KR101247198B1 - 이온원 및 플라스마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

장수명으로 안정된 플라스마의 형성을 가능하게 한다.
본 발명의 이온원은, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 유전체로 되는 격벽(15)과 외주측에 고주파 안테나(16)가 설치되고 플라스마 생성실(14) 내에는 고주파 안테나(16)와 대향하는 격벽(15) 내면으로의 막 부착을 규제하는 유전체로 되는 쉴드체(26)가 설치되어 있다. 당해 구조체가 유전체로 구성되고 있으므로, 플라스마와의 유도 결합에 필요한 고주파 전력의 증대를 억제할 수 있다.
더욱이, 이 쉴드체(26)에는 고주파 안테나(16)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 슬롯(26a)이 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 격벽 내면에 대하여 고주파 안테나의 권회방향에 부착막이 연속화하는 것을 방지할 수 있으므로, 부착막이 도전성 물질의 경우에 있어서도 고주파 안테나와 플라스마 생성실 간의 유도 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
Figure R1020077028591
플라스마, 처리장치, 막부착, 유도 손실

Description

이온원 및 플라스마 처리장치{ION SOURCE AND PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은 유도 결합형의 이온원 및 이를 구비한 플라스마 처리장치에 관하여, 더욱 자세하게는, 플라스마 생성실을 구획하는 격벽 내면으로의 막의 부착을 억제해 플라스마의 안정된 생성·유지를 가능하게 하는 이온원 및 플라스마 처리장치에 관한 발명이다.
종래부터, 반도체나 전자 부품 등의 제조 혹은 구조재료 등의 표면 개질에 있어서 플라스마 처리공정이 이용되고 있다. 이런 종류의 플라스마 처리공정에는, 플라스마중의 이온을 빔상태로 인출하여 피처리기판 표면의 금속막 등을 에칭하는 이온빔 에칭이나 플라스마에서 인출된 이온빔을 스팻터 타겟으로 조사하고, 스팻터 입자를 피처리기판 상에 부착, 퇴적시키는 이온빔 스팻터 등이 있다.
상술한 플라스마 처리장치에는, 용량 결합형, 유도 결합형(ICP형), 전자 사이크로트론 공명형(ECR형) 등의 이온원이 알려져 있다. 특히, 유도 결합형의 이온원은 도 16에 나타난 바와 같이, 플라스마 생성실(1)과, 이 플라스마 생성실(1)을 구획하는 유전체(誘電體)로 되는 격벽(2)과, 이 격벽(2) 외부에 설치되고 플라스마 생성실(1) 내에 플라스마를 생성하기 위한 고주파 안테나(3)를 구비하고 있다.
상기 격벽(2)은 석영 등의 유전체 재료로 형성되는 것이 일반적이다. 또, 고주파 안테나(3)는, 예를 들면 도 16에 나타낸 바와 같이, 격벽(2) 측주변부에 코일상으로 감겨져 있고, 격벽(2)을 통하여 플라스마와 유도 결합시키게 되어 있다. 생성된 플라스마는 인출 전극(4)에 의해 이온(7)만 가속되어 처리실(5)로 인출된다. 인출된 이온(7)은 처리실(5) 내부에 설치된 피처리기판이나 스팻터 타겟 등의 피조사물(6)에 조사되어 피처리기판에 대해서 소정의 에칭처리 혹은 성막(막형성)처리가 행해진다.
그런데 상술한 종래의 ICP형 이온원에 있어서는, 플라스마에서 인출된 이온(7)에 의해 피조사물(6)이 스팻터되어 그 스팻터물의 일부(8)가 플라스마 생성실(1)을 구획하는 격벽(2) 내면에 부착한다. 특히, 스팻터물(8)이 도전성 물질인 경우, 격벽(2) 내면에 대해서 고주파 안테나의 권회방향으로 연속하여 스팻터물(8)이 착막하면, 플라스마 생성실(1)에 발생되는 유도 전자계를 지울 방향의 전류가 격벽(2) 내주면에 발현하기 때문에 유도 손실이 증대한다. 또 같은 방식으로, 인출 전극(4)으로 이온(7)의 충돌시에 발생하는 인출 전극(4)에서의 도전성 스팻터물(9)이 플라스마 생성실(1)을 통하여 격벽(2) 내면에 부착하는 것도 있다.
이와 같이, 도전성의 부착물이 격벽(2) 내주면 전주변에 걸쳐서 퇴적, 착막하는 것으로 유도 손실이 증대하면, 소망의 플라스마 밀도를 얻기 위한 고주파 전력도 증대할 뿐만 아니라, 최종적으로는 플라스마의 생성·유지가 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해, 예를 들면 하기 특허문헌 1, 2에는 플라스마 생성실 내부에 격벽 내면으로의 부착물 퇴적을 규제하기 위한 쉴드(shield)체를 설치하는 구 성이 개시되고 있다. 이 쉴드체는 격벽 내면에 대향해 설치되고, 피조사물 등에서 날아오는 스팻터물이 격벽 내면에 부착하는 것을 억제하고, 플라스마의 안정된 유지·생성을 확보하도록 하고 있다.
특허문헌 1: 일본국 특개 2004-228181호 공보
특허문헌 2: 일본국 특개평 11-251303호 공보
그렇지만, 상기 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 쉴드(shield)체는 모두 금속제로 있기 때문에, 플라스마에 노출되는 것으로 스팻터되어 금속 오염을 회피해야하는 프로세스에서는 폐해가 따른다고 하는 문제가 있다.
