KR101591404B1

KR101591404B1 - 플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치

Info

Publication number: KR101591404B1
Application number: KR1020107028814A
Authority: KR
Inventors: 아키노리 에베; 야스노리 안도; 마사노리 와타나베
Original assignee: 가부시키가이샤 이엠디
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2016-02-03
Also published as: TWI555443B; US20110115380A1; KR20110016450A; JPWO2009142016A1; CN102027811B; WO2009142016A1; EP2299789A4; EP2299789A1; JP5747231B2; US8917022B2; TW201012311A; CN102027811A

Abstract

진공용기의 일부를 겸하는 직사각형의 개구부를 가지는 플랜지에, 상기 개구부를 둘러싸는 절연애자 틀체를 끼워 지지하여 상기 개구부를 덮도록 평판 형상의 고주파안테나 도체(13)를 설치한다. 상기 구조에 있어서, 고주파안테나 도체의 장변을 따른 일방의 단에 매칭박스를 통하여 고주파전원을 접속하고, 타단을 접지하여 고주파전류가 고주파안테나 도체의 일방의 단으로부터 타방의 단으로 흐르도록 급전한다. 이로써, 고주파안테나 도체의 임피던스를 낮게 할 수 있어, 낮은 전자온도의 고밀도 플라즈마를 효율적으로 발생시킬 수 있다.

Description

플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치{Plasma generating apparatus and plasma processing apparatus}

본 발명은, 플라즈마를 생성하기 위한 장치, 및 생성한 플라즈마에 의하여 기판 표면의 에칭이나 박막(薄膜)형성 등을 행하기 위한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스, 액정 디스플레이나 태양전지 등의 제조공정에서는, 플라즈마 CVD 장치, 드라이에칭 장치, 에슁(Ashing, 탄화)장치 등의 플라즈마 처리장치가 이용된다. 이들 장치에 있어서는, 대형기판에의 대응, 고속처리, 정밀한 가공 등의 목적을 달성하기 위하여, 넓은 범위에 걸쳐서 고밀도이고 균일성이 높은 플라즈마를 생성하는 것이 요구되고 있다. 그를 위한 일반적인 플라즈마 생성기술에, 평행평판 방식이 있다. 평행평판 방식은, 2개의 평판전극을 진공용기 속에 평행으로 배치하고, 일방(一方)의 전극판에 고주파전압을 인가하고, 타방(他方)의 전극판을 접지 혹은 별도의 고주파전압을 인가하여, 양 전극판 사이에 플라즈마를 생성한다. 이 방식은 소위 용량결합 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma : CCP)로서, 구조가 간단하고, 또한 전극면에 거의 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다는 이점을 가진다. 또한, 전극판을 대형화함으로써, 대형기판에의 대응도 비교적 용이하다.

그러나, 최근, 디스플레이용 유리기판의 현저한 대형화에 의하여 전극판의 사이즈도 매우 커지게 되어, 인가하는 고주파전력의 파장효과를 무시할 수 없게 되었다. 그 결과, 전극판의 면 속에서의 전자(電子)밀도(플라즈마 밀도) 등의 불균일성이 나타나게 되었다. 고주파전압을 이용하는 CCP의 난점을 극복하는 방법으로서, 소형 안테나와 고주파전류를 이용하는 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 방식이 개발되고 있다. 일반적으로, ICP는 CCP에 비하여 낮은 가스압력 하에서도 고밀도이고, 전자온도가 낮으며, 이온에너지가 작은 플라즈마가 얻어지는 기술로서 알려져 있다.

특허문헌 1에는 ICP에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 장치는, 기판처리를 행하기 위한 진공용기에, 석영유리나 세라믹 등의 유전체로 제작된, 플라즈마를 생성하기 위한 진공용기(이하, 플라즈마실(室)이라 함)를 접속하고, 이 플라즈마실의 외부를 주회(周回)하도록 1회 이상의 권수(卷數)의 코일을 배치한 것이다. 이 코일에 고주파전류를 흐르게 함으로써 플라즈마실 속에 유도전계를 발생시키고, 이 유도전계에 의하여 플라즈마실 속의 가스분자를 전리(電離)하여 플라즈마를 생성한다. 이 기술은, 소위 외부안테나에 의한 플라즈마 생성방법이다. 그러나, 이 방식에서는 플라즈마실이 유전체가 아니면 안 되기 때문에, 유전체 용기로서 석영유리, 혹은 알루미나 등을 이용할 필요가 있는데, 이들은 파손되기 쉽고, 취급하기 어려운 등 기계강도의 점에서 과제가 있다. 또한, 이 때문에, 대형의 장치를 제작하는 것이 곤란하다.

특허문헌 2에는, 내부안테나 방식의 플라즈마 생성장치가 개시되어 있다. 내부안테나 방식은, 주회한 안테나를 진공용기 속에 설치하고, 매칭박스를 통하여 이 안테나의 일단(一端)을 고주파전원에, 타단(他端)을 직접 혹은 커패시터를 통하여 접지에 접속한다. 이 안테나에 고주파전류를 흐르게 함으로써, 특허문헌 1에 기재된 장치와 마찬가지로 플라즈마를 생성할 수 있다. 그러나, 진공용기 내부에 있어서 널리 균일한 플라즈마를 생성하고자 한다면, 안테나는 진공용기의 내벽을 따르도록 설치하지 않으면 안 되기 때문에, 이 안테나의 길이는 진공용기의 내주길이에 가까운 길이가 되어, 고주파에 대한 임피던스가 커진다. 그로 인하여, 고주파전류의 변화에 대하여 안테나 양단 사이에 발생하는 전위차가 크게 변화하여, 플라즈마 전위가 크게 변화한다는 과제가 있다.

이러한 과제를 해결하기 위하여, 선(線) 형상 도체를 이용한 비(非)주회 안테나 방식이 특허문헌 3에 개시되어 있다. 또한, 낮은 임피던스를 실현하는 비주회 소형 안테나가 제안되어 있다(비특허문헌 1). 이 기술을 이용한 결과, 고밀도, 저전자온도의 플라즈마가 비교적 낮은 가스압력 하에서 얻어지는 것이 보고되어 있다. 또한, 비주회 소형 안테나를 이용하여 대(大)면적 기판을 처리하기 위한 방법으로서, 복수의 안테나를 분산하여 배치하는 기술이 개시되어 있다.

비주회 안테나 방식에서는, 고주파전류에 의한 안테나의 온도상승을 억제하기 위하여 안테나 도체를 파이프 형상으로 하여 냉각수를 순환하는 방법이 채용되어 있다. 이 방법에서는, 그 파이프의 양단에 진공시일(seal)부, 냉각수 접속부 및 고주파전원이나 접지와의 전기적인 접속부를 설치할 필요가 있기 때문에, 구성이 복잡하게 될 뿐만 아니라, 안테나의 탈착이나 보수점검에 지장이 생기는 등의 과제가 있었다. 또한, 저(低)임피던스화를 더욱 도모하기 위하여서는, 고주파전류의 전류로(路) 면적을 크게 하기 위하여 안테나 도체파이프의 구경을 크게 할 필요가 있다. 따라서, 안테나 도체의 곡률반경이 커져서, 전체 길이를 길게 하지 않으면 안 되는 등의 과제가 있었다.

