KR20010076348A

KR20010076348A - 플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치

Info

Publication number: KR20010076348A
Application number: KR1020010002927A
Authority: KR
Inventors: 노구치다케시
Original assignee: 모모세 다케후미; 와이에이씨 가부시키가이샤
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2001-08-11
Also published as: US20020121344A1; JP2001203099A; US6607633B2; KR100687057B1

Abstract

마이크로파를 전송하는 도파관(11)과, 복수의 슬롯안테나(13)가 형성되어 있는 방사용 도파관(12)과, 유전체창(31)을 통해 슬롯안테나(13)로부터의 전자방사를 받도록 구성된 방사챔버(30)를 구비하여 이루어진 플라즈마 생성장치로서, 슬롯안테나(13) 근방의 방사용 도파관(12)의 치수를 국소적으로 변화시킴으로써 방사용 도파관(12) 내에 있어서 마이크로파의 파장을 국소적으로 변화시켜 슬롯안테나(13)에서 방전챔버(30)를 향해 방사되는 전자방사의 강도분포를 제어할 수 있도록 했다.

Description

플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치{Plasma generating aparatus and plasma processing apparatus}

본 발명은 반도체 디바이스나 액정디스플레이 등의 제조공정에 있어서 또는 다른 임의의 미세가공공정에 있어서 사용되는, 예컨대 에칭이나 애싱, 디포지션, 표면개질, 표면클리닝 같은 각종 처리에 있어서 적합하게 이용 가능한 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 생성장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 이러한 플라즈마 생성장치를 구비하여 이루어진 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

본 발명은 일본국 특허출원 제2000-12269호를 기초로 하는 것이다. 이 출원의 내용은 참고를 위해 여기에 인용된다.

반도체디바이스나 액정디스플레이 등의 제조공정 또는 다른 임의이 미세가공공정에 있어서는, 예컨대 에칭, 애싱, 데포지션, 표면개질, 표면클리닝 등의 처리를 하기 위해 감압하에서 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 각종 플라즈마 처리가 널리 실행되고 있다.

플라즈마방전으로는 다양한 원리에 근거한 것이 알려져 있으며, 그 중에서도 마이크로파를 이용한 슬롯안테나 방사장을 이용한 플라즈마생성에서는 고밀도플라즈마를 용이하게 생성할 수 있다는 것은 널리 알려져 있다. 특히 마이크로파대의 교류전자장과 슬롯안테나를 이용한 방전은 플라즈마생성 메카니즘이 표면파 여기이므로 플라즈마밀도 분포의 균일성이 좋기 때문에 주목받고 있다.

이 경우 도 1a에 도시한 바와 같이, 플라즈마 생성시점에서 균일한 분포의 플라즈마를 얻었다고 해도 확산 때문에 연직방향으로 이격된 웨이퍼 근방에 도달한 시점에 있어서는 불균일한 플라즈마 분포가 되어버린다.

따라서 웨이퍼 근방에 있어서 균일한 플라즈마 분포를 얻기 위해서는, 예컨대 도 1b에 도시한 바와 같이, 플라즈마 생성시점에 있어서 중심부보다 주변부 쪽이 플라즈마 밀도가 큰 이른바 'M자 형상'의 플라즈마 분포로 할 필요가 있다.

따라서 슬롯안테나를 사용한 플라즈마 형성에 있어서 상기와 같은 특정 초기 플라즈마 분포를 얻으려고 한 경우, 각 슬롯안테나의 분포를 원하는 플라즈마 밀도 분포에 대응하는 것으로 한다는 수단을 생각할 수 있다. 즉, 슬롯안테나의 분포를 소밀(疎密)하게 함으로써 초기 플라즈마 분포의 소밀을 제어하는 수단을 생각할 수 있다.

복수의 슬롯안테나의 배치는 원리적으로는 임의로 실행할 수 있다. 그런데 현실적으로는 슬롯안테나의 형성위치에는 다음과 같은 제한이 있다.

