 않음)를 거쳐서 고주파 전원(도시하지 않음)을 접속하더라도 좋다. 이 경우, 고주파 전원은 예컨대 450㎑ ~ 13.65㎒의 고주파를 인가하여 고주파 바이어스를 걸리게 하여도 좋고, 또한, 직류 전원을 접속하여, 연속 바이어스를 걸리게 하여도 좋다.
탑재대 고정부(64)는, 지지체(16) 등을 거쳐서 기판 탑재대(8)를 지지하고 있다. 탑재대 고정부(64)는 예컨대 AlN 등의 금속 또는 그 합금으로 형성되고, 탑재대 지지체(16)는 예컨대 AlN 등의 세라믹으로 형성된다. 기판 탑재대(8)와 지지체(16)는 일체, 또는 로우 부착 등으로 접합되어 있고, 진공 밀봉 및 고정용의 나사가 불필요한 구조로 되어 있다. 탑재대 지지체(16)의 하부는, 예컨대 Al 등의 금속 또는 그 합금으로 이루어지는 지지체 고정부(81)에, Al 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 고정 링(80)을 거쳐서 나사 등에 의해 고정되고, 기판 탑재대(8)의 탑재면과 유전체판(4)과의 갭의 조정이 가능하다. 또한 탑재대 지지체(16)와 지지체 고정부(81)는, 도시하지 않는 O 링 등에 의해 기밀하게 밀봉되어 있다. 또한, 지지체 고정부(81)는, 탑재대 고정부(64)에 도시하지 않는 O 링 등으로 기밀하게 고정된다.
탑재대 고정부(64)는, 배기관(77)의 측면에 나사 등에 의해 도시하지 않는 O 링 등으로 기밀하게 고정되어 있다. 구체적으로는, 탑재대 고정부(64)의 측부가 배기관(77)의 내측면에 접속되어 있다. 또한 탑재대 고정부(64)의 하부는, 유지 보수 등의 조립 시에 기판 탑재대(8)를, 탑재대 고정부(64)를 거쳐서 수평으로 위치 결정하는 위치 결정 부재의 기능을 갖는 지지 부재(84)에 의해 지지되어 있다. 이 지지 부재(84)는 배기관(77)에 마련한 고정 구멍에 외측으로부터 기밀하게 삽입되어, 배기관(77)에 고정된다. 지지 부재(84)의 단부에는, 탑재대 고정부(64)가 그 하부에 마련된 계지 부재(68)를 거쳐서 탑재대를 용이하게 수평으로 할 수 있도록 부착되어 있다.
상기 지지 부재(84)는 위치 결정 부재로서도 기능한다. 상기 기판 탑재대(8)는, 탑재대 고정부(64)의 하부가 계지 부재(68)를 거쳐서 지지 부재(84)의 단부에 미리 마련된 계지부에 계지됨으로써 위치 결정된다. 예컨대 도 8에 도시하는 바와 같이, 지지 부재(84)의 단부상측에 계지부로서 오목부를 마련하고, 이 오목부에 계지 부재(68)의 하부에 형성된 볼록부가 삽입되는 것에 의해, 계지되도록 하여도 좋다. 이 경우, 계지 부재(68)는, 지지 부재(84)의 계지부에 나사나 볼트로 고정하여도 좋다. 또한, 도시하지 않지만, 지지 부재(84)의 단부에 위치 결정 부재의 계지부로서 구멍부를 마련하고, 이 구멍부에 탑재대 고정부(64)의 하부가 꽂히게 하여도 좋다.
상기 탑재대 고정부(64)의 내부에는, 배기관(77)의 측벽을 향해서 개구한 공간(71)이 마련되어 있고, 이 공간(71)은 배기관(77)의 측면에 마련된 개구부(71a)를 거쳐서 대기와 연통하고 있다. 또한 공간(71)은, 지지체 고정부(81)내의 공간(92)을 거쳐서, 탑재대 지지체(16) 내의 공간(94)과 연통하고 있고, 또한 대기 개방되어 있다.
탑재대 고정부(64)의 공간에는, 기판 탑재대(8) 내에 마련된 발열 저항체에 전력을 공급하는 배선, 및 기판 탑재대(8)의 온도를 측정 제어하는 열전쌍의 배선 등의 배선류가 배치되어 있다. 또, 상기 배선류는, 도 8에서는 생략하고 있다. 상기 배선류는, 탑재대 지지체(16) 내의 공간(94), 탑재대 고정부(64)의 공간(71)을 지나서, 플랜지(75)의 개구부(71a)로부터 플라즈마 처리 장치(1)의 외부로 배출되고 있다.
또한 탑재대 고정부(64) 하부에는 냉각수로(83)가 매설되고, 플라즈마 처리 장치(100)의 외부로부터 냉각수를 도입할 수 있도록 되어 있다. 냉각수는, 기판 탑재대(8)의 열이 탑재대 지지체(16)를 지나서 탑재대 고정부(64)의 온도를 상승시키는 것을 방지한다.
