KR20160140420A - 플라즈마 처리 장치 및 기판 박리 검지 방법 - Google Patents
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Abstract
(과제) 플라즈마 처리 중의 이상 방전의 발생을 검지함으로써 기판의 박리를 신속하게 검지한다.
(해결 수단) 기판(G)이 탑재되는 기판 탑재면을 가진 탑재대(21)가 챔버(20)의 내부에 배치된 플라즈마 처리 장치(11)에 있어서, 기판 탑재면에 기판(G)이 탑재된 상태로 기판(G)에 덮혀지는 위치에서 도전성 핀(60)을 기판 탑재면에 노출되도록 탑재대(21)에 배치하고, 기판(G)에 대한 플라즈마 처리 중에 직류 전원(63)으로부터 도전성 핀(60)에 직류 전압을 인가하고, 도전성 핀(60)의 전위와 도전성 핀(60)을 흐르는 전류 중 적어도 한쪽을 감시한다. 플라즈마 처리 장치(11)를 제어하는 장치 콘트롤러(44)는, 도전성 핀(60)의 전위가 변화했을 때 또는 도전성 핀(60)을 흐르는 전류가 변화했을 때에 기판(G)의 박리가 발생했다고 판단하여 플라즈마의 생성을 중지한다.
(해결 수단) 기판(G)이 탑재되는 기판 탑재면을 가진 탑재대(21)가 챔버(20)의 내부에 배치된 플라즈마 처리 장치(11)에 있어서, 기판 탑재면에 기판(G)이 탑재된 상태로 기판(G)에 덮혀지는 위치에서 도전성 핀(60)을 기판 탑재면에 노출되도록 탑재대(21)에 배치하고, 기판(G)에 대한 플라즈마 처리 중에 직류 전원(63)으로부터 도전성 핀(60)에 직류 전압을 인가하고, 도전성 핀(60)의 전위와 도전성 핀(60)을 흐르는 전류 중 적어도 한쪽을 감시한다. 플라즈마 처리 장치(11)를 제어하는 장치 콘트롤러(44)는, 도전성 핀(60)의 전위가 변화했을 때 또는 도전성 핀(60)을 흐르는 전류가 변화했을 때에 기판(G)의 박리가 발생했다고 판단하여 플라즈마의 생성을 중지한다.
Description
본 발명은, 정전기력에 의해 기판 탑재대에 흡착 유지된 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치와 플라즈마 처리 중에 기판의 일부가 기판 탑재대의 기판 탑재면으로부터 박리된 것을 검지하는 기판 박리 검지 방법에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이(FPD) 용의 패널 제조 공정에서는, 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 유리 기판 등의 기판에 대해서 플라즈마를 이용한 성막 처리나 에칭 처리, 애싱 처리 등의 미세 가공을 행함으로써, 기판 상에 화소의 디바이스나 전극, 배선 등을 형성하고 있다. 플라즈마 처리 장치에서는, 예를 들면, 감압 가능한 처리실의 내부에 배치된 하부 전극으로서의 서셉터를 가진 탑재대 위에 기판이 탑재되고, 처리실에 처리 가스를 공급하면서 서셉터에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리실 내의 기판 위쪽에 플라즈마를 생성시키고 있다.
일반적으로, 플라즈마 처리에서는, 생성한 플라즈마로부터의 입열(入熱)에 의한 기판의 온도 상승을 억제함과 아울러, 기판 전체에 걸쳐서 온도 분포가 균일하게 되도록, 온도 조절된 냉매를 탑재대 내의 냉매 유로로 순환 공급함과 아울러, 헬륨(He) 가스 등의 전열성이 높은 가스(이하 「전열 가스」라고 함)를 탑재대의 기판 탑재면에 개구되는 가스 구멍으로부터 기판의 이면에 공급하고, 전열 가스의 전열에 의해 기판을 냉각하고 있다. 이때, 전열 가스의 압력에 의해 기판이 탑재대로부터 부상하는 것을 방지하기 위해서, 기판은 탑재대에 정전기력 등에 의해 흡착 유지된다.
최근, 기판의 대형화가 진행됨에 따라서, 플라즈마 처리 중의 기판의 온도 상승으로 인한 기판의 열팽창에 의해, 기판의 주연부가 플라즈마 처리 중에 탑재대로부터 박리되는 현상이 발생하는 것이 확인되고 있다. 이때, 탑재대의 기판 탑재면에 내압이 낮은 가스 구멍이 노출됨으로써, 가스 구멍에 대해서 이상 방전이 생기는 경우가 있다. 이 이상 방전은 자주, 발생 부위 및 그 근방을 파괴하고, 이 파괴에 수반하여 발생하는 파티클이 처리실 내를 오염시킬 뿐만 아니라, 기판 또는 기판 상에 형성된 디바이스를 손상시키고, 더욱이, 가스 구멍이 크게 손상됨으로써 탑재대 그 자체가 사용 불능으로 되는 경우도 있다.