또, 고주파 안테나와 플라스마 형성 공간과의 사이에 금속 구조체가 개재하는 것으로 되어 있으므로, 플라스마와의 유도 결합에 필요한 고주파 전력은 당해 쉴드(shield)체가 존재하지 않는 경우에 비해 증대한다. 고주파 안테나와 플라스마 사이의 유도 결합을 효율 좋게 행하기 위해서는, 금속제의 쉴드체에 유도 전자장을 투과시키기 위한 개구를 복수 혹은 큰 면적으로 형성할 필요성이 생긴다. 이 때문에 쉴드(shield)체로서의 본래 기능이 감쇄되어 격벽 내면으로의 막 부착량이 증대한다고 하는 문제가 있다.
더욱, 격벽 내면으로의 방착(防着)효과를 높이기 위해서는, 격벽 내벽면과 쉴드체와의 갭(gap; 틈)을 작게 유지할 필요가 있다. 이 갭은 콘덴서를 형성하지만, 쉴드체가 금속제인 경우, 착막물질이 쉴드재에 비해 현저히 도전성이 낮고(유전체 등), 사용 경과에 수반하는 용량의 시간 변화를 초래하기 때문에, 안정된 플라스마 형성과 유지가 곤란하게 되는 것과 동시에, 그에 대응하기 위한 매칭회로의 설계가 복잡화한다는 문제가 있다.
본 발명은 상술의 문제를 감안해서, 긴 수명으로 안정된 플라스마의 형성이 가능한 이온원 및 플라스마 처리장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이상의 과제를 해결함에 있어서, 본 발명의 이온원은 플라스마 생성실과, 이 플라스마 생성실을 구획하는 유전체로 되는 격벽과, 이 격벽 외부에 설치되고 상기 플라스마 생성실 내에 플라스마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 구비한 이온원에 있어서, 상기 격벽 내면측에는 상기 고주파 안테나와 대향하는 격벽 내면으로의 막 부착을 규제하는 유전체로 이루어지는 구조체가 설치되어 있다.
또, 본 발명의 플라스마 처리장치는 피처리기판을 수용하는 처리실과, 플라스마 생성실과, 이 플라스마 생성실을 구획하는 유전체로 되는 격벽과, 상기 격벽 외부에 설치되고 상기 플라스마 생성실 내에 플라스마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 구비한 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 격벽 내면측에는 상기 고주파 안테나와 대향하는 격벽 내면으로의 막 부착을 규제하는 유전체로 이루어지는 구조체가 설치되어 있다.
본 발명에 관한 구조체는 격벽 내면측을 차폐하도록 배치된 쉴드체로 구성하거나, 격벽 내면에 직접 형성된 돌기부 또는 요부로 구성할 수가 있다. 또, 상기 쉴드체와 돌기부 혹은 요부를 조합한 구성의 것이라도 좋다.
고주파 안테나는 격벽 외주부를 따라 코일상으로 권회하거나 격벽 정상부 바깥 위치에서 루프상으로 권회하는 것으로 구성된다. 「고주파 안테나와 대향하는 격벽 내면」이란, 전자의 경우는 격벽 내주면에 상당하고, 후자의 경우는 격벽 정상부 내면에 상당한다. 이 고주파 안테나의 구성에 응하여 본 발명에 관한 구조체를 구성할 수가 있다.
예컨대, 고주파 안테나가 격벽 외주부를 따라 권회된 코일 안테나로 구성되는 경우에는, 상기 구조체는 격벽 내주면을 차폐하고 고주파 안테나의 권회방향을 횡절(橫切)하는 방향으로 슬롯이 형성된 통상(筒狀)의 쉴드체로 구성하거나, 격벽 내주면의 적어도 일부에 있어 고주파 안테나의 권회방향을 횡절하도록 늘려진 돌기부 또는 요부로 구성할 수가 있다.
한편, 고주파 안테나가 격벽 정상부 바깥 위치에서 소용돌이상으로 권회된 루프 안테나로 구성되는 경우에는, 상기 구조체는 격벽 정상부 내면을 차폐하고 고주파 안테나의 권회방향을 횡절하는 방향으로 슬롯이 형성된 평판상 혹은 곡면상의 쉴드체로 구성하거나, 격벽 정상부 내면의 적어도 일부에 있어서 고주파 안테나의 권회방향을 횡절하는 방향으로 늘려진 돌기부 또는 요부로 구성할 수가 있다.
이에 의해, 격벽 내면에 대해서 고주파 안테나의 권회방향으로 부착막이 연속하는 것을 방지할 수 있으므로, 부착막이 도전성 물질인 경우에 있어서도 고주파 안테나와 플라스마 생성실 사이의 유도 손실을 효과적으로 억제할 수가 있다. 또, 당해 구조체가 유전체로 구성되어 있으므로, 플라스마와의 유도 결합에 필요한 고주파 전력의 증대를 억제할 수가 있음과 동시에, 장기간에 걸쳐 안정된 플라스마의 형성 및 유지를 꾀하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 이온원을 구비한 플라스마 처리장치(11)의 개략구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 이온원의 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 이온원의 다른 구성예를 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 이온원의 또다른 구성예를 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 의한 이온원의 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 이온원의 다른 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 이온원의 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 이온원의 다른 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 의한 이온원을 구비한 플라스마 처리장치(31)의 개략구성도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 이온원의 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시형태에 의한 이온원의 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시형태에 의한 이온원의 다른 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시형태에 의한 이온원의 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시형태에 의한 이온원의 다른 구성을 설명하는 도이고, A는 개략사시도, B는 그 정면도이다.
