KR100646458B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

고유전체 재료를 이용하는 것에 의해 도파관의 내열성을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
플라즈마 처리 장치는 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기(44)와, 상기 처리 용기 내에 마련된 피처리체 W를 탑재하는 탑재대(46)와, 상기 처리 용기의 천장의 개구부에 마련된 마이크로파 투과판(72)과, 상기 마이크로파 투과판을 거쳐서 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 공급하기 위한 평면 안테나 부재(76)와, 상기 평면 안테나 부재의 위쪽을 덮도록 접지된 실드 덮개(80)와, 마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 상기 평면 안테나 부재로 공급하기 위한 도파관(90)을 구비하고, 상기 도파관은 고유전체 재료를 이용한 고유전체 도파관(94)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이것에 의해, 도파관의 내열성을 향상시킨다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING EQUIPMENT}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등에 대하여 마이크로파에 의해 발생한 플라즈마를 작용시켜서 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
근래, 반도체 제품의 고밀도화 및 고미세화에 수반하여 반도체 제품의 제조공정에 있어서, 성막, 에칭, 어싱 등의 처리를 위해 플라즈마 처리 장치가 사용되는 경우가 있고, 특히 0.1∼수십 mTorr 정도의 비교적 압력이 낮은 고진공 상태에서도 안정하게 플라즈마를 일으킬 수 있는 것에 의해 마이크로파를 이용하여 고밀도 플라즈마를 발생시켜서 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 처리 장치가 사용되는 경향이 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치는 일본국 특허공개 평성 제1-184923호 공보, 일본국 특허공개 평성 제3-191073호 공보, 일본국 특허공개 평성 제5-343334호 공보나 본 출원인에 의한 일본국 특허공개 평성 제9-181052호 공보 등에 개시되어 있다. 여기서, 마이크로파를 이용한 일반적인 플라즈마 처리 장치를 도 11을 참조하여 개략적으로 설명한다. 도 11은 종래의 일반적인 플라즈마 처리 장치를 도시하 는 구성도이다.
도 11에 있어서, 이 플라즈마 처리 장치(2)는 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기(4)내에 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(6)를 마련하고 있고, 이 탑재대(6)와 대향하는 천장부에 마이크로파를 투과하는 예를 들면 원판 형상의 질화 알루미늄 등으로 이루어지는 마이크로파 투과창(8)을 기밀하게 마련하고 있다. 구체적으로는, 이 마이크로파 투과창(8)은 상기 처리 용기(4)의 상단에 마련한 예를 들면 알루미늄제의 링형상의 지지 프레임 부재(10)으로부터 반경방향 내측으로 돌출시킨 지지 선반부(12)에 O링 등의 밀봉 부재(14)를 거쳐서 기밀하게 부착되어 있다.
그리고, 이 마이크로파 투과창(8)의 상면에 두께 수㎜ 정도의 원판 형상의 평면 안테나 부재(16)와, 필요에 따라서 이 평면 안테나 부재(16)의 반경 방향에 있어서의 마이크로파의 파장을 단축하기 위한 예를 들면 유전체로 이루어지는 지파재(遲波材)(18)를 설치하고 있다. 이 평면 안테나 부재(16)나 지파재(18)는 이들의 위쪽을 덮도록 하여, 또한 처리 용기(4)의 위쪽을 막도록 하여 도체로 실드 덮개(20)를 마련하고 있다. 또한, 상기 지파재(18)의 위쪽에는 내부에 냉각수를 흘리는 냉각수 유로(22)가 형성된 천장 냉각 자켓(24)이 마련되어 있어, 실드 덮개(20) 등을 냉각하도록 되어 있다. 그리고, 안테나 부재(16)에는 다수의 대략 원형의 또는 슬릿 형상의 관통구멍으로 이루어지는 마이크로파 방사 구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고, 평면 안테나 부재(16)의 중심부에 동축 도파관(28)의 내부도체(30)를 접속하고 있다. 이 동축 도파관(28)에는 모드 변환기(32)를 거쳐서 직사각 형 도파관(34)이 접속됨과 동시에, 이 직사각형 도파관(34)에는 매칭 회로(36), 아이솔레이터(38) 및 마이크로파 발생원(40)이 순차 접속되어 있다. 이 매칭 회로(36)는 마이크로파의 진동 모드중의 TE 모드에 대응되고 있다. 이것에 의해, 마이크로파 발생원(40)에서 발생된, 예를 들면 2.45GHz의 TE 모드의 마이크로파를, 직사각형 도파관(34)을 거쳐서 매칭 회로(36) 및 모드 변환기(32)로 전파하고, 이 모드 변환기(32)에서 TE 모드로부터 TEM 모드로 변환한 후에 동축 도파관(28)을 거쳐서 안테나 부재(16)로 도입(유도)되도록 되어 있다. 그리고, 이 TEM 모드의 마이크로파를 안테나 부재(16)의 반경 방향으로 방사상으로 전파시키면서 안테나 부재(16)에 마련한 마이크로파 방사 구멍(26)으로부터 마이크로파를 방출시켜 이것을 마이크로파 투과창(8)에 투과시키고, 아래쪽의 처리 용기(4)내로 마이크로파를 도입하고, 이 마이크로파에 의해 처리 용기(4)내에 플라즈마를 일으켜 반도체 웨이퍼 W에 에칭, 성막, 어싱 등의 소정의 플라즈마 처리를 실시하도록 되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같은 플라즈마 처리 장치에 있어서, 직사각형 도파관(34)이나 동축 도파관(28)에 있어서는 다른 부재, 예를 들면 모드 변환기(32)나 평면 안테나 부재(16) 등의 접속 부분에 있어서 불연속 부분이 발생하는 것에 의해, 이 불연속 부분에서 마이크로파의 다중 반사 등이 일어나, 선로의 저항분에 따른 줄열에 의해서 발열이 생기는 것은 회피할 수 없다. 이 경우, 이 동축 도파관(28)이나, 그 안의 내부도체(30)는 예를 들면 황동의 표면에 은도금 등을 실시하여 이루어지는 도체 등으로 이루어지는 것에 의해, 선 팽창율이 비교적 큰 대략 17.2× 10-6/℃ 정도로 되고, 이 결과 상기 동축 도파관(28)에 열팽창에 의한 변형이 발생하여, 상기 접합 부분에도 변형이나 불량이 생기고, 더 나아가서는 마이크로파의 누설 등도 발생하는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.