그래서, 기판이 박리된 것 또는 기판의 박리로 인해 이상 방전이 발생한 것을 신속하게 검지하여, 플라즈마 처리를 중지할 필요가 있다. 기판의 탑재대로부터의 박리를 검지하는 방법으로서는, 기판이 탑재대로부터 박리되면 전열 가스의 유량이 흐트러지기 때문에, 전열 가스의 유량을 감시하고, 전열 가스의 유량이 흐트러져 임계치를 복수회 넘었을 때에 기판이 탑재대로부터 박리했다고 판단하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
그렇지만, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술과 같이 전열 가스의 유량 변화를 감시하는 방법으로는, 기판의 일부의 박리에 따른 전열 가스의 유량 변화는 대체로 크지 않고, 그 때문에, 전열 가스의 유량 변화가 검지되어도, 그것이 기판의 박리에 의한 것인지 아닌지를 정확하게 검지할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또, 기판의 박리에 대한 전열 가스의 유량 변화의 응답이 늦기 때문에, 전열 가스의 유량 변화가 검지되고 나서 플라즈마 처리를 중지해도, 이미 강한 이상 방전이 발생한 것으로 인해 탑재대가 크게 손상되어 버려, 그 후의 사용이 불가능으로 되어 버리는 경우가 있다. 이것에 대해서, 예를 들면, 탑재대에 기판의 박리를 검지하는 센서를 마련함으로써 기판의 박리를 검지하는 방법 등의 적용도 생각할 수 있지만, 탑재대 표면의 온도 균일성을 유지하기 위한 제어가 곤란하게 된다고 하는 새로운 문제가 생긴다.
본 발명의 목적은, 기존의 구성을 크게 변경하지 않고, 이상 방전의 발생을 신속하게 검지함으로써 기판의 박리를 검지하는 기판 박리 검지 방법을 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 목적은, 기판 박리에 기인하여 이상 방전이 발생한 경우에도, 탑재대 그 자체를 사용 불능으로 만드는 이상 방전의 발생을 회피하고, 부분적인 부품 교환으로 탑재대의 재생이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1 기재의 플라즈마 처리 장치는, 기판이 탑재되는 기판 탑재면을 가진 탑재대와, 상기 탑재대에 마련되고 기판을 상기 기판 탑재면에 정전기력에 의해 흡착 유지하는 정전 흡착부와, 상기 탑재대를 내부에 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성 수단을 갖되, 상기 탑재대에 탑재된 기판에 대해서 상기 플라즈마에 의한 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 기판 탑재면에 기판이 탑재된 상태에서는 해당 기판으로 덮혀지는 위치에서 상기 기판 탑재면에 노출되도록 상기 탑재대에 배치된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과, 상기 도전성 부재의 전위와 상기 도전성 부재를 흐르는 전류 중 적어도 한쪽을 검지하는 검지기와, 상기 검지기가 상기 도전성 부재의 전위의 변화 또는 상기 도전성 부재를 흐르는 전류의 변화를 검지했을 때에 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2 기재의 플라즈마 처리 장치는, 청구항 1 기재의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 도전성 부재는, 상기 기판의 주연부에 대응하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3 기재의 플라즈마 처리 장치는, 청구항 1 또는 2 기재의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 도전성 부재는, 상기 탑재대와 전기적으로 절연된 상태로 상기 탑재대에 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4 기재의 플라즈마 처리 장치는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 도전성 부재는, 상기 탑재대에 대해서 교환 가능하게 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 5 기재의 플라즈마 처리 장치는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 직류 전원은, 상기 도전성 부재에 정전압을 인가하고, 상기 제어부는, 상기 검지기에 의해 상기 도전성 부재의 전위가 소정값 이하로 강하된 것이 검지되었을 때에, 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6 기재의 플라즈마 처리 장치는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 직류 전원은, 상기 도전성 부재에 부(-)전압을 인가하고, 상기 제어부는, 상기 검지기에 의해 상기 도전성 부재의 전위가 소정의 임계치를 초과하여 변화된 것이 검지되었을 때에, 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 것을 특징으로 한다.
