KR100952525B1 - 기판 탑재대 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판에 플라즈마 처리를 할 때에, 탑재대 본체의 승강 핀의 관통 구멍에 대응하는 위치에서의 처리의 불균일이 발생하지 않는 기판 탑재대를 제공하는 것으로, 플라즈마 처리에서 기판 G를 탑재하는 기판 탑재대(4)는, 탑재대 본체(4a)와, 탑재대 본체(4a)에 대하여 연직으로 끼워 통하게 하고, 그 선단에서 기판을 지지하여 승강시키는 승강 핀(30)을 구비하고, 승강 핀(30)은, 적어도 그 선단부가 도전성이며, 또한, 플라즈마 처리 시에 탑재대 본체(4a) 내로 후퇴하는 후퇴 위치와, 탑재대 본체로부터 돌출하여 기판을 지지하는 지지 위치를 취하는 것이 가능하고, 후퇴 위치에 있을 때에, 그 선단의 높이 위치가 기판 G의 이면으로부터 70㎛이상 130㎛이하 아래쪽으로 되도록 조정되어 있다.

Description

기판 탑재대 및 플라즈마 처리 장치{SUBSTRATE LOADING STAGE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 탑재대로서의 서셉터가 마련된 처리 장치의 일례인 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 단면도,
도 2는 서셉터에 있어서의 승강 핀의 배치를 설명하기 위한 평면도,
도 3은 승강 핀이 후퇴 위치에 있을 때의 서셉터의 상부를 확대하여 나타내는 단면도,
도 4는 서셉터에 있어서의 승강 핀의 높이 위치 조정 기구를 포함하는 부분을 확대하여 나타내는 단면도,
도 5는 가장자리 승강 핀과 중앙 승강 핀을 독립적으로 승강하기 위한 기구를 나타내는 모식도,
도 6은 종래의 에칭 처리 시의 승강 핀의 높이 위치를 나타내는 모식도,
도 7은 본 발명의 효과를 나타내기 위한 실험에 이용한 장치의 중앙 승강 핀의 배치를 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 플라즈마 에칭 장치 2 : 챔버(처리 용기)
4 : 서셉터(기판 탑재대) 4a : 서셉터 본체(탑재대 본체)
5 : 기재 5a : 볼록부
6 : 절연 부재 7 : 스페이서 부재
11 : 샤워 헤드(가스 공급 수단) 20 : 배기 장치
25a : 고주파 전원(플라즈마 생성 수단)
30 : 승강 핀 30a : 가장자리 승강 핀
30b : 중앙 승강 핀 35 : 하부 핀
40 : 지지 부재 44 : 벨로우즈
50 : 높이 위치 조정 기구 G : 유리 기판
본 발명은, 액정 표시 장치(LCD) 등의 평판 디스플레이(FPD) 제조용 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 드라이 에칭 등의 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 있어서 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 기판 탑재대 및 이 기판 탑재대를 적용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
예컨대, FPD나 반도체의 제조 프로세스에 있어서는, 피처리 기판인 유리 기판이나 반도체 웨이퍼에 대하여, 드라이 에칭이나 스퍼터링, CVD(화학 기상 성장) 등의 각종 처리가 행해진다.
이러한 처리는, 예컨대, 챔버 내에 마련된 기판 탑재대에 기판을 탑재한 상태로 행해지고, 기판 탑재대에 대한 기판의 로딩 및 언로딩은 기판 탑재대가 구비하고 있는 복수의 승강 핀을 승강시킴으로써 행해진다. 즉, 기판을 로딩할 때에는, 승강 핀을 탑재대 본체의 표면으로부터 돌출한 상태로 하여, 반송 암에 탑재된 기판을 핀 위로 이동시키고, 승강 핀을 하강시킨다. 또한, 기판을 언로딩할 때에는, 기판이 탑재대 본체에 탑재되어 있는 상태로부터 승강 핀을 상승시켜 기판을 탑재대 본체 표면으로부터 상승시키고, 그 상태에서 기판을 반송 암으로 이동시킨다. 이러한 기술은 관용 기술이며, 예컨대, 특허 문헌 1에 개시되어 있다.
LCD로 대표되는 FPD용 유리 기판은 대형화가 지향되고 있고, 1변이 2m을 넘는 거대한 것도 요구되고 있어, 이러한 대형 기판을 승강 핀으로 지지하고자 하는 경우에는, 종래와 같은 기판의 가장자리부만의 지지에서는 유리 기판에 휨이 발생하여 정확한 기판의 로딩 및 언로딩을 할 수 없을 우려가 있기 때문에, 기판의 중앙부에도 승강 핀을 마련할 수밖에 없다. 그 때문에, 유리 기판의 중앙부에도 승강 핀을 마련하고 있다.