또한, 다른 문제로서는 다음의 것이 있다. 이러한 종류의 플라즈마 처리 장치(2)로서는 TEM 모드의 마이크로파를 처리 용기(4)내로 도입한다. 이 이유는 전자파의 포인팅 벡터의 방향이 전류의 흐름 방향과 일치하므로, 전류의 위상만을 고려하여 안테나를 설계할 수 있기 때문이다. 그러나, 종래는 TE 모드용의 매칭 회로(36)가 널리 알려져 이용되고 있었기 때문에, 종래는 이 TE 모드용의 매칭 회로(36)를 플라즈마 처리 장치(2)로 채용하고, 그리고 마이크로파의 전파 경로의 도중에 모드 변환기(32)를 개재시켜 TE 모드의 마이크로파를 TEM 모드로 변환하여 평면 안테나 부재(16)로 공급하도록 하고 있었다.
이 때문에, 필연적으로 모드 변환기(32)를 필요로 하는 것에 의해, 비용 상승으로 될 뿐만 아니라, 마이크로파의 변환 손실도 발생한다고 하는 문제가 있었다.
또한, 매칭 회로(36)는 TE 모드용이기 때문에, 모드 변환기(32)보다 전단측에 마련할 필요가 있다. 이 때문에, 이 매칭 회로(36)를, 특성 임피던스가 크게 변하는 평면 안테나 부재(16)로부터 멀리 떨어진 개소에 마련하지 않으면 안되고, 이 때문에 효율적으로 임피던스의 매칭(정합) 조작을 실행할 수 없는 경우도 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다.
본 발명의 제1의 목적은 고유전체 재료를 이용하는 것에 의해 도파관의 내열성을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은 TEM 모드 대응의 슬러그 매처를 이용하는 것에 의해, 종래의 예를 들면 TE 모드 대응의 매칭 회로를 불필요하게 함과 동시에 평면 안테나 부재에 접근시켜서 매처를 마련할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본원에 따른 제1의 발명은 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마련된 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 천장의 개구부에 마련된 마이크로파 투과판과, 상기 마이크로파 투과판을 거쳐서 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 공급하기 위한 평면 안테나 부재와, 상기 평면 안테나 부재의 위쪽을 덮도록 접지된 실드 덮개와, 마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 상기 평면 안테나 부재로 공급하기 위한 도파관을 구비하고, 상기 도파관은 고유전체 재료를 이용한 고유전체 도파관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치이다.
이와 같이, 도파관으로서 고유전체 재료를 이용한 고유전체 도파관을 채용했으므로, 도파관 자체의 선 팽창율을 종래의 도체제의 도파관보다 작게 할 수 있고, 결과적으로 열변형 등이 적어져, 이 내열성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따 라서, 도파관의 변형이나 마이크로파의 누설 등의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
이 경우, 예를 들면 상기 도파관의 도중에는 모드 변환기가 개재되어 있고, 이 모드 변환기와 상기 평면 안테나 부재 사이에 상기 고유전체 도파관이 이용된다.
또한, 예를 들면 상기 고유전체 도파관은 통형상의 도파관 본체와, 이 도파관 본체내에 삽입통과되는 도파축으로 이루어지고, 상기 도파관 본체와 상기 도파축 중 적어도 어느 한쪽이 상기 고유전체 재료로 이루어진다.
또한, 예를 들면 상기 고유전체 재료의 비유전률은 1000 이상이다.
또한, 예를 들면 상기 고유전체 재료는 PZT(Pb, Zr, Ti, O를 함유하는 복합 재료), BST(Ba, Sr, Ti, O를 함유하는 복합 재료), SBT(Sr, Bi, Ta, O를 함유하는 복합 재료)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어진다.
또한, 예를 들면 상기 평면 안테나 부재에는 관통구멍으로 이루어지는 마이크로파 방사 구멍이 동심원 형상 또는 소용돌이 형상으로 형성되어 있다.
또한, 예를 들면 상기 평면 안테나 부재에는 관통구멍으로 이루어지는 2개의 마이크로파 방사 구멍을 대략 90도 서로 방향을 달리하여 접근시켜서 이루어지는 방사구멍 쌍이 동심원 형상 또는 소용돌이 형상으로 다수 형성되어 있다.
또한, 예를 들면 상기 도파관에는 유전체 재료를 이용한 슬러그 매처가 마련된다.
본원에 따른 제2의 발명은 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마련된 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 천장의 개구부에 마련된 마이크로파 투과판과, 상기 마이크로파 투과판을 거쳐서 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 공급하기 위한 평면 안테나 부재와, 상기 평면 안테나 부재의 위쪽을 덮도록 접지된 실드 덮개와, 마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 상기 평면 안테나 부재로 공급하기 위한 도파관을 구비하고, 상기 도파관의 도중에 유전체 재료를 이용한 슬러그 매처를 마련하도록 구성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치이다.
이와 같이, 도파관의 도중에 유전체 재료를 이용한 슬러그 매처를 마련하는 것에 의해, 종래 이용하고 있었던 TE 모드용의 매칭 회로를 불필요하게 할 수 있다.
이 경우, 예를 들면 상기 슬러그 매처는 상기 평면 안테나 부재에 접근시켜서 마련되어 있다.
이것에 의해, 이 TEM 모드용의 슬러그 매처를 평면 안테나 부재에 접근시켜서 마련할 수 있어, 임피던스 매칭의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들면 상기 슬러그 매처는 상기 마이크로파의 전파 방향을 따라서 이간시켜 배치된 유전체 재료로 이루어지는 2개의 정합 부재로 이루어지고, 상기 2개의 정합 부재는 일체적으로 상기 마이크로파의 전파 방향으로 이동 가능하게 이루어짐과 동시에, 개별적으로도 이동 가능하게 이루어져 있다.
또한, 예를 들면 상기 도파관은 동축 도파관으로 이루어지고, 상기 마이크로파는 상기 마이크로파 발생원으로부터는 TEM 모드의 진동 모드로 전파된다.
이것에 의하면, 마이크로파 발생원으로부터 TEM 모드로 마이크로파를 전파할 수 있으므로, 도중에 모드 변환기를 마련할 필요가 없고, 그만큼 비용의 삭감에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 모드 변환 손실도 없앨 수 있게 된다.
또한, 예를 들면 상기 도파관의 도중에는 모드 변환기가 마련되어 있고, 상기 모드 변환기와 상기 평면 안테나 부재를 연결하는 부분의 도파관에 상기 슬러그 매처를 개재해서 마련하도록 되어 있다.
