KR20170092135A - 플라즈마 처리 용기 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 용기 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

(과제) 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 비롯한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 열에 의한 덮개 부재의 변형을 억제한다.
(해결 수단) 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)의 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 접속 부분에는, 전체 둘레에 걸쳐, O링(51), 단열 부재(52) 및 스파이럴 실드(53)가 구비되어 있다. 단열 부재(52)는, 단열 부재용 홈(62) 내에 끼워져 있다. 단열 부재(52)는, 리드 형상의 복수의 단열 시트(54)에 의해 구성되어 있다. 단열 부재(52)에 의해, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이에는, 극간 CL이 마련되어 있다. 단열 부재(52)에 의해, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)가 열적으로 분리되고, 상부 용기(2B)가 열에 의해 변형한 경우에도, 그 변형량을 흡수할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 용기 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING CONTAINER AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 피처리체에 플라즈마 처리 등을 행하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 그것에 이용하는 플라즈마 처리 용기에 관한 것이다.
FPD(플랫 패널 디스플레이)의 제조 공정에 있어서는, FPD용 기판에 대하여 플라즈마 에칭, 플라즈마 애싱, 플라즈마 성막 등의 여러 가지의 플라즈마 처리가 행해지고 있다. 이와 같은 플라즈마 처리를 행하는 장치로서, 예컨대 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치나, 유도 결합 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 처리 장치 등이 알려져 있다. 이들의 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기 내를 진공 상태로 감압하여 처리를 행하는 진공 장치로서 구성되어 있다. 또한, 최근에는, 대형의 FPD용 기판을 처리하기 위해 처리 용기도 대형화되고 있다.
예컨대, 유도 결합 플라즈마 처리 장치는, 기밀하게 유지되고, 기판에 대하여 플라즈마 처리가 행해지는 처리 용기와, 처리 용기의 외부에 배치된 고주파 안테나를 구비하고 있다. 처리 용기는, 본체 용기와, 처리실의 천정 부분을 구성하는 유전체벽과, 유전체벽을 지지하는 프레임 형상의 덮개 부재를 갖고 있다. 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 안테나에 의해, 처리 용기 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해, 처리 용기 내에 도입된 처리 가스가 플라즈마로 전환되고, 이 플라즈마를 이용하여, 대형의 FPD용 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리가 행해진다.
플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마의 발생이나 고온에서의 프로세스에 의해 처리 용기 내의 온도가 상승한다. 그리고, 예컨대 상기 구성의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기를 구성하는 본체 용기와, 상기 유전체벽을 지지하는 덮개 부재가 가열된다. 덮개 부재가 과잉 가열되면, 덮개 부재에 뒤틀림이 생기고, 본체 용기와의 접합 부분에 극간이 생긴다. 그 결과, 처리실 내로부터의 진공 누출이 생기거나, 덮개 부재에 의해 지지되는 유전체벽이 파손되거나 한다고 하는 가능성이 있다. 또한, 처리 용기의 대형화에 따라, 뒤틀림의 문제도 심각한 것이 되고 있다.
플라즈마 처리 장치에 있어서의 구성 부재의 온도 제어에 관하여, 예컨대, 특허 문헌 1에서는, 가스를 방출하는 샤워헤드에 있어서, 헤드 본체와 헤드 덮개의 접합면에 단열 부재를 마련하는 것이 제안되어 있다. 이 특허 문헌 1은, 단열 부재에 의해 헤드 본체와 헤드 덮개의 열전도를 억제하고, 샤워헤드의 가스 분사 부분의 온도를 관리하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서의 덮개 부재와 본체 용기의 접합 부분의 실(seal) 구조에 관하여, 특허 문헌 2에서는, O링의 열화를 방지하기 위해, 접합 부분의 안쪽에 플라즈마 차단 수단을 마련하고, 그 바깥쪽에 O링을 마련하는 것이 제안되어 있다.
또한, 특허 문헌 3에서는, 평면 안테나 방식의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 투과판과 고정용의 가압 부재의 사이에 O링을 마련하고, 그 바깥쪽에 스파이럴 실드를 마련하는 것이 개시되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2002-155364호 공보(도 2 등)
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2005-63986호 공보(도 1 등)
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 2007-294924호 공보(도 3 등)
상기와 같이, 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마의 열이나 고온에서의 프로세스에 의해 덮개 부재 등의 처리 용기의 일부분에 변형이 생기면, 진공 누출이나 부품의 파손 등이 생기기 때문에, 신뢰성이 높은 플라즈마 프로세스를 행하는 것이 곤란하게 된다.
