KR101058310B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 캐소드 전극과 배기구를 덮는 메쉬 부재의 사이에 있어서의 이상 방전의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 처리 용기(20)내에 대향해서 마련된 애노드 전극[가스 샤워 헤드(40)] 및 캐소드 전극[탑재대(3)]간에 고주파 전력을 인가해서 처리 가스를 플라즈마화하고, 피처리체(S)를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치(2)에 있어서, 개구부를 구비한 도전성 부재[메쉬 부재(51)]는 상기 캐소드 전극 주변에 배치되어 처리 가스를 배기하는 배기구를 덮고, 유전체(52)는 도전성 부재와 처리 용기(20)의 도전성의 벽부의 사이에 개재해서 마련되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 고주파 전력에 의해 처리 가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 대하여 에칭 등의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 액정표시 장치 등의 플랫 패널의 제조 공정에 있어서는 반도체 웨이퍼나 유리 기판과 같은 피처리 기판에 에칭 처리나 성막 처리 등의 프로세스 처리를 실시하기 위해서, 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 성막 장치 등의 플라즈마 처리 장치가 이용된다.
도 8에 도시한 플라즈마 처리 장치는 예를 들면 FPD(평판 디스플레이; Flat Panel Display)용의 유리 기판 상에 형성된 박막에 대하여 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 에칭 장치의 구성예를 도시하고 있다. 이 플라즈마 에칭 장치는 예를 들면 알루미늄 등으로 이루어지는 접지된 처리 용기(10)내에 가스 공급부를 이루는 가스 샤워 헤드를 겸용한 상부 전극(12)이 마련되는 동시에, 이 상부 전극(12)에 대향하도록 기판(S)의 탑재대를 겸용하는 하부 전극(11)이 마련된 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있다. 상부 전극(12)은 처리 용기(10)에 접속되 어 애노드 전극으로서 구성되는 한편, 하부 전극(11)은 절연재(14)에 의해 처리 용기(10)에 대하여 전기적으로 충분히 떠 있는 상태에 있고, 도시하지 않는 정합 회로(매칭 회로)를 거쳐서 고주파 전원(15)에 접속된 캐소드 전극으로 되어 있다. 또한, 이 하부 전극(11) 표면의 주연부 및 측면은 도 8에 도시하는 바와 같이 하부 전극(11)의 상방에 플라즈마를 균일하게 형성하기 위한 예컨대 세라믹스 등의 절연체로 이루어지는 실드링(18)에 의해 덮여져 있는 경우도 있다.
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 고주파 전류의 도전로의 등가 회로를 도 9에 도시한다. 처리 용기(10)내에 처리 가스를 공급하고, 고주파 전원(15)에 의해 상부 전극(12)-하부 전극(11)간에 고주파 전력을 인가해서 처리 가스를 플라즈마화하면, 하부 전극(11)과 상부 전극(12)의 사이에는 용량결합(C1)이 형성되므로, 고주파 전원(15)으로부터의 고주파 전류는 하부 전극(11)→플라즈마→상부 전극(12) →처리 용기(10)의 벽부→어스의 경로를 흐르고, 이 플라즈마화한 처리 가스를 이용해서 하부 전극(11)상에 탑재된 기판(S)에 대하여 에칭이 실행된다. 또한 상세하게는 고주파 전류는 처리 용기(10)의 벽부에서 도시하지 않는 매칭 회로의 하우징(매칭 박스)을 거쳐서 고주파 전원(15)의 어스로 복귀한다.
그런데, 해당 장치의 처리 대상인 예컨대 FPD용의 기판(S)은 점점 대형화하는 경향이 있고, 이에 따라 처리 용기(10)도 대형화하고 있다. 처리 용기(10)가 대형화되면, 처리 용기(10)의 인덕턴스 성분이 커지고, 상기의 고주파 전류의 경로의 임피던스가 커진다. 이 때문에, 캐소드 전극에 대하여 애노드 전극보다도 거리가 가까운 처리 용기(10)의 벽부 등이 캐소드 전극으로부터 보았을 때 애노드 전극 으로 보여서 양쪽 부재가 용량결합하기 쉬워진다. 그래서, 애노드 전극과 처리 용기의 사이의 전류경로에 임피던스 조정 기구를 개재시켜서 상기 임피던스를 상대적으로 작게 하는 수법도 알려져 있다(특허 문헌 1). 그러나, 전술한 플라즈마 에칭 장치와 같이 예를 들면 하부 전극(11)이 캐소드 전극이 되어 있는 경우에는 하부 전극(11)의 주변의 처리 용기(10)의 측면이나 바닥면과 하부 전극(11)의 사이에서 여전히 용량결합하기 쉬운 상태로 되어 있다.
여기서, 처리 용기(10)의 바닥면에는 기판(S)을 처리한 후의 가스를 배기하기 위한 배기로(16)가 마련되어 있고, 상기 배기로(16)의 배기구에는 배기로(16)내에의 이물의 낙하, 침입을 막는 동시에 배기로(16)내에의 플라즈마의 침입이나 발생을 억제하기 위한 방호용의 메쉬 부재(17)가 마련되어 있다. 이 메쉬 부재(17)로서는 가공성이나 강도의 관점으로부터 금속재가 이용되고 있다. 그리고, 균일한 플라즈마를 형성하기 위해서는 하부 전극(11)으로부터 보았을 때 그 주위가 동전위인 쪽이 바람직하다는, 이른바 선입관적인 설계 사상에 근거해서 메쉬 부재(17)는 처리 용기(10)에 접촉해 해당 처리 용기(10)와 동전위로 되어 있었다.
