KR102437254B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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히데히토 아주마노
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시바우라 메카트로닉스 가부시끼가이샤
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Abstract

[과제] 좁은 영역에서의 빛의 변화를 검출할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
[해결수단] 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 대기압보다도 감압된 분위기를 유지할 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부와, 상기 챔버의 내부에 마련되며, 처리물을 배치할 수 있는, 배치부와, 상기 챔버의 내부를 감압할 수 있는 감압부와, 상기 챔버에 마련되며, 상기 배치부와 대향하는, 창과, 상기 챔버의 외부이며, 상기 창의, 상기 배치부 측과는 반대측의 면에 마련되어, 상기 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있는, 플라즈마 발생부와, 상기 창의 내부에 국소적으로 마련되며, 상기 챔버의 중심축에 대하여 기울어진 면을 갖는, 광로 변경부와, 상기 창의 측면 측에 마련되며, 상기 광로 변경부의 상기 면과 마주 향하는, 검출부를 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 실시형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
드라이 에칭 등에 이용되는 플라즈마 처리 장치에는 처리물의 상태를 검출하는 검출부가 마련된다. 예컨대 플라즈마 처리의 종점 검출에서는, 처리물의 표면에 조사된 빛의 산란 강도의 변화에 기초하여 처리의 종점을 검출하고 있다. 또한, 플라즈마 처리의 종점 검출에서는, 플라즈마의 발광 스펙트럼의 변화에 기초하여 처리의 종점을 검출하는 경우도 있다. 또한, 플라즈마 처리의 종점 검출에서는, 처리물의, 처리가 이루어지는 영역에 있어서의 반사광 또는 투과광에 기초하여 처리의 종점을 검출하는 경우도 있다. 즉, 일반적으로는 플라즈마 처리의 종점은 한창 플라즈마 처리 중일 때에 생기는 광학적인 변화에 기초하여 검출하고 있다.
여기서, 챔버의 측면에 형성되는 검출창(투과창)과, 챔버의 외부에 마련되며 검출창을 통해 플라즈마의 발광을 검출하는 검출부를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다. 또한, 판형을 띠며, 챔버의 천장에 형성되는 창과, 챔버의 내부로부터 창으로 입사하고, 창의 내부에서 전파하여, 창의 측면으로부터 방사되는 빛을 검출하는 검출부를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다. 이들 검출부는, 예컨대 플라즈마가 발생한 영역 전체와 같은 넓은 범위에서의 발광을 검출하고 있다. 이 경우, 검출부에 입사하는 빛의 강도는, 넓은 범위에서의 빛의 강도의 평균치가 되기 때문에, 처리물 표면의 근소한 변화를 검출하기가 어려워진다.
최근에는, 처리 부분의 미세화가 진행되어, 예컨대 형성되는 요철이나 구멍 등의 개구율이 1% 이하가 되는 경우도 있다. 이러한 경우에는, 제거되는 물질의 양이 적어지기 때문에, 빛의 변화량이 미소하게 된다. 그 때문에, 넓은 범위에서의 발광을 검출하면, 처리물 표면의 근소한 변화를 검출하기가 더욱 어려워진다.
이 경우, 좁은 영역에서의 빛의 변화를 검출할 수 있으면, 미세한 처리라도 처리의 종점을 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 나아가서는 미세한 처리를 정밀도 좋게 행할 수 있게 된다.
그래서, 좁은 영역에서의 빛의 변화를 검출할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 개발이 요구되고 있었다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2007-66935호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 좁은 영역에서의 빛의 변화를 검출할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 대기압보다도 감압된 분위기를 유지할 수 있는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부와, 상기 챔버의 내부에 마련되며, 처리물을 배치할 수 있는, 배치부와, 상기 챔버의 내부를 감압할 수 있는 감압부와, 상기 챔버에 마련되며, 상기 배치부와 대향하는, 창과, 상기 챔버의 외부이며, 상기 창의, 상기 배치부 측과는 반대측의 면에 마련되어, 상기 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있는, 플라즈마 발생부와, 상기 창의 내부에 국소적으로 마련되며, 상기 챔버의 중심축에 대하여 기울어진 면을 갖는, 광로 변경부와, 상기 창의 측면 측에 마련되며, 상기 광로 변경부의 상기 면과 마주 향하는, 검출부를 구비한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 좁은 영역에서의 빛의 변화를 검출할 수 있는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 2는 배치 모듈을 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 3은 광로 변경부를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 4의 (a), (b)는 광로 변경부의 변형예를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 5는 광로 변경부의 다른 변형예를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 6은 창의 측면에 형성된 평탄면을 예시하기 위한 모식 평면도이다.
도 7의 (a), (b)는 다른 실시형태에 따른 광로 변경부를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 8은 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 관해서 예시를 한다. 또한, 각 도면 중, 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 2는 배치 모듈(3)을 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 1에 도시하는 것과 같이, 플라즈마 처리 장치(1)에는, 챔버(2), 배치 모듈(3), 전원부(4), 전원부(5), 감압부(6), 가스 공급부(7), 처리 상태 검출부(8) 및 제어부(9)를 설치할 수 있다.
챔버(2)는 대기압보다도 감압된 분위기를 유지할 수 있는 기밀(氣密) 구조를 가질 수 있다.
챔버(2)는 본체부(21), 상부판(22) 및 창(23)을 가질 수 있다.
본체부(21)는, 대략 원통 형상을 띠며, 한쪽의 단부에 바닥판(21a)이 일체로 마련된다. 본체부(21)의 다른 쪽의 단부는 개구된다. 본체부(21)는, 예컨대 알루미늄 합금 등의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 본체부(21)는 접지될 수 있다. 본체부(21)의 내부에는 플라즈마(P)가 발생하는 영역(21b)이 마련된다. 본체부(21)에는 처리물(100)을 반입/반출하기 위한 반입반출구(21c)를 형성할 수 있다. 반입반출구(21c)는, 게이트 밸브(21c1)에 의해 기밀하게 폐쇄될 수 있다.
처리물(100)은, 예컨대 포토마스크, 마스크 블랭크, 웨이퍼, 유리 기판 등일 수 있다. 단, 처리물(100)은 예시한 것으로 한정되는 것은 아니다.
상부판(22)은, 판형을 띠며, 본체부(21)의 개구를 막도록 형성될 수 있다. 상부판(22)은, 바닥판(21a)과 대향하도록 설치될 수 있다. 상부판(22)의 중앙 영역에는, 두께 방향을 관통하는 구멍(22a)을 형성할 수 있다. 구멍(22a)의 중심은, 챔버(2)(본체부(21))의 중심축(2a) 상에 형성될 수 있다. 구멍(22a)은, 후술하는 전극(51)으로부터 방사되는 전자파를 투과시키기 위해서 형성될 수 있다. 상부판(22)은, 예컨대 알루미늄 합금 등의 금속으로 형성될 수 있다.
