KR20090122113A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 만일 샤워 플레이트가 깨져도, 독성 가스가 장치 외부로 방출하는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
(해결 수단) 챔버(1)와, 스페이서(1b)와, 어퍼 플레이트(1a)로 구성되는 처리 용기의 상부 개구를 폐쇄하도록 샤워 플레이트(7)를 배치하고, 샤워 플레이트(7)의 개구부(9)로부터 챔버(1) 내에 플라즈마 여기용 가스를 방사한다. 샤워 플레이트(7)의 외측에 배치된 슬롯 안테나(12)에 마이크로파를 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 스페이서(1b)의 내벽과, 샤워 플레이트(7)의 외주면과의 사이의 제1 간극(16), 슬롯 안테나(12)의 방사면과 유전체 커버 플레이트(6)와의 사이의 제2 간극(19)의 대기를 가스 배기구(18, 22)로부터 가스 흡인 장치(28)에 의해 흡인하고, 가스 제해(purification) 장치(29)에 의해 독성 가스를 제해함으로써, 샤워 플레이트(7)가 깨져도 유독한 독성 가스가 플라즈마 처리 장치(50)의 주변에 방출되는 일이 없다.
Figure P1020090022241
샤워 플레이트, 가스 흡인 장치, 가스 제해 장치

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 {PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 마이크로파를 이용하여 반도체 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 기판을 플라즈마 처리하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 일본공개특허공보 2002-299331호(특허문헌 1)에 기재되어 있는 바와 같이, 챔버를 갖고, 챔버 내에는 피(被)처리 기판을 지지하는 서셉터(susceptor)가 배치되어 있다. 챔버 내에는, 서셉터상의 피처리 기판에 대향하는 위치에 샤워 플레이트가 배치되어 있다. 샤워 플레이트는 알루미나 등의 저(低)손실 유전체로 이루어지며, 플라즈마 가스를 분출하기 위한 다수의 개구부를 형성한 판 형상의 유전체창(dielectric window) 본체와, 동일하게 저손실 유전체로 이루어지며, 유전체창 본체의 상측에 배치되는 유전체 커버 플레이트를 포함한다.
샤워 플레이트는, 외부로부터 공급된 Ar이나 Kr 등의 플라즈마 여기용 가스를 개구부로부터 챔버 내부의 공간에 실질적으로 일관된 농도로 방출한다. 챔버에는, 추가로 유전체 커버 플레이트의 상측에 레이디얼 라인 슬롯 안테나(radial line slot antenna)가 형성되어 있다. 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 통하여 외부의 마이크로파원(源)으로부터의 마이크로파가 챔버 내에 방사되어, 챔버 내의 공간에 방출된 플라즈마 여기용 가스를 여기한다. 유전체 커버 플레이트와 레이디얼 라인 슬롯 안테나의 방사면과의 사이의 간극(gap)은 대기압으로 유지된다.
이러한 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 이용함으로써, 유전체창 본체 바로 아래의 공간에 균일한 고밀도 플라즈마가 형성된다. 이렇게 하여 형성된 고밀도 플라즈마는 전자(electron) 온도가 낮고, 그 때문에 피처리 기판에 대미지(damage)가 생기는 일이 없고, 또한 챔버의 내벽의 스퍼터링에 기인하는 금속 오염이 생기는 일도 없다. 또한, 고(高)밀도이기 때문에, 성막 등의 기판 처리도 효율적으로 고속으로 할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본공개특허공보 2002-299331호
피(被)처리 기판의 대형화에 수반하여, 플라즈마 처리 장치도 대형화되고 있어, 유전체창 본체와 유전체 커버 플레이트를 포함하는 샤워 플레이트 등도 대(大)면적화되고 있다. 샤워 플레이트는 Al2O3, AIN, SiO2 등의 유전체로 형성된다. 처리 장치 내는 감압으로 유지되기 때문에 대면적화의 샤워 플레이트에는 보다 큰 연직 아래 방향의 힘이 발생해 있다. 거기에 외부로부터의 충격이나 열 충격 등이 가해지면 깨질 위험성이 보다 높아진다.
이러한 샤워 플레이트가 깨졌을 때, 유전체창 본체는 유전체 커버 플레이트에 의해 덮여 있지만, 유전체 커버 플레이트와 챔버의 내벽부와의 사이에는 간극이 존재하기 때문에, 그 간극을 통하여 처리 용기 내의 플라즈마 여기용 가스 및 챔버 내에 공급되는 처리 가스(성막용 가스)가 유전체 커버 플레이트와 레이디얼 라인 슬롯 안테나의 방사면과의 사이의 간극으로 누설되어 버린다. 이 사이의 간극은 대기와 연이어 통하고 있어, 처리 용기 내의 가스가 플라즈마 처리 용기 밖으로 방출될 우려가 있다.
