KR20090093885A - 마이크로파 플라즈마 처리 장치, 그것에 이용되는 유전체 창 부재 및, 유전체 창 부재의 제조 방법 - Google Patents

마이크로파 플라즈마 처리 장치, 그것에 이용되는 유전체 창 부재 및, 유전체 창 부재의 제조 방법

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KR20090093885A
KR20090093885A KR1020090016960A KR20090016960A KR20090093885A KR 20090093885 A KR20090093885 A KR 20090093885A KR 1020090016960 A KR1020090016960 A KR 1020090016960A KR 20090016960 A KR20090016960 A KR 20090016960A KR 20090093885 A KR20090093885 A KR 20090093885A
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마사키 히라야먀
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마사후미 기타노
코헤이 와타누키
타카아키 마츠오카
시게미 무라카와
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고쿠리츠 다이가쿠 호진 도호쿠 다이가쿠
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 플라즈마 생성용 가스로서, Kr을 사용한 경우에도, Ar 등, 다른 희(稀)가스를 이용한 경우와 동일한 특성의 산화막, 질화막밖에 얻을 수 없는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 존재하는 것이 판명되었다.
(해결 수단) 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 구성하는 유전체 창(dielectric window) 부재를 세라믹 부재만으로 구성하는 것이 아니라, 당해 세라믹 부재의 처리 공간측의 면상(面上)에, 열처리에 의해 화학량론적으로 SiO2의 조성을 얻을 수 있는 평탄화 도포막을 도포한 후, 열처리함으로써 지극히 평탄, 그리고 치밀한 표면을 갖는 평탄화 도포 절연막을 형성한다. 당해 평탄화 도포 절연막상에 내식성막을 형성한다.

Description

마이크로파 플라즈마 처리 장치, 그것에 이용되는 유전체 창 부재 및, 유전체 창 부재의 제조 방법 {MICROWAVE PLASMA PROCESSING APPARATUS, DIELECTRIC WINDOW FOR USE IN THE MICROWAVE PLASMA PROCESSING APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE DIELECTRIC WINDOW}
본 발명은, 유전체판(dielectric plate) 및/또는 샤워 플레이트를 투과한 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성하여 피(被)처리체를 플라즈마 처리하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 유전체판 및/또는 샤워 플레이트를 구성하는 세라믹 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이 종류의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마를 이용하여, 유리 기판, 반도체 기판 등의 피처리체에 대하여, 성막, 에칭, 애싱(ashing) 등의 처리를 행하는 처리실을 구비하여, 당해 처리실 내로 가스를 도입하는 한편, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA; Radial Line Slot Antenna)(이하, 단순히 슬롯 안테나라고 칭함) 등의 마이크로파 도입 수단을 이용하여 마이크로파를 유전체판으로 구분되어진 처리실 내로 공급함으로써, 처리실 내에 플라즈마를 발생시키고 있다. 이와 같이 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 처리실 내부에, 유리 기판, 반도체 기판 등의 피처리체를 올려놓는 재치대(holding stage)가 유전체판과 대향하도록 배치되어 있다.
또한, 유전체판은 처리 공간 내를 기밀하게 유지하면서, 마이크로파를 처리 공간 내로 도입하는 창(window)을 구성하고 있다.
이 종류의, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 유전체판에 의한 유전체 창(dielectric window)뿐인 구성과, 샤워 플레이트를 유전체 창으로서 갖는 구성이 있다.
일본공개특허공보 2004-265919호(특허문헌 1)에 개시되어 있는 것은 전자(前者)의 구성으로, 슬롯 안테나와 대향하도록 처리실에 유전체판을 형성하여, 이 유전체판에 의해, 플라즈마 처리를 행하는 처리 공간을 기밀하게 유지하고 있다. 이 형식의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 유전체판으로 구성된 유전체 창을 통해 슬롯 안테나로부터의 마이크로파를 처리 공간 내로 도입하고 있다. 이 경우, 아르곤 등의 플라즈마 가스는, 유전체판과 재치대와의 사이, 즉, 유전체판의 하부로부터 처리 공간 내로 도입된다.
한편, 일본공개특허공보 2006-310794호(특허문헌 2)는, 마이크로파를 투과시키는 다수의 유전체판을 타일 형상으로 빈틈없이 깔고, 그들 타일의 사이로부터, 플라즈마를 생성하기 위한 아르곤 등의 가스를 처리실 내에 공급하는 플라즈마 처리 장치 및 처리 방법을 개시하고 있다. 특허문헌 2에 나타난 유전체판은 복수의 유전체 파트(parts)로 구성되어 있다.