창(23)은, 판형을 띠며, 상부판(22)에 설치될 수 있다. 창(23)은, 구멍(22a)을 막도록 설치될 수 있다. 즉, 창(23)은, 챔버(2)에 마련되며, 배치부(31)와 대향한다. 창(23)은, 빛과 전자장을 투과시킬 수 있으며, 또한 에칭 처리를 행했을 때에 에칭되기 어려운 재료로 형성될 수 있다. 창(23)은, 예컨대 석영 등의 유전체 재료로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시하는 것과 같이, 배치 모듈(3)은, 배치부(31), 지지부(32) 및 커버(33)를 가질 수 있다. 배치 모듈(3)은, 챔버(2)(본체부(21))의 측면에서 챔버(2)(본체부(21))의 내부로 돌출되고, 선단 측에 배치부(31)가 형성되는 캔틸레버(Cantilever) 구조를 가질 수 있다. 처리물(100)은, 배치부(31)에 배치될 수 있다. 배치부(31)는, 플라즈마(P)가 발생하는 영역(21b)의 아래쪽에 위치한다.
배치부(31)는, 전극(31a), 절연 링(31b) 및 받침대(31c)를 가질 수 있다.
전극(31a)은, 금속 등의 도전성 재료로 형성될 수 있다. 전극(31a)의 상면은, 처리물(100)을 배치하기 위한 배치면일 수 있다. 전극(31a)는, 예컨대 받침대(31c)에 나사 고정될 수 있다. 또한, 전극(31a)에는 픽업 핀(31a1)(도 2 참조) 및 온도 제어부 등을 내장시킬 수 있다. 픽업 핀(31a1)은, 복수 설치될 수 있다.
복수의 픽업 핀(31a1)은, 막대형을 띠며, 전극(31a)의 상면으로부터 돌출할 수 있게 설치될 수 있다. 복수의 픽업 핀(31a1)은, 처리물(100)을 주고받을 때에 이용될 수 있다. 그 때문에, 복수의 픽업 핀(31a1)은, 도시하지 않은 구동부에 의해, 전극(31a) 상면으로부터의 돌출과, 전극(31a) 내부로의 인입을 행할 수 있게 되어 있다. 복수의 픽업 핀(31a1)의 수나 배치는, 처리물(100)의 크기나 평면 형상 등에 따라서 적절하게 변경될 수 있다.
온도 제어부는, 예컨대 냉매의 순환 라인(유로)이나 히터 등일 수 있다. 온도 제어부는, 예컨대 도시하지 않은 온도 센서로부터의 출력에 기초하여, 전극(31a)의 온도, 나아가서는 전극(31a)에 배치되는 처리물(100)의 온도를 제어할 수 있다.
절연 링(31b)은, 링형을 띠며, 전극(31a)의 측면을 덮을 수 있다. 절연 링(31b)은, 예컨대 석영 등의 유전체 재료로 형성될 수 있다.
받침대(31c)는, 전극(31a)과 지지부(32)의 부착부(32a) 사이에 마련될 수 있다. 받침대(31c)는, 전극(31a)과 지지부(32)의 사이를 절연하기 위해서 설치될 수 있다. 받침대(31c)는, 예컨대 석영 등의 유전체 재료로 형성될 수 있다. 받침대(31c)는, 예컨대 지지부(32)의 부착부(32a)에 나사 고정될 수 있다.
지지부(32)는, 챔버(2)의 내부 공간에서 배치부(31)를 지지할 수 있다. 지지부(32)는, 챔버(2)의 측면과 배치부(31)의 아래쪽 사이에서 연장되는 것일 수 있다.
지지부(32)는, 부착부(32a), 대들보(32b) 및 플랜지(32c)를 가질 수 있다. 부착부(32a), 대들보(32b) 및 플랜지(32c)는, 예컨대 알루미늄 합금 등으로 형성될 수 있다.
부착부(32a)는, 챔버(2)의 내부 공간에서 배치부(31)의 아래쪽에 위치할 수 있다. 부착부(32a)의 중심이 챔버(2)의 중심축(2a) 상에 위치하도록 부착부(32a)를 형성할 수 있다. 부착부(32a)는, 통형을 띠며, 배치부(31) 측의 단부면에는 구멍(32a1)을 형성할 수 있다. 배치부(31) 측과는 반대측의 단부면에는, 구멍(32a2)을 형성할 수 있다. 버스 바(bus bar)(42c)나 냉매용의 배관 등은, 구멍(32a1)을 통해 전극(31a)에 접속될 수 있다.
구멍(32a2)은, 버스 바(42c)나 냉매용의 배관 등을 접속하거나, 전극(31a)의 메인터넌스를 행하거나 할 때에 이용될 수 있다. 부착부(32a)의 배치부(31) 측의 단부면에는, 배치부(31)(받침대(31c))를 형성할 수 있다. 그 때문에, 부착부(32a)의 평면 형상은, 배치부(31)의 평면 형상과 같다고 말할 수 있다. 부착부(32a)의 평면 치수는, 배치부(31)의 평면 치수와 같은 정도이거나 약간 클 수 있다.
대들보(32b)의 한쪽의 단부는, 부착부(32a)의 측면에 접속될 수 있다. 대들보(32b)의 다른 쪽의 단부는, 플랜지(32c)와 접속될 수 있다. 대들보(32b)는, 챔버(2)의 내부 공간에서, 챔버(2)의 측면으로부터 챔버(2)의 중심축(2a)으로 향해서 연장되는 것일 수 있다. 대들보(32b)는, 각통(角筒) 형상을 띠는 것일 수 있다. 대들보(32b)의 내부 공간은, 플랜지(32c)에 형성되는 구멍(32c1)을 통해 챔버(2)의 외부 공간(대기 공간)과 연결될 수 있다. 그 때문에, 버스 바(42c)는, 대기 공간에 접할 수 있다. 대들보(32b)의 내부 공간이 챔버(2)의 외부 공간과 이어져 있으면, 대들보(32b)의 내부 공간의 압력이 챔버(2)의 외부 공간의 압력(예컨대 대기압)과 같게 된다. 또한, 대들보(32b)의 내부 공간은, 부착부(32a)의 내부 공간과 연결될 수 있다. 이 경우, 지지부(32)의 내부 공간의 압력이, 챔버(2)의 외부 공간의 압력(예컨대 대기압)과 같게 된다.
플랜지(32c)는, 판형을 띠며, 두께 방향을 관통하는 구멍(32c1)을 가질 수 있다. 플랜지(32c)는, 챔버(2)의 외측벽에 부착될 수 있으며, 예컨대 챔버(2)의 외측벽에 나사 고정될 수 있다.
챔버(2)의 측면에는 구멍(2b)을 형성할 수 있다. 구멍(2b)은, 부착부(32a)에 부착된 배치부(31)가 통과할 수 있는 크기와 형상을 가질 수 있다. 그 때문에, 구멍(2b)를 통해, 배치부(31)가 형성된 배치 모듈(3)을 챔버(2)로부터 떼어내거나, 배치부(31)가 형성된 배치 모듈(3)을 챔버(2)에 부착하거나 할 수 있다.
즉, 구멍(2b)을 통해, 배치부(31)가 형성된 부착부(32a) 및 대들보(32b)를, 챔버(2)의 내부로 반입하는 것 및 챔버(2)의 외부로 반출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 배치 모듈(3)의 부착과 탈착을 쉽게 하기 위해서, 챔버(2)의 외측벽에 슬라이더를 설치할 수도 있다.
