KR100921844B1 - 플라즈마 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

판형 전극에 인접하여 판형 절연체가 배치된 상태에서, 상기 판형 전극 주위에 배치되고, 상기 판형 절연체에 의해 포위되도록 형성되고, 또한 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다르게 형성되어 있는 2 라인(two-line)의 가스 배출구 중에서, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 1 라인의 가스 배출구로부터 상기 처리 대상물 부근에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하면서, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 다른 1 라인의 가스 배출구로부터 상기 처리 대상물 부근에 방전 제어 가스를 공급한다. 상기 가스의 공급과 동시에, 상기 판형 전극 또는 상기 처리 대상물에 전력을 공급하여, 처리 대상물의 플라즈마 처리를 실행한다. 따라서, 원하는 미세 선형 부분에 대하여 고 정밀도로 플라즈마 처리를 할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 장치를 제공한다.
플라즈마 처리, 판형 전극, 유전체 판, 절연체, 패터닝.

Description

플라즈마 처리 방법 및 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는, 도 1의 평면 PP를 따라 절취한 단면도.
도 3은 처리 대상물이 없는 상태에서, 본 발명의 제1실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는, 도 1의 PQ 방향에서 본 평면도.
도 4는 본 발명의 제1실시형태에 이용된 판형(plate-shaped) 전극의 테이퍼부 부근에 대한 확대도.
도 5는 본 발명의 제1실시형태의 에칭 프로파일(etching profile)을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 제2실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 평면도.
도 7A는 종래기술 예에 이용된 패터닝(patterning) 프로세스를 나타내는 도면.
도 7B는 종래기술 예에 이용된 패터닝 프로세스를 나타내는 도면.
도 7C는 종래기술 예에 이용된 패터닝 프로세스를 나타내는 도면.
도 7D는 종래기술 예에 이용된 패터닝 프로세스를 나타내는 도면.
도 8은 종래기술 예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 9는 종래기술 예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 10은 종래기술 예에 이용된 에칭 프로파일을 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 제3실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 평면도.
도 12A는 본 발명의 제4실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 정면도.
도 12B는 본 발명의 제4실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 측면도.
도 12C는 본 발명의 제4실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성 일부분에 대한 확대도.
도 13은 본 발명의 제4실시형태에 이용된, 그 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차에 대한 정의를 나타내는, 유기막(organic film)의 단면도.
도 14A는 본 발명의 제4실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 정면도.
도 14B는 도 14A에 나타낸 본 발명의 제4실시형태의 플라즈마 처리 장치와의 비교에 이용되는, 어떤 테이퍼부(taper portion)도 갖지 않는 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 정면도.
도 15A는 본 발명의 제4실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 15B는 본 발명의 제4실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 상태의 래디컬(radical) 분포를 나타내는 그래프.
도 15C는 본 발명의 제4실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치와의 비교에 이용되는, 어떤 테이퍼부도 갖지 않는 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 15D는 어떤 테이퍼부도 갖지 않는 도 15C의 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 상태의 래디컬 분포를 나타내는 그래프.
도 16A는 본 발명의 제5실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 정면도.
도 16B는 본 발명의 제5실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 측면도.
도 17A는 본 발명의 제6실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 정면도.
도 17B는 본 발명의 제6실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 측면도.
도 18A는 본 발명의 제6실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 18B는 본 발명의 제6실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 18C는 본 발명의 제6실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 19A는 본 발명의 제7실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 정면도.
도 19B는 본 발명의 제7실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 측면도.
도 20A는 본 발명의 제7실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치를 설명하는 설명도.
도 20B는 본 발명의 제7실시형태의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 정면도.
도 21A는 본 발명의 제8실시형태에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 정면도.
도 21B는 본 발명의 제8실시형태의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 유전체 판의 방전 제어를 위한 가스 통로를 나타내는 측면도.
도 21C는 본 발명의 제8실시형태의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 유전체 판의 방전 제어를 위한 가스 통로를 나타내는 측면도.
도 22는 종래기술 예의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 판형 전극 1a: 테이퍼부
2, 3: 판형 절연체 4, 5: 판형 절연체
6: 가스 통로 7: 가스 배출구
8: 가스 통로 9: 가스 배출구
10, 11: 가스 공급 장치 12: 처리 대상물
13: 고주파 전원 14: 감광성 레지스트
15: 방전 제어 가스 101: 제1전극
102: 제2전극 103, 104: 유전체
105: 방전 공간 106: 고주파 전원
107: 정합 회로 108: 가스 배출구
109: 가스 파이프 110: 가스 공급 장치
111: 분출구 112: 처리 대상물
300: 테이퍼부 301: 진공 챔버
302: 제1전극 303: 제2전극
304, 305: 유전체 판 306, 307: 홈
308: 배기 장치 309: 압력 조절 장치
310: 고주파 전원 311: 정합 회로
312: 방전 공간 313: 가스 공급구
314: 가스 파이프 315: 가스 공급 장치
316: 분출구 317: 처리 대상물
318: 처리 대상물 거리 조절 장치 319: 전극 거리 조절 장치
320: 방전 제어 가스 공급 장치 321, 322: 유전체 판
323, 324: 방전 제어 가스 유로 400: 제어 장치
401: 제어 장치 402: 제어 장치
본 발명은, 예를 들면, 그 표면에 박막(thin film)이 형성된 기판 등의 처리 대상물(object)(처리될 대상물) 또는 각종 막으로 코팅된 처리 대상물 상에 플라즈마를 사용함으로써 원하는 미세한 선형 부분을 고정밀도로 가공하거나, 또는 각종 처리 대상물의 표면 위에 플라즈마를 이용함으로써 처리 대상물에 박막을 증착하는, 플라즈마 처리를 실행하기 위한 플라즈마 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 위에 박막이 형성된 기판으로 대표되는 처리 대상물을 패터닝(patterning) 처리하는 경우, 레지스트 처리(resist process)를 이용한다. 도 7A 내지 도 7D는 이러한 처리의 일례를 나타낸다. 도 7A 내지 도 7D에 있어서, 우선, 감광성 레지스트(photosensitive resist)(14)를 처리 대상물(12)의 표면 위에 도포한다(도 7A). 이어서, 레지스트(14)를, 노출기를 이용하여 빛에 노출한 후, 현상을 하며, 이에 의해 레지스트(14)가 원하는 구성으로 패턴이 형성될 수 있다(도 7B). 또한, 상기 대상물(12)은, 진공 챔버에 위치되고, 이 진공 챔버에서 플라즈마가 생성되어 처리 대상물(12)이 마스크로서 이용된 레지스트(14)로써 에칭되며, 이에 의해 처리 대상물(12)의 표면은 원하는 구성으로 패턴이 형성된다(도 7C). 최종적으로, 레지스트(14)가 산소 플라즈마, 유기 용제 등을 이용하여 제거됨으로써 처리가 종료된다(도 7D).
전술한 레지스트 처리는, 고정밀도의 정교한 패턴을 형성하는데 적합하며, 반도체나 기타 전자 장치의 제조에 있어서 중요한 역할을 하여 왔다. 그러나, 상기 처리는 복잡하다는 결점이 있다.
따라서, 어떤 레지스트 처리도 하지 않는 신규의 플라즈마 처리 방법이 논의되어 왔다. 그 일례로서, 도 8 및 도 9를 참조하여 선형으로 플라즈마를 생성하는 플라즈마 소스(plasma source)를 설명한다. 도 8은, 그 위에 판형(plate-shaped) 전극(1)을 탑재된 플라즈마 소스를 구비한 플라즈마 처리 장치의 사시도이고, 도 9는, 도 8의 PP 평면을 따라 절취하여 얻은 단면도이다. 도 8 및 도 9에 있어서, 판형 절연체(2, 3)를, 그 판 표면과 판형 전극(1)이 서로 나란하게 되는 위치에 배치하고, 가스 통로(6)를 통해 가스 공급 장치(10)로부터 처리 대상물(12)에 보통 수직으로 가스를 공급한다. 고주파 전원(13)으로부터 판형 전극(1)에 13.56MHz의 고주파 전력을 인가하면서 가스 공급 장치(10)로부터 가스를 공급함으로써, 판형 전극(1)을 포함하는 플라즈마 소스와 처리 대상물(12) 사이에 플라즈마가 생성되어 처리 대상물(12)이 상기 플라즈마에 의해 처리된다. 플라즈마 소스와 처리 대상물 사이의 거리 "a"는 0.3mm이고, 판형 전극(1)의 두께와 판형 절연체(2, 3)의 두께, "b"와 "c"는, 모두 1mm이며, 가스 통로(6)의 폭 "e"는 0.1mm이고, 판형 전극(1)의 끝 모서리 부분 "i"의 각도는 60°이다. 또한, 판형 전극(1)의 판 표면은 50mm의 높이 "g"를 가지며, 라인 방향(line direction)의 길이 "h"를 갖는다.