본 발명의 목적은, 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 비롯한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 열에 의한 처리 용기의 변형을 억제하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 처리실을 형성하는 플라즈마 처리 용기이다. 이 플라즈마 처리 용기는, 본체 용기와, 상기 본체 용기에 결합되는 상부 용기를 구비하고, 상기 본체 용기와 상기 상부 용기의 사이에, 진공 실 부재와, 단열 부재와, 도전 부재로서도 기능하는 전자파 차단 부재가 개재되어 마련되고, 상기 본체 용기와 상기 상부 용기가 이간하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 상기 단열 부재가, 복수로 분할된 단열 시트를 포함하고 있더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 상기 처리실의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해, 상기 진공 실 부재, 상기 전자파 차단 부재 및 상기 단열 부재의 순서로 배치되어 있더라도 좋고, 혹은, 상기 처리실의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해, 상기 진공 실 부재, 상기 단열 부재 및 상기 전자파 차단 부재의 순서로 배치되어 있더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 용기에 있어서, 상기 단열 시트는, 유리 전이 온도(Tg)가 125℃를 넘는 재질의 합성 수지에 의해 구성되어 있더라도 좋다. 이 경우, 상기 단열 시트의 두께 방향의 열전도율이 1W/mK 이하이더라도 좋다. 또한, 상기 합성 수지가, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리에틸렌설파이드(PPS) 수지, 전방향족 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 및 MC나일론으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이더라도 좋다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 합성 수지인 상기 단열 시트의 두께가, 0.5㎜ 이상 20㎜ 이하의 범위 내이더라도 좋다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 상기 단열 시트가, 세라믹스에 의해 구성되어 있더라도 좋다. 이 경우, 상기 단열 시트의 두께 방향의 열전도율이 40W/mK 이하이더라도 좋다. 또한, 세라믹스인 상기 단열 시트의 두께가, 5㎜ 이상 20㎜ 이하의 범위 내이더라도 좋다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 상기 단열 시트에 의해, 상기 본체 용기와 상기 상부 용기의 사이에 0.1㎜ 이상 2㎜ 이하의 범위 내의 극간이 마련되어 있더라도 좋다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 상기 단열 시트가, 상기 본체 용기에 마련된 오목부 내에 배치되어 있더라도 좋다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 인접하는 단열 시트의 간격이, 1㎜ 이상 3㎜ 이하의 범위 내이더라도 좋다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 용기는, 상기 본체 용기와 상기 상부 용기에, 각각 온도 조절 장치를 구비하고 있더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 어느 하나에 기재된 플라즈마 처리 용기를 구비하고 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 플라즈마 처리 용기 내에 마련되고, 피처리체가 탑재되는 탑재대와, 상기 처리 용기의 바깥쪽에 마련되고, 상기 처리 용기 내에 유도 전계를 형성하는 안테나와, 상기 안테나와 상기 처리 용기의 사이에 마련된 유전체벽과, 상기 안테나에 고주파 전력을 인가하여 유도 전계를 형성시키는 고주파 전원과, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내를 진공 또는 감압 상태로 하는 배기 수단을 구비한 유도 결합 플라즈마 처리 장치이더라도 좋다.
본 발명에 의하면, 본체 용기와 상부 용기의 사이에 단열 부재를 배치하여 본체 용기와 상부 용기를 이간시키는 것에 의해, 본체 용기와 상부 용기를 확실히 열적으로 분리할 수 있다. 따라서, 본체 용기와 상부 용기를 각각 온도 제어하는 것이 가능하게 됨과 아울러, 상부 용기의 열에 의한 변형을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 본체 용기의 측부의 상단면의 요부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 요부 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
[제 1 실시의 형태]
도 1은 본 발명의 제 1 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또, 이하에서는, 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 예로 하여 설명하지만, 본 발명은, 임의의 플라즈마 처리 장치에 대하여 마찬가지로 적용할 수 있다.
도 1에 나타낸 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 FPD용의 유리 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 적는다) S에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 것이다. FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD : Liquid Crystal Display), 일렉트로 루미네선스(EL : Electro Luminescence) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP : Plasma Display Panel) 등이 예시된다.
유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)를 갖는 처리 용기(2)를 구비하고 있다.
<본체 용기>
본체 용기(2A)는, 저부(2b)와 4개의 측부(2c)를 갖는 각기둥 형상의 용기이다. 또, 본체 용기(2A)는, 원기둥 형상의 용기이더라도 좋다. 본체 용기(2A)의 재료로서는, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 도전성 재료가 이용된다. 본체 용기(2A)의 재료로서 알루미늄을 이용한 경우에는, 본체 용기(2A)의 내벽면으로부터 오염물이 발생하지 않도록, 본체 용기(2A)의 내벽면에는 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시된다. 또한, 본체 용기(2A)는 접지되어 있다.
