KR20190056973A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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요시히코 사사키
마사토 미나미
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

드라이 클리닝이 행해지는 경우에도 적재대의, 플라스마에 대한 내성을 높게 한다.
플라스마 에칭 장치는, 플라스마 처리의 대상으로 되는 기판이 적재되는 기판 적재대(130)의 적재면을 구성하는 정전 척(132)의 절연층(145)을 갖는다. 절연층(145)은 알루미나, 이트리아 및 규소 화합물에 의하여 형성되어 있다. 또한 플라스마 에칭 장치(30)는, 절연층(145) 내에 마련되어, 소정의 전압이 인가됨으로써 기판을 흡착하는 흡착 전극(146)을 갖는다. 흡착 전극(146)은 니켈 함유 금속 또는 크롬 함유 금속에 의하여 형성되어 있다.

Description

플라스마 처리 장치{PLASMA PROCESS APPARATUS}
본 발명의 다양한 측면 및 실시 형태는 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 에칭이나 성막 등의 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치가 알려져 있다. 플라스마 처리 장치는, 유리 기판 등의 피처리체를 적재하는 적재대가 마련되어 있다. 적재대는, 피처리체가 적재되는 상면에, 알루미나의 용사막이나 전극층, 밀봉제등에 의하여 구성된 정전 척이 마련되어 있으며, 플라스마 처리 시에 정전 척에 의하여 피처리체를 흡착한다.
그런데 플라스마 처리 장치는, 플라스마 처리에 의하여 적재대 상에 부착된 생성물을 제거하기 위하여 클리닝용의 가스를 공급하여 클리닝하는 드라이 클리닝이 행해진다.
일본 특허 공개 제2008-066707호 공보
그러나 플라스마 처리 장치는, 드라이 클리닝에 의하여 적재대가 소모된다. 예를 들어 드라이 클리닝에 의하여, 정전 척을 구성하는 재료가 소모된다.
개시하는 플라스마 처리 장치는, 일 실시 양태에 있어서, 플라스마 처리의 대상으로 되는 피처리체가 적재되는 적재대의 적재면을 구성하는 절연층을 갖는다. 절연층은 알루미나, 이트리아 및 규소 화합물에 의하여 형성되어 있다. 또한 플라스마 처리 장치는, 절연층 내에 마련되어, 소정의 전압이 인가됨으로써 피처리체를 흡착하는 흡착 전극을 갖는다. 흡착 전극은 니켈 함유 금속 또는 크롬 함유 금속에 의하여 형성되어 있다.
개시하는 플라스마 처리 장치의 일 양태에 의하면, 드라이 클리닝이 행해지는 경우에도 적재대의, 플라스마에 대한 내성을 높게 할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법이 적용되는 피처리체의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 처리 방법을 실시하기 위한 처리 시스템을 도시하는 개략 평면도이다.
도 3은 도 2의 처리 시스템에 탑재된 플라스마 에칭 장치를 도시하는 단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 기재 및 정전 척의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 금속의, 염소계 가스에 대한 내성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 처리 시스템에 탑재된 후처리 장치를 도시하는 개략도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 처리 가스로서 Cl2 가스를 사용하여 Al 함유 금속막을 에칭한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다.
도 9는 처리 가스로서 Cl2 가스를 사용하여 Al 함유 금속막을 에칭한 후, O2 가스, 또는 O2 가스 및 CF4 가스를 사용하여 후처리를 행한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다.
도 10은 제2 실시 형태의 처리 방법을 실시하기 위한 처리 시스템을 도시하는 개략 평면도이다.
도 11은 도 10의 처리 시스템에 탑재된 플라스마 에칭 장치를 도시하는 단면도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 기재 및 정전 척의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 13은 증기압의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 14는 선팽창 계수의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 15는 제2 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 16은 처리 가스로서 SF6 가스를 사용하여 Mo계 재료막을 에칭한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다.
도 17은 처리 가스로서 SF6 가스 및 O2 가스를 사용하여 Mo계 재료막을 에칭한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 플라스마 처리 장치의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다. 또한 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다. 또한 본 실시 형태에 의하여 개시하는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시 형태는, 처리 내용을 모순되지 않게 하는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.
<본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법이 적용되는 기판의 구조>
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법이 적용되는 피처리체의 구조를 도시하는 단면도이다. 본 실시 형태에서는, 피처리체를 기판 S라 한 경우를 예로 들어 설명한다.
이 기판 S는, 유리 기판 상에 톱 게이트형 TFT가 형성된 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판(1) 상에 Mo계 재료(Mo, MoW)로 이루어지는 차광층(2)이 형성되고, 그 위에 절연막(3)을 통해, 반도체층인 폴리실리콘으로 이루어지는 폴리실리콘막(p-Si막)(4)이 형성되고, 그 위에 게이트 절연막(5)을 통해, Mo계 재료(Mo, MoW)로 이루어지는 게이트 전극(6)이 형성되고, 그 위에 층간 절연막(7)이 형성된다. 층간 절연막(7)에는 콘택트 홀이 형성되고, 층간 절연막(7) 상에, 콘택트 홀을 통해 p-Si막(4)에 접속되는 소스 전극(8a) 및 드레인 전극(8b)이 형성된다. 소스 전극(8a) 및 드레인 전극(8b)은, 예를 들어 티타늄막, 알루미늄막, 티타늄막을 순서대로 적층하여 이루어지는 Ti/Al/Ti 구조의 Al 함유 금속막으로 이루어진다. 소스 전극(8a) 및 드레인 전극(8b) 상에는, 예를 들어 SiN 막으로 이루어지는 보호막(도시되지 않음)이 형성되고, 보호막 상에, 소스 전극(8a) 및 드레인 전극(8b)에 접속되는 투명 전극(도시되지 않음)이 형성된다.
<제1 실시 형태>
먼저, 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 도 1에 도시하는 기판 S의 소스 전극(8a) 및 드레인 전극(8b)를 형성할 때의 Al 함유 금속막의 에칭 처리를 예로 들어 설명한다. 또한 소스 전극(8a) 및 드레인 전극(8b)를 형성하기 위한 Al 함유 금속막의 에칭 시에는, 그 위에, 소정의 패턴을 갖는 레지스트막(도시되지 않음)이 형성되며, 그것을 마스크로 하여 플라스마 에칭이 행해진다.
[제1 실시 형태에 이용하는 처리 시스템 및 플라스마 에칭 장치 등의 장치 구성]
처음에, 제1 실시 형태에 이용하는 처리 시스템 및 플라스마 에칭 장치 등의 장치 구성에 대하여 설명한다.
도 2는, 제1 실시 형태의 처리 방법을 실시하기 위한 처리 시스템을 도시하는 개략 평면도이다. 도 3은, 도 2의 처리 시스템에 탑재된 플라스마 에칭 장치를 도시하는 단면도이다. 도 6은, 도 2의 처리 시스템에 탑재된 후처리 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 처리 시스템(100)은 멀티챔버 타입의 처리 시스템이며, 진공 반송실(10)과 로드 로크실(20)과 2개의 플라스마 에칭 장치(30)와 후처리 장치(40)를 갖고 있다. 플라스마 에칭 장치(30) 및 후처리 장치(40)는, 소정의 감압 분위기 하에서 처리가 행해진다. 진공 반송실(10)은, 평면 형상이 직사각 형상으로 형성되어 있다. 로드 로크실(20), 2개의 플라스마 에칭 장치(30) 및 후처리 장치(40)는, 진공 반송실(10)의 각 벽부에 게이트 밸브 G를 통해 연접되어 있다. 로드 로크실(20)의 외측에는, 직사각 형상의 기판 S를 수용하는 캐리어(50)가 배치되어 있다.
이들 2개의 캐리어(50)의 사이에는 반송 기구(60)가 마련되어 있으며, 이 반송 기구(60)는, 상하 2단으로 마련된 피크(61)(하나만 도시), 및 이들을 일체적으로 진출 퇴피 및 회전 가능하게 지지하는 베이스(62)를 갖고 있다.
진공 반송실(10)은, 소정의 감압 분위기로 유지하는 것이 가능하며, 그 안에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 진공 반송 기구(70)가 마련되어 있다. 그리고 이 진공 반송 기구(70)에 의하여, 로드 로크실(20), 2개의 플라스마 에칭 장치(30) 및 후처리 장치(40) 사이에서 기판 S가 반송된다. 진공 반송 기구(70)는, 선회 가능 및 상하 이동 가능한 베이스(71) 상에, 2개의 기판 반송 암(72)(하나만 도시)이 전후 이동 가능하게 마련되어 있다.
