KR20050006098A - 플라스마 처리장치 - Google Patents

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KR20050006098A
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마사시 고토
유키히코 나카타
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가부시끼가이샤 에키쇼 센탄 기쥬츠 가이하쯔 센터
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Abstract

본 발명에 따른 플라스마 처리장치는 반응성 플라스마의 경우에도, 대면적 기판이나 사각형 기판을 처리할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하기 위한 것이다. 상기 플라스마 처리장치는 도파관, 도파관 안테나, 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창과, 상기 도파관 안테나와 상기 전자파 방사창 사이에 끼워진 유전체 공간을 구비하고, 상기 도파관 안테나로부터 상기 유전체 공간 및 상기 전자파 방사창을 통하여 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 유전체 공간과 상기 전자파 방사창 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스마 처리장치{Plasma Processing Apparatus}
발명의 분야
본 발명은 플라스마 처리장치에 관한 것으로, 특히 대형의 사각형 기판에 대해, 막 퇴적, 표면 개질, 또는 에칭 등의 플라스마 처리를 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
발명의 배경
종래, 반도체 장치나 액정표시장치 등의 제조 공정에 있어서, 막 퇴적, 표면 개질, 또는 에칭 등의 플라스마 처리를 실시하기 위해서는, 평행 평판형의 고주파 플라스마 처리장치나, 전자 사이클로트론 공조(ECR) 플라스마 처리장치 등이 이용되고 있다.
그러나, 평행 평판형 플라스마 처리장치에서는, 플라스마 밀도가 낮고, 전자 온도가 높다는 문제점이 있고, 또한 ECR 플라스마 처리장치에서는, 플라스마 여기를 위하여 직류 자장이 필요하기 때문에, 대면적 처리가 곤란하다는 문제를 안고 있다.
이로 인하여 최근에는, 플라스마 여기에 자장이 불필요하고, 고밀도이면서도 전자 온도가 낮은 플라스마를 생성할 수 있는 플라스마 처리장치가 제안되고 있다. 이하, 그와 같은 장치에 대해 설명한다.
《종래의 제1 플라스마 처리장치》
도7a는 종래의 제1 플라스마 처리장치의 평면도이고, 도7b는 그 단면도이다. 상기 제1 플라스마 처리장치는 일본특허 제2722070호 공보에 기재되어 있다.
도면부호 71은 동축 전송로, 72는 원형 마이크로파 방사판, 73은 원형 마이크로파 방사판(72)에 동심원상으로 설치된 슬릿, 74는 유전체로 이루어지는 전자파 방사창, 75는 진공용기, 76은 가스 도입구, 77은 가스 배기구, 78은 플라스마 처리되는 기판, 79는 기판 재치부를 나타낸다.
이 플라스마 처리장치는 동심원상으로 배치된 슬릿(73)을 갖는 원형 마이크로파 방사판(72)에, 동축 전송로(71)로부터 마이크로파 전력이 공급된다.
이 플라스마 처리장치에서는, 동축 전송로(71)로부터 원형 마이크로파 방사판(72)의 중심을 향해 도입된 마이크로파가 원형 마이크로파 방사판(72)의 직경방향으로 전파되면서, 원형 마이크로파 방사판(72)에 설치된 슬릿(73)으로부터 방사됨으로써, 진공용기(75) 내에 균일한 플라스마가 생성되는 것이다.
《종래의 제2 플라스마 처리장치》
도8a는 종래의 제2 플라스마 처리장치에 대한 평면도이고, 도8b는 그 단면도이다. 상기 제2 플라스마 처리장치는 일본특허 제2857090호 공보에 기재되어 있다.
도면부호 81은 장방형 도파관, 82는 도파관 안테나, 83은 마이크로파원, 84는 유전체로 이루어지는 전자파 방사창, 85는 진공용기, 86은 가스 도입구, 87은 가스 배기구, 88은 플라스마 처리되는 기판, 89는 기판 재치부, 90은 장방형 도파관(81)의 반사면(단락면, R면), 91은 장방형 도파관(81)의 H면(마이크로파의 전계방향에 수직인 면)을 나타낸다.
