KR20080075928A - 플라즈마 생성용 천판 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리를 내부에서 수행하기 위한 챔버(1)와, 이 챔버(1)의 상측을 막는 유전체로 이루어지는 천판(15)과, 이 천판(15)을 거쳐 고주파를 챔버(1) 내에 공급하는 고주파 공급 수단으로서의 안테나부(3)를 구비한다. 천판(15)은 그 내부에 반사 부재(23a, 23b)를 구비한다. 반사 부재(23a, 23b)의 측벽은 천판(15) 내를 직경 방향으로 전파하는 고주파를 반사하기 위한 파 반사 수단으로서 작용한다. 또는, 반사 부재가 없고, 천판(15)의 오목부의 측벽을 파 반사 수단으로 해도 좋다.

Description

플라즈마 생성용 천판{PLASMA PROCESSING SEAL PLATE}
본 발명은 공작물을 배치한 챔버 내에 플라즈마를 생성하고, 공작물에 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
도 21을 참조하여, 종래의 플라즈마 처리 장치의 구성에 대하여 설명한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 챔버(1)를 구비하고, 그 개구한 상측을 덮도록, 고주파 공급 수단으로서의 안테나부(3)를 구비한다. 안테나부(3)는, 알루미늄 합금으로 이루어지는 안테나 커버(3a)와, 세라믹으로 이루어지는 지파판(遲波板)(3b)과, 동일 합금으로 이루어지는 안테나판(3c)을 포함한다. 안테나판(3c)에는, 복수의 가늘고 긴 관통 구멍인 슬롯 구멍(20)이 마련되어 있다. 또한, 안테나부(3)와 챔버(1) 사이에는, 예컨대 석영이나 세라믹 등의 유전체로 이루어지는 천판(15)이 배치되어 있다. 여기서 말하는 「천판」은 「유전창」, 「마이크로파 투과창」 등으로 불리는 경우도 있다. 천판(15)은 천판 가압링(16)으로 챔버(1)에 대하여 고정되어 있다. 안테나부(3)는 안테나부 가압링(17)으로 고정되어 있다.
챔버(1) 내에는 서셉터(7)가 배치되어 있고, 플라즈마 처리를 수행할 때는, 서셉터(7)의 상면에 처리해야 할 기판(11)을 탑재한 후에, 진공 펌프(9)에 의해 챔버(1) 내를 배기하여, 가스 도입구(도시 생략)로부터 반응 가스를 도입한다. 고주파 발생기(5)에서 고주파를 발생시킨다. 이 고주파는 도파관(6)을 통해 안테나부(3)에 전송되어, 지파판(3b)을 통하여, 안테나 전극(3c)의 복수의 슬롯 구멍(20)에 의해 일정 범위에 분배되어, 챔버(1)측을 향해서 공급된다. 고주파는 천판(15)을 지나서 반응 가스를 플라즈마화한다. 이 결과, 챔버(1) 내에 플라즈마(13)가 발생하여, 기판(11)에 대한 플라즈마 처리가 행하여진다. 또, 이 예에서는, 도파관(6)은 내측도체(6a)와 외측도체(6b)로 이루어지는 동축 도파관이지만 다른 형식의 도파관도 있을 수 있다.
챔버(1) 내에 발생하는 플라즈마(13)가 고밀도로 되고, 플라즈마에 의한 컷오프 주파수가 고주파의 주파수를 상회할 정도로 고밀도로 된 상태에서는, 플라즈마 밀도가 높아질수록, 고주파를 챔버(1) 내에 공급하고자 할 때의 천판(15)과 플라즈마(13) 사이의 계면에서의 고주파의 반사의 비율이 커진다. 천판(15)이 어느 정도 이상 얇은 경우, 계면에서 반사한 고주파는, 천판(15)으로부터 다시 도파관(6)을 따라 고주파 발생기(5)쪽으로 되돌아가, 안테나부(3)와 고주파 발생기(5) 사이에 통상 배치되는 정합기(도시 생략)에 의해, 다시 안테나부(3)쪽으로 반사된다. 그 결과, 안테나부(3)로부터 정합기에 이르는 도파관(6)에서, 전자계가 매우 강하게 되어, 이상 방전이나 전력 손실의 원인으로 된다.
한편, 천판(15)이 어느 정도 이상 두꺼운 경우는, 반사한 고주파는 도파관(6)을 따라 되돌아가지 않고 천판(15)의 외면에서 반사를 반복하여, 천판(15) 내 에 가두어져, 정재파(定在波)로 되는 경향이 있다. 이렇게 해서 정재파가 발생한 경우, 도 22에 도시하는 바와 같이, 천판(15) 내의 강전계 영역(18)은 천판(15)의 반경 방향으로 보아 국소적으로 나타낸다. 또, 도 22는 왼쪽 절반만을 나타내고 있다. 도 22에서의 화살표는 고주파의 전파 방향을 나타내고 있다. 이 경우, 천판(15)의 중앙 부근에 의해 강한 전계를 발생한다. 그 결과, 챔버(1) 내에도 그 영향이 반영된다. 이 때의 챔버(1) 내의 플라즈마 밀도 분포를 도 23에 나타낸다. 즉, 플라즈마 밀도가 챔버(1) 내 중 중앙 근방에서 높게 되어, 플라즈마 밀도의 균일성이 손상되고 있다. 플라즈마 밀도의 균일성이 손상되면, 플라즈마 처리의 균일성도 손상된다.
