KR20140107279A - 탑재대 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전 척의 접착 결합에 이용되는 접착제의 열화를 방지할 수 있는 탑재대(70), 및 그러한 탑재대(70)를 구비하는 플라즈마 처리 장치(10)를 제공하는 것을 목적으로 한다. 탑재대(70)는 정전 척(50), 베이스(14) 및 통형상의 슬리브(80)를 구비한다. 정전 척(50)은 플라즈마에 노출되는 표면 및 이 표면과 대향하는 이면을 갖고, 제 1 관통 구멍이 형성된다. 베이스(14)는 정전 척(50)의 이면에 제 1 접착제(71)에 의해서 접합되고, 제 1 관통 구멍에 연통되어 상기 제 1 관통 구멍의 구경(R1)보다 큰 구경(R2)의 제 2 관통 구멍이 형성된다. 슬리브(80)는, 제 2 접착제(72)에 의해서, 제 1 관통 구멍과 연통한 상태로 정전 척(50)의 이면에 접합된다.

Description

탑재대 및 플라즈마 처리 장치{MOUNTING TABLE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 여러가지의 측면 및 실시형태는 탑재대 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 진공 환경의 유지를 가능하게 하는 처리 용기를 구비하고 있고, 그 처리 용기 내(처리 공간)의 하방에 피처리 기체를 배치하고, RF 전력 공급에 의한 플라즈마 처리를 실시하는 구성이 일반적이다. 따라서, 플라즈마 처리 장치는 처리 공간 내에서 피처리 기체를 보지하는 기능 뿐만 아니라, 피처리 기체에의 전력 공급 기능 등 다양한 기능을 충족시키는 구성으로 되어 있다.
특허문헌 1에는, 상술과 같은 다양한 기능을 충족시키는 구성으로서, 도전성 재료, 예를 들면 표면을 알루마이트 처리된 알루미늄 등에 의해 원통 혹은 직사각형 형상으로 형성하고, 그 내부에 처리 공간을 형성하는 처리 용기와, 이 처리 용기 내의 저부상에 절연 부재, 예를 들면 세라믹스 등의 절연판을 거쳐서 고정된 원통 형상의 기대와, 이 기대의 상면에 탑재된 원판 형상의 히터 고정대와, 이 히터 고정대를 상방으로부터 포함하도록, 하부로부터의 RF 전력을 공급하는 전극 겸용의 탑재대로 이루어지는 다중 구조가 기재되어 있다. 또한, 상면 중앙부가 볼록 형상으로 된 원판 형상으로, 이 중앙 상면에 피처리 기체를 보지하는 척부로서 피처리 기체와 대략 동일하게 직경이 큰, 바람직하게는 피처리 기체의 직경보다 약간 작은 직경의 정전 척을 구비하는 구조도 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 소망의 제 1 설정 온도로 제어가 가능한 지지체 기반과, 제 1 설정 온도보다 고온인 제 2 설정 온도로 가열하도록 구비된 1 이상의 가열 소자가 조립된 기판 지지체를, 아크릴계 재료로 이루어지는 내침식성 단열재에 의해, 일체로 해서 접착 결합한 구조가 기재되어 있다.
특허문헌 3에는, 탑재대의 상면과 기판의 이면과의 사이에 전열 가스를 유통시키기 위해서, 베이스 및 정전 척을 관철하는 관통 구멍이 형성되고, 이 관통 구멍의 측벽에 절연성의 슬리브가 접착되어 있는 구성이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제 평7-183279 호 공보 일본 특허 공개 제 2008-85329 호 공보 일본 특허 제 4095842 호 공보
상술한 바와 같이, 탑재대는 여러가지 기능을 실현하기 위한 구조 부재가 조립되는 동시에, 플라즈마 처리에 의해 발생하는 플라즈마 또는 라디칼에 직접 노출되는 구성으로 된다. 일반적으로, 아크릴계 재료로 이뤄지는 내침식성 단열재 등의 부재를 접착 결합하기 위한 접착제는, 플라즈마 또는 래디칼에 노출되면, 그 조성 성분이 손상 등을 받으므로 접착제의 소모나 접착 강도의 열화를 일으킬 우려가 있다. 특히, 정전 척의 접착 결합에 이용되는 접착제가 소모 또는 열화하면, 정전 척에 결합된 부재에의 열전도의 제어가 어려워진다. 그 결과, 기판 면내에 걸쳐서 균일하고 정확한 프로세스 처리가 가능하지 않게 된다.
그 때문에, 본 기술 분야에 있어서는, 정전 척의 접착 결합에 이용되는 접착제의 열화를 방지할 수 있는 탑재대, 및 그러한 탑재대를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 요청되고 있다.
본 발명의 일 측면에 관한 탑재대는, 정전 척, 베이스 및 통형상의 슬리브를 구비한다. 정전 척은 플라즈마에 노출되는 표면 및 이 표면과 대향하는 이면을 구비하고, 제 1 관통 구멍이 형성된다. 베이스는 정전 척의 이면에 제 1 접착제에 의해서 접합되고, 제 1 관통 구멍에 연통되어 제 1 관통 구멍의 구경보다 큰 구경의 제 2 관통 구멍이 형성된다. 슬리브는, 제 2 접착제에 의해서, 제 1 관통 구멍과 연통한 상태로 정전 척의 이면에 접합된다.
