KR100292439B1 - 플라즈마발생장치및이플라즈마발생장치를사용한표면처리장치 - Google Patents

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닛본 덴기 가부시끼가이샤
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Abstract

전자온도가 낮은 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것과 함께 안테나의 스퍼터에 의한 기판 오손을 방지하고, 안테나 면에 평행인 면내에서 균일성이 높은 플라즈마를 발생시켜 균일성이 높은 양질로 고속의 표면처리를 가능하게 한다.
배기계 (12) 및 가스도입계 (13)를 장치한 플라즈마 발생용기 (1)는 일부가 비유전율 εS의유전체부 (14)이며, 유전체부 (14)를 통하여 플라즈마 발생용기 (1)내에 방사하는 안테나가 플라즈마 발생용기 (1) 바깥에 배치되어 있다. 안테나는 서로 다르게 배치된 방사상의 안테나소자 (52, 54)로 구성되어 인터디지탈 필터를 형성하고 있으며, 플라즈마 발생용기 (1)는 안테나소자 (52, 54)의 길이방향으로 평행한 방향과 양측에서 교차하는 측벽을 가진다. 안테나를 사이에 두고 유전체부 (14)와 반대측에 실드체 (6)와의 이격거리에 유전체부 (14)의 두께의 1/εS배의 값을 더한 길이보다 짧다.

Description

플라즈마 발생장치 및 이 플라즈마 발생장치를 사용한 표면처리장치{PLASMA GENERATOR AND SURFACE TREATMENT APPARATUS USING THIS PLASMA GENERATOR}
본 발명은 저압력으로 고밀도 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생장치 및 이 플라즈마 발생장치를 이용하여 반도체 웨이퍼 등에 표면처리를 실시하는 표면처리장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용하여 반도체 웨이퍼나 액정기판(LCD)등의 표면에 일정처리를 실시하는 장치는 플라즈마 강화 화학증기증착(PECVD)장치나 드라이 에칭장치등으로서 널리 알려져 있다. 이와 같은 장치에서는 처리속도를 높이는 등의 요청으로부터 고밀도 플라즈마를 발생시킬 필요가 있으며, 더욱이 불순물의 혼입을 방지하는 등의 관점에서, 보다 낮은 압력에서 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것이 요구되고 있다.
보다 낮은 압력에서 보다 높은 밀도의 플라즈마를 발생시키기에는 전리효율의 향상등의 개선이 요구되어 왔으며, 헬리콘파 플라즈마 발생장치, 전자사이클로트론 공명(ECR) 플라즈마 발생장치, 유도결합형 고주파(RF)플라즈마 발생장치등이 개발되어 왔다.
도 10은 이와 같은 종래의 플라즈마 발생장치의 일례를 보인 것이며, 일본국 특개평 3-79025호 공보에 개시된 유도결합형 플라즈마 발생장치의 개략을 보인 정면단면 투시도이다.
도 10에 보이는 플라즈마 발생장치는, 상부 벽면에 유전체창 (11)을 가지는 플라즈마 발생용기 (1), 플라즈마 발생용기 (1)의 외측에 있고 유전체창 (11)에 근접한 위치에 배치된 고주파 코일 (2), 정합기 (31)를 통하여 고주파 코일 (2)에 일정의 고주파전력을 인가하는 고주파 전원 (3)등으로 주로 구성되어 있다.
플라즈마 발생용기 (1)는 도면에 보이지 않은 배기계를 장치한 기밀용기이며, 도면에 보이지 않은 가스도입계에 의해 일정의 플라즈마용 가스가 도입되도록 되어 있다. 또한 플라즈마 발생용기 (1)내의 아래쪽에는 기판홀더 (4)가 설치되어 있으며, 상면에 기판 (40)을 보지하도록 되어 있다. 그리고 고주파 코일 (2)은 기판 (40)의 판면에 수직 방향을 중심축으로서 기판 (40)의 판면에 평행인 면내에 와류상으로 형성된 것이다.
고주파전원 (3)으로부터 고주파코일 (2)에 인가된 고주파전력은 유도체창 (11)을 통하여 플라즈마 발생용기 (1)내에 유도전기장을 발생시킨다. 플라즈마 발생용기 (1)내에 도입된 플라즈마 발생용 가스는 이 유도전기장에 의해 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시킨다. 이때 고주파코일 (2)와 플라즈마와는 유전체창 (11)을 통하여 인덕티브하게(inductively) 결합되어 있는 것때문에 유도결합형 플라즈마(ICP)라 불린다.
도 10에 예시한 바와 같은 소위 고밀도 플라즈마 발생장치는 10-3Torr대에서 1011cm-3대의 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그러나 이들의 고밀도 플라즈마 발생장치로 고밀도 플라즈마를 발생시키는 경우에 동시에 에너지가 높은 전자도 발생시켜 이 고에너지 전자가 표면처리에 악영향을 주는 문제가 있다.
구체적으로 설명하면, 예를 들면 C4F8등의 반응성 가스를 이용한 SiO2/Si의 선택에칭을 플라즈마 에칭법에 의해 행하는 것이 종래부터 연구되고 있다. 이 선택에칭은 SiO2층에서는 산소가 존재하므로 휘발성인 CO, CO2, COF2가 생성되어 탄소중합막이 형성되지 않지만, Si층에서는 산소가 없으므로 탄소중합막이 형성되어 에칭이 정지하는 현상을 이용하고 있다.
발명자의 연구에 의하면 SiO2/SiO의 선택에칭에서는 플라즈마에 대한 투입 에너지를 크게 하는 것에 따라 SiO2/Si의 선택성이 저하하는 것이 명백하다. 이 이유는 투입에너지의 증가에 의해 고에너지의 전자가 많이 생성되고, 이 고에너지의 전자에 의해 C4F8가스가 과도하게 해리해 버리는 것이 원인으로 생각된다. 상세한 기작은 단정할 수 없으나, 예를 들면 고에너지의 전자에 의해 활성화한 불소계 화학종을 취하여 탄소중합막이 형성되거나 또는 탄소중합막의 형성과정이 불소활성종의 존재하에서 행해지는 것으로 Si의 에칭이 진행해 버리는 것등에 의한 것이라 추정할 수 있다.
또한 기판의 표면에 수직인 방향으로 전기장을 인가하여 반응성 이온을 가속시키는 RIE(반응성이온에칭)등의 이방성에칭에서는 생성된 고에너지의 전자가 전기장에 의해 기판에 충돌하고 이것에 의해 기판이 손상을 받는 경우도 있다.
도 10에 예시한 바와 같은 고밀도 플라즈마 발생장치를 사용한 경우, 상기한 바와 같은 문제를 일으키는 고에너지 전자가 생성될 가능성이 높다. 이 원인은 도 10에 보이는 장치에서는 13.56 MHz와 같은 십 수 MHz 대의 고주파를 사용하고 있으며, 이 대역의 고주파로는 플라즈마 발생용기내에 유도되는 교번 전기장에 따라 방향을 바꾸는 전자의 확률이 높기 때문이다. 그리고 플라즈마 발생용기의 벽면에 향해 전자가 이동하는 확률이 낮고, 벽면과의 충돌에 의한 손실이 적은 것도 원인이다.