이와 같이, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 기판 탑재대(8)는 배기관(77)에 복수 개소에서 고정되어 있다. 구체적으로는, 기판 탑재대(8)는, 기판 탑재대(8)가 부착되는 탑재대 고정부(64)의 측부와 바닥부의 2개소에서 고정되어 있다. 탑재대 고정부(64)의 바닥부는, 계지 부재(68)와 지지 부재(84)를 거쳐서 배기관(77)에 고정된다. 탑재대 고정부(64)의 측부는, 배기관(77)의 내측면에 고정되어 있다. 즉, 기판 탑재대(8)는, 2개소의 고정부에 의해서 배기관(77)에 고정되는 것에 의해, 처리 용기(10)에 대하여 고정되어 있다. 또한, 유지 보수를 행할 때에, 기판 탑재대(8), 탑재대 지지체(16), 지지체 고정부(81), 탑재대 고정부(64) 등은, 지지 부재(84)의 단부에 형성된 오목부에, 계지 부재(68)의 볼록부가 들어감으로써 위치 결정되기 때문에, 용이하게 또한 수평으로 부착할 수 있다.
처리 용기(10) 내에는, 상기 탑재대(8)의 주위를 둘러싸도록, 처리 용기 내를 균일하게 배기하기 위한 구멍이 복수 마련된 배플 플레이트(10a)가 설치된다. 배플 플레이트(10a)는, 예컨대 알루미늄이나 스테인레스 등, 금속제의 배플 플레이트 지지 부재(10b)에 의해 지지되고, 또한 콘테미네이션(오염) 방지를 위해 배플 플레이트(10a)와 동일한, 예컨대 석영제의 배플 플레이트(10d)가 배치된다. 또한 처리 용기(10)의 내벽을 덮도록, 처리 용기(10)를 보호하는 석영제의 라이너(10c)가 마련되어 있다. 이와 같이, 처리 용기(10) 내를 차폐 플레이트로 차폐하는 것으로 깨끗한 환경을 형성할 수 있다.
처리 용기(10)의 측벽에는, 피처리 기판(W)의 반입출을 위한 반입출구(7a)가 형성되어 있고, 이 반입출구(7a)는 게이트 밸브(7)에 의해 개폐 가능해진다.
이와 같이 구성되는 마이크로파 플라즈마 장치(1)에 있어서는, 방사상 라인 슬롯 안테나(50)에 마이크로파가 동축 도파관(52)으로부터 공급되면, 마이크로파는 안테나(50) 내를 직경 방향으로 넓어지면서 전파하고, 그때에 상기 지파재(55)에 의해 파장 압축을 받는다. 그래서 마이크로파는 슬롯(50a)으로부터, 일반적으로 방사상 슬롯 안테나(평면 안테나판)(50)에 대략 수직 방향으로 원편파로서 방사된다.
한편, 희가스원(101), 질소 가스원(102), 산소 가스원(103)으로부터 환상을 이루는 가스 인젝터(6)를 거쳐서 질소 가스, 산소 가스가 Ar, Kr, Xe, Ne 등의 희가스와 함께 처리 용기(10) 내의 프로세스 공간에 일정하게 도입되고, 프로세스 공간에 방사된 마이크로파에 의해서 플라즈마화되고, 이것에 의해 피처리 기판(W)에 플라즈마 처리가 실시된다. 또한, 공급된 처리 가스는, 배기부(11)를 거쳐서 배기된다.
처리 공간에 방사되는 마이크로파는, 주파수가 ㎓ 정도, 예컨대 2.45㎓이며, 이러한 마이크로파가 도입됨으로써, 피처리 기판(W)의 윗쪽에는, 1011~1O13/㎤의 고밀도 플라즈마가 여기된다. 이와 같이 안테나를 거쳐서 도입된 마이크로파에 의해 여기된 플라즈마는, 0.5~7eV 또는 그 이하의 낮은 전자 온도를 특징으로 하고, 그 결과, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는 피처리 기판(W)이나 처리 용기(10) 내벽의 손상이 회피된다. 또한, 플라즈마 여기에 의해 형성된 래디컬이 피처리 기판(W)의 표면을 따라 흘러 신속하게 프로세스 공간으로부터 배제되기 때문에, 래디컬 상호의 재계합이 억제되고, 매우 일정하고 효과적인 기판 처리가, 550 ℃ 이하의 저온으로 가능하게 된다.
예컨대 도 8의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 상기 도 4 또는 도 6에 나타낸 실험을 행하는 경우, 기판 탑재대 본체(8a)는 100~ 600℃의 온도 범위로 가열되고, 처리 용기(10) 내의 프로세스 공간을 3 ~ 666.5 Pa의 압력 범위로 감압하고, 가스 인젝터(6)로부터 Ar 가스를 500~2000 mL/min(sccm), 산소 가스를 5~500mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 또한 평면 안테나(50)로부터 주파수가 2.45㎓인 마이크로파를 1~3㎾의 파워로 공급한다.
그때, 본 실시예에 의하면, 이전의 실시예와 마찬가지로, 하강 상태로 기판 탑재대 본체(8a)에 계합한 상태의 리프터 핀(14)의, 기판 탑재대 본체(8a)의 주면에 대한 돌출 높이가, 0.0㎜을 넘고 0.5㎜ 이하, 바람직하게는 0.1㎜ 이상 0.4㎜ 이하로, 보다 바람직하게는 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하가 되도록 최적화되기 때문에, 앞서 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 이물질 발생이 효과적으로 억제된다.