또한, 슬롯 구멍(20)으로부터 플라즈마(13)까지의 거리가 짧을수록, 즉, 천판(15)이 얇을수록, 슬롯 구멍(20)에서 형성되는 전계가 플라즈마(13)의 표면 근방에 강한 전계를 생성하게 된다. 따라서, 환언하면, 플라즈마에의 전력 공급 효율이 높아진다. 이것 자체는 바람직한 것이지만, 천판(15)은 유전체로 이루어지고, 실제로는 석영이나 세라믹 등의 재질이 이용되고 있기 때문에, 기계적 강도가 문제로 되어, 천판을 얇게 하는 데에도 한계가 있다. 예컨대, φ300mm의 반도체 웨이퍼를 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치에서 천판에 석영을 이용한 경우, 기계적 강도 확보의 관점에서 천판의 두께는 적어도 40㎜로 할 수밖에 없고, 이러한 두께에서는, 용이하게 천판 내부에 정재파가 발생한다. 천판 내부에 소망하지 않는 정재파가 발생하는 것에 의해, 전력 공급 효율이 저하하여, 챔버 내에서의 플라즈마 밀도의 균일성이 손상되고, 플라즈마 처리의 균일성도 손상된다.
본 발명에서는, 이상 방전이나 소망하지 않는 정재파를 발생시키는 일없이, 플라즈마 밀도의 균일성을 높일 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 근거한 플라즈마 처리 장치의 하나의 국면에서는, 플라즈마 처리를 내부에서 수행하기 위한 챔버와, 상기 챔버의 상측을 막는 유전체로 이루어지는 천판과, 상기 천판을 거쳐서 고주파를 상기 챔버 내에 공급하는 고주파 공급 수단을 구비하되, 상기 천판은 상기 천판의 내부를 전파하는 고주파를 반사하기 위한 파 반사 수단을 내부에 구비한다. 이 구성을 채용함으로써, 천판 내부에서의 고주파의 소망하지 않는 전파를 방해할 수 있어, 천판 내의 전자기적 상태를 바람직한 상태로 할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 파 반사 수단은 상기 천판의 직경 방향으로 전파하는 고주파를 반사하기 위한 것이다. 이 구성을 채용함으로써, 직경 방향의 고주파의 전파를 방해할 수 있어, 중심부와 외연부 사이에서 발생하는 천판 내의 전계 강도의 편재를 시정할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 파 반사 수단은 상기 천판의 대략 중앙에 배치되어 있다. 이 구성을 채용함으로써, 천판의 중앙에 전계 강도가 높은 부분이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 챔버 내의 플라즈마 밀도 분포를 더 균일하게 할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 파 반사 수단은 상기 천판을 구분한다. 이 구성을 채용함으로써, 천판 내부를 전파하는 고주파가 구분된 각 영역간을 왕래하는 것이 방지되어, 각 영역마다 전자기적 상태가 정해지게 되기 때문에, 천판 내의 각 영역에서의 축적 에너지를 제어하기 쉽게 된다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 천판과 상기 고주파 공급 수단 사이에 슬롯 구멍을 갖는 안테나판을 구비하고, 상기 천판의 상기 파 반사 수단에 의해 구분된 각 영역 내에 상기 슬롯 구멍이 위치한다. 이 구성을 채용함으로써, 구분된 각 영역마다 슬롯 구멍을 통하여 개별적으로 고주파를 공급하여 전계 강도를 제어하는 것이 가능해지기 때문에, 천판 내의 각 영역에서의 축적 에너지를 더 확실히 제어할 수 있게 된다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 천판은 표리중 적어도 한쪽의 표면으로부터 우묵하게 들어간 오목부를 갖고, 상기 파 반사 수단은 상기 오목부의 측벽부이다. 이 구성을 채용함으로써, 부품점수를 늘리는 일없이, 간단한 구조로 파 반사 수단을 실현할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 오목부는 링형상이다. 이 구성을 채용함으로써, 파의 직경 방향의 전파를 효율적으로 방지할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 오목부는 상기 천판의 상기 고주파 공급 수단에 면하는 쪽의 면에 있다. 이 구성을 채용함으로써, 플라즈마 발생면을 종래와 같은 높이에 유지한 채로, 파 반사 수단을 배치할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 오목부는 상기 천판의 상기 챔버에 면하는 쪽의 면에 있다. 이 구성을 채용함으로써, 오목부의 내부에 플라즈마를 수용할 수 있기 때문에, 플라즈마 발생면과 안테나부 사이의 거리를 줄일 수 있고, 그 결과, 플라즈마에 대한 전력 공급 효율을 높일 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 파 반사 수단은, 상기 오목부에 들어간 플라즈마이다. 이 구성을 채용함으로써, 천판에 특별한 부재를 마련하는 일없이, 플라즈마 자체에 의해 파 반사 수단을 실현할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 천판과 상이한 재료로 이루어지는 반사 부재가 천판의 내부에 배치되고, 상기 반사 부재의 측벽이 상기 파 반사 수단이다. 이 구성을 채용함으로써 반사 부재에 의해 확실하게 소정의 위치에서 파를 반사시킬 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 천판중 인접하는 상기 파 반사 수단끼리의 사이에 유지되는 부분의 길이가 상기 고주파가 상기 천판의 재질 중을 전파할 때의 파장의 1/2배 이상이다. 이 구성을 채용함으로써, 파 반사 수단끼리의 사이에 유지된 부분에 강한 정재파를 발생시킬 수 있기 때문에, 챔버 내의 플라즈마 근방에 강한 전계를 발생할 수 있다. 따라서, 플라즈마를 향해 더 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 오목부 부분에서의 상기 천판의 두께가, 상기 고주파가 상기 천판의 재질중을 전파할 때의 파장의 1/2배 이하이다. 이 구성을 채용함으로써, 오목부가 존재함으로써 천판이 얇아져 있는 부분에서 정재파가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 오목부에 의해 가로막힌 인접하는 영역끼리의 사이에서의 정재파의 발생 상황을 별개로 독립적으로 제어하는 것이 가능해진다.