도 1은 제1의 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 구성도,
도 2는 평면 안테나 부재의 1예를 도시하는 평면도,
도 3은 다른 예의 평면 안테나 부재를 도시하는 평면도,
도 4는 제1의 발명에서 이용하는 고유전체 도파관에 있어서의 마이크로파 전파의 상황의 시뮬레이션 모델을 도시하는 도면,
도 5는 도 4의 고유전체 도파관에 있어서의 마이크로파 전파의 상황의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면,
도 6은 다른 종류의 고유전체 도파관에 있어서의 마이크로파 전파의 상황의 시뮬레이션 모델을 도시하는 도면,
도 7은 제2의 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 구성도,
도 8은 슬러그 매처에 이용되는 위치 제어 기구를 도시하는 구성도,
도 9는 제2의 발명의 제1 변형예를 도시하는 부분 확대도,
도 10은 제2의 발명의 제2 변형예를 도시하는 부분 구성도,
도 11은 종래의 일반적인 플라즈마 처리 장치를 도시하는 구성도.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 1실시예를 첨부 도면에 근거하여 상세하게 기술한다.
우선, 본원의 제1의 발명에 대하여 설명한다.
도 1은 제1의 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 구성도, 도 2는 평면 안테나 부재의 1예를 도시하는 평면도, 도 3은 다른 예의 평면 안테나 부재를 도시하는 평면도, 도 4는 제1의 발명에서 이용하는 고유전체 도파관에 있어서의 마이크로파 전파의 상황의 시뮬레이션 모델을 도시하는 도면, 도 6은 다른 종류의 고유전체 도파관에 있어서의 마이크로파 전파의 상황의 시뮬레이션 모델을 도시하는 도면이다. 본 발명에 있어서는 고유전체라는 것은 통상의 유전체보다 높은 비유전률을 갖는 유전체를 말하며, 예를 들면 비유전률이 100 이상, 바람직하게는 1000 이상인 유전체를 말한다. 또한, 본 발명에 있어서의 고유전체는 비유전률이 100 이상이면, 강유전체이더라도 좋다.
도시하는 바와 같이, 이 플라즈마 처리 장치(42)는 예를 들면 측벽이나 바닥 부가 알루미늄 등의 도체에 의해 구성되고, 전체가 통체 형상으로 성형된 처리 용기(44)를 갖고 있으며, 이 처리 용기(44)는 접지됨과 동시에 내부는 밀폐된 처리공간 S로서 구성되어 있다.
이 처리 용기(44) 내에는 상면에 피처리체로서의 예를 들면 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(46)가 수용된다. 이 탑재대(46)는 예를 들면 알루마이트 처리한 알루미늄 등에 의해 볼록 형상으로 평탄하게 이루어진 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 이 하부는 마찬가지로 알루미늄 등에 의해 원기둥 형상으로 이루어진 지지대(48)에 의해 지지됨과 동시에, 이 지지대(48)는 처리 용기(44)내의 바닥부에 절연재(50)를 거쳐서 설치되어 있다.
상기 탑재대(46)의 상면에는 여기에 웨이퍼를 유지하기 위한 정전 척 또는 클램프 기구(도시하지 않음)가 마련되고, 이 탑재대(46)는 급전선(52)에 의해 매칭 박스(54)를 거쳐서 예를 들면 13.56㎒의 바이어스용 고주파 전원(56)에 접속되어 있다. 또한, 이 바이어스용 고주파 전원(56)을 마련하지 않는 경우도 있다. 또한, 바이어스용 고주파 전원(56)을 마련하지 않는 경우라도, 바이어스용 전극을 마련하여, 접지 또는 전기적으로 플로팅 상태로 하는 것에 의해, 플라즈마 착화 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 탑재대(46)를 지지하는 지지대(48)에는 플라즈마 처리시의 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각수 등을 흘리는 냉각 자켓(58)이 마련된다. 또한, 필요에 따라서 이 탑재대(46) 내에 가열용 히터를 마련하더라도 좋다.
상기 처리 용기(44)의 측벽에는 가스 공급 수단으로서, 용기내에 플라즈마용 가스, 예를 들면 아르곤 가스나 처리 가스, 예를 들면 퇴적 가스를 도입하기 위한 예를 들면 석영 파이프제의 가스 공급 노즐(60)이 마련되고, 이 노즐(60)로부터 유량 제어된 플라즈마 가스 및 처리 가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 처리 가스 로서의 퇴적 가스는 예를 들면 질화 실리콘을 성막하는 경우에는 SiH4, O2, N2 가스 등을 이용할 수 있다.
또한, 용기 측벽에는 이 내부에 대하여 웨이퍼를 반입, 반출할 때에 개폐하는 게이트 밸브(62)가 마련됨과 동시에, 이 측벽을 냉각시키는 냉각 자켓(64)이 마련된다. 또한, 용기 바닥부에는 도시되지 않은 진공 펌프에 접속된 배기구(66)가 마련되어 있고, 필요에 따라서 처리 용기(44) 내를 소정의 압력까지 진공배기할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 처리 용기(44)의 천장은 개구되어 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부의 둘레가장자리부를 따라 원형 링형상의 지지 프레임 부재(68)이 O링 등의 밀봉 부재(70)를 거쳐서 마련되어 있고, 이 지지 프레임 부재(68)에, 유전체로서 예를 들면 AℓN 등의 세라믹재로 이루어지는 마이크로파에 대해서는 투과성을 갖는 두께 20㎜ 정도의 마이크로파 투과판(72)이 O링 등의 밀봉 부재(74)를 거쳐서 기밀하게 마련된다. 이것에 의해, 처리 용기(44)내가 기밀하게 유지된다.
그리고, 이 마이크로파 투과판(72)의 위쪽에 원판 형상의 평면 안테나 부재(76)가 그 둘레가장자리부를 상기 지지 프레임 부재(68)의 상단에 탑재하는 상태로 지지되어 있다. 그리고, 이 안테나 부재(76)의 상면에, 원판 형상의 비유전률이 큰 고유전율 특성을 갖는 지파재(78)가 마련된다. 그리고, 이 안테나 부재(76)와 지파재(78)의 위쪽을 덮도록 하여 예를 들면 덮개 형상으로 형성된 실드 덮개(80)가 마련되어 있고, 이 하단부는 상기 지지 프레임 부재(68)의 상단으로 지지되어 있다. 이 실드 덮개(80)에는 내부에 냉각수를 흘리는 냉각수 유로(82)가 형성되어 있어, 이 실드 덮개(80)나 상기 지파재(78) 등을 냉각시키도록 되어 있다. 또한, 이 실드 덮개(80)는 접지되어 있다. 또한, 상기 평면 안테나 부재(76)는 상기 처리 용기(44) 내의 상기 탑재대(46)와 대향시켜서 마련된다.