도 15는 본 발명에 관한 이온원 구성의 변형예를 도시하는 요부의 개략단면도이다.
도 16은 종래 유도결합형 이온원을 구비한 플라스마 처리장치의 구성 및 작용을 설명하는 도이다.
*부호의 설명*
11: 플라스마 처리장치 12: 처리실
13: 진동 챔버 14: 플라스마 생성실
15: 격벽 15a: 돌기부
15b: 요부(凹部) 16: 고주파 안테나
18: 고주파 전원 20: 스테이지
21: 바이어스용 전원 22: 그리드(grid) 전극(인출전극)
26: 쉴드(shield)체 26a: 슬롯
31: 플라스마 처리장치 34: 고주파 안테나
35: 격벽 35a: 돌기부
35b: 요부 36: 쉴드(shield)체
36a: 슬롯 W: 기판
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 이온원을 구비한 플라스마 처리장치(11)의 개략구성도이다. 본 실시형태의 플라스마 처리장치(11)는, 반도체 웨이퍼나 액정패널용 기판 등의 피처리기판{(이하 간단히 「기판」이라 함); W}을 수용하는 처리실(12)이 내부에 형성된 진공 챔버(13)를 구비하고 있다. 이 진공 챔버(13)에는 도시하지 않은 진공펌프 등의 진공배기수단에 연결하는 배기관(13a)이 형성되어 있어 처리실(12) 내부를 소정의 진공도로 감압 가능하게 되어 있다.
진공 챔버(13) 상부에는, 처리실(12)에 연통하여 플라스마 생성실을 구획하기 위한 격벽(15)이 설치되어 있다. 이 격벽(15)은 예를 들면 석영제 벨 자(Bell jal) 등의 유전체 재료로 형성되어 있다. 격벽(15)의 측주변부 바깥쪽에는 코일상으로 권회된 고주파 안테나(16)가 설치되어 있다. 고주파 안테나(16)의 일단에는 매칭회로(17)를 통하여 고주파 전원(18)이 접속되고, 고주파 안테나(16)의 타단은 콘덴서(19)를 통하여 전기적으로 접지되고 있다. 고주파 전원(18)의 전원 주파수 는 예컨대 10㎑∼100㎒이다.
고주파 안테나(16)는 고주파 전원(18)으로부터 고주파 전력이 인가되는 것으로, 플라스마 생성실(14) 내에 유도 전자계를 발현시켜, 플라스마 생성실(14) 내에 도입된 반응성 가스를 여기하고 플라스마화 함과 동시에 생성된 플라스마와 유도 결합하여 플라스마 생성실(14) 내에 있어서 플라스마의 형성을 안정하게 유지한다. 플라스마 생성실(14)에는 본 발명에 관한 쉴드체(26)가 설치되어 있고 그 상세에 대해서는 후술한다.
또 본 실시형태에 있어서, 상기 반응성 가스는 격벽(15)의 상부로부터 플라스마 생성실(14) 내에 가스 도입관 등을 통하여 도입되도록 되어 있다. 가스의 종류는, Ar(아르곤), O2(산소), N2(질소), Xe(크세논), PH3(포스핀) 등이 이용될 수 있고, 가스압력은 예를 들면 0.01㎩∼10㎩이다.
처리실(12)과 플라스마 생성실(14) 사이에는 그리드(grid) 전극(22)이 설치되어 있다. 그리드 전극(22)은 플라스마 생성실(14)에 형성된 플라스마중의 이온을 처리실(12)측으로 빔상으로 인출하기 위한 본 발명에 관한 「인출전극」에 상당한다. 본 실시형태에서는 플라스마 생성실(14)측에서 순서대로, 빔 전극(22A), 가속전극(22B) 및 접지전극(22C)의 3층 구조로 되어 있어, 각각 몰리브덴이나 그라파이트 등으로 구성되어 있다.
빔 전극(22A) 및 가속전극(22B)에는 각각 직류가변전원(23A, 23B)이 접속되고 있고, 빔 전극(22A)에는 소정의 정전위가 인가되고, 가속전극(22B)에는 소정의 부전위가 인가되고 있다. 이러한 전원 전위의 크기를 조절하는 것으로, 이온의 가 속 에너지가 제어된다.
이온빔의 전류값은 직류가변전원(23A)에 흐르는 전류를 검출하는 것으로 얻을 수 있다. 직류가변전원(23A)에는 전류검출기능이 부여되고 있어 이온빔 전류값을 리얼타임에 모니터링하고 있다. 이 모니터 전류값이 일정하게 되도록 고주파 전원(18)으로 피드백(feed-back)하고, 고주파 안테나(16)에 공급하는 전력을 조절하는 것으로 플라스마 생성실(14) 내의 플라스마 밀도가 일정하게 유지된다.
이상, 플라스마 생성실(14), 격벽(15), 고주파 안테나(16), 매칭회로(17), 고주파 전원(18), 그리드 전극(22) 등에 의해, 본 발명에 관한 「이온원」이 구성된다.
다음에, 처리실(12)에 수용되는 기판(W)은 스테이지(20)에 지지되어 있다. 그리드 전극(22)에 의해서 인출된 이온빔은 기판(W)상으로 조사된다. 기판(W)의 표면은 금속막 등의 도전 재료로 피복되어 있어(부분적 피복의 경우도 있다), 이온빔의 조사에 의해 금속막의 에칭이 행해진다. 또 본 실시형태에서는, 스테이지(20)에 바이어스용 고주파 전원(21)이 접속되고, 이온빔과 잔류 가스와의 하전변환에 의해 생성된 플라스마로부터 이온을 주기적으로 기판(W)에 조사하는 것도 가능하도록 되어 있다.
