KR20090097819A - 샤워 플레이트의 제조 방법, 샤워 플레이트 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

샤워 플레이트의 제조 방법, 샤워 플레이트 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR20090097819A
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 플라즈마의 역류를 방지하고, 플라즈마 여기(excitation)용 가스를 균일하고 안정되게 공급하는 것이 가능하고, 사용시에 부품이 탈락하는 일이 없는 샤워 플레이트의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) 가스 유통 방향으로 연통(communicate)한 기공을 갖는 다공질이며, 기둥 형상인 가스 유통체(11)를 형성한다. 기체를 통과시키지 않는 소재로, 가스 유통체(11)의 측면에 접하도록 덮는 통 형상의 치밀 부재(12)를 형성한다. 치밀 부재(12)의 중공(hollow) 부분에 가스 유통체(11)를 끼워넣어 포러스 피스(porous piece)체(13)를 형성하고, 제1 온도에서 소성을 행한다. 천판(天板; 9)에 오목부(10)를 형성하고, 일단을 오목부(10)와 연통한 천판(9)을 관통하는 가스 유로를 형성한다. 오목부(10)에, 포러스 피스체(13)를 끼워넣고, 제1 온도와 동등(同等) 이하의 온도에서 일체 소성하여, 샤워 플레이트(3)를 형성한다.
샤워 플레이트, 일체 소성, 가스 유통체

Description

샤워 플레이트의 제조 방법, 샤워 플레이트 및 플라즈마 처리 장치{METHOD FOR MANUFACTURING SHOWER PLATE, SHOWER PLATE MANUFACTURED USING THE METHOD, AND PLASMA PROCESSING APPARATUS INCLUDING THE SHOWER PLATE}
본 발명은, 샤워 플레이트의 제조 방법, 샤워 플레이트 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
집적 회로나 액정, 태양전지 등 많은 반도체 디바이스에 플라즈마 기술은 널리 이용되고 있다. 플라즈마 기술은 반도체 제조 과정의 박막의 퇴적이나 에칭 공정 등에서 이용되고 있지만, 보다 고성능 그리고 고기능인 제품을 위해, 예를 들면 초미세 가공 기술 등 고도의 플라즈마 처리가 요구된다.
플라즈마는 마이크로파나 고주파에 의해 발생시키고 있으며, 특히, 마이크로파에 의해 여기(excitation)된 고밀도 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치가 주목되고 있다. 안정된 플라즈마를 발생시키기 위해서는, 마이크로파의 균일한 방사뿐만 아니라, 플라즈마용 여기 가스도 균일하게 처리실 내에 공급하는 것이 바람직하다.
플라즈마 여기용 가스를 균일하게 처리실 내에 공급하기 위해, 통상, 가스 방출공이 되는 세로 구멍을 복수 구비한 샤워 플레이트가 사용되고 있다. 그러나, 샤워 플레이트 바로 아래에 형성된 플라즈마가 세로 구멍으로 역류해 버려, 이상 방전이나 가스의 퇴적에 의한 수율의 저하가 발생했었다.
특허문헌 1에는, 플라즈마 이상 방전을 발생시키는 일 없이, 예를 들면 천판(天板; top plate)측으로부터 소정의 가스를 도입하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1의 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 천정부의 개구에 기밀하게 장착되어 전자파를 투과하는 유전체로 이루어지는 천판과, 플라즈마 발생용의 전자파를 처리 용기 내에 도입하는 전자파 도입 수단과, 소정의 가스를 처리 용기 내에 도입하는 가스 도입 수단을 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 가스 도입 수단은, 천판에 처리 용기 내를 향하게 하여 형성한 가스 분사 구멍과, 가스 분사 구멍에 형성된 통기성이 있는 구멍용 포러스(porous) 형상 유전체와, 가스 분사 구멍으로 소정의 가스를 공급하는 가스 공급계로 이루어진다.
