KR100558531B1

KR100558531B1 - 플라즈마 처리장치

Info

Publication number: KR100558531B1
Application number: KR1020030061837A
Authority: KR
Inventors: 마사시 고토; 유키히코 나카타; 카즈후미 아즈마; 데쯔야 오까모토
Original assignee: 가부시끼가이샤 에키쇼 센탄 기쥬츠 가이하쯔 센터
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20040032744A; TWI225378B; US7311796B2; US20040071613A1; JP2004153240A; TW200406137A

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 특정 형상을 갖는 전용 용기를 필요로 하지 않고, 플라즈마 생성용기 내의 플라즈마 밀도를 균일화할 수 있도록 한 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다. 플라즈마 장치는, 최소한 하나의 개구를 갖고 플라즈마가 생성되는 용기(12)와, 개구를 기밀하게 덮도록 설치된 유전성 부재(14)와, 용기의 외부에 한쪽 끝이 유전성 부재와 마주보도록 설치된 최소한 하나의 도파관(16)과, 상기 도파관의 다른쪽 끝에 설치된 전자파원(20)과, 도파관의 유전성 부재와의 마주보는 면에 설치된 복수의 구멍(38, 40, 42, 44, 46)과, 구멍의 최소한 하나에 구멍의 개구 면적을 조정하도록 설치된 구멍면적 조정수단(18)을 포함한다.

플라즈마 처리장치, 용기, 도파관, 유전성 부재, 구멍, 구멍면적 조정수단, 마이크로파, 플라즈마 밀도

Description

플라즈마 처리장치{Plasma Processing Apparatus}

도1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면으로, (a)는 주요부의 평면도, (b)는 일부가 단면으로 나타내어진 측면도이다.

도2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면으로, (a)는 주요부의 단면도, (b)는 주요부의 평면도이다.

도4는 본 발명에 따른 다른 플라즈마 처리장치의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면으로, (a)는 주요부의 단면도, (b)는 주요부의 평면도이다.

도5는 본 발명에 따른 다른 플라즈마 처리장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

* 도면의 주요부호에 대한 설명 *

10, 56, 58, 72, 86 : 플라즈마 처리장치

12, 64, 78, 92 : 생성용기 14, 66, 80, 94 : 유전성 부재

16, 68, 82, 96 : 도파관 18 : 구멍면적 조정수단

20 : 마이크로파 발진기 22 : 가스 도입장치

24 : 가스 배출장치 26 : 시료 지지장치

28, 74, 88 : 개구 30, 62, 76, 90 : 창틀

32 : 가스 도입용 개구 34 : 가스 배출용 개구

38, 40, 42, 44, 46, 70, 84, 98 : 구멍

48 : 가스봄베(bombe) 50 : 유도관

52 : 도입제어장치 54 : 시료

60 : 창

발명의 분야

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 특히 반도체 장치, 액정표시장치 등의 제조과정에 있어서 실시되는 막 퇴적, 표면 개질, 에칭 등을 위한 플라즈마 처리를 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

발명의 배경

플라즈마 처리장치로서, 전자파 발진기에서 발생된 전자파, 특히 마이크로파 를 도파관에 의해 전파하고 유전체 창을 통하여 플라즈마 생성용기로 유도하여 용기 내에 공급된 처리 가스 분자를 여기하여 플라즈마를 발생시키고, 피(被)처리체를 플라즈마 처리하도록 한 것이 있다. 플라즈마 생성용기 벽에 대접(對接)하는 도파관의 관벽에는, 마이크로파를 플라즈마 생성용기 내로 유도하기 위한 복수의 구멍이 등간격으로 형성되어 있다.

플라즈마 생성용기 내에서는, 마이크로파가 도입된 후, 플라즈마가 생성된다. 각 구멍으로부터의 전자파 에너지의 방출량을 같게 하고, 플라즈마 생성용기 내에 동일한 분포의 플라즈마를 생성시키도록, 예를 들어 미리 도파관 끝의 구멍을 다른 구멍보다 구멍 면적이 크도록 형성하고, 이에 의해, 도파관의 끝쪽에서의 전자파의 반사에 의해 각 구멍으로부터의 전자파 에너지의 방출량이 불균등하게 되는 것을 억제하도록 한 것이 있다(예를 들어, 특개평8-111297호 공보, 제3∼6쪽, 도2 참조).

그러나, 실제로는 각 구멍으로부터의 전자파 에너지의 방출이 같은 양이어도, 플라즈마 생성용기 내의 플라즈마의 분포는 동일하지 않은 문제가 있었다. 이것은 플라즈마 생성용기의 중심 부근에서의 플라즈마 밀도와 그 내벽 근방에서의 플라즈마 밀도가 동일하지 않고, 또한 플라즈마 생성용기에 도입되는 기체 원소의 종류에 의해 각 구멍으로부터의 전자파 에너지의 방출량의 변동 정도가 다른 것에 기인한다.

