JP2008086985A - プラズマ工程装備及びこれを用いる基板加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工程を終えた後に排気される工程ガスをリサイクルすることによって、装備の経済性を向上させることができるプラズマ工程装備を提供する。
【解決手段】 工程チャンバーと、工程チャンバーに工程ガスを供給するガス供給装置と、ガス供給装置から工程ガスを受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、工程を終えた後に工程チャンバーから排出される工程ガスから特定ガスを分離するガス分離装置と、を備える構成とした。ここで、ガス分離装置は、工程ガス間の液化点の差を用いて特定ガスを分離する液化装置から構成される。また、ガス分離装置によって分離されたガスを貯蔵する再生ガス貯蔵タンクをさらに備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体や平板表示装置の製造工程に用いられる基板処理装備に係り、特に、プラズマを用いて工程を行うプラズマ工程装備に関するものである。

プラズマは、イオンや電子、ラジカルなどからなるイオン化したガス状態のもので、非常に高い温度や、高周波電磁界（ＲＦ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ）によって生成される。プラズマは産業上多種多様な分野に活用され、その一例に、液晶表示装置を含む平板表示装置（ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＥＬＤ等）の製造工程においてプラズマ状態の反応物質を用いて、有機物質からなる薄膜をエッチングすることが挙げられる。

このようなプラズマ表面処理は、その工程がどのような気圧下でなされるかによって、真空チャンバーを利用する低圧プラズマ処理方法と、大気圧状態で工程がなされる大気圧プラズマ処理方法とに区分される。なかでも、低圧プラズマ処理方法は、容易にプラズマを生成できるという利点があるが、真空チャンバー、真空排気装置などの高価装備が要求され、かかる高価装備の保守に高費用がかかるという欠点がある。一方、大気圧プラズマ処理方法は、大気圧状態でプラズマを生成させるため、高価の真空システムが不要である他、装備の保守面でも経済的であるという利点がある。

しかしながら、大気圧プラズマ工程装備は、装備の特性上、低圧プラズマ工程装備よりも多量の工程ガスが必要とされるという欠点がある。特に、工程チャンバーに供給される工程ガスの極一部のガスのみが実際に工程に活用され、大部分のガスはそのまま排出されるという点を考慮する時、上述の欠点は、大気圧プラズマ工程装備が持つ多くの利点を相殺し、装備運営の実效性を低下させてしまう。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、工程を終えた後に排気される工程ガスをリサイクルすることによって、装備の経済性を向上させることができるプラズマ工程装備を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係るプラズマ工程装備の一つは、工程チャンバーと、前記工程チャンバーに工程ガスを供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置から工程ガスを受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、工程を終えた後に前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中から特定ガスを分離するガス分離装置と、前記ガス分離装置によって分離されたガスを貯蔵する再生ガス貯蔵タンクと、を備えることを特徴とする。

前記ガス分離装置は、工程ガス間の液化点の差を用いて前記特定ガスを分離する液化装置で構成されることができる。

なお、本発明のプラズマ工程装備は、前記液化装置によって液化したガスを再び気化させる気化装置をさらに備えることができる。

前記ガス供給装置は、前記特定ガスを前記プラズマ発生装置に供給するためのガス供給ラインを備え、前記プラズマ工程装備は、前記再生ガス貯蔵タンクと前記ガス供給ラインとを連結するガス復帰ラインをさらに備えることができる。

前記ガス供給ラインにおいてこのガス供給ラインと前記ガス復帰ラインとが合流する地点の上流には、第１流量制御器が取り付けられ、前記ガス供給ラインにおいて前記合流点の下流には、第２流量制御器が取り付けられ、前記ガス復帰ラインには、第３流量制御器が取り付けられることができる。

前記ガス分離装置によって分離される特定ガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）であると良い。

