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KR100494607B1 - 플라즈마 프로세스 장치 - Google Patents

플라즈마 프로세스 장치 Download PDF

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KR100494607B1
KR100494607B1 KR10-2001-0075753A KR20010075753A KR100494607B1 KR 100494607 B1 KR100494607 B1 KR 100494607B1 KR 20010075753 A KR20010075753 A KR 20010075753A KR 100494607 B1 KR100494607 B1 KR 100494607B1
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plasma
microwaves
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야마모또다쯔시
히라야마마사끼
오미다다히로
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샤프 가부시키가이샤
오미 다다히로
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Abstract

챔버 내부(13)와 대면하는 제2 유전체(5)의 측면상에 제공되는 슬롯 안테나판(7)은 챔버 내부(13)로 마이크로파를 방사하도록 제2 유전체(5)상에 위치된다. 슬롯 안테나판(7)은 도전체로 제조되고 챔버 내부(13)를 관통하여 마이크로파를 통과시키도록 슬롯(7a)들을 포함한다. 이런 방식으로, 플라즈마의 여기에 마이크로파를 사용하면서, 피처리물에 대한 이온 조사 에너지의 조절이 용이하고, 또한 피처리물에 대한 플라즈마 처리가 처리면 내에서 균일한 플라즈마 프로세스 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 프로세스 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 프로세스 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 장치, 액정 디스플레이 또는 태양 전지 등의 제조 프로세스에 사용되는 에칭 장치, 성막 장치 및 애싱(ashing) 장치와 같은 플라즈마 프로세스 장치에 관한 것이다.
근래, 반도체 장치, LCD(액정 디스플레이) 등의 제조에 사용되는 기판의 크기가 증가함에 따라, 면적이 큰 기판을 처리하기 위한 플라즈마 프로세스 장치가 개발되고 있다. 특히 LCD의 제조 장치에 있어서는, 크기가 1 m ×1 m 이상의 기판을 처리하기 위한 장치가 개발되고 있다. 이런 장치들은 플라즈마의 균일화가 과제이다. 장치의 처리량을 증대시키기 위해, 성막, 에칭 및 애싱 등의 플라즈마 프로세스 속도의 향상도 이런 장치들이 해결해야 할 과제이다. 드라이 에칭 장치에 있어서는, 층 수의 증가와 패턴의 미세화를 충족시키기 위하여 에칭에 의해 제조되는 단면 형상을 제어하는 것이 과제이다.
균일한 플라즈마를 보장하는 것을 목적으로 하는 마이크로파 플라즈마 프로세스 장치의 일례가 일본 실용신안 공개 공보 제4-117437호에 개시되어 있는데, 이 공보에서는 슬릿(slit)을 갖는 금속판을 유전체의 마이크로파 선로 아래의 공기층과 제2 유전체 사이에 설치하고, 마이크로파의 세기 분포를 조절함으로써 플라즈마 발생 챔버에서 균일한 플라즈마 밀도를 달성한다.
이러한 장치에 있어서 판은 변형을 고려하여 두껍다. 그러나, 판이 두꺼운 경우에는, 마이크로파 안내 챔버의 중앙부의 가장자리에서 비정상적인 방전이 발생한다. 얇은 판을 사용하게 되면, 금속과 유전체의 열팽창 계수가 커서 금속과 유전체를 서로 접촉시킬 수 없으며, 비정상 방전이 발생한다. 이러한 문제들은 일본 특허 공개 공보 제2000-91097호에서 지적되고 있으며, 이 공보는 이 문제들을 극복하는 발명을 개시한다.
도9는 0.2 mm 내지 2 mm 범위의 두께를 갖는 알루미늄으로 제조된 마이크로파 분산판(65)을 포함하면서, 일본 특허 공개 공보 제2000-91097호에 개시된 발명에 의해 사용되는 구성을 도시한다. 특히, 도9를 참조하면, 마이크로파는 마이크로파 발생기(61)로부터 도파관(62), 유전체 선로(63), 공기층, 제1 유전체(64), 마이크로파 분산판(65), 제2 유전체(66) 및 제3 유전체(67)를 통해 전송되어, 처리실(68)에 에너지를 공급한다. 이 구성은 균일한 애싱을 제공한다.
