KR20200098474A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라스마를 이용해서 웨이퍼(1)가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하는 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실에 배치되며, 또한 웨이퍼(1)가 재치(載置)되는 시료대(2)와, 시료대(2)와 전기적으로 접속되며, 또한 시료대(2)에 흡착력을 발생시키는 직류 전원(106)을 갖는 플라스마 처리 장치이다. 시료대(2)는, 상기 흡착력에 의해서 웨이퍼(1)를 흡착하는 돌출부(201a)와, 돌출부(201a)의 하부에 있어서 돌출부(201a)로부터 돌출한 단차부(201b)를 구비하고, 돌출부(201a)의 외측에는, 웨이퍼(1)의 하면과 접촉 가능한 링(5)이 설치되어 있고, 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 돌출부(201a)의 상면에 흡착된 상태에서, 웨이퍼(1)와 돌출부(201a)와 링(5)에 의해서 형성된 공간부(7)가 밀폐되어 있다.

Description

플라스마 처리 장치
본 발명은, 드라이 에칭 장치 등의 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
플라스마 처리 장치, 특히 드라이 에칭 장치 등에서는, 노드폭의 축소에 수반하여, 시료(이후, 반도체 웨이퍼 또는 단순히 웨이퍼라 한다) 상에 형성되는 반도체의 소자 형상에 관한 요구는 매년 엄격해지고 있다. 특히 에칭 장치 중의 미소 이물에 대해서는, 반도체에 악영향을 끼치는 이물이 보다 미세화되고 있고, 에칭 장치에 있어서 저(低)이물화가 요구되고 있다. 이 중에서 반도체 웨이퍼를 재치(載置)하고, 정전 흡착하는 시료대에 있어서는, 플라스마로부터의 이온을 인입하고, 이방성의 에칭을 실현하기 위하여 수 kHz∼MHz의 고주파를 인가하는 것이 일반적이다.
한편, 반도체 웨이퍼의 최외주부와 시료대가 접촉하면 최외주부에 부착된 먼지 등이 시료대와 접촉해서 전술한 이물로 되어 버리기 때문에, 시료대는 웨이퍼보다도 작게 설계되고, 플라스마에 대해서 웨이퍼로 숨겨지는 구조인 것이 일반적이다. 또한, 시료대의 외측에서 웨이퍼와 겹치는 부분에는 세라믹스 또는 반도체 등으로 이루어지는 링 형상의 서셉터를 설치해서 시료대의 외주를 보호하고 있다.
상기와 같은 일반적인 구조의 플라스마 처리 장치에서는, 웨이퍼의 외주부와 서셉터 사이에는 극간이 형성되어 있기 때문에, 이 극간으로부터 플라스마 중의 이온, 혹은 라디칼이 돌아 들어가서, 시료대의 측면부가 서서히 소모되어 버린다. 이 소모에 의해 예를 들면 챔버의 내부에 방출되어 이물이 발생하거나, 소모가 시료대 중의 전극 등에 달하면 절연 파괴 등이 일어나고, 이것이 시료대의 측면부의 수명을 결정해 버린다. 시료대의 교환은 비용과 메인터넌스의 시간이 들기 때문에, 시료대의 교환 횟수를 줄이는 것, 즉 시료대의 수명을 늘리는 것은 드라이 에칭 처리 장치에 요구되는 조건의 하나이다.
또, 시료대의 측면부의 데미지에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 시료대의 측면부의 소모를 억제하기 위해서 시료대의 측면부의 외측에 세라믹스제의 링을 구비한 구조가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 도전성의 서셉터를 정전 흡착하고, 또한 냉각 가스를 도입해서 도전성의 서셉터를 온조(溫調)하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특개2013-30693호 공보 일본 특개2015-62237호 공보
전술한 특허문헌 1이나 특허문헌 2에서는, 웨이퍼의 외주부와 링 형상의 서셉터 사이에 극간이 형성되기 때문에, 이 극간으로부터 플라스마 중의 이온, 혹은 라디칼이 돌아 들어가서, 시료대의 측면부가 데미지를 받고, 서서히 소모되어서 이물이 발생하고, 시료에 형성되는 반도체 소자의 제조상의 수율이 저하한다는 과제가 발생한다.
또한, 시료대의 측면부를 보호하는 링을 설치한 구조의 경우에, 시료대의 크기가 작아지고, 플라스마 처리 시의 웨이퍼 면내의 온도 분포가 악화한다는 과제가 발생한다.
본 발명의 목적은, 시료대의 측면부로부터의 이물의 발생을 억제하고, 시료에 형성되는 반도체 소자의 제조상의 수율을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 시료대의 측면부의 소모를 억제해서 시료대의 장수명화를 도모할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 이하와 같다.
본 발명의 플라스마 처리 장치는, 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하는 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실에 배치되며, 또한 상기 시료가 재치되는 시료대와, 상기 시료대와 전기적으로 접속되며, 또한 상기 시료대에 흡착력을 발생시키는 제1 직류 전원을 갖는 것이다. 또한, 상기 시료대는, 상기 흡착력에 의해서 상기 시료를 흡착하는 볼록부를 구비하고, 상기 볼록부의 외측에는 상기 시료의 하면과 접촉 가능한 링 형상 부재가 설치되고, 상기 시료가 상기 시료대의 상기 볼록부의 상면에 흡착된 상태에서, 상기 시료와 상기 볼록부와 상기 링 형상 부재에 의해서 형성되는 공간부가 밀폐되어 있다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것에 의해서 얻어지는 효과를 간단히 설명하면, 이하와 같다.
