KR102061969B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
기판의 금속막을 플라스마 에칭 처리할 때에 한층 더한 처리의 면 내 균일성이 얻어지고, 또한 피처리 기판에의 파티클 부착을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
기판 G의 금속막을 할로겐 함유 가스에 의해 플라스마 에칭하는 기판 처리 장치(1)는, 처리 용기(2) 내에 설치되고, 내주 부분에, 기판 적재대(3)의 주연의 상방으로 해당 기판 적재대(3)의 주위 방향을 따라 배치된, 샤워 헤드(10)로부터 도입된 처리 가스를 외측으로 유도하는 가이드부(40-1)를 갖고, 외주 부분이 처리 용기(2)의 내벽에 장착된 환상을 이루는 기류 가이드 부재(40)를 갖는다. 기류 가이드 부재(40)는 기판 적재대(3)보다도 외측의 부분에 그 주위 방향을 따라 설치된 슬릿(41)을 갖는다.
기판 G의 금속막을 할로겐 함유 가스에 의해 플라스마 에칭하는 기판 처리 장치(1)는, 처리 용기(2) 내에 설치되고, 내주 부분에, 기판 적재대(3)의 주연의 상방으로 해당 기판 적재대(3)의 주위 방향을 따라 배치된, 샤워 헤드(10)로부터 도입된 처리 가스를 외측으로 유도하는 가이드부(40-1)를 갖고, 외주 부분이 처리 용기(2)의 내벽에 장착된 환상을 이루는 기류 가이드 부재(40)를 갖는다. 기류 가이드 부재(40)는 기판 적재대(3)보다도 외측의 부분에 그 주위 방향을 따라 설치된 슬릿(41)을 갖는다.
Description
본 발명은 피처리 기판에 대해 플라스마 처리를 행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조 과정에 있어서는, 진공 하에서 유리 기판에 형성된 소정의 막을 플라스마를 사용하여 에칭하는 플라스마 에칭 처리가 존재한다.
이러한 유리 기판에 소정의 막이 형성된 피처리 기판에 대해 플라스마 에칭 처리를 행하는 기판 처리 장치로서는, 진공으로 보유 지지 가능한 챔버 내에, 하부 전극으로서 기능하는 기판 적재대, 및 이 적재대에 대향하여 상부 전극으로서 기능하는 가스 도입용 샤워 헤드를 배치하고, 하부 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 접속하여, 챔버 내를 진공 배기하고, 챔버 내에 샤워 헤드를 통해 처리 가스를 도입함과 함께, 적재대에 고주파 전력을 인가하여, 그것에 의하여 형성된 처리 가스의 플라스마에 의해 피처리 기판에 존재하는 소정의 막을 에칭하는 것이 알려져 있다.
그런데, 이러한 기판 처리 장치에 있어서는, 예를 들어 알루미늄(Al)막이나 Ti/Al/Ti 적층막과 같은 Al 함유막 등의 금속막을 처리 가스로서 예를 들어 염소(Cl2) 가스와 같은 할로겐 함유 가스에 의해 에칭하는 공정이 존재하지만, 이때에 처리 가스의 공급량과 에칭량이 비례하기 때문에, 로딩 효과에 의해 기판의 외주부의 에칭 레이트가 중앙부의 에칭 레이트보다도 극단적으로 높아져 버린다고 하는 현상이 발생된다. 즉, 플라스마 중의 에칭종(種)(예를 들어 염소 라디칼)으로부터 보면, 기판의 최외주 영역에서는 단위량의 에칭종이 에칭해야 할 기판 면적은, 중앙 영역의 약 절반이며, 중앙 영역에 공급되는 유량과 동일 유량으로 최외주 영역에 처리 가스가 공급되면 계산 상, 최외주 영역의 에칭 레이트는 중앙 영역의 에칭 레이트의 약2배가 되어 버린다.
이로 인해, 적재대 상의 기판 주위를 둘러싸도록 정류 월을 설치하고, 그것에 의해 피처리 기판의 외주 영역 근방에서 기판 외주를 향하는 처리 가스의 흐름을 차단함으로써, 기판의 최외주 영역에 공급되는 에칭종의 양을 저감시키고, 기판면 내에 있어서의 처리의 균일성을 높이는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1, 2).
한편, 적재대의 주연부의 상방에 해당 적재대의 주위 방향을 따라 설치되고, 해당 주연부와의 사이에서 기류를 외측으로 가이드하는 기류 가이드 부재를 설치하여 기류를 제어함으로써, 로딩 효과를 억제하여 기판면 내에 있어서의 처리의 균일성을 높이는 기술도 제안되어 있다(특허문헌 3).
그러나, 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 정류 월은 기판의 반입출의 방해가 되기 때문에, 유리 기판의 반입출 시에 반입출의 방해가 되지 않도록, 상방으로 후퇴시킬 필요가 있고, 그 때에 정류 부재에 부착된 퇴적물 등이 박리되어 파티클로 되어 피처리 기판에 낙하하여 피처리 기판을 오염시켜 버릴 우려가 있다.
