JP2009253263A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】チャンバー内部の上部電極の妨げなしに基板の位置を正確に知ることができ、また、基板の上下エッジ及び側面だけではなく基板の背面の全体に存在するパーチクルと堆積物を効率よく除去することができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】反応空間を提供するチャンバー１００と、基板が載置される分割形成された下部電極２１０と、前記下部電極に対向する上部電極３００と、前記基板を感知するために前記チャンバーの上側に設置された基板センサー７１０とを備え、前記上部電極は、電極板３１０と、前記電極板の下部に取り付けられた絶縁板３２０とを備え、前記上部電極には前記基板センサーからの光を前記基板に向かってガイドするための少なくとも１本のガイド孔３１２が穿設されている。前記ガイド孔が設けられているので、前記上部電極と前記下部電極との間の間隔をより精度よく制御できる。
【選択図】図１

Description

本発明はプラズマ処理装置に係り、更に詳しくは、基板に付着した各種の異物を除去するためのプラズマ処理装置に関する。
半導体素子及びフラット表示装置は、薄膜蒸着とエッチング工程により製作される。即ち、蒸着工程を行うことにより基板における所定の領域に薄膜を形成し、エッチングマスクを用いたエッチング工程を行うことにより不要な薄膜の一部を除去して基板上に所望の所定の回路パターン又は回路素子を形成し、これにより、半導体素子及びフラット表示装置が製作される。
しかしながら、上記の薄膜工程に際して基板の全面に薄膜を形成し、上記のエッチング工程に際して基板の中心領域に形成された薄膜をエッチングターゲットとするため、基板のエッジ領域には薄膜が除去されないままで残留することになる。また、エッチング工程時に必然的に工程副産物、例えば、パーチクルが堆積するという現象が発生する。併せて、通常、基板を支持する基板支持部には静電力又は真空力により基板を載置するため、前記基板と基板支持部との間の界面は所定の距離だけ離れて隙間ができ、この隙間を通じて基板の背面にも薄膜及びパーチクルが堆積することがある。もし、基板に存在するパーチクル及び堆積された薄膜を除去しない状態で工程が行われ続けた場合、基板が反ったり基板の整列が困難になったりするなどの多くの問題点が発生する可能性がある。
このため、近年、基板のエッジ領域に存在するパーチクル及び堆積された薄膜をエッチングして除去するためのプラズマ処理装置が開発されている。かかるプラズマ処理装置は基板よりも小径の基板支持部に基板を載置して基板のエッジ領域を露出させ、基板のエッジ領域の上下に上下電極を配設して露出された基板のエッジ領域にプラズマを発生させる。このとき、基板の上部領域に設置されたプラズマ遮蔽部と基板支持部との間の間隔を狭めて基板の中心領域にプラズマが流れ込むことを遮蔽する。
しかしながら、上述したように、従来の技術は、基板よりも小径の基板支持部の上に基板を載置した後、露出された基板の端部をプラズマを用いてエッチングすることにより、基板のエッジ部、即ち、基板の上面と背面の周縁部及び基板の側面に堆積されたパーチクルを除去する方式であるため、基板の背面部の中心に堆積されたパーチクルは完全に除去し切れないという問題点が発生する。また、従来の技術は基板支持部の上に載置された基板の整列及び上部電極と基板支持部との間の間隔を正確に制御するための別途の基板センサーがないか、或いは、基板センサーが設けられるとしても、上部電極により基板センサーからの出力光が妨げられるため、基板の誤整列が頻繁に発生するという問題点があった。
本発明は上述した問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、チャンバーの内部の上側に設けられた上部電極に基板センサーの光をガイドするためのガイド孔を穿設して基板センサーの動作が上部電極により妨げられることを防ぐことにより、正確な基板の感知を通じて各種の制御をより精度よく行い、結果として、工程効率を極大化可能なプラズマ処理装置を提供するところにある。
また、本発明の他の目的は、下部電極が複数に分割されてそれぞれの電極がグループ別に互い違いに昇降されることにより、基板の背面の全体が露出可能になることから、基板の上下エッジ及び側面だけではなく、基板の背面の全体に存在するパーチクル及び堆積物をも効率よく除去可能なプラズマ処理装置を提供するところにある。
上記の目的を達成するために、本発明の一側面によるプラズマ処理装置は、 反応空間を提供するチャンバーと、前記チャンバー内部の下部に位置付けられて基板が載置される下部電極と、前記下部電極に対向するチャンバー内部の上部に位置付けられる上部電極と、前記基板を感知するために前記チャンバーの上側に設置された基板センサーと、を備え、前記上部電極は、電極板と、前記電極板の下部に取り付けられた絶縁板と、を備え、前記上部電極には前記基板センサーからの光を前記基板に向かってガイドするための少なくとも１本のガイド孔が穿設されている。
前記電極板は周縁部に沿って下向きに突出された側壁を有し、前記側壁の内側に前記絶縁板が設置されていることが好ましい。
前記側壁、又は前記側壁と前記絶縁板との間、又は前記電極板と前記絶縁板との間を垂直に貫通するように前記ガイド孔が穿設されていることが好ましい。
前記ガイド孔は上側の入口と下側の出口が内径よりも大きく形成されていることが好ましい。
前記基板センサー及び前記ガイド孔は基板のエッジ部に対応する垂直線上に設けられていることが好ましい。
前記下部電極は複数の電極に分割形成されていることが好ましい。
前記複数の電極は同心をなして所定の間隔だけ離れて形成されていることが好ましい。
前記複数の電極は２つのグループのいずれか一方に属してＲＦ電源と接地電源のいずれか一方を印加され、グループ別に上下移動が制御されることが好ましい。
前記ＲＦ電源は４００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚの大きさを有することが好ましい。
