KR20040111486A - Ｅｃｒ 플라즈마 소스 및 ｅｃｒ 플라즈마 장치 - Google Patents

Ｅｃｒ 플라즈마 소스 및 ｅｃｒ 플라즈마 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 ECR 플라즈마 소스는, 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서 대략 구형 단면을 가지는 플라즈마 생성실(10)과, 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서 대략 구형 형상으로 권선된 자기 코일(20, 21)과, 단부가 종단된 직접 도입 방식 또는 분기 결합 도입 방식의 도파관(30) 또는 마이크로파 공동 공진기로 구성되고, 이 도파관(30) 또는 마이크로파 공동 공진기 내부의 마이크로파 동상부에 상당하는 측면에 설치된 복수의 개구부(34)로부터, 플라즈마 생성실(10) 내로 마이크로파를 전송한다. 또, ECR 플라즈마 장치에, 상술의 ECR 플라즈마 소스를 구비하고, 또한 대형 시료를 이동시키기 위한 시료 이동 기구를 구비한다.

Description

ＥＣＲ 플라즈마 소스 및 ＥＣＲ 플라즈마 장치{ECR Plasma Source and ECR Plasma Device}
ECR(Electron　Cyclotron　Resonance) 플라즈마 소스는, 플라즈마 생성실 내에 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수가 있기 때문에, 반도체 레이저, SAW(Surface　Acoustic　Wave) 디바이스, LSI 등에 대한 스퍼터링(sputtering) 장치나 에칭(etching) 장치의 플라즈마 소스로서 이용되고 있다.
ECR 플라즈마 소스는 플라즈마 생성실과, 자기 코일과, 마이크로파 도입부로 구성되어 있지만, 종래의 ECR 스퍼터링 장치나 에칭 장치에서는, 주로 정치시킨 웨이퍼 형상의 원형 시료를 처리 대상으로 하고 있었기 때문에, 이러한 장치에 구비되는 ECR 플라즈마 소스는, 플라즈마 흐름에 수직한 면내의 단면 형상이 원형의 플라즈마 생성실과, 플라즈마 흐름에 수직한 면내의 단면 형상이 원형의 권선된 자기 코일과, 마이크로파를 마이크로파 도파관으로부터 직접 혹은 분기 결합 방식에 의해 도입하는 구조의 마이크로파 도입부로 구성되어 있었다(예를 들면, 일본 특허제1553959호 명세서, 혹은, 텐사와라 "ECR 플라즈마를 이용한 고품질 박막 형성", 정밀공학회 잡지 Vol.66, No.4,511(2001) 참조).
특히, 스퍼터링 장치의 경우는, 타겟(target) 입자가 마이크로파 도입창(통상은 석영판이 이용된다)을 오염하는 것을 막기 위해서 분기 결합 방식이 자주 이용된다.
도 5A 및 도 5B는 원형 단면을 가지는 종래의 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 에칭 장치의 구성예를 설명하기 위한 도로, 도 5A는 상면도, 도 5B는 도 5A의 VB-VB'에 있어서의 단면도이다.
도 5A 및 도 5B에 나타낸 구성의 종래의 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 에칭 장치에서는, 플라즈마 생성실(70) 내에서 생성된 플라즈마가, 플라즈마 인출 개구(14)를 거쳐 시료실(11) 내에 배치된 시료(100)에 조사된다. 이 경우, 플라즈마 생성실(70) 내에서 생성된 플라즈마는, 도 5B에 나타내듯이, 플라즈마 생성실(70)로부터 시료(100)로 향하는 하향의 플라즈마 흐름을 생기게 한다.
플라즈마 생성실(70)은, 처리하는 시료(100)의 형상을 고려하여, 이 플라즈마 흐름에 수직한 면내의 단면 형상이 원형으로 되는 형상으로 되어 있다. 또, 자기 코일(80, 81)은, 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서 원형으로 권선되어 있고, 플라즈마 생성실(70) 내의 소정의 위치에 ECR 조건으로 되는 자장을 생성하도록 설계되어 있다. 플라즈마 생성실(70) 내에는, 마이크로파 도파관(90)으로부터 마이크로파 도입창(91)(통상은 석영창이 이용된다)을 거쳐 마이크로파가 도입되고, 마이크로파의 진동 전계에 의해 자장 내의 전자를 효율적으로 가속하게 되어 있다.
