KR101115996B1 - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 - Google Patents

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유키히코 나카타
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샤프 가부시키가이샤
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge

Abstract

플라즈마 처리장치(1)는 진공용기(4)내에 방사된 전자파에 의해서 진공용기(4)내에 플라즈마를 생성시켜, 상기 플라즈마에 의해서 플라즈마처리를 행한다. 상기 진공용기(4)를 구성하는 적어도 일부의 벽이 전자파를 전송하는 전자파 전송로(3)의 적어도 일부를 포함하도록 한다.

Description

플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법{Plasma Treatment Apparatus and Plasma Treatment Method}
본 발명은 박막트랜지스터(TFT)나 금속산화물 반도체소자(MOS소자)와 같은 반도체소자, 반도체집적회로장치와 같은 반도체방치 또는 액정표시장치와 같은 표시장치의 제조프로세스 등에 적용되는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법에 관한 것이다.
반도체장치나 액정표시장치 등의 제조프로세스에서 막퇴적, 표면개질 또는 에칭등의 플라즈마처리를 실시하기 위해서는, 종래 평행평판형 고주파플라즈마 처리장치나 전자사이클로트론공명(ECR)플라즈마 처리장치 등이 이용되고 있다.
그러나, 평행평판형 플라즈마 처리장치는 플라즈마 밀도가 낮고 전자온도가 높다는 문제가 있다. 또, ECR 플라즈마 처리장치는 플라즈마여기에 직류자장이 필요하기 때문에 대면적의 처리가 어렵다는 문제가 있다.
이와 같은 문제에 대해서, 최근에는 플라즈마여기에 자장이 불필요하고, 고밀도이며 또한 전자온도가 낮은 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 처리장치가 제안되고 있다.
이 종류의 플라즈마 처리장치로서는, 동심원상으로 배치된 슬롯을 갖는 원형 마이크로파 방사판을 구비한 것이 알려져 있다. 이 플라즈마 처리장치에서는, 동축관으로부터 원형 마이크로파 방사판의 중심을 향해서 도입시킨 마이크로파를 이 원형 마이크로파 방사판의 지름방향으로 전파시키면서 슬롯으로부터 방사시키도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 마이크로파가 전자파 방사창을 통해서 진공용기내로 도입되기 때문에, 상기 진공용기내에서 플라즈마가 생성된다(일본특허 제2722070호 참조).
또, 플라즈마 처리장치로서는 사각형상의 도파관의 H면에 배치된 도파관 안테나를 이루는 2개의 슬롯으로부터 유전체창을 통해서 채널내로 마이크로파가 공급되도록 구성된 것이 알려져 있다. 이 플라즈마 처리장치에서는 반사면에 가까울수록 슬롯의 폭이 좁아지도록 형성되어 있다. 또, 슬롯은 도파관의 반사면을 향해서 좁아지도록 계단모양 또는 테이퍼상으로 형성되어 있다(일본특허 제2857090호 참조).
또한, 플라즈마 처리장치로서는 복수의 사각형상의 도파관이 등간격으로 평행하게 배설되어 이루어지는 표면파 플라즈마장치가 알려져 있다. 각 도파관에는 그 선단측을 향해서 결합계수를 점차 크게한 결합공이 설치되어 있다. 진공용기에는 각 결합공에 대응해서 분할형성된 복수의 유전체창이 설치되어 있다(일본특허 공개번호 제2002-280196호 참조).
그러나, 일본특허 제2722070호에 기재한 플라즈마 처리장치와 같이 마이크로파를 동축관이나 원형 마이크로파 방사판이란 도체중에 전파시키면, 상기 도체들 중에서 동손 등의 전파손실이 생긴다. 이 전파손실은 주파수가 높아질수록 또 동축전송거리나 방사판면적이 커질수록 커진다. 따라서, 일본특허 제2722070호에 기재한 기술을 이용해서 액정표시장치 등의 비교적 대형의 기판에 대응한 플라즈마 처리장치를 설계해도 마이크로파의 감쇠가 크고, 효율적으로 플라즈마를 생성시키는 것이 어렵다. 또, 일본특허 제2722070호에 기재한 플라즈마 처리장치는 원형 마이크로파 방사판으로부터 마이크로파가 방사되도록 구성되어 있기 때문에, 액정표시장치와 같은 각모양 기판에 적용할 경우, 기판의 각진 부분에서 플라즈마가 불균일해지는 문제도 있다.
또, 일본특허 제2857090호에 기재한 플라즈마 처리장치와 같이, 사각형의 도파관내를 전파시킨 마이크로파를 2개의 슬롯으로부터 방사시킬 경우, 생성된 플라즈마중에 음이온이 많이 존재하면, 플라즈마의 양극성 확산계수가 작아져 버리는 문제가 있다. 그 때문에, 일본특허 제2857090호에 기재한 기술에서는 플라즈마의 생성이 마이크로파가 방사되고 있는 슬롯근방에 치우쳐 버린다. 또, 상기 플라즈마의 치우침은 플라즈마의 압력이 높은 경우에 더욱 현저해진다. 따라서, 일본특허 제2857090호에 기재한 플라즈마 처리장치에서는, 음이온이 생성되기 쉬운 산소, 수소 및 염소 등을 포함하는 가스를 원료로 한 플라즈마 처리를 대형기판에 실시하기 어렵고, 특히 가스의 압력이 높은 경우에는 더욱 어려워진다. 또한, 플라즈마 처리를 실시하는 기판의 처리면에 대해서 도파관 안테나를 구성하는 슬롯의 분포가 불균일하기 때문에 플라즈마 밀도가 불균일해지기 쉽다.
게다가, 일본특허 제2722070호 또는 제2857090호에 기재한 기술에서는, 전자파 방사창(유전체창)을 거의 대기압과 거의 진공에 가까운 압력과의 가스 압력차, 즉, 약 1kg/cm2의 힘에 견디는 두께(강도)로 설계할 필요가 있다. 이것은 플라즈마 처리를 행할 경우, 일반적으로 진공용기(챔버)내를 일단 진공배기한 후에 상기 진공용기내에 프로세스가스 등을 도입하기 위한 것이다. 따라서, 일본특허 제2722070호 또는 제2857090호에 기재한 기술을 이용해서 한변이 1m인 대형기판을 플라즈마 처리하는 것과 같은 플라즈마 처리장치를 설계하는 경우, 합성 석영 등으로 이루어지는 전자파 투과창의 두께가 상당히 두꺼워지기 때문에 실용적이 아니다.
