KR20110134284A

KR20110134284A - 플라즈마 처리 장치 및 그 유전체창 구조

Info

Publication number: KR20110134284A
Application number: KR1020110053344A
Authority: KR
Inventors: 가즈오 사사키; 마사토 미나미; 히토시 사이토
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2011-12-14
Also published as: JP2011258622A; TW201220962A; CN102280338A; KR101263109B1; CN102280338B

Abstract

본 발명은, 유전체창의 내측에 설치된 유전체 보호 커버가 국부적으로 깎이고 소모되는 것을 억제할 수 있어, 유전체 보호 커버의 장기 수명화에 의해 생산성의 향상을 꾀할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 유전체창 구조를 제공한다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 유전체창의 외측에 배치된 고주파 안테나에 고주파 전력을 인가하여 처리 공간에 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치로서, 유전체창은, 처리 공간과 고주파 안테나의 사이에 개재하도록 배치되고, 유전체로 이루어지는 창부재와, 창부재를 지지하기 위한 빔 부재와, 창부재의 처리 공간측의 면과, 빔 부재의 처리 공간측의 면을 덮어 플라즈마로부터 보호하는 유전체 보호 커버와, 적어도, 빔 부재와 유전체 보호 커버의 사이에 설치되고, 유전체 보호 커버의 유전률보다도 낮은 유전률을 갖는 재료로 형성된 저유전률 유전체층을 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 그 유전체창 구조{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND DIELECTRIC WINDOW STRUCTURE THEREOF}

본 발명은, 플라즈마 처리 장치 및 그 유전체창 구조에 관한 것이다.

종래부터, 액정 표시 장치(LCD)나 반도체 장치의 제조 분야 등에 있어서는, LCD 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 기판에, 성막 처리나 에칭 처리 등의 처리를 하는 장치로서, 유도 결합 플라즈마(ICP)를 이용하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.

유도 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는, 금속제 처리 챔버의 일부에 유전체창을 마련하고, 이 유전체창의 외측에 설치한 고주파 안테나에 고주파 전력(RF)을 인가하여, 처리 챔버 내에 유도 결합 플라즈마를 발생시킨다. 이 유전체창을 구성하는 창부재(유전체)는 석영으로 구성되는 것이 많다.

유도 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 처리를 하는 기판의 대형화에 따라, 유전체창 부분에 예컨대 십자형의 빔을 배치하여, 이 빔에 의해서 4장의 분할된 창부재를 지지하는 구성으로 하는 경우가 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 평성 11-132618호 공보

또한, 유전체창 부재로서 석영을 이용한 경우에, 석영은 플라즈마에 의해서 소모되기 때문에, 석영제의 창부재의 내측에, 플라즈마 내성이 있는 알루미나 등으로 이루어지는 유전체 보호 커버를 설치하여 유전체창을 보호하는 경우가 있다.

