KR100212228B1 - 가스전열플라즈마처리장치 - Google Patents

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시게유키 야마모토
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모리시타 요이찌
마츠시타 덴키 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반도체나 액정표시소자(LCD)제조에 사용되는 드라이에칭장치, 스퍼터장치, CVD장치등의 플라즈마처리장치에 관해서 특히 기판의 냉각 또는 가열을 위한 전열수단으로서 가스를 사용한 가스전열플라즈마처리장치에 관한 것으로서, 플라즈마처리가 균일하여 안정되고, 냉각가스량이 적어 제어가 용이하고, 전극의 제작을 용이하게 하는 것을 목적으로 한것이며, 그 구성에 있어서, 진공용기(1)와, 진공배기펌프(2)와, 반응가스공급구(4)와, 상부전극(3) 및 하부전극(7)과, 하부전극(7)에 피처리기판(6)을 억누르는 클램프링(17)과, 하부전극(7)에 고주파전력을 공급하는 고주파전원(11)과, 피처리기판(6) 뒷면과 하부전극(7)과의 사이에 전열가스를 충만시키는 전열가스공급수단(13)을 가진 플라즈마처리장치에 있어서, 하부전극(7)의 기판얹어놓는면(15)을 소정의 등분포압력을 받는 기판의 만곡곡면형상으로 하고, 가스압력을 거의 그 소정압력 또는 그 이하로 한것을 특징으로한 것이다.

Description

가스전열플라즈마처리장치
제1도는 본 발명의 가스전열(傳烈)플라즈마처리장치의 일실시예의 종단면도.
제2도는 동실시예에 있어서의 LCD유리기판용전극을 표시하며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도.
제3도는 동실시예에 있어서의 반도체실리콘웨이퍼용전극을 표시하며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도.
제4도는 종래예의 가스전열플라즈마처리장치의 종단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 진공용기 2 : 진공배기펌프
3 : 상부전극 4 : 반응가스공급구
6 : 피처리기판 7 : 하부전극
11 : 고주파전원 13 : 전열가스공급수단
14 : 시일링 15 : 기판얹어놓는면
17 : 클램프링 22 : 계단형상기판얹어놓는면
32 : 계단형상기판얹어놓는면
본 발명은, 반도체나 액정표시소자(LCD)제조에 사용되는 드라이에칭장치, 스퍼터장치, CVD장치등의 플라즈마처리장치에 관한 것으로서, 특히 기판의 냉각 또는 가열을 위한 전열수단으로서 가스를 사용한 가스전열플라즈마처리장치에 관한 것이다.
최근, 반도체제조장치에 있어서의 실리콘기판의 플라즈마처리장치에 있어서, 종종 기판의 냉각 또는 가열을 위한 전열수단으로서 기판뒷면과 전극사이에 헬륨등의 불활성가스를 충만시키는 방법이 사용된다.
이하, 종래의 드라이에칭장치의 구성을 제4도를 참조하면서 설명한다. 제4도에 있어서, (41)은 진공용기, (42)는 진공배기펌프이다. (43)은 하면에 가스분출구를 가진 상부전극이며, 상부에 반응가스공급구(44)를 가지고, 어드(45)에 의해 접지되어 있다. (46)은 피처리기판인 실리콘웨이퍼, (47)은 직경 150㎜약(弱)이며 1㎜약의 돌출량의 볼록면을 가진 하부전극이고, 절연판(48)위에 얹어놓여있고, 단자(49)를 통해서 콘덴서(50), 고주파전원(51)에 접속되어 있다. 하부전극(47)의 볼록면은 일반적으로 볼록구면(凸面)으로 형성되어 있다.
하부전극(47)의 중심위치에는 중심구멍(52)이 있고, 전열가스공급수단(53)으로 외부의 저압헬륨공급수단(도시생략)에 접속되어 있다. 하부전극(47)의 주위에는 시일링(54)이 배설되고, 하부전극(47)의 상면에는 중심구멍(52)에 연통한 얕은 구덩이(55)가 분포되어 있다. 하부전극(47)의 내부에는 냉각수로(56)가 있으며, 냉각수가 순환되고 있다. 하부전극(47)의 주위 위쪽에는 원환형상의 클램프링(57)이 배설되고, 지지봉(58)에 의해 지지되어 있다. 지지봉(58)은 벨로우즈(59)에 의해 진공시일되어서 외부의 승강장치(도시생략)에 의해 상하동한다.
