KR20190143815A - 샤워 헤드 및 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판에 플라스마 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 챔버 내에, 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드는, 처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖는 본체부와, 본체부 내에 마련되고, 처리 가스가 도입되어, 복수의 가스 토출 구멍에 연통되는 가스 확산 공간을 구비하고, 본체부는, 금속으로 이루어지는 기재와, 기재에 끼움 삽입되고, 복수의 가스 토출 구멍을 규정하는 복수의 슬리브와, 기재의 가스 확산 공간에 접하는 면에, 처리 가스에 대한 내식성을 갖는 재료를 용사하여 형성되고, 함침재가 함침된 제1 용사 피막과, 기재의 상기 챔버의 플라스마 생성 공간에 접하는 면에, 처리 가스의 플라스마에 대한 내플라스마성을 갖는 재료를 용사하여 형성되고, 함침재가 함침된 제2 용사 피막을 갖는다.

Description

샤워 헤드 및 플라스마 처리 장치{SHOWER HEAD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 샤워 헤드 및 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조 과정에서는, 피처리체인 유리 기판에 형성된 소정의 막에 플라스마 에칭 등의 플라스마 처리를 실시하여 미세 가공을 실시함으로써, 전극이나 배선 등을 형성하고 있다.
이러한 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치에서는, 챔버 내에 배치된 적재대 상에 기판을 배치한 상태에서, 적재대의 상방에 배치된 샤워 헤드로부터 처리 가스를 챔버 내에 토출시켜, 챔버 내에 플라스마를 생성한다.
샤워 헤드는, 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있고, 또한 처리 가스나 플라스마에 노출되므로, 샤워 헤드에 대한 부식을 억제하는 기술이 다양하게 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 샤워 헤드의 기재에 마련된 가스 토출 구멍의 출구측에 오목부를 형성하고, 그 오목부에 원통 형상의 슬리브를 고정하고, 또한 기재의 플라스마 생성 공간측의 표면을 덮도록 내플라스마 피막을 형성하는 기술이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2017-22356호 공보
본 개시는, 처리 가스에 의한 부식 및 플라스마에 대한 내구성이 보다 우수한 샤워 헤드 및 플라스마 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 실시 형태에 관한 샤워 헤드는, 기판에 플라스마 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 기판이 배치되고, 플라스마가 생성되는 챔버 내에, 플라스마를 생성하기 위한 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드이며, 처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖는 본체부와, 상기 본체부 내에 마련되고, 처리 가스가 도입되어, 상기 복수의 가스 토출 구멍에 연통되는 가스 확산 공간을 구비하고, 상기 본체부는, 금속으로 이루어지는 기재와, 상기 기재에 끼움 삽입되고, 상기 복수의 가스 토출 구멍을 규정하는 복수의 슬리브와, 상기 기재의 상기 가스 확산 공간에 접하는 면에, 상기 처리 가스에 대한 내식성을 갖는 재료를 용사하여 형성되고, 함침재가 함침된 제1 용사 피막과, 상기 기재의 상기 챔버의 플라스마 생성 공간에 접하는 면에, 상기 처리 가스의 플라스마에 대한 내플라스마성을 갖는 재료를 용사하여 형성되고, 함침재가 함침된 제2 용사 피막을 갖는다.
본 개시에 따르면, 처리 가스에 의한 부식 및 플라스마에 대한 내구성이 보다 우수한 샤워 헤드 및 플라스마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치에 탑재된 샤워 헤드의 가스 토출부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 가스 토출부에 있어서의 제2 용사 피막의 바람직한 예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 내플라스마성의 용사 피막에 대해, 함침재를 함침시킨 효과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치는, 유도 결합 플라스마 처리 장치로서 구성되고, 직사각형 기판, 예를 들어 FPD용 유리 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 금속막의 에칭에 적합하게 사용할 수 있다.
이 유도 결합 플라스마 처리 장치는, 도전성 재료, 예를 들어 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상의 기밀한 본체 용기(1)를 갖는다. 이 본체 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있고, 접지선(1a)에 의해 전기적으로 접지되어 있다.
본체 용기(1)는, 본체 용기(1)와 절연되어 형성된 직사각 형상의 샤워 헤드(2)에 의해 상하로 구획되어 있고, 상측이 안테나실을 구획 형성하는 안테나 용기(3)로 되어 있고, 하측이 처리실을 구획 형성하는 챔버(처리 용기)(4)로 되어 있다. 샤워 헤드(2)는 금속 창으로서 기능하고, 챔버(4)의 천장벽을 구성한다. 금속 창이 되는 샤워 헤드(2)는 주로, 비자성체이며 도전성인 금속, 예를 들어 알루미늄(또는 알루미늄을 포함하는 합금)으로 구성된다.
