KR0184677B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR0184677B1
KR0184677B1 KR1019920006786A KR920006786A KR0184677B1 KR 0184677 B1 KR0184677 B1 KR 0184677B1 KR 1019920006786 A KR1019920006786 A KR 1019920006786A KR 920006786 A KR920006786 A KR 920006786A KR 0184677 B1 KR0184677 B1 KR 0184677B1
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condensation preventing
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가즈오 후카사와
마사치카 스에츠구
Original Assignee
이노우에 쥰이치
도오교오 에레구토론 야마나시 가부시끼 가이샤
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Abstract

챔버 내에 서로 평행하게 설치되고 한쪽의 전극에 피처리물이 놓여지는 1쌍의 정극과, 1쌍의 전극 사이에 고주파 전력을 인가하는 고주파 인가수단과, 피처리체를 냉각하기 위한 냉각수단과 챔버 내로 건조용 가스를 공급하는 가스도입수단과, 챔버에서 외기로 노출되는 부분에 설치된 결로방지수단으로 이루어지는 플라즈마 처리장치이다. 결로방지수단은 수지재료로 된 형성부재으 바깥표면에 금속층을 형성하여 이루어지는 플라즈마 처리장치이다. 결로방지수단은 수지재료로 된 형성부재의 바깥표면에 금속층을 형성하여 이루어지는 보호커버, 단열부재, 단열재로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

Description

플라즈마 처리장치
제1도는 본 발명의 일실시예에 대한 드라이 에칭장치의 구성을 나타낸 개략도,
제2a도 내지 제2c도는 결로방지수단을 나타낸 설명도,
제3도 및 제4도는 본 발명의 다른 실시예에 대한 드라이 에칭장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 챔버 11 : 상부전극
12 : 하부전극 13 : 반도체 웨이퍼
14 : 절연부재 15 : 벨로우즈
20 : 제1건조용 가스도입관 21 : 장공
22 : 보올나사 24 : 구동원
25 : 보호커버 30 : 냉각기구
31 : 걸림부재 32 : 전극로드 안내관
35 : 매칭회로 36 : 고주파 전원
40 : 유입공 41 : 공급배관
42 : 가스배기관 43 : 반입구
44 : 아암 45 : 구멍부
50 : 원통부재 51 : 도체층
53 : 구멍 54 : 단열부재
5 : 단열재 60 : 챔버
61 : 상부 서셉터 62 : 하부 서셉터
63 : 히터 64 : 웨이퍼
65 : 절연프레임 66 : 냉각자켓
70 : 영구자석 71 : 안내관
72 : 전극로드 73 : 프레임
74 : 메칭회로 75 : 고주파 전원
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
종래로부터 전극사이에 인가한 고주파 전력에 의하여 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마를 이용하여 피처리물에 처리를 행하는 플라즈마 처리장치가 사용되고 있다.
예를 들면, 반도체 디바이스의 제조공저에서는 반도체 웨이퍼의 표면 등에 형성된 피막을, 플라즈마를 사용하여 에칭하는 드라이 에칭장치 혹은 플라즈마를 사용하여 피막을 형성하는 플라즈 CVD 장치 및 스퍼터링 장치가 사용되고 있다.
이와 같은 종래의 플라즈마 처리장치 예를 들어 드라이 에칭장치는, 챔버(Chamber) 내에 상부전극과 하부전극으로 이루어진 평행평판전극이 설치되어 있고, 표면에 박막이 형성된 반도체 웨이퍼가 하부전극상에 놓여져 있다. 이 챔버 내로 소정의 처리가스를 도입함과 동시에, 상부전극과 하부전극과의 사이에 소정의 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시킴으로써 반도체 웨이퍼가 하부전극상에 놓여져 있다. 이 챔버 내로 소정의 처리가스를 도입함과 동시에, 상부전극과 하부전극과의 사이에 소정의 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시킴으로써 반도체 웨이퍼의 표면상의 박막을 드라이 에칭하여 제거한다. 통상 처리중인 반도체 웨이퍼를 냉각하기 위하여 하부전극 내에 냉매를 순화시키도록 한 냉각기구가 구비되어 있다.