또한, 후자의 구성을 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서, 원형 형상의 슬롯 안테나와, 아르곤 등의 플라즈마 가스를 통과시키기 위한 다수의 구멍을 구비한 원형 형상의 샤워 플레이트를 구비하고, 당해 샤워 플레이트를 유전체 부재로 구성한 마이크로파 플라즈마 처리 장치도 있다. 또한, 상하 2단 구성의 샤워 플레이트를 갖는 마이크로파 플라즈마 처리 장치도 제안되고 있다.
상기한 바와 같은 유전체판, 유전체 파트 및, 샤워 플레이트로서 사용되는 유전체 창은, 통상, 알루미나 세라믹 등의 세라믹으로 형성되어 있다.
이하, 본 명세서에서는, 유전체판, 유전체 파트, 샤워 플레이트를 포함하는 유전체 창 등의 유전체로 구성된 부재를 유전체 창 부재로 총칭하는 것으로 한다.
한편, 이 종류의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 생성용 가스로서 아르곤을 사용하는 것보다도, 크립톤(Kr)을 사용하면, 특성이 우수한 막, 예를 들면, 산화막을 형성할 수 있는 것이 보고되고 있다.
[특허문헌 1] 일본공개특허공보 2004-265919호
[특허문헌 2] 일본공개특허공보 2006-310794호
그러나, 실제로, 크립톤을 플라즈마 생성용 가스로서 사용해도, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 따라서는, 아르곤을 이용한 경우와 동일 정도의 특성을 갖는 막, 예를 들면, 산화막밖에 얻을 수 없는 경우도 있는 것이 판명되었다. 구체적으로 말하면, 이 종류의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 산화할 때, 플라즈마 생성용 가스로서, 통상, 아르곤과 산소(Ar/O2)가 공급되고 있지만, 이 플라즈마 생성용 가스를 크립톤과 산소(Kr/O2)로 바꿔도, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 따라서는, 의미있는 차이가 인정되지 않는 경우가 있었다. 이것은, Ar/NH3를 Kr/NH3로 바꿔서 질화막을 형성한 경우에도 동일했다.
그래서, 본 발명의 과제는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 의해 형성된 막, 특히, 산화막, 질화막에 있어서의 특성 열화의 원인을 규명하여, 그 원인을 제거하는 수단을 제안함과 아울러, 원인을 제거함으로써 생성되는 막의 특성을 개선하는 것에 있다.
Kr 플라즈마를 사용한 경우, 이론적으로는 Ar 플라즈마보다 좋은 산화막이 생겨야 할 터이지만, 실제로는, Kr 플라즈마를 이용해도, Ar 플라즈마를 이용한 경우와 동등 정도의 산화막밖에 생기지 못했다. 발명자들에 의한 검토 결과, 그 원인의 하나는, 플라즈마로 형성된 산소 라디칼이 유전체 부재를 구성하는 세라믹판의 표면에서 낭비되어 불활성으로 되는 것에 기인한 것이라는 인식을 얻었다. 구체적으로 말하면, Kr 플라즈마 쪽이 Ar 플라즈마보다 고밀도 플라즈마가 생성되기 쉽기 때문에, 플라즈마가 보다 유전체 창 부재의 가까이에 존재한다. 그 결과, Kr 플라즈마는 유전체 창 부재의 표면의 영향을 받기 쉽게 된다. 한편, 유전체 창 부재의 표면은 연마에 의해 평활화되어 있기는 하지만, 그 알루미나 세라믹의 유전체 창 부재의 표면을 미크로(micro)로 관찰하면, 피크-투-밸리(P-V, peak-to-valley)로 2㎛나 되는 요철을 갖고 있는 것이 확인되었다. 이와 같이, 표면의 요철이 크기 때문에, 플라즈마 이온이 재결합하여 플라즈마가 소멸해 버리는 것이 판명되었다.
또한, 다른 원인은, 알루미나 세라믹의 표면이 연마에 의해 산소 결손 상태로 되어 있기 때문에, 그 표면의 산화에 산소 라디칼이 사용되어 버려, 중요한 처리를 위해 사용되지 않기 때문이라는 인식을 얻었다.
