KR101116972B1 - 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 장치용 가열 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

Abstract

제조 비용이 비교적 적고, 가열 효율 및 냉각 효율이 우수한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
애노드 전극(7)의 내부에는 플라즈마 처리해야 할 피처리물(트레이(5)와 기판(6)을 포함함)을 가열하기 위한 관상 가열부(31, ... 31)가 설치되어 있다. 관상 가열부(31, ... 31)는 평면 형상이 U자 형상이며 서로 병렬 상태로 인접하여 설치된 7개의 관상 히터(여기서는 시즈 히터)(31, ... 31)를 포함한다. 애노드 전극(7)의 내부에는 애노드 전극(7)을 냉각하기 위한 관상 냉각부(32, ... 32)가 또한 설치되어 있다. 냉각부(32, ... 32)는 평면 형상이 U자 형상이며 해당하는 관상 히터(31, ... 31)의 외측을 따라 서로 병렬 상태로 인접하여 설치되고, 내부에 도입된 냉각용 가스를 유통시킨 후에 외부로 배출할 수 있는 7개의 냉각관(여기서는 냉각용 질소 가스 유통관)(32, ... 32)을 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 장치용 가열 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS, HEATING DEVICE FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS, AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 장치용 가열 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 진공실을 이용하여 판상의 피처리물의 표면에 플라즈마 처리를 실시하기 위한 플라즈마 처리 장치 이러한 종류의 플라즈마 처리 장치용으로 사용되는 가열 장치 및 이러한 종류의 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 판상의 피처리물인 기판의 표면에 플라즈마 처리를 실시하는 경우에는 진공실을 이용한 플라즈마 처리 장치가 사용된다. 이러한 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실과, 진공실에서 서로 대향 상태로 설치된 적어도 한 쌍의 플라즈마 처리용 전극과, 기판을 가열하기 위한 가열부와, 가열부에 의해 가열된 플라즈마 처리용 전극을 냉각하기 위한 냉각부를 구비하는 것이 일반적이다.

반도체 및 액정 패널의 베이킹 처리 및 성막의 공정 동안, 웨이퍼 또는 기판의 베이킹에 적용되는 냉각 기능을 구비하고 있는 가열 장치로서는, 예를 들어 특허문헌1에 기재된 것이 알려져 있다.

특허문헌1에 기재된 냉각 기능을 구비하고 있는 가열 장치는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 한 쪽면 위에 설치된 페이스(face) 플레이트를 포함하고 있다. 베이스 플레이트는 상기 한 쪽면에 형성된 제1 홈과, 상기 한 쪽면의 반대측에 있는 다른 쪽면에 형성된 제2 홈을 갖고 있다. 제1 홈에는 냉각 파이프가 매립되고, 제2 홈에는 시즈(sheath) 히터가 매립되어 있다. 냉각 파이프는 베이스 플레이트의 상기 한 쪽면과 균일한 높이로 설치되고 상기 한 쪽면측에 노출되어 있는 접촉면을 갖고 있다. 이 접촉면은 베이스 플레이트의 상기 한 쪽면에 대향하고 있는 페이스 플레이트의 한 쪽면에 접촉하고 있다.

상기와 같이 구성된 냉각 기능을 구비하고 있는 가열 장치에 의하면, 베이스 플레이트의 표리 양면에 형성된 2개의 홈에 시즈 히터와 냉각 파이프를 각각 매립하고, 냉각 파이프의 일부를 페이스 플레이트와 접촉하는 구성으로 했기 때문에, 베이킹 처리 및 성막의 공정 동안 반도체의 열처리나 냉각 공정에서의 가열 속도 및 냉각 속도를 향상시킬 수 있다고 되어 있다.

일본 특허 공개 평9-260029호 공보

그러나, 상기와 같이 구성된 냉각 기능을 구비하고 있는 가열 장치를 플라즈마 처리 장치에 적용하면, 다음과 같은 문제가 발생한다.

즉, 상기와 같이 구성된 냉각 기능을 구비하고 있는 가열 장치의 시즈 히터를 플라즈마 처리 장치에서의 기판을 가열하기 위한 가열부로서, 상기 가열 장치의 냉각 파이프를 플라즈마 처리 장치에서의 가열부에 의해 가열된 플라즈마 처리용 전극을 냉각하기 위한 냉각부로서, 플라즈마 처리용 전극에 적용하는 방식으로 가열 장치를 플라즈마 처리용 장치에 적용하면, 이러한 구조는 가열부 및 냉각부가 상기 전극의 표리 양면의 홈에 설치되는 것을 의미한다.

이로 인해, 가열부 및 냉각부를 설치하기에 앞서, 상기 전극의 양면에 홈을 형성할 필요가 있을 뿐만 아니라, 상기 전극의 양면에 홈을 형성하기 위하여 상기 전극의 두께를 어느 정도 확보해야 하므로, 결과적으로 플라즈마 처리 장치의 제조 비용이 상승한다.

또한, 가열부가 상기 전극의 표면측의 면에, 냉각부가 상기 전극의 이면측의 면에 형성되어 있을 때에, 상기 전극의 표면측의 면에 기판을 탑재하여 플라즈마 처리를 행하면, 가열부에 의한 기판의 가열은 효율적으로 행해지기는 하지만, 냉각부가 상기 전극의 이면측의 면에 형성되어 있기 때문에, 두께가 비교적 두꺼운 상기 전극의 냉각을 위한 냉각 효율이 나빠질 우려가 있다.

