KR100486673B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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다다히로 오미
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Abstract

마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 공급 도파관과 마이크로파 안테나의 사이에, 임피던스 변화를 완화시키기 위해 테이퍼면이나, 중간적인 유전율을 가지는 부재를 설치함으로써, 마이크로파 공급 도파관과 마이크로파 안테나의 접속부에 있어서의 반사파의 형성을 억제하고, 급전 효율을 향상시키고, 방전을 억제하여 플라즈마 처리 장치 중에 있어서의 플라즈마 형성을 안정화시킨다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은 일반적으로 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 공정 및 플라즈마 처리 장치는, 최근의 이른바 디프 서브미크론(deep submicron) 소자 혹은 디프 서브쿼터 미크론(deep subquarter micron) 소자로 불리는 0.1㎛에 가까운, 혹은 그 이하의 게이트 길이를 가지는 초미세화 반도체 장치의 제조나, 액정 표시 장치를 포함한 고해상도 평면 표시 장치의 제조에 있어 불가결의 기술이다.
반도체 장치나 액정 표시 장치의 제조에 사용되는 플라즈마 처리 장치로서는, 종래부터 여러 가지 플라즈마의 여기 방식이 사용되고 있지만, 특히 평행 평판형 고주파 여기 플라즈마 처리 장치 혹은 유도 결합형 플라즈마 처리 장치가 일반적이다. 그러나, 이들 종래의 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 형성이 불균일하고, 전자 밀도가 높은 영역이 한정되어 있기 때문에 큰 처리 속도 즉 스루풋(throughput)으로 피처리 기판 전면에 걸쳐 균일한 프로세스를 하는 것이 곤란한 문제점을 가지고 있다. 이 문제는, 특히 큰 직경의 기판을 처리하는 경우에 심각하게 된다. 게다가 이들 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 전자 온도가 높기 때문에 피처리 기판 상에 형성되는 반도체 소자에 손상이 생기고, 또 처리실 벽의 스퍼터링에 의한 금속 오염이 큰 등, 몇 가지의 본질적인 문제를 가지고 있다. 이 때문에, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는 반도체 장치나 액정 표시 장치의 새로운 미세화 및 새로운 생산성의 향상에 대한 엄한 요구를 만족시키는 것이 곤란하게 되어 있다.
한편, 종래부터 직류 자장을 이용하지 않고 마이크로파 전계에 의해 여기된 고밀도 플라즈마를 사용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다. 예를 들면, 균일인 마이크로파를 발생하도록 배열된 다수의 슬롯을 가지는 평면상의 안테나(래디얼 라인 슬롯 안테나)로부터 처리 용기 내에 마이크로파를 방사하고, 이 마이크로파 전계에 의해 진공 용기 내의 가스를 전리하여 플라즈마를 여기시키는 구성의 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다.(예를 들면, 특개평 9－63793 공보를 참조.) 이러한 수법으로 여기된 마이크로파 플라즈마에서는 안테나 직하의 넓은 영역에 걸쳐서 높은 플라즈마 밀도를 실현할 수 있어 단시간에 균일인 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다. 게다가 이 수법으로 형성된 마이크로파 플라즈마에서는 마이크로파에 의해 플라즈마를 여기하기 위한 전자 온도가 낮고, 피처리 기판의 손상이나 금속 오염을 회피할 수 있다. 또한, 대면적 기판 상에도 균일한 플라즈마를 용이하게 여기할 수 있기 때문에, 큰 구경의 반도체 기판을 사용한 반도체 장치의 제조 공정이나 대형 액정 표시 장치의 제조에도 용이하게 대응할 수 있다.
도 1A, 1B는 이 래디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 1A는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 단면도를, 또, 도 1B는 래디얼 라인 슬롯 안테나(radial line slot antenna)의 구성을 나타내는 도이다.
도 1A를 참조하면, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 복수의 배기 포트(116)로부터 배기되는 처리실(101)을 가지고, 상기 처리실(101) 내에는 피처리 기판(114)을 보유하는 보유대(115)가 형성되어 있다. 상기 처리실(101)의 균일한 배기를 실현하기 위해, 상기 보유대(115)의 주위에는 링 모양으로 공간(101A)이 형성되어 있고, 상기 복수의 배기 포트(116)를 상기 공간(101A)에 연통하도록 등간격으로, 즉 피처리 기판에 대해서 축대칭으로 형성함으로써, 상기 처리실(101)을 상기 공간(101A) 및 배기 포트(116)를 개재하여 균일하게 배기할 수 있다.
상기 처리실(101) 상에는 상기 보유대(115) 상의 피처리 기판(114)에 대응하는 위치에, 상기 처리실(101)의 외벽의 일부로서 저손실 유전체로 이루어지고 다수의 개구부(107)가 형성된 판 모양의 샤워 플레이트(103)가 실 링(109)을 개재하여 형성되어 있고, 또한, 상기 샤워 플레이트(103)의 외측에 마찬가지로 저손실 유전체로 이루어지는 커버 플레이트(102)가 다른 실 링(108)을 개재하여 설치되어 있다.
상기 샤워 플레이트(103)에는 그 상면에 플라즈마 가스의 통로(104)가 형성되어 있고, 상기 복수의 개구부(107)의 각각은 상기 플라즈마 가스 통로(104)에 연통하도록 형성되어 있다. 또한, 상기 샤워 플레이트(103)의 내부에는 상기 처리 용기(101)의 외벽에 설치된 플라즈마 가스 공급 포트(105)에 연통하는 플라즈마 가스의 공급 통로(108)가 형성되어 있고, 상기 플라즈마 가스 공급 포트(105)에 공급된 Ar나 Kr 등의 플라즈마 가스는 상기 공급 통로(108)로부터 상기 통로(104)를 개재하여 상기 개구부(107)에 공급되고, 상기 개구부(107)로부터 상기 처리 용기(101) 내부의 상기 샤워 플레이트(103) 직하의 공간(101B)에 실질적으로 한결같은 농도로 방출된다.
상기 처리 용기(101) 상에는, 또한, 상기 커버 플레이트(102)의 외측으로, 상기 커버 플레이트(102)로부터 4∼5㎜ 떨어져, 도 1B에 나타내는 방사면을 가지는 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)가 설치되어 있다. 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)는 외부의 마이크로파원(도시하지 않음)에 동축 도파관(110A)을 개재하여 접속되어 있고, 상기 마이크로파원으로부터의 마이크로파에 의해 상기 공간(101B)으로 방출된 플라즈마 가스를 여기한다. 상기 커버 플레이트(102)와 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)의 방사면의 사이의 간극은 대기에 의해 충전되어 있다.
상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)는 상기 동축 도파관(110A)의 외측 도파관에 접속된 평탄한 디스크 모양의 안테나 본체(110B)와, 상기 안테나 본체(110B)의 개구부에 형성된, 도 1B에 나타내는 다수의 슬롯(110a) 및 이에 직교 하는 다수의 슬롯(110b)이 형성된 방사판(110C)으로 이루어지고, 상기 안테나 본체(110B)와 상기 방사판(110C)의 사이에는 두께가 일정한 유전체판로 이루어지는 지상판(遲相板)(110D)이 삽입되어 있다.
이 구성의 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)에서는, 상기 동축 도파관(110)으로부터 급전된 마이크로파는 상기 디스크 모양의 안테나 본체(110B)와 방사판(110C)의 사이를 반경 방향으로 퍼지면서 진행하지만, 그 때에 상기 지상판(110D)의 작용에 의해 파장이 압축된다. 그래서, 이와 같이 하여 반경 방향으로 진행하는 마이크로파의 파장에 대응하여 상기 슬롯(110a 및 110b)을 동심원 모양으로, 한편 서로 직교하도록 형성해 둠으로써, 원편파(圓偏波)를 가지는 평면파를 상기 방사판(110C)에 실질적으로 수직인 방향으로 방사할 수 있다.
이 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)를 사용함으로써, 상기 샤워 플레이트(103) 직하의 공간(101B)에 균일한 고밀도 플라즈마가 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 고밀도 플라즈마는 전자 온도가 낮고, 그 때문 피처리 기판(114)에 손상이 생기는 일이 없고, 또 처리 용기(101)의 용기벽의 스퍼터링에 기인하는 금속 오염이 생기는 일도 없다.