본 발명에 따르면, 시료대의 측면부로부터의 이물의 발생을 억제하고, 시료에 형성되는 반도체 소자의 제조상의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 시료대의 측면부로부터의 이물의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 시료대의 측면부의 소모를 억제할 수 있고, 시료대의 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 플라스마 처리 시의 웨이퍼 면내의 온도 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1의 플라스마 처리 장치의 구성을 나타내는 모식도.
도 2는 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치의 시료대의 측면부 부근의 구조를 나타내는 확대 부분 단면도.
도 3은 본 발명자가 비교 검토를 행한 비교예의 플라스마 처리 장치의 시료대의 측면부 부근의 구조를 나타내는 확대 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 실시형태 2의 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료대의 측면부 부근의 구조를 나타내는 확대 부분 단면도.
도 5는 본 발명의 실시형태 3의 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료대의 측면부 부근의 구조를 나타내는 확대 부분 단면도.
도 6은 본 발명의 실시형태 4의 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료대의 측면부 부근의 구조를 나타내는 확대 부분 단면도.
(실시형태 1)
본 발명의 실시형태 1을 도면을 이용해서 설명한다.
도 1 및 도 2를 이용해서 본 실시형태 1의 플라스마 처리 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태 1에서는, 플라스마 처리가 행해지는 시료로서, 웨이퍼(1)를 이용하는 경우를 설명한다. 또한, 플라스마 처리 장치로서, 시료대(2)의 외주부(외측)에 링 부재를 설치하고, 웨이퍼(1)를 흡착 유지했을 때에 웨이퍼(1)와 시료대(2) 사이에 형성되는 공간부(7)에 도입되는 냉각 가스를 이 링 형상 부재와 웨이퍼(1)의 밀착에 의해서 밀폐한다. 또한, 링 형상 부재와 시료대(2) 사이의 공간부(7)의 밀폐에, 접착제(6)를 이용하는 예를 설명한다.
본 실시형태 1의 플라스마 처리 장치는, 시료에 플라스마 처리가 행해지는 처리실(101)과, 웨이퍼(1)가 재치되며, 또한 전극을 겸한 시료대(2)와, 플라스마 생성용의 고주파 전력이 공급되는 안테나(102)와, 정합기(103)와, 플라스마 생성용의 고주파 전원(104)과, 정전 흡착용의 직류 전원(제1 직류 전원)(106)과, 고주파 바이어스 전원(107)을 갖는다. 시료대(2)는, 처리실(101) 내에 배치되어 있고, 플라스마 처리 시에는, 처리실(101)은 진공 배기된다. 또한, 플라스마 처리 장치는, 도시하지 않는 처리 가스 공급계를 구비하고 있고, 이 처리 가스 공급계는, 처리실(101)을 갖는 진공 용기인 챔버(101a)에 접속되어 있다.
챔버(101a) 내의 처리실(101)에 있어서는, 유도 결합에 의해 플라스마(10)를 생성하기 위하여, 안테나(102)에는 플라스마 생성용의 고주파 전원(104)으로부터 정합기(103)를 통해서 고주파 전력이 공급되고, 처리실(101)의 내부에 상기 처리 가스 공급계로부터 공급된 처리 가스와 윈도우(105)를 통해서 유도 결합하고, 상기 처리 가스를 플라스마화한다.
본 실시형태 1에서는 유도 결합형의 플라스마 처리 장치를 나타내지만, 플라스마(10)의 생성 방식에 대해서는, 그 밖의 방식, 예를 들면 용량 결합형, ECR 플라스마형으로 발생한 플라스마(10)에 대해서 사용해도 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 전극을 겸한 시료대(2)는, 티타늄, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 기재부(201)와, 기재부(201)의 표면에 형성된 알루미나 등의 세라믹스의 용사막(202)을 갖는다. 또한, 시료대(2)는, 웨이퍼(1)를 흡착하는 볼록부(201a)와, 볼록부(201a)의 하부에 있어서 볼록부(201a)로부터 돌출한 단차부(201b)를 포함하고 있다. 따라서, 용사막(202)은, 웨이퍼(1)를 흡착하는 볼록부(201a)의 최상층(상면)이나, 볼록부(201a)의 측면부(201c), 및 단차부(201b)의 상면이나 측면부(201c)의 각각의 표면에 형성된 유전체막이다.
또한, 용사막(202)의 내부에는, 웨이퍼(1)와의 전위차에 의해서 정전 흡착력(흡착력)을 얻기 위해서 매설(埋設)된 정전 흡착용 전극(204)과, 시료대(2)를 원하는 온도로 제어하기 위한 히터 전극(205)이 형성되어 있다. 그리고, 히터 전극(205)에는, 히터 전극(205)에 전력을 공급하기 위한 히터 전원(109)이 접속되어 있다. 또한, 시료대(2)의 기재부(201)의 내부에는, 온도 조절된 냉매가 통과하는 냉매 유로(206)가 설치되어 있다.