플라즈마 생성용기의 내벽 근방에서는, 그 중심 부근과 비교하여, 플라즈마의 발생량에 대해 플라즈마의 소멸량이 커서, 플라즈마 밀도가 작다. 이 때문에, 플라즈마 생성용기 내의 플라즈마 밀도에 고르지 못함이 생긴다. 또한, 이 고르지 못함의 정도는, 도입 기체 원소의 종류에 의존하는 각 구멍으로부터의 전자파 에너지의 방출량의 변동에 의해서도 다르다.

이 문제의 해결에는, 플라즈마 생성용기 내의 플라즈마 밀도의 고르지 못함을 해소할 수 있는 특정 형상의 용기나 도입 기체 원소의 종류에 맞춘 복수의 전용 용기를 준비할 필요가 있었다.

본 발명의 목적은, 특정 형상을 갖는 전용 용기를 필요로 하지 않고, 플라즈마가 생성되는 용기 내의 플라즈마 밀도를 균일화할 수 있도록 한 플라즈마 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기의 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 플라즈마 장치는, 최소한 하나의 개구를 갖고 플라즈마가 생성되는 용기와, 상기 개구를 기밀하게 덮도록 설치된 유전성 부재와, 상기 용기의 외부에 한쪽 끝이 상기 유전성 부재와 마주보도록 설치된 최소한 하나의 도파관과, 상기 도파관의 다른쪽 끝에 설치된 전자파원과, 상기 도파관의 상기 유전성 부재와의 마주보는 면에 설치된 복수의 구멍과, 상기 구멍의 최소한 하나에 상기 구멍의 개구 면적을 조정하도록 설치된 구멍면적 조정수단을 포함한다.

바람직하게는, 상기 구멍면적 조정수단을 갖는 상기 구멍은 다른 구멍의 구멍 면적보다 큰 구멍 면적이다.

상기 구멍 면적이 가장 큰 구멍은 상기 도파관의 끝쪽에 위치하도록 해도 좋다.

바람직하게는 상기 도파관은 복수의 도파관으로 이루어진다.

상기 구멍 중 최소한 하나는 상기 유전성 부재의 둘레 근방에 위치하도록 할 수 있다.

상기 도파관은 장방형의 횡단면 형상을 갖고, 상기 구멍은 장방형의 4변을 갖고, 또한 상기 유전성 부재는 장방형의 4변을 가지며, 상기 구멍의 긴 변은 이에 근접하는 상기 유전성 부재의 한 변과 평행한 것으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 용기의 측벽면쪽 구멍의 구멍 면적을 가장 큰 구멍 면적으로 하고, 이 구멍에 상기 구멍면적 조정수단을 설치하여 이루어진다.

바람직하게는, 상기 구멍면적 조정수단은, 금속으로 이루어지는 판상부(板狀部)를 왕복 운동시켜 상기 구멍의 개구 면적을 조정하도록 설치하여 이루어진다.

본 발명에 따른 다른 플라즈마 장치는, 최소한 하나의 개구를 갖고 플라즈마가 생성되는 용기와, 상기 개구를 기밀하게 덮도록 설치된 장방형의 4변을 갖는 유전성 부재와, 장방형의 횡단면 형상을 갖는 도파관으로 상기 용기의 외부에 상기 유전성 부재와 마주보게 설치된 최소한 하나의 도파관과, 상기 도파관의 상기 유전성 부재와 마주보는 면에 설치된 장방형의 4변을 갖는 복수개의 구멍을 포함하고, 상기 구멍 중 상기 용기의 측벽면쪽 구멍의 면적을 다른 구멍의 면적보다 크게 한다.

본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 장치는, 최소한 하나의 개구를 갖고 플라즈마가 생성되는 용기와, 상기 개구를 기밀하게 덮도록 설치된, 장방형의 4변을 갖는 유전성 부재와, 장방형의 횡단면 형상을 갖는 도파관으로 상기 용기의 외부에 상기 유전성 부재와 마주보고 설치된 최소한 하나의 도파관과, 장방형의 4변을 갖는 구멍으로 상기 도파관에 상기 유전성 부재와 마주보고 설치된 최소한 하나의 구멍을 포함하고, 상기 구멍의 한 변과 상기 유전성 부재의 한 변은 평행하다.

바람직하게는, 상기 유전성 부재의 서로 이웃하는 2변의 한쪽 근방에 위치하는 최소한 하나의 구멍과, 상기 2변의 다른쪽 근방에 위치하는 최소한 하나의 구멍을 포함하고, 상기 2변의 한쪽 근방에 위치하는 구멍의 긴 변은 상기 한쪽과 평행하고, 상기 2변의 다른쪽 근방에 위치하는 구멍의 긴 변은 상기 다른쪽과 평행하다.

발명의 최적의 실시형태

도1(a) 및 도1(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치가 전체에 도면부호 10으로 나타나 있다. 플라즈마 처리장치(10)는, 플라즈마의 생성용기(12)와, 유전성 부재(14)와, 도파관(16)과, 구멍면적 조정수단(18)을 포함한다. 게다가 플라즈마 처리장치(10)는, 전자파원 예를 들어 마이크로파 발진기(20)와, 가스 도입장치(22)와, 가스 배출장치(24)와, 시료 지지장치(26)를 포함하는 것으로 할 수 있다.

