KR101486781B1 - 가스 유로 구조체 및 기판 처리 장치 - Google Patents

가스 유로 구조체 및 기판 처리 장치 Download PDF

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다이스케 하야시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32568—Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means

Abstract

설치 장소를 확보함에 있어서 레이아웃 상의 문제가 없고, 또한 가동하는 전극에 따라 확실히 가스를 공급할 수 있는 신뢰성이 높은 가스 유로 구조체 제공한다. 내부를 감압 할 수 있는 처리실(11)과, 처리실(11) 내에 배치된 대향 전극(24)을 재치 전극(12)에 대하여 이동 가능하게 지지하는 샤프트(26)와, 샤프트(26)가 처리실(11)의 벽면(13)을 관통하는 관통부에서 벽면(13)에 대한 대향 전극(24)의 변위를 흡수하고, 샤프트(26) 주변의 분위기로부터 처리실(11) 내를 씰링하도록 샤프트(26)의 외주부에 샤프트(26)와 동심 형상으로 배치된 고리 형상의 제 1 벨로우즈(31)와, 제 1 벨로우즈(31)의 외주부에 동심 형상으로 배치된 제 2 벨로우즈(32)를 가지고, 제 1 벨로우즈(31)와 제 2 벨로우즈(32)로 고리 형상의 가스 유로(35)를 형성한다.

Description

가스 유로 구조체 및 기판 처리 장치{GAS FLOW PATH STRUCTURE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 가스 유로 구조체 및 기판 처리 장치에 관한 것으로 특히 전극 가동식(可動式)의 기판 처리 장치에서의 가스 유로 구조체 및 이 가스 유로 구조체를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판으로서 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 ‘웨이퍼’라고 함)에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치는 웨이퍼를 수용하고 내부를 감압할 수 있는 챔버(처리실), 이 챔버 내부의 하방에 배치된 서셉터(재치대), 및 챔버 내부에서 서셉터에 대향하도록 배치된 샤워 헤드(상부 전극)를 구비한다. 서셉터는 웨이퍼를 재치하고 고주파 전원이 접속되어 챔버 내부에 고주파 전력을 인가하는 재치 전극으로서 기능을 하고, 샤워 헤드는 챔버 내부로 처리 가스를 도입하고 접지되어 대향 전극으로서 기능을 한다. 이러한 기판 처리 장치는 챔버 내부로 공급된 처리 가스를 고주파 전력에 의해 여기하여 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼에 플라즈마 처리를 실시한다.
그런데, 챔버 내부의 샤워 헤드와 서셉터 사이의 공간에서 플라즈마를 적절히 분포시키기 위해 종래 서셉터를 가동(可動)적으로 구성하여 샤워 헤드 및 서셉터 사이 공간의 두께(이하, ‘갭’이라고 함)를 조정할 수 있는 기판 처리 장치가 개발되어 있다. 또한, 근래 기판 처리 장치의 주변에서 레이아웃 상의 제약으로 서셉터가 아닌 샤워 헤드가 가동적으로 구성된 기판 처리 장치가 검토되고 있다.
도 4는 샤워 헤드가 가동적으로 구성된 종래의 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4의 기판 처리 장치(100)에서 원통 형상의 챔버(101) 내부에서 서셉터(102)에 대향하도록 배치된 샤워 헤드(103)는 챔버(101)의 내경(內徑)과 거의 동일한 외경(外徑)을 가지는 대략 원판 형상을 나타내고, 도시하지 않은 리프트 기구에 의해 챔버(101) 내부에서 피스톤과 같이 상하로 이동을 한다. 또한, 도 4에서, 가장 하강했을 경우의 샤워 헤드(103)를 실선으로 나타내고, 가장 상승했을 경우의 샤워 헤드(103)를 파선으로 나타낸다.
샤워 헤드(103)는 가스 유로(104), 버퍼실(105) 및 가스홀(106)로 이루어지는 처리 가스 도입계와, 이 처리 가스 도입계로 외부로부터 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되는 가스 공급관(107)을 가진다. 또한, 상하 이동 전극인 샤워 헤드(103)를 지지하는 샤프트(shaft) 부분(111)의 외주부에는 동심 형상으로 진공 차단 기능을 구비한 벨로우즈(112)가 배설되어 있다. 상술한 바와 같이, 샤워 헤드(103)는 상하로 이동을 하는데 반해 가스 공급원은 대개 고정되어 있어 움직이지 않으므로, 가스 공급관(107)은 샤워 헤드(103)의 상하 이동에 따라 굴곡(屈曲)할 필요가 있다.
