KR20020039638A - 기재표면의 플라즈마 화학처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기재표면의 플라즈마 화학처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정률(process rate)과 균일도(uniformity)를 높이기 위하여 고주파 용량방전을 이용하여 기재표면을 플라즈마 화학처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 기재표면을 처리할 때 공정기체(process gas)가 유입되는 기체유입부와 상기 기체유입부로 유입된 공정기체를 고주파 용량방전(capacity discharge)으로 활성화시키는 플라즈마원(plasma source), 상기 플라즈마원에 의해 활성화된 공정기체에 의해 처리되는 기재(substrate)를 홀딩 시키는 기재홀더, 상기 플라즈마원에 전원을 공급하며 그 일측에 정합장치(matching device)가 설치된 고주파발전기(RF generator), 상기 플라즈마원의 전극측 전압강하 조절을 위해 상기 플라즈마원에 연결된 웨이브트랩과 극성을 바꿀 수 있도록 한 극성변환가변직류전원 및 상기 플라즈마원 둘레에 설치되어 플라즈마원의 자장을 가변 시킬 수 있는 솔레노이드를 포함한다.

Description

기재표면의 플라즈마 화학처리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PLASMA CHEMICAL TREATMENT OF A SUBSTRATE SURFACE}
본 발명은 기재표면의 플라즈마 화학처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체산업에 사용되고 기타 전기 및 기계공학 분야에 응용될 수 있는 기재표면의 플라즈마 화학처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
유도방전을 이용하여 공정기체(process gas)를 활성화시켜 기재표면을 처리하는 플라즈마 화학처리 공정에 대한 방법과 장치는 잘 알려져 있다.
그러나 상기 유도방전을 이용한 플라즈마 화학처리 공정에서는 플라즈마의 변수들이 매우 불균일하며, 전자의 밀도가 낮은 부분이 존재하여 공정기체 활성도가 균일하지 않게된다. 따라서 기재의 표면은 불균일하게 처리된다.
만약 방전전극 코일의 위치가 기체의 유로에 보다 근접할 수 있다면 상기 방전이 개선될 수 있다. 이에 하부에 기재가 배치되고 상부에 기체공급장치가 배치된 깔대기 모양의 방전전극 코일이 제안되었다(러시아 발명번호 No. 732634, H01L 21/00, 1979). 상기 장치에서는 공정기체가 코일의 상부에서부터 축상에 존재하는 플라즈마 영역을 통과하므로 공정의 균일성(process uniformity)이 개선되었다. 코일 주위의 공정기체는 유로의 하부에서 더욱 활성화되어, 기재표면에 도달하는 활성기체의 균일도는 플라즈마 확산과정에 의해 증가된다.
그러나 상기 발명은 요구되는 처리의 품질을 유지하는데 필요한 공정 균일성을 조절할 수 있는 방법을 제시하지 못하여 공정률에는 거의 변화가 없는 단점이 있다.
이에 용량방전(capacity discharge)을 이용한 플라즈마 화학처리장치가 개발되었다. 상기 용량방전을 이용하는 경우에는 플라즈마에 접한 전극의 표면이 전극 쉬스(electrode sheath)로 쌓이고, 여기서 상당한 전위차가 생긴다.
이에 이온이 전극표면에 충돌하고 102-103eV의 에너지를 갖는 2차전자빔을 산출하여 플라즈마에 들어와서 모든 공정기체들을 활성화시키는 것이다. 이러한 용량방전을 이용한 플라즈마 화학처리 장치는 다수가 있다. (예를 들면 Goto H.H. 외, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, 1991, V.4, No.2, pp.111-121). 그러나 상기의 장치들은 공정기체의 활성화 정도에 크게 영향을 미칠 수 있는 기체공급역학과 방전구조의 조화를 고려하지 아니하여 실질적으로 기재표면을 처리하는데 있어서 균일성과 공정률의 개선은 없었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 기재표면을 에칭하거나 증착하는 처리과정에서 공정률과 공정의 균일도를 동시에 높일 수 있는 플라즈마 화학처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학처리 장치의 개략도.
도 2는 도 1의 중앙전극 또는 외부전극의 일 실시예에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 중앙전극의 또는 외부전극의 또 다른 실시예에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 플라즈마원이 장착된 플라즈마 화학처리 장치의 개략도.