상기 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 오목부 부분에서의 상기 천판의 두께가, 상기 고주파가 상기 천판의 재질중을 전파할 때의 파장의 1/4배 이하이다. 이 구성을 채용함으로써, 오목부가 존재함으로써 천판이 얇아져 있는 부분에서 정재파가 발생하는 것을 더 확실히 방지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 근거한 플라즈마 처리 장치의 다른 국면에서는, 플라즈마 처리를 내부에서 수행하기 위한 챔버와, 상기 챔버의 상측을 막는 유전체로 이루어지는 천판과, 상기 천판을 거쳐 고주파를 상기 챔버 내에 공급하는 고주파 공급 수단과, 상기 천판과 상기 고주파 공급 수단 사이에 슬롯 구멍을 갖는 안테나판을 구비하되, 상기 천판은, 두꺼운 부분과 얇은 부분을 구비하고, 상기 슬롯 구멍은 상기 얇은 부분에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 이 구성을 채용함으로써, 두꺼운 부분에 의해 천판의 강도를 유지하거나, 두꺼운 부분이 파 반사 수단으로서 작용하거나 하는 한편, 얇은 부분에 의해, 슬롯 구멍으로부터 플라즈마 발생면까지의 거리를 짧게 하여 플라즈마에의 전력 공급 효율을 높이거나, 천판 내에서의 정재파 발생을 방지하거나 할 수 있기 때문에, 챔버 내에 소망의 플라즈마 분포를 실현 가능하게 된다.
(실시예 1)
(구성)
도 1을 참조하여, 본 발명에 근거한 실시예 1에서의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 이 플라즈마 처리 장치의 주요부만을 표시한 것이다. 거의 좌우 대칭인 부분은 오른쪽 절반을 생략하고 왼쪽 절반만을 표시하고 있다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 천판(15)의 중앙부에 반사 부재(23a)가 매립되어 있다. 반사 부재(23a)는 도전체 또는 고 유전체로 이루어진다. 천판(15)은, 안테나부(3)에 면하는 쪽의 표면(도면 중상측의 표면)으로부터 파내려 간 형상의 오목부를 갖는다. 반사 부재(23a)는 이 오목부의 내부 공간을 거의 매립하는 형상이며, 이 오목부 내에 수용된 상태로 설치되어 있다. 반사 부재(23a)는 천판(15)측에 고정되어 있더라도 좋고, 안테나부(3)측에 고정되어 있더라도 좋다. 반사 부재(23a)는 그 측벽을 파 반사 수단으로서 이용하기 위해 배치된 것이다.
(작용·효과)
이 플라즈마 처리 장치에서 정재파가 발생한 경우의 천판(15) 내의 전계 강도의 분포를 도 2에 나타낸다. 강전계 영역(18)은, 천판(15)의 반경 방향으로 보아 국소적으로 나타낸다고 하는 점에서는 종래의 예(도 22 참조)와 유사하지만, 종래의 예와 비교해서, 천판(15)의 중앙부에 반사 부재(23a)가 배치되어 있는 만큼, 외주쪽에 발생하고 있다. 이것은, 천판(15)의 내부를 직경 방향으로 전파하는 고주파가 반사 부재(23a)의 측벽에 의해 반사되는 것에 의해, 고주파가 천판(15)의 중앙에 모이는 것이 방해되는 것에 의한 것으로 생각된다.
천판(15) 내의 강전계 영역(18)은, 챔버 내 공간 중 강전계 영역(18)의 바로 아래에 해당하는 부분의 플라즈마를 향해 더 강하게 전자파를 부여할 수 있기 때문에 그 부분의 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 따라서, 천판(15) 내의 강전계 영역(18)의 위치가 천판(15)의 외주쪽으로 이동하는 것에 따라, 챔버 내 공간 중 중앙에서의 플라즈마 밀도는 낮게 되어, 챔버(1) 내의 플라즈마 밀도 분포는 도 3의 곡선 B로 도시하는 바와 같이, 종래에 비해서 균일하게 된다. 도 3에서는 비교를 위해, 종래의 반사 부재가 없는 플라즈마 처리 장치에서의 챔버 내의 플라즈마 밀도 분포를 곡선 A로서 나타내고 있다. 곡선 A는 도 23에 나타낸 것의 재현이다.