로드 로크실(20)은, 대기 분위기에 있는 캐리어(50)와 감압 분위기에 있는 진공 반송실(10) 사이에서 기판 S의 수수를 행하기 위한 것이며, 진공 분위기와 대기 분위기를 단시간에 전환할 수 있도록 되어 있다. 로드 로크실(20)은, 기판 수용부(도시되지 않음)가 상하 2단으로 마련되어 있으며, 각 기판 수용부 내에는, 기판 S가 포지셔너(도시되지 않음)에 의하여 위치 정렬되도록 되어 있다.
플라스마 에칭 장치(30)는 기판 S의 Al 함유 금속막을 에칭하기 위한 것이며, 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는, 각통 형상의 기밀한 본체 용기(101)를 갖는다. 이 본체 용기(101)는 접지되어 있다. 본체 용기(101)는 유전체 벽(102)에 의하여 상하로 구획되어 있으며, 상측이, 안테나실을 구획 형성하는 안테나 용기(103)로 되어 있고, 하측이, 처리실을 구획 형성하는 챔버(처리 용기)(104)로 되어 있다. 유전체 벽(102)은 챔버(104)의 천장벽을 구성하고 있으며, Al2O3 등의 세라믹스, 석영 등으로 구성되어 있다.
본체 용기(101)에 있어서의 안테나 용기(103)의 측벽(103a)과 챔버(104)의 측벽(104a) 사이에는, 내측으로 돌출하는 지지 선반(105)이 마련되어 있다. 지지 선반(105) 상에는 유전체 벽(102)이 적재된다.
유전체 벽(102)의 하측 부분에는 처리 가스 공급용의 샤워 하우징(111)이 끼워넣어져 있다. 샤워 하우징(111)은 십자형으로 마련되어 있으며, 유전체 벽(102)을 아래로부터 지지하는 빔 구조로 되어 있다. 샤워 하우징(111)은, 복수 개의 서스펜더(도시되지 않음)에 의하여 본체 용기(101)의 천장에 매달린 상태로 되어 있다.
이 샤워 하우징(111)은 도전성 재료, 예를 들어 그 내면 또는 외면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워 하우징(111)에는, 수평으로 뻗어 있는 가스 유로(112)가 형성되어 있으며, 이 가스 유로(112)에는, 하방을 향하여 뻗어 있는 복수의 가스 토출 구멍(112a)이 연통되어 있다.
한편, 유전체 벽(102)의 상면 중앙에는, 이 가스 유로(112)에 연통되도록 가스 공급관(121)이 마련되어 있다. 가스 공급관(121)은, 본체 용기(101)의 천장으로부터 그 외측으로 관통하여 분기관(121a, 121b)으로 분기되어 있다. 분기관(121a)에는, 염소 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스를 공급하는 염소 함유 가스 공급원(122)이 접속되어 있다. 또한 분기관(121b)에는, 퍼지 가스나 희석 가스로서 사용되는, Ar 가스, N2 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급원(123)이 접속되어 있다. 염소 함유 가스는 에칭 가스 및 드라이 클리닝 가스로서 사용된다. 분기관(121a, 121b)에는 매스 플로 컨트롤러 등의 유량 제어기나 밸브 시스템이 마련되어 있다.
가스 공급관(121), 분기관(121a, 121b), 염소 함유 가스 공급원(122), 불활성 가스 공급원(123), 그리고 유량 제어기 및 밸브 시스템은 처리 가스 공급 기구(120)를 구성한다.
플라스마 에칭 장치(30)에 있어서는, 처리 가스 공급 기구(120)로부터 공급된 염소 함유 가스가 샤워 하우징(111) 내에 공급되고, 그 하면의 가스 토출 구멍(112a)으로부터 챔버(104) 내로 토출되어, 기판 S의 Al 함유 금속막의 에칭 또는 챔버(104)의 드라이 클리닝이 행해진다. 드라이 클리닝이란, 클리닝용의 가스를 공급함으로써, 챔버(104)을 개방하는 일 없이 챔버(104) 내에 부착된 반응 생성물을 제거하는 처리이다. 염소 함유 가스로서는 염소(Cl2) 가스가 바람직하지만, 삼염화붕소(BCl3) 가스, 사염화탄소(CCl4) 가스 등을 사용할 수도 있다.
안테나 용기(103) 내에는 고주파(RF) 안테나(113)가 배치되어 있다. 고주파 안테나(113)는, 구리나 알루미늄 등의 양도전성의 금속으로 이루어지는 안테나 선(113a)을, 환상이나 와권상 등의 종래 이용되는 임의의 형상으로 배치하여 구성된다. 고주파 안테나(113)는, 복수의 안테나부를 갖는 다중 안테나여도 된다. 고주파 안테나(113)는, 절연 부재로 이루어지는 스페이서(117)에 의하여 유전체 벽(102)로부터 이격되어 있다.
안테나 선(113a)의 단자(118)에는, 안테나 용기(103)의 상방으로 뻗어 있는 급전 부재(116)가 접속되어 있다. 급전 부재(116)의 상단에는 급전선(119)이 접속되어 있고, 급전선(119)에는 정합기(114) 및 고주파 전원(115)이 접속되어 있다. 그리고 고주파 안테나(113)에 고주파 전원(115)으로부터 주파수가, 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전력이 공급됨으로써 챔버(104) 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의하여, 샤워 하우징(111)으로부터 공급된 처리 가스가 플라스마화되어, 유도 결합 플라스마가 생성된다.
챔버(104) 내의 저벽에는, 프레임상을 이루는 절연체로 이루어지는 스페이서(134)를 통해, 기판 S를 적재하는 기판 적재대(130)가 마련되어 있다. 기판 적재대(130)는, 상술한 스페이서(134) 상에 마련된, 기재(131)와, 기재(131) 상에 마련된 정전 척(132)과, 기재(131) 및 정전 척(132)의 측벽을 덮는 측벽 절연 부재(133)를 갖고 있다. 기재(131) 및 정전 척(132)은, 기판 S의 형상에 대응한 직사각 형상을 이루며, 기판 적재대(130)의 전체가 사각 판상 또는 주상으로 형성되어 있다. 스페이서(134) 및 측벽 절연 부재(133)는 알루미나 등의 절연성 세라믹스로 구성되어 있다.
정전 척(132)은, 기재(131)의 표면에 형성된 세라믹스 용사막 등의 유전체로 이루어지는 절연층(145)과, 절연층(145)의 내부에 마련된 흡착 전극(146)을 갖는다.
여기서, 기재(131) 및 정전 척(132)의 구성에 대하여 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 제1 실시 형태에 관한 기재 및 정전 척의 구성을 도시하는 단면도이다.
정전 척(132)은 기재(131) 상에 배치되어 있다. 기재(131)는, 예를 들어 스테인리스에 의하여 형성되어 있다. 기재(131)는, 스테인리스를 사용함으로써 고온 전극으로서도 사용할 수 있으며, 염소 함유 가스의 플라스마 환경에서도, 후술하는 불소 함유 가스의 플라스마 환경에서도 사용할 수 있다.
정전 척(132)은, 절연층(145)과, 절연층(145)의 내부에 마련된 흡착 전극(146)을 갖는다. 절연층(145)은, 상하 방향으로 중첩된 2층의 상부 절연층(145a)과 하부 절연층(145b)을 갖는다. 본 실시 형태에서는, 절연층(145)은, 흡착 전극(146)에 대하여 기판 S측으로 되는 상부 절연층(145a)과, 흡착 전극(146)에 대하여 기판 S의 반대측으로 되는 하부 절연층(145b)을 갖는다.
상부 절연층(145a) 및 하부 절연층(145b)은 혼합 용사막으로 구성되어 있다. 혼합 용사막은, 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)와 규소 화합물의 혼합물을 용사하여 형성된 것이다. Y2O3은, 재질적으로 플라스마 내성이 높다. 또한 Al2O3은, 염소 함유 가스에 대한 화학적 내성이 높다. 또한, 규소 화합물은, 유리질로 되어 Y2O3 및 Al2O3의 입계를 메워서 치밀화하는 작용이 있기 때문에, 혼합 용사막은, Cl2 가스 등의 염소 함유 가스의 플라스마에 대하여 높은 내성을 갖는다. 혼합 용사막으로서는, 규소 화합물로서 산화규소(SiO2)를 사용한 Al2O3·Y2O3·SiO2막이 바람직하다. 또한 규소 화합물로서 질화규소(Si3N4)를 사용한 Al2O3·Y2O3·SiO2·Si3N4막도 적합하게 사용할 수 있다.
