KR20070088368A - 냉각 블록 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생하기 위한 전극을 구성하는 냉각 블록에 있어서, 전극에 요구되는 기능을 만족하면서, 부식을 억제하여, 사용 수명이 긴 냉각 블록을 제공하는 것이다. 각각 알루미늄으로 이루어지고, 적어도 그들 한쪽에 냉각액의 유로 형성용 오목부가 가공되어 있는 제 1 모재 및 제 2 모재를, 양자 사이에 아연을 개재시킨 상태에서 산소를 포함하는 가열 분위기하에서 접합함으로써, 아연이 알루미늄중에 확산된 확산 접합층과 아연 산화막으로 이루어진 방식층이 동시에 형성되는 것에 의해 냉각 블록을 형성한다. 또한, 아연 산화막중의 아연의 양은 1㎡당 30g 이상인 것이 바람직하고, 더욱이 제 1 모재 및 제 2 모재 사이에는, 예를 들어 니켈 등의 땜납재를 개재시키도록 하여도 좋다.

Description

냉각 블록 및 플라즈마 처리 장치{COOLING BLOCK AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 냉각 블록을 적용한 RIE 플라즈마 에칭 장치를 도시하는 단면도,
도 2는 도 1의 장치의 냉각 블록을 확대하여 도시하는 평면도,
도 3은 도 1의 장치의 냉각 블록을 확대하여 도시하는 단면도,
도 4는 상기 냉각 블록의 제조 방법을 도시하는 설명도,
도 5는 상기 냉각 블록의 제조 방법을 도시하는 설명도,
도 6은 다른 냉각 블록의 제조 방법을 도시하는 설명도,
도 7은 다른 냉각 블록의 제조 방법을 도시하는 설명도,
도 8은 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 실행한 실험의 결과를 나타내는 설명도,
도 9는 종래의 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
W : 웨이퍼 2 : 처리 용기
3 : 지지 테이블 4 : 절연판
5 : 지지대 6 : 샤워헤드
7 : 상부 전극 7a : 전극 플레이트
71 : 가스 토출 구멍 8 : 모재
8a : 제 1 모재 8b : 제 2 모재
80 : 냉각 블록 81 : 유로
82 : 가스 토출 구멍 90 : 냉각 블록
91 : Zn의 도포막 92 : Ni의 도포막
93 : 접합층 94 : 아연 산화막
94a : 하측 플레이트 94b : 상측 플레이트
본 발명은, 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생하기 위한 전극을 구성하는 냉각 블록 및 그 냉각 블록을 사용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 제조 프로세스에서는, 플라즈마를 사용한 플라즈마 처리가 많이 이용되고 있지만, 이러한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 도 9에 도시하는 바와 같이, 진공 챔버로 이루어지는 처리 용기(10)내에 하부 전극을 겸용하고, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, "웨이퍼"라고 함)(W)를 탑재하기 위한 탑재대(11)와, 이 탑재대(11)의 상방측에 마련된, 다수의 가스 공급 구멍(12a)을 갖는 샤워헤드(12)를 구비하고 있다. 이 샤워헤드(12)의 하면은 상부 전극(13)을 구성하고, 이 상부 전극(13) 및 하부 전극인 탑재대(11) 사이에 고주파 전원(15)으로부터 플라즈마 발생용의 고주파를 인가하여, 해당 탑재대(11)와 상부 전극(13) 사이의 처리 공간에 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마에 의해 샤워헤드(12)로부터 처리 용기(10)내에 도입된 처리 가스를 활성화하고, 이에 의해 탑재대(11)에 탑재된 웨이퍼(W)에 대하여 에칭이나 성막 처리와 같은 플라즈마 처리를 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 상기 상부 전극(13)은 전극 플레이트(13a)와 냉각 블록(13b)으로 구성되어 있다.
처리 용기의 상부 전극(13)은 플라즈마 처리에 영향을 미친다. 예를 들면, 플라즈마 에칭의 경우에는, 웨이퍼(W)의 에칭 속도의 면내 균일성 또는 면간 균일성에 영향을 미친다. 온도 조절 구조도 그 요인의 하나이며, 웨이퍼(W)의 동일 직경 면내의 상부 온도를 균일하게 하는 것이 요구된다.· 이러한 요청을 만족하는 구조의 하나로서, 상부 전극(13)은 처리 영역에 접하는 부위에는 세라믹스나 중금속 오염이 없는 도전 재료를 사용한 전극 플레이트(13a)를 배치하고, 이 전극 플레이트(13a)상에 냉각 블록(13b)을 적층하는 구조가 알려져 있다. 이러한 냉각 블록(13b)은 진공중의 가스 분위기에 위치되어 있으므로 가스 공급을 저해하지 않고, 또한 온도를 균일하게 하기 위해서, 각 가스 공급 구멍(12a)을 연결하는 복잡한 유로가 필요하게 된다.
여기에서 냉각 블록(13b)으로서는, 2장의 금속 플레이트를 납땜에 의해 접합하고, 내부에 냉각액의 유로(14)를 갖는 구조의 것이 이용되고 있다. 이 냉각 블 록(13b)은 열교환으로서의 기능을 갖기 위해서 높은 열전도 성능이 요구되는 동시에 고주파의 통로로 되기 위해서 높은 전기 도통 성능이 요구된다. 그 때문에 금속 플레이트로서는, 저항률 및 열전도율이 높은 스테인리스 강(이하, "SUS"라고 함)은 사용할 수는 없고, 저항률 및 열전도율이 SUS보다도 매우 낮은 알루미늄(Al)이 널리 사용되고 있다.