이 때문에, 처리 용기(10)의 바닥부의 하부 전극(11)에 가까운 위치에 마련된 메쉬 부재(17)는 하부 전극(11)으로부터 보았을 때 상부 전극(12)보다도 가까운 애노드 전극으로 되어 있고, 하부 전극(11)과 메쉬 부재(17)의 사이에는 용량결합(도 9 중에 C2라고 표시되어 있다)이 형성되고, 예를 들면 글로우 방전(glow discharge)을 발생시키기 쉽다. 그리고, 본 발명자들은 이 현상이 발생되는 대표적인 조건이 처리 용기(11)내의 압력이 0.67Pa 내지 27Pa(5mtorr 내지 200mtorr)의 범위내이고, 처리 가스가 염소 가스 등의 할로겐계의 가스나 CF4 가스, O2 가스 등을 대표로 하는 부성 가스, 즉 해당 가스를 구성하는 분자가 전자와 부착되어서 많은 부이온을 생성하고, 이 부이온이 전자보다도 많은 플라즈마를 생성하는 가스이고, 또한 기판(S)의 한변이 1m를 넘는 대형의 것인 동시에, 전술한 바와 같이 하부 전극(11)이 탑재대에 구비되어 있는 경우인 것을 확인하였다.
또한, 처리 용기(10)내의 가스가 유입되는 배기로(16)의 배기구 부근은 가스 유량이나 압력 등의 프로세스 조건에 의해 여러가지 압력 분위기가 되지만, 일반적으로 전극간에서 플라즈마를 발생시키기 위해서 필요한 최저 전압은 전극간에 형성되는 공간의 압력의 함수가 되어 있는 것으로부터, 상술의 요인과 더불어 캐소드 전극인 하부 전극(11)과, 특히 메쉬 부재(17)와의 사이에서 글로우 방전이 일어나기 쉽다.
이와 같이, 하부 전극(11)과 메쉬 부재(17)의 사이에서 불필요한 용량결합이 형성되고, 국부적으로 강한 글로우 방전을 발생시키면, 본래의 플라즈마 발생 공간인 하부 전극(11)과 상부 전극(12)의 사이의 플라즈마가 불안정해질 우려가 있고, 예를 들면 처리 용기(10)내의 부재나 기판(S)의 표면에 아크 형상의 이상 방전이 발생하는 이른바 아킹(arcing)을 유발해서 이들의 부재나 기판(S)의 손상, 혹은 손모(損耗)를 진행시키고, 또한 편향된 플라즈마의 발생에 의해 기판(S) 처리의 면내 균일성이 악화될 우려가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제 2005-340760 호; 제 0027 단락, 도 1
본 발명은 이러한 사정에 비추어 보아서 행해진 것으로서, 그 목적은 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 캐소드 전극과 배기구를 덮는 메쉬 부재와의 사이에 있어서의 이상 방전의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 처리 용기내에 서로 대향하여 마련된 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 고주파 전력을 인가해서 처리 가스를 플라즈마화하고, 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 캐소드 전극 주변에 배치되고, 상기 처리 가스를 배기하는 배기구와,
이 배기구를 덮고, 상기 배기구로 배기되는 처리 가스를 통류시키는 개구부를 구비한 도전성 부재와,
이 도전성 부재와 상기 처리 용기의 도전성의 벽부의 사이에 개재되어 마련된 유전체를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도전성 부재는 예를 들면 금속이고, 상기 유전체는 세라믹스인 경우가 적합하며, 해당 도전성 부재는 메쉬 형상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 배기구를 덮고, 상기 배기구의 주변부에 마련된 제 1 도전성 부재와, 이 제 1 도전성 부재의 상방측 공간을 덮도록, 또한 상기 제 1 도전성 부재 와는 이격되어 마련된 제 2 도전성 부재를 구비하고, 상기 도전성 부재를 해당 제 2 도전성 부재로서 구성해도 좋다. 이 경우에도, 상기 제 1 도전성 부재 및 상기 제 2 도전성 부재는 금속이며, 상기 유전체는 세라믹스인 것이 적합하다. 그리고, 상기 제 1 도전성 부재 및 상기 제 2 도전성 부재가 메쉬 형상인 경우나, 또한 상기 제 1 도전성 부재가 메쉬 형상이고, 상기 제 2 도전성 부재는 평판 형상인 경우 등이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 도전성 부재와 상기 처리 용기의 도전성의 벽부의 사이에 개재되어 마련된 제 2 유전체를 구비하고 있어도 좋다.
이상의 각 플라즈마 처리 장치에 대해서, 상기 캐소드 전극 및 배기구는 상기 처리 용기의 하부에 마련되어 있는 것이 바람직하고, 해당 플라즈마 처리 장치는, 상기 피처리체는 면적이 4.0m2이상의 각형 기판, 처리 가스가 부성 가스, 상기 플라즈마 처리가 실행되는 압력 분위기가 0.67Pa이상, 27Pa이하의 범위내인 경우가 적합하다.