이 플라스마 처리장치에서는, 장방형 도파관(81)의 H면(91)의 일부에 배치된 슬릿으로 이루어지는 도파관 안테나(82)로부터, 전자파 방사창(84)을 통해 마이크로파 전력이 공급됨으로써, 진공용기(85) 내에 플라스마가 생성된다.
이 플라스마 처리장치에서는, 장방형 도파관(81)의 반사면(90)에서 마이크로파 반사되는 점을 고려하여, 장방형 도파관(81)의 H면(91)에 설치된 2개의 도파관 안테나(82)를 구성하는 슬릿의 폭(개구면적)이 변화됨으로써, 마이크로파의 슬릿으로부터의 방사전력이 균일화되는 것이다. 게다가, 도8a에서는 슬릿의 폭의 변화에 대해서는 도시 생략하고 있지만, 상기 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 예를 들어 슬릿은 장방형 도파관(81)의 반사면(90)을 향해 좁아지도록, 계단 형상 또는 테이퍼 형상으로 변화한 형상을 갖는다.
이에 의해, 생성된 플라스마가 충분하게 확산하면, 2개의 슬릿으로부터 방사된 마이크로파 전력에 의해 비교적 균일한 플라스마를 생성시킬 수 있게 된다.
게다가, 최근에는, 반도체 장치나 액정표시장치를 제조하기 위해 이용하는 플라스마 처리장치에 있어서는, 기판 사이즈의 확대에 따라, 장치의 대형화가 진행되고 있고, 특히 액정표시장치의 경우에는, 1미터 급의 기판을 처리하기 위한 장치가 요구되고 있다. 이것은 반도체 장치의 제조에 이용하는 직경 300mm의 기판의 약 10배의 면적에 해당한다.
게다가, 상기 플라스마 처리에는 모노실란 가스, 산소 가스, 수소 가스, 염소 가스의 반응성 가스가 원료 가스로서 이용되고 있다. 이들 가스의 플라스마 중에는 많은 음이온(O-, H-, Cl- 등)이 존재하고 있고, 이들의 움직임을 고려한 제조설비 및 제조방법이 요구되고 있다.
그러나, 상기 종래의 제1, 제2 플라스마 처리장치에는, 이하에 나타낸 것과 같은 과제가 있었다.
《종래의 제1 플라스마 처리장치의 과제》
도7에 나타낸 종래의 제1 플라스마 처리장치와 같이, 마이크로파가 동축 전송로(71)나 원형 마이크로파 방사판(72) 등과 같은 도체 중에 전파되는 경우에는, 이들 도체 중에서의 구리 손상 등의 전파 손실이 발생한다. 이 전파 손실은 주파수가 높아질수록, 또는, 동축 전송거리나 방사판 면적이 커질수록, 심각한 문제가 된다. 따라서, 액정표시장치 등의 매우 큰 기판에 대응한 대형장치의 경우에는, 마이크로파의 감소가 커서, 효율적인 플라스마 생성이 곤란하다.
또한, 원형 마이크로파 방사판(72)으로부터 마이크로파가 방사되는 이 플라스마 처리장치에 있어서는, 반도체 장치와 같은 원형 기판이 처리되는 경우에는 적절하지만, 액정표시장치와 같은 사각형 기판에 대한 처리의 경우, 기판의 모서리에있어서의 플라스마가 불균일하게 되어버리는 문제도 있다.
따라서, 종래의 제1 플라스마 처리장치에 있어서는, 큰 면적의 기판, 특히 사각형 기판을 처리하는 것이 곤란한 과제가 있다.
《종래의 제2 플라스마 처리장치의 과제》
또한, 도8에 나타낸 종래의 제2 플라스마 처리장치와 같이, 장방형 도파관(81)에 전파된 마이크로파를 2개의 슬릿, 즉, 도파관 안테나(82)로부터 방사하는 방식의 경우에는, 상기 전파 손실을 낮게 억제할 수 있다. 그러나, 생성된 플라스마 중에 음이온이 많이 존재하는 반응성 플라스마의 경우에는, 플라스마의 양 극성 확산계수가 작아지기 때문에, 마이크로파가 방사되어 있는 슬릿 근처에 플라스마가 몰리는 문제가 있다. 이 문제는 플라스마의 압력이 높은 경우에는, 더 한층 심각해진다. 따라서, 음이온이 생성되기 쉬운 산소, 수소 및 염소 등을 포함하는 가스를 원료로 한 플라스마 처리를 큰 면적에 대하여 실시하는 것이 곤란하고, 특히 그 압력이 높은 경우에 곤란한 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기의 과제를 해결하고, 반응성 플라스마의 경우에도, 큰 면적의 기판이나 사각형 기판을 처리할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기의 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여모두 달성될 수 있다. 이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.
