KR100824813B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도시히사 노자와
기요타카 이시바시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

챔버(1) 상부의 개구부에 배치되고 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나부(3)를 배치하고, 안테나부(3)의 하부에 챔버(1)의 개구부를 봉인하는 상판(4)을 설치하며, 상판(4)의 하면측에 링형상의 돌출조(41)를 설치하여 직경 방향의 두께를 테이퍼형으로 연속적으로 변화시킴으로써, 플라즈마의 어느 조건에서도 어딘가에서 공진시킬 수 있다. 이에 따라, 1 종류의 상판을 준비하는 것만으로 여러 가지 두께의 상판을 준비한 것과 같은 효과를 나타낼 수 있고, 플라즈마에 대한 흡수 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있으며, 높은 압력으로부터 낮은 압력에 걸쳐 안정된 플라즈마의 발생이 가능하게 된다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이며, 특히 안테나에 공급한 마이크로파를 챔버 내의 개구부를 봉인하는 유전체로 이루어지는 상판을 통해 방사함으로써, 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 고밀도화 및 미세화에 따라서 반도체 장치의 제조 공정에서 성막, 에칭, 애싱 등의 처리를 실시하기 위해 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 특히, 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 약 0.1 내지 10 Pa의 비교적 압력이 낮은(고진공) 조건하에서도 안심하고 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 예컨대 주파수 2.45 GHz의 마이크로파를 이용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 주목받고 있다.
도 18은 이와 같은 종래의 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 18에서, 플라즈마 처리 장치는 기판(11)을 수용하여 기판(11)에 소정의 처리를 실시하기 위한 챔버(1)와, 마이크로파를 발생시키기 위한 고주파 전원(5)과, 마이크로파를 챔버(1) 내에 방사하기 위한 안테나부(3)를 포함하고 있다.
안테나부(3)는 슬롯판(3c)과 지파판(遲波板)(3b)과 안테나 커버(3a)를 갖고 구성되어 있다. 슬롯판(3c)에는 마이크로파를 챔버(1) 내를 향해 방사하기 위한 복 수의 슬롯(개구부)이 형성되어 있다. 고주파 전원(5)에 의해 발생된 마이크로파는 도파관(6)에 의해 안테나부(3)로 보내진다. 챔버(1)의 상부에는 챔버(1)의 격벽의 일부를 구성하는 상판(4)이 배치되어 있고, 상판(4)과 챔버(1)의 격벽 사이에는 예컨대 Ｏ링 등의 시일 부재(14)가 설치되어 있다. 안테나부(3)는 이 상판(4) 위쪽에 배치되어 있다.
챔버(1) 내에는, 수납된 기판(11)을 유지하기 위한 서셉터(7)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(1)에는 챔버(1) 내를 배기하기 위한 진공 펌프(9)가 접속되어 있다. 이 진공 펌프(9)에 의해 챔버(1) 내가 배기되고, 소정의 압력 범위하에서 플라즈마를 생성하기 위한 가스로서 예컨대 아르곤 가스가 챔버(1) 내에 도입된다.
상술한 플라즈마 장치에서는, 고주파 전원(5)에 의해 발생한 마이크로파는 도파관(6)으로 전파하고, 안테나부(3)에 도달한다. 안테나부(3)에 도달한 마이크로파는 지파판(3b)으로 전파하고, 슬롯판(3c)을 통해 상판(4)에 복사된다. 상판(4)에서, 마이크로파는 면 방향으로 진동을 발생시켜 중심부에서 주변부를 향해 전파하고, 챔버(1) 내에 전자계를 발생시킨다. 챔버(1) 내에 발생한 전자계에 의해 아르곤 가스가 전리하고, 기판(11)과 상판(4) 사이에 플라즈마 생성 영역(22)이 형성되며, 기판(11)에 소정의 플라즈마 처리가 행해진다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서, 기판(11)에 균일하게 플라즈마를 조사해야 한다. 그런데, 상판(4)의 중심부와 주변부에서는 플라즈마 강도가 다르기 때문에 특허 공개 2002-299240호 공보에서는, 상판(4)을 오목면 형상으로 형성하여 기판(11)과 상판(4)의 주변부와의 거리를 접근시킴으로써, 기판(11)의 주변부에서의 플 라즈마 밀도의 저하를 보상하고, 저압 처리에서도 플라즈마를 유지하며, 안정적인 플라즈마 처리를 가능하게 하는 것이 기재되어 있다.
또한, 특허 공개 2003-59919호 공보에는 유전체창에 플라즈마 여기 영역이 직접 처리 용기 벽의 금속 표면과 접촉하지 않도록 링형상의 슬리브를 형성하고, 기판 표면에서 균일한 플라즈마 밀도를 얻는 것이 기재되어 있다.