본 발명에 의하면, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 마련된 배기구를 덮는 메쉬 부재와 처리 용기의 도전성의 벽부의 사이에 유전체를 마련한 상태로 하고 있다. 이 결과, 탑재대를 구비한 캐소드 전극으로부터 메쉬 부재를 거쳐서 처리 용기에 도달하는 이른바 이상(異常) 경로의 임피던스가 커지고, 캐소드 전극과 메쉬 부재가 용량결합하기 어려워져서 이상 방전이 억제된다. 이 때문에 아킹의 발생을 억제할 수 있어서 처리 용기내의 부재나 기판의 손상, 손 모를 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 FPD 기판의 에칭 처리 장치(2)에 적용한 실시형태에 관해서 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다. 이 에칭 처리 장치(2)는 그 내부에 있어서 피처리체, 예를 들면 FPD 기판인 기판(S)에 대하여 에칭 처리를 실시하기 위한 진공 챔버인 처리 용기(20)를 구비하고 있고, 이 처리 용기(20)는 예를 들면 평면 형상이 사각 형상으로 형성되어 있는 동시에 해당 처리 용기(20)는 후술의 매칭 박스의 하우징(64)을 거쳐서 접지되어 있다.
기판(S)은 한변의 길이가 1m를 넘는 각형의 유리 기판이고, 처리 용기(20)는 이 기판(S)의 형상에 대응해서 예를 들면 수평 단면의 한변이 3.5m, 타변이 3.0m정도의 크기로 구성되고, 또한 예컨대 알루미늄 등의 열전도성이 양호한 도전성의 재료로 구성되어 있다. 처리 용기(20)의 하나의 측벽부(21)에는 기판(S)을 처리 용기(20)내에 반입하기 위한 반입출구(22)가 형성되어 있고, 이 반입출구(22)는 게이트 밸브(23)에 의해 개폐 가능하게 구성되어 있다.
처리 용기(20)의 내부에는 그 상면에 기판(S)을 탑재하기 위한 탑재대(3)가배치되어 있다. 탑재대(3)는 플라즈마 발생용의 제 1 고주파 전원부(311) 및 플라즈마중의 이온 인입용의 제 2 고주파 전원부(312)와 각각 매칭 회로(62, 63)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있고, 처리 용기(20)내에 플라즈마를 발생시켜서 해당 플라즈마중의 이온을 기판(S) 표면에 인입시키는 캐소드 전극으로서의 역할을 수행한다. 또한, 매칭 회로(62, 63)는 매칭 박스인 도전성의 하우징(64)내에 수납되어 있고, 이 하우징(64)은 도전성의 관로 부재(65)를 거쳐서 처리 용기(20)의 바닥벽에 접속되어 있다. 하우징(64)은 제 1, 제 2 고주파 전원부(311, 312)의 접지측에 접속되어 있고, 따라서 처리 용기(20)는 이 하우징(64)을 거쳐서 접지되어 있는 상태로 되어 있다.
탑재대(3)는 처리 용기(20)의 바닥면 상에 유전체(32)를 거쳐서 배치되어 있고, 이로써 하부 전극인 탑재대(3)는 처리 용기(20)에서 전기적으로 뜬 상태가 되어 있다. 또한, 탑재대(3) 표면의 주연부 및 측면은 플라즈마를 탑재대(3) 상방에서 균일하게 형성하기 위한, 세라믹스 재료에 의해 구성된 실드링(33)에 의해 덮여져 있다.
또한, 탑재대(3)에는 에칭 처리 장치(2)의 외부의 도시하지 않는 반송 장치와, 해당 탑재대(3)의 사이에서 기판(S)의 수수를 하기 위한 승강핀(34)이 마련되어 있다. 승강핀(34)은 승강 기구(35)에 의해 탑재대(3)의 표면으로부터 돌몰 가능하게 구성되어 있고, 외부의 반송 수단과의 사이에서 기판(S)의 수수를 하는 위치와, 탑재대(3)의 표면에 마련되어서 기판(S)이 탑재되는 위치와의 사이에서 기판(S)을 승강시킬 수 있다.
한편, 처리 용기(20) 내부의 탑재대(3)의 상방에는 이 탑재대(3)의 표면과 대향하도록 애노드 전극인 평판 형상의 상부 전극(4)이 마련되어 있고, 이 상부 전극(4)은 각판 형상의 상부 전극 베이스(41)에 지지되어 있다. 이들 상부 전극(4) 및 상부 전극 베이스(41)는 예를 들면 알루미늄에 의해 구성되어 있다. 또한, 상부 전극 베이스(41)의 상면은 유전체(45)를 거쳐서 처리 용기(20)의 천장부에 고정 되어 있고, 상부 전극(4) 및 그 스페이스(41)는 임피던스 조정 기구(6) 및 도전성의 커버체(61)를 거쳐서 처리 용기(20)에 대하여 전기적으로 접속되어 있다.
