KR100290159B1 - 플라즈마 가공장치 및 플라즈마를 이용한 전자소자 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 나선형 안테나를 이용한 플라즈마 가공장치 및 방법은 진공용기 안의 고에너지 밀도를 가지고 균일하게 전자기장을 걸어주는 안테나, 이 안테나에 입력단자를 통하여 전기에너지가 전달되면 입력단자에 연결된 첫 번째 코일이 기체에 전자기에너지를 방사한다. 두 번째 코일도 한쪽 끝이 입력단자를 통하여 전기 에너지가 전달되면 두 번째 코일도 기체에 전자기 에너지를 방사한다. 예로서 진공용기와 진공용기 안의 기체, 그리고 진공용기를 둘러싸는 유전체 벽으로 구성된 플라즈마 가공장치에 안테나가 사용되는 것을 들 수 있다. 따라서 본 발명의 안테나는 진공용기 주변에 장착되어 무선주파수 전원이 공급되면 기체에 전자기 에너지를 방사한다.

Description

플라즈마 가공장치 및 플라즈마를 이용한 전자소자 가공방법

본 발명은 플라즈마 식각 장치와 같은 플라즈마 가공장치 및 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 반도체, 평판화면(flat paneldis play), 인쇄회로기판 및 다른 박막 가공 공정에 사용되는 플라즈마 식각과 물리적 또는 화학적 증기 증착법, 포토리지스트 스트리핑(photo-resist stripping) 및 기타 공정 분야에 적용되는 플라즈마 가공장치에 관한 것이다.

플라즈마 식각, 물리적 또는 화학적 증기 증착법, 포토리지스트 스트리핑 및 기타 표면 처리를 통한 다양한 박막 제조를 위하여 넓은 영역에 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 원(plasma source)을 필요로 한다. 실리콘과 복합 화합물 반도체의 제조, 액티브 매트릭스(active matrix) 액정 화면, 플라즈마 화면, 필드 미션(field mission) 화면 등을 포함하는 평판 화면의 제조 등이 플라즈마 원을 필요한 분야의 예이다.

보통 평면형 안테나를 이용한 플라즈마 원은 무선주파수 영역의 평면 안테나와 유전체로 된 평면판과 밀폐된 용기 안의 기체 등으로 구성되어 있다. 임피던스가 매칭이 된 전력원으로부터 안테나에 전력이 부가되면 유전판을 통하여 전장이 기체에 유기 된다. 플라즈마 에칭에서 사용되는 플라즈마는 시간에 따라 변하는 전자기파에 의하여 유도되는 전장(inductive electric field)과 정전장이 기체에 부가되어 자유전자에 에너지를 전달하고 다시 이 자유전자가 중성기체와 충돌하며 형성이 된다. 시간에 따라 변하는 전자기파에 의하여 유도되는 전장(inductive electric field)이 정전장보다 밀도가 더 높은 플라즈마를 형성하는 것으로 알려져 있다.

평면 안테나를 사용하는 인덕티브 형 플라즈마 원은 사용하기 간단하여 플라즈마 식각 공정용으로 많이 사용되고 있다. 이와 같은 경우 안테나로부터의 전자기장이 균일하게 플라즈마에 커플링 되어야 하며 높은 밀도를 가진 플라즈마를 필요로 한다. 하지만 종래의 평판 안테나는 단순히 감겨 있는 상태이므로 전력이 공급되는 중심 부분의 전자기파 밀도가 높아서 그 균일도가 나쁘며, 따라서 고밀도의 플라즈마를 좁은 영역에서만 발생시킬 수 있었다. 이 안테나를 넓은 영역으로 확장하는 데에는 안테나의 자체공명(self-resonance)에 의해 한계가 있다. 자체공명 현상은 안테나 인덕턴스와 캐패시턴스에 의하여 일어나며 안테나가 더 이상 유도 전장을 유기하지 않게 되는 현상을 말한다.

본 발명의 목적은 하나의 입력단자에 접속되어 동일한 방향으로 자장을 유도하도록 권선된 제1코일과 제2코일로 된 안테나를 진공용기의 유전체 둘레에 설치하여 진공용기 안에 설치된 전기소자를 가공하는 플라즈마 및 플라즈마를 이용한 전자소자 가공방법을 제공함에 있다.

제1도는 본 발명의 나선형 안테나에 의한 플라즈마 가공장치의 개략도이다.

