KR100625762B1 - 플라즈마 처리 장치 및 매칭 박스 - Google Patents

Abstract

매칭 박스에는, 접촉기의 콘센트구인 접촉 콘센트부가 마련되어 있다. 매칭 박스를 진공 용기의 측면 외벽에 고정하면, 급전봉과의 사이의 공간적인 여유를 갖게 한 상태에서 위치 결정된다. 이 후, 접촉기를 접촉 콘센트부에 꽂음으로써, 외부의 회로와 급전봉의 전기적 접촉이 확립된다. 또한, 임피던스 정합기의 출력 부분에 마련된 소켓(40)은 원통 형상으로 성형된 금속체(40a)의 중심부에, 급전봉(32)을 감입하여 유지하기 위한 감입 구멍(41)을 구비하고 있다. 감입 구멍(41)의 내벽에는, 절연물로 이루어지는 피막층(42)이 마련되어 있고, 급전봉(32)과의 사이가 전기적으로 절연되어 있다. 제 2 고주파 전원(51)에 의해 생성된 고주파 전력은 유도 결합에 의해 급전봉(32)에 전달된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 매칭 박스{PLASMA TREATMENT APPARATUS, MATCHING BOX}

본 발명은 플라즈마를 이용하여 피처리체에 성막 처리 등의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 기판 등의 제조 프로세스에서는, 플라즈마를 이용하여 이들 기판에 표면 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치가 사용되는 경우가 있다. 플라즈마 처리 장치로서는, 예컨대, 화학적 기상 성장(Chemical Vapor Deposition : CVD) 처리를 실시하는 장치 등이 알려져 있다. 플라즈마 처리 장치 중에서도, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치는 처리의 균일성이 우수하고, 또한, 장치 구성도 비교적 간이하므로, 널리 사용되고 있다.

플라즈마 처리 장치에는, 기판의 표면 처리가 행하여지는 진공 용기 내에, 고주파 전력을 공급하여 원료 가스 등을 플라즈마화하기 위한 전극이 마련되어 있다.

진공 용기 내에 고주파 전력을 공급하기 위해서, 전극에 연결되는 급전봉을 소켓에 꽂아, 고주파 전원과 전극을 전기적으로 결합하는 경우가 있다. 이 소켓은 내면에 다면 접촉자가 배치되고, 예컨대 임피던스 정합기의 출력 부분에 마련되고, 고주파 전원으로부터 전송된 고주파 전력을 급전봉에 전달 가능하게 한다. 다면 접촉자는, 예컨대, 링 형상으로, 표면이 구(球) 형상의 다수의 접촉자를 갖고 있다. 이들 접촉자는, 스프링에 의해 소켓 내측으로 힘이 가해지고 있어, 급전봉이 이 소켓에 감입되었을 때에 이것을 탄성적으로 유지하는 것에 의해, 급전봉과 소켓을 전기적으로 접속시킨다.

이와 같이, 임피던스 정합기의 출력 부분에 마련된 소켓과 급전봉의 전기적 접촉면에 다면 접촉자를 배치함으로써, 소정의 실접촉 면적 및 접촉압을 확보하도록 하고 있었다.

또한, 전극에 연결되는 급전봉과 외부의 전기 회로를 전기적으로 접속하기 위해서, 매칭 박스를 사용하는 방법이 있다. 매칭 박스는, 진공 용기의 외벽에 고정되고, 진공 용기의 내부측에 접촉자를 구비한다. 전극에 접속된 급전봉은 접촉자에 접속된다. 외부의 전원은 외부 단자를 거쳐서 접촉자에 접속된다. 접촉자를 급전봉에 감합시키는 경우가 있다. 이 경우, 종래에서는, 예컨대 도 8에 도시하는 바와 같이, 매칭 박스(70)와 급전봉(71)을 결합하기 위한 접촉자(70a)가, 당초부터 매칭 박스(70)의 외부에 돌출되어 있었다. 급전봉(71)을 매칭 박스(70)에 부착할 때에는, 접촉자(70a)를 급전봉(71)에 마련된 감합 구멍(71a)에 감입한 후, 매칭 박스(70) 본체를 진공 용기의 외벽에 마련된 프레임 등에 나사 조임하여 고정한다.