또한, 낮은 가스압력 하에서의 안정된 플라즈마의 생성, 혹은 높은 가스압력 하에서의 플라즈마의 고밀도화를 위하여, 안테나 근방에 자계를 중첩하는 것이 유효한 것은 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 진공용기 속에 돌출시킨 상기 안테나 구조의 경우, 안테나 근방의 플라즈마 생성영역에 효과적으로 자계를 부여하는 것은 용이하지 않은 등의 과제가 있었다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개 평09-266174호 공보(도 1) 특허문헌 2: 일본국 특허공개 평11-233289호 공보(도 1) 특허문헌 3: 일본국 특허공개 2001-035697호 공보(도 3)

J.Plasma Fusion Res. Vol. 81, No. 2(2005) 85-93

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 구조가 간단하고 제작이 용이하며, 탈착이나 보수점검 등이 용이한 고주파안테나를 이용한 플라즈마 생성장치 및 그를 이용한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다. 또한, 플라즈마 생성영역에 필요한 자계를 용이하게 부여할 수 있는 플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치를 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 본 발명에 관한 장치는,

a) 진공용기와,

b) 상기 진공용기의 벽면에 마련된 개구부와,

c) 상기 개구부를 기밀하게 덮도록 장착되는 판 형상의 고주파안테나 도체

를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 플라즈마 생성장치는, 고주파안테나가 진공용기 벽면의 개구부를 덮도록 장착되기 때문에, 장치의 구조가 간단하고 제작이 용이함과 함께, 안테나의 탈착이나 보수점검이 용이하다. 또한, 고주파안테나 도체가 판 형상이며 또한 진공용기 외측에 면하도록 설치되기 때문에, 고주파안테나 도체로부터 열을 방출하기 쉽다.

일반적으로, 진공용기에는, 제작이 용이하고 필요한 강도를 확보할 수 있으면서, 고주파안테나의 접지에 이용할 수 있다는 점에서, 금속으로 제작된 것이 이용된다. 그로 인하여, 본 발명의 플라즈마 생성장치에 있어서는, 상기 고주파안테나 도체와 상기 벽면 사이에 절연재가 끼워 넣어지는 것이 바람직하다. 여기서, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 절연체로 제작된 진공용기를 이용하는 경우에는, 상기 절연재를 이용할 필요는 없다.

고주파안테나 도체의 평면형상은 특별히 따지지 않지만, 예컨대 직사각형의 것을 이용할 수 있다. 직사각형의 고주파안테나 도체를 이용하는 경우, 고주파전력의 공급은, 예컨대 이하와 같이 행할 수 있다. 제1 예로서, 고주파안테나의 길이방향의 일단을 고주파전원에 접속하고, 타단을 접지하는 것을 들 수 있다. 이로써, 고주파안테나 도체 속에서 고주파전류를 균등하게 흐르게 할 수 있다. 제2 예로서, 고주파안테나 도체의 중앙부에 고주파전원을 접속하고, 길이방향의 양단을 접지하는 것을 들 수 있다. 제2 예의 경우, 고주파안테나 도체의 중심과 길이방향의 양단의 사이에서 고주파전류가 흐른다. 그로 인하여, 고주파안테나 도체의 길이방향의 길이를 제1 예의 2배로 함으로써, 제1의 예의 경우와 같은 임피던스로 2배의 전류를 흐르게 할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 생성장치에 있어서, 상기 개구부를 복수 가지고, 각 개구부에 고주파안테나 도체가 장착된 구조로 할 수 있다. 이로써, 넓은 범위에 걸쳐서 균일성이 높은 플라즈마를 생성할 수 있어, 대(大)면적의 기판에 대하여 한층 더 균일성이 높은 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 생성장치에 있어서, 고주파안테나 도체에 수직인 자계성분을 가지는 자력선을 생성 가능한 자계생성수단을 고주파안테나 도체의 대기(大氣) 측에 설치할 수 있다. 자계생성수단에는, 영구자석, 전자석 어느 쪽도 이용할 수 있다. 본 발명의 구성에서는, 자계생성수단을 고주파안테나 도체에 근접하여 설치할 수 있기 때문에, 플라즈마 생성영역에 효과적으로 자계를 부여할 수 있다.

본 발명에 있어서, 플라즈마와 접촉하는 측(진공용기 내부 측)의 고주파안테나 도체의 면에 유전체 차폐판을 삽입하는 것이 바람직하다. 이로써, 고주파안테나 도체가 플라즈마에 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 유전체 차폐판 대신에, 유전체의 피막을 고주파안테나 도체의 진공 측의 면에 마련하여도 좋다. 여기서, 본 발명에서는 고주파안테나 도체가 진공용기 외부에 면하고 있으므로 고주파안테나 도체 자체가 효율적으로 냉각되기 때문에, 유전체 차폐판이나 유전체 피막도 또한 효율적으로 냉각된다. 그로 인하여, 온도상승에 수반하여 저항률이 급격히 작아지는 재료도 이들 차폐판 또는 피막의 재료로서 사용하는 것이 가능하다. 이 유전체로서는 산화물, 질화물, 탄화물, 또는 불화물의 것을 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 이용하는 판 형상의 고주파안테나 도체는, 진공용기 내부 측 표면의 임피던스가 대기측(大氣側) 표면의 임피던스보다 낮아지는 것이 바람직하다. 이로써, 고주파안테나 도체의 진공용기 내부 측 표면에 흐르는 고주파전류가 증가하여, 공급되는 고주파전력이 플라즈마의 발생에 효율 좋게 소비된다.

본 발명에 관한 플라즈마 생성장치는, 플라즈마 CVD 장치나, 드라이에칭 장치, 에슁장치 등의 각종 플라즈마 처리장치에 이용할 수 있다.

본 발명에 의하여, 구성이 간단하고 제작이 용이하며, 탈착이나 보수점검 등이 용이한 고주파안테나를 이용한 플라즈마 생성장치 및 그를 이용한 플라즈마 처리장치를 얻을 수 있다.

