KR20110010635A - 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및, 냉각 재킷의 제조 방법 - Google Patents

마이크로파 플라즈마 처리 장치 및, 냉각 재킷의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로파 플라즈마 처리 장치를 구성하는 마이크로파 안테나에 있어서, 상기 지파판과 상기 냉각 재킷의 상기 냉각부가 인접하도록 하여, 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 구성한다.

Description

마이크로파 플라즈마 처리 장치 및, 냉각 재킷의 제조 방법{MICROWAVE PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING COOLING JACKET}
본 발명은, 초미세화 반도체 장치의 제조나, 액정 표시 장치를 포함하는 고해상도 평면 표시 장치의 제조 등에 매우 적합하게 이용할 수 있는 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및, 이 장치에 사용하는 냉각 재킷의 제조 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 공정 및 플라즈마 처리 장치는, 최근의 소위 딥 서브 미크론(deep submicron) 소자 혹은 딥 서브 쿼터-미크론 소자로 불리는 0.1㎛에 가까운, 혹은 그 이하의 게이트 길이를 갖는 초미세화 반도체 장치의 제조나, 액정 표시 장치를 포함하는 고해상도 평면 표시 장치의 제조에 있어서, 불가결의 기술이다.
반도체 장치나 액정 표시 장치의 제조에 사용되는 플라즈마 처리 장치로서는, 종래 여러 가지 플라즈마의 여기 방식이 사용되고 있지만, 특히 평행 평판형 고주파 여기 플라즈마 처리 장치 혹은 유도 결합형 플라즈마 처리 장치가 일반적이다.
그러나, 이들 종래의 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 형성이 불균일하며, 전자 밀도가 높은 영역이 한정되어 있기 때문에 큰 처리 속도 즉 스루풋으로 피(被)처리 기판 전면(全面)에 걸쳐 균일한 프로세스를 행하는 것이 곤란한 문제점을 갖고 있다. 이 문제는, 특히 대경(大徑)의 기판을 처리하는 경우에 심각해진다. 게다가 이들 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 전자 온도가 높기 때문에 피처리 기판 상에 형성되는 반도체 소자에 대미지(damage)가 발생하고, 또한 처리실벽의 스퍼터링에 의한 금속 오염이 큰 것 등, 몇 가지 본질적인 문제를 갖고 있다. 이 때문에, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 반도체 장치나 액정 표시 장치의 더한층의 미세화 및 더한층의 생산성의 향상에 대한 엄격한 요구를 충족시키는 것이 곤란해지고 있다.
이러한 문제를 감안하여, 직류 자장을 이용하지 않고 마이크로파 전계에 의해 여기된 고밀도 플라즈마를 사용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 제안되고 있다. 예를 들면, 균일한 마이크로파를 발생하도록 배열된 다수의 슬롯을 갖는 평면 형상의 안테나(레이디얼 라인 슬롯 안테나)로부터 처리 용기 내에 마이크로파를 방사하고, 이 마이크로파 전계에 의해 진공 용기 내의 가스를 전리하여 플라즈마를 여기시키는 구성의 플라즈마 처리 장치가 제안되고 있다(예를 들면 일본공개특허공보 평9-63793호를 참조).
이러한 수법으로 여기된 마이크로파 플라즈마에서는 안테나 바로 아래의 넓은 영역에 걸쳐 높은 플라즈마 밀도를 실현할 수 있어, 단시간에 균일한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능하다. 게다가 이러한 수법으로 형성된 마이크로파 플라즈마에서는 마이크로파에 의해 플라즈마를 여기하기 때문에 전자 온도가 낮아, 피처리 기판의 대미지나 금속 오염을 회피할 수 있다. 또한 대면적 기판 상에도 균일한 플라즈마를 용이하게 여기할 수 있기 때문에, 대구경 반도체 기판을 사용한 반도체 장치의 제조 공정이나 대형 액정 표시 장치의 제조에도 용이하게 대응할 수 있다.
도 1은 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 1에 나타내는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 내부에 피처리 기판(S)을 지지하는 지지대(111)를 갖는 처리 용기(11)와, 처리 용기(11) 내에 배치된 가스관(12) 및 가스 도입관(17)을 구비하고 있다. 가스 도입관(17)은, 처리 용기(11)의 내벽(11B)을 관통하도록 하여 형성됨과 함께, 내벽(11B)에 의해 보지(保持)되어, 주로 플라즈마 생성용의 불활성 가스를 처리 용기(11) 내에 공급한다. 가스 샤워(12)는, 도시하지 않은 지그(jig)에 의해 처리 용기(11)의 내벽에 고정되고, 동일하게 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 개구부(12A)를 통하여 처리용의 가스를 처리 용기(11) 내에 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(11)의 하방에는 도시하지 않은 진공 펌프 등의 배기계에 접속하기 위한 개구(11A)가 형성되어 있다.
또한, 처리 용기(11) 상에 있어서는, 이 처리 용기(11)를 진공 밀폐하도록 하여 마이크로파 안테나(13)가 형성되어 있다. 마이크로파 안테나(13)의 대략 중심에는 연직 상방으로 연재(extend)한 동축 도파관(14)이 형성되어 있고, 이 동축 도파관(14)의, 마이크로파 안테나(13)와 상대되는 측의 단부(端部)에는 동축 변환기(15)가 형성되어 있다.
동축 도파관(14)은, 내도체(141) 및 외도체(142)를 갖고, 내도체(141)의 상단부(上端部; 141A)와 동축 변환기(15)의 상벽면이 나사(21)에 의해 고정되고, 외도체(142)의 상단부(142A)와 동축 변환기(15)의 하벽면이 나사(22)에 의해 고정되어 있다. 이에 따라, 동축 도파관(14)과 동축 변환기(15)가 기계적 및 전기적으로 접속되게 된다.
마이크로파 안테나(13)는, 냉각 재킷(131), 이 냉각 재킷(131)과 대향되도록 하여 형성된 지파판(wavelength-shortening plate; 132) 및, 이 지파판(132)의, 냉각 재킷(131)이 형성된 측의 주면(主面)과 서로 대향되는 측의 주면 상에 형성된 슬롯판(133)을 갖고 있다.
또한, 냉각 재킷(131), 지파판(132) 및 슬롯판(133)은 상기 안테나(13)의 구성 요소인 천판(135) 상에 형성되어 있다. 천판(135)은 처리 용기(11)의 벽면(11B)의 상단부에 의해 지지되어 있다. 또한, 특별히 도시하지 않지만, 냉각 재킷(131)은 벽면(11B)의 상단부와 나사 등에 의해 기계적으로 고정되어 있다.
동축 도파관(14)의 외도체(142)의 하단부(142B)와 냉각 재킷(131)과는 나사(23)에 의해 고정되어 있다. 이에 따라, 동축 도파관(14) 및 안테나(13)는 기계적 및 전기적으로 접속되게 된다.
또한, 냉각 재킷(131)은, 처리 용기(11) 내에서 생성한 플라즈마의 복사열 등에 의해 승온되는 천판(마이크로파 투과창) 등을 냉각하기 위해 형성되어 있는 것으로, 내부에 형성되는 유통공(131A) 내를 냉매가 흐르도록 하여 구성되어 있다. 또한, 유통공(131A)을 포함하는 부분은 냉각부(131B)를 구성한다.
또한, 냉각 재킷(131)의 상면에는, O링(28)을 개재하여 덮개(134)가 나사(24)에 의해 체결되어, 유통공(131A)을 덮개(134)에 의해 막도록 구성되어 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 슬롯판(133)의 단부(133A)는, 나사(26)에 의해 냉각 재킷(131)에 대하여 고정되어 있다.
처리 용기(11) 내에서 플라즈마를 생성하여, 지지대(111) 상에 설치된 피처리 기판(S)의 가공 처리 등을 개시하면, 상기 플라즈마의 복사열에 의해 안테나(13), 특히 천판(135)이 100℃ 이상으로까지 가열되게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 냉각 재킷(131)에 의해 안테나(13)를 냉각할 필요가 있다.
그러나, 상기 플라즈마에 의한 복사열의 영향을 가장 많이 받는 천판(135)의 냉각에 관해서는, 냉각 재킷(131)의 냉각부(131B)와 천판(135)은 이간(離間)되어 배치되어 있음과 함께, 그것들의 사이에는 지파판(132) 및 슬롯판(133)이 개재되어 있다. 따라서, 냉각부(131B)와 천판(135)이 이간되어 있음으로써 본래적인 열저항이 증대됨과 함께, 지파판(132) 등과 냉각 재킷(131)과의 사이에 전술한 복사열에 기인한 변형 등에 의해 간극이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 이러한 간극의 형성에 의해서도 열저항이 증대되어 버린다. 결과적으로, 천판(135)을 냉각 재킷(131)에 의해 충분히 효과적이고 그리고 효율적으로 냉각하는 것은 곤란했다.
일본공개특허공보 평9-63793호
본 발명은, 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 구성하는 마이크로파 안테나의, 특히 처리 용기에 인접한 천판의 냉각을 효과적이고 그리고 효율적으로 행하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 내부에 피처리 기판을 지지하는 지지대를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기에 결합된 배기계와, 상기 처리 용기 상에, 상기 지지대 상의 상기 피처리 기판에 대면하도록 형성된 마이크로파 투과창과, 상기 처리 용기에 플라즈마 생성용 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 용기 상에 형성된 마이크로파 안테나를 구비하고, 상기 마이크로파 안테나는, 냉매를 유통시키기 위한 유통공이 형성되어 이루어지는 냉각부를 포함하는 냉각 재킷, 이 냉각 재킷과 대향되도록 하여 형성된 지파판 및, 이 지파판의, 상기 냉각 재킷이 형성된 측의 주면과 서로 대향되는 측의 주면 상에 형성된 슬롯판을 갖고, 상기 지파판과 상기 냉각 재킷의 상기 냉각부가 인접되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 마이크로파 안테나를 구성하는 냉각 재킷에 있어서, 냉매를 흘림으로써 실제의 냉각 기능을 가져오는 냉각부와 지파판이 직접 인접되어 있다. 따라서, 상기 냉각부와 상기 지파판과의 이간 거리가 저감됨과 함께, 상기 냉각 재킷과 상기 지파판과의 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이 결과, 상기 냉각부와 상기 지파판과의 사이의 열저항이 저감하여, 상기 냉각부에 의한 상기 지파판을 개재한 상기 천판의 냉각을 효과적이고 그리고 효율적으로 행할 수 있게 된다.
또한, 상기 냉각부와 상기 지파판이 인접함으로써 상기 지파판 나아가서는 상기 슬롯판의 냉각 효율도 증대되기 때문에, 상기 처리 용기 안에서 발생한 플라즈마에 의한 복사열에 의해서도 상기 지파판 및 상기 슬롯판의 열변형을 방지할 수 있다. 이 때문에, 상기 냉각 재킷과 상기 지파판 등과의 사이에 공극이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 공극에 기인한 열저항의 증대도 억제할 수 있고, 이에 따라, 상기 냉각 재킷의 상기 냉각부에 의한 상기 천판의 냉각을 보다 효과적으로 행할 수 있게 된다.
또한, "상기 냉각부와 상기 지파판이 인접한다"란, 전술한 바와 같은 상기 냉각부와 상기 지파판과의 이간 거리가 저감됨과 함께, 상기 냉각 재킷과 상기 지파판과의 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있는 한에 있어서, 상기 냉각부 상에 도금막 등의 금속막이 개재되는 것을 허용하는 개념이다. 즉, 전술한 작용 효과를 가져오는 한에 있어서, 상기 냉각부와 상기 지파판과의 사이에 도금막 등의 금속막이 존재해도 좋다. 또한, 이러한 금속막이 존재함으로써, 상기 냉각부와 상기 지파판과의 사이의 열전도성이 증대하여, 전술한 바와 같은 작용 효과를 보다 향상시킬 수 있는 경우가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 냉각 재킷과 상기 지파판을 예를 들면 도전 재료로 접합할 수도 있다. 이 경우, 상기 냉각 재킷과 상기 지파판과의 인접 상태를 고정할 수 있기 때문에, 특히 상기 냉각 재킷과 상기 지파판과의 사이에 간극이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 냉각 재킷의 재킷 구성 재료의 선 팽창 계수를 상기 지파판의 구성 재료의 선 팽창 계수와 실질적으로 동일하게 한다. 이에 따라, 상기 복사열에 의한 상기 냉각 재킷의 열팽창과 상기 지파판의 열팽창을 동일하게 할 수 있어, 상기 냉각 재킷 및 상기 지파판이 상기 복사열에 기인하여 열변형된 바와 같은 경우에 있어서도, 그것들의 변형 정도를 서로 동일하게 할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 재킷과 상기 지파판과의 접합을 양호하게 유지하여, 상기 냉각부에 의한 상기 천판의 냉각 효율을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, "실질적 동일"이란, 상기 냉각 재킷의 선 팽창 계수와 상기 지파판의 선 팽창 계수와의 차이가, 약 10％ 이내의 범위인 것을 의미한다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 상기 재킷 구성 재료는 Al-SiC로 하고, 상기 구성 재료는 알루미나로 할 수 있다. 또한, "실질적 동일"에 관한 상기 요건을 만족하는 한에 있어서, 당연히 그 외의 재료도 사용할 수 있다. 단, Al-SiC는 금속 알루미늄과 동등한 열전도율을 갖기 때문에, 상기 냉각 재킷 자체의 열저항을 저감시킬 수 있어, 상기 냉각 재킷에 의한 전술한 천판의 냉각도 효과적으로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 마이크로파 안테나는, 상기 냉각 재킷의, 상기 지파판과 서로 대향되는 측의 주면 상에 형성한 판재를 포함하도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 재킷의 열변형을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 판재를 예를 들면 알루미나 등으로 구성함으로써, 상기 냉각 재킷의 표면을 안전한 온도로 유지할 수 있어, 상기 냉각 재킷의 면내 온도도 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 냉각 재킷은, 냉매를 유통시키기 위한 유통공이 형성되어 이루어지는 냉각부 본체와, 상기 유통공을 밀폐하는 덮개체를 랍재(brazing material) 등의 도전성 재료를 이용하여 접합해 형성할 수 있다. 또한, 상기 냉각 재킷은, SiC 매트릭스 중에 Al을 함침시킨 MMC로 구성할 수 있다.
이상, 본 발명에 의하면, 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 구성하는 마이크로파 안테나의, 특히 처리 용기에 인접한 천판의 냉각을 효과적이고 그리고 효율적으로 행할 수 있다.
도 1은 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 냉각 재킷을 확대하여 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 냉각 재킷의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 동일하게, 도 3에 나타내는 냉각 재킷의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 동일하게, 도 3에 나타내는 냉각 재킷의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 구체적 특징에 대해서, 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 기초하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2에 나타내는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 냉각 재킷의 구성을 확대하여 나타내는 도면이다. 또한, 일반적으로 마이크로파 플라즈마 처리 장치, 특히 그 마이크로파 안테나 부분의 평면 형상은 원형이며, 특별히 도시하지 않지만, 이하에 나타내는 장치의 각 구성 요소에 대해서도, 그들의 평면 형상은 원형을 나타낸다. 또한, 도 1에 나타내는 구성 요소와 동일 혹은 유사한 구성 요소에 관해서는, 동일한 참조 숫자를 이용하고 있다.
도 2에 나타내는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(30)는, 내부에 피처리 기판(S)을 지지하는 지지대(111)를 갖는 처리 용기(11)와, 처리 용기(11) 내에 배치된 가스관(12) 및 가스 도입관(17)을 구비하고 있다. 지지대(111)는, 알루미나 혹은 SiC 등을 주재료로 한 서셉터로 할 수 있다. 이 경우, 피처리 기판(S)은, 상기 서셉터 내부에 형성된 전극으로부터 발생되는 정전력에 의해 상기 서셉터의 주면에 흡착 고정된다. 또한, 상기 서셉터 내에는 필요에 따라서, 피처리 기판(S)을 가열하기 위한 히터를 내장할 수 있다.
가스 도입관(17)은, 처리 용기(11)의 내벽(11B)을 관통하도록 하여 형성됨과 함께, 내벽(11B)에 의해 보지되어, 주로 플라즈마 생성용의 불활성 가스를 처리 용기(11) 내에 공급한다. 가스 샤워(12)는, 도시하지 않은 지그에 의해 처리 용기(11)의 내벽에 고정되고, 동일하게 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 개구부(12A)를 통하여 처리용의 가스를 처리 용기(11) 내에 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 개구부(12A)는, 가스관(12)의 길이 방향에 있어서 소정의 간격으로 복수 형성되어 있기 때문에, 피처리 기판(S)의 근방에 균일하게 상기 가스를 공급할 수 있어, 피처리 기판(S)에 대하여 목적으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리를 균일하게 행할 수 있다.
또한, 처리 용기(11)의 하방에는 도시하지 않은 진공 펌프 등의 배기계에 접속하기 위한 개구(11A)가 형성되어 있다. 처리 용기(11) 내의 진공도(압력)는, 개구(11A)를 통한 상기 진공 펌프 등에 의한 배기에 의해 적당한 값으로 보지된다.
Ar 등의 불활성 가스는 주로 가스 도입관(17)으로부터 처리 용기(11) 내에 도입되고, 불소계 가스 등의 에칭성의 가스는 주로 가스 샤워(12)로부터 처리 용기(11) 내에 도입된다. 또한, 이러한 에칭 가스는 단독으로 이용할 수도 있지만, 통상은 불활성 가스 등으로 희석하여 이용한다.
또한, 처리 용기(11) 상에 있어서는, 이 처리 용기(11)를 진공 밀폐하도록 하여 마이크로파 안테나(13)가 형성되어 있다. 마이크로파 안테나(13)는, 예를 들면 Al-SiC 등으로 이루어지는 냉각 재킷(131), 이 냉각 재킷(131)과 대향되도록 하여 형성된, 예를 들면 알루미나 등의 유전체로 이루어지는 지파판(132) 및, 이 지파판(132)의, 냉각 재킷(131)이 형성된 측의 주면과 서로 대향되는 측의 주면 상에 형성된, 예를 들면 Cu 등의 전기적 양도체로 이루어지는 슬롯판(133)을 갖고 있다.
또한, 냉각 재킷(131)의, 지파판(132)과 서로 대향되는 측의 주면 상에는, 예를 들면 알루미나로 이루어지는 판재(136)가 형성되어 있다. 이 판재(136)의 존재에 의해, 냉각 재킷(131)의 열변형을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 판재(136)는 알루미나 등으로 구성되어 있기 때문에, 냉각 재킷(131)의 표면을 안전한 온도로 유지할 수 있어, 냉각 재킷(131)의 면내 온도도 균일하게 할 수 있다.
냉각 재킷(131), 지파판(132) 및 슬롯판(133)은 상기 안테나(13)의 구성 요소인 천판(135) 상에 형성되어 있고, 도전성의 재료, 예를 들면 Al으로 이루어지는 고정 부재(137)에 의해 고정되어 있다. 천판(135)은, 처리 용기(11)의 측벽(11B)의 상단부에 의해 지지되어 있다. 또한 특히 도시하지 않지만, 고정 부재(137)는 측벽(11B) 나사 등에 의해 기계적으로 고정되어 있다.
또한, 지파판 및 슬롯판은, 일체화되어 구성되어 있어도 좋고, 그 경우, 상기 지파판 하면과, 상기 슬롯판과의 사이에 간극이 발생하는 일이 없기 때문에, 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각 재킷(131)은, 안테나(13), 특히 천판(135)을 냉각하기 위해 형성되어 있는 것으로, 주로 처리 용기(11) 내에서 생성된 플라즈마의 복사열에 의해 안테나(13), 특히 천판(135)이 가열되는 것을 억제하기 위해 형성되어 있는 것이다. 냉각 재킷(131)의 내부에는 복수의 유통공(131A)이 형성되어 있고, 유통공(131A) 내를 냉매가 흐르도록 하여 구성되어 있다.
또한, 마이크로파 안테나(13)의 대략 중심으로는 연직 상방으로 연재한 동축 도파관(14)이 형성되어 있고, 이 동축 도파관(14)의, 마이크로파 안테나(13)와 상대되는 측의 단부에는 동축 변환기(15)가 형성되어 있다.
동축 도파관(14)은, 내도체(141) 및 외도체(142)를 갖고, 내도체(141)의 상단부(141A)와 동축 변환기(15)의 상벽면이 나사(21)에 의해 고정되고, 외도체(142)의 상단부(142A)와 동축 변환기(15)의 하벽면이 나사(22)에 의해 고정되어 있다. 이에 따라, 동축 도파관(14)과 동축 변환기(15)가 기계적 및 전기적으로 접속되게 된다.
또한, 내도체(141)의 내부를 공동(空洞)으로 하고, 이 공동 내에 냉매를 흘림으로써, 내도체(141)를 냉각할 수도 있다.
또한, 냉각 재킷(13)은 나사(26)에 의해 천판(135)과 고정되어 있다. 또한 동축 도파관(14)의 외도체(142)와 냉각 재킷(13)과는 전기적으로 접속되고, 이에 따라, 동축 도파관(14)과 냉각 재킷(13)이 전기적으로 접속되게 된다.
도시하지 않은 마이크로파 전원으로부터 공급된 마이크로파는, 동축 변환기(15)에 도입함으로써 TM 모드의 마이크로파에 더하여 TE 모드의 마이크로파가 혼재되게 되며, 이 혼재파는 동축 도파관(14)을 도파하여, 마이크로파 안테나(13)에 공급된다. 이때, 상기 TM 모드의 마이크로파는, 내도체(141) 및 외도체(142)로 형성되는 공동(143) 내를 전반한 후, 지파판(132) 내를 전반한다. 그리고, 슬롯판(133)의 도시하지 않은 방사 구멍으로부터 방출되어 천판(135)을 투과하여 처리 용기(11) 내에 공급된다.
그리고, 가스관(12)으로부터 처리 용기(11) 내에 공급된 가스를 플라즈마화하고, 이 플라즈마화한 가스를 이용하여 피처리 기판(S)의 가공 등을 행한다.
전술한 바와 같이 하여, 상기 마이크로파를 처리 용기(11) 안에 공급하여 플라즈마를 생성해 피처리 기판(S)의 가공 등을 행하면, 상기 플라즈마의 복사열에 의해 마이크로파 안테나(13), 특히 천판(135)이 가열되게 된다. 마이크로파 안테나가 가열되면 열변형을 일으키기 때문에 냉각할 필요가 있다. 본 예에서는, 효율적으로 냉각하기 위해, 냉각 재킷(13)의 냉각 기능을 가져오는 냉각부(131B)와 지파판(132)을 인접시켜, 냉각 재킷(13)과 지파판(132)을 접합하고 있다.
따라서, 냉각부(131B)(냉각 재킷(13))와 지파판(132), 즉 천판(135)과의 이간 거리가 저감된다. 이 결과, 냉각부(131B)(냉각 재킷(13))와 천판(135)과의 사이의 열저항이 저감하여, 냉각부(131B)에 의한 천판(135)의 냉각을 효과적이고 그리고 효율적으로 행할 수 있게 된다.
또한, 냉각부(131B)(냉각 재킷(131))와 지파판(132)이 직접 인접함으로써 지파판(132) 나아가서는 슬롯판(133)의 냉각 효율도 증대되기 때문에, 처리 용기(11) 안에서 발생한 플라즈마에 의한 복사열에 의해서도 지파판(132) 및 슬롯판(133)의 열변형을 방지할 수 있다. 이 때문에, 냉각부(131B)(냉각 재킷(131))와 지파판(132) 등과의 사이에 공극이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 공극에 기인한 열저항의 증대도 억제할 수 있고, 이에 따라, 냉각부(131B)(냉각 재킷(131))에 의한 천판(135)의 냉각을 보다 효과적으로 행할 수 있게 된다.
단, 냉각부(131B) 및 지파판(132)은 반드시 접합시킬 필요는 없고, 냉각부(131B) 및 지파판(132)이 인접하고 있으면 충분하다. 이 경우, 냉각부(131B)와 지파판(132)과의 사이에 도금막 등의 금속막을 개재시켜도 좋다. 이러한 금속막이 존재함으로써, 상기 냉각부와 상기 지파판과의 사이의 열전도성이 증대하여, 전술한 바와 같은 작용 효과를 보다 향상시킬 수 있는 경우가 있다.
또한, 도 1에 나타내는 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)와 도 2에 나타내는 본 예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(30)와의 비교에서, 본 예에서는, 냉각 재킷(131)은 냉각부(131B)로 직접 구성되어 있기 때문에, 냉각 재킷(131)의 크기(두께)를 저감할 수 있다. 따라서, 마이크로파 안테나(13)의 크기(두께)도 저감할 수 있다.
또한, 본 예에서는, 냉각 재킷(131)을 Al-SiC로 구성하고, 지파판(132)을 알루미나로 구성하고 있다. 이 경우, 냉각 재킷(131)의 선 팽창 계수는 약 8.0×10-6/℃가 되고, 지파판(132)의 선 팽창 계수는 약 7.0×10-6/℃가 된다. 따라서, 양자의 열팽창 계수가 매우 근사하여, 실질적으로 동일하게 되기 때문에, 냉각 재킷(131) 및 지파판(132)이 상기 복사열에 기인하여 열변형된 바와 같은 경우에 있어서도, 그들의 변형 정도를 서로 동일하게 할 수 있다.
결과적으로, 냉각 재킷(131)(냉각부(131B))과 지파판(132)과의 밀착성을 충분히 높게 보지할 수 있어, 상기 열변형에 기인한 공극의 형성을 억제하여, 상기 열저항의 증대를 방지할 수 있다. 이 때문에, 냉각 재킷(131), 즉 냉각부(131B)에 의한 천판(135)의 냉각을 효과적으로 행할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 냉각 재킷(131)의 선 팽창 계수와 지파판(132)의 선 팽창 계수가 실질적으로 동일하다란, 그들의 선 팽창 계수의 차이가 10％의 범위 내에 있는 것을 의미하기 때문에, 이러한 요건을 만족하는 한, 냉각 재킷(131)을 구성하는 재료는 Al-SiC에 한정되는 것은 아니고, 지파판(132)을 구성하는 재료도 알루미나로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 지파판(132)은, 알루미나를 대신하여 이트리아(yttria)로 구성할 수 있다.
단, Al-SiC는 금속 알루미늄과 동등한 열전도율을 갖기 때문에, 본 예에서는, 냉각 재킷(131) 자체의 열저항을 저감시킬 수 있어, 냉각 재킷(131)(냉각부(131B))에 의한 천판(135)의 냉각을 보다 효과적으로 행할 수 있다.
또한, Al-SiC는 어떤 방법으로도 제조할 수 있지만, 일반적으로는 SiC 소결체를 준비하여, 이 소결체의 기공 중에 용융한 Al을 함침시켜 제조한다. 이 경우, Al-SiC는, Al 매트릭스 중에 SiC의 입자가 분산되어 이루어지는 MMC(Metal Matrix Composite)의 구성을 채용한다. 따라서, 이러한 부재에 대하여 실제 사용하기에 충분한 선 팽창률을 부여하려면 , Al의 함유량이 약 30체적％∼50체적％의 범위가 되는 것이 바람직하다. 또한, 접합 강도를 고려한 경우, 접합면은 알루미늄의 농도가 높은 편이 바람직하다.
다음으로, Al-SiC로 이루어지는 MMC를 냉각 재킷(131)에 사용한 경우의 접합예를 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 냉매를 유통시키기 위한 유통공(131A)이 형성되어 이루어지는 냉각부 본체(131C)와, 유통공(131A)을 밀폐하는 덮개체(131E)를 각각 별도로 준비한다. 이어서, 냉각부 본체(131C)의 접합면 상에 접합 재료(131D)를 형성한다.
접합 재료(131D)는, 별도 도포 공정을 거쳐 형성할 수도 있지만, 냉각부 본체(131C)의 구성 재료의 일부가 냉각부 본체(131C)의 상기 접합면 상에 노출되어 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 접합 부분을 향함에 따라, 단계적으로 접합재(예를 들면 Al)의 농도를 증대시키도록 모재(母材)의 입경을 제어함으로써, 접합부에 있어서 급격한 농도 변화가 없어져, 접합 부분의 강도를 증대시킬 수 있다. 구체적으로는, 대입경의 모재(SiC)를 늘리고, 소경의 모재(SiC)의 농도를 작게 하도록 제어하여, 그 기재 중에 Al을 함침시키면 좋다.
본 예에서는, 냉각 재킷(131)을 Al-SiC로 구성하고 있다. SiC 매트릭스 중에 Al을 함침시켰을 때, 모재 SiC 상에 Al층이 잔존한다. 이 Al층을 제거하는 일 없이, Al을 접합재로서 이용할 수도 있다.
또한, Al층을 접합 재료로서 이용하는 경우, 접합해야 할 덮개체(131E)는 동일하게 Al으로 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 접합 재료(131D) 및 덮개체(131E)는 동일한 Al을 포함하기 때문에, 이하에 나타내는 열확산에 의한 접합 강도가 증대되게 된다.
이어서, 냉각부 본체(131C)와 덮개체(131E)를 화살표로 나타내는 방향으로 압압함과 함께 가열한다. 그러면, 접합 재료(131D)의 구성 원소와 덮개체(131E)의 구성 원소가 서로 열확산하여 접합되고, 결과적으로 덮개체(131E)에 의해 냉각부 본체(131C)의 유통공(131A)이 막혀, 냉각 재킷(131)이 완성된다.
전술에서는 Al의 비율을 변화시킴으로써 접합 강도를 증대시켰지만, 접합면에 블라스트 처리를 시행함으로써, 접합면의 표면적을 증대시켜, 접합 강도를 증대시킬 수도 있다.
도 5는 상기 도 4에 나타내는 제조 방법의 변형예이다. 본 예에서는, 냉각부 본체(131C) 및 덮개체(131E) 간에, 시트 형상의 랍재(131G)를 개재시키고 있다. 이 경우, 전술한 열확산 접합은, 랍재(131G)를 개재하여 행해지게 되기 때문에, 접합 재료(131D), 즉 냉각부 본체(131C) 및 덮개체(131E) 간의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 냉각부 본체(131C) 및 덮개체(131E)의 크기(면적)가 비교적 큰 듯한 경우에 있어서는, 복수의 랍재(131G)를 이용해도 좋다. 이 경우, 접합부에 있어서의 랍재(131G)의 효과를 현저한 것으로 하기 위해, 복수의 랍재(131G)의 단부가 중복되도록 한다.
도 4∼6의 어느 하나에 나타내는 방법에 의해서도, 냉각 재킷(131)을 간이하고 그리고 효율적으로 제작할 수 있다. 단, 냉각 재킷(131)의 제조 방법은 상기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 접합 재료(131D)를 개재시키는 일 없이, 냉각부 본체(131C)의 접합면과 덮개체(131E)의 접합면을 직접 접합시킬 수도 있다.
또한, 냉각부 본체(131C)와 덮개체(131E)와의 접합은, 반드시 열확산 접합에 의할 필요는 없고, 그 외의 방법을 이용해도 좋다. 그러나, 상기 열확산 접합에 의하면, 냉각부 본체(131C)와 덮개체(131E)와의 접합 강도를 향상시킬 수 있음과 함께, 유통공(131A)의 밀폐성도 증대되어, 냉매가 냉각 재킷(131)의 외부로 누설되는 바와 같은 일이 없어진다.
이상, 본 발명을 상기 구체예에 기초하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 구체예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범주를 일탈하지 않는 한에 있어서, 모든 변형이나 변경이 가능하다.

Claims (11)

  1. 내부에 피(被)처리 기판을 지지하는 지지대를 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 결합된 배기계와,
    상기 처리 용기 상에, 상기 지지대 상의 상기 피처리 기판에 대면하도록 형성된 마이크로파 투과창과,
    상기 처리 용기에 플라즈마 생성용 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 상에 형성된 마이크로파 안테나
    를 구비하고,
    상기 마이크로파 안테나는, 냉매를 유통시키기 위한 유통공이 형성되어 이루어지는 냉각부를 포함하는 냉각 재킷, 이 냉각 재킷과 대향되도록 하여 형성된 지파판 및, 이 지파판의, 상기 냉각 재킷이 형성된 측의 주면(主面)과 서로 대향되는 측의 주면 상에 형성된 슬롯판을 갖고,
    상기 지파판과 상기 냉각 재킷의 상기 냉각부가 인접되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 재킷과 상기 지파판이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 재킷의 재킷 구성 재료의 선 팽창 계수가 상기 지파판의 구성 재료의 선 팽창 계수와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 재킷 구성 재료는 Al-SiC이며, 상기 구성 재료는 알루미나인 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나는, 상기 냉각 재킷의, 상기 지파판과 서로 대향되는 측의 주면 상에 형성한 판재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 판재는 알루미나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  7. 냉매를 유통시키기 위한 유통공이 형성되어 이루어지는 냉각부 본체와, 상기 유통공을 밀폐하는 덮개체로 이루어지는 냉각 재킷의 제조 방법으로서,
    상기 냉각부 본체와 상기 덮개체는 열확산 접합에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 냉각 재킷의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각부 본체의 접합면 상에 제1 접합 재료를 배치하고, 상기 덮개체의 접합면 상에 제2 접합 재료를 배치하는 것을 특징으로 하는 냉각 재킷의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각부 본체의 접합면 및 상기 덮개체의 접합면 간에 랍재(brazing material)를 개재시켜 상기 열확산 접합에 의해, 상기 냉각부 본체 및 상기 덮개체를 접합하는 것을 특징으로 하는 냉각 재킷의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 접합 재료 및 상기 제2 접합 재료는, 각각 상기 냉각부 본체 및 상기 덮개체의 구성 재료의 일부가 상기 냉각부 본체 및 덮개체의 상기 접합면 상에 노출되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 재킷의 제조 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각부 본체 및 상기 덮개체는 Al-SiC로 이루어지고, 상기 제1 접합 재료 및 상기 제2 접합 재료는 Al인 것을 특징으로 하는 냉각 재킷의 제조 방법.
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