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KR102181808B1 - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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KR102181808B1
KR102181808B1 KR1020190097180A KR20190097180A KR102181808B1 KR 102181808 B1 KR102181808 B1 KR 102181808B1 KR 1020190097180 A KR1020190097180 A KR 1020190097180A KR 20190097180 A KR20190097180 A KR 20190097180A KR 102181808 B1 KR102181808 B1 KR 102181808B1
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KR
South Korea
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sample
chamber
vacuum
disposed
base plate
Prior art date
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KR1020190097180A
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English (en)
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KR20200053398A (ko
Inventor
마사카즈 이소자키
다카히사 하시모토
Original Assignee
주식회사 히타치하이테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 수율이나 처리의 효율을 향상시키는 플라스마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 플라스마가 형성되는 진공 챔버와, 이로부터 분리 가능한 내측 챔버와, 내측 챔버 내에 배치된 시료대와, 내측 챔버 내에 배치되고 시료대의 아래쪽 주위에 링 형상으로 배치된 시료대 링 베이스와, 진공 챔버와 내측 챔버 사이의 공간에서 시료대 링 베이스와 연결되고 시료대를 매달아 위쪽으로부터 지지하는 서스펜션 빔(suspension beam)과, 진공 챔버의 내측이 기밀하게 봉지(封止)된 상태에서, 내측 챔버는 시료대 링 베이스 위에 놓여 그 내측이 기밀하게 봉지됨과 함께 진공 챔버 외부로부터 기밀하게 봉지되고, 서스펜션 빔의 상부가 진공 챔버 상부를 구성하여 내부를 덮는 시료대 베이스 플레이트에 대하여 상하 방향으로 이동 가능하게 유지되고, 당해 서스펜션 빔의 SUS제의 상부 부재와 시료대 베이스 플레이트 사이에서 끼워진 도전 커넥터를 구비한 플라스마 처리 장치를 제공한다.

Description

플라스마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 디바이스를 제조하는 공정에 있어서, 진공 용기 내의 처리실에 형성한 플라스마를 이용하여 당해 처리실 내에 배치된 시료대 상면 위에 놓인 반도체 웨이퍼 등의 기반(基盤) 형상의 시료를 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이며, 특히 시료대 상면에 놓인 웨이퍼를 당해 시료대 내부에 배치된 히터 등의 온도 조절기에 의해 온도를 조절하면서 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼)의 표면에 배치된 막층에 에칭 등의 처리를 하여 가공해서 반도체 디바이스를 제조하는 플라스마 처리 장치에 대해서는, 당해 웨이퍼 표면의 막층에의 가공의 미세화나 고정밀도화 혹은 당해 처리를 장기간에 걸쳐 가공 결과의 변동을 억제하여 실시할 수 있는 처리의 신뢰성이 요구되어 왔다. 더욱이는, 처리의 효율을 향상시켜 단위 시간 내에 처리하는 웨이퍼의 매수(스루풋)를 향상시키는 것도 요구되어 왔다.
이러한 과제를 실현하기 위해, 종래의 플라스마 처리 장치는, 웨이퍼를 처리하는 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대의 내부에 시료대 상면 혹은 이 위에 놓인 웨이퍼를 원하는 범위 내의 온도로 조절 가능한 온도 조절기를 구비한 구성을 구비한 것이 생각되어 왔다. 혹은, 당해 처리실 내부의 공간을 축대칭성을 가진 것으로 하여, 처리실로부터의 배기와 이것을 타고 처리실 외로 배기되는 처리실 내에 생성된 생성물 등의 처리실의 밀도를, 중심축 주위에서의 변동을 저감할 수 있는 구성을 구비한 것이 알려져 있었다.
또한, 가스나 플라스마 등의 입자가 흐르는 처리실 내의 경로의 편심(偏芯)이 저감되어 흐름의 속도나 양이 둘레 방향으로 균등하게 가까워진 처리실의 구조를 가진 것이 생각되어 왔다. 또한, 스루풋의 향상을 위해, 각각에서 웨이퍼가 처리되는 복수의 처리실을 웨이퍼를 내부에서 반송하는 반송실을 통해 연결한, 소위 멀티 챔버나 반송실끼리를 웨이퍼를 내부에 수납 가능한 중계실로 연결한 구성을 구비한 것이 알려져 있었다.
이러한 플라스마 처리 장치, 혹은 진공 처리 장치의 예로서는, 일본국 특개2005-101598호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 알려져 있다.
한편, 최근의 반도체 디바이스에서는 고(高)집적화를 실현하기 위해 많은 종류의 재료 및 다종다양한 집적 구조가 반도체 디바이스에 계속 이용되고 있다. 이에 대응하기 위해 다양한 방식의 플라스마 처리 장치가 개발되고 있다. 이러한 플라스마 처리 장치의 플라스마 생성에는, 유도 결합 방식, 전자 사이클로트론 공명 방식 및 병행 평판 방식(마그네트론 방식 포함)이 주로 이용되고 있다. 일반적으로, 전자 사이클로트론 공명 방식에는 주로 2.45㎓의 전자파대 혹은 30 내지 300㎒(보다 호적하게는 30 내지 200㎒) 정도의 범위 내의 VHF대의 전계(電界)가 이용되고, 한편, 유도 결합 방식 및 병행 평판 방식에서는, 주로 13.56㎒의 고주파대의 전계가 이용된다.
병행 평판 방식으로 플라스마를 생성하는 플라스마 처리 장치로서는, 진공 용기 내부의 처리실의 위쪽에서 이것을 덮어 배치되고 상기의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원에 전기적으로 접속된 원판 형상의 상부 전극과 처리실의 아래쪽에서 당해 상부 전극과 상면이 대향하여 배치된 시료대의 내부에 배치되고 상기 플라스마 형성용 고주파 전력의 주파수보다 작은 주파수의 전력이 공급되는 원판 또는 원통 형상을 가진 하부 전극을 구비하고, 상부 전극의 하면 아래쪽에 배치되고 처리실의 천장면을 구성하는 도체 또는 유전체제의 샤워 플레이트에 구비되고 처리실 내에 처리용 가스를 도입하는 복수의 가스 도입 구멍을 구비한 것이 일반적이다. 당해 처리용 가스를 이용하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 처리실 내에 플라스마를 형성하고 시료대 상면에 놓인 웨이퍼가 처리된다. 이러한 플라스마 처리 장치의 예로서는, 일본국 특개2016-162266호 공보(특허문헌 2)에 개시된 것이 알려져 있다.
일본국 특개2005-101598호 공보 일본국 특개2016-162266호 공보
상기 종래 기술에 있어서는, 다음과 같은 점에 대해서 고려가 충분하지 않아, 문제가 생기고 있었다.
병행 평판에 의해 플라스마를 형성하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 최근 플라스마 밀도의 향상과 저압력역에서의 플라스마 생성을 가능하게 하는 VHF대의 고주파 전계가 이용되도록 되어 왔다. 또한, 시료대 내부에 배치된 하부 전극에 공급되는 고주파 전력에 의해 웨이퍼 표면에 플라스마 중의 이온 등 하전 입자를 유인하여 입사(入射)시키고 충돌시켜, 웨이퍼 표면의 처리 대상의 막층의 에칭을 입사의 방향으로 상대적으로 촉진하기 위해, 종래부터 하부 전극에는 수백 ㎑ 내지 수 ㎒의 주파수대의 고주파 전력이 공급되어 시료대 혹은 웨이퍼 상면 위쪽에 바이어스 전위가 형성되는 것이 행해져 왔다. 입사 이온의 에너지 제어성을 보다 향상시키기 때문에, 종래보다도 높은 주파수의 전력이 이용되는 경향이 있다.
이러한 플라스마 처리 장치의 복수가 상호 연결된 구성으로 반도체 제조의 공정에 이용될 경우에는, 1개의 플라스마 처리 장치의 처리실 내에 1매의 웨이퍼를 배치한 상태에서, 복수의 공정을 일관되게 실시하여 처리의 효율 및 스루풋을 높이기 때문에, 많은 주파수가 이용될 가능성이 있고, 이 경우 복수의 플라스마 처리 장치들 사이에서 상호 전계가 간섭함으로써 소기(所期)의 처리의 결과를 얻을 수 없게 된다는 문제에 대해서 상기 종래 기술에서는 고려되고 있지 않았다.
또한, 상기 특허문헌 1에서는, 1개의 처리 유닛을 구성하는 진공 용기는 그 내부에 다른 용기(내측 챔버)를 구비한, 소위 다중 챔버를 갖고, 내측 챔버의 내측을 웨이퍼가 배치되고 플라스마가 형성되는 처리실로서 이용하여 웨이퍼의 처리를 실시하는 것이다. 일반적으로, 안정된 플라스마를 얻기 위해서는 플라스마와 면(面)하는 처리실의 내벽은 특정한 전위로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 특허문헌 2에서는 처리실을 둘러싸는 내주측벽을 구성하는 진공 용기의 측벽의 부재는 접지 전위로 설정되어 있다.
또한, 특허문헌 1에 개시된 내측 챔버 내부에 배치되는 시료대는, 당해 시료대의 외주측에 배치되어 이를 둘러싸는 링 형상의 시료대 링 베이스의 내주측 부분과 시료대의 외주측 부분 사이가 복수개의 지주(支柱)를 통해 접속됨과 함께, 시료대 링 베이스의 외주측 부분이 복수개의 서스펜션 빔(suspension beam)의 하단부와 접속되고 당해 서스펜션 빔의 상단부에 연결된 시료대 베이스 플레이트로부터 아래쪽에 매달려 유지되어 있다. 그리고, 시료대 베이스 플레이트는 외측에 위치하는 진공 용기로서의 외측 챔버를 구성하는 부재로서, 진공 용기의 측벽을 구성하는 부재의 상단 위쪽에 놓여 이것에 장착되어 부재의 표면끼리 접속되고, 이들 사이에 끼워진 O링 등의 시일 부재에 의해 진공 용기의 내외를 기밀하게 봉지(封止)하는 구성을 갖고 있다. 이러한 구성에서는, 서스펜션 빔을 접지 전위로 하기 위해, 진공 용기를 구성하여 외측 챔버에 접속되어 접지 전위가 된 시료대 베이스 플레이트와 서스펜션 빔 사이가 도전성을 가진 부재를 통해 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 상기의 구성에 있어서, 진공 용기를 구성하는 시료대 베이스 플레이트가 외측 챔버에 서스펜션 빔에 의해 유지된 시료대 링 베이스 및 이것과 접속된 시료대는, 시료대 링 베이스의 아래쪽의 부재와의 사이에 근소한 거리를 두고 그 위쪽에 뜬 상태로 유지될 필요가 있으며, 처리실 내의 조건의 변화에 수반하여, 서스펜션 빔 및 시료대 링 베이스가 근소하지만 상하로 변위하게 된다. 이 때문에, 이러한 변위에 수반하여 서스펜션 빔과 시료대 베이스 플레이트 사이를 전기적으로 접속하는 부재에 생기는 소모나 서스펜션 빔과 시료대 베이스 플레이트 및 진공 용기와의 사이의 고주파 전력의 누설을 억제하는 점에 대해서는, 특허문헌 1 및 2에 있어서 충분히 고려되어 있지 않았다. 이 때문에, 상기 종래 기술에서는, 부재의 소모나 이에 따른 전력의 누설이 생겨 플라스마 처리 장치의 운전에 지장이 생기고, 처리의 수율이나 스루풋이 손상될 우려가 있었다.
