KR100682096B1 - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 생성방법 - Google Patents
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Abstract
슬롯(26)의 길이(L)를 안테나면(28)의 중심부(A)로부터 직경 방향으로 단조롭게 증가시켜 제1중간부(C)에서 최대 길이로 하고, 제1중간부(C)로부터 주연부(B)까지 최대 길이를 유지시키는 것에 의해, 안테나면(28)의 중심부로부터 주연부까지 단조롭게 증가시킨 경우와 비교해서 슬롯 안테나에 의한 방사전력을 증대시키는 것이 가능하다. 이에 의해, 슬롯 안테나로부터 방사되지 않고서 슬롯 안테나 내에 남은 전력이 감소하기 때문에, 슬롯 안테나로부터의 반사전력은 작아지게 된다.
Description
본 발명은 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 생성방법에 관한 것으로, 특히 슬롯 안테나를 이용해서 처리용기내에 전자계를 공급하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 생성방법에 관한 것이다.
반도체장치나 플랫패널 디스플레이의 제조에 있어서, 산화막의 형성이나 반도체층의 결정성장, 에칭, 또는 애싱(ashing)등의 처리를 수행하기 위해 플라즈마 처리장치가 많이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리장치의 하나로, 처리용기내에 고주파 전자계를 공급하고, 그 작용에 의해 처리용기내의 가스를 전리 및 해리시켜 플라즈마를 생성하는 고주파 플라즈마 처리장치가 있다. 이 고주파 플라즈마 처리장치는 저압력에서 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있기 때문에, 효율이 좋은 플라즈마처리가 가능하다.
도 8은 처리용기내에 고주파 전자계를 공급하기 위해 종래부터 이용되는 전자계 공급장치의 1구성예를 나타낸 도면이다. 이 도면에 나타낸 전자계 공급장치(510)는 고주파 전자계를 발생하는 고주파 발생기(511)와, 이 고주파 발생기(511)에 일단이 접속된 원통도파관(512), 이 원통도파관(512)에 설치된 원편파 변환기 (513) 및 부하정합기(514) 및, 원통도파관(512)의 타단에 접속된 래디얼 라인 슬롯 안테나(radial line slot antenna)(이하, RLSA로 간단히 기재함)(515)로 구성되어 있다.
RLSA(515)는 원통도파관(512)으로부터 도입되는 고주파 전자계를 처리용기(도시되지 않았음)내에 공급하는 것이다. 구체적으로는, 래디얼 도파로(521)를 형성하는 서로 평행한 2개의 원형 도체판(522,523)과, 이들 2개의 도체판(522,523)의 외주부를 접속해서 고주파 전자계를 쉴드하는 도체링(524)을 갖추고 있다. 도체판(522)의 중심부에는 원통도파관(512)으로부터 래디얼 도파로(521)에 고주파 전자계를 도입하는 개구(525)가 형성되고, 도체판(523)에는 래디얼 도파로(521)를 전반(傳搬; propagating)하는 고주파 전자계를 처리용기내에 공급하는 슬롯(526)이 복수 형성되어 있다. 도체판(523)과 슬롯(526)으로 안테나면(528)이 구성된다.
고주파 발생기(511)에서 발생한 고주파 전자계는 원통도파관(512)을 TE11 모드로 전반하고, 원편파 변환기(513)에 의해 회전 전자계로 변환되어 RLSA(515)에 도입된다. RLSA(515)에 도입된 고주파 전자계는 래디얼 도파로(521)를 방사상으로 전반하면서 슬롯(526)을 매개로 처리용기내에 공급된다. 처리용기내에서는 공급된 고주파 전자계에 의해 가스가 전리해서 플라즈마가 생성되어 피처리체에 대한 플라즈마 처리가 수행된다.
한편, 처리용기내에 공급되지 않았던 고주파 전자계의 일부는 반사전자계(Fl)로서 RLSA(515)로부터 원통도파관(513)으로 되돌아 간다. 그러나, 부하정합 기(514)에 의해 공급측과 부하측의 임피던스 정합을 취하는 것에 의해, 반사전자계(Fl)를 부하정합기(514)에 의해 재차 반사해서 고주파 발생기(511)로부터 공급되는 진행파와 위상을 일치시켜 RLSA(515)로 전력을 가산해서 공급하는 것이 가능하다.