도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 또한, 상기 처리 용기(101) 내, 상기 샤워 플레이트(103)과 피처리 기판(114)의 사이에, 외부의 처리 가스원(도시하지 않음)으로부터 상기 처리 용기(101) 내에 형성된 처리 가스 통로(112)를 개재하여 처리 가스를 공급하는 다수의 노즐(113)이 형성된 도체 구조물(111)이 형성되어 있고, 상기 노즐(113)의 각각은 공급된 처리 가스를 상기 도체 구조물(111)과 피처리 기판(114)의 사이의 공간(101C)에 방출한다. 상기 도체 구조물(111)에는, 상기 인접하는 노즐(113과 113)의 사이에, 상기 공간(101B)에 있어서 형성된 플라즈마를 상기 공간(101B)으로부터 상기 공간(101C)으로 확산에 의해 효율적으로 통과시키는 크기의 개구부가 형성되어 있다.
그래서, 이와 같이 상기 도체 구조물(111)로부터 상기 노즐(113)을 개재하여 처리 가스를 상기 공간(101C)으로 방출한 경우, 방출된 처리 가스는 상기 공간(101B)에 있어서 형성된 고밀도 플라즈마에 의해 여기되고, 상기 피처리 기판(114) 상에 한결같은 플라즈마 처리가 효율적 한편 고속으로, 게다가 기판 및 기판 상의 소자 구조를 손상시키는 일 없이, 또 기판을 오염하는 일 없이 행해진다. 한편, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)로부터 방사된 마이크로파는 이 도체 구조물(111)에 의해 저지되어 피처리 기판(114)을 손상시키는 일은 없다.
그런데, 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에서는 도시되어 있지 않은 마이크로파원으로 형성된 큰 파워의 마이크로파를 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)에 효율적으로 공급할 필요가 있다.
일반적으로, 마이크로파 안테나와 이에 협동하는 도파관의 사이에는, 예를 들면 마이크로파 안테나로 수신된 미약한 마이크로파 신호를 손실하지 않고 도파관 내에 주입하기 위해서 임피던스 정합 구조가 설치된다. 한편, 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에 사용되는 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)에서는 도파관으로부터 큰 파워의 마이크로파가 안테나에 공급될 뿐만 아니라, 공급된 마이크로파가 처리 용기(101) 내에 형성된 플라즈마로 반사되어 형성된 반사파도 상기 안테나(110) 및 도파관 내에 중첩된 상태로 존재하고 있기 때문에, 상기 안테나 본체(110)와 도파관의 사이의 임피던스 정합이 부적절하면, 상기 플라즈마 처리 장치(100)의 운전중에 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110) 혹은 동축 도파관 내에 이상 방전이 생겨버리는 문제가 있었다. 이 때문에 도파관과 안테나 본체(110)를 결합하는 급전부에 있어서의 임피던스 정합은 통상의 안테나의 경우보다 매우 더 중요하게 된다.
도 1A, 1B는 종래의 래디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 2A, 2B는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 3A, 3B는 도 2의 장치에 있어서의 동축 도파관과 래디얼 라인 슬롯 안테나의 접속부의 구성예를 나타내는 도이다.
도 4는 도 3의 구성에 의한 반사 저감 효과를 나타내는 도이다.
도 5는 도 3의 급전 구조를 사용하여 도 2A, 2B의 플라즈마 처리 장치 중에 마이크로파 플라즈마를 형성한 경우의 반사 계수의 실측 결과를 나타내는 도이다.
도 6은 도 2A의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 처리 가스 공급 기구의 구성을 나타내는 도이다.
도 7은 도 2A의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 결합되는 마이크로파 전원의 구성을 나타내는 도이다.
도 8은 본 실시예의 한 변형예에 의한 마이크로파 급전 구조의 구성을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 마이크로파 급전 구조의 구성을 나타내는 도이다.
도 10은 도 9의 마이크로파 급전 구조의 한 변형예를 나타내는 도이다.
도 11은 도 9의 마이크로파 급전 구조의 다른 변형예를 나타내는 도이다.
도 12는 도 9의 마이크로파 급전 구조의 다른 변형예를 나타내는 도이다.
도 13은 도 9의 마이크로파 급전 구조의 또 다른 변형예를 나타내는 도이다.
도 14는 도 9의 마이크로파 급전 구조의 또 다른 변형예를 나타내는 도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 16은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 17은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 18은 도 2A, 2B의 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용한 본 발명의 제 6 실시예에 의한 반도체 제조 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 19는 도 18A, 18B의 반도체 제조 장치의 배기계의 구성을 나타내는 도이다.
도 20은 도 19의 배기계로 사용되는 나사 홈 분자 펌프의 구성을 나타내는 도이다.
도 21은 도 19의 배기계로 사용되는 부등 피치 부등 경각 스크류 펌프의 구성을 나타내는 도이다.
도 22는 도 19의 처리 유닛에 있어서 사용되는 가스 공급계의 구성을 나타내는 도이다.
도 23은 도 22의 가스 공급계로 사용되는 유량 제어 장치의 구성을 나타내는 도이다.
그래서, 본 발명은 상기의 과제를 해결한 신규하고 유용한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 개괄적 과제로 한다.
본 발명의 보다 구체적인 과제는, 마이크로파 안테나를 가지고, 상기 마이크로파 안테나로부터 처리 용기 내에 마이크로파 투과창을 개재하여 공급되는 마이크로파에 의해 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마 내에 있어 피처리 기판의 처리를 하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 도파관으로부터 상기 마이크로파 안테나에의 마이크로파의 급전 효율을 향상시키고, 또 상기 마이크로파 도파관과 상기 마이크로파 안테나의 접속부에 있어서의 임피던스 부정합에 수반하는 이상 방전의 문제를 해소한 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는, 외벽에 의해 구획 형성되고 피처리 기판을 보유하는 보유대를 갖춘 처리 용기와, 상기 처리 용기에 결합된 배기계와, 상기 처리 용기 상에 상기 보유 대상의 피처리 기판에 대면하도록 상기 외벽의 일부로서 설치된 마이크로파 투과창과, 상기 처리 용기 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급부와, 상기 처리 용기 상에 상기 마이크로파에 대응하여 설치된 마이크로파 안테나와, 상기 마이크로파 안테나에 전기적으로 결합된 마이크로파 전원으로 이루어지고, 상기 마이크로파 안테나는 상기 마이크로파 전원에 접속되고 내측 도체 코어와 이를 둘러싸는 외측 도체관으로 이루어지는 동축 도파관과, 상기 동축 도파관의 선단에 설치된 안테나 본체로 이루어지고, 상기 안테나 본체는 상기 마이크로파 투과창에 결합하고 마이크로파 방사면을 형성하는 제 1의 도체면과, 상기 제 1의 도체면에 대해서 유전체판을 이격하여 대향하고 상기 유전체판의 외주부에 있어 상기 제 1의 도체면에 접속되는 제 2의 도체면으로 이루어지고, 상기 내측 도체 코어는 상기 제 1의 도체면에 제 1의 접속부에 의해 접속되고, 상기 외측 도체관은 상기 제 2의 도체면에 제 2의 접속부에 의해 접속되고, 상기 제 1의 접속부는 상기 내측 도체 코어의 외경이 상기 제 1의 도체면을 향해 증대하는 제 1의 테이퍼(taper)부를 형성하고, 상기 제 2의 접속부는 상기 외측 도체관의 내경이 상기 제 1의 도체면을 향해 증대하는 제 2의 테이퍼부를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 그 외의 과제는, 외벽에 의해 구획 형성되고 피처리 기판을 보유하는 보유대를 갖춘 처리 용기와, 상기 처리 용기에 결합된 배기계와, 상기 처리 용기 상에 상기 보유 대상의 피처리 기판에 대면하도록 상기 외벽의 일부로서 설치된 마이크로파 투과창과, 상기 처리 용기 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급부와, 상기 처리 용기 상에 상기 마이크로파에 대응하여 설치된 마이크로파 안테나와, 상기 마이크로파 안테나에 전기적으로 결합된 마이크로파 전원으로 이루어지고, 상기 마이크로파 안테나는 상기 마이크로파 전원에 접속되고 내측 도체 코어와 이를 둘러싸는 외측 도체관으로 이루어지는 동축 도파관과, 상기 동축 도파관의 선단에 설치된 안테나 본체로 이루어지고, 상기 안테나 본체는 상기 마이크로파 투과창에 결합하고 마이크로파 방사면을 형성하는 제 1의 도체면과, 상기 제 1의 도체면에 대해서 제 1의 유전체 재료로 이루어지는 유전체판을 이격하여 대향하고 상기 유전체판의 외주부에 있어 상기 제 1의 도체면에 접속되는 제 2의 도체면으로 이루어지고, 상기 내측 도체 코어는 상기 제 1의 도체면에 제 1의 접속부에 의해 접속되고, 상기 외측 도체관은 상기 제 2의 도체면에 제 2의 접속부에 의해 접속되고, 상기 내측 도체 코어와 상기 외측 도체관의 사이의 공간에는, 제 1의 단면과 상기 제 1의 단면에 대향하는 제 2의 단면에 의해 구획 형성된 유전체 부재가, 상기 제 1의 단면에 있어서 상기 유전체판에 인접하도록 설치되고, 상기 유전체 부재는 상기 유전체판의 비유전율보다 작고 공기보다 큰 비유전율을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면, 큰 출력 마이크로파원에 접속된 마이크로파 도파관과 마이크로파 안테나의 사이의 접속부에 있어서의 임피던스의 급변이 회피되고, 그 결과 이 접속부에 있어서의 반사파의 형성이 효과적으로 억제된다. 상기 접속부에 있어서의 반사파의 억제에 따라 이 접속부에 있어서의 이상 방전 및 이상 방전에 의한 안테나의 손상이 회피된다. 또, 이 반사파의 억제에 의해, 상기 처리 용기 내에의 상기 마이크로파 투과창을 개재한 마이크로파의 공급이 안정되고, 상기 처리 용기 내에 소망한 플라즈마를 안정되게 형성하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 그 외의 특징 및 이점은 이하에 도면을 참조하면서 행하는 발명을 실시하기 위한 최선의 태양으로부터 분명하게 된다.