또, 이상의 설명은 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 행했지만, 본 발명의 기판 탑재대는, 이러한 마이크로파 플라즈마 처리 이외의 다른 플라즈마 처리, 예컨대 ICP형, ECR형, 평행 평판형, 표면 반사파형, 마그네트론형 등의 플라즈마에 의한 처리에 적용할 수 있고, 플라즈마 처리 이외에도 적용할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같은 산화 처리에 한정되지 않고, 질화 처리나 CVD 처리나 에칭 처리 등, 여러 처리에 적용 가능하다. 또한, 피처리체에 대해서도, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, FPD용 유리 기판 등의 다른 기판을 대상으로 할 수 있다.
또한, 도 5에 있어서, 리프터 핀(24)의 헤드부(24a)의 상면을, 도 10에 도시하는 바와 같이, 원추형 형상 등, 윗쪽으로 돌출하는 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
(제 2 실시예)
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다.
도 11은, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도이다.
이 플라즈마 처리 장치(200)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나, 예컨대 RLSA(Radial Line Slot Antenna ; 방사상 라인 슬롯 안테나)로서 처리실 내에 마이크로파 등의 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 고밀도 또한 저전자 온도의 마이크로파 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(200)는, 기밀하게 구성되고, 예컨대 반도체 웨이퍼와 같은 W가 반입되는 접지된 대략 원통형의 챔버(처리 용기)(201)를 갖고 있다. 이 챔버(201)는, 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지고, 그 하부를 구성하는 하우징부(202)와, 그 위에 배치된 챔버 웰(203)으로 구성되어 있다. 또한, 챔버(201)의 상부에는, 처리 공간에 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도입부(230)가 개폐 가능하게 마련되어 있다.
하우징부(202)의 저벽(202a)의 대략 중앙부에는 원형의 개구부(210)가 형성되어 있고, 저벽(202a)에는 이 개구부(210)와 연통하고, 아래쪽을 향해서 돌출하여 챔버(201) 내부를 균일하게 배기하기 위한 배기실(211)이 배치되어 있다.
하우징부(202) 내에는 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(205)가, 배기실(211)의 바닥부 중앙으로부터 윗쪽으로 연장하는 원통형의 지지 부재(204)에 의해 지지된 상태로 마련되어 있다. 서셉터(205) 및 지지 부재(204)를 구성하는 재료로서는, 석영이나 AlN, Al2O3 등의 세라믹 재료를 들 수 있지만, 그 중에서도 열전도성이 양호한 AlN이 바람직하다. 서셉터(205)의 외연부에는 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드링(208)이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(205)에는, 저항 가열형의 히터(도시하지 않음)가 매립되어 있고, 히터 전원(206)으로부터 급전됨으로써 서셉터(205)를 가열하고, 그 열로 피처리체인 웨이퍼(W)를 가열한다. 서셉터(5)의 온도는, 서셉터(205)에 삽입된 열전쌍(220)에 의해서 측정되고, 열전쌍(220)으로부터의 신호에 근거하여 온도 콘트롤러(221)가 히터 전원(206)을 제어하고, 예컨대 실온으로부터 1000℃까지의 범위로 온도 제어 가능해지고 있다.
또한, 서셉터(205)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 리프터 핀(도시하지 않음)이 서셉터(205)의 표면에 대하여 돌출 가능하게 마련되어 있다. 서셉터(205)의 외주측에는, 챔버(201) 내를 균일 배기하기 위한 복수의 배기 구멍을 갖는 배플 플레이트(207)가 환상으로 마련되고, 이 배플 플레이트(207)는, 복수의 지주(207a)에 의해 지지되어 있다. 또, 챔버(201)의 내주에 석영으로 이루어지는 원통형의 라이너(242)가 마련되어 있고, 챔버 구성 재료에 의한 금속 오염을 방지하고, 깨끗한 환경을 유지하도록 되어 있다. 라이너(242)로서는, 세라믹(Al2O3, AlN, Y2O3 등)을 적용할 수도 있다.
상기 배기실(211)의 측면에는 배기관(223)이 접속되어 있고, 이 배기관(223)에는 고속 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(224)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(224)를 작동시킴으로써 챔버(201) 내의 가스가, 배기실(211)의 공간(211a) 내로 균일하게 배출되고, 배기관(223)을 거쳐서 배기된다. 이것에 의해, 챔버(201) 내는 소정의 진공도, 예컨대 0.133 Pa까지 고속으로 감압하는 것이 가능해진다.
하우징부(202)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구와, 이 반입출구를 개폐하는 게이트 밸브가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음).
챔버(201)의 측벽에는, 챔버(201) 내에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입로가 형성되어 있다. 구체적으로는, 하우징부(202)의 측벽의 상단에는, 단부(218)가 형성되어 있고, 후술하는 바와 같이 챔버 웰(203)의 하단에 형성된 단부(219) 사이에 환상 통로(213)를 형성하고 있다.
챔버 웰(203)의 상부에는 마이크로파 도입부(230)가 계합하고, 챔버 웰(203)의 하부는, 하우징부(202)의 상부와 접합하도록 되어 있다. 챔버 웰(203)의 내부에는, 가스 통로(214)가 형성되어 있다.
챔버 웰(203)의 상하의 접합부에는, 예컨대 O 링 등의 밀봉 부재(209a, 209b, 209c)가 마련되어 있고, 이것에 의해 접합부의 기밀 상태가 유지된다. 이들밀봉 부재(209a, 209b, 209c)는, 예컨대 불소계 고무 재료로 이루어져 있다.