플라즈마 처리장치(10)는, 예를 들어 플라즈마 생성용 가스로서 기체 산소를 이용한 산소 플라즈마에 의한 애싱(ashing)을 행하기 위한 장치로서 이용된다. 생성용기(12)에 생성된 산소 플라즈마에 의해, 예를 들어 액정 패널용 기판 상의 포토 레지스트의 분해나 박리 즉 애싱을 실시할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리장치(10)는, 모노실란 가스, 암모니아 가스, 메탄 가스 등을 이용한 플라즈마 CVD, 염소 가스, 프론 가스 등을 이용한 에칭 등을 위한 장치로서 이용된다.

플라즈마가 생성되는 용기인 생성용기(12)는, 바람직하게는 그 내부를 진공으로 유지할 수 있는 것으로 이루어진다. 생성용기(12)는, 이 용기(12)의 벽면 예를 들어 윗덮개부를 전자파 창으로서의 최소한 하나의 개구(28)를 갖는다. 개구(28)를 규정하는 창틀(30)이 생성용기(12)에 일체적으로, 예를 들어 용접에 의해 설치되어 있다. 또한, 생성용기(12)는, 가스 도입용 개구(32)와, 가스 배출용 개구(34)를 갖는다.

유전성 부재(14)는, 생성용기(12)의 예를 들어 윗덮개부에 상당하는 위치에 설치된 개구(28)를 기밀하게 덮고, 생성용기(12)를 진공으로 유지하기 위한 기밀한 밀폐성을 유지하는 내압을 갖도록 창틀(30)에 설치되어 있다. 유전성 부재(14)로서, 전자파가 투과 가능한 석영, 세라믹 등을 이용할 수 있다.

도파관(16)으로서, 전자파, 특히 마이크로파를 전송하는 금속제 관을 이용할 수 있다. 도파관(16)의 한쪽 끝에는, 마이크로파 발진기(20)가 결합되고, 도파관(16)은 마이크로파 발진기(20)로부터 출력된 전자파를 전송한다. 도시한 예 에서는, 도파관(16)은 알루미늄으로 이루어진다. 또한, 도파관(16)은 예를 들어 장방형의 횡단면 형상을 갖는다. 도파관(16)은 생성용기(12)의 외부에 있고, 도파관(16)의 다른쪽 끝은 유전성 부재(14)와 마주보고 접하고, 이와 상대하고 있다. 도시한 예에서는, 도파관(16)의 단부(36)가 거의 창틀(30)의 위쪽에 위치한다. 도파관(16)은 생성용기(12)의 윗덮개부보다 좁은 폭 간격과, 윗덮개부의 길이를 갖고, 생성용기(12)의 중앙부에 위치하여 설치된다.

도파관(16)에는, 유전성 부재(14)에 상대하는 면(마주보는 면)으로 개방하는, 복수의 구멍(38, 40, 42, 44, 46)이 설치되어 있다. 즉, 이들 구멍(38, 40, 42, 44, 46)은 도파관(16)의 유전성 부재(14)와 마주보는 면에 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 각 구멍(38, 40, 42, 44, 46)이 장방형의 4변을 갖고, 도파관(16)의 끝에 위치하는 구멍(38)의 짧은 변이 다른 구멍(40, 42, 44, 46)의 각 짧은 변보다 길다. 구멍(38)은, 다른 구멍(40, 42, 44, 46)과 비교하여 큰 구멍 면적을 갖고, 다른 구멍(40, 42, 44, 46)은 같은 형상을 갖는다. 이 예 대신에, 구멍(38, 40, 42, 44, 46)을 장방형 이외의 다각형, 원형, 타원형 등의 평면형상을 갖도록 형성해도 좋다. 다만, 이 경우에는, 생성용기(12) 내로의 마이크로파의 공급효율 면에서 떨어진다. 구멍의 형상은 장방형에 한정되지 않고 다른 형상 예를 들어 원형이어도 좋다.

도시한 예에서는, 도파관(16)의 상기 구멍(38, 40, 42, 44, 46)의 개방면은 도파관(16) 내의 전계(電界)의 파면(波面)에 수직이고 자계(磁界)의 파면과 평행한 면이다. 구멍(38, 40, 42, 44, 46)은 이들의 간격을 임의로 정할 수 있지만, 바람 직하게는 마이크로파의 반파장마다 등간격으로 형성된다. 구멍면적 조정수단(18)은, 피(被)조정 구멍을 통과하여 생성용기(12) 내로 전파하는 마이크로파의 전파량을 조정하기 위한 수단이고, 이 전파량을 조정하기 위해 구멍의 개구 면적을 조정하고 있다.

