KR101597054B1

KR101597054B1 - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR101597054B1
Application number: KR1020140170322A
Authority: KR
Inventors: 야스오 고바야시; 마사히데 이와사키; 고지 야마기시
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-02-23
Also published as: US20150155141A1; KR20150064690A; JP2015109302A; JP5876463B2

Abstract

플라즈마 처리 장치와 반송 챔버 사이의 단열성을 손상시키는 일없이, 플라즈마 처리 장치 내부로부터의 마이크로파의 누설을 효율적으로 방지한다.
인접하는 챔버와의 사이에서 상기 피처리체를 반입출시키기 위한 개구부를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 기구와, 상기 처리 용기를 진공 상태로 하는 배기 장치와, 상기 개구부 근방에 마련되는 게이트 밸브에 있어서, 상기 게이트 밸브의 외면과 상기 처리 용기에 인접하는 챔버 사이에 설치되는 단열 부재를 구비하고, 상기 단열 부재에는, 적어도 상기 단열 부재와 상기 게이트 밸브의 외면의 대향면, 상기 단열 부재와 상기 처리 용기에 인접하는 챔버의 대향면, 및 상기 단열 부재의 외기에 노출되는 면에서 도전성 피막이 피복되어 있는, 플라즈마 처리 장치.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 처리 가스를 플라즈마화시켜 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

종래부터, 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 미리 정해진 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 처리 용기 내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내에 있어서 저압 하에서 전자 온도가 낮은 고밀도의 플라즈마를 생성시키는 것이 가능하고, 생성된 플라즈마에 의해, 예컨대 성막 처리나 에칭 처리 등이 행해진다.

상기 플라즈마 처리 장치로서는, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 처리 장치 내부에 처리 가스 및 마이크로파를 공급하여, 상기 처리 가스가 마이크로파에 의해 플라즈마화된다. 그리고, 내부에 웨이퍼를 반입시켜, 장치 내에 웨이퍼를 배치한 상태로 플라즈마화된 처리 가스를 이용하여 웨이퍼에 대하여 플라즈마 처리가 행해지는 구성으로 되어 있다.

여기서, 특허문헌 1로 대표되는 일반적인 플라즈마 처리 장치에는, 처리 장치 내에의 웨이퍼의 반송이나 반입출을 행하기 위한 반송 챔버가 인접되어 있다. 플라즈마 처리 장치는, 처리 시에 진공 상태로 밀봉될 필요가 있기 때문에, 플라즈마 처리 장치와 반송 챔버 사이에는, 웨이퍼 반입출용의 개폐 가능한 게이트 밸브가 마련되어 있다. 이러한 구성의 플라즈마 처리 장치 및 반송 챔버에서는, 안전성 등의 관점에서 처리 장치 내로부터 반송 챔버 등의 외부에의 마이크로파의 누설을 방지할 필요가 있어, 종래부터 여러가지 방법이 창안되어 있다.

예컨대 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 게이트 밸브의 밸브체에 기밀 밀봉을 위한 기밀 밀봉 부재(O 링)를 마련하고, 더욱 이 기밀 밀봉 부재의 외주부에 홈형의 마이크로파 반사 기구를 마련한 구성이 개시되어 있다.

또한, 일반적인 플라즈마 처리 장치용의 반송 챔버 내에는, 웨이퍼의 반송을 행하는 반송 기구(예컨대 반송용 로보트)가 설치되어 있고, 반송 기구의 동작 불량을 방지한다고 하는 관점에서 반송 챔버 내는 예컨대 약 50℃ 정도의 온도로 유지되고 있다. 한편, 플라즈마 처리 장치의 내부는, 처리 중에는 일반적인 플라즈마 처리 온도인 예컨대 약 180℃ 정도의 온도가 되는 것이 알려져 있다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치와 반송 챔버에는 큰 온도차가 생기는 경우가 있기 때문에, 양자 사이에는 절연체로 이루어지는 단열재가 마련된다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2008-13816호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 게이트 밸브의 밸브체에 있어서 기밀 밀봉 부재나 마이크로파 반사 기구를 마련하여 마이크로파의 누설을 방지하는 구성으로 하고 있지만, 밸브체와 플라즈마 처리 장치의 외면 사이에는 간극이 존재하여, 충분히 마이크로파의 누설이 방지되지 않을 우려가 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 반송 챔버와의 사이의 단열재에 있어서의 마이크로파의 누설에 대해서는 언급되어 있지 않아, 마이크로파의 누설을 방지하는 기술로서 더욱 개량의 여지가 있다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마 처리 장치와 반송 챔버 사이의 단열성을 손상시키는 일없이, 플라즈마 처리 장치 내부로부터의 마이크로파의 누설을 간이한 구조로 효율적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 인접하는 챔버와의 사이에서 상기 피처리체를 반입출시키기 위한 개구부를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 기구와, 상기 처리 용기를 진공 상태로 하는 배기 장치와, 상기 개구부 근방에 마련되는 게이트 밸브에 있어서, 상기 게이트 밸브의 외면과 상기 처리 용기에 인접하는 챔버 사이에 설치되는 단열 부재, 를 구비하고, 상기 단열 부재에는, 적어도 상기 단열 부재와 상기 게이트 밸브의 외면의 대향면, 상기 단열 부재와 상기 처리 용기에 인접하는 챔버의 대향면, 및 상기 단열 부재의 외기에 노출되는 면에서 도전성 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 처리 용기와, 상기 처리 용기에 인접하는 챔버 사이에 설치되는 단열 부재가 도전성 피막에 의해 피복되어 있기 때문에, 단열성을 담보하면서, 종래와 같이 단열 부재를 통하여 처리 용기 내부로부터 마이크로파가 외부에 누설되어 버리는 것을 방지·억제할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치의 안전성이 향상되어, 성막 처리나 에칭 처리 등의 플라즈마 처리를 안정적으로 적절하게 행할 수 있다.