챔버 웰(203)의 내주면의 하단부는, 아래쪽으로 치마 형상(스커트 형상)으로 수직 하강한 돌출부(217)가 환상으로 형성되어 있다. 이 돌출부(217)는, 챔버 웰(203)과 하우징부(202)의 경계(접면부)를 덮도록 마련되어 있고, 플라즈마에 노출되면 열화하여 쉬운 재료로 이루어지는 밀봉 부재(209b)에 플라즈마가 직접 작용하는 것을 방지하는 역할을 하고 있다. 또한, 챔버 웰(203)의 하단에는, 하우징부(2)의 단부(218)와 조합하여 환상 통로(213)를 형성할 수 있도록 단부(219)가 마련되어 있다.
또한 챔버 웰(203)의 상단부에는, 내주면을 따라 복수 개소(예컨대 32개소)의 가스 도입구(215a)가 균등하게 마련되어 있고, 이들 가스 도입구(215a)로부터는, 도입로(215b)가 수평으로 연장하고 있다. 이 가스 도입로(215b)는, 챔버 웰(3) 내에서 연직 방향으로 형성되는 가스 통로(214)와 연통하고 있다.
가스 통로(214)는, 하우징부(202)의 상부와, 챔버 웰(203)의 하부와의 접면부에, 단부(218)와 단부(219)에 의해서 형성된 홈으로 이루어지는 환상 통로(213)에 접속하고 있다. 이 환상 통로(213)는, 처리 공간을 둘러싸도록 대략 수평 방향으로 환상으로 연통하고 있다. 또한, 환상 통로(213)는, 하우징부(2) 내의 임의의 개소(예컨대 균등한 4개소)에 하우징부(202)에 대하여 수직 방향으로 형성된 통로(212)를 거쳐서 가스 공급 장치(216)와 접속되어 있다. 환상 통로(213)는, 각 가스 통로(214)에 가스를 균등 배분하여 공급하는 가스 분배 수단으로서의 기능을 갖고 있고, 처리 가스가 가스 도입구(215a)에 치우쳐 공급되는 것을 막도록 기능한다.
이와 같이 본 실시예에서는, 가스 공급 장치(216)로부터의 가스를, 통로(212), 환상 통로(213), 각 가스 통로(214)를 거쳐서 32개소의 가스 도입구(215a)로부터 균일하게 챔버(201) 내에 도입할 수 있기 때문에, 챔버(201) 내의 플라즈마의 균일성을 높일 수 있다.
챔버(201)의 상부는 개구부로 되어 있고, 이 개구부를 막도록 마이크로파 도입부(230)가 기밀하게 배치 가능하게 되어 있다. 이 마이크로파 도입부(230)는, 도시하지 않는 개폐 기구에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
마이크로파 도입부(230)는, 서셉터(205) 쪽으로부터 순서대로, 마이크로파 투과판(228), 평면 안테나 부재(231), 지파재(233)를 갖고 있다. 이들은, 차폐 부재(234)에 의해서 덮어지고, 지지 부재(236)를 거쳐서 단면으로 볼 때 L자형을 한 환상의 압압 링(235)에 의해 O 링을 거쳐서 상위 플레이트(227)의 지지 부재에 고정되어 있다. 마이크로파 도입부(230)가 닫힌 상태에 있어서는, 챔버(201)의 상단과 상위 플레이트(227)가 밀봉 부재(209c)에 의해 밀봉된 상태로 되고, 또한, 후술하는 바와 같이 투과판(228)을 거쳐서 상위 플레이트(227)에 지지된 상태로 되어 있다.
마이크로파 투과판(228)은, 유전체, 예컨대 석영이나 Al2O3, AlN, 사파이어, SiN 등의 세라믹으로 이루어지고, 마이크로파를 투과하여 챔버(1) 내의 처리 공간에 도입하는 마이크로파 도입창으로서 기능한다. 마이크로파 투과판(228)의 하면(서셉터(205)측)은 평탄 형상에 한정되지 않고, 플라즈마를 균일하고 안정하게 생성시키기 위해, 예컨대 오목부나 홈을 형성하더라도 좋다. 이 투과판(228)은, 마이크로파 도입부(230)의 외주 아래쪽으로 환상으로 배치된 상위 플레이트(227)의 내주면의 돌기부(227a)에 의해, 밀봉 부재(229)를 거쳐서 기밀 상태로 지지되어 있다. 따라서, 마이크로파 도입부(230)가 닫힌 상태로 챔버(201) 내를 기밀로 유지하는 것이 가능해진다.
평면 안테나 부재(231)는, 원판 형상을 하고 있고, 투과판(228)의 윗쪽 위치에 있어서, 차폐 부재(234)의 내주면에 계지되어 있다. 이 평면 안테나 부재(231)는, 예컨대 표면이 금 또는 은 도금된 동판 또는 알루미늄판으로 이루어지고, 마이크로파 등의 전자파를 방사하기 위한 다수의 슬롯 구멍(232)이 소정의 패턴으로 관통하여 형성된 구성으로 되어 있다.