본 발명자들은, 상기한 인식에 기초하여, 유전체 창 부재의 개선을 도모한 바, 지극히 양호한 결과를 얻었다.
본 발명에 의하면, 유전체 창 부재의 플라즈마에 접하는 세라믹 부재 표면(처리실측의 표면)을 평탄화 도포막에 의해 평활화하고, 그리고 스토이키오메트릭(stoichiometric, 화학양론적)한 조성(완전한 산화물)으로 함으로써, 소망하는 특성을 구비한 막을 얻을 수 있었다.
예를 들면, 본 발명에서는, 마이크로파로서 2.45GHz, 또는 915MHz를 사용한 마이크로파 플라즈마 장치에 있어서, 알루미나 등의 세라믹 부재 표면을 평탄화 도포막으로 덮은 샤워 플레이트를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 얻어진다.
또한, 본 발명은 유전체 창 부재로서 샤워 플레이트를 구비하는 장치뿐만 아니라, 다른 형식의 유전체 창 부재를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.
단, CF막의 CVD나 플라즈마 에칭 시에 사용되는 불화카본 가스에 대하여 SiO2는 내성이 약하므로, 그러한 경우에는 Y2O3 등의 내식성(耐蝕性) 절연물막으로 덮는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 세라믹 부재 표면의 플라즈마에 접하는 면을 평탄화 도포막으로 덮음으로써 마이크로파 플라즈마 처리 장치용 유전체 창 부재를 형성함과 아울러, 평탄화 도포막의 표면을 완전한 산화막으로 함으로써, 라디칼이 소멸하는 것을 방지하여, 플라즈마 생성용 가스로서 Kr(크립톤)을 사용한 경우에 있어서의 특성을 개선할 수 있다.
도1 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유전체 창 부재를 나타내는 단면도이다.
도2 는 도1 에 나타난 유전체 창 부재를 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도3 은 도1 에 나타난 유전체 창 부재를 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도4 는 도1 에 나타난 유전체 창 부재를 적용할 수 있는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 또 다른 예를 나타내는 개략도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 유전체 창 부재
10a : 유전체 창
12 : 세라믹 부재
14 : 평탄화 도포 절연막
16 : 내식성막
20 : 처리 용기
22 : 재치대
24 : 절연판
26 : 피처리 기판
28 : 배기 포트
30 : 가스 도입구
32 : 레이디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA)
34 : 실드(shield) 부재
40 : 고주파 전원
42 : 도파관
44, 46, 49 : 도체판
48 : 도체 링
50 : 개구
52 : 슬롯
58 : 구멍(노즐 개구부)
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
도1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치용 유전체 창 부재(10)는, 알루미나(Al2O3)에 의해 형성된 세라믹 부재(12), 당해 세라믹 부재(12)의 한쪽의 면측(여기에서는, 처리 공간측의 면측)에 도포된 평탄화 도포 절연막(14) 및, 평탄화 도포 절연막(14)상에 도포된 내식성막(여기에서는, Y2O3막)(16)에 의해 구성되어 있다. 이 구성에서는, 도시된 바와 같이, 내식성막(16)이 플라즈마 여기(excitation) 공간측, 즉, 처리 공간측에 면해 있다.
도시된 유전체 창 부재(10)에 있어서, 절삭 연마 가공 후의 알루미나 세라믹 부재(12)의 표면 중 적어도 처리 공간측의 면은, 피크-투-밸리(P-V)로 1.78㎛, Ra로 0.232㎛의 요철을 갖고 있었다.
세라믹 부재(12)의 처리 공간측의 표면에는, 평탄화 도포 절연막(14)이 형성되어 있다. 평탄화 도포 절연막(14)을 형성하는 재료로서는, Si, C, 및, O를 원자비로 O＞Si＞1/2C가 되도록 함유한 SiCO 도포막으로 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, SiCO 도포막은 SiO의 반복 단위가 주(主)골격으로, 그 조성이 일반식 ((CH3)nSiO2 -n/2)x(SiO2)1-x(단, n=1∼3, x≤1)로 표시되는 1종 또는 2종 이상의 산화물로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 위의 식으로 표시되는 산화물을 포함하는 액체상의 재료(SiCO)를 도포하고, 건조시켜 소성함으로써, 화학량론적 조성(스토이키오메트릭)의 SiO2막을 얻을 수 있다.
