KR20040010228A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리실에 마이크로파를 공급하여 플라즈마를 발생시키고 그 플라즈마로 피처리 물체를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 이 플라즈마 처리 장치에서, 상기 처리실은 플라즈마 발생 영역의 매체를 매개로 하여 피처리 물체에 대향하게 배치되는 상판을 구비하고; 상기 상판에는 상판을 관통하여 처리실 내부로 들어가도록 배치된 하나 이상의 안테나가 마련된다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 전자 소자 등의 제조를 목적으로 피처리 물체[예컨대, 전자 소자용 기판(또는 기재) 등]를 플라즈마 처리하는 경우에 적절하게 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 높은 효율로 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 피처리 물체(예컨대, 반도체나 반도체 소자 및 액정 소자 등과 같은 전자 소자용 재료)를 플라즈마 처리하는 데에 널리 적용될 수 있다.

근래에는, 반도체 소자 등과 같은 전자 소자는 밀도가 보다 높아지고 구조 또는 구성이 보다 정밀해지므로, 이들 전자 소자의 제조 공정에서는 성막, 에칭 및 애싱(ashing) 등과 같은 다양한 종류의 공정 또는 처리를 수행하기 위해 플라즈마 처리 장치를 사용하는 경우가 늘고 있다. 이러한 플라즈마 처리를 이용하는 경우, 일반적으로 전자 소자의 제조 공정에서 고정밀 공정 제어가 용이해진다는 유익이 있다.

예컨대, 반도체 소자의 제조(일반적으로 피처리 면적이 비교적 작은 경우)에비교해 보면, 액정 소자(LCD)의 제조에서 처리되는 재료(예컨대, 웨이퍼)는 그 직경이 대부분 크다. 따라서, 액정 소자 제조용으로 플라즈마 처리 장치를 이용하는 경우, 플라즈마 처리용으로 이용되는 플라즈마는 큰 면적에서 특히 균일하고 밀도가 높아야 할 필요가 있다.

지금까지는, CCP(용량 결합 플라즈마) 타입 또는 평행판 플라즈마 타입의 처리 장치와 ICP(유도 결합 플라즈마) 처리 장치가 플라즈마 처리 장치로서 사용되고 있다.

이들 중에서, 상기 CCP 타입 처리 장치의 경우에는, 대개 한 쌍의 평행판을 구비하는 처리실이 이용된다. 이 처리실은, 공정 가스의 보다 균등화된 흐름을 제공하는 샤워 헤드 구조가 마련되어 있고 상기 한 쌍의 평행판 중 하나를 구성하는 상위 전극으로서 제공되는 Si의 상판 또는 천장판과, 상기 한 쌍의 평행판 중 다른 하나를 구성하는 하위 전극에 바이어스를 인가할 수 있는 적재대(susceptor)를 구비한다. 이러한 플라즈마 처리에서는, 피처리 기판(피처리 물체)을 적재대 상에 배치하고, 상기 상위 전극과 하위 전극 사이에 플라즈마가 발생되게 하여, 이와 같이 발생된 플라즈마에 기초하는 예정된 방식으로 상기 기판을 처리한다.

그러나, 그 밖의 플라즈마 소스에 비하여, 상기 CCP 타입 처리 장치에서 최종 플라즈마의 밀도가 비교적 낮고, 충분한 이온 플럭스를 얻는 것이 더 곤란하여, 피처리 물체(웨이퍼 등)에 대한 처리율이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 평행판에 전력을 공급하는 파워 서플라이의 주파수가 증대되는 경우에도, 평행판을 구성하는 전극 평면에서 전위가 분포되어, 플라즈마 및/또는 공정의 최종 균일성이낮아지기 쉽다. 또한, CCP 타입의 처리 장치에서 Si 전극은 상당히 심하게 소비되므로, 이 경우 COC(소비 비용)을 고려하면 최종 비용은 보다 커지는 경향이 있다.

이에 반하여, 일반적으로 상기 ICP 처리 장치에서는 고주파 파워가 공급되는 권취 코일이 처리실의 상부(즉, 챔버의 외부)에 놓인 유전성 상판에 배치되고, 상기 상판의 바로 아래에서는 코일에 의한 유도 가열에 기초하여 플라즈마가 발생되며, 피처리 물체는 이와 같이 발생된 플라즈마에 기초하여 처리된다.

종래의 ICP 처리 장치에서, 고주파 파워는 처리실의 외부에 배치된 권취 코일에 공급되며, 이에 의해 처리실에서 플라즈마가 발생된다(즉, 상기 공급된 고주파 파워는 유전성 상판의 매체를 통해 처리실에 플라즈마를 발생시킨다). 따라서, 기판(피처리 물체)의 직경이 보다 커지면, 진공 밀봉의 견지에서 상기 처리실에 상당한 기계적 강도가 부여되어야 하고, 상기 유전성 상판의 두께도 불가피하게 증대되며, 그에 따라 최종 비용도 커진다. 또한, 유전성 상판의 두께가 증대되면, 권취 코일로부터 플라즈마까지의 전력 송전율이 감소되고, 그에 따라 코일에 대한 전압도 불가피하게 보다 높은값으로 설정된다. 그 결과, 유전성 상판 자체가 스퍼터링되는 경향이 강화되고, 전술한 COC가 악화된다. 또한, 상기 스퍼터링에 의해 발생되는 오염물 또는 이물질은 기판에 축적될 수 있고, 처리 성능이 악화될 수 있다. 또한, 권취 코일 자체의 크기를 보다 크게 할 필요가 있고, 이와 같이 크기가 보다 커진 코일에 전력을 공급하기 위해서는 보다 높은 출력의 파워 서플라이를 사용할 필요가 있게 된다.