上記目的を達成する本発明に係るプラズマ工程装備のもう一つは、工程チャンバーと、前記工程チャンバーに工程ガスを供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置から工程ガスを受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、工程を終えた後に前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中から、液化点の最も高い工程ガスを分離するガス分離装置と、前記ガス分離装置によって分離されたガスを気化させる気化装置と、前記気化装置で気化したガスを前記ガス供給装置に復帰させるためのガス復帰ラインと、を備えることを特徴とする。

また、上記プラズマ工程装備は、前記気化装置で気化したガスを貯蔵する再生ガス貯蔵タンクをさらに備えることができる。

前記ガス供給装置は、工程ガスのうち、液化点の最も高いガスが供給されるガス供給ラインを備え、前記ガス供給ラインにおいてこのガス供給ラインと前記ガス復帰ラインとが合流する地点の上流には、第１流量制御器が取り付けられ、前記ガス供給ラインにおいて前記合流点の下流には、第２流量制御器が取り付けられ、前記ガス復帰ラインには、第３流量制御器が取り付けられることができる。

上記目的を達成する本発明に係るプラズマ工程装備を用いる基板加工方法は、ａ）工程チャンバー内に基板を位置させる段階と、ｂ）前記工程チャンバーに工程ガスを供給する段階と、ｃ）供給された工程ガスよりプラズマを発生させて基板に噴射する段階と、ｄ）工程を終えた後に前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中からいずれか一つの工程ガスを分離する段階と、ｅ）分離されたガスを再生ガス貯蔵タンクに貯蔵する段階と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記ｄ）段階は、前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中からいずれか一つを液化させて分離する段階と、前記液化したガスを再び気化させる段階と、を備えることができる。

また、本発明に係る基板加工方法は、前記再生ガス貯蔵タンクに貯蔵されたガスを前記ガス供給装置に復帰させる段階をさらに備えることができる。

本発明によれば、工程を終えた後に排気される工程ガスの一部をリサイクルできるため、装備の保守費用を節減することが可能になる。特に、本発明は、工程ガスの消費が多いため装備運営に制約を受ける大気圧プラズマ工程装備を、より実效的に運営できるようにするという効果が得られる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明によるプラズマ工程装備を示す構成図であり、図２は、本発明によるプラズマ工程装備においてガス供給装置、再生ガス貯蔵タンク及びガス供給ラインとガス復帰ラインに取り付けられる流量制御器を示す図である。

図１に示すように、本発明によるプラズマ工程装備は、プラズマを用いる工程を行うための空間を提供する工程チャンバー１０と、工程チャンバー１０に工程に必要なガスを供給するガス供給装置２０と、ガス供給装置２０から工程ガスを受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置３０と、を備えて構成される。

工程チャンバー１０には、加工対象物である基板Ｓを支持するステージ１１が設置され、ステージ１１の上側にはプラズマ発生装置３０が配置される。

プラズマ発生装置３０は、ボディー３１と、上下方向に互いに隔たってそれらの間にプラズマ発生領域３２を形成する第１電極３３及び第２電極３４と、を有する。ボディー３１の上側には、ボディー３１の内部に工程ガスを流入させるためのガス流入口３１ａがあけられ、ボディー３１の下側には、プラズマ発生領域３２で生成されたプラズマを基板Ｓ側に排出させるためのプラズマ排出口３１ｂがあけられる。したがって、両電極３３，３４に高電圧が印加されつつガス流入口３１ａを通じて工程ガスが供給されると、プラズマ発生領域３２でプラズマが発生してプラズマ排出口３１ｂを通じて基板Ｓ側に噴射される。

図２に示すように、ガス供給装置２０は、工程に使われるそれぞれの工程ガスが保管されるガス貯蔵所２１，２２，２３，２４と、各ガス貯蔵所２１，２２，２３，２４から工程チャンバー１０へガスを移送するガス供給ライン２５，２６，２７，２８と、を備えて構成される。それぞれのガス供給ライン２５，２６，２７，２８は、一つのガス供給ライン２９に連結されるが、このように統合した一つのガス供給ライン２９は、プラズマ発生装置３０のガス流入口３１ａに連通する。以下では、それぞれの工程ガスが混合して流れるラインを、混合ガス供給ラインという。

