KR101289770B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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마사시 기쿠치
요스케 짐보
겐지 에토
신 아사리
히로토 우치다
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Abstract

플라즈마 처리 장치는 측벽(34)을 가진 챔버(2)와, 전극 플랜지(4)와, 상기 챔버(2) 및 상기 전극 플랜지(4)에 의해 끼워진 절연 플랜지(81)로 구성되고 반응실(2a)을 가진 처리실(101)과, 상기 반응실(2a) 안에 수용되어 처리면(10a)을 가진 기판(10)이 재치되는 지지부(15)와, 상기 챔버(2)의 상기 측벽(34)에 설치된 반출입부(36)와, 상기 전극 플랜지(4)에 접속되어 고주파 전압을 인가하는 RF 전원(9)과, 상기 반출입부(36)에 설치되어 상기 반출입부(36)를 개폐하는 제1 도어 밸브(55)와, 상기 챔버(2)와 전기적으로 접속되고 상기 챔버(2)의 내측면(33)과 동일 평면상에 위치하는 면부(56a)를 가진 제2 도어 밸브(56)를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma processing apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2009년 1월 9일에 출원된 일본 특허 출원 2009-004025호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터 플라즈마를 사용하여 원료 가스를 분해하여, 예를 들면 기판의 피성막면에 박막을 형성하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 예를 들면 도 7에 도시한 것처럼 성막 공간(반응실)(305)을 갖도록 챔버(303)와, 전극 플랜지(304)와, 챔버(303) 및 전극 플랜지(304)에 의해 끼워진 절연 플랜지(302)에 의해 처리실(301)이 구성되어 있다. 처리실(301)안에는 전극 플랜지에 접속되어 복수의 분출구를 가진 샤워 플레이트(306)와, 기판(307)이 배치되는 히터(308)가 설치되어 있다. 샤워 플레이트(306)와 전극 플랜지(304) 사이에 형성되는 공간(309)은 원료 가스가 도입되는 가스 도입 공간이다. 즉, 샤워 플레이트(306)는 처리실(301) 안을, 기판(307)에 막이 형성되는 성막 공간(305)과 가스 도입 공간(공간(309))으로 구획하였다.
히터(308)에는 어스 플레이트(310)의 일단이 접속되어 있다. 어스 플레이트(310)의 타단은 챔버(303)의 내저면 근방에 전기적으로 접속되어 있다. 챔버(303)는 접지 전위에 접속되어 있다. 이로써 히터(308)는 애노드 전극으로서 기능한다. 한편 전극 플랜지(304)에는 고주파 전원(311)이 접속되어 있다. 전극 플랜지(304) 및 샤워 플레이트(306)는 캐소드 전극으로서 기능한다. 전극 플랜지(304)의 주위에는, 예를 들면 전극 플랜지(304)를 덮도록 형성되고, 또한 챔버(303)에 접속된 실드 커버(312) 등이 설치되어 있다.
이와 같은 구성에서 가스 도입 공간에 도입된 가스는 샤워 플레이트(306)의 각 분출구로부터 성막 공간에 균일하게 분출된다. 이 때 고주파 전원을 기동하여 전극 플랜지(304)에 고주파 전압을 인가하고 성막 공간내에 플라즈마를 발생시킨다. 그리고 플라즈마에 의해 분해된 원료 가스가 기판의 피성막면에 도달함으로써 원하는 막이 형성된다.
전극 플랜지(304)에 고주파 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시킬 때 플라즈마의 발생에 따라 흐르는 전류는, 도 7의 화살표로 나타낸 것처럼 샤워 플레이트(306), 히터(308) 및 어스 플레이트(310)의 순서대로 전달된다. 또 이 전류는 챔버(303)의 내측면 및 실드 커버(312)에 전달되어 전극 플랜지(304)에 리턴된다. 플라즈마의 발생에 따른 전류는 이와 같은 전류 경로를 통해 흐른다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본특개2008-244079호 공보
그런데 도 8에 도시한 것처럼 챔버(303)의 측벽에는, 기판(307)을 챔버(303)안에 반출 또는 반입하기 위해 사용되는 반출입부(313)가 설치되고, 이것을 개폐하는 도어 밸브(314)가 설치되어 있는 경우가 많다.