본 발명의 목적은, 수율이나 처리의 효율을 향상하는 플라스마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기를 구성하는 접지된 진공 챔버 및 이 진공 챔버의 상부에 배치되어 당해 진공 챔버 내부를 덮는 상부 부재와, 상기 진공 챔버 내에 배치되고 내부의 실내에 처리 가스가 공급되어 플라스마가 형성되고 상기 진공 챔버로부터 분리 가능한 내측 챔버와, 내측 챔버 내에서 그 중심부에 배치되고 그 상면에 웨이퍼가 재치(載置)되는 시료대와, 상기 시료대 아래쪽의 상기 내측 챔버 저부(底部)의 중앙부에 배치되고 이 내측 챔버 내부가 배기되는 배기 개구와, 상기 진공 챔버의 아래쪽에서 상기 시료대의 아래쪽에 배치되고 상기 배기 개구와 연통(連通)하여 상기 내측 챔버 내부를 배기하는 배기 펌프와, 상기 내측 챔버 내에 배치되고 상기 시료대의 아래쪽 주위에 링 형상으로 배치되어 수평 방향으로 연장하는 지지 빔을 통해 당해 시료대와 연결된 시료대 링 베이스와, 상기 진공 챔버와 내측 챔버 사이의 공간에 상하 방향으로 연장하여 배치되고 상기 시료대 링 베이스와 연결되고 상기 시료대를 매달아 위쪽으로부터 지지하는 서스펜션 빔과, 이 서스펜션 빔 및 상기 지지 빔의 내측에 배치되고 상기 시료대 내부에 공급되는 액체가 통류(通流)하는 배관을 구비하고,
상기 진공 챔버 위에 상기 상부 부재가 놓여 그 내측이 기밀하게 봉지된 상태에서, 상기 내측 챔버는 상기 시료대 링 베이스 위에 놓여 그 내측이 상기 진공 챔버와의 사이에서 기밀하게 봉지됨과 함께 진공 챔버의 외부와의 사이에서 기밀하게 봉지되고, 상기 서스펜션 빔은 그 상부가 상기 진공 챔버 상부를 구성하여 내부를 덮는 시료대 베이스 플레이트와 상기 진공 용기의 상부 부재 사이에서 끼워진 틈새를 상하 방향으로 이동 가능하게 유지되고, 상기 시료대 베이스 플레이트와 상기 서스펜션 빔의 상부의 SUS에 의해 구성된 측벽면의 사이에서 끼워져 상기 시료대 베이스 플레이트에 유지된 도전 커넥터를 구비한 플라스마 처리 장치에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명의 플라스마 처리 장치의 실시예에 따른 진공 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 상면도.
도 2는 도 1에 나타내는 실시예에 따른 진공 처리 장치의 처리 유닛의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 3은 도 2에 나타내는 실시예에 따른 진공 처리 유닛의 진공 용기부 및 시료대의 구성의 개략을 나타내는 횡단면도.
도 4는 도 2에 나타내는 실시예에 따른 진공 처리 유닛의 진공 용기부의 시료대 및 그 주위의 구성의 개략을 확대해서 나타내는 종단면도.
도 5는 도 3에 나타내는 실시예에 따른 진공 용기부의 서스펜션 빔의 구성의 개략을 확대해서 나타내는 종단면도.
본 발명의 실시형태를 이하 도면을 이용하여 설명한다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 플라스마 처리 장치의 실시예에 따른 진공 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 상면도이다. 이 도면에 있어서, 진공 처리 장치(100)는, 도면상 하방측인 전방측에 대기 블록(110), 도면상 상방측인 후방측에 진공 블록(111)의 2개의 블록으로 구성되어 있으며, 대기 블록(110)의 배면(背面)에 있어서 접속되어 있다.
대기 블록(110)은, 대기압 하에 있어서 반도체 기판(웨이퍼)이 취급되는 개소이며, 장치 전면(前面)에 위치하여 수평 방향으로 병렬로 배치되어 그 위에 복수매의 시료로서의 반도체 웨이퍼가 내부에 수납 가능한 용기인 수납 카세트가 탑재 가능한 복수의 카세트대(101)와, 이들 카세트대(101)가 그 전방측에 연결 또는 장착되고 직방체 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 형상을 구비한 대기측 시료 반송실(102)을 구비하고 있다. 이 대기측 시료 반송실(102)은, 시료가 대기압 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사(近似)한 압력이 되고 웨이퍼가 반송되는 공간인 반송실을 갖고, 이 반송실 내에는 시료를 선단부 위에 놓고 유지한 아암을 신축시켜 이동하여 시료를 반송하는 반송용 로봇(도시 생략)이 배치되어 있다.
진공 블록(111)은 내부에 반송용 로봇에 의해 반송된 시료가 수납되는 로크실(103)과, 감압된 내부에 시료 반송용 공간을 가진 복수의 진공측 시료 반송실(104, 104'), 2개의 진공측 시료 반송실들 사이에 배치되고 이들을 연결하는 중간실(105), 각각이 내부에 시료가 반송되어 처리되는 처리실을 가진 진공 용기를 구비한 진공 처리 유닛(106, 107, 108, 109)을 구비하고 있다. 로크실(103)은, 대기측 시료 반송실(102)의 배면에 접속되고 다른쪽이 진공측 시료 반송실(104)과 연결된 진공 용기이다.
진공측 시료 반송실(104)은, 위쪽에서 볼 때 직사각형 또는 이것에 근사한 형상을 갖고 도면상 당해 직사각형의 좌우의 변에 상당하는 도면상 좌우측의 측면에는 진공 처리 유닛(106, 107)이 연결됨과 함께, 나머지 1변인 도면상 위쪽의 면인 배면이 중간실(105)과 연결되어 있다. 또한, 중간실(105)은, 내부에 시료가 수납되는 공간인 수납실을 갖고, 도면상 아래쪽의 단부(端部)에 있어서 진공측 시료 반송실(104)의 배면과, 도면상 상단부에 있어서 진공측 시료 반송실(104')과 접속되어 이들을 연결하고 있다. 진공측 시료 반송실(104')은, 진공측 시료 반송실(104)과 마찬가지로 좌우의 측면에 있어서 진공 처리 유닛(108, 109)이 장착되고 연결되어 있다.
이와 같이 진공 블록(111)이 대기 블록(110)과 연결됨으로써 시료 수납 카세트와 각 진공 처리 유닛이 연결되고, 즉 웨이퍼를 진공 처리 유닛에 공급 가능하게 되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 진공 처리 유닛(106, 107, 108)을 에칭 처리 유닛, 진공 처리 유닛(109)을 애싱 처리 유닛으로서 설명하지만, 실제의 플라스마 처리 장치에 있어서는, 요구되는 처리 공정마다 장치 구성이 다르기 때문에 이에 한하지 않는다.
로크실(103)은, 도시하지 않은 로터리 펌프 등의 진공 배기 장치와 연결되어 있으며, 로크실(103) 내에 배치된 시료를 수납 가능한 공간의 압력을 대기압 또는 이에 근사한 압력값과 소정의 진공도가 낮은 압력값 사이에서 가변적으로 조절 가능하게 구성되어 있다. 또한, 시료의 수납실은 복수 구비되거나 각각이 시료를 수납 가능한 복수의 영역으로 구획되고, 각각의 내부에는, 시료가 그 상면에 유지되는 대 또는 시료는 그 외주단부가 놓여 유지되는 랙이 배치되고, 시료가 유지된 상태에서 내부의 압력이 변경된다.
진공측 시료 반송실(104, 104')은, 평면 형상이 다각형(본 실시예에서는 사각형)을 가진 진공 용기에 의해 구성되고, 로크실(103)과 마찬가지로 진공 배기 장치(도시 생략)와 연결되어 내측의 시료가 유지되고 반송되는 공간인 진공 반송실 내가 소정의 진공도가 낮은 압력으로 유지된다. 각각의 진공측 시료 반송실(104, 104')의 진공 반송실 내의 수평 방향에 대해서 중앙부에는 아암 위에 놓인 시료를 반송하는 장치인 진공 반송용 로봇(도시 생략)이 배치되어 있다. 이들 진공 반송용 로봇에 의해, 회전 동작 및 아암을 신축 동작을 행하여 진공측 시료 반송실(104)에 있어서는 로크실(103)과 처리 유닛(106, 109) 사이 및 로크실(103)과 중간실(105) 사이에서, 진공측 시료 반송실(104')에 있어서는 중간실(105)과 처리 유닛(107, 108) 사이에서 시료가 반송된다.
중간실(105)은, 진공 처리 장치(100)의 전후 방향의 단부가 진공측 시료 반송실(104, 104')과 연결되고, 그 내측의 공간이 각각의 진공 반송실과 연통된 진공 용기에 의해 구성되어 있다. 중간실(105) 내부의 공간은 상하 방향으로 간격을 두고 복수매의 시료가 수납되는 공간이며 각각의 시료가 상면에 놓이는 복수의 시료대 또는 시료의 외주단부가 놓여 시료를 지지하는 랙을 갖고 있다.
또한 로크실(103)의 전후 방향의 2개의 단부와 대기측 시료 반송실(102) 및 진공측 시료 반송실(104)의 내부의 반송실 사이에는, 도시하지 않은 액추에이터 등 구동 장치에 의해 구동되고 상하 방향으로 이동하여 로크실(103) 내부의 수납 공간과 반송실 사이를 연통하는 시료의 통로의 단부를 개방 및 기밀하게 폐색하는 게이트 밸브가 배치되어 있다. 마찬가지의 구조와 동작 기능을 구비한 게이트 밸브가, 중간실(105)과 진공측 시료 반송실(104, 104') 각각의 사이, 더욱이는 진공측 시료 반송실(104)과 처리 유닛(106, 109) 사이 및 진공측 시료 반송실(104')과 처리 유닛(107, 108) 각각의 사이에도 배치되고, 이들 내부의 시료의 수납실 및 반송실 사이, 혹은 반송실과 처리 유닛의 진공 용기 내부의 처리실 사이를 연통하는 시료의 통로의 단부를 개방 및 기밀하게 폐색하는 게이트 밸브가 배치되어 있다. 각 게이트 밸브는 시료가 통로를 지나 반송될 때에는 개방되고, 시료의 반송이 종료된 후에 기밀하게 통로를 폐색하여 각각의 진공 용기부의 시료의 수납용 공간을 밀봉하여 당해 공간 내부가 소정의 진공도가 낮은 압력으로 유지 가능하게 구성되어 있다.