임피던스 조정 기구(6)는 상부 전극(4)으로부터 처리 용기(20)에 이르기까지의 임피던스를 조정하는 역할을 수행하고, 콘덴서를 포함하는 회로, 예를 들면 가변용량 콘덴서가 이용되고, 플라즈마의 캐패시턴스(C1) 및 상부 전극(4)으로부터 처리 용기(20)의 하부에 이르기까지의 경로의 인덕턴스(L)를 임피던스 조정 기구(6)의 용량성분(C)에 의해 상쇄시키고 있다. 이것에 의해 임피던스 조정 기구(6)는 탑재대(3)(하부 전극)→플라즈마→상부 전극(4)→임피던스 조정 기구(6)→처리 용기(20)→접지의 경로의 임피던스를 j(-1/ωC1+ωL-1/ωC)로 하고, 후술의 이상 경로의 임피던스보다도 작게 하는 역할을 수행하고 있다.
또한 상부 전극 베이스(41) 및 상부 전극(4)에 의해 둘러싸여진 공간은 에칭 가스의 가스 확산 공간(42)을 구성하고 있다. 이하, 이들 상부 전극(4), 상부 전극 베이스(41) 등을 합쳐서 가스 샤워 헤드(40)라고 부른다. 또한 처리 용기(20)의 천장부에는 상기 가스 확산 공간(42)에 접속되도록 처리 가스 공급로(43)가 마련되어 있고, 이 처리 가스 공급로(43)의 타단측은 가스 확산 공간(42)을 거쳐서 처리 용기(20)내에 에칭 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급부(44)와 접속되어 있다.
여기서, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 탑재대(3)의 측면과 측벽부(21)의 사이의 공간에는 예를 들면 표면을 알루마이트 처리한 알루미늄제의 부재로 이루어지는 평판 형상의 배플판(25)이 배치되어 있다. 배플판(25)은 탑재대(3) 의 4변의 외방측의 영역에 배치되고, 탑재대(3)와 가스 샤워 헤드(40)의 사이의 플라즈마가 형성되는 공간으로부터 보아서, 후술하는 배기구(241)의 전면을 차단하는 위치에 배치되어 있다. 배플판(25)은 탑재대(3)상의 기판(S) 표면에 공급된 에칭 가스가 배기구(241)에 직접 흘러 들어 오는 것을 규제해서 가스의 흐름의 기울기를 억제하고, 기판(S) 표면 전체에 에칭 가스가 균일하게 흐르도록 하는 역할을 수행한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 배플판(25)의 외방측의 네 구석에는 배플판(25)이 마련되어 있지 않은 통류구(251)가 개구되어 있고, 처리 용기(20)내에 공급된 에칭 가스는 이 배플판(25)을 거쳐서 하류측으로 흘러가도록 되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이 처리 용기(20)의 바닥벽에는 가로로 긴 배기구(241)를 이루는 개구부가 형성되어 있다. 이 배기구의 하방에는 배기로(24)를 이루는 배기관이 접속되어 있고, 해당 배기관의 상류단은 가로로 긴 배기구(241)의 형상에 대응한 형상으로 확장 개구부(242)에서 확장 개구되어 있는 동시에 이 확장 개구부(242)의 개구 가장자리에 형성된 플랜지 부분이 처리 용기(20)의 바닥벽의 하면측에 기밀하게 접합되어 있다. 이 배기구(241)는 예를 들면 탑재대(3)와 측벽부(21)의 사이의 처리 용기(20)의 바닥벽에 각 측벽부(21)를 따라 2개소씩 합계 8개소에 마련되어 있고, 이들 각 배기구(241)의 하류측의 배기관에는 예를 들면 버터플라이 밸브 등으로 구성되는 압력 조절 기구(26)가 개설되어 있다. 그리고 이 배기관은 압력 조절 기구(26)의 하류측에서 합류한 후, 하류단에서 진공 펌프(27)에 접속되어 있다.
각 배기구(241)는 도 3, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이 도전성 부재인 예컨 대 알루미늄 등의 금속제의 메쉬 부재(51)에 의해 덮여져 있고, 배경기술에서 설명한 바와 같이 메쉬 부재(51)는 배기로(24)내로의 이물질의 낙하, 침입, 또한 배기로(24)내로의 플라즈마의 침입이나 발생을 억제하는 역할을 수행하고 있다. 본 예에 있어서는 메쉬 부재(51)의 망이 도전성 부재의 개구부에 해당한다.
메쉬 부재(51)는 도 3, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이 예컨대 알루미나 등 예컨대, 세라믹스로 이루어지는 소편(小片) 형상의 유전체(52)를 거쳐서 예컨대 세라믹스로 이루어지는 유전체로 이루어지는 볼트(511) 등에 의해 처리 용기(20)의 바닥벽면에 체결되어 있고, 해당 바닥벽면에서 예를 들면 5mm 내지 20mm의 간극을 거쳐서 고정되어 있다. 이 유전체(52)는 예를 들면 배기구(241)의 주위의 8개소에서 메쉬 부재(51)를 국부적으로 지지하고 있고, 금속제의 처리 용기(20)와 메쉬 부재(51)의 사이에 유전체(52)가 개재한 상태가 되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 에칭 처리 장치(2)는 제어부(7)와 접속되어 있다. 제어부(7)는 예를 들면 도시하지 않는 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지고, 기억부에는 해당 에칭 처리 장치(2)의 작용, 즉, 처리 용기(20)내에 기판(S)을 반입하고, 탑재대(3) 상에 탑재된 기판(S)에 에칭 처리를 실시하고 나서 반출할때까지의 동작에 관계되는 제어 등에 관한 단계(명령) 군이 조합되어 있는 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은 예를 들면 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 그곳에서 컴퓨터에 인스톨된다.