이와 같은 경우 반출입부(313)가 형성되어 있는 챔버(303)의 내측면을 흐르는 고주파 전류의 경로는 반출입부(313)가 형성되지 않은 챔버(303)의 내측면을 흐르는 고주파 전류의 경로보다도 길어진다. 이로써 반출입부(313)가 형성되어 있는 내측면을 흐르는 고주파 전류의 경로에서 인덕턴스가 커진다.
특히 기판(307)의 사이즈가 대형화되면 고주파 전압을 크게 할 필요가 있기 때문에 반출입부(313) 근방에서 이상 방전이 발생할 우려가 있다.
따라서 이상 방전에 기인하는 임피던스의 부정합이 생겨 전극 플랜지(304)에 인가 가능한 고주파 전압이 저하된다는 과제가 있다.
그래서 이 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 반출입부에서의 이상 방전을 방지하여 인가 가능한 고주파 전압을 크게 할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 측벽을 가진 챔버와, 전극 플랜지와, 상기 챔버 및 상기 전극 플랜지에 의해 끼워진 절연 플랜지로 구성되며 반응실을 가진 처리실과, 상기 반응실 내에 수용되며 처리면을 가진 기판이 재치(載置)되고 상기 기판의 온도를 제어하는 지지부와, 상기 챔버의 상기 측벽에 설치되어 상기 반응실에 상기 기판을 반출 또는 반입하기 위해 사용되는 반출입부와, 상기 전극 플랜지에 접속되어 고주파 전압을 인가하는 RF 전원과, 상기 반출입부에 설치되어 상기 반출입부를 개폐하는 제1 도어 밸브와, 상기 챔버와 전기적으로 접속되고 상기 챔버의 내측면과 동일 평면상에 위치하는 면부를 가진 제2 도어 밸브를 포함한다.
이와 같은 구성에서는 반출입부에서의 리턴 전류의 경로로서 제2 도어 밸브의 면부 상에 전류를 흘려보낼 수 있다. 따라서 반출입부 근방에서의 인덕턴스를 저하시킬 수 있다. 또 제2 도어 밸브를 설치함으로써 제1 도어 밸브와 반출입부에 의해 둘러싸인 방전 공간을 폐색할 수 있다. 따라서 플라즈마를 발생시킬 때 반출입부 내의 이상 방전을 방지할 수 있어 전극 플랜지에 인가 가능한 고주파 전압을 크게 할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 제2 도어 밸브는 도전성을 가진 탄성 부재가 설치되는 단부를 갖는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에서는, 제2 도어 밸브와 챔버가 전기적으로 접속되어 리턴 전류의 경로로서 제2 도어 밸브와 챔버 사이에 전류를 흘려보낼 수 있다. 또 제2 도어 밸브를 닫을 때에 단부와 반출입부가 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 제2 도어 밸브 또는 챔버의 손상을 방지할 수 있어 부품 수명을 길게 할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 제2 도어 밸브와 상기 챔버 사이에 간격이 설치되어 상기 제2 도어 밸브와 상기 챔버가 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 구성에서는, 예를 들면 제2 도어 밸브와 챔버 사이에 1㎜ 이하의 극소 간격이 마련된다. 또 고주파 전압이 인가되어 있을 때에 리턴 전류의 경로로서, 단부는 용량 결합을 통해 반출입부에 전기적으로 접속된다.
이와 같은 구성에서는, 제2 도어 밸브의 단부와 반출입부가 접촉하지 않기 때문에 먼지 등이 단부와 반출입부 사이에 퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 반응실내에 수용되어 상기 처리면에 대향하도록 배치되고 상기 기판을 향해 프로세스 가스를 공급하는 샤워 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다.
이 구성에서는, 샤워 플레이트가 프로세스 가스를 공급하고 RF 전원이 고주파 전압을 공급함으로써 플라즈마 상태의 프로세스 가스를 얻을 수 있으며, 기판의 처리면 상에서 기상 성장 반응이 일어나 박막을 처리면 상에 성막할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반출입부에서의 리턴 전류의 경로로서, 제2 도어 밸브의 면부 상에 전류를 흘려보낼 수 있다. 따라서 반출입부 근방에서의 인덕턴스를 저하시킬 수 있다. 또 제2 도어 밸브를 설치함으로써 제1 도어 밸브와 반출입부에 의해 둘러싸인 방전 공간을 폐색할 수 있다. 따라서 플라즈마를 발생시킬 때 반출입부 안의 이상 방전을 방지할 수 있어 전극 플랜지에 인가 가능한 고주파 전압을 크게 할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 개략 단면도로서, 도 1에서 부호 A로 표시된 부분 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에서의 제1 도어 밸브 및 제2 도어 밸브의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 가동 조건을 도시한 도면이다.