그러나, 알루미나는 유전률이 크다. 이 때문에, 유전체창 부재를 지지하는 빔이 직접 유전체 보호 커버로 덮여져 있는 개소에서는, 빔과 플라즈마가 용량 결합함으로써 이 부분에 인접하는 처리 공간에 새로운 플라즈마가 생성되어, 빔의 바로 아래의 부분의 유전체 보호 커버가 이 플라즈마에 의해서 깎이고 소모되기 쉽다. 이 때문에, 유전체 보호 커버의 교환 빈도가 높아져, 생산성의 저하를 초래하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 종래의 사정에 대처하여 이루어질 수 있었던 것으로, 유전체창의 내측에 설치된 유전체 보호 커버가 국부적으로 깎이고 소모되는 것을 억제할 수 있어, 유전체 보호 커버의 장기 수명화에 의해 생산성의 향상을 꾀할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 유전체창 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일 양태는, 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 구획하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버에 배치되어 상기 처리 공간과 외부를 구획하는 유전체창과, 상기 유전체창의 외측에 배치되고, 고주파 전력의 인가에 의해 상기 유전체창을 통해 상기 처리 공간에 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 안테나를 구비하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 유전체창은, 상기 처리 공간과 상기 고주파 안테나의 사이에 개재되도록 배치되고, 유전체로 이루어지는 창부재와, 상기 창부재를 지지하기 위한 빔 부재와, 상기 창부재의 상기 처리 공간측의 면과 상기 빔 부재의 상기 처리 공간측의 면을 덮어 플라즈마로부터 보호하는 유전체 보호 커버와, 적어도, 상기 빔 부재와 상기 유전체 보호 커버의 사이에 설치되고, 상기 유전체 보호 커버의 유전률보다도 낮은 유전률을 갖는 재료로 형성된 저유전률 유전체층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조의 일 양태는, 처리 공간의 외부에 배치된 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하여, 상기 처리 공간에 유도 결합 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치의 처리 챔버에, 상기 처리 공간과 상기 고주파 안테나의 사이를 구획하도록 배치되는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조로서, 상기 처리 공간과 상기 고주파 안테나의 사이에 개재되도록 배치되고, 유전체로 이루어지는 창부재와, 상기 창부재를 지지하기 위한 빔 부재와, 상기 창부재의 상기 처리 공간측의 면과 상기 빔 부재의 상기 처리 공간측의 면을 덮어 플라즈마로부터 보호하는 유전체 보호 커버와, 적어도, 상기 빔 부재와 상기 유전체 보호 커버의 사이에 설치되고, 상기 보호 커버의 유전률보다도 낮은 유전률을 갖는 재료로 형성된 저유전률 유전체층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유전체창의 내측에 설치된 유전체 보호 커버가 국부적으로 깎이고 소모되는 것을 억제할 수 있어, 유전체 보호 커버의 장기 수명화에 의해 생산성의 향상을 꾀할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 유전체창 구조를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 실시예에 의한 에칭량의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 비교예에 의한 에칭량의 측정 결과를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 상세를, 도면을 참조하여 실시형태에 관해서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 종단면도이다. 이 플라즈마 에칭 장치는, 예컨대, LCD의 제조에 있어서, LCD 유리 기판 상에 TFT(Thin Film Transistor)를 형성하는 공정에서, 폴리실리콘 막이나 비정질실리콘 막을 패터닝하는 데에 사용된다.

이 플라즈마 에칭 장치는, 도전성 재료, 예컨대 표면을 양극(陽極) 산화 처리한 알루미늄 등으로 이루어지는 사각형 용기형의 처리 챔버(1)를 구비하고 있다. 처리 챔버(1)는, 접지선(1a)에 의해서 접지되어 있다. 처리 챔버(1)의 내부는, 유전체창 구조(2)에 의해, 상측의 안테나실(4)과 하측의 처리실(처리 공간)(5)로 기밀하게 구획되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 유전체창 구조(2)의 위치에 대응하여, 처리 챔버(1)의 내면에는 2개의 수평 선반면(7a, 7b)을 규정하는 지지 선반(7)이 배치되어 있다.

도 2의 (a)는, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치의 유전체창 구조(2)를, 그 하측에 설치된 후술하는 유전체 보호 커버(12) 및 저유전률 유전체층(35)을 제외하고 도시하는 저면도이며, 도 3 및 도 4는, 도 2의 (a)의 III-III 선 및 IV-IV 선을 따른 유전체창 구조(2)의 단면도이다.

도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 유전체창 구조(2)는, 동일 치수의 4개의 석영 등의 유전체로 이루어지는 분할창 부재(3a)를 조합하여 이루어지는 유전체창 부재(3)를 구비하고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 유전체창 부재(3)의 주연부는, 지지 선반(7)의 하측의 선반면(7a) 상에 배치되어 있다. 유전체창 부재(3)의 두께는, 예컨대 약 30 mm 정도이다.

도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 분할창 부재(3a)가 상호 인접하는 위치에 대응하여, 처리 챔버(1)의 중앙에는 선대칭의 십자 형상으로 된 빔 부재(16)가 배치되어 있다. 빔 부재(16)는, 유전체창 부재(3)의 주연부로부터 떨어진 위치에서, 후술하는 복수의 서스펜더(8a, 8b)에 의해서 처리 챔버(1)의 천장에 현수되어 있고, 수평 상태를 유지하도록 설정되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 빔 부재(16)는, 서스펜더(8a, 8b)와 접속하기 위한 원형 볼록부(16b)를 제외하고는 수평인 지지면(16a)을 규정하여, 분할창 부재(3a)의 상호 대향하는 가장자리부가, 상기 지지면(16a) 상에 배치되어 있다.

