KR20170004888A - 플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 배기 구조 - Google Patents

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쥰 야마와쿠
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Abstract

배치대에 고파워의 고주파 전력을 인가하는 경우에, 배기부에 대하여 플라즈마가 침입하는 것 및 배플판의 상방에서 방전이 불안정해지는 것을 효과적으로 방지한다. 처리실(4) 내에서 배치대(23)의 배치면에 배치된 기판(G)에 대하여, 배치대(23)에 고주파 바이어스를 인가하면서 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치는, 배기구(30) 부분에 마련된 제 1 개구 배플판(34) 및 제 2 개구 배플판(35)을 가지고, 제 1 개구 배플판(34)은 배기 경로 하류측, 제 2 개구 배플판(35)은 배기 경로의 상류측에 마련되고, 제 1 개구 배플판(34)은 접지되고, 제 2 개구 배플판(35)은 전기적으로 플로팅 상태이며, 제 1 및 제 2 개구 배플판(34, 35)은 이들 사이에 안정 방전이 생성 가능한 간격으로 마련되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 배기 구조 {PLASMA PROCESSING APPARATUS AND EXHAUST STRUCTURE THEREOF}
본 발명은 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 배기 구조에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조 공정에 있어서는, 기판에 대하여 플라즈마 에칭 또는 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 행하는 공정이 존재한다.
이러한 플라즈마 처리에는, 플라즈마 에칭 장치 또는 플라즈마 CVD 성막 장치 등의 다양한 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마 처리를 행할 시에는, 진공으로 유지되는 처리실 내에 마련된 배치대 상에 기판을 배치한 상태에서, 처리실 내에 정해진 가스의 플라즈마를 생성하고 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시한다.
플라즈마 처리 장치에 있어서는, 처리실 내의 처리 영역에서 생성된 이물 또는 플라즈마가 배기 영역에 침입하는 것을 방지하기 위하여, 메시 구조 또는 슬릿 구조 등의 개구부를 형성하여 통기성을 확보한 구조의 배플판을 마련하는 것이 일반적으로 행해지고 있다(예를 들면 특허 문헌 1).
또한, 특허 문헌 1에서는 개구부를 가지는 배플판을 전기적으로 플로팅 상태로 마련하고 있지만, 특허 문헌 2에는 이러한 배플판을 접지하는 것이 개시되어 있다.
일본특허공개공보 평6-252245호 일본특허공개공보 2010-238980호
그런데, 이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 중의 이온을 효과적으로 인입하기 위하여, 배치대에 고주파 바이어스를 인가하는 경우가 있다. 대형 기판의 플라즈마 처리에 있어서는, 이러한 고주파 바이어스를 고파워로 할 필요가 있다.
이와 같이 배치대에 고주파 바이어스를 인가하면, 배기구가 대향 전극이 되어, 배기구 부분에 용량 결합 플라즈마가 발생한다.
배플판이 전기적으로 플로팅 상태인 경우에는, 이 플라즈마가 실활되지 않기 때문에, 플라즈마가 배기부에 들어가, 압력 제어 밸브(APC) 또는 진공 펌프의 입구 부분에 국소적인 글로 방전이 발생하여 부재가 소모되어 버린다.
한편, 배플판이 접지되어 있는 경우에는, 플라즈마가 배플판에서 실활되기 때문에, 배기부에서의 방전은 억제된다. 그러나, 접지된 배플판 상에서 글로 방전이 발생하고 이동하여, 배기 공간의 방전이 불안정해진다.
따라서 본 발명은, 배치대에 고파워의 고주파 전력을 인가할 경우에, 배기부에 대하여 플라즈마가 침입하는 것 및 배플판의 상방에서 방전이 불안정해지는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치, 및 그러한 플라즈마 처리 장치에 이용되는 배기 구조를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 관점은, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 배치되는 배치면을 가지는 배치대와, 상기 처리실 내로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기부와, 상기 배치대에 배치된 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와, 상기 배치대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원과, 상기 처리실로부터 상기 배기부에 이르는 배기구 부분 또는 그 근방에 마련된, 복수의 개구를 가지는 제 1 개구 배플판 및 제 2 개구 배플판을 가지고, 상기 제 1 개구 배플판은 배기 경로의 하류측, 상기 제 2 개구 배플판은 배기 경로의 상류측에 마련되고, 상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 모두 도전성 재료로 이루어지고, 상기 제 1 개구 배플판은 접지되고, 상기 제 2 개구 배플판은 전기적으로 플로팅 상태이며, 상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 이들 사이에 안정 방전이 생성 가능한 간격으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한 본 발명의 제 2 관점은, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 배치되는 배치면을 가지는 배치대와, 상기 처리실 내로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기부와, 상기 배치대에 배치된 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와, 상기 배치대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원을 가지는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리실에 공급된 처리 가스를 상기 배기부로 유도하는 배기 구조로서, 상기 처리실로부터 상기 배기부에 이르는 배기구 부분 또는 그 근방에 마련된, 복수의 개구를 가지는 제 1 개구 배플판 및 제 2 개구 배플판을 가지고, 상기 제 1 개구 배플판은 배기 경로의 하류측, 상기 제 2 개구 배플판은 배기 경로의 상류측에 마련되고, 상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 모두 도전성 재료로 이루어지고, 상기 제 1 개구 배플판은 접지되고, 상기 제 2 개구 배플판은 전기적으로 플로팅 상태이며, 상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 이들 사이에 안정 방전이 생성 가능한 간격으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 구조를 제공한다.