종래, 절연층(145)에는, 절연성을 높이기 위하여 밀봉 구멍 부재에 의한 밀봉 구멍 처리가 행해진다. 그러나 밀봉 구멍 부재는, 드라이 클리닝을 행한 때 절연층(145)으로부터 이탈하여 파티클의 원인으로 되는 경우가 있다. 그래서 본 실시 형태에서는, 상부 절연층(145a)과 하부 절연층(145b) 중, 하부 절연층(145b)에만 밀봉 구멍 부재에 의한 밀봉 구멍 처리를 행하고 있다. 즉, 상부 절연층(145a)에는 밀봉 구멍 처리가 행해져 있지 않다. 이것에 의하여, 상부 절연층(145a)에는 밀봉 구멍 처리를 행하지 않음으로써, 드라이 클리닝을 행한 때의 파티클 발생을 억제할 수 있다.
상부 절연층(145a)에 대하여 밀봉 구멍 처리를 행하지 않기 때문에 흡착 전극(146)은, 염소계 가스에 대하여 부식이 적은 금속을 사용할 필요가 있다. 그래서 흡착 전극(146)은 니켈 함유 금속으로 구성한다. 예를 들어 흡착 전극(146)은, Ni-5Al, SUS316L, 하스텔로이 중 어느 것에 의하여 형성되어 있다. 이들 니켈 함유 금속은, 염소 함유 가스의 플라스마에 대한 내성이 높다. 또한 순 니켈은, 강자성체로 되기 때문에 흡착 전극(146)으로서는 바람직하지 않다. 흡착 전극(146)은, 자성이 적은 니켈 함유 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는, 금속의, 염소계 가스에 대한 내성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5에는, Cr, Ni-5Al, SUS316L 및 하스텔로이와, 종래부터 흡착 전극(146)에 사용되고 있는 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)에 대하여, 염소계 가스로서 Cl 가스계에 대한 삭감량이 나타나 있다. 또한 도 5에 나타내는 삭감량은, Ni-5Al의 삭감량을 기준으로 하여 규격화한 값으로 하고 있으며, 소수점 이하를 반올림하고 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이 Ni-5Al, SUS316L 및 하스텔로이는, 염소계 가스에 대하여 삭감량이 적어 내성이 높다.
또한 상부 절연층(145a)은, 밀봉 구멍 처리를 행하지 않기 때문에 치밀하게 용사하는 것이 바람직하다. 또한 상부 절연층(145a)은, 정전 척(132)에 가열 기능을 마련하거나 또는 기재(131)로부터 열을 전열시키는 등 승온될 가능성이 있는 경우, 지나치게 치밀하면 내열성이 저하되기 때문에 어느 정도의 공공이 필요해진다. 그래서 상부 절연층(145a)은 준치밀 혼합 용사에 의하여 형성한다. 상부 절연층(145a)은, 기공률을 1.5% 내지 4%의 범위로 하는 것이 바람직하고, 기공률을 2.1% 내지 3.1%이 범위로 하는 것이 더 바람직하다. 이것에 의하여 상부 절연층(145a)은, 내부에의 가스의 진입을 억제하여 흡착 전극(146)에의 가스 도달을 억제할 수 있다. 하부 절연층(145b)도 상부 절연층(145a)과 마찬가지로 준치밀 혼합 용사에 의하여 형성해도 된다.
흡착 전극(146)은 판상, 막상, 격자상, 망상 등 다양한 형태를 취할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 흡착 전극(146)에는 급전선(147)을 통해 직류 전원(148)이 접속되어 있으며, 흡착 전극(146)에 직류 전압이 인가되도록 되어 있다. 흡착 전극(146)에의 급전은 스위치(도시되지 않음)로 온오프되도록 되어 있다. 흡착 전극(146)에 직류 전압을 인가함으로써 쿨롱의 힘에 의한 정전 흡착력이 발생하여 기판 S가 흡착된다.
기재(131)에는 급전선(151)을 통해 바이어스 인가용의 고주파 전원(153)이 접속되어 있다. 또한 급전선(151)의 기재(131)와 고주파 전원(153) 사이에는 정합기(152)가 마련되어 있다. 고주파 전원(153)은 기재(131) 상의 기판 S에 이온을 끌어들이기 위한 것이며, 50㎑ 내지 10㎒의 범위의 주파수가 사용되고, 예를 들어 3.2㎒이다.
또한 기판 적재대(130)의 기재(131) 내에는, 기판 S의 온도를 제어하기 위하여 히터나 냉매 유로 등의 온도 조절 기구 및 온도 센서(모두 도시되지 않음)가 마련되어 있다. 또한 기판 적재대(130)에 기판 S가 적재된 상태에서 기판 S와 기판 적재대(130) 사이에, 열전달을 위한 전열 가스, 예를 들어 He 가스를 공급하는 전열 가스 공급 기구(도시되지 않음)가 마련되어 있다. 또한, 기판 적재대(130)에는, 기판 S의 수수를 행하기 위한 복수의 승강 핀(도시되지 않음)이 정전 척(132)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 마련되어 있으며, 기판 S의 수수는, 정전 척(132)의 상면으로부터 상방으로 돌출한 상태의 승강 핀에 대하여 행해진다.
챔버(104)의 측벽(104a)에는, 기판 S를 챔버(104)에 대하여 반출입하기 위한 반출입구(155)가 마련되어 있으며, 반출입구(155)는 게이트 밸브 G에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다. 게이트 밸브 G를 개방으로 함으로써, 진공 반송실(10) 내에 마련된 진공 반송 기구(70)에 의하여 반출입구(155)를 통해 기판 S의 반출입이 가능해진다.
챔버(104)의 저벽의 에지부 또는 코너부에는 복수의 배기구(159)(2개만 도시)가 형성되어 있다. 각 배기구(159)에는 배기부(160)가 마련되어 있다. 배기부(160)는, 배기구(159)에 접속된 배기 배관(161)과, 배기 배관(161)의 개방도를 조정함으로써 챔버(104) 내의 압력을 제어하는 자동 압력 제어 밸브(APC)(162)와, 챔버(104) 내를 배기 배관(161)을 통해 배기하기 위한 진공 펌프(163)를 갖고 있다. 그리고 진공 펌프(163)에 의하여 챔버(104) 내가 배기되고, 플라스마 에칭 처리 중 자동 압력 제어 밸브(APC)(162)의 개방도를 조정함으로써, 챔버(104) 내를 소정의 진공 분위기로 설정, 유지한다.
후처리 장치(40)는, 기판 S의 Al 함유 금속막을 에칭한 후, 코로전 억제를 위한 후처리를 행하기 위한 것이다. 후처리 장치(40)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 플라스마 에칭 장치(30)와는 상이한 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(120')를 처리 가스 공급 기구(120) 대신 갖고 있다. 도 6에는 그 이외의 구성을 생략하고 있지만, 플라스마 에칭 장치(30)와 마찬가지로 구성되어 있다. 또한 이하의 설명에 있어서는, 플라스마 에칭 장치(30)와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙여서 설명한다.
후처리 장치(40)의 처리 가스 공급 기구(120')는, 가스 공급관(121')과, 본체 용기(101)의 상방 외측에서 가스 공급관(121')으로부터 분기되는 분기관(121a', 121b', 121c')과, 분기관(121a')에 접속된, O2 가스를 공급하는 O2 가스 공급원(124)과, 분기관(121b')에 접속된, 불소 함유 가스를 공급하는 불소 함유 가스 공급원(125)과, 분기관(121c')에 접속된, 퍼지 가스나 희석 가스로서 Ar 가스, N2 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급원(126)을 갖는다. 가스 공급관(121')은 플라스마 에칭 장치(30)의 가스 공급관(121)과 마찬가지로 샤워 하우징(111)의 가스 유로(112)에 접속되어 있다(도 3 참조). 분기관(121a', 121b', 121c')에는 매스 플로 컨트롤러 등의 유량 제어기나 밸브 시스템이 마련되어 있다.