여기에서, SiCO 재료로부터 SiO2막을 얻는 방법의 일 예를 설명하면, 우선, SiCO 재료를 600rpm으로 회전하는 세라믹 부재(12)상에 30초간 도포한다. 다음으로, 20％ O2 / 80％ N2 분위기에서, 130℃의 온도로 5분간 프리 베이크(pre-bake)한 후, 5℃/min의 승온 속도로 400℃까지 가열한 후, 질소 분위기에서 2℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온하고, 900℃의 온도에서, 10％ H2O / 90％ O2의 분위기로 한 시간 유지함으로써, SiCO 재료를 화학량론적으로 SiO2의 조성을 갖는 실리콘 산화막을 얻을 수 있었다.
이와 같이, 화학량론적 조성을 갖는 SiO2막의 표면은 P-V로 0.9㎛, Ra로 0.139㎛의 표면 거칠기를 가져, 세라믹 부재(12)의 표면의 거칠기에 비교하여 평탄한 표면을 갖고 있었다.
도1 에 나타난 유전체 창 부재(10)는, 상기한 SiO2막 표면상에, 추가로, 내식성막(16)으로서, Y2O3을 도포, 건조 소성하여 0.3㎛의 두께의 Y2O3막을 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 내식성막(16)으로서의 Y2O3막 표면은 SiO2막 표면보다도 작은 표면 거칠기를 나타냄과 아울러, 매우 치밀하고 무결함인 것이 확인되었다.
이와 같이, 평탄한 표면을 갖는 유전체 창 부재(10)는 실효 표면적이 작기 때문에, 전자 이온의 재결합량을 억제할 수 있다. 이 때문에, 높은 전력 효율로 높은 플라즈마 밀도를 실현할 수 있었다.
실제로, 도시된 유전체 창 부재(10)를 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 유전체판, 타일 형상의 유전체 파트, 샤워 플레이트 등으로서 사용한 경우, 특성이 우수한 산화막, 질화막을 형성할 수 있는 것이 확인되었다. 특히, Kr 플라즈마를 사용한 경우, 특성이 우수한 산화막, 질화막을 형성할 수 있었다.
이하, 도시된 유전체 창 부재를 이용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다.
도2 를 참조하면, 도1 에 나타난 유전체 창 부재(10)를 유전체 창으로서 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 나타나 있다. 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 바닥이 있는 원통 형상의 처리 용기(20), 당해 처리 용기(20)의 중앙부에 형성된 재치대(22)를 구비하고 있다. 처리 용기(20)는, 절연판(24)에 의해 처리 용기(20)의 저부에 형성된 재치대(22)로부터 절연되어 있다. 재치대(22) 상면에는, 반도체, 유리 등의 기판(26)이 피처리 부재로서 올려놓여져 있다. 또한, 처리 용기(20)의 저면 주연(periphery)부에는, 처리 용기(20) 내를 배기하는 배기 포트(28)가 형성되어 있다.
처리 용기(20)의 측벽에는, 처리 용기(20) 내로 가스를 도입하는 가스 도입구(30)가 형성되어 있어, 당해 가스 도입구(30)로부터 Ar, Kr 등의 플라즈마 생성용 가스가 도입된다.
한편, 개구(開口)된 처리 용기(20)의 상부에는, 유전체 창 부재(10)로서, 도1 에 나타난 유전체판(10a)이 형성되어 있으며, 당해 유전체판(10a)에 의해, 처리 용기(20) 내의 공간은, 도면의 하부에 위치하는 처리 공간과, 상부의 마이크로파 인가 영역으로 구분되어 있다. 또한, 유전체판(10a)과 처리 용기(20)와의 사이에는, O링 등의 시일(sealing) 부재(31)가 배치되어 있으며, 이것에 의해, 처리 용기(20)와 유전체판(10a)에 의해 밀폐된 처리 공간은 기밀성을 유지하고 있다.
또한, 유전체 창 부재(10)로 구성된 유전체판(10a)상에는, 처리 용기(20) 내에 마이크로파를 공급하는 RLSA(즉, 슬롯 안테나)(32)가 설치되어 있다. 슬롯 안테나(32)는, 유전체 창 부재(10)로 구성된 유전체판(10a)에 의해, 처리 용기(20) 내의 처리 공간을 격리하고 있다. 이 결과, 슬롯 안테나(32)는, 유전체판(10a)에 의해 플라즈마로부터 보호되고 있다.