교번 전기장에 따르는 전자의 비율을 감소시키기 위해서는, 예를 들면 고주파 코일에 인가하는 고주파의 주파수를 100 MHz 이상으로 하면 좋으나, 도 10에 보이는 바와 같이 와류상의 고주파코일에 의해 100 MHz 이상의 고주파를 여진하는 것은 매우 곤란하다. 또한 교번 전기장에 따르는 전자의 비율을 감소시키는 것은 고에너지 전자의 생성을 억제하는 한편, 장치의 장점인 고밀도 플라즈마 발생을 곤란하게 하는 문제도 있다.
한편, 마이크로파를 사용한 ECR 플라즈마 발생장치로는 자장의 효과에 의해 전자를 사이클로트론 운동시키는 것이 가능하므로, 저압력에서 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다. 그러나 ECR 조건을 성립시키기 위해서는 약 1000 가우스의 강한 자기장이 필요하며, 이 자기장의 영향에 의해 표면처리가 불균일하게 되는 문제가 있다. 또한 자력선에 의해 하전입자가 운반되는 결과, 기판상의 자장분포에 따른 차지업(charge-up)이 기판표면에 발생하고 불균일한 차지업에 의해 일어나는 기판표면 전위차에 의해 절연막이 절연파괴되어 손상을 입는 차지업 손상이 발생하는 문제도 일어나기 쉽다.
한편 일본국 특개평 7-307200호 공보에 나타낸 바와 같이 인터디지탈 필터를 응용한 방사상 안테나를 사용하여 플라즈마 발생용기내에 고주파를 도입하는 기술이 최근 제안되고 있다. 발명자의 연구에 따르면, 이러한 형태의 안테나를 사용하여 100 MHz 내지 1 GHz의 고주파를 플라즈마 발생용기내에 도입하면, 전자온도가 낮은 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, SiO2/Si의 선택성을 저하시키는 것과 같은 반응성 가스의 과도한 해리등이 없는 양질의 표면처리에 사용할 수 있음이 명백해졌다.
한편 이하와 같은 문제도 밝혀졌다.
우선 첫째, 일본국 특개평 7-307200호 공보에 보이는 바와 같은 안테나를 플라즈마 발생용기내에 장치한 구성에서는 안테나가 플라즈마에 노출되므로 안테나가 스퍼터링되는(sputtered) 문제가 있다. 스퍼터링된 안테나의 재료가 플라즈마 발생용기내를 부유하다가 기판에 닿으면 기판의 오손의 원인이 된다.
또한 일본국 특개평 7-307200호 공보에 보이는 바와 같은 방사상 안테나를 실제로 제작하여 방사상 안테나를 구성하는 안테나소자의 어느것(예를 들면 180도 떨어진 2개의 안테나소자)에 고주파를 인가하여 플라즈마를 발생시켜 보면, 고주파를 인가한 안테나소자의 바로 아래 부분의 플라즈마 밀도가 강해지는 경향이 있으며, 안테나소자가 방사상으로 연장된 평면(이하, 안테나면)에 평행한 면내에서 균일한 플라즈마를 발생시키는 것이 곤란한 것으로 판명되었다. 이 경향은 고주파를 인가하는 안테나소자의 수를 많게 한 경우도 같으며, 예를 들면 모든 안테나소자에 고주파를 인가한 경우도 특정 안테나소자의 바로 아래의 부분에서 플라즈마 밀도가 높아지고 마는 경향이 있었다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 플라즈마 발생장치 및 이 플라즈마 발생장치를 사용한 표면처리장치의 개략구성을 나타낸 정면단면 투시도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 플라즈마 발생장치 및 이 플라즈마 발생장치를 사용한 표면처리장치의 개략구성을 나타낸 정면단면도,
도 3은 도 1의 장치에 있어서 안테나의 구성을 설명하는 평면개략도,
도 4는 도 1의 장치에 있어서 안테나의 등가회로를 나타낸 도면,
도 5는 안테나의 주위의 전기적 거리의 설명도,
도 6은 공진의 강도 Q의 설명도,
도 7은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 제 2 실시형태의 개략구성을 나타낸 정면단면도,
도 8은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 제 2 실시형태의 개략구성을 나타낸 평면도,
도 9는 제 3의 플라즈마 발생장치의 주요부의 구성을 나타내는 측단면 개략도,
도 10은 종래의 플라즈마 발생장치의 일례를 나타낸 도면이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 각 과제를 해결하기 위한 것이며, 처리의 불균일화나 차지업 손상등의 문제를 일으키는 일 없이 전자온도가 낮은 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것을 가능하게 하는 것과 함께 안테나의 스퍼터에 의해 기판이 오손되는 것을 방지하고, 더욱이 안테나면에 평행한 면내에 균일성이 높은 플라즈마를 발생시켜 균일성이 높은 표면처리를 가능하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 진공으로 배기하는 것이 가능하며 내부에 플라즈마 발생용 가스가 도입되는 플라즈마 발생용기와, 이 플라즈마 발생용기의 외부에 설치된 안테나와, 일정 주파수의 고주파 전력을 주어 안테나를 여진시키는 고주파 전원을 구비한 플라즈마 발생장치이며, 상기 플라즈마 발생용기는 유전체로 이루어지는 유전체부에 의해 일부 또는 전부가 형성되어 있으며, 상기 안테나는 당해 유전체부를 통하여 플라즈마 발생용기내에 고주파 전기장을 유도하도록 고주파를 조사하는 것과 함께, 플라즈마 발생용기내의 플라즈마를 향한 방향에 대하여 수직인 방향으로 긴 안테나소자로 구성되며, 플라즈마 발생용기는 당해 안테나소자의 길이 방향으로 평행한 방향과 양쪽에서 교차하는 측벽을 각각 가지고 있는 구성이다.
또한 본 발명은 진공으로 배기하는 것이 가능하며 내부에 플라즈마 발생용 가스가 도입되는 플라즈마 발생용기, 이 플라즈마 발생용기의 외부에 설치된 안테나, 일정 주파수의 고주파 전력을 주어 안테나를 여진시키는 고주파 전원등을 구비한 플라즈마 발생장치이며, 상기 플라즈마 발생용기는 비유전율 εS을 가지는 유전체로 이루어지는 유전체부에 의해 일부 또는 전부가 형성되어 있으며, 상기 안테나는 유전체부를 통하여 플라즈마 발생용기내에 고주파 전기장을 유도하도록 고주파를 조사하는 것과 함께 플라즈마 발생용기내의 플라즈마를 향한 방향에 대하여 수직인 평면의 방향으로 긴 복수의 안테나소자로 형성되어 있으며, 더욱이 이 안테나를 사이에 두고 유전체부와는 반대쪽으로 실드체가 배치되어 있는 것과 함께 이 실드체와 안테나의 이격거리는 유전체부와 안테나와의 이격거리에 유전체부의 두께 1/εS배의 값을 더한 길이보다 짧은 구성을 가진다.