<상부 용기>
상부 용기(2B)는, 천정 부분(2a)과, 본체 용기(2A)의 상부에 배치되어, 처리 용기(2) 내의 공간을 상하의 2개의 공간으로 구획하는 유전체벽(6)과, 유전체벽(6)을 지지하는 지지 부재로서, 덮개 부재(7) 및 지지 빔(16)을 구비하고 있다. 상부 용기(2B) 내에는 안테나실(4)이 형성되고, 본체 용기(2A) 내에는 처리실(5)이 형성되고, 이들 2개의 방은 유전체벽(6)에 의해 구획되어 있다. 즉, 안테나실(4)은 처리 용기(2) 내에 있어서의 유전체벽(6)의 위쪽의 공간에 형성되고, 처리실(5)은 처리 용기(2) 내에 있어서의 유전체벽(6)의 아래쪽의 공간에 형성되어 있다. 따라서, 유전체벽(6)은, 안테나실(4)의 저부를 구성함과 아울러, 처리실(5)의 천정 부분을 구성한다. 처리실(5)은, 기밀하게 유지되고, 그곳에서 기판 S에 대하여 플라즈마 처리가 행해진다.
유전체벽(6)은, 대략 정사각형 형상 또는 대략 직사각형 형상의 상면 및 저면과, 4개의 측면을 갖는 대략 직육면체 형상을 이루고 있다. 유전체벽(6)의 두께는, 예컨대 30㎜이다. 유전체벽(6)은, 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 유전체벽(6)의 재료로서는, 예컨대, Al2O3 등의 세라믹스나, 석영이 이용된다. 일례로서, 유전체벽(6)은, 4개의 부분으로 분할되어 있다. 즉, 유전체벽(6)은, 제 1 부분벽, 제 2 부분벽, 제 3 부분벽 및 제 4 부분벽을 갖고 있다. 또, 유전체벽(6)은, 분할되어 있지 않더라도 좋고, 4 이외의 수의 부분으로 분할되어 있더라도 좋다.
덮개 부재(7)는, 상부 용기(2B)의 하부에 마련되어 있다. 덮개 부재(7)는, 본체 용기(2A)의 상단에 위치 조정되어 배치되어 있다. 덮개 부재(7)는, 본체 용기(2A) 위에 배치함으로써 처리 용기(2)가 닫히고, 본체 용기(2A)와 분리하는 것에 의해 처리 용기(2)가 개방된다. 또, 덮개 부재(7)는, 상부 용기(2B)와 일체이더라도 좋다.
지지 빔(16)은, 예컨대 십자 형상을 이루고 있고, 유전체벽(6)의 상기 4개의 부분벽은, 덮개 부재(7)와 지지 빔(16)에 의해 지지되어 있다.
유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 각각 상부 용기(2B)의 천정 부분(2a)에 접속된 상단부를 갖는 복수의 원기둥 형상의 서스펜더(8)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 3개의 서스펜더(8)를 도시하고 있지만, 서스펜더(8)의 수는 임의이다. 지지 빔(16)은, 서스펜더(8) 하단부에 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 지지 빔(16)은, 복수의 서스펜더(8)에 의해 상부 용기(2B)의 천정 부분(2a)에서 매달려, 처리 용기(2)의 내부에 있어서의 상하 방향의 대략 중앙의 위치에 있어서, 수평 상태를 유지하도록 배치되어 있다.
지지 빔(16)에는, 가스 공급 장치(20)로부터 처리 가스가 공급되는 도시하지 않는 가스 유로와, 이 가스 유로에 공급된 처리 가스를 방출하기 위한 도시하지 않는 복수의 개구부가 형성되어 있다. 지지 빔(16)의 재료로서는, 도전성 재료가 이용된다. 이 도전성 재료로서는, 알루미늄 등의 금속 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 지지 빔(16)의 재료로서 알루미늄을 이용한 경우에는, 표면으로부터 오염물이 발생하지 않도록, 지지 빔(16)의 내외의 표면에는 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시된다.
<가스 공급 장치>
본체 용기(2A)의 외부에는, 또한, 가스 공급 장치(20)가 설치되어 있다. 가스 공급 장치(20)는, 예컨대, 중앙의 서스펜더(8)의 중공부에 삽입된 가스 공급관(21)을 거쳐 지지 빔(16)의 도시하지 않는 가스 유로에 접속되어 있다. 가스 공급 장치(20)는, 플라즈마 처리에 이용되는 처리 가스를 공급하기 위한 것이다. 플라즈마 처리가 행해질 때에는, 처리 가스는, 가스 공급관(21), 지지 빔(16) 내의 가스 유로 및 개구부를 지나, 처리실(5) 내에 공급된다. 처리 가스로서는, 예컨대 SF6 가스가 이용된다.
