KR20070077048A - 플라즈마 발생용 전극 및 플라즈마처리장치 - Google Patents

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KR20070077048A
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Abstract

본 발명은, 기판에 대향하여 마련되고, 금속베이스와 도체판으로 구성되는 플라즈마 생성용 전극에 있어서, 도체판 파괴의 우려가 없고, 금속베이스와 도체판이 전기도통 및 열전달에 대하여 면내 균일성이 높은 접합상태를 확보하는 것을 목적으로 한다.
다공질 세라믹으로 이루어지는 모재 예컨대 탄화규소에 금속 예컨대 실리콘을 함침시켜, 적어도 기판의 피처리면의 전면과 대향하는 접합면을 구비한 금속기복합재와, 이 금속기복합재의 접합면에 금속에 의해 용탕접합된 내플라즈마성 재질로 이루어지는 도체판 예컨대 CVD-탄화규소에 의해 전극을 구성한다. 이 경우, 상기 모재에 금속을 함침할 때에 해당 금속에 의해 도체판이 금속기복합재에 용탕접합시킬 수 있다.

Description

플라즈마 발생용 전극 및 플라즈마처리장치 {ELECTRODE FOR GENERATING PLASMA AND PLASMA PROCESSING APPARATUS USING SAME}
도 1은 본 발명의 1 실시의 형태에 관한 전극을 상부전극으로서 적용한 RIE 플라즈마에칭장치를 나타내는 단면도이고,
도 2는도 1의 장치의 상부전극을 확대하여 나타내는 단면도이고,
도 3은 모재에 금속을 함침시켜 복합재를 형성할 때에, 함침금속으로 복합재와 도체판을 접합하는 방법을 설명하는 설명도이고,
도 4는 도 1의 장치의 상부전극의 모양을 나타내는 설명도이고,
도 5는 상부전극에 형성되는 가스토출공의 형성방법의 예에 대하여 설명하는 설명도이고,
도 6은 상부전극에 형성되는 가스토출공의 형성방법의 다른 예에 대하여 설명하는 설명도이고,
도 7은 도 1의 장치의 상부전극에 있어서, 봉재, 모재, 도체판 및 용탕금속의재질의 조합을 나타내는 표이고,
도 8은 종래의 플라즈마처리장치를 나타내는 개략단면도이다.
(도면의 주요부분에 관한 부호의 설명)
W: 웨이퍼 2: 처리용기
3: 지지테이블 4: 절연판
5: 지지대 6: 샤워헤드
7: 상부전극 71: 가스토출공
8: 금속기복합체 81: 접합층
82: 도체판 83: 구멍
84: 용탕금속 85:봉재(슬리브)
9: 모재
특허문헌 1: 일본 특허공개 2005-228973호
본 발명은, 플라즈마 처리되는 기판에 대향하는, 플라즈마를 생성하기 위한 전극을 이용한 플라즈마처리장치에 관한 것이다.
반도체 및 액정디바이스 등의 제조프로세스에서는, 플라즈마를 이용한 플라즈마처리가 다용되고 있지만, 이러한 플라즈마처리를 행하는 플라즈마처리장치는, 예컨대 도 8에 도시하는 바와 같이, 진공챔버로 이루어지는 처리용기(10)내에 하부전극을 겸용하고, 기판인 반도체웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 한다)(W)를 탑재하기 위 한 탑재대(11)와, 이 탑재대(11)의 위쪽에 마련된, 다수의 가스공급구멍(12a)를 가지는 샤워헤드(12)를 구비하고 있다. 이 샤워헤드(12)의 하면에는 상부전극(13)이 마련되어 있고, 상부전극(13) 및 탑재대(11)의 한쪽 예컨대 탑재대(11)에 고주파전원(14)으로부터 플라즈마발생용 고주파를 인가하여, 해당 탑재대(11)와 상부전극(13) 사이의 처리공간에 플라즈마를 발생시켜, 이 플라즈마에 의해 샤워헤드(12)로부터 처리용기(10)내에 도입된 처리가스를 활성화하고, 이에 의해 탑재대(11)에 탑재된 웨이퍼(W)에 대하여 에칭이나 성막처리 등의 플라즈마처리를 행하도록 구성되어 있다. 또한, 처리공간에 형성되어 있는 플라즈마로부터의 고주파전력은, 상부전극(13)에 달하고, 거기에서부터 처리용기(10)의 벽부를 지나서 그라운드로 흐른다. 또한 도 8 중 17은 처리용기(10)내의 분위기를 외부로 배출하기 위한 배기로이다.