전술한 바와 같이, 특히 면적이 큰 피처리 물체를 액정 소자 등의 제조를 목적으로 처리해야하는 경우에 높은 효율로 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치는 종래 기술에서 구현될 수 없었다.

본 발명의 목적은 종래 기술에서 직면하게 되는 전술한 문제를 해결한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 면적이 큰 피처리 물체를 처리해야 하는 경우에도, 높은 효율로 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 실시예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치에서 안테나 구조의 실시예를 구체적으로 보여주는 개략적인 사시도.

도 3은 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치에서 안테나 구조의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 4는 챔버 벽 중 하나에 "외팔보" 상태로 지지되는 안테나의 실시예를 구체적으로 보여주는 개략적인 사시도.

도 5는 우측 챔버 벽과 좌측 챔버 벽 모두에 "외팔보" 상태로 지지되는 안테나의 실시예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 6은 우측 챔버 벽과 좌측 챔버 벽을 "관통"하도록 우측 챔버 벽과 좌측 챔버 벽 모두에 지지되는 안테나의 실시예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 7은 우측 챔버 벽과 좌측 챔버 벽을 "관통"하도록 우측 챔버 벽과 좌측 챔버 벽 모두에 지지되는 안테나의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 8은 우측 챔버 벽과 좌측 챔버 벽을 "관통"하도록 우측 챔버 벽과 좌측 챔버 벽 모두에 지지되는 안테나의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 9는 샤워 헤드 구조를 갖는 상판의 예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 10은 상판의 형상을 변경한 플라즈마 처리 장치의 예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 11은 상판의 형상을 변경한 플라즈마 처리 장치의 다른 예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 12는 상판의 형상을 변경한 플라즈마 처리 장치의 다른 예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 13은 상판의 형상을 변경한 플라즈마 처리 장치의 다른 예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 14는 상판과 전압 인출(또는 전압 도입) 로드 사이의 거리를 변경한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 실시예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 15는 상판과 전압 인출 로드 사이의 거리를 변경한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도.

도 16은 마이크로파 송전선의 종결부에 무반사 터미네이터가 마련되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 실시예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 17은 전압 인출 로드의 위치를 조절할 수 있는 튜너가 마련되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 실시예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 18은 전압 인출 로드의 위치를 조절할 수 있는 튜너가 마련되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 19는 전압 인출 로드의 위치를 조절할 수 있는 튜너가 마련되어 있는 본발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 20은 전압 인출 로드의 위치를 조절할 수 있는 튜너가 마련되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 21은 광전자 센서가 처리실에 마련되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 실시예를 보여주는 개략적인 부분 단면도.

도 22는 처리실의 접지선에 개구가 마련되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 실시예를 보여주는 개략적인 부분 단면도.

도 23은 처리실의 접지선에 개구가 마련되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 부분 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 처리실

2 : 피처리 물체

3 : 상판

11 : 도파로

17 : 전압 인출 로드

18 : 절연관

20 : 무반사 터미네이터

21 : 튜너

22 : 절연체

30 : 광전자 센서

31 : 전력 제어 유닛

32 : 접지선

32a : 개구부

진지한 연구의 결과, 본 발명인들은 처리실을 형성하는 챔버 벽 및/또는 상판이 특정 형상 또는 구조를 갖게 하고, 처리실의 내부에 마이크로파를 공급하는 것이 전술한 본 발명의 목적을 해결하는 데 매우 효과적임을 발견하였다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 상기 발견에 기초한다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 처리실에 마이크로파를 공급하여 플라즈마를 발생시키고 그 플라즈마로 피처리 물체를 처리하는 플라즈마 처리 장치로서; 상기 처리실은 플라즈마 발생 영역의 매체를 매개로 하여 피처리 물체에 대향하게 배치되는 상판을 구비하거나 및/또는 처리실을 형성하는 챔버 벽을 구비하고; 상기 상판 및/또는 챔버 벽은 상판 및 챔버 벽을 관통하여 처리실 내부로 들어가도록 배치된 하나 이상의 안테나를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 처리실에 마이크로파를 공급하여 플라즈마를 발생시키고 그플라즈마로 피처리 물체를 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리실은 플라즈마 발생 영역의 매체를 매개로 하여 피처리 물체에 대향하게 배치되는 상판을 구비하고, 상기 상판은 금속계 또는 실리콘계 재료로 구성되는 것인 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 적용 범위는 후술하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 구체적인 예는 단지 예로서 주어진 것이므로, 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 다양한 변형 및 수정을 당업자라면 이하의 상세한 설명을 통해 명백히 알 것이다.