<제 1 고주파 공급부>
유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 안테나실(4)의 내부, 즉 처리실(5)의 외부로서 유전체벽(6)의 위쪽에 배치된 고주파 안테나(이하, 간단히 「안테나」라고 적는다)(13)를 구비하고 있다. 안테나(13)는, 예컨대 대략 정사각형의 평면각형 소용돌이 형상을 이루고 있다. 안테나(13)는, 유전체벽(6)의 상면의 위에 배치되어 있다.
처리 용기(2)의 외부에는, 정합기(14)와, 고주파 전원(15)이 설치되어 있다. 안테나(13)의 일단은, 정합기(14)를 거쳐 고주파 전원(15)에 접속되어 있다. 안테나(13)의 다른 단은, 상부 용기(2B)의 내벽에 접속되고, 본체 용기(2A)를 거쳐 접지되어 있다. 기판 S에 대하여 플라즈마 처리가 행해질 때에는, 안테나(13)에, 고주파 전원(15)으로부터 유도 전계 형성용의 고주파 전력(예컨대, 13.56㎒의 고주파 전력)이 공급된다. 이것에 의해, 안테나(13)에 의해, 처리실(5) 내에 유도 전계가 형성된다. 이 유도 전계는, 처리 가스를 플라즈마로 전환시킨다.
<탑재대>
유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 기판 S를 탑재하기 위한 서셉터(탑재대)(22)와, 절연체 프레임(24)과, 지주(25)와, 벨로즈(26)와, 게이트 밸브(27)를 구비하고 있다. 지주(25)는, 본체 용기(2A)의 아래쪽에 설치된 도시하지 않는 승강 장치에 접속되고, 본체 용기(2A)의 저부(2b)에 형성된 개구부를 지나, 처리실(5) 내에 돌출하고 있다. 또한, 지주(25)는, 중공부를 갖고 있다. 절연체 프레임(24)은, 지주(25)의 위에 설치되어 있다. 이 절연체 프레임(24)은, 상부가 개구한 상자 형상을 이루고 있다. 절연체 프레임(24)의 저부에는, 지주(25)의 중공부에 이어지는 개구부가 형성되어 있다. 벨로즈(26)는, 지주(25)를 포위하고, 절연체 프레임(24) 및 본체 용기(2A)의 저부(2b)의 내벽에 기밀하게 접속되어 있다. 이것에 의해, 처리실(5)의 기밀성이 유지된다.
서셉터(22)는, 절연체 프레임(24) 내에 수용되어 있다. 서셉터(22)는, 기판 S를 탑재하기 위한 탑재면(22A)을 갖고 있다. 서셉터(22)의 재료로서는, 예컨대, 알루미늄 등의 도전성 재료가 이용된다. 서셉터(22)의 재료로서 알루미늄을 이용한 경우에는, 표면으로부터 오염물이 발생하지 않도록, 서셉터(22)의 표면에 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시된다.
<제 2 고주파 공급부>
처리 용기(2)의 외부에는, 또한, 정합기(28)와, 고주파 전원(29)이 설치되어 있다. 서셉터(22)는, 절연체 프레임(24)의 개구부 및 지주(25)의 중공부에 삽통된 통전봉을 거쳐 정합기(28)에 접속되고, 또한, 이 정합기(28)를 거쳐 고주파 전원(29)에 접속되어 있다. 기판 S에 대하여 플라즈마 처리가 행해질 때에는, 서셉터(22)에는, 고주파 전원(29)으로부터 바이어스용의 고주파 전력(예컨대, 380㎑의 고주파 전력)이 공급된다. 이 고주파 전력은, 플라즈마 중의 이온을, 서셉터(22) 위에 탑재된 기판 S에 효과적으로 끌어들이기 위해 사용되는 것이다.
<게이트 밸브>
게이트 밸브(27)는, 본체 용기(2A)의 측부(2c)의 벽에 마련되어 있다. 게이트 밸브(27)는, 개폐 기능을 갖고, 닫힌 상태에서 처리실(5)의 기밀성을 유지함과 아울러, 열린 상태에서 처리실(5)과 외부의 사이에서 기판 S의 이송을 가능하게 한다.
<배기 장치>
처리 용기(2)의 외부에는, 또한, 배기 장치(30)가 설치되어 있다. 배기 장치(30)는, 본체 용기(2A)의 저부(2b)에 접속된 배기관(31)을 거쳐, 처리실(5)에 접속되어 있다. 기판 S에 대하여 플라즈마 처리가 행해질 때에는, 배기 장치(30)는, 처리실(5) 내의 공기를 배기하고, 처리실(5) 내를 진공 또는 감압 분위기로 유지한다.