분할창 부재(3a)의 주연부에는, 지지 선반(7) 및 빔 부재(16)와 상보 형상의 하향의 단부(段部)가 형성되어 있다. 지지 선반(7) 및 빔 부재(16)는, 이들 단부에 의해 규정되는 유전체창 부재(3)의 하면의 오목부 내에 감입되고, 지지 선반(7), 빔 부재(16) 및 유전체창 부재(3)의 하면은 대략 동일 수평면 상에 위치한 상태로 되어 있다. 지지 선반(7)과 빔 부재(16)는, 도 2의 (b)와 같이 일체화한 구조체로 하여도 좋으며, 이 일체화 구조만으로 유전체창 구조(2)를 충분히 지지할 수 있으면 상기 서스펜더(8a, 8b)가 반드시 필요한 것은 아니지만, 유전체창 구조(2)가 대형화하는 등에 의해 일체화 구조만으로는 충분히 지지할 수 없는 경우에는 상기 서스펜더(8a, 8b)를 병용한 구조로 하는 것이 바람직하다.

또한, 지지 선반(7), 빔 부재(16) 및 유전체창 부재(3)의 하면은, 평활한 하면을 갖는 유전체 보호 커버(12)에 의해 피복되어 있다. 이 유전체 보호 커버(12)는, 플라즈마 내성을 갖는 세라믹(본 실시형태에서는 알루미나)으로 구성되어 있다. 또한, 지지 선반(7), 빔 부재(16) 및 유전체창 부재(3)의 하면과, 유전체 보호 커버(12)의 사이에는, 유전체 보호 커버(12)보다 유전률이 낮은 재료[본 실시형태에서는, PTFE(polytetrafluoroethylene: 상품명 테플론(등록상표))]로 형성된 저유전률 유전체층(35)이 배치되어 있다.

본 실시형태에서는, 이 저유전률 유전체층(35)은 빔 부재(16) 및 유전체창 부재(3)의 하면 전체를 덮도록 배치되어 있다. 그러나 저유전률 유전체층(35)은, 적어도 빔 부재(16)의 부분에만 배치되어 있으면 좋으며, 예컨대, 빔 부재(16)의 형상, 크기에 맞춰 빔 부재(16)와 같이 십자 모양의 영역에 설치하더라도 좋다. 또한, 저유전률 유전체층(35)은, 유전체 보호 커버(12)보다 유전률이 낮은 재료라면 PTFE 이외의 재료를 이용하더라도 좋으며, 예컨대, 석영, 다공질 세라믹스 등을 이용하더라도 좋다.

유전체 보호 커버(12)는, 그 오목부 내에 매립된 복수의 나사(12a; vis)에 의해서 빔 부재(16) 및 지지 선반(7)에 고정되어 있다. 나사(12a)는, 유전체 보호 커버(12)의 오목부 내에 매립된 알루미나 등으로 이루어지는 유전체 캡(12b)에 의해서 피복되어 있다. 또한, 저유전률 유전체층(35)은, 유전체 보호 커버(12)와 빔 부재(16)의 사이에 협지되도록 지지되어 있다.

한편, 유전체창 부재(3)의 상측에는, PTFE[polytetrafluoroethylene: 상품명 테플론(등록상표)] 등으로 이루어지는 수지판(17)이 배치되어 있다. 수지판(17)은, 1장의 판으로 이루어지고, 유전체창 부재(3), 지지 선반(7)의 상측 선반면(7b) 및 빔 부재(16)의 원형 볼록부(16b)의 위에 배치되어 있다. 수지판(17)의 주연부를 따라서 압박 프레임(18)이 배치되어 있다. 이 압박 프레임(18)과 지지 선반(7)의 사이에 수지판(17)의 주연부가 끼워지고, 나사(18a)에 의해서 수지판(17) 및 압박 프레임(18)이 지지 선반(7)에 고정되어 있다.