그런데, FPD용 유리 기판에 대하여 플라즈마 에칭을 하는 에칭 장치의 경우, 챔버 내에 한 쌍의 평행 평판 전극(상부 및 하부 전극)을 배치하고, 기판 탑재대가 하부 전극으로서 기능한다. 그리고 이러한 하부 전극에 상술한 바와 같이 유리 기판의 중앙부에 승강 핀을 마련하는 경우, 에칭 처리의 면내 균일성을 높이는 관점으로부터, 승강 핀으로서 도전성을 가진 것을 이용하여 하부 전극과 동 전위로 하여, 에칭 처리의 균일성을 확보하려 하고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 공개 특허 공보 평11-340208호
그러나, 유리 기판이나 석영 기판 등의 절연성 기판을 플라즈마 에칭과 같은 플라즈마 처리를 하는 경우, 기판 탑재대에 형성된 승강 핀의 관통 구멍에 대응하는 부분에서 시스(sheath) 영역의 전자계가 불균일하게 되고, 그에 따라 승강 핀의 구멍의 바로 위의 위치에 있어서의 에칭 레이트는 다른 부분과는 달라지는 것이 밝혀졌다. 그리고, 이것이 결과적으로 에칭 잔류물 등을 발생시키는 요인으로 된다.
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서, 기판에 플라즈마 처리를 할 때에, 탑재대 본체의 승강 핀의 관통 구멍에 대응하는 위치에서의 처리의 불균일이 발생하기 어려운 기판 탑재대 및 그와 같은 기판 탑재대를 구비한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에서는, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 기판을 탑재하는 기판 탑재대로서, 탑재대 본체와, 상기 탑재대 본체에 대하여 연직으로 끼워 통하게 하고, 상기 탑재대 본체의 표면에 대하여 돌몰(突沒; 튀어나오고 들어감)하도록 승강 자재하게 마련되고, 그 선단에서 기판을 지지하여 승강시키는 복수의 승강 핀을 구비하며, 상기 승강 핀은, 적어도 그 선단부가 도전성이며, 또한, 플라즈마 처리 시 에 상기 탑재대 본체 내로 후퇴하는 후퇴 위치와, 상기 탑재대 본체로부터 돌출하여 기판을 지지하는 지지 위치를 취하는 것이 가능하고, 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 그 선단의 높이 위치가 기판의 이면으로부터 70㎛이상 130㎛이하 아래쪽으로 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 탑재대를 제공한다.
상기 제 1 관점에서, 상기 승강 핀은 상기 탑재대 본체와 동 전위인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 관점에서는, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 탑재하고, 또한 하부 전극으로서 기능하는 기판 탑재대로서, 탑재대 본체와, 상기 탑재대 본체에 대하여 연직으로 끼워 통하게 하고, 상기 탑재대 본체의 표면에 대하여 돌몰하도록 승강 자재하게 마련되고, 그 선단에서 기판을 지지하여 승강시키는 복수의 승강 핀을 구비하며, 상기 승강 핀은, 플라즈마 처리 시에 상기 탑재대 본체 내로 후퇴하는 후퇴 위치와, 상기 탑재대 본체로부터 돌출하여 기판을 지지하는 지지 위치를 취하는 것이 가능하고, 또한, 기판의 가장자리부를 지지하는 복수의 제 1 승강 핀과, 기판의 중심부를 지지하는 1 이상의 제 2 승강 핀을 갖고, 상기 제 2 승강 핀은, 적어도 그 선단부가 도전성이며, 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 그 선단의 높이 위치가, 기판의 이면으로부터 70㎛이상 130㎛이하 아래쪽으로 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 탑재대를 제공한다.
상기 제 2 관점에서, 상기 제 2 승강 핀은 상기 탑재대 본체와 동 전위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2 관점에서, 상기 제 1 승강 핀과 상기 제 2 승강 핀의 승강을 독립적으로 제어하는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 또는 제 2 관점에 따른 발명은, 탑재되는 기판이 절연성 기판인 것에 의해 특히 효과적이다. 또한, 상기 제 1 또는 제 2 관점에서, 상기 승강 핀의 높이 위치를 조정하는 높이 위치 조정 기구를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 탑재대 본체는, 그 표면에 절연체로 이루어지는 복수의 볼록부를 갖고, 기판은 이 볼록부 상에 탑재되도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 탑재대 본체에는, 플라즈마 생성을 위한 고주파 전력이 공급되도록 구성할 수 있다. 아울러, 상기 탑재대 본체는, 상기 처리 용기의 저벽과의 사이에 공간이 형성되도록 절연 부재로 이루어지는 스페이서를 통해 처리 용기 내에 배치되고, 상기 공간은 대기 분위기로 되고, 상기 탑재대 본체는, 상기 공간을 관통하는 볼트에 의해 상기 처리 용기의 저벽에 고정되도록 구성할 수 있다.