(실시예 2)
(구성)
도 4를 참조하여, 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 실시예 1에서의 플라즈마 처리 장치와 마찬가지로, 천판(15)의 중앙부에 반사 부재(23a)가 매립되어 있다. 실시예 2에서는, 이 중앙부의 반사 부재(23a)에 덧붙여, 반사 부재(23a)를 둘러싸도록 고리형으로 반사 부재(23b)가 배치되어 있다. 반사 부재(23b)도 반사 부재(23a)와 마찬가지로, 그 측벽을 파 반사 수단으로서 이용하기 위해 배치된 것이다.
(작용·효과)
이 플라즈마 처리 장치에서 정재파가 발생한 경우의 천판(15) 내의 전계 강 도의 분포를 도 5에 나타낸다. 이 천판(15) 내에는 반사 부재(23a)에 덧붙여 고리형의 반사 부재(23b)도 배치되고, 말하자면, 천판(15)이 동심형상으로 구분되어 있는 모양으로 되어 있기 때문에, 강전계 영역(18)이 발생할 수 있는 위치는, 실시예 1(도 2 참조)에 비해 더 한정된다. 강전계 영역(18)은 반사 부재(23a, 23b)에 의해 구분된 영역 내에 발생하는 것으로 된다. 동심형상으로 나누어지는 천판(15)의 각 영역끼리를 차단하도록 반사 부재가 배치되는 것에 따라, 천판(15) 내부를 직경 방향으로 전파하는 고주파가 각 영역 사이를 왕래하는 것이 방해된다. 따라서, 천판(15) 내의 각 위치에서의 고주파의 축적 에너지를 독립적으로 제어하기 쉬워진다. 이 플라즈마 처리 장치에서의 챔버(1) 내의 플라즈마 밀도 분포를, 도 3에 곡선 C로서 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 챔버(1) 내의 플라즈마 밀도 분포는 실시예 1의 결과(곡선 B로서 표시)보다 더 균일하게 된다.
반사 부재로서는, 여기서는, 반사 부재(23a, 23b)의 2개를 나타냈지만, 도 6에 도시하는 바와 같이, 더 많은 반사 부재에 의해, 천판을 다중으로 동심형상으로 구분하는 것으로 해도 좋다. 천판을 더 많은 영역으로 구분함으로써, 천판(15) 내의 각 위치에서의 고주파의 축적 에너지를 더 상세하게 제어하는 것이 가능해진다.
본 실시예의 플라즈마 처리 장치에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 안테나판(3c)의 슬롯 구멍(20)은 천판(15)의 구분된 각 영역에 각각 대응하는 위치에 배치되어 있다. 슬롯 구멍이 이와 같이 배치되어 있는 것에 따라, 슬롯 구멍으로부터 천판 내를 향해 방사된 고주파 중 옆쪽을 향하는 것은 반사 부재의 측벽에서 반사되기 때문에, 고주파는 구분된 각 영역 내에 가두어지고, 각 영역 내에서 아래쪽 으로 지향성을 나타내도록 된다. 구분된 각 영역마다 개별의 슬롯 구멍으로부터 천판 내를 통하여 챔버 내를 향해 고주파를 공급하는 것이 가능해지기 때문에, 슬롯 구멍의 형상이나 크기를 적절히 변경하는 것으로 챔버 내의 플라즈마 분포를 제어할 수 있다. 따라서, 챔버 내에 균일하게 고주파를 공급하는 데에 있어서 바람직하다.
실시예 1, 2의 플라즈마 처리 장치에서는, 천판(15)의 고주파 공급 수단측, 즉 안테나부(3)측에 오목부를 마련하여, 여기에 파 반사 수단으로서 반사 부재를 감입한 구조로 했지만, 반사 부재에 상당하는 것은 고체일 필요는 없고, 도전체 또는 고 유전체이기만 하면, 기체나 액체이더라도 좋다. 이 경우, 오목부의 측벽이 파 반사 수단으로서의 기능을 하는 것으로 된다. 또한, 오목부를 마련하는 것은 고주파 공급 수단측에 한정되지 않고, 도 7에 도시하는 바와 같이, 챔버(1)에 면하는 쪽이더라도 좋다. 도 7에 나타내는 예에서는, 이들 오목부의 내부에 반사 부재(23c, 23d)가 배치되어 있다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 양쪽에서 오목부를 마련하여 적절히 조합한 것이라도 좋다. 도 8에 나타내는 예에서는, 반사 부재(23a, 23d)가 배치되어 있다. 또는 그 반사 수단으로서의 반사 부재는 오목부에 배치되는 것이 아니라, 도 9에 도시하는 바와 같이, 천판을 관통하는 것이더라도 좋다. 도 9에 나타내는 예에서는, 반사 부재(23e, 23f)가 배치되어 있다. 또는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 반사 부재가 천판(15)의 내부에 완전히 감싸인 구조이더라도 좋다. 도 10에 나타내는 예에서는, 반사 부재(23g, 23h)가 배치되어 있다.