<온도 조절 장치>
본체 용기(2A)의 4개의 측부(2c)를 구성하는 벽 내에는, 열매체 유로(40)가 마련되어 있다. 열매체 유로(40)의 일단과 다른 단에는, 도입구(40a)와 배출구(40b)가 마련되어 있다. 그리고, 도입구(40a)는 도입관(41)에, 배출구(40b)는 배출관(42)에 각각 접속되어 있다. 도입관(41)과 배출관(42)은, 처리 용기(2)의 외부에 마련된 온도 조절 장치로서의 칠러 유닛(43)과 접속되어 있다.
<본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 접속 구조>
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하면서, 본 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서의 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 접속 구조에 대하여 설명한다. 도 2는 도 1에 있어서의 A 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다. 도 3은 본체 용기(2A)의 측부(2c)의 상단면을 확대하여 나타내는 요부 평면도이다. 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 본체 용기(2A)의 측부(2c)의 상단면에는, 전체 둘레에 걸쳐, 진공 실 부재로서의 O링(51), 도전 부재로서도 기능하는 전자파 차단 부재로서의 스파이럴 실드(53), 및 단열 부재(52)가 구비되어 있다. O링(51), 스파이럴 실드(53), 및 단열 부재(52)는, 처리 용기(2)의 안쪽(처리실(5)쪽)으로부터 바깥쪽으로, 이 순서로 배치되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 단열 부재(52)보다 처리실(5)의 내부에 가까운 위치에 스파이럴 실드(53)를 구비하는 것에 의해, 단열 부재(52)가 고주파나 플라즈마에 노출되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 단열 부재(52)의 열화가 방지되고, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 열적인 차단 효과를 장기간 확보할 수 있음과 아울러 교환 수명을 장기화할 수 있다.
<O링>
O링(51)은, 진공 실 부재이고, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이의 기밀성을 유지하고, 처리실(5) 내를 진공 상태로 유지한다. O링(51)은, 본체 용기(2A)의 측부(2c)의 상단면에 형성된 오목부인 O링용 홈(61) 내에 끼워져 있다. O링(51)의 재질로서는, 예컨대 니트릴 고무(NBR), 불소 고무(FKM), 실리콘 고무(Q), 플루오로실리콘 고무(FVMQ), 퍼플루오로폴리에테르계 고무(FO), 아크릴 고무(ACM), 에틸렌프로필렌 고무(EPM)를 이용할 수 있다.
<스파이럴 실드>
스파이럴 실드(53)는, 본체 용기(2A)의 측부(2c)의 상단면에 형성된 실드용 홈(63) 내에 끼워져 있다. 스파이럴 실드(53)는, 예컨대, 알루미늄, 스테인리스, 구리, 철 등의 금속제이고, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 도통을 확보하고, 상부 용기(2B)를 접지 전위로 유지한다. 또한, 스파이럴 실드(53)는, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이로부터의 고주파나 플라즈마의 누설을 방지한다.
<단열 부재>
단열 부재(52)는, 본체 용기(2A)의 측부(2c)의 상단면에 형성된 단열 부재용 홈(62) 내에 끼워져 있다. 단열 부재(52)는, 리드(reed) 형상의 복수의 단열 시트(54)에 의해 구성되어 있다. 즉, 단열 시트(54)는, 직사각형 형상의 상면 및 저면과, 4개의 측면을 갖는 박판 형상을 이루고 있다. 단열 시트(54)의 상면은, 상부 용기(2B)의 하단(다시 말해, 덮개 부재(7)의 하단)에 맞닿는 면이다. 단열 부재(52)는, 본체 용기(2A)의 도달 온도에 견디는 것이 가능하고, 또한, 열전도율이 작은 재료로서, 예컨대 합성 수지나 세라믹스 등으로 형성할 수 있지만, 특히, 열전도율이 작은 합성 수지가 보다 바람직하다.
단열 부재(52)로서 합성 수지를 이용하는 경우는, 유리 전이 온도(Tg)가 예컨대 125℃를 넘는 것이 바람직하다. 단열 부재(52)의 유리 전이 온도(Tg)가 125℃ 이하인 경우, 처리실(5) 내의 플라즈마에 의한 열에 의해 변형하여, 단열 효과가 손상되는 일이 있다.
단열 부재(52)의 열전도율은, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이의 열전도를 최대한 억제하기 위해, 단열 시트(54)의 재질로서, 합성 수지를 이용하는 경우는, 예컨대 1W/mK 이하가 바람직하고, 세라믹스를 이용하는 경우는, 예컨대 40W/mK 이하가 바람직하다.