그러나, 최근의 드라이 에칭장치 등에서는 -30℃ 정도의 온도가 낮은 냉매를 순환시키어 반도체 웨이퍼를 냉각하는 경우가 있고, 냉각기구 등에 의해 냉각되는 부분, 예를 들면 냉매순환배관이나 냉각부위를 덮은 금속제 커버 등에 결로(結露)가 생기는 문제가 있다. 특히 액체질소를 사용하여 냉각하는 형식인 경우에는 그 경향이 현저하다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 상술한 커버 등의 재료에 열전도율이 비교적 낮은 수지를 사용하는 것이 시도되고 있다. 그러나 이 커버의 재료로서 수지를 사용하면, 고주파 누설이 생긴다는 문제가 있다.
따라서, 냉각기구를 구비한 플라즈마 처리장치에 있어서는 결로의 발생을 방지하고, 더우기 고주파 누설의 방지를 동시에 충분히 실현할 수 없었다.
본 발명은 냉각에 따른 결로를 방지할 수 있음과 동시에 고주파 누설이 생기는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적은 챔버 내에 서로 평행하게 설치되고 한쪽의 전극에 피처리체가 놓여진 1상의 전극과, 1상의 전극사이에 고주파 전력을 인가하는 고주파 인가수단과, 상기 피처리체를 냉각하기 위한 냉각수단과, 상기 챔버 내에 건조용 가스를 공급하는 가스도입수단과, 상기 챔버에서 외기로 노출되는 부분에 설치된 결로방지수단으로 이루어지는 플라즈마 처리장치에 의해 달성된다.
이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치의 1실시예를 도면의 참조하여 구체적으로 설명한다. 여기에서는 플라즈마 처리장치로서 드라이 에칭에 대하여 설명한다.
제1도는 드라이 에칭장치를 나타낸 개략도이다. 도면중 (10)은 원통형상의 챔버를 나타낸다. 이 챔버(10)의 주요부는 도전성 재료, 예를 들면 표면에 알루마이트(alumite) 처리를 행한 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 챔버(10) 내에는 원판형상으로 형성된 상부전극(11)과 하부전극(12)이 대향하도록 하여, 대략 평행하게 설치되어 있다. 상부전극(11) 및 하부전극(12)의 재료는 카본이나 알루미늄에 알루마이트 처리된 것 등으로 구성되어 있다.
하부전극(12) 위에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(13)가 놓여져 있다. 또한 하부전극(12)의 하부에는 탄성부재, 예를 들면 O-링으로 이루어진 시일링부재(15a)를 개재하여 세라믹스(ceramics) 등으로 이루어진 절연부재(14)가 부착되어 있다. 절연부재(14)의 하부에는 시일링부재를 개재하여 SUS 316 등으로 이루어진 벨로우즈(15)가 부착되어 있다. 벨로우즈(15)는 챔버(10)의 연장부(16)에 시일링부재(15b)를 개재하여 부착되어, 챔버(10) 내부를 기밀 봉합하고 있다.
그리고, 절연부재(14)의 하부에는 두께 약 50mm인 고정부재(17)를 개재하여 아래 끝단에 플랜지(18)를 가지는 두께 약 5mm인 원통형상의 접속부재(19)가 부착되어 있다.
고정부재(17) 및 접속부재(19)는, 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 접속부재(19)의 쪽면에는 제1건조용 가스도입관(20)이 삽입될 수 있는 장공(21)이 형성되어 있다. 이 장공(21)의 크기는 벨로우즈(15)의 가동에 의해 접속부재(19)와 제1건조용 가스도입관(20) 사이의 상대위치가 변화되어도 제1건조용 가스도입관(20)을 삽입할 수있는 정도로 설정되어 있다. 플랜지(18)에는 보올나사(22) 등으로 이루어진 구동수단이 연결되어 있다. 보올나사(22)는 챔버(10)의 하부플랜지(23)를 관통하여, 예를 들면, 모우터로 이루어진 구동원(24)에 접속되어 있다.
구동수단으로서는 에어실린더 등을 사용하여도 좋다. 이 구동수단에 의해 하부전극(12)이 절연부재(14) 및 접속부재(19)와 같이, 상,하운동할 수 있도록 되어 있다. 플랜지(18)의 하부에는 보호커버(25)가 부착되어 있다 보호커버(25)와 하부플랜지(23)는 구동원(24)의 구동에 의해 보호커버(25)가 승강하여도 시일링부재(26)에 의해 봉합되도록 구성되어 있다.