예를 들면, He가 1000sccm 공급되고, SF6가 가스로서 가스 통로(6)에 10sccm 공급되고, 100W의 고주파 전력이 공급되는 조건 하에서, Si의 처리 대상물(12)이 에칭된다.
그러나, 종래기술의 예와 관련하여 설명한 플라즈마 처리 방법 및 장치에 의한 에칭에서는, 처리 대상물이 상기 원하는 미세 선형 부분 이상의 넓은 범위에 걸쳐 처리되는 문제점이 있는데, 그 결과의 에칭 프로파일을 도 10에 나타낸다. 이 경우, 가장 깊게 에칭된 부분의 깊이를 D로 했을 때, 패턴 바닥보다 D×0.8만큼 얕은 부분의 폭이 가공 폭 E라면, E는 2.1mm이다. 플라즈마 소스의 판형 전극(1)의 두께가 1mm이므로, 가공 폭 E는 그것의 2배 정도가 된다.
상기 종래의 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은, 고정밀도로 원하는 미세 선형 부분을 처리할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
본 발명의 제1특징에 의하면, 대기압 부근의 압력 하에서 처리 대상물에 대향하여 배치될 수 있는 판형 전극에 인접하여 판형 절연체가 배치된 상태에서, 상기 판형 전극 주위에 배치되고, 상기 판형 절연체에 의해 포위되도록 형성되고, 또한 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다르게 형성되어 있는 2 라인(two-line)의 가스 배출구 중에서, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 1 라인의 가스 배출구로부터 상기 처리 대상물 부근에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하면서, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 다른 1 라인의 가스 배출구로부터 상기 처리 대상물 부근에 방전 제어 가스를 공급하는 단계와, 상기 가스의 공급과 동시에, 상기 판형 전극 또는 상기 처리 대상물에 전력을 공급하는 단계를 포함하는, 플라즈마에 의해 처리 대상물을 처리하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제2특징에 의하면, 제1특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 2 라인의 가스 배출구 중 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 가스 배출구로부터 공급된 방전 제어 가스의 방전 개시 전압은, 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 크다.
본 발명의 제3특징에 의하면, 제1특징의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구 길이가, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구 길이보다 짧은 상태에서, 방전 제어 가스용 가스 배출구로부터 배출된 방전 제어 가스가 방전 가스용 가스 배출구로부터 배출된 방전 가스 주위에 존재하는 동안에, 상기 처리 대상물의 플라즈마 처리가 실행된다.
본 발명의 제4특징에 의하면, 제1특징 내지 제3특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 불활성 가스는, He, Ar, Ne 및 Xe 중 어느 하나이다.
본 발명의 제5특징에 의하면, 제1특징 내지 제3특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 방전 제어 가스는 상기 불활성 가스보다 큰 방전 개시 전압을 가지며, 또한, 상기 방전 제어 가스는, 할로겐 함유 가스로서, SF6, CF4, NF3, O2, Cl2 및 HBr 중 어느 하나인 가스이다.
본 발명의 제6특징에 의하면, 제1특징 내지 제3특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 방전 제어 가스의 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 크고, 상기 방전 제어 가스는 50%보다 작은 He 농도를 갖는 가스이다.
본 발명의 제7특징에 의하면, 제1특징 내지 제3특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 방전 제어 가스의 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 크고, 상기 처리 대상물은, 상기 방전 제어 가스가 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 가스 배출구 부근의 전기 방전을 억제하는 특성을 갖는 가스인 상태에서 플라즈마로 처리된다.
본 발명의 제8특징에 의하면, 제1특징 내지 제3특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 방전 제어 가스의 방전 개시 전압은 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 크고, 상기 처리 대상물은, 상기 방전 제어 가스가 가스 흐름이 없는 경우에 비해, 선형 방전 폭이 좁게 되는 특성을 갖는 가스인 상태에서 플라즈마로 처리된다.
본 발명의 제9특징에 의하면, 제1특징 내지 제8특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 처리 대상물은, 상기 처리 대상물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부가 테이퍼부(taper portion)를 갖는 상태에서, 플라즈마로 처리된다.
본 발명의 제10특징에 의하면, 제1특징 내지 제9특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 처리 대상물은, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리가, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리보다 짧은 상태에서 플라즈마로 처리된다.
본 발명의 제11특징에 의하면, 제10특징에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 m으로 하고, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 k로 할 때,
0mm＜k－m≤1mm가 성립한다.
본 발명의 제12특징에 의하면,
판형 전극과,
상기 판형 전극에 인접하고, 처리 대상물과 마주하는 상기 판형 전극 표면의 일부를 덮지 않는 위치에 배치된 판형 절연체와,
상기 판형 전극 또는 상기 처리 대상물에 전력을 공급하는 전력 공급 장치와,
상기 판형 전극 근처에 배치되고, 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다른 2 라인 가스 배출구 중, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 1 라인의 가스 배출구에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하는 방전 가스 공급 장치와,
상기 판형 전극 근처에 배치되고, 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다른 2 라인 가스 배출구 중, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 다른 1 라인의 가스 배출구에, 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 큰 방전 개시 전압을 갖는 방전 제어 가스를 공급하는 방전 제어 가스 공급 장치를 포함하는, 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제13특징에 의하면, 제12특징에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 판형 전극의 적어도 상기 처리 대상물을 마주하는 표면은, 테이퍼부(taper portion)를 갖는다.
본 발명의 제14특징에 의하면, 제12특징 또는 제13특징에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구 길이는, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구 길이보다 짧다.
본 발명의 제15특징에 의하면, 제12특징 내지 제14특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 대상물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부는 테이퍼부(taper portion)를 갖는다.
본 발명의 제16특징에 의하면, 제12특징 내지 제14특징 중 어느 한 특징에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리는, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리보다 짧다.
본 발명의 제17특징에 의하면, 제16특징의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 m으로 하고, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 k로 할 때,
0mm＜k－m≤1mm가 성립한다.
본 발명에 의하면, 대기압 부근의 압력 하에서 판형 전극에 인접하여 배치된 판형 절연체와 판형 전극으로, 상기 판형 전극 주위에 배치되고, 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다른, 적어도 2개의 가스 배출구로부터 상기 처리 대상물 부근에 가스가 공급되는 한편, 상기 가스의 공급과 동시에, 상기 판형 전극 또는 상기 처리 대상물에 전력이 공급되는, 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 불활성 가스를 함유하는 방전 가스는 상기 판형 전극에 가깝게 있는 하나의 가스 배출구로부터 공급되고, 상기 불활성 가스보다 방전 개시 전압이 큰 가스를 함유하는 방전 제어 가스는, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 가스 배출구로부터 공급되며, 상기 가스의 공급과 동시에, 플라즈마 처리가 실행된다. 따라서, 레지스트 등의 어떤 마스크도 이용하지 않고 고정밀도로 원하는 미세 선형 부분을 처리할 수 있는 플라즈마 처리 방법을 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 판형 전극, 상기 판형 전극에 인접하여 위치한 판형 절연체, 가스 공급 장치 및 전력 공급 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치가 제공되며, 상기 플라즈마 처리 장치는, 적어도 2개의 가스 배출구, 즉, 상기 판형 전극 부근에 위치한 방전 가스 배출구 및 방전 제어 가스 배출구를 구비하는데, 이들 각각의 가스 배출구는 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다르다. 따라서, 레지스트 등의 어떤 마스크도 이용하지 않고, 고정밀도로 원하는 미세 선형 부분을 처리할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 처리 대상물에 인접하여 배치된 마이크로 플라즈마 소스, 전력 공급 장치 및 상기 처리 대상물에 작용하도록 제조된 활성 입자(active particle)를 공급하는 분출구(jet-out port; 가스 배출구(gas exhaust port))를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공되는데, 상기 분출구의 바깥쪽 면은, 일례(一例)로서 테이퍼 구성(tapered configuration)으로 형성된다. 테이퍼 구성의 바깥쪽 면을 갖는 분출구를 구비함으로써, 래디컬(radical)의 확산이 제어될 수 있으므로, 처리 영역에서의 블리딩(bleeding)을 억제할 수 있고, 탁월한 처리 정밀도를 갖는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리용 가스가 처리 대상물 부근에 배치된 마이크로 플라즈마 소스(micro plasma source)에 공급되고, 전극에 전력이 인가됨으로써, 마이크로 플라즈마가 생성되는데, 테이퍼 구성의 분출구에 의해, 마이크로 플라즈마 소스로부터 공급된 활성 입자가 상기 분출구로부터 분출되어 처리 대상물에 작용함으로써 처리 대상물에 대한 플라즈마 처리를 달성하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 테이퍼 구성의 분출구를 이용함으로써, 래디컬의 확산이 제어될 수 있으므로, 처리 영역에서의 블리딩을 억제할 수 있고, 탁월한 정밀도를 갖는 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 상기한 특징들과 기타 특징 및 형태는, 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시형태와 연관하는 다음의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
본 발명의 설명을 진행함에 앞서, 동일한 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호가 부여됨을 유의하기 바란다.