로크실(103) 및 중간실(105)은, 처리 전 혹은 처리 후의 시료가 일시적으로 수납된 후에 진공 처리 장치(100)의 전후 방향에 대해서 시료가 반송되는 영역이다. 이들 미처리된 시료가 후방으로 반송되는 방향을 로드측, 처리가 끝난 시료가 전방으로 반송되는 언로드측으로서 구별할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 중간실(105)을 구성하는 진공 용기에는 로터리 펌프 등의 진공 배기 장치의 입구에 연결된 관로는 접속되어 있지 않고, 중간실(105) 내부의 수납 공간은 전후단측에 배치된 적어도 어느 것의 게이트 밸브가 열려 연통된 진공측 시료 반송실(104, 104') 중 어느 것에 접속된 진공 배기 장치의 동작에 의해, 진공 반송실과 아울러 배기됨으로써, 중간실(105) 내부의 수납 공간은 진공 반송실 내부와 동일 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 압력이 된다.
이러한 진공 처리 장치(100)에 있어서, 카세트대(101) 위에 설치되며 또한 대기측 시료 반송실(102)과 연결된 시료 수납 카세트에 수납된 복수매의 시료 각각은, 대기측 시료 반송실(102) 내에 배치된 반송용 로봇의 동작에 의해 그 아암 선단부의 지지부 상면에 놓여 한 장씩 로크실(103) 내부로 반송된다. 이때, 로크실(103) 내부는 반송용 로봇 아암의 진입에 맞춰 진공 처리 장치(100)의 전방측(언로드측)의 대기측 시료 반송실(102)과 면한 게이트 밸브가 개방되고, 로크실(103) 내부의 수납 공간과 대기측 시료 반송실(102) 내의 대기 반송실이 연통되고, 당해 대기 반송실 내부와 같은 대기압 또는 이에 근사한 값의 압력으로 되어 있다. 시료가 로크실(103) 내부의 유지대 또는 랙에 놓인 후, 상기한 게이트 밸브가 폐색되어 수납 공간이 밀봉된 후, 구비된 소정의 진공도의 값까지 감압된다.
로크실(103) 내의 수납용 공간의 압력이 진공측 시료 반송실(104) 내의 진공 반송실과 같거나 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 값이 된 것이 로크실(103)에 구비된 도시하지 않은 검지기의 출력으로부터 검출된 후, 진공 처리 장치(100)의 후방측(로드측)의 진공측 시료 반송실(104) 내부에 면한 게이트 밸브가 개방되고, 진공측 시료 반송실(104) 내부의 진공 반송실 내에 배치된 반송용 로봇의 아암이 신장하여 로크실(103) 내에 수납된 시료를 아암 선단부에 놓고 진공 반송실에 반출한다. 아암을 수축시킨 반송용 로봇은 진공 반송실 내에서 자신의 상하 방향의 축주위로 회전하여 선회하고, 시료가 시료 수납 카세트로부터 반출되기 전에 미리 정해진 목표의 개소인 중간실(105) 또는 처리 유닛(106 내지 109) 중 어느 것에 시료를 대향시킨 위치로부터 아암을 신장시켜 당해 목표의 개소에 아암 선단부의 시료를 진입시켜 반입한다. 중간실(105)로 반송된 미처리된 시료는, 로크실(103)에 반입된 미처리된 시료와 마찬가지로, 진공측 시료 반송실(104') 내부의 진공 반송실 내에 배치된 반송용 로봇에 의해, 미리 정해진 목표의 개소인 처리 유닛(108, 109) 중 어느 것으로 반송된다.
목표의 처리 유닛의 진공 용기 내부의 처리실 내에 반입된 시료는, 당해 처리실 내에서 미리 정해진 조건으로 당해 시료 표면에 배치된 처리 대상의 막층의 에칭 등의 처리가 실시된 후, 설명한 것과 반대의 경로 상에서 로크실(103)까지 반송되어 리턴된다. 처리가 끝난 시료가 로크실(103) 내에 반입될 때에는, 로크실(103)의 진공측 시료 반송실(104) 내의 진공 반송실과 면하는 게이트 밸브는 개방되어 당해 진공 반송실과 연통되어 있고, 당해 시료가 내부의 시료대 또는 랙 위에 유지된 후, 반송용 로봇의 아암이 퇴실하고 게이트 밸브가 폐색되어 로크실(103) 내의 수납용 공간이 밀폐된다. 당해 수납용 공간 내에 가스 공급 장치에 의해 질소 등의 희(希)가스가 공급되어 내부의 압력이 대기압 또는 이에 근사한 값의 압력까지 가압된 후, 대기측 시료 반송실(102)측의 게이트 밸브가 개방되고, 로크실(103) 내에 수납된 처리가 끝난 시료가 대기측 시료 반송실(102) 내부의 반송 로봇에 의해 원래의 시료 수납 카세트 내부의 수납용 공간의 원래의 위치로 리턴된다.
또한, 상기의 설명에서는, 시료를 단일의 처리 유닛으로 반송하여 처리할 경우의 진공 처리 장치(100)의 동작을 설명했다. 시료에 실시하는 처리의 공정의 조건에 따라 시료를 복수의 처리 유닛으로 순차 반송하여 각각에서 처리를 실시할 경우나, 처리 유닛(106 내지 108) 중의 적어도 1개로 반송하여 시료의 에칭 처리를 실시한 후에 당해 시료를 처리 유닛(109)으로 반송하여 애싱 처리를 실시하는 것도 가능하다. 또한, 처리 유닛(106 내지 108)에서 실시되는 시료의 에칭 처리는, 단일의 막층이 단일 조건으로 실시되어도 되고, 혹은 단일의 막층 혹은 복수의 막층에 대하여 복수의 조건, 복수로 나눠진 공정을 순차 실시해도 된다.
다음으로, 도 1에 나타내는 본 실시예의 진공 처리 장치(100)의 진공 처리 유닛(106 내지 108) 중 1개의 처리 유닛(106)에 대해서, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 진공 처리 장치의 처리 유닛의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 특히 본 도면에서는, 진공 용기 및 그 주위의 부분의 구성을 확대해서 나타내고 있다.
본 도면에 나타내는 처리 유닛(106)은, 크게 상하로 나누어, 위쪽에 배치된 진공 용기부(200)와 아래쪽에 배치된 당해 진공 용기부를 지지하는 가대(架台)를 구비한 직방 형상을 갖는 베드부(도시 생략)를 구비하고 있다. 도 2는, 위쪽의 진공 용기부(200)를 확대해서 그 주요부를 도시하고 있다. 진공 용기를 구성하는 진공 챔버(210)의 내부에는 그 내측의 공간에서 플라스마가 형성되는 처리실(211)이 배치되어 있다.
처리실(211)의 위쪽에는, 처리실(211) 내부에서 플라스마를 형성하기 위해 도입되는 전계를 형성하는 전계 발생기를 포함하는 전계원부(212)와, 전계원부(212)에서 형성된 전계의 전력이 전파되어 공급되는 안테나 부재 및 전계와의 상호작용으로 처리실(211) 내에 도입되고 시료의 처리에 이용하는 프로세스 가스를 여기(勵起)하여 플라스마를 생성하는 자계의 발생기를 포함하는 방전부(213)가 배치되어 있다. 또한, 본 실시예의 방전부(213)는, 안테나 부재와 함께 진공 챔버(210)의 상부를 구성하여 처리실(211)을 외부의 대기압으로 된 분위기와 기밀하게 봉지하는 덮개 부재를 포함하고 있다. 처리실(211)의 플라스마가 형성되는 방전용 공간의 아래쪽에는 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료가 그 상면에 재치되는 원통형을 가진 시료대(214)가 배치되어 있다.
또한, 진공 챔버(210)의 아래쪽에는, 당해 진공 챔버(210)의 저면(底面)의 부재와 연결되고 처리실(211)과 연통된 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프(227)를 포함하는 배기부(215)가 배치되어 있다. 배기부(215)의 동작에 의해, 처리실(211) 내의 플라스마나 반응 생성물 등의 입자가 시료대(214)의 바로 아래쪽에 배치된 배기용 개구를 통해서 처리실(211) 외로 배출되어, 처리실(211) 내부의 압력이 저감된다. 진공 용기부(200)의 아래쪽에 위치하여 이것을 지지하는 복수의 지지주가 상면 위쪽에 접속된 베드부의 내부에는, 진공 용기부(200)에 전력을 공급하는 전원이나 당해 전력이나 처리 가스, 냉각용 냉매, 조작용 Air 등의 유체의 공급을 조절하는 제어 장치가 배치되어 있다.
이 도면에 있어서, 진공 챔버(210)의 도면상 좌단부는 진공측 시료 반송실(104)에 접속되어 있다. 본 실시예의 진공측 시료 반송실(104) 내부의 진공 반송실 내에는, 처리실(211)과 당해 진공 반송실 사이를 연통하는 시료의 통로인 게이트의 진공 반송실측의 단부를 개폐하는 게이트 밸브(216)가 배치되고, 또한 진공 챔버(210) 내부에는 다른 게이트 밸브인 프로세스 게이트 밸브(217)가 배치되어 있다. 게이트 밸브(216) 및 프로세스 게이트 밸브(217)가 모두 개방된 상태에서, 시료가 처리실(211) 내로 반송되어 시료대(214)에 전달된다. 프로세스 게이트 밸브(217)가 처리실(211) 내부를 밀폐한 상태에서 시료의 처리가 개시된다.
처리실 상부에 배치된 방전부(213)는, 진공 챔버(210)의 상부를 구성하는 원판 또는 원통 형상을 가진 덮개 부재(218)와, 이 덮개 부재(218)의 처리실(211)측에 배치된 안테나 부재를 구비하고 있다. 또한, 덮개 부재(218)의 위쪽 및 외주연(外周緣)의 외주측에 배치된 전자 코일 및 요크를 가진 자장 발생기(219)와, 안테나 부재의 아래쪽에 배치되고 처리실(211)의 천장면을 구성하는 천면(天面) 부재를 구비하고 있다.
