KR101343162B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
배기의 치우침이 없고, 또한 메인터넌스가 용이하게 되도록 기판 지지대를 지지하는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다. 그로 인해, 플라즈마 CVD 장치(10)에 있어서, 대향하는 진공 챔버(11)의 측벽(11a)을 관통하는 관통 구멍(12c)을 내부에 갖고, 진공 챔버(11)의 중심을 지나서 횡단하는 지지 빔(12)을 진공 챔버(11)와 일체로 형성하고, 지지 빔(12)의 상면의 중앙부에, 기판 지지대(13)를 설치하는 상면 개구부(12a)를 형성하고, 진공측과 대기측을 시일하는 제1 시일 부재를 통해 상면 개구부(12a)에 원통 형상의 기판 지지대(13)를 설치하였다.
Description
본 발명은, 기판을 적재하는 기판 지지대를 갖는 플라즈마 처리 장치 및 당해 플라즈마 처리 장치를 사용한 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치에 있어서, 기판을 적재하는 기판 지지대의 지지 구조로서는, 크게 구별하여 진공 용기의 저면으로부터 지지하는 구조와 진공 용기의 측면으로부터 지지하는 구조의 2종류가 종래 기술로서 알려져 있다(특허 문헌 1, 2).
기판 지지대를 진공 용기의 저면으로부터 지지하는 지지 구조의 경우에는, 이하와 같은 문제가 발생한다. 이것을, 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 도 7은, 기판 지지대를 진공 용기의 저면으로부터 지지하는 지지 구조를 갖는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이다. 또한, 도 7에 있어서, 플라즈마 발생 기구, 가스 공급 기구, 진공 기구 등의 도시는 생략한다.
도 7에 도시하는 플라즈마 CVD 장치(40)는, 내부가 진공으로 되어, 플라즈마(P)가 생성되는 진공 용기(41)와, 진공 용기(41)의 플랜지(41a)에 설치되는 저면(42)과, 저면(42)의 중앙부에 설치되고, 신축 가능한 벨로우즈(43)와, 벨로우즈(43)를 폐색하는 동시에, 볼 나사(46)의 구동에 의해 상하 이동하는 구동판(44)과, 구동판(44)의 상면에 설치되고, 구동판(44)과 함께 상하 이동하는 구동 부재(45)와, 구동 부재(45)의 상면에 설치되고, 기판(48)을 적재하는 적재대(47)를 갖고 있다. 즉, 플라즈마 CVD 장치(40)는, 기판 지지대[적재대(47), 구동 부재(45)]를 진공 용기(41)의 저면(42)으로부터 지지하는 지지 구조를 갖는 동시에, 기판 지지대 자체를 상하 이동 가능한 구동 기구도 갖고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 기판 지지대의 부분은, 저면(42)측으로 지지되어 있고, 메인터넌스 시에는, 이 저면(42)을 제거할 필요가 있지만, 그 제거는 용이하지는 않다. 또한, 이와 같은 지지 구조에서는, 저면(42)에 진공용의 배기구를 설치하는 것은 곤란해지고, 진공 용기(41)의 측면에 진공용의 배기구(49)가 설치되는 경우가 많다. 이와 같은 경우, 진공 용기(41) 내의 배기가 치우치기 때문에, 비교적 높은 압력의 진공도, 즉 분자류에 가까운 점성류로 되는 영역에서는, 성막 프로세스나 클리닝 프로세스의 가스 흐름에 영향이 나타나게 된다.
또한, 기판 지지대를 진공 용기의 측면으로부터 지지하는 지지 구조의 경우에는, 이하와 같은 문제가 발생한다. 이것을, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 도 8은, 기판 지지대를 진공 용기의 측면으로부터 지지하는 지지 구조를 갖는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이다. 또한, 도 8에 있어서도, 플라즈마 발생 기구, 가스 공급 기구, 진공 기구 등의 도시는 생략한다.