단열 부재(52)는, 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 대면적의 기판 S를 처리하는 경우에, 처리실(5)을 진공 상태로 했을 때의 상부 용기(2B)에 의한 압력에 견딜 수 있는 압축 강도를 갖는 것이 바람직하다.
이상과 같은 물성을 고려하여, 단열 부재(52)로서는, 예컨대, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리에틸렌설파이드(PPS) 수지, 전방향족 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드(PEI), MC나일론 등의 합성 수지나, 지르코니아(ZnO2), 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스를 이용할 수 있다.
단열 부재(52)는, 복수의 직사각형의 단열 시트(54)로 분할되어 있다. 이와 같이, 복수의 단열 시트(54)로 분할하는 것에 의해, 예컨대 FPD용 기판을 처리하기 위한 대형의 처리 용기(2)로의 배치가 용이하게 된다. 인접하는 단열 시트(54)끼리의 간격은, 예컨대 100℃ 이상의 온도에서 각 단열 시트(54)가 열팽창한 경우에, 인접하는 단열 시트(54)끼리 거의 접촉할 정도의 간격으로 설정하는 것이 바람직하고, 예컨대 1㎜ 이상 3㎜ 이하의 범위 내, 바람직하게는 2㎜ 정도로 할 수 있다.
단열 부재(52)를 구성하는 각 단열 시트(54)의 두께는, 단열 시트(54)의 재질로서, 합성 수지를 이용하는 경우는, 예컨대 0.5㎜ 이상 20㎜ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 세라믹스를 이용하는 경우는, 예컨대 5㎜ 이상 20㎜ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 각 단열 시트(54)의 두께는, 단열 부재용 홈(62)의 깊이보다 크고, 단열 시트(54)의 상면은 단열 부재용 홈(62)으로부터 돌출하고 있다.
도 2에 확대하여 나타내는 바와 같이, 단열 부재(52)에 의해, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이에는, 극간 CL이 마련되어 있다. 이 극간 CL은, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이의 충분한 단열성을 확보함과 아울러, 가령 상부 용기(2B)가 열에 의해 변형된 경우에도, 그 변형량을 흡수할 수 있는 크기로 설정되어 있다. 따라서, 극간 CL은, 예컨대 0.1㎜ 이상 2㎜ 이하의 범위 내로 마련되어 있다. 극간 CL이 0.1㎜ 미만이면, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이의 단열성이 불충분하게 되기 쉽고, 상부 용기(2B)가 열에 의해 변형된 경우에도 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이에 충분한 클리어런스를 확보할 수 없다. 극간 CL이 2㎜를 넘으면, 단열 성능은 향상되지만, O링(51)에 의한 진공 유지 기능이나, 스파이럴 실드(53)에 의한 고주파나 플라즈마의 차단 기능이 저하되고, 또한 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이의 도통의 확보도 곤란하게 된다.
각 단열 시트(54)는, 단열 부재용 홈(62)에 끼워진 상태에서, 예컨대 복수의 나사(55)에 의해 본체 용기(2A)의 측부(2c)에 고정되어 있다. 또, 단열 시트(54)의 고정 방법은 특별히 제한은 없다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판 S에 대하여 플라즈마 처리를 실시할 때의 처리 동작에 대하여 설명한다.
우선, 게이트 밸브(27)를 연 상태에서, 도시하지 않는 반송 기구에 의해 기판 S를 처리실(5) 내에 반입하고, 서셉터(22)의 탑재면(22A)에 탑재한 후, 정전척 등에 의해 기판 S를 서셉터(22) 위에 고정한다.
다음으로, 가스 공급 장치(20)로부터, 가스 공급관(21), 지지 빔(16) 내의 도시하지 않는 가스 유로 및 복수의 개구부를 거쳐 처리 가스를 처리실(5) 내에 토출시킴과 아울러, 배기 장치(30)에 의해 배기관(31)을 거쳐 처리실(5) 내를 진공 배기하는 것에 의해, 처리 용기 내를 예컨대 1.33㎩ 정도의 압력 분위기로 유지한다.
다음으로, 고주파 전원(15)으로부터 13.56㎒의 고주파를 안테나(13)에 인가하고, 이것에 의해 유전체벽(6)을 거쳐 처리실(5) 내에 균일한 유도 전계를 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 유도 전계에 의해, 처리실(5) 내에서 처리 가스가 플라즈마화하고, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 이와 같이 하여 생성된 플라즈마 중의 이온은, 고주파 전원(29)으로부터 서셉터(22)에 대하여 인가되는 고주파 전력에 의해 기판 S에 효과적으로 이끌려, 기판 S에 대하여 균일한 플라즈마 처리가 실시된다.