또한, 특허문헌 3에 기재된 기류 가이드 부재는, 그위에 에칭에 수반되는 생성물이나 에칭가스의 반응 부생성물의 퇴적물(이하 침적물이라고 기재함)이 부착되기 쉽고, 역시 피처리 기판에 파티클이 부착될 우려가 있다. 또한, 특허문헌 3의 기류 가이드 부재에 의해, 어느 정도는 로딩 효과에 의한 외주부의 처리 불균일을 저감할 수 있지만, 최근에는 한층 더한 처리의 면 내 균일성이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 기판의 금속막을 플라스마 에칭 처리할 때에 한층 더 높은 처리의 면 내 균일성이 얻어지고, 또한 피처리 기판으로의 파티클 부착을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 표면에 금속막이 형성된 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 설치되고, 기판이 적재되는 기판 적재대와, 상기 처리 용기 내의 상기 기판 적재대의 상방에 상기 기판 적재대에 대향하여 설치되고, 상기 처리 용기 내에 상기 기판 적재대를 향해 할로겐 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 기구와, 상기 기판 적재대의 주위로부터 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구와, 상기 처리 용기 내에 설치되고, 내주 부분에 상기 기판 적재대의 주연의 상방으로 해당 기판 적재대의 주위 방향을 따라 배치된 상기 처리 가스 도입 기구로부터 도입된 처리 가스를 외측으로 유도하는 가이드부를 갖고, 외주 부분이 상기 처리 용기의 내벽에 장착된 환상을 이루는 기류 가이드 부재와, 상기 처리 용기 내에 상기 기판의 상기 금속막에 대해 플라스마 에칭을 행하기 위한 처리 가스의 플라스마를 생성하는 플라스마 생성 기구를 구비하고, 상기 기류 가이드 부재는 상기 기판 적재대보다도 외측의 부분에 그 주위 방향을 따라 설치된 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 직사각 형상을 이루고, 상기 기판 적재대는 그 적재면이 상기 기판에 대응한 직사각 형상을 이루고, 상기 기류 가이드 부재는 프레임 형상을 이루고 있는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 기류 가이드 부재는 상기 가이드부가 되는 내측부와, 상기 기판 적재대보다도 외측의 외측부를 갖고, 상기 내측부와 상기 외측부와의 사이에는 상기 외측 부재가 낮은 위치가 되는 단차가 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 상기 슬릿은 상기 외측부에 형성된 것으로 할 수 있다.
상기 기류 가이드 부재는 상기 기판의 긴 변에 대응하는 1쌍의 긴 변측 부분과, 상기 기판의 짧은 변에 대응하는 1쌍의 짧은 변측 부분을 조립하여 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 긴 변측 부분 및 상기 짧은 변측 부분은, 모두 1매의 판을 꺾어 구부리고, 상기 내측부에 대응하는 부분, 상기 외측부에 대응하는 부분, 및 상기 단차에 대응하는 부분을 형성할 수 있다. 또한, 상기 긴 변측 부분 및 상기 짧은 변측 부분은 이들 맞춤부가 45°가 되는 사다리꼴 형상을 이루고, 각각의 상기 내측부에 대응하는 부분, 상기 외측부에 대응하는 부분, 및 상기 단차에 대응하는 부분이 합쳐진 상태로 조립될 수 있다.
상기 긴 변측 부분에 형성된 상기 슬릿, 및, 상기 짧은 변측 부분에 형성된 상기 슬릿은 그것들의 단부가 상기 긴 변측 부분과 상기 짧은 변측 부분의 맞춤부에 도달하지 않은 상태에서 형성될 수 있다.
상기 슬릿의 폭은 상기 슬릿을 통해 배기와, 상기 기류 가이드 부재와 상기 기판 적재대와의 사이를 통해 배기와의 배기 밸런스를 상기 기판의 주연부 에칭 레이트 억제의 정도가 최적화되도록 조정할 수 있는 값으로 하는 것이 바람직하다.
상기 금속막은 Al 함유막이며, 상기 처리 가스는 염소 가스를 포함하는 것으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 Al 함유막으로서, Ti/Al/Ti 적층막을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 내주 부분에 기판 적재대의 주연의 상방에 해당 기판 적재대의 주위 방향을 따라 배치된 처리 가스 도입 기구로부터 도입된 처리 가스를 외측으로 유도하는 가이드부를 갖고, 외주 부분이 상기 처리 용기의 내벽에 장착된, 환상을 이루는 기류 가이드 부재를 설치하고, 기류 가이드 부재의 기판 적재대보다도 외측의 부분에 슬릿을 형성했으므로, 기류 가이드 부재와 기판 적재대 사이를 통하여 외측에 배기되는 가스류 이외에도, 가스 도입 기구로부터 슬릿을 통해 배기되는 가스류를 형성할 수 있다. 이로 인해, 기류 가이드 부재와 기판 적재대 사이의 처리 가스의 유량을 적게 할 수 있고, 기판 주연부에서의 에칭을 억제하여 에칭의 면 내 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한, 슬릿을 설치함으로써, 처리 가스가 기류 가이드 부재 상에 체류하지 않고, 슬릿을 통해 배기된다. 이로 인해, 기류 가이드 부재의 표면이나 처리 용기 내벽에의 침적물의 부착량을 저감할 수 있고, 기판에의 파티클의 부착을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II'선에 의한 수평 단면도이다.