또한, 시료대(2)의 정전 흡착용 전극(204)에는 정전 흡착용의 직류 전원(제1 직류 전원)(106)이 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 직류 전원(106)으로부터 정전 흡착용 전극(204)에 정전 흡착용의 전압을 인가함으로써 시료대(2)와의 사이에 전위차가 발생하고, 시료대(2)의 볼록부(201a)에 정전 흡착력을 발생시킨다. 이것에 의해, 웨이퍼(1)를 시료대(2)의 볼록부(201a)에 흡착시킬 수 있다. 구체적으로는, 용사막(202)을 통해서 웨이퍼(1)와 정전 흡착용 전극(204) 사이에 작용하는 쿨롬력, 혹은 표면 전류에 의해 발생하는 존슨·라벡력(이후, JR력이라고도 한다)에 의해, 웨이퍼(1)가 용사막(202)의 표면에 흡착 유지된다. 이때, 직류 전원(106)을 적절하게 설정함으로써, 바람직한 정전 흡착력이 얻어지는 전압으로 정전 흡착용 전극(204)의 전위를 제어할 수 있다.
또한, 정전 흡착용 전극(204) 혹은 기재부(201)에는, 400KHz∼13.56MHz의 주파수의 고주파 바이어스 전원(107)이 고주파의 정합기(108)를 통해서 접속되어 있고, 고주파 바이어스 전원(107)으로부터의 출력을 용사막(202)을 통해서 웨이퍼(1)에 인가할 수 있다. 그리고, 이 고주파 바이어스 전원(107)에 의해, 도 1에 나타내는 플라스마(10) 중에서 이온을 인입하고, 웨이퍼(1)를 원하는 형상으로 처리(가공)할 수 있다. 기재부(201)는, 히터 전극(205)과, 냉매 유로(206)에 의해 원하는 온도로 제어되어 있고, 플라스마 처리에 바람직한 온도로 유지된다.
또한, 웨이퍼(1)와 접하는 용사막(202)의 표면에는 가스 홈(203)이 설치되고, 도시하지 않은 냉각 가스 도입 기구로부터 He(헬륨) 등의 냉각 가스가 가스 홈(203)을 통해서 웨이퍼(1)와 용사막(202) 사이의 공간부(7)에 도입된다. 이 냉각 가스는, 웨이퍼(1)와 용사막(202) 사이의 열전도를 촉진시키는 매체이고, 이것에 의해, 웨이퍼(1)의 온도 제어를 용이하게 행할 수 있다.
또, 시료대(2)는 금속에 용사함으로써 형성된 것일 필요는 없으며, 예를 들면 알루미나, 질화알루미늄 등의 세라믹스에 정전 흡착용 전극 등을 매설하고, 소결함으로써 형성된 것이어도 된다.
여기에서, 도 3을 이용해서 본 발명자가 비교 검토를 행한 비교예의 플라스마 처리 장치에 대하여 설명한다.
도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치에서는, 시료대(전극)(2)를 보호하기 위하여, 시료대(2)의 주변에는 유전체로 이루어지는 링 형상의 서셉터(4)가 배치되어 있다. 서셉터(4)의 내주부(4a)의 내주벽의 직경은, 웨이퍼(1)의 직경보다도 작게 설계되어 있다. 따라서, 시료대(2)에 웨이퍼(1)를 정전 흡착한 상태에서는, 시료대(2)의 상면을 웨이퍼(1)가 덮는 구조로 되고, 웨이퍼(1)의 주연부(周緣部)가 시료대(2)의 상면으로부터 돌출한 상태로 된다. 이것에 의해, 플라스마 처리 중에 시료대(2)의 표면이 도 1에 나타내는 플라스마(10)에 직접 노출되지 않도록 되어 있다.
그러나, 도 3에 나타내는 바와 같은 구조에서는, 시료대(2)와 웨이퍼(1)와 서셉터(4)에 의해서 둘러싸인 부분에 극간부(3)가 형성된다. 이 극간부(3)는 플라스마(10)가 형성되는 공간과 이어져 있고, 플라스마(10)에 대해서 노출되어 있다. 또한, 시료대(2)에는 이온을 인입할 목적으로 고주파가 인가되기 때문에, 플라스마 중의 양으로 대전한 이온은 시료대(전극)(2)에 끌어당겨지고, 시료대(2)의 측면부(201c)에 충돌한다. 이것에 의해, 측면부(201c)의 용사막(202)이 스퍼터되어 챔버 내에 이물이 발생하거나, 금속 오염을 일으키는 경우가 있다. 혹은 측면부(201c)에 부착되어 있던 부착물이 마찬가지로 스퍼터되어 이물을 발생시키거나, 금속 오염을 일으키는 경우가 있다. 이와 같은 이물이나 금속 오염은 원자층 레벨까지 미세화가 진행된 반도체 소자에 대해서는 그 원하는 동작을 방해하는 요인으로 되고, 반도체 제조 메이커에 있어서는 수율의 저하를 일으킨다. 또한, 측면부(201c)의 스퍼터가 경시적으로 진행되는 경우에는 일정 간격으로의 시료대 교환이 필요하게 되고, 플라스마 처리 장치의 가동률의 저하의 요인으로 된다.
