KR101902095B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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나오야 사에구사
츠토무 사토요시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 기판에 대한 플라즈마 처리의 균일성을 향상시킨 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 장치(11)는, 기판 G가 탑재되는 탑재대(21)를 내부에 수용하는 챔버(20)와, 챔버(20)의 내부에 배치된 격벽부(22)와, 격벽부(22)의 상면에 배치된 고주파 안테나(50)와, 격벽부(22)의 하면에 배치된 가스 도입 유닛을 갖고, 고주파 안테나(50)에 의해 형성된 전계에 의해 처리 가스를 플라즈마화하여 기판 G를 플라즈마 처리한다. 가스 도입 유닛은, 길고 기판 탑재면과 대략 직교하는 방향으로 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍(25b)을 갖는 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)와, 길고 기판 탑재면과 대략 평행한 방향으로 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍(55b)을 갖는 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)가, 긴 방향이 방사상으로 연장되는 방향이 되도록 배치된 구성을 갖는다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치 등의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조 공정에서는, FPD용 유리 기판에 대하여 예컨대, 플라즈마 에칭이나 플라즈마 애싱, 플라즈마 성막 등에 의한 회로 형성이 행해지고 있고, 이와 같은 플라즈마 처리를 행하는 장치로서 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(ICP 처리 장치)가 이용되고 있다.
ICP 처리 장치는, FPD용 유리 기판에 대하여 플라즈마 처리가 행해지는 챔버와, 고주파 안테나와, 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 구비한다. 챔버 내의 하부에는, FPD용 유리 기판을 탑재하는 탑재대가 배치되고, 챔버 내의 상부에는, 탑재대의 기판 탑재면과 대향하도록 유전 재료로 이루어지는 복수의 평판 부재가 배치된다. 고주파 안테나는 이들 평판 부재의 상면에 배치되고, 가스 공급 부재는 이들 평판 부재의 처리 공간측에 설치되어 있다. 챔버 내에 있어서 탑재대의 기판 탑재면과 평판 부재의 사이의 공간이 플라즈마를 생성시키기 위한 처리 공간이 된다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
이와 같이 구성된 ICP 처리 장치에서는, 가스 공급 부재로부터 처리 공간에 처리 가스를 공급함과 동시에, 고주파 안테나에 고주파 전력을 인가하는 것에 의해, 처리 공간에 유도 전계를 생성시킨다. 이것에 의해, 처리 공간에 도입된 처리 가스로부터 플라즈마가 생성되고, 생성한 플라즈마에 의해 FPD용 유리 기판에 대하여 에칭 등의 플라즈마 처리가 행해진다. 여기서, 상기 특허 문헌 1에는, 가스 공급 부재로서 십자 형상을 갖는 샤워 헤드가 이용되고 있고, 샤워 헤드는, 처리 공간에 처리 가스를 공급하는 기능에 더하여, 평판 부재를 챔버 내에 지지하는 역할을 담당하고 있다. 샤워 헤드의 소정 위치에는, FPD용 유리 기판의 처리면과 직교하는 방향(연직 방향)으로 처리 가스를 분출하는 가스 분출 구멍이 마련되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 제 4028534호 공보
그렇지만, 플라즈마 에칭을 행하는 ICP 처리 장치에 있어서, 상기 특허 문헌 1에 기재된 십자형의 샤워 헤드를 이용하여, 샤워 헤드로부터 기판 탑재면과 대략 직교하는 방향으로 처리 가스를 분출하는 구성으로 한 경우, FPD용 유리 기판의 처리면에 있어서 샤워 헤드와 대향하는 영역 및 그 근방의 영역과 FPD용 유리 기판의 모서리부 및 그 근방 영역에서는, 에칭 레이트에 큰 차이가 생겨 버려, FPD용 유리 기판에 처리의 불균일이 생겨 버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 균일하게 행할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 제 1 측면의 플라즈마 처리 장치는, 기판이 탑재되는 기판 탑재면을 갖는 탑재대와, 상기 탑재대를 내부에 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 있어서 상기 기판 탑재면과 대향하도록 배치된 격벽부와, 상기 격벽부의 상면에 배치되고, 고주파 전력이 인가되는 것에 의해 상기 기판 탑재면과 상기 격벽부의 사이의 처리 공간에 플라즈마를 생성시키는 고주파 안테나와, 상기 격벽부의 하면에 배치되고, 상기 처리 공간에 처리 가스를 도입하는 가스 도입 유닛을 갖고, 상기 탑재대에 탑재된 기판에 대하여 상기 플라즈마에 의한 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 가스 도입 유닛은, 긴 형상을 갖고, 상기 기판 탑재면과 대략 직교하는 방향으로 상기 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍을 갖는 복수의 제 1 샤워 플레이트와, 긴 형상을 갖고, 상기 기판 탑재면과 대략 평행한 방향으로 상기 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍을 갖는 복수의 제 2 샤워 플레이트를 구비하고, 복수의 상기 제 1 샤워 플레이트와 상기 제 2 샤워 플레이트는, 상기 격벽부로부터 상기 탑재대에 탑재된 기판을 보았을 때에, 상기 제 1 샤워 플레이트와 상기 제 2 샤워 플레이트의 긴 방향이 방사상으로 연장되는 방향이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 2 측면의 플라즈마 처리 장치는, 제 1 측면의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 수와 상기 제 2 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 수는 동일하고, 또한, 상기 제 1 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 컨덕턴스와 상기 제 2 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 컨덕턴스는 대략 동일한 것을 특징으로 한다.
