KR20020043446A - 플라즈마 프로세스 장치 - Google Patents

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Abstract

챔버 내부(13)와 대면하는 제2 유전체(5)의 측면상에 제공되는 슬롯 안테나판(7)은 챔버 내부(13)로 마이크로파를 방사하도록 제2 유전체(5)상에 위치된다. 슬롯 안테나판(7)은 도체로 제조되고 챔버 내부(13)를 관통하여 마이크로파를 통과시키도록 슬롯(7a)들을 포함한다. 이런 방식으로, 처리될 재료에 대한 이온 조사 에너지가 재료의 평면내의 재료에 대해 균일한 플라즈마 프로세스를 달성하도록 용이하게 조정할 수 있는 플라즈마 프로세스 장치가 마이크로파에 의한 플라즈마를 발생하면서 제공된다.

Description

플라즈마 프로세스 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 프로세스 장치들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들어 반도체 장치, 액정 화면 또는 태양 전지의 제조 프로세스용으로 사용되는 에칭, 막 형성 및 애싱(ashing) 장치와 같은 플라즈마 프로세스 장치에 관한 것이다.
반도체 장치, 액정 화면 등의 제조용으로 사용되는 기판의 크기가 증가함에 따라, 플라즈마 프로세스 장치들은 큰면적을 갖는 기판을 처리하기 위해 최근에 발전했다. 장치들은 크기가 1 m ×1 m 이상의 기판을 처리하는 액정 화면에 대해서특히 발전했다. 이런 장치들은 균일한 플라즈마를 만드는 과제를 해결한다. 예를 들어 막 형성, 에칭 및 애싱을 위해 발전된 이런 장치들에 의해 해결되는 과제는 장치들의 처리량의 증대를 위한 플라즈마 프로세스율의 향상이다. 드라이 에칭 장치에 대한 과제는 증가된 층들의 수뿐만 아니라 더욱 더 감소된 패턴의 크기를 충족시키도록 에칭에 의해 제조된 단면 형상을 제어하는 것이다.
균일한 플라즈마를 보장할 목적인 마이크로파 플라즈마 프로세스 장치는 슬릿들을 갖는 금속판이 유전체의 마이크로파 라인하의 공기층 및 마이크로파의 세기 분포를 조절하며 이에 따라 플라즈마 발생 챔버에서 균일한 플라즈마 밀도를 달성하는 제2 유전체 사이에서 제공됨에 따라 예를 들어 일본 실용신안 공개 제4-117437호에 개시된다.
이러한 장치용 판은 변형을 고려하여 두껍다. 그러나, 두꺼운 판은 마이크로파 안내 챔버의 중심 부분의 모서리에서 비정상적인 방출을 유발한다. 더 얇은 판이 사용될 때, 금속 및 유전체는 금속 및 유전체의 큰 열팽창 계수와 비정상 방출이 발생하기 때문에 서로 접촉시킬 수 없다. 이러한 문제들은 본 문제들을 극복하도록 그 발명을 개시하는 일본 특허 공개 제2000-91097호에 나타난다.
도9는 0.2 mm 내지 2 mm의 범위인 두께를 갖는 알루미늄으로 제조되는 마이크로파 분산판(65)을 포함하면서, 일본 특허 공개 제2000-91097호에 개시된 발명에 의해 사용되는 구조를 도시한다. 특히, 도9를 참조하면, 마이크로파는 마이크로파 발생기(61)로부터 도파관(62), 유전체 라인(63), 공기층, 제1 유전체(64), 마이크로파 분산판(65), 제2 유전체(66) 및 프로세스 챔버(68)에 에너지를 제공하는 제3유전체(67)를 통해 전송된다. 이 구조는 균일한 애싱을 제공한다.
처리되는 재료에 플라즈마 이온 조사량을 제어하고, 이에 따라 프로세스율 또는 에칭막의 단면 형상을 제어하도록 직류, 교류의 바이어스 전압 혹은 펄스를 인가하는 것은 잘 알려진 기술이다. 바이어스 전압을 처리되는 재료에 인가하는 방법은 접지로 고정된 다공성 전극 또는 그 사이에 공간을 갖는 처리되는 재료의 평면을 대면하도록 제공되어서, 펄스 또는 직류 바이어스 전압이 재료에 인가되는 정전위에 따르는 예를 들어 일본 특허 공개 제2000-68227에 개시된다.
