KR100954128B1 - 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 장치에 이용되는 천판 및, 천판의 제조 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 장치에 이용되는 천판 및, 천판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 장치는, 진공 처리 용기(34)와, 이 용기 내에 형성되어, 피처리체(W)가 올려놓여지는 재치대(36)를 구비한다. 처리 용기(34)는, 상부 개구가 형성된 통 형상의 용기 본체(34A)와, 이 본체의 상부 개구에 기밀하게 장착되어 전자파를 투과하는 유전체제(誘電體製)의 천판(50)을 갖는다. 천판을 통하여 플라즈마 발생용의 전자파를 용기 내로 공급하는 전자파 공급계(54)와, 용기 내로 처리 가스를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급계(110)가 구비된다. 천판(50)에는, 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 용기 내로 분출하는 가스 분사 구멍(108)이 형성된다. 각 분사 구멍(108) 내에, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재(120)가 배치된다.
진공 처리 용기, 천판, 방전 방지 부재

Description

플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 장치에 이용되는 천판 및, 천판의 제조 방법 {PLASMA PROCESSING EQUIPMENT, TOP PLATE USED IN THE PLASMA PROCESSING EQUIPMENT, AND MANUFACTURING METHOD OF THE TOP PLATE}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등에 대하여 전자파에 의해 생긴 플라즈마를 작용시켜 처리를 행할 때에 사용되는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 제품의 제조 공정에 있어서, 성막, 에칭, 애싱(ashing) 등의 처리를 위해 플라즈마 처리 장치가 사용된다. 특히, 0.1mTorr(13.3mPa)∼수Torr(수백Pa) 정도의 비교적 압력이 낮은 고(高)진공 상태에서도 안정하게 플라즈마를 일으킬 수 있는 점에서, 마이크로파를 이용하여 고밀도 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치가 사용되는 경향에 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 일본공개특허공보 평3-191073호, 일본공개특허공보 평5-343334호, 일본공개특허공보 평9-181052호, 일본공개특허공보 2003-332326호, 일본공개특허공보 2004-039972호에 개시되어 있다.
마이크로파를 이용한 일반적인 플라즈마 처리 장치를 도18 을 참조하여 개략적으로 설명한다.
도18 에 나타내는 플라즈마 처리 장치(2)는, 진공 처리 용기(4) 내에 반도체 웨이퍼(W)를 올려놓는 재치대(載置臺;6)가 형성되어 있다. 이 재치대(6)에 대향하는 처리 용기(4)의 상부에, 마이크로파를 투과하는 원판 형상의 천판(天板;8)을 기 밀하게 형성하고 있다. 처리 용기(4)의 측벽에는, 용기 내로 가스를 도입하기 위한 가스 노즐(9)이 형성되어 있다.
천판(8)의 상면에 평면 안테나 부재(10)와, 지파재(遲波材;12)를 설치하고 있다. 안테나 부재(10)에는 다수의 마이크로파 방사공(放射孔;14)이 형성되어 있다. 안테나 부재(10)의 중심부에 동축(同軸) 도파관(16)의 중심 도체(18)를 접속하여, 마이크로파 발생기(20)로부터 발생한 마이크로파를 모드 변환기(22)를 통하여 유도하도록 되어 있다.
그리고, 마이크로파를 안테나 부재(10)의 반경 방향으로 방사 형상으로 전파시키면서 평면 안테나 부재(10)의 방사공(14)으로부터 방사시킨다. 방사된 마이크로파는, 천판(8)을 투과하여 처리 용기(4) 내로 도입된다. 이 마이크로파에 의해 처리 용기(4) 내의 처리 공간(S)에 발생하는 플라즈마를 이용하여, 반도체 웨이퍼(W)에 에칭이나 성막 등의 플라즈마 처리를 행하도록 되어 있다.
이 경우, 필요한 처리 가스는, 처리 용기(4)의 측벽에 형성한 가스 노즐(9)로부터 공급된다. 이 때문에, 노즐(9)에 가까운 웨이퍼(W)의 외측과, 웨이퍼(W)의 중심부에서와는, 확산하는 처리 가스가 플라즈마에 쐬이는 시간에 따라, 가스의 해리도(解離度)가 달라져 버린다. 이에 기인하여, 웨이퍼 면 내에 있어서의 플라즈마 처리의 결과, 예를 들면 에칭 레이트나 형성되는 막두께가 불균일하게 되어 버리는 경우가 있었다.
이 때문에, 예를 들면 일본공개특허공보 평5-345982호에 개시되어 있는 바와 같은 대책도 취해지고 있다. 즉, 동축 도파관(16)의 중심을 지나는 봉 형상의 중 심 도체(18)를 공동(空洞) 상태로 하여 내부에 가스 유로를 형성한다. 또한, 천판(8)을 관통하도록 하여 가스 유로를 형성하여, 중심 도체(18)의 가스 유로와 연통(連通)시킨다. 이에 따라, 처리 공간(S)의 중심부에 직접적으로 처리 가스를 도입한다.
그러나, 이 경우, 천판(8)의 중앙부에 형성된 가스 통로의 내부에 있어서의 전계 강도가 어느 정도 높고, 또한, 가스 통로의 선단 개구로부터 처리 공간 내의 플라즈마가 가스 통로 내로 침입하기 쉬워지는 점에서, 가스 통로 내에서 플라즈마 이상(異常) 방전이 일어나 버리는 경우가 있었다. 이 때문에, 이 플라즈마 이상 방전에 의해 천판(8)의 중앙부가 과도하게 가열되어, 천판(80)이 파손한다는 문제가 있었다.
그래서, 천판(8) 자체에, 중심부까지 반경 방향으로 연장되는 가스 통로를 형성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에도, 가스 통로 내의 전계 강도가 높고, 또한, 가스 통로의 선단 개구로부터 처리 공간 내의 플라즈마가 가스 통로 내로 침입하기 쉬워져서, 플라즈마 이상 방전이 발생해 버리기 때문에, 이 구조를 채용할 수는 없다.
또한 다수의 가스 분사 구멍을 갖는 유리관을 격자 형상으로 짜서 샤워 헤드(shower head)를 만들고, 이것을 처리 용기의 상부에 형성한 구조도 제안되고 있다. 그러나, 이 경우에도 유리관 내에 플라즈마 이상 방전이 발생하여, 바람직하지 않다.
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하고자 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 처리 용기의 천판이나 샤워 헤드를 통하여 플라즈마 발생용의 전자파와 가스를 처리 용기 내로 도입하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 이상 방전의 발생을 방지하는 데에 있다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,
상부 개구가 형성된 통 형상의 용기 본체와, 이 본체의 상기 상부 개구에 기밀하게 장착되어 전자파를 투과하는 유전체제(誘電體製)의 천판을 갖는 진공 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 형성되어, 피(被)처리체가 올려놓여지는 재치대와,
상기 천판을 통하여 플라즈마 발생용의 전자파를 상기 처리 용기 내로 공급하는 전자파 공급계(供給系)와,
상기 처리 용기 내로 처리 가스를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급계를 구비하고,
상기 천판에, 상기 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 상기 처리 용기 내로 분출하는 가스 분사 구멍이 형성되고, 이 분사 구멍 내에, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
이와 같이, 처리 용기의 천판에 형성한 가스 분사 구멍에 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재를 형성함으로써, 처리 용기 내로의 가스 분사 구멍을 통한 가스의 도입을 확보하면서, 가스 분사 구멍 내에서의 플라즈마 이상 방전을 방지할 수 있다.