前記ＲＦ電源は二重周波数を有することが好ましい。
前記下部電極は前記基板よりも大径に形成されていることが好ましい。
前記下部電極に結合されて前記下部電極を昇降する下部リフトと、前記上部電極に結合されて前記上部電極を昇降する上部リフトと、を更に備えることが好ましい。
上記の目的を達成するために、本発明の他の側面によるプラズマ処理装置は、チャンバーと、前記チャンバー内の上部に設けられた絶縁板と、前記チャンバーの側壁に形成され、接地電源が印加される接地電極と、前記チャンバー内の下部に設けられ、基板が載置される下部電極と、を備え、前記下部電極は複数の電極に分割形成されて隣り合う２つの電極にはＲＦ電源と接地電源が互い違いに印加される。
前記ＲＦ電源が印加される電極は固定され、残りの電極は上下駆動されることが好ましい。
前記接地電源が印加される電極は固定され、残りの電極は上下駆動されることが好ましい。
前記複数の電極は同心をなして離れて形成されることが好ましい。
前記複数の電極は、前記基板の中心から外側に向かって配設された第１、第２及び第３の電極を備え、第３の電極に対する第１の電極の直径は３５〜５５％、第２の電極の直径は５６〜７５％の範囲を有することが好ましい。
前記複数の電極は、前記基板の中心から外側に向かって配設された第１、第２、第３及び第４の電極を備え、第４の電極に対する第１の電極の直径は３５〜４５％、第２の電極の直径は４６〜６０％、第３の電極の直径は６１〜７５％の範囲を有することが好ましい。
前記複数の電極は、前記基板の中心から外側に向かって配設された第１、第２、第３、第４及び第５の電極を備え、第５の電極に対する第１の電極の直径は３０〜４０％、第２の電極の直径は４１〜５０％、第３の電極の直径は５１〜６０％、第４の電極の直径は６１〜７５％の範囲を有することが好ましい。
前記基板を感知するために前記チャンバーの上側に設置された基板センサーを更に備え、前記絶縁板には前記基板センサーからの出力光を前記基板に向かってガイドするための少なくとも１本のガイド孔が穿設されていることが好ましい。
本発明は、チャンバーの内部の上側に設けられた上部電極の周縁部に基板センサーの光をガイドするためのガイド孔が設けられて上部電極の妨げなしに基板の位置を正確に知ることが可能になることから、基板の整列誤差をより低減することができ、上部電極と下部電極との間の間隔をより精度よく制御することができることから、工程効率を極大化することができる。
また、本発明は、下部電極が複数の電極により構成されてそれぞれの電極がグループ別に互い違いに昇降することから、基板の上下エッジ及び側面だけではなく、基板の背面の全体に存在するパーチクル及び堆積物をも効率よく除去することができる。
更に、本発明は、下部電極が複数の電極により構成されてそれぞれの電極に接地電源とＲＦ電源が互い違いに印加されることから、均一なプラズマを大面積に形成することが可能になり、その結果、中小型基板だけではなく、大面積の基板にも好適に使用可能である。
更に、本発明は、下部電極が複数の電極により構成されてこれらの一部の電極が基板を搬入及び搬出位置に移動することから、別途の基板リフティング手段が不要になり、その結果、下部電極の構成をより簡略化することができる。
更に、本発明は、上部電極の電極板と絶縁板により構成されて電極板の周縁が下向きに延びて接地電極として働くことから、チャンバーの内側の側壁に別途の接地電極を設けることが不要になり、その結果、チャンバーの構成をより簡略化することができる。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。しかし、本発明は後述する実施の形態に限定されるものではなく、相異なる形で実現可能であり、これらの実施の形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、且つ、この技術分野における通常の知識を持った者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ要素を示す。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の断面図であり、図２は、図１に示す上部電極の断面図である。図３は、図１のＡ領域に対する部分拡大図であり、図４は、図１に示す下部電極の斜視図である。
図１〜図４を参照すると、この実施形態によるプラズマ処理装置は、チャンバー１００と、前記チャンバー１００内の下部に位置付けられて基板Ｇが載置される下部電極２１０と、前記下部電極２１０に結合されて前記下部電極２１０を昇降する下部リフト２４１と、前記下部電極２１０に対向するチャンバー１００内の上部に位置付けられた上部電極３００と、前記上部電極３００に結合されて前記上部電極３００を昇降する上部リフト３３１と、を備える。また、この実施形態によるプラズマ処理装置は、前記チャンバー１００の内側壁に形成されたチャンバーライナー１５０と、前記下部電極２１０の外周面に沿って設けられたフォーカスリング５００と、前記下部電極２１０の外周面とチャンバー１００の内側面との間に設けられたベントプレート６００と、を更に備えていてもよい。
前記チャンバー１００は、表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから形成され、下部チャンバー１１０と、前記下部チャンバー１１０の上部を覆うチャンバーリッド１２０と、を備える。前記下部チャンバー１１０は上部が開放された円筒状に形成され、半導体ウェーハ又はガラス基板の形状に応じてその形状が変更可能である。前記チャンバーリッド１２０は前記下部チャンバー１１０の上部を閉じる役割を果たし、前記下部チャンバー１１０の上部と気密に接続してチャンバー１００内に所定の空間を形成する。