통상, 고정된 유체 공급원으로부터 가동(可動)적인 구성물을 향하여 유체를 공급하기 위한 공급관으로서 플렉서블 튜브가 알려져 있다. 예를 들면, 우주 환경 시험 장치에서 진공 용기로부터 가동적인 도어부 슈라우드(shroud)를 향하여 액화 질소를 공급하기 위하여 가요성(可撓性) 단열 배관으로서 플렉서블 튜브가 이용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
그런데, 도 5에 도시한 바와 같이, 플렉서블 튜브(108)는 복수의 파형으로 형성된 얇은 금속 파이프(109)와 이 금속 파이프(109)의 주위를 덮는 금속 메쉬의 블레이드(110)로 이루어지기 때문에, 휨에 대한 강성(剛性)이 비교적 높아 유연성이 부족하다. 따라서, 크게 굴곡시켰을 경우에 큰 응력이 발생하기 쉬워 변위량이 큰 가동적인 구성물에 적용하였다면 조기에 파단될 우려가 있다. 이 때문에, 상하 방향의 변위량이 예를 들면 70 mm로 크고 빈번하게 상하 이동을 하는 샤워 헤드(103)로 처리 가스를 공급하는 가스 공급관으로서 플렉서블 튜브(108)를 적용하는 것은 곤란하다.
즉, 플렉서블 튜브는 반복적으로 굴곡시키는 것을 전제로 한 것이 아니므로, 부정기(不定期)적인 파단(破斷)에 의한 수명이 있다. 따라서, 1 년 정도의 정기(定期)적인 교환품으로서 취급할 필요가 있어 수명 상의 안전성에 문제가 있다. 또한, 반복 굴곡시키는 것을 전제로 하지 않은 일체 성형 벨로우즈도 플렉서블 튜브와 동일한 문제가 있어, 빈번하게 상하 이동을 하는 샤워 헤드(103)로 처리 가스를 공급하는 가스 공급관으로서 적용하는 것은 곤란하다.
한편, 가스 공급관의 가동(可動) 부분에 회전 조인트 커플러를 적용하는 것도 생각할 수 있지만, 회전 조인트는 물리적 슬라이드 이동부를 가지기 때문에 파티클의 발생을 회피하는 것이 곤란하여 파티클의 발생이 최종 제품의 품질을 크게 좌우하는 기판 처리 장치에서는 실용적이지 않다.
그런데, 플렉서블 튜브 또는 회전 조인트 커플러 대신에 벨로우즈를 적용하는 것을 생각할 수 있다. 벨로우즈는 종단면 형상이 산형(山形)인 원환(圓環) 형상 부재(이하, ‘피스(piece)’라고 함)가 몇 개 연결되어 구성된 금속 파이프만으로 이루어지기 때문에, 휨에 대한 강성이 비교적 낮아 유연성이 풍부하다. 따라서, 빈번하고 큰 변위를 갖는 샤워 헤드(103)의 변위 흡수 부재로서 적용해도 큰 응력이 발생하지 않기 때문에 조기에 파단할 일은 없다고 생각된다.
일본특허공개공보 2003-137200호
그러나, 상하 이동하는 샤워 헤드로 가스를 공급하는 공급관으로서, 휨에 대한 강성이 비교적 낮고 유연성이 풍부한 벨로우즈를 적용했다 하더라도, 가스 배관용으로만 벨로우즈를 사용하게 되면 이를 위한 설치 공간이 필요하게 되어, 특히 많은 기기가 탑재되는 기판 처리 장치의 상부 유닛의 상면부에서 배치 장소를 확보하는 것이 곤란하여 레이아웃 상의 문제가 있다.
또한, 벨로우즈는 플렉서블 튜브 등에 비해 고가이므로, 가능한 한 벨로우즈의 사용 길이, 사용 수량 등을 저감시킬 필요도 있다.