구멍면적 조정수단(18)은, 구멍(38)의 개구 면적을 조정하기 위한 것으로, 예를 들어 거의 사각형의 평면형상의 판상부(18A)를 갖는다. 상기 판상부(18A)의 면적은 후술하는 바와 같이, 구멍면적 조정수단(18)이 적용되는 구멍의 구멍 면적보다 큰 것이 바람직하다. 상기 판상부(18A)는, 마이크로파 등 전자파에 대해 비투과성 부재이고, 예를 들어 알루미늄, 구리 등의 금속재료가 가장 적합하다. 도시한 예에서는, 상기 판상부는 도파관(16)과 동일하게, 알루미늄판으로 이루어진다.

구멍면적 조정수단(18)의 상기 판상부(18A)는 도파관(16)에 왕복운동 가능하게 설치되어 있다. 상기 판상부(18A)의 왕복운동 기구는 예를 들어 상기 판상부(18A)의 측부에 바깥쪽으로 연장하는 조작봉(18B)을 일체로 설치하고, 상기 조작봉(18B)을 왕복운동 조작하면 된다. 상기 조작봉(18B)은, 도시하지 않은 모터에 결합시켜 자동적으로 원격 조작할 수 있다.

구멍면적 조정수단(18)의 설치위치는, 플라즈마의 균일성이 나쁜 부분의 예를 들어 구멍(38, 40, 42, 44, 46)에 설치되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서는, 구멍면적 조정수단(18)이 마이크로파 발진기(20)로부터 가장 먼 위치의 구멍(38)에 설치되어 있다. 구멍(38)은, 다른 구멍의 면적보다 크게 설치되어 있지만, 다른 구멍(40, 42, 46)과 같은 면적이어도 좋다. 구멍(38, 40, 42, 44, 46)의 구멍 면적에 대해서, 이 실시예에서는 구멍(38)의 면적만이 크게 형성되어 있다.

이것은, 구멍(38)에 대해서, 끝에 위치하고, 진행파와 반사파가 존재하기 위해서 매칭(matching)을 취하는 것을 포함하여 큰 면적으로 형성되어 있다. 생성용기(12)의 내용적이 대형 액정 표시장치용 기판과 같이 큰 경우의 구멍(38, 40, 42, 44, 46)의 크기는, 마이크로파 발진기(20)로부터 먼 만큼, 구멍 면적을 크게 하는 것이 바람직하다.

이것은 마이크로파 발진기(20)로부터 먼 만큼 마이크로파의 도달량이 감소하기 때문에 각 구멍(46, 44, 42, 40, 38)의 개구 면적을 순차로 넓게 조정함으로써 생성용기(12) 내에 발생하는 플라즈마 밀도를 균일화할 수 있다.

도시한 예에서는, 구멍면적 조정수단(18)은, 가장 큰 면적을 갖는 구멍(38)에 적용되고, 상기 판상부(18A)는 구멍(38)의 긴 변 및 짧은 변보다 긴 긴 변 및 짧은 변을 갖는다.

구멍면적 조정수단(18)은, 판상부(18A)가 구멍(38)의 짧은 변과 평행하게, 즉 도면에 있어서 좌우방향으로 왕복운동할 수 있도록, 안내부재(도시하지 않음)를 사이에 두고 도파관(16)에 지지되어 있다.

구멍면적 조정수단(18)의 판상부(18A)의 왕복운동은, 도시한 예에서는 상기 판상부(18A)에 설치되고 도파관(16)의 외부에 위치하는 손잡이를 손으로 지지하여 행할 수 있다. 수동 대신에, 예를 들어 스텝핑 모터를 이용하여 구멍면적 조정수단(18)의 판상부(18A)를 왕복운동시키도록 해도 좋다. 게다가, 상기 판상부(18A)의 이동량을 피드백 제어하도록, 생성용기(12) 내에서 구멍(38)을 통하 여 되돌아오는 마이크로파의 돌아오는 양을 모니터하여, 상기 판상부(18A)의 이동량을 구멍(38)의 개구의 크기로부터 구하도록 해도 좋다. 구멍의 개구 면적의 조정을 위해, 후술하는 바와 같이 다른 구멍(40, 42, 44, 46)의 전부 또는 일부에 구멍면적 조정수단(18)을 더 적용하고, 또는 구멍(38) 대신에 구멍(40, 42, 44, 46)의 하나에 적용할 수 있다.

마이크로파 발진기(20)는, 도파관(16)의 다른쪽 끝 단부에 접속되고, 도파관(16) 내에 도입되어 전송되는 상기 마이크로파를 발생시킨다.

가스 도입장치(22)는, 플라즈마 생성용 가스를 수용하는 가스봄베(48)와, 생성용기(12) 내로 가스를 유도하는 유도관(50)과, 유도관(50)의 중간에 설치되고 가스봄베(48)로부터 생성용기(12) 내로의 가스의 유입 및 유입량을 제어하는 도입 제어장치(52)를 포함한다. 유도관(50)은 생성용기(12) 내의 밀폐성을 유지할 수 있도록 생성용기(12)의 벽에 설치되어 있다.

가스 배출장치(24)는, 생성용기(12) 내의 가스의 배출 및 그 양을 제어한다.

