KR20140060295A - 플라즈마 처리 장치용 안테나 및 해당 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 장치용 안테나 및 해당 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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유이치 세츠하라
아키노리 에베
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가부시키가이샤 이엠디
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Abstract

박막의 재료가 표면에 부착해도, 고주파 유도 전계의 차폐나 강도의 감쇠를 억제할 수 있는 고주파 안테나를 제공한다. 고주파 안테나(10)는, 선 모양의 안테나 도체(13)와, 안테나 도체(13)의 주위에 마련된 유전체제 보호관(14)과, 유전체제 보호관(14)의 주위에 마련된 쉴드로서 안테나 도체(13)의 길이 방향의 임의의 선 상에서 유전체제 보호관(14)을 적어도 1개소 덮음과 아울러 적어도 1개의 개구(153)를 가지는 퇴적물 쉴드(15)를 구비한다. 박막 재료는 보호관 및 퇴적물 쉴드의 표면에 부착하지만, 안테나 도체의 길이 방향의 적어도 1개소에서 끊어진다. 이 때문에, 박막 재료가 도전성의 것인 경우에는 고주파 유도 전계가 차폐되는 것을 막을 수 있고, 도전성 이외의 것인 경우에는 고주파 유도 전계의 강도가 감쇠하는 것을 억제할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치용 안테나 및 해당 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치 {ANTENNA FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS, AND PLASMA PROCESSING APPARATUS USING ANTENNA}
본 발명은, 플라즈마를 이용한 CVD 장치나 스퍼터(sputter) 장치 혹은 에칭 장치 등의 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나에 관한 것이다. 본 발명은 아울러, 그 고주파 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
최근, 진공 용기 내에 고주파 안테나를 배치한 내부 안테나 방식의 플라즈마 처리 장치가 개발되어, 실용화되고 있다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 진공 용기 내에 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 도입하고, 고주파 안테나에 고주파 전류를 흐르게 하여 그 주위에 고주파 유도 전계(電界)를 생성하는 것에 의해, 전자를 가속하고, 가스의 분자를 전리(電離)하여 플라즈마를 생성한다. 이 플라즈마를 이용하여, 원료의 타겟을 스퍼터(sputter)한 것, 혹은 원료의 가스를 분해한 것을 기체(基體, 기판)의 표면에 공급하는 것에 의해, 박막을 형성하거나, 에칭을 행할 수 있다.
특허 문헌 1에는, U자형의 도체로 이루어지는 고주파 안테나를 복수, 진공 용기 내에 배치한 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다. 이 장치는, 고주파 안테나를 복수 이용하는 것에 의해, 진공 용기 내의 플라즈마 밀도의 균일성을 높이는 것이다. 또, U자형의 고주파 안테나는 권수(卷數)가 1회 미만인 유도 결합 안테나에 상당하고, 권수가 1회 이상인 유도 결합 안테나 보다도 인덕턴스(inductance, 유도 계수)가 낮기 때문에, 고주파 안테나의 양단에 발생하는 고주파 전압이 저감되고, 생성하는 플라즈마로의 정전(靜電) 결합에 따른 플라즈마 전위의 고주파 요동이 억제된다. 이 때문에, 대지(對地) 전위로의 플라즈마 전위 요동에 따른 과잉인 전자 손실이 저감되어, 플라즈마 전위가 저감된다. 이것에 의해, 기체(基體) 상(上)에서의 저(低)이온 데미지의 박막 형성 프로세스가 가능해진다.
고주파 안테나가 직접 플라즈마에 접촉하면, 안테나에 발생하는 고주파 전압때문에 안테나에는 플라즈마로부터 전자가 과잉으로 유입하여, 플라즈마의 전위는 안테나의 전위 보다도 높아진다. 이 때문에, 안테나에 이용하는 재료는 플라즈마에 의해서 스퍼터되고, 그것에 의해 고주파 안테나의 재료가 박막에 불순물으로서 혼입할 우려가 있다. 이 때문에, 특허 문헌 1에 기재된 장치에서는, 고주파 안테나는, 직접 플라즈마에 접촉하지 않도록, 절연체(유전체)제(製)의 보호관으로 피복되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개 2001-035697호공보([0050], [0052], [0053], 도 1, 도 11)