前記チャンバー１００の上部には第１のガスが流れ込み自在に前記チャンバー１００の上部壁を垂直に貫通するガス供給流路４２０が形成されており、前記ガス供給流路４２０には第１のガス供給部４１０が接続されている。このため、前記第１のガスは第１のガス供給部４１０からガス供給流路４２０を介してチャンバー１００の内部に取り込まれる。このとき、前記第１のガスとしてはＡｒ、ＣＦ４、Ｃｌ２、ＳＦ６、ＢＣｌ３などが単独で又は組み合わせられて使用可能である。また、前記チャンバー１００の側壁には基板Ｇが前記チャンバー１００内に取り込み可能にゲート１３０が設けられ、前記ゲート１３０は処理されるべき基板Ｇが取り込まれるか、又は、処理済みの基板Ｇが取り出されるように開閉される。前記チャンバー１００の下部には排気部１４０が設けられ、前記排気部１４０はエッチング時に発生するパーチクルなどの反応副産物とガスをチャンバー１００の外部に排気する役割を果たす。このとき、前記排気口１４０はチャンバー１００の下部はもちろん、チャンバー１００の側壁下部にも形成可能である。前記チャンバー１００の側壁の内側にはプラズマからチャンバー１００の側壁を保護するためのライナー１５０が設置される。このライナー１５０は中空型の円筒状に製作されてその中心に所定の空間が設けられ、その外側がチャンバー１００の側壁を取り囲むように形成される。また、前記ライナー１５０の内側には所定の高さにおいて中心に向かって延びたリング状の突出部１５１が設けられ、前記突出部１５１には接地電源が印加される。これにより、前記突出部１５１の近くで発生したプラズマは基板Ｇの上下エッジ領域に集中可能である。
上部電極３００はチャンバー１００の上部に設けられ、導電性の材質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）から形成された上側の電極板３１０と絶縁性の材質、例えば、セラミックから形成された下側の絶縁板３２０とを備える。
前記電極板３１０は周縁部に沿って下向きに突出された側壁３１０ａを有する円筒状に形成され、その中央にはガス供給口（図示せず）が形成されてガス供給流路４２０と連通される。前記電極板３１０の上部面の中心は上部リフト３３１に結合されてチャンバー１００の上部壁に取り付けられることにより、一定の範囲内で上下に移動自在に構成される。このとき、チャンバー１００内の気密維持のために上部リフト３３１とチャンバー１００との結合領域には蛇腹３３２などの気密手段が設けられることが好ましい。また、前記電極板３１０の内部には上部電極３００の温度を調節するための冷却流路３１１が設けられ、前記冷却流路３１１には冷却水供給部（図示せず）が接続される。これにより、冷却水供給部からの冷却水が冷却流路３１１を循環しながら上部電極３００の急激な温度上昇を防ぐことにより、絶縁板３２０が破損することを防ぐことができる。もちろん、前記冷却流路３１１は絶縁板３２０の内部に形成されてもよい。一方、前記電極板３１０には接地電源が印加されて接地電極として働くため、チャンバー１００の内側側壁に別途の接地電極（図７における８４０参照）が不要になり、チャンバー１００の構成をより簡略化できる。
前記絶縁板３２０は電極板３１０の下向きに突出された側壁３１０ａの内側空間に挿入されて設置され、基板Ｇの上部面にガスを吹き付けるガス噴射板の役割と共に、基板Ｇの上部面にプラズマが発生することを遮断するプラズマ遮断板の役割を果たす。上述したガス噴射板の役割が果たせるように絶縁板３２０の内部には上側入口が電極板３１０のガス供給流路４２０と連通され、下側出口が基板Ｇに向かって開口されたガス噴射孔４３０が穿設される。このようなガス噴射孔４３０は噴射圧が均一になるようにガス供給流路４２０から分岐されて複数形成されることが好ましく、基板Ｇの中心からエッジに向かって噴射の流れが維持されるように出口方向は中心から外側に向かって下向きに斜めに形成されることが好ましい。もちろん、前記ガス噴射孔４３０は基板Ｇに向かってガスを噴射できるものであれば、いかなる形態にも変更可能である。例えば、絶縁板３２０は電極板３１０に結合され下部の中央に溝が刻設された主絶縁板及び前記溝に結合される補助絶縁板を備えるように構成されて、主絶縁板と補助絶縁板との離隔通路がガス噴射孔４３０を穿設することが可能になる。
一方、上述したチャンバー１００の上部壁には基板感知のための基板センサー７１０が設置される。具体的に、前記基板センサー７１０は基板Ｇのエッジ部に対応する垂直位置に設置されることが好ましい。この実施形態においては、チャンバー１００の上部壁の一部に光が透過可能な覗き窓領域７２０を形成し、基板Ｇのエッジ部に対応する周り方向に沿って等間隔にて離隔された３個のレーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ（７１０）が設置される。もちろん、レーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃの個数はこれよりも少数であっても、多数であってもよい。また、上述した上部電極３００の周縁にはレーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃの光をガイドするための３本のガイド孔３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ（３１２）が穿設される。具体的に、前記ガイド孔３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃは電極板３１０の下向きに突出された側壁３１０ａと絶縁板３２０との間に穿設されることが好ましいが、電極板３１０の側壁３１０ａだけを貫通したり、或いは、電極板３１０及び絶縁板３２０の両方を貫通するように穿設されていても構わない。また、レーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃと覗き窓領域７２０及びガイド孔３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃは基板Ｇのエッジ部に対応する垂直線上において中心が一致するように配設され、レーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃの個数と同数にガイド孔３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃが設けられることが好ましい。