도 3은 도 1, 2에 나타내는 기판 처리 장치의 기류 가이드 부재가 설치된 부분을 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 도 1, 2에 나타내는 기판 처리 장치에 있어서의 기판의 수수 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 특허문헌 3의 처리 장치에 있어서의 챔버 내의 처리 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1, 2에 나타내는 기판 처리 장치에 있어서의 챔버 내의 처리 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 기류 가이드 부재의 슬릿 폭을 0 내지 40㎜ 사이로 변화시켜, 처리 가스로서 Cl2 가스를 사용하여 Ti/Al/Ti 적층막을 에칭한 경우의 기판 단으로부터의 거리와 에칭량과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 9에 나타내는 포인트에 있어서, 기류 가이드 부재의 「슬릿 있음」의 경우와 「슬릿 없음」의 경우의 에칭 후의 침적물의 부착량을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 침적물 부착량을 측정한 위치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 II-II'선에 의한 수평 단면도이다.
도 3은 도 1, 2에 나타내는 기판 처리 장치의 기류 가이드 부재가 설치된 부분을 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 도 1, 2에 나타내는 기판 처리 장치에 있어서의 기판의 수수 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 특허문헌 3의 처리 장치에 있어서의 챔버 내의 처리 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1, 2에 나타내는 기판 처리 장치에 있어서의 챔버 내의 처리 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 기류 가이드 부재의 슬릿 폭을 0 내지 40㎜ 사이로 변화시켜, 처리 가스로서 Cl2 가스를 사용하여 Ti/Al/Ti 적층막을 에칭한 경우의 기판 단으로부터의 거리와 에칭량과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 9에 나타내는 포인트에 있어서, 기류 가이드 부재의 「슬릿 있음」의 경우와 「슬릿 없음」의 경우의 에칭 후의 침적물의 부착량을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 침적물 부착량을 측정한 위치를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
<기판 처리 장치>
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 수직 단면도, 도 2는 도 1의 IIII'선에 의한 수평 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이 기판 처리 장치(1)는, 직사각 형상을 이루는 FPD용 유리 기판 상에 소정의 금속막, 예를 들어 Al막이나 Ti/Al/Ti 적층막과 같은 Al 함유막 등의 금속막이 형성된 피처리 기판(이하, 단순히 「기판」이라고 기재함) G에 대해 플라스마 에칭 처리를 행하는 용량 결합형 플라스마 처리 장치로서 구성되어 있다. FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로 루미네센스(Electro Luminescence: EL) 디스플레이, 플라스마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.
이 기판 처리 장치(1)는, 예를 들어 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상으로 성형된 챔버(2)를 갖고 있다.
챔버(2) 내의 저부에는, 프레임 형상을 이루는 절연체로 이루어지는 스페이서 부재(4)를 통해 기판 G를 적재하기 위한 기판 적재대(3)가 설치되어 있다. 기판 적재대(3)의 표면(기판 적재면)은 기판 G보다도 조금 큰 직사각 형상을 이루고 있다. 기판 적재대(3)는 하부 전극으로서 기능한다. 기판 적재대(3)는 금속, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지고, 적재대 본체를 구성하는 기재(5)와, 기재(5)의 상부 주위에 설치된 절연성의 실드링(6)과, 기재(5)의 측면 주위에 설치된 절연 링(7)과, 기판 G를 승강하기 위한 복수의 승강 핀(8)을 구비하고 있다. 승강 핀(8)은, 기재(5)에 설치된 삽입 관통 구멍(5a)에 삽입 관통되고, 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 승강된다. 스페이서 부재(4)와 기재(5)와의 사이, 및 스페이서 부재(4)와 챔버(2)의 저벽(2a)의 사이는 기밀하게 시일되어 있고, 기재(5)와 저벽(2a)과의 사이에 대기 분위기의 공간(9)이 형성되고, 이 공간(9)에 의해 기재(5)와 저벽(2a) 사이의 대기 절연이 도모되고 있다.
기재(5)에는, 급전선(23a 및 23b)이 접속되어 있고, 급전선(23a)에는 정합기(24a) 및 플라스마 생성용 고주파 전원(25a)이 접속되고, 급전선(23b)에는 정합기(24b) 및 바이어스 생성용 고주파 전원(25b)이 접속되어 있다. 플라스마 생성용 고주파 전원(25a)의 주파수는 1 내지 100㎒의 범위이며, 예를 들어 13.56㎒이다. 바이어스 생성용 고주파 전원(25b)은 기재(5) 상의 기판 G에 이온을 인입하여 이방성의 에칭을 행하기 위한 것으로, 50㎑ 내지 10㎒의 범위의 주파수가 사용되며, 예를 들어 3.2㎒이다.
또한, 기판 적재대(3)의 기재(5)의 표면에는 기판 G를 정전 흡착하는 정전 척(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 또한, 기재(5) 내에는, 기판 G의 온도를 제어하기 위한 온도 조절 기구 및 온도 센서(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다. 또한, 기판 적재대(3)의 기재(5)와 챔버(2)의 저벽(2a) 사이는, 이들 사이의 절연을 확보하면서 챔버(2) 내의 진공 배기에 의해 기판 적재대(3)가 휘는 것을 방지하기 위하여, 복수의 체결구(도시하지 않음)에 의해 체결되어 있다. 또한, 기판 적재대(3)에 기판 G가 적재된 상태에서, 기판 G과 기판 적재대(3) 사이에 열전달을 위한 전열 가스, 예를 들어 He 가스를 공급하는 전열 가스 공급 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
챔버(2)의 상부에는, 챔버(2) 내에 처리 가스를 공급함과 함께 상부 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(10)가 기판 적재대(3)와 대향하도록 설치되어 있다. 샤워 헤드(10)는, 내부에 처리 가스를 확산시키는 가스 확산 공간(11)이 형성되어 있음과 함께 기판 적재대(3)의 대향면에 처리 가스를 토출하는 복수의 토출 구멍(12)이 형성되어 있다.