도 5는 도 4의 다수의 플라즈마원의 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 기체유입부12: 기체유입슬리브관
14: 기체코렉터20: 플라즈마원
22: 중앙전극24: 외부전극
30: 기재홀더32: 솔레노이드
34: 기재40: 고주파전원
42: 고주파발진기44: 입력병렬콘덴서
46: 출력차단콘덴서50: 정합장치
60, 62: 웨이브트랩64,66: 극성변환가변직류전원
68: 가변차단콘덴서70: 고주파파워차단콘덴서
72: 인덕터74: 가변저항
76: 스위치
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기재표면의 플라즈마 화학처리 장치는 공정기체(process gas)가 유입되는 기체유입부, 상기 기체유입부로 유입된 공정기체를 고주파 용량방전(capacity discharge) 으로 활성화시키는 플라즈마원(plasma source), 상기 플라즈마원에 의해 활성화된 공정기체에 의해 처리되는 기재(substrate)를 홀딩 시키는 기재홀더, 상기 플라즈마원에 전원을 공급하며 그 일측에 정합장치(matching device)가 설치된 고주파발전기(RF generator), 상기 플라즈마원의 전극측 전압강하 조절을 위해 상기 플라즈마원에 연결된 웨이브트랩, 극성을 바꿀 수 있도록 상기 웨이브트랩에 연결된 극성변환가변직류전원 및 상기 플라즈마원의 둘레에 설치되어 상기 플라즈마원의 자장을 가변시킬 수 있는 솔레노이드를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마원은 그 표면이 도체로 형성된 중앙전극과 외부전극으로 구성되며 상호 동축(co-axial)으로 형성되며, 상기 솔레노이드는 반대 방향 자장(opposite field)을 갖도록 두 개로 나누어질 수 있다.
상기 중앙전극은 그 하단부가둥근모양으로 형성될 수 있고, 상기 외부전극과 상기 중앙전극의 하나 이상은 반응 표면적을 확장시키기 위하여 굴곡을 두어 형성되거나, 반경방향 방전구조를 변환하기 위하여 표면에 구멍이 형성된 유전체 피막으로 도포될 수 있다.
또한 상기 정합장치는 변압기형의 정합장치를 사용할 수 있다.
상기 기재홀더는 고주파 파워 차단콘덴서를 통해 상기 정합장치의 일측에 연결되고 웨이브트랩과 극성을 바꿀 수 있는 극성변환가변직류전원을 통해 상기 외부전극에 공동으로 연결되어 상기 플라즈마원과 병렬로 연결될 수 있고, 솔레노이드로 둘러 쌓일 수 있다.
상기 기재홀더는 상호 직렬로 연결된 인덕터, 가변저항, 스위치에 상기 차단콘덴서가 병렬로 연결된 회로에 연결될 수 있으며, 상기 인덕터가 동작 주파수에서 상기 차단콘덴서의 최소값과 공진 하도록 구성된다.
상기 플라즈마원은 하나 이상이 사용될 수 있으며 상기 하나 이상의 플라즈마원들은 병렬로 배치될 수 있고, 상기 병렬배치는 상기 플라즈마원 중 하나를 중앙에 배치하고 다른 플라즈마원은 상기 중앙 플라즈마원 외주를 원형 영역으로 둘러싸도록 배치할 수 있으며, 상기 각각의 플라즈마원의 방전 모드는 독립적으로 조절될 수 있다.
상기 플라즈마원들은 상기 중앙 플라즈마원에 병렬로 공동의 고주파전원에 연결되고 각각의 전기가 도입되는 부분에 가변차단콘덴서를 포함할 수 있고, 상기 기재홀더는 축방향으로 움직일 수 있도록 구성될 수 있다.
또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기재표면의 플라즈마 화학처리 방법은 공정기체(process gas)를 기체의 흐름을 가로지르는 고주파 활성방전으로 여기된 플라즈마원을 따라 공급하여 활성화시키는 활성화단계와 상기 전극의 길이방향 구조(longitudinal structure)의 변형에 의해 출구에서 얻어지는 기체 활성도의 분포를 조절하는 기체활성분포조절단계를 포함하여 고주파 용량방전(capacitance discharge)에 의해 공정기체를 활성화하여 처리영역으로 공급한다.