이하에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 이하에 본 발명의 제1실시형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 이용된 판형 전극(1)을 구비한 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 처리 장치의 사시도로서, 두께방향(thicknesswise) 대칭 테이퍼부(taper portion)를 구비한 삼각형 테이퍼부(예각 부분)(1a)는, 그 하단부(처리 대상물(처리될 대상물)과 마주하는 한쪽 단부)에 구성되어 있다. 도 2는 도 1의 평면 PP를 따라 절취한 단면도이고, 또한, 도 3은 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a)를 구비한 표면을 나타내는, 도 1의 PQ 방향에서 본 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 장방형-평행 육면체인 판형 절연체(2, 3)와, C 또는 "ㄷ"자형의 대략 장방형-평행 육면체인 판형 절연체(4, 5)가 테이퍼부(1a)를 갖는 판형 전극(1)에 평행인 위치로 배치되고, 방전 가스용 가스 통로(6)와 방전 가스용 가스 배출구(7)는 판형 전극(1)과 판형 절연체(2, 3) 사이에 형성되고, 방전 제어 가스용 가스 통로(8)와 방전 제어 가스용 가스 배출구(9)는 판형 절연체(2, 3)와 판형 절연체(4, 5) 사이에 각각 형성된다. 즉, 장방형 프레임 부재가 판형 절연체(4, 5)에 의해 형성되고, 그 내측에 형성된 장방형 평행 육면체 공간 내에서 판형 절연체(2, 3)가 갭(gap)을 사이에 두어 배치되어 있으며, 상기 판형 전극(1)은 판형 절연체(2, 3) 사이에 갭을 두고 이들 절연체(2, 3) 사이에 배치된다. 따라서, 동일한 장방형의 방전 가스용 가스 배출구(7)는 판형 전극(1)과 판형 절연체(2, 3) 사이에 형성되고, 동일한 장방형의 방전 제어 가스용 가스 배출구(9)는 판형 절연체(4, 5)와 판형 절연체(2, 3) 사이에 각각 형성된다. 방전 가스용 가스 배출구(7) 및 방전 제어 가스용 가스 배출구(9)는, 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a)의 끝에 있는 경계(즉, 판형 전극(1)의 중심선을 지나는 평면) 상에서 대칭으로 배치된다. 가스는, 가스 배출구(7, 9)를 통해서, 처리될 처리 대상물(12)에 보통 수직으로 공급된다. 고주파 전원(13)으로부터 판형 전극(1)에, 예를 들면, 13.56MHz의 고주파 전력을 공급하면서, 가스 공급 장치(10, 11)로부터 가스를 공급함으로써, 국부적 플라즈마 공간(PA)에 플라즈마가 생성되어 처리 대상물(12)이 플라즈마로써 처리될 수 있게 된다. 이러한 국부적 플라즈마 공간(PA)의 일례는, 판형 전극(1) 아래에 형성되고, 판형 전극(1)의 두께 이하의 폭(도 3의 가로 치수)과, 판형 전극(1)의 길이와 대략 동일한 길이(도 3의 세로 치수)를 갖는, 보통 장방형 평행 육면체 공간이다. 일례로서, 판형 전극(1)과 처리 대상물(12) 사이의 거리 "a"는 0.3mm이고, 판형 전극(1)과 판형 절연체(2, 3, 4, 5)의 폭 "b", "c" 및 "d"는 모두 1mm이며, 가스 통로(6,8)의 폭 "e", "f"는 모두 0.1mm이다. 또한, 일례로서, 라인 방향 길이 "h"는, 판형 전극(1), 가스 배출구(7) 및 가스 배출구(9) 모두 30mm이다. 또한, 일례로서, 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a)의 끝 모서리부 "i"의 각도는 60°이다. 또한, 도 4는 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a) 부근에 대한 확대 단면도로서, 일점 쇄선 "o"는 판형 전극(1)의 중심선이다. 판형 전극(1)의 코너 부분 "p"와 판형 절연체(2)의 코너 부분 "q"를 상호 연결하는 선분의 중심은, 판형 전극(1)에 가깝게 있는 하나의 방전 가스용 가스 배출구(7)에 할당되는 반면, 판형 절연체(2)의 코너 부분 "r"과 판형 절연체(3)의 코너 부분 "s"를 상호 연결하는 선분의 중심은, 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 다른 가스 배출구(9)에 할당된다. 이 경우, 판형 전극(1)과 가스 배출구(9) 사이의 거리 "t"는 1.15mm이고, 가스 배출구(9)와 처리 대상물(12) 사이의 거리와, 가스 배출구(7)와 처리 대상물(12) 사이의 거리의 차 "u" 는 1mm이다.
또한, 판형 전극(1)의 판 표면은 50mm의 높이 "g"와 30mm의 라인 방향 길이 "h"를 갖는다. 수 파스칼(pascal)로부터 수 기압에서 동작하는 플라즈마 소스는, 통상적으로 10000 Pa에서 약 3기압까지의 범위 내에서 동작한다. 특히, 대기압 부근에서의 동작이 매우 바람직한데, 이는 엄격한 밀봉 구조 및 특별한 배기 장치가 필요치 않고, 플라즈마의 확산 및 활성화된 입자가 적절하게 억제되기 때문이다. 가스로서, He 1000sccm이 가스 공급 장치(10)로부터 가스 통로(6)를 거쳐 가스 배출구(7)를 통해서 공급되고, 방전 제어 가스로서 SF6 500sccm이, 가스 공급 장치(11)로부터 가스 통로(8)를 거쳐 가스 배출구(9)를 통해서 공급되며, 100W의 고주파 전력이 공급되는 상태에서, 처리될 대상물(12)로서 처리 대상물 Si가 에칭 처리를 받게 된다. 결과적으로, 국부적 플라즈마 공간(PA)에서만 플라즈마가 생성되고, 따라서, 도 5에 나타낸 에칭 프로파일을 얻게 된다. 이 경우, 제일 깊게 에칭된 부분의 깊이를 D라 할 때, 패턴 바닥보다 D×0.8만큼 얕은 부분의 폭을 가공 폭 E라 하면, E는 0.69mm이다. 플라즈마 소스의 판형 전극(1)의 두께는 1mm이므로, 처리 정밀도가 종래기술의 예에 비해 크게 개선된다.
상기와 같이 처리 정밀도가 개선된 이유는, 가스 배출구(7)를 통해 배출된 방전 가스로서의 He 가스보다 방전 개시 전압이 큰 SF6 가스를 방전 제어 가스로서 가스 배출구(9)를 통해서 도입함으로써 방전 확대가 억제되었기 때문이라고 할 수 있다.
여기서, 방전 제어 가스는 높은 방전 개시 전압을 갖는 가스인데, 이러한 가스는 50%보다 작은 He 농도를 갖는 가스, 또는 판형 전극으로부터 멀리 있는 가스 배출구 부근에서 방전 억제 특성을 갖는 가스, 또는 선형 방전 폭이 방전 제어 가스 흐름을 이용하지 않는 경우의 방전 폭보다 좁은 특성을 갖는 가스로 예를 들 수 있다는 점에 주목하여야 한다.
또한, 본 발명의 제1실시형태에 있어서, 절연체로서 알루미나 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a)를 알루마이트(alumite)로 코팅하면, 전계(電界)의 집중을 완화하는 효과를 나타내서, 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a)의 양(兩) 단부를 제외한 라인 방향에서의 에칭 균일성을 개선할 수 있다.
제1실시형태와 다른 본 발명의 제2실시형태에 있어서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가스 배출구(7)의 라인 방향 길이 h1을 30mm로 설정하고, 가스 배출구(9)의 라인 방향 길이 h2를 40mm로 설정하고, 판형 전극(1)으로부터의 거리가 가까운 하나의 가스 배출구(7)의 라인 방향 개구 길이를, 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9)의 라인 방향 개구 길이보다 짧게 설정할 수도 있는데, 이로써, 가스 배출구(9)를 통해서 배출된 방전 제어 가스를, 가스 배출구(7)를 통해서 배출된 방전 가스 주위에 항상 존재하게 유지하면서, 플라즈마 처리를 실행할 수 있다. 그 결과, 판형 전극(1)의 테이퍼부의 양(兩) 단부에서의 에칭률(etching rate)을 억제할 수 있어서, 라인 방향에서의 에칭 균일성을 개선할 수 있다. 바람직하게는, 가스 배출구(7)의 라인 방향 길이 h1이 가스 배출구(9)의 길이 h2보다 3mm 내지 20mm 짧게 설정된다. 길이의 차가 3mm보다 작으면, 판형 전극(1)의 테이퍼부의 양 단부에서의 에칭률 억제 효과가 작아져 바람직하지 않다. 또한, 길이의 차가 20mm보다 크면, 방전 제어 가스의 공급량 중 처리에 도움이 되지 않는 무익한 가스량이 증가하게 되어 바람직하지 않다.