도1a는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도, 도1b는 단면도이다.
도2a는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도, 도2b는 단면도이다.
도3a는 본 실시형태 3의 플라스마 처리장치에 있어서의 전자파 방사창의 평면도, 도3b는 단면도이다.
도4a는 본 실시형태 3의 플라스마 처리장치에 있어서의 전자파 방사창의 평면도, 도4b는 단면도이다.
도5a는 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도, 도5b는 단면도이다.
도6a는 본 발명의 실시형태 5에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도, 도6b는 단면도이다.
도7a는 제1 플라스마 처리장치의 평면도, 도7b는 단면도이다.
도8a는 제2 플라스마 처리장치의 평면도, 도8b는 단면도이다.
* 도면의 주요부호에 대한 설명 *
1 : 장방형 도파관 2 : 도파관 안테나
3 : 마이크로파원 4 : 전자파 방사창
5 : 진공용기 6 : 가스 도입구
7 : 가스 배기구 8 : 기판
9 : 기판 재치부(載置部) 10 : 유전체 공간
11 : 도파관의 요철부 12 : 전자파 방사창의 요철부
13 : 유리판 14 : 혼합부재
15 : 도전성 메시 16 : 동축(同軸) 전송로
17 : 원형 마이크로파 방사판 18 : 슬릿
19 : 전자파 방사창의 요철부 71 : 동축 전송로
72 : 원형 마이크로파 방사판 73 : 슬릿
74 : 전자파 방사창 75 : 진공용기
76 : 가스 도입구 77 : 가스 배기구
78 : 기판 79 : 기판 재치부
81 : 장방형 도파관 82 : 도파관 안테나
83 : 마이크로파원 84 : 전자파 방사창
85 : 진공용기 86 : 가스 도입구
87 : 가스 배기구 88 : 기판
89 : 기판 재치부 90 : 장방형 도파관의 반사면
91 : 장방형 도파관의 H면
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는 특허청구의 범위에 기재한 바와 같은 구성을 취한다.
청구항 1 기재의 플라스마 처리장치는, 도파관, 도파관 안테나, 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창과, 상기 도파관 안테나와 상기 전자파 방사창 사이에 끼워진 유전체 공간을 구비하고, 상기 도파관 안테나로부터 상기 유전체 공간 및 상기 전자파 방사창을 통해 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 유전체 공간과 상기 전자파 방사창 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 2 기재의 플라스마 처리장치는, 청구항 5 기재의 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 메시의 간격은 상기 도파관 안테나의 하부에서는 좁고, 상기 하부를 벗어남에 따라 넓게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 3 기재의 플라스마 처리장치는, 동축 전송로, 전자파 방사판, 상기 전자파 방사판에 설치된 개구부, 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창과, 상기 전자파 방사판과 상기 전자파 방사창 사이에 끼워진 유전체 공간을 구비하고, 상기 동축 전송로로부터 상기 전자파 방사판, 상기 유전체 공간 및 상기 전자파 방사창을 통해 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 유전체 공간과 상기 전자파 방사창 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 4 기재의 플라스마 처리장치는, 청구항 1 내지 3 기재의 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 전자파 방사창의 상기 플라스마와 접하는 면은 평탄면인 것을 특징으로 한다.
청구항 5 또는 6 중 어느 한 항 기재의 본 발명의 플라스마 처리장치에서는, 상기와 같이, 전자파의 전송에 도파관을 이용하고, 상기 도파관에 설치된 슬릿으로 이루어지는 도파관 안테나로부터 전자파 전력을 플라스마 중에 방사함으로써, 대전력의 전자파를 효율 좋게 방사할 수 있다.