플라즈마 처리 동안, 본체 용기(2A)는 플라즈마의 열에 의해 고온으로 가열되지만, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이의 단열 부재(52)에 의해 열적으로 분리되어 있기 때문에, 상부 용기(2B)의 과잉 온도 상승에 의한 뒤틀림 등의 변형을 억제하고, 진공 누출이나 유전체벽(6)의 파손 등을 방지할 수 있다. 또한, 본체 용기(2A)는, 칠러 유닛(43)에 의해 상부 용기(2B)와 독립한 온도 조절이 가능하게 되는 것으로부터, 처리실(5) 내에서 행해지는 플라즈마 프로세스의 온도 제어가 용이하게 되고, 프로세스의 안정성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 단열 부재(52)에 의해 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이를 열적으로 분리함으로써, 상부 용기(2B)의 온도 조절 설비를 생략하고 있다.
<실험 결과>
여기서, 본 발명의 효과를 확인한 실험 결과에 대하여 설명한다. 도 1과 같은 구성의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 기판 S 표면의 박막에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 행하고 있는 동안, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 온도를 각각 계측했다. 그 결과, 본체 용기(2A)의 온도는 96~101℃의 사이였던 것에 비하여, 상부 용기(2B)의 온도는 48~50℃의 사이이고, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이에 약 50℃의 온도차를 확보할 수 있었다. 이 실측 데이터로부터, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이에 개재시킨 단열 부재(52)에 의해, 본체 용기(2A)로부터 상부 용기(2B)로의 열전도를 효과적으로 차단할 수 있는 것이 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이에 단열 부재(52)를 배치하여 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)가 직접 접하지 않도록 하는 것에 의해, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)를 확실히 열적으로 분리할 수 있다. 이것에 의해, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)를 각각 온도 제어하는 것이 가능하게 됨과 아울러, 칠러 등의 온도 조절 설비의 간소화를 실현할 수 있다. 또한, 상부 용기(2B)의 열변형에 의한 진공 누출의 발생이나 유전체벽(6)의 파손을 미연에 방지할 수 있다.
[제 2 실시의 형태]
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제 2 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 제 2 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치(101)는, 본체 용기(2A)뿐 아니라, 상부 용기(2B)에도 온도 조절 장치를 마련한 점 이외에는, 제 1 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)와 같다. 그 때문에, 도 4에 있어서, 도 1과 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 상부 용기(2B)를 구성하는 벽 내에는, 열매체 유로(70)가 마련되어 있다. 열매체 유로(70)의 일단과 다른 단에는, 도입구(70a)와 배출구(70b)가 마련되어 있다. 그리고, 도입구(70a)는 도입관(71)에, 배출구(70b)는 배출관(72)에 각각 접속되어 있다. 도입관(71)과 배출관(72)은, 처리 용기(2)의 외부에 마련된 칠러 유닛(73)과 접속되어 있다. 이와 같이, 본 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(101)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 온도 조절 장치로서 본체 용기(2A)에 마련된 칠러 유닛(43)에 더하여, 제 2 온도 조절 장치로서 상부 용기(2B)에 마련된 칠러 유닛(73)을 구비하고 있다. 본 실시의 형태에서는, 단열 부재(52)에 의해 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)의 사이가 열적으로 분리되어 있기 때문에, 칠러 유닛(43)과 칠러 유닛(73)에 의해, 본체 용기(2A)와 상부 용기(2B)를 각각 독립하여 용이하게 온도 제어할 수 있다. 따라서, 처리실(5) 내에서 행해지는 플라즈마 프로세스의 온도 제어의 자유도가 높아지고, 또한, 프로세스의 안정성을 높일 수 있다.
본 실시의 형태에 있어서의 다른 구성 및 효과는, 제 1 실시의 형태와 같다.
[제 3 실시의 형태]
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제 3 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 요부의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 5는 제 1 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서의 도 2에 대응하는 부분(A 부분)의 확대도이다. 본 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치는, A 부분의 구성 이외에는, 제 1 실시의 형태의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(1)와 같다. 그 때문에, 도 5에 있어서, 도 1과 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서, 측부(2c)의 상단면에는, 전체 둘레에 걸쳐, O링(51), 단열 부재(52) 및 스파이럴 실드(53)가 배치되어 있다. O링(51), 단열 부재(52) 및 스파이럴 실드(53)는, 처리 용기(2)의 안쪽(처리실(5)쪽)으로부터 바깥쪽으로, 이 순서로 배치되어 있다. O링(51), 단열 부재(52) 및 스파이럴 실드(53)의 구성과 작용은, 제 1 실시의 형태와 같다.
본 실시의 형태에 있어서의 다른 구성 및 효과는, 제 1 실시의 형태와 같다.