샤워 헤드(10)의 상면에는 가스 도입구(14)가 설치되고, 이 가스 도입구(14)에는 처리 가스 공급관(15)이 접속되어 있고, 이 처리 가스 공급관(15)은 처리 가스 공급원(18)에 접속되어 있다. 또한, 처리 가스 공급관(15)에는 개폐 밸브(16) 및 매스 플로우 컨트롤러(17)가 개재되어 있다. 실제로는 처리 가스 공급원(18)은 처리 가스의 수에 따라 복수 설치되어 있고, 각 처리 가스 공급원(18)으로부터 각각 처리 가스 공급관(15)이 연장되어 있다. 처리 가스 공급원(18)으로부터는, 플라스마 에칭을 위한 처리 가스가 공급된다. 처리 가스로서는, 할로겐 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스나, Cl2 가스에 Ar 가스 등의 불활성 가스를 첨가한 것을 사용할 수 있다. 삼염화 붕소(BCl3) 가스, 사염화탄소(CCl4) 가스, 사불화탄소(CF4) 가스나, 이들에 불활성 가스를 첨가한 것, Cl2 가스, BCl3 가스, CCl4 가스, CF4 가스의 2개 이상을 혼합한 혼합 가스, 게다가 이러한 혼합 가스에 불활성 가스를 첨가한 것도 사용할 수 있다.
챔버(2)의 저벽의 4개의 코너부에는, 각각 배기구(29)(도 2 참조)가 형성되어 있고, 각 배기구(29)에는 배기부(30)가 설치되어 있다. 배기부(30)는, 배기구(29)에 접속된 배기 배관(31)과, 배기 배관(31)의 개방도를 조정함으로써 챔버(2) 내의 압력을 제어하는 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)와, 챔버(2) 내를 배기 배관(31)을 통해 배기하기 위한 진공 펌프(33)를 갖고 있다. 그리고, 진공 펌프(33)에 의해 챔버(2) 내가 배기되어, 플라스마 에칭 처리 중 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)의 개방도를 조정함으로써 챔버(2) 내를 소정의 진공 분위기로 설정, 유지한다.
챔버(2)의 하나의 측벽에는, 기판 G를 반입출하기 위한 반입출구(35) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(36)가 설치되어 있다.
기판 적재대(3)의 주연부의 상방 위치에는, 가스류를 외측으로 가이드하는 가이드부를 갖는 기류 가이드 부재(40)가 설치되어 있다. 기류 가이드 부재(40)에 대해서는 후술한다.
또한, 기류 가이드 부재(40)의 하방의, 기판 적재대(3)와 챔버(2)의 내벽 사이의 공간에는 가스 유로의 압력 손실을 조절하기 위한 배플판(도시되지 않음)이 설치되어 있다.
또한, 기판 처리 장치(1)는, 또한 제어부(50)를 갖고 있다. 제어부(50)는 CPU 및 기억부를 구비한 컴퓨터로 구성되어 있고, 기판 처리 장치(1)의 각 구성부, 예를 들어 가스 공급계, 배기계, 고주파 전력을 공급하는 기구, 승강 핀(8)의 기동 기구, 게이트 밸브(36)의 기동 기구 등은 기억부에 기억된 처리 레시피(프로그램)에 기초하여 소정의 처리가 행해지도록 제어된다. 처리 레시피는 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 반도체 메모리 등의 기억 매체에 저장되어 있다.
<기류 가이드 부재>
이어서, 기류 가이드 부재(40)에 대해 설명한다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 기류 가이드 부재(40)가 설치된 부분을 확대해 나타내는 부분 단면도이다.
기류 가이드 부재(40)는, 알루미늄 등의 금속 또는 세라믹스로 이루어지고, 챔버(2)의 내벽 위치와 기판 적재대(3)의 주연부의 상방 위치와의 사이에 환상, 즉 프레임 형상으로 설치되어 있고, 샤워 헤드(10)로부터의 처리 가스의 기류를 기판 G의 외측으로 가이드하는 기능을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기류 가이드 부재(40)는 기판 적재대(3)의 주연의 상방으로 해당 기판 적재대의 주위 방향을 따라 배치된 샤워 헤드(10)로부터 도입된 처리 가스를 외측으로 유도하는 가이드부를 구성하는 내측부(40-1)와, 기판 적재대(3)의 외측에 배치되고, 챔버(2)의 내벽에 장착된 외측부(40-2)를 갖고 있으며, 내측부(40-1)과 외측부(40-2)와의 사이에는, 내측부(40-1)보다도 외측부(40-2)가 낮은 위치가 되는 단차(42)가 형성되어 있다.