제 3 측면의 플라즈마 처리 장치는, 제 1 측면 또는 제 2 측면의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 2쌍으로 구성되는 복수의 상기 제 1 샤워 플레이트 중, 1쌍은 상기 격벽부의 긴 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고, 다른 1쌍은 상기 격벽부의 짧은 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
제 4 측면의 플라즈마 처리 장치는, 제 1 측면의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 가스 도입 유닛은, 복수의 상기 제 2 샤워 플레이트만으로 구성되고, 복수의 상기 제 2 샤워 플레이트는 각각, 긴 방향이 방사상으로 연장되는 방향이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 5 측면의 플라즈마 처리 장치는, 제 1 측면 내지 제 3 측면 중 어느 한 측면의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 복수의 상기 제 2 샤워 플레이트는, 그 긴 방향의 일단이 각각, 상기 탑재대에 직사각형의 기판이 탑재되었을 때의 상기 기판의 모서리부 또는 그 근방의 상부에 위치하도록, 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 6 측면의 플라즈마 처리 장치는, 제 5 측면의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 격벽부는, 직사각형 형상을 갖고, 상기 제 1 샤워 플레이트를 4개 갖고, 4개의 상기 제 1 샤워 플레이트 중, 2개의 제 1 샤워 플레이트는, 상기 격벽부의 긴 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고, 나머지 2개의 제 1 샤워 플레이트는, 상기 격벽부의 짧은 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련되는 플라즈마 처리 장치에서는, 탑재대의 기판 탑재면과 대략 직교하는 방향으로 처리 가스를 분출하는 복수의 제 1 분출 구멍이 형성된 복수의 제 1 샤워 플레이트와, 기판 탑재면과 대략 평행한 방향으로 처리 가스를 분출하는 복수의 제 2 분출 구멍이 형성된 복수의 제 2 샤워 플레이트가 방사상으로 교대로 챔버 내의 상부에 배치된다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 처리 공간에서의 처리 가스의 분포를 균일화시켜, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 균일하게 행할 수 있고, 나아가서는, 기판을 이용한 제품의 생산성을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 보다 정밀한 플라즈마 처리를 행하는 것도 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치를 구비하는 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 기판 처리 시스템이 구비하는 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 마련된 격벽부와 제 1 샤워 플레이트의 위치 관계, 제 1 샤워 플레이트의 개략 구조와 그 지지 구조를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2의 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 배치되는 제 1 샤워 플레이트의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 제 1 샤워 플레이트가 배치된 도 2의 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트(E/R)의 분포를 모식적으로 나타내는 도면과, 선 B-B하에서의 에칭 레이트의 분포를 모식적으로 나타내는 실시예 및 참고예의 도면이다.
도 6은 도 2의 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 마련된 격벽부와 제 1 샤워 플레이트 및 제 2 샤워 플레이트의 위치 관계, 제 2 샤워 플레이트의 개략 구조와 그 지지 구조를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 2의 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 배치되는 제 2 샤워 플레이트의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 제 1 샤워 플레이트 및 제 2 샤워 플레이트가 배치된 도 2의 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트(E/R)의 분포를 모식적으로 나타내는 도면과, 선 D-D하에서의 에칭 레이트의 분포를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치(11)를 구비하는 기판 처리 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 기판 처리 시스템(10)은, FPD용 유리 기판 등의 기판 G에 플라즈마 처리, 예컨대, 플라즈마 에칭을 실시하는 3개의 플라즈마 처리 장치(11)를 구비한다. 또, FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로루미네선스(EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등을 들 수 있다.
3개의 플라즈마 처리 장치(11)는 각각, 수평 단면이 다각형 형상(예컨대, 수평 단면이 직사각형 형상)인 반송실(12)의 측면에 게이트 밸브(13)를 거쳐 연결된다. 또, 플라즈마 처리 장치(11)의 구성의 상세에 대해서는, 도 2를 참조하여 후술한다. 반송실(12)에는 또한, 로드록실(14)이 게이트 밸브(15)를 거쳐 연결되어 있다. 로드록실(14)에는, 기판 반출입 기구(16)가 게이트 밸브(17)를 사이에 두고 인접된다. 기판 반출입 기구(16)에는 2개의 인덱서(18)가 인접되어 있다. 인덱서(18)에는, 기판 G를 수납하는 카세트(19)가 탑재된다. 카세트(19)에는, 복수 매(예컨대, 25매)의 기판 G를 수납할 수 있다.
기판 처리 시스템(10)의 전체적인 동작은, 도시하지 않은 제어 장치에 의해 제어된다. 기판 처리 시스템(10)에 있어서 기판 G에 대하여 플라즈마 에칭을 실시할 때에는, 우선, 기판 반출입 기구(16)에 의해 카세트(19)에 수납된 기판 G가 로드록실(14)의 내부에 반입된다. 이때, 로드록실(14)의 내부에 플라즈마 에칭이 끝난 기판 G가 존재하면, 그 플라즈마 에칭이 끝난 기판 G가 로드록실(14) 내로부터 반출되어, 에칭되지 않은 기판 G와 교체된다. 로드록실(14)의 내부에 기판 G가 반입되면, 게이트 밸브(17)가 닫힌다.