또한, 서스펜더(8a, 8b)와 접속하기 위한 빔 부재(16)의 원형 볼록부(16b)에 대응하여, 수지판(17)에는 개구가 형성되어 있다. 서스펜더(8a, 8b)의 하단부에는, 플랜지(10)가 마련되어 있다. 이 플랜지(10)에 의하여, 수지판(17)의 개구의 주위 부분을 사이에 두고, 플랜지(10) 및 수지판(17)이 나사(10a)에 의해 빔 부재(16)의 볼록부(16b)에 고정되어 있다. 수지판(17)과 지지 선반(7)의 상측 선반면(7b)의 사이, 그리고 수지판(17)과 빔 부재(16)의 원형 볼록부(16b)의 사이에는, 탄성 재료로 이루어지는 시일 링(17a)이 배치되고, 이에 따라, 안테나실(4)과 처리실(5)을 기밀하게 구획하기 위한, 유전체창 구조(2)의 기밀성이 확보되어 있다.

도 5는, 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조(2)와 서스펜더(8a, 8b)의 관계를 도시하는 사시도이다. 서스펜더(8a, 8b)는, 빔 부재(16)의 중앙에 접속된 하나의 관형 서스펜더(8a)와, 빔 부재(16)의 십자 형상의 단부에 접속된 4개의 중실 로드형의 서스펜더(8b)를 포함한다. 각 서스펜더(8a, 8b)는 처리 챔버(1)의 천장으로부터 유전체창 구조(2)로 수직으로 연장되고, 그 하단부에는, 전술한 플랜지(10)가 배치되고, 상단부에는, 동일한 플랜지(9)가 배치되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 모든 서스펜더(8a, 8b)의 상측의 플랜지(9)는, 나사(9a)에 의해서 연결판(11)에 고정되어 있다. 연결판(11)은, 처리 챔버(1)의 천장을 관통하는 복수의 볼트(11a)에 의해서 그 천장에 고정되어 있다. 또한, 서스펜더(8a, 8b) 및 이들을 부착하기 위한 부재(9, 10, 11)나 나사(9a, 10a) 및 볼트(11a)는, 플라즈마에 접촉하지 않는 부분이기 때문에, 전부 기계적 강도가 높은 스테인리스강으로 형성되어 있다. 또한, 빔 부재(16)는 접지선(1b)에 의해 처리 챔버(1)에 접속되어 있다. 따라서 빔 부재(16)는, 접지선(1b), 처리 챔버(1), 접지선(1a)을 통해 접지되어 있다.

서스펜더(8a, 8b)의 주위를 감도록 코일형의 저항 가열 히터(6)가 배치되고, 전원(6a)에 접속되어 있다. 히터(6)에 의해 서스펜더(8a, 8b) 및 빔 부재(16)를 통해 유전체창 부재(3)를 포함하는 유전체창 구조(2)가 가열되고, 이에 따라, 처리실(5)에 노출되며 유전체창 구조(2)의 하면을 구성하는 유전체 보호 커버(12)의 하면에 부생성물이 부착하는 것이 억제된다.

빔 부재(16)는, 도전성 재료, 예컨대 알루미늄제의 케이스로부터 가공된 중공의 부재로 이루어져, 샤워 헤드를 구성하기 위한 샤워 케이스로서 겸용된다. 빔 부재(16)를 구성하는 케이스의 내외 표면은, 벽면으로부터 오염물이 발생하지 않도록, 양극 산화 처리되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 빔 부재(16)에는, 가스 유로(19)가 내부에 형성되고, 가스 유로(19)에 연통하고 또한 후술하는 배치대(22)에 대향하여 개구되는 복수의 가스 공급 구멍(19a)이 하면에 형성되어 있다.

가스 공급 구멍(19a)의 배치 위치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 십자 모양의 빔 부재(16)의 중앙부와, 중앙부로부터 외주 방향을 향해서 연장하는 4개의 각 직선부에, 길이 방향으로 간격을 두고 각각 2개소씩 설정되어 있고, 각 배치 위치에는, 각각 복수의 가스 공급 구멍(19a)이 설치된다.