청구항 1 기재의 플라스마 처리장치에서는, 유전체 공간과 상기 전자파 방사창과의 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시가 설치됨으로써, 상기 메시에 의해 전자파가 반사나 산란에 의해 분산되어, 전자파의 방사 강도를 균일화시키는 것이 가능해진다.
또한, 청구항 2 기재의 플라스마 처리장치에서는, 메시의 간격이 도파관 안테나의 아래에서는 좁고, 그곳으로부터 벗어남에 따라 넓게 형성됨으로써, 전자파가 반사나 산란에 의해 보다 효율적으로 분산되어, 전자파의 방사 강도를 보다 균일화시키는 것이 가능해진다.
또한, 청구항 3 기재의 플라스마 처리장치에서는, 유전체 공간과 상기 전자파 방사창과의 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시가 설치됨으로써, 상기 메시에 의해 전자파가 반사나 산란에 의해 분산되어, 전자파의 방사 강도를 균일화시키는 것이 가능해진다.
또한, 청구항 4 기재의 플라스마 처리장치에서는, 전자파 방사창의 플라스마에 접하는 면을 평탄면으로 형성함으로써, 성막(成膜)이나 에칭 과정에 있어서, 막의 잔류나 작은 알갱이가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
발명의 실시형태
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 게다가, 이하에서 설명하는 도면에서 동일기능을 갖는 것은 동일 부호를 붙이고, 그 반복설명은 생략한다.
실시형태 1
도1a는 본 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도이고, 도1b는 그 단면도이다.
도면부호 1은 장방형 도파관, 2는 도파관 안테나, 3은 전자파, 예를 들어 마이크로파 원(原), 4는 석영, 유리, 세라믹 등의 유전체로 이루어지는 전자파 방사창(전자파 도입창), 5는 진공용기, 6은 가스 도입구, 7은 가스 배기구, 8은 플라스마 처리되는 기판, 9는 기판 재치부, 10은 도파관 안테나(2)와 전자파 방사창(4) 사이에 끼워진 유전체 공간(예를 들어 공기), 11은 도파관(1)의 전자파 방사창(4)과 마주보는 면에 설치한 요철부(요철면)를 나타낸다.
플라스마가 생성되는 진공용기(5)에는 원료 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(6)와, 도입된 가스를 배기하기 위한 가스 배기구(7)가 접속되어 있다.
마이크로파원(3)의 발진기에서 발진된 마이크로파는 장방형 도파관(1)으로 전송되고, 도파관 안테나(2)로부터 전자파 방사창(4)을 통해 진공용기(5) 내에 방사된다.
본 실시형태 1에 있어서는, 도파관(1)의 도파관 안테나(2)가 설치된 전자파 방사창(4)과 마주보는 면에, 예를 들어 폭 10mm, 높이 5mm의 가늘고 긴 철(凸)부가 30mm 간격으로 설치됨으로써, 요철부(11)가 형성되어 있다.
게다가, 전자파 방사창(4)은 도파관(1)의 요철부(11)의 철부로부터 5mm의 간격을 두고 설치되어 있다. 또한, 전자파 방사창(4)의 양면, 즉, 전자파 방사창(4)의 도파관(1) 쪽 면, 및 도파관(1)과 반대쪽의 플라스마와 접하는 면은 평탄면이다.
도파관 안테나(2)로부터 방사된 마이크로파는 도파관(1)에 설치한 요철부(11)와 플라스마와의 사이에서, 반사나 산란을 반복하여, 광범위하게 분산된다. 이 때, 도파관 안테나(2)와 플라스마 사이에 끼워진 영역은 의사(擬似) 공동 공진기로 되어 있다. 이것은 플라스마의 밀도가 높은 경우에는, 전자파에 있어서 플라스마는 금속벽으로서 작동하기 때문이다. 플라스마가 금속벽으로서 작동하는 조건으로, 플라스마 주파수(ωp)가 방사되는 전자파의 주파수(ω)보다도 높아야 한다.
이 의사 공동 공진기 내에서는, 도파관(1)에 설치된 요철부(11)의 효과에 의해, 분산성이 높은 파(波)가 생성되고, 요철부(11)가 없는 경우에 비해, 전자파의 방사 강도의 균일성을 높게 할 수 있다.