커버(33)는, 부착부(32a)의, 배치부(31) 측과는 반대측의 단부면에 설치될 수 있다. 커버(33)는 예컨대 부착부(32a)에 나사 고정될 수 있다. 커버(33)를 부착부(32a)에 부착함으로써, 구멍(32a2)이 기밀하게 폐쇄될 수 있다. 커버(33)의 형상에는 특별히 한정이 없고, 돔형의 커버(33)로 하여도 좋고, 판형의 커버(33)로 하여도 좋다. 커버(33)는, 예컨대 알루미늄 합금 등으로 형성될 수 있다.
여기서, 캔틸레버 구조를 갖는 지지부(32)로 하면, 챔버(2)의 내부 공간에 있어서, 배치부(31)의 아래쪽에 공간을 둘 수 있기 때문에, 배치부(31)의 바로 아래에 감압부(6)를 배치하는 것이 가능하게 된다. 배치부(31)의 바로 아래에 감압부(6)를 배치할 수 있으면, 실효 배기 속도가 크며 또한 치우침이 없는 축 대칭의 배기를 행하는 것이 용이하게 된다. 또한, 캔틸레버 구조를 갖는 지지부(32)로 하면, 수평 방향으로부터, 배치부(31)가 형성된 지지부(32)를 챔버(2)로부터 떼어내거나, 배치부(31)가 형성된 지지부(32)를 챔버(2)에 부착하거나 할 수 있다. 그 때문에, 배치부가 챔버(2)의 바닥면에 고정되는 경우와 비교하여, 플라즈마 처리 장치의 메인터넌스가 용이하게 된다.
그런데, 배치부(31)에는 금속제의 전극(31a)이 마련된다. 또한, 배치부(31)에는, 픽업 핀(31a1)이나 그 구동부, 냉매의 순환 라인이나 히터 등의 온도 제어부 등도 마련된다. 그 때문에, 배치부(31)의 중량이 무겁게 된다. 지지부(32)는 캔틸레버 구조를 갖기 때문에, 선단 측에 형성되는 배치부(31)의 중량이 무겁게 되면 하중이 치우쳐, 배치부(31)를 지지하는 대들보(32b)의 선단이 아래쪽으로 휠 우려가 있다. 대들보(32b)의 선단이 아래쪽으로 휘면, 배치부(31)가 기울 우려가 있다. 예컨대 배치부(31)의 중량은 56∼70 kgf(중량킬로그램)이 되는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 배치 모듈(3)의 선단이 0.2 mm 정도 아래쪽으로 내려가는 경우가 있다.
배치부(31)에는 처리물(100)이 배치되기 때문에, 처리물(100)이 배치되는 배치면은 적어도 처리물(100) 주면(主面)의 면적 이상의 면적이 필요하게 된다. 그 때문에 배치부(31)의 평면 치수가 커진다. 평면 치수가 큰 배치부(31)가 기울면, 챔버(2) 내의 가스의 흐름이 흐트러지거나 플라즈마 밀도가 불균일하게 되거나 하여, 처리 특성이 불균일하게 될 우려가 있다.
이 경우, 배치부(31)의 기울어짐을 억제하기 위해서, 배치부(31)를 지지하는 대들보(32b)의 단면 치수를 크게 하면, 배기가 방해를 받아, 실효 배기 속도가 저하하거나, 치우침 없는 축 대칭의 배기가 곤란하게 될 우려가 있다. 이 경우, 배치부(31)를 지지하는 대들보(32b)를 복수로 하면, 하나의 대들보(32b)의 단면 치수는 작게 할 수 있기 때문에, 실효 배기 속도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 복수의 대들보(32b)의 배치를 강구하면, 축 대칭의 배기를 행할 수도 있다. 그러나, 대들보(32b)를 복수로 하면, 챔버(2)의 측면에 고정하는 부분의 치수가 커지기 때문에, 지지부(32)의 부착 및 탈착이 곤란하게 되어, 메인터넌스성이 저하할 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 지지부(32)에는 내부에 공간을 갖는 대들보(32b)가 마련된다. 그리고, 상술한 것과 같이, 대들보(32b)의 내부 공간이 챔버(2)의 외부 공간과 이어진다. 즉, 대들보(32b)의 내부 공간의 압력이, 챔버(2)의 외부 공간의 압력(예컨대 대기압)과 같게 된다. 또한, 대들보(32b)의 배치부(31) 측의 측부(상측의 측부)의 두께를 t1로 하고, 대들보(32b)의 배치부(31) 측과는 반대측의 측부(하측의 측부)의 두께를 t2로 한 경우에, 「t1>t2」가 된다.
그 때문에, 플라즈마 처리를 행할 때에는, 대들보(32b)의 내부 압력과, 대들보(32b)의 외부 압력과의 차에 따른 등분포(等分布) 하중이, 대들보(32b) 상측의 측부와 하측의 측부에 가해지게 된다. 이 경우, 대들보(32b) 상측의 측부와 하측의 측부에 가해지는 등분포 하중은 같아진다. 그 때문에 「t1>t2」로 되어 있으면, 대들보(32b) 상측의 측부의 휨량이 대들보(32b) 하측의 측부의 휨량보다도 커진다. 그 결과, 대들보(32b)의 선단이 위쪽으로 휘어지게 되기 때문에, 배치부(31)의 중량에 의한 아래쪽으로의 휨을, 압력차에 의한 위쪽으로의 휨으로 상쇄하는 것이 가능하게 된다. 또한, 두께 t1, t2의 구체적인 치수는, 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 적절하게 결정할 수 있다.
이어서, 도 1로 되돌아가, 전원부(4), 전원부(5), 감압부(6), 가스 공급부(7), 처리 상태 검출부(8) 및 제어부(9)에 관해서 설명한다.
전원부(4)는, 소위 바이어스 제어용의 고주파 전원일 수 있다. 즉, 전원부(4)는, 배치부(31) 상의 처리물(100)에 인입하는 이온의 에너지를 제어하기 위해서 설치될 수 있다.
전원부(4)는, 전원(41) 및 정합부(42)를 가질 수 있다.
전원(41)은, 이온을 인입하기에 알맞은 주파수(예컨대 1 MHz∼27 MHz의 주파수)를 갖는 고주파 전력을 출력할 수 있다.
정합부(42)는, 매칭 회로(42a), 팬(42b) 및 버스 바(42c)를 가질 수 있다.
매칭 회로(42a)는, 전원(41) 측의 임피던스와 플라즈마(P) 측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위해서 설치될 수 있다. 매칭 회로(42a)는, 버스 바(배선 부재)(42c)를 통해, 전원(41)과 전극(31a)에 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 전원(41)은, 버스 바(42c)를 통해, 배치부(31)에 형성되는 전극(31a)과 전기적으로 접속될 수 있다.
팬(42b)은, 지지부(32)의 내부로 공기를 보낼 수 있다. 팬(42b)은, 지지부(32)의 내부에 마련되는 버스 바(42c)나 매칭 회로(42a)를 냉각하기 위해서 설치될 수 있다.