본 발명의 일 측면에 관한 탑재대에서는, 베이스에 형성된 제 2 관통 구멍이 정전 척에 형성된 제 1 관통 구멍의 구경보다 큰 구경으로 되어 있으므로, 제 1 관통 구멍과 연통시킨 상태로 통형상의 슬리브를 정전 척의 이면에 접착제에 의해 접합시킬 수 있다. 이 때, 정전 척과 베이스는 제 1 접착제로 접착되는 동시에, 정전 척과 슬리브는 제 2 접착제에 의해 접착된다. 즉, 제 1 관통 구멍 또는 제 2 관통 구멍으로부터 유입한 플라즈마 또는 래디칼은 슬리브에 의해서 차단되기 때문에, 제 1 접착제, 즉 정전 척의 접착 결합에 이용되는 접착제가 직접 플라즈마 또는 래디칼에 폭로되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 슬리브의 접합에는 제 2 접착제가 이용되고 있으므로, 정전 척과 슬리브를 접합하는 제 1 접착제가 직접 플라즈마 또는 래디칼에 폭로되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 관한 탑재대에 의하면, 정전 척의 접착 결합에 이용되는 접착제의 열화를 방지할 수 있다.
일 실시형태에서는, 슬리브가, 제 1 관통 구멍의 구경과 동일한 내경을 갖고, 제 1 관통 구멍과 동축이 되도록 정전 척의 이면에 접합되어도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 제 1 관통 구멍 및 슬리브에 의해서, 접합 부분이 연속적인 관통 구멍을 형성할 수 있으므로, 예를 들면 관통 구멍을 저항 손실이 적은 가스 유로로서 구성하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 제 1 접착제가 정전 척과 베이스와의 접촉 부분에만 설치되어도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 제 2 관통 구멍과 대향하는 정전 척의 이면 부분에는 제 1 접착제가 설치되지 않기 때문에, 정전 척의 이면에 접합시키는 슬리브의 접합 위치에 자유도를 갖게 할 수 있는 동시에, 제 1 접착제가 직접 플라즈마 또는 래디칼에 폭로되는 것을 한층 방지할 수 있다.
일 실시형태에서는, 슬리브가, 제 2 관통 구멍보다 작은 외경을 가져도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 슬리브를 제 2 관통 구멍에 적절히 배치할 수 있다. 여기서, 일 실시형태에서는, 슬리브 및 제 2 관통 구멍에 의해서 구획형성된 공간 영역에 충전된 밀봉제를 또한 구비하여도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 슬리브를 돌아들어가고, 슬리브 및 제 2 관통 구멍에 의해서 구획형성된 공간 영역에 진입하는 래디칼을 밀봉제에 의해 차단할 수 있기 때문에, 래디칼에 의한 제 1 접착제의 열화를 확실히 방지하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 밀봉제는 슬리브 및 제 2 관통 구멍에 의해서 구획형성된 공간 영역에 흘려 넣어지고, 그 후 경화하는 것에 의해, 해당 공간 영역에 충전되어도 좋다. 이 경우에는, 공간 영역에 밀봉제를 용이하게 충전할 수 있다.
일 실시형태에서는, 밀봉제는, 경화 전에 20000 cps 이하의 점도를 갖고, 경화 후에 1 ㎫ 이하의 영률을 갖는 접착제라도 좋다. 이 경우에는, 경화 전에는, 슬리브 및 제 2 관통 구멍에 의해서 구획형성된 공간 영역에 용이하게 밀봉제를 충전할 수 있다. 또한, 밀봉제는, 경화 후에는, 베이스 및 슬리브의 열팽창에 추종 해 변형하면서, 공간 영역에 확실히 머무는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 슬리브가, 정전 척을 구성하는 절연체와 동일의 절연체에 의해서 형성되어도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 슬리브가 정전 척과 마찬가지로 플라즈마 또는 래디칼에 대해서 높은 내성을 갖는 구성으로 할 수 있다. 일 실시형태에서는, 슬리브가 세라믹에 의해 형성되어도 좋다.
일 실시형태에서는, 제 1 접착제가 유기계 접착제라도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 탄성을 갖는 제 1 접착제에 의해 정전 척과 베이스와의 변형 량 차를 흡수하면서, 정전 척과 베이스를 접착 결합할 수 있다.
일 실시형태에서는, 제 2 접착제가 무기계 접착제라도 좋다. 무기 접착제는 내열성을 갖는 것이기 때문에, 절연 슬리브의 접착 결합에 이용되는 접착제의 열화를 방지할 수 있다.
제 2 접착제가, 플라즈마 또는 래디칼에 대해서 제 1 접착제보다 높은 내성을 갖는 접착제라도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 절연 슬리브의 접착 결합에 이용되어 직접 플라즈마 또는 래디칼에 폭로되는 접착제의 열화를 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 관한 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기, 가스 공급부, 제 1 전극, 및 탑재대를 구비한다. 처리 용기는 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획형성한다. 가스 공급부는 처리 공간 내에 처리 가스를 공급한다. 제 1 전극은 처리 공간에 설치된다. 탑재대는 처리 용기 내에 수용되어, 기판을 탑재한다. 여기서, 탑재대는 정전 척, 베이스 및 통형상의 슬리브를 구비한다. 정전 척은 플라즈마에 노출되는 표면 및 이 표면과 대향하는 이면을 갖고, 제 1 관통 구멍이 형성된다. 베이스는 정전 척의 이면에 제 1 접착제에 의해서 접합되고, 제 1 관통 구멍에 연통되어 제 1 관통 구멍의 구경보다 큰 구경의 제 2 관통 구멍이 형성된다. 슬리브는, 제 2 접착제에 의해서, 제 1 관통 구멍과 연통한 상태로 정전 척의 이면에 접합된다.