그러나, 반사전자계(F1)의 전력(반사전력)이 커지면, 부하정합기(514)에 의해 반사전자계(F1)의 전(全)전력을 반사할 수 없어, 고주파 발생기(511)와 부하정합기(514)의 사이에서 정재파가 발생된다. 그 결과, 이 정재파에 의해 고주파 발생기(511)와 부하정합기(514) 사이가 국소적으로 가열되어 원통도파관(512)에 변형(deform)이 생기거나 RLSA(515)의 부하측에 효율적으로 전력이 공급되지 않게 된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 슬롯 안테나로부터의 반사 전력을 절감하는 것에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 피처리체를 재치하는 재치대와, 이 재치대를 수용하는 처리용기 및, 재치대에 대향해서 배치되면서 처리용기내에 전자계를 공급하는 슬롯 안테나를 구비하고, 이 슬롯 안테나의 안테나면에 복수 형성된 슬롯의 방사계수가 안테나면의 직경 방향으로 안테나면의 중심부로부터 주연부로 향하는 도중의 제1중간부까지 단조롭게 증가하고, 제1중간부로부터 주연부로 향하여 제1중간부에서의 값을 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 슬롯의 길이가 안테나면의 중심부로부터 제1중간부까지 단조롭게 변화 하고, 제1중간부로부터 주연부로 향하여 제1중간부에서의 길이를 유지하는 구성으로 하여도 된다.
여기서, 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 슬롯의 길이(L)가,
L ≤ λg/2
또는
(N/2 + 1/4) × λg ≤ L ≤ (N + 1) × λg/2 (N은 자연수 )
인 경우, 슬롯의 길이가 중심부로부터 제1중간부까지 단조롭게 증가하는 구성으로 하여도 된다.
또는, 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 안테나면의 직경 방향의 임의의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 길고, 임의의 슬롯으로부터 안테나면의 가장 외측의 슬롯으로 향하여 각 슬롯의 길이가 임의의 슬롯의 길이와 동일한 구성으로 하여도 된다.
한편, 슬롯의 길이(L)가,
N × λg/ 2 ≤ L ≤ (N/2 + 1/4) × λg (N은 자연수)
인 경우, 슬롯의 길이가 중심부로부터 제1중간부까지 단조롭게 감소하는 구성으로 하여도 된다.
또는, 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 안테나면의 직경 방향의 임의의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 짧고, 임의의 슬롯으로부터 안테나면의 가장 외측의 슬롯으로 향하여 각 슬롯의 길이가 임의의 슬롯의 길이와 동일한 구성으로 하여도 된다.
또한, 상기한 플라즈마 처리장치에 있어서, 슬롯의 방사계수가 안테나면의 직경 방향으로, 안테나면의 제1중간부로부터 주연부로 향하는 도중의 제2중간부까지 제1중간부에서의 값을 유지하고, 제2중간부로부터 주연부까지 단조롭게 감소하는 구성으로 하여도 된다.
또한, 슬롯의 길이가 안테나면의 중심부로부터 제1중간부까지 단조롭게 변화하고, 제1중간부로부터 제2중간부까지 제1중간부에서의 길이를 유지하며, 제2중간부로부터 주연부까지 중심부로부터 제1중간부와는 반대로 단조롭게 변화하는 구성으로 하여도 된다.
여기서, 슬롯의 길이(L)가,
L ≤ λg/2
또는
(N/2 + 1/4) × λg ≤ L ≤ (N + 1) × λg/2 (N은 자연수)
인 경우, 슬롯의 길이가 제2중간부로부터 주연부까지 단조롭게 감소하는 구성으로 하여도 된다.
또는, 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 안테나면의 직경 방향의 제1중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이 보다 길고, 제1중간부의 슬롯으로부터 직경 방향의 제2중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 제1중간부의 슬롯의 길이와 동일하며, 제2중간부의 슬롯으로부터 직경 방향의 가장 외측의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 짧은 구성으로 하여도 된다.
한편, 슬롯의 길이(L)가,
N × λg/2 ≤ L ≤ (N/2 + 1/4) × λg (N은 자연수)
인 경우, 슬롯의 길이가 제2중간부로부터 주연부까지 단조롭게 증가하는 구성으로 하여도 된다.
또는, 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 안테나면의 직경 방향의 제1중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이 보다 짧고, 제1중간부의 슬롯으로부터 직경 방향의 제2중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 제1중간부의 슬롯의 길이와 동일하며, 제2중간부의 슬롯으로부터 직경 방향의 가장 외측의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 긴 구성으로 하여도 된다.