또한, 정합부(42)는, 지지부(32)의 플랜지(32c)에 마련될 수 있다. 정합부(42)가 플랜지(32c)에 설치되면, 배치 모듈(3)을 챔버(2)(본체부(21))로부터 떼어내거나, 배치 모듈(3)을 챔버(2)(본체부(21))에 부착하거나 할 때에, 배치 모듈(3)과 정합부(42)를 일체로 이동시킬 수 있다. 그 때문에, 메인터넌스성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 대들보(32b)의 내부 공간은, 정합부(42)를 통해 챔버(2)(본체부(21))의 외부 공간과 이어진다. 그 때문에, 대들보(32b)의 내부 공간의 압력은, 챔버(2)의 외부 공간의 압력(예컨대 대기압)과 같게 될 수 있다.
전원부(5)는, 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 고주파 전원일 수 있다. 즉, 전원부(5)는, 챔버(2)의 내부에서 고주파 방전을 생기게 하여 플라즈마(P)를 발생시키기 위해서 설치될 수 있다.
본 실시형태에서는, 전원부(5)가, 챔버(2)의 외부이며, 창(23)의, 배치부(31) 측과는 반대측의 면에 설치되어, 챔버(2)의 내부에 플라즈마(P)를 발생시키는, 플라즈마 발생부가 된다.
전원부(5)는, 전극(51), 전원(52), 매칭 회로(53) 및 패러데이 실드(54)를 가질 수 있다.
전극(51)은, 챔버(2)의 외부이며, 창(23)의 위에, 설치될 수 있다. 전극(51)은, 전자장을 발생시키는 복수의 도체부와 복수의 용량부(콘덴서)를 가진 것일 수 있다.
전원(52)은, 100 KHz∼100 MHz 정도의 주파수를 갖는 고주파 전력을 출력할 수 있다. 이 경우, 전원(52)은, 플라즈마(P)의 발생에 알맞은 주파수(예컨대 13.56 MHz의 주파수)를 갖는 고주파 전력을 출력할 수 있다. 또한, 전원(52)은, 출력하는 고주파 전력의 주파수를 변화시키는 것일 수도 있다.
매칭 회로(53)는, 전원(52) 측의 임피던스와 플라즈마(P) 측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위해서 설치될 수 있다. 매칭 회로(53)는, 배선(55)을 통해 전원(52)과 전극(51)에 전기적으로 접속될 수 있다. 매칭 회로(53)는, 버스 바를 통해 전원(52)과 전극(51)에 전기적으로 접속될 수도 있다.
패러데이 실드(54)는, 창(23)과 전극(51)의 사이에 마련될 수 있다. 패러데이 실드(54)는, 판형을 띠며, 금속 등의 도전성 재료로 형성될 수 있다. 패러데이 실드(54)는, 중심으로부터 방사상으로 연장되는 복수의 슬릿을 가질 수 있다. 또한, 패러데이 실드(54)의, 전극(51) 측의 면에는, 절연 재료를 이용한 절연막을 형성할 수 있다. 패러데이 실드(54)의 도전성 재료로 형성된 부분은, 접지될 수 있다.
또한, 도 1에 예시한 플라즈마 처리 장치(1)는, 상부에 유도 결합형 전극을 갖고, 하부에 용량 결합형 전극을 갖는, 2주파 플라즈마 처리 장치이다.
단, 플라즈마의 발생 방법은, 예시한 것으로 한정되는 것은 아니다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용하는 플라즈마 처리 장치나, 용량 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma)를 이용하는 플라즈마 처리 장치 등이라도 좋다.
감압부(6)는, 배치부(31)의 아래쪽에 위치하여, 챔버(2)의 내부가 소정의 압력으로 되도록 감압할 수 있다.
감압부(6)는, 펌프(61) 및 밸브(62)를 가질 수 있다.
펌프(61)는, 챔버(2)의 외부에 설치될 수 있다. 펌프(61)는, 챔버(2)의 바닥판(21a)에 형성되는 구멍(21a1)에 접속될 수 있다. 펌프(61)는 챔버(2)의 내부에 있는 기체를 배기할 수 있다. 펌프(61)는 예컨대 터보 분자 펌프(TMP: Turbo Molecular Pump) 등일 수 있다. 또한, 백 펌프(back pump)로서, 루츠형 드라이 펌프를 터보 분자 펌프에 접속할 수도 있다.
밸브(62)는, 밸브체(62a) 및 구동부(62b)를 가질 수 있다.
밸브체(62a)는, 판형을 띠며, 챔버(2)의 내부에 설치될 수 있다. 밸브체(62a)는, 구멍(21a1)에 대향할 수 있다. 밸브체(62a)의 평면 치수는, 흡기구(61a)의 평면 치수보다도 클 수 있다. 밸브체(62a)를 중심축(2a) 방향에서 본 경우에, 밸브체(62a)는 펌프(61)의 흡기구(61a)를 덮을 수 있다.
구동부(62b)는, 챔버(2)(본체부(21))의 중심축(2a) 방향에서의 밸브체(62a)의 위치를 변화시킬 수 있다. 즉, 구동부(62b)는, 밸브체(62a)를 상승시키거나 밸브체(62a)를 하강시키거나 할 수 있다. 구동부(62b)는, 밸브체(62a)에 접속되는 축(62a1)과, 축(62a1)을 이동시키는 제어 모터(예컨대 서보 모터 등)를 구비할 수 있다. 밸브(62)는 소위 포펫 밸브일 수 있다.
여기서, 챔버(2) 내부에서 밸브체(62a)의 위치가 변화되면, 밸브체(62a)와 챔버(2)의 바닥판(21a) 사이의 거리가 변화된다. 밸브체(62a)와 챔버(2)의 바닥판(21a) 사이의 공간은, 배기의 유로가 된다. 그 때문에, 이 부분의 치수를 변화시키면 컨덕턴스가 변화되기 때문에, 배기량이나 배기 속도 등을 제어할 수 있다. 제어부(9)는, 예컨대 챔버(2)의 내압을 검출하는 도시하지 않은 진공계 등의 출력에 기초하여 구동부(62b)를 제어하여, 밸브체(62a)의 위치를 변화시킬 수 있다. 또한, 진공계는, 다이어프램식의 캐패시턴스 마노미터 등일 수 있다.
가스 공급부(7)는, 챔버(2) 내부의 플라즈마(P)가 발생하는 영역(21b)에 가스(G)를 공급할 수 있다.
가스 공급부(7)는, 가스 수납부(71), 가스 제어부(72) 및 개폐 밸브(73)를 가질 수 있다. 가스 수납부(71), 가스 제어부(72) 및 개폐 밸브(73)는, 챔버(2)의 외부에 설치될 수 있다.
가스 수납부(71)는, 가스(G)를 수납하며, 수납한 가스(G)를 챔버(2)의 내부에 공급할 수 있다. 가스 수납부(71)는, 예컨대 가스(G)를 수납한 고압 봄베(bombe) 등일 수 있다. 가스 수납부(71)와 가스 제어부(72)는 배관을 통해 접속될 수 있다.
가스 제어부(72)는, 가스 수납부(71)로부터 챔버(2)의 내부에 공급하는 가스(G)의 유량이나 압력 등을 제어할 수 있다. 가스 제어부(72)는, 예컨대 MFC(Mass Flow Controller) 등일 수 있다. 가스 제어부(72)와 개폐 밸브(73)는, 배관을 통하여 접속될 수 있다.