이 플라즈마 처리 장치에 의하면, 상술한 바와 같이 정전 척의 접착 결합에 이용되는 접착제의 열화를 방지할 수 있는 탑재대를 구비하고 있으므로, 안정 동작하는 플라즈마 처리 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 여러가지의 측면 및 일 실시형태에 의하면, 정전 척의 접착 결합에 이용되는 접착제의 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시형태에 관한 탑재대의 가스 공급 라인의 형성 위치에 있어서의 일부 단면도이다.
도 3은 종래의 탑재대의 일반적 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 종래의 탑재대에 대해 유기 접착제가 소모한 상태를 도시하는 도면이다.
도 5는 유기 접착제의 소모와 정전 척의 온도 변화(ΔT)와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6은 종래의 탑재대를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 의해 드라이 에칭을 실시했을 때의 정전 척의 온도 분포를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조해서 여러가지의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하는 것으로 한다.
도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에서는, 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 단면이 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치(10)는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치이다.
플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는 대략 원통 형상을 가지고 있고, 그 내부 공간으로서 처리 공간(S)을 구획형성하고 있다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12) 내에 대략 원판 형상의 베이스(14)를 구비하고 있다. 베이스(14)는 처리 공간(S)의 하방에 설치되어 있다. 베이스(14)는 예를 들면 알루미늄제이며, 제 2 전극을 구성하고 있다. 베이스(14)는 프로세스에 있어서 후술하는 정전 척(50)의 열을 흡열해서, 정전 척(50)을 냉각하는 기능을 가진다.
베이스(14)의 내부에는, 냉매 유로(15)가 형성되어 있고, 냉매 유로(15)에는, 냉매 입구 배관, 냉매 출구 배관이 접속된다. 그리고, 냉매 유로(15)의 내부에 적당한 냉매, 예를 들면 냉각수 등을 순환시키는 것에 의해서, 베이스(14) 및 정전 척(50)을 소정의 온도로 제어 가능한 구성으로 되어 있다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 통형상 보지부(16) 및 통형상 지지부(17)를 더 구비하고 있다. 통형상 보지부(16)는 베이스(14)의 측면 및 저면의 가장자리부에 접하고, 베이스(14)를 보지하고 있다. 통형상 지지부(17)는 처리 용기(12)의 저부로부터 수직 방향으로 연재하고, 통형상 보지부(16)를 거쳐서 베이스(14)를 지지하고 있다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 이 통형상 보지부(16)의 상면에 탑재되는 포커스 링(18)을 더 구비하고 있다. 포커스 링(18)은, 예를 들면 실리콘 또는 석영으로 구성될 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 처리 용기(12)의 측벽과 통형상 지지부(17)와의 사이에는 배기로(20)가 형성되어 있다. 배기로(20)의 입구 또는 그 도중에는, 배플판(22)이 설치되어 있다. 또한, 배기로(20)의 저부에는, 배기구(24)가 설치되어 있다. 배기구(24)는 처리 용기(12)의 저부에 끼워넣어진 배기관(28)에 의해서 구획형성되어 있다. 이 배기관(28)에는, 배기 장치(26)가 접속되어 있다. 배기 장치(26)는 진공 펌프를 갖고 있고, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(S)을 소정의 진공도까지 감압할 수 있다. 처리 용기(12)의 측벽에는, 피처리 기체(기판)(W)의 반입출구를 개폐하는 게이트 밸브(30)가 설치되어 있다.
베이스(14)에는, 플라즈마 생성용의 고주파 전원(32)이 정합기(34)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(32)은 소정의 고주파수(예를 들면 27 ㎒ 이상)의 고주파 전력을 제 2 전극, 즉 베이스(14)에 인가한다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 또한 처리 용기(12) 내에 샤워헤드(38)를 구비하고 있다. 샤워헤드(38)는 처리 공간(S)의 상방에 설치되어 있다. 샤워헤드(38)는 전극판(40) 및 전극 지지체(42)를 포함하고 있다.
전극판(40)은 대략 원판 형상을 갖는 도전성의 판이며, 제 1 전극을 구성하고 있다. 전극판(40)에는, 플라즈마 생성용의 고주파 전원(35)이 정합기(36)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(35)은 소정의 고주파수(예를 들면 27 ㎒ 이상)의 고주파 전력을 전극판(40)에 인가한다. 고주파 전원(32) 및 고주파 전원(35)에 의해서 베이스(14) 및 전극판(40)에 고주파 전력이 각각 부여되면, 베이스(14)와 전극판(40)과의 사이의 공간, 즉 처리 공간(S)에는 고주파 전계가 형성된다.
전극판(40)에는, 복수의 가스 통기 구멍(40h)이 형성되어 있다. 전극판(40)은 전극 지지체(42)에 의해서 착탈 가능하게 지지되어 있다. 전극 지지체(42)의 내부에는, 버퍼실(42a)이 설치되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급부(44)를 더 구비하고 있고, 버퍼실(42a)의 가스 도입구(25)에는 가스 공급 도관(46)을 거쳐서 가스 공급부(44)가 접속되어 있다. 가스 공급부(44)는 처리 공간(S)에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급부(44)는, 예를 들면 CF계의 에칭 가스 등을 공급할 수 있다. 전극 지지체(42)에는, 복수의 가스 통기 구멍(40h)에 각각 연속하는 복수의 구멍이 형성되어 있고, 이 복수의 구멍은 버퍼실(42a)에 연통하고 있다. 따라서, 가스 공급부(44)로부터 공급되는 가스는 버퍼실(42a), 가스 통기 구멍(40h)을 경유해서, 처리 공간(S)에 공급된다.