플라즈마 장치에서는, 내부가 감압되는 챔버(1)에서 강도를 확보하여 바깥 공기가 누르는 힘에 대항하게 위해 상판(4)으로서 면 방향으로 어느 정도의 두께가 요구된다. 상판(4)은 유전체에 의해 구성되어 있고, 유전체에는 마이크로파에 의해 공진 영역이 형성되어 강한 전계가 발생하고 정재파가 형성되며, 이 정재파에 의해 챔버(1) 내에 전자계를 발생시키고, 플라즈마 밀도가 높아진다. 정재파를 만들기 위해서는 알맞은 유전체의 두께가 있다.
도 19a 내지 도 19e는 상판의 두께에 의존하는 전계 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 19a는 상판(4)의 면 방향의 두께가 22.8 mm일 때의 전계 강도 분포를 나타내고 있고, 중심의 사선으로 나타내는 부분이 전계 강도가 강해져 있는 부분이다. 도 19b는 상판(4)의 두께를 27.8 mm로 했을 때의 전계 강도 분포를 나타내고 있으며, 도 19a에 비해 전계 강도 분포가 중심으로부터 주변으로 넓어지고 있다. 도 19c는 상판(4)의 두께를 31.6 mm로 했을 때의 전계 강도 분포를 나타내고 있고, 전계 강도 분포가 상판(4)의 중심 부분을 제외하고 주변까지 분포되어 있으며, 가장 적절한 두께로 되어 있다. 도 19d는 상판(4)의 두께를 32.8 mm로 했을 때의 전계 강도 분포를 나타내고 있고, 전계 강도 분포가 중심부만 강해져 있다. 도 19e는 상판(4)의 두께를 37.8 mm로 했을 때의 전계 강도 분포를 나타내고 있고, 중심부의 전계 강도가 강해져 있다.
도 18에 도시한 플라즈마 처리 장치에서, 챔버(1) 내의 압력이나 마이크로파의 전력 등의 플라즈마 조건을 변경시키면 플라즈마 표면 근방의 전자 밀도가 변화되기 때문에, 플라즈마가 물질에 침입하는 침입 깊이가 변화된다. 압력을 저하시키면 확산 계수가 증대하기 때문에, 플라즈마 표면 부근의 전자 밀도가 저하되어 침입 깊이가 증가한다. 이와 같이 플라즈마 조건을 변경하면 유전체의 적절한 두께가 변하기 때문에, 정재파를 형성하기 위한 공진 영역이 어긋나 버린다. 이 때문에, 항상 최적의 상태로 플라즈마를 발생시키기 위해서는 플라즈마 조건에 따른 여러 가지의 두께를 갖는 유전체를 준비 해 놓아야 하는 문제가 있었다. 또한, 마이크로파는 저압력에서의 플라즈마에 대한 흡수 효율이 좋지 않고, 저압(20 mTorr)에서의 플라즈마의 안정된 생성이 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 플라즈마 조건에 따라 상판 내에 최적의 공진 영역을 형성하고, 높은 압력으로부터 낮은 압력에 걸쳐 챔버 내에 안정된 플라즈마의 발생이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치는, 피처리 기판을 수납하고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과, 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와, 안테나의 하부에 설치되어 면 방향으로 균일한 소정의 두께를 가지며 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과, 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부 또는 오목부를 포함한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 상판에 형성한 볼록부 또는 오목부의 테이퍼형 부분에 의해 직경 방향의 두께를 연속적으로 변화시키고, 플라즈마의 어느 조건에서도 어딘가에서 공진시키고 최적의 공진 영역을 형성할 수 있다. 따라서, 1 종류의 상판을 준비하는 것만으로 여러 가지의 두께의 상판을 준비한 것과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 플라즈마에 대한 흡수 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있고, 높은 압력으로부터 낮은 압력에 걸쳐 안정된 플라즈마의 발생이 가능하게 된다.
바람직하게는, 상판은 볼록부 또는 오목부에 의해 두께가 얇은 부분과 두꺼운 부분을 포함하고, 두께가 얇은 부분의 두께는 λ/4±λ/8로 선택되어 있다.
상판의 볼록부 또는 오목부는, 이하의 형태로 형성되어 있고, 상판의 두께가 두꺼운 부분에서 공진 영역을 형성함으로써, 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
즉, 볼록부 또는 오목부는 상판의 하면에 링형상으로 형성되는 돌출조를 포함하고, 돌출조는 상판의 중심과 동심형으로 직경 방향으로 복수 형성되더라도 좋으며, 또는 돌출조는 상판측의 직경 방향 두께가 선단측의 직경 방향 두께보다 두껍게 형성된다.
바람직하게는, 볼록부 또는 오목부는 상판의 하면에 형성되는 원추형의 돌기를 포함하고, 원추형의 돌기는 상판의 중심 하면에 형성된다. 이 원추형 돌기는 복수 설치되고, 복수의 원추형의 돌기는 링형상으로 배치되더라도 좋다.