[특허문헌 1] 일본공개특허공보 2007-221116호
종래의 기술에서는, 천판과 겸용할 수 있는 샤워 플레이트의 가스 분사 구멍과 구멍용 포러스(porous) 형상 유전체를, 직접 또는 접착제를 개재하여 접합하고 있었다. 소성시의 소결(燒結) 수축 등에 의해, 샤워 플레이트와 구멍용 포러스 형상 유전체와의 사이에 극간(gap)이 생겨, 극간으로부터 가스가 샐 가능성이 있다. 또한, 복수 있는 가스 분사 구멍으로부터 공급되는 가스의 양이 불균일해져, 플라즈마의 치우침이 발생할 가능성이 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치에서 반복 사용하면, 열 응력이나 열에 의한 왜곡이 생겨 버려, 구멍용 포러스 형상 유전체의 일부 또는 전부가, 가스 분사 구멍으로부터 탈락할 우려가 있다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 플라즈마의 역류를 방지하고, 플라즈마 여기용 가스를 균일하고 안정되게 공급할 수 있어, 사용시에 부품이 탈락하는 일이 없는 샤워 플레이트의 제조 방법, 샤워 플레이트 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 관점에 따른 샤워 플레이트의 제조 방법은,
플라즈마 처리 장치에 있어서, 처리 용기 내에 플라즈마 처리에 이용하는 가스를 도입하는 샤워 플레이트의 제조 방법으로서,
다공질 재료로 기둥 형상의 다공질 가스 유통체를 형성하는 공정과,
기체(氣體)를 통과시키지 않는 치밀한 재료로 통 형상의 치밀 부재를 형성하는 공정과,
상기 치밀 부재로 상기 다공질 가스 유통체의 측면에 접하도록 덮어, 포러스 피스(porous piece)체를 형성하는 피스체 형성 공정과,
상기 포러스 피스체를 제1 온도에서 소성하는 제1 소성 공정과,
상기 샤워 플레이트의 본체인 유전체판의, 플라즈마를 향하는 면에 오목부를 형성하는 공정과,
상기 오목부의 저면(底面)으로부터 상기 유전체판을 관통하는 가스 유로를 형성하는 공정과,
상기 오목부에 상기 포러스 피스체를 끼워넣어, 가스 분사구를 형성하는 장착 공정과,
상기 장착 공정을 끝낸 유전체판을 상기 제1 온도와 동등(同等) 이하의 온도에서 일체 소성하는 제2 소성 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 피스체 형성 공정의 전에, 상기 다공질 가스 유통체를 미리 소성하는 예비 소성 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 소성 공정에 있어서, 상기 치밀 부재의 소결 수축률이, 상기 다공질 가스 유통체의 소결 수축률보다 커지는 소성 조건이라도 상관없다.
바람직하게는, 상기 장착 공정의 전에, 상기 포러스 피스체의 가스 유통량을 개별로 검사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 장착 공정의 전에, 상기 포러스 피스체의 상기 오목부의 저면에 닿는 면과 측면의 모서리부를 모따기하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 장착 공정의 전에, 상기 가스 유로와 상기 모따기하는 공정에서 절취된 부분의 공간을 연결하는 가스 통로를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점에 따른 샤워 플레이트는,
플라즈마를 형성하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
유전체 재료로 형성된 유전체판과,
상기 유전체판의 상기 플라즈마를 향하는 면에 형성된 오목부와,
상기 오목부의 저면으로부터 상기 유전체판을 관통하는 가스 유로와,
다공질 재료로 형성된 기둥 형상의 다공질 가스 유통체와,
기체를 통과시키지 않는 치밀한 재료로 형성된 통 형상의 치밀 부재와,
상기 치밀 부재로 상기 다공질 가스 유통체의 측면에 접하도록 덮여 일체로 되어, 상기 오목부에 장착되는 포러스 피스체를 구비하고,
상기 다공질 가스 유통체와 상기 치밀 부재와의 극간의 크기 및, 상기 오목부 측면과 상기 포러스 피스체와의 극간의 크기는, 상기 다공질 가스 유통체에 포함되는 최대치 기공경(氣孔徑)보다 작은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 다공질 가스 유통체에 포함되는 최대치 기공경은 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 다공질 가스 유통체는 상기 오목부에 접촉하지 않는 것 을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 제1 관점에 따른 샤워 플레이트의 제조 방법으로 제조한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점에 따른 플라즈마 처리 장치는, 본 발명의 제2 관점에 따른 샤워 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에 의하면, 플라즈마의 역류를 방지하고, 플라즈마 여기용 가스를 균일하고 안정되게 공급하는 것이 가능하며, 사용시에 부품이 탈락하는 일이 없는 샤워 플레이트를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 샤워 플레이트를 구비한 플라즈마 처리 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.
도1 은, 본 발명의 실시 형태에 따른 샤워 플레이트를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 용기(챔버)(2), 샤워 플레이트(유전체)(3), 안테나(4), 도파관(5), 기판 지지대(6)를 구비한다. 안테나(4)는 도파부(실드 부재)(4A), 레이디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA; Radial Line Slot Antenna)(4B), 지파판(遲波板; 유전체)(4C)으로 이루어진다. 도파관(5)은 외측 도파관(5A)과 내측 도파관(5B)으로 이루어지는 동축 도파관이다.