제2도는 본 발명에 따른 나선형 안테나의 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 플라즈마 가공장치 12 : 진공용기

14 : 진공펌프 17 : 기판홀더

20 : 안테나 36 : 자성체

40 : 입력단자 42 : 1차코일

44 : 2차코일 50 : 전극

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 가공장치는 대면적 고밀도 플라즈마를 높은 에너지 밀도를 가지고 유기하는 안테나와 안테나를 담고 있는 용기의 상부에 플라즈마의 밀도의 균일성과 플라즈마 발생을 돕도록 전극을 장착한 플라즈마 원을 가진다. 이 안테나는 밀폐된 진공용기 안의 기체에 균일한 전자장을 유기할 수 있도록 설계되어 있으며 전력이 공급되는 단자와 이 단자와 연결되어 전자장을 방사(radiate) 시키는 두 개의 코일로 구성되어 있다. 첫 번째 코일은 한쪽 끝에 있는 입력단자에 연결되어 있으며, 특정 방향으로 자장을 유도하도록 감겨져 있다. 그리고 기체에 전자기에너지를 방사하는 두 번째 코일도 입력단자에 한 끝이 연결되어 있으며 첫 번째 코일과 같은 방향으로 자장을 유도하도록 감겨져 있다.

이러한 본 발명은 진공용기와 진공용기 안에 채워진 기체, 진공용기를 둘러싸고 있는 유전체관을 가지고 있는 플라즈마 공정장비들이 마련된다. 본 발명의 안테나는 유전체 관 주변을 둘러싸고 기체에 전자기 에너지를 방사한다. 그리고 임피던스 매치 회로망을 통하여 안테나에 무선주파수 전력이 공급되었을 때 안테나는 균일하고 강한 전자기파를 기체에 방사하여 플라즈마를 만들게 된다. 이때 용기의 상판부에 설치된 별도의 무선주파수 전원에 연결된 전극은 플라즈마의 생성과 플라즈마가 넓은 면적에서 균일한 밀도를 가지도록 도와준다. 특별한 경우에는 영구자석이나 전자석을 안테나 주변의 진공용기 벽에 설치하고, 자장을 걸어 플라즈마가 균일한 밀도를 가지도록 돕는다.

이하에서는 발명의 요소들을 일정 방법으로 조합하여 사용한 특정 예를 들어 설명하지만 본 발명이 거기에만 국한되는 것이 아니라는 점을 이해하여야 할 필요가 있다. 관련기술에 익숙하거나 이해할 수 있는 사람들은 본 발명에서 파생된 변형이나 응용 혹은 본 발명이 중요하게 사용되고 있는 다른 분야들을 판별할 수 있다.

제1도는 본 발명에 따른 나선형 안테나와 전극을 가진 플라즈마 원을 포함하는 플라즈마 가공장치의 개략도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 플라즈마 가공장치(10)는 진공용기(12)와 진공용기(12) 내부를 진공화 하는 진공펌프(14)로 구성되어있다. 진공용기(12) 내부에는 기판홀더(16)가 설치되고, 기판홀더(16)에는 가공을 위한 기판(17)이 설치된다. 그리고 안테나(20)는 진공용기(12) 내부의 유전체 관(22)에 장착되어 있다.

제2도는 본 발명에 따른 나선형 안테나의 개략도이다. 안테나(20)는 원형의 저장용기(34) 내부에 들어 있으며 이 저장용기(34)는 알루미늄이나 다른 적당한 재료로 만들 수 있다. 그리고 영구자석이나 전자석 등의 자성체(36)가 안테 주변의 저장용기(34) 안에 설치되어 있다. 이 자성체(36)는 플라즈마(18)안의 전자를 자기적으로 가두는 역할을 한다. 안테나(22)에 무선주파수 전력을 공급하면 유전체 관(22)을 통하여 전자에 에너지가 공급되게 된다. 유전체 관(22)은 수정이나 다른 적당한 재료로서 만들어진다. 전자기 밀도가 높아진 안테나(20)의 코일(42)(44) 구조와 자성체(36)에 의한 자장에 의하여 균일한 플라즈마(18) 밀도를 얻을 수 있다.

한편, 무선주파수 전력원(30)이 안테나(20)에 스위치(32)와 임피던스 매치 회로망(24)을 통하여 전력을 공급한다. 임피던스 매치 회로망(24)은 접지와 인덕턴스(26) 사이에 연결된 첫 번째와 두 번째의 가변 캐패시터(27)(28)로 나타나 있다. 본 분야에 해당 기술을 이해할 수 있는 사람은 임피던스 매치 회로망(24)에 여러 가지 형태와 요소가 더하여 질 수 있다는 것을 알 수 있다. 그리고 진공용기(12) 내부에는 안테나(20)에 의하여 공급되는 전자파가 플라즈마(18)를 진공용기(12) 안에 형성할 수 있도록 아르곤이나 산소 혹은 다른 적당한 기체들이 공급되어 진다.

전극(50)은 별도의 무선주파수 전력원(51)에 의하여 임피던스 매치 회로망(52)을 통하여 전력을 공급받으면 정전장을 유도하고 이를 통하여 플라즈마(18)의 생성과 균일도를 높이는 역할을 하게 된다.