바람직하게는, 볼록부 또는 오목부는 복수의 링형상의 오목부와, 복수의 링형상의 오목부 사이에 형성되는 하향의 제1 돌출조와, 최외주의 링형상의 오목부의 외측에 형성되는 하향의 제2 돌출조를 포함한다.
바람직하게는, 제2 볼록부의 두께는 제1 볼록부의 두께에 비해 두껍게 형성된다.
바람직하게는, 상판의 안테나측의 중심부에는 오목부가 형성되어 있고, 오목부에는 상판의 유전률과 상이한 물질이 배치된다.
바람직하게는, 상판의 오목부의 깊이는 λ/8 이상의 깊이, 또는 λ/4 이상의 깊이로 형성된다.
바람직하게는, 상판의 피처리 기판측의 중심부에는 볼록부가 형성되고, 볼록부 주변에서의 상판의 두께는 λ/4±λ/8이다.
바람직하게는, 피처리 기판은 원판형으로서, 볼록부 또는 오목부는 피처리 기판의 반경을 R로 하였을 때, 상판의 중심으로부터 반경 R보다 외측에 적어도 하나 형성되어 있다.
바람직하게는, 볼록부 또는 오목부는 상판과 처리 기판과의 거리를 D로 하였을 때, 상판의 중심으로부터 반경 D보다 내측에 적어도 하나 형성되어 있다.
바람직하게는, 안테나는 면상에 슬롯이 분포되어 형성된 슬롯판을 포함하고, 상판에는 슬롯판상의 슬롯의 위치에 대응하여 볼록부 또는 오목부가 형성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 상판을 하면에서 본 도면.
도 3은 상판 내를 마이크로파가 전파하는 상태를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에서의 상판의 중심부에 볼록부를 형성한 예를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에서의 상판의 주변부에 볼록부를 형성한 예를 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에서의 상판의 중심부와 주변부에 볼록부를 형성한 예를 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에서의 상판의 중심부에 오목부를 형성한 예를 도시하는 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에서의 상판의 주변부에 오목부를 형성한 예를 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에서의 상판의 중심부와 주변부에 오목부를 형성한 예를 도시하는 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에서의 상판의 중심부와 주변부에 오목부를 형성한 예를 도시하는 단면도.
도 11은 볼록부 또는 오목부를 형성하는 상판의 위치를 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에서의 상판에 형성한 오목부의 변형예를 도시하는 단면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에서의 상판에 형성한 오목부의 변형예를 도시하는 단면도.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에서의 상판에 형성한 오목부의 변형예를 도시하는 단면도.
도 15는 슬롯판의 슬롯을 도시하는 도면.
도 16은 도 15에 도시한 슬롯판의 슬롯에 대응하여 상판에 돌출조를 형성한 예를 도시하는 도면.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 상판을 아래에서 본 도면.
도 18은 종래의 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 단면도.
도 19a는 상판의 두께에 의존하는 전계 강도 분포를 도시하는 도면.
도 19b는 상판의 두께에 의존하는 전계 강도 분포를 도시하는 도면.
도 19c는 상판의 두께에 의존하는 전계 강도 분포를 도시하는 도면.
도 19d는 상판의 두께에 의존하는 전계 강도 분포를 도시하는 도면.
도 19e는 상판의 두께에 의존하는 전계 강도 분포를 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 유전판을 하면에서 본 도면이다.
플라즈마 처리 장치는, 상술한 도 18과 마찬가지로, 기판(11)을 수용하여 기판(11)에 소정의 처리를 실시하기 위한 챔버(1)와, 마이크로파를 챔버(1) 내에 방사하기 위한 안테나부(3)를 포함하고 있다.
도시하지 않는 고주파 전원에 의해 발생된 마이크로파는, 도파관(6)에 의해 안테나부(3)로 보내진다. 챔버(1)의 상부에는 챔버(1)의 개구부를 봉인하면서 챔버 (1)의 격벽 일부를 구성하는 상판(4)이 배치되어 있고, 상판(4)과 챔버(1)의 격벽 사이에는 예컨대 Ｏ링 등의 시일 부재(14)가 설치되어 있다. 안테나부(3)는 이 상판(4)의 위쪽에 배치되어 있다. 안테나부(3)의 상부에는 내부에 냉매가 흐르는 냉각 플레이트(10)가 설치된다.
챔버(1) 내에는, 수납된 기판(11)을 유지하기 위한 서셉터(7)가 설치되어 있다. 서셉터(7)는 기판(11)을 가열하기 위한 히터 기능을 갖고 있다. 또한, 챔버(1)에는 챔버(1) 내를 배기하기 위해 도 18에 도시한 진공 펌프가 접속되어 있다. 이 진공 펌프에 의해 챔버(1) 내부가 배기되고, 소정의 압력 범위하에서 플라즈마를 생성하기 위한 가스로서 예컨대 아르곤 가스가 챔버(1) 내에 도입된다.