특히, 샤워 플레이트에 공급되는 플라즈마 여기용 가스의 압력은 수백 Torr로 높기 때문에, 샤워 플레이트가 깨졌을 때의 가스 누설량이 매우 많아진다. 또한, 성막용의 가스나 클리닝 가스는 독성이 매우 높기 때문에, 샤워 플레이트가 깨져서 독성 가스가 장치 밖으로 누설되면 극히 위험하다.
본 발명의 목적은, 만일 샤워 플레이트가 깨져도 독성 가스가 장치 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상부 개구를 갖는 처리 용기와, 처리 용기의 상부 개구를 밀봉하도록, 그 외주면(outer circumferential surface)이 처리 용기의 내벽과의 사이에 제1 간극을 갖고 배치되는 천판과, 천판과의 사이에 제2 간극을 갖고 배치되어 천판을 덮는 커버 부재와, 천판과 커버 부재와의 사이의 제2 간극에 배치되고, 천판에 전자(electromagnetic) 에너지를 공급하여 천판의 하부에 플라즈마를 발생시키는 전자 에너지 공급 수단과, 처리 용기 내의 천판의 하부에 가스를 분배하는 가스 분배 수단과, 제1 간극 및 제2 간극의 적어도 어느 한쪽에 처리 용기 밖으로 향하는 기류를 생성하는 기류 생성 수단을 구비한다.
본 발명에서는, 처리 용기의 내벽과 천판의 외주면과의 사이의 제1 간극과, 천판과 커버 부재와의 사이의 제2 간극의 적어도 어느 한쪽에, 처리 용기 밖으로 향하는 기류를 생성하도록 했기 때문에, 천판의 파손 등에 의해 가스가 제1 또는 제2 간극으로 누설되어도 장치 외부로 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게, 처리 용기는 제1 간극에 연이어 통하는 제1 배기구를 포함하고, 커버 부재는 제2 간극에 연이어 통하는 제2 배기구를 포함하고, 기류 생성 수단은 제1 배기구를 향하는 기류와, 제2 배기구를 향하는 기류가 동일한 유량이 되도록 조정하는 유량 조정 수단을 포함한다.
제1 및 제2 배기구를 향하는 기류가 동일한 유량이 되도록 조정함으로써, 제1 및 제2 간극 사이에 압력 차이가 생기는 일이 없다.
바람직하게, 기류 생성 수단은, 제1 간극 내 및 제2 간극 내를 약부압(weak negative pressure)으로 하여 어느 한쪽으로 누설된 가스를 포함하는 기류를 흡인하는 흡인 수단과, 누설된 가스로부터 독성 가스를 제해(除害; purification)하는 가스 제해 수단을 포함한다.
누설된 독성 가스를 제해함으로써, 주변의 환경을 악화시키는 일이 없다.
바람직하게, 가스 분배 수단은, 천판 내에 형성되어, 처리 용기 내에 가스를 분배하기 위한 복수의 개구와, 복수의 개구에 가스를 공급하기 위한 공급 홈을 포함하고 있으면 좋다.
가스를 공급 홈으로부터 복수의 개구를 통하여 처리 용기 내에 분배할 수 있게 된다.
바람직하게, 천판은, 공급홈과, 복수의 개구가 형성된 유전체창 본체와, 유전체창 본체를 덮는 유전체 커버 부재를 포함하고 있어도 좋다.
천판에 가스 분배 기능을 갖게 할 수 있다.
바람직하게, 제1 배기구는 처리 용기의 측벽에 형성되어 제1 간극에 연이어 통한다.
제1 간극으로 가스가 누설되어도 제1 배기구로부터 배기할 수 있다.
바람직하게, 전자 에너지 공급 수단은, 천판 상방에 배치되어, 전자 에너지를 천판에 투과하고 처리 용기 내로 공급하여, 천판의 하부에 플라즈마를 발생시키 는 평판 형상의 안테나를 포함하고, 제2 배기구는, 평판 형상 안테나와 천판이 대향하는 제2 간극에 연이어 통하고, 흡인 수단에 의해 흡인된다.
전자 에너지를 평판 형상 안테나에 공급함으로써, 천판의 하부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
바람직하게, 평판 형상 안테나에는 복수의 슬롯이 형성되어 있으며, 평판 형상 안테나에 내측 도체가 접속되고, 제2 배기구에 연이어 통하는 개구가 형성되는 외측 도체를 구비하는 동축(coaxial) 도파관을 포함한다.