금속막의 에칭 프로세스는 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 금속막 위에 소정 형상의 레지스트 마스크 패턴이 형성되어 있어, 이온빔의 조사에 의해, 레지스트 개구부에 대응하는 금속막을 에칭하는 것으로 배선 패턴을 형성하는 프로세스에 적용된다. 또, 다마신 프로세스 등에 있어 금속막의 전면 에이치백에도 적용가 능하다.
그런데 이온빔을 이용하여 기판 표면의 금속막을 에칭처리하는 공정에 있어서는, 이온빔의 스팻터 작용으로 비산한 금속막이나 그리드 전극(22)의 스팻터물이 격벽(15) 내면에 부착·퇴적한다. 이 부착물이 고주파 안테나(16)의 권회방향에 연속하여 착막하면, 플라스마 형성에 필요한 유도 전자장을 지우는 방향의 전류가 발생하기 때문에 유도 손실이 증대하고, 플라스마의 안정 형성이 곤란하게 된다.
그래서 본 실시형태에서는, 플라스마 생성실(14) 내부에 고주파 안테나(16)와 대향하는 격벽(15) 내면으로의 스팻터물 부착을 규제하기 위한 쉴드체(26)를 설치하고 있다. 이 쉴드체(26)는 본 발명에 관한 「구조체」의 일 구체예이다. 이하, 이 쉴드체(26)의 상세에 대해서 도 2∼도 4를 참조하여 설명한다.
쉴드체(26)는 유전체 재료로 되는 통상을 나타내고 있고, 격벽(15) 내주 벽면을 차폐하도록 플라스마 생성실(14) 내에 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 쉴드체(26)는 격벽(15)과 같은 석영제로 되지만, 이 이외에도 알루미나나 질화 알루미늄 등, 용도 혹은 사양에 따라 임의의 유전체 재료를 선택할 수가 있다.
쉴드체(26)에는 고주파 안테나(16; 도 1)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 형성된 슬롯(26a)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 슬롯(26a)은 원통상의 쉴드체(26) 축방향으로 평행하게 형성되는 것으로, 고주파 안테나(16)의 권회방향으로 거의 직교하고 있다. 이에 의해, 고주파 안테나(16)의 권회방향{쉴드체(26)의 원주방향}에 연속한 부착물의 착막을 방지할 수 있으므로, 쉴드체(26)의 내주면을 따라 유도 전류가 발생하는 것이 회피된다.
쉴드체(26)의 외주면과 격벽(15)의 내주면 사이의 틈새를 통하여 격벽(15) 내면에 부착물이 퇴적하는 것을 억제하기 위해서, 이들 쉴드체(26)와 격벽(15) 사이의 틈은 좁은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 틈새의 크기가 1㎜ 정도가 되도록 쉴드체(26)와 격벽(15)이 근접 배치된다.
쉴드체(26)의 슬롯(26a)은, 도 2A에 나타낸 바와 같이 쉴드체(26)를 분단하는 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 슬롯(26a)을 복수 라인 형성하는 경우, 슬롯(26a)은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 쉴드체(26)를 분단하지 않는 정도의 길이로 된다. 특히, 도 4에 나타낸 바와 같이, 슬롯(26a)을 복수 라인 형성하는 경우, 쉴드체(26) 양단부에서 슬롯(26a)을 교대로 형성하는 것에 의해, 쉴드체(26)의 원주방향으로 연속하는 부위를 없애서, 부착물의 착막에 의한 유도 전류의 발생을 큰 폭으로 저감할 수가 있다.
또, 슬롯(26a)의 형성 폭은 특히 한정되지 않지만, 격벽(15)의 내면으로의 부착량의 저감을 꾀하는 관점에서는, 쉴드체(26) 원주방향의 폐루프화를 저지할 수 있는 범위 내에서 슬롯 폭을 좁게 형성하는 것이 바람직하다. 또, 슬롯(26a)은, 고주파 안테나(16)의 권회위치에만 형성되어 있어도 좋다.
플라스마 생성실(14)에 대한 쉴드체(26)의 고정은 도시하지 않은 취부치구를 통하여 쉴드체(26)를 격벽(15)에 취부한다. 취부치구의 재질은 특히 한정되지 않지만, 금속오염 회피의 관점에서는 유전체 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또, 쉴드체(26)의 구성은 통상의 것에 한정하지 않고, 예컨대 복수매의 짧은 책(冊)상 차폐물을 격벽(15) 내면에 소정의 미소한 틈새(예컨대 1㎜ 정도)를 통하여 대향 배 치시켜도 좋다.
한편, 도 1에 나타낸 바와 같이 쉴드체(26)의 하단은 그리드 전극(22{빔전극(22a)}의 근접 위치에 임하게 하고 있다. 그 이유는, 진공 챔버(13) 등의 접지부위에 플라스마를 끌어당기는 것으로 플라스마 분포에 교란이 생기거나 진공 챔버(13)를 이온이 스팻터하거나 하여 금속 오염의 원인이 되기 때문이다. 쉴드체(26)의 하단부를 그리드 전극(22)에 근접시켜 두거나 접촉시키는 것으로, 상술과 같은 플라스마의 누락에 의한 폐해를 회피할 수가 있다. 쉴드체(26)의 하단과 그리드 전극(22) 사이의 거리는 작을수록 좋고, 1㎜ 이하에서 그 효과가 확인되고 있다. 본 실시형태에서는 0.5㎜ 정도로 설정되어 있다.