그러나, 알루미늄을 사용한 경우에는 냉각액에 접촉하는 유로(14)는 순수 알루미늄 면이 노출되어 있기 때문에, 유로(14)를 통과하여 흐르는 냉각액에 의해 유로(14)의 내주면이 부식될 우려가 있고, 유로(14)의 내주면의 부식에 의해 유로(14)에 냉각액이 막힐 우려가 있다. 여기에서 냉각 블록(13b)에 형성되어 있는 유로(14)를 방식할 필요가 있다.
이러한 방식 방법으로서는, 알루마이트 처리에 의해 유로(14)의 내주면에 산화알루미늄 막을 형성하는 방법이 고려되지만, 납땜하기 전에 금속 플레이트의 표면을 알루마이트 처리한 경우, 금속 플레이트를 접합할 때에, 알루마이트가 납땜 온도에 견딜 수 없어, 알루마이트에 균열이 생기기 때문에, 방식막으로서의 기능이 충분히 발휘되지 않는다. 또한, 납땜한 후에 알루마이트 처리한 경우, 유로(14)내에 알루마이트 처리용의 전해액을 흘려넣지 않으면 안 되어, 유로(14)의 복잡함으로 인해 전해액이 골고루 퍼지지 않으므로, 유로(14)에 알루마이트가 형성되지 않는 부분이 생겨서, 핀홀(pinhole)이 형성될 우려가 있다. 또한, 유로(14)내에 있어서 용존 산소와 알루마이트가 결합하여, 유로(14)를 막는 이물질이 석출될 우려가 있다.
또한, 유로(14)의 내주면에 수지를 코팅하는 방법에서는, 유로(14)내에 수지를 흘려넣지 않으면 안 되어, 유로(14)의 복잡함으로 인해 수지가 널리 퍼지지 않으므로, 유로(14)에 알루마이트가 코팅되지 않는 부분이 생겨서, 핀홀(pinhole)이 형성될 우려가 있다. 또, 냉각 블록(13b)으로서 기능을 만족하는 열전도성을 얻을 수 있을지 우려가 남는다.
그밖에 냉각 블록(13b)내에 파이프를 설치하는 방법은, 파이프 자체를 복잡하게 구부릴 수 없고, 시공시의 납땜 온도(약 600℃)에 견딜 수 없기 때문에 채용할 수 없다.
또한, 칠러(chiller)를 적용하면 내식성을 고려할 필요가 없어지므로, 알루미늄 및 동과 같은 적절한 재료를 사용할 수 있지만, 비용 및 공간의 관계상 어려운 경우가 많다.
한편, 특허문헌 1에는 자동차의 라디에이터에 있어서, Si 등을 함유하는 땜납재/알루미늄 합금 코어재/Al-Zn계 합금 희생재의 3개의 복합재를 이용하여, 편평 튜브는 그 복합재의 땜납재측을 외측으로 하여 전봉(電縫) 용접하고 있는 것과, 또 복합재는 코어재의 한쪽 편에 희생제를 도포하여, 열간 압연함으로써 제조되는 것 등이 기재되어 있지만, 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생하기 위한 전극을 구성하는 냉각 블록에 있어서, 적절한 제법에 대해서는 기재되어 있지 않다.
[특허문헌 1] 일본 공개 특허 제 2002-86295 호 공보(단락 0002 및 단락 0019)
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생하기 위한 전극을 구성하는 냉각 블록에 있어서, 전극에 요구되는 기능을 만족하면서, 부식을 억제하여 사용 수명이 긴 냉각 블록을 제공하는 것이다. 또한, 다른 목적은 이러한 냉각 블록을 사용한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 구성하고, 내부에 냉각액의 유로를 구비한 냉각 블록에 있어서, 각각 알루미늄으로 이루어지고, 적어도 그들 한쪽에 냉각액의 유로 형성용 오목부가 가공되어 있는 제 1 모재 및 제 2 모재를, 양자 사이에 아연을 개재시킨 상태에서 산소를 포함하는 가열 분위기하에서 접합함으로써, 아연이 알루미늄중에 확산된 확산 접합층과 아연 산화막으로 이루어진 방식층이 동시에 형성되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 냉각 블록에 있어서, 아연 산화막중의 아연의 양은 1㎡당 30g 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 모재 및 제 2 모재 사이에는, 니켈, 실리콘, 동, 붕소, 인, 크롬, 철 및 카본으로부터 선택되는 땜납재가 개재된 구조이어도 좋다. 이러한 냉각 블록은, 예를 들어 플라즈마 생성용의 처리 가스를 처리 분위기에 공급하기 위해 두께 방향으로 관통하는 다수의 가스 공급 구멍이 형성되고, 피처리체가 탑재되는 하부 전극에 대향하는 상부 전극으로서 구성된다.