또한 본 발명은 상기 플라즈마 발생용기 또는 플라즈마 발생용기와 내부공간이 연결되어 통하도록 설치된 별도의 진공용기내에 기판을 배치하기 위한 기판홀더를 가지며, 당해 기판홀더는 처리하는 기판의 표면이 상기 안테나소자의 길이 방향에 대하여 평행이 되도록 기판을 보지하는 것이며, 플라즈마 발생용기내에서 발생한 플라즈마를 이용하여 기판의 표면에 소정 처리를 실시할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 사용한 표면처리장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시의 형태를 하기한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 플라즈마 발생장치 및 이 플라즈마 발생장치를 사용한 표면처리장치를 보인 도면이며, 이중에서 도 1은 정면단면 투시도, 도 2는 정면단면도이다. 또한 도 3은 도 1의 장치에서 안테나의 구성을 설명하는 평면개략도이다.
도 1에 보인 플라즈마 발생장치는 진공으로 배기하는 것이 가능하며 내부에 플라즈마 발생용 가스가 도입되는 플라즈마 발생용기 (1)와, 이 플라즈마 발생용기 (1)의 외부에 배치된 안테나와, 안테나에 일정 주파수의 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원 (3)을 구비하고 있다.
우선 플라즈마 발생용기 (1)는 기밀 용기이며, 부설된 배기계 (12)에 의해 일정 압력까지 배기할 수 있게 구성되어 있다. 또한 플라즈마 발생용기 (1)에는 가스도입계 (13)가 설치되어 있으며, 소정 플라즈마 발생용 가스를 내부에 도입할 수 있게 되어 있다.
플라즈마 발생용기 (1)는 상면을 막은 원통형이며, 이 상면의 부분에 유전체부 (14)를 가지고 있다. 즉, 플라즈마 발생용기 (1)의 상면은 개구로 되어 있으며, 이 개구를 막도록 유전체부 (14)가 설치되어 있다. 유전체부 (14)는 석영등의 유전체로 형성된 판상의 부재이며, 플라즈마 발생용기 (1)의 측벽부분에 기밀하게 접속되어 있다. 또한 유전체부 (14) 이외의 플라즈마 발생용기 (1)의 다른 부분은 알루미늄등의 금속으로 형성되어 있다.
상기 플라즈마 발생용기 (1)의 위쪽에는 실드체 (6)가 설치되어 있다. 실드체 (6)은 플라즈마 발생용기 (1)와 동일한 직경의 원통형이며, 위쪽이 막히고 하단이 개구인 형태이며 그 하단부분이 플라즈마 발생용기 (1)의 상단에 접속되어 있다. 실드체 (6)은 충분한 접지전위인 접지부에 접속되어 있다. 또한 플라즈마 발생용기 (1)도 접지되어 있다.
본 실시형태의 장치의 큰 특징을 이루는 안테나는 중심측 안테나 보지부 (51)에 보지된 제 1군의 안테나소자 (52)와 외주측 안테나 보지부 (53)에 보지된 제 2군의 안테나소자 (54)에 의해 구성되어 있다.
우선 상기 실드체 (6)의 상부의 내면에는 중심측 안테나 보지부 (51)의 상단이 고정되며, 실드체 (6)의 내부를 아래쪽으로 연장하고 있다. 이 중심측 안테나 보지부 (51)는 플라즈마 발생용기 (1)의 중심축과 동축상에 배치되어 있다. 그리고 제 1군의 안테나소자 (52)는 중심측 안테나 보지부 (51)로부터 수직으로 등각도를 두고 방사상으로 연장된 것과 같이 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 6개의 안테나소자 (52)가 60도 간격으로 중심측 안테나 보지부 (51)로부터 방사상으로 연장되어 있다.
또한 본 실시형태에서는 외주측 안테나 보지부 (53)는 실드체 (6)의 측벽으로 겸용되고 있다. 즉 실드체 (6)는 플라즈마 발생용기 (1)와 동축상에 배치되며, 제 2군의 안테나소자 (54)는 실드체(6)의 측벽에 보지된 상태로 중심축을 향하여 뻗어 있다. 이 제2군의 안테나소자(54)는 인접하는 각각의 두 개의 제 1군의 각 안테나소자 (52)의 사이에 각각 배치되어 있다.
그리고 도 3에 보이는 바와 같이 제 1군의 안테나소자 (52)의 선단은 외주측 안테나 보지부 (53)로부터 개방되어 있는 것과 함께, 제 2군의 안테나소자 (54)의 선단은 중심측 안테나 보지부 (51)로부터 개방되어 있다. 더욱이 이들 제 1, 제 2 각 군의 안테나소자 (52, 54)는 인가되는 고주파의 주파수에서 공진가능한 전기적 길이를 가지고 있으며, 이들의 안테나소자 (52, 54)에 의해 인터디지탈 필터가 형성되어 있다. 즉 각 안테나소자 (52, 54)는 고주파의 공진기를 구성하고 있는 것과 함께 공진하고 있는 고주파가 인접한 안테나소자에 결합하여 전파되어 가도록 되어 있다.
안테나소자 (52, 54)의 공진가능한 전기적 길이에 대하여 설명하면, 주지된 바와 같이, 손실을 무시한 수전단개방(受電端開放)의 고주파선로에서는,
f = (2n+1)/{4l√(LC)}
의 주파수에 있어서 리액턴스(reactance)가 영이 되고, 공진조건이 된다. 단, n=0, 1, 2, ……이며, l은 선로의 길이, L은 선로의 유도성 리액턴스, C는 선로의 용량성 리액턴스이다.
상기 수학식 1로부터
l = (2n+1)/{4f√(LC)}
으로 되므로, 주어진 주파수 f에 있어서 안테나소자 (52, 54)가 공진하기 위해서는 (2n+1)/{4f√(LC)}인 길이 l을 가지면 좋다. 이 길이 l이 공진가능한 전기적 길이이다. 이 중에서 L에는 안테나소자 (52, 54)의 고유의 인덕턴스가 포함되며, C에는 안테나소자-실드체 간의 부유용량 C1, 안테나소자-플라즈마 부유용량 C2및 각 인접하는 안테나소자 (52, 54)간의 부유용량 C3가 포함된다.
수학식 2를 파장 λ로 표기하면, f = l/{λ√(LC)}로부터, 공진가능한 전기적 길이는
l = (2n+1)λ/4
가 된다. 실용적으로 사용되는 안테나소자 (52, 54)의 길이는 n=0의 경우, 즉 λ/4인 길이이다. 단 λ/4와 완전히 일치하는 길이가 아니어도 실용상 문제가 없는 경우가 많으며, 예를 들면 λ/4의 60% 정도의 길이의 안테나소자 (52, 54)를 사용하는 경우도 있다.
도 3에 보인 안테나 구성으로 더욱 구체적으로 설명하면, 안테나소자 (52, 54)의 배치의 경우, 제 1군의 안테나소자 (52)의 길이가 8 cm 정도이며, 제 2군의 안테나소자 (54)의 길이가 12 cm 정도로 설정하면, 공진주파수는 인가하는 고주파의 주파수 500 MHz로 충분히 일치한다.
또한 상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 안테나소자 (52, 54)는 어느것도 안테나로부터 플라즈마 발생용기 (1)내의 플라즈마를 향한 방향에 대하여 수직인 방향으로 길게 되어 있으며, 플라즈마 발생용기 (1)는 당해 안테나소자 (52, 54)의 길이 방향으로 평행한 방향과 양측에서 교차하는 측벽을 각각 가지고 있다.