슬롯 구멍(232)은, 예컨대 도 12에 도시하는 바와 같이 긴 홈 형상을 이루고, 전형적으로는 인접하는 슬롯 구멍(232)끼리가 「T」자 형상으로 배치되고, 이들 복수의 슬롯 구멍(232)이 동심원 형상으로 배치되어 있다. 슬롯 구멍(232)의 길이나 배열 간격은, 마이크로파의 파장(λg)에 따라 결정되고, 예컨대 슬롯 구멍(232)의 간격은, 1/4λg, 1/2λg 또는 λg가 되도록 배치된다. 또, 도 12에 있어서는, 동심원 형상으로 형성된 인접하는 슬롯 구멍(232)끼리의 간격을 Δr로 나타내고 있다. 또한, 슬롯 구멍(232)은, 원형 형상, 원호 형상 등의 다른 형상이더라도 좋다. 또한, 슬롯 구멍(232)의 배치 형태는 특히 한정되지 않고, 동심, 원 형상 외에, 예컨대, 나선 형상, 방사상으로 배치할 수도 있다.
지파재(233)는 진공보다 큰 유전율을 갖고 있고, 평면 안테나 부재(231)의 상면에 마련되어 있다. 이 지파재(233)는, 예컨대, 석영, 세라믹, 폴리 테라플루오르에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있고, 진공내에서는 마이크로파의 파장이 길게 되기 때문에, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 갖고 있다. 또, 평면 안테나 부재(231)와 투과판(228) 사이, 또한, 지파재(233)과 평면 안테나(231) 사이는, 각각 밀착시켜도 이간시키더라도 좋다.
차폐 부재(234)에는, 냉각수 유로(234a)가 형성되어 있고, 거기에 냉각수를 통류시킴으로써, 차폐 부재(234), 지파재(233), 평면 안테나 부재(231), 투과판(228), 상위 플레이트(227)를 냉각하도록 되어 있다. 이것에 의해, 변형이나 파손을 방지하고, 안정한 플라즈마를 생성하는 것이 가능하다. 또, 차폐 부재(234)는 접지되어 있다.
상기 상위 플레이트(227)의 근방은 강한 전계가 발생하기 때문에, 그 표면이 강한 플라즈마에 노출되고, 이온 등의 스퍼터링에 의해 손모한다. 도 13은, 투과판(228)으로부터의 거리와 플라즈마의 전자 온도와의 관계를 도시하는 도면이다. 전자 온도가 높으면 이온 에너지가 높기 때문에 플라즈마 어택(attack)(높은 에너지의 이온의 스퍼터 등)이 심하지만, 거리가 20㎜보다 작아지면 급격히 전자 온도가 상승하여 플라즈마 어택이 심하게 된다는 것을 알 수 있다. 상위 플레이트(227)는 투과판(228)의 근방에 마련되어 있고, 특히, 그 돌기부(227a)가 플라즈마에 근접하고 있고 플라즈마 어택이 심하고, 손모가 현저하다. 종래와 같이 상위 플레이트(227)를 알루미늄만으로 형성하면, 표면의 플라즈마에 의한 손모에 의해 알루미늄 오염이 많이 발생하여 프로세스에 악영향을 주기 때문에, 본 실시예에서는, 도 14에 확대하여 도시하는 바와 같이, 상위 플레이트(227)를, 알루미늄제의 본체(271)의 플라즈마에 노출되는 표면에 실리콘막(272)을 코팅한 구조로서, 알루미늄 오염의 발생을 억제한다.
상위 플레이트(227)의 실리콘막(272)은, 그 두께가 1~100㎛ 정도인 것이 바람직하다. 그 두께가 1㎛ 미만이면 단시간에 알루미늄제의 본체(271)가 노출되어 그 효과에 부족하고, 100㎛을 넘으면 응력에 의해 크랙이나 벗겨짐 등이 발생하기 쉽게 된다.
실리콘막(272)은, PVD(물리 증착) 및 CVD(화학 증착) 등의 박막 형성 기술이나 용사 등으로 형성할 수 있지만, 그 중에서도 비교적 저렴하게 두꺼운 막을 형성할 수 있기 때문에 용사가 바람직하다. 용사는 막으로 되는 재료를 가열에 의해 용융 또는 연화시켜, 미립자 형상으로 하여 가속하고, 대상물 표면에 충돌시켜 편평 형상으로 퇴적시켜, 막으로 하는 것이다. 용사에는, 프레임 용사, 아크 용사, 레이저 용사, 플라즈마 용사 등이 있지만, 제어성이 좋은 고순도의 막을 형성하는 관점에서 플라즈마 용사가 바람직하다. 또한, 실리콘의 산화를 방지하기 위해서 감압으로 용사를 하는 것이 바람직하다. 이상과 같이 하여 형성된 실리콘막(272)은, 결정이거나 비결정질이더라도 좋다.
차폐 부재(234)의 위벽의 중앙에는, 개구부(234b)가 형성되어 있고, 이 개구부(234b)에는 도파관(237)이 접속되어 있다. 이 도파관(237)의 단부에는, 매칭 회로(238)를 거쳐서 마이크로파 발생 장치(239)가 접속되어 있다. 이것에 의해, 마이크로파 발생 장치(239)에서 발생했던, 예컨대 주파수 2.45㎓의 마이크로파가 도파관(237)을 거쳐서 상기 평면 안테나 부재(231)로 전파되도록 되어 있다. 마이크로파의 주파수로서는, 8.35㎓, 1.98㎓ 등을 이용할 수도 있다.