도 8에 도시하는 플라즈마 CVD 장치(50)는, 내부가 진공으로 되어, 플라즈마(P)가 생성되는 진공 용기(51)와, 진공 용기(51)의 측면으로부터 중앙부를 향하여 연장 설치되고, 플레이트(52)에 의해 지지된 아암 부재(53)와, 아암 부재(53)의 상면으로 지지되고, 기판(55)을 적재하는 기판 지지대(54)를 갖고 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 기판 지지대(54)는, 1개의 아암 부재(53)에 의해, 진공 용기(51)의 측면으로부터 지지되어 있고, 소위 외팔보 구조로 되어 있다. 메인터넌스 시에는, 진공 용기(51)의 측면으로부터 지지대 유닛[아암 부재(53), 기판 지지대(54)]을 제거한 후, 새로운 지지대 유닛을 삽입하면 되지만, 이것은 1개의 큰 교환 부품이며, 고가이고 중량이 있어, 이 교환 작업은 용이하지는 않다. 이와 같은 지지 구조에서는, 진공 용기(51)의 저면에 진공용의 배기구(56)를 설치할 수 있지만, 외팔보 구조이므로, 역시 진공 용기(51) 내의 배기가 치우쳐, 비교적 높은 압력의 진공도, 즉 분자류에 가까운 점성류로 되는 영역에서는, 성막 프로세스나 클리닝 프로세스의 가스 흐름에 영향이 나타나게 된다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 배기의 치우침이 없이, 또한 메인터넌스가 용이하게 되도록 기판 지지대를 지지하는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제1 발명에 관한 플라즈마 처리 장치는,
원통 형상의 진공 용기 내에 원하는 가스를 공급하는 동시에, 상기 진공 용기의 하부에 설치한 압력 제어 밸브와 상기 압력 제어 밸브의 하부에 설치한 진공 펌프를 사용하여, 상기 진공 용기 내의 압력을 제어하고, 상기 진공 용기 내의 원통 형상의 기판 지지대 상에 적재한 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
대향하는 상기 진공 용기의 측벽을 관통하는 관통 구멍을 내부에 갖고, 상기 진공 용기의 중심을 지나서 횡단하는 지지 빔을 상기 진공 용기와 일체로 형성하고,
상기 지지 빔의 상면의 중앙부에, 상기 기판 지지대를 설치하는 개구부를 형성하고,
진공측과 대기측을 시일하는 제1 시일 부재를 통해 상기 개구부에 상기 기판 지지대를 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제2 발명에 관한 플라즈마 처리 장치는,
원통 형상의 진공 용기 내에 원하는 가스를 공급하는 동시에, 상기 진공 용기의 하부에 설치한 진자식 게이트 밸브와 상기 진자식 게이트 밸브의 하부에 설치한 진공 펌프를 사용하여, 상기 진공 용기 내의 압력을 제어하고, 상기 진공 용기 내의 원통 형상의 기판 지지대 상에 적재한 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
대향하는 상기 진공 용기의 측벽을 관통하는 관통 구멍을 내부에 갖고, 상기 진공 용기의 중심을 지나서 횡단하는 지지 빔을 상기 진공 용기와 일체로 형성하고,
상기 지지 빔의 상면의 중앙부에, 상기 기판 지지대를 설치하는 개구부를 형성하고,
진공측과 대기측을 시일하는 제1 시일 부재를 통해 상기 개구부에 상기 기판 지지대를 설치하고,
상기 진공 용기의 축 중심에, 상기 진자식 게이트 밸브의 개구율의 사용 권장값의 중심값에 있어서의 개구 영역의 면적 중심이 일치하도록, 상기 지지 빔의 횡단 방향 또는 횡단 방향에 수직인 방향으로 편심하여, 상기 진자식 게이트 밸브를 상기 진공 용기에 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제3 발명에 관한 플라즈마 처리 장치는,
상기 제1, 제2 발명에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 기판 지지대는,
상기 지지 빔의 개구부의 주위에, 상기 제1 시일 부재를 통해 하단부측이 설치된 원통 형상의 내통과,
상기 내통의 외주측에 배치되는 동시에, 상기 내통의 상단부측에, 용접하거나 또는 제2 시일 부재를 통해 상단부측이 설치된 벨로우즈와,
상기 벨로우즈의 외주측에 배치되는 동시에, 상기 벨로우즈의 하단부측에, 용접하거나 또는 제3 시일 부재를 통해 하단부측이 설치된 원통 형상의 외통과,
상기 외통의 상단부측의 개구부를 폐색하도록, 제4 시일 부재를 통해 설치되고, 상기 기판을 적재하는 원반 형상의 적재대와,
상기 외통 전체면을 덮도록, 상기 외통과 밀접하게 설치되고, 부식 내성이 있는 재료로 이루어지는 원통 형상의 피복 부재와,
상기 개구부 및 상기 내통의 내부를 지나서, 상기 적재대의 이면에 설치된 구동 부재와,
상기 관통 구멍의 내부에 설치되고, 상기 구동 부재를 구동함으로써, 상기 적재대 상에 적재된 기판의 위치를 변경하는 구동 기구를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제4 발명에 관한 플라즈마 처리 방법은,
상기 제1 내지 제3 발명 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치를 사용하는 플라즈마 처리 방법이며,
상기 진공 용기 내에 가스를 공급하고,
상기 압력 제어 밸브 및 상기 진공 펌프를 사용하여, 상기 진공 용기 내의 압력을 제어하고,
상기 가스의 플라즈마를 생성하고,
상기 기판 지지대 상에 적재한 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 것을 특징으로 한다.
제1 발명에 따르면, 진공 용기를 횡단하는 지지 빔 상에 원통 형상의 기판 지지대를 설치하였으므로, 기판 지지대의 부분에서는, 기판 지지대를 축으로 하는 축 대칭에 균일하게 배기가 행해지고, 지지 빔의 부분에서는, 지지 빔의 부분을 면으로 하는 면 대칭으로 균일하게 배기가 행해지게 된다. 또한, 진공 용기와 일체의 지지 빔 상의 개구부에 기판 지지대를 설치하였으므로, 기판 지지대의 위치 결정이 용이하게 되고, 또한 메인터넌스 시에는, 기판 지지대의 제거, 조립, 교환 등도 용이하게 된다. 이 결과, 배기의 치우침을 억제하고, 또한 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
제2 발명에 따르면, 진공 용기를 횡단하는 지지 빔 상에 원통 형상의 기판 지지대를 설치하고, 또한 진자식 게이트 밸브의 개구율의 사용 권장값의 중심값에 있어서의 개구 영역의 면적 중심이 진공 용기의 축 중심에 일치하도록, 지지 빔의 횡단 방향 또는 횡단 방향에 수직인 방향으로 편심하여, 진자식 게이트 밸브를 진공 용기에 설치하였으므로, 기판 지지대의 부분에서는, 기판 지지대를 축으로 하는 축 대칭에 의해 균일하게 배기가 행해지고, 지지 빔의 부분에서는, 지지 빔의 부분을 면으로 하는 면 대칭에 의해 균일하게 배기가 행해지게 된다. 또한, 진공 용기와 일체의 지지 빔 상의 개구부에 기판 지지대를 설치하였으므로, 기판 지지대의 위치 결정이 용이하게 되고, 또한 메인터넌스 시에는, 기판 지지대의 제거, 조립, 교환 등도 용이하게 된다. 이 결과, 배기의 치우침을 보다 억제하고, 또한 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
제3 발명에 따르면, 기판 지지대가 기판의 위치를 변경 가능한 구동 기구를 구비하는 경우라도, 지지 빔 내부의 관통 구멍에 구동 기구를 배치할 수 있으므로, 진공 용기 내의 배기에 부여하는 영향은 없어, 균일하게 배기를 행할 수 있다.