후처리 장치(40)에 있어서는, 처리 가스 공급 기구(120')로부터 공급된 O2 가스, 또는 O2 가스와 불소 함유 가스가 샤워 하우징(111)을 통해 챔버(104) 내에 토출되어, 기판 S의 에칭 후의 Al 함유 금속막의 코로전 억제 처리가 행해진다. 불소 함유 가스로서는 사불화탄소(CF4)을 적합하게 사용할 수 있지만, 육불화황(SF6) 등을 사용할 수도 있다.
또한 후처리 장치(40)에 있어서는, 정전 척(132)의 절연층(145)에는 염소 함유 가스의 플라스마에 대한 내성이 요구되지 않으므로, 절연층(145)을, 종래와 마찬가지로 Al2O3 또는 Y2O3으로 이루어지는 용사막으로 구성할 수 있다. 또한 후처리 장치(40)는 코로전 억제 처리를 행하기만 할 뿐이므로, 정전 척(132)이 마련되어 있지 않아도 된다.
처리 시스템(100)은, 또한 제어부(80)를 갖고 있다. 제어부(80)는, CPU 및 기억부를 구비한 컴퓨터로 구성되어 있으며, 처리 시스템(100)의 각 구성부(진공 반송실(10), 로드 로크실(20), 플라스마 에칭 장치(30), 후처리 장치(40), 반송 기구(60), 진공 반송 기구(70)의 각 구성부)는, 기억부에 기억된 처리 레시피(프로그램)에 기초하여 소정의 처리가 행해지도록 제어된다. 처리 레시피는, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 반도체 메모리 등의 기억 매체에 저장되어 있다.
[제1 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법]
다음으로, 이상의 처리 시스템(100)에 의한 제1 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법에 대하여 도 7의 흐름도를 참조하여 설명한다. 도 7은, 제1 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법을 도시하는 흐름도이다.
여기서는, 처리 시스템(100)에 의하여, 기판 S에 형성된 소스 전극(8a) 및 드레인 전극(8b)를 형성하기 위한 Al 함유 금속막인 Ti/Al/Ti막의 플라스마 에칭 처리를 행한다.
처음에, 플라스마 에칭 장치(30)에서의 플라스마 에칭 처리에 있어서, 생성되는 반응 생성물이 드라이 클리닝 가능한 것으로 되도록 처리 가스를 선정한다(스텝 1).
구체적으로는, 본 실시 형태에서는 처리 가스로서 염소 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스를 선정한다. 도 8은, 처리 가스로서 Cl2 가스를 사용하여 Al 함유 금속막을 에칭한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다. 염소 함유 가스를 사용하여 Ti/Al/Ti막을 플라스마 에칭하는 경우, 도 8에 도시한 바와 같이 반응 생성물로서 주로 AlClx가 생성되고, 이들의 일부가 챔버 벽에 부착되어 퇴적물(디포짓)로 된다. 이 AlClx는, 증기압이 높아 드라이 클리닝으로 제거 가능하다.
도 9는, 처리 가스로서 Cl2 가스를 사용하여 Al 함유 금속막을 에칭한 후, O2 가스, 또는 O2 가스 및 CF4 가스를 사용하여 후처리를 행한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다. 한편, 종래와 같이, Ti/Al/Ti막을 Cl2 가스로 에칭한 후, 동일한 챔버 내에서 코로전 억제의 후처리를 행하는 경우, 도 9에 도시한 바와 같이 후처리 가스로서 O2 가스를 공급하여 플라스마 처리를 행하면, 부착된 AlClx와 O2 가스가 반응하여 챔버 내에서 증기압이 낮은 AlOx가 생성된다. 또한, 게다가 코로전 억제 효과를 높이기 위하여, O2 가스에 추가하여 불소 함유 가스, 예를 들어 CF4 가스를 공급하면, 챔버 내에서 AlOx에 추가하여 역시 증기압이 낮은 AlFx도 생성된다. 이들 AlOx 및 AlFx는, 증기압이 낮기 때문에 휘발되지 않아 챔버 벽에 부착되어 퇴적물(디포짓)로 되기 쉽다. 그리고 이것이 박리되면, 파티클의 원인으로 되어 제품에 악영향을 미친다. 또한 이들은, 안정성이 높기 때문에 드라이 클리닝으로는 제거하는 것이 곤란하다.
그래서 본 실시 형태에서는, 챔버 내에서 반응 생성물로서 드라이 클리닝이 가능한 AlClx가 생성되고, 파티클의 원인으로 되고 드라이 클리닝으로는 제거가 곤란한 AlOx 및 AlFx가 생성되지 않도록, 플라스마 에칭 장치(30)에 있어서의 기판 S의 처리 가스를, 에칭 가스인 염소 함유 가스(Cl2 가스)만으로 한다.
이와 같이 하여 플라스마 에칭 시의 처리 가스를 선정한 후, 기판 S에 형성된 Al 함유 금속막인 Ti/Al/Ti막에 대하여, 플라스마 에칭 장치(30)에 의하여, 미리 선정된 처리 가스인 염소 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스를 사용하여 플라스마 에칭 처리를 실시한다(스텝 2).
이하, 스텝 2의 플라스마 에칭 처리에 대하여 구체적으로 설명한다.
캐리어(50)로부터 반송 기구(60)에 의하여 기판 S를 취출하여 로드 로크실(20)로 반송하고, 진공 반송실(10) 내의 진공 반송 기구(70)가 로드 로크실(20)로부터 기판 S를 수취하여 플라스마 에칭 장치(30)로 반송한다.
플라스마 에칭 장치(30)에 있어서는, 먼저, 진공 펌프(163)에 의하여 챔버(104) 내를 진공 반송실(10)에 적합한 압력으로 조정하고, 게이트 밸브 G를 개방하고 반출입구(155)로부터 진공 반송 기구(70)에 의하여 기판 S를 챔버(104) 내에 반입하고, 기판 적재대(130) 상에 기판 S를 적재시킨다. 진공 반송 기구(70)를 챔버(104)로부터 퇴피시킨 후, 게이트 밸브 G를 폐쇄한다.
이 상태에서 자동 압력 제어 밸브(APC)(162)에 의하여 챔버(104) 내의 압력을 소정의 진공도로 조정함과 함께, 처리 가스 공급 기구(120)로부터 샤워 하우징(111)을 통해 처리 가스로서, 에칭 가스인 염소 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스를 챔버(104) 내에 공급한다. 염소 함유 가스에 추가하여 희석 가스로서 Ar 가스 등의 불활성 가스를 공급해도 된다.
이때, 기판 S는 정전 척(132)에 의하여 흡착되어 온도 조절 기구(도시되지 않음)에 의하여 온도 조절된다.
이어서, 고주파 전원(115)으로부터, 예를 들어 13.56㎒의 고주파를 고주파 안테나(113)에 인가하고, 이것에 의하여 유전체 벽(102)을 통해 챔버(104) 내에 균일한 유도 전계를 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 유도 전계에 의하여 염소 함유 가스의 플라스마가 생성된다. 이와 같이 하여 생성된 고밀도의 유도 결합 플라스마에 의하여, 기판 S의 Al 함유 금속막인 Ti/Al/Ti막이 에칭된다.
이때, 플라스마 에칭 장치(30)에서는, 상술한 바와 같이 반응 생성물로서 AlClx가 생성되고 그 일부가 챔버(104) 내의 벽부 등에 부착된다. 한편, AlOx 및 AlFx는 거의 생성되지 않는다.
다음으로, 플라스마 에칭 후의 기판 S의 Al 함유 금속막인 Ti/Al/Ti막에 대하여, 후처리 장치(40)에 의하여, O2 가스, 또는 O2 가스 및 불소 함유 가스, 예를 들어 CF4 가스를 사용하여 코로전 억제를 위한 후처리를 행한다(스텝 3).
이하, 스텝 3의 후처리에 대하여 구체적으로 설명한다.
진공 반송 기구(70)에 의하여, 플라스마 에칭 장치(30)로부터 에칭 처리 후의 기판 S를 취출하여 후처리 장치(40)로 반송한다.