그 다음에, 로드록실(14)의 내부가 소정의 진공도까지 감압된 후, 반송실(12)과 로드록실(14)의 사이의 게이트 밸브(15)가 열린다. 그리고, 로드록실(14)의 내부의 기판 G가 반송실(12)의 내부의 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 반송실(12)의 내부에 반입된 후, 게이트 밸브(15)가 닫힌다.
그 다음에, 반송실(12)과 플라즈마 처리 장치(11)의 사이의 게이트 밸브(13)가 열리고, 반송 기구에 의해 플라즈마 처리 장치(11)의 내부에 에칭되지 않은 기판 G가 반입된다. 이때, 플라즈마 처리 장치(11)의 내부에 플라즈마 에칭이 끝난 기판 G가 있으면, 그 플라즈마 에칭이 끝난 기판 G가 반출되어, 에칭되지 않은 기판 G와 교체된다. 그 후, 플라즈마 처리 장치(11)에 의해 반입된 기판 G에 플라즈마 에칭이 실시된다.
도 2는 플라즈마 처리 장치(11)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(11)는, 구체적으로는, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(ICP 처리 장치)이다. 플라즈마 처리 장치(11)는, 수평 단면이 대략 직사각형 형상인 챔버(20)와, 챔버(20) 내의 아래쪽에 수용, 배치되어, 정부(頂部)인 기판 탑재면에 기판 G를 탑재하는 받침대 형상의 탑재대(21)를 갖는다. 또한, 챔버(20) 내의 위쪽에는, 탑재대(21)와 대향하도록, 복수의 평판 부재(22a)로 이루어지는 격벽부(22)가 배치되어 있고, 격벽부(22)와 탑재대(21)의 사이에 플라즈마가 생성되는 처리 공간 S가 형성되어 있다.
평판 부재(22a)는, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스나 석영 등의 유전 재료로 이루어지고, 본 실시 형태에서는, 챔버(20)의 측벽에 마련된 직사각형 형상의 지지 프레임(23)에 지지되어 있다. 또, 도 2에는, 제 1 샤워 플레이트(24a, 24b, 24c)만이 도시되어 있다. 격벽부(22)의 상면에는, 소용돌이 형상의 도체로 이루어지는 고주파 안테나(유도 결합 안테나)(50)가 배치되어 있다. 또한, 격벽부(22)의 하면(탑재대(21)측의 면)에는, 챔버(20) 내의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 부재로서의 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)에 더하여, 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)(도 2에 도시하지 않음, 도 3 참조)가 배치되어 있다. 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)의 배치와 상세한 구성에 대해서는, 도 3 등을 참조하여 후술한다.
제 1 샤워 플레이트(24a~24h)는, 처리 가스 배관(44)에 의해 처리 가스 공급 기구(40)와 접속되어 있다. 처리 가스 공급 기구(40)는, 처리 가스 공급원(41), 가스 유량 제어기(42) 및 압력 제어 밸브(43)를 갖는다. 처리 가스 공급 기구(40)로부터 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)에 처리 가스가 공급되고, 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)의 각각에 마련된 도시하지 않은 가스 분출 구멍으로부터 처리 공간 S에 처리 가스가 도입된다.
탑재대(21)는, 도체로 이루어지는 서셉터(26)를 내장하고 있고, 서셉터(26)에는 바이어스용 고주파 전원(27)이 정합기(28)를 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 탑재대(21)의 상부에는, 층 형상의 유전체로 형성되는 정전 흡착부(29)가 배치되어 있고, 정전 흡착부(29)는, 상층의 유전체층과 하층의 유전체층에 의해 사이에 끼워지도록 내포된 정전 흡착 전극(30)을 갖는다. 정전 흡착 전극(30)에는 직류 전원(31)이 접속되어 있고, 직류 전원(31)으로부터 정전 흡착 전극(30)에 직류 전압이 인가되면, 정전 흡착부(29)는 정전기력에 의해 탑재대(21)에 탑재된 기판 G를 흡착 유지한다. 바이어스용 고주파 전원(27)은, 비교적 낮은 주파수의 고주파 전력을 서셉터(26)에 공급하여, 정전 흡착부(29)에 정전 흡착된 기판 G에 직류 바이어스 전위를 생기게 한다. 또, 정전 흡착부(29)는, 판 부재로서 형성되더라도 좋고, 또한, 탑재대(21)상에 용사막으로서 형성되더라도 좋다.