그런데 상기 상부전극(13)은, 예컨대 알루미늄(Al)이나 스테인리스강(SUS)등의 금속 베이스(모재)(15)의 표면에 도체판(16) 예컨대 실리콘(Si)판, 탄화규소(SiC)판 등을 나사나 클램프 등에의해 밀착 고정한 구성으로 되어 있다. 이것은,상부전극(13) 전체에 대해서는 처리분위기의 감압에 의해 가해지는 응력에 의해 변형되지 않는 구조로 하고, 또한 상부전극(13)에 있어서의 플라즈마에 노출되는 부위에 대해서는, 내플라즈마성이 있고 또한 금속오염의 염려가 없는 구조로 하기 위해서이다.
상기 상부전극(13)은, 처리공간에 형성되는 플라즈마에 의해 가열되어 고온이 되지만, Si나 SiC는 금속베이스(15) 보다도 열팽창계수(선팽창율)가 작기 때문 에, 양자 사이에서 열팽창에 의한 치수차가 발생하여, 도체판(16)의 고정부에 과대한 인장응력이 걸려 도체판(16)이 파괴되는 경우가 있다.
이러한 불량을 피하기 위해서, 열팽창에 의한 금속베이스(15)와 도체판(16)의 치수차를 고려하여, 금속베이스(15)와 도체판(16)을 고정하는 나사나 클램프 등을 유동고정식으로 하여, 금속베이스(15)의 열팽창에 의해 도체판(16)의 고정부에 인장응력이 걸리지 않도록 고안하고 있다.
그런데, 웨이퍼(W)에 대하여 면내 균일성이 높은 처리를 실시하기 위해서는 웨이퍼(W)와 평행한 면에 있어서, 플라즈마의 활성종 농도가 균일한 것이 요구되고, 이 때문에 상부전극(13)에 있어서는, 플라즈마에 노출되는 도체판(16)의 전기적 및 열적인 상태가 면내에서 균일한 것이 요구된다. 따라서, 도체판(16)과 금속베이스(15)는, 전기도통 및 열전달이 면내에서 균일하게 행해지도록 접촉하고 있는 것, 바꿔 말하면 면내 접촉상태에 대해 균일성이 높은 것이 필요하다. 한편 도체판(16)의 고정부는 외주부에 밖에 설치할 수 없는 경우가 많기 때문에, 유동고정식의 경우에는, 금속베이스(15)와 도체판(16) 사이의 밀착상태에 대하여 상부전극(13)의 개체간에 불규칙이 발생한다. 이 결과로 금속베이스(15)와 도체판(16) 사이의 전기도통성 및 열전달성에 대하여 높은 면내 균일성을 확보하는 것이 곤란하게 되어, 결국 도체판(16)의 깨짐, 프로세스의 이상, 이상방전 등을 야기할 우려가 있다. 또한 금속베이스(15)와 도체판(16)의 밀착면이 플라즈마처리에 있어서의 승온·강온 사이클에서의 열팽창에 의한 치수변동에 의해 문질러져서, 가스공급구멍(12a)으로부터 더스트를 발생하는 등의 우려도 있다.
