KR20180133225A - 플라즈마 처리 장치 및 가스 샤워 헤드 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 가스 샤워 헤드 Download PDF

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Abstract

(과제) 플라즈마 프로세스의 균일성을 개선하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 처리 용기 내의 탑재대에 탑재된 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 탑재대에 대향해서 상기 처리 용기에 형성된, 복수의 도전성의 부분 창부를 갖는 금속창과, 상기 부분 창부의 사이 및 상기 부분 창부와 상기 처리 용기의 사이에 마련되는 절연물의 구획 부재와, 상기 금속창의 상방측에 마련되고, 유도 결합에 의해 처리 가스를 플라즈마화하는 안테나와, 상기 구획 부재의 상기 처리 용기 측의 면을 덮고, 인접하는 상기 부분 창부의 가장자리부를 걸치는 절연체의 커버 부재를 갖고, 복수의 상기 부분 창부의 각각은 복수의 제 1 가스 구멍을 가지며, 상기 커버 부재는 복수의 제 2 가스 구멍을 갖고, 상기 커버 부재의 내부에서 복수의 상기 제 1 가스 구멍의 적어도 어느 하나와 복수의 상기 제 2 가스 구멍이 연통하도록 상기 처리 용기 측의 면으로 연장하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 가스 샤워 헤드{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND GAS SHOWER HEAD}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 가스 샤워 헤드에 관한 것이다.
유도 결합에 의해 처리 가스를 플라즈마화하고, 처리 용기 내의 탑재대에 탑재된 피처리 기판을 플라즈마 처리하는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 처리 장치의 상부에 마련된 금속창(金屬窓)이 되는 판 형상 부재에 복수의 가스 구멍을 마련하고, 복수의 가스 구멍으로부터 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
일본 공개 특허 공보 제 2017-27775호 일본 특허 제5582816호 명세서 일본 공개 특허 공보 제 2013-149377호 일본 특허 제3599619호 명세서 일본 공개 특허 공보 제 2015-22806호 일본 공개 특허 공보 제 2014-179311호
금속창이 복수의 부분 창부(窓部)로 분할되어 있는 경우, 부분 창부 사이를 절연체에 의해 구획함으로써, 인접하는 부분 창부의 사이를 전기적으로 절연하고, 인접하는 부분 창부 간에 걸쳐 고주파의 전류가 흐르지 않도록 하고 있다. 이러한 금속창의 구조에서는, 부분 창부의 사이에 가스 구멍을 마련할 수가 없기 때문에, 부분 창부 사이의 아래쪽에 위치하는 처리 용기 내의 공간에 가스를 공급하는 것이 곤란하게 된다. 이 결과, 부분 창부 사이의 아래쪽에 있어서의 에칭 레이트가 저하하는 등, 플라즈마 프로세스의 결과에 분포가 생긴다.
이것에 대해서, 처리 용기 내에 공급하는 가스 유량을 증대해서, 부분 창부의 사이의 아래쪽에 있어서의 에칭 레이트를 높이는 것이 고려된다. 그렇지만, 이 경우, 부분 창부의 바로 아래의 에칭 레이트가 너무 높아져 버려, 에칭 등의 플라즈마 프로세스의 균일성을 개선할 수 없다.
상기 과제에 대해서, 일측면에서는, 본 발명은 플라즈마 프로세스의 균일성을 개선하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 형태에 따르면, 처리 용기 내의 탑재대에 탑재된 피처리 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 탑재대에 대향해서 상기 처리 용기에 형성된, 복수의 도전성의 부분 창부를 갖는 금속창과, 상기 부분 창부의 사이 및 상기 부분 창부와 상기 처리 용기의 사이에 마련되는 절연물의 구획 부재와, 상기 금속창의 상방측에 마련되어, 유도 결합에 의해 처리 가스를 플라즈마화하는 안테나와, 상기 구획 부재의 상기 처리 용기 쪽의 면을 덮고, 인접하는 상기 부분 창부의 가장자리부를 걸치는 절연체의 커버 부재를 갖고, 복수의 상기 부분 창부의 각각은 복수의 제 1 가스 구멍을 가지며, 상기 커버 부재는 복수의 제 2 가스 구멍을 가지며, 상기 커버 부재의 내부에서 복수의 상기 제 1 가스 구멍의 적어도 어느 하나와 복수의 상기 제 2 가스 구멍이 연통하도록 상기 처리 용기 쪽의 면으로 연장하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 따르면, 플라즈마 프로세스의 균일성을 개선할 수 있다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 일실시 형태에 따른 금속창의 평면도의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 일실시 형태에 따른 커버 부재의 일례를 나타내는 단면도 및 1/4 평면도.
도 4는 제 1 실시 형태에 따른 커버 부재에 마련된 가스 구멍의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 제 2 실시 형태 및 그 변형예에 따른 커버 부재에 마련된 가스 구멍의 다른 예를 나타내는 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
우선, 본 발명의 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성을 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서 유도 결합형의 플라즈마 에칭 장치를 들고 있다.