工程に使われるガスの組み合わせは、工程の種類によって様々に変更すると良く、以下では、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、メタン（ＣＨ_４）及び六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を工程ガスとして説明する。酸素（Ｏ_２）は、第１ガス貯蔵所２１に貯蔵され、第１ガス供給ライン２５を通じて混合ガス供給ライン２９に供給される。また、メタン（ＣＨ_４）、窒素（Ｎ_２）及び六フッ化硫黄（ＳＦ_６）はそれぞれ、第２ガス貯蔵所２２、第３ガス貯蔵所２３及び第４ガス貯蔵所２４に貯蔵され、第２ガス供給ライン２６、第３ガス供給ライン２７及び第４ガス供給ライン２８を通じて混合ガス供給ライン２９に供給される。

一方、図１に示すように、工程チャンバー１０には、工程チャンバー１０中の反応副産物及び未反応ガスを排出するための排出口１２があけられ、この排出口１２には、排気のための排出管４１が連結され、該排出管４１は、ポンプ５０とガス分離装置６０を経て排気装置４０と連結される。ここで、ポンプ５０は、工程チャンバー１０の工程圧力を維持する一方で、工程済みの工程ガスを回収する役割を担い、排気装置４０は、有害ガスを浄化して排気させる役割を担う。

また、本発明によるプラズマ工程装備は、排出管４１を通じて排気される工程ガスのうち特定ガスを再生できるように分離するガス分離装置６０を有する。ガス分離装置６０は、ポンプ５０を経て排出される工程ガスから特定ガスを分離し、これをガス分離管６１に排出させ、残りの工程ガスは、排気装置４０に排出させる。

特に、本発明においてガス分離装置６０は、工程ガス間の液化点の差を用いていずれか一つのガスを分離する液化装置で構成される。すなわち、ガス分離装置６０は、流入した工程ガスを冷却させ、この冷却過程で液化点の相対的に高い工程ガスを液化させる。こうして液化した工程ガスはガス分離管６１に排出され、残りの工程ガスは、排気装置４０と連結されている排出管４１に排出される。本実施の形態のように工程ガスとして酸素（Ｏ_２）、メタン（ＣＨ_４）、窒素（Ｎ_２）及び六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を使用する場合には、六フッ化硫黄（ＳＦ６）の液化点が最も高いので、ガス分離装置６０で六フッ化硫黄（ＳＦ６）が分離される。

また、ガス分離管６１は気化装置７０と連結され、この気化装置７０は、ガス分離装置６０で分離された液化ガスを気化させて再び気体状態の工程ガスに還元し、還元された工程ガスは、気化装置７０に連結されたガス復帰ライン７１を通じてガス供給装置２０に復帰する。

ガス復帰ライン７１上には、ガス分離装置６０で分離された後、ガス復帰ライン７１を通じて復帰される工程ガスを貯蔵できるように再生ガス貯蔵タンク８０が設置される。気化装置７０で気体状態に還元された工程ガスは、ガス供給装置２０に復帰する前に再生ガス貯蔵タンク８０に臨時貯蔵される。このような再生ガス貯蔵タンク８０は、一つの基板に対する加工工程が終わった後に、加工済み基板をアンローディングし、新しい基板をローディングする過程で特に必要とされる。すなわち、一つの基板に対する加工が終わると、工程チャンバー１０中の工程ガスを完全に排気させ、ガス供給装置２０からのガス供給を遮断するので、上記再生ガス貯蔵タンク８０がないと、加工が終わる頃に工程チャンバー１０から排出されるガスは再生されずに全て捨てられるわけである。

一方、図２に示すように、ガス復帰ライン７１は、ガス供給装置２０のガス供給ラインと連結される。本実施の形態のように六フッ化硫黄（ＳＦ_６）が再生される場合には、ガス復帰ライン７１は、第４ガス供給ライン２８と連結される。以下では、ガス復帰ライン７１がガス供給ライン２８と合流する地点をＪ地点という。

