JP4698454B2 - 誘導結合型プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は誘導結合型プラズマ処理装置に関し、より詳細には、反応チャンバ内の下部中央部及び側面に処理ガスの流入口を形成し、反応チャンバ下部にアンテナを具備することでプラズマ密度分布を中央部と外郭にかけて対称的でかつ均一に発生させることができる誘導結合型プラズマ処理装置に関する。

平板ディスプレイは、使用物質の種類によって有機物使用素子と無機物使用素子に分けられ、無機物使用素子には、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）や電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などがあり、有機物使用素子には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光表示装置（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｇ Ｄｉｓｐｌａｙ）などが知られている。

プラズマとは、イオン化された気体であり、陽イオン、陰イオン、電子、励起された原子、分子及び化学的に非常に活性の強いラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）などで構成され、電気的及び熱的に通常の気体とは大きく異なる性質を持つため、物質の第４状態とも称される。

このようなプラズマは、イオン化された気体を含んでいるため、電場または磁場を利用して加速させたり化学反応を起こしたりすることにより、ウェーハのような半導体基板をエッチングし、または蒸着したりして半導体製造工程に有用に活用されている。

このような誘導結合型プラズマ処理装置は、減圧された雰囲気が形成された反応チャンバと、反応チャンバ内部に被処理体およびイオンの垂直入射のためのシース（Ｓｈｅａｔｈ）と、高周波電源が供給される下部電極と、反応チャンバ外部に高周波アンテナと、を具備する。また、誘導結合型プラズマ処理装置は、内部の気密が維持されなければならない。

前記誘導結合型プラズマ処理装置によるプラズマ生成法を説明すれば、まず、前記反応チャンバ内に処理ガスが導入される。この時、前記反応チャンバ上部ウィンドウ壁体に近接配置された高周波アンテナには、プラズマ生成用高周波電力が印加され、前記アンテナの垂直方向に誘導磁場を形成させる。

これによって前記誘導磁場は、反応チャンバ内に誘導電場を形成させる。このような前記誘導電場は、処理ガスをイオン化してプラズマを発生させて、被処理基板が処理されるようにする。

一方、プラズマの発生は、前記誘導電場のみならず、高周波アンテナと反応チャンバ内部との電位差による蓄電電場によっても発生されうる。前記のような誘導結合型プラズマ処理装置では、高周波アンテナ付近の下部電極、すなわち、基板ホルダー部にバイアスをかけて基板の方に陰のバイアスが印加される。

これによって、反応チャンバ内に垂直蓄電容量が発生される。このような蓄電容量は、反応チャンバ内部の蓄電電場によるプラズマと誘導磁場によるプラズマが共存して一定の分布を成すようになる。

しかし、一般的な誘導結合型プラズマ処理装置は、高周波アンテナの構造上、蓄電電場と誘導磁場の非対称性を誘発させ、これによって反応チャンバの中央部と外郭部のプラズマ密度分布が異なるように現われるという問題がある。

一方、前記従来の誘導結合型プラズマ処理装置に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１ないし４等がある。
国際公開第９７／０２５８９号パンフレット 韓国特開第１０−２００４−００１１１３５号明細書 韓国特開第１０−２００２−００４４８３３号明細書 韓国特開第１０−２００２−００７３０３９号明細書

したがって、本発明の目的は、前記従来の問題点を解消するために導出されたものであり、反応チャンバ内部でプラズマ密度分布を中央部と外郭にかけて対称的でかつ均一に発生させることができる誘導結合型プラズマ処理装置を提供することである。

前記目的を果たすための本発明の一態様によれば、本発明の誘導結合型プラズマ処理装置は下部面がウィンドウによって形成される反応チャンバと、前記反応チャンバ内にプラズマ空間を形成してその内部に被処理基板を支持する基板ホルダーと、前記基板ホルダー側面に具備されるシールドと、前記反応チャンバの下部中央部及び側面に形成される複数の処理ガス流入口と、前記反応チャンバの下部面に設置され、前記基板より大きく形成され、高周波電力が印加されるアンテナを具備し、前記基板上部における、前記反応チャンバの前記基板に対する位置に流出口をさらに含む。

望ましくは、前記シールドは網構造または均一にホールが形成された構造を持って、前記シールドはプラズマが反応チャンバ上部に流れることを防止し、前記基板ホルダーと前記シールドは上下に移動することができる。