다만, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 에칭 장치에 한정하지 않고, 유도 결합형의 성막 장치이어도 좋다. 플라즈마 처리 장치(1)는 피처리 기판인 직사각형 기판, 예를 들면, FPD(Flat Panel Display) 용의 유리 기판(이하, 「기판(G)」라 한다) 위에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 메탈막, ITO(Indium Tin Oxide) 막, 산화막 등을 형성하는 성막 처리나 이들 막을 에칭하는 에칭 처리, 레지스트막의 애싱 처리 등의 각종 플라즈마 처리에 이용할 수 있다. 여기서, FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD : Liquid Crystal Display), 전계 발광(EL : Electro Luminescence) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP:Plasma Display Panel) 등이 예시된다. 또, 플라즈마 처리 장치(1)는 FPD용의 기판(G)에 한정하지 않고, 태양 전지 패널용의 기판(G)에 대한 상술의 각종 플라즈마 처리에도 이용할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는 도전성 재료, 예를 들면, 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상의 처리 용기(10)를 가지고 있다. 처리 용기(10)는 전기적으로 접지되어 있다. 처리 용기(10)의 상면에는 개구가 형성되고, 개구는 금속창(3)에 의해 기밀하게 폐쇄되어 있다. 처리 용기(10) 및 금속창(3)에 의해 둘러싸인 공간은 플라즈마가 생성되는 플라즈마 처리 공간(U)이다.
처리 용기(10)의 측벽의 상면측에는, 금속 프레임(11)이 마련되어 있다. 금속창(3)의 상방측에는 천판부(61)가 배치되고, 천판부(61)는 금속 프레임(11) 상에 마련된 측벽부(63)에 의해 지지되어 있다. 처리 용기(10)와 금속 프레임(11)의 사이에는, O 링 등의 시일 부재(110)가 마련되고, 플라즈마 처리 공간(U)을 기밀하게 유지하게 되어 있다. 처리 용기(10) 및 금속 프레임(11)은 본 실시 형태의 처리 용기(10)를 구성하고 있다. 플라즈마 처리 공간(U)의 측벽에는, 유리 기판(G)을 반입출하기 위한 반입출구(101) 및 반입출구(101)를 개폐하는 게이트 밸브(102)가 마련되어 있다.
금속창(3), 측벽부(63) 및 천판부(61)로 둘러싸인 공간은 안테나실(50)로 되어 있다. 안테나실(50)의 내부에는, 부분 창부(30)에 접하도록 고주파 안테나(5)가 배치되어 있다. 고주파 안테나(5)는, 예를 들면, 도시하지 않는 절연체로 이루어지는 스페이서를 사이에 두고 부분 창부(30)로부터 이간되어 배치된다. 고주파 안테나(5)는 각 부분 창부(30)에 대응하는 면 내에서, 직사각형 형상의 금속창(3)의 둘레 방향을 따라 주회하도록, 소용돌이 형상으로 형성된다. 또한, 고주파 안테나(5)의 형상은 소용돌이로 한정되는 것이 아니고, 1개 또는 복수의 안테나선을 환상으로 한 환상 안테나이어도 좋다. 또한, 금속창(3)이나 금속창(3)을 구성하는 각 부분 창부(30)에 대응하는 면 내에서, 그 둘레 방향을 따라 주회하도록 안테나선이 마련되어 있으면, 고주파 안테나(5)의 구조는 상관없다.
도 1 및 플라즈마 처리 공간(U)측으로부터 금속창(3)을 평면에서 본 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(10)의 측벽의 상면측에 마련된 금속 프레임(11)은 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 직사각형 형상의 프레임체이다.
금속창(3)은 복수의 부분 창부(30)로 분할되어 있다. 각 부분 창부(30)은 예를 들면 비자성체이고 도전성인 금속, 알루미늄 또는 알루미늄을 포함한 합금 등에 의해 구성된다. 부분 창부(30)는 필요에 따라서 여러 형상 및 여러 개수로 분할된다. 금속 프레임(11)와 부분 창부(30)의 사이 및 이웃하는 부분 창부(30)의 사이는, 부분 창부(30)의 분할 형상에 따라, 절연체의 구획 부재(31)에 의해 구획되어 있다.
서로 분할된 부분 창부(30)는 구획 부재(31)에 의해 금속 프레임(11)이나 그 하방측의 처리 용기(10)로부터 전기적으로 절연됨과 아울러, 이웃하는 부분 창부(30)끼리가 구획 부재(31)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
구획 부재(31)는 예를 들면, 테플론(등록상표) 또는 수지제의 절연물에 의해 형성된다. 고주파 안테나(5)에 공급되는 고주파의 전류는 복수의 부분 창부(30)의 각각의 표면을 흐르고, 처리 용기(10)측의 면에 흐르는 전류에 의해 유도 전계가 발생하고, 발생한 유도 전계에 의해 금속창(3)의 아래쪽에서 처리 가스가 해리된다.
본 실시 형태에서는, 구획 부재(31)에 의해 절연된 복수의 부분 창부(30)의 각각은 전기적으로 분리되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 각 부분 창부(30)에서 별개로 유도 전계가 발생한다. 따라서, 복수의 부분 창부(30)에 생기는 유도 전계를 각 부분 창부(30)의 크기나 배치에 의해 제어함으로써, 금속창(3)의 처리 용기(10)측의 면에서 발생하는 유도 전계를 제어할 수 있어, 에칭 레이트의 분포를 개선할 수 있다.