본 발명의 제 3 관점에서는, 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마련되어, 기판이 탑재되는 기판 탑재대와, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구와, 상기 처리실 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구를 구비하고, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 기판 탑재대는 상기 제 1 관점 또는 제 2 관점의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 제 3 관점에서, 상기 플라즈마 생성 기구는, 하부 전극으로서 기능하는 상기 기판 탑재대와, 기판 탑재대에 대향하여 마련된 상부 전극과, 기판 탑재대에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 갖는 구성으로 할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 탑재대로서의 서셉터가 마련된 처리 장치의 일례인 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 단면도이다. 이 플라즈마 에칭 장치(1)는, FPD용 유리 기판 G의 소정 처리를 행하는 장치의 단면도이며, 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있다. 여기서, FPD로는, 액정 모니터(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 전자 발광(Electro Luminescence; EL) 디스플레이, 형광 표시관(Vacuum Fluorescent Display : VFD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.
이 플라즈마 에칭 장치(1)는, 예컨대, 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 각진 통 형상으로 성형된 챔버(2)를 갖고 있다.
이 챔버(2) 내의 바닥부에는 피처리 기판인 유리 기판 G를 탑재하기 위한 기판 탑재대인 서셉터(4)가 마련되어 있다. 이 서셉터(4)는 서셉터 본체(4a)와, 서셉터 본체(4a)로의 유리 기판 G의 로딩 및 언로딩을 하기 위한 복수의 승강 핀(30)을 갖고 있다.
서셉터 본체(4a)에는, 고주파 전력을 공급하기 위한 급전선(23)이 접속되어 있다. 이 급전선(23)은 도중에서 급전선(23a) 및 급전선(23b)으로 분기되어 있고, 급전선(23a)에는 정합기(24a) 및 플라즈마 생성용 고주파 전원(25a)이 접속되고, 급전선(23b)에는 정합기(24b) 및 바이어스 생성용 고주파 전원(25)이 접속되어 있 다. 플라즈마 생성용의 고주파 전원(25a)의 주파수는 10∼100㎒의 범위이며, 예컨대, 13.56㎒이다. 바이어스 생성용 고주파 전원(25b)은 서셉터 본체(4a)에 이온을 주입하기 위한 것이고, 플라즈마 생성용 고주파 전원(25a)보다 낮은 주파수인 50㎑∼10㎒ 범위의 주파수가 이용되며, 예컨대, 3.2㎒이다.
상기 서셉터(4)의 위쪽에는, 이 서셉터(4)와 평행하게 대향하여 상부 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(11)가 마련된다. 샤워 헤드(11)는 챔버(2)의 상부에 지지되어 있고, 내부에 내부 공간(12)을 갖고, 또한 서셉터(4)와의 대향면에 처리 가스를 토출하는 복수의 토출 구멍(13)이 형성되어 있다. 이 샤워 헤드(11)는 접지되어 있고, 서셉터(4)와 함께 한 쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다.
샤워 헤드(11)의 상면에는 가스 도입구(14)가 마련되고, 이 가스 도입구(14)에는, 처리 가스 공급관(15)이 접속되어 있고, 이 처리 가스 공급관(15)에는, 밸브(16) 및 매스 플로우 제어부(17)를 통해, 처리 가스 공급원(18)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(18)으로부터는, 에칭을 위한 처리 가스가 공급된다. 처리 가스로는, 할로겐계의 가스, O2 가스, Ar 가스 등, 통상 이 분야에 이용되는 가스를 이용할 수 있다.
상기 챔버(2)의 바닥부에는 배기관(19)이 형성되어 있고, 이 배기관(19)에는 배기 장치(20)가 접속되어 있다. 배기 장치(20)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프(기압 양수기)를 구비하고 있고, 이에 따라 챔버(2) 내를 소정의 감압 분위기까지 진공 흡인 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 챔버(2)의 측벽에는 기판 반입출 구(21)와, 이 기판 반입출구(21)를 개폐하는 게이트 밸브(22)가 마련되어 있고, 이 게이트 밸브(22)를 연 상태로 기판 G가 인접하는 로드록실(도시하지 않음)과의 사이에서 반송되게 되어 있다.
다음에, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 탑재대인 서셉터(4)에 대하여, 도 1 외에, 도 2∼4도 참조하여 설명한다. 도 2는 서셉터(4)에 있어서의 승강 핀의 배치를 설명하기 위한 평면도, 도 3은 승강 핀이 후퇴 위치에 있을 때의 서셉터(4)의 상부를 확대하여 나타내는 단면도, 도 4는 서셉터(4)에 있어서의 승강 핀의 높이 위치 조정 기구를 포함하는 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.