근년 개발이 진행되고 있는 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL(Electro　Luminescence) 디스플레이 등의, 이른바 FPD(Flat Panel Display) 장치에서는, 예를 들면 50cm×60cm 정도의 대형의 시료에 대해서, 스퍼터링이나 에칭을 실시하는 것이 요구되고 있다.
그렇지만, 이러한 처리를, 플라즈마 생성실이 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서 원형 단면을 가지는 종래의 ECR 플라즈마 소스로 대응하기 위해서는, 그 직경을 확대할 필요가 생기고, 그 경우, (1) 플라즈마 생성실이나 자기 코일이 대형화 하여 ECR 플라즈마 소스가 매우 고가의 것으로 되어 버리는 것, 및 (2) 원형 단면을 가지는 ECR 플라즈마 소스에서는 대략 구형의 대형 FPD 시료의 균일한 스퍼터링이나 에칭이 곤란한 것 등의 문제가 있었다.
본 발명은 ECR 플라즈마 소스 및 ECR 플라즈마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대략 구형 단면에 있어서 균일의 플라즈마 밀도를 발생시킬 수 있는 ECR 플라즈마 소스 및 그것을 이용한 ECR 플라즈마 장치에 관한 것이다.
도 1A 및 도 1B는 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 ECR 플라즈마 소스, 및 이 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 ECR 플라즈마 장치(에칭 장치 혹은 CVD 장치)의 구성을 설명하기 위한 도로, 도 1A는 장치의 상면도이고, 도 1B는 도 1A 중의 IB-IB'에 있어서의 단면도이다.
도 2A 및 도 2B는 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 ECR 플라즈마 소스, 및 이 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 ECR 플라즈마 장치(에칭 장치 혹은 CVD 장치)의다른 구성예를 설명하기 위한 도로, 도 2A는 장치의 상면도이고, 도 2B는 도 2A 중의 IIB-IIB'에 있어서의 단면도이다.
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 ECR 플라즈마 소스, 및 이 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 스퍼터링 장치의 구성을 설명하기 위한 도로, 도 3A는 스퍼터링 장치의 상면도이고, 도 3B는 도 3A 중의 IIIB-IIIB'에 있어서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 ECR 플라즈마 소스의 제4의 구성예를 설명하기 위한 상면도이다.
도 5A 및 도 5B는 원형 단면을 가지는 종래의 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 에칭 장치의 구성을 설명하기 위한 도로, 도 5A는 상면도, 도 5B는 도 5A의 VB-VB'에 있어서의 단면도이다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 대략 구형 단면에 있어서 균일의 플라즈마 밀도를 생기게 하는 것이 가능한 ECR 플라즈마 소스 및 그것을 이용한 ECR 플라즈마 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해서, 제1의 발명은, ECR 플라즈마 소스로서, 마이크로파에 의한 전자 사이클로트론(cyclotron) 공명(ECR)을 이용하여 플라즈마를 생성하고 개구부로부터 플라즈마 흐름을 취출하기 위한 플라즈마 생성실과, 당해 플라즈마 생성실 내에 정자계를 발생하게 하기 위한 자기 코일이 권선된 적어도 하나의 자계 발생 수단과, 마이크로파 발신 수단으로부터 전송된 마이크로파를 상기 플라즈마 생성실 내에 도입하기 위한 마이크로파 도입 수단을 구비하고, 상기 플라즈마 생성실 및 당해 플라즈마 생성실의 개구부는, 상기 플라즈마 생성실 내에서 생성하는 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 단면 형상이 대략 구형을 가지고, 상기 자계 발생 수단의 자기 코일은, 상기 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 면내에서 대략 구형 형상으로 권선되어 있고, 상기 마이크로파 도입 수단은, 당해 마이크로파 도입 수단의 내부에 마이크로파의 정재파를 형성하는 중공의 도파관을 구성하도록 단부가 종단되고, 당해 도파관의 내부에는, 적어도 하나의 개구부를 가지는 복수의 개구 영역이 마이크로파의 정재파의 