도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, 유전체 보호 커버(12)에는, 가스 공급 구멍(19a)에 대응하여, 관통 구멍(12c)이 형성되어 있고, 저유전률 유전체층(35)에는, 가스 공급 구멍(19a)에 대응하여, 관통 구멍(35a)이 형성되어 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 저유전률 유전체층(35)에 마련된 관통 구멍(35a)은, 상기 각 가스 공급 구멍(19a)의 배치 위치마다, 다른 부분의 저유전률 유전체층(35)과 독립적으로 설치되고, 다른 부분과 동일한 저유전률 유전체로 이루어지는 관통 구멍 형성부(35b)에 설치된다. 저유전률 유전체층(35)에는, 관통 구멍 형성부(35b)를 설치하기 위한 개구부(35c)가 설치되어 있고, 관통 구멍 형성부(35b)는, 상기 개구부(35c) 내에, 저유전률 유전체층(35)과 간격을 두고 배치되고, 예컨대, 네 구석에서 나사(36)에 의해서, 빔 부재(16)에 고정되어 있다. 이에 의해서, 저유전률 유전체층(35)이 열팽창을 일으켰을 때에, 관통 구멍(35a)의 위치가 가스 공급 구멍(19a)과 틀어지지 않게 되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 4개의 나사에 의해 관통 구멍 형성부(35b)를 고정하고 있지만, 관통 구멍 형성부(35b)를 빔 부재(16)에 고정할 수 있으면 나사의 개수는 4개로 한정되지 않는다.

도 1에 도시한 바와 같이, 빔 부재(16)의 중앙에 접속된 관형의 서스펜더(8a) 내에는, 빔 부재(16) 내의 가스 유로(19)에 연통하는 가스 공급관(20a)이 배치되어 있다. 가스 공급관(20a)은, 연결판(11) 및 처리 챔버(1)의 천장을 관통하여, 처리 챔버(1) 밖에 배치된 처리 가스 공급원(20)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리 중에는, 처리 가스가, 처리 가스 공급원(20)으로부터 가스 공급관(20a)를 통해, 빔 부재(16) 내에 공급되고, 또한, 그 하면의 가스 공급 구멍(19a), 관통 구멍(35a), 관통 구멍(12c)을 통해 처리실(5) 내로 방출된다.

안테나실(4) 내에는, 유전체창 부재(3)에 면하도록, 유전체창 구조(2) 상에 배치된 고주파(RF) 안테나(13)가 배치되어 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 고주파 안테나(13)는, 유전체창 구조(2) 상의 부분이 정방형 또는 사각형의 각형(角形) 스파이럴 형상의 평면형 코일 안테나로 이루어진다. 고주파 안테나(13)는, 스파이럴의 중심 단부(端部)가 처리 챔버(1)의 천장의 대략 중앙으로부터 도출되어, 도 1에 도시하는 정합기(14)를 통해 고주파 전원(15)에 접속되어 있다. 한편, 스파이럴의 외측 단부는 처리 챔버(1)에 접속되어, 접지되어 있다.

플라즈마 처리 중에, 고주파 전원(15)으로부터는, 플라즈마 생성용의 소정 주파수의 고주파 전력, 예컨대 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력이 고주파 안테나(13)에 공급된다. 고주파 안테나(13)에 의해, 처리실(5) 내에 유도 전자계가 형성되고, 이 유도 전자계에 의해, 빔 부재(16)로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다.

유전체창 부재(3)를 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, 처리실(5) 내에는 LCD 유리 기판(LS)을 배치하기 위한 배치대(서셉터)(22)가 배치되어 있다. 서셉터(22)는, 도전성 재료, 예컨대 알루미늄제의 부재로 이루어지고, 그 표면은, 오염물이 발생하지 않도록, 양극 산화 처리되어 있다. 서셉터(22)의 주위에는 기판(LS)을 고정하기 위한 클램프(23)가 배치되어 있다. 기판(LS)이 서셉터(22) 상의 소정 위치에 배치된 때에는, 빔 부재(16)의 십자 형상의 중심이, 기판(LS)의 중심과 일치하도록 되어 있다. 또한, 유리 기판(LS)을 배치대에 고정하는 수단으로서는, 전술한 클램프로 한정되지 않고, 예컨대, 쿨롱력 또는 존슨-라벡력(Johnson-Rahbek force)에 의해 정전 흡착하는 정전척을 이용하더라도 좋다.