시료 지지장치(26)는, 생성용기(12) 내에 플라즈마 처리가 실시되는 시료(54)를 고정, 지지한다.

플라즈마 처리장치(10)에 있어서, 구멍면적 조정수단(18)의 판상부(18A)의 왕복운동에 의해 구멍(38)의 일부를 덮음으로써 구멍(38)의 개구 면적의 크기가 조정되고, 구멍(38)으로부터의 전자파 에너지의 방출량이 조정된다.

그 결과, 생성용기(12) 내의 구멍(38)의 아래쪽 공간의 플라즈마 밀도가 증감되고, 생성용기(12) 내의 플라즈마 밀도의 고르지 못함이 작아진다.

또한, 생성용기(12)에 도입되는 가스 원소의 종류에 맞추어 구멍(38)의 개구 면적의 크기를 조정함으로써, 구멍(38)으로부터의 전자파 에너지의 방출량의 변동 정도가 조정된다.

플라즈마 밀도는, 이온이나 전자와 같은 하전입자의 밀도이고, 플라즈마의 생성량과 소멸량으로 정해진다. 플라즈마의 생성량은, 생성용기(12) 내에 공급된 전자파(도시한 예에서는 마이크로파)의 전계 강도 즉 전력으로 결정되고, 전계 강도가 균일한 전자파를 생성용기(12) 내에 공급하면 균일한 플라즈마가 생성된다. 한편, 플라즈마의 소멸량은, 확산(플라즈마 밀도가 낮은 공간으로의 이동), 재결합(플라즈마 분해한 입자가 다시 결합하는 것), 표면 반응(생성용기(12)의 내벽을 포함하는 고체 표면에서의 결합반응) 등으로 결정된다. 따라서, 생성용기(12)의 내벽 부근에 있어서는, 플라즈마의 생성량은 같지만, 플라즈마의 소멸량, 특히 표면 반응에 의한 소멸량이 내벽 부근이 아닌 중앙부 공간과 비교하여 크고, 결과로서, 플라즈마 밀도가 낮아진다.

도시한 예에서는, 구멍(38, 46)이 생성용기(12)의 내벽에 근접해 있고, 구멍(38)이 마이크로파 발진기(20)로부터 가장 먼 위치에 있어 마이크로파 전파량이 최소인 것으로부터, 구멍면적 조정수단(18)에 의해 구멍(38)의 개구 면적을 크게 함으로써, 생성용기(12)의 내벽 근방에서의 플라즈마 생성량을 많게 하여 그 소멸을 보상할 수 있고, 이에 의해 생성용기(12)의 중심 부근과 내벽 근방에 있어서의 플라즈마 밀도의 차를 작게 할 수 있다. 여기에서, 생성용기(12)의 내벽에 근접하는 구멍이란, 생성용기(12)의 개구면에 있어서의 중앙위치에서 생성용기(12)의 4 개의 내벽의 어느 한쪽으로 치우친 위치에 있는 구멍을 가리킨다. 상기 중앙위치란, 생성용기(12)의 4개의 내벽으로부터 등거리에 있는 위치를 가리킨다.

게다가, 도시한 예에서는, 구멍(38)이 도파관(16)의 끝쪽에 위치하는 것으로부터, 구멍면적 조정수단(18)에 의해 구멍(38)의 개구 면적을 조정함으로써, 도파관(16)의 끝쪽에서의 전자파의 반사에 의한 전자파 파형의 흐트러짐이나 변동과, 이에 따른 플라즈마 생성량의 변동이 억제되어, 플라즈마 밀도가 균일화된다.

도1을 참조하는 상기 설명에 있어서, 구멍면적 조정수단(18)은 구멍(38)에 적용되는 것으로서 설명하였지만, 이 대신에 구멍(46)의 구멍 면적을 다른 구멍(38, 42, 44, 46)보다 크게 하고, 구멍(46)에 구멍면적 조정수단(18)이 적용되도록 해도 좋다. 게다가, 구멍(38, 46)의 구멍면적을 다른 구멍(42, 44, 46)보다 크게 하고, 구멍(38, 46)의 각각에 구멍면적 조정수단(18)이 적용되도록 해도 좋다.

또한, 구멍면적 조정수단(18)은, 구멍(40, 42 및 44)의 최소한 하나에, 또는 구멍(38, 40, 42, 44, 46) 모두에 적용되어도 좋다. 도1의 실시예에서는, 생성용기(12)의 크기와 비교하여 하나의 도파관(16)의 폭이 좁기 때문에, 그 만큼 플라즈마 밀도의 균일성에 지장을 주는 경우가 있다. 이 경우, 복수의 도파관을 설치하여 균일화해도 좋다. 이어서, 이 실시예를 설명한다.

