KR20200090879A - 진공 처리장치, 지지 샤프트 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 진공 처리장치는, 플라즈마 처리를 수행하는 진공 처리장치로, 챔버 내에 있어서, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와, 상기 전극 플랜지에 대향하는 제1면과, 상기 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며, 상기 전극 플랜지와 이간하여 대향하고 상기 전극 플랜지와 함께 캐소드로 되는 샤워 플레이트와, 상기 샤워 플레이트의 상기 제2면에 접하고, 피처리 기판이 배치되는 처리실과, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에 접속되어 상기 샤워 플레이트를 지지하는 지지 샤프트를 가진다. 상기 샤워 플레이트에는, 상기 전극 플랜지와 상기 제1면 사이의 공간에서부터 상기 처리실로 연통하고, 소정의 컨덕턴스를 가지는 다수의 가스 유로가 형성되고, 상기 지지 샤프트가 상기 샤워 플레이트에 접속된 부분에 있어서, 상기 컨덕턴스가 상기 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 상기 지지 샤프트의 축방향으로 연재하는 샤프트 가스 유로가 마련된다.

Description

진공 처리장치, 지지 샤프트
본 발명은 진공 처리장치, 지지 샤프트에 관한 것으로, 특히, 플라즈마에 의한 처리를 수행할 때에 있어서의 샤워 플레이트의 지지에 이용하여 매우 적합한 기술에 관한 것이다.
본원은, 2018년 6월 20일 일본에 출원된 특원 2018-117043호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
성막 프로세스 또는 에칭 프로세스로 이용되는 방전방식의 하나로, 용량 결합 플라즈마(CCP)를 이용하는 방식이 있다. 예를 들면, 이 방식을 이용한 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치에서는 음극과 양극이 대향하도록 배치되고, 양극에 기판이 배치되고, 음극에 전력이 투입된다. 그리고, 음극과 양극 사이에 용량 결합 플라즈마를 발생시켜, 기판 상에 막이 형성된다. 또한, 음극으로서는 기판 상에 방전가스를 균일하게 공급하기 위해서, 다수의 가스 분출구가 마련된 샤워 플레이트가 이용되는 경우가 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).
일본 공개특허공보 제2005-328021호
그러나, 샤워 플레이트를 이용한 용량 결합 방식에서는, 음극 및 양극이 대형이 될 수록, 기판면 내에서의 전극간 거리(음극과 양극 사이의 거리)의 불균형이 커지는 경우가 있다. 이로 인해, 기판 상에 형성되는 막의 막질의 기판면 내에서의 불균형이 커지는 경우가 있다.
이를 해결하기 위해서, 샤워 플레이트의 지지를 보다 강고한 것으로 할 필요가 있으나, 근년 성막 특성 및 파티클 저감의 요청으로 챔버 내에 있어서의 니켈 합금계의 사용을 피하고, 이로 인해서 샤워 플레이트를 지지하는 지지부분에서의 강도 부족이 염려되고 있다.
상기와 같이, 샤워 플레이트를 지지하는 지지부분에서의 강도를 유지하기 위해서, 지지부분의 면적, 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서의 지지면적을 크게 한 경우, 가스 통로가 되어 있는 관통공을 폐색하게 되어 버린다.
이 경우, 샤워 플레이트의 지지부분 부근에서 기판측으로 공급되는 가스류가 샤워 플레이트 면내에 있어서 불균일하게 되는 상태가 발생할 수 있고, 이 부분에서 기판 상에 형성되는 막의 막질의 기판면 내에서의 불균형이 크게 되는 경우가 있다.
또한, 양극에 배치된 기판은 양호한 막질을 획득하기 위해서 가열 히터 상에 배치된다. 이 때문에, 샤워 플레이트는 기판 및 가열 히터로부터 열을 받아 고온이 되므로, 열팽창 및 탄성율 저하에 의해 샤워 플레이트의 열변형을 일으키고, 샤워 플레이트 면내에 있어서의 전극간 거리의 불균형이 크게 되는 경우가 있다. 이로 인해, 기판 상에 형성되는 막의 막질이나 막후 분포의 기판면 내에서의 불균형이 크게 되는 경우가 있다.
상기와 같은 불균형의 발생을 방지하기 위해서도 샤워 플레이트 지지부분의 강도 향상이 기대되어 진다.
더욱, 상기 문제는 처리하는 기판의 대형화에 따라 샤워 플레이트도 크게 할 필요가 있으므로, 샤워 플레이트 지지부분의 강도 향상이 한층 필요로 하게 된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이하의 목적을 달성하고자 하는 것이다.
1. 음극과 양극 사이의 전극간 거리의 불균형을 보다 균일하게 하는 것.
2. 샤워 플레이트 면내에 있어서 가스류가 불균일하게 되는 상태의 발생을 방지하는 것.
3. 샤워 플레이트에 있어서의 충분한 지지강도를 유지하는 것.
4. 성막 특성의 저하방지를 도모하는 것.
5. 파티클 발생 증가를 방지하는 것.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치는, 플라즈마 처리를 수행하는 진공 처리장치에 있어서, 챔버 내에 배치되고, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와, 상기 전극 플랜지에 대향하는 제1면과, 상기 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며, 상기 전극 플랜지와 이간하여 대향하고 상기 전극 플랜지와 함께 캐소드로 되는 샤워 플레이트와, 상기 샤워 플레이트의 상기 제2면에 접하고, 피처리 기판이 배치되는 처리실과, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에 접속되어 상기 샤워 플레이트를 지지하는 지지 샤프트를 가지며, 상기 샤워 플레이트에는 상기 전극 플랜지와 상기 제1면 사이의 공간에서부터 상기 처리실로 연통하고, 소정의 컨덕턴스를 가지는 다수의 가스 유로가 형성되고, 상기 지지 샤프트가 상기 샤워 플레이트에 접속된 부분에 있어서, 상기 컨덕턴스가 상기 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 상기 지지 샤프트의 축방향으로 연재하는 샤프트 가스 유로가 마련된다. 이에 따라, 상기 과제를 해결하였다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에는 요부(凹部)가 형성되고, 상기 지지 샤프트는 상기 요부에 감입(嵌入)되고, 상기 지지 샤프트에 있어서 상기 요부의 내부가 되는 위치에 상기 샤프트 가스 유로가 마련되고, 상기 지지 샤프트는 상기 제1면의 상방에 위치하고, 상기 지지 샤프트 내부에 마련되고, 상기 샤프트 가스 유로에 연통하는 유로 공간과, 상기 유로 공간에 연통하여 상기 지지 샤프트의 지름방향으로 연재하는 지름방향 가스 유로를 가져도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서의 면내 밀도에 관한 것으로, 상기 샤프트 가스 유로의 면내 밀도는 상기 샤워 플레이트에 있어서 상기 지지 샤프트가 접속된 부분의 주위에 형성된 상기 가스 유로의 면내 밀도와 동일하고, 상기 샤프트 가스 유로는 상기 가스 유로와 동일한 컨덕턴스를 가져도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 두께방향에 있어서의 길이에 관한 것으로, 상기 샤프트 가스 유로의 길이가, 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로의 길이와 동일해지도록 설정되어도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤프트 가스 유로에 있어서의 지름 치수가, 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로에 있어서의 지름 치수와 동일해지도록 설정되어도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 샤프트의 단부가 상기 샤워 플레이트의 상기 요부 내의 저부와 이간하도록, 상기 지지 샤프트가 상기 요부에 감입되어도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 샤프트의 단부에 감합된 어댑터를 가지며, 상기 샤프트 가스 유로가 상기 어댑터 내에 형성되어도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에는 요부가 형성되고, 상기 샤워 플레이트의 상기 요부의 저부에는 상기 요부와 상기 처리실을 연통시키는 단(短)가스 유로가 형성되고, 상기 단가스 유로는 상기 요부 내에 개구를 가지며, 상기 어댑터는 상기 지지 샤프트의 축방향에 있어서의 상기 어댑터의 단부에 마련된 이간거리 설정 철부(凸部)를 가지며, 상기 이간거리 설정 철부는 상기 요부의 상기 저부와 당접하고, 상기 어댑터를 상기 요부의 상기 저부로부터 이간시키고, 상기 샤프트 가스 유로와 상기 단가스 유로의 상기 개구 사이에 공간이 형성되어도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 샤프트는 상기 샤워 플레이트의 온도의 승강 시 생기는 열변형에 대응하여 상기 샤워 플레이트를 경사 지지 가능하도록 하는 지지 각도 가변부를 가져도 좋다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 각도 가변부가 상기 지지 샤프트의 양단측에 각각 마련되는 구면(球面) 부시로 될 수도 있다.
본 발명의 제2 태양에 따른 지지 샤프트는 플라즈마 처리를 수행하는 진공 처리장치에 이용되는 지지 샤프트이며, 상기 진공 처리장치는 챔버 내에 배치되고, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와, 상기 전극 플랜지에 대향하는 제1면과, 상기 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며, 상기 전극 플랜지와 이간하여 대향하고 상기 전극 플랜지와 함께 캐소드로 되는 샤워 플레이트와, 상기 샤워 플레이트의 상기 제2면에 접하고, 피처리 기판이 배치되는 처리실을 가지며, 상기 샤워 플레이트에는 상기 전극 플랜지와 상기 제1면 사이의 공간에서부터 상기 처리실로 연통하고, 소정의 컨덕턴스를 가지는 다수의 가스 유로가 형성되고, 상기 지지 샤프트는 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에 접속되어 상기 샤워 플레이트를 지지하고, 상기 지지 샤프트가 상기 샤워 플레이트에 접속된 부분에 있어서, 상기 컨덕턴스가 상기 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 상기 지지 샤프트의 축방향으로 연재(延在)하는 샤프트 가스 유로가 마련된다. 이에 따라, 상기 과제를 해결하였다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치는 플라즈마 처리를 수행하는 진공 처리장치에 있어서, 챔버 내에 배치되고, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와, 상기 전극 플랜지에 대향하는 제1면과, 상기 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며, 상기 전극 플랜지와 이간하여 대향하고 상기 전극 플랜지와 함께 캐소드로 되는 샤워 플레이트와, 상기 샤워 플레이트의 상기 제2면에 접하고, 피처리 기판이 배치되는 처리실과, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에 접속되어 상기 샤워 플레이트를 지지하는 지지 샤프트를 가지며, 상기 샤워 플레이트에는, 상기 전극 플랜지와 상기 제1면 사이의 공간에서부터 상기 처리실로 연통하고, 소정의 컨덕턴스를 가지는 다수의 가스 유로가 형성되고, 상기 지지 샤프트가 상기 샤워 플레이트에 접속된 부분에 있어서, 상기 컨덕턴스가 상기 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 상기 지지 샤프트의 축방향으로 연재하는 샤프트 가스 유로가 마련된다.