도 5는, 인가 가능한 고주파 전압의 크기에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에서의 플라즈마 처리 장치와 종래의 플라즈마 처리 장치의 비교 결과를 도시한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 실시형태의 변형예에서의 제2 도어 밸브의 구성을 도시한 개략 단면도이다.
도 7은, 종래의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 개략 단면도이다.
도 8은, 종래의 플라즈마 처리 장치에서 리턴 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 실시형태를 도면에 기초하여 설명하기로 한다.
또 이하의 설명에 사용하는 각 도면에서는, 각 구성 요소를 도면상에서 인식할 수 있을 정도의 크기로 하기 위해 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제와는 적절히 다르게 하였다.
또 본 실시형태에서는 플라즈마 CVD법을 사용한 성막장치를 설명하기로 한다.
도 1은, 본 실시형태에서의 플라즈마 처리 장치(1)의 구성을 도시한 개략 단면도이다.
도 1에 도시한 것처럼 플라즈마 CVD법을 실시하는 플라즈마 처리 장치(1)는 반응실인 성막 공간(2a)을 가진 처리실(101)을 포함한다. 처리실(101)은 진공 챔버(2)(챔버)와, 전극 플랜지(4)와, 진공 챔버(2) 및 전극 플랜지(4)에 협지(挾持)된 절연 플랜지(81)로 구성되어 있다.
진공 챔버(2)의 저부(11)(내저면)에는 개구부가 형성되어 있다. 이 개구부에는 지주(25)가 삽입 통과되고 지주(25)는 진공 챔버(2)의 하부에 배치되어 있다. 지주(25)의 끝단(진공 챔버(2) 내)에는 판형의 히터(15)(지지부)가 접속되어 있다. 또 진공 챔버(2)에는 배기관(27)이 접속되어 있다. 배기관(27)의 끝단에는 진공 펌프(28)가 설치되어 있다. 진공 펌프(28)는 진공 챔버(2)안이 진공 상태가 되도록 감압한다.
또 지주(25)는 진공 챔버(2)의 외부에 설치된 승강 기구(미도시)에 접속되어 있으며 기판(10)의 연직 방향에서 상하로 이동 가능하다. 즉, 지주(25)의 끝단에 접속되어 있는 히터(15)는 상하 방향으로 승강 가능하게 구성되어 있다. 또 진공 챔버(2)의 외부에서는 지주(25)의 외주를 덮도록 벨로우즈(미도시)가 설치되어 있다.
전극 플랜지(4)는 상벽(上壁, 41)과 주벽(周壁, 43)을 가진다. 전극 플랜지(4)는 전극 플랜지(4)의 개구부가 기판(10)의 연직 방향에서 아래쪽에 위치하도록 배치되어 있다. 또 전극 플랜지(4)의 개구부에는 샤워 플레이트(5)가 설치되어 있다. 이로써 전극 플랜지(4)와 샤워 플레이트(5) 사이에 공간(24)이 형성되어 있다. 또 전극 플랜지(4)의 상벽(41)은 샤워 플레이트(5)에 대향한다. 상벽(41)에는 가스 도입구(42)가 설치되어 있다.
또 처리실(101)의 외부에 설치된 프로세스 가스 공급부(21)와 가스 도입구(42) 사이에는 가스 도입관(7)이 설치되어 있다. 가스 도입관(7)의 일단은 가스 도입구(42)에 접속되고, 타단은 프로세스 가스 공급부(21)에 접속되어 있다. 또 가스 도입관(7)은 후술하는 실드 커버(13)를 관통하고 있다. 또 가스 도입관(7)을 통해 프로세스 가스 공급부(21)로부터 공간(24)에 프로세스 가스가 공급된다. 즉, 공간(24)은 프로세스 가스가 도입되는 가스 도입 공간으로서 기능하고 있다.
전극 플랜지(4)와 샤워 플레이트(5)는 각각 도전재로 구성되어 있다.
전극 플랜지(4)의 주위에는 전극 플랜지(4)를 덮도록 실드 커버(13)가 설치되어 있다. 실드 커버(13)는 전극 플랜지(4)와 비접촉이고, 또한 진공 챔버(2)의 개구 주연부(14)에 연설(連設)되도록 배치되어 있다. 또 전극 플랜지(4)에는 진공 챔버(2)의 외부에 설치된 RF 전원(9)(고주파 전원)이 매칭 박스(12)를 통해 접속되어 있다. 매칭 박스(12)는 실드 커버(13)에 장착되어 있다.