덮개 부재(218)의 위쪽에는 안테나 부재에 공급되는 VHF대의 고주파 전계를 형성하는 고주파 전원(220) 및 정합기(221)를 구비한 전계원부(212)가 안테나 부재와 전기적으로 접속되어 배치되어 있다. 안테나 부재는 SUS 등 금속의 도전성을 가진 부재로 구성된 덮개 부재(218)의 처리실(211)측에 배치되고 원판 형상을 가진 안테나(222)와, 당해 안테나(222)와 덮개 부재(218) 사이에 배치되어 이들 사이를 절연하는 유전체 부재(223)를 구비하고 있다. 유전체 부재(223)는 안테나(222)의 위쪽에서 덮개 부재(218)와의 사이에 배치된 부재와 안테나(222)의 외주측에서 덮개 부재(218)와의 사이에 배치되고 당해 안테나(222)로부터 방출되는 고주파 전계가 그 내부를 통과하여 천면 부재의 측으로 전파하는 링 형상을 가진 부분을 구비하고 있다.
천면 부재는, 안테나(222)의 아래쪽에 배치되고 유전체 부재(223)의 내부를 전파되어 온 전계가 아래쪽을 향하여 방출되는 석영 등의 유전체로 구성된 석영 플레이트(224)와, 이 석영 플레이트(224)의 아래쪽에 배치되어 그 하면이 처리실(221)과 면하고, 시료의 처리를 위해 도입되는 복수의 종류의 물질이 소정의 조성의 비율로 혼합된 프로세스 가스가 처리실(221) 내부에 균일하게 분산되어 샤워 형상으로 분산 도입하기 위한 복수의 가스 도입 구멍이 배치된 샤워 플레이트(225)를 갖고 있다.
또한, 도시하고 있지 않지만, 본 실시예의 처리 유닛(106 내지 108)의 각각은, 각각의 진공 용기부(220)의 외부에 배치된 프로세스 가스를 구성하는 복수의 물질의 가스 각각을 내부에 저장한 복수의 가스 저장부 및 이들 가스 저장부와 진공 챔버(210)를 접속하는 관로 그리고 관로 상에 배치되어 관로를 통류하는 프로세스 가스의 유량 또는 속도를 조절하는 조절기(매스플로우 컨트롤러, Mass Flow Controller, MFC)를 구비한 가스 공급 수단을 구비하고 있다. 시료의 처리용 프로세스 가스는, 가스 공급 수단의 동작에 의해, 덮개 부재(218)에 접속된 관로를 통해서 진공 챔버(210)에 도입되고 안테나(222) 또는 석영 플레이트(224)에 구비된 복수의 도입구를 지나 분산하면서 샤워 플레이트(225) 상면과 석영 플레이트(224) 사이의 극간(隙間)에 도입된다. 석영 플레이트(224)와 샤워 플레이트(225) 사이에는 홈 등의 공간이 배치되고, 도입된 프로세스 가스가 당해 공간에 이 공간에 충전되고 확산한 후, 소정의 유량으로 샤워 플레이트(225)의 가스 도입 구멍을 통해서 처리실(221) 내에 시료대(214)의 위쪽으로부터 공급된다.
시료의 처리시에는, 전계원부(212)의 고주파 전원(220)으로부터의 고주파 전계가 안테나 부재로부터 천면 부재를 통해서 전파되어 처리실(211) 내에 도입됨과 함께 자장 발생기(219)에 있어서 형성된 자계(磁界)가 처리실(221) 내에 도입된다. 이들 전계와 자계가 상호작용하여 처리실(211) 내의 플라스마의 원자 또는 분자가 여기되고, 전리, 해리하여 처리실(211) 내에 플라스마가 형성된다. 이 플라스마를 이용하여 시료대(214) 상면 위쪽에 놓여 유지된 시료 상면의 처리 대상의 막층에 에칭 처리가 실시된다.
한편, 본 실시예의 시료대(214) 아래쪽의 진공 챔버(210)의 저부에는, 처리실(211)과 면하여 개구(226)가 배치되어 있다. 개구(226)와 배기 펌프(227)의 입구 사이는 배기용 관로에 의해 연결되어 처리실(221)과 배기 펌프(227)의 입구가 연통되고, 처리실(221)과 배기용 관로 상에 배치된 당해 배기용 관로의 유로면적을 증감하여 배기의 유량 또는 속도를 조절하는 진공 배기 밸브(228)를 포함하는 배기부(215)가 연통되어 있다. 진공 배기 밸브(228)는 배기용 관로를 가로지르는 축이 중심을 통과하는 판 형상의 부재를 구비한 복수의 플랩을 구비한 밸브를 갖고 플랩이 축주위로 회전함으로써 관로의 유로 면적을 증감하여 밸브의 개도(開度)를 조절하고 배기의 컨덕턴스를 조절하는 기능을 구비하고 있다. 샤워 플레이트(225)의 가스 도입 구멍으로부터 도입되는 프로세스 가스의 유량, 속도와 배기 펌프(227)를 포함하는 배기부(215)의 협조한 동작에 의해, 밀폐된 처리 중 또는 시료의 반송 중의 처리실(211)의 내부의 압력이 소정의 범위 내의 값으로 유지된다.
또한, 시료대(214) 및 진공 챔버(210) 내부의 구성에 대해서, 도 3과 함께 설명한다. 본 실시예의 진공 챔버(210)는 그 내측에 1개 이상의 다른 챔버를 가진 다중 챔버를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 내외 2개의 챔버를 갖고 있으며, 즉, 외측의 용기인 진공 챔버(210)의 내측에, 내측의 용기를 구성하는 2분할된 이너 챔버(229, 230)가 구비되어 있다.
원통 형상을 구비한 내측의 용기인 이너 챔버(229, 230)는 처리실(211)의 주위를 둘러싸서 내주측벽을 구성하고, 이들 내측에 시료대(214)가 배치되어 있다. 처리실(211) 내에 도입된 프로세스 가스와 이것을 이용하여 형성된 플라스마 및 시료의 처리 중에 처리실(211) 내에 형성된 반응 생성물은 시료대(214)의 외주측벽과 이너 챔버(229)의 내주측벽 사이의 공간 및 시료대(214) 아래쪽의 이너 챔버(230)에 의해 둘러싸인 처리실(211)의 공간을 통해서 개구(226)로부터 배기된다. 또한, 이너 챔버(229, 230)의 내측의 벽면과 시료대(214) 표면 사이의 공간은, 시료대(214) 위쪽의 플라스마가 형성되는 공간과 연통되어 있으며, 마찬가지의 진공도의 압력의 값으로 조절된다.
본 실시예에 나타내는 이너 챔버(229, 230)는 도전성을 구비한 금속 등의 부재를 이용하여 구성되고, 외측의 용기이며 도시하지 않은 접지된 전극과 배선 등에 의해 전기적으로 접속된 진공 챔버(210)와 전기적으로 접속되고, 소정의 전위(본 예에서는 접지 전위)가 된다. 이 것에 의해, 내측의 처리실(211)의 내주측벽을 구성하고 처리실(211) 내에서 형성된 플라스마와 접하는 이너 챔버(229, 230) 나아가서는 플라스마의 전위가 소정의 범위 내의 값으로 유지되고, 플라스마를 이용한 처리실(211) 내에서의 시료의 처리, 혹은 플라스마의 입자와의 이너 챔버(229, 230) 및 시료와의 사이의 상호작용의 양이나 특성이 안정화된다.
본 실시예에서는, 이너 챔버(229)는 금속 등의 도전성을 가진 부재로 구성되고 그 상단부에 배치된 플랜지부의 하면에 있어서 동일하게 금속 등 도전성을 가진 부재로 구성된 시료대 베이스 플레이트(231)의 개구부의 내주연부(內周緣部)와 접속되고, 당해 시료대 베이스 플레이트(231)를 통해서 접지 전위로 된 진공 챔버(210)와 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 이너 챔버(230)는 금속 등의 도전성을 가진 부재로 구성되고, 상단부의 플랜지부 하면 혹은 저면이 진공 챔버(210)의 저부의 내벽면과 접하여 진공 챔버(210)와 전기적으로 접속되어 있다.
진공 챔버(210) 상부의 덮개 부재(218) 위쪽에 배치된 방전부(213)는, 그 위쪽에 배치된 부재가 놓여 접해 있는 판 형상의 부재인 방전 베이스 플레이트(231)를 구비하고 있다. 방전 베이스 플레이트(231)는, 도면상 진공 챔버(210)의 상단부 위쪽에 놓여, 위쪽의 덮개 부재(218)나 자장 발생기(219), 전계원부(212)와 함께 진공 챔버(210)에 중량을 아래쪽을 향하여 가압한다.
즉, 덮개 부재(218)의 하단부에 배치되고 내측을 둘러싸서 링 형상으로 배치되어 외주측으로 연장되는 플랜지부의 외주연부는, 방전 베이스 플레이트(231)의 중앙부의 개구의 내주연의 상부에 있어서 이것에 링 형상을 따라 둘러싸는 단차부(段差部)의 내측에 끼워진다. 플랜지부의 외주연부의 하면이 당해 단차부의 저면에 O링 등의 시일 부재(233)를 사이에 끼워 맞닿음으로써, 방전 베이스 플레이트(231)에 대하여 그 위쪽에 덮개 부재(218)가 위치 결정된다. 이들이 맞닿은 상태에서, 내부가 감압된 처리실(211)의 내측의 공간과 진공 처리 장치(100)의 외부의 분위기 사이가 시일 부재(233)의 기능에 의해 기밀하게 구획됨과 함께, 덮개 부재(218)에 인가되는 아래 방향의 중량은 방전 베이스 플레이트(231)에도 인가된다.
또한, 방전 베이스 플레이트(231)의 개구의 내주연부의 하면은 위쪽의 이너 챔버(229)의 상단부에 배치되고 외주 방향으로 연장하는 플랜지부의 상면에 맞닿는다. 또한, 덮개 부재(218)의 외주연부의 하단면이, O링 등의 시일 부재(233)를 사이에 끼워, 이너 챔버(229)의 상기 플랜지부 상면에 맞닿는다. 이 것에 의해, 덮개 부재(218)에 아래 방향으로 가해지는 위쪽으로부터의 힘은 방전 베이스 플레이트(231)에도 인가되고, 추가로 어퍼 챔버(229)에도 인가된다. 본 실시예에서는, 어퍼 챔버(229)의 상단부의 플랜지부 하면은, 시료대(214)를 매달아 지지하는 복수개(본 예에서는 4개)의 서스펜션 빔(234)의 상부가 관통하여 연결된 시료대 베이스 플레이트(232)의 중앙부에 배치된 개구의 내주연의 상부에 있어서 이것에 링 형상을 따라 둘러싸는 단차부의 내측에 끼워져, 진공 챔버(210)의 내부에 삽입된다.