게다가, 도파관(1)에 설치되는 요철부(11)의 철부의 형상은 본 실시형태 1과같은 사각기둥 형상(직방체 형상)의 철부가 평행하게 배열되는 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 원주형상이나 사각뿔 형상이나 원추형상의 철부가 2차원상으로 다수 설치되는 구성 등이어도 좋다.
게다가, 본 실시형태 1에 따른 플라스마 처리장치는 도파관(1), 도파관 안테나(2), 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창(4)을 구비하고, 상기 도파관 안테나(2)로부터 상기 전자파 방사창(4)을 통해 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 도파관(1)의 상기 전자파 방사창(4)과 마주보는 면에 요철부(11)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시형태 1에서, 전자파 방사창(4)의 플라스마와 접하는 면은 평탄면인 것을 특징으로 한다. 게다가, 청구항 4는 실시형태 1 및 이하 설명하는 실시형태 2∼5 모두에 대응한다.
실시형태 2
도2a는 본 실시형태 2에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도이고, 도2b는 그 단면도이다.
도면부호 12는 전자파 방사창(4)의 도파관(1)과 마주보는 면에 설치된 요철부를 나타낸다.
본 실시형태 2에 있어서는, 전자파 방사창(4)의 도파관(1)에 마주보는 면에, 폭 10mm, 깊이 5mm의 가늘고 긴 철부가 30mm 간격으로 설치됨으로써, 요철부(12)가 구성되어 있다.
이 전자파 방사창(4)의 요철부(12)의 철부는 도파관 안테나(2)가 설치된 도파관(1)의 바깥면으로부터 5mm의 간격을 두고 설치되어 있다. 또한, 전자파 방사창(4)의 요철부(12)가 설치된 면과는 반대쪽 면으로, 플라스마와 접하는 면(즉, 전자파 방사창(4)의 도파관(1)과 반대측 면)은 평탄면이다.
본 실시형태 2에 있어서도, 실시형태 1과 같이, 도파관 안테나(2)로부터 방사된 마이크로파는 도파관 안테나(2)와 플라스마 사이에 설치된 전자파 방사창(4)의 요철부(12)에서 반사나 산란을 반복하여, 광범위하게 분산된다. 이 때, 도파관 안테나(2)와 플라스마 사이에 끼워진 영역은 의사 공동 공진기로 되어 있다. 이것은 플라스마의 밀도가 높은 경우에는, 전자파에 있어서 플라스마는 금속벽으로서 작동하기 때문이다. 플라스마가 금속벽으로서 작동하는 조건으로는, 플라스마 주파수(ωp)가 방사되는 전자파의 주파수(ω)보다도 높아야 하는 것이 있다.
이 의사 공동 공진기 내에서는 전자파 방사창(4)에 설치된 요철부(12)의 효과에 의해, 분산성이 높은 파가 생성되어 있고, 요철부가 없는 경우에 비해, 전자파의 방사 강도의 균일성을 높게 할 수 있다.
게다가, 전자파 방사창(4)에 설치되는 요철부(12)의 철부의 형상은 본 실시형태 2와 같은 사각기둥 형상(직방체 형상)의 철부가 평행하게 배열되는 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 원주 형상이나 사각뿔 형상이나 원추 형상의 철부가 2차원상으로 다수 설치되는 구성 등이어도 좋다.
게다가, 본 실시형태 2에 따른 플라스마 처리장치는 도파관(1), 도파관 안테나(2), 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창(4)을 구비하고, 상기 도파관 안테나(2)로부터 상기 전자파 방사창(4)을 통하여 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 전자파 방사창(4)의 상기 도파관과 마주보는 면에 요철부(12)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
실시형태 3
도3a는 본 실시형태 3의 플라스마 처리장치에 있어서의 전자파 방사창의 평면도이고, 도3b는 그 단면도이다.
도면부호 13은 전자파 방사창(4)을 구성하는 유리판, 14는 유리판(13)에 혼합한 구(球)형상의 세라믹으로 이루어지는 혼합부재를 나타낸다.