서셉터(22)는, 절연체 프레임(24) 내에 수납되고, 또한 중공의 지주(支柱)(25) 상에 지지되어 있다. 지주(25)는 처리 챔버(1)의 바닥부를 기밀하게 관통하고, 처리 챔버(1) 밖에 배치된 승강 기구(도시하지 않음)에 지지되어 있다. 서셉터(22)는, 기판(LS)의 로드/언로드 시에, 상기 승강 기구에 의해 상하 방향으로 구동된다.

서셉터(22)를 수납하는 절연체 프레임(24)과 처리 챔버(1)의 바닥부의 사이에는, 지주(25)를 기밀하게 포위하는 벨로우즈(26)가 배치되고, 이에 따라, 처리실(5) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 또한, 처리실(5)의 측부에는, 기판(LS)을 로드/언로드할 때에 사용되는 게이트 밸브(27)가 배치되어 있다.

서셉터(22)는, 중공의 지주(25) 내에 배치된 급전봉에 의해, 정합기(28)를 통해 고주파 전원(29)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리 중에, 고주파 전원(29)으로부터는, 바이어스용의 고주파 전력, 예컨대 3.2 MHz의 고주파 전력이 서셉터(22)에 인가된다. 이 바이어스용의 고주파 전력은, 처리실(5) 내에서 여기된 플라즈마 중의 이온을 효과적으로 기판(LS)에 인입하는 데에 사용된다.

또한, 서셉터(22) 내에는, 기판(LS)의 온도를 제어하기 위해서, 세라믹 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 배치되어 있다(이들 모두 도시하지 않음). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은, 모두 중공의 지주(25)를 통해서 처리 챔버(1) 밖으로 도출되어 있다.

처리실(5)의 바닥부에는, 배기관(30a)을 통해, 진공 펌프 등을 포함하는 진공 배기 기구(30)가 접속되어 있다. 이 진공 배기 기구(30)에 의해, 처리실(5) 내가 배기되고, 플라즈마 처리 중에, 처리실(5) 내가 진공 분위기, 예컨대 1.33 Pa(10 mTorr)의 압력 분위기로 설정 및 유지된다.

다음으로, 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, LCD 유리 기판(LS)에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 실시하는 경우에 관해서 설명한다.

우선, 게이트 밸브(27)를 통해서 반송 기구에 의해 기판(LS)을 서셉터(22)의 배치면에 배치한 후, 클램프(23)에 의해 기판(LS)을 서셉터(22)에 고정한다. 다음으로, 처리실(5) 내에 처리 가스 공급원(20)으로부터 에칭 가스(예컨대 SF₆ 가스)를 포함한 처리 가스를 토출시키고, 배기관(30a)을 통해 처리실(5) 내를 진공으로 되게 함으로써, 처리실(5) 내를, 예컨대 1.33 Pa(10 mTorr)의 압력 분위기로 유지한다.

다음으로, 고주파 전원(15)으로부터 13.56 MHz의 고주파 전력을 고주파 안테나(13)에 인가함으로써, 유전체창 구조(2)를 통해 처리실(5) 내에 균일한 유도 전자계를 형성한다. 이러한 유도 전자계에 의해, 처리실(5) 내에서 처리 가스가 플라즈마화되어, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 이와 같이 하여 생성된 플라즈마 중 이온은, 고주파 전원(29)으로부터 서셉터(22)에 대하여 인가되는 3.2 MHz의 고주파 전력에 의해서, 기판(LS)에 효과적으로 인입되고, 기판(LS)에 대하여 균일한 에칭 처리가 실시된다.

이러한 에칭 처리 시에, 본 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는, 빔 부재(16)와 알루미나제의 유전체 보호 커버(12)의 사이에 저유전률 유전체층(35)이 개재된 구조로 되어 있기 때문에, 빔 부재(16)와 처리실(5) 내의 플라즈마의 사이의 전위차가 저유전률 유전체층(35)에도 분산되어, 플라즈마와 유전체 보호 커버(12)의 표면의 전위차가 저감된다. 이에 의해서, 빔 부재(16)의 하측의 공간에 새로운 플라즈마가 발생할 가능성을 저감시킬 수 있어, 빔 부재(16)의 부분의 유전체 보호 커버(12)가 국소적으로 많이 소모되는 것을 억제할 수 있다.