이상과 같이 구성되는 본 실시형태에 있어서는, 플라스마 생성실(14) 내에 격벽(15)의 내주면을 차폐하는 쉴드체(26)를 설치함에 의해, 처리실(12)에 있어 기판(W)의 이온빔 에칭시에 기판표면으로부터 비산하는 스팻터물이 격벽(15)의 내면 전주변에 걸쳐서 부착·퇴적하는 것을 방지할 수가 있다. 또, 쉴드체(26) 내면에 스팻터물이 부착하지만, 슬롯(26a)이 형성되어 있으므로, 쉴드체(26)의 원주방향에 걸쳐 부착막이 연속하지도 않는다.
따라서, 본 실시형태에 의하면, 고주파 안테나(16)의 권회방향으로 부착막이 연속화하는 것을 방지할 수 있으므로, 부착막이 도전성인 경우에 있어서도 고주파 안테나(16)와 플라스마 생성실(14) 사이의 유도 손실을 효과적으로 억제할 수가 있다. 스팻터물은 도전성이 높은 재료인 경우에 한정하지 않고, 고주파 안테나(16)로부터의 유도 전류가 발생하기 어려운 정도 이상으로 도전성을 가지는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 쉴드체(26)가 유전 재료로 구성되어 있으므로, 플라스마와의 유도 결합에 필요한 고주파 전력의 증대를 억제할 수 있음과 동시에, 장기간에 걸쳐 안정된 플라스마의 형성 및 유지를 꾀하는 것이 가능해진다. 또, 쉴드체(26)가 유전체 재료로 구성되어 있으므로, 쉴드체가 금속제인 것에 기인하는 금속 오염의 문제도 발생하지 않는다.
(제2 실시형태)
계속해서, 도 5 및 도 6은 본 발명에 관한 「구조체」의 다른 실시형태를 나타내고 있다. 또 도면에 있어서 상술한 제1 실시형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
도 5A, B에 나타내는 구성예에서는, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 원통 형상의 격벽(15) 내주면에, 고주파 안테나(16; 도 1)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 늘려진 돌기부(15a)를 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 격벽(15) 내주면에 대해서 그 원주방향으로 연속하여 스팻터물이 착막하는 것을 당해 돌기부(15a)에 의해 회피하는 것이 가능하게 되므로, 고주파 안테나(16)의 유도 손실 저감을 꾀할 수가 있다.
또, 돌기부(15a)의 양측면에 막이 부착했을 경우에는, 격벽(15) 내측에서 돌기부(15a) 선단으로 향하는 전류와, 돌기부(15a) 선단에서 격벽(15) 내면측으로 향하는 전류가 서로 역방향으로 되기 때문에, 당해 부위에 있어 유도 전류의 상쇄, 경감을 꾀하는 것이 가능하게 된다.
돌기부(15a)는 도 5의 예에서는, 격벽(15) 내주면에 대해서 180도 간격으로 2개소에 배치한 예를 나타내고 있지만, 돌기부(15a)는 격벽(15) 내주면에 적어도 일부에만 형성되어 있어도 좋고, 3개소 이상의 복수 개소에 등각도 간격 혹은 부등각도 간격으로 방사상에 형성되고 있어도 좋다.
돌기부(15a)의 형성 높이는 그 형성 폭 이상으로 하는 것이 바람직하다(어스펙트비 1이상). 구체적으로, 돌기부(15a)의 형성 폭을 1㎜로 했을 때, 돌기부(15a)의 형성 높이는 1㎜ 이상으로 한다. 돌기부(15a)는 유전체 재료로 되어, 격벽(15) 내주면에 일체로 형성되어도 좋고, 별도의 부재로서 취부하여도 좋다.
한편, 도 6A, B에 나타내는 구성예에서는, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 원통 형상의 격벽(15) 내주면에, 고주파 안테나(16; 도 1)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 늘려진 요부(15b)를 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 격벽(15) 내주면에 대해 그 원주방향으로 연속하여 스팻터물이 착막하는 것을 당해 요부(15b)에 의해 회피하는 것이 가능하게 되므로, 고주파 안테나(16)의 유도 손실 저감을 꾀할 수가 있다.
또, 요부(15b)의 양측면에 막이 부착했을 경우에는, 격벽(15) 내면측에서 요부(15b) 바닥부로 향하는 전류와, 요부(15b) 바닥부에서 격벽(15) 내면측으로 향하는 전류가 서로 역방향으로 되기 때문에, 당해 부위에 있어 유도 전류의 상쇄, 경감을 꾀하는 것이 가능하게 된다.
요부(15b)는 도 6의 예에서는, 격벽(15) 내주면에 있어서 180도 간격으로 2 개소에 배치한 예를 나타내고 있지만, 요부(15b)는 격벽(15) 내주면에 적어도 일부에만 형성되어 있어도 좋고, 3개소 이상의 복수 개소에 등각도 간격 혹은 부등각도 간격으로 방사상으로 형성되어 있어도 좋다.
요부(15b)의 형성 깊이는 그 형성 폭 이상으로 하는 것이 바람직하다(어스펙트비 1 이상). 구체적으로, 요부(15b)의 형성 폭을 1㎜로 했을 때, 요부(15b)의 형성 깊이는 1㎜ 이상으로 한다. 돌기부(15a)는 격벽(15) 내주면에 요설되어 있다.
