KR100537714B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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다다히로 오미
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Abstract

본 발명에 따르면, 전원의 필요 출력을 증가시키지 않고 플라즈마 처리의 균일성을 개선시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는 플라즈마를 사용하여 처리를 수행하는 처리실(1, 2)와; 이 처리실 내로 공급되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 되게 하는 전자파를 처리실 내로 도입시키도록 처리실(1, 2)에 연결되는 3개 이상의 전자파 도입부(4a-4d, 5a-5d, 6a-6d)를 포함하는데, 여기에서 처리실(1, 2)에 인접한 영역 내에 위치한 3개 이상의 전자파 도입부(4a-4d, 5a-5d, 6a-6d, 15)의 모든 2개의 인접한 것의 조합들 중에서, 이들 조합 중 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입 수단들 사이의 거리(X1, Y1)는, 이들 조합 중 또 다른 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입 수단들 사이의 거리(X2, Y2)와 상이하다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 특히 식각 장치, 필름 형성 장치 및 애싱 장치(ashing apparatus) 등의 플라즈마 처리 장치와, 반도체 소자, 액정 디스플레이 및 태양 전지 등의 장치를 위한 제조 공정에 사용되는 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
종래로부터, 기판 상으로의 필름 형성 및 식각을 수행하는 플라즈마 처리 장치는 반도체 소자 및 액정 디스플레이(LCD: liquid crystal display) 등의 소자를 위한 제조 공정에서 알려져 있었다. 액정 디스플레이 및 반도체 소자의 제조에 사용되는 대형 기판을 향한 최근의 경향과 더불어, 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치는 대형 기판을 처리하는 대규모 장치까지 개발되었다.
특히, 액정 디스플레이의 제조에 사용되는 플라즈마 처리 장치에 대해, 1 ㎡ 이상의 면적을 갖는 기판을 처리하는 종류의 장치에 대한 개발이 이루어졌다. 이러한 처리 장치에서, 발생된 플라즈마의 균일성 특히 플라즈마 처리 자체의 균일성에 대한 문제가 발생하였다.
유도성 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source) 또는 마이크로파 플라즈마 소스(microwave plasma source)를 사용하는 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 소스 및 기판의 편의 상태가 전통적으로 주류로서 사용되었던 용량성 결합 플라즈마 소스(capacitively coupled plasma source)를 사용하는 플라즈마 처리 장치에 비해 서로 독립적으로 제어될 수 있다는 특징을 갖는다. 따라서, 유도성 결합 또는 마이크로파 플라즈마 소스를 구비한 플라즈마 처리 장치는 용량성 결합 플라즈마 소스를 구비한 것에 비해 플라즈마 및 플라즈마 처리의 균일성 및 제어성의 측면에서 더욱 우수하다고 말할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 용량성 결합 또는 마이크로파 플라즈마 소스를 구비한 플라즈마 처리 장치가 근년에 널리 사용되게 되었다.
전술된 바와 같은 용량성 결합 또는 마이크로파 플라즈마 소스를 구비한 플라즈마 처리 장치의 예는 마이크로파를 사용하는 플라즈마 처리 장치, ICP 플라즈마 처리 장치 및 헬리콘파 플라즈마 처리 장치(helicon wave plasma processing apparatus)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치의 경우에, 약 10 ㎒ 내지 약 10 ㎓의 범위 정도의 주파수를 갖는 전자파가 사용된다. 이러한 전자파의 에너지는 대개 플라즈마 처리를 수행하는 처리실 내로 유전체를 통해 도입된다. 사용되는 유전체로서, 유전체판 또는 그 일부가 기계적으로 처리된 유전체판 등이 사용된다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서, 1 ㎡ 이상의 대형 기판 상에서 처리의 균일성을 확보하기 위해 넓은 면적에 걸쳐 전자파를 도입시키도록 가능한 최대 크기를 갖는 유전체를 사용할 필요가 있다. 반면에, 유전체는 대개 처리실 외측의 대기(주위 공기)로부터 처리실의 내부를 고립시키는 진공 밀봉부로서 기능한다. 따라서, 처리실의 내부 압력이 감소될 때 대기압을 견디도록 어느 정도 두꺼운 유전체가 요구된다. 이러한 방식으로, 유전체는 크기(면적)가 더욱 크면서 두께가 더욱 두꺼울 필요가 있다.
그러나, 큰 크기(면적)를 얻는 데 있어서 난점에 직면하게 되고 기계 처리 등이 가능하게 되더라도 유전체 재료의 종류에 따라 비용이 극히 높은 경우가 있었다. 더욱이, 유전체가 이러한 큰 크기를 가짐으로써, 유전체 자체의 질량이 무거워지는데, 이는 유전체의 취급이 유지 등의 작업 면에서 어려운 경우를 유발시켰다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 플라즈마 처리 장치가 예컨대 일본 특허 출원 공개 제2000-12291호에 개시되었는데, 여기에서 유전체는 큰 크기의 일편이 아니라 처리될 기판의 면적에 비해 분할에 의해 얻어진 더욱 작은 면적을 각각 갖는 복수개의 편의 배열로 사용되고, 이를 통해 전자파가 처리실 내로 도입된다. 도 8은 일본 특허 출원 공개 제2000-12291호에 개시된 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도이다. 도 9는 도 8에 도시한 플라즈마 처리 장치의 지지 프레임 및 밀봉판의 개략 평면도이다. 도 8 및 도 9에 따라 일본 특허 제2000-12291호에 개시된 플라즈마 처리 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는 그 내측에 기판(109)을 보유하는 반응 챔버(121)와; 반응 챔버(121) 내로 반응 가스를 공급하는 파이프와; 반응 챔버(121) 내로 공급될 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(125)와; 이를 통해 마이크로파 발생기(125)로부터 반응 챔버(121)로 마이크로파를 전파시키는 마이크로파 도파관(124)을 포함한다. 반응 챔버(121)의 내측으로부터 가스를 배출하는 배기 파이프가 반응 챔버(121)의 저부에 제공된다.
마이크로파를 위한 도입창(122)은 반응 챔버(121) 상부의 그리고 도파관(124)과 대면하는 영역 내에 형성된다. 도입창(122)은 도 9에 도시한 바와 같이 지지 프레임(130) 내에 직접 형성된다. 개구부는 지지 프레임(130) 내에 3행 및 3열(총 9개의 위치)의 배열로 형성된다. 서로 인접한 임의의 2개의 개구부들 사이의 간격은 실질적으로 일정하다(개구부는 실질적으로 균일하게 배열된다). 각각의 개구부는 밀봉판(123)으로 밀봉된다. 밀봉판(123)은 알루미늄 질화물 또는 알루미나 등의 유전체로 제조된다. O-링(126)은 그 접촉부에서 각각의 밀봉판(123)과 지지 프레임(130) 사이에 삽입된다. 냉각수를 통과시키는 매체 유로(127)는 개구부들 사이의 지지 프레임(130) 내에 형성된다. 냉각수 순환 장치(128)는 매체 유로(127)에 연결된다.
전술된 구성을 갖는 플라즈마 처리 장치에서, 마이크로파 발생기(125)로부터 발생된 마이크로파는 균일하게(거의 같은 간격으로) 배열된 도파관(124) 및 밀봉판(123)을 통해 반응 챔버(121) 내로 도입된다.
전술된 바와 같은 종래의 플라즈마 처리 장치에서, 다음의 문제점이 남아 있었다. 즉, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 처리 장치에서, 반응 챔버(121) 내로 마이크로파를 도입시키는 도입부로서 각각 역할하는 임의의 2개의 인접한 밀봉판(123)들 사이의 간격은 전술된 바와 같이 실질적으로 일정하다. 이러한 경우에, 마이크로파(전자파)의 입력측으로부터 볼 때 반응 챔버(121) 내측의 내부 부하 조건은 부하의 차이가 반응 챔버(121)의 측벽에 더욱 근접한 (반응 챔버(121)의 외주연측 내에) 그리고 반응 챔버(121)의 측벽으로부터 더욱 먼(반응 챔버(121)의 중심부측 내에) 공간들 사이에 존재하도록 되어 있다. 게다가, 그 내부 구조가 복잡하면 반응 챔버(121)의 내부 구조에 따라 반응 챔버(121) 내의 전술된 외주연측 및 중심부측 내의 공간들 사이에 부하 조건의 차이가 존재한다.
이러한 이유 때문에, 실질적으로 동일한 조건의 마이크로파가 각각의 밀봉판(123)으로 공급될 수 있더라도, 마이크로파에 의해 형성된 플라즈마가 도입부(밀봉판(123))의 위치에 따라 반응 챔버(121) 내측에 상이하게 분포되는 경우가 발생된다. 즉, 도입부(밀봉판(123))가 전술된 바와 같은 임의의 2개의 인접한 것들 사이에 일정한 간격으로 배열되더라도, 반응 챔버(121) 내측에 형성되는 플라즈마에 대한 개선에 한계가 있다. 결과적으로, 플라즈마 처리의 균일성에 대한 개선에 있어서 난점에 직면하는 경우가 존재하였다.
여기에서의 도입부는 마이크로파를 사용하는 플라즈마 처리 장치의 슬롯 안테나 설계에서 슬롯 안테나를 위한 개구부를 의미하고 마이크로파를 사용하는 플라즈마 처리 장치의 다른 설계 예컨대 ICP 형태 또는 헬리콘파 형태의 플라즈마 처리 장치에서 마이크로파를 전달하는 유전체부를 의미하는 것을 주목하여야 한다.