도2 는, 도1 의 플라즈마 처리 장치(1)에 구비한 샤워 플레이트(3)의 일 예 이다. 도2(a) 는, 샤워 플레이트(3)를 플라즈마 처리 용기(2)측에서 본 평면도이다. 도2(b) 는, 도2(a) 의 M-M선 단면도이다. 샤워 플레이트(3)는, 모재(母材)가 되는 천판(유전체)(9)의 오목부(10)에, 가스 유통체(11)와 치밀 부재(12)로 구성되는 포러스 피스체(13)를 구비하고 있다. 샤워 플레이트(3)의 오목부(10) 및 포러스 피스체(13)는 천판(9)에 분산시켜 복수개 구비되어 있으며, 그 배치는, 동심원상으로 배열, 또는 복수열을 따라 직선상으로 배열되고, 점대칭의 위치인 것이 바람직하다. 또한, 샤워 플레이트(3)는, 측면부 또는 상부로부터 오목부(10)로 관통한 가스 유로(14)를 구비하여, 플라즈마 처리 용기(2) 내에 가스를 도입할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)의 플라즈마 처리 용기(2)는, 개구부가 샤워 플레이트(3)에 의해 기밀하게 장착되도록 막혀 있다. 이때 플라즈마 처리 용기(2) 내는, 진공 펌프로 진공 상태로 해 둔다. 샤워 플레이트(3)상에는, 안테나(4)가 결합되어 있다. 안테나(4)에는, 도파관(5)이 접속되어 있다. 도파부(4A)는 외측 도파관(5A)에 접속되고, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(4B)는 내측 도파관(5B)에 결합된다. 지파판(4C)은, 도파부(4A)와 레이디얼 라인 슬롯 안테나(4B)와의 사이에 있으며 마이크로파 파장을 압축한다. 지파판(4C)은 예를 들면 석영이나 알루미나 등의 유전체 재료로 구성된다.
마이크로파원(源)으로부터 도파관(5)을 통과하여 마이크로파를 공급한다. 마이크로파는 도파부(4A)와 레이디얼 라인 슬롯 안테나(4B)와의 사이를 지름 방향으로 전파되어, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(4B)의 슬롯으로부터 방사된다. 플라즈 마 처리 용기(2) 내에 마이크로파가 급전되어 플라즈마를 형성할 때에, 아르곤(Ar) 또는 크세논(Xe) 및, 질소(N2) 등의 불활성 가스를 도입한다. 필요에 따라 수소 등의 프로세스 가스도 도입한다.
가스는 샤워 플레이트(3)의 측면부 또는 상부로부터 도입되고, 가스 유로(14)를 지나 오목부(10)측으로부터 분사된다. 가스 분사구가 되는 오목부(10)는 포러스 피스체(13)가 끼워맞춤되어 있기 때문에, 가스는 포러스 피스체(13)를 지나 플라즈마 처리 용기(2) 내에 도입된다.
포러스 피스체(13)의 중심부에 있는 가스 유통체(11)는, 가스 유통 방향으로 연통(communicate)한 기공을 갖는 다공질로 형성되어 있기 때문에, 가스를 통과시킬 수 있다. 가스 분사구는 포러스 피스체(13)가 끼워맞춤되어 있기 때문에, 플라즈마의 이상 방전의 발생 및 플라즈마의 역류의 발생을 억제하도록 되어 있다. 플라즈마의 이상 방전이 원인으로, 샤워 플레이트(3)가 과도하게 가열되어, 열응력으로 변형이나 왜곡이 생겨, 결과적으로 파손이나 부품 탈락 등의 문제가 발생하는 일이 있다. 플라즈마의 이상 방전을 방지함으로써 샤워 플레이트(3)의 파손 등을 막고, 가스 분사구로의 플라즈마의 역류나 가스의 퇴적도 발생하지 않기 때문에, 효율 좋게 그리고 안정된 플라즈마(7)를 발생하는 것이 가능해진다.
포러스 피스체(13)의 원둘레부에 있는 치밀 부재(12)는 기체를 통과시키지 않는 소재로 되어 있다. 가스 유통체(11)의 측면을 치밀 부재(12)로 덮음으로써, 포러스 피스체(13)를 형성한 단계에서, 검사에 의해 개개의 가스 유통량을 확인할 수 있다. 가스 유통량을 일치시킨 포러스 피스체(13)를 구비한 샤워 플레이트(3)를 사용함으로써, 플라즈마 처리 용기(2) 내에 균일하게 가스를 도입하는 것이 가능해진다.