상기 천판에, 복수의 가스 분사 구멍이 서로 떨어져 형성되고, 각 분사 구멍 내에, 각각 상기 방전 방지 부재가 배치되는 것이 바람직하다.
상기 천판에, 상기 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 상기 가스 분사 구멍으로 유도하는 가스 유로가 형성되는 경우에는, 이 가스 유로 내에도 상기 방전 방지 부재가 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 가스 유로에 있어서의 가스의 유통을 확보하면서, 가스 유로 내에서의 플라즈마 이상 방전도 방지할 수 있다.
상기 방전 방지 부재를 구성하는 주요한 재료는, 특히 열팽창률의 관점에서, 상기 천판의 재료와 동일한 것이 바람직하다.
상기 방전 방지 부재는 다공질 재료로 형성할 수 있다. 그 경우, 상기 다공질 재료의 세공(細孔) 직경은 0.1㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기 가스 분사 구멍의 직경을, 상기 천판 중을 전파하는 상기 전자파의 파장의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 전자파 공급계는,
상기 천판 상에 형성된 평면 안테나 부재와,
마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기와,
상기 마이크로파 발생기에서 발생한 상기 마이크로파를 상기 평면 안테나 부재로 전파하는 도파관을 갖는다.
또는, 상기 전자파 공급계는,
고주파를 발생하는 고주파 발생기와,
상기 천판 상에 배치되어, 상기 고주파 발생기에 접속된 유도 코일을 갖는다.
상기 방전 방지 부재는,
통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재 본체와,
상기 본체의 적어도 측면을 덮는, 통기성이 없는 유전체제의 치밀 부재를 갖는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 치밀 부재는, 미리 통 형상으로 형성되어 있다. 또는, 상기 치밀 부재는, 상기 본체의 표면에 코팅한 접착제를 경화시킴으로써 형성된 접착제층에 의해 이루어진다.
상기 천판에, 상기 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 상기 가스 분사 구멍으로 유도하는 가스 유로가 형성되고, 상기 가스 유로와 상기 가스 분사 구멍과의사이에, 상기 가스 유로의 단면적보다도 큰 단면적을 갖는 가스 헤드 공간이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 방전 방지 부재 본체는,
상기 가스 분사 구멍의 개구에 대응하는 가스 분사면과,
상기 분사면의 반대측의 가스 도입면과,
상기 도입면에 형성된 가스 도입 오목부를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한,
진공 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 형성되어, 피처리체가 올려놓여지는 재치대와,
상기 처리 용기의 상부에 형성되어, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 포함하는 가스를 분출하는 복수의 가스 분사구가 형성된 가스 분사면을 갖는 샤워 헤드와,
상기 재치대를 하부 전극으로 하고, 상기 샤워 헤드를 상부 전극으로 하여, 양 전극간에 인가되는 고주파를 공급하는 고주파 공급계를 구비하고,
상기 샤워 헤드의 가스 분사면에, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
이 장치에 있어서도, 상기 방전 방지 부재는 다공질 재료로 형성할 수 있지만, 다공질 재료의 세공 직경은 0.1㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또 하나의 관점에서, 본 발명은,
통 형상의 용기 본체의 상부 개구에 기밀하게 장착되어 플라즈마 처리 장치의 처리 용기를 형성하는 천판으로서,
상기 처리 용기 내로 가스를 분출하는 가스 분사 구멍이 형성된, 전자파를 투과하는 유전체제의 천판 본체와,
상기 본체의 가스 분사 구멍 내에 배치된, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 천판을 제공한다.
이 천판 본체에, 상기 가스 분사 구멍으로 가스를 유도하는 가스 유로가 형성되어 있어도 좋다.
또한, 다른 관점에서, 본 발명은,
통 형상의 용기 본체의 상부 개구에 기밀하게 장착되어 플라즈마 처리 장치의 처리 용기를 형성하는 천판의 제조 방법으로서,
상기 처리 용기 내로 가스를 분출하는 가스 분사 구멍이 형성된, 전자파를 투과하는 유전체제의 천판 본체를 준비하는 공정과,
통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재 본체와, 이 본체의 적어도 측면을 덮는 통기성이 없는 유전체제의 치밀 부재를 갖는 방전 방지 부재를 형성하는 공정과,
상기 방전 방지 부재를, 상기 천판 본체의 상기 가스 분사 구멍 내에 장착하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 천판의 제조 방법을 제공한다.
예를 들면, 상기 방전 방지 부재를 형성하는 공정은,
미리 통 형상으로 형성된 상기 치밀 부재를 준비하는 부공정과,
상기 통 형상의 치밀 부재 내에 상기 방전 방지 부재 본체의 재료를 채워서 소성하는 부공정을 포함한다.
또는, 상기 방전 방지 부재를 형성하는 공정은,
상기 방전 방지 부재 본체의 전 표면에, 용융 상태의 상기 치밀 부재의 재료인 접착제를 코팅하여 경화시킴으로써 접착제층을 형성하는 부공정과,
상기 가스 분사 구멍의 개구에 대응하는 상기 방전 방지 부재 본체의 가스 분사면으로부터 상기 접착제층을 제거하는 부공정과,
상기 방전 방지 부재 본체의 상기 분사면과는 반대측의 가스 도입면에, 가스 도입 오목부를 형성하는 부공정을 포함한다.
예를 들면, 상기 방전 방지 부재를 장착하는 공정에 있어서, 상기 방전 방지 부재와 상기 가스 분사 구멍과의 사이에 접착제가 적용된다.
또는, 상기 방전 방지 부재를 장착하는 공정에 있어서, 상기 방전 방지 부재를 상기 가스 분사 구멍에 삽입한 상태에서, 상기 방전 방지 부재와 상기 천판이 일체로 소성된다.
도1 은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 종단면도이다.
도2 는 도1 에 나타낸 장치에 있어서의 천판의 저면도(底面圖)이다.
도3 은 도2 에 나타낸 천판을 구성하는 하측 천판 부재의 평면도이다.
도4A 는 도3 에 나타낸 하측 천판 부재를 방전 방지 부재를 형성하기 전의 상태에서 나타내는 도이다.
도4B 는 도4A 의 A-A선 단면도이다.
도5 는 도4B 에 나타낸 하측 천판 부재에 기초하여, 천판의 제조 과정을 나타내는 도이다.
도6 은 천판의 변형예를 나타내는 종단면도이다.
도7 은 천판의 다른 변형예를 나타내는 종단면도이다.
도8 은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 종단면도이다.
도9 는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제3 실시 형태를 나타내는 종단면도이다.
도10 은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제4 실시 형태의 천판을 나타내는 종단면도이다.
도11 은 도10 에 나타낸 천판의 요부를 확대하여 나타내는 도이다.
도12 는 도11 에 나타낸 천판의 조립도이다.