이로 인해, 지지 샤프트의 굵기가 가스 유로의 배치 간격보다 큰 경우라도, 지지 샤프트가 샤워 플레이트에 부착되는 위치 및 그 부근의 영역에 있어서, 배치되는 다수의 가스 유로에서의 컨덕턴스를 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서 균일하게 유지하면서 샤워 플레이트를 지지하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 지지 샤프트의 강도를 증가하는 것이 가능하게 되므로, 샤워 플레이트에 있어서의 지지 상태가 악화되지 않고, 기판 면내에서의 전극간 거리의 불균형을 보다 균일하게 하는 것이 가능해진다. 동시에, 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서 피처리 기판으로의 가스공급 상태를 균일하게 유지하는 것이 가능해지고, 기판의 면내 방향에 있어서의 성막 특성 특히, 막후의 균일성을 향상하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에는 요부가 형성되고, 상기 지지 샤프트는 상기 요부에 감입되고, 상기 지지 샤프트에 있어서 상기 요부의 내부가 되는 위치에 상기 샤프트 가스 유로가 마련되고, 상기 지지 샤프트는 상기 제1면의 상방에 위치하고, 상기 지지 샤프트의 내부에 마련되고, 상기 샤프트 가스 유로에 연통하는 유로 공간과, 상기 유로 공간에 연통하여 상기 지지 샤프트의 지름방향으로 연재하는 지름방향 가스 유로를 가진다.
이에 따라, 요부 내에 감입된 지지 샤프트에 의해 샤워 플레이트를 강고하게 지지하는 것이 가능해진다. 또한, 샤프트 가스 유로를 마련함으로써, 샤워 플레이트를 지지하는 지지부분에서의 컨덕턴스와, 지지부분의 주위에 마련된 가스 유로의 컨덕턴스를 균일 상태로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서 피처리 기판으로의 가스공급 상태를 균일하게 유지하는 것이 가능해진다.
여기서, 지름방향 가스 유로는 샤프트 가스 유로 및 단가스 유로에 대해서, 컨덕턴스에 영향을 주지 않는 정도의 유로 폭·형상을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서의 면내 밀도에 관한 것으로, 상기 샤프트 가스 유로의 면내 밀도는 상기 샤워 플레이트에 있어서 상기 지지 샤프트가 접속된 부분의 주위에 형성된 상기 가스 유로의 면내 밀도와 동일하고, 상기 샤프트 가스 유로는 상기 가스 유로와 동일한 컨덕턴스를 가진다.
이에 따라, 샤프트 가스 유로에 있어서의 컨덕턴스가, 샤프트 가스 유로의 주위에 마련된 가스 유로의 컨덕턴스와 동일하기 때문에, 지지 샤프트의 부착 위치의 주위의 가스 유로의 면내 방향에서의 밀도와 동일한 밀도를 가지도록 샤프트 가스 유로를 마련하는 것만으로, 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서 피처리 기판으로의 가스공급 상태를 균일하게 유지하는 것이 가능해진다.
여기서, "상기 샤프트 가스 유로의 면내 밀도는, 상기 샤워 플레이트에 있어서 상기 지지 샤프트가 접속된 부분의 주위에 형성된 상기 가스 유로의 면내 밀도와 동일하다"에 대해서 이하와 같이 설명한다.
샤워 플레이트는 단(短)가스 유로와 장(長)가스 유로를 가진다. 단가스 유로는 샤프트 가스 유로를 통해 가스가 흐르는 부분에 대응하는 위치에 마련된 유로이다. 장가스 유로는 지지 샤프트가 샤워 플레이트에 부착된 부분의 주위에 위치한다. 샤워 플레이트의 두께에 있어서의 장가스 유로의 전체 길이는 샤워 플레이트의 두께와 동일하다. 단가스 유로 및 장가스 유로의 각각은 샤워 플레이트의 제2면(피처리 기판에 대향하는 샤워 플레이트의 표면)에 개구하고 있다.
이러한 구조에 있어서, 상기 "상기 샤프트 가스 유로의 면내 밀도는, 상기 샤워 플레이트에 있어서 상기 지지 샤프트가 접속된 부분의 주위에 형성된 상기 가스 유로의 면내 밀도와 동일하다"는 다음의 2개의 정의를 가진다.
(1) 샤프트 가스 유로에 대응하는 위치에 있는 복수의 단가스 유로가 제2면에 개구하고 있는 단위 면적당 개수가, 복수의 장가스 유로가 제2면에 개구하고 있는 단위 면적당 개수와 동일하다.
(2) 샤프트 가스 유로에 대응하는 위치에 있는 복수의 단가스 유로가 제2면에 개구하고 있는 단위 면적당 합계의 개구 면적(개구율)이, 복수의 장가스 유로가 제2면에 개구하고 있는 단위 면적당 합계의 개구 면적(개구율)과 동일하다.
여기서, "샤프트 가스 유로는 상기 가스 유로와 같은 컨덕턴스를 가진다"에 대해서 이하와 같이 설명한다.
상기와 같이, 샤워 플레이트는 단가스 유로와 장가스 유로를 가진다. 여기서, 샤워 플레이트의 제1면에서부터 제2면을 향해 흐르는 가스의 유동경로로서는, 단가스 유로를 통과하는 유동경로(A)와, 장가스 유로를 통과하는 유동경로(B)가 있다.
구체적으로, 전극 플랜지와 샤워 플레이트 사이의 가스는, 지지 샤프트에 마련된 샤프트 가스 유로 및 단가스 유로를 경유하여 처리실에 공급된다(유동경로(A)). 또한, 전극 플랜지와 샤워 플레이트 사이의 가스는, 장가스 유로를 경유하여 처리실에 공급된다(유동경로(B)).
이러한 경로에 있어서, 상기 "샤프트 가스 유로는 상기 가스 유로와 같은 컨덕턴스를 가진다"의 정의는, 샤프트 가스 유로의 전체 길이 및 단가스 유로의 전체 길이에 있어서의 컨덕턴스의 합이, 장가스 유로의 컨덕턴스와 동일한 것을 의미한다.
이 때, 샤프트 가스 유로 및 단가스 유로 이외에도 컨덕턴스에 영향을 주지 않는 유로를 통해 가스를 처리실에 공급 가능도록 할 수도 있다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 두께방향에 있어서의 길이에 관한 것으로, 상기 샤프트 가스 유로의 길이가 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로의 길이와 동일해지도록 설정되어 있다.
이에 따라, 하나의 샤프트 가스 유로에 있어서의 컨덕턴스를 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로에 있어서의 컨덕턴스와 동일하게 설정할 수 있고, 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서 피처리 기판으로의 가스공급 상태를 균일하게 설정하는 것이 용이해진다.
여기서, "샤프트 가스 유로의 길이가 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로의 길이와 동일해진다"에 대해서 이하와 같이 설명한다.
이는, 지지 샤프트에 마련된 샤프트 가스 유로의 길이 및 단가스 유로(샤프트 가스 유로에서 가스가 흐르는 부분에 대응하는 위치에 있어서 샤워 플레이트에 마련된 단가스 유로)의 길이의 합이, 지지 샤프트의 부착부분의 주위에 있어서 샤워 플레이트에 마련된 장가스 유로의 길이와 동일한 것을 의미한다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤프트 가스 유로에 있어서의 지름 치수가 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로에 있어서의 지름 치수와 동일해지도록 설정되어 있다.
이에 따라, 샤프트 가스 유로의 컨덕턴스를 지지 샤프트의 부착부분의 주위에 있어서 샤워 플레이트에 마련된 가스 유로의 컨덕턴스와 동일하게 설정하는 것이 용이해진다.
여기서, "샤프트 가스 유로에 있어서의 지름 치수가 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로에 있어서의 지름 치수와 동일해진다"에 대해서 이하와 같이 설명한다.
이는, 지지 샤프트에 마련된 샤프트 가스 유로의 전체 길이에 있어서의 지름 치수 및 단가스 유로의 전체 길이에 있어서의 지름 치수가, 지지 샤프트의 부착부분의 주위에 있어서 샤워 플레이트에 마련된 장가스 유로에 있어서의 지름 치수와 동일한 것을 의미한다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 샤프트의 단부가 상기 샤워 플레이트의 상기 요부 내의 저부와 이간하도록, 상기 지지 샤프트가 상기 요부에 감입되어 있다.
이에 따라, 지지 샤프트를 요부에 감입될 때, 샤프트 가스 유로와 단가스 유로의 위치정렬을 수행하지 않고, 샤프트 가스 유로와 단가스 유로를 연통시키는 것이 가능해진다.
또한, 지지 샤프트의 단부와 요부 내의 저부 사이의 공간이, 샤프트 가스 유로 및 단가스 유로에 대해서 그 컨덕턴스에 영향을 주지 않는 정도의 형상으로 되는 것이 바람직하다.
더욱, 지지 샤프트의 단부와 요부 내의 저부 사이의 이간거리를 설정하기 위해서는, 지지 샤프트의 단부 또는 요부 내의 저부에 이간거리 설정 철부를 마련할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 샤프트의 단부에 감합된 어댑터를 가지며, 상기 샤프트 가스 유로가 상기 어댑터 내에 형성된다.
이에 따라, 어댑터에 형성되는 샤프트 가스 유로의 형상 설정을 용이하게 수행할 수 있고, 컨덕턴스의 설정을 샤워 플레이트 전체의 가스 유로에 대응하여 용이하게 수행하는 것이 가능해진다.
또한, 성막 처리조건을 변경할 때 등, 가스 유로의 컨덕턴스·면내 밀도 등을 변경할 때에도 어댑터를 교환하는 것만으로 컨덕턴스·면내 밀도를 용이하게 변경할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에는 요부가 형성되고, 상기 샤워 플레이트의 상기 요부의 저부에는 상기 요부와 상기 처리실을 연통시키는 단가스 유로가 형성되고, 상기 단가스 유로는, 상기 요부 내에 개구를 가지며, 상기 어댑터는 상기 지지 샤프트의 축방향에 있어서의 상기 어댑터의 단부에 마련된 이간거리 설정 철부를 가지며, 상기 이간거리 설정 철부는 상기 요부의 상기 저부와 당접하고, 상기 어댑터를 상기 요부의 상기 저부로부터 이간시키고, 상기 샤프트 가스 유로와 상기 단가스 유로의 상기 개구 사이에 공간이 형성된다.
이에 따라, 철부(이간거리 설정 철부)가 요부 내의 저부에 당접함으로써, 지지 샤프트의 단부(어댑터의 단부)와 요부 내의 저부 사이의 이간거리를 설정하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 지지 샤프트의 단부(어댑터의 단부)와 요부 내의 저부 사이의 공간을, 샤프트 가스 유로 및 단가스 유로의 컨덕턴스에 영향을 주지 않는 정도의 형상이 되도록 용이하게 설정할 수 있다.