하부전극(12)에는 2개의 고리형상의 냉매유로(27)가 형성되어 있고, 냉매유로(27)는 절연부재(14)에 형성된 냉매유로를 통하여 챔버(10) 내부에, 배치된 절연물, 예를 들어 알루미나 등으로 이루어진 냉매배관(28)과 연이어 통하고 있다 이 냉매배관(28)에 의해 전기절연성 및 안전성을 향상시킬 수 있다 하부전극(12)의 냉매유로(27)의 정상부에는 핀형상의 돌기(29)가 형성되어, 열교환이 효율좋게 행해지도록 구성되어 있다.
냉매배관(28)은 절연부재(14)에 시일링부재(28b)를 개재하여 부착되어 있거, 결로방지수단으로서의 보호커버(25)의 바닥부를 관통하여, 수지 등으로 이루어진 통상의 가요관(28a)을 통하여 액체냉각장치, 예를 들면 냉각기구(30)에 연결되어 있다.
냉매배관(28)이 관통되어 있는 보호커버(25)의 바닥부에는 테프론이나 세라믹등으로 이루어진 걸림부재(31)가 부착되어 있다. 또한 고정부재(17)와 보호커버(25)의 바작부 사이에 전극로드 안내관(32)이 끼워져 있다. 전극로드 안내관(32)은 내경이 약 6mmø인 테프론관에 동파이프가 순차 피복되어 있고 외경이 약 20mmø이다.
전극로드 안내관(32)의 내부에는 외경이 약 60mmø인 전극로드(33)가 삽입되어 있다. 전극로드(33)의 한쪽끝단은 절연부재(14)의 전극로드통로를 통하여 하부전극(12)에 나사고정에 의해 부착되어 있다. 전극로드(33)의 다른끝단은 동축 케이브(34)과 접속되어 있고, 동축 케이블(34)은 보호커버(25)를 관통하여 외부의 매칭회로(35)를 통해 고주파 전원(36)에 접속되어 있다.
보호커버(25)의 하부에서 양 냉매배관(28)의 관통부 사이 영역에는 결로방지 수단으로서 보호커버(37)가 부착되어 있다. 보호커버(25)와 보호커버(37)는 제2a도에 나타낸 바와 같이 열전도율이 낮은 수지, 예를 들면 ABS 수진, 염화비닐계 수지 등을 사용하여 한쪽끝단이 폐색되어 있는 두께 3∼5mm의 원통부재(50)를 형성하고, 그 표면에 예를 들면 무전해 니켈도금 등에 의해 두께 5∼10㎛의 도체층(51)을 형성하고 구멍부(51a)를 필요한 만큼 형성함으로써 제작된다. 또한 도체층(51)의 재질 및 형성방법은 특히 한정되지 않는다. 보호커버(37)의 측면에는 N2 가스 등을 흐르게 하기 위한 제2건조용 가스도입관(38)이 관통되어 있다.
한편, 상부전극(11)은 절연성 재료, 예컨대 알루미나 세라믹스 등으로 이루어진 원통형상의 절연부재(39)에 의해 챔버(10)와 전기적으로 절연된 상태로 지지되어 있다. 또한 상부전극(11)에는 복수의 처리가스 유입공(40)이 형성되어 있고, 처리가스 공급배관(41)에서 공급된 처리가스(에칭가스)를 챔버(10) 내부로 유입시키도록 되어 있다. 챔버(10)의 옆벽에는 가스배기관(42)이 부착되어 있으며, 이 가스배기관(42)은 도시되지 않은 진공수단에 연결되어 있다.
또한, 챔버(10)의 옆벽에는 반도체 웨이퍼 반입구(43)가 형성되어, 로드록 반송용 아암(44)이 반도체 웨이퍼(13)를 반입할 수 있도록 되어 있다.
다음에, 이와 같은 구성을 가지는 드라이 에칭장치를 사용하여 처리를 행하는 경우에 대하여 설명한다.