본 발명은 이상과 같은 사정을 고려하여 이루어진 것이다. 그 과제는 제조 비용이 비교적 적고, 가열 효율 및 냉각 효율이 우수한 플라즈마 처리 장치, 이러한 종류의 플라즈마 처리 장치용으로 사용되는 가열 장치, 및 이러한 종류의 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 관점에 의하면, 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실과, 상기 진공실에 플라즈마 처리용 반응 가스를 도입하기 위한 가스 도입부와, 상기 진공실로부터 상기 반응 가스를 배출하기 위한 가스 배출부와, 상기 진공실에서 서로 대향 상태로 설치된 적어도 한 쌍의 플라즈마 처리용 전극을 포함하는 플라즈마 처리 장치로서, 한 쪽의 전극의 내부 혹은 표면에 설치되어 플라즈마 처리해야 할 피처리물을 가열하기 위한 관상 가열부와, 상기 전극의 내부 혹은 표면에 설치되어 상기 전극을 냉각하기 위한 관상 냉각부를 더 구비하고, 상기 가열부와 상기 냉각부는 동일 평면 상에 있는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 한 관점에 의한 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실은 밀폐 가능한 구조를 갖고, 소정의 기압과 온도에 견딜 수 있는 것이면 되고, 그 형상이나 재질 등에 대해서는 특별히 제약이 없다. 가스 도입부는 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실에 플라즈마 처리용 반응 가스를 도입한다. 가스 배출부는 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실로부터 상기 반응 가스를 배출한다.

플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실에는 적어도 한 쌍의 플라즈마 처리용 전극(애노드 전극 및 캐소드 전극)이 서로 대향 상태로 설치되어 있다. 이들의 전극은 원하는 바에 따라 복수 쌍의 전극을 서로 수직 대향 상태로, 종방향 대향 상태로, 혹은 수평 대향 상태로 설치할 수 있다.

애노드 전극 및 캐소드 전극 중 한 쪽의 전극의 내부 혹은 표면에는 플라즈마 처리해야 할 피처리물, 예를 들어, 이 전극에 탑재되는 트레이와 이 트레이에 탑재되는 플라즈마 처리용 기판을 가열하기 위한 관상 가열부가 설치되어 있다. 이 전극의 내부 혹은 표면에는 이 전극을 냉각하기 위한 관상 냉각부가 설치되어 있다. 가열부와 냉각부는 동일 평면 상에 설치되어 있다.

상기 가열부는 예를 들어 평면 형상이 U자 형상이며 서로 병렬 상태로 인접하여 설치된 복수 개의 관상 히터를 포함한다. 상기 냉각부는 예를 들어 평면 형상이 U자 형상이며 해당하는 상기 관상 히터의 외측 혹은 내측을 따라 서로 병렬 상태로 인접하여 설치되고, 내부에 도입된 냉각용 가스를 유통시킨 후에 외부로 배출할 수 있는 복수 개의 관상 냉각관을 포함한다. 가열부 및 냉각부가 이러한 관상 히터 및 냉각관을 포함할 때에는, 피처리물의 가열 효율 및 전극의 냉각 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.

이 때, 상기 복수 개의 관상 히터는 예를 들어 모두 시즈 히터일 수 있고, 상기 복수 개의 냉각관은 예를 들어 모두 냉각용 가스 유통관일 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 관상 히터는 서로 독립되어 가열 온도를 제어할 수 있고, 상기 복수 개의 냉각관은 서로 독립되어 냉각 온도를 제어할 수 있는 것이 보다 바람직하다. 복수 개의 관상 히터 및 냉각관이 상술된 바와 같이 구성되면, 예를 들어 피처리물 및 전극의 특정 개소를 선택적으로 가열/냉각 제어하는 것이 가능하여, 가열 효율 및 냉각 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.

구체적으로는, 관상 히터 및 냉각관은 관상 히터의 가열 성능 및 냉각관의 냉각 성능이 상기 한 쪽의 전극의 중앙부에 있어서 더 크고 또한 상기 전극의 주연부에 있어서 더 작아지도록 구성할 수 있다. 관상 히터 및 냉각관이 이와 같이 구성되어 있을 때에는, 전극의 중앙부에서는 피가열성이 크면서 피냉각성이 작고, 또한 전극의 주연부에서는 피가열성이 작으면서 피냉각성이 크다는 전극의 일반적 특성에 따라 전극의 가열/냉각 제어를 더 효과적으로 행할 수 있다.

대안적으로, 상기 관상 히터 및 상기 냉각관은 상기 한 쪽의 전극의 평면 단위 면적당 상기 관상 히터 및 상기 냉각관의 설치 개수 밀도가 상기 전극의 중앙부에서 더 크고 상기 전극의 주연부에서 더 작아지도록 구성할 수 있다. 관상 히터 및 냉각관이 이와 같이 구성되어 있을 때에는, 전극의 중앙부에서는 피가열성이 크면서 피냉각성이 작고, 또한 전극의 주연부에서는 피가열성이 작으면서 피냉각성이 크다는 전극의 일반적 특성에 따라, 전극의 가열/냉각 제어를 더 효과적으로 행할 수 있다.