플라즈마의 이온 조사량을 제어하고, 이에 따라 프로세스 속도나 에칭막의 단면 형상을 제어하기 위해, 피처리물에 직류, 교류 또는 펄스 형태의 바이어스 전압을 인가하는 기술이 공지되어 있다. 이러한 바이어스 전압을 피처리물에 인가하는 방법의 일례가 일본 특허 공개 공보 제2000-68227에 개시되어 있는데, 이 방법에서는 접지 전위 또는 정전위로 고정된 다공 전극을 피처리물의 처리면에 간격을 두고 대향하도록 설치하여, 펄스 형태 또는 직류의 바이어스 전압을 피처리물에 인가한다.
그러나, 비록 일본 실용신안 공개 공보 제4-117437호 및 일본 특허 공개 공보 제2000-91097호가 균일한 마이크로파를 제공하기 위해 분산판을 사용하는 기술을 개시하기는 하지만, 분산판을 설계하는 방법은 개시하지 않는다. 또한, 고주파의 바이어스 전압을 시료대에 인가하는 것도 개시되어 있지만, 도9에 도시된 바와 같이 기판(71)에 대향하는 제3 유전체(67)는 세라믹으로 제조되어 제3 유전체(67)의 전위를 조정할 수 없다. 따라서, 바이어스 전압을 기판(71)에 효율적으로 인가할 수 없고, 따라서 피처리물에 대한 이온 조사 에너지의 조절 범위를 확대할 수 없다는 문제가 있다.
일본 특허 공개 공보 제2000-68227호의 실시예에 따르면, ICP(inductively coupled plasma) 장치는 주파수가 메가헤르츠(MHz)인 RF(radio frequency) 전원을 플라즈마 원으로 사용하며, 마이크로파 전원에 의한 플라즈마의 발생에 대해서는 전혀 설명하고 있지 않다. 따라서, 수백 mm 내지 1000 mm 정도의 측면을 갖는 진공 장치의 길이보다 마이크로파의 파장이 짧음(f=2.45 GHz인 경우, 진공에서의 자유 공간 파장은 122 mm)으로 인해 발생하는 문제점도 설명하고 있지 않다. 다시 말해, 플라즈마가 여기될 때의 문제점인 마이크로파의 정재파 분포를 고려한 설계가 개시되어 있지 않다.
마이크로파 여기(microwave-excited)의 플라즈마 프로세스 장치에 있어서는, 마이크로파 회로가 공진기로서 간주되어야 하지만, 진공 챔버로 들어오는 마이크로파의 도입 부분이 공진기의 일부를 구성한다. 따라서, 플라즈마 균일성뿐만 아니라 저전원에 의한 플라즈마 방전의 개시 및 유지의 관점에서, 마이크로파의 도입 부분은 마이크로파의 전달 특성을 고려하여 설계되어야 한다. 그러나, 상기 언급된 공보들에는 이러한 설계에 대한 어떠한 지침도 개시되어 있지 않다.
본 발명의 일 목적은, 플라즈마의 여기에 마이크로파를 사용하면서, 피처리물에 대한 이온 조사 에너지의 조절이 용이하고, 또한 피처리물에 대한 플라즈마 처리가 처리면 내에서 균일한 플라즈마 프로세스 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 플라즈마 프로세스 장치는 플라즈마에 의한 처리를 행하는 처리실과, 마이크로파를 처리실에 전송하기 위한 마이크로파 전송 유닛과, 마이크로파 전송 유닛에 의해 처리실로 전송된 마이크로파를 방사하기 위한 유전체와, 유전체의 처리실에 면하는 측면에 위치되고 유전체로부터 방사되는 마이크로파를 통과시키기 위한 개구부를 가지며 도전체로 형성된 슬롯 안테나판을 포함한다.
본 발명의 플라즈마 프로세스 장치는, 도전체로 제조되고 처리실과 대면하는 유전체의 일측면상에 위치되는 슬롯 안테나를 포함하여서, 슬롯 안테나판의 전위는 용이하게 조정될 수 있다. 이에 따라, 슬롯 안테나판의 전위를 조정함으로써, 예를 들어 플라즈마 중의 이온의 피처리 기판에 대한 방향성을 제어할 수 있다(바이어스 효과). 예를 들어, 슬롯 안테나판의 전위를 접지 전위로 조정하고 바이어스 전압을 기판에 인가함으로써, 플라즈마 중의 이온은 기판의 전체 표면에 대해 거의 수직으로 입사될 수 있다. 따라서, 피처리물을 그 처리면에 걸쳐 균일하게 플라즈마 처리할 수 있다.