관내 파장 λg에 상당하는 간격으로 설치되고, 당해 개구부를 통해 동상의 마이크로파를 상기 플라즈마 생성실 내에 도입시키도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 제2의 발명은, ECR 플라즈마 소스로서, 마이크로파에 의한 전자 사이클로트론 마이크로파에 의한 전자 사이클로트론(cyclotron) 공명(ECR)을 이용하여 플라즈마를 생성하고 개구부로부터 플라즈마 흐름을 취출하기 위한 플라즈마 생성실과, 당해 플라즈마 생성실 내에 정자계를 발생하게 하기 위한 자기 코일이 권선된 적어도 하나의 자계 발생 수단과, 마이크로파 발신 수단으로부터 전송된 마이크로파를 상기 플라즈마 생성실 내에 도입하기 위한 마이크로파 도입 수단을 구비하고, 상기 플라즈마 생성실 및 당해 플라즈마 생성실의 개구부는, 상기 플라즈마 생성실 내에서 생성하는 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 단면 형상이 대략 구형을 가지고, 상기 자계 발생 수단의 자기 코일은, 상기 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 면내에서 대략 구형 형상으로 권선되어 있고, 상기 마이크로파 도입 수단은, 개구부를 가지지 않는 종단부와 당해 종단부로부터 n·(λg/2)(n : 3 이상의 정수)의 거리에설치된 제1의 개구부를 가지는 단부와의 사이에 마이크로파 공동 공진기를 구성하고 있고, 당해 마이크로파 공동 공진기의 내부에는, 적어도 하나의 제2의 개구부를 가지는 복수의 개구 영역이 마이크로파의 정재파의 관내 파장 λg에 상당하는 간격으로 설치되고, 당해 제2의 개구부를 통해 동상의 마이크로파를 상기 플라즈마 실내에 도입시키도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 제3의 발명은, 상술의 본 발명의 ECR 플라즈마 소스에 있어서, 상기 마이크로파 도입 수단은, 상기 마이크로파 발신 수단으로부터 전송된 마이크로파를 분기 결합하기 위한 마이크로파 분기 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 ECR 플라즈마 장치는, 상술의 본 발명의 ECR 플라즈마 소스를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 또 이러한 ECR 플라즈마 장치에 있어서, 또한 시료 이동 수단을 구비하도록 하고, 당해 시료 이동 수단에 의해 시료를 이동시키면서 당해 시료 표면의 대략 구형 영역에 플라즈마 조사하도록 하는 것도 가능하다.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명의 ECR 플라즈마 소스 및 ECR 플라즈마 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
[제1의 실시의 형태]
도 1A 및 도 1B는 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 ECR 플라즈마 소스, 및 이 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 ECR 플라즈마 장치(에칭 장치 혹은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치)의 구성을 설명하기 위한 도로, 도 1A는 장치의 상면도이고, 도 1B는 도 1A 중의 IB-IB'에 있어서의 단면도이다.
ECR 플라즈마 소스는 플라즈마 생성실(10)과, 자기 발생 장치의 자기 코일(20, 21)과, 마이크로파 도입부(30)로 구성되어 있고, 플라즈마 생성실(10)에서 생성된 플라즈마는 플라즈마 생성실(10) 내에서 가속되고, 플라즈마 인출 개구(14)를 거쳐 시료실(11)로 향하는 플라즈마 흐름이 생기고, 시료실(11) 내에 배치되어 있는 시료(40)에 조사된다. 본 실시 형태에서는, FPD 등의 대형 시료 전체면의 처리를 가능하게 하기 위해서, 도시하고 있지 않은 시료 이동 기구를 구비하고, 시료(40)는 이 시료 이동 기구에 의해 시료실(11) 내를 소정의 속도로 화살표 방향으로 이동하면서 처리됨으로써 시료 전체면의 처리가 행해진다.
플라즈마 생성실(10)은, ECR를 이용하여 플라즈마를 생성하고 그 개구부인 플라즈마 인출 개구(14)로부터 플라즈마 흐름을 취출하기 위한 것으로, 플라즈마 생성실(10)과 플라즈마 인출 개구(14)는 모두 플라즈마 생성실(10) 내에서 생성하는 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 단면 형상이 대략 구형을 가지고, 이에 의해 시료(40) 상에 대략 구형의 플라즈마 흐름 조사 영역을 형성하는 것을 가능하게 하고 있다.