작동시에는 진공용기(12)에 부착된 문(미도시)이 열리고 기판(17)이 진공용기(12) 안에 있는 기판홀더(16) 위에 놓여지게 된다. 그리고 계속해서 진공용기(12)는 진공펌프(14)에 의하여 진공화 된다. 이때 기체가 기체 공급원(미도시)과 파이프(미도시)를 통하여 공급되게 된다. 이후 스위치(32)가 닫혀지고 무선주파수 전원이 임피던스 매치 회로망(24)을 통하여 안테나(20)에 공급되게 된다. 안테나(20)에 공급된 전류는 진공용기(12) 안에 전자장을 유기하게 된다. 잘 알려진 바와 같이 시간에 따른 변하는 전자기장이나 정전장이 진공용기(12) 안에 발생하게 된다. 유기된 전장은 자유전자를 가속하여 플라즈마(18)를 발생시키며 플라즈마 식각, 플라즈마 CVD, 물리적 증기증착, 포토 레지스터 제거 및 본 기술에 익숙한 모든 사람들에 의하여 이해 될 수 있는 공정을 기판(17)에서 진행한다.

여기에 기술된 본 발명은 특정 응용분야의 특정한 구성방식에 해당된다. 본 발명에서 파생될 수 있는 다른 응용분야나 그 방식은 본 발명분야에 익숙하고 기술을 이해할 수 있는 사람에 의하여 분별 될 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 플라즈마 가공장치는 진공용기 안에 고에너지 밀도를 가지고 균일하게 전자기장을 걸어주는 안테나, 이 안테나에 입력단자를 통하여 전기에너지가 전달되면 입력단자에 연결된 첫 번째 코일이 기체에 전자기 에너지를 방사한다. 그리고 두 번째 코일도 한쪽 끝이 입력단자에 연결되어 있으며 첫 번째 코일과 같은 방향으로 전자장을 유도한다. 따라서 자장을 통하여 플라즈마의 밀도를 균일하게 조절할 수 있으며, 독립된 무선주파수 전원이 전기적으로 절연되어 있는 전극에 연결되어 전자기 에너지가 플라즈마에 전달되어 플라즈마의 밀도를 높이며 플라즈마의 초기생성을 용이하게 하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 내부에 가스가 주입되는 진공용기, 상기 가스에 전자기 에너지를 방사하는 안테나, 상기 안테나에 전류를 공급하는 전류공급수단을 구비한 플라즈마 가공장치에 있어서, 상기 진공용기 둘레에는 유전체가 배치되고, 상기 안테나는 상기 유전체의 둘레에 설치되되, 상기 안테나는 상기 전류공급수단에 의하여 공급된 전류가 상기 안테나로 인가되도록 하는 입력단자, 상기 가스에 전자기에너지를 방사하도록 일단이 상기 입력단자에 접속되어 제1방향으로 자장을 유도하도록 권선된 제1코일과, 상기 가스에 전자기 에너지를 방사하도록 일단이 상기 입력단자에 접속되고 상기 제1방향으로 자장을 유지하도록 권선된 제2코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가공장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 안테나에 인접한 부분에는 상기 진공용기를 둘러싸는 영구자석이 마련된 것을 특징으로 하는 플라즈마 가공장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 안테나에 인접한 부분에는 상기 진공용기를 둘러싸는 전자석이 마련된 것을 특징으로 하는 플라즈마 가공장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전류공급수단은 임피던스 매치 회로망을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가공장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전류공급수단은 무선주파수 전력원과 상기 안테나와 상기 무선주파수 전력원 사이에 설치된 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가공장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 진공용기의 상판부에는 전극이 장착되되, 상기 전극은 임피던스 매치 회로망, 무선주파수 전력원, 상기 전극과 무선주파수 전력원 사이에 설치된 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가공장치.
7. 진공용기 내부에 전자 소자를 안착하는 소자 안착단계, 상기 소자 안착단계를 통하여 상기 소자가 안착된 상기 진공용기 내부에 가스를 주입하는 가스주입단계, 상기 가스주입단계를 통하여 주입된 상기 가스에 입력단자를 통하여 상기 플라즈마 안에 전자기장을 가하도록 하는 전자기장 발생단계를 포함한 플라즈마를 이용하여 전자소자를 가공하는 소자 가공방법에 있어서, 상기 전자기장 발생단계는 일단이 상기 입력단자에 접속되고 제1방향으로 자장을 유도하도록 권선된 제1코일에 의한 전자기 에너지 방사와 일단이 상기 입력단자에 접속되고 상기 제1방향으로 자장을 유지하도록 권선된 제2코일에 의한 전자기 에너지 방사를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 전자소자를 가공하는 소자 가공방법.