이하, 본 실시형태에 따른 에칭 처리 장치(2)의 동작에 대해서 설명한다. 처음에 도시하지 않는 조작부를 거쳐서 유저가 제어부(7)에 대하여 원하는 에칭 처리의 프로세스 레시피를 선택하면, 제어부(7)에서는 이 프로세스 레시피에 근거해서 에칭 처리 장치(2)의 각부에 제어 신호를 출력하고, 이렇게 해서 기판(S)에 대하여 소정의 에칭 처리가 실행되게 된다.
구체적으로는, 우선 게이트 밸브(23)를 개방하고, 표면에 Al막이 형성된 기판(S)을 도시하지 않은 외부의 반송 수단에 의해 처리 용기(20)내에 반입하고, 탑재대(3)의 탑재 영역의 상방측의 수수 위치까지 반송한다. 그리고 승강핀(34)을 상승시키고, 이 수수 위치에서 반송 수단으로부터 해당 승강핀(34)으로 기판(S)을 수수하고, 승강핀(34)을 하강시켜서 기판(S)을 탑재대(3)상의 탑재 영역에 탑재한다. 그 사이에, 기판(S)을 수수한 반송 수단은 처리 용기(20) 밖으로 퇴출되고, 게이트 밸브(23)에 의해 반입출구(22)를 폐쇄한다.
이어서, 처리 가스 공급부(44)로부터, 에칭 처리용의 에칭 가스 예를 들면 염소 가스 등의 할로겐계의 부성 가스를 기판(S)을 향해서 토출하는 동시에 처리 용기(20)의 내부 공간을 소정의 압력으로 조정한다. 그리고 플라즈마 발생용의 제 1 고주파 전원부(311)로부터 예를 들면 13.56MHz의 고주파 전력을 5.5kW, 또한 플라즈마중의 이온 인입용의 제 2 고주파 전원부(312)로부터 예를 들면 3.2MHz의 고주파 전력을 1.0kW 각각 탑재대(3)에 인가하고, 기판(S)의 상방측의 공간에 형성된 플라즈마를 이용하여 하기 (1)식에 나타낸 주요한 반응에 기초하여 기판(S)에 대한 에칭 처리를 실행한다.
3Cl*+Al→AlCl3 ‥·(1)
이 때의 처리 용기(20)내에 있어서의 에칭 가스의 흐름에 대해서 설명하면, 가스 샤워 헤드(40)로부터 공급된 에칭 가스는 상하의 전극(4, 3) 사이를 강하하면서 플라즈마화되고, 기판(S)에 도달한 후, 기판(S) 표면 및 배플판(25)상을 흘러서 통류구(251)에 유입된다. 그리고, 배플판(25) 하방의 공간에서 각 배기구(241)를 거쳐서 배기로(24)로 배기된다.
한편, 에칭 가스를 플라즈마화 함으로써 고주파 전력은 탑재대(하부 전극)(3)→플라즈마→상부 전극(4)[가스 샤워 헤드(40)]→임피던스 조정 기구(6)→처리 용기(20)→매칭 박스인 하우징(64)→제 1, 제 2 고주파 전원(311, 312)측의 접지의 이른바 정상인 경로를 흐른다. 이 때 하부 전극인 탑재대(3)의 근방에는 배기로(24)의 배기구(241)를 덮는 메쉬 부재(51)가 마련되어 있고, 이 메쉬 부재(51) 주변의 분위기는 배경기술에 있어서도 설명한 바와 같이 배기되는 가스가 배기구(241)를 향해서 유입되는 것에 의해, 프로세스 레시피에 따라 여러가지 압력 분위기가 형성된다. 이 때문에, 메쉬 부재(51)가 탑재대(3)의 사이에서 글로우 방전을 발생시키기 쉬운 압력 분위기가 될 우려도 있지만, 탑재대(3)로부터 보이는 도전체인 메쉬 부재(51)가 유전체(52)에 의해 지지된 상태로 되어 있는 것에 의해, 실드링(33)을 포함하는 탑재대(3)→플라즈마 메쉬 부재(51)→처리 용기(20)→접지의 이른바 이상 경로에 유전체(52)를 거쳐서 메쉬 부재(51)와 처리 용기(20)의 사이에 형성되는 용량이 가해지는 것이 되고, 해당 이상 경로의 임피던스가 커진다. 이 결과 메쉬 부재(51)는 캐소드 전극인 탑재대(3)로부터 보았을 때 바로 인접한 애노드 전극에는 보이지 않게 되어서 탑재대(3)와 메쉬 부재(51)의 사이에서의 글로우 방전의 발생을 억제하고, 또한 방전이 생겼다고 해도 그 정도를 작게 억제할 수 있다.