유전체판(10a)과 슬롯 안테나(32)의 외주(outer periphery)에는, 처리 용기(20)의 측벽상에 고리 형상으로 배치된 실드(shield) 부재(34)가 설치되어 있다. 이 구성에 의해, 슬롯 안테나(32)로부터 처리 용기(20) 내로 공급되는 고주파 전자계(電磁界)가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
슬롯 안테나(32)는, 예를 들면, 2.45GHz의 고주파 전자계를 생성하는 고주파 전원(40)에 도파관(42)을 통하여 접속되어 있다.
또한, 도시된 슬롯 안테나(32)는, 서로 평행한 2장의 원형 도체판(44, 46), 및, 이들 도체판(44, 46)의 외주부를 접속하여 실드(shield)하는 도체 링(48)을 갖고 있다. 여기에서, 도체판(44, 46)은 양 도체판(44, 46)의 사이에 레이디얼(radial) 도파로(導波路)를 규정하고 있다.
레이디얼 도파로 상부의 도체판(44)의 중심부에는, 도파관(42)에 접속되는 개구(50)가 형성되어 있으며, 이 개구(50)로부터 레이디얼 도파로 내로 고주파 전원(40)으로부터 고주파 전자계가 도입된다. 또한, 레이디얼 도파로의 하부에 위치하는 도체판(46)에는, 레이디얼 도파로 내를 전파하는 고주파 전자계를, 처리 용기(20) 내로 유전체판(10a)을 통하여 공급하기 위한 복수개의 슬롯(52)이 형성되어 있다. 이들 슬롯(52)에 의해 슬롯 안테나(32)가 구성되기 때문에, 슬롯(52)이 형성되어 있는 도체판(46)을 슬롯 안테나(32)의 안테나 면(面)이라고 부른다.
이 구성에서는, 처리 용기(20) 내에서 생성된 플라즈마(P)를 외부로 새지 않도록, 유전체판(10a)에 의해 폐색할 수 있고, 이에 따라, 슬롯 안테나(32)를 플라즈마(P)로부터 보호할 수 있다. 또한, 도시된 유전체판(10a)은 도1 에 나타난 유전체 창 부재(10)로 구성되어 있다. 단, Y2O3막(즉, 이트리아(yttria)막)(16)은 생략할 수 있다.
실험에 의하면, Kr/O2를 사용하여 플라즈마를 생성한 경우, Ar/O2 플라즈마를 이용한 경우에 비교하여, 특성이 우수한 산화막을 형성할 수 있었다.
도3 을 참조하여, 본 발명에 따른 유전체 창 부재(10)를 샤워 플레이트(60)로서 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 나타나 있다. 도3 에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 처리실(20) 내로, 도파관(42) 및 처리실(20)의 상부에 형성된 레이디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA)(64)를 통하여, 마이크로파가 공급된다. 구체적으로는, RLSA(64)의 하부에, 커버 플레이트(62) 및 당해 커버 플레이트(62)에 대하여 간격을 두고 배치된 샤워 플레이트(60)가 형성되어 있으며, RLSA(64)로부터의 마이크로파는 커버 플레이트(62)와 샤워 플레이트(60)를 투과하여, 처리실 내의 플라즈마 발생 영역으로 방사된다.
도1 과 동일한 구성을 갖는 유전체 창 부재(10)로 형성된 샤워 플레이트(60)는, 플라즈마 생성용 가스를 통과시키는 다수의 구멍(지름은 50㎛ 이하가 바람직)(58)을 갖고 있다. 구멍(58)의 내측면에도 평탄화 도포막이 도포되는 것이 바람직하다. 또한, 구멍에는, 다공질체 및, 상기 구멍의 지름보다도 작은 하나 또는 복수의 가스 통과공을 갖는 부재 중의 어느 한쪽 또는 양쪽이 삽입되어 있을 수도 있다.
한편, 샤워 플레이트(60) 내에는, 가스 도입구(30)를 통하여, 플라즈마를 여기하는 플라즈마 여기용 가스가 도입되고 있다. 여기에서, 플라즈마 여기용 가스로서 Kr 가스(또는 Ar 가스, Xe 가스) 등의 희가스를 샤워 플레이트(60)로부터 플라즈마 발생 영역으로 균일하게 분출시켜, 거기에 방사되는 마이크로파에 의해 플라즈마가 여기된다.