임피던스 정합기 및 이것을 수용한 매칭 박스는 유지 보수나 전기 특성의 수 정 등을 위해, 플라즈마 처리 장치 본체에 대한 부착이나 분리가 행하여진다. 이 부착이나 분리가 행하여지면, 급전봉과 다면 접촉자의 접촉 면적이 변화하여, 접촉 저항이 변동한다고 하는 문제가 있었다. 접촉 저항이 변동하면, 고주파 전력의 전송 경로에서의 전기 특성이 변화되기 때문에 플라즈마가 불균일하게 되거나, 저항 성분에 의한 손실이 증대하는 경우가 있다.

또한, 급전봉과 소켓의 접촉 저항을 안정시키기 위해서는, 급전봉의 표면에 도금 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 그러나, 급전봉은 전극에 직결하고 있는 경우가 있어, 이러한 경우 등에는 구조적으로 도금 처리가 곤란하였다. 또, 진공 영역에 접하는 부위에서는, 도금이 오염의 원인으로 되는 경우도 있으므로, 도금 처리를 할 수 없는 경우도 있었다.

또한, 매칭 박스에 돌출된 접촉자를 급전봉에 감합시켜 결합하는 경우에는, 접촉자의 감입을 매칭 박스의 나사 조임보다도 먼저 행해야 한다. 매칭 박스는, 일반적으로 10㎏∼20㎏ 정도로 상당한 중량이 있기 때문에, 접촉자를 정확히 급전봉에 꽂기 어려웠다. 또, 매칭 박스를 나사 조임할 때까지의 동안은, 무거운 매칭 박스를 적절히 지지해 두지 않으면, 급전봉에 강한 압박이 가해지게 된다. 이 때문에, 매칭 박스와 급전봉을 결합하는 접촉자나 급전봉 자체가 파괴되기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

발명의 개시

본 발명은 상기 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 전기 회로를 물리적으로 혹은 전기적으로 안정하게 부착 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 신뢰성이 높은 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리체를 처리하기 위한 진공 용기와, 상기 진공 용기 내에 배치되는 플라즈마 생성용 전극과, 상기 플라즈마 생성용 전극에 공급되는 고주파 전력을 생성하는 고주파 전원과, 상기 고주파 전원에 의해 생성된 고주파 전력을 상기 플라즈마 생성용 전극에 전송하는 급전봉과, 상기 플라즈마 생성용 전극측으로의 입력 임피던스와 상기 고주파 전원의 출력 임피던스를 정합시키기 위한 정합 회로를 갖는 매칭 박스와, 상기 정합 회로에서의 고주파 전력의 출력단과, 상기 급전봉에서의 고주파 전력의 입력단과의 전기적 접촉을 확립하는 접촉기를 구비하되, 상기 접촉기는 상기 급전봉과 상기 매칭 박스의 위치 결정이 완료된 후, 상기 정합 회로와 상기 급전봉의 전기적 접촉을 확립 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 급전봉과 매칭 박스의 위치 결정이 완료된 후, 접촉기에 의해 정합 회로와 급전봉의 전기적 접촉을 확립시킴으로써 급전봉에 걸리는 압박을 경감할 수 있다. 이것에 의해, 매칭 박스가 갖는 정합 회로라고 한 전기 회로를 물리적으로 안정하게 부착할 수 있다.

상기 매칭 박스가 상기 진공 용기의 외벽에 부착되는 것에 의해, 상기 급전 봉과 상기 매칭 박스의 위치 결정이 완료되는 것이 바람직하다.

상기 매칭 박스는 상기 접촉기를 꽂기 가능한 콘센트구를 구비하며, 상기 매칭 박스가 상기 진공 용기의 외벽에 부착된 상태에서 상기 콘센트구에 상기 접촉기를 꽂는 것에 의해, 상기 정합 회로와 상기 급전봉의 전기적 접촉이 확립되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 진공 용기 내에서 처리되는 피처리체를 가열하는 히터를 구비하며, 상기 접촉기는 상용(商用) 전원으로부터 공급되는 전력을 상기 히터에 제공하기 위한 전기적 접촉을 확립 가능하게 구성되어 있더라도 된다.

상기 매칭 박스는, 예컨대, 상기 플라즈마 생성용 전극에 연결된 급전봉을 감입하여 상기 임피던스 정합기에 고정 유지시키는 결합기를 구비하고, 상기 결합기는 상기 급전봉의 감입 부분에, 절연물로 이루어지는 피막층을 구비한다. 이 결합기는 상기 급전봉과의 유도 결합에 의해, 상기 고주파 전원에 의해 생성된 고주파 전력을 상기 플라즈마 생성용 전극에 공급 가능하게 한다.