또한, 일본특허 공개번호 제2002-280196호에 기재한 기술에서는 도파관들이 간격을 두고 배치되어 있기 때문에 결합공을 피처리기판의 피처리면의 전면에 대응하도록 균일하게 분포시키는 것이 어렵다. 또, 결합공의 수만큼 진공을 봉하는 실(Seal)을 설치할 필요가 있기 때문에, 진공용기의 구조가 복잡해지기 쉽다. 게다가 진공용기의 상판의 가공비가 증가하기 때문에 장치가격이 증가하는 문제점도 있다.
본 발명자는, 피처리부재 예를 들면, 사각형 기판이나 대면적 기판인 경우에도, 간단한 구조로 만족스러운 플라즈마처리를 행할 수 있는 플라즈마 처리장치로서 진공용기내에 도파관을 설치한 것을 제안한 바 있다(일본특허출원 제2002-366842호 참조).
또한, 상기 일본특허출원 제2002-366842호에는, 도파관안으로 플라즈마의 침투를 방지하기 위하여 도체부재로 도파관을 채운 예가 개시되어 있다. 그러나, 도파관을 도체부재로 채우고, 진공용기내의 도파관을 진공용기 외부의 도파관을 경유하여 전자파 발진기에 결합하게 되면, 진공용기내의 도파관과 진공용기 외부의 도파관 사이의 경계에서 전자파의 일부가 반사되어 전자파의 전송률이 저하한다. 예를 들어, 진공용기 외부의 도파관이 공기(유전율 ε=1)로 채워지고, 진공용기내의 도파관이 석영(유전율 ε=3.8)으로 채운 경우에 있어서, 평면파가 수직으로 경계면에 입사하면, 전송률이 80%정도 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안해서 이루어진 것으로, 구조를 단순화시킬 수 있음과 동시에 대면적으로 균일한 플라즈마를 생성할 수 있고, 효율적으로 전자파를 전송할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 구조를 단순화시킬 수 있음과 동시에 대면적으로 균일한 플라즈마를 생성할 수 있고, 효율적으로 전자파를 전송할 수 있게 된다.
추가적인 이점이나 변형은 당업자에게는 자명할 것이므로 본 발명은 여기에서 설명한 구체적인 실시형태에 의해 한정되지는 않는다. 따라서, 첨부한 클레임 및 그 균등물에 의해 정의되는 발명의 일반적 개념의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 변경이 가능할 것이다.
도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 관한 플라즈마 처리장치를 나타내는 상면도이다.
도 2는, 도 1중 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은, 도 1중 III-III선을 따른 단면도이다.
도 4는, 도 1중 플라즈마 처리장치의 진공용기의 일부를 잘라 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 제2실시형태에 관한 플라즈마 처리장치를 나타내는 상면도이다.
도 6은, 도 5 중 VI-VI선을 따른 단면도이다.
도 7은, 도 5 중 VII-VII선을 따른 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는, 도 5의 플라즈마 처리장치에 구비되는 뚜껑을 형성하는 공정을 나타내는 제조공정도이다.
도 9는, 본 발명의 제3실시형태에 관한 플라즈마 처리장치를 전자파방사용 사각형 도파관 방향을 따른 단면도이다.
도 10은, 도 9의 플라즈마 처리장치를 전자파방사용 사각형 도파관을 횡단하는 방향을 따른 단면도이다.
도 11은, 입자발생점으로부터의 거리와 입자밀도와의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는, 진공용기내에서의 m=1의 정재파를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 13은, 진공용기내에서의 m=2L/(λ/ε0.5)의 정재파를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 14는, 본 발명의 제4실시형태에 관한 플라즈마 처리장치를 나타내는 상면도이다.
도 15는, 도 14의 플라즈마 처리장치를 전자파방사용 사각형 도파관을 횡단하는 방향을 따른 단면도이다.
도 16은, 도 14의 플라즈마 처리장치를 전자파방사용 사각형 도파관 방향을 따른 단면도이다.
도 17은, 도 14의 플라즈마 처리장치의 제3전자파 전송로 근방에서의 확대 단면도이다.
도 18은, 도 14의 플라즈마 처리장치의 제3전자파 전송로 근방에서의 사시도이다.
도 19는, 도 14의 플라즈마 처리장치의 제3전자파 전송로 근방에 설치된 유전체부재의 사시도이다.
도 20은, 원통형에서 사각형 도파관으로의 모드 변환의 일예를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 처리용기내에 전자파 방사부에서 방사된 전자파에 의해 상기 처리용기내에 플라즈마를 생성시켜, 상기 플라즈마에 의해서 플라즈마처리를 행하는 플라즈마 처리장치이며, 상기 처리용기의 벽은 전자파를 전송하는 전자파 전송로의 적어도 일부를 가지고 있다.
본 발명 및 이하의 발명에서, 「전자파 전송로」란 전자파를 고효율로 전송하기 위한 선로를 말한다. 전자파 전송로로서는 동축관, 도파관, 공동공진기 등을 들 수 있다.
동축관은 도파관과 비교해서 손실(전파손실)은 크지만 차단주파수를 갖지 않기 때문에 전송가능한 주파수 범위가 넓고, 또 파장이 큰 경우에도 전송로를 소형화할 수 있다.
도파관은 동축관에서의 손실의 원인이 되는 중심도체가 없기 때문에, 손실이 작고 대전력의 전송에 적합하다. 그러나, 차단주파수가 존재해서 전송가능한 주파수 범위가 좁다. 또, 그 형상은 전송되는 전자파의 주파수에 의해 거의 결정된다.
공동공진기는 특정의 주파수에 대해서 정재파가 형성되도록 설계되어 그 파장의 전자파를 강화시키는 작용을 갖는다.