청구항 7 기재의 플라즈마 처리 장치는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 직류 전원은, 상기 도전성 부재에 부(-)전압을 인가하고, 상기 제어부는, 상기 검지기에 의해 상기 도전성 부재를 흐르는 전류가 소정의 임계치를 초과하여 변화된 것이 검지되었을 때에, 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 8 기재의 기판 박리 검지 방법은, 탑재대의 기판 탑재면에 탑재된 기판에 대해서 플라즈마 처리를 실시할 때의, 상기 기판의 상기 기판 탑재면으로부터의 박리를 검지하는 기판 박리 검지 방법으로서, 상기 기판 탑재면에 기판이 탑재된 상태로 해당 기판으로 덮혀지는 위치에서 상기 기판 탑재면에 노출되도록 상기 탑재대에 배치된 도전성 부재에 대해서 소정의 직류 전압을 인가하는 인가 스텝과, 상기 도전성 부재에 대해서 소정의 직류 전압이 인가된 상태로 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리 스텝과, 상기 처리 스텝의 실행중에 상기 도전성 부재의 전위 또는 상기 도전성 부재를 흐르는 전류를 감시하는 감시 스텝과, 상기 감시 스텝에 있어서 상기 도전성 부재의 전위의 변화 또는 상기 도전성 부재를 흐르는 전류의 변화가 검지되었을 때에 상기 기판의 상기 기판 탑재면으로부터의 박리가 발생했다고 판단하는 판단 스텝을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판이 탑재되는 탑재대에, 기판 탑재면에 노출되는 교환 가능한 도전성 부재를 배치하고, 플라즈마 처리 중에 도전성 부재에 소정의 전압을 인가한다. 이것에 의해, 탑재대에 탑재된 기판에 대한 플라즈마 처리 중에 기판의 일부의 정전 척으로부터의 박리에 기인하여 탑재대에 대해서 이상 방전이 발생되었을 때에, 그 이상 방전을 도전성 부재에 대해서 발생시킬 수 있다. 따라서, 도전성 부재에 인가되어 있는 전압 또는 전류의 값을 감시하고, 그 변화를 검지함으로써, 이상 방전이 발생된 것을 정확하게 또한 신속하게 검지할 수 있다. 또, 이상 방전이 발생된 후에는, 필요에 따라서 도전성 부재만을 교환하면, 탑재대를 재생해서 계속 사용할 수 있다. 더욱이, 도전성 부재에 인가하는 전압을 정(+)전압으로 함으로써, 이상 방전을 글로우 방전의 레벨로 억제할 수 있기 때문에, 탑재대의 손상을 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 구비하는 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 시스템이 구비하는 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 처리 장치의 탑재대에 마련된 도전성 핀 및 그 주변 구조를 나타내는 부분 단면도와, 도전성 핀의 배치 위치를 나타내는 표면도이다.
도 4는 도 2의 플라즈마 처리 장치의 탑재대에 마련된 도전성 핀에 아크 방전이 생겼을 때의 전위 변화와 전류 변화를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 시스템이 구비하는 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 처리 장치의 탑재대에 마련된 도전성 핀 및 그 주변 구조를 나타내는 부분 단면도와, 도전성 핀의 배치 위치를 나타내는 표면도이다.
도 4는 도 2의 플라즈마 처리 장치의 탑재대에 마련된 도전성 핀에 아크 방전이 생겼을 때의 전위 변화와 전류 변화를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(11)를 구비하는 기판 처리 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
기판 처리 시스템(10)은, 유리 기판 등의 FPD용의 기판(G)에 플라즈마 처리, 예를 들면, 플라즈마 에칭을 실시하는 3개의 플라즈마 처리 장치(11)를 구비한다. 3개의 플라즈마 처리 장치(11)는 각각, 수평 단면이 다각형(예를 들면, 수평 단면이 직사각형)인 반송실(12)의 측면에 게이트 밸브(13)를 거쳐 연결된다. 또, 플라즈마 처리 장치(11)의 구성에 대해서는, 도 2를 참조하여 후술한다.
반송실(12)에는 또한 로드록실(14)이 게이트 밸브(15)를 거쳐 연결되어 있다. 로드록실(14)에는, 기판 반출입 기구(16)가 게이트 밸브(17)를 사이에 두고 인접 배치된다. 기판 반출입 기구(16)에는 2개의 인덱서(18)가 인접 배치되어 있다. 인덱서(18)에는, 기판(G)을 수납하는 카세트(19)가 탑재된다. 카세트(19)에는, 복수매(예를 들면, 25매)의 기판(G)을 수납할 수 있다.
기판 처리 시스템(10)의 전체적인 동작은 미도시의 제어 장치에 의해 제어된다. 기판 처리 시스템(10)에 있어서 기판(G)에 대해서 플라즈마 에칭을 실시할 때에는, 우선, 기판 반출입 기구(16)에 의해 카세트(19)에 수납된 기판(G)이 로드록실(14)의 내부로 반입된다. 이때, 로드록실(14)의 내부에 플라즈마 에칭 완료의 기판(G)이 존재하면, 그 플라즈마 에칭 완료의 기판(G)이 로드록실(14) 내로부터 반출되고, 미에칭의 기판(G)과 교체된다. 로드록실(14)의 내부에 기판(G)이 반입되면, 게이트 밸브(17)가 닫힌다.
다음으로, 로드록실(14)의 내부가 소정의 진공도까지 감압된 후, 반송실(12)과 로드록실(14) 사이의 게이트 밸브(15)가 열린다. 그리고, 로드록실(14)의 내부의 기판(G)이 반송실(12)의 내부의 반송 기구(미도시)에 의해 반송실(12)의 내부로 반입된 후, 게이트 밸브(15)가 닫힌다.