또한, 포러스 피스체(13)에 치밀 부재(12)를 형성함으로써, 오목부(10)와 포러스 피스체(13)와의 사이 및, 가스 유통체(11)와 치밀 부재(12)와의 사이는 밀착되도록 결합할 수 있다. 극간이 충분히 작기 때문에, 플라즈마의 이상 방전 및 플라즈마의 역류, 가스의 퇴적의 발생을 방지하여, 효율 좋게 그리고 안정된 플라즈마(7)를 형성하는 것이 가능해진다.
도3a 내지 도3f 는, 본 발명의 실시 형태에 따른 샤워 플레이트의 형성 공정을 나타내는 도면이다. 샤워 플레이트(3)는 도1 의 플라즈마 처리 장치(1)에 구비된 것과 동일한 것을 나타낸다. 특히 도3a 내지 도3e 는 샤워 플레이트(3)에 구비되는 포러스 피스체(13)를 형성하는 공정을 나타낸다.
도3a 는, 다공질 재료로 된 가스 유통체(11a)를 형성한 도면이다. 원기둥 형상으로 형성된 가스 유통체(11a)는, 원의 단면과 수직 방향으로 가스를 통과시키는 부재로, 가스 유통 방향으로 연통한 기공을 갖는 다공질로 형성된다. 가스 유통체(11a)를 형성하는 재료로서는, 예를 들면, 포러스 석영이나 포러스 세라믹 등을 이용할 수 있다. 그 다공질에 형성된 기공경의 최대치는 0.1㎜ 이하로 한다. 이보다 큰 경우는 마이크로파에 의한 플라즈마 이상 방전이 발생할 확률이 커지기 쉽고, 그리고, 플라즈마의 역류의 발생을 방지할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다. 다공질의 기공경은 가스의 흐름을 저해하지 않는 범위에서 가능한 한 작게 하 는 것이 바람직하다.
도3b 는 가스 유통체(11a)의 측면을 덮는 치밀 부재(12a)를 형성한 도면이다. 통 형상으로 형성된 치밀 부재(12a)는 기체를 통과시키지 않는 소재로 되어 있다. 치밀 부재(12a)를 형성하는 재료로서는 예를 들면, SiO2나 Al2O3 등의 세라믹재(材)를 이용할 수 있다. 치밀 부재(12a)의 중공(中空) 부분의 내경과 가스 유통체(11a)의 외경의 공차(公差)는 헐거운 끼워맞춤(clearance fit) 또는 중간 끼워맞춤인 것이 바람직하다.
도3c 는, 치밀 부재(12a)의 중공 부분에 가스 유통체(11a)를 끼워넣어 소성하여, 포러스 피스체(13a)를 형성한 도면이다. 도면중의 굵은 화살표는, 소성시에 치밀 부재(12a)가 소결 수축하여, 원둘레로부터 원의 중심을 향하여 힘이 가해지는 상태를 나타낸다. 치밀 부재(12a)의 안에 가스 유통체(11a)를 끼워넣은 것만으로는 치밀 부재(12a)와 가스 유통체(11a)의 사이에 극간이 있다. 조합한 상태에서 소성함으로써, 측면을 덮는 치밀 부재(12a)가 가스 유통체(11a)를 향하여 수축하여, 꽉 조이는 응력이 발생한다. 결과적으로, 치밀 부재(12a)는 가스 유통체(11a)의 측면을 밀착하여 덮을 수 있다.
포러스 피스체(13)에 가스를 흘렸을 때에, 가스 유통체(11)와 치밀 부재(12)와의 사이에 극간이 생기면, 가스는 가스 유통체(11)로부터가 아니라 극간으로부터 흘러, 포러스 피스체(13)의 가스 분출이 불균일해진다. 또한 극간 사이즈가 큰 경우, 다공질의 기공이 큰 경우와 동일하게, 플라즈마의 역류나 이상 방전의 발생의 가능성이 있다. 따라서, 가스 유통체(11)와 치밀 부재(12)와의 사이는 최대치 기공경 이하에서 0.1㎜ 이하로 한다.
포러스 피스체(13a)를 소성할 때에, 외측의 치밀 부재(12a)쪽이 내측의 가스 유통체(11a)보다도 수축이 크면, 치밀 부재(12a)는 가스 유통체(11a)에 밀착되도록 측면을 덮을 수 있다. 또한, 도3c 의 공정의 전에, 도3a 에서 형성된 가스 유통체(11a)를 미리 소성해 두어도 좋다. 가스 유통체(11a)는, 포러스 피스체(13a)를 형성할 때의 소성 공정을 거쳐도 소결 수축이 일어나기 어려워져, 치밀 부재(12a)의 중심으로 수축하는 힘이 작용하기 쉽기 때문에, 치밀 부재(12a)는 가스 유통체(11a)에 밀착되도록 측면을 덮을 수 있다.