한편 특허문헌 1에는, 상부전극으로서, 다공질 세라믹의 중앙부를 종단면으로 보았을 때에 사다리꼴형상으로 잘라내고, 이 절결부에 유전체를 끼워 맞추고, 상기 다공질 세라믹에 금속을 함침시켜 베이스부를 구성하고, 이 함침시에 해당 금속에 의해서 금속베이스와 유전체를 접합한 전극이 개시되어 있다. 이 기술은 금속-세라믹복합재의 중앙내부에 유전체를 끼워 맞추는 것에 의해, 전극중앙부의 고주파전력을 감쇠시켜 전극하면의 전기장의 강도를 균일하게 하는 것으로서, 금속베이스와 도체판을 전기도통적 및 열전달적으로 균일한 면내 접촉상태로 하는 방법에관한 과제에 대해서는 전혀 시사되어 있지 않다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 행해진 것으로, 그 목적은, 기판에 대향하여 마련되어, 플라즈마를 생성하기 위한 금속베이스(본 발명에서는 금속기복합재)와 도체판으로 구성되는 전극에 있어서, 도체판 파괴의 우려가 없고, 금속베이스와 도체판이 전기도통 및 열전달에 대하여 면내 균일성이 높은 접합상태에 있는 전극 및 그 전극을 이용한 플라즈마처리장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 기판에 대하여 플라즈마처리하기 위해 기판의 피처리면에 대향하여 마련된 플라즈마 발생용 전극에 있어서, 다공질 세라믹으로 이루어지는 모재에 금속을 함침시켜, 적어도 기판의 피처리면의 전면과 대향하는 접합면을 구비한 금속기복합재와, 이 금속기복합재의 접합면에 금속에 의해 용탕접합된 내플라즈마성 재질로 이루어지는 도체판을 구비한 것을 특징으로 한다. 이 전극에 있어서, 상기 모재로서는 예컨대 탄화규소, 질화규소, 알루미나 및 질화알루미늄 등이 이용되고, 용탕접합에 이용되는 금속으로서는 예컨대 실리콘 또는 알루미늄 등이 이용되고, 상기 도체판으로서는 예컨대 실리콘 또는 탄화규소 등이 이용된다. 이들 중에서 플라즈마 발생용 전극으로서 바람직한 구성은, 상기 모재로서 탄화규소를, 금속으로서 실리콘을, 도체판으로서 탄화규소를 이용하는 것이다. 또한 도체판으로서는 CVD-탄화규소를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, CVD-탄화규소란, 탄소판 등의 위에 분말형상이나 벌크형상의 SiC를 기화시켜, 증착시킨 것이다. 또한 상술한 플라즈마 발생용 전극은, 상기 모재에 금속을 함침할 때에 해당 금속에 의해 도체판이 금속기복합재에 용탕접합되는 것이 바람직하다.
또한 상술한 플라즈마 발생용 전극에 있어서, 상기 금속기복합재 및 도체판을 관통하는 다수의 슬리브에 의해, 기판의 처리분위기에 처리가스를 토출하기 위한 가스구멍을 형성하고, 상기 금속기복합재, 슬리브 및 도체판 각각의 사이를 금속에 의해서 용탕접합하는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 상기 모재에 금속을 함침할 때에 해당 금속에 의해 금속기복합재, 슬리브 및 도체판 각각의 사이가 용탕접합되는 것이 바람직하다. 또한 상기 슬리브로서는 예컨대 탄화규소 또는 산화 이트륨 등이 이용된다.
또한 본 발명의 플라즈마처리장치는, 기밀한 처리용기와, 이 처리용기의 내부에 마련되고, 기판을 유지하기 위한 전극을 겸용하는 탑재대와, 상기 처리용기의 내부에 상기 탑재대와 대향하도록 마련된 상술한 플라즈마 발생용 전극과, 상기 처리용기내에 처리가스를 도입하기 위한 가스공급부와, 상기 탑재대와 이에 대향하는 상기 전극 사이에 고주파전기장을 형성하여 상기 처리가스를 플라즈마화하기 위한 플라즈마발생수단을 구비하여, 플라즈마에 의해 기판을 처리하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 플라즈마처리장치는, 상기 처리가스도입수단은 다수의 구멍으로부터 가스를 토출하기 위한 샤워헤드를 가지고, 상기 전극은, 상기 샤워헤드의 하면의 샤워판으로서 기능하고, 다수의 가스토출공이 형성되도록 구성된다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 1 실시의 형태에 관한 전극을 상부전극으로서 적용한 플라즈마처리장치인 RIE(Reactive Ion Etching)플라즈마에칭장치를 나타내는 단면도이다. 도 1 중 2는, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 처리용기(진공챔버)이다. 상기 처리용기(2)는, 직경이 작은 원통형형상의 상부(2a)와 직경이 큰 원통형형상의 하부(2b)로 이루어지고, 기밀하게 구성되어 있다. 이 처리용기(2)내에는, 피처리기판인 반도체웨이퍼(W) (이하, 웨이퍼라고 한다)를 수평으로 지지하고, 또한 하부전극으로서 기능하는 탑재대인 지지테이블(3)이 마련되어 있다. 상기 지지테이블(3)은 예컨대 알루미늄으로 구성되어 있고, 절연판(4)을 거쳐서 도체의 지지대(5)에 지지되어 있다. 또한, 상기 지지테이블(3)의 위쪽 외주에는 예컨대 실리콘(Si)으로 형성된 포커스링(31)이 마련되어 있다. 상기 지지대(5)의 아래쪽부분은 커버(32)로 덮여 있다. 또한, 상기 지지대(5)의 외측에는 배플판(33)이 마련되어 있고, 이 배플판(33)은 지지대(5)와 커버(32)를 통해서 처리용기(2)와 도통하고 있다. 또한 상기 처리용기(2)는 접지되어 있다.