또한, 시료대(2)의 표면(상면이나 측면부(201c))의 재료로서는, 쿨롬력을 이용하는 타입의 전극에서는 표층의 소결판을 접착재로 기재부(201)에 붙이고, 측면부(201c)는 용사를 이용하는 경우가 많다. 전술한 JR력을 이용하는 타입의 전극에서도 마찬가지로 표층의 소결판을 접착재로 기재부(201)에 붙이고, 측면부(201c)는 용사를 이용하는 경우나, 소결판 대신에 저항률을 제어한 용사막(202)을 기재부(201)에 그대로 생성하는 경우도 있다.
어느 쪽의 경우에도 측면부(201c)는 용사막(202)이 노출된 구조이고, 소결판을 붙이는 구조에서는 소결판 밑의 접착재가 폭로된다. 측면부(201c)까지 용사보다도 구조가 강고하고 스퍼터에 강한 소결판을 이용하는 것도 가능하지만, 두꺼워짐으로써 열용량이 상승하고 표면의 온도 응답이 나빠져 버린다는 과제나 소결판의 제조 비용의 증가라는 과제도 발생한다.
그래서, 도 1 및 도 2에 나타내는 본 실시형태 1의 플라스마 처리 장치는, 주로, 시료대(2)의 측면부(201c)에의 이온 입사에 의한 스퍼터에서 일어나는 측면부(201c)의 데미지에 대해서 대책을 도모하는 것이다.
도 2에 나타내는 본 실시형태 1의 플라스마 처리 장치에서는, 전극을 겸한 시료대(2)의 볼록부(201a)의 외주의 외측에는, 세라믹스 등으로 이루어지며, 또한 웨이퍼(1)의 하면과 접촉 가능한 절연성의 링(링 형상 부재)(5)이 설치되어 있다. 즉, 볼록부(201a)의 외측에 볼록부(201a)를 둘러싸도록 절연성의 링(5)이 배치되어 있다. 또, 링(5)은, 시료대(2)의 볼록부(201a)의 외주부를 따라 배치되는 연직부(5e)와, 연직부(5e)로부터 돌출한 플랜지부(5f)를 갖고 있다. 즉, 링(5)은, 링 형상의 연직부(5e)와 링 형상의 플랜지부(5f)가 일체로 형성된 형상으로 되어 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 종단면의 형상이 L자 형상으로 되어 있다.
그리고, 링(5)의 연직부(5e)가 시료대(2)의 볼록부(201a)의 외주부를 따라 배치됨과 함께, 링(5)의 플랜지부(5f)는 시료대(2)의 단차부(201b) 상에 배치된다. 또, 링(5)은, 그 연직부(5e)에 웨이퍼(1)와 접촉 가능한 시료 지지부(5b)를 갖고 있다. 그리고, 시료 지지부(5b)에는 최상면(5a)(가장 높은 위치에 배치된 상면)이 형성되어 있다. 이 최상면(5a)은, 볼록부(201a)의 정전 흡착력을 발생시키는 표면(상면)에 대해서 동일 높이, 혹은 볼록부(201a)의 표면보다 100㎛ 정도 높은 위치의 평면으로 되어 있다.
따라서, 정전 흡착력에 의해서 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 볼록부(201a)에 흡착된 상태에서, 웨이퍼(1)의 하면과 링(5)의 최상면(5a)이 접촉한다. 즉, 시료대(2)의 단차부(201b) 상에 링(5)이 볼록부(201a)를 둘러싸도록 배치되어 있고, 웨이퍼(1)가 시료대(2)에 정전 흡착되었을 때에는, 링(5)의 시료 지지부(5b)의 최상면(5a)이 웨이퍼(1)의 하면과 접촉해서 웨이퍼(1)를 지지한다.
또, 링(5)의 외측에는 유전체로 이루어지는 링 형상의 서셉터(4)가 설치되어 있다. 따라서, 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 볼록부(201a)의 상면에 흡착된 상태에 있어서는, 웨이퍼(1)의 하면의 주연부와 링(5)의 시료 지지부(5b)가 접촉함과 함께, 평면에서 보았을 때 서셉터(4)의 내주부(4a)는 웨이퍼(1)의 상기 주연부와 겹쳐 있다.
그리고, 본 실시형태 1의 플라스마 처리 장치에서는, 웨이퍼(1)가 시료대(2)에 정전 흡착에 의해서 유지되었을 때에, 웨이퍼(1)의 하면이 링(5)의 최상면(5a)에 정전 흡착력으로 압부됨으로써, 시료대(2)와 웨이퍼(1)와 링(5)에 의해서 형성되는 공간부(7)가 밀폐 상태로 된다. 즉, 이 공간부(7)에 도입되는 열전달을 촉진하기 위한 냉각 가스를 밀폐(시일)하는 구조로 되어 있다.