도3a 의 가스 유통체(11a)와 도3c 의 포러스 피스체(13a)를 비교한 경우, 가스 유통량은 동일하다. 가스 유통체(11a)에 치밀 부재(12a)를 구비하여 포러스 피스체(13a)를 형성함으로써, 외경 치수의 불균일이 매우 작아진다. 후공정에서 오목부(10)에 포러스 피스체(13)를 장착할 때에 정밀도 좋게 접합시키는 것이 가능해진다. 또한, 가스 유통체(11)만으로는, 일부의 가스가 측면으로부터 흘러나와, 오목부(10)와 가스 유통체(11)와의 사이에 가스가 퇴적하는 일이 있었다. 포러스 피스체(13)는, 치밀 부재(12)가 측면으로 기체를 통과시키지 않고 가스 유통 방향으로만 가스를 흘리기 때문에, 오목부(10)와 가스 유통체(11)와의 사이에 가스가 퇴적되지 않고, 이상 방전도 발생하지 않는다.
도3d 에는, 소성하여 일체로 한 포러스 피스체(13a)를 소정의 길이로 잘라낸 포러스 피스체(13)가 나타나 있다. 예를 들면 오목부(10)의 깊이가 H1일 때, 포러 스 피스체(13)도 H1의 높이로 잘라내어 이용한다. 포러스 피스체(13a)를 H1의 n배 이상의 길이로 형성한 경우는, 복수의 포러스 피스체(13)로 잘라내어 이용해도 좋다.
도3e 는, 포러스 피스체(13)의 한쪽 면에, 치밀 부재(12) 부분의 모따기 가공을 행한 도면이다. 포러스 피스체(13)의 오목부(10)의 저면측에 삽입되는 면의 모서리를 모따기한다(실제로는 포러스 피스체(13)는 상하 방향이 없기 때문에, 어느 쪽 면에 모따기 가공을 행해도 좋다. 모따기 가공한 면을 오목부(10)의 저면측에 삽입한다.). 지름(R1)은 치밀 부재(12)의 외경, 지름(R2)은 치밀 부재(12)의 내경을 나타낸다. 포러스 피스체(13)의 높이(H1)는, 모따기하는 높이(H2)의 부분과, 모따기하지 않는 높이(H3)의 부분으로 나눠진다. 오목부(10)에 포러스 피스체(13)를 장착할 때, 포러스 피스체(13)의 높이(H3)의 측면 부분에 꽉 조이는 응력이 작용하기 때문에, 높이(H3)는 그다지 작아지지 않도록 한다.
치밀 부재(12)의 외경을 R1, 치밀 부재(12)의 내경을 R2로 한다. 포러스 피스체(13)의 모따기한 면의 측면측의 둘레(P)의 지름은 R1과 동일하다. 포러스 피스체(13)의 모따기한 면의 저면측의 둘레(K)의 지름을 R3으로 하여, R1＞R3＞R2로 하는 것이 바람직하다. 모따기된 면(둘레(K)와 둘레(P) 사이에 끼이는 면(KP))은 평면이라도 곡면이라도 상관없다.
모따기를 행함으로써, 오목부(10)에 포러스 피스체(13)를 끼워넣을 때에, 오목부(10)의 측면과 포러스 피스체(13)의 모서리가 비틀리는 일이 없다. 또한, 포러스 피스체(13)를 오목부(10)에 끼워넣었을 때에, 오목부(10)의 저면 원둘레 부분 과 치밀 부재(12)의 모서리가 접하는 일이 없어, 포러스 피스체(13)가 들뜨거나 기울거나 하는 것을 방지할 수 있다. 천판에 오목부(10)를 형성할 때에, 오목부(10) 저면을 엄밀하게 평행이 되도록 가공하기는 어려워, 원둘레 부분은 원의 중심 부분보다 얕게 되거나, 원둘레 방향에 따라 깊이가 달라지는 경우가 있기 때문이다. 또한, 천판(9)의 오목부(10)에 장착할 때에, 오목부(10)의 개구를 눌러넓힐 우려가 없어져, 오목부(10)와 포러스 피스체(13)의 극간의 발생을 방지할 수 있다.