도13 은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제5 실시 형태의 천판의 요부를 확대하여 나타내는 종단면도이다.
도14 는 도13 에 나타낸 방전 방지 부재의 제조 공정을 나타내는 도이다.
도15A 는 도11 에 나타낸 제4 실시 형태의 천판의 변형예를 나타내는 도이다.
도15B 는 도13 에 나타낸 제5 실시 형태의 천판의 변형예를 나타내는 도이다.
도16 은 도11 에 나타낸 제4 실시 형태의 천판의 또 하나의 변형예를 나타내는 도이다.
도17 은 직사각 형상의 천판을 나타내는 저면도이다.
도18 은 종래의 일반적인 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 나타내는 종단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하에, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 실시 형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
<제1 실시 형태>
도1 에 나타내는 플라즈마 처리 장치(32)는, 플라즈마를 이용하여 에칭 처리를 행하는 장치이다. 이 장치(32)는, 내부에 밀폐된 처리 공간(S)을 획성(define)하는 진공 처리 용기(34)를 구비하고 있다. 이 처리 용기(34)는, 상부 개구가 형성된 원통 형상의 용기 본체(34A)와, 이 본체(34A)의 상부 개구에 장착되는 원판 형상의 천판(50)을 갖고 있다. 천판(50)은, 본체(34A)의 상부 개구에 대하여, O링 등의 시일(seal)부재(51)를 개재하여 기밀하게 장착된다. 용기 본체(34A)는, 예를 들면 알루미늄 등의 도체에 의해 형성되어 접지되어 있다.
이 처리 용기(34) 내에는, 상면에 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 올려놓는 재치대(36)가 형성된다. 이 재치대(36)는, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹에 의해 대략 원판 형상으로 형성되고, 지주(38)에 의해 용기 저부 상에 지지되어 있다.
용기 본체(34A)의 측벽에는, 처리 공간(S)에 대하여 웨이퍼를 반입·반출할 때에 개폐하는 게이트 밸브(40)가 형성되어 있다. 또한, 용기 본체(34A)의 저부에는, 배기구(42)가 형성된다 이 배기구(42)에는, 압력 제어 밸브(44) 및 진공 펌프(46)가 순차적으로 개접(介接)된 배기로(48)가 접속되어 있고, 필요에 따라 처리 용기(34) 내를 소정의 압력까지 진공 흡인(air purge) 할 수 있도록 되어 있다.
재치대(36)의 하방에는, 웨이퍼(W)의 반출입 시에 이것을 승강시키는 복수, 예를 들면 3개의 승강 핀(82)(도1 에 있어서는 2개만 나타냄)이 형성되어 있다. 승강 핀(82)은, 신축 가능한 벨로즈(bellows;84)를 통하여 용기 본체(34A) 저부를 관통하여 형성한 승강 로드(86)에 의해 승강된다. 재치대(36)에는, 승강 핀(82)을 삽입통과시키기 위한 핀 삽입통과구멍(88)이 형성되어 있다. 재치대(36)의 전체는 내열 재료, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹에 의해 구성되어 있다. 재치대(36)에는, 가열 수단으로서 예를 들면 박판 형상의 저항 가열 히터(92)가 매입(embed)되어 형성되어 있다. 이 히터(92)는, 지주(38) 내를 지나는 배선(94)을 통하여 히터 전원(96)에 접속되어 있다.
재치대(36)의 상면측에는, 도체선(98)을 갖는 정전척(electrostatic chuck;100)이 형성되어 있다. 이 정전척(100)으로 웨이퍼(W)를 정전 흡착할 수 있도록 되어 있다. 이 정전척(100)의 도체선(98)은, 배선(102)을 통하여 직류 전원(104)에 접속되어 있다. 이 배선(102)에는, 예를 들면 13.56㎒의 바이어스용의 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원(106)이 접속되어 있다.
천판(50)의 본체는, 마이크로파를 투과하는 유전체, 예를 들면 석영이나 Al2O3 등의 세라믹으로 형성되어 있다. 이 천판(50)의 두께는 내압성을 고려하여 예를 들면 20㎜ 정도로 설정된다. 이 천판(50)의 본체에는, 후술하는 바와 같이, 복수의 가스 분사 구멍(108)과, 가스 유로(112)가 형성되어 있다.
이 장치(32)는, 플라즈마 발생용의 전자파인 마이크로파를 천판(50)을 통하여 처리 용기(34) 내로 도입하는 전자파 공급계(54)를 구비하고 있다. 이 전자파 공급계(54)는, 천판(50)의 상면에 형성된 원판 형상의 평면 안테나 부재(56)와, 예를 들면 2.45㎓나 8.35㎓의 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기(70)를 갖고 있다. 안테나 부재(56) 상에 지파재(遲波材;58)가 형성된다. 이 지파재(58)는, 마이크로파의 파장을 단축하기 위해 고유전율 특성을 갖는 재료, 예를 들면 질화 알루미로 되어 있다. 평면 안테나 부재(56)는, 지파재(58)를 덮는 도전성의 원통 형상 용기로 이루어지는 도파 상자(60)의 저판(底板)으로서 구성되어 있다. 도파 상자(60)의 상부에는, 이것을 냉각하는 냉각 재킷(62)이 형성된다.
도파 상자(60)는, 평면 안테나 부재(56)의 외주부에 있어서 처리 용기(34)와 도통하고 있다. 도파 상자(60)의 상부의 중심에는, 동축 도파관(64)의 외관(64A)이 접속되어 있다. 동축 도파관(64)의 내부 도체(64B)는, 지파재(58)의 중심 관통공을 지나 평면 안테나 부재(56)의 중심부에 접속된다. 동축 도파관(64)은, 모드 변환기(66)를 통하여 직사각형 도파관(68)에 접속되어 있다. 이 도파관(68)은, 임피던스 정합을 도모하는 매칭 회로(72)를 통하여 마이크로파 발생기(70)에 접속되어 있다.
평면 안테나 부재(56)는, 도전성 재료, 예를 들면 표면이 은도금된 동판 또는 알루미판으로 이루어진다. 안테나 부재(56)의 수치는, 예를 들면, 300㎜ 사이즈의 웨이퍼에 대응하는 경우에는, 직경이 400∼500㎜, 두께가 1∼수㎜이다. 안테나 부재(56)에는, 예를 들면 슬롯 형상의 마이크로파 방사공(74)이 다수 형성되어 있다. 이 마이크로파 방사공(74)의 배치 형태는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 동심원 형상, 소용돌이 형상, 또는 방사 형상으로 배치시켜도 좋고, 안테나 부 재 전면에 균일하게 되도록 분포시켜도 좋다. 이 평면 안테나 부재(56)는, 소위 RLSA(Radial Line Slot Antenna) 방식의 안테나 구조로 되어 있고, 이에 따라, 고밀도 플라즈마 및 저전자 에너지의 특징을 얻을 수 있다.