이하에 본 발명을 실시 예를 들어 상세하게 설명한다.
［제 1 실시예］
도 2A, 2B는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성을 나타낸다.
도 2A를 참조하면, 상기 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(11)와, 상기 처리 용기(11) 내에 설치되고, 피처리 기판(12)을 정전 처크(chuck)에 의해 보유하는, 바람직하게는 열간 등방압 가압법(HIP)에 의해 형성된 AlN 혹은 Al2O3으로 이루어지는 보유대(13)를 포함하고, 상기 처리 용기(11) 내에는 상기 보유대(13)를 둘러싸는 공간(11A)에 등간격으로, 즉 상기 보유대(13) 상의 피처리 기판(12)에 대해서 대략 축대칭인 관계로 적어도 2개소, 바람직하게는 3개소 이상으로 배기 포트(11a)가 형성되어 있다. 상기 처리 용기(11)는 이 배기 포트(11a)를 개재하여 후에 설명하는 부등 피치 부등 경각 스크류 펌프에 의해 배기·감압 된다.
상기 처리 용기(11)는 바람직하게는 Al를 함유하는 오스테나이트스텐레스강(austenite stainless steel)으로 이루어지고, 내벽면에는 산화 처리에 의해 산화 알류미늄로 이루어지는 보호막이 형성되어 있다. 또, 상기 처리 용기(11)의 외벽 중 상기 피처리 기판(12)에 대응하는 부분에는, HIP법에 의해 형성된 치밀한 Al2O3으로 이루어지고 다수의 노즐 개구부(14A)가 형성된 디스크 모양의 샤워 플레이트(14)가 상기 외벽의 일부로서 형성된다. 이 HIP법에 의해 형성된 Al2O3 샤워 플레이트(14)는 Y2O3을 소결 조제로서 사용하여 형성되고, 기공율이 0.03% 이하로 실질적으로 기공이나 핀 홀(pin hole)을 포함하고 있지 않고, 30W/m·K에 이르는, 세라믹으로서는 매우 큰 열 전도율을 가진다.
상기 샤워 플레이트(14)는 상기 처리 용기(11) 상에 실 링(seal ring)(11s)을 개재하여 장착되고, 또한, 상기 샤워 플레이트(14) 상에는 동일한 HIP 처리에 의해 형성된 치밀한 Al2O3으로 이루어지는 커버 플레이트(15)가 실 링(11t)을 개재하여 설치되어 있다. 상기 샤워 플레이트(14)의 상기 커버 플레이트(15)와 접하는 측에는 상기 노즐 개구부(14A)의 각각에 연통하고 플라즈마 가스 유로로 되는 오목부(14B)가 형성되어 있고, 상기 오목부(14B)는 상기 샤워 플레이트(14)의 내부에 형성되고 상기 처리 용기(11)의 외벽에 형성된 플라즈마 가스 입구(11p)에 연통하는 다른 플라즈마 가스 유로(14C)에 연통하고 있다.
상기 샤워 플레이트(14)는 상기 처리 용기(11)의 내벽에 형성된 돌출부(11b)에 의해 보유되어 있고, 상기 돌출부(11b) 중 상기 샤워 플레이트(14)를 보유하는 부분에는 이상 방전을 억제하기 위해서 둥그스름하게 형성되어 있다.
그래서, 상기 플라즈마 가스 입구(11p)에 공급된 Ar나 Kr 등의 플라즈마 가스는 상기 샤워 플레이트(14) 내부의 유로(14C 및 14B)를 순차 통과한 후, 상기 개구부(14A)를 개재하여 상기 샤워 플레이트(14) 직하의 공간(11B) 내에 한결같이 공급된다.
상기 커버 플레이트(15) 상에는, 상기 커버 플레이트(15)로 밀접하고 도 3B에 나타내는 다수의 슬롯(16a, 16b)이 형성된 디스크 모양의 슬롯판(16)과, 상기 슬롯판(16)을 보유하는 디스크 모양의 안테나 본체(17)와, 상기 슬롯판(16)과 상기 안테나 본체(17)의 사이에 끼워진 Al2O3, SiO2 혹은 Si3N4 등의 저손실 유전체 재료로 이루어지는 지상판(18)에 의해 구성된 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)가 설치되어 있다. 상기 래디얼 슬롯 라인 안테나(20)는 상기 처리 용기(11) 상에 실 링(11u)을 개재하여 장착되어 있고, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)에는 구형 혹은 원형 단면을 가지는 동축 도파관(21)을 개재하여 외부의 마이크로파원(도시하지 않음)으로부터 주파수가 2.45㎓ 혹은 8.3㎓의 마이크로파가 공급된다. 공급된 마이크로파는 상기 슬롯판(16) 상의 슬롯(16a, 16b)으로부터 상기 커버 플레이트(15) 및 샤워 플레이트(14)를 개재하여 상기 처리 용기(11) 내에 방사되고, 상기 샤워 플레이트(14) 직하의 공간(11B)에 있어서 상기 개구부(14A)로부터 공급된 플라즈마 가스 중에 플라즈마를 여기한다. 그 때, 상기 커버 플레이트(15) 및 샤워 플레이트(14)는 Al2O3에 의해 형성되어 있고 효율적인 마이크로파 투과창으로서 작용한다. 그 때, 상기 플라즈마 가스 유로(14A∼14C)에 있어서 플라즈마가 여기되는 것을 회피하기 위해, 상기 플라즈마 가스는 상기 유로(14A∼14C)에 있어서 약 6666Pa∼13332Pa(약 50∼100Torr)의 압력으로 보유된다.
상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)와 상기 커버 플레이트(15)의 밀착성을 향상시키기 위해, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는 상기 슬롯판(16)에 맞물리는 상기 처리 용기(11)의 표면의 일부에 링 모양의 홈(11g)이 형성되어 있고, 이 홈(11g)을 이에 연통한 배기 포트(11G)를 개재하여 배기함으로써, 상기 슬롯판(16)과 커버 플레이트(15)의 사이에 형성된 간극을 감압하고, 대기압에 의해 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)를 상기 커버 플레이트(15)에 꽉 불러 붙이는 것이 가능하게 된다. 이 간극에는 상기 슬롯판(16)에 형성된 슬롯(16a, 16b)이 포함되지만, 그 이외에도 커버 플레이트(15) 표면의 미세한 요철 등 여러 가지 이유에 의해 간극이 형성되는 것이 있다. 이 간극은 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)와 처리 용기(11)의 사이의 실 링(11u)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 상기 배기 포트(11G) 및 홈(15g)을 개재하여 상기 슬롯판(16)과 상기 커버 플레이트(15)의 사이의 간극에 분자량이 작은 불활성 기체를 충전함으로써, 상기 커버 플레이트(15)로부터 상기 슬롯판(16)에의 열의 수송을 촉진할 수 있다. 이 불활성 기체로서는 열 전도율이 크고 게다가 이온화 에너지의 높은 He를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 간극에 He를 충전하는 경우에는, 0.8 기압 정도의 압력으로 설정하는 것이 바람직하다. 도 3의 구성에서는 상기홈(15g)의 배기 및 홈(15g)에의 불활성 기체의 충전을 위해, 상기 배기 포트(11G)에 밸브(11V)가 접속되어 있다.