이 평면 안테나 부재(76)는 8인치 사이즈의 웨이퍼 대응인 경우에는 예를 들면 직경이 300∼400㎜, 두께가 1∼수㎜, 예를 들면 5㎜의 도전성 재료로 이루어지는 원판, 예를 들면 표면이 은도금된 동판 또는 알루미늄판으로 이루어지고, 이 원판에는 예를 들면 긴 홈의 슬릿 형상 또는 원형 형상의 관통구멍으로 이루어지는 다수의 마이크로파 방사 구멍(84)을 동심원 형상 또는 나선 형상으로 형성하고 있다.
구체적으로는, 이 평면 안테나 부재(76)의 마이크로파 방사 구멍(84)은 도 2또는 도 3에 도시하는 바와 같이 형성되어 있다. 도 2에 도시하는 경우에는 마이크로파 방사 구멍(84)은 가늘고 긴 슬릿 형상의 관통구멍(도 2의 (b) 참조)으로 이루어지고, 마이크로파 방사 구멍(84)을 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이 동심원 형상으로 다수개 형성하고 있다. 이 마이크로파 방사 구멍(84)의 길이는 예를 들면 λ/4 정도이다. 또한, λ는 여기서 이용되는 마이크로파의 상기 지파재(78) 중에서의 파장이다.
또, 도 3에 도시하는 경우에는 상술한 바와 같은 형상의 2개의 마이크로파 방사 구멍(84)을 대략 90도 방향을 달리하여 접근시켜서 이루어지는 방사 구멍 쌍(86)(도 3의 (b) 참조)을 형성하고, 이 방사 구멍 쌍(86)을 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 동심원 형상으로 다수개 마련하고 있다. 이 경우, 마이크로파 방사 구멍 쌍(86) 중의 각각의 마이크로파 방사 구멍(84)의 방향은 평면 안테나 부재(76)의 반경 방향에 대하여 소정의 각도θ1, 예를 들면 +45도 또는 -45도 정도로 설정되어 있다. 또한, 이 마이크로파 방사 구멍(84)의 형상은 가늘고 긴 슬릿 형상에 한정되지 않고, 원형, 타원형 등이라도 좋다.
도 1로 되돌아가 또, 상기 실드 덮개(80)의 상부의 중심에는 개구부(88)가 형성되어 있고, 이 개구부(88)에는 본 발명의 특징으로 하는 도파관(90)이 접속됨과 동시에, 이 도파관(90)의 단부에는 예를 들면 2.45㎓의 마이크로파 발생원(92)이 접속되어 있다. 이것에 의해, 상기 마이크로파 발생원(92)에서 발생된 마이크로파를, 도파관(90)을 거쳐서 상기 평면 안테나 부재(76)로 전파할 수 있도록 되어 있다. 또한, 마이크로파의 주파수로서는 그 외에 8.35㎓, 1.98㎓ 등을 이용할 수 있다.
구체적으로는, 상기 도파관(90)은 상기 실드 덮개(80)의 중앙 개구부(88)에 직접적으로 접속 고정되어 위쪽으로 기립되어 있는 단면이 원형인 고유전체 도파관(94)과, 이 고유전체 도파관(94)의 상단부에 마이크로파가 진동하는 모드 변환을 실행하는 모드 변환기(96)를 거쳐서 수평 방향을 향해서 접속 고정되는 단면이 직사각형인 직사각형 도파관(98)으로 구성되어 있다.
우선, 상기 마이크로파 발생원(92)과 상기 모드 변환기(96) 사이를 연결하는 상기 직사각형 도파관(98)은 전체가 예를 들면 표면에 은도금이 이루어진 황동 등의 도체로 단면이 직사각형 형상으로 형성되어 있고, 이 직사각형 도파관(98)에는 상기 마이크로파 발생원(92)으로부터 상기 모드 변환기(96)를 향해서, 마이크로파의 반사파에 대한 절연을 실행하는 아이솔레이터(100) 및 마이크로파 전파로의 임피던스 정합을 실행하기 위한 TE 모드용의 매칭 회로(102)가 순차 도중에 개재되어 있다. 또한, 이 매칭 회로(102)는 예를 들면 금속침을 조합한 스터브 튜너로 형성되어 있다. 따라서, 마이크로파 발생원(92)에서 발생된 마이크로파는 그 진동 모드가 TE 모드인 상태에서, 상기 직사각형 도파관(98) 내를 전파되게 된다.
이것에 대하여, 상기 모드 변환기(96)와 상기 평면 안테나 부재(76) 사이를 연결하는 고유전체 도파관(94)은 이것에 고유전체 재료를 포함시켜 형성되어 있다. 구체적으로는, 이 고유전체 도파관(94)은 TEM 모드의 마이크로파를 전파시키는 것으로서, 단면이 실질적으로 원형 링형상으로 이루어진 통형상 또는 관형상의 도파관 본체(104)와, 이 도파관 본체(104) 내의 중심부에 삽입 통과되는 단면이 원형인 막대 형상의 도파축(106)으로 형성되어 있다.
이 경우, 상기 도파축(106)의 직경 D1은 예를 들면 대략 3㎜ 정도이다. 또한, 상기 도파관 본체(104)의 내경 D2는 예를 들면 10㎜ 정도이며, 그 두께는 예를 들면 0.3㎜ 정도이다. 또한, 이들의 수치는 단지 1예를 나타낸 것에 불과하며, 이들의 치수는 전후의 마이크로파 전송로의 특성 임피던스에 의해 결정하면 좋다.
그리고, 상기 도파축(106)과 도파관 본체(104) 중, 적어도 어느 한쪽이 고유전체 재료, 예를 들면 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 즉, 도파축(106)과 도파관 본체(104) 중 어느 한쪽을 고유전체 재료에 의해 형성하더라도 좋고, 또는 양자를 고유전체 재료에 의해 형성하더라도 좋다. 상기 도파축(106)을 고유전체 재료에 의해 형성한 경우에는 그 하단면을 나사 등에 의해서 평면 안테나 부재(76)와 접합하더라도 좋고, 또는 금속의 증착 접합에 의해서 평면 안테나 부재(76)와 접합하더라도 좋다.