또한, 상기 관상 히터 및 상기 냉각관은 인접하는 관상 히터 및 인접하는 냉각관에 대해 U자 형상의 만곡부가 서로 동일 방향을 향하도록 구성할 수도 있으며, 서로 반대 방향을 향하도록 구성할 수도 있다. 후자의 경우에는, 관상 히터 및 냉각관의 U자 형상 만곡부가 인접하는 관상 히터 및 인접하는 냉각관에 대해 교대로 배치되게 되므로, 전극의 한층 더 균일한 가열/냉각 제어를 행할 수 있다.

또한, 한 쪽의 전극은 재료, 예를 들어, 스테인리스강, 철강, 알루미늄 합금 등으로 이루어지고, 냉각관은 열전도율이 상기 한 쪽의 전극을 구성하는 재료의 열전도율보다 낮은 재료(예를 들어, 알루미늄 합금에 대하여는 스테인리스강, 철강 등)로 구성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 냉각관의 재료의 열전도율이 상기 한 쪽의 전극을 구성하는 재료의 열전도율보다 낮을 때에는 냉각용 가스의 온도의 급격한 상승을 억제할 수 있기 때문에, 대형 히터에서도 면 내의 냉각을 균일하게 행할 수 있어, 전극의 가열/냉각 제어를 더 효과적으로 행할 수 있다.

냉각관의 내부에 도입되는 냉각용 가스의 예는 열전도성이 낮은 가스, 예를 들어 공기, 산소, 질소, 아르곤, 수소 등을 포함한다. 안전성을 확보하기 위해서는, 진공실 내의 반응성 가스와 반응하기 어려운 가스를 선택하는 것이 바람직하다. 진공실 내의 반응성 가스가 가연성 가스인 경우에는 아르곤, 질소 가스가 바람직하게 사용된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 금속제의 복수 매의 판이 서로 접촉하도록 적층되고, 이들의 판의 접촉면 중 적어도 하나에 홈이 형성되고, 상기 홈에 플라즈마 처리해야 할 피처리물을 가열하기 위한 가열부와 피처리물을 냉각하기 위한 냉각부가 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치용 가열 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실과, 상기 진공실에 설치되고 플라즈마 처리해야 할 피처리물을 가열하기 위한 가열 장치를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 피처리물을 플라즈마 처리하지 않고도, 상기 진공실의 압력을 대기압보다 낮은 제1 압력으로 유지한 상태에서 상기 가열 장치의 온도를 소정 온도까지 승온시키는 제1 스텝과, 상기 제1 스텝 후에 행해지고, 상기 소정 온도까지 승온된 상기 가열 장치의 상기 온도를 상기 온도로 유지한 채, 상기 진공실의 압력을 상기 제1 압력보다 낮고 상기 플라즈마 처리가 가능한 제2 압력까지 강하시키고, 계속해서 상기 진공실의 압력을 상기 제2 압력으로 유지한 상태에서 상기 가열 장치에 의해 상기 피처리물을 가열하여 상기 플라즈마 처리를 행하는 제2 스텝을 포함하고 있는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 한 관점에 의한 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실과, 상기 진공실에 플라즈마 처리용 반응 가스를 도입하기 위한 가스 도입부와, 상기 진공실로부터 상기 반응 가스를 배출하기 위한 가스 배출부와, 상기 진공실에서 서로 대향 상태로 설치된 적어도 한 쌍의 플라즈마 처리용 전극을 포함한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 한 쪽의 전극의 내부 혹은 표면에 설치되어 플라즈마 처리해야 할 피처리물을 가열하기 위한 관상 가열부와, 상기 전극의 내부 혹은 표면에 설치되어 상기 전극을 냉각하기 위한 관상 냉각부를 더 포함하고, 상기 가열부와 상기 냉각부는 동일 평면 상에 있다.

따라서, 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에서는, 가열부 및 냉각부를 설치하기에 앞서 종래와 같이 한 쪽의 전극의 양면에 홈을 형성할 필요가 없으므로, 상기 전극의 두께를 어느 정도 확보할 필요가 없어, 제조 비용도 비교적 적다. 또한, 가열부와 냉각부가 상기 전극의 내부 혹은 표면에서 동일 평면 상에 설치되어 있기 때문에, 가열 효율 및 냉각 효율이 우수하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 개략 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 기판 반송계의 구성 설명도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 하나의 구성 요소인 애노드 전극의 어느 특정 부분을 표시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 B-B선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 애노드 전극의 분해 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 하나의 구성 요소인 애노드 전극의 어느 특정 부분을 표시한 평면도이다.
도 8은 도 7의 C-C선을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 하나의 구성 요소인 애노드 전극의 어느 특정 부분을 표시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에서의 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법을 설명하는 타임차트이다.
도 11은 종래의 일반적인 플라즈마 처리 방법을 설명하는 타임차트이다.

이하, 첨부 도면인 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 바람직한 3개의 실시예를 설명한다. 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니라는 것을 주목해야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 개략 정면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 기판 반송계의 구성 설명도이다. 도 3은 도 2의 A-A선을 따라 자른 단면도이다. 도 4는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 하나의 구성 요소인 애노드 전극(7)의 어느 특정 부분을 표시한 평면도이다. 도 5는 도 4의 B-B선을 따라 자른 단면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 애노드 전극(7)의 분해 설명도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 하나의 구성 요소인 애노드 전극의 어느 특정 부분을 표시한 평면도이다. 도 8은 도 7의 C-C선을 따라 자른 단면도이다. 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 하나의 구성 요소인 애노드 전극의 어느 특정 부분을 표시한 평면도이다.