특허 문헌 1의 플라즈마 처리 장치를 박막의 형성이나 에칭 프로세스를 위해서 계속적으로 사용하면, 서서히 보호관의 표면에 박막의 재료 혹은 에칭 프로세스에서 이용하는 가스 분자의 해리종(解離種)이나 바이프로덕트(by-product, 부산물)가 부착되어지고, 결국 그 표면 전체가 퇴적물의 층으로 덮인다. 이와 같이 되면, 퇴적물이 도전성의 것인 경우에는, 고주파 안테나에 고주파 전류를 흐르게 했을 때에, 그것과는 역방향의 전류가 퇴적물층에 생성되고, 그것에 의해 고주파 유도 전계가 차폐되어 버린다. 또, 퇴적물이 도전성을 갖지 않은 것인 경우에도, 고주파 유도 전계가 퇴적물층을 통과할 때에 그 강도가 감쇠해 버린다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 퇴적물이 안테나 보호관의 표면에 부착해도, 고주파 유도 전계의 차폐나 강도의 감쇠가 발생하는 것을 억제할 수 있는 고주파 안테나를 제공하는 것이다. 아울러, 이 고주파 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명에 관한 고주파 안테나는, 진공 용기 내에 배치되며, 고주파 전류를 흐르게 하는 것에 의해 해당 진공 용기 내에 고주파 유도 전계를 생성하고, 해당 진공 용기 내에 도입된 플라즈마 생성 가스를 플라즈마화하기 위한 고주파 안테나로서,
a) 선 모양의 안테나 도체(導體)와,
b) 상기 안테나 도체의 주위에 마련된 유전체제(誘電體製)의 보호관과,
c) 상기 보호관의 주위에 마련된 쉴드로서, 상기 안테나 도체의 길이 방향의 임의의 선 상(上)에서, 상기 보호관을 적어도 1개소 덮음과 아울러 적어도 1개소 개구를 가지는 퇴적물 쉴드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 고주파 안테나에서는, 박막의 형성이나 에칭 프로세스 시(時)에 퇴적물이, 보호관의 표면에서 길이 방향으로 연속하여 부착하는 것이 아니고, 또, 쉴드의 표면에서도 길이 방향으로 연속하여 퇴적하지 않기 때문에, 퇴적물이 도전성인 경우에는, 안테나 도체에 고주파 전류를 흐르게 했을 때에, 그것과는 역방향의 전류가 퇴적물층에 흐르는 것이 방해되고, 고주파 유도 전계가 차폐되지 않는다. 또, 도전성을 갖지 않은 퇴적물인 경우에는, 연속한 퇴적물층에 의해 고주파 유도 전계가 차폐되는 것이 아니기 때문에, 플라즈마 생성능(生成能)의 저하를 억제할 수 있다.
이와 같은 퇴적물 쉴드에는, 예를 들면 보호관의 길이 방향에 관해서 일부가 끊어져 있는 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 쉴드가 끊어진 부분이 상기 개구에 상당한다. 또, 띠 모양의 부재를 보호관의 길이 방향을 따라서 나선 모양으로, 띠와 띠의 사이에 간격을 두고 마련한 것을 이용할 수도 있다. 이 경우, 띠와 띠의 사이의 공간이 상기 개구에 상당한다. 혹은, 관 모양의 부재에, 그 관의 둘레 방향으로 긴 형상의 구멍을 다수, 둘레 방향의 위치를 어긋나게 하여 길이 방향으로 늘어놓은 것을 이용할 수도 있다.
퇴적물 쉴드와 보호관의 사이에는, 보호관으로부터 돌출하고, 해당 보호관의 주위를 일주(一周)하거나 또는 해당 보호관의 길이 방향을 따라서 나선 모양으로 연장하는 구획부를 마련하는 것이 바람직하다. 구획부에 의해, 박막의 재료가 보호관의 표면에서 길이 방향으로 연속하여 퇴적하는 것을 보다 확실히 막을 수 있다.
본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 제1 형태는,
a) 진공 용기와,
b) 상기 진공 용기 내에 마련된 타겟 유지 수단과,
c) 상기 타겟 유지 수단에 대향하여 마련된 기판 유지 수단과,
d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,
e) 상기 타겟 유지 수단에 의해 유지되는 타겟의 표면을 포함하는 영역에 스퍼터용 직류 전계 또는 고주파 전계를 생성하는 전계 생성 수단과,
f) 상기 진공 용기 내에 배치되며, 상기 타겟 유지 수단에 의해 유지된 타겟의 표면을 포함하는 영역에 고주파 유도 전계를 생성하는, 본 발명에 관한 고주파 안테나를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제1 형태의 플라즈마 처리 장치는, 종래의 스퍼터 장치의 구성에 더하여, 타겟의 표면 부근에 고주파 유도 전계를 생성하기 위해서, 본 발명에 관한 고주파 안테나를 마련한 것이다.
종래의 스퍼터 장치에서는, 전계 생성 수단에 의해 플라즈마 생성 가스의 분자를 전리(電離)시켜 플라즈마를 생성함과 아울러, 그것에 의해 생긴 이온을 타겟에 충돌시키는 것에 의해서 타겟을 스퍼터한 다음에, 타겟의 재료를 기판 상(上)에 퇴적시키는 것에 의해 박막을 형성한다. 그것에 대한 제1 형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 진공 용기 내에 배치된 고주파 안테나에 의해서 생성되는 고주파 유도 전계에 의해, 타겟의 표면 부근에서의 플라즈마의 밀도를 더 높일 수 있기 때문에, 타겟을 보다 고속으로 스퍼터할 수 있다. 단, 이 장치에서는 고주파 안테나가 진공 용기 내에 배치되기 때문에, 타겟이 스퍼터되어서 이루어지는 박막 원료가 고주파 안테나의 표면에 부착한다. 이 때문에, 제1 형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 본 발명에 관한 고주파 안테나를 이용하는 것에 의해, 고주파 유도 전계의 강도가 약해지는 것을 막고 있다.