후처리 장치(40)에서는, 플라스마 에칭 장치(30)와 마찬가지로, 기판 S를 챔버(104) 내에 반입하여 기판 적재대(130) 상에 적재시키고 챔버(104) 내의 압력을 소정의 진공도로 조정함과 함께, 처리 가스 공급 기구(120')로부터 샤워 하우징(111)을 통해 후처리 가스로서, O2 가스, 또는 O2 가스와 불소 함유 가스, 예를 들어 CF4 가스를 챔버(104) 내에 공급한다. 이들에 추가하여 희석 가스로서 Ar 등의 불활성 가스를 공급해도 된다.
그리고 플라스마 에칭 장치(30)와 마찬가지로, 유도 전계에 의하여, 후처리 가스인 O2 가스, 또는 O2 가스와 불소 함유 가스의 플라스마가 생성되고, 이와 같이 하여 생성된 유도 결합 플라스마에 의하여, 에칭된 Al 함유 금속막인 Ti/Al/Ti막의 코로전 억제 처리가 행해진다.
이때, 후처리 장치(40)에서는 에칭 처리가 행해지지 않으므로, 반응 생성물의 발생량은 적다.
후처리 장치(40)에서의 후처리 후의 기판 S를, 진공 반송 기구(70)에 의하여 후처리 장치(40)의 챔버(104)로부터 취출하여 로드 로크실(20)로 반송하고, 반송 기구(60)에 의하여 캐리어(50)로 복귀시킨다.
이상과 같은 플라스마 에칭 처리(스텝 2) 및 후처리(스텝 3)를 1회 또는 2회 이상의 소정 횟수 행한 후, 플라스마 에칭 장치(30)의 챔버(104) 내의 드라이 클리닝 처리를 행한다(스텝 4).
드라이 클리닝은, 기판 적재대(130) 상에 기판 S를 적재하지 않는 상태에서 챔버(104) 내에 드라이 클리닝 가스로서, 플라스마 에칭 시의 에칭 가스와 마찬가지로 염소 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스를 공급하여, 플라스마 에칭 시와 마찬가지의 유도 결합 플라스마에 의하여 행한다.
이 드라이 클리닝에 의하여, 플라스마 에칭 장치(30)의 챔버(104)에 부착된 AlClx를 제거할 수 있다. 즉, 플라스마 에칭 장치(30)에서는, 종래와 같은, O2 가스, 또는 O2 가스와 불소 함유 가스에 의한 코로전 억제 처리를 행하지 않으므로, 반응 생성물로서 드라이 클리닝에 의하여 제거가 곤란한 AlOx 및 AlFx가 생성되지 않아 드라이 클리닝이 가능해진다.
또한 드라이 클리닝 시에는, 기판 적재대(130) 상에 기판 S가 적재되지 않고 정전 척(132)에 기판 S가 존재하지 않기 때문에, 드라이 클리닝 가스인 염소 함유 가스의 플라스마가 직접 정전 척(132)에 작용한다.
종래, 플라스마 에칭 장치는 드라이 클리닝을 행하고 있지 않기 때문에, 정전 척에 기판 S를 싣지 않는 상태에서 플라스마 처리를 행하는 일이 없어, 정전 척의 절연층은 Y2O3이나 Al2O3의 용사막으로 충분하였다. 그러나 드라이 클리닝 시에 염소 함유 가스의 플라스마가 직접 작용하면, 절연층이 Y2O3이나 Al2O3인 용사막에서는 손상이 가해져, 수명이 짧아질 우려가 있는 것이 판명되었다. 이 문제를 해소하기 위하여, 드라이 클리닝 시에, 기판 적재대(130) 상에 더미 기판인 소재 유리를 적재한 상태에서 드라이 클리닝을 행하는 것이 생각되지만, 이 경우에는, 소재 유리를 플라스마 에칭 장치(30)에 대하여 반입/ 반출하는 공정이 발생하여 생산성이 저하되어 버린다.
그래서 본 실시 형태에서는, 정전 척(132)의 절연층(145)으로서, Al2O3과 Y2O3과 규소 화합물의 혼합물을 용사하여 형성된 혼합 용사막을 사용한다. Y2O3은, 재질적으로 플라스마 내성이 높고, 또한 Al2O3은, 염소 함유 가스에 대한 화학적 내성이 높고, 또한, 규소 화합물은, 유리질로 되어 Y2O3 및 Al2O3의 입계를 메워서 치밀화하는 작용이 있기 때문에, 혼합 용사막은, Cl2 가스 등의 염소 함유 가스의 플라스마에 대한 내성이 높아져, 드라이 클리닝 시에 소재 유리를 적재하는 일 없이 원하는 수명을 유지할 수 있다. 또한 절연층(145)은, 흡착 전극(146)에 대하여 기판 S측으로 되는 상부 절연층(145a)과, 흡착 전극(146)에 대하여 기판 S의 반대측으로 되는 하부 절연층(145b)을 갖는다. 하부 절연층(145b)에는 밀봉 구멍 부재에 의한 밀봉 구멍 처리를 행한다. 상부 절연층(145a)에는 밀봉 구멍 처리를 행하지 않는다. 이와 같이 상부 절연층(145a)에 밀봉 구멍 처리를 행하지 않음으로써, 드라이 클리닝 시에 밀봉 구멍 부재로부터의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 혼합 용사막으로서는 Al2O3, Y2O3, SiO2의 혼합 용사막이 바람직하다. 또한 Al2O3·Y2O3·SiO2·Si3N4의 혼합 용사막도 적합하게 사용할 수 있다. 또한 정전 척(132)의 흡착 전극(146)은, Ni-5Al, SUS316L, 하스텔로이를 사용함으로써 염소 함유 가스의 플라스마에 대하여 높은 내성을 나타낸다.
이와 같이, 플라스마 에칭 처리(스텝 2) 및 후처리(스텝 3)를 소정 횟수 행한 후 드라이 클리닝(스텝 4)을 행하는 사이클을 반복하면, 플라스마 에칭 장치(30)의 챔버(104) 내에 부착된 퇴적물(디포짓)에 박리가 발생하기 시작하게 된다. 이 때문에, 이와 같은 사이클을 소정 횟수 반복한 후, 챔버(104)을 개방하고 챔버 웨트 클리닝(스텝 5)을 행한다. 챔버 웨트 클리닝은, 퇴적물을 알코올로 닦아내는 것 또는 특수 약액으로 세정하는 것 등에 의하여 행해진다.
이상과 같이, 플라스마 에칭 장치(30)는, 플라스마 처리의 대상으로 되는 기판 S가 적재되는 기판 적재대(130)의 적재면을 구성하는 정전 척(132)의 절연층(145)을 갖는다. 절연층(145)은 알루미나, 이트리아 및 규소 화합물에 의하여 형성되어 있다. 또한 플라스마 에칭 장치(30)는, 절연층(145) 내에 마련되어, 소정의 전압이 인가됨으로써 기판 S를 흡착하는 흡착 전극(146)을 갖는다. 흡착 전극(146)은 니켈 함유 금속에 의하여 형성되어 있다. 이것에 의하여, 플라스마 에칭 장치(30)는, 드라이 클리닝이 행해지는 경우에도 기판 적재대(130)의, 플라스마에 대한 내성을 높게 할 수 있다. 이 결과, 플라스마 에칭 장치(30)는, 챔버 내의 퇴적물(디포짓)을 드라이 클리닝에 의하여 제거 가능해져, 챔버를 개방하고 행해지는 챔버 클리닝의 주기, 즉, 메인터넌스 사이클을 현저히 길게 할 수 있다.
또한 플라스마 에칭 장치(30)는, 염소 함유 가스의 플라스마에 의한 플라스마 에칭 처리를 행한다. 흡착 전극(146)은 니켈 함유 금속에 의하여 형성되어 있다. 예를 들어 흡착 전극(146)은, Ni-5Al, SUS316L, 하스텔로이 중 어느 것에 의하여 형성되어 있다. 이것에 의하여, 흡착 전극(146)은, 드라이 클리닝 시의 염소 함유 가스의 플라스마에 대하여 내성을 가지므로, 드라이 클리닝을 행하더라도 정전 척의 수명을 확보할 수 있다.