상술한 플라즈마 장치에서는, 고주파 전원에 의해 발생한 마이크로파가 도파관(6)으로 전파하여, 안테나부(3)에 도달한다. 안테나부(3)에 도달한 마이크로파는 지파판(3b)으로 전파하고, 슬롯판(3c)을 통해 상판(4)에 공진 영역을 형성하며, 정재파를 발생시켜 챔버(1) 내에 전자계를 발생시킨다. 챔버(1) 내에 발생한 전자계에 의해 아르곤 가스가 해리하고, 기판(11)과 상판(4) 사이에 플라즈마 생성 영역(22)이 형성되며, 기판(11)에 소정의 플라즈마 처리가 행해진다.
상판(4)은 강도를 확보하여 바깥 공기가 누르는 힘에 대항하기 위해 면 방향으로 균일한 소정의 두께를 갖는 원판형으로 형성되어 있고, 그 하면에는 볼록부 또는 오목부가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 볼록부 또는 오목부로서 상판(4)의 주변 가장자리로부터 직경 방향으로 소정의 간격을 두고, 주변부에 상판(4)의 중심과 동심형으로 링형상의 돌출조(41)가 형성되어 있다. 이 돌출조(41)는 외 주면이 상판(4)의 하면에 대하여 수직이며, 내주면이 상판(4)에 대하여 소정의 각도를 갖도록 테이퍼형으로 형성되어 단면이 직사각형의 볼록부 또는 오목부를 형성하고 있다. 상판(4)의 주변부에 돌출조(41)를 형성하는 것은, 상판(4)에는 안테나부(3)로부터 마이크로파가 공급되고, 중심부의 플라즈마 밀도가 빽빽하게 되어 있는데 반하여, 주변부에는 성기게 되어 있기 때문에, 주변부의 플라즈마 밀도를 높이기 위해서이다.
도 3은 상판 내를 마이크로파가 전파하는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 상판(4)은 돌출조(41)에 의해 두께가 두꺼운 부분과, 그 외의 두께가 얇은 부분이 포함되어 있지만, 두께가 얇은 부분의 두께를 λ/4±λ/8로 선택함으로써, 마이크로파가 상판(4)의 두께가 얇은 부분에서 전파되기 어려워진다.
이 이유에 관해서 설명하면, 상판 내를 통과하는 전자파의 형태에는 모드 A와 모드 B가 존재한다. 모드 A는 전자 밀도가 소정치 이상이 되면 존재하고, 모드 B는 전자 밀도가 비교적 작은 경우만 존재하기 때문에, 어느 정도 전자 밀도가 높을 때에는 모드 B에 의한 마이크로파 전파는 억제된다.
다만, 이는 상판 두께에 크게 의존하고, λ/4 이상의 두께에서는 두꺼워질수록 모드 B에서의 전파를 억제할 수 있는 전자 밀도의 하한이 높아져 버린다. λ/2 이상으로 되면, 전자 밀도에 의존하지 않고 모드 B가 존재할 수 있게 되기 때문에, 모드 B에서의 전파는 억제할 수 없게 된다. 반대로, λ/4 이하에서는, 모드 B에서의 전파를 억제할 수 있는 전자 밀도의 하한은 변하지 않는다. 따라서, 상판의 강도를 고려하면 λ/4가 가장 적합하게 된다. 다만, ±λ/8의 범위이면, 대부분 모드 B에서의 전파를 억제할 수 있게 된다.
안테나부(3)에 공급된 마이크로파는, 안테나부(3)의 슬롯으로부터 하방향으로 방사되지만, 도 3에 도시한 바와 같이 상판(4) 내에서 반사되고, 그것이 상판(4) 내의 반사의 반복으로 면 방향으로 진동하여 공진 영역을 형성하여 정재파가 된다. 돌출조부(41)에 들어간 마이크로파는, 돌조부(41) 내부의 측벽에서 다중 반사되고, 상판(4) 내에 축적되며, 플라즈마 생성 영역(22)에 잘 오지 않기 때문에, 돌출조 부분(41)에 마이크로파가 축적되기 쉬워진다. 이에 따라, 돌출조(41)를 형성한 것에 의한 주변부의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 돌출조(41) 부분은 상판(4)의 주변부에서 공진 영역을 구성하고, 마이크로파가 상판(4)의 면 방향으로 직교하는 직경 방향으로 진동한다.
돌출조(41)는 상판(4)측의 직경 방향 두께가 두꺼운 데 대하여, 선단측의 직경 방향 두께가 얇아지도록 테이퍼형으로 형성되어 있기 때문에, 직경 방향으로 진동하는 진폭과 돌출조(41)의 두께가 일치하는 부분이 반드시 존재한다. 즉, 돌출조(41)는 상판(4)의 주변부에 공진 영역을 구성하고, 공진 영역이 플라즈마 밀도에 따라서 자동적으로 상하로 되기 때문에, 플라즈마의 어느 조건에서도 어딘가에서 공진하는 곳이 존재한다.