공간부(7)가 밀폐되어 있기 때문에, 공간부(7)는 냉각 가스로 채워지고, 진공 중에 놓이는 것보다도 양호한 열전달의 상태를 확보할 수 있다. 또한, 플라스마(10)로부터 들어오는 웨이퍼(1)와 링(5)에의 입열(入熱)을 시료대(2)측에 배열(排熱)할 수 있기 때문에, 웨이퍼(1)와 링(5)이 과도하게 온도 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 시료대(2)의 단차부(201b) 상의 링(5)의 플랜지부(5f)의 상부에는, 서셉터(4)의 내주부(4a)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 플라스마(10)에 의해서 링(5)이 데미지를 받는 것이나, 웨이퍼(1)에 대해서 열용량이 큰 링(5)이 플라스마(10)로부터의 입열을 직접 받아 온도 변동이 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 링(5)과 시료대(2) 사이에 있어서도 냉각 가스를 밀폐할 필요가 있기 때문에, 본 실시형태 1에서는 링(5)의 플랜지부(5f)의 하면과 시료대(2)의 단차부(201b)의 접촉부(201d)에 접착제(6)를 도포하여, 시료대(2)와 링(5) 사이로부터 냉각 가스가 누출되는 것을 방지하고 있다. 즉, 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 볼록부(201a)의 상면에 흡착된 상태에서, 밀폐된 공간부(7)에 냉각 가스를 충전시킬 수 있다. 또, 접착제(6)의 재질로서는, 예를 들면 실리콘계의 접착제(6)를 이용해도 되고, 또는 실리콘계의 접착제(6)를 내플라스마성이 높은 다른 접착제(6)로 코팅한 것이어도 된다.
시료대(2)의 단차부(201b)에 링(5)이 배치됨에 의해, 플라스마 처리 중의 시료대(2)의 노출이 없어지고, 스퍼터를 받는 부분이 시료대(2)가 아닌 세라믹스의 링(5)으로 된다. 이것에 의해, 본 실시형태 1의 플라스마 처리 장치는, 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치에 비해서, 시료대(2)의 측면부(201c)의 용사부가, 서셉터(4)의 표면의 세라믹스를 접착제로 고정한 부분보다도 스퍼터에 대한 내성이 향상하고, 이물이나 오염의 문제가 발생하지 않도록 할 수 있다.
또, 링(5)에 이용되는 세라믹스의 재료는, 예를 들면 산화알루미늄(알루미나)이거나, 산화이트륨(이트리아), 혹은 석영 등이어도 되고, 그 외 내플라스마성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 플라스마 처리에 사용하는 가스에 따라서 적절하게 선택할 수도 있다. 또한, 링(5)의 제조 방법에 대해서는, 시료대(2)의 표면과 같이 미소성(未燒性)의 시트를 적층해서 소성하는 방법이 아니라, 일체로 소성 후에 가공하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(1)와의 시일면(링(5)의 시료 지지부(5b)의 최상면(5a))에 대해서는, 그 표면 거칠기는 Ra0.4 이하, 바람직하게는 Ra0.1 이하의 거칠기로 마감함에 의해, 공간부(7)의 밀폐도를 더 높일 수 있다. 또, 시료대(2)의 볼록부(201a)의 상면의 표면 거칠기는, Ra0.6∼1.0이다.
본 실시형태 1의 플라스마 처리 장치에 의하면, 시료대(2)의 볼록부(201a)의 외측에 링(5)이 배치됨으로써, 시료대(2)의 측면부(201c)가 링(5)에 의해서 덮인다. 또한, 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 볼록부(201a)의 상면에 흡착된 상태에 있어서, 웨이퍼(1)와 볼록부(201a)와 링(5)에 의해서 형성되는 공간부(7)가 밀폐된다. 이것에 의해, 공간부(7) 내에의 플라스마(10)의 진입을 저지할 수 있다. 따라서, 플라스마(10)의 진입에 의해서 시료대(2)의 측면부(201c)가 받는 데미지를 억제할 수 있다.
이것에 의해, 시료대(2)의 측면부(201c)로부터의 이물의 발생을 억제할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼(1)에 형성되는 반도체 소자의 제조상의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 시료대(2)의 측면부(201c)로부터의 이물의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 시료대(2)의 측면부(201c)의 소모를 억제할 수 있고, 시료대(2)의 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 시료대(2)가 종래의 플라스마 처리 장치의 시료대(2)보다도 작아짐에 의해 우려되는 웨이퍼 외주부의 온도의 상승에 대해서도, 링(5)의 최상면(5a)이 웨이퍼(1)와의 접촉부(201d)로 됨으로써 해소할 수 있다.
이것에 의해, 플라스마 처리 시의 웨이퍼 면내의 온도 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
(실시형태 2)
본 발명의 실시형태 2를 도 4를 이용해서 설명한다.
도 4에 나타내는 실시형태 2의 플라스마 처리 장치의 기본적인 구조는, 실시형태 1의 플라스마 처리 장치와 마찬가지이지만, 시료대(전극)(2)와 링(5)의 고정의 방법이 다르게 되어 있다. 실시형태 1의 구성에서는 링(5)과 시료대(2)는, 접착제(6)에 의해서 고정되는 경우를 설명했다. 이 경우, 실제로 링(5)이 소모되어서 교환이 필요하게 되었을 때에는, 시료대(2)를 제거하고, 또한 링(5)을 제거하고 다시 접착제(6)에 의해서 접착하는 것이 필요하게 된다.