또한 플라스마 에칭 장치(30)는, 절연층(145)이, 흡착 전극(146)에 대하여 기판 S측으로 되는 상부 절연층(145a)과, 흡착 전극(146)에 대하여 기판 S의 반대측으로 되는 하부 절연층(145b)에 의하여 형성되어 있다. 그리고 플라스마 에칭 장치(30)는, 하부 절연층(145b)에만 밀봉 구멍 부재에 의한 밀봉 구멍 처리가 행해져 있다. 이것에 의하여, 플라스마 에칭 장치(30)는, 드라이 클리닝 시의 밀봉 구멍 부재로부터의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한 처리 시스템(100)은, 플라스마 에칭 장치(30)에서의 에칭 처리에 있어서, 생성되는 반응 생성물이 드라이 클리닝 가능한 것으로 되도록, 기판 S를 처리하는 처리 가스를, 에칭 가스인 염소 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스만으로 하고 있다. 그리고 처리 시스템(100)은, 종래, 에칭 후에 동일한 챔버 내에서 행하고 있던, 코로전 억제를 위한 O2 가스, 또는 O2 가스와 불소 함유 가스에 의한 플라스마 처리를, 별개로 마련된 후처리 장치(40)에서 행한다. 이 때문에, 플라스마 에칭 장치(30)에서는, 플라스마 에칭 처리 시에 증기압이 낮은 AlOx 및 AlFx는 발생하지 않아, 챔버에 발생하는 퇴적물(디포짓)은, 증기압이 높은 AlClx만으로 된다. 이 때문에, 플라스마 에칭 장치(30)는, 종래보다도 챔버 내의 퇴적물(디포짓) 자체가 감소함과 함께, 챔버 내의 퇴적물(디포짓)을 드라이 클리닝에 의하여 제거 가능해진다. 이 결과, 처리 시스템(100)은, 플라스마 에칭 장치(30)의 챔버를 개방하고 행해지는 챔버 클리닝의 주기, 즉, 메인터넌스 사이클을 현저히 길게 할 수 있다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시하는 기판 S의 게이트 전극(6) 또는 차광층(2)을 형성할 때의 Mo계 재료막의 에칭 처리를 예로 들어 설명한다. 또한 게이트 전극(6) 또는 차광층(2)을 형성하기 위한 Mo계 재료막의 에칭 시에는, 그 위에, 소정의 패턴을 갖는 레지스트막(도시되지 않음)이 형성되고, 그것을 마스크로 하여 플라스마 에칭이 행해진다.
[제2 실시 형태에 이용하는 처리 시스템 및 플라스마 에칭 장치의 장치 구성]
처음에, 제2 실시 형태에 이용하는 처리 시스템 및 플라스마 에칭 장치의 장치 구성에 대하여 설명한다. 도 10은, 본 실시 형태의 처리 방법을 실시하기 위한 처리 시스템을 도시하는 개략 평면도이다. 도 11은, 도 10의 처리 시스템에 탑재된 플라스마 에칭 장치를 도시하는 단면도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 처리 시스템(200)은, 기본적으로 도 2의 처리 시스템(100)과 마찬가지의 멀티챔버 타입의 처리 시스템으로서 구성된다. 본 실시 형태의 처리 시스템(200)은, 2개의 플라스마 에칭 장치(30)와 후처리 장치(40) 대신 3개의 플라스마 에칭 장치(90)가 마련되어 있는 것 외에는 도 2의 처리 시스템(100)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 다른 구성은 도 2와 동일하므로, 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
플라스마 에칭 장치(90)는 기판 S의 Mo계 재료막을 에칭하기 위한 것이며, 도 11에 도시한 바와 같이, 처리 가스 공급 기구(120) 대신 처리 가스 공급 기구(220)가 마련되고 정전 척(132) 대신 정전 척(232)이 마련되어 있는 것 외에는 도 3의 플라스마 에칭 장치(30)와 동일한 구성을 갖고 있다. 따라서 도 3과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
처리 가스 공급 기구(220)는, 가스 공급관(221)과, 본체 용기(101)의 상방 외측에서 가스 공급관(221)으로부터 분기되는 분기관(221a, 221b)과, 분기관(221a)에 접속된, 불소 함유 가스인 SF6 가스를 공급하는 SF6 가스 공급원(222)과, 분기관(221b)에 접속된, 퍼지 가스나 희석 가스로서 Ar 가스, N2 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급원(223)을 갖는다. 가스 공급관(221)은, 도 3의 플라스마 에칭 장치(30)의 가스 공급관(121)과 마찬가지로 샤워 하우징(111)의 가스 유로(112)에 접속되어 있다. 불소 함유 가스는 에칭 가스 및 드라이 클리닝 가스로서 사용된다. 또한 불소 함유 가스로서는 SF6 가스 외에 CF4 또는 NF3을 사용할 수도 있다.
정전 척(232)은, 기재(131)의 표면에 형성된 세라믹스 용사막으로 이루어지는 절연층(245)과, 절연층(245)의 내부에 마련된 흡착 전극(246)을 갖는다.
여기서, 기재(131) 및 정전 척(232)의 구성에 대하여 도 12를 이용하여 설명한다. 도 12는, 제2 실시 형태에 관한 기재 및 정전 척의 구성을 도시하는 단면도이다.
정전 척(232)은 기재(131) 상에 배치되어 있다. 기재(131)는, 예를 들어 스테인리스에 의하여 형성되어 있다. 기재(131)는, 스테인리스를 사용함으로써 고온 전극으로서도 사용할 수 있으며, 염소 함유 가스의 플라스마 환경에서도, 불소 함유 가스의 플라스마 환경에서도 사용할 수 있다.
정전 척(232)은, 절연층(245)과, 절연층(245)의 내부에 마련된 흡착 전극(246)을 갖는다. 절연층(245)은, 상하 방향으로 중첩된 2층의 상부 절연층(245a)과 하부 절연층(245b)을 갖는다. 본 실시 형태에서는, 절연층(245)은, 흡착 전극(246)에 대하여 기판 S측으로 되는 상부 절연층(245a)과, 흡착 전극(246)에 대하여 기판 S의 반대측으로 되는 하부 절연층(245b)을 갖는다.
상부 절연층(245a) 및 하부 절연층(245b)은 혼합 용사막으로 구성되어 있다. 혼합 용사막은, 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)와 규소 화합물의 혼합물을 용사하여 형성된 것이다. Y2O3은, 재질적으로 플라스마 내성이 높다. 또한 규소 화합물은, 유리질로 되어 Y2O3 및 Al2O3의 입계를 메워서 치밀화하는 작용이 있기 때문에, 혼합 용사막은, SF6 가스 등의 불소 함유 가스의 플라스마에 대하여 높은 내성을 갖는다. 혼합 용사막으로서는, 규소 화합물로서 산화규소(SiO2)를 사용한 Al2O3·Y2O3·SiO2막이 바람직하다. 또한 규소 화합물로서 질화규소(Si3N4)를 사용한 Al2O3·Y2O3·SiO2·Si3N4막도 적합하게 사용할 수 있다.
또한 본 실시예에서도, 상부 절연층(245a)과 하부 절연층(245b) 중, 하부 절연층(245b)에만 밀봉 구멍 부재에 의한 밀봉 구멍 처리를 행하고 있다. 즉, 상부 절연층(245a)에는 밀봉 구멍 처리가 행해져 있지 않다. 이것에 의하여, 상부 절연층(245a)에는 밀봉 구멍 처리를 행하지 않음으로써, 드라이 클리닝을 행한 때의 파티클 발생을 억제할 수 있다.
상부 절연층(245a)에 대하여 밀봉 구멍 처리를 행하지 않기 때문에 흡착 전극(246)은, 불소 함유 가스에 대하여 부식이 적은 금속을 사용할 필요가 있다. 그래서 흡착 전극(246)은 크롬 함유 금속으로 구성한다. 예를 들어 흡착 전극(246)은 크롬(Cr)에 의하여 형성되어 있다. 이들 크롬(Cr)은, 종래부터 흡착 전극에 사용되고 있는 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)보다도 염화물, 불화물의 증기압이 낮다.
도 13은, 증기압의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 13에는, 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)의 염화물, 불화물의 온도마다의 증기압이 나타나 있다. 크롬(Cr)은, 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)보다도 염화물, 불화물의 증기압이 낮다. 이 때문에 크롬(Cr)은, 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)보다도 불소 함유 가스에 대하여 내성이 높다.
또한 크롬(Cr)은, 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)보다도 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)에 선팽창 계수가 가깝다.