상기 처리용기(2)의 천장벽부분은 처리용기(2)내에 처리가스를 도입하기 위한 가스공급부인 샤워헤드(6)로 되어 있고, 이 샤워헤드(6)의 하면은 샤워판으로서 기능하는 상부전극(7)으로 구성되어 있다. 이 상부전극(7)은 하부전극으로서 기능하는 지지테이블(3)과 평행하게 대향하여 마련되어 있고, 다수의 가스토출공(71)이 형성되어 있다. 즉, 하부전극인 지지테이블(3)과 상부전극(7)은 한 쌍의 평행평판전극을 구성하고 있다. 또한, 상기 상부전극(7)은 처리용기(2)을 거쳐서 접지되어 있다.
상기 처리용기(2)의 하부(2b)의 바닥벽에는, 배기포트(21)가 형성되어 있고, 이 배기포트(21)에는 진공펌프(22)가 접속되어 있다. 그리고 상기 진공펌프(22)를 작동시키는 것에 의해 처리용기(2)내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있게 되어 있다. 한편, 처리용기(2)의 상부(2a)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반입출구(23)가 마련되어 있고, 이 반입출구(23)는 게이트밸브(24)에 의해 개폐되도록 되어 있다.
상기 지지테이블(3)에는, 정합기(28) 및 (25)를 거쳐서 각기 플라즈마 형성용의 제 1 고주파전원(26) 및 이온인입용의 제 2 고주파전원(27)이 접속되어 있고, 이 제 1 고주파전원(26) 및 제 2 고주파전원(27)으로부터 소정 주파수의 고주파전력이 지지테이블(3)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 상기 제 2 고주파전원(27)은 제 1 고주파전원(26)의 주파수보다도 낮은 고주파전력을 공급한다.
상기 지지테이블(3)의 표면 상에는 웨이퍼(W)를 정전흡착하여 유지하기 위한 정전척(34)이 마련되어 있다. 이 정전척(34)은 절연체(34b)에 전극(34a)이 끼워져 구성되어 있고, 전극(34a)에는 직류전원(35)이 접속되어 있다. 그리고 전극(34a)에 전원(35)으로부터 전압이 인가되는 것에 의해, 정전기력 예컨대 쿨롱의 힘에 의해서 웨이퍼(W)가 흡착유지된다.
또한 상기 지지테이블(3)의 내부에는, 냉각실(36)이 마련되어 있고, 이 냉각실(36)에는, 냉매가 냉매도입관(36a)을 거쳐서 도입되고 냉매배출관(36b)으로부터 배출되어 순환하여, 그 냉열이 지지테이블(3)을 거쳐서 웨이퍼(W)에 대하여 열전도되어, 이에 의해 웨이퍼(W)의 처리면이 소망하는 온도로 제어된다.
또한 처리용기(2)내가 진공펌프(22)에 의해 배기되어 진공으로 유지되어 있더라도, 냉각실(36)에 순환되는 냉매에 의해 웨이퍼(W)를 유효하게 냉각 가능하도록, 냉각가스가 가스도입기구(37)에 의해 그 가스공급라인(38)을 거쳐서 정전척(34)의 표면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 도입된다. 이와 같이 냉각가스를 도입하는 것에 의해, 냉매의 냉열이 웨이퍼(W)에 유효하게 전달되어, 웨이퍼(W)의 냉각효율을 높게 할 수 있다.
상기 샤워헤드(6)는, 그 상부에 가스도입구(72)가 마련됨과 동시에, 그 내부에는 가스가 확산하기 위한 공간(73)이 형성되어 있다. 상기 가스도입구(72)에는 가스공급배관(74)이 접속되어 있고, 이 가스공급배관(74)의 다른쪽 단부에는 처리가스를 공급하기 위한 처리가스공급계(75)가 접속되어 있다.