탑재대(21)는, 탑재된 기판 G를 냉각하는 냉매 유로(32)를 내장하고 있고, 냉매 유로(32)는, 전열 가스를 공급하는 전열 가스 공급 기구(33)에 접속되어 있다. 전열 가스로서는, 예컨대, He 가스가 이용된다. 전열 가스 공급 기구(33)는, 전열 가스 공급원(34)과 가스 유량 제어기(35)를 갖고, 전열 가스를 탑재대(21)에 공급한다. 탑재대(21)는, 상부에 있어서 개구하는 복수의 전열 가스 구멍(36)과, 각각의 전열 가스 구멍(36) 및 전열 가스 공급 기구(33)를 연통시키는 전열 가스 공급 경로(37)를 갖는다. 탑재대(21)에서는, 정전 흡착부(29)에 정전 흡착된 기판 G의 이면과 탑재대(21)의 상부의 사이에 미소한 극간이 생기지만, 전열 가스 구멍(36)으로부터 공급되는 전열 가스가 이 극간에 충전됨으로써, 기판 G와 탑재대(21)의 열전달 효율을 향상시켜, 탑재대(21)에 의한 기판 G의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
고주파 안테나(50)에는, 정합기(46)를 거쳐서 플라즈마 생성용 고주파 전원(45)이 접속되어 있고, 플라즈마 생성용 고주파 전원(45)은, 비교적 높은 주파수의 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 고주파 안테나(50)에 공급한다. 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 공급되는 고주파 안테나(50)는, 처리 공간 S에 전계를 생기게 한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(11)는, 챔버(20)의 내부와 연통하는 배기관(47)을 구비하고, 배기관(47)을 통해 챔버(20)의 내부의 가스를 배출하고, 챔버(20)의 내부를 소정의 감압 상태로 할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(11)를 구성하는 각 부의 동작은, 기판 처리 시스템(10)의 제어 장치에 의한 통괄적인 제어 아래에서, 장치 컨트롤러(48)가 소정의 프로그램을 실행하는 것에 의해 제어된다. 플라즈마 처리 장치(11)에 의해 기판 G에 대하여 플라즈마 에칭을 실시할 때에는, 처리 공간 S는 감압되고, 처리 가스가 처리 공간 S에 도입됨과 아울러 고주파 안테나(50)에 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 공급된다. 이것에 의해, 처리 공간 S에 전계가 생긴다. 처리 공간 S에 도입된 처리 가스는, 전계에 의해 여기되어 플라즈마를 생성하고, 플라즈마 중의 양이온은, 탑재대(21)를 통해서 기판 G에 생기는 직류 바이어스 전위에 의해 기판 G에 끌어들여져, 기판 G에 플라즈마 에칭을 실시한다. 또한, 플라즈마 중의 라디칼은, 기판 G에 도달하여 기판 G에 플라즈마 에칭을 실시한다.
도 3(a)는 챔버(20) 내에 마련된 격벽부(22)와 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 3(b)는 도 3(a) 중에 나타내는 화살표 A-A의 개략 단면도이고, 제 1 샤워 플레이트(24a)의 개략 구조와 그 지지 구조를 나타내는 도면이다. 설명의 편의상, 도 3(a)에 나타내는 대로, 서로 직교하는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향을 설정한다. 또, XY면은 수평 방향과 대략 평행이고, Z 방향은 연직 방향과 대략 평행이다.
제 1 샤워 플레이트(24a~24h)는, 배치가 상이할 뿐이고 동등한 구조를 갖고 있다. 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)는, 긴 대략 직방체 형상을 갖고 있고, Z 방향으로부터 보았을 때에, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 2개의 제 1 샤워 플레이트(24a, 24c)는, 챔버(20)의 Y 방향 중앙에 있어서, 긴 방향이 X 방향과 평행이 되도록, 또한, 챔버(20)의 X 방향 중앙에 대하여 X 방향에서 대칭이 되는 위치에 배치되어 있다. 다른 2개의 제 1 샤워 플레이트(24b, 24d)는, 챔버(20)의 X 방향 중앙에 있어서, 긴 방향이 Y 방향과 평행이 되도록, 또한, 챔버(20)의 Y 방향 중앙에 대하여 Y 방향에서 대칭이 되는 위치에 배치되어 있다. 다시 말해, 4개의 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)는, 기판 G의 중앙부로부터 외주를 향해 십자 형상으로 배치되어 있다. 또 다른 4개의 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)는 기판 G의 대각선상에 배치되어 있다. 또, 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)가 기판 G의 대각선상에 배치되는 경우, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)와 교차하는 것에 의해 생기는 각도는, 35~55도의 범위가 된다.
제 1 샤워 플레이트(24a~24d)에 접속된 처리 가스 배관(44)은, 플랜지(49a, 49b)에 의해, 챔버(20)의 상벽(20a)에 설치되어 있다. 이렇게 하여, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)에 처리 가스가 공급되고 있다.
격벽부(22)는, 4매의 평판 부재(22a)에 의해 형성되어 있고, 각 평판 부재(22a)의 외주 단부의 일부는 챔버(20)에 마련된 지지 프레임(23)의 상면에 지지되어 있다. 또한, 평판 부재(22a)의 형상에 따라서는, 지지 프레임(23) 외에, 처리 공간을 횡단하도록 형성된 빔 부재에 의해 지지되더라도 좋다.
4매의 평판 부재(22a)에는 각각, 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)에 접속된 처리 가스 배관(44)을 삽입 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있다. 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)는, 챔버(20)의 상벽(20a)에 처리 가스 배관(44)을 고정하는 것에 의해 유지하더라도 좋고, 4매의 평판 부재(22a)의 각각에 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)를 설치하더라도 상관없다.