도2를 참조하면, 다른 예의 플라즈마 처리장치(56)가 나타내어져 있다. 도1과 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 중복하기 때문에 생략한다. 도2는 위쪽에서 본 평면도이다. 플라즈마 처리장치(56)는, 3개의 도파관(16, 16, 16)을 포함한다. 도2의 예에서는, 도1의 예와 비교하여, 생성용기(12) 내에 마이크로파를 전파하기 위한 도파관 및 구멍의 수가 증가하고, 생성용기(12) 내 전반에 마이크로파를 전파하기 때문에, 생성용기(12) 내에 생성되는 플라즈마 분포가 더 일정해진다.

또한, 도2에 나타낸 예에서는, 구멍(38) 외에 구멍(46)의 구멍 면적을 다른 구멍(40, 42, 44)보다 크게 하고, 구멍(38, 46) 각각에 구멍면적 조정수단(18)이 적용되어 있기 때문에, 생성되는 플라즈마의 분포, 플라즈마 밀도가 보다 한층 동일해진다.

도파관(16)의 수는, 상기 예에 한정되지 않는다. 생성용기(12)의 크기에 따라, 적절한 수(도시한 예에서는 3)의 도파관(16)을 이용할 수 있다. 또한, 동일 크기의 3개의 도파관(16, 16, 16)의 예에 대해서 설명하였지만, 다른 크기의 도파관을 배열하여 플라스마 밀도를 균일화시켜도 좋다.

이어서, 도3(a) 및 도3(b)에 나타낸 다른 예의 플라즈마 처리장치(58)는, 장방형의 평면형상의 3개의 창(60)을 갖는 창틀(62)이 설치된 생성용기(64)와, 창틀(62)의 3개의 창에, 각각 밀폐성(기밀성)을 유지하도록 설치된 장방형의 4변을 갖는 3개의 유전성 부재(66)를 포함한다. 게다가, 창틀(62)은 생성용기(64)의 일부를 이룬다.

3개의 유전성 부재(60)에 각각 접하는 3개의 도파관(68)이 배치되어 있다. 각 도파관(68)은 장방형의 횡단면 형상을 갖는다.

각 도파관(68)은 장방형의 4변을 갖는 복수의 구멍(70)을 갖는다. 각 구멍(70)의 긴 변은 이에 근접하는 유전성 부재(66)의 한 변과 평행하다. 도시한 예에서는, 도파관(68)이 장방형의 횡단면 형상을 갖기 때문에, 구멍(70)의 개방면이, 도파관(68) 내의 전계의 파면에 수직이고 자계의 파면과 평행한 면이다. 이에 의해, 유전성 부재(66)의 둘레 근방에서의 전자 에너지의 손실이 억제된다. 여기에서, 유전성 부재(66)에 근접하는 구멍이란, 유전성 부재(66)의 중앙위치로부터 그 4변의 어느 한쪽으로 치우친 위치에 있는 구멍을 가리킨다. 상기 중앙위치란, 유전성 부재(66)의 4변 즉 2개의 긴 변 및 2개의 짧은 변으로부터 각각 등거리에 있는 위치를 가리킨다.

또한, 생성용기(64)의 내벽에 근접하는 전체 구멍(70)의 각각에 도1에서 설명한 구멍면적 조정수단(18)이 적용되어, 생성용기(64)의 내벽 근방에서의 플라즈마 밀도의 저하가 억제되어 있다. 그 결과, 생성용기(64) 내에 생성되는 플라즈마의 플라즈마 밀도가 균일화된다.

도4(a) 및 도4(b)를 참조하면, 다른 플라즈마 처리장치(72)가 나타내어져 있다. 플라즈마 장치(72)는, 서로 평행한 3개의 장방형의 평면형상의 개구(74)를 갖는 창틀(76)이 설치된 생성용기(78)와, 창틀(76)의 3개의 개구(74)에, 각각 밀폐성(기밀성)을 유지하도록 설치된 장방형의 4변을 갖는 3개의 유전성 부재(80)를 포함한다. 게다가, 창틀(76)은 생성용기(78)의 일부를 이룬다.

3개의 유전성 부재(80)에 각각 대응하는 3개의 도파관(82)이 배치되어 있다. 각 도파관(82)은 장방형의 횡단면 형상을 갖는다.

각 도파관(82)은 장방형의 4변을 갖는 복수의 구멍(84A, 84B)을 갖는다. 각 구멍(84A, 84B)은 유전성 부재(80)의 둘레 근방에 위치하고, 각 구멍(84A, 84B)의 긴 변은 이에 근접하는 유전성 부재(80)의 한 변과 평행하다. 도시한 예에서는, 도파관(82)이 장방형의 횡단면 형상을 갖기 때문에, 구멍(84A, 84B)의 개방면은 도파관(82) 내의 전계의 파면에 수직이고 자계의 파면과 평행한 면이다.

이에 의해, 구멍(84A, 84B)으로부터 방사되는 마이크로파의 전계는, 창틀(76)과 유전성 부재(80)와의 경계면에 수직이 된다. 또한, 유전성 부재(80)의 둘레에서의 창틀(76)에 의한 마이크로파의 흡수의 영향이 완화된다. 상기 구멍(84A)의 크기는, 설계 시에 플라즈마 밀도가 균일화되는 크기를, 도1에 나타낸 구멍면적 조정수단에 의해 구할 수 있다.

도4(a) 및 도4(b)에 나타낸 예에서는, 생성용기(78)의 내벽에 근접하는 전체 구멍(84A)은 근접하지 않는 다른 구멍(84B)보다 구멍 면적이 크고, 생성용기(78)의 내벽 근방에서의 플라즈마 밀도의 저하가 억제되어 있다. 그 결과, 생성용기(78) 내에 생성되는 플라즈마의 플라즈마 밀도가 균일화된다.

도5에 나타낸 바와 같이, 서로 평행한 복수의 개구(74)를 갖는 플라즈마 처리장치(72) 대신에, 격자상을 이루는 복수의 개구(88)를 갖는 다른 예의 플라즈마 처리장치(86)로 할 수 있다. 플라즈마 처리장치(86)는, 도4에 나타낸 예와 같이, 장방형의 평면형상의 6개의 개구(88)를 갖는 창틀(90)이 설치된 생성용기(92)와, 창틀(90)의 6개의 개구에, 각각 밀폐성(기밀성)을 유지하도록 설치된 장방형의 4변을 갖는 6개의 유전성 부재(94)를 포함한다. 게다가, 창틀(90)은 생성용기(92)의 일부를 이룬다.

도시한 예에서는, 각 2개의 개구(88)를 이들 긴 변 방향으로 연장하는 유전성 부재(94)에 접하는 도파관(96)이 배치되어 있다. 각 도파관(96)은 장방형의 횡단면 형상을 갖는다.

각 도파관(96)은, 장방형의 4변을 갖는 복수의 구멍(98)을 갖는다. 각 구멍(98)은 유전성 부재(94)의 둘레 근방에 위치하고, 각 구멍(98)의 긴 변은 이에 접하는 유전성 부재(94)의 한 변과 평행하다. 이에 의해, 창틀(90)에 의한 마이크로파의 흡수의 영향을 완화한다.

구멍(84, 98)의 수는, 이에 한정되지 않고, 상기 생성용기나 상기 유전성 부재의 크기에 의해 적절한 수로 할 수 있다. 상기 실시예에서는, 구멍면적 조정수단(18)으로서, 하나의 구멍(38, 46, 70, 98)의 개구 면적을 조정하는 예에 대해서 설명하였지만, 다수의 작은 구멍을 형성하고, 구멍 단위로 개폐 조작함으로써 플라즈마 밀도를 균일하게 조정해도 좋다. 게다가, 구멍면적 조정수단(18)으로서, 판상부(18A)를 왕복운동시킨 예에 대해서 설명하였지만, 왕복운동에는 전후운동, 회전운동 등이 있다.

상기 실시예에 의하면, 구멍의 최소한 하나에 대해서, 상기 최소한 하나의 구멍을 위한 구멍면적 조정수단을 포함하는 것으로 한 결과, 상기 최소한 하나의 구멍으로부터의 전자파 에너지의 방출량을 조정할 수 있다.

이에 의해, 플라즈마 생성용기 내의 일부 공간의 플라즈마 밀도가 증감되고, 플라즈마 생성용기 내의 플라즈마 밀도의 고르지 못함이 완화된다. 또한, 플라즈마 밀도의 증감의 정도를 조정함으로써, 플라즈마 생성용기에 도입되는 기체 원소의 종류에 맞추어 구멍으로부터의 전자파 에너지의 방출량의 변동 정도를 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 특정 형상의 전용 용기의 준비를 필요로 하지 않는다.

상기 구멍면적 조정수단을 갖는 상기 구멍이 다른 구멍의 구멍 면적보다 큰 구멍 면적일 때, 용기의 내벽에 근접하는 가장 면적이 큰 구멍은 구멍면적 조정수단에 의해 그 구멍의 개구 면적이 조정되고, 플라즈마 생성용기의 내벽 근방에서의 플라즈마의 소멸을 보상하여, 용기의 중심 부근과 내벽 부근에 있어서의 플라즈마 밀도의 차를 작은 것으로 할 수 있다.

상기 구멍 면적이 가장 큰 구멍이 상기 도파관의 끝쪽에 위치하도록 함으로써, 도파관의 끝쪽에서의 전자파의 반사에 의한 영향도 함께 억제할 수 있다.

상기 도파관이 복수의 도파관으로 이루어질 때, 플라즈마 밀도의 고르지 못함을 보다 한층 작게 할 수 있다.

상기 구멍 중 최소한 하나가, 상기 유전성 부재의 둘레 근방에 위치할 때, 유전성 부재의 둘레 근방에서의 플라즈마의 소멸을 보상할 수 있다.

상기 도파관이 장방형의 횡단면 형상을 갖고, 상기 구멍이 장방형의 4변을 갖고, 또한 상기 유전성 부재가 장방형의 4변을 가지며, 상기 구멍의 긴 변이 이에 근접하는 상기 유전성 부재의 한 변과 평행일 때, 유전성 부재의 둘레 근방에서의 전자 에너지의 손실을 억제하여, 보다 많은 전자 에너지를 플라즈마 생성용기 내로 유도할 수 있다.

상기 용기의 측벽면쪽 구멍의 구멍 면적을 가장 큰 구멍 면적으로 하고, 이 구멍에 상기 구멍면적 조정수단을 설치하여 이룰 때, 플라즈마 밀도의 고르지 못함을 보다 한층 작게 할 수 있다.

상기 구멍면적 조정수단이 금속으로 이루어지는 판상부를 왕복운동시켜 상기 구멍의 개구 면적을 조정하도록 설치하여 이루어질 때, 플라즈마 밀도의 고르지 못함이 보다 한층 작아지도록 구멍 면적을 조정할 수 있다.

다른 실시예에 의하면, 구멍의 한 변과 유전성 부재의 한 변은 평행인 것으로부터, 구멍으로부터 방사되는 마이크로파의 전계를 용기와 유전성 부재와의 경계면에 대해 수직으로 하여, 유전성 부재의 둘레에서의 용기에 의한 마이크로파의 흡수의 영향을 완화할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 생성을 위해 충분한 마이크로파를 용기 내로 유도하고, 용기 내에 일정한 안정한 플라즈마를 생성할 수 있다.

이와 같은 일정한 안정한 플라즈마의 생성에 의해, 플라즈마 생성용기에 도입되는 기체 원소의 종류에 관계없이 플라즈마 상태의 변동을 억제할 수 있다.

상기 유전성 부재의 서로 이웃하는 두 변의 한쪽 근방에 위치하는 최소한 하나의 구멍과, 상기 두 변의 다른쪽 근방에 위치하는 최소한 하나의 구멍을 포함하고, 상기 두 변의 한쪽 근방에 위치하는 구멍의 긴 변은 상기 한쪽과 평행하고, 상기 두 변의 다른쪽 근방에 위치하는 구멍의 긴 변은 상기 다른쪽과 평행일 때, 유전성 부재의 둘레에서의 마이크로파의 흡수의 영향을 보다 한층 완화할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 처리장치는 플라즈마가 생성되는 용기 내의 플라즈마 밀 도를 균일화할 수 있는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

최소한 하나의 개구를 갖고 플라즈마가 생성되는 용기;

상기 개구를 기밀하게 덮도록 설치된 유전성 부재;

상기 용기의 외부에 한쪽 끝이 상기 유전성 부재와 마주보도록 설치된 최소한 하나의 도파관;

상기 도파관의 다른쪽 끝에 설치된 전자파원;

상기 도파관의 상기 유전성 부재와의 마주보는 면에 설치된 복수의 구멍으로서, 이 복수의 구멍 중 상기 도파관의 끝단 쪽에 위치하는 구멍 및 상기 전자파원 쪽에 위치하는 구멍 중의 최소한 하나의 구멍이 다른 구멍보다 큰 면적을 갖고, 다른 구멍은 같은 형상을 갖는 복수의 구멍; 및

상기 큰 면적을 갖는 구멍에 설치되고 이 구멍의 개구 면적을 조정하는 구멍면적 조정수단;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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제1항에 있어서, 상기 구멍 면적이 가장 큰 구멍은, 상기 도파관의 끝에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 도파관은 복수의 도파관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 구멍 중 최소한 하나는 상기 유전성 부재의 둘레 근방에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 도파관은 장방형의 횡단면 형상을 갖고, 상기 구멍은 장방형의 4변을 갖고, 또한 상기 유전성 부재는 장방형의 4변을 가지며, 상기 구멍의 긴 변은 이에 근접하는 상기 유전성 부재의 한 변과 평행한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 용기의 측벽면쪽 구멍의 구멍 면적을 가장 큰 구멍 면적으로 하고, 이 구멍에 상기 구멍면적 조정수단을 설치하여 이루는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 구멍면적 조정수단은, 금속으로 이루어지는 판상부를 왕복운동시켜 상기 구멍의 개구 면적을 조정하도록 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
삭제
삭제
삭제
최소한 하나의 개구를 갖고 플라즈마가 생성되는 용기;

상기 개구를 기밀하게 덮도록 설치된 유전성 부재;

상기 용기의 외부에 한쪽 끝이 상기 유전성 부재와 마주보고 평행하게 나란히 설치된 복수의 도파관;

상기 각 도파관의 다른쪽 끝에 설치된 전자파원;

상기 각 도파관의 상기 유전성 부재와의 마주보는 면에 설치된 복수의 구멍으로서, 이 복수의 구멍 중 상기 도파관의 끝단 쪽에 위치하는 구멍 및 상기 전자파원 쪽에 위치하는 구멍 중 최소한 하나의 구멍이 다른 구멍보다 큰 면적을 갖고, 다른 구멍은 같은 형상을 갖는 복수의 구멍; 및

상기 큰 면적을 갖는 구멍에 설치되고 이 구멍의 개구면적을 조정하는 구멍면적 조정수단;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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