한편, 처리용기(2)의 상부(2a)의 주위에는, 반입출구(23)를 사이에 두고 2개의 멀티폴링자석(25a, 25b)가 배치되어 있다. 이 멀티폴링자석(25a, 25b)는, 복수 의 이방성세그먼트기둥형상자석이 링형상의 자성체의 케이싱에 부착되어 구성되어 있고, 인접하는 복수의 세그먼트기둥형상자석끼리의 방향이 서로 역방향이 되도록 배치되어 있다. 이에 의해 자력선이 인접하는 세그먼트자석 사이에 형성되어, 상하전극 사이의 처리공간의 주변부에만 자기장이 형성되어, 처리공간에 플라즈마를 가두는 작용을 가진다.
다음으로, 상부전극(7)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 상부전극(7)은, 도 2에 그 단면을 확대하여 도시하는 바와 같이, 다공질 세라믹으로 이루어지는 원주형상의 모재에 금속을 함침시킨 금속기복합재(8)의 하면에 접합층(81)을 거쳐서 원형형상의 도체판(82)이 형성된 구성으로 되어있다. 상부전극(7)은, 처리가스를 플라즈마화하기 위한 전기력선을 방출하는 부위이기 때문에, 웨이퍼(W) 표면에 있어서 면내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시키기 위해서는, 금속기복합재(8)의 접합면의 사이즈, 즉 도체판(82)의 사이즈는 웨이퍼(W)의 피처리면과 같은 크기나 그것보다도 큰 것이 필요하지만, 큰 쪽이 바람직하다.
이 상부전극(7)의 제조방법에 대하여 도 3을 이용하여 구체적으로 설명한다. 우선 탄화규소(SiC)로 이루어지는 다공질의 모재(9)에 CVD-탄화규소(SiC)로 이루어지는 도전판(82)을 적층한다 (도 3(a)). 이어서, 실리콘(Si)으로 이루어지는 용탕금속(용융금속)을 가스압 등으로 가압하여 모재(9)에 함침시켜, 금속기복합재(8)가 형성된다 (도 3(b)). 용탕금속이 금속기복합재(8)에 널리 퍼진 후에도 용탕금속의 가압을 계속하여, 상기 금속기복합재(8)의 표면으로부터 배어 나오는 용탕금속에 의해서 금속기복합재(8)의 표면(접합면)과 도체판(82)의 표면이 서로 접합되어, 접 합층(81)이 형성된다 (도 3(c)). 그 후, 냉각하는 것에 의해 상부전극(7)를 얻을 수 있다 (도 3(d)). 이 제조방법에서는, 가스압 등으로 가압하여 용탕금속을 모재(9)에 함침시키고 있지만(가압침투법), 이 방법에 한정되지 않고, 모재(9)의 세공에 발생하는 모세관현상을 이용하여 용탕금속을 모재(9)에 함침시켜도 좋다 (자연침투법). 또한, 모재(9)에 용탕금속을 함침시킨 금속기복합재(8)는, 금속과 동등한 도전성을 가짐과 동시에 모재(9)가 가지는 강도를 유지하고 있기 때문에 금속베이스로서 이용된다.
또한, 이 예에서는 모재(9)로서 탄화규소를, 도체판(82)으로서 CVD-탄화규소를, 용탕금속으로서 실리콘을 이용하여 상부전극(7)(플라즈마 발생용 전극)을 구성하고 있지만, 상부전극(7)에 있어서의 재질의 조합은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 다른 조합에 대해서는 후술한다.
계속해서 상부전극(7)에 형성되는 가스토출공(71)의 형성방법의 일례에 대하여 설명한다. 이 방법에서는 상부전극(7)을 절삭공구 예컨대 드릴을 이용하여 절삭함으로써 예컨대 구경 0.5~1mm의 가스토출공(71)이 형성되지만, 상부전극(7)을 구성하는 금속기복합재(8), 접합층(81) 및 도체판(82)은 경도가 서로 다르기 때문에, 각 재질마다 그 재질을 절삭하는 데 적합한 드릴로 바꾸면서 절삭을 행한다. 즉, 금속기복합재(8), 접합층(81), 도체판(82)을 이 순서대로 드릴을 바꾸면서 구멍을 열어, 상부전극(7)에 가스토출공(71)이 형성된다. 또한, 이 방법 외에 상부전극(7)에 가스토출공(71)을 형성하는 방법에 대해서는 후술한다.