また、前記ウィンドウはセラミックスまたは石英からなり、前記基板大きさの所定分割であり、前記所定分割は前記基板の１分割ないし１６分割である。また、前記流出口はポンピングポートに連結される。

以上説明したように、本発明によれば、反応チャンバ内の下部中央部及び側面に処理ガスの流入口を形成し、反応チャンバ下部にアンテナを使うので、反応チャンバ内部のプラズマ密度分布を中央部と外郭にかけて対称的でかつ均一に発生させることができる。また、これによってプラズマの発生效率を高めて大面積の平板表示装置の表面処理に適するプラズマ装置を提供することができる。

また、均一なプラズマ生成によるアノード電極の表面特性と仕事関数が向上して有機層と電荷移動特性を高めることができ、全体蒸着システム内の物流を円滑に遂行することができる。

以下では、本発明の実施形態を図示した図面を参照しつつ、より具体的に説明する。

図１は、本発明による誘導結合型プラズマ処理装置の断面図である。

図１を参照すれば、誘導結合型プラズマ処理装置２０は、反応チャンバ１０と、前記反応チャンバ内にプラズマ処理空間を形成してその内部で被処理基板１３０を支持する基板ホルダー１４０ａと、前記基板ホルダー１４０ａ側面に具備されるシールド１４０ｂ及び下部電極１５０と、前記反応チャンバ１０の下部中央部及び側面に設置された複数の処理ガスの流入口１６０ａ、１６０ｂと、前記被処理基板１３０上部に形成される処理ガスの流出口１７０と、前記反応チャンバ１０の下面を形成するウィンドウ１８０と、前記ウィンドウ１８０によって前記反応チャンバ１０と隔離されて前記ウィンドウ１８０の下面に設置された高周波電力１２０が印加されるアンテナ１９０と、を具備する。

前記反応チャンバ１０は、プラズマ処理がなされるように密閉された前記容器部１００で構成される。前記容器部１００はいずれも誘電体で構成され、アルミニウムＡｌ、アルミナＡｌ２０３または窒化アルミニウムＡｌＮで形成することができるが、これらに制限されない。

前記反応チャンバ１０内部には、被処理基板１３０が搭載された下部電極１５０が具備されて、前記被処理基板１３０を支持する基板ホルダー１４０ａとシールド１４０ｂが具備される。

前記下部電極１５０は、バイアス電圧をかけるためのプレートであり、高周波電源１１０から高周波または中周波電力、例えば、１３．５６ＭＨｚまたは数十、数百Ｈｚ〜数百ＭＨｚの電力が、整合回路１１１を通じて印加される。前記整合回路１１１は、前記電力を適切に分配することができ、電力の損失を最小化することができる。

前記シールド１４０ｂは、前記基板ホルダー１４０ａの側面に形成され、網目（ｍｅｓｈ）構造または均一なホールが形成された構造を有する。前記シールド１４０ｂは、プラズマ工程が進行される場合、プラズマが前記被処理基板１３０上部に流れることを防止することができる。

前記基板ホルダー１４０ａと前記シールド１４０ｂは、上下移動可能である。前記基板ホルダー１４０ａと前記シールド１４０ｂが上下移動できることで、前記被処理基板１３０とプラズマの間の距離を適切に調節することができる。

また、前記基板ホルダー１４０ａと前記シールド１４０ｂが上下移動できることで、前記被処理基板１３０の表面に損傷を与えずにプラズマを処理することができる。

さらに、前記被処理基板１３０のプラズマ処理の進行の際に、移送及び取出が簡素化され、上向き有機物蒸着を円滑に遂行することができる。

前記流入口１６０は、前記反応チャンバ１０の被処理基板下部の中央部１６０ｂ及び側面１６０ａの所定領域に形成される。処理ガスは前記流入口１６０を通じて前記反応チャンバ１０内に供給される。

これによって、前記反応チャンバ１０内部のプラズマは、中央部と外郭にかけて対称的で均一な密度分布を示す。前記処理ガスはＯ２、Ｎ２またはＡｒなどのガスを利用することができ、前記流入口１６０を通じて１ｍＴｏｒｒないし１００ｍＴｏｒｒ程度の耐圧で維持されうる。

前記流出口１７０は、前記反応チャンバ１０上部の所定領域に形成することができるが、これに限定されない。

前記流出口１７０は、前記被処理基板１３０と対称的な位置に形成することで最も均一なプラズマを形成することができる。また、前記流出口１７０は、より均一なプラズマ排気のために、すなわち、一定の工程圧力を保ち、イオン化されなかった分子及び粒子などをより容易に前記反応チャンバ１０の外へ排出するようにポンピングポート１７１（ｐｕｍｐｉｎｇ ｐｏｒｔ）をさらに形成する。