상기 제 1 개구 배플판은 상기 배기부의 배기 배관의 입구 부분을 덮도록 마련되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 개구 배플판과 상기 제 2 개구 배플판과의 간격은 1 mm ~ 10 mm인 것이 바람직하다.
상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 슬릿 형상 혹은 메시 형상으로 구성되거나, 또는 다수의 펀칭홀을 가지는 것으로 할 수 있다.
상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판의 개구율은 61.5 % 이하인 것이 바람직하다.
또한, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 처리 영역과 상기 배기부에 연결되는 배기 영역으로 구획하는, 도전성 재료로 이루어지며 개구부를 가지지 않는 복수의 구획 부재를 더 가지고, 상기 복수의 구획 부재는 접지 전위에 접속되고, 인접하는 것들의 사이에 상기 처리 영역에 공급된 처리 가스를 상기 배기 영역으로 유도하는 에어리어가 형성되도록 이간되어 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 구획 부재와 상이한 높이 위치에, 평면에서 봤을 경우에 상기 에어리어 중 적어도 일부를 차폐하도록 마련되고, 도전성 재료로 이루어지며 또한 개구부를 가지지 않고, 또한 접지 전위에 접속된 차폐 부재를 더 가지는 것이 바람직하다.
상기 처리실은 평면 형상이 직사각형 형상인 공간을 가지고, 상기 배치대는 평면 형상이 직사각형 형상을 이루고, 직사각형 형상의 기판이 배치되는 구성으로 할 수 있다.
상기 플라즈마 생성 기구는 상기 처리 영역에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 가지는 구성으로 할 수 있다. 상기 고주파 안테나는 상기 처리실의 상부에 유전체창을 개재하여 설치되어도 되고, 상기 처리실의 상부에 금속 창을 개재하여 설치되어도 된다.
본 발명에 따르면, 처리실로부터 배기부에 이르는 배기구 부분 또는 그 근방에 제 1 개구 배플판을 접지한 상태로 마련하고, 또한 그 배기 경로 상류측에 제 2 개구 배플판을 플로팅 상태로 마련하고, 또한 제 1 개구 배플판 및 제 2 개구 배플판을 이들 사이에서 안정 방전이 형성될 정도의 간격으로 배치했으므로, 배기부에 대한 플라즈마 리크를 억제할 수 있고, 또한 배플판 상방에서의 불안정한 글로 방전을 억제하여 처리실 내에 안정된 플라즈마를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 수평 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 배기부의 상세를 나타내는 단면도이다.
도 4는 제 1 및 제 2 개구 배플판의 구조예를 나타내는 도이다.
도 5는 배기구의 배치의 다른 예를 나타내는 수평 단면도이다.
도 6은 배치대에 고주파 바이어스를 인가했을 시 용량 결합 플라즈마가 발생하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 실시 형태에 있어서의 2 단의 개구 배플판을 마련한 경우의 작용 효과를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도이며, (a)는 수평 단면도, (b)는 구획 부재와 차폐 부재와의 위치 관계를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 수직 단면도, 도 2는 그 수평 단면도, 도 3은 배기부의 상세를 나타내는 단면도이다.
본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치는, 유도 결합 플라즈마를 생성하여, 예를 들면 FPD용 글라스 기판과 같은 직사각형 기판에 대하여 에칭 처리 또는 애싱 처리 등의 유도 결합 플라즈마 처리를 행하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서 구성된다.
이 플라즈마 처리 장치는 도전성 재료, 예를 들면, 내벽면이 양극 산화 처리 된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상의 기밀한 본체 용기(1)를 가진다. 이 본체 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있고, 접지선(1a)에 의해 접지되어 있다. 본체 용기(1)는 유전체 벽(2)("유전체창"이라고도 함)에 의해 상하로 안테나실(3) 및 처리실(4)로 구획되어 있다. 유전체 벽(2)은 처리실(4)의 천장벽을 구성하고 있다. 유전체 벽(2)은 Al2O3 등의 세라믹스, 석영 등으로 구성되어 있다.
본체 용기(1)에 있어서의 안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리실(4)의 측벽(4a)과의 사이에는 내측으로 돌출되는 지지 선반(5)이 마련되어 있고, 이 지지 선반(5) 상에 유전체 벽(2)이 배치된다.