안테나 용기(3)의 측벽(3a)과 챔버(4)의 측벽(4a) 사이에는, 본체 용기(1)의 내측으로 돌출되는 지지 선반(5) 및 지지 빔(6)이 마련되어 있다. 지지 선반(5) 및 지지 빔(6)은 도전성 재료, 바람직하게는 알루미늄 등의 금속으로 구성된다. 샤워 헤드(2)는 절연 부재(7)를 통해 복수로 분할되어 구성되어 있다. 그리고 복수로 분할된 샤워 헤드(2)의 분할 부분은, 절연 부재(7)를 통해 지지 선반(5) 및 지지 빔(6)에 지지된다. 지지 빔(6)은, 복수 개의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해 본체 용기(1)의 천장에 매달린 상태로 되어 있다.
샤워 헤드(2)의 각 분할 부분은, 본체부(50)와, 본체부(50)의 내부에 마련된 가스 확산 공간(버퍼)(51)을 갖고 있다. 본체부(50)는, 베이스부(52)와, 가스 확산 공간(51)으로부터 챔버 내로 처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍(54)을 갖는 가스 토출부(53)를 갖고 있다. 가스 확산 공간(51)에는 처리 가스 공급 기구(20)로부터 가스 공급관(21)을 통해 처리 가스가 도입된다. 가스 확산 공간(51)은 복수의 가스 토출 구멍(54)에 연통되어, 가스 확산 공간(51)으로부터 복수의 가스 토출 구멍(54)을 통해 처리 가스가 토출된다. 또한, 베이스부(52)와 가스 토출부(53)는 일체여도 되고 별체여도 된다. 별체인 경우는, 가스 토출부(53)는, 샤워 플레이트로서 구성된다.
샤워 헤드(2) 상의 안테나실(3) 내에는, 샤워 헤드(2)의 챔버(4)측과는 반대측의 면에 면하도록 고주파 안테나(13)가 배치되어 있다. 고주파 안테나(13)는 도전성 재료, 예를 들어 구리 등으로 이루어지고, 절연 부재로 이루어지는 스페이서(도시하지 않음)에 의해 샤워 헤드(2)로부터 이격되어 배치되어 있고, 직사각 형상의 샤워 헤드(2)에 대응하는 면 내에서, 예를 들어 소용돌이 형상으로 형성된다. 또한, 환상으로 형성되어 있어도 되고, 안테나선은 1개여도 되고 복수 개여도 된다.
고주파 안테나(13)에는, 급전선(16), 정합기(17)를 통해 제1 고주파 전원(18)이 접속되어 있다. 그리고 플라스마 처리하는 동안, 고주파 안테나(13)에 제1 고주파 전원(18)으로부터 연장되는 급전선(16)을 통해, 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전력이 공급된다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이 금속 창으로서 기능하는 샤워 헤드(2)에 유기되는 루프 전류를 통해, 챔버(4) 내에 유도 전계가 형성된다. 그리고 이 유도 전계에 의해, 챔버(4) 내의 샤워 헤드(2) 바로 아래의 플라스마 생성 공간 S에 있어서, 샤워 헤드(2)로부터 공급된 처리 가스가 플라스마화되어, 유도 결합 플라스마가 생성된다. 즉, 고주파 안테나(13) 및 제1 고주파 전원(18)이 플라스마 생성 기구로서 기능한다.
챔버(4) 내의 저부에는, 샤워 헤드(2)를 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, 피처리 기판으로서, 직사각 형상의 FPD용 유리 기판(이하, 단순히 기판이라고 기재함)(G)을 적재하기 위한 적재대(23)가 절연체 부재(24)를 통해 고정되어 있다. 적재대(23)는, 도전성 재료, 예를 들어 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 적재대(23)에 적재된 기판(G)은, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 흡착 보유 지지된다.
적재대(23)의 상부 주연부에는 절연성의 실드 링(25a)이 마련되고, 적재대(23)의 주위면에는 절연 링(25b)이 마련되어 있다. 적재대(23)에는 기판(G)의 반입출을 위한 리프터 핀(26)이, 본체 용기(1)의 저벽, 절연체 부재(24)를 통해 삽입 관통되어 있다. 리프터 핀(26)은, 본체 용기(1) 외부에 마련된 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 승강 구동하여 기판(G)의 반입출을 행하도록 되어 있다.