이하에서, 본 발명은 필요에 따라 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 기술된다. 이하의 상세한 설명에서, 정량적 비율을 나타내는 "%"와 "부(parts)"는 특별히 언급된 경우가 아니면 질량에 기초한 것이다.

(플라즈마 처리 장치의 한 가지 실시예)

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서는, 처리실에 마이크로파를 공급하여 처리실에 플라즈마를 발생시켜 피처리 물체를 처리한다. 본 발명의 실시예에서, 처리실을 구성하는 상판은 금속계 또는 실리콘계 재료로 구성된다. 상판이 금속계 재료로 구성되는 경우, 적어도 처리실의 내측에 면하는 상판의 측면에는 절연 물질이 코팅되어 있다.

이와 같이 상판이 금속계 또는 실리콘계 재료로 구성되는 경우, 상판에 샤워 헤드 구조(즉, 공정 가스가 통과하는 복수 개의 개구 또는 구멍이 상판에 마련된 구조)를 마련하기가 용이해진다. 따라서, 이 경우에는 플라즈마 처리 동안에 반응가스의 분압 및/또는 조성 등이 상기 샤워 헤드 구조로 인해 균일화되므로, 플라즈마 처리의 균일성이 보다 강화될 수 있다.

또한, 상판이 금속계 재료로 구성되는 경우, 하위 전극과의 용량 결합에 기초하여 플라즈마의 착화가 용이해지며, 플라즈마의 인출 또는 도입을 제어하는 것도 용이해진다.

이와는 달리, 상판이 실리콘계 재료로 구성되는 경우, 입자 물질의 형성이 보다 용이하게 방지된다.

(안테나 구조)

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성(또는 구조)의 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 안테나 구조의 실시예를 보다 구체적으로 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 실시예에서 진공 용기인 처리실(1)은, 예컨대 액정 소자용 재료를 처리하는 경우에 직육면체 형상을 갖도록 형성된다. 상기 플라즈마가 발생되는 영역(P)을 경유하여 (또는 이 영역의 매체를 매개로 하여) 피처리 물체(2)(예컨대, 웨이퍼)에 대향하게 배치되는 상판(3)이 처리실(1)에 마련된다. 이 실시예에서, 상판(3)은 금속계 재료 또는 실리콘계 재료로 구성된다. 처리실은 상판(3)과 챔버 벽(1a)을 포함한다.

또한, 처리실(1)의 내부에 공정 가스(예컨대, 에칭용 반응 가스, CVD용 소스 가스) 및 불활성 가스(예컨대, 아르곤) 등과 같은 가스를 공급하기 위한 가스 도입관(4)이 처리실(1)의 상부에 연결된다. 이와는 달리, 처리실(1)을 비우기 위한 배출관(5)이 처리실(1)의 하부에 연결되며, 이 배출관(5)에는 배출 펌프(6)가 연결되고, 처리실(1)은 배출 펌프(6)의 작용에 의해 바람직한 압력으로 유지된다. 처리실(1)은 직육면체 형상으로 형성될 수도 있고, 원통 또는 관 형상으로 형성될 수도 있다.

처리실(1)에는 기판 스테이지(7)가 마련되며, 에칭 및 CVD 등과 같은 처리를 받는 전술한 피처리 물체(2)(예컨대, 웨이퍼)는 상기 기판 스테이지(7) 상에 배치된다.

이 실시예에서, 상판(3)은 복수 개의 안테나(8)를 구비하고, 이들 안테나(8)는 상판(3)을 관통하여 처리실(1)의 내부에 들어간다. 본 발명에서는, 상판(3)에 하나 이상의 안테나(8)가 마련되는 것으로 충분하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상판(3)에 도파로(11)가 배치되며, 이 도파로(11)는 예컨대 2.45 GHz의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 파워 서플라이(10)에 연결된다. 도파로(11)는 상판(3)에 인접하게 배치된 동축 공동 공진기(11a)와; 일단부가 상기 동축 공동 공진기(11a)의 상면측에 연결된 원통형 도파로(11b)와; 이 원통형 도파로(11b)의 상면측에 연결된 동축 도파로 변환기(11c); 그리고 일단부가 상기 동축 도파로 변환기(11c)의 측면에 직각 관계로 연결되며 타단부가 마이크로파 파워 서플라이(10)에 연결되는 장방형 도파로(11d)의 조합으로 구성된다.

본 발명에서, UHF 및 마이크로파를 비롯한 주파수 영역은 고주파 영역을 지칭한다. 고주파 파워 소스로부터 공급되는 고주파 파워는 300 MHz 내지 2500 MHz의 주파수를 갖는 것이 바람직하며, 300 MHz 이상의 주파수를 갖는 UHF와 1 GHz 이하의 주파수를 갖는 마이크로파를 포함할 수도 있다. 본 발명에서, 고주파 파워에 의해 발생되는 플라즈마는 "고주파 플라즈마"로 지칭한다.