「전자파 방사부」는 전자파 전송로에서 전송되어 온 전자파를 전자파 전송로의 외부로 방출하는 부분을 말한다. 전자파 방사부로서는 슬롯, 도체로드, 전자혼 등을 들 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면 처리용기의 벽이 전자파 전송로의 적어도 일부를 갖고 있기 때문에, 처리용기 및 플라즈마장치 자체의 구성을 단순화시킬 수 있다. 게다가, 전자파 전송로의 형상이나 배치를 조정함으로써 처리용기의 크기나 형상에 상관없이 처리용기내에 안정적이고 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. 따라서, 사각형 기판이나 대면적의 기판과 같은 피처리체여도 양호하게 플라즈마 처리할 수 있다. 또, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면 대면적이고 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 전자파를 전송하는 전자파 전송로와, 상기 전자파 전송로에 결합된 전자파 방사를 위한 전자파 방사부와, 처리용기를 구비하고, 상기 전자파 방사부로부터 상기 처리용기내로 방사된 전자파에 의해서 상기 처리용기내에 플라즈마를 생성시켜, 상기 플라즈마에 의해서 플라즈마처리를 행하는 플라즈마 처리장치이고, 상기 전자파 전송로의 적어도 일부와 상기 처리용기를 구성하는 벽이 일체이다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 전자파 전송로와 처리용기를 구성하는 벽이 일체이다. 즉, 전자파를 도입하기 위한 전자파 전송로를 처리용기의 일부로 할 수 있기 때문에, 처리용기 및 플라즈마 장치 자체의 구성을 단순화시킬 수 있다. 게다가, 전자파 전송로의 형상이나 배치를 조정함으로써 처리용기의 크기나 형상에 관계없이 처리용기내에 안정적이고 균일한 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 따라서 사각형 기판이나 대면적의 기판과 같은 피처리기판이라도 양호하게 플라즈마 처리할 수 있다. 또, 이것에 의해 프로세스가스의 흐름 등을 고려한 장치설계가 용이해짐과 동시에 처리용기내의 탈가스, 클리닝 등도 용이해 진다. 이 때문에, 안정적이고 균일한 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면 대면적이고 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는, 전자파를 전송하는 전자파 전송로와, 상기 전자파 전송로에 결합된 전자파 방사를 위한 전자파 방사부와, 처리용기를 구비하고, 상기 전자파 방사부로부터 상기 처리용기내로 방사된 전자파에 의해서 상기 처리용기내에 플라즈마를 생성시켜, 상기 플라즈마에 의해서 플라즈마처리를 행하는 플라즈마 처리장치이며, 상기 전자파 전송로를 형성하는 관벽도체의 적어도 일부는 상기 처리용기를 구성하는 벽을 겸하고 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 전자파 전송로를 형성하는 관벽도체의 적어도 일부가 처리용기를 구성하는 벽을 겸하고 있기 때문에, 처리용기 및 플라즈마 장치 자체의 구성을 단순화시킬 수 있다. 게다가, 전자파 전송로의 형상이나 배치를 조정함으로써 처리용기의 크기나 형상에 관계없이 처리용기내에 안정적이고 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. 따라서, 사각형의 기판이나 대면적이 기판과 같은 피처리체라도 양호하게 플라즈마 처리를 할 수 있다. 또, 이것에 의해 프로세스 가스의 흐름 등을 고려한 장치설계가 용이해짐과 동시에, 처리용기내의 탈가스, 클리닝 등도 용이해진다. 이 때문에, 안정적이고 균일한 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마처리할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 대면적이고 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치를 실시하는 경우, 전자파 전송로의 적어도 일부는, 예를 들면 처리용기의 벽중에 설치할 수 있다. 즉, 본 발명의 플라즈마 처리장치에서는, 예를 들면 벽을 관통하는 것과 같은 터널모양의 공간을 이 벽을 따라서 설치함으로써 처리용기의 벽중에 전자파 전송로의 적어도 일부를 설치할 수 있다.
또한, 벽 가공의 용이성 등을 고려하면, 피처리체가 플라즈마 처리되는 처리실을 갖는 처리용기를 채용함과 동시에 전자파 전송로의 적어도 일부를 처리용기의 벽 중의 처리실을 규정하는 벽의 내면에 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 처리용기의 벽의 내면에 의해 전자파 전송로의 적어도 일부를 규정할 수 있기 때문에, 처리용기의 벽을 관통하도록 전자파 전송로의 일부를 설치하는 것보다 간단하게 처리용기의 벽에 전자파 전송로의 일부를 설치할 수 있다.
또, 전자파 전송로의 적어도 일부를 처리용기의 벽 중의 처리실을 규정하는 벽의 내면에 설치하는 경우, 이 벽의 내면에 전자파 전송로의 적어도 일부를 규정하는 요부를 설치함과 동시에 전자파 방사부로서 복수의 슬롯을 갖는 슬롯판을 채용하여, 상기 슬롯판에 의해서 처리실측으로부터 요부를 덮어도 좋다. 또한, 이때 복수의 슬롯은 각각 요부와 대칭시켜 둔다. 이와 같이 함으로써 요부를 규정하는 벽면과 슬롯판에 의해서 둘러싸인 공간에 전자파 전송로를 설치할 수 있다. 게다가, 이 전자파 전송로에 의해서 전송된 전자파를 슬롯을 통해서 처리실내로 방사시킬 수 있다.
또, 벽의 내면에 전자파 전송로의 적어도 일부를 규정하는 요부를 설치함과 동시에, 슬롯판에 의해서 처리실측으로부터 요부를 덮도록 구성하면, 전자파 전송로는 처리실내와 같은 폐공간내에 설치되게 된다. 따라서, 처리용기에 합성 석영 등으로 이루어지는 전자파 투과창을 설치하지 않고 처리실내에 전자파를 입사시킬 수 있다.
즉, 상술한 것과 같이 구성함으로써 처리용기에 합성 석영 등으로 이루어지는 전자파 투과창을 설치할 필요가 없어지기 때문에, 전자파 투과창이나 전자파 투과창과 처리용기의 벽과의 사이의 봉지기구를 모두 생략할 수 있다. 따라서, 처리용기 및 플라즈마 장치자체의 구성을 더욱 간단화시킬 수 있다.
게다가, 전자파 투과창 자체를 생략할 수 있기 때문에, 당연하지만 전자파 투과창의 강도(석영창의 두께)에 대해서도 고려할 필요가 없어진다. 따라서, 대면적의 피처리체에 대응하는 대형의 처리용기를 갖춘 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 게다가, 전자파 투과창의 대형화에 따른 비용상승도 없다. 또한, 전자파 투과창이 전자파의 전파에 주는 영향도 없앨 수 있기 때문에, 처리용기내에 전자파를 균일하게 방사가능한 장치설계도 용이해진다. 따라서, 대면적기판과 같은 피처리체라도 안정적이고 균일한 플라즈마에 의해 플라즈마 처리를 행할 수 있는 플라즈마 처리장치를 얻을 수 있다.
벽의 내면에 전자파 전송로의 적어도 일부를 규정하는 요부를 설치함과 동시에, 슬롯판에 의해서 처리실측으로부터 요부를 덮도록 구성하는 경우, 처리실내에 슬롯판을 덮도록 피복용 유전체부재를 설치해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 전자파 방사부로부터 방사된 전자파에 의해서 처리실내로 양호하게 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
그런데, 슬롯판을 덮도록 처리실내에 피복용 유전체부재를 설치하면, 처리실내에서 표면파 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 즉, 처리용기의 내부(처리실내)에 소정의 프로세스 가스를 도입함과 동시에 상기 처리용기의 내부에 전자파를 입사시키면, 프로세스 가스가 여기되어 플라즈마가 생기고, 전자파를 입사시킨 영역면 근방(처리실내에서의 슬롯의 근방)의 플라즈마내의 전자밀도가 증가한다. 전자파를 입사시킨 영역 근방의 플라즈마내의 전자밀도가 증가하면, 전자파는 플라즈마내로 전파되는 것이 어려워져 상기 플라즈마내에서 감쇠된다. 따라서, 전자파를 입사시킨 영역 근방으로부터 떨어진 영역에는 전자파가 도달하지 않게 되기 때문에, 프로세스 가스가 전자파에 의해서 여기되는 영역은 전자파를 입사시킨 영역 근방에 한정되게 된다. 이것에 의해 표면파 플라즈마가 생긴다.