구획 부재(31)의 처리 용기(10)측의 면은 절연체의 커버 부재(32)에 의해 덮여 있다. 구획 부재(31)를 플라즈마로부터 보호하기 위해서는, 커버 부재(32)는 구획 부재(31)의 플라즈마 처리 공간(U)측의 모든 면을 덮는 것이 바람직하다. 그러나, 구획 부재(31)의 플라즈마 처리 공간(U)측의 모든 면을 커버 부재(32)에 의해 덮으면, 처리 공간(U)의 측으로 노출되는 부분 창부(30)의 면적이 작아진다. 플라즈마는 부분 창부(30)의 처리 공간(U)의 측으로 노출되는 부분의 근방에서 생성되기 때문에, 부분 창부(30)의 면적이 작아지면 플라즈마의 강도가 약해진다. 또, 커버 부재(32)의 세라믹스의 돌출부로 인해 유도 전계를 약해진다. 따라서, 구획 부재(31)의 플라즈마 처리 공간(U)측의 최소 범위를 커버 부재(32)에 의해 덮는 것이 바람직하다.
또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 부분 창부(30) 내에는, 온도 조정 유로(307)가 형성되어 있다. 부분 창부(30)는 온도 조정 유로(307)에 냉각 매체 혹은 가열 매체를 통과시킴으로써 미리 설정된 온도로 조절된다.
본 실시 형태에 따른 커버 부재(32)는 복수로 분할되고, 구획 부재(31)의 일부를 덮도록 배치되어 있다. 예를 들어, 각 커버 부재(32)는 가늘고 긴 평판 형상으로 성형된 알루미나 등의 세라믹스제의 부재로 이루어진다. 이것에 의해, 복수의 커버 부재(32)가 금속창(3)의 처리 용기(10)측을 덮는 면적을 적절히 특정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 커버 부재(32)는 금속창(3)의 대각선 및 중앙의 구획 부재(31)를 덮는다. 단, 구획 부재(31)를 덮는 복수의 커버 부재(32)의 사이즈나 배치는 이것에 한정하지 않고, 부분 창부(30)의 분할수나 부분 창부(30)의 형상에 따라서 여러 패턴을 채용할 수 있다. 커버 부재(32)의 크기를 더 분할하거나 커버 부재(32)의 개수를 변경해도 좋다. 커버 부재(32)는 플라즈마의 강도를 고려해서 구획 부재(31)의 임의의 장소의 일부 또는 전부를 덮도록 배치될 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 구획 부재(31)에는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 등의 불소 수지가 채용된다. 예를 들면 PTFE는 체적 저항율이 ＞1018[Ω·cm(23℃)], 밀도가 2.1~2.2[g/cm3] 정도이다. 이러한 수지제의 구획 부재(31)를 채용함으로써, 예를 들면 구획 부재(31)의 재료로서 알루미나(체적 저항율＞1014[Ω·cm(23℃)] 정도, 밀도 3.9 정도[g/cm3])를 채용하는 경우와 비교해서, 높은 절연 성능과 구획 부재(31)를 포함한 금속창(3)의 경량화를 동시에 실현할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 부분 창부(30)의 각각은 플라즈마 처리 공간(U)측으로 개구하는 다수의 가스 구멍(302)이 형성되어 있다. 도 2에는, 가스 구멍(302)의 일부만 도시하고 있지만, 다수의 가스 구멍(302)이 모든 부분 창부(30)에 형성되어 있다. 또, 복수의 커버 부재(32)에는, 플라즈마 처리 공간(U)측으로 개구하는 다수의 가스 구멍(402)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 이러한 구성의 복수의 부분 창부(30) 및 복수의 커버 부재(32)는 처리 가스를 공급하기 위한 가스 샤워 헤드의 기능을 갖는다.
부분 창부(30)의 내플라즈마성을 향상시키기 위해서, 각 부분 창부(30)의 처리 용기(10)측의 면은 내플라즈마 코팅되어 있다. 내플라즈마 코팅의 구체적인 예로서는, 양극 산화 처리나 세라믹스 용사 처리를 들 수 있다.
도 1로 돌아와서, 플라즈마 처리 공간(U)의 금속창(3)과 대향하는 측에는, 기판(G)을 탑재하기 위한 탑재대(13)가 마련되어 있다. 탑재대(13)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 탑재대(13)에 탑재된 기판(G)은 정전 척에 의해 흡착 유지되어도 좋다. 탑재대(13)는 절연체 프레임(14)을 통해서 처리 용기(10)의 저면에 마련되어 있다.
탑재대(13)에는, 정합기(151)를 통해서 제 2 고주파 전원(152)이 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원(152)은 바이어스용의 고주파 전력, 예를 들면 주파수가 3.2 MHz의 고주파 전력을 탑재대(13)에 인가한다. 바이어스용의 고주파 전력에 의해 플라즈마 내의 이온을 기판(G)으로 인입할 수 있다. 또한, 탑재대(13) 내에는, 기판(G)의 온도를 제어하기 위해서, 가열 수단 혹은 냉각 수단으로서 기능하는 칠러 등의 온도 조정 기구, 기판(G)의 이면에 전열 가스를 공급하는 기구를 마련할 수 있다.
처리 용기(10)의 저면에는, 배기구(103)가 형성되고, 이 배기구(103)에는 터보 분자 펌프나 드라이 펌프 등의 배기 장치(12)가 접속되어 있다. 플라즈마 처리 공간(U)의 내부는 배기 장치(12)에 의해 플라즈마 처리시의 압력으로 진공 배기된다.