여기서 각 안테나소자 (52, 54)로부터 방사되는 고주파에 의해 플라즈마 발생용기 (1)내에는 안테나소자 (52, 54)의 길이 방향으로 성분을 가지는 전기장이 유도되며, 플라즈마 중의 전자는 이 전기장을 따라서 이동하는 경향을 보인다. 그러나 본 실시형태에서 안테나는 도 10에 보이는 종래예와 같은 와류상 안테나가 아닌 방사상 안테나이며, 각 안테나소자 (52, 54)의 길이 방향에 대하여 플라즈마 발생용기 (1)의 측벽이 교차한 상태이므로, 유도된 전기장을 따르는 전자가 측벽에 충돌하여 에너지를 잃을 확률이 높다. 따라서 종래와 같은 고에너지 전자가 생성되는 확률이 낮고, 전자온도가 낮은 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것에 기여하고 있다.
또한 이와 같은 각 안테나소자 (52, 54)는 외경 10 mm 정도의 둥그런 막대모양이며, 재질로서는 구리등으로 형성되어 있다. 단 흐르는 고주파 전류의 표피 두께 이상의 영역을 확보하면 충분하므로 중공(中空)상의 것이 사용되는 경우도 있다.
상기 구성의 안테나에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원 (3)은 튜너 (31) 및 이분할기 (32)를 통하여 안테나에 접속되어 있다. 고주파 전원 (3)으로서는 본 실시형태에서는 발진주파수 500 MHz, 출력 1 kW의 것이 사용되고 있다. 튜너 (31)는 복수의 스터브(stub)로 형성된 튜너이며, 튜너 (31)로부터 부하측의 임피던스를 고주파의 주파수에 대하여 소정의 것으로 조정하여 정합을 취하도록 되어 있다. 이분할기 (32)로는 전력을 1:1로 분배하는 T형 전력분배기등을 사용할 수 있다.
이분할기 (32)로부터의 고주파의 선로는 실드체 (6)의 상부를 관통한 동축케이블 (33)을 통하여 제 1군의 안테나소자 (52) 중의 두개에 접속되어 있다. 동축케이블 (33)이 접속된 안테나소자 (52)는 중심측 안테나 보지부 (51)를 사이에 두고 180도 떨어져 있으며, 동축케이블 (33)을 통하여 이 두개의 안테나소자 (52)에 같은 고주파를 인가하여 안테나 전체를 여진하도록 되어 있다.
안테나소자 (52)로의 동축케이블 (33)의 접속개소는 정합을 취하기 위해 동축케이블 (33)로부터 결정되는 안테나소자 (52)측(부하측)의 임피던스가 동축케이블 (33)의 특성 임피던스에 일치하도록 설정되어 있다. 또한 실드체 (6)의 동축케이블 (33)의 관통부분에는 절연블럭이 설치되어 있으며, 동축케이블 (33)과 실드체 (6)는 단락되어 있지는 않다.
그리고 본 실시형태의 플라즈마 발생장치의 큰 특징의 하나는 상기 구성의 안테나의 주위에 생기는 부유용량의 변동이 안테나를 통하여 고주파의 전반에 걸쳐 극심한 영향을 주지 않는다는 점이다. 이 점을 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다. 도 4는 도 1의 장치에서 안테나의 등가회로를 보인 도면, 도 5는 안테나의 주위의 전기적 거리의 설명도이다.
도 4에 보이는 바와 같이 안테나의 고주파 전반특성은 각 안테나소자 (52, 54) 고유의 유도성 리액턴스 L, 안테나소자-실드체 간의 부유용량 C1, 안테나소자-플라즈마 간의 부유용량 C2, 각 안테나소자 (52, 54)간의 부유용량 C3등에 의해 특징지워진다.
상기 안테나의 등가회로에 있어서, L, C1및 C3는 전기적으로 안정하여 변동하는 일은 없다. 그러나 C2에 대해서는 플라즈마의 전기적 특성이 변화하는 결과, 약간 변동하는 것을 피할 수 없다. 즉 안테나와 플라즈마가 결합하는 유도결합 플라즈마에서는, 플라즈마는 도체이며 플라즈마 중에 유도전류가 흐르게 하면 좋지만, 그 플라즈마의 임피던스의 변동이 고주파의 결합상태에 영향을 주어 안테나소자-플라즈마 간의 부유용량 C2를 변동시키는 원인이 된다. 또한 플라즈마 자체의 전위는 대개 0 V로 하면 좋지만 유전체부 (14)의 플라즈마측의 표면의 전위는 부유전위이며 수 볼트 정도의 부의 전위를 띤다.
여기서 도 5에 보이는 바와 같이 안테나소자 (52, 54)와 유전체부 (14) 사이의 거리를 t1, 유전체부 (14)의 두께를 t2, 플라즈마와 유전체부 (14) 사이에 형성되는 플라즈마 시스(sheath)의 두께를 t3로 하고, 유전체부 (14)의 비유전율이 εS이며, 실드체 (6) 및 플라즈마 시스의 유전율을 진공중의 유전율 εO와 같게 하고, 단위면적당의 안테나소자-플라즈마 사이의 부유용량 C2을 평행평판 콘덴서의 경우에 근사시켜 구하면,
1/C2= t1/ε0+t2/ε+t3/ε0
C2= (ε0ε)/(εt1+ε0t2+εt3)
이 된다.
상기 수학식 3에서 플라즈마 시스의 두께 t3은 t1, t2에 비하여 충분히 작으므로 εt3는 무시할 수 있다. 따라서
C2= (ε0ε)/(εt1+ε0t2)
이 된다.
한편 안테나소자 (52, 54)와 실드체 (6)와의 거리를 d로 하여 단위면적당의 안테나소자-실드체 간의 부유용량 C1을 같게 평행평판 콘덴서의 경우에 근사시켜 구하면,
C1= ε0/d
가 된다.
여기서 수학식 4의 우변의 분모분자를 ε으로 나누면,
C2= ε0/{t1+(ε0/ε)t2} = ε0/(t1+t2/εS)
가 된다. 단 εS는 유전체부 (14)의 비유전율이다.
수학식 5와 수학식 6을 비교하여 알 수 있는 바와 같이 (t1+t2/εS)〉d이면, 항상 C1〉C2가 된다. 즉 안테나소자-유전체부 간의 거리 t1과 유전체부 (14)의 전기적 두께(t2/εS)와의 합보다 안테나소자-실드체 간의 거리 d가 작으면, 안테나소자-플라즈마 간의 부유용량에 비하여 안테나소자-실드체의 부유용량의 쪽이 커진다. 그리고 같이 안정한 부유용량인 C3를 더한 C1+C3는 불안정한 부유용량인 C2보다도 더욱 커진다.
상기한 바와 같이 본 실시형태의 구성에서 (t1+t2/εS)〉d를 성립시키는 것으로 불안정한 부유용량 C2의 영향을 충분히 작게 할 수 있다. 따라서 안테나를 통한 플라즈마 발생용기 (1)내로의 고주파가 전반적으로 안정화하고, 플라즈마 발생용기 (1)내에 플라즈마를 안정시켜 발생시킬 수 있다. 구체적인 수치예를 들면 t1: 15 mm, t2: 30 mm, εS: 4.5, d: 10 mm 정도의 경우가 가능하다.