다음으로, 반송실(12)과 플라즈마 처리 장치(11) 사이의 게이트 밸브(13)가 열리고, 반송 기구에 의해 플라즈마 처리 장치(11)의 내부에 미에칭의 기판(G)이 반입된다. 이때, 플라즈마 처리 장치(11)의 내부에 플라즈마 에칭 완료의 기판(G)이 있으면, 그 플라즈마 에칭 완료의 기판(G)이 반출되고, 미에칭의 기판(G)과 교체된다. 그 후, 플라즈마 처리 장치(11)에 의해 반입된 기판(G)에 대해서 플라즈마 에칭이 실시된다.
도 2는 플라즈마 처리 장치(11)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(11)로서, 여기에서는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치를 나타내고 있다. 플라즈마 처리 장치(11)는, 대략 직사각형 형상의 챔버(20)(처리실)와, 챔버(20) 내의 아래쪽에 배치되고, 꼭대기부인 기판 탑재면에 기판(G)을 탑재하는 테이블 형상의 탑재대(21)와, 탑재대(21)와 대향하도록 챔버(20) 내의 위쪽에 유전체 또는 금속으로 이루어지는 창 부재(미도시)를 사이에 두고 배치되는 소용돌이 형상의 도체로 이루어지는 유도 결합 안테나(50)와, 창 부재의 아래쪽에 있어서 챔버(20) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부(22)를 구비한다. 챔버(20)의 내부에 있어서, 탑재대(21)와 가스 공급부(22) 사이에는, 플라즈마가 생성되는 처리 공간(S)이 형성된다.
탑재대(21)는, 도체로 이루어지는 서셉터(23)를 내장하고 있고, 서셉터(23)에는 바이어스용 고주파 전원(24)이 정합기(25)를 거쳐 접속되어 있다. 또, 탑재대(21)의 상부에는, 층 형상의 유전체로부터 형성되는 정전 흡착부(ESC)(26)가 배치되어 있고, 정전 흡착부(26)는, 상층의 유전체층과 하층의 유전체층 사이에 끼워 넣어지도록 내포된 정전 흡착 전극(27)을 가진다. 또, 정전 흡착부(26)와 서셉터(23)를 관통하도록, 복수 개소에 도전성 핀(60)(도전성 부재)이 배치되어 있다. 도 2에는 도전성 핀(60)의 주변 구성에 대한 도시는 생략되어 있고, 도전성 핀(60)과 그 주변 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여 후술한다.
정전 흡착 전극(27)에는 직류 전원(28)이 접속되어 있고, 직류 전원(28)으로부터 정전 흡착 전극(27)에 직류 전압이 인가되면, 정전 흡착부(26)는 정전기력에 의해 탑재대(21)에 탑재된 기판(G)을 흡착 유지한다. 바이어스용 고주파 전원(24)은, 비교적 낮은 주파수의 고주파 전력을 서셉터(23)에 공급하여, 정전 흡착부(26)에 정전 흡착된 기판(G)에 직류 바이어스 전위를 발생시킨다. 또, 정전 흡착부(26)는, 판 부재로서 형성되어도 좋고, 또, 탑재대(21) 위에 용사막으로서 형성되어도 좋다.
탑재대(21)는 탑재된 기판(G)을 냉각하는 냉매 유로(29)를 내장하고 있고, 냉매 유로(29)는 전열 가스를 공급하는 전열 가스 공급 기구(30)에 접속되어 있다. 전열 가스로서는, 예를 들면, He 가스가 이용된다. 전열 가스 공급 기구(30)는, 전열 가스 공급원(31)과 가스 유량 제어기(32)를 가지며, 전열 가스를 탑재대(21)에 공급한다. 탑재대(21)는, 상부에 있어 개구되어 있는 복수의 전열 가스 구멍(33)과, 각각의 전열 가스 구멍(33) 및 전열 가스 공급 기구(30)를 연통시키는 전열 가스 공급 경로(34)를 가진다. 탑재대(21)에서는, 정전 흡착부(26)에 정전 흡착된 기판(G)의 이면과 탑재대(21)의 상부 사이에 미소한 틈새가 생기지만, 전열 가스 구멍(33)으로부터 공급되는 전열 가스가 이 틈새에 충전됨으로써, 기판(G)과 탑재대(21)의 열전달 효율을 향상시켜서, 탑재대(21)에 의한 기판(G)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
가스 공급부(22)는, 탑재대(21)에 탑재되는 기판(G)의 전면(全面)에 걸쳐서 대향하도록 배치되어 있고, 처리 가스 공급 기구(35)에 접속되어 있다. 처리 가스 공급 기구(35)는, 처리 가스 공급원(36), 가스 유량 제어기(37) 및 압력 제어 밸브(38)를 가진다. 가스 공급부(22)는, 처리 가스 공급 기구(35)와 연통하는 버퍼(39)를 내장하고 있고, 버퍼(39)는 다수의 가스 공급 구멍(40)을 거쳐서 처리 공간(S)과 연통하고 있다. 처리 가스 공급 기구(35)로부터 버퍼(39)에 공급된 처리 가스는 가스 공급 구멍(40)으로부터 처리 공간(S)으로 도입된다. 복수의 가스 공급 구멍(40)은, 탑재대(21)에 탑재되는 기판(G)의 전면에 걸쳐서 대향하도록 분산 배치되어 있고, 이것에 의해 기판(G) 상의 처리 공간(S)에 균일하게 처리 가스를 도입할 수 있다.
유도 결합 안테나(50)에는, 정합기(42)를 거쳐서 플라즈마 생성용 고주파 전원(41)이 접속되어 있고, 플라즈마 생성용 고주파 전원(41)은 비교적 높은 주파수의 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 유도 결합 안테나(50)에 공급한다. 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 공급되는 유도 결합 안테나(50)는 처리 공간(S)에 전계를 발생시킨다. 또, 플라즈마 처리 장치(11)는 챔버(20)의 내부와 연통하는 배기관(43)을 구비하고, 배기관(43)을 통해 챔버(20)의 내부의 가스를 배출하고, 챔버(20)의 내부를 소정의 감압 상태로 할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(11)의 각 구성 요소의 동작은, 기판 처리 시스템(10)의 제어 장치에 의한 통괄적인 제어 하에서, 장치 콘트롤러(44)가 소정의 프로그램을 실행함으로써 제어된다. 플라즈마 처리 장치(11)에 의해 기판(G)에 대해서 플라즈마 에칭을 실시할 때에는, 처리 공간(S)이 감압되고, 처리 가스가 처리 공간(S)으로 도입됨과 아울러, 유도 결합 안테나(50)에 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 공급된다. 이것에 의해, 처리 공간(S)에 전계가 발생한다. 처리 공간(S)에 도입된 처리 가스는, 전계에 의해 여기되어 플라즈마를 생성하고, 플라즈마 중의 양이온은, 탑재대(21)를 거쳐서 기판(G)에 발생하는 직류 바이어스 전위에 의해 기판(G)에 인입되고, 기판(G)에 플라즈마 에칭을 실시한다. 또, 플라즈마 중의 래디컬은, 기판(G)에 도달하여 기판(G)에 플라즈마 에칭을 실시한다.
플라즈마 처리 장치(11)에서는, 유도 결합 안테나(50)가 기판(G)의 전면을 덮도록 배치되어 있고, 이것에 의해, 기판(G)의 전면을 덮도록 플라즈마를 생성할 수 있기 때문에, 기판(G)의 전면에 균일하게 플라즈마 에칭을 실시할 수 있다.
기판(G)에 대한 플라즈마 에칭 중은, 도전성 핀(60)의 전위(전압) 또는 도전성 핀(60)을 흐르는 전류가 감시되고, 도전성 핀(60)에 대해서 방전이 발생함으로써 도전성 핀(60)의 전위 또는 도전성 핀(60)을 흐르는 전류의 변화가 검지되면, 기판(G)에 박리가 발생한 것에 의해 이상 방전이 발생했다고 판단되고, 플라즈마 에칭은 종료된다. 이하, 그 상세에 대하여 설명한다.
도 3(a)은 도전성 핀(60) 및 그 주변 구조를 나타내는 부분 단면도이다. 또, 도 3(a)에서는, 기판(G)이 정상적으로 기판 탑재면에 탑재된 상태를 파선으로, 기판(G)의 주연부의 일부가 정전 흡착부(26)로부터 박리된 상태를 실선으로 나타내고 있다. 도전성 핀(60)은, 정전 흡착부(26)에 마련된 정전 흡착 전극(27) 및 서셉터(23)와 전기적으로 절연되도록, 예를 들면, 절연성의 세라믹스 또는 수지로 이루어지는 절연 슬리브(61)에 삽입된 상태로, 정전 흡착부(26)와 서셉터(23)를 연직 방향(기판 탑재면과 직교하는 방향)으로 관통하도록 배치되어 있다.
도전성 핀(60)과 절연 슬리브(61)는, 손상시에 교환하는 것이 가능하도록, 예를 들면, 중간 끼움 등의 삽입 방법에 의해서 탑재대(21)에 배치되어 있다. 도전성 핀(60)의 직경(외경)은, 예를 들면, 탑재대(21) 상에서 기판(G)을 승강시키기 위해서 탑재대(21)에 마련되어 있는 승강 핀(미도시)과 동등한 직경으로 할 수 있고, 예를 들면, 3mmφ ~ 5mmφ로 할 수 있다.
도전성 핀(60)은, 후술하는 바와 같이 도전성 핀(60)에 대해서 아크 방전이 발생했을 때에도 용해하기 어려운 텅스텐 등의 고융점 금속을 이용할 수 있다. 한편으로, 도전성 핀(60)은 교환 가능하기 때문에, 도전성 핀(60)은, 알루미늄이나 동, 니켈 등을 이용할 수도 있다. 또, 도전성 핀(60)은, 금속에 한정되지 않고, 카본 등으로 이루어지는 것을 이용할 수도 있지만, 방전이 발생했을 때에 파티클이 발생하기 어려운 금속 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
도전성 핀(60)은, 전압/전류 모니터(64)와 RF 차단 필터(62)를 거쳐서 직류 전원(63)에 접속되어 있다. 전압/전류 모니터(64)는, 도전성 핀(60)을 흐르는 전류(도전성 핀(60)과 직류 전원(63)을 접속하는 배선을 흐르는 전류)와 도전성 핀(60)의 전위(도전성 핀(60)에 걸려 있는 전압)를 검지하는 것이고, 주지의 검지기를 이용할 수 있다.
도전성 핀(60)은, 바이어스용 고주파 전원(24)으로부터 서셉터(23)에 인가되어 있는 고주파 전력의 주파수의 영향을 받기 때문에, RF 차단 필터(62)에 의해, 바이어스용 고주파 전원(24)의 고주파를 그라운드로 흘러 보낸다. 직류 전원(63)은, -3kV ~ ＋3kV 정도의 범위로부터 설정된 소정의 전압을 도전성 핀(60)에 인가하는 능력을 가진다. 또, 직류 전원(63)으로서 정전 흡착 전극(27)을 이용하는 구성으로 할 수도 있다.
도 3(b)은, 정전 흡착부(26)의 상면도이며, 도전성 핀(60)의 배치 위치를 나타내고 있다. 또, 도 3(b)에서는, 전열 가스 구멍(33) 등의 도시는 생략하고 있다. 기판(G)에 대한 플라즈마 에칭중에는, 기판(G)은 플라즈마로부터의 입열에 의해 열팽창한다. 그때, 기판(G)의 박리가 생기는 위치는, 경험적으로, 기판(G)의 주연부(특히, 기판(G)의 각 변의 중앙부 근방)이다.
그래서, 도전성 핀(60)은, 기판(G)이 탑재대(21)에 탑재된 상태에서는 기판(G)의 하측에 숨어 주변 분위기에 노출되지 않는 위치로서, 기판(G)의 주연부에 대응하는 위치에 마련된다. 도전성 핀(60)은, 기판(G)의 박리가 발생하는 빈도가 높은 기판(G)의 각 변의 중앙부에 대응하는 위치에 마련하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 각 변의 중심을 포함하고, 각 변의 중심으로부터 각 변의 길이의 50%의 길이의 범위와, 기판(G)의 각 변으로부터 기판(G)의 내측을 향해 20mm 정도의 범위로 규정되는 영역에 배치된다.
도전성 핀(60), 전압/전류 모니터(64), RF 차단 필터(62) 및 직류 전원(63)은, 이상 방전 검지 유닛을 구성한다. 장치 콘트롤러(44)는, 전압/전류 모니터(64)에 의한 전류 신호와 전압 신호를 감시하고, 그 신호에 나타난 변화에 근거하여 플라즈마 에칭 중에 도전성 핀(60)에 대해서 이상 방전이 발생했는지 아닌지를 판단함으로써, 기판(G)에 박리가 발생했는지 아닌지를 판단한다. 장치 콘트롤러(44)는, 이상 방전이 발생했다고 판단한 경우에는, 신속하게 플라즈마 생성용 고주파 전원(41) 및 바이어스용 고주파 전원(24)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하여, 플라즈마 에칭을 중지한다.
구체적으로는, 기판(G)이 탑재대(21)에 탑재되어, 정전 흡착부(26)의 표면(탑재대(21)의 기판 탑재면)에 정전 흡착되면, 직류 전원(63)에 의해 도전성 핀(60)에 소정의 전압이 인가된다. 직류 전원(63)에 의한 도전성 핀(60)으로의 전압 인가는, 기판(G)에 대한 플라즈마 에칭을 개시하기 위해서, 플라즈마 생성용 고주파 전원(41) 및 바이어스용 고주파 전원(24)에 의한 고주파 전력의 공급의 개시 이전 또는 개시시에 행하면 좋다.
플라즈마 에칭중에는 플라즈마로부터의 입열에 의해 기판(G)의 온도는 상승한다. 기판(G)의 열팽창으로 인해 기판(G)의 주연부가 기판 탑재면(정전 흡착부(26)의 표면)으로부터 박리하여, 탑재대(21)에 대해서 이상 방전이 발생하는 경우에는, 도전성 핀(60)의 표면이 처리 공간(S)에 노출되어 있기 때문에 도전성 핀(60)을 전극으로 한 이상 방전이 발생하기 쉬워져서, 전열 가스 구멍(33)에서의 이상 방전의 발생을 회피할 수 있다. 전열 가스 구멍(33)에서 이상 방전이 발생한 경우의 전열 가스 구멍(33)의 손상이 크면 탑재대(21) 전체가 사용 불능이 되어 정전 흡착부(26) 및 서셉터(23)를 교환할 필요가 생긴다. 그러나, 도전성 핀(60)은, 상술한 바와 같이, 교환 가능하게 구성되어 있기 때문에, 이상 방전에 의해 도전성 핀(60)이 손상되어도, 도전성 핀(60)만을 교환하는 것만으로도 탑재대(21)를 재생시킬 수 있다.
도전성 핀(60)을 전극으로 한 이상 방전이 발생하면, 도전성 핀(60)의 전위가 변화하고, 또, 도전성 핀(60)에 (도전성 핀(60)과 직류 전원(63) 사이의 배선에) 전류가 흐른다. 따라서, 도전성 핀(60)의 전위 및/또는 도전성 핀(60)을 흐르는 전류를 감시하여 이상 방전의 발생을 검지함으로써, 기판(G)에 박리가 발생한 것을 검지할 수 있다.
도전성 핀(60)에 전압을 인가하는 제 1 방법으로서, 부(-)전압을 인가하는 방법이 있다. 도전성 핀(60)에 -3kV ~ -1kV 정도의 부전압을 인가한 경우에는, 경험적으로 아크 방전이 발생하는 것이 확인되고 있다. 또, 탑재대(21)에 기판(G)을 탑재하지 않고 도전성 핀(60)의 단면을 처리 공간(S)에 폭로(노출)시켜, 도전성 핀(60)에 소정의 부전압을 인가한 상태에서 플라즈마를 발생시켰을 때에, 도전성 핀(60)에 대해서 아크 방전이 발생하는 것은 실험적으로도 확인되고 있다.
도 4(a)는 도전성 핀(60)에 아크 방전이 발생했을 때의 전위 변화를 모식적으로 나타내는 그래프이며, 도 4(b)는 도전성 핀(60)에 아크 방전이 발생했을 때의 전류 변화를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 도전성 핀(60)에 아크 방전이 발생하면, 급격한 전위 상승이 나타나고, 또, 큰 돌입 전류가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 전압치와 전류치의 각각에 임계치를 마련하고, 전압치와 전류치의 어느 한쪽 또는 양쪽이 임계치를 초과하여 변화했을 때에, 이상 방전(아크 방전)이 발생했다고 판단할 수 있고, 이것에 의해 기판(G)에 박리가 발생한 것을 검지할 수 있다.
또, 도전성 핀(60)에 아크 방전이 발생한 경우에는, 전위 변동이 크고 불안정한 것에 대해, 전류는 안정되게 변화하고 있다. 그 때문에, 전류치로 이상 방전(아크 방전)의 발생의 유무를 검지함으로써, 보다 정확한 검지가 가능해진다. 또, 아크 방전의 발생시에는, 강한 발광이 관찰됨과 아울러 불꽃이 튈 때 발생하는 특유의 소리가 발생하기 때문에, 외관이나 소리에 의한 검지도 가능하다.
도전성 핀(60)에 전압을 인가하는 제 2 방법으로서, 정전압을 인가하는 방법이 있다. 도전성 핀(60)에 ＋1kV ~ ＋3kV의 정전압을 인가한 경우에는, 경험적 및 실험적으로, 글로우 방전이 발생하는 것이 확인되고 있다. 글로우 방전은, 아크 방전에 비해, 발생하는 광의 세기가 약하기 때문에 시인이 용이하지 않고, 또, 소리도 거의 발생하지 않기 때문에 소리에 의한 확인도 용이하지 않다. 또, 도전성 핀(60)을 흐르는 전류의 변화도 크지 않기 때문에, 전류치의 감시로는 글로우 방전의 발생을 오검지해 버릴 우려가 있다.
한편으로, ＋1kV ~ ＋3kV의 정전압이 인가된 도전성 핀(60)에 글로우 방전이 발생하면, 도전성 핀(60)의 전위가 한결같이 500V 정도로까지 저하한다. 따라서, 장치 콘트롤러(44)는, 도전성 핀(60)의 전위가 소정치(예를 들면, 600 ~ 700V) 이하로 강하한 것이 전압/전류 모니터(64)에 의해 검지되었을 때에, 플라즈마의 생성을 신속하게 중지하여 에칭 처리를 종료시킨다. 이와 같이, 도전성 핀(60)의 전위를 감시함으로써, 글로우 방전의 발생을 정확하게 검지할 수 있고, 이것에 의해 기판(G)에 박리가 발생한 것을 검지할 수 있다.
도전성 핀(60)에 아크 방전이 발생한 경우에는, 도전성 핀(60)에 큰 손상이 발생하는 경우가 많기 때문에, 교환이 필요하다. 이것에 대해서, 도전성 핀(60)에 글로우 방전이 발생한 경우에는, 도전성 핀(60)을 계속해서 사용할 수 있는 정도의 작은 손상밖에 발생하지 않는 경우가 많아, 파티클 등의 이물의 발생을 억제할 수 있다.
또, 플라즈마 에칭중에 기판(G)의 주연부의 박리에 기인하여 도전성 핀(60)에 대해서 이상 방전이 발생했는지 아닌지는, 챔버(20) 내의 압력에도 의존한다. 챔버(20) 내의 압력이 낮은(진공도가 높은) 경우, 예를 들면, 100mTorr 미만의 경우에는, 도전성 핀(60)에 정(+)전압을 인가한 경우와 부(-)전압을 인가한 경우의 각각에 대해서, 상기 설명한 바와 같이 이상 방전이 발생한다. 이것에 대해서, 챔버(20) 내의 압력이 높은(진공도가 낮은) 경우, 예를 들면, 100mTorr 이상의 경우에는, 도전성 핀(60)에 정전압을 인가한 경우에 아크 방전이 발생하는 경우가 있고, 도전성 핀(60)에 부전압을 인가한 경우에 글로우 방전이 발생하는 경우가 있다.