제1 형태의 플라즈마 처리 장치(스퍼터 장치)에서, 상기 직류 전계 또는 고주파 전계와 직교하는 성분을 가지는 자계(磁界)를 상기 타겟의 표면을 포함하는 영역에 생성하는 자계 생성 수단을 마련하는 것이 바람직하다. 이것은, 종래의 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter) 장치의 구성에 더하여, 본 발명에 관한 고주파 안테나를 마련한 것이다.
본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 제2 형태는,
a) 진공 용기와,
b) 상기 진공 용기 내에 마련된 기판 유지 수단과,
c) 상기 진공 용기 내에 마련된 복수의, 본 발명에 관한 고주파 안테나와,
d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,
e) 상기 진공 용기 내에 박막의 원료가 되는 가스를 도입하는 원료 가스 도입 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서의 고주파 안테나에, 본 발명에 관한 고주파 안테나를 이용한 것이다.
또, 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 제3 형태는,
a) 진공 용기와,
b) 상기 진공 용기 내에 마련된 기체(基體) 유지 수단과,
c) 상기 진공 용기 내에 마련된 복수의, 본 발명에 관한 고주파 안테나와,
d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,
e) 상기 진공 용기 내에 에칭 프로세스에 이용하는 가스를 도입하는 에칭 프로세스 가스 도입 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 고주파 안테나에 의하면, 박막의 재료 혹은 에칭에 이용하는 재료 가스가 부착하는 것에 의해 보호관 및 퇴적물 쉴드의 표면에 형성되는 퇴적물층이, 안테나 도체의 길이 방향의 임의의 선 상(上)에서 적어도 1개소 끊어진다. 이 때문에, 퇴적물이 도전성의 것인 경우에는 고주파 유도 전계가 차폐되는 것을 막을 수 있고, 도전성 이외의 것인 경우에는 고주파 유도 전계의 강도가 감쇠하는 것을 억제할 수 있다.
도 1의 (a)는 본 발명에 관한 고주파 안테나의 제1 실시예를 나타내는 종단면도, 그리고 (b)는 해당 고주파 안테나의 일부의 측면도 .
도 2는 제1 실시예의 고주파 안테나에서의 퇴적물 쉴드의 작용을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 관한 고주파 안테나가 이용되는 플라즈마 처리 장치의 일 실시예인 스퍼터 장치를 나타내는 종단면도.
도 4의 (a)는 본 발명에 관한 고주파 안테나가 이용되는 플라즈마 처리 장치의 일 실시예인 플라즈마 CVD 장치 또는 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 종단면도, 그리고 (b)는 평면도.
도 5는 제2 실시예의 고주파 안테나를 나타내는 종단면도.
도 6은 제2 실시예의 고주파 안테나에서의 퇴적물 쉴드의 작용을 설명하기 위한 도면.
도 7은 제3 실시예의 고주파 안테나를 나타내는 종단면도.
도 8은 제3 실시예의 고주파 안테나에서의 퇴적물 쉴드의 작용을 설명하기 위한 도면.
도 9는 제3 실시예의 변형예에서의 핀(fin) 및 유전체제 파이프의 일부를 나타내는 정면도.
도 10의 (a)는 제4 실시예의 고주파 안테나를 나타내는, 선 모양 도체에 수직인 면에서의 단면도, 그리고 (b), (c)는 전개도.
도 11은 제4 실시예의 고주파 안테나에서의 퇴적물 쉴드의 작용을 설명하기 위한 길이 방향 단면도.
도 1 ~ 도 11을 이용하여, 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치용 고주파 안테나(이하,「고주파 안테나」라고 함), 및 그 고주파 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치의 실시예를 설명한다.
실시예 1
도 1 ~ 도 4를 이용하여, 본 발명에 관한 고주파 안테나의 제1 실시예를 설명한다. 이 고주파 안테나(10)는, 선 모양의 도체(導體)를 U자형으로 굽힌 안테나 도체(13)와, 안테나 도체(13)를 덮도록 U자형으로 굽혀진, 단면이 원형인 유전체제(誘電體製) 파이프(14)와, 유전체제 파이프(14)의 외표면에 마련된 퇴적물 쉴드(shield, 15)를 가진다. 퇴적물 쉴드(15)의 상세는 후술한다. 또한, 도 1의 (a)은, 안테나 도체(13)에 평행한 단면에서의 단면도이다. 고주파 안테나(10)는 피드 스루(feed through, 12)를 매개로 하여, 플라즈마 처리 장치가 가지는 진공 용기(11)의 벽면에 장착된다. 또, 안테나 도체(13)에는 임피던스 정합기(整合器, 17)를 매개로 하여 고주파 전원(16)이 접속된다. 또한, 이 U자형의 안테나 도체(13)는 권수(卷數)가 1회 미만인 유도(誘導) 결합 안테나에 상당하고, 권수가 1회 이상인 유도 결합 안테나 보다도 인덕턴스(inductance, 유도 계수)가 낮기 때문에, 고주파 안테나의 양단에 발생하는 고주파 전압이 저감되고, 생성하는 플라즈마로의 정전(靜電) 결합에 따른 플라즈마 전위의 고주파 요동이 억제된다. 이 때문에, 대지(對地) 전위로의 플라즈마 전위 요동에 따른 과잉인 전자 손실이 저감되어, 플라즈마 전위가 저감 된다. 이것에 의해, 기판 상(上)에서의 저(低)이온 데미지의 박막 형성 프로세스가 가능해진다.