일 실시형태에 있어서는, 처리 용기(12)의 천정부에, 환상 또는 동심 형상으로 연재하는 자장 형성 기구(48)가 설치되어 있다. 이 자장 형성 기구(48)는 처리 공간(S)에 있어서의 고주파 방전의 개시(플라즈마 발화)를 용이하게 해서 방전을 안정으로 유지하도록 기능한다.
일 실시형태에 있어서는, 베이스(14)의 상면에 정전 척(50)이 설치되어 있다. 정전 척(50)은 대략 원판 형상의 부재로서, 플라즈마에 노출되는 표면 및 이 표면과 대향하는 이면을 가진다. 이 정전 척(50)은 전극(52), 및 한쌍의 절연막(54a 및 54b)을 포함하고 있다. 절연막(54a 및 54b)은 세라믹 등의 절연체에 의해 형성되는 막이다. 전극(52)은 도전막이며, 절연막(54a)과 절연막(54b) 사이에 설치되어 있다. 이 전극(52)에는, 스위치(SW)를 거쳐서 직류 전원(56)이 접속되어 있다. 직류 전원(56)으로부터 전극(52)에 직류 전압이 부여되면, 쿨롱력이 발생하고, 이 쿨롱력에 의해서 피처리 기체(W)가 정전 척(50)상에 흡착 보지된다. 정전 척(50)의 내부에는, 가열 소자인 히터(53)가 매립되고, 피처리 기체(W)를 소정 온도로 가열할 수 있게 되어 있다. 히터(53)는 배선을 거쳐서 히터 전원에 접속된다. 베이스(14) 및 정전 척(50)은 탑재대(70)를 구성하고 있다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급 라인(58 및 60), 및 전열 가스 공급부(62 및 64)를 더 구비하고 있다. 전열 가스 공급부(62)는 가스 공급 라인(58)에 접속되어 있다. 이 가스 공급 라인(58)은 정전 척(50)의 상면까지 연장되고, 이 상면의 중앙 부분에 있어서 환상으로 연재되어 있다. 전열 가스 공급부(62)는, 예를 들면 He 가스라고 하는 전열 가스를 정전 척(50)의 상면과 피처리 기체(W)와의 사이에 공급한다. 또한, 전열 가스 공급부(64)는 가스 공급 라인(60)에 접속되어 있다. 가스 공급 라인(60)은 정전 척(50)의 상면까지 연장되고, 이 상면에 있어서 가스 공급 라인(58)을 둘러싸도록 환상으로 연재되어 있다. 전열 가스 공급부(64)는, 예를 들면 He 가스라고 하는 전열 가스를 정전 척(50)의 상면과 피처리 기체(W)와의 사이에 공급한다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(66)를 더 구비하고 있다. 이 제어부(66)는 배기 장치(26), 스위치(SW), 고주파 전원(32), 정합기(34), 고주파 전원(35), 정합기(36), 가스 공급부(44), 및 전열 가스 공급부(62 및 64)에 접속되어 있다. 제어부(66)는 배기 장치(26), 스위치(SW), 고주파 전원(32), 정합기(34), 고주파 전원(35), 정합기(36), 가스 공급부(44), 및 전열 가스 공급부(62 및 64)의 각각 제어 신호를 송출한다. 제어부(66)로부터의 제어 신호에 의해, 배기 장치(26)에 의한 배기, 스위치(SW)의 개폐, 고주파 전원(32)으로부터의 전력 공급, 정합기(34)의 임피던스 조정, 고주파 전원(35)으로부터의 전력 공급, 정합기(36)의 임피던스 조정, 가스 공급부(44)에 의한 처리 가스의 공급, 전열 가스 공급부(62 및 64) 각각에 의한 전열 가스의 공급이 제어된다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 가스 공급부(44)로부터 처리 공간(S)에 처리 가스가 공급된다. 또한, 전극판(40)과 베이스(14)와의 사이, 즉 처리 공간(S)에 대해 고주파 전계가 형성된다. 이것에 의해, 처리 공간(S)에 대해 플라즈마가 발생하고, 처리 가스에 포함되는 원소의 래디칼 등(예를 들면, 산소 래디칼)에 의해, 피처리 기체(W)의 에칭을 한다.
이하, 탑재대(70)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1에 도시하는 탑재대(70)의 가스 공급 라인(58)의 형성 위치에 있어서의 일부 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 탑재대(70)에서는, 정전 척(50)의 하면이 베이스(14)의 상면에 제 1 접착제(71)에 의해 접착되어 접합되고 있다. 제 1 접착제(71)는 정전 척(50)과 베이스(14)와의 접촉 부분(접촉면)에만 설치되어도 좋다.
제 1 접착제(71)는 상이한 선팽창 계수를 갖는 베이스(14) 및 정전 척(50)의 변형량의 차이를 흡수하는 기능을 갖고 있다. 이 때문에, 제 1 접착제(71)는 높은 탄력성을 갖고 있다. 또한, 제 1 접착제(71)는 정전 척(50)의 열을 베이스(14)에 전도하는 기능, 및 정전 척(50)과 베이스(14)를 전기적으로 절연하는 기능을 갖고 있다. 이 때문에, 제 1 접착제(71)는 높은 열전도율 및 전기 저항율을 갖고 있다. 이 제 1 접착제(71)로서는, 예를 들면 실리콘계 재료, 아크릴베이스 또는 아크릴레이트베이스의 아크릴계 재료, 또는 폴리이미드 실리카계 재료를 포함한 유기계 접착제를 이용할 수 있다. 또한, 제 1 접착제(71)는 이하에 표시하는 물성값을 갖는 것으로 해도 좋다.