또한, 본 발명은 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 구성하고, 내부에 냉각액의 유로를 구비한 냉각 블록에 있어서, 각각 알루미 늄으로 이루어지는 모재의 표면에 스테인리스제의 플레이트가 접합되고, 적어도 그들 한쪽에 냉각액의 유로 형성용 오목부가 가공되어 있는 제 1 부재 및 제 2 부재를, 상기 플레이트를 서로 대향시킨 상태에서 접합하여 구성되고, 제 1 부재의 플레이트와 제 2 부재의 플레이트의 접합부는 스테인리스끼리의 확산 접합층이 형성되고, 알루미늄으로 이루어지는 모재와 플레이트의 접합부는 스테인리스 및 알루미늄의 확산 접합층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 냉각 블록에 대해서도 마찬가지로, 플라즈마 발생용의 처리 가스를 처리 분위기에 공급하기 위해 두께 방향으로 관통하는 다수의 가스 공급 구멍이 형성되는 동시에, 피처리체가 탑재되는 하부 전극에 대향하는 상부 전극으로서 사용될 수 있다. 이 경우, 스테인리스제의 플레이트에 형성된 가스 공급 구멍의 내주부는 모재의 알루미늄에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 기밀한 처리 용기와, 이 처리 용기의 내부에 마련되고, 플라즈마 처리되는 기판을 유지하기 위한 전극을 겸용하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 내부에 상기 탑재대와 대향하도록 마련되고, 전술한 냉각 블록을 포함하는 전극과, 상기 처리 용기내에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 공급부와, 상기 탑재대와 이것에 대향하는 상기 전극 사이에 고주파 전계를 형성하여 상기 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 플라즈마 발생 수단을 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 가스 도입 수단은 다수의 구멍으로부터 가스를 토출하기 위한 샤워헤드를 갖고, 상기 전극은 상기 샤워헤드의 하면의 샤워판으로서 기능하고, 다수의 가스 토출 구멍이 형성되 도록 구성된다.
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 냉각 블록을 적용한 플라즈마 처리 장치인 RIE(Reactive Ion Etching; 반응성 이온 에칭) 플라즈마 에칭 장치를 도시하는 단면도이다. 도 1중의 참조부호(2)는, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지는 처리 용기(진공 챔버)이다. 상기 처리 용기(2)는 소직경의 원통형의 상부(2a)와 대직경의 원통형의 하부(2b)로 이루어지고, 기밀하게 구성되어 있다. 이 처리 용기(2)내에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)(이하, "웨이퍼"라고 함)를 수평으로 지지하고, 또한 하부 전극으로서 기능하는 탑재대인 지지 테이블(3)이 마련되어 있다. 상기 지지 테이블(3)은 예를 들어 알루미늄으로 구성되어 있고, 절연판(4)을 거쳐서 도체의 지지대(5)에 지지되어 있다. 또한, 상기 지지 테이블(3)의 상방의 외주에는 예를 들어 실리콘(Si)으로 형성된 포커스 링(31)이 마련되어 있다. 상기 지지대(5)의 하방 부분은 커버(32)로 덮여 있다. 또, 상기 지지대(5)의 외측에는 배플판(33)이 마련되어 있고, 이 배플판(33), 지지대(5), 커버(32)를 통하여 처리 용기(2)와 도통하고 있다. 또한, 상기 처리 용기(2)는 접지되어 있다.
상기 처리 용기(2)의 천장벽 부분은 처리 용기(2)내에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 공급부인 샤워헤드(6)로 되어 있고, 이 샤워헤드(6)의 하면에는 샤워판 으로서 기능하는 상부 전극(7)이 마련되어 있다. 이 상부 전극(7)은 처리 영역에 접하는 부위에 세라믹스나 중금속 등의 오염이 없는 도전 재료를 사용한 두께가 예를 들어 20㎜의 원통형의 냉각 블록(80)으로 구성되어 있다. 이 상부 전극(7)은 하부 전극으로서 기능하는 지지 테이블(3)과 평행하게 대향하여 마련되어 있고, 상기 전극 플레이트(7a)에 있어서 다수의 가스 토출 구멍(71)이 형성되어 있다. 즉, 하부 전극인 지지 테이블(3)과 상부 전극(7)은 한쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다. 또, 상기 상부 전극(7)은 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전기력선을 방출하는 부위이기 때문에, 웨이퍼(W) 표면에 있어서 면내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시키기 위해서, 상부 전극(7)의 사이즈를 웨이퍼(W)의 피처리면과 동일한 크기이거나 그것보다도 크게 형성하고 있다. 또, 상기 상부 전극(7)은 처리 용기(2)를 거쳐서 접지되어 있다.
상기 처리 용기(2)의 하부(2b)의 바닥벽에는, 배기 포트(21)가 형성되어 있고, 이 배기 포트(21)에는 진공 펌프(22)가 접속되어 있다. 그리고, 상기 진공 펌프(22)를 작동시킴으로써 처리 용기(2)내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 한편, 처리 용기(2)의 상부(2a)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 반입출구(23)가 마련되어 있고, 이 반입출구(23)는 게이트 밸브(24)에 의해 개폐되도록 되어 있다.
상기 지지 테이블(3)에는, 정합기(28 및 25)를 거쳐서 각각 플라즈마 형성용의 제 1 고주파 전원(26) 및 이온 인입용의 제 2 고주파 전원(27)이 접속되어 있고, 이 제 1 고주파 전원(26) 및 제 2 고주파 전원(27)으로부터 소정의 주파수의 고주파 전력이 지지 테이블(3)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 상기 제 2 고주파 전원(27)은 제 1 고주파 전원(26)의 주파수보다도 낮은 고주파 전력을 공급한다.