이 서셉터(4)는, 상술한 바와 같이, 서셉터 본체(4a)와 복수의 승강 핀(30)을 갖고 있고, 서셉터 본체(4a)는 금속제의 기재(5)와 기재(5)의 가장자리에 마련된 절연 부재(6)를 갖고 있다. 또한, 승강 핀(30)은 도전성 재료, 전형적으로는 금속으로 이루어지고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유리 기판 G의 가장자리를 지지하는 가장자리 승강 핀(30a)과 중앙 승강 핀(30b)으로 분류되고, 가장자리 승강 핀(30a)은 서셉터 본체(4a)의 장변에는 3개, 단변에는 2개 총 10개가 마련되어 있고, 중앙 승강 핀(30b)은 중앙부에 3개 마련된다. 단, 승강 핀의 수는 이것에 한정되는 것이 아니라, 피처리 기판의 크기에 따라 적절히 최적의 개수로 설정된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(2)의 저벽(2a)에는 서셉터 본체(4a)의 가장자리부에 대응하도록 절연체로 이루어지는 스페이서 부재(7)가 마련되어 있고, 그 위에 서셉터 본체(4a)가 탑재되어 있다. 스페이서 부재(7)와 저벽(2a) 사이, 스페이서 부재(7)와 서셉터 본체(4a) 사이는 기밀하게 밀봉되어 있고, 서셉터 본 체(4a)와 저벽(2a) 사이에 대기 분위기의 공간(31)이 형성되어 있다. 그리고, 이 공간(31)에 의해 대기 절연이 도모되고 있다. 저벽(2a)에는, 세라믹 등의 절연체로 이루어지는 복수의 절연 부재(32)가 매설되어 있고, 이들 복수의 절연 부재(32)의 중심에 연직으로 마련된 관통 구멍에 각각 삽입된 복수의 볼트(33)에 의해 저벽(2a)과 서셉터 본체(4a)가 고정되게 되어 있다. 이와 같이 볼트(33)에 의해 저벽(2a)과 서셉터 본체(4a)를 고정함으로써, 챔버(2) 내가 진공으로 유지되어도 서셉터 본체(4a)가 휘는 것이 방지된다.
서셉터 본체(4a)의 상면, 즉 기재(5)의 표면에는, 유전체 재료로 이루어지는 복수의 볼록부(5a)가 돌기 형상으로 형성되어 있고, 이들 볼록부(5a)는 절연 부재(6)에 의해 주위가 둘러싸인 상태로 되어 있다. 절연 부재(6)의 상면과 볼록부(5a)의 상면은 같은 높이로 되어 있고, 유리 기판 G를 서셉터 본체(4a)에 탑재하는 경우에는, 절연 부재(6)의 상면 및 볼록부(5a)의 상면에 접촉한 상태로 된다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 볼록부(5a)의 아래에는 볼록부(5a)와 마찬가지의 유전체 재료로 이루어지는 얇은 유전체층(5b)이 형성되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 승강 핀(30)의 선단부는 서셉터 본체(4a)의 기재(5)에 마련된 관통 구멍(5c)에 끼워 통하게 되어 있다. 그리고, 도시하지 않은 구동 장치로 승강하게 되어 있고, 플라즈마 에칭 시에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 서셉터 본체(4a) 내로 후퇴한 후퇴 위치에 위치하고, 유리 기판 G의 로딩 및 언로딩의 시에는 서셉터 본체(4a)의 표면으로부터 위쪽으로 돌출한 상태로 유리 기판 G를 지지하는 지지 위치에 위치하게 되어 있다.
그리고, 승강 핀(30)은 플라즈마 에칭 시의 후퇴 위치에 있을 때에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 그 선단의 높이 위치가 유리 기판 G의 이면으로부터 70㎛이상 130㎛이하의 위치로 되도록 높이가 조정되어 있다. 이와 같이 높이를 조정함으로써, 플라즈마 에칭 시에 관통 구멍(5c) 바로 위의 위치에서의 시스 영역의 전자계 불균일을 해소할 수 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 승강 핀(30)의 하단부는 도전성 재료, 전형적으로는 금속 재료로 이루어지는 하부 핀(35)에 꼽혀 있고, 하부 핀(35)의 하단은 지지 부재(40)에 나사식으로 지지되어 있다. 하부 핀(35)은 챔버(2)의 저벽(2a)에 마련된 관통 구멍(2b)을 통해 챔버(2)의 아래쪽으로 연장되어 있고, 지지 부재(40)는 챔버(2)의 바깥쪽에 위치하고 있다. 지지 부재(40)는 상부를 구성하는 도전성 부재(41)와 그 밑에 마련된 절연 부재(42)를 갖고 있다. 지지 부재(40)의 도전성 부재(41)와 서셉터 본체(4a) 사이에는, 진공 분위기와 대기 분위기를 차단하기 위한 도전성의 벨로우즈(44)가 마련된다. 따라서, 승강 핀(30)은 벨로우즈(44) 및 도전성 부재(41)를 통해 서셉터 본체(4a)와 전기적으로 연결되는 것으로 되고, 이들은 동 전위로 유지된다.