前記レーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃは所定の波長の光を出力した後に基板Ｇからの反射光を受光して基板Ｇの整列及び上部電極３００と下部電極２１０との間の間隔を調節するための基板位置情報又は基板距離情報を提供する。一般に、レーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃからの光は距離が遠くになるにつれて広がってしまい、感度低下の原因になることがあるが、この実施形態でのように、上部電極３００にガイド孔３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃが穿設されてレーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃの光を集光する役割を果たすことにより、感度の低下を防ぐことができる。このとき、前記のガイド孔３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃは上側の入口の内径が下側の出口の内径よりも大きく形成されてレーザーセンサー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃから入射する光及び基板Ｇから反射された光の進行経路を妨げないことが好ましく、孔の直径ｄは０．１〜０．５ｍｍの範囲に収めることが好ましい。もちろん、ガイド孔３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの断面形状は原形に限定されるものではなく、多角形、スロット形など光が通過可能なあらゆる構造に変形可能である。
下部電極２１０はＲＦ電源７１１、７１２を供給するＲＦ電極の役割と果たすと共に、基板Ｇが載置される基板支持台の役割を果たす。このような下部電極２１０は円形又は多角形に形成でき、具体的に、前記基板Ｇが半導体ウェーハ及びフラット表示パネル用のガラス基板に沿って円形又は多角形に形成可能である。そして、下部電極２１０は基板Ｇよりも大径に形成されることが好ましい。これにより、基板Ｇの上下エッジ領域に対するプラズマ密度を高めてプラズマ処理効率を高めることができ、基板Ｇの背面全体領域を支持して反り現象を防ぐことができる。
特に、上記の下部電極２１０は複数の電極２１１、２１２、２１３、２１４に分割形成される。即ち、前記下部電極２１０は、基板Ｇの中心に設けられた中心電極２１１及び前記中心電極２１１の外側の周りに異なる直径を有し、配設される少なくとも一つの周辺電極２１２、２１３、２１４を備える。ここで、中心電極２１１は円形又は多角形の柱状又は円形又は多角形のリング状に製作されることが好ましく、周辺電極２１２、２１３、２１４は異なる直径を有する円形又は多角形のリング状に製作されることが好ましい。例えば、この実施形態においては、基板Ｇの中心に円柱状の第１の電極２１１が配設され、その周りに直径が大きくなる順に円形リング状の第２、第３、第４の電極２１２、２１３、２１４が配設される。このとき、それぞれの下部電極２１１、２１２、２１３、２１４は同心をなして所定の間隔だけ離れて配設される。また、それぞれの下部電極２１１、２１２、２１３、２１４は２つのグループのいずれか一方に属して接地電源とＲＦ電源７１１、７１２のいずれか一方を印加され、グループ別に上下移動が制御されることが好ましい。例えば、この実施形態においては、基板の中心から外側に向かって奇数番目に配設された電極、即ち、第１の電極２１１及び第３の電極２１３には接地電源７１１、７１２が印加され、これらは下部リフト２４１に接続される。そして、残りの電極、即ち、第２の電極２１２及び第４の電極２１４には接地電源が印加され、これらは支持台２３１に接続されてチャンバー１００の下壁部に固定される。これにより、下部リフト２４１の上下移動に伴い第１の電極２１１及び第３の電極２１３と第２の電極２１２及び第４の電極２１４の相対的な位置が変わって基板Ｇが全体の電極２１１、２１２、２１３、２１４により支持されるか、或いは、一部の電極２１１、２１３又は２１２、２１４により支持されながら、基板Ｇの背面露出領域が異なることになり、結果として、基板Ｇの背面露出領域を切り替えながら工程処理を行うことが可能になる。
もちろん、本発明による下部電極３１０の電源構成及び昇降構成はこれに限定されるものではなく、それぞれの電極２１１、２１２、２１３、２１４に対する電源構成及び昇降構成がグループ別に制御できるならば、この反対の構成も採用可能であり、それぞれの電極２１１、２１２、２１３、２１４が個別に昇降されることも可能である。また、下部電極３１０に印加されるＲＦ電源７１１、７１２の大きさを概ね４００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲に調節してプラズマ工程を制御することができる。即ち、ＲＦ電源７１１、７１２の周波数を増大するとプラズマ形成温度が下がるので、これを用いてプラズマ工程を制御することができる。また、前記ＲＦ電源７１１、７１２は単一の周波数を有することもできるが、二重周波数、例えば、高周波及び低周波を有することもできる。このように、ＲＦ電源７１１、７１２が二重周波数を有すると、垂直方向へのエッチングプロファイルを調節することができるので、これを用いて基板状態により好適なプラズマ工程を行うことができる。