유전체 벽(2)의 하측 부분에는, 처리 가스 공급용의 샤워-하우징(11)이 끼워져 있다. 샤워-하우징(11)은 십자 형상으로 마련되어 있고, 유전체 벽(2)을 아래로부터 지지하는 구조, 예를 들면 빔 구조로 되어 있다. 또한, 상기 유전체 벽(2)을 지지하는 샤워-하우징(11)은, 복수 개의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해 본체 용기(1)의 천장에 매달린 상태로 되어 있다. 지지 선반(5) 및 샤워-하우징(11)은 유전체 부재로 피복되어 있어도 된다.
이 샤워-하우징(11)은 도전성 재료, 바람직하게는 금속, 예를 들면 오염물이 발생하지 않도록 그 내면 또는 외면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워-하우징(11)에는 수평으로 연장되는 가스 유로(12)가 형성되어 있고, 이 가스 유로(12)에는 하방을 향해 연장되는 복수의 가스 토출홀(12a)이 연통하고 있다. 한편, 유전체 벽(2)의 상면 중앙에는, 이 가스 유로(12)에 연통하도록 가스 공급관(20a)이 마련되어 있다. 가스 공급관(20a)은, 본체 용기(1)의 천장으로부터 그 외측으로 관통하고, 처리 가스 공급원 및 밸브 시스템 등을 포함하는 처리 가스 공급계(20)에 접속되어 있다. 따라서, 플라즈마 처리에 있어서는, 처리 가스 공급계(20)로부터 공급된 처리 가스가 가스 공급관(20a)을 거쳐 샤워-하우징(11) 내로 공급되고, 그 하면의 가스 토출홀(12a)로부터 처리실(4) 내로 토출된다.
안테나실(3) 내에는 고주파(RF) 안테나(13)가 설치되어 있다. 고주파 안테나(13)는 구리 또는 알루미늄 등의 전도성이 좋은 금속으로 이루어지는 안테나 선(13a)을 환상 또는 소용돌이 형상 등의 종래 이용되는 임의의 형상으로 배치하여 구성된다. 복수의 안테나부를 가지는 다중 안테나여도 된다.
안테나 선(13a)의 단자(22)에는 안테나실(3)의 상방으로 연장되는 급전 부재(16)가 접속되어 있다. 급전 부재(16)의 상단에는 급전선(19)에 의해 고주파 전원(15)이 접속되어 있다. 또한, 급전선(19)에는 정합기(14)가 개재되어 있다. 또한, 고주파 안테나(13)는 절연 부재로 이루어지는 스페이서(17)에 의해 유전체 벽(2)으로부터 이간되어 있다. 그리고 고주파 안테나(13)에, 고주파 전원(15)으로부터 예를 들면 주파수가 13.56 MHz인 고주파 전력이 공급됨으로써, 처리실(4) 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해 샤워-하우징(11)으로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화되어 유도 결합 플라즈마가 생성된다.
처리실(4) 내의 저벽(4b) 상에는, 유전체 벽(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, 직사각형 형상의 기판(G)을 배치하기 위한 배치면을 가지는 배치대(23)가 절연체 부재(24)를 개재하여 고정되어 있다. 절연체 부재(24)는 프레임 형상을 이루고 있다. 배치대(23)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성된 본체(23a)와, 본체(23a)의 외주를 둘러싸도록 마련된 절연체 프레임(23b)을 가지고 있다. 배치대(23)에 배치된 기판(G)은 정전 척(도시하지 않음)에 의해 흡착 유지된다.
배치대(23)는 기판(G)의 반입반출을 위한 리프터 핀(도시하지 않음)이 본체 용기(1)의 저벽, 절연체 부재(24)를 개재하여 삽입 관통되어 있다. 리프터 핀은 본체 용기(1) 밖에 마련된 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 승강 구동하여 기판(G)의 반입반출을 행하도록 되어 있다. 또한, 배치대(23)는 승강 기구에 의해 승강 가능한 구조로 해도 된다.
배치대(23)의 본체(23a)에는, 급전선(25)에 의해, 정합기(26)를 개재하여 바이어스용 고주파 전원(27)이 접속되어 있다. 이 고주파 전원(27)은 플라즈마 처리 중에 고주파 바이어스(바이어스용 고주파 전력)를 배치대에 인가한다. 고주파 바이어스의 주파수는 예를 들면 주파수가 6 MHz이다. 이 바이어스용의 고주파 전력에 의해, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판(G)에 인입된다.
또한, 배치대(23) 내에는 기판(G)의 온도를 제어하기 위한, 세라믹 히터 등의 가열 수단 또는 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음).
또한 배치대(23)는, 기판(G)이 배치되었을 시, 그 이면측에 냉각 공간(도시하지 않음)이 형성되도록 되어 있고, 이 냉각 공간에 열 전달용 가스로서의 He 가스를 정해진 압력으로 공급하기 위한 He 가스 유로(28)가 접속되어 있다. 이와 같이 기판(G)의 이면측에 열 전달용 가스를 공급함으로써, 진공 하에서 기판(G)의 온도 제어성을 양호하게 할 수 있다.