일본 실용신안 공개 제4-117437호 및 일본 특허 공개 제2000-91097호가 균일한 마이크로파를 제공하도록 분산판을 사용하는 기술을 도시할 지라도, 분산판을 설계하는 방법은 개시되지 않았다. 또한, 표본단으로의 고주파 바이어스 전압의 인가가 개시될 지라도, 기판(71)에 대향하는 도9에 도시된 제3 유전체(67)는 제3 유전체(67)의 전위가 조절될 수 없도록 세라믹으로 제조된다. 따라서, 기판(71)으로의 효율적인 바이어스 전압의 인가는 불가능하고, 따라서 처리되는 재료로의 이온 조사 에너지의 조절 가능한 범위가 확대될 수 없는 문제를 야기한다.
일본 특허 공개 제2000-68227호의 실시예에 따라, 유도성 결합 플라즈마(ICP) 장치는 주파수에서 메가헤르츠(MHz)의 정도로 라디오 주파수 전원인 플라즈마원과 함께 사용되어, 마이크로파 전원에 의한 플라즈마의 발생에 대해 어떤 것도 설명되지 않는다. 따라서, 마이크로파의 파장이 약 수백 mm 내지 1000 mm(f=2.45 GHZ일 경우에, 진공에서의 자유 공간 파장은 122 mm이다)의 일측면을 갖는 진공 장치의 길이보다 짧음으로 인해 발생하는 문제들은 설명되지 않는다. 다시 말해, 플라즈마가 여기될 때 마이크로파의 정재파 분포에 대한 문제를 해결할 어떠한 설계도 개시되지 않았다.
마이크로파 여기(microwave-excited)의 플라즈마 프로세스 장치에 대해서, 마이크로파 회로는 공진기 및 진공 챔버로 들어오는 마이크로파가 공진기의 일부를 구성하는 일부분으로서 간주되어야 한다. 이에 따라, 플라즈마 균일성뿐만 아니라 저전원에 의한 플라즈마 방출의 시작 및 유지의 관점에서, 마이크로파 입사부에 대한 마이크로파의 전송 특성들을 고려하여 설계되어야 한다. 그러나, 상기 언급된 공개 공보는 이러한 설계에 대한 어떠한 기준도 제공하지 않는다.
본 발명의 한 목적은 용이하게 조절 가능한 이온 조사 에너지가 그 평면내의 재료의 균일한 플라즈마 프로세스뿐만 아니라 처리되는 재료로 방향이 취해지게 하면서, 플라즈마를 여기시키도록 마이크로파를 사용하는 플라즈마 프로세스 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 플라즈마 프로세스 장치는 플라즈마에 의한 처리를 위한 프로세스 챔버, 마이크로파를 프로세스 챔버에 전송하기 위한 마이크로파 전송 유닛, 마이크로파 전송 유닛에 의해 프로세스 챔버로 전송된 마이크로파를 방사하기 위한 유전체 및 일측면에 위치되고 프로세스 챔버와 대면하는 유전체의 도체로 구성되며 유전체를 관통하여 방사된 마이크로파를 통과시키기 위한 개구를 포함하는 슬롯 안테나판을 포함한다.
본 발명의 플라즈마 프로세스 장치는 도체로 제조되고 프로세스 챔버와 대면하는 유전체의 일측면상에 위치되는 슬롯 안테나를 포함하여서, 슬롯 안테나판의 전위는 용이하게 조절될 수 있다. 이에 따라, 슬롯 안테나판의 전위는 예를 들어 처리되는 기판에 대해 플라즈마 이온들의 방향을 제어하도록 조절될 수 있다(바이어스 효과). 예를 들어, 플라즈마 이온들은 접지 전위에서 슬롯 안테나판의 전위를 조절하고 바이어스 전압을 기판에 인가함으로써 그곳에 실질적으로 수직으로 기판의 전체 표면상에 입사될 수 있다. 따라서, 재료는 그 평면 내에 균일하게 플라즈마 처리될 수 있다.
또한, 슬롯 안테나판은 공기층이 슬롯 안테나판과 유전체 사이에 존재할 때와 비교되는 마이크로파의 공간 파장을 짧게 하는 유전체와 접촉할 수 있다. 결과적으로, 슬롯 안테나판의 개구들 사이의 간격은 더 많은 개구의 수가 형성되도록 짧아질 수 있다. 개구들을 통해 프로세스 챔버내로 방사된 마이크로파는 따라서 프로세스 챔버에서 균일하게 분포될 수 있다.