상기 활성화단계에 있어서 상기 플라즈마원은 동축으로 배열된 중앙전극과 외부전극으로 구성되어 있으며, 상기 동축형 전극 방전의 사용과 기체압력 조정과 웨이브트랩과 극성을 바꿀 수 있는 가변 직류전원을 전극에 연결하여 전극인접 전압강하를 조절할 수 있도록 한 플라즈마원 및 이에 의하여 반경방향 방전구조(discharge's radial structure)의 분포를 조절할 수 있다.
상기 활성화단계에 있어서 상기 플라즈마원은 동축으로 배열된 중앙전극과 외부전극으로 구성되어 있으며, 상기 동축형 전극 방전의 사용과 전극인접 전압강하와 기체압력 조정에 의하여 반경방향 방전구조(discharge's radial structure)의 분포를 조절할 수 있다.
상기 반경방향 방전구조는 상기 내부전극과 상기 외부전극을 구성하는 물질과 상이한 2차전자 방출계수(secondary electron emission coefficient)를 갖는 균일 피막으로 도포 하여 조절할 수 있다.
상기 방전의 방전구조를 변환하기 위하여 웨이브트랩과 극성을 바꿀 수 있는 극성변환가변직류전원을 전극에 연결한 플라즈마원 그리고 짧은 직류 또는 교류 솔레노이드의 자장을 상기 플라즈마원의 축방향을 따라 인가할 수 있으며, 상기 솔레노이드는 상호 반대 극성을 발생시키는 두 부분으로 형성되어 상기 플라즈마원의 길이방향으로 자장을 인가할 수 있다.
상기 기체활성분포조절단계는 상기 공정기체의 수명(life duration)에 따라 상기 공정기체로 처리하고자 하는 기재를 홀딩하기 위해 장착된 기재홀더와 상기 플라즈마원과의 거리(distance)를 조절할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
그러나 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 단순한 설계상의 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학처리 장치의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 화학처리 장치는 기체유입부(10), 플라즈마원(20), 기재홀더(30), 고주파전원(40), 정합장치(50), 웨이브트랩(60,62), 극성변환가변직류전원(64,66), 솔레노이드(26,32)로 구성된다.
상기 기체유입부(10)는 공정기체(process gas)가 유입되는 부분으로서 기체유입슬리브관(12)과 기체코렉터(14)를 포함한다.
상기 기체유입슬리브관(12)으로 유입된 공정기체는 상기 기체코렉터(14)를 거쳐 방전영역(A)으로 흘러간다.
상기 방전영역(A)이란 상기 플라즈마원(20)에 의해 방전이 일어나는 영역이다. 상기 방전영역(A)에 유입된 공정기체는 상기 플라즈마원(20)에서 생성된 플라즈마에 의해 활성화되어 상기 기재홀더(30) 상의 기재(34)를 에칭 하거나 증착하는 화학처리를 한다.
상기 플라즈마원(20)은 중앙전극(22)과 외부전극(24)으로 구성된다.
상기 중앙전극(22)과 외부전극(24)은 동축(co-axial)으로 배치되어 있으며, 상기 전극들(22,24) 사이에는 공정기체의 흐름을 가로지르도록 방전구조(dischargestructure)가 형성된다.
상기 방전구조란 상기 방전영역(A)에 형성된 방전의 형태로서 플라즈마로부터 고속 이온이 흘러들고 반대로 운동하는 2차전자의 흐름이 있는 상기 중앙전극(22)과 외부전극(24)에 인접하게 형성된 시즈영역과 상기 시즈영역 사이에 형성된 전자가 무거운 입자들과 충돌하여 에너지를 잃는 플라즈마 영역을 의미한다.
상기 공정기체는 상기 방전영역(A) 내에서 여기된 전자의 충돌로 인하여 활성화되는데 상기 초기의 공정기체는 여기된 상태의 분자와 원자, 상기 분자와 원자의 해리된 산물, 음과 양으로 대전된 이온 형태의 전리 입자가 되며 상기의 입자들을 활성종이라 한다.
상기한 바와같이 종래의 유도방전을 이용한 장치나 용량방전을 이용한 장치는 공정 용도에 적합하게 상기 방전구조를 조절할 수 없는 단점이 있었다.