표면파 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리에서는 이온에 의한 피처리체의 손상을 억제할 수 있다. 즉, 표면파 플라즈마가 생성되고 있는 상태에서는, 전자파에 의한 에너지가 주어져 화합물의 전리가 생기는 영역이 전자파를 입사시킨 영역의 근방에 한정된다. 그 때문에, 전자파를 입사시킨 영역으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 피처리체를 설치함으로써 피처리체의 피처리면 근방의 전자온도를 낮게 유지할 수 있다. 즉, 피처리체의 피처리면 근방에 생기는 시스(Sheath)의 전계 증대를 억제할 수 있기 때문에, 피처리체로의 이온 입사에너지가 낮아지고 이온에 의한 피처리체의 손상이 억제된다.
따라서, 슬롯판을 덮도록 처리실내에 피복용 유전체부재를 설치함으로써 피처리체에 주는 이온손상을 억제할 수 있는 플라즈마 처리장치를 얻을 수 있다.
또, 처리용기로서는 처리실내의 클리닝이나 유지보수 등을 위해서 용기본체로부터 뚜껑을 벗길 수 있게 되어 있는 것이 있다. 이와 같이, 용기본체와 뚜껑이 별체로 되어 있는 처리용기에서는 용기본체에 전자파 전송로를 설치하는 것보다 뚜껑에 전자파 전송로를 설치하는 편이 전자파 전송로를 형성하기 위한 가공이나 설계를 용이하게 행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 실시하는 경우, 처리실을 갖는 처리용기로서 저벽 및 주벽을 가지고, 적어도 한쪽에 개구된 용기본체와 용기본체의 개구를 폐색하는 뚜껑을 구비하고 있음과 동시에, 처리용기의 벽 중의 처리실을 규정하는 벽이 용기본체의 저벽 및 주벽과 뚜껑을 갖는 것을 채용하고, 전자파 전송로의 적어도 일부를 처리용기의 뚜껑에 설치하는 것이 바람직하다.
*본 발명의 플라즈마 처리장치는, 상기 전자파 전송로내에 유전체부재가 설치되어 있음과 동시에 상기 유전체부재에 의해 상기 처리용기의 기밀이 유지되고 있고, 전자파는 상기 유전체부재를 통해서 처리용기 외부로부터 처리용기내로 도입된다.
예를 들면, 처리용기의 벽에 설치된 전자파 전송로의 일부로서의 전자파 방사용 도파관과 처리용기 외부에 설치되어 전자파 방사용 도파관에 전자파를 전송하는 상기 전자파 전송로의 일부로서의 전자파 분배용 도파관을 접속하는 것과 같은 경우에는 처리용기의 기밀을 유지하기 위해서 처리용기와 전자파 분배용 도파관과 같은 부재와의 사이에 밀봉기구를 설치할 필요가 있다. 본 발명의 플라즈마 처리장치는 상술한 것과 같은 경우, 즉 처리용기의 벽에 설치된 전자파 방사용 도파관과 처리용기 외부에 설치된 전자파 분배용 도파관을 접속시킴으로써 처리용기와 전자파 분배용 도파관을 일체화시키는 것과 같은 경우에 적합하다.
이와 같이 함으로써, 처리용기 및 플라즈마 처리장치 자체의 구성을 복잡화시키지 않고 또한 처리용기의 기밀을 유지하면서 처리용기 외부로부터 처리용기의 벽에 설치된 전자파 전송로의 일부에 전자파를 도입시킬 수 있다. 또, 일반적으로 유전체부재는 파손되기 쉽고 고가이다. 이것에 비해, 상술한 것과 같은 구성으로 함으로써 처리용기의 기밀을 유지하는 유전체부재에 대기압이 걸리는 영역을 도파관의 단면적 정도로 할 수 있다. 즉, 이 구성으로 함으로써, 처리용기의 기밀을 유지하는 유전체부재에 주는 부하를 비교적 작게 할 수 있기 때문에, 상기 유전체부재의 파손을 억제할 수 있다. 게다가 전자파 전송로내에 처리용기의 기밀을 유지하는 유전체부재가 설치되어 있기 때문에, 전자파 전송로내에 처리용기 내에서 생성된 플라즈마가 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 프로세스 가스의 흐름 등을 고려한 장치설계가 용이해짐과 동시에 처리용기내의 탈가스, 클리닝 등도 용이해진다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 상기 전자파 전송로내의 상기 처리용기내에 위치하는 영역의 적어도 일부에 유전체부재가 설치되어 있다. 다시 말하면, 전자파 전송로는 전자파 전송로내에 유전체부재를 갖고 있으며, 상기 전자파 전송로내의 유전체부재내를 전자파가 전송되게 된다. 또, 바꿔 말하면 전자파 전송로내의 유전체부재 자체가 전자파 전송로의 일부가 된다.
이와 같이 함으로써 전자파 전송로내에 처리용기 내에서 생성된 플라즈마가 침입하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서는, 상기 전자파 방사부는 복수의 슬롯을 갖는 슬롯판이며 상기 처리용기내에 상기 슬롯판이 설치되어 있음과 동시에 상기 슬롯판을 덮도록 피복용 유전체부재가 설치되어 있다.
이와 같이 슬롯판을 덮도록 처리실내에 피복용 유전체부재를 설치함으로써, 표면파를 전파시킬 수 있게 된다. 따라서, 표면파를 이용한 고밀도이며 피처리체로의 이온손상이 적은 표면파 플라즈마에 의해서 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 또한, 대면적기판과 같은 피처리체에서도 안정적이고 균일하며 피처리체로의 손상이 적은 표면파 플라즈마에 의한 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 또한, 슬롯은 피복용 유전체부재에 의해서 폐색되기 때문에, 생성된 플라즈마가 슬롯을 통해 전자파 전송로에 침입하고 전자파 전송로를 규정하는 벽면에 손상을 주지 않는다. 게다가 투입된 전자파의 전력을 고효율로 처리용기내로 공급할 수 있다.