제1 실시예

도 1에 도시된 바와 같이 제1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치(D)는 반송 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐 서로 인접 상태로 설치된 제1 진공실(1), 제2 진공실(2) 및 제3 진공실(3)을 구비한다. 이들 3개의 진공실(1 내지 3)은 길이 방향으로 직선 형상으로 연장되는 1개의 케이싱을 개폐 가능한 2개의 격리용 게이트 밸브(4, 4)에 의해 3개로 구획함으로써 구성되어 있다. 3개의 진공실(1 내지 3)은 스테인리스강제이며, 내면에는 경면 가공이 실시되어 있다. 게이트 밸브(4, 4)는 개폐 가능하게 구성되어, 인접하는 2개의 진공실(1, 2 또는 2, 3)을 서로 연통 상태로 하거나 혹은 서로 격리할 수 있다.

제1 진공실(1)은 판상의 피처리물(여기서는, 트레이(5)와 이 트레이(5)에 탑재되는 플라즈마 처리용 기판(6))을 반입하기 위한 피처리물 반입실로서 형성되어 있다. 제1 진공실(1)에는 플라즈마 처리용 기판(6)을 가열하는 히터(101)가 설치되어 있다. 제2 진공실(2)은 피처리물 반입실(1)에 접속되어 피처리물에 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리실로서 형성되어 있다. 제3 진공실(3)은 플라즈마 처리실(2)에 접속되어 피처리물을 반출하기 위한 피처리물 반출실로서 형성되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 피처리물 반입실(1), 플라즈마 처리실(2) 및 피처리물 반출실(3)에는 각각 플라즈마 처리용 기판(6)을 탑재한 트레이(5)를 반송하는 롤러(202a, 202b)가 설치되어 있다. 트레이(5)는 상부에 위치하는 롤러(202a)의 홈(201a)과 하부에 위치하는 롤러(202b)의 홈(201b) 사이에 배치되고, 트레이(5)는 롤러(202a, 202b)의 회전에 의해 반송된다. 플라즈마 처리용 기판(6)의 이면측에는 금속제 또는 카본제의 이면판(203)이 설치되고, 트레이(5)의 이면측으로부터 고정 부재(204)에 의해 고정되어 있다.

피처리물 반입실(1), 플라즈마 처리실(2) 및 피처리물 반출실(3)은 각각 실내를 배기하기 위하여 개폐 밸브(16a)를 통하여 외부의 진공 펌프(14, 14, 14)에 접속되어 있다. 피처리물 반입실(1)의 입구측에는 피처리물 반입용 도어(15)가 설치되어 있다. 플라즈마 처리실(2)은 압력 조정 밸브(16b)를 통하여 진공 펌프(14)에 접속되어 있고, 또한 플라즈마 처리용 반응 가스를 도입하기 위한 반응 가스 도입관(19)에 접속되어 있다. 피처리물 반출실(3)의 출구측에는 피처리물 반출용 도어(17)가 설치되어 있다. 또한, 피처리물 반입실(1) 및 피처리물 반출실(3)은 각각 누출 가스 도입관(20, 20)에 접속되어 있다.

플라즈마 처리실(2)에는 애노드 전극(7)이 설치되어 있다. 애노드 전극(7)과 트레이(5)는 전기적으로 접속되어 있고, 애노드 전극(7) 및 트레이(5)는 전기적으로 접지되어 있다. 예를 들어, 롤러(202a, 202b)를 통하여 애노드 전극(7) 및 트레이(5)가 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 또한, 바람직하게는 애노드 전극(7)의 트레이(5)에 대향하는 면에 판 스프링, 금속 브러시 등의 도전성, 열전도성 및 유연성이 있는 접촉 부재를 설치하여, 애노드 전극(7)과 트레이(5)를 전기적으로 접촉시킬 수도 있다. 접촉 부재의 재료로서는 금속 재료가 바람직하다. 피처리물인 트레이(5) 및 플라즈마 처리용 기판(6)과, 가열부인 히터 및 냉각부인 냉각관이 설치된 전극(본 실시예에서는 애노드 전극(7))은 서로 더 큰 접촉 면적으로 접촉하고 있는 것이 기판 온도 제어의 관점에서 바람직하다. 이 경우에는, 애노드 전극(7)은 피처리물의 온도 제어(가열/냉각)를 행하기 위한 판상 가열 장치의 기능을 갖고 있다.

상기 구성 외에, 롤러(202a, 202b)는 트레이(5)와 애노드 전극(7)이 서로 대향하는 방향 X(도 1 참조)로 이동 가능한 구성이어도 좋다. 이와 같은 구성에 있어서는, 트레이(5) 및 플라즈마 처리용 기판(6)을 플라즈마 처리실(2)에 반송한 후, 플라즈마 처리실(2) 내의 롤러(202a, 202b)를 움직이게 하여, 피처리물의 일부인 트레이(5)를 애노드 전극(7)에 압박할 수 있다. 이러한 구성에 의해 접촉 면적이 증가되어, 피처리물의 온도 제어의 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.

또한, 대향 상태의 전극의 기판을 탑재하는 면을 수평 방향으로 설치하고, 가열부 및 냉각부가 설치된 애노드 전극(7) 상에 플라즈마 처리용 기판(6)을 직접 탑재하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우도, 피처리물인 플라즈마 처리용 기판(6)과 애노드 전극(7)간의 접촉 면적이 커져 기판 온도 제어의 관점에서 바람직하다.

