KR20030028394A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

고주파 안테나(112)와, 고주파 안테나에 접속된 고주파 전원(160)과, 피처리체를 설치하는 서셉터(106)와, 고주파 안테나와 서셉터의 사이에 설치된 유전체 커버(174)와, 고주파 안테나와 유전체의 사이에 설치된 도전체(170)와, 도전체에 접속된 접지 회로(180)와, 접지 회로 중에 설치된 인덕턴스가 가변적인 인덕터(302)와, 커패시턴스가 가변적인 커패시터(304)를 구비한 플라즈마 처리 장치(100)의 인덕턴스 또는 커패시턴스를 조정함으로써, 유전체 커버(174)로의 이물의 부착 속도와 유전체 커버(174)의 스패터 속도가 거의 동등해져, 이 결과 유전체 커버(174)로의 이물의 부착을 방지할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 고주파 전원이 접속된 고주파 안테나와, 플라즈마 생성부의 사이에 설치된 유전체로의 이물(異物)의 부착을 방지하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
유도 결합 플라즈마 처리 장치(이하 'ICP 장치'로 약칭함)는 처리 용기의 일부인 석영 등의 유전체를 거쳐 처리 용기 외부에 배치한 소용돌이, 코일 또는 나선 형상의 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하고, 이 고주파 안테나에 의해 처리 용기내에 형성되는 유도 전계에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치이다. 이 ICP 장치는 주로 유도 전계에 의해 플라즈마가 생성되기 때문에 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있다는 점에서 뛰어나며, 반도체 장치 및 액정 표시 장치용 기판(이하 'LCD 기판'으로 약칭함) 등의 제조에서의 에칭 및 성막 공정에 사용되고 있다.
그러나, ICP 장치는 고주파 안테나와 플라즈마 생성부의 사이에 설치된 유전체의 플라즈마 생성부측의 면에 이물이 부착되어, 처리 조건의 변동 또는 미립자의 발생을 야기하는 경우가 있다.
또한, 수평 성분을 갖는 고주파 안테나를 사용한 ICP 장치에서는, 유전체의 면내 위치에 따라서 이물의 부착량이 다르다. 이것은 고주파 안테나의 각각의 위치에서의 전위의 차이가, 고주파 안테나와 플라즈마 사이의 용량 결합 강도의 차이로 되어, 용량 결합이 강한 부분에서는 유전체의 스패터가 유전체로의 이물의 부착보다 우세해 지는 데 비해, 용량 결합이 약한 부분에서는 유전체로의 이물의 부착이 유전체의 스패터보다 우세해 지기 때문인 것으로 생각된다. 유전체의 면내 위치에 따른 이물의 부착량의 차이는, 상기 문제점에 부가하여, 피처리 기판면내에서의 플라즈마 처리가 불균일하다는 문제도 일으켰다. 이 문제는 장치가 커질수록 현저히 나타난다.
이 문제를 해결하기 위해, 유전체를 가열하여 이물의 부착을 방지하는 방법도 있지만, 최근의 장치의 대형화에 수반하여, 가열 수단 자체도 대규모로 되어 장치의 비용 상승으로 이어진다. 또한, 처리 중에는 피처리 기판을 냉각 제어해야 하기 때문에 유전체를 그다지 고온으로 할 수 없다.
본 발명의 목적은, 고주파 안테나와 플라즈마 생성부의 사이에 설치된 유전체로의 이물의 부착을 방지한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
제 1 발명은, 고주파 안테나와, 상기 고주파 안테나에 접속된 고주파 전원과, 피처리체를 설치하는 서셉터와, 상기 고주파 안테나와 상기 서셉터의 사이에 설치된 유전체와, 상기 고주파 안테나와 상기 유전체의 사이에 설치된 도전체와, 상기 도전체에 접속된 접지 회로와, 상기 접지 회로 중에 설치된 인덕터를 구비한 플라즈마 처리 장치이다.
제 2 발명은, 수평 성분을 갖는 고주파 안테나와, 상기 고주파 안테나에 접속된 고주파 전원과, 피처리체를 설치하는 서셉터와, 상기 고주파 안테나와 상기 서셉터의 사이에 설치된 유전체와, 상기 고주파 안테나와 상기 유전체의 사이에 설치된 도전체와, 상기 도전체에 접속된 접지 회로와, 상기 접지 회로 중에 설치된 임피던스 소자를 구비한 플라즈마 처리 장치이다.