도파관(237)은, 상기 차폐 덮개(234)의 개구부(234b)로부터 윗쪽으로 연장하는 단면 원형 형상의 동축 도파관(237a)과, 이 동축 도파관(237a)의 상단부에 모드 변환기(240)를 거쳐서 접속된 수평 방향으로 연장하는 직사각형 도파관(237b)을 갖고 있다. 직사각형 도파관(237b)과 동축 도파관(237a) 사이의 모드 변환기(240)는, 직사각형 도파관(237b) 내를 TE 모드로 전파하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 갖고 있다. 동축 도파관(237a)의 중심에는 내측 도체(241)가 연재하고 있고, 내측 도체(241)는, 그 하단부에서 평면 안테나 부재(231)의 중심에 접속 고정되어 있다. 이것에 의해, 마이크로파는, 동축 도파관(237a)의 내측 도체(241)를 거쳐서 평면 안테나 부재(231)에 방사상으로 효율적으로 균일하게 전파된다.
다음에, 이와 같이 구성된 마이크로파 플라즈마 처리 장치(200)의 동작에 대해 설명한다.
우선, 웨이퍼(W)를 챔버(201) 내에 반입하고, 서셉터(205) 상에 탑재한다. 그리고, 가스 공급 장치(216)로부터, 예컨대 Ar, Kr, He 등의 희가스, 예컨대 O2, N2O, NO, NO2, CO2 등의 산화 가스, 예컨대 N2, NH3 등의 질화 가스 이외에, 성막 가스, 에칭 가스 등의 처리 가스를 소정의 유량으로 가스 도입구(215a)를 거쳐서 챔버(201) 내에 도입한다.
다음에, 마이크로파 발생 장치(239)로부터의 마이크로파를, 매칭 회로(238)를 지나서 도파관(237)에 유도하고, 직사각형 도파관(237b), 모드 변환기(240), 및 동축 도파관(237a)을 순차적으로 통과시켜 내측 도체(241)를 거쳐서 평면 안테나 부재(231)에 공급하고, 평면 안테나 부재(231)의 슬롯으로부터 투과판(228)을 거쳐서 챔버(201) 내에 방사시킨다.
마이크로파는, 직사각형 도파관(237b) 내에서는 TE 모드로 전파하고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(240)에서 TEM 모드로 변환되고, 동축 도파관(237a) 내를 평면 안테나 부재(231)를 향해 전파된다. 평면 안테나 부재(231)로부터 투과판(228)을 지나서 챔버(201)에 방사된 마이크로파에 의해 챔버(201) 내에서 처리 가스가 플라즈마화한다.
이 플라즈마는, 마이크로파가 평면 안테나 부재(231)의 다수의 슬롯 구멍(232)으로부터 방사되는 것에 의해, 약 1×1010~5×1012/㎤의 고밀도로, 또한, 웨이퍼(W) 근방에서는, 약 1.5eV 이하의 저 전자 온도 플라즈마로 된다. 따라서, 이 플라즈마를 웨이퍼(W)에 대하여 작용시킴으로써, 플라즈마 데미지를 억제한 처리가 가능하게 된다.
이렇게 하여 플라즈마를 생성했을 때는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 생성 영역(S)에 존재하는 상위 플레이트(227)의 표면이 강한 플라즈마에 노출된다. 종래는 도 15(a)에 도시하는 바와 같이, 실리콘막의 코팅이 존재하지 않고, 알루미늄만으로 이루어지는 상위 플레이트(227')였기 때문에, 알루미늄이 손모하여 알루미늄 오염이 발생하게 된다.
그러나, 본 실시예에서는, 도 15(b)에 도시하는 바와 같이, 상위 플레이트(227)는, 알루미늄제의 본체(271)의 표면의 플라즈마에 노출되는 부분에 실리콘막(272)이 코팅되어 있기 때문에, 플라즈마에 의해 손모하는 것은 실리콘막(272)이며, 본체(271)의 알루미늄의 손모는 억제된다. 따라서, 알루미늄 오염에 의한 프로세스에의 악영향이나, 상위 플레이트가 플라즈마에 의해 열화하는 것에 의한 프로세스의 재현성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 실리콘막(272)을 용사, 보다 바람직하게는 플라즈마 용사로 형성함으로써, 비교적 용이하게 또한 저렴하게 두꺼운 막을 얻을 수 있다.
상기 일본 특허 공개 2002-353206와 같이 단결정 실리콘을 가공한 벌크체로 상위 플레이트를 구성하면, 상당히 고가로 되고, 또한, 충분한 강도를 얻을 수 없고, 실제로는 실현이 곤란하다. 또한, 실리콘 벌크체를 본체에 접합하여 상위 플레이트를 형성하는 것도 생각되지만, 이 경우에는 실리콘 벌크체와 본체 사이의 극간이 불가피하고, 그 극간으로 이상 방전이 발생하게 된다. 또한, 코팅 재료로서, 내플라즈마성이 높은 알루미나나 이트륨의 적용도 생각되지만, 이러한 절연 재료는, 차지업하기 쉽고, 국부적으로 이상 방전이 발생하기 쉽다.