즉, 도파관 내로 전달되고 있는 마이크로파의 진폭강도가 작은 부분에 슬롯안테나를 형성해도 이 슬롯안테나에서 방사되는 전자장은 약한 것이다. 한편 마이크로파의 진폭강도가 큰 부분에 형성된 슬롯안테나에서는 큰 전자장이 방사된다. 따라서 플라즈마 생성 효율을 높여 고밀도 플라즈마를 얻기 위해서는 슬롯안테나는 진폭강도가 큰 부분에 형성될 필요가 있다. 정상파를 전형예로서 설명한다면, 반파장 떨어진 위치마다 진폭강도가 큰 부분이 나타난다. 이 때문에 슬롯안테나는 실질적으로 반파장의 정수배 간격을 이루는 위치에만 형성된다는 제한을 받는다. 따라서 슬롯안테나 분포의 설계에 따라 원하는 초기 플라즈마 분포를 얻는다는 것은 사실상 불가능했다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 슬롯안테나를 사용한 경우에 플라즈마 발생 시점에 있어서 초기 플라즈마 분포를 원하는 대로 제어할 수 있도록 슬롯안테나 배치의 자유도를 높일 수 있는 플라즈마 생성장치를 제공하는 것을 목적으로 하며 또한 이러한 플라즈마 생성장치를 구비한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 및 도 1b는 방전챔버 내의 플라즈마 생성시점에서의 초기 플라즈마 분포와 웨이퍼 근방에서의 플라즈마 분포의 관계를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 2a는 직사각형 도파관의 일예를 도시한 사시도이고, 도 2b는 직사각형 도파관 내로 전달되는 관내 파장 λ_g의 도파관폭 a에 대한 의존성을 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 플라즈마 처리장치의 제1실시형태를 도시한 단면도이다.

도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시한 제1실시형태에 있어서 방사용 도파관의 각 구성예를 도시한 단면도이다.

도 5a는 슬롯안테나의 배치를 도시한 단면도이다.

도 5b는 2개의 폭(a1,a2)에 관한 전계강도를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 플라즈마 처리장치의 제2실시형태를 도시한 단면도이다.

도 7a는 플라즈마 처리장치의 제2실시형태에 있어서 플라즈마 생성장치를 개념적으로 도시한 사시도이고, 도 7b는 그 변형예를 도시한 사시도이다.

도 8a 내지 도 8e는 도 6에 도시한 제2실시형태에 있어서 방사용 도파관의각 구성예를 도시한 단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 마이크로파 발진기에서 발진된 마이크로파를 전송하는 도파관과, 이 도파관에 대해 접속됨과 동시에 복수의 슬롯안테나가 형성되어 있는 방사용 도파관과, 이 방사용 도파관이 유전체창을 통해 연결되어 있는 상기 슬롯안테나로부터의 전자방사를 받도록 구성된 방전챔버를 구비하여 이루어진 플라즈마 생성장치에 있어서, 상기 슬롯안테나의 근방에서 상기 방사용 도파관의 치수를 국소적으로 변화시키고 이로써 상기 방사용 도파관 내에 있어서 상기 마이크로파의 파장을 국소적으로 변화시켜, 상기 슬롯안테나로부터 상기 방전챔버를 향해 방사되는 전자방사의 강도분포를 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치를 제공하는 것이다.

바람직하게는 마이크로파의 주파수는 1GHz∼50GHz로 할 수 있다.

바람직하게는 슬롯안테나의 내주 길이는 마이크로파의 자유공간 파장과 거의 동일한 것으로 할 수 있다.

바람직하게는 슬롯안테나는 방사용 도파관 내의 마이크로파 전송방향에 대해 거의 직각으로, 또는 직각 이외의 소정 각도로 배치할 수 있다.

바람직하게는 방사용 도파관 내의 높이 또는 폭을 조절 가능하게 할 수 있다. 특히 방사용 도파관 내의 높이 또는 폭을 마이크로파 전송방향에 대하여 점차 변화시킬 수 있다. 보다 상세하게는 방사용 도파관 내의 높이 또는 폭의 변화율을 조정 가능하게 할 수 있다.

바람직하게는 방사용 도파관은 직사각형 도파관으로 할 수 있으며, 슬롯안테나가 배치되어 있는 근방의 폭을 조절 가능하게 할 수 있다. 특히 슬롯안테나가 배치되어 있는 근방의 폭을 마이크로파 전송 방향에 대하여 점차 변화시킬 수 있다. 보다 상세하게는 슬롯안테나가 배치되어 있는 근방의 폭의 변화율을 조정 가능하게 할 수 있다.