상기 동축 도파관(21A) 중 외측의 도파관(21A)은 상기 디스크 모양의 안테나 본체(17)에 접속되고, 중심 도체(21B)는 상기 지파판(18)에 형성된 개구부를 개재하여 상기 슬롯판(16)에 접속되어 있다. 그래서, 상기 동축 도파관(21A)에 공급된 마이크로파는 상기 안테나 본체(17)와 슬롯판(16)의 사이를 지름 방향에 진행하면서 상기 슬롯(16a, 16b)으로부터 방사된다.
도 2B는 상기 슬롯판(16) 상에 형성된 슬롯(16a, 16b)을 나타낸다.
도 2B를 참조하면, 상기 슬롯(16a)은 동심원 모양으로 배열되어 있고, 각각의 슬롯(16a)에 대응하여, 이에 직행하는 슬롯(16b)이 마찬가지로 동심원 모양으로 형성되어 있다. 상기 슬롯(16a, 16b)은 상기 슬롯판(16)의 반경 방향으로 상기 지상판(18)에 의해 압축된 마이크로파의 파장에 대응한 간격으로 형성되어 있고, 그 결과 마이크로파는 상기 슬롯판(16)으로부터 대략 평면파로 되어 방사된다. 그 때, 상기 슬롯(16a 및 16b)을 상호 직교하는 관계로 형성하고 있기 때문에, 이와 같이 하여 방사된 마이크로파는 두개의 직교하는 편파 성분을 포함한 원편파를 형성한다.
또한, 도 2A의 플라즈마 처리 장치(10)에서는 상기 안테나 본체(17) 상에, 냉각수 통로(19A)가 형성된 냉각 블록(19)이 형성되어 있고, 상기 냉각 블록(19)을 상기 냉각수 통로(19A) 내의 냉각수에 의해 냉각함으로써, 상기 샤워 플레이트(14)에 축적된 열을 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)를 개재하여 흡수한다. 상기 냉각수 통로(19A)는 상기 냉각 블록(19) 상에 있어 스파이럴(spiral)형으로 형성되어 있고, 바람직하게는 H2 가스를 버블링(bubbling) 함으로써 용존 산소를 배제하고 한편 산화 환원 전위를 제어한 냉각수가 통과된다.
또, 도 2A의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 상기 처리 용기(11) 내, 상기 샤워 플레이트(14)와 상기 보유대(13) 상의 피처리 기판(12)의 사이에, 상기 처리 용기(11)의 외벽에 설치된 처리 가스 주입구(11r)로부터 처리 가스가 공급되고 이를 다수의 처리 가스 노즐 개구부(31B)(도 4 참조)로부터 방출하는 격자 모양의 처리 가스 통로(31A)를 가지는 처리 가스 공급 구조(31)가 설치되고, 상기 처리 가스 공급 구조(31)와 상기 피처리 기판(12)의 사이의 공간(11C)에 있어서 소망한 균일한 기판 처리가 이루어진다. 이 기판 처리에는 플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리, 플라즈마 산질화 처리, 플라즈마 CVD 처리 등이 포함된다. 또, 상기 처리 가스 공급 구조(31)로부터 상기 공간(11C)에 C4F8, C5F8 또는 C4F6 등의 해리(解離)하기 쉬운 탄화불소 가스나, F계 혹은 Cl계 등의 에칭 가스를 공급하고, 상기 보유대(13)에 고주파 전원(13A)으로부터 고주파 전압을 인가함으로써, 상기 피처리 기판(12)에 대해서 반응성 이온 에칭을 하는 것이 가능하다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 상기 처리 용기(11)의 외벽은 150℃ 정도의 온도로 가열해둠으로써, 처리 용기 내벽에의 반응 부생성물 등의 부착이 회피되어 하루에 1회 정도의 드라이 클리닝을 함으로써 정상적으로 안정되게 운전하는 것이 가능하다.
그런데, 도 2A의 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 상기 동축 도파관(21)을 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 접속하는 접속·급전부에 있어서, 상기 중심 도체(21B)에, 상기 중심 도체(21B)의 지름 내지 단면적이 상기 슬롯판(16)을 향해 증대하도록 테이퍼부(21Bt)가 형성되어 있고, 또 상기 외측 도파관(21A)에도 대응하는 테이퍼부(21At)가 상기 도파관(21A)의 내경이 상기 안테나 본체(17)를 향해 증대하도록 형성되어 있다. 상기 안테나 접속·급전부에 이 테이퍼 구조를 형성함으로써 상기 접속·급전부에 있어서의 임피던스의 급변이 완화되고, 그 결과 이 임피던스의 급변에 기인하는 반사파의 형성이 크게 저감된다.
도 3A는 도 2A의 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서의, 상기 동축 도파관(21)과 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 접속·마이크로파 급전부의 구성을 상세하게 나타내는 확대도이다. 간단화를 위해 상기 슬롯판(16)에 형성된 슬롯(16a, 16b)의 도시는 생략되어 있다.
도 3A를 참조하면, 상기 내측 도체(21B)는 직경이 16.9㎜인 원형 모양 단면을 가지고, 상기 슬롯판(16)과 안테나 본체(17)의 사이에는, 상기 지상판(18)으로서 두께가 4㎜로 비유전율 ε이 10.1인 알루미나판이 형성되어 있다. 한편, 상기 외측 도파관(21A)은 직경이 38.8㎜인 원형 단면을 가지는 공간을 구획 형성하고, 상기 내측 도체(21B)는 이 원통형 공간 내에 배치되어 있다.
그 때, 도 3A로부터 알 수 있듯이, 상기 내측 도체(21B)는 상기 슬롯판(16)의 접합면으로부터 7㎜의 범위의 접합부에 있어서 단면적을 상기 접합면을 향해 증대시키고 있고, 그 결과 상기 내측 도체(21B)는 상기 접합면에 있어서 지름이 23㎜인 원형 모양을 가진다. 또, 이와 같이 하여 형성된 테이퍼면(21Bt)에 대응하여, 상기 안테나 본체(17)에도 상기 내측 도체(21B)와 슬롯판(16)의 접합면으로부터 10㎜(지상판(18)의 두께 4㎜ ＋ 안테나 본체(17)의 두께 6㎜ = 10㎜)인 위치로부터 시작되는 테이퍼면(21At)이 형성되어 있다.
도 4는 도 3A의 구성의 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)와 도파관(21)의 조합에 대해서, 마이크로파를 상기 도파관(21)으로부터 안테나(20)에 공급한 경우에 상기 도파관(21)으로 돌아오는 반사파 전력의 비율을, 도 3A 중의 파라미터 a를 6.4㎜로 설정한 경우에 대해서 구한 것이다. 도 4 중 상기 반사파의 비율을 ◆로 나타낸다. 또, 도 4중에는 도 3B에 나타내는 도 3A의 구성에 있어서 상기 테이퍼부(21At 및 21Bt)를 생략한 구성에 대해서 구한 반사파 전력의 비율을 *로 나타낸다.
도 4를 참조하면, 이 도에 있어서의 반사파는 상기 도파관(21)과 래디얼 라인 안테나(20)의 접속부·급전부로부터의 것만이 아니고, 플라즈마로부터의 반사파도 포함하고 있지만, 도 3B의 구성에서는 반사파의 비율이 주파수에 관계없이 -2dB 정도로 되어 있고, 80% 가까이의 마이크로파가 반사되어 도파관(21) 및 이에 접속된 마이크로파원으로 돌아오고 있는 것을 알 수 있다.
이에 대해서 도 3A의 테이퍼면(21At 및 21Bt)을 설치한 구성에서는, 반사파의 비율은 마이크로파의 주파수에 의존하고, 특히 플라즈마 여기에 사용되는 2.4㎓ 근방의 주파수에 있어서 반사 전력이 -23dB(약 14%)로 최소로 되는 것을 알 수 있다.
도 5는 도 3A의 안테나 구성을 사용하여 도 2A의 플라즈마 처리 장치(10)를, 처리 용기(11) 내의 내압을 133Pa(약 1Torr)로 설정하고, 상기 샤워 플레이트(14)로부터 Ar와 O2를 각각 690SCCM 및 23SCCM의 유량으로 공급하고, 또한, 상기 도파관(21)으로부터 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 주파수가 2.45㎓의 마이크로파를 1.6kW의 파워로 공급한 경우에, 상기 도파관(21)과 마이크로파원의 사이에 설치한 파워 모니터에 의해 관측한 마이크로파 반사 계수를 나타낸다. 따라서, 도 5의 반사 계수는 상기 도파관(21)과 안테나(20)의 접속부에 있어서의 마이크로파의 반사뿐만 아니라, 처리 용기(11) 내에 있어서 상기 샤워 플레이트(14) 직하에 형성된 플라즈마로부터의 반사의 효과도 포함하고 있다.