이에 비해, 본 실시예와 같이 본체(271) 위에 실리콘막(272)을 형성한 상위 플레이트(227)로 함으로써, 이러한 문제를 생기지 않게 하고, 오염의 문제를 해결할 수 있다.
다음에, 알루미늄제의 본체 위에 실리콘 용사막을 형성한 상위 플레이트를 이용한 경우와, 용사 피막을 형성하지 않는 알루미늄제의 종래의 상위 플레이트를 이용한 경우에 대하여, 플라즈마 처리에 의한 알루미늄 오염을 비교한 결과에 대하여 설명한다. 이때의 실리콘 용사는 플라즈마 용사로 행하고, 용사막의 두께는 80㎛으로 했다. 플라즈마 처리는, 플라즈마 가스로서 Ar 가스, O2 가스, H2 가스를, Ar/O2/H2=1000/50/40(mL/min(sccm))의 유량으로 흘리고, 플라즈마 생성 전력을 3400W, 챔버내 압력을 6.65Pa(50mTorr)로 하고, 처리 시간을 시간을 210초로 하여 행하고, 이것을 11장 연속하여 행했다. 결과를 도 16에 나타낸다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 알루미늄제의 상위 플레이트를 이용한 경우에는, 알루미늄 오염(Al 오염)이 1011atoms/㎠ 이상인 것에 비해, 실리콘 용사 피막을 형성한 경우에는, 1011atoms/㎠보다 낮은 값이였다. 또한, 이렇게 하여 형성된 용사 피막은, 본체와의 밀착성이 양호하며, 막이 벗겨지는 등에 의한 이상 방전은 발생하지 않았다.
또, 본 실시예에 있어서는, 표면이 플라즈마에 노출되는 부재로서 상위 플레이트를 들고, 그 표면에 실리콘막을 형성하는 경우에 대하여 설명했지만, 표면이 플라즈마에 노출되는 다른 부재, 예컨대 챔버벽에 실리콘막을 형성하더라도 좋다. 또한, 상기 실시예에서는, 플라즈마에 노출되는 부재로서의 상위 플레이트의 본체로서 알루미늄을 이용했지만, 스테인리스강 등의 다른 금속을 이용한 경우이더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 플라즈마 처리 장치로서, RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 예컨대 리모트 플라즈마 방식, ICP 방식, ECR 방식, 표면 반사파 방식, 마그네트론 방식 등의 다른 플라즈마 처리 장치이더라도 좋고, 플라즈마 처리의 내용도, 특히 한정되는 것이 아니라, 산화 처리, 질화 처리, 산질화 처리, 성막 처리, 에칭 처리 등의 여러 플라즈마 처리를 대상으로 할 수 있다. 또한, 피처리체에 대해서도, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, FPD용 유리 기판 등의 다른 기판을 대상으로 할 수 있다.
또, 상기 제 1 실시예에 있어서, 상위 플레이트(61) 등의 표면이 플라즈마에 노출되는 부재에 실리콘 코팅을 행하더라도 좋고, 상기 제 2 실시예에 있어서, 리프터 핀의 구조 및 기판 탑재대인 서셉터의 구조를 제 1 실시예의 리프터 핀(24, 14) 및 기판 탑재대 본체(22, 8a)와 동일한 구조로 하여도 좋다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 기재한 요지 내에서 여러 변형·변경이 가능하다. 또한, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 상기 실시예의 구성 요소를 적절히 조합한 것, 또는 상기 실시예의 구성요소를 일부 제거한 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
Claims (28)
- 내부에 히터를 매설하고, 그 표면이 피처리 기판의 가열면으로 되는 기판 탑재대 본체와, 상기 기판 탑재대 본체 중에, 상하 이동이 자유롭게 삽통된 리프터 핀을 구비한 기판 탑재대로서,상기 기판 탑재대 본체의 상기 가열면에, 상기 리프터 핀에 대응하여, 상기 가열면보다 낮은 저면을 갖는 오목부가 형성되고,상기 리프터 핀은, 리프터 핀 본체와, 상기 리프터 핀 본체의 선단부에, 상기 오목부에 대응하여 형성되고, 상기 오목부에 부분적으로 수납 가능하고, 상기 리프터 핀 본체보다 큰 직경을 가진 헤드부를 갖고,상기 헤드부는, 피처리 기판을 지지하는 헤드부 상단과, 상기 헤드부 상단에 대향하는 헤드부 하면을 갖고,상기 리프터 핀은, 상기 헤드부 하면이, 상기 오목부의 저면에 계합한 제 1 상태와, 상기 헤드부 하면이 상기 오목부의 저면으로부터 상승한 제 2 상태 사이에서 이동이 자유로운기판 탑재대.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 상태에서는, 상기 헤드부 상면은, 상기 기판 탑재대 상면으로부터, 0.0㎜을 넘고, 0.5㎜ 이하의 거리만큼 이간하고 있는 기판 탑재대.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 상태에서는, 상기 헤드부 상면은, 상기 기판 탑재대 상면으로부터, 0.1㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 거리만큼 이간하고 있는 기판 탑재대.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 상태에서는, 상기 헤드부 상면은, 상기 기판 탑재대 상면으로부터, 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 거리만큼 이간하고 있는 기판 탑재대.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 탑재대 본체는 질화 알루미늄으로 이루어지고,상기 리프터 핀은 석영 유리로 이루어지는기판 탑재대.