상기 도전성 피막은, 상기 단열 부재의 외주면 전체면에 피복되어도 좋다.

상기 도전성 피막은, 도금법 또는 용사법에 의해 피복되어도 좋다.

상기 도전성 피막의 두께는 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하여도 좋다.

상기 단열 부재는 절연성 수지여도 좋다.

본 발명에 따르면, 플라즈마 처리 장치와 반송 챔버 사이의 단열성을 손상시키는 일없이, 플라즈마 처리 장치 내부로부터의 마이크로파의 누설을 간이한 구조로 효율적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 처리 용기의 측면에 마련되는 반입출구 근방의 확대 단면도이다.
도 3은 밀봉 부재 근방의 확대도이다.
도 4는 단열 부재에 있어서의 마이크로파의 누설에 대한 검증 장치의 개략 설명도이고, (a)는 도전성 피막을 마련하고 있지 않은 경우를 나타내며, (b)는 도전성 피막을 마련한 경우를 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 처리 용기의 측면에 마련되는 반입출구 근방의 확대 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 피처리체로서의 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposiotion) 처리를 행하여, 상기 웨이퍼(W)의 표면에 SiN막(실리콘질화막)을 형성한다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 처리 용기(10)를 가지고 있다. 처리 용기(10)는, 천장면이 개구한 대략 원통 형상을 가지며, 상기 천장면 개구부에는 후술하는 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)가 배치되어 있다. 또한, 처리 용기(10)의 측면에는, 개구부로서의 웨이퍼(W)의 반입출구(11)가 형성되고, 상기 반입출구(11)에는 게이트 밸브(12)가 마련되어 있다. 그리고, 처리 용기(10)는 그 내부를 밀폐 가능하게 구성되어 있다. 이들 반입출구(11)나 게이트 밸브(12)의 구성에 대해서는, 도 1에서는 간략적으로 도시하며, 상세한 구성 등에 대해서는, 도 2 등을 참조하여 후술한다. 또한, 처리 용기(10)에는 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속이 이용되며, 처리 용기(10)는 접지되어 있다.

처리 용기(10)의 바닥면에는, 웨이퍼(W)를 배치하는 배치부로서의 배치대(20)가 마련되어 있다. 배치대(20)는 원통 형상을 가지며, 또한 배치대(20)에는 예컨대 알루미늄이 이용된다.

배치대(20)의 상면에는 정전 척(21)이 마련되어 있다. 정전 척(21)은, 절연재 사이에 전극(22)이 끼워진 구성을 가지고 있다. 전극(22)은 처리 용기(10)의 외부에 마련된 직류 전원(23)에 접속되어 있다. 이 직류 전원(23)에 의해 배치대(20)의 표면에 쿨롱력을 발생시켜, 웨이퍼(W)를 배치대(20) 상에 정전 흡착할 수 있다.

또한 배치대(20)에는, 콘덴서(24)를 통해, RF 바이어스용의 고주파 전원(25)이 접속되어 있어도 좋다. 고주파 전원(25)은, 웨이퍼(W)에 인입하는 이온의 에너지를 제어하는 데 알맞은 일정한 주파수, 예컨대 13.56 ㎒의 고주파를 미리 정해진 파워로 출력한다.

또한 배치대(20)의 내부에는, 예컨대 냉각 매체를 유통시키는 온도 조절 기구(26)가 마련되어 있다. 온도 조절 기구(26)는, 냉각 매체의 온도를 조정하는 액온 조절부(27)에 접속되어 있다. 그리고, 액온 조절부(27)에 의해 냉매 매체의 온도가 조절되어, 배치대(20)의 온도를 제어할 수 있고, 이 결과, 배치대(20) 상에 배치된 웨이퍼(W)를 미리 정해진 온도로 유지할 수 있다. 또한, 배치대(20)에는, 웨이퍼(W)의 이면에 전열 매체, 예컨대 He 가스 등을 미리 정해진 압력(백 프레셔)으로 공급하기 위한 가스 통로(도시하지 않음)가 형성되어 있다.

배치대(20)의 상면에는, 정전 척(21) 상의 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 환형의 포커스 링(28)이 마련되어 있다. 포커스 링(28)에는 예컨대 세라믹스 혹은 석영 등의 절연성 재료가 이용되고, 포커스 링(28)은 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키도록 작용한다.