각 고주파 안테나(5)에는, 정합기(511)를 통해서 제 1 고주파 전원(512)이 접속되어 있다. 각 고주파 안테나(5)에는, 제 1 고주파 전원(512)으로부터, 예를 들면 13.56 MHz의 고주파 전력이 공급된다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 중, 부분 창부(30) 각각의 표면에 와전류가 야기되고, 이 와전류에 의해 플라즈마 처리 공간(U)의 내부에 유도 전계가 형성된다. 처리 가스는 금속창(3)에 마련된 복수의 가스 구멍(302) 및 복수의 가스 구멍(402)으로부터 플라즈마 처리 공간(U)에 공급되고, 유도 전계에 의해 플라즈마 처리 공간(U)의 내부에서 플라즈마화된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 각 부분 창부(30)의 내부에 형성된 가스 확산실(301)은 가스 공급관(41)을 통해서 가스 공급원(42)에 접속되어 있다. 가스 공급원(42)으로부터는, 상술한 성막 처리, 에칭 처리, 애싱 처리 등에 필요한 처리 가스가 공급된다. 가스 공급원(42)으로부터 공급되는 처리 가스는, 가스 공급관(41)으로부터 가스 확산실(301)을 지나, 플라즈마 처리 공간(U)의 천정면측에 형성된 다수의 가스 구멍(302, 402)으로부터 플라즈마 처리 공간(U) 내에 샤워 형상으로 공급된다. 또한, 도시의 편의상, 도 1에는, 1개의 부분 창부(30)에 가스 공급원(42)을 접속한 상태를 나타내고 있지만, 실제로는 각 부분 창부(30)의 가스 확산실(301)이 가스 공급원(42)에 접속된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는 제어부(8)가 마련되어 있다. 제어부(8)는 CPU(Central Processing Unit)와 메모리를 갖는 컴퓨터로 이루어지고, 메모리에는, 기판(G)이 배치된 플라즈마 처리 공간(U) 내를 진공 배기하고, 고주파 안테나(5)를 이용해서 처리 가스를 플라즈마화하고, 기판(G)을 처리하는 동작을 실행시키기 위한 레시피(프로그램)가 기록되어 있다. 레시피는, 예를 들면 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 메모리에 인스톨되어도 좋다.
이상에서 설명한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 부분 창부(30) 사이는 절연체의 구획 부재(31)에 의해 구획되고, 각 부분 창부(30) 내를 흐르는 전류가 인접하는 부분 창부(30)나 처리 용기(10) 측으로 흐르지 않게 되어 있다. 이러한 구조에 있어서, 인접하는 부분 창부(30)의 사이의 아래쪽에 공급되는 가스가 적으면, 생성되는 플라즈마는 인접하는 부분 창부(30) 사이의 아래쪽에서 약해져서, 에칭 레이트 등의 분포가 개선되지 않는다.
그래서, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 마련된 금속창(3)의 가스 샤워 헤드는, 커버 부재(32)에 다수의 가스 구멍(402)을 마련함으로써, 인접하는 부분 창부(30) 사이의 아래쪽으로부터도 처리 가스의 공급을 가능하게 한다. 이하, 제 1 및 제 2 실시 형태에 따른 금속창(3)의 가스 샤워 헤드의 구성의 상세한 것에 대하여, 비교예에 따른 금속창(3)의 가스 샤워 헤드와 비교하면서, 도 3~도 5를 참조해서 설명한다.
[금속창의 가스 샤워 헤드]
도 3(a)의 윗 도면은 금속창(3)의 가스 샤워 헤드의 처리 용기(10)측의 면에 부착되는, 비교예에 따른 커버 부재(2)의 단면의 일례를 나타낸다. 도 3(a)의 아래 도면은 처리 용기(10)의 천정면의 좌상 1/4의 평면을 나타낸다. 도 3(a)의 윗 도면의 단면은 도 3(a)의 아래 도면의 A-A 단면이다. 도 3(a)의 아래 도면에 있어서, 가스 구멍(302)은 생략된다.
도 3(b)의 윗 도면은 금속창(3)의 가스 샤워 헤드의 처리 용기(10)측의 면에, 제 1 실시 형태에 따른 커버 부재(32)를 부착했을 때의 단면의 일례를 나타낸다. 도 3(b)의 아래 도면은 처리 용기(10)의 천정면의 좌상 1/4의 평면을 나타낸다. 도 3(b)의 윗 도면의 단면은 도 3(b)의 아래 도면의 B-B 단면이다.
＜비교예에 따른 커버 부재＞
도 3(a)에 나타내는, 금속창(3)의 가스 샤워 헤드의 처리 용기(10)측의 면에 부착되는, 비교예의 커버 부재(2)는 판 형상 부재이며, 인접하는 부분 창부(30)에 마련된 절연물의 구획 부재(31)의 처리 용기(10)측의 면을 덮는다. 이러한 구성에서는, 처리 가스는 부분 창부(30) 내의 가스 확산실(301)로 확산하고, 가스 구멍(302)으로부터 처리 용기 내의 부분 창부(30)의 아래쪽에 공급된다. 이러한 구성에서는, 처리 가스는 부분 창부(30)의 사이에 장착된 커버 부재(2)의 아래쪽에 공급되지 않기 때문에, 커버 부재(2)의 아래쪽에서 에칭 레이트가 저하된다.