이 장치(32)는, 처리 가스를 포함하는 가스를 유량 제어하면서 처리 용기(34) 내로 공급하는 가스 공급계(110)를 구비하고 있다. 전술한 바와 같이, 천판(50)에는 복수의 가스 분사 구멍(108)과, 가스 유로(112)가 형성되어 있다. 가스 분사 구멍(108)은, 하방의 처리 공간(S)을 향해 가스를 분출하도록, 천판(50)의 하면에 개구하고 있다. 가스 유로(112)는, 각 분사 구멍(108)의 상단부끼리를 연통하여 천판(50) 내부를 수평 방향으로 연장하도록 되어 있고, 가스 공급계(110)로부터 공급되는 가스를 각 분사 구멍(108)으로 유도하도록 되어 있다. 각 가스 분사 구멍(108) 및 가스 유로(112) 내에는, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재(120 및 122)가 충전되어 있다.
도2 에도 나타내는 바와 같이, 가스 분사 구멍(108)은, 천판(50) 하면의 대략 전체에 걸쳐서, 서로 떨어져 분산 형성되어 있다. 분사 구멍(108)은, 동심원의 내측 원주 상에 위치하는 가스 분사 구멍(108A)과 외측 원주 상에 위치하는 가스 분사 구멍(108B)으로 나뉘어진다. 또한, 1개의 원주(圓周) 상, 또는 3개 이상의 동심원주 상에, 각각 분사 구멍(108)을 배열해도 좋다.
가스 유로(112)는, 내측 가스 유로(112A)와 외측 가스 유로(112B)로 나뉘어져 있다. 내측 가스 유로(112A)는, 내측의 분사 구멍(108A)끼리를 서로 연통하고 있다. 이 내측 가스 유로(112A)는, 천판(50)의 외주까지 반경 방향으로 연장되는 가스 유로(112AA)를 포함하고 있다. 또한, 외측 가스 유로(112B)는, 외측의 분사 구멍(108B)끼리를 서로 연통하고 있다.
이 외측 가스 유로(112B)도, 천판(50)의 외주까지 반경 방향으로 연장되는 가스 유로(112BB)를 포함하고 있다.
도3 에 나타내는 가스 분사 구멍(108)의 직경(D1)은, 천판(50) 중을 전파하는 전자파(마이크로파)의 파장(λo)의 1/2 이하, 예를 들면 1∼35㎜ 정도의 치수를 갖는다. 직경(D1)이 파장(λo)의 1/2보다도 크면, 분사 구멍(108)의 부분에서의 비(比)유전율이 다른 부분으로부터 크게 변화한다. 그 결과, 분사 구멍(108)의 부분의 전계 밀도가 다른 부분과는 달리, 플라즈마 밀도에 큰 치우침이 생기기 때문에 바람직하지 않다.
각 가스 유로(112A, 112B)의 직경(폭)(D2)은, 가스의 흐름을 저해하지 않는 범위에서 가능한 한 작게, 적어도 가스 분사 구멍(108)의 직경(D1)보다도 작은 것이 바람직하다. 이에 따라, 마이크로파, 또는 전계의 분포에 악영향을 주지 않도록 한다.
방전 방지 부재(120, 122)를 형성하기 위한 통기성을 갖는 유전체 재료는, 세공(細孔) 직경이 0.1㎜ 이하의 다공질 재료인 것이 바람직하다. 세공 직경이 0.1㎜보다 큰 경우에는, 마이크로파에 의한 플라즈마 이상 방전이 발생할 확률이 커져 버린다. 방전 방지 부재(120, 122)를 형성하는 다공질 재료는, 내부에서 무수한 세공이 서로 연통하여 통기성을 가져오고 있다.
도1 로 돌아가서, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(32)의 전체의 동 작은, 예를 들면 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 제어 수단(130)에 의해 제어된다. 이 컴퓨터의 프로그램은 플로피나, CD(Compact Disc)나, 플래시 메모리 등의 기억 매체(132)에 기억되어 있다. 구체적으로는, 이 제어 수단(130)으로부터의 지령에 의해, 가스의 공급이나 유량 제어, 마이크로파나 고주파의 공급이나 전력 제어, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 제어 등이 행해진다.
여기서, 천판(50)의 제조 방법의 일 예를 간단하게 설명한다. 여기서는, 하측 천판 부재(50A)와 상측 천판 부재(50B)를 접합하여 천판(50)을 형성한다. 우선, 도4A 및 도4B 에 나타내는 바와 같이, 하측 천판 부재(50A)의 모재가 되는 원판 형상의 유리 기판을 준비한다. 이 유리 기판에, 각 가스 분사 구멍(108)에 대응하는 관통공(124)과, 각 가스 유로(112)에 대응하는 홈(126)을 형성한다.
다음으로, 도5 에 나타내는 바와 같이, 각 관통공(124) 및 홈(126) 내에, 방전 방지 부재(128(120, 122))의 재료가 되는, 용융 상태의 기포를 포함한 다공질 석영을 흘려 넣어 고화(固化)시킨다. 그 후, 기판의 표면 전체를 연마하여 평탄화하고, 하측 천판 부재(50A)를 완성시킨다. 다음으로, 하측 천판 부재(50A) 상에, 별도로 평탄화된 원판 형상의 유리 기판으로 이루어지는 상측 천판 부재(50B)를 올려놓는다. 그리고, 양 천판 부재(50A, 50B)를, 석영의 왜곡점(strain point) 이하의 온도에서 소성 내지 열처리하여 서로 접합한다. 이와 같이 하여, 다공질 석영제의 방전 방지 부재(120, 122)가 충전된 상태의 천판(50)이 완성된다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 처리 장치(32)를 이용하여 행해지는 플라즈마 처리, 예를 들면 에칭 처리에 대해서 설명한다.
우선, 반도체 웨이퍼(W)를, 게이트 밸브(40)를 통하여 처리 용기(34) 내로 반입하고, 재치대(36) 상에 올려놓고, 정전척(100)에 의해 흡착한다. 이 웨이퍼(W)는 저항 가열 히터(92)에 의해 소정의 프로세스 온도로 유지된다. 가스 공급계(110)에 의해, 예를 들면 Cl2 가스, O2 가스 및, N2 가스 등의 가스를 각각 소정의 유량으로 처리 용기(34) 내로 공급한다. 이들 가스는, 천판(50)의 가스 유로(112A, 112B)를 통하여 각 가스 분사 구멍(108A, 108B)으로부터 처리 용기(34) 내로 분출된다. 한편, 압력 제어 밸브(44)를 제어하여 처리 용기(34) 내를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다.
이와 동시에, 전자파 공급계(54)에 있어서, 마이크로파 발생기(70)에서 발생시킨 마이크로파를, 평면 안테나 부재(56)로 공급하고, 지파재(58)에 의해 파장이 짧아진 마이크로파를 처리 용기(34) 내로 도입한다. 이에 따라, 처리 공간(S) 내에 플라즈마를 발생시켜, 에칭 처리를 행한다.
구체적으로는, Cl2, O2, N2의 각 가스가 플라즈마화 되어 생기는 활성종(活性種)에 의해, 웨이퍼(W) 표면의 피(被)에칭층이 에칭되어 제거된다. 또한 에칭 처리를 할 때에는, 바이어스용 고주파 전원(106)으로부터 정전척(100) 중의 도체선(98)으로 바이어스용의 고주파가 인가되어 있다. 이에 따라, 활성종 등을 웨이퍼 표면에 대하여 직진성 좋게 끌어들이도록 하여, 에칭 형상이 될 수 있는 한 무너지지 않도록 하고 있다.