또한, 슬롯 안테나판은 유전체와 접촉할 수 있어, 공기층이 슬롯 안테나판과 유전체 사이에 존재하는 경우에 비해 마이크로파의 공간 파장을 짧게 할 수 있다. 그 결과, 슬롯 안테나판의 개구부들 사이의 간격을 짧게 할 수 있어 더 많은 수의 개구부를 형성할 수 있다. 따라서, 개구부를 통해 처리실 내로 방사되는 마이크로파는 처리실 내에서 균일하게 분포될 수 있다.
또한, 복수의 개구부를 마이크로파의 정재파에 대해 적절한 위치와 치수를 갖도록 함으로써, 처리실 내로 마이크로파를 효율적이면서 균일하게 방사할 수 있다.
양호하게는, 상기 설명된 플라즈마 프로세스 장치들에 있어서, 슬롯 안테나판의 개구부는 마이크로파 전송 유닛 및 유전체로 구성되는 공진기에서 마이크로파의 정재파의 파복 바로 아래에 위치된다.
정재파의 파복 바로 아래의 자기장은 훨씬 세다. 이에 따라, 정재파의 파복 바로 아래에 개구부를 위치시킴으로써, 개구부 주변에 전류가 유도되고 이 전류에 의해 개구부로부터 자기장이 유도된다. 다시 말해, 정재파의 파복 바로 아래에 개구부를 위치시킴으로써, 마이크로파가 처리실 내로 효율적으로 방사된다.
양호하게는, 상기 설명된 플라즈마 프로세스 장치들에 있어서, 슬롯 안테나판은 접지 전위 또는 정전위로 조정된 전위를 갖는다.
슬롯 안테나판의 전위를 조정함으로써, 예를 들어 플라즈마 중의 이온의 피처리 기판에 대한 방향성을 제어할 수 있다.
양호하게는, 상기 설명된 플라즈마 프로세스 장치에 있어서, 슬롯 안테나판은 프로세스 가스를 위한 채널을 포함한다.
이에 따라, 프로세스 가스 유동의 제어가 용이해져서, 피처리물을 플라즈마로 균일하게 처리할 수 있다.
본 발명의 앞서 말한 및 다른 목적들, 특징들, 태양들 및 장점들은 첨부 도면과 관련된 본 발명의 상세한 설명으로 더 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들은 도면들과 관련되어 설명된다.
[제1 실시예]
도1 내지 도3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치는 주된 요소들로서 챔버 덮개(1), 처리실 본체(2), 도파관(3), 도입 도파관(3a), 제1 유전체(4), 제2 유전체(5), 지지 부재(6), 슬롯 안테나판(7) 및 기판 홀더(8)를 포함한다.
도1 및 도2에 도시된 각각의 단면들은 각각 도3에서의 선 Ⅰ-Ⅰ 및 Ⅱ-Ⅱ에서 취한 단면들에 대응한다.
챔버 덮개(1)는 처리실 본체(2)와 대향으로 위치되고 이들은 가스켓(10)으로 서로 밀폐된다. 챔버 덮개(1)는, 두꺼운 "T"와 비슷한 형태의 단면을 갖는 SiO2, Al2O3 및 AlN과 같은 유전체로 제조된 제1 유전체(4)가 삽입되는 슬릿형의 개구부(1a)를 갖는다. 챔버 덮개(1) 및 제1 유전체(4)는 가스켓(10)과 함께 챔버 내부(13)에 기밀을 제공하는 가스켓(11)으로 또한 밀폐된다. 챔버 내부(13)는 터보 분자 펌프(도시 안됨)와 같은 진공 펌프에 의해 배기되어, 10-4 Pa 내지 10-3 Pa 정도의 진공 상태로 유지된다.