본 발명의 제 2 관점에 따른 매칭 박스는, 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리체를 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치에 적용되어, 고주파 전원의 출력 임피던스와 플라즈마 부하측의 입력 임피던스를 정합시키는 정합 회로를 갖는 매칭 박스로서, 피처리체를 처리하는 진공 용기의 외벽에 부착되는 것에 의해, 상기 진공 용기 내에 마련된 전극에 연결되는 급전봉의 위치 결정이 완료되고, 접촉기를 꽂는 것에 의해 상기 정합 회로와 상기 급전봉의 전기적 접촉이 확립되는 콘센트구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 관점에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리체를 처리하기 위한 진공 용기와, 상기 진공 용기 내에 배치되는 플라즈마 생성용 전극과, 상기 플라즈마 생성용 전극에 공급되는 고주파 전력을 생성하는 고주파 전원과, 상기 플라즈마 생성용 전극과 상기 고주파 전원 사이에 결합되고, 상기 플라즈마 생성용 전극측으로의 임피던스와 상기 고주파 전원의 출력 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 정합기와, 상기 플라즈마 생성용 전극에 연결된 급전봉을 감입하여 상기 임피던스 정합기에 고정 유지시키는 결합기를 구비하되, 상기 결합기는 상기 급전봉의 감입 부분에, 절연물로 이루어지는 피막층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 결합기에서의 급전봉의 감입 부분에, 절연물로 이루어지는 피막층이 마련되어 있고, 급전봉을 감입할 때의 접촉 저항을 고려할 필요가 없고, 임피던스 정합기나 고주파 전원 등의 회로를 전기적으로 안정하게 부착할 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 결합기는 상기 급전봉과의 유도 결합에 의해, 상기 고주파 전원에 의해 생성된 고주파 전력을 상기 플라즈마 생성용 전극에 공급 가능하게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 4 관점에 따른 임피던스 정합기는, 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리체를 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치에 적용되어, 고주파 전원의 출력 임피던스와 플라즈마 부하측의 입력 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합기로서, 피처리체를 처리하는 진공 용기 내에 마련된 전극에 연결되는 급전봉을 감입하 여 고정하는 결합기를 구비하고, 상기 결합기는 상기 급전봉의 감입 부분에, 절연물로 이루어지는 피막층을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 5 관점에 따른 결합기는, 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리체를 처리하기 위한 진공 용기 내에 마련된 전극에 연결되는 급전봉을 고정 유지하여, 상기 급전봉과 상기 진공 용기 밖의 전기 회로를 결합하기 위한 결합기로서, 상기 급전봉과의 접촉 부분에, 절연물로 이루어지는 피막층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 급전봉을 감입하여 고정 유지하기 위한 감입 구멍을 구비하며, 상기 감입 구멍의 내면에 상기 피막층이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기 급전봉과의 유도 결합에 의해, 고주파 전원에 의해서 생성된 고주파 전력을 전달하는 것이 바람직하다.

또한, 임피던스의 리액턴스 성분을 보상하기 위해서, 또한, 직류 성분을 절연하기 위한 용량을 거쳐서 접지되어 있는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성 일례를 나타내는 도면,

도 2는 진공 용기의 하부에 마련된 서셉터 등의 구성 일례를 나타내는 도면,

도 3은 매칭 박스의 구성 일례와 접촉기의 내부 배선 일례를 나타내는 도면,

도 4는 진공 용기의 상부의 구성 일례를 나타내는 도면,

도 5는 소켓과 급전봉의 감입 부분을 상세히 나타내는 도면,

도 6은 매칭 박스를 부착하는 동작을 설명하기 위한 도면,

도 7은 제 2 고주파 전원으로부터 샤워 헤드에 고주파 전력을 전송하는 경로의 등가 회로를 나타내는 도면,

도 8은 종래의 매칭 박스에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 대해서 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(1)는 원통 형상의 진공 용기(2)를 구비하고 있다. 진공 용기(2)는 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시된 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성된다. 또한, 진공 용기(2)는 접지되어 있다.

진공 용기(2)의 바닥부에는 배기관(3)이 접속되어 있고, 이 배기관(3)은 펌프(4)에 연결되어 있다. 펌프(4)는 터보 분자 펌프(TMP) 등으로 이루어지는 배기 장치이며, 진공 용기(2) 내부가 소정의 압력으로 될 때까지 배기할 수 있다.