이것에 대해서 본 실시형태 2의 플라스마 처리 장치에서는, 링(5)만을 제거할 수 있는 구조로 하기 위하여 링(5)에 내장된 정전 흡착용 전극(207)을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 그리고, 정전 흡착용 전극(207)은 직류 전원(제2 직류 전원)(110)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 본 실시형태 2의 플라스마 처리 장치는, 링(5)에 내장된 정전 흡착용 전극(207)과, 정전 흡착용 전극(207)에 전기적으로 접속하는 제2 직류 전원인 직류 전원(110)을 구비하고 있다.
이것에 의해, 플라스마 처리 시에는 정전 흡착용 전극(207)에 직류 전원(110)으로부터 소정의 전압이 인가되면, 기재부(201)의 단차부(201b)와 정전 흡착용 전극(207) 사이에 발생하는 전위차에 의해서 쿨롬력, 혹은 JR력이 발생하고, 링(5)은 시료대(2)에 흡착된다. 즉, 직류 전원(110)으로부터 정전 흡착용 전극(207)에 인가하는 직류 전압에 의해서 발생하는 정전 흡착력으로 링(5)과 시료대(2)가 밀착한다. 그리고, 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 볼록부(201a)의 상면에 흡착 유지된 상태에서, 밀폐된 공간부(7)에 냉각 가스가 충전되어 있다.
또, 링(5)과 시료대(2)의 접촉부(201d)의 표면 거칠기는, 링(5)과 웨이퍼(1)의 접촉부(5c)의 표면 거칠기보다도 작게 설정되는 것이 바람직하고, 접촉하고 있는 부분의 시일폭도 전술의 링(5)과 웨이퍼(1)의 시일폭보다도 긴 것이 바람직하다. 이것은 통상의 플라스마 처리에 있어서는 웨이퍼(1)와 시료대(2) 사이로부터 누출되는 냉각 가스의 누출량을 감시하고 있고, 이상의 발생을 검지하고 있다. 따라서, 본 실시형태 2의 구조에서는 링(5)과 웨이퍼(1) 사이로부터의 냉각 가스의 누출량을 감시함으로써, 링(5)과 전극(2) 사이로부터의 누출량은 작게 할 수 있고, 상기 냉각 가스의 누출량의 감시에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
본 실시형태 2와 같이, 링(5)에 정전 흡착용 전극(207)이 내장되고, 정전 흡착용 전극(207)에 인가하는 직류 전압에 의해서 발생하는 정전 흡착력으로 링(5)과 시료대(2)가 밀착하는 구조로 함에 의해, 링(5)의 소모 시에는 링(5)만의 교환으로 완료될 수 있게 된다. 이것에 의해, 플라스마 처리 장치의 메인터넌스 비용을 저감할 수 있다.
(실시형태 3)
본 발명의 실시형태 3을 도 5를 이용해서 설명한다.
도 5에 나타내는 실시형태 3의 플라스마 처리 장치의 기본적인 구조는, 실시형태 1의 플라스마 처리 장치와 마찬가지이지만, 실시형태 2와 마찬가지로 시료대(전극)(2)와 링(5)의 고정의 방법이 다르다.
전술의 실시형태 2의 시료대(2)와 링(5)의 고정의 방법에서는, 시료대(2)를 새롭게 설치할 필요가 있기 때문에 링(5)의 비용 상승과, 직류 전원(110)의 설치에 의한 장치 전체의 비용 상승이 우려되게 된다.
그래서 본 실시형태 3에서는, 세라믹스로 이루어지는 링(5)에 금속 등의 고정용의 나사 구멍(5d)을 갖는 부재를 메워 넣거나, 혹은 세라믹스 자신에 나사 구멍(5d)을 설치하고, 링(5)과 시료대(2)를 볼트(나사)(208)의 체결력에 의해 고정하고, 또한 이 볼트(208)의 외측에 설치한 O링(209)에 의해 냉각 가스를 시일하는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 시료대(2)와 링(5)은, 시료대(2)의 단차부(201b)와 링(5)의 플랜지부(5f)의 접촉부(201d)에 O링(209)을 개재시킨 상태에서, 시료대(2)의 아래쪽측으로부터 장착된 볼트(208)에 의해서 체결되어 있다. 그리고, 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 볼록부(201a)의 상면에 흡착된 상태에서, O링(209)에 의해서 밀폐된 공간부(7)에 냉각 가스가 충전되어 있다. 또한, 도 5에 나타내는 플라스마 처리 장치에서는, 볼트(208)가 장착되는 시료대(2)의 나사 구멍(211)에 연통(連通)하는 가스 도입부(111)를 구비하고 있고, 냉각 가스는, 가스 도입부(111)로부터 나사 구멍(211)을 통해서 공간부(7)에 도입된다. 또, 링(5)과 시료대(2) 사이의 극간을 통해서 공간부(7)에 연통하는 가스 도입부(111)를 구비하고 있어도 되고, 그때에는, 냉각 가스는, 가스 도입부(111)로부터 링(5)과 시료대(2) 사이의 극간을 통해서 공간부(7)에 도입된다.