이 장치(32)에서는, 가스 유로(112A, 112B)를 통하여 공급되는 가스가, 천 판(50) 하면의 대략 전체에 분산 배치된 가스 분사 구멍(108A, 108B)으로부터 하방으로 샤워 상태로 확산시켜 공급된다. 이 때문에, 가스를 처리 공간(S) 전체에 균일하게 공급할 수 있다.
그리고, 각 가스 분사 구멍(108) 및 가스 유로(112)에는, 통기성이 있는 방전 방지 부재(120, 122)가 충전되어 있기 때문에, 마이크로파에 의한 이상 방전을 발생시키는 일이 없이 가스의 유통을 확보할 수 있다. 또한, 가스 분사 구멍(108)에 형성한 다공질 재료제의 방전 방지 부재(120)에 의해, 가스가 모든 방향으로 확산되면서 방출되기 때문에, 가스를 처리 공간(S) 전체에 보다 균일하게 분산시킬 수 있다. 특히, 각 방전 방지 부재(120, 122)의 다공질 재료는, 그 세공 직경이 0.1㎜ 이하로 설정되어 있기 때문에, 이상 방전의 발생을 대략 확실하게 저지할 수 있다.
또한, 가스 분사 구멍(108)의 직경(D1)을, 천판(50)의 유전체 중을 전파하는 마이크로파의 파장(λo)의 1/2 이하로 설정하고 있기 때문에, 분사 구멍(108)의 부분에 있어서의 비유전율의 변화를 작게 할 수 있다. 따라서, 가스 분사 구멍(108)의 부분의 전계(電界) 분포의 변화를 제어할 수 있기 때문에, 분사 구멍(108)을 형성했음에도 불구하고, 플라즈마 밀도의 균일성을 높게 유지할 수 있다. 일 예로서, 천판(50)을 비유전율이 3.78의 석영 유리로 구성하고, 직경(D1)이 32㎜의 가스 분사 구멍(108) 내에 비유전율이 2.7의 다공질 석영을 매입하여, 전계 강도를 시뮬레이션했다(천판 내 파장: 약 64㎜). 그 결과, 가스 분사 구멍(108)의 바로 밑의 전계 강도는 반 정도밖에 감소하지 않아, 사용에 충분히 견뎌낼 수 있는 것을 확인 할 수 있었다.
또한, 가스 분사 구멍(108)이, 내측 및 외측의 가스 분사 구멍(108A, 108B)의 2그룹으로 나뉘어져 있기 때문에, 각 그룹마다 가스 유량을 독립 제어 가능하게 할 수도 있다. 그 경우는, 처리 공간(S)에 더욱 균일한 분포로, 또는 소망의 분포 상태로 가스를 공급할 수 있다. 또한, 필요에 따라 3그룹 이상의 가스 분사 구멍을 형성해도 좋다. 또한, 가스 분사 구멍(108)의 각 그룹마다 다른 종류의 가스를 공급하도록 해도 좋다.
방전 방지 부재(120, 122)를 구성하는 주요한 재료는, 열팽창률의 관점에서, 천판(50) 본체의 재료와 동일한 것이 바람직하다. 예를 들면, 천판(50) 본체에 석영 유리를 이용했을 때에는, 방전 방지 부재(120, 122)에 다공질 석영을 이용하고, 천판(50) 본체에 세라믹재를 이용했을 때에는 방전 방지 부재(120, 122)에 다공질 세라믹을 이용하는 것이 좋다.
여기서 세라믹재로서는, 알루미나, 실리카, 인산 칼슘, SiC, 지르코니아 등을 이용할 수 있다. 또한, 다공질 세라믹은, 예를 들면 일본공개특허공보 2002-343788호, 일본공개특허공보 2003-95764호, 일본공개특허공보 2004-59344호 등에 개시되어 있는 다공질 세라믹을 이용할 수 있다.
가스 분사 구멍(108)의 수는, 도시예에 한정되지 않는다. 예를 들면 도6 에 나타내는 변형예와 같이, 천판(50)의 중심부에 단일의 가스 분사 구멍(108)을 형성하도록 해도 좋다.
또한, 도7 에 나타내는 다른 변형예와 같이, 천판(50)에 가스 유로를 형성하 지 않고, 가스 분사 구멍(108)에 가스를 공급하는 금속제의 가스관(136)을 천판(50)의 상방에 배치해도 좋다. 이 경우에, 가스 분사 구멍(108)은 천판(50)을 상하 방향으로 관통하여 형성된다. 그리고, 분사 구멍(108)의 상단부에 가스관(136)의 플랜지부(138)를, O링 등의 시일 부재(140)를 개재하여 기밀하게 접속한다. 가스관(136)은, 평면 안테나 부재(56)에 있어서의 마이크로파의 전파에 악영향을 주지 않기 위해, 될 수 있는 한 가늘게 하고, 그리고 도전성이 양호한 금속 재료, 예를 들면 동(銅) 등으로 형성하는 것이 좋다.
<제2 실시 형태>
플라즈마 발생용의 전자파로서는, 마이크로파에 한정되지 않고, 예를 들면 마이크로파보다도 주파수가 낮은 고주파를 이용할 수도 있다.
도8 에 나타내는 본 발명의 제2 실시 형태에서는, 전자파로서 고주파를 이용함과 아울러, 전자파 공급계로 유도 코일(142)을 이용하고 있다. 도8 에 있어서, 도1 에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도8 에 나타내는 바와 같이, 천판(50)의 가스 분사 구멍(108)이나 가스 유로(112) 및 이것에 충전되는 방전 방지 부재(120, 122)는, 도1 에 나타내는 제1 실시 형태와 동일하게 구성된다. 한편, 본 실시 형태의 전자파 공급계(54)는, 천판(50) 상에 근접하여 형성되는 유도 코일(142)과, 이것에 접속되어 고주파를 발생하는 고주파 발생기(144)를 갖고 있다. 고주파의 주파수로서는, 예를 들면 13.56㎒를 이용할 수 있다. 고주파 발생기(144)와 유도 코일(142)과의 사이에는, 임피 던스 정합을 위한 매칭 회로(146)가 형성되어 있다.
본 실시 형태에서는 유도 코일(142)에 고주파를 공급하면, 천판(50)을 통하여 처리 공간(S)에 전계가 발생한다. 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태의 경우와 동일하게, 가스 분사 구멍(108)이나 가스 유로(112) 내에 이상 방전을 발생시키는 일이 없이, 처리 공간(S)에 가스를 균일하게 분산시킬 수 있다.