이 고유전체 재료로서는 마이크로파의 전파 효율을 고려하면, 비유전률이 예를 들면 1000 이상인 것을 이용하는 것이 좋고, 그 1예로서는 PZT(Pb, Zr, Ti, O를 함유하는 복합 재료), BST(Ba, Sr, Ti, O를 함유하는 복합 재료), SBT(Sr, Bi, Ta, O를 함유하는 복합 재료) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 이용할 수 있다.
또한, 이러한 종류의 고유전체 재료의 선 팽창율은 종래 장치에서 이용하고 있었던 동축 도파관의 금속 재료의 선 팽창율보다 1자리수 정도 그 선 팽창율이 작고, 예를 들면 1.02×10-6/℃ 정도이며, 열 변형량이 작게된다. 이와 같이, 고유전체 재료를 이용한 고유전체 도파관(94)은 후술하는 바와 같이 마이크로파를 안내하는 가이드로서의 기능을 발휘하여 마이크로파를 효율적으로 전파한다.
다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행되는 처리 방법에 대하여 설명한다.
우선, 게이트 밸브(62)를 거쳐서 반도체 웨이퍼 W를 반송 아암(도시하지 않음)에 의해 처리 용기(44) 내에 수용하고, 리프터 핀(도시하지 않음)을 상하 이동시키는 것에 의해 웨이퍼 W를 탑재대(46)의 상면의 탑재면에 탑재한다.
그리고, 처리 용기(44) 내를 소정의 프로세스 압력으로 유지하여, 가스 공급 노즐(60)로부터 예를 들면 아르곤 가스나 예를 들면 SiH4, O2, N2 등의 퇴적 가스를 각각 유량 제어하면서 공급한다. 동시에, 마이크로파 발생원(92)으로부터의 마이크로파를 직사각형 도파관(98), 모드 변환기(96) 및 고유전체 도파관(94)을 순차 거쳐서 평면 안테나 부재(76)로 공급하여 처리 공간 S로 지파재(78)에 의해서 파장이 짧아진 마이크로파를 도입하고, 이것에 의해 플라즈마를 발생시켜 소정의 플라즈마 처리, 예를 들면 플라즈마 CVD에 의한 성막 처리를 실행한다.
여기서, 마이크로파의 전파에 관해서는 마이크로파 발생원(92)에서 발생된 마이크로파는 직사각형 도파관(98) 내에서는 TE 모드로 전파하고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(96)에서 TEM 모드로 변환되고, 이 상태에서 단면이 원형 링형상인 고유전체 도파관(94) 내를 평면 안테나 부재(76)를 향해서 전파되어 가게 된다.
여기서, 처리공간 S에 있어서의 플라즈마 상태나 압력 상태 등의 각종 요인에 의해 도파관(90) 내에 있어서는 마이크로파의 반사파가 발생하지만, 이 반사파를 상쇄하도록 상기 매칭 회로(102)는 동작하여, 소위 매칭 기능을 발휘한다.
그리고, 상기 고유전체 도파관(94)과 모드 변환기(96)나 평면 안테나 부재(76)의 접합 부분에서는 마이크로파의 전파 손실이 생기거나, 고유전체 재료의 유전 손실이 생겨, 이 도파관(90) 자체가 승온하지만, 이 구성 재료인 고유전체 재료는 선 팽창율이 작으므로, 이 도파관(90)의 열 변형량은 매우 적어, 이 내열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 열 변형량이 작은 것에 의해, 마이크로파의 누설 등의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
여기서, 상술한 바와 같은 고유전체 도파관(94)이 실제로 마이크로파를 전파하는 점에 대하여 시뮬레이션에 의해서 검증했으므로, 그 평가 결과에 대하여 설명한다.
도 4중에 있어서, 도 4는 시뮬레이션에 이용한 고유전체 도파관의 모델을 도시하고, 도 5의 (a)는 이 모델의 단면에 있어서의 전계 강도의 분포를 도시하는 그래프, 도 5의 (b)는 이 모델의 단면에 있어서의 자계 강도의 분포를 도시하는 그래프, 도 5의 (c)는 이 모델의 단면에 있어서의 에너지의 이동을 도시하는 포인팅 벡터를 도시하는 그래프이다.
도 4에 도시하는 이 모델의 고유전체 도파관(94)에 있어서 외측의 단면이 원형 링형상인 도파관 본체(104)는 여기서는 완전히 도체로 형성하고 있다. 또한, 중심부에 위치하는 단면이 원형인 도파축(106)의 상하단 부분(106A), (106A)은 도체로 형성하고, 이 상하단 부분(106A), (106A)에 협지된(사이에 위치된) 중앙 부분(106B)을 비유전률 ε가 1000인 고유전체 재료에 의해서 형성하고 있다. 여기서, 도파축(106)의 직경 D1은 4㎜로 설정하고, 도파관 본체(104)의 내경 D2는 10㎜로 설정하고 있다. 또한, 이 도파축(106)과 도파관 본체(104) 사이의 공간은 공기가 존재하는 것으로서 설정하고 있다.
이러한 고유전체 도파관(94)으로 TEM 모드로 진동하는 2.45㎓의 마이크로파를 공급한 결과, 입사면에서 반사율이 0.9%인 결과를 얻었다. 즉, 99.1%의 마이크 로파가 이 고유전체 도파관(94)을 전파되어 거의 전파 손실이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
이 때의 전계의 분포에 관해서, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이 전계는 외측의 도파관 본체(104)로부터 중심을 향함에 따라서, 대략 2차 곡선적으로 상승하여 커져 도파축(106)의 표면 부근에서 최대로 된다. 그리고, 이 도파축(106) 내에서는 전계는 매우 적어 조금(약간) 발생하고 있는 것에 불과하다.
또한, 이 때의 자계의 분포에 관해서, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이 외측의 도파관 본체(104) 및 이것과 도파축(106) 사이의 공간 부분에서는 자계는 매우 적고, 이것에 대하여 도파축(106) 내에서는 그 중심 방향을 향해 매우 큰 진폭으로 자계가 분포하고 있는 것이 판명된다. 그러나, 중심축의 전계는 매우 작으므로, 에너지의 이동을 나타내는 포인팅 벡터는 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이 중심축에서는 거의 0으로 되고, 전자파는 대기중을 이동하게 된다. 또한, 도 5의 (c)에 있어서 화살표가 클 수록, 큰 에너지의 이동을 나타내고 있다.