본체 용기(1) 외부에는, 정합기(28) 및 제2 고주파 전원(29)이 마련되어 있고, 적재대(23)에는 급전선(28a)에 의해 정합기(28)를 통해 제2 고주파 전원(29)이 접속되어 있다. 이 제2 고주파 전원(29)은, 플라스마 처리 중에, 바이어스용의 고주파 전력, 예를 들어 주파수가 3.2㎒인 고주파 전력을 적재대(23)에 인가한다. 이 바이어스용의 고주파 전력에 의해 생성된 셀프 바이어스에 의해, 챔버(4) 내에 생성된 플라스마 중의 이온이 효과적으로 기판(G)에 인입된다.
또한, 적재대(23) 내에는, 기판(G)의 온도를 제어하기 위해, 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은, 모두 본체 용기(1)의 저면 및 절연체 부재(24)에 마련된 개구부(1b)를 통해 본체 용기(1) 외부로 도출된다.
챔버(4)의 측벽(4a)에는, 기판(G)을 반입출하기 위한 반입출구(27a) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(27)가 마련되어 있다. 또한, 챔버(4)의 저부에는, 배기관(31)을 통해 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(30)가 접속된다. 이 배기 장치(30)에 의해, 챔버(4) 내가 배기되고, 플라스마 처리 중, 챔버(4) 내가 소정의 진공 분위기(예를 들어 1.33㎩)로 설정, 유지된다.
적재대(23)에 적재된 기판(G)의 이면측에는 냉각 공간(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 일정 압력의 열전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(41)가 마련되어 있다. 이와 같이 기판(G)의 이면측에 열전달용 가스를 공급함으로써, 진공하에 있어서 기판(G)의 플라스마 처리에 의한 온도 상승이나 온도 변화를 억제할 수 있도록 되어 있다.
이 유도 결합 플라스마 처리 장치는, 또한 제어부(100)를 갖고 있다. 제어부(100)는, 컴퓨터로 이루어지고, 플라스마 처리 장치의 각 구성부를 제어하는 CPU로 이루어지는 주 제어부와, 입력 장치와, 출력 장치와, 표시 장치와, 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 플라스마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리의 파라미터가 기억되어 있고, 또한 플라스마 처리 장치에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억 매체가 세트되도록 되어 있다. 주 제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 불러내고, 그 처리 레시피에 기초하여 플라스마 처리 장치에 소정의 처리를 실행시키도록 제어한다.
다음으로, 샤워 헤드(2)에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
유도 결합 플라스마는, 고주파 안테나에 고주파 전류가 흐름으로써, 그 주위에 자계가 발생하고, 그 자계에 의해 유기되는 유도 전계를 이용하여 고주파 방전을 일으켜, 그것에 의해 생성되는 플라스마이다. 챔버(4)의 천장벽으로서 1매의 금속 창을 사용하는 경우, 면 내에서 주위 방향으로 주회되도록 마련된 고주파 안테나(13)에서는, 와전류 및 자계가 금속 창의 이면측, 즉 챔버(4)측에 도달하지 않으므로, 플라스마가 생성되지 않는다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 고주파 안테나(13)에 흐르는 고주파 전류에 의해 발생하는 자계 및 와전류가 챔버(4)측에 도달하도록, 금속 창으로서 기능하는 샤워 헤드(2)를 절연 부재(7)에 의해 복수로 분할된 구조로 한다.
도 2는, 샤워 헤드(2)의 본체부(50)의 가스 토출부(53)의 일부분을 나타내는 도면이다. 본체부(50)는, 기재(61)와, 복수의 슬리브(62)와, 제1 용사 피막(63)과, 제2 용사 피막(64)을 갖고 있다.
기재(61)는 비자성의 금속, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지고, 필요에 따라서 측면에 양극 산화 처리에 의해 양극 산화 피막(61a)이 마련된다. 측면의 양극 산화 피막(61a)은, 전체면에 양극 산화 처리를 행한 후, 상하면의 피막을 제거함으로써 형성된다.
복수의 슬리브(62)는, 스테인리스강, 하스텔로이와 같은 니켈기합금 등의 내식성 금속 또는 세라믹스로 이루어지고, 기재(61)의 가스 토출 구멍(54)에 대응하는 부분에 끼움 삽입되어 있다. 각 슬리브(62)는, 가스 토출 구멍(54)을 규정하고 있다.