<제3 실시 형태>
도9 에 나타내는 본 발명의 제3 실시 형태에서는 전자파로서 고주파를 이용함과 아울러, 전자파 공급계(54)의 일부로서 평행 평판형 전극을 이용하고 있다. 도9 에 있어서, 도1 및 도8 에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도9 에 나타내는 본 발명의 제3 실시 형태에서는, 처리 용기(34)의 상부에 절연재(152)를 통하여 부착된 금속제의 원통형 샤워 헤드(150)가 구비되어 있다. 이 샤워 헤드(150)는, 처리 용기(34) 내로 가스를 분출하는 복수의 가스 분사구(154)가 형성된 가스 분사면(하면)(155)을 갖고 있다. 본 실시 형태의 전자파 공급계(54)는, 재치대(36)를 하부 전극으로 하고, 샤워 헤드(150)를 상부 전극으로 하여, 양 전극(36, 150)간에 인가되는 고주파를 공급하는 고주파 공급계로서 형성되어 있다. 구체적으로는, 처리 용기(34)의 상부에는 천판을 대신해 샤워 헤드(150)가 형성되고, 이 샤워 헤드(150)에 대하여, 매칭 회로(146)를 통하여 고주파 발생기(144)가 접속되어 있다.
샤워 헤드(150)의 가스 분사면(155)에, 가스 분사구(154)를 덮도록 하여, 통 기성을 갖는 유전체제의 원판형 방전 방지 부재(156)가 부착되어 있다. 이 방전 방지 부재(156)에 의해, 각 가스 분사구(154) 내에 이상 방전을 발생시키는 일이 없이, 각 가스 분사구(154)로부터 방출되는 가스를 처리 공간(S)에 균일하게 분산시킬 수 있다.
<제4 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 천판 이외의 구성은, 제1 또는 제2 실시 형태의 구조와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
상기 제1 또는 제2 실시 형태에 있어서는, 천판(50) 본체의 가스 분사 구멍(108) 내에 방전 방지 부재(120)를 그대로 부착하도록 하고 있는 점에서, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 다공질 재료 등의 통기성을 갖는 재료로 이루어지는 방전 방지 부재(120)는, 표면이 평활하지 않고, 수치 정밀도도 낮아지기 쉽다. 이 때문에, 방전 방지 부재(120)의 외주면과, 가스 분사 구멍(108)의 내주면을 구성하는 치밀한 재료(석영이나 세라믹재)와의 사이에 근소한 틈이 발생하기 쉬워진다. 이 틈을 통하여, 처리 공간 내의 플라즈마가 가스 유로 내로 침입하여, 이상 방전을 일으킬 우려가 있다.
그래서, 이 제4 실시 형태에서는, 방전 방지 부재에 관하여, 그 취급을 용이화함과 아울러 수치 정밀도를 높이고, 또한 플라즈마 리크(leak)가 생기지 않는 장착을 행하도록 하고 있다.
구체적으로는, 도10 내지 도12 에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 방전 방지 부재(162)는, 상기 방전 방지 부재(120)에 대응하는 방전 방지 부재 본체(161)와, 이 본체(161)의 적어도 그 측면을 덮는, 통기성이 없는 유전체제의 치밀 부재(160)로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 원주(圓柱) 형상의 방전 방지 부재 본체(161)의 측면이 치밀 부재(160)에 의해 덮여져 방전 방지 부재(162)가 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 천판(50)에는, 수평 방향으로 연장되는 주(主)가스 유로(112)와, 주가스 유로(112)로부터 분기하여 하방으로 연장되는 분기 가스 유로(112a)가 형성되어 있다. 이 분기 가스 유로(112a)의 선단부는, 가스 분사 구멍(108)의 중앙부에 연통되어 있다.
본 실시 형태의 천판(50)의 제조는 다음과 같이 하여 행해진다(도12). 우선, 복수의 가스 분사 구멍(108)이 형성된 천판(50) 본체와, 그 가스 분사 구멍(108)에 대응하는 수의 방전 방지 부재 본체(161)를 준비한다. 다음으로, 각 방전 방지 부재 본체(161)의 측면을 치밀 부재(160)로 덮고, 각각 방전 방지 부재(162)를 형성한다. 그리고, 이들 방전 방지 부재(162)를, 천판(50) 본체의 각 가스 분사 구멍(108)에 장착한다.
그때, 방전 방지 부재(162)와 가스 분사 구멍(108)과의 사이에 접착제가 적용(apply)된다. 이 경우, 접착제(164)는, 가스 분사 구멍(108)의 내벽면과, 방전 방지 부재(162)(치밀 부재(160))의 표면의 적어도 한쪽에 부착시켜 두면 좋다. 도12 는, 치밀 부재(160)의 표면에만 접착제(164)를 부착시킨 상태를 나타내고 있다.
방전 방지 부재(162)를 형성하는 공정은, 미리 통 형상으로 형성된 치밀 부 재(160)를 준비하는 부(副)공정과, 통 형상의 치밀 부재(160) 내에 방전 방지 부재 본체(161)의 재료를 채워서 소성하는 부공정으로 행할 수 있다. 그와 같은 치밀 부재(160)로서는, 예를 들면 석영이나, Al2O3 등의 세라믹재의 치밀 재료로 이루어지는 통 형상(여기서는 원통 형상)의 파이프재(166)를 이용할 수 있다.
또한, 상기 접착제(164)로서는, 예를 들면 석영-알루미나계 접착제를 이용할 수 있다. 천판(50) 본체에 대한 방전 방지 부재(162)의 장착은, 그와 같은 접착제(164)가 용융하는 고온 상태, 예를 들면 500∼1000℃ 정도에서 행해진다.
방전 방지 부재(162)의 높이 및 직경은 각각 10㎜ 정도이며, 파이프재(166)의 살 두께는 2∼4㎜ 정도이지만, 이들 수치에는 특별히 한정되지 않는다. 또한 분기 가스 유로(112a)의 내경(內徑)은, 전자계 분포에 영향을 주지 않도록 가능한 한 작은 편이 좋고, 전형적으로는 상기 파장(λo)의 1/10 이하, 바람직하게는 1∼2㎜ 정도이다.
이 제4 실시 형태의 경우에도, 방전 방지 부재(162)에 의해, 가스 분사 구멍(108) 내에서 플라즈마 이상 방전을 발생시키는 일이 없이 가스의 유통을 확보할 수 있다.
또한, 방전 방지 부재(162)의 외주면을 형성하는 치밀 부재(160)(특히 파이프재(166))는, 방전 방지 부재 본체(161)에 비해 외경(外徑) 수치의 정밀도를 높일 수 있다. 이 때문에, 방전 방지 부재(162)를 가스 분사 구멍(108) 내에 틈이 생기지 않도록 정밀도 좋게 접합시켜 부착할 수 있다. 특히, 가스 분사 구멍(108)이 형성된 천판(50) 본체의 재료인 석영이나 세라믹재와, 치밀 부재(160)를 형성하는 석영이나 세라믹재와는 동일한 치밀재끼리이므로, 그 경계 부분에 근소한 틈도 발생시키는 일이 없이 정밀도 좋게 장착하는 것이 가능하다. 이 때문에, 처리 공간(S) 내의 플라즈마가 가스 분사 구멍(108) 내나 가스 유로(112a, 112) 내로 침입하여 이상 방전이 발생하는 것을 대략 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 방전 방지 부재(162)는, 가스 분사 구멍(108) 내로의 장착 전에, 개별로 특성 검사를 행함으로써, 불량품을 장착 전에 미리 제거할 수 있다. 따라서, 천판(50)의 완성 후의 불량품률을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 치밀 부재(160)를 이용하지 않고 방전 방지 부재 본체(161)를 단독으로 가스 분사 구멍(108) 내에 장착한 경우에는, 접착제(164)가 편재(偏在)하거나, 접합 경계 부분에 틈이 발생하거나 하여, 불량품률이 20% 정도 있었다. 이에 대하여, 본 실시 형태의 경우에는, 불량품률을 10% 정도까지 억제할 수 있었다.