실용적으로는 도전체판으로 이루어진 플랜저를 방사용 도파관의 종단부에 방사용 도파관 내의 마이크로파 전송방향에 대해 이동 가능하게 설치할 수 있다. 사용시에는 이 플랜저의 전위는 방사용 도파관의 전위와 동일한 것으로 할 수 있다.

경우에 따라서는 하나의 도파관에 대해 복수의 방사용 도파관을 접속할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 도전체판으로 이루어진 플랜저를 복수의 방사용 도파관의 각 종단부에 각 방사용 도파관 내의 마이크로파 전송방향에 대해 이동 가능하게 설치된다. 사용시에는 각 플랜저의 전위는 각각의 방사용 도파관의 전위와 동일한 것으로 할 수 있다.

본 발명은 또한 상술한 바와 같은 플라즈마 생성장치를 구비한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.

바람직하게는 방전챔버 내에 유전체창에 대향하여 피처리물을 탑재, 적치하기 위한 피처리물대를 설치할 수 있다. 이 피처리물대에 대해서는 교류전압이나 직류전압을 인가할 수 있다.

바람직하게는 피처리물대에 피처리물의 온도를 제어하기 위한 온도제어기구를 설치할 수 있다.

다음에 본 발명의 기본원리에 대해 설명한다.

본 발명은 도파관 내의 관내 전달파장이 도파관 치수에 따라 변화하는 것을 이용하는 것이다. 즉 도파관으로서 도 2a에 도시한 바와 같은 직사각형 도파관을 예로 들면 이 직사각형 도파관 내로 전달되는 TE₁₀모드의 관내 파장은 다음 식에 의해 주어진다.

λ

λ_g= --------------------

[1-(λ/2a)²]^1/2

여기에서 λ_g는 도파관 내로 전달되는 마이크로파의 관내 파장이고,

λ는 자유공간 내로 전달되는 마이크로파의 파장이고,

a는 직사각형 도파관의 폭이다.

따라서 이 경우에는 직사각형 도파관의 폭 a에 의해 관내 파장 λ_g가 변화하는 것이 나타난다(도 2b 참조).

용이하게 유추되는 바처럼 직사각형 도파관의 경우에 한정되지 않으며, 일반적인 임의 형상의 도파관에 있어서 도파관의 치수를 국소적으로 변화시킴으로써 관내 파장을 국소적으로 변화시킬 수 있다. 이렇게 하여 관내 파장을 변화시킴으로써 진폭강도가 큰 부분을 도파관 내에 있어서 원하는 대로 이동(쉬프트)시킬 수 있도록 된다.

따라서 본 발명에 있어서는,

(i) 웨이퍼 근방에 있어서 원하는 균일 플라즈마를 얻을 수 있는 이상적인 초기 플라즈마 분포(예컨대 도 1b와 같은 M자 형상의 플라즈마 분포)를 상정하고,

(ii) 상정한 이상적 초기 플라즈마 분포를 얻을 수 있는 분포로서 슬롯안테나를 형성하고,

(iii) 도파관의 치수를 슬롯안테나 근방에서 국소적으로 적절히 변화시킨다(이 경우의 국소적인 치수 변화는 가변적인 것으로 할 수도 있으며 또한 고정적인 것으로 할 수도 있다).

이로써 관내 파장을 국소적으로 변화시켜 슬롯안테나가 형성되어 있는 위치로 대진폭 강도부분을 쉬프트시킬 수 있으며, 상정한 대로 초기 플라즈마 분포를 얻을 수 있다. 물론 이 경우 플라즈마 생성효율이 최대로서, 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다.

따라서 반파장의 정수배 간격으로 배치해야만 하는 슬롯안테나를 배치할 때 종래의 제한에 구애받지 않고, 슬롯안테나를 임의의 위치에 형성하더라도 각 슬롯안테나에서 실질적으로 최대효율로 전자방사를 실행시킬 수 있으며, 임의의 슬롯안테나 분포를 사용하여 원하는 초기 플라즈마 분포를 얻을 수 있다.