또, 본 명세서의 전체를 통해서 이용되는「대략 구형」이라고 하는 형상은, 본래의 구형 이외 구형에 유사한 형상을 넓게 의미하는 것이고, 예를 들면, 그 4개의 모퉁이가 적당하게 둥그스름함을 두르고 있는 형상 등이어도 좋다. 또, 이 형상의 윤곽을 구성하는 장변과 단변의 길이의 비에 대해서도 특히 제한은 없고, 또한, 4변의 길이를 동일하게 한 형상도 포함할 수 있는 것이다. 이 형상을 어떠한 것으로 할지는, 본 발명의 ECR 플라즈마 장치에 의해 처리되는 시료의 크기나 처리 내용 등에 의해 정해지는 장치의 사양에 의해 적당히 설정 가능한 것은 말할 필요도없다.
플라즈마 생성실(10) 내에 정자계를 발생하게 하기 위한 자계 발생 장치의 자기 코일(20, 21)은, 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 면내에서 대략 구형으로 권선되어 있고, 플라즈마 생성실(10) 내의 소정의 위치에 ECR 조건으로 되는 자장을 생성한다.
플라즈마 생성실(10) 내에는, 마이크로파 도입부(30)로부터, 석영 등의 재료로 이루어지는 마이크로파 도입창(36)을 거쳐 마이크로파가 도입되고, 이에 의해 마이크로파의 진동 전계에 의해 자장 내의 전자를 효율적으로 가속하게 되어 있다. 또 이 마이크로파 도입부(30)에는, 도시하고 있지 않은 마이크로파 소스(마그네트론관 등을 이용)로 발생시킨 마이크로파가, 아이솔레이터(isolator)나 정합기 등을 통해 전송되고 있다.
마이크로파 도입부(30)는, 그 내부에 마이크로파의 정재파를 형성하는 중공의 도파관을 구성하고 있고, 그 단면을 종단부(31)로 하는 도파관의 내부에는, 이 도파관의 신장 방향으로, 마이크로파의 정재파의 관내 파장 λg에 상당하는 간격으로 복수의 개구부(34)(이 도에서는 슬릿 형상)가 직렬로 설치되고, 이 전송부(35)로부터, 플라즈마 생성실(10) 내로 위상이 갖추어진(동상의) 마이크로파를 전송하는 구조로 되어 있다.
즉, 이 마이크로파 도입부(30)의 도파관에는, 종단부(31)로부터 차례로, 측면에 개구부(34)가 없는 길이 λg/2의 공진 유닛(32), 측면에 개구부(34)가 있는 길이 λg/2의 공진 유닛(33)이 교대로 배치되어 있고, 측면에 개구부(34)가 있는길이 λg/2가 공진 유닛(33) 내에 형성되어 있는 정재파는 서로 위상이 갖추어지는 것으로 되기 때문에, 이 동상의 마이크로파만이, 개구부(34), 마이크로파 전송부(35), 마이크로파 도입창(36)을 거쳐 플라즈마 생성실(10) 내에 도입되고, 대략 구형의 플라즈마 생성실(10) 내의 소정의 위치에 균일의 플라즈마 밀도를 가지는 ECR 플라즈마를 생성할 수가 있다.
여기서 나타낸 구성예에서는, 마이크로파 도입부(30)의 정재파를 형성하는 도파관의 전체 신장은 λg의 3.5배로 되어 있지만, 처리하는 시료의 크기에 따라, 도파관의 전체 신장을 자유롭게 설정 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 자기 코일(20, 21)은, 플라즈마 생성실(10)의 소정의 위치에 ECR 조건으로 되는 자장을 형성시키기 위해서, 권수, 전류값을 설계하면 좋고, 단수 또는 복수의 자기 코일을 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
도 1A 및 도 1B에 나타낸 구성의 ECR 플라즈마 장치를, 에칭 장치로서 실시하는 경우에서는, 도시하고 있지 않은 가스 도입구로부터 SF6, CF4등의 에칭 가스를 플라즈마 생성실(10)에 도입함으로써, Si 등의 시료의 에칭을 용이하게 할 수가 있다. 또, 대형 시료를 소정의 속도로 이동시키면서 에칭을 행함으로써, 대면적의 시료 전체면을 균일하게 에칭 처리하는 것이 가능하게 된다.
또, 도 1A 및 도 1B에 나타낸 구성의 ECR 플라즈마 장치를, CVD 장치로서 실시하는 경우에서는, 도시하고 있지 않은 가스 도입구로부터, 예를 들면 SiH4, 02, N2등의 가스를 플라즈마 생성실(10)에 도입함으로써, Si02(산화규소), Si3N4(질화규소), SiOxNy(산질화규소) 등의 성막을 균일하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 도 1A 및 도 1B에 나타낸 ECR 플라즈마 소스의 마이크로파 도입부(30)는, 단부가 종단되고 그 내부에 마이크로파의 정재파를 형성하는 중공의 도파관으로 구성하는 것으로 하고 있지만, 마이크로파 도입부(30)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 마이크로파 공동 공진기를 구성하는 것과 동일하게 해도 좋다.
또, 개구부(34)의 형상도 슬릿 형상일 필요는 없고, 동상의 마이크로파를 플라즈마 생성실(10) 내에 도입할 수 있는 형상이면 적절히 설계가 가능하다.
또한, 개구부(34)를 마이크로파의 정재파의 관내 파장 λg마다 설치하는 배치 방법 이외, 적당한 형상의 개구부를 복수 가지는 개구 영역을, 마이크로파의 정재파의 관내 파장 λg에 상당하는 간격마다 설치하는 것으로 해도 좋다.
도 2A 및 도 2B는 이러한 구성의 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 ECR 플라즈마 장치(에칭 장치 혹은 CVD 장치)의 구성을 설명하기 위한 도로, 도 2A는 장치의 상면도이고, 도 2B는 도 2A 중의 IIB-IIB'에 있어서의 단면도이다. 기본 구성은 도 1A 및 도 1B에 나타낸 ECR 플라즈마 장치와 마찬가지이지만, ECR 플라즈마 소스의 마이크로파 도입부(30)를 마이크로파 공동 공진기로 하고 있다.
이러한 도에 나타낸 마이크로파 도입부(30)는, 한편의 단면을 금속판 등으로 종단한 종단부(31)로 하고, 이 종단부(31)로부터 n·(λg/2)(n : 3 이상의 정수)의 거리에 설치된 다른 단부에는 금속판 슬릿 등을 삽입 등을 함으로써 공동 공진기의개구부(38)가 설치되고 있고, 이 종단부(31)와 공동 공진기의 개구부(38)가 설치된 단부와의 사이에, 마이크로파 도입부(30)의 신장 방향으로, 종단부(31)로부터 λg/2의 길이마다 직렬로 접속된 복수의 공진 유닛(32, 33)(즉, 측면에 개구부(34)가 없는 공진 유닛(32)과 측면에 개구부(33)가 있는 공진 유닛(33))을 교대로 설치함으로써 마이크로파 공동 공진기가 구성되어 있다.
도 2A에 있어서, 공진 유닛(32)과 공진 유닛(33)의 경계를 나타내는 점선부에는, 서셉턴스(susceptance)를 조정하기 위한 창을 설치하는 경우와, 특히 창을 설치하지 않는 경우가 있고, 그 구조는, ECR 플라즈마 소스 혹은 ECR 플라즈마 장치로서의 사양에 따라 적당히 설계하면 좋다. 또, 도 2B에는 개구부(38)를 점선으로 나타냈다.
그리고, 이 마이크로파 공동 공진기의 동상부의 측면(도 2B에서는 하면)에 설치된 복수의 개구부(34)로부터, 플라즈마 생성실(10) 내로 마이크로파를 전송하는 구조로 되고 있다. 또, 도 2A 및 도 2B에 나타낸 구성예에서는 공동 공진기의 전체 신장은 λg의 3.5배로 되어 있다.
이 공동 공진기에서는, 측면에 개구부(34)가 있는 공진 유닛(33)이 3개 설치되어 있지만, 이러한 내부의 마이크로파는 동상의 정재파로 되기 때문에, 측면의 개구부(34)로부터는 동상의 마이크로파가 마이크로파 전송부(35), 마이크로파 도입창(36)을 거쳐 플라즈마 생성실(10)에 도입된다. 이러한 구성에 의해, 대략 구형의 플라즈마 생성실(10) 내의 소정의 위치에 균일의 플라즈마 밀도를 가지는 ECR 플라즈마를 생성할 수가 있다.
[제2의 실시의 형태]
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 ECR 플라즈마 소스, 및 이 ECR 플라즈마 소스를 구비하는 스퍼터링 장치의 구성을 설명하기 위한 도로, 도 3A는 스퍼터링 장치의 상면도이고, 도 3B는 도 3A 중의 IIIB-IIIB'에 있어서의 단면도이다.
이 ECR 플라즈마 소스의 기본 구조는 도 2A 및 도 2B에서 나타낸 것과 마찬가지이며, 플라즈마 생성실(10)과, 자기 코일(20, 21)과, 마이크로파 도입부(30)로 구성되지만, 마이크로파 도입부(30)에는 마이크로파 발신 장치로부터 전송된 마이크로파를 분기 결합하기 위한 마이크로파 분기부(37)가 구비되어 있다.
플라즈마 생성실(10)에서 생성된 플라즈마는, 자력선을 따라 가속되고 플라즈마 인출 개구(14)를 거쳐 시료실(11)로 향하는 플라즈마 흐름으로 된다. 플라즈마 흐름의 주위에 배치한 타겟(50)에 DC 또는 RF 전력을 인가함으로써, 타겟(50)을 구성하는 금속 혹은 반도체 등의 원소가 스퍼터(sputter) 되고, 시료실(11) 내에 배치되어 있는 시료(40)에 퇴적한다.
본 실시 형태에서는, FPD 등의 대형 시료 전체면의 처리를 가능하게 하기 위해서, 도시하고 있지 않은 시료 이동 기구를 구비하고, 시료(40)는 이 시료 이동 기구에 의해 시료실(11) 내를 소정의 속도로 화살표 방향으로 이동하면서 스퍼터링 처리됨으로써 시료 전체면에 퇴적이 이루어진다.
플라즈마 생성실(10)은, 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서의 단면 형상이 대략 구형이 되도록 설계되어 있고, 이에 의해 시료(40) 상에 대략 구형의 플라즈마흐름 조사 영역을 형성하는 것을 가능하게 하고 있다. 또, 자기 코일(20, 21)은 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서 대략 구형으로 권선되어 있고, 플라즈마 생성실(10) 내의 소정의 위치에 ECR 조건으로 되는 자장을 생성한다.
플라즈마 생성실(10) 내에는, 분기 결합 방식을 이용한 마이크로파 도입부(30)로부터, 석영 등의 재료로 이루어지는 마이크로파 도입창(36)을 거쳐 마이크로파가 도입되고, 이에 의해 마이크로파의 진동 전계에 의해 자장 내의 전자를 효율적으로 가속하게 되어 있다.
도 3A 및 도 3B에 나타낸 구성예에서는, 도시하고 있지 않은 마이크로파 소스(마그네트론관(magnetron tube) 등을 이용)에서 발생시킨 마이크로파가 아이솔레이터나 정합기 등을 통해 마이크로파 분기부(37)로 전송되고, 마이크로파는, 마이크로파 분기부(37)에 의해 좌우 2방향으로 분기되어 각각의 측에 배치된 공동 공진기로 도입된다.
각 공동 공진기는, 도 2A 및 도 2B에서도 설명한 것처럼, 측면의 개구부(34)로부터 동상의 마이크로파가 마이크로파 전송부(35), 마이크로파 도입창(36)을 거쳐 플라즈마 생성실(10)에 도입되고, 양측으로부터의 마이크로파가 합성되어 플라즈마 생성실(10) 내에 전파한다. 이러한 구성에 의해 대략 구형의 플라즈마 생성실(10) 내의 소정의 위치에 균일의 플라즈마 밀도를 가지는 ECR 플라즈마를 생성할 수가 있다.
즉, 이 마이크로파 도입부(30)는, 그 단면을 종단부(31)로 하고, 마이크로파 도입부(30)의 좌우 각각의 신장 방향으로, 종단부(31)로부터 λg/2(λg는 관내 파장)의 길이마다 직렬로 접속된 복수의 공진 유닛에 의해 마이크로파 공동 공진기를 구성하고, 이러한 마이크로파 공동 공진기의 동상부의 측면(도 3B에서는 좌면 또는 우면)에 설치된 복수의 개구부(34)로부터, 플라즈마 생성실(10) 내로 마이크로파를 전송하는 구조로 되어 있다. 또 도 3A 및 도 3B에 나타낸 구성예에서는 좌우 공동 공진기의 각각의 전체 신장은 λg의 3.5배로 되어 있다.
좌우 각각의 공동 공진기의 단부에는 금속판 슬릿 등이 삽입됨으로써 개구부(38)가 설치되어 있고, 종단부(31)로부터 차례로, 측면에 개구부(34)가 없는 공진 유닛(32), 측면에 개구부(34)가 있는 공진 유닛(33)이 교대로 배치되어 있다.
이 예에서는, 측면에 개구부(34)가 있는 공진 유닛(33)이 3개씩 설치되고 있고, 이러한 공진 유닛(33) 내부의 마이크로파는 동상의 정재파로 되기 때문에, 측면의 개구부(34)로부터는 동상의 마이크로파가 마이크로파 전송부(35)로 전송된다. 그리고, 좌우의 마이크로파 전송부(35)를 전송하는 마이크로파는, 마이크로파 도입창(36)을 거쳐 플라즈마 생성실(10)에 도입되어 합성된다. 이러한 구성에 의해, 대략 구형의 플라즈마 생성실(10) 내의 소정의 위치에 균일의 플라즈마 밀도를 가지는 ECR 플라즈마를 생성할 수가 있다.
이와 같이, 분기 결합 방식으로 함으로써, 대형 시료의 스퍼터링에 있어서도 마이크로파 도입창의 오염을 막는 것이 가능하게 된다. 또, 도 3A 및 도 3B에 나타낸 분기 결합 방식의 ECR 플라즈마 소스를 에칭 장치 혹은 CVD 장치에 이용하는 것도 가능한 것은 말할 필요도 없다.
여기서 나타낸 구성예에서는 좌우 공동 공진기의 각각의 전체 신장은 λg의3.5배로 되어 있지만, 처리하는 시료의 크기에 따라, 공동 공진기의 전체 신장을 자유롭게 설정 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 도 4에 나타내는 구성의 ECR 플라즈마 소스는, 도 3A 및 도 3B에 나타낸 스퍼터링 장치에 구비하는 ECR 플라즈마 소스와 마찬가지의 분기 결합 방식의 플라즈마 소스이고, 좌우 각각의 공진기 길이는 λg의 5.5배의 길이로 되어 있고, 도 3A 및 도 3B에 나타낸 스퍼터링 장치에 구비하는 ECR 플라즈마 소스에 비교하여 약 1.6배의 폭을 가지는 대략 구형 시료의 처리가 가능하게 된다. 이와 같이, 대략 구형 단면의 장변이 변화해도 λg/2의 길이를 가지는 공진 유닛의 수를 가감함으로써, 목적에 따른 크기의 대략 구형 단면을 형성할 수가 있다.
또, 자기 코일(20, 21)은, 플라즈마 생성실(10)의 소정의 위치에 ECR 조건으로 되는 자장을 형성시키기 위해서, 권수, 전류값을 설계하면 좋고, 단수 또는 복수의 자기 코일을 이용할 수가 있는 것은 말할 필요도 없다.
이와 같이, 도 3A 및 도 3B에 나타낸 구성의 스퍼터링 장치에서는, 도시하고 있지 않은 가스 도입구로부터 02, N2등의 가스를 플라즈마 생성실(10)에 도입하고, Si, Al 등의 타겟(50)을 스퍼터(sputter) 함으로써, Si02, Si3N4, Al203, AlN 등의 시료의 박막 형성을 용이하게 할 수가 있다. 또, 대형 시료를 소정의 속도로 이동시키면서 스퍼터링을 행함으로써, 대면적의 시료 전체면을 균일하게 박막 형성하는 것이 가능하게 된다.
이상, 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면, ECR 플라즈마 소스를, 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서 대략 구형 단면을 가지는 플라즈마 생성실과 플라즈마 흐름에 수직한 면내에서 대략 구형 형상으로 권선된 자기 코일과, 단부가 종단된 도파관 또는 단부가 종단되어 직렬로 접속된 복수의 공진 유닛으로 이루어지는 마이크로파 공동 공진기로 구성하고, 이 도파관 또는 마이크로파 공동 공진기의 동상부 측면에 설치된 복수의 개구부로부터, 플라즈마 생성실 내에 동상의 마이크로파를 전송하는 것으로 하였으므로, 대략 구형 단면에 있어서 균일의 플라즈마 밀도를 발생시킬 수 있는 ECR 플라즈마 소스를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 의하면, ECR 플라즈마 소스의 마이크로파 도입부를, 마이크로파 발신관으로부터 전송된 마이크로파를 분기 결합하는 구조로 하였으므로, 마이크로파 도입창이 오염되는 일 없이 스퍼터링 등의 처리를 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, ECR 플라즈마 장치에, 플라즈마 소스로서 상술의 ECR 플라즈마 소스를 구비하고, 또한, 대형 시료를 이동시키기 위한 시료 이동 기구를 구비하는 것으로 하였으므로, FPD와 같은 대략 구형 형상의 대형 시료에 대해서도 용이하게 스퍼터링이나 에칭 등의 처리가 가능한 RCR 플라즈마 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims (9)

  1. 마이크로파에 의한 전자 사이클로트론(cyclotron) 공명(ECR)을 이용하여 플라즈마를 생성하고 개구부로부터 플라즈마 흐름을 취출하기 위한 플라즈마 생성실과,
    당해 플라즈마 생성실 내에 정자계를 발생하게 하기 위한 자기 코일이 권선된 적어도 하나의 자계 발생 수단과,
    마이크로파 발신 수단으로부터 전송된 마이크로파를 상기 플라즈마 생성실 내에 도입하기 위한 마이크로파 도입 수단을 구비하고,
    상기 플라즈마 생성실 및 당해 플라즈마 생성실의 개구부는, 상기 플라즈마 생성실 내에서 생성하는 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 단면 형상이 대략 구형을 가지고,
    상기 자계 발생 수단의 자기 코일은, 상기 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 면내에서 대략 구형 형상으로 권선되어 있고,
    상기 마이크로파 도입 수단은, 당해 마이크로파 도입 수단의 내부에 마이크로파의 정재파를 형성하는 중공의 도파관을 구성하도록 단부가 종단되고, 당해 도파관의 내부에는, 적어도 하나의 개구부를 가지는 복수의 개구 영역이 마이크로파의 정재파의 관내 파장 λg에 상당하는 간격으로 설치되고, 당해 개구부를 통해 동상의 마이크로파를 상기 플라즈마 생성실 내에 도입시키도록 한 것을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 소스.
  2. 마이크로파에 의한 전자 사이클로트론(cyclotron) 공명(ECR)을 이용하여 플라즈마를 생성하고 개구부로부터 플라즈마 흐름을 취출하기 위한 플라즈마 생성실과,
    당해 플라즈마 생성실 내에 정자계를 발생하게 하기 위한 자기 코일이 권선된 적어도 하나의 자계 발생 수단과,
    마이크로파 발신 수단으로부터 전송된 마이크로파를 상기 플라즈마 생성실 내에 도입하기 위한 마이크로파 도입 수단을 구비하고,
    상기 플라즈마 생성실 및 당해 플라즈마 생성실의 개구부는, 상기 플라즈마 생성실 내에서 생성하는 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 단면 형상이 대략 구형을 가지고,
    상기 자계 발생 수단의 자기 코일은, 상기 플라즈마 흐름의 방향에 수직한 면내에서 대략 구형 형상으로 권선되어 있고,
    상기 마이크로파 도입 수단은, 개구부를 가지지 않는 종단부와 당해 종단부로부터 n·(λg/2)(n : 3 이상의 정수)의 거리에 설치된 제1의 개구부를 가지는 단부와의 사이에 마이크로파 공동 공진기를 구성하고 있고, 당해 마이크로파 공동 공진기의 내부에는, 적어도 하나의 제2의 개구부를 가지는 복수의 개구 영역이 마이크로파의 정재파의 관내 파장 λg에 상당하는 간격으로 설치되고, 당해 제 2의 개구부를 통해 동상의 마이크로파를 상기 플라즈마 실내에 도입시키도록 한 것을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 소스.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 수단은, 상기 마이크로파 발신 수단으로부터 전송된 마이크로파를 분기 결합하기 위한 마이크로파 분기 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 소스.
  4. 제 1항에 있어서,
    ECR 플라즈마 소스를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    시료 이동 수단을 구비하고, 당해 시료 이동 수단에 의해 시료를 이동시키면서 당해 시료 표면의 대략 구형 영역에 플라즈마 조사하는 것을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    ECR 플라즈마 소스를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    시료 이동 수단을 구비하고, 당해 시료 이동 수단에 의해 시료를 이동시키면서 당해 시료 표면의 대략 구형 영역에 플라즈마 조사하는 것을 특징으로 하는 ECR플라즈마 장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    ECR 플라즈마 소스를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    시료 이동 수단을 구비하고, 당해 시료 이동 수단에 의해 시료를 이동함양이라든지 당해 시료 표면의 대략 구형 영역에 플라즈마 조사하는 것을 특징으로 ECR 플라즈마 장치.
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