가스 토출 구멍(54)은, 가스 확산 공간(51)측의 대직경부(54a)와, 플라스마 생성 공간 S측의 소직경부(54b)를 갖고 있다. 그리고 소직경부(54b)의 하단이 플라스마 생성 공간 S에 면하는 개구부(54c)로 되어 있다. 플라스마 생성 공간 S측을 소직경부(54b)로 한 것은, 플라스마가 가스 토출 구멍(54)의 안쪽으로 들어가는 것을 방지하기 위해서이다. 소직경부(54b)의 직경은, 예를 들어 0.5∼1㎜로 설정된다.
제1 용사 피막(63)은, 기재(61)의 가스 확산 공간(51)에 접하는 면에, 처리 가스에 대해 내식성을 갖는 재료를 용사하여 형성되며, 또한 함침재가 함침되어 있다.
제2 용사 피막(64)은, 기재(61)의 챔버(4) 내의 플라스마 생성 공간 S에 접하는 면에, 처리 가스의 플라스마에 대해 내플라스마성을 갖는 재료를 용사하여 형성되며, 또한 함침재가 함침되어 있다.
제1 용사 피막(63)은, 처리 가스에 대한 내식성을 갖는 재료로 형성되어 있으므로, 기재(61)를 처리 가스로부터 보호하는 효과가 높다. 제1 용사 피막(63)의 재료로서는 세라믹스가 바람직하다. 예를 들어, Al의 에칭 처리에 사용되는 60∼200℃, 예를 들어 160℃의 고온의 Cl2 가스를 처리 가스로 하는 경우는, 제1 용사 피막(63)으로서, 알루미나(Al2O3) 용사 피막을 적합하게 사용할 수 있다. Al2O3 용사 피막은, Cl2 가스나 반응 생성물인 HCl에 대한 내식성이 높다. 또한, 제1 용사 피막(63)에 함침재가 함침되어 있음으로써, 용사 피막의 기공이 봉공되고, Cl2 가스나 HCl에 의한 부식을 더 효과적으로 억제할 수 있다. 처리 가스가 고온인 경우는, 함침재는 내열성이 높을 것도 요구된다. 제1 용사 피막(63)의 두께는, 80∼200㎛의 범위가 바람직하다.
제2 용사 피막(64)은 내플라스마성을 갖는 재료로 형성되어 있으므로, 기재(61)를 플라스마로부터 보호하는 효과가 높다. 제2 용사 피막(64)의 재료로서도 세라믹스가 바람직하다. 제2 용사 피막(64)으로서는, 내플라스마성이 높은 이트리아(Y2O3) 용사 피막 또는 Y-Al-Si-O계 혼합 용사 피막(이트리아, 알루미나, 및 실리카(또는 질화규소)의 혼합 용사 피막) 등의 이트륨 함유 산화물 용사 피막이 더 바람직하다. 이들은, 예를 들어 Al의 에칭 처리에 사용되는, 60∼200℃, 예를 들어 160℃의 고온의 Cl2 가스를 처리 가스로 하는 경우에도, 내플라스마성을 높게 유지할 수 있다. 사용하는 처리 가스에 따라서는, Al2O3 용사 피막도 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 제2 용사 피막(64)에 함침재가 함침되어 있음으로써, 용사 피막에 존재하는 기공이 봉공되어, 내플라스마성을 더 높일 수 있는 동시에, 내 핀홀 부식도 높일 수 있다. 상술한 바와 같은 처리 가스가 고온인 경우, 제2 용사 피막(64)에 함침되는 함침재에 대해서도 내열성이 높을 것이 요구된다.
제2 용사 피막(64)은, 표면이 내플라스마성이 높은 준치밀 용사 피막인 것이 바람직하다. 준치밀 용사 피막이라 함은, 통상의 용사 피막보다 기공률이 낮은 용사 피막을 말하며, 통상의 피막 기공률이 3∼5％인 것에 비해, 2∼3％의 기공률이다. 준치밀 용사로 함으로써, 내플라스마성을 더 높일 수 있다. 구체적으로는, 플라스마에 의한 절삭 내성을 수 ％ 상승시킬 수 있다. 또한, 용사 피막의 준치밀화와 함침재의 함침을 조합함으로써, 내플라스마성을 한층 높일 수 있다.