또한, 고주파안테나 도체의 대기 측에 자계생성수단을 설치함으로써, 플라즈마 생성영역에 필요한 자계를 용이하게 부여할 수 있는 플라즈마 생성장치 및 플라즈마 처리장치를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제1 실시예를 나타내는 개략 종단면도.
도 2는, 제1 실시예에 있어서 고주파안테나 도체(13) 근방에 형성되는 자력선을 나타내는 개략도.
도 3은, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제2 실시예에 있어서의 고주파안테나 도체(33) 근방의 구성을 나타내는 개략 종단면도.
도 4는, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제3 실시예를 나타내는 개략 종단면도.
도 5는, 제3 실시예의 플라즈마 생성장치를 이용하여 생성한 플라즈마의 전자밀도를 나타내는 그래프.
도 6은, 제3 실시예의 플라즈마 생성장치를 이용하여 생성한 플라즈마의 플라즈마 전위를 나타내는 그래프.
도 7은, 제3 실시예의 플라즈마 생성장치를 이용하여 생성한 플라즈마의 전자온도를 나타내는 그래프.
도 8은, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제4 실시예를 나타내는 개략 종단면도.
도 9는, 제4 실시예의 플라즈마 생성장치를 이용하여 생성한 플라즈마의 전자밀도를 나타내는 그래프.
도 10은, 제4 실시예에 있어서의 고주파안테나 도체의 다른 구성을 나타내는 개략 종단면도(a), 및 개략 상면도(b).
도 11은, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제5 실시예에 있어서, 고주파안테나 도체의 플라즈마실 측 표면을 진공용기의 내벽면과 동일면 상에 배치한 경우의 고주파안테나 도체 주변을 나타내는 개략 단면도(a), 및 고주파안테나 도체의 플라즈마실 측 표면을 진공용기의 내벽면으로부터 내부 측으로 돌출시킨 경우의 고주파안테나 도체 주변을 나타내는 개략 단면도(b).
도 12는, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제6 실시예를 나타내는 개략 단면도.
도 13은, 제6 실시예에 있어서의 고주파안테나 도체 주변의 개략 평면도(a), 개략 단면도(b), 및 확대도(c).
도 14는, 제6 실시예에 있어서의 고주파안테나 도체 주변의 다른 구성을 나타내는 개략 평면도.
도 15는, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제7 실시예에 있어서의 고주파안테나 도체 주변의 개략 평면도.
도 16은, 제7 실시예의 제1 변형예에 있어서, 고주파전원 및 매칭박스를 2 세트 접속한 경우의 고주파안테나 도체 주변의 개략 평면도(a), 및 고주파전원 및 매칭박스를 1 세트만 접속한 경우의 고주파안테나 도체 주변의 개략 평면도(b).
도 17은, 제7 실시예의 제2 변형예에 있어서의 고주파안테나 도체 주변의 개략 평면도.
도 18은, 본 발명에 관한 플라즈마 생성장치의 제8 실시예에 있어서의 고주파안테나 도체 주변의 개략 단면도.
도 19는, 본 발명에 있어서 천판(天板) 전체를 고주파안테나 도체로 한 예를 나타내는 개략 종단면도.
도 20은, 본 발명에 있어서 고주파안테나 도체를 복수 설치한 예를 나타내는 개략 종단면도.

본 발명의 실시예에 대하여 도 1∼도 3을 이용하여 설명한다. 도 1에 본 발명의 플라즈마 생성장치의 개략 단면도를 나타낸다. 본 실시예에 관한 플라즈마 생성장치는, 진공용기(11)와, 플랜지(12)와, 고주파안테나 도체(13)와, 절연애자(碍子) 틀체(frame body)(14)를 가진다. 고주파안테나 도체(13)는 평판 형상을 가진다. 진공용기(11)의 벽면의 일부에 개구부(19)가 마련되어 있고, 그 개구부에 플랜지(12)가 제1 진공시일(15)(예컨대 O링)을 개재하여 고정되며, 그 위에 고주파안테나 도체(13)가 재치(載置, 올려놓음)되어 있다. 플랜지(12)와 고주파안테나 도체(13) 사이에는, 상기 개구부(19)를 둘러싸는 절연애자 틀체(14) 및 제2 진공시일(16)이 끼워 넣어져 있다.

고주파안테나 도체(13)의 진공 측에는 고주파안테나 도체(13)의 표면을 덮도록 유전체 차폐판(17)이 배치되고, 대기 측에는 자계발생장치(18)가 재치되어 있다. 고주파안테나 도체(13)의 일방의 단부는 매칭박스(21)를 통하여 고주파전원(20)에 접속되고, 타방의 단부는 접지되어 있다.

기타, 진공용기(11) 속에 기체대(基體台)(29)를 설치함으로써, 본 발명의 플라즈마 생성장치는, 기체대(29)에 재치된 기체(基體)에 대하여 플라즈마 CVD, 드라이에칭, 에슁 등의 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리장치로서 이용할 수 있다.

실시예 1

도 1을 참조하면서 제1 실시예의 플라즈마 생성장치를 상세히 설명한다. 고주파안테나 도체(13)는 단변(短邊) 약 60㎜×장변(長邊) 약 120㎜의 직사각형의 알루미늄 판이다. 고주파안테나 도체(13)의 진공 측의 면은 평면형상이며, 대기 측의 면에는 오목 형상의 절결부(23)가 마련되어 있다. 절결부(23) 속에, 자계발생장치(18)가 재치되어 있다. 고주파안테나 도체(13)의 두께는 절결부(23)보다도 절결부(23)의 주위 쪽이 두껍게 되어 있으며, 그 도체의 두꺼운 부분의 도체 속에, 냉각수를 순환하기 위한 수로(水路)(22)가 마련되어 있다. 본 실시예에서는, 진공 측에 고주파안테나 도체(13)와 유전체 차폐판(17)을 통하여 자계를 넣기 때문에, 절결부(23)의 두께는 약 3㎜로 하였다. 말할 필요도 없이, 필요한 자속밀도는 자석의 크기, 잔류자속밀도 및 자석으로부터의 거리 등으로 결정되기 때문에, 고주파안테나 도체(13)의 두께는 이 값에 한하는 것은 아니다.

상기 절연애자 틀체(14)에는 피크(PEEK : 폴리에테르에테르케톤, 에테르-에테르-케톤의 순으로 결합한 고분자)재를 이용하였다. 절연애자 틀체(14)와 고주파안테나 도체(13) 사이, 및 절연애자 틀체(14)와 플랜지(12) 사이에는 각각 시트 형상의 패킹을 사이에 끼워서, 고주파에 대한 절연성능과 진공시일을 만족시켰다. 여기서, 절연애자 틀체(14)의 소재에 대하여서는, 고주파에 대한 절연성능과 가공성능의 점에서 만족한다면, 여기에 나타내는 것에 한하는 것이 아니라, 세라믹스, 에폭시 수지, 듀라콘 혹은 테프론(등록상표)이더라도 좋다. 또한 진공시일용 패킹은, 일반적인 O링이더라도 가능하다. 플랜지(12)와 고주파안테나 도체(13)는 수지로 제작된 볼트 또는 수지로 제작된 칼라를 통하여 금속볼트로 체결하였다(미도시).

고주파안테나 도체(13)의 장변 방향의 일단의 측면에, 구리 평판을 이용하여 매칭박스(21)의 출력단자를 접속하였다. 한편, 장변 방향의 타단은 구리 평판을 이용하여 매칭박스의 접지전위인 케이스에 접속하였다.

이 구조의 플라즈마 생성장치는 외부안테나 방식도 내부안테나 방식도 아니며, 일반적으로 진공기기에서 사용되는 플랜지와 마찬가지로, 고주파안테나 도체(13)가 진공용기(11)의 일부를 겸한 구성으로 한 것이다. 이와 같은 구성에 의하여, 진공시일부, 냉각수 유로(流路)(22), 냉각수 접속부 및 고주파전력 공급을 위하여 접속부를 분리할 수 있다. 나아가서는 안테나 도체 보호를 위한 유전체 차폐판(17)에 대하여서도 상기 고주파안테나 도체(13)와는 독립적으로 취급할 수 있는 이점이 있다.