어퍼 챔버(229)의 플랜지부의 하면이 시료대 베이스 플레이트(232)의 개구부의 내주연의 단차부의 저면과 O링 등의 시일 부재(233)를 사이에 끼워 맞닿고, 어퍼 챔버(229)가 시료대 베이스 플레이트(232)에 대하여 위치 결정된다. 이들이 맞닿은 상태에서, 내부가 감압된 처리실(211)의 내측의 공간과 진공 처리 장치(100)의 외부의 분위기 사이가 시일 부재(233)의 기능에 의해 기밀하게 구획됨과 함께, 접한 위쪽의 부재로부터 어퍼 챔버(229)에 인가되는 아래 방향의 힘은 시료대 베이스 플레이트(232)에도 인가된다.
또한, 시료대 베이스 플레이트(232)의 외주연부의 하면은, 진공 챔버(210)의 측벽 부분의 상단부의 상면과 O링 등의 시일 부재(233)를 사이에 끼워 맞닿아 방전 베이스 플레이트(232)가 진공 챔버(210) 위에 위치 결정된다. 이들이 맞닿은 상태에서, 내부가 감압된 처리실(211)의 내측의 공간과 진공 처리 장치(100)의 외부의 분위기 사이가 시일 부재(233)의 기능에 의해 기밀하게 구획됨과 함께, 접한 위쪽의 부재로부터의 시료대 베이스 플레이트(232)에 인가되는 아래 방향의 힘은 진공 챔버(210)의 측벽부에도 인가된다.
처리실(211)의 내측의 공간이 배기되고 감압됨에 수반하여, 이너 챔버(229)가 진공 챔버(210) 내부에 수납된 상태에서, 이너 챔버(229)의 측벽부에 배치된 시료가 통과하는 개구인 게이트를 통해 연통된 진공 챔버(210) 측벽부와 이너 챔버(229) 사이의 공간이 감압됨과 함께, 진공 챔버(210) 위에 구비된 시료대 베이스 플레이트(232)와 방전 베이스 플레이트(231) 및 덮개 부재(218)는, 진공 챔버(210) 측벽부를 위쪽으로부터 가압하도록 아래쪽으로 미소(微小) 거리 이동하여 진공 챔버(210) 내부와 외부 사이의 기압의 차에 의한 힘을 진공 챔버(210)에 인가한다. 또한, 본 실시예에서는, 방전 베이스 플레이트(231)가 시료대 베이스 플레이트(232)에 대하여 볼트 등을 이용하여 체결되고 접속될 때에, 방전 베이스 플레이트(231)의 개구부의 주연부 하면으로부터 이에 맞닿은 이너 챔버(229)를 아래쪽으로 밀어붙이는 가압력이 인가됨과 함께, 시료대 베이스 플레이트(232)의 개구부 외주측의 부분을 관통하여 배치되고 횡단면이 타원 형상을 가진 서스펜션 빔(234)의 상단부에 배치되고 직경이 아래쪽의 부분보다 커진 플랜지부의 상면은, 방전 베이스 플레이트(231)로부터, 이들 사이에 끼워져 배치된 구상(球狀) 혹은 타원 구상의 탄성체(250)를 통해, 아래 방향으로 가압하는 힘을 받는다.
이 아래 방향의 힘을 받아, 각 서스펜션 빔(234)은 관통 구멍 및 시료대 베이스 플레이트(232)에 대하여 아래쪽으로 근소한 거리 이동함으로써, 서스펜션 빔(234) 상단부의 플랜지부 하면과 시료대 베이스 플레이트(232) 사이에 끼워져 배치되고 탄성을 갖는 O링 등 시일 부재(236)가 밀어붙여져 변형하고, 당해 시일 부재(236)의 내측과 연통된 이너 챔버(229) 및 진공 챔버(210) 사이의 공간과 진공 용기부(200) 외부의 분위기 사이를 기밀하게 구획시킨다.
한편, 방전 베이스 플레이트(231)가 그 위쪽에 놓여 진공 챔버(210)가 닫혀 있지 않은 상태에서는, 서스펜션 빔(234)은 상대적으로 시일 부재(236)를 사이에 끼워 시료대 베이스 플레이트(232) 상면에 대하여 근소한 거리만큼 부상(浮上)한 위치에 유지되고, 관통 구멍에 대하여 상하 방향으로 변위 가능한 상태로 되어 있다.
상기의 작용은, 본 실시예의 1개의 서스펜션 빔(234)과 이것이 계합(係合)하는 시료대 베이스 플레이트(232)와 방전 베이스 플레이트(231)에 따른 것이지만, 본 실시예에서는 다른 서스펜션 빔(234)의 각각에 대해서도, 마찬가지의 작용을 발휘한다.
처리 대상인 시료는, 이너 챔버(229)의 측벽부에 배치되고 시료가 통과 가능한 크기를 구비한 통로인 게이트를 지나 이너 챔버(229, 230)의 내측에 배치된 시료대(214) 위로 반송된다. 더욱이는, 본 실시예에서는, 처리실(211) 내에서의 시료의 처리의 개시 전 및 종료 후에 당해 게이트의 개구를 개폐하여 이너 챔버(229) 내측의 처리실(211)과 그 외측의 진공 챔버(210)의 내측의 공간을 차단, 연통하는 게이트 밸브와, 진공 챔버(210)는 진공측 시료 반송실(104 또는 104')과 접속된 상태에서 진공측 시료 반송실(104, 104') 내부의 진공 반송실과 진공 챔버(210) 내부 사이를 연통하는 위치에 배치된 게이트 단부의 개구를 개폐하여 이들 사이를 차단, 연통하는 게이트 밸브가 구비되고, 이들 게이트를 지나 시료가 반송된다.
즉, 본 실시예에서는, 구동되어 상하 방향으로 이동하여 진공 용기부(200)와 진공측 시료 반송실(104 또는 104') 사이의 게이트 단부의 개구를 개방 혹은 기밀하게 폐색하여 처리실(211)과 진공실을 연통, 차단하는 밸브인 대기 게이트 밸브(216)와 함께, 이너 챔버(229)와 진공 챔버(210) 사이의 공간에 배치되고, 구동되어 상하로 이동하여 이너 챔버(229) 내측과 외측 사이를 개방 혹은 기밀하게 폐색하여 이들 사이를 연통, 차단하는 프로세스 게이트 밸브(217)가 구비되어 있다. 대기 게이트 밸브(216)는 밸브체가 진공측 시료 반송실(104, 104')의 내부에 배치되고 진공측 시료 반송실(104, 104')을 구성하는 진공 용기의 아래쪽에 배치된 구동기에 의해 상하 방향으로 구동됨과 함께, 밸브체를 상한 위치까지 상승시킨 후에 진공측 시료 반송실(104, 104')의 내측 측벽에 대하여 수평 방향으로 이동하여 이것과 맞닿아 당해 측벽 상에 배치된 게이트를 개방, 기밀하게 폐색한다.
또한, 이너 챔버(229)의 측벽 상에 배치된 게이트의 개구를 개방 혹은 기밀하게 폐색하는 프로세스 게이트 밸브(217)는 이너 챔버(229)와 진공 챔버(210) 사이의 공간에 배치되고, 그 밸브체는, 진공 챔버(210)의 저부 아래쪽에 배치된 구동기에 의해 상하 방향으로 구동되어 상한 위치까지 상승시킨 후에 이너 챔버(229)의 측벽에 대하여 수평(도면상 좌우) 방향으로 이동하여, 게이트의 개구 주위의 이너 챔버(229) 측벽면에 맞닿는다. 밸브체의 당해 측벽에 맞닿는 면에는 O링 등의 시일 부재가 배치되고, 밸브체가 밀어붙여진 상태에서 게이트 개구부의 내측과 외측 사이는 기밀하게 봉지 혹은 개방된다.
본 실시예의 이너 챔버는, 상하 2개의 부재를 구비하며, 시료대 링 베이스의 상하에 229, 230으로 나눠져 배치되어 있다. 원통 형상을 가진 시료대 링 베이스(235)의 위쪽에 배치된 이너 챔버(229)는, 원통 형상을 갖고 그 내경은 시료대 링 베이스(235)와 같거나 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 값을 갖고 있다.
시료대 링 베이스(235)는 그 내주측벽이, 이것보다 작은 직경의 원통 형상을 갖는 시료대(214)의 외주측벽과 당해 시료대(214)를 상하 방향의 중심의 축주위에 방사 형상으로 배치된 복수개의 지지 빔(237)에 의해 연결되고 접속되어 있다. 이들 지지 빔(237)에 의해 시료대(214)가 이너 챔버(229, 230) 내의 처리실(211) 내부의 플라스마 형성(방전)용 공간과 배기용 개구(226) 위쪽의 가스 체류용 공간 사이의 상하 방향에 대한 중간 위치에 유지되어 있다. 시료대(214)를 위쪽에서 볼 때 그 상하 방향의 중심축 주위의 복수의 지지 빔(237)의 방사 형상의 중심축들 사이의 각도는, 같거나 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 값이 되고, 처리실(211) 내에 도입된 프로세스 가스 또는 형성된 플라스마, 반응 생성물의 입자가, 지지 빔(237)들 사이이며 시료대(214) 외주측벽과 이너 챔버(229) 또는 시료대 링 베이스(235)와의 사이의 공간으로 분산되어 아래쪽의 이너 챔버(230)의 내측의 공간으로 유입할 때의 유량 또는 속도의 시료대(214)의 중심축 주위에 대한 불균일이 저감된다.
시료대(214) 및 지지 빔(235), 시료대 링 베이스(235)의 아래쪽에 원통 형상을 가진 이너 챔버(230)가 진공 챔버(210) 하부 중앙부의 오목부에 끼워 넣어져 배치되고, 그 상단부의 외주측으로 연장하여 배치된 플랜지부가 오목부의 내주연의 상단부에서 오목부를 링 형상으로 둘러싸는 단차부에 놓여 위치 결정되어 있다. 이너 챔버(230)의 중앙측 부분이며 시료대(214)의 바로 아래쪽에 배치된 원형의 개구(226)는, 진공 배기 밸브(228), 진공 펌프(227)를 구비한 배기부와 연통되고, 시료대(214)의 주위를 흘러 유입한 가스 등의 처리실(211) 내의 입자가 통과하여 처리실(211) 외로 배출되는, 즉, 배기 경로를 구성하고 있다.
도 3에 지지 빔의 배치를 나타낸다. 도 3은, 도 2에 나타내는 실시예에 따른 진공 처리 유닛의 진공 용기부 및 시료대의 구성의 개략을 나타내는 횡단면도이다. 본 도면에서는, 도 2에 있어서 지지 빔의 상하 방향의 중간 높이의 위치의 단면(斷面)을 나타내고 있다.