제4 발명에 따르면, 제1 내지 제3 발명에 기재된 플라즈마 처리 장치를 사용하여 플라즈마 처리를 하는 경우, 배기의 치우침이 억제되어 있으므로, 기판 지지대 상에 적재한 기판에 실시하는 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 실시 형태의 일례를 나타내는 것이며, (a), (b)는 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 서로 90° 다른 위치에 있어서의 단면도이다.
도 2의 (a)는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부 챔버의 사시도이며, 도 2의 (b)는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부 챔버, 상부 챔버 및 기판 지지대 부분의 사시도이다.
도 3은 상하 이동 가능한 기판 지지대의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부에 설치하는 배기 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선 화살표 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 접속 부재의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 7은 기판 지지대를 진공 용기의 저면으로부터 지지하는 지지 구조를 갖는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이다.
도 8은 기판 지지대를 진공 용기의 측면으로부터 지지하는 지지 구조를 갖는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이다.
도 2의 (a)는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부 챔버의 사시도이며, 도 2의 (b)는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부 챔버, 상부 챔버 및 기판 지지대 부분의 사시도이다.
도 3은 상하 이동 가능한 기판 지지대의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부에 설치하는 배기 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선 화살표 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 접속 부재의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 7은 기판 지지대를 진공 용기의 저면으로부터 지지하는 지지 구조를 갖는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이다.
도 8은 기판 지지대를 진공 용기의 측면으로부터 지지하는 지지 구조를 갖는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이다.
본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치 및 방법의 실시 형태예에 대해서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 그 설명을 행한다. 또한 여기서는, 일례로서, 플라즈마 CVD 장치를 예시하지만, 플라즈마 CVD 장치에 한정되지 않고, 플라즈마 에칭 장치에도 적용 가능하다.
(제1 실시예)
본 실시예의 플라즈마 CVD 장치에 대해서, 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 1의 (a)는 본 실시예의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)와는 직교하는 위치에 있어서의 플라즈마 CVD 장치의 단면도이다. 또한, 도 2의 (a)는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부 챔버의 사시도이며, 도 2의 (b)는 도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치의 하부 챔버, 상부 챔버 및 기판 지지대 부분의 사시도이다. 또한 도 1, 도 2에 있어서, 진공 용기 내에 원하는 가스를 공급하는 가스 공급 기구, 진공 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구, 진공 용기 내의 압력을 제어하는 진공 기구 등의 도시는 생략하고 있다.
본 실시예에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 원통 형상의 진공 용기를 구성하는 하부 챔버(11), 상부 챔버(16) 및 천장판(17)을 갖는다. 하부 챔버(11)와 상부 챔버(16)는 플랜지(11b, 16c)로 설치되어 있고, 도시하지 않은 O링 등의 시일 부재에 의해 내부를 진공으로 할 수 있게 시일되어 있다. 또한, 상부 챔버(16)의 상부 개구부의 플랜지(16b)에는, 천장판(17)이 설치되어 있고, 도시하지 않은 O링 등의 시일 부재에 의해 내부를 진공으로 할 수 있게 시일되어 있다. 또한, 하부 챔버(11)의 하부의 플랜지(11c)는, 통상의 원형 플랜지이며, 진공 용기 내의 압력을 제어하는 압력 제어 밸브, 진공 펌프(예를 들어, 후술하는 도 4에 도시하는 바와 같은 진자식 게이트 밸브, 터보 분자 펌프)가 순차 설치되지만, 여기서는 그들의 도시는 생략하고 있다.
그리고, 진공 용기의 내부에는, 기판(15)을 적재하는 원반 형상의 적재대(13b)와, 적재대(13b)를 지지하는 원통 형상의 지지 통(13a)으로 이루어지는 기판 지지대(13)가 설치되고, 이 기판 지지대(13) 상에 적재한 기판(15)에 원하는 플라즈마 처리가 실시되게 된다. 또한, 적재대(13b)와 지지 통(13a) 사이는, 도시하지 않은 O링 등의 시일 부재에 의해 시일되어 있다.
그리고, 기판 지지대(13)를 지지하는 지지 구조로서, 하부 챔버(11)에는, 하부 챔버(11)의 중심을 지나서 직경 방향으로 횡단하는 지지 빔(12)이 설치되어 있다. 지지 빔(12)은, 상면에 평면을 갖는 직사각형 단면 형상의 것이고, 원통 형상의 측벽(11a)의 일방측으로부터, 하부 챔버(11)의 중심을 사이에 두고, 당해 일방측에 대향하는 측벽(11a)의 타방측까지 설치되어 있다. 또한, 지지 빔(12)의 내부에는 직사각형 단면 형상의 관통 구멍(12c)이 형성되어 있다. 즉, 지지 빔(12)의 관통 구멍(12c)은, 하부 챔버(11)의 중심을 지나고, 대향하는 원통 형상의 측벽(11a)을 직경 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 이 지지 빔(12)은 하부 챔버(11)와 일체로 형성하고 있다. 또한, 하부 챔버(11)는 상부 챔버(16)와 일체로 형성해도 된다.