상기 지지 테이블(3)의 표면상에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착하여 유지하기 위한 정전 척(34)이 마련되어 있다. 이 정전 척(34)은 절연체(34b) 사이에 전극(34a)이 개재되어 구성되어 있고, 전극(34a)에는 직류 전원(35)이 접속되어 있다. 그리고, 전극(34a)에 전원(35)으로부터 전압이 인가됨으로써, 정전기력, 예를 들어 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 흡착 유지된다.
또한, 상기 지지 테이블(3)의 내부에는 냉각실(36)이 마련되어 있고, 이 냉각실(36)에는, 냉매가 냉매 도입관(36a)을 거쳐서 도입되고, 냉매 배출관(36b)으로부터 배출되어서 순환하고, 그 냉열이 지지 테이블(3)을 거쳐서 웨이퍼(W)에 대하여 열전도되며, 이로써 웨이퍼(W)의 처리면이 원하는 온도로 제어된다.
또한, 처리 용기(2) 내부가 진공 펌프(22)에 의해 배기되어 진공으로 유지되고 있어도, 냉각실(36)에 순환되는 냉매에 의해 웨이퍼(W)를 유효하게 냉각할 수 있도록, 냉각 가스가 가스 도입 기구(37)에 의해 그 가스 공급 라인(38)을 거쳐서 정전 척(34)의 표면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 도입된다. 이와 같이 냉각 가스를 도입함으로써, 냉매의 냉열이 웨이퍼(W)에 유효하게 전달되어, 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 높일 수 있다.
상기 샤워헤드(6)는, 그 상부에 가스 도입구(72)가 마련되는 동시에, 그 내부에는 가스가 확산하기 위한 공간(73)이 형성되어 있다. 상기 가스 도입구(72)에는 가스 공급 배관(74)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(74)의 타단부에는 처 리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급계(75)가 접속되어 있다.
한편, 처리 용기(2)의 상부(2a)의 주위에는, 반입출구(23)를 사이에 두고 2개의 다극(multi-pole) 링 자석(25a, 25b)이 배치되어 있다. 이 다극 링 자석(25a, 25b)은, 복수의 이방성 세그먼트 주상(柱狀) 자석이 링형상의 자성체의 케이싱에 장착되어서 구성되어 있고, 인접하는 복수의 세그먼트 주상 자석끼리의 방향이 서로 역방향으로 되도록 배치되어 있다. 이에 의해 자력선이 인접하는 세그먼트 자석 사이에 형성되고, 상하 전극 사이의 처리 공간의 주변부에만 자장이 형성되어, 처리 공간으로 플라즈마를 가두는 작용을 갖는다.
다음에, 냉각 블록(80)에 대하여 상세하게 설명한다. 냉각 블록(80)은 알루미늄(Al)의 모재(8)로 이루어지고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 해당 모재(8)의 내부에는 냉각액, 예를 들어 물을 통과시키기 위한 굴곡된 유로(81)가 형성되어 있다. 상기 냉각 블록(80)의 표면에는 상기 유로(81)를 회피하도록 [이 예에서는 유로(81)와 유로(81) 사이에] 가스 토출 구멍(82)이 형성되어 있다. 상기 전극 플레이트(7a)에 형성된 가스 토출 구멍(71)과 상기 냉각 블록(80)에 형성된 가스 토출 구멍(82)은, 전극 플레이트(7a)와 냉각 블록(80)을 중첩했을 때에 각각 가스 토출 구멍(71, 82)이 일치하여 겹치도록 위치 설정되어 있고, 이 가스 토출 구멍(71, 82)으로부터 처리 가스가 상하 전극 사이의 처리 공간으로 토출되도록 되어 있다. 상기 유로(81)에는, 냉각액이 냉각액 도입관(83a)을 거쳐서 도입되고, 냉각액 배출관(83b)으로부터 배출되어서, 플라즈마 처리 장치 외부의 온도 조절 장치를 통해서 순환하고, 이에 의해 상부 전극(7)이 설정 온도로 제어되어, 웨이퍼(W)의 상방에 생성된 플라즈마를 프로세스에 적당한 상태로 제어하고 있다. 또, 상기 냉각액 도입관(83a) 및 냉각액 배출관(83b)은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 냉각 블록(80)의 상면으로부터 상방을 향해서 신장하여, 원통형의 상부(2a)내의 유로에 접속되어 있다. 또한, 도 1에 있어서 냉각액 도입관(83a)은 냉각액 배출관(83b)에 가려 있어서 보이지 않는다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 유로(82)의 내주면 전체에는 후술하는 아연 산화막(방식막)(94)이 형성되어 있다.
이 냉각 블록(80)의 제조 방법에 대하여 도 4 및 도 5를 이용하여 구체적으로 설명한다. 우선 일면측에 냉각액의 유로 형성용 오목부(80a)가 가공된 알루미늄으로 이루어지는 제 1 모재(하부 부재)(8a)와 제 2 모재(상부 부재)(8b)를 준비한다[도 4의 (a)]. 그리고 제 1 모재(8a)의 상면에 용제 등의 용매에 아연(Zn) 분말을 분산시킨 도포액[슬러리(slurry)]을 가스 스프레이 등에 의해 도포하는 동시에 제 2 모재(8b)의 상면에 납재, 예를 들어 니켈(Ni) 분말을 용매에 분산시킨 도포액(슬러리)을 도포한다[도 4의 (b)]. 또, 스프레이 도포는 1㎡당 30g 이상의 아연을 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제 1 모재(8a)의 표면에는 Zn의 도포막(91)이 형성되는 동시에 제 2 모재(8b)의 표면에는 Ni의 도포막(92)이 형성된다.