제1 유전체(4)는 대기에 노출된 측면(이하, 대기 측면이라 칭함)을 가지며, 도입 도파관(3a)은 대기 측면상에 위치하고 볼트에 의해 챔버 덮개(1)에 고정된다. 도파관(3)은 도입 도파관(3a)의 상면의 중앙부에 고정된다. 마그네트론으로부터 발생된 주파수가 2.45 GHz인 마이크로파는, 도시하지 않은 아이솔레이터, 자동 정합기 등과, 직도파관, 모서리 도파관, 경사 도파관 및 분기 도파관 등의 마이크로파 입체 회로를 통해 도파관(3)으로 도출된다. 그 후, 마이크로파는 개구부(3b)로부터 제1 유전체(4)측으로 방사된다.
도입 도파관(3a)은 도입 도파관(3a)과 그 주변부가 소정의 온도를 유지하도록 보온 매질이 흐르는 보온 채널(3c)을 갖는다. 챔버 덮개(1)와 처리실 본체(2)도 히터와 보온 채널을 갖고 있어서, 균일한 챔버 온도를 유지하도록 히터를 가열하거나 보온 채널에 보온 매질을 흐르게 하는 등의 온도 제어 기능을 갖고 있다.
챔버 덮개(1)는 진공에 노출된 측면(이후에는 진공 측면이라 부른다)을 갖는다. 진공 측면상에, Al2O3, SiO2 및 AlN과 같은 유전체로 제조된 복수의(예를 들어, 4개의) 제2 유전체(5)가 제1 유전체(4)와 접촉하여 배열된다. 제2 유전체(5)의 아래에는, 도전체로 제조된 슬롯 안테나판(7)이 제2 유전체(5)와 접촉하도록 고정된다.
제2 유전체(5)와 슬롯 안테나판(7)을 챔버 덮개(1)에 지지하기 위해 도전체로 제조된 지지 부재(6)가 도3에 도시된 바와 같이, 나사 등에 의해 제2 유전체(5)와 슬롯 안테나판(7)의 주위에 고정된다. 슬롯 안테나판(7)은 도3에 도시된 바와 같이 직사각형 슬롯(7a)들을 구비하며, 예를 들어 1 mm 내지 20 mm의 두께를 갖는다. 직사각형 슬롯(7a)들은 후에 설명할 슬롯 안테나의 기능을 수행하기 위한 설계에 따라 위치설정된다.
슬롯 안테나판(7)은 예를 들어 알루미늄 또는 SUS로 제조된다. 슬롯 안테나판(7)을 보다 확실하게 제2 유전체(5)에 밀착시키기 위하여 스프링재가 슬롯 안테나판(7)과 지지 부재(6) 사이에 삽입될 수 있다.
기판(9)을 지지하는 기판 홀더(8)는 슬롯 안테나판(7)과 대향하는 챔버 내부(13)에 위치된다.
가스 공급관(12)은 반응 가스를 외부로부터 챔버 내부(13)로 공급하도록 챔버 덮개(1)와 연결된다. 가스 공급관(12)으로부터 공급된 반응 가스는 지지 부재(6)의 가스 채널(6a, 6b)을 통해 도입된다.
챔버 덮개(1) 및 처리실 본체(2)는 도전체로 제조되고 접지된다. 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)도 도전체로 제조되고, 접지되거나 또는 정전위로 인가된다(도4 참조). 기판 바이어스를 인가하기 위하여, 고주파수(주파수: 6 MHz, 출력: 약 1㎾)의 바이어스 전압이 기판 홀더(8)에 인가된다. 기판 홀더(8)는 기판(9)을 흡착하기 위한 정전식 척기구, 및 헬륨 가스 등으로 기판(9)을 냉각하기 위한 냉각 기구와 같은 기구들을 갖는다. 바이어스 전압은 상이한 주파수, 또는 직류 전압 또는 펄스 형태 전압을 갖는 상기 설명된 것을 제외한 임의의 것일 수 있다. 프로세스의 목적에 따라 임의의 적절한 바이어스 전압이 선택될 수 있다.
정전위가 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)에 인가되는 경우에는, 도1의 단면에 대응하는 단면을 도시하는 도4에 도시된 바와 같이, 챔버 덮개(1)와 지지 부재(6)는 그 사이에 절연체(15)를 삽입함으로써 절연되어야 한다.
슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)들의 위치는 아래에 설명되는 바와 같이 설계된다.