단, 반사 부재가 금속인 경우에는, 도 7∼도 9에 나타내는 구조와 같이 챔버(1) 내 공간에 반사 부재가 노출되어 있으면, 챔버(1) 내를 오염시키는 원인으로 되기 때문에, 도 1, 도 4, 도 6, 도 10에 나타내는 구조와 같이, 챔버(1)측으로부터 보았을 때에 반사 부재가 숨겨져 있는 것이 필요하다.
또, 도 1, 도 4, 도 6∼도 10에 나타낸 바와 같은 반사 부재의 배치 패턴 중에는, 천판의 표면에 오목부나 관통 구멍을 마련하여 그 오목부나 관통 구멍의 내부에 반사 부재를 배치하는 것도 있지만, 본 명세서에서는, 이들도 포함시켜 모두「천판의 내부에」 배치되어 있는 것으로 간주하는 것으로 한다.
또한, 도 4, 도 6∼도 10에 나타낸 구조에서, 반사 부재를 천판(15) 내에 배치할 때는, 도 11에 나타내는 반사 부재(23r)와 같이 천판(15)에 마련된 오목부나 관통 구멍을 완전히 채우도록 배치해도 좋지만, 도 12에 나타내는 반사 부재(23s)와 같이 오목부나 관통 구멍을 완전히는 채우지 않고 천판(15)의 재료와의 사이에 간극(24)을 남긴 배치라도 좋다. 또한, 반사 부재는 중실(中實)인 것에 한정되지 않고, 오목부나 관통 구멍의 측벽에 접하는 부분의 면만 있으면, 중공(中空)인 것이라도 좋다.
도 7∼도 10에 나타낸 바와 같은 반사 부재의 배치 패턴에 있어서도, 반사 부재의 수를 늘려 천판(15)을 다중으로 동심형상으로 구분하도록 하면, 천판(15) 내의 각 위치에서의 고주파의 축적 에너지를 더 상세하게 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 도 4, 도 6∼도 10에서는 모두 반사 부재에 의해 천판을 동심형상으로 구분하고 있지만, 반사 부재의 배치 패턴을 변경하여, 천판의 구분의 방법을 동심 형상 이외로 해도 좋다.
(실시예 3)
(구성)
도 13을 참조하여, 본 발명에 근거한 실시예 3에서의 플라즈마 처리 장치에 관하여 설명한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 천판(15)의 챔버측의 표면에 오목부(25a, 25b)가 마련되어 있다. 오목부(25a, 25b)는 챔버(1) 내의 공간을 향해서 개방되어 있다.
(작용·효과)
이 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버(1) 내에 플라즈마(13)가 발생하면, 플라즈마(13)는 오목부(25a, 25b)의 내부에까지 들어가 있다. 플라즈마(13)가 충분히 고밀도인 상태로 오목부(25a, 25b)의 내부에 존재함으로써, 천판(15) 내부를 수평 방향으로 전파해온 고주파는 천판 내로부터 오목부(25a, 25b) 내의 플라즈마의 내부에 진입하고자 할 때에 반사하는 것으로 된다. 즉, 오목부 내에 들어간 플라즈마를 파 반사 수단으로서 이용하는 구조로 된다.
상기 각 실시예에서, 서로 인접하는 파 반사 수단끼리의 사이에 유지된 부분의 길이, 즉, 도 14에서의 길이 A, B가 모두 고주파가 천판 재질중을 전파할 때의 파장의 1/2배 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 되어 있으면, 파 반사 수단끼리의 사이에 유지된 부분에 강한 정재파를 발생시킬 수 있기 때문에, 챔버(1) 내의 플라즈마 근방에 강한 전계를 발생할 수 있기 때문에, 플라즈마를 향해서 더 효율 적으로 전력을 공급할 수 있다.
상기 각 실시예에서, 도 14에서의 길이 C, 즉, 오목부에서의 천판의 두께가, 고주파가 천판 재질중을 전파할 때의 파장의 1/2배 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 되어 있으면, 오목부가 존재함으로써 천판이 얇아져 있는 부분에 있어서 정재파가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 오목부에 의해 가로막힌 인접하는 영역끼리의 사이에서의 정재파의 발생 상황을 별개 독립적으로 제어할 수 있게 된다. 또한, 오목부에서의 천판의 두께가 고주파가 천판 재질 중을 전파할 때의 파장의 1/4배 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 되어 있으면, 오목부가 존재함으로써 천판이 얇아져 있는 부분에서 정재파가 발생하는 것을 더 확실히 방지할 수 있다.
(실시예 4)
(구성)
도 15를 참조하여, 본 발명에 근거한 실시예 4에서의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 천판(15)의 하측 표면에 오목부(26)가 동심형상으로 배치되어 있다. 안테나판(3c)에는 슬롯 구멍(20)이 마련되어 있지만, 오목부(26)와 슬롯 구멍(20)이 각각 상하 방향에 대응하는 위치에 배치되어 있다.
실시예 2에서의 플라즈마 처리 장치(도 4 참조)에서는, 천판(15)의 두꺼운 부분에 대응하도록 슬롯 구멍(20)이 배치되어 있지만, 실시예 4에서의 플라즈마 처 리 장치에서는, 천판(15)의 얇은 부분에 대응하도록 슬롯 구멍(20)이 배치되어 있다고 할 수 있다.