또한, 본 발명의 플라즈마 생성방법에서는, 안테나면에 슬롯이 복수 형성된 슬롯 안테나를 이용해서 처리용기내에 전자계를 공급하는 것에 의해 플라즈마를 생성할 때, 안테나면의 직경 방향으로 안테나면의 중심부로부터 주연부로 향하는 도중의 제1중간부까지 슬롯의 방사계수를 단조롭게 증가시키고, 제1중간부로부터 주연부로 향하여 제1중간부에서의 방사계수의 값을 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 안테나면의 직경 방향으로 안테나면의 제1중간부로부터 주연부로 향하는 도중의 제2중간부까지 제1중간부에서의 방사계수의 값을 유지하고, 제2중간부로부터 주연부까지 방사계수를 단조롭게 감소시키도록 하여도 된다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 제1실시형태의 전체 구성을 나타낸 도면,
도 2a는 도 1에 있어서 II-II'선 방향으로부터 본 안테나면의 1구성예를 나타낸 평면도,
도 2b는 슬롯 길이의 직경방향에 대한 변화를 나타낸 도면,
도 3a는 역 V형상 슬롯의 일례를 나타낸 도면,
도 3b는 크로스 슬롯의 일례를 나타낸 도면,
도 4a∼도 4d는 안테나면에 형성되는 슬롯의 형상의 예를 나타낸 도면,
도 5a는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 제2실시형태에서 이용되는 슬롯 안테나의 안테나면의 1구성예를 나타낸 평면도,
도 5b는 슬롯의 길이의 직경 방향에 대한 변화를 나타낸 도면,
도 6a는 위에 凸의 원추면형상을 한 안테나면을 갖는 래디얼 라인 슬롯 안테나의 구성을 나타낸 종단면도,
도 6b는 도 6a에 나타낸 안테나면의 구성을 나타낸 사시도,
도 7은 아래에 凸의 원추면형상을 한 안테나면의 구성을 나타낸 사시도,
도 8은 종래의 전자계 공급장치의 1구성예를 나타낸 도면이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명의 각 실시예에 대해 상세히 설명한다.
제1실시예
도 1∼도 4를 참조하면서 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 제1실시예에 대해 설명한다. 도 1은 이 형태의 전체 구성을 나타낸 도면이다. 이 플라즈마 처리장치는, 피처리체인 반도체나 LCD등의 기판(4)을 수용하고 이 기판(4)에 대해 플라즈마처리를 실시하는 처리용기(1)와, 이 처리용기(1)내에 고주파 전자계(F)를 공급하고 그 작용에 의해 처리용기(1)내에 플라즈마(P)를 생성하는 전자계 공급장치(10)를 갖추고 있다.
처리용기(1)는 상부가 개구된 바닥을 갖는 원통형을 하고 있다. 이 처리용기(1)의 저면 중앙부에는 절연판(2)을 매개로 기판대(substrate table)(재치대; table)(3)가 고정되어 있다. 이 기판대(3)의 상면에 기판(4)이 위치된다.
처리용기(1)의 저면 주연부에는 진공 배기용의 배기구(5)가 설치되어 있다. 처리용기(1)의 측벽에는 처리용기(1)내에 가스를 도입하기 위한 가스도입용 노즐(6)이 설치되어 있다. 예컨대, 이 플라즈마 처리장치가 에칭장치로서 이용되는 경우, 노즐(6)로부터 Ar등의 플라즈마 가스와, CF4 등의 에칭 가스가 도입된다.
처리용기(1)의 상부 개구는 처리용기(1) 내에서 생성되는 플라즈마(P)가 외부로 누설되지 않도록 유전체판(7)으로 폐쇄되어 있다. 이 유전체판(7) 위에 전자계 공급장치(10)의 RLSA(15)가 설치되어 있다. 유전체판(7) 및 RLSA(15)의 외주는 처리용기(1)의 측벽상에 환상으로 배치된 쉴드재(8; shield member)에 의해 덮여져 고주파 전자계(F)가 외부로 누설되지 않는 구조로 되어 있다.
전자계 공급장치(10)는 RLSA(15)와 그 급전부로 구성되어 있다. 더욱이, 급전부는 고주파 발생기(11)와, 이 고주파 발생기(11)와 RLSA(15) 사이에 접속된 원통도파관(12), 이 원통도파관(12)에 설치된 원편파 변환기(13) 및, 부하정합기(14)로 구성되어 있다.
고주파 발생기(11)는 주파수가 1GHz∼수십 GHz의 범위내의 소정 주파수(예컨대, 2.45 GHz)의 고주파 전자계(F)를 발생시켜 출력하는 것이다. 또한, 고주파 발생기(11)는 마이크로파대 및 그 보다 낮은 주파수대를 포함하는 고주파를 출력하는 것이어도 된다.