제 3 발명은, 피처리체를 설치하는 서셉터와, 적어도 일부가 처리시의 피처리체의 바로 위로 되도록 설치된 고주파 안테나와, 상기 고주파 안테나에 접속된 고주파 전원과, 상기 고주파 안테나와 상기 서셉터의 사이에 설치된 유전체와, 상기 고주파 안테나와 상기 유전체의 사이에 설치된 도전체와, 상기 도전체에 접속된 접지 회로와, 상기 접지 회로 중에 설치된 임피던스 소자를 구비한 플라즈마 처리 장치이다.
제 1 발명에 의하면, 고주파 안테나와 플라즈마 생성부의 사이에 설치된 유전체로의 이물의 부착을 방지하여, 고품질의 제품을 제조할 수 있게 된다. 또한, 인덕터 대신 전기 저항을 사용한 경우에는, 상기 도전체를 전기적으로 뜨게 했을 때에 유전체로의 이물의 부착이 최소로 되지만, 이것으로도 아직 부착량이 많은 장치에는 대응할 수 없다. 이에 대하여, 인덕터를 사용하면 인덕턴스의 설정값에 의해 유전체의 스패터량을 증가시킬 수 있고, 각종 장치에 의해 유전체로의 이물의 부착을 방지할 수 있다.
또한, 인덕터의 인덕턴스는 가변적인 것이 바람직하다. 또한, 접지 회로 중에는 커패시터 또는 회로의 개폐 수단을 갖고 있을 수도 있다. 상기 커패시터의커패시턴스는 가변적인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 고주파 안테나의 전위, 고주파 안테나와 플라즈마 생성부의 사이에 설치된 유전체의 재질이나 두께, 고주파 안테나와 피처리체의 거리의 변화에 대응하여, 유전체로의 이물의 부착을 방지하기 위한 미세 조정이 가능하게 된다.
또한, 이 장치에 도전체의 전위를 측정하는 측정 수단과, 상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 도전체의 전위에 근거하여, 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 중 어느 하나 이상을 변경하는 제어 수단을 갖는 구성에 의해, 처리 조건의 변화에 응하여, 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스를 변화시키는 것이 용이하게 되므로, 보다 확실한 플라즈마 처리가 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
제 2 발명에 의하면, 유전체의 면내 위치에 따른 이물의 부착량의 차이를 완화할 수 있어, 피처리체의 면내 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 특히, 고주파 안테나가 도 5와 같이 고주파 안테나의 피처리체의 피처리면으로의 정사영 중 적어도 일부가 피처리면과 겹치도록 설치되어 있는 장치에서는, 고주파 안테나의 영향도 더해져 유전체의 면내 위치에 의한 이물의 부착량의 차이는 크지만, 본 발명에 의하면 이 차이를 해소할 수 있어, 피처리체의 면내 균일 처리가 가능해진다. 본 발명의 ‘수평 성분을 갖는 고주파 안테나’는, 도 2a 내지 도 2c와 같이 위에서 보면 복수회 감겨 있는 형상의 고주파 안테나인 것을 말하며, 도 3과 같이 위에서 보아 1회만 감겨 있는 형상의 고주파 안테나 형상은 포함되지 않는다. 단, 예컨대 도 4와 같이 피처리 기판을 연직으로 세워서 처리하는 장치의 경우에는, 문자 그대로의 수평 방향의 성분을 갖는 고주파 안테나가 아니라, 연직 방향의 성분을 갖는 고주파 안테나로 일컬어지게 된다.
제 3 발명에 의하면, 고주파 안테나 중 적어도 일부가 처리시의 피처리체의 바로 위에 있는 장치에 있어서는, 이 고주파 안테나의 영향도 더해져 유전체의 면내 위치에 따른 이물의 부착량의 차이가 크지만, 이 구성에 의하면 이 차이를 해소할 수 있어 피처리체의 면내 균일 처리가 가능해진다.