그리고, 지지 빔(12)의 상면의 중앙 부분에는, 기판 지지대(13)를 설치하기 위해, 원형 형상의 상면 개구부(12a)가 형성되어 있고, 이 상면 개구부(12a)에 기판 지지대(13)의 지지 통(13a)을, 도시하지 않은 O링 등의 시일 부재(제1 시일 부재)를 통해 설치하여, 진공측과 대기측을 시일하고 있다. 또한, 상면 개구부(12a)와 대면하는 지지 빔(12)의 하면의 중앙 부분에는, 메인터넌스 시, 관통 구멍(12c)의 부분에 액세스 가능하게 하기 위한 하면 개구부(12b)가 형성되어 있고, 이 하면 개구부(12b)에는, 도시하지 않은 O링 등의 시일 부재를 통해 폐색판(18)을 설치하고 있다. 또한, 지지 빔(12)의 상면, 하면은 평면으로 되어 있으므로, 원형 형상의 상면 개구부(12a)의 형성, 하면 개구부(12b)의 형성은 용이하다.
따라서, 기판 지지대(13)의 내부는, 지지 빔(12)의 관통 구멍(12c)을 통해 진공 용기 외부와 연통하고 있고, 관통 구멍(12c)을 포함하여, 대기 상태로 되어 있다. 한편, 기판 지지대(13)의 외부는 상술한 하부 챔버(11), 상부 챔버(16) 및 천장판(17)으로 이루어지는 진공 용기로 폐색되어, 진공 펌프에 의해 진공 상태로 하는 것이 가능하다.
이와 같이, 지지 빔(12)에 의한 지지 구조는, 소위 양팔보이며, 양팔보인 지지 빔(12) 상에 기판 지지대(13)는 설치되게 된다.
적재대(13b)에는, 통상 정전 흡착용의 전극, 바이어스 인가용의 전극, 가열용의 히터, 온도 검출용의 센서, 냉각용의 유로 등이 설치되어 있다. 그리고, 상기 지지 구조에 의해, 기판 지지대(13)의 내부, 지지 빔(12)의 관통 구멍(12c)이 대기 상태로 되어 있으므로, 상기 기기 등은 대기측에 접속되게 된다. 그 경우에는, 진공 상태의 경우와는 달리, 고전압이 인가되는 전극 부분에서 방전을 일으키는 일은 없다. 또한, 가령 냉각용의 유로 등으로부터 냉매가 누설되는 경우가 있었다고 해도, 대기측에서 누설되게 되므로, 진공 용기 내에 영향을 미치는 일도 없다. 나아가서는, 후술하는 제2 실시예에 나타내는 바와 같이, 기판 지지대를 상하 이동시키는 구동 기구를 내장할 때에도, 기판 지지대(13)의 내부, 지지 빔(12)의 관통 구멍(12c)의 내부에 설치하면 되므로, 진공 기구(압력 제어 밸브, 진공 펌프 등)를 진공 용기의 바로 아래에 배치할 수 있다.
또한, 지지 빔(12)은 하부 챔버(11)와 일체로 형성되어 있으므로, 메인터넌스 시에 제거하는 부분은 경량인 적재대(13b), 지지 통(13a)뿐이며, 메인터넌스는 매우 용이하다. 예를 들어, 메인터넌스 시에는, 우선 천장판(17)을 제거하고, 순차적으로 적재대(13b), 지지 통(13a)을 제거하면 되고, 교환이 필요한 경우에는, 지지 빔(12)보다 위의 적재대(13b), 지지 통(13a)만을 교환하면 된다. 또한, 지지 통(13a)의 설치 장소인 상면 개구부(12a)는, 지지 빔(12)에 미리 형성되어 있으므로, 설치하는 것만으로, 기판 지지대(13)의 센터링하게 되고, 그 위치 결정도 매우 용이하다. 이와 같이, 지지 구조인 지지 빔(12)이 심플하기 때문에, 기판 지지대(13)의 제거, 조립, 교환 등의 메인터넌스가 용이하게 된다.
또한, 진공 용기 내의 배기에 대해서는, 기판 지지대(13)의 부분에서는, 기판 지지대(13)의 부분이 원통 형상이므로, 기판 지지대(13)를 축으로 하는 축 대칭으로 균일하게 배기가 행해지고, 지지 빔(12)의 부분에서는, 지지 빔(12)의 부분을 면으로 하는 면 대칭으로 균일하게 배기가 행해지게 된다. 그 결과, 기판 지지대(13) 상에 적재한 기판(15)에 실시하는 플라즈마 처리(예를 들어, 플라즈마 CVD에 의해 성막된 박막 등)의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
(제2 실시예)
본 실시예는 제1 실시예의 구조를 전제로 하고, 기판 지지대로서, 기판의 위치를 상하 이동 가능한 것을 사용한 것이다. 따라서, 상하 이동 가능한 구조의 기판 지지대의 단면도를 도 3에 도시하고, 도 3을 참조하여 본 실시예를 설명한다.