개폐 밸브(73)는, 배관을 통해, 챔버(2)에 형성되는 가스 공급구(22b)에 접속될 수 있다. 또한, 가스 공급구(22b)를 복수 형성하여, 플라즈마(P)가 발생하는 영역(21b)에 복수의 방향에서 균등하게 가스(G)가 공급되도록 하여도 좋다. 개폐 밸브(73)는, 가스(G)의 공급과 정지를 제어할 수 있다. 개폐 밸브(73)는, 예컨대 2 포트 전자 밸브 등일 수 있다. 또한, 개폐 밸브(73)의 기능을 가스 제어부(72)에 갖게 할 수도 있다.
가스(G)는, 플라즈마(P)에 의해 여기, 활성화되었을 때에, 원하는 라디칼이나 이온이 생성되는 것일 수 있다. 예컨대 플라즈마 처리가 에칭 처리인 경우에는, 가스(G)는, 처리물(100)의 노출면을 에칭할 수 있는 라디칼이나 이온이 생성되는 것일 수 있다. 이 경우, 가스(G)는, 예컨대 염소를 포함하는 가스, 불소를 포함하는 가스 등일 수 있다. 가스(G)는, 예컨대 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스, CHF3, CHF3과 CF4의 혼합 가스, SF6과 헬륨 가스의 혼합 가스 등일 수 있다.
처리 상태 검출부(8)는, 한창 플라즈마 처리 중일 때에 생기는 광학적인 변화에 기초하여 처리물(100)의 상태를 검출할 수 있다. 예컨대 처리 상태 검출부(8)는, 플라즈마 처리의 종점 검출을 행할 수 있다.
처리 상태 검출부(8)는, 광로 변경부(81) 및 검출부(82)를 가질 수 있다.
광로 변경부(81)는, 창(23)의 내부에 마련될 수 있다. 광로 변경부(81)는, 창(23)으로부터 배치부(31)로 향하는 방향(창(23)의 두께 방향)과, 창(23)으로부터배치부(31)로 향하는 방향과 직교하는 방향(창(23)의 두께 방향에 직교하는 방향)의 사이에서, 입사한 빛의 광로를 변경한다.
예컨대, 광로 변경부(81)는, 창(23)의 내부에 국소적으로 형성되며, 챔버(2)의 중심축(2a)에 대하여 기울어진 면(반사면)을 가질 수 있다.
도 3은 광로 변경부(81)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 3에 예시한 광로 변경부(81)는, 창(23)의, 배치부(31) 측과는 반대측의 면으로 개구되는 오목부일 수 있다. 예컨대 광로 변경부(81)인 오목부의 바닥면이 평탄한 면으로 되어 있고, 바닥면이 반사면인 면(81a)으로 되어 있다. 면(81a)과 챔버(2)의 중심축(2a) 사이의 각도는, 45°가 되도록 할 수 있다. 오목부의 외형은, 예컨대 원기둥이나 다각기둥일 수 있다.
도 3에 도시하는 것과 같이, 광로 변경부(81)는, 입사광(La)을 반사하여, 입사광(La)의 광로와 출사광(Lb)의 광로 사이의 각도가 90°가 되도록 할 수 있다. 즉, 검출부(82)에서 면(81a)으로 향하는 빛의 면(81a)으로의 입사각은, 45°일 수 있다. 반사각은 45°일 수 있다.
또한, 도 3에서는, 창(23)의 두께 방향으로부터 빛이 입사하는 경우(배치부(31) 측에서 광로 변경부(81)로 빛이 입사하는 경우)를 예시했지만, 검사광이 창(23)의 측면 측(둘레 단부면 측)에서 광로 변경부(81)로 입사하는 경우도, 광로 변경부(81)에 의해서 검사광의 진행 방향이 바뀐다. 그리고, 광로 변경부(81)로부터 출사되어, 처리물(100)에서 반사된 검사광도, 입사광(La)과 마찬가지로 광로 변경부(81)에 의해서 검사광의 진행 방향이 바뀐다.
도 3에 예시한 광로 변경부(81)는 상술한 것과 같이 오목부로 되어 있다. 광로 변경부(81)의 내부는, 공간이라도 좋고, 기체, 액체, 고체가 충전되어도 좋다. 또한, 면(81a)에 반사율이 높은 재료를 포함하는 막(예컨대 산화티탄을 포함하는 막)을 형성할 수도 있다. 광로 변경부(81)의 내부에 기체, 액체, 고체를 충전하거나 면(81a)에 막을 형성하거나 하는 경우에는, 절연성을 갖는 기체, 액체, 고체를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 광로 변경부(81)가, 전원부(5)에 의해 형성되는 전자장에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
또한, 면(81a)에 요철이 있으면, 요철에 의해서 빛이 산란되어 버리기 때문에, 면(81a)의 평면도를 높이는 것이 바람직하다. 예컨대 광학 연마에 의해서 면(81a)의 표면거칠기를 Ra 0.02 이하로 할 수 있다.
도 4의 (a), (b)는 광로 변경부의 변형예를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 4(a)에 도시하는 것과 같이, 깊이 치수(d)가 작은 광로 변경부(81b)로 할 수 있다. 깊이 치수(d)가 작으면, 광로 변경부(81b)로 되는 오목부의 절삭 가공에 이용하는 절삭 공구의 길이를 짧게 할 수 있다. 절삭 공구의 길이가 짧은 만큼, 절삭 공구의 강성을 높일 수 있다. 이 때문에, 절삭 공구의 진동이 적어져, 광로 변경부(81b)로 되는 오목부의 바닥면(면(81ba))의 평면도가 향상된다. 깊이 치수(d)는, 예컨대 면(81ba)이 원형인 경우는, 그 직경의 0.5배 이상, 1.0배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 면(81ba)이 사각형인 경우, 그 내접원의 직경의 0.5배 이상, 1.0배 이하인 것이 바람직하다.
또한, 도 4(b)에 도시하는 것과 같이, 바닥면(면(81ca))의 면적이 큰 광로 변경부(81c)로 할 수 있다. 면(81ca)의 면적을 크게 함으로써, 단면적이 큰 절삭 공구를 이용할 수 있다. 절삭 공구의 단면적이 큰 만큼 절삭 공구의 강성을 높일 수 있다. 이 때문에, 절삭 공구의 진동이 적어져, 광로 변경부(81c)로 되는 오목부의 바닥면(면(81ca))의 평면도가 향상된다.
또한, 오목부의 깊이를 작게 하며 또한 오목부의 바닥면의 면적을 크게 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 바닥면의 평면도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 광학 연마를 행하기 쉽게 되기 때문에, 바닥면의 평면도를 원하는 값으로 하기가 더욱 용이하게 된다.