또, 처리용기의 벽에 설치된 전자파 전송로의 일부가 처리용기내(처리용기의 처리실내)와 같은 폐공간내에 설치되어 있는 경우, 보통 피복용 유전체부재도 또 처리용기내와 같은 폐공간내에 설치되게 된다. 이와 같은 경우, 피복용 유전체부재에는 대기압과 거의 진공에 가까운 압력과의 가스압력차와 같은 큰 힘이 걸리는 일은 없다. 그 때문에, 플라즈마 처리장치를 대형화해도 피복용 유전체에 강도를 갖게 할 필요가 없다. 따라서, 피복용 유전체부재를 고강도로 하는 것(두께를 크게 하는 것)에 따르는 비용상승이 없다. 또, 피복용 유전체부재는 비교적 얇게 설계할 수 있기 때문에, 이 피복용 유전체부재가 전자파의 전파에 주는 영향도 작다. 그 때문에, 전자파를 처리용기내에 균일하게 방사하기 위한 장치설계도 용이하다.
또한, 피복용 도전체 부재로서는 처리용기 내측이 평탄면으로 형성한 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 표면파 플라즈마 발생시에 피복용 유전체부재의 노출면이 표면파의 전파를 막아버리는 것을 억제할 수 있기 때문에 플라즈마가 전자파가 방출되는 슬롯 주변뿐만 아니라 전면에 쉽게 퍼지게 된다. 따라서, 대면적기판과 같은 피처리체를 플라즈마 처리할 수 있는 대형의 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 또, 풋프린트가 작고, 플라즈마 밀도가 균일한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
한편, 피복용 유전체부재로서는 처리용기 내측의 면이 요철을 갖고 있는 것과 같은 것을 사용해도 좋다. 이 경우, 표면파의 특정 모드만이 전파되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 모드에 기인하는 플라즈마의 면내 분포를 개선할 수 있다. 이 경우도, 대면적기판과 같은 피처리체를 플라즈마처리할 수 있는 대형의 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 또, 풋프린트가 작고, 플라즈마 밀도가 균일한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
또, 처리용기의 벽 중 서로 이웃하는 슬롯간에 대응하는 영역에 냉각기구로서의 냉각관을 설치하고, 상기 냉각관 속에 냉매(유체)를 유통시키도록 해도 좋다. 이와 같이 함으로써 플라즈마의 발생을 막지 않고, 상기 냉매에 의해 전자파 전송로를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 상기 슬롯내에 유전체부재가 설치되어 있다.
처리용기의 벽이 갖는 전자파 전송회로내(전자파 전송로가 전자파 방사용 도파관을 갖고 있는 경우에는 전자파 방사용의 도파관내)에 유전체부재를 설치할 경우, 전자파 전송로내는 유전체부재로 채워지고, 슬롯내는 예를 들면 공기로 채워지게 된다. 즉, 전자파 전송로내의 유전율과 슬롯내의 유전율이 달라지는 상태가 되기 때문에, 전자파 전송로에 의해서 전송된 전자파는 슬롯과의 계면에서 그 일부가 반사되어 버린다. 또, 슬롯과 피복용 유전체부재와의 계면에서도 전자파의 일부가 반사되어 버린다.
이것에 비해 슬롯내에 유전체부재를 설치하면, 전자파 전송로내의 유전율과 슬롯내의 유전율과의 차를 작게 할 수 있기 때문에, 전자파 전송로와 슬롯과의 계면에서의 전자파의 반사를 억제할 수 있다. 또, 슬롯내의 유전율과 피복용 유전체부재와의 유전율과의 차도 작게할 수 있기 때문에, 슬롯과 피복용 유전체부재와의 계면에서의 전자파의 반사를 억제할 수 있다.
즉, 슬롯과 전자파 전송로(도파관)을 유전체로 채우면, 이 부분에서는 이 부분에서 반사된 불필요한 마이크로파는 발생되지 않고, 전자파를 균일하게 공급할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서 상기 전자파 전송로는 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관을 갖고 있으며, 상기 복수의 슬롯은 상기 전자파 방사용 사각형 도파관들의 E면(전계면) 또는 H면(자계면)에 각각 대응시켜서 설치되어 있다.
이와 같이 함으로써, 구조를 간략화할 수 있음과 동시에, 사각형 기판이나 대면적기판과 같은 피처리체라도 양호하게 플라즈마 처리할 수 있는 플라즈마 처리장치를 실현할 수 있다.
상기 복수의 슬롯을 H면에 설치했을 경우, 사각형 도파관 단면의 장변을 1변으로 한 면에 슬롯을 설치하게 되므로, 슬롯의 가공, 슬롯의 위치의 조정이 용이해진다. 또, 슬롯폭을 크게 취하기 때문에, 보다 많은 전자파를 방사키실 수 있게 된다.
상기 복수의 슬롯을 E면에 설치했을 경우, 사각형 도파관의 단변을 1변으로 한 면에 슬롯을 설치하게 되므로, 어느 면적에 사각형 도파관을 일정 간격으로 평행하게 배열하는 경우에, 복수의 슬롯을 H면에 설치한 경우와 비교해서 많은 사각형 도파관을 배치할 수 있다. 이것에 의해 전자파의 균일성을 높일 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서, 상기 복수의 전자파 방사용의 사각형 도파관의 내단면 치수는 각각 전자파의 주파수를 사각형 도파관을 통하여 기본모드로 전송할 수 있도록 설정되어 있고, 상기 전자파 방사용 사각형 도파관들은 50㎝이하로 설정된 간격으로 서로 평행하게 배치되어 있다.
전자파의 주파수가 사각형 도파관내의 기본모드로 전송할 수 있도록 하는 경우 예를 들면, 전자파 방사용 사각형 도파관의 관내 유전율을 ε, 전자파방사용 사각형 도파관의 내단면 치수의 장경 a, 전자파의 파장λ로 했을 때,
(λ/ε0.5)<2a … (1)
의 조건을 만족하도록 설계함으로써 실현가능하다.
전자파 방사용 사각형 도파관의 간격(피치)(d)은 플라즈마의 확산의 정도를 고려해서 설정하는 것이 바람직하다. 도11은 입자 발생점으로부터의 거리와 입자밀도와의 관계를 나타내고 있다. 도11에 나타낸 것과 같이, 프로세스가스의 압력이 낮을수록, 입자는 멀리까지 확산되는 것을 알 수 있다.