플라즈마 처리실(2)의 애노드 전극(7)과 대향하는 위치에는 플라즈마 처리용 캐소드 전극(18)이 설치되어 있다. 캐소드 전극(18)은 플라즈마 처리실(2)의 외부에 있어서의 콘덴서(21) 및 정합 회로(22)를 통하여 고주파 전원(23)에 전기적으로 접속되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 애노드 전극(7)에는 또한 플라즈마 처리해야 할 피처리물(트레이(5)와 이 트레이(5)에 탑재되는 플라즈마 처리용 기판(6)을 포함함)을 가열하기 위한 관상 가열부(31, ... 31)가 설치되어 있다. 관상 가열부(31, ... 31)는 평면 형상이 U자 형상이며 서로 병렬 상태로 인접하여 설치된 7개의 관상 히터(여기서는 시즈 히터)(31, ... 31)를 포함한다.

또한, 애노드 전극(7)의 내부에는 애노드 전극(7)을 냉각하기 위한 관상 냉각부(32, ... 32)도 설치되어 있다. 냉각부(32, ... 32)는 평면 형상이 U자 형상이며 해당하는 관상 히터(31, ... 31)의 외측을 따라 서로 병렬 상태로 인접하여 설치되고, 내부에 도입된 냉각용 가스를 유통시킨 후에 외부로 배출할 수 있는 7개의 냉각관(여기서는 냉각용 질소 가스 유통관)(32, ... 32)을 포함한다. 이들의 냉각관(32, ... 32)은 애노드 전극(7)을 구성하는 재료(여기서는 알루미늄 합금)와 동일한 재료로 구성될 수 있고, 또한 열전도율이 애노드 전극(7)을 구성하는 재료의 열전도율보다 낮은 재료(여기서는 스테인리스강)로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이들의 관상 히터(31, ... 31)와 냉각관(32, ... 32)은 애노드 전극(7)의 내부에서 동일 평면 상에 설치되어 있다. 또한, 각각의 관상 히터(31)는 히터용 배선(33)에 접속되어 있다. 또한, 이들의 관상 히터(31, ... 31)는 서로 독립되어 가열 온도를 제어할 수 있고, 이들의 냉각관(32, ... 32)은 서로 독립되어 냉각 온도를 제어할 수 있다.

관상 히터(31, ... 31) 및 냉각관(32, ... 32)이 이상과 같이 구성되므로, 피처리물인 트레이(5) 및 기판(6) 및 애노드 전극(7)의 특정 개소를 선택적으로 가열/냉각 제어하는 것이 가능하여, 트레이(5) 및 기판(6)의 가열 효율 및 애노드 전극(7)의 냉각 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 애노드 전극(7)의 구성 및 제작 방법을 설명한다. 애노드 전극(7)은 2매의 판(7a, 7b)을 적층한 구성을 갖는다. 피처리물은 한 쪽의 판(7a)(상방에 위치하는 판이며, 그 두께는 다른 쪽의 판(7b)보다 얇게 되어 있음)에 탑재되어 온도가 제어된다. 이들의 판(7a, 7b)의 대향면(10a, 10b)에는 냉각관(32)을 장착하는 홈(8a, 8b)과 관상 히터(31)를 장착하는 홈(9a, 9b)이 형성되어 있다. 홈(8a, 8b, 9a, 9b) 각각은 대향면(10a, 10b)측에서 본 평면 형상이 도 4에 도시된 바와 같이 U자 형상이다. 홈(8a, 8b)의 단면 형상은 관상 히터(31)가 홈(8a, 8b)에 접할 수 있는 형상일 수 있고, 홈(9a, 9b)의 단면 형상은 냉각관(32)이 홈(9a, 9b)에 접할 수 있는 형상일 수 있다. 본 실시예에서는 관상 히터(31) 및 냉각관(32)의 단면 형상을 원으로 하고 홈(8a, 8b, 9a, 9b)이 관상 히터(31) 및 냉각관(32)과 접촉하도록 홈의 단면 형상을 원호로 형성한다. 판(7a, 7b)은 냉간 압연에 의한 코킹이나, 나사 고정에 의해 서로 일체화할 수 있다. 본 실시예에서는, 나사(501)에 의해 나사 고정하여 결합해서 애노드 전극(7)을 제작했다.

본 발명에 관한 애노드 전극(7)은 복수의 관(관상 히터(31) 및 냉각관(32))을 내부에 배치하는 것이 필요하기 때문에, 내부 가공이 복잡하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 애노드 전극(7)을 두께 방향으로 분할하여, 복수의 관을 끼워 넣음으로써, 비교적 용이하게 제작할 수 있다.

제2 실시예

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에서의 플라즈마 처리 장치에서는 애노드 전극(7)에는 플라즈마 처리해야 할 피처리물(트레이(5) 및 기판(6))을 가열하기 위한 관상 가열부(31, ... 31', ... 31)가 설치되어 있다. 관상 가열부(31, ... 31', ... 31)는 평면 형상이 U자 형상이며 서로 병렬 상태로 인접하여 설치된 7개의 관상 히터(여기서는 시즈 히터)(31, ... 31', ... 31)를 포함한다.

중앙부에서의 1개의 관상 히터(31')는 주연부에서의 다른 6개의 관상 히터(31, ... 31)보다 U자의 폭이 좁다는 것을 주목해야 한다. 중앙부의 히터(31')는 평판 히터의 면 내 분포가 중앙에 너무 치우치지 않도록, 주연부의 히터(31)보다 히터 용량을 작게 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 애노드 전극(7)의 중앙부에서의 히터(31')는 애노드 전극(7)의 주연부에서의 히터(31)보다 히터 용량(열용량)이 작게 설정되어 있는 것이 바람직하고, 주연부로부터 중앙부에 걸쳐 단계적으로 히터 용량(열용량)이 작아지는 것이 더욱 바람직하다.