一方、上述したこの実施形態は下部電極３１０が４個２１１、２１２、２１３、２１４に分割形成された場合を例にとって説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、下部電極３１０はそれ以上又はそれ以下の個数に分割形成されてもよい。このとき、基板の安定的な支持及び反りの防止のために外側電極は内側電極よりも大きな直径を有するように形成されることが好ましい。例えば、下部電極が中心から外側に向かって配設された第１、第２、第３の電極により構成される場合に、最外郭電極（第３の電極）に対する第１の電極の直径は３５〜５５％、第２の電極の直径は５６〜７５％であることが好ましい。また、下部電極が中心から外側に向かって配設された第１、第２、第３、第４の電極により構成される場合に、最外郭電極（第４の電極）に対する第１の電極の直径は３５〜４５％、第２の電極の直径は４６〜６０％、第３の電極の直径は６１〜７５％であることが好ましい。また、下部電極が中心から外側に向かって配設された第１、第２、第３、第４、第５の電極により構成される場合に、最外郭電極（第５の電極）に対する第１の電極の直径は３０〜４０％、第２の電極の直径は４１〜５０％、第３の電極の直径は５１〜６０％、第４の電極の直径は６１〜７５％であることが好ましい。
一方、図示はしないが、前記下部リフト２４１はその一端がチャンバー１００の下部壁を貫通してチャンバー１００の外側に設けられた駆動手段、例えば、ステッピングモーターなどに接続されることにより、上下に移動可能に構成される。このとき、下部リフト２４１とチャンバー１００との結合領域には蛇腹２４２などの気密手段が設けられてチャンバー１００内部の気密が保証されることが好ましい。また、下部リフト２４１及び駆動手段は前記下部電極２１０を昇降するいかなる部材であってもよい。即ち、油圧又は空圧を用いたシリンダーが使用可能であり、リニアモーター（ＬＭ）ガイドを用いても構わない。また、言うまでもなく、これらを組み合わせて用いてもよい。
更に、前記下部電極２１０の上部には前記基板Ｇを支持するチャック（図示せず）が更に設けられていてもよく、前記チャックとしては静電力を用いた静電チャックが使用可能であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、真空力又は機械力を用いて基板Ｇを吸着支持することができる。また、前記下部電極２１０の内部には温度を制御するために冷却流路２２０及びここに接続された冷却水供給部（図示せず）が更に設けられていてもよく、これにより、前記下部電極２１０の温度を工程に好適に制御することができる。また、前記下部電極２１０の内部にはヘリウム流路（図示せず）が更に設けられて前記ヘリウム流路を介してヘリウムを供給されて前記基板Ｇの温度を調節することもできる。
フォーカスリング５００はリング状に形成されて下部電極２１０の外周面に沿って配設される。このようなフォーカスリング５００はチャンバー１００内に供給されたガスがプラズマ状態に切り替わるとき、前記プラズマを基板Ｇに集中させて反応効率を高める役割を果たす。
ベントプレート６００は中心が上下に開口された円形の板プレート形状に製作され、円柱方向に沿って等間隔にて離れた複数のガス排気孔６２０が上下を貫通するように穿設される。また、前記ベントプレート６００は下部電極４００とチャンバー１００の内側面との間に設けられ、具体的に、前記フォーカスリング５００の外周面とチャンバー１００の内側壁とを接続するように形成されて前記チャンバー１００内部を上下に区切る。このようなベントプレート６００はチャンバー１００内に取り込まれた第１のガスを前記チャンバー１００内部に均一に分布するように圧力を制御する役割を果たし、チャンバー１００の内部に発生するプラズマの局部的な集中現象を防ぐことができる。一方、前記ベントプレート６００の一方の面、即ち、前記ベントプレート６００の上部面には突出電極６１０が更に形成されてもよい。このため、前記ベントプレート６００はチャンバー１００内の圧力を均一に調節すると共に、接地電源が印加されて電極としての役割を同時に行うことができる。このとき、前記突出電極６１０はベントプレート６００と一体に又は別体に形成可能であり、別体に形成される場合、前記接地電源はベントプレート６００又は突出電極６１０にそれぞれ印加可能であり、前記ベントプレート６００と突出電極６１０に同時に印加されてもよいことは言うまでもない。
以下、このように構成されたこの実施形態によるプラズマ処理装置を用いて基板の上下エッジ、側面及び背面の全体に存在するパーチクル及び堆積物を除去する過程を説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の第１の処理動作を説明するためのチャンバーの模式図であり、図６は、本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の第２の処理動作を説明するためのチャンバーの模式図である。
まず、基板搬送手段により基板Ｇがチャンバー１００の内部に取り込まれると、第１の電極２１１及び第３の電極２１３が下部リフト２４１により上昇してその上部面に前記基板Ｇが搬入される。このとき、基板Ｇの位置情報はチャンバー１００の上側に設置された基板センサー７１０により感知されて前記搬送手段に提供されることにより、基板Ｇは所望の位置、即ち、下部電極２１０の中心に正確に整列可能になる。
この後、図５に示すように、第１の処理動作においては、前記第１の電極２１１及び第３の電極２１３が下部リフト２４１により更に上昇して上部電極３００と所定の距離だけ離れるように配設される。次いで、ガス供給部４１０から処理ガスがガス供給流路４２０を介して絶縁板３２０の内部に取り込まれて絶縁板３２０の内部に穿設されたガス噴射孔４３０を介して基板Ｇの上部に吹き付けられる。前記処理ガスは基板Ｇ上の堆積物を除去する反応ガスを用い、これに加えて、不活性ガスを更に用いることができる。一方、処理ガスの噴射と同時に又はそれ以降に電極板３１０と第１の電極２１１及び第３の電極２１３には接地電源が印加され、第２の電極２１２及び第４の電極２１４にはＲＦ電源７１１、７１２が印加されてプラズマが発生される。このとき、絶縁板３２０と基板Ｇとの間はプラズマ不活性間隔、例えば、１ｍｍ以下の間隔に維持されることにより、基板の上面の中心にはプラズマが発生せず、プラズマＰＥ、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７は基板Ｇの上面エッジ領域と側面領域及び基板Ｇの背面領域に発生する。特に、前記プラズマＰＥ、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７は、接地電源が印加される電極板３１０、第１の電極２１１及び第３の電極２１３とＲＦ電源が印加される第２の電極２１２及び第４の電極２１４との間に交互に発生して露出された基板領域、即ち、基板Ｇの上面エッジ領域と側面領域ＰＥ及び基板Ｇの背面領域のうち一部の領域（第１の電極２１１及び第３の電極２１３）のそれぞれの間領域Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７に存在するパーチクル及び堆積物を除去することになる。