위쪽에서 볼 때, 진공 챔버(210)는 수평 방향의 단면이 직사각형 형상 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 형상을 갖고, 그 내부에 시료대(214) 및 서스펜션 빔(234), 시료대 링 베이스(235), 지지 빔(237)을 포함하는 시료대 모듈이 배치되어 있다. 4개의 서스펜션 빔(234)은 시료대 링 베이스(235)의 외주측벽의 외측에서 이것과 접속되며, 그 중 2개의 서스펜션 빔(234)들 사이의 공간은, 진공 챔버(210)와 진공측 시료 반송실(104) 내의 진공 반송실 사이를 연통하는 시료의 통로인 게이트를 지나 도면상 화살표 방향을 따라, 시료가 시료대(214) 상면 위쪽과 진공 반송실 사이에서 반송되는 공간을 구성한다.
본 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 진공 챔버(210) 내측의 대략 직사각형 형상의 공간, 즉 진공 챔버(210)와 이너 챔버(229 또는 230) 사이의 공간의 내측에 원통 형상의 내벽면을 구비한 시료대 링 베이스(235)가 배치되어 있다. 시료대 링 베이스(235)는, 도 2에도 나타내는 바와 같이, 이너 챔버(229, 230)와의 사이에서 시일 부재(233)를 끼워 배치되어, 지지 빔(237)과 함께 처리실(211)을 구성하고 있다. 또한, 시료대 링 베이스(235)의 외주측에는 시료대(214)의 상하 방향의 중심축에 대하여 지지 빔(237)의 외측의 단부와 마찬가지인 방사 형상의 위치에 서스펜션 빔(234)이 시료대 링 베이스(235)와 접속되어 배치되어 있다.
본 도면에 있어서, 원통형을 가진 시료대(214)의 내부에는 후술하는 수납 공간(244)이 배치되고, 4개의 서스펜션 빔(234) 각각의 내부에 배치된 덕트(245)의 각각과, 서스펜션 빔(234) 각각의 내부에 배치된 통로를 통해서 연결되고 연통되어 있다. 4개의 지지 빔(237)은 시료대(214)의 위쪽에서 볼 때 그 상하 방향의 중심의 축의 주위에 상호의 방사 형상의 축들 사이를 동등하거나 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 각도를 두고 방사 형상으로 배치되어 있다.
시료대(214)와 시료대 링 베이스(235) 사이의 공간이며 각 지지 빔(237)들 사이의 공간은, 시료대(214) 위쪽의 처리실(211) 내의 가스, 플라스마, 생성물 등의 입자가 흘러 시료대(214) 아래쪽의 이너 챔버(230) 내측의 가스 체류용 처리실(211)의 하부 공간으로 흐르는 부분이다. 각 지지 빔(237)은 시료대(214)의 상하 방향의 중심축 주위에 그 방사 방향의 축끼리가 같거나 또는 대략 같은 각도로 배치되고, 이들 사이를 지나 입자 각각이 시료대(214) 상면의 중심부터 개구(226)까지 흐르는 배기 경로의 길이는, 중심축 주위에 불균일이 작아지도록, 또한 배기 경로를 구성하는 지지 빔(237)들 사이의 공간의 상기 축의 위쪽에서 본 형상이 동일하거나 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 것이 되도록 구성되어 있다. 이 것에 의해, 시료대(214) 위에 유지되어 처리되는 시료 위쪽의 처리실(211)의 공간에 있어서, 플라스마 중의 입자 분포가 상기 중심축 주위에 대해서 불균일이 저감되고 처리의 결과로서의 가공 후의 형상의 불균일이 억제된다.
도 4를 이용하여, 진공 용기부(200)의 시료대(214)를 포함하는 부분을 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는, 도 2에 나타내는 실시예에 따른 진공 처리 유닛의 진공 용기부의 시료대 및 그 주위의 구성의 개략을 확대해서 나타내는 종단면도이다.
본 실시예에 나타내는 시료대(214)는, 그 내부에 원판 형상을 구비한 높은 열전달성을 가진 금속제의 원판인 기재(238)와, 이 원 형상의 상면 위쪽에 이것을 덮어 배치된 알루미나나 이트리아를 주성분으로 하는 혼합 재료로 이루어지는 유전체제의 유전체막(239)과, 유전체막 내부에 배치된 막 형상의 전극(240)을 구비하고 있다. 이 전극에는 진공 챔버 외에 설치된 직류 전원(241)으로부터 필터 회로(도시 생략)를 통해 직류 전압이 인가된다. 이 직류 전압에 의해, 유전체막을 통해 전극과 시료대 재치면 위에 탑재된 시료와의 사이에 쿨롱력을 기능시켜 시료를 정전 흡착시킨다.
또한, 본 실시예는, 동심원 형상 또는 나선 형상의 형상을 가진 유로가 기재(238) 내부에 구비되고, 진공 챔버(210) 외부에 설치된 온도 조절 유닛(246)으로부터 온도 및 유량(속도)이 조절된 냉매 등의 열교환 매체가 이들을 접속하는 배관을 통해서 내부의 유로에 공급되어 유로를 따라 순환한다. 이들은 시료대(214)와 접속된 시료대 온도 조절계를 구성하고, 도시하지 않은 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라 동작하여 기재(238) 나아가서는 시료대(214)의 온도가 원하는 온도가 되도록 조절된다. 본 실시예에서는, 시료대 온도 조절계에 순환 라인이 1계통만 구비되어 있지만, 기재(238)의 내부에 복수의 유로를 형성하여 각각에 연결된 복수대의 온도 조절 유닛 각각이 소정의 범위 내의 온도의 냉매를 공급하여 순환시켜, 시료 또는 유전체막(239) 상면의 중심으로부터 시료의 반경 방향에 대한 온도의 분포를 실현해도 된다.
상기한 바와 같이, 시료대(214)는, 시료를 시료대(214)의 상면을 구성하는 유전체막(239) 상면에 시료를 정전 흡착하여 유지해서 시료의 온도를 제어하는 성능을 향상시키는 정전 흡착 장치와, 고주파 전력에 의해 형성된 바이어스 전위와 플라스마와의 전위차를 이용하여 플라스마 중의 이온 등 하전 입자를 시료에 유인하여 충돌시켜 처리를 특정한 방향으로 촉진하기 위한 이온의 에너지를 조절하여 이방성을 향상시키는 이온 에너지 컨트롤러와, 또한, 기재(238) 내부에 순환시킨 소정의 온도의 열교환 매체와 열교환시킴으로써 시료의 온도를 조절하는 시료대 온도 조절계, 더욱이는 시료와 기재(238) 사이의 열전달을 향상시키기 위해 시료 이면과 유전체막(239) 상면 사이에 전열 가스를 소정의 압력 또는 유량으로 공급하는 전열 가스 공급계를 구비하고 있다. 유전체막(239) 상면 위에 재치된 시료는, 플라스마를 이용한 처리 중에 플라스마로부터의 열을 받아 가열되지만, 열교환 매체가 유로 내를 순환함으로써 바람직한 범위 내의 온도로 조절된 기재(238)와의 사이에서 유전체막(239)을 통해 열전달이 됨으로써, 시료의 온도가 처리에 적합한 범위 내의 값으로 조절된다. 또한, 시료의 처리 대상의 면 전체에 걸쳐 유전체막(239) 상면 위에 정전 흡착하여 유지함으로써 유전체막(239)과 시료 사이의 열전달이 향상되고, 시료의 온도를 처리에 적합한 범위 내의 값으로 정밀도 좋게 실현하여 온도의 불균일을 저감하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는, 시료와 기재(238) 사이의 열전달을 향상하기 위해 전열 가스 공급계를 이용하고 있다. 시료대(214)에 연결된 전열 가스 공급계를 통해서, 유전체막(239)과 이 위에 정전 흡착되어 유지된 시료 사이에 열전달성을 갖는 가스, 예를 들면 소정의 압력이 되도록 혹은 소정의 유량이 되도록 조절된 He 가스가 공급되고, 시료의 온도를 소기의 범위 내로 조절하고 있다. 전열 가스 공급계는, 도시하지 않은 열전달성을 갖는 가스의 가스 체류를 포함하는 가스원과 금속제의 기재(238) 및 그 위의 유전체막(239)을 관통하여 배치된 복수의 관통 구멍과 이들을 접속하는 관로 및 처리실(211) 외부의 관로 상에 배치되고 관로를 통류하여 공급되는 전열 가스의 유량 또는 압력을 조절하는 전열 가스 유량 조절기(242)를 포함한다. 전열 가스 공급계의 관통 구멍의 유전체막(239) 상면의 단부는 전열 가스의 가스 도입구를 구성하고, 가스원으로부터의 전열 가스가, 유전체막(239) 상면에 복수개 배치된 볼록부 상면에 접촉하여 유지된 시료의 이면과 복수의 볼록부의 상면을 제외하는 유전체막(239) 표면 사이의 극간에 복수의 가스 도입구로부터, 전열 가스 유량 조절기(242)의 동작에 의해 조절되어 공급된다.
본 실시예에 있어서, 시료대(214)의 기재(238)는, 진공 챔버 외에 설치된 고주파 전원(243)과 도시하지 않은 정합기를 통해 전기적으로 접속되고, 당해 고주파 전원(243)으로부터 플라스마 생성용 고주파 전력과는 다른 주파수의 고주파 전력이 당해 정합기를 통해 기재(238)에 공급되고, 기재(238) 및 유전체막(239) 더욱이는 시료 상면 위에 바이어스 전위를 형성한다. 본 실시예에서는, 고주파 전원(243)으로부터 공급되는 고주파 전력은 RF 주파수대의 것, 예를 들면 4㎒의 주파수의 것이 이용되고 있다. 당해 고주파 전력의 공급에 의해, 시료의 상면 위쪽에 형성된 전위와 플라스마의 전위와의 차에 따라 플라스마 중의 이온 등의 하전 입자를 시료 상면으로 유인하여 시료 상면의 처리 대상의 막층에 충돌시켜 이온 어시스트 반응을 이용함으로써, 이방성 에칭 처리가 실현되고 있다.
기재(238)의 아래쪽에는 절연 부재(251)를 사이에 끼워 금속제의 판 부재(252)가 배치되어 도시하지 않은 볼트, 나사 등에 의해 체결되어 일체로 접속되어 있다. 절연 부재(251) 및 판 부재(252)의 외주연은 위쪽의 기재(238)와 같은 직경을 갖는 원 형상을 구비하고, 연결된 상태에서 기재(238)와 동심 형상으로 배치되어 있다. 판 부재(252)는, 4개의 지지 빔(237)이 접속되고 시료대(214)와 동심 형상으로 배치된 원통 형상을 가진 기초 부분의 측벽의 상단부 위에, O링 등의 시일 부재를 사이에 끼워 볼트, 나사 등으로 체결되어 일체로 연결된다. 시료대(214)의 기초 부분에 연결된 판 부재(252) 위에 절연 부재(251) 및 유전체막(239)을 구비한 기재(238)가 연결됨으로써, 시료대(211) 내부의 수납 공간(244)이 그 외부의 처리실(211) 내부로부터 기밀하게 봉지되어 구획된다.