또한, 도 6은 시뮬레이션에 이용한 다른 형태의 고유전체 도파관의 모델을 도시하고 있다. 여기서는 중심의 도파축(106)의 구조는 도 4에 도시하는 경우와 마찬가지로 설정하고 있다. 이것에 대하여, 외측의 단면이 원형 링형상인 도파관 본체(104)에 관해서는 상하단 부분(104A), (104A)은 도체로 형성하고, 이 상하단 부분(104A), (104A)에 협지된 중앙 부분(104B)을 고유전체 재료에 의해서 형성하고 있다. 여기서, 도파축(106) 및 도파관 본체(104)의 각 사이즈는 도 4에 도시한 경우와 동일하다. 또한, 여기서 도파축(106)의 중앙 부분(106B) 및 도파관 본체 (104)의 중앙 부분(104B)의 고유전체 재료의 비유전률 ε는 모두 1000으로 설정하고 있다.
이 경우에도, TEM 모드로 진동하는 2.45㎓의 마이크로파를 공급한 결과, 입사면에서 반사율이 0.1%인 결과를 얻었다. 즉, 99.9%의 마이크로파가 이 고유전체 도파관(94)을 전파되어 거의 전파 손실이 생기지 않는 것을 확인할 수 있었다.
이 점으로부터, 중심의 도파축(106)을 전부 도체로 형성하고, 외측의 도파관 본체(104)의 중앙 부분(104B)을 고유전체 재료로 형성한 경우라도, 전파 손실을 거의 일으키는 일없이 충분히 마이크로파를 전파하는 것이 판명된다.
또한, 비유전률 ε가 5000인 고유전체 재료를 이용하여, 상술한 것과 마찬가지인 시뮬레이션을 실행한 결과, 상술한 것과 마찬가지로 마이크로파의 전파에 관해서는 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
상술한 바와 같이, 고유전체 도파관(94)이 마이크로파를 전파할 수 있는 이유는 이하와 같이 생각된다. 우선, 마이크로파에 대하여, 도체의 경우는 표피 효과를 일으켜 전도 전류로 되어 흐르지만, 고유전체 재료의 경우는 변위 전류로서 흐른다. 즉, 이 변위 전류는 전계의 시간 미분에 비례하여 발생하지만, 비유전률이 큰 고유전체 재료 중에서는 전계가 발생하려고 하면, 이것을 없애는 작용(전계를 제로로 하는 작용)이 발생하고(도 5의 (a) 참조), 이것이 전류가 흐른 것과 동일한 거동을 나타내게 된다고 생각된다.
이상과 같이, 고유전체 도파관(94)은 전파 손실을 그다지 일으키는 일없이 마이크로파를 충분히 또한 효율적으로 전파할 수 있으므로, TEM 모드의 마이크로파 를 전파시키기 위해서 종래 이용하고 있었던 동축 도파관 대신에, 이 고유전체 도파관(94)을 이용할 수 있고, 따라서 그 내열성을 대폭 향상시킬 수가 있다.
다음에, 본원의 제2의 발명에 대하여 설명한다.
도 7은 제2의 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 구성도, 도 8은 슬러그 매처에 이용되는 위치 제어 기구를 도시하는 구성도이다.
이 제2의 발명의 특징은 종래의 플라즈마 처리 장치에서 이용되고 있던 TE 모드용의 매칭 회로(도 1중의 매칭 회로(102)나 도 11중의 매칭 회로(36)) 대신에, TEM 모드용으로 적용된 슬러그 매처를 마련하는 점에 있다.
이 제2의 발명에서는 처리 용기(44) 내의 구조는 도 1에 도시한 경우와 마찬가지인 구조이므로, 도 7에서는 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
이 제2의 발명에 있어서의 도파관(90)은 종래 장치와 마찬가지로 형성되어 있다. 즉, 이 도파관(90)은 상기 실드 덮개(80)의 중앙 개구부(88)에 직접적으로 접속 고정되어 위쪽으로 기립되어 있는 단면이 원형인 완전한 도체로 이루어지는 동축 도파관(110)과, 이 동축 도파관(110)의 상단부에 마이크로파가 진동하는 모드 변환을 실행하는 모드 변환기(96)를 거쳐서 수평 방향을 향해서 접속 고정되는 단면이 직사각형인 직사각형 도파관(98)으로 구성되어 있다. 이 직사각형 도파관(98)에 대해서는 도 1에 도시하는 경우와 동일하다.
우선, 상기 마이크로파 발생원(92)과 상기 모드 변환기(96) 사이를 연결하는 상기 직사각형 도파관(98)은 전체가 예를 들면 표면에 은도금을 실시한 황동 등의 도체로 단면이 직사각형 형상으로 형성되어 있고, 이 직사각형 도파관(98)에는 마이크로파의 반사파에 대한 절연을 실행하는 아이솔레이터(100)만이 개재해서 마련되어 있고, 여기에는 도 1에서 이용한 매칭 회로(102)는 개재해서 마련되어 있지 않다. 그리고, 이 매칭 회로(102) 대신에, 상기 동축 도파관(110)에 본 발명의 특징으로 하는 슬러그 매처(112)가 개재해서 마련되어 있다. 구체적으로는, 이 종래 주지의 동축 도파관(110)은 TEM 모드의 마이크로파를 전파시키는 것으로서, 단면이 실질적으로 원형 링형상으로 이루어진 통형상 또는 관형상의 도파관 본체(114)와, 이 도파관 본체(114)내의 중심부에 삽입 통과되는 단면이 원형인 막대 형상의 도파축(116)으로 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1의 발명의 경우와는 달리, 상기 도파관 본체(114) 및 도파축(116)은 모두 예를 들면 표면에 은도금을 실시한 황동 등으로 이루어지는 도체에 의해 형성되어 있다.
그리고, 상기 슬러그 매처(112)는 상기 평면 안테나 부재(76)에 접근시킨 상태에서, 그의 바로 위의 동축 도파관(110)에 마련되어 있다. 이 슬러그 매처(112)는 도체제의 상기 도파관 본체(114) 내에 마련된 유전체 재료로 이루어지는 2개의 정 합부재(118A), (118B)를 갖고 있고, 이들은 마이크로파의 전파 방향을 따라서 적절히 이간시켜 배치되어 있다. 각 정합 부재(118A), (118B)는 예를 들면 비유전률이 2.6정도인 테프론(등록 상표)으로 이루어지는 유전체 재료에 의해 소정의 두께의 원판 형상으로 형성되어 있고, 그 중심부에 각각 관통구멍(120)을 형성하고, 이 관통구멍(120)에 상기 도체제의 도파축(116)을 삽입 통과시키는 것에 의해서 상기 각 정합 부재(118A), (118B)를 이동 가능하게 하고 있다.