동축 도파관에 의해 마이크로파를 평판 형상 안테나에 공급하여 천판의 하부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
바람직하게, 전자 에너지 공급 수단은, 천판 상방에 배치되어, 고주파 신호에 의해 발생하는 변동 자장에 의해, 플라즈마 내부에 와전류(eddy current)에 의해 줄열(Joule's heat)을 발생시킴으로써 얻어지는 고온의 플라즈마를 천판의 하부에 발생시키는 소용돌이 형상으로 감겨진 평판 형상 코일을 포함하고, 제2 배기구는 천판과 커버 부재와의 사이에 형성되는 제2 간극에 연이어 통하고, 흡인 수단에 의해 흡인된다.
이 예에서는, 천판의 하부에 유도 결합 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
바람직하게, 처리 용기는, 전자 에너지 공급 수단과 천판이 대향하는 제1 간극에 연이어 통하고 공기를 흡인하는 제1 흡인구를 포함한다.
제1 흡인구로부터 제1 간극을 통하여 제1 배기구로 흐르는 기류를 생성할 수 있다.
바람직하게, 커버 부재는 천판과 커버 부재와의 사이에 형성되는 제2 간극에 연이어 통하고, 공기를 흡인하는 제2 흡인구를 포함한다.
제2 흡인구로부터 제2 간극을 통하여 제2 배기구로 흐르는 기류를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 국면은, 플라즈마 처리 방법으로서, 피처리 기판이 올려놓여진 처리 용기 내에 전자 에너지를 공급하는 공정과, 처리 용기 내에 가스를 흘려서, 전자 에너지에 의해 여기된 가스를 이용하여 피처리 기판을 처리하는 공정과, 적어도 처리하는 공정 동안, 처리 용기와, 처리 용기에 대향하는 천판과의 사이의 간극에, 처리 용기 밖으로 향하는 기류를 발생시키는 공정을 포함한다.
적어도 처리 중은, 처리 용기와, 처리 용기에 대향하는 천판과의 사이의 간극에 기류를 발생시키도록 했기 때문에, 천판 등의 파손에 의해 처리 용기 내의 가스가 누설되어도 장치 밖으로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 처리 용기의 내벽과, 천판의 처리 용기의 내벽에 대향하는 면과의 사이의 제1 간극 및, 천판과 커버 부재와의 사이의 제2 간극의 적어도 어느 한쪽에, 처리 용기 밖으로 향하는 기류를 생성하도록 했기 때문에, 천판이 파손되어 가스가 간극 내로 누설되어도 처리 용기 밖의 소정의 장소에 회수될 수 있어, 장치 밖으로 방출되는 일이 없다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
도1 은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치(50)를 나타내는 단면도이며, 도2 는 도1 에 나타낸 슬롯 안테나의 평면도이다.
도1 에 있어서, 플라즈마 처리 장치(50)는, 상부가 개구된 처리 용기를 구성하는 챔버(1)와, 스페이서(1b)와, 어퍼 플레이트(upper plate; 1a)를 포함하고, 챔버(1)의 내벽에는 처리 가스 공급 구멍(30)이 형성되어 있다. 처리 용기로서는 전자(electromagnetic) 에너지로서의 마이크로파가 누설되는 일이 없는 금속(예를 들면, 알루미늄 합금)으로 형성된다. 챔버(1)의 상면과 스페이서(1b)의 하면은, 시일링(seal ring; 5)에 의해 각각이 치밀하게 접촉되어 있어, 각각의 접촉면으로부터 처리 가스가 누설되지 않도록 구성되어 있다.
챔버(1) 내에는, 피처리 기판(2)을 지지하기 위한 서셉터(3)가 배치되어 있다. 챔버(1) 내의 균일한 가스의 배기를 실현하기 위해, 서셉터(3)의 주위에는 링 형상으로 공간(1A)이 형성되어 있어, 가스는 하방으로 배기된다. 챔버(1)상에는, 서셉터(3)상의 피처리 기판(2)에 대응하는 위치에, 챔버(1)의 외벽의 일부로서, 저손실 유전체로 이루어지는 유전체창 본체(4)가 시일링(5)을 통하여 스페이서(1b)에 지지되도록 배치되어 있다.
유전체창 본체(4)의 외측에는, 동일하게 저손실 유전체로 이루어지는 유전체 커버 플레이트(6)가 배치되어 있다. 유전체창 본체(4)와 유전체 커버 플레이트(6)에 의해, 천판(top plate)으로서 작용하는 샤워 플레이트(7)가 구성되어 있다. 샤워 플레이트(7)에 의해 시일링(5)을 통하여 스페이서(1b)의 개구부가 밀폐되어 공간(1B)의 가스가 상방으로 누설되지 않도록 되어 있다.