상기 고주파 전반특성의 안정화는 본 실시형태와 같은 인터디지탈 필터를 구성하는 안테나를 사용하는 경우, 특히 현저한 효과를 보인다. 이 점을 이하에 상세히 설명한다.
인터디지탈 필터를 구성하는 본 실시형태의 안테나에서는, 상기한 바와 같이 각각의 안테나소자 (52, 54)가 일정 공진주파수에 있어서 유도결합하면서 공진하고, 공진주파수의 고주파가 각 안테나소자 (52, 54)로부터 균일하게 방사된다. 그리고 공진주파수는 상기한 바와 같이 안테나소자 (52, 54)의 고유의 유도성 리액턴스 L과 안테나소자-실드체 간의 부유용량 C1, 안테나소자-플라즈마의 부유용량 C2, 및 각 안테나소자 (52, 54)간의 부유용량 C3에 의해 결정된다. 실제로는 인가하는 고주파의 주파수에 공진주파수가 일치하도록 각 안테나소자 (52, 54)의 수치나 재질, 각 안테나소자 (52, 54)의 간격, 안테나소자-실드체 간의 거리, 안테나소자 (52, 54)와 유전체부 (14)의 거리, 유전체부 (14)의 두께와 비유전율 εS등의 각 변수를 설정한다.
그러나 상기한 바와 같이 안테나소자-실드체 간의 거리 d에 비하여 안테나소자-플라즈마 간의 전기적 거리(t1+t2/εS)가 작으면, 플라즈마의 불안정에 기인하는 부유용량의 변동의 영향이 크고, 인터디지탈 필터의 공진조건이 변화하여 공진주파수가 인가고주파의 주파수에서 벗어나버리는 문제가 생긴다.
인터디지탈 필터의 공진주파수의 변동은 플라즈마 발생용기 (1)내에 방사되는 고주파를 불균일하게 하여 플라즈마 발생용기 (1)내의 플라즈마를 국소화시키는 문제를 일으킨다. 즉 인터디지탈 필터의 공진주파수가 인가고주파의 주파수에서 벗어나면, 하나의 안테나소자 (52, 54)에 인가된 고주파가 인접한 안테나소자 (52, 54)에 결합하지 않고 고주파는 인가된 안테나소자 (52, 54)의 부분에서만 여진되는 경향을 보인다. 이 경우 플라즈마 발생용기 (1)내에서는 고주파가 인가된 안테나소자 (52, 54)의 바로 아래부분에서만 강한 고주파전기장이 유도되며, 이 부분에서만 짙은(플라즈마 밀도가 높은) 플라즈마가 발생한다. 그리고 짙은 플라즈마가 발생한 경우는 다른 경우에 비하여 인덕턴스가 저하하므로 더욱 고주파 전기장이 공급되기 쉬워지며, 플라즈마의 국소화가 증가한다.
이와 같은 플라즈마의 국소화 현상은 안테나소자-플라즈마 간의 부유용량의 시간적 변동 뿐만이 아니라 안테나면 방향에서의 플라즈마의 전기특성의 공간적 변동(불균일성)에 따라서도 생긴다. 즉 예를 들면 고주파전원 (3)을 동작시켜 플라즈마를 발생시킨 초기에 인터디지탈 필터의 공진주파수가 인가 고주파의 주파수에 충분히 일치하여 각 안테나소자 (52, 54)로부터 균일하게 고주파가 방사된 경우라도 안테나 면 방향에서 플라즈마의 전기특성을 완전히 일치시키기 어려우며, 예를 들면 플라즈마 밀도가 작은 불균일성에 의해 임피던스가 약간 불균일해지는 것을 피할 수 없다.
이 경우 이 임피던스가 낮은 부분에는 고주파 전류가 흐르기 쉬워지므로 이 부분과 안테나 사이의 부유용량은 다른 부분과 안테나 사이의 부유용량보다 커진다. 즉 부유용량이 안테나면에 평행한 면내에서 불균일하게 된다. 이 경우 안테나소자-플라즈마 간의 전기적 거리(t1+t2/εS)가 안테나소자-실드체 간의 전기적 거리 d에 비하여 작으면, 부유용량의 불균일성이 인터디지탈 필터의 공진주파수에 크게 영향을 주어 공진조건을 변화시키게 된다. 즉 특정 안테나소자 (52, 54)의 바로 아래부분에서만 부유용량이 커지므로 이 부분의 플라즈마와 안테나소자 (52, 54)의 커플링이 약해져 각 안테나소자 (52, 54)에 고주파가 전해지지 않게 된다.
그리고 커플링이 강해진 부분에는 보다 많은 고주파전력이 공급되어 플라즈마 밀도가 높아지므로 임피던스가 보다 저하하며, 이 결과 더욱 커플링이 강해져 플라즈마 밀도가 높아진다. 이것은 정의 피드백에 의한 발진이 시작하는 것과 같은 원리이다.
본 실시형태의 장치에서는 이와 같은 문제가 생기지 않도록 상기한 바와 같이 (t1+t2/εS)〉d를 성립시키고 불안정한 부유용량인 안테나소자-플라즈마 간의 부유용량 C2가 인터디지탈 필터의 공진조건에 미치는 영향을 적게 하고 있다. 이때문에 C2가 시간적으로 변동하거나 안테나면내에서 불균일하게 되어도 인터디지탈 필터의 공진주파수는 거의 변화하지 않고 각 안테나소자 (52, 54)로부터 균일하게 고주파가 방사된다. 따라서 상기한 바와 같은 플라즈마의 국소화는 생기지 않는다.
또한 상기한 인터디지탈 필터의 공진주파수의 설정에 대해서는 공진의 강도 Q를 어느 정도로 할 것인가도 중요한 요점이다. 도 6은 공진의 강도 Q의 설명도이다. 공진의 강도 Q는 공진주파수 f0, 방사되는 고주파에너지의 반치폭(half band width)을 Δf로 하면, Q = f0/Δf로 표시된다. 공진주파수 f0는 고유의 유도성 리액턴스나 부유용량등의 조건에 의해 각 안테나소자 (52, 54)에서 약간 달라지는 것을 피할 수는 없으나, 공진의 강도 Q를 크게하면 인가고주파의 주파수에 공진주파수 f0가 가장 잘 일치하는 조건이 달성된 안테나소자 (52, 54)로부터 특히 강한 고주파가 방사되게 되어 플라즈마 밀도의 불균일화를 초래하는 원인이 될 수 있다. 따라서 공진의 강도 Q는 그다지 강해지지 않도록 해야 하며, 실용적으로는 5 내지 50 정도로 설정해야 한다.
이어서 상기 구성에 관한 플라즈마 발생장치를 사용한 본 실시형태의 표면처리장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 표면처리장치는 상기 구성에 관한 실시형태의 플라즈마 발생장치를 장치하고, 플라즈마 발생용기 (1)내에서 발생한 플라즈마를 이용하여 기판 (40)의 표면에 소정의 실시가 가능하도록 구성된다. 구체적으로는 상기 플라즈마 발생장치와 플라즈마 발생장치의 플라즈마 발생용기 (1)내에 있어서, 처리하는 기판 (40)의 표면이 안테나소자 (52, 54)의 길이 방향에 대하여 평행하도록 기판 (40)을 보지하는 기판홀더 (4)가 주된 구성이 된다.