즉, 진공 챔버(2)는 실드 커버(13)를 통해 접지되어 있다.
한편 전극 플랜지(4) 및 샤워 플레이트(5)는 캐소드 전극(71)으로서 구성되어 있다. 샤워 플레이트(5)에는 복수의 가스 분출구(6)가 형성되어 있다. 공간(24)안에 도입된 프로세스 가스는 가스 분출구(6)에서 진공 챔버(2)안의 성막 공간(2a)으로 분출된다.
또 진공 챔버(2)의 성막 공간(2a)에는 가스 도입관(7)과는 다른 가스 도입관(8)이 접속되어 있다.
가스 도입관(8)에는 불소 가스 공급부(22)와 래디컬원(23)이 설치되어 있다. 래디컬원(23)은 불소 가스 공급부(22)에서 공급된 불소 가스를 분해한다. 가스 도입관(8)은 불소 가스가 분해되어 얻어진 불소 래디컬을 진공 챔버(2)안의 성막 공간(2a)에 공급한다.
히터(15)는 표면이 평탄하게 형성된 판형의 부재이다. 히터(15)의 표면에는 기판(10)이 재치된다. 히터(15)는 접지 전극, 즉 애노드 전극(72)으로서 기능한다. 따라서 히터(15)는 도전성을 가진, 예를 들면 알루미늄 합금으로 형성되어 있다. 기판(10)이 히터(15) 위에 배치되면 기판(10)과 샤워 플레이트(5)는 서로 근접하여 평행하게 위치된다. 보다 구체적으로는 기판(10)의 처리면(10a)과 샤워 플레이트(5)간의 거리(갭) G1은 3㎜이상 10㎜이하의 내로우 갭으로 설정되어 있다.
아울러 거리 G1이 3㎜보다도 작은 경우 샤워 플레이트(5)에 형성되어 있는 가스 분출구(6)의 최소(한계) 공경(孔徑)이 0.3㎜로 설정되어 있을 때 기판(10)의 처리면(10a)에 형성되는 막의 품질이 샤워 플레이트(5)의 가스 분출구(6)의 공경의 영향을 받을 우려가 있다. 또 거리 G1이 10㎜보다도 큰 경우 성막시에 파우더가 생길 우려가 있다.
히터(15) 위에 기판(10)이 배치된 상태에서 가스 분출구(6)로부터 프로세스 가스를 분출시키면 프로세스 가스는 기판(10)의 처리면(10a) 상의 공간에 공급된다.
또 히터(15)의 내부에는 히터선(16)이 설치되어 있다. 히터선(16)에 의해 히터(15)의 온도가 소정의 온도로 조정된다. 히터선(16)은 히터(15)의 연직 방향에서 본 히터(15)의 대략 중앙부의 이면(17)으로부터 돌출되어 있다. 히터선(16)은 히터(15)의 대략 중앙부에 형성된 관통공(18) 및 지주(25)의 내부에 삽입 통과되어 진공 챔버(2)의 외부로 유도된다. 히터선(16)은 진공 챔버(2)의 외부에서 전원(미도시)에 접속되고, 이 전원으로부터 공급되는 전력에 따라 히터(15)의 온도를 조절한다.
도 1, 도 2에 도시한 것처럼 히터(15)의 외주연에는 가요성을 가진 어스 플레이트(30)(플레이트 부재)의 제1 단(일단)이 설치 부재(30a)를 통해 복수개 접속되어 있다. 어스 플레이트(30)는 히터(15)의 외주연을 따라 대략 등간격으로 배치되어 있다. 어스 플레이트(30)는 히터(15)와 진공 챔버(2)를 전기적으로 접속한다. 어스 플레이트(30)의 제2 단(타단)은 진공 챔버(2)의 저부(11)에 전기적으로 접속되어 있다. 이로써 히터(15)는 애노드 전극(72)으로서 기능한다. 어스 플레이트(30)는, 예를 들면 니켈계 합금 또는 알루미늄 합금 등으로 형성되어 있다.
도 1∼도 3에 도시한 것처럼 진공 챔버(2)의 측벽(34)에는 기판(10)을 반출 또는 반입하기 위해 사용되는 반출입부(36)(반출입구)가 형성되어 있다.
진공 챔버(2)의 측벽(34)을 구성하는 외측면(35)에는 반출입부(36)를 개폐하는 제1 도어 밸브(55)가 설치되어 있다. 제1 도어 밸브(55)는 상하 방향으로 슬라이드 가능하다.
제1 도어 밸브(55)가 아래쪽(진공 챔버(2)의 저부(11)를 향한 방향)으로 슬라이드 이동했을 때에는 반출입부(36)가 개구되어 기판(10)을 반출 또는 반입할 수 있다(도 3 참조).
한편 제1 도어 밸브(55)가 윗쪽(전극 플랜지(4)를 향한 방향)으로 슬라이드 이동했을 때에는 반출입부(36)가 폐구(閉口)되어 기판(10)의 처리(성막 처리)를 행할 수 있다(도 2 참조).
또 진공 챔버(2)의 측벽(34)을 구성하는 내측면(33)에는 반출입부(36)를 개폐하는 제2 도어 밸브(56)가 설치되어 있다. 제2 도어 밸브(56)는 상하 방향으로 슬라이드 가능하다. 제2 도어 밸브(56)는 면부(56a)와 단부(56b)를 가진다. 면부(56a) 및 진공 챔버(2)의 내측면(33)은 동일 평면상에 있다. 제2 도어 밸브(56)는 제1 도어 밸브(55)의 동작에 동기하여 반출입부(36)를 개폐한다. 즉, 제1 도어 밸브(55)가 아래쪽으로 슬라이드 이동하면 제2 도어 밸브(56)도 아래쪽으로 슬라이드 이동한다(도 3 참조). 반면 제1 도어 밸브(55)가 윗쪽으로 슬라이드 이동하면 제2 도어 밸브(56)도 윗쪽으로 슬라이드 이동한다(도 2 참조).
또 제2 도어 밸브(56)의 단부(56b)에는 전체에 도전성을 가진 코일 스프링(57)(탄성 부재)이 설치되어 있다. 즉, 제2 도어 밸브(56)의 닫힘 동작시 단부(56b)는 반출입부(36)의 내주면에 접촉하지 않고 코일 스프링(57)과 반출입부(36)의 내주면이 접촉한다. 제2 도어 밸브(56)의 닫힘 상태에서는, 제2 도어 밸브(56)의 단부(56b)와 진공 챔버(2)는 코일 스프링(57)을 통해 전기적으로 접속된다.
다음으로 도 1∼도 3에 기초하여 플라즈마 처리 장치(1)를 사용하여 기판(10)의 처리면(10a)에 막을 형성하는 경우의 작용에 대해서 설명하기로 한다.
우선, 진공 펌프(28)를 사용하여 진공 챔버(2) 내를 감압한다. 진공 챔버(2) 안이 진공으로 유지된 상태에서 제1 도어 밸브(55) 및 제2 도어 밸브(56)가 열리고(도 3 참조), 진공 챔버(2)의 반출입부(36)를 통해 진공 챔버(2)의 외부에서 성막 공간(2a)을 향해 기판(10)이 반입된다. 기판(10)은 히터(15)위에 재치된다. 기판(10)을 반입한 후 도 2에 도시한 것처럼 제1 도어 밸브(55) 및 제2 도어 밸브(56)가 닫힌다(닫힘 동작).
기판(10)을 재치하기 전에는 히터(15)는 진공 챔버(2) 안의 아래쪽에 위치하고 있다. 즉, 히터(15)와 샤워 플레이트(5)와의 간격이 넓어졌기 때문에 로봇 아암(미도시)을 사용하여 기판(10)을 히터(15) 위에 용이하게 재치할 수 있다.
또 어스 플레이트(30)는 가요성을 가지고 있기 때문에 히터(15)가 진공 챔버(2) 안의 아래쪽에 위치하고 있을 때에도 어스 플레이트(30)의 제2 단은 진공 챔버(2) 저부(11)에 접촉되어 있다(도 3 참조).
기판(10)이 히터(15) 위에 재치된 후에는 승강 기구(미도시)가 기동하여 지주(25)가 윗쪽으로 밀어 올려지고 히터(15) 위에 재치된 기판(10)도 윗쪽으로 이동한다. 이로써 적절하게 성막을 행하기 위해 필요한 간격이 되도록 샤워 플레이트(5)와 기판(10)의 간격이 원하는 대로 결정되고 이 간격이 유지된다.
구체적으로는 기판(10)의 처리면(10a)과 샤워 플레이트(5)간의 거리 G1은 3㎜이상, 10㎜이하로서, 즉 내로우 갭으로 설정된다.
그 후 프로세스 가스 공급부(21)로부터 가스 도입관(7) 및 가스 도입구(42)를 통해 공간(24)에 프로세스 가스가 도입된다. 그리고 샤워 플레이트(5)의 가스 분출구(6)로부터 성막 공간(2a) 안으로 프로세스 가스가 분출된다.
다음으로 RF 전원(9)을 기동하여 전극 플랜지(4)에 고주파 전력을 인가한다.
그러면 전극 플랜지(4)의 표면에서 샤워 플레이트(5)의 표면을 따라 고주파 전류가 흘러 샤워 플레이트(5)와 히터(15) 사이에 방전이 생긴다. 그리고 샤워 플레이트(5)와 기판(10)의 처리면(10a) 사이에 플라즈마가 발생한다.
이렇게 해서 발생한 플라즈마 내에서 프로세스 가스가 분해되고, 플라즈마 상태의 프로세스 가스가 얻어져 기판(10)의 처리면(10a)에 기상 성장 반응이 생기고 박막이 처리면(10a) 상에 성막된다.
히터(15)에 전달된 고주파 전류는 어스 플레이트(30)를 통해 진공 챔버(2) 저부(11)의 내면에 흐른다. 그리고 고주파 전류는 실드 커버(13)를 따라 리턴된다(리턴 전류).
이 때 진공 챔버(2)의 반출입부(36)가 형성되지 않은 부분에서 리턴 전류는 진공 챔버(2)의 저부(11)에서 측벽(34)의 내측면(33)을 따라 실드 커버(13)로 전달된다(도 1의 우측 참조).
한편 진공 챔버(2)의 반출입부(36)가 형성되어 있는 부분에서는 리턴 전류는 진공 챔버(2)의 저부(11)로부터, 제2 도어 밸브(56)의 면부(56a) 및 단부(56b)에 형성된 코일 스프링(57)을 따라 실드 커버(13)로 전달된다(도 1의 좌측 및 도 2 참조). 따라서 반출입부(36)의 내면에 고주파 전류가 흐르는 것이 방지된다.
제2 도어 밸브(56)의 면부(56a)와 진공 챔버(2)의 내측면(33)은 동일 평면상에 있다. 따라서 고주파 전류가 제2 도어 밸브(56)의 면부(56a)를 흐르는 경우의 리턴 경로의 거리와, 진공 챔버(2)의 내측면(33)을 흐르는 경우의 리턴 경로의 거리는 동일해진다.
따라서 리턴 전류의 경로에서, 즉 진공 챔버(2)의 내측면(33) 전체 둘레에서 반출입부(36)의 유무와 관계 없이 인덕턴스가 동일하게 설정되어 있다.
또 상기와 같은 성막 공정이 여러 번 반복되면 진공 챔버(2)의 내측면(33) 등에 성막 재료가 부착되기 때문에 진공 챔버(2) 안은 정기적으로 클리닝된다. 클리닝 공정에서는 불소 가스 공급부(22)에서 공급된 불소 가스가 래디컬원(23)에 의해 분해되어 불소 래디컬이 생기고, 불소 래디컬이 진공 챔버(2)에 접속된 가스 도입관(8)을 통해 진공 챔버(2) 안으로 공급된다. 이와 같이 진공 챔버(2) 안의 성막 공간(2a)에 불소 래디컬을 공급함으로써 화학 반응이 생겨 성막 공간(2a)의 주위에 배치된 부재 또는 진공 챔버(2)의 내벽면에 부착된 부착물이 제거된다.
다음으로 도 1, 도 4, 도 5에 기초하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 도시하여 설명하기로 한다. 아울러 본 발명은 이하에 기재된 실시예로 한정되지 않는다.
도 4는, 플라즈마 처리 장치(1)를 구성하는 부품의 사이즈 및 가동 조건을 도시한 표이다. 도 5는, 종래의 플라즈마 처리 장치와 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 비교한 표로서, 도 4에 도시한 조건에 기초하여 전극 플랜지(4)에 인가(투입) 가능한 고주파 전압 Pf(Kw)의 크기를 도시한다.
도 1, 도 4에 도시한 것처럼 전극 사이즈의 면적, 즉, 기판(10)에 대향하는 샤워 플레이트(5) 영역의 길이 방향의 길이 L1이 1,600㎜로 설정되고, 또한 짧은 방향의 길이가 1,300㎜로 설정되어 있다. 또 서셉터 사이즈, 즉, 애노드 전극(72)인 히터(15)에 기판(10)이 재치되어 있는 영역의 길이 방향의 길이 L2가 1,700㎜로 설정되고, 또한 짧은 방향의 길이가 1,400㎜로 설정되어 있다. 또한 RF 전원(9)의 RF 주파수가 27.12MHz로 설정되어 있다. 그리고 프로세스 가스 공급부(21)에서 공간(24)에 도입되는 프로세스 가스의 종류 및 유량으로서는 1(slm)의 SiH4(모노실란) 및 25(slm)의 H2(수소)가 사용되고 있다.
이와 같은 조건하에서 기판(10)의 처리면(10a)과 샤워 플레이트(5) 간의 거리 G1을 4㎜∼10㎜의 범위로 변화시키고 성막 공간(2a)의 압력을 700Pa∼2000Pa의 범위로 변화시켰다. 이와 같은 조건 및 범위에서 전극 플랜지(4)에 인가 가능한 고주파 전압 Pf(Kw)의 크기를 측정하여 종래와 본 발명을 비교하였다. 또 이와 같은 조건하에서 기판(10)의 처리면(10a)에 μc-Si막을 형성하였다.
도 5에 도시한 것처럼 모든 거리 G1의 조건(ES) 및 모든 압력 조건에서 본 발명의 플라즈마 처리 장치(1)는 종래보다도 전극 플랜지(4)에 인가 가능한 고주파 전력이 커진다는 결과를 얻었다.
따라서 상술한 실시형태에 의하면, 진공 챔버(2)의 반출입부(36)에서의 리턴 전류의 경로로서, 제2 도어 밸브(56)의 면부(56a)상에 고주파 전류를 흘려보낼 수 있다. 따라서 제1 도어 밸브(55)에 리턴 전류가 흐르는 경우와 비교하여 반출입부(36) 근방에서의 인덕턴스를 저하시킬 수 있다. 즉, 리턴 전류의 경로상 진공 챔버(2)의 내측면(33)의 전체 둘레에서 반출입부(36)의 유무와 관계 없이 인덕턴스가 동일하게 설정되어 있다.
또 제2 도어 밸브(56)를 설치함으로써 제1 도어 밸브(55)와 반출입부에 의해 둘러싸인 방전 공간(도 1에서의 공간K)을 폐색할 수 있다. 따라서 플라즈마를 발생시킬 때 반출입부(36)안의 이상 방전을 방지할 수 있어 전극 플랜지(4)에 인가 가능한 고주파 전압을 크게 할 수 있다.
또 제2 도어 밸브(56)의 단부(56b)에 도전성을 가진 코일 스프링(57)이 설치되어 있기 때문에 제2 도어 밸브(56)와 진공 챔버(2)의 전기적 접속을 유지하면서 제2 도어 밸브(56)를 닫을 때의 단부(56b)와 반출입부(36)의 충돌을 방지할 수 있다. 따라서 제2 도어 밸브(56) 또는 진공 챔버(2)의 손상을 방지할 수 있어 부품 수명을 길게 할 수 있다.
아울러 본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태로 한정되지 않으며 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경을 추가할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서 설명한 구체적인 재료 또는 구성 등은 본 발명의 일례로서 적절히 변경할 수 있다.
상술한 실시형태에서 제1 도어 밸브(55) 및 제2 도어 밸브(56)가 상하 방향으로 슬라이드하도록 설치되어 도어 밸브(55),(56)가 윗쪽으로 슬라이드 이동했을 때 반출입부(36)가 폐구되고, 도어 밸브(55),(56)가 아래쪽으로 슬라이드 이동했을 때 반출입부(36)가 개구되는 구조에 대해서 설명하였다. 그러나 이와 같은 구조로 한정되지 않으며 각 도어 밸브(55),(56)가 기판(10)을 반출·반입 가능하게 배출입구를 개폐하는 구조라면 다른 구조가 채용되어도 좋다. 예를 들면 도어 밸브(55),(56)가 윗쪽으로 슬라이드 이동했을 때 반출입부(36)를 개구하고, 도어 밸브(55),(56)가 아래쪽으로 슬라이드 이동했을 때 반출입부(36)를 폐구하는 구조가 채용되어도 좋다. 또 각 도어 밸브(55),(56)의 구조로서 도어 밸브가 회전축을 중심으로 소정 각도로 회전함으로써 반출입부(36)가 개폐되는 구조가 채용되어도 좋다.