더욱, 이간거리 설정 철부는 지지 샤프트의 단부와 요부 내의 저부 사이의 이간거리를 설정하기 위해서, 지지 샤프트의 단부 또는 요부 내의 저부에 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 샤프트는 상기 샤워 플레이트의 온도의 승강 시 생기는 열변형에 대응하여 상기 샤워 플레이트를 경사 지지 가능하도록 하는 지지 각도 가변부를 가진다.
이에 따라, 샤워 플레이트의 온도의 승강 시 열변형이 생긴 경우에서도, 샤워 플레이트의 제2면에 있어서 발생하는 가스류에 대해 영향을 주지 않고, 샤워 플레이트를 강고하게 지지하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 샤워 플레이트에 있어서의 두께방향의 변경을 방지하고, 전극간 거리의 불균형을 보다 균일하게 하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제1 태양에 따른 진공 처리장치에 있어서는, 상기 지지 각도 가변부가 상기 지지 샤프트의 양단측에 각각 마련되는 구면 부시로 되어 있다.
이에 따라, 샤워 플레이트의 지지와 열변형 방지를 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따른 지지 샤프트는, 플라즈마 처리를 수행하는 진공 처리장치에 이용되는 지지 샤프트이며, 상기 진공 처리장치는 챔버 내에 배치되고, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와, 상기 전극 플랜지에 대향하는 제1면과, 상기 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며, 상기 전극 플랜지와 이간하여 대향하고 상기 전극 플랜지와 함께 캐소드로 되는 샤워 플레이트와, 상기 샤워 플레이트의 상기 제2면에 접하고, 피처리 기판이 배치되는 처리실을 가지며, 상기 샤워 플레이트에는, 상기 전극 플랜지와 상기 제1면 사이의 공간에서부터 상기 처리실로 연통하고, 소정의 컨덕턴스를 가지는 다수의 가스 유로가 형성되고, 상기 지지 샤프트는, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에 접속되어 상기 샤워 플레이트를 지지하고, 상기 지지 샤프트가 상기 샤워 플레이트에 접속된 부분에 있어서, 상기 컨덕턴스가 상기 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 상기 지지 샤프트의 축방향으로 연재하는 샤프트 가스 유로가 마련된다.
이에 따라, 지지 샤프트의 강도를 소정치로 하기 위해서, 지지 샤프트의 굵기가 가스 유로의 배치 간격보다 크게 설정할 필요가 있는 경우라도, 지지 샤프트가 샤워 플레이트에 부착되는 위치 및 그 부근의 영역에 있어서, 배치되는 다수의 가스 유로에서의 컨덕턴스를 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서 균일하게 유지하면서 샤워 플레이트를 지지하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 지지 샤프트의 강도를 증가하는 것이 가능해지므로, 샤워 플레이트에 있어서의 지지 상태가 악화되지 않고, 기판면 내에서의 전극간 거리의 불균형을 보다 균일하게 하는 것이 가능해진다. 동시에, 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서 피처리 기판으로의 가스공급 상태를 균일하게 유지하는 것이 가능해지고, 기판의 면내 방향에 있어서의 성막 특성, 특히 막후의 균일성을 향상하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 전극간 거리의 불균형을 보다 균일하게 하고, 샤워 플레이트 면내에 있어서 가스류가 불균일하게 되는 상태의 발생을 방지하고, 샤워 플레이트에 있어서의 충분한 지지강도를 유지하여 성막 특성의 저하 방지를 도모하고, 파티클 발생 증가를 방지할 수 있는 효과를 이루는 것이 가능해진다.
도 1은, 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치를 나타내는 모식 단면도이다.
도 2는, 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 샤워 플레이트를 나타내는 평면도이다.
도 3은, 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 단면도이다.
도 4는, 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는, 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 저면도이다.
도 6은, 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 확대 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 저면도이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 확대 단면도이다.
도 11a는, 본 발명에 따른 실시예를 나타내는 도이다.
도 11b는, 본 발명에 따른 실시예를 나타내는 도이다.
도 11c는, 본 발명에 따른 실시예를 나타내는 도이다.
도 11d는, 본 발명에 따른 실시예를 나타내는 도이다.
도 12는, 본 발명에 따른 실시예를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 진공 처리장치, 지지 샤프트를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 진공 처리장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 2는, 본 실시형태에 따른 진공 처리장치에 있어서의 샤워 플레이트를 나타내는 표면도이다. 도 1에 있어서, 부호(100)는 진공 처리장치다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 플라즈마 CVD법을 이용한 성막장치를 설명한다.
본 실시형태에 따른 진공 처리장치(100)는 플라즈마 CVD법에 의한 성막을 수행하는 장치이며, 도 1에 나타내는 바와 같이, 반응실인 성막 공간(101a)을 가지는 처리실(101)을 가진다. 처리실(101)은 진공챔버(102)(챔버)와, 진공챔버(102) 내에 배치된 전극 플랜지(104)와, 진공챔버(102) 및 전극 플랜지(104)에 협지(挾持)된 절연 플랜지(103)로 구성되어 있다.
진공챔버(102)의 저부(102a)(내 저면)에는 개구부가 형성된다. 이 개구부에는 지주(支柱)(145)가 삽통되고, 지주(145)는 진공챔버(102)의 하부에 배치되어 있다. 지주(145)의 선단(진공챔버(102) 내)에는 판형상의 지지부(141)가 접속되어 있다. 또한, 진공챔버(102)에는 배기관을 통해 진공펌프(배기장치)(148)가 마련되어 있다. 진공펌프(148)는 진공챔버(102) 안이 진공상태가 되도록 감압한다.
또한, 지주(145)는 진공챔버(102)의 외부에 마련된 승강기구(미도시)에 접속되고, 기판(S)의 연직(鉛直)방향에 있어서 상하로 이동 가능하다.
전극 플랜지(104)는 상벽(104a)과 주위벽(104b)을 가진다. 전극 플랜지(104)는 전극 플랜지(104)의 개구부가 기판(S)의 연직방향에 있어서 하방에 위치하도록 배치된다. 또한, 전극 플랜지(104)의 개구부에는 샤워 플레이트(105)가 부착되어 있다. 이에 따라, 전극 플랜지(104)와 샤워 플레이트(105) 사이에 가스 도입 공간(101b)이 형성된다. 또한, 전극 플랜지(104)의 상벽(104a)은 샤워 플레이트(105)에 대향하고 있다. 상벽(104a)에는 가스 도입구를 통해 가스 공급장치(142)가 접속되어 있다.
가스 도입 공간(101b)은 프로세스 가스가 도입되는 공간으로서 기능한다. 샤워 플레이트(105)는 전극 플랜지(104)에 대향하는 제1면(105F)과, 제1면(105F)과는 반대측의 제2면(105S)을 가진다. 제2면(105S)은 처리실(101)에 접하고 있고, 지지부(141)에 대향하고 있다. 즉, 가스 도입 공간(101b)은 제1면(105F)과 전극 플랜지(104) 사이의 공간이다. 제2면(105S)과 지지부(141) 사이의 공간은 성막 공간(101a)의 일부를 형성한다.
전극 플랜지(104)와 샤워 플레이트(105)는 각각 도전재로 구성되어 있다.
구체적으로는, 알루미늄으로 할 수 있다.
전극 플랜지(104)의 주위에는 전극 플랜지(104)를 덮도록 쉴드 커버가 마련되어 있다. 쉴드 커버는 전극 플랜지(104)와 비접촉이며, 한편, 진공챔버(102)의 주연(周緣)부에 연설(連設)하도록 배치되어 있다. 또한, 전극 플랜지(104)에는 진공챔버(102)의 외부에 마련된 RF전원(고주파 전원)(147)이 매칭박스를 통해 접속되어 있다. 매칭박스는 쉴드 커버에 부착되고, 진공챔버(102)에 쉴드 커버를 통해 접지된다.
전극 플랜지(104) 및 샤워 플레이트(105)는 캐소드 전극으로 구성된다. 샤워 플레이트(105)에는 복수의 가스 분출구가 되는 유로(가스 유로)가 형성된다. 유로는 샤워 플레이트(105)의 두께방향으로 연장하고, 가스 도입 공간(101b)에서 성막 공간(101a)을 향해 프로세스 가스를 도입한다. 샤워 플레이트(105)에 마련된 유로는 샤워 플레이트(105)의 두께와 동일한 길이를 가지는 가스 유로(105a)(장가스 유로)와, 가스 유로(105a)보다 짧은 단가스 유로(105b)를 가진다. 후술하는 바와 같이, 단가스 유로(105b)는 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(저부)(115c)에 형성되고, 샤프트 부착 요부(105c) 내부에 개구하고 있다. 가스 도입 공간(101b) 내에 도입된 프로세스 가스는 가스 분출구가 되는 상기의 복수의 유로(가스 유로(105a), 단가스 유로(105b))로부터 진공챔버(102) 내 성막 공간(101a)으로 분출된다.
가스 유로(105a)는 서로의 이간거리가 거의 균일하게 설정되며, 즉 가스 유로(105a)는 샤워 플레이트(105)에 거의 균일한 밀도가 되도록 샤워 플레이트(105)의 두께방향 전체 길이를 관통하고 있다.
가스 유로(105a)는 샤워 플레이트(105)의 두께방향으로 연재하도록 마련되고, 그 샤워 플레이트(105)의 두께방향 전체 길이로 대략 균일한 지름방향 치수를 가지도록 형성된다. 가스 유로(105a)는 프로세스 가스의 분출상태를 설정하기 위해서, 그 컨덕턴스를 소정치로 설정할 필요가 있는 경우에는 가스 유로(105a)의 구조는 한정되지 않는다.
동시에, RF전원(147)으로부터 전력 공급된 전극 플랜지(104) 및 샤워 플레이트(105)가 캐소드 전극이 되고, 성막 공간(101a)에 플라즈마가 발생하여 성막 등의 처리가 수행된다.
샤워 플레이트(105)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 대략 막대 형상의 고정 샤프트(지지 샤프트)(110), 복수의 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 의해 전극 플랜지(104)로부터 매달려 지지된다. 구체적으로, 고정 샤프트(110) 및 변형 샤프트(120)는 샤워 플레이트(105)의 제1면(105F)에 접속되어 있다.
또한, 샤워 플레이트(105) 주연부 외측 위치에는, 이 샤워 플레이트(105) 가장자리부와 이간하도록 절연 쉴드(106)가 주설(周設)되어 있다. 절연 쉴드(106)는 전극 플랜지(104(104b))에 부착되어 있다.
샤워 플레이트(105) 주연부 상측에는, 슬라이드 씰(seal) 부재(109)가 주설되고, 이 슬라이드 씰 부재(109)에 의해 샤워 플레이트(105) 가장자리부가 전극 플랜지(104)에 매달려 지지된다.