수납 공간(244)은, 각각의 지지 빔(237) 내부의 통로 및 각 지지 빔(237)의 시료대 링 베이스(235)를 사이에 끼운 외주측에 배치된 각각의 서스펜션 빔(234) 내부에 이것을 관통하여 배치되고 지지 빔(237) 내부의 통로에 연통된 덕트(245)를 통해 진공 챔버(210) 외부의 분위기에 연통되어, 수납 공간(244) 내부의 압력이 분위기의 것과 같거나 근소하게 높은 값으로 되어 있다.
수납 공간(244)은, 적어도 1개의 원통 형상을 구비한 공간이며, 본 실시예에서는 당해 원통의 중심축은 시료대(214) 상하 방향의 중심축과 합치 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 위치에 배치되어 있다. 수납 공간(244), 서스펜션 빔(234) 내부의 덕트 및 이들을 연통하는 지지 빔(234) 내부의 통로에는, 시료대 온도 조절계의 일부를 이루어 기재(238) 내부에 배치된 유로에 온도 조절 유닛(246)으로부터의 열교환 매체를 공급하고 배출하는 매체의 경로로서의 배관 등의 관로, 이온 에너지 컨트롤러의 일부를 이루어 기재(238)에 공급되는 바이어스 전위 형성용 고주파 전력을 공급하는 경로로서의 케이블 및 이것과 접속된 커넥터, 유전체막(239) 내부에 배치된 정전 흡착 장치의 정전 흡착용 전극(240)에 직류 전력을 공급하는 경로로서의 케이블 및 이것과 접속된 커넥터, 더욱이는 전열 가스 공급계의 일부를 이루어 유전체막(239) 상면의 복수의 가스 도입구와 연통되고 전열성을 가진 가스가 통류하는 경로로서의 배관 등의 관로가 배치되어 있다.
각 지지 빔(237)의 통로의 일단(一端)은 수납 공간(244)을 구성하는 시료대(214)의 기초 부분의 내주측벽에 배치된 개구에 연통하고, 이들 개구를 통해서 덕트(245) 내에 배치된 상기 열교환 매체나 전열 가스가 통류하는 배관, 고주파 전력이나 직류 전압이 공급되는 케이블이나 커넥터가, 수납 공간(244)의 천장면을 구성하는 금속제의 판 부재(252)를 사이에 끼워 기재(238)에 연결 또는 접속되어 있다. 지지 빔(237)의 통로의 타단(他端)은 시료대 링 베이스(235)를 관통하여 서스펜션 빔(234) 내부의 덕트(245)의 하단부와 연통되어 있다. 각각의 덕트(245)의 상단부는, 시료대 베이스 플레이트(232) 상면 위쪽에 위치한 각각의 서스펜션 빔(234)의 상단부에 배치되고 개구와 연통되어 진공 처리 장치(100) 외부의 분위기에 연통되어 있다.
즉, 덕트(245)를 통해서 수납 공간(244)에 배치된 시료대 온도 조절계나 전열 가스 공급계의 관로나 정전 흡착 장치나 이온 에너지 컨트롤러의 케이블이나 배선은, 내부 진공 챔버(210)의 외부, 예를 들면 베드부 등에 구비된 직류 전원(241), 전열 가스 유량 조절기(242), 고주파 전원(243), 온도 조절 유닛(246)과 기재(238) 및 이것에 일체로 접합된 유전체막(239)에 연결되고, 가스, 전력이 시료대(214)에 도입되는 구성으로 되어 있다. 또한, 분위기의 압력 또는 이것에 근사한 압력으로 된 수납 공간(244)과 분위기를 연통하는 각 덕트(245)도 O링 등의 시일 수단에 의해 내외가 기밀하게 봉지되고, 감압되는 처리실(211) 및 진공 챔버(210) 내부의 공간과 기밀하게 구획된다.
도 5를 이용하여, 본 실시예의 서스펜션 빔(234) 상부의 구성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는, 도 3에 나타내는 실시예에 따른 진공 용기부의 서스펜션 빔의 구성의 개략을 확대해서 나타내는 종단면도이다.
본 실시예에서는, 시료대 링 베이스(235)는 상하에 배치된 이너 챔버(229, 230)와 함께 처리실(211)의 내벽면을 구성하고, 시료대(211) 조법(條法)에 형성되는 플라스마와 면해 플라스마 중의 입자나 가스, 반응 생성물이 흐르는 경로를 둘러싸는 부재가 된다. 이 때문에, 이너 챔버(229, 230)는 각각, 시료대 베이스 플레이트(232)를 통하거나, 혹은 진공 챔버(210) 위에 놓여 접속되어, 접지 전위가 된 진공 챔버(210)와 같은 전위가 된다.
한편, 시료대 링 베이스(235)도 이너 챔버(229, 230)와 마찬가지로, 시료대 베이스 플레이트(232) 및 이것을 관통하여 배치된 서스펜션 빔(234)을 통해 진공 챔버(210)와 전기적으로 접속되어 접지 전위가 된다. 이 때문에, 시료대 베이스 플레이트(232)에 배치되고 서스펜션 빔(234)이 내측을 관통하는 개소에 양자(兩者)를 전기적으로 접속하는 금속 등의 양호한 도전성을 가진 부재로 구성된 도전 커넥터(247)가 구비되어 있다.
본 도면 (a)에 나타내는 바와 같이, 진공 챔버(210)의 내외가 기밀하게 구획될 때에, 덮개 부재(218)가 그 위에 놓인 방전 베이스 플레이트(231) 중앙부의 개구의 내주연부 하면과 접촉한 이너 챔버(229)의 플랜지부 및 이 플랜지부로부터 당해 플랜지부 하면이 놓인 내주연부의 오목부의 상면을 통해서 시료대 베이스 플레이트(232)에 아래 방향의 밀어붙임력이 인가된다. 또한, 밀어붙임력을 받은 시료대 베이스 플레이트(232)의 외주연부 하면이 근소하게 아래쪽으로 변위하여 이것에 대향하여 배치된 진공 챔버(210) 측벽 상단부 상면과 O링 등 시일 부재(233)를 사이에 끼워 접속되고, 진공 챔버(210)의 측벽 상단부에 밀어붙임력이 인가된다. 또한, 상기의 아래쪽을 향하는 밀어붙임력은, 감압된 처리실(211) 또는 진공 챔버(211) 내부의 압력과 진공 용기부(200) 주위의 분위기의 압력(대기압 또는 이것에 근사한 값의 압력)과의 차에 따라 인가되는 힘도 포함되어 있다.
또한, 시료대 베이스 플레이트(232)의 중앙부의 개구의 주위에는 서스펜션 빔(234)이 관통하여 끼워지는 관통 구멍이 4개소에 배치되고, 진공 챔버(210)의 내외가 기밀하게 구획된 상태에서 서스펜션 빔(234) 각각의 상부는 시료대 베이스 플레이트(232)와 당해 시료대 베이스 플레이트(232) 및 이너 챔버(229)의 플랜지부를 덮어 이들 위에 놓인 방전 베이스 플레이트(231) 사이에 끼워져 배치된다. 이 상태에서, 각 서스펜션 빔(234)의 상단부의 하부보다도 직경이 커져 외주측으로 연장한 플랜지부는, 그 상면이 방전 베이스 플레이트(231) 하면으로부터 아래쪽으로 밀어붙임력을 받아, 각 서스펜션 빔(234)을 시료대 베이스 플레이트(232)에 대하여 아래쪽으로 약간의 거리만큼 이동시켜 당해 플랜지부 하면과 시료대 베이스 플레이트(232)의 관통 구멍의 외주측 부분의 상면 사이에 끼워진 O링 등의 시일 부재(236)를 아래쪽으로 밀어붙여 변형시킴으로써 시료대 베이스 플레이트(232) 하면 아래쪽의 진공 챔버(210) 내부와 시료대 베이스 플레이트(232) 상면의 시일 부재(236)의 외측 사이를 기밀하게 봉지한다.
즉, 진공 챔버(210)의 내외가 기밀하게 구획되어 있지 않은 상태에서의 서스펜션 빔(234)은, 탄성을 갖는 시일 부재(236)를 그 플랜지부와 시료대 베이스 플레이트(232)의 상면 사이에 끼우고, 시일 부재(236)는 변형되어 있지 않거나 기밀하게 봉지하는 성능을 발휘하지 않을 정도로 변형된 상태가 되고, 시료대 베이스 플레이트(232)에 대하여 관통 구멍 내를 도면상 화살표로 나타내는 방향으로 변위 가능하게 유지되어 있다. 한편, 진공 챔버(210) 또는 처리실(211)의 내부가 감압되었을 때에 대기압과 압력차에 의한 부분을 포함하여 방전 베이스 플레이트(231)로부터 밀어붙임력을 받아 아래쪽으로 압하되어, 눌러 뭉개진 시일 부재(236)가 진공 챔버(210)와 이너 챔버(229) 사이의 공간과 분위기 사이의 기밀한 봉지를 유지할 수 있는 구성으로 되어 있다.
도 5에서는, 서스펜션 빔(234) 상부의 플랜지부와 방전 베이스 플레이트(231) 사이에 도 2에서 나타낸 탄성체(250)는 생략되어 있지만, 서스펜션 빔(234) 상부의 플랜지부가 방전 베이스 플레이트(231)로부터 탄성체(250)를 사이에 끼워 밀어붙임력을 받아도 되고, 양자가 직접 접촉해서 밀어붙임력을 받아도 된다. 또한, 상기의 서스펜션 빔(234)의 상하 방향에 대한 변위는, 처리실(211) 또는 진공 챔버(210) 내부의 압력의 증감뿐만 아니라, 시료의 처리 중에 플라스마로부터의 열을 받는 시료대(214) 혹은 이너 챔버(229, 230) 및 시료대 링 베이스(235)의 온도에 의해 생기는 처리실(211) 내벽면을 구성하는 부재의 팽창이나 변위에 의해서도 발생된다.