전술한 원통형 도파로(11b)의 내부에는 전기 전도성 물질로 이루어진 축선 방향 부분(15)이 동축으로 마련되어, 이 축선 방향 부분(15)의 일단부가 상판(3)의 중앙(또는 거의 중앙) 부분에 연결되고, 이 축선 방향 부분(15)의 타단부가 원통형 도파로(11b)의 상면에 연결되며, 이로 인해 원통형 도파로(11b)는 동축 구조를 구성한다. 그 결과, 원통형 도파로(11b)는 동축 도파로의 기능을 하도록 구성된다.

도 2에 도시된 실시예에서, 마이크로파 파워 서플라이(10)로부터 장방형 도파로(11d) 등에 전파되는 마이크로파는, 공진기(11a)에 마련된 복수 개의 구멍(16)에 배치되는 복수 개의 전압 인출 로드(17) 안으로 분배된다. 일반적으로, 전압 인출 로드(17)는 절연관(18)(예컨대, 수정관)에 의해 보호되어, 전압 인출 로드(17)는 플라즈마에 직접적으로 접촉하지 않는다. 또한, 처리실(1) 측면은 절연관(18)과 O링(도시 생략)에 의해 진공 밀봉된다. 따라서, 전압 인출 로드(17)는 절연체(20)(예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌)를 매개로 하여 구멍(16)에 대하여 지지된다. 전압 인출 로드(17)에 인출되는 전압은 공진기(11a)에서 전압 인출 로드(17)의 "높이"(돌출 정도)에 따라 변화될 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서는, 전압 인출 로드(17)와 절연관(18)으로 이루어진 송전선에서 마이크로파가 전파된다. 절연관(18)에서의 전기장 강도가 절연관(18) 외벽면에 대한 "임계 레벨"에 도달하는 경우, 처리실(1)의 플라즈마 발생 영역(P)(도 1 참조)에서 플라즈마가 착화된다. 마이크로파 도파로의 라인으로부터 각각의 전압 인출 로드(17)로의 분포 정도는, 공진기(11a)에 있는 각 로드(17)의 "높이"(돌출 정도)에 따라 조절될 수 있다.

플라즈마 착화 후에는, 반사 전력을 제어하기 위하여 튜너(예컨대, 스터브 튜너, 도시 생략)를 파워 서플라이측에서 가변 용량으로서 이용하고, 이에 의해 반사 전력은 파워 서플라이로 복귀되지 않는다.

도 3의 개략적인 사시도에 도시된 바와 같이, 장방형 도파로(11d)에서 공진기(11a)로 마이크로파 파워를 직접 공급할 수도 있다.

또한, 전압 인출 로드(17)와 절연관(18) 사이의 틈새에 절연 가스 또는 절연 액체를 순환시켜, 전압 인출 로드(17)를 냉각시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 전술한 구성 또는 구조를 갖는 플라즈마 소스가 처리실(1), 바람직하게는 금속계 또는 실리콘계 상판을 구비한 처리실(1)에 배치되는 경우, 큰 직경의 챔버에 대응하게 균일한 플라즈마를 쉽게 얻을 수 있다.

(안테나 구조의 다른 실시예)

도 4의 개략적인 사시도는 안테나 구조의 제2 실시예를 보여준다. 도 4에 도시된 실시예의 구성은 안테나(전기 전도성 로드)가 "외팔보" 상태로 챔버 벽에 지지되어 있는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 구성과 동일하다.

도 4의 개략적인 사시도를 참조하여, 복수 개의 안테나 구조의 다른 실시예를 기술한다. 이 실시예에서, 전압 인출 로드(17)와 절연관(18)을 포함하는 송전선은 [상판(3) 대신에] 챔버 벽(1a)을 관통하고, "외팔보" 상태로 챔버 벽(1a)에 지지된다. 고전압을 효과적으로 인출하려는 견지에서, 도파로(11d)에서 상기 전압인출 로드(17)의 전압 인출 위치는, 도파로의 종단으로부터 {(1+2m)/2}λg ±(1/4)λg (여기에서 λg는 도파로의 파장이고, m은 정수)에 상응하는 위치인 것이 바람직하다. 도파로에서의 관내 파장이 플라즈마 흡수로 인해 변화하는 경우, 예컨대 플런저를 사용하여 도파로의 종단면을 정밀 조정하여 인출 전위를 변경할 수 있다.

전압 인출 로드(17)의 길이, 형상, 구조 형태 등은 특정하게 한정되는 것이 아니다. 전압 인출 로드(17)의 두께 또는 직경은 필요에 따라 플라즈마와의 결합 정도를 변화시키도록 변경될 수 있다. 또한, 전압 인출 로드(17)의 두께 또는 직경은 필요에 따라 마이크로파 전파 방향을 따라 변화하도록 변경될 수 있다.

도 5의 개략적인 사시도는 안테나 구조의 제3 실시예를 보여준다. 도 5에 도시된 실시예의 구성은 안테나(전기 전도성 로드)가 좌측 및 우측 챔버 벽(1a)에 각각 "외팔보" 상태로 지지되어 있는 것을 제외하고는 도 4의 구성과 동일하다.