前記ウィンドウ１８０は、前記反応チャンバ１０の下部壁を形成する。前記ウィンドウ１８０は絶縁体で構成され、例えば、セラミックスまたは石英で形成されうるが、これに制限されない。

前記ウィンドウ１８０は、前記被処理基板１３０の所定数分割、例えば、前記被処理基板１３０の１分割ないし１６分割の大きさに形成することができる。前記ウィンドウ１８０は、前記アンテナ１９０、１９１の周辺部に発生された電場及び磁場を前記被処理基板１３０の下部に移動させることによってプラズマの高密度化を促進することができる。

前記反応チャンバ１０の外側下部に前記アンテナ１９０、１９１を位置させ、前記アンテナ１９０、１９１には前記整合回路１２１を経って前記高周波電源１２０が接続される。

前記高周波電源１２０は、前記アンテナ１９０、１９１にプラズマ生成用高周波電力を印加する。

前記アンテナ１９０、１９１は、前記被処理基板１３０より大きく形成される。前記アンテナ１９０、１９１は、前記被処理基板１３０の全領域にかけて電力を印加することで均一なプラズマを形成することができる。

前記高周波電源１２０は、陰極（−）と両極（＋）が継続して変更される特性を持っている。前記高周波電源１２０は、２０ＭＨｚないし６０ＭＨｚの電力を前記整合回路１２１を通じて印加することができるが、１３．５６ＭＨｚの電力が印加されることが最も望ましい。

前記整合回路１２１は、前記電力を適切に分配することができ、電力損失を最小化することができる。

前記実施形態において、処理ガスの流入口１６０は前記反応チャンバ１０の被処理基板下部中央部１６０ｂ及び側面１６０ａの所定領域に複数形成されたが、流入口１６０の形成位置はこれに限定されず、その数に制限を受けない。ただし、プラズマ密度を低下させない位置に形成することが好ましいことは勿論である。

図２は、本発明による誘導結合型プラズマ処理装置のアンテナ構造の平面図である。ここで、図１に示した参照符号と同じ参照符号は、同じ構成及び效果を示す。

図２を参照すれば、前記高周波電源１２０の電力が、前記整合回路１２１を経て前記ウィンドウ１８０に近接配置された前記アンテナ１９０、１９１に印加されると、前記ウィンドウ１８０を媒介して前記被処理基板１３０の下部に電界が形成される。

前記高周波電源１２０は、プラズマ生成用高周波電力を印加する。

前記アンテナ１９０、１９１は、前記被処理基板１３０より大きく形成されることにより、前記被処理基板１３０の下部全領域に電力を供給することができる。

これにより、前記被処理基板１３０下部に形成された電界によって、処理ガスはイオン化されて均一なプラズマを生成することができる。

本発明の技術思想は前記実施形態よって記述されたが、本発明は有機発光素子（ＡＭＯＬＥＤ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＥＬＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＩＴＩ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）及びＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）にも応用されて適用することができるのは当然である。

以上、添付した図面を参照して本発明について詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができる。

本発明による誘導結合型プラズマ処理装置の断面図である。 本発明による誘導結合型プラズマ処理装置のアンテナ構造の平面図である。

１０ 反応チャンバ、
１００ 容器部、
１１０、１２０ 高周波電源、
１１１、１２１：整合回路、
１３０ 被処理基板、
１４０ａ シールド、
１５０ 下部電極、
１６０ 流入口、
１７０ 流出口、
１７１ ポンピングポート、
１８０ ウィンドウ、
１９０、１９１ アンテナ。

Claims (2)

1. 下部面がウィンドウによって形成される反応チャンバと、
   前記反応チャンバ内にプラズマ空間を形成してその内部に被処理基板を支持する基板ホルダーと、
   前記基板ホルダー側面に具備されるシールドと、
   前記反応チャンバの下部中央部及び側面に形成される複数の処理ガス流入口と、
   前記反応チャンバの下部面に設置され、前記基板より大きく形成され、高周波電力が印加されるアンテナと、を具備し、
   前記基板上部における、前記反応チャンバの前記基板に対する位置に流出口をさらに含むことを特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。
2. 前記流出口は、ポンピングポートと連結されたことを特徴とする請求項１に記載の誘導結合型プラズマ処理装置。

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