ガス供給ライン２８においてＪ地点の上流には、第１流量制御器９１が取り付けられ、Ｊ地点の下流には、第２流量制御器９２が取り付けられる。また、ガス復帰ライン７１において再生ガス貯蔵タンク８０とＪ地点との間には第３流量制御器９３が介装される。これらの流量制御器は、それぞれのガスラインに流れる工程ガスの量をモニタリングや制御する部品で、公知の技術であるためその詳細説明は省略する。

以下、図１乃至図３を参照して、本発明によるプラズマ工程装備を用いる基板加工工程について説明する。図３は、本発明による基板加工工程を説明するための図である。

工程が始まると、工程チャンバー１０内に、加工対象物である基板Ｓを位置させ、ポンプ５０は、工程チャンバー１０が適正工程圧力を保つようにする（Ｓ１１０）。

この状態で、工程チャンバー１０に工程ガス（Ｏ_２、Ｎ_２、ＣＨ_４及びＳＦ_６）が供給されるが、再生されたガスがない最初状態では、全ての工程ガスがガス貯蔵所２１，２２，２３，２４から供給され、再生されたガスがある状態では、再生ガス貯蔵タンク８０から一部ガスが供給され、残りのガスがガス貯蔵所２１，２２，２３，２４から供給される（Ｓ１２０）。すなわち、以前の工程を終えガス分離装置６０及び気化装置７０によって再生されたＳＦ_６がある場合には、この再生ガスがガス復帰ライン７１を通じて再生ガス貯蔵タンク８０からガス供給装置２０に供給され、ガス供給装置２０の第４ガス貯蔵所２４からは不足する量のＳＦ_６が供給される。

このときに、第４ガス貯蔵所２４から供給されるＳＦ_６の量は、３個の流量制御器９１，９２，９３によって制御される。すなわち、第３流量制御器９３では、再生ガス貯蔵タンク８０から供給されるＳＦ_６の量を測定し、第２流量制御器９２では、第３流量制御器９３で測定されるガスの量と工程に必要な量とを比較し、不足する量のガスを第４ガス貯蔵所２４から供給されるようにする。このとき、第４ガス貯蔵所２４から供給されるＳＦ_６の量は、第１流量制御器９１によって制御される。

工程チャンバー１０にガスが供給されると、プラズマ発生装置３０が動作し、これにより、イオン、ラジカル及び工程ガスが基板Ｓに噴射されエッチング工程または蒸着工程などのような基板加工工程が行われる（Ｓ１３０）。

加工工程を終えた後の反応副産物や未反応の工程ガスは、排出管４１を通じて排出され、ポンプ５０を経てガス分離装置６０に移動する（Ｓ１４０）。加工工程済みガスは、ガス分離装置６０で冷却され、この際、液化点の最も高いＳＦ_６は最も早く液化して分離される。分離された液化ガスは、ガス分離管６１を通じて気化装置７０に移動し、残りの工程ガスと反応副産物は、排気装置４０を通じて最終排気される（Ｓ１５０）。

気化装置７０で液体状態のＳＦ_６は再び気体状態の工程ガスに還元され（Ｓ１６０）、ガス復帰ライン７１に沿って移動して再生ガス貯蔵タンク８０に貯蔵される（Ｓ１７０）。

一つの基板に対する加工工程が続く場合、再生ガス貯蔵タンク８０に貯蔵されたＳＦ_６は、Ｓ１２０で説明したように、再び工程チャンバー１０に供給されて工程にリサイクルされる。一方、一つの基板に対する加工工程が終了した場合には、工程ガスの供給が中断した状態で工程チャンバー１０が開き、加工済み基板はアンローディングされ、新しい基板が工程チャンバー１０内に置かれる（Ｓ１８０）。