예를 들면, 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치에서는, 냉각 가스는 시료대(2)의 표면으로부터 도입되어 있었지만, 본 실시형태 3의 플라스마 처리 장치에서는, 볼트(208)의 나사 구멍(211)을 통해서 가스 도입부(111)로부터 링(5)과 시료대(2) 사이의 영역으로부터 도입한다. 이때, 웨이퍼(1)와 시료대(2) 사이의 냉각 가스의 시일은 최외주의 링(5)과 웨이퍼(1)의 접촉부(5c)에 의해 이루어지고 있기 때문에, 도 2에 나타내는 플라스마 처리 장치와 마찬가지로, 본 실시형태 3의 도 5에 나타내는 플라스마 처리 장치에 있어서도, 웨이퍼(1)와 시료대(2) 사이의 냉각 가스의 도입을 행할 수 있고, 또한 시료대(2)의 표면의 구조가 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치에서는, 웨이퍼(1)는 고주파 바이어스 전압에 의해 셀프 바이어스 전위로 되지만, 시료대(2)에는 셀프 바이어스가 발생하지 않기 때문에 이 셀프 바이어스 전위분의 전위차가 냉각 가스의 압력의 공간에 발생한다. 이 전위차와 압력에 의해 바람직하지 않은 이상 방전이 발생하는 경우가 있고, 수율의 악화를 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치에서는, 웨이퍼(1)와 시료대(2)의 금속 부분 사이의 연면(沿面) 거리를 길게 확보할 필요가 있고, 절연성의 세라믹스나 수지 등으로 복잡한 형상의 도입 구멍을 형성하고 있었다.
그러나, 본 실시형태 3의 플라스마 처리 장치와 같이, 링(5)과 시료대(2) 사이로부터 냉각 가스를 도입하면, 도입되는 부분은 웨이퍼(1)로부터 떨어진 장소로 되기 때문에, 상기한 웨이퍼(1)와 시료대(2) 사이의 연면 거리를 길게 확보할 수 있다. 이것에 의해서, 본 실시형태 3의 플라스마 처리 장치는, 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치에 비해서, 보다 간소한 구조로 냉각 가스의 도입을 행하는 것이 가능하게 된다.
(실시형태 4)
본 발명의 실시형태 4를 도 6을 이용해서 설명한다.
도 6에 나타내는 실시형태 4의 플라스마 처리 장치의 기본적인 구조는, 실시형태 1의 플라스마 처리 장치와 마찬가지이지만, 도 6에 나타내는 플라스마 처리 장치에서는, 링(5)의 플랜지부(5f)가 재치되는 시료대(2)의 단차부(201b)에, 온도 제어를 위한 외주용의 히터 전극(210)을 구비하고, 또한 이 히터 전극(210)과 전기적으로 접속되는 히터 전원(112)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 시료대(2)의 단차부(201b)의 표면에 형성된 용사막(유전체막)(202)의 내부에 히터 전극(히터)(210)이 설치되어 있고, 또한 이 히터 전극(210)과 전기적으로 접속된 히터 전원(112)을 구비하고 있다.
또, 본 발명의 상기 실시형태 1∼3의 웨이퍼(1)의 외주부와 링(5)의 접촉부(5c), 및 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치의 웨이퍼(1)와 시료대(2)의 접촉부는, 냉각 가스의 압력이 볼록부(201a)의 중심으로부터 외주 방향을 향해서 서서히 저하해 가는 구조로 되어 있고, 또한 웨이퍼(1)가 링(5) 또는 시료대(2)보다도 크기 때문에 웨이퍼(1)의 외주부는 온도가 오르기 쉬운 경향이 있다.
그때, 본 발명의 실시형태 1∼3의 플라스마 처리 장치의 구조에서는, 그 접촉부(201d)에는 히터 전극이 배치되지 않기 때문에, 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치보다도 가열되기 쉬워지는 반면, 너무 냉각되어서 웨이퍼(1)의 외주부의 온도가 특이적으로 될 가능성이 있다. 이때, 본 실시형태 4의 도 6에 나타내는 플라스마 처리 장치와 같이, 링(5)의 플랜지부(5f)의 하부에 히터 전극(210)을 설치하고, 히터 전극(210)의 가열량을 조정함에 의해, 웨이퍼(1)의 외주부의 온도도 바람직하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 발명의 실시형태에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 발명의 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경 가능한 것은 물론이다.
또, 본 발명은 상기한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 어느 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것이 가능하다. 또, 도면에 기재한 각 부재나 상대적인 사이즈는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 간소화·이상화하고 있고, 실장 상은 보다 복잡한 형상으로 된다.
상기 실시형태의 플라스마 처리 장치는, 링 형상 부재와 서셉터(4)가 일체화된 것이어도 된다. 즉, 상기 링 형상 부재로서, 유전체로 이루어지는 서셉터가 설치되어 있어도 된다. 이 경우의 플라스마 처리 장치에서는, 상기 서셉터는, 웨이퍼(1)와 접촉 가능한 시료 지지부를 갖고, 웨이퍼(1)가 시료대(2)의 볼록부(201a)의 상면에 흡착된 상태에서, 웨이퍼(1)의 하면의 주연부와 상기 서셉터의 상기 시료 지지부가 접촉하는 구조로 된다.