각 정합 부재(118A), (118B)의 외경은 도파관 본체(114)의 내경보다 약간 작게 설정되고, 그 두께 H1은 예를 들면 λ/4(λ:파장) 정도로 설정되어 있다.
그리고, 상기 각 정합 부재(118A), (118B)는 위치 제어 기구(122)에 의해서, 양자가 일체적으로 또는 개별적으로 마이크로파의 전파 방향을 따라서 이동할 수 있도록 되어 있다. 구체적으로는, 상기 각 정합 부재(118A), (118B)는 상기 도파관 본체(114)의 측벽에 마련한 2개의 긴 구멍(124)을 삽입 통과시켜 마련한 지지 로드(126)에 의해 각각 지지되어 있다. 각 지지 로드(126)의 베이스부는 베이스대(128)에 회전자유롭게 지지된 2개의 볼 나사(130A), (130B)에 각각 나사결합되어 있고, 이들 볼나사(130A), (130B)를 각각 개별적으로 정역회전시키는 것에 의해서, 상기 각 정합 부재(118A), (118B)는 개별적으로 이동할 수 있도록 되어 있다, 그리고, 상기 각 볼 나사(130A), (130B)의 단부에는 각각 나사 구동 모터(132A), (132B)가 부착되어 있고, 이들 나사 구동 모터(132A), (132B)에 의해서 상기 각 볼 나사(130A), (130B)를 개별적으로 정역회전시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 베이스대(128)의 1측에는 랙(134)이 형성되어 있음과 동시에, 이 랙(134)에는 랙 구동 모터(136)에 의해서 회전되는 피니언(138)이 톱니맞춤되어 있고, 이 피니언(138)을 정역회전시키는 것에 의해, 이 베이스대(128)를 도시하지 않은 가이드를 따라 도 8중의 상하 방향으로 소정의 스트로크 내에 있어서 이동할 수 있도록 되어 있다.
또한, 이 도파관 본체(114) 내에는 마이크로파의 반사파의 전력이나 위상을 검출하는 프로버(140)가 마련되어 있고, 이 프로버(140)로부터의 출력을 받아, 예 를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지는 매처 제어부(142)가 상기 각 모터(132A), (132B), (136)의 회전 동작을 제어하도록 되어 있다.
그런데, 이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파의 전파에 관해서는 마이크로파 발생원(92)에서 발생된 마이크로파는 직사각형 도파관(98) 내에서는 TE 모드로 전파하고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(96)에서 TEM 모드로 변환되고, 이 상태에서 단면이 원형 링형상인 도체제의 동축 도파관(110) 내를 평면 안테나 부재(76)를 향해서 전파되어 가게 된다.
여기서, 처리 공간 S에 있어서의 플라즈마 상태나 압력 상태 등의 각종 요인에 의해 도파관(90) 내에 있어서는 마이크로파의 반사파가 발생하지만, 이 반사파를 상쇄하도록, 상기 슬러그 매처(112)는 동작하여, 소위 매칭 기능을 발휘한다.
구체적으로는, 도파관 본체(114) 내에 마련한 프로버(140)에 의해 마이크로파의 반사파의 전력이나 위상이 검출되고, 이것을 없애도록 매처 제어부(142)는 랙 구동 모터(136), 나사 구동 모터(132A), (132B)를 회전 구동시키는 것에 의해서 상기 정합 부재(118A), (118B)를 일체적으로 또는 개별적으로 이동시켜서 매칭을 취하고 있다. 예를 들면, 양 정합 부재(118A), (118B)를 일체적으로 이동시키기 위해서는 랙 구동 모터(136)를 회전시켜 베이스대(128)를 이동시키면 좋고, 이것에 대하여 양 정합 부재(118A), (118B)를 개별적으로 이동시키기 위해서는 나사 구동 모터(132A), (132B)를 각각 개별적으로 회전 구동시키면 좋다.
구체적으로는, 마이크로파의 전파로의 반사 계수와 임피던스를 복소 평면으로 나타내어 이루어지는 스미스 도표 상에 있어서, 예를 들면 양 정합 부재(118A), (118B)를 일체적으로 이동시키는 것에 의해 위상이 변화되고, 또한 어느 한쪽만의 정합 부재(118A) 또는 (118B)를 이동시키는 것에 의해, 실부(實部)(저항값)가 일정하고 허부(虛部)(리액턴스)가 변화되는 궤적을 그리게 된다.
이와 같이, TEM 모드용의 슬러그 매처(112)를 마련하는 것에 의해, 종래 이용되고 있었던 TE 모드용의 매칭 회로를 불필요하게 할 수 있다.
그리고, 이 슬러그 매처(112)는 상술한 바와 같이 TEM 모드용이므로, 평면 안테나 부재(16)의 바로 위에 이것에 접근시켜 마련할 수 있고, 따라서 임피던스 매칭의 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 정합 부재(118A), (118B)로 이용한 유전체 재료로서, 비유전율이 큰 것을 이용하면, 그 분만큼 임피던스 매칭의 조정 범위를 확대시킬 수 있다. 그리고, 이 유전체 재료로서는 테프론(등록상표) 이외에, 석영, 사파이어, 사팔(SAPPHAL)(등록상표) 또는 알루미나, 질화 알루미늄 등의 세라믹스도 이용할 수 있다.
또한, 이러한 종류의 슬러그 매처(112)를 상기 동축 도파관(110)을 따라 복 수단, 예를 들면 2단에 걸쳐 마련하도록 해도 좋다.
또한, 상기 제2의 발명에 있어서는 종래의 동축 도파관(110)에 슬러그 매처(112)를 마련한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 도 1에 있어서 설명한 제1의 발명의 장치예에 상기 슬러그 매처(112)를 마련하도록 해도 좋다.
도 9는 이러한 제2의 발명의 제1 변형예를 도시하는 부분 확대도이다.
여기서는 도 1에서 설명한 바와 같이, 모드 변환기(96)와 평면 안테나 부재 (76)를 연락하도록, 도파관 본체(104)와 도파축(106)으로 이루어지는 고유전체 도파관(94)이 마련되어 있고, 이 부분에 도 7에서 설명한 것과 마찬가지인 구성의 슬러그 매처(112)를 마련하고 있다. 또한, 이 경우에는 종래의 매칭 회로(102)(도 1 참조)는 불필요해지는 것은 물론이다.