도 7은, 본 실시형태에 있어서의 유전체창 구조(2)의 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 도시하는 것이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 빔 부재(16)의 하부에 배치된 유전체 보호 커버(12)(알루미나제)의 두께를 Dc, 유전률을 εc로 하고, 저유전률 유전체층(35)[테플론(등록상표)제]의 두께를 Dt로 하고, 유전률을 εt라고 하면, 단위 면적(S) 당의 유전체 보호 커버(12)의 임피던스(Zc)와 저유전률 유전체층(35)의 임피던스(Zt)의 합성 임피던스 Zc+ Zt는, 이하의 식으로 구해진다.

Zt + Zc=(1/jωS)×{(Dt/εt) + (Dc/εc)}

여기서, 알루미나의 유전률(εc)은, 약 10이고, 테플론(등록상표)의 유전률(εt)은 약 2이기 때문에, 이들의 두께가 동일하고, Dt= Dc라고 하면,

Zt + Zc=(1/jω S)×(Dc/εc)× 6

으로 되어, 저유전률 유전체층(35)을 설치하지 않는 경우의 약 6배의 임피던스로 할 수 있다. 또한, 저유전률 유전체층(35)을 설치하지 않고서, 단순히 유전체 보호 커버(12)(알루미나제)의 두께 Dc를 2배로 한 경우는, 임피던스가 2배로 된다. 또한, 유전률이 약 4인 석영제의 저유전률 유전체층(35)으로 한 경우는, 임피던스가 약 3.5배로 된다.

도 9 및 도 10은, 상기한 실시형태에 있어서의 저유전률 유전체층(35)의 효과를 조사한 결과를 도시하는 것이다. 이 조사에서는, 실리콘 웨이퍼를 유전체 보호 커버(12)에 접착하고, 이하의 조건으로 10분간 플라즈마를 발생시켜, 실리콘 웨이퍼가 깎인 양(에칭량)을 각 위치에서 계측한 결과를 각 위치에 수치로 나타내고 있으며, 도 9는 저유전률 유전체층(35)이 있는 경우를, 도 10은 저유전률 유전체층(35)이 없는 경우를 나타내고 있다.

(에칭 조건)

압력: 0.93 Pa(7 mTorr)

고주파 전력(메인/바이어스): 3 kW/3 kW

가스종 및 가스 유량: Cl₂= 500 sccm

도 10에 도시한 바와 같이, 저유전률 유전체층(35)이 없는 경우에는, 빔 부재(16)의 부분의 실리콘 웨이퍼가, 300 nm∼800 nm 깎였다. 이 경우, 실리콘 웨이퍼가 깎인 양의 전체의 평균치는 254 nm 이고, 빔 부재(16)의 부분의 평균치는 254.0 nm였다.

이에 대하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 저유전률 유전체층(35)을 설치한 상기 실시형태에서는, 빔 부재(16)의 부분의 실리콘 웨이퍼가 깎인 양을, 최대로 18.4 nm로 감소시킬 수 있어, 실리콘 웨이퍼가 깎인 양의 전체의 평균치는 7.9 nm 이고, 빔 부재(16)의 부분의 평균치는 6.3 nm였다.

이 결과로부터, 저유전률 유전체층(35)을 설치한 상기 실시형태에서는, 빔 부재(16)의 부분에 새로운 플라즈마가 발생하는 것을 억제할 수 있고, 이에 의해서, 빔 부재(16)의 부분의 유전체 보호 커버(12)가 국부적으로 깎이고 소모되는 것을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 따라서 상기 실시형태에서는, 유전체 보호 커버(12)의 장기 수명화에 의해 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니라, 각종의 변형이 물론 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태는, 빔 부재(16)의 부분만으로부터 처리실(5) 내로 처리 가스를 공급하도록 구성되어 있지만, 빔 부재(16)의 부분만이 아니라, 빔 부재(16) 이외의 부분으로부터도 처리실(5) 내에 처리 가스를 공급하도록 구성할 수 있다. 이 경우에, 유전체창 부재(3)의 소망 위치에 개구부를 마련하고, 이 개구부에 전술한 관형의 서스펜더(8a)와 같이 구성된 가스 공급 구조를 설치하면 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는, 서스펜더(8a, 8b)가, 처리 챔버(1)의 천장, 즉 안테나실(4)의 천장에 지지된 구성으로 되어 있지만, 예컨대, 처리실(5)의 상측에 상측 프레임(overhead frame)을 배치하고, 여기에, 서스펜더(8a, 8b)를 부착하도록 하더라도 좋다. 이러한 구성은, 예컨대, 고주파 안테나(13)를 포위하는 안테나실(4)을 마련하지 않는 경우에 이용할 수 있다.