그 후, 제 1 모재(8a)에 Zn의 도포막(91)이 형성된 면과 제 2 모재(8b)에 Ni의 도포막(92)이 형성된 면을 서로 맞대서, 산소를 포함하는 감압 분위기, 예를 들어 감압 공기 분위기에 있는 가열로내에 반입하고, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이 예를 들어 제 1 모재(8a)측을 지지부에 의해 지지하고, 제 2 모재(8b)의 상면을 가압하면서 가열한다. 이에 의해 접합면에 있어서 아연 및 니켈이 알루미늄중에 확산하고, A1-Zn-Ni로 이루어지는 접합층(확산 접합층)(93)이 형성되어서 확산 접합이 달성된다. 또한, 제 1 모재(8a)의 오목부(80a)가 제 2 모재(8b)에 의해 덮여진 상태로 되어서 냉각 블록(80)의 유로(81)가 형성된다. 그리고 이 오목부(80a)에 있어서는, 아연과 산소에 의해 아연 산화막(94)이 형성된다. 또한, 이 예에서는 아연 산화막(94)은 상세하게는 Zn-Ni-Al의 복합 산화막이다. 즉, 상기 유로(81)의 내면 전체에 아연 산화막(94)이 형성된다.
계속해서 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이 냉각 블록(80)을 절삭 공구, 예를 들어 드릴(85)을 이용하여 유로(81)와 유로(81) 사이를 절삭함으로써 예를 들어 구경 0.5㎜ 내지 1㎜의 가스 토출 구멍(82)이 형성된다.
또, 이 예에서는 제 1 모재(8a)의 일면측에 오목부(80a)가 가공되어 있지만, 제 2 모재(8b)의 일면측에 오목부(80a)를 가공하여도 좋고, 혹은 제 1 모재(8a) 및 제 2 모재(8b)의 양면에 있어서의 서로 대응하는 위치에 오목부(80a)를 각각 가공하여, 양쪽 모재(8a, 8b)의 오목부(80a)끼리에서 유로(81)를 형성하도록 하여도 좋다.
다음에, 이렇게 구성된 플라즈마 에칭 장치의 작용의 일례에 대하여 설명한다. 우선, 게이트 밸브(24)를 개방하여 웨이퍼(W)를 반입출구(23)로부터 처리 용기(2)내에 반입하여, 지지 테이블(3)에 탑재하고, 직류 전원(35)으로부터 정전 척(34)의 전극(34a)에 소정의 전압이 인가됨으로써 정전 척(34)에 흡착 유지한 후, 진공 펌프(22)에 의해 배기 포트(21)를 거쳐서 처리 용기(2) 내부를 소정의 진공도 까지 배기한다.
그리고 처리 가스 공급계(75)로부터 처리 가스, 예를 들어 불소(F) 등이 가스 공급 배관(74), 가스 도입구(72)를 거쳐서 샤워헤드(6)의 공간(73)에 도달하고, 냉각 블록(80)의 가스 토출 구멍(82) 및 전극 플레이트(7a)의 가스 토출 구멍(71)을 통하여 처리 분위기로 토출된다. 그리고 처리 용기(2)내의 가스 압력을 예를 들어 13Pa 내지 1333Pa(100mTorr 내지 10Torr)로 설정하고, 그 상태에서 제 1 고주파 전원(26)으로부터 지지 테이블(3)에 예를 들어 100MHz의 고주파 전력을 공급한다. 이 고주파는, 지지 테이블(3), 처리 공간, 상부 전극(7), 냉각 블록(80) 및 처리 용기(2)의 경로를 흘러서, 처리 분위기에 고주파 전계가 형성된다.
또한, 제 2 고주파 전원(27)으로부터는, 플라즈마의 이온 에너지를 제어하기 위해 예를 들어 3.2MHz의 고주파 전력이 공급되는 동시에, 상부 전극(7)과 하부 전극인 지지 테이블(3) 사이에 고주파 전계가 형성된다. 또, 샤워헤드(6)와 지지 테이블(3) 사이에는 이극(dipole) 링 자석(25a, 25b)에 의해 수평 자계가 형성되어 있으므로, 웨이퍼(W)가 존재하는 전극 사이의 처리 공간에는 직교 전자계가 형성되고, 그에 따라서 생긴 전자의 드리프트(drift)에 의해 마그네트론(magnetron) 방전이 형성된다. 그리고 이 마그네트론 방전에 의해 처리 가스가 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 소정의 막이 에칭된다.
그리고 냉각 블록(80)의 유로(81)에는 냉매액 도입관(83a)으로부터 냉각액, 예를 들어 물이 도입됨으로써, 냉각 블록(80)을 거쳐서 전극 플레이트(7a)의 하면이 설정 온도 예를 들어 60℃로 균일하게 유지되도록 온도 조정되고, 이에 의해 웨 이퍼(W)의 상방의 플라즈마의 전자 밀도의 면내 균일성이 도모된다.