이상, 본 발명의 실시의 형태를 예시의 목적으로 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기 실시의 형태로 제약되는 일은 없다. 예컨대, 상기 실시의 형태에서는, 유도 결합 플라즈마 장치를 예로 들었지만, 본 발명은 복수의 부분으로 분할되는 처리 용기를 구비한 플라즈마 처리 장치이면 제한 없이 적용 가능하고, 예컨대, 평행 평판형 플라즈마 장치, 표면파 플라즈마 장치, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 장치, 헬리콘파 플라즈마 장치 등 다른 방식의 플라즈마 장치에도 적용 가능하다. 또한, 드라이 에칭 장치에 한하지 않고, 성막 장치나 애싱 장치 등에도 동등하게 적용 가능하다.
또한, 본 발명은, FPD용 기판을 피처리체로 하는 것에 한하지 않고, 예컨대 반도체 웨이퍼나 태양 전지용 기판을 피처리체로 하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 각 실시의 형태에서는, 단열 부재(52)를 본체 용기(2A)에 배치했지만, 단열 부재(52)를 상부 용기(2B)쪽에 배치할 수도 있다.
1 : 유도 결합 플라즈마 처리 장치 2A : 본체 용기
2B : 상부 용기 4 : 안테나실
5 : 처리실 6 : 유전체벽
7 : 덮개 부재 8 : 서스펜더
13 : 안테나 14 : 정합기
15 : 고주파 전원 16 : 지지 빔
20 : 가스 공급 장치 21 : 가스 공급관
22 : 서셉터 22A : 탑재면
24 : 절연체 프레임 25 : 지주
26 : 벨로즈 28 : 정합기
29 : 고주파 전원 30 : 배기 장치
31 : 배기관 51 : O링
52 : 단열 부재 53 : 스파이럴 실드
54 : 단열 시트 61 : O링용 홈
62 : 단열 부재용 홈 63 : 실드용 홈

Claims (14)

  1. 플랫 패널 디스플레이용 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 처리실을 형성하는 플라즈마 처리 용기로서,
    본체 용기와,
    상기 본체 용기에 결합되는 상부 용기
    를 구비하고,
    상기 본체 용기와 상기 상부 용기의 사이에, 진공 실(seal) 부재와, 단열 부재와, 전자파 차단 부재가 개재되어 마련되고, 상기 본체 용기와 상기 상부 용기가 이간하고 있고,
    상기 단열 부재는 복수의 단열 시트로 이루어지고,
    상기 복수의 단열 시트는 상기 본체 용기의 상단면의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 단열 부재용 홈 내에 서로 1㎜ 이상 3㎜ 이하의 범위 내의 간격으로 인접하도록 끼워져 있는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리실의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해, 상기 진공 실 부재, 상기 전자파 차단 부재 및 상기 단열 부재의 순서로 배치되어 있는 플라즈마 처리 용기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리실의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향해, 상기 진공 실 부재, 상기 단열 부재 및 상기 전자파 차단 부재의 순서로 배치되어 있는 플라즈마 처리 용기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열 시트는, 유리 전이 온도(Tg)가 125℃를 넘는 재질의 합성 수지에 의해 구성되어 있는 플라즈마 처리 용기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단열 시트의 두께 방향의 열전도율은 1W/mK 이하인 플라즈마 처리 용기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 합성 수지는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리에틸렌설파이드(PPS) 수지, 전방향족 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 및 MC나일론으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 플라즈마 처리 용기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 단열 시트의 두께는, 0.5㎜ 이상 20㎜ 이하의 범위 내인 플라즈마 처리 용기.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열 시트는 세라믹스에 의해 구성되어 있는 플라즈마 처리 용기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단열 시트의 두께 방향의 열전도율은 40W/mK 이하인 플라즈마 처리 용기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 단열 시트의 두께는, 5㎜ 이상 20㎜ 이하의 범위 내인 플라즈마 처리 용기.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열 시트에 의해, 상기 본체 용기와 상기 상부 용기의 사이에 0.1㎜ 이상 2㎜ 이하의 범위 내의 극간이 마련되어 있는 플라즈마 처리 용기.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체 용기와 상기 상부 용기에, 각각 온도 조절 장치를 구비하고 있는 플라즈마 처리 용기.
  13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 용기를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 용기 내에 마련되고, 상기 플랫 패널 디스플레이용 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리 용기의 바깥쪽에 마련되고, 상기 처리 용기 내에 유도 전계를 형성하는 안테나와,
    상기 안테나와 상기 처리 용기의 사이에 마련된 유전체벽과,
    상기 안테나에 고주파 전력을 인가하여 유도 전계를 형성시키는 고주파 전원과,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내를 진공 또는 감압 상태로 하는 배기 수단
    을 구비한 유도 결합 플라즈마 처리 장치인 플라즈마 처리 장치.
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