또한, 배치대(20)의 하방에는, 웨이퍼(W)를 하방으로부터 지지하여 승강시키기 위한 승강 핀(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 승강 핀은, 배치대(20)에 형성된 관통 구멍(도시하지 않음)을 삽입 관통하여 배치대(20)의 상면으로부터 돌출 가능하게 되어 있다.

배치대(20)의 주위에 있어서, 상기 배치대(20)와 처리 용기(10)의 측면 사이에는, 환형의 배기 공간(30)이 형성되어 있다. 배기 공간(30)의 상부에는, 처리 용기(10) 내를 균일하게 배기하기 위해, 복수의 배기 구멍이 형성된 환형의 배플판(31)이 마련되어 있다. 배기 공간(30)의 바닥부로서, 처리 용기(10)의 바닥면에는, 배기관(32)이 접속되어 있다. 배기관(32)의 수는 임의로 설정할 수 있고, 원주 방향에 복수 형성되어 있어도 좋다. 배기관(32)은, 예컨대 진공 펌프를 구비한 배기 장치(33)에 접속되어 있다. 배기 장치(33)는, 처리 용기(10) 내의 분위기를 미리 정해진 진공도까지 감압할 수 있다.

처리 용기(10)의 천장면 개구부에는, 플라즈마 생성용의 마이크로파를 공급하는 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)(radial line slot antenna)가 마련되어 있다. 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)는, 마이크로파 투과판(41), 슬롯판(42), 지파판(遲波板)(43), 실드 덮개(44)를 가지고 있다.

마이크로파 투과판(41)은, 예컨대 O 링 등의 시일재(도시하지 않음)를 통해, 처리 용기(10)의 천장면 개구부에 기밀하게 마련되어 있다. 따라서, 처리 용기(10)의 내부는 기밀하게 유지된다. 마이크로파 투과판(41)에는 유전체, 예컨대 석영, Al₂O₃, AlN 등이 이용되고, 마이크로파 투과판(41)은 마이크로파를 투과시킨다.

슬롯판(42)은, 마이크로파 투과판(41)의 상면으로서, 배치대(20)와 대향하도록 마련되어 있다. 슬롯판(42)에는 복수의 슬롯이 형성되고, 슬롯판(42)은 안테나로서 기능한다. 슬롯판(42)에는, 도전성을 갖는 재료, 예컨대 구리, 알루미늄, 니켈 등이 이용된다.

지파판(43)은, 슬롯판(42)의 상면에 마련되어 있다. 지파판(43)에는 저손실 유전체 재료, 예컨대 석영, Al₂O₃, AlN 등이 이용되고, 지파판(43)은 마이크로파의 파장을 단축한다.

실드 덮개(44)는, 지파판(43)의 상면에 있어서, 지파판(43)과 슬롯판(42)을 덮도록 마련되어 있다. 실드 덮개(44)의 내부에는, 예컨대 냉각 매체를 유통시키는 원환형의 유로(45)가 복수 마련되어 있다. 유로(45)를 흐르는 냉각 매체에 의해, 마이크로파 투과판(41), 슬롯판(42), 지파판(43), 실드 덮개(44)가 미리 정해진 온도로 조절된다.

실드 덮개(44)의 중앙부에는 동축 도파관(50)이 접속되어 있다. 동축 도파관(50)은, 내부 도체(51)와 외관(52)을 가지고 있다. 내부 도체(51)는, 슬롯판(42)과 접속되어 있다. 내부 도체(51)의 슬롯판(42)측은 원추형으로 형성되어, 슬롯판(42)에 대하여 마이크로파를 효율적으로 전파하도록 되어 있다.

동축 도파관(50)에는, 마이크로파를 미리 정해진 진동 모드로 변환하는 모드 변환기(53), 직사각형 도파관(54), 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 장치(55)가 동축 도파관(50)측으로부터 이 순서로 접속되어 있다. 마이크로파 발생 장치(55)는, 미리 정해진 주파수, 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파를 발생시킨다.

이러한 구성에 의해, 마이크로파 발생 장치(55)에 의해 발생된 마이크로파는, 직사각형 도파관(54), 모드 변환기(53), 동축 도파관(50)을 순차 전파하여, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40) 내에 공급되고, 지파판(43)에서 압축되어 단파장화되며, 슬롯판(42)에서 원편파를 발생시킨 후, 슬롯판(42)으로부터 마이크로파 투과판(41)을 투과하여 처리 용기(10) 내에 방사된다. 이 마이크로파에 의해 처리 용기(10) 내에서는 처리 가스가 플라즈마화하며, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)의 플라즈마 처리가 행해진다.