전술된 바와 같은 문제점에 대처하기 위해, 반응 챔버(121)의 밀봉판(123) 등의 마이크로파의 도입부의 개수를 증가시킴으로써 그리고 도입부의 위치에 따라 마이크로파 발생기(125)의 출력을 변화시키도록 개조를 수행함으로써 도입부가 거의 같은 간격으로 배열된 경우에도 플라즈마 또는 플라즈마 처리의 균일성이 확보될 수 있는 것으로 여겨진다. 하나의 도입부에 대해, 플라즈마를 발생시키는데 요구되는 에너지의 수치에 실질적으로 어떠한 변화도 일어나지 않는다. 따라서, 도입부의 개수가 증가되면, 모든 증가된 도입부에서 플라즈마를 발생시키기 위해 증가된 도입부에 맞게 하는 데 다수개의 고전원이 요구되게 된다. 나아가, 이러한 경우에, 증가된 다수개의 전원을 위한 큰 설치 공간을 확보할 필요성가 있다. 더욱이, 다수개의 전원을 위한 개별 출력 조정의 제어에 있어서 복잡성이 일어난다. 이러한 이유 때문에, 전술된 조치는 현실적이지 못하다.
게다가, 수백 ㎒ 이상의 주파수를 갖는 마이크로파가 사용되는 경우에, 반응 챔버에 마이크로파 발생기를 연결시키기 위해 도파관이 주로 채택된다. 이러한 도파관은 증가된 개수의 도입부로서 그 설계를 복잡하게 하는데, 이는 마이크로파보다 낮은 주파수를 갖는 전자파를 전달하는 데 사용되는 동축 케이블의 경우와 상이함으로, 보수를 위해 도파관을 장착/해제하는 작업에 있어서 용이성을 떨어뜨리는 경우도 발생되었다.
본 발명의 목적은 전원의 필요 출력을 증가시키지 않고 플라즈마 처리의 균일성을 개선시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.
전술된 바와 같이, 실질적으로 1 ㎡ 이상의 대형 기판 상에서의 플라즈마 처리의 균일성을 개선시키기 위해, 예컨대 마이크로파 발생기로부터 도입 도파관, 슬롯 안테나 및 유전체를 통해 처리실 내측에 플라즈마를 발생시키도록 마이크로파를 도입시키는 플라즈마 처리 장치에서, 도입 도파관, 슬롯 안테나 및 유전체로 각각 구성되고 균일하게 분산된 상태로 배열된 도입 설계 세트의 증가에 대한 또는 슬롯 안테나 내의 슬롯의 증가에 대한 설치가 대체로 수행되었다. 그러나, 종래 기술에 대한 본 발명자의 연구 결과로서, 각각의 슬롯을 통해 도입되는 마이크로파의 에너지는 처리실 내로 도입되는 마이크로파의 총 에너지가 일정한 경우에 도입 설계 세트의 증가 또는 슬롯의 증가에 의해 감소된다. 따라서, 처리실 내로 각각의 슬롯으로부터 도입되는 마이크로파는 플라즈마를 여기시키기 위한 에너지가 부족하여, 플라즈마가 정상적으로 발생될 수 없는 경우가 초래되었다.
나아가, 슬롯의 개수가 전술된 바와 같이 증가되는 경우에, 각각의 슬롯을 통해 플라즈마를 여기시킬 정도로 충분한 에너지를 갖는 마이크로파를 방출시키기 위해 슬롯의 개수에 비례하여 마이크로파의 총 에너지를 증가시킬 필요가 있다. 즉, 증가된 도입 설계 세트 또는 증가된 슬롯에 대응하여 마이크로파에 충분한 에너지를 제공하도록 높은 출력을 갖는 추가 전원의 설치를 대한 필요가 있다.
따라서, 본 발명자는 증가된 도입 설계 세트 또는 증가된 슬롯의 설치를 동반하지 않고(즉, 전원의 추가 설치를 동반하지 않고) 플라즈마 처리의 균일성을 개선시키는 방법에 대한 다양한 실험을 수행하였는데, 이는 본 발명의 완성을 가져 왔다. 즉, 처리실 내측의 각각의 슬롯 부근의 국부 부하 조건이 또 다른 슬롯 부근의 것과 상이한 주요 이유들 중 하나는, 각각의 슬롯을 통해 볼 때 처리실 내측의 구조의 배열 등의 조건(각각의 슬롯을 통해 볼 때 측벽까지의 거리와 그 상에 기판을 장착하는 기판 홀더의 위치)이 또 다른 슬롯을 통해 볼 때의 것과 상이하기 때문이라 여겨진다. 이러한 이해에 기초하여, 본 발명자는 플라즈마의 균일성이 도입 설계 세트의 개수를 증가시키지 않고 처리실 내측의 구조의 배열에 맞도록 도입 설계 세트의 배열을 최적화함으로써 개선될 수 있는 것을 알게 되었다. 이 연구 결과에 따라, 플라즈마 처리의 균일성은 가능한 최저 수준까지 처리실 내로 도입되는 마이크로파의 에너지를 억제하면서 최소 개수의 필요한 도입 설계 세트의 배열을 최적화함으로써 개선될 수 있다.
전술된 바와 같은 연구 결과 및 지식에 기초한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마를 사용하여 처리를 수행하는 처리실와; 이 처리실 내로 공급되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 되게 하는 전자파를 처리실 내로 도입시키도록 처리실에 연결되는 3개 이상의 전자파 도입부를 포함하고, 여기에서 처리실에 인접한 영역 내에 위치된 3개 이상의 전자파 도입부의 모든 2개의 인접한 것의 조합들 중에서, 이들 조합 중 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들 사이의 거리는 이들 조합 중 또 다른 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들 사이의 거리와 상이하다.
이렇게 채택된 구성에 의해, 전자파 도입부는 처리실의 내부 구조 등에 따라 상이한 간격으로 배열될 수 있다. 따라서, 각각의 전자파 도입부로부터 공급되는 마이크로파의 에너지가 실질적으로 일정한 경우에도, 처리실 내측에 형성되는 플라즈마의 균일성은 처리실의 내부 구조에 맞도록 전자파 도입부의 배열을 결정함으로써 개선될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리의 균일성은 전자파 도입부의 개수를 증가시키지 않고(즉, 가능한 최저 수준까지 마이크로파의 출력을 억제하지 않고) 그리고 나아가 각각의 전자파 도입부를 통해 마이크로파의 에너지를 변화시키는 복잡한 제어를 수행하지 않고 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 처리 장치에서, 전자파 도입부는 처리실의 외벽의 일부를 구성하는 유전체 부재와; 유전체 부재에 각각 연결되는 도파관을 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 본 발명은 수백 ㎒ 이상의 주파수를 갖는 마이크로파를 사용하는 플라즈마 처리 장치에 용이하게 공급될 수 있다.
전술된 플라즈마 처리 장치에서, 처리실은 전자파 도입부가 연결되는 벽과; 이 벽에 연결되고 벽이 연장되는 방향과 상이한 방향으로 연장될 뿐만 아니라 서로 대면하도록 배열되는 한 쌍의 측벽을 포함할 수 있으며, 여기에서 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입부를 포함하는 제1 조합의 전자파 도입부들 사이의 거리는 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입부를 포함하지 않는 제2 조합의 전자파 도입부들 사이의 거리와 상이할 수 있다.
이러한 경우에, 전자파 도입부의 배열은 처리실의 측벽의 영향을 고려하여 결정될 수 있으므로, 측벽 근방의 플라즈마의 균일성은 개선될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리의 균일성은 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 처리 장치에서, 처리실은 전자파 도입부가 배열되는 벽과; 이 벽에 연결되고 벽이 연장되는 방향과 상이한 방향으로 연장될 뿐만 아니라 서로 대면하도록 배열되는 한 쌍의 측벽을 포함할 수 있으며, 여기에서 3개 이상의 전자파 도입부의 각각은 그 내의 전자파의 전파 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 주축을 가질 수 있고, 3개 이상의 전자파 도입부의 주축은 측벽의 연장 방향에 실질적으로 평행하도록 정렬될 수 있으며, 3개 이상의 전자파 도입부는 상기 쌍의 측벽들 중 하나로부터 그 나머지 하나로의 방향으로 평행 구성으로 배열될 수 있다.
이러한 경우에, 전자파 도입부의 주축은 상기 쌍의 측벽이 연장되는 방향에 실질적으로 평행으로 정렬되고, 전자파 도입부는 상기 쌍의 측벽들 사이에 평행 구성으로 배열될 뿐만 아니라, 간격은 측벽과 처리실 내측의 구조를 고려하여 결정될 수 있다. 따라서, 플라즈마의 균일성은 개선될 수 있으므로, 플라즈마 처리의 균일성은 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 처리 장치에서, 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입부를 포함하는 제1 조합의 전자파 도입부들 사이의 거리는 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입부를 포함하지 않는 제2 조합의 전자파 도입부들 사이의 거리와 상이할 수 있다.
이러한 경우에, 전자파 도입부의 배열은 확실히 측벽의 영향을 고려하여 결정될 수 있으므로, 측벽 근방의 플라즈마의 더욱 양호한 균일성이 얻어질 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리의 균일성은 효과적으로 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 장치에서, 3개 이상의 전자파 도입부는 처리실 내측에 놓여 처리될 대상물의 위치에 대해 실질적으로 축방향 대칭으로 배열될 수 있다.
이러한 경우에, 전자파 도입부의 배열은 처리될 대상물의 배치를 고려하여 결정되므로, 플라즈마는 처리될 대상물에 대해 실질적으로 축방향 대칭으로 발생될 수 있다. 따라서, 처리될 대상물 상으로의 플라즈마 처리의 균일성은 효과적으로 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 장치에서, 전자파 도입부는 전자파의 전파 경로 내에 배치되는 슬롯 안테나를 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 슬롯 안테나 내의 슬롯의 위치를 변화시킴으로써, 전자파의 전파 경로들 사이의 간격(대응 전자파 도입부들 사이의 간격)은 용이하게 변화될 수 있다. 따라서, 전술된 간격은 처리실, 처리될 대상물, 반응 가스 등의 처리 조건에 맞도록 용이하게 변화될 수 있으므로, 플라즈마 처리의 균일성은 용이하게 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 처리 장치에서, 3개 이상의 전자파 도입부들 중 하나에 의해 처리실 내로 도입되는 전자파의 에너지 크기는 3개 이상의 전자파 도입부들 중 또 다른 하나에 의해 처리실 내로 도입되는 전자파의 에너지 크기와 상이할 수 있다.