또한, 마이크로파의 정재파에 대해 적절하게 한정된 위치들과 치수들을 갖는 복수의 개구들은 프로세스 챔버내로 마이크로파의 효율적이고 균일한 방사를 제공할 수 있다.
양호하게는, 상기 설명된 플라즈마 프로세스 장치들에 있어서, 슬롯 안테나판의 개구는 마이크로파 전송 유닛 및 유전체로 구성되는 공진기에서 마이크로파의 정재파의 파복 바로 아래에 위치된다.
정재파의 파복 바로 아래의 자기장은 훨씬 세다. 이에 따라, 개구는 개구로부터 자기장을 유도하는 전류가 개구 주위로 유도되게 하는 정재파의 파복 바로 아래에 위치된다. 다시 말해, 프로세스 챔버내로 마이크로파의 효율적인 방사는 정재파의 파복 바로 아래에 개구를 위치시킴으로써 달성된다.
양호하게는, 상기 설명된 플라즈마 프로세스 장치들에 있어서, 슬롯 안테나판은 접지 전위 또는 정전위에서 조절된 전위를 갖는다.
슬롯 안테나판의 전위 조절은 처리될 기판에 대해 예를 들어 플라즈마 이온들의 방향을 제어할 수 있게 한다.
양호하게는, 상기 설명된 플라즈마 프로세스 장치에 있어서, 슬롯 안테나판은 프로세스 가스를 위한 채널을 포함한다.
이런 방식으로, 프로세스 가스 유동의 제어는 처리될 재료가 플라즈마로 균일하게 처리되도록 용이하게 된다.
본 발명의 앞서 말한 및 다른 목적들, 특징들, 태양들 및 장점들은 첨부 도면과 관련된 본 발명의 상세한 설명으로 더 명확해질 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치의 구조를 도시한 개략적인 단면도.
도2는 도1에서 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 개략적인 단면도.
도3은 도1에서 화살표 Ⅲ의 방향으로 볼 때 제2 유전체, 슬롯 안테나판 및 지지 부재를 장착한 도면.
도4는 정전위를 슬롯 안테나판에 인가하기 위한 구조를 도시하는 개략적인 단면도.
도5는 유전체에서 발생된 정재파를 도시한 도면.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치의 구조를 도시한 개략적인 단면도.
도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치의 구조를 도시한 개략적인 단면도.
도8은 도7에서 화살표 Ⅷ의 방향으로 볼 때 슬롯 안테나판 및 제1 유전체를 장착한 도면.
도9는 통상적인 플라즈마 프로세스 장치의 구조를 도시한 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 챔버 리드
2 : 프로세스 챔버 본체
3 : 도파관
4 : 제1 유전체
5 : 제2 유전체
7 : 슬롯 안테나판
7a : 슬롯
8 : 기판 홀더
9 : 기판
12 : 가스 공급관
13 : 챔버 내부
본 발명의 실시예들은 도면들과 관련되어 설명된다.
[제1 실시예]
도1 내지 도3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치는 주된 요소들로서 챔버 리드(1), 프로세스 챔버 본체(2), 도파관(3), 입구 도파관(3a), 제1 유전체(4), 제2 유전체(5), 지지 부재(6), 슬롯 안테나판(7) 및 기판 홀더(8)를 포함한다.
도1 및 도2에 도시된 각각의 단면들은 각각 도3에서의 선 Ⅰ-Ⅰ 및 Ⅱ-Ⅱ와대응한다는 것은 주목할만하다.
챔버 리드(1)는 프로세스 챔버 본체(2)와 대향으로 위치되고 그것들은 가스켓(10)으로 밀폐된다. 챔버 리드(1)는 제1 유전체(4)가 볼드체의 종방향 라인으로 "T"와 비슷한 형태인 단면을 갖는 SiO2, Al2O3및 AlN과 같은 유전체로 제조되어 삽입되는 슬릿형의 개구를 갖는다. 챔버 리드(1) 및 제1 유전체(4)는 가스켓(10)과 함께 챔버 내부(13)에 기밀을 제공하는 가스켓(11)으로 또한 밀폐된다. 챔버 내부(13)에서의 공기는 거의 10-4(Pa) 내지 10-3(Pa)의 진공 상태로 내부(13)를 유지하도록 터보 분자 펌프(도시 안됨)와 같은 진공 펌프에 의해 배기된다.