처리 용기(10)의 천장면, 즉 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)의 중앙부에는, 제1 처리 가스 공급부로서의 제1 처리 가스 공급관(60)이 마련되어 있다. 제1 처리 가스 공급관(60)은 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)를 관통하며, 상기 제1 처리 가스 공급관(60)의 일단부는 마이크로파 투과판(41)의 하면에 있어서 개구하고 있다. 또한, 제1 처리 가스 공급관(60)은 동축 도파관(50)의 내부 도체(51)의 내부를 관통하고, 더욱 모드 변환기(53) 내를 삽입 관통하며, 상기 제1 처리 가스 공급관(60)의 타단부는 제1 처리 가스 공급원(61)에 접속되어 있다. 제1 처리 가스 공급원(61)의 내부에는, 처리 가스로서, 예컨대 TSA(트리실릴아민), N₂ 가스, H₂ 가스, Ar 가스가 각각 개별로 저류되어 있다. 이 중, TSA, N₂ 가스, H₂ 가스는 SiN막의 성막용의 원료 가스이며, Ar 가스는 플라즈마 여기용 가스이다. 또한, 이하에 있어서, 이 처리 가스를 「제1 처리 가스」라고 하는 경우가 있다. 또한, 제1 처리 가스 공급관(60)에는, 제1 처리 가스의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(62)이 마련되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이 처리 용기(10)의 측면에는, 제2 처리 가스 공급부로서의 제2 처리 가스 공급관(70)이 마련되어 있다. 제2 처리 가스 공급관(70)은, 처리 용기(10)의 측면의 원주 상에서 등간격으로 복수, 예컨대 24개 마련되어 있다. 제2 처리 가스 공급관(70)의 일단부는 처리 용기(10)의 측면에 있어서 개구하고, 타단부는 버퍼부(71)에 접속되어 있다. 제2 처리 가스 공급관(70)은, 그 일단부가 타단부보다 하방에 위치하도록 비스듬히 배치되어 있다.

버퍼부(71)는, 처리 용기(10)의 측면 내부에 환형으로 마련되고, 복수의 제2 처리 가스 공급관(70)에 공통으로 마련되어 있다. 버퍼부(71)에는, 공급관(72)을 통해 제2 처리 가스 공급원(73)이 접속되어 있다. 제2 처리 가스 공급원(73)의 내부에는, 처리 가스로서, 예컨대 TSA(트리실릴아민), N₂ 가스, H₂ 가스, Ar 가스가 각각 개별로 저류되어 있다. 또한, 이하에 있어서, 이 처리 가스를 「제2 처리 가스」라고 하는 경우가 있다. 또한, 공급관(72)에는, 제2 처리 가스의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(74)이 마련되어 있다.

제1 처리 가스 공급관(60)으로부터의 제1 처리 가스는 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 공급되고, 제2 처리 가스 공급관(70)으로부터의 제2 처리 가스는 웨이퍼(W)의 외주부를 향하여 공급된다.

또한, 제1 처리 가스 공급관(60)과 제2 처리 가스 공급관(70)으로부터 처리 용기(10) 내에 각각 공급되는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스는, 동종의 가스여도 좋지만, 별도 종류의 가스여도 좋고, 각각 독립된 유량으로, 혹은 임의의 유량비로 공급할 수 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)에서 행해지는 웨이퍼(W)의 플라즈마 처리에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 웨이퍼(W)에 플라즈마 성막 처리를 행하여, 상기 웨이퍼(W)의 표면에 SiN막을 형성한다.

우선, 게이트 밸브(12)를 개방하여, 처리 용기(10) 내에 웨이퍼(W)를 반입한다. 웨이퍼(W)는, 승강 핀에 의해 배치대(20) 상에 배치된다. 이때, 직류 전원(23)을 온으로 하여 정전 척(21)의 전극(22)에 직류 전압을 인가하고, 정전 척(21)의 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)를 정전 척(21) 상에 정전 흡착한다. 그리고, 게이트 밸브(12)를 폐쇄하여, 처리 용기(10) 내를 밀폐한 후, 배기 장치(33)를 작동시켜, 처리 용기(10) 내를 미리 정해진 압력, 예컨대 400 mTorr(=53 ㎩)로 감압한다.

그 후, 제1 처리 가스 공급관(60)으로부터 처리 용기(10) 내에 제1 처리 가스를 공급하고, 제2 처리 가스 공급관(70)으로부터 처리 용기(10) 내에 제2 처리 가스를 공급한다. 이때, 제1 처리 가스 공급관(60)으로부터 공급되는 Ar 가스의 유량은 예컨대 100 sccm(mL/min)이며, 제2 처리 가스 공급관(70)으로부터 공급되는 Ar 가스의 유량은 예컨대 750 sccm(mL/min)이다.

이와 같이 처리 용기(10) 내에 제1 처리 가스, 제2 처리 가스가 공급될 때, 마이크로파 발생 장치(55)를 작동시켜, 상기 마이크로파 발생 장치(55)에 있어서, 예컨대 2.45 ㎓의 주파수로 미리 정해진 파워의 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파는, 직사각형 도파관(54), 모드 변환기(53), 동축 도파관(50), 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)를 통해, 처리 용기(10) 내에 방사된다. 이 마이크로파에 의해 처리 용기(10) 내에서는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스가 플라즈마화하여, 플라즈마 속에서 각 처리 가스의 해리가 진행되고, 그때에 발생한 활성종에 의해 웨이퍼(W) 상에 성막 처리가 이루어진다. 이렇게 하여, 웨이퍼(W)의 표면에 SiN막이 형성된다.

