KR20040018988A - 플라즈마 처리 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20040018988A
KR20040018988A KR1020030059224A KR20030059224A KR20040018988A KR 20040018988 A KR20040018988 A KR 20040018988A KR 1020030059224 A KR1020030059224 A KR 1020030059224A KR 20030059224 A KR20030059224 A KR 20030059224A KR 20040018988 A KR20040018988 A KR 20040018988A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
plate
discharge
electrode
plasma
Prior art date
Application number
KR1020030059224A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100921844B1 (ko
Inventor
야시로요이치로
오쿠무라도모히로
기무라다다시
사이토미츠오
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 filed Critical 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Publication of KR20040018988A publication Critical patent/KR20040018988A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100921844B1 publication Critical patent/KR100921844B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

판형 전극에 인접하게 판형 절연체가 배치된 상태에서, 판형 전극 주위에 배치되고, 판형 절연체가 둘러싸도록 형성되며, 또한 판형 전극에의 간격이 서로 다른 적어도 2 라인 가스 배출구 중, 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 하나의 가스 배출구로부터 처리 물(物) 근처에 불활성 가스를 공급하는 동시에, 다른 가스 배출구로부터 처리 물 근처에 방전 제어 가스를 공급한다. 이들 가스의 공급과 함께, 판형 전극 또는 처리 물에 전력을 공급하여 처리 물에 플라즈마 처리를 실행한다. 따라서, 바라는 미세 선형 부에 대해 고 정밀도로 플라즈마 처리할 수 있는, 플라즈마 처리 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 표면에 박막이 형성된 기판 등의 오브젝트(object;物)(처리 대상물 또는 처리 물)를 처리하거나 각종의 막으로 코팅된 오브젝트를 처리함으로써 원하는 섬세한 선형(상) 부분을 고 정밀도로 가공할 수 있는, 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리를 실행하기 위한, 또는 각종 처리 물의 표면에 플라즈마를 이용함으로써 처리 물에 박막을 증착할 수 있는 플라즈마 처리를 실행하기 위한, 플라즈마 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 위에 박막이 형성된 기판으로 대표되는 처리 물을 패터닝 (patterning) 처리하는 경우, 레지스트 처리(resist process)를 이용한다. 도 7A 내지 도 7D는 이러한 처리의 일례를 도시한다. 도 7A 내지 도 7D에 있어서, 첫째로, 감광성 레지스트(photosensitive resist; 14)가 처리 물(12)의 표면에 도포된다(도 7A). 이어서, 레지스트(14)는 노출기를 이용하여 빛에 노출된 후, 현상되며, 이에 의해 레지스트(14)가 원하는 구성으로 패터닝된다(도 7B). 또한 처리 물(12)은 진공실로 이동되고 이 진공실에서 플라즈마가 생성되어 처리 물(12)이 마스크로서 이용된 레지스트(14)에 의해 에칭되며, 이에 의해 처리 물(12)의 표면은 바라는 구성으로 패터닝된다(도 7C). 최종으로, 레지스트(14)가 산소 플라즈마, 유기 용제 등을 이용하여 제거되어 처리가 종료한다(도 7D).
전술한 레지스트 처리는 고 정밀도의 정교한 패턴을 형성하는데 적합하며, 반도체나 기타 전자 장치의 제조에 있어서 중요한 역할을 하여왔다. 그러나 상기 처리는 복잡하다는 결함을 갖고 있다.
따라서 어떤 레지스트 처리도 하지 않는 신규한 플라즈마 처리 방법이 논의되어 왔다. 그 일례로서, 도 8 및 도 9를 참조하여 선형의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 원을 설명한다. 도 8은 위에 판형(plate-shaped) 전극(1)을 실장한 플라즈마 원을 구비한 플라즈마 처리 장치의 사시도이며, 도 9는 도 8의 PP 평면을 따라 절취하여 얻은 단면도이다. 도 8 및 도 9에 있어서, 판형 절연체(2,3)를 판형 전극(1) 및 그 판 표면이 서로 나란하게 되는 위치에 배치하여, 가스 통로(6)를 통해 가스 공급장치(10)로부터 처리 물(12)에 통상 수직으로 가스를 공급한다. 고주파 전원(13)으로부터 판형 전극(1)에 13.56 MHz의 고주파 전력을 인가하면서 가스 공급장치(10)로부터 가스를 공급함으로써 판형 전극(1)을 구비한 플라즈마 원과 처리 물(12)사이에 플라즈마가 생성되어 처리 물(12)이 이 플라즈마에 의해 처리된다. 플라즈마 원과 처리 물 사이의 간격 "a"는 0.3 mm이며, 판형 전극(1)의 두께와 판형 절연체(2,3)의 두께, "b"와 "c"는 모두 1 mm이며, 가스 통로(6)의 폭 "e"는 0.1 mm이며, 끝점(pointing edge; i)사이의 각도는 60°이다. 또한, 판형 전극(1)의 판 표면은 50 mm의 높이 "g"를 가지며, 열 방향(line direction)의 길이 "h"를 갖는다.
예를 들어, He가 1000 sccm 공급되고, SF6가 가스 통로(6)에 가스로서 10 sccm 공급되고, 100 W의 고주파 전원이 공급되는 조건에서 처리 물(12) Si가 에칭된다.
그러나 일례의 종래 기술과 관련하여 설명한 플라즈마 처리 방법 및 장치에의한 에칭에서는 처리 물이 상기 원하는 미세 선형부 이상의 넓은 범위에 걸쳐 처리되는 단점이 있는데, 그 결과의 에칭 프로파일은 도 10에 도시한다. 이 경우, 가장 깊게 에칭된 부분의 깊이를 D로 했을 때, 패턴 바닥보다 D×0.8만큼 얕은 부분의 폭이 가공 폭 E와 같다면, E는 2.1 mm이다. 플라즈마 원의 판형 전극(1)의 두께가 1 mm이므로, 그 결과 가공 폭 E는 약 그 두 배이다.
상기 종래의 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은, 고 정밀도로 원하는 미세 선형부를 처리할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 대기압 근처의 압력하에서 처리 물에 대향하게 배치할 수 있는 판형 전극에 인접하게, 판형 절연체가 배치된 상태에서, 상기 판형 전극 주위에 배치되고, 상기 판형 절연체로 둘러싸여지게 형성되며, 또한 상기 판형 전극과의 간격이 서로 다른 최소한 2 라인(two-line) 가스 배출구중 상기 판형 전극에 가까이 위치한 하나의 가스 배출구로부터 처리 물 근처에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하면서, 다른 가스 배출구로부터 처리 물 근처에 방전 제어 가스를 공급하는 단계; 및 가스의 공급과 동시에 판형 전극 또는 처리 물에 전력을 공급하는 단계를 포함하는 플라즈마에 의해 처리 물을 처리하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 적어도 2 라인 가스 배출구중 판형 전극에서 먼 가스 배출구로부터 공급된방전 제어 가스는 불활성 가스의 방전 개시 전압 이상의 방전 개시 전압을 갖는 가스를 함유한다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구 길이가 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구보다 작은 상태에서, 방전 제어 가스용 가스 배출구로부터 배출된 방전 제어 가스가 방전 가스용 배출구로부터 배출된 방전 가스 근처에 존재하는 동안, 처리 물의 플라즈마 처리가 실행된다.
본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 불활성 가스는 He, Ar, Ne 및 Xe 중 어느 하나이다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 제 1 내지 제 3 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스는, 반응성 에칭 가스로서, SF6, CF4또는 기타 CxFy(여기서, x 및 y는 자연수), NF3, O2, Cl2및 HBr 등의 할로겐 함유 가스이다.
본 발명의 제 6 실시형태에 따르면, 제 1 내지 제 3 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스는, 50 % 이하의 He 농도를 갖는 가스이다.
본 발명의 제 7 실시형태에 따르면, 제 1 내지 제 3 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 처리 물이, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스가 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 가스 배출구 근처의 전기 방전을 억제하는 특성을 갖는 가스인 상태에서 플라즈마 처리된다.
본 발명의 제 8 실시형태에 따르면, 제 1 내지 제 3 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 처리 물은, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스가 가스 흐름이 없는 상태에 비해, 선형 방전 폭이 작게 되는 특성을 갖는 가스인 상태에서 플라즈마 처리된다.
본 발명의 제 9 실시형태에 따르면, 제 1 내지 제 8 실시형태 중 어느 한 실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 처리 물은, 상기 처리 물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부가 경사부(taper portion)를 가진 상태에서 플라즈마 처리된다.
본 발명의 제 10 실시형태에 따르면, 제 1 내지 제 9 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 처리 물은, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격이, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격 이하인 상태에서 플라즈마 처리된다.
본 발명의 제 11 실시형태에 따르면, 제 10 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격을 m으로 놓고, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격을 k라 할 때,
0 mm < k-m ≤1 mm가 성립한다.
본 발명의 제 12 실시형태에 따르면,
판형 전극;
판형 절연체로서, 상기 판형 전극에 인접하고, 처리 물과 마주하는 상기 판형 전극 표면의 일부를 덮지 않는 위치에 배치된 판형 절연체;
상기 판형 전극 또는 상기 처리 물에 전력을 인가하는 전원 장치;
상기 판형 전극 가까이에 배치되고, 상기 판형 전극에의 간격이 서로 다른 최소한 2 라인 가스 배출구중 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 하나의 가스 배출구에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하는 방전 가스 공급 장치; 및
상기 판형 전극 가까이 배치되고, 상기 판형 전극에의 간격이 서로 다른 적어도 2 라인 가스 배출구중 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 하나의 가스 배출구에 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압 이상의 방전 개시 전압을 갖는 방전 제어 가스를 공급하는 방전 제어 가스 공급 장치를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제 13 실시형태에 따르면, 제 12 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 판형 전극의 표면은 적어도 경사부를 갖는다.