일반적으로, 애노드 전극(7)의 열은 주연부로부터 더 많이 방산되기 쉽기 때문에, 중앙부의 히터의 열용량을 주연부의 히터의 그것과 동일하게 설정하면 애노드 전극의 중앙부의 온도가 상승하기 쉽다. 한편, 중앙부에서의 히터(31')의 열용량을 주연부의 히터(31)의 그것보다 작게 설정하면, 애노드 전극(7)의 온도의 면 내 균일성이 개선된다는 이점이 생긴다.

애노드 전극(7)의 내부에는, 애노드 전극(7)을 냉각하기 위한 관상 냉각부(32, ... 32', ... 32)도 설치되어 있다. 냉각부(32, ... 32', ... 32)는 평면 형상이 U자 형상이며 해당하는 관상 히터(31, ... 31', ... 31)의 외측을 따라 서로 병렬 상태로 인접하여 설치되고, 내부에 도입된 냉각용 가스를 유통시킨 후에 외부로 배출할 수 있는 7개의 냉각관(여기서는 냉각용 질소 가스 유통관)(32, ... 32', ... 32)을 포함한다. 중앙부에서의 1개의 냉각관(32')은 주연부에서의 다른 6개의 냉각관(32, ... 32)보다 U자의 폭이 좁다는 것을 주목해야 한다.

제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 부분에서의 구성은 제1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치(D)의 대응 부분의 구성과 동일하다.

이상과 같이, 관상 히터(31, ... 31', ... 31) 및 냉각관(32, ... 32', ... 32)은 애노드 전극(7)의 평면 단위 면적당 이들의 설치 개수 밀도가 애노드 전극(7)의 중앙부에서 더 크고 애노드 전극(7)의 주연부에서 더 작게 설정되도록 구성되어 있다.

관상 히터(31, ... 31', ... 31) 및 냉각관(32, ... 32', ... 32)이 이와 같이 구성되어 있으므로, 애노드 전극(7)의 중앙부에서는 피가열성이 크면서 피냉각성이 작고, 또한 애노드 전극(7)의 주연부에서는 피가열성이 작으면서 피냉각성이 크다는 애노드 전극(7)의 일반적 특성에 따라, 애노드 전극(7)의 가열/냉각 제어를 더 효과적으로 행할 수 있다.

본 실시예에서는, 면 내의 냉각관의 밀도를 변화시키는 예를 나타냈다. 그러나, 제1 실시예의 냉각관의 배치에서, 관의 직경을 중앙부에서만 크게 설정하거나, 혹은 관의 직경을 단계적으로 변경시켜도 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 중앙부에서의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

제3 실시예

도 9에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에서의 플라즈마 처리 장치에서는, 애노드 전극(7)에는 플라즈마 처리해야 할 피처리물(트레이(5) 및 기판(6))을 가열하기 위한 관상 가열부(31, ... 31)가 설치되어 있다. 관상 가열부(31, ... 31)는 평면 형상이 U자 형상이며 서로 병렬 상태로 인접하여 설치된 7개의 관상 히터(여기서는 시즈 히터)(31, ... 31)를 포함한다. 관상 히터(31, ... 31)는 인접하는 관상 히터(31, ... 31)가 히터(31, ... 31)의 U자 형상의 만곡부가 서로 반대 방향을 향하는 방식으로 설치되도록 배열된다는 것을 주목해야 한다.

애노드 전극(7)의 내부에는 애노드 전극(7)을 냉각하기 위한 관상 냉각부(32, ... 32)도 설치되어 있다. 관상 냉각부(32, ... 32)는 평면 형상이 U자 형상이며 해당하는 관상 히터(31, ... 31)의 외측을 따라 서로 병렬 상태로 인접하여 설치되고, 내부에 도입된 냉각용 가스를 유통시킨 후에 외부로 배출할 수 있는 7개의 냉각관(여기서는 냉각용 질소 가스 유통관)(32, ... 32)을 포함한다. 냉각관(32, ... 32)은 인접하는 냉각관(32, ... 32)이 U자 형상의 만곡부가 서로 반대 방향을 향하는 방식으로 설치되도록 배열되어 있다는 것을 주목해야 한다.

제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 부분의 구성은 제1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치(D)의 대응 부분의 구성과 동일하다.

이상과 같이, 관상 히터(31, ... 31) 및 냉각관(32, ... 32)은 인접하는 관상 히터(31, ... 31) 및 냉각관(32, ... 32)이 U자 형상의 만곡부가 서로 반대 방향을 향하는 방식으로 설치되도록 배열되어 있다. 따라서, 관상 히터(31, ... 31) 및 냉각관(32, ... 32)의 U자 형상 만곡부가 인접하는 관상 히터(31, ... 31) 및 냉각관(32, ... 32)에 대해 교대로 배치됨으로써, 애노드 전극(7)의 한층 더 균일한 가열/냉각 제어를 행할 수 있다.

제4 실시예

본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 도시를 생략하지만 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실과, 진공실에서의 플라즈마 처리해야 할 피처리물을 가열하는 가열 장치를 포함한다. 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법을 설명하는 타임차트이다. 이 타임차트의 횡축은 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리의 경과 시간을 나타내고, 종축은 플라즈마 처리 장치의 진공실에서의 압력(좌측) 및 온도(우측)를 나타내고 있다.