단차(42)는 도 4에 도시된 바와 같이, 승강 핀(8)에 의해 기판 G를 기판 적재대(3)의 상방으로 상승시킨 상태에서, 반입출구(35)로부터 반송 장치(60)의 반송 암(62)을 챔버(2) 내에 삽입하여 기판 G의 수수를 행할 때에, 반송 암(62)의 베이스(61)로부터 빠져 나오기 위하여 형성되어 있다. 단, 반송 장치(63)의 베이스로부터 빠져 나올 필요가 없는 경우에는, 단차(42)를 설치하지 않아도 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기류 가이드 부재(40)는, 기판 G(기판 적재대(3))의 긴 변에 대응하는 2개의 긴 변측 부재(40a)와 짧은 변에 대응하는 2개의 짧은 변측 부재(40b)를 조립하여 구성되어 있다. 긴 변측 부재(40a) 및 짧은 변측 부재(40b)는 모두 1매의 판을 꺾어 구부림으로써, 내측부(40-1)를 구성하는 부분, 외측부(40-2)를 구성하는 부분 및 단차(42)의 부분을 형성할 수 있다. 긴 변측 부재(40a) 및 짧은 변측 부재(40b)의 단부는 45°로 절단된 사다리꼴 형상을 이루고 있고, 이들 내측부(40-1)를 구성하는 부분, 외측부(40-2)를 구성하는 부분, 및 단차(42) 부분의 단부가 각각 맞대어진 상태에서 조립되도록 되어 있다.
기류 가이드 부재(40)의 기판 적재대(3)보다도 외측 부분에는 주위 방향을 따라 슬릿(41)이 형성되어 있다. 본 예의 경우에는, 외측부(40-2)에 슬릿(41)이 형성되어 있다. 슬릿(41)은 2개의 긴 변측 부재(40a)의 각각에 그 길이 방향을 따라서 형성된 2개의 긴 변 슬릿(41a)과, 짧은 변측 부재(40b)의 각각에 그 길이 방향을 따라서 형성된 짧은 변 슬릿(41b)을 갖고 있다. 긴 변 슬릿(41a)과 짧은 변 슬릿(41b)은 그것들의 단부가 긴 변측 부재(40a)와 짧은 변측 부재(40b)의 접합면에 도달하지 않은 상태에서 비연속으로 설치되어 있고, 각각 기판 G의 긴 변 및 짧은 변보다도 조금 짧은 길이를 갖고 있다. 이에 의해 배기구(29)의 상방에는 슬릿이 존재하지 않도록 할 수 있다. 슬릿(41)은, 기판 G 주연부의 가스 유량을 컨트롤하는 기능 및 기류 가이드 부재(40)에의 침적물을 저감하는 기능을 갖는다. 또한, 슬릿(41)은 내측부(40-1)에 형성해도 된다.
내측부(40-1)의 기판 적재대(3)(실드링(6))의 상면으로부터의 높이 a 및 슬릿(41)(긴 변 슬릿(41a) 및 짧은 변 슬릿(41b))의 폭 b는, 기판 주연부의 에칭 레이트가 적절하게 제어되도록 적절히 설정된다. 내측부(40-1)의 내측 단부는, 기판 G의 승강을 방해하는 일이 없고, 또한 파티클을 최대한 방지하는 관점에서 기판 G의 단부보다도 외측에 위치하고 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기류 가이드 부재(40)의 긴 변측 부재(40a) 및 짧은 변측 부재(40b)는, 기판 적재대(3)에 장착된 복수(도면에서는 6개)의 지지 로드(43)에 지지되어 있다. 지지 로드(43)는, 내측부(40-1)에 장착되어 있다. 지지 로드(43)의 타단부는 챔버(2)나 스페이서 부재(4)에 장착되어 있다. 이들 지지 로드(43)에 의해, 기류 가이드 부재(40)의 가이드부인 내측부(40-1)의 높이 위치가 일정하게 보유 지지된다.
<기판 처리 장치의 처리 동작>
다음에, 이와 같이 구성되는 기판 처리 장치(1)의 처리 동작에 대해 설명한다.
먼저, 게이트 밸브(36)를 개방하고, 도시되지 않은 진공 반송실로부터 반송 장치(60)의 반송 암(62)(도 4 참조)에 의해 반입출구(35)를 통해 기판 G를 챔버(2) 내에 반입하고, 승강 핀(8)을 상승시켜 승강 핀(8)을 기판 적재대(3)의 기판 적재면으로부터 돌출시킨 상태로 하고, 승강 핀(8) 상에 기판 G를 싣는다. 반송 암(62)을 진공 반송실에 후퇴시킨 후, 승강 핀(8)을 하강시키고, 기판 G를 기판 적재대(3)의 기판 적재면에 적재하고, 게이트 밸브(36)를 폐쇄한다.
기판 적재대(3)의 기재(5)를 온도 조절 기구(도시하지 않음)에 의해 온도 조절하여 기판 G의 온도 제어를 하고, 또한, 진공 펌프(33)로 챔버(2) 내를 배기하면서, 자동 압력 제어 밸브(APC)(32)에 의해 챔버(2) 내의 압력을 소정의 진공도로 조정하고, 처리 가스 공급원(18)으로부터, 매스 플로우 컨트롤러(17)에 의해 유량 조절하여 처리 가스 공급관(15) 및 샤워 헤드(10)를 통해 할로겐 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버(2) 내에 도입한다.