제2 용사 피막(64)의 두께는, 150∼500㎛의 범위가 바람직하다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 용사 피막(64)의 함침재의 함침 부분(64a)은, 제2 용사 피막(64)의 기재(61)측의 일부분인 것이 바람직하다. 함침 부분(64a)을 제2 용사 피막(64)의 기재(61)측의 일부분으로 함으로써, 제2 용사 피막(64)의 플라스마 공간측이 함침재를 함침하지 않는 비함침 부분(64b)이 되고, 플라스마에 의한 함침재의 소모를 억제하여 파티클을 저감할 수 있다. 더 바람직하게는, 제2 용사 피막(64)에 있어서, 함침 부분(64a)의 두께가 50∼100㎛의 범위, 비함침 부분(64b)의 두께가 100∼400㎛의 범위이다. 이러한 일부분에 함침 부분(64a)을 갖는 용사 피막은, 함침 부분(64a)에 상당하는 두께의 용사 피막을 형성하여 함침 처리를 행한 후, 비함침 부분(64b)에 상당하는 두께의 용사 피막을 형성함으로써 얻을 수 있다.
제1 용사 피막(63) 및 제2 용사 피막(64)에 함침되는 함침재로서는, 준치밀 피막으로 침투할 수 있을 정도의 저점도이며, 피막의 기공을 거의 완전히 충전할 수 있는 충전성(충전율)을 갖는 충전형 타입의 것일 것이 요구된다. 이러한 충전형이며 저점도인 충전재로서는, 수지 함침재를 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 수지 함침재로서는, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
또한, 처리 가스로서, 60∼200℃, 예를 들어 160℃의 고온의 Cl2 가스가 사용되는 경우, 이들의 특성 외에도, 내열성을 갖고, 고온에서도 처리 가스에 대한 내식성을 유지할 수 있는 것인 것이 바람직하다. 이러한 충전형이며 저점도, 또한 내열성 및 고온 내식성이 양호한 함침재로서는, 내열 에폭시 수지가 바람직하다. 에폭시 수지는, 주제(프리폴리머)와 경화제를 혼합하여 열경화 처리를 행한 것이며, 주제와 경화제의 재료를 적절하게 선택함으로써, 점도, 내열성, 충전성, 내식성을 조정할 수 있다. 에폭시 수지는 본질적으로 충전성이 높고, 저점도로 함으로써 용사 피막에 대한 침투성을 높게 할 수 있다. 또한, 내열 에폭시 수지는, 유리 전이 온도(Tg)가 높아, 저온 소성 가능한 것이다.
고온 Cl2 가스에 의한 에칭 처리에 적합한 함침재로서는, 내열 에폭시 수지 이외에, 실리콘 수지를 들 수 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라스마 처리 장치를 사용하여 기판(G)에 대해 플라스마 처리, 예를 들어 플라스마 에칭 처리를 실시할 때의 처리 동작에 대해 설명한다.
먼저, 게이트 밸브(27)를 개방으로 한 상태에서 반입출구(27a)로부터 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 소정의 막이 형성된 기판(G)을 챔버(4) 내로 반입하고, 적재대(23)의 적재면에 적재한다. 이어서, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 기판(G)을 적재대(23) 상에 고정한다. 그리고 배기 장치(30)에 의해 챔버(4) 내를 진공 배기하면서, 압력 제어 밸브(도시하지 않음)에 의해, 챔버(4) 내를 예를 들어 0.66∼26.6㎩ 정도의 압력 분위기로 유지한다. 이 상태에서, 처리 가스 공급 기구(20)로부터 가스 공급관(21)을 통해 처리 가스를 금속 창의 기능을 갖는 샤워 헤드(2)로 공급하고, 샤워 헤드(2)로부터 챔버(4) 내에 처리 가스를 샤워상으로 토출시킨다.
또한, 이때 기판(G)의 이면측의 냉각 공간에는, 기판(G)의 온도 상승이나 온도 변화를 피하기 위해, He 가스 유로(41)를 통해, 열전달용 가스로서 He 가스를 공급한다.
이어서, 고주파 전원(18)으로부터 예를 들어 1㎒ 이상 27㎒ 이하의 고주파를 고주파 안테나(13)에 인가하고, 이에 의해 금속 창으로서 기능하는 샤워 헤드(2)를 통해 챔버(4) 내에 균일한 유도 전계를 생성한다. 이와 같이 하여 생성된 유도 전계에 의해, 챔버(4) 내에서 처리 가스가 플라스마화되어, 고밀도의 유도 결합 플라스마가 생성된다. 이 플라스마에 의해, 기판(G)에 대해 플라스마 에칭 처리가 행해진다.
처리 가스로서는 불소계나 염소계 등의 부식성 가스가 사용되고, 그러한 부식성 가스가 플라스마화되기 때문에, 종래, 처리 가스나 플라스마에 노출되는 샤워 헤드는, 부식을 억제하는 대책이 강구되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는, 샤워 헤드의 기재에 마련된 가스 토출 구멍의 출구측에 오목부를 형성하고, 그 오목부에 원통 형상의 슬리브를 고정하고, 또한 기재의 플라스마 생성 공간측의 표면을 덮도록 내플라스마 피막을 형성하고 있다.