지지 부재(40)의 아래에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 승강 핀(30)의 높이위치를 조정하기 위한 높이 위치 조정 기구(50)가 마련된다(도 4에서는, 중앙 승강 핀(30b)의 높이 위치 조정 기구(50)만을 도시). 이 높이 위치 조정 기구(50)는 지지 부재(40)를 걸어 지지하는 계지(係止) 부재(51)와, 계지 부재(51)를 상하 방향으로 안내하는 안내 부재(52)와, 계지 부재(51)의 아래쪽에 마련되어 베이스 부 재(53)와, 베이스 부재(53)의 하면으로부터 삽입되고, 그 선단이 계지 부재(51)와 접촉하도록 마련된 복수의 조정 나사(54)를 갖고 있고, 대기 분위기에서 승강 핀의 높이 위치 조정을 할 수 있게 되어 있다. 또, 참조 부호 56은, 승강 핀(30)을 후퇴 위치와 지지 위치 사이에서 이동시키기 위한 와이어이며, 이 와이어(56)는 도시하지 않은 구동 장치에 연결되어 있다. 그리고, 구동 장치에 의해 와이어(56)를 구동시킴으로써, 승강 핀(30), 하부 핀(35) 및 지지 부재(40)가 일체로 승강하도록 되어 있다. 높이 위치 조정 기구(50)에서의 위치 정렬은 지지 부재(40)를 계지 부재(51)에 걸어 지지한 상태에서, 조정 나사(54)를 조정함으로써 행해진다.
승강 핀(30)에서, 가장자리 승강 핀(30a)과 중앙 승강 핀(30b)은 독립적으로 승강 가능하게 되어 있다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 가장자리 승강 핀(30a)은 구동 장치(60a)에 의해 일괄해서, 와이어(56), 지지 부재(40) 및 하부 핀을 통해 승강하게 되어 있고, 중앙 승강 핀(30b)은 구동 장치(60b)에 의해 일괄해서, 와이어(56), 지지 부재(40) 및 하부 핀을 통해 승강하게 되어 있다. 그리고, 이들 구동 장치(60a, 60b)는 제어부(61)에 의해 제어되고, 예컨대, 가장자리 승강 핀(30a)과 중앙 승강 핀(30b)의 승강 타이밍을 어긋나게 할 수 있다.
다음에, 이와 같이 구성되는 플라즈마 에칭 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대하여 설명한다.
미리 높이 위치 조정 기구(50)에 의해 후퇴 위치에서의 승강 핀(30)의 위치를 조정하여 둔다. 구체적으로는, 구동 장치에 의해 지지 부재(40)를 계지 부재(51)에 대하여 걸어 지지한 상태로 하고, 조정 나사(54)를 조정하여 계지 부 재(51)를 승강시켜, 다이얼 게이지 등을 이용하여 승강 핀(30)의 선단의 높이 위치가 서셉터 본체(4a)의 볼록부(5a)의 상면으로부터 70㎛이상 130㎛이하로 되도록 조정해 둔다.
이와 같이 승강 핀(30)의 위치 조정을 한 상태에서, 우선, 피처리 기판인 유리 기판 G를, 도시하지 않은 로드록실에서 도시하지 않은 반송 암에 의해 기판 반입출구(21)를 거쳐 챔버(2) 내로 반입하고, 서셉터 본체(4a)의 위, 즉, 서셉터 본체(4a)의 표면에 형성된 유전체 재료로 이루어지는 볼록부(5a) 및 절연 부재(6)의 위에 탑재한다. 이 경우에, 승강 핀(30)을 위쪽으로 돌출시켜 지지 위치에 위치시키고, 반송 암 상의 유리 기판 G를 승강 핀(30) 상으로 이동시킨다. 그 후, 승강 핀(30)을 하강시켜 유리 기판 G를 서셉터 본체(4a) 상에 탑재하여 둔다. 이 때의 승강 핀(30)의 승강 시퀀스는, 상승 시에는, 우선 가장자리 승강 핀(30a)을 먼저 상승시키고, 조금 뒤에 중앙 승강 핀(30b)을 상승시킨다. 한편, 하강 시에는, 우선 중앙 승강 핀(30b)을 하강시키고, 조금 뒤에 가장자리 승강 핀(30a)을 하강시킨다. 이 때의 지연 시간은 0.5∼2sec 정도로 한다. 이와 같이, 주변부로부터 유리 기판 G를 리프트 업함으로써, 예컨대, 서셉터 본체(4a) 상에 유리 기판 G가 밀착하고 있는 경우에도 기판 G를 용이하게 서셉터 본체(4a)로부터 분리할 수 있어, 유리 기판 G가 깨어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하강 시에는, 중앙부로부터 유리 기판 G가 서셉터 본체(4a)에 탑재되기 때문에, 기판 G에 불필요한 응력 등을 부여하지 않아, 유리 기판 G의 중앙부와 서셉터 본체(4a) 사이에 극간 등을 발생시키지 않고서 유리 기판 G를 탑재할 수 있다.