これに対し、図６に示すように、第２の処理動作においては、第１の電極２１１及び第３の電極２１３が下部リフト２４１により下降して第２の電極２１２及び第４の電極２１４よりも低い位置に移動することに伴い、基板Ｇは第２の電極２１２及び第４の電極２１４上に載置される。一方、上部電極３００は上部リフト４２０により下降してチャンバー１００内部の下部に設けられた第２の電極２１２及び第４の電極２１４と所定の距離だけ離れるように配設される。次いで、ガス供給部４１０からガス供給流路４２０を介して絶縁板３２０の内部に取り込まれて絶縁板３２０の内部に穿設されたガス噴射孔４３０を介して基板Ｇの上部に吹き付けられる。第１のガスの噴射と同時に又はそれ以降に電極板３１０と第１の電極２１１及び第３の電極２１３には接地電源が印加され、第２の電極２１２及び第４の電極２１４にはＲＦ電源７１１、７１２が印加されてプラズマが発生される。このとき、ＲＦ電源７１１、７１２は概ね４００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で印加されることが好ましい。また、絶縁板３２０と基板Ｇとの間はプラズマ不活性間隔、例えば、１ｍｍ以下の間隔に維持されることにより、基板Ｇの上部中心にはプラズマが発生せず、プラズマＰＥ、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６は基板Ｇの上面エッジ領域と側面領域及び基板Ｇの背面領域に発生する。特に、前記プラズマＰＥ、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６は接地電源が印加される電極板３１０、第１の電極２１１及び第３の電極２１３とＲＦ電源が印加される第２の電極２１２及び第４の電極２１４との間に交互に発生して露出された基板領域、即ち、基板Ｇの上面エッジ領域と側面領域ＰＥ及び基板Ｇの背面領域のうち残りの領域（第２の電極２１２及び第４の電極２１４）それぞれの間領域Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６に存在するパーチクル及び堆積物を除去することになる。
一方、上述した第１、第２の処理動作が終わると、第１の電極２１１及び第３の電極２１３は下部リフト２４１により再び上昇してその上部面に基板Ｇが再び載置され、前記基板Ｇは基板搬送手段により搬出されてチャンバー１００の外部に取り出される。
このように、この実施形態によるプラズマ処理装置は、上述した第１、第２の処理動作により基板Ｇの上部面を保護しながら基板Ｇの上下エッジ領域と側面領域及び基板Ｇの背面領域に存在するパーチクル及び堆積物を除去することになる。また、基板センサー７１０により基板位置を知ることが可能になることから、基板の整列誤差をより低減することができ、上部電極３００と下部電極２１０との間の間隔をより精度よく制御することができることから、工程効率を極大化することができる。また、下部電極２１０は複数の電極２１１、２１２、２１３、２１４により構成されてこれらのうち一部の電極２１１、２１３が基板Ｇを搬入及び搬出位置に移動することから、従来のような基板リフティング手段が不要になり、結果として、下部電極２１０の構成をより簡略化することができる。また、下部電極２１０は複数の電極２１１、２１２、２１３、２１４により構成されてそれぞれの電極２１１／２１３、２１２／２１４に接地電源とＲＦ電源が互い違いに印加されることにより、均一なプラズマを大面積に形成することが可能になり、結果として、中小型基板だけではなく、大面積の基板にも好適に用いることができる。
＜第２の実施形態＞
一方、本発明によるプラズマ処理装置は上述した構成に限定されるものではなく、種々の実施形態が採用可能である。以下では、このような可能性の一例として、本発明の第２の実施形態よるプラズマ処理装置について説明する。このとき、上述した実施形態と重複する説明は省略又は簡略化する。
図７は、本発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置の断面図であり、図８は、図７に示す下部電極の斜視図である。
図７及び図８を参照すると、前記プラズマ処理装置は、チャンバー１００と、前記チャンバー１００内部の上部に位置付けられた絶縁板８２０と、前記チャンバー１００の側壁上部に設けられた接地電極８４０と、前記基板Ｇが載置される下部電極８１０と、前記絶縁板８２０及び下部電極８１０をそれぞれ昇降する上部リフト８５１及び下部リフト８５２と、を備える。また、前記プラズマ処理装置は、前記チャンバー１００内の上部に第１のガスを供給する第１のガス供給手段８６０及び前記下部電極８１０を介して第２のガスを供給する第２のガス供給手段８７０を更に備えていてもよい。
ここで、第１のガス供給手段８６０は第１のガスが貯留される第１のガス供給部８６１と前記第１のガスをチャンバー１００内部に供給する第１のガス供給流路８６２を備え、第２のガス供給手段８７０は第２のガスが貯留される第２のガス供給部８７１と前記第２のガスを下部電極８１０に供給する第２のガス供給流路８７２を備える。このとき、前記第１のガス供給手段８６０はチャンバー１００内部の上部に第１のガスを供給できるものであれば、いかなる手段にも変更可能である。