유전체창 본체(4)에는 그 상면에 가스 확산 홈(8)이 형성되어 있으며, 하면측에 복수의 개구부(9)가 형성되어 있다. 복수의 개구부(9)의 각각은 가스 확산 홈(8)에 연이어 통하도록 형성되어 있다. 가스 확산 홈(8)에는, 외부에 배치된 가스 공급 장치(10)로부터 Ar이나 Kr 등의 플라즈마 여기용 가스가 공급되고 있다. 복수의 개구부(9)에는, 각각 가스 확산 홈(8)으로 공급되는 플라즈마 여기용 가스와, 유전체창 본체(4) 바로 아래의 공간(1B)과의 사이에 압력차를 형성하기 위해, 가는 구멍이나 다공체 등이 형성된 차압(pressure difference) 형성 기구(11)가 충전되어도 좋다.
플라즈마 여기용 가스는, 가스 공급 장치(10)로부터 가스 확산 홈(8)을 통하여 개구부(9)에 공급되고, 차압 형성 기구(11)에 의해 차압이 형성되어, 개구부(9)로부터 챔버(1) 내부의 유전체창 본체(4) 바로 아래의 공간(1B)에 실질적으로 일관된 농도로 방출된다. 또한, 가스 확산 홈(8) 내의 플라즈마 여기용 가스가 누설되지 않도록, 유전체창 본체(4)와 유전체 커버 플레이트(6)와의 접촉면은 시일링(5)에 의해 시일(seal)되어 있다. 샤워 플레이트(7)를 스페이서(1b)에 고정하기 위해, 스페이서(1b)의 상면과 유전체 커버 플레이트(6)상의 외연(outer edge portion)을 덮도록 어퍼 플레이트(1a)가 배치되어 있다. 어퍼 플레이트(1a)와 유전체 커버 플레이트(6)와의 접촉면도 시일링(5)에 의해 시일되어 있다.
또한, 유전체 커버 플레이트(6)의 외측에, 제2 간극(19)을 통하여, 전자(electromagnetic) 에너지 공급 수단으로서 작동하는 방사면을 갖는 슬롯 안테나(12)가 형성되어 있다. 슬롯 안테나(12)는, 외부의 마이크로파원(도시하지 않 음)에 동축(coaxial) 도파관(13)을 통하여 접속되어 있으며, 마이크로파원으로부터 공급되는, 예를 들면 2.45㎓의 마이크로파에 의해 공간(1B)으로 방출된 플라즈마 여기용 가스를 여기하여, 처리 가스를 라디칼화한다.
슬롯 안테나(12)는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나로서, 도2 에 나타내는 바와 같이, 동축 도파관(13)의 내측 도파관(132)에 접속된 평탄한 디스크 형상의 안테나 본체(12a)를 포함하고, 안테나 본체(12a)에는 다수의 슬롯(12b) 및 이것에 직교하는 다수의 슬롯(12c)이 형성되어 있다. 안테나 본체(12a)의 상측에는 두께가 일정한 유전체막으로 이루어지는 지파판(wavelength-shortening plate; 14)이 삽입되어 있다. 슬롯 안테나(12)와 지파판(14)은 커버 부재로서 작용하는 플레이트 커버(15)에 고정되어, 어퍼 플레이트(1a)의 상부 개구를 막도록 고정된다. 어퍼 플레이트(1a)는 유전체 커버 플레이트(6)와의 사이에 소정의 높이의 간극을 구성한다. 플레이트 커버(15)는 지파판(14)과 슬롯 안테나(12)를 덮어 슬롯 안테나(12)를 냉각하는 것으로, 내부에 냉매가 공급되고 있다.
스페이서(1b)의 내벽과, 이 내벽에 대향하는 유전체창 본체(4)의 외주면 및 유전체 커버 플레이트(6)의 외주면과의 사이에는 제1 간극(16)이 존재하고, 이 제1 간극(16)은 스페이서(1b)에 형성된 제1 흡인구로서의 대기 흡인구(17)와, 제1 배기구로서의 가스 배기구(18)에 연이어 통하고 있다. 슬롯 안테나(12)의 방사면과, 이 방사면에 대향하는 유전체 커버 플레이트(6)의 상면과의 사이 및, 어퍼 플레이트(1a)의 내벽과, 이 내벽에 대향하는 슬롯 안테나(12)의 외주면 및 지파판(14)의 외주면과의 사이에는 미소한 제2 간극(19)이 존재하고 있다. 제2 간극(19)은 플레 이트 커버(15)의 상부에 형성된 제2 흡인구로서의 대기 흡인구(20)에 연이어 통하고 있다.
또한, 플레이트 커버(15)의 하면과, 이 하면에 대향하는 지파판(14)의 상면과의 사이에는 간극(21)이 있으며, 이 간극(21)은 동축 도파관(13)의 외측 도파관(131)과 내측 도파관(132)과의 사이의 간극으로부터 외측 도파관(131)에 형성된 가스 배기구(22)에 연이어 통하고 있다. 플레이트 커버(15)에는 동축 도파관(13)의 내측 도파관(132)이 관통하는 구멍이 형성되어 있으며, 이 구멍은 제2 배기구로서 작용한다. 또한, 제2 간극(19)은 슬롯 안테나(12)의 슬롯(12b, 12c) 및, 슬롯 안테나(12)와 지파판(14)과의 접촉면의 근소한 간극으로부터 지파판(14)과 동축 도파관(13)의 내측 도파관(132)과의 근소한 간극(14a)을 통하여 간극(21)과 연이어 통하고 있다.