도 14는, 선팽창 계수의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 14에는, 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3)의 선팽창 계수(α)가 나타나 있다. 또한 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)에는, 알루미나(Al2O3) 및 이트리아(Y2O3)와의 선팽창 계수의 차(Δα)가 나타나 있다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 크롬(Cr)은, 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)보다도 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)에 선팽창 계수가 가깝다. 이것에 의하여, 정전 척(232)은, 흡착 전극(246)을 크롬(Cr)에 의하여 형성함으로써, 고온으로 된 경우에도 절연층(245)의 용사 균열이 발생하기 어려워진다.
상부 절연층(245a)은 밀봉 구멍 처리를 행하지 않기 때문에, 제1 실시 형태의 상부 절연층(145a)과 마찬가지로 준치밀 혼합 용사에 의하여 치밀하게 용사하는 것이 바람직하다.
흡착 전극(246)은 판상, 막상, 격자상, 망상 등 다양한 형태를 취할 수 있다. 흡착 전극(246)에는 급전선(147)을 통해 직류 전원(148)이 접속되어 있으며, 흡착 전극(246)에 직류 전압이 인가되도록 되어 있다. 흡착 전극(246)에의 급전은 스위치(도시되지 않음)로 온오프되도록 되어 있다. 흡착 전극(246)에 직류 전압을 인가함으로써 쿨롱의 힘에 의한 정전 흡착력이 발생하여 기판 S가 흡착된다.
정전 척(232)의 절연층(245)은, 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)와 규소 화합물의 혼합물을 용사하여 형성된 혼합 용사막, 또는 Y2O3으로 구성되어 있다. 또한 정전 척(232)의 흡착 전극(246)은 크롬(Cr)으로 구성되어 있다. 절연층(245)을 구성하는 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)와 규소 화합물의 혼합물, 및 Y2O3, 그리고 흡착 전극(246)을 구성하는 Al은, 불소계 가스인 SF6의 플라스마에 대하여 높은 내성을 갖는다.
[제2 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법]
다음으로, 이상의 처리 시스템(200)에 의한 제2 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법에 대하여 도 15의 흐름도를 참조하여 설명한다. 도 15는, 제2 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법을 도시하는 흐름도이다.
여기서는, 처리 시스템(200)에 의하여, 기판 S에 형성된 Mo계 재료막, 예를 들어 Mo막 또는 MoW막의 플라스마 에칭 처리를 행한다.
처음에, 플라스마 에칭 장치(90)에서의 플라스마 에칭 처리에 있어서, 생성되는 반응 생성물이 드라이 클리닝 가능한 것으로 되도록 처리 가스를 선정한다(스텝 11).
구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 처리 가스로서 불소 함유 가스인 SF6 가스를 선정한다. 도 16은, 처리 가스로서 SF6 가스를 사용하여 Mo계 재료막을 에칭한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다. SF6 가스를 사용하여 Mo막이나 MoW막과 같은 Mo계 재료막을 플라스마 에칭하는 경우, 도 16에 도시한 바와 같이 반응 생성물로서 주로 MoFx가 생성되고, 이들의 일부가 챔버 벽에 부착되어 퇴적물(디포짓)로 되는데, MoFx는 증기압이 높아 드라이 클리닝으로 제거 가능하다.
도 17은, 처리 가스로서 SF6 가스 및 O2 가스를 사용하여 Mo계 재료막을 에칭한 경우의 챔버 내에서 생성되는 반응 생성물을 도시하는 개략도이다. 한편, 종래와 같이, Mo계 재료막을 SF6 가스와 O2 가스를 사용하여 에칭하는 경우에는, 도 17에 도시한 바와 같이 반응 생성물로서 MoFx 외에 MoFxOy나 MoOx도 생성된다. 이들 중, MoOx는 증기압이 낮기 때문에 휘발되지 않아 챔버 벽에 부착되어 퇴적물(디포짓)로 되기 쉽다. 그리고 퇴적물인 MoOx가 박리되면, 파티클의 원인으로 되어 제품에 악영향을 미친다. 또한 MoOx는, 안정성이 높기 때문에 드라이 클리닝으로는 제거하는 것이 곤란하다.
그래서 본 실시 형태에서는, 챔버 내에서 반응 생성물로서 드라이 클리닝이 가능한 MoFx가 생성되어, 파티클의 원인으로 되고 드라이 클리닝으로는 제거가 곤란한 MoOx가 생성되지 않도록, 플라스마 에칭 장치(90)에 있어서의 기판 S의 처리 가스를, 불소 함유 가스인 SF6 가스만으로 한다.
이와 같이 하여 플라스마 에칭 시의 처리 가스를 선정한 후, 기판 S에 형성된 Mo 재료막에 대하여, 플라스마 에칭 장치(90)에 의하여, 미리 선정된 처리 가스인 SF6 가스를 사용하여 플라스마 에칭 처리를 실시한다(스텝 12).
이하, 스텝 12의 플라스마 에칭 처리에 대하여 구체적으로 설명한다. 캐리어(50)로부터 반송 기구(60)에 의하여 기판 S를 취출하여 로드 로크실(20)로 반송하고, 진공 반송실(10) 내의 진공 반송 기구(70)가 로드 로크실(20)로부터 기판 S를 수취하여 플라스마 에칭 장치(90)로 반송한다.
플라스마 에칭 장치(90)에 있어서는, 챔버(104) 내를 진공 반송실(10)에 적합한 압력으로 조정한 후, 게이트 밸브 G를 개방하고 반출입구(155)로부터 진공 반송 기구(70)에 의하여 기판 S를 챔버(104) 내에 반입하고, 기판 적재대(130) 상에 기판 S를 적재시킨다. 진공 반송 기구(70)를 챔버(104)로부터 퇴피시킨 후, 게이트 밸브 G를 폐쇄한다.
이 상태에서 자동 압력 제어 밸브(APC)(162)에 의하여 챔버(104) 내의 압력을 소정의 진공도로 조정함과 함께, 처리 가스 공급 기구(220)로부터 샤워 하우징(111)을 통해 처리 가스로서, 불소 함유 가스인 SF6 가스를 챔버(104) 내에 공급한다. SF6 가스에 더하여 희석 가스로서 Ar 가스 등의 불활성 가스를 공급해도 된다.
이때, 기판 S는 정전 척(232)에 의하여 흡착되어 온도 조절 기구(도시되지 않음)에 의하여 온도 조절된다.
이어서, 고주파 전원(115)으로부터, 예를 들어 13.56㎒의 고주파를 고주파 안테나(113)에 인가하고, 이것에 의하여 유전체 벽(102)을 통해 챔버(104) 내에 균일한 유도 전계를 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 유도 전계에 의하여, 불소 함유 가스인 SF6 가스의 플라스마가 생성된다. 이와 같이 하여 생성된 고밀도의 유도 결합 플라스마에 의하여 기판 S의 Mo계 재료막이 에칭된다.
이때, 플라스마 에칭 장치(90)에서는, 상술한 바와 같이 반응 생성물로서 MoFx가 생성되어 챔버(104) 내의 벽부 등에 부착된다. 한편, MoOx는 거의 생성되지 않는다.
플라스마 에칭 장치(90)에서 스텝 12의 플라스마 에칭 처리를 행한 후, 기판 S를 진공 반송 기구(70)에 의하여 취출하여 로드 로크실(20)로 반송하고, 반송 기구(60)에 의하여 캐리어(50)로 복귀시킨다.
이상과 같은 스텝 12의 플라스마 에칭 처리를 1회 또는 2회 이상의 소정 횟수 행한 후, 플라스마 에칭 장치(90)의 챔버(104) 내의 드라이 클리닝 처리를 행한다(스텝 13).
드라이 클리닝은, 기판 적재대(130) 상에 기판 S를 적재하지 않는 상태에서, 챔버(104) 내에 드라이 클리닝 가스로서 플라스마 에칭 시의 에칭 가스와 마찬가지로 불소 함유 가스인 SF6 가스를 공급하고, 플라스마 에칭 시와 마찬가지의 유도 결합 플라스마에 의하여 행한다.
이 드라이 클리닝에 의하여, 플라스마 에칭 장치(90)의 챔버(104)에 부착된 MoFx를 제거할 수 있다. 즉, 플라스마 에칭 장치(90)에서는, 에칭 가스로서 종래 사용하고 있던 O2 가스를 포함하지 않으므로, 반응 생성물로서 드라이 클리닝에 의하여 제거가 곤란한 MoOx가 생성되지 않아 드라이 클리닝이 가능해진다.