＜제 1 실시 형태에 따른 커버 부재＞
이것에 대해서, 도 3(b)에 나타내는, 부분 창부(30)의 사이의 처리 용기(10)측의 면에 부착되는, 제 1 실시 형태에 따른 커버 부재(32)는 구획 부재(31)를 덮어, 플라즈마로부터 구획 부재(31)를 보호함과 아울러, 인접하는 부분 창부(30)의 가장자리부에 걸쳐서 배치된다.
커버 부재(32)의 내부에는, 구획 부재(31)의 양측에 2개의 가스 확산실(401)이 구획 부재(31)의 길이 방향을 따라서 평행하게 마련된다. 커버 부재(32)에는, 부분 창부(30)의 아래쪽의 위치에, 가스 확산실(401)에 연통하는 복수의 가스 구멍(402)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 가스 구멍(302)의 적어도 어느 하나가 복수의 가스 구멍(402)과 연통하도록, 커버 부재(32)가 처리 용기(10)측의 면으로 연장한다. 이것에 의해, 가스 확산실(401)에는, 복수의 가스 구멍(302)의 적어도 어느 하나로부터 처리 가스가 공급된다.
도 4(a)에 제 1 실시 형태에 따른 커버 부재(32)의 평면도를 나타내는 바와 같이, 복수의 가스 구멍(302) 중, 각 부분 창부(30)의 가장자리부(가장 외측 또는 그 근방)에 형성된 가스 구멍(302)은 커버 부재(32)에 덮여 있다. 커버 부재(32)에는, 구획 부재(31)의 아래쪽의 근방에 있어서 복수의 가스 구멍(302)의 사이에, 가스 확산실(401)에 연통하는 복수의 가스 구멍(402)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 커버 부재(32)에 마련된 복수의 가스 구멍(402)으로부터 처리 가스가 공급되는 가스 공급로(R2)가 마련된다.
가스 공급로(R2)에서는, 각 부분 창부(30)의 가장자리부에 형성된 가스 구멍(302)으로부터 가스 확산실(401)에 처리 가스가 공급된다. 가스 공급로(R2)에서는, 처리 가스는 가스 확산실(301)로부터 가스 구멍(302)을 통해서 가스 확산실(401)에 공급되고, 복수의 가스 구멍(402)으로부터 샤워 형상으로 처리 용기(10) 내의 부분 창부(30)의 사이의 아래쪽에 도입된다. 또, 가스 공급로(R1)에서는, 처리 가스는 부분 창부(30)의 각각 형성된 다수의 가스 구멍(302)으로부터 샤워 형상으로 처리 용기(10) 내의 부분 창부(30)의 아래쪽에 도입된다. 이것에 의해, 부분 창부(30)에 형성된 다수의 가스 구멍(302, 402)으로부터 처리 가스를 샤워 형상으로 처리 용기(10) 내에 도입할 수 있다.
도 4(b)에 제 1 실시 형태의 변형예를 나타낸다. 가스 공급로(R2)는 가스 구멍(302)의 1개소마다 마련해도 좋고, 이 경우, 도 4(b)의 변형예에 나타내는 바와 같이 확산실(401)은 복수 개소 필요하다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 가스 공급로(R1) 외에 가스 공급로(R2)가 형성된다. 이것에 의해, 본 실시 형태에서는, 가스 공급로(R1)를 이용해서 부분 창부(30)에 형성된 다수의 가스 구멍(302)으로부터 부분 창부(30)의 아래쪽에 처리 가스를 샤워 형상으로 공급할 수 있다. 더해서, 가스 공급로(R2)를 이용해서 커버 부재(32)에 형성된 다수의 가스 구멍(402)으로부터 부분 창부(30)의 사이의 아래쪽에 처리 가스를 샤워 형상으로 공급할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 실시 형태에 따른 금속창(3)의 샤워 플레이트는 가스의 분출구를 부분 창부(30)의 사이까지 확장함으로써, 금속창(3)의 하면으로부터 가스를 공급하는 범위를 확대할 수 있다. 이것에 의해, 금속창(3)의 하면에서 끊김 없이 처리 가스를 토출하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 에칭 레이트의 분포나 성막 레이트의 분포를 양호하게 제어할 수 있다. 이와 같이 해서, 본 실시 형태에 의하면, 에칭 레이트 등의 분포를 개선할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 따른 금속창(3)의 샤워 플레이트에서는, 커버 부재(32)의 사이즈 및 수를 부분 창부(30)의 형상 및 수에 따라서 최적화하고, 금속창(3)의 부분 창부(30)의 사이 및 부분 창부(30)와 처리 용기(10)의 사이의 최적 위치에 복수의 커버 부재(32)가 배치된다. 이것에 의해, 최적 위치에 위치한 복수의 커버 부재(32)에 형성된 다수의 가스 구멍(402)과, 부분 창부(30)에 형성된 다수의 가스 구멍(302)으로부터 처리 가스를 균일하게 공급할 수 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(1)의 구조를 변경하지 않고, 커버 부재(32)를 인접하는 부분 창부(30)의 가장자리부 사이를 걸치도록 배치하는 것만으로, 에칭 레이트 등의 플라즈마 프로세스 특성을 개선할 수 있다. 이 때문에, 기존의 플라즈마 처리 장치(1)에 용이하게 본 실시 형태에 따른 금속창(3)의 샤워 플레이트를 적용할 수 있어, 저비용으로 에칭 레이트 등을 개선할 수 있다.