종래예의 고주파안테나 도체는 파이프를 절곡(折曲)한 구조 혹은 만곡(灣曲)시킨 3차원적인 구조인 것에 대하여, 본 발명에 의한 고주파안테나 도체는 2차원적인 구조이고, 그로 인하여 동등 사이즈의 안테나 도체인 경우이더라도 인덕턴스가 작으며, 따라서 임피던스를 작게 할 수 있다. 또한, 직사각형의 단변의 길이와 장변의 길이는 독립적으로 설정할 수 있기 때문에, 이 점에서도 임피던스를 작게 하기 위한 설계자유도가 높다.

본 실시예에서는, 고주파안테나 도체(13)에 흐르게 하는 고주파전류에 의하여 발생하는 전계는 고주파안테나 도체(13)의 장변을 따른 방향에서 이 도체 표면에 평행인 방향으로 발생한다. 이 전계와 직교하는 자계방향으로서는, 고주파안테나 도체(13)의 단변 방향과 이 도체 표면에 수직인 방향이 있다. 전자(前者)의 전계와 자계가 고주파안테나 도체(13)에 평행이고 또한 서로 직교하는 방향으로 배치되는 경우, 플라즈마 속의 전자는 자계와 안테나 도체면에 수직인 평면 속에서 회전하기 때문에, 이 도체 표면에 입사할 확률이 크며, 따라서 전자의 손실이 크다.

본 실시예에서는, 도 2에 자력선의 방향을 나타내는 바와 같이, 상기 고주파안테나 도체(13)에 평행인 전계와 고주파안테나 도체(13)에 수직인 자계를 조합시킴으로써, 플라즈마 속의 전자가 이 도체면에 평행인 면 속에서 회전 운동한다. 그로 인하여, 이 도체 표면으로의 입사 확률을 작게 하고, 그로써 전자의 손실을 작게 할 수 있기 때문에, 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다.

이와 같은 자계를 실현하기 위하여, 고주파안테나 도체(13)의 대기 측의 면에 평판 형상의 영구자석을 설치하고, 이 영구자석의 자화의 방향을 고주파안테나 도체(13)의 두께 방향이 되도록 이 자석의 방향을 정하였다. 고주파안테나 도체(13)의 진공 측의 플라즈마 생성부에 유효한 자속밀도를 부여하기 위하여서는, 고주파안테나 도체(13)의 자석 설치부(절결부)의 두께는 3㎜∼25㎜가 좋다. 이로써, (영구자석의 종류, 잔류자속밀도, 자석 사이즈에 따라 자계의 확장은 다르지만) 상기 두께의 금속재료를 통과하여, 진공 측의 안테나 도체면 근방에서의 자속밀도가 플라즈마 생성부에 유효한 수 Gauss∼수백 Gauss인 자계를 발생할 수 있다. 이와 같은 자계는, 상기와 같은 영구자석에 한하는 것은 아니며, 공심(空心)코일 등의 전자석을 이용한 자계생성수단이더라도 가능하다.

본 실시예에서는, 고주파안테나 도체(13)의 진공 측에 석영으로 제작된 차폐판(17)을 배치하였다. 이 차폐판은 고주파안테나 도체 표면과 생성된 플라즈마의 직접 접촉을 저지하기 위함이다. 만약 안테나 도체 표면이 플라즈마와 직접 접촉하면, 안테나 도체는 플라즈마에 대하여 마이너스의 전위가 되고, 가속화된 이온의 충돌에 의하여 안테나 도체 재료가 스퍼터링되며, 그 결과, 방전 가스 속에 유해한 불순물이 혼입된다. 차폐판(17)에 의하여, 이와 같이 불순물의 혼입을 회피할 수 있다.

유전체 차폐판(17)의 재료는, 석영에 한하는 것은 아니며, 고순도 실리콘판, 알루미나, 이트리아, 혹은 탄화규소 등을 이용할 수 있다. 또한, 고주파안테나 도체(13)의 진공용기 내측 표면을 상기 유전체 재료로 직접 피복하여도 좋다.

실시예 2

제2 실시예의 플라즈마 생성장치에 있어서의 고주파안테나 부근의 구성에 대하여, 요부 개략 단면을 도 3에 나타낸다. 본 실시예의 플라즈마 생성장치의 구성은, 고주파안테나 도체(33) 및 고주파안테나 도체(33)에의 급전(給電)에 관한 배선 이외는 제1 실시예와 거의 마찬가지이다. 고주파안테나 도체(33)의 장변의 길이는 실시예 1의 고주파안테나 도체(13)의 약 2배로 하고, 그 중앙부에 고주파전력 급전용의 돌기부(30)를 마련하고, 양단 변(邊)을 접지하였다. 고주파전력은 매칭박스를 통하여 상기 돌기부(30)에 급전하여, 접지한 양단 변으로 고주파전류를 흐르게 하였다.

본 실시예에 의하여, 안테나 임피던스를 증가시키지 않고 플라즈마 생성영역을 거의 2배로 확장할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 실시예에 있어서의 고주파안테나를, 예컨대 플라즈마 발생장치의 천판에 소정의 간격으로 복수 개 설치함으로써, 대(大)면적 플라즈마 발생장치, 혹은 플라즈마 처리장치를 저렴하게 제공할 수 있다.

실시예 3

제3 실시예의 플라즈마 생성장치에 있어서의 고주파안테나 부근의 구성에 대하여, 요부 개략 단면을 도 4에 나타낸다. 본 실시예는, 직경 180㎜(그 중, 플라즈마 발생영역의 직경 130㎜)의 알루미늄제 원반으로 이루어지는 고주파안테나 도체(43)를 이용하는 점 이외는 제1 실시예와 거의 마찬가지이다. 다만, 제1 실시예에서 설치되어 있던 자계발생장치는, 본 실시예에서는 이용하지 않는다. 또한, 고주파안테나 도체(43)의 형상에 맞추어, 절연애자 틀체(44)는 원형 링 형상으로, 유전체 차폐판(47)은 원반 형상으로, 개구부(49)는 원형으로, 각각 제1 실시예로부터 형상을 변경하였다. 고주파안테나 도체(43)의 원반의 원주 상에 있어서의 점(급전점)에는 정합기를 통하여 고주파전원(주파수 13.56㎒)이 접속되고, 그 급전점을 통과하는 직경 상에 있는 원반 단부의 점에 있어서 접지되어 있다.

제3 실시예의 플라즈마 생성장치를 이용하여, 이하의 실험을 행하였다.

먼저, 진공용기(11) 속을 1.0×10^-3㎩ 이하까지 배기한 후, 도시하고 있지 않은 가스 도입부로부터 진공용기(11) 속에 아르곤 가스를 100ccm 도입하여, 진공용기(11) 속의 압력을 10㎩로 조정한다. 그 후, 고주파안테나 도체(43)에 고주파전력을 투입하여 진공용기 속에 플라즈마를 발생시켰다. 그리고, 그 생성된 플라즈마의 특성을 진공용기(11) 속에 설치된 랭뮤어 프로브(Langmuir probe)(40)를 이용하여 측정하였다.