본 발명의 목적은 설치 장소를 확보함에 있어서 레이아웃 상의 문제가 없고, 또한 가동하는 전극에 추종하여 확실히 가스를 공급할 수 있는 신뢰성이 높은 가스 유로 구조체 및 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 가스 유로 구조체는, 내부를 감압 할 수 있는 처리실, 상기 처리실 내에 배치되고 피처리 기판을 재치하는 재치 전극 및 상기 재치 전극과 대향하도록 배치된 대향 전극을 구비하고, 가스 유로를 개재하여 상기 재치 전극 및 상기 대향 전극 사이로 공급되는 처리 가스를 여기하여 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에 의해 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치의 가스 유로 구조체로서, 상기 재치 전극 및 대향 전극의 일방을 타방에 대하여 이동 가능하게 지지하는 지지 부재, 상기 지지 부재가 상기 처리실의 벽면을 관통하는 관통부에서 상기 벽면에 대한 상기 전극의 변위를 흡수하고 상기 지지 부재 주변의 분위기로부터 상기 처리실 내부를 씰링하도록 상기 지지 부재의 외주부에 상기 지지 부재와 동심 형상으로 배치된 고리 형상의 제 1 변위 흡수 압력 격벽과, 상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에 상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽과 동심 형상으로 배치된 고리 형상의 제 2 변위 흡수 압력 격벽을 가지고 상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽과 상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽으로 고리 형상의 제 1 가스 유로를 형성한 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 가스 유로 구조체는, 청구항 1에 기재된 가스 유로 구조체에서 상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에 상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽과 동심 형상으로 고리 형상의 제 3 또는 그 이상의 변위 흡수 압력 격벽을 설치하여, 상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽의 외측에 각각 인접하는 변위 흡수 압력 격벽 상호에 의해 협지(挾持)된 고리 형상의 제 2 또는 그 이상의 가스 유로를 형성한 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 가스 유로 구조체는, 청구항 1 또는 2에 기재된 가스 유로 구조체에서 상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에 대향하도록 상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 길이 방향과 직교하는 방향으로의 굴곡을 제한하는 가이드 부재를 설치한 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 가스 유로 구조체는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 가스 유로 구조체에서 상기 변위 흡수 압력 격벽의 단면 형상은 원형, 타원형 또는 직사각형인 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 가스 유로 구조체는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 가스 유로 구조체에서 상기 변위 흡수 압력 격벽은 벨로우즈인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 청구항 6에 기재된 기판 처리 장치는 내부를 감압할 수 있는 처리실, 상기 처리실 내에 배치되고 피처리 기판을 재치하는 재치 전극, 상기 재치 전극과 대향 배치된 대향 전극을 구비하고, 상기 재치 전극 및 상기 대향 전극의 사이로 공급되는 처리 가스를 여기하여 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에 의해 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서 상기 재치 전극 및 상기 대향 전극의 사이로 처리 가스를 공급하는 가스 유로 구조체를 가지고, 상기 가스 유로 구조체는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 가스 유로 구조체인 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 가스 유로 구조체 및 청구항 6에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 가스 유로 구조체가, 재치 전극 및 대향 전극의 일방을 타방에 대하여 이동 가능하게 지지하는 지지 부재, 이 지지 부재가 처리실의 벽면을 관통하는 관통부에서 벽면에 대한 전극의 변위를 흡수하고 지지 부재 주변의 분위기로부터 처리실 내를 씰링하도록 지지 부재의 외주부에 지지 부재와 동심 형상으로 배치된 고리 형상의 제 1 변위 흡수 압력 격벽 및 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에 제 1 변위 흡수 압력 격벽과 동심 형상으로 배치된 고리 형상의 제 2 변위 흡수 압력 격벽을 가지고, 제 1 변위 흡수 압력 격벽과 제 2 변위 흡수 압력 격벽으로 고리 형상의 제 1 가스 유로를 형성하므로, 전극의 가동에 따라 그 변위를 흡수하는 가스 유로를 처리실 내에 설치할 수 있다. 이에 따라, 설치 장소를 확보함에 있어서 레이아웃 상의 문제가 없어지고, 가동하는 전극의 변위를 확실히 흡수하여 가스를 안정적으로 공급할 수 있으며, 가스 유로 구조체로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
청구항 2에 기재된 가스 유로 구조체에 따르면, 제 2 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에 제 2 변위 흡수 압력 격벽과 동심 형상으로 고리 형상의 제 3 또는 그 이상의 변위 흡수 압력 격벽을 설치하고, 제 2 변위 흡수 압력 격벽의 외측에 각각 인접하는 변위 흡수 압력 격벽 상호에 의해 협지(挾持)된 고리 형상의 제 2 또는 그 이상의 가스 유로를 형성했으므로, 다양한 계통(多系統)의 처리 가스를 사용하는 기판 처리 장치에 적용할 수 있다.
청구항 3에 기재된 가스 유로 구조체에 따르면, 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에 대향하도록 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 길이 방향으로 직교하는 방향으로의 굴곡을 제한하는 가이드 부재를 설치하였으므로, 내측 대기, 외측 진공에 노출되는 제 1 변위 흡수 격벽의 버클링(buckling)을 억제할 수 있다.
청구항 4에 기재된 가스 유로 구조체에 따르면, 변위 흡수 압력 격벽의 단면 형상을 원형, 타원형 또는 직사각형으로 했으므로, 적용하는 변위 흡수 압력 격벽의 다양성을 넓힐 수 있다.