본 실시형태에 따른 에칭 처리 장치(2)에 의하면 이하의 효과가 있다. 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치인 에칭 처리 장치(2)에 있어서, 처리 용기(20)에 마련된 배기구(241)를 덮는 메쉬 부재(51)와 도전성의 처리 용기(20)의 사이에 유전체(52)를 마련한 상태로 되어 있다. 이 결과, 탑재대(3)를 구비한 캐소드 전극으로부터 메쉬 부재(51)를 거쳐서 처리 용기(20)에 달하는 이른바 이상 경로의 임피던스가 커지고, 캐소드 전극과 메쉬 부재(51)가 용량결합하기 어려워져서 이상 방전을 억제할 수 있다. 이 때문에 아킹의 발생을 억제할 수 있어서 처리 용기(20)내의 부재나 기판(S)의 손상, 손모를 억제할 수 있다. 또한 탑재대(3), 상부 전극(4)간의 용량결합의 불안정화에 의한 플라즈마의 기울기를 억제하고, 면내 균일성이 높은 기판(S) 처리를 실행하는 것이 가능해진다.
또한, 이 효과에 대해서 자세히 설명하면, 기판 면적이 1m2 이상, 특히 4m2 이상이나 하는 대형 기판(S)의 경우에는 캐소드 전극과 처리 용기(20)나 주위의 부재와의 사이에서 용량결합을 하기 쉽기 때문에, 애노드 전극과 처리 용기(20)의 사이에 임피던스 조정 기구(6)를 개재시키는 것이 실행되고 있다. 그러나 이러한 처리 용기(20)의 배기구(241) 부근은 프로세스 레시피에 의해 여러가지 압력 분위기 가 되고, 특히 0.67Pa 내지 27Pa(5mtorr 내지 200mtorr)의 압력 범위에서는 글로우 방전을 일으키기 쉽다. 염소 가스 등의 할로겐계의 가스와 같이 부성 가스를 처리 가스로서 이용한 경우에는 가스의 해리도가 크기 때문에 더욱 글로우 방전을 일으키기 쉽고, 이러한 조건이 갖추어져 있는 에칭 처리 장치(2)에 있어서 메쉬 부재(51)를 처리 용기(20)에 대하여 전기적으로 뜬 구조는 대형 기판(S)에 대해서 면내 균일성이 높은 처리를 실행하는 동시에 극히 유효하다.
이 외에, 상술의 실시형태에 있어서는 임피던스 조정 기구(6)를 구비한 타입의 플라즈마 처리 장치(2)를 예시했지만, 이러한 임피던스 조정 기구(6)를 구비하고 있지 않은 타입의 플라즈마 처리 장치에도 본 발명을 적용함으로써, 전술한 이상 경로의 임피던스를 크게 해서 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다. 단지, 임피던스 조정 기구(6)를 구비하는 것에 의해, 이상 경로의 임피던스에 대하여 정상인 경로의 임피던스를 작게 하는 조정이 용이하게 되고, 메쉬 부재(51)와 처리 용기(20)의 사이에 유전체(52)를 배치함에 의한 본 발명의 유효성이 증가한다는 효과가 얻어진다.
여기서 메쉬 부재나 유전체의 구성은 도 4(a), 도 4(b)에 예시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 5(a), 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 배기로(24)의 배기구(241)의 전체 주위를 둘러싸는 유전체(52a)를 마련하고, 예를 들면 해당 유전체(52a)의 형상에 적합한 플랜지부(512)를 갖는 메쉬 부재(51a)를 지지하도록 해도 좋다. 처리 용기(20)의 바닥벽면과 메쉬 부재(51a)의 사이의 간극을 유전체(52a)에 의해 메우고 있으므로, 이 간극을 통해 이물질이 배기로(24)에 낙하 및 침입하 는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이 금속제의 메쉬 부재(53)를 배기구(241)의 주변부에 접촉시킨 상태에서, 예를 들면 금속제의 볼트로 고정하고, 또한 해당 메쉬 부재(53)의 상방의 공간을 덮는 볼록 형상으로 형성되고, 이 메쉬 부재(53)와는 이격되어 마련된 제 2 메쉬 부재(51b)를 마련하고, 이 제 2 메쉬 부재(51b)를 유전체(52)상에 고정한 상태로 해도 좋다. 본 예에서는 제 2 메쉬 부재(51b)는 청구항의 제 2 도전성 부재에 해당하고, 메쉬 부재(53)는 청구항의 제 1 도전성 부재에 해당한다. 이 경우, 배기구(241)의 주변부에 접촉시킨 상태로 설치되어 있는 기존의 메쉬 부재(53)를 구비한 처리 용기(20)내에 제 2 메쉬 부재(51b)를 추가함으로써 대응할 수 있으므로, 장치의 개조가 용이하다는 이점이 있다. 또한, 본 예에 있어서 메쉬 부재(53)와 처리 용기(20)의 사이에 제 2 유전체를 개재시켜도 되는 것은 물론이다.
이 외에 제 1 도전성 부재 및 제 2 도전성 부재를 마련하는 다른 예로서, 예를 들면 배플판(25)을 제 2 도전성 부재로 하고, 유전체를 매개로 하여 처리 용기(20)의 측벽면에 배플판(25)을 고정하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우에는 예를 들면 탑재대(3) 주위의 네 구석에 마련된 통류구(251)가 도전성 부재의 개구부에 해당하지만, 통류구(251)를 마련하지 않고 배플판(25) 자체에 개구부를 마련해도 좋고, 또한 통류구(251)에 더해서 배플판(25) 자체에 개구부를 마련해도 좋다.