또한 드라이 클리닝 시에는, 기판 적재대(130) 상에 기판 S가 적재되지 않고 정전 척(232)에 기판 S가 존재하지 않기 때문에, 드라이 클리닝 가스인 SF6 가스의 플라스마가 직접 정전 척(232)에 작용한다.
종래, 플라스마 에칭 장치에서는, 드라이 클리닝을 행하고 있지 않기 때문에, 정전 척에 기판 S를 싣지 않는 상태에서 플라스마 처리를 행하는 일이 없어, 정전 척으로서는, 절연층으로서 Y2O3이나 Al2O3의 용사막을 사용하고, 흡착 전극으로서 W나 Mo를 사용하는 것으로 충분하였다. 그러나 드라이 클리닝 시에 불소 함유 가스인 SF6 가스 플라스마가 정전 척에 직접 작용하더라도 절연층인 Y2O3이나 Al2O3의 용사막은 내성을 갖지만, 용사막의 밀봉 구멍 처리재가 플라스마에 의하여 제거되어 플라스마 및 불소 함유 가스가 흡착면에 도달하면, 흡착 전극이 W나 Mo에서는 손상이 가해져, 정전 척의 수명이 짧아질 우려가 있는 것이 판명되었다. 이 문제를 해소하기 위하여, 드라이 클리닝 시에, 기판 적재대(130) 상에 더미 기판인 소재 유리를 적재한 상태에서 드라이 클리닝을 행하는 것이 생각되지만, 이 경우에는, 소재 유리를 플라스마 에칭 장치(90)에 대하여 반입/반출하는 공정이 발생하여 생산성이 저하되어 버린다.
그래서 본 실시 형태에서는, 정전 척(232)의 흡착 전극(246)으로서 크롬 함유 금속을 사용한다. 예를 들어 본 실시 형태에서는, 흡착 전극(246)으로서 크롬(Cr)을 사용한다. Cr은, W나 Mo보다도 불소 함유 가스인 SF6 가스의 플라스마에 대한 내성이 높기 때문에, 드라이 클리닝 시에 소재 유리를 적재하는 일 없이 원하는 수명을 유지할 수 있다.
또한 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)와 규소 화합물의 혼합물을 용사하여 형성된 혼합 용사막, 및 Y2O3은, 불소 함유 가스인 SF6 가스의 플라스마에 대한 내성이 높기 때문에, 흡착 전극(246)으로서 Cr을 사용하는 것에 더하여 절연층(245)으로서 혼합 용사막 또는 Y2O3을 사용함으로써, SF6 가스의 플라스마에 대한 내성을 더 높일 수 있다.
이와 같이, 플라스마 에칭 처리(스텝 12)을 소정 횟수 행한 후 드라이 클리닝(스텝 13)을 행하는 사이클을 반복하면, 플라스마 에칭 장치(90)의 챔버(104) 내에 부착된 퇴적물(디포짓)에 박리가 발생하기 시작하게 된다. 이 때문에, 이와 같은 사이클을 소정 횟수 반복한 후, 챔버(104)을 개방하고 챔버 웨트 클리닝(스텝 14))을 행한다. 챔버 웨트 클리닝은, 퇴적물을 알코올로 닦아내는 것 또는 특수 약액으로 세정하는 것 등에 의하여 행해진다.
이상과 같이, 플라스마 에칭 장치(30)는, 불소 함유 가스의 플라스마에 의한 플라스마 에칭 처리를 행한다. 흡착 전극(246)은 크롬 함유 금속에 의하여 형성되어 있다. 예를 들어 흡착 전극(246)은 크롬(Cr)에 의하여 형성되어 있다. 이것에 의하여, 흡착 전극(246)은, 드라이 클리닝 시의 불소 함유 가스의 플라스마에 대하여 내성을 가지므로, 드라이 클리닝을 행하더라도 정전 척(132)의 수명을 확보할 수 있다. 또한 정전 척(232)의 절연층(245)으로서 혼합 용사막을 사용함으로써, 불소 함유 가스인 SF6 가스의 플라스마에 대한 내성을 더 높일 수 있다.
또한 처리 시스템(100)은, 플라스마 에칭 장치(90)에서의 에칭 처리에 있어서, 생성되는 반응 생성물이 드라이 클리닝 가능한 것으로 되도록, 기판 S를 에칭하는 가스를 불소 함유 가스인 SF6 가스만으로 하고, 종래, SF6 가스와 함께 사용하고 있던 O2 가스를 사용하지 않도록 하였다. 이 때문에, 플라스마 에칭 장치(90)에서는, 플라스마 에칭 처리 시에 증기압이 낮은 MoOx는 발생하지 않아, 챔버에 발생하는 퇴적물(디포짓)은, 증기압이 높은 MoFx만으로 된다. 이 때문에, 플라스마 에칭 장치(90)는, 종래보다도 챔버 내의 퇴적물(디포짓) 자체가 감소함과 함께, 챔버 내의 퇴적물(디포짓)이 드라이 클리닝에 의하여 제거 가능해진다. 이 결과, 처리 시스템(100)은, 플라스마 에칭 장치(90)의 챔버를 개방하고 행해지는 챔버 클리닝의 주기, 즉, 메인터넌스 사이클을 현저히 길게 할 수 있다.
<다른 적용>
또한 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 일 없이 본 발명의 사상의 범위 내에서 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어 상기 실시 형태에서는, TFT의 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하기 위한 Al 함유 금속막의 에칭, 및 차광막 또는 게이트 전극을 형성하기 위한 Mo계 재료막의 에칭에 적용한 예에 대하여 설명하였지만 이에 한정되지 않으며, 플라스마 에칭 장치에서의 플라스마 에칭 처리에 있어서, 생성되는 반응 생성물이 드라이 클리닝 가능한 것으로 되는 처리 가스를 사용할 수 있으면 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 클리닝 가스로서 플라스마 에칭 시의 에칭 가스와 동일한 것을 사용한 예를 나타냈지만, 클리닝 가스는 에칭 가스와 상이한 것이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 플라스마 에칭 장치로서 유도 결합 플라스마 에칭 장치를 사용한 예를 나타냈지만 이에 한정되지 않으며, 용량 결합 플라스마 에칭 장치나 마이크로파 플라스마 에칭 장치 등의 다른 플라스마 에칭 장치여도 된다.
1: 유리 기판
2: 차광층
4: 폴리실리콘막
5: 게이트 절연막
6: 게이트 전극
7: 층간 절연막
8a: 소스 전극
8b: 드레인 전극
10: 진공 반송실
20: 로드 로크실
30, 90: 플라스마 에칭 장치
40: 후처리 장치
50: 캐리어
60: 반송 기구
70: 진공 반송 기구
80: 제어부
100, 200: 처리 시스템
101: 본체 용기
102: 유전체 벽
104: 챔버
111: 샤워 하우징
113: 고주파 안테나
115, 153: 고주파 전원
120, 120', 220: 처리 가스 공급 기구
130: 기판 적재대
131: 기재
132, 232: 정전 척
145, 245: 절연층
145a, 245a: 상부 절연층
145b, 245b: 하부 절연층
146, 246: 흡착 전극
160: 배기부
S: 기판

Claims (6)

  1. 플라스마 처리의 대상으로 되는 피처리체가 적재되는 적재대의 적재면을 구성하고, 알루미나, 이트리아 및 규소 화합물에 의하여 형성된 절연층과,
    상기 절연층 내에 마련되어, 니켈 함유 금속 또는 크롬 함유 금속에 의하여 형성되고, 소정의 전압이 인가됨으로써 피처리체를 흡착하는 흡착 전극을
    갖는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 처리는, 염소 함유 가스의 플라스마에 의한 플라스마 에칭 처리이고,
    상기 흡착 전극은 니켈 함유 금속에 의하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 처리는, 불소 함유 가스의 플라스마에 의한 플라스마 에칭 처리이고,
    상기 흡착 전극은 크롬 함유 금속에 의하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 흡착 전극은, Ni-5Al, SUS316L, 하스텔로이 중 어느 것에 의하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 흡착 전극에 대하여 상기 피처리체측으로 되는 상부 절연층과, 상기 흡착 전극에 대하여 상기 피처리체의 반대측으로 되는 하부 절연층에 의하여 형성되고, 하부 절연층에만 밀봉 구멍 부재에 의한 밀봉 구멍 처리가 행해져 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층을 지지하고, 스테인리스에 의하여 형성된 기재를 더 갖는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
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