청구항 5에 기재된 가스 유로 구조체에 따르면, 변위 흡수 압력 격벽으로서 벨로우즈를 적용했으므로, 가동하는 전극에 따라 그 변위를 흡수할 수 있고 확실히 가스를 공급할 수 있으므로, 가스 유로 구조체로서의 신뢰성이 향상되고, 파티클의 발생도 최대한 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 유로 구조체를 구비한 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서의 제 1 벨로우즈(제 2 벨로우즈도 동일함)의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 샤워 헤드가 가동(可動)적으로 구성된 종래의 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 플렉서블 튜브의 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 유로 구조체를 구비한 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 이 기판 처리 장치는 웨이퍼에 드라이 에칭 처리를 실시하도록 구성되어 있다.
도 1에서, 기판 처리 장치(10)는 직경이, 예를 들면 300 mm인 웨이퍼(W)를 수용하는 원통 형상의 챔버(11)(처리실)를 가지고, 이 챔버(11) 내부의 도면 중 하방에는 반도체 디바이스용의 웨이퍼(W)를 재치하는 원판 형상의 서셉터(12)(재치 전극)가 배치되어 있고, 챔버(11)의 도면 중 상단(上端)은 개폐 가능한 원판 형상의 덮개부(13)에 의해 덮여 있다.
챔버(11) 내부는 TMP(Turbo Molecular Pump) 및 DP(Dry Pump)(모두 도시하지 않음) 등에 의해 감압되고, 챔버(11) 내부의 압력은 APC 밸브(도시하지 않음)에 의해 제어된다. 또한, 반도체 디바이스에 나노 레벨의 파티클이 부착되어도 결함의 원인이 되기 때문에, 챔버(11) 내부에는 드라이 에칭 처리 전에 청정 처리가 실시되어 파티클이 제거된다.
서셉터(12)에는 제 1 고주파 전원(14)이 제 1 정합기(15)를 개재하여 접속되고, 또한 제 2 고주파 전원(16)이 제 2 정합기(17)를 개재하여 접속되어 있고, 제 1 고주파 전원(14)은 비교적 낮은 주파수, 예를 들면 3.2 MHz의 고주파 전력인 바이어스 전력을 서셉터(12)에 인가하고, 제 2 고주파 전원(16)은 비교적 높은 주파수, 예를 들면 40 MHz의 고주파 전력인 플라즈마 생성 전력을 서셉터(12)에 인가한다. 그리고, 서셉터(12)는 챔버(11) 내부에 플라즈마 생성 전력을 인가한다.
서셉터(12)의 상부에는 정전 전극(18)을 내부에 가지는 정전 척(19)이 배치되어 있다. 정전 척(19)은 원판 형상의 세라믹 부재로 구성되고 정전 전극(18)에는 직류 전원(20)이 접속되어 있다. 정전 전극(18)에 양의 직류 전압이 인가되면 웨이퍼(W)에서의 정전 척(19)측의 면(이하, ‘이면(裏面)’이라고 함)에는 음의 전위가 발생하여 정전 전극(18)과 웨이퍼(W)의 이면 간에 전위차가 발생하고, 이 전위차에 기인하는 쿨롱력 또는 존슨·라벡력(Johnson-Rahbek force)에 의해 웨이퍼(W)는 정전 척(19)에 흡착 보지(保持)된다.
또한, 서셉터(12)에는 흡착 보지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 링 형상 부재인 포커스 링(21)이 재치된다. 포커스 링(21)은 도전체 예를 들면 웨이퍼(W)를 구성하는 재료와 동일한 단결정 실리콘에 의해 구성된다. 포커스 링(21)은 도전체로 이루어지므로, 플라즈마의 분포 영역을 웨이퍼(W) 상에 뿐만 아니라 이 포커스 링(21) 상에까지 확대시켜, 웨이퍼(W)의 주연부 상에서의 플라즈마의 밀도를 이 웨이퍼(W)의 중앙부 상에서의 플라즈마의 밀도와 동일한 정도로 유지한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 전체 면에 실시되는 드라이 에칭 처리의 균일성을 유지할 수 있다.
서셉터(12)의 도면 중 상부에는 서셉터(12)와 대향하도록 샤워 헤드(22)가 배치되어 있다. 샤워 헤드(22)는 다수의 가스홀(23)을 가지는 도전성의 상부 전극(24), 이 상부 전극(24)을 착탈 가능하게 지지하는 쿨링 플레이트(25), 및 이 쿨링 플레이트(25)를 또한 지지하는 지지 부재로서의 샤프트(26)를 가진다. 상부 전극(24)은 접지되어 챔버(11) 내부에 인가되는 플라즈마 생성 전력에 대한 접지 전극(대향 전극)으로서 기능한다. 상부 전극(24)의 외경은 챔버(11)의 내경과 대략 동일하고, 상부 전극(24)은 챔버(11) 내부에서 이동 가능하도록 배치된다.