絶縁板８２０は支持板８３０の下部に取り付けられ、前記支持板８３０の上部面の中心は上部リフト８５１に結合されてチャンバー１００の上部壁に取り付けられることにより、一定の範囲内において上下に移動可能に構成される。この実施形態の支持板は周縁部に沿って下向きに突出された側壁を有する円筒状に形成され、前記支持板８３０の下向きに突出された側壁の内側空間に絶縁板８２０が設置される。また、前記支持板８３０及び絶縁板８２０の少なくとも一方の周縁にはレーザーセンサー７１０の光をガイドするためのガイド孔８３１が穿設される。具体的に、前記ガイド孔８３１は支持板８３０の下向きに突出された側壁と絶縁板３２０のとの間の領域を貫通するように形成されることが好ましいが、支持板８３０の側壁だけを貫通するか、或いは、支持板８３０及び絶縁板８２０の両方を貫通するように形成されても構わない。
接地電極８４０はチャンバー１００の側壁上部に設けられており、円形のリング状に形成される。前記接地電極８４０は内部電極８４１と外部電極８４２を備え、これらはそれぞれ接地されている。前記内部電極８４１の上部はチャンバー１００上部壁に形成されたガス供給流路８６２と接続されており、前記内部電極８４１の内側には所定の空間が設けられる。また、前記内部電極８４１の側壁の一方には前記所定の空間に接続されるように複数のガス噴射孔が穿設されている。即ち、前記チャンバー１００の上部壁に形成されたガス供給流路８６２を介して第１のガスが内部電極８４１の内部に形成された所定の空間に取り込まれ、前記所定の空間に取り込まれた第１のガスは前記内部電極８４１の側壁に穿設されたガス噴射孔を介してチャンバー１００の内部に取り込まれる。前記外部電極８４２はチャンバー１００の側壁上部、具体的には、内部電極８４１の下部と隣設している。このため、前記接地電極８４０は、工程が開始すると、基板Ｇの端部領域と隣り合うように配設される。即ち、前記接地電極８４０は基板Ｇの上面エッジ領域と、側面領域と、基板Ｇの背面領域に存在するパーチクル及び堆積物をプラズマを用いてエッチングするために基板Ｇの端部領域に配設される。一方、前記内部電極８４１及び外部電極８４２は単一の電極から形成可能であり、前記内部電極８４１及び外部電極８４２の表面は誘電体膜によりコーティングされて保護可能である。
下部電極８１０は複数の電極８１１、８１２、８１３に分割形成されて、中心から外側に向かって奇数番目に配設された電極８１１、８１３にはＲＦ電源８９１、８９２が印加され、残りの電極８１２には接地電源が印加され、前記ＲＦ電源８９１、８９２が印加される電極８１１、８１３は固定され、残りの電極８１２は上下駆動されることが好ましい。例えば、この実施形態の下部電極８１０は基板Ｇの中心に配設される円柱状の第１の電極８１１と、前記第１の電極８１１の周りに直径が大きくなる順に配設される円形リング状の第２の電極８１２及び第３の電極８１３を備える３つの電極により構成されて、第１の電極８１１及び第３の電極８１３にはＲＦ電源８９１、８９２が印加され、第２の電極８１２には接地電源が印加される。このとき、ＲＦ電源８９１、８９２が印加される第１の電極８１１及び第３の電極８１３はそれぞれの支持台８８０によりチャンバー１００の下部壁に固定され、接地電源が印加される第２の電極８１２は下部リフト８５２に接続されて上下移動される。このため、ＲＦ電源８９１、８９２を第１の電極８１１及び第３の電極８１３に安定して印加することができ、第２の電極８１２の相対的な上下移動に伴い基板Ｇの背面の一部の領域と残りの領域が交互に露出でき、基板背面の全体領域に存在するパーチクル及び堆積物を除去することが可能になる。一方、以上においては、下部電極８１０が３個の電極８１１、８１２、８１３から分離されている場合を示していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記下部電極８１０は４以上の電極から形成してもよいことは言うまでもない。
また、前記下部電極８１１、８１２、８１３のそれぞれの表面には複数のガス噴射孔８１１ａ、８１２ａ、８１３ａが設けられる。即ち、図８に示すように、下部電極８１１、８１２、８１３のそれぞれの上面及び側面には複数のガス噴射孔８１１ａ、８１２ａ、８１３ａが穿設され、これらのガス噴射孔８１１ａ、８１２ａ、８１３ａは第２のガス供給流路８７２と連通されて第２のガス供給部８７１からの第２のガスを基板Ｇの背面に吹き付ける。このため、チャンバー１００の内部の上部に供給される第１のガスと一緒に又は別途に第２のガスをチャンバー１００の内部に供給することができるので、より様々な工程制御が行える。もちろん、上記の第１、第２のガスの少なくとも一方は基板Ｇ上の堆積物を除去する反応ガスを備え、これらは同種又は異種のガスを用いることができる。
一方、上述した第１、第２の実施形態は複数の下部電極を備えるＲＩＥ方式のプラズマ処理装置を例にとって説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）、容量性プラズマ処理装置（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）、マイクロ波を用いたＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｏｒｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理装置、ＳＷＰ（Ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置にも適用可能であることは言うまでもない。
以上、本発明について上述した実施形態及び添付図面に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲により限定される。よって、この技術分野における通常の知識を有した者であれば、特許請求の範囲の技術的な思想から逸脱しない範囲内において本発明が種々に変形及び修正可能であることが理解できるであろう。