이상과 같이 구성된 드라이에칭장치에 대해서, 이하 그 동작에 대해서 설명한다. 실리콘웨이퍼(46)를 하부전극(47)위에 얹고, 클램프링(57)을 하강시키고 하부전극(47)의 볼록면을 따르게 해서 억누른다. 이어서, 진공펌프(42)에 의해 진공용기(41)속의 공기를 배기하고, 반응가스공급구(44)로부터 미량의 에칭가스를 도입하면서, 고주파전원(51)에 의해 고주파전력을 인가해서 하부전극(47)과 상부전극(43)의 사이에 플라즈마를 만들고, 실리콘웨이퍼(46)를 에칭한다.
이러는 동안, 플라즈마는 고온이기 때문에 실리콘웨이퍼(46)가 가열되므로, 전열가스공급수단(53)에 의해 0.5파스칼전후의 압력의 헬륨가스를 흐르게한다. 그러자, 헬륨가스는 중심구멍(52)으로부터 분출하여, 하부전극(47)의 상면의 구덩이(55)에 충만된다. 헬륨가스는 유동성이 좋으므로, 실리콘웨이퍼(46)로부터 곧잘 열을 빼앗아, 냉각수로(56)속의 냉각수에 의해 냉각된 하부전극(47)에 열을 전달해서, 실리콘웨이퍼(46)가 플라즈마의 열에 의해 과열되고, 레지스트가 변질되고, 에칭불량으로 되는 것을 방지한다. 또 실리콘웨이퍼(46)의 온도를 일정하게 유지해서 에칭특성을 양호하게 한다.
그러나, 종래의 일반적인 볼록구면의 전극(47) 또는 평면전극을 사용한 플라즈마처리장치에서는, 피처리기판이 미소한 헬륨가스압에 의해서, 중심부가 볼록구면의 전극(47)또는 평면전극의 표면으로부터 부상(孚上)하여 버린다. 그 결과, 피처리기판의 중심부와 주위부에서 전극으로부터의 부상량이 달라져버려, 에칭중의 냉각효과와 전계효과가 불균일하게 되고, 에칭의 불균일이 발생한다고하는 문제가 있었다. 또, 기판의 부상에 의해, 필요냉각가스량이 많아지고, 그 제어가 어렵다고하는 문제가 있었다.
또, 종래, 370㎜×470㎜×1.3㎜등의 대형의 치수가 되는 LCD유리기판에 대해서는, 헬륨가스압력에 의한 만곡이 커지는 것과, 만곡에 의한 응력에 의해 유리가 파손되기 때문에, 헬륨가스에 의한 기판온도제어가 곤란하다고하는 문제가 있었다.
또, 전극의 가공상볼록면을 성형하기 위해서는 구면이외의 형상은 제작하기 어렵고, 구면이외는 극히 단순한 돌기형상밖에 만들어지지 않았다.
본 발명은, 상기 종래의 문제점에 비추어, 플라즈마처리가 균일하게 안정되어 있으며, 냉각 가스량이 적어 콘트롤이 용이하고, 전극의 제작이 용이한 가스전열플라즈마처리장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 가스전열플라즈마처리장치는, 진공용기와, 진공배기수단과, 반응가스공급수단과, 적어도 1쌍의 전극과, 한쪽의 전극에 피처리기판을 억누르는 기판클램프수단과, 적어도 한쪽의 전극으로의 고주파전력공급수단과, 피처리기판뒷면과, 전극과의 사이에 전열가스를 충만시키는 전열가스공급수단을 가진 플라즈마처리장치에 있어서, 전극의 피처리기판얹어놓는 면을 소정의 등분포압력을 받는 피처리기판의 변형곡면형상으로하고, 전열가스압력을 거의 그 소정압력 또는 그 이하로 한것을 특징으로 한다.
호적하게는, 전극의 피처리기판얹어놓는 면은, 포락면이 소정의 등분포압력을 받는 피처리기판의 만곡곡면인 계단형상얹어놓는 면이 된다.
또, 기판클램프수단이 일평면상의 4각형의 4변에 상당하는 4개의 선분으로 피처리기판의 4변에 접하는 4각형프레임으로 형성되고, 전극의 피처리기판얹어놓는면이 소정의 등분포압력을 받는 4각형판의 만곡곡면이 된다.
본 발명의 상기 구성에 의하면, 피처리기판을 전극상에 기판클램프수단에 의해서 밀어붙이고, 전열가스를 소정압력으로 피처리기판뒷면과 전극표면사이의 틈새에 충만시키면, 피처리기판은 전극과 피처리기판의 전체면에 분포한 작은점에서 접촉하거나, 또는 피처리기판이 전극으로부터 미소량만 거의 균일하게 부상한 상태가 되고, 이에 의해서 피처리기판전체면에서 에칭중의 냉각효과와 전계효과가 균일하게 되고, 양호한 에칭을 할 수 있다. 또, 가스의 필요량이 적고, 그 제어가 용이하게 된다.