이상과 같이, 돌기부(15a) 혹은 요부(15b)를 본 발명에 관한 「구조체」로서 구성하는 것에 의해, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시형태)
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 실시형태를 나타내고 있다. 또, 도면에 있어서 상술한 제1, 제2 실시형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
본 실시형태에서는 상술한 제1 실시형태에 있어서 설명한 쉴드체(26)와, 상술한 제2 실시형태에 있어서 설명한 격벽(15)의 내면 구조를 조합한 구성예를 가지고 있다.
즉, 도 7A, B에 나타내는 구성예에 있어서는, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 원통형상의 격벽(15) 내주면에, 고주파 안테나(16; 도 1)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 요부(15b)가 형성되고 있는 것과 동시에, 이 격벽(15) 내부에, 고주파 안테나(16)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 슬롯(26a)이 형성된 유전체 재료로 되는 쉴드체(26)가 설치되어 있다.
이상의 구성에 의해, 격벽(15)과 쉴드체(26) 사이의 틈새를 통하여 스팻터물이 격벽(15) 내주면에 부착했을 때, 그 부착막이 고주파 안테나(16)의 권회방향으로 연속화하기 어렵게 할 수가 있으므로, 메인터넌스 사이클의 장기화를 꾀할 수가 있다. 또, 격벽(15)의 요부(15b)와 쉴드체(26)의 슬롯(26a)을 서로 다른 각도위치로 향하게 하는 것으로, 한층 더 그 효과를 높일 수가 있다.
한편, 도 8A, B에 나타내는 구성예에 있어서는, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 원통형상의 격벽(15) 내주면에, 고주파 안테나(16, 도 1)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 돌기부(15a)가 형성되어 있음과 동시에, 이 격벽(15) 내부에, 고주파 안테나(16)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 슬롯(26a)이 형성된 유전체 재료로 되는 쉴드체(26)가 설치되어 있다. 쉴드체(26)는 비교적 살이 두껍게 형성되어 돌기부(15a)와 대향하는 부위에는 당해 돌기부(15a)를 수용하는 요입부(26b)가 각각 형성되어 있다.
이러한 구성에 의해, 격벽(15) 내면과 쉴드체(26) 사이의 틈새의 미궁(labyrinth) 구조화가 꾀해져, 상술과 같이 격벽(15) 내주면에 연속하는 스팻터물의 착막방지 효과를 높일 수 있다.
(제4 실시형태)
도 9 및 도 10은 본 발명의 제4 실시형태를 나타내고 있다. 덧붙여 도면에 있어서 상술한 제1 실시형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
본 실시형태의 플라스마 처리장치(31)는 플라스마 생성실(14)을 구획하는 석영제의 격벽(35) 정상부 바깥쪽에, 평면내에서 루프상(소용돌이상)으로 권회된 고주파 안테나(34)를 구비한 구성으로 되어 있는 점에서, 상술한 제1 실시형태와 다르다. 그리고 이 고주파 안테나(34)와 대향하는 격벽(35) 내면(정상부 내면)에, 스팻터물의 부착을 규제하기 위한 쉴드체(36)가 설치되어 있다.
쉴드체(36)는 격벽(35)과 같이 유전체 재료(예컨대 석영)로 되어, 도 10A, B에 나타내듯이 격벽(35) 정상부 내면을 차폐하는 원판형상을 하고 있다. 그리고 이 쉴드체(36)의 내면에는 고주파 안테나(34)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 슬롯(36a)이 형성되고 있다. 슬롯(36a)의 형성 개수는 특히 한정되지 않고, 도면에서는 복수(4개) 등각도 간격으로 방사상에 형성되고 있지만, 적어도 1개이면 좋다.
쉴드체(36)와 격벽(35) 정상부 내면은 상술한 제1 실시형태와 같이, 틈(간격)의 크기가 약 1㎜ 정도가 되도록 서로 근접 배치되는 것으로, 양자간의 틈새를 통하여 스팻터물이 침입하여 착막하는 것을 억제한다.
이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 플라스마 처리장치(31)에 있어서는, 플라스마 생성실(14) 내에 격벽(35) 정상부 내면을 차폐하는 쉴드체(36)를 설치함에 의해, 처리실(12)에 있어 기판(W)의 이온빔 에칭시에, 기판표면에서 비산하는 스팻터물에 의한 격벽(35) 정상부 내면으로의 착막이 규제된다. 또, 쉴드체(36)에도 스팻터물이 부착하지만, 슬롯(36a)이 형성되고 있으므로, 쉴드체(36)의 원주방향에 걸쳐서 부착막이 연속하지도 않는다.
따라서, 본 실시형태에 의하면 고주파 안테나(34)의 권회방향으로 부착막이 연속화하는 것을 방지할 수 있으므로, 부착막이 도전성의 경우에 있어서도 고주파 안테나(34)와 플라스마 생성실(14) 사이의 유도손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 쉴드체(36)가 유전체 재료로 구성되어 있으므로, 플라스마와의 유도결합에 필요한 고주파 전력의 증대를 억제할 수 있음과 동시에, 장기간에 걸쳐 안정한 플라스마의 형성 및 유지를 꾀하는 것이 가능하게 된다. 또, 쉴드체(36)가 유전재료로 구성되어 있으므로, 쉴드체가 금속제인 것에 기인하는 금속오염의 문제도 발생하지 않는다.