슬롯(7a)들의 위치는 컴퓨터 시뮬레이션 기술에 의해 설계된다. 우선, 마이크로파 도입구에서부터 도입 도파관(3a), 제1 유전체(4), 제2 유전체(5)까지의 모델 형상이 작성된다. 그 후, 이 모델의 경계면의 경계 조건들이 완전 도전체에 대응한다는 조건하에서 전자파 해석이 수행된다. 이 경우, 마이크로파 생성기와 슬롯 안테나 사이의 유전체 및 공기로 형성된 공간은 공진기로서 작용하기 때문에, 마이크로파의 정재파가 발생하는 결과가 얻어진다. 이 결과로부터, 제1 및 제2 유전체(4, 5)에 있어서 마이크로파의 정재파의 파복 바로 아래에 슬롯(7a)을 위치시킨다.
마이크로파의 정재파의 파복이란 정재파의 전계 진폭이 최대인 부분을 말한다. 실제로는, 도5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 유전체(4, 5) 내에서 정재파의 전계 강도는 점선들로 표시된 등고선(21)으로 나타내어진다. 등고선(21)은 거의 원형(또는 타원형)이고, 원(또는 타원)의 중심일수록 전계 강도가 크다. 이 때문에, 거의 원형(또는 타원형)의 등고선(21)의 중앙 부분 바로 아래에 슬롯(7a)을 위치시킨다.
자기장은 정재파의 파복 바로 아래에서 더 세다. 이 위치에 슬롯(7a)을 형성함으로써 슬롯(7a)의 주위로 전류가 유도된다. 이 전류에 의해 자기장이 슬롯(7a)으로부터 발생한다. 다시 말해, 정재파의 파복 바로 아래에 슬롯(7a)을 배치함으로써, 마이크로파가 효율적으로 챔버 내부(13)로 방사된다.
슬롯(7a)은 예를 들어 직사각형이다. 이에 따라, 슬롯(7a)은 그의 긴변이 유전체 내의 공간 파장의 절반 길이[예를 들어, 유전체의 비유전율(relative dielectric constant)이 10이고 그 주파수가 2.45 GHz이라면 약 20 mm)를 갖고, 짧은변이 긴변 길이의 절반 이하의 길이를 갖도록 설계된다. 통상적으로, 슬롯 안테나의 직사각형 슬롯의 긴변의 길이가 2/λ일 때, 마이크로파의 방사 효율은 향상된다. 따라서 상기와 같이 슬롯(7a)을 취함으로써 마이크로파의 방사 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 슬롯(7a)의 형상은 정재파 분포의 크기에 따라 변화된다. 특히, 전계 진폭이 큰 곳에서는 슬롯(7a)의 긴변의 길이를 짧게 한다. 슬롯(7a)의 위치에 따라 마이크로파의 방사량은 변할 수 있다. 따라서, 큰 방사량을 갖는 슬롯(7a)은 긴변의 길이를 짧게 함으로써 방사량을 감소시켜, 다른 슬롯의 방사량과 동일한 양의 마이크로파를 방사하도록 한다. 이에 따라, 슬롯(7a)로부터 마이크로파를 균일하게 방사할 수 있다.
이와 같이 설계함으로써, 슬롯 안테나판(7)은 마이크로파를 슬롯(7a)으로부터 효율적이며 균일하게 방사할 수 있는 마이크로파용 슬롯 안테나의 역할을 한다.
슬롯(7a)의 개수나 형상은 공진기의 구조에 따라 설계될 수 있다. 다시 말해, 마이크로파가 슬롯(7a)들로부터 균일하게 방사된다면 어떤 설계라도 채용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 직사각형 슬롯(7a)들은 상기 설명한 바와 같이 길이나 폭이 변경되거나, 슬롯(7a)의 중심축이 슬롯 안테나판의 길이 방향에 대해 경사질 수 있다.
제1 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치를, 예를 들어 SiO2막을 위한 드라이 에칭 장치로서 이용하는 경우의 동작에 대해 설명한다.