본 발명의 제 14 실시형태에 따르면, 제 12 또는 제 13 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구 길이는, 상기 판형 전극에 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구 길이 이하이다.
본 발명의 제 15 실시형태에 따르면, 상기 제 12 내지 제 14 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부는 경사부를 갖는다.
본 발명의 제 16 실시형태에 따르면, 상기 제 12 내지 제 14 실시형태 중 어느 한 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격은, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격 이하이다.
본 발명의 제 17 실시형태에 따르면, 제 16 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격을 m으로 놓고, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격을 k라 할 때,
0 mm < k-m ≤1 mm가 성립한다.
본 발명에 따르면, 판형 전극과 대기압 근처의 압력하에서 처리 물에 대향하게 배치할 수 있는 판형 전극에 의해서, 상기 판형 전극 주위에 배치되고, 상기 판형 전극과의 간격이 서로 다른, 적어도 두 개의 가스 배출구로부터 상기 처리 물 근처에 가스가 공급되는 동시에, 상기 가스의 공급에 의해서, 상기 판형 전극 또는 처리 물에 전력이 공급된다. 불활성 가스를 함유하는 방전 가스가 상기 판형 전극 가까이 위치한 하나의 가스 배출구로부터 공급되며, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 가스를 함유하는 방전 제어 가스가 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 가스 배출구로부터 공급되며, 가스의 공급과 동시에, 플라즈마 처리가 실행된다.따라서, 레지스트 등의 임의의 마스크를 이용하지 않고 고 정밀도로 원하는 미세 선형부를 처리할 수 있는 플라즈마 처리 방법을 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 판형 전극, 상기 판형 전극에 인접하여 위치한 판형 절연체, 가스 공급 장치 및 전원 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치가 제공되며, 상기 플라즈마 처리 장치는, 또한 적어도 두 개의 가스 배출구 즉, 상기 판형 전극 근처에 위치한, 방전 가스 배출구 및 방전 제어 가스 배출구를 구비하는데, 이들 각각의 배출구는 상기 판형 전극에의 간격이 서로 다르다. 따라서, 레지스트 등의 임의의 마스크를 이용하지 않고 고 정밀도로 원하는 미세 선형부를 처리할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 처리 물에 인접 배치된 마이크로 플라즈마 원, 전원 및 처리 물에서 작용하도록 제조된 활성 입자(active particle)를 공급하는 분출구(jet-out port)[가스 배출구(gas exhaust port)]를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공되는데, 상기 분출구의 바깥쪽 면은 일례로서 경사지게 구성된다. 경사진 바깥쪽 면을 갖는 분출구를 구비함으로써, 래디컬(radical)의 확산이 제어되어, 처리 영역으로부터의 블리딩(bleeding; 흘러나옴)을 억제할 수 있어서 탁월한 처리 정밀도를 갖는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리를 위한 가스가 처리 물 근처에 배치된 마이크로 플라즈마 원에 공급되고, 전극에 전력이 공급되어 이에 의해 마이크로 플라즈마가 생성되는데, 경사진 구성의 분출구에 의해, 마이크로 플라즈마 원으로부터 공급된 활성 입자가 상기 분출구로부터 분출되어 처리 물에 작용하게 됨으로써 처리 물에 대한 플라즈마 처리를 할 수 있다. 경사진 구성의 분출구를 이용함으로써, 래디컬의 확산이 억제되어 처리 영역으로부터의 블리딩을 억제할 수 있어서 탁월한 정밀도를 갖는 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시하는, 도 1의 평면 PP를 따라 절취한 단면도,
도 3은 처리 대상물이 없는 상태에서, 본 발명의 제 1 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는, 도 1의 PQ 방향에서 본 평면도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 이용된 판형(plate-shaped) 전극의 경사부 근처에 대한 확대도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 에칭 프로파일을 도시하는 그래프,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 평면도,
도 7A는 종래 기술에 이용된 패터닝(patterning) 프로세스를 도시하는 도면,
도 7B는 종래 기술에 이용된 패터닝 프로세스를 도시하는 도면,
도 7C는 종래 기술에 이용된 패터닝 프로세스를 도시하는 도면,
도 7D는 종래 기술에 이용된 패터닝 프로세스를 도시하는 도면,
도 8은 종래 기술에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 9는 종래 기술에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 10은 종래 기술에 이용된 에칭 프로파일을 도시하는 그래프,
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 평면도,
도 12A는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 정면도,
도 12B는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 부분 단면 측면도,
도 12C는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성 부분에 대한 확대도,
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 가공 치수의 그 목표 치수로부터의 편차에 대한 정의를 나타내는, 유기 막(organic film)의 단면도,
도 14A는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 정면도,
도 14B는 도 14A의 본 발명의 제 4 실시예의 플라즈마 처리 장치와의 비교에 이용되는, 어떤 경사부도 갖지 않는 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 정면도,
도 15a는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 단면도,
도 15b는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 상태의 래디컬(radical) 분포를 나타내는 그래프,
도 15c는 본 발명의 제 4 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치와의 비교에 이용되는, 어떤 경사부도 갖지 않는 플라즈마 처리 장치에 대한 구성을 나타내는 단면도,
도 15d는 임의의 경사부가 없는 도 15c의 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 상태의 래디컬 분포를 나타내는 그래프,
도 16A는 본 발명의 제 5 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 부분 단면 정면도,
도 16B는 본 발명의 제 5 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 부분 단면 측면도,
도 17A는 본 발명의 제 6 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 부분 단면 측면도,
도 18A는 본 발명의 제 6 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 단면도,
도 18B는 본 발명의 제 6 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 단면도,
도 18C는 본 발명의 제 6 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 단면도,
도 19A는 본 발명의 제 7 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 부분 단면 정면도,
도 19B는 본 발명의 제 7 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 부분 단면 측면도,
도 20A는 본 발명의 제 7 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치를 설명하는 설명도,
도 20B는 본 발명의 제 7 실시예의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 정면도,
도 21A는 본 발명의 제 8 실시예에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 정면도,
도 21B는 본 발명의 제 8 실시예의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 유전체 판의 방전 제어를 위한 가스 통로를 도시하는 측면도,
도 21C는 본 발명의 제 8 실시예의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 유전체 판의 방전 제어를 위한 가스 통로를 도시하는 측면도, 그리고
도 22는 종래 기술의 설명에 이용된 플라즈마 처리 장치의 구성에 대한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 판형 전극 1a: 경사부
2,3: 판형 절연체 4,5: 판형 절연체
6: 가스 통로 7: 방전가스 가스 배출구
8: 방전가스 가스 통로 9: 방전제어가스 가스 배출구
10,11: 가스 공급 장치 12: 처리 물(物)
13: 고주파 전원 14: 감광성 레지스트
15: 방전 제어 가스 101: 제 1 전극
102: 제 2 전극 103,104: 유전체
105: 방전 공간 106: 고주파 전원
107: 정합 회로 108: 가스 배출구
109: 가스 파이프 110: 가스 공급 장치
111: 분출구 112: 처리 물
300: 경사부 301: 진공실
302: 제 1 전극 303: 제 2 전극
304,305: 유전체 판 306,307: 유전체 판
308: 배기 장치 309: 압력 조정 장치
310: 고주파 전원 311: 정합 회로
312: 방전 공간 313: 가스 공급구
314: 가스 파이프 315: 가스 공급 장치
316: 분출구 317: 처리 물
318: 처리 물 간격 조정 장치 319: 전극 간격 조정 장치
320: 방전 제어 가스 공급 장치 321,322: 유전체 판
323,324: 가스 흐름 통로 400: 제어 장치
401: 제어 장치 402: 제어 장치
본 발명의 설명에 앞서, 유사한 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐서 유사한 도면 번호가 부여됨을 유의하기 바란다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 이하 본 발명의 제 1 실시예를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예에 이용된 판형 전극(1)을 구비한 플라즈마 원을 갖는 플라즈마 처리 장치의 사시도로서, 삼각형 경사부(예각 부)(1a)는 그 하단부[처리 물(처리 대상물)과 마주하는 한쪽 단부]에 두께방향(thicknesswise) 대칭 경사부를 구비하며, 도 2는 도 1의 평면 PP를 따라 절취한 단면도이고, 또한 도 3은 판형 전극(1)의 경사부(1a)를 구비한 표면을 나타내는, 도 1의 PQ 방향에서 본 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 장방형-평행육면체 판형 절연체(2,3) 및 C 또는 각 괄호[bracket([)]형, 일반적으로 장방형-평행육면체 판형 절연체(4,5)가 경사부(1a)를 갖는 판형 전극(1)에 나란한 위치에 배치되고, 방전가스 가스 통로(6)와 방전가스 가스 배출구(7)가 판형 전극(1)과 판형 절연체(2,3)사이에 형성되고, 방전가스 가스통로(8)와 방전제어가스 가스 배출구(9)가 판형 절연체(2,3)와 판형 절연체(4,5)사이에 각각 형성된다. 즉, 장방형 프레임 부재가 판형절연체(4,5)로 형성되며, 그 내측에 형성된 장방형 평행육면체 공간 내에서 판형 절연체(2,3)가 갭을 사이에 두고 배치되고, 판형 전극(1)이 판형 절연체(2,3)사이에 배치되는데, 이들 절연체(2,3)사이에는 갭이 있다. 따라서 동일한 장방형의 방전가스 가스 배출구(7)가 판형 전극(1)과 판형 절연체(2,3)사이에 형성되고, 동일한 장방형의 방전제어가스 가스 배출구(9)가 판형 절연체(4,5)와 판형 절연체(2,3)사이에 각각 형성된다. 방전가스 가스 배출구(7) 및 방전제어가스 가스 배출구(9)는 판형 전극(1)의 경사부(1a)의 끝에 있는 경계[즉, 판형 전극(1)의 중심선을 지나는 평면] 상에서 대칭으로 배치된다. 가스 배출구(7,9)를 통해 처리 대상 즉, 처리 물(12)에 통상 수직으로 가스가 공급된다. 고주파 전원(13)으로부터 판형 전극(1)에 예를 들면, 13.56 MHz의 고주파 전력을 공급하면서, 가스 공급 장치(10,11)로부터 가스를 공급함으로써, 국부적 플라즈마 공간(PA)에 플라즈마가 생성되어 처리 물(12)이 플라즈마 처리된다. 이러한 국부적 플라즈마 공간(PA)의 예로서, 판형 전극(1)아래에 형성되고, 판형 전극(1) 두께 이하의 폭(도 3의 가로 치수)과, 판형 전극(1)의 길이와 통상 같은 길이(도 3의 세로 치수)를 갖는 통상 장방형 평행육면체 공간이 있다. 일례로서, 판형 전극(1)과 처리 물(12)사이의 간격 "a"는 0.3 mm이고, 판형 전극(1)과 판형 절연체(2,3,4,5)의 폭 "b", "c" 및 "d"는 모두 1 mm이며, 가스 통로(6,8)의 폭 "e", "f"는 모두 0.1 mm이다. 또한 일례로서, 열 방향 길이 "h"는 판형 전극(1), 가스 배출구(7) 및 가스 배출구(9) 모두 30 mm이다. 또한 일례로서, 판형 전극(1)의 경사부(1a)의 끝단부 "i"의 각도는 60°이다. 또한 도 4는 판형 전극(1)의 경사부(1a) 근처에 대한 확대 단면도로서, 일점쇄선 "o"는 판형 전극(1)의 중심선이다. 판형 전극(1)의 코너 부분 "p"와 판형 절연체(2)의 코너 부분 "q"를 상호 연결하는 선 부분(line segment)의 중심은 판형 전극(1)으로부터 가깝게 위치한 하나의 방전-가스 가스배출구(7)에 할당되고, 판형 절연체(2)의 코너 부분 "r"과 판형 절연체(3)의 코너 부분 "s"를 상호 연결하는 선 부분의 중심은 판형 전극(1)으로부터 먼 다른 가스 배출구(9)에 할당된다. 이 때, 판형 전극(1)과 가스배출구(9)사이의 간격 "t"는 1.15 mm이며, 가스배출구(9)와 처리 물(12)사이의 간격과 가스배출구(7)와 처리 물(12)사이의 간격은 1 mm의 간격차 "u"를 갖는다.