(작용·효과)
이 플라즈마 처리 장치에서는, 슬롯 구멍(20)으로부터 하향으로 방출된 고주파는, 천판(15)의 얇은 부분에 공급되기 때문에, 천판(15) 내에 정재파를 발생하기 어렵게 된다. 공급된 고주파는 정재파로 변하지 않고 오히려 그대로 천판(15)을 통과하여, 오목부(26)를 지나서 챔버(1) 내 공간을 향해 방사된다. 오목부(26) 내는 플라즈마가 들어올 수 있는 공간으로 되기 때문에 슬롯 구멍(20)으로부터 플라즈마까지의 거리는 짧아지고, 플라즈마에 대한 전력 공급 효율은 높아진다. 또한, 천판(15)에는 얇은 부분과 동시에 두꺼운 부분도 있기 때문에, 천판(15)의 기계적 강도는 충분히 확보된다.
한편, 오목부(26)로서 천판(15)이 얇아져 있는 부분에서는 천판(15)의 하면으로부터 피처리물까지의 거리가 길어지기 때문에, 플라즈마 발생면이 피처리물로부터 멀어져, 피처리물에 대한 플라즈마 처리 효율은 약간 저하하지만, 오목부(26) 내에서는 고주파의 옆쪽을 향하는 성분은 오목부(26)의 측벽에 의해 반사되어 아래쪽으로 향하기 때문에, 고주파의 하방으로의 지향성은 높아진다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 천판 내에 정재파가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 슬롯 구멍 및 오목부의 배치에 의해 챔버 내의 플라즈마로의 고주파의 공급형편의 분포를 설정할 수 있기 때문에, 챔버 내에 소망의 플라즈마 분포를 실현할 수 있다.
또, 실시예 2와 실시예 4를 융합한 사고방식으로서, 천판(15)의 두꺼운 부분과 얇은 부분의 쌍방에 각각 대응하여 안테나판(3c)에 슬롯 구멍(20)을 배치하더라도 좋다. 그와 같이 한 경우에도, 각 슬롯 구멍의 형상이나 크기를 적절히 변경함으로써, 천판 내의 전자기적 상태를 소망의 상태로 할 수 있기 때문이다.
(실시예 5)
(구성)
도 16을 참조하여, 본 발명에 근거한 실시예 5에서의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 천판(15)은, 상부 천판(15s)과 하부 천판(15t)의 2장으로 이루어진다. 하부 천판(15t)의 상측 표면에 오목부(27)가 동심형상으로 배치되어 있다. 안테나판(3c)에는 슬롯 구멍(20)이 마련되어 있지만, 오목부(27)와 슬롯 구멍(20)이 각각 상하 방향으로 대응하는 위치에 배치되어 있다. 하부 천판(15t)의 상측에는, 오목부(27)를 막도록 접하는 상부 천판(15s)이 배치되어 있다. 상부 천판(15s)과 하부 천판(15t)은 동일한 재질로 이루어진다.
(작용·효과)
이 플라즈마 처리 장치에서는, 슬롯 구멍(20)의 바로 아래는 얇은 상부 천판(15s)을 거쳐서 오목부(27)로 되어 있기 때문에, 슬롯 구멍(20)으로부터 하향으로 방사된 고주파는 상부 천판(15s)을 통과하여 오목부(27)를 거쳐서, 하부 천판(15t)을 통과하여 챔버(1) 내 공간으로 향한다. 상부 천판(15s)도 하부 천 판(15t)도 얇기 때문에, 고주파는 천판(15)의 내부에서 정재파로 되기 어렵다. 또한, 천판(15)에는 얇은 부분과 동시에 두꺼운 부분도 있기 때문에, 천판(15)의 기계적 강도는 충분히 확보된다. 또한, 고주파는 오목부(27)를 통과할 때에 옆쪽을 향하는 성분이 오목부(27)의 측벽에서 반사되기 때문에 아래쪽으로 향하는 지향성이 더 강해진다. 오목부(27)는 하부 천판(15t)의 챔버(1)측의 면이 아니라 상측의 면에 있기 때문에, 플라즈마 발생면을 피처리물로부터 멀리하는 일없이, 지향성을 높일 수 있다. 그 결과, 피처리물의 근방에서의 플라즈마나 래디컬의 밀도를 개선할 수 있다.
(실시예 6)
(구성)
도 17을 참조하여, 본 발명에 근거한 실시예 6에서의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 기본적으로는 도 15를 참조하여 나 실시예 4에서 설명한 것과 유사하고, 천판(15)의 하측 표면에 오목부가 동심형상으로 배치되어 있다. 그러나, 오목부의 깊이가 다르다. 도 17에는, 천판(15)의 근방만을 확대하여 나타낸다. 이 플라즈마 처리 장치는, 천판(15)의 하면은 평탄하지만, 배치되어 있는 오목부의 깊이가 각각 다른 결과, 오목부의 저면의 높이가 각각 다르다. 다른 구성은 실시예 4에서 설명한 것과 마찬가지이다.
(작용·효과)
본 실시예에서도, 실시예 4와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 천판 내에 정재파가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 플라즈마에 대한 전력 공급 효율을 높일 수 있다.
또한 변형예로서, 도 18에 도시하는 바와 같이, 오목부의 저면의 높이가 동일하고 천판(15)의 하면 높이가 변화되는 구조이더라도 좋다. 또한, 변형예로서, 도 19에 도시하는 바와 같이, 오목부의 저면 높이도 천판(15)의 하면 높이도 함께 변화되는 구조이더라도 좋다. 도 19의 예에서는, 천판(15)의 하면의 높이의 변화에도 불구하고 오목부의 깊이 자체는 거의 일정하게 되어 있지만, 오목부가 깊이가 거의 일정한 경우로 한정되지 않는다.
슬롯 구멍이나 오목부의 배치를 조정하는 것에 덧붙여, 이와 같이 오목부의 저면의 높이나 천판(15)의 하면 높이도 조정함으로써, 천판 내의 전자기적 상태를 소망의 상태로 할 수 있다.
또, 실시예 4∼6에서 나타낸 이외의 형상이더라도, 슬롯 구멍의 바로 아래에 해당하는 위치에서 천판이 얇아지는 구조로 함으로써 천판 내에서의 정재파의 발생을 방지하여, 고주파의 하방으로의 지향성을 높일 수 있다. 따라서, 챔버 내에 소망의 플라즈마 분포를 실현할 수 있다.
또, 일반적으로, 천판(15)을 받치는 챔버(1)측의 부재인 천판 받침부(10)와, 천판(15)의 접점(19)(도 20 참조) 근방에서는, 전계가 집중하여, 천판 받침부(10)의 재료가 플라즈마에 의해 스퍼터링되어 콘태미네이션이나 이물질의 원인으로 되는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에 의해 천판(15) 내에 파 반사 수단을 마련하는 것으로 하면, 이 문제를 방지할 수 있다. 도 20에 나타내는 예에서는, 파 반사 수 단으로서 측벽(31)이 마련되어 있고, 마이크로파의 일부는 화살표(30)로 도시하는 바와 같이 반사하기 때문에, 접점(19)에서의 전계 집중의 정도를 저감할 수 있어, 천판 받침부(10)가 스퍼터링되는 사태를 방지할 수 있다. 이것은 상기 각 실시예에 예시한 파 반사 수단에 의해서도 각각 얻어지는 효과이다.
또, 상기 각 실시예에 든 예에서는, 천판 내에 마련한 반사면은 모두 연직 방향에 따른 면(천판의 주 표면에 수직인 면)으로 했지만, 반사면은 그와 같은 방향의 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 천판의 주 표면에 대하여 경사진 방향의 면인 것이라도 좋다.
또, 본 명세서에서는, 「고주파」라는 표현을 이용하고 있지만, 고주파에는 마이크로파도 포함되는 것으로 한다.
본 발명에 의하면, 천판 내부에서의 고주파의 소망하지 않는 전파를 방해할 수 있어, 천판 내의 전자기적 상태를 바람직한 상태로 할 수 있다. 특히 직경 방향의 고주파의 전파를 방해할 수 있어, 중심부와 외연부 사이에서 발생하는 천판 내의 전계 강도의 편재를 시정할 수 있다. 그 결과, 챔버 내의 플라즈마 밀도 분포를 더 균일하게 할 수 있다.
또, 이번 개시한 상기 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니고 특허청구의 범위에 의해 표시되고, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.
본 발명은 반도체 장치의 제조현장 등에서, 공작물에 플라즈마 처리를 수행하기 위해 이용되는 플라즈마 처리 장치에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 근거한 실시예 1에서의 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 2는 본 발명에 근거한 실시예 1에서의 플라즈마 처리 장치의 천판 내부의 전계 강도 분포를 나타내는 설명도,
도 3은 본 발명에 근거한 실시예 1, 2에서의 플라즈마 처리 장치의 챔버 내의 플라즈마 밀도 분포를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 제 1 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 5는 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 제 1 플라즈마 처리 장치의 천판 내부의 전계 강도 분포를 나타내는 설명도,
도 6은 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 제 2 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 7은 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 제 3 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 8은 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 제 4 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 9는 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 제 5 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 10은 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 제 6 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 11은 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 반사 부재의 배치의 방법의 제 1 설명도,
도 12는 본 발명에 근거한 실시예 2에서의 반사 부재의 배치의 방법의 제 2 설명도,
도 13은 본 발명에 근거한 실시예 3에서의 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 14는 본 발명에 근거한 실시예 1∼3에서의 플라즈마 처리 장치의 각 부분의 길이를 나타내는 설명도,
도 15는 본 발명에 근거한 실시예 4에서의 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 16은 본 발명에 근거한 실시예 5에서의 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 17은 본 발명에 근거한 실시예 5에서의 플라즈마 처리 장치의 부분 단면도,
도 18은 본 발명에 근거한 실시예 5에서의 플라즈마 처리 장치의 제 1 변형예의 부분 단면도,
도 19는 본 발명에 근거한 실시예 5에서의 플라즈마 처리 장치의 제 2 변형예의 부분 단면도,
도 20은 본 발명의 적용에 따른, 천판 받침부와 천판의 접점에서의 전계 집 중에 대한 효과의 설명도,
도 21은 종래기술에 근거한 플라즈마 처리 장치의 단면도,
도 22는 종래기술에 근거한 플라즈마 처리 장치의 천판 내부의 전계 강도 분포를 나타내는 설명도,
도 23은 종래기술에 근거한 플라즈마 처리 장치의 챔버 내의 플라즈마 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.