도1을 참조하면, 챔버 내부(13)는 진공 펌프 수단에 의해 진공 상태로 유지된다. 그리고, CF4 및 O2와 같은 프로세스 가스가 질량 유량 제어기(도시 안됨)에 의해 소정의 유량으로 제어되어 가스 공급관(12)으로부터 도입된다. 그 후, 프로세스 가스는 복수의 가스 채널로 분기되어 복수의 가스 구멍(6a)을 통해 챔버 내부(13)에 공급된다. 챔버 내부(13)의 압력은 배기 계통의 컨덕턴스를 조절하는 압력 조절 기구에 의해 소정의 압력(예를 들어, 30 Pa)으로 조절된다.
소정의 전력(예를 들어, 2 ㎾)으로 공급되는 마이크로파는 도파관(3), 도입 도파관(3a), 제1 및 제2 유전체(4, 5)를 통해 슬롯 안테나판(7)의 개구부(7a)로부터 챔버 내부(13)로 방사된다. 예를 들어 에칭막 측벽의 테이퍼 제어 등이 요구될 때 바이어스 전압이 기판(9)에 인가된다. 이런 방식으로, 플라즈마가 균일하게 생성되고 기판(9)상의 막(예를 들어, SiO2막)은 균일하게 에칭된다.
예를 들어, 프로세스 가스의 종류나 혼합비를 변화시키고, 소정 압력으로 가스압을 설정하고, 소정 전력의 마이크로파를 제공함으로써, 알루미늄 및 티타늄의 금속막뿐만 아니라 다른 타입의 절연막도 에칭할 수 있다.
제1 실시예에 따라, 기판(9)에는 바이어스 전압이 인가되며, 챔버 덮개(1), 처리실 본체(2), 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)에는 접지 전위가 인가된다. 바이어스 전압을 조정함으로써, 챔버 내부(13)에서 발생하는 플라즈마 중의 이온의 기판(9)에 대한 방향성을 제어할 수 있다.
종래의 장치(일본 특허 공개 공보 제2000-91097호)인 상기 설명된 마이크로파 플라즈마 프로세스 장치에서는, 유전체부의 대부분이 플라즈마 방전면과 대면한다. 이 경우에, 제2 유전체가 절연체이기 때문에 기판에 대향하는 면의 대부분의 전위는 부동 전위가 된다.
본 발명의 제1 실시예에서는, 지지 부재(6) 및 슬롯 안테나판(7)은 도전체로 제조되어 있기 때문에 예를 들어 도전체의 전위를 접지 전위로 함으로써 전위의 제어가 가능해진다. 이 때문에, 바이어스 전압의 인가에 의해 이온 및 자유 라디칼의 인입 효과가 확실하게 달성될 수 있다. 에칭율을 향상시키고 에칭에 의해 제조되는 형상의 제어 범위를 확대시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따르면, 슬롯 안테나판(7)은 제2 유전체(5)와 접촉하도록 위치된다. 이로 인해, 공기층이 슬롯 안테나판(7)과 제2 유전체(5)의 사이에 존재하는 경우보다 공간 파장이 짧아진다(Al2O3, AlN의 제2 유전체인 경우 파장은 약 1/3). 따라서, 슬롯(7a)들의 사이 간격을 더 짧게 할 수 있기 때문에, 더 많은 슬롯(7a)을 형성할 수 있다. 결과적으로, 마이크로파의 분포, 즉, 플라즈마의 분포가 균일하게 될 수 있다.
도입 도파관(3a), 제1 및 제2 유전체(4, 5)의 각각의 형상은 상기 예시된 것으로 제한되지 않으며, 챔버의 크기 및 형상에 따라 임의의 최적의 형상으로 할 수 있다. 이 경우, 슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)의 배치도 그에 따라 설계된다.
[제2 실시예]
제1 실시예에 따르면, 마이크로파는 제1 및 제2 유전체들로 구성되는 2단 유전체 구조를 투과한다. 제2 실시예에 따르면, 도6에 도시된 바와 같이 플라즈마 프로세스 장치는 짧은변의 방향(도파관이 연장하는 방향)으로 제1 유전체(4)를 연장하고 제2 유전체는 없는 구성을 취한다. 이에 따라, 슬롯 안테나판(7)은 제1 유전체(4)와 접촉한다. 지지 부재(6)는 슬롯 안테나판(7)만을 지지한다.
상기 설명된 것들을 제외한 요소들은 제1 실시예의 것과 거의 유사한 구성을 취한다. 상호간의 대응하는 요소들은 동일한 참조 부호로 참조되며 그에 대한 설명은 반복하지 않는다.
슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)들은 아래에 설명된 바와 같이 제2 실시예에 따라 설계된다.
마이크로파 도입구, 도파관(3), 도입 도파관(3a) 및 제1 유전체(4)를 포함하는 모델이 작성된다. 그 다음에, 이 모델의 경계면의 경계 조건이 완전 도전체에 대응한다는 조건하에서 전자파 해석이 수행된다. 이 모델은 이에 따라 공진기로서 작용하기 때문에 결과적으로 마이크로파의 정재파가 발생하는 결과가 얻어진다. 이 결과로부터, 슬롯 안테나판(7)의 슬롯(7a)은 제2 유전체(5)에 있어서 마이크로파의 정재파의 파복 바로 아래에 위치되도록 설계된다.
슬롯(7a)은 예를 들어 직사각형이다. 이에 따라, 슬롯(7a)은 그의 긴변이 유전체 내의 공간 파장의 절반 길이(예를 들어, 유전체의 비유전율이 10이고 그 주파수가 2.45 GHz 이라면 약 20 mm)를 갖고, 짧은변이 긴변 길이의 절반 이하의 길이를 갖도록 설계된다. 바람직하게는, 슬롯(7a)의 각치수는 정재파 분포의 크기에 따라 변화된다. 특히, 전계 진폭이 큰 곳에서는 슬롯(7a)의 긴변 길이를 짧게 한다. 이에 따라, 슬롯(7a)은 슬롯 안테나판(7)이 마이크로파용 슬롯 안테나로서 작용하도록 설계되어, 마이크로파를 효율적으로 방사하는 역할을 한다.
제2 실시예는 제2 유전체를 갖지 않는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 제1 실시예처럼 제1 및 제2 유전체들로 형성된 2단의 유전체 구조는 제1 및 제2 유전체들 사이에 간극을 갖지 않도록 설계할 필요가 있다. 제1 및 제2 유전체, 챔버 덮개(1), 지지 부재(6) 등의 가공, 조립 및 온도 변화에 따라서 약 수백 ㎛의 간극이 발생하는 경우도 종종 있다. 이런 간극은 제2 실시예에 따른 제2 유전체의 제거로 회피될 수 있다.
[제3 실시예]
도7 및 도8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치는 슬롯 안테나판(7)에 가스 채널(7b, 7c)이 제공된 구성을 갖는다. 슬롯 안테나판(7)이 제1 및 제2 실시예에서 사용되는 바와 같이 지지 부재로 지지되지 않지만, 나사 등에 의해 챔버 덮개(1)에 직접 고정된다.
도7은 도8에서의 선 Ⅶ-Ⅶ에 대응하는 개략적인 단면을 도시한다.
상기 설명된 것들을 제외한 구성은 제2 실시예와 거의 동일하게 구성된다. 상호간의 대응하는 요소들은 동일한 참조 부호로 참조되며, 그에 대한 설명은 반복하지 않는다.
제3 실시예에 따르면, 슬롯 안테나판(7)은 가스 채널들을 갖는다. 이에 따라, 제1 및 제2 실시예처럼 지지 부재에 가스 채널들을 제공할 필요가 없다. 지지 부재가 가스 채널들을 갖는 경우에는, 제1 유전체(4) 아래에 어떠한 가스 채널도 설치할 수 없다. 이 경우, 챔버 내부(13)에서 가스 유동의 최적화는 곤란하다.
제3 실시예에 따른 슬롯 안테나판(7)에 제공된 가스 채널(7b, 7c)은 제1 유전체(4) 바로 아래에 배치될 수 있어 챔버 내부(13)에서 가스 유동을 최적화할 수 있다. 또한, 가스 채널(7b, 7c)이 슬롯 안테나판(7)에 제공되므로 제2 실시예에 있어서 지지 부재(6)는 불필요하다.
제3 실시예의 이 구성은 예를 들어 가스 유동이 에칭에 지배적인 영향을 미치는 알루미늄, 티타늄 및 질화티타늄(TiN)막을 에칭하는 공정에서 에칭 균일성의 향상을 제공한다.
제1 실시예의 구성에 있어서, 슬롯 안테나판(7)과 지지 부재(6)는 일체화될 수도 있다.