또한, 판형 전극(1)의 판 표면은 50 mm의 높이 "g"와 30 mm의 열 방향 길이 "h"를 갖는다. 수 파스칼(pascal)에서 수 기압에서 동작하는 플라즈마 원은 약 3 기압까지 통상 10000 Pa의 범위내에서 동작한다. 특히, 대기압 근처의 동작이 아주 바람직한데, 이는 정밀한 밀봉 구조와, 특별한 배기 장치가 필요치 않으며, 플라즈마의 확산 및 활성화된 입자가 적당하게 억제되기 때문이다. 가스로서, He 1000 sccm이 가스 공급 장치(10)로부터 가스배출구(7)를 통해 가스 통로(6)를 거쳐 공급되고, SF6500 sccm가 방전 가스로서, 가스 배출구(9)를 통해 가스 통로(8)를 거쳐 가스 공급 장치(11)로부터 공급되며, 100 W의 고주파 전력이 공급되는 상태에서, 처리될 물(物)로서 처리 대상물(object-to-be-processed) Si가 에칭 처리를 거친다. 따라서 국부적 플라즈마 공간(PA)에서만 플라즈마가 생성되므로, 도 5에 도시한 에칭 프로파일이 얻어진다. 이 때, 가강 깊게 에칭된 부분의 깊이를 D라 할 때,패턴 바닥 보다 D×0.8 만큼 얕은 부분의 폭이 가공 폭 E이라면, E는 0.69 mm이다. 플라즈마 원의 판형 전극(1)의 두께는 1 mm이므로, 처리 정밀도가 종래 기술에 비해 크게 개선된다.
전술한 바와 같이 처리 정밀도가 개선된 이유는 SF6의 도입으로 방전 팽창이 억제되었기 때문이라 할 수 있는데, SF6의 방전 개시 전압은, 방전 가스로서 가스 배출구(7)를 통해, 방전 제어 가스로서 가스 배출구(9)를 통해 배출된 He가스의 방전 개시 전압 이상이다.
여기서, 방전 제어 가스는 높은 방전 개시 전압을 갖는 가스인데, 이러한 가스는 50% 이하의 He 농도를 갖는 가스, 판형 전극에서 먼 가스 배출구 근처에서 방전 억제 특성을 갖는 가스, 선형 방전 폭이 방전 제어 가스 흐름이 없는 경우의 방전 폭보다 좁은 가스로 실시된다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 절연체로서 알루마이트(alumite)를 갖는 알루미늄 판형 전극(1)의 경사부(1a)를 코팅하면, 판형 전극(1)의 경사부(1a)의 양 단부를 제외한 열 방향에서의 에칭 균일성을 개선할 수 있다.
제 1 실시예와 다른 본 발명의 제 2 실시예서와 같이, 도 6의 도시처럼, 가스 배출구(7)의 열 방향 길이(h1)를 30 mm로 설정하고, 가스 배출구(9)의 열 방향 길이(h2)를 40 mm로 설정하고, 판형 전극(1)으로부터의 간격이 가깝게 위치한 하나의 가스 배출구(7)의 열 방향 개구 길이를 판형 전극(1)으로부터 멀리 있는 가스 배출구(9)의 열 방향 개구 길이보다 짧게 설정할 수 있는데, 이로써, 플라즈마 처리를 실행할 수 있으면서 가스 배출구(9)를 통해 배출된 방전 제어 가스가 가스 배출구(7)를 통해 배출된 방전 가스 주위에 항상 존재하게 된다. 따라서, 판형 전극(1)의 경사부의 양 단부에서의 에칭 율(etching rate)을 억제할 수 있어서 열 방향에서의 에칭 균일성을 개선할 수 있다. 바람직하게, 가스 배출구(7)의 열 방향 길이(h1)가 가스 배출구(9)의 길이(h2) 보다 3 mm 내지 20 mm 짧게 설정된다. 길이의 차가 3 mm이하이면, 판형 전극(1)의 경사부의 양 단부에서의 에칭 율 억제 효과가 작아져 바람직하지 않다. 또한 길이의 차가 20 mm이상이면, 방전 제어 가스의 공급량 중 처리에 도움이 되지 않는 무익한 가스량이 증가하게 되어 바람직하지 않다.
도 6과 또 다른 제 3 실시예로서, 도 11에 도시한 바와 같이, 판형 전극(4,5)은 각기 두 개의 길이방향 방전 제어 가스 배출구(15)를 구비하는데, 이 배출구는 판형 전극(1)의 길이방향에서 규정 거리(h3)만큼 서로 이격한 위치에 제공되며, 이 배출구 각각은 판형 전극(1) 측으로부터 방전가스 가스배출구(7)를 통해 방전제어가스 가스 배출구(9) 가까이까지 연장한다. 길이방향 방전 제어 가스 배출구(15)를 통해 판형 전극(1)에 멀리 위치한 가스 배출구(9)에 할당된 가스와 같은 종류의 방전 제어 가스를 분사함으로써, 판형 전극(1)의 경사부(1a)의 양 단부에서의 에칭 율을 억제할 수 있다. 또한, 길이방향 방전 제어 가스 배출구(15)를 통해 분사되는 방전 제어 가스는 또한 판형 전극(1)에서 멀리 위치한 가스 배출구(9)에서 분사된 방전 제어 가스와는 다른 종류로 제공된다.
전술한 본 발명의 실시예는 경사부(1a)를 갖는 판형 전극(1)에 의해 플라즈마 원이 제공되는 경우에 대해서 예시적으로 설명했다. 그러나 유도 결합형 또는 다른 형의 모세관형 혹은 마이크로 갭형 등의 여러 가지 플라즈마 원을 사용할 수 있다.
또한, 전술한 실시예는 판형 전극(1)의 경사부(1a)가 알루마이트 처리에 의한 절연체로 코팅된 경우만을 예시적으로 설명했으나, 이에 제한되지 않으며, 코팅 처리는 CVD, 스퍼터링, 증착(vapor deposition), 열적 분사(thermal spraying), 또는 세라미키(Ceramecky) 코팅 처리 등이 있다.
또한, 전술한 실시예는 판형 전극(1)에서 가까이 위치한 가스 배출구를 통해 공급되는 불활성 가스가 주로 He로 구성되는 경우에 대해서만 예시적으로 설명했으나, He이외의 불활성 가스인 Ne, Ar, Kr 및 Xe 등의 가스 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
전술한 실시예는 판형 전극(1)의 두께가 1 mm인 경우만을 예시적으로 설명했으나, 두께는 이것으로 제한되지 않는다. 또한, 아주 얇은 두께의 판형 전극(1)은 플라즈마로 인해 두께가 두터워지며, 한편 아주 두꺼운 두께의 판형 전극(1)에 의해서 전계 밀도가 감소되어 가공 폭을 미세하게, 가늘게 가공하기(micro-fining) 어려울 뿐만 아니라 전계의 밀도가 감소한다. 따라서 상기 두께는 약 0.1 mm 내지 1.5 mm의 범위가 바람직하다.