여기서, 중심축(2a)에 직교하는 방향의, 광로 변경부(81)의 단면적(도 6에 기재한 「D」를 참조)은, 창(23)의 배치부(31) 측과는 반대측 면의 면적의 1.95% 이하인 것이 바람직하다. 혹은 광로 변경부(81)에 걸리는 하중이, 창(23)의 허용 하중의 9.8% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 광로 변경부(81)에 걸리는 하중이 이 정도라면, 광로 변경부(81)가 있는 창(23)의 내구성을, 광로 변경부(81)가 없는 창의 내구성과 거의 동등하다고 간주할 수 있다. 즉, 이와 같이 하면, 창(23)의 강도(내진공 강도)를 유지할 수 있다.
또한, 중심축(2a)에 직교하는 방향의, 광로 변경부(81)의 단면적(도 6에 기재한 「D」를 참조)은, 창(23)의 배치부(31) 측과는 반대측 면의 면적의 0.5% 이하인 것이 보다 바람직하다. 혹은 광로 변경부(81)에 걸리는 하중이, 창(23)의 허용 하중의 5.0% 이하인 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 하면, 창(23)의 정전 용량의 변화를 근소한 것으로 할 수 있기 때문에, 광로 변경부(81)가 전원부(5)에 의해 형성되는 전자장에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
도 5는 광로 변경부의 다른 변형예를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 5에 예시한 광로 변경부(81d)는, 평탄한 측면(81da)을 갖는 다각기둥 형상(예컨대 사각기둥 형상)을 띤 오목부이다. 광로 변경부(81d)의 측면(81da)은, 창(23)의 상면(배치부(31) 측과는 반대측의 면)에 대하여 45°의 각도로 경사진다. 이와 같이 하면, 창(23)의 상면에 직교하는 방향에서 측면(81da)으로 입사하는 입사광(La)을, 창(23)의 상면에 평행한 방향을 향해 반사되는 출사광(Lb)으로 할 수 있다. 이 경우, 오목부의 측면은, 오목부의 바닥면과 비교하여 면적을 크게하기가 용이하기 때문에, 광학 연마를 행하기 쉽게 된다.
여기서, 창(23)의 배치부(31) 측의 면으로부터 창(23)의 내부로 입사하는 빛의 일부는, 창(23)의 내부에서 반사되어 창(23)의 측면(둘레 단부면)으로부터 외부로 출사된다. 그 때문에, 검출부(82)에 의해, 창(23)의 측면에서 외부로 출사되는 빛을 검출할 수도 있다. 그러나, 이와 같이 하면, 검출부(82)에 입사하는 빛의 강도는 비교적 넓은 범위에서의 빛의 강도의 평균치가 되기 때문에, 처리물(100) 표면의 근소한 변화를 검출하기가 어려워진다.
최근에는, 처리 부분의 미세화가 진행되어, 예컨대 형성되는 요철이나 구멍 등의 개구율이 1% 이하가 되는 경우도 있다. 이러한 경우에는, 제거되는 물질의 양이 적어지기 때문에, 빛의 변화량이 미소하게 된다. 그 때문에, 넓은 범위에서의 발광을 검출하면, 처리물(100) 표면의 근소한 변화를 검출하기가 더욱 어려워진다.
또한, 상술한 것과 같이, 창(23) 위에는 전극(51)이나 패러데이 실드(54) 등이 마련된다. 그 때문에, 창(23)의 두께 방향으로 출사되는 빛을 검출하게 하면, 전극(51)이나 패러데이 실드(54) 등이 방해가 되어, 적절한 위치의 빛을 검출할 수 없게 되는 경우가 있다.
상술한 것과 같이, 광로 변경부(81)는, 단면적을 작게 할 수 있고, 창(23)에 있어서의 임의의 위치에 형성될 수 있다. 그 때문에, 적절한 위치의, 좁은 영역(검출 영역)에서의 빛의 변화를 검출할 수 있게 된다. 그 결과, 미세한 처리라도 플라즈마 처리의 종점을 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 나아가서는 미세한 처리를 정밀도 좋게 행할 수 있게 된다.
또한, 입사광의 광로와 출사광의 광로 사이의 각도가 90°가 되도록 할 수 있기 때문에, 창(23)의 측면 측에 검출부(82)를 배치할 수 있다. 그 때문에, 전극(51)이나 패러데이 실드(54) 등의 형상이나 배치에 관계없이 적절한 위치에 검출부(82)를 배치하는 것이 가능하게 된다.
검출부(82)는, 창(23)의 측면 측에 마련되며, 광로 변경부(81)의 면(81a)과 마주 향하는 위치에 설치될 수 있다.
광로 변경부(81)가 설치되어 있으면, 챔버(2) 내부에 있어서 발생한 빛의 일부가 광로 변경부(81)의 면(81a)에 반사되어 검출부(82)에 입사한다. 그 때문에, 검출부(82)는 수광부를 갖는 것일 수 있다. 예컨대 검출부(82)는, 광로 변경부(81)를 통해 수광부에 입사하는 빛의 파장 변화에 기초하여, 처리물(100)의 상태(예컨대 플라즈마 처리의 종점)를 검출할 수 있다.
또한, 「광로 변경부(81)의 면(81a)과 마주 향하는 위치」란, 창(23)의 배치부(31) 측의 면으로부터 창(23)의 내부로 입사하는 빛(입사광(La)) 중, 광로 변경부(81)의 면(81a)에서 반사되는 빛(출사광(Lb))을 검출부(82)에서 검지할 수 있는 위치이다.
또한, 예컨대 검출부(82)는 투광부와 수광부를 갖는 것일 수 있다. 투광부는 광로 변경부(81)를 통해 처리물(100)의 표면에 검사광을 조사할 수 있다. 수광부는, 처리물(100)의 표면에서 반사되어 광로 변경부(81)를 통해 수광부로 향하는 빛과, 투광부로부터 출사된 빛의 간섭광을 수광할 수 있다. 예컨대 검출부(82)는, 광로 변경부(81)의 면(81a)을 통해 처리물(100)의 표면에 빛을 조사한다. 처리물(100)의 표면에서 반사되고, 광로 변경부(81)의 면(81a)에서 또 반사된 빛은, 검출부(82)에 입사한다.
이 경우, 검출부(82)는, 간섭광의 변화에 기초하여 처리물(100)의 상태(예컨대 플라즈마 처리의 종점)를 검출할 수 있다.
여기서, 검출부(82)는 예시한 것으로 한정되지 않으며, 광학적인 변화를 검출할 수 있는 것이면 된다. 예컨대 검출부(82)는 분광기를 추가로 갖고 있어도 좋다. 분광기가 마련되면, 소정의 파장을 갖는 빛을 추출할 수 있기 때문에, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 투광부와 수광부를 갖는 검출부(82)의 경우, 처리물(100)의 표면에서 반사되는 빛의 대부분이 광로 변경부(81)의 면(81a)에 입사하는 것이 바람직하다. 즉, 광로 변경부(81)에 의해서 구부러진 검사광의 광축과, 처리물(100)의 표면에서 반사되는 검사광의 광축이 거의 같은 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 창(23)과 배치부(31)가 대략 평행한 것이 바람직하다. 그러나, 상술한 것과 같이 배치부(31)를 지지하는 지지부(32)가 캔틸레버 구조를 갖는 경우, 배치부(31)가 기울어질 우려가 있다. 이 때문에, 투광부와 수광부를 갖는 검출부(82)와, 캔틸레버 구조를 갖는 배치부(31)를 이용하는 경우, 대들보(32b) 하측의 측부의 두께(t2)보다도 대들보(32b) 상측의 측부의 두께(t1)를 두껍게 하는 것이 바람직하다(t1> t2). 「t1>t2」로 하면, 창(23)과 배치부(31)를 대략 평행하게 하기가 용이하게 되기 때문에, 광로 변경부(81)에 의해서 구부러진 검사광의 광축과, 처리물(100)의 표면에서 반사된 검사광의 광축이 거의 같게 되도록 할 수 있다.