제1 내지 제3 실시예에 따라 설명된 플라즈마 프로세스 장치들이 알루미늄과 같은 금속을 에칭하는데 사용되는 경우, 슬롯 안테나판(7)을 알루미늄으로 구성한다면 슬롯 안테나판 자신이 에칭될 우려가 있다. 이런 경우에, 슬롯 안테나판(7)의 평면 중 적어도 플라즈마에 노출되는 부분은 Al2O3으로 코팅하는 것이 바람직하다. 또한, 챔버의 내벽도 Al2O3으로 코팅하는 것이 바람직하다.
상기 코팅용으로 사용되는 재료는 Al2O3에 제한되지 않으며, 플라즈마에 의해 영향을 받지 않는 재료라면 어떠한 재료도 사용 가능하다.
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전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 프로세스 장치는 처리실과 대면하는 유전체의 측면상에 위치되는 도전체로 제조된 슬롯 안테나판을 사용함으로써, 슬롯 안테나판의 전위의 조정이 용이하다. 따라서, 슬롯 안테나판의 전위를 조정함으로써, 플라즈마 중의 이온의 피처리 기판에 대한 방향성 등을 제어할 수 있다(바이어스 효과). 예를 들어, 슬롯 안테나판의 전위를 접지 전위로 조정하고 기판에 바이어스 전압을 인가함으로써, 플라즈마 중의 이온을 기판의 전체 표면에 대해 거의 수직으로 입사시킬 수 있다. 따라서, 피처리물은 그 처리면에 걸쳐 균일하게 플라즈마 처리될 수 있다.또한, 슬롯 안테나판을 유전체와 접촉시킴으로써, 공기층이 슬롯 안테나판과 유전체 사이에 존재하는 경우에 비해 마이크로파의 공간 파장을 짧게 할 수 있다. 그 결과, 슬롯 안테나판의 개구부들 사이의 간격을 짧게 할 수 있어 더 많은 수의 개구부를 형성할 수 있다. 따라서, 개구부를 통해 처리실 내로 방사되는 마이크로파는 처리실 내에 균일하게 분포될 수 있다.또한, 복수의 개구부를 마이크로파의 정재파에 대해 적절한 위치 및 치수를 갖도록 함으로써, 처리실 내로 마이크로파를 효율적이면서 균일하게 방사할 수 있다.본 발명을 상세하게 설명하고 예시하였지만, 이는 단지 예시적인 것이며 본 발명을 제한하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
도2는 도1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 개략적인 단면도.
도3은 도1의 화살표 Ⅲ의 방향에서 본 제2 유전체, 슬롯 안테나판 및 지지 부재의 배치 상태를 나타내는 도면.
도4는 정전위를 슬롯 안테나판에 인가하기 위한 구성을 도시하는 개략적인 단면도.
도5는 유전체에서 발생된 정재파를 설명하는 도면.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
도8은 도7의 화살표 Ⅷ의 방향에서 본 슬롯 안테나판 및 제1 유전체의 배치 상태를 나타내는 도면.
도9는 종래의 플라즈마 프로세스 장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 챔버 덮개
2 : 처리실 본체
3 : 도파관
4 : 제1 유전체
5 : 제2 유전체
7 : 슬롯 안테나판
7a : 슬롯
8 : 기판 홀더
9 : 기판
12 : 가스 공급관
13 : 챔버 내부

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 플라즈마를 이용한 처리를 행하는 처리실과,
    상기 처리실로 마이크로파를 유도하는 마이크로파 전송 수단과,
    상기 마이크로파 전송 수단에 의해 전송된 마이크로파를 상기 처리실 내로 방사하기 위한 유전체와,
    상기 유전체의 상기 처리실에 면하는 측의 면에 배치되고, 또한 상기 유전체로부터 방사된 마이크로파를 통과시키기 위한 개구부를 갖는 도전체의 슬롯 안테나판을 포함하며,
    상기 슬롯 안테나판은 접지 전위 또는 정전위로 조정되어 있고,
    피처리 기판을 보유 지지하는 기판 홀더에 고주파를 인가하며,
    상기 슬롯 안테나판은 피처리 기판과 직접 대면하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 슬롯 안테나판에 프로세스 가스의 채널을 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 장치.
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