원편파 변환기(13)는 원통도파관(12)을 TEll 모드로 전반하는 고주파 전자계(F)를, 그 진행 방향에 대해 수직인 면내에 있어서 1주기에서 1회전하는 회전전자계로 변환하는 것이다.
부하정합기(14)는 원통도파관(12)의 공급측(고주파 발생기(11)측)과 부하측 (RLSA(15)측)과의 임피던스의 정합을 취하는 것이다.
RLSA(15)는 원통도파관(12)으로부터 도입되는 고주파 전자계(F)를 유전체판(7)을 매개로 처리용기(1) 내에 공급하는 것이다. 구체적으로는, 래디얼 도파로(21)를 형성하는 서로 평행한 2개의 원형도체판(22,23)과, 이들 2개의 도체판(22,23)의 외주부를 접속해서 고주파 전자계(F)를 쉴드하는 도체링(24)을 갖추고 있다. 도체판(22,23) 및 도체링(24)은 동 또는 알루미늄 등의 도체로 형성되어 있다.
래디얼 도파로(21)의 상면으로 되는 도체판(22)의 중심부에는 원통도파관(12)에 접속되는 개구(25)가 형성되고, 이 개구(25)로부터 래디얼 도파로(21) 내에 고주파 전자계(F)가 도입된다. 래디얼 도파로(21)의 하면으로 되는 도체판(23)에는 래디얼 도파로(21) 내를 전반하는 고주파 전자계(F)를 처리용기(1) 내에 공급하 는 스롯(26)이 복수 형성되어 있다. 도체판(23)과 슬롯(26)으로 안테나면(28)이 구성된다.
안테나면(28) 상의 중심부에는 도체 또는 유전체로 형성된 범프(27)가 설치되어 있다. 범프(27)는 도체판(22)의 개구(25)를 향해 돌출하는 거의 원추형으로 형성된 부재이다. 이 범프(27)에 의해 원통도파관(12)으로부터 래디얼 도파로(21)로의 임피던스의 변화를 완만하게 해서, 원통도파관(12)과 래디얼 도파로(21)의 접속부에서의 고주파 전자계(F)의 반사를 절감 할 수 있다.
또한, 래디얼 도파로(21) 내에 파지연재(wave delay member)를 배치하여도 된다. 이 파지연재는 비유전율이 1 보다 큰 유전체로 이루어지고, 래디얼 도파로(21)의 관내파장(λg)을 짧아지게 하므로, 안테나면(28)의 직경 방향에 배치되는 슬롯(26)을 증가하여, 고주파 전자계(F)의 공급 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
다음에, RLSA(15)의 안테나면(28)에 대해 상세히 설명한다. 여기에서는, 슬롯(26) 의 길이를 래디얼 도파로(21)의 관내파장(λg)의 1/2 이하로 한 경우에 대해 설명한다.
도 2a는 도 1에 있어서 II-II'선 방향으로부터 본 안테나면(28)의 1구성예를 나타낸 평면도이고, 도 2b는 슬롯(26)의 길이의 직경 방향에 대한 변화를 나타낸 도면이다. 도 2b에 있어서, 횡축은 안테나면(28)의 중심 O으로부터 직경 방향의 거리이고, 종축은 슬롯(26)의 길이(L)이다.
도 2a에서는 주변방향으로 연장되는 슬롯(26)이 동심원상으로 배치되어 있다.
도 2b에 나타낸 바와 같이, 안테나면(28)의 중심부를 A , 주연부를 B , 중심부(A)로부터 주연부(B)로 향하는 도중의 소정 위치(이하, 제1중간부로 칭함)를 C 로 나타내면, 안테나면(28)의 직경 방향에 대해, 슬롯(26)의 길이(L)는 중심부(A)의 Ll으로부터 단조롭게 증가해서 제1중간부(C)에서 최대 길이(L2)가 되고, 제1중간부(C)로부터 주연부(B)까지 최대 길이(L2)를 유지하고 있다. 따라서, 안테나면(28)의 가장 내측의 슬롯으로부터 직경 방향의 임의의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 길고, 상기 임의의 슬롯으로부터 안테나면(28)의 가장 외측의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 상기 임의의 슬롯의 길이와 동일하게 되어 있다. 또한, O < Ll < L2 ≤ λg/2 이다.