스페이서(1b)에 형성된 가스 배기구(18)는 배기관(23)을 통하여 가스 유량 조정 장치(24)에 연결되어 있으며, 도파관(13)의 외측 도파관(131)에 형성된 가스 배기구(22)는, 배기관(25)을 통하여 가스 유량 조정 장치(26)에 연결되어 있다. 가스 유량 조정 장치(24, 26)는 유량 조정 수단으로서 작동한다. 또한, 가스 배기구(22)는 도파관(13)의 외측 도파관(131)에 형성하는 일 없이, 제2 배기구로서 플레이트 커버(15)에 직접 형성해도 좋다.
가스 유량 조정 장치(24, 26)는, 가스 배기구(18, 22)로부터 동일한 유량으로 기류(air stream)를 생성할 있도록 간극(16, 19, 21) 내를 흡인하는 흡인량을 조정하기 위해 형성되어 있다. 가스 유량 조정 장치(24, 26)에서 대기 혹은 가스 등의 기류의 유량이 조정된 후, 가스 흡인 장치(28)에 의해 대기 혹은 가스가 흡인되어, 가스 제해 수단(gas purification unit)으로서 작동하는 가스 제해 장치(29)에 의해 유독한 가스 성분이 제해된다. 흡인 수단으로서 작동하는 가스 흡인 장치(28)는, 각 제1 간극(16) 내와, 제2 간극(19, 21) 내가 약부압(weak negative pressure)이 되는 흡인력으로 대기 혹은 가스를 흡인한다. 가스 흡인 장치(28)와, 가스 유량 조정 장치(24, 26)에 의해 기류 생성 수단이 구성된다.
또한, 가스 유량 조정 장치(24, 26)를 설치하는 일 없이, 대기 흡인구(17, 20)의 개구 사이즈를 조정하는 등 하여 유량이 동일해지도록 구성해도 좋다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(50)에 있어서, 동축 도파관(13)을 통하여 급전된 마이크로파는, 지파판(14) 내를 슬롯 안테나(12)의 반경 방향을 따라 진행하지만, 그때에 지파판(14)의 작용에 의해 파장이 압축된다. 반경 방향으로 진행하는 마이크로파의 파장에 대응하여 슬롯(12b 및 12c)을 동심원상으로, 그리고 상호 직교하도록 형성해 둠으로써, 원편파(circularly polarized wave)를 갖는 평면파를 안테나 본체(12a)에 실질적으로 수직인 방향으로 방사할 수 있다. 슬롯 안테나(12)로부터 처리실 내에 방사된 마이크로파에 의해, 가스 공급 장치(10)로부터 가스 확산 홈(8)을 통하여 복수의 개구부(9)로부터 공간(1B)으로 공급된 플라즈마 여기용 가스를 여기한다. 이와 같이 하여 형성된 고밀도 플라즈마는 전자(electron) 온도가 낮아, 그 때문에 피처리 기판(2)에 대미지가 생기는 일이 없고, 또한 챔버(1), 스페이서(1b)의 내벽의 스퍼터링에 기인하는 금속 오염이 생기는 일도 없다.
챔버(1), 스페이서(1b) 내에 있어서, 샤워 플레이트(7)와 피처리 기판(2)과의 사이의 공간(1B)에, 도시하지 않는 처리 가스 공급원으로부터 처리 가스 공급 구멍(30)으로 공급된 처리 가스를 공급한다. 이와 같이 처리 가스를 공간(1B)에 방출함으로써, 방출된 처리 가스는, 공간(1B)에 있어서 형성된 고밀도 플라즈마에 의해 라디칼화되어, 피처리 기판(2)상에, 일관된 플라즈마 처리가 효율적이고 그리고 고속으로, 게다가 피처리 기판(2) 및 피처리 기판(2)상의 소자를 손상시키는 일 없이, 에칭 처리나 성막 처리 등을 행할 수 있다.
한편, 가스 흡인 장치(28)는, 가스 유량 조정 장치(24, 26)와 배기관(23, 25)을 통하여 가스 배기구(18, 22)로부터 제1 간극(16) 내와, 제2 간극(19, 21) 내를 흡인하고 있기 때문에, 대기 흡인구(17, 20)로부터 대기가 흡인되어, 제1 간극(16) 내와 제2 간극(19, 21) 내는 대기에 통하고 있다.