이러한 경우에, 전자파 도입부의 배열뿐만 아니라 전자파의 에너지 크기를 제어함으로써, 플라즈마 처리의 균일성은 더욱 확실히 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 처리 장치는 처리실 내로 반응 가스를 공급하는 가스 도입부와; 처리실 내측에 처리될 대상물을 보유하는 시편 테이블과; 시편 테이블 상에 보유되는 처리될 대상물에 고주파를 인가하는 인가부를 포함할 수 있다.
전술된 처리 장치에서, 전자파 도입부는 처리실에 인접하게 배치되는 도파관 및 유전체 부재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 전자파의 전달 경로를 구성하는 도파관 또는 유전체 부재의 위치는 처리실의 내부 구조에 맞도록 조정되어, 처리실 내측에 발생되는 플라즈마의 균일성에 대한 용이한 개선을 가능하게 한다.
전술된 플라즈마 처리 장치에서, 처리실의 벽면은 전자파를 전달할 수 있는 적어도 하나의 유전체 부재를 포함할 수 있다. 3개 이상의 전자파 도입부는 하나의 유전체 부재의 표면 상에 놓인 슬롯 안테나 내에 형성되는 3개 이상의 슬롯을 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 슬롯 안테나 내의 슬롯의 위치를 조정함으로써, 처리실의 벽면(처리실 내측의 공간부)을 구성하는 하나의 유전체 부재와 대면하는 처리실 내측의 공간 내에 발생되는 플라즈마의 국부 균일성에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 즉, 플라즈마의 균일성의 더욱 미세한 조정이 가능하다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법은 플라즈마를 사용하여 처리를 수행하는 처리실와; 이 처리실에 연결되는 3개 이상의 전자파 도입부를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 사용하는 플라즈마 처리 방법이다. 전술된 플라즈마 처리 장치에서, 전자파 도입부는 처리실 내로 공급되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 되게 하는 전자파를 처리실 내로 도입시킨다. 처리실에 인접한 영역 내에 위치된 3개 이상의 전자파 도입부의 모든 2개의 인접한 것의 조합들 중에서, 이들 조합 중 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들 사이의 거리는 이들 조합 중 또 다른 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들 사이의 거리와 상이하다. 이 플라즈마 처리 방법은 처리실 내측에 처리될 대상물을 놓는 단계와, 처리실 내로 반응 가스를 공급하는 단계와, 처리 단계를 포함한다. 처리 단계에서, 전자파는 전자파 도입부에 의해 처리실 내로 도입되어 반응 가스를 플라즈마 상태가 되게 한다. 플라즈마 처리는 이러한 방식으로 발생된 플라즈마를 사용하여 처리될 대상물 상에 수행된다. 각각의 3개 이상의 전자파 도입부(예컨대, 전자파로서 마이크로파의 출력 수치)로부터 처리실로 공급되는 에너지 크기는 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 여기에서, 에너지 크기가 서로 실질적으로 동일하다는 것은 에너지 크기의 소정 기준 수치로부터의 각각의 3개 이상의 전자파 도입부로부터 처리실 내로 도입되는 에너지 크기의 편차가 기준 수치의 ±5% 이내인 것을 의미한다.
이렇게 채택된 구성으로, 전자파 도입부가 상이한 간격으로 배열되는 플라즈마 처리 장치는 처리실의 내부 구조 등의 변화에 따라 채택되므로, 플라즈마 처리(처리 단계)은 처리실 내측에 발생되는 플라즈마의 균일성이 개선되는 상태로 실시될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리의 균일성은 처리될 대상물에 대해 개선될 수 있다.
전술된 플라즈마 처리 방법에서, 처리 단계에서 3개 이상의 전자파 도입부들 중 하나의 전자파 도입부에 의해 처리실 내로 도입되는 전자파의 에너지 크기는 3개 이상의 전자파 도입부들 중 또 다른 하나의 전자파 도입부에 의해 처리실 내로 도입되는 전자파의 에너지 크기와 상이할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 태양 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
첨부 도면에 기초하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 동일하거나 대응하는 구성 요소는 후속 도면에서 동일한 참조 번호에 의해 표시되므로 그 설명을 반복하지 않는다.
제1 실시예
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 실시예를 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는 그 상부에 개구부를 갖는 챔버 본체(2)와, 챔버 본체(2)의 개구부를 덮도록 놓인 챔버 커버(1)를 포함한다. 처리실은 챔버 본체(2) 및 챔버 커버(1)로 구성된다. 챔버 커버(1) 및 챔버 본체(2)는 그 사이의 접촉부에서 개스킷(10)으로 밀봉된다. 챔버 커버(1)는 접지된다.
개구부(17a 내지 17d)는 도 3에 도시한 바와 같은 8개의 위치에 벽부로서 챔버 커버(1) 내에 형성된다. 유전체 부재(5a 내지 5d)는 각각 개구부(17a 내지 17d) 내로 삽입되어 이 개구부에 고정된다. 유전체 부재(5a 내지 5d)의 재료로서, 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN) 등이 사용될 수 있다. 챔버 커버(1)와 각 유전체 부재(5a 내지 5d) 사이의 간극은 개스킷(11)으로 밀봉된다.
슬롯 안테나판(6a 내지 6d)은 도 1에 도시한 바와 같이 유전체 부재(5a 내지 5d) 상에 슬롯 안테나로서 놓인다. 슬롯 안테나판(6a 내지 6d)은 모두 서로 실질적으로 유사한 형상을 갖는다. 구체적인 방식으로 예로서 슬롯 안테나판(6b)을 설명하기로 한다. 4개의 슬롯(15)은 도 2에 도시한 바와 같이 유전체 부재(5b) 상에 놓인 슬롯 안테나판(6b) 내에 형성된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 도입 도파관(4a 내지 4d)은 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 상에 놓인다. 전자파 도입부는 도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d)로 구성된다. 3개 이상의 전자파 도입부가 있는 것으로 충분하다. 전자파 도입부의 개수는 바람직하게는 4개 이상이다. 도입 도파관(4a 내지 4d)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 Y축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되도록 형성된다(전자기 도입부는 도입 도파관(4a 내지 4d) 내에서 전파되는 전자파(마이크로파)의 전파 방향에 직각이고 Y축에 실질적으로 평행한 주축을 갖는다). 전자파 도입부(마이크로파 도입부)의 주축은 도 1에 도시한 바와 같이 챔버 본체(2)의 측벽이 연장되는 방향(Y축 방향)에 실질적으로 평행하게 연장되고, 전자파 도입부는 주축이 연장되는 방향(Y축 방향)에 실질적으로 직각인 방향(X축 방향)으로 평행 구성으로도 배열된다.
도파관(3a 내지 3d)은 도입 도파관(4a 내지 4d) 상에 놓인다. 도파관(3a 내지 3d)은 도시하지 않은 마그네트론에 연결된다. 구체적으로, 도파관(3a 내지 3d)은 절연체, 자동 정합 유닛 그리고 JIS 표준에 따른 직선형 도파관, 각형 도파관, 테이퍼형 도파관 및 분기형 도파관 등의 도시하지 않은 마이크로파 고체 회로를 통해 마그네트론에 연결된다. 챔버 커버(1)의 실질적인 중심부에는 챔버 내부(13)로 플라즈마 처리에 사용되는 반응 가스를 도입시키는 가스 도입부로서 가스 도입 경로(14)가 형성된다.
처리될 기판(9)을 보유하는 시편 테이블로서 기판 홀더(7)는 챔버 커버(2)와 대면하도록 챔버 본체(2)의 저부의 챔버 내부(13)에 놓인다. 기판 홀더(7)를 지지하는 받침대는 기판 홀더(7) 아래에 배치된다. 받침대는 챔버 본체(2)의 저부벽 내로 관통되도록 배치된다. 절연체(12)는 받침대와 챔버 본체(2)의 저부벽 사이에 배치된다. 기판 홀더(7)는 받침대를 통해 인가부로서 고주파 전원에 전기 연결된다.
챔버 내부(13)는 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 챔버 내부(13) 내측의 대기 가스를 배출함으로써 1×10-4 내지 1×10-5 정도의 압력(Pa)으로 진공 상태로 유지된다. 도시하지는 않았지만 대응 범위의 유지 온도를 위한 온도 조절 기구가 챔버 커버(1), 챔버 본체(2) 및 기판 홀더(7)에 제공되는 것을 주목하여야 한다. 온도 조절 기구는 전기 히터, 냉각 매체 등을 순환시키는 냉각 재킷 등의 냉각 부재를 포함한다.
도 1에 도시한 바와 같이, X방향으로의 각각의 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 내에 형성되는 전자파 도입부로서 슬롯(15)의 세트들 사이의 거리[챔버 본체(2)에 인접한 영역 내의 인접한 전자파 도입부의 조합에서 전자파 도입부들 사이의 거리)는, 플라즈마 처리 장치의 챔버 커버(1)의 중심부 내의 슬롯(15)의 세트들 사이의 거리(X1)(챔버 본체(2)의 측벽에 가장 근접한 전자파 도입부를 제외한 인접한 전자파 도입부의 조합에서 전자파 도입부들 사이의 거리(X1))가 챔버 커버(1)의 단부측 내에 위치된 부분 내의 슬롯(15)의 세트들 사이의 거리(X2)(챔버 본체(2)의 측벽에 가장 근접한 전자파 도입부를 포함하는 인접한 전자파 도입부들의 조합에서 전자파 도입부들 사이의 거리(X2))와 상이한 방식으로 설정된다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 슬롯 안테나(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심과 슬롯 안테나(6c) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심 사이의 거리(X1)는, 슬롯 안테나(6a) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심과 슬롯 안테나(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심 사이의 거리(X2), 또는 슬롯 안테나(6c) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심과 슬롯 안테나(6d) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심 사이의 거리(X2)보다 크다.