제 2, 제 3 발명에 있어서는, 임피던스 소자는 인덕터인 것이 바람직하다. 고주파 안테나의 전위, 고주파 안테나와 플라즈마의 사이에 설치되는 유전체의 재질이나 두께, 고주파 안테나와 피처리체의 거리가 상이한 장치에 폭넓게 적용할 수 있기 때문이다. 또한, 인덕터의 인덕턴스는 가변적인 것이 바람직하다. 또한, 접지 회로 중에는 커패시터나 회로의 개폐 수단을 가질 수도 있다. 이 경우에는, 커패시터의 커패시턴스는 가변적인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치(100)의 개략 단면도,
도 2a 내지 도 2c는 수평 성분을 갖는 안테나의 형상을 설명하는 도면,
도 3은 수평 성분을 갖는 안테나에 해당하지 않는 형상을 설명하는 도면,
도 4는 피처리 기판을 연직으로 세워서 처리하는 장치의 개략도,
도 5는 고주파 안테나의 피처리체의 피처리면으로의 정사영 중 적어도 일부가 피처리면과 겹치도록 설치되어 있는 장치의 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 플라즈마 에칭 장치102 : 처리 용기
103 : 처리부106 : 서셉터
110 : 안테나실112 : 고주파 안테나
120 : 유전체160 : 고주파 전원
170 : 도전체174 : 유전체 커버
180 : 접지 회로302 : 인덕터
304 : 커패시터
본 발명이 적용되는 플라즈마 처리 장치의 일례로서, 플라즈마 에칭 장치를 들어 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치(100)의 개략 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치(100)는, 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성되는 각통(角筒) 형상의 처리 용기(102)를 갖는다. 처리 용기(102)는 접지되어 있고, 에칭 처리는 이 처리 용기(102)내에서 실행된다.
처리 용기(102)의 저부(底部)에는 절연 부재(107)를 거쳐 대략 직사각형 형상의 서셉터(106)가 설치되어 있다. 서셉터(106)에는 피처리체, 예컨대 LCD 기판(L)이 탑재된다. 서셉터(106)는 전극부(106a)와 전극 보호부(106b)로 구성되어 있다.
전극부(106a)는, 예컨대 표면에 양극 산화 처리가 실시된 알루미늄이나 스테인레스 등의 도전성 재료로 이루어진다. 전극 보호부(106b)는 전극부(106a)의 탑재면 이외의 부분을 덮고 있고, 세라믹스 등의 절연성 재료로 이루어진다.
서셉터(106)의 전극부(106a)에는 매칭 회로(111)를 거쳐, 고주파 전원(113)이 전기적으로 접속되어 있다. 플라즈마 처리시에는, 고주파 전원(113)으로부터 소정의 고주파, 예컨대 6㎒의 고주파 전력을 인가함으로써, 바이어스 전위를 발생시키고, 처리부(103)내에 여기된 플라즈마를 LCD 기판(L)의 처리면에 효과적으로 인입하는 것이 가능하다. 여기서 서셉터(106)의 전극부(106a)는 단순히 접지되는 구성일 수도 있다.
서셉터(106)의 상측에는 안테나실(110)이 설치되어 있다. 안테나실(110) 내부에 고주파 안테나(112)가 구비되어 있다. 고주파　안테나(112)는, 예컨대 구리, 알루미늄, 스테인레스 등의 도체를 소용돌이 형상, 코일 형상, 혹은 루프 형상으로 형성한 것으로, 처리 용기(102) 상부에 구비되어 있다. 고주파 안테나(112)의 양 단자 사이에는, 매칭 회로(162)를 거쳐 플라즈마 생성용 고주파 전원(160)이 접속되어 있다. 또한, 안테나 임피던스가 높을 때는 고주파 안테나를 다중화할 수도 있다.
또한, 유전체(120)의 하부에는, 본 발명의 특징인 도전체(170)가 설치되고, 인덕턴스가 가변적인 인덕터(302) 및 커패시턴스가 가변적인 커패시터(304)를 갖는 접지 회로(180)가 접속되어 있다. 접지 회로(180)는 회로 개폐 수단(도시하지 않음)을 갖고 있을 수도 있다. 또한, 도전체(170)의 하부 LCD 기판(L)에 대향하는 부분에 유전체 커버(174)가 구비된다. 유전체 커버(174)는 유전체(120)에 비해 얇은 예컨대 석영 또는 세라믹 등의 유전체로 구성되어 있고, 이물 부착에 따른 교환시에는 이 유전체 커버(174)만을 교환하기 때문에, 비용을 억제하고 있다.
유전체 커버(174)에는 샤워 헤드(도시하지 않음)가 구비되고, 처리 가스원(130)으로부터 유량 제어 장치(MFC)(132)를 거쳐 소정의 처리 가스, 예컨대 탄화 플루오르 또는 Ar 가스등을 처리부(103)에 도입한다.
또한, 처리 용기(102)의 저부에는 배기관(152)이 접속되고, 이 처리 용기(102) 내부의 공기를, 도시하지 않은 배기 수단, 예컨대 진공 펌프에 의해 배기할 수 있도록 구성되어 있고, 처리부(103)의 공기를 임의의 감압도(減壓度)로 하는 것이 가능하다.