만약, 유전체창 본체(4)가 깨지면 공간(1B)으로 방출하고 있는 플라즈마 여기용 가스나 처리 가스가 스페이서(1b)의 내벽과, 유전체창 본체(4)의 외주면 및 유전체 커버 플레이트(6)의 외주면과의 사이의 제1 간극(16)으로 흘러들어간다. 또한, 유전체창 본체(4)뿐만 아니라 유전체 커버 플레이트(6)가 깨지면, 플라즈마 여기용 가스나 처리 가스가 유전체 커버 플레이트(6)와 슬롯 안테나(12)와의 사이의 제2 간극(19)으로 흘러들어가고, 또한 슬롯 안테나(12)의 슬롯(12b, 12c) 및, 슬롯 안테나(12)와 지파판(14)과의 사이의 근소한 간극으로부터 지파판(14)과 동축 도파관(13)의 내측 도파관(132)과의 사이의 간극(14a)을 통하여 간극(21)으로 흘러들어간다.
그러나, 각 제1 간극(16) 내와, 제2 간극(19, 21) 내의 대기는, 가스 흡인 장치(28)에 의해 가스 유량 조정 장치(24, 26)를 통하여 가스 배기구(18, 22)로부터 흡인되고 있기 때문에, 설령 각 제1 간극(16) 내와, 제2 간극(19, 21) 내로 플라즈마 여기용 가스나 처리 가스가 흘러들어갔다고 해도, 그 플라즈마 여기용 가스나 처리 가스는 가스 흡인 장치(28)에 의해 흡인되어, 가스 제해 장치(29)에 의해 독성 가스가 제해된다. 따라서, 유전체창 본체(4)나 유전체 커버 플레이트(6)가 깨져도 독성이 강한 가스가 장치 밖으로 방출되지 않고, 처리 용기 외의 소정의 장소에 회수될 수 있기 때문에, 위험성을 없앨 수 있을 뿐만 아니라 주위의 환경을 오염시키는 일도 없다.
또한, 가스 공급 장치(10)에 의해 플라즈마 여기용 가스를 흘리고 있는 동안, 가스 흡인 장치(28)에 의해 제2 간극(19, 21) 내의 대기 및 누설된 가스를 흡인하여 기류를 일으키는 것이 보다 바람직하다.
도3 은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도1 에 나타낸 플라즈마 처리 장치(50)는, 마이크로파를 슬롯 안테나(12)를 통하게 하여 플라즈마를 발생시킨 것에 대하여, 도3 에 나타낸 플라즈마 처리 장치(60)는, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, 이하, ICP라고 칭함)를 발생시킨다. ICP는, 기체에 고(高)전압을 거는 것에 의해 플라즈마화시켜, 예를 들면, 13.56㎒의 고주파 신호에 기초하는 변동 자장에 의해, 그 플라즈마 내부에 와전류에 의한 줄열을 발생시킴으로써 고온의 플라즈마를 발생시킨다.
도3 에 있어서, 도1 에 나타낸 슬롯 안테나(12)와, 동축 도파관(13)과, 지파 판(14)과, 플레이트 커버(15)를 대신하여, 전자(electromagnetic) 에너지 공급 수단으로서 작동하는 전자 에너지 방사 안테나(41)와, 플레이트 커버(42)가 배치되어 있다. 그 이외의 구성은 도1 과 동일하다.
유전체 커버 플레이트(6)와 플레이트 커버(42)와의 사이에는 간극(43)이 형성되어 있으며, 그 간극(43) 내로서, 유전체 커버 플레이트(6)상에 전자 에너지 방사 안테나(41)가 배치되어 있다. 전자 에너지 방사 안테나(41)는, 평판 형상 코일을 소용돌이 형상으로 감은 것이다. 평판 형상 코일에 고주파 신호를 대전류(high current)로 흘림으로써, 고전압과 고주파수의 변동 자장을 동시에 얻을 수 있어, 샤워 플레이트(7)의 하부의 공간(1B)에 유도 결합 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
플레이트 커버(42)에는, 대기 흡인구(44)와 가스 배기구(45)가 형성되어 있으며, 가스 배기구(45)는 배기관(25)을 통하여 가스 유량 조정 장치(26)에 결합되어 있다. 대기 흡인구(17)는 제1 흡인구를 구성하고, 대기 흡인구(44)는 제2 흡인구를 구성하고 있다. 또한, 이 예에 있어서도, 스페이서(1b)의 내벽과, 이 내벽에 대향하는 유전체창 본체(4)의 외주면 및, 유전체 커버 플레이트(6)의 외주면과의 사이에는 제1 간극(16)이 형성되어 있으며, 이 제1 간극(16)은 대기 흡인구(17)와 가스 배기구(18)에 연이어 통하고 있다.
