(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置において、
処理対象基板が位置しプラズマが形成される反応空間を有する工程チャンバーと；
前記反応空間の外部に形成される複数のポールと、前記複数のポールを間に置いて前記反応空間と向き合って前記複数のポールを相互に連結する連結部を含むフェライトコアと；
前記複数のポールに巻かれているコイルと；
前記コイルに電源を印加する電源部を含み、
前記連結部は、閉ループ状であり、内部連結部と前記内部連結部を囲んでいる外部連結部を含むことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
隣接した前記ポールに対して、前記コイルは反対方向に巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記連結部によって相互に連結されている前記複数のポールは、一列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記連結部によって相互に連結されている前記複数のポールは、一定の間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記連結部によって相互に連結されている前記ポールの数は、偶数であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記連結部は、円形であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記内部連結部と前記外部連結部は、円形であり、同じ中心を有することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記電源部は、前記内部連結部と前記外部連結部に独立的に電源を供給することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記電源部は、前記内部連結部と前記外部連結部のうち、少なくともいずれか一つに１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの電源を供給することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記電源部は、前記コイルを二つの部分に分けて、並列に電源を供給することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記ポールは、円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記電源部は、１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの電源を供給することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記コイルは、キャパシターを通して接地されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記キャパシターのインピーダンスは、前記フェライトコアのインピーダンスの約１／２であることを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記反応空間と前記フェライトコアの間に位置するウインドープレートをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記ウインドープレートは、アルミナまたはクォーツで形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記電源部と前記コイルの間に位置するインピーダンス整合部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、より詳細には、フェライトコアを使用して、プラズマ発生効率を向上させた基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハーまたは各種表示装置の基板は(以下‘基板’という)、薄膜蒸着とその薄膜の食刻のような基板処理工程を繰り返して製造する。
【０００３】
図１は、従来フェライトコアを利用した基板処理装置の断面図であり、図２は、その平面図である。
【０００４】
従来の基板処理装置１００は、上部容器１１１と下部容器１１２が互いに結合されている。両容器１１１、１１２が形成する空間は、仕切り１２１、１２２により上部反応空間１１３と下部反応空間１１４に分けられる。注入されたガスは反応空間１１３、１１４の中でイオン化されてプラズマを形成する。上部反応空間１１３には上部チャック１３１が、下部反応空間１１４には下部チャック１３２が配置され、処理対象である基板は、通常下部チャック１３２にだけ配置される。両反応空間１１３、１１４の中には、６個の環状のフェライトコア１４１が同一平面上に円形で等間隔に配置されている。各フェライトコア１４１にはコイル１４２が巻かれている。コイル１４２は、隣接したフェライトコア１４１の間には反対方向に巻かれられているが、これは隣接したフェライトコア１４１により発生する誘導起電力の相が反対になるようにするためである。
【０００５】