포러스 피스체(13)에 모따기 가공을 행한 후에, 모따기로 만들어진 공간(S)과 가스 유로(14)를 연통하는 홈을 형성해 두는 것이 바람직하다. 예를 들면, 오목부(10)에 저면을 횡단하는 홈을 형성하거나, 치밀 부재(12)의 지름 방향으로, 가스 유통체(11)를 향하여 홈을 형성한다. 포러스 피스체(13)를 장착했을 때에, 공간(S)에 가스가 괴는 것을 방지할 수 있어, 장착도 행하기 쉬워진다.
포러스 피스체(13)를 형성한 단계에서, 검사에 의해 개개의 가스 유통량을 확인해 두는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 불량품을 미리 제거할 수 있어, 샤워 플레이트(3) 완성 후의 불량률을 큰폭으로 억제할 수 있다. 또한, 포러스 피스체(13)의 가스 유통량을 일치시킴으로써, 균일하게 가스를 분사할 수 있는 샤워 플레이트(3)를 형성할 수 있다.
도3f 는, 천판(9)의 오목부(10)에 포러스 피스체(13)를 끼워넣고, 일체 소성하여 샤워 플레이트(3)를 형성한 도면이다. 포러스 피스체(13)는, 오목부(10)의 저면측이 모따기 가공을 행한 면이 되도록 끼워넣는다. 도면중의 굵은 화살표는, 소성시에 천판(9)이 소결 수축하여, 오목부(10)의 원둘레로부터 오목부(10)의 중심 을 향하여 힘이 가해지는 상태를 나타낸다. 즉 천판(9)으로부터 오목부(10)로 끼워넣어진 포러스 피스체(13)를 향하여 힘이 가해지는 상태를 나타낸다.
도3f 의 샤워 플레이트(3)의 일체 소성에서의 소성 온도는 도3c 의 포러스 피스체(13a)의 소성 온도와 동등 이하로 한다. 동등 이하의 온도이면, 샤워 플레이트(3)의 소성시에 포러스 피스체(13)는 소결 수축이 일어나지 않아, 크기는 안정된다. 천판(9)의 오목부(10)를, 포러스 피스체(13)의 크기에 맞춰 형성할 수 있고, 소성 전의 단계에서, 오목부(10)와 포러스 피스체(13)를 근소한 극간밖에 생기지 않도록 끼워넣을 수 있다. 또한 샤워 플레이트(3)를 일체 소성함으로써, 오목부(10)가 포러스 피스체(13)를 꽉 조이는 응력이 작용하여, 포러스 피스체(13)와 오목부(10)는 극간 없이 밀착되고, 샤워 플레이트(3)는 포러스 피스체(13)를 일체적으로 확실하게 고정하는 것이 가능해진다.
오목부(10)와 포러스 피스체(13)와의 사이에 극간이 생기면, 가스는 가스 유통체(11)로부터가 아니라 극간으로부터 흘러 포러스 피스체(13)의 가스 분출이 불균일해진다. 또한 극간 사이즈가 큰 경우 플라즈마의 역류나 이상 방전의 발생의 가능성이 있다. 따라서, 오목부(10)와 포러스 피스체(13)와의 사이는 최대치 기공경 이하에서 0.1㎜ 이하로 한다.
또한, 오목부(10)와 포러스 피스체(13)와의 접촉 부분에 있어서는, 포러스 피스체(13)의 치밀 부재(12)에 있어서만 오목부(10)와 접촉하고, 가스 유통체(11)는 오목부(10)에 닿지 않도록 하는 것이 바람직하다. 가스 유통체(11)와 오목부(10)가 접촉하면, 접촉 부분에 있어서 가스 유통량에 변화가 발생하여, 포러스 피스체(13) 형성 후의 검사에 의해 확인한 가스 유통량과는 다른 양의 가스를, 오목부(10)에 끼워넣어진 포러스 피스체(13)로부터 유통시키게 된다. 그 결과, 샤워 플레이트(3) 전체적으로 균일하게 가스를 분사할 수 없게 되어 가스 분사의 불균일의 원인이 된다.
도4(a) 는 샤워 플레이트의 부분 단면도이다. 도4(b) 및 도4(c) 는 도4(a) 의 점선으로 둘러싼 부분(W)의 부분 확대도이다.
도4(a) 는 도2(b) 의 부분 확대도이다. 포러스 피스체(13)의 한쪽 면을 모따기 가공하여, 모따기한 면을 오목부(10)의 저면측이 되도록 장착하고 있다. 가스 유로(14)로부터 도입된 가스는, 가스 유통체(11)를 지나 확산된다. 가스 유로(14)의 유로 지름을 크게 하면, 전계 밀도의 변화에 의한 마이크로파의 분포 변화가 발생하여, 플라즈마 모드가 변화하기 쉬워지기 때문에, 가스 유로(14)의 지름은 작은 편이 바람직하다.