(1) 접착력 : 1~10 ㎫ 정도(실온), 0.5~5 ㎫ 정도(150℃)
(2) 탄성율 : 100~300 ㎫ 정도(실온), 0.1~2 ㎫(150℃)
(3) 열전도율 : 0.2 W/m·K 이상
(4) 체적 저항율 : 1e＋13Ω·㎝ 이상(실온), 1e＋8Ω·㎝ 이상(150℃)
가스 공급 라인(58)은, 탑재대(70)에 있어서, 정전 척(50)의 두께 방향으로 관통하는 상부 가스 공급 라인(58a) 및 하부 가스 공급 라인(58b)을 포함하고 있다. 정전 척(50)에는, 두께 방향으로 관통한 구경(R1)의 제 1 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 제 1 관통 구멍이 상부 가스 공급 라인(58a)을 구성한다. 한편, 베이스(14)에는, 두께 방향으로 관통한 구경(R2)의 제 2 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 제 2 관통 구멍이 하부 가스 공급 라인(58b)을 구성한다. 정전 척(50) 및 베이스(14)는 제 1 관통 구멍 및 제 2 관통 구멍이 연통하도록 배치된다. 이것에 의해, 상부 가스 공급 라인(58a) 및 하부 가스 공급 라인(58b)은 관통 구멍을 구성하고 있다. 예를 들면, 제 1 관통 구멍의 축선(M1)(중심축)과, 제 2 관통 구멍의 축선(M2)(중심축)이 일치하도록, 즉 동축이 되도록 정전 척(50) 및 베이스(14)가 배치된다. 제 1 관통 구멍의 구경(R1)은 제 2 관통 구멍의 구경(R2)보다 약간 작게 형성되어 있다. 즉, 상부 가스 공급 라인(58a)의 직경의 하부 가스 공급 라인(58b)의 직경보다 약간 작게 형성되어 있다.
하부 가스 공급 라인(58b) 내에는, 베이스(14)의 측벽(14A) 방향으로 연재하는 절연 슬리브(80)가 설치되어 있다. 즉, 절연 슬리브(80)는 베이스(14)의 제 2 관통 구멍에 수용되어 있다. 절연 슬리브(80)는 정전 척을 구성하는 절연체와 동일한 절연체로 구성되어도 좋고, 예를 들면 세라믹 등의 절연체로 이뤄진다. 절연 슬리브(80)는 통형상을 나타내고, 여기에서는 대략 원통 형상의 부재가 이용된다. 절연 슬리브(80)의 내경(R4)은 제 1 관통 구멍의 구경(R1)과 동일하게 되어 있어도 좋다. 또한, 절연 슬리브(80)의 외경(R3)은 제 2 관통 구멍의 구경(R2)과 동일 또는 작게 되어 있어도 좋다. 절연 슬리브(80)의 축선 방향의 길이는 베이스(14)의 두께와 대략 동일해지도록 형성되어 있다. 절연 슬리브(80)의 일단은, 정전 척(50)의 하면에 있어서, 상부 가스 공급 라인(58a)의 주연부에, 제 2 접착제(72)에 의해 접착되어 설치되어 있다. 이 때, 절연 슬리브(80)의 일단은, 절연 슬리브(80)의 축선(M3)과 제 1 관통 구멍의 축선(M1)(중심축)이 일치하도록, 즉 절연 슬리브(80)와 제 1 관통 구멍이 동축이 되도록, 설치되어 있어도 좋다.
제 2 접착제(72)는, 플라즈마 또는 래디칼에 대해서 제 1 접착제(71)보다 높은 내성을 갖고 있다. 구체적으로는, 제 2 접착제(72)는 세라믹과 동일한 정도의 내플라즈마 소모성 및 내래디칼(예를 들면, 산소 래디칼) 소모성을 갖고, 세라믹과 동일한 정도의 내플라즈마 투과성 및 내래디칼 투과성을 갖고 있다. 제 2 접착제(72)로서는, 예를 들면 세라믹계 재료를 포함한 무기계 접착제를 이용할 수 있다. 무기계 접착제로서는, 예를 들면 무기산화물 또는 무기계불화물을 포함하는 것을 이용할 수 있다.
도면에 도시하는 바와 같이, 절연 슬리브(80)의 외경(R3)이 제 2 관통 구멍의 구경(R2)보다 작은 경우에는, 절연 슬리브(80) 및 제 2 관통 구멍의 내벽(베이스(14)의 측벽(14A))에 의해서 공간 영역(G)이 구획형성된다. 즉, 절연 슬리브(80)는 베이스(14)의 측벽(제 2 관통 구멍의 내벽)(14A)에 대해서 소정의 간격만 이간시켜 배치된 구성으로 된다. 공간 영역(G)의 크기는 절연 슬리브(80)를 구성하는 재료 및 베이스(14)를 구성하는 재료의 선팽창 계수 및 프로세스 온도에 따라서 정해지는 것이다. 예를 들면, 베이스(14)가 알루미늄에 의해 형성되고, 절연 슬리브(80)가 세라믹에 의해 형성되고, 프로세스 온도를 150℃로 하면, 베이스(14)와 절연 슬리브(80)와의 사이에 0.3 ㎜ 정도의 열팽창에 의한 변형량 차가 생긴다. 이 경우에는, 절연 슬리브(80)를 베이스(14)의 측벽(14A)에 대해서 0.3 ㎜ 이상 이간시켜 배치시키는 것으로 한다.
일 실시형태에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이, 즉 공간 영역(G)에 밀봉제(73)가 개재되어 있어도 좋다. 밀봉제(73)는 공간 영역(G)을 밀봉하는 것에 의해, 제 1 접착제(71)를 분위기로부터 차단한다. 즉, 밀봉제(73)는, 처리 공간(S)으로부터 유입해 절연 슬리브(80)를 돌아들어가서, 제 1 접착제(71)에 접촉하는 것에 의해 제 1 접착제(71)를 열화시키는 래디칼을 차단하도록 기능한다.