이 예에서는, 샤워 플레이트(60)가 평탄화 도포막에 의한 SiO2막만을 갖고, Y2O3막은 생략되어 있다. 이 구성에서 샤워 플레이트(60)의 구멍(58)으로부터 Kr/O2 가스를 도입함으로써, 특성이 개선된 SiO2막을 실리콘 기판(26)의 표면에 성막할 수 있었다.
도4 를 참조하여, 본 발명에 따른 유전체 창 부재(10)를 적용한 또 다른 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 도3 에 나타난 샤워 플레이트(60)에 더하여, 추가로, 처리 가스를 공급하는 샤워 플레이트(70)가 형성되어 있다. 이하, 샤워 플레이트(60 및 70)를 각각 상단 및 하단 샤워 플레이트라고 부른다.
구체적으로 설명하면, 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기(프로세스 챔버)(20) 및, 처리 용기(20) 내에 형성되고, 피처리 기판(26)을 정전 척(electrostatic chuck)에 의해 지지하는 바람직하게는 열간 등방압 가압법(HIP; Hot Isostatic Press)에 의해 형성된 AlN 또는 Al2O3으로 이루어지는 재치대(22)를 포함하고, 처리 용기(20) 내에는 재치대(22)를 둘러싸는 공간에 등간격으로, 즉, 재치대(22)상의 피처리 기판(26)에 대하여 대략 축대칭인 관계로 적어도 2개소, 바람직하게는 3개소 이상에 배기 포트(28)가 형성되어 있다. 처리 용기(20)는, 배기 포트(28)를 통하여 스크루(screw) 펌프 등에 의해, 배기·감압된다.
처리 용기(20)는 바람직하게는 Al을 주성분으로 하는 Al 합금으로 이루어지며, 내벽면은, 유기계 화성액(化成液)으로 이루어지는 전해질 용액에 의한 양극(陽極) 산화에 의해 제1 피막층으로서 무결함의 산화 알루미늄 피막이 형성되어 있다. 또한, 산화 알루미늄 피막의 표면에 제2 피막층으로서, 플라즈마 용사(spray)법에 의해 형성한 산화이트륨막이 형성되어 있다.
또한, 처리 용기(20)의 내벽 중 피처리 기판(26)에 대응하는 부분에는, 다수의 노즐 개구부(58)를 갖는 상단 샤워 플레이트(60)가 유전체 창 부재(10)에 의해 형성되어 있다. 도시된 상단 샤워 플레이트(60)는 처리 용기(20)의 내벽의 일부를 구성하며, 도1 에 나타난 디스크 형상 유전체 창 부재에 다수의 노즐 개구를 형성한 구성을 구비하고 있다.
상단 샤워 플레이트(60)상에는 커버 플레이트(62)가, 시일링을 통하여 형성되어 있다. 상단 샤워 플레이트(60)의 커버 플레이트(62)와 접하는 측에는 노즐 개구부(58)의 각각에 연이어 통하는 플라즈마 가스 유로(59)가 형성되어 있다. 플라즈마 가스 유로(59)는 샤워 플레이트(60)와 커버 플레이트(62)와의 사이에 형성되고, 당해 플라즈마 가스 유로(59)는, 처리 용기(20)의 외벽에 형성된 플라즈마 가스 도입구(30)에 연결된 플라즈마 가스 유로(58A)에 연이어 통하고 있다.
도시된 상단 샤워 플레이트(60)는 처리 용기(20)의 내벽에 형성된 돌출부에 의해 지지되고 있으며, 돌출부 중, 샤워 플레이트(60)를 지지하는 부분에는 이상(abnormal) 방전을 억제하기 위해 둥그스름하게 형성되어 있다.
이 구성에서는, 플라즈마 가스 도입구(30)에 공급된 Ar이나 Kr 등의 플라즈마 가스가 상단 샤워 플레이트(60) 내부의 유로(58A) 및 유로(59)를 순차 통과한 후, 노즐 개구부(58)를 통하여 상단 샤워 플레이트(60) 바로 아래의 공간에 일관되게 공급된다.