가스 유로(14)의 단면적은 가스 유통체(11)의 단면적에 비하여 매우 작고, 가스 유통체(11)의 일부분에만 가스를 보내게 된다. 가스 유통체(11)는 소정의 방향으로밖에 가스를 통과시키지 않기 때문에, 가스 유통체(11) 전체로부터 가스가 방출되지 않아 불균일해진다. 이것을 해소하고자 오목부(10)의 저면에 가스 확산 공간(15)이 되는 홈(움푹 팬 곳)을 구비한다. 가스 확산 공간(15)의 단면적은, 가스 유통체(11)의 단면적보다도 크게 하고, 그리고, 오목부(10)의 저면이, 충분히 치밀 부재(12)에 접할 수 있는 크기로 한다. 가스 확산 공간(15)의 지름을 G로 두면, R3(둘레(K)의 지름)＞G＞R2(치밀 부재(12)의 내경)로 된다. 가스 확산 공 간(15)을 통하여 보내진 가스는 가스 유통체(11) 전체로부터 유통하여, 포러스 피스체(13)로부터 균일하게 가스가 방출된다. 복수 있는 포러스 피스체(13)로부터 가스를 방사할 수 있어, 샤워 플레이트(3) 바로 아래에 균일하게 가스를 확산할 수 있다.
도4(b) 및 도4(c) 는 포러스 피스체(13)에 모따기 가공을 행한 경우에, 공간(S)에 가스가 괴는 것을 막기 위한 홈을 구비한 일 예로서, 도4(a) 의 점선으로 둘러싼 부분(W)의 확대도이다. 도4(b) 는 오목부(10)에, 저면을 횡단하는 홈(16a)을 형성하고 있다. 공간(S)에 괸 가스는, 홈(16a)을 통하여 가스 확산 공간(15)으로 흘러, 가스 유로(14)와 연통할 수 있다. 도4(c) 는 포러스 피스체(13)의 치밀 부재(12)의 지름 방향으로, 홈(16b)을 형성하고 있다. 홈(16b)은 공간(S)과 가스 확산 공간(15)을 연통하고 있으며, 공간(S)에 괸 가스를, 가스 유로(14)측으로 이동시키는 것이 가능하다. 공간(S)과 가스 유로(14)는 연결되어 있으면 좋고, 홈(16a) 혹은 홈(16b) 이외에, 가스가 통과하는 구멍을 구비하는 등의 방법이라도 상관없다.
본 발명의 제조 방법으로 제조된 샤워 플레이트를 이용함으로써, 플라즈마의 역류를 방지하고, 플라즈마 여기용 가스를 균일하고 안정되게 공급할 수 있으며, 사용시에 부품이 탈락하는 일이 없는 플라즈마 처리 장치로 할 수 있다.
샤워 플레이트를 구성하는 천판, 가스 유통체, 치밀 부재의 재료는, 본 발명의 실시예에 나타낸 재료에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치를 기밀하게 막는 천판과, 플라즈마 가스를 도입하는 샤워 플레이트가 일체로 형성된 예를 들고 있지만, 각각이 별개로 만들어진 것이라도 상관없다. 예를 들면, 가스 유로의 홈이 상면에 형성된 샤워 플레이트를, 천판과 접합함으로써 밀폐된 가스 유로를 만들 수 있다. 이때, 가스 방출공 부분의 제조 방법에 대해서는, 실시예에서 서술하고 있는 바와 같다. 또한, 샤워 플레이트에 배치한 포러스 피스체의 위치 및 가스 유로의 형상에 대해서도 일 예이며, 여러 가지 패턴으로 구성이 가능하다.
본 발명의 실시 형태의 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 CVD 처리, 에칭 처리, 스퍼터링 처리나 애싱 처리 등의 모든 플라즈마 처리에 적용할 수 있다. 플라즈마를 형성하는 플라즈마 가스는, 처리 방법 등의 조건에 의해 선택할 수 있고, 또한, 플라즈마 처리를 행하는 기판은 반도체 기판 등에 한정되지 않는다.
도1 은 본 발명의 실시 형태에 따른 샤워 플레이트를 구비한 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도2(a) 는 샤워 플레이트를 플라즈마 처리 용기측에서 본 평면도이다. 도2(b) 는, 도2(a) 의 M-M선 단면도이다.