Claims (21)

  1. 처리 용기 내에 고주파를 투과시켜 플라즈마를 생성하기 위한 천판으로서,
    상기 천판은, 유전체로 구성되고, 상기 천판의 내부를 전파할 때에 상기 천판 내부에서 고주파가 반사하는 파 반사 수단을 가지며,
    상기 파 반사 수단은 상기 천판의 표리중 적어도 한쪽의 표면으로부터 우묵하게 들어간 오목부를 갖고, 상기 오목부의 얇아진 부분의 두께는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/2배 이하인
    천판.
  2. 처리 용기 내에 고주파를 투과시켜 플라즈마를 생성하기 위한 천판으로서,
    상기 천판은, 유전체로 구성되고, 상기 천판의 내부를 상기 고주파가 전파할 때에 상기 천판 내부에서 고주파가 반사하는 파 반사 수단을 가지며,
    상기 파 반사 수단은 상기 천판의 영역을 구분하도록 마련되어 있으며,
    상기 천판은 표리중 적어도 한쪽의 표면으로부터 우묵하게 들어간 오목부를 갖는
    천판.
  3. 처리 용기 내에 고주파를 투과시켜 플라즈마를 생성하기 위한 천판으로서,
    상기 천판은, 유전체로 구성되고, 상기 천판의 내부를 전파할 때에 상기 천판 내부에서 고주파가 반사하는 파 반사 수단을 가지며,
    상기 천판 중 인접하는 상기 파 반사 수단끼리의 사이에 유지되는 부분의 길이는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/2배 이상이며,
    상기 파 반사 수단은, 상기 천판과 상이한 재료로 이루어지는 반사 부재가 상기 천판의 내부에 배치되어 이루어지는 천판.
  4. 처리 용기 내에 고주파를 투과시켜 플라즈마를 생성하기 위한 천판으로서,
    상기 천판은, 유전체로 구성되고, 상기 천판의 내부를 전파할 때에 상기 천판 내부에서 고주파가 반사하는 파 반사 수단을 가지며,
    상기 천판은 상기 파 반사 수단에 의해 동심형상으로 구분되어 있는
    천판.
  5. 처리 용기 내에 고주파를 투과시켜 플라즈마를 생성하기 위한 천판으로서,
    상기 천판은, 유전체로 구성되고, 상기 천판은 두꺼운 부분과 얇은 부분을 구비하며,
    상기 얇은 부분의 두께는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/2배 이하인 천판.
  6. 처리 용기 내에 고주파를 투과시켜 플라즈마를 생성하기 위한 천판으로서,
    상기 천판은, 유전체로 구성되고, 상기 천판은 두꺼운 부분과 얇은 부분을 구비하며,
    상기 두꺼운 부분과 얇은 부분이 상기 천판의 영역에 동심형상으로 형성되어 있는
    천판.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 오목부에 의해 상기 천판이 얇아진 부분에서의 상기 천판의 두께는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/2배 이하인 천판.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파 반사 수단은 상기 천판의 대략 중앙에 배치되어 있는 천판.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파 반사 수단은 상기 오목부의 측벽부인 천판.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오목부는 링형상인 천판.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 파 반사 수단은 상기 오목부에 들어간 플라즈마인 천판.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 천판과 상이한 재료로 이루어지는 반사 부재가 천판의 내부에 배치되고, 상기 반사 부재의 측벽이 상기 파 반사 수단인 천판.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천판 중 인접하는 상기 파 반사 수단끼리의 사이에 유지되는 부분의 길 이는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/2배 이상인 천판.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부에 의해 상기 천판이 얇아진 부분에서의 상기 천판의 두께는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/4배 이하인 천판.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파 반사 수단은 상기 천판의 영역을 동심형상으로 구분하도록 마련되어 있는 천판.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파 반사 수단은 상기 천판의 영역을 다중으로 구분하도록 마련되어 있는 천판.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 도전체 또는 고유전체로 이루어지는 천판.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 얇은 부분의 두께는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/2배 이하인 천판.
  19. 제 5 항에 있어서,
    상기 얇은 부분의 두께는 상기 고주파가 상기 천판 내를 전파할 때의 파장의 1/4배 이하인 천판.
  20. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 두꺼운 부분과 얇은 부분은 상기 천판의 영역에서 다중으로 형성되어 있는 천판.
  21. 처리용기 내에 고주파를 투과시켜 플라즈마를 생성하기 위한 천판으로서,
    상기 천판은, 유전체로 구성되고, 상기 천판의 내부를 전파할 때에 상기 천판 내부에서 고주파가 반사하는 파 반사 수단을 갖고,
    상기 파 반사 수단은, 상기 천판과 상이한 재료로 이루어지는 반사 부재로 이루어지는
    천판.
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