<제5 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제5 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 천판 이외의 구성은, 제1 또는 제2 실시 형태의 구성과 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다. 또한, 천판의 구성에 대해서도, 상기 제4 실시 형태와 동일 부분에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도13 에 나타내는 본 실시 형태의 방전 방지 부재(172)는, 방전 방지 부재 본체(161)의 측면을 덮는 치밀 부재(160)로서, 상기 제4 실시 형태에 있어서의 파이프재(166) 등의 미리 통 형상으로 형성된 치밀 부재를 대신해, 접착제층(168)을 이용하고 있다. 또한, 본 실시 형태의 방전 방지 부재(172)는, 방전 방지 부재 본체(161)의, 가스 분사 구멍(108)의 개구에 대응하는 가스 분사면(174)과는 반대측의 가스 도입면(176)에(도14(D)), 가스 도입 오목부(170)가 형성되어 있다. 이 방전 방지 부재(172)도, 상기 방전 방지 부재(162)와 동일하게, 접착제(164)를 이용하여 가스 분사 구멍(108) 내에 접착하여 부착하도록 하고 있다. 치밀 부재(160)를 구성하는 접착제층(168)의 재질로서는, 예를 들면 방전 방지 부재(162)를 접착하는 접착제(164)와 동일한 것을 이용할 수 있다.
여기서, 도14 에 나타내는 방전 방지 부재(172)의 제조 공정을 설명한다. 우선, 도14(A) 에 나타내는 바와 같이, 통기성을 갖는 유전체 재료(예를 들면 다공성 재료)로 원통형으로 형성된 방전 방지 부재 본체(161)를 준비한다. 다음으로, 도14(B) 에 나타내는 바와 같이, 이 방전 방지 부재 본체(161)의 전 표면에, 고온에서 용융 상태의 치밀 재료인 접착제를(침지법 등에 의해) 코팅하여 냉각 경화시킴으로써, 접착제층(168)을 형성한다. 이에 따라, 방전 방지 부재 본체(161)의 전 표면이 접착제층(168)으로 밀봉되게 된다.
다음으로, 도14(C) 에 나타내는 바와 같이, 가스 분사 구멍(108)의 개구에 대응하는 방전 방지 부재 본체(161)의 가스 분사면(174)으로부터 접착제층(168)을 제거하여 분사면(174)을 노출시켜, 면 노출을 행한다. 그리고, 도14(D) 에 나타내는 바와 같이, 분사면(174)과는 반대측의 가스 도입면(176)에(접착제층(168)을 관통하여) 가스 도입 오목부(170)를 형성한다. 또한, 가스 도입 오목부(170)의 형성을 행하고 나서, 가스 분사면(174)으로부터의 접착제층(168)의 제거를 행해도 좋 다.
이 제5 실시 형태의 경우에도, 제4 실시 형태와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 이 제5 실시 형태의 경우에는, 가스 도입 오목부(170)에 의해, 가스를 방전 방지 부재 본체(161)의 깊숙한 곳까지 도입한 후에 본체(161) 내로 확산시킬 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 접착제(164)가 분기 가스 유로(112a)측에 일부 삐어져 나온 상태로 고화해도, 이 영향을 받는 일이 없이, 방전 방지 부재 본체(161)의 분사면(174)으로부터 가스를 균일하게 분산시켜 공급할 수 있다. 또한, 방전 방지 부재(172)가 갖는 컨덕턴스에 악영향을 주는 일도 없다.
이 방전 방지 부재(172)도, 이것을 가스 분사 구멍(108) 내에 장착 전에 개별로 특성 검사를 행함으로써, 불량품을 장착 전에 미리 제거할 수 있다. 따라서, 천판(50)의 완성 후의 불량품률을 대폭으로 억제할 수 있다. 본 실시 형태의 경우에는, 방전 방지 부재(172)의 장착 후의 천판의 불량품률을 1∼2%로까지 억제할 수 있었다.
또한, 가스 도입 오목부(170)를 도11 에 나타내는 제4 실시 형태에 적용할 수도 있다.
<제4 및 제5 실시 형태의 변형예>
다음으로, 제4 및 제5 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 도15A 는 제4 실시 형태의 변형예를 나타내고, 도15B 는 제5 실시 형태의 변형예를 나타낸다.
도15A 및 도15B 에 나타내는 변형예에서는, 분기 가스 유로(112a)와 가스 분사 구멍(108)과의 사이에, 상기 유로(112a)의 단면적보다도 큰 단면적을 갖는 가스 헤드 공간(180)이 형성되어 있다. 이 가스 헤드 공간(180)에 의해, 방전 방지 부재 본체(161) 내로 보다 균일하게 가스를 확산시킬 수 있다.
특히, 도15A 에 나타내는 경우에는, 과잉된 접착제(164)의 삐어져 나옴에 의한 악영향을 억제하기 위해, 가스 헤드 공간(180)을, 방전 방지 부재 본체(161)의 직경보다도 크고, 치밀 부재(160)의 외경보다도 작은 직경을 갖는 원주(圓柱)형으로 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 방전 방지 부재(162, 172)의 가스 도입측에 가스 헤드 공간(180)을 형성한 경우에는, 과잉된 접착제(164)가 삐어져 나와도, 이것이 방전 방지 부재 본체(161)의 가스 도입면(176)을 덮는 일이 없다. 따라서, 방전 방지 부재(162, 172)의 장착 후에 컨덕턴스에 악영향을 주는 일을 방지할 수 있다.
또한, 도7 에 나타내는 구조에 제4 실시 형태를 적용하여, 도16 에 나타내는 제4 실시 형태의 또 하나의 변형예와 같이 구성해도 좋다.
즉, 도16 에 나타내는 변형예에서는, 천판(50)의 상방에 배치한 금속제의 가스관(136)으로부터, 천판(50)을 수직으로 관통하는 가스 유로(112a)를 통하여, 방전 방지 부재(162)를 장착한 가스 분사 구멍(108)으로 가스를 도입하도록 되어 있다.
이러한 가스관(136)을 형성한 구조는, 도15A 에 나타내는 제4 실시 형태의 변형예, 제5 실시 형태 및, 도15B 에 나타내는 제5 실시 형태의 변형예에도 적용할 수 있다.
이상의 도10 내지 도16 에 나타낸 실시 형태에 있어서, 방전 방지 부재(162, 172)를 가스 분사 구멍(108) 내에 장착하는 공정에 있어서, 접착제(164)를 적용하는 경우를 예를 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 접착제(164)를 이용하지 않고, 방전 방지 부재(162, 172)를 가스 분사 구멍(108) 내에 삽입한 상태에서, 부재(162, 172)와 천판(50) 본체를, 고온 상태, 예를 들면 700∼900℃ 정도로 유지하여 일체로 소성(서로 용착(溶着))하도록 해도 좋다.