또한, 도 1에 도시하는 것과 같이, 광로 변경부(81)와 검출부(82)는 도광부(83)를 통해 접속될 수도 있다. 이 경우, 도광부(83)는 광로 변경부(81)의 면(81a)과 마주 향하게 된다. 도광부(83)는 예컨대 광파이버 등일 수 있다. 도광부(83)는, 반드시 필요하지는 않으며, 검출부(82)를 창(23)의 측면에 근접시켜 형성하도록 하여도 좋다. 단, 도광부(83)를 설치하면, 검출부(82)를 원하는 위치에 형성하기가 용이하게 된다.
도 6은 창의 측면에 형성되는 평탄면을 예시하기 위한 모식 평면도이다.
도 6에 도시하는 것과 같이, 창(23) 측면의, 검출부(82) 또는 도광부(83)와 대향하는 부분에 평탄한 면(23a)을 형성할 수 있다. 도광부(83)를 마련하는 경우에는, 도광부(83)는 창(23) 측면의 면(23a)과 검출부(82)의 사이에 설치될 수 있다. 이와 같이 하면, 검출부(82) 또는 도광부(83)와 창(23)의 광학적인 접속을 용이하게 할 수 있다.
또한, 면(23a)에 요철이 있으면, 요철에 의해서 빛이 산란되어 버리기 때문에, 면(81a)과 마찬가지로 면(23a)의 평면도를 높이는 것이 바람직하다. 예컨대 광학 연마에 의해서 면(23a)의 표면거칠기를 Ra 0.02 이하로 할 수 있다.
축(2a)에 직교하고, 또한 축(2a)에 교차하는 직선(2c) 상에, 면(23a)의 중심과 면(81a)의 중심이 위치한다. 그리고, 면(23a)은, 직선(2c)에 직교하고, 면(81a)은, 면(81a)의 중심을 지나며 또한 면(81a)을 따르는 직선(B)이 직선(2c)과 직교하도록 형성하면 좋다. 검출부(82) 또는 도광부(83)를, 검출부(82) 또는 도광부(83)로부터 출사되는 검사광의 광축이 직선(2c)과 일치하도록 배치함으로써, 검출부(82) 또는 도광부(83)와 광로 변경부(81)의 광학적인 접속을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 처리물(100)의 처리 상태를 검출하고자 하는 위치의 바로 위에 면(81a)을 형성하기만 하면, 확실하게 원하는 위치에서 처리물(100)의 처리 상태를 검출할 수 있다.
또한, 도광부(83)는 복수의 광파이버를 가질 수 있다. 검출부(82)는 복수의 분광기를 가질 수 있다. 그리고, 하나의 광파이버가 하나의 분광기에 접속되게 할 수 있다. 이와 같이 하면, 상술한 간섭광의 검출이 용이하게 된다.
또한, 광로 변경부(81)는 복수 마련될 수도 있다. 광로 변경부(81)가 복수 설치되면, 복수 부위에 있어서의 처리 상태를 알 수 있다, 또한, 검출에 이용하는 광로 변경부(81)를 선택하면, 검출부(82)의 수를 늘리는 일 없이 복수 부위에 있어서의 처리 상태를 알 수 있다.
제어부(9)는, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산부와, 메모리 등의 기억부를 구비하는 것일 수 있다.
제어부(9)는, 기억부에 저장되는 제어 프로그램에 기초하여, 플라즈마 처리 장치(1)에 설치되는 각 요소의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대 제어부(9)는, 처리 상태 검출부(8)(검출부(82))로부터의 출력에 기초하여 플라즈마 처리를 종료시킬 수 있다.
도 7의 (a), (b)는 다른 실시형태에 따른 광로 변경부(181)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 7의 (a), (b)에 도시하는 것과 같이, 광로 변경부(181)는 창(23)의 내부에 형성될 수 있다. 광로 변경부(181)는, 평탄한 단부면(181a)을 가지고, 단부면(181a)과 챔버(2)의 중심축(2a) 사이의 각도가 45°가 되도록 할 수 있다.
도 7(a)에 도시하는 것과 같이, 광로 변경부(181)는 창(23)의 내부에 매립될 수 있다. 예컨대 창(23)을 형성할 때에 광로 변경부(181)를 매립할 수 있다. 예컨대 창(23)에 레이저를 조사하여, 창(23)의 내부를 가공함으로써 광로 변경부(181)를 형성할 수 있다.
도 7(b)에 도시하는 것과 같이, 창(23)에 오목부(181b)를 형성하고, 오목부(181b)의 내부에 광로 변경부(181)를 설치할 수 있다.
광로 변경부(181)는, 반사율이 높고 절연성을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대 광로 변경부(181)는, 창(23)의 내부를 가공한 것이나, 산화티탄을 포함하는 막 등일 수 있다. 절연성을 갖는 광로 변경부(181)로 하면, 광로 변경부(181)가 전원부(5)에 의해 형성되는 전자장에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
도 8은 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(101)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 8에 도시하는 것과 같이, 플라즈마 처리 장치(101)에는, 챔버(102), 배치부(103), 전원부(4), 전원부(5), 감압부(106), 가스 공급부(7), 처리 상태 검출부(8) 및 제어부(109)를 설치할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(101)에 있어서도, 전원부(5)가 챔버(102)의 내부에 플라즈마(P)를 발생시키는 플라즈마 발생부가 된다.
챔버(102)는, 대기압보다도 감압된 분위기를 유지할 수 있는 기밀 구조를 가질 수 있다.
챔버(102)는, 본체부(102a) 및 창(23)을 가질 수 있다.
본체부(102a)는, 상부판, 바닥판 및 대략 원통 형상의 측부가 일체화된 것일 수 있다. 본체부(102a)는, 예컨대 알루미늄 합금 등의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 본체부(102a)는, 접지될 수 있다. 본체부(102a)의 내부에는 플라즈마(P)가 발생하는 영역(102b)이 형성된다. 본체부(102a)에는, 처리물(100)을 반입/반출하기 위한 반입반출구(102c)를 형성할 수 있다. 반입반출구(102c)는 게이트 밸브(102d)에 의해 기밀하게 폐쇄될 수 있다.
배치부(103)는, 챔버(102)(본체부(102a))의 내부이며, 본체부(102a)의 바닥면의 위에, 설치될 수 있다. 배치부(103)는, 전극(103a), 받침대(103b) 및 절연 링(103c)을 가질 수 있다. 배치부(103)의 내부는, 외부 공간(대기 공간)과 연결될 수 있다.