웨이퍼(W)에 플라즈마 성막 처리를 행하고 있는 동안, 고주파 전원(25)을 온으로 하여, 예컨대 13.56 ㎒의 주파수로 미리 정해진 파워의 고주파를 출력시켜도 좋다. 이 고주파는 콘덴서(24)를 통해 배치대(20)에 인가되고, RF 바이어스가 웨이퍼(W)에 인가된다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마의 전자 온도를 낮게 유지할 수 있기 때문에, 막에의 손상이 없고, 더구나, 고밀도 플라즈마에 의해, 처리 가스의 분자가 해리되기 쉽기 때문에, 반응이 촉진된다. 또한, 적절한 범위에서의 RF 바이어스의 인가는, 플라즈마 중의 이온을 웨이퍼(W)에 인입하도록 작용하기 때문에, SiN막의 조밀성을 향상시키며, 막 중의 트랩을 증가시키도록 작용한다.

그 후, SiN막이 성장하여, 웨이퍼(W)에 미리 정해진 막 두께의 SiN막이 형성되면, 제1 처리 가스, 제2 처리 가스의 공급과, 마이크로파의 조사가 정지된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 처리 용기(10)로부터 반출되어, 일련의 플라즈마 성막 처리가 종료한다.

다음에, 본 실시형태에 따른 처리 용기(10)의 측면에 마련되는 반입출구(11) 근방의 구성에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 플라즈마 처리 장치(1)에 인접하여 배치되는 챔버로서 반송용 챔버(80)가 반입출구(11)를 통해 처리 용기(10)와 접속하고 있는 구성으로 하여 설명한다.

도 2는 본 실시형태에 따른 처리 용기(10)의 측면에 마련되는 반입출구(11) 근방의 확대 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 반입출구(11)에는, 그 형상에 맞추어 직사각 형상으로 구성되고, 반입출구(11)보다 큰 치수를 갖는 판형의 밸브체(83)가 마련되어 있다. 밸브체(83)는, 도시하지 않는 구동부에 접속하고 있으며, 구동부에 의해 밸브체(83)가 상하 방향(도면 중 화살표 방향)으로 이동함으로써, 반입출구(11)를 개방 상태와 폐색 상태로 전환하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다. 즉, 웨이퍼(W)를 반송용 챔버(80)로부터 처리 용기(10) 내에 반입출 가능한 상태와, 처리 용기(10) 내를 기밀하게 폐색한 상태로 전환 가능하게 되어 있다. 또한, 밸브체(83)에는, 예컨대 고무나 수지 등으로 이루어지고, 처리 용기(10)의 외측에 접촉, 압박되어 기밀 밀봉을 행하기 위한 프레임형의 밀봉 부재(O 링)(85)가 마련되어 있다.

또한, 게이트 밸브(12)의 외면측에는, 반송용 챔버(80)의 케이스(80a) 측면과의 사이에 단열 부재(90)가 반입출구(11)를 둘러싸는 것 같은 형상으로 마련되어 있다. 이것은, 처리 용기(10) 내부가 플라즈마 처리 중에 예컨대 약 180℃의 분위기가 되는 데 대하여, 반송용 챔버(80) 내부는 약 50℃ 정도로 억제할 필요가 있어, 처리 용기(10)로부터의 열전도를 억제하기 위해 마련되는 것이다. 이 단열 부재(90)는 내열성이 높고, 열전도가 낮은 절연체인 것이 바람직하고, 예컨대 절연성 수지(플라스틱 부재 등)로 이루어진다. 전술한 바와 같이 처리 용기(10) 내부는 고온 시에 약 180℃까지 상승함으로써, 이 온도에 대하여 내열성이 있는 재질일 필요가 있다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 단열 부재(90)의 게이트 밸브(12) 외면과의 대향면(계면), 및 단열 부재(90)의 반송 챔버(80)[케이스(80a)] 외면과의 대향면(계면)에는, 도전성 피막(100)이 형성되어 있다. 또한, 단열 부재(90)의 장치 외부에의 노출면(외기측의 면)에도 동일한 도전성 피막(100)이 형성되어 있다. 이 도전성 피막(100)은, 예컨대 알루미늄 등의 금속막이며, 두께 5 ㎛∼100 ㎛이다. 이 도전성 피막(100)은 단열 부재(90)의 표면에 예컨대 도금법 혹은 용사법에 의해 피복된다.