이 측정의 결과를 도 5∼도 7에 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 전자밀도는, 투입한 고주파전력(RF 파워)에 대한 그래프에 있어서 직선적으로 증가하였다. 그리고, 고주파전력이 측정범위에 있어서의 최대치인 1200W일 때에, 전자밀도는 7.5×10¹⁰(㎝^-3)이라는 높은 값이 얻어졌다. 한편, 플라즈마 전위(도 6)나 전자온도(도 7)는 고주파전력에 의존하지 않고 거의 일정 값을 나타내며, 플라즈마 전위에서는 8V, 전자온도에서는 1.4eV라는 매우 낮은 값이 얻어진다. 이와 같은 플라즈마 특성은 낮은 인덕턴스의 고주파안테나를 이용하여 생성한 플라즈마의 특징을 나타내고 있다. 이와 같이, 본 발명의 플라즈마 발생장치에 있어서, 고밀도이고 낮은 데미지인 플라즈마를 생성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 4

제4 실시예의 플라즈마 생성장치에 있어서의 고주파안테나 부근의 구성에 대하여, 요부 개략 단면을 도 8에 나타낸다. 본 실시예는, 제1 실시예의 구성과 거의 같지만, 플랜지(12)를 이용하지 않고, 절연애자 틀체(64)를 직접 플랜지로서 이용하고 있는 점과, 고주파안테나 도체(63)의 진공용기 대기 측 표면에 요철부(61)를 마련하고, 플라즈마실 측 표면에 동박(銅箔)(62)을 접합시키고 있는 점이 다르다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 고주파안테나 도체(63)의 진공용기 대기 측 표면에는, 안테나 도체의 길이방향으로 수직인 복수 개의 홈(요철부(61))이 형성되어 있다. 이로써, 고주파안테나 도체(63)의 진공용기 대기 측 표면은, 고주파전류의 전반(傳搬, 전송 반송)에 대하여 고임피던스가 된다. 한편, 고주파안테나 도체(63)의 플라즈마실 측 표면에는, 낮은 저항률 부재인 동박(62)을 접합시킴으로써, 고주파전류의 전반에 대하여 저임피던스가 되도록 하고 있다. 이와 같이, 고주파안테나 도체(63)의 진공용기 대기 측 표면과 플라즈마실 측 표면에서 임피던스에 차(差)를 둠으로써, 고주파안테나 도체의 진공용기 내부 측 표면에 흐르는 고주파전류가 증가하여, 공급되는 고주파전력이 플라즈마의 발생에 효율 좋게 소비되도록 된다.

고주파안테나 도체(63)의 플라즈마실 측 표면에 접합한 동박(62)은, 그 두께를, 고주파전류에 대하여 표피효과가 미치는 깊이 이상으로 함으로써, 임피던스를 더욱 낮게 할 수 있다. 또한, 동박(62)을 고주파안테나 도체(63)의 플라즈마실 측 표면뿐만 아니라, 고주파안테나 도체에 전력을 공급하는 급전부에까지 연장하여 접합함으로써, 대부분의 고주파전류를 상기 동박 부분에 흐르도록 할 수 있어, 보다 효율 좋게 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 동박의 두께를 100㎛로 하고, 급전부를 동박(62)과 접속시켰다. 또한, 고주파전원(20)에는, 주파수 13.56㎒, 최대 출력 3㎾의 전원을 이용하였다.

제4 실시예의 플라즈마 생성장치를 이용하여, 이하의 실험을 행하였다.

먼저, 진공용기(11) 속을 1.0×10^-3㎩ 이하까지 배기한 후, 진공용기 속에 가스 도입부(미도시)로부터 아르곤 가스를 100ccm 도입하여, 진공용기 속의 압력을 1.33㎩로 조정하였다. 그 후, 고주파안테나 도체(63)에 고주파전력을 공급하여 진공용기 속에 플라즈마를 발생시켰다. 그 생성한 플라즈마의 밀도를 진공용기 속에 설치한 랭뮤어 프로브(미도시)를 이용하여 측정하였다.

상기 안테나 도체 표면으로부터 80㎜ 떨어진 플라즈마실 속의 전자밀도의 측정결과를 도 9에 나타낸다. 전자밀도는 투입한 고주파전력에 거의 비례하여 증가하였다. 고주파전력이 1.5㎾일 때에, 전자밀도는 1.02×10¹²(㎝^-3)였다. 또한, 고주파파워 흡수효율은 약 80％였다. 고주파안테나 도체의 양면을 동일 처리한 안테나 도체를 이용한 비교실험의 결과, 0.84×10¹²(㎝^-3)와 비교하면, 전자밀도가 약 22％ 증가하는 것이 명확해졌다.

본 실시예에서는, 고주파안테나 도체(63)의 진공용기 대기 측 표면에, 이 고주파안테나 도체의 길이방향으로 수직인 복수 개의 홈을 형성하였지만, 표면의 요철가공은 고주파전류의 전반(傳搬)에 대하여 고임피던스가 되게 되는 가공이면 좋으며, 본 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도 10의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 고주파안테나 도체(63)의 진공용기 외측 표면에 허니콤 패턴부(61A)를 형성하는 것에 의하여서도, 고주파전류의 전반을 억제할 수 있다. 또한, 이와 같은 허니콤 패턴구조를 이용함으로써, 안테나 도체의 기계적 강도를 유지하면서 경량화를 도모할 수 있다.

고주파안테나 도체로서 저항률이 높은 철-크롬계 합금(스테인리스강) 등을 기재(基材)로서 이용하고, 그 표면의 필요한 부분에 낮은 저항률의 금속층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 고주파안테나 도체의 기재로서 절연물인 세라믹 재료 등을 이용하여, 그 플라즈마실 측 표면에 낮은 저항률의 금속층을 형성할 수도 있다. 이 경우는, 고주파전류는 플라즈마실 측 표면에만 흘러, 고밀도 플라즈마의 생성에 극히 유효하다. 상기 세라믹 재료로서는, 석영, 알루미나, 탄화규소 등 산화물, 질화물, 탄화물, 또는 불화물을 이용할 수 있다.