도 6과 또 다른 제3실시형태로서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 판형 절연체(4, 5)는 각각 2개의 길이방향 방전 제어 가스 배출구(15)를 구비할 수 있는데, 이 배출구는 판형 전극(1)의 길이방향에서 소정의 거리 h3만큼 서로 떨어진 위치에 구성되며, 이 각각의 배출구는 판형 전극(1) 측으로부터 방전 가스용 가스 배출구(7)를 지나 방전 제어 가스용 가스 배출구(9) 부근까지 연장된다. 길이방향 방전 제어 가스 배출구(15)를 통해서, 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9)에 할당된 가스로서 동일한 종류의 방전 제어 가스를 분사함으로써, 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a)의 양 단부에서의 에칭률을 억제할 수 있게 된다. 또한, 길이방향 방전 제어 가스 배출구(15)를 통해 분사되는 방전 제어 가스는, 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9)의 가스와는 상이한 종류의 방전 제어 가스로써 제공될 수도 있다.
전술한 본 발명의 실시형태에서는, 테이퍼부(1a)를 갖는 판형 전극(1)에 의해 플라즈마 소스가 제공되는 경우에 대해서 예시적으로 설명하였다. 그러나, 유도 결합형 또는 다른 타입의 모세관형, 혹은 마이크로 갭형 등의 여러 가지 플라즈마 소스를 사용할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 판형 전극(1)의 테이퍼부(1a)가 알루마이트 처리에 의한 절연체로 코팅된 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 이것에 한정되지 않으며, 코팅 처리는, CVD, 스퍼터링, 증착(vapor deposition), 용사(溶射)(thermal spraying), 또는 세라미키(Ceramecky) 코팅 처리 등이 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 판형 전극(1)에 가깝게 있는 가스 배출구를 통해서 공급되는 불활성 가스가, 주로 He로 구성되는 경우에 대해서만 예시적으로 설명하였으나, He 이외의 불활성 가스인 Ne, Ar, Kr 및 Xe 등의 가스 중 어느 하나를 이용할 수도 있다.
전술한 실시형태에서는, 판형 전극(1)의 두께가 1mm인 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 두께는 이것으로 한정되지 않는다. 또한, 너무 얇은 두께의 판형 전극(1)은 플라즈마로 인한 마모를 야기하게 되고, 한편 너무 두꺼운 두께의 판형 전극(1)은 전계(電界)의 집중이 감소되어 가공 폭을 미세하고 가늘게 가공하기 어려울 뿐만 아니라 처리 속도가 감소한다. 따라서, 상기 두께는 약 0.1mm 내지 1.5mm의 범위 이내가 바람직하다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 판형 전극(1)과 이 판형 전극(1)으로부터 먼 가스 배출구(9) 사이의 거리가 1.15mm인 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 이 거리는 이것에 한정되지 않는다. 또한, 너무 먼 거리는, 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9)를 통해서 공급된 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의한 방전 영역 억제 효과를 감소시키게 된다. 또 다른 한편, 적절히 가까운 거리는, 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의해 방전 영역 억제 효과가 커져서 가공 폭을 미세하고 가늘게 가공할 수 있게 한다. 따라서, 상기 거리는 약 3mm보다 짧은 것이 바람직하다.
또한, 판형 전극(1)과 이 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9) 사이의 거리가 약 1.2mm 이하일 때, 판형 전극(1)의 폭보다 좁은 가공 폭을 얻을 수 있게 된다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 처리 대상물(12)과 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9) 사이의 거리가 "m"이고, 처리 대상물(12)과 판형 전극(1)에 가깝게 있는 가스 배출구(7) 사이의 거리가 "k"이면, k－m＝1mm인 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 이 거리는 이것에 한정되지 않는다.
또한, k－m의 값이 0mm보다 작으면, 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9)를 통해서 공급된 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의한 방전 영역 억제 효과가 감소하고, 한편, k－m의 값을 너무 크게 하면, 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의한 방전 영역 억제 효과가 너무 증가하여 플라즈마 점화성(ignitability)이 열화(劣化)된다. 또 다른 한편, k－m의 값이 0mm보다 크고 적당히 작은 것은 플라즈마 점화성을 좋게 할 뿐만 아니라 미세하고 좁은 가공 폭을 얻을 수 있게 한다. 따라서, 상기 거리는, 바람직하게는 대체로 0mm＜k－m≤3mm이다.
또한, 처리 대상물(12)과 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9) 사이의 거리를 "m", 처리 대상물(12)과 판형 전극(1)으로부터 가깝게 있는 가스 배출구(7) 사이의 거리를 "k"로 하여, 0mm＜k－m≤1mm이면, 판형 전극(1)의 폭보다 더 좁은 가공 폭의 처리를 실행할 수 있게 된다.
또한, 플라즈마 소스 또는 전극(1)에 DC 전력을 인가하여 에칭률 및 막 증착률과 같은 플라즈마 처리율을 향상시킬 수도 있다. 그러나, 처리 대상물(12)이 절연 물질을 포함하는 경우, AC 전력이 바람직하다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 플라즈마 처리가, 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 큰 방전 개시 전압을 갖는 방전 제어 가스로서 이용되는 SF6 가스로써 주로 실행되는 경우만을 예시적으로 설명하였다. 그러나, 방전 제어 가스는 이것에 한정되지 않으며, 주로 CF4 가스, O2 가스, Cl2 가스 등의 가스도 플라즈마 처리용으로 이용할 수도 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 플라즈마 처리가 에칭 가공인 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 플라즈마 처리는 이것에 한정되지 않으며, 본 발명은 또한 플라즈마 클리닝, CVD, 스퍼터링 및 플라즈마 도핑 등의 각종 타입의 플라즈마 처리에 적용할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 플라즈마 처리용 처리 대상물(12)의 재료가 Si인 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 처리 대상물(12)은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명은 각종 타입의 기판의 플라즈마 처리 또는 각종 타입의 막(膜)으로 코팅된 처리 대상물의 플라즈마 처리에 적용할 수 있다. 또한 He와 O2의 혼합 가스를 이용하여, 포토레지스트 또는 폴리이미드로 대표되는 수지 등의 에칭 처리를 실행할 수 있다. 더욱이, 처리 대상물이 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식으로 이송되는 동안, 이 시트형(sheet type) 처리 대상물의 플라즈마 처리를 연속적으로 실행할 수 있다. 이와는 달리, 각종의 처리 대상물의 표면 위에 플라즈마 CVD 방법에 의해 박막 증착을 또한 실행할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 플라즈마가 13.56MHz의 고주파 전력으로 생성되는 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 수백 KHz에서 수 GHz 범위 내의 고주파 전력으로 플라즈마를 생성할 수 있다. 이와는 달리, 아크 방전으로의 이행을 억제하면서 펄스 전력을 인가함으로써, 고효율 플라즈마를 또한 생성할 수도 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 전력이 판형 전극에 인가되는 경우만을 예시적으로 설명하였으나, 전력이 인가되는 목표 처리 대상물은 이것에 한정되지 않으며, 판형 전극에 전력이 인가되지 않고, 처리 대상물에 전력이 인가되는 경우, 또는 처리 대상물뿐만 아니라 판형 전극에 전력이 인가되는 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제4실시형태 및 이후의 실시형태는, 특히, 마이크로 기계 등의 제조에서 미세한 패턴을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
우선, 도 22를 참조하여 종래기술의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다.
도면에 있어서, 제1전극(101)과 제2전극(102)은 서로 마주보도록 배치되고, 0.05mm 깊이의 홈을 갖는 1mm 두께의 알루미나 판 등으로 형성된 유전체(103, 104)가 상기 전극(101, 102) 사이에 대향 배치되어, 이것에 의해 플라즈마 생성을 위한 0.1mm의 폭을 갖는 방전 공간(105)이 형성된다. 또한, 정합 회로(107)를 통해 제1전극(101)에 접속된 고주파 전원(106)에 의해, 제1전극(101)에 고주파 전력이 인가되는 동안, 제2전극(102)은 접지되고, 이것에 의해 제1전극(101)과 제2전극(102) 사이에 플라즈마 방전이 생성될 수 있다.
또한, 동(同) 도면에 있어서, 제1전극(101)과 제2전극(102) 사이의 방전 공간(105)의 일단에 가스 배출구(108)가 형성되고, 가스 파이프(109)로 가스 공급 장치(110)에 연결되어 있으며, 이 장치로써 가스가 제1전극(101)과 제2전극(102) 사이에 도입된다. 따라서, 플라즈마 방전을 실행하고, 가스 배출구(108)에 대향하는 한쪽 측의 단면에서 플라즈마 처리를 실행하기 위한 분출구(111)를 구성함으로써, 이 플라즈마 처리 장치는, 분출구(111)에 매우 근접하게 고정된 처리 대상물(처리될 대상물)(112) 상에서, 에칭, 막 증착(film deposition), 표면 개질(surface reforming) 등의 각종 플라즈마 처리를 실행할 수 있게 된다.