진공 용기(2)의 하부 중앙에는, 웨이퍼 W를 재치하기 위한 서셉터(8)가 마련되어 있다. 도 2는 서셉터(8) 등의 구성 일례를 나타내는 도면이다. 서셉터(8)는 예컨대 원주 형상으로 형성된 질화 알루미늄(AlN) 등으로 구성되고, 상부 표면에 정전 척(10)이 재치 고정되며, 진공 용기(2) 내의 처리 공간에 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전극으로서 기능한다.

정전 척(10)은, 예컨대 폴리이미드 필름으로 이루어지는 상하 2장의 절연층 사이에, 예컨대 구리 박판(箔板) 등의 도전성 시트(10a)를 배치하는 것에 의해 구성되며, 쿨롱(coulomb)력에 의해서 웨이퍼 W를 흡착하여 고정한다.

서셉터(8) 중에는, 웨이퍼 W를 소정의 온도에 가열하기 위한 히터(11)가 마련되어 있다. 또한, 냉매를 순환시키는 냉각 쟈켓(12)이, 히터(11)와의 사이에 전열판(15)을 끼워 마련되어 있다. 냉각 쟈켓(12)에는, 도입관(13)과 배출관(14)이 접속되어 있고, 도입관(13)으로부터 공급된 냉매가 냉각 쟈켓(12)을 통하여 배출관(14)으로부터 배출된다. 서셉터(8)의 바닥면은 진공 용기(2)의 내벽의 일부인 그라운드 부재(2a)에 의해 지지되어 있다.

서셉터(8)에는, 예컨대 내부 도체봉(16, 17a, 17b) 및 외부 도체관(18)이 접속되어 있다. 이것에 의해, 서셉터(8)는 제 1 고주파 전원(50)에 의해 생성된 고주파 전력을 받아, 진공 용기(2) 내의 웨이퍼 W에 플라즈마를 끌어넣기 위한 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 내부 도체봉(16, 17a, 17b) 및 외부 도체관(18)은 하부 전극에 전력을 공급하는 급전봉(19)으로서 기능한다.

내부 도체봉(16)은, 정전 척(10)이 구비하는 도전성 시트(10a)에 접속되어 있고, 제 1 고주파 전원(50)에 의해 생성된 고주파 전력 및 직류 전원(52)에 의해 생성된 직류 전압을 전달한다. 내부 도체봉(17a, 17b)은 히터(11)에 접속되어 있고, 상용(商用) 전원(53)으로부터 공급된 상용 주파수의 전력을 전송한다. 외부 도체관(18)은 내부 도체봉(16, 17a, 17b)을 덮도록 배치된 관이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 서셉터(8)와 제 1 고주파 전원(50), 직류 전원(52) 및 상용 전원(53) 사이에는, 정합 회로부(21)를 구비한 매칭 박스(20)가 배치되어 있다. 급전봉(19)은 진공 용기(2)의 측면 외벽에 끌어내어져 있고, 매칭 박스(20)를 부착 가능하게 구성되어 있다.

도 3은 매칭 박스(20)의 구성 일례를 나타내는 정면도이다. 도시하는 바와 같이, 매칭 박스(20)는 정합 회로부(21)와, 접촉기 콘센트부(22)를 구비한다. 또한, 매칭 박스(20)는 제 1 고주파 전원(50)과 상용 전원(53)에 접속되어 있다. 또한, 매칭 박스(20)는 LPF(Low Pass Filter) 등으로 구성되는 필터 회로(55)를 거쳐서 직류 전원(52)에 접속되어 있다.

정합 회로부(21)는 제 1 고주파 전원(50)의 출력 임피던스와, 하부 전극인 서셉터(8)의 입력 임피던스를 매칭시키기 위한 것이다. 또한, 정합 회로부(21)는 제 1 고주파 전원(50)으로부터 받은 플라즈마 인입용 전압을 필터 회로(55)를 거쳐서 직류 전원(52)으로부터 받은 직류 전압에 중첩시켜 출력한다.

접촉 콘센트부(22)는 내부 배선이 모듈화된 접촉기(23)를 매칭 박스(20)에 고정하기 위한 콘센트구이다. 접촉기(23)의 최내측부에는, 급전봉(19)을 뒤편으로부터 인출 가능한 개구로 구성되는 급전봉 인출부(24)가 마련되어 있다. 또한, 접촉 콘센트부(22)에는, 접촉기(23)에 수납된 각 배선의 인출 단자와 접촉함으로써 급전봉(19)과의 전기적 결합을 확립하는 전극(25)이 소정 위치에 배치되어 있다.