또한, 본 발명의 캐소드 전극은 전술한 플라즈마 처리 장치(2)와 같이 탑재대(3)에 구비되어 있는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상부 전극(4)에 플라 즈마 발생용의 고주파 전원부를 접속하고, 이 상부 전극의 사이에서 용량결합을 발생시킬 수 있는 위치, 예를 들면 처리 용기의 측벽부에 배기구(241)를 마련한 상하2주파 타입, 측방 배기형의 플라즈마 처리 장치에도 본 발명은 적용될 수 있다.
그리고, 본 발명을 적용할 수 있는 캐소드 전극은 실시형태중에 예시한 탑재대(3)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 세라믹스제의 탑재대에 매설한 시트 형상 전극을 캐소드 전극으로 해도 좋고, 상부 전극에만 고주파를 인가하는 플라즈마 처리 장치나 상부 전극과 하부 전극의 양쪽에 고주파를 인가하는 상하 2주파 타입의 플라즈마 처리 장치에서는 상부 전극을 캐소드 전극으로 해도 좋다. 또한, 도전성 부재의 재질에 관해서도 금속에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 도전성 수지나 도전성 세라믹스 등이어도 좋다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 알루미늄막의 에칭 처리뿐만 아니라, 알루미늄 합금, 티탄, 티탄 합금 등의 금속막이나 절연막, 반도체막이나 이들의 적층막의 에칭에도 적용된다. 또한, 에칭 처리 이외의 예컨대 애싱이나 플라즈마CVD(Chemical Vapor Deposition)등, 다른 처리 가스를 이용하여 피처리체에 대하여 처리를 실행하는 플라즈마 처리에 적용할 수 있다. 또한 피처리체로서는 각형의 기판에는 한정되지 않으며, FPD 기판의 이외에 반도체 웨이퍼 등이어도 좋다.
실시예
(실험 1)
실시형태 중에 도시한 에칭 처리 장치(2)의 모델기를 제작하고, 처리 용기(20)와 메쉬 부재의 사이에 유전체(52)를 마련한 경우와 마련하지 않은 경우에 있어서, 탑재대(3)에 고주파 전력을 인가한 때의 탑재대(3)-메쉬 부재 사이의 상태를 관찰했다. 배기로(24)의 배기구(241)에는 도 6에 도시한 볼록 형상의 제 2 메쉬 부재(51b)(알루미늄제, 이하, 간단히 「메쉬 부재(51b)」라고 기재한다)를 마련하고, 처리 가스로서는 산소 가스를 6000sccm으로 공급했다. 처리 용기(20)내의 압력은 13Pa(100mtorr)으로 하고, 제 1 고주파 전원부(311)로부터는 13.56MHz, 1OkW, 제 2 고주파 전원부(312)로부터는 3.2MHz, 1OkW의 고주파 전력을 인가하였다.
A.실험 조건
(실시예 1)
메쉬 부재(51b)와 처리 용기(20)의 바닥벽면의 사이에 알루미나제의 유전체(52)를 마련했다.
(비교예 1)
처리 용기(20)의 바닥벽면에 메쉬 부재(51b)를 직접 고정하고, 양쪽 부재를 전기적으로 도통한 상태로 했다.
B.실험 결과
(실시예 1)에 있어서의 탑재대(3)-메쉬 부재(51b) 사이의 상태를 도 7(a)에 도시하고, (비교예 1)의 결과를 도 7(b)에 도시한다. 도 7(a)에 의하면, 메쉬 부재(51b) 근방에서는 현저한 발광은 관찰되지 않고, (실시예 1)의 실험에 있어서는 탑재대(3)-메쉬 부재(51b) 사이의 방전이 억제되는 것을 알 수 있다. 한편, 도 7(b)에 의하면, 메쉬 부재(51b)의 상면에 휘도가 높은 발광이 확인되고, (비교예 1)의 실험에 있어서는 탑재대(3)-메쉬 부재(51b) 사이에서 비교적 강한 글로우 방전이 발생하고 있는 것을 알았다. 이상의 실험 결과로부터, 메쉬 부재(51b)와 처리 용기(20)의 사이에 유전체(52)를 마련한 경우에는 이것을 마련하지 않는 경우와 비교해서 탑재대(3)-메쉬 부재(51b) 사이의 방전을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
(실험 2)
(실험 1)과 같은 조건에서, 메쉬 부재(51b)상에 실리콘 웨이퍼의 소편을 놓고 탑재대(3)에 고주파 전력을 7분간 인가하여, 유전체(52)를 마련한 경우와 마련하지 않은 경우에 있어서의 해당 기간 동안의 소편의 마모량을 계측했다.
A.실험 조건
(실시예 2)
메쉬 부재(51b)와 처리 용기(20)의 사이에 유전체(52)를 마련했다.
(비교예 2)
처리 용기(20)의 바닥벽면에 메쉬 부재(51b)를 직접 고정하고, 양쪽 부재를 전기적으로 도통한 상태로 했다.