그러나, 도 22에 개시된 종래기술의 테크닉에 있어서, 처리 대상물(112)의 처리 영역에 블리딩이 발생할 수 있는 문제가 있었다. 이러한 블리딩의 발생 현상을 이하에서 상세히 설명한다.
도 22를 참조하면, 플라즈마 처리를 받게 될 처리 대상물(112)의 표면 영역은 분출구(111)에 가까운 영역이므로, 분출구(111)의 개구 구성이 이동되는 것이 예상된다. 그러나, 플라즈마 처리 동안에 생성된 래디컬이 플라즈마로부터 확산하여, 분출구(111)로부터 떨어진 영역에 도달하려고 할 것이다. 이것은, 분출구(111)의 개구 구성이 이동하지 않더라도 블리딩이 더욱 발생하기 쉽게 한다.
종래기술의 이러한 문제를 감안하여, 본 발명의 제4실시형태 및 이후의 실시형태는, 래디컬의 확산을 제어해서 기판의 처리 영역에서의 블리딩을 억제함으로써, 처리 정밀도가 탁월한 플라즈마 처리를 실행할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 제4실시형태를 우선 도 12A 내지 도 15D를 참조하여 설명한다.
도 12A 내지 12C는 제4실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는데, 도 12A는 상기 플라즈마 처리 장치의 부분 단면 정면도이고, 도 12B는 상기 장치의 부분 단면 측면도이고, 도 12C는 도 12A의 일부에 대한 확대도이다.
도 12A를 참조하면, 절연체, 금속 또는 반도체로 이루어진 밀봉 가능한 진공 챔버(301)에 있어서, 판형 제1전극(302)과 판형 제2전극(303)은 서로 마주보도록 배치되고, 각각, 예를 들면, 1mm 두께의 세라믹 또는 알루미나 판 등으로 형성된 유전체 판(304, 305)은, 제1전극(302) 및 제2전극(303)과 각각 근접하게 배치된다. 유전체 판(304, 305)은, 각각 일례로서 20mm의 폭과 0.05mm의 단차(step gap)를 갖도록 형성된 홈(306, 307)을 구비한다. 또한, 진공 펌프 또는 기타 배기 장치(308)가 압력 조절 장치(309)를 통해서 진공 챔버(301)에 접속되어 있으며, 이것에 의해 진공 챔버(301)의 내부 압력을 조절할 수 있다.
또한, 정합 회로(311)를 거쳐서 제1전극(302)에 고주파 전원(310)을 접속하여 제1전극(302)에 고주파 전력을 인가하는 한편, 제2전극(303)은 접지되어 있어서, 이것으로써 홈(306, 307)에 의해 형성된 0.1mm 두께의 방전 공간(312)에 플라즈마가 생성된다.
이 경우, 홈(306, 307)으로 형성된 장방형-평행 육면체 방전 공간(312)의 일단(도 12A의 하단)에 가스 공급구(313)가 구성되고, 이 가스 공급구(313)는 가스 파이프(314)로써 가스 공급 장치(315)에 접속되어 있으며, 이 구성으로, 방전 공간(312)에 방전 가스를 도입함으로써 플라즈마를 생성하고 있다. 더욱이, 플라즈마 처리를 실행하는 테이퍼 처리된 테이퍼부(300)가 가스 공급구(313)에 대향하는 한쪽 측 상의 상기 유전체 판(304, 305)의 단부(도 12A의 상단부)에 구성되고, 방전 공간(312)의 타단(他端)을 형성하는 분출구(가스 배출구)(316)가 테이퍼부(300)의 끝면(end face)에 구성됨으로써, 이 플라즈마 처리 장치는, 분출구(316)에 매우 근접하게 설치된 처리 대상물(처리될 대상물) 상에서, 에칭, 막 증착, 표면 개질 등의 각종의 플라즈마 처리를 실행할 수 있게 된다.
도 12C에 나타낸 바와 같이, 테이퍼부(300)는, 유전체 판(304, 305)의 단부에 배치되고, 처리 대상물(317)의 대향 평면(또는 처리 대상물(317)을 배치 또는 지지하기 위한 기준이 되는 평면)에 대략 평행한 단면(端面)(300a, 300a) 및 상기 단면(300a, 300a)과 측면을 서로 연결하는 테이퍼면(taper surface)(300b, 300b)으로 이루어진다. 각각의 테이퍼부(300)의 테이퍼면(300b)에 의해 형성되는 테이퍼각(taper angle)은, 10°이상 80°이하인 것이 바람직하다.
테이퍼각이 10°보다 작으면, 전계가 너무 강하게 집중되어 아크 방전으로의 이행이 쉽게 일어나서 바람직하지 않다. 또한, 테이퍼각이 80°보다 크면, 전계의 집중이 낮아질 뿐만 아니라 가공 폭이 넓어져서 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는, 상기 테이퍼각이 30°이상 70°이하인 것이 좋다. 이 범위 내에서는, 전계의 집중이 적당한 정도로 일어나서 좁은 가공 폭 및 안정된 방전 상태를 얻을 수 있다.
표 1은, 도 12A와 동일한 장치의 구성으로, 구체적인 예로서, 50W의 고주파 전력, 진공 챔버(301) 내에 도입되는 가스로서 헬륨 가스와 산소 가스의 혼합 가스인 가스 공급, 상기 가스 공급이 홈(306, 307)에 공급되고, 0.1mm의 홈 두께(목표 치수)의 조건 하에서, 분출구(316)보다 1mm 위쪽에 위치한 유기막을 에칭하는 경우에, 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차를 나타낸다.
[표 1]
편차(mm)
(A) - 0.02
(B) + 0.22
도 13에 나타낸 바와 같이, 표 1의 가공 치수는, 에칭된 유기막의 오목형 패턴의 단면 형상에 있어서 80의 높이 비율에서 오목부의 폭을 나타내는데, 여기서, 가공 전의 표면 높이 비율을 100이라 할 때, 가공 후의 오목부의 바닥 높이 비율을 0으로 한다. 또한, 표 1의 (A)의 경우는, 도 14A에 나타낸 플라즈마 처리 장치의 구성에서 분출구의 테이퍼부(300)의 외측 상에서 45도 테이퍼 가공이 실행된 경우를 나타낸다. 표 1의 (B)의 경우는, 도 14B에 나타낸 플라즈마 처리 장치의 구성에서 분출구 외측에 아무런 테이퍼부를 구성하지 않고 테이퍼 가공이 실행되지 않은 경우를 나타낸다. 도 14B에 있어서, 참조 부호 304', 305'는 테이퍼부(300)가 없는 상태의, 유전체 판(304, 305)에 대응하는 유전체 판을 각각 나타내는 것에 주목한다.
표 1로부터 명백한 바와 같이, 표 1의 (A)에서는 기대했던 바와 같은 처리 정밀도를 갖는 목표 치수를 얻었지만, 표 1의 (B)에서는 목표한 것보다는 많이 큰 가공 치수 결과를 얻었다. 표 1의 (A) 및 표 1의 (B)에 대한 가공하는 동안의 플라즈마 분포 및 래디컬 분포를, 도 15B(도 15B의 위치는 도 15A의 X-X' 라인에 따른 위치를 나타냄) 및 도 15D(도 15D의 위치는 도 15C의 X-X' 라인에 따른 위치를 나타냄)에 나타낸다.
도 15B 및 도 15D를 참조하면, 도 15B의 그래프에 있어서 플라즈마 및 래디컬은 보통 홈 폭과 동일한 폭으로 분포되는데, 도 15D의 그래프는 플라즈마가 상기 홈 폭과 보통 동일한 폭으로 분포하지만, 래디컬은 상기 홈 폭 이상으로 확산하여 분포되는 처리 결과를 나타낸다. 그 이유는, 도 15D의 그래프에 대응하는 도 15C의 장치 구성에 있어서, 유전체 판(304', 305')의 단면이 처리 대상물(317)의 표면에 평행하게 되어 있어, 여기에서 처리 대상물(317)에 대하여 좁은 공간이 형성되어서 래디컬이 국부적으로 고농도로 존재하는 반면, 도 15B에 대응하는 도 15A의 장치 구성에 있어서, 유전체 판(304, 305)의 단부에 테이퍼부(300, 300)를 구성함으로써 래디컬이 확산되는 공간이 생성되어 래디컬의 국부화가 억제되기 때문으로 판단된다.
전술한 구성으로부터, 분출구(316)를 처리 대상물(317)에 근접하게 배치함으로써, 처리 대상 영역에서의 블리딩의 발생이 제1전극(302) 및 제2전극(303)에 대해서 억제될 수 있다. 이 경우, 분출구(316)의 외부 측면과 처리 대상물(317)의 표면에 의해 형성된 각도, 즉, 테이퍼부(300)의 테이퍼면(300b)의 테이퍼각은, 전술한 바와 같이, 래디컬이 고농도로 국부적으로 존재하는 것을 억제하는 역할만을 하며, 처리 대상물의 표면에 대해서 10도의 테이퍼각이 효과를 나타내고, 80도까지의 확장 각도로 더 큰 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 80도 이상의 유전체 판의 테이퍼 가공은 실행하기 곤란하므로 부적합하다.