플라즈마 발생용기 (1)는 상기한 배기계 (12) 및 가스도입계 (13)와 함께 기판 (40)의 출입을 행하는 도면에 보이지 않은 게이트밸브등을 장치하고 있다. 또한 기판홀더 (4)에는 플라즈마와의 상호작용에 의해 기판 (40)에 셀프바이어스 전압을 적용하기 위한 기판 바이어스 전원 (41)이 콘덴서 (42)를 통하여 접속되어 있다. 기판 바이어스 전원 (41)은 주파수 1.6 MHz, 1 kW 정도의 고주파를 기판홀더 (4)에 인가하도록 되어 있다. 또한 콘텐서 (42)는 기판 (40)에 셀프바이어스 전압을 유기(誘起)하여 기판 (40)이 이온에 의한 충격을 받도록 하기 위해 설치되어 있다. 이외에 기판홀더 (4)내에는 필요에 따라 처리중에 기판 (40)을 가열하는 히터가 설치된다.
이어서 상기 구성에 관한 플라즈마 발생장치 및 표면처리장치의 동작을 설명한다. 또한 본 실시형태의 표면처리장치는 SiO2/Si의 선택에칭을 행하는 것이며, 처리되는 기판의 표면에는 하부층 Si의 위에 SiO2층이 형성되어 있다.
우선 배기계 (12)를 동작시켜 플라즈마 발생용기 (1)내를 10-5Torr 정도까지 배기한 상태에서 도면에 보이지 않은 로드락(load-lock) 챔버로부터 게이트밸브를 통하여 기판을 플라즈마 발생용기 (1)내에 반입하고, 기판홀더 (4)위에 탑재, 설치하여 보지시킨다. 그리고 가스도입계 (13)를 작동시켜 C4F8가스를 일정 유량으로 도입하고, 플라즈마 발생용기 (1)내의 압력을 10 mTorr 정도로 유지한다. 다음에 고주파 전원 (3)을 동작시켜 500 MHz의 고주파를 1 kW 정도의 크기로 안테나에 인가하고, 안테나소자 (52, 54)로부터 플라즈마 발생용기 (1)내에 방사한다. 이것에 의해 플라즈마 발생용기 (1)내에 1011cm-3정도의 C4F8의 고밀도 플라즈마가 발생한다. 또한 병행하여 기판바이어스 전원 (41)을 작동시켜 기판 (40)에 소정의 바이어스 전압을 인가한다.
발생한 플라즈마중에서 C4F8가 분해하여 불소 활성종이 생성되며, 이 불소 활성종에 의해 기판 (40)의 표면의 SiO2가 에칭된다. 에칭이 진행하여 SiO2층이 모두 에칭되면 하부층 Si가 노출되지만 Si 표면에서는 탄소중합막이 형성되므로 에칭이 정지한다.
그리고 SiO2층의 에칭에 필요한 시간이 경과한 후, 가스도입계 (13), 플라즈마 발생장치 및 기판바이어스 전원 (41)의 동작을 정지하고, 플라즈마 발생용기 (1)를 다시 배기한 후, 기판 (40)을 플라즈마 발생용기 (1)로부터 꺼낸다.
상기 동작에 관한 본 실시형태의 각 장치에 의하면, 1011cm-3정도의 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, SiO2/Si의 선택에칭이라는 표면처리장치를 고속으로 행할 수 있다. 그리고 자장을 이용하지 않고 이 고밀도 플라즈마를 발생시키고 있는 이상 유도된 전기장에 따르는 전자가 측벽에 충돌하여 에너지를 잃을 확률이 높으므로, 전자온도가 낮은 고밀도 플라즈마를 발생시키고 있다. 따라서 SiO2/Si의 선택성을 저하시키는 일도 없다. 더욱이 안테나소자가 플라즈마 발생용기 (1)의 외부에 설치되어 있으므로 안테나가 스퍼터링되는 것에 의한 기판 (40)의 오손의 문제가 발생하지 않는다. 또한 안테나가 스퍼터링되면 안테나가 시간 경과에 따라 마모되는 문제도 생기지만 본 실시형태에서는 이와 같은 문제도 없다.
또한 안테나소자-실드체 간의 전기적 거리 d를 안테나소자-플라즈마 간의 전기적 거리(t1+t2/εS)에 비하여 작게 하는 것으로 불안정한 부유용량인 안테나소자-플라즈마 간의 부유용량 C2의 영향을 충분히 작게 하고 있으므로 안테나를 통한 플라즈마 발생용기 (1)내로의 고주파가 전반적으로 안정화하고 플라즈마 발생용기 (1)내에 시간적 또는 공간적으로 안정한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 효과는 안테나소자가 인터디지탈 필터를 형성하는 본 실시형태의 구성의 경우 현저하며 각 안테나소자 (52, 54)로부터 균일하게 고주파가 방사되는 인터디지탈 필터의 효과를 줄이는 일 없이 안테나의 방향으로 균일한 플라즈마를 플라즈마 발생용기 (1)내에 발생시킬 수 있다. 그리고 이와 같은 시간적, 공간적으로 안정한 플라즈마를 얻어 처리하는 것으로 처리특성의 면내 균일성이 우수한 표면처리를 재현성이 좋게 행할 수 있다.
또한 처리하는 기판 (40)의 표면이 안테나소자 (52, 54)의 길이 방향으로 평행하도록 배치하는 본 실시형태의 구성은 안테나면의 방향에 균일성이 높은 플라즈마를 이용하여 균일성이 높은 표면처리를 행하는 것에 기여한다. 또한 안테나소자 (52, 54)에 의해 유도되는 전기장의 방향이 기판 (40)에 직접 향한 방향이 되는 일 없이, 전자가 전기장에 의해 운반되어 기판 (40)에 충돌하여 손상을 주는 확률도 적게 되어 있다.
이어서 본 발명의 플라즈마 발생장치의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 제 2 실시형태의 개략구성을 보이는 도면이며, 이중에서 도 7은 정면단면도, 도 8은 평면도이다.
이 실시형태의 안테나의 구성은 상기한 플라즈마 발생장치와는 크게 다르다. 즉, 이 실시형태에서 안테나는 평행하게 서로 다르게 배치된 두개의 군으로 이루어지는 복수의 안테나소자 (52, 54)에 의해 구성되어 있다.
구체적으로 설명하면 본 실시형태에 있어서도 실드체 (6)이 안테나보지의 기능도 겸하고 있으며, 실드체 (6)의 양측벽이 각각 군의 안테나소자 (52, 54)를 보지하고 있다. 실드체 (6)의 좌측의 측벽은 제 1 안테나보지체 (55)의 기능을 겸하고 있으며, 좌측의 측벽으로부터 등간격을 두고 제 1군의 안테나소자 (52)가 평행하게 연장되어 있다. 그리고 실드체 (6)의 우측의 측벽은 제 2 안테나보지체 (56)의 기능을 겸하고 있으며, 우측의 측벽으로부터도 등간격을 두고 제 2군의 안테나소자 (54)가 평행하게 연장되어 있다. 제 2군의 안테나소자 (54)는 제 1군의 안테나소자 (52)의 사이의 중앙에 위치하고 있다.