1 : 웨이퍼(시료) 2 : 시료대
3 : 극간부 4 : 서셉터
4a : 내주부 5 : 링(링 형상 부재)
5a : 최상면 5b : 시료 지지부
5c : 접촉부 5d : 나사 구멍
5e : 연직부 5f : 플랜지부
6 : 접착제 7 : 공간부
10 : 플라스마 101 : 처리실
101a : 챔버 102 : 안테나
103 : 정합기 104 : 고주파 전원
105 : 윈도우 106 : 직류 전원(제1 직류 전원)
107 : 고주파 바이어스 전원 108 : 정합기
109 : 히터 전원 110 : 직류 전원(제2 직류 전원)
111 : 가스 도입부 112 : 히터 전원
201 : 기재부 201a : 볼록부
201b : 단차부 201c : 측면부
201d : 접촉부 202 : 용사막(유전체막)
203 : 가스 홈 204 : 정전 흡착용 전극
205 : 히터 전극 206 : 냉매 유로
207 : 정전 흡착용 전극 208 : 볼트(나사)
209 : O링 210 : 히터 전극(히터)
211 : 나사 구멍

Claims (10)

  1. 플라스마를 이용해서 시료가 처리되는 처리실과, 상기 플라스마를 생성하는 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실에 배치되며, 또한 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대와, 상기 시료대와 전기적으로 접속되며, 또한 상기 시료대에 흡착력을 발생시키는 제1 직류 전원을 갖는 플라스마 처리 장치로서,
    상기 시료대는, 상기 흡착력에 의해서 상기 시료를 흡착하는 볼록부를 구비하고,
    상기 볼록부의 외측에는, 상기 시료의 하면과 접촉 가능한 링 형상 부재가 설치되고,
    상기 시료가 상기 시료대의 상기 볼록부의 상면에 흡착된 상태에서, 상기 시료와 상기 볼록부와 상기 링 형상 부재에 의해서 형성되는 공간부가 밀폐되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링 형상 부재는, 상기 시료와 접촉 가능한 시료 지지부를 갖고,
    상기 링 형상 부재의 외측에 유전체로 이루어지는 링 형상의 서셉터가 설치되고,
    상기 시료가 상기 시료대의 상기 볼록부의 상기 상면에 흡착된 상태에서, 상기 시료의 상기 하면의 주연부(周緣部)와 상기 시료 지지부가 접촉하며, 또한 평면에서 보았을 때 상기 서셉터의 내주부는 상기 시료의 상기 주연부와 겹쳐 있는, 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시료대와 상기 링 형상 부재는, 접착제에 의해서 밀착하고,
    상기 시료가 상기 시료대의 상기 볼록부의 상기 상면에 흡착된 상태에서, 밀폐된 상기 공간부에 냉각 가스가 충전되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 링 형상 부재에 내장된 정전 흡착용 전극과,
    상기 정전 흡착용 전극에 전기적으로 접속하는 제2 직류 전원
    을 구비하고,
    상기 제2 직류 전원으로부터 상기 정전 흡착용 전극에 인가하는 직류 전압에 의해서 발생하는 흡착력으로 상기 링 형상 부재와 상기 시료대를 밀착시키고,
    상기 시료가 상기 시료대의 상기 볼록부의 상기 상면에 흡착된 상태에서, 밀폐된 상기 공간부에 냉각 가스가 충전되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시료대와 상기 링 형상 부재는, 상기 시료대와 상기 링 형상 부재의 접촉부에 O링을 개재시킨 상태에서, 상기 시료대의 아래쪽측으로부터 장착된 나사에 의해서 체결되고,
    상기 시료가 상기 시료대의 상기 볼록부의 상기 상면에 흡착된 상태에서, 상기 O링에 의해서 밀폐된 상기 공간부에 냉각 가스가 충전되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시료대는, 상기 볼록부의 하부에 있어서 상기 볼록부로부터 돌출하고, 또한 상기 링 형상 부재가 재치되는 단차부를 구비하고,
    상기 단차부의 표면에 형성된 유전체막의 내부에 히터가 설치되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 형상 부재와 상기 시료대 사이의 극간을 통해서 상기 공간부에 연통(連通)하는 가스 도입부를 구비하고,
    냉각 가스는, 상기 가스 도입부로부터 도입되는, 플라스마 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 나사가 장착되는 상기 시료대의 나사 구멍에 연통하는 가스 도입부를 구비하고,
    냉각 가스는, 상기 가스 도입부로부터 도입되는, 플라스마 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 형상 부재는, 산화알루미늄, 산화이트륨 또는 석영으로 이루어지는, 플라스마 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시료대에 있어서의 상기 볼록부의 상기 상면의 표면 거칠기는 Ra0.6∼1.0이고,
    상기 링 형상 부재에 있어서의 상기 시료와 접촉 가능한 시료 지지부의 표면 거칠기는 Ra0.4 이하인, 플라스마 처리 장치.
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