밀봉제(73)는, 공간 영역(G)에의 충전시(즉 경화 전)에는, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 흘려 넣을 수 있는 유동성을 가지고 있다. 밀봉제(73)는 그 후 경화하는 것에 의해, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 머물며, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이, 즉 공간 영역(G)을 밀봉한다. 밀봉제(73)는, 경화 후에 있어서도, 제 2 접착제(72)보다 높은 탄력성을 가지고 있고, 베이스(14) 및 절연 슬리브(80)의 열팽창에 추종 해 변형한다. 예를 들면, 밀봉제(73)는, 경화 전에 20000 cps 이하의 점도가 바람직하고, 경화 후에 1 ㎫ 이하의 영률을 갖는 것이 바람직하다. 밀봉제(73)로서는, 예를 들면 아크릴비닐계 재료, 아크릴산에스테르계 재료 또는 스틸렌부타디엔 고무계 재료를 갖는 유기계 접착제가 이용된다. 또한, 밀봉제(73)로서 열경화성 수지 또는 주형용 수지(즉, 주입 가능한 플라스틱 또는 엘라스토머 화합물), 또는 엘라스토머 등을 이용해도 좋다.
다음에, 본 실시형태의 탑재대(70)의 작용 효과를 설명한다. 본 실시형태의 탑재대(70)의 작용 효과를 설명하는 것에 있어서, 우선 종래의 탑재대(90)에 대해 설명한다. 도 3은 종래의 탑재대의 일반적인 구성을 도시하고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 종래의 탑재대(90)는 베이스(92), 정전 척(94), 및 절연 슬리브(96)를 구비하고 있고, 베이스(92), 정전 척(94), 및 절연 슬리브(96)가 유기 접착제(98)에 의해 접착되어 있다. 정전 척(94)의 내부에는 가열 소자인 히터(95)가 매립되어 있다. 베이스(92)의 내부에는, 냉매가 순환하는 냉매 유로(93)가 형성되어 있다. 또한, 탑재대(90)에 있어서, 정전 척(94)의 두께 방향으로 관통하는 상부 가스 공급 라인(99a) 및 베이스(92)의 두께 방향으로 관통하는 하부 가스 공급 라인(99b)이 형성되어 있다.
정전 척(94)에는, 두께 방향으로 관통한 구경(P1)의 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍이 상부 가스 공급 라인(99a)을 구성한다. 한편, 베이스(92)에는, 두께 방향으로 관통한 구경(P2)의 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍이 하부 가스 공급 라인(99b)을 구성한다. 정전 척(94) 및 베이스(92)는 각각의 관통 구멍이 연통하도록 배치된다. 예를 들면, 구경(P1)의 관통 구멍의 축선(M1)(중심축)과, 구경(P2)의 관통 구멍의 축선(M2)(중심축)이 일치하도록, 즉 동축이 되도록 정전 척(94) 및 베이스(92)가 배치된다. 상부 가스 공급 라인(99a)의 직경(P1)은 하부 가스 공급 라인(99b)의 직경(P2)보다 약간 작게 형성되어 있다. 하부 가스 공급 라인(99b) 내에는, 베이스(92)의 측벽 방향으로 연재하는 절연 슬리브(96)가 설치되어 있다. 절연 슬리브(96)의 내경(P4)은 구경(R1)보다 크고, 절연 슬리브(96)의 외경(P3)은 구경(R2)보다 작다. 절연 슬리브(96)의 일단은 절연 슬리브(96)의 축선(M3)과 구경(P1)의 관통 구멍의 축선(M1)(중심축)이 일치하도록 설치되어 있다. 이러한 탑재대(90)에서는, 유기 접착제(98)가, 상부 가스 공급 라인(99a) 및 절연 슬리브(96) 하단부 부근에 있어서, 관통 구멍 내측에 노출하고 있다.
그런데, 에칭 프로세스 처리(통상 1~5분 정도) 후에는, 처리 용기 내벽 및 정전 척(94) 주변부의 부생성물의 퇴적물을 제거하는 것을 목적으로 해서, 피처리 기체(W)를 제거한 상태로 플라즈마를 생성하는 웨이퍼리스 드라이 클리닝(통상 1~3분 정도)을 실시한다. 이 때, 탑재대(90)는 플라즈마에 직접 노출되어, 플라즈마나 래디칼이 관통 구멍 내부에 유입하게 된다. 그리고, 유기 접착제(98)가 관통 구멍 내측에 노출된 구조를 갖는 탑재대(90)에서는, 유입한 플라즈마나 래디칼에 의해 유기 접착제(98)가 손상을 받게 된다. 특히 고온 환경하에서의 프로세스에서는 유기 접착제(98)의 열화 및 소모가 촉진된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 플라즈마나 래디칼에 의해 유기 접착제(98)가 손상을 받아 소모하면, 베이스(14)와 정전 척(94)과의 사이에 공간(접착제 소모 영역(K))이 생기게 된다. 그 때문에, 히터(95)에 의해 생기는 열의 냉매 유로(93)에의 이동이 저해된다. 실제의 플라즈마 처리 시에는, 플라즈마 공간으로부터 입열되는 큰 열량이 냉매 유로(93)로 이동하게 되기 때문에, 접착제 소모 영역(K)으로의 열 이동 저해에 기인하는 국소적 온도 상승은 현저하게 된다.