도 4는 제 1 샤워 플레이트(24a)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 또, 설명의 편의상, 제 1 샤워 플레이트(24a)에 대하여, 긴 방향을 X 방향, 폭 방향을 Y 방향, 높이(두께) 방향을 Z 방향으로서 정한다. 제 1 샤워 플레이트(24a)는, 예컨대, 알루미나 등의 세라믹스로 이루어지고, 내부에 마련된 버퍼실(25a)과, 버퍼실(25a)과 연통하도록 제 1 샤워 플레이트(24a)의 저벽에 마련된 복수의 가스 분출 구멍(25b)을 갖는다. 제 1 샤워 플레이트(24a)에 있어서, 복수의 가스 분출 구멍(25b)은, 원기둥의 형상을 갖고, 그 축 방향이 Z 방향과 대략 평행(지름 방향이 XY면과 대략 평행)이 되도록, Y 방향으로 2열로, 또한, X 방향으로 소정의 간격으로 형성되어 있다.
제 1 샤워 플레이트(24a)는, Z 방향이 연직 방향과 대략 평행(XY면이 수평 방향과 대략 평행)이 되도록, 챔버(20) 내에 유지된다. 이것에 의해, 복수의 가스 분출 구멍(25b)으로부터 처리 공간 S에, 탑재대(21)의 기판 탑재면과 대략 직교하는 방향인 연직 방향으로 처리 가스가 분출됨으로써, 처리 공간 S에 처리 가스가 도입된다. 버퍼실(25a)은, 복수의 가스 분출 구멍(25b)의 각각으로부터 분출되는 처리 가스의 유량을 균등하게 하는 역할을 담당한다. 제 1 샤워 플레이트(24b~24h)의 구조는, 제 1 샤워 플레이트(24a)의 구조와 동일하므로, 설명을 생략한다.
또, 처리 공간 S에 도입되는 처리 가스가, 격벽부(22)와 챔버(20)의 상벽(20a)의 사이에 형성되는 공간으로 새는 일이 없도록, 4매의 평판 부재(22a)끼리의 경계부나 챔버(20)의 측벽과 평판 부재(22a)의 경계부, 처리 가스 배관(44)과 평판 부재(22a)의 경계부의 각 경계부에는, 밀봉 구조가 적용된다. 이들 밀봉 구조는, 본 발명의 특징과는 직접적인 관계가 없고, 또한, 주지의 밀봉 구조를 임의로 선택하여 적용할 수 있기 때문에, 설명을 생략한다.
도 5(a)는 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)를 구비하는 플라즈마 처리 장치(11)에서 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트(E/R)의 분포를 모식적으로 나타내는 평면도이고, 도 5(b)는 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)를 이용한 경우의, 도 5(a)에 나타내는 선 B-B하에서의 에칭 레이트의 분포(실시예)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5(c)는 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)만을 이용한 경우의, 도 5(a)에 나타내는 선 B-B하에서의 에칭 레이트의 분포(참고예)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 또, 여기서는, 염소 가스(Cl2)를 처리 가스로서 이용하고, 표면에 소정의 패턴으로 형성된 레지스트막의 아래에 에칭 대상인 알루미늄(Al)막이 형성된 기판 G를 이용한 경우의 결과를 모식적으로 나타내고 있다.
기판 G에 대한 에칭 처리시에는, 배기관(47)을 통해 배기를 행하는 것에 의해 챔버(20)의 내부를 소정의 감압 분위기로 유지하면서, 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)의 가스 분출 구멍(25b)으로부터 연직 방향으로 처리 가스가 분출된다. 가스 분출 구멍(25b)으로부터 분출된 처리 가스는 확산하면서 처리 공간 S에 도입되지만, 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)의 각각의 직하 및 그 근방에서, 처리 가스의 농도는 높아지기 쉽다. 그 때문에, 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)의 각각의 직하 및 그 근방에 있어서 에칭 레이트가 높아지기 쉽다. 도 5(a)에는, 이와 같이 하여 형성되는 고 에칭 레이트 영역 K가 모식적으로 나타나 있다.
여기서, 배경 기술에서 설명한 특허 문헌 1에 기재되어 있는 십자 형상을 갖는 샤워 헤드에 대응하도록, 4개의 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)로부터만 동일한 유량으로 처리 가스가 분출되도록 처리 가스의 유량을 제어하여 처리 가스를 처리 공간 S에 도입한 경우에 대하여 설명한다. 4개의 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)의 직하 및 그 근방에는, 상술한 대로, 고 에칭 레이트 영역 K가 형성된다. 이것에 대하여, 기판 G의 4개소의 모서리부 및 그 근방의 영역에서는 처리 가스의 농도가 낮아지기 쉽기 때문에, 에칭 레이트가 낮아지기 쉽다. 그 결과, 선 B-B하에서는, 도 5(c)에 나타나는 바와 같이, 에칭 레이트에 큰 격차(고저차 ΔR0)가 생긴다. 또, 기판 G의 외주단에서 에칭 레이트가 약간 상승하고 있는 것은, 소위, 로딩 효과에 의한 것이다.