보다 구체적으로, 전극(25)은, 예컨대, 접촉기(23)의 꽂음에 의해 내부 도체봉(16)에 연결되는 제 1 전극(25a)과, 외부 도체관(18)에 연결되는 제 2 전극(25b)과, 내부 도체봉(17a, 17b)에 연결되는 제 3 및 제 4 전극(25c, 25d)을 구비하고 있다. 제 1 및 제 2 전극(25a, 25b)은 정합 회로부(21)에 접속되어 정합 회로부(21)의 출력단으로서 기능하고, 직류 전압에 중첩되어 전송되는 플라즈마 인입용의 전압을 정전 척(10)에 공급 가능하게 한다. 단, 외부 도체관(18)에 연결되는 제 2 전극(25b)은 접지되어 있다. 제 3 및 제 4 전극(25c, 25d)은 상용 전원(53)에 접속되어 있고, 히터(11)에 상용 주파수의 전력을 공급 가능하게 한다. 또, 상용 전원(53)과의 사이에는, 고주파 전력의 흘러들어옴을 방지하기 위한 LPF 등으로 이루어지는 필터 회로가 마련되어 있더라도 된다.

또한, 도 3은 접촉기(23)의 내부에 배치되어 급전봉(19)과 전극(25)을 연결하는 배선(30)의 일례를 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 접촉기(23)에는 배선(30a∼30d)이 3차원 회로로서 내장되어 있다. 배선(30a)은 내부 도체봉(16)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31a-1)와, 제 1 전극(25a)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31a-2)에 접속되어 있다. 배선(30b)은 외부 도체관(18)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31b-1)와, 제 2 전극(25b)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31b-2)에 접속되어 있다. 배선(30c)은 내부 도체봉(17a)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31c-1)와, 제 3 전극(25c)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31c-2)에 접속되어 있다. 배선(30d)은 내부 도체봉(17b)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31d-1)와, 제 4 전극(25d)에 접촉하도록 노출된 인출 단자(31d-2)에 접속되어 있다.

도 1에 나타내는 서셉터(8) 상의 웨이퍼 W의 재치면과 대향하는 진공 용기(2)의 천장부에는, 다수의 가스 토출 구멍을 구비한 샤워 헤드(5)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(5)의 주연(周緣)은 볼트 등에 의해 고정되고, 고리 형상으로 형 성된 절연 부재(6)로 커버되어 있다. 절연 부재(6)는, 예컨대 표면에 알루미나(Al₂O₈)계 세라믹스라고 한 높은 내식성을 갖는 절연 피막 처리가 실시된 석영 등으로 구성된다.

도 4는 진공 용기(2)의 상부의 구성 일례를 상세히 나타내는 도면이다. 샤워 헤드(5)의 위쪽에는, 예컨대 2장의 확산판(7a, 7b)이 배치되어 있고, 그 상부에 연결된 가스관(26a, 26b)으로부터 플라즈마 생성용 가스나 원료 가스 등이 공급된다. 가스관(26a, 26b)을 포함한 가스관(26)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 밸브(27)나 MFC(Mass flow controller)(28) 등을 경유하여 가스 공급원(29)에 접속되어 있고, 예컨대, SiH₄, O₂라고 한 원료 가스나, Ar 가스 등의 플라즈마 생성용 가스 등을 샤워 헤드(5)로부터 진공 용기(2) 내로 공급 가능하게 한다. 또, 가스관(26), 밸브(27), MFC(28) 및 가스 공급원(29)은 진공 용기(2) 내에 제공하는 가스의 종류에 맞추어 적절히 복수개 마련되지만, 도 1에서는 각각 하나씩 나타내고 있다. 또한, 확산판(7a, 7b)의 매수나 구성은 가스 공급원(29)으로부터 공급되는 가스의 종류 등에 따라 적절히 변경 가능하다.

또한, 확산판(7b)의 상면 중앙부에는, 급전봉(32)이 나사 조임 등에 의해 결합되어 고정되어 있으며, 제 2 고주파 전원(51)에 의해 생성된 고주파 전력을 샤워 헤드(5)에 공급함으로써, 진공 용기(2) 내에 원료 가스 등의 플라즈마를 생성하기 위한 상부 전극으로서 기능시킨다.

진공 용기(2)의 위쪽에는, 실드 박스(33)를 거쳐서 임피던스 정합기(34)가 재치되어 있다. 임피던스 정합기(34)는 제 2 고주파 전원(51)측의 출력 임피던스와, 상부 전극인 샤워 헤드(5)측으로의 입력 임피던스를 매칭시키기 위한 것이며, 급전봉(32)을 감입하여 고정하기 위한 소켓(40)을 구비하고 있다.