이 상태에서 고주파 전원(25a)로부터 정합기(24a)를 통해 플라스마 생성용 고주파 전력을 기판 적재대(3)의 기재(5)에 인가되어, 하부 전극으로서의 기판 적재대(3)와 상부 전극으로서의 샤워 헤드(10)와의 사이에 고주파 전계를 발생시켜, 처리 가스의 플라스마를 생성하고, 이 플라스마에 의해 생성된 염소 라디칼(Cl*) 등의 에천트에 의해 기판 G의 Al 함유막 등의 금속막에 에칭 처리를 실시한다. 이에 의해, Al 함유막은 Cl* 등과 반응하여, 생성된 반응 생성물은 기체가 되어 제거된다. 이때, 고주파 전원(25b)으로부터는 정합기(24b)를 통해 바이어스 생성용 고주파 전력을 기재(5)에 인가하여, 플라스마 중의 이온을 기판 G에 인입하여 에칭의 이방성을 높인다.
할로겐 함유 가스에 의한 금속막의 에칭 처리 시에, 기류 가이드 부재(40)를 설치함으로써, 처리 가스의 기류를 기판 G의 외측으로 가이드하므로, 챔버(2)의 내벽부에서 기판 G를 향한 에천트의 확산을 억제하고, 기판 G 주연부의 에칭을 억제할 수 있다.
그런데, 특허문헌 3에서는, 기류 가이드 부재로서 슬릿이 형성되지 않은 무구한 판재를 프레임 형상으로 배치하고 있지만, 이 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 넓은 공간으로부터 기판 적재대(3)의 주연부와 기류 가이드 부재(40') 사이의 좁은 공간에 처리 가스가 흐르기 때문에, 기판 G 주연부를 통과하는 처리 가스의 유량이 많아지고, 이에 의해 기판 G 주연부의 에칭이 촉진되기 때문에, 기판 G 주연부의 에칭 억제 효과가 충분하지 않은 것이 판명되었다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 기판 적재대(3)보다도 외측의 부분에 슬릿(41)을 설치한 기류 가이드 부재(40)를 배치함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬릿(41)을 통해 배기되는 가스류를 형성한다. 이에 의해, 기류 가이드 부재(40)와 기판 적재대(3) 사이의 처리 가스의 유량을 적게 할 수 있고, 기판 G 주연부에서의 에칭을 억제하여 에칭의 면 내 분포를 균일하게 할 수 있다.
이때, 슬릿(41)의 폭을 조정함으로써, 슬릿(41)을 통해서의 배기와, 기류 가이드 부재(40)과 기판 적재대(3)와의 사이를 통해 배기와의 배기 밸런스를 조정하고, 기판 G 주연부의 가스 유량을 컨트롤할 수 있고, 그 배기 밸런스를 기판 G 주연부의 에칭 억제의 정도를 최적화할 수 있는 이상적인 것으로 함으로써, 에칭의 면 내 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
이때의 슬릿(41)의 폭 b는, 에칭 조건이나 기류 가이드 부재(40)의 높이 a 등에 의해 최적인 값이 되도록 결정된다. 또한, 기류 가이드 부재(40)의 높이 a는 외측을 향하는 기류가 최적화되도록 적절히 설정된다. 예를 들어, 기판 G 주연부의 에칭량을 저감하기 위해서는 기류 가이드 부재(40)의 높이 a에 대한 슬릿(41)의 폭 b의 비율을 많게 하기 위하여, 기류 가이드 부재(40)의 높이 a를 낮게 하거나, 슬릿(41)의 폭 b를 넓게 할 수 있다. 또한, 기판 G 주연부의 에칭량을 증가시키기 위해서는 기류 가이드 부재(40)의 높이 a에 대한 슬릿(41)의 폭 b의 비율을 작게 하기 위하여, 기류 가이드 부재(40)의 높이 a를 높게 하거나, 슬릿(41)의 폭 b를 좁게 할 수 있다.
도 7은, 기류 가이드 부재(40)의 슬릿(41)의 폭을 0 내지 40㎜ 사이로 변화시켜, 처리 가스로서 Cl2 가스를 사용하여 Ti/Al/Ti 적층막을 에칭한 경우의, 기판 단으로부터의 거리와 에칭 레이트의 관계를 나타내는 도면이다. 이때의 에칭 조건은 이하대로 하였다.