슬라이드 씰 부재(109)는 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 샤워 플레이트(105)의 온도의 승강 시 생기는 열변형에 대응하여 슬라이드 가능하게 되고, 샤워 플레이트(105) 주연부를 전극 플랜지(104)에 전기적으로 접속한다.
고정 샤프트(지지 샤프트)(110)는 샤워 플레이트(105)를 평면에서 본 중앙위치에 고착하여 부착된다. 변형 샤프트(120)(지지 샤프트)는, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)를 중심으로 한 구형(矩形)의 정점 및 네변의 중점에 배치된다.
변형 샤프트(120)(지지 샤프트)는 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)와 상이하다. 변형 샤프트(120)는 샤워 플레이트(105)의 열 신장에 대응하여, 그 하단에 마련된 구면(球面) 부시에 의해서 샤워 플레이트(105)에 접속되고, 수평방향에 있어서의 샤워 플레이트(105)의 변형에 대응하여 지지 가능하도록 되어 있다.
도 3은, 본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 단면도이다. 도 4는, 본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트의 하단부를 나타내는 확대 단면도이다. 도 5는, 본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트의 하단부를 하측에서 본 저면도이다.
우선, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 대해서 설명한다.
본 실시형태에 따른 지지 샤프트(110)는 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 전극 플랜지(104)를 관통하고, 그 상단(111)이 전극 플랜지(104)에 지지됨과 동시에, 그 하단(112)이 샤워 플레이트(105)에 접속되어 있다.
지지 샤프트(110)는 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 단면 원형의 막대 형상으로 되고, 축선방향에 있어서, 전극 플랜지(104)와 샤워 플레이트(105)의 이간거리보다 큰 치수를 가진다.
고정 샤프트(지지 샤프트)(110)의 상단(111)에는 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 그 외주 위치에 고정 샤프트(지지 샤프트)(110) 및 샤워 플레이트(105)의 중량을 지지하는 상부 지지 부재(111a)가 확경상태로 주설된다.
상부 지지 부재(111a)는 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)보다 확경된 상태가 되어, 전극 플랜지(104)에 형성된 관통공(104c)을 막도록 재치(載置)됨으로써, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)를 지지 가능해진다.
고정 샤프트(지지 샤프트)(110)의 하단(112)은 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 샤워 플레이트(105)의 제1면(105F)에 마련된 샤프트 부착 요부(요부)(105c)에 감입된다.
샤프트 부착 요부(105c)의 저면(저부)(115c)에는 가스 유로(105a)와 대략 동일한 지름 치수가 되고, 또한, 가스 유로(105a)와 대략 동일한 면내 밀도로 된 단가스 유로(105b)가 형성된다.
단가스 유로(105b)는 샤워 플레이트(105)에 있어서의 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(115c)측과 지지부(히터)(141)측에 개구하도록, 이들을 샤워 플레이트(105)에서의 샤프트 부착 요부(105c)의 두께방향으로 관통한다.
고정 샤프트(지지 샤프트)(110)의 하단(112)의 외주면(112a)에는 수나사부가 나설(螺設)되고, 내측면(105d)에 암나사부의 나접(螺接)된 샤프트 부착 요부(105c)와 나합(螺合)됨으로써, 샤워 플레이트(105)와 고정 접속되어 있다.
고정 샤프트(지지 샤프트)(110)의 하단(112)에는 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 그 단면(112b)의 중앙위치에 축방향으로 연재하는 어댑터 부착 요부(113)가 형성되어 바닥이 있는 원통형이 된다. 어댑터 부착 요부(113) 내에는 어댑터(130)가 감입 배치되어 있다.
이 때문에, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)의 단면(112b)은 어댑터 부착 요부(113)의 주위가 바닥이 있는 원통형으로 형성되고, 단면(112b)의 저면(115c)측에는 이 단면(112b)과 저면(115c)에 접촉하는 링 형상의 가스킷(112d)이 마련된다.
가스킷(112d)은 예를 들면, 금속제로 이루어지고, 단면(112b)과 저면(115c)에 압착되어 변형함으로써, 이들 사이를 밀폐 가능하게 한다.
가스킷(112d)은 샤프트 부착 요부(105c)에 삽입하기 쉽게 하기 위해서 단면(112b)측과 비교하여 저면(115c)측이 축경하도록 설정된다.
또한, 가스킷(112d)의 높이 방향 치수는 단면(112b)과 저면(115c)에 협지되어 있지 않은 상태에서, 단면(112b)과 저면(115c)의 이간거리보다 커지도록 설정된다.
이 때, 가스킷(112d)은 밀폐 가능하며, 또한 온도 내성이 있으면, 이러한 구성에 한정되지 않고 다른 구성으로 하는 것도 가능하다.
어댑터 부착 요부(113)는 지지 샤프트(110)의 하단(112)에 있어서, 단면(112b)의 대부분을 차지하는 개구를 가지고 있고, 이 개구로부터 대략 동일한 지름 치수로 하여 지지 샤프트(110)의 축선방향으로 소정 길이가 되도록 상측을 향해 형성된다.
어댑터 부착 요부(113)의 내주면(113a)에는 암나사부가 나접되고, 어댑터(130)의 외주면(131)에 나접된 수나사부와 나합가능하게 된다.
어댑터 부착 요부(113)의 상측 즉, 지지 샤프트(110)의 상단(111)측은 지지 샤프트(110)의 축선방향에서의 소정 위치에는 상단면(113b)이 형성된다. 상단면(113b)의 주위에는 후술하는 지름방향 가스 유로(114)가 지지 샤프트(110)의 지름방향으로 복수의 관통공으로서 형성되어 외측까지 관통한다.
어댑터(130)는 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 대략 원주형상으로 되고, 지지 샤프트(110)의 상단(111)측이 되는 상단면(133)이, 어댑터 부착 요부(113)의 상단면(113b)과 이간하도록 어댑터 부착 요부(113) 내에 위치하고 있다.
어댑터(130)의 상단면(133)과 어댑터 부착 요부(113)의 상단면(113b) 사이에는 가스 유로 공간(116)이 형성된다.
또한, 어댑터(130)는 지지 샤프트(110)의 하단(112)측이 되는 하단면(132)에는, 지지 샤프트(110)의 축선방향으로 돌출하도록 이간거리 설정 철부(134)가 마련되어 있다. 이간거리 설정 철부(134)가 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(115c)(단가스 유로(105b)의 개구가 형성되는 면)과 당접함으로써, 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(115c)과 하단면(132)이 이간하게 된다.
이 이간거리 설정 철부(134)에 의해 어댑터(130)의 하단면(132)과 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(115c) 사이에는 가스 유로 공간(115)이 형성된다.
이 때, 이간거리 설정 철부(134)는 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(115c)측에 마련될 수도 있다.
더욱, 이간거리 설정 철부(134)로서 어댑터(130)의 하단면(132), 또는 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(115c)에 대해서, 도시한 이간거리 설정 철부(134)와는 다른 부재로 할 수도 있다. 이 경우, 이간거리 설정 철부(134)와 동등한 높이 치수를 가지는 링, 또는 블록 등을 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(115c)에 재치하는 구성을 채용할 수도 있다.
이간거리 설정 철부(134)는 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 지지 샤프트(110)의 축선 위치에 대응하는 어댑터(130)의 하단면(132)에서의 중심에 대해 대칭위치가 되도록, 예를 들면 2개소 마련되어 있다. 2개의 이간거리 설정 철부(134)는 동일 치수를 가지도록, 하단면(132)에서부터 지지 샤프트(110)의 축선방향 하향으로 돌출하도록 형성된다.
대략 원주형상의 어댑터(130)에는 상단면(133)과 하단면(132)을 관통하도록, 복수의 샤프트 가스 유로(135, 135)가 형성되어 있다.
샤프트 가스 유로(135)는 지지 샤프트(110)(고정 샤프트 및 변형 샤프트)가 샤워 플레이트(105)에 접속된 부분(샤프트 부착 요부(105c)에 있어서, 컨덕턴스가 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 지지 샤프트(110)의 축방향으로 연재한다. 샤프트 가스 유로(135)는 지지 샤프트(110)에 있어서 샤프트 부착 요부(105c)의 내부가 되는 위치에 마련된다. 지지 샤프트(110)는 가스 유로 공간(116)(유로 공간)과, 지름방향 가스 유로(114)를 가진다. 가스 유로 공간(116)은 제1면(105F)의 상방에 위치하고, 지지 샤프트(110)의 내부에 마련되어 샤프트 가스 유로(135)에 연통한다. 지름방향 가스 유로(114)는 가스 유로 공간(116)에 연통하여 지지 샤프트(110)의 지름방향으로 연재한다.
샤프트 가스 유로(135)는 어댑터(130)의 축방향 전체 길이에 걸쳐 대략 동일한 지름 치수로 되고, 또한, 가스 유로(105a) 및 단가스 유로(105b)와 대략 동일한 단면 형상이 되도록 형성된다.
어댑터(130)의 하단면(132)에는 이간거리 설정 철부(134) 및 샤프트 가스 유로(135)와 이간하는 위치에 요부(136)가 마련되어 있다. 요부(136)는 어댑터(130)를 지지 샤프트(110)의 어댑터 부착 요부(113) 내에 나착(螺着)할 때, 어댑터(130)를 지지 샤프트(110)에 대해서 회동하는 공구를 삽입하는 감합부로서 이용할 수 있게 된다.
본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트(110)에 의해 샤워 플레이트(105)가 지지되는 구성으로는, 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 가스 도입 공간(101b)에 도입된 프로세스 가스가 샤워 플레이트(105)를 통해 성막 공간(101a)으로 공급된다. 이 때, 가스 유로(105a)에서부터 성막 공간(101a) 내에 프로세스 가스가 분출할 때의 가스 유로(105a)의 제1컨덕턴스와, 지지 샤프트(110) 및 단가스 유로(105b)에서부터 성막 공간(101a) 내에 프로세스 가스가 분출할 때의 유로의 제2 컨덕턴스가 대략 동일해지도록, 샤워 플레이트(105)(가스 유로(105a), 단가스 유로(105b), 샤프트 부착 요부(105c) 및 지지 샤프트(110)의 형상 및 구조가 설정된다.
여기서, 제2 컨덕턴스는 지름방향 가스 유로(114), 가스 유로 공간(116), 샤프트 가스 유로(135), 가스 유로 공간(115), 및 단가스 유로(105b)를 통해 프로세스 가스가 가스 도입 공간(101b)에서부터 성막 공간(101a)으로 흐를 때의 유로의 컨덕턴스이다. 제2 컨덕턴스는 지지 샤프트(110)의 하단(112) 부근에서의 구조에 의해서 획득할 수 있는 컨덕턴스이다.