도 5를 참조하면, 도 3B의 접속부 구성을 사용한 경우에는, 반사파의 비율이 80% 전후(반사 계수≒0.8)로 시간에 따라 크게 변동하는데 대해, 도 3A의 구성을 사용한 경우에는, 반사파의 비율은 약 30%(반사 계수≒0.3)까지 감소하고, 게다가 거의 일정하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 앞의 도 4에서는, 동축 도파관(21)과 래디얼 라인 안테나(20)의 접속부에 있어서의 반사는 약 14% 정도인 것을 생각하면, 도 5에 보여지는 약 30%의 반사 계수는 플라즈마로부터의 반사의 효과를 포함하고 있는 것을 알 수 있다.
도 6은 도 2A의 구성에 있어서의 처리 가스 공급 구조(31)의 구성을 나타내는 저면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 처리 가스 공급 구조(31)는 예를 들면 Mg를 포함한 Al 합금이나 Al 첨가 스테인레스 스틸 등의 도전체에 의해 구성되어 있고, 상기 격자 모양 처리 가스 통로(31A)는 상기 처리 가스 주입구(11r)에 처리 가스 공급 포트(31R)에 있어서 접속되고, 하면에 형성된 다수의 처리 가스 노즐 개구부(31B)로부터 처리 가스를 상기 공간(11C)으로 균일하게 방출한다. 또, 상기 처리 가스 공급 구조(31)에는 인접하는 처리 가스 통로(31A)의 사이에 플라즈마나 플라즈마 내에 포함되는 처리 가스를 통과시키는 개구부(31C)가 형성되어 있다. 상기 처리 가스 공급 구조(31)를 Mg 함유 Al 합금에 의해 형성하는 경우에는, 표면에 불화물막을 형성해 두는 것이 바람직하다. 또, 상기 처리 가스 공급 구조(31)를 Al 첨가 스테인레스 스틸(stainless steel)에 의해 형성하는 경우에는, 표면에 산화 알류미늄의 부동태막(不動態膜)을 형성해 두는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 여기되는 플라즈마 내의 전자 온도가 낮기 때문에 플라즈마의 입사 에너지가 작고, 이 처리 가스 공급 구조(31)가 스퍼터링 되어 피처리 기판(12)에 금속 오염이 생기는 문제가 회피된다. 상기 처리 가스 공급 구조(31)는 알루미나 등의 세라믹스에 의해 형성하는 것도 가능하다.
상기 격자 모양 처리 가스 통로(31A) 및 처리 가스 노즐 개구부(31B)는 도 4에 점선으로 나타낸 피처리 기판(12)보다 약간 큰 영역을 커버(cover)하도록 설치되어 있다. 이 처리 가스 공급 구조(31)를 상기 샤워 플레이트(14)와 피처리 기판(12)의 사이에 설치함으로써, 상기 처리 가스를 플라즈마 여기하고, 이 플라즈마 여기된 처리 가스에 의해 균일하게 처리하는 것이 가능하게 된다.
상기 처리 가스 공급 구조(31)를 금속 등의 도체에 의해 형성하는 경우에는, 상기 격자 모양 처리 가스 통로(31A) 상호의 간격을 상기 마이크로파의 파장보다 짧게 설정함으로써, 상기 처리 가스 공급 구조(31)는 마이크로파의 단락면을 형성한다. 이 경우에는 플라즈마의 마이크로파 여기는 상기 공간(11B) 내에 있어서만 생기고, 상기 피처리 기판(12)의 표면을 포함한 공간(11C)에 있어서 상기 여기 공간(11B)으로부터 확산하여 온 플라즈마에 의해 처리 가스가 활성화된다. 또, 플라즈마 착화시에 상기 피처리 기판(12)이 직접 마이크로파에 노출되는 것을 막을 수 있으므로, 마이크로파에 의한 기판의 손상도 막을 수 있다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 가스 공급 구조(31)를 사용함으로써 처리 가스의 공급이 한결같이 제어되기 때문에, 처리 가스의 피처리 기판(12) 표면에 있어서의 과잉 해리의 문제를 해소할 수 있고, 피처리 기판(12)의 표면에 종횡비(aspect ratio)가 큰 구조가 형성되어 있는 경우에서도, 소망한 기판 처리를 이 높은 종횡 구조의 구석까지 실시하는 것이 가능하다. 즉, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는 설계 룰(rule)이 다른 다수의 세대의 반도체 장치의 제조에 유효하다.
도 7은 도 2A의 구성 중의 동축 도파관(21)에 접속되는 마이크로파원의 개략적 구성을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상기 동축 도파관은 2.45㎓ 혹은 8.3㎓로 발진하는 마그네트론(25A)을 가지는 발진부(25)로부터 뻗어있는 도파관의 단부에, 상기 발진부(25)로부터 순차로 아이소레이타(isolator)(24), 파워 모니터(power monitor)(23) 및 튜너(22)를 개재하여 접속되어 있고, 상기 발진기(25)로 형성된 마이크로파를 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 공급함과 동시에, 플라즈마 처리 장치(10) 중에 형성된 고밀도 플라즈마로부터 반사한 마이크로파를, 상기 튜너(22)에 있어서 임피던스(impedance) 조정을 행함으로써, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)로 되돌리고 있다. 또, 상기 아이소레이타(isolator)(24)는 방향성을 가지는 요소로 상기 발진부(25) 중의 마그네트론(magnetron)(25A)을 반사파로부터 보호하도록 작용한다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 이와 같이 상기 동축 도파관(21)과 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 접속부 내지 급전부에 테이퍼부(21At 및 21Bt)를 형성함으로써, 이 접속부에 있어서의 임피던스의 급변이 완화되고, 그 결과, 임피던스 급변에 따르는 마이크로파의 반사를 억제하고, 또, 상기 동축 도파관(21)으로부터 안테나(20)에의 마이크로파의 공급을 안정화하는 것이 가능하다.
또, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 도 8의 변형예에 나타내듯이, 상기 테이퍼면(21At 및 21Bt)을 각각 만곡면(21Ar 및 21Br)으로 치환하는 것도 가능하다. 이와 같이 만곡면을 형성함으로써, 이 접속부에 있어서의 임피던스 변화를 한층 더 완화하고, 반사파의 형성을 한층 더 효율적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 플라즈마에 기인하는 열 플럭스(flux)에 노출되는 샤워 플레이트(14)와 냉각부의 거리가, 도 1A, B에 나타내는 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 비해 큰 폭으로 단축되어 있고, 그 결과, 유전손실이 큰 AlN 대신에 Al2O3과 같은, 마이크로파 투과창으로서 매우 적합한, 유전손실은 작지만 열 전도율도 작은 재료를 샤워 플레이트 및 커버 플레이트에 사용하는 것이 가능하게 되고, 샤워 플레이트의 온도상승을 억제하면서, 동시에 플라즈마 처리의 효율, 따라서 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는 상기 샤워 플레이트(14)와 이에 대향하는 피처리 기판(12)의 사이의 간격이 좁기 때문에, 상기 공간(11C)에서 기판 처리 반응의 결과 생긴 반응 생성물을 포함한 가스는, 상기 외주부의 공간(11A)으로 흐르는 안정된 흐름을 형성하고, 그 결과 상기 반응 생성물은 상기 공간(11C)으로부터 신속하게 제거된다. 그 때, 상기 처리 용기(11)의 외벽을 150℃ 정도의 온도로 유지해둠으로써, 상기 반응 생성물의 처리 용기(11) 내벽에의 부착을 실질적으로 완전하게 제거하는 것이 가능하게 되고, 상기 처리 장치(10)는 다음의 처리를 신속하게 하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 실시예에 있어서 특정의 치수의 수치를 들어 설명을 했지만 본 발명은 이들 특정의 수치에 한정되는 것은 아니다.
［제 2 실시예］
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 동축 도파관(21)과 래디얼 라인 안테나(20)의 접속부·급전부의 구성을 나타낸다. 다만, 도 9 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 9를 참조하면, 상기 동축 도파관(21)을 구성하는 외측 도파관(21A)과 상기 래디얼 라인 안테나(20)의 본체(17)는 직각으로 결합되고, 직각으로 굴곡하는 접속·급전부가 형성되어 있다. 또, 상기 내측 도체(21B)도 슬롯판(16)과 직각으로 결합되어 있다.
한편, 도 9의 구성에서는 상기 지상판(18)으로서 비유전율이 큰 Al2O3을 사용하고, 또한, 상기 외측 도파관(21A)과 내측 도체(21B)의 사이에, 비유전율이 보다 작은, 예를 들면 SiO2로 이루어지는 링 모양의 부재(18A)를, 상기 부재(18A)의 일단이 상기 지상판(18)에 접하도록 형성한다.