이 구성에 의하면, 제1의 발명의 효과와 제2의 발명의 효과를 아울러 가질 수 있다. 즉, 고유전체 도파관(94)의 내열성을 향상시켜 그의 열 변형량이 작은 것에 의해, 마이크로파의 누설 등의 발생을 방지하는 것이 가능해진다는 제1의 발명의 효과에 부가하여, 종래의 TE 모드용의 매칭 회로가 불필요하게 되어, 임피던스 매칭의 효율을 향상시킬 수 있다는 제2의 발명도 발휘할 수 있다.
또한, 상기 제1 변형예에 있어서는 모드 변환기(96)와 평면 안테나 부재(76) 사이만을 고유전체 도파관(94)으로 연락했지만, 이것에 한정되지 않고, 평면 안테나 부재(76)와 마이크로파 발생원(92) 사이를 모두 고유전체 도파관으로 연락하도록 해도 좋다.
도 10은 이러한 제2의 발명의 제2 변형예를 도시하는 부분 구성도이다.
도시하는 바와 같이, 여기서는 평면 안테나 부재(76)와 마이크로파 발생원(92) 사이를 모두 도파관 본체(104)와 도파축(106)으로 이루어지는 고유전체 도파관(94)에 의해 형성하고 있다. 그리고, 상기 평면 안테나 부재(76)의 바로 위의 부분의 고유전체 도파관(94)에 상기 슬러그 매처(112)를 마련하고 있다.
이 경우에는 마이크로파 발생원(92)으로부터 전파되는 마이크로파의 진동 모드는 당초부터 TEM 모드로 되므로, 도중에 모드 변환기(96)(도 9 참조)를 마련할 필요가 없다. 또, 도 10에서는 도파관 본체(104)를 90°로 꺾은 것처럼 표시하고 있지만, 여기서는 모드 변환기(96)를 이용하고 있지 않으므로, 도파관 본체(104)를 꺾어 구부리지 않고 직선 형상으로 형성하더라도 좋다.
따라서, 이 제2 변형예의 경우에는 모드 변환기(96)를 불필요하게 할 수 있는 것에 의해, 그 분만큼 장치의 비용 삭감에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 모드 변환에 수반하여 발생하는 손실도 없앨 수 있으므로, 마이크로파의 전파 효율도 높일 수 있다.
더구나, 도체제의 직사각형 도파관(98)(도 1 또는 도 10 참조)의 부분도 고유전체 도파관(94)으로 교체하고 있는 것에 의해, 이 부분의 내열성도 향상시켜 열 변형을 없애고, 이 부분에 있어서의 마이크로파의 누설도 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 반도체 웨이퍼에 성막 처리하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 플라즈마 에칭 처리, 플라즈마 어싱 처리 등의 다른 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다. 또, 피처리체로서도 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리 기판, LCD 기판 등에 대해서도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
본원의 제1의 발명에 따르면, 도파관으로서 고유전체 재료를 이용한 고유전체 도파관을 채용했으므로, 도파관 자체의 선 팽창율을 종래의 도체제의 도파관보 다 작게 할 수 있고, 결과적으로 열 변형 등이 적어져, 그의 내열성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 도파관의 변형이나 마이크로파의 누설 등의 발생을 방지할 수 있다.
본원의 제2의 발명에 따르면, 도파관의 도중에 유전체 재료를 이용한 슬러그 매처를 마련하도록 했으므로, 종래 이용하고 있었던 TE 모드용의 매칭 회로를 불필요하게 할 수 있다.
또, TEM 모드용의 슬래그 매처를 평면 안테나 부재에 접근시켜서 마련할 수 있어, 임피던스 매칭의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 마이크로파 발생원으로부터 TEM 모드로 마이크로파를 전파할 수 있으므로, 도중에 모드 변환기를 마련할 필요가 없고, 그 분만큼 비용의 삭감에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 모드 변환 손실도 없앨 수 있다.

Claims (14)

  1. 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 마련된 피처리체를 탑재하는 탑재대와,
    상기 처리 용기의 천장의 개구부에 마련된 마이크로파 투과판과,
    상기 마이크로파 투과판을 거쳐서 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 공급하기 위한 평면 안테나 부재와,
    상기 평면 안테나 부재의 위쪽을 덮도록 접지된 실드 덮개와,
    마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 상기 평면 안테나 부재로 공급하기 위한 도파관을 구비하고,
    상기 도파관의 적어도 일부는 고유전체 재료를 이용한 고유전체 도파관으로 이루어지고,
    상기 고유전체 도파관은 통형상의 도파관 본체와, 이 도파관 본체 내에 삽입통과되는 도파축으로 이루어지고, 상기 도파관 본체와 상기 도파축중 적어도 어느 한쪽이 상기 고유전체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관의 도중에는 모드 변환기가 개재되어 있고, 이 모드 변환기와 상기 평면 안테나 부재 사이에 상기 고유전체 도파관이 이용되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고유전체 재료의 비유전률은 1000 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고유전체 재료는 PZT(Pb, Zr, Ti, O를 함유하는 복합 재료), BST(Ba, Sr, Ti, O를 함유하는 복합 재료), SBT(Sr, Bi, Ta, O를 함유하는 복합 재료)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평면 안테나 부재에는 관통구멍으로 이루어지는 마이크로파 방사 구멍이 동심원 형상 또는 소용돌이 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평면 안테나 부재에는 관통구멍으로 이루어지는 2개의 마이크로파 방사 구멍을 90도 서로 방향을 달리하여 접근시켜 이루어지는 방사 구멍 쌍이, 동심원 형상 또는 소용돌이 형상으로 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도파관에는 유전체 재료를 이용한 슬러그 매처가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 슬러그 매처는 상기 마이크로파의 전파 방향을 따라서 이간시켜서 배치된 유전체 재료로 이루어지는 2개의 정합 부재로 이루어지고, 상기 2개의 정합 부재는 일체적으로 상기 마이크로파의 전파 방향으로 이동 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 도파관은 동축 도파관으로 이루어지고, 상기 마이크로파는 상기 마이크로파 발생원으로부터는 TEM 모드의 진동 모드로 전파되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 도파관의 도중에는 모드 변환기가 마련되어 있고, 상기 모드 변환기와 상기 평면 안테나 부재를 연결하는 부분의 도파관에 상기 슬러그 매처를 개재해서 마련하도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제11항에 있어서
    상기 2개의 정합 부재는 개별적으로도 이동 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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