그러나 처리 가스로서, 부식성이 강한 가스를 사용하여 에칭을 행하는 경우, 상기 특허문헌 1의 기술로는 불충분한 경우가 있다.
즉, 부식성이 강한 가스는, 플라스마화되어 있지 않아도 기재(61)에 대한 부식성이 높아, 가스 토출부(53)의 가스 확산 공간(51)측의 면 및 가스 토출 구멍(54)의 표면의 내식성이 문제가 된다. 특허문헌 1에서는, 가스 토출 구멍 내는 슬리브에 의해 부식 대책이 취해져 있지만, 기재의 가스 확산 공간측의 면은 대책이 취해져 있지 않다. 한편, 특허문헌 1에서는, 기재의 플라스마 공간측의 면은 내플라스마성 용사 피막이 형성되어 있지만, 용사 피막은 다수의 기공이 형성되어 있으므로, 기재의 내 핀홀 부식이 문제가 된다.
이에 비해, 본 실시 형태에서는, 샤워 헤드의 본체부(50)를, 기재(61)와, 가스 토출 구멍(54) 부분의 슬리브(62)와, 가스 확산 공간(51)측의 제1 용사 피막(63)과, 플라스마 생성 공간 S측의 제2 용사 피막(64)으로 구성하고, 용사 피막에 함침재를 함침시켰다. 제1 용사 피막(63)에 의해, 가스 확산 공간(51)측의 면의 처리 가스에 대한 내식성을 확보하여, 함침재에 의해, 용사 피막의 기공을 통한 기재의 부식도 억제할 수 있다. 또한, 제2 용사 피막(64)에 의해, 내플라스마성을 확보하여, 함침재에 의해, 용사 피막의 기공을 통한 기재의 핀홀 부식도 억제할 수 있다. 또한, 기재(61)의 가스 토출 구멍(54)에 대응하는 부분은 슬리브(62)에 의해 내식성을 확보할 수 있다. 이에 의해, 처리 가스에 의한 부식 및 플라스마에 대한 내구성이 보다 우수한 샤워 헤드를 얻을 수 있다.
또한, 제2 용사 피막(64)을, 기공률이 2∼3％로 낮은 준치밀 용사 피막으로 함으로써, 내플라스마성을 보다 높일 수 있고, 또한 용사 피막의 준치밀화와 함침재의 함침을 조합함으로써, 내플라스마성을 한층 높일 수 있다.
또한, 함침재로서 저점도이며 충전성이 높은 것을 사용함으로써, 준치밀 용사 피막에서도 침투성이 높고, 용사 피막의 기공을 확실하게 충전할 수 있어, 용사 피막의 내식성, 내플라스마성, 내 핀홀 부식성을 확실하게 높일 수 있다. 이러한 함침재로서는 수지 함침재, 예를 들어 에폭시 수지가 적합하다.
또한, 제2 용사 피막(64)을, 도 3에 나타내는 바와 같이, 함침 부분(64a)이 기재(61)측의 일부분에 형성되도록 함으로써, 플라스마에 의한 함침재의 소모를 억제하여 파티클을 저감할 수 있다.
그런데, FPD 기판에 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하는 경우, Al막을 에칭하여 전극을 형성하는 공정이 있다. 이때에는, 상술한 바와 같이, 처리 가스로서 60∼200℃, 예를 들어 160℃의 고온의 Cl2 가스를 사용한다. Cl2 가스는, 그 자체의 부식성이 높고, 게다가 고온이기 때문에, 샤워 헤드(2)에는, 더 엄격한 내식성 및 내플라스마성이 요구되는 동시에, 함침재의 내열성도 요구된다.
이 때문에, 처리 가스로서 고온의 Cl2 가스를 사용하는 경우에는, 제1 용사 피막(63)으로서, Cl2 가스나 반응 생성물인 HCl에 대한 내식성이 높은 Al2O3 용사 피막을 사용하고, 함침재로서, 상기 특성 외에도, 내열성을 더 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 용사 피막(64)으로서, Cl2 가스의 플라스마에 대한 내성이 높은 이트리아(Y2O3) 용사 피막 또는 Y-Al-Si-O계 용사 피막 등의 이트륨 함유 산화물을 사용하고, 함침재로서, 마찬가지로 내열성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
저점도와 높은 충전성을 갖는 것 외에도, 내열성도 갖는 함침재로서는, 유리 전이 온도(Tg)가 높아, 저온 소성 가능한 내열 에폭시 수지 중, 저점도의 것을 사용하는 것이 적합하다.