또한 제 1군의 안테나소자 (52)의 선단은 실드체 (6)의 우측의 측벽에 개방되어 있으며, 제 2군의 안테나소자 (54)의 선단은 실드체 (6)의 좌측의 측벽에 개방되어 있다. 그리고 각 안테나소자 (52, 54)의 길이는 인가하는 고주파 파장의 1/4의 길이에 해당한다.
상기 구성에 관한 안테나도 상기한 실시형태의 안테나와 같이 인터디지탈 필터를 구성하고 있다. 즉 도 7 및 도 8에 보이는 바와 같이 도면에 보이지 않은 고주파 전원에 연결되는 동축케이블 (33)은 평행하게 늘어놓은 각 안테나소자 (52, 54) 중의 가장 외측에 위치하는 양측의 안테나소자 (52)에 접속하여 있으며, 이 두개의 안테나소자 (52)에 고주파가 최초로 인가된다. 이때 인가된 고주파의 주파수가 안테나소자 (52, 54) 고유의 유도성 리액턴스나 안테나소자 (52, 54) 간의 부유용량에 의해 결정되는 공진주파수에 충분히 일치하는 경우 고주파는 인접하는 안테나소자 (52, 54)에 결합하면서 전반적으로 모든 안테나소자 (52, 54)에서 공진하여 균일하게 방사되는 상태가 된다.
이 제 2 실시형태의 장치에 있어서도 각 안테나소자 (52, 54)의 길이 방향에 대하여 플라즈마 발생용기 (1)의 측벽이 교차한 상태이므로 유도된 전기장에 따르는 플라즈마 발생용기 (1)의 측벽에 충돌하여 에너지를 잃을 확률이 높다. 따라서 종래와 같은 고에너지 전자가 생성되는 확률이 낮고 전자온도가 낮은 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것에 기여하고 있다. 또한, 이 제2의 실시형태의 장치에서도, 안테나소자-실드체간의 전기적 거리 d는 안테나소자-플라즈마간의 전기적 거리(t1+ t2/εs)에 비해 작게되어 있고, 불안정한 안테나소자-플라즈마간의 부유용량 C2의 영향을 충분히 작게하여 시간적, 공간적으로 안정한 플라즈마를 발생시키게 되어 있다.
또한 제 2 실시형태의 장치를 개량한 제 3 실시형태의 플라즈마 발생장치에 대하여 설명한다. 도 9는 이 제 3 플라즈마 발생장치의 주요부의 구성을 보이는 측단면개략도이다.
이 제 3 실시형태에서는 상기 제 2 실시형태의 구성에서 안테나소자-실드체 간의 부유용량을 조정하는 용량조정수단 (8)을 설치하고 있다. 용량조정수단 (8)은 각 안테나소자 (52, 54)의 선단부분의 위쪽에 배치된 금속판 (81)과 금속판 (81)을 상하운동 가능하게 보지한 보지축 (82)등으로 구성되어 있다.
보지축 (82)는 상하운동할 수 있게 실드체 (6)에 관통하며, 실드체 (6)에 대하여 단락되어 있다. 따라서 보지축 (82)에 보지된 금속판 (81)은 전기적으로 접지전위이다. 보지봉 (82)을 이동시켜 금속판 (81)을 상하운동시키면 금속판 (81)과 안테나소자 (52, 54)와의 거리가 변화하고 이것에 의해 안테나소자-실드체 간의 부유용량이 변화한다. 따라서 안테나소자-실드체 간의 부유용량을 자유롭게 조정할 수 있다.
용량조정수단 (8)을 사용하는 바람직한 예로서는 안테나소자 (52, 54)의 기계적 길이를 바꾸지 않고 공진가능한 전기적 길이를 가변적으로 하는 예를 들 수 있다. 즉 상기한 바와 같이 공진가능한 전기적 길이 l은 (2n+1)/{4f√(LC)}이므로 안테나소자 (52, 54)의 리액턴스를 바꾸는 것에 의해 기계적인 길이를 변경하는 일 없이 전기적 길이 l을 가변적으로 할 수 있다.
구체적으로는 안테나소자 (52, 54)의 기계적 길이를 공진가능한 전기적 길이 l과 비교하여 짧게 설정해두고 용량조정수단 (8)을 추가하는 것으로 부유용량을 크게 하게 된다. 그리고 보지봉 (82)을 이동시켜 부가하는 부유용량의 양을 조정하면서 전기적 길이 l이 (2n+1)/{4f√(LC)}이 되도록 한다. 이것에 의해 기계적 길이가 전기적 길이 l에 모자르는 경우라도 주어지는 고주파의 주파수 f에서 안테나소자 (52, 54)를 공진시킬 수 있게 된다. 또한 발생영역의 크기등의 조건에 의해 제약을 받는 경우가 많으므로 이와 같은 용량조정수단 (8)에 의한 보정은 극히 유효하다.
이외에 용량조정수단 (8)은 각 안테나소자 (52, 54)의 유도성 리액턴스의 약간의 평균에서 벗어나는 차이를 보정하여 공진조건을 달성할 목적으로라도 사용할 수 있다. 어떻게 하든지 용량조정수단 (8)을 사용하는 것으로 인터디지탈 필터의 동작을 최적화할 수 있다. 또한 상기한 제 1 실시형태에서 각 안테나소자 (52, 54)에 대해서도 같은 용량조정수단 (8)을 설치할 수 있다.
상기한 각 실시형태의 구성은 이하와 같이 변경할 수 있다. 우선 플라즈마 발생용기 (1)가 일부가 유전체인 것으로 설명하였으나 모두를 유전체로 형성하도록 해도 좋다. 고주파가 도입되는 경로에 해당하는 부분이 유전체이면 충분하다.
또한 인가하는 고주파의 주파수는 상기한 500 MHz 이외이어도 좋으며 유도결합 플라즈마를 발생할 수 있는 것이면 다른 대역의 고주파도 좋다.
또한 본 발명의 실시형태에서 안테나는 방사상의 것이 아니라도 좋으며 플라즈마 발생용기 (1)내의 플라즈마를 향한 방향에 대하여 수직인 방향으로 긴 안테나소자를 사용하면 어느 형태라도 좋다. 따라서 각종 다이폴 안테나, 어레이 안테나, 유니폴 안테나 등이 사용가능하다.
또한 본 발명의 실시형태에서 안테나소자 (52, 54)가 인터디지탈 필터와 같은 필터를 구성하는 것이 필요없으며, T형 다이폴 안테나와 같은 단순한 두 안테나소자로 이루어지는 것이어도 좋다. 이와 같은 구성에 있어서도 안테나소자-플라즈마 간의 부유용량이 불안정화하면 안테나소자 (52, 54)의 고주파의 전반적 상태가 불안정하게 되는 문제가 있으며 안테나소자 (52, 54)-실드체 (6)간의 전기적 거리가 안테나소자 (52, 54)-플라즈마 간의 그것보다 짧은 구성은 이 문제를 억제하는데 유효하다.