실시예 5

제5 실시예의 플라즈마 생성장치에 있어서의 고주파안테나 부근의 구성에 대하여, 요부 개략 단면을 도 11의 (a) 및 (b)에 나타낸다. 본 실시예의 고주파안테나 부근의 구성은, 실시예 4와 거의 마찬가지이지만, 제4 실시예의 것과는 형상이 다른 절연애자 틀체(64A)를 진공용기의 기기벽에 마련한 개구부에 끼워 넣는 구성으로 하였다. 또한, 고주파안테나 도체(63)의 플라즈마실 측 표면을 경면(鏡面) 마무리로 하여, 고주파안테나 도체(63)의 플라즈마실 측 표면의 임피던스를 낮게 함과 함께, 이 고주파안테나 도체(63)와 절연애자 틀체(64A)를 진공시일(65)을 끼워 넣어 고정하여, 일체화시킨 구성으로 하였다. 이 구성에 의하여, 고주파안테나 도체(63)의 플라즈마실 측 표면을, 진공용기 내벽면과 동일면(도 11(a)), 또는 진공용기 내벽면으로부터 플라즈마실 측으로 돌출된(도 11(b)) 구성으로 할 수 있어, 플라즈마실에 고밀도의 플라즈마를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 또한, 고주파안테나 도체(63)의 탈착이나 장치의 보수점검을 용이하게 행할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 고주파안테나 도체(63)의 플라즈마실 측 표면에 차폐판(67)으로서, 두께 0.6㎜, 저항률 1000∼4000Ω㎝의 n형 고순도 실리콘판을 절연애자 틀체(64A)에 의하여 끼워 지지시켰다. 실리콘판을 차폐판으로서 이용함에 의한 고주파파워 흡수효율의 변화는 2％ 이하여서, 거의 영향은 없고, 고주파안테나 도체와 플라즈마의 직접 접촉을 차단할 수 있다. 이와 같이 고순도 실리콘판을 이용함으로써, 안테나 도체 재료가 스퍼터되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 예컨대 폴리실리콘 박막을 생성하는 경우에 있어서, 차폐판이 스퍼터됨에 의한 불순물 원자의 혼입을 회피할 수 있다. 차폐판(67)으로서는 고순도 실리콘판에 한정되는 것은 아니며, 석영판 등 유전체판을 이용할 수도 있다. 또한, 유전체판 표면에 고순도 실리콘막을 피복하여 이용할 수도 있다.

본 발명에 관한 플라즈마 생성장치는, 절연애자 틀체(64A) 및 판 형상의 고주파안테나 도체(63)에 의하여 진공용기 내외의 기압차에 견디는 구조이기 때문에, 고주파안테나 도체의 플라즈마실 측 표면에 설치하는 차폐판(67)은 기계적 강도를 필요로 하지 않아, 극히 얇은 유전체판 혹은 유전체층을 이용할 수 있다. 따라서, 이 유전체판 혹은 유전체층에서의 전력손실을 저감할 수 있어, 플라즈마의 생성효율의 향상에 유효하다. 또한, 고주파안테나 도체(63)와 절연애자 틀체(64A)를, 진공용기(11)의 벽면에 마련된 개구부(19)에 끼워 넣는 구성을 이용함으로써, 고주파안테나 도체와 진공용기 사이의 전기용량을 저감할 수 있어, 용량결합에 의한 고주파전력의 손실을 억제할 수 있다.

실시예 6

본 발명에 관한 제6 실시예의 플라즈마 생성장치의 개략 단면도를 도 12에 나타낸다. 본 실시예의 플라즈마 생성장치는, 진공용기(11)의 천판에, 거의 병행하여 배치한 5개의 직사각형 개구부(191∼195)를 마련하고, 절연애자 틀체(64A)를 끼워 넣어 고주파안테나 도체(731∼735)를 장착하고 있다. 플라즈마를 생성하기 위한 원료가스는, 진공용기 속에 도입된 가스관(24)의 관벽(管壁)에 일정 간격으로 마련한 세공(細孔)(미도시)으로부터 공급된다. 진공용기(11) 속은 배기구(25)에 접속된 진공펌프(미도시)에 의하여 배기된다. 진공용기(11) 속에 기판지지대(29)를 설치하고, 그 표면에 기판(S)이 재치되어 있다. 기판지지대(29)에는 필요에 따라, 기판가열용의 히터(미도시)를 설치하여, 기판온도를 조정할 수 있다.

제6 실시예의 플라즈마 생성장치에 있어서의 고주파안테나 부근의 구성에 대하여, 요부 개략도를 도 13에 나타낸다. 도 13의 (a)에는 고주파안테나 도체 주변의 개략 평면도를, (b)에는 A-A' 단면도를, (c)에는 단면부분의 확대도를 나타낸다.

도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 5개의 고주파안테나 도체(731∼735)의 단부는, 동판으로 제작된 급전 바(74)와 전기적으로 접속되어 있으며, 급전 바(74)의 중앙부에 매칭박스(21)를 통하여 접속된 고주파전원(20)(13.56㎒)으로부터, 고주파전력을 공급한다. 한편, 고주파안테나 도체(731∼735)의 타방의 단부는 동판으로 제작된 접지 바(75)로 전기적으로 접속되며, 이 접지 바(75)의 양단부를 접지전위에 있는 진공용기(11)의 천판에 접속하고 있다.

상기 접속에 의하여, 급전 바(74) 및 접지 바(75)를 포함한 각 고주파안테나 도체(731∼735)에 흐르는 고주파전류의 전류로를 실질적으로 동일한 길이로 할 수 있다. 따라서, 각 고주파안테나 도체(731∼735)의 임피던스는 거의 동일하게 되어, 플라즈마실에 균일한 밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 1대의 고주파전원과 매칭박스에 의하여 복수 개의 안테나 도체에 거의 균일한 고주파전류를 흐르게 할 수 있어, 저렴한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이 가능하게 된다. 이하, 복수의 고주파안테나 도체를 1 세트로 한 구성을 「고주파안테나 구성체」라 부르기로 한다.

여기서, 도 13(c)에 나타내는 고주파안테나 도체(731)의 주변의 구성은, 고주파안테나 도체(731)의 진공용기 대기 측 표면에 요철부가 설치되어 있지 않은 점을 제외하고 실시예 5와 같으며, 고주파안테나 도체(731)의 플라즈마실 측 표면이, 진공용기의 내벽면과 동일한 면 상에 있도록 구성되어 있다.

본 실시예의 변형예를 도 14에 나타낸다. 도 14에서는, 5개의 고주파안테나 도체의 일방의 단부가 급전 바(74A)에 의하여, 또 다른 일방의 단부가 접지 바(75A)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 고주파전원(20)은, 급전 바(74A)의 일방의 단에, 매칭박스(21)를 통하여 접속되어 있으며, 접지 바(75A)의 접지는, 고주파전원(20)이 접속된 측의 고주파안테나 도체(731)로부터 세어 최종 번째 측(고주파안테나 도체(735) 측)의 단부에서 행하여지고 있다. 이와 같은 구성을 이용함으로써, 각 고주파안테나 도체(731∼735)의 임피던스를 거의 동일하게 할 수 있어, 각 고주파안테나 도체에 흐르는 고주파전류를 거의 동일하게 할 수 있다.