본 실시형태 3에 있어서는, 예를 들어 알루미나(유전율 9) 등의 세라믹으로 이루어지는 혼합부재(14)가 혼합된 유리판(유전율 4.7)(13)이 전자파 방사창(4)으로서 이용되고 있다.
게다가, 예를 들어, 구형상의 세라믹으로 이루어지는 혼합부재(14)의 직경은 2.5㎝, 전자파 방사창(4)의 두께는 5㎝이다. 구형상의 혼합부재(14)의 직경은 마이크로파 파장의 1/8 이상이다. 이에 의해, 마이크로파를 효율적으로 반사나 산란에 의해 분산시킬 수 있다. 이와 같이, 유전율이 다른 혼합부재(14)가 혼합된 전자파 방사창(4)을 이용함으로써, 단일재료의 유리판으로 이루어지는 전자파 방사창을 이용한 경우에 비해, 플라스마의 균일성이 향상한다.
게다가, 본 발명의 효과는 물론 전자파 방사창(4)에 혼합되는, 유전율이 다른 혼합부재(14)의 재료로는, 상기의 세라믹에 한정되는 것은 아니고, 사파이어,질화 알루미늄, 지르코니아 등, 원하는 유전율의 재료를 선정할 수 있다. 또한, 이 혼합부재(14)의 재질은 단일하지 않아도 좋고, 다른 재질의 혼합부재(14)가 혼합되어도 좋다.
도4a는 본 실시형태 3의 플라스마 처리장치에 있어서의 다른 구성의 전자파 방사창의 평면도이고, 도4b는 그 단면도이다.
도3에서는, 전자파 방사창(4)을 구성하는 유리판(13)에 혼합되는 혼합부재(14)로서, 구형상의 혼합부재(14)가 이용되고 있지만, 도4에 나타낸 바와 같이, 구형상에 한정되지 않고, 입방체 등의 각종 형상의 혼합부재(14)가 이용되고, 마이크로파의 분산성이 더 한층 높여져도 좋다.
게다가, 본 실시형태 3에 따른 플라스마 처리장치는 도파관(1), 도파관 안테나(2), 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창(4)을 구비하고, 상기 도파관 안테나(2)로부터 상기 전자파 방사창(4)을 통해 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 전자파 방사창(4)은 제1 부재(유리판(13))에, 상기 제1 부재와는 유전율이 다른 최소한 1종류의 제2 부재(혼합부재(14))가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시형태 3에서, 상기 제2 부재(혼합부재(14))의 크기는 상기 전자파 파장의 1/8 이상인 것을 특징으로 한다.
실시형태 4
도5a는 본 실시형태 4에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도이고, 도5b는그 단면도이다.
도면부호 15는 유전체 공간(10)과 전자파 방사창(4)과의 사이에 설치된 도전성 재료로 이루어지는 메시를 나타낸다.
본 실시형태 4에 있어서는, 예를 들어 공기로 이루어지는 유전체 공간(10)과 예를 들어 석영으로 이루어지는 전자파 방사창(4) 사이에, 바람직하게는 전자파 방사창(4)의 윗면에, 예를 들어 스테인레스제의 도전성 메시(15)가 설치되어 있다.
메시(15)의 간격(메시 사이즈)으로는, 마이크로파의 일부가 투과하면 좋고, 최대 간격은 마이크로파 파장의 1/8 이하가 바람직하다. 또한, 본 실시형태 4에서는, 이 메시(15)의 간격은 도파관 안테나(2)인 개구부(슬릿)에 대응하는 부분에서 좁고, 그곳으로부터 벗어남에 따라 넓게 되어 있다. 여기에서는, 이 메시(15)의 간격은 가장 좁은 부분이 0.8㎝, 가장 넓은 부분이 1.5㎝이다.
본 실시형태 4에서는, 이와 같은 도전성 메시(15)가 설치됨으로써, 마이크로파가 반사, 산란되어 분산되고, 전자파의 방사 강도를 균일화시킬 수 있다.
게다가, 본 실시형태 4에 있어서, 유전체 공간(10), 전자파 방사창(4), 및 도전성 메시(15)의 각 재료는, 물론 본 실시형태 4에 한정되는 것은 아니고, 동일한 성질을 갖는 재료라면, 본 실시형태 4에 의한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 메시(15)의 간격도 상기의 수치에 한정되는 것은 아니고, 마이크로파의 최소한 일부가 투과하는 간격으로 하면 된다.