상기 모든 슬롯안테나에서 최대효율로 전자방사하는 것을 예로서 설명하였는데, 경우에 따라서는 특정 슬롯안테나의 방사효율을 '의도적으로' 낮은 것으로 할 수도 있다. 본 발명의 목적은, 어디까지나 웨이퍼 근방에서 원하는 균일 플라즈마를 얻을 수 있는 초기 플라즈마 분포를 실현하는 것이고, 이렇게 하여 특정 슬롯안테나로부터의 기여를 작게 함으로써 원하는 초기 플라즈마 분포에 근접한다는 방책을 취할 수 있다.

이하, 본 발명의 플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

[제1실시형태]

도 3은 본 발명의 플라즈마 처리장치의 제1실시형태를 도시한 것으로서, 도면에 있어서 플라즈마 처리장치는 플라즈마 생성장치(10)와 방전챔버(30)를 구비하여 구성되어 있다.

플라즈마 생성장치(10)는 마이크로파 발진기(미도시)와 도파관(11)과 방사용 도파관(12)을 구비하여 구성되어 있다.

마이크로파 발진기(미도시)로는 1GHz∼50GHz의 주파수인 것이 사용되며, 바람직하게는 2.45GHz의 것이 사용된다.

도파관(11)은 마이크로파 발진기에서 발진된 마이크로파를 전송하기 위한 것으로서, 직사각형 도파관이나 원형 도파관이나 기타 임의형상의 도파관을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 직사각형 도파관이 사용된다.

방사용 도파관(12)은 도파관(11)에 대해 접속되어 있는 도파관으로서, 직사각형 도파관이나 원형 도파관이나 기타 임의형상의 도파관을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 직사각형 도파관이 사용된다.

방사용 도파관(12)에는 복수의 슬롯안테나(13)(도 3에 있어서는 4개의 슬롯안테나(13))가 형성되어 있다. 바람직하게는 각 슬롯안테나는 그 내주 길이가 사용되고 있는 마이크로파의 자유공간 파장과 거의 동일한 직사각형 슬롯형상으로 되어 있으며, 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파 전송방향에 대해 거의 직각으로 형성되어 있다. 이 경우 슬롯안테나(13)는 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파 전송방향에 대해 직각으로 형성하는 것을 대신하여 소정 각도로 형성할 수 있다. 즉, 슬롯안테나(13)는 마이크로파 전송방향에 대해 평행 이외의 방향이 된다.

방사용 도파관(12)의 구성에 대해 도 4a∼도 4e를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 4a∼도 4e는 방사용 도파관(12)으로서 사용할 수 있는 각종 구성예를 도시한 것으로서, 방사용 도파관(12)의 높이방향 중앙수평면에서 아래쪽을 본 평단면도로서, 슬롯안테나 위치와 관벽구조를 개념적으로 도시하고 있다.

도 4a에 있어서는, 방전용 도파관(12)의 측벽(14),(15)에는 각각 이들 측벽(14),(15)에서 관의 안쪽을 향해 이동 가능한 가동벽(16)이 설치되어 있다. 이들 가동벽(16)을 관의 안쪽을 향해 이동시킴으로써 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파의 전달파장을 슬롯안테나(13)가 형성되어 있는 영역에 있어서 원하는 대로 변화시킬 수 있다.

도 4b에 있어서는 방전용 도파관(12)의 측벽(14),(15)에는 각각 오목부(14a),(15a)가 형성되어 있으며 이들 측벽(14),(15)에는 각각 오목부(14a),(15a) 내로 수용이동 가능하게 또한 관 안쪽을 향해 돌출이동 가능하도록 이동가능한 가동벽(16)이 설치되어 있다. 도 4a의 경우와 마찬가지로 이들 가동벽(16)을 관의 안쪽을 향해 이동시킴으로써 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파의 전달파장을 슬롯안테나(13)가 형성되어 있는 영역에서 원하는 대로 변화시킬 수 있다.

도 4c 및 도 4d에 있어서, 방전용 도파관(12)의 측벽(14),(15)은 마이크로파 전송방향에 관해 하류쪽을 향함에 따라 바깥쪽으로 넓어지는 내벽(17),(18)을 가지고 있다. 내벽(17),(18)의 구성에 따라 방사용 도파관(12)의 폭이 마이크로파의 전달에 따라 점차 커진다. 이로써 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파의 전달파장이 슬롯안테나(13)가 형성되어 있는 영역에서 변화하게 된다.