이에 따라 상판(4)에 최적의 공진 영역을 형성할 수 있기 때문에, 강한 전계를 발생시켜 정재파를 형성할 수 있고, 플라즈마 밀도를 높일 수 있으며, 높은 압력으로부터 낮은 압력에 걸쳐 안정된 플라즈마의 발생이 가능하게 된다.
또한, 이 돌출조(41)는, 외주면측 및 내주면측 모두 테이퍼형으로 형성하더 라도 좋다. 또한, 상판(4)의 두께에 따라서, 돌출조(41)를 배치하는 위치 또는 형상을 임의로 선택하면 된다.
상술한 특허 공개 2002-299240호 공보에는, 돔형으로 형성된 상판에 관해서 기재되어 있지만, 돔 형상의 경우는 공진 장소가 반경 방향으로 크게 이동하고, 플라즈마가 강한 장소가 이동하며, 균일성이 변화하게 된다. 이에 대하여, 본 발명에서는 돌출조(41)에 의해 상판(4)의 외주 혹은 중심 부근에 플라즈마를 모으는 것에 의해 균일성의 조정을 행할 수 있는 점에서 상이하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에서의 상판에 형성된 볼록부의 변형예를 도시하는 단면도이며, 상판(4)의 거의 중심 하부에 볼록부로서의 원추형의 돌기(42)를 하향으로 형성한 것이다. 이 예에서는 돌기(42)가 형성된 중심부 주변에서 공진 영역을 형성할 수 있기 때문에, 중심부 주변의 플라즈마 밀도를 높일 수 있고, 상판(4)의 중심부 주변에서 전계 강도가 작은 경우에 유효하다.
도 5는 상판(4) 주변에 링형상의 돌출조(43)를 형성하고, 외주면 및 내주면을 모두 테이퍼형으로 형성한 것이다. 외주면과 내주면을 모두 테이퍼형으로 형성함으로써, 돌출조(43)의 상판측의 직경 방향 두께와 선단측의 직경 방향 두께의 차를 크게 할 수 있기 때문에, 돌출조(43)의 주변에 형성되는 공진 영역을 넓힐 수 있고, 그 주변의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
도 6은 도 2에 도시한 주변부의 돌출조(41)의 외에, 중심부에 직경 방향의 두께를 돌출조(41)보다 두껍게 한 원추형 돌기(44)를 형성한 것이다. 이 예에서는, 돌출조(41)에 의해 주변부에 공진 영역을 형성함과 함께, 돌기(44)에 의해 중심부 에 공진 영역을 형성함으로써, 돌출조(41)의 직경 방향 두께보다 큰 진폭의 마이크로파가 입력되더라도, 중앙의 돌기(44)로 공진 영역을 구성할 수 있기 때문에 중심부에서 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에서의 오목부를 형성한 상판을 도시하는 단면도이며, 상판(4)의 대략 중앙부에 하향으로 개구된 원형의 오목부(401)를 설치한 것이다. 오목부(401)는 하부의 개구 직경이 커지도록 내주면이 테이퍼형으로 형성되어 있다. 이 오목부(401)에 의해 그 외측에는 볼록부(402)가 형성된다. 이 예에서는, 볼록부(402)의 두께가 두꺼운 부분에서 공진 영역을 형성할 수 있기 때문에, 이 부분에서의 플라즈마 밀도를 높일 수 있고 상판(4)의 주변 부분에서의 전계 밀도가 작은 경우에 유효하다.
도 8은 상판(4)과 동심형으로 링형상의 오목부(403)를 설치한 것이다. 오목부(403)의 외주면 및 내주면은 하부의 개구 직경이 커지도록 테이퍼형으로 형성되어 있다. 이 오목부(403)에 의해, 그 내측에는 하향의 볼록부(404)가 형성되고, 그 외측에는 돌출조(405)가 형성된다. 이 예에서는, 볼록부(404)와 돌출조(405)의 두께가 두꺼운 부분에서 공진 영역을 형성할 수 있기 때문에, 이들 부분에서의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
도 9는 상판(4)의 거의 중앙부에 하향으로 개구된 원형의 오목부(406)와, 오목부(406)의 외측에 링형상의 오목부(407)를 형성한 것이다. 오목부(406)는 하부의 개구 직경이 커지도록 외주면이 테이퍼형으로 형성되어 있고, 오목부(407)는 도 8의 오목부(403)와 마찬가지로 하며, 외주면 및 내주면은 하부의 개구 직경이 커지 도록 테이퍼형으로 형성되어 있다. 이 예에서는 오목부(406)의 외측에 돌출조(408)가 형성되고, 오목부(407)의 외측에 돌출조(409)가 형성되며, 돌출조(408와 409)의 두께가 두꺼운 부분에서 공진 영역을 형성할 수 있기 때문에, 이들 부분에서의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에서의 상판에 형성한 오목부의 변형예를 도시하는 단면도이다. 이 실시예는, 도 9에 도시한 예에서의 오목부(406)와 링형상의 오목부(407) 대신에, 오목부(410)와 링형상의 오목부(411)를 형성한 것이다. 오목부(410과 411)는 하향으로 개구되어 있지만, 오목부(410)의 외주면은 테이퍼형이 아니라 원호형으로 형성되어 있고, 오목부(411)의 외주면 및 내주면도 원호형으로 형성되어 있다. 따라서, 본 발명에서의 테이퍼형으로는 원호형도 포함되는 것으로 한다.