이에 본 발명에 따른 플라즈마 화학처리장치에 의하면, 상기 방전구조의 조절에 의해 최적의 활성종 형태와 분포를 얻을 수 있게된다.
상기 플라즈마원(20)을 동축형으로 구성한 것은 상기 방전 영역의 우수성에 관련되어 있고 상기 방전구조의 조절은 상기 영역의 절대적 크기에 관련된다.
상기 방전구조는 방전영역(A)의 길이방향구조와 반경방향구조로 대분할 수 있으며, 공정의 목적에 따라서 상기 방전영역(A)의 길이방향구조와 반경방향구조를 변화시킨다.
상기 길이방향구조는 상기 플라즈마원(20)의 길이 조절, 상기 기재홀더(30)와 상기 플라즈마원(20)과의 거리 조절, 상기 플라즈마원(20)에 솔레노이드(26)를 부가하여 변화시킬 수 있다.
상기 플라즈마원(20)의 길이는 상기 중앙전극(22)과 상기 외부전극(24)의 길이를 조절함으로써 달성될 수 있다. 기체의 활성화가 촉진되는 것은 상기 특성은 상기 전극들(22,24)의 표면을 따라 기체의 유동이 이루어지는데 기인한 것이다.
상기 기재홀더(30)와 상기 플라즈마원(20)과의 거리는 상기 기재홀더(30)를 축방향으로 이동함으로써 달성될 수 있다.
상기 기재홀더(30)는 평판형으로 형성될 수 있으며, 상기 기재홀더(30)는 가변 주름상자에 의해 진공 밀폐되고 수동 혹은 기계적 구동수단에 의하여 축방향으로 이동될 수 있다.
또한 상기 플라즈마원(20)의 일측에 솔레노이드(26)를 부가하여 상기 길이방향의 방전구조를 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 방전영역(A)의 반경방향 구조는 상기 플라즈마원(20)의 정전전압 강하의 조절, 상기 방전영역(A) 내의 기체압력조절, 상기 플라즈마원(20)을 2차전자방출계수가 다른 물질로 도포, 상기 플라즈마원(20)의 표면적 변화, 상기 솔레노이드(26)의 부가에 의해 변화될 수 있다.
이하에서는 상기 방전영역(A)의 반경방향 구조를 변화시키기 위한 본 발명에 따른 구성을 상술하도록 한다.
칩 생산에 있어 기재의 형태를 고려하여 상기 플라즈마원(20)은 동축형으로 구성되고, 고주파 용량방전에 있어 방전 시즈의두께는 공정기체의 압력에 반비례한다. 상기 공정기체의 압력 조절은 활성영역 시즈의 두께를 변화시키고 이에 따라 그 주변의 기체가 더욱 활성화되도록 할 수 있다. 상기 기체 압력 조절은 반대되는 두 활성영역을 연결시키고 부분적으로 중첩시켜서 기체의 활성분포의 형태를 완만하게 만들고, 기재의 균일처리를 방해하는 확산의 영향을 상쇄시키기 위해 미리 예정된 보정을 만들 수 있다.
상기 활성영역의 재분포는 고주파 방전과 직렬 연결된 웨이브트랩(60)과 극성을 바꿀 수 있는 극성변환가변직류전원(64)의 회로에 의해 실행된다. 상기 웨이브트랩(60)은 고주파 파워의 누설을 막지만 회로의 직류는 방해하지 않는다. 이러한 조절은 방전전극이 플라즈마와 전기적으로 직결되어 있을 때에만 가능하다.
따라서 본 발명에 따른 상기 플라즈마원(20)은 전기적으로 도전성인 표면을 갖는 전극(22,24)을 갖도록 해야만 한다.
상기 반경방향의 방전구조는 상기 중앙전극(22)과 상기 외부전극(24)의 표면적을 조절하여 변화시킬 수 있다. 용도에 따라서 상기 전극들(22,24)의 표면적을 넓히기 위하여 상기 전극들(22,24)은 굴곡을 두어 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 중앙전극 또는 외부전극의 일 실시예에 따른 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 중앙전극(22) 또는 상기 외부전극(24)은 단면이 물결모양이 되도록 형성될 수 있고 주름잡힌 모양으로도 형성될 수 있다.