제1 유전체(4)는 대기에 노출된 측면(이후에는 대기 측면이라고 말한다)을 가지며, 입구 도파관(3a)은 대기 측면상에 위치하고 볼트들로 챔버 리드(1)에 고정된다. 도파관(3)은 입구 도파관(3a)의 상부 평면의 중심부에 고정된다. 마그네트론으로부터 발생된 주파수가 2.45 GHz인 마이크로파는 예를 들어 단향관 및 자동 정합 장치, 더 나아가 예를 들어 직도파관, 모서리 도파관, 경사 도파관 및 분기 도파관을 갖춘 마이크로파 고체 회로(도시 안됨)를 통해 도파관으로 방향이 취해진다. 마이크로파는 그 후에 제1 유전체(4)를 향하여 개구(3b)로부터 방사된다.
입구 도파관(3a)은 열절연 매체가 입구 도파관(3a) 및 그 주연부의 소정의 온도를 유지하도록 흐르는 열절연 채널(3c)을 갖는다. 챔버 리드(1)와 프로세스 챔버 본체(2)는 히터들 및 히터를 가열함으로써 또는 열절연 채널을 통한 열절연 매체의 유동에 의해 균일한 챔버 온도를 유지하도록 온도제어 기능을 제공하는 열절연 채널들을 또한 갖는다.
챔버 리드(1)는 진공에 노출된 측면(이후에는 진공 측면이라 부른다)을 갖는다. 진공 측면상에, Al2O3, SiO2및 AlN과 같은 유전체로 제조된 복수의(예를 들어, 4개의) 제2 유전체(5)들은 제1 유전체(4)와 접촉하여 배열된다. 제2 유전체(5)들 아래에, 도체로 제조된 슬롯 안테나판(7)은 제2 유전체(5)들과 접촉하도록 고정된다.
도체로 제조된 지지 부재(6)는 챔버 리드(1)상의 제2 유전체(5)들 및 슬롯 안테나판(7)을 지지하도록 도3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 나사들로 제2 유전체(5)들 및 슬롯 안테나판(7) 주위에 고정된다. 슬롯 안테나판(7)은 도3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 1 mm 내지 20 mm의 두께인 직사각형 슬롯(7a)들을 갖는다. 직사각형 슬롯(7a)들은 후에 설명할 슬롯 안테나의 기능을 수행하도록 만들어진 설계에 따라 위치된다.
슬롯 안테나판(7)은 예를 들어 알루미늄 또는 SUS로 제조된다. 스프링 재료는 슬롯 안테나판(7) 및 슬롯 안테나판(7)과 제2 유전체(5)사이에서 더 근접한 접촉을 보장하기 위한 지지 부재(6) 사이에 삽입될 수 있다.
기판(9)을 지지하는 기판 홀더(8)는 슬롯 안테나판(7)과 대면하는 챔버 내부(13)에 위치된다.
가스 공급관(12)은 반응 가스를 외부로부터 챔버 내부(13)로 공급하도록 챔버 리드(1)와 연결된다. 가스 공급관으로부터 공급된 반응 가스는 지지 부재(6)의가스 채널(6a, 6b)들을 통해 방향이 취해진다.
챔버 리드(1) 및 프로세스 챔버 본체(2)는 도체로 제조되고 접지된다. 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)은 또한 도체로 제조되고 접지되거나 또는 정전위로 인가된다(도4 참조). 기판 바이어스를 인가함에 있어서, 고주파수(주파수: 6 MHz, 출력: 1㎾)의 바이어스 전압은 기판 홀더(8)에 인가된다. 기판 홀더(8)는 흡입 기판(9)용 정전식 척기구 및 예를 들어 헬륨에 의한 냉각 기판(9)용 냉각 기구와 같은 기구들을 갖는다. 바이어스 전압은 상이한 주파수, 또는 직류 전압 또는 펄스 전압을 갖는 상기 설명된 것을 제외한 임의의 것일 수 있다. 임의의 적절한 바이어스 전압은 프로세스의 목적을 만족시키도록 선택될 수 있다.