또한, 가스 구멍(302)은 복수의 부분 창부(30)의 각각에 형성된 제 1 가스 구멍의 일례이며, 가스 구멍(402)은 커버 부재(32)에 형성된 제 2 가스 구멍의 일례이다.
＜제 2 실시 형태에 따른 커버 부재＞
도 3(b)의 L로 나타내는 바와 같이, 제 1 실시 형태에 따른 금속창(3)에서는, 커버 부재(32)의 외주측에서, 커버 부재(32)가 부분 창부(30)에 접촉하는 부분(L)의 간극에서 가스가 누출되는 경우가 있다. 즉, 부분 창부(30)에 접촉하는 부분(L)에서는 간극 관리를 할 수 없고, 플라즈마 처리 장치(1) 사이의 기계 차로 인해 가스의 누출량을 제어할 수 없기 때문에, 가스 공급량의 불균일의 원인으로 되는 경우가 있다.
그래서, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 가스의 누출이 생기지 않는 구조로서, 제 2 실시 형태에 따른 커버 부재(32)를 금속창(3)의 가스 샤워 헤드의 처리 용기(10)측의 면에 부착할 때의 일례를 나타낸다. 도 3(c)의 아래 도면은 처리 용기(10)의 천정면의 좌상 1/4의 평면을 나타낸다. 도 3(c)의 윗 도면의 단면은 도 3(c)의 아래 도면의 C-C 단면이다.
제 2 실시 형태에 따른 커버 부재(32)는, 구획 부재(31)에 의해 구획되는 인접하는 부분 창부(30)의 한쪽에 마련되는 제 1 커버 부재(32a)와, 부분 창부(30)의 다른쪽에 마련되는 제 2 커버 부재(32b)를 갖는다. 제 1 커버 부재(32a)와 제 2 커버 부재(32b)는 세라믹스의 포대 형상으로 형성된다.
구체적으로는, 커버 부재(32)는 플라즈마로부터 구획 부재(31)를 보호하기 위해서, 구획 부재(31)의 처리 용기(10) 측의 면에 부착된 판 형상의 세라믹스 부재(34), 세라믹스 부재(34)에 인접해서 배치된 제 1 커버 부재(32a), 및 제 2 커버 부재(32b)를 갖는다.
제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)는 세라믹스 부재(34)를 사이에 두고, 내부에 중공 부분을 갖는 구조로 되어 있다. 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)는 구획 부재(31)의 길이 방향을 따라 평행하게 마련되고, 서로 분리되고, 그 사이에 홈부(35)가 형성되어 있다(도 5(a) 참조). 홈부(35)로부터 세라믹스 부재(34)가 노출되어 있다.
제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)의 중공 부분은 가스 확산실(403)이 되고 있다. 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)의 부분 창부(30)의 사이의 아래쪽의 위치에는, 가스 확산실(403)에 연통하는 복수의 가스 구멍(404)이 형성되어 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 부분 창부(30)의 가장자리부의 근방에 형성된 가스 구멍(302b)에, 제 1 커버 부재(32a)에 형성된 관 형상 부재(32a1)가 삽입되어 있다. 또, 부분 창부(30)의 가장자리부의 근방에 형성된 다른 가스 구멍(302b)에, 제 2 커버 부재(32b)에 형성된 관 형상 부재(32b1)가 삽입되어 있다. 관 형상 부재(32a1) 및 관 형상 부재(32b1)가 삽입된 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)와 부분 창부(30)의 사이는 O 링(304)에 의해 시일되어 있다. 이것에 의해, 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)와 부분 창부(30)의 간극으로부터 가스가 누설되지 않게 되어 있다. 가스 구멍(302b)은 제 1 커버 부재(32a)의 관 형상 부재(32a1) 및 제 2 커버 부재(32b)에 형성된 관 형상 부재(32b1)가 삽입되는 구조로 되어 있기 때문에, 부분 창부(30)에 형성된 다른 가스 구멍(302a)보다 직경이 크게 되어 있다.
제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)는 1개 또는 복수의 가스 구멍(302b)과 연통하도록 처리 용기(10) 측의 면으로 연장한다. 이것에 의해, 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b) 내의 가스 확산실(403)에는 1개 또는 복수의 가스 구멍(302b)으로부터 처리 가스가 공급된다.
이러한 구성의 제 2 실시 형태에 따른 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)에 의하면, 처리 가스는 가스 공급로(R1)를 이용해서 처리 용기(10) 내의 부분 창부(30)의 아래쪽에 복수의 가스 구멍(302a)으로부터 샤워 형상으로 공급된다. 이것에 더해서, 처리 가스는 가스 공급로(R2)를 이용해서, 처리 용기(10) 내의 부분 창부(30)의 사이의 아래쪽에 복수의 가스 구멍(404a)으로부터 샤워 형상으로 공급된다.
