KR101555208B1 - 플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 개폐 기구 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 개폐 기구 Download PDF

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에스피피 테크놀로지스 컴퍼니 리미티드
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Abstract

플라즈마 식각 장치(1)는, 플라즈마 생성부(3), 처리부(4), 배기부(5) 및 매니폴드부(6)가 설정된 처리 챔버(2), 처리 챔버(2) 내의 기체를 배기하는 배기 기구(30) 등을 구비하며, 배기 기구(30)는 흡기구를 가지며, 상기 흡기구가 개구부(8)에 접속되는 진공 펌프(31), 상기 개구부(9)에 삽통되는 밸브체(32) 및 상기 밸브체(32)를 상하 방향으로 이동시키는 이동 기구(34)로부터 구성되어, 처리 챔버(2)의 일부를 구성하는 제3 챔버(2c)에 형성된 개구부(8)에 배관 등을 통하지 않고 진공 펌프(31)의 흡기구가 접속되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 개폐 기구{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND OPENING AND CLOSING MECHANISM USED THEREIN}
본 발명은 배기된 처리 챔버 내에 소정의 처리 가스를 공급하여 플라즈마화하고, 플라즈마화된 처리 가스에 의해 처리 챔버 내의 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 개폐 기구에 관한 것으로서, 특히 처리 챔버 내의 배기를 양호한 효율로 수행할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 개폐 기구에 관한 것이다.
플라즈마 처리로는 플라즈마화된 처리 가스에 포함되는 이온이나 라디칼에 의해 기판(실리콘 기판이나 탄화규소 기판 등)을 식각하는 플라즈마 식각 처리나, 기판에 박막을 형성하는 플라즈마 화학 기상 증착(CVD) 처리 등이 있다.
통상적으로, 상기 플라즈마 처리를 수행할 때에 이용되는 플라즈마 처리 장치는, 내부 공간에 처리부, 플라즈마 생성부, 배기부 및 매니폴드(manifold)부가 설정된 처리 챔버, 상기 처리 챔버의 플라즈마 생성부가 설정된 부분의 외방에 배설된 코일, 상기 처리부에 배설된 기대, 상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구, 상기 플라즈마 생성부에 식각 가스나 보호막 형성 가스 등의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구, 상기 처리 챔버 내의 기체를 배기하는 배기 기구 등을 구비하며, 상기 처리 챔버는 내부의 상부 영역에 상기 플라즈마 생성부가 설정되고, 상기 플라즈마 생성부의 하방으로 이러한 플라즈마 생성부와 연통된 처리부가 설정되며, 상기 처리부의 하방에 상기 처리부와 연통된 배기부가 설정되고, 상기 배기부에 인접하는 위치에 이러한 배기부와 연통된 매니폴드부가 설정되어 있다.
이와 같은 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 처리를 수행할 때에, 상기 플라즈마 생성부 내에 처리 가스를 공급하는 동시에, 배기 기구에 의해 배기 속도를 조정하면서 상기 처리 챔버 내의 배기를 수행함으로써, 상기 처리 챔버 내를 진공 상태에 유지하는 것으로 수행되어 왔다.
여기서, 상기 플라즈마 처리 장치에 있어서의 배기 기구는 통상적으로 상기 처리 챔버 내의 압력을 조정하기 위한 진공 밸브와 상기 처리 챔버의 매니폴드부에 대응하는 부분에 배관 등을 통해 접속된 진공 펌프(터보 분자 펌프나 크라이오(cryo) 펌프, 오일 확산 펌프 등)로부터 구성되어 있다.
이러한 배기 기구로 이용되는 진공 밸브로는, 예를 들면, 일본 특허 공보 제5243201호에 개시된 진공 밸브가 있다.
상기 진공 밸브는 내부에 밸브실이 형성되는 동시에 상기 밸브 실을 통해서 서로 직교하여 연통된 2개의 포트들이 형성되어 이루어지며, 이러한 2개의 포트들 내의 일방의 개구 가장자리부에 밸브좌가 형성된 바디, 상기 밸브좌에 대하여 진퇴가 자유로운 상태로 밸브실 내에 마련된 밸브체, 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 구동부 등을 구비하고 있으며, 상기 포트들 내의 일방은 매니폴드부에 접속되고, 타방은 진공 펌프의 흡기구에 접속되도록 이루어져 있다.
상기 진공 밸브에 의하면, 구동부에 의해 밸브체를 밸브좌에 대하여 당접시키고 이간시킴으로써, 2개의 포트들 사이의 유로, 다시 말하면, 처리 챔버와 진공 펌프 사이의 유로 개폐를 수행하는 것에 의해 배기 속도의 조정을 수행할 수 있다.