퇴적물 쉴드(15)는, 유전체제 파이프(14)의 외표면으로부터 외측을 향해 연장하는 다리부(구획부, 151)와, 다리부(151)의 상단으로부터 유전체제 파이프(14)의 길이 방향의 양측으로 연장하는 차양부(152)를 가진다. 따라서, 도 1의 (a)의 종단면도에서는, 다리부(151)와 차양부(152)는, 양자를 합쳐 T자 모양의 형상을 나타내고 있다. 다리부(151) 및 차양부(152)는 모두, 유전체제 파이프(14)의 주위를 일주(一周)하도록 형성되어 있다. 그리고, 이들 다리부(151) 및 차양부(152)는 유전체제 파이프(14)의 길이 방향으로 다수, 차양부(152)끼리의 사이가 벌어지도록 늘어놓아져 배치되어 있다. 즉, 퇴적물 쉴드(15)를 구성하는 것은, 차양부와 차양부의 사이에서 끊어져 있다. 이 끊어져 있는 부분을 개구(153)라고 부른다. 또한, 퇴적물 쉴드(15)의 재료는 도체라도 유전체라도 좋다.
본 실시예의 고주파 안테나(10)는, 도 3이나 도 4에 나타내는 플라즈마 처리 장치(스퍼터 장치, 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 에칭 장치) 등에서 이용된다. 그들 플라즈마 처리 장치의 상세는 후술하지만, 모두 기판 상(上)에 박막을 형성하기 위한 장치이며, 고주파 안테나(10)가 생성하는 고주파 유도 전계에 의해 플라즈마를 형성한 다음에, 박막의 원료로 이루어지는 타겟을 플라즈마 중의 이온으로 스퍼터하거나, 혹은 박막의 원료의 가스를 분해하거나 하는 것이다. 그 때, 박막의 원료나 에칭 프로세스 가스가 고주파 안테나(10)의 표면에 부착하기 때문에, 그 퇴적물이 고주파 안테나(10)의 특성에 악영향을 주는지에 대한 점이 문제가 된다. 특히, 안테나 도체(13)에 고주파 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 시간 변동하는 자계가 안테나 도체(13)의 주위에 발생하기 때문에, 도전성의 퇴적물이 선 모양 도체의 길이 방향으로 연결되도록 부착하면, 이 자계를 없애도록 부착물에 전류가 흐르고, 그 결과, 고주파 유도 전계가 차폐될 우려가 있다.
본 실시예에서는 이하에 기술하는 바와 같이, 퇴적물 쉴드(15)가 존재하는 것에 의해 퇴적물이 고주파 안테나(10)의 특성에 악영향을 주는 일은 거의 없다. 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 고주파 안테나(10)를 향해(도 2 중의 화살표) 날아오르는 퇴적의 원료는, 일부는 차양부(152)의 외측에 퇴적되고(외측 퇴적물(M1)), 그것 이외는 개구(153)를 통과하여 유전체제 파이프(14)의 외표면에 퇴적된다(내측 퇴적물(M2)). 서로 이웃하는 차양부(152)끼리의 사이에 개구(153)가 존재하기 때문에, 각 차양부(152)에 부착한 외측 퇴적물(M1)은 서로 연결되지 않거나, 적어도 플라즈마 처리 장치의 운전을 개시하고 나서 상당 시간 경과할 때까지는 외측 퇴적물(M1)이 서로 연결되지 않는다.
또, 유전체제 파이프(14)의 외표면이 그 길이 방향에 관해서 다리부(구획부, 151)에 의해서 구획되어 있기 때문에, (장치의 사용 시간에 관계없이) 내측 퇴적물(M2)이 길이 방향으로 연결되지도 않는다.
이상과 같이, 퇴적물 쉴드(15)에 의해, 외측 퇴적물(M1)이나 내측 퇴적물(M2)이 유전체제 파이프(14)의 길이 방향으로 연속하여 연결되는 것을(적어도 상당 시간) 막을 수 있다. 따라서, 특히 퇴적물이 도전성을 가지는 경우에, 고주파 유도 전계가 차폐된다고 하는 문제가 생기지 않는다. 또, 퇴적물이 도전성을 갖지 않은 경우에도, 고주파 유도 전계의 강도가 약해지는 것을(적어도 상당 시간) 억제할 수 있다. 또, 정기적으로 퇴적물을 제거하는 유지 보수 작업이 불필요하게 되거나, 또는 그 작업의 주기를 길게 할 수 있기 때문에, 장치의 러닝 코스트(running cost)를 줄일 수 있다.