만약, 유전체창 본체(4)가 깨지면 공간(1B)에 방출되고 있는 플라즈마 여기용 가스가 스페이서(1b)의 내벽과, 유전체창 본체(4)의 외주면 및 유전체 커버 플레이트(6)의 외주면과의 사이의 제1 간극(16)으로 흘러들어간다. 또한, 유전체창 본체(4)뿐만 아니라 유전체 커버 플레이트(6)가 깨지면, 플라즈마 여기용 가스가 유전체 커버 플레이트(6)와 플레이트 커버(42)와의 사이의 간극(43)으로 흘러들어간다.
그러나, 제1 간극(16) 내는, 가스 흡인 장치(28)에 의해 가스 유량 조정 장치(24)를 통하여 가스 배기구(18)로부터 흡인되고 있기 때문에, 설령 제1 간극(16)에 플라즈마 여기용 가스가 흘러들어갔다고 해도, 가스 흡인 장치(28)에 의해 흡인되고, 가스 제해 장치(29)에 의해 독성 가스가 제해되어, 대기만이 방출된다. 또한, 간극(43) 내에 흘러들어간 플라즈마 여기용 가스는, 가스 배기구(45)로부터 가스 유량 조정 장치(26)를 통하여 가스 흡인 장치(28)에 의해 흡인되고, 가스 제해 장치(29)에 의해 독성 가스가 제해된다. 따라서, 유전체창 본체(4)나 유전체 커버 플레이트(6)가 깨져도 독성이 강한 가스가 처리 용기 외의 소정의 장소에 회수되기 때문에, 플라즈마 처리 장치(60)의 주변으로 누설되는 일이 없어, 위험성을 없앨 수 있다.
또한, 도1 및 도3 에 나타낸 실시예에서는, 유전체창 본체(4)와 유전체 커버 플레이트(6)가 분리된 예에 대해서 설명했지만, 유전체창 본체(4)와 유전체 커버 플레이트(6)가 일체로 된 것이어도 좋다.
또한, 유전체창 본체(4)와 유전체 커버 플레이트(6)를 대신하여, 종래의 원판 형상의 유전체로 이루어지는 천판을 이용하여, 천판의 하부에 플라즈마 여기용 가스를 분출하는 가스 분배 수단을 별개로 형성한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 천판이 깨진 경우에 플라즈마 여기용 가스가 주변으로 누설되는 것을 방지하도록 해도 좋다.
또한, 도1 및 도3 에 나타낸 실시예에 있어서, 챔버(1)에 제1 대기 흡인구(17)를 형성했지만, 특별히 대기 흡인구(17)를 형성하지 않아도, 어퍼 플레이트(1a)와 스페이서(1b) 외주측의 접촉면은 시일링(5)에 의해 시일되어 있지 않기 때문에, 이 접촉면으로부터 대기를 흡인하는 것은 가능하다. 동일하게 하여, 도1 에 나타낸 플레이트 커버(15)의 대기 흡인구(20)를 형성하지 않아도, 플레이트 커버(15)와 어퍼 플레이트(1a)의 접촉면으로부터 대기를 흡인하는 것이 가능하다. 또한 도3 에 나타낸 플레이트 커버(42)와 어퍼 플레이트(1a)의 접촉면으로부터 대기를 흡인하는 것도 가능하기 때문에, 대기 흡인구(44)를 생략하는 일은 가능하다.
또한, 처리 용기 내를 감압으로 유지하기 위한 도시하지 않은 배기 장치가 가스 흡인 장치(28)를 겸하고 있어도 좋다.
이상에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은, 도시한 실시 형태의 것에 한정되지 않는다. 도시된 실시 형태에 대하여, 본 발명과 동일한 범위 내에 있어서, 혹은 균등한 범위 내에 있어서, 여러 가지의 수정이나 변형을 가하는 일이 가능하다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법은, 발생하는 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 에칭 처리하거나 피막 처리하거나 하는 데에 이용된다.
도1 은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치(50)를 나타내는 단면도이다.
도2 는 도1 에 나타낸 슬롯 안테나의 평면도이다.
도3 은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치(60)를 나타내는 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 챔버
1a : 어퍼 플레이트
1b : 스페이서
2 : 피처리 기판
3 : 서셉터
4 : 유전체창 본체
5 : 시일링
6 : 유전체 커버 플레이트
7 : 샤워 플레이트
8 : 플라즈마 가스 확산 홈
9 : 개구부
10 : 가스 공급 장치
11 : 차압 형성 기구
12 : 슬롯 안테나
12a : 안테나 본체
12b, 12c : 슬롯
13 : 동축 도파관
14 : 지파판(wavelength-shortening plate)
14a, 16 : 제1 간극
19, 21 : 제2 간극
15, 42 : 커버 플레이트
17, 20, 44 : 대기 흡인구
18, 22, 45 : 가스 배기구
23, 25, 27 : 배기관
24, 26 : 가스 유량 조정 장치
28 : 가스 흡인 장치
29 : 가스 제해(purification) 장치
50, 60 : 플라즈마 처리 장치
41 : 전자(electromagnetic) 에너지 방사 안테나
43 : 간극
131 : 외측 도파관
132 : 내측 도파관

Claims (12)

  1. 상부 개구를 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 상부 개구를 밀봉하도록, 그 외주면(outer circumference surface)이 상기 처리 용기의 내벽과의 사이에 제1 간극을 갖고 배치되는 천판(top plate)과,
    상기 천판과의 사이에 제2 간극을 갖고 배치되어 상기 천판을 덮는 커버 부재와,
    상기 천판과 상기 커버 부재와의 사이의 제2 간극에 배치되고, 상기 천판에 전자(electromagnetic) 에너지를 공급하여 상기 천판의 하부에 플라즈마를 발생시키는 전자 에너지 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내의 상기 천판의 하부에 가스를 분배하는 가스 분배 수단과,
    상기 제1 간극 및 상기 제2 간극의 어느 한쪽 또는 양쪽에 상기 처리 용기 밖으로 향하는 기류를 생성하는 기류 생성 수단을 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기는 상기 제1 간극에 연이어 통하는 제1 배기구를 포함하고,
    상기 커버 부재는 상기 제2 간극에 연이어 통하는 제2 배기구를 포함하고,
    상기 기류 생성 수단은 상기 제1 배기구를 향하는 기류와, 상기 제2 배기구 를 향하는 기류가 동일한 유량이 되도록 조정하는 유량 조정 수단을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기류 생성 수단은,
    상기 제1 간극 내 및 상기 제2 간극 내를 약부압(weak negative pressure)으로 하여 어느 한쪽으로 누설된 가스를 포함하는 기류를 흡인하는 흡인 수단과,
    상기 누설된 가스로부터 독성 가스를 제해(purification)하는 가스 제해 수단을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 분배 수단은,
    상기 천판 내에 형성되어, 상기 처리 용기 내에 가스를 분배하기 위한 복수의 개구와,
    상기 천판 내에 형성되어, 상기 복수의 개구에 상기 가스를 공급하기 위한 공급 홈을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 천판은,
    상기 공급 홈과, 상기 복수의 개구가 형성된 유전체창 본체와,
    상기 유전체창 본체를 덮는 유전체 커버 부재를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 배기구는 상기 처리 용기의 측벽에 형성되어 상기 제1 간극에 연이어 통하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 에너지 공급 수단은, 상기 천판 상방에 배치되어, 전자 에너지를 상기 천판에 투과하고 상기 처리 용기 내로 공급하여, 상기 천판의 하부에 플라즈마를 발생시키는 평판 형상의 안테나를 포함하고,
    상기 제2 배기구는, 상기 평판 형상 안테나와 상기 천판이 대향하는 제2 간극에 연이어 통하고, 상기 흡인 수단에 의해 흡인되는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 평판 형상 안테나에는 복수의 슬롯이 형성되어 있으며,
    상기 평판 형상 안테나에 내측 도체가 접속되고, 상기 제2 배기구에 연이어 통하는 개구가 형성되는 외측 도체를 구비하는 동축(coaxial) 도파관을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 에너지 공급 수단은, 상기 천판 상방에 배치되어, 고주파 신호에 의해 발생하는 변동 자장에 의해, 플라즈마 내부에 와전류(eddy current)에 의해 줄열(Joule's heat)을 발생시킴으로써 얻어지는 고온의 플라즈마를 상기 천판의 하부에 발생시키는, 소용돌이 형상으로 감겨진 평판 형상 코일을 포함하고,
    상기 제2 배기구는, 상기 천판과 상기 커버 부재와의 사이에 형성되는 제2 간극에 연이어 통하고, 상기 흡인 수단에 의해 흡인되는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기는, 상기 전자 에너지 공급 수단과 상기 천판이 대향하는 제1 간극에 연이어 통하고, 공기를 흡인하는 제1 흡인구를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 상기 천판과 상기 커버 부재와의 사이에 형성되는 제2 간극에 연이어 통하고, 공기를 흡인하는 제2 흡인구를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 피(被)처리 기판이 올려놓여진 처리 용기 내에 전자 에너지를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 가스를 흘려서, 상기 전자 에너지에 의해 여기된 상기 가스를 이용하여 상기 피처리 기판을 처리하는 공정과,
    상기 처리하는 공정 동안, 상기 처리 용기와, 상기 처리 용기에 대향하는 상기 천판과의 사이의 간극에, 상기 처리 용기 밖으로 향하는 기류를 발생시키는 공정을 포함하는 플라즈마 처리 방법.
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