선행 기술 문헌
[특허 문헌]
특허 문헌 1: 일본 특허 공보 제5243201호
그런데, 상기 진공 밸브에 의해 상기 처리 챔버 내의 배기를 수행할 경우, 배기를 개시하고 나서 상기 처리 챔버 내가 저진공 상태가 될 때까지의 사이에는 평균 속도로 자유롭게 여기 저기 움직이고 있는 기체 분자가 상기 처리 챔버 내벽이나 몸체 내벽(이하, 단지 "벽"이라 한다)에 충돌하는 빈도보다도 기체 분자끼리의 충돌 빈도 쪽이 압도적으로 높고, 기체 분자의 평균 자유 행정이 짧은 상태(이하, "점성류(粘性流) 영역"이라 한다)로 있는 것에 비하여, 배기가 진행되어 상기 처리 챔버 내가 중진공 상태나 고진공 상태가 되면, 기체 분자끼리의 충돌 빈도보다도 벽에 대한 충돌 빈도 쪽이 높으며, 기체 분자의 평균 자유 행정이 긴 상태(이하, "분자류(分子流) 영역"이라 한다)가 된다.
여기서, 상기 분자류 영역에 있어서는 평균 자유 행정이 긴 기체 분자가 일정한 확률로 진공 펌프의 흡기구에 도달하고, 상기 기체 분자가 처리 챔버 내에서 배출되는 것에 의하여 처리 챔버 내가 배기된다. 따라서, 기체 분자가 진공 펌프에 도달하는 확률이 높은 만큼 배기 효율이 높아지고, 확률이 낮은 만큼 배기 효율이 낮아진다.
이로 인하여, 상기 진공 밸브를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 특히 처리 챔버 내를 고진공 상태로까지 감압할 때에 다음과 같은 문제가 발생한다.
다시 말하면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 종래의 진공 밸브를 구비하는 플라즈마 처리 장치(100)는 처리 챔버(101)의 매니폴드부(102)에 진공 밸브(103)를 통해서 진공 펌프가 접속된 구성이기 때문에, 기체 분자(M)가 진공 펌프(104)에 도달할 때까지 이동해야 할 거리가 길어지며, 매니폴드부(102) 내의 기체 분자(M)가 진공 펌프의 흡기구까지 도달하기 위해서는, 먼저 매니폴드부(102)로부터 일방의 포트(103a)를 통해서 밸브실(103b) 내에 도달할 필요가 있으며, 또한 밸브실(103b) 내에서 타방의 포트(103c)를 통해서 진공 펌프의 흡기구까지 도달할 필요가 있다. 이에 따라, 기체 분자(M)가 진공 펌프에 도달하는 확률이 크게 저하되고, 진공 펌프에 도달하는 기체 분자(M)의 수가 적어지며, 배기 효율이 극히 나빠진다.
또한, 2개의 포트들(103a, 103c)이 밸브실(103b)을 통해 직교하여 연통되어 있고, 다시 말하면, 매니폴드부(102)로부터 진공 펌프의 흡기구에 이르기까지의 유로가 만곡 또는 굴곡되어 있고, 더욱이, 매니폴드부(102)와 밸브실(103b)이 플랜지부(105)를 통하여 접속되고, 매니폴드부(102)로부터 플랜지부(105) 내에 기체 분자(M)가 도달하는 확률이 낮아지며, 이러한 점도 매니폴드부(102)로부터 진공 펌프로 기체 분자(M)가 도달하는 확률을 크게 저하시키는 요인이 되고 있다.
또한, 처리 챔버 내의 압력을 조정하는 기구로서는 상기 진공 밸브의 이외에 진자식(振子式) 밸브를 채용할 수 있으며, 이와 같이 하면, 매니폴드부와 진공 펌프와의 사이의 거리를 짧게 할 수 있지만, 상기 진자식 밸브는 작은 직경의 기판(예를 들면, 직경 1인치 이하의 기판)을 플라즈마 처리하는 소형의 플라즈마 처리 장치에 적용하여도 충분한 효과를 얻을 수 없다. 다시 말하면, 소형의 플라즈마 처리 장치에 진자식 밸브를 채용했다고 하여도, 진자식 밸브의 사이즈가 장치 전체의 사이즈에 대하여 상대적으로 커지고, 매니폴드부와 진공 펌프와의 사이의 거리가 길어지기 때문에, 기체 분자가 진공 펌프에 도달하는 확률이 크게 저하되는 문제가 생긴다.