제4 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법은 피처리물을 플라즈마 처리하지 않고도, 진공실의 압력을 대기압보다 낮은 제1 압력으로 유지한 상태에서 가열 장치의 온도를 소정 온도까지 승온시키는 제1 스텝과, 상기 제1 스텝 후에 행해지고, 상기 소정 온도까지 승온된 가열 장치의 온도를 그 온도로 유지한 채, 진공실의 압력을 상기 제1 압력보다 낮고 플라즈마 처리 가능한 제2 압력까지 강하시키고, 계속하여 진공실의 압력을 제2 압력으로 유지한 상태에서 가열 장치에 의해 피처리물을 가열하여 플라즈마 처리하는 제2 스텝을 포함한다.

이 플라즈마 처리 방법을 도 10에 기초하여 구체적으로 설명한다.

우선, 대기에 개방되어 있던 진공실이 폐쇄된다(시각 「0min」). 그 후, 피처리물을 플라즈마 처리하지 않고도, 진공실의 압력을 대기압보다 낮은 제1 압력(「50000Pa(파스칼) 정도」의 저진공 상태)까지 10분에 걸쳐 내린다(시각 「10min」). 이 시점에서, 피처리물의 온도는 진공실의 온도인 25℃이다.

그 후, 진공실의 압력을 이 제1 압력으로 유지하고, 가열 장치의 온도를 플라즈마 처리를 위한 소정 가열 온도인 200℃까지 약 30분에 걸쳐 승온한다.

그 후, 가열 장치가 200℃로 유지되고 있는 것을 확인한다(시각 「70min」). 그 후, 진공실의 압력을 제1 압력보다 낮고 플라즈마 처리 가능한 제2 압력(「100Pa 미만」, 예를 들어 50Pa의 고진공 상태)까지 10분에 걸쳐 내린다(시각 「80min」).

그 후, 진공실을 그 제2 압력으로 유지한 상태에서 가열 장치에 의해 피처리물을 가열하여 플라즈마 처리한다.

도 11은 종래의 일반적인 플라즈마 처리 방법을 설명하는 타임차트이다. 이 타임차트의 횡축 및 종축은 도 10에 도시된 타임차트의 그들과 동일하다.

도 11에 도시된 종래의 일반적인 플라즈마 처리 방법에서는, 대기에 개방되어 있던 진공실이 폐쇄된다(시각 「0min」).

그 후, 진공실의 압력을 대기압으로부터 이보다 낮고 플라즈마 처리 가능한 소정 압력(「100Pa 미만」의 고진공 상태)까지 소정 시간(예를 들어 20분)에 걸쳐 내린다(시각 「20min」).

이 조작과 병행하여 피처리물 가열용의 가열 장치의 온도를 플라즈마 처리를 위한 소정 가열 온도인 200℃까지 소정 시간(예를 들어 약 60분)에 걸쳐 승온한다. 그 후, 가열 장치가 200℃로 유지되고 있는 것을 확인한다.

그 후, 진공실을 상기 소정 압력으로 유지한 상태에서 가열 장치에 의해 피처리물을 가열하여 플라즈마 처리한다.

이러한 종래의 일반적인 플라즈마 처리 방법에서는, 가열 장치의 승온은 상기 소정 압력인 고진공 상태에서 행하여진다. 이로 인해, 가열 장치의 주위에 있는 플라즈마 처리용 반응 가스에 의한 열전도성이 낮기 때문에, 가열 장치에서의 구성 부재의 열 분포가 커져, 구성 부재에 왜곡이 발생함으로써, 가열 장치가 변형될 수 있었다.

도 10에 도시된 본 발명의 플라즈마 처리 방법은 피처리물을 플라즈마 처리하지 않고도, 진공실의 압력을 대기압보다 낮은 제1 압력으로 유지한 상태에서 가열 장치의 온도를 소정 온도까지 승온시키는 제1 스텝과, 이 제1 스텝 후에 행해지고, 상기 소정 온도까지 승온된 가열 장치의 온도를 그 온도로 유지한 채, 진공실의 압력을 상기 제1 압력보다 낮고 플라즈마 처리 가능한 제2 압력까지 강하시키고, 계속해서 진공실의 압력을 그 제2 압력으로 유지한 상태에서 가열 장치에 의해 피처리물을 가열하여 플라즈마 처리하는 제2 스텝을 포함한다.

따라서, 가열 장치의 주위에 있는 플라즈마 처리용 반응 가스에 의한 열전도성이 높아져서, 가열 장치의 온도가 완만하게 승온되므로, 가열 장치가 변형될 우려를 방지할 수 있다.