상기 전극들(22,24)의 표면적이 넓게 형성된 경우에는 전극의 전류밀도를 변화시키고 이에 따른 전압강하의 변화로 플라즈마 화학처리장치의 기체 활성도가 높아진다. 이에따라 기체의 활성도가 증가되므로 공정률이 증가된다.
또한 상기 전극인접 전압강하의 크기는 전극 기재 재료의 특성에 의존한다.
상기의 전압강하는 특히 2차전자 방출계수가 증가하면 감소한다.
도 3은 본 발명에 따른 중앙전극 또는 외부전극의 일 실시예에 따른 단면도이다.
상기 도 3에 도시된바와 같이 상기 중앙전극(22) 또는 상기 외부전극(24)의 표면에 이러한 2차전자 방출계수가 다른 물질이 균일하게 도포되어 있으며 상기 전극(22,24) 표면은 구멍 뚫린 유전체 막으로 도포될 수 있다.
상기 전극(22,24)들을 도포하게 되면, 상기 전극들(22,24) 부근의 전압강하는 감소하며 방전특성은 전극 자체의 것이 유지된다. 이 경우 후속 전압강하의 재분포의 크기가 줄어들고 조절은 용이해 진다.
한편 상기 중앙전극(22)의 하단부는 둥근모양으로 형성될 수 있는데, 이는 상기 중앙 전극의 끝의 전장의 세기를 조절하여 활성도 분포를 개선할 수 있기 때문이다.
상기 방전영역(A)에서의 기체활성도의 증가를 위해 상기 플라즈마원(20)에 직류 혹은 교류의 짧은 솔레노이드(26)로 축상 자장을 둔다. 이 자장은 방전전장과 결합하여 플라즈마의 전리도를 두 급 높일 수 있고 따라서 기체의 활성도도 높일 수 있으므로 저압 고주파 방전에 유리하다. 따라서 본 발명은 공정률을 더욱 높일 수 있다.
또한 (내경보다 길이가) 짧은 솔레노이드(26)에서의 자장의 세기는 반경방향의 주변부로 갈수록 증가하여 기재의 균일 공정을 얻기 위해 필요한 기체 활성도의예측된 변화에 도달되는데 도움이 된다. 상기 솔레노이드(26)가 반대로 전력이 인가되는 두 부분으로 나뉘면 축방향 자장이 없는 부분을 만들게 되고 방전은 그 부분에 고정된다. 상기 방법은 솔레노이드(26) 내에 공간을 남기고 높은 전리도의 방전모드를 피하기 위해 사용된다. 대체된 자장은 공정기체 흐름의 방위각방향 균일도를 증가시키게 된다.
상기 변압기 정합장치(50)는 고주파발진기(42)의 캐비넷에 접지전위를 제공한다. 이는 전기적인 안전의 관점에서 중요하며 접지전위와 다른 외부전극(24)의 중간전위를 화학처리장치 주변에 국한시킬 수 있다.
상기 정합장치(50)의 2차코일을 상기 고주파파워차단콘덴서(70)를 통해 기재홀더(30)에 연결하는 것은 기재의 여러 공정에 필요한 전극에 고주파 전위의 공급이 가능하게 한다.
증착과 같이 이온 충격의 에너지가 낮은 것이 요구될 때는 상기 고주파파워차단콘덴서(70)를 최소로 감소시킬 수 있다. 상기 방식은 이온에너지(Ei)가 약10 1 eV(electron-Volts)가 되도록 한다. 상기 고주파파워차단콘덴서(70)에 인덕터(72)과 가변저항(74) 회로를 부가하면 부드럽게 상기 기재홀더(30)의 전위를 인접 플라즈마의 부동전위(floating potential)와 같은 Ei ~100eV 까지 서서히 올릴 수 있다.
그리고 상기 극성변환가변직류전원(66)에서 웨이브트랩(62)을 거쳐 상기 기재홀더(30)에 에서 시작하여 양의 전위를 공급하면 기재(34)의 전위를 방전영역(A)안의 플라즈마 전위와 같이 만들 수 있다. 이 경우 기재(34) 상에 박막을 부드럽게 증착시킬 수 있다. 만약 박막이 유전체라면 공정 중에 상기 기재홀더(30)의 전위는 부동준위 까지 서서히 낮아질 것이다. 이 단계에서 계속되는 저속 이온 충격은 상기 박막을 손상시키기 못한다. 왜냐하면 이 단계까지 상기 기재(34) 상에 박막이 부드럽게 형성되고 새로 증착된 원자층에 의해 안정적으로 보호되기 때문이다.