이것에 대하여, 8개의 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)로부터 동일한 유량으로 처리 가스가 분출되도록, 처리 가스의 유량을 제어하고, 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)로부터 처리 공간 S를 향하여 연직 방향으로 처리 가스를 분출하여 도입한 경우에는, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)에 의해 형성되는 고 에칭 레이트 영역 K에 더하여, 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)의 각각의 직하 및 그 근방에 고 에칭 레이트 영역 K가 형성된다. 이것에 의해, 선 B-B하에서의 에칭 레이트의 격차(고저차 ΔR1)는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 작아진다(ΔR1<ΔR0).
따라서, 기판 G에 대한 플라즈마 처리의 균일성을 향상시킬 수 있고, 이것에 의해, 보다 정밀한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능하게 된다고 하는 효과나, 생산성을 높일 수 있다고 하는 효과가 얻어지고, 나아가서는, 기판 G를 이용하여 제조되는 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
다음으로, 플라즈마 처리 장치(11)에 있어서, 4개의 제 1 샤워 플레이트(24e~24h) 대신에 4개의 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)를 배치한 구성에 대하여 설명한다. 도 6(a)는 챔버(20) 내에 마련된 격벽부(22)와 제 1 샤워 플레이트(24a~24d) 및 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 도 6(b)는 도 6(a) 중에 나타내는 화살표 C-C의 단면도이고, 제 2 샤워 플레이트(54a)의 개략 구조와 그 지지 구조를 나타내는 도면이다.
제 1 샤워 플레이트(24a~24d)는 각각, 도 3 내지 도 5를 참조하여 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)와 동일하기 때문에, 챔버(20) 내에서의 유지 방법을 포함하여, 설명을 생략한다. 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)는 각각, 긴 대략 직방체 형상을 갖고 있고, 도 3을 참조하여 설명한 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)가 마련된 위치에 배치되어 있다. 이렇게 하여, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)와 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)는, Z 방향으로부터 볼 때 시계방향(또는 반시계방향)으로 교대로 배치된다. 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)는, 제 1 샤워 플레이트(24e~24h)와 마찬가지로, 챔버(20)의 상벽(20a)에 지지되거나 혹은 평판 부재(22a)에 설치되어 있다. 그 때문에, 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)에 대한, 챔버(20) 내에서의 유지 방법의 상세에 대한 설명은 생략한다. 또, 도 6(b)에는, 제 2 샤워 플레이트(54a)를 평판 부재(22a)에 대하여 플랜지부(59)에 의해 설치한 예를 나타내고 있다.
도 7은 제 2 샤워 플레이트(54a)의 구조를 나타내는 단면도이다. 설명의 편의상, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 2 샤워 플레이트(54a)의 긴 방향을 X 방향, 폭 방향을 Y 방향, 높이(두께) 방향을 Z 방향으로서 정하지만, 도 7에 설정한 X 방향, Y 방향 및 Z 방향은, 도 6(a)에 나타내는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향과는 무관계하다.
제 2 샤워 플레이트(54a)는, 예컨대, 알루미나 등의 세라믹스로 이루어지고, 내부에 X 방향을 따라 마련된 직방체 형상의 버퍼실(55a)과, 버퍼실(55a)과 연통하도록 제 2 샤워 플레이트(54a)의 측벽(Y 방향측의 벽부)에 Y 방향과 대략 평행하게 마련된 복수의 가스 분출 구멍(55b)을 갖는다. 여기서는, 가스 분출 구멍(55b)으로서, 사각기둥 형상의 구멍을 나타내고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 가스 분출 구멍(25b)과 같은 원기둥 형상의 구멍이더라도 좋다.
제 2 샤워 플레이트(54a)는, X 방향 및 Y 방향이 수평 방향과 대략 평행(Z 방향이 연직 방향과 대략 평행)이 되도록 챔버(20) 내에 배치된다. 그 때문에, 제 2 샤워 플레이트(54a)로부터는, 처리 가스는, 탑재대(21)의 기판 탑재면과 대략 평행한 방향인 수평 방향으로 분출되어 처리 공간 S에 도입된다. 제 2 샤워 플레이트(54b~54d)의 구조는, 제 2 샤워 플레이트(54a)의 구조와 동일하기 때문에, 여기서의 설명을 생략한다.
도 8(a)는 제 1 샤워 플레이트(24a~24d) 및 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)를 구비하는 플라즈마 처리 장치(11)에서 플라즈마 에칭을 행했을 때의 에칭 레이트(E/R)의 분포를 모식적으로 나타내는 평면도이고, 도 8(b)는 도 8(a)에 나타내는 선 D-D하에서의 에칭 레이트의 분포(실시예)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 또, 도 5를 참조하여 설명한 에칭 레이트와의 비교의 관점으로부터, 여기서도, 염소 가스(Cl2)를 처리 가스로서 이용하고, 표면에 소정의 패턴으로 형성된 레지스트막의 아래에 에칭 대상인 알루미늄(Al)막이 형성된 기판 G를 이용한 경우의 결과를 모식적으로 나타내고 있다.