처리실(4)의 저벽(4b)의 저부 중앙에는 개구부(4c)가 형성되어 있고, 급전선(25), He 가스 유로(28) 및 온도 제어 기구의 배관 또는 배선은 개구부(4c)를 통과하여 본체 용기(1) 밖으로 도출된다.
처리실(4)의 네 개의 측벽(4a) 중 하나에는, 기판(G)을 반입반출하기 위한 반입반출구(29a) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(29)가 마련되어 있다.
처리실(4)의 내벽(측벽(4a)의 내측 부분)과 배치대(23)와의 사이에는, 처리실(4) 내를 처리 영역(41)과 배기 영역(42)으로 구획하는 4 매의 구획 부재(50)가 마련되어 있다. 구획 부재(50)는, 개구부를 가지지 않는 직사각형 형상을 이루는 금속 등의 도전성 재료로 이루어지는 판재로 구성되어 있다. 각 구획 부재(50)는 배치대(23)의 각 측면에 대응하여 마련되어 있고, 접지선(50a)에 의해 접지 전위에 접속되어 있다. 또한, 구획 부재(50)를 측벽(4a)과 전기적으로 접속시켜, 본체 용기(1)를 개재하여 접지하도록 해도 된다.
인접하는 구획 부재(50)끼리는, 그 사이에, 처리 영역(41)에 공급된 가스를 배기 영역으로 유도하는 에어리어(60)가 형성되도록 이간되어 배치되어 있고, 에어리어(60)는 구획 부재(50) 형성면의 네 모서리에 존재하고 있다.
처리 영역(41)은, 처리실(4) 중 구획 부재(50)보다 위의 영역이며, 기판(G)을 플라즈마 처리하기 위한 유도 결합 플라즈마가 형성되는 영역이다. 또한, 배기 영역(42)은, 처리실(4) 중 구획 부재(50)보다 아래의 영역이며, 처리 영역(41)으로부터의 처리 가스가 유도되고, 그것을 배기하기 위한 영역이다.
처리실(4)의 저벽(4b)에는, 처리실(4)의 저벽(4b)의 네 모서리에 각각 배기구(30)가 마련되어 있고, 각 배기구(30)에는 배기부(40)가 마련되어 있다. 배기부(40)는 배기구(30)에 접속된 배기 배관(31)과, 배기 배관(31)의 개도를 조정함으로써 처리실(4) 내의 압력을 제어하는 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)와, 처리실(4) 내를 배기 배관(31)을 거쳐 배기하기 위한 진공 펌프(33)를 가지고 있다. 그리고, 진공 펌프(33)에 의해 처리실(4) 내가 배기되고, 플라즈마 처리 중, 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)의 개도를 조정하여 처리실(4) 내를 정해진 진공 분위기로 설정, 유지된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 배기구(30) 부분에는, 배기 배관(31)의 입구 부분을 덮도록 제 1 개구 배플판(34)이 마련되어 있고, 제 1 개구 배플판(34)의 상방(즉 배기 경로의 상류측)의 정해진 간격으로 이격된 위치에 제 1 개구 배플판(34)과 대향하여 제 2 개구 배플판(35)이 마련되어 있다. 즉, 배기구(30)에 상하 2 단의 개구 배플판이 마련되어 있다. 제 1 개구 배플판(34) 및 제 2 개구 배플판(35)은 금속 등의 도전성 재료로 이루어지고, 다수의 개구를 가지고 있으며, 예를 들면 도 4의 (a)에 나타내는 것과 같은 슬릿 형상, 또는 (b)에 나타내는 것과 같은 메시 형상, 또는 (c)에 나타내는 것과 같은 다수의 펀칭홀을 가지는 구조를 이루고 있다.
제 1 개구 배플판(34)은 배기 배관(31)의 상부의 내주를 구성하는 절연 부재(36)에 장착되어 있고, 접지선(34a)에 의해 접지되어 있다. 한편, 제 1 개구 배플판(34)과 제 2 개구 배플판(35)과의 사이에는 링 형상을 이루는 절연 스페이서(37)가 마련되어 있고, 제 2 개구 배플판(35)은 전기적으로 플로팅 상태로 되어 있다. 이들 2 단의 개구 배플판은 이들 사이에서 안정 방전이 가능한 간격으로 배치되어 있다. 제 1 개구 배플판(34)과 제 2 개구 배플판(35)에 의해, 후술하는 바와 같이, 배기부(40)에의 플라즈마 리크를 억제할 수 있고, 또한 안정된 플라즈마를 형성할 수 있도록 되어 있다.
자동 압력 제어 밸브(APC)(32)와 진공 펌프(33)의 사이에는, 진공 펌프(33)에 대한 이물의 침입를 방지하기 위한 메시 부재(38)가 마련되어 있다. 메시 부재(38)는 금속 등의 도전성 재료로 구성되어 있고, 접지되어 있다.
제 1 개구 배플판(34) 및 제 2 개구 배플판(35)의 간격의 바람직한 범위는 1 ~ 10 mm이다. 또한, 제 1 개구 배플판(34) 및 제 2 개구 배플판(35)의 개구율은 61.5 % 이하인 것이 바람직하다.
또한, 배기구(30)의 수 및 위치는 장치의 크기에 따라 적절히 설정된다. 예를 들면, 도 5의 수평 단면도에 나타내는 바와 같이, 배기구(30)를 처리실(4)의 각 측벽(4a)을 따라 2 개씩, 합계 8 개 마련하도록 해도 된다.
본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치는 마이크로 프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 제어부(100), 유저 인터페이스(101), 기억부(102)를 가지고 있다. 제어부(100)는 플라즈마 처리 장치의 각 구성부, 예를 들면 밸브, 고주파 전원, 진공 펌프 등에 지령을 보내, 이들을 제어하도록 되어 있다. 또한, 유저 인터페이스(101)는 오퍼레이터에 의한 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위한 커멘드 입력 등의 변경 조작을 행하는 키보드, 및 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 가지고, 제어부(100)에 접속되어 있다. 기억부(102)는 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(100)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램, 또는 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 처리 레시피가 저장되어 있고, 제어부(100)에 접속되어 있다. 처리 레시피는 기억부(102) 중의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 컴퓨터에 내장된 하드 디스크 또는 반도체 메모리여도 되고, CD ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 된다.
또한, 다른 장치로부터 예를 들면 전용 회선을 통하여 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 된다. 그리고 필요에 따라, 유저 인터페이스(101)로부터의 지시 등으로 임의의 처리 레시피를 기억부(102)로부터 호출하여 제어부(100)에 실행시킴으로써, 제어부(100)의 제어 하에서 플라즈마 처리 장치에서의 원하는 처리가 행해진다.
이어서, 이상과 같이 구성되는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판(G)에 대하여 플라즈마 처리, 예를 들면 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 애싱을 실시할 시의 처리 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 게이트 밸브(29)를 개방으로 한 상태에서 반입반출구(29a)로부터 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 기판(G)을 처리실(4) 내로 반입하고, 배치대(23)의 배치면에 배치한 후, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 기판(G)을 배치대(23) 상에 고정한다. 이어서, 처리 가스 공급계(20)로부터 샤워-하우징(11)의 가스 토출홀(12a)을 거쳐 처리 가스를 처리실(4) 내로 공급하고, 또한 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)에 의해 압력을 제어하면서 배기구(30)로부터 배기 배관(31)을 거쳐 진공 펌프(33)에 의해 처리실(4) 내를 진공 배기함으로써, 처리실 내를 예를 들면 0.66 ~ 26.6 Pa 정도의 압력 분위기로 유지한다.
또한, 이 때 기판(G)의 이면측의 냉각 공간에는, 기판(G)의 온도 상승 또는 온도 변화를 회피하기 위하여, He 가스 유로(28)를 거쳐 열 전달용 가스로서의 He 가스를 공급한다.
이어서, 고주파 전원(15)으로부터 예를 들면 13.56 MHz의 고주파를 고주파 안테나(13)에 인가하고, 이에 의해 유전체 벽(2)을 개재하여 처리실(4) 내에 균일한 유도 전계를 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 유도 전계에 의해, 처리실(4) 내에서 처리 가스가 플라즈마화되어, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 의해, 기판(G)에 대하여 플라즈마 처리, 예를 들면 기판(G)의 정해진 막에 대하여 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 애싱이 행해진다. 이 때 동시에, 고주파 전원(27)으로부터 고주파 바이어스로서, 예를 들면 주파수가 6 MHz의 고주파 전력을 배치대(23)에 인가하여, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판(G)으로 인입되도록 한다.
처리 가스는 처리실(4) 내의 처리 영역(41)에서 플라즈마화되어 플라즈마 처리에 이용된 후, 진공 펌프(33)에 의해 흡인됨으로써, 인접하는 구획 부재(50)의 사이에 형성된 에어리어(60)로부터 배기 영역(42)에 도달하고, 배기구(30)로부터 배기 배관(31)을 거쳐 배기된다.
배치대(23)에 고주파 바이어스를 인가함으로써, 도 6에 나타내는 바와 같이, 처리실(4)의 내벽 또는 배기구(30) 근방의 접지된 도체를 대향 전극으로서 용량 결합 플라즈마가 발생한다. 이 때, 기판(G)이 대형 기판인 경우에는, 배치대(23)에 고파워의 고주파 전력을 인가할 필요가 있으며, 대향 전극이 작으면 아킹을 일으키거나 하여 전기적으로 불안정해진다. 이 때문에, 처리실(4)의 내벽(측벽(4a)의 내측 부분)과 배치대(23) 사이의 위치에, 개구부를 가지지 않는 복수의 구획 부재(50)를 접지하여 마련하여 대향 전극으로서 기능하도록 하고, 대향 전극을 확대함으로써 전기적 안정성을 확보한다. 또한, 인접하는 구획 부재(50)의 사이에 배기 영역(42)에 이르는 에어리어(60)가 형성되어 있고, 구획 부재(50)에 의해 배기의 제어도 행하도록 되어 있다.
단, 이와 같이 복수의 접지된 구획 부재(50)를 마련해도, 처리 조건에 따라서는, 진공 펌프(33)로 흡인함으로써 플라즈마가 배기구(30) 근방으로 끌어당겨지고, 이 플라즈마가 배기부(40)의 내부에 침입하면, 예를 들면 자동 압력 제어 밸브(APC)(32) 근방에서 방전에 의한 발광(아킹)이 발생하여, 그 표면의 양극 산화 피막 또는 진공 펌프(33) 상의 메시 부재(38)가 소모된다.
이에 대하여, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 배기구(30)에 접지된 제 1 개구 배플판(34)만을 마련하면, 플라즈마는 제 1 개구 배플판(34)에서 실활되기 때문에, 배기부(40)에 대한 플라즈마의 침입이 억제되어, 자동 압력 제어 밸브(APC)(32) 근방에서의 방전에 의한 발광(아킹)을 억제할 수 있다. 그러나, 처리실(4)에서 접지 전위에 편향이 발생하고, 그 상방 영역에 불안정한 글로 방전이 발생하여, 방전이 이동하는 플리커가 발생하고, 처리실(4) 내의 플라즈마가 불안정해진다.
한편, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 배기구(30)에 플로팅 상태의 제 2 개구 배플판(35)만을 마련하면, 제 2 개구 배플판(35)은 플라즈마 전위이기 때문에, 그 상방 영역에 불안정한 글로 방전이 발생하지 않는다. 그러나, 플로팅 상태의 제 2 개구 배플판(35)에서는 플라즈마는 실활되지 않으므로, 배기부(40)에 대한 플라즈마의 침입을 유효하게 방지할 수 없어, 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)의 근방에서의 방전에 의한 발광(아킹)을 충분히 억제할 수 없다.
따라서 본 실시 형태에서는, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 하단측의 접지 된 제 1 개구 배플판(34)과, 상단측(배기 경로의 상류측)의 플로팅 상태의 제 2 개구 배플판(35)을, 이들 사이에서 안정 방전이 가능한 간격으로 2 단으로 마련한다. 즉, 플로팅 상태의 제 2 개구 배플판(35)은 플라즈마 전위가 되고, 접지된 제 1 배플판과의 사이에서 전위차가 생긴다. 이 때문에, 이들 개구 배플판 간의 간격을 적절히 조정함으로써 이들 사이에 안정적인 방전이 형성되고 플라즈마가 유지된다. 그리고, 제 2 개구 배플판(35)을 투과한 이온 또는 전자는 이 플라즈마에 의해 트랩된다. 이에 의해, 제 1 개구 배플판(34)과 제 2 개구 배플판(35)의 사이에서 플리커가 없는 안정적인 글로 방전이 형성되는 것이라고 추측된다. 또한, 배기구(30)로 끌어당겨진 플라즈마는, 하단측의 제 1 개구 배플판(34)에서 실활되기 때문에, 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)의 근방에서의 방전에 의한 발광(아킹)을 억제할 수 있다. 또한, 상단측의 제 2 개구 배플판(35)은 플라즈마 전위이기 때문에 처리실(4)의 접지 전위의 편향이 완화된다. 그리고, 이들에 의해 처리실(4) 내에 안정적인 플라즈마를 생성할 수 있다.
이 때, 제 1 개구 배플판(34)과 제 2 개구 배플판(35)과의 간격은, 상술한 바와 같이 이들 사이에서 안정 방전이 생성 가능한 정도의 간격으로 한다. 간격이 너무 넓으면 이들 사이에 안정 방전이 생성되지 않고, 접지된 제 1 개구 배플판(34) 상에서의 불안정한 글로 방전이 발생하는 현상을 억제하는 것이 곤란해진다. 또한, 이들의 간격이 너무 좁으면, 제 1 개구 배플판(34)에 의해 플라즈마를 충분히 사활(死活)시킬 수 없어, 배기부(40)에 대한 플라즈마의 침입을 방지하는 것이 곤란해진다. 이러한 관점으로부터, 제 1 개구 배플판(34)과 제 2 개구 배플판(35)의 간격은 1 ~ 10 mm의 범위가 바람직하다.
또한, 플라즈마를 트랩하는 효과 및 제 1 개구 배플판(34)과 제 2 개구 배플판(35)과의 사이에 안정된 방전을 형성하는 효과를 얻는 관점으로부터는, 제 1 개구 배플판(34) 및 제 2 개구 배플판(35)의 개구율은 61.5 % 이하가 바람직하다.
이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 배기구(30) 부분에 배기 배관(31)의 입구 부분을 덮도록 제 1 개구 배플판(34)을 접지한 상태로 마련하고, 또한 그 배기 경로 상류측에 제 2 개구 배플판(35)을 플로팅 상태로 마련하고, 또한 제 1 개구 배플판(34) 및 제 2 개구 배플판(35)을 이들 사이에서 안정 방전이 형성될 정도의 간격으로 배치했으므로, 배기부(40)에 대한 플라즈마 리크를 억제할 수 있고, 또한 배플판 상방에서의 불안정한 글로 방전을 억제하여 처리실(4) 내에 안정된 플라즈마를 생성할 수 있다.
이어서, 본 실시 형태의 변형예에 대하여 설명한다. 도 8의 (a)는 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 수평 단면도, (b)는 그 플라즈마 처리 장치에 있어서의 구획 부재와 차폐 부재와의 위치 관계를 나타내는 사시도이다. 이 플라즈마 처리 장치는, 인접하는 구획 부재(50)의 사이에 형성되는 에어리어(60)의 하방 위치에 차폐 부재(52)가 마련되어 있는 것 외에는, 도 1의 플라즈마 처리 장치와 동일하게 구성되어 있다.
차폐 부재(52)는 금속 등의 도전성 재료로 이루어지는 판재로 구성되고, 처리실(4)의 내벽(측벽(4a)의 내측 부분)과 배치대(23)와의 사이의 네 모서리로서, 구획 부재(50)의 하방 위치에 각각 배치되어 있다. 차폐 부재(52)는, 평면에서 봤을 경우, 그 적어도 일부가 구획 부재(50)와 중첩되도록 배치되고, 에어리어(60)를 차폐하도록 되어 있다. 또한, 차폐 부재(52)는 접지선(52a)에 의해 접지 전위에 접속되어 있다. 차폐 부재(52)를 본체 용기(1) 또는 구획 부재(50)를 개재하여 접지해도 된다.
이와 같이, 구획 부재(50)의 하방 위치에 에어리어(60)를 차폐하도록, 접지된 차폐 부재(52)를 마련함으로써, 배기 경로를 처리 영역(41)에 존재하는 플라즈마로부터 차폐할 수 있어, 플라즈마가 배기구(30)로 끌어당겨지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 차폐 부재(52)는 에어리어(60)를 완전하게 차폐하는 것이 아니라, 에어리어(60)의 일부를 차폐해도 어느 정도의 차폐 효과를 얻을 수 있다. 또한, 차폐 부재(52)는 구획 부재(50)와 상이한 높이 위치에 마련되어 있으면 되며, 구획 부재(50)의 상방 위치에 마련해도 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치로서 처리실의 상부에 유전체창을 개재하여 고주파 안테나가 마련된 경우에 대하여 나타냈지만, 유전체창이 아닌 금속창을 개재하여 고주파 안테나가 마련된 경우에 대해서도 적용할 수 있다. 이 경우, 처리 가스의 공급은, 빔 구조 등의 십자 형상의 샤워-하우징으로부터가 아닌 금속창에 가스 샤워를 마련하여 공급해도 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 바이어스용 고주파 전력이 인가되는 배치대에 대한 대향 전극의 면적이 작은 유도 결합 형태의 플라즈마 처리 장치에 본 발명이 특히 효과적으로 적용될 수 있는 것을 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 배치대에 바이어스용 고주파 전력이 인가되는 플라즈마 처리 장치이면 적용 가능하며, 예를 들면, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치, 또는 대향 전극의 면적이 비교적 큰 용량 결합 형태(평행 평판형)의 플라즈마 처리 장치여도 적용 가능하다.
또한 상기 실시 형태에서는, 제 1 개구 배플판 및 제 2 개구 배플판을 배기구 부분에 마련한 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 배기구의 근방이어도 된다. 또한, 제 1 개구 배플판은 반드시 배기 배관의 입구 부분을 덮을 필요는 없고, 배기부에 플라즈마가 리크하는 것을 억제할 수 있는 위치에 배치되면 된다. 또한, 제 1 개구 배플판 및 제 2 개구 배플판을 처리실(4)의 내벽(측벽(4a)의 내측 부분)과 배치대(23)와의 사이의 전체면에 걸쳐 마련해도 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 인접하는 구획 부재의 사이의 에어리어를 처리실의 네 모서리에 형성한 예에 대하여 나타냈지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 실시 형태에서는, 제 1 및 제 2 개구 배플판을, 배기 기구의 홀 부분에 적용한 예에 대하여 나타냈지만, 뷰 포트 또는 기판 반입반출구 등, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기에 마련된 개구이면 적용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 애싱을 행하는 장치에 적용한 경우에 대하여 나타냈지만, CVD 성막 등의 다른 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다. 또한 상기 실시 형태에서는, 기판으로서 FPD용의 직사각형 기판을 이용한 예를 나타냈지만, 다른 직사각형 기판을 처리하는 경우에도 적용 가능하며, 직사각형에 한정되지 않고 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 원형의 기판에도 적용 가능하다.