또한, 분출구(316)는 가공의 제약 때문에 처리 대상물(317)에 평행한 부분(단면(300a))을 구비할 수도 있으나, 이 경우, 상기 평행한 부분은 가능한 한 작아야 하며, 이 부분을 목표 치수(홈 두께)의 10% 내지 50%로 설정하면, 고정밀도의 에칭을 실현할 수 있게 된다.
플라즈마 방전을 시작하기 위해서는, 제1전극과 제2전극 사이에 존재하는 갭 및 상기 압력에 대응하는 소정의 전압이 필요하다. 이것은 파센의 법칙(Paschen's law)으로 알려져 있다. 파센의 법칙에 의하면, 방전 공간의 압력 P와 방전 공간의 두께 D에 대해서, 이것들의 적(積: product) PD가 정의되며, 이 적 PD에 대응하는 최소 점화 전압 Vs 이상의 전압을, 서로 대향하는 제1전극과 제2전극 사이에 인가함으로써, 플라즈마를 생성할 수 있다.
서로 대향하는 제1전극과 제2전극 사이에 과도하게 높은 전압을 인가하는 것은, 아크 방전으로 이행하여 전극 손상 등의 위험한 상태로 된다. 제4실시형태에 있어서, 안전을 위해, 서로 대향한 제1전극과 제2전극 사이에 인가되는 전압은, 일례로서 1kV로 특정되고, 점화 전압 Vs는 약 0.1(Pa·m) 내지 120(Pa·m) 범위 내에 있는 공기에 대한, PD의 적으로 1kV 이하를 만족하였다. 따라서, 적 PD가 0.1(Pa·m) 내지 120(Pa·m)의 범위 내에 있는 조건 하에서 처리가 실행된다. 그러나, 제4실시형태에 있어서, 챔버, 배기 장치 등을 장비한 장치를 사용해서 다른 목적을 위한 각종 시험을 할 수 있지만, 이들 장치는 반드시 필요한 것은 아니며, 챔버 밖에서 처리를 실행할지라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
상기 제4실시형태에 있어서, 알루미나 판이 유전체로서 이용되고, 상기 유전체는 플라즈마 생성을 위한 정합의 용이성에 대해, 4 이상의 유전 상수를 갖는 것이면 바람직하다. 또한, 유전체가 플라즈마에 노출되므로, 플라즈마 내성이 높은, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 지르코늄, 질화 알루미늄, 및 질화 실리콘 중의 하나만을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 제4실시형태에서는 진공 챔버(301)에 도입되는 방전 가스가 헬륨 가스 및 산소 가스인 경우를 기술하였으나, 헬륨 가스 대신에 다른 희가스(rare gas)를 이용하는 경우에도 플라즈마를 생성할 수 있다. 특히, 희가스로서 헬륨을 이용하는 것이 대기압 부근의 압력 영역에서의 플라즈마의 생성에 적합하며, 아르곤 가스를 이용하면, 가공 정밀도를 개선하는 경향이 있다. 가공 정밀도에 따라, 이들 중 하나를 선택하거나 이들을 혼합할 수도 있다.
또한, 에칭 처리를 실행하기 위해서는, 상기 희가스에 활성인 래디컬을 생성하는 다른 가스를 적절히 첨가할 수 있다. 제4실시형태에서는 산소의 경우에 대해서만 설명하였으나, 할로겐 래디컬을 생성하는 할로겐 원소 함유 가스를 이용하면, 비교적 높은 처리 속도를 얻을 수 있다. 할로겐 원소 함유 가스 중에서, 비교적 용이하게 입수할 수 있는 것으로는, 불소, 불화 수소, 4불화 탄소, 3불화 메탄, 8불화 부탄, 6불화 황, 염소, 염화 수소, 3염화 붕소, 4염화 붕소 등이 있으며, 할로겐 이외에, 황화물을 형성하는 황화 수소 등을 이용할 수도 있다.
또한, 제4실시형태에서는 마이크로 플라즈마 소스용 전력이 고주파(RF) 전원에 의해 공급되는 경우만을 기술하였으나, DC 전원을 이용할 수도 있다. 또한, RF 전원의 경우에, 인가 주파수로서 400kHz 이상을 선택하면, 방전 개시가 용이하고, 500MHz 이하의 주파수를 선택하면, 실행될 방전 영역을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, RF 및 DC 전원의 펄스 전력 인가는, 플라즈마 중의 화학 종(chemical species) 또는 그 비율을 변화시킬 수 있어서, 높은 처리 정밀도로 플라즈마 처리가 달성되게 된다. 펄스 인가 주기에 대해서, 1㎲ 이하의 인가로서 반응 생성물의 배기 효율을 증가시킬 수 있고, 따라서, 플라즈마 중의 화학 종을 변화시킬 수 있으나, 1㎳ 이하의 인가에서는 펄스 제어가 어렵게 되므로, 바람직하지 않다.
따라서, 펄스 인가 주기는 1㎳ 내지 1㎲가 바람직하다. 또한, 펄스 주기 내의 ON 시간의 비율인 듀티비(duty ratio)에 대해서, 80% 이하의 듀티비에서 반응 생성물의 배기 효율이 증가하므로, 플라즈마 중의 화학 종을 변화시킬 수 있으나, 1% 이하의 듀티비에서는, 플라즈마 유지가 어려워지므로 바람직하지 않다. 즉, 1% 내지 80%의 듀티비에서 처리를 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 제4실시형태에 있어서, 각각 20mm의 폭과 0.05mm의 단차 갭을 갖는 홈(306, 307)을 구비한 알루미나 판(304, 305)은 서로 대향하고 있으며, 20mm의 길이와 0.1mm의 폭의 선형 개구부를 갖는 분출구(316)를 형성함으로써, 선형 처리 영역을 구성한다. 선형 개구부를 갖는 이러한 분출구(316)를 형성함으로써, 처리 대상물(317)과 분출구(316)의 상대 위치를 변경시키지 않고 선형 영역에 걸쳐서 플라즈마 처리를 실행해 나갈 수 있다. 여기서, 분출구(316)의 개구부 선폭(line width)이 1mm 이하 또는 1㎛ 이상이 아닌 범위 내에 있는 경우, 대기압 부근에서 점화 전압이 높아져서, 안정적인 플라즈마 처리를 실행할 수 없게 한다. 따라서, 분출구(316)의 선폭 및 선형 처리 영역의 선폭은, 1㎛ 내지 1mm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5실시형태를 도 16A 및 도 16B를 참조하여 설명한다.
도 16A 및 도 16B는 도 12A의 플라즈마 처리 장치와 유사하지만, 처리 대상물(처리될 대상물)(317)이 그 위에 배치되고, 세로 방향에서 처리 대상물(317)을 미세하게 조절할 수 있는 스테이지(stage)를 구비한 처리 대상물 거리 조절 장치(318)를 이용하여, 처리 대상물(317)과 분출구(316) 사이의 상대적 거리를 변경시킬 수 있는 점에서 상이하다.
도 16A는 제5실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 부분 단면 정면도를 나타내고, 도 16B는 그것의 부분 단면 측면도를 나타낸다. 처리 정밀도의 열화를 야기하는 래디컬의 확산은, 처리 대상물(317)과 분출구(316) 사이의 상대적 거리가 큰 경우에 발생하는 경향이 있다. 처리 대상물(317)과 분출구(316) 사이의 거리가 작으면, 래디컬이 고농도로 분출구(316) 주위에 쌓이게 된다. 따라서, 제5실시형태에 있어서, 상기 장치는, X-Y 테이블과 같은 처리 대상물 거리 조절 장치(318)를 이용하는데, 이것에 의해서, 처리 대상물(317)을 지지하는 1쌍의 암(arm)(318a)이 슬라이드 메커니즘(slide mechanism)의 도움으로써, 도 16A 및 도 16B에 나타낸 바와 같이, 수직 방향에서 자유롭게 이동하고 조절될 수 있어, 처리 대상물(317)과 분출구(316) 사이의 거리를 최적의 거리로 조절할 수 있다.
표 2는, 도 16A 및 도 16B와 같은 장치의 구성으로, 처리 대상물(317)과 분출구(316) 사이의 거리를 처리 대상물 거리 조절 장치(318)를 사용하여 변경할 수 있고, 50W의 고주파 전력, 홈(306, 307)에 도입되는 플라즈마 처리 가스로서의 헬륨 가스와 산소 가스와의 혼합 가스의 가스 흐름, 0.1mm의 홈 두께(목표 치수)의 조건 하에서, 플라즈마가 생성되어 분출구(316) 위쪽에 위치한 유기막을 에칭하는 경우에, 가공 치수의 목표 치수로부터의 편차를 나타낸다.