도 5는 유기 접착제(98)로서 실리콘 접착제를 이용했을 경우에 있어서의, 유기 접착제(98)의 소모량과 정전 척(94)의 온도 변화(ΔT)와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 5에 도시하는 그래프에 있어서, 횡축은 유기 접착제(98)의 정전 척(94)의 직경 방향에 있어서의 소모량이며, 종축은 정전 척(94)의 온도 변화(ΔT)이다. 또한, 소모량은, 정전 척(94)의 직경 방향에 있어서, 절연 슬리브(96)의 내벽으로부터 유기 접착제(98)의 외부 가장자리까지의 길이(㎜)로 평가하고 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 유기 접착제(98)의 소모가 진행되면, 정전 척(94)의 온도가 상승한다. 구체적으로는, 유기 접착제(98)가 3.0 ㎜ 소모하면, 정전 척의 온도가 5℃ 상승한다. 이것은, 유기 접착제(98)의 소모에 의해 정전 척(94)으로부터 베이스(92)에의 열전도가 저해되어 베이스(92)의 방열량이 저하하기 때문이다.
도 6은, 히터(95)를 가열해 프로세스 스텝 시의 발열 조건으로 했을 때의 정전 척(94)의 온도 분포를 모식적으로 도시한 것이다. 유기 접착제(98)로서 실리콘 접착제를 이용했다. 도 6의 (a)는 미사용의 탑재대(90)를 이용했을 경우의 정전 척(94)의 온도 분포이며, 도 6의 (b)는 웨이퍼리스 드라이 클리닝의 실시 시간의 합계가 120 시간이 되는 플라즈마 처리를 실시한 탑재대(90)를 이용했을 경우의 정전 척(94)의 온도 분포이다.
도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 합계 120 시간의 사이, 플라즈마에 직접 노출된 탑재대(90)를 이용해 히터(95)를 가열했을 경우에는, 도 6의 (a)에 도시하는 미사용의 탑재대(90)를 이용해 히터(95)를 가열했을 경우와 비교해서, 상부 가스 공급 라인(99a)의 주연부에 있어서, 정전 척(94)의 온도가 상승하고 있다. 이것은, 유기 접착제(98)가, 처리 공간(S)으로부터 상부 가스 공급 라인(99a)을 거쳐서 유입하는 플라즈마 및 래디칼에 폭로되는 것에 의해, 상부 가스 공급 라인(99a) 주연부의 유기 접착제(98)가 소모하고, 접착제 소모 영역(K)이 형성되었던 것에 기인한 것이다. 이와 같이, 종래의 탑재대(90)를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는, 사용에 따라 관통 구멍 주위의 냉각성이 저하해 가는 경우가 있다.
이것에 대해, 본 실시형태에 관한 탑재대(70)에서는, 절연 슬리브(80)가, 베이스(14)와 정전 척(50)을 관철하는 관통 구멍의 내부에, 베이스(14)의 측벽(14A)에 대해서 이간해 배치된다. 이 절연 슬리브(80)는 정전 척(50)의 하면에 플라즈마 또는 래디칼에 대해서 제 1 접착제(71)보다 높은 내성을 갖는 제 2 접착제(72)에 의해 접착된다. 즉, 절연 슬리브(80)는 베이스(14)의 측벽(14A)보다 관통 구멍의 내측에 배치되기 때문에, 관통 구멍으로부터 유입한 플라즈마 또는 래디칼은 절연 슬리브(80)에 의해서 차단되어, 제 1 접착제(71)가 직접 플라즈마 또는 래디칼에 폭로되는 것이 방지된다. 또한, 절연 슬리브(80)에 이용되는 제 2 접착제(72)는 플라즈마 또는 래디칼에 대해서 높은 내성을 가지고 있기 때문에, 플라즈마 또는 래디칼에 의한 열화의 영향은 작다. 따라서, 본 실시형태에 관한 탑재대(70)에 의하면, 제 1 접착제(71) 및 제 2 접착제(72)의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 고온 환경하(예를 들면, 150℃ 이상)에서의 프로세스에 있어서도, 제 1 접착제(71) 및 제 2 접착제(72)의 열화를 적절히 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 탑재대(70)는 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 개재하는 밀봉제(73)를 구비하고 있다. 이 때문에, 절연 슬리브(80)를 돌아들어가서, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 진입하는 래디칼을 밀봉제(73)에 의해 차단할 수 있기 때문에, 래디칼에 의한 제 1 접착제(71)의 열화를 확실히 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 탑재대(70)에서는, 밀봉제(73)에 의해 제 1 접착제(71)가 플라즈마 또는 래디칼에 노출되지 않기 때문에, 제 1 접착제(71)로서 플라즈마 또는 래디칼에 대해서 내성이 요구되지 않는다. 즉, 본 실시형태에 관한 탑재대(70)에서는, 플라즈마 또는 래디칼에 대한 내성을 고려해서 접착제의 재료를 선택할 필요가 없기 때문에, 제 1 접착제(71)의 재료 선정의 자유도를 높일 수 있다. 즉, 플라즈마 또는 래디칼에 대한 내성의 유무를 불문하고, 다른 물성값(접착력, 탄성 비율, 열전도율, 또는 체적 저항율)이 뛰어난 재료를 제 1 접착제(71)로서 채용하는 것이 가능해진다. 또한, 제 1 접착제(71)에 열탄성이 뛰어난 재료를 채용했을 경우에는, 탑재대(70)의 열팽창에 대한 설계 허용값을 확대하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에 관한 탑재대(70)에서는, 밀봉제(73)는 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 흘려 넣어지고, 그 후 경화하는 것에 의해, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이를 밀봉한다. 이 때문에, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 형성되는 극간에 밀봉제(73)를 용이하게 충전할 수 있다. 그 후, 밀봉제(73)가 래디칼의 영향에 의해 소모했을 경우에 있어서도, 밀봉제(73)를 용이하게 재충전할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 탑재대(70)에서는, 밀봉제(73)는 경화 전에 20000 cps 이하의 점도를 갖고, 경화 후에 1 ㎫ 이하의 영률을 갖는 접착제이다. 이 때문에, 경화 전에는, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 형성되는 극간에 밀봉제(73)를 용이하게 충전할 수 있다. 