이와 같이 상판(4)의 두께가 원호형으로 변화되도록 형성함으로써 도 9와 마찬가지로 하여, 오목부(410) 및 링형상의 오목부(411) 사이에 돌출조(412)가 형성되고, 오목부(411)의 외측에 돌출조(413)가 형성되며, 이들의 두께가 두꺼운 부분에서 공진 영역을 형성할 수 있기 때문에, 이들 부분에서의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 10에 도시한 실시예에서, 상판(4)에 형성하는 테이퍼형부는 도 11에 도시한 바와 같이 기판(11)의 반경(R)보다 외측에 적어도 하나 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 기판(11)의 단부 부근에서의 플라즈마 밀도가 과도하게 낮아지지 않도록 할 수 있다.
또한, 보다 바람직하게는 상판(4)에 형성하는 테이퍼형부는, 도 11에 도시한 상판(4)과 기판(11) 사이의 거리를 D라고 하면, 상판(4)의 중심으로부터 반경(D)보다 내측에 적어도 하나 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상판(4)의 중심 부근의 플라즈마가 과도하게 낮아지지 않도록 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에서의 상판에 형성된 오목부의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 12에 도시한 예는 상판(4)의 중심부에 하향으로 돌출하는 볼록부(421)를 형성하고, 이 볼록부(421)의 외측 부근의 상판(4)의 두께는 λ/4±λ/8로 선택되어 있다. 또한, 볼록부(421)의 외측에는 하향으로 개구된 링형상의 오목부(422)가 형성되어 있는 동시에, 오목부(422)의 외측에 하향으로 돌출하는 두께가 두꺼운 볼록부(423)가 형성되고, 볼록부(423)의 외주부를 제외하여 하면에 동심형으로 복수의 링형상의 홈(424)이 형성된다. 볼록부(421)의 외주면과, 볼록부(423)의 내주면은 테이퍼형으로 형성되어 있다.
이 예에서는, 오목부(422)의 외측에 두께가 두꺼운 볼록부(423)를 형성함으로써 강도를 높일 수 있다. 또한, 이 볼록부(423) 부분에서의 플라즈마 밀도가 높아지고 전계 밀도도 높아져 플라즈마가 방사되기 쉬워지지만, 복수의 링형상의 홈(424)에 의해 그 표면으로부터 플라즈마가 방사되는 것을 억제할 수 있고, 홈(424)이 형성되어 있지 않은 최외주부로부터 플라즈마를 방사하기 쉬워진다.
또한, 상판(4)의 안테나(3)측인 대기측에는 오목부(425)가 형성되어 있다. 이 오목부(425)는, 그 깊이가 λ/8 이상으로 형성되어 있고, 보다 바람직하게는 λ/4 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 오목부(425)에는 대기, 양도체 또는 상판 (4)과는 유전률이 상이한 물질(도시 생략)이 배치된다. 이것은 마이크로파가 상판(4) 중심부의 오목부(425) 부근에서 강하게 반사되기 때문에, 이 부분에서 플라즈마가 강해지는 경향이 있다고 하는 문제점을 개선하기 위해서이다. 오목부(425)의 주변부의 두께가 λ/4 근방이면, 또한 그 효과가 보장된다.
또한, 오목부(425)는 상판(4)의 안테나(3)측의 중심부에 한하지 않고 주변에 형성하더라도 좋다.
도 13에 도시한 예는 상판(4) 중심부의 하부에 돌출하는 볼록부(421)를 형성하고, 볼록부(421)의 외측에 하부가 개구된 링형상의 오목부(422)를 형성하며, 오목부(422)의 외측에 돌출조(426)를 하향으로 형성하고, 또한 돌출조(426)의 외측에 하부가 개구된 링형상의 오목부(427)를 형성하며, 오목부(427)의 외측에 하향으로 돌출하는 링형상의 돌출조(428)를 형성한 것이다. 최외주에 형성된 돌출조(428)는 볼록부(421) 및 돌출조(426)에 비해 두께가 두껍게 형성되어 있다. 또한, 오목부(422 및 427)의 외주면 및 내주면은 테이퍼형으로 형성되어 있다.
이 예에서는, 돌출조(426)를 형성함으로써, 상판(4)의 기계적 강도를 유지할 수 있다. 또한, 돌출조(426와 428)로 공진 영역이 형성되지만, 돌출조(426)에 비해 최외주의 돌출조(428) 부분의 두께가 두껍게 형성되어 있는 것에 의해, 이 부분에서의 플라즈마 밀도를 돌출조(426)의 플라즈마 밀도에 비해 높일 수 있다.