両反応空間１１３、１１４は、フェライトコア１４１の中心を貫通するチューブ１５１に形成されている貫通孔１５２を通して連結されている。貫通孔１５２を通して反応ガスが通過するため、貫通孔１５２は放電電流のパスとなる。基板処理時にフェライトコア１４１を巻いたコイル１４２が１次側になり、プラズマは２次側として機能を有し、コイル１４２に印加された高周波数電力が２次側プラズマに伝えられる。隣接したフェライトコア１４１により発生する誘導起電力は、位相が互いに１８０°の差が生じ、プラズマに誘導された電流パスは２個の隣接貫通孔１５２を通して閉ループを形成する。図２の矢印は隣接した貫通孔１５２の間に形成された６個の誘導電流を示す。
【０００６】
プラズマ発生効率を高めるためには、プラズマに誘導された２次側電流のパスを閉回路に形成しなければならない。このため、従来の基板処理装置１００は、二つの反応空間１１３、１１４を形成する。しかし、従来の基板処理装置１００において基板処理は片面だけ形成されるが、プラズマは両面から発生して、プラズマの密度と効率が低下する問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、プラズマ発生効率が高い基板処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の基板処理装置において、処理対象基板が位置してプラズマが形成される反応空間を有する工程チャンバーと；前記反応空間外部に位置する複数のポールと、前記複数のポールを間に置いて前記の反応空間と対向して前記複数のポールを相互に連結する連結部を含むフェライトコアと；前記複数のポールに巻かれているコイルと；前記コイルに電源を印加する電源部を含み、前記連結部は、閉ループ状であり、内部連結部と前記内部連結部を囲んでいる外部連結部を含む。
【０００９】
隣接した前記ポールに対して前記コイルは反対方向に巻かれていることが望ましい。
【００１１】
前記連結部により相互に連結されている前記複数のポールは、一列に配置されていることが望ましい。
【００１２】
前記連結部により相互に連結されている前記複数のポールは、一定の間隔を置いて配置されていることが望ましい。
【００１３】
前記連結部によって相互に連結されている前記ポールの数は、偶数であることが望ましい。前記連結部は、円形であることが望ましい。
【００１４】
前記内部連結部と前記外部連結部は、円形であり同じ中心を有することが望ましい。
【００１５】
前記電源部は、前記内部連結部と前記外部連結部に独立的に電源を供給することが望ましい。前記電源部は、前記内部連結部と前記外部連結部のうち、少なくともいずれか一つに１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの電源を供給することが望ましい。前記電源部は、前記コイルを二つの部分に分けて、並列に電源を供給することが望ましい。
【００１７】
前記ポールは、円筒形であることが望ましい。
【００１８】
前記電源部は、１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの電源を供給することが望ましい。
【００１９】
前記コイルは、キャパシターを通して接地されていることが望ましい。
【００２０】
前記キャパシターのインピーダンスは、前記フェライトコアのインピーダンスの約１／２であるのが望ましい。
【００２１】
前記反応空間と前記フェライトコアの間に位置するウインドープレートをさらに含むことが望ましい。
【００２２】
前記ウインドープレートは、アルミナまたはクォーツで形成されたことが望ましい。
【００２３】
前記電源部と前記コイルの間に位置するインピーダンス整合部をさらに含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、プラズマ発生効率が高い基板処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図を参照にして、本発明をより詳細に説明する。
【００２６】
多様な実施形態において、同じ構成要素に対しは同じ参照番号を与え、同じ構成要素に対しは第１実施形態で代表的に説明して他の実施形態では省略する。
【００２７】
図３及び図４を参照して、本発明の第１実施形態による基板処理装置を説明する。
【００２８】
図３は、本発明の第１実施形態による基板処理装置の断面図であり、図４は、本発明の第１実施形態による基板処理装置の平面図である。
【００２９】
基板処理装置１は、反応空間１２を形成する反応チャンバー１１、反応空間１２の上部に位置するアンテナ部２０、アンテナ部２０に電源を供給する電源部３１を含む。
【００３０】
反応チャンバー１１は、プラズマが形成されて基板処理が行われる反応空間１２を形成し、反応空間１２を真空状態で一定温度に維持させる機能を遂行する。反応チャンバー１１とアンテナ部２０の間には、ウインドープレート１３が形成されている。ウインドープレート１３は、これに限定されないが、アルミナやクォーツ(ｑｕａｒｔｚ)のような絶縁体で形成される。反応チャンバー１１の側壁には、外部から反応ガスが流入されるガスノズル１４が一対で備えられている。反応空間１２内には、処理対象基板５０が安着されるチャック１５が形成されている。反応チャンバー１１の下部は、真空ポート１６が
備えられて、反応空間１２を真空にしながら、未反応ガス、副産物などを外部に排出する。図示はしないが、真空ポート１６は真空ポンプと連結されている。
【００３１】
ウインドープレート１３を間に置いて反応空間１２と対向するアンテナ部２０は、フェライトコア２５とフェライトコア２５に巻かれているコイル２６を含む。
【００３２】
フェライトコア２５は、複数のポール２１と隣接したポール２１を相互に連結する連結部２２ａ、２２ｂで形成されている。ポール２１はウインドープレート１３に接しており、連結部２２ａ、２２ｂは、ポール２１の上部でポール２１を相互に連結する。
【００３３】