다음에 이와 같이 구성된 플라즈마에칭장치를 이용하여, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 소정의 막을 플라즈마에 의해 에칭하는 처리에 대하여 설명을 행한다. 우선, 게이트밸브(24)를 열어 웨이퍼(W)를 반입출구(23)로부터 처리용기(2)내에 반입하여, 지지테이블(3)에 탑재한 후, 진공펌프(22)에 의해 배기포트(21)을 거쳐서 처리용기(2)내를 소정의 진공도까지 배기한다.
그리고 처리가스공급계(75)로부터 처리가스 예컨대 불소(F) 등이 가스공급배관(74), 가스도입구(72)을 거쳐서 샤워헤드(6)의 공간(73)에 달하여, 가스토출공(71)으로부터 토출되고, 처리용기(2)내의 가스압력을 예컨대 13~1333Pa (100mTorr~10Torr)로 하여, 그 상태에서 제 1 고주파전원(26)으로부터 지지테이블(3)에 예컨대 100MHz의 고주파전력을 공급한다. 이 고주파는, 지지테이블(3)로부터 상부전극(7)의 도체판(82) 및 금속기복합재(8)을 거쳐서 처리용기(2)로 흘러, 어스되고, 이렇게 해서 처리분위기에 고주파전기장이 형성된다.
또한 제 2 고주파전원(27)으로부터는, 플라즈마의 이온에너지를 컨트롤하기 위해서 예컨대 3.2MHz의 고주파전력이 공급된다. 이 때, 웨이퍼(W)는, 직류전원(35)으로부터 정전척(34)의 전극(34a)에 소정의 전압이 인가되는 것에 의해 예컨대 쿨롱의 힘에 의해 정전척(34)에 흡착유지됨과 동시에, 상부전극(7)과 하부전극인 지지테이블(3) 사이에 고주파전기장이 형성된다. 또한 샤워헤드(6)와 지지테이블(3) 사이에는 다이폴링자석(25a, 25b)에 의해 수평자기장이 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)가 존재하는 전극간의 처리공간에는 직교전자기장이 형성되고, 이것에 의해서 발생한 전자의 드리프트에 의해 마그네트론방전이 형성된다. 그리고 이 마그네트론방전에 의해 처리가스가 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W) 의 표면에 형성된 소정의 막이 에칭된다.
상술한 실시예에 의하면, 다공질 세라믹인 탄화규소로 이루어지는 모재(9)에 금속인 실리콘(본 발명에서는 반도체도 금속으로서 취급하는 것으로 한다)를 함침시킨 금속기복합재(8)에 의해 금속베이스를 구성하고, 이 금속기복합재(8)를 내플라즈마성 재질인 CVD-탄화규소로 이루어지는 도체판(82)에 용탕접합하여 상부전극(7)(플라즈마 발생용 전극)을 구성하고 있기 때문에, 금속기복합재(8)와 도체판(82)이 면내에서 균일하게 접합된다. 따라서 도체판(82)의 주연부를 나사고정하는 경우와 같이 열팽창치수차에 기인하는 국부적인 과대응력의 발생이 없기 때문에, 도체판(82) 파괴의 우려가 작다. 그리고 금속기복합재(8)와 도체판(82)의 접합면은 용탕금속(실리콘)으로 채워져 있기 때문에, 도 4에 나타낸 바와 같이 고주파의 전기도통 및 플라즈마로부터의 입열 등에 의한 열의 전달이 양호하고 또한 그것들이 내면에서 균일하게 되어, 상부전극(7)의 개체차도 발생하기 어렵다. 그 결과, 도체판(82)의 전위 및 온도가 면내에서 균일성이 높은 것으로 되어, 하부전극인 지지테이블(3) 상에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)와 평행한 면내에 있어서 균일성이 높은 플라즈마를 얻을 수 있고, 이 때문에, 웨이퍼(W)에 대하여 면내 균일성이 높은 플라즈마처리를 행할 수 있다. 더욱이 기계적 접촉부(마찰부)가 없기 때문에, 열팽창, 수축에 의한 양자의 마찰이 일어나지 않기 때문에 더스트의 발생도 억제된다.