슬롯(26)의 근방에 있어서 래디얼 도파로(21) 내의 고주파 전자계(F)의 전력과, 그 슬롯(26)을 매개로 방사되는(또는 누설되는) 고주파 전자계(F)의 전력(방사 전력으로 칭함)의 비를 그 슬롯(26)의 방사계수로 한다. 즉, 방사계수는 (방사 전력)/(래디얼 도파로(21) 내의 전력)dm로 나타내어지고, 슬롯(26)의 길이(L)가 0(제로)으로부터 길어지게 됨에 따라 서서히 커지게 되고, λg/2에서 극대로 된다.
따라서, 슬롯(26)의 길이(L)를 안테나면(28)의 직경 방향에 대해 상기한 바와 같이 변화시키면, 슬롯(26)의 방사계수는 안테나면(28)의 중심부(A)로부터 직경 방향에 대해 단조롭게 증가해서 제1중간부(C)에서 최대치로 되고, 제1중간부(C)로부터 주연부(B)까지 최대치를 유지한다. 이와 같이 하면, 슬롯의 방사계수를 안테나면의 중심부로부터 주연부까지 단조롭게 증가시킨 경우와 비교해서 고주파 전자계(F)가 래디얼 도파로(21)의 중심부로부터 주연부까지 전반하는 사이에 RLSA(l5)로부터 방사되는(또는 누설되는) 전력이 증대된다. 따라서, RLSA(15)로부터 방사되지 않고서 래디얼 도파로(21) 내에 남는 전력은 감소하므로, 래디얼 도파로(21)로부터 원통도파관(12)으로 돌아가는 반사전자계(Fl)의 반사전력이 작아지게 된다.
따라서, 부하정합기(14)에 의한 임피던스의 정합이 용이하게 되어, 반사전자계(Fl)의 전전력을 부하정합기(14)에 의해 재차 반사해서 고주파 발생기(11)로부터 공급되는 진행파와 위상을 일치시켜, RLSA(15)로 전력을 가산해서 공급하는 것이 가능하다. 이 때문에, 고주파 발생기(11)와 부하정합기(14) 사이에 정재파가 발생되지 않아, 고주파 발생기(11)와 부하정합기(14) 사이가 국소적으로 가열되어 원통도파관(12)에 변형이 생기는 것이 없게 된다. 또, 부하측 부분 이외에서의 전력 손실도 없기 때문에, 처리용기(1) 내에 효율 좋게 전력을 공급할 수 있다.
여기에서는, 슬롯(26)의 길이(L)를 래디얼 도파로(21)의 관내 파장(λg)의 1/2 이하로 한 경우에 대해 설명했지만, 슬롯(26)의 길이(L)가 식 (1)의 범위일 때도 슬롯(26)의 길이(L)가 (N/2 + 1/4) × λg로부터 길어지게 됨에 따라 서서히 커지게 되고, (N + 1) × λg/2에서 극대로 되기 때문에, 슬롯(26)의 길이(L)를 마찬가지로 형성하는 것에 의해, 래디얼 도파로(21)로부터 원통도파관(12)으로 돌아오는 전력을 작게 할 수 있다.
(N/2 + 1/4) × λg ≤ L ≤ (N + 1) × λg/2 --------- (1)
단, N은 자연수이다(이하, 동일함).
한편, 슬롯(26)의 길이(L)가 식 (2)의 범위인 경우, 슬롯(26)의 방사계수는 슬롯(26)의 길이(L)가 (N/2 + 1/4) × λg로부터 짧아지게 함에 따라 서서히 커지게 되어, N × λg/2에서 극대로 되기 때문에, 슬롯(26)의 길이(L)를 안테나면(28) 의 직경 방향에 대해 중심부(A)로부터 제1중간부(C)까지 단조롭게 감소시켜 제1중간부(C)로부터 주연부(B)까지 제1중간부(C)에서의 길이(L의 최소 길이)를 유지시킨다. 이 경우, 안테나면(28)의 가장 내측의 슬롯으로부터 직경 방향의 임의의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 짧고, 상기 임의의 슬롯으로부터 안테나면(28)의 가장 외측의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 상기 임의의 슬롯의 길이와 동일하게 되어 있다.
N × λg/2 ≤ L ≤ (N/2 + 1/4) × λg --------- (2)
이와 같이 슬롯(26)의 길이(L)를 변화시키는 것에 의해, 슬롯(26)의 방사계수가 안테나면(28)의 중심부(A)로부터 직경 방향에 대해 단조롭게 증가해서 제1중간부(C)에서 최대치로 되고, 제l중간부(C)로부터 주연부(B)까지 최대치를 유지하는 것으로 되기 때문에, 이와 같은 RLSA를 이용하는 것에 의해 래디얼 도파로(21)로부터 원통도파관(12)으로 돌아가는 전력을 작게 할 수 있다.