또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 모드전환 스위치(80)를 통하여 접지 바(75A)를 접지한다. 이 모드전환 스위치(80)를 OFF로 하여 고주파안테나 도체(731∼735)를 접지상태로부터 개방함으로써, 플라즈마의 모드를 유도결합 플라즈마로부터 용량결합 플라즈마로 전환할 수 있다. 플라즈마의 모드를 용량결합 플라즈마로 전환함으로써, 스퍼터링 또는 에칭에 의하여, 고주파안테나 도체 표면 또는 차폐판 표면에 퇴적한 퇴적물을 제거하는 것이 용이하게 되는 효과가 있다. 또한, 모드전환 스위치(80)를 OFF의 상태로부터 ON의 상태로 되돌림으로써, 플라즈마의 모드를 용량결합 플라즈마로부터 유도결합 플라즈마로 되돌릴 수 있다. 다만, 이와 같은 고주파안테나 도체의 접지상태의 전환에 의한 플라즈마의 모드전환은, 다른 실시예에서도 행할 수 있다.

실시예 7

제7 실시예에 있어서의 고주파안테나 구성체 부근의 구성에 대하여, 요부 개략 평면도를 도 15에 나타낸다. 본 실시예에서는, 고주파안테나 도체(731∼735)의 길이방향의 길이를, 실시예 6의 2배인 1200㎜로 하고 있다. 5개의 직사각형 개구부(191∼195)와 5개의 직사각형 고주파안테나 도체(731∼735)는 일정한 간격으로 거의 병행하여 배치되어 있고, 고주파안테나 도체(731∼735)의 중앙부는 급전 바(74B)에 의하여 전기적으로 접속되며, 고주파안테나 도체(731∼735)의 길이방향의 양단부는 각각 접지 바(75B)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 고주파전원(20)은, 급전 바의 일단에 매칭박스(21)를 통하여 접속되며, 접지 바(75B)의 접지는, 고주파전원(20)이 접속된 측의 고주파안테나 도체(731)로부터 세어 최종 번째 측(고주파안테나 도체(735) 측)의 단부에서 행하여지고 있다. 이와 같은 구성을 이용함으로써, 급전 바 및 접지 바를 포함한 각 고주파안테나 도체(731∼735)의 임피던스를 거의 동일하게 할 수 있어, 각 고주파안테나 도체에 흐르는 고주파전류를 거의 동일하게 할 수 있다. 또한, 각 고주파안테나 도체의 임피던스를 증가시키지 않고, 플라즈마 생성영역을 거의 2배로 확장할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제1 변형예로서, 도 15에 나타내는 고주파안테나 구성체에 있어서, 급전 바와 접지 바의 배치를 바꿔 넣을 수 있다. 이 경우, 접지 바는 1개, 급전 바는 2개가 되기 때문에, 접지 바의 접지점(77)은 1점만 되며, 급전 바의 급전점(76)은 2점이 된다(도 16(a) 및 (b)). 고주파전원 및 매칭박스는 도 16(a)에 나타내는 바와 같이 각 급전점(76)에 각각 1 세트씩 설치하여도 좋고, 도 16(b)에 나타내는 바와 같이 1 세트의 고주파전원 및 매칭박스를 각 급전점에 접속하는 구성이더라도 좋다. 이와 같은 구성에 의하여서도, 상기 실시예와 마찬가지로 급전 바 및 접지 바를 포함한 각 고주파안테나 도체(731∼735)의 임피던스를 거의 동일하게 할 수 있어, 각 고주파안테나 도체에 흐르는 고주파전류를 거의 동일하게 할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제2 변형예로서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 급전점(76)을 급전 바(74B)의 중앙부에 설치하고, 접지점(77)을 2개의 접지 바의 양단부 모두에 설치한다는 구성을 이용함으로써, 각 고주파안테나 도체의 임피던스 및 안테나 도체에 흐르는 고주파전류를 거의 동일하게 할 수 있다.

또한, 이들 고주파안테나 구성체는, 일정한 간격으로 복수 설치할 수 있다. 이로써, 대(大)면적의 플라즈마 생성장치, 혹은 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.

실시예 8

제8 실시예의 플라즈마 생성장치에 있어서의 고주파안테나 부근의 구성에 대하여, 요부 개략 단면을 도 18에 나타낸다. 본 실시예에서는, 도 18이 나타내는 바와 같이, 3개 이상의 고주파안테나 도체로 이루어지는 고주파안테나 구성체 중 적어도 양단의 안테나 도체의 표면이, 상기 양단보다 내측의 안테나 도체의 방향으로 경사지고 있다. 이와 같이, 양단부의 안테나 도체의 표면을 중앙부로 향하여 경사지게 함으로써, 안테나 구성체 양단부의 전자밀도의 저감을 보상할 수 있어, 전체 면에 걸쳐서 거의 균일한 밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다.

지금까지의 실시예에서는, 주파수 13.56㎒의 고주파전력을 이용하였는데, 이 주파수에 한정되는 것은 아니며, 500㎒와 같은 높은 주파수의 것이나 13.56㎒ 이하의 것도 사용할 수 있다. 그러나, 균일한 밀도의 플라즈마를 생성하기 위하여서는, 고주파전력의 그 주파수의 진공파장을 상기 직사각형 고주파안테나 도체의 길이방향의 길이의 8배 이상으로 한 편이 좋다.

또한, 지금까지 진공용기의 상면(천판)의 일부에 개구부를 설치한 예를 나타냈는데, 도 19에 나타내는 바와 같이, 천판 전체를 고주파안테나 도체(53)로서 이용할 수도 있다. 또한, 지금까지 서술한 것과 마찬가지의 고주파안테나 도체를 진공용기의 측면에 설치하여도 좋다. 또한, 복수의 고주파안테나 도체를 이용하는 경우, 고주파전원 및 매칭박스는, 고주파안테나 도체의 각각 1대씩 접속시키는 구성으로 하여도 좋고(도 20), 직사각형 이외의 형상의 고주파안테나 도체를 이용하여도 좋다.

11…진공용기
12…플랜지
13, 33, 43, 53, 63, 731, 732, 733, 734, 735…고주파안테나 도체
14, 44, 64, 64A…절연애자 틀체
15… 제1 진공시일
16… 제2 진공시일
17, 47, 67…유전체 차폐판
18…자계발생장치
19, 191, 192, 193, 194, 195, 49…개구부
20…고주파전원
21…매칭박스
22…냉각수 유로
23…절결부
24…가스관
25…배기구
29…기체대(基體臺)
30…돌기부
40…랭뮤어 프로브
61…요철부
61A…허니콤 패턴부
62…동박
65…진공시일
74, 74A, 74B…급전 바
75, 75A, 75B…접지 바
76…급전점
77…접지점
80…모드전환 스위치