샤프트(26)는 덮개부(13)를 관통하고, 이 샤프트(26)의 상부는 기판 처리 장치(10)의 상방에 배치된 리프트 기구(도시하지 않음)에 접속된다. 이 리프트 기구는 샤프트(26)를 도면 중 상하 방향으로 이동시키는데, 이 때 상부 전극(24)을 구비한 샤워 헤드(22)가 챔버(11) 내부에서 피스톤과 같이 상하 이동한다. 이에 따라, 샤워 헤드(22) 및 서셉터(12) 사이 공간의 두께인 갭을 조정할 수 있다. 샤워 헤드(22)의 도면에서 상하 방향에 관한 이동량의 최대치는, 예를 들면 70 mm이다.
샤프트(26)는 덮개부(13)와 마찰할 가능성이 있어 파티클의 발생원이 될 수 있다. 따라서, 샤프트(26)의 외주면은 제 1 변위 흡수 격벽으로서의 제 1 벨로우즈(31)로 덮여 있다. 샤프트(26)는 원기둥 형상을 나타내고, 원통 형상의 제 1 벨로우즈(31)는 샤프트(26)와 동심원 형상으로 배치된다. 제 1 벨로우즈(31)의 도면 중 상방의 일단(一端)은 덮개부(13)의 하면에 접합되어 있고, 도면 중 하방의 일단은 샤워 헤드(22)의 쿨링 플레이트(25)의 상면에 접합되어 있다. 이에 따라, 샤프트(26)가 덮개부(13)를 관통하는 관통부에서 덮개부(13)(벽면)에 대한 전극의 변위를 흡수하고, 샤프트(26) 주변의 분위기와 처리실(11) 내가 씰링되어 챔버(11) 내부와 대기의 격절(隔絶) 상태가 유지된다.
제 1 벨로우즈(31)에 인접하도록, 그 외주부에 동심원 형상으로 단면(斷面)을 가지는 원형의 제 2 변위 흡수 압력 격벽으로서 제 2 벨로우즈(32)가 배치되어 있다. 제 2 벨로우즈(32)는 제 1 벨로우즈(31)와의 사이의 소정의 공극(空隙)을 가지는 직경을 가지고 있다. 제 2 벨로우즈(32)의 도면 중 상방의 일단(一端)은 덮개부(13)의 하면에 접합되어 있고, 도면 중 하방의 일단은 샤워 헤드(22)의 쿨링 플레이트(25)의 상면에 접합되어 있다. 제 1 벨로우즈(31)와 제 2 벨로우즈(32) 사이의 간극(間隙)은 가스 유로(35)가 된다. 가스 유로(35)는 덮개부(13)를 관통하는 처리 가스 공급관(36)을 개재하여 가스 공급계(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한, 가스 유로(35)는 가스홀(38)을 개재하여 쿨링 플레이트(25) 내부의 버퍼실(29)과 연통되어 있다. 버퍼실(29)은 복수의 가스홀(23)에 의해 챔버(11) 내부와 연통되어 있다. 처리 가스는 가스 공급계로부터 처리 가스 공급관(36)을 거쳐 제 1 벨로우즈(31)와 제 2 벨로우즈(32)로 형성되는 가스 유로(35)로 유입되고, 그 후 가스홀(38)을 거쳐 쿨링 플레이트(25)의 내부의 버퍼실(29)로 유입되어 복수의 가스홀(23)을 통하여 챔버(11) 내부로 도입된다.
도 2는, 도 1에서의 제 1 벨로우즈(제 2 벨로우즈도 동일함)의 부분 확대도이다. 도 2에서 왼쪽 반은 단면을 도시하고, 오른쪽 반은 측면을 도시한다.
도 2에서, 제 1 벨로우즈(31)는 종단면(길이 방향을 따른 단면) 형상이 산형(山形)인 원환(圓環) 형상 부재(이하, ‘피스(piece)’라고 함)(31a)가 길이 방향으로 다수 연결되어 구성된 금속 파이프로 이루어진다. 각 피스(31a)에서는 테이퍼 형상으로 성형된 2 개의 금속 원환판(31b)이 그 끝부분끼리 용접됨으로써 접합되어 있다. 즉, 산형의 정상부는 용접부(31c)로 접합되어 있을 뿐이므로, 도면 중 화살표 A 방향의 신축에 대한 강성은 낮고 유연성이 풍부하여 화살표 A 방향으로 용이하게 신축된다. 또한, 각 피스(31a)의 길이 방향에 수직인 단면 형상은 원환이며, 각 피스(31a)는 금속으로 이루어지기 때문에 제 1 벨로우즈(31)는 거의 변형되지 않는다.