처리 가스로서 고온의 Cl2 가스를 사용한 경우도, 상기 구성에 의해, 제1 용사 피막(63)에서 기재(61)의 부식이 억제되고, 또한 제2 용사 피막(64)에서 플라스마에 의한 손모가 억제됨과 함께, 기재(61)의 핀홀 부식을 억제할 수 있다. 이에 의해, 파티클을 억제하여, TFT 패턴의 결함을 저감시킬 수 있다. 또한, 내플라스마성이 높으므로, 샤워 헤드(2)(가스 토출부(53))의 교환 주기(수명)를 연장시킬 수 있다. 또한, 함침재로서 에폭시 수지를 사용함으로써 내전압 특성도 향상되어, 플라스마와의 사이의 이상 방전을 억제할 수 있다.
다음으로, 실험예에 대해 설명한다.
먼저, 함침재를 함침시킨 용사 피막에 대해 실험을 행하였다.
함침재의 재질로서, 실리카, 2종류의 실리콘 수지(실리콘 A, B), 2종류의 에폭시 수지(에폭시 A, B)를 사용하여, 알루미늄 기재 상의 알루미나 용사 피막에 함침시켰다. 그리고 함침재의 침투성, 충전성, 내열성, 함침 후의 160℃의 고온 Cl2 가스에 대한 내식성에 대해 평가하였다.
실리카는, 저점도이며 침투성이 높고, 내열성도 높지만, 용사 피막의 기공에 충분히 충전되지 않아, 기공이 잔존하였다. 그 결과, 160℃의 Cl2 가스에 대한 내식 시험 시에, 기공을 통해 Cl2 가스가 기재에 도달하여, 기재가 부식되었다.
실리콘 수지는, 저점도이며 침투성이 높고, 조성을 조정함으로써, 높은 충전율을 얻을 수 있었다. 그러나 실리콘 A는 경도가 높아, 저온 소성에서도 크랙이 발생하고, 160℃의 Cl2 가스에 대한 내식 시험 시에, 크랙을 통해 Cl2 가스가 기재에 도달하여, 기재가 부식되었다. 실리콘 A와는 조성이 상이한 실리콘 B는, 충전성이 나빠, 160℃의 Cl2 가스에 대한 내식 시험 시에, 기공을 통해 Cl2 가스가 기재에 도달하여, 기재가 부식되었다.
에폭시 수지는, 고충전성이며, 용사 피막의 기공에 대한 충전율이 높다. 그러나 내열 타입이 아닌 에폭시 A는, 저점도이며 침투성이 양호하긴 하였지만, 내열성이 낮아, 80℃에서 열화되었다. 그 결과, 고온에서의 장기 내구성이 불충분하였다. 에폭시 B는, 저점도이면서, 유리 전이 온도(Tg)가 높아 저온 소성 가능한 고내열성이었다. 그 결과, 160℃의 Cl2 가스에 대한 내식 시험에서, 기재의 부식이 보이지 않았다.
다음으로, 내플라스마성의 용사 피막에 대해, 함침재를 함침시킨 효과를 파악하였다. 여기서는, 샘플 1∼4로서, 알루미늄 기재 상에, 이하의 용사 피막을 형성한 것을 준비하였다. 샘플 1은, 기재 상에 통상 용사에 의해 Y2O3 용사 피막을 형성한 것이다. 샘플 2는, 기재 상에 준치밀 용사에 의해 Y2O3 용사 피막을 형성한 후, 내열 에폭시 수지(에폭시 B)를 함침시킨 것이다. 샘플 3은, 기재 상에 통상 용사에 의해 Y-Al-Si-O계 혼합 용사 피막을 형성한 것이다. 샘플 4는, 기재 상에 준치밀 용사에 의해 Y-Al-Si-O계 혼합 용사 피막을 형성한 후, 내열 에폭시 수지(에폭시 B)를 함침시킨 것이다.
이들 샘플에 대해, 내플라스마 시험을 행하였다. 내플라스마 시험은, 처리 가스로서 160℃의 Cl2 가스를 사용하고, 챔버 내 압력: 15mTorr, 소스 RF 파워: 6㎾, 바이어스 RF 파워: 1㎾, 토탈 시간: 8시간의 조건에서 행하였다. 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4는, 샘플 1∼4의 피막 소모량을 나타내는 도면이며, 피막 소모량은, 통상 용사의 Y-Al-Si-O계 혼합 용사 피막의 피막 소모량을 1로서 규격화한 값이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, Y2O3 용사 피막 및 Y-Al-Si-O계 혼합 용사 피막 모두, 준치밀 피막으로 하고, 또한 내열 에폭시 수지를 함침함으로써, 피막 소모량이 20％ 정도 감소하는 것이 확인되었다.