그리고 다공질 세라믹인 모재(9) 및 도체판(82)으로서 탄화규소를 이용함과 동시에, 용탕금속으로서 실리콘을 이용하면, 금속베이스에 상당하는 금속기복합재(8)와 도체판(82)의 접합면에 있어서의 선팽창율의 차를 제로에 상당히 접근시킬 수 있어, 도체판(82)의 파손을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 상술한 실시예에 있어서, 모재(9)로서는 탄화규소 외에, 예컨대 질화규소(Si3N4), 알루미나(A12O3), 질화알루미늄(AlN) 등을 이용하여도 좋다. 또한 도체판(82)으로서는 탄화규소 외에, 예컨대 실리콘(Si) 등을 이용하여도 좋다. 또한 상기 모재(9)에 함침시키는 용탕금속으로서는 실리콘 외에, 예컨대 알루미늄(Al) 등을 이용하여도 좋다.
또한 상부전극(7)에 가스토출공(71)을 형성하는 방법으로서는, 도 5에 도시하는 바와 같이 용탕접합을 행하기 전에 모재(9) 및 도체판(82)을 관통하는 구멍(83)을 미리 형성해 두고 (도 5(a)), 모재(9)와 도체판(82)을 용탕접합함으로써 상기 구멍(83)을 용탕금속(84)에 의해 막고 (도 5(b)), 이어서 구멍(83)을 막고 있는 용탕금속(84)을 드릴로 절삭함으로써, 용탕금속(84)에 가스토출공(71)을 형성하여도 좋다 (도 5(c)).
또한 도 6에 도시하는 바와 같이 용탕접합을 행하기 전에 모재(9) 및 도체판(82)을 관통하는 구멍을 미리 형성해 두고, 이 구멍에 봉재(85)를 삽입하고 (도 6(a)), 이 상태에서 용탕접합을 행함으로써 모재(9)에 함침시키는 용탕금속에 의해 모재(9), 도체판(82), 봉재(85)의 각각이 접합되고 (도 6(b)), 금속기복합재(8) 및 도체판(82)에 접합된 봉재(85)를 절삭공구 예컨대 드릴을 이용하여 절삭함으로써 슬리브구조를 가진 가스토출공(71)을 형성하도록 (도 6(c)) 하여도 좋다. 이 경우, 상기 봉재(슬리브)(85)로서는, 예컨대 탄화규소(SiC) 및 산화 이트륨(Y2O3) 등의 취 성재계재료가 바람직하다. 상술한 모재(9), 도체판(82) 및 용탕금속의 재질에 있어서, 본 발명자가 상부전극(7)에 있어서의 재질이 바람직한 조합에 대하여 검토한 결과를 도 7에 나타내 놓는다. 또한 도 7에 나타내는 가스구멍 가공방법 A란, 앞의 실시의 형태에 서술한 바와 같이 금속기복합재(8), 접합층(81), 도체판(82)을 이 순서대로 드릴을 바꾸면서 구멍을 열어, 상부전극(7)에 가스토출공(71)을 형성하는 방법이고, B란 도 5를 이용하여 설명한 가스구멍 가공방법이고, C란 도 6을 이용하여 설명한 가스구멍 가공방법이다. 도 7에 있어서, 상부전극(7)을 구성하는 모재(9), 도체판(82) 및 용탕금속의 각각에 대하여, 선택된 재료에 대응하는 개소에 ○가 기재되어 있다. 상부전극(7)을 구성하는 모재(9), 도체판(82) 및 용탕금속의 조합을 P1~P12로 나타내면, 예컨대 P2에서는, 모재(8)로서 SiC, 도체판(82)으로서 Si, 용탕금속으로서 Al이 선택되어 있다. 도 7에서는, 플라즈마에 노출되는 부위에 있어서는, 금속오염방지의 관점에서 알루미늄을 될 수 있는 한 피한다고 하는 의도에서 조합을 정하고 있지만, 실리콘을 도체판(82)으로서 이용하는 경우에는, 실리콘보다도 융점이 낮은 재질이라는 점에서 알루미늄을 용탕금속으로서 이용하고 있다. 이 경우, 용탕금속으로서 알루미늄을 이용함으로 인한 금속오염의 걱정은 거의 없다고 말할 수 있다. 슬리브(85)의 재질에 대해서는, Al2O3, AlN, SiO2, SiN, Y2O3, SiC 등을 들 수 있지만, A12O3 및 AlN은 금속오염방지의 관점에서 이용할 수 없고, SiO2는 강도에 문제가 있고, SiN은 매우 고가이다. 그 때문에 알루미늄함유소재를 피하고, 또한 강도가 크고, 저비용의 점에서 보면, Y2O3 및 SiC이 바람직하다고 말 할 수 있다.