- 배기계에 의해 배기되는 기판 처리실과, 상기 기판 처리실 중에 수납되고, 피처리 기판을 유지하여 가열하는 기판 탑재대와, 상기 기판 처리실 중에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계를 포함하는 기판 처리 장치로서,상기 기판 탑재대는,내부에 히터를 매설하고, 그 표면이 피처리 기판의 가열면으로 되는 기판 탑재대 본체와,상기 기판 탑재대 본체 중에, 상하 이동이 자유롭게 삽통된 리프터 핀을 구비하고,상기 기판 탑재대 본체의 상기 가열면에, 상기 리프터 핀에 대응하여, 상기 상면보다 낮은 저면을 갖는 오목부가 형성되고,상기 리프터 핀은, 리프터 핀 본체와, 상기 리프터 핀 본체의 선단부에, 상기 오목부에 대응하여 형성되고, 상기 오목부에 부분적으로 수납 가능하고, 상기 리프터 핀 본체보다 큰 직경을 갖는 헤드부를 갖고,상기 헤드부는, 피처리 기판을 지지하는 헤드부 상단과, 상기 헤드부 상단에 대향하는 헤드부 하면을 갖고,상기 리프터 핀은, 상기 헤드부 하면이, 상기 오목부의 저면에 계합한 제 1 상태와, 상기 헤드부 하면이 상기 오목부의 저면으로부터 상승한 제 2 상태 사이에서 이동이 자유로운기판 처리 장치.
- 제 6 항에 있어서,기판 처리 장치는 플라즈마 처리 장치인 기판 처리 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 기판 처리실의 일부에, 상기 기판 탑재대 상의 피처리 기판에 대면하도록 마련된 유전체 창과,상기 기판 처리실의 외측에, 상기 유전체 창에 계합하여 마련된 안테나를 구비한 기판 처리 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 안테나는, 평면 형상 안테나로 이루어지고, 복수의 슬롯이 형성되고, 상기 안테나를 거쳐서 마이크로파가, 상기 슬롯으로부터 상기 처리 용기 내에 도입되는 기판 처리 장치.
- 제 6 항에 있어서,기판 처리 장치는, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 에칭 장치, CVD 장치 중 어느 하나인 기판 처리 장치.
- 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와, 이 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구를 구비하고, 상기 처리 용기 내의 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서,상기 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부위 중 적어도 일부가 실리콘막으로 코팅되어 있는기판 처리 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 플라즈마에 노출되는 부위는, 금속제의 본체의 표면에 실리콘막이 코팅되어 구성되어 있는 기판 처리 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 본체는 알루미늄제인 기판 처리 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 실리콘막은 용사에 의해 형성된 막인 기판 처리 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 실리콘막의 두께는 1~100㎛인 기판 처리 장치.
- 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와, 이 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와, 상기 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부재를 구비하여, 상기 처리 용기 내의 피처리체에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서,상기 플라즈마에 노출되는 부재는, 금속제의 본체와, 해당 본체의 적어도 플라즈마에 노출되는 부위에 코팅된 실리콘막을 갖는기판 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 본체는 알루미늄제인 기판 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 실리콘막은 용사에 의해 형성된 막인 기판 처리 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 실리콘막의 두께는 1~100㎛인 기판 처리 장치.
- 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와,마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생부와,상기 마이크로파 발생부에서 발생한 마이크로파를 상기 처리 용기를 향해서 전달하는 도파로와,상기 처리 용기의 상부에 마련되고, 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입부와,상기 마이크로파 도입부를 상기 처리 용기 내의 피처리체에 접하도록 상기 처리 용기 내에서 지지하고, 그 일부가 적어도 플라즈마의 생성 영역에 위치하고, 금속제의 본체를 갖고 그 적어도 상기 플라즈마의 생성 영역에 위치하는 부분에 실리콘막이 코팅되어 이루어지는 지지 부재와,상기 처리 용기 내의 상기 마이크로파 도입부의 바로 아래 위치에 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 기구를 구비하되,상기 마이크로파에 의해 상기 처리 용기 내에 형성된 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는기판 처리 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 마이크로파 도입부는, 마이크로파를 방사하는 안테나와, 상기 안테나로부터 방사된 마이크로파를 투과하여 처리 용기 내에 유도하는 유전체로 이루어지는 투과 부재를 갖고,상기 지지 부재는 상기 투과 부재를 지지하는기판 처리 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 본체는 알루미늄제인 기판 처리 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 실리콘막은 용사에 의해 형성된 막인 기판 처리 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 실리콘막의 두께는 1~100㎛인 기판 처리 장치.
- 피처리 기판을 수용하는 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 플라즈마 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서, 상기 처리 용기 내에서 플라즈마에 노출되는 부재로서,금속제의 본체와, 해당 본체 중 적어도 플라즈마에 노출되는 부위에 코팅된 실리콘막을 갖는플라즈마에 노출되는 부재.
- 제 25 항에 있어서,상기 본체는 알루미늄제인 플라즈마에 노출되는 부재.
- 제 25 항에 있어서,상기 실리콘막은 용사에 의해 형성된 막인 플라즈마에 노출되는 부재.
- 제 25 항에 있어서,상기 실리콘막의 두께는 1~100㎛인 플라즈마에 노출되는 부재.
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