또한, 전술한 실시예는 판형 전극(1)과 이 판형 전극(1)에서 먼 가스 배출구(9)사이의 간격이 1.15 mm인 경우만을 예시적으로 설명했으나, 이 간격은 이것으로 제한되지 않는다. 또한, 아주 넓은 간격에 의해 판형 전극(1)에서 먼 가스배출구(9)를 통해 공급된 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의해 방전 영역 억제 효과가 감소한다. 한편, 적당한 가까이의 간격으로 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의해 방전 영역 억제 효과가 커져서 가공 폭을 미세하게 가늘게 가공할 수 있다.
또한, 판형 전극(1)과 이 판형 전극(1)에서 먼 가스 배출구(9)사이의 간격이 약 1.2 mm 이하일 때, 판형 전극(1) 폭 이하의 가공 폭을 얻을 수 있다.
그리고 전술한 실시예는 처리 물(12)과 판형 전극(1)에서 멀리 위치한 가스 배출구(9)사이의 간격이 "m"이고, 처리 물(12)과 판형 전극(1)에서 가깝게 위치한 가스 배출구(7)사이의 간격이 "k"이고, k-m = 1 mm인 경우만을 예시했으나, 이 간격은 이에 제한되지 않는다.
또한, k-m의 값이 0 mm이하이면, 판형 전극(1)에서 멀리 위치한 가스 배출구(9)를 통해 공급된 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의해 방전 영역 억제 효과가 감소하며, 한편, k-m의 값을 과도하게 크게 하면, 높은 방전 개시 전압의 방전 제어 가스에 의해 방전 영역 억제 효과가 과도하게 증가하여 플라즈마 가연성이 열화된다. 한편, 0 mm이상이며, 또한 적당히 작은 k-m의 간격에 의해 플라즈마 가연성을 좋게 할 뿐만 아니라 미세하게 좁은 가공 폭을 얻을 수 있다. 따라서, 간격은 바람직하게 통상 0 mm < k-m ≤3 mm이다.
그리고, 처리 물(12)과 판형 전극(1)에서 멀리 위치한 가스 배출구(9)사이의 간격을 "m", 처리 물(12)과 판형 전극(1)으로부터 멀리 위치한 가스 배출구(7)사이의 간격을 "k"로 놓으면, 0 mm < k-m ≤1 mm이면, 판형 전극(1)의 폭 보다 좁은 가공 폭을 처리할 수 있다.
또한, 플라즈마 원 또는 전극(1)에 DC 전력을 공급하여 에칭 율 및 막 증착 율을 향상시킬 수 있으나, 처리 물(12)이 절연 물질을 포함하는 경우, AC 전력이 바람직하다.
또한, 전술한 실시예는 플라즈마 처리가 주로 SF6로 실행되는 경우만을 예시적으로 설명했는데, 이 SF6가스는 불활성 가스의 방전 개시 전압 이상인 방전 개시 전압을 갖는 방전 제어 가스로서 이용된다. 그러나, 방전 제어 가스는 이에 제한되지 않으며, 주로 CF4가스, O2가스, Cl2가스 등의 가스가 플라즈마 처리용으로 이용될 수 있다.
또한, 전술한 실시예는 플라즈마 처리가 에칭 처리인 경우만을 예시적으로 설명했으나, 플라즈마 처리는 이것으로 제한되지 않으며, 본 발명은 또한 플라즈마 클리닝, CVD, 스퍼터링 및 플라즈마 도핑 등의 각종의 플라즈마 처리에 적용할 수 있다.
그리고, 전술한 실시예는 플라즈마 처리를 위한 처리 물(12)의 재료가 Si인 경우만을 예시적으로 설명했으나, 처리 물(12)은 이에 제한되지 않으며, 본 발명은 각종 타입 기판의 플라즈마 처리 또는 각종 막으로 코팅된 처리 물의 플라즈마 처리에 적용할 수 있다. He와 O2의 혼합 가스를 이용하여, 수지, 또는 포토레지스트나 폴리이미드 등의 에칭 처리를 실행할 수 있다. 더욱이, 시트형 처리 물이 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식으로 전달되는 동안, 이 처리 물의 연속적인 플라즈마처리를 실행할 수 있다. 이와는 달리, 각종의 처리 물의 표면에 플라즈마 CVD 방식으로 박막 증착을 실행할 수 있다.
또한, 전술한 실시예는 플라즈마가 13.56 MHz의 고주파 전력을 생성되는 경우만을 예시적으로 설명했으나, 수백 KHz에서 수 GHz 범위내의 고주파 전력으로 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한 아크 방전으로의 이행이 억제되면서 펄스 전력을 공급함으로써 고효율 플라즈마를 생성할 수도 있다.
또한, 전술한 실시예는 전력이 판형 전극에 인가되는 경우만을 예시적으로 설명했으나, 전력이 인가되는 목표 처리 물은 이에 제한되지 않으며, 판형 전극에 전력이 인가되지 않고, 처리 물에 전력이 인가되는 경우, 또는 처리 물뿐만 아니라 판형 전극에 전력이 인가되는 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예 및 이후의 실시예는 특히, 마이크로기계 등의 제조에 미세한 패턴을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
첫째로, 도 22를 참조하여 종래 기술의 플라즈마 처리 장치에 대해 설명한다.
도면에 있어서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 서로 마주보도록 배치되며, 0.05 mm 깊이 홈을 갖는 1 mm 두께의 알루미늄 판 등으로 형성된 유전체(103,104)가 상기 전극(101,102)사이에 대향 배치되며, 이에 의해 플라즈마 생성을 위한 0.1 mm의 폭을 갖는 방전 공간(105)이 형성된다. 또한, 정합 회로(107)를 통해 제 1 전극(101)에 접속된 고주파 전원(106)에 의해 제 1 전극(101)에 고주파 전력이 인가되고, 제 2 전극(102)이 접지되어 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)사이에 플라즈마 방전이 생성될 수 있다.
또한 동 도면에 있어서, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)사이의 방전 공간(105)의 일단에 가스 배출구(108)가 제공되고, 이 가스 배출구는 가스 파이프(109)를 거쳐 가스 공급 장치(110)에 접속되는데, 상기 가스 파이프에 의해 사용 가스가 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 도입된다. 따라서, 플라즈마 방전을 실행하고, 가스 배출구(108)에 대향한 한쪽의 단면에서 플라즈마 처리를 이용하기 위한 분출구(111)를 설치함으로써, 상기 플라즈마 처리 장치가, 분출구(111)에 근접하여 배치된 처리 물(처리 대상물)(112) 상에서 에칭, 막 증착(film deposition), 표면 개질(surface reforming) 등의 각종의 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
그러나, 도 22에 개시된 종래 기술의 교시에 있어서, 처리 물(112)의 처리 영역에 블리딩이 생길 수 있는 문제가 있다. 이러한 블리딩 발생 현상을 이하 상세히 설명한다.
도 22를 참조하면, 플라즈마 처리를 받는 처리 물(112)의 표면 영역은 분출구(111)에 가까운 영역이므로, 분출구(111)의 개구 구성의 영향을 받을 수도 있다. 그러나, 플라즈마 처리동안 생성된 래디컬이 플라즈마로부터 확산하여 분출구(111)로부터 이격한 영역에 이르려고 할 것이다. 따라서 분출구(111)의 개구 구성의 영향을 감안하지 않더라도 블리딩이 보다 발생하기 쉽게 된다.
종래 기술의 이러한 문제를 감안하여, 본 발명의 제 4 실시예 및 이후의 실시예는 래디컬의 확산을 제어해서 기판의 처리 영역에서 블리딩을 억제함으로써 처리 정밀도가 탁월한 플라즈마 처리를 실행할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제 4 실시를 도 12A 내지 도 15d를 참조하여 설명한다.
도 12A 내지 12C는 제 4 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는데, 도 12A는 이 플라즈마 처리 장치의 부분 단면 정면도이고, 도 12B는 이 장치의 부분 단면 측면도이고, 도 12C는 도 12A의 일부에 대한 확대도이다.
도 12A를 참조하면, 절연체, 금속 또는 반도체로 이루어진 밀봉가능 진공실(301)에 있어서, 판형 제 1 전극(302)과 판형 제 2 전극(303)이 서로 마주보고 배치되고, 각기 예를 들어, 1 mm 두께의 세라믹 또는 알루미늄 판 등으로 형성된 유전체 판(304,305)은 제 1전극(302) 및 제 2 전극(303)과 각기 밀접하게 배치된다. 유전체 판(304,305)은 각기 일례로서 20 mm의 폭과 0.05 mm의 단차(step gap)를 갖도록 형성된 홈(306,307)을 구비한다. 또한 진공 펌프 또는 기타 배기 장치(308)가 압력 조정 장치(309)를 통해 진공실(301)에 접속되어 진공실(301)의 내부 압력을 조정할 수 있다.
또한, 정합 회로(311)를 거쳐서 제 1 전극(302)에 고주파 전원(310)을 접속하여 제 1 전극(302)에 고주파 전력을 인가하는 한편, 제 2 전극(303)을 접지하고 있어서 홈(306,307)에 의해 형성된 0.1 mm 두께의 방전 공간(312)에 플라즈마가 생성된다.