도 14에 도시한 예에서는, 상판(4) 중앙부에 하향으로 원판형 볼록부(429)를 형성하고, 그 하면에 동심형으로 복수의 홈(430)을 형성하며, 볼록부(429)의 외측에 하향으로 개구된 링형상의 오목부(431)를 형성하고, 오목부(431) 외측에 하향으 로 돌출하는 돌출조(432)를 형성한 것이다. 돌출조(432)는 볼록부(429)에 비해 두께가 두껍게 형성되어 있다. 이 예에서는, 상판(4)의 중앙부의 볼록부(429)에 의해 두께를 두껍게 하여 기계적 강도를 높일 수 있다. 볼록부(429)는 두께가 두껍기 때문에 플라즈마가 전파되기 쉬워지고, 밀도가 높아지는 홈(430)이 형성되어 있는 것에 의해 플라즈마가 잘 방사되지 않게 된다. 그리고, 오목부(431)의 두께가 얇은 부분에서는 플라즈마가 잘 전파되지 않고, 최외주부의 돌출조(432)에서의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 또한, 이 예에서도, 도 12와 마찬가지로 하여, 상판(4)의 안테나(3)측인 대기측에는 오목부(425)가 형성되어 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 오목부(431)는 테이퍼형 부분(433)과 원호형 부분(434)을 조합한 형상으로 되어 있고, 가공성을 고려한 구조이면서, 같은 플라즈마 제어 효과를 가질 수 있다.
도 15는 슬롯판의 슬롯을 도시한 도면이며, 도 16은 도 15에 도시한 슬롯의 위치에 대응하여 돌출조를 형성한 것이다. 즉, 도 15에 도시한 바와 같이 원판형의 슬롯판(3c)에는 동심원상에 삼중 링형상으로 배열된 슬롯(31, 32, 33)이 형성되어 있다. 도파관(6)에 입력되는 마이크로파는 슬롯판(3c)의 슬롯(31, 32, 33)을 통해 챔버(1) 내에 방사되어 전자계가 발생된다. 따라서, 상판(4) 중 슬롯(31, 32, 33)의 위치에 대응하는 부분의 전계 강도가 가장 크게 되어 있다.
그래서, 도 16에 도시한 바와 같이 각 슬롯(31, 32, 33)의 각 위치에 대응하여 링형상의 복수의 돌출조(45, 46, 47)가 형성된다. 이들의 돌출조(45, 46, 47)는 도 1에 도시한 돌출조(41)와 마찬가지로 하여 외주면이 상판(4)의 하면에 대하여 수직이며, 내주면이 상판(4)에 대하여 소정의 각도를 갖도록 테이퍼형으로 형성되 어 있지만, 외주면측도 테이퍼형으로 형성하더라도 좋다. 상판(4) 중 각 슬롯(31, 32, 33)의 각 위치에 대응하는 부분의 전계 강도가 강하게 되어 있고, 이 부분에 공진 영역을 형성함으로써 플라즈마를 균일하게 할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 상판을 밑에서 본 도면이다. 상술한 도 16에 도시한 실시예는 슬롯판(3c)의 각 슬롯(31, 32, 33)의 위치에 대응하여 링형상의 돌출조(45, 46, 47)를 형성한 데 대하여, 이 실시예에서는 각 슬롯(31, 32, 33)의 각 위치에 대응하여 각각이 독립하면서 직경이 작은 원추형 돌기(48)를 다수 배치한 것이다. 이 실시예에서도, 각 슬롯(31, 32, 33)에서 발생한 강한 전계 강도를 다수의 돌기(48)에 의해 공진을 분산시킬 수 있다.
본 발명에서, 상판(4)의 두께가 21 mm, 상판(4)의 직경이 280 mm, 돌출조(41)의 직경이 220 mm, 돌출 높이를 22 mm로 형성하였을 때, 플라즈마 조건으로서의, 예컨대 플라즈마의 압력이 1 내지 100 Torr로 변화되고, 마이크로파의 출력이 100 내지 3000 W로 변화되었을 때라도 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명은, 도시한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 본 발명과 동일한 범위 내에서, 또는 균등한 범위 내에서, 도시한 실시예에 대하여 여러 가지의 변경을 추가하는 것이 가능하다.
마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나부(3) 하부에 챔버(1)의 개구부를 봉인하는 상판(4)을 설치하고, 상판(4)의 하면측에 링형상의 돌출조(41)를 설치하여 직경 방향의 두께를 테이퍼형으로 연속적으로 변화시키고, 플라 즈마의 조건에서도 어딘가에서 공진시킴으로써, 높은 압력으로부터 낮은 압력에 걸쳐 안정된 플라즈마의 발생이 가능한 플라즈마 처리 장치에 이용할 수 있다.