(챔버 벽 관통의 실시예)

안테나가 좌측 및 우측 챔버 벽(1a)을 관통하도록 배치되어 있는 일부 실시예가 사시도에 도시되어 있다. 이들 실시예의 구성은 안테나가 좌측 및 우측 챔버 벽(1a)을 관통하도록 배치되는 것을 제외하고는 상기 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예의 구성과 동일하다. 또한, 도 8의 실시예에서는 도 7의 실시예와는 달리 좌측 및 우측 챔버 벽으로부터 도입되는 마이크로파의 전파 방향이 서로 역전된다.

이러한 "관통" 실시예는 안테나 위치 설정의 편차 또는 오차가 줄어든다는 점에서 유익하다.

(샤워 헤드)

상기 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이 안테나가 하나 이상의 챔버 벽(1a)을 관통하도록 배치된 경우, 상판(3)에 도 9에 도시된 바와 같은 "샤워 헤드" 구조를 마련하기가 용이해진다. 처리실(1)에서 가스의 조성, 농도 등의 균일성 향상이라는 견지에서 상기 실시예는 유익하다.

(상판의 형상)

도 10 내지 도 13에 도시된 개략적인 사시도는 상판 형상의 다른 실시예를 보여준다. 이들 도면에는, 전압 인출 로드(17)와 상판(3) 사이의 거리가 [전압 인출 로드(17)의 길이 방향에 대하여] 불균일하게 분포되도록 상판(3) 형상이 변경되어 있다. 또한, 이들 도면에서는 전압 인출 로드(17)의 어레이를 구성하는 각각의 요소와 상판(3) 사이의 거리가 [다시 말해서, 전압 인출 로드(17)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라] 불균일하게 분포되도록, 상판(3)의 형상을 구성할 수 있다.

전술한 실시예들 중에서도, 도 10 또는 도 11에 도시된 바와 같이 상판(3)의 중앙 부분은, 이 중앙 부분에서 상판(3)과 전압 인출 로드(17) 사이의 거리가 주변 부분에서의 거리보다 작도록 챔버의 내부를 향해 돌출되며, 이에 의해 전압 인출 로드(17)와 상판(3) 사이의 용량 결합이 강화되고, 착화시에 전기장의 강도가 강화되며, 플라즈마 발생 영역이 비교적 제한된다. 예컨대, 반응성 이온 에칭(RIE) 처리를 의도한 경우, 기판면에 마주하는 상판(3)의 영역에서 바이어스의 분포가 균일화될 수 있다.

또한, 도 11의 개략적인 사시도에 도시된 바와 같이, 안테나는 그 중앙 부분이 상판(3)에 보다 근접하게 되는 분포를 제공하도록 배열되어 있어, 이에 의해 도10에 도시된 것과 동일한 방식으로, 전압 인출 로드(17)와 상판(3) 사이의 용량 결합이 강화되고, 착화시에 전기장의 강도가 강화되며, 플라즈마 발생 영역이 비교적 제한된다.

이와는 달리, 도 12의 개략적인 사시도에 도시된 바와 같이, 상판(3)의 중앙 부분은 융기되어 이 중앙 부분에서 상판(3)과 전압 인출 로드(17) 사이의 거리가 주변 부분에서의 거리보다 크며, 이로 인해 상기 주변 부분에서 플라즈마와 전압 인출 로드(17) 사이의 용량 결합이 증대되므로, 주변 부분에서 플라즈마가 발생된다. 예컨대, 라디칼 처리를 의도한 경우, 플라즈마는 주변 부분에서 발생될 수 있고, 기판면에서의 처리는 확산으로 인해 균일화될 수 있다.

또한, 도 13의 개략적인 사시도에 도시된 바와 같이, 전압 인출 로드(17)는 그 중앙 부분과 상판(3) 사이의 거리가 주변 부분에서의 거리보다 크게 되는 분포를 제공하도록 배열되며, 이에 의해 주변 부분에서 플라즈마와 전압 인출 로드(17) 사이의 용량 결합이 증대되므로, 주변 부분에서 플라즈마가 발생될 수 있다.

(상판으로부터의 거리 변경)

도 14 및 도 15의 개략적인 사시도에 도시된 바와 같이, 각 전압 인출 로드(17)와 상판(3) 사이의 거리를 변경할 수 있다. 이 실시예에서는, 상판(3)과 각 전압 인출 로드(17) 사이의 거리에 따라, 예컨대 이들 전압 인출 로드 중 하나(17a)를 플라즈마 착화용 전압 인출 로드로 이용하고, 이들 전압 인출 로드 중 다른 하나(17b)를 정상 상태의 플라즈마 유지용 전압 인출 로드로 이용하는 것이 가능하다.

(무반사 터미네이터 설치)

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서, 마이크로파 송전선의 종결부에 필요에 따라 무반사 터미네이터(20)를 설치할 수 있다. 도 16의 개략적인 단면도는 이러한 구성의 실시예를 보여준다.

도 16에서, 복수 개의 전압 인출 로드(17)는 서로에 대해 대향하게 배치된 챔버 벽(1a)을 관통하도록 처리실(1)에 배열되며, 이 전압 인출 로드(17)의 종결부에는 무반사 터미네이터(20)가 추가로 마련된다.