여기서, 지름방향 가스 유로(114), 가스 유로 공간(116), 가스 유로 공간(115)은 모두 성막 공간(101a) 내에 분출하는 프로세스 가스에 대한 컨덕턴스가, 무시할 수 있도록 그 형상이 설정된다. 구체적으로는, 프로세스 가스에 대한 유체 저항이 샤프트 가스 유로(135) 및 단가스 유로(105b)에 대해서 무시할 수 있는 만큼 작아지는 정도로, 그 유로 단면이 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 샤프트 가스 유로(135) 및 단가스 유로(105b)의 컨덕턴스와, 지지 샤프트(110)와 샤워 플레이트(105)의 접속부분 이외에서의 가스 유로(105a)의 컨덕턴스가 대략 동일한 값이 되도록, 지지 샤프트(110)에서는 샤프트 가스 유로(135) 형상이 설정되고, 샤워 플레이트(105)에서는 단가스 유로(105b) 형상이 설정된다.
구체적으로는, 샤프트 가스 유로(135) 및 단가스 유로(105b)의 유로 단면 형상은 가스 유로(105a)의 유로 단면 형상과 동일하도록 설정된다. 또한, 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이, 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일하도록 설정된다.
이에 따라, 다음의 2개의 유동경로를 흐르는 프로세스 가스는 샤워 플레이트(105)의 면내 방향으로 균일하게 분출하게 된다.
(유동경로 1) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 지름방향 가스 유로(114)에서부터 가스 유로 공간(116)으로 흘러, 어댑터(130) 내의 샤프트 가스 유로(135), 샤프트 부착 요부(105c) 내의 가스 유로 공간(115), 샤워 플레이트(105)에서의 단가스 유로(105b)를 흘러, 단가스 유로(105b)에서부터 성막 공간(101a) 내에 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
(유동경로 2) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 샤워 플레이트(105)의 가스 유로(105a)에서부터 성막 공간(101a) 내에 직접 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
이 때, 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이, 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정된다. 이에 따라, 어댑터(130)의 상단면(133)은 샤워 플레이트(105)의 가스 도입 공간(101b) 표면에서, 가스 유로 공간(115)의 높이 치수와 동일한 치수만큼 돌출하도록 설정할 수 있다.
유로방향 길이를 조정하는 구체적인 수법으로는, 어댑터(130)의 하단면(132)에 마련한 이간거리 설정 철부(134)의 높이 치수, 즉 지지 샤프트(110)의 축방향 치수를 설정함으로써 어댑터(130)의 상단면(133)의 높이 치수(샤워 플레이트(105) 두께방향 치수)를 설정하는 수법을 채용할 수 있다.
또한, 이 때, 어댑터 부착 요부(113)와 어댑터(130)의 나사부에서의 회전각도, 및 샤프트 부착 요부(105c)와 하단(112)의 나사부에서의 회전각도를 서로 조정함으로써, 어댑터 부착 요부(113)로의 어댑터(130) 감입배치, 및 샤프트 부착 요부(105c)로의 하단(112)의 감입배치를 설정하는 것이 가능해진다.
이어서, 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 대해서 설명한다.
도 6은, 본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트를 나타내는 단면도이다. 도 7은, 본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트의 하단부를 나타내는 확대 단면도이다.
본 실시형태에 따른 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)는 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 전극 플랜지(104)를 관통하고, 그 상단(121)이 전극 플랜지(104)에 지지됨과 동시에, 그 하단(122)이 샤워 플레이트(105)에 접속된다.
지지 샤프트(120)는 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 단면 원형의 막대 형상으로 되고, 그 양단측(상단 영역, 하단 영역)에는 각각 지지 각도 가변부가 되는 상부 구면 부시부(127) 및 하부 구면 부시부(128)를 가지고 있다.
지지 샤프트(120)는 전극 플랜지(104)와 샤워 플레이트(105)의 이간거리보다 큰 축선방향 치수를 가진다.
변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 상단(121)에는 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 그 외주위치에 변형 샤프트(지지 샤프트)(120) 및 샤워 플레이트(105)의 중량을 지지하는 상부 지지 부재(121a)가 확경상태로 주설된다.
상부 지지 부재(121a)는 상부 구면 부시부(127)가 되고, 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 중간부분인 샤프트부(120a)보다 확경된 상태로 되어, 전극 플랜지(104)에 형성된 관통공(104c)을 막도록 재치됨으로써, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)를 지지 가능하게 된다.
또한, 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 상단(121)에는 그 외주면으로서 구면(127a)이 하부 볼록한 형상으로 소정의 축방향 치수로 형성된다.
구면(127a)은, 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 중간부분인 샤프트부(120a)에 대해, 축선방향 하향으로 확경된 상태로 되고, 상부 지지 부재(121a)의 축중심 측에는 이 구면(127a)에 대응하여 슬라이딩 가능하도록 하는 구면(121g)이 하부 오목한 형상으로 형성된다.
구면(121g)에서의 지지 샤프트(120)의 축선측, 즉 샤프트부(120a) 지름방향 중심측은 그 윤곽의 지름 치수가 구면(127a)의 지름 치수보다 커지도록 설정되어, 이로 인해, 구면(121g)에 대해서 구면(127a)이, 구면(121g)을 따라 슬라이딩 가능하게 된다.
또한, 상부 지지 부재(121a)가 전극 플랜지(104)에 대해서 고정되는데 대해서, 상부 지지 부재(121a)에 대해서, 지지 샤프트(120)의 중간부분인 샤프트부(120a)가 구면(121g) 및 구면(127a)의 중심점을 중심으로 요동 가능한 상부 구면 부시부(127)를 형성하고 있다.
변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 하단(122)은 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 샤워 플레이트(105)에 마련된 샤프트 부착 요부(105c)에 감입된다.
변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 하단(122)은 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)의 하단(112)과 동일한 형상이 되고, 모두 동일한 형상이 된 샤프트 부착 요부(105c)에 감입된다.
샤프트 부착 요부(105c)의 저면(저부)(125c)에는, 가스 유로(105a)와 대략 동일한 지름 치수가 되고, 또한, 가스 유로(105a)와 대략 동일한 면내 밀도로 된 단가스 유로(105b)가 형성된다.
단가스 유로(105b)는 샤워 플레이트(105)에서의 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(125c)측과 지지부(히터)(141)측으로 개구하도록, 이들을 샤워 플레이트(105)에서의 샤프트 부착 요부(105c)의 두께방향으로 관통하고 있다.
변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 하단(122)의 외주면(122a)에는 수나사부가 나설되고, 내측면(105d)에 암나사부의 나접된 샤프트 부착 요부(105c)와 나합됨으로써, 샤워 플레이트(105)와 고정 접속되어 있다.
변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 하단(122)에는 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 그 단면(122b)의 중앙위치에 축방향으로 연재하는 어댑터 부착 요부(123)가 형성되어 바닥이 있는 원통형이 된다. 어댑터 부착 요부(123) 내에는 어댑터(130)가 감입 배치되어 있다.
어댑터 부착 요부(123)는 지지 샤프트(120)의 하단(122)에 있어서, 단면(122b)의 대부분을 차지하는 개구를 가지며, 이 개구에서부터 대략 동일한 지름 치수로 지지 샤프트(120)의 축선방향으로 소정 길이가 되도록 상측을 향해 형성된다.
어댑터 부착 요부(123)의 내주면(123a)에는 암나사부가 나접되고, 어댑터(130)의 외주면(131)에 나접된 수나사부와 나합 가능하게 된다.
어댑터 부착 요부(123)의 상측, 즉 지지 샤프트(120)의 상단(121)측은 하부 구면 부시부(128)에 관통하고 있다.
하부 구면 부시부(128)는 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 중간부분인 샤프트부(120a)의 하측에서, 수나사부가 나설되어 외주면(122a)보다 상측에 위치하고, 샤프트부(120a)보다 확경된 상태가 된다.
하부 구면 부시부(128)는 샤워 플레이트(105)에 부착된 하단(122)에 대해서, 샤프트부(120a)가 축방향으로 회동 가능하게 접속된다.
하부 구면 부시부(128)로서는, 샤프트부(120a)의 하단(122)측이 되는 위치에, 샤프트부(120a)의 하단(122)측이 확경하는 외주형상으로서 구면(122g)이 상부 볼록한 형상으로 형성된다.
구면(122g)은 샤프트부(120a)의 상단(121)측보다 하단(122)측의 지름 치수가 커지도록 축선방향으로 확경한 구면 형상으로 형성된다.
구면(122g)의 지름방향 외측 위치에는 이 구면(122g)에 슬라이딩 가능하도록 대응하는 구면(128a)을 가지는 하부 구면 부시 케이스부(128b)가, 구면(122g)의 주위를 둘러싸도록 마련된다.
구면(128a)은 상부 오목한 형상으로 형성된다.
구면(122g)에서의 지지 샤프트(120)의 축선측, 즉 중심측은 그 윤곽의 지름 치수가 구면(128a)의 지름 치수보다 커지도록 설정됨에 따라, 구면(122g)에 대해서 구면(128a)이, 구면(122g)을 따라 슬라이딩 가능해진다.
하부 구면 부시 케이스부(128b)는 접속부(128c)를 통해 샤프트 부착 요부(105c)에 감입된 하단(122)과 일체가 되도록 고정되어 있다.
접속부(128c)는 하단(122)에 있어서 어댑터 부착 요부(123)의 상단 위치에 하단(122)보다 확경한 상태의 플랜지 형상으로 부착되고, 그 상측 외주 부분이 하부 구면 부시 케이스부(128b)에 접속된다.
또한, 하부 구면 부시 케이스부(128b)와 접속부(128c)에 대해서, 지지 샤프트(120)의 중간부분인 샤프트부(120a)가 구면(122g) 및 구면(128a)의 중심선단을 중심으로 요동 가능한 하부 구면 부시부(128)를 형성하고 있다.
구면(122g)에서의 지지 샤프트(120)의 축선측, 즉 샤프트부(120a) 지름방향 중심측은 그 윤곽의 지름 치수가 구면(128a)의 지름 치수보다 커지도록 설정된다. 이에 따라, 구면(122g)에 대해서 구면(128a)이, 구면(122g)을 따라 슬라이딩 가능해진다.
지지 샤프트(120)에 있어서, 구면(128a)의 하단 위치에는, 샤프트부(120a)의 축방향 내측으로 하단면(123b)이 형성된다. 하단면(123b)은 어댑터 부착 요부(123)측의, 후술하는 가스 유로 공간(126) 내에 노출하고 있다.
어댑터 부착 요부(123)의 상단이 되는 가스 유로 공간(126) 주위에는 지름방향 가스 유로(124)가 지지 샤프트(120)의 지름방향으로 복수의 관통공으로 형성되고, 하부 구면 부시 케이스부(128b)와 접속부(128c)와의 외측까지 관통하고 있다.