Claims

a) 진공용기와,
b) 상기 진공용기의 벽면에 마련된 개구부와,
c) 상기 개구부를 기밀하게 덮도록 장착되고, 고주파전원 및 접지에 접속되어 있는 판 형상의 고주파안테나 도체
를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 벽면이 도체로 이루어지며, 상기 고주파안테나 도체와 상기 벽면 사이에 절연재가 끼워 넣어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파안테나 도체를 장착하기 위한 플랜지가 상기 개구부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 개구부를 복수 가지며, 각 개구부에 고주파안테나 도체가 장착되는 구조인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파안테나 도체가 직사각형을 이루며, 상기 고주파안테나 도체의 길이방향의 일단(一端)이 매칭박스를 통하여 고주파전원에 접속되고, 타단이 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파안테나 도체가 직사각형을 이루며, 상기 고주파안테나 도체의 중앙부가 매칭박스를 통하여 고주파전원에 접속되고, 길이방향의 양단이 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 5에 있어서,
상기 개구부를 복수 가지며, 각 개구부에 상기 고주파안테나 도체가 장착되고, 상기 복수의 고주파안테나 도체가 일정한 간격으로 평행하게 배치되며, 각 고주파안테나 도체의 길이방향의 일방의 단부(端部)가 급전(給電) 바에 전기적으로 접속되고, 또 다른 일방의 단부가 접지 바에 전기적으로 접속되어, 각 고주파안테나 도체에 흐르는 고주파전류의 크기가 동일하게 되도록 급전 및 접지되어 있는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 7에 있어서,
상기 급전 바의 일방의 단부에 고주파전원이 접속되고, 상기 복수의 고주파안테나 도체를 사이에 두고 급전 바와 대향하는 접지 바의, 상기 고주파전원이 접속된 측의 고주파안테나 도체로부터 세어 최종 번째 측의 단부가 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 7에 있어서,
상기 급전 바의 중앙부가 고주파전원과 전기적으로 접속되고, 상기 접지 바의 양단부가 각각 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 6에 있어서,
상기 개구부를 복수 가지며, 각 개구부에 상기 고주파안테나 도체가 장착되고, 상기 복수의 고주파안테나 도체가 일정한 간격으로 평행하게 배치되며, 각 고주파안테나 도체의 중앙부가 급전 바에 전기적으로 접속되고, 각 고주파안테나 도체의 길이방향의 양단부가 제1 접지 바 및 제2 접지 바에 전기적으로 접속되어, 각 고주파안테나 도체에 흐르는 고주파전류의 크기가 동일하게 되도록 급전 및 접지되어 있는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 10에 있어서,
상기 급전 바의 일방의 단부가 고주파전원과 접속되고, 상기 제1 접지 바 및 제2 접지 바의, 상기 고주파전원이 접속된 측의 고주파안테나 도체로부터 세어 최종 번째 측의 단부가 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 10에 있어서,
상기 급전 바의 중앙부가 고주파전원과 전기적으로 접속되고, 상기 제1 접지 바 및 제2 접지 바의 양단부가 각각 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 7에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 수가 3개 이상이며, 상기 평행하게 나열된 고주파안테나 도체 중, 적어도 양단에 배치된 고주파안테나 도체의 상기 진공용기의 내부측 표면이, 양단보다 내측에 배치된 고주파안테나 도체의 방향으로 경사지고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 10에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 수가 3개 이상이며, 상기 평행하게 나열된 고주파안테나 도체 중, 적어도 양단에 배치된 고주파안테나 도체의 상기 진공용기의 내부측 표면이, 양단보다 내측에 배치된 고주파안테나 도체의 방향으로 경사지고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 7에 있어서,
상기 평행하게 나열된 복수의 고주파안테나 도체로 이루어지는 세트를 복수 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 10에 있어서,
상기 평행하게 나열된 복수의 고주파안테나 도체로 이루어지는 세트를 복수 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 15에 있어서,
상기 복수 세트의 고주파안테나 도체의 각 세트와 접속된 고주파전원 및 매칭박스에 대하여, 전력량의 제어 및 매칭의 조정을 개별로 행하기 위한 조정수단을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 16에 있어서,
상기 복수 세트의 고주파안테나 도체의 각 세트와 접속된 고주파전원 및 매칭박스에 대하여, 전력량의 제어 및 매칭의 조정을 개별로 행하기 위한 조정수단을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 5에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 길이방향의 길이가, 상기 고주파전원의 주파수의 진공파장의 8분의 1 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 6에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 길이방향의 길이가, 상기 고주파전원의 주파수의 진공파장의 8분의 1 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파안테나를 접지한 상태와 접지하지 않은 상태로 전환함으로써, 플라즈마의 모드를 유도결합형과 용량결합형의 전환을 행하는 전환수단을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 진공용기의 내부 측에 상기 고주파안테나 도체의 면에 수직인 자계성분을 가지는 자력선을 생성하는 자계생성수단을 상기 진공용기의 외측에 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 22에 있어서,
상기 자계생성수단이 영구자석인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 22에 있어서,
상기 자계생성수단이 전자석인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 진공용기 내측의 면을 덮도록 차폐판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 25에 있어서,
상기 차폐판의 재료가, 산화물, 질화물, 탄화물, 또는 불화물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 25에 있어서,
상기 차폐판의 재료가, 석영, 알루미나, 이트리아, 혹은 탄화규소인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
a) 진공용기와,
b) 상기 진공용기의 벽면에 마련된 개구부와,
c) 상기 개구부를 기밀하게 덮도록 장착되는 판 형상의 고주파안테나 도체를 구비하고,
상기 고주파안테나 도체의 진공용기 내측의 면이 유전체 피막으로 피복되어 있는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 28에 있어서,
상기 유전체 피막의 재료가, 산화물, 질화물, 탄화물, 또는 불화물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 28에 있어서,
상기 유전체 피막의 재료가, 석영, 알루미나, 이트리아, 혹은 탄화규소인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
a) 진공용기와,
b) 상기 진공용기의 벽면에 마련된 개구부와,
c) 상기 개구부를 기밀하게 덮도록 장착되는 판 형상의 고주파안테나 도체를 구비하고,
상기 고주파안테나 도체의, 상기 진공용기의 내부 측 표면에 있어서의 임피던스가 상기 진공용기의 외부 측 표면에 있어서의 임피던스보다 낮은 것
을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 31에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 상기 진공용기 외부 측 표면에 요철이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 31에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 상기 진공용기 외부 측 표면에 허니콤 패턴이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 31에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 상기 진공용기 내부 측 표면이 경면(鏡面) 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 31에 있어서,
상기 고주파안테나 도체가, 기재(基材)와, 상기 기재보다 저항률이 낮은 금속부재로 이루어지고, 상기 낮은 저항률의 금속부재가 상기 기재의 상기 진공용기 내부 측의 면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 35에 있어서,
상기 기재가 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 35에 있어서,
상기 기재가 세라믹스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 37에 있어서,
상기 세라믹스가 산화물, 질화물, 탄화물, 또는 불화물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 35에 있어서,
상기 낮은 저항률의 금속부재가 은 또는 구리인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 35에 있어서,
상기 고주파안테나 도체에 전력을 공급하는 급전부가, 상기 낮은 저항률의 금속부재와 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 35에 있어서,
상기 낮은 저항률의 금속부재의 두께가, 상기 낮은 저항률의 금속부재에 흐르는 고주파전류에 대하여 표피효과가 미치는 깊이 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파안테나 도체의 상기 진공용기 내부 측 표면이, 상기 진공용기 내벽면과 동일한 면 상에 배치되어 있는, 또는 상기 진공용기의 내부로 돌출되어 있는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 진공용기의 벽면에 설치된 개구부에, 상기 고주파안테나 도체가 절연재를 통하여 끼워 넣어져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성장치.
청구항 1 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 생성장치를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.