커버 플레이트(62)상에는, 커버 플레이트(62)에 밀접하게, 다수의 슬롯을 갖는 디스크 형상의 도체판(46)이 형성되어, 슬롯 안테나(32)의 일부를 구성하고 있다. 도시된 레이디얼 라인 슬롯 안테나(32)는, 안테나 본체를 형성하는 도체판(49), 도체판(46, 49)의 사이에 끼워진 Al2O3, SiO2 혹은 Si3N4의 저손실 유전체 재료로 이루어지는 지상판(slow-waveplate; 64)으로 구성되어 있다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나(32)는 처리 용기(20)상에 시일링을 통하여 장착되어 있으며, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(32)에는 도파관(42)을 통하여 외부의 마이크로파원(源)(도시하지 않음)으로부터 주파수가 2.45GHz 혹은 8.3GHz의 마이크로파가 공급된다. 공급된 마이크로파는 도체판(46)의 슬롯으로부터 커버 플레이트(62) 및 상단 샤워 플레이트(60)를 통하여 처리 용기(20) 중으로 방사되어, 상단 샤워 플레이트(60) 바로 아래의 공간에 있어서, 노즐 개구부(58)로부터 공급된 플라즈마 가스 중에 플라즈마를 여기한다.
도시된 상단 샤워 플레이트(60)는 요철이 없고 지극히 평탄하기 때문에, 효율적인 마이크로파 투과창으로서 작용한다.
또한, 도4 에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기(20) 중, 상단 샤워 플레이트(60)와 재치대(22)상의 피처리 기판(26)과의 사이에, 처리 용기(20)의 외벽에 형성된 처리 가스 주입구(66)로부터 처리 가스가 공급되는 하단 샤워 플레이트(70)가 구비되어 있다. 하단 샤워 플레이트(70)는, 다수의 처리 가스 노즐 개구부로부터 방출되는 격자 형상의 처리 가스 통로(70a)를 갖고 있다.
하단 샤워 플레이트(70)와 피처리 기판(26)과의 사이의 공간에 있어서, 소망하는 균일한 기판 처리가 이루어진다. 이러한 기판 처리에는, 플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리, 플라즈마 산질화 처리, 플라즈마 CVD 처리 등이 포함된다. 또한, 하단 샤워 플레이트(70)로부터 공간에 공급되는 가스로서, C4F8, C5F8 또는 C4F6 등의 해리(解離)하기 쉬운 플루오로카본 가스나, F계 혹은 Cl계 등의 에칭 가스가 공급된다. 재치대(22)에 고주파 전원(72)으로부터 고주파 전압을 인가함으로써, 피처리 기판(26)에 대하여 반응성 이온 에칭을 행하는 것이 가능하다.
도시된 예에서는, 하단 샤워 플레이트(70)의 하부에 형성되는 확산 플라즈마 영역에 CxFy(C5F8, C4F8 등) 가스 등의 처리 가스가 처리가스 주입구(66)를 통하여 분출되고 있다. 이와 같이, 확산 플라즈마 영역에 처리 가스를 공급함으로써 플루오로카본막 등을 실리콘 기판(26)상에 형성할 수 있다.
도4 를 참조하면, 하단 샤워 플레이트(처리 가스 공급 구조)(70)는 처리 용기 내벽과 동일하게 Al을 주성분으로 하는 합금 모재(母材)에 상기와 동일하게 양극 산화에 의해 제1 피막층으로서 산화알루미늄 보호막이 형성되고, 그 위에 제2 피막층으로서 산화이트륨막이 형성되어 있다. 격자 형상 처리 가스 통로(70a)는 처리 가스 주입구(66)에 처리 가스 공급 포트에 있어서 접속되어, 하면에 형성된 다수의 처리 가스 노즐 개구부(도시하지 않음)로부터 처리 가스를 공간으로 균일하게 방출한다. 또한, 하단 샤워 플레이트(70)에는, 인접하는 처리 가스 통로(70a)의 사이에 플라즈마나 플라즈마 중에 포함되는 처리 가스를 통과시키는 개구부(도시하지 않음)도 형성되어 있다.
도시된 상단 샤워 플레이트(60)는, 도1 에 나타내는 바와 같이, 평탄화 도포막 및 내식성막(Y2O3)에 의해 덮여져, 지극히 평탄한 표면을 갖고 있다.
상기한 실시 형태에서는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 유전체판, 상단 샤워 플레이트를 도1 에 나타난 유전체 창 부재(10)로 구성하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 하등 이것에 한정되는 일 없이, 예를 들면, 마이크로파를 투과시키기 위해, 복수매의 유전체 파트(즉, 복수의 타일 형상 부재)를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치에도 적용할 수 있다.