어댑터(130)는 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 감입된 어댑터와 동일한 형상을 가진다. 지지 샤프트(120)의 상단(121)측이 되는 상단면(133)이, 샤프트부(120a)의 하단면(123b)과 이간하도록 어댑터 부착 요부(123) 내에 위치한다.
어댑터(130)의 상단면(133)과 샤프트부(120a)의 하단면(123b) 사이에는 가스 유로 공간(126)이 형성된다.
가스 유로 공간(126)은 후술하는 바와 같이, 프로세스 가스의 유로가 되고 있으나, 하부 구면 부시 케이스부(128b)에 대해서 샤프트부(120a)의 축선이 연직축 방향으로 경사 회전하는 경우에, 샤프트부(120a)의 하단면(123b)이 어댑터(130)의 상단면(133) 등에 당접하지 않도록, 슬라이딩 완충공간으로서도 형성된다.
또한, 어댑터(130)는 지지 샤프트(120)의 하단(122)측이 되는 하단면(132)에는, 지지 샤프트(120)의 축선방향으로 돌출하도록 이간거리 설정 철부(134)가 마련되어 있다. 이간거리 설정 철부(134)가 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(125c)과 당접함으로써, 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(125c)과 하단면(132)이 이간하게 된다.
이 이간거리 설정 철부(134)에 의해서 어댑터(130)의 하단면(132)과 샤프트 부착 요부(105c)의 저면(125c) 사이에는 가스 유로 공간(125)이 형성된다.
이간거리 설정 철부(134)는 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 지지 샤프트(120)의 축선위치에 대응하는 어댑터(130)의 하단면(132)에 있어서의 중심으로 대해서 대칭위치가 되도록, 예를 들면 2개소 마련되고, 이들 모두가 동일한 치수로서 하단면(132)에서부터 지지 샤프트(120)의 축선방향의 하향으로 돌출하도록 형성된다.
대략 원주형상의 어댑터(130)에는 상단면(133)과 하단면(132)을 관통하도록, 복수의 샤프트 가스 유로(135)가 형성된다.
복수의 샤프트 가스 유로(135)는 어댑터(130)의 축방향으로 평행한 상태로 마련되고, 또한, 어댑터(130)의 축방향 전체 길이에 걸쳐 대략 동일한 지름 치수가 되며, 그리고, 가스 유로(105a) 및 단가스 유로(105b)와 대략 동일한 단면 형상이 되도록 형성된다.
어댑터(130)의 하단면(132)에는 이간거리 설정 철부(134) 및 샤프트 가스 유로(135)와 이간하는 위치에 요부(136)가 마련되어 있다. 요부(136)는 어댑터(130)를 지지 샤프트(110)의 어댑터 부착 요부(113) 내에 나착(羅着)할 때, 어댑터(130)를 지지 샤프트(120)에 대해서 회동하는 공구를 삽입하는 감합부로서 이용할 수 있게 된다.
본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트(120)에 의해 샤워 플레이트(105)가 지지되는 구성으로는, 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 가스 도입 공간(101b)에 도입된 프로세스 가스가, 샤워 플레이트(105)를 통해 성막 공간(101a)으로 공급된다. 이 때, 가스 유로(105a)로부터 성막 공간(101a) 내에 프로세스 가스가 분출될 때의 가스 유로(105a)의 제1컨덕턴스와, 지지 샤프트(120) 및 단가스 유로(105b)로부터 성막 공간(101a) 내에 프로세스 가스가 분출될 때의 유로의 제2 컨덕턴스가 대략 동일해 지도록, 샤워 플레이트(105)(가스 유로(105a), 단가스 유로(105b), 샤프트 부착 요부(105c) 및 지지 샤프트(120)의 형상 및 구조가 설정된다.
여기서, 제2 컨덕턴스는 지름방향 가스 유로(124), 가스 유로 공간(126), 샤프트 가스 유로(135), 가스 유로 공간(125), 및 단가스 유로(105b)를 통해 프로세스 가스가 가스 도입 공간(101b)으로부터 성막 공간(101a)으로 흐를 때의 유로의 컨덕턴스이다. 제2 컨덕턴스는 지지 샤프트(120)의 하단(122)측에 위치하는 하부 구면 부시부(128)의 하측에 있어서의 구조에 의해 획득할 수 있는 컨덕턴스이다.
여기서, 지름방향 가스 유로(124), 가스 유로 공간(126), 가스 유로 공간(125)은 모두 성막 공간(101a) 내에 분출하는 프로세스 가스에 대한 컨덕턴스가, 무시할 수 있도록 그 형상이 설정된다. 구체적으로는, 프로세스 가스에 대한 유체 저항이 샤프트 가스 유로(135) 및 단가스 유로(105b)에 대해서 무시할 수 있을 만큼 작아지는 정도로, 그 유로 단면이 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 샤프트 가스 유로(135) 및 단가스 유로(105b)의 컨덕턴스와, 지지 샤프트(120)와 샤워 플레이트(105)의 접속부분 이외에서의 가스 유로(105a)의 컨덕턴스가 대략 동일한 값이 되도록, 지지 샤프트(120)에서는 샤프트 가스 유로(135)의 형상이 설정되고, 샤워 플레이트(105)에서는 단가스 유로(105b)의 형상이 설정된다.
구체적으로는, 샤프트 가스 유로(135) 및 단가스 유로(105b)의 유로 단면 형상은, 가스 유로(105a)의 유로 단면 형상과 동일해지도록 설정된다. 또한, 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이, 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정된다.
이에 따라, 다음의 2개의 유동경로를 흐르는 프로세스 가스는 샤워 플레이트(105)의 면내 방향으로 균일하게 분출하게 된다.
(유동경로 3) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 지름방향 가스 유로(124)에서부터 하부 구면 부시부(128) 내의 가스 유로 공간(126)으로 흘러, 어댑터(130) 내의 샤프트 가스 유로(135), 샤프트 부착 요부(105c) 내의 가스 유로 공간(125), 샤워 플레이트(105)에 있어서의 단가스 유로(105b)를 흘러 단가스 유로(105b)에서부터 성막 공간(101a) 내에 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
(유동경로 4) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 샤워 플레이트(105)의 가스 유로(105a)에서부터 성막 공간(101a) 내에 직접 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
이 때, 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이, 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정된다. 이에 따라, 어댑터(130)의 상단면(133)은 샤워 플레이트(105)의 가스 도입 공간(101b) 에서부터, 가스 유로 공간(115)의 높이 치수와 동일한 치수만큼 돌출하도록 설정할 수 있다.
유로방향 길이를 조정하는 구체적인 수법으로서, 어댑터(130)의 하단면(132)에 마련한 이간거리 설정 철부(134)의 높이 치수, 즉 지지 샤프트(110)의 축방향 치수를 설정함으로써, 어댑터(130)의 상단면(133)의 높이 치수(샤워 플레이트(105) 두께방향 치수)를 설정할 수 있다.
또한, 이 때, 어댑터 부착 요부(123)와 어댑터(130)와의 나사부에서의 회전각도, 및 샤프트 부착 요부(105c)와 하단(122)과의 나사부에서의 회전각도를 서로 조정함으로써, 어댑터 부착 요부(123)로의 어댑터(130) 감입배치, 및 샤프트 부착 요부(105c)로의 하단(122) 감입배치를 설정하는 것이 가능해진다.
이어서, 진공 처리장치(100)를 이용하여 기판(S)의 처리면에 막을 형성하는 경우의 작용에 대해서 설명한다.
우선, 진공펌프(148)을 이용하여 진공챔버(102) 안을 감압한다. 진공챔버(102) 안이 진공으로 유지된 상태에서, 진공챔버(102)의 외부로부터 성막 공간(101a)을 향해 기판(S)이 반입된다. 기판(S)은 지지부(히터)(141) 상에 재치된다. 지주(145)가 상방으로 올려지고, 히터(141) 상에 재치된 기판(S)도 상방으로 이동한다. 이로 인해, 적절히 성막을 수행하기 위해서 필요한 간격이 되도록 샤워 플레이트(105)와 기판(S)의 간격이 원하는 대로 결정되고, 이 간격이 유지된다.
그 후, 프로세스 가스 공급장치(142)(가스 공급장치)로부터 가스 도입관 및 가스 도입구를 통해 가스 도입 공간(101b)으로 프로세스 가스가 도입된다. 그리고, 샤워 플레이트(105)의 가스 분출구가 되는 가스 유로(105a)와, 지지 샤프트(110) 및 지지 샤프트(120)에 대응하는 단가스 유로(105b)로부터, 성막 공간(101a) 내에 프로세스 가스가 샤워 플레이트(105)의 면내 방향으로 균일한 상태로 분출된다.
이어서, RF전원(147)을 기동하여 전극 플랜지(104)에 고주파 전력을 인가한다.
그러면, 전극 플랜지(104)의 표면에서 샤워 플레이트(105)의 표면을 따라 이동하여 고주파 전류가 흐르고, 샤워 플레이트(105)와 히터(141) 사이에 방전이 발생한다. 그리고, 샤워 플레이트(105)와 기판(S)의 처리면 사이에 플라즈마가 발생한다.
이렇게 하여 발생한 플라즈마 내에서 프로세스 가스가 분해되어 플라즈마 상태의 프로세스 가스가 획득되고, 기판(S)의 처리면에서 기상 성장반응이 발생하여 박막이 처리면 상에 성막된다.
진공 처리장치(100)에 있어서 상술한 처리가 수행될 때에는, 샤워 플레이트(105)가 열 신장(열변형)해 버리지만, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 의해서 샤워 플레이트(105) 중앙위치를 고정 지지함과 동시에, 이 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 대해서 가장자리부 측에 위치하는 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)를 지지하는 상부 구면 부시부(127)와 하부 구면 부시부(128)에 의해 열 신장한 샤워 플레이트(105)의 지지상태 및 실링 상태가 유지된다. 고정 샤프트(110) 및 변형 샤프트(120)에 의해 샤워 플레이트(105)와 지지부(히터) 사이에서, 전극간 거리의 면내 불균형 발생을 저감하는 것이 가능해진다.
이에 따라, 기판(S)으로의 성막에서의 막후 등의 성막 특성에 있어서, 면내 불균형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 샤워 플레이트(105)의 열 신장에 의해 무리하게 변형시키는 부품이 없으므로, 부품의 수명을 늘리는 것이 가능해진다.
동시에, 가스 도입 공간(101b)에서 가스 분출구가 되는 가스 유로(105a) 및 단가스 유로(105b) 이외의 가스 유로를 통해 성막 공간(101a)으로 누출해 버리는 것을 저감할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 진공 처리장치, 지지 샤프트의 제2 실시형태를 도면을 기초하여 설명한다.