1 : 처리 챔버, 2 : 유전체창 구조, 3 : 유전체창 부재, 3a : 분할창 부재, 4 : 안테나실, 5 : 처리실(처리 공간), 12 : 유전체 보호 커버, 13 : 고주파 안테나, 16 : 빔 부재, 35 : 저유전률 유전체층.

Claims

내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 구획하는 처리 챔버와,
상기 처리 챔버에 배치되고 상기 처리 공간과 외부를 구획하는 유전체창과,
상기 유전체창의 외측에 배치되고, 고주파 전력의 인가에 의해 상기 유전체창을 통해 상기 처리 공간에 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 안테나
를 구비하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 유전체창은,
상기 처리 공간과 상기 고주파 안테나의 사이에 개재하도록 배치되고, 유전체로 이루어지는 창부재와,
상기 창부재를 지지하기 위한 빔 부재와,
상기 창부재의 상기 처리 공간측의 면과, 상기 빔 부재의 상기 처리 공간측의 면을 덮어 플라즈마로부터 보호하는 유전체 보호 커버와,
적어도, 상기 빔 부재와 상기 유전체 보호 커버의 사이에 설치되고, 상기 유전체 보호 커버의 유전률보다도 낮은 유전률을 갖는 재료로 형성된 저유전률 유전체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 유전체 보호 커버는 알루미나 또는 석영으로 구성되고, 상기 저유전률 유전체층은 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 빔 부재는, 상기 처리 공간측의 면에 개구되는 하나 또는 복수의 가스 구멍을 갖고,
상기 저유전률 유전체층은, 상기 가스 구멍에 대응한 관통 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제3항에 있어서, 상기 저유전률 유전체층은, 상기 관통 구멍을 갖는 관통 구멍 형성부와, 다른 부분이 분리되어 있고, 상기 관통 구멍 형성부는 상기 가스 구멍을 갖는 상기 빔 부재의 부분에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 창부재와 상기 유전체 보호 커버의 사이에, 상기 저유전률 유전체층이 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 창부재는, 복수로 분할된 분할창 부재를 포함하고, 각 분할창 부재는, 상기 빔 부재의 부분에서 인접하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
처리 공간의 외부에 배치된 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하고, 상기 처리 공간에 유도 결합 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치의 처리 챔버에, 상기 처리 공간과 상기 고주파 안테나의 사이를 구획하도록 배치되는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조로서,
상기 처리 공간과 상기 고주파 안테나의 사이에 개재하도록 배치되고, 유전체로 이루어지는 창부재와,
상기 창부재를 지지하기 위한 빔 부재와,
상기 창부재의 상기 처리 공간측의 면과, 상기 빔 부재의 상기 처리 공간측의 면을 덮어 플라즈마로부터 보호하는 유전체 보호 커버와,
적어도, 상기 빔 부재와 상기 유전체 보호 커버의 사이에 설치되고, 상기 유전체 보호 커버의 유전률보다도 낮은 유전률을 갖는 재료로 형성된 저유전률 유전체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조.
제7항에 있어서, 상기 유전체 보호 커버는 알루미나 또는 석영으로 구성되고, 상기 저유전률 유전체층은 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 빔 부재는, 상기 처리 공간측의 면에 개구되는 하나 또는 복수의 가스 구멍을 갖고, 상기 저유전률 유전체층은, 상기 가스 구멍에 대응한 관통 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조.
제9항에 있어서, 상기 저유전률 유전체층은, 상기 관통 구멍을 갖는 관통 구멍 형성부와, 다른 부분이 분리되어 있고, 상기 관통 구멍 형성부는 상기 가스 구멍을 갖는 상기 빔 부재의 부분에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 창부재와 상기 유전체 보호 커버의 사이에, 상기 저유전률 유전체층이 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 창부재는, 복수로 분할된 분할창 부재를 포함하고, 각 분할창 부재는, 상기 빔 부재의 부분에서 인접하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 유전체창 구조.