또한, 차양부(152)의 선단과 다리부(151)의 거리가 어느 정도 이상 길게 되면, 개구(153)를 통과한 박막 원료는, 차양부(152)의 선단으로부터 다리부(151)를 향해 도중까지는 침입하지만, 그것 이상 안쪽까지는 침입하지 않는다. 그 경우에는, 유전체제 파이프(14)의 외표면 중 적어도 일부가 차양부의 그림자의 위치에 해당하고, 그 위치에서는 내측 퇴적물(M2)에 의해서 덮이지 않기 때문에, 고주파 유도 전계의 강도가 약해지는 것을 보다 확실히 막을 수 있다. 이와 같은 효과를 나타내기 위해서, 차양부(152)의 선단과 다리부(151)의 거리는, 차양부(152)와 유전체제 파이프(14)의 틈의 크기의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시예의 고주파 안테나(10)를 이용한 플라즈마 처리 장치(스퍼터 장치, 20)에 대해서 설명한다. 플라즈마 처리 장치(20)는, 진공 용기(11)의 저부에 마련된 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter)용 자석(21)과, 마그네트론 스퍼터용 자석(21)의 상면에 마련된 타겟 홀더(22)와, 타겟 홀더(22)에 대향하여 마련된 기판 홀더(23)를 가지며, 마그네트론 스퍼터용 자석(21)의 측부에 본 실시예의 고주파 안테나(10)를 더 구비하는 것이다. 타겟 홀더(22)의 상면에는 판 모양의 타겟(T)을, 기판 홀더(23)의 하면에는 기판(S)을, 각각 장착할 수 있다. 또, 이 플라즈마 처리 장치(20)에는, 전술한 바와 같이 고주파 안테나(10)에 임피던스 정합기(17)를 매개로 하여 고주파 전원(16)이 접속됨과 아울러, 타겟 홀더(22)와 기판 홀더(23)의 사이에 타겟 홀더(22)측을 정(正)으로 하는 직류 전압을 인가하기 위한 직류 전원(24)이 마련되어 있다. 그 외, 진공 용기(11)의 측벽에, 플라즈마를 생성하기 위한 가스(플라즈마 생성 가스)를 진공 용기(11) 내에 도입하는 가스 도입구(27)가 마련되어 있다.
플라즈마 처리 장치(20)의 동작을 설명한다. 우선, 타겟(T)을 타겟 홀더(22)에, 기판(S)을 기판 홀더(23)에, 각각 장착한다. 다음으로, 진공 용기(11) 내를 진공으로 한 후, 플라즈마 생성 가스를 가스 도입구(27)로부터 진공 용기(11) 내로 도입한다. 이어서, 마그네트론 스퍼터용 자석(21)의 전자석에 직류 전류를 흐르게 하는 것에 의해, 타겟(T)의 근방에 자계를 생성한다. 그것과 함께, 타겟 홀더(22)와 기판 홀더(23)를 전극으로 하여 양자 사이에 직류 전원(24)에 의해 직류 전계를 생성한다. 또한, 고주파 전원(16)으로부터 안테나 도체(13)에 고주파 전력을 투입하는 것에 의해, 타겟(T)의 근방을 포함하는 고주파 안테나(10)의 주위에 고주파 유도 전계를 생성한다. 이들 자계, 직류 전계 및 고주파 유도 전계에 의해 플라즈마가 생성된다. 그리고, 플라즈마로부터 공급되는 전자가 자계 및 직류 전계에 의해 사이클로이드(cycloid) 운동 또는 트로코이드(trochoid) 운동을 함으로써, 플라즈마 생성 가스의 전리(電離)가 촉진되어, 다량의 양이온이 생성된다. 이들 양이온이 타겟(T)의 표면에 충돌하는 것에 의해, 타겟(T)의 표면으로부터 스퍼터 입자가 튀어 나오고, 그 스퍼터 입자가 타겟(T)과 기판(S)의 사이의 공간을 비행하여 기판(S)의 표면에 부착한다. 이렇게 하여 기판(S)의 표면에 스퍼터 입자가 퇴적하는 것에 의해, 박막이 형성된다.
이 장치에서는, 스퍼터 입자가 고주파 안테나(10)에 부착하지만, 퇴적물 쉴드(15)의 존재에 의해, 고주파 안테나(10)가 생성하는 고주파 유도 전계가 차폐되거나 약해지거나 하는 것을 막을 수 있다.
또한, 여기에서는 마그네트론 스퍼터 장치를 예로서 설명했지만, 플라즈마 처리 장치(20)로부터 마그네트론 스퍼터용 자석(21)을 제외한 이극(二極) 스퍼터 장치에서도 마찬가지로, 타겟 홀더(22)의 측부에 본 실시예의 고주파 안테나(10)를 마련할 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 고주파 안테나(10)를 이용한 플라즈마 처리 장치(30)에 대해서 설명한다. 플라즈마 처리 장치(30)는, 진공 용기(11)의 저부에 마련된 기판 홀더(33)와, 진공 용기(11)의 측벽에, 기판 홀더(33) 상의 기판(S)에 평행하게 늘어 놓아진 복수의 고주파 안테나(10)를 구비하는 것이다. 이들 복수의 고주파 안테나(10)는 3개 또는 4개를 1조로 하여, 1조에 대해 1개의 고주파 전원(16)에 병렬로 접속되어 있다. 또, 진공 용기(11)의 측벽에는, 플라즈마 생성 가스를 진공 용기(11) 내에 도입하는 제1 가스 도입구(371)와, 박막의 원료가 되는 가스(박막 원료 가스) 혹은 에칭 프로세스 가스를 진공 용기(11) 내로서 플라즈마 생성 가스가 공급된 영역 보다도 기판 홀더(33)측에 도입하는 제2 가스 도입구(372)가 마련되어 있다.