게다가, 본 실시형태 4는 청구항 1에 대응한다. 즉, 도파관(1), 도파관 안테나(2), 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창(4)과, 상기 도파관 안테나(2)와 상기 전자파 방사창(4) 사이에 끼워진 유전체 공간(10)을 구비하고, 상기 도파관 안테나(2)로부터 상기 유전체 공간(10) 및 상기 전자파 방사창(4)을 통하여 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 유전체 공간(10)과 상기 전자파 방사창(4) 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시(15)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시형태 4는 청구항 2에도 대응한다. 즉, 상기 메시(15)의 간격은 상기 도파관 안테나(2)의 아래에서 좁고, 그곳에서 벗어남에 따라 넓게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
실시형태 5
도6a는 본 실시형태 5에 있어서의 플라스마 처리장치의 평면도이고, 도6b는 그 단면도이다.
도면부호 16은 동축 전송로, 17은 마이크로파 방사판, 18은 원형 마이크로파 방사판(17)에 동심원상으로 설치된 슬릿, 19는 전자파 방사창(4)에 설치된 반구형상의 철부를 갖는 요철부를 나타낸다.
본 실시형태 5는 동축 전송로(16)로부터 원형 마이크로파 전력이 공급되는 플라스마 처리장치에 관한 것이다.
본 실시형태 5에서는, 동축 전송로(16)로부터 원형 마이크로파 방사판(17)의 중심을 향해 도입된 마이크로파는, 원형 마이크로파 방사판(17)의 직경방향으로 전파되면서, 원형 마이크로파 방사판(17)에 설치된 슬릿(18)으로부터 석영, 유리, 세라믹 등의 유전체 재료로 이루어지는 전자파 방사창(4)을 통해 진공용기(5) 내에 방사된다.
본 발명의 실시형태 5에 있어서는, 전자파 방사창(4)의 원형 마이크로파 방사판(17)과 마주보는 면에, 직경 3㎝의 반구형상의 복수의 철부로 구성되는 요철부(19)가 설치되어 있다. 전자파 방사창(4)의 요철부(19)의 철부는 원형 마이크로파 방사판(17)으로부터 5mm의 간격을 두고 설치되어 있다. 또한, 전자파 방사창(4)의 요철부(19)가 설치된 면과는 반대쪽 면으로서, 플라스마와 접하는 면은 평탄면이다.
원형 마이크로파 방사판(17)의 슬릿(18)으로부터 방사된 마이크로파는, 원형 마이크로파 방사판(17)과 플라스마와의 사이에 설치된 전자파 방사창(4)의 요철부(19)에서 반사나 산란을 반복하여, 광범위하게 분산된다. 이 때, 원형 마이크로파 방사판(17)과 플라스마 사이에 끼워진 영역은 의사 공동 공진기로 되어 있다. 이것은 플라스마의 밀도가 높은 경우에는 전자파에 있어서 플라스마는 금속벽으로서 작동하기 때문이다. 플라스마가 금속벽으로서 작동하는 조건으로는, 플라스마 주파수(ωp)가 방사되는 전자파의 주파수(ω)보다도 높은 것을 들 수 있다.
이 의사 공동 공진기 내에서는, 전자파 방사창(4)에 설치된 요철부(19)의 효과에 의해, 분산성이 높은 파가 생성되어 있고, 요철부가 없는 경우에 비해, 전자파의 방사 강도의 균일성을 높게 할 수 있다.
게다가, 전자파 방사창(4)에 설치되는 요철부(19)의 철부의 형상은 본 실시형태 5와 같은 반구형상의 철부가 2차원상으로 다수 설치되는 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 실시형태 2와 같은 사각기둥 형상(직방체 형상)의 철부가 평행하게 배열되는 구성이나, 반원주상의 철부가 평행하게 배열되는 구성이나, 또는 원주 형상이나 사각뿔 형상이나 원추 형상의 철부가 2차원상으로 다수 설치되는 구성 등이어도 좋다.