본 발명은 이상의 실정에 비추어 보아 행해진 것이며, 처리 챔버 내를 고진공까지 양호한 효율로 감압할 수 있으며, 고진공 상태 하에 있어서 상기 처리 챔버 내의 압력을 제어할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 이에 이용되는 개폐 기구의 제공을 그 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
처리 챔버 내에 설정된 처리부에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하여 상기 플라즈마화된 처리 가스에 의해 상기 처리부 내에 배설된 기대 상의 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 처리 챔버는 상기 처리부와 연통된 공간인 배기부가 상기 처리부의 하방으로 설정되는 동시에 상기 배기부와 연통된 공간인 매니폴드부가 상기 배기부에 인접하여 설정되고, 상기 매니폴드부에 대응하는 부분에 개구부가 형성되며,
상기 매니폴드부는 유로의 유효 단면적이 상기 개구부보다도 넓은 면적을 가지고,
상기 플라즈마 처리 장치는,
흡기구를 가지며, 상기 흡기구가 상기 개구부에 접속된 진공 펌프와 상기 개구부의 개폐를 수행하는 개폐 기구를 구비하고,
상기 개폐 기구는,
상기 개구부와 상대되는 위치에 상기 개구부에 대하여 접근, 이반하는 방향으로 이동이 자유로운 상태로 상기 매니폴드부 내에 배설된 밸브체와,
상기 밸브체를 상기 접근, 이반하는 방향으로 이동시키는 이동 기구로 구성된 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
이러한 플라즈마 처리 장치에 의하면, 먼저 상기 기대 상에 상기 기판을 재치한다. 다음에, 상기 밸브체를 상기 개구부로부터 닫은 상태에서 상기 진공 펌프를 작동시켜 상기 처리 챔버 내의 기체의 배기를 개시한다.
여기서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 챔버의 매니폴드부에 대응하는 부분에 형성된 개구부에 상기 진공 펌프의 흡기구를 접속하고, 상기 매니폴드부로부터 진공 펌프까지의 거리를 극히 짧게 하며, 상기 매니폴드부에 있어서의 유로의 유효 단면적을 상기 개구부의 면적보다도 넓게 하고 있다. 이에 의해, 상기 처리 챔버 내가 고진공 상태(분자류 영역)가 되고, 기체 분자가 상기 진공 펌프에 도달하는 확률이 배기 효율에 영향을 끼쳐도 상기 기체 분자가 진공 펌프로 도달하는 확률이 높으며, 상기 기체 분자가 진공 펌프에 도달하기 쉬워지기 때문에, 배기 효율의 저하를 억제하여 상기 처리 챔버 내의 배기를 수행할 수 있다.
또한, 종래의 진공 밸브와 달리 상기 개구부에 진공 펌프의 흡기구를 접속하여, 상기 매니폴드부로부터 상기 진공 펌프의 흡기구까지 이르기까지의 유로에 만곡 또는 굴곡되는 부분을 없애기 때문에, 상기 기체 분자가 진공 펌프에 도달하는 확률이 저하되는 문제가 생기지 않도록 되어 있다.
더욱이, 종래의 경우에는 매니폴드부에 진공 밸브를 접속하기 위한 플랜지 이음 등의 접속 부품이 필요하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에는 접속 부품이 필요 없으며, 그 만큼 상기 매니폴드부에서 진공 펌프의 흡기구까지 거리가 짧아져 상기 기체 분자가 진공 펌프에 도달하는 확률을 높일 수 있는 동시에, 직경 1인치 이하의 기판을 플라즈마 처리하는 바와 같은 소형의 플라즈마 처리 장치의 구현도 가능하다.
또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 밸브체를 매니폴드부 내에 마련하도록 하고 있는 것에 의해서도 소형의 플라즈마 처리 장치의 구현을 가능하게 한다.
다음에, 상기 처리부 내에 처리 가스를 공급하여 플라즈마화하고, 이러한 플라즈마화된 처리 가스에 의해 상기 기대 상의 기판을 플라즈마 처리한다.
또한, 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하고 있는 사이에는 상기 이동 기구에 의해 밸브체의 상기 접근, 이반하는 방향으로 있어서의 위치를 조정하고, 상기 밸브체와 개구부와의 사이의 공간 크기를 바꾸는 것에 의해, 상기 매니폴드부 내로부터 진공 펌프의 흡기구에 기체 분자가 도달하는 확률을 조정하고, 상기 처리 챔버 내의 압력을 일정하게 유지하게 된다.