또, 전극의 피처리기판얹어놓는 면을, 포락면이 소정의 등분포압력을 받는 기판의 만곡곡면이 되는 계단형상으로 형성하므로써, 상기 효과를 한층 확보하면서 전극의 제작이 용이하게 된다.
또, 기판클램프수단을 일평면상의 4각형의 4변에 상당하는 4개의 선분으로 피처리기판의 4변에 접하는 4각형프레임형상으로 형성하고, 전극의 피처리기판얹어놓는 면을 소정의 등분포압력을 받는 4각형판의 만곡곡면으로 하므로서, 4각형의 피처리기판에 대해서도 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 가스전열플라즈마처리장치의 일실시예에 대해서, 제1도∼제3도를 참조해서 설명한다.
제1도에 있어서, (1)은 진공용기, (2)는 진공배기펌프이다. (3)은 하면에 가스분출구를 가진 상부전극이며, 상부에 반응가스공급구(4)를 가지고, 어드(5)에 의해 접지되어 있다. (6)은 LCD유리기판(치수370㎜×470㎜×1.1㎜)이나 반도체실리콘웨이퍼등의 피처리기판이다. (7)은 하부전극이며, 절열판(8)에 배치되어 있고, 단자(9)를 통해서 콘덴서(10), 고주파전원(11)에 접속되어 있다.
하부전극(7)의 중심위치에는 중심구멍(12)이 있고, 전열가스공급수단(13)에 의해 외부의 저압헬륨공급수단(도시생략)에 접속되어 있다. 하부전극(7)의 주위에는 전열가스를 시일하는 시일링(14)이 배설되고, 상면은 피처리기판(6)을 얹어놓는 기판얹어놓는면(15)으로 되어있다. 이 기판얹어놓는면(15)은, 소정의 등분포압력을 받았을때의 피처리기판(6)의 만곡곡면형상으로 되어있다. 하부전극(7)의 내부는 냉각수로(16)가 있으며, 냉각수가 순환되고 있다. 하부전극(7)의 주위위쪽에는 클램프링(17)이 배설되고, 지지봉(18)에 의해 지지되어 있다. 지지봉(18)은 벨로우즈(19)에 의해 진공시일되어서 외부의 승강장치(도시생략)에 의해 상하동한다.
제2도는 LCD유리기판용의 하부전극(7)의 상세한 것을 표시한다. 제2도에 있어서, (21)은 전열가스를 전극주위까지 효율좋게 충만시키기 위한 깊이 1㎜의 방사상홈이다.
기판얹어놓는면(15)은 계단형상기판얹어놓는면(22)으로 구성되어 있다. 이 계단형상기판얹어놓는면(22)은, LCD용 유리기판의 외주 4변을 자유지지하고, 0.3파스칼의 균등압력을 걸었을때의 만곡곡면을 포락면으로한 계단형상으로 성형되어 있다. 단, 단차 d는 50∼100미크롱이다. 그 만곡곡면은, 기판을 실제로 가압해서 측정하거나, 컴퓨터에 의해 정밀하게 기판의 변형을 계산해서 구한다. 또, 이 LCD유리기판용의 하부전극(7)에 있어서의 계단형상기판얹어놓는면(22)는 NC밀러(miller)에 의해 가공된다.
또, LCD유리기판을 처리할때의 클램프링(17)은, 일평면상의 4각형의 4변에 상당하는 4개의 선분으로 LCD유리기판의 외주 4변의 약간 안쪽에 접하는 4각형프레임형상으로 구성된다.
제3도에 반도체실리콘웨이퍼용의 하부전극(7)의 상세한 것을 표시한다. 제3도에 있어서, (31)은 전열가스를 전극주위까지 효율좋게 충만시키기 위한 깊이 1㎜의 방사상홈이다. 기판얹어놓는면(15)은 단계형상기판얹어놓는면(32)으로 구성되어 있다. 이 단계형상기판얹어놓는면(32)은, 반도체실리콘웨이퍼의 외주를 자유지지하고, 0.3파스칼의 균등압력을 걸었을때의 변형곡면을 포락면으로한 단계형상으로 성형되어 있다. 또, 이 반도체실리콘웨이퍼용의 하부전극(7)에 있어서의 계단형상기판얹어놓는면(32)은 선반과 밀러에 의해 가공된다.