본 실시예에 있어서, 기판 지지대(20)는, 지지 빔(12)의 상면 개구부(12a)의 주위에, 하단부측으로 되는 하부 플랜지(22a)가 설치된 원통 형상의 내통(22)과, 내통(22)의 외주측에 배치되는 동시에, 내통(22)의 상단부측의 외주면에, 상단부측으로 되는 상부 플랜지(23a)가 설치된 벨로우즈(23)와, 벨로우즈(23)의 외주측에 배치되는 동시에, 벨로우즈(23)의 하단부측으로 되는 하부 플랜지(23b)에, 하단부측이 설치된 원통 형상의 외통(24)과, 외통(24)의 상단부측의 개구부를 폐색하도록, 상부 플랜지(24a)에 설치된 적재대(26)를 갖는다. 또한, 외통(24)의 외주에는, 외통(24)의 전체면을 덮도록 외주면에 밀접시킨 커버 부재(25)(피복 부재)가 설치되어 있다. 즉, 적재대(26)의 바로 아래에 있어서, 내통(22)이 최내주측에 배치되어 있고, 서로 직경이 다른 원통 형상의 내통(22), 벨로우즈(23), 외통(24) 및 커버 부재(25)가 순차적으로 내측으로부터 동심원 형상으로 형성된 구조로 되어 있다.
또한, 지지 빔(12)과 하부 플랜지(22a) 사이는, O링 등의 시일 부재(제1 시일 부재)를 통해 설치되어 있다. 마찬가지로, 내통(22)과 상부 플랜지(23a) 사이는, O링 등의 시일 부재(제2 시일 부재)를 통해, 또한 하부 플랜지(23b)와 외통(24) 사이는, O링 등의 시일 부재(제3 시일 부재)를 통해, 또한 상부 플랜지(24a)와 적재대(26) 사이는, O링 등의 시일 부재(제4 시일 부재)를 통해 설치되어 있다. 즉, 지지 빔(12), 내통(22), 벨로우즈(23), 외통(24), 적재대(26)끼리의 사이는, 시일 부재를 통해 설치하고 있고, 이와 같은 구성에 의해 진공 용기 내부를 진공으로 유지하면서, 구동 기구(도시 생략)에 의해, 적재대(26)를 상하 이동 가능한 구성으로 하고 있다. 또한, 내통(22), 벨로우즈(23) 및 외통(24)에 있어서는, 내통(22)과 벨로우즈(23) 사이, 벨로우즈(23)와 외통(24) 사이의 적어도 한쪽을, 리크가 없도록 용접에 의해 용착하고 일체화시켜, 진공을 유지하는 구성으로 해도 된다.
또한, 내통(22), 벨로우즈(23) 및 외통(24) 중 적어도 외통(24)은 고온 하에서도 적재대(26)를 지지하는 구조를 유지하기 때문에, 비교적 융점이 높은 금속 또는 합금, 예를 들어, 스테인리스제 등으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 커버 부재(25)는, 부식성 가스에 의한 외통(24)의 고온 부식을 피하기 위해, 부식 내성이 있는 재료로 이루어지고, 예를 들어 표면을 알루마이트 가공한 알루미늄 또는 고순도 알루미나 등의 세라믹스로 형성되어 있다. 특히, 적재대(26)는 400℃ 정도의 고온으로 설정되는 경우가 있으므로, 적재대(26)와 직접 접하고 있는 상부 플랜지(24a)의 부분은, 간극 없이, 커버 부재(25)를 밀착시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상부 플랜지(24a)가 외주측으로 돌출되어 있는 경우에는, 커버 부재(25)의 상단부(25a)도, 그 형상에 따라서 형성하여, 간극 없이 밀착하도록 하고 있다. 이 결과, 외통(24)이 부식성 가스에 가능한 한 노출되지 않도록 할 수 있다.
또한, 커버 부재(25)의 더 외주측으로, 커버 부재(25)의 전체면을 덮도록, 원통 형상의 스커트 부재(외장 부재)(28)를 설치하도록 해도 된다. 이 스커트 부재(28)는, 커버 부재(25)와 마찬가지로, 부식 내성이 있는 재료로 이루어지고, 예를 들어 표면을 알루마이트 가공한 알루미늄 또는 고순도 알루미나 등의 세라믹스로 형성되어 있다. 스커트 부재(28)를 설치함으로써, 그 외주측을 흐르는 가스를 정류하여 균일하게 배기할 수 있게 하는 동시에, 외통(24), 벨로우즈(23) 및 내통(22)측에의 가스의 진입을 방지하고 있고, 그 결과 외통(24), 벨로우즈(23) 및 내통(22)의 부식을 방지하여, 부식에 의한 금속 오염을 방지하는 동시에, 그들의 제품 수명을 길게 하고 있다.