Claims (26)

  1. 삭제
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 볼록부는 상기 상판의 하면에 형성된 링형상의 돌출조를 포함하며,
    상기 링형상의 돌출조는 상기 상판측의 직경 방향의 두께가 선단측의 직경 방향의 두께보다 두껍게 형성되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  6. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 볼록부는 상기 상판의 하면에 형성되는 원추형의 돌기를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 원추형의 돌기는 상기 상판의 중심 하면에 형성되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 볼록부는 상기 상판의 하면에 형성된 링형상의 돌출조를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 링형상의 돌출조는 상기 상판의 중심과 동심형으로 복수 형성되며, 상기 상판의 중심에 가까운 제1 돌출조와 상기 상판의 중심에서 먼 제2 돌출조를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 돌출조의 두께는 상기 제1 돌출조의 두께에 비해 두껍게 형성되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 상판의 안테나측의 중심부에는 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부에는 상기 상판의 유전률과 상이한 물질이 배치되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 상판의 안테나측에서의 오목부의 깊이는 λ/8 이상의 깊이로 형성되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 상판의 안테나측에서의 오목부의 깊이는 λ/4 이상의 깊이로 형성되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  14. 제6항에 있어서, 상기 원추형의 돌기의 주변에서의 상판의 두께는 λ/4±λ/8인 것인 플라즈마 처리 장치.
  15. 제6항에 있어서, 상기 피처리 기판은 원판형으로서,
    상기 볼록부는, 상기 피처리 기판의 반경을 R로 했을 때, 상기 상판의 중심으로부터 반경 R보다 외측에 하나 이상 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  16. 제6항에 있어서, 상기 볼록부는, 상기 상판과 상기 피처리 기판과의 거리를 D로 했을 때, 상기 상판의 중심으로부터 반경(D)보다 내측에 하나 이상 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  17. 제5항에 있어서, 상기 안테나는 복수의 슬롯이 소정의 패턴으로 분포되도록 형성된 슬롯판을 포함하고,
    상기 상판의 하면의 상기 볼록부는 상기 소정의 패턴에 대응하는 위치에 연장되도록 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 볼록부는 복수의 원추형 돌기를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  19. 제5항 또는 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록부의 하면에는 동심형으로 복수의 링형상 홈이 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  20. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 상판의 안테나측의 중심부에는 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부에는 상기 상판의 유전률과 상이한 물질이 배치되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  21. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 볼록부는, 상기 상판과 상기 피처리 기판과의 거리를 D로 했을 때, 상기 상판의 중심으로부터 반경(D)보다 내측에 하나 이상 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  22. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 안테나는 복수의 슬롯이 소정의 패턴으로 분포되도록 형성된 슬롯판을 포함하고,
    상기 상판의 하면의 상기 볼록부는 상기 소정의 패턴에 대응하는 위치에 연장되도록 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  23. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 상판의 두께는 λ/4±λ/8로 선택되며,
    상기 안테나는 복수의 슬롯이 소정의 패턴으로 분포되도록 형성된 슬롯판을 포함하고,
    상기 상판의 하면의 상기 볼록부는 상기 소정의 패턴에 대응하는 위치에 연장되도록 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  24. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 볼록부는 상기 상판의 하면에 형성된 링형상의 돌출조를 포함하며,
    상기 안테나는 복수의 슬롯이 소정의 패턴으로 분포되도록 형성된 슬롯판을 포함하고,
    상기 상판의 하면의 상기 볼록부는 상기 소정의 패턴에 대응하는 위치에 연장되도록 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  25. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 볼록부는 상기 상판의 하면에 형성된 링형상의 돌출조를 포함하며,
    상기 상판은 원판형이며, 상기 링형상의 돌출조는 상기 상판의 중심과 동심형으로 직경 방향으로 복수 형성되며,
    상기 안테나는 복수의 슬롯이 소정의 패턴으로 분포되도록 형성된 슬롯판을 포함하고,
    상기 상판의 하면의 상기 볼록부는 상기 소정의 패턴에 대응하는 위치에 연장되도록 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  26. 피처리 기판을 수납하고 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과,
    상기 플라즈마 발생실의 상부의 개구부에 배치되고, 마이크로파에 의해 구동되어 전자계를 발생시키는 안테나와,
    상기 안테나의 하부에 설치되고, 면방향에 걸쳐 균일한 소정의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 발생실의 개구부를 봉인하는 상판과,
    상기 상판의 하면측에 형성된 테이퍼형 볼록부를 포함하며,
    상기 볼록부는 상기 상판의 하면에 형성된 링형상의 돌출조를 포함하며,
    상기 상판은 원판형이며, 상기 링형상의 돌출조는 상기 상판의 중심과 동심형으로 직경 방향으로 복수 형성되며,
    상기 볼록부의 하면에는 동심형으로 복수의 링형상 홈이 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
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