또한, 도 2b에서는 슬롯(26)의 길이(L)는 AC간에서 일차함수적으로 변화하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 제1중간부(C)의 위치는 프로세스조건 등에 따라 적절한 위치가 선택된다.
도 2a에는 주변방향으로 연장되는 슬롯(26)이 동심원상으로 배치되어 있는 예를 나타냈지만, 슬롯(26)을 소용돌이치는 선상에 배치해도 되고, 직경 방향으로 연장되는 슬롯(26)을 형성해도 된다.
또, 직경 방향으로 서로 이웃하는 슬롯(26)의 간격을 λg 정도로 하고 RLSA(15)를 방사형 안테나로 하여도 되고, λg/3∼λg/40 정도로 해서 리크형 안테나로 해도 된다.
또, 도 3a에 나타낸 바와 같이 한쪽의 슬롯(26A)의 연장선이 다른쪽의 슬롯(26B) 위 또는 그 연장선상에서 교차하는 소위 역 V자 슬롯, 또는 도 3b에 나타낸 바와 같이 서로 길이가 다른 2개의 슬롯(26C,26D)이 서로의 중심에서 교차하는 크로스 슬롯을 안테나면(28)에 복수 형성하고, 처리용기(1) 내에 원편파를 방사하도록 하여도 된다.
슬롯(26)의 평면 형상은 도 4a에 나타낸 바와 같은 구형이어도 되고, 도 4b에 나타낸 바와 같은 평행2직선의 양단을 원호등의 곡선으로 이은 형상이어도 된다. 또, 도 4c 또는 도 4d에 나타낸 바와 같이, 도 4a의 구형(矩形)의 장변 또는 도 4b의 평행2직선을 원호상으로 한 형상이어도 된다. 슬롯의 길이(L)라는 것은 도 4a에서는 구형의 장변의 길이이고, 도 4b에서는 평행2직선의 길이이다. 또한, 슬롯(26)의 폭(W)은 래디얼 도파로(33) 내의 고주파 전자계(F)로의 영향 및 그 관내 파장 등을 고려해서 2mm 정도로 하면 된다.
제2실시예
다음에, 도 5a 및 도 5b를 참조해서 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 제2실시예에 대해 설명한다. 도 5a는 이 형태에서 이용되는 RLSA의 안테나면의 1구성예를 나타낸 평면도이고, 도 5b는 슬롯의 길이의 직경 방향에 대한 변화를 나타낸 도면이다. 이들 도면에서는 도 2a 및 도 2b와 동일한 부분 또는 대응 부분을 동일 부호로 나타내고, 그에 대한 설명은 생략한다. 또한, 도 5a는 도 2a에 대응하고 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 안테나면(128)의 제1중간부(C)로부터 주연부(B)로 향하는 도중의 소정 위치(이하, 제2중간부로 칭함)를 D로 나타내면, 안테나면(128)의 직경 방향에 대해 슬롯(126)의 길이(L)는 중심부(A)의 Ll으로부터 단조롭게 증가해서 제1중간부(C)에서 최대 길이(L2)로 되고, 제1중간부(C)로부터 제2중간부(D)까지 최대 길이(L2)를 유지하며, 제2중간부(D)로부터 주연부(B)까지 단조롭게 감소하고 있다. 따라서, 안테나면(128)의 가장 내측의 슬롯으로부터 직경 방향의 제1중간부(C)의 슬롯까지, 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 길고, 제1중간부(C)의 슬롯으로부터 직경 방향의 제2중간부(D)의 슬롯까지, 각 스롯의 길이가 제1중간부(C)의 슬롯의 길이와 동일하며, 제2중간부(D)의 슬롯으로부터 직경 방향의 가장 외측의 슬롯까지, 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 짧게 되어 있다.
슬롯(126)의 길이(L)를 래디얼 도파로(21)의 관내 파장(λg)의 1/2 이하로 한 경우, 안테나면(128)의 주연부 부근에서 중심부(A)로부터 제1중간부(C)까지는 반대로 슬롯(126)의 길이(L)를 단조롭게 감소시키는 것에 의해, 슬롯(126)의 방사계수도 단조롭게 감소하여, 주연부 부근에 있어서 고주파 전자계(F)의 방사 전력이 절감 된다. 그 결과, 처리용기(1)의 측벽 부근의 전계강도가 약해져 플라즈마 가스의 전리에 의한 플라즈마 생성이 억제된다. 따라서, 처리용기(1) 내의 측벽 부근에서의 플라즈마 밀도가 고밀도로 되는 경우에는 이를 저하시켜 플라즈마(P)가 처리용기(1)의 측벽에 접촉해서 금속 표면을 스퍼터하는 것에 의해 일어나는 처리용기(1) 내의 오염을 절감 할 수 있다.