한편, 직경 500mm이상의 큰 기재(34)의 표면을 균일하게 플라즈마 화학처리하기 위해서는 상기 언급된 글로우방전에 의한 낮은 압력이 요구된다. 그러나 매우 낮은 압력은 실행 되야 하는 기술적인 공정을 저해하므로 바람직하지 않다. 이러한 경우에는 다수의 동축 플라즈마원(20)을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 플라즈마원이 장착된 플라즈마 화학처리장치의 개략도이며, 도 5는 상기 다수의 플라즈마원의 평면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 플라즈마원(20)들은 그 내부에서 모든 플라즈마원(20)의 국부적인 균일 플라즈마를 얻기 위해 조정되며, 외부 회로는 상기한 기체 활성도의 예측된 변화를 생성하기 위해 보다 활성이 높은 플라즈마를 만들어야 한다.
상기 다수의 플라즈마원(20)들은 하나의 공통된 고주파발진기(42)에 연결되고 각각의 전기입력부에 가변차단콘덴서(68)가 설치되어 각각 독립적으로 방전모드가 조절될 수 있다.
상기 기재홀더(30)는 추가의 솔레노이드(32)로 둘러 쌓일 수 있으며, 상기 기재홀더(30)의 고주파파워차단콘덴서(70)에 병렬로 인덕터(72), 가변저항(74), 스위치(76) 등이 직렬 연결된 회로가 연결될 수 있다.
이 경우 상기 인덕터(72)는 작동 주파수에서 차단콘덴서의 최저값과 공진 하도록 된다.
상기 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 화학처리장치의 동작은 다음과 같다.
기재(34)가 그 상부에 배치되어 있는 기재홀더(30)와 플라즈마원(20)의 거리가 조정되며, 상기 거리는 공정에 관여하는 기체의 활성종 수명을 고려하여 결정된다.
극성변환가변직류전원(64,66)의 출력전압은 본 발명이 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들의 기술에 따라 조정된다.
상기 중앙전극(22)과 외부전극(24)과 다른 부품들의 냉각 스위치(미도시)를 가동시키고, 플라즈마 화학처리 장치의 반응기 용기를 진공배기시킨다.
상기 공정기체를 기체유입슬리브관(12)에 주입시키기 시작하고 고주파발진기(42)의 스위치를 닫는다.
방전여기 후에 솔레노이드(26,32)로 전기 공급이 기술절차에 따라 시작되고, 기체압력과, 극성변환가변직류전원(64,66) 방전 정합이 조정된다.
입력병렬콘덴서(44)와 출력차단콘덴서(46) 및 고주파파워차단콘덴서(70)를 사용하고, 공정에 따라 인덕터(72)과 가변저항(74)을 작동시킨다.
공정 중에 기재(34) 앞의 전압강하와 플라즈마 이온의 농도가 계속 측정되어 기술절차에 따라 정확한 공정변수가 얻어져야 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 플라즈마 화학공정에 있어 공정기체와 동축형 용량방전 간의 장시간 접촉에 의해 활성도를 높일 수 있고, 플라즈마 전위를 조절하여 활성도 분포를 임의로 조절할 수 있으므로 공정률과 공정 균일도가 높은 플라즈마 화학처리 장치 및 방법을 제공하게 된다.
또한 교류전원의 사용은 값비싼 직류전원의 사용을 대체하여 경제성이 높아진 플라즈마 화학처리 장치 및 방법을 제공하게 된다.