도 1로 돌아가서, 샤워 헤드(22)를 상하 방향으로 이동시킬 때에는, 도시를 생략한 리프트 기구를 가동(稼動)시킨다. 리프트 기구가 가동됨으로써 샤프트(26)에 연결된 샤워 헤드(22)의 서셉터(12)에 대한 상대 위치가 변화되지만, 가스 유로(35)를 형성하는 제 1 벨로우즈(31) 및 제 2 벨로우즈(32)가 각각 샤워 헤드(22)의 상하 방향의 이동에 따라 신축하여 상대 위치의 변화를 흡수한다. 그 결과, 가스 유로(35)는 샤워 헤드(22)가 도면 중 상하 방향으로 이동해도 처리 가스를 항상 공급할 수 있도록 처리 가스 도입계에 접속된다.
상술한 기판 처리 장치(10)의 각 구성 부품, 예를 들면 제 1 고주파 전원(14) 또는 제 2 고주파 전원(16)의 동작은 기판 처리 장치(10)가 구비한 제어부(도시하지 않음)의 CPU가 드라이 에칭 처리에 대응되는 프로그램에 따라 제어한다.
이러한 구성의 기판 처리 장치(10)에서, 우선 플라즈마를 적절히 분포시키기 위해서 리프트 기구(도시하지 않음)를 구동시켜 샤프트(26)를 도 1 중 상하 방향으로 이동시켜 서셉터(12)와 샤워 헤드(22) 사이의 갭을 조정한다. 이어서, 처리 가스 공급관(36)을 거쳐 챔버(11) 내로 처리 가스를 공급한다. 처리 가스 공급관(36) 내를 흐르는 처리 가스는, 예를 들면 처리 가스 공급관(36)의 도중에 설치된 필터에 의해 파티클이 제거된 후 가스 유로(35)로 유입되고, 그 후 쿨링 플레이트(25) 내부의 버퍼실(29) 및 가스홀(23)을 거쳐 챔버(11) 내부로 유입된다. 챔버(11) 내로 유입된 처리 가스는 챔버(11) 내부에 인가된 플라즈마 생성 전력에 의해 여기되어 플라즈마가 된다.
플라즈마 중의 양 이온은 서셉터(12)에 인가되는 바이어스 전력에 기인하는 음의 바이어스 전위에 의해 서셉터(12)에 재치된 웨이퍼(W)를 향하여 인입되고 이 웨이퍼(W)에 드라이 에칭 처리를 실시한다.
본 실시예에 따르면, 기판 처리 장치(10)의 서셉터(12)와 샤워 헤드(22) 사이로 처리 가스를 도입하는 가스 유로를, 샤워 헤드(22)를 지지하는 샤프트(26)를 중심으로 동심원 형상으로 배치된 신축 가능한 제 1 벨로우즈(31) 및 제 2 벨로우즈(32)로 형성했으므로 가스 유로의 설치 장소를 확보하기 쉬워지고, 샤워 헤드(22)의 상하 방향의 이동에 따라 그 변위를 흡수할 수 있으며, 이에 따라 처리 가스를 안정적이면서 확실히 샤워 헤드로 공급할 수 있어 신뢰성도 향상된다.
본 실시예에 따르면, 샤워 헤드가 상하 이동하는 구성의 기판 처리 장치에 미리 설치되어 있는, 챔버 내 공간을 대기로부터 격절하는 압력 격벽으로서의 제 1 벨로우즈(31)를 신축(伸縮)하는 가스 유로(35)의 구성 부재로서 활용하도록 하였으므로, 가스 유로를 신축시키는 구조와 샤워 헤드의 상하 이동을 흡수하는 구성을 일체화할 수 있고, 이에 따라 부품 수의 증가를 필요 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 신축되는 가스 유로(35)를 챔버 내에 설치하였으므로, 챔버 상방의 구성이 복잡해지지 않는다.
본 실시예에서, 제 1 벨로우즈(31)와 제 2 벨로우즈(32)로서 예를 들면 100 mm ø 이상의 내경인 것을 적용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 통상의 가스관에 비해 가스 유로(35)의 컨덕턴스가 커져, 예를 들면 제 1 벨로우즈(31)와 제 2 벨로우즈(32) 사이의 간극을 매우 작게 할 수 있다. 즉, 제 1 벨로우즈(31)와 제 2 벨로우즈(32)의 간극의 설정은 대개 벨로우즈의 동작 마진(margin)의 설계에 의존한다. 단, 버클링(buckling) 등의 수직 동작을 방해하는 현상에 대처할 수 있는 최저한의 간극, 예를 들면 10 mm정도를 확보할 필요는 있다.