도 5는 소켓(40)과 급전봉(32)의 감입 부분을 상세히 나타내는 도면이다. 소켓(40)은 원통 형상으로 성형된 금속체(40a)의 중심부에, 급전봉(32)을 감입하여 유지하기 위한 감입 구멍(41)을 구비하고 있다. 감입 구멍(41)의 내벽에는, 예컨대 폴리테트라플루오르에틸렌[테플론(등록 상표)] 등의 불소 수지라고 한, 절연물로 이루어지는 피막층(42)이 마련되어 있다. 즉, 급전봉(32)과 소켓(40) 사이는 전기적으로 절연되어 있고, 유도 결합에 의해, 교류 성분의 전력만을 급전봉(32)측에 전달하도록 구성되어 있다. 또한, 소켓(40)은 임피던스의 리액터 성분을 보상하기 위해서, 또한, 직류 성분을 절연하기 위한 용량 C1을 거쳐서 접지되고, 감입 구멍(41)에 감입된 급전봉(32)은 용량 C2를 거쳐서 접지된다.

이하에, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 동작을 설명한다.

이 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 웨이퍼 W를 처리하기 위해서, 진공 용기(2)의 위쪽에 실드 박스(33) 및 임피던스 정합기(34)를 재치한다. 이 때, 확산판(7b)에 연결되는 급전봉(32)은 임피던스 정합기(34)의 출력 부분에 마련된 소켓(40)의 감입 구멍(41)에, 피막층(42)이 개재한 상태로 감입된다.

또한, 진공 용기(2)의 측면 외벽에 매칭 박스(20)를 나사 조임에 의해 고정한다. 매칭 박스(20)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 접촉 콘센트부(22)의 최내측 부나 프레임 등에 마련된 나사 구멍에서 나사 조임하는 것에 의해, 서셉터(8)에 연결되는 급전봉(19)과의 사이의 공간적인 여유를 갖게 한 상태에서, 진공 용기(2)의 측면 외벽에 고정된다. 이 때, 급전봉(19)은 급전봉 인출부(24)로부터 접촉 콘센트부(22)으로 인출되어 위치 결정된 상태로 노출된다. 매칭 박스(20)가 진공 용기(2)의 측면 외벽에 고정된 후, 접촉기(23)를 접촉 콘센트부(22)에 꽂음으로써, 정합 회로부(21) 등으로 이루어지는 외부의 회로와, 급전봉(19)과의 전기적 접촉이 확립된다.

이렇게 해서 매칭 박스(20)나 임피던스 정합기(34)의 부착이 완료되면, 도시하지 않은 로드록실에서 웨이퍼 W를 반입하여 서셉터(8) 상에 재치한다. 이 때, 직류 전원(52)에 의해 생성된 직류 전압을 정전 척(10)의 도전성 시트(10a)에 인가하는 것에 의해, 웨이퍼 W를 흡착 유지시킨다. 계속해서 펌프(4)를 구동하여, 진공 용기(2)의 내부를 소정의 진공도까지 진공시킨다. 소정의 진공도에 도달하면 밸브(27)를 열어, 가스 공급원(29)으로부터 공급되는 소정의 가스, 예컨대 Ar 가스라고 한 플라즈마 생성용 가스 등을 MFC(28)에 의해 유량을 제어하면서 가스관(26)으로 유도하여, 샤워 헤드(5)에 의해 진공 용기(2) 내에 공급해서 소정의 압력으로 유지한다.

또한, 진공 용기(2) 내를 히터(11)에 의해 가열하고, 가스 공급원(29)으로부터 소정의 원료 가스, 예컨대 SiH₄ 가스나 O₂ 가스라고 한 처리 가스를 투입한다. 히터(11)는, 예컨대 웨이퍼 W의 온도가 400℃∼600℃ 내에서 소정의 프로세스 온도 로 되도록, 진공 용기(2) 내를 가열한다.

제 1 및 제 2 고주파 전원(50, 51)을 기동하여 고주파 전력의 공급을 개시하고, 원료 가스 등을 플라즈마 분해하여 웨이퍼 W 상에 적층막을 퇴적시킨다. 여기서, 제 1 고주파 전원(50)은 웨이퍼 W에 이온을 흡인하기 위해서 부(負)의 바이어스 전압을 인가한다. 이 제 1 고주파 전원(50)의 주파수는 진공 용기(2) 내의 플라즈마 이온의 진동 주파수 등에 근거하여 결정되고, 약 10㎒를 최고로 하여, 바람직하게는 2㎒ 정도로 설정한다. 제 2 고주파 전원(51)은, 예컨대 27㎒∼100㎒ 내에서 소정의 주파수, 바람직하게는 60㎒의 주파수를 갖는 고주파 전력을 생성하여 출력한다.