먼저, 구동수단에 의한 접속부재(19)를 하강시킨다. 이때 절연부재(14)와 함께 하부전극(12)이 하강하여 벨로우즈(15)가 축소된 상태로 된다. 계속해서 로드록 반송용 아암(44)에 의해 표면에 박막이 형성된 반도체 웨이퍼(13)가 하부전극(12) 위에 설치된다. 그후 구동수단에 의해 하부전극(12)을 상승시켜 챔버(10) 내부의 소정 위치까지 이동한다. 계속하여 가스배기관(42)을 통하여 챔버(10) 내부를 소정의 압력까지 감압하여 처리가스 공급배관(41)에서 소정의 처리가스를 도입한다. 도입된 처리가스는 처리가스 유입공(40)으로부터 챔버(10) 내부로 도입되어 반도체 웨이퍼(13)로 향해진다. 이와 동시에 상부전극(11)과 하부전극(12)과의 사이에 고주파 전원(36)에 의해 소정 주파수, 예를 들면 13,56MHz의 고주파 전력을 공급한다. 이에 따라 상부전극(11)과 하부전극(12)과의 사이에 방전이 생기고 처리가스가 프라즈마화되어 이 처리가스에 의한 반도체 웨이퍼(13)의 표면에 형성된 박막이 드라이 에칭된다.
이와 함게 냉매유로(27), 냉매배관(28) 및 냉각기구(30)를 에틸렌 글리콜 등의 냉매를 순환시켜, 반도체 웨이퍼(13)를 약 -30℃로 냉각한다.
이때, 하부전극(12)의 하부, 냉각배관(28) 등은 충분하게 냉각되어 상당히 저온으로 된다. 그리고 직접 외기와 접촉하는 보호커버(37)도 상당히 저온으로 된다. 그러나 호보코보(25), (37)는 제2a도에 나타낸 구성을 가지기 때문에, 즉 열전도율이 낮은 수로에 의해 제작되므로 보호커버(25), (37)의 바닥부의 온도는 그다지 낮아지지 않는다. 이로서 보호커버(25), (37)에 결로가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또, 보호커버(25), (37)의 표면에는 도체층(51)이 형성되어 있으므로 이 도체층(51)을 접지전위에 접속함으로써, 고주파가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 하부전극(12), 접속부재(19) 및 보호커버(25)에 의해 구획된 공간 내에 제1건조용 가스도입관(20)이 설치되어 있고, 건조용 가스, 예를 들면 드라이 에어, 질소가스 등을 도입하고, 보호커버(25) 바닥부의 구멍부(45)로 배기하고 있다. 따라서 상기 공간 내에 있어서도 결로가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 장치에 있어서는, 냉각된 부재와, 다른 부재와의 사이에 소정의 간격이 마련되어 있으므로, 다른 부재가 냉각되지 않아, 다른 부재에 결로가 생기는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시예에서 보호커버(37)로서 수지성형체에 도체층을 형성한 것을 사용하고 있으나, 보호커버의 재료로서는 알루미늄이나 스텐레스 스틸 드의 금속을 사용하여, 제2b도에 나타낸 바와 같이 냉매배관용 구멍(52) 및 전극로드 안내관용 구멍(53)을 가지는 단열부재(54)를 보호커버(25)의 바닥부에 설치하여도 좋다. 또한 제2c도에 나타낸 바와 같이 글래스울(glass wool) 등으로 이루어진 단열재(55)를 보호커버(25)의 바작부에 충전하여 설치해도 좋다. 이들 경우는 단열부재(54) 또는 단열재(55)에 의해 결로를 방지할 수 있고, 금속재의 보호커버에 의해 누설을 방지할 수 있다.
제3도는 본 발며의 다른 실시예에 대한 마그네트론 플라즈마 에칭장치의 구성을 나타낸 개요도이다.
도면 중(60)은 챔버를 나타낸다. 챔버(60)에 있어서는 예컨대 알루미늄으로 이루어진 상부 서셉터(61) 및 하부 서셉터(62)의 사이에 발열체, 예를들면 히터(63)가 설치되어 상부 서셉터(61) 사으이 반도체 웨이퍼(64)의 온도를 예를 들어 -10℃∼150℃의 범위로 적정하게 미세 조정할 수 있도록 되어 있다.