도3a 는 본 발명의 실시 형태에 따른 샤워 플레이트의 형성 공정의, 가스 유통체의 형성을 나타내는 도면이다.
도3b 는 샤워 플레이트의 형성 공정의, 치밀 부재의 형성을 나타내는 도면이다.
도3c 는 샤워 플레이트의 형성 공정의, 포러스 피스체의 형성을 나타내는 도면이다.
도3d 는 샤워 플레이트의 형성 공정의, 포러스 피스체의 가공(잘라냄)을 나타내는 도면이다.
도3e 는 샤워 플레이트의 형성 공정의, 포러스 피스체의 가공(모따기)을 나타내는 도면이다.
도3f 는 샤워 플레이트의 형성 공정의, 샤워 플레이트의 형성을 나타내는 도면이다.
도4(a) 는 도2(b) 의 부분 확대도이다. 도4(b) 및 도4(c) 는, 도4(a) 의 점선으로 둘러싼 부분(W)의 부분 확대도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 플라즈마 처리 용기
3 : 샤워 플레이트(유전체)
4 : 안테나
5 : 도파관
9 : 천판(유전체)
10 : 오목부
11, 11a : 가스 유통체
12, 12a : 치밀 부재
13, 13a : 포러스 피스체
14 : 가스 유로
15 : 가스 확산 공간
16a, 16b : 홈
S : 공간

Claims (12)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서, 처리 용기 내에 플라즈마 처리에 이용하는 가스를 도입하는 샤워 플레이트의 제조 방법으로서,
    다공질 재료로 기둥 형상의 다공질 가스 유통체를 형성하는 공정과,
    기체(氣體)를 통과시키지 않는 치밀한 재료로 통 형상의 치밀 부재를 형성하는 공정과,
    상기 치밀 부재로 상기 다공질 가스 유통체의 측면에 접하도록 덮어, 포러스 피스(porous piece)체를 형성하는 피스체 형성 공정과,
    상기 포러스 피스체를 제1 온도에서 소성하는 제1 소성 공정과,
    상기 샤워 플레이트의 본체인 유전체판의, 플라즈마를 향하는 면에 오목부를 형성하는 공정과,
    상기 오목부의 저면으로부터 상기 유전체판을 관통하는 가스 유로를 형성하는 공정과,
    상기 오목부에 상기 포러스 피스체를 끼워넣어, 가스 분사구를 형성하는 장착 공정과,
    상기 장착 공정을 끝낸 유전체판을 상기 제1 온도와 동등(同等) 이하의 온도에서 일체 소성하는 제2 소성 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스체 형성 공정의 전에, 상기 다공질 가스 유통체를 미리 소성하는 예비 소성 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 소성 공정에 있어서, 상기 치밀 부재의 소결(燒結) 수축률이, 상기 다공질 가스 유통체의 소결 수축률보다 커지는 소성 조건인 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 장착 공정의 전에, 상기 포러스 피스체의 가스 유통량을 개별로 검사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 장착 공정의 전에, 상기 포러스 피스체의 상기 오목부의 저면에 닿는 면과 측면의 모서리부를 모따기하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 장착 공정의 전에, 상기 가스 유로와 상기 모따기하는 공정에서 절취된 부분의 공간을 연결하는 가스 통로를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 샤워 플레이트의 제조 방법으로 제조한 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트.
  8. 제7항에 기재된 샤워 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 플라즈마를 형성하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    유전체 재료로 형성된 유전체판과,
    상기 유전체판의 상기 플라즈마를 향하는 면에 형성된 오목부와,
    상기 오목부의 저면으로부터 상기 유전체판을 관통하는 가스 유로와,
    다공질 재료로 형성된 기둥 형상의 다공질 가스 유통체와,
    기체를 통과시키지 않는 치밀한 재료로 형성된 통 형상의 치밀 부재와,
    상기 치밀 부재로 상기 다공질 가스 유통체의 측면에 접하도록 덮여 일체로 되어, 상기 오목부에 장착되는 포러스 피스체를 구비하고,
    상기 다공질 가스 유통체와 상기 치밀 부재와의 극간(gap)의 크기 및, 상기 오목부 측면과 상기 포러스 피스체와의 극간의 크기는, 상기 다공질 가스 유통체에 포함되는 최대치 기공경(氣孔徑)보다 작은 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다공질 가스 유통체에 포함되는 최대치 기공경은 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 다공질 가스 유통체는 상기 오목부에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 샤워 플레이트.
  12. 제9항 또는 제10항에 기재된 샤워 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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