連結部２２ａ、２２ｂは環状であり、同じ中心を有する外部連結部２２ａと内部連結部２２ｂで形成されている。ポール２１は、各連結部２２ａ、２２ｂに一定の間隔をおいて一列に配置されている。ポール２１は、円筒形であり、その直径は連結部２２ａ、２２ｂの幅より大きい。各連結部２２ａ、２２ｂには偶数個のポール２１が連結されているため、外部連結部２２ａに連結されているポール２１は８個であり、内部連結部２２ｂに連結されているポール２１は６個である。
【００３４】
各連結部２２ａ、２２ｂに連結されているポール２１の数を偶数にした理由は、隣接したポール２１に巻かれるコイル２６の巻き方向が反対にするためである。コイル２６の一端部は、電源部３１に連結されており、他端部は接地されている。コイル２６は外部連結部２２ａに連結されたポール２１に順次に巻かれた後、内部連結部２２ｂに連結されたポール２１に順次に巻かれている。コイル２６は、隣接したポール２１に反対方向に巻かれており、各連結部２２ａ、２２ｂに連結されているポール２１の数が偶数であるため、すべての隣接したポール２１のコイル２６は互いに反対方向に巻かれている。
【００３５】
電源部３１は、１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの電源をコイル２６に印加する。電源部３１とコイル２６の間に位置したインピーダンス整合部３２は、電源部３１の電源がコイル２６に損失されずに伝えられるようにする。
【００３６】
コイル２６はキャパシター３３を通して接地されている。キャパシター３３はその容量を調節して、ａ地点、ｂ地点にかかる電圧を分配する。キャパシター３３のインピーダンスがフェライトコア２５のインダクタンスによるインピーダンス絶対値の約１／２の容量を選択すると、フェライトコア２５の入力側と接地側電圧が最小になり、アキング(ａｒｃｈｉｎｇ)発生の可能性が減り、プラズマとの容量結合効果が減少し、ウインドープレート１３のシース(sheath)領域でのイオン損失が減る。
【００３７】
本発明の第１実施形態による基板処理装置で形成される誘導電流を図５を参照して説明する。
【００３８】
図５は、図４のV−Vに沿って切断した部分を概略的に示した図である。
【００３９】
基板を処理するために電源部３１からコイル２６に電源が供給されると、コイル２６に流れる電流は正弦波状の磁場が生じ、反応空間１２にコイル電流と反対方向の誘導起電力が発生する。また誘導起電力により、プラズマに誘導電流が発生して、誘導電流はプラズマを加熱する。各ポール２１に流れるコイル電流とこれによる誘導電流は方向が互いに逆向きになる。磁場は隣接した一対のポール２１の間に形成され、隣接した磁場の方向は互いに逆向きになる。基板５０は、プラズマを利用して薄膜蒸着または食刻処理される。
【００４０】
この時、隣接したポール２１間の連結部２２ａ、２２ｂを通して磁力線が集束されて、‘Ａ’連結部２２ａ、２２ｂの上部に電源が伝えられることが防止される。これにより、連結部２２ａ、２２ｂの上部の周辺構造物により、磁場が失われることが防止されて、反応空間１２の磁場が増加してプラズマ発生効率が高まる。
【００４１】
第１実施形態による基板処理装置１は、プラズマ発生効率が高いため、低い周波数の電源を使用しても均一のプラズマを効果的に発生させることができる。プラズマを利用した装備の生産性を向上させるため基板が大型化されて、均一度が優秀な高密度プラズマを生成させることが重要になっている。プラズマ生成のために１３．５６ＭＨｚのような高周波電源を使用する場合、プラズマソースを大型化すると、伝送線効果によってプラズマ均一度が落ちる。均一度が良い大面積プラズマソースを開発するため、１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの間の相対的に低い周波数の電源を使用すると伝送線効果をなくすことができ、大面的プラズマソース開発に適している。しかし、プラズマ生成のための誘導起電力(E)は、アンテナの磁場(Ｂ)と電源の周波数(ω)に比例するため、相対的に低い周波数の電源を使用するとプラズマ発生効率が落ちる問題が生じる。本発明では透磁率が高いフェライトコア２５を用いて、アンテナ２０とプラズマの間の誘導結合効率を向上させたため、相対的に低い周波数の電源を使用しても均一かつ高密度プラズマを得ることができる。
【００４２】
第１実施形態による基板処理装置１におけるプラズマは、基板５０が位置したアンテナ２０の下部だけに形成されて、基板５０が位置しない上部では形成されない。従って、基板５０処理に使用されずに失われるプラズマがなくなってプラズマ発生効率が高くなる。
【００４３】
図６乃至図１０は、各々本発明の第２実施形態乃至第６実施形態による基板処理装置の平面図である。
【００４４】
図６に示した本発明の第２実施形態では、コイル２６が外部連結部２２ａに連結されたポール２１と内部連結部２２ｂに連結されたポール２１に各々独立的に巻かれられており、それぞれのコイル２６は互いに異なる電源部３１ａ、３１ｂと互いに異なるキャパシター３３ａ、３３ｂに連結されている。各電源部３１ａ、３１ｂは連結されているコイル２６に互いに異なる周波数の電源を供給することができるが、例えば、電源部３１ａ、３１ｂのうち、いずれか一つは１３．５６ＭＨｚの比較的高い周波数の電源を供給し、他の一つは１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの相対的に低い周波数の電源を供給できる。
【００４５】