本発明によるプラズマ工程装備を示す構成図である。 本発明によるプラズマ工程装備においてガス供給装置、再生ガス貯蔵タンク、及びガス供給ラインとガス復帰ラインに取り付けられる流量制御器を示す図である。 本発明によるプラズマ工程装備を用いる基板加工工程を説明するための図である。

符号の説明

１０ 工程チャンバー
２０ ガス供給装置
２１，２２，２３，２４ ガス貯蔵所
２５，２６，２７，２８，２９ ガス供給ライン
３０ プラズマ発生装置
４０ 排気装置
５０ ポンプ
６０ ガス分離装置
７０ 気化装置
７１ ガス復帰ライン
８０ 再生ガス貯蔵タンク
９１，９２，９３ 流量制御器

Claims (12)

1. 工程チャンバーと、
   前記工程チャンバーに工程ガスを供給するガス供給装置と、
   前記ガス供給装置から工程ガスを受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
   工程を終えた後に前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中から特定ガスを分離するガス分離装置と、
   前記ガス分離装置によって分離されたガスを貯蔵する再生ガス貯蔵タンクと、
   を備えることを特徴とする、プラズマ工程装備。
2. 前記ガス分離装置は、工程ガス間の液化点の差を用いて前記特定ガスを分離する液化装置であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ工程装備。
3. 前記液化装置によって液化したガスを再び気化させる気化装置をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ工程装備。
4. 前記ガス供給装置は、前記特定ガスを前記プラズマ発生装置に供給するためのガス供給ラインを備え、前記プラズマ工程装備は、前記再生ガス貯蔵タンクと前記ガス供給ラインとを連結するガス復帰ラインをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ工程装備。
5. 前記ガス供給ラインにおいてこのガス供給ラインと前記ガス復帰ラインとが合流する地点の上流には、第１流量制御器が取り付けられ、前記ガス供給ラインにおいて前記合流点の下流には、第２流量制御器が取り付けられ、前記ガス復帰ラインには、第３流量制御器が取り付けられることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ工程装備。
6. 前記特定ガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）であることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ工程装備。
7. 工程チャンバーと、
   前記工程チャンバーに工程ガスを供給するガス供給装置と、
   前記ガス供給装置から工程ガスを受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
   工程を終えた後に前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中から、液化点の最も高い工程ガスを分離するガス分離装置と、
   前記ガス分離装置によって分離されたガスを気化させる気化装置と、
   前記気化装置で気化したガスを前記ガス供給装置に復帰させるためのガス復帰ラインと、を備えることを特徴とする、プラズマ工程装備。
8. 前記気化装置で気化したガスを貯蔵する再生ガス貯蔵タンクをさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ工程装備。
9. 前記ガス供給装置は、工程ガスのうち、液化点の最も高いガスが供給されるガス供給ラインを備え、前記ガス供給ラインにおいてこのガス供給ラインと前記ガス復帰ラインとが合流する地点の上流には、第１流量制御器が取り付けられ、前記ガス供給ラインにおいて前記合流点の下流には、第２流量制御器が取り付けられ、前記ガス復帰ラインには、第３流量制御器が取り付けられることを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ工程装備。
10. ａ）工程チャンバー内に基板を位置させる段階と、
    ｂ）前記工程チャンバーに工程ガスを供給する段階と、
    ｃ）供給された工程ガスよりプラズマを発生させて基板に噴射する段階と、
    ｄ）工程を終えた後に前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中からいずれか一つの工程ガスを分離する段階と、
    ｅ）分離されたガスを再生ガス貯蔵タンクに貯蔵する段階と、を備えることを特徴とする、プラズマ工程装備を用いる基板加工方法。
11. 前記ｄ）段階は、
    前記工程チャンバーから排出される工程ガスの中からいずれか一つを液化させて分離する段階と、
    前記液化したガスを再び気化させる段階と、
    を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ工程装備を用いる基板加工方法。
12. 前記再生ガス貯蔵タンクに貯蔵されたガスを前記ガス供給装置に復帰させる段階をさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ工程装備を用いる基板加工方法。

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