전술한 실시형태에 따르면, 냉각 블록(80)의 모재(8)로서 알루미늄을 사용하고 있으므로 상부 전극(7)에 요구되는 본래의 기능을 만족하는 동시에, 알루미늄으로 이루어지는 2개의 모재(8a, 8b)끼리를, 아연을 개재시키는 것에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이 아연을 알루미늄중에 확산시킨 확산 접합과, 냉각액이 통과하는 유로(81)의 내주면으로의 아연 산화막(94)의 형성을 동시에 실행하도록 하고 있기 때문에, 기술한 바와 같이 납땜전에 표면 처리를 실행할 경우 혹은 납땜후에 표면 처리를 실행할 경우와 같은 불량은 없고, 복잡한 유로이어도 구석구석까지 아연 산화막(94)을 형성할 수 있고, 더욱이 막 균열의 우려도 없다. 더더욱, 납땜과 접합이 동시에 실행되므로 제조 프로세스도 간략화된다.
또한, 이 아연 산화막(94)은 냉각액에 의한 부식 작용에 대하여 희생이 되어서 모재(8a, 8b)인 알루미늄을 부식으로부터 보호하므로 냉각 블록(80)의 사용 수명이 길어진다. 가령, 아연 산화막(94)에 막 균열이 생겨서 핀홀이 형성되었다 하여도 전기 음성도의 관계로부터 알루미늄보다도 아연이 먼저 부식되기 때문에, 알루미늄의 부식을 억제하게 된다. 그 때문에 냉각 블록(80)의 교환 빈도가 적어져서, 유지보수 작업이 경감된다. 또한, 이 아연 산화막(94)은, 전기 도통성 및 열전도성이 모재(8)의 알루미늄과 대략 동일하기 때문에, 냉각 블록(80)의 전기적 및 열적인 기능을 저해할 우려가 없다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 냉각 블록(80)은 전극 플레이트(7a)의 상면에 구비되어 있지만, 예를 들면 지지 테이블(3)측에 마련하여 하부 전극의 일부를 구 성하도록 하여도 좋다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 냉각 블록은, 모재(8)의 내부에 형성된 유로(81)의 내면 전체가 스테인리스 강(SUS)으로 덮어져 있는 구성이다.
이 냉각 블록(90)의 제조 방법에 대하여 도 6 및 도 7을 이용하여 구체적으로 설명한다. 우선 도 6에 도시하는 바와 같이 SUS로 이루어지는 하측 플레이트(94a)를 가공하여 예를 들어 평행형상으로 홈을 형성해서 유로 형성용 오목부(80a)를 형성하고, 하측 플레이트(94a)의 홈과 홈 사이 부위의 볼록부(80b)에, 후술하는 모재에 있어서의 가스 토출용의 구멍의 직경보다도 큰 구멍(95)을 형성한다. 또한, SUS로 이루어지는 평탄한 상측 플레이트(94b)의 표면에 후술하는 모재에 있어서의 가스 토출용의 구멍의 직경보다도 큰 구멍(95)을 형성한다. 또, 상기 하측 플레이트(94a)에 형성된 구멍(95)과 상기 상측 플레이트(94b)에 형성된 구멍(95)은, 상기 하측 플레이트(94a)와 상기 상측 플레이트(94b)를 중첩했을 때에 각각 구멍(95)이 일치하여 겹치도록 위치 설정되어 있다. 또한, 하측 플레이트(94a)에 있어서, 도 2에 도시하는 바와 같이 전체가 원형이고, 굴곡된 오목부를 형성하기 위해서는 예를 들어 복수의 플레이트를 이용하여 각각 가공하고, 그들 플레이트를 용접해서 제작할 수 있다. 도 6은 그 일부를 도시한다. 계속해서 하측 플레이트(94a) 및 상측 플레이트(94b)의 하면을 각각 알루미늄을 용융한 도가니중에 침지하고, 냉각하여 고화한 후, 도가니로부터 취출한다. 이에 의해 SUS와 Al의 접촉면에 있어서 SUS가 알루미늄중으로 확산한, SUS상-A1의 확산 접합이 달성되어, 하측 플레이트(94a) 및 상측 플레이트(94b)의 하면에 각각 알루미늄으로 이루어지는 모재(8a, 8b)가 형성된다[도 7의 (a)]. 또, 하측 플레이트(94a) 및 상측 플레이트(94b)에 형성되어 있는 구멍(95)은 Al으로 채워져 있다.
그 후, 하측 플레이트(94a)와 상측 플레이트(94b)를 서로 맞대어, 예를 들어 감압 공기 분위기에 있는 가열로내에 반입하고, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 예를 들어 하측 플레이트(94a)측을 지지부에 의해 지지하고, 상측 플레이트(94b)의 상면을 가압하면서 가열한다. 이에 의해 하측 플레이트(94a)와 상측 플레이트(94b)의 접합면에 있어서 SUS끼리의 접합층(확산 접합층)(96)이 형성되어서 확산 접합이 달성된다. 또한, 하측 플레이트(94a)의 오목부(80a)가 상측 플레이트(94b)에 의해 덮여진 상태로 되어서 냉각 블록(90)의 유로(81)가 형성된다. 또, 하측 플레이트(94a)의 구멍(95)에 채워져 있는 A1과 상측 플레이트(94b)의 구멍(95)에 채워져 있는 A1의 접합면에 있어서 Al끼리의 접합층(확산 접합층)(97)이 달성된다. 그 후 냉각함으로써 냉각 블록(90)이 얻어진다[도 7의 (c)]. 또한, SUS로 이루어지는 플레이트(94a, 94b)의 구멍(95)에 Al의 표면이 노출되어 있고, 이 노출면에 있어서 다음 공정에서 가스 토출 구멍(82)이 형성된다.