나아가, 도 2에 도시한 바와 같이 슬롯 안테나판(6b) 내에 형성되는 전자파 도입부로서 4개의 슬롯의 중심들 사이의 거리는 도면에서 Y축 방향으로 각각의 상이한 수치를 취하도록 되어 있다. 즉, 도 2에 도시한 슬롯 안테나판(6b)에서, 도면의 최우측 단부[챔버 본체(2)의 측벽으로부터 가장 먼 영역)에 위치된 슬롯(15)(제1 슬롯)의 중심과 그 좌측 상에 인접하게 배치되는 슬롯(15)(제2 슬롯)의 중심 사이의 거리는 거리(Y1)에 의해 표시되어 있다. 제2 슬롯의 중심과 그 좌측 상에 인접하게 배치되는 슬롯(15)(제3 슬롯)의 중심 사이의 거리는 거리(Y2)에 의해 표시되어 있다. 제3 슬롯의 중심과 제3 슬롯의 좌측 상에 그에 인접하게 배치되는 슬롯(15)(제4 슬롯)의 중심 사이의 거리는 거리(Y3)에 의해 표시되어 있다. 거리(Y1 내지 Y3)는 서로 상이하다. 슬롯판(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)의 개수는 바람직하게는 3개 이상, 더욱 바람직하게는 4개 이상인 것을 주목하여야 한다.
다음에, 건식각 장치로서 사용되는 경우의 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치의 작동을 설명하기로 한다.
처리실 내측에 처리될 대상물을 놓는 단계로서, 에칭에서 처리될 기판(9)은 도 1에 도시한 바와 같이 기판 홀더(7) 상에 우선 놓인다. 대기 가스는 챔버 내부(13)가 전술된 바와 같이 진공 상태를 형성할 때까지 (도시하지 않은) 배기기를 사용하여 챔버 내부(13)에서 배출된다. 다음에, 반응 가스로서 처리 가스가 처리실 내로 반응 가스를 공급하는 단계로서 도입 경로(14)(도 1 참조)를 통해 챔버 내부(13)로 도입된다. 처리 가스의 예는 CF4 및 산소 가스(O2)의 혼합 가스, 염소(Cl2) 가스 등을 포함한다.
다음에, 2.45 ㎓의 주파수를 갖는 마이크로파가 도시하지 않은 마그네트론으로부터 발생된다. 마이크로파는 JIS 표준에 따른 절연체, 자동 정합 유닛, 직선형 도파관, 각형 도파관, 테이퍼형 도파관, 분기형 도파관을 포함하는 도시하지 않은 마이크로파 고체 회로를 통해 그리고 나아가 도파관(3a 내지 3d)을 통해, 도입 도파관(4a 내지 4d)을 통해, 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 내의 슬롯(15)을 통해 그리고 유전체 부재(5a 내지 5d)를 통해 챔버 내부(13)로 방사된다. 전술된 처리 가스는 마이크로파에 의해 에너지가 제공되어 이온화된 가스(플라즈마(20))를 발생시킨다. 식각은 플라즈마(20)를 사용하여 기판 홀더(7) 상의 기판(9) 상에서 수행된다. 이러한 방식으로, 처리 단계는 실시된다. 기판(9)으로서, 예컨대 알루미늄 등의 금속과 실리콘 산화물 등의 절연체를 포함하는 하나 이상의 재료로 제조된 필름 또는 적층 필름이 유리로 제조된 기판 상에 형성되고 배선 및 컨택 홀로서 레지스트 패턴이 필름 상에 형성되는 기판이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전술된 플라즈마 처리 방법의 일례로서 식각 방법의 특징적 구성을 요약하면, 본 발명에 따른 식각 방법은 플라즈마를 사용하여 처리를 수행하는 처리실로서 챔버 본체(2) 및 챔버 커버(1)를 포함하는 챔버와; 챔버에 연결되는 3개 이상의 전자파 도입부로서 도입 도파관(4a 내지 4d)과; 슬롯 안테나판(6a 내지 6d)과; 유전체 부재(5a 내지 5d)를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 사용하는 식각 방법(플라즈마 처리 방법)이다.
전자파 도입부로서 역할하는 3개 이상을 슬롯(15), 더욱 바람직하게는 4개 이상의 슬롯(15)은 슬롯 안테나로서 각각의 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 내에 형성되는 것을 주목하여야 한다. 전술된 플라즈마 처리 장치에서, 전자파 도입부[도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d)]는 챔버 내부(13)로 공급되는 반응 가스로서 처리 가스가 챔버 내측에서 플라즈마 상태가 되게 하는 전자파를 도입시키는 부분이다. 처리실에 인접한 영역(예컨대, 슬롯 안테나판(6a 내지 6d)이 챔버 커버(1) 상에 배열되는 영역 또는 도입 도파관(4a 내지 4d)이 챔버 커버 상에 배열되는 영역)내에 위치된 3개 이상의 전자파 도입부들 중 모든 2개의 인접한 것의 조합들 중에서, 이들 조합 중 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들[예컨대, 슬롯 안테나판(6a 및 6b) 내에 형성되는 슬롯의 세트들] 사이의 거리[예컨대, 도 1에 도시한 바와 같이, 슬롯 안테나판(6a) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심과 안테나판(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심 사이의 거리(X2)]는, 이들 조합 중 또 다른 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들(예컨대, 슬롯 안테나판(6b 및 6c) 내에 형성되는 슬롯(15)의 세트들) 사이의 거리(예컨대, 도 1에 도시한 바와 같이, 슬롯 안테나판(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심과 슬롯 안테나판(6c) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심 사이의 거리(X1))와 상이하다.
나아가, 도 2에 도시한 바와 같이, 하나의 슬롯 안테나판(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)이 전술된 전자파 도입부와 대응하는 경우에, 처리실에 인접한 영역[슬롯 안테나판(6b)이 챔버 커버(1) 상에 제공되는 영역] 내에 위치된 3개 이상의 전자파 도입부(각각은 슬롯 안테나판(6b) 내에 형성되는 4개의 슬롯(15)을 가짐)의 모든 2개의 인접한 것의 조합들 중에서, 이들 조합 중 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들(슬롯(15)들) 사이의 거리(Y1)는 이들 조합 중 또 다른 하나를 형성하는 2개의 인접한 전자파 도입부들(슬롯(15)들) 사이의 거리(Y2 또는 Y3)와 상이하다.
전술된 식각 방법은 처리실 내측에 처리될 대상물로서 기판(9)을 놓는 단계와; 챔버 내로 반응 가스인 처리 가스를 공급하는 단계와, 처리 단계를 포함한다. 처리 단계에서, 전자파로서 마이크로파가 전자파 도입부(도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d))에 의해 챔버 내로 도입되어 처리 가스를 플라즈마 상태가 되도록 한다. 식각 공정 등의 플라즈마 처리는 이러한 방식으로 발생된 플라즈마를 사용하여 기판(9) 상에 수행된다. 도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d)의 각각의 세트로부터 챔버 내부(13)로 공급되는 마이크로파의 출력 수치는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
이렇게 채택된 구성으로, 도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d) 또는 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 내에 형성되는 슬롯(15)의 세트가 상이한 간격으로 배열되어 처리실 등의 내부 구조에 맞으므로, 식각은 챔버 내부(13) 내에 발생되는 그 균일성에 대해 개선된 플라즈마(20)의 상태로 수행될 수 있다. 따라서, 기판(9) 상으로의 플라즈마 처리으로서 식각의 균일성에 대한 개선은 성취될 수 있다.
전술된 식각 방법의 처리 단계에서, 3개 이상의 전자파 도입부로서 도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d)]의 세트들 중 하나에 의해 챔버 내부(13)로 도입되는 마이크로파의 출력 수치는 3개 이상의 전자파 도입부를 구성하는 세트들 중 또 다른 하나에 의해 챔버 내부(13)로 도입되는 마이크로파의 출력 수치와 상이할 수 있는 것을 주목하여야 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서, X축 방향으로 서로 인접한 슬롯(15)의 중심들 각각의 사이의 거리(X1, X2)는 중심부 및 외주연부 내의 그 수치들 사이와 상이하다. 즉, 챔버 본체(2)의 측벽의 존재에 의해 유발되는 플라즈마 상태의 변화에 대해 고려되고, 도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d)로 구성된 전자파 도입부로서 마이크로파 도입부는 복수개의 슬롯(15)으로부터 챔버 내부(13) 내로 방사되는 마이크로파에 의해 발생되는 플라즈마의 균일한 분포를 결국 얻도록 최적으로 배열된다. 마이크로파 도입부로부터 챔버 내부(13)로 공급되는 마이크로파의 에너지가 이러한 방식으로 실질적으로 균일한 수준으로 제어되는 경우에도, 마이크로파 도입부의 배열은 (예컨대, 챔버 본체(2)의 측벽의 영향을 고려하여) 챔버 내부(13)의 구조에 맞도록 결정되므로, 플라즈마의 균일성은 챔버 내부(13)에서 개선될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리의 균일성은 (가능한 최저 수준까지 도입된 마이크로파의 출력을 억제하면서) 마이크로파 도입부의 개수를 증가시키지 않고 그리고 각각의 마이크로파 도입부의 에너지가 변화되도록 복잡한 제어를 수행하지 않고 개선될 수 있다.