도 8은, 본 실시형태에 있어서의 고정 지지 샤프트의 하단부를 나타내는 확대 단면도이다. 도 9는, 본 실시형태에 있어서의 지지 샤프트의 하단부를 하측에서 본 저면도이다. 도 10은, 본 실시형태에 있어서의 변형 지지 샤프트의 하단부를 나타내는 확대 단면도이다.
본 실시형태에 있어서, 상술한 제1 실시형태와 상이한 것은, 샤프트 가스 유로에 관한 점으로, 그 외의 상술한 제1 실시형태와 대응하는 구성에는 동일한 부호를 교부하고 그 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 있어서의 샤프트 가스 유로의 형상으로서 1개의 샤프트 가스 유로(135A)만이 어댑터(130)에 형성된 형상이 채용된다. 샤프트 가스 유로(135A)의 단면 형상은 가스 유로(105a)와 동일한 단면 형상이 아니고, 가스 유로(105a)보다 큰 단면 형상(큰 지름)을 가지도록 설정된다.
본 실시형태의 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 의해서 샤워 플레이트(105)가 지지되는 구성에 대해서도, 도 8, 도 9에 나타내는 바와 같이, 가스 도입 공간(101b)에 도입된 프로세스 가스가 샤워 플레이트(105)를 통해 성막 공간(101a)으로 공급된다. 이 때, 가스 유로(105a)에서부터 성막 공간(101a) 내로 프로세스 가스가 분출될 때의 가스 유로(105a)의 제1컨덕턴스로 지지 샤프트(110) 및 단가스 유로(105b)에서부터 성막 공간(101a) 내로 프로세스 가스가 분출될 때의 유로의 제2 컨덕턴스가 대략 동일해지도록, 샤워 플레이트(105)(가스 유로(105a), 단가스 유로(105b), 샤프트 부착 요부(105c) 및 지지 샤프트(110)의 샤프트 가스 유로(135A)의 형상 및 구조가 설정된다.
여기서, 제2 컨덕턴스는 지름방향 가스 유로(114), 가스 유로 공간(116), 샤프트 가스 유로(135A), 가스 유로 공간(115), 및 단가스 유로(105b)를 통해 프로세스 가스가 가스 도입 공간(101b)에서 성막 공간(101a)으로 흐를 때의 유로의 컨덕턴스이다. 제2 컨덕턴스는 지지 샤프트(110)의 하단(112) 부근에 있어서의 구조에 의해 획득되는 컨덕턴스이다.
제1 실시형태의 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)와 마찬가지로, 지름방향 가스 유로(114), 가스 유로 공간(116), 가스 유로 공간(115)은 모두 성막 공간(101a) 내에 분출하는 프로세스 가스에 대한 컨덕턴스가, 무시할 수 있도록 그 형상이 설정된다. 구체적으로는, 프로세스 가스에 대한 유체 저항이 샤프트 가스 유로(135A) 및 단가스 유로(105b)에 대해서 무시할 수 있을 만큼 작아지는 정도로, 그 유로 단면이 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 샤프트 가스 유로(135A) 및 단가스 유로(105b)의 컨덕턴스와, 지지 샤프트(110)와 샤워 플레이트(105)의 접속부분 이외에서의 가스 유로(105a)의 컨덕턴스가 대략 동일한 값이 되도록 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에서는 샤프트 가스 유로(135)의 형상이 설정되고, 샤워 플레이트(105)에서는 단가스 유로(105b)의 형상이 설정된다.
구체적으로는, 단가스 유로(105b)의 유로 단면 형상은, 가스 유로(105a)의 유로 단면 형상과 동일해지도록 설정된다. 또한, 샤프트 가스 유로(135A)의 단면적이 샤프트 부착 요부(105c)에 형성된 단가스 유로(105b)의 단면적의 합과 동일해지도록, 또한, 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이가, 제1 실시형태에 있어서의 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정될 수 있다.
따라서, 이 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이, 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정될 수 있다.
이에 따라, 다음의 2개의 유동경로를 흐르는 프로세스 가스는 샤워 플레이트(105)의 면내 방향으로 균일하게 분출하게 된다.
(유동경로 5) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)와 샤워 플레이트(105)의 접속부분 부근에서, 지름방향 가스 유로(114)에서 가스 유로 공간(116)으로 흐르고, 어댑터(130) 내의 샤프트 가스 유로(135A), 샤프트 부착 요부(105c) 내의 가스 유로 공간(115), 샤워 플레이트(105)에 있어서의 단가스 유로(105b)를 흘러, 단가스 유로(105b)에서부터 성막 공간(101a) 내로 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
(유동경로 6) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 프로세스 가스가 샤워 플레이트(105)의 가스 유로(105a)에서부터 성막 공간(101a) 내로 직접 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
이 때, 본 실시형태의 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 있어서, 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이, 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정된다. 이에 따라, 어댑터(130)의 상단면(133)은 샤워 플레이트(105)의 가스 도입 공간(101b) 표면에서부터 가스 유로 공간(115)의 높이 치수와 동일한 치수만큼 돌출하도록 설정할 수 있다.
유로방향 길이를 조정하는 구체적인 수법으로서는, 어댑터(130)의 하단면(132)에 마련한 이간거리 설정 철부(134)의 높이 치수, 즉 지지 샤프트(110)의 축방향 치수를 설정함으로써, 어댑터(130)의 상단면(133)의 높이 치수(샤워 플레이트(105) 두께방향 치수)를 설정하는 수법을 채용할 수 있다.
또한, 이 때, 본 실시형태의 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 있어서, 어댑터 부착 요부(113)와 어댑터(130)의 나사부에서의 회전각도, 및 샤프트 부착 요부(105c)와 하단(112)의 나사부에서의 회전각도를 서로 조정함으로써, 어댑터 부착 요부(113)로의 어댑터(130) 감입배치 및 샤프트 부착 요부(105c)로의 하단(112)의 감입배치를 설정하는 것이 가능해진다.
여기서, 본 실시형태의 고정 샤프트(지지 샤프트)(110)에 있어서는, 샤프트 가스 유로(135A)의 단면적을 샤프트 부착 요부(105c)에 형성된 단가스 유로(105b)의 단면적의 합보다 크게 설정하고, 동시에, 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이를 제1 실시형태에 있어서의 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이보다 길게 설정하는 것도 가능하다.
마찬가지로, 본 실시형태에서는 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 있어서의 샤프트 가스 유로의 형상으로, 1개의 샤프트 가스 유로(135A)만이 어댑터(130)에 형성된 형상이 채용되고 있다. 샤프트 가스 유로(135A)의 단면 형상은 가스 유로(105a)와 동일한 단면 형상이 아니고, 가스 유로(105a)보다 큰 단면 형상(큰 지름)을 가지도록 설정될 수 있다.
본 실시형태의 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 의해 샤워 플레이트(105)가 지지되는 구성에 있어서도, 도 9, 도 10에 나타내는 바와 같이, 가스 도입 공간(101b)에 도입된 프로세스 가스가 샤워 플레이트(105)를 통해 성막 공간(101a)으로 공급된다. 이 때, 가스 유로(105a)에서부터 성막 공간(101a) 내로 프로세스 가스가 분출될 때의 가스 유로(105a)의 제1컨덕턴스와, 샤프트 가스 유로(135A)를 구비한 지지 샤프트(120)를 통해서 단가스 유로(105b)에서부터 성막 공간(101a) 내로 프로세스 가스가 분출될 때의 유로의 제2 컨덕턴스가 대략 동일하게 되도록, 샤워 플레이트(105)(가스 유로(105a), 단가스 유로(105b), 샤프트 부착 요부(105c) 및 지지 샤프트(120)의 형상 및 구조가 설정된다.
여기서, 제2 컨덕턴스는 지름방향 가스 유로(124), 가스 유로 공간(126), 샤프트 가스 유로(135A), 가스 유로 공간(125), 및 단가스 유로(105b)를 통해 프로세스 가스가 가스 도입 공간(101b)에서부터 성막 공간(101a)으로 흐를 때의 유로의 컨덕턴스이다. 제2 컨덕턴스는 지지 샤프트(120)의 하단(122) 부근에 있어서의 구조에 의해서 획득되는 컨덕턴스이다.
제1 실시형태의 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)와 마찬가지로, 지름방향 가스 유로(124), 가스 유로 공간(126), 가스 유로 공간(125)은 모두 성막 공간(101a) 내에 분출하는 프로세스 가스에 대한 컨덕턴스가 무시할 수 있도록 그 형상이 설정된다. 구체적으로는, 프로세스 가스에 대한 유체 저항이 샤프트 가스 유로(135A) 및 단가스 유로(105b)에 대해 무시할 수 있을 만큼 작아질 정도로, 그 유로 단면이 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 샤프트 가스 유로(135A) 및 단가스 유로(105b)의 컨덕턴스와, 지지 샤프트(120)와 샤워 플레이트(105)의 접속부분 이외에서의 가스 유로(105a)의 컨덕턴스가 대략 동일한 값이 되도록, 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에서는 샤프트 가스 유로(135)의 형상이 설정되고, 샤워 플레이트(105)에서는 단가스 유로(105b)의 형상이 설정된다.
구체적으로는, 단가스 유로(105b)의 유로 단면 형상은 가스 유로(105a)의 유로 단면 형상과 동일해지도록 설정된다. 또한, 샤프트 가스 유로(135A)의 단면적이 샤프트 부착 요부(105c)에 형성된 단가스 유로(105b)의 단면적의 합과 동일해지도록, 또한, 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이가, 제1 실시형태에 있어서의 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정된다.
따라서, 이 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정된다.
이에 따라, 다음의 2개의 유동경로를 흐르는 프로세스 가스는 샤워 플레이트(105)의 면내 방향에서 균일하게 분출하게 된다.
(유동경로 7) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)와 샤워 플레이트(105)의 접속부분 부근에서, 지름방향 가스 유로(124)에서부터 가스 유로 공간(126)으로 흘러 어댑터(130) 내의 샤프트 가스 유로(135A), 샤프트 부착 요부(105c) 내의 가스 유로 공간(125), 샤워 플레이트(105)에 있어서의 단가스 유로(105b)를 흘러, 단가스 유로(105b)에서부터 성막 공간(101a) 내로 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
(유동경로 8) 가스 도입 공간(101b)에 도입되어, 샤워 플레이트(105)의 가스 유로(105a)에서부터 성막 공간(101a) 내로 직접 분출하는 프로세스 가스의 유동경로.
이 때, 본 실시형태의 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 있어서, 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이와 단가스 유로(105b)의 유로방향 길이의 합이, 가스 유로(105a)의 유로방향 길이와 동일해지도록 설정된다. 이에 따라, 어댑터(130)의 상단면(133)은 샤워 플레이트(105)의 가스 도입 공간(101b) 표면에서, 가스 유로 공간(125)의 높이 치수와 동일한 치수만큼 돌출하도록 설정할 수 있다.