1 : 제1 진공실(피처리물 반입실)
2 : 제2 진공실(플라즈마 처리실)
3 : 제3 진공실(피처리물 반출실)
4 : 게이트 밸브
5 : 피처리물(트레이)
6 : 피처리물(기판)
7 : 애노드 전극
10 : 내부 홈
14 : 진공 펌프
15 : 피처리물 반입용 도어
16a : 개폐 밸브
16b : 압력 조정 밸브
17 : 피처리물 반출용 도어
18 : 캐소드 전극
19 : 반응 가스 도입관
20 : 누출 가스 도입관
21 : 콘덴서
22 : 정합 회로
23 : 고주파 전원
31, 31' : 관상 가열부(관상 히터)
32, 32' : 관상 냉각부(냉각관)
33 : 히터용 배선

Claims (18)

1. 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실과, 상기 진공실에 플라즈마 처리용 반응 가스를 도입하기 위한 가스 도입부와, 상기 진공실로부터 상기 반응 가스를 배출하기 위한 가스 배출부와, 상기 진공실에서 서로 대향 상태로 설치된 적어도 한 쌍의 플라즈마 처리용 전극을 포함하는 플라즈마 처리 장치로서,
   한 쪽의 전극의 내부 혹은 표면에 설치되어 플라즈마 처리해야 할 피처리물을 가열하기 위한 관상 가열부와, 상기 한 쪽의 전극의 내부 혹은 표면에 설치되어 상기 한 쪽의 전극을 냉각하기 위하여 상기 관상 가열부와는 다른 관상 냉각부를 더 구비하고, 상기 관상 가열부와 상기 관상 냉각부는 동일 평면 상에 있는,
   플라즈마 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 관상 가열부는 평면 형상이 U자 형상이며 서로 병렬 상태로 인접하여 설치된 복수 개의 관상 히터를 포함하고,
   상기 관상 냉각부는 평면 형상이 U자 형상이며 해당하는 상기 관상 히터의 외측 혹은 내측을 따라 서로 병렬 상태로 인접하여 설치되고, 내부에 도입된 냉각용 가스를 유통시킨 후에 외부로 배출할 수 있는 복수 개의 관상 냉각관을 포함하는,
   플라즈마 처리 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 관상 히터는 모두 시즈(sheath) 히터이고,
   상기 복수 개의 냉각관은 모두 냉각용 가스 유통관인,
   플라즈마 처리 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 관상 히터는 서로 독립되어 가열 온도를 제어할 수 있고,
   상기 복수 개의 냉각관은 서로 독립되어 냉각 온도를 제어할 수 있는,
   플라즈마 처리 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 관상 히터 및 상기 복수 개의 냉각관은 상기 복수 개의 관상 히터의 가열 성능 및 상기 복수 개의 냉각관의 냉각 성능이 상기 한 쪽의 전극의 중앙부에서 더 크고 상기 한 쪽의 전극의 주연부에서 더 작아지도록 구성되어 있는,
   플라즈마 처리 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 관상 히터 및 상기 복수 개의 냉각관은 상기 한 쪽의 전극의 평면 단위 면적당 상기 복수 개의 관상 히터 및 상기 복수 개의 냉각관의 설치 개수 밀도가 상기 한 쪽의 전극의 중앙부에서 더 크고 상기 한 쪽의 전극의 주연부에서 더 작아지도록 구성되어 있는,
   플라즈마 처리 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 관상 히터 및 상기 복수 개의 냉각관은, 인접하는 관상 히터 및 인접하는 냉각관에 대해 U자 형상의 만곡부가 서로 반대 방향을 향하도록 설치되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 냉각관은 열전도율이 상기 한 쪽의 전극을 구성하는 재료의 열전도율보다 낮은 재료로 구성되어 있는,
   플라즈마 처리 장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 관상 히터는 상기 한 쪽의 전극의 중앙부로부터 주연부에 걸쳐 설치되고, 상기 중앙부에서의 관상 히터의 열용량이 상기 주연부에서의 관상 히터의 열용량보다 작아지도록 구성되어 있는,
   플라즈마 처리 장치.
10. 금속제의 복수 매의 판이 서로 접촉하도록 적층되고, 이들의 판의 접촉면 중 적어도 하나에 홈이 형성되고, 상기 홈에 플라즈마 처리해야 할 피처리물을 가열하기 위한 가열부와 피처리물을 냉각하기 위한 냉각부가 배치되어 있고,
    상기 가열부 및 상기 냉각부는 동일 평면 상에 설치되어 있는,
    플라즈마 처리 장치용 가열 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 홈은 상기 복수 매의 판 중 상기 피처리물이 접하는 상기 판에 형성되어 있는,
    플라즈마 처리 장치용 가열 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 홈은 서로 접촉하는 2매의 판에서의 각각의 상기 접촉면에 쌍으로 되어 형성되고, 상기 가열부 및 상기 냉각부는 쌍으로 되어 형성된 상기 홈에 끼움 지지되어 있는(interposed),
    플라즈마 처리 장치용 가열 장치.
13. 제12항에 있어서,
    쌍으로 된 상기 홈의 단면 형상이 상기 가열부의 단면 형상 및 상기 냉각부의 단면 형상과 동일한,
    플라즈마 처리 장치용 가열 장치.
14. 제11항에 있어서,
    상기 복수 매의 판은 상기 피처리물이 접하는 상기 판의 두께가 가장 얇게 설정되도록 형성되어 있는,
    플라즈마 처리 장치용 가열 장치.
15. 삭제
16. 플라즈마 처리에 필요한 반응이 행해지는 진공실과, 상기 진공실에 플라즈마 처리용 반응 가스를 도입하기 위한 가스 도입부와, 상기 진공실로부터 상기 반응 가스를 배출하기 위한 가스 배출부와, 상기 진공실에서 서로 대향 상태로 설치된 적어도 한 쌍의 플라즈마 처리용 전극을 포함하며,
    제10항, 제11항 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 처리 장치용 가열 장치가 상기 플라즈마 처리용 전극의 일부로 사용되는,
    플라즈마 처리 장치.
    
17. 삭제
18. 삭제

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