또한, 상기 플라즈마 처리 장치에 있어서의 개구부는 그 가장자리부가 상기 매니폴드부가 설정된 부분의 상기 처리 챔버 내벽으로부터 간격을 비워서 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 상기 개구부로부터 바라본 입체각을 넓게 할 수 있고, 상기 매니폴드부로부터 진공 펌프의 흡기구까지 상기 기체 분자가 도달하는 확률을 보다 높게 할 수 있다. 한편, 상기 개구부의 가장자리부와 상기 처리 챔버 내벽과의 사이의 간격은 상기 기체 분자가 진공 펌프의 흡기구에 도달하는 확률을 충분히 높게 할 수 있도록 상기 개구부의 직경의 20% 이상으로 하는 것이 바람직하며, 25% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 상기 진공 펌프의 흡기구가 상기 개구부에 직접 접속되고 있어도 좋다. 다시 말하면, 상기 진공 펌프의 흡기구와 개구부를 다른 접속 기구를 통하지 않고 접속할 수 있다. 구체적으로는, 상기 처리 챔버의 매니폴드부에 대응하는 부분에 플랜지 이음을 형성하지 않고 상기 진공 펌프에만 플랜지 이음을 형성하여, 상기 플랜지 이음을 상기 매니폴드부에 대응하는 부분에 나사 정지 등을 함으로써, 상기 진공 펌프의 흡기구를 상기 개구부에 접속할 수 있다. 이와 같이 하면, 상기 매니폴드부 내로부터 진공 펌프까지의 거리를 더욱 짧게 할 수 있고, 상기 기체 분자가 진공 펌프에 도달하는 확률을 보다 높게 할 수 있으며, 상기장치를 더욱 콤팩트하게 할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리 장치에 있어서의 개폐 기구는 유지보수성의 향상을 도모하기 위하여 상기 처리 챔버에 대하여 상기 접근, 이반하는 방향을 따라 탈착이 자유로운 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에서 언급되는 "유로의 유효 단면적"이란 흐름 방향과 직교하는 면을 따라 절단했을 때의 절단면의 면적을 말하며, 흐름 방향을 따라 절단면의 면적이 변화될 경우에 대해서는 가장 작아지는 부분의 면적을 말한다.
또한, 본 명세서에서 언급되는 "진공 펌프"란 고진공 당김에 대응하는 진공 펌프를 의미하고, 터보 분자 펌프나 크라이오 펌프, 오일 확산 펌프 등을 예시할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서의 "기판"이란 실리콘이나 탄화규소, 사파이어, 화합물 반도체, 유리, 수지 등으로 이루어지는 기판을 예시할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 처리 챔버 내를 고진공까지 양호한 효율로 압력을 내릴 수 있는 동시에, 고진공 상태 하에 있어서 상기 처리 챔버 내의 압력을 제어할 수 있고, 상기 장치를 콤팩트하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 나타내는 정단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 A-A 선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1에 있어서의 B-B 선을 따른 단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치의 개략적인 일부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 나타내는 정단면도이다.
도 7은 종래의 플라즈마 처리 장치의 개략적인 일부 구성을 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태들에 대해서 도면들을 참조하여 설명한다. 한편, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 식각 장치이며, 직경 1인치 이하의 기판에 대하여 플라즈마 식각 처리를 수행할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)는, 내부 공간에 플라즈마 생성부(3), 처리부(4), 배기부(5) 및 매니폴드부(6)가 설정된 처리 챔버(2)와, 상기 플라즈마 생성부(3)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(15)와, 상기 처리 챔버(2)의 플라즈마 생성부(3)가 설정되는 부분의 외방에 배설된 코일(18)과, 이러한 코일(18)에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구(19)와, 상기 처리부(4) 내에 배설되어 기판(K)을 재치하기 위한 기대(25)와, 이러한 기대(25)에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구(27)와, 상기 처리 챔버(2) 내의 기체를 배기하고 도시되지 않은 압력계와 연동하여 상기 처리 챔버(2) 내의 압력을 조정하는 배기 기구(30)를 구비한다.
상기 처리 챔버(2)는 제1 챔버(2a), 상기 제1 챔버(2a)의 하방에 연설된 제2 챔버(2b), 그리고 제2 챔버(2b)의 측방에 연설된 제3 챔버(2c)로 이루어진다. 상기 제1 챔버(2a)의 내부 공간에는 플라즈마 생성부(3)가 설정되고, 상기 제2 챔버(2b)에 있어서의 내부 공간의 상부 영역에는 상기 플라즈마 생성부(3)에 연통된 처리부(4)가 설정되는 동시에 하부 영역에는 상기 처리부(4)에 연통된 배기부(5)가 설정되며, 상기 제3 챔버(2c)의 내부 공간에는 상기 배기부(5)에 연통된 매니폴드부(6)가 설정되어, 플라즈마 생성부(3)로부터 매니폴드부(6)까지가 연통된 상태로 되어 있다.
상기 제1 챔버(2a)는 그 내경이 직경 1인치 이하의 기판(K)에 알맞은 치수인 15㎜ 이상 50㎜ 이하가 되도록 형성되고, 제2 챔버(2b)는 그 내경이 제1 챔버(2a)의 내경보다도 크게 형성되어 있다. 또한, 제2 챔버(2b)의 내벽에는 상기 처리부(4)와 배기부(5) 사이에 위치하는 부분에 분산판(7)이 부착되어 있으며, 상기 분산판(7)에 의해 처리부(4)로부터 배기부(5)로의 기체의 흐름이 제어된다.