(안테나의 이동이 가능한 실시예)

또한, 각 전압 인출 로드의 위치 또는 위치 설정은 공정 가스, 압력 및 전력 등과 같은 특정 조건에 따라 이동 또는 변경이 가능하다. 도 17 내지 도 20의 개략적인 평면도는 상기 실시예의 예를 보여준다. 이들 실시예에서는, 예컨대 외력을 이용하여 그 위치가 제어될 수 있는 튜너(21)는 절연용 절연체(22)에 지지되도록 설치되어 있고, 필요에 따라 전압 인출 로드(17)의 위치를 변경하도록 구동되며, 이에 의해 처리실(1)에서 플라즈마의 분포를 변경할 수 있다.

이 경우에, 예컨대 전압 인출 로드(17)(전기 전도성 로드)와 절연용 절연체(22) 사이에 절연용 절연체(22)에 의해 지지되는 전기 전도성 지그(도시 생략)를 마련하는 것이 가능하고, 이에 의해 지그는 전압 인출 로드와의 사이에 낮은 저항을 제공하면서, 다중 접촉 방식 등으로 전압 인출 로드(17)에 활주 가능하게 지지되도록, 전압 인출 로드(17)와 항상 접촉하게 된다.

도 18에 도시된 실시예의 구성은, 절연관(18)이 좌측 및 우측 챔버 벽(1a)에대해 "외팔보" 방식으로 지지되도록 배치되는 것을 제외하고는 도 17의 구성과 동일하다.

도 19에 도시된 실시예의 구성은, 절연관(18)이 좌측 및 우측 챔버 벽(1a)을 관통하도록 마련되는 것을 제외하고는 도 17의 구성과 동일하다.

도 20에 도시된 실시예의 구성은, 도 20의 좌측 및 우측에 마이크로파가 도입되는 방향이 서로 역전된다는 것을 제외하고는 도 19의 구성과 동일하다.

(센서의 설치)

공정 가스, 압력 및 전력 등과 같은 특정 조건에 따라, 각 전압 인출 로드(17)에 공급되는 전력의 분배 비율을 변경할 수 있으며, 그에 따라 형성된 플라즈마는 불균일할 수 있다. 이 경우에는, 광전자 센서 등을 이용함으로써 필요에 따라 플라즈마 밀도의 분포를 플라즈마 발생 동안에 외부에서 모니터할 수 있으며, 센서가 모니터한 결과는 가변 튜너(21)에 피드백된다. 이 경우에는, 각 전압 인출 로드(17)와 마이크로파 송전선(11)의 결합 정도를 상기 모니터링에 기초하여 조절할 수 있으며, 이에 의해 최종적으로 플라즈마의 분포는 전체 영역에 대하여 균일화될 수 있다.

도 21은 이러한 실시예의 예를 보여준다. 이 실시예에서, 광검출기 부분(30a)을 구비한 광전자 센서(30)가 챔버(1)의 상판(3)에 마련된다. 광전자 센서(30)는 전력 제어 유닛(31)에 더 연결되고, 전술한 가변 튜너(21)는 상기 전력 제어 유닛(31)의 제어에 기초하여 제어될 수 있다.

이 경우, 예컨대 마이크로파 송전선(11)과 전압 인출 로드(17) 사이의 결합은, 전력을 전압 인출 로드(17)에 공급하기 위해 튜너(21)의 용량을 조절함으로써 강화된다. 이와는 달리, 마이크로파 송전선(11)과 전압 인출 로드(17) 사이의 결합은 튜너(21) 용량의 조절에 의해 약화될 수도 있다. 또한, 균일한 플라즈마를 제공할 수 있게 하는 각 처리 조건(튜너의 용량)에 관련하여 라이브러리를 사전에 마련할 수 있으며, 이 튜너의 용량은 착화 이후에 전술한 방식으로 조절된다.

이 경우, 전압 인출 로드(17)의 갯수가 비교적 크면, 센서와 전압 인출 로드(17)는 군(群)을 형성하게 되며, 튜너의 용량은 이와 같이 형성된 각 군에 상응하게 조절될 수 있다. 또한, 광전자 센서의 출력은 플라즈마의 분포 또는 균일성으로 변환되거나, 데이터 베이스 또는 이론 공식을 이용하여 처리(에칭 및 CVD 등)의 분포 또는 비율로 변환될 수 있으며, 상기 튜너는 바람직한 결과를 얻도록 제어된다.

(접지선에 부분 개구를 설치)

본 발명에서는, 필요에 따라 처리실(1) 내의 접지선(32) 중 적어도 일부분에 대해 개구를 마련할 수 있고, 마이크로파 전기장은 처리실(1)에 플라즈마를 발생시키기 위해 개구부(32a)로부터 외부로 방출되며, 이에 의해 플라즈마의 분포는 상기 개구부(32a)의 위치를 이용하여 조절된다. 이러한 플라즈마 분포의 조절에 기초하여, 바람직한 플라즈마 분포를 보다 용이하게 얻을 수 있다.