이 구성에 의하면, 상기 동축 도파관(21)과 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 접속부에 있어서 계단상의 임피던스 변화가 나타나고, 반사파의 발생이 억제된다. 그 때, 상기 부재(18A)의 길이는 상기 동축 도파관(21) 및 안테나(20)로 이루어지는 안테나 구조의 특성에 맞추어 최적으로 결정할 수 있다.
도 9의 실시예에서는 상기 링 모양 부재(18A) 중 상기 지상판(18)에 접하는 제 1의 옆의 단면에 대해서 대향하는 제 2의 옆의 단면은 공기에 접하고 있지만, 도 10의 변형예에 나타내듯이, 상기 링 모양 부재(18A)의 상기 제 2의 단면에 접하도록, 보다 비유전율이 작은, 예를 들면 테프론(Teflon)으로 이루어지는 다른 링(ring) 모양 부재(18B)를 설치하고, 접속부에 있어서의 계단상의 임피던스 변화시의 계단의 수를 증대시키는 것도 가능하다.
또, 도 11의 변형예에 나타내듯이, 상기 링 모양 부재(18A)를 유전율이 다른 SiO2 입자와 Si3N4 입자의 혼합물을 소결한 것에 의해 구성하고, 그 때 상기 링 모양 부재(18A) 중의 SiO2와 Si3N4의 조성비를 그 유전율이 상기 제 1의 단면으로부터 제 2의 단면을 향해 연속적으로 증대하도록 혼합비를 제어해도 좋다.
도 12는 본 실시예 다른 변형예에 의한 동축 도파관(21)과 래디얼 라인 안테나(20)의 접속부의 구성을 나타낸다. 다만, 도 12 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 12를 참조하면, 본 변형예에서는 상기 링 모양 부재(18A)의 제 2의 단면을 테이퍼면으로 하고, 상기 링 모양 부재(18A)의 두께가 상기 지상판(18)을 향해 직선적으로 증대하도록 구성되어 있다.
이 구성에서는, 상기 링 모양 부재(18A)로서 Al2O3 등 상기 지상판(18)과 같은 재료를 사용한 경우, 상기 접속·급전부의 임피던스가 래디얼 라인 슬롯 안테나를 향해 연속적으로 증대하고, 임피던스의 급변에 수반하는 반사가 억제되어 효율적으로 안정한 마이크로파의 공급이 실현된다.
또, 도 12의 구성에 있어서 상기 링 모양 부재(18A)의 테이퍼면을, 도 13의 변형예에 나타내듯이, 상기 접속·급전부의 특성에 따라 상기 링 모양 부재(18A)의 두께가 비직선적으로 변화하도록 만곡면으로 하는 것도 가능하다. 예를 들면, 상기 링 모양 부재(18A)의 두께를 지수 함수적으로 증대시키는 것도 가능하다.
또, 도 14에 나타내듯이, 도 9의 링 모양 부재(18A)를, 앞서 도 3A에 설명한, 테이퍼면(21At 및 21Bt)을 가지는 구성으로 조합하는 것도 가능하다. 그 때, 상기 링 모양 부재(18A)는 도 9의 것에 한정되는 것은 아니고, 도 9∼13의 어느 구성을 조합하는 것도 가능하다.
［제 3 실시예］
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치(10A)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 15 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 15를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10A)에서는 상기 샤워 플레이트(14)가 철거되고, 그 대신에 상기 처리 용기(11) 내에, 바람직하게는 대칭적으로, 복수의 플라즈마 가스 공급관(11P)이 상기 가스 통로(11p)에 연통하여 형성되어 있다. 본 실시예의 플라즈마 처리 장치(10A)에서는 구성이 간소화되어 제조 비용을 크게 저감하는 것이 가능하다.
이 구성의 플라즈마 처리 장치(10A)에 있어서도, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)와 동축 도파관(21)의 접속·급전부에 테이퍼면(21At, 21Bt)을 형성함으로써, 반사파가 억제되고, 급전 효율이 향상하고, 반사파에 의한 이상 방전이 억제되어 플라즈마 형성이 안정화된다. 또, 본 실시예에 있어서도, 상기 접속부의 구성은 도 3A에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니고, 도 8∼14의 어느 구성을 사용하는 것도 가능하다.
［제 4 실시예］
도 16은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치(10B)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 16 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 16을 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 상기 하단 샤워 플레이트(31)가 철거되어 있다. 또, 상기 샤워 플레이트(14)를 보유하는 상기 돌출부(11b)의 전면에 둥그스름하게 형성되어 있다.
이 구성의 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 상기 하단 샤워 플레이트(31)가 생략되어 있기 때문에 플라즈마 가스와는 따로 처리 가스를 공급하여 막 형성이나 에칭을 할 수 없지만, 상기 샤워 플레이트(14)로부터 플라즈마 가스와 함께 산화 가스 혹은 질화 가스를 공급함으로써, 피처리 기판 표면에 산화막이나 질화막, 혹은 산질화막을 형성하는 것이 가능하다.
본 실시예에 있어서도, 상기 동축 도파관(21)과 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 접속·급전부에 테이퍼면(21At, 21Bt)을 형성함으로써, 반사파가 억제되고, 급전 효율이 향상하고, 반사파에 의한 이상 방전이 억제되어 플라즈마 형성이 안정화된다. 또 본 실시예에 있어서도, 상기 접속부의 구성은 도 3A에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니고, 도 8∼14의 어느 구성을 사용하는 것도 가능하다.
［제 5 실시예］
또한, 본 발명에 의한 접속·급전 구조는 도 2A의 플라즈마 처리 장치(10) 혹은 그 변형예에 한정되는 것은 아니고, 먼저 도 1A, 1B에 설명한 종래의 래디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 플라즈마 처리 장치(100)에 대해서도 적용 가능하다.
도 17은 본 발명의 접속·급전 구조를 사용한 본 발명의 제 5 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치(100A)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 17 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 17을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100A)는 상기 종래의 플라즈마 처리 장치(100)와 실질적으로 같은 구성을 가지지만, 상기 동축 도파관(110A)과 래디얼 라인 슬롯 안테나 본체(110B) 혹은 슬롯판(110D)의 접속부에, 앞의 테이퍼면(21At 혹은 21Bt)과 같은 테이퍼면이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.
본 실시예에 있어서도, 상기 동축 도파관(110A)과 래디얼 라인 슬롯 안테나의 접속부에 테이퍼면을 형성함으로써, 반사파가 억제되고, 급전 효율이 향상하고, 반사파에 의한 이상 방전이 억제되어 플라즈마 형성이 안정화된다. 또 본 실시예에 있어서도, 상기 접속부의 구성은 도 3A에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니고, 도 8∼14의 어느 구성을 사용하는 것도 가능하다.
［제 6 실시예］
도 18은 도 2A, B의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)를 포함한 본 발명의 제 6 실시예에 의한 반도체 제조 장치(40)의 전체 구성을 나타내는 단면도이다.
도 18을 참조하면, 반도체 제조 장치(40)는 반송 암(arm)(415)을 갖춘 로보트(405)가 설치된 진공 트랜스퍼(transfer) 실(401)을 포함하고, 상기 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는 이 진공 트랜스퍼 실(401)의 표면에 형성되어 있다. 그 때, 상기 보유대(13)는 벨로우즈(bellows)(410)로 둘러싸인 승강 실린더(406)에 의해 승강 가능하게 형성되어 있다. 상기 보유대(13)가 다 내린 상태에서 피처리 기판(12)이 상기 반송 암(415)에 의해 착탈되고, 다 오른 상태에서 상기 진공 트랜스퍼 실(401)로부터 실(seal)(410A)에 의해 차단되어 소망한 기판 처리가 이루어진다.
또, 상기 진공 트랜스퍼 실(401) 상에는 그 상면의 다른 개소에, 피처리 기판의 스택(404)을 보유하는 승강 스테이지(418)를 갖춘 로드 락(load rock)실(402)이 설치되어 있고, 상기 로드 락실(402)은 상기 승강 스테이지(418)가 다 오른 상태에서 실(417)에 의해 진공 트랜스퍼 실(401)로부터 차단되어 있다. 한편, 상기 승강 스테이지(418)가 하강한 상태에서는, 상기 피처리 기판 스택(404)은 진공 트랜스퍼 실(401) 내로 하강하고, 상기 반송 암(415)이 상기 피처리 기판 스택(404)으로부터 기판을 픽업(pick up)하거나, 혹은 이에 처리가 끝난 기판을 되돌린다.