또한, 처리 용기(102)의 측부에는 게이트 밸브(154)가 설치되어 있고, 인접하여 설치되는 로드록실로부터 반송 아암 등을 구비한 반송 기구에 의해 미처리의 LCD 기판(L)을 처리부(103) 내에 반입할 수 있다.
이상과 같이 구성된 플라즈마 에칭 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 게이트 밸브(154)를 개방하여 LCD 기판(L)을 도시하지 않은 반송 아암에 의해 게이트(150)를 거쳐 처리부(103)로 반송한다. 그 후, 서셉터(106)로부터 도시하지 않은 리프터 핀이 상승한다. LCD 기판(L)은 이 리프터 핀상에 놓이고, 리프터 핀이 하강하면 LCD 기판(L)은 서셉터(106)상에 탑재된다.
소정의 처리 가스를 처리부(103)에 도입하고, 배기관(152)에 접속되는 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 소정의 진공도까지 진공시켜, 예컨대 30mTorr의 진공도로 조절된다.
계속해서, 고주파 전원(160)으로부터 매칭 회로(162)를 거쳐 예컨대 13.56㎒의 고주파 전력을 안테나실(110)내의 고주파 안테나(112)에 공급한다. 이 때, 고주파 안테나(112)의 유도 작용에 의해 처리부(103)에 플라즈마가 생성된다.
이와 같이 하여 생성된 처리부(103)의 플라즈마는 서셉터(106)에 인가되는 바이어스 전위에 의해 서셉터(106)상의 LCD 기판(L)의 방향으로 이동하여, 피처리면에 소망하는 에칭 처리를 할 수 있다. 에칭 처리 종료 후, 처리 완료한 LCD 기판(L)은 게이트(150)를 거쳐 로드록실로 반출된다.
다음으로, 상기한 바와 같이 플라즈마 에칭 장치(100)를 사용하여 에칭 처리를 하는 경우의, 도전체(170)에 의한 유전체 커버(174)의 처리부(103) 측으로의 이물의 부착을 방지하는 작용에 대하여 설명한다.
본 실시예의 도전체(170)가 없는 경우, 유전체 커버(174)의 중앙부는 전력 공급점 근방이기 때문에 전위가 매우 높고, 고주파 안테나(112)와 플라즈마가 용량 결합하여 유전체 커버(174)가 스패터되기 때문에 이물은 부착하기 어렵다. 한편, 고주파 안테나(112)의 단부 또는 고주파 안테나(112)의 급전부에서 떨어진 장소에서는, 유전체 커버(174)에 대한 수직 전계가 작고 스패터 속도가 작기 때문에, 이물이 많이 부착된다.
그래서, 본 실시예와 같이 도전체(170)를 유전체(120)와 유전체 커버(174)의 사이에 설치하고, 인덕터(302) 및 커패시터(304)를 거쳐 접지하면, 인덕터(302), 커패시터(304), 도전체(170), 유전체 커버(174), 플라즈마로 이루어지는 폐회로가 형성되어, 도전체(170)와 플라즈마가 용량 결합하게 된다. 이로써, 유전체 커버(174)의 외연부도 스패터되게 되어, 이물의 부착이 경감된다. 단, 이 이물의 부착 속도보다도 스패터되는 속도가 빠르면, 유전체 커버(174)가 깎이고, 피처리체에 불순물이 혼입될 것이 우려되기 때문에, 인덕터(302)의 인덕턴스 또는 커패시터(304)의 커패시턴스를 조정하여 이물의 부착 속도와 스패터 속도가 거의 동등해지도록 하는 것이 필요하다.
도전체(170)가 없는 장치 및 있는 장치에서 커패시터(304)의 커패시턴스를 변화시킨 것에 대하여, 유전체 커버(174)의 중심부, 중간부, 외연부에 작은 유리 조각을 배치하고, 피처리체에 에칭 처리를 실행하여, 그 표면의 변화에 대해 측정했다. 플러스값은 이물의 부착량을, 마이너스값은 작은 유리 조각의 깎인 양을 나타낸다. 단 이 때, 피처리체의 에칭 레이트 및 분포에는 의미 있는 차이는 없었다.