이 때, 홈(306,307)으로 형성된 장방형-평행육면체 방전 공간(312)의 일단(도 12A의 하단)에 가스 공급구(313)가 설치되고, 이 가스 공급구(313)는 가스 파이프(314)를 거쳐 가스 공급 장치(315)에 접속되는 구성으로, 방전 공간(312)에 방전 가스를 도입하여 플라즈마를 생성하고 있다. 더욱이, 플라즈마 처리를 실행하는 경사진 경사부(300)가 가스 공급구(313)에 대향한 일측 상의 유전체 판(304,305)의 단부(도 12A의 상단부)에 설치되고, 방전 공간(312)의 타단을 형성하는 분출구(가스 배출구)(316)가 경사부(300)의 단면(end face)에 설치되어, 분출구(316)에 근접하게 설치된 처리 물(처리 대상물)상에서 에칭, 막 증착, 표면 개질 등의 각종의 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
도 12C에 도시된 경사부(300)는 유전체 판(304,305)의 단부에 배치되고, 처리 물(317)의 대향 평면[즉, 처리 물(317)을 배치 또는 지지하기 위한 기준인 평면]에 통상 나란한 단면(300a,300a) 및 상기 단면(300a,300a)과 측면을 서로 연결하는 경사면(300b,300b)으로 이루어진다. 각각의 경사부(300)의 경사면으로 이루어지는 경사각은 10°이상 80°이하인 것이 바람직하다.
경사각이 10°이하이면, 전계가 과도하게 강하게 집중하게 되어 아크 방전으로의 이행이 쉽게 일어나서 바람직하지 않다. 또한, 경사각이 80°이상이면, 전계의 집중이 낮아질 뿐만 아니라 가공 폭이 넓어져서 바람직하지 않다. 보다 바람직하기로는, 경사각은 30°이상 70°이하 인 것이 좋다. 이 범위내에서 전계의 집중이 적당한 정도로 일어나서 좁은 가공 폭 및 안정한 방전 상태를 얻을 수 있다.
표 1은 도 12A와 같은 장치의 구성으로, 구체예로서, 50 W의 고주파 전력, 진공실(301)내에 도입되는 가스로서 헬륨 가스 및 산소 가스의 혼합 가스가 홈(306,307)에 공급되고, 0.1 mm의 홈 두께(목표 치수)의 조건으로 분출구(316) 1mm 위쪽에 위치한 유기막을 에칭하는 경우에, 가공 치수의 목표 치수로부터의 편차를 도시한다.
[표 1]
편차 (mm)
(A) - 0.02
(B) + 0.22
도 13에 도시한 바와 같이, 표 1의 가공 치수는 에칭된 유기막의 홈형 패턴의 단면 형상에 있어서, 80의 높이 비율에서 요홈부의 폭을 나타내는데, 여기서, 가공전의 표면 높이 비율을 100이라 할 때, 가공후의 요홈부의 바닥 높이 비율을 0으로 한다. 또한, 표 1의 (A)의 경우는, 도 14A에 도시한 플라즈마 처리 장치의 구성에서 도시한 바와 같이, 분출구의 경사부(300)의 외측 상에서 45도 경사(테이퍼) 가공이 실행된 경우를 도시한다. 또한, 표 1의 (B)의 경우는, 도 14B에 도시한 플라즈마 처리 장치의 구성에서 도시한 바와 같이, 분출구 외측에 아무런 경사부를 설치하지 않고 경사 가공이 실행되지 않은 경우를 도시한다. 도 14B에 있어서, 참조 부호 304', 305'는 경사부(300)가 없는 상태의, 유전체 판(304,305)에 대응하는 유전체 판을 각각 나타낸다.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 표 1(A)에서는 기대했던 바와 같은 처리 정밀도를 갖는 목표 치수를 얻을 수 있었지만, 표 1(B)에서는 목표한 것보다 큰 가공 치수 결과를 얻었다. 표 1(A) 및 1(B) 경우의, 처리 동안의 플라즈마 분포 및래디컬 분포를 도 15b(도 15b의 위치는 도 15a의 X-X'라인을 따른 위치를 나타냄) 및 도 15d(도 15d의 위치는 도 15d의 X-X'라인을 따른 위치를 나타냄)에 도시한다.
도 15b 및 도 15d를 참조하면, 도 15b의 그래프에 있어서 플라즈마 및 래디컬이 통상 홈 폭과 같은 폭에 분포되는데, 도 15d의 그래프는 플라즈마가 상기 홈 폭과 통상 같은 폭에 분포하지만, 래디컬은 그 확산이 상기 홈 폭 이상으로 분포되는 처리 결과를 도시한다. 그 이유는, 도 15d의 그래프에 대응하는 도 15c의 장치 구성에 있어서, 유전체 판(304',305')의 단면이 처리 물(317)의 표면에 나란하게 되는데, 여기서 처리 물(317)에 대해 좁은 공간이 형성되는 반면, 도 15b에 대응하는 도 15a의 장치 구성에 있어서, 유전체 판(304,305)의 단부에 경사부(300,300)를 설치함으로써 래디컬이 확산되는 공간이 생성되어 래디컬의 국부화가 억제되기 때문으로 판단된다.
전술한 구성으로부터, 분출구(316)를 처리 물(317)에 근접해서 설치함으로써 처리 대상 영역의 블리딩의 발생이 제 1 전극(302) 및 제2 전극(303)에 대해서 억제될 수 있다. 이 때, 분출구(316)의 외측면과 처리 물(317)의 표면으로 형성된 각도 즉, 경사부(300)의 경사면(300b)의 경사각은, 래디컬이 전술한 바와 같이 고농도(밀도)로 국부적으로 존재하도록 억제하면 좋으며, 처리 물의 표면에 대해서 10도의 경사각이 효과적이고, 80도까지의 확장 각도로 더 큰 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 80도 이상의 유전체 판의 경사 가공은 실행하기 어려우므로 부적합하다.
또한, 분출구(316)는 가공의 제약 때문에 처리 물(317)에 나란한 부분[단면(300a)]을 구비할 수 있으나, 이 때, 상기 나란한 부분은 가능한 한 작아야 하며, 이 부분을 목표 치수(홈 두께)의 10% 내지 50%로 설명하면, 고 정밀도의 에칭을 실행할 수 있다.
플라즈마 방전을 개시하기 위해, 상기 압력 및 제1 전극과 제 2 전극사이에 존재하는 갭에 대응하는 소정 전압이 필요하다. 이는 파첸의 법칙(Paschen's law)으로 알려져 있다. 파첸의 법칙에 따르면, 방전 공간의 압력 P와 방전 공간의 두께 D에 대해서, 이들의 적(積)이 정의되며, 이 적 PD에 대응하는 최소 점화 전압 이상의 전압이 서로 대향하는 제 1 전극과 제2 전극사이에 인가되어 플라즈마를 생성할 수 있다.
서로 대향하는 제 1 전극과 제 2 전극사이에 과도하게 높은 전압을 인가하면, 아크 방전으로 이행하여 전극 손상 등의 위험한 상태로 된다. 제 4 실시예에 있어서, 안전을 위해, 서로 대향한 제 1 전극과 제 2 전극사이에 인가되는 전압은 일례로서, 1kV로 규정되고, 이 때, 점화 전압 Vs는 약 0.1 (Pa·m) 내지 120 (Pa·m) 범위내의 공기에 대한, 적 PD로서 1kV 이하를 만족했다. 따라서, 적 PD가 0.1 (Pa·m) 내지 120 (Pa·m)의 범위내에 있는 조건에서 처리가 실행된다. 그러나, 제 4 실시예에 있어서, 용기(챔버), 배기 장치 등을 장비한 장치를 사용해서 다른 목적을 위해 여러 검토를 할 수 있지만, 이들 장치는 반드시 필요치는 않으며, 용기 외에서 처리를 실행하여도 본 발명의 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
상기 제 4 실시예에 있어서, 알루미늄 판이 유전체로서 이용되고, 이 유전체는 플라즈마 생성을 위해 정합의 용이성을 고려할 때, 4 이상의 유전 상수를 갖는 것이면 바람직하다. 또한, 유전체는 플라즈마에 노출되므로, 플라즈마 내성이 높은, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 지르코늄, 질화 알루미늄, 질화 실리콘 중 하나만을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 제 4 실시예는 진공실(301)로 도입되는 방전 가스가 헬륨 가스 및 산소 가스인 경우를 기술했으나, 다른 희(希)가스가 헬륨 가스 대신에 이용되는 경우에도 플라즈마를 생성할 수 있다. 특히, 희가스로서 헬륨 등을 이용하는 것이 대기압 근처의 압력 영역에서의 플라즈마의 생성에 적합하며, 아르곤 가스를 이용하면, 가공 정밀도를 개선하는 경향이 있으며, 가공 정밀도에 따라 이들 중하나를 선택하거나 이들을 혼합할 수 있다.
또한, 에칭 처리를 실행하기 위해서는, 상기 희가스에 활성인 래디컬을 생성하는 다른 가스를 적절히 첨가할 수 있다. 제 4 실시예는 산소의 경우에 대해서만 설명했으나, 할로겐 래디컬을 생성하는 할로겐 원소 함유가스를 이용하면, 비교적 높은 처리 속도를 얻을 수 있다. 할로겐 원소 함유가스 중에서, 비교적 용이하게 입수할 수 있는 것으로는, 불소, 불화 수소, 4불화 탄소, 3불화 메탄, 8불화 부텐, 6불화 유황, 염소, 염화수소, 3염화 붕소, 4염화 규소 등이 있으며, 할로겐 이외에 유화물을 형성하는 유화 수소 등을 이용하는 것도 있다.