정전위가 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)에 인가되면, 챔버 리드(1) 및 지지 부재(6)는 도1의 것에 대응하는 단면을 도시하는 도4에 도시된 바와 같이 그사이에 애자(15)를 제공함으로써 절연되어야 한다.
슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)들의 위치는 아래에 설명되는 바와 같이 설계된다.
슬롯(7a)들의 위치는 컴퓨터 모의 기술에 의해 설계된다. 마이크로파 입사부에서부터 입구 도파관(3a) 및 그 사이에 제1 유전체(4)를 갖춘 제2 유전체까지의 모델 형태가 생성된다. 이에 따라, 전자기 해석은 모델의 경계의 경계 조건들이 완전 도체에 대응한다는 조건하에 수행된다. 여기에서, 공기로 형성된 공간 및 마이크로파 생성기와 슬롯 안테나 사이의 유전체는 공진기로서 작용하며, 결과적으로 마이크로파의 정재파가 발생된다. 슬롯(7a)은 이에 따라 제1 및 제2 유전체(4, 5)들에서 마이크로파의 정재파의 파복 바로 아래에 위치된다.
마이크로파의 정재파의 파복은 정재파의 최대 필드 진폭의 위치를 참조한다. 도5를 참조하면, 제1 및 제2 유전체(4, 5)들에서 정재파의 필드 세기는 점선들로 표시된 윤곽선(21)들에 의해 실제적으로 표현된다. 윤곽선(21)은 거의 원형(또는 타원형)이고, 중심에 더 근접한 원(또는 타원)은 더 큰 필드 세기를 나타낸다. 이에 따라, 슬롯(7a)은 거의 원형(또는 타원형)의 윤곽선(21)의 중심 바로 아래에 위치된다.
자기장은 정재파의 파복 바로 아래에서 더 세다. 슬롯(7a)은 슬롯(7a) 주위로 전류를 유도하기 위한 위치에서 이와 같이 제공된다. 이 전류는 자기장이 슬롯(7a)으로부터 발생되도록 한다. 다시 말해, 슬롯(7a)은 챔버 내부(13)로 마이크로파를 효과적으로 방사하도록 정재파의 파복 바로 아래에 위치된다.
슬롯(7a)은 예를 들어 직사각형이다. 이에 따라, 슬롯(7a)은 유전체에서 공간 파장의 절반 길이(예를 들어, 유전체의 상대 유전체 계수가 10이고 그 주파수가 2.45 GHz이라면 약 20 mm)를 갖는 더 긴 측면을 가지며, 길이에서 더 긴 측면의 절반이하인 더 짧은 측면을 갖도록 설계된다. 대체적으로, 슬롯 안테나의 직사각형 슬롯의 더 긴 측면이 2/λ일 때, 마이크로파의 방사 효율은 향상된다. 슬롯(7a)은 마이크로파의 방사 효율을 향상시키도록 이런 방식으로 형상이 취해질 수 있다.
양호하게는, 슬롯(7a)의 형상은 정재파 분포의 크기에 따라 변화된다. 특히, 슬롯(7a)의 더 긴 측면은 필드 진폭이 큰 곳을 더 짧게 한다. 슬롯(7a)의 위치에 따라, 마이크로파의 방사량은 변할 수 있다. 따라서, 더 큰 방사량을 갖는슬롯(7a)은 다른 슬롯들로부터의 것과 동일한 양의 마이크로파를 방사하도록 방사량을 감소시키기 위해 짧아지는 더 긴 측면을 갖는다. 이에 따라, 슬롯(7a)로부터의 마이크로파 방사는 균일하게 행해질 수 있다.
슬롯(7a)들은 슬롯 안테나판이 슬롯(7a)들로부터 효율적 및 균일하게 방사될 수 있는 마이크로파용 슬롯 안테나로서 기능을 하도록 이와 같이 설계된다.
슬롯(7a)들이 공진기의 구조에 따른 개수및 형상을 가지고 설계될 수 있다는 것은 주목할 만하다. 다시 말해, 어떤 설계는 마이크로파가 슬롯(7a)들로부터 균일하게 방사되는 조건으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 직사각형 슬롯(7a)들은 상기 설명한 바와 같이 길이 및 폭이 상이할 수 있거나 또는 슬롯(7a)의 중심축이 슬롯 안테나판의 종방향 측면에 대해 경사질 수 있다.