이 결과, 도전체(170)가 없는 장치에서는, 중심부가 -0.7㎛, 중간부가 +0.2㎛, 외연부가 +0.9㎛였다. 도전체(170)가 있는 장치에서는, 커패시터(304)의 커패시턴스가 1000pF인 때는 중심부가 +O.5㎛, 중간부가 +0.5㎛, 외연부가 +0.4㎛이고, 커패시턴스가 1500pF인 때는, 중심부가 -0.3㎛, 중간부가 -0.8㎛, 외연부가 -0.3㎛였다. 이 평가에 사용한 도전체(170)가 있는 장치에서는, 커패시터(304)의 커패시턴스가 1000pF과 1500pF 사이에 이물의 부착 속도와 스패터 속도가 거의 동등해지는 최적의 값이 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 유전체 커버(174)로의 이물의 부착의 면내 불균일이 대폭 완화되는 것도 알 수 있었다.
이에 대하여, 도전체(170)가 있는 장치에서, 접지 회로(180)에 인덕터를 설치하지 않고 커패시터(304)만을 설치한 것의 등가 회로를 사용하여, 커패시터(304)의 커패시턴스를 0 내지 4000pF의 범위에서 17점 변화시켜 보았지만, 이물의 부착 속도와 스패터 속도가 거의 동등해지는 경우는 없었다.
또한, 이 등가 회로에 인덕터를 설치한 것을 사용하고, 도전체와 플라즈마 사이의 저항을 대폭 증가시켜 평가한 바, 인덕터의 인덕턴스를 조정함으로써, 이물의 부착 속도와 스패터 속도가 거의 동등해지는 개소가 있었다. 따라서, 본 발명은 고주파 안테나의 전위, 고주파 안테나와 플라즈마 사이에 설치되는 유전체의 재질 또는 두께, 고주파 안테나와 피처리체와의 거리가 다른 각종 장치에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고주파 안테나와 플라즈마 생성부 사이에 설치된 유전체로의 이물의 부착을 방지하여 고품질의 제품을 제조할 수 있고, 유전체의 면내 위치에 따른 이물의 부착량의 차이를 완화할 수 있어 피처리체의 면내 처리 균일성을 향상시킬 수 있으며,고주파 안테나 중 적어도 일부가 처리시의 피처리체의 바로 위에 있는 장치에서도 피처리체의 면내 균일 처리가 가능하다.

Claims (14)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    고주파 안테나와,
    상기 고주파 안테나에 접속된 고주파 전원과,
    피처리체를 설치하는 서셉터와,
    상기 고주파 안테나와 상기 서셉터의 사이에 설치된 유전체와,
    상기 고주파 안테나와 상기 유전체의 사이에 설치된 도전체와,
    상기 도전체에 접속된 접지 회로와,
    상기 접지 회로 중에 설치된 인덕터를 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 가변적인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접지 회로 중에는 커패시터를 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커패시터의 커패시턴스는 가변적인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 회로 중에는 회로의 개폐 수단을 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 도전체의 전위를 측정하는 측정 수단과,
    상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 도전체의 전위에 근거하여 상기 인덕터의 인덕턴스와 상기 커패시터의 커패시턴스 중 어느 하나 이상을 변경하는 제어 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  7. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    수평 성분을 갖는 고주파 안테나와,
    상기 고주파 안테나에 접속된 고주파 전원과,
    피처리체를 설치하는 서셉터와,
    상기 고주파 안테나와 상기 서셉터의 사이에 설치된 유전체와,
    상기 고주파 안테나와 상기 유전체의 사이에 설치된 도전체와,
    상기 도전체에 접속된 접지 회로와,
    상기 접지 회로 중에 설치된 임피던스 소자를 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고주파 안테나는 상기 고주파 안테나의 피처리체의 피처리면으로의 정사영(正射影) 중 적어도 일부가 상기 피처리면과 겹치도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    피처리체를 설치하는 서셉터와,
    적어도 일부가 처리시의 피처리체의 바로 위로 되도록 설치된 고주파 안테나와,
    상기 고주파 안테나에 접속된 고주파 전원과,
    상기 고주파 안테나와 상기 서셉터의 사이에 설치된 유전체와,
    상기 고주파 안테나와 상기 유전체의 사이에 설치된 도전체와,
    상기 도전체에 접속된 접지 회로와,
    상기 접지 회로 중에 설치된 임피던스 소자를 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임피던스 소자는 인덕터인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 가변적인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  12. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지 회로 중에는 커패시터를 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 커패시터의 커패시턴스는 가변적인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  14. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지 회로 중에는 회로의 개폐 수단을 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
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