또한 제 4 실시예는 마이크로 플라즈마 원에 고주파(RF) 전원으로 전력을 공급하는 경우만을 기술했으나, DC 전원을 이용할 수도 있다. 그리고, RF 전원의 경우, 인가 주파수로서 400kHz 이상을 선택하면, 방전 개시가 용이하며, 500 MHz 이하를 선택하면, 방전 영역을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, RF 및 DC 전원의 펄스 전력 인가로 플라즈마 중의 화학 종(species) 또는 그 비율을 변화시킬 수 있어서, 고 처리 정밀도를 갖는 플라즈마 처리가 가능하다. 펄스 인가 주기에 대해서, 1 ㎲이하의 인가로서 반응 생성물의 배기 효율을 증가시킬 수 있으므로, 플라즈마 중의 화학 종을 변화시킬 수 있으며, 1 ㎳이하의 인가에서는 펄스 제어가 어려우므로, 바람직하지 않다.
따라서, 펄스 인가 주기는 1 ㎳ 내지 1 ㎲가 바람직하다. 또한, 펄스 주기내의 ON 시간의 비율인 듀티비(duty ratio)와 관련하여, 80% 이하의 듀티비에서 반응 생성물의 배기 효율이 증가하므로 플라즈마 중의 화학 종을 변화시킬 수 있으나, 1% 이하의 듀티비에서는, 펄스의 제어가 어려우므로 바람직하지 않다. 즉, 1% 내지 80%의 듀티비에서 처리를 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 제 4 실시예에 있어서, 각기 20 mm의 폭과 0.05 mm의 단차의 홈(306,307)을 구비한 알루미늄 판(304,305)이 서로 대향 배치되며, 20 mm의 길이와 0.1 mm의 폭의 선형 개구부를 갖는 분출구(316)를 형성하여 선형 처리 영역을 제공할 수 있다. 선형 개구부를 갖는 이러한 분출구(316)를 형성함으로써, 처리 물(317)과 분출구(316)의 상대 위치를 변화시키지 않고 선형 영역에 걸쳐 플라즈마 처리를 실행할 수 있다. 여기서, 분출구(316)의 개구부 선폭(line width)이 1 mm이상 또는 1 ㎛의 범위에 있는 경우, 대기압 근처에서 점화전압이 높아지기 때문에 플라즈마 처리를 안정하게 실행할 수 없다. 따라서, 선형 처리 영역의 분출구(316) 및 선폭은 1 ㎛ 내지 1 mm의 범위가 바람직하다.
본 발명의 제 5 실시예를 도 16A 및 도 16B를 참조하여 설명한다.
도 16A 및 도 16B는 도 12A의 플라즈마 처리 장치와 유사하지만, 처리 물(처리 대상물)(317)이 배치되고, 세로 방향에서 처리 물(317)을 미세하게 조정할 수 있는 스테이지(stage)를 구비한 처리 물 간격 조정 장치(318)를 이용하여 처리 물(317)과 분사구(316)사이의 상대 간격을 변화시킬 수 있는 점에서 다르다.
도 16A는 제 5 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 부분 단면 정면도이고, 도 16B는 그 부분 단면 측면도이다. 처리 정밀도를 열화시키는 래디컬의 확산은 처리 물(317)과 분출구(316)사이의 상대 간격이 큰 경우에 발생하는 경향이 있다. 처리 물(317)과 분출구(316) 사이의 간격이 작으면, 고농도로 분출구(316) 주위에 래디컬이 쌓이게 된다. 따라서, 제 5 실시예에 있어서는 X-Y 테이블과 같은 처리 물 간격 조정 장치(318)를 이용하는데, 이에 의해 처리 물(317)을 지지하는 한 쌍의 암(318a)이 슬라이드 메커니즘의 도움으로 도 16A 및 도 16B에 도시된 바와 같이, 자유롭게 이동할 수 있고, 수직방향으로 조정될 수 있어서, 처리 물(317)과 분출구(316)사이의 간격을 최적의 간격으로 조정할 수 있다.
표 2는, 도 16A 및 도 16B와 같은 장치의 구성으로, 처리 물(317)과 분출구(316)사이의 간격을 처리 물 간격 조정 장치(318)로 변화할 수 있고, 50 W의 고주파 전력, 홈에 도입되는 플라즈마 처리가스로서, 헬륨 가스 및 산소 가스의 혼합 가스의 가스 흐름, 0.1 mm의 홈 두께(목표 치수)의 조건에서 플라즈마가 생성되어 분출구(316) 위쪽에 위치한 유기막을 에칭하는 경우에, 가공 치수의 목표 치수로부터의 편차를 도시한다.
[표 2]
편차(mm)
(A) - 0.02
(B) + 0.18
표 1의 (A)의 경우는, 처리 물(317)과 분출구(316)의 간격이 처리 물 간격 조정 장치(318)를 이용하여 1 mm로 설정한 경우를, 표 2의 (B)의 경우는, 이 간격을 0.5 mm로 설정한 경우를 도시한다.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 처리 정밀도에 있어서, 표 1(A)에서는 통상, 목표로 했던 바와 같은 치수가 얻어 졌으며, 표 2(B)의 결과는 목표했던 치수보다 더 넓게 확산되어 있음을 확인할 수 있었다. 이는 최적의 상대 간격은 실제로 흐르는 가스량과 경사면(330b)의 경사각으로 결정되는 것을 나타낸다. 따라서, 실제로 흐르는 가스량과 경사면(300b)의 경사각에 대한 정보에 의거하여 제 5 실시예에 따른 처리 물 간격 조정 장치(318)의 동작을 제어 장치(400)에 의해 제어하므로 , 처리 물(317)과 분출구(316)사이의 간격을 최적으로 제어할 수 있다. 제어 장치(400)는 고주파 전원(310), 배기 장치(308) 및 가스 공급 장치(315) 등의 동작을 제어하도록 설계된다.
또한, 제 5 실시예는 처리 물(317)의 위치가 처리 물 간격 조정 장치(318)를 이용하여 이동되는 경우만을 상세히 설명했으나, 처리 물(317)과 분출구(316)의 어느 것을 이동할 수 있게 설정하여도 유사한 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
본 발명의 제 6 실시예를 도 17A 및 도 17B 그리고 도 18A 내지 도 18C를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제 6 실시예를 도 17A 및 도 17B 그리고 도 18A 내지 도 18C를 참조하여 상세히 설명한다.
도 17A 및 도 17B는 도 12A의 플라즈마 처리 장치와 유사하지만, 한 쌍의 결합 부재(309a,309a)로서 제 1 전극(302) 및 제 2 전극(303)에 결합된 X-Y 테이블 같은 스테이지를 구비하여 제 1 전극 (302) 및 제 2 전극(303)만을 세로 방향으로 미세 조정할 수 있는 전극 간격 조정 장치(319)를 구비하고 있다.
또한, 처리 물(317)에 대한 가공 치수의 그 목표 치수로부터의 편차와 처리 속도와의 관계는 예비적으로 결정되고, 이러한 관계에 의하여 전극 간격 조정 장치(319)의 동작을 제어 장치에 의해 제어하여 분출구(316)에 대한 제 1 전극 및 제 2 전극으로부터의 상대 간격을 최적으로 조정할 수 있다. 제어 장치(401)는 고주파 전원(310), 배기 장치(308) 및 가스 공급 장치(315) 등의 동작을 제어하도록 설계된다.
도 17A는 제 6 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 부분 단면 정면도이고, 도 17B는 그 부분 단면 측면도이다. 방전 공간 주위에서는, 제 1 전극(302)과 제 2 전극(303)에 가까울수록 래디컬의 농도가 높아지는 것으로 생각되므로, 래디컬 농도는 제 1 전극(302)과 처리 물(317)사이의 상대 거리 또는 제 2 전극(303)과 처리 물(317)의 상대 거리에 의해 좌우된다.
래디컬 농도는 처리 물(317)과 제 1 전극(302)사이의 간격뿐만 아니라 처리 물(317)과 제 2 전극(303)사이의 간격의 감소에 따라 증가한다. 또한, 처리물(317)과 제 1 전극(302)사이의 간격뿐만 아니라 처리 물(37)과 제 2 전극(303)사이의 간격이 좁아지면, 일부에 있어서 래디컬의 고농도 국부화도 발생한다. 이와 관련하여, 제 6 실시예에 있어서 처리 물(317)에 대한 가공 치수의 그 목표 치수로부터의 편차와 처리 속도와의 관계는 예비적으로 결정되고, 이러한 관계에 의해서, 제어 장치(401)의 제어 하에 전극 간격 조정 장치(319)에 의해 조정 제어가 실행되어 제 1 전극(302)과 처리 물(317)사이의 간격 또는 제 2 전극(303)과 처리 물(317)사이의 간격을 조정할 수 있다.
표 3의 열 (A) 내지 (C)는 가공 치수의 그 목표 치수로부터의 편차와 그와 관련된 처리 속도(율)를 나타내고 있는데, 여기서 도 18A 내지 도 18C에 도시된 장치 구성을 이용하여, 처리 물(317)과 분출구(316)(도 18A 내지 도 18C에 도시된 길이)사이의 간격이 1 mm로 일정하게 유지되고, 또한 분출구(316)와 제 1 전극(303)의 단면사이의 간격이 가변되는 조건에서 유기 막의 에칭을 실행했다.
[표 3]
편차(mm) 비율(㎛/min)
(A) - 0.02 1.04
(B) + 0.01 0.05
(C) + 0.16 2.01
여기서, 50 W의 고주파 전력이 인가되고, 플라즈마 처리 가스로서, 헬륨 가스와 산소 가스의 혼합 가스가 홈(306,307)을 통해 흐른다. 도 18A는 분출구(316)와 제1 전극(302)의 단면 사이의 간격 그리고 분출구(316)와 제 2 전극(303)의 단면 사이의 간격(도 18A 내지 도 18C에서 "b"로 도시된 길이)이 각기 1mm로 설정된 경우를 도시하고, 도 18B는 이 간격이 각기 2 mm로 설정된 경우를 도시하며, 도 18C는 이 간격이 각기 0.5 mm로 설정된 경우를 도시한다.