상기 제3 챔버(2c)는 상기 제2 챔버(2b)의 측벽으로부터 수평 방향을 따라 연설(延設)되며, 선단부가 상면에서 볼 때에 반원 형상을 이루고, 하면에 개구부(8)가 형성되는 동시에, 개구부(8)가 형성된 부분에 플랜지 이음(8a)이 형성되며, 상면의 개구부(8)와 상대되는 위치에 개구부(9)가 형성되어 있다. 한편, 상기 매니폴드부(6)는 그 유로의 유효 단면적, 다시 말하면, 매니폴드부(6)의 긴 길이 방향으로 직교하는 수직면에서 절단했을 때의 단면적(도 3 내의 망점 부분)이 개구부(8)의 개구 면적보다도 커진다. 또한, 상기 개구부(8)는 그 가장자리부가 제3 챔버(2c)에서의 선단부의 내벽면과의 사이에 소정의 간격(L)으로 이격도록 형성되고, 이러한 간격(L)의 넓이는 개구부(8)의 직경의 20% 이상의 넓이로 하는 것이 바람직하며, 25% 이상의 넓이로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 매니폴드부(6)에 있어서의 유로의 유효 단면적은, 예를 들면, 매니폴드부(6)의 형상이 배기부(5) 측에서 첨단측을 향하여 좁아지는 것과 같은 형상(테이퍼(taper) 형상 등)일 경우에는 가장 좁은 부분에 있어서의 단면적을 말한다.
상기 처리 가스 공급 기구(15)는 SF6 가스 등의 식각 가스를 공급하는 식각 가스 공급부(16)와 일단이 상기 제1 챔버(2a)에 마련된 복수의 토출구들에 접속되고, 타단이 상기 식각 가스 공급부(16)에 접속되는 공급관(17)을 구비하며, 상기 식각 공급부(16)로부터 공급관(17)을 통해서 플라즈마 생성부(3) 내에 식각 가스를 공급한다. 한편, 상기 식각 가스로는, SF6 가스에 한정되는 것이 아니며, 다른 불소계 가스, 예를 들면, CF4나 NF3, IF5 등을 사용할 수 있다.
상기 코일(18)은 상기 제1 챔버(2a)의 외방에 이를 둘러싸도록 배설되며, 후술하는 코일 전력 공급 기구(19)에 의해 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다.
상기 코일 전력 공급 기구(19)는 상기 코일(18)에 접속된 임피던스 조정기(20) 및 상기 임피던스 조정기(20)에 접속되는 고주파 전원(21)으로 이루어지며, 상술한 바와 같이, 코일(18)에 고주파 전력을 공급하는 기구이다.
상기 기대(25)는, 상술한 바와 같이, 처리부(4) 내에 배설되고, 승강 실린더(26)에 의해 상승하도록 되어 있다.
상기 기대 전력 공급 기구(27)는 상기 기대(25)에 접속되는 임피던스 조정기(28) 및 상기 임피던스 조정기(28)에 접속되는 고주파 전원(29)으로 이루어지며, 상기 기대(25)에 고주파 전력을 공급하는 기구이다.
상기 배기 기구(30)는 흡기구를 가지며, 상기 흡기구는 개구부(8)에 접속되는 진공 펌프(31), 상기 개구부(9)에 삽통되는 밸브체(32) 및 상기 밸브체(32)를 상하 방향으로 이동시키는 이동 기구(34)로 구성되어, 밸브체(32) 및 이동 기구(34)가 개폐 기구로서 기능한다.
상기 진공 펌프(31)는 흡기구에 플랜지 이음(31a)이 형성되며, 상기 플랜지 이음(31a)이 상기 제3 챔버(2c)에 형성된 플랜지 이음(8a)에 접속되는 것에 의해 상기 흡기구가 개구부(8)에 접속되어 있다. 한편, 진공 펌프로서는 고진공 당김에 대응되는 펌프인 것이 바람직하며, 터보 분자 펌프나 크라이오 펌프, 오일 확산 펌프 등을 예시할 수 있다.
상기 밸브체(32)는 축부(32a) 및 상기 축부(32a)의 첨단에 마련된 평판 상의 당접부(32b)로 이루어지며, 당접부(32b)의 하면에는 환 형상의 씰 부재(33)가 고정 설치되어 있다. 또한, 상기 환 형상의 씰 부재(33)는 그 내경이 개구부(8)의 직경보다 크고, 당접부(32b)를 개구부(8)에 접근시켰을 때에 상기 환 형상의 씰 부재(33)가 개구부(8)의 주위에 당접되며, 제3 챔버(2c)와 당접부(32)와의 사이의 기밀성을 유지할 수 있도록 되어 있다. 한편, 제3 챔버(2c)의 개구부(9)는 밸브체(32)가 삽통된 상태로 상기 밸브체(32)의 축부(32a)가 삽통되는 관통 구멍이 형성된 뚜껑체(10)가 탈착이 자유롭게 부착되어 있으며, 뚜껑체(10)와 제3 챔버(2c)의 상면 사이에는 환 형상의 씰 부재(11)가 개장되어, 뚜껑체(10)가 장치된 상태에 있어서, 뚜껑체(10)와 제3 챔버(2c) 사이의 기밀성이 유지되도록 되어 있다.