도 3은 도 2에 파선의 원으로 나타낸 밀봉 부재(85) 근방의 확대도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 게이트 밸브(12)에 있어서 밸브체(83)가 폐색 상태로 되어, 처리 용기(10) 내에서 플라즈마 처리가 행해지고 있는 경우라도, 밀봉 부재(85)가 마련되어 있음으로써 밸브체(83)와 처리 용기(10)의 외면(측벽) 사이에는, 미소한 간극(S)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 밀봉 부재(85)는 고무나 수지 등의 절연체로 이루어지는 부재이기 때문에, 마이크로파를 투과시켜 버린다. 그 때문에, 처리 용기(10) 내에서 플라즈마 처리가 행해지고 있을 때에, 게이트 밸브(12)의 간극(S)을 통하여 밀봉 부재(85)를 투과하여 마이크로파가 반송용 챔버(80)측에 누설되어 버린다(도 3 중의 일점 쇄선 화살표 참조). 여기서, 반송용 챔버(80)측에 누설된 마이크로파는, 더욱 절연체로 이루어지는 단열 부재(90)를 투과하여, 장치 외부에 누설되어 버릴 우려가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 플라즈마 처리 중에 처리 용기(10)로부터 누설된 마이크로파가, 더욱 단열 부재(90)를 통과하여 장치 외부에 누설되어 버리는 것을 방지하기 위해, 도 2에 나타내는 바와 같이 단열 부재(90)의 외면에 도전성 피막(100)을 피복시키는 기술을 창안하였다. 또한, 본 발명자들은, 단열 부재(90)의 외면의 어떤 부분에 도전성 피막(100)을 피복시키면 효율적으로 마이크로파의 누설을 방지할 수 있는지를 실험에 의해 검증하였다. 이하에서는, 본 검증에 대해서 도면 및 표를 참조하여 설명한다.

도 4는 단열 부재(90)에 있어서의 마이크로파의 누설에 대한 검증 장치(110)의 개략 설명도이고, (a)는 도전성 피막(100)을 마련하고 있지 않은 경우를 나타내며, (b)는 도전성 피막(100)을 마련한 경우를 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 검증 장치(110)는, 단열 부재(90)와, 상기 단열 부재(90)의 양측면에 형성되는 공간(112, 113)으로 구성되어 있고, 공간(112, 113)은 기밀 상태로 되어 있다. 공간(112, 113)은 각각 본 실시형태에 있어서의 처리 용기(10) 내부와 반송용 챔버(80) 내부를 상정한 것이며, 설명을 위해 도 4에서는 좌측을 처리 용기(10) 내부를 상정한 공간(112)으로 하고, 우측을 반송용 챔버(80) 내부를 상정한 공간(113)으로 한다. 또한, 장치 외부의 공간(외기측의 공간)을 공간(114)으로 부호를 붙여 설명한다. 또한, 여기서는, 공간(112)을 둘러싸도록 구성되는 케이스를 116, 공간(113)을 둘러싸도록 구성되는 케이스를 117로 부호를 붙여 설명한다.

우선, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 공간(112)과 공간(113) 사이에 도전성 피막(100)이 피복되어 있지 않은 단열 부재(90)를 설치하고, 공간(112)에 있어서 마이크로파를 생성시켜, 그 마이크로파의 누설 상황에 대해서 검증하였다.

계속해서, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 공간(112)과 공간(113) 사이에 도전성 피막(100)을 피복한 단열 부재(90)를 설치하고, 공간(112)에 있어서 마이크로파를 생성시켜, 그 마이크로파의 누설 상황에 대해서 검증하였다. 또한, 도전성 피막(100)의 피복 부분은, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 케이스(116)와 단열 부재(90)의 계면, 단열 부재(90)의 공간(113)측의 측면 전체면, 및 단열 부재(90)의 외면 중 외기에 접하는 상하의 면 전체면으로 하였다.

이하에 나타내는 표 1은, 도 4를 참조하여 설명한 각 조건에 있어서 마이크로파의 단열 부재(90)에의 입력을 100(％)로 한 경우의 반사(％), 투과(％), 흡수(％), 누설(％)을 나타내는 검증 결과이다. 여기서, 표 1에 있어서의 미처리란, 도 4의 (a)에 나타내는 단열 부재(90)에 도전성 피막(100)을 피복시키고 있지 않은 조건이다. 또한, 도금법이란, 도 4의 (b)에 나타내는 도전성 피막(100)의 피복을 도금법에 의해 5 ㎛의 두께로 행한 조건이며, 용사법이란, 도전성 피막(100)의 피복을 용사법에 의해 100 ㎛의 두께로 행한 조건이다. 또한, 도전성 피막(100)으로서는, 금속막을 이용하였다.

또한, 표 1에 있어서의 반사(％)란, 공간(112)에 있어서 생성한 마이크로파가 단열 부재(90)에 입력된 후, 반사하여 공간(112)으로 되돌아가는 비율을 나타내고 있으며, 투과(％)란, 공간(112)에 있어서 생성한 마이크로파가 단열 부재(90)를 투과하여, 공간(113)까지 달한 비율을 나타낸다. 또한, 흡수(％)란, 공간(112)에 있어서 생성한 마이크로파가 단열 부재(90)에 흡수된 비율을 나타내고 있으며, 누설(％)이란, 마이크로파가 공간(112)과 단열 부재(90)의 계면에 있어서 외부 공간(114)에 누설된 비율을 나타내고 있다. 또한, 표 1의 누설 감쇠율이란, 외부 공간(114)에 누설되는 마이크로파가 실제로 감쇠한 마이크로파량(dB)을 나타내고 있다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 도 4의 (a)에 도시한 도전성 피막(100)을 피복시키지 않는 경우에는, 반사가 3.25(％), 투과가 75.4(％), 흡수가 2.18(％), 누설이 19.1(％)였다. 즉, 단열 부재(90)에 입력된 마이크로파 중, 19.1(％)의 마이크로파가 외부에 누설되고 있다.

한편, 도 4의 (b)에 도시한 도전성 피막(100)을 피복시킨 경우에는, 도금법에 의한 5 ㎛ 피복으로, 반사가 97.0(％), 투과가 1.37E-05(％), 흡수가 3.03(％), 누설이 1.45E-03(％)이었다. 또한, 이때의 누설 감쇠율은 -41.2(dB)였다. 또한, 용사법에 의한 100 ㎛ 피복으로, 반사가 96.1(％), 투과가 1.12E-05(％), 흡수가 3.86(％), 누설이 5.30E-04(％)였다. 또한 이때의 누설 감쇠율은 -45.6(dB)이었다.

일반적인 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 게이트 밸브 구조에 있어서 필요로 되는 마이크로파 누설 감쇠율은, 안전성의 관점에서 약 -20(dB) 정도인 것이 알려져 있다. 상기 검증 결과에 따르면, 도금법, 용사법 중 어느 쪽의 방법으로 도전성 피막(100)을 단열 부재(90)에 피복시킨 경우라도 마이크로파의 누설 감쇠율은 -40(dB) 초과이기 때문에, 단열 부재(90)에 도전성 피막(100)을 피복시킴 으로써 마이크로파의 외부 공간(114)에의 누설을 충분히 안전성이 담보되는 정도로 억제할 수 있다. 또한, 단열 부재(90)에 있어서 도전성 피막(100)을 피복시키는 범위는, 단열 부재(90)와 인접하는 챔버와의 계면 및 외기에 노출된 면이면 충분히 마이크로파의 누설을 억제할 수 있다.

또한, 표 1에 있어서는, 도전성 피막(100)의 피복을 5 ㎛, 100 ㎛의 두께로 행한 경우를 나타내었지만, 본 발명자들의 검증에 따르면, 도전성 피막(100)의 두께를 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 어느 쪽의 막 두께로 한 경우라도 마이크로파의 외부 공간(114)에의 누설을 충분히 안전성이 담보되는 정도로 억제할 수 있는 것이 확인되어 있다.

또한, 도전성 피막(100)을 피복한 단열 부재(90)에 있어서의 흡수 손실(표 1 중의 「흡수」)은, 도전성 피막(100)의 표면으로부터 후방에 여기되는 전류의 밀도에 의존하는 것이 알려져 있고, 상기 도전성 피막(100)의 표피 깊이에 관련하고 있다. 본 발명자들의 검증에 따르면, 도전성 피막(100)이 두꺼울수록 흡수 손실이 증대하여, 외부 공간(114)에 누설되는 마이크로파를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 도전성 피막(100)의 두께가 표피 깊이의 2배 이상이면, 마이크로파 누설 감쇠율을 약 -20(dB) 정도로 할 수 있다. 즉, 도전성 피막(100)이 알루미늄으로 이루어지는 금속막인 경우, 알루미늄의 표피 깊이는 2.5 ㎛이기 때문에, 도전성 피막(100)의 두께는 5 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이상의 검증 결과에 기초하여, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 단열 부재(90) 외면의 미리 정해진 부분에, 도전성 피막(100)을 피복시키는 구성으로 한 것으로, 플라즈마 처리 중의 처리 용기(10)로부터 게이트 밸브(12)를 통하여 누설된 마이크로파가, 단열 부재(90)나, 단열 부재(90)와 인접하는 챔버 등과의 계면을 통하여 장치 외부에 누설되는 양을 매우 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 이에 의해 플라즈마 처리 장치(1)의 안전성이 향상되어, 효율적으로 안정된 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 따르면, 단열 부재(90)에 대한 도전성 피막(100)의 피복을 도금법 혹은 용사법으로 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 마이크로파 누설을 억제하기 위한 새로운 기구·장치 등을 도입하는 일없이, 종전부터 이용되고 있던 단열 부재(90)에 대하여 간이한 구성으로 표면 처리를 행하여, 마이크로파의 누설을 억제할 수 있다. 이것은 설비 비용의 면에서도 매우 유용하다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 단열 부재(90)의 외면에 대하여 도전성 피막(100)의 피복을 행한 경우라도, 단열 부재(90)의 단열성에는 아무런 영향이 없기 때문에, 종래대로, 처리 용기(10)와 반송용 챔버(80) 사이의 단열성을 담보하면서, 마이크로파의 장치 외부에의 누설을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 단열 부재(90)와 인접하는 챔버[예컨대 처리 용기(10)나 반송용 챔버(80)]는, 예컨대 수지제의 볼트 등으로 체결을 행함으로써 접속된다. 그와 같은 접속이 행해질 때에, 볼트에 의한 체결에 의해 단열 부재(90)에 피복된 도전성 피막(100)에 상처(소위 사용흔)가 나 버리는 경우가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 이와 같이 도전성 피막(100)에 상처가 났을 때의 마이크로파의 누설 감쇠율에 대해서도 검증을 행하였다. 이하의 표 2는 상기 검증 장치(110)에 있어서 도전성 피막(100)에 상처가 난 경우의, 마이크로파의 반사(％), 투과(％), 흡수(％), 누설(％)을 측정한 검증 결과이다. 또한, 본 검증은, 도전성 피막(100)에 상처가 나 있는 점을 제외하고, 상기 표 1에 나타낸 조건과 동일한 조건 하에서 행하였다. 또한, 도전성 피막(100)에 상처가 나는 경우로서, 5.0 N·m의 힘으로 5회 볼트에 의한 체결을 행하여, 단열 부재(90)와 인접하는 챔버를 접속시킨 경우를 시행하였다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 도금법에 의해 단열 부재(90)에 막 두께 5 ㎛의 도전성 피막(100)을 피복한 경우의 마이크로파 누설 감쇠율은 -47.0(dB)으로 되었다. 또한, 용사법에 의해 단열 부재(90)에 막 두께 100 ㎛의 도전성 피막(100)을 피복한 경우의 마이크로파 누설 감쇠율은 -43.2(dB)로 되었다. 이와 같이, 도전성 피막(100)에 상처가 난 상태여도, 마이크로파의 누설 감쇠율은 -40(dB) 초과인 것이 확인되었기 때문에, 안전성이 충분히 담보되는 것을 알 수 있다.

또한, 단열 부재(90)에 피복된 도전성 피막(100)에 생기는 사용흔은, 장소에 따라 그 크기나 깊이 등이 변하는 것으로 생각되지만, 상기 표 2에 나타낸 검증 등의 결과로부터, 구체적으로는 단열 부재(90)의 표면이 보이지 않을 정도로 도전성 피막(100)에 의한 피복이 이루어져 있으면 안전성이 충분히 담보되는 것으로 추정된다. 또한, 단열 부재(90)의 표면이 보이고 있는 경우라도, 사용흔이 비교적 작은 경우에는, 마이크로파의 누설이 충분히 억제되는 것으로 추정된다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.

상기 실시형태에서는, 단열 부재(90)의 외면 중, 단열 부재(90)와 인접하는 챔버 등과의 계면 및 외기에 노출되어 있는 면에 있어서 도전성 피막(100)을 피복시키는 구성을 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 구체적으로는, 예컨대 도 5에 나타내는 바와 같이, 단열 부재(90)의 외면 전체면에 도전성 피막(100)을 피복시키는 구성으로 하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 상기 실시형태와 동일한 효과를 향수할 수 있는 데다가, 한층 더 마이크로파의 누설 억제가 도모된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 도전성 피막(100)으로서 알루미늄 등의 금속막을 예시하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 구체적으로는, 카본막이나 ITO(Indium Tin Oxide)를 들 수 있다.

또한, 도전성 피막(100)의 피복 방법으로서는, 도금법 혹은 용사법이 바람직하다고 설명하였지만, 당연히 다른 피복 방법을 이용하여도 좋다. 구체적으로는, 도전 도장, PVD법(물리 기상 성장법), CVD법(화학 기상 성장법)이어도 좋다. 단, 시공성이나 비용의 면에서는, 상기 실시형태에서 예로 든 도금법 혹은 용사법이 보다 바람직하다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치를 예로 들어, 처리 용기와 반송용 챔버 사이에서의 마이크로파의 누설을 억제하는 점에 대해서 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 마이크로파를 이용한 처리 장치에 부대하는 여러가지 장치나 챔버와의 사이에서 마이크로파의 누설을 억제하기 위한 기술에 적용 가능하고, 구체적으로는, 플라즈마 처리 장치 내의 압력을 측정하는 압력계 등과의 사이에서의 마이크로파의 누설 억제 등에 유용하다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리로 처리되는 피처리체는, 유리 기판, 유기 EL 기판, FPD(플랫 패널 디스플레이)용의 기판 등 중 어느 것이어도 좋다.

본 발명은 처리 가스를 플라즈마화시켜 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 유용하다.

1 플라즈마 처리 장치
10 처리 용기
11 반입출구
12 게이트 밸브
20 배치대
32 배기관
40 레이디얼 라인 슬롯 안테나
50 동축 도파관
60 제1 처리 가스 공급관
70 제2 처리 가스 공급관
80 반송용 챔버
85 밀봉 부재
90 단열 부재
100 도전성 피막
W 웨이퍼

Claims

피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
인접하는 챔버와의 사이에서 상기 피처리체를 반입출시키기 위한 개구부를 갖는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 기구와,
상기 처리 용기를 진공 상태로 하는 배기 장치와,
상기 개구부 근방에 마련되는 게이트 밸브에 있어서, 상기 게이트 밸브의 외면과 상기 처리 용기에 인접하는 챔버 사이에 설치되는 단열 부재를 포함하고,
상기 단열 부재에는, 적어도 상기 단열 부재와 상기 게이트 밸브의 외면의 대향면, 상기 단열 부재와 상기 처리 용기에 인접하는 챔버의 대향면, 및 상기 단열 부재의 외기에 노출되는 면에서 도전성 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 도전성 피막은, 상기 단열 부재의 외주면 전체면에 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전성 피막은, 도금법 또는 용사법에 의해 피복되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전성 피막의 두께는 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열 부재는 절연성 수지인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.