図７に示した本発明の第３実施形態は、連結部２２が単一に形成されている。コイル２６は二つの部分に分けられて、電源部３１から並列に電源の供給を受ける。このようにコイル２６を並列で二つの部分に分けると、直列に連結した場合に比べて、アンテナ２０のインダクタンスが約１／４に減少する。アンテナ２０のインダクタンスが減少すると、アンテナ２０にかかる電圧が減少し、アキング発生の可能性が減少する。
【００４６】
第１実施形態乃至第３実施形態においてポール２１は、一定の直径の円柱であり、その直径は連結部２２、２２ａ、２２ｂの幅より大きいが、ポール２１の形状と大きさはこれに限定されない。ポール２１の形状は四角柱、三角柱などが可能であり、これらを組み合わせてして使用することもできる。ポール２１の大きさは、連結部２２、２２ａ、２２ｂの幅より小さいこともあり、ポール２１間にも大きさが異なることもありうる。ポール２１の形状と大きさは、プラズマの均一性などを考慮して調節することができる。
【００４７】
図８に示した第４実施形態は、第１実施形態乃至第３実施形態とは異なって、ポール２１の直径が連結部２２ａ、２２ｂの幅より小さい。ポール２１に巻かれているコイル２６は単一の電源部３１に連結している。
【００４８】
第１実施形態乃至第４実施形態の連結部２２、２２ａ、２２ｂは、環状、即ち円形ループ状であるが、連結部２２、２２ａ、２２ｂの形状はこれに限定されない。連結部２２、２２ａ、２２ｂの形状は四角ループ、三角ループなどが可能であり、これらを組み合わせて使用することもできる。連結部２２、２２ａ、２２ｂの形状は、プラズマの均一性などを考慮して調節することができる。
【００４９】
図９に示した第５実施形態は、第１実施形態乃至第４実施形態とは異なって、連結部２２c、２２dが四角形状である。各連結部２２c、２２dには各々偶数個のポール２１が連結されており、ポール２１に巻かれているコイル２６は単一電源部３１に連結されている。
【００５０】
第１実施形態乃至第５実施形態において、連結部２２、２２ａ、２２ｂ、２２c、２２dは、閉曲線状であるが、連結部２２、２２ａ、２２ｂ、２２c、２２dの形状はこれに限定されない。連結部２２、２２ａ、２２ｂ、２２c、２２dの形状は、直線、曲線などが可能であり、それらを組み合わせて使用することもできる。連結部２２、２２ａ、２２ｂ、２２c、２２dの形状は、プラズマの均一性などを考慮して調節することができる。
【００５１】
図１０に示した第６実施形態は、第１実施形態乃至第５実施形態とは異なって、直線形態の３個の連結部２２eが相互に平行に配置されている。各連結部２２eには各々５個のポール２１が連結されているが、連結部２２eが閉ループではないため、各連結部２２eに連結したポール２１の数は偶数である必要がない。コイル２６は、各連結部２２eに並列に連結されているためにアキング発生が減少する。
【００５２】
本発明による基板処理装置は、基板の上に薄膜を蒸着したり、基板の上の薄膜を食刻する時に使われる。処理される基板は、液晶表示装置、有機電気発光装置のような表示装置の基板や半導体ウェハーでありうる。
【００５３】
本発明の多様な実施形態を図示しながら説明したが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する当業者ならば、本発明の原則や精神に基づいて本実施形態を変形することができる。本発明の範囲は請求範囲とその均等物により決められる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来基板処理装置の断面図である。
【図２】従来基板処理装置の平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による基板処理装置の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による基板処理装置の平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による基板処理装置で形成される誘導電流を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態による基板処理装置の平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による基板処理装置の平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態による基板処理装置の平面図である。
【図９】本発明の第５実施形態による基板処理装置の平面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態による基板処理装置の平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  反応チャンバー
１２  反応空間
１３  ウインドープレート
１４  ガスノズル
１５  チャック
１６  真空ポート
２０  アンテナ部
２１  ポール
２２ａ、２２ｂ  連結部
２５  フェライトコア
２６  コイル
３１  電源部
３２  インピーダンス整合部
３３  キャパシター
【図１】
0004558689.tif 000002
【図２】
0004558689.tif 000003
【図３】
0004558689.tif 000004
【図４】
0004558689.tif 000005
【図５】
0004558689.tif 000006
【図６】
0004558689.tif 000007
【図７】
0004558689.tif 000008
【図８】
0004558689.tif 000009
【図９】
0004558689.tif 000010
【図１０】
0004558689.tif 000011