표 3의 (A) 경우는, 가공 치수가 목표 치수로부터 작은 편차를 나타내는데, 이는 목표로 했던 에칭 결과이며, 또한 고속의 처리 속도 즉, 처리 율(㎛/min)을 나타내며, 1 ㎛/min이다. 표 3의 (B)의 경우는, 표 3의 (A)의 경우와 편차가 크게 다르지 않지만, 처리 속도는 0.05 ㎛/min으로 매우 느리다. 이는 처리 물에 도달하는 래디컬의 량이 작기 때문으로 생각된다. 표 3의 (C)의 경우는, 표 3 (A)의 경우와 비교할 때, 처리 물에 전극 위치가 가깝기 때문에 처리 속도가 2 ㎛로 매우 고속이지만, 편차가 매우 크게되어 충분한 처리 정밀도를 얻을 수 없다. 도시한 바와 같이, 제 6 실시예에 있어서, 가공 치수의 그 목표 치수로부터의 편차와 처리 속도와의 관계는 예비적으로 결정되며, 이러한 관계 정보에 의거하여 제어 장치(401)의 제어 하에 전극 간격 조정 장치를 이용하여 배치의 최적화가 실행된다. 따라서, 높은 처리 정밀도와 함께 높은 처리 속도를 용이하게 만족시킬 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 7 실시예를 도 19A 및 도 19B를 참조하여 설명한다.
도 19A 및 도 19B는 도 12A와 유사한 장치를 도시하지만, 래디컬 농도를 감소시킬 수 있는 방전 제어 가스(처리 영역 제어 가스)가 방전 제어 가스 배출구(320a,320a)로부터 배출되어 분출구(316) 근처의 알루미늄 판 유전체 판(304)과 알루미늄 판 유전체 판(305)의 단면의 경사부의 외측 면을 따라 흐르게하는 방전 제어 가스 공급 장치(320)를 구비하고 있다.
여기서, 도 19A는 장치의 부분 단면 정면도이고, 도 19B는 그 부분 단면 측면도이다. 분출구(316) 근처에 알루미늄 판 유전체 판(304)과 알루미늄 판 유전체 판(305)의 단면을 경사 가공하여 경사부(300)를 설치함으로써, 분출구(316) 근처의 래디컬의 고 농도 국부화가 억제되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제어 장치(402)의 동작제어 하에, 방전 제어 가스 배출구(320a,32a)로부터 경사부(300)의 분출구(316) 근처 쪽으로 흐른 방전 제어 가스에 의해 플라즈마 처리 영역을 제어함으로써, 래디컬의 확산을 가속화시킬 수 있다. 제어 장치(402)는 방전 제어 가스 공급 장치(320), 고주파 전원(310), 배기 장치(308) 및 가스 공급 장치(315)의 동작을 제어하도록 설계한다.
표 4는 도 19A 및 도 19B와 유사한 장치 구성으로 유기 막의 에칭이 실행된 경우의 가공 치수의 그 목표 치수로부터의 편차를 나타낸다.
[표 4]
편차 (mm)
(A) 0.00
(B) + 0.06
이 때, 100 W의 고주파 전력이 방전 처리 가스(방전 가스)로서 인가되고, 헬륨 가스 및 산소 가스가 홈(306,307)을 통해 흐른다. 표 4(A)의 경우는, 방전 제어 가스의 일례로서, 방전 제어 가스 공급 장치(320)로부터 질소 가스가 공급되는 경우를 도시하고, 표 4(B)의 경우는, 방전 제어가 가스가 인가되지 않는 경우를 도시한다. 표 4(A)의 경우는, 가공 치수의 목표 치수로부터의 편차가 작은데, 이는 목표로 한 처리 결과이다. 그러나, 표 4(B)의 경우는, 다소 큰 편차를 나타내는데, 이는 다량의 래디컬이 생성되어, 래디컬 농도가 경사부(300)로의 확산에 의해서도 충분히 만족할 만큼 희박해지지 않게 되어 분출구(316) 근처에 에칭이 발생했기 때문으로 생각된다. 이와는 대조적으로 표 4 (A)의 경우는, 방전 제어 가스의 흐름으로, 래디컬이 경사부(300)쪽으로 국부화되지 않고 확산되었기 때문으로 생각된다.
전술한 제 7 실시예에 있어서, 질소 가스가 방전 제어 가스로서 이용되었지만, 헬륨 등의 플라즈마 발생을 용이하게 하는 기타의 가스에 의해서 처리 영역 억제 효과를 얻을 수 있는데, 아르곤, 산소 등이 효과적이다.
또한 전술한 제 7 실시예는 전극(302,303)사이의 방전 공간이 유전체 (304,305)를 이용하여 형성되는 마이크로 플라즈마 원을 기술하였으나, 유전체는 전극 보호를 위해 사용된다. 도 20A에 도시된 유전체 구조와는 다른 구조를 사용하여도, 또한, 도 20B에 도시한 바와 같이, 전극(302,303)을 이격, 대향시켜 방전 공간을 형성한 경우에도, 분출구에 대응하는 전극(302,303)쪽의 외측 단부 단면이 경사 구성으로 형성되는 경우라면, 유전체를 사용한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 8 실시예를 도 21A 내지 도 21C를 참조하여 설명한다.
도 21A는 도 19A의 장치와 유사하지만, 도 19A의 구조 외에 두 개의 유전체 판(321,322)을 구비한다. 유전체 판(321,322)은 각기 표면에 홈을 가지며, 또한 유전체 판(321)과 유전체 판(304)사이에 방전 제어 가스 흐름 통로(323)를, 유전체 판(322)과 유전체 판(305)사이에 방전 제어 가스 흐름 통로를 구비하고 있다.
방전 제어 가스 공급 장치(320)로부터 방전 제어 가스 흐름 통로(323,324)의 부분에 처리 제어 가스를 흐르게 함으로써, 분출구(316)주위에 방전 제어 가스가 용이하게 공급될 수 있어서 높은 처리 정밀도로 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
도 21B 및 도 21C에 도시한 바와 같이, 유전체 판(321)의 홈(323) 부분은, 각기 해칭으로 도시하는데, 도 21C에 도시한 바와 같이, 통상 L형의 방전 제어 가스 흐름 통로(323)를 유전체 판(321)에서 예비적으로 가공하면, 플라즈마 처리 가스가 분출구(316)에서 분출되는 방향에 수직한 방향으로 방전 제어 가스가 흐를 수 있다. 또한, 도 21C에 도시한 바와 같이, 방전 제어 가스 흐름 통로(323)를 상기 유전체 판에서, 그 폭을 하단 부분보다 상단 부분에서 중심이 넓게 가공하면, 처리 물(317)에 수직한 방향에서 방전 제어 가스를 흐르게 할 수 있다. 도 21B의 방향에서 처리를 실행하는 경우, 플라즈마 처리 가스와 방전 제어 가스사이에 간섭이 적게 되어 높은 처리 정밀도를 얻을 수 있다.
그러나, 헬륨만을 플라즈마 처리 가스에서 희 가스로서 이용한 경우, 처리 영역에 큰 블리딩이 있게 된다. 따라서, 도 21C에 도시한 바와 같이, 처리 물 표면에 수직으로 방전 제어 가스를 공급함으로써, 높은 처리 정밀도를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 경사형상의 분출구를 구비하는 것으로 래디컬의 확산을 제어할 수 있기 때문에 처리영역의 블리딩을 억제할 수 있는 가공 정밀도로 우수한플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한 전술한 실시예 중 임의의 실시예를 적당히 조합해서도 그 각각의 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 여러 실시예를 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은, 이에 제한되지 않으며, 이하의 부속 청구범위의 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형실시할 수 있다.