도 5를 참조하여 설명한 대로, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)의 가스 분출 구멍(25b)으로부터는, 처리 공간 S를 향해 연직 방향으로 처리 가스가 분출된다. 그리고, 가스 분출 구멍(25b)으로부터 분출된 처리 가스는 확산하면서 처리 공간 S에 도입되고, 이때, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)의 각각의 직하 및 그 근방에, 고 에칭 레이트 영역 K가, 도 5(a)와 마찬가지로 형성된다.
한편, 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)의 가스 분출 구멍(55b)으로부터는, 처리 공간 S를 향해 수평 방향으로 처리 가스가 분출된다. 이때, 전술한 바와 같이, 기판 G에 대한 에칭 처리시에는, 배기관(47)을 통해 챔버(20) 내를 배기하는 것에 의해, 챔버(20)의 내부는 소정의 감압 분위기로 유지되기 때문에, 가스 분출 구멍(25b)으로부터 수평 방향으로 분출된 처리 가스는, 그 후, 기판 G를 향해 처리 공간 S에서 확산된다. 따라서, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 Z 방향으로부터 보았을 때에, 처리 가스가 균일하게 확산되는 범위가 넓어지고, 고 에칭 레이트 영역 K보다 넓은 고 에칭 레이트 영역 M이 형성된다. 그 결과, 선 D-D하에서의 에칭 레이트의 분포는, 도 8(b)에 나타나는 바와 같이 균일화되고, 에칭 레이트의 격차(고저차 ΔR2)를 매우 좁게 할 수 있다(ΔR2<ΔR1).
따라서, 기판 G에 대한 플라즈마 처리의 균일성을 더 향상시킬 수 있고, 이것에 의해, 보다 정밀한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능하게 된다고 하는 효과나, 생산성을 더 높일 수 있다고 하는 효과가 얻어지고, 나아가서는, 기판 G를 이용하여 제조되는 제품의 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
또, 도 8(b)에 나타내는 바와 같은 에칭 레이트의 균일성을 실현하기 위해서는, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)로부터 분출되는 가스 유량과 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)로부터 분출되는 가스 유량의 조정이 필요하게 된다. 구체적으로는, 가스 분출 구멍(25b)의 컨덕턴스와 가스 분출 구멍(55b)의 컨덕턴스를 대략 동일하게 하는 것에 의해, 기판 G의 처리면에서의 에칭 레이트의 균일화를 도모할 수 있다.
본 실시의 형태에서는, 도 4 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)에 있어서의 가스 분출 구멍(25b)의 수와 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)에 있어서의 가스 분출 구멍(55b)의 수가 동일한 수로 설정되어 있다. 이 경우, 1개의 구멍마다의 컨덕턴스를 동일하게 하면 된다. 가스 분출 구멍(25b)의 컨덕턴스는, 대략, 지름 방향의 단면적과 구멍 깊이 L1(도 4 참조)에 의해 결정되고, 마찬가지로, 가스 분출 구멍(55b)의 컨덕턴스도, 지름 방향의 단면적과 구멍 깊이 L2(도 7 참조)에 의해 결정된다. 따라서, 이들 파라미터(단면적, 구멍 깊이)를 계산에 의해 결정함과 아울러, 실험적으로 가스 유량을 변화시켜 에칭 레이트의 격차를 조사하는 것에 의해, 적절한 플라즈마 처리 조건을 정할 수 있다. 또, 가스 분출 구멍(25b, 55b)으로부터 분출되는 가스 유량은, 처리 공간 S에 형성되는 플라즈마의 가스 분출 구멍(25b, 55b)으로의 침입을 방지 가능한 압력이 확보되는 값으로 설정된다.
상술한 제 1 샤워 플레이트(24a~24h)를 이용한 플라즈마 처리 장치(11) 혹은 제 1 샤워 플레이트(24a~24d) 및 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)를 이용한 플라즈마 처리 장치(11)에서의 플라즈마 처리의 대상이 되는 기판 G에는 한정은 없지만, 플라즈마 처리의 균일성을 높일 수 있는 효과는, 예컨대, 평면의 사이즈가 800㎜×900㎜ 이상인 기판 G에서 현저하게 얻을 수 있다. 또한, 플라즈마 에칭의 대상이 되는 막은, 알루미늄(Al)막으로 한정되는 것은 아니다. 단, 본 발명은, 에칭 레이트의 처리 가스에 대한 의존성이 높은 재료로 이루어지는 막의 플라즈마 에칭에 적합하다.
상기 실시의 형태에서는, 4매의 평판 부재(22a)로 격벽부(22)를 구성했지만, 격벽부(22)를 구성하는 평판 부재의 수는, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 제 1 샤워 플레이트(24e~24h) 및 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)의 각각에 대하여 2개의 처리 가스 배관(44)을 마련한 구성으로 설명했지만, 이들 샤워 플레이트에 대해서는, 1개의 샤워 플레이트에 대하여 1개의 처리 가스 배관(44)이 접속된 구성으로 하더라도 좋다. 그 경우, 고주파 안테나(50)의 배치 패턴의 자유도를 높일 수 있기 때문에, 처리 공간 S에 형성되는 전계의 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 보다 균일한 플라즈마를 생성시키는 것이 가능하게 되고, 기판 G의 처리면에 대한 플라즈마 처리의 균일성을 더 높일 수 있다. 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)에 대해서도, 1개의 처리 가스 배관(44)이 접속된 구성으로 하더라도 좋다. 또한, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)는, 십자형으로 연속시킨 일체 구조로 하더라도 좋다.