이 구성의 반도체 제조 장치(40)에서는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에의 피처리 기판의 출납이 측벽면을 개재함이 없이 상하 방향으로 이루어지기 때문에, 처리 용기(11) 내에 있어 플라즈마가 축대칭으로 형성되고, 또 처리 용기의 배기도 축대칭으로 배치된 복수의 배기 포트로부터 복수의 펌프에 의해 실행되기 때문에 균일한 플라즈마 처리가 보증된다.
도 19는 상기 처리 유닛(A)의 배기계의 구성을 나타낸다.
도 19를 참조하면, 상기 처리 유닛(A)에 있어서 처리 용기(11)의 각각의 배기 포트(11a)는 덕트(duct)(D1)에 접속되고, 상기 덕트(D1)에 설치된, 각각 도 14A, 14B에 나타내는 구성을 가지는 나사 홈 분자 펌프(P1, P2)에 의해 배기된다. 상기 나사 홈 분자 펌프(P1, P2)의 배기측은 상기 반도체 제조 장치(40) 중의 다른 처리 유닛(B, C)과 공통으로 설치되어 있는 배기 라인(D2)에 접속되고, 또한, 상기 배기 라인(D2)은 중간 부스터 펌프(booster pump)(P3)를 개재하여, 다른 동일한 반도체 제조 장치와 공통으로 접속되어 있는 배기 라인(D3)에 접속된다.
도 20A는 상기 나사 홈 분자 펌프(P1, P2)의 구성을 나타낸다.
도 20A를 참조하면, 나사 홈 분자 펌프는 원통 형상의 본체(51)를 가지고, 상기 본체(51)의 일단에 펌프 입구가, 또 상기 본체(51)의 저면 근방의 측벽면 상에는 펌프 출구가 형성되어 있다. 본체(51) 중에는 도 20B에 나타낸 로터(rotor)(52)가 설치되어 있고, 상기 로터(52) 상에는 부등 피치 부등 경각 스크류(52A)가 형성되어 있다. 부등 피치 부등 경각 스크류(52A)는, 펌프 입구측에서 피치가 크고 출구측을 향해 피치가 감소하는 구성을 가지고 있고, 또 이에 따라 스크류의 경각도 입구측으로부터 출구측을 향해 서서히 감소하고 있다. 또, 펌프실의 체적도 입구측으로부터 출구측을 향해 서서히 감소하고 있다.
도 20A의 나사 홈 분자 펌프는, 또한, 상기 로터(52) 내에 배치된 모터(53)와, 상기 로터(52)의 각위치를 검출하는 각위치 검출기(54)와, 상기 각위치 검출기(54)에 협동하는 마그네트(magnet)(55)를 포함하고 있고, 전자석 기구(56)에 의해 상기 로터(52)가 출구측에 부착된다.
이 나사 홈 분자 펌프는 간단한 구성을 가지고, 대기압으로부터 수 mTorr까지의 넓은 압력 범위에 있어서 동작하고, 소비 전력이 작고, 종래의 터보(turbo) 분자 펌프보다 큰 320mL/min에 이르는 펌프 속도를 얻을 수 있다.
도 21은 도 19의 구성에 있어서 상기 나사 홈 분자 펌프(P1, P2)를 배기하는 중간 부스터 펌프(P3)로서 사용되는 부등 피치 부등 경각 스크류 펌프(GLSP)(60)의 구성을 나타낸다.
도 21을 참조하면, 상기 부등 피치 부등 경각 스크류 펌프에서는, 일단에 입구(61A)가, 또 타단에 출구(63A, 63B)가 형성된 펌프 본체(61) 중에, 각각이 도 20B에 나타낸 것 같은, 스크류 피치를 입구측으로부터 출구측을 향해 서서히 변화시키는 한 쌍의 스크류 로터(62A, 62B)가, 각각의 스크류가 서로 맞물리는 것 같은 관계로 설치되고 있고, 로터(62A, 62B)는 모터(64)에 의해 톱니바퀴(63A, 63B)를 개재하여 구동된다.
이 구성의 부등 피치 부등 경각 스크류 펌프(60)는 상압으로부터 10-4Torr에 이르는 저압까지의 넓은 압력 범위에 있어서 동작 가능이고, 2500L/min에 이르는 매우 큰 유량을 실현할 수 있다.
또, 도 19의 구성에서는, 다른 반도체 제조 장치로부터의 배기를 이 중간 부스터 펌프(P3)를 개재하여 공통의 백 펌프(back pump)(P4)로 배기함으로써, 상기 백 펌프(P4)를 가장 효율적인 동작 압력 범위로 동작시킬 수 있어 소비 전력을 크게 저감할 수 있다.
도 22는 도 18의 반도체 제조 장치(40)에 있어서, 각각의 처리 유닛(A∼C)에 협동하는 가스 공급계의 구성을 나타낸다.
먼저도 설명한 것처럼, 상기 반도체 제조 장치(40)에서는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 용기(11)를 150℃ 정도의 온도로 유지함으로써, 기판 처리에 수반하여 생긴 반응 생성물의 부착을 억제하고 있다. 즉, 도 19의 처리 유닛은 특별한 클리닝 처리를 하지 않고도 전의 처리 공정의 기억 내지 이력을 완전히 소거할 수 있는 특징을 가지고 있다.
이 때문에, 도 19의 처리 유닛을 사용하여, 플라즈마 가스 및/또는 처리 가스를 완전히 교체하면서, 다른 기판 처리 공정을 차례차례 실행하는 것이 가능하지만, 이를 위해서는 신속히 처리 가스를 완전히 교체할 수 있는 구성의 가스 공급계가 필요하게 된다.
도 22를 참조하면, N2, Kr, Ar, H2, NF3, C4F8, CHF3, O2,CO, HBr, SiCl4 등으로부터 선택된 한가지 또는 두가지 가스가, 제 1 및/또는 제 2의 유량 제어 장치 FCS1 및 FSC2를 통해 상기 처리 용기(11) 상에 설치되고 상기 샤워 플레이트(14)에 연통하는 플라즈마 가스 공급 포트(11p)에 공급되고, 한편, 상기 N2, Kr, Ar, H2, NF3, C4F8, CHF3, O2,CO, HBr, SiCl4 등으로부터 선택된 하나 또는 복수의 가스가 제 3∼제 7의 유량 제어 장치 FCS3∼FCS7을 통과하여, 상기 처리 가스 공급 구조(30)에 연통한 상기 처리 가스 공급 포트(11r)에 공급된다.
그 때, 도 23에 나타내는, 제어 밸브(71)와 압력계(72)와 스톱 밸브(73)와 오러피스(orifice)(74)를 직선 모양의 배관(70)으로 순차 형성한 구성의 유량 제어 장치를 사용하고, 상기 오러피스(orifice)(74) 하류측의 압력 P2가 상기 스톱 밸브(73) 상류측의 압력 P1의 반 이하가 되도록(P1≥2P2) 제어 밸브(71)를 상기 압력계(72)에 의해 제어함으로써, 처리 가스를 소정의 유량으로 순간적으로 공급하는 것이 가능하게 된다. 이는 이 유량 제어 장치 내에 유량 제어 불능인 데드 스페이스(dead space)가 존재하지 않기 때문이다.
그래서, 도 22의 가스 공급계에 있어서 도 23의 유량 제어 장치를 사용함으로써, 플라즈마 가스 혹은 처리 가스를, 상기 처리 유닛 중에서의 기판 처리의 종류에 따라 순간적으로 교체하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 반도체 제조 장치(40)에 있어서, 먼저 설명한 플라즈마 처리 장치(10) 뿐만 아니고 그 변형예에 의한 플라즈마 처리 장치, 혹은 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치(10A, 10B)를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명은 상기 특정의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재한 본 발명의 요지 내에 있어서 여러 가지 변형·변경이 가능하다.
본 발명에 의하면, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파를 급전하는 동축 도파관과 마이크로파를 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 방사하는 마이크로파 안테나와 사이의 접속부에 있어 임피던스 변화가 완화되어 그 결과 이 접속부에 있어서의 반사파의 형성이 억제되고, 급전 효율이 향상하고, 또 반사파에 의한 이상 방전이 억제되어 처리 용기 내에 안정된 고밀도 플라즈마를 형성하는 것이 가능하게 된다.