본 실시예에서, 벨로우즈는 신축에 대한 유연성이 풍부하고 신축 시에 큰 응력이 발생하지 않기 때문에, 가스 유로(35)가 조기에 파단하는 것을 방지할 수 있어 신뢰성이 향상된다.
본 실시예에서, 제 1 벨로우즈(31) 및 제 2 벨로우즈(32)의 단면 형상을 원형으로 했지만, 원형 이외에, 예를 들면 타원형, 직사각형 등이어도 좋다.
본 실시예에서, 제 1 벨로우즈(31)만이 챔버 내 공간을 대기로부터 격절(隔絶)하는 압력 격벽으로서 기능을 한다. 따라서, 제 1 벨로우즈(31)는 제 2 벨로우즈(32)에 비해 ‘내압 >> 외압’이라고 하는 압력 상태를 견딜 필요가 있기 때문에, 버클링 방지 시책(예를 들면, 가이드 설치)에 유의할 필요가 있다. 따라서, 버클링 방지용의 가이드 부재를 제 1 벨로우즈의 외주부에 설치하는 것이 바람직하다.
제 2 벨로우즈(32)는 가스 유로(35)를 형성하기 위한 것으로, 가스 유로(35)는 챔버(11) 내부와 연통되어 있고, 챔버(11) 내부와 동일하게 감압된다. 따라서, 제 2 벨로우즈(32)는 특별히 진공과 대기를 격절하는 제 1 벨로우즈(31) 정도의 기능은 요구되지 않는다. 또한, 다양한 계통의 가스 유로를 형성하기 위하여 벨로우즈를 3 개 또는 그 이상 동심 형상으로 배치하는 경우에도 제 1 벨로우즈 이외의 벨로우즈에 작용하는 진공 응력이 극단적으로 증대하지는 않는다.
본 실시예에서, 변위 흡수 격벽으로서 벨로우즈를 적용했지만, 벨로우즈 대신에 자성 유체 씰을 가지는 슬라이드 이동 씰 구조를 적용할 수도 있다. 단, 슬라이드 이동 씰 구조는 슬라이드 이동부를 가지므로, 파티클 대책을 실시할 필요가 있다.
본 실시예에서는 샤워 헤드(22)가 상하 방향으로 이동하는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 예를 들면 챔버(11) 내부의 하방에 배치된 서셉터(12)가 상하 방향으로 이동하는 경우에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 구체적으로는, 서셉터(12)가 상하 방향으로 이동하고 이 서셉터(12)로 가스를 외부로부터 공급할 필요가 있는 경우, 외부의 가스 공급원에 접속된 기판 처리 장치 내의 가스 유로를, 서셉터(12)를 이동 가능하게 지지하는 샤프트에 벨로우즈를 동심 형상으로 복수 배치하여 형성할 수 있다.
도 3은 본 실시예의 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3에서, 이 기판 처리 장치는 도 1의 기판 처리 장치에서의 처리 가스 공급계 및 가스 유로를 2 계통으로 하고, 챔버(11) 내에 2 계통의 가스를 공급하도록 한 것이다. 도 3에서, 도 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
이 기판 처리 장치(50)가 도 1과 상이한 점은, 제 2 벨로우즈(32)의 외주부에 소정의 간격을 두고 제 3 벨로우즈(33)를 설치하고 제 2 벨로우즈(32)와 제 3 벨로우즈(33)의 간극을 제 2 가스 유로(45)로 한 점이다. 또한, 버퍼실(29)을 내측 버퍼실(29a)과 외측 버퍼실(29b)로 구획하고, 제 1 가스 유로(35)를 가스홀(38)을 개재하여 내측 버퍼실(29a)과 연통시키며, 제 2 가스 유로(45)를 가스홀(39)을 개재하여 외측 버퍼실(29b)과 연통시킨 것이다.
이러한 구성의 기판 처리 장치(50)에서, 처리 가스 공급관(36 및 46)을 거쳐 제 1 가스 유로(35) 및 제 2 가스 유로(45)로 각각 상이한 2 계통의 처리 가스가 공급된다. 처리 가스 공급관(36 및 46)의 도중에는, 예를 들면 처리 가스 중에 포함되는 미소량 또는 미량의 파티클을 제거하는 필터가 설치된다. 제 1 계통의 처리 가스는 필터에 의해 파티클이 제거된 후 가스 유로(35)로 유입되고, 그 후 가스홀(38), 버퍼실(29a) 및 가스홀(23)을 거쳐 챔버(11) 내부로 도입된다. 또한, 제 2 계통의 처리 가스는 필터에 의해 파티클이 제거된 후 가스 유로(45)로 유입되고, 그 후 가스홀(39), 버퍼실(29b) 및 다른 가스홀(23)을 거쳐 챔버(11) 내부로 도입된다. 챔버(11) 내로 도입된 2 계통의 처리 가스는 챔버(11) 내부에 인가된 플라즈마 생성 전력에 의해 여기되어 플라즈마가 된다.