또한 실드체 (6)가 안테나를 덮는 구성은 불필요한 방향으로의 고주파의 방사를 완전히 차폐하는 효과가 있으나, 안테나를 완전히 덮도록 하지 않아도 좋은 경우가 있다. 예를 들면, 플라즈마 발생용기 (1)의 축방향에만 강한 방사지향성이 있고, 축에 수직인 방향으로는 방사지향성이 대부분 없으면 실드체 (6)의 측벽부분은 불필요하게 되는 경우도 있을 수 있다.
또한 본 실시형태에서 인터디지탈 필터 이외의 필터, 예를 들면 반파장 측면결합 필터 등의 대역 통과 필터를 안테나가 형성하도록 해도 좋다.
또한 본 실시형태에서 실드체 (6) 이외의 부재를 설치하여 중심측 안테나보지부 (51), 외주측 안테나보지부 (53) 또는 안테나 보지체 (55, 56)를 구성하도록 해도 좋다.
또한 동축케이블 (33)이 접속되어 있는 부분은 안테나소자 (52)의 중의 180도 떨어진 두개에 제한되지 않고 임의이다. 동축케이블 또는 케이블 (33)은 특정의 한 안테나소자 (52, 54)에 접속해도 좋다. 180도 이외의 각도로 떨어진 두개의 안테나소자 (52, 54)에 접속해도 좋으며, 제 1 또는 제 2군의 안테나소자 (52, 54)의 모두(합 6개)에 접속하거나, 모든 안테나소자 (52, 54)(합 12개)에 접속하도록 해도 좋다.
또한 본 발명의 실시형태에서 안테나소자 (52, 54)의 길이 방향으로 긴 장방형 금속판을 설치하여 콘덴서가 형성되는 영역의 면적을 조정하도록 해도 좋다.
발명의 장치는 상기한 SiO2/Si의 선택에칭 이외의 RIE 등의 플라즈마에칭이나 플라즈마CVD(화학증기증착)를 포함하는 각종 플라즈마를 이용한 표면처리를 행하도록 구성될 수도 있다.
또한 본 발명의 플라즈마 발생장치는 플라즈마의 발광을 이용하는 장치로서도 사용가능하다. 예를 들면 채광창을 통하여 플라즈마 발생용기에 처리용기를 접속하고 플라즈마 발생용기로부터의 빛을 이용하여 특정 처리를 행하도록 구성하는 것도 가능하다.
처리의 불균일화나 차지업 손상등의 문제를 일으키는 일 없이 전자온도가 낮은 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것을 가능하게 하는 것과 함께 안테나의 스퍼터에 의해 기판이 오손되는 것을 방지하고, 더욱이 안테나면에 평행한 면내에 균일성이 높은 플라즈마를 발생시켜 균일성이 높은 표면처리를 가능하게 하는 플라즈마 발생장치 및 이 플라즈마 발생장치를 사용한 표면처리장치를 제공한다.

Claims (10)

  1. 진공으로 배기되고 내부에 플라즈마 발생용 가스가 도입되는 플라즈마 발생용기, 상기 플라즈마 발생용기의 외부에 설치된 안테나, 일정 주파수의 고주파 전력을 주어 상기 안테나를 여진시키는 고주파 전원등을 구비한 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 플라즈마 발생용기는 비유전율 εS을 가지는 유전체로 이루어지는 유전체부에 의해 일부 또는 전부가 형성되어 있으며, 상기 안테나는 상기 유전체부를 통하여 상기 플라즈마 발생용기내에 고주파 전기장을 유도하도록 고주파를 방사할 수 있고 길이 방향이 상기 플라즈마 발생용기내의 플라즈마를 향한 방향에 대하여 수직인 평면 방향인 복수의 안테나소자로 형성되어 있으며, 더욱이 상기 안테나를 사이에 두고 유전체부와는 반대쪽에 실드체가 배치되어 있는 것과 함께 상기 실드체와 안테나의 전기적 거리는 유전체부와 안테나사이의 전기적거리에 유전체부 두께의 1/εS배의 값을 더한 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 안테나소자는 인가되는 고주파 전력의 주파수에 있어서 인접한 각각의 두 안테나소자와 서로 결합가능하게 배치되어 있으며, 플라즈마 발생용기내에 방사되는 고주파의 인터디지탈 필터를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수 안테나소자는 플라즈마 발생용기와 동축상에 배치된 중심측 안테나 보지부에 보지되고 당해 중심측 안테나 보지부로부터 수직으로 등각도를 두고 방사상으로 연장되도록 배치된 제 1군의 안테나소자와, 당해 중심측 안테나 보지부와 동심상으로 배치되어 제 1군의 안테나소자를 감싸는 외주측 안테나 보지부에 보지되는 것과 함께 제 1군의 인접한 각각의 두 안테나소자 사이의 중앙의 위치에서 외주측 안테나 보지부로부터 중심을 향하여 연장되도록 배치된 제 2군의 안테나소자로 이루어지며, 또한 제 1군의 안테나소자의 각각의 선단은 외주측 안테나 보지부로부터 개방되어 있는 것과 함께 제 2군의 안테나소자의 각각의 선단은 중심측 안테나 보지부로부터 개방되어 있으며, 이들 제 1군, 제 2군의 안테나소자는 모두 인가되는 고주파의 주파수에 있어서 공진가능한 전기적 길이를 가지며 이들의 안테나소자에 의해 인터디지탈 필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수 안테나소자는 제 1 안테나 보지체에 보지되고 서로 평행하게 배치된 제 1군의 안테나소자와, 인접하는 각각의 두 제 1군의 안테나소자 사이의 중앙의 위치에서 서로 평행하게 배치된 제 2 안테나소자로 이루어지며, 또한 제 1군의 안테나소자의 각각의 선단은 제 2 안테나 보지체로부터 개방되어 있는 것과 함께 제 2군의 안테나소자의 각각의 선단은 제 1 안테나 보지체로부터 개방되어 있으며, 이들 제 1군, 제 2군의 안테나소자는 모두 인가되는 고주파의 주파수에 있어서 공진가능한 전기적 길이를 가지며 이들의 안테나소자에 의해 인터디지탈 필터가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 각 안테나소자와 실드체와의 사이의 부유용량을 조정하여 안테나소자의 전기적 길이를 가변적으로 하는 용량조정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 각 안테나소자와 실드체와의 사이의 부유용량을 조정하여 안테나소자의 전기적 길이를 가변적으로 하는 용량조정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제 1 항의 플라즈마 발생장치의 플라즈마 발생용기 또는 상기 플라즈마 발생용기와 내부공간이 연결되어 통하도록 설치된 다른 진공용기내에 기판을 배치하기 위한 기판홀더를 가지며, 당해 기판홀더는 처리하는 기판의 표면이 상기 안테나소자의 길이 방향에 대하여 평행하게 되도록 기판을 보지하는 것이며, 상기 플라즈마 발생용기내에서 발생한 플라즈마를 이용하여 기판의 표면에 소정의 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마 발생장치를 사용한 표면처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 표면처리가 플라즈마에칭인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 표면처리가 SiO2/Si 선택에칭인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 표면처리가 플라즈마 화학증기증착인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
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