즉, 계속해서 도 7의 (d)에 도시하는 바와 같이 냉각 블록(90)을 구멍(95)보다도 작은 직경의 드릴(85)을 이용하여 플레이트(94a, 94b)의 구멍(95)에 노출되어 있는 A1을 절삭함으로써 가스 토출 구멍(82)이 형성된다.
또한, 이 예에서는 하측 플레이트(94a)의 일면측에 오목부(80a)가 형성되어 있지만, 상측 플레이트(94b)의 일면측에 오목부(80a)를 형성하여도 좋고, 혹은 하 측 플레이트(94a) 및 상측 플레이트(94b)의 양면에 있어서의 서로 대응하는 위치에 오목부(80a)를 각각 형성하여, 양쪽 플레이트(94a, 94b)의 오목부(80a)끼리에서 유로(81)를 형성하도록 하여도 좋다.
또, 전술한 냉각 블록(90)에 있어서, 알루미늄으로 이루어지는 모재(8a, 8b)의 외피에 대하여 알루마이트 처리를 하여도 좋다.
이렇게 하여 얻어진 냉각 블록(90)도 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.
전술한 실시형태에 따르면, 알루미늄으로 이루어지는 모재에 형성된 유로(81)가 SUS에 의해 형성되어 있기 때문에, 전극에 요구되는 본래의 기능을 만족한다. 즉, 유로(81) 이외에는 알루미늄으로 구성되어 있기 때문에, 내부에 저항률 및 열전도율이 높은 SUS가 있어도, 알루미늄의 외피가 고주파 및 열의 패스가 되는 동시에, 냉각액에 의한 부식을 SUS에 의해 방지할 수 있으므로, 냉각 블록(90)의 사용 수명이 길다.
또한, 전술한 실시형태에 따르면, 절삭한 가스 토출 구멍(82)의 주면은 Al으로 덮여 있으므로, 가스 토출 구멍(82)으로부터 처리 가스가 토출될 때, 처리 가스에 의해 SUS가 부식될 우려가 없기 때문에, 이것으로부터도 냉각 블록(90)의 사용 수명을 길게 할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서의 기판으로서는, 전술한 실시형태와 같이 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, 액정 디스플레이 또는 플라즈마 디스플레이 등에 사용되는 플랫 패널용의 유리 기판, 또는 세라믹스 기판 등이어도 좋다.
[실시예]
다음에 본 발명의 효과를 확인하기 위해 실행한 실험에 대하여 기술한다.
(실시예 1)
제 1 실시형태에서 기술한 것과 동일한 방법(도 4)에 의해 냉각 블록(80)에 상당하는 시험용 블록을 제조했다. 제 1 모재(8a)의 표면에 있어서 아연의 도포량은 1㎡당 30g이다. 또한, 제 2 모재(8b)의 표면에는 Ni를 80중량% 이상 함유한 땜납재를 도포했다. 이 냉각 블록을 실시예 1이라고 한다.
(실시예 2)
아연의 도포량을 1㎡당 60g으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 냉각 블록을 제작하였다. 이 냉각 블록을 실시예 2라고 한다.
(비교예)
아연의 스프레이 도포를 실행하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 냉각 블록을 제작했다. 이 냉각 블록을 비교예라고 한다.
(시험 순서, 조건 및 결과)
실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 냉각 블록에 형성되어 있는 유로를 포함하는 순환로에 5000㎖의 pH가 6.4 내지 6.8(실측값 6.6)의 부식 촉진액을 순환시켰다. 또한, 5000㎖중에 함유되는 성분은, 동 이온 10ppm, 염소 이온 100ppm, 황산 이온 100ppm 및 탄산수소 이온 100ppm이다. 그리고 1주간마다 유로를 순환하고 있는 부식 촉진액을 새로운 부식 촉진액으로 교체했다.