제1 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치의 작동은 예를 들어 SiO2막을 위한 드라이 에칭 장치로서 사용되는 아래에 설명된다.
도1을 참조하면, 진공 펌프 수단에 의해, 진공 상태는 챔버 내부(13)에서 예비적으로 생성 및 유지된다. 이에 따라, CF4및 O2와 같은 프로세스 가스는 질량 유량 제어기(도시 안됨)에 의해 제어된 소정의 유량율로 가스 공급관(12)으로부터 제공된다. 프로세스 가스는 이후에 복수의 가스 구멍(6a)들을 통해 챔버 내부(13)에 공급되는 복수의 가스 채널들로 분기한다. 챔버 내부(13)의 압력은 배기 계통의 컨덕턴스를 조절하는 압력 조절 기구에 의해 소정의 압력(예를 들어, 30 Pa)으로 조절된다.
소정의 전력(예를 들어, 2 ㎾)의 마이크로파는 도파관(3), 입구 도파관(3a), 제1 및 제2 유전체(4, 5)들을 통해 슬롯 안테나판(7)의 개구(7a)들로부터 챔버 내부(13)로 공급되고 방사된다. 바이어스 전압은 예를 들어 에칭막의 측벽의 테이퍼 제어를 위해 요구될 때 기판(9)에 인가된다. 이런 방식으로, 플라즈마는 균일하게 생성되고 기판(9)상의 막(예를 들어, SiO2막)은 균일하게 에칭된다.
예를 들어, 알루미늄 및 티타늄의 금속막들뿐만 아니라 절연막들의 다른 타입들은 프로세스 가스의 형태 및 혼합비를 변화시키고, 소정의 압력으로 가스압을 지정하고 소정의 전력의 마이크로파를 제공함으로써 또한 에칭될 수 있다.
제1 실시예에 따라, 바이어스 전압이 기판(9)에 인가되는 동안 접지 전위는 챔버 리드(1), 프로세스 챔버 본체(2), 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)에 인가된다. 바이어스 전압은 기판(9)에 대해 챔버 내부(13)에서 발생된 플라즈마 이온들의 방향을 제어하도록 조절된다.
통상적인 장치(일본 특허 공개 2000-91097)로서 참조되는 상기 설명된 마이크로파 플라즈마 프로세스 장치에 관하여, 대부분의 유전체부는 플라즈마 방출 평면과 대면한다. 이 경우에, 기판과 대향하는 대부분의 평면상의 전위는 제2 유전체가 애자이기 때문에 부동 전위이다.
본 발명의 제1 실시예에 따라, 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)은 전위 제어가 예를 들어 접지 전위로 도체의 전위를 정함으로써 가능하도록 도체로 제조된다. 이런 방식으로, 바이어스 전압의 인가를 통해 인입 이온들 및 자유 라디칼의효과는 확실하게 달성될 수 있다. 유리하게는, 에칭율을 향상시키고 에칭에 의해 제조된 형상의 제어 범위를 확대시키는 것은 가능하다.
또한, 제1 실시예에 따라, 슬롯 안테나판(7)은 제2 유전체(5)들과 접촉하여 위치된다. 공간 파장은 공기층이 슬롯 안테나판(7)과 제2 유전체(5)들 사이에 존재할 때 더 짧아진다. (파장은 Al2O3, AlN의 제2 유전체들에 대해 약 1/3이다.) 슬롯(7a)들 사이의 더 짧은 간격은 이와 같이 가능하며, 이것은 더 많은 슬롯(7a)들이 형성될 수 있다는 것을 의미한다. 결과적으로, 마이크로파 분포, 다시 말해 플라즈마 분포는 균일하게 될 수 있다.
입구 도파관(3a), 제1 및 제2 유전체(4, 5)들의 각각의 형상들은 상기 도시된 것들에 제한되지 않으며 챔버의 크기 및 형상에 따른 임의의 최적의 형상들일 수 있다는 것은 주목할 만하다. 이 경우에, 슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)들의 배열은 이에 따라 설계된다.