그 후, 게이트 밸브(22)를 닫고, 배기 장치(20)에 의해, 챔버(2) 내를 소정의 진공도까지 진공 흡인한다. 그리고, 밸브(16)를 개방하여, 처리 가스 공급원(18)으로부터 처리 가스를, 매스 플로우 제어부(17)에 의해 그 유량을 조정하면서, 처리 가스 공급관(15), 가스 도입구(14)를 통해 샤워 헤드(11)의 내부 공간(12)으로 도입하고, 또한 토출 구멍(13)을 통해 기판 G에 대하여 균일하게 토출하여, 배기량을 조절하면서 챔버(2) 내를 소정 압력으로 제어한다.
이 상태로 고주파 전원(25a)으로부터 정합기(24a)를 통해 플라즈마 생성용 고주파 전력을 서셉터 본체(4a)에 인가하고, 하부 전극으로서의 서셉터(4)와 상부 전극으로서의 샤워 헤드(11) 사이에 고주파 전계를 생기게 하여, 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마에 의해 유리 기판 G에 에칭 처리를 실시한다. 또한, 고주파 전원(25b)으로부터는 정합기(24b)를 통해 바이어스 생성용 고주파 전력을 서셉터 본체(4a)에 인가한다.
이와 같이 에칭 처리를 할 때에, 종래에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 승강 핀(30)의 선단 위치를 볼록부(5a)의 저면과 거의 같은 높이로 조정하고 있었다. 즉, 볼록부(5a)의 높이는 최대 50㎛ 정도이기 때문에, 종래는 승강 핀(30)의 선단과 유리 기판 G의 이면과의 거리는 50㎛ 이하였다. 그러나, 이 상태에서는, 유리 기판 G 위쪽의 시스 영역의 관통 구멍(5c)에 대응하는 부분에서 전자계의 불균일이 발생하는 것이 밝혀졌다. 이러한 시스 영역에 전자계의 불균일이 발생하면, 그 부분의 에칭 레이트가 다른 부분과 다르게 되어, 결과적으로 에칭 잔류물이 발생한다. 특히, 본 실시예에서 이용하는 유리 기판 G 등의 절연 기판에서 그 경향이 현 저하다.
그래서, 본 발명자가 그 점에 대하여 검토한 결과, 이러한 시스 영역의 전자계의 불균일은, 승강 핀(30)의 높이 위치를 조정하는 것에 의해 해소 가능한 것이 밝혀졌다. 즉, 도전성의 승강 핀(30)의 선단 높이가 플라즈마의 시스 영역에 영향을 미치므로, 이 높이를 적절하게 조정함으로써, 시스 영역에서의 관통 구멍(5c)의 바로 위의 위치의 전자계의 크기를 그 주위와 같은 정도로 할 수 있어, 균일한 에칭을 할 수 있게 된다.
그리고, 승강 핀(30) 선단의 높이 위치가, 유리 기판 G의 이면으로부터 70㎛이상 130㎛이하 하방, 또는 볼록부(5a)의 높이가 50㎛라고 하면, 볼록부(5a)의 저면인 서셉터 본체(4a)의 표면으로부터 20∼80㎛ 아래쪽으로 되도록 조정하면, 전자계의 불균일에 의한 에칭의 불균일을 억제할 수 있다. 승강 핀(30) 선단의 높이 위치가 70㎛보다 작으면, 승강 핀(30)의 관통 구멍(5c)의 바로 위의 부분에서, 그 주변 부분보다 많이 에칭되고, 한편, 130㎛를 넘으면 반대로 에칭되기 어렵게 되어, 승강 핀(30)의 관통 구멍(5c)의 바로 위의 부분에서, 그 주변 부분보다 적게 에칭되게 되어, 모두 균일한 에칭을 하는 것은 곤란하다.