상, 하부 서셉터(61), (62)는 예를 들면 세라믹으로 이루어진 절연프레임(65)에 의해 주위로부터 절연되어 있다. 하부 서셉터(62)의 아래면은 절연프레임(65)의 바닥면에 밀착되어 있다. 절연프레임(65)은 액체질소가 수용된 예를 들면 알루미늄으로 구성된 냉각자켓(66)의 상면에 놓여져 있다. 냉각자켓(66)은 액체질소 공급원(67)으로 배관(68)을 통해 연이어지도록 되어 있다.
또한, 챔버(60)의 상부에는 반도체 웨이퍼(64)상에서, 약 100가우스의 수평자계를 형성할 수 있는 영구자석(70)이 회전가능한 상태로 설치되어 있다.
냉각자켓(66)의 중앙부에는 전극로드 안내관(71)이 관통되어 있다. 전극로드 안내관(71) 내에는 테프론으로 이루어진 절연파이프(71a)를 개재하여 전극로드(72)가 삽입되어 있고, 이 전극로드(72)는 챔버의 하부프레임(73)을 관통하여 동축 케이블(74a)을 연결되고, 또한 외부의 매칭회로(74)를 통하여 고주파 전원(75)에 접속되어 있다. 하부프레임(73)의 전극로드 안내관(71)의 관통부에는 결로방지수단으로서 보호커버(76)가 부착되어 있으며, 이 보호커버(76)의 측면에는 N2 가스 등을 흐르게 하기 위한 가스도입관(77)이 관통되어 있다. 보호커버(76)는 제2a도에 나타낸 구성으로 되어 있다 결로방지수단으로서의 보호커버 대신에 제2b도 및 제2c도에 나타낸 단열부재(54) 및 단열재(55)를 사용하여도 좋다.
상기 구성을 가지는 마그네트론 플라즈마 에칭장치에서는, 냉각수단으로서 액체질소를 사용하고 있으므로, 챔버(60) 내부는 상당히 극저온상태로 되어, 외부와 접촉하는 하부프레임(73)에서 결로가 생기기 쉽게 되어 있다. 그러나 보호커버(76)에 의해 결로발생을 충분히 방지할 수 있다.
제1도의 드라이 에칭장치에 있어서는, 하부전극(12)에만 전극로드(33)를 연결하였으나, 제4도에 나타낸 바와 같이 전력공급기구로서 트랜스(80)를 사용하여 상부전극(11) 및 하부전극(12)의 양쪽에 전력을 공급하여 양 전극 사이에 플라즈마를 발생시키도록 한 구성으로 하여도 좋다.
또, 본 실시예에서는 드라이 에칭장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 냉각과 고주파 인가를 행하는 플라즈마 처리장치이라면 어느 경우에도 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 냉각에 따른 결로를 방지할 수 있음과 동시에, 고주파 누설이 생기는 것을 방지할 수 있다.

Claims (11)

  1. 챔버 내에 서로 평행하게 설치되고, 한쪽의 전극에 피처리체가 놓여지는 1쌍의 전극과, 1쌍의 전극 사이에 고주파 전력을 인가하는 고주파 인가수단과, 상기 피처리체를 냉각하기 위한 냉각수단과, 상기 챔버 내에 건조용 가스를 공급하는 가스도입수단과, 상기 챔버 내에서, 외기에 노출된 부분에 설치된 결로방지수단으로 이루어지는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 결로방지수단은, 수지재료로 된 성형부재의 바깥표면에 금속층을 형성하여 이루어진 보호커버인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 수지재료가 ABS 수지, 염화비닐, 베이클라이트로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제2항에 있어서, 금속층을 구성하는 금속이 니켈, 동, 은으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제2항에 있어서, 성형부재에 금속층을 형성하는 방법이 도금, 박막의 접착으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제1항에 있어서, 냉각수단은 2대의 냉매배관, 전극 내에 형성된 냉매유로 및 냉각기구에 의하여 냉매를 순환시키도록 구성되어 있고, 상기 냉매배관의 적어도 일부가 세라믹스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 세라믹스가 알루미나, Si3N4, 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제1항에 있어서, 냉각수단이 액체질소를 수용한 냉각자켓인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제1항에 있어서, 결로방지수단이 단열부재인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제9항에 있어서, 단열부재가 단열재, 세라믹스, SUS 316, 합성수지로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제1항에 있어서, 결로방지수단이 단열재인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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