이상의 구성에 의한 동작을 제1도를 참조해서 설명한다. 피처리기판(6)을 하부전극(7)위에 얹고, 상승하고 있던 지지봉(8)을 하강시키고 클램프링(17)에 의해 피처리기판(6)의 주위를 눌러서 피처리기판(6)을 볼록형상으로 정형한다. 다음에, 진공펌프(2)에 의해 진공용기(1)속의 공기를 배기하고, 반응가스공급구(4)로부터의 미량의 에칭가스를 도입하면서, 고주파전원(11)으로부터의 고주파전력을 인가하고, 피처리기판(6)을 에칭한다.
이러한 동안, 전열가스공급수단(13)으로부터 0.3파스칼의 압력의 헬륨가스를 흐르게하면, 헬륨가스는 중심구멍(12)으로부터 분출하고, 하부전극(7)의 상면의 방사상홈(21),(31)과 계단형상기판얹어놓는면(22),(32)상의 공간을 통과해서, 피처리기판(6)의 뒷면과 하부전극(7)의 상면사이의 공간전체에 충만된다. 이때, 유동성, 열전도성 모두 좋은 헬륨원자는, 플라즈마에 의해 가열되는 피처리기판(6)의 뒷면과 냉각수로(16)에 의해 냉각된 하부전극(7)상면과의 사이를 매초 수 100미터의 속도로 왕복운동하여, 피처리기판(6)의 열을 하부전극(7)에 잘 전달한다.
에칭이 종료하면, 지지봉(18)을 상승시키고, 클램프링(17)을 피처리기판(6)으로부터 떨어질때까지 상승시켜서 피처리기판(6)을 꺼낸다.
또한, 전극볼록면의 계단형상은, 정확한 등고선형상이 아니어도, 일반적으로 금형가공에 사용되는 공구에 의한 가공자국이어도 된다. 또, 본 발명은 드라이에칭장치뿐만 아니라, 스퍼터장치나 CVDC장치에 있어서의 피처리기판의 냉각, 또는 열전달성이 좋으므로 가열에도 적용할 수 있다.
본 발명의 가스전열플라즈마처리장치에 의하면, 이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 피처리기판을 얹어놓는 전극의 형상이, 전열가스압력에 의한 피처리기판의 만곡곡면과 동일하므로, 피처리기판과 전극의 틈새는 기판전체면에 있어서 균일하고, 에칭의 균일성을 향상시킬 수있다. 또, 냉각에 필요한 전열가스의 양이 적고, 그 제어가 용이하게 된다.
또, 미소한 계단형상홈을 형성하므로써, 전열가스의 퍼져서 돌아가는 것을 좋게하고, 에칭의 균일성을 유지하면서 냉각효과의 균일성향상을 도모할 수 있다. 또, 계단형상은 설계와 가공이 하기 쉬우므로, 전극의 제조코스트절감을 도모할 수 있다.
또, 기판클램프수단을 일평면상의 4각형의 4변에 상당하는 4개의 선분으로 피처리기판의 4변에 접하는 4각형프레임형상으로 형성하고, 전극의 피처리기판얹어놓는 면을 소정의 등분포압력을 받는 4각형판의 만곡곡면으로 하므로써, 4각형의 피처리기판에 대해서도 적용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 진공용기와, 진공배기수단과, 반응가스공급수단과, 적어도 1쌍의 전극과, 한쪽의 전극에 피처리기판을 억누르는 기판클램프수단과, 적어도 한쪽의 전극으로의 고주파전력공급수단과, 피처리기판뒷면과 전극과의 사이에 전열가스를 충만시키는 전열가스공급수단을 가진 플라즈마처리장치에 있어서, 전극의 피처리기판얹어놓는면을 소정의 등분포압력을 받는 피처리기판의 만곡곡면형상으로 하고, 전열가스압력을 거의 그 소정압력 또는 그 이하로 한 것을 특징으로 하는 가스전열플라즈마처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 전극의 피처리기판얹어놓는 면을, 포락면이 소정의 등분포압력을 받는 피처리기판의 만곡곡면인 계단형상얹어놓는 면으로 한것을 특징으로 하는 가스전열플라즈마처리장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판클램프수단을, 일평면상의 4각형의 4변에 상당하는 4개의 선분으로 피처리기판의 4변에 접하는 4각형프레임형상으로 형성하고, 전극의 피처리기판얹어놓는 면을 소정의 등분포압력을 받는 4각형판의 만곡곡면으로 한 것을 특징으로 하는 유리전열플라즈마처리장치.
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