[제2 실시예]
제1 실시예에 따라, 마이크로파는 제1 및 제2 유전체들로 구성되는 2중 유전체 구조를 통해 전송된다. 제2 실시예에 따라, 도6에 도시된 바와 같이 플라즈마 프로세스 장치는 더 짧은 측면 방향(도파관이 연장하는 방향)으로 제1 유전체(4)를 연장하는 제2 유전체가 없는 구조를 취한다. 이에 따라, 슬롯 안테나판(7)은 제1 유전체(4)와 접촉한다. 지지 부재(6)는 슬롯 안테나판(7)만을 지지한다.
상기 설명된 것들을 제외한 요소들은 제1 실시예의 것과 거의 유사한 구조를취한다. 상호간의 대응하는 요소들은 동일한 참조 부호로 참조되며 그에 대한 설명은 반복하지 않는다.
슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)들은 아래에 설명된 바와 같이 제2 실시예에 따라 설계된다.
마이크로파 입사부, 도파관(3), 입구 도파관(3a) 및 제1 유전체(4)를 포함하는 모델이 형성된다. 이에 따라, 전자기 해석은 모델의 경계의 경계 조건들이 완전 도체에 대응한다는 조건하에 수행된다. 이 모델은 이에 따라 공진기로서 작용하며 결과적으로 마이크로파의 정재파가 발생된다. 슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)은 따라서 제2 유전체(5)에서 마이크로파의 정재파의 파복 바로 아래에 위치되도록 설계된다.
슬롯(7a)은, 예를 들어 직사각형이다. 이에 따라, 슬롯(7a)은 유전체에서의 공간 파장의 절반 길이(예를 들어, 유전체의 상대 유전체 상수가 10이고 그 주파수가 2.45 GHz 이라면 약 20 mm)를 갖는 더 긴 측면을 가지며, 길이에서 더 긴 측면의 절반이하인 더 짧은 측면을 갖도록 설계된다. 양호하게는, 슬롯(7a)의 각치수는 정재파 분포의 크기에 따라 변화된다. 특히, 슬롯(7a)의 더 긴 측면은 필드 진폭이 큰 곳을 더 짧게 한다. 이런 방식으로, 슬롯(7a)은 슬롯 안테나판(7)이 마이크로파용 슬롯 안테나로서 작용하도록 설계되며 따라서 마이크로파를 효율적으로 방사하는 작용을 한다.
제2 실시예는 전자가 제2 유전체를 갖지 않는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 제1 실시예에 따라, 제1 및 제2 유전체들로 형성된 2부의 유전체 구조는 제1및 제2 유전체들 사이의 간극을 갖지 않도록 설계되어야 하는 곳에 채용된다. 몇 몇 경우에, 약 수백 ㎛의 간극은 제1 및 제2 유전체들, 챔버 리드(1), 지지 부재(6) 등의 프로세스, 조립체 및 온도 변화에 따라 생길 수 있다. 이런 간극은 제2 실시예에 따른 제2 유전체의 제거로 피해질 수 있다.
[제3 실시예]
도7 및 도8을 참조하여, 제3 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치는 슬롯 안테나판(7)에 제공된 가스 채널(7b, 7c)들로 구조화된다. 슬롯 안테나판(7)이 제1 및 제2 실시예에서 사용되는 바와 같이 지지 부재로 지지되지 않지만, 예를 들어 나사들로 챔버 리드(1)에 직접 고정된다.
도7이 도8에서의 선 Ⅶ-Ⅶ에 대응하는 개략적인 단면을 도시한다는 것은 주목할 만하다.
상기 설명된 것들을 제외한 요소들은 제2 실시예의 것과 거의 유사하게 구조화된다. 상호간의 대응하는 요소들은 동일한 참조 부호로 참조되며, 그에 대한 설명은 반복하지 않는다.
제3 실시예에 따라, 슬롯 안테나판(7)은 가스 채널들을 갖는다. 이에 따라, 제1 및 제2 실시예의 것들과 같이 지지 부재에 가스 채널들을 제공할 필요가 없다. 지지 부재가 가스 채널들을 갖는다면, 어떠한 가스 채널도 제1 유전체(4)아래에 공급될 수 없다. 이 경우에, 챔버 내부(13)에서 가스 유동의 최적화는 어렵다.
제3 실시예에 따른 슬롯 안테나판(7)에 제공된 가스 채널(7b, 7c)들은 챔버 내부(13)에서 가스 유동을 최적화하도록 제1 유전체(4) 바로 아래에 배열될 수 있다. 또한, 제2 실시예의 지지 부재(6)는 가스 채널(7b, 7c)들이 슬롯 안테나판(7)에 제공되므로 불필요하다.