플라즈마 중의 양 이온은 서셉터(12)에 인가되는 바이어스 전력에 기인하는 음의 바이어스 전위에 의해 서셉터(12)에 재치된 웨이퍼(W)를 향하여 인입되고 이 웨이퍼(W)에 드라이 에칭 처리를 실시한다.
본 실시예에서도 상기 실시예와 마찬가지로 가스 유로의 설치 장소를 확보하기 쉬워지고, 또한 샤워 헤드(22)의 상하 방향의 이동에 따라 그 변위를 흡수하여 처리 가스를 안정적이고 확실히 샤워 헤드로 도입할 수 있으므로, 신뢰성이 향상된다.
본 실시예에서, 가스 유로는 2 계통에 한정되지 않고 동심 형상으로 배치한 벨로우즈의 수를 차례로 증가시킴으로써 3 계통 또는 그 이상에 대응될 수도 있다.
또한, 상술한 본 실시예에서는, 드라이 에칭 처리가 실시되는 기판을 반도체 디바이스용의 웨이퍼로서 설명했지만, 드라이 에칭 처리가 실시되는 기판은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 LCD(Liquid Crystal Display)를 포함하는 FPD(Flat Panel Display) 등의 글라스 기판이어도 좋다.
W : 웨이퍼
10 : 기판 처리 장치
11 : 챔버
12 : 서셉터
22 : 샤워 헤드
31 : 제 1 벨로우즈
32 : 제 2 벨로우즈
33 : 제 3 벨로우즈
35 : (제 1) 가스 유로
45 : 제 2 가스 유로

Claims (6)

  1. 내부를 감압 할 수 있는 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되고 피처리 기판을 재치하는 재치 전극과, 상기 재치 전극과 대향하도록 배치된 대향 전극을 구비하고, 가스 유로를 개재하여 상기 재치 전극 및 상기 대향 전극 사이로 공급되는 처리 가스를 여기하여 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에 의해 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치의 가스 유로 구조체로서,
    상기 재치 전극 및 대향 전극의 일방을 타방에 대하여 이동 가능하게 지지하는 지지 부재와,
    상기 지지 부재가 상기 처리실의 벽면을 관통하는 관통부에서 상기 벽면에 대한 상기 전극의 변위를 흡수하고, 상기 지지 부재 주변의 분위기로부터 상기 처리실 내를 씰링하도록 상기 지지 부재의 외주부에 상기 지지 부재와 동심 형상으로 배치된 고리 형상의 제 1 변위 흡수 압력 격벽과,
    상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에, 상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽과 동심 형상으로 배치된 고리 형상의 제 2 변위 흡수 압력 격벽을 가지고,
    상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽과 상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽에 의해, 상기 처리 가스를 상기 재치 전극 및 상기 대향 전극 사이로 공급하기 위한 상기 가스 유로로서의 고리 형상의 제 1 가스 유로를 형성한 것을 특징으로 하는 가스 유로 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에, 상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽과 동심 형상으로 고리 형상의 제 3 또는 그 이상의 변위 흡수 압력 격벽을 설치하여, 상기 제 2 변위 흡수 압력 격벽의 외측에, 상기 처리 가스를 상기 재치 전극 및 상기 대향 전극 사이로 공급하기 위한 상기 가스 유로로서, 각각 인접하는 변위 흡수 압력 격벽 상호에 의해 협지(挾持)된 고리 형상의 제 2 또는 그 이상의 가스 유로를 형성한 것을 특징으로 하는 가스 유로 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 외주부에 대향하도록, 상기 제 1 변위 흡수 압력 격벽의 길이 방향과 직교하는 방향으로의 굴곡을 제한하는 가이드 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 가스 유로 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 흡수 압력 격벽의 단면 형상은 원형, 타원형 또는 직사각형인 것을 특징으로 하는 가스 유로 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 흡수 압력 격벽은 벨로우즈인 것을 특징으로 하는 가스 유로 구조체.
  6. 내부를 감압 할 수 있는 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되고 피처리 기판을 재치하는 재치 전극과, 상기 재치 전극과 대향 배치된 대향 전극을 구비하고, 상기 재치 전극 및 상기 대향 전극 사이로 공급되는 처리 가스를 여기하여 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에 의해 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서,
    상기 재치 전극 및 상기 대향 전극 사이로 처리 가스를 공급하는 가스 유로 구조체를 가지고, 상기 가스 유로 구조체는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 가스 유로 구조체인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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