확산판(7b)에 연결되는 급전봉(32)과 소켓(40)은 각각에 흐르는 교번(交番) 전류에 의해서 형성되는 자계의 방향이 일치하도록 배치되어 있다. 예컨대, 제 2 고주파 전원(51)으로부터 전송된 고주파 전력에 의해 소켓(40) 내에 교번 전류가 흘러, 급전봉(32)의 주위 방향으로 동심원 형상의 자계가 형성되었다고 한다. 이 경우, 급전봉(32)에 유도 기전력이 발생하여, 상부 전극인 샤워 헤드(5)에 고주파 전력이 전송된다.

즉, 임피던스 정합기(34)의 출력 부분은, 도 7에 나타내는 트랜스 T1과 등가인 전기적 특성을 나타내고, 제 2 고주파 전원(51)으로부터 공급된 고주파 전력을 급전봉(32)을 통하여 상부 전극인 샤워 헤드(5)에 전송할 수가 있다. 여기서는, 소켓(40)이 트랜스 T1의 1차 코일에 상당하고, 급전봉(32)이 트랜스 T1의 2차 코일에 상당한다. 또한, 도 7에 나타내는 플라즈마 부하(60)는 급전봉(32) 및 샤워 헤 드(5)의 임피던스나, 진공 용기(2) 내의 처리 공간에 발생한 플라즈마의 임피던스 등을 포함하고 있다.

이와 같이, 소켓(40)과 급전봉(32) 사이는 피막층(42)에 의해서 절연되어 있으므로, 애당초 접촉 저항을 고려할 필요가 없어, 전기적으로 안정한 특성으로 제 2 고주파 전원(51)으로부터의 고주파 전력을 전송할 수 있다.

예컨대, 원료 가스로서 SiH4 가스와 O2 가스가 공급된 경우, 진공 용기(2) 내의 처리 공간에서는, 이들 가스가 이온화되어 웨이퍼 W 상에 SiO₂막이 퇴적한다. 적층막의 퇴적이 종료되면, 방전 전력의 공급, 원료 가스의 도입, 진공 용기(2) 내의 가열을 각각 정지하고, 진공 용기(2) 내를 충분히 정화(purge)해서 냉각한 후, 웨이퍼 W를 취출한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 진공 용기(2)의 측면 외벽에 매칭 박스(20)를 부착할 때에, 급전봉(19)과의 사이에 여유를 갖게 한 상태에서 고정하여 위치 결정한 후, 접촉 콘센트부(22)에 접촉기(23)를 꽂음으로써 급전봉(19)과 외부의 회로의 전기적 접촉이 확립된다. 이것에 의해, 매칭 박스(20)를 부착할 때에 급전봉(19)과의 결합 부분에 걸리는 압박을 경감할 수 있다. 따라서, 급전봉(19)나 접촉기(23)의 파괴를 방지하여, 외부의 회로를 급전봉(19)에 물리적으로 안정하게 부착할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 임피던스 정합기(34)의 출력 부분에 마련된 소켓(40)에 있어서, 절연물로 이루어지는 피막층(42)이 개재된 상태에서, 감입 구 멍(41)에 급전봉(32)이 감입된다. 이것에 의해, 급전봉(32)의 감입 부분에서의 접촉 저항을 고려할 필요가 없고, 한편, 고주파 전력은 유도 결합에 의해 상부 전극측에 전달되기 때문에, 임피던스 정합기(34) 등의 회로를 전기적으로 안정하게 부착할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 형태 및 응용이 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는, 상부 전극에 연결되는 급전봉(32)을 감입하는 소켓(40)에 피막층(42)을 마련하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 하부 전극인 서셉터(8)에 연결되는 급전봉(19)에 있어서, 소켓(40)과 마찬가지로 구성된 소켓을 이용하여 복수의 금속체를 결합하도록 하더라도 된다. 이 경우, 직류 전원(52)이 출력하는 직류 전압에 대해서는, 급전봉(19)과의 전기적 접촉에 의해 전송하는 것으로 하고, 소켓에는 제 1 고주파 전원(50)에 의해 생성된 고주파 전력 등을 공급하도록 하면 된다.