더욱이 상기와 같은 내벽(17),(18)은 도 4c에 도시한 바와 같이 내벽(14),(15)의 두께를 점차 얇게 하건, 도 4d에 도시한 바와 같이 측벽(14),(15)의 두께를 점차 두껍게 하건 얻을 수 있다. 또는 도시하지는 않았지만 이중벽으로 할 수도 있다.

도 4e에 있어서 방전용 도파관(12)의 측벽(14),(15)에는 각각 오목부(14a),(15a)가 형성되어 있으며 이들 측벽(14),(15)에는 각각 단부(16a)를지점(支占)으로 하여 오목부(14a),(15a) 내로 수용되는 방향으로 또 관의 안쪽을 향해 돌출되는 방향으로 요동 가능한 가동벽(16)이 설치되어 있다. 이 경우에는 가동벽(16)을 요동시킴으로써 방사용 도파관(12) 내에 있어서 마이크로파의 전달파장을 연속적으로 임의로 변화시킬 수 있다.

도 4a∼도 4e 중 어느 구성예에 있어서도, 방사용 도파관(12)의 종단부에는 도전체판으로 이루어진 플랜저(20)가 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파 전송방향에 대해 이동 가능하게 설치되어 있다. 이 플랜저(20)의 전위는 방사용 도파관(12)의 전위와 동일하다.

그리고 도 3으로 돌아가 방전챔버(30)의 구성에 대해 설명한다.

방전챔버(30)는 유전체창(31)과 피처리물대(32)와 가스도입부(33)와 배기구(34)와 진공배기계(미도시)를 주로 구비하여 구성되어 있다.

방전챔버(30)에는 방사용 도파관(12)이 유전체창(31)을 통해, 예컨대 윗면에 연결되어 있다.

유전체창(31)은 마이크로파를 손실없이 투과시킬 수 있는 것으로서 슬롯안테나(13)에서 방전챔버(30) 내로의 전자방사를 가능하게 한다.

피처리물대(32)는 피처리물(미도시)을 적치하기 위한 것으로서 방전챔버(30) 내에 있어서 유전체창(31)에 대향하여 설치되어 있다. 피처리물대(32)는 절연체(32a)를 개재함으로써 방전챔버(30)의 벽에 대해 전기절연상태로 연결되어 있다. 또한 피처리물대(32)에는 고주파 교류전원(32b)이 접속되어 있어 피처리물대(32)에 대해 고주파 교류전압을 인가할 수 있도록 되어 있다. 이 경우고주파 교류전압을 인가하는 것을 대신하여 저주파 교류전압이나 직류전압을 인가할 수도 있다.

더욱이 도시예에 있어서, 피처리물대(32)가 방전챔버(30)의 바닥벽을 구성하는 예를 도시했는데, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 바닥벽과는 별개의 부재로 구성된 피처리물대를 사용할 수 있다.

피처리물대(32)에 피처리물의 온도를 제어하기 위한 온도제어기구를 설치할 수 있다. 이러한 온도제어기구는 정전기력을 이용한 피처리물의 흡착기구(이른바 정전 척) 및 열전도성 가스를 피처리물과 피처리물대(32) 사이에 흘려보내거나 모으는 기구 중에 한쪽 또는 둘다 할 수 있다. 예컨대 피처리물(미도시)은 이러한 온도제어기구에 의해 저온으로 유지할 수 있다.

가스도입부(33)는 방전챔버(30) 내로 가스를 도입하기 위한 것이다.

배기구(34)는 진공배기계(미도시)에 접속되어 있다. 이로써 진공배기계의 제어에 의해 방전챔버(30)의 진공 당김이나 감압상태에서의 유지라는 방전챔버(30)의 압력제어를 수행할 수 있다.

[제1실시형태의 제1동작예]

다음에 상기와 같이 구성된 플라즈마 처리장치의 제1동작예에 대해 설명하기로 한다.

우선 처음에 피처리물(미도시, 전형적으로는 웨이퍼) 근방에서 원하는 균일플라즈마를 얻을 수 있는 이상적인 초기 플라즈마 분포(예컨대 도 1b와 같은 M자형 플라즈마 분포)를 상정하고, 그러한 이상적 초기 플라즈마 분포를 얻을 수 있는 분포로 미리 슬롯안테나가 형성되어 있는 것으로 가정한다.

여기에서 슬롯안테나(13)끼리의 간격은 마이크로파의 반파장의 정수배로 해야만 하는 종래적 제한에 구애받지 않고, 피처리물의 크기나 장치크기 등을 감안하여 자유로이 설정할 수 있다. 이것이 본 발명의 중요한 포인트이다.

그리고 플라즈마 형성에 있어서 도 4a∼도 4e에 도시한 각종 형태에 따라 방사용 도파관(12)의 폭의 치수를 슬롯안테나(13) 근방에서 국소적으로 적절하게 변화시킨다(이 경우의 국소적인 치수변화는 도 4a, 도 4b, 도 4e와 같이 가변적인 것이어도 좋고 또한 도 4c, 도 4d와 같이 고정적인 것이어도 좋다).

이로써 관내 파장이 국소적으로 변화하게 되어 슬롯안테나(13)가 형성되어 있는 위치로 전달 마이크로파의 대진폭 강도부분을 쉬프트시킬 수 있으며, 각 슬롯안테나(13)로부터의 방사강도를 최대로 하여 상정한 대로의 초기 플라즈마 분포를 얻을 수 있다.

이 제1실시형태에 있어서는, 슬롯안테나(13)의 내주 길이가 사용되고 있는 마이크로파의 자유공간 파장과 거의 동일하게 되어 있으므로, 슬롯안테나폭이 실질적으로 충분히 작은 것이라면, 슬롯안테나를 이루는 직사각형 슬롯의 긴변의 길이가 거의 반파장과 같아져 슬롯안테나(13)로부터의 방사효율이 최대가 된다.

또한 슬롯안테나(13)가 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파 전송방향에 대해 거의 직각으로 배치되어 있음으로써 효율적인 전자방사를 기대할 수 있다. 이것은 슬롯안테나(13)가 방사용 도파관(12) 내의 마이크로파 전송방향에 대해 소정 각도로 배치되어 있는 경우도 동일하다.

상기에 방사용 도파관(12)의 폭이 조절 가능하게 되어 있는 예를 도시했지만, 방사용 도파관(12)의 높이를 조절할 수 있는 구성을 채용해도 동일한 효과를 기대할 수 있다.

또한 상기에 방사용 도파관(12)이 직사각형 도파관인 경우를 예로 들었으나, 방사용 도파관(12)은 임의 형상으로 할 수 있다. 그 경우 슬롯안테나가 배치되어 있는 근방의 각종 치수(폭이나 높이 또는 내직경 등)를 조절할 수 있다.

또한 방사용 도파관(12) 내의 치수는 마이크로파 전송방향에 있어서 점차 변화해 감으로써(즉, 급격한 치수변화가 아님으로써) 치수변화부분에 의한 반사와 같은 치수변화에 근거한 전자손실을 최소화 할 수 있다.

또한 방사용 도파관(12)의 종단부에 플랜저(20)를 설치함으로써 마이크로파 전송조건의 미세조정을 수행할 수 있다.

또한 형성된 플라즈마 내에는 전기적으로 중성의 활성래디컬과 활성이온이 포함되어 있다. 피처리물대(32)에 고주파 교류전압이나 저주파 교류전압이나 직류전압을 인가함으로써 활성이온만을 선택하여 피처리물과 반응시킬 수 있다. 이로써 이방성 에칭이나 애싱, 데포지션이 가능해진다.

이 경우 피처리물대(32)에 피처리물의 온도를 저온으로 제어하기 위한 온도제어기구가 설치되어 있으면 중성래디컬의 반응성이 한층 약해져 에칭이나 애싱, 데포지션의 이방성이 높아진다.

[제1실시형태의 제2동작예]

다음에 상기와 같이 구성된 플라즈마 처리장치의 제2동작예에 대해 설명한다.

최근 반도체 및 액정 등의 플랫패널 디스플레이 제조분야에 있어서 피처리물 위에 형성된 회로는 고집적화 때문에 미세화나 박막화가 진행되고 있으며 또한 고속·저전력동작을 목적으로 재질도 다종화되고 있다. 피처리물 위의 회로가 복잡해짐으로써 처리방법도 복잡해지고 복수의 처리조건을 연속하여 실시하도록 요구되고 있다.

플라즈마 처리중에 예컨대 가스 종류나 가스압력 등의 처리조건을 변경하면 플라즈마의 확산상황이 변화되기 때문에 플라즈마 분포특성도 변화하게 된다. 이 제2동작예는 이러한 상황하에서 적합하게 사용할 수 있는 것이다. 즉 이 제2동작예에 있어서는, 예컨대 가스 종류나 가스압력 같은 처리조건을 급격히 변경한 경우라도 바로 피처리물 근방의 플라즈마 분포를 균일화할 수 있다.

이 제 2동작예에 대해 도 4a의 구성을 예로서 설명한다. 여기에서는 도 4a의 구성예에 있어서 4개의 슬롯안테나(13)가 도 5a에 도시한 바와 같이 방사용 도전관(12) 내에 있어서 어느 기준위치로부터 측정하여 L₁,L₂,L₃,L₄의 위치에 형성되어 있는 것으로 한다. 이 경우 이들 슬롯안테나 위치는 어느 제1처리조건에 있어서는 L₁,L₃으로부터의 전자방사에 의해 피처리물 근방에서의 균일 플라즈마 분포를 얻을 수 있으며, 제1처리조건과는 다른 제2처리조건에 있어서는 L₂,L₄로부터의 전자방사에 의해 피처리물 근방에서 균일 플라즈마 분포를 얻을 수 있도록 선택되어 있는 것으로 한다.

제1처리조건에 있어서 플라즈마 처리를 하는 경우에는, 가동판(16)끼리의 간격은 L₁,L₃의 위치에 있는 슬롯안테나(13)로부터의 전자방사가 더욱 강해지는 거리 a₁으로 선택된다.(도 5b 참조)

그 후 급격히 제2처리조건으로 조건변경을 하더라도 가변판(16)끼리의 간격을 L₂,L₄의 위치에 있는 슬롯안테나(13)로부터의 전자방사가 더욱 강해지는 거리 a₂로 변경함으로써 제2처리조건하의 최적 처리상황으로 순식간에 절환할 수 있다. 각각의 경우에 있어서 약하게 방사되는 슬롯안테나(13)로부터의 전자방사의 영향도 고려하여 조건설정을 하는 것이 더욱 바람직하다.

[제2실시형태]

도 6은, 본 발명의 플라즈마 처리장치의 제2실시형태를 나타내고 있다. 이 제2실시형태에 있어서는 플라즈마 생성장치(40)의 구성이 상기 제1실시형태의 플라즈마 생성장치(10)와 서로 다르다. 이 제2실시형태의 방전챔버(30)의 구성에 대해서는 상기 제1실시형태의 방전챔버(30)와 동일 구성이기 때문에 그 설명을 생략한다.

도 7a는 이 제2실시형태에서의 플라즈마 생성장치(40)를 개념적으로 도시한 것이다. 도 7a에 있어서는 플라즈마 생성장치(40)는 1개의 도파관(11)에 대해 2개의 방사용 도파관(12)이 접속되어 있다.

이 경우 변형예로서 도 7b에 도시한 바와 같이 플라즈마 생성장치는 1개의 도파관(11)에 대해 4개의 방사용 도파관(12)을 접속한 구성으로 할 수도 있다. 물론 1개의 도파관(11)에 대해 접속되는 방사용 도파관(12)의 수는 이들 예시에 한정되지는 않으며 임의로 선택 가능하다.

이 제2실시형태에서의 방사용 도파관(12)의 구성예가 도 8a∼도 8e에 도시되어 있다. 이들 구성예는 각각 도 4a∼도 4e에 대응하고 있으며, 도 4a∼도 4e에 도시한 각 방사용 도파관(12)을 거울형 관계로 접속한 구성으로 되어 있다.

이 제2실시형태에서의 작용효과는, 상기 제1실시형태에서의 작용효과와 동일하다. 그러나 이 경우에는 대면적에 걸쳐 균일한 플라즈마를 얻기 쉽다.