도 22 및 도 23의 개략적인 사시도는 상기 실시예의 예를 보여준다. 이들 도면에서, 접지선(32)은 대개 동축 라인으로 구성된다. 도 22를 참조하면, 처리실(1)에 있는 송전선의 접지선(32)은 동축 라인으로 구성되며 심선(corewire)(33b)을 포함하고, 전기 전도성관의 내벽 또는 절연성관(33a)의 외측은 도금된다. 접지선(32)의 피복 또는 코팅이 동축 라인의 일부분에 대하여 제거된 경우, 전술한 바와 같이 형성된 개구부(32a)는 임피던스의 관점에서 높은 임피던스를 제공하여, 전압이 상승된다. 플라즈마를 착화하기 위하여 이와 같이 형성된 높은 전위에 의해 전기장이 발생될 수 있다. 또한, 마이크로파 에너지는 개구부(32a)로부터 공급되고, 이 지점에서 플라즈마는 전력 증가에 따라 외부로 분산되기 시작한다. 다시 말해서, 바람직하게 플라즈마를 분포시킬 수 있도록 상기 개구부(32a)의 위치를 결정할 수 있다.

도 23에 도시된 구성은 처리실에 있는 송전선에 대하여 상기 개구부(32a)가 2개 마련된다는 것을 제외하고는 도 22의 구성과 동일하다.

본 발명은 전술한 본 발명의 구성으로부터 다양한 방식으로 변경될 수 있음이 명백하다. 이러한 변형이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어난 것으로 간주하여서는 안되며, 이러한 모든 수정이 후술하는 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도된 것이라는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 큰 면적을 갖는 피처리 물체를 처리하는 경우에도 고밀도 플라즈마를 높은 효율로 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (39)

1. 처리실에 마이크로파를 공급하여 플라즈마를 발생시키고 그 플라즈마로 피처리 물체를 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,

   상기 처리실은 플라즈마 발생 영역의 매체를 매개로 하여 피처리 물체에 대향하게 배치되는 상판을 구비하고; 상기 상판에는 상판을 관통하여 처리실 내부로 들어가도록 배치된 하나 이상의 안테나가 마련되는 것인 플라즈마 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 처리실의 외부에 배치된 도파로 또는 공진기로부터 전압을 인출하는 전압 인출 로드와, 이 전압 인출 로드를 둘러싸는 절연성 재료를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 안테나를 처리실에 배치하여, 선형 라인이나 곡선형 라인 또는 선형 라인과 곡선형 라인의 조합을 제공하는 것인 플라즈마 처리 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 도파로에서 상기 전압 인출 로드(17)의 전압 인출 위치는, 도파로의 종단으로부터 {(1+2m)/2}λg ±(1/4)λg (여기에서 λg는 도파로의 파장이고, m은 정수)에 상응하는 위치인 것인 플라즈마 처리 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 처리실에 배치된 전압 인출 로드의 두께 또는 직경은 마이크로파 전파 방향에 따라 변화하는 것인 플라즈마 처리 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 전압 인출 로드가 상기 도파로 또는 공진기 안으로 돌출하는 정도를 변경하는 튜너를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
7. 제2항에 있어서, 플라즈마와 도파로 또는 공진기 사이의 결합을 변화시킬 수 있도록, 전압 인출 로드 자체를 이동시키는 기구를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
8. 제2항에 있어서, 상기 전압 인출 로드와 절연성 재료 사이에 절연성 유체가 순환되는 것인 플라즈마 처리 장치.
9. 제2항에 있어서, 상기 상판과 전압 인출 로드 사이의 거리를 일정하지 않게 변화시키는 기구를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
10. 제1항에 있어서, 발생된 플라즈마의 상태를 모니터하기 위하여, 상판의 하나 이상의 위치에 측정 장치를 배치하는 것인 플라즈마 처리 장치.
11. 제1항에 있어서, 공급할 가스를 상기 처리실로 유동시키기 위한 복수 개의구멍이 상판에 마련되는 것인 플라즈마 처리 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 피처리 물체를 지지하는 적재대가 상기 처리실에 배치되고, 이 적재대에 바이어스가 인가될 수 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 처리실에 있는 접지선의 일부 또는 전부에는 개구가 마련되고, 마이크로파 전기장이 상기 개구로부터 상기 접지선의 외부를 향해 방출되어 플라즈마가 발생되는 것인 플라즈마 처리 장치.
14. 처리실에 마이크로파를 공급하여 플라즈마를 발생시키고 그 플라즈마로 피처리 물체를 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,