부식 촉진액을 1주간, 2주간, ‥‥ 20주간 순환시킨 각각의 타이밍에 있어서 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 냉각 블록의 유로가 형성되어 있는 부분을 두께 25㎜정도 잘라내고, 그것을 납땜 부분에서 절단하여, 내면의 부식 상태를 관찰했다. 그 결과를 도 8에 도시한다. 도 8에 있어서, 종축은 부식 구멍의 깊이(㎜)를 나타내고, 횡축은 부식 촉진액을 순환시킨 기간을 나타낸다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에서는 비교예에 비하여, 부식의 진행이 느리다는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 있어서, 부식 구멍의 깊이가 0.48㎜까지 이르는데 필요한 시간은, 실시예 1에서는 11주간, 실시예 2에서는 20주간, 비교예에서는 8.5주간이다. 이것으로부터 실시예 1은 비교예에 비하여 사용 수명이 약 1.3배 길고, 실시예 2는 비교예에 비하여 사용 수명이 약 2.4배 길다는 것을 알 수 있다. 이것은 부식 촉진액에 의한 부식을 아연 산화막(94)에서 희생하고 있기 때문이며, 또한 아연 산화막(94)은 알루미늄보다도 전위가 낮으므로 부식의 진행이 알루미늄보다도 느리기 때문이다. 이러한 것으로부터 냉각 블록(80)의 유로(81)의 내면 전체에 아연 산화막(94)을 형성하는 것이 유효하다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 실시예 2는 실시예 1보다도 사용 수명이 긴 것으로부터, 제 1 모재(8a)의 표면에 있어서의 아연의 도포량을 증가시킴으로써, 부식 구멍의 깊이를 더욱더 억제할 수 있어, 1㎡당 30g 이상으로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 모재로서 알루미늄을 사용하고 있으므로 전극에 요구되는 본래의 기능을 만족하는 동시에, 알루미늄으로 이루어지는 2개의 모재끼리를, 아연을 개재시킴으로써, 아연을 알루미늄중에 확산시킨 확산 접합과, 냉각액이 통과하여 흐르는 유로의 내주면으로의 아연 산화막의 형성을 동시에 실행하도록 하고 있기 때문에, 전술한 바와 같이 납땜전에 표면 처리를 실행하는 경우 또는 납땜후에 표면 처리를 실행하는 경우와 같은 불량은 없고, 복잡한 유로라도 구석구석까지 아연 산화막을 형성할 수 있고, 더욱이 막 균열의 우려도 없다. 더더욱, 납땜과 접합이 동시에 실행되므로 제조 프로세스도 간략화된다.
또한, 이러한 아연 산화막은 냉각액에 의한 부식 작용에 대하여 희생이 되어서 모재인 알루미늄을 부식으로부터 보호하므로 냉각 블록의 사용 수명이 길어진다. 그 때문에 냉각 블록의 교환 빈도가 적어져서, 유지보수 작업이 경감된다. 또, 이러한 아연 산화막은, 전기 도통성 및 열전도성이 모재의 알루미늄과 대략 동일하기 때문에, 냉각 블록의 전기적 및 열적인 기능을 저해할 우려가 없다.
또한, 다른 발명은, 알루미늄으로 이루어지는 모재에 형성된 유로가 SUS에 의해 형성되어 있기 때문에, 전극에 요구되는 본래의 기능을 만족하는 동시에, 냉각액에 의한 부식을 SUS에서 방지할 수 있으므로, 냉각 블록의 사용 수명이 길다.

Claims (7)

  1. 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 구성하고, 내부에 냉각액의 유로를 구비한 냉각 블록에 있어서,
    각각 알루미늄으로 이루어지고, 적어도 그들 한쪽에 냉각액의 유로 형성용 오목부가 가공되어 있는 제 1 모재 및 제 2 모재를, 양자 사이에 아연을 개재시킨 상태에서 산소를 포함하는 가열 분위기하에서 접합함으로써, 아연이 알루미늄중에 확산된 확산 접합층과 아연 산화막으로 이루어지는 방식층이 동시에 형성되어서 구성되는 것을 특징으로 하는
    냉각 블록.
  2. 제 1 항에 있어서,
    아연 산화막중의 아연의 양은 1㎡당 30g 이상인 것을 특징으로 하는
    냉각 블록.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 모재 및 제 2 모재 사이에는, 니켈, 실리콘, 동, 붕소, 인, 크롬, 철 및 카본으로부터 선택되는 땜납재가 개재되는 것을 특징으로 하는
    냉각 블록.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    플라즈마 발생용의 처리 가스를 처리 분위기에 공급하기 위해서 두께 방향으로 관통하는 다수의 가스 공급 구멍이 형성되고, 피처리체가 탑재되는 하부 전극에 대향하는 상부 전극으로서 구성되는 것을 특징으로 하는
    냉각 블록.
  5. 플라즈마 처리에 사용되는 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 구성하고, 내부에 냉각액의 유로를 구비한 냉각 블록에 있어서,
    각각 알루미늄으로 이루어지는 모재의 표면에 스테인리스제의 플레이트가 접합되고, 적어도 그들 한쪽에 냉각액의 유로 형성용 오목부가 가공되어 있는 제 1 부재 및 제 2 부재를, 상기 플레이트를 서로 대향시킨 상태에서 접합하여 구성되고, 제 1 부재의 플레이트와 제 2 부재의 플레이트의 접합부는 스테인리스끼리의 확산 접합층이 형성되며,
    알루미늄으로 이루어지는 모재와 플레이트의 접합부는 스테인리스 및 알루미늄의 확산 접합층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    냉각 블록.
  6. 제 5 항에 있어서,
    플라즈마 발생용의 처리 가스를 처리 분위기에 공급하기 위해서 두께 방향으로 관통하는 다수의 가스 공급 구멍이 형성되는 동시에, 피처리체가 탑재되는 하부 전극에 대향하는 상부 전극으로서 구성되며,
    스테인리스제의 플레이트에 형성된 가스 공급 구멍의 내주부는 모재의 알루미늄에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는
    냉각 블록.
  7. 기밀한 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 플라즈마 처리되는 기판을 유지하기 위한 전극을 겸용하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 내부에 상기 탑재대와 대향하도록 마련되고, 제 1 항 또는 제 5 항에 기재된 냉각 블록을 포함하는 전극과, 상기 처리 용기내에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 공급부와, 상기 탑재대와 이것에 대향하는 상기 전극 사이에 고주파 전계를 형성하여 상기 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 플라즈마 발생 수단을 구비한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
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