또한, 경화 후에는, 베이스(14) 및 절연 슬리브(80)의 열팽창에 추종해서 변형하면서, 베이스(14)의 측벽(14A)과 절연 슬리브(80)와의 사이에 형성되는 극간에 밀봉제(73)를 확실히 머물 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제 1 접착제(71)의 열화를 방지할 수 있는 탑재대(70)를 구비하고 있으므로, 안정 동작하는 플라즈마 처리 장치를 실현할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)의 고수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 밀봉제(73), 절연 슬리브(80) 등이 전열 가스를 정전 척(50)의 상면과 피처리 기체(W)와의 사이에 공급하기 위한 관통 구멍인 가스 공급 라인(58)에 설치되어 있지만, 밀봉제(73), 절연 슬리브(80) 등이 가스 공급 라인(60)에 설치되어도 좋다. 또한, 밀봉제(73), 절연 슬리브(80) 등이 가스 공급 라인(58 및 60)과는 상이한 관통 구멍에 설치되어도 좋다. 예를 들면, 탑재대(70)로부터 피처리 기체(W)를 들어올리는 리프트 핀을 끼워삽입하기 위한 관통 구멍에 밀봉제(73), 절연 슬리브(80) 등이 설치되어 있어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 절연 슬리브(80)의 길이는 베이스(14)의 두께와 대략 동일하게 되도록 형성되어 있지만, 절연 슬리브(80)의 길이는 임의이다. 예를 들면, 처리 공간(S)측으로부터 유입하는 플라즈마의 유입 깊이보다 하방까지 연재하도록, 절연 슬리브(80)를 형성해도 좋다.
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 처리 용기
14 : 베이스
14A : 측벽
15 : 냉매 유로
50 : 정전 척
52 : 전극
53 : 히터
54a, 54b : 절연막
56 : 직류 전원
58 : 가스 공급 라인
58a : 상부 가스 공급 라인
58b : 하부 가스 공급 라인
60 : 가스 공급 라인
62 : 전열 가스 공급부
64 : 전열 가스 공급부
66 : 제어부
70 : 탑재대
71 : 제 1 접착제
72 : 제 2 접착제
73 : 밀봉제
80 : 절연 슬리브(슬리브)
S : 처리 공간
W : 피처리 기체(기판)

Claims (13)

  1. 플라즈마에 노출되는 표면 및 상기 표면과 대향하는 이면을 갖고, 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과,
    상기 정전 척의 이면에 제 1 접착제에 의해서 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍에 연통되어 상기 제 1 관통 구멍의 구경보다 큰 구경의 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와,
    통형상의 슬리브를 구비하고,
    상기 슬리브가, 제 2 접착제에 의해서, 상기 제 1 관통 구멍과 연통한 상태로 상기 정전 척의 이면에 접합된
    탑재대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브가 상기 제 1 관통 구멍의 구경과 동일한 내경을 갖고, 상기 제 1 관통 구멍과 동축으로 되도록 상기 정전 척의 이면에 접합된
    탑재대.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 접착제가 상기 정전 척과 상기 베이스와의 접촉 부분에만 설치되는
    탑재대.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브가 상기 제 2 관통 구멍보다 작은 외경을 갖는
    탑재대.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬리브 및 상기 제 2 관통 구멍에 의해서 구획형성된 공간 영역에 충전된 밀봉제를 더 구비하는
    탑재대.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밀봉제는 상기 공간 영역에 흘려 넣어지고, 그 후 경화하는 것에 의해, 상기 공간 영역에 충전되는
    탑재대.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀봉제는 경화 전에 20000 cps 이하의 점도를 갖고, 경화 후에 1 ㎫ 이하의 영률을 갖는 접착제인
    탑재대.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브가 상기 정전 척을 구성하는 절연체와 동일한 절연체에 의해서 형성된
    탑재대.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬리브가 세라믹에 의해 형성된
    탑재대.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 접착제가 유기계 접착제인
    탑재대.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 접착제가 무기계 접착제인
    탑재대.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 접착제가 플라즈마 또는 래디칼에 대해서 상기 제 1 접착제보다 높은 내성을 갖는 접착제인
    탑재대.
  13. 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획형성하는 처리 용기와,
    상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 공간에 설치된 제 1 전극과,
    상기 처리 용기 내에 수용되고, 기판을 탑재하는 탑재대를 구비하고,
    상기 탑재대는,
    플라즈마에 노출되는 표면 및 상기 표면과 대향하는 이면을 갖고, 제 1 관통 구멍이 형성된 정전 척과,
    상기 정전 척의 이면에 제 1 접착제에 의해서 접합되고, 상기 제 1 관통 구멍에 연통되어 상기 제 1 관통 구멍의 구경보다 큰 구경의 제 2 관통 구멍이 형성된 베이스와,
    통형상의 슬리브를 구비하고,
    상기 베이스가 제 2 전극을 구성하고,
    상기 슬리브가, 제 2 접착제에 의해서, 상기 제 1 관통 구멍과 연통한 상태로 상기 정전 척의 이면에 접합된
    플라즈마 처리 장치.
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