또한, 접촉기(23)의 구성은, 하부 전극인 서셉터(8) 등에 전력을 공급하는 전원의 종류 등에 따라 임의로 변경 가능하고, 급전봉(19)과 외부 회로와의 적절한 전기적 접촉을 확립하기 위한 인출 단자, 전극이 배치되고, 배선이 실시된 것을 이용할 수 있다.

플라즈마 처리 장치(1)의 구성도 임의로 변경 가능하고, 예컨대, 진공 용기(2)의 주위에 소정의 자장을 발생시키기 위한 코일이나 영구 자석 등을 갖고, 전자 사이클로트론 공명 등을 이용하여 웨이퍼 W를 처리하는 것이더라도 무방하다.

또한, 본 발명은 플라즈마 CVD 처리를 하는 플라즈마 처리 장치에 한정되는 것이 아니라, 샤워 헤드나 서셉터에 고주파 전력을 공급하여, 반도체 웨이퍼나 LCD 기판, 태양 전지 기판과 같은 피처리체를 플라즈마 처리하는 장치이면, 에칭 장치, 애싱 장치 등에도 적용할 수 있다.

또, 본 발명은 2001년 12월 13일에 출원된 일본 특허 출원 제 2001-380183 호에 근거하여, 그 명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약서를 포함한다. 상기 출원에 있어서의 개시는 본 명세서 중에 그 전체가 참조로서 포함된다.

본 발명은 반도체 제조 장치, 액정 표시 소자 제조 장치 등의 플라즈마 처리를 하는 처리 장치에 이용 가능하다.

Claims (14)

1. 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리체를 처리하기 위한 진공 용기(2)와,

   상기 진공 용기 내에 배치되는 플라즈마 생성용 전극(8)과,

   상기 플라즈마 생성용 전극에 공급되는 고주파 전력을 생성하는 고주파 전원(50)과,

   상기 고주파 전원에 의해 생성된 고주파 전력을 상기 플라즈마 생성용 전극에 전송하는 급전봉(19)과,

   상기 플라즈마 생성용 전극측으로의 입력 임피던스와 상기 고주파 전원의 출력 임피던스를 정합시키기 위한 정합 회로(21a)를 갖는 매칭 박스(20)와,

   상기 정합 회로(21a)에서의 고주파 전력의 출력단과, 상기 급전봉에서의 고주파 전력의 입력단과의 전기적 접촉을 확립하는 접촉기(23)

   를 구비하되,

   상기 접촉기는, 내부 배선이 모듈화되어, 상기 급전봉(19)과 상기 매칭 박스(20)의 위치 결정이 완료된 후, 상기 정합 회로와 상기 급전봉의 전기적 접촉을 확립 가능하게 구성되어 있는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 매칭 박스(20)가 상기 진공 용기(2)의 외벽에 부착되는 것에 의해, 상기 급전봉(19)과 상기 매칭 박스(20)의 위치 결정이 완료되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 매칭 박스(20)는 상기 접촉기(23)를 꽂을 수 있는 콘센트구(22)를 구비하며,

   상기 매칭 박스(20)가 상기 진공 용기(2)의 외벽에 부착된 상태에서 상기 콘센트구(22)에 상기 접촉기(23)를 꽂는 것에 의해, 상기 정합 회로(21a)와 상기 급전봉의 전기적 접촉이 확립되는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 진공 용기(2) 내에서 처리되는 피처리체를 가열하는 히터(11)를 구비하며,

   상기 접촉기(23)는 상용(商用) 전원으로부터 공급되는 전력을 상기 히터에 제공하기 위한 전기적 접촉을 확립 가능하게 구성되어 있는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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7. 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리체를 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치에 적용되어, 고주파 전원의 출력 임피던스와 플라즈마 부하측의 입력 임피던스를 정합시키는 정합 회로(21a)를 갖는 매칭 박스로서,

   피처리체를 처리하는 진공 용기(2)의 외벽에 부착되는 것에 의해, 상기 진공 용기(2) 내에 마련된 전극(8)에 연결되는 급전봉(19)의 위치 결정이 완료되고,

   내부 배선이 모듈화된 접촉기(23)와, 이 접촉기(23)를 꽂는 것에 의해 상기 정합 회로(21a)와 상기 급전봉(19)의 전기적 접촉이 확립되는 콘센트구(22)를 구비하는 것

   을 특징으로 하는 매칭 박스.
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