따라서, 도전성 핀(60)의 전위 변화와 전류 변화의 양쪽의 검지 결과로부터 이상 방전의 발생을 종합적으로 판단하는 것이 바람직하고, 그 경우에, 어느 한쪽의 검지 결과를 우선하도록 해도 좋고, 추가로, 이상 방전의 발생에 수반하는 광이나 소리의 검지 결과를 근거로 해도 좋다.
이상, 본 발명에 대해, 상기 실시의 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시의 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치(11)로서, 기판에 대해서 플라즈마 에칭 장치를 채택했지만, 이것으로 한정되지 않고, 성막 장치나 애싱 장치, 이온 주입 장치 등의 다른 플라즈마 처리 장치이어도 좋다. 또, 기판(G)으로서, FPD용의 유리 기판을 채택했지만, 그 외의 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼)이어도, 본 발명의 적용은 가능하다.
11 : 플라즈마 처리 장치
20 : 챔버
21 : 탑재대 23 : 서셉터
26 : 정전 흡착부(ESC) 28 : 직류 전원
44 : 장치 콘트롤러 60 : 도전성 핀
61 : 절연 슬리브 62 : RF 차단 필터
63 : 직류 전원 64 : 전압/전류 모니터
21 : 탑재대 23 : 서셉터
26 : 정전 흡착부(ESC) 28 : 직류 전원
44 : 장치 콘트롤러 60 : 도전성 핀
61 : 절연 슬리브 62 : RF 차단 필터
63 : 직류 전원 64 : 전압/전류 모니터
Claims (8)
- 기판이 탑재되는 기판 탑재면을 가진 탑재대와,
상기 탑재대에 마련되고, 기판을 상기 기판 탑재면에 정전기력에 의해 흡착 유지하는 정전 흡착부와,
상기 탑재대를 내부에 수용하는 챔버와,
상기 챔버의 내부에 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성 수단
을 갖되,
상기 탑재대에 탑재된 기판에 대해서 상기 플라즈마에 의한 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 기판 탑재면에 기판이 탑재된 상태에서는 해당 기판으로 덮혀지는 위치에서, 상기 기판 탑재면에 노출되도록 상기 탑재대에 배치된 도전성 부재와,
상기 도전성 부재에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
상기 도전성 부재의 전위와 상기 도전성 부재를 흐르는 전류 중 적어도 한 쪽을 검지하는 검지기와,
상기 검지기가 상기 도전성 부재의 전위의 변화 또는 상기 도전성 부재를 흐르는 전류의 변화를 검지했을 때에 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 부재는 상기 기판의 주연부에 대응하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 부재는, 상기 탑재대와 전기적으로 절연된 상태로 상기 탑재대에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 부재는, 상기 탑재대에 대해서 교환 가능하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 직류 전원은 상기 도전성 부재에 정(+)전압을 인가하고,
상기 제어부는, 상기 검지기에 의해 상기 도전성 부재의 전위가 소정치 이하로 강하된 것이 검지되었을 때에, 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 직류 전원은 상기 도전성 부재에 부(-)전압을 인가하고,
상기 제어부는, 상기 검지기에 의해 상기 도전성 부재의 전위가 소정의 임계치를 초과하여 변화한 것이 검지되었을 때에, 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 직류 전원은 상기 도전성 부재에 부전압을 인가하고,
상기 제어부는, 상기 검지기에 의해 상기 도전성 부재를 흐르는 전류가 소정의 임계치를 초과하여 변화한 것이 검지되었을 때에, 상기 플라즈마 생성 수단에 의한 플라즈마의 생성을 중지하는 것을 플라즈마 처리 장치.
- 탑재대의 기판 탑재면에 탑재된 기판에 대해서 플라즈마 처리를 실시할 때의, 상기 기판의 상기 기판 탑재면으로부터의 박리를 검지하는 기판 박리 검지 방법으로서,
상기 기판 탑재면에 기판이 탑재된 상태로 해당 기판으로 덮혀지는 위치에서 상기 기판 탑재면에 노출되도록 상기 탑재대에 배치된 도전성 부재에 대해서 소정의 직류 전압을 인가하는 인가 스텝과,
상기 도전성 부재에 대해서 소정의 직류 전압이 인가된 상태로 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리 스텝과,
상기 처리 스텝의 실행중에 상기 도전성 부재의 전위 또는 상기 도전성 부재를 흐르는 전류를 감시하는 감시 스텝과,
상기 감시 스텝에 있어 상기 도전성 부재의 전위의 변화 또는 상기 도전성 부재를 흐르는 전류의 변화가 검지되었을 때에 상기 기판의 상기 기판 탑재면으로부터의 박리가 발생되었다고 판단하는 판단 스텝
을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 박리 검지 방법.
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