(제5 실시형태)
도 11 및 도 12는 본 발명과 관련되는 「구조체」의 다른 실시형태를 나타내고 있다. 덧붙여, 도면에 있어서 상술한 제4 실시형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
도 11A, B에 나타내는 구성예에서는, 플라스마 생성실(14)을를 구획하는 원통형상의 격벽(35) 정상부 내면에, 고주파 안테나(34, 도 9)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 늘려진 돌기부(35a)를 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 격벽(35) 정상부 내면에 대해서 그 면내 원주방향으로 연속하여 스팻터물이 착막하는 것을 당해 돌기부(35a)에 의해 회피하는 것이 가능하게 되므로, 고주파 안테나(34)의 유도손실의 저감을 꾀할 수 있다.
또, 돌기부(35a) 양측면에 막이 부착했을 경우에는, 격벽(35) 내면측으로부터 돌기부(35a) 선단으로 향하는 전류와, 돌기부(35a) 선단으로부터 격벽(35) 내면측으로 향하는 전류가 서로 역방향으로 되기 때문에, 당해 부위에 있어서의 유도 전류의 상쇄, 경감을 꾀하는 것이 가능하게 된다.
돌기부(35a)는 도 11의 예에서는, 격벽(35) 정상부 내면에 대해서 90도 간격으로 4개소에 배치한 예를 나타내고 있지만, 돌기부(35a)는 격벽(35) 정상부 내면의 적어도 일부에만 형성되어 있어도 좋고, 더욱이 복수 개소에 등각도 간격 혹은 부등각도 간격으로 방사상에 형성되고 있어도 좋다.
돌기부(35a)의 형성 높이는 그 형성 폭 이상으로 하는 것이 바람직하다(어스펙트비 1 이상). 구체적으로, 돌기부(35a)의 형성 폭을 1㎜로 했을 때, 돌기부(35a)의 형성 높이는 1㎜ 이상으로 한다. 돌기부(35a)는 유전체 재료로 되어, 격벽(35) 정상부 내면에 일체로 형성되어도 좋고, 별도의 부재로서 취부되어도 좋다.
한편, 도 12A, B에 나타내는 구성예에서는, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 원통형상의 격벽(35) 내면에, 고주파 안테나(34, 도 9)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 늘려진 요부(35b)를 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 격벽(35) 정상부 내면에 대해서 그 면내 원주방향으로 연속하여 스팻터물이 착막하는 것을 당해 요부(35b)에 의해 회피하는 것이 가능하게 되므로, 고주파 안테나(34)의 유도 손실의 저감을 꾀할 수 있다.
또, 요부(35b) 양측면에 막이 부착했을 경우에는, 격벽(35) 내면측으로부터 요부(35b) 바닥부로 향하는 전류와, 요부(35b) 바닥부로부터 격벽(35) 내면측으로 향하는 전류가 서로 역방향으로 되기 때문에, 당해 부위에 있어서의 유도 전류의 상쇄, 경감을 꾀하는 것이 가능하게 된다.
요부(35b)는 도 12의 예에서는, 격벽(35) 내주면에 있어서 90도 간격으로 4개소에 배치한 예를 나타내고 있지만, 요부(35b)는 격벽(35) 정상부 내면의 적어도 일부에만 형성되어 있어도 좋고, 더욱이 복수 개소에 등각도 간격 혹은 부등각도 간격으로 방사상으로 형성되어 있어도 좋다.
요부(35b)의 형성 깊이는 그 형성 폭 이상으로 하는 것이 바람직하다(어스펙트비 1 이상). 구체적으로, 요부(35b)의 형성 폭을 1㎜로 했을 때, 요부(35b)의 형성 깊이는 1㎜ 이상으로 한다.
이상과 같이, 돌기부(35a) 혹은 요부(35b)를 본 발명에 관한 「구조체」로서 구성하는 것에 의해, 상술한 제4 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제6 실시형태)
도 13 및 도 14는 본 발명의 제6 실시형태를 나타내고 있다. 덧붙여 도면에 있어서 상술한 제4, 제5 실시형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
본 실시형태에서는, 상술한 제4 실시형태에 있어서 설명한 쉴드체(36)와, 상술한 제5 실시형태에 있어서 설명한 격벽(35)의 내면 구조를 조합한 구성예를 가지고 있다.
즉, 도 13A, B에 나타내는 구성예에 있어서는, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 원통형상의 격벽(35) 정상부 내면에, 고주파 안테나(34, 도 9)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 요부(35b)가 형성되고 있음과 동시에, 이 격벽(35) 내부에, 고주파 안테나(34)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 슬롯(36a)이 형성된 유전체 재료로 되는 쉴드체(36)가 설치되어 있다. 쉴드체(36)와 격벽(35) 정상부 내면은 상술한 제4 실시형태와 같이, 틈(간격)의 크기가 약 1㎜ 정도가 되도록 서로 근접 배치되는 것으로, 양자간의 틈새를 통하여 스팻터물이 침입해서 착막하는 것을 억제한다.
이상의 구성에 의해, 격벽(35)과 쉴드체(36) 사이의 틈새를 통하여 스팻터물이 격벽(35) 정상부 내면에 부착했을 때, 그 부착막이 고주파 안테나(34)의 권회방향으로 연속화하기 어렵게 할 수 있으므로, 메인터넌스 사이클의 장기화를 꾀할 수 있다. 또, 격벽(35)의 요부(35b)와 쉴드체(36)의 슬롯(36a)을 서로 다른 각도 위치로 향하는 것으로, 한층 더 그 효과를 높일 수 있다.