각 서스펜션 빔(234)은, 시료대 베이스 플레이트(232)의 이너 챔버(229)가 놓이는 중앙부의 개구의 주위에 배치된 4개의 개구 각각을, 서스펜션 빔(234) 외주측벽과 시료대 베이스 플레이트(232)의 관통 구멍의 내주측벽 사이의 극간을 두고, 관통하여 배치되어 있다. 또한, 서스펜션 빔(234)의 외주측벽은, 금속 등의 양호한 도전성을 가진 부재로 구성되고, 진공 챔버(210)와 전기적으로 접속된 시료대 베이스 플레이트(232)와 도전 커넥터(247)를 사이에 끼워 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시예의 도전 커넥터(247)는, 금속 등의 양호한 도전성을 가진 판 또는 선 형상의 부재가 그 양단의 사이의 개소를 구부려 종단면이 V자 형상이 된 클립 형상의 부분이 횡방향으로 링 형상으로 연결되어 이어진 것이며, 각 클립 형상의 부분의 V자의 한쪽의 단부가 서스펜션 빔(234)의 외주측벽과 그 주위를 따라 접촉해서 배치되어 있다. 각 클립 형상의 부분의 V자의 다른쪽의 단부는, 시료대 베이스 플레이트(232)의 하면에서 관통 구멍의 내주연을 따라 링 형상으로 배치된 누름기(248, 249)에 끼워져 유지되어 있다. 상세하게는, 각 V자의 타단부는, 시료대 베이스 플레이트(232)의 하면에 접속된 종단면이 L자 형상의 누름기(249)에 끼워 넣어진 상태에서, 당해 타단부가 누름기(248)와 누름기(249)에 끼워진 상태에서 누름기(248, 249)끼리를 나사 등으로 접속함으로써, 도전 커넥터(247)가 누름기(248, 249)에 위치 결정되어 고정된다.
누름기(248 또는 249)가 관통 구멍의 외주연을 따른 시료대 베이스 플레이트(232) 하면에 외주연을 둘러싸서 장착되고 전기적으로 접속된 상태에서, 위쪽에서 볼 때 도전 커넥터(247)의 V자부의 일단부는 관통 구멍의 외주연보다도 내측으로 돌출된 개소에 위치해 있다. 서스펜션 빔(234)이 관통 구멍에 삽입된 상태에서, 도전 커넥터(247)의 V자부의 일단은 서스펜션 빔(234)의 금속제의 외주측벽과 슬라이딩 가능한 상태에서 접촉하도록 배치된다. 이 것에 의해, 진공 챔버(210)의 내부가 감압되어 진공 용기부(200)의 내외가 기밀하게 봉지되거나 혹은 진공 챔버(210)의 내부가 대기압 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 압력이 된 후에 방전 베이스 플레이트(231)가 위쪽으로 들어올려져 당해 내부가 대기에 개방될 때에 서스펜션 빔(234)이 상하 방향의 미소 거리만큼 이동해도, 이것에 추종하여 도전 커넥터(247)와 서스펜션 빔(234)의 외주측벽과의 접촉 및 전기적인 접속이 유지된다.
본 실시예에 있어서, 도전 커넥터(247)의 각각의 클립 형상 부분은 상하 방향에 대해서 역(逆)V자 형상이 되고, V자의 일단부는 서스펜션 빔(234)의 외주측벽에 대하여 단면이 볼록 형상으로 구부려진 단면을 갖고 외주측벽의 외주측(멀어지는 측)으로 구부려져 있다. 도전 커넥터(247)의 단면이 볼록 형상의 곡면을 가진 개소에서 서스펜션 빔(234)의 외주측벽과 접촉함으로써, 양자의 상대적인 슬라이딩이 용이하게 되어 있다. 또한, 면끼리 접촉시킴으로써 상기의 슬라이딩시에도 상대적으로 큰 접촉 면적이 확보되어 서스펜션 빔(234) 및 시료대 링 베이스(235)의 시료대 베이스 플레이트(232) 혹은 진공 챔버(210)와의 전기적인 접속이 유지된다.
본 실시예에 있어서, 덮개 부재(218)를 포함하는 방전부(213)와, 이너 챔버(229, 230), 방전 베이스 플레이트(231), 시료대 베이스 플레이트(232), 서스펜션 빔(234), 시료대 링 베이스(235), 도전 커넥터(247), 누름기(248, 249)는 양호한 도전성을 가진 부재로 구성되고, 진공 챔버(210)에 대하여 전기적으로 접속되어, 소정의 전위로 되어 있다. 본 실시예에서는, 접지 전위로 되어 있다. 또한, 서스펜션 빔(234)의 외주측벽은, 프로세스 게이트 밸브(217)의 개방시에 처리실(211) 내부로부터 이너 챔버(229) 외부로 부유(浮遊)하는 반응 생성물 혹은 가스의 입자에 노출되고, 이들 입자 혹은 이들 입자와 부식 등의 상호작용에 의해 생긴 생성물이 부착된 후, 반송되는 시료에 다시 부착되어 오염되어 버릴 우려가 있다. 이 때문에, 본 실시예에서는, 서스펜션 빔(234)의 외주측벽은 내식성이 높은 금속, 예를 들면 SUS나 티타늄으로 구성된 부재가 이용되고 있다. 이 것에 의해, 내식성이 향상됨과 함께, 슬라이딩에 의한 마모가 저감된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 시료대(214) 상면 위쪽으로부터 시료대(214) 아래쪽의 개구(226)에 이르는 처리실(211) 내의 플라스마 등의 입자의 흐름의 양이나 속도 등의 시료대(214)의 둘레 방향에 대한 불균일, 나아가서는 시료의 처리의 둘레 방향에 대한 불균일이 저감되어, 안정된 처리가 실현된다. 또한, 진공 챔버(210) 내부의 내식성이나 수명 등의 신뢰성을 향상시켜, 장기간에 걸쳐 재현성 저하나 플라스마 처리 장치들 사이에서의 시료의 처리의 성능이나 처리의 결과의 차를 억제할 수 있다.
100: 진공 처리 장치 101: 카세트대
102: 대기측 시료 반송실 103: 로크실
104, 104': 진공측 시료 반송실 105: 중간실
106: 진공 처리 유닛 107: 진공 처리 유닛
108: 진공 처리 유닛 109: 진공 처리 유닛
110: 대기 블록 111: 진공 블록
200: 진공 용기부 210: 진공 챔버
211: 처리실 212: 전계원부
213: 방전부 214: 시료대
215: 배기부 216: 게이트 밸브
217: 프로세스 게이트 밸브 218: 덮개 부재
219: 자장 발생기 220: 고주파 전원
221: 정합기 222: 안테나
223: 유전체 부재 224: 석영 플레이트
225: 샤워 플레이트 226: 개구
227: 진공 펌프 228: 진공 배기 밸브
229, 230: 이너 챔버 231: 방전 베이스 플레이트
232: 시료대 베이스 플레이트 233: 시일 부재
234: 서스펜션 빔 235: 시료대 링 베이스
236: 링 237: 지지 빔
238: 기재 239: 유전체막
240: 전극 241: 직류 전원
242: 전열 가스 유량 조절기 243: 고주파 전원
244: 수납 공간 245: 덕트
246: 온도 조절 유닛 247: 도전 커넥터
248: 누름기 1 249: 누름기 2
250: 탄성체 251: 절연 부재
252: 판 부재

Claims (5)

  1. 진공 용기를 구성하는 접지된 진공 챔버 및 이 진공 챔버의 상부에 배치되어 당해 진공 챔버 내부를 덮는 상부 부재와, 상기 진공 챔버 내에 배치되고 내부의 실내에 처리 가스가 공급되어 플라스마가 형성되고 상기 진공 챔버로부터 분리 가능한 내측 챔버와, 내측 챔버 내에서 그 중심부에 배치되고 그 상면에 웨이퍼가 재치(載置)되는 시료대와, 상기 시료대 아래쪽의 상기 내측 챔버 저부(底部)의 중앙부에 배치되고 이 내측 챔버 내부가 배기되는 배기 개구와, 상기 진공 챔버의 아래쪽에서 상기 시료대의 아래쪽에 배치되고 상기 배기 개구와 연통(連通)하여 상기 내측 챔버 내부를 배기하는 배기 펌프와, 상기 내측 챔버 내에 배치되고 상기 시료대의 아래쪽 주위에 링 형상으로 배치되어 수평 방향으로 연장하는 지지 빔을 통해 당해 시료대와 연결된 시료대 링 베이스와, 상기 진공 챔버와 내측 챔버 사이의 공간에 상하 방향으로 연장하여 배치되고 상기 시료대 링 베이스와 연결되어 상기 시료대를 매달아 위쪽으로부터 지지하는 서스펜션 빔(suspension beam)과, 이 서스펜션 빔 및 상기 지지 빔과의 내측에 배치되고 상기 시료대 내부에 공급되는 액체가 통류(通流)하는 배관을 구비하고,
    상기 진공 챔버 위에 상기 상부 부재가 놓여 그 내측이 기밀하게 봉지(封止)된 상태에서, 상기 내측 챔버는 상기 시료대 링 베이스 위에 놓여 그 내측이 상기 진공 챔버와의 사이에서 기밀하게 봉지됨과 함께 진공 챔버의 외부와의 사이에서 기밀하게 봉지되고, 상기 서스펜션 빔은 그 상부가 상기 진공 챔버 상부를 구성하여 내부를 덮는 시료대 베이스 플레이트와 상기 진공 용기의 상부 부재 사이에서 끼워진 틈새를 상하 방향으로 이동 가능하게 유지되고, 상기 시료대 베이스 플레이트와 상기 서스펜션 빔의 상부의 SUS에 의해 구성된 측벽면의 사이에서 끼워져 상기 시료대 베이스 플레이트에 유지된 도전 커넥터를 구비한 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 부재의 중앙부에 배치되어 당해 중앙부의 아래쪽에 배치된 상기 내측 챔버 내부의 상기 시료대 위쪽의 공간에 플라스마를 형성하기 위한 제1 고주파 전력이 공급되는 원판 형상의 전극 및 이 원판 형상의 전극의 외주측에 링 형상으로 배치되어 상기 상부 부재를 구성하여 접지 전위가 되는 방전 베이스 플레이트 를 구비하고, 이 방전 베이스 플레이트와 상기 시료대 베이스 플레이트가 전기적으로 접속된 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내측 챔버가, 그 상단부에 배치된 플랜지부를 갖고 상기 상부 부재가 놓인 상태에서 상기 시료대 베이스 플레이트와 상부 부재 사이에서 당해 플랜지부가 끼워져 위치가 고정되는 것이며, 상기 시료대 링 어스 상단부가 상기 내측 챔버의 하단부 아래쪽에서 봉지 부재를 사이에 끼워 당해 하단부와 극간을 두고 유지되는 플라스마 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 시료대 베이스 플레이트와 상기 방전 베이스 플레이트의 사이에 봉지 부재가 배치되어 진공 챔버의 내부가 외부로부터 기밀하게 봉지되고, 상기 도전 커넥터가 기밀하게 봉지된 상기 진공 챔버의 내부에 위치하는 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션 빔의 SUS에 의해 구성된 상기 측벽면의 하단부가 상기 내측 챔버에 배치되고 상기 플라스마를 이용하여 처리되는 웨이퍼가 반송되는 개구의 위쪽에 위치하는 플라스마 처리 장치.
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