1 : 본체 용기
2 : 유전체 벽(유전체창)
3 : 안테나실
4 : 처리실
13 : 고주파 안테나
14 : 정합기
15 : 고주파 전원
16 : 급전 부재
19 : 급전선
20 : 처리 가스 공급계
22 : 단자
23 : 배치대
27 : 바이어스용 고주파 전원
30 : 배기구
31 : 배기 배관
32 : 자동 압력 제어 밸브(APC)
33 : 진공 펌프
34 : 제 1 개구 배플판
35 : 제 2 개구 배플판
40 : 배기부
41 : 처리 영역
42 : 배기 영역
50 : 구획 부재
34a, 50a, 52a : 접지선
52 : 차폐 부재
60 : 에어리어
100 : 제어부
G : 기판

Claims (19)

  1. 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과,
    상기 처리실 내에서 기판이 배치되는 배치면을 가지는 배치대와,
    상기 처리실 내로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기부와,
    상기 배치대에 배치된 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와,
    상기 배치대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원과,
    상기 처리실로부터 상기 배기부에 이르는 배기구 부분 또는 그 근방에 마련된, 복수의 개구를 가지는 제 1 개구 배플판 및 제 2 개구 배플판
    을 가지고,
    상기 제 1 개구 배플판은 배기 경로의 하류측, 상기 제 2 개구 배플판은 배기 경로의 상류측에 마련되고,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 모두 도전성 재료로 이루어지고, 상기 제 1 개구 배플판은 접지되고, 상기 제 2 개구 배플판은 전기적으로 플로팅 상태이며,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 이들 사이에 안정 방전이 생성 가능한 간격으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판은 상기 배기부의 배기 배관의 입구 부분을 덮도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판과 상기 제 2 개구 배플판과의 간격은 1 mm ~ 10 mm인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 슬릿 형상 혹은 메시 형상으로 구성되거나, 또는 다수의 펀칭홀을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판의 개구율은 61.5 % 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 처리 영역과 상기 배기부에 연결되는 배기 영역으로 구획하는, 도전성 재료로 이루어지며 개구부를 가지지 않는 복수의 구획 부재를 더 가지고, 상기 복수의 구획 부재는 접지 전위에 접속되고, 인접하는 것들의 사이에 상기 처리 영역에 공급된 처리 가스를 상기 배기 영역으로 유도하는 에어리어가 형성되도록 이간되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구획 부재와 상이한 높이 위치에, 평면에서 봤을 경우에 상기 에어리어 중 적어도 일부를 차폐하도록 마련되고, 도전성 재료로 이루어지며 또한 개구부를 가지지 않고, 또한 접지 전위에 접속된 차폐 부재를 더 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리실은 평면 형상이 직사각형 형상인 공간을 가지고, 상기 배치대는 평면 형상이 직사각형 형상을 이루며, 직사각형 형상의 기판이 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 기구는 상기 처리 영역에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고주파 안테나는 상기 처리실의 상부에 유전체창을 개재하여 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 고주파 안테나는 상기 처리실의 상부에 금속창을 개재하여 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 배치되는 배치면을 가지는 배치대와, 상기 처리실 내로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기부와, 상기 배치대에 배치된 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와, 상기 배치대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원을 가지는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리실에 공급된 처리 가스를 상기 배기부로 유도하는 배기 구조로서,
    상기 처리실로부터 상기 배기부에 이르는 배기구 부분 또는 그 근방에 마련된, 복수의 개구를 가지는 제 1 개구 배플판 및 제 2 개구 배플판을 가지고,
    상기 제 1 개구 배플판은 배기 경로의 하류측, 상기 제 2 개구 배플판은 배기 경로의 상류측에 마련되고,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 모두 도전성 재료로 이루어지고, 상기 제 1 개구 배플판은 접지되고, 상기 제 2 개구 배플판은 전기적으로 플로팅 상태이며,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 이들 사이에 안정 방전이 생성 가능한 간격으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 구조.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판은 상기 배기부의 배기 배관의 입구 부분을 덮도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 구조.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판과 상기 제 2 개구 배플판과의 간격은 1 mm ~ 10 mm인 것을 특징으로 하는 배기 구조.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판은 슬릿 형상 혹은 메시 형상으로 구성되거나, 또는 다수의 펀칭홀을 가지는 것을 특징으로 하는 배기 구조.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 개구 배플판 및 상기 제 2 개구 배플판의 개구율은 61.5 % 이하인 것을 특징으로 하는 배기 구조.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 처리 영역과 상기 배기부에 연결되는 배기 영역으로 구획하는, 도전성 재료로 이루어지며 개구부를 가지지 않는 복수의 구획 부재를 더 가지고, 상기 복수의 구획 부재는 접지 전위에 접속되고, 인접하는 것들의 사이에 상기 처리 영역에 공급된 처리 가스를 상기 배기 영역으로 유도하는 에어리어가 형성되도록 이간되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 구조.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 구획 부재와 상이한 높이 위치에, 평면에서 봤을 경우에 상기 에어리어 중 적어도 일부를 차폐하도록 마련되고, 도전성 재료로 이루어지며 또한 개구부를 가지지 않고, 또한 접지 전위에 접속된 차폐 부재를 더 가지는 것을 특징으로 하는 배기 구조.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 처리실은 평면 형상이 직사각형 형상인 공간을 가지고, 상기 배치대는 평면 형상이 직사각형 형상을 이루며, 직사각형 형상의 기판이 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 구조.
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