[표 2]
편차(mm)
(A) - 0.02
(B) + 0.18
표 2의 (A)의 경우는, 처리 대상물(317)과 분출구(316)와의 상대 거리가 처리 대상물 거리 조절 장치(318)를 이용하여 1mm로 설정한 경우를 나타내고, 표 2의 (B)의 경우는, 이 거리를 0.5mm로 설정한 경우를 나타낸다.
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 처리 정밀도에 있어서, 표 2의 (A)에서는 일반적으로 목표로 했던 바와 같은 치수가 얻어졌으며, 표 2의 (B)의 결과는 목표로 했던 치수보다 더 넓게 퍼져 있음을 확인할 수 있었다. 이는 최적의 상대 거리가 실제로 흐르는 가스량과 테이퍼면(330b)의 테이퍼각에 의해 결정되는 것을 나타낸다. 따라서, 실제로 흐르는 가스량과 테이퍼면(300b)의 테이퍼각에 대한 정보에 의거하여 제5실시형태에 따른 처리 대상물 거리 조절 장치(318)의 동작을 제어 장치(400)에 의해 제어함으로써, 처리 대상물(317)과 분출구(316) 사이의 거리를 최적으로 제어할 수 있게 된다. 제어 장치(400)는, 고주파 전원(310), 배기 장치(308) 및 가스 공급 장치(315) 등의 동작을 제어하도록 설계되는 점에 주목한다.
또한, 제5실시형태에서는, 처리 대상물(317)의 위치가 처리 대상물 거리 조절 장치(318)를 이용하여 이동되는 경우만을 상세히 설명하였으나, 처리 대상물(317)과 분출구(316) 중 어느 것을 이동 가능하게 설정하여도 유사한 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
삭제
본 발명의 제6실시형태를 도 17A와 도 17B, 및 도 18A 내지 도 18C를 참조하여 상세히 설명한다.
도 17A 및 도 17B는, 도 12A의 플라즈마 처리 장치와 유사하지만, 1쌍의 결합 부재(309a, 309a)로써 제1전극(302) 및 제2전극(303)에 결합된 X-Y 테이블과 같은 스테이지를 구비하여 제1전극(302) 및 제2전극(303)만을 세로 방향에서 미세 조절할 수 있는 전극 거리 조절 장치(319)를 구비하고 있는, 플라즈마 처리 장치를 나타내고 있다. 또한, 처리 대상물(317)에 대한 그 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차와 처리 속도와의 관계는 예비적으로 결정되고, 이러한 관계 정보에 기초하여, 전극 거리 조절 장치(319)의 동작을 제어 장치에 의해 제어하여 분출구(316)에 대한 제1전극 및 제2전극으로부터의 상대 거리를 최적으로 제어할 수 있다. 제어 장치(401)가 고주파 전원(310), 배기 장치(308) 및 가스 공급 장치(315) 등의 동작을 제어하도록 설계되는 점을 주목한다.
삭제
도 17A는 제6실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 부분 단면 정면도이고, 도 17B는 그것의 부분 단면 측면도이다. 방전 공간 주위에서는, 제1전극(302)과 제2전극(303)에 가까울수록 래디컬의 농도가 높아지는 것으로 생각되므로, 래디컬 농도는, 제1전극(302)과 처리 대상물(317) 사이의 상대 거리, 또는 제2전극(303)과 처리 대상물(317) 사이의 상대 거리에 의해 좌우된다.
래디컬 농도는, 처리 대상물(317)과 제1전극(302) 사이의 거리뿐만 아니라 처리 대상물(317)과 제2전극(303) 사이의 거리의 감소에 따라 증가한다. 또한, 처리 대상물(317)과 제1전극(302) 사이의 거리뿐만 아니라 처리 대상물(37)과 제2전극(303) 사이의 거리가 좁아지면, 일부 경우에 있어서, 래디컬의 고농도 국부화도 발생한다. 이 문제와 관련하여, 제6실시형태에 있어서, 처리 대상물(317)에 대한 그 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차와 처리 속도와의 관계가 예비적으로 결정되고, 이러한 관계 정보에 기초하여, 제어 장치(401)에 의해 전극 거리 조절 장치(319)로 조절 제어가 실행되어 제1전극(302)과 처리 대상물(317) 사이의 거리 또는 제2전극(303)과 처리 대상물(317) 사이의 거리를 최적으로 제어할 수 있다.
표 3의 열(列) (A) 내지 (C)는, 그 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차뿐만 아니라 그와 관련된 처리 속도(율)를 나타내고 있는데, 여기서 도 18A 내지 도 18C에 나타낸 장치 구성을 이용하여, 처리 대상물(317)과 분출구(316) 사이의 거리(도 18A 내지 도 18C에 나타낸 길이)가 1mm로 일정하게 유지되고, 또한 분출구(316)와 제1전극(303)의 단면 사이의 거리뿐만 아니라 상기 분출구(316)와 제2전극(303)의 단면 사이의 거리가 변경되는 조건 하에서 유기막의 에칭이 실행된 경우이다.
[표 3]
편차(mm) 속도(㎛/min)
(A) - 0.02 1.04
(B) + 0.01 0.05
(C) + 0.16 2.01
이 경우에, 50W의 고주파 전력이 인가되고, 플라즈마 처리 가스로서, 헬륨 가스와 산소 가스와의 혼합 가스가 홈(306, 307)을 통해 투입되었다. 도 18A는, 분출구(316)와 제1전극(302)의 단면 사이의 거리, 그리고 분출구(316)와 제2전극(303)의 단면 사이의 거리(도 18A 내지 도 18C에서 "b"로 나타낸 길이)이 각각 1mm로 설정된 경우를 나타내고, 도 18B는 이 거리가 각각 2mm로 설정된 경우를 나타내며, 도 18C는 이 거리가 각각 0.5mm로 설정된 경우를 나타낸다.
표 3의 (A)의 경우는, 가공 치수가 목표 치수로부터 작은 편차로 되어 있는데, 이는 목표로 했던 에칭 결과이고, 또한 고속의 처리 속도, 즉, 처리율(㎛/min)을 나타내며, 1㎛/min이다. 표 3의 (B)의 경우는, 표 3의 (A)의 경우와 편차가 크게 다르지 않지만, 처리 속도는 0.05㎛/min으로 매우 느리다. 이는 처리 대상물에 도달하는 래디컬의 양이 적기 때문으로 생각된다. 표 3의 (C)의 경우는, 표 3의 (A)의 경우와 비교할 때, 처리 대상물에 전극 위치가 가깝기 때문에 처리 속도가 2㎛로 매우 고속이지만, 편차가 매우 크게 되어 충분한 처리 정밀도를 얻을 수 없는 결과를 나타낸다. 상기에 나타낸 바와 같이, 제6실시형태에 있어서는, 그 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차와 처리 속도와의 관계는 예비적으로 결정되며, 이러한 관계 정보에 기초하여, 제어 장치(401)에 의해 전극 거리 조절 장치(319)를 이용함으로써, 배치의 최적화가 실행된다. 그 결과, 높은 처리 정밀도와 함께 높은 처리 속도를 용이하게 만족시킬 수 있게 된다.
이어서, 본 발명의 제7실시형태를 도 19A 및 도 19B를 참조하여 설명한다.
도 19A 및 도 19B는, 도 12A와 유사한 장치를 나타내지만, 래디컬 농도를 감소시킬 수 있는 방전 제어 가스(처리 영역 제어 가스)가 방전 제어 가스 배출구(320a, 320a)로부터 배출되어, 분출구(316) 부근의 알루미나 판 유전체 판(304)과 알루미나 판 유전체 판(305)의 끝면의 테이퍼부의 외측면을 따라 흐르게 하는 방전 제어 가스 공급 장치(320)를 구비하고 있는 장치를 나타낸다.
여기서, 도 19A는 상기 장치의 부분 단면 정면도이고, 도 19B는 그것의 부분 단면 측면도이다. 분출구(316) 부근에 알루미나 판 유전체 판(304)과 알루미나 판 유전체 판(305)의 끝면을 테이퍼 가공하여 테이퍼부(300)를 형성함으로써, 분출구(316) 부근에 있어서의 래디컬의 고농도 국부화가 억제되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제어 장치(402)의 수단에 의한 동작 제어 하에서, 방전 제어 가스 배출구(320a, 320a)로부터 테이퍼부(300)의 분출구(316) 부근을 향한 방전 제어 가스를 흐르게 하여 플라즈마 처리 영역을 제어함으로써, 래디컬의 확산을 가속화시킬 수 있게 된다. 제어 장치(402)는, 방전 제어 가스 공급 장치(320), 고주파 전원(310), 배기 장치(308) 및 가스 공급 장치(315)의 동작을 제어하도록 설계되어 있는 것에 주목한다.
표 4는, 도 19A 및 도 19B와 유사한 장치 구성으로 유기막의 에칭이 실행된 경우에 있어서의, 그 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차를 나타낸다.