이 제2실시형태에 있어서는 도파관(11)과 각 방사용 도파관(12)의 접속부분이 직각이므로 이 접속부분에 있어서 마이크로파의 반사를 방지할 수 있는 공지수단을 설치해두는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치에 따르면, 슬롯안테나 분포를 자유롭게 설정했다고 해도 방사용 도파관의 치수를 슬롯안테나 근방에 국소적으로 변화시킴으로써 관내 파장을 국소적으로 변화시킬 수 있으며, 슬롯안테나가 형성되어 있는 위치에서의 전달 마이크로파의 진폭강도를 조절할 수 있어 피처리물 근방에서 균일한 플라즈마 분포를 얻을 수 있도록 원하는 초기 플라즈마 분포를 얻을 수 있다.

Claims

마이크로파 발진기에서 발진된 마이크로파를 전송하는 도파관(11)과, 이 도파관에 대해 접속됨과 동시에 복수의 슬롯안테나(13)가 형성되어 있는 방사용 도파관(12)과, 이 방사용 도파관이 유전체창(31)을 통해 연결되어 있는 상기 슬롯안테나로부터의 전자방사를 받도록 구성된 방전챔버(30)를 구비하여 이루어진 플라즈마 생성장치(10,40)에 있어서,

상기 슬롯안테나 근방의 상기 방사용 도파관의 치수를 국소적으로 변화시킴으로써, 상기 방사용 도파관 내에 있어서 상기 마이크로파의 파장을 국소적으로 변화시켜 상기 슬롯안테나에서 상기 방전챔버를 향해 방사되는 전자방사의 강도분포를 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로파의 주파수는 1GHz∼50GHz인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 슬롯안테나의 내주 길이가 상기 마이크로파의 자유공간 파장과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 슬롯안테나가 상기 방사용 도파관 내의 마이크로파 전송방향에 대해 소정 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 방사용 도파관 내의 마이크로파 전송방향에 대해 거의 직각으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 방사용 도파관 내의 높이 또는 폭이 조절 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제6항에 있어서, 상기 방사용 도파관이 직사각형 도파관이며, 상기 슬롯안테나가 배치되어 있는 근방의 폭이 조절 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 방사용 도파관 내의 높이 또는 폭이 마이크로파 전송방향에 있어서 점차 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제8항에 있어서, 상기 방사용 도파관이 직사각형 도파관이며, 상기 슬롯안테나가 배치되어 있는 근방의 폭이 마이크로파 전송방향에 있어서 점차 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제8항에 있어서, 상기 방사용 도파관 내의 높이 또는 폭이 마이크로파 전송방향에 있어서 점차 변화하고 있으며, 그 변화율을 조정 가능하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제10항에 있어서, 상기 방사용 도파관이 직사각형 도파관이며, 상기 슬롯안테나가 배치되어 있는 근방의 폭이 마이크로파 전송방향에 있어서 점차 변화하고 있으며, 그 변화율을 조정 가능하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 도전체판으로 이루어진 플랜저(20)가 상기 방사용 도파관의 종단부에 상기 방사용 도파관 내의 마이크로파 전송방향에 대해 이동 가능하게 설치되어 있으며, 이 플랜저의 전위는 상기 방사용 도파관의 전위와 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 있어서, 하나의 도파관(11)에 대해 복수의 상기 방사용 도파관(12,12)이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치(40).
제13항에 있어서, 도전체판으로 이루어진 플랜저(20)가 상기 복수의 방사용 도파관의 각 종단부에 상기 방사용 도파관 내의 마이크로파 전송방향에 대해 이동 가능하게 설치되어 있으며, 각 플랜저의 전위는 각각의 상기 방사용 도파관의 전위와 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
제1항에 기재되어 있는 플라즈마 생성장치를 구비하는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리장치.
제15항에 있어서, 상기 방전챔버 내에 상기 유전체창에 대향하여 피처리물을 적치하기 위한 피처리물대(32)가 설치되며, 이 피처리물대에 교류전압을 인가 가능하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제15항에 있어서, 상기 방전챔버 내에 상기 유전체창에 대향하여 피처리물을 적치하기 위한 피처리물대(32)가 설치되며 이 피처리물대에 직류전압을 인가 가능하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제15항에 있어서, 상기 방전챔버 내에 상기 유전체창에 대향하여 피처리물을 적치하기 위한 피처리물대(32)가 설치되며, 상기 피처리물대에 피처리물의 온도를 제어하기 위한 온도제어기구를 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.