프로세스가스의 압력이 1Pa이하로 되는 것과 같은 경우에는 플라즈마가 확산되기 쉽기 때문에, 전자파 방사용 사각형 도파관의 간격(d)은 50cm를 넘어도 좋다. 단, 플라즈마 처리장치에서는, 플라즈마 가스의 압력은 대강 1Pa 이상으로 하는 것이 일반적이다. 본 발명의 발명자들은 프로세스가스의 압력이 1Pa이상이 되는 것과 같은 경우에는, 50cm를 상한으로 하고, 또한 상정되는 프로세스가스의 압력에 대응하도록 전자파 방사용 사각형 도파관의 간격(d)을 설정하면 플라즈마가 확산되기 어려운 조건에서도 균일한 플라즈마를 발생시키는 것이 용이해지는 것을 발견했다.
상술한 것과 같이, 전자파의 주파수가 사각형 도파관내의 기본모드로 전송할 수 있도록 함으로써, 플라즈마를 발생시키기 위한 전자파가 전자파 방사용 사각형 도파관내에서 전파손실되는 양을 저감시킬 수 있다. 게다가, 전자파 방사용 사각형 도파관이 간격(d)을 50cm이하로 함으로써 플라즈마가 확산되기 어려운 조건, 예를 들면 처리용기내에서의 프로세스가스의 압력이 높은 경우 등에도 플라즈마를 양호하게 또한 균일하게 확산시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서 상기 전자파 방사용 사각형 도파관의 관내 유전을 ε로 하면, 상기 전자파방사용 사각형 도파관의 내단면 치수의 장경 a는 전자파의 파장 λ에 대해서,
(λ/ε0.5)<2a … (1)
의 관계이고, 상기 전자파의 각주파수를 ω, 상기 피복용 유전체부재의 유전율을 εd, 광속을 c, 전자의 전하량을 e, 진공의 유전율을 εo, 전자밀도를 ne, 전자의 질량을 me로 했을 때,
이것들과 플라즈마 각주파수ωp
ωp=(e2×ne/(εo×me))0.5 … (2)
에 의해서 정의되는 파수 k
k=ω/c((εd(ωp 2-ω2))/(ωp 2-(1+εd)ω2))0.5 … (3)
는, 상기 처리용기의 전자파방사용 사각형 도파관과 직교하는 방향의 내치수L에 대해서,
k=mπ/L(m은 1≤m≤2L/(λ/ε0.5)의 정수) …(4)
의 관계에 있고,
상기 전자파방사용 사각형 도파관은,
λswp=π/k …(5)
로 도출되는 정재파(standing wave)의 파장λswp의 간격으로, 또한 정재파의 진폭이 실질적으로 최대가 되는 위치에 배치되어 있다.
도12는 처리용기내에서의 m=1인 정재파를 모식적으로 나타내고 있고, 도13에는 처리용기내에서의 m=2L/(λ/ε0.5)의 정재파를 모식적으로 나타내고 있다. 도12 및 도13에서도 알 수 있듯이, (4)식에서의 m의 범위를 1≤m≤2L/(λ/ε0.5)의 정수로 함으로써, 정재파 파장(λswp)을 구할 수 있다.
이와 같이 표면파의 저차수의 정재파 파장(λswp)간격이고, 정재파의 진폭이 최대가 되는 위치 부근에 전자파 방사용 사각형 도파관을 각각 배치함으로써, 효율적으로 표면파에 전자파 에너지를 공급할 수 있다.
또한 전자파가 슬롯을 통해서 처리용기내로 균일하게 확산되도록 서로 이웃하는 전자파 방사용 사각형 도파관의 내면간의 거리를 하나의 전자파 방사용 사각형 도파관의 내면간의 폭보다도 작게 되도록 설정해도 좋다. 이와 같이 함으로써 대면적기판과 같은 피처리체를 플라즈마처리하는 대형의 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 또, 풋프린트가 작고, 플라즈마 밀도가 균일한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는, 상기 처리용기내에 위치하는 상기 전자파 전송로내의 적어도 일부에 유전체부재가 설치되고 상기 슬롯내에 유전체부재가 설치되어 있고, 상기 전자파 전송로내의 유전체부재와 상기 슬롯내의 유전체부재는 전자파의 주파수 대역에서의 유전율이 실질적으로 같다.
상술한 것과 같이, 슬롯내에 유전체부재를 설치함으로써 전자파 전송로내에 유전체부재를 갖는 전자파 전송로와 슬롯내와의 사이의 유전율을 작게 할 수 있다. 따라서, 전자파 전송로내에 유전체부재를 갖는 전자파 전송로내를 전파되어 온 전자파가 슬롯과의 계면에서 반사되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 전자파를 처리용기내에 효율적으로 방사시킬 수 있다.
게다가, 전자파 전송로내의 유전체부재와 슬롯내의 유전체부재가 전자파의 주파수 대역에서 실질적으로 같은 유전율을 갖게 됨으로써, 전자파 전송로와 슬롯과의 계면에서의 전자파의 반사를 실질적으로 없앨 수 있다. 이것에 의해, 더욱 효율적으로 전자파를 처리용기내로 공급할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서, 상기 전자파 전송로용의 유전체부재는 석영, 알루미나, 및 탄화플루오르 수지 중의 적어도 하나로 이루어진다.
이와 같이 함으로써, 유전손실에 의한 전자파의 손실을 억제할 수 있다. 또, 전자파 전송로내의 유전체부재로서 탄화플루오르 수지를 이용함으로써, 유전손실에 의한 전자파 손실을 억제하면서 석영 등의 무기 유전체부재를 이용하는 경우와 비교해서 도파관 중량을 경감할 수 있다. 게다가, 석영 등의 무기 유전체부재를 이용하는 경우와 비교해서 충격 등에 의한 파손이 일어나기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 전자파원을 더 구비함과 동시에 상기 전자파 전송로가 상기 전자파원에서 발생된 전자파를 상기 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관으로 분배하기 위한 전자파 분배용 도파관을 갖고 있고, 상기 전자파 전송로내에 유전체부재가 설치되어 있음과 동시에, 이 유전체부재에 의해 상기 처리용기의 기밀이 유지되고, 상기 유전체부재를 통해서 전자파가 상기 처리용기로부터 처리용기내로 도입된다.
이와 같이 함으로써 처리용기 및 플라즈마 처리장치 자체의 구성을 복잡화시키지 않고, 또한 처리용기의 기밀을 유지하면서 처리용기 외부로부터 처리용기내로 전자파를 도입시킬 수 있다. 또, 일반적으로 유전체부재는 파손되기 쉽고 고가이지만, 상술한 것과 같은 구성으로 함으로써 처리용기를 기밀로 유지하는 유전체부재에 대기압이 걸리는 영역을 상기 복수의 전자파 방사용 도파관의 단면적 정도로 할 수 있다. 게다가, 전자파 전송로내에 처리용기를 기밀로 유지하는 유전체부재가 설치되어 있기 때문에, 전자파 전송로내에 처리용기내에서 생성된 플라즈마가 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 프로세스 가스의 흐름 등을 고려한 장치설계가 용이해 짐과 동시에, 처리용기내의 탈가스, 클리닝 등도 용이해진다.
또, 복수의 전자파 방사용 도파관으로 하나의 전자파 분배용 도파관으로부터 전자파를 분배하는 구성으로 할 경우, 처리용기의 기밀을 유지하기 위한 봉지부분은 전자파 분배용 도파관의 단면적 정도의 한 곳으로 할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 플라즈마 처리장치의 구성을 간략화 할 수 있다. 또한, 이와 같은 경우에도 처리용기를 기밀로 유지하는 유전체부재에 의해서 처리용기의 기밀을 유지할 수 있다.
또한, 「상기 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관과 처리용기를 구성하는 벽이 일체다」란, 상기 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관과 처리용기를 구성하는 벽이 일체로 형성되어 있는 것 뿐만 아니라, 전자파 방사용 도파관이 처리용기를 구성하는 벽과 연결되어 일체구조물로 되는 것도 포함한다. 또, 처리용기를 기밀로 유지하는 유전체부재는 전자파 전송로내의 유전체부재와 일체성형물이어도 좋다. 즉, 전자파 전송로내의 유전체부재의 일부가 처리용기를 기밀로 유지하는 유전체부재를 겸하고 있어도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서 상기 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관은 상기 전자파 분배용 도파관의 E면 또는 H면에서 분기되도록 설치되어 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 상기 전자파 분배용 도파관은 전자파의 전파방향이 90°바뀌도록 직각으로 구부러지고 있어 전파방향이 90°바뀐 전자파를 상기 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관으로 각각 분배하도록 형성되어 있다.
이와 같이 함으로써, 대면적기판과 같은 피처리체를 플라즈마 처리할 수 있는 대형의 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 또, 풋프린트가 작고 플라즈마 밀도가 균일한 플라즈마 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서 상기 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관은 상기 전자파 분배용 도파관의 E면에서 분기되어 설치되어 있음과 동시에 상기 복수의 전자파 방사용 사각형 도파관과 상기 전자파 분배용 도파관은 실질적으로 동일면상에 배치되어 있다.
복수의 사각형 도파관과 전자파 분배용 도파관이 실질적으로 동일면상에 배치되기 때문에, 플라즈마 처리장치를 대형화시키거나 처리용기의 기밀을 유지하기 위한 봉지부분의 단면적을 크게 설계하지 않고 대면적기판과 같은 피처리체를 플라즈마 처리할 수 있는 대형의 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 또, 풋프린트가 작고 플라즈마 기밀이 균일한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 상기 처리용기내에 위치하는 상기 전자파 전송로내의 적어도 일부에 전자파 전송로용 유전체부재가 설치되어 있고, 상기 슬롯내에 유전체부재가 설치되어 있고, 또한 상기 전자파 전송로내의 유전체부재와, 상기 슬롯내의 유전체부재와, 상기 피복용 유전체부재가 일체로 구성되어 있다.
이와 같이 함으로써 슬롯내의 유전체부재가 파손되거나 슬롯의 재설계 등에 의해 슬롯내의 유전체부재를 교환할 필요가 생긴 경우 등에 슬롯 내의 유전체부재의 교환을 용이하게 할 수 있다. 따라서 유지가 용이한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서 상기 피복용 유전체부재는 유전체 재료로 이루어지는 고정구에 의해서 고정되어 있다.
이와 같이 함으로써 피복용 유전체부재를 고정하는 부분에서의 전자파의 교란을 억제할 수 있다. 따라서, 대면적기판과 같은 피처리체를 플라즈마 처리할 수 있는 대형의 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 또, 풋프린트가 작고, 플라즈마 밀도가 균일한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서 상기 피복용 유전체부재는 상기 슬롯판을 덮는 판상으로 형성되어 있음과 동시에, 그 두께는 이 피복용 유전체부재내에서의 전자파의 파장의 1/4보다 작게 설정되어 있다.
이와 같이 함으로써, 전자파가 피복용 유전체부재의 두께방향으로 전파되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 피복용 유전체부재중에서 표면파만을 선택적으로 전파시킬 수 있다. 따라서, 대면적기판과 같은 피처리체를 플라즈마 처리할 수 있는 대형의 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 또, 풋프린트가 작고, 플라즈마 밀도가 균일한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서는 상기 전자파 전송로와, 상기 처리용기를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재 또는 상기 전자파 전송로내의 유전체부재와의 간격이 1mm 이하로 설정되어 있다.
전자파 전송로는 일반적으로 유전체 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 상기 처리용기를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재 또는 상기 전자파 전송로내의 유전체부재와의 간격이 1mm를 넘으면, 전자파 전송로의 내면과 처리용기를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재 또는 전자파 전송로내의 유전체부재와의 사이에서 이상방전이 일어날 우려가 있다.
따라서, 전자파 전송로와, 처리용기를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재 또는 전자파 전송로내의 유전체부재와의 간격은 1mm이하로 설정되는 것이 바람직하고, 이와 같이 함으로써 전자파 전송로와, 처리용기를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재 또는 전자파 전송로내의 유전체부재와의 간격에서 발생하는 이상방전을 억제할 수 있다. 따라서, 처리용기내에서 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 주파수가 10MHz~25GHz의 전자파를 상기 전자파 전송로에 공급하는 전자파원을 더욱 구비한다.
*전자파원은 적어도 1 이상이면 좋지만, 복수의 전자파원을 이용함으로써 각 전자파원의 최대출력을 크게하지 않고, 원하는 출력을 얻을 수 있다. 단, 복수의 전자파원을 이용하는 경우, 서로 인접하는 전자파원들이 동일한 주파수이면, 생성되는 플라즈마들에서 간섭이 일어나기 쉽다. 따라서, 복수의 전자파원을 이용할 경우에는 서로 인접하는 전자파원은 각각 다른 주파수로서 두는 것이 바람직하다.
또, 전자파원으로서는 공업용 주파수대(ISM주파수대)인 13.56MHz, 27.12MHz, 40.68MHz, 915MHz, 2.45GHz, 5.8GHz, 24.125GHz의 주파수의 전자파를 이용하는 것이 좋다. 이와 같이 함으로써, 통신용 주파수대에 대한 영향을 작게 할 수 있기 때문에, 누설 전자파의 차폐 등을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에서 상기 전자파원은 주파수가 2.45GHz±50MHz의 주파수를 상기 전자파 전송로에 공급하는 것이다.