상기 이동 기구(34)는 상기 밸브체(32)를 상하 방향, 다시 말하면, 축 방향을 따라 이동시키는 기구이며, 상기 뚜껑체(10)의 상면에 고정 설치된 지지 부재(12)에 의해 지지를 받는 상태로 뚜껑체(10) 상에 배설되어 있다. 한편, 이동 기구(34)로서는 공압 실린더나 전동 실린더 등을 예시할 수 있다.
이와 같은 배기 기구(30)에 의하면, 상기 이동 기구(34)에 의해 밸브체(32)의 당접부(32b)를 개구부(8)로부터 이반된 위치에 이동시킨 상태로 진공 펌프(31)를 구동시키는 것에 의하여 처리 챔버(2) 내(플라즈마 생성부(3), 처리부(4), 배기부(5) 및 매니폴드부(6))의 기체를 배기할 수 있고, 이동 기구(34)에 의해 밸브체(32)를 상하 방향으로 이동시키고 당접부(32b)와 개구부(8)와의 사이의 공간 크기를 바꾸는 것에 의하여 배기 속도를 변화시키며, 처리 챔버(2) 내의 압력을 조정할 수 있다. 도 5에는 밸브체(32)를 개구부(8)에 가까이 한 상태를 나타낸다.
또한, 뚜껑체(10)와 함께 밸브체(32) 및 이동 기구(34)를 상 방향으로 끌어 올림으로써 이들을 처리 챔버(2)로부터 용이하게 뗄 수 있게 되어 있다.
이하, 전술한 구성을 구비하는 플라즈마 식각 장치(1)를 채용하여 기판(K)(예를 들면, 실리콘 기판)에 식각 처리를 실시하는 과정에 대해서 설명한다.
먼저, 하강 위치에 있는 기대(25) 상에 표면에 소정의 패턴의 마스크가 형성된 기판(K)을 재치하고, 다음으로 기대(25)를 승강 실린더(26)에 의해 처리 위치까지 상승시킨 후, 배기 기구(30)에 의해 처리 챔버(2) 내(플라즈마 생성부(3), 처리부(4), 배기부(5) 및 매니폴드부(6))의 기체의 배기를 개시한다.
그러나, 처리 챔버(2) 내의 배기를 개시하고 나서 상기 처리 챔버(2) 내가 저진공 상태가 될 때까지의 사이에는 기체 분자끼리의 충돌이 지배적이어서, 상기 기체 분자의 평균 자유 행정이 짧은 점성류(粘性流) 영역에 맞기 때문에, 이 상태에 있어서는, 상기 기체 분자가 처리 챔버(2) 내에서 밀어내어지도록 하여 진공 펌프(31)의 흡기구에 도달하며, 상기 기체 분자가 처리 챔버(2) 내에서 배출되어서 처리 챔버(2) 내의 배기가 진행된다. 그렇지만, 처리 챔버(2) 내의 진공도가 높아지면, 상기 기체 분자끼리의 충돌보다도 기체 분자와 처리 챔버(2) 내벽과의 충돌이 지배적이 되고, 기체 분자의 평균 자유 행정이 길어져, 다시 말하면, 점성류 영역에서 분자류(分子流) 영역으로 이행된다. 그리고, 상기 분자류 영역에 있어서는, 평균 속도로 자유롭게 여기 저기 움직이는 기체 분자가 진공 펌프(31)의 흡기구에 도달하지 않으면 상기 기체 분자가 처리 챔버(2) 내에서 배출되지 않기 때문에, 상기 기체 분자가 진공 펌프(31)의 흡기구로 도달하는 확률을 향상시키지 않으면 배기 효율이 현저하게 저하된다.
여기서, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서는 상기 매니폴드부(6)의 유효 단면적이 개구부(8)의 개구 면적보다도 크게 되도록 하고 있다. 이에 의하여, 상기 점성류 영역 및 분자류 영역의 쌍방의 경우에 있어서, 매니폴드부(6)로부터 개구부(8)까지 기체가 흐를 때의 컨덕턴스를 향상시키도록 하고 있다.