본 실시 형태에 따른 가스 공급로(R2)는 처리 가스를 제 1 커버 부재(32a)의 내부로 통과시키는 제 1 루트와, 제 2 커버 부재(32b)의 내부로 통과시키는 제 2 루트를 갖는다. 이것에 의해, 부분 창부(30)에 형성된 복수의 가스 구멍(302a)으로부터 처리 용기(10) 내에 직접 처리 가스를 공급하는 가스 공급로(R1) 외에, 제 1 루트와 제 2 루트를 갖는 가스 공급로(R2)를 이용해서, 금속창(3)의 전면(全面)으로부터 처리 용기(10) 내에 샤워 형상으로 공급할 수 있다.
또한, 가스 구멍(302a, 302b)은 복수의 부분 창부(30)의 각각에 형성된 제 1 가스 구멍의 일례이며, 가스 구멍(404)은 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)에 형성된 제 2 가스 구멍의 일례이다. O 링(304)은 제 1 커버 부재(32a)와 제 2 커버 부재(32b)에 마련되고, 가스 구멍(302b)에 삽입되는 관 형상 부재(32a1, 32b1)의 각각과 부분 창부(30)의 사이를 봉지하는 봉지 부재의 일례이다.
인접하는 부분 창부(30)는 금속에 의해 형성되어 있다. 이 때문에, 플라즈마 처리에 있어서 플라즈마로부터의 입열(入熱)이나 부분 창부(30)로부터의 전열(傳熱)에 의해, 인접하는 각 부분 창부(30)가 각각 열팽창한다. 또한, 배기 장치(12)에 의해 처리 용기(10) 내를 진공 흡입하여, 소정의 진공 상태로 하면, 금속창(3)의 대기측(안테나실(50)측)으로부터 진공측(처리 용기(10)측)으로 큰 압력이 가해져 금속창(3)이 처리 용기(10) 측으로 변형된다. 그 때문에, 인접하는 부분 창부(30)의 가장자리부에 걸쳐 부착되어 있는 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)가 일체화되어 있으면, 인접하는 부분 창부(30)의 상이한 움직임으로 인해 커버 부재가 깨지거나 파손되는 경우가 있다.
이것에 대해서, 본 실시 형태에서는, 인접하는 부분 창부(30)의 각각에 대해 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)가 분리되어 마련되어 있기 때문에, 인접하는 부분 창부(30)의 상이한 움직임에 각각의 커버 부재가 추종할 수 있다. 이것에 의해, 각 부분 창부(30)의 열팽창이나 변형으로 인해, 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)는 일체적으로 마련되어도 좋다.
플라즈마 처리에 있어서 배기 장치(12)에 의해 처리 용기(10) 내를 진공 흡입해서, 소정의 진공 상태로 하면, 금속창(3)의 대기측(안테나실(50)측)으로부터 진공측(처리 용기(10)측)으로 큰 압력이 가해져 금속창(3)이 처리 용기(10) 측에 휘어진다. 따라서, 금속창(3) 및 커버 부재를 접촉시킴으로써 가스 확산실을 형성하는 경우에는, 금속창(3)의 휘어짐이나 플라즈마로부터의 입열에 의해 접촉면의 간극의 치수가 증대하면, 그 간극으로부터 가스 확산실의 가스가 누설될 가능성이 있다.
이것에 대해서, 본 실시 형태에 따른 금속창(3)의 가스 샤워 헤드에 의하면, 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b) 내는 중공 구조로 되어 있기 때문에, 처리 가스를 가스 구멍(404)으로부터 누설없이 샤워 형상으로 공급할 수 있기 때문에, 처리 가스의 제어성을 높일 수 있다.
도 5(a)는 도 3(c)의 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)의 평면도이다. 이것에 의하면, 처리 가스는 가스 공급로(R1)를 이용해서, 부분 창부(30)에 형성된 다수의 가스 구멍(302a)으로부터 직접 처리 용기(10) 내의 부분 창부(30)의 아래쪽에 도입된다. 또, 처리 가스는 가스 공급로(R2)를 이용해서 제 2 실시 형태에 따른 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)에 형성된 복수의 가스 구멍(404)을 지나, 처리 용기(10) 내의 부분 창부(30)의 사이의 아래쪽에 도입된다. 이것에 의해, 처리 용기(10) 내의 에칭 레이트 등을 개선할 수 있다.
도 5(b)는 제 2 실시 형태의 변형예에 따른 커버 부재(32)를 나타낸다. 이것에 의하면, 제 2 실시 형태의 변형예에 따른 커버 부재(32)에서는, 가스 구멍(302b)과 가스 구멍(302b)에 삽입되는 제 1 커버 부재(32a) 및 제 2 커버 부재(32b)의 관 형상 부재(32a1, 32b1)를 슬릿 형상으로 형성한 것이다. 이것에 의해서도, 가스 공급로(R2)의 컨덕턴스를 확보하면서, 부분 창부(30)의 사이의 아래쪽에 충분한 유량의 처리 가스를 샤워 형상으로 공급할 수 있다. 이것에 의해, 처리 용기(10) 내의 에칭 레이트 등을 개선할 수 있다.
이상, 이러한 구성의 각 실시 형태에 따른 커버 부재를 플라즈마 처리 장치(1)에 사용한 경우, 이들 커버 부재를 사용하지 않는 경우에 비해 금속창(3)의 처리 가스를 샤워 형상으로 공급 가능한 면적을 13% 증가할 수 있었다.