이상의 각 실시 형태에서는, 피처리체로서 원판 형상의 반도체 웨이퍼(W)를 처리하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 예를 들면 LCD(Liquid Crystal Display) 기판 등과 같은 직사각형 판 형상의 피처리체이어도 좋다.
도17 은 이러한 직사각 형상의 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치를 위한 천판의 변형예를 나타낸다. 그러한 처리 장치에서는, 처리 용기의 수평 단면이 직사각 형상으로 성형되어 있고, 이에 대응하여 도17 에 나타내는 바와 같이, 천판(50)도 평면 형상이 직사각 형상을 이루고 있다. 그리고, 가스 분사 구멍(108)은, 천판(50)의 길이 방향으로 연장되는 서로 평행한 복수(도에서는 2개)의 직선 상에, 각각 서로 간격을 두고 배치된다.
또한, 각 실시 형태에 있어서 설명한 각 수치는 단순히 일 예를 나타낸 것에 불과하고, 이들에 한정되지 않는 것은 물론이다. 또한, 피처리체는, 반도체 웨이퍼나 LCD 기판에 한정되지 않고, 그 외의 유리 기판, 세라믹 기판 등이어도 좋다.

Claims (24)

  1. 상부 개구가 형성된 통 형상의 용기 본체와, 이 본체의 상기 상부 개구에 시일 부재를 개재하여 기밀하게 장착되어 전자파를 투과하는 유전체제(誘電體製)의 천판(天板)을 갖는 진공 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 형성되어, 피(被)처리체가 올려놓여지는 재치대와,
    상기 천판을 통하여 플라즈마 발생용의 전자파를 상기 처리 용기 내로 공급하는 전자파 공급계(供給系)와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급계를 구비하고,
    상기 천판에, 상기 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 상기 처리 용기 내로 분출하는 가스 분사 구멍이 형성되고, 이 분사 구멍 내에, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재가 배치되며,
    상기 방전 방지 부재는,
    통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재 본체와,
    상기 본체의 적어도 측면을 덮는, 통기성이 없는 유전체제의 치밀 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천판에, 복수의 가스 분사 구멍이 서로 떨어져 형성되고, 각 분사 구멍 내에, 각각 상기 방전 방지 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 상부 개구가 형성된 통 형상의 용기 본체와, 이 본체의 상기 상부 개구에 시일 부재를 개재하여 기밀하게 장착되어 전자파를 투과하는 유전체제의 천판을 갖는 진공 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 형성되어, 피처리체가 올려놓여지는 재치대와,
    상기 천판을 통하여 플라즈마 발생용의 전자파를 상기 처리 용기 내로 공급하는 전자파 공급계와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급계를 구비하고,
    상기 천판에, 상기 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 상기 처리 용기 내로 분출하는 가스 분사 구멍이 형성되고, 이 분사 구멍 내에, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재가 배치되며,
    상기 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 상기 가스 분사 구멍으로 유도하는 가스 유로가 형성되고, 이 가스 유로 내에도 상기 방전 방지 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재를 구성하는 주요한 재료는, 상기 천판의 재료와 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재는 다공질 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다공질 재료의 세공(細孔) 직경은 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사 구멍의 직경을, 상기 천판 중을 전파하는 상기 전자파의 파장의 1/2 이하로 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 공급계는,
    상기 천판 상에 형성된 평면 안테나 부재와,
    마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기와,
    상기 마이크로파 발생기에서 발생한 상기 마이크로파를 상기 평면 안테나 부재로 전파하는 도파관을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 공급계는,
    고주파를 발생하는 고주파 발생기와,
    상기 천판 상에 배치되어, 상기 고주파 발생기에 접속된 유도 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 치밀 부재는, 미리 통 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 치밀 부재는, 상기 본체의 표면에 코팅한 접착제를 경화시킴으로써 형성된 접착제층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 천판에, 상기 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 상기 가스 분사 구멍으로 유도하는 가스 유로가 형성되고,
    상기 가스 유로와 상기 가스 분사 구멍과의 사이에, 상기 가스 유로의 단면적보다도 큰 단면적을 갖는 가스 헤드 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재 본체는,
    상기 가스 분사 구멍의 개구에 대응하는 가스 분사면과,
    상기 분사면의 반대측의 가스 도입면과,
    상기 도입면에 형성된 가스 도입 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 통 형상의 용기 본체의 상부 개구에 시일 부재를 개재하여 기밀하게 장착되어 플라즈마 처리 장치의 처리 용기를 형성하는 천판으로서,
    상기 처리 용기 내로 가스를 분출하는 가스 분사 구멍이 형성된, 전자파를 투과하는 유전체제의 천판 본체와,
    상기 본체의 가스 분사 구멍 내에 배치된, 통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재를 구비하고,
    상기 방전 방지 부재는,
    통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재 본체와,
    상기 본체의 적어도 측면을 덮는, 통기성이 없는 유전체제의 치밀 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 천판.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 천판 본체에, 상기 가스 분사 구멍으로 가스를 유도하는 가스 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천판.
  20. 통 형상의 용기 본체의 상부 개구에 시일 부재를 개재하여 기밀하게 장착되어 플라즈마 처리 장치의 처리 용기를 형성하는 천판의 제조 방법으로서,
    상기 처리 용기 내로 가스를 분출하는 가스 분사 구멍이 형성된, 전자파를 투과하는 유전체제의 천판 본체를 준비하는 공정과,
    통기성을 갖는 유전체제의 방전 방지 부재 본체와, 이 본체의 적어도 측면을 덮는 통기성이 없는 유전체제의 치밀 부재를 갖는 방전 방지 부재를 형성하는 공정과,
    상기 방전 방지 부재를, 상기 천판 본체의 상기 가스 분사 구멍 내에 장착하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 천판의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재를 형성하는 공정은,
    미리 통 형상으로 형성된 상기 치밀 부재를 준비하는 부(副)공정과,
    상기 통 형상의 치밀 부재 내에 상기 방전 방지 부재 본체의 재료를 채워서 소성하는 부공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 천판의 제조 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재를 형성하는 공정은,
    상기 방전 방지 부재 본체의 전(全) 표면에, 용융 상태의 상기 치밀 부재의 재료인 접착제를 코팅하여 경화시킴으로써 접착제층을 형성하는 부공정과,
    상기 가스 분사 구멍의 개구에 대응하는 상기 방전 방지 부재 본체의 가스 분사면으로부터 상기 접착제층을 제거하는 부공정과,
    상기 방전 방지 부재 본체의 상기 분사면과는 반대측의 가스 도입면에, 가스 도입 오목부를 형성하는 부공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 천판의 제조 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재를 장착하는 공정에 있어서, 상기 방전 방지 부재와 상기 가스 분사 구멍과의 사이에 접착제가 적용되는 것을 특징으로 하는 천판의 제조 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재를 장착하는 공정에 있어서, 상기 방전 방지 부재를 상기 가스 분사 구멍에 삽입한 상태에서, 상기 방전 방지 부재와 상기 천판이 일체로 소성되는 것을 특징으로 하는 천판의 제조 방법.
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