제3 실시예의 이 구조는 예를 들어 가스 유동이 에칭에 지배적인 영향을 미치는 알루미늄, 티타늄 및 질화티타늄(TiN)막을 에칭하는 과정에서 에칭 균일성의 향상을 제공한다.
슬롯 안테나판(7) 및 지지 부재(6)는 제1 실시예의 구조로 통합될 수 있다.
제1 내지 제3 실시예에 따라 설명된 플라즈마 프로세스 장치들이 알루미늄과 같은 에칭 금속용으로 사용될 때, 알루미늄으로 구성된다면, 슬롯 안테나판(7) 그자체는 에칭될 수 있다. 이런 경우에, 슬롯 안테나판(7)의 평면 중 적어도 플라즈마에 노출되는 일부분은 적절히 Al2O3으로 코팅된다. 또한, 챔버의 내벽은 Al2O3으로 양호하게는 코팅된다.
상기 설명된 바와 같이 코팅용으로 사용되는 재료는 Al2O3에 제한되지 않으며 어떠한 재료도 재료가 플라즈마에 의해 영향을 받지 않는다는 조건하에 적용 가능하다.
지금까지 논의한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 프로세스 장치는 슬롯 안테나판의 전위의 조절을 용이하게 하도록 프로세스 챔버와 대면하는 유전체의 측면상에 위치되는 도체로 제조된 슬롯 안테나판을 사용한다. 따라서, 슬롯 안테나판의 전위는 처리되는 기판에 대해 예를 들어 플라즈마 이온들의 방향을 제어하도록 조절될 수 있다(바이어스 효과). 예를 들어, 플라즈마 이온들은 접지 전위로슬롯 안테나판의 전위를 조절하고 기판에 바이어스 전압을 인가함으로써 그곳에 실질적으로 수직하게 기판의 전체 표면상에 입사될 수 있다. 재료는 그 평면내에서 이에 따라 균일하게 플라즈마 처리될 수 있다.
또한, 슬롯 안테나판은 공기층이 슬롯 안테나판과 유전체 사이에 존재할 때와 비교되는 마이크로파의 공간 파장을 짧게 하는 유전체와 접촉할 수 있다. 결과적으로, 슬롯 안테나판의 개구들 사이의 간격은 더 많은 개구들이 형성되도록 짧아질 수 있다. 개구들을 통해 프로세스 챔버내로 방사된 마이크로파는 프로세스 챔버에서 이에 따라 균일하게 분포될 수 있다.
또한, 마이크로파의 정재파에 대해 적절히 한정된 위치들 및 치수들을 갖는 복수의 개구들은 프로세스 챔버내로 마이크로파의 효율적 및 균일한 방사를 제공할 수 있다.
본 발명은 상세하게 도시되고 설명될지라도, 동일한 것은 단지 도시 및 예를 통해서이고 제한을 통해 취해지지 않으며, 본 발명의 기술 사상 및 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한된다.
본 발명은 용이하게 조절 가능한 이온 조사 에너지가 그 평면내의 재료의 균일한 플라즈마 프로세스뿐만 아니라 처리되는 재료로 방향이 취해지게 하면서 플라즈마를 여기시키는 플라즈마 프로세스 장치를 제공한다.

Claims (4)

  1. 플라즈마 프로세스 장치에 있어서,
    플라즈마에 의한 처리를 위한 프로세스 챔버와,
    상기 프로세스 챔버로 마이크로파를 전송하기 위한 마이크로파 전송 수단과,
    상기 마이크로파 전송 수단에 의해 전송된 마이크로파를 상기 프로세스 챔버내로 방사하기 위한 유전체와,
    측면상에 위치되고 상기 프로세스 챔버와 대면하는 상기 유전체의 도체로 형성되며, 상기 유전체로부터 방사된 마이크로파를 통과시키기 위한 개구를 포함하는 슬롯 안테나판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나판의 개구는 상기 마이크로파 전송 수단 및 상기 유전체로 구성된 공진기에서 마이크로파의 정재파의 파복 바로 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나판은 접지 전위 또는 정전위로 조절된 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나판은 프로세스 가스를 위한 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 장치.
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