B.실험 결과
(실시예 2), (비교예 2)의 결과에 의하면, 유전체(52)를 마련한 (실시예 2)에 있어서의 소편의 마모량(741A)은 유전체(52)를 마련하지 않은 (비교예 2)의 마모량(1,186 Å)과 비교해서 약 40%정도 적었다. 이것은 유전체(52)를 마련하는 것에 의해 탑재대(3)-메쉬 부재(51b)간의 방전의 발생이 억제되어서 이 주위의 부재 에 주는 손상, 손모를 저감할 수 있는 결과라고 말할 수 있다. 여기서, (실시예 2) 및 (비교예 2)의 실험을 실행한 비교적 짧은 시간내에서는 에칭 처리 장치(2)내에서의 아킹은 확인되지 않았다. 그러나 배경기술에서도 설명한 바와 같이, 실제의 기판(S)의 에칭 공정에 있어서는 에칭 처리 장치(2)를 장기간 연속 운전하기 때문에, 유전체(52)를 마련하지 않은 경우에는 이 기간 동안에 탑재대(3)-상부 전극(4)사이의 용량결합이 불안정화해서 아킹이 발생할 확률이 높아진다. 아킹이 발생한 경우에는 발생한 부위의 손상, 손모는 상술의 (비교예 2)에 도시한 마모량과 비교해서 각별히 클 것이 예상되며, 또한 아킹이 발생하지 않더라도, 도 7(b)에 도시하는 것과 같은 발광이 발생한 상태에서도, 메쉬 부재 표면의 소모는 촉진되어버리기 때문에, 이러한 점에 있어서도 유전체(52)를 마련하는 효과는 크다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 에칭 처리 장치의 구성을 도시하는 종단면도,
도 2는 상기 에칭 처리 장치의 처리 용기 내부의 구조를 도시하는 평면도,
도 3은 상기 처리 용기의 배기부 부근의 구조를 도시하는 확대 종단면도,
도 4는 상기 처리 용기내에 마련되어 있는 메쉬 부재 및 그 지지 부재의 평면도,
도 5는 메쉬 부재 및 그 지지 부재의 변형예를 도시하는 평면도,
도 6은 메쉬 부재의 제 2 변형예를 도시하는 확대 종단면도,
도 7은 제 1 실험에 따른 실험 결과를 도시하는 설명도,
도 8은 종래의 에칭 처리 장치의 구성을 도시하는 종단면도,
도 9는 상기 종래의 에칭 처리 장치의 등가 회로를 도시하는 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
S : FPD 기판(기판) 2 : 에칭 처리 장치
3 : 탑재대 4 : 상부 전극
7 : 제어부 20 : 처리 용기
21 : 측벽부 22 : 반입출구
23 : 게이트 밸브 24 : 배기로
25 : 배플판 32 : 유전체
34 : 승강핀 35 : 승강 기구
40 : 가스 샤워 헤드 41 : 상부 전극 베이스
42 : 가스 확산 공간 43 : 처리 가스 공급로
44 : 처리 가스 공급부 51, 51a, 51b : 메쉬 부재
52, 52a : 유전체 53 : 제 2 메쉬 부재
241 : 배기구 242 : 배기로 접속부
251 : 통류구 311 : 제 1 고주파 전원부
312 : 제 2 고주파 전원부 511 : 볼트
512 : 플랜지부

Claims (12)

  1. 처리 용기 내에 서로 대향하여 마련된 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 고주파 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화하고, 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 캐소드 전극 주변에 배치되고, 상기 처리 가스를 배기하는 배기구와,
    상기 배기구를 덮고, 상기 배기구로 배기되는 처리 가스를 통류시키는 개구부를 구비한 도전성 부재와,
    상기 도전성 부재와 상기 처리 용기의 내벽의 사이에 개재(介在)되어 마련됨으로써, 상기 캐소드 전극에서 상기 도전성 부재를 거쳐 상기 처리 용기에 이르는 경로의 임피던스를 상승시키는 유전체를 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 부재는 금속이고, 상기 유전체는 세라믹스인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 부재는 메쉬 형상인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기구를 덮고, 상기 배기구의 주변부에 마련된 제 1 도전성 부재와, 상기 제 1 도전성 부재의 상방측 공간을 덮도록, 또한 상기 제 1 도전성 부재와는 이격되어 마련된 제 2 도전성 부재를 구비하고, 상기 도전성 부재는 제 2 도전성 부재인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 부재 및 상기 제 2 도전성 부재는 금속이고, 상기 유전체는 세라믹스인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 부재 및 상기 제 2 도전성 부재는 메쉬 형상인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 부재는 메쉬 형상이고, 상기 제 2 도전성 부재는 평판 형 상인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 부재와 상기 처리 용기의 도전성의 벽부의 사이에 개재되어 마련된 제 2 유전체를 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 배기구는 상기 처리 용기의 하부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피처리체는 면적이 4.0m2 이상의 각형 기판인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스는 부성 가스인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 0.67Pa이상, 27Pa이하의 범위내의 압력 분위기에서 실행되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
KR1020090025456A 2008-03-31 2009-03-25 플라즈마 처리 장치 KR101058310B1 (ko)

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