플라즈마 처리 장치(30)의 동작을 설명한다. 우선, 기판 홀더(33)에 기판(S)을 장착한 후, 진공 용기(11) 내를 진공으로 한다. 다음으로, 플라즈마 생성 가스를 제1 가스 도입구(371)로부터, 박막 원료 가스를 제2 가스 도입구(372)로부터, 각각 진공 용기(11) 내에 도입한다. 그리고, 고주파 전원(16)으로부터 안테나 도체(13)에 고주파 전류를 공급한다. 이것에 의해, 진공 용기(11) 내에 고주파 유도 전계가 생성되어, 이 고주파 유도 전계에서 전자를 가속하고, 플라즈마 생성 가스가 전리하여 플라즈마가 형성된다. 그리고, 박막 원료 가스 혹은 에칭 프로세스 가스는 플라즈마 중의 전자 충돌에 의해서 분해되어, 기판(S) 상에서 박막 형성이나 에칭 프로세스가 행하여진다. 또한, 여기에서는 기판(S)을 처리 대상으로 했지만,에칭을 행하는 경우에는, 피처리물은 판 모양인 경우에 한정되지는 않는다.
플라즈마 처리 장치(30)에서도, 분해한 박막의 원료 혹은 에칭 프로세스 가스가 고주파 안테나(10)에 부착하지만, 퇴적물 쉴드(15)의 존재에 의해, 그 부착물에 의해서 고주파 유도 전계가 차폐되거나 약해지거나 하는 것을 막을 수 있다.
여기까지 기술한 플라즈마 처리 장치(20 및 30)에서는, 제1 실시예의 고주파 안테나(10) 대신에, 이하에 기술하는 제2 실시예 이후의 실시예에 관한 고주파 안테나를 이용할 수도 있다.
실시예 2
도 5 및 도 6을 이용하여, 본 발명에 관한 고주파 안테나의 제2 실시예를 설명한다. 본 실시예의 고주파 안테나(10A)는, 제1 실시예의 고주파 안테나(10)와 동일한 안테나 도체(13) 및 유전체제 파이프(14)를 가짐과 아울러, 유전체제 파이프(14)의 외표면에 퇴적물 쉴드(15A)가 마련되어 있다(도 5). 퇴적물 쉴드(15A)는, 유전체제 파이프(14)의 외표면으로부터 외측을 향해 연장하는 다리부(151A)와, 다리부(151A)의 상단으로부터 유전체제 파이프(14)의 길이 방향의 한쪽 측(片側)으로 연장하는 차양부(152A)를 가진다. 따라서, 도 5의 (a)의 종단면도에서는, 다리부(151A)와 차양부(152A)는, 양자를 합쳐 L자 모양의 형상을 나타내고 있다.
본 실시예의 고주파 안테나(10A)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예의 고주파 안테나(10)와 마찬가지로, 서로 이웃하는 차양부(152A)끼리의 사이에 개구(153A)가 존재하기 때문에, (적어도 플라즈마 처리 장치의 운전을 개시하고 나서 상당 시간 경과할 때까지는) 각 차양부(152A)에 부착한 외측 퇴적물(M1)은 서로 연결되지 않는다. 또, 유전체제 파이프(14)의 외표면이 그 길이 방향에 관해서 다리부(구획부, 151A)에 의해서 구획되어 있기 때문에, 내측 퇴적물(M2)이 길이 방향으로 연결되지도 않는다. 게다가, 박막 원료가 차양부(152A)의 선단으로부터 다리부(151A)를 향해 도중까지 밖에 침입하지 않기 때문에, 유전체제 파이프(14)의 외표면 중 적어도 일부는 내측 퇴적물(M2)에 의해 덮이지 않는다. 이들에 의해, 특히 부착물이 도전성인 경우에, 고주파 유도 전계가 차폐되는 것을 막음과 아울러, 부착물이 도전성의 것 이외인 경우에도, 고주파 유도 전계의 강도가 약해지는 것을 억제할 수 있다.
실시예 3
도 7 및 도 8을 이용하여, 본 발명에 관한 고주파 안테나의 제3 실시예를 설명한다. 본 실시예의 고주파 안테나(10B)는, 제1 및 제2 실시예의 고주파 안테나와 동일한 안테나 도체(13) 및 유전체제 파이프(14)를 가짐과 아울러, 유전체제 파이프(14)의 외표면에 퇴적물 쉴드(핀(fin, 15B))가 마련되어 있다(도 7). 1개의 핀(15B)은, 유전체제 파이프(14)의 외표면으로부터 외측을 향해 연장하고, 유전체제 파이프(14)의 주위를 일주(一周)하도록 형성되어 있다. 그리고, 핀(15B)은 유전체제 파이프(14)의 길이 방향으로 다수, 그 두께 보다도 충분히 큰 간격으로 늘어서 있다.