여기에서는, 슬롯(126)의 길이(L)를 래디얼 도파로(21)의 관내 파장(λg)의 1/2 이하로 한 경우에 대해 설명했지만, 슬롯(126)의 길이(L)를 상기 식 (1)의 범위에서 형성하는 경우에도 마찬가지이다.
한편, 슬롯(126)의 길이(L)를 상기 식 (2)의 범위에서 형성하는 경우에는, 반대로 안테나면(128)의 직경 방향에 대해 슬롯(126)의 길이(L)가 중심부(A)로부터 제1중간부(C)까지 단조롭게 감소되고, 제1중간부(C)로부터 제2중간부(D)까지 제1중간부(C)에서의 길이(L의 최소 길이)를 유지시켜, 제2중간부(D)로부터 주연부(B)까지 단조롭게 증가시킨다. 이 경우, 안테나면(128)의 가장 내측의 슬롯으로부터 직경 방향의 제1중간부(C)의 슬롯까지, 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이 보다 짧고, 제1중간부(C)의 슬롯으로부터 직경 방향의 제2중간부(D)의 슬롯까지, 각 슬롯의 길이가 제1중간부(C)의 슬롯의 길이와 동일하며, 제2중간부(D)의 슬롯으로부터 직경 방향의 가장 외측의 슬롯까지, 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 길어지게 된다. 이와 같이 슬롯(126)의 길이(L)를 변화시키는 것에 의해, 안테나면(128)의 주연부 부근에서 슬롯(126)의 방사계수가 단조롭게 감소하기 때문에, 처리용기(1) 내의 오염을 절감하는 것이 가능하다.
또한, 도 5b에서는 슬롯(126)의 길이(L)는 DB 사이에서 일차함수적으로 변화하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 슬롯(126)의 길이(L)는 주연부(B)에서 Ll까지 감소하고 있지만, 반드시 L1까지 감소시킬 필요는 없다. 또한, 제2중간부(D)의 위치는 프로세스 조건 등에 따라 적절한 위치가 선택된다.
도 1,2,5에 있어서, 안테나면(28,128)은 평판형상이지만, 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이 안테나면(228A)이 원추면상을 하고 있어도 된다. 원추면상을 한 안테나면(228A)으로부터 방사되는(또는 누설되는) 고주파 전자계(F)는 평판형상을 한 유전체판(7)에 의해 규정되는 플라즈마면에 대해 경사 방향으로부터 입사되는 것으로 된다. 이 때문에, 플라즈마(P)에 의한 고주파 전자계(F)의 흡수 효율이 향상되기 때문에, 안테나면(228A)과 플라즈마면 사이에 존재하는 정재파를 약하게 하여, 플라즈마 분포의 균일성을 향상시킬 수 있게 된다.
안테나면(228A)은 위에 凸의 원추면상을 하고 있지만, 도 7에 나타낸 바와 같이 아래에 凸의 원추면상을 한 안테나면(228B)을 이용할 수도 있다. 또, 안테나면(228A,228B)은 원추면상 이외의 凸형상이어도 된다.
본 발명의 플라즈마 장치는 에칭장치, 플라즈마 CVD장치, 애싱장치 등에 이용할 수 있다.