나아가, 도 2에 도시한 바와 같이, 슬롯 안테나판(6b) 내의 슬롯(15)의 중심들 사이의 거리(Y1 내지 Y3)는 각각의 선택 수치로 설정되어 유사한 방식으로 Y 방향으로 플라즈마의 균일성을 개선시킨다. 나아가, 이 때, 각각의 슬롯 안테나판(6a 내지 6d)(도 1 참조) 내의 슬롯(15)의 배열 변화에 의해, 플라즈마 처리 장치 내의 슬롯(15)의 중심들 사이의 거리(Y1 내지 Y3)는 비교적 용이하게 변화될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 슬롯(15)의 중심들 사이의 거리(Y1 내지 Y3)가 변화되지만, 발생된 플라즈마의 균일성은 슬롯(15)의 중심들 사이의 거리가 Y 방향으로 배치될 수 있는 경우에도 높은 수준으로 유지될 수 있는 것을 주목하여야 한다. 나아가, 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 슬롯 안테나판(6a 내지 6d)은 도입 도파관(4a 내지 4d)과 유전체 부재(5a 내지 5d) 사이에 놓이고, 슬롯 안테나판(6a 내지 6d)은 챔버 내부(13)와 대면하는 유전체 부재(5a 내지 5d)의 표면 상에 놓일 수 있다.
더욱이, 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 도입 도파관(4a 내지 4d), 유전체 부재(5a 내지 5d) 및 슬롯 안테나판(6a 내지 6d)을 포함하는 마이크로파 도입부는 기판(9)의 중심부에 대해 축방향 대칭으로 배열된다. 이러한 경우에, 마이크로파 도입부의 배열은 처리될 기판(9)의 위치를 고려하여 결정되므로, 발생된 플라즈마의 분포는 기판(9)의 중심에 대해 실질적으로 축방향 대칭일 수 있다. 따라서, 기판(9) 상으로의 플라즈마 처리의 균일성은 효과적으로 개선될 수 있다.
나아가, 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 도 1에 도시한 거리(X1 또는 X2)는 예컨대 도 1의 X축 방향으로 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 내의 슬롯(15)의 배열을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 더욱이, 거리(Y1 내지 Y3)는 도 2에 도시한 Y축 방향으로 슬롯(15)의 위치를 변화시킴으로써 용이하게 변화될 수 있다. 따라서, 거리(X1, X2 및 Y1 내지 Y3)는 처리 조건과 챔버 내부(13)의 구조에 맞도록 용이하게 변화될 수 있으므로, 플라즈마 처리의 균일성은 용이하게 개선될 수 있다.
부가적으로, 본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같은 슬롯 안테나(6a 내지 6d)를 사용하는 플라즈마 처리 장치 이외의 다양한 종류의 플라즈마 처리 장치에 적용될 수 있다. 예컨대, ECR(electron cyclotron resonance) 등, 마이크로파 이외의 전자파를 도입시키는 복수개의 도입부를 구비한 ICP(inductively coupled plasma) 플라즈마 장치 그리고 헬리콘파 플라즈마 장치로서 발생되는 마이크로파를 사용하는 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마 처리의 균일성은 복수개의 플라즈마를 발생시키는 에너지원을 위한 도입부들 사이의 상이한 간격을 채택함으로써 향상될 수 있다. 게다가, 본 발명은 전술된 바와 같은 건식각 장치 예컨대 애싱 장치, CVD(chemical vapor deposition) 장치, 스퍼터링 장치 등 이외에 플라즈마를 사용하는 처리 장치에 적용될 수 있다.
제2 실시예
도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 실시예를 설명하기로 한다. 도 4는 도 1에 대응하는 것을 주목하여야 한다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치와 기본적으로 유사한 구조를 갖지만, 마이크로파가 챔버 내부(13)로 도입되는 부분의 구조가 상이하다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 개구부(17a 내지 17e)는 챔버 커버(1) 내의 5개의 지점에 형성된다. 유전체 부재(5a 내지 5e)는 개구부(17a 내지 17e) 내측에 배치된다. 4개의 슬롯(15)이 각각 형성되는 슬롯 안테나판(6a 내지 6e)은 유전체 부재(5a 내지 5e) 상에 놓인다. 도입 도파관(4a 내지 4e)은 각각의 슬롯 안테나(6a 내지 6e) 상에 놓인다. 도파관(3a 내지 3e)은 도입 도파관(4a 내지 4e) 상에 놓인다. 마이크로파 도입부는 유전체 부재(5a 내지 5e), 슬롯 안테나판(6a 내지 6e) 및 도입 도파관(4a 내지 4e)의 각 세트로 구성된다. 구체적으로, 예컨대, 하나의 마이크로파 도입부는 유전체 부재(5a), 슬롯 안테나판(6a) 및 도입 도파관(4a)으로 구성된다.
도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 8개의 마이크로파 도입부가 챔버 커버(1) 내에 행렬로 배열되지만, 5개의 마이크로파 도입부가 도 4에 도시한 플라즈마 처리 장치 내에 (주축에 평행으로 연장되도록) 평행 구성을 배열된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 챔버 내부(13)의 중심부 근방에 배치된 인접한 마이크로파 도입부들 사이의 거리(X3)는 챔버 내부(13)의 외주연측에 위치된 마이크로파 도입부들 사이의 거리(X4)와 상이하다. 구체적으로, 슬롯 안테나판(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심과 슬롯 안테나판(6c) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심 사이의 거리(X3)는 외주연측 내에 위치된 슬롯 안테나판(6a) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심과 슬롯 안테나판(6b) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심 사이의 거리(X4)보다 크도록 설정된다.
이렇게 채택된 구성으로, 마이크로파 도입부의 배열은 챔버 본체(2)의 측벽의 영향을 고려하여 결정되므로, 균일성은 본 발명의 제1 실시예와 유사한 거리(X3, X4)가 서로 동일한 경우보다 높은 수준까지 개선될 수 있다.
나아가, 도 5에 도시한 바와 같이, 슬롯 안테나판(6c) 내에 형성되는 슬롯(15)의 중심들의 각각의 거리(Y4 내지 Y6)는 다른 것과 상이하게 설정될 수 있다. 이러한 경우도, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 실시예의 것과 유사한 효과가 얻어질 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 유전체 부재(5a 내지 5e), 슬롯 안테나판(6a 내지 6e), 도입 도파관(4a 내지 4e) 등으로 구성된 마이크로파 도입부는 플라즈마 처리 장치의 단면도의 중심부[기판(9)의 중심부]에서 챔버 커버(1)에 수직인 방향으로 연장되는 중심축(선 Ⅴ-Ⅴ로 도시한 축)에 대해 실질적으로 축방향 대칭인 것을 주목하여야 한다. 이렇게 채택된 구성으로, 챔버 내부(13)의 실질적으로 중심부 내에 놓인 기판(9)에 대해 실질적인 균일성을 갖는 플라즈마가 얻어질 수 있다. 따라서, 기판(9) 상으로의 균일한 플라즈마 처리가 수행될 수 있다.
처리의 균일성은 처리될 기판(9)의 크기, 높이와 폭의 비율 등의 평면도에서 본 기판(9)의 형상, 처리 간극, 처리의 균일성의 요구된 목표 수치, 슬롯 안테나판(6a 내지 6e) 내에 형성되는 슬롯(15)의 개수(슬롯 개구의 개수) 등에 따라 도입 도파관(4a 내지 4e), 슬롯 안테나판(6a 내지 6e) 등의 개수를 적절하게 변화시킴으로써 확보될 수 있다.
제3 실시예
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제3 실시예를 설명하기로 한다. 도 6은 도 2에 대응하는 것을 주목하여야 한다. 즉, 도 6에 도시한 단면도는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도에 대응한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치의 것과 기본적으로 유사한 구조를 갖지만, 도입 도파관(4b) 및 도파관(3b)의 구조가 상이하다. X-Z 평면 상으로 도 6에 도시한 플라즈마 처리 장치의 단면 형상은 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치의 것과 기본적으로 유사한 것을 주목하여야 한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 도입 도파관(4a 내지 4d)은 각 유전체 부재(5a, 5b)에 제공된다(도 1 참조). 반면에, 도 6에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 2개의 유전체 부재(5b)는 하나의 도입 도파관(4b) 아래에 배치된다. 즉, 하나의 도입 도파관(4b)이 2개의 유전체 부재(5b)를 위해 형성된다.
이렇게 채택된 구성으로, 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 것과 유사한 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 유전체 부재(5a 내지 5d)(도 1 참조)에 제공되는 도입 도파관(4a 내지 4d)(도 1, 도 2 및 도 6 참조)의 개수는 본 발명의 제1 실시예의 플라즈마 처리 장치에서보다 적게 감소될 수 있다. 따라서, 대형 기판(9)에 대응하는 플라즈마 처리 장치의 경우에, 마이크로파 발생기로부터의 도파관의 개수 그리고 분기의 개수는 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치의 경우에서보다 적게 될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치의 구성은 더욱 간단하고 편리하게 제조될 수 있다.
도 6에 도시한 플라즈마 처리 장치는 도 4 및 도 5에 도시한 플라즈마 처리 장치의 제2 실시예의 예시 변형예로 여겨질 수 있는 것을 주목하여야 한다. 즉, 도 6에 도시한 플라즈마 처리 장치는 도 5의 단면도에 도시한 유전체 부재(5c)(도 5 참조)를 절반으로 분할함으로써 얻어진 구조를 갖는 것으로 간주될 수 있다.
그러한 사항을 고려할 때, 도 6에 도시한 플라즈마 처리 장치의 각각의 유전체 요소(5b)(도 6 참조)의 면적은 도 4 및 도 5에 도시한 플라즈마 처리 장치에 비해 유전체 부재(5c)(도 5 참조)를 분할함으로써 더욱 작아질 수 있다. 결과적으로, 챔버 내부(13)의 진공 밀봉 부재로서 역할하는 각각의 유전체 부재(5b) 상에 부과되는 응력이 감소될 수 있다. 따라서, 유전체 부재(5b)(도 6 참조)는 도 5c에 도시한 유전체 부재(5c)보다 얇아질 수 있다.