또한 상부전극(7)을 제작할 때에, 모재(9)와 도체판(85) 사이의 열팽창에 의한 치수차가 30% 이내로 억제되도록 모재(9) 및 도체판(82)의 재질을 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 기판으로서는, 상술한 실시의 형태와 같이 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, 액정 디스프레이 혹은 플라즈마 디스플레이 등에 이용되는 플랫패널용 유리 기판, 혹은 세라믹기판 등이어도 좋다.
본 발명은, 다공질 세라믹으로 이루어지는 모재에 금속을 함침시킨 금속기복합재에 의해 금속베이스를 구성하고, 이 금속기복합재를 내플라즈마성 재질로 이루어지는 도체판에 용탕접합하여 플라즈마 발생용 전극을 구성하고 있기 때문에, 금속기복합재와 도체판이 면내에서 균일하게 접합된다. 따라서 열팽창치수차에 기인하는 국부적인 과대응력의 발생이 없기 때문에, 도체판 파괴의 우려가 작다. 그리고 금속기복합재와 도체판의 접합면은 용탕금속으로 채워져 있기 때문에, 전기도통 및 열전달이 양호하고 또한 그것들이 면내에서 균일하게 되어, 전극의 개체차도 발생하기 어렵다. 그 결과, 기판과 평행한 면내에 있어서 균일성이 높은 플라즈마를 얻을 수 있기 때문에, 기판에 대하여 면내 균일성이 높은 플라즈마처리를 행할 수 있다. 또한 기계적 접촉부(마찰부)가 없기 때문에, 열팽창, 수축에 의한 양자의 마찰이 일어나지 않기 때문에 더스트의 발생도 억제된다.
그리고 다공질 세라믹인 모재 및 도체판 각각의 재료로서 탄화규소를 이용함과 동시에, 용탕금속으로서 실리콘을 이용하면, 금속베이스에 상당하는 금속기복합재와 도체판의 접합면에 있어서의 선팽창율의 차를 제로에 상당히 접근시킬 수 있어 (탄화규소와 실리콘의 사이에 선팽창율의 차가 존재하기 때문에 제로로는 되지 않는다), 도체판의 파손을 확실하게 방지할 수 있다.

Claims (11)

  1. 기판에 대하여 플라즈마처리하기 위해 기판의 피처리면에 대향하여 마련된 플라즈마 발생용 전극에 있어서,
    다공질 세라믹으로 이루어지는 모재에 금속을 함침시켜, 적어도 기판의 피처리면의 전면과 대향하는 접합면을 구비한 금속기 복합재와,
    이 금속기복합재의 접합면에 금속에 의해 용탕 접합된 내플라즈마성 재질로 이루어지는 도체판을 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모재는, 탄화규소, 질화규소, 알루미나 및 질화알루미늄으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    용탕접합에 이용되는 금속은, 실리콘 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체판은, 실리콘 또는 탄화규소인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용의 전극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모재가 탄화규소, 용탕접합에 이용되는 금속이 실리콘, 도체판이 탄화규소인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도체판이 CVD-탄화규소인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모재에 금속을 함침할 때에 해당 금속에 의해 도체판이 금속기복합재에 용탕접합되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속기복합재 및 도체판을 관통하는 다수의 슬리브에 의해, 기판의 처리분위기에 처리가스를 토출하기 위한 가스구멍이 형성되고,
    상기 금속기복합재, 슬리브 및 도체판 각각의 사이는 금속에 의해 용탕접합되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모재에 금속을 함침할 때에 해당 금속에 의해 금속기복합재, 슬리브 및 도체판 각각의 사이가 용탕접합되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬리브는, 탄화규소 또는 산화 이트륨인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 발생용 전극.
  11. 기밀한 처리용기와, 이 처리용기의 내부에 마련되고, 기판을 유지하기위한 전극을 겸용하는 탑재대와, 상기 처리용기의 내부에 상기 탑재대와 대향하도록 마련된 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 전극과, 상기 처리용기 내에 처리가스를 도입하기 위한 가스공급부와, 상기 탑재대와 이에 대향하는 상기 전극 사이에 고주파전기장을 형성하여 상기 처리가스를 플라즈마화 하기위한 플라즈마발생수단을 구비하여, 플라즈마에 의해 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마처리장치.
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