게다가, 본 실시형태 5에 따른 플라스마 처리장치는 동축 전송로(16), 전자파 방사판(17), 상기 전자파 방사판(17)에 설치된 개구부(슬릿(18)), 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창(4)을 구비하고, 상기 동축 전송로(16)로부터 상기 전자파 방사판(17) 및 상기 전자파 방사창(4)을 통하여 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 전자파 방사창(4)의 상기 전자파 방사판(17)과 마주보는 면에 요철부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시형태 5에 있어서의 동축 전송로(16)로부터 원형 마이크로파 전력이 공급되는 플라스마 처리장치에 있어서도, 전자파 방사창(4)에 요철부(19)가 설치되는 대신에, 도3, 4의 실시형태 3과 같이, 유전율이 다른 재료가 혼합된 전자파 방사창(4)을 이용하거나, 상기 실시형태 3과 같이, 혼합부재(14)의 직경이 마이크로파 파장의 1/8보다 크게 되거나, 도5의 실시형태 4와 같이, 전자파 방사창(4) 위에 도전성 메시(15)(청구항 3에 대응)가 설치되어도 좋고, 이에 의해 본 발명에 의한 효과가 얻어지는 것은 말할 것도 없다. 게다가, 본 발명에서는, 실시형태 1∼5의 구성을 적절히 조합시키는 것도 가능하다.
상기와 같이, 실시형태 1∼4의 플라스마 처리장치에 있어서는, 도파관 안테나(2)와 플라스마와의 사이의 의사 공동(cavity)에 있어서, 마이크로파를 분산시킴으로써, 안테나(2)의 개구부(슬릿)의 수를 적게 할 수 있다. 이에 의해, 안테나 간의 상호작용이 작아지고, 안테나의 설계가 용이해진다. 또한, 안테나(2) 부분보다도 넓은 범위에 전자파를 방사하는 것이 가능해지기 때문에, 대면적의 플라스마를 생성할 수 있게 된다. 또한, 실시형태 1∼5의 플라스마 처리장치에 있어서는, 플라스마에 방사되는 전자파의 강도를 균일화할 수 있음과 동시에, 넓은 범위에 전자파를 방사하는 것이 가능해지기 때문에, 대면적의 플라스마를 생성할 수 있게 된다. 또한, 실시형태 2, 5의 플라스마 처리장치에 있어서는, 전자파 방사창(4)의 도파관(1) 또는 원형 마이크로파 방사판(17)과 마주보는 면에, 마이크로파 분산용 요철부(12 또는 19)가 설치되어 있기 때문에, 전자파 방사창(4)의 플라스마에 드러나는 면은 평탄면이고, 요철부(12 또는 19)가 플라스마에 노출되는 일은 없다. 이에 의해, 전자파 방사창(4)의 플라스마에 노출되는 면에서의 막 잔류나 파티클(particle) 발생을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 실시형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능한 것은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반응성 플라스마의 경우에도, 대면적 기판이나 사각형 기판을 처리할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공할 수 있는 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

  1. 도파관, 도파관 안테나, 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창과, 상기 도파관 안테나와 상기 전자파 방사창 사이에 끼워진 유전체 공간을 구비하고, 상기 도파관 안테나로부터 상기 유전체 공간 및 상기 전자파 방사창을 통하여 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서,
    상기 유전체 공간과 상기 전자파 방사창 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메시의 간격은 상기 도파관 안테나의 아래에서는 좁고, 상기 도파관 아래를 벗어남에 따라 넓게 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  3. 동축 전송로, 전자파 방사판, 상기 전자파 방사판에 설치된 개구부, 및 유전체로 이루어지는 전자파 방사창과, 상기 전자파 방사판과 상기 전자파 방사창 사이에 끼워진 유전체 공간을 구비하고, 상기 동축 전송로로부터 상기 전자파 방사판, 상기 유전체 공간 및 상기 전자파 방사창을 통해 방사된 전자파에 의해 플라스마를 생성하는 플라스마 처리장치에 있어서,
    상기 유전체 공간과 상기 전자파 방사창 사이에, 도전성 재료로 이루어지는 메시가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전자파 방사창의 상기 플라스마와 접하는 면은 평탄면인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
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