나아가, 도 6에 도시한 바와 같이 유전체 부재(5b)를 분할함으로써, 챔버 커버(1)의 각각의 개구(17b)의 면적은 작아질 수 있으므로, 그 강성은 개선될 수 있다. 결과적으로, 챔버 내부(13)가 진공이 될 때, 챔버 커버(1) 상에 부과되는 대기압에 의해 유발되는 챔버 커버(1)의 변형은 작아질 수 있다.
플라즈마 처리 장치가 대형 기판(9)으로의 전이와 함께 규모가 커지는 경우에, 플라즈마 처리 장치는 채택된 분할에 의해 얻어지는 유전체 부재(5b)를 갖는 원래 구조로 분할하여 얻어지는 유전체 부재(5b)의 개수를 증가시킴으로써 대형 기판(9)에 맞도록 용이하게 재구성될 수 있다. 나아가, 이러한 방식으로 분할(크기의 감소)에 의해 얻어지는 유전체 부재(5b)의 제조 비용은 도 5에 도시한 바와 같은 비교적 대형의 유전체 부재(5c)의 비용보다 낮은 비용으로 억제될 수 있다. 따라서, 도 6에 도시한 바와 같은 구성을 갖는 플라즈마 처리 장치의 구성은 대형 기판(9)에 대응하는 플라즈마 처리 장치의 구성으로서 바람직하다.
도 6에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 2개의 유전체 부재(5b)는 하나의 도입 도파관(4b)에 제공되고, 3개 이상의 유전체 부재(5b)는 하나의 도입 도파관(4b)에 제공될 수 있는 것을 주목하여야 한다. 이러한 경우에, 이전 경우와 유사한 효과가 얻어질 수 있다.
나아가, 제1 내지 제3 실시예에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 각각의 도입부로부터 챔버 내부(13)로 도입되는 마이크로파의 에너지 크기는 다른 것과 실질적으로 동일할 수 있지만, 각각의 마이크로파 도입부로부터 도입되는 각각의 에너지 크기는 다른 것과 상이할 수 있다. 이렇게 채택된 구성으로, 마이크로파의 에너지 크기는 제어 변수로서 사용될 수 있어 더욱 확실하게 플라즈마 처리의 균일성에 대한 개선을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 효과를 확인하기 위해, 다음의 실험을 수행하였다. 도 7에 도시한 플라즈마 처리 장치를 우선 준비하였다.
도 7에 도시한 플라즈마 처리 장치는 도 1 내지 도 3에 도시한 플라즈마 처리 장치와 기본적으로 유사한 구성을 갖는다. 즉, 도 7에 도시한 플라즈마 처리 장치는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치와 유사하게 X축 방향으로 그 중심선에 대해 축방향 대칭인 구조를 갖는다. 도 7에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마 처리의 분포(처리 분포)를 확인하는 실험은 챔버의 외주연부 및 중심부에서 다양한 방식으로 그 사이에 상이한 간격을 갖도록 도입 도파관(4a 내지 4d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 유전체 부재(5a 내지 5d)로 구성된 마이크로파 도입부가 사용되는 각각의 경우에서 수행되었다.
제1 실험으로서, 마이크로파는 챔버 본체(2)의 측벽으로부터 거리(W)가 150 ㎜인 최외곽측의 (도 7의 유전체 부재(5a), 슬롯 안테나판(6a) 및 도입 도파관(4a)에 대응하는) 마이크로파 도입부에 의해서만 챔버 내부(13)로 도입되었다. 플라즈마는 식각을 수행하도록 도입된 마이크로파로써 챔버 내부(13) 내에서 발생되었다.
제2 실험으로서, 마이크로파는 챔버 본체(2)의 측벽으로부터 거리(W+X1)가 270 ㎜인 [도 7의 유전체 부재(5b), 슬롯 안테나판(6b) 및 도입 도파관(4b)에 대응하는] 최외곽측으로부터 제2 장소의 마이크로파 도입부로써만 챔버 내부(13)로 도입되었다. 플라즈마는 유사한 방식으로 식각을 수행하도록 도입된 마이크로파로써 챔버 내부(13) 내에서 발생되었다.
제3 실험으로서, 식각은 챔버 본체(2)의 측벽으로부터 거리가 390 ㎜인 [도 7의 유전체 부재(5c), 슬롯 안테나판(6c) 및 도입 도파관(4c)에 대응하는] 최외곽측으로부터 제3 장소의 마이크로파 도입부로써만 마이크로파를 도입시킴으로써 마찬가지로 수행되었다. 도 7의 챔버 본체(2)의 우측 상의 측벽으로부터 마이크로파 도입부까지의 거리는 390 ㎜ 이상인 것을 주목하여야 한다.
제1 내지 제3 실험에서, 측정은 식각이 수행되는 각 기판 표면 상에 필름 두께(식각된 필름의 두께)에 대해 수행되었는데, 여기에서 정상 분포가 각각의 경험 분포의 근사로서 사용되었다. 결과적으로, 제1 내지 제3 실험의 결과의 표준 편차(σ)는 제1 실험에 대해 100 ㎜, 제2 실험에 대해 137 ㎜ 그리고 제3 실험에 대해 135 ㎜이었다. 제2 및 제3 실험의 표준 편차의 수치 137 ㎜ 및 135 ㎜는 서로 다르지만 여전히 오차 내에 있으므로, 표준 편차의 수치는 실질적으로 동일한 것으로 간주되는 것을 주목하여야 한다.
제1 내지 제3 실험의 결과로부터, 처리의 결과로서 식각된 필름 두께의 표준 편차(σ)는 측정할 때 챔버 본체(2)의 측벽으로부터 마이크로파 도입부까지의 거리가 임계 수치 이하인 영역(측벽 근방)에서 측벽으로부터의 거리에 대한 의존성을 보여주는 것으로 여겨진다. 반면에, 측정 중 챔버 본체(2)의 측벽으로부터 마이크로파 도입부까지의 거리가 임계 수치보다 큰 영역에[측벽 부근의 부분보다 측벽으로부터 더욱 먼 영역(중심부)에서] 실질적으로 일정한 수치의 표준 편차를 얻는 데 측벽으로부터의 거리에 대한 실질적으로 어떠한 의존성도 존재하지 않는 것으로 여겨진다. 임계 수치는 플라즈마 처리 장치에서 수행되는 전술된 실험에서 150 ㎜ 내지 270 ㎜의 수치 범위 내에 있는 것으로 여겨진다. 처리에 대한 전술된 실험의 조건은 마이크로파의 출력이 3000W이었고 사용된 반응 가스가 Cl2(염소 가스)이었으며 식각될 필름은 알루미늄(Al) 필름이었던 것을 주목하여야 한다.
전술된 임계 수치는 플라즈마 처리 장치의 챔버의 형상 또는 유전체 부재(5a 내지 5d)의 하부 표면과 기판(9)의 상부 표면 사이의 거리(L), 반응 가스의 압력 및 조성, 도입된 마이크로파의 에너지, 식각될 재료 등의 구성 인자에 따라 상이하다. 나아가, 사용 중 챔버 본체(2)의 측벽 부근에 위치된 마이크로파 도입부의 경우의 식각의 표준 편차(σ)가 사용 중 중심부 내에 위치된 마이크로파 도입부의 경우의 식각의 표준 편차(σ)보다 클 경우가 발생한다. 나아가, 측벽 부근에 위치된 마이크로파 도입부의 측벽으로부터의 거리에 대한 표준 편차(σ)의 변화의 비는 처리 조건 등에 따라 상이한 것으로 여겨진다. 예컨대, 측벽에 극히 근접한 영역에서 전술된 표준 편차의 증감의 비가 임계 수치 부근의 비와 상이한 경우가 발생한다.
제1 내지 제3 실험 각각에서, 마이크로파의 에너지가 단지 하나의 마이크로파 도입부를 통해 도입된 경우의 결과가 도시되어 있지만, 마이크로파의 에너지가 플라즈마 처리 장치 내에 설치되는 모든 마이크로파 도입부를 통해 도입되는 경우에도, 플라즈마가 챔버 내부(13) 내에서 발생되는 영역의 변화가 일어나면서 처리 결과는 챔버 본체(2)의 측벽으로부터의 거리에 따라 상이한 것으로 여겨진다.
다음에, 전술된 제1 및 제3 실시예에서 얻어지는 마이크로파 도입부의 데이터에 기초하여 플라즈마 처리의 균일성에 대한 평가가 수행되었다. 즉, 개별 마이크로파 도입부에 의한 처리 결과의 복수개의 조각의 데이터가 도 7에 도시한 X 방향으로 도입 도파관(4a 내지 4d)의 위치에 따라 포개져 처리 결과의 균일성을 수행한다.
결과적으로, 마이크로파 도입부가 X 방향으로 등간격으로 배열된 경우(도 7에서 X1=X2=X3인 경우)의 처리의 균일성 결과는 마이크로파 도입부가 도 7에서 X1, X2 및 X3가 서로 상이하도록 배열된 경우의 처리의 균일성 결과보다 열등하다. 즉, 동일한 개수의 마이크로파 도입부가 각각 제공되는 플라즈마 처리 장치에서, 처리실 등의 형상에 따라 상이한 간격의 마이크로파 도입부의 배열이 등간격의 마이크로파 도입부의 배열보다 플라즈마 처리의 균일성이 더욱 개선된다는 것을 보여주었다. 이하에서는 그 상세한 설명을 하기로 한다.
도 7에 도시한 처리될 기판(9)의 길이는 930 ㎜이다. 처리의 균일성에 대한 평가는 처리의 균일성이 도입 도파관(4a 내지 4d)의 가능한 최소 개수(즉, 마이크로파 도입부의 가능한 최소 개수)로서 이러한 큰 크기의 기판 상에서 개선되는 것을 목적으로 하는 경우에, 예컨대 4개의 도입 도파관(4a 내지 4d)이 도 7에 도시한 바와 같이 사용된 경우에 수행되었다.
각각의 도입 도파관(4a 내지 4d)을 통해 도입되는 출력이 일정한 수치(임의의 2개 사이의 출력비=1:1)로 제어된 처리의 가장 우수한 균일성을 갖는 4개의 도입 도파관(4a 내지 4d)의 배열은, 4개의 도입 도파관(4a 내지 4d)이 등간격(X1=X2=X3)으로 배치되는 경우에 그리고 챔버 커버(1)의 외주연부 내에 위치된 도입 도파관들 사이의 간격(각각의 도입 도파관(4a, 4b)의 슬롯(15)들 사이의 거리(X1)와 각각의 도입 도파관(4c, 4d)의 슬롯(15)들 사이의 거리(X3))이 중심측 내에 위치된 도입 도파관들 사이의 간격(각각의 도입 도파관(4b, 4c)의 슬롯(15)들 사이의 거리(X2))과 상이한 경우(여기에서 X1 및 X3의 수치는 X2의 수치와 상이함)에서 얻을 수 있었다.
결과적으로, 도입 도파관(4a 내지 4d)이 등간격으로 배치된 경우의 처리의 가장 우수한 균일성을 갖는 배열은 도 7에서 X1=X2=X3=280 ㎜이었다. 이 배열은 나중에 배열 1이라 칭한다. 반면에, 도입 도파관(4 내지 4d)이 상이한 간격을 취하는 경우의 처리의 가장 우수한 균일성을 갖는 배열은 도 7에 도시한 거리(X2)=320 ㎜이고 거리(X1=X3)=272 ㎜이었다. 이 배열은 나중에 배열 2라 칭한다.
배열 1에서, 처리의 균일성은 ±10.5%이었다. 반면에, 배열 2에서, 처리의 균일성은 ±7.6%이었다. 여기에서의 플라즈마 처리는 식각인 것을 주목하여야 한다. 식각량이 식각이 적용된 기판 상의 108개 지점에서 측정되고 최대 수치 및 최소 수치가 중심 수치(즉, 최대 수치와 최소 수치의 합의 1/2)로서 최대 수치 및 최소 수치 사이의 차이의 1/2을 나눔으로써 얻어진 % 수치를 얻도록 데이터로부터 추출되어 균일성이 정의된다. 균일성의 정의의 표현식은 ((최대 수치-최소 수치)/(최대 수치+최소 수치))×100%이다.
상이한 간격으로 배치되는 도입 도파관(4a 내지 4d)은 이러한 방식으로 각각의 도입 도파관(4a 내지 4d)을 통해 도입되는 출력(에너지 크기)이 일정한 수치(임의의 2개 사이에서 출력비=1:1)로 제어된 경우의 등간격으로 배치되는 도입 도파관(4a 내지 4d)보다 약 28%만큼 균일성이 더욱 개선된다. 이는 중심측 내에 위치된[챔버 본체(2)의 측벽으로부터 비교적 먼 영역 내에 위치된) 도입 도파관(4b, 4c)들 사이의 간격(거리(X2))이 이러한 방식으로 외주연측 내에 위치된 도입 도파관(4a, 4d)들 사이 그리고 외주연측(챔버 본체(2)의 측벽에 비교적 근접한 영역) 내에 위치된 도입 도파관(4b, 4c)들 사이의 각각의 간격(X1, X3)과 상이한 경우에 처리의 균일성에 대한 개선이 성취된 것을 나타낸다.
다음에, 등간격(여기에서 X1=X2=X3)의 배열과 상이한 간격(여기에서 X1 내지 X3은 서로 상이함)의 배열 각각에서 각각의 도입 도파관(4a 내지 4d) 내로 도입되는 출력들 사이의 비의 변화로써, 식각 공정의 균일성에 대한 개선을 목적으로 하는 실험이 수행되었다. 그 결과는 표1에 나타내어져 있다.
중심측 출력:외주연측 출력(출력비)
0.95:1 1:1 1.05:1
배열 1 X1=X2=X3=280mm ±9.6% ±10.5% ±12.7%
배열 2 X1=X3=272 ㎜X2=320 ㎜ ±9.2% ±7.6% ±6.4%
표 1로부터도 이해되는 바와 같이, 출력비가 1:1(중심측 내에 위치된 마이크로파 도입 도파관(4b, 4c)의 출력과 외주연측 내에 위치된 도입 도파관(4a, 4d) 내로 도입되는 마이크로파의 출력 사이의 비가 1:1)인 경우의 배열 1에서, 처리의 균일성은 ±10.5%이었다. 출력비가 0.95:1인 배열 1에서, 처리의 균일성은 ±9.6%으로 가장 우수한 수치이었다. 이 때, 배열 1에서, 처리의 균일성은 출력비가 1:1인 경우에 비해 약 9%만큼 개선되었다.
반면에, 배열 2에서, 출력비가 1:1이었던 경우에, 처리의 균일성은 ±7.6%이었고, 출력비가 1.05:1인 경우에, 처리의 균일성은 ±6.4%이었는데, 이것이 가장 우수하였다. 이러한 방식으로, 배열 2에서, 출력비가 1.05:1인 경우에, 균일성은 출력비가 1:1이었던 경우에 비해 약 16%만큼 개선된다.
출력비의 변화 %는 ±5% 내로 제한된다. 이는 플라즈마 처리 장치의 마이크로파 발생기 등의 장치의 구성의 관점으로부터 크게 의해 각각의 도입 도파관(4a 내지 4d)에 의해 도입되는 출력을 변화시키는 것이 바람직하지 않기 때문이다.
챔버 내로 플라즈마를 발생시키는 마이크로파를 도입시키는 복수개의 마이크로파 도입부가 플라즈마 처리 장치 내에 설치되는 경우에, 마이크로파 도입부는 바람직하게는 챔버 본체의 측벽 등의 영향 하에서 처리 분포의 변화를 고려하여 장치의 구성에 따라 그 사이에 상이한 간격으로 배열된다(여기에서 플라즈마 처리의 결과는 챔버 본체의 측벽 등의 영향에 의해 형성된 플라즈마 분포의 변화로 인해 부분적으로 상이하다). 상이하게 채택된 간격으로, 처리의 균일성은 등간격의 마이크로파 도입부의 배열의 경우에서보다 더욱 개선될 수 있다. 나아가, 각각의 마이크로파 도입부 내로의 마이크로파의 도입된 출력들 사이의 비의 변화로서, 더욱 양호한 처리의 균일성을 성취할 수 있다.
플라즈마 처리 장치에서 상이한 간격의 마이크로파 도입부의 배열로써, 플라즈마 처리의 충분한 균일성은 달성되므로, 종래 기술에서 수행된 바와 같이 균일성을 개선시키기 위해 전원이 추가되는 조치는 요구되지 않는다. 즉, 처리의 균일성은 낮은 비용으로 증가될 수 있다. 나아가, 각각의 마이크로파 도입부 내로 도입되는 출력들 사이의 비가 광범위하게 변화되지 않는 경우에도(변화의 %가 5% 정도의 수치로 제한되는 경우에도), 균일성은 효율적으로 개선되므로, 전원의 출력 조정은 더욱 간단해질 수 있다.
즉, 유전체 부재(5a 내지 5d), 슬롯 안테나판(6a 내지 6d) 및 도입 도파관(4a 내지 4d)의 각각의 조합으로 구성된 마이크로파 도입부의 구성이 서로 동일하더라도, 각각의 마이크로파 도입부에 의해 발생되는 플라즈마는 챔버 본체(2)의 측벽에 가장 근접한 영역에서(외주연 영역에서) 그리고 측벽으로부터 더욱 먼 영역에서(중심 영역에서) 그 조건들 사이가 상이하여, 식각 등의 처리의 분포의 차이를 초래한다. 따라서, 적용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 맞도록 된 상이한 간격의 마이크로파 도입부의 배열에 의해, 식각 등의 플라즈마 처리의 균일성은 개선될 수 있다.
전술된 결과는 유전체 부재(5a 내지 5d)의 낮은 표면과 처리될 기판(9)의 상부 표면 사이의 거리(L)(간극)가 소정 길이인 경우에서의 것인 것을 주목하여야 한다. 따라서, 더욱 작은 간극은 정상 분포의 더욱 작은 표준 편차를 유도한다. 반면에, 더욱 큰 간극은 정상 분포의 더욱 큰 표준 편차를 유도한다. 양호한 수준의 처리의 균일성을 갖는 마이크로파 도입부들 사이의 간격은 표준 편차의 크기에 따라 변화된다. 나아가, 마이크로파 도입부들 사이의 간격들 사이의 최적의 수치(도 7의 거리(X1 내지 X3))는 플라즈마 처리 장치의 구성, 반응 가스 등의 플라즈마 발생 조건에 따라 어느 정도 변화된다. 따라서, 마이크로파 도입부들 사이의 간격과 그 배열은 플라즈마 처리 장치의 구성, 처리 조건 등에 따라 결정된다.
더욱이, 본 발명의 제2 실시예에 도시한 바와 같이 5개의 마이크로파 도입부를 갖는 플라즈마 처리 장치에서, 마이크로파 도입부들 사이의 간격은 서로 상이하게 설정되고, 처리의 균일성은 유사한 방식으로 개선될 수 있다(예컨대, 도 4에서, X3>X4인 경우에, 처리의 균일성은 X3=X4인 경우에서 보다 30%만큼 개선될 수 있었다).
본 발명은 상세하게 설명되고 도시되었지만, 이는 단지 도시 및 예를 통해 이루어진 것일 뿐 이에 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 범주는 첨부된 특허청구범위의 용어에 의해서만 제한되는 것이 명확하게 이해되어야 한다.
본 발명에 따르면, 전원의 필요 출력을 증가시키지 않고 플라즈마 처리의 균일성을 개선시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 개략 단면도.
도 3은 도 2의 화살표의 방향으로 볼 때의 챔버 커버의 개략 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도 5는 도 4의 선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 취한 개략 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제3 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도 7은 본 발명의 예에 사용된 플라즈마 처리 장치를 설명하는 개략 단면도.
도 8은 일본 특허 출원 공개 제2000-12291호에 개시된 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도.
도 9는 도 8에 도시한 플라즈마 처리 장치의 지지 프레임 및 밀봉판의 개략 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 챔버 커버 2: 챔버 본체
3a, 3b, 3c, 3d: 도파관 4a, 4b, 4c, 4d: 도파관
5a, 5b, 5c, 5d: 유전체 부재 6a, 6b, 6c, 6d: 슬롯 안테나판
7: 기판 홀더 9: 기판
10, 11: 개스킷 12: 절연체
13: 챔버 내부 14: 가스 도입 경로
15: 슬롯 17a, 17b, 17c, 17d: 개구부
20: 플라즈마

Claims (11)

  1. 플라즈마를 사용한 처리를 행하는 처리실과,
    상기 처리실에 연결되어, 상기 처리실에 공급되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하기 위한 전자파를 상기 처리실에 도입하는, 3개 이상의 유전체를 포함한 전자파 도입 수단을 포함하고,
    상기 처리실에 인접하는 영역에서, 상기 3개 이상의 전자파 도입 수단 중 인접하는 2개의 상기 전자파 도입 수단의 조합들 중 하나의 조합에서 인접하는 상기 전자파 도입 수단의 중앙부 사이의 거리(X1, Y1)는, 상기 조합들 중 다른 하나의 조합에서 인접하는 상기 전자파 도입 수단의 중앙부 사이의 거리(X2, Y2)와 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 도입 수단은 상기 처리실의 외벽의 일부를 각각 구성하는 유전체 부재와; 상기 유전체 부재에 각각 연결되는 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리실은,
    상기 전자파 도입 수단이 연결되는 벽; 및
    상기 벽에 연결되고 상기 벽이 연장되는 방향과 상이한 방향으로 연장될 뿐만 아니라 서로 대면하도록 배열되는 한 쌍의 측벽을 포함하며,
    상기 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입 수단을 포함하는 제1 조합의 전자파 도입 수단들 사이의 상기 거리(X2)는, 상기 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입 수단을 포함하지 않는 제2 조합의 전자파 도입 수단들 사이의 상기 거리(X1)와 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리실은, 상기 전자파 도입 수단이 배열되는 벽; 및
    상기 벽에 연결되고 상기 벽이 연장되는 방향과 상이한 방향으로 연장될 뿐만 아니라 서로 대면하도록 배열되는 한 쌍의 측벽을 포함하며,
    상기 3개 이상의 전자파 도입 수단 각각은 자신의 전자파의 전파 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 주축을 갖고,
    상기 3개 이상의 전자파 도입 수단의 주축은 상기 측벽의 연장 방향에 실질적으로 평행하도록 정렬되며,
    상기 3개 이상의 전자파 도입 수단은 상기 한 쌍의 측벽 중 하나로부터 나머지 하나로의 방향으로 평행 구성으로 배열되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입 수단을 포함하는 제1 조합의 전자파 도입 수단들 사이의 상기 거리(X2)는, 상기 측벽들 중 하나에 가장 근접한 지점에 위치하는 전자파 도입 수단을 포함하지 않는 제2 조합의 전자파 도입 수단들 사이의 상기 거리(X1)와 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 3개 이상의 전자파 도입 수단은 상기 처리실 내측에 놓여 처리될 대상물의 위치에 대해 실질적으로 축방향 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 도입 수단은 전자파의 전파 경로 내에 배치되는 슬롯 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 3개 이상의 전자파 도입 수단들 중 하나에 의해 상기 처리실 내로 도입되는 전자파의 에너지 양은, 상기 3개 이상의 전자파 도입 수단들 중 또 다른 하나에 의해 상기 처리실 내로 도입되는 전자파의 에너지 양과 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 도입 수단은 상기 처리실에 인접하여 배치되는 도파관 및 유전체 부재 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 처리실의 벽면은 상기 전자파를 전달할 수 있는 적어도 하나의 유전체 부재를 포함하고,
    상기 3개 이상의 전자파 도입 수단은 각각 상기 하나의 유전체 부재의 표면 상에 놓인 슬롯 안테나 내에 형성되는 3개 이상의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 플라즈마를 사용한 처리를 행하는 처리실과,
    상기 처리실에 연결되어, 상기 처리실에 공급되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하기 위한 전자파를 상기 처리실에 도입하는, 3개 이상의 유전체를 포함한 전자파 도입 수단을 포함하고,
    상기 처리실에 인접하는 영역에서, 상기 3개 이상의 전자파 도입 수단 중 인접하는 2개의 상기 전자파 도입 수단의 조합들 중 하나에서 인접하는 상기 전자파 도입 수단의 중앙부 사이의 거리(X1, Y1)는, 상기 조합들 중 다른 하나에서 인접하는 상기 전자파 도입 수단의 중앙부 사이의 거리(X2, Y2)와 상이한 플라즈마 처리 장치를 사용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 처리실 내부에 처리 대상물을 배치하는 공정과,
    상기 처리실 내부에 반응 가스를 공급하는 공정과,
    상기 전자파 도입 수단에 의해 상기 처리실 내부에 전자파를 도입하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 함으로써, 상기 처리 대상물에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060105529A (ko) * 2005-03-30 2006-10-11 동경 엘렉트론 주식회사 플라즈마 처리장치 및 방법
KR101016147B1 (ko) 2007-06-11 2011-02-17 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 플라즈마 처리 장치, 안테나, 플라즈마 처리 장치의 사용방법, 및 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7806077B2 (en) * 2004-07-30 2010-10-05 Amarante Technologies, Inc. Plasma nozzle array for providing uniform scalable microwave plasma generation
JP4756540B2 (ja) * 2005-09-30 2011-08-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置と方法
CN100406197C (zh) * 2006-07-17 2008-07-30 哈尔滨工业大学 常压等离子体抛光装置
CN100462199C (zh) * 2007-04-11 2009-02-18 哈尔滨工业大学 常压等离子体抛光方法
CN101632329B (zh) * 2007-06-11 2012-10-31 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置及处理方法
NZ582887A (en) * 2007-08-06 2011-10-28 Ind Microwave Systems Llc A heater for a product on a conveyor with the microwave propagation perpendicular to the machine direction
JP5213530B2 (ja) * 2008-06-11 2013-06-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
KR101932578B1 (ko) * 2010-04-30 2018-12-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 수직 인라인 화학기상증착 시스템
JP5686996B2 (ja) * 2010-07-15 2015-03-18 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置
JP5893865B2 (ja) * 2011-03-31 2016-03-23 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびマイクロ波導入装置
CN105430862A (zh) * 2014-09-23 2016-03-23 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种表面波等离子体设备
JP6694736B2 (ja) * 2016-03-14 2020-05-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US11251019B2 (en) * 2016-12-15 2022-02-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Plasma device
US9767992B1 (en) 2017-02-09 2017-09-19 Lyten, Inc. Microwave chemical processing reactor
US9997334B1 (en) 2017-02-09 2018-06-12 Lyten, Inc. Seedless particles with carbon allotropes
US10920035B2 (en) 2017-03-16 2021-02-16 Lyten, Inc. Tuning deformation hysteresis in tires using graphene
JP7042282B2 (ja) 2017-03-16 2022-03-25 ライテン・インコーポレイテッド 炭素及びエラストマーの融合
CN108735567B (zh) * 2017-04-20 2019-11-29 北京北方华创微电子装备有限公司 表面波等离子体加工设备
CN109219226B (zh) * 2017-07-06 2023-01-24 北京北方华创微电子装备有限公司 一种等离子体发生装置
JP6863199B2 (ja) 2017-09-25 2021-04-21 トヨタ自動車株式会社 プラズマ処理装置
JP2019106358A (ja) * 2017-12-14 2019-06-27 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
WO2019126196A1 (en) 2017-12-22 2019-06-27 Lyten, Inc. Structured composite materials
EP3735582A4 (en) * 2018-01-04 2021-11-10 Lyten, Inc. RESONANT GAS SENSOR
WO2019143559A1 (en) 2018-01-16 2019-07-25 Lyten, Inc. Microwave transparent pressure barrier
CN108514856A (zh) * 2018-06-04 2018-09-11 四川大学 一种微波和紫外线联合固化的方法及其装置
JP7352068B2 (ja) 2019-07-12 2023-09-28 日新電機株式会社 プラズマ制御システム
CN113766720A (zh) * 2020-06-04 2021-12-07 合肥中安清源环保科技有限公司 一种可调速式冷等离子体发生装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1159012A (en) * 1980-05-02 1983-12-20 Seitaro Matsuo Plasma deposition apparatus
US5134965A (en) * 1989-06-16 1992-08-04 Hitachi, Ltd. Processing apparatus and method for plasma processing
US5645644A (en) * 1995-10-20 1997-07-08 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Plasma processing apparatus
JP3668079B2 (ja) * 1999-05-31 2005-07-06 忠弘 大見 プラズマプロセス装置
JP3792089B2 (ja) * 2000-01-14 2006-06-28 シャープ株式会社 プラズマプロセス装置
JP2001203099A (ja) * 2000-01-20 2001-07-27 Yac Co Ltd プラズマ生成装置およびプラズマ処理装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060105529A (ko) * 2005-03-30 2006-10-11 동경 엘렉트론 주식회사 플라즈마 처리장치 및 방법
KR100876750B1 (ko) * 2005-03-30 2009-01-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
KR101016147B1 (ko) 2007-06-11 2011-02-17 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 플라즈마 처리 장치, 안테나, 플라즈마 처리 장치의 사용방법, 및 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법

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Publication number Publication date
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