이상, 플라즈마 처리 장치 및 가스 샤워 헤드를 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 및 가스 샤워 헤드는 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 여러 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 명세서에서는, 피처리 기판의 일례로서 FPD용의 유리 기판(G)을 들어 설명했다. 그러나, 기판은 이것에 한정하지 않고, 태양 전지, LCD(Liquid Crystal Display)에 이용되는 각종 기판이나, 반도체 웨이퍼, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.
1 : 플라즈마 처리 장치 3 : 금속창
5 : 고주파 안테나 10 : 처리 용기
13 : 탑재대 30 : 부분 창부
31 : 구획 부재 32 : 커버 부재
32a : 제 1 커버 부재 32b : 제 2 커버 부재
32a1, 32b1 : 관 형상 부재 34 : 세라믹스 부재
35 : 홈부 50 : 안테나실
152 : 제 2 고주파 전원 301 : 가스 확산실
302, 302a, 302b : 가스 구멍 304 : O 링
401, 403 : 가스 확산실 402, 404 : 가스 구멍
R1 : 제 1 가스 공급로 R2 : 제 2 가스 공급로

Claims (9)

  1. 처리 가스를 플라즈마화하고, 처리 용기 내의 탑재대에 탑재된 피처리 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 탑재대에 대향해서 상기 처리 용기에 형성된, 복수의 도전성의 부분 창부를 갖는 금속창(金屬窓)과,
    상기 부분 창부(窓部)의 사이 및 상기 부분 창부와 상기 처리 용기의 사이에 마련되는 절연물의 구획 부재와
    상기 금속창의 상방측에 마련되고, 유도 결합에 의해 처리 가스를 플라즈마화하는 안테나와,
    상기 구획 부재의 상기 처리 용기 측의 면을 덮고, 인접하는 상기 부분 창부의 가장자리부를 걸치는 절연체의 커버 부재
    를 가지며,
    복수의 상기 부분 창부의 각각은 복수의 제 1 가스 구멍을 가지며,
    상기 커버 부재는 복수의 제 2 가스 구멍을 갖고, 상기 커버 부재의 내부에서 복수의 상기 제 1 가스 구멍의 적어도 어느 하나와 복수의 상기 제 2 가스 구멍이 연통하도록 상기 처리 용기 측의 면으로 연장하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재의 내부에는, 복수의 상기 제 1 가스 구멍의 적어도 어느 하나로부터 처리 가스가 공급되는 가스 확산실이 형성되는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속창은 복수의 상기 제 1 가스 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 제 1 가스 공급로와, 복수의 상기 제 1 가스 구멍의 적어도 어느 하나로부터 상기 가스 확산실을 거쳐서 복수의 제 2 가스 구멍을 지나서 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 제 2 가스 공급로를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 공급로는 인접하는 상기 부분 창부의 사이의 아래쪽에 배치된 복수의 상기 제 2 가스 구멍으로부터 처리 가스를 공급하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 확산실은 상기 커버 부재가 덮는 상기 구획 부재의 길이 방향을 따라서, 상기 커버 부재 내에 마련되는 2개의 공간인 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 확산실은 상기 커버 부재가 덮는 상기 구획 부재의 길이 방향을 따라서, 상기 제 1 가스 구멍 1개소마다 복수 마련되는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 구획 부재에 의해 구획되는 인접하는 부분 창부의 한쪽의 가장자리부에 마련되는 제 1 커버 부재와, 상기 부분 창부의 다른 쪽의 가장자리부에 마련되는 제 2 커버 부재를 갖고,
    상기 제 1 커버 부재와 상기 제 2 커버 부재는 세라믹스의 포대 형상으로 형성되는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 커버 부재와 상기 제 2 커버 부재는 복수의 상기 제 1 가스 구멍의 적어도 어느 하나에 삽입되는 관 형상 부재를 각각 갖고, 각각의 상기 관 형상 부재와 상기 부분 창부의 사이에 봉지 부재가 마련되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  9. 유도 결합에 의해 처리 가스를 플라즈마화하고, 처리 용기 내의 탑재대에 탑재된 피처리 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치에 이용되는 가스 샤워 헤드로서,
    복수의 도전성의 부분 창부를 갖는 금속창과,
    상기 부분 창부의 사이 및 상기 부분 창부와 상기 처리 용기의 사이에 마련되는 절연물의 구획 부재와,
    상기 금속창의 상방측에 마련되고, 유도 결합에 의해 처리 가스를 플라즈마화하는 안테나와,
    상기 구획 부재의 상기 처리 용기 측의 면을 덮고, 인접하는 상기 부분 창부의 가장자리부를 걸치는 절연체의 커버 부재
    를 갖고,
    복수의 상기 부분 창부의 각각은 복수의 제 1 가스 구멍을 가지며,
    상기 커버 부재는 복수의 제 2 가스 구멍을 갖고, 상기 커버 부재의 내부에서 복수의 상기 제 1 가스 구멍의 적어도 어느 하나와 복수의 상기 제 2 가스 구멍이 연통하도록 상기 처리 용기 측의 면으로 연장하는
    가스 샤워 헤드.
KR1020180063973A 2017-06-05 2018-06-04 플라즈마 처리 장치 및 가스 샤워 헤드 KR102061415B1 (ko)

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