이러한 승강 핀의 높이 조정은, 유리 기판 G의 대응 부분이 실제로 제품으로 되는 것이 예상되는 중앙 승강 핀(30b)에 대하여 특히 중요하다. 가장자리 승강 핀(30a)에 대응하는 위치는 통상 제품으로는 되지 않기 때문에, 가장자리 승강 핀(30a)에 대해서는 상기한 바와 같은 높이 위치 조정은 반드시 할 필요는 없다. 따라서, 중앙 승강 핀(30b)에 대해서만 상술한 바와 같이 엄밀한 높이 조정을 하 고, 가장자리 승강 핀(30a)에 대해서는 상술한 바와 같은 조정은 실행하지 않고서 목시(目視) 등 간편한 방법으로 실행하도록 하여도 좋다. 이러한 경우에는, 높이를 조정하는 승강 핀의 수를 적게 할 수 있어, 조정 작업의 노동력을 경감할 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 이러한 승강 핀의 높이 조정은 서셉터 본체(4a)의 변형이 실질적으로 발생하지 않는 것이 전제로 된다. 즉, 서셉터 본체(4a)에 변형이 발생하면, 승강 핀(30)의 위치 조정을 고정밀도로 행하여도, 유리 기판 G의 이면과 승강 핀(30)의 선단의 위치가 변화하게 된다. 승강 핀(30)의 위치 조정이 무의미하게 되어 버린다. 그러나, 유리 기판 G가 대형화되고, 이것에 동반하여 서셉터 본체(4a)가 대형화하고 있고, 또한 상술한 바와 같이 대기 절연을 채용하여 서셉터 본체(4a)와 챔버(2)의 저벽 사이를 공기 절연하고 있으므로, 챔버(2) 내를 진공 흡인했을 때에 서셉터 본체(4a)가 휨에 의하여 변형되기 쉽게 된다. 이 때문에, 본 실시예에서는, 챔버(2)의 저벽과 서셉터 본체(4a)를 복수의 볼트(33)에 의해 고정하고, 진공 흡인 시에 서셉터 본체(4a)의 휨을 방지하여 승강 핀(30)의 위치 정렬을 실효적인 것으로 하고 있다.
이와 같이 하여 에칭 처리를 실시한 후, 고주파 전원(25)으로부터의 고주파 전력의 인가를 정지하고, 처리 가스 도입을 정지한 후, 챔버(2) 내의 압력을 소정 압력으로 조정하고, 승강 핀(30)에 의해 유리 기판 G를 지지 위치까지 상승시킨다. 이 때에도 상술한 바와 같이, 먼저 가장자리 승강 핀(30a)을 상승시키고, 조금 늦게 중앙 승강 핀(30b)을 상승시킨다. 이 상태로 게이트 밸브(22)를 개방하여 도시 하지 않은 반송 암을 챔버(2) 내에 삽입하고, 승강 핀(30) 상에 있는 유리 기판 G를 반송 암으로 이동시킨다. 그리고, 승강 핀(30)을 하강시킨다. 이 하강 시에도, 먼저 중앙 승강 핀(30b)을 하강시키고, 조금 늦게 가장자리 승강 핀을 하강시킨다. 한편, 반송 암에 탑재된 유리 기판 G는 기판 반입출구(21)를 통해 챔버(2) 내로부터 도시하지 않은 로드록실로 반출된다.
다음에, 본 발명에 있어서의 승강 핀의 높이 위치 조정의 효과를 확인한 실험에 대하여 설명한다.
여기서는, 도 7에 나타내는 평면 위치에 있는 3개의 중앙 승강 핀(30b)(No.1, No.2, No.3)을 덮도록, 직사각형의 아몰퍼스 실리콘 기판을 배치하고, 핀 선단의 높이 위치를 변경하여(테스트 1∼4), 하기의 조건으로 에칭(아몰퍼스 실리콘의 에칭)을 하고, 핀 흔적의 확인(육안 확인)과 에칭 단차(핀 관통 구멍 바로 위의 위치와 핀 주변에서의 단차)의 측정을 실시했다. 도 7 중, 흰원은 중앙 승강 핀을 나타내고, 검은 원은 가장자리 승강 핀을 나타낸다. 또, 직사각형의 주변은, 대부분이 실리콘 나이트라이드막으로 덮힌 유리 기판을 설치했다. 또한, 핀 주변이란 중앙 승강 핀의 중심점으로부터 약 30㎜ 떨어진 위치이다.
· 에칭 조건
압력:<6.7Pa
고주파 파워
플라즈마 생성용 고주파(13.56㎒)=18㎾
바이어스 생성용 고주파(3.2㎒)=7.5㎾
에칭 가스
Cl2/SF6=6000/427mL/min(sccm)
에칭 시간: 20sec
결과를 표 1에 나타낸다. 또, 표 1 중, 목시에 있어서의 핀 흔적 평가의 평가 기준은, A : 핀 흔적은 짙게 시인 가능, B : 핀 흔적은 엷지만 시인 가능, C : 면에서는 거의 보이지 않고, 이면에서 간신히 시인 가능, D : 핀 흔적 없음으로 하였다.