Claims (35)

  1. 외벽에 의해 구획 형성되고 피처리 기판을 보유하는 보유대를 갖춘 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 결합된 배기계와,
    상기 처리 용기 상에 상기 보유 대상의 피처리 기판에 대면하도록 상기 외벽의 일부로서 설치된 마이크로파 투과창과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 상에 상기 마이크로파에 대응하여 설치된 마이크로파 안테나와,
    상기 마이크로파 안테나에 전기적으로 결합된 마이크로파 전원으로 이루어지고,
    상기 마이크로파 안테나는 상기 마이크로파 전원에 접속되고 내측 도체 코어와 이를 둘러싸는 외측 도체관으로 이루어지는 동축 도파관과,
    상기 동축 도파관의 선단에 설치된 안테나 본체로 이루어지고,
    상기 안테나 본체는 상기 마이크로파 투과창에 결합하고 마이크로파 방사면을 형성하는 제 1의 도체면과, 유전체판과, 상기 제 1의 도체면에 대해서 상기 유전체판을 이격하여 대향하고 상기 유전체판의 외주부에 있어 상기 제 1의 도체면에 접속되는 제 2의 도체면으로 이루어지고,
    상기 내측 도체 코어는 상기 제 1의 도체면에 제 1의 접속부에 의해 접속되고,
    상기 외측 도체관은 상기 제 2의 도체면에 제 2의 접속부에 의해 접속되고,
    상기 제 1의 접속부는 상기 내측 도체 코어의 외경이 상기 제 1의 도체면을 향해 증대하는 제 1의 테이퍼부를 형성하고,
    상기 제 2의 접속부는 상기 외측 도체관의 내경이 상기 제 1의 도체면을 향해 증대하는 제 2의 테이퍼부를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내측 도체 코어의 외면과 상기 외측 도체관의 내면의 사이의 간격이 상기 제 1의 도체면을 향해 증대하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 테이퍼부는 제 1의 만곡면에 의해 구획 형성되어 있고, 상기 제 2의 테이퍼부는 제 2의 만곡면에 의해 구획 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내측 도체 코어와 상기 외측 도체관의 사이의 공간에는, 제 1의 단면과 상기 제 1의 단면에 대향하는 제 2의 단면에 의해 구획 형성된 유전체 부재가, 상기 제 1의 단면에 있어서 상기 유전체판에 인접하도록 설치되고, 상기 유전체 부재는 상기 유전체판의 비유전율보다 작고 공기보다 큰 비유전율을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 상기 제 1의 단면으로부터 상기 제 2의 단면까지 조성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 유전체판은 알루미나, 산화 규소, 산질화 규소 및 질화 규소의 어느 하나로 이루어지고, 상기 유전체 부재는 산화 규소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 내측 도체 코어와 상기 외측 도파관의 사이의 공간에는, 상기 유전체 부재의 상기 제 2의 단면에 인접하여, 상기 유전체 부재의 비유전율보다 작고 공기보다 큰 비유전율을 가지는 다른 유전체 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 산화 규소로 이루어지고, 상기 다른 유전체 부재는 테프론으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 유전체 부재의 상기 제 2의 단면은 테이퍼면을 형성하고, 상기 유전체 부재의 외경은 상기 제 1의 단면으로부터의 거리에 연관하여 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유전체 부재의 외경은 상기 제 1의 단면으로부터의 거리에 연관하여 직선적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 유전체 부재의 외경은 상기 제 1의 단면으로부터의 거리에 연관하여 지수 함수적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는, 상기 마이크로파 투과창의 내측에 밀접하여 설치된, 마이크로파를 투과시키는 재료로 이루어지고 플라즈마 가스원에 접속 가능한 플라즈마 가스 통로 및 이에 연통하는 복수의 개구부를 가지는 샤워 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 마이크로파 투과창 및 상기 샤워 플레이트는 알루미나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는 상기 처리 용기의 외벽에 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는 상기 처리 용기의 외벽에 설치된 관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나는 상기 제 1의 도체면이 상기 마이크로파 투과창에 접촉하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나는 상기 제 1의 도체면이 상기 마이크로파 투과창으로부터 떨어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    또한 상기 처리 용기 내에는, 상기 피처리 기판과 상기 플라즈마 가스 공급부의 사이에, 상기 피처리 기판에 대면하도록 처리 가스 공급부가 설치되고, 상기 처리 가스 공급부에는 상기 처리 용기 내에 형성된 플라즈마를 통과시키는 제 1의 개구부와 처리 가스를 공급하는 제 2의 개구부가 형성되고, 상기 제 2의 개구부는 상기 처리 가스 공급부에 형성되고 처리 가스원에 접속되는 처리 가스 통로에 연통하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 외벽에 의해 구획 형성되고 피처리 기판을 보유하는 보유대를 갖춘 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 결합된 배기계와,
    상기 처리 용기 상에 상기 보유 대상의 피처리 기판에 대면하도록 상기 외벽의 일부로서 설치된 마이크로파 투과창과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 상에 상기 마이크로파에 대응하여 설치된 마이크로파 안테나와,
    상기 마이크로파 안테나에 전기적으로 결합된 마이크로파 전원으로 이루어지고,
    상기 마이크로파 안테나는 상기 마이크로파 전원에 접속되고 내측 도체 코어와 이를 둘러싸는 외측 도체관으로 이루어지는 동축 도파관과,
    상기 동축 도파관의 선단에 설치된 안테나 본체로 이루어지고,
    상기 안테나 본체는 상기 마이크로파 투과창에 결합하고 마이크로파 방사면을 형성하는 제 1의 도체면과, 제 1 유전체 재료로 이루어지는 유전체판과, 상기 제 1의 도체면에 대해서 상기 유전체판을 이격하여 대향하고 상기 유전체판의 외주부에 있어 상기 제 1의 도체면에 접속되는 제 2의 도체면으로 이루어지고,
    상기 내측 도체 코어는 상기 제 1의 도체면에 제 1의 접속부에 의해 접속되고,
    상기 외측 도체관은 상기 제 2의 도체면에 제 2의 접속부에 의해 접속되고,
    상기 내측 도체 코어와 상기 외측 도체관의 사이의 공간에는, 제 1의 단면과 상기 제 1의 단면에 대향하는 제 2의 단면에 의해 구획 형성된 유전체 부재가, 상기 제 1의 단면에 있어서 상기 유전체판에 인접하도록 설치되고, 상기 유전체 부재는 상기 유전체판의 비유전율보다 작고 공기보다 큰 비유전율을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제 1의 접속부에 있어서 상기 내측 도체 코어는 상기 제 1의 도체면에 실질적으로 직각으로 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 제 2의 접속부에 있어서 상기 외측 도체 코어는 상기 제 2의 도체면에 실질적으로 직각으로 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 상기 제 1의 단면으로부터 상기 제 2의 단면까지 조성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 유전체판은 알루미나, 산화 규소, 산질화 규소 및 질화 규소의 어느 하나로 이루어지고, 상기 유전체 부재는 산화 규소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 내측 도체 코어와 상기 외측 도파관의 사이의 공간에는, 상기 유전체 부재의 상기 제 2의 단면에 인접하여, 상기 유전체 부재의 비유전율보다 작고 공기보다 큰 비유전율을 가지는 다른 유전체 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 산화 규소로 이루어지고, 상기 다른 유전체 부재는 테프론으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  26. 제 21항에 있어서,
    상기 유전체 부재의 상기 제 2의 단면은 테이퍼면을 형성하고, 상기 유전체 부재의 외경은 상기 제 1의 단면으로부터의 거리에 연관하여 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 유전체 부재의 외경은 상기 제 1의 단면으로부터의 거리에 연관하여 직선적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 유전체 부재의 외경은 상기 제 1의 단면으로부터의 거리에 연관하여 지수 함수적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  29. 제 19항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는, 상기 마이크로파 투과창의 내측에 밀접하여 설치된, 마이크로파를 투과시키는 재료로 이루어지고 플라즈마 가스원에 접속 가능한 플라즈마 가스 통로 및 이에 연통하는 복수의 개구부를 가지는 샤워 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 마이크로파 투과창 및 상기 샤워 플레이트는 알루미나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  31. 제 19항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는 상기 처리 용기의 외벽에 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는 상기 처리 용기의 외벽에 설치된 관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  33. 제 19항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나는 상기 제 1의 도체면이 상기 마이크로파 투과창에 접촉하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  34. 제 19항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나는 상기 제 1의 도체면이 상기 마이크로파 투과창으로부터 떨어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  35. 제 19항에 있어서,
    또한 상기 처리 용기 내에는, 상기 피처리 기판과 상기 플라즈마 가스 공급부의 사이에, 상기 피처리 기판에 대면하도록 처리 가스 공급부가 설치되고, 상기 처리 가스 공급부에는 상기 처리 용기 내에 형성된 플라즈마를 통과시키는 제 1의 개구부와 처리 가스를 공급하는 제 2의 개구부가 형성되고, 상기 제 2의 개구부는 상기 처리 가스 공급부에 형성되고 처리 가스원에 접속되는 처리 가스 통로에 연통하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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