에칭 조건
Cl2 가스 유량: 3700sccm
압력: 15mTorr(2Pa)
플라스마 생성용 고주파 파워: 12kW
바이어스 생성용 고주파 파워: 6kW
시간: 60sec
도 7에 도시된 바와 같이, 슬릿을 형성하지 않는 경우에는, 로딩 효과에 의해 기판 주연부의 에칭 레이트가 높은 것에 대해, 슬릿을 형성함으로써 기판 주연부의 에칭 레이트가 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 에칭 조건이나 기류 가이드 부재(40)의 높이 a 등에 따라 슬릿의 폭 b의 최적값이 존재하고, 본 예의 경우에는, 슬릿 폭이 5㎜인 때에, 기판 주연부의 에칭을 적절하게 억제할 수 있고, 에칭 분포가 최적이 되는 것을 알 수 있다. 한편, 슬릿 폭이 20㎜, 40㎜인 경우에는, 기판 주연부의 에칭 레이트가 오히려 저하되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 슬릿(41)의 폭 b를, 에칭 조건이나 기류 가이드 부재(40)의 높이 a 등에 따라 최적화함으로써, 기판 G 주연부의 에칭량을 저감시키고 면 내 균일성이 높은 에칭을 행할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 기류 가이드 부재(40)에 슬릿(41)이 형성되어 있으므로, 처리 가스가 기류 가이드 부재(40) 상에 체류하지 않고, 슬릿(41)을 통해 배기된다. 이로 인해, 기류 가이드 부재(40)의 표면이나 챔버(2)의 내벽에의 침적물의 부착량을 저감할 수 있고, 기판 G에의 파티클의 부착을 억제할 수 있다.
도 8은 도 9에 나타내는 포인트, 즉 기류 가이드 부재(40)의 표면(도 9의 포인트 1)과 챔버(2)의 내벽 기류 가이드 부재(40)보다도 상측 부분(도 9의 포인트 2)에 있어서, 기류 가이드 부재의 「슬릿 있음」의 경우와 「슬릿 없음」의 경우의 에칭 후의 침적물의 부착량을 도시한 도면이다. 여기에서는, 도 1 및 도 2에 나타내는 기판 처리 장치를 이용하여, 슬릿의 폭을 15㎜로 하여, 이하의 조건의 2단계의 에칭 처리를 200세트 반복한 후의 침적물량을 측정하였다. 또한, 침적물량은 기류 가이드 부재(40)와 챔버(2)의 내벽 침적물량을 직접 측정하는 것이 아니고, 해당 위치에 유리 기판의 소편을 설치하고, 유리 기판 표면에 성막된 양을 침적물량으로서 측정하였다. 그 때, 침적물량의 측정에는 단차계를 사용하였다.
에칭 조건
제1 단계
Cl2 가스 유량: 3700sccm
시간: 60sec
제2 단계
Cl2 가스 유량: 1500sccm
시간: 30sec
공통 조건
압력: 15mTorr(2Pa)
플라스마 생성용 고주파 파워: 12kW
바이어스 생성용 고주파 파워: 6kW
도 8에 도시된 바와 같이, 포인트 1, 2의 양쪽 모두 슬릿을 설치함으로써 침적물이 저감되는 것이 확인되었다.
또한, 기류 가이드 부재(40)는, 기판 적재대(3)측의 내측부(40-1)와 챔버(2)의 내벽측의 외측부(40-2)를 갖고, 내측부(40-1)와 외측부(40-2)와의 사이에는, 내측부(40-1)보다도 외측부(40-2)가 낮은 위치가 되는 단차(42)가 형성되어 있다. 이에 의해, 도 4에 도시된 바와 같이, 승강 핀(8)에 의해 기판 G를 기판 적재대(3)의 상방으로 상승시킨 상태에서, 반입출구(35)로부터 반송 장치(60)의 반송 암(62)을 챔버(2) 내에 삽입하여 기판 G의 수수를 행할 때에, 반송 암(62)의 베이스(61)의 간섭을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같이 외측부(40-2)가 낮게 형성됨으로써, 가령 그 부분에 침적물이 부착되어도, 기판 G에 파티클이 되어 부착되기 어렵게 할 수 있다. 기판 G의 수수 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 G를 기류 가이드 부재(40)의 상방까지 상승시킨 상태가 되므로, 기판 G의 상방에는 부재가 존재하지 않고, 기판 G에의 파티클 부착의 위험성을 작게 할 수 있다.
또한, 기류 가이드 부재(40)는 긴 변측 부재(40a) 및 짧은 변측 부재(40b)를 조립하여 구성되므로, 대형 기판용 대형의 처리 장치에 있어서도 용이하게 장착할 수 있다. 또한, 긴 변측 부재(40a) 및 짧은 변측 부재(40b)는 모두 1매의 판을 꺾어 구부림으로써, 내측부(40-1)를 구성하는 부분, 외측부(40-2)를 구성하는 부분, 및 단차 부분을 간이하게 형성할 수 있고, 또한, 긴 변측 부재(40a) 및 짧은 변측 부재(40b)의 단부는 45°로 절단된 사다리꼴 형상을 이루고, 이들 내측부(40-1)를 구성하는 부분, 외측부(40-2)를 구성하는 부분, 및 단차 부분의 단부가 각각 맞대어진 상태에서 조립되므로, 단차가 존재해도 용이하게 조립할 수 있다.
또한, 기류 가이드 부재(40)의 외측부(40-2)에 형성된 슬릿(41)은 2개의 긴 변측 부재(40a)의 각각에 그 길이 방향을 따라서 형성된 2개의 긴 변 슬릿(41a)과, 짧은 변측 부재(40b)의 각각에 그 길이 방향을 따라서 형성된 짧은 변 슬릿(41b)을 갖고, 긴 변 슬릿(41a)과 짧은 변 슬릿(41b)은 연속되어 있지 않으므로, 긴 변 슬릿(41a)과 짧은 변측 부재(40b)를 용이하게 맞출 수 있다. 또한, 긴 변 슬릿(41a)과 짧은 변측 부재(40b)의 길이를 조정하여 배기구(29)의 상방에 슬릿이 존재하지 않도록 함으로써, 슬릿(41)을 통해 배기구(29)에 직접 배기되는 경우가 없어져, 배기류에 의한 파티클의 감아 올림 등을 억제할 수 있다.