本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の断面図。 図１に示す上部電極の断面図。 図１のＡ領域に対する部分拡大図。 図１に示す下部電極の斜視図。 本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の第１の処理動作を説明するためのチャンバーの模式図。 本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の第２の処理動作を説明するためのチャンバーの模式図。 本発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置の断面図。 図７に示す下部電極の斜視図。
符号の説明
１００：チャンバー
１１０：下部チャンバー
１２０：チャンバーリッド
１３０：ゲート
１４０：排気部
１５０：チャンバーライナー
２１０：下部電極
２４１、８５２：下部リフト
３００：上部電極
３１０：電極板
３１２：ガイド孔
３２０：絶縁板
３３１、８５１：上部リフト
５００：フォーカスリング
６００：ベントプレート
７１０：基板センサー
７２０：覗き窓領域
８１０：下部電極
８２０：絶縁板
８３０：支持板

Claims (15)

  1. 反応空間を提供するチャンバーと、
    前記チャンバー内部の下部に位置付けられて基板が載置される下部電極と、
    前記下部電極に対向するチャンバー内部の上部に位置付けられる上部電極と、
    前記基板を感知するために前記チャンバーの上側に設置された基板センサーと、を備え、
    前記上部電極は、電極板と、前記電極板の下部に取り付けられた絶縁板と、を備え、前記上部電極には前記基板センサーからの光を前記基板に向かってガイドするための少なくとも１本のガイド孔が穿設されているプラズマ処理装置。
  2. 前記電極板は周縁部に沿って下向きに突出された側壁を有し、前記側壁の内側に前記絶縁板が設置され、前記側壁、又は前記側壁と前記絶縁板との間、又は前記電極板と前記絶縁板との間を垂直に貫通するように前記ガイド孔が穿設されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記ガイド孔は上側の入口と下側の出口が内径よりも大きく形成されている請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記基板センサー及び前記ガイド孔は基板のエッジ部に対応する垂直線上に設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記下部電極は複数の電極に分割形成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記複数の電極は２つのグループのいずれか一方に属し、ＲＦ電源と接地電源のいずれか一方を印加され、グループ別に上下移動が制御され、前記ＲＦ電源は４００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚの大きさを有する請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記ＲＦ電源は二重周波数を有する請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記下部電極は前記基板よりも大径に形成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記下部電極に結合されて前記下部電極を昇降する下部リフトと、
    前記上部電極に結合されて前記上部電極を昇降する上部リフトと、
    を更に備える請求項１から８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  10. チャンバーと、
    前記チャンバー内の上部に設けられた絶縁板と、
    前記チャンバーの側壁に形成され、接地電源が印加される接地電極と、
    前記チャンバー内の下部に設けられ、基板が載置される下部電極と、
    を備え、
    前記下部電極は複数の電極に分割形成されて隣り合う２つの電極にはＲＦ電源と接地電源が互い違いに印加されるプラズマ処理装置。
  11. 前記ＲＦ電源が印加される電極は固定され、残りの電極は上下駆動されるか、或いは、前記接地電源が印加される電極は固定され、残りの電極は上下駆動される請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記複数の電極は、
    前記基板の中心から外側に向かって配設された第１、第２及び第３の電極を備え、第３の電極に対する第１の電極の直径は３５〜５５％、第２の電極の直径は５６〜７５％の範囲を有する請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記複数の電極は、
    前記基板の中心から外側に向かって配設された第１、第２、第３及び第４の電極を備え、第４の電極に対する第１の電極の直径は３５〜４５％、第２の電極の直径は４６〜６０％、第３の電極の直径は６１〜７５％の範囲を有する請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記複数の電極は、
    前記基板の中心から外側に向かって配設された第１、第２、第３、第４及び第５の電極を備え、第５の電極に対する第１の電極の直径は３０〜４０％、第２の電極の直径は４１〜５０％、第３の電極の直径は５１〜６０％、第４の電極の直径は６１〜７５％の範囲を有する請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記基板を感知するために前記チャンバーの上側に設置された基板センサーを更に備え、
    前記絶縁板には前記基板センサーからの出力光を前記基板に向かってガイドするための少なくとも１本のガイド孔が穿設されている請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
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