    상기 처리실은 이를 형성하는 상판과 챔버 벽을 포함하고; 이 챔버 벽에는 챔버 벽을 관통하여 처리실 내부로 들어가도록 배치된 하나 이상의 안테나가 마련되며, 이 안테나는 상기 상판과 관련하여 처리실 내부에 배치되는 것인 플라즈마 처리 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 안테나는 처리실의 외부에 배치된 도파로 또는 공진기로부터 전압을 인출하는 전압 인출 로드와, 이 전압 인출 로드를 둘러싸는 절연성 재료를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 하나 이상의 안테나를 처리실에 배치하여, 선형 라인이나 곡선형 라인 또는 선형 라인과 곡선형 라인의 조합을 제공하는 것인 플라즈마 처리 장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 도파로에서 상기 전압 인출 로드(17)의 전압 인출 위치는, 도파로의 종단으로부터 {(1+2m)/2}λg ±(1/4)λg (여기에서 λg는 도파로의 파장이고, m은 정수)에 상응하는 위치인 것인 플라즈마 처리 장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 처리실에 배치된 전압 인출 로드의 두께 또는 직경은 마이크로파 전파 방향에 따라 변화하는 것인 플라즈마 처리 장치.
19. 제15항에 있어서, 상기 전압 인출 로드가 상기 도파로 또는 공진기 안으로 돌출하는 정도를 변경하는 튜너를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
20. 제15항에 있어서, 플라즈마와 도파로 또는 공진기 사이의 결합을 변화시킬 수 있도록, 전압 인출 로드 자체를 이동시키는 기구를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
21. 제15항에 있어서, 상기 전압 인출 로드와 절연성 재료 사이에 절연성 유체가 순환되는 것인 플라즈마 처리 장치.
22. 제15항에 있어서, 상기 상판과 전압 인출 로드 사이의 거리를 일정하지 않게 변화시키는 기구를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
23. 제14항에 있어서, 발생된 플라즈마의 상태를 모니터하기 위하여, 상판의 하나 이상의 위치에 측정 장치를 배치하는 것인 플라즈마 처리 장치.
24. 제14항에 있어서, 공급할 가스를 상기 처리실로 유동시키기 위한 복수 개의 구멍이 상판에 마련되는 것인 플라즈마 처리 장치.
25. 제14항에 있어서, 상기 피처리 물체를 지지하는 적재대가 상기 처리실에 배치되고, 이 적재대에 바이어스가 인가될 수 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
26. 제14항에 있어서, 상기 처리실에 있는 접지선의 일부 또는 전부에는 개구가 마련되고, 마이크로파 전기장이 상기 개구로부터 상기 접지선의 외부를 향해 방출되어 플라즈마가 발생되는 것인 플라즈마 처리 장치.
27. 처리실에 마이크로파를 공급하여 플라즈마를 발생시키고 그 플라즈마로 피처리 물체를 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,

    상기 처리실은 플라즈마 발생 영역의 매체를 매개로 하여 피처리 물체에 대향하게 배치되는 상판을 구비하고; 상기 상판은 금속계 재료 또는 실리콘계 재료로 구성되는 것인 플라즈마 처리 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 안테나는 처리실의 외부에 배치된 도파로 또는 공진기로부터 전압을 인출하는 전압 인출 로드와, 이 전압 인출 로드를 둘러싸는 절연성 재료를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
29. 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 안테나를 처리실에 배치하여, 선형 라인이나 곡선형 라인 또는 선형 라인과 곡선형 라인의 조합을 제공하는 것인 플라즈마 처리 장치.
30. 제28항에 있어서, 상기 도파로에서 상기 전압 인출 로드(17)의 전압 인출 위치는, 도파로의 종단으로부터 {(1+2m)/2}λg ±(1/4)λg (여기에서 λg는 도파로의 파장이고, m은 정수)에 상응하는 위치인 것인 플라즈마 처리 장치.
31. 제28항에 있어서, 상기 처리실에 배치된 전압 인출 로드의 두께 또는 직경은 마이크로파 전파 방향에 따라 변화하는 것인 플라즈마 처리 장치.
32. 제28항에 있어서, 상기 전압 인출 로드가 상기 도파로 또는 공진기 안으로 돌출하는 정도를 변경하는 튜너를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
33. 제28항에 있어서, 플라즈마와 도파로 또는 공진기 사이의 결합을 변화시킬 수 있도록, 전압 인출 로드 자체를 이동시키는 기구를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
34. 제28항에 있어서, 상기 전압 인출 로드와 절연성 재료 사이에 절연성 유체가 순환되는 것인 플라즈마 처리 장치.
35. 제28항에 있어서, 상기 상판과 전압 인출 로드 사이의 거리를 일정하지 않게 변화시키는 기구를 구비하는 것인 플라즈마 처리 장치.
36. 제27항에 있어서, 발생된 플라즈마의 상태를 모니터하기 위하여, 상판의 하나 이상의 위치에 측정 장치를 배치하는 것인 플라즈마 처리 장치.
37. 제27항에 있어서, 공급할 가스를 상기 처리실로 유동시키기 위한 복수 개의 구멍이 상판에 마련되는 것인 플라즈마 처리 장치.
38. 제27항에 있어서, 상기 피처리 물체를 지지하는 적재대가 상기 처리실에 배치되고, 이 적재대에 바이어스가 인가될 수 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
39. 제27항에 있어서, 상기 처리실에 있는 접지선의 일부 또는 전부에는 개구가 마련되고, 마이크로파 전기장이 상기 개구로부터 상기 접지선의 외부를 향해 방출되어 플라즈마가 발생되는 것인 플라즈마 처리 장치.