[표 4]
편차(mm)
(A) 0.00
(B) + 0.06
이 경우, 100W의 고주파 전력이 인가되고, 방전 처리 가스(방전 가스)로서 헬륨 가스와 산소 가스의 혼합 가스가 홈(306, 307)을 통해서 유입된다. 표 4의 (A)의 경우는, 방전 제어 가스의 일례로서, 방전 제어 가스 공급 장치(320)로부터 질소 가스가 공급되는 경우를 나타내고, 표 4의 (B)의 경우는, 방전 제어가 가스가 인가되지 않는 경우를 나타낸다. 표 4의 (A)의 경우는, 목표 치수로부터의 가공 치수의 편차가 작은데, 이는 목표로 한 바와 같은 처리 결과이다. 그러나, 표 4의 (B)의 경우는, 다소 큰 편차를 나타낸다. 그 이유는, 이는 다량의 래디컬이 생성되어, 래디컬 농도가 테이퍼부(300)로의 확산에 의해서도 충분히 만족할 만큼 희박해지지 않게 되어 분출구(316) 부근에 에칭이 발생했기 때문으로 생각된다. 이와는 대조적으로, 표 4의 (A)의 경우는, 방전 제어 가스의 흐름으로 인해, 래디컬이 테이퍼부(300)에 국부화되지 않고 확산되었기 때문으로 생각된다.
전술한 제7실시형태에 있어서, 질소 가스가 방전 제어 가스로서 이용되었지만, 헬륨 등의 플라즈마 생성을 용이하게 하는 기타의 가스에 의해서 처리 영역 억제 효과를 얻을 수 있는데, 아르곤, 산소 등이 효과적이다.
또한, 전술한 제7실시형태에서는, 전극(302, 303) 간의 방전 공간이 유전체(304, 305)를 이용하여 형성되는 마이크로 플라즈마 소스의 경우만을 기술하였으나, 유전체는 전극 보호를 위한 이유로도 사용된다. 도 20A에 나타낸 유전체를 사용하는 구조와는 다른 구조를 사용할지라도, 분출구에 대응하는 전극(302, 303)의 외측 단부 끝면이 테이퍼 구성으로 형성되고, 또한, 도 20B에 나타낸 바와 같이, 전극(302, 303)을 서로 떨어지게 대향시켜서 방전 공간을 형성한 경우라면, 유전체를 사용한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이어서, 본 발명의 제8실시형태를 도 21A 내지 도 21C를 참조하여 설명한다.
도 21A는, 도 19A의 장치와 유사하지만, 도 19A의 구조에 더해서 2개의 유전체 판(321,322)을 구비한 장치를 나타낸다. 유전체 판(321, 322)은, 유전체 판(321)과 유전체 판(304) 사이에 구성된 방전 제어 가스 유로(323), 및 유전체 판(322)과 유전체 판(305) 사이에 구성된 방전 제어 가스 유로(324)로서 각각 표면에 홈을 구비하고 있다.
방전 제어 가스 공급 장치(320)로부터 방전 제어 가스 유로(323, 324)의 부분에 처리 제어 가스를 흐르게 함으로써, 분출구(316) 주위에 방전 제어 가스가 용이하게 공급될 수 있어서, 높은 처리 정밀도로 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
도 21B 및 도 21C에서, 유전체 판(321)의 홈(323) 부분은, 각각 빗금부(hatching)에 의해 나타낸다. 도 21B에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 L자 형상의 방전 제어 가스 유로(323)를 유전체 판(321)에 예비적으로 가공하면, 이것에 의해 플라즈마 처리 가스가 분출구(316)로부터 분출되는 방향에 수직인 방향으로 방전 제어 가스가 흐를 수 있다. 또한, 도 21C에 나타낸 바와 같이, 방전 제어 가스 유로(323)를 상기 유전체 판에서, 그 폭을 하단 부분보다 상단 부분에서 중심이 넓게 가공하면, 처리 대상물(317)에 수직인 방향에서 방전 제어 가스를 흐르게 할 수 있게 된다. 도 21B의 방향에서 처리를 실행하는 경우, 플라즈마 처리 가스와 방전 제어 가스 사이에 간섭이 적게 되어, 높은 처리 정밀도를 얻을 수 있다.
그러나, 헬륨만을 플라즈마 처리 가스로 희가스로서 이용한 경우, 처리 영역에 큰 블리딩이 야기하게 된다. 따라서, 도 21C에 나타낸 바와 같이, 처리 대상물 표면에 수직으로 방전 제어 가스를 공급함으로써, 높은 처리 정밀도를 얻을 수 있다.
또한, 전술한 각종 실시형태 중에서 어떤 임의의 실시형태를 적절하게 함께 결합하면, 그 각각의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명을, 첨부 도면을 참조하여서 바람직한 실시형태와 연관하여 충분히 설명하였지만, 각종 변경 및 변형은 당업자에게는 명백한 점에 주목하여야 한다. 이러한 변경 및 변형은, 청구 내용으로부터 일탈하지 않는 한 청구 내용에 의해 한정되는 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 고정밀도로 원하는 미세 선형 부분을 처리할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 테이퍼 형상의 분출구를 구비하여 래디컬의 확산을 제어할 수 있기 때문에 처리 영역의 블리딩을 억제할 수 있는 가공 정밀도로 우수한 플라즈마 처리를 할 수 있다.
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Claims (17)

  1. 플라즈마로 처리 대상물을 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    대기압 부근의 압력 하에서 처리 대상물에 대향하여 배치될 수 있는 판형 전극에 인접하여 판형 절연체가 배치된 상태에서, 상기 판형 전극 주위에 배치되고, 상기 판형 절연체에 의해 포위되도록 형성되고, 또한 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다르게 형성되어 있는 2 라인(two-line)의 가스 배출구 중에서, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 1 라인의 가스 배출구로부터 상기 처리 대상물 부근에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하면서, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 다른 1 라인의 가스 배출구로부터 상기 처리 대상물 부근에 방전 제어 가스를 공급하는 단계와,
    상기 가스의 공급과 동시에, 상기 판형 전극 또는 상기 처리 대상물에 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2 라인의 가스 배출구 중 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 가스 배출구로부터 공급된 방전 제어 가스의 방전 개시 전압은, 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구 길이가, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구보다 짧은 상태에서, 방전 제어 가스용 가스 배출구로부터 배출된 방전 제어 가스가 방전 가스용 배출구로부터 배출된 방전 가스 주위에 존재하는 동안에, 상기 처리 대상물의 플라즈마 처리가 실행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 가스는, He, Ar, Ne 및 Xe 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방전 제어 가스는, 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 큰 방전 개시 전압을 가지며, 또한, 상기 방전 제어 가스는 할로겐 함유 가스로서 SF6, CF4, NF3, O2, Cl2 및 HBr 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방전 제어 가스의 방전 개시 전압은 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 크고, 상기 방전 제어 가스는 50%보다 작은 He 농도를 갖는 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방전 제어 가스의 방전 개시 전압은 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 크고,
    상기 처리 대상물은, 상기 방전 제어 가스가 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 가스 배출구 부근의 전기 방전을 억제하는 특성을 갖는 가스인 상태에서, 플라즈마로 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방전 제어 가스의 방전 개시 전압은 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 크고,
    상기 처리 대상물은, 상기 방전 제어 가스가 가스 흐름이 없는 경우에 비해 선형 방전 폭이 좁게 되는 특성을 갖는 가스인 상태에서, 플라즈마로 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리 대상물은, 상기 처리 대상물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부가 테이퍼부(taper portion)를 갖는 상태에서, 플라즈마로 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 처리 대상물은, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리가, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리보다 짧은 상태에서, 플라즈마로 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 m으로 하고, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 k라고 할 때,
    0mm＜k－m≤1mm가 성립하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  12. 판형 전극과,
    상기 판형 전극에 인접하고, 처리 대상물과 마주하는 상기 판형 전극 표면의 일부를 덮지 않는 위치에 배치된 판형 절연체와,
    상기 판형 전극 또는 상기 처리 대상물에 전력을 공급하는 전력 공급 장치와,
    상기 판형 전극 근처에 배치되고, 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다른 2 라인 가스 배출구 중, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 1 라인의 가스 배출구에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하는 방전 가스 공급 장치와,
    상기 판형 전극 근처에 배치되고, 상기 판형 전극과의 거리가 서로 다른 2 라인 가스 배출구 중, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 다른 1 라인의 가스 배출구에, 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압보다 큰 방전 개시 전압을 갖는 방전 제어 가스를 공급하는 방전 제어 가스 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 판형 전극의 적어도 상기 처리 대상물을 마주하는 표면은, 테이퍼부(taper portion)를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구 길이는, 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구의 라인 방향 개구 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 처리 대상물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부는 테이퍼부(taper portion)를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리는, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 멀리 있는 방전 제어 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 m으로 하고, 상기 처리 대상물과 상기 판형 전극으로부터 가깝게 있는 방전 가스용 가스 배출구 사이의 거리를 k라고 할 때,
    0mm＜k－m≤1mm가 성립하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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