Figure 112008078719891-pat00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 중앙 승강 핀의 선단의 높이 위치가 유리 기판 G의 이면으로부터 130㎛의 위치보다 낮은 위치에 있는 테스트 1, 2에서는, 핀 흔적이 표면에서 시인 가능한 「B」가 많고, 승강 핀 바로 위의 부분의 에칭 깊이가 작은 경향이 있어, 불충분한 결과로 되었다. 한편, 승강 핀(30) 선단의 높이 위치가 기판 이면으로부터 70㎛보다 작은 50㎛(볼록부(5a)의 저면과 거의 같은 높이)인 테스트 3에서는, 에칭의 경향이 역전하고, 승강 핀의 바로 위의 부분 쪽이 에칭깊이가 커지고, 또한 핀 흔적에 대해서는 평가「A」도 존재하여, 역시 불충분한 결과로 되었다. 이에 대하여, 중앙 승강 핀의 선단의 높이 위치가 유리 기판 G의 이면으로부터 100㎛이고 본 발명의 범위 내인 테스트 4에서는, 핀 흔적의 평가는 「C∼D」로 양호하며, 에칭 단차에 대해서도 -1.3∼0.9㎚로 작은 값이었다. 이것으로부터 본 발명의 효과가 확인되었다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지의 변형이 가능하다.
예컨대, 상기 실시예에서는, 하부 전극에 고주파 전력을 인가하는 RIE 타입의 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 하부 전극으로서의 서셉터에 본 발명의 기판 탑재대를 적용한 예에 대하여 나타냈지만, 이것에 한하지 않고, 애싱, CVD 성막 등의 다른 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있고, 상부 전극에 고주파 전력을 공급하는 타입이더라도, 아울러 용량 결합형에 한하지 않고 유도 결합형이더라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 승강 핀(30)을 벨로우즈(44)를 통해 서셉터 본체(4a)와 도통하도록 하고, 이들이 동 전위로 되도록 했지만, 승강 핀(30)은 플로팅 상태이더라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 피처리 기판으로서 절연성의 FPD용 유리 기판 G를 이용한 예에 대하여 나타냈지만, 이것에 한하지 않고 다른 기판이더라도 좋다.
본 발명에 의하면, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리 장치의 기판 탑재대에 구비된 복수의 승강 핀을, 적어도 그 선단부가 도전성이며, 플라즈마 처리 시에 상기 탑재대 본체 내로 후퇴하는 후퇴 위치에 있을 때에, 그 선단 의 높이 위치가, 기판의 이면으로부터 70㎛이상 130㎛이하 아래쪽으로 되도록 조정하므로, 승강 핀의 구멍에 대응하는 부분의 시스 영역에 전자계의 불균일을 해소할 수 있어, 균일한 플라즈마 처리를 할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 시에 처리의 불균일이 문제로 되는 것은, 기판의 중앙부이기 때문에, 제 2 관점과 같이, 기판의 가장자리부를 지지하는 복수의 제 1 승강 핀과, 기판의 중앙부를 지지하는 1 이상의 제 2 승강 핀으로 나누어, 제 2 승강 핀에 대하여 상기한 바와 같은 높이 조정을 행하면, 균일한 플라즈마 처리를 할 수 있어, 높이를 조정하는 승강 핀의 수를 적게 하여 조정 작업의 노동력을 경감시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판(G)에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치의 처리 용기(2)내에서 기판을 탑재하는 기판 탑재대(4)로서,
    상기 기판 탑재대는,
    상기 처리 용기(2)의 저벽(2a)과의 사이에 공간(31)이 형성되도록 절연 부재로 이루어지는 스페이서(7)를 사이에 두고 처리 용기(2) 내에 배치되고, 상기 공간을 관통하는 볼트(33)에 의해 상기 처리 용기(2)의 저벽에 고정되어 있으며,
    상기 공간(31)을 대기 분위기로 함으로써, 상기 기판 탑재대(4)와 상기 처리 용기(2)의 저벽(2a) 사이를 대기 절연하여, 상기 기판 탑재대(4)에 고주파 전력을 인가하는
    것을 특징으로 하는 기판 탑재대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서(7)와 상기 저벽(2a) 사이, 및 상기 스페이서(7)와 상기 기판 탑재대(4) 사이는 기밀하게 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 탑재대.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스페이서(7)는 상기 기판 탑재대(4)의 아래쪽 가장자리부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 탑재대.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저벽(2a)에는 복수의 절연 부재(32)가 매설되고, 이들 복수의 절연 부재(32)의 중심에 연직으로 마련된 관통 구멍에 상기 볼트(33)가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 탑재대.
  6. 기판(G)을 수용하는 처리 용기(2)와, 상기 처리 용기(2) 내에 마련되어, 기판(G)이 탑재되는 기판 탑재대(4)와, 상기 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(18)와, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구(20)와, 상기 처리 용기(2) 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구(25a)를 구비하여, 기판(G)에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 기판 탑재대(4)는 청구항 1의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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