Claims (26)

  1. 마이크로파를 전파시키는 안테나와, 상기 안테나를 전파한 마이크로파를 투과하는 유전체 창(dielectric window)과, 소정의 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 유전체 창을 투과한 마이크로파에 의해 상기 소정의 가스를 플라즈마화하여 피(被)처리체를 처리하는 처리실을 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 유전체 창은 세라믹 부재로 이루어지며,
    상기 세라믹 부재는, 그 처리실측의 면이 평탄화 도포 절연막으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  2. 마이크로파를 전파시키는 안테나와, 상기 안테나를 전파한 마이크로파를 투과하고 그리고 소정의 가스를 처리실로 공급하는 샤워 플레이트와, 상기 소정의 가스를 상기 샤워 플레이트로 공급하는 가스 공급부와, 상기 샤워 플레이트를 투과한 마이크로파에 의해 상기 소정의 가스를 플라즈마화하여 피처리체를 처리하는 처리실을 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 샤워 플레이트는 세라믹 부재로 이루어지며,
    상기 세라믹 부재는, 그 처리실측의 면이 평탄화 도포 절연막으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 평탄화 도포 절연막은 복수의 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 평탄화 도포 절연막은, 상기 세라믹 부재의 상기 면에 도포되어 소성되어서 SiO2가 된 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 SiO2막은, 상기 세라믹 부재의 상기 면의 피크-투-밸리(peak-to-valley) 값으로 표현되는 거칠기보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 SiO2막의 두께는 1㎛∼5㎛인 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 평탄화 도포 절연막의 표면은, Y2O3막으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 평탄화 도포 절연막의 상기 플라즈마에 접하는 표면은, 화학량론적 조성(스토이키오메트릭(stoichiometric))의 SiO2인 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 Y2O3막은, 상기 플라즈마에 접하는 표면이 화학량론적 조성(스토이키오메트릭)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피처리체를 처리하기 위한 가스를 상기 처리실로 공급하는 처리 가스 공급부가, 상기 세라믹 부재와 상기 피처리체와의 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 부재는, 복수의 타일 형상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 부재는, 상기 소정의 가스를 처리실로 도입하기 위한 복수의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 세라믹 부재의 상기 복수의 개구의 각각에는, 다공질체 및, 상기 개구의 지름보다도 작은 하나 또는 복수의 가스 통과공을 갖는 부재 중의 어느 한쪽 또는 양쪽이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 세라믹 부재의 상기 개구의 지름은 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로파의 주파수는, 2.45GHz 또는 915MHz인 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 평탄화 도포 절연막은, Si, C, 및, O를 원자비로 O＞Si＞1/2C가 되도록 함유한 SiCO막을 소성하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 SiCO막은 SiO의 반복 단위가 주(主)골격으로, 그 조성이 ((CH3)nSiO2 -n/2)x(SiO2)1-x(단, n=1∼3, x≤1)로 표시되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 이용하여 형성된 것인 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  18. 마이크로파를 투과하기 위해 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서 이용되는 유전체 창 부재에 있어서, 세라믹 부재와, 상기 세라믹 부재의 플라즈마 처리 공간측의 표면에 형성된 평탄화 도포 절연막을 갖는 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 평탄화 도포 절연막상에는, 추가로, 내식성막(耐蝕性膜)(Y2O3막)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 평탄화 도포 절연막은, Si, C, 및, O를 원자비로 O＞Si＞1/2C가 되도록 함유한 SiCO막을 이용하여 형성된 것인 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 SiCO막은 SiO의 반복 단위가 주골격으로, 그 조성이 일반식 ((CH3)nSiO2-n/2)x(SiO2)1-x(단, n=1∼3, x≤1)로 표시되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 이용하여 형성된 것인 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재.
  22. 마이크로파를 투과하기 위해 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서 이용되는 유전체 창 부재의 제조 방법에 있어서, 세라믹 부재를 준비하고, 상기 세라믹 부재의 일표면에, 일반식 ((CH3)nSiO2 -n/2)x(SiO2)1-x(단, n=1∼3, x≤1)로 표시되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 포함하는 액체상(狀)의 재료를 도포하고, 상기 도포된 막을 소성하여 SiO2막으로 하는 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서
    상기 SiO2막은, 화학량론적 조성(스토이키오메트릭)의 SiO2인 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재의 제조 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 SiO2막을 내식성막으로 덮는 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 내식성막은 화학량론적 조성을 갖는 Y2O3막인 것을 특징으로 하는 유전체 창 부재의 제조 방법.
  26. 제1항 또는 제2항에 기재된 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 피처리체를 플라즈마 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 제조 방법.
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