본 실시예의 고주파 안테나(10B)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 안테나 도체(13)의 길이 방향에 관한 핀(15B)의 선단의 폭이 핀끼리의 간격 보다도 충분히 좁기 때문에, 이 선단에 부착하는 퇴적물(M1)은 이 방향으로는 거의 연장되지 않는다. 이 때문에, 이 방향으로 퇴적물(M1)이 연결되지 않는다. 또, 유전체제 파이프(14)의 외표면은 핀(15B)에 의해서 구획되어 있기 때문에, 결국 상기 방향으로 퇴적물(M2)이 연결되지 않는다. 따라서, 제1 및 제2 실시예의 경우와 마찬가지로, 고주파 유도 전계가 차폐되는 것을 막음과 아울러, 고주파 유도 전계의 강도가 약해지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 핀(15B)의 측면에서도, 박막의 재료는 부착되지만, 단위면적당의 양(量)은 핀(15B)의 선단이나 유전체제 파이프(14)의 외표면 보다도 충분히 적기 때문에, 박막 재료의 층이 형성되기 어렵다. 또, 만일 그러한 층이 형성되어도, 그 두께가 얇은데다가, 핀(15B)이 없는 경우 보다도 전류의 경로가 길어지기 때문에, 전자계를 쉴드하는 전류를 작게 할 수 있다.
제3 실시예에서는 유전체제 파이프(14)의 주위를 일주(一周)하는 핀을 다수 늘어놓았지만, 그 대신에, 1개의 핀(15B')을, 유전체제 파이프(14)의 길이 방향으로 나선 모양으로 진행하도록 형성해도(도 9), 동일한 효과를 나타낸다.
실시예 4
도 10 및 도 11을 이용하여, 본 발명에 관한 고주파 안테나의 제4 실시예를 설명한다. 본 실시예의 고주파 안테나(10C)는, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 ~ 제3 실시예의 고주파 안테나와 동일한 안테나 도체(13) 및 유전체제 파이프(14)를 가짐과 아울러, 유전체제 파이프(14)의 외측에 퇴적물 쉴드(15C)를 가진다. 퇴적물 쉴드(15C)는, 유전체제의 파이프에 다수의 구멍(41A) 또는 구멍(41B)을 마련한 것이다. 또한, 퇴적물 쉴드(15C)의 파이프의 재료는 유전체제 파이프(14)와 동일해도 좋고, 그것과는 다른 것이라도 괜찮다. 유전체제 파이프(14)와 퇴적물 쉴드(15C)의 사이는 공동(空洞)으로 되어 있으며, 제1 및 제2 실시예에서의 다리부에 상당하는 것은 존재하지 않는다. 이 공동의 높이(유전체제 파이프(14)의 외표면과 퇴적물 쉴드(15C)의 내표면의 사이의 거리)는, 유전체제 파이프(14)와 퇴적물 쉴드(15C)를 모두 피드 스루(12)에 고정하는 것에 의해 일정하게 유지되어 있다.
도 10의 (b)에 구멍(41A)의, (c)에 구멍(41B)의, 형상 및 위치를 각각 나타낸다. 이들 (b), (c)는 모두, 퇴적물 쉴드(15C)를 길이 방향으로 절개하여 전개한 도면이다. 구멍(41A)은, 퇴적물 쉴드(15C)의 둘레 방향으로 긴 타원형을 나타내고 있으며, 이 방향으로 복수개, 동일한 주기 a로 1열(列)로 늘어서 있다. 그리고, 이 열이 퇴적물 쉴드(15C)의 길이 방향으로 다수 배치되어 있다. 또, 구멍(41A)은, 인접하는 열끼리에서는 서로 둘레 방향으로 a/2만큼 어긋나도록 배치되고, 그 장경(長徑, b)은 a/2 보다도 크다. 이것에 의해, 퇴적물 쉴드(15C)의 표면에서는 어느 위치에서도, 그곳으로부터 길이 방향으로 구멍(41A)이 존재하게 된다. 구멍(41B)은 형상이 퇴적물 쉴드(15C)의 둘레 방향으로 긴 장방형인 점을 제외하고, 구멍(41A)과 동일하다.
이와 같이 퇴적물 쉴드(15C)의 표면의 어느 위치에서도 그곳으로부터 길이 방향으로 구멍(41A 또는 41B)이 존재하는 것에 의해, 도 11에 나타내는 바와 같이, 퇴적물 쉴드(15C)의 표면에 부착하는 외측 퇴적물(M1)은 적어도 길이 방향으로 똑바로 연장하도록 형성되지 않는다. 이 때문에, 안테나 도체(13)에 고주파 전류를 흘렸을 때에, 길이 방향으로 전류가 흘러 고주파 유도 전계가 차폐되는 것을 막을 수 있다. 또, 퇴적물 쉴드(15C)에서는 구멍(41A) 또는 구멍(41B)의 사이에 존재하는 벽면이 제1 및 제2 실시예에서의 차양부와 동일한 역할을 하기 때문에, 그 그림자의 위치에 상당하는 유전체제 파이프(14)의 외표면에서, 내측 퇴적물(M2)이 연결되는 것을 막을 수 있고, 그것에 의해 고주파 유도 전계가 차폐되는 것을 막을 수 있다. 이 효과를 나타내기 위해서, 인접하는 구멍의 열끼리에서는, 구멍과 구멍의 사이에서 유전체제 파이프(14)를 덮는 부분의 폭은, 유전체제 파이프(14)와 퇴적물 쉴드(15C)의 틈의 크기의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다.