Claims (17)

  1. 플라즈마에 의해 처리물을 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    대기압 근처의 압력하에서 처리 물에 대향하게 배치할 수 있는 판형 전극에 인접하게, 판형 절연체가 배치된 상태에서, 상기 판형 전극 주위에 배치되고, 상기 판형 절연체로 둘러싸여지게 형성되며, 또한 상기 판형 전극과의 간격이 서로 다른, 최소한 2 라인(two-line) 가스 배출구중 상기 판형 전극에 가까이 위치한 하나의 가스 배출구로부터 처리 물 근처에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하면서, 다른 가스 배출구로부터 처리 물 근처에 방전 제어 가스를 공급하는 단계; 및
    가스의 공급과 동시에 판형 전극 또는 처리 물에 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 2 라인 가스 배출구중 판형 전극에서 먼 가스 배출구로부터 공급된 방전 제어 가스는 불활성 가스의 방전 개시 전압 이상의 방전 개시 전압을 갖는 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 판형 전극으로부터 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구 길이가 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구보다 작은 상태에서, 방전 제어 가스용 가스 배출구로부터 배출된 방전 제어 가스가 방전 가스용 배출구로부터 배출된 방전 가스 근처에 존재하는 동안, 처리 물의 플라즈마 처리가 실행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 He, Ar, Ne 및 Xe 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스는, 반응성 에칭 가스로서, SF6, CF4또는 기타 CxFy(여기서, x 및 y는 자연수), NF3, O2, Cl2및 HBr 등의 할로겐 함유 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스는, 50 % 이하의 He 농도를 갖는 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 물이, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스가 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 가스 배출구 근처의 전기 방전을 억제하는 특성을 갖는 가스인 상태에서 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 물은, 방전 개시 전압이 상기 불활성 가스 이상인 상기 방전 제어 가스가 가스 흐름이 없는 상태에 비해, 선형 방전 폭이 작게 되는 특성을 갖는 가스인 상태에서 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 물은, 상기 처리 물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부가 경사부(taper portion)를 가진 상태에서 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 물은, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격이, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격 이하인 상태에서 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격을 m으로 놓고, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격을 k라 할 때,
    0 mm < k-m ≤1 mm가 성립하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  12. 판형 전극;
    판형 절연체로서, 상기 판형 전극에 인접하고, 처리 물과 마주하는 상기 판형 전극 표면의 일부를 덮지 않는 위치에 배치된 판형 절연체;
    상기 판형 전극 또는 상기 처리 물에 전력을 인가하는 전원 장치;
    상기 판형 전극 가까이에 배치되고, 상기 판형 전극에의 간격이 서로 다른 최소한 2 라인 가스 배출구중 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 하나의 가스 배출구에 불활성 가스를 함유하는 방전 가스를 공급하는 방전 가스 공급 장치; 및
    상기 판형 전극 가까이 배치되고, 상기 판형 전극에의 간격이 서로 다른 적어도 2 라인 가스 배출구중 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 하나의 가스 배출구에 상기 불활성 가스의 방전 개시 전압 이상의 방전 개시 전압을 갖는 방전 제어 가스를 공급하는 방전 제어 가스 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 판형 전극의 표면은 적어도 경사부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구 길이는, 상기 판형 전극에 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구의 열 방향 개구 길이 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 처리 물과 마주하는 판형 절연체의 표면의 일부는 경사부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 12항에 있어서, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격은, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 처리 물과 상기 판형 전극에서 멀리 위치한 방전 제어 가스용 가스 배출구사이의 간격을 m으로 놓고, 상기 처리 물과 상기 판형 전극에 가깝게 위치한 방전 가스용 가스 배출구 사이의 간격을 k라 할 때,
    0 mm < k-m ≤1 mm가 성립하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
KR1020030059224A 2002-08-26 2003-08-26 플라즈마 처리 방법 및 장치 KR100921844B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002244698 2002-08-26
JPJP-P-2002-00244698 2002-08-26
JP2002248246 2002-08-28
JPJP-P-2002-00248246 2002-08-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040018988A true KR20040018988A (ko) 2004-03-04
KR100921844B1 KR100921844B1 (ko) 2009-10-13

Family

ID=32301169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030059224A KR100921844B1 (ko) 2002-08-26 2003-08-26 플라즈마 처리 방법 및 장치

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7157659B2 (ko)
KR (1) KR100921844B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100099147A (ko) * 2007-12-06 2010-09-10 인테벡, 인코포레이티드 기판의 양면 스퍼터 에칭을 위한 시스템 및 방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8471171B2 (en) * 2004-05-28 2013-06-25 Robert O. Price Cold air atmospheric pressure micro plasma jet application method and device
US8367967B2 (en) * 2004-10-29 2013-02-05 United Technologies Corporation Method and apparatus for repairing thermal barrier coatings
TW200742506A (en) * 2006-02-17 2007-11-01 Noritsu Koki Co Ltd Plasma generation apparatus and work process apparatus
TW200816881A (en) * 2006-08-30 2008-04-01 Noritsu Koki Co Ltd Plasma generation apparatus and workpiece processing apparatus using the same
US20120129318A1 (en) * 2010-11-24 2012-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Atmospheric pressure plasma etching apparatus and method for manufacturing soi substrate
KR102139391B1 (ko) * 2012-05-18 2020-07-30 레이브 엔.피., 인크. 오염 제거 장치 및 방법
US10526708B2 (en) 2012-06-19 2020-01-07 Aixtron Se Methods for forming thin protective and optical layers on substrates
US20130337657A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-19 Plasmasi, Inc. Apparatus and method for forming thin protective and optical layers on substrates
CN109154598B (zh) 2016-05-19 2023-01-10 威斯康星校友研究基金会 用于研究生物分子的溶剂可及性和三维结构的方法、***和组合物
US10923331B1 (en) * 2016-10-22 2021-02-16 Surfx Technologies Llc Plasma cleaning device and process

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08327959A (ja) * 1994-06-30 1996-12-13 Seiko Epson Corp ウエハ及び基板の処理装置及び処理方法、ウエハ及び基板の移載装置
BE763709A (fr) * 1971-03-03 1971-08-02 Soudure Autogene Elect Plasma en rideau.
US4111782A (en) * 1974-12-23 1978-09-05 Telic Corporation Sputtering apparatus
JPH03232794A (ja) 1990-02-05 1991-10-16 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk 気相成長装置
US5272414A (en) * 1990-05-08 1993-12-21 I.T.M. Corporation Discharge element, method of producing the same and apparatus comprising the same
US5549780A (en) * 1990-10-23 1996-08-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for plasma processing and apparatus for plasma processing
JPH0817171B2 (ja) 1990-12-31 1996-02-21 株式会社半導体エネルギー研究所 プラズマ発生装置およびそれを用いたエッチング方法
JPH05245644A (ja) 1992-03-03 1993-09-24 Nippondenso Co Ltd 微細加工機
US5391855A (en) * 1991-08-01 1995-02-21 Komoto Tech, Inc. Apparatus for atmospheric plasma treatment of a sheet-like structure
KR960000190B1 (ko) 1992-11-09 1996-01-03 엘지전자주식회사 반도체 제조방법 및 그 장치
JP3345079B2 (ja) * 1993-02-26 2002-11-18 株式会社半導体エネルギー研究所 大気圧放電装置
GB9321489D0 (en) * 1993-10-19 1993-12-08 Central Research Lab Ltd Plasma processing
JPH07211654A (ja) 1994-01-12 1995-08-11 Semiconductor Energy Lab Co Ltd プラズマ発生装置およびその動作方法
JP3173754B2 (ja) 1994-01-13 2001-06-04 株式会社半導体エネルギー研究所 プラズマ発生装置
US5567255A (en) 1994-10-13 1996-10-22 Integrated Process Equipment Corp. Solid annular gas discharge electrode
JPH1064887A (ja) 1996-08-20 1998-03-06 Sony Corp ドライエッチング方法及びドライエッチング装置
JPH10335312A (ja) 1997-06-02 1998-12-18 Niigata Eng Co Ltd ラジカル反応によるパターニング方法
JP2000174004A (ja) 1998-12-03 2000-06-23 Chemitoronics Co Ltd プラズマエッチングの方法およびその装置
KR100458779B1 (ko) * 2000-03-27 2004-12-03 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 금속막의 제작방법 및 그 제작장치
JP4610069B2 (ja) 2000-11-14 2011-01-12 積水化学工業株式会社 半導体素子の製造装置
JP4495851B2 (ja) 2000-11-15 2010-07-07 積水化学工業株式会社 半導体素子の製造装置
JP2004076076A (ja) 2002-08-14 2004-03-11 Konica Minolta Holdings Inc 大気圧プラズマ処理装置及び大気圧プラズマ処理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100099147A (ko) * 2007-12-06 2010-09-10 인테벡, 인코포레이티드 기판의 양면 스퍼터 에칭을 위한 시스템 및 방법
US9165587B2 (en) 2007-12-06 2015-10-20 Intevac, Inc. System and method for dual-sided sputter etch of substrates

Also Published As

Publication number Publication date
US20040096581A1 (en) 2004-05-20
US7157659B2 (en) 2007-01-02
US20070075039A1 (en) 2007-04-05
KR100921844B1 (ko) 2009-10-13
US7604849B2 (en) 2009-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7604849B2 (en) Plasma processing method and apparatus
US11728139B2 (en) Process chamber for cyclic and selective material removal and etching
CN102473634B (zh) 等离子体处理装置和等离子体处理方法
TWI452627B (zh) Plasma processing apparatus and method
US9236265B2 (en) Silicon germanium processing
TW201928109A (zh) 多區域氣體分配系統及方法
KR101019930B1 (ko) 개구 측벽들 상에 형성된 폴리머를 처리함으로써 고종횡비 개구들의 에칭 프로파일 구부러짐 및 휨을 방지하는 방법
KR20180051663A (ko) 원자 레벨 레졸루션 및 플라즈마 프로세싱 제어를 위한 방법들
JP2014057057A (ja) 増強プラズマ処理システム内でのプラズマ強化エッチング
US20220051904A1 (en) Etching method
KR20070106415A (ko) 시간 변조를 이용하여 서로 상이한 방사상 가스 주입존에서의 서로 상이한 식각률 및 폴리머-증착률을 갖는,폴리머화 식각 가스를 이용하는 플라즈마 식각 공정
KR20010080234A (ko) 플라즈마 에칭 방법
KR20170000340A (ko) 에칭 방법
JPH08158072A (ja) ドライエッチング装置
TW202040687A (zh) 電漿處理方法
TWI777288B (zh) 等離子體處理設備及其氣體擋板結構、等離子體處理方法
JP2004111381A (ja) プラズマ処理装置及び方法
KR102575677B1 (ko) 다중복합 물질을 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 장치
JP4608827B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP4134741B2 (ja) プラズマエッチング方法
WO2022244638A1 (ja) プラズマ処理装置及びｒｆシステム
JP7229750B2 (ja) プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置
KR100489624B1 (ko) 상압 플라즈마 발생 장치
JP2004006262A (ja) プラズマ処理方法および装置
JP2004084062A (ja) プラズマ処理方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee