KR100416308B1

KR100416308B1 - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR100416308B1
Application number: KR10-2001-7000855A
Authority: KR
Inventors: 오미다다히로; 히라야마마사키
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사; 오미 다다히로
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2004-01-31
Also published as: EP1115147A1; US20090205782A1; US6830652B1; EP1879213B1; US20040221809A1; TW477009B; US7520245B2; JP3384795B2; EP1879213A3; US7819082B2; WO2000074127A1; EP1115147A4; EP1879213A2; KR20010072001A

Abstract

마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 금속제 격자형 샤워 플레이트(111)는 유전체 샤워 플레이트(103)와 기판(114) 사이에 설치되며, 불활성 가스를 주체로 하는 플라즈마 여기용 가스 및 처리용 가스는 상이한 위치에서 방출된다. 격자형 샤워 플레이트를 접지함으로써, 기판(114)의 표면에 고에너지 이온을 입사시킬 수 있다. 마이크로파 도입부에서 각 유전체 격벽(102) 및 유전체의 두께를 최적화하여 플라즈마 여기 효율을 최대화하는 동시에, 슬롯 안테나(110)와 유전체 격벽(102) 사이의 간격 및 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께를 최적화하여 큰 전력을 갖는 마이크로파를 공급할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESS DEVICE}

최근에, 반도체 및 액정 표시 장치의 고성능화 및 고생산성화를 실현하기 위하여, 플라즈마 처리는 이들 제품을 제조하는데 필수적이 되었다. 플라즈마의 여기 방식은 여러가지가 있지만, 평행 평판형 고주파(RF) 여기 플라즈마 장치 또는 유도 결합형 플라즈마 장치가 반도체 또는 액정 표시 장치를 제조하는데 사용된다. 이들 플라즈마 장치는 디바이스에 큰 손상을 입히고 고속에서 고성능 처리를 실행할 수 없다고 하는 등의 몇 가지 본질적인 문제점을 내재하고 있다. 따라서, 반도체 및 액정 표시 장치의 고성능화 및 고생산성화에 대한 요구를 만족시키기 어렵게 되었다.

따라서, 최근 주목받고 있는 마이크로파 플라즈마 장치는 직류 자장을 사용하지 않고 마이크로파 전계로 고밀도 플라즈마를 여기할 수 있다. 이러한 종류의 마이크로파 플라즈마 장치로서는 균일한 마이크로파를 발생하도록 배열된 다수의 슬롯을 갖는 평평한 안테나(슬롯 안테나)로부터 진공 챔버내에 마이크로파를 방사하여, 이 마이크로파 전계에 의해 진공 챔버내의 가스를 이온화함으로써 플라즈마를 여기시키는 장치(일본 특허 공개 공보 제 1997-63793 호)가 공지되어 있다. 게다가, 진공 챔버 외측에 설치된 슬롯 안테나로부터 방사된 마이크로파를 유전체 격벽 및 유전체 샤워 플레이트(shower plate)를 통하여 진공 챔버내로 도입함으로써 플라즈마를 여기시키는 장치(국제 특허 출원 제 WO 98/33362 호)가 또한 공지되어 있다. 이러한 방법에 의해 여기된 마이크로파 플라즈마는 플라즈마 밀도가 높고 전자 온도가 낮기 때문에, 고속에서 손상이 전혀 없는 처리를 수행할 수 있다. 더욱이, 큰 면적의 기판상에도 균일한 플라즈마를 여기할 수 있기 때문에, 반도체 기판 또는 액정 표시 장치 기판의 대형화에도 용이하게 대응할 수 있다.

그러나, 이들 종래의 마이크로파 플라즈마 장치는 플라즈마에 의한 처리용 가스의 해리 및 결합에 의해 생성되는 물질이 마이크로파의 통로인 유전체 격벽 또는 유전체 샤워 플레이트의 표면에 부착되는 문제점을 갖는다. 저항률이 낮은 막이 표면에 부착되면, 마이크로파는 반사되며, 저항률이 높은 막의 경우에는 마이크로파가 흡수된다. 따라서, 플라즈마 여기 전력은 유전체 격벽 또는 유전체 샤워 플레이트의 표면에의 막의 부착에 의해 저하되며, 그에 따라 플라즈마 밀도가 감소하여 플라즈마의 안정성이 저하한다. 최악의 경우에, 플라즈마가 전혀 여기할 수 없게 되는 상태가 되어 버린다. 이러한 문제를 회피하기 위해서, 부착막을 제거하기 위해 챔버 청소 및 유지 보수를 자주 실행할 필요가 있어 생산성이 현저히 저하하게 된다.

반도체 또는 액정 표시 장치를 제조하는데 필수적인 반응성 이온 에칭에 있어서, 플라즈마중의 이온을 기판과 플라즈마 사이에 형성된 시스(sheath)중의 전계에 의해 수 100eV까지 가속하여 기판 표면에 조사함으로써 이방성 에칭이 이루어진다. 소망의 에너지로 이온을 가속하기 위한 직류 전압(자기 바이어스 전압)을 기판 주변의 시스에 발생시키기 위해서, 약 수백 KHz로부터 약 수십 MHz까지 범위의 고주파를 기판에 인가한다. 플라즈마가 도체로 간주될 수 있기 때문에, 기판에 인가된 고주파 전압은 기판 주변의 시스 및 챔버 벽 등의 접지부 주변의 시스의 전압으로 분압된다. 즉, 기판에 고주파를 인가하면, 고주파 전압은 기판 주변의 시스 뿐만 아니라 접지부 주변의 시스에도 인가되며, 그에 의해 접지부 주변의 시스의 직류 전압이 증가되어, 플라즈마 전위가 상승한다. 플라즈마 전위가 15V 내지 30V 이상으로 되면, 가속된 이온의 입사에 의한 접지부의 표면의 스퍼터링에 의해 오염이 발생한다.

기판 주변의 시스 및 접지부 주변의 시스에 인가된 고주파 전압의 비는 이들 시스의 임피던스비에 의해 결정된다. 접지부 주변의 시스의 임피던스를 기판 주변의 시스의 임피던스 보다 훨씬 작게 하면, 기판에 인가된 고주파 전압의 대부분은 기판 주변의 시스에 인가된다. 즉, 플라즈마가 접촉하는 접지부의 면적을 기판 전극의 면적보다 충분히 크게 하면(보통 4배 이상), 기판에 고주파를 인가하더라도 플라즈마 전위는 상승하지 않는다. 따라서, 스퍼터링에 의한 오염과 관련된 문제를 피할 수 있다. 더욱이, 기판 주변의 시스에 큰 직류 전압을 효율적으로 발생시킬 수 있다.

그러나, 종래의 마이크로파 플라즈마 장치에 있어서, 기판의 대향면이 유전체에 의해 전체적으로 덮여지기 때문에, 플라즈마가 접촉하는 접지부의 면적이 커질 수 없다. 보통, 플라즈마가 접촉하는 접지부의 면적은 기판 전극의 면적의 약 3배보다 작다. 따라서, 고에너지 이온이 기판 표면에 입사되어야 하는 처리와 같은 반응성 이온 에칭에 적용하는 것은 어려웠다.

금속 박막, 강유전체 박막 및 고유전율 박막과 같은 금속을 함유하는 박막을 플라즈마 CVD(화학적 증착; Chemical Vapor Deposition) 방법으로 형성하는 처리에 있어서, 금속 원자 및 유기물 분자의 화합물인 유기 금속 가스가 사용된다. 플라즈마에 의해 금속 원자와 유기물 분자 사이의 결합만을 선택적으로 절단하는 경우에, 불순물 오염이 발생하지 않는 양호한 특성을 가지는 박막을 형성할 수 있다. 그러나, 유기물 분자가 분해되면, 다량의 탄소 불순물 원자가 막내로 혼입되어, 박막의 특성을 현저히 열화시킨다. 더욱이, 에칭 처리에 있어서, 처리용 가스의 해리가 지나치게 진행되면, 피에칭막과 레지스트 마스크 또는 하지 재료 사이의 선택성이 저하하며, 종횡비(aspect ratio)가 큰 미세 패턴을 에칭하는 것이 어렵게 된다. 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 밀도가 높고, 전자 온도가 비교적 높은 마이크로파 입사면 부근에 처리용 가스가 직접 도입된다. 이 때문에, 처리용 가스의 해리가 지나치게 진행되어, 유기 금속 가스를 이용한 박막의 형성 또는 미세 패턴 에칭에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 없었다.

마이크로파가 플라즈마에 입사될 때에, 전자 밀도가 하기의 수학식 1에 나타낸 컷오프 밀도(ηc)보다 낮으면, 마이크로파는 플라즈마중을 전파한다.

여기서, ε₀은 진공의 유전율이며, ω는 마이크로파의 각주파수(angular frequency)이며, m₀은 전자의 질량이며, e는 전자의 전하이다. 반면에, 전자 밀도가 컷오프 밀도 보다 높으면, 마이크로파는 플라즈마 표면 근방에서 반사된다. 이때에, 마이크로파는 침입 길이 정도(보통, 수 밀리미터 내지 10 밀리미터) 플라즈마중에 침입하며, 플라즈마중의 전자에 에너지를 부여하여 플라즈마를 유지한다. 마이크로파 플라즈마 여기에 있어서, 전자 밀도가 컷오프 밀도 보다 낮으면, 챔버내에서 마이크로파의 분산 때문에 균일하고 안정한 플라즈마를 여기할 수 없다. 균일하고 안정한 플라즈마를 여기하기 위해서, 마이크로파 입사면 부근의 컷오프 밀도 보다 상당히 큰 전자 밀도를 갖는 플라즈마를 여기함으로써, 입사한 마이크로파의 대부분을 플라즈마 표면 근방으로 반사시키는 것이 불가결하다. 전자 밀도가 높고 안정한 플라즈마를 여기하기 위해서, Ar, Kr, Xe 등의 불활성 가스를 플라즈마 여기용 가스로 사용하는 것이 바람직하다. 불활성 가스에 단원자 분자 이외의 다른 가스를 첨가하면, 마이크로파의 에너지가 가스 분자의 해리에 사용되기 때문에, 전자 밀도가 저하하여 플라즈마의 안정성을 저하시키는 경향이 있다. 종래의 마이크로파 플라즈마 장치에 있어서, 불활성 가스 이외의 다른 가스를 소량(수 %)밖에 첨가할 수 없기 때문에, 처리 자유도가 낮고, 고속 처리에 대응할 수 없는 문제점이 있다.

플라즈마 표면 부근의 전자 밀도가 컷오프 밀도 이상으로 되면, 플라즈마에 입사한 마이크로파의 대부분은 표면 근방으로 반사된다. 이 반사파는 슬롯 안테나에 의해 수신된 후에, 슬롯 안테나와 마이크로파 전원 사이에 접속된 정합기에 의해 다시 반사됨으로써 슬롯 안테나로부터 방사된다. 마이크로파는 플라즈마 표면 근방과 정합기 사이에서 반사를 반복하면서, 그 에너지를 플라즈마에 점진적으로 부여한다. 즉, 플라즈마 표면 근방과 정합기 사이는 마이크로파의 공진 상태에 있다. 따라서, 높은 에너지 밀도의 마이크로파는 이러한 부분에서 존재하고, 도파관(waveguide)의 금속 벽의 작은 전도성 손실 또는 슬롯 안테나내의 유전체의 작은 유전성 손실에 의해 큰 손실이 유발된다. 종래의 마이크로파 플라즈마 장치에 있어서, 이들 손실은 크며, 그에 의해 플라즈마 여기 전력 효율이 낮았다. 더욱이, 고밀도 플라즈마를 얻기 위해 고전력의 마이크로파를 투입하면, 슬롯 안테나의 표면에 형성된 슬롯부에서 아크 방전이 발생한다. 이것에 의해, 안테나가 파손되거나 유전체 격벽과 유전체 샤워 플레이트 사이의 가스 통로에서 방전이 발생하는 문제점이 있었다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결한 개량되고 유용한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 구체적인 목적은 마이크로파 도입부의 유전체 샤워 플레이트의 표면에서의 처리용 가스의 해리 및 결합에 의한 막의 부착이 없기 때문에 어떠한 처리용 가스를 사용하여도 안정성이 높은 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 챔버 청소 주기 또는 유지 보수 주기가 긴 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 높은 이온 에너지가 기판 표면에 입사되어야 하는 처리에도 대응할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

더욱이, 본 발명의 또다른 목적은 처리용 가스의 해리의 적절한 억제에 의해 우수한 막 형성 처리 또는 에칭 처리를 수행할 수 있고, 플라즈마 여기 효율이 높은 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 확산부(유전체 샤워 플레이트와 기판 사이)에 새로운 처리용 가스 방출기(격자형 샤워 플레이트로 칭함)를 설치하여, 불활성 가스를 주체로 한 플라즈마 여기용 가스 및 처리용 가스를 다른 위치에서 방출할 수 있도록 한다. 더욱이, 금속제 격자형 샤워 플레이트를 접지함으로써, 이 장치는 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 의해 처리를 수행할 수 없던 기판 표면에 고에너지 이온을 입사하여야 하는 처리에도 대응할 수 있다. 게다가, 마이크로파 도입부의 유전체부의 두께(유전체 격벽의 두께와 유전체 샤워 플레이트의 두께의 합)를 최적화하여, 플라즈마 여기 효율을 최대화하는 동시에, 유전체 샤워 플레이트의 두께 및 슬롯 안테나와 유전체 격벽 사이의 간격을 최적화하여 고전력을 갖는 마이크로파를 투입할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 새로운 가스 방출 수단(격자형 샤워 플레이트)을 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 유전체 샤워 플레이트와 기판 사이에 설치하여, 가스 분자의 해리가 바람직하게 억제되는 처리용 가스를 기판을 향하여 방출하는 구성으로 되어 있다. 반면에, 처리용 가스가 유전체 샤워 플레이트쪽으로 확산되는 것을 방지하기 위해서, 불활성 가스를 주체로 한 플라즈마 여기용 가스는 기판에 대하여 격자형 샤워 플레이트의 대향 측면상에 위치된 유전체 샤워 플레이트로부터 방출된다. 마이크로파의 통로인 유전체 샤워 플레이트의 표면에 막이 부착되지 않기 때문에, 챔버 청소 주기 또는 유지 보수 주기가 현저히 증가될 수 있으며, 안정한 플라즈마가 항상 얻어질 수 있다. 더욱이, 플라즈마 밀도가 높고 전자 온도가 비교적 높은 마이크로파 입사면의 부근에는 처리용 가스가 거의 존재하지 않는 상태가 형성될 수 있기 때문에, 처리용 가스의 해리가 적절히 억제되어, 고성능 처리를 실현할 수 있다. 동시에, 다량의 처리용 가스가 격자형 샤워 플레이트로부터 방출되는 경우에도 마이크로파 입사면 부근에서 컷오프 밀도보다 상당히 높은 고밀도를 갖는 안정한 플라즈마가 여기될 수 있기 때문에, 처리의 자유도를 비약적으로 향상할 수 있고, 보다 고속의 처리를 이룰 수 있다.

접지된 금속제 격자형 샤워 플레이트를 플라즈마중에 도입함으로써, 플라즈마가 접하는 접지부의 면적은 대폭 증가된다. 고주파 바이어스를 기판에 인가하는 경우에, 고주파 전압의 대부분을 기판 주변의 시스에 인가할 수 있게 되어, 플라즈마의 전위를 증가시키지 않고서 기판의 표면에 입사하는 이온의 에너지를 효율적으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 높은 이온 에너지가 기판의 표면에 입사하여야 하는 반응성 이온 에칭과 같은 처리에도 효과적으로 적용될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 마이크로파 도입부의 유전체부의 두께(유전체 격벽의 두께와 유전체 샤워 플레이트의 두께의 합)를 최적화하여 플라즈마의 여기 효율을 최대화하는 동시에, 유전체 샤워 플레이트의 두께 및 슬롯 안테나와 유전체 격벽 사이의 간격을 최적화하여 고전력을 갖는 마이크로파를 투입할 수 있으며, 그에 의해 보다 안정한 고밀도의 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있다. 금속제 격자형 샤워 플레이트는 부식성 가스의 플라즈마에 대한 우수한 저항성을 갖는 산화 알루미늄 피막을 갖는 알루미늄 및 스테인리스강으로 구성되어, 장기간 사용 가능하다.

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 고성능 플라즈마 처리를 수행할 수 있어, 전력 효율이 높고 유지 보수 주기가 긴 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 단면도,

도 2는 도 1의 장치의 격자형 샤워 플레이트를 기판측에서 본 평면도,

도 3은 플라즈마 공간중의 플라즈마 전위 분포를 나타내는 그래프,

도 4는 탄탈륨의 막 형성을 실행하는 경우의 시간에 대한 전자 밀도의 변화를 나타내는 그래프,

도 5는 기판 표면에의 이온 입사 에너지에 대한 기판에 인가되는 고주파 전력의 의존성을 나타내는 그래프,

도 6은 기판 표면에의 이온 입사 에너지에 대한 접지면에의 이온 입사 에너지의 의존성을 나타내는 그래프,

도 7은 유전체부의 두께에 대한 전자 밀도의 의존성을 나타내는 그래프,

도 8은 유전체 샤워 플레이트의 두께에 대한 갭(gap)내에서 방전이 개시하는 마이크로파 전력 밀도의 의존성을 나타내는 그래프,

도 9는 유전체 샤워 플레이트와 격자형 샤워 플레이트 사이의 간격에 대한 처리 공간에서 방전이 개시하는 마이크로파 전력 밀도의 의존성을 나타내는 그래프,

도 10은 방사상 선 슬롯 안테나와 유전체 샤워 플레이트 사이의 간격에 대한 슬롯에서 방전이 개시하는 마이크로파 전력 밀도의 의존성을 나타내는 그래프,

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 설치된 것으로, 다공질 세라믹으로 구성된 격자형 샤워 플레이트를 기판측에서 본 평면도,

도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 취한 단면도,

도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 설치되는 것으로, 알루미늄으로 구성된 격자형 샤워 플레이트를 기판측에서 본 평면도,

도 14는 도 13의 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선을 따라 취한 단면도,

도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 단면도.

이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명할 것이지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 측부 단면도이다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(101), 유전체 격벽 또는 유전체 판(102), 유전체 샤워 플레이트(103), 갭(104), 플라즈마 여기용 가스 공급 포트(105), 플라즈마 여기용 가스 도입 통로(106), 플라즈마 여기용 가스 방출 구멍(107), O링(108, 109), 방사상 선 슬롯 안테나(110), 격자형 샤워 플레이트(111), 처리용 가스 공급 포트(112), 처리용 가스 방출 구멍(113), 스테이지(stage) 또는 전극(115) 및 배기 포트(116)를 포함한다. 플라즈마 처리할 기판(114)은 스테이지(115)상에 탑재된다.

본 실시예에 있어서, 진공 챔버(101)는 알루미늄으로 형성되며, 유전체 격벽(102) 및 유전체 샤워 플레이트(103)는 비유전율이 8.63인 질화 알루미늄으로 형성된다. 플라즈마 여기용 마이크로파의 주파수는 2.45GHz이다. 기판(114)은 직경이 200mm인 실리콘 기판이다.

대기중에 설치된 방사상 선 슬롯 안테나(110)에 의해 방사되는 마이크로파는 유전체 격벽(102), 갭(104) 및 유전체 샤워 플레이트(103)를 통과하여 진공 챔버(101)의 내부에 도입되어, 진공 챔버(101)내의 가스를 이온화시킴으로써 플라즈마를 발생시킨다.

본 장치는 플라즈마 여기용 가스 및 처리용 가스를 다른 샤워 플레이트로부터 방출할 수 있는 구조로 되어 있다. 플라즈마 여기용 가스는 플라즈마 여기용 가스 공급 포트(105)로부터 공급되어, 플라즈마 여기용 가스 도입 통로(106)를 통과하여 유전체 샤워 플레이트(103)의 중앙부까지 인도된다. 그후에, 플라즈마 여기용 가스는 갭에 있어서 중앙부에서 주변부로 반경방향으로 흘러, 다수의 플라즈마 여기용 가스 방출 구멍(107)으로부터 진공 챔버의 내부로 방출된다. 반면에, 처리용 가스는 처리용 가스 공급 포트(112)로부터 공급되며, 금속관으로 구성된 격자형 샤워 플레이트(111)의 내부를 통과하여, 다수의 처리용 가스 방출 구멍(113)으로부터 기판(114)측으로 방출된다.

도 2는 격자형 샤워 플레이트(111)를 기판(114)측에서 본 평면도이다. 격자형 샤워 플레이트(111)는 본관(main pipe)(201), 지관(branch pipes)(202), 처리용 가스 방출 구멍(113) 및 격자형 샤워 플레이트 가스 공급 포트(204)를 포함한다. 도 2의 점선으로 표시된 원(205)은 기판(114)에 대향하는 영역이다. 본 실시예에 있어서, 가스를 기판(114)상에 균일하게 방출하기 위해서, 2개의 격자형 샤워 플레이트 가스 공급 포트(204)가 설치되어 있다. 본관(201) 및 지관(202)은 각각 외경이 9.53mm(3/8인치) 및 6.35mm(1/4인치)로 다른 직경을 갖는 금속관이며, 그 접속부는 용접된다. 지관(202)은 격자 배열로 배치되며, 개구부(206)는 본관(201)과 지관(202) 사이에 형성된다. 지관(202)에는 처리용 가스가 기판의 표면상에 비스듬히 입사하고, 기판의 전면에 걸쳐 균일하게 입사하는 위치에 많은 다수의 가스 방출 구멍(113)이 형성된다. 본 실시예에 있어서, 처리의 기판 표면내 균일성을 향상시키기 위해 처리용 가스를 기판의 표면에 비스듬히 입사되도록 하였지만, 기판의 표면에 수직으로 입사되도록 하여도 무방하다.

본 실시예에 있어서, 부식성 가스 플라즈마 분위기중에서도 반영구적으로 사용할 수 있도록, 알루미늄 성분(4.16%)의 양을 종래에 사용되던 스테인리스강 SUS316L의 양보다 많이 함유하는 고농도 알루미늄 함유 스테인리스강을 배관의 재료로 사용하여, 이 배관을 약산화성 분위기의 고온(900℃)에서 처리하여 열역학적으로 매우 안정한 산화 알루미늄 부동태(passivation)막을 배관의 표면에 형성한다. 산화 알루미늄 부동태막을 형성하면, 염소 가스 또는 불소 가스와 같은 부식성 가스의 플라즈마에 대해서도 우수한 내식성을 나타낸다는 것을 확인하였다.

방사상 선 슬롯 안테나(110), 유전체 격벽(102), 유전체 샤워 플레이트(103), 격자형 샤워 플레이트(111) 및 기판(114)은 서로 평행하게 배치되어 있다. 유전체 샤워 플레이트(103)와 격자형 샤워 플레이트(111) 사이의 간격은 진공중에서의 마이크로파 파장의 1/4배(30mm)로 설정되며, 슬롯 안테나(110)에 면한 유전체 격벽의 표면과 기판(114)에 면한 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면 사이의 간격은 해당부에서의 마이크로파 파장의 3/4배[0.7mm의 갭(104)을 포함하여 30.7mm]로 설정되며, 유전체 샤워 플레이트의 두께는 해당부에서의 마이크로파 파장의 1/2배(20mm)로 설정된다. 더욱이, 방사상 선 슬롯 안테나와 유전체 격벽 사이의 간격은 마이크로파 파장의 1/4배(30mm)로 설정된다.

도 2에 도시된 격자형 샤워 플레이트(111)를 챔버내에 설치하면, 플라즈마로부터의 격자형 샤워 플레이트의 표면에 이온의 입사에 의해 격자형 샤워 플레이트의 재료가 스퍼터링되고, 스퍼터링된 재료가 기판 표면 부근에 혼입되기 때문에 오염이 발생할 수 있다. 시스는 플라즈마중에 삽입된 물체의 표면 근방에 형성되며, 플라즈마중의 이온은 시스내의 전계에 의해 가속되어 물체의 표면에 입사한다. 이온의 입사 에너지가 재료 또는 이온 고유의 임계값 이상이면, 스퍼터링이 발생하며, 임계값 이하이면, 스퍼터링은 발생하지 않는다. 예를 들면, Ar⁺이온이 각종 금속의 표면상에 입사된 경우에, 임계값은 약 10eV 내지 약 30eV이다. 스퍼터링에 의한 오염을 방지하기 위해서, 격자형 샤워 플레이트(111)에 입사하는 이온의 에너지를 약 10eV 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

플라즈마에서 접지부의 표면에 입사하는 이온의 에너지(eV)는 전압(eVp)과 거의 같으며, 여기서 Vp는 플라즈마 전위이고, e는 전자의 전하이다. 또한, 접지부의 표면이 절연막으로 피복되어 있는 경우도, 에너지는 거의 동일한 값이다. 도 3은 플라즈마 공간중의 플라즈마 전위의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, 참조 부호(a01)는 도 1에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 의해 얻어진 결과를 표시하며, 참조 부호(a02)는 고주파 여기 평행 평판형 플라즈마 처리 장치에 의해 얻어진 결과를 표시한다. 플라즈마 공간의 간격은 120mm이고, 가스는 아르곤이며, 압력은 양 경우 모두 약 67Pa(500mTorr)이었다. 도 3에 있어서, 수평축(z)은 기판에 수직 방향의 플라즈마 공간중의 위치를 나타내며, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면을 기준면(z=0)으로 설정하고, 평행 평판형 플라즈마 처리 장치에서는 고주파 인가 전극의 표면을 기준면으로 설정하였다. 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는 2.45GHz의 마이크로파를 유전체 샤워 플레이트(103)를 통해서 도입하고, 평행 평판형 플라즈마 처리 장치에서는 13.56MHz의 고주파를 고주파 인가 전극에 인가하여 플라즈마를 발생하였다.

평행 평판형 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 전위는 약 33V이며, 챔버내에 격자형 샤워 플레이트(111)를 설치하면 스퍼터링에 의한 오염이 발생하는 것이 확실하다. 반면에, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 전위가 유전체 샤워 플레이트(103)로부터 20mm 이상 간격 만큼 떨어진 위치에서 8V보다 작기 때문에, 플라즈마중에 격자형 샤워 플레이트(111)를 설치하더라도 스퍼터링이 발생할 가능성이 없다. 반도체 제조 공정에 사용되는 다른 플라즈마 장치로서 유도성 결합 플라즈마 장치 및 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 장치가 있지만, 플라즈마 전위는 어떤 장치에서도 30V보다 높다. 상술한 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 장치는 플라즈마 전위가 다른 플라즈마 장치에 비하여 매우 낮다는 특징을 가진다. 이것은 전자 온도가 플라즈마 여기부를 포함하는 플라즈마 전체에 걸쳐 낮게 제어되기 때문이다. 격자형 샤워 플레이트(111)와 마이크로파 플라즈마 장치를 조합함으로써 스퍼터링에 의한 오염의 발생 없이 처음으로 이러한 효과를 제공할 수 있게 된다.

도 1의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실리콘 산화막으로 덮인 200mm 직경의 실리콘 기판상에 플라즈마 CVD(화학적 증착) 방법에 의해 탄탈륨 박막을 형성하기 위한 실험을 수행하였다. 도 4는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면의 부착물이 완전히 제거된 상태에서 탄탈륨막의 형성 개시후의 막 형성 시간의 경과와 동시에 플라즈마중의 전자 밀도가 어떻게 변화되는 가를 측정한 결과를 나타낸다. 곡선(301)은 종래의 마이크로파 플라즈마 장치의 구성, 즉 격자형 샤워 플레이트(111)를 설치하지 않은 상태로 플라즈마 여기용 가스 및 처리용 가스를 혼합하고 유전체 샤워 플레이트(103)로부터 서로 함께 방출하는 경우에서의 결과를 표시한다. 곡선(302)은 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 장치의 구성, 즉 격자형 샤워 플레이트(111)를 설치하여 플라즈마 여기용 가스 및 처리용 가스를 분리 방출하는 경우에서의 결과를 표시한다.

웨이퍼의 중심축상에서 웨이퍼로부터 15mm 정도 떨어진 지점에서 전자 밀도의 측정을 수행하였다. 처리용 가스로서는 액체화된 Ta(O-C₂H₅)₅를 아르곤 캐리어 가스에 의해 버블링함으로써 생성된 가스를 사용하였다. 플라즈마 여기용 가스로서는 아르곤을 사용하였다. 처리용 가스 및 플라즈마 여기용 가스의 유량은 각각 150sccm 및 500sccm이며, 진공 챔버내의 압력은 약 80Pa(0.6Torr)로 하였다. 플라즈마 여기용 마이크로파의 주파수는 2.45GHz이며, 그것의 전력은 1.1kW이었다.

종래의 구성에 있어서, 3분의 막 형성 시간이 경과하면 전자 밀도가 점차 감소하여 플라즈마가 불안정하게 되어, 최종적으로 플라즈마는 11분이 경과하였을 때에 소실되었다. 이것은 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면에 부착된 탄탈륨막이 마이크로파를 반사 및 흡수하였기 때문이다. 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면에 부착된 막을 정확히 분석한 결과, 다량의 탄소를 함유한 탄탈륨막이 부착되어 있다는 것이 밝혀졌다. 탄탈륨막의 평균 막 두께는 4.3㎛이었다.

반면에, 본 발명에 따른 구성에 있어서, 20분 동안의 막 형성을 수행한 경우에도 전자 밀도는 전혀 변화되지 않았으며, 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면에의 탄탈륨막의 부착은 확인되지 않았다. 종래의 구성 보다도 막 형성 개시 직후에 전자 밀도가 약간 낮은 이유는 격자형 샤워 플레이트(111)의 존재에 의해 플라즈마가 웨이퍼의 주변으로 확산하는 것을 약간 막기 때문이다. 종래의 구성에 있어서, 막 형성중에 탄탈륨막이 유전체 샤워 플레이트의 표면에 부착하기 때문에, 막 형성후에 염소계 가스 플라즈마 등을 사용하는 챔버 내부 표면의 청소 및 유지 보수를 자주 실시하여야 하며, 이것은 비경제적이고, 생산성을 저하시킨다. 그러나, 본 발명의 구성에 있어서, 청소 및 유지 보수가 거의 필요없게 되어, 이것은 생산성의 괄목할 만한 향상을 가져왔다.

이제, 실리콘 산화막상에 형성된 탄탈륨 박막의 특성에 대한 평가의 결과를 설명할 것이다. 2차 이온 질량 분석 장치에 의해 탄탈륨 박막중의 탄소 함유량을 측정한 바, 종래 구성에 따른 탄소량은 10.5%로 대단히 많은 반면에, 본 발명의 구성에 따른 탄소량은 0.3%이었다. 종래의 구성에 있어서, 유기 금속 가스를 유전체 샤워 플레이트(103)로부터 방출하기 때문에, 플라즈마 입사면 부근의 고밀도이면서 비교적으로 전자 온도가 높은 플라즈마에 의해 가스 분자가 과도하게 분해되어, 분자량이 작은 유기물이 발생하고, 유기물은 막중에 혼입된다. 그러나, 본 실시예의 구성에 있어서, 유기 금속 가스를 격자형 샤워 플레이트(111)로부터 전자 온도가 낮은 플라즈마 확산 영역으로 방출하기 때문에, 탄탈륨 원자와 유기물 분자 사이의 결합만이 선택적으로 컷오프되며, 그에 의해 증기압이 높은 유기물 재료만이 발생된다.

더욱이, 탄탈륨 박막의 전기 저항률을 측정한 바, 즉 저항률은 종래의 구성에 있어서 탄소의 함유량이 많기 때문에 225×10^-6Ωcm이지만, 본 발명의 구성에 있어서 저항률은 21×10^-6Ωcm이며, 이것은 종래의 구성의 저항률보다 1자리수가 낮은 것이며, 거의 이상적인 박막이 형성되어 있다는 것이 밝혀졌다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 금속 박막, 강유전체 박막 및 고유전율 박막의 CVD 처리에 적용함으로써, 박막의 특성을 대폭 향상시킬 수 있다.

이제, 에칭 처리에 대한 마이크로파 플라즈마 장치의 적합성을 설명할 것이다. 도 5는 에칭에 필요한 기판의 표면에의 이온의 입사 에너지를 얻기 위해 기판에 인가되어야 할 고주파 전력의 양이 얼마인지를 나타내는 그래프이다. 곡선(401)은 종래의 마이크로파 플라즈마 장치의 구성, 즉 접지된 격자형 샤워 플레이트(111)가 존재하지 않는 경우의 결과를 표시하며, 곡선(402)은 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 장치의 구성, 즉 접지된 격자형 샤워 플레이트(111)가 존재하는 경우의 결과를 표시한다. 플라즈마 여기용 가스로서는 아르곤을 사용하였다. 진공 챔버내의 압력은 약 4Pa(30mTorr)이며, 플라즈마 여기용 마이크로파의 주파수는 2.45GHz이며, 전력은 1.1kW이었다. 게다가, 기판에 인가된 고주파의 주파수는 2MHz이었다.

도 5에 따르면, 본 발명의 구성은 종래 구성의 약 1/5 정도의 고주파 전력을 인가하여 동일 기판의 표면에의 이온의 입사 에너지를 얻기에 충분하다는 것이 설명되어 있다. 즉, 효율의 괄목할 만한 증가와, 고주파 전원 및 정합기의 소형화 및 저비용화를 이룰 수 있다.

도 6은 에칭에 필요한 기판 표면에의 이온의 입사 에너지를 얻는데 필요한 전력을 기판에 인가하는 경우에 접지면에의 이온의 입사 에너지의 변화를 나타내는 그래프이다. 곡선(501)은 종래의 마이크로파 플라즈마 장치의 구성, 즉 접지된 격자형 샤워 플레이트(111)가 존재하지 않는 경우의 결과를 표시하며, 곡선(502)은 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 장치의 구성, 즉 접지된 격자형 샤워 플레이트(111)가 존재하는 경우의 결과를 표시한다. 다른 조건은 도 5의 경우와 동일하다.

종래의 구성에 있어서, 접지면에의 이온의 입사 에너지는 기판의 표면에의 이온의 입사 에너지만큼 매우 높은 값이라는 것을 도 6으로부터 이해할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 산화막의 반응성 이온 에칭에 있어서, 약 400eV를 갖는 이온이 기판 표면에 입사되어야 한다. 이 이온의 입사 에너지를 얻기 위해서, 1600W의 고주파 전력을 기판에 인가하여야 하며, 그에 의해 접지면에의 이온의 입사 에너지는 370eV가 된다. 이러한 높은 운동 에너지를 갖는 이온이 격자형 샤워 플레이트 또는 챔버 벽의 접지면에 입사하면, 벽면이 스퍼터링되어 불순물 오염의 원인이 된다. 게다가, 벽면이 스퍼터링에 의해 제거되기 때문에, 사용 수명이 현저히 단축된다. 반면에, 본 발명의 구성에 있어서, 플라즈마가 접하는 접지면의 면적이 기판의 면적보다 충분히 크기 때문에, 접지면에의 이온의 입사 에너지는 10eV 내지 20eV 범위의 낮은 값으로 억제되며, 그에 따라 접지면은 스퍼터링되지 않는다.

표 1은 실리콘 기판 표면의 실리콘 산화막의 에칭을 수행하였을 때에의 실리콘 산화막에 대한 레지스트의 에칭 선택비와, 자체 정렬 접촉을 형성하는데 필수적인 실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 에칭 선택비와, 0.25㎛의 실리콘 산화막 접촉 구멍을 형성한 후에 형성된 알루미늄 전극과 하지 전극 사이의 접촉 저항을 측정한 결과를 나타낸다.

종래의 장치 및 본 발명에 따른 장치에 의해 에칭을 수행한 경우의 에칭 특성의 비교

	종래의 장치를사용한 경우	본 발명의 장치를사용한 경우
실리콘 산화막에 대한 레지스트의 에칭 선택비	4.8	10.9
실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 에칭 선택비	18	38
0.25㎛의 접촉 직경에 대한 접촉 저항	3.7Ω	0.48Ω

플라즈마 여기용 가스로는 아르곤을 사용하였다. 플라즈마 여기용 가스의 유량은 320sccm이었다. 게다가, 처리용 가스에는 C₄F₈/CO/O₂/Xe의 혼합 가스를 사용하였다. 처리용 가스의 유량은 105sccm이었다. 진공 챔버내의 압력은 약 4Pa(30mTorr)이었다. 플라즈마 여기용 마이크로파의 주파수는 2.45GHz이며, 그 전력은 1.1kW이며, 기판 표면에 인가된 고주파의 주파수는 2MHz이었다. 기판에 인가된 고주파의 전력은 기판 표면에의 이온의 입사 에너지가 400eV가 되도록 설정되었다.

차세대 초미세 고성능 반도체 디바이스를 실현하기 위해서, 레지스트와 실리콘 산화막 사이의 선택비는 10 이상이 되어야 하고, 실리콘 질화막과 실리콘 산화막 사이의 선택비는 30 이상이 되어야 한다. 종래의 구성에 있어서, 플루오르화탄소계(CF계) 가스의 분해가 과도하게 진행되며, 이것은 선택비의 저하를 유발하는 다량의 불소 래디컬 또는 불소 이온을 발생하기 때문에, 레지스트 및 실리콘 산화막 모두에 대하여 충분한 에칭 선택비를 얻을 수 없다. 게다가, 챔버 벽과 같은 접지면이 스퍼터링되고, 스퍼터링된 물질이 접촉 구멍의 바닥부상의 실리콘 표면 부근에 혼입하기 때문에, 접촉 저항이 대단히 높아진다. 이대로는 디바이스에 사용될 수 없기 때문에, 실리콘의 표면 부근의 손상된 층을 제거하는 처리가 필요하게 되어, 반도체 제조 비용을 증대시키고, 생산성을 저하시킨다.

반면에, 본 발명의 구성에 따르면, 처리용 가스는 플라즈마 확산부의 전자 온도가 극히 낮은 부분에 도입되기 때문에, 플루오르화탄소계 가스의 분해가 적절히 억제되어, 레지스트 및 실리콘 질화막 모두에 대해 충분한 에칭 선택비를 얻을 수 있다. 게다가, 불순물 오염이 없기 때문에, 접촉 저항도 작게 억제될 수 있다.

도 7은 공급된 마이크로파 전력을 일정하게 유지하면서 유전체부의 두께[유전체 격벽(102)의 두께 + 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께]를 변화시키는 경우에 플라즈마중의 전자 밀도의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 마이크로파의 주파수는 2.45GHz이며, 마이크로파 전력은 1.8kW이었다. 갭(104)은 0.7mm이었다. 가스는 아르곤이며, 그것의 압력은 약 67Pa(500mTorr)이었다. 전자 밀도는 유전체 샤워 플레이트로부터 22mm 정도 떨어진 지점에서 측정되었다.

플라즈마중의 전자 밀도는 유전체부의 두께에 따라 주기적으로 변화된다는 것을 도 7로부터 알아냈다. 플라즈마 여기 효율[(플라즈마 여기에 사용된 전력)/(마이크로파 전원에 의해 공급된 전력)]은 전자 밀도에 비례한다. 본 실시예에 있어서, 플라즈마 여기 효율은 유전체부의 두께의 변화에 따라 21% 내지 75%의 범위에서 주기적으로 변화하였다. 이러한 현상은 하기에서 설명될 수 있다.

마이크로파 입사면 부근의 전자 밀도(10¹²cm^-3이상)는 컷오프 밀도(2.45GHz에서 45×10¹⁰cm^-3) 보다 충분히 높기 때문에, 플라즈마 표면에 입사한 마이크로파는 플라즈마 표면으로부터의 침입 길이(약 3mm) 정도밖에 플라즈마중에 침입될 수 없고, 거의 완전히 반사된다. 반사된 마이크로파는 안테나에 의해 수신된 후에, 안테나와 마이크로파 전원 사이에 접속된 정합기로 반사되어, 다시 안테나로부터 방사된다. 즉, 플라즈마 표면 근방과 정합기 사이의 공간은 마이크로파의 공진 상태로 되어 있다. 이러한 공간에는, 높은 에너지 밀도의 마이크로파가 존재하게 되어, 도파로의 금속 벽의 작은 도체 손실 또는 슬롯 안테나내의 유전 재료의 작은 유전 손실에 의해 큰 손실이 발생된다. 이 손실이 마이크로파로부터 플라즈마까지 인가되는 전력보다 크다면, 플라즈마 표면 근방과 정합기 사이의 마이크로파의 전력 밀도는 플라즈마의 상태에 거의 의존하지 않는다. 공진기중의 마이크로파의 전력 밀도가 일정하다고 가정하면, 유전체부의 두께가 안테나에 면하는 유전체부의 표면이 마이크로파 전계의 정상파의 루프(loop)에 대응하는 위치에 있도록 하는 경우에 유전체부내의 마이크로파의 전력 밀도가 최대화되어, 플라즈마가 가장 효과적으로 여기될 수 있다. 반대로, 유전체부의 두께가 안테나에 면하는 유전체부의 표면이 마이크로파 전계의 정상파의 노드(node)에 대응하는 위치에 있도록 하는 경우에 유전체부내의 마이크로파의 전력 밀도가 최소화되어, 플라즈마 여기 효율은 가장 낮게 된다. 안테나에 면하는 유전체부의 표면을 마이크로파 전계의 정상파의 루프 위치에 위치시키기 위해서, 안테나에 면하는 유전체 격벽의 표면과 기판에 면하는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면 사이의 간격은 해당부에서의 파장의 1/4의 홀수배와 같도록 설정된다. 이것은 도체로 볼 수 있는 플라즈마의 존재에 의해 기판에 면하는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면을 거의 단락면(정상파의 노드의 위치)으로 볼 수 있기 때문이다. 전자 밀도가 최대값을 갖는 유전체부의 두께는 30mm 및 50mm라는 것을 도 7로부터 알 수 있다. 이들 값은 안테나에 면하는 유전체 격벽의 표면과 기판에 면하는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면 사이의 간격이 각각 파장의 3/4배 및 5/4배에 대응한다.

종래의 구성에 있어서, 유전체부의 두께가 단지 그것의 기계적 강도에만 근거하여 결정되기 때문에, 많은 경우에서 플라즈마 여기 효율이 낮고, 여기 효율이 각 장치마다 가지각색이다. 본 발명의 구성에 있어서, 플라즈마 여기 효율은 75% 정도로 높고, 최대값에 있어서 종래의 구성의 효율의 3.6배에 달한다. 즉, 전력 소모가 보다 작고 소형의 저렴한 마이크로파 전원에 의해 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있다.

도 8은 유전체부의 두께를 30mm로 일정하게 하면서 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께가 변화하는 경우에 갭(104)내에서 방전이 개시하는 마이크로파의 전력 밀도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 갭내에서 방전이 개시하는 마이크로파의 전력 밀도는 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께에 따라 주기적으로 변화한다는 것을 알 수 있다. 갭내에서 방전이 개시하면, 처리 공간의 플라즈마가 불안정화되며, 따라서 그러한 방전이 확실히 방지되어야 한다. 갭내에서의 방전을 방지하기 위해서, 갭이 마이크로파 전계의 정상파의 노드 위치에 위치되도록 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께를 결정한다. 즉, 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께는 해당부에서의 파장의 1/2의 정수배일 수 있다. 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께가 20mm인 경우에 갭(104)내에서 가장 방전이 발생하기 힘들고, 그 두께가 10mm인 경우에 가장 방전이 발생하기 쉽다. 이들 값은 각각 파장의 1/2배 및 1/4배에 대응한다.

종래의 구성에 있어서, 유전체 샤워 플레이트의 두께가 단지 그것의 기계적 강도 및 가스의 컨덕턴스(conductance)만에 근거하여 결정되기 때문에, 많은 경우에 있어서 갭내에서 방전이 발생하기 쉬우며, 그에 따라 큰 전력을 플라즈마에 투입하기 곤란하였다. 본 발명의 구성에 있어서, 큰 전력을 플라즈마에 투입하는 경우에도 갭(104)내에서 방전이 발생하지 않으며, 그에 의해 안정한 고밀도 플라즈마를 연속적으로 여기시킬 수 있다.

도 9는 유전체 샤워 플레이트(103)와 격자형 샤워 플레이트(111) 사이의 간격이 변화되는 경우에 처리 공간[유전체 샤워 플레이트(103)와 기판(114) 사이]으로 방전이 개시하는 마이크로파의 전력 밀도와, 기판(114) 주변의 전자 밀도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

유전체 샤워 플레이트(103)와 격자형 샤워 플레이트(111) 사이의 간격이 파장의 1/4배 보다 짧게 되면, 처리 공간에서 갑자기 방전이 발생하기 어렵게 된다. 이것은 하기에서 설명될 수 있다. 금속제 격자형 샤워 플레이트(111)는 격자 간격을 마이크로파 파장보다 충분히 짧게 하면 마이크로파용 단락면으로 작용한다. 마이크로파를 챔버내에 투입한 후에, 플라즈마 착화전에는 격자형 샤워 플레이트(111)에의 입사파 및 격자형 샤워 플레이트(111)의 표면 부근에서 반사된 반사파는 정상파를 형성한다. 유전체 샤워 플레이트(103) 및 격자형 샤워 플레이트(111) 사이의 간격이 파장의 1/4배보다 길다면, 플라즈마 공간중에 마이크로파 전계의 정상파의 루프가 존재하며, 이 전계가 강한 위치에서 방전이 개시한다. 방전이 개시한 직후에, 그 플라즈마를 시드(seed)로 마이크로파 입사면 부근에서 고밀도 플라즈마가 생성된다. 반면에, 유전체 샤워 플레이트(103)와 격자형 샤워 플레이트(111) 사이의 간격이 파장의 1/4배보다 짧다면, 마이크로파 전계는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면에서 최대화되지만, 간격이 감소함에 따라 전계의 강도가 작게 되어, 방전이 보다 어렵게 된다.

기판 주변의 전자 밀도는 유전체 샤워 플레이트(103)와 격자형 샤워 플레이트(111) 사이의 간격이 증대함에 따라 저하한다는 것을 도 9로부터 알 수 있다. 이것은, 마이크로파 입사면 부근에서 플라즈마가 여기되어 플라즈마가 기판쪽으로 확산됨으로써, 마이크로파 입사면으로부터의 간격이 증가함에 따라 전자 밀도가 저하하기 때문이다. 낮은 마이크로파 전력으로 고속 처리를 실현하기 위해서, 처리 공간에서 방전이 쉽게 발생하고, 기판 주변의 전자 밀도가 높은 것이 바람직하다. 두 조건 모두를 만족시키기 위해서, 유전체 샤워 플레이트(103)와 격자형 샤워 플레이트(111) 사이의 간격을 파장의 1/4배가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

도 10은 유전체부의 두께를 30mm로 고정하여 방사상 선 슬롯 안테나(110)와 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 간격이 변화하는 경우에 슬롯 안테나(110)의 슬롯부에서 방전이 개시하는 마이크로파의 전력 밀도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 슬롯부에서 방전이 개시하는 마이크로파의 전력 밀도는 방사상 선 슬롯 안테나(110)와 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 간격에 따라 주기적으로 변화한다는 것을 알 수 있다. 슬롯부에서 방전이 개시하면, 슬롯 안테나(110)가 파손되고, 처리 공간의 플라즈마가 불안정하게 되며, 따라서 그러한 방전이 확실히 방지되어야 한다. 슬롯부에서의 방전을 방지하기 위해서, 슬롯 안테나(110)와 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 간격은 슬롯 안테나(110)의 표면이 마이크로파 전계의 정상파의 노드의 위치에 위치되도록 결정된다. 안테나에 면하는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면이 마이크로파 전계의 정상파의 루프에 대응하는 경우, 즉 안테나에 면하는 유전체 격벽의 표면과 기판에 면하는 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면 사이의 간격이 해당부에서의 파장의 1/4의 홀수배가 되도록 설정된 경우에, 슬롯 안테나(110)와 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 간격은 파장의 1/4의 홀수배가 될 수 있다. 슬롯 안테나(110)와 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 간격이 30mm 및 90mm인 경우에 슬롯부에서 방전이 가장 발생하기 어렵고, 그 간격이 60mm인 경우에 방전이 가장 쉽게 발생한다. 이들 값, 즉 30mm, 60mm 및 90mm는 각각 파장의 1/4배, 2/4배 및 3/4배에 상당한다.

종래의 구성에 있어서, 많은 경우에 슬롯 안테나(110)의 슬롯부에서 방전이 쉽게 발생하며, 따라서 플라즈마에 큰 전력을 투입하기 어려웠다. 본 발명의 구성에 있어서, 플라즈마에 큰 전력을 투입하는 경우에도 슬롯부에서 방전이 발생하지 않으며, 그에 의해 안정한 고밀도 플라즈마를 연속적으로 여기시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치를 사용함으로써, 기판에의 고효율의 고주파 바이어스를 인가하는 것과, 고효율의 마이크로파 플라즈마를 생성하는 것을 이룰 수 있으며, 고주파 전원 또는 마이크로파 전원을 소형화함으로써 장치 점유 면적을 축소시키며, 장치의 비용을 저감시킨다. 더욱이, 큰 전력을 갖는 마이크로파가 투입하는 경우에도, 유전체 격벽과 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 갭 또는 방사상 선 슬롯 안테나(110)의 슬롯부에서 방전이 전혀 발생하지 않기 때문에, 보다 고밀도의 안정한 플라즈마를 생성할 수 있게 되어, 높은 생산성 처리를 실현할 수 있다. 처리용 가스의 과도한 해리가 억제되어 불순물 오염이 없기 때문에, 종래의 플라즈마 처리를 혁신하는 고성능 처리를 이룰 수 있다.

(제 2 실시예)

이제, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 설치된 격자형 샤워 플레이트(600)를 기판측에서 본 평면도이다. 도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 취한 단면도이다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 도 11에 도시된 격자형 샤워 플레이트(600) 이외에는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치와 동일하여, 그 설명은 생략한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 격자형 샤워 플레이트(600)는 본관(601), 지관(602), 처리용 가스 방출부(해칭 부분)(603) 및 격자형 샤워 플레이트 가스 공급 포트(604)를 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 각 지관(602)은 피막(606)을 갖는다. 도 11에 있어서 점선으로 표시된 원(605)은 기판에 대향하는 영역을 나타내고 있다.

본 실시예에 있어서, 본관(601)은 0.03%의 기공률을 갖는 알루미나 세라믹에 의해 형성되며, 지관(602)은 32%의 기공률을 갖는 다공질 알루미나 세라믹에 의해 형성된다. 지관(602)은 격자 배열로 배치되며, 본관(601) 및 지관(602)은 세라믹계 접착제에 의해 서로 접합된다. 따라서, 본관(601) 및 지관(602)에 의해 개구부(607)가 형성된다. 다공질 알루미나 세라믹은 가스를 투과시키는 성질을 가지며, 그에 따라 관 내측의 압력을 관 외측의 압력 보다 적절히 높게 설정함으로써 그러한 재료로 제조된 관은 샤워 플레이트로서 기능한다. 다공질 알루미나 세라믹을 샤워 플레이트에 사용하면, 상기 제 1 실시예에서와 같이 다수의 가스 방출 구멍을 형성하는 경우와 비교하여 보다 균일하게 가스를 방출할 수 있다. 가스 방출부와는 다른 지관(602)의 표면부는 가스가 방출되는 것을 방지하도록 피막(606)으로 덮여 있다. 피막(606)은 220㎛의 두께 및 0.8%의 기공률을 갖는 알루미나 세라믹으로 제조된다.

알루미나 세라믹은 부식성 가스 플라즈마에 대해 우수한 내구성을 가지며, 긴 제품 수명을 갖는 샤워 플레이트를 구성할 수 있다. 반면에, 알루미나 세라믹이 전기 전도성을 갖지 않기 때문에, 플라즈마가 접하는 접지면의 면적을 증대시키는 효과가 없으며, 따라서 기판의 표면에 고에너지의 이온을 입사하여야 하는 반응성 이온 에칭 등과 같은 처리에 적합하지 않다. 따라서 본 실시예에 따른 장치는 CVD, 산화 또는 질화와 같은 레지스트 에싱(ashing) 또는 박막 형성에 사용되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서, 격자형 샤워 플레이트(600)를 알루미나 세라믹으로 형성하였지만, 격자형 샤워 플레이트(600)는 열전도성이 높은 질화 알루미늄 세라믹으로 형성될 수도 있다. 또한, 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 다량의 금속을 함유하는 전도성 알루미나 세라믹을 사용할 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 플라즈마가 접하는 접지면의 면적을 증대시키는 효과가 있기 때문에, 샤워 플레이트는 기판 표면에 고에너지 이온을 입사하여야 하는 처리에도 적용할 수 있다.

(제 3 실시예)

이제, 도 13 및 도 14를 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 설치된 격자형 샤워 플레이트(700)를 기판측에서 본 평면도이다. 도 14는 도 13의 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선을 따라 취한 단면도이다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 도 13에 도시된 격자형 샤워 플레이트(700) 이외에는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치와 동일하며, 그에 대한 설명은 생략한다.

도 13에 도시된 격자형 샤워 플레이트(700)는 가스 도입 통로(701), 처리용 가스 방출 구멍(702), 격자형 샤워 플레이트 가스 공급 포트(703), 격자형 샤워 플레이트 본체(705) 및 격자형 샤워 플레이트 커버(706)를 포함한다. 점선으로 표시된 원(704)은 기판에 대응하는 영역을 나타내고 있다.

사각형 단면을 갖는 가스 도입 통로(701)는 그리드(grid)로 형성되며, 인접한 가스 도입 통로 사이에 플라즈마 또는 가스를 통과시키기 위한 개구부(707)가 형성되어 있다. 격자형 샤워 플레이트 본체(705) 및 격자형 샤워 플레이트 커버(706)는 3%의 마그네슘을 함유하는 알루미늄으로 형성되고, 전자 빔 용접에 의해 서로 접합된다. 격자형 샤워 플레이트 본체(705) 및 격자형 샤워 플레이트 커버(706)는 부식성 가스에 대한 내성을 향상시키도록 전자 빔 용접후에 불소 가스 분위기내에서 열처리되며, 표면에 불화 마그네슘 및 불화 마그네슘의 혼합막이 형성되어 있다.

본 실시예가 상기 제 1 실시예에 비하여 격자형 샤워 플레이트(700)의 고주파 전류가 흐르는 경로의 단면적이 크고 저항률이 낮은 재료를 사용하기 때문에, 플라즈마와 접지 사이의 임피던스를 보다 저하시키는 효과가 높다. 즉, 전력 효율이 보다 높은 플라즈마 장치를 구성할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 격자형 샤워 플레이트(700)를 알루미늄으로 형성할 수 있지만, 샤워 플레이트는 스테인리스강 또는 고농도 알루미늄 함유 스테인리스강으로 형성될 수도 있다.

(제 4 실시예)

도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(801), 유전체 격벽(802), 유전체 샤워 플레이트(803), 갭(804), 샤워 플레이트 고정 지그(805), 플라즈마 여기용 가스 공급 포트(806), 플라즈마 여기용 가스 방출 구멍(807), 마이크로파 도파로(808), 격자형 샤워 플레이트(809), 처리용 가스 공급 포트(810), 처리용 가스 방출 구멍(811), 스테이지(813) 및 배기 포트(814)를 포함한다. 플라즈마에 의해 처리될 기판(812)은 스테이지(813)상에 탑재된다.

본 실시예에 있어서, 진공 챔버(801)는 알루미늄으로 형성되며, 유전체 격벽(802)은 산화 알루미늄으로 형성되며, 유전체 샤워 플레이트(803)는 질화 알루미늄으로 형성되며, 샤워 플레이트 고정 지그(805)는 알루미늄으로 형성된다. 격자형 샤워 플레이트(809)는 상기 제 1 내지 제 3 실시예중 어느 하나와 동일한 구성을 가지며, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 산화 부동태 처리된 고농도 알루미늄 함유 스테인리스강으로 형성된다. 플라즈마 여기용 마이크로파의 주파수는 2.45GHz이다. 기판(812)은 액정 표시 장치용 사각형 유리 기판이며, 그 사이즈는 550×650mm²이다.

각 마이크로파 도파로(808)는 도면의 평면에 수직 방향으로 연장되는 단일 모드 사각형 도파관이며, 그 하부 표면은 유전체 벽으로 둘러싸여 있으며, 다른 부분은 금속 벽으로 둘러싸여 있다. 마이크로파는 단일 마이크로파 전원에 의해 발생되며, 장치의 중앙부 부근의 2개의 마이크로파 도파로(808)에 분배됨으로써 공급된다. 마이크로파 도파로(808)중을 전파하는 마이크로파의 일부는 유전체격벽(802)으로부터 누출되고, 유전체 샤워 플레이트(803)를 지나 진공 챔버(801)내로 도입되어 플라즈마를 여기한다. 플라즈마가 여기되면, 표면파는 플라즈마와 유전체 샤워 플레이트(803) 사이의 경계 부근에서 여기되며, 표면파는 유전체 샤워 플레이트(803)의 표면을 따라 전파한다. 균일한 표면파를 여기함으로써 큰 면적에 걸쳐 균일한 플라즈마를 얻을 수 있다. 본 실시예에 있어서, 2개의 유전체 샤워 플레이트(803)가 설치되어 있지만, 이들 샤워 플레이트는 접지된 샤워 플레이트 고정 지그(805)에 의해 서로 전기적으로 격리되어 이들 샤워 플레이트의 표면을 전파하는 표면파가 서로 간섭하는 것을 방지한다.

유전체 샤워 플레이트(803), 격자형 샤워 플레이트(809) 및 기판(812)은 서로 평행하게 배열되어 있다. 각 유전체 샤워 플레이트(803)와 격자형 샤워 플레이트(809) 사이의 간격은 마이크로파 파장의 1/4배(30mm)가 되도록 설정되어 있다.

본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 백그라운드 게이트(background gate)형 TFT(thin film transistor; 박막 트랜지스터) 액정 표시 장치를 제조하는데 사용되었다. 적용된 처리는 CVD 방법에 의한 ① 실리콘 질화막 형성 처리, ② 실리콘 질화막상에의 다결정 실리콘막 형성 처리, ③ 다결정 실리콘막상에의 n⁺실리콘막 형성 처리, ④ 실리콘막 에칭 처리 및 ⑤ 실리콘 표면 직접 산화 처리이었다. 하기 표 2는 상기 각 처리에 사용된 가스의 종류 및 압력을 나타내고 있다.

각 액정 표시 장치를 제조하기 위한 처리 및 그 처리 조건

처리	플라즈마여기용 가스	처리용 가스	압력
① 실리콘 질화막형성	아르곤(900sccm)	SiH₄(50sccm)NH₃(70sccm)	약 67Pa(500mTorr)
② 다결정 실리콘막형성	아르곤(880sccm)	SiH₄(60sccm)H₂(60sccm)	약 67Pa(500mTorr)
③ n⁺실리콘막형성	아르곤(900sccm)	SiH₄(60sccm)PH₃(20sccm)	약 67Pa(500mTorr)
④ 실리콘막 에칭	아르곤(820sccm)	SF₆(250sccm)HCl(50sccm)	약 27Pa(200mTorr)
⑤ 실리콘 표면직접 산화	헬륨(660sccm)	O₂(90sccm)	약 67Pa(500mTorr)

반도체 및 액정 표시 장치 모두의 기판은 대형화되는 경향이 있다. 전혀 문제없이 고속에서 대형 기판을 반송하는 것은 기술적으로 어렵고 비용이 든다. 게다가, 기판의 대형화에 따라 장치도 대형화되며, 장치 또는 제조 공장(클린룸)의 초기 투자 비용 및 운전 비용이 매우 증가된다. 따라서, 기판을 이동하지 않고 제조를 수행할 수 있도록 단일 장치에 의해 여러 처리를 연속적으로 수행되는 것이 강하게 요구되고 있다.

본 실시예에 있어서, ① 내지 ③의 처리는 기판(812)을 이동시키지 않고 가스를 변경함으로써 연속적으로 수행될 수 있다. ④ 및 ⑤의 처리도 동일하다. 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 유전체 샤워 플레이트(803) 및 격자형 샤워 플레이트(809)로부터 방출되는 가스를 전환함으로써 막 형성, 에칭, 산화, 질화 또는 에싱 등의 다수의 플라즈마 처리를 단일 장치에 의해 수행할 수 있는 특징 때문에 이러한 연속 처리에 유연하게 대응할 수 있다.

하기 표 3은 현재 액정 표시 장치의 제조에 광범위하게 사용되는 평행 평판형 플라즈마 처리 장치(종래의 장치) 및 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 동일한 처리를 수행한 경우의 결과를 비교한 것이다.

종래의 장치와 본 발명의 장치의 프로세스 성능의 비교

처리	종래 장치를사용한 경우	본 발명의 장치를사용한 경우
① 실리콘 질화막형성	내전압 : 4.2MV/cm막형성 속도 : 120nm/분	내전압 : 12.4MV/cm막형성 속도 : 310nm/분
② 다결정 실리콘막형성	비정질(0.2cm²/V·초)막형성 속도 : 78nm/분	다결정(280cm²/V·초)막형성 속도 : 93nm/분
③ n⁺실리콘막형성	저항률 : 2.3Ωcm막형성 속도 : 58nm/분	저항률 : 0.7Ωcm막형성 속도 : 85nm/분
④ 실리콘막 에칭	에칭 속도 : 280nm/분	에칭 속도 : 720nm/분
⑤ 실리콘 표면직접 산화	산화막 두께 : 7nm(산화 시간 3분)	산화막 두께 : 28nm(산화 시간 3분)

실리콘 질화막은 게이트 절연막 또는 층간 절연막으로 사용되며, 내전압이 높고 누설 전류가 작은 막의 형성을 위해 고속에서 막 형성될 필요가 있다. 본 실시예에 따른 장치에 있어서, 막 형성된 표면상에 입사하는 이온의 에너지가 종래 장치의 에너지보다 1/3 정도 낮고(4eV 내지 7eV), 박막에 이온 조사에 의한 손상이 없기 때문에, 종래 장치의 내전압의 3배에 가까운 내전압을 갖는 고품질의 실리콘 질화막이 형성된다. 더욱이, 전자 밀도가 종래의 평행 평판형 플라즈마 장치보다 약 1 자리수 정도 높기 때문에(>2×10¹²cm^-3), 막 형성 속도가 빠르고, 생산성이 비약적으로 향상된다.

실리콘막은 TFT의 핵심부인 채널부에 사용된다. 트랜지스터의 전류 구동 성능을 향상시키기 위해, 채널 이동도가 큰 실리콘막을 절연막상에 퇴적시킬 필요가 있다. 종래의 장치에 있어서, 이동도는 그 장치가 단지 비정질막만을 형성할 수 있으므로 매우 낮다(0.2cm²/V·초 정도). 레이저 빔을 조사함으로써 비정질막을 다결정화하는 레이저 풀림 처리를 수행함으로써 고이동도의 다결정 실리콘막이 얻어질 수 있지만, 이러한 방법은 매우 장시간 걸리기 때문에 실용적이지 못하다. 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하면, 약 280cm²/V·초의 고이동도를 갖는 다결정 실리콘막은 풀림 처리 없이 250℃의 낮은 기판 온도에서 CVD 방법에 의해 퇴적될 수 있었다. 게다가, 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 고속으로 막을 형성할 수 있어, 우수한 생산성을 가지며, 다른 것에서 볼 수 없는 획기적인 박막 형성 기술을 제공한다.

n⁺실리콘막은 TFT의 소스-드레인(source-drain) 접촉부에 사용되며, 트랜지스터의 전류 구동 성능을 향상시키기 위해 높은 캐리어 밀도 및 작은 저항률을 제공하는 것이 요구된다. 본 발명에 따른 장치를 사용하면, 막 형성 표면에 조사하는 이온의 에너지가 작기 때문에 막을 손상시키지 않았으며, 캐리어의 활성화율이 향상하여 저항률이 보다 낮은 막을 얻을 수 있었다.

표 3의 ④ 실리콘막 에칭 처리 및 ⑤ 실리콘 직접 산화 처리는 기판(812)을 장치 외부로 취출하지 않고 동일한 챔버로 연속적으로 수행되었다. 이들 처리에 있어서, 백그라운드 게이트형 TFT의 소스와 드레인 사이의 갭을 에칭한 후에, 하지의 소스-드레인 접촉용 n⁺실리콘막(비정질 또는 미세 결정)을 산화하여 절연물(SiO₂)로 변화시켜서, 소스와 드레인 사이를 절연하도록 하였다. 에칭이 고속으로 수행되어야 하지만, 본 실시예에 따른 장치를 사용하면, 플라즈마 밀도가 높기 때문에 에칭 반응이 촉진되어 종래 장치의 에칭 속도의 2배 이상의 에칭 속도가 얻어졌다.

소스와 드레인 사이의 절연을 이루기 위해, n⁺실리콘막(막의 두께가 약 15mm임)은 그 내측까지 완전히 산화되어야 한다. 이때에, 기판 온도는 350℃ 보다 낮아야 한다. 종래의 장치로 300℃의 기판 온도를 갖는 저온 플라즈마 산화를 수행하면, 3분 동안에 약 7mm의 깊이까지만 산화가 진행한다. 따라서, 막은 전체적으로 산화될 수 없고, 소스와 드레인 사이의 절연은 이루어질 수 없다. 반면에, 본 실시예의 장치에 따르면, 3분 동안에 300℃의 기판 온도에서 28mm의 깊이까지 산화가 진행하므로, n⁺실리콘막 전체를 산화시킴으로써 소스 및 드레인 사이를 완전히 절연할 수 있다. 이것은 산화의 시드인 다량의 산소 래디컬이 높은 전자 밀도에 의해 생성되고, 산화막내로의 산소 래디컬의 확산이 기판의 표면에의 다량의 이온 조사에 의해 촉진되기 때문이다.

본 발명은 구체적으로 개시된 상기 실시예에만 제한하지 않으며, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 개량 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims

내부가 감압 가능한 챔버(101)와, 상기 챔버내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 상기 챔버내에 공급된 가스를 배기함과 동시에 상기 챔버내를 감압하기 위한 배기 시스템을 포함하며, 상기 챔버(101)를 구성하는 벽의 일부는 마이크로파를 실질적으로 손실없이 투과시키는 재료로 이루어진 평판형 유전체 판(102)이며, 상기 유전체 판과 상기 챔버내에 여기된 플라즈마 사이에는 마이크로파를 실질적으로 손실없이 투과시키는 재료로 이루어진 평판형 유전체 샤워 플레이트(103)를 구비하며, 상기 유전체 샤워 플레이트에는 다수의 가스 방출 구멍(107)이 형성되어 있고, 상기 가스 공급 시스템에 의해 공급된 가스중 적어도 일부는 상기 유전체 판(102)과 상기 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 갭(104)을 통하여 상기 다수의 가스 방출 구멍(107)으로부터 방출되도록 구성되며, 상기 유전체 판(102)을 사이에 개재하면서 상기 챔버(101)의 외측에는 상기 유전체 판을 통하여 플라즈마 여기용의 마이크로파를 공급하기 위한 평판형 슬롯 안테나(110)를 갖고, 상기 챔버의 내측에는 피처리 기판(114)을 유지하는 전극(115)을 설치하여, 상기 피처리 기판(114)에 대하여 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,

상기 유전체 샤워 플레이트(103)와 상기 피처리 기판(114) 사이에, 상기 유전체 샤워 플레이트로부터 방출되는 가스의 조성과 상이한 조성을 갖는 가스를 상기 피처리 기판측에 방출하는 격자형 샤워 플레이트(111, 600, 700)를 구비하며,

상기 유전체 샤워 플레이트(103)로부터 방출된 가스중 적어도 일부는 상기 격자형 샤워 플레이트의 개구부(206, 607, 707)를 통하여 상기 피처리 기판측으로 흐르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 격자형 샤워 플레이트(111, 600)가 금속관으로 형성되며, 상기 금속관의 상기 피처리 기판측의 면에는 다수의 가스 방출 구멍(203, 603)이 설치되며, 상기 금속관이 접지되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 금속관이 알루미늄을 함유하는 스테인리스강으로 형성되며, 상기 금속관의 표면이 산화 알루미늄을 주체로 하는 부동태막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유전체 샤워 플레이트(103) 및 상기 격자형 샤워 플레이트(111, 600, 700)가 서로 실질적으로 평행하게 배열되며, 그 사이의 간격은 진공중에서의 상기 마이크로파 파장의 1/4배와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 유전체 판(102) 및 상기 유전체 샤워 플레이트(103)가 서로 실질적으로 평행하게 배열되며, 상기 슬롯 안테나에 면하는 상기 유전체 판(102)의 표면과 상기 피처리 기판에 면하는 상기 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면 사이의 간격이 해당부에서의 상기 마이크로파 파장의 1/4의 홀수배와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 슬롯 안테나(110) 및 상기 유전체 판(102)이 서로 실질적으로 평행하게 배열되며, 그 사이의 간격이 해당부에서의 상기 마이크로파 파장의 1/4의 홀수배와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께가 해당부에서의 상기 마이크로파 파장의 1/2의 정수배와 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 슬롯 안테나(110) 및 상기 유전체 판(102)이 서로 실질적으로 평행하게 배열되며, 그 사이의 간격이 해당부에서의 상기 마이크로파 파장의 1/4의 홀수배와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
내부가 감압 가능한 챔버(801)와, 상기 챔버내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 상기 챔버내에 공급된 가스를 배기함과 동시에 상기 챔버내를 감압하기 위한 배기 시스템을 포함하며, 상기 챔버(801)를 구성하는 벽의 일부는 마이크로파를 실질적으로 손실없이 투과시키는 재료로 이루어진 평판형 유전체 판(802)이며, 상기 챔버의 상기 유전체 판 이외의 벽의 적어도 일부는 접지된 금속 벽이며, 상기 각 유전체 판(802) 및 상기 금속 벽과 상기 챔버내에 여기된 플라즈마 사이에는 마이크로파를 실질적으로 손실없이 투과시키는 재료로 이루어진 평판형 유전체 샤워 플레이트(803)를 갖고, 상기 유전체 샤워 플레이트에는 다수의 가스 방출 구멍(807)이 형성되어 있고, 상기 가스 공급 시스템에 의해 공급된 상기 가스중 적어도 일부는 상기 금속 벽과 상기 유전체 샤워 플레이트(803) 사이의 갭(804)을 통하여 상기 다수의 가스 방출 구멍(807)으로부터 방출되도록 구성되며, 상기 유전체 판(802)을 사이에 개재하면서 상기 챔버(801)의 외측에는 벽의 일부가 상기 유전체 판(802)으로 구성된 단일 모드 도파관(808)을 갖고, 상기 챔버의 내측에는 피처리 기판(812)을 유지하는 전극(813)을 설치하여, 상기 피처리 기판에 대하여 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,

상기 유전체 샤워 플레이트(803)와 상기 피처리 기판(812) 사이에는 상기 유전체 샤워 플레이트로부터 방출되는 가스의 조성과 상이한 조성을 갖는 가스를 상기 피처리 기판측에 방출하는 격자형 샤워 플레이트(809)가 설치되며,

상기 유전체 샤워 플레이트(803)로부터 방출된 가스중 적어도 일부는 상기 격자형 샤워 플레이트(809)의 개구부를 통하여 상기 피처리 기판측에 흐르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 격자형 샤워 플레이트(809)가 금속관으로 형성되며, 상기 금속관의 상기 피처리 기판측의 면에는 다수의 가스 방출 구멍(811)이 설치되며, 상기 금속관이 접지되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 금속관이 알루미늄을 함유하는 스테인리스강으로 형성되며, 상기 금속관의 표면이 산화 알루미늄을 주체로 하는 부동태막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 9 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 유전체 샤워 플레이트(803) 및 상기 격자형 샤워 플레이트(809)가 서로 실질적으로 평행하게 배열되며, 그 사이의 간격은 진공중에서의 상기 마이크로파 파장의 1/4배와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
내부가 감압 가능한 챔버(101)와, 상기 챔버내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 상기 챔버내에 공급된 가스를 배기함과 동시에 상기 챔버내를 감압하기 위한 배기 시스템을 포함하며, 상기 챔버(101)를 구성하는 벽의 일부는 마이크로파를 실질적으로 손실없이 투과시키는 재료로 이루어진 평판형 유전체 판(102)이며, 상기 유전체 판과 상기 챔버내에 여기된 플라즈마 사이에는 마이크로파를 실질적으로 손실없이 투과시키는 재료로 이루어진 평판형 유전체 샤워 플레이트(103)를 구비하며, 상기 유전체 샤워 플레이트에는 다수의 가스 방출 구멍(107)이 형성되어 있고, 상기 가스 공급 시스템에 의해 공급된 가스중 적어도 일부는 상기 유전체 판(102)과 상기 유전체 샤워 플레이트(103) 사이의 갭(104)을 통하여 상기 다수의 가스 방출 구멍(107)으로부터 방출되도록 구성되며, 상기 유전체 판(102)을 사이에 개재하면서 상기 챔버(101)의 외측에는 상기 유전체 판을 통하여 플라즈마 여기용의 마이크로파를 공급하기 위한 평판형 슬롯 안테나(110)를 갖고, 상기 챔버의 내측에는 피처리 기판(114)을 유지하는 전극(115)을 설치하여, 상기 피처리 기판에 대하여 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,

상기 슬롯 안테나(110), 상기 유전체 판(102) 및 상기 유전체 샤워 플레이트(103)는 서로 실질적으로 평행하게 배열되며, 상기 슬롯 안테나에 면하는 상기 유전체 판(102)의 표면과 상기 피처리 기판에 면하는 상기 유전체 샤워 플레이트(103)의 표면 사이의 간격은 해당부에서의 상기 마이크로파 파장의 1/4의 홀수배와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 유전체 샤워 플레이트(103)의 두께가 해당부에서의 상기 마이크로파 파장의 1/2의 정수배와 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

상기 슬롯 안테나(110)와 상기 유전체 판(102) 사이의 간격이 해당부에서의 상기 마이크로파 파장의 1/4의 홀수배와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.