10, 10A, 10B, 10C … 고주파 안테나 11 … 진공 용기
12 … 피드 스루 13 … 안테나 도체
14 … 유전체제 파이프 15, 15A, 15C … 퇴적물 쉴드
151, 151A … 다리부 152, 152A … 차양부
153, 153A … 개구 15A … 퇴적물 쉴드
15B … 핀 16 … 고주파 전원
17 … 임피던스 정합기
20 … 플라즈마 처리 장치(스퍼터 장치)
21 … 마그네트론 스퍼터용 자석
22 … 타겟 홀더 23, 33 … 기판 홀더
24 … 직류 전원 27 … 가스 도입구
30 … 플라즈마 처리 장치(플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 에칭 장치)
371 … 제1 가스 도입구 372 … 제2 가스 도입구
41A, 41B … 구멍 S … 기판
T … 타겟

Claims (12)

  1. 진공 용기 내에 배치되며, 고주파 전류를 흐르게 하는 것에 의해 해당 진공 용기 내에 고주파 유도 전계(電界)를 생성하고, 해당 진공 용기 내에 도입된 플라즈마 생성 가스를 플라즈마화하기 위한 고주파 안테나로서,
    a) 선 모양의 안테나 도체(導體)와,
    b) 상기 안테나 도체의 주위에 마련된 유전체제(誘電體製)의 보호관과,
    c) 상기 보호관의 주위에 마련된 쉴드(shield)로서, 상기 안테나 도체의 길이 방향의 임의의 선 상(上)에서, 상기 보호관을 적어도 1개소 덮음과 아울러 적어도 1개소 개구를 가지는 퇴적물 쉴드를 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 퇴적물 쉴드가, 상기 보호관의 길이 방향에 관해서 일부가 끊어져 있는 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 퇴적물 쉴드가, 띠 모양의 부재를 상기 보호관의 길이 방향을 따라서 나선 모양으로, 띠와 띠의 사이에 간격을 두고 마련한 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 퇴적물 쉴드가, 관 모양의 부재에, 해당 관의 둘레 방향으로 긴 형상의 구멍을 다수, 둘레 방향의 위치를 어긋나게 하여 길이 방향으로 늘어놓은 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 적어도 어느 하나에 있어서,
    상기 퇴적물 쉴드와 상기 보호관의 사이에, 해당 보호관으로부터 돌출하고, 해당 보호관의 주위를 일주(一周)하는 구획부를 가지는 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 적어도 어느 하나에 있어서,
    상기 퇴적물 쉴드와 상기 보호관의 사이에, 해당 보호관으로부터 돌출하고, 해당 보호관의 길이 방향을 따라서 나선 모양으로 연장하는 구획부를 가지는 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 적어도 어느 하나에 있어서,
    상기 안테나 도체가, 권수(卷數)가 1주(周) 미만인 유도 결합 안테나인 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 안테나 도체가 U자형인 것을 특징으로 하는 고주파 안테나.
  9. a) 진공 용기와,
    b) 상기 진공 용기 내에 마련된 타겟 유지 수단과,
    c) 상기 타겟 유지 수단에 대향하여 마련된 기판 유지 수단과,
    d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,
    e) 상기 타겟 유지 수단에 의해 유지되는 타겟의 표면을 포함하는 영역에 스퍼터(sputter)용 직류 전계 또는 고주파 전계를 생성하는 전계 생성 수단과,
    f) 상기 진공 용기 내에 배치되며, 상기 타겟 유지 수단에 의해 유지된 타겟의 표면을 포함하는 영역에 고주파 유도 전계를 생성하는, 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 고주파 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 직류 전계 또는 고주파 전계와 직교하는 성분을 가지는 자계(磁界)를 상기 타겟의 표면을 포함하는 영역에 생성하는 자계 생성 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. a) 진공 용기와,
    b) 상기 진공 용기 내에 마련된 기판 유지 수단과,
    c) 상기 진공 용기 내에 마련된 복수의, 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 고주파 안테나와,
    d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,
    e) 상기 진공 용기 내에 박막의 원료가 되는 가스를 도입하는 원료 가스 도입 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. a) 진공 용기와,
    b) 상기 진공 용기 내에 마련된 기체(基體) 유지 수단과,
    c) 상기 진공 용기 내에 마련된 복수의, 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 고주파 안테나와,
    d) 상기 진공 용기 내에 플라즈마 생성 가스를 도입하는 플라즈마 생성 가스 도입 수단과,
    e) 상기 진공 용기 내에 에칭 프로세스에 이용하는 가스를 도입하는 에칭 프로세스 가스 도입 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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