또한, 적재대(16)의 이면측에는, 개구부(12a) 및 내통(22)의 내부를 지나서, 구동 부재(21)가 설치되어 있고, 이 구동 부재(21)가 도시하고 있지 않은 구동 기구에 의해 상하 이동됨으로써, 적재대(26) 및 기판(15)을 상하 이동시켜, 기판(15)의 위치를 변경 가능하게 되어 있다. 구동 기구는, 기판 지지대(20)의 내부, 지지 빔(12)의 관통 구멍(12c)의 내부에 설치할 수 있고, 진공 기구(압력 제어 밸브, 진공 장치 등)의 진공 용기의 바로 아래에의 배치를 방해하는 일은 없다. 따라서, 제1 실시예와 마찬가지로, 진공 용기 내의 배기에 대해서는, 구동 기구를 갖는 기판 지지대(20)의 부분에서는, 기판 지지대(20)의 부분이 원통 형상이므로, 기판 지지대(20)를 축으로 하는 축 대칭으로 균일하게 배기가 행해지고, 지지 빔(12)의 부분에서는, 지지 빔(12)의 부분을 면으로 하는 면 대칭으로 균일하게 배기가 행해지게 된다. 그 결과, 기판 지지대(20) 상에 적재한 기판(15)에 실시하는 플라즈마 처리(예를 들어, 플라즈마 CVD에 의해 성막된 박막 등)의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
덧붙여, 기판 지지대(20)에서는, 적재대(26)를 400℃ 정도로 가열해도, 외통(24)은 커버 부재(25)로 보호되어 있고, 고온 부분이 부식성 가스에 노출되는 가능성이 작아져, 고온 부식이 억제된다. 또한, 벨로우즈(23) 그리고 내통(22)은, 적재대(26)로부터의 거리가 멀어, 열전도하기 어렵기 때문에, 고온으로 되는 일이 없고, 가령 부식성 가스에 노출되었다고 해도, 고온 부식이 억제되게 된다. 따라서, 금속제의 부재인 내통(22), 벨로우즈(23) 및 외통(24)에 있어서, 그들의 부재의 고온 부식이 억제되어, 그들의 부재의 제품 수명이 길어지는 동시에, 그들의 부재로부터의 금속 오염을 억제할 수 있다.
또한, 기판 지지대(20)에서는, 기판(15)의 반송시에 신장되어 있는 벨로우즈(23)는 기판(15)에의 플라즈마 처리 시에는 수축되어 있으므로, 벨로우즈(23)의 표면에 부착되는 생성물이나 부생성물이 적어진다. 특히, 플라즈마 CVD 장치의 경우에는, 벨로우즈(23)의 표면으로의 성막이 적어지므로, 성막된 박막의 막 박리가 요인으로 되는 파티클의 발생이 적어진다.
또한, 기판 지지대(20)에서는, 벨로우즈(23)의 상부 플랜지(23a)를 경계로 하여, 적재대(26)측만을 상하 이동시키고, 내통(22)측은 고정하고 있으므로, 진공 용기 내부에서의 피구동 부분의 체적, 중량을 작게 하여, 구동 기구에의 부담을 작게 할 수 있다. 또한, 구동 기구의 고장 등에 의해, 가령 대기압에 의한 압력이 적재대(26)의 이면에 작용하였다고 해도, 그 경우에는 벨로우즈(23)를 수축시키는 방향으로 움직이므로, 신장되는 방향과 비교하여 안전한 상태이며, 벨로우즈(23)가 파단되거나 하는 일은 없다.
(제3 실시예)
본 실시예는, 제1 실시예의 구조를 전제로 하는 것이지만, 진공 용기의 하부에 설치한 진자식 게이트 밸브의 위치에 특징이 있는 것이다. 따라서, 진자식 게이트 밸브를 포함한 플라즈마 처리 장치의 단면도를 도 4에 도시하는 동시에, 도 4의 A-A선 화살표 단면도를 도 5에 도시하고, 도 4, 도 5를 참조하여 본 실시예를 설명한다. 또한, 도 4에 있어서, 플라즈마 발생 기구, 가스 공급 기구 등의 도시는 생략하고 있다.
본 실시예에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 실시예(도 1 등 참조)에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)의 배기 구조로서, 접속 부재(31)를 통해 하부 챔버(11)의 하부에 설치되고, 진공 용기 내부의 압력의 제어를 행하는 진자식 게이트 밸브(32)와, 진자식 게이트 밸브(32)의 하부에 설치되고, 진공 용기 내부의 분위기를 배기하는 TMP(터보 분자 펌프)(34)를 갖는 것이다. 또한, 접속 부재(31)는, 하부 챔버(11)의 플랜지(11c)에 설치되어 있고, 진자식 게이트 밸브(32)는, 상방으로부터 삽입된 볼트(33)에 의해, 접속 부재(31)의 플랜지(31c)에 설치되어 있고, TMP(34)는 하방으로부터 삽입된 볼트(33)에 의해, TMP(34) 자체의 플랜지가 진자식 게이트 밸브(33)에 설치되어 있다.
본 실시예에 있어서, 진자식 게이트 밸브(32)는, 편심하여 하부 챔버(11)에 설치하고 있다. 구체적으로는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 원통 형상의 하부 챔버(11)의 축 중심(Cc)과 진자식 게이트 밸브(32)의 개구 영역(M)의 면적 중심(Mc)이 일치하도록, 진자식 게이트 밸브(32)가 편심하여 배치되어 있다. 개구 영역(M)은, 진자식 게이트 밸브(32)의 개구율에 의해 당연히 변화되지만, 본 실시예에서는, 진자식 게이트 밸브(32)에 있어서의 개구율의 사용 권장값(10％ 내지 50％)의 중심값 30％의 개구 영역(M)을 기준으로 하여, 그 개구 영역(M)의 면적 중심(Mc)을 구하고, 축 중심(Cc)과 면적 중심(Mc)이 일치하도록, 진자식 게이트 밸브(32)를 편심 배치하고 있다. 따라서, 진자식 게이트 밸브(32)의 개구부(32a)의 완전 개방 시의 중심(Gc)은, 하부 챔버(11)의 축 중심(Cc)에 대하여, 개구부(32a)의 개폐를 행하는 밸브체(32b)의 개방 방향(D)으로 편심하게 된다. 또한, 상부 챔버(16)의 축 중심은, 하부 챔버(11)의 축 중심(Cc)과 일치하고 있다. 또한, TMP(34)의 접속부 중심은, 진자식 게이트 밸브(32)의 개구부(32a)의 중심(Gc)과 일치하도록 배치되어 있다.
진자식 게이트 밸브(32)의 배치 위치는, 그 상방에 위치하는 지지 빔(12)에 대해서는, 지지 빔(12)의 횡단 방향으로 편심시키고 있고, 지지 빔(12)을 1개의 면으로 생각하면, 지지 빔(12)에 대하여, 진자식 게이트 밸브(32)의 개구 영역(M)이 면 대칭으로 위치하게 된다. 즉, 축 중심(Cc) = 면적 중심(Mc)을 지나는 지지 빔(12)의 횡단 방향의 중심선을 생각하면, 당해 중심선이 개구 영역(M)의 형상을 선 대칭으로 2등분하고, 면적을 2등분하게 된다.
따라서, 상기 위치 관계로 되도록 배치하면, 진자식 게이트 밸브(32)에 있어서의 개구율을 30％ 근방에서 제어하여, 진공 용기 내부를 원하는 압력으로 제어할 때에는, 기판 지지대(13)의 부분에서는 기판 지지대(13)의 부분이 원통 형상이므로, 기판 지지대(13)를 축으로 하는 축 대칭으로 균일하게 배기가 행해지고, 지지 빔(12)의 부분에서는 지지 빔(12)의 부분을 면으로 하는 면 대칭으로 균일하게 배기가 행해지게 된다. 30％로부터 벗어난 개구율로, 진공 용기 내부를 원하는 압력으로 제어할 때에는, 개구율 30％일 때와 비교하여, 약간 불균일하게는 되지만, 그때에도 진공 용기의 축 중심에 진자식 게이트 밸브의 개구부 중심을 일치시킨 경우보다 균일하게 배기할 수 있다. 그 결과, 기판 지지대(13) 상에 적재한 기판(15)에 실시하는 플라즈마 처리(예를 들어, 플라즈마 CVD에 의해 성막된 박막 등)의 면내 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
이 효과는, 비교적 높은 압력의 진공도의 프로세스에서 현저하게 나타난다. 예를 들어, 플라즈마 CVD 장치에 있어서의 플라즈마 클리닝은, 비교적 높은 압력의 진공도로 실시된다. 종래는, 플라즈마 클리닝에 치우침이 있고, 소정의 클리닝을 실시하기 위해, 여분의 가스를 소비하거나, 일부 여분에 클리닝이 행해져, 플라즈마 데미지가 발생하거나 하는 경우가 있었다. 이에 대해, 본 실시예에서는, 상술한 배기 구조를 사용함으로써, 하부 챔버(11), 상부 챔버(16), 기판 지지대(13)에 대하여, 균일한 플라즈마 클리닝이 실시되고, 그 결과 불필요한 가스의 사용이나 플라즈마에 의한 데미지가 저감되어, 메인터넌스 빈도의 저감이나 부품의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또한, 진자식 게이트 밸브(32)를 지지 빔(12)의 횡단 방향에 수직인 방향으로 편심시켜도 되고, 그 경우 상술한 중심선은, 개구 영역(M)의 형상을 선 대칭으로 2등분하는 것은 아니지만 면적은 2등분하게 되고, 진자식 게이트 밸브(32)를 지지 빔(12)의 횡단 방향으로 편심시킨 경우에 가까운 효과를 얻을 수 있다.
또한, 진자식 게이트 밸브(32)를 편심하여 설치하였기 때문에, 접속 부재(31)의 개구부(31a)도 편심하여 형성하고 있고, 이 편심 방향도 밸브체(32b)의 개방 방향(D)으로 편심시키고 있다. 그 결과, 편심시킨 반대측의 부분에 스페이스가 생겨, 진자식 게이트 밸브(32)의 측방에 인접하여, 하부 챔버(11)의 하부에, 초기 배기 배관(roughing evacuation pipe)(35)을 위한 포트(31b)를 설치하거나, 포트가 하부 챔버(11)의 측벽에 있어도, 하부 챔버(11)의 바로 아래에 초기 배기 배관(35), 밸브(36) 등을 배치하거나 하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 실시예에서는, 진공 용기 내부의 초기 배기를 위해, 진공 용기의 저부로 되는 포트(31b)에 초기 배기 배관(35)을 접속하고, 밸브(36) 및 배기 배관(38)을 통해 초기 배기용 진공 펌프(39)와 접속하고 있고, 또한 밸브(37)를 통해 TMP(34)의 배기 포트에 배기 배관(38)을 접속하고 있다. 이와 같이, 하부 챔버(11)의 바로 아래에 초기 배기 배관(35), 밸브(36) 등을 배치할 수 있어, 처리 장치의 내부 공간에, TMP(34) 등과 함께 효율적으로 배치하는 것이 가능해진다.
또한, 진자식 게이트 밸브(32)를 편심하여 접속하고 있기 때문에, 대기부(32e)를 진공 용기의 측벽으로부터 보다 외측으로 배치하게 된다. 따라서, 플랜지(32d)의 위치도 보다 외측으로 되고, 대기부(32e)에의 액세스도 용이하게 된다. 따라서, 회전축(32c)을 중심으로 밸브체(32b)를 회전시켜, 밸브체(32b)를 대기부(32e)의 위치로 이동시킴으로써, 밸브체(32b)에의 메인터넌스가 가능해져, 진자식 게이트 밸브(32)에 대한 메인터넌스성을 향상시킬 수도 있다.
진자식 게이트 밸브(32)를 편심하여 접속하고 있는 것은, 대기부(32e)의 반대측에 있는 볼트(33)를 보다 전방측으로 배치하게 되고, 그 볼트(33)의 체결, 제거의 곤란성을 저감시킬 수도 있다.
또한, 도 4, 도 5에 있어서, 접속 부재(31)는, 원형 평판 형상의 부재에 편심된 개구부(31a)를 형성한 단순한 구조이었지만, 보다 원활한 배기를 행하기 위해, 도 6에 도시하는 접속 부재(31')와 같은 구성으로 해도 된다. 접속 부재(31')는, 구체적으로는 접속 부재(31)와 마찬가지로, 편심된 개구부(31a'), 초기 배기 배관용의 포트(31b')를 갖는 것이지만, 접속 부재(31')의 상부의 개구 부분으로부터 개구부(31a')에 걸쳐서 경사부(31c')가 형성되어 있고, 개구부(31a')를 향하여 원활하게 배기되는 구조로 되어 있다. 또한, 접속 부재(31')에 있어서는, 상부 플랜지(31d')가 하부 챔버(11)의 플랜지(11c)에 접속되고, 하부 플랜지(31e')가 진자식 게이트 밸브(32)에 접속된다. 또한, 본 실시예는, 제2 실시예에 기재한 기판 지지대(20)와 조합해도 된다.
본 발명은, 반도체 장치의 제조에 사용하는 플라즈마 CVD나 플라즈마 에칭 등의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치 및 방법에 적합한 것이다.
10 : 플라즈마 CVD 장치
11 : 하부 챔버
12 : 지지 빔
12a : 상면 개구부
12c : 관통 구멍
13, 20 : 기판 지지대
13a : 지지 통
13b : 적재대
15 : 기판
16 : 상부 챔버
17 : 천장판
31, 31' : 접속 부재
32 : 진자식 게이트 밸브
34 : TMP
11 : 하부 챔버
12 : 지지 빔
12a : 상면 개구부
12c : 관통 구멍
13, 20 : 기판 지지대
13a : 지지 통
13b : 적재대
15 : 기판
16 : 상부 챔버
17 : 천장판
31, 31' : 접속 부재
32 : 진자식 게이트 밸브
34 : TMP
Claims (4)
- 삭제
- 원통 형상의 진공 용기 내에 가스를 공급하는 동시에, 상기 진공 용기의 하부에 설치한 진자식 게이트 밸브와 상기 진자식 게이트 밸브의 하부에 설치한 진공 펌프를 사용하여, 상기 진공 용기 내의 압력을 제어하고, 상기 진공 용기 내의 원통 형상의 기판 지지대 상에 적재한 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
대향하는 상기 진공 용기의 측벽을 관통하는 관통 구멍을 내부에 갖고, 상기 진공 용기의 중심을 지나서 횡단하는 지지 빔을 상기 진공 용기와 일체로 형성하고,
상기 지지 빔의 상면의 중앙부에, 상기 기판 지지대를 설치하는 개구부를 형성하고,
진공측과 대기측을 시일하는 제1 시일 부재를 통해 상기 개구부에 상기 기판 지지대를 설치하고,
상기 진공 용기의 축 중심에, 상기 진자식 게이트 밸브의 개구율의 사용 권장값의 중심값에 있어서의 개구 영역의 면적 중심이 일치하도록, 상기 지지 빔의 횡단 방향 또는 횡단 방향에 수직인 방향으로 편심하여, 상기 진자식 게이트 밸브를 상기 진공 용기에 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 기판 지지대는,
상기 지지 빔의 개구부의 주위에, 상기 제1 시일 부재를 통해 하단부측이 설치된 원통 형상의 내통과,
상기 내통의 외주측에 배치되는 동시에, 상기 내통의 상단부측에, 용접하거나 또는 제2 시일 부재를 통해 상단부측이 설치된 벨로우즈와,
상기 벨로우즈의 외주측에 배치되는 동시에, 상기 벨로우즈의 하단부측에, 용접하거나 또는 제3 시일 부재를 통해 하단부측이 설치된 원통 형상의 외통과,
상기 외통의 상단부측의 개구부를 폐색하도록, 제4 시일 부재를 통해 설치되고, 상기 기판을 적재하는 원반 형상의 적재대와,
상기 외통 전체면을 덮도록, 상기 외통과 밀접하게 설치되고, 부식 내성이 있는 재료로 이루어지는 원통 형상의 피복 부재와,
상기 개구부 및 상기 내통의 내부를 지나서, 상기 적재대의 이면에 설치된 구동 부재와,
상기 관통 구멍의 내부에 설치되고, 상기 구동 부재를 구동함으로써, 상기 적재대 상에 적재된 기판의 위치를 변경하는 구동 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제2항에 기재된 플라즈마 처리 장치를 사용하는 플라즈마 처리 방법이며,
상기 진공 용기 내에 가스를 공급하고,
상기 압력 제어 밸브 및 상기 진공 펌프를 사용하여, 상기 진공 용기 내의 압력을 제어하고,
상기 가스의 플라즈마를 생성하고,
상기 기판 지지대 상에 적재한 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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