또한, 제3 챔버(2c)에 형성된 개구부(8)에 배관 등을 통하지 않고 진공 펌프(31)의 흡기구를 접속하도록 하고, 처리 챔버(2) 내와 진공 펌프(31)의 흡기구와의 사이의 거리를 매우 짧게 함으로써, 처리 챔버(2) 내의 기체 분자가 진공 펌프(31)의 흡기구에 도달하는 확률을 높이고, 상기 분자류 영역에 있어서의 배기 효율을 높이도록 하고 있다.
또한, 개구부(8)의 가장자리부와 제3 챔버(2c)에 있어서의 선단부의 내벽면 사이에 간격(L)을 개재하고, 개구부(8)로부터 바라본 입체각을 넓게 하는 것에 의해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제3 챔버(2c)의 선단측을 통해서 기체 분자(M)가 개구부(8)에 도달하는 것도 가능해지고, 처리 챔버(2) 내에서 진공 펌프(31)의 흡기구에 기체 분자가 도달하는 확률을 보다 높이고 있다.
따라서, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)에 의하면, 처리 챔버(2) 내를 양호한 효율로 배기시키고 고진공 상태까지 신속하게 감압할 수 있다.
다음에, 코일(18)에 고주파 전원(21)으로부터 고주파 전력을 공급하고, 플라즈마 생성부(3) 내에 유도 전계를 생기게 하며, 이러한 상태에서, 식각 가스 공급부(16)로부터 플라즈마 생성부(3) 내에 식각 가스를 공급하고, 상기 공급된 식각 가스를 플라즈마화한다. 한편, 코일(18)에 공급하는 고주파 전력은 주파수를 40㎒ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 크기를 50W 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
이후에, 고주파 전원(29)으로부터 기대(25)에 고주파 전력을 공급한다. 그 후, 플라즈마 생성부(3) 내에서 플라즈마화된 식각 가스는 처리부(4)에서 강하하여 기판(K) 상에 이르며, 이에 의해 기판(K)의 상면이 식각되어 상기 기판(K)의 상면에 식각 구조가 형성된다. 본 실시예의 식각 처리에 있어서, 기대(25)에 고주파 전력을 공급하고 기판(K)에 바이어스 전위를 인가하기 때문에, 플라즈마 중의 이온이 기판(K)을 향해서 조사되어 이른바 이온 보조 식각이 수행된다.
또한, 기판(K)에 식각 처리를 실시하고 있는 사이에 처리 챔버(2) 내의 압력을 감시하고, 상기 처리 챔버(2) 내의 압력이 소정의 압력(예를 들면, 3Pa 정도)이 되도록, 상기 이동 기구(34)에 의해 밸브체(32)의 상하 방향의 위치를 변화시켜 배기 속도를 조정하도록 하고 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)에 의하면, 매니폴드부(6)로부터 개구부(8)까지 기체가 흐를 때의 컨덕턴스를 높이도록 하고, 상기 점성류 영역 및 분자류 영역의 쌍방의 경우에 있어서의 배기 효율의 저하를 억제할 수 있으며, 또한 처리 챔버(2) 내의 기체 분자가 진공 펌프(31)의 흡기구에 도달하는 확률을 높이도록 하며, 특히 상기 분자류 영역으로 있어서의 배기 효율을 높일 수 있기 때문에 처리 챔버(2) 내를 고진공 상태까지 신속하게 감압할 수 있다. 더욱이, 밸브체(32)의 위치를 조정함으로써 고진공 상태로 있는 처리 챔버(2) 내의 압력 제어도 수행할 수 있다.
또한, 밸브체(32)를 제3 챔버(2c)의 매니폴드부(6) 내에 마련한 구성으로서, 종래와 같이 매니폴드부와 진공 밸브와의 사이에 마련된 플랜지 이음 등의 접속 부재가 불필요하기 때문에 장치를 콤팩트하게 할 수 있으며, 직경 1인치 이하의 기판에 식각 처리를 수행하는 것과 같이 소형의 플라즈마 식각 장치의 구축을 가능하게 하고 있다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서, 밸브체(32) 및 이동 기구(34)를 처리 챔버(2)로부터 용이하게 뗄 수 있고, 유지보수성이 향상되고 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 채용하는 양태가 조금도 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 실시예에 있어서는, 제3 챔버(2c)에 플랜지 이음(8a)을 형성하고 상기 플랜지 이음(8a)에 진공 펌프(31)의 플랜지 이음(31a)을 접속함으로써, 흡기구와 개구부(8)를 접속하도록 하고 있지만, 도 6에 나타내는 플라즈마 식각 장치(50)와 같이, 제3 챔버(2c)에 플랜지 이음을 마련하지 않고, 진공 펌프(31)의 플랜지 이음(31a)을 제3 챔버(2c)의 하면에 나사 정지 등에 의해 고정 설치함으로써, 흡기구와 개구부(8)를 접속할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 있어서는, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 플라즈마 식각 장치로서 구체화한 점을 예시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 기판에 박막을 형성할 때에 채용하는 플라즈마 화학 기상 증착(CVD) 장치나, 레지스트를 제거할 때에 이용되는 플라즈마 애싱(ashing) 장치로서 구체화하여도 좋다.
또한, 상술한 실시예에서는, 코일(18)을 구비하는 이른바 유도 결합형(ICP)의 플라즈마 식각 장치(1)로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 평행 평판의 전극을 구비한 소위 용량 결합형(CCP)의 플라즈마 식각 장치로서 구체화될 수 있다.
또한, 기판(K)에 대해서도 어떤 제한은 없으며, 그 하나의 예로서는, 실리콘, 탄화규소, 사파이어, 화합물 반도체, 유리, 수지 등으로 이루어지는 기판을 예시할 수 있다.
1: 플라즈마 식각 장치
2: 처리 챔버
2a: 제1 챔버
2b: 제2 챔버
2c: 제3 챔버
3: 플라즈마 생성부
4: 처리부
5: 배기부
6: 매니폴드부
7: 분산판
8: 개구부
8a: 플랜지 이음
10: 뚜껑체
15: 처리 가스 공급 기구
18: 코일
19: 코일 전력 공급 기구
25: 기대
27: 기대 전력 공급 기구
30: 배기 기구
31: 진공 펌프
31a: 플랜지 이음
32: 밸브체
34: 이동 기구

Claims (12)

  1. 처리 챔버 내에 설정된 처리부에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하고 상기 플라즈마화된 처리 가스에 의해 상기 처리부 내에 배설된 기대 상의 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 처리 챔버는 상기 처리부와 연통된 공간인 배기부가 상기 처리부의 하방으로 설정되는 동시에 상기 배기부와 연통된 공간인 매니폴드부가 상기 배기부에 인접하여 설정되고, 상기 매니폴드부에 대응하는 부분에 개구부가 형성되며,
    상기 매니폴드부는 그 유로의 유효 단면적이 상기 개구부보다도 넓은 면적을 가지고,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    흡기구를 가지며, 상기 흡기구가 상기 개구부에 접속된 진공 펌프 및 상기 개구부의 개폐를 수행하는 개폐 기구를 구비하고,
    상기 개폐 기구는,
    상기 개구부와 상대되는 위치에 상기 개구부에 대하여 접근, 이반하는 방향으로 이동이 자유로운 상태로 상기 매니폴드부 내에 배설된 밸브체; 및
    상기 밸브체를 상기 접근, 이반하는 방향으로 이동시키는 이동 기구로 구성되며,
    상기 개구부는 상기 개구부로부터 바라본 입체각이 넓어지도록 그 가장자리부가 상기 매니폴드부에 대응하는 부분의 상기 처리 챔버 내벽으로부터 상기 개구부의 직경의 20% 이상의 간격을 두고 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 그 흡기구가 상기 개구부에 직접 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 개폐 기구는 상기 처리 챔버에 대하여 상기 접근, 이반하는 방향을 따라 탈착이 자유로운 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 처리 가스가 공급되어 플라즈마화된 처리 가스에 의해 플라즈마 처리되는 기판이 재치되는 기대가 배설된 처리부가 내부 공간에 설정된 처리 챔버를 구비하며,
    상기 처리부와 연통된 공간인 배기부가 상기 처리부의 하방으로 설정되는 동시에 상기 배기부와 연통된 공간인 매니폴드부가 상기 배기부에 인접하여 설정되고, 상기 매니폴드부에 대응하는 부분에 개구부가 형성되며,
    상기 매니폴드부는 그 유로의 유효 단면적이 상기 개구부보다도 넓은 면적을 가지고,
    흡기구를 가지며, 상기 처리 챔버의 상기 매니폴드부에 대응되는 부분의 하면에 개구된 개구부에 상기 흡기구가 접속된 진공 펌프를 구비한 플라즈마 처리 장치에 이용될 수 있는 개폐 기구로서,
    상기 개구부와 상대되는 위치에 상기 개구부에 대하여 접근, 이반하는 방향으로 이동이 자유로운 상태로 상기 매니폴드부 내에 배설된 밸브체; 및
    상기 밸브체를 상기 접근, 이반하는 방향으로 이동시키는 이동 기구로 구성되며,
    상기 개구부는 상기 개구부로부터 바라본 입체각이 넓어지도록 그 가장자리부가 상기 매니폴드부에 대응하는 부분의 상기 처리 챔버 내벽으로부터 상기 개구부의 직경의 20% 이상의 간격을 두고 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 개폐 기구.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 그 흡기구가 상기 개구부에 직접 접속되는 것을 특징으로 하는 개폐 기구.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 처리 챔버에 대하여 상기 접근, 이반하는 방향을 따라 탈착이 자유로운 것을 특징으로 하는 개폐 기구.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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