Claims (20)

  1. 공정기체(process gas)가 유입되는 기체유입부;
    상기 기체유입부로 유입된 공정기체를 고주파 용량방전(capacity discharge) 으로 활성화시키는 플라즈마원(plasma source);
    상기 플라즈마원에 의해 활성화된 공정기체에 의해 처리되는 기재(substrate)를 홀딩시키는 기재홀더;
    상기 플라즈마원에 전원을 공급하며 그 일측에 정합장치(matching device)가 설치된 고주파발전기(RF generator);
    상기 플라즈마원의 전극측 전압강하 조절을 위해 상기 플라즈마원에 연결된 웨이브트랩과 극성과 전압을 바꿀 수 있도록 상기 웨이브트랩에 연결된 극성변환가변직류전원; 및
    상기 플라즈마원의 둘레에 설치되어 상기 플라즈마원의 자장을 가변시킬 수 있는 솔레노이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마원은 그 표면이 도체로 형성된 중앙전극과 외부전극으로 구성되며 상호 동축(co-axial)으로 형성된 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 솔레노이드는 반대 방향 자장(opposite field)을 갖도록 두 개로 나누어진 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 중앙전극은 그 하단부를 둥근모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 외부전극과 상기 중앙전극의 하나 이상은 반응 표면적을 확장시키기 위하여 굴곡을 두어 형성된 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 외부전극과 상기 중앙전극의 하나 이상은 표면에 구멍이 형성된 유전체 피막으로 도포된 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정합장치는 변압기형의 정합장치인 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재홀더는 고주파 파워 차단콘덴서를 통해 상기 정합장치의 일측에 연결되고 웨이브트랩과 극성을 바꿀 수 있는 극성변환가변직류전원을 통해 상기 외부 전극에 공동으로 연결되어 상기플라즈마원과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 기재홀더는 솔레노이드로 둘러 쌓인 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 기재홀더는 상호 직렬로 연결된 인덕터, 가변저항, 스위치에 상기 차단콘덴서가 병렬로 연결된 회로에 연결되어 있으며, 상기 인덕터가 동작 주파수에서 상기 차단콘덴서의 최소값과 공진 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마원은 하나 이상이 사용될 수 있으며 상기 하나 이상의 플라즈마원들은 병렬로 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 병렬배치는 상기 플라즈마원 중 하나를 중앙에 배치하고 다른 플라즈마원은 상기 중앙 플라즈마원 외주를 원형 영역으로 둘러싸도록 배치할 수 있으며, 상기 각각의 플라즈마원의 방전 모드는 독립적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 플라즈마원들은 상기 중앙 플라주마원에 병렬로 공동의 고주파전원에 연결되고 각각의 전기가 도입되는 부분에 가변차단콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재홀더는 축방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리장치.
  15. 공정기체(process gas)를 기체의 흐름을 가로지르는 고주파 활성방전으로 여기된 플라즈마원을 따라 공급하여 활성화시키는 활성화단계와
    상기 전극의 길이방향 구조(longitudinal structure)의 변형에 의해 출구에서 얻어지는 기체 활성도의 분포를 조절하는 기체활성분포조절단계를 포함하여 고주파 용량방전(capacitance discharge)에 의해 공정기체를 활성화하여 처리영역으로 공급하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 활성화단계에 있어서
    상기 플라즈마원은 동축으로 배열된 중앙전극과 외부전극으로 구성되어 있으며, 상기 동축형 전극 방전의 사용과 기체압력 조정과 웨이브트랩과 극성을 바꿀 수 있는 가변 직류전원을 전극에 연결하여 전극인접 전압강하를 조절할 수 있도록 한 플라즈마원 및 이에 의하여 반경방향 방전구조(discharge's radial structure)의 분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 방전의 반경방향 방전구조는 상기 내부전극과 상기 외부전극을 구성하는 물질과 상이한 2차전자 방출계수(secondary electron emission coefficient)를 갖는 균일 피막으로 도포 하여 조절하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 방전의 방전구조를 변환하기 위하여 웨이브트랩과극성을 바꿀 수 있는 가변 직류전원을 전극에 연결한 플라즈마원 그리고 짧은 직류 또는 교류 솔레노이드의 자장을 상기 플라즈마원의 축방향을 따라 인가하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 방전의 방전구조를 변환하기 위하여 상기 솔레노이드는 상호 반대 극성을 발생시키는 두 부분으로 형성되어 상기 플라즈마원의 길이방향으로 자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 기체활성분포조절단계는
    상기 공정기체의 수명(life duration)에 따라 상기 공정기체로 처리하고자 하는 기재를 홀딩하기 위해 장착된 기재홀더와 상기 플라즈마원과의 거리(distance)를 조절하는 것을 특징으로 하는 기재표면의 플라즈마 화학처리방법.
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