한편, 도 14A, B에 나타내는 구성예에 있어서는, 플라스마 생성실(14)을 구획하는 원통형상의 격벽(35) 정상부 내면에, 고주파 안테나(34, 도 9)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 돌기부(35a)가 형성되고 있음과 동시에, 이 격벽(35) 내부에, 고주파 안테나(34)의 권회방향을 횡절하는 방향으로 슬롯(36a)이 형성된 유전체 재료로 되는 쉴드체(36)가 설치되어 있다. 쉴드체(36)와 격벽(35) 정상부 내면은 상술한 제4 실시형태와 같이, 틈(간격)의 크기가 약 1㎜ 정도로 되도록 서로 근접 배치되는 것으로, 양자간의 틈새를 통하여 스팻터물이 침입하여 착막하는 것을 억제한다.
이러한 구성에 의해, 격벽(35) 내면과 쉴드체(36) 사이의 틈새의 미궁(labyrinth) 구조화가 꾀해져, 상술과 같이 격벽(35) 정상부 내면에 연속하는 스팻터물의 착막방지 효과를 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 각 실시형태에 대해서 설명했지만, 물론, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 근거하여 여러 가지의 변형이 가능하다.
예를 들면 이상의 각 실시형태에서는, 플라스마 처리장치로서 이온빔 에칭장치를 예로 들어 설명했지만, 이에 대신해, 처리실 내에 스팻터 타겟을 설치하고, 피처리기판상에 스팻터 입자를 부착시켜 막 형성하는 이온빔 스팻터 장치로 하여 구성하는 것도 가능하다. 또, 이외에도, 플라스마 도핑장치나 플라스마 에칭장치 등의 다른 플라스마 처리장치에도, 본 발명은 적용 가능하다.
또, 이상의 각 실시형태에서는 플라스마 생성실(14)을 구획하는 격벽{(벨 쟈) 15, 35}을 대기와 진공을 격절(隔絶)하는 장치 외벽부로서 구성했지만, 이에 대신해, 예를 들면 도 15에 나타내듯이, 진공챔버(16) 내부에 본 발명에 관한 이온원을 배치해도 좋다. 격벽(15)은 진공챔버(13) 내부에 플라스마 생성실(14)을 구획하고 있다. 고주파 안테나(16)는 진공챔버(13) 내부에 있어서 격벽(15) 외주측에 배치되어 있고, 이 고주파 안테나(16)로 대향하는 격벽(15) 내주면을 차폐하도록, 본 발명에 관련한 쉴드체(26)가 설치되어 있다.
게다가, 본 발명에 관한 쉴드체(16, 36)를 원통형 혹은 판형에 형성했지만, 격벽의 내면 형상에 맞추어 적당히 변경 가능하고, 예를 들면 각기둥상 혹은 돔상 등으로 형성하여도 좋다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고주파 안테나와 플라스마 생성실 사이의 유도손실을 저감할 수 있음과 동시에, 장기간에 걸쳐 안정된 플라스마의 형성 및 유지를 꾀하는 것이 가능해진다.

Claims (11)

  1. 플라스마 생성실과,
    이 플라스마 생성실을 구획하는 유전체로 되는 격벽과,
    상기 격벽 외부에 설치되고 상기 플라스마 생성실 내에 플라스마를 생성하기 위한 고주파 안테나와,
    상기 격벽 내면의 적어도 일부에 설치되고, 상기 고주파 안테나의 권회방향을 횡절방향으로 늘려진 돌기부이며, 상기 고주파 안테나와 대향하는 격벽 내면으로의 막 부착을 규제하는 유전체로 이루어지는 제1구조체와,
    상기 격벽 내면을 차폐하도록 배치되고, 상기 고주파 안테나의 권회방향을 횡절하는 방향으로 형성된 적어도 1개의 슬롯과, 상기 돌기부와 대향하는 부위에 형성되고 상기 돌기부를 수용하는 요입부를 가지는 유전체로 이루어지는 제2구조체를
    구비하는 이온원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 생성실에서 플라스마중의 이온을 인출하는 인출전극을 더욱 구비하는 이온원.
  3. 피처리기판을 수용하는 처리실과,
    플라스마 생성실과,
    상기 플라스마 생성실을 구획하는 유전체로 되는 격벽과,
    상기 격벽 외부에 설치되고 상기 플라스마 생성실 내에 플라스마를 생성하기 위한 고주파 안테나와,
    상기 격벽의 적어도 일부에 설치되고, 상기 고주파 안테나의 권회방향을 횡절방향으로 늘려진 돌기부이며, 상기 고주파 안테나와 대향하는 격벽 내면으로의 막 부착을 규제하는 유전체로 이루어지는 제1구조체와,
    상기 격벽 내면을 차폐하도록 배치되고, 상기 고주파 안테나의 권회방향을 횡절하는 방향으로 형성된 적어도 1개의 슬롯과, 상기 돌기부와 대향하는 부위에 형성되고 상기 돌기부를 수용하는 요입부를 가지는 유전체로 이루어지는 제2구조체를
    구비하는 플라스마 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라스마 생성실과 상기 처리실 사이에 설치되고, 상기 플라스마 생성실에서 상기 처리실로 향하여 플라스마중의 이온을 인출하는 인출전극을 더 구비하는 플라스마 처리장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 처리실에 설치되고, 상기 플라스마 생성실에서 인출한 이온이 조사되고 상기 피처리기판상에 스팻터 입자를 부착시키는 스팻터 타겟을 더 구비하는 플라스마 처리장치.
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