유로방향 길이를 조정하는 구체적인 수법으로, 어댑터(130)의 하단면(132)에 마련한 이간거리 설정 철부(134)의 높이 치수, 즉 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)의 축방향 치수를 설정함으로써, 어댑터(130)의 상단면(133)의 높이 치수(샤워 플레이트(105) 두께방향 치수)를 설정할 수 있다.
또한, 이 때, 본 실시형태의 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 있어서, 어댑터 부착 요부(123)와 어댑터(130)의 나사부에서의 회전각도, 및 샤프트 부착 요부(105c)와 하단(122)의 나사부에서의 회전각도를 서로 조정함으로써, 어댑터 부착 요부(123)로의 어댑터(130) 감입배치, 및 샤프트 부착 요부(105c)로의 하단(122)의 감입배치를 설정하는 것이 가능해진다.
여기서, 본 실시형태의 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 있어서는, 샤프트 가스 유로(135A)의 단면적을 샤프트 부착 요부(105c)에 형성된 단가스 유로(105b)의 단면적의 합보다 크게 설정함과 동시에, 샤프트 가스 유로(135A)의 유로방향 길이를 제1 실시형태에 있어서의 샤프트 가스 유로(135)의 유로방향 길이보다 길게 설정하는 것도 가능하다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
이 때, 본 발명에 있어서의 구체적인 예에 대해서 설명한다.
여기에서는, 도 1 내지 도 7에 나타내는 진공 처리장치를 이용하여 a-Si와, SiO의 성막을 수행하여 막후 분포를 측정하였다.
이 때의 성막에서의 제원(諸元)을 나타낸다.
·기판 치수; 1500Х1850mm
·성막 조건
·프로세스 가스; a-Si성막 시： 모노실란1.25slm, 아르곤40slm
·프로세스 가스; SiO 성막 시: 모노실란1.4slm, 일산화질소9.5slm·샤워 플레이트에 있어서의 가스 유로의 면내 밀도； 20788개/m2
그 결과를 도 11a 및 도 11b에 나타낸다.
또한, 이 때의 막후 분포는 아몰퍼스 실리콘막의 막후 분포가 ±4.4%이고(도 11a ), 산화 실리콘 막의 막후 분포가 ±2.7%이었다 (도 11b).
마찬가지로, 비교를 위하여 도 12에 나타내는 바와 같이, Ni합금을 이용하고, 샤워 플레이트에 있어서의 모든 가스 유로가 동일한 형상(단면적·길이)으로, 샤워 플레이트면 내 분포가 동일한 성막장치를 이용하여 성막을 수행하였다.
여기서, 도 12에 나타내는 변형 샤프트(지지 샤프트)(220)는 변형 샤프트(지지 샤프트)(120)에 대응하는 것으로, 그 하단에 이간거리 설정 철부(234)가 마련되고, Ni합금으로 이루어지는 부착 볼트(250)에 의해서 샤워 플레이트(105)에 부착된다.
이간거리 설정 철부(234)는 이간거리 설정 철부(134)에 대응하여 가스 유로가 되는 공간을 형성하는 것이다. 샤프트부(220a)는 샤프트부(120a)에 대응하고, 구면(228a)은 구면(128a)에 대응하고, 구면(222g)은 구면(222g)에 대응하고, 하부 구면 부시 케이스부(228b)는 하부 구면 부시 케이스부(128b)에 대응한다.
이 예에서는 샤워 플레이트(105)의 가스 유로(105a)가 전면에서 동일한 형상이 되며, 또한, 균등하게 배치된다.
그 결과를 도 11c 및 도 11d에 나타낸다. 덧붙여, 도 11c에 a-Si막의 막후 분포, 도 11c에 SiO막의 막후 분포를 나타낸다.
또한, 이 때의 막후 분포는 아몰퍼스 실리콘막의 막후 분포가 ±4.6%이며, 산화 실리콘 막의 막후 분포가 ±3.4%이었다.
이러한 결과로부터 본 발명의 진공 처리장치를 이용함으로써, 막후 분포가 개선되고 있음을 알 수 있다.
100: 진공 처리장치
101: 처리실
101a: 성막 공간
101b: 가스 도입 공간
102: 진공챔버(챔버)
103: 절연 플랜지
104: 전극 플랜지
104a: 상벽
104b: 주위벽
104c: 관통공
105: 샤워 플레이트
105a: 가스 유로
105b: 단가스 유로
105c: 샤프트 부착 요부(요부)
105d: 내측면
115c, 125c: 저면(저부)
106: 절연 쉴드
106a: 열 신장 흡수공간(간극부)
109: 슬라이드 씰 부재
141: 지지부(히터)
142: 프로세스 가스 공급장치(가스 공급장치)
145: 지주
147: RF전원(고주파 전원)
148: 진공펌프(배기장치)
110: 고정 샤프트(지지 샤프트)
111, 121: 상단
11a, 121a: 상부 지지 부재
11b, 121b: 기밀 장치
112, 122: 하단
112a, 122a: 외주면
112b, 122b: 단면
112d: 가스킷
113, 123: 어댑터 부착 요부
113a, 123a: 내주면
113b: 상단면
114, 124: 지름방향 가스 유로
115, 116, 125, 126: 가스 유로 공간
120: 변형 샤프트(지지 샤프트)
120a: 샤프트부
121g, 122g, 127a, 128a: 구면
123b: 하단면
127: 상부 구면 부시부(지지 각도 가변부)
128: 하부 구면 부시부(지지 각도 가변부)
128b: 하부 구면 부시 케이스부
128c: 접속부
130: 어댑터
131: 외주면
132: 하단면
133: 상단면
134: 이간거리 설정 철부
135, 135A: 샤프트 가스 유로

Claims (11)

  1. 플라즈마 처리를 수행하는 진공 처리장치로,
    챔버 내에 배치되고, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와,
    상기 전극 플랜지에 대향하는 제1면과, 상기 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며, 상기 전극 플랜지와 이간하여 대향하고 상기 전극 플랜지와 함께 캐소드로 되는 샤워 플레이트와,
    상기 샤워 플레이트의 상기 제2면에 접하고, 피처리 기판이 배치되는 처리실과,
    상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에 접속되어 상기 샤워 플레이트를 지지하는 지지 샤프트,
    를 가지며,
    상기 샤워 플레이트에는, 상기 전극 플랜지와 상기 제1면 사이의 공간에서부터 상기 처리실로 연통하고, 소정의 컨덕턴스를 가지는 다수의 가스 유로가 형성되고,
    상기 지지 샤프트가 상기 샤워 플레이트에 접속된 부분에 있어서, 상기 컨덕턴스가 상기 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 상기 지지 샤프트의 축방향으로 연재하는 샤프트 가스 유로가 마련되는,
    진공 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에는 요부가 형성되고,
    상기 지지 샤프트는 상기 요부에 감입되고,
    상기 지지 샤프트에 있어서 상기 요부의 내부가 되는 위치에 상기 샤프트 가스 유로가 마련되고,
    상기 지지 샤프트는,
    상기 제1면의 상부에 위치하고, 상기 지지 샤프트의 내부에 마련되며, 상기 샤프트 가스 유로에 연통하는 유로 공간과,
    상기 유로 공간에 연통하여 상기 지지 샤프트의 지름방향으로 연재하는 지름방향 가스 유로,
    를 가지는,
    진공 처리장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트의 면내 방향에 있어서의 면내 밀도에 관한 것으로, 상기 샤프트 가스 유로의 면내 밀도는, 상기 샤워 플레이트에 있어서 상기 지지 샤프트가 접속된 부분의 주위에 형성된 상기 가스 유로의 면내 밀도와 동일하고,
    상기 샤프트 가스 유로는 상기 가스 유로와 동일한 컨덕턴스를 가지는,
    진공 처리장치.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트의 두께방향에 있어서의 길이에 관한 것으로, 상기 샤프트 가스 유로의 길이가 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로의 길이와 동일해지도록 설정되는,
    진공 처리장치.
  5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤프트 가스 유로에 있어서의 지름 치수가, 상기 지지 샤프트의 주위에 위치하는 상기 가스 유로에 있어서의 지름 치수와 동일해지도록 설정되는,
    진공 처리장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 지지 샤프트의 단부가 상기 샤워 플레이트의 상기 요부 내의 저부와 이간하도록, 상기 지지 샤프트가 상기 요부에 감입되어 있는,
    진공 처리장치.
  7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 샤프트의 단부에 감합된 어댑터를 가지며,
    상기 샤프트 가스 유로가 상기 어댑터 내에 형성되는,
    진공 처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에는 요부가 형성되고,
    상기 샤워 플레이트의 상기 요부의 저부에는, 상기 요부와 상기 처리실을 연통시키는 단가스 유로가 형성되고,
    상기 단가스 유로는 상기 요부 내에 개구를 가지며,
    상기 어댑터는 상기 지지 샤프트의 축방향에 있어서의 상기 어댑터의 단부에 마련된 이간거리 설정 철부를 가지며,
    상기 이간거리 설정 철부는 상기 요부의 상기 저부와 당접하고, 상기 어댑터를 상기 요부의 상기 저부로부터 이간시키고,
    상기 샤프트 가스 유로와 상기 단가스 유로의 상기 개구 사이에 공간이 형성되는,
    진공 처리장치.
  9. 제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 샤프트는, 상기 샤워 플레이트의 온도의 승강 시 생기는 열변형에 대응하여 상기 샤워 플레이트를 경사 지지 가능하도록 하는 지지 각도 가변부를 가지는,
    진공 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지 각도 가변부가, 상기 지지 샤프트의 양단측에 각각 마련되는 구면 부시로 되는,
    진공 처리장치.
  11. 플라즈마 처리를 수행하는 진공 처리장치에 이용되는 지지 샤프트로,
    상기 진공 처리장치는,
    챔버 내에 배치되고, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와,
    상기 전극 플랜지에 대향하는 제1면과, 상기 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며, 상기 전극 플랜지와 이간하여 대향하고 상기 전극 플랜지와 함께 캐소드로 되는 샤워 플레이트와,
    상기 샤워 플레이트의 상기 제2면에 접하고, 피처리 기판이 배치되는 처리실,
    을 가지며,
    상기 샤워 플레이트에는, 상기 전극 플랜지와 상기 제1면 사이의 공간에서부터 상기 처리실로 연통하고, 소정의 컨덕턴스를 가지는 다수의 가스 유로가 형성되며,
    상기 지지 샤프트는, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1면에 접속되어 상기 샤워 플레이트를 지지하고,
    상기 지지 샤프트가 상기 샤워 플레이트에 접속된 부분에 있어서, 상기 컨덕턴스가 상기 샤워 플레이트의 면내 방향으로 변화하지 않도록 상기 지지 샤프트의 축방향으로 연재하는 샤프트 가스 유로가 마련되는,
    지지 샤프트.
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