이상, 실시 형태에 대해 설명하였지만, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시 형태는, 첨부한 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 플라스마 에칭을 행하는 플라스마 처리 장치로서 유도 결합 플라스마 처리 장치를 사용한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 가스 토출부의 기재가 금속의 샤워 헤드이면, 용량 결합 플라스마 처리 장치 등의 다른 플라스마 처리 장치여도 된다. 용량 결합 플라스마 처리 장치 등의 경우는, 샤워 헤드를 분할할 필요는 없다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 플라스마 에칭 장치를 예로 들어 설명하였지만, 그것에 한정되지 않고, 플라스마 애싱이나 플라스마 CVD 등의 부식성이 높은 가스의 플라스마를 사용하는 플라스마 처리 장치이면 적용 가능하다.

Claims (12)

  1. 기판에 플라스마 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 기판이 배치되고, 플라스마가 생성되는 챔버 내에, 플라스마를 생성하기 위한 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드이며,
    처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖는 본체부와,
    상기 본체부 내에 마련되고, 처리 가스가 도입되어, 상기 복수의 가스 토출 구멍에 연통되는 가스 확산 공간을
    구비하고,
    상기 본체부는,
    금속으로 이루어지는 기재와,
    상기 기재에 끼움 삽입되고, 상기 복수의 가스 토출 구멍을 규정하는 복수의 슬리브와,
    상기 기재의 상기 가스 확산 공간에 접하는 면에, 상기 처리 가스에 대한 내식성을 갖는 재료를 용사하여 형성되고, 함침재가 함침된 제1 용사 피막과,
    상기 기재의 상기 챔버의 플라스마 생성 공간에 접하는 면에, 상기 처리 가스의 플라스마에 대한 내플라스마성을 갖는 재료를 용사하여 형성되고, 함침재가 함침된 제2 용사 피막을
    갖는, 샤워 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브는, 내식성 금속 또는 세라믹스로 이루어지는, 샤워 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기재는 알루미늄을 포함하는, 샤워 헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기재는 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는, 샤워 헤드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 용사 피막 및 상기 제2 용사 피막은, 세라믹스로 이루어지는, 샤워 헤드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함침재는 에폭시 수지로 이루어지는, 샤워 헤드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 용사 피막은, 상기 기재측의 일부분에만 상기 함침재가 함침되어 있는, 샤워 헤드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는, 60∼200℃의 고온 Cl2 가스이고, 상기 제1 용사 피막은 알루미나 용사 피막이고, 상기 제2 용사 피막은 이트륨 함유 산화물 용사 피막이고, 상기 함침재는 내열 수지인, 샤워 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 함침재는, 상기 제1 용사 피막 또는 상기 제2 용사 피막에 대해 고침투성을 갖는 내열 에폭시 수지인, 샤워 헤드.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 이트륨 함유 산화물 용사 피막은, 이트리아 용사 피막 또는 Y-Al-Si-O계 혼합 용사 피막으로 이루어지는, 샤워 헤드.
  11. 기판을 플라스마 처리하는 플라스마 처리 장치이며,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 적재하는 적재대와,
    상기 챔버 내에 플라스마를 생성하는 플라스마 생성 기구와,
    상기 챔버 내에, 상기 적재대와 대향하도록 마련되고, 플라스마를 생성하기 위한 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 샤워 헤드를
    구비하는, 플라스마 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 플라스마 생성 기구는, 고주파 안테나와, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 갖고, 상기 고주파 안테나에 고주파 전원이 공급됨으로써, 상기 챔버 내의 상기 플라스마 생성 공간에 유도 결합 플라스마를 형성하도록 구성되고,
    상기 고주파 안테나는, 상기 샤워 헤드의 상기 챔버와 반대측의 면에 면하도록 마련되고,
    상기 샤워 헤드는, 상기 챔버의 천장벽을 이루도록 배치되고, 상기 유도 결합 플라스마의 금속 창으로서 기능하고, 상기 고주파 안테나에 흐르는 고주파 전류에 의해 발생하는 자계 및 와전류가 상기 챔버측에 도달하도록 절연 부재를 통해 복수로 분할된 구조를 갖고 있는, 플라스마 처리 장치.
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