전극(103a)은, 플라즈마(P)가 발생하는 영역(102b)의 아래쪽에 설치될 수 있다. 전극(103a)의 상면은, 처리물(100)을 배치하기 위한 배치면일 수 있다. 전극(103a)은, 금속 등의 도전성 재료로 형성될 수 있다. 또한, 상술한 전극(31a)과 마찬가지로, 전극(103a)에는 복수의 픽업 핀이나 온도 제어부 등을 내장시킬 수 있다.
받침대(103b)는, 전극(103a)과 본체부(102a)의 바닥면 사이에 설치될 수 있다. 받침대(103b)는, 전극(103a)과 본체부(102a) 사이를 절연하기 위해서 마련될 수 있다. 받침대(103b)는, 예컨대 석영 등의 유전체 재료로 형성될 수 있다.
절연 링(103c)은, 링형을 띠며, 전극(103a)의 측면 및 받침대(103b)의 측면을 덮도록 설치될 수 있다. 절연 링(103c)은, 예컨대 석영 등의 유전체 재료로 형성될 수 있다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(101)에도, 상술한 전원부(4)를 설치할 수 있다. 상술한 것과 같이, 전원부(4)는, 소위 바이어스 제어용의 고주파 전원일 수 있다. 또한, 매칭 회로(42a)는, 버스 바(42c)을 통해 전원(41)과 전극(103a)에 전기적으로 접속될 수 있다. 배치부(103)의 내부는 대기 공간에 이어지기 때문에, 버스 바(42c)는 대기 공간에 접할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(101)도, 상부에 유도 결합형 전극을 가지고, 하부에 용량 결합형 전극을 갖는, 2주파 플라즈마 에칭 장치일 수 있다. 단, 플라즈마의 발생 방법은, 예시한 것으로 한정되는 것은 아니다.
플라즈마 처리 장치(101)는, 예컨대 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용하는 플라즈마 처리 장치나, 용량 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma)를 이용하는 플라즈마 처리 장치 등이라도 좋다.
감압부(106)는, 펌프(106a) 및 압력 제어부(106b)를 가질 수 있다.
감압부(106)는, 챔버(102)의 내부가 소정의 압력이 되도록 감압할 수 있다. 펌프(106a)는, 예컨대 터보 분자 펌프 등일 수 있다. 또한, 백 펌프로서, 루츠형 드라이 펌프를 터보 분자 펌프에 접속할 수도 있다. 펌프(106a)와 압력 제어부(106b)는, 배관을 통하여 접속될 수 있다.
압력 제어부(106b)는, 챔버(102)의 내압을 검출하는 도시하지 않은 진공계 등의 출력에 기초하여, 챔버(102)의 내압이 소정의 압력이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 진공계는 다이어프램식의 캐패시턴스 마노미터 등일 수 있다. 압력 제어부(106b)는, 예컨대 APC(Auto Pressure Controller) 등일 수 있다. 압력 제어부(106b)는, 배관을 통해, 본체부(102a)에 형성되는 배기구(102e)에 접속될 수 있다.
제어부(109)는, CPU 등의 연산부와 메모리 등의 기억부를 구비하는 것일 수 있다. 제어부(109)는, 기억부에 저장되는 제어 프로그램에 기초하여, 플라즈마 처리 장치(101)에 설치되는 각 요소의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대 제어부(109)는, 처리 상태 검출부(8)(검출부(82))로부터의 출력에 기초하여 플라즈마 처리를 종료시킬 수 있다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(101)에도 처리 상태 검출부(8)가 마련되기 때문에, 상술한 효과를 누릴 수 있다.
이상, 실시형태에 관해서 예시를 했다. 그러나, 본 발명은 이들 기술한 내용으로 한정되는 것은 아니다.
상술한 실시형태에 관해서 당업자가 적절하게 설계 변경을 가한 것도, 본 발명의 특징을 갖추고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
예컨대 플라즈마 처리 장치(1, 101)가 구비하는 구성 요소의 형상, 재료, 배치 등은, 예시한 것으로 한정되는 것은 아니며, 적절하게 변경할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시형태가 구비하는 각 요소는, 가능한 한에서 조합될 수 있으며, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 플라즈마 처리 장치, 2: 챔버, 2a: 중심축, 3: 배치 모듈, 4: 전원부, 5: 전원부, 6: 감압부, 7: 가스 공급부, 8: 처리 상태 검출부, 9: 제어부, 23: 창, 31: 배치부, 81: 광로 변경부, 81a: 면, 82: 검출부, 83: 도광부, 100: 처리물, 101: 플라즈마 처리 장치, 102: 챔버, 103: 배치부, 106: 감압부

Claims (18)

  1. 대기압보다도 감압된 분위기를 유지할 수 있는 챔버와,
    상기 챔버의 내부에 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부와,
    상기 챔버의 내부에 마련되며, 처리물을 배치할 수 있는, 배치부와,
    상기 챔버의 내부를 감압할 수 있는 감압부와,
    상기 챔버에 마련되며, 상기 배치부와 대향하는, 창과,
    상기 챔버의 외부이며, 상기 창의, 상기 배치부 측과는 반대측의 면에 마련되어, 상기 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있는, 플라즈마 발생부와,
    상기 창의 내부에 국소적으로 마련되며, 상기 챔버의 중심축에 대하여 기울어진 면을 갖는, 광로 변경부와,
    상기 창의 측면 측에 마련되며, 상기 광로 변경부의 상기 면과 마주 향하는, 검출부
    를 구비하고,
    상기 검출부는,
    상기 광로 변경부의 상기 면에 빛을 조사하는 투광부와,
    상기 처리물의 표면에서 반사되어 상기 광로 변경부를 통해 상기 검출부로 향하는 빛과, 상기 투광부로부터 출사된 상기 빛의 간섭광을 수광하는 수광부를 갖는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 내부에서 발생한 빛의 일부가, 상기 광로 변경부의 상기 면에 반사되어 상기 검출부에 입사할 수 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광로 변경부의 상기 면은 평탄한 면이며, 상기 면과 상기 챔버의 중심축 사이의 각도는 45°인 것인, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출부에서 상기 면으로 향하는 빛의 상기 면으로의 입사각은 45°이고, 반사각은 45°인 것인, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광로 변경부는, 상기 창의, 상기 배치부 측과는 반대측의 면으로 개구되는 오목부인 것인, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 창의 측면의, 상기 검출부와 대향하는 부분에는 평탄면이 형성되고,
    상기 평탄면과 상기 검출부의 사이에 설치되는 도광부를 추가로 구비하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도광부는, 복수의 광파이버를 갖고,
    상기 검출부는, 복수의 분광기를 가지며,
    하나의 상기 광파이버가, 하나의 상기 분광기에 접속되는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제5항에 있어서,
    상기 광로 변경부는, 상기 창의, 상기 배치부 측과는 반대측의 면으로 개구되는 오목부인 것인, 플라즈마 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 창의 측면의, 상기 검출부와 대향하는 부분에는 평탄면이 형성되고,
    상기 평탄면과 상기 검출부의 사이에 설치되는 도광부를 추가로 구비하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 도광부는, 복수의 광파이버를 갖고,
    상기 검출부는, 복수의 분광기를 가지며,
    하나의 상기 광파이버가, 하나의 상기 분광기에 접속되는 것인, 플라즈마 처리 장치.
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