<그밖의 적용>
이상, 본 발명의 하나의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 본 발명의 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 용량 결합 플라스마 처리 장치에 본 발명을 적용한 경우에 대해 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 유도 결합형 플라스마 처리 장치나, 마이크로파 플라스마 처리 장치 등의 다른 플라스마 처리 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 기판으로서 유리 기판을 사용한 예를 설명했지만, 세라믹스 기판 등의 다른 절연성 기판이어도 된다. 또한, 반도체 기판 등이어도 된다.
1: 기판 처리 장치
2: 챔버(처리 용기)
3: 기판 적재대
5: 기재
8: 승강 핀
10: 샤워 헤드
15: 처리 가스 공급관
18: 처리 가스 공급원
24a, 24b: 정합기
25a, 25b: 고주파 전원
29: 배기구
30: 배기부
40: 기류 가이드 부재
40-1: 내측부
40-2: 외측부
40a: 긴 변측 부재
40b: 짧은 변측 부재
41: 슬릿
41a: 긴 변 슬릿
41b: 짧은 변 슬릿
42: 단차
50: 제어부
G: 기판
2: 챔버(처리 용기)
3: 기판 적재대
5: 기재
8: 승강 핀
10: 샤워 헤드
15: 처리 가스 공급관
18: 처리 가스 공급원
24a, 24b: 정합기
25a, 25b: 고주파 전원
29: 배기구
30: 배기부
40: 기류 가이드 부재
40-1: 내측부
40-2: 외측부
40a: 긴 변측 부재
40b: 짧은 변측 부재
41: 슬릿
41a: 긴 변 슬릿
41b: 짧은 변 슬릿
42: 단차
50: 제어부
G: 기판
Claims (11)
- 표면에 금속막이 형성된 기판을 수용하는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 설치되고, 기판이 적재되는 기판 적재대와,
상기 처리 용기 내의 상기 기판 적재대의 상방에 상기 기판 적재대에 대향하여 설치되고, 상기 처리 용기 내에 상기 기판 적재대를 향해 할로겐 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 기구와,
상기 기판 적재대의 주위로부터 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구와,
상기 처리 용기 내에 설치되고, 내주 부분에, 상기 기판 적재대의 주연의 상방에 해당 기판 적재대의 주위 방향을 따라 배치된, 상기 처리 가스 도입 기구로부터 도입된 처리 가스를 외측으로 유도하는 가이드부를 갖고, 외주 부분이 상기 처리 용기의 내벽에 장착된, 환상을 이루는 기류 가이드 부재와,
상기 처리 용기 내에, 상기 기판의 상기 금속막에 대해 플라스마 에칭을 행하기 위한 처리 가스의 플라스마를 생성하는 플라스마 생성 기구를 구비하고,
상기 기류 가이드 부재는, 상기 기판 적재대보다도 외측의 부분에 그 주위 방향을 따라 설치된 슬릿을 갖고,
상기 슬릿을 통해서의 배기와, 상기 기류 가이드 부재와 상기 기판 적재대와의 사이를 통해 배기와의 배기 밸런스를 조정하여 상기 처리 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 기판은 직사각 형상을 이루고, 상기 기판 적재대는 그 적재면이 상기 기판에 대응한 직사각 형상을 이루고, 상기 기류 가이드 부재는 프레임 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 기류 가이드 부재는 상기 가이드부가 되는 내측부와, 상기 기판 적재대보다도 외측의 외측부를 갖고, 상기 내측부와 상기 외측부와의 사이에는 상기 외측부가 낮은 위치가 되는 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 슬릿은 상기 외측부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 기류 가이드 부재는 상기 기판의 긴 변에 대응하는 1쌍의 긴 변측 부분과, 상기 기판의 짧은 변에 대응하는 1쌍의 짧은 변측 부분을 조립하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 긴 변측 부분 및 상기 짧은 변측 부분은, 모두 1매의 판을 꺾어 구부려서, 상기 내측부에 대응하는 부분, 상기 외측부에 대응하는 부분, 및 상기 단차에 대응하는 부분이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 긴 변측 부분 및 상기 짧은 변측 부분은, 이들 맞춤부가 45°가 되는 사다리꼴 형상을 이루고, 각각의 상기 내측부에 대응하는 부분, 상기 외측부에 대응하는 부분, 및 상기 단차에 대응하는 부분이 맞추어진 상태로 조립되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 긴 변측 부분에 형성된 상기 슬릿 및 상기 짧은 변측 부분에 형성된 상기 슬릿은 그것들의 단부가, 상기 긴 변측 부분과 상기 짧은 변측 부분의 맞춤부에 도달되지 않은 상태에서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬릿의 폭은, 상기 배기 밸런스를, 상기 기판의 주연부 에칭 레이트 억제의 정도가 최적화되도록 조정할 수 있는 값으로 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속막은 Al 함유막이며, 상기 처리 가스는 염소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 Al 함유막은 Ti/Al/Ti 적층막인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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