제 1 샤워 플레이트(24a~24d)와 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)를 이용하는 경우, 제 1 샤워 플레이트(24a~24d)와 제 2 샤워 플레이트(54a~54d)의 배치 위치를, 도 6(a)에 나타낸 위치의 반대로 하더라도 좋고, 그 경우에 얻어지는 효과에는 변화는 없다. 또한, 모든 샤워 플레이트를 제 2 샤워 플레이트로 구성하더라도 좋다. 복수의 샤워 플레이트의 배치 위치는, 피처리 기판의 형상에 따라, 적시, 변경 가능하다. 또한, 8개의 샤워 플레이트를 이용하는 경우, 기판 G의 긴 변 또는 짧은 변과 평행으로 배치되는 4개의 샤워 플레이트 이외의 4개의 샤워 플레이트의 배치 위치는, 기판 G의 어스펙트비에 따라 변경이 가능하다. 예컨대, 기판 G의 짧은 변 중앙에서 긴 변과 평행하게 2개의 샤워 플레이트를 배치하고, 기판 G의 긴 변 중앙에서 짧은 변과 평행하게 2개의 샤워 플레이트를 배치하고, 나머지 4개의 샤워 플레이트를 그 긴 방향의 일단의 각각이 기판 G의 모서리부 또는 그 근방의 상부에 위치하도록 배치하는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 기판 G에 대한 플라즈마 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.
10 : 기판 처리 시스템
11 : 플라즈마 처리 장치
20 : 챔버
20a : 상벽
21 : 탑재대
22 : 격벽부
22a : 평판 부재
23 : 지지 프레임
24a~24h : 제 1 샤워 플레이트
25b : 가스 분출 구멍
44 : 처리 가스 배관
50 : 고주파 안테나
54a~54d : 제 2 샤워 플레이트
55b : 가스 분출 구멍

Claims (6)

  1. 기판이 탑재되는 기판 탑재면을 갖는 탑재대와,
    상기 탑재대를 내부에 수용하는 챔버와,
    상기 챔버의 내부에 있어서 상기 기판 탑재면과 대향하도록 배치된 격벽부와,
    상기 격벽부의 상면에 배치되고, 고주파 전력이 인가되는 것에 의해 상기 기판 탑재면과 상기 격벽부의 사이의 처리 공간에 플라즈마를 생성시키는 고주파 안테나와,
    상기 격벽부의 하면에 배치되고, 상기 처리 공간에 처리 가스를 도입하는 가스 도입 유닛
    을 갖고, 상기 탑재대에 탑재된 기판에 대하여 상기 플라즈마에 의한 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 가스 도입 유닛은,
    긴 형상을 갖고, 상기 기판 탑재면과 직교하는 방향으로 상기 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍을 갖는 복수의 제 1 샤워 플레이트와,
    긴 형상을 갖고, 상기 기판 탑재면과 평행한 방향으로 상기 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍을 갖는 복수의 제 2 샤워 플레이트
    를 구비하고,
    복수의 상기 제 1 샤워 플레이트와 상기 제 2 샤워 플레이트는, 상기 격벽부로부터 상기 탑재대에 탑재된 기판을 보았을 때에, 상기 제 1 샤워 플레이트와 상기 제 2 샤워 플레이트의 긴 방향이 방사상으로 연장되는 방향이 되도록 배치되어 있고,
    상기 제 1 샤워 플레이트와 상기 제 2 샤워 플레이트가 갖는 상기 복수의 가스 분출 구멍은 제각각의 플레이트의 긴 방향으로 간격을 갖고 형성되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 수와 상기 제 2 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 수는 동일하고, 또한, 상기 제 1 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 컨덕턴스와 상기 제 2 샤워 플레이트에 마련된 가스 분출 구멍의 컨덕턴스는 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2쌍으로 구성되는 복수의 상기 제 1 샤워 플레이트 중, 1쌍은 상기 격벽부의 긴 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고, 다른 1쌍은 상기 격벽부의 짧은 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 도입 유닛은, 복수의 상기 제 2 샤워 플레이트만으로 구성되고,
    복수의 상기 제 2 샤워 플레이트는 각각, 긴 방향이 방사상으로 연장되는 방향이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 제 2 샤워 플레이트는, 그 긴 방향의 일단이 각각, 상기 탑재대에 직사각형의 기판이 탑재되었을 때의 상기 기판의 모서리부 또는 그 근방의 상부에 위치하도록, 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 격벽부는, 직사각형 형상을 갖고,
    상기 제 1 샤워 플레이트를 4개 갖고,
    4개의 상기 제 1 샤워 플레이트 중, 2개의 제 1 샤워 플레이트는, 상기 격벽부의 긴 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고, 나머지 2개의 제 1 샤워 플레이트는, 상기 격벽부의 짧은 변의 중앙부를 잇는 선상에 위치하고 있는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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