Claims (14)
- 피처리체를 재치하는 재치대와,이 재치대를 수용하는 처리용기 및,상기 재치대에 대향해서 배치되면서 상기 처리용기내에 전자계를 공급하는 슬롯 안테나를 구비하고,이 슬롯 안테나는,안테나면에 복수 형성된 슬롯을 갖추고,상기 안테나면의 중심부로부터 주연부로 향하는 도중의 제1중간부까지, 상기 슬롯의 길이가 단조롭게 변화하는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수가 단조롭게 증가하고,상기 제1중간부로부터 상기 주연부까지의 적어도 일부에서, 상기 슬롯의 길이가 상기 제1중간부에서의 길이를 유지하는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수가 상기 제1중간부에서의 값을 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,L ≤ λg/2또는(N/2 + 1/4) × λg ≤ L ≤ (N + 1) × λg/2 (N은 자연수 )인 경우, 상기 슬롯의 길이가 상기 중심부로부터 상기 제1중간부까지 단조롭게 증가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,L ≤ λg/2또는(N/2 + 1/4) × λg ≤ L ≤ (N + 1) × λg/2 (N은 자연수)인 경우, 상기 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 상기 안테나면의 직경 방향의 임의의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 길고, 상기 임의의 슬롯으로부터 상기 안테나면의 가장 외측의 슬롯으로 향하여 각 슬롯의 길이가 상기 임의의 슬롯의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,N × λg/ 2 ≤ L ≤ (N/2+ 1/4) × λg (N은 자연수)인 경우, 상기 슬롯의 길이가 상기 중심부로부터 상기 제1중간부까지 단조롭게 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,N × λg/ 2 ≤ L ≤ (N/2+ 1/4) × λg (N은 자연수)인 경우, 상기 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 상기 안테나면의 직경 방향의 임의의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 짧고, 상기 임의의 슬롯으로부터 상기 안테나면의 가장 외측의 슬롯으로 향하여 각 슬롯의 길이가 상기 임의의 슬롯의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나는,상기 안테나면의 상기 제1중간부로부터 상기 주연부로 향하는 도중의 제2중간부까지, 상기 슬롯의 길이가 상기 제1중간부에서의 길이를 유지하는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수가 상기 제1중간부에서의 값을 유지하고,상기 제2중간부로부터 상기 주연부까지, 상기 슬롯의 길이가 상기 중심부로부터 상기 제1중간부와는 반대로 단조롭게 변화하는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수가 단조롭게 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 삭제
- 제7항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,L ≤ λg/2또는(N/2 + 1/4) × λg ≤ L ≤ (N + 1) × λg/2 (N은 자연수)인 경우, 상기 슬롯의 길이가 상기 제2중간부로부터 상기 주연부까지 단조롭게 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제7항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,L ≤ λg/2또는(N/2 + 1/4) × λg ≤ L ≤ (N + 1) × λg/2 (N은 자연수)인 경우, 상기 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 상기 안테나면의 직경 방향의 상기 제1중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이 보다 길고, 상기 제1중간부의 슬롯으로부터 상기 직경 방향의 상기 제2중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 상기 제1중간부의 슬롯의 길이와 동일하며, 상기 제2중간부의 슬롯으로부터 상기 직경 방향의 가장 외측의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제7항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,N × λg/2 ≤ L ≤ (N/2 + 1/4) × λg (N은 자연수)인 경우, 상기 슬롯의 길이가 상기 제2중간부로부터 상기 주연부까지 단조롭게 증가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제7항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에 있어서 전자계의 파장을 λg로 하면, 상기 슬롯의 길이(L)가,N × λg/2 ≤ L ≤ (N/2 + 1/4) × λg (N은 자연수)인 경우, 상기 안테나면의 가장 내측의 슬롯으로부터 상기 안테나면의 직경 방향의 상기 제1중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이 보다 짧고, 상기 제1중간부의 슬롯으로부터 상기 직경 방향의 상기 제2중간부의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 상기 제1중간부의 슬롯의 길이와 동일하며, 상기 제2중간부의 슬롯으로부터 상기 직경 방향의 가장 외측의 슬롯까지 각 슬롯의 길이가 그 내측의 슬롯의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 안테나면에 슬롯이 복수 형성된 슬롯 안테나를 이용해서 처리용기내에 전자계를 공급하는 것에 의해 플라즈마를 생성할 때,상기 안테나면의 직경 방향으로, 상기 안테나면의 중심부로부터 주연부로 향하는 도중의 제1중간부까지, 상기 슬롯의 길이를 단조롭게 변화시키는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수를 단조롭게 증가시키고,상기 제1중간부로부터 상기 주연부까지의 적어도 일부에서, 상기 슬롯의 길이를 상기 제1중간부에서의 길이로 유지하는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수를 상기 제1중간부에서의 값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성방법.
- 제13항에 있어서, 상기 안테나면의 직경 방향으로 상기 안테나면의 상기 제1중간부로부터 상기 주연부로 향하는 도중의 제2중간부까지, 상기 슬롯의 길이를 상기 제1중간부에서의 길이로 유지하는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수를 상기 제1중간부에서의 값으로 유지하고,상기 제2중간부로부터 상기 주연부까지, 상기 슬롯의 길이를 상기 중심부로부터 상기 제1중간부와는 반대로 단조롭게 감소시키는 것에 의해, 상기 슬롯의 방사계수를 단조롭게 감소시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성방법.
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