또한 상술한 실시형태에서는 전체적으로 도전성을 가진 코일 스프링(57)이 제2 도어 밸브(56)의 단부(56b)에 설치된 구조에 대해서 설명하였다. 그러나 이와 같은 구조로 한정되지 않으며 코일 스프링(57)을 단부(56b)의 전체에 설치하지 않아도 좋다.
또 도 6에 도시한 것처럼 제2 도어 밸브(56)의 단부(56b)에 코일 스프링(57)을 설치하지 않고 단부(56b)와 반출입부(36) 사이에 1㎜이하의 극소 간격 G2가 설치된 구조를 채용해도 좋다. 이 구조에서는, 간격 G2의 크기는 단부(56b)와 반출입부(36) 사이에서 통전 가능하게 설정되어 있다. 즉, 고주파 전압이 인가되어 있을 때에 리턴 전류의 경로로서 단부(56b)는 용량 결합을 통해 반출입부(36)에 전기적으로 접속된다.
이와 같은 구조에서는 제2 도어 밸브(56)의 단부(56b)와 반출입부(36)가 접촉하지 않기 때문에, 예를 들면 먼지 등이 단부(56b)와 반출입부(36) 사이에 퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상술한 실시예에서는, 플라즈마 처리 장치(1)에 프로세스 가스로서 SiH4와 H2의 혼합 가스를 사용하여 기판(10)의 처리면(10a)에 μc-Si막을 형성한 경우에 대해서 설명하였다. 그러나 이와 같은 막 종류에 한정되지 않으며 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 a-Si(아몰퍼스 실리콘), SiO2(산화막), SiN(질화막), 및 SiC(탄화막)을 형성하는 것이 가능하다. 또 기판(10)에 원하는 막을 형성하는 성막 처리 대신에 식각 처리를 하는 플라즈마 처리 장치에 상술한 플라즈마 처리 장치(1)를 적용해도 좋다. 이 경우 각각의 처리 조건에 따라 프로세스 가스의 종류 또는 유량이 적절하게 변경된다.
이상 상술한 것처럼 본 발명은 반출입부에서의 이상 방전을 방지하여 인가 가능한 고주파 전압을 크게 할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 유용하다.
1…플라즈마 처리 장치 2…진공 챔버(챔버) 2a…성막 공간(반응실) 4…전극 플랜지 5…샤워 플레이트 9…RF 전원(전압 인가부) 10…기판 10a…처리면 15…히터(지지부) 30…어스 플레이트(플레이트 부재) 33…내측면 34…측벽 35… 외측면 36…반출입부 55…제1 도어 밸브 56…제2 도어 밸브 56a…면부 56b…단부 57…코일 스프링(탄성 부재) 81…절연 플랜지 101…처리실 G2…간격.

Claims (4)

  1. 플라즈마 처리 장치로서,
    측벽을 가진 챔버와, 전극 플랜지와, 상기 챔버 및 상기 전극 플랜지에 의해 끼워진 절연 플랜지로 구성되고, 반응실을 가진 처리실;
    상기 반응실 내에 수용되어 처리면을 가진 기판이 재치되고, 상기 기판의 온도를 제어하는 지지부;
    상기 챔버의 상기 측벽에 설치되어 상기 반응실에 상기 기판을 반출 또는 반입하기 위해 사용되는 반출입부;
    상기 전극 플랜지에 접속되고, 고주파 전압을 인가하는 RF 전원;
    상기 반출입부의 상기 측벽의 외측면에 설치되고, 상기 반출입부를 개폐하는 제1 도어 밸브;
    상기 측벽의 내측면에 설치되고, 상기 챔버와 전기적으로 접속되고, 상기 챔버의 내측면과 동일 평면 상에 위치하는 면부를 가지며, 상기 반출입부를 개폐하는 제2 도어 밸브;를 포함하며,
    상기 제2 도어 밸브는 상기 제1 도어 밸브의 동작에 동기하여 상기 반출입부를 개폐하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도어 밸브는 도전성을 가진 탄성 부재가 설치되는 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도어 밸브와 상기 챔버 사이에 간격이 설치되고, 상기 제2 도어 밸브와 상기 챔버가 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응실 내에 수용되어 상기 처리면에 대향하도록 배치되고 상기 기판을 향해 프로세스 가스를 공급하는 샤워 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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