마이크로파원의 주파수로서는 2.45GHz가 현재 표준이 되어 있다. 따라서, 이와 같은 전자파원은 값이 싸고 종류도 풍부하다. 또, 주파수 범위를 2.45GHz±50MHz로 함으로써 공업용 주파수대가 되고 통신용 주파수대에 대한 영향을 작게 할 수 있고, 장치의 누설 전자파의 차폐 등이 용이해진다. 이와 같이 함으로써 전자파로서 마이크로파를 처리용기내로 공급할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 플라즈마 산화, 플라즈마 성막 또는 플라즈마 에칭을 표면파 플라즈마 조건하에서 행하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면 피처리체에 이온손상이 주어지는 것을 억제하면서 이 피처리체에 산화처리, 성막 또는 에칭처리를 실시할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 처리용기의 내부에 피처리체를 배치하고, 이 처리용기의 내부에 플라즈마를 생성시킴으로써 상기 플라즈마에 의해서 상기 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리방법이며, 상기 처리용기의 벽이 갖는 전자파 전송로에서 전자파를 전송시킴과 동시에, 이 전자파 전송로와 전자적으로 결합된 전자파 방사부에 의해서 전자파를 상기 처리용기의 내부를 향해서 방사시킴으로써 상기 처리용기의 내부에 플라즈마를 생성시키는 것과 같은 플라즈마 처리방법을 실시할 때에 알맞게 이용할 수 있다.
*본 발명의 플라즈마 처리장치를 이용한 플라즈마 처리방법은 플라즈마 산화와 플라즈마 CVD법에 의한 성막을 진공을 깨뜨리지 않고 연속해서 행한다.
이 플라즈마 처리방법에 의하면 피처리체에 산화처리를 실시한 후, 대기에 노출시키지 않고 성막처리를 행할 수 있다. 따라서 피처리체와 막과의 계면을 오염이 적은 양호한 계면으로 할 수 있음과 동시에, 피처리체에 품질이 양호한 막을 형성할 수 있다. 또, 동일장치에 의해 두가지 프로세스를 행할 수도 있고, 풋프린트를 작게 할 수 있음과 동시에 장치를 싸게 제조할 수 있다.
본 발명의 청구항 1에 기재한 플라즈마 처리장치는, 처리용기와, 전자파를 발진하는 발진기와, 제1전자파 전송로와, 상기 제1전자파 전송로보다 내형 치수가 작게 설정되어 있음과 동시에, 내부에 유전체부재가 설치된 제2전자파 전송로와, 상기 제2전자파 전송로에 설치되어, 상기 처리용기내에 전자파를 방사하는 전자파 방사부를 구비하고, 상기 발진기에서 발생한 전자파가 상기 제1 전자파 전송로를 경유해서 상기 제2전자파 전송로로 도입됨과 동시에 상기 전자파 방사부에 의해 상기 처리용기내로 방사됨으로써 상기 처리용기내에 플라즈마가 생성되고, 상기 플라즈마에 의해서 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리장치이고, 상기 제1전자파 전송로와 상기 제2전자파 전송로는 전자파의 전송측을 향함에 따라서 내형 치수가 작아지도록 형성된 중공의 제3전자파 전송로를 통해서 접속되어 있음과 동시에, 상기 제3전자파 전송로의 내부에 상기 전송측을 향해서 확개되도록 배치된 쐐기형상의 유전체부재를 가지고 있다.
본 발명 및 이하의 발명에서, 「전자파 전송로」란 전자파를 고효율로 전송하기 위한 선로를 말한다. 전자파 전송로로서는 동축관, 도파관, 공동공진기 등을 들 수 있다.
동축관은 도파관과 비교해서 손실(전파손실)은 크지만, 차단주파수를 갖지 않기 때문에, 전송가능한 주파수 범위가 넓고, 또 파장이 큰 경우에는 전송로를 소형화할 수 있다.
도파관은 동축관에서의 손실의 원인이 되는 중심도체가 없기 때문에, 손실이 작고, 대전력의 전송에 적합하다. 그러나, 차단주파수가 존재하고, 전송가능한 주파수 범위가 좁다. 또, 그 형상은 전송시키는 전자파의 주파수에 의해 거의 규정된다.
공동공진기는 특정의 주파수에 대해서 정재파가 형성되도록 설계되고, 그 파장의 전자파를 강화하는 작용을 갖는다.
「전자파 방사부」는 전자파 전송로에서 전송되어 온 전자파를 전자파 전송로의 외부로 방출하는 부분을 말한다. 전자파 방사부로서는 슬롯, 도체로드, 전자혼 등을 들 수 있다.
제3전자파 전송로의 형상은, 예를 들면, 전자파의 전송측(전자파의 도파방향측)으로 내형 치수가 작아지는 테이퍼를 갖는 거의 원추형상으로 이루어지지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 제3전자파 전송로의 가공성을 고려하면, 제1 및 제2전자파 전송로와는 별체로 형성하는 것이 바람직하지만, 제1전자파 전송로와 일체로 형성해도 좋고, 또 제2전자파 전송로와 일체로 형성해도 좋다.
전자파가 쐐기형상의 유전체부재에 전파손실이 거의 없는 상태(반사가 거의 없는 상태)로 입사되기 위해서는, 쐐기형상의 유전체부재는 전자파의 전송측으로 확개되는 구조의 쐐기형, 예를 들면, 측면형상이 거의 이등변삼각형상인 쐐기형으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 청구항 제24항에 기재한 플라즈마 처리장치는 제2전자파 전송로의 내부에 유전체부재가 설치되어 있기 때문에, 제1 및 제2 전자파 전송로내에 플라즈마가 침입하는 것을 억제할 수 있다.
게다가, 본 발명의 청구항 제24항에 기재한 플라즈마 처리장치에서는, 제1 전자파 전송로와 제2전자파 전송로가 전자파의 전송측으로 내형 치수가 작아지도록 형성되어 접속기구로서도 기능하는 중공의 제3전자파 전송로를 통해 접속되어 있다. 그 때문에, 제1전자파 전송로와 제2전자파 전송로 사이에서 전자파 전송로의 내형의 면적변화에 의해서 생기는 전자파의 반사를 억제할 수 있다.
또, 일반적으로는 공기중으로 전송되어 온 전자파가 유전체부재로 입사되는 경우, 유전체부재의 단면과 전자파의 전송방향이 이루는 각도θ(0°≤θ≤90°,이하, θ을 입사각이라고 말한다)가 클수록 그 단면에서 전자파가 반사되기 쉬워진다.
일본특허출원 제2002-366842호 명세서에 기재한 플라즈마 처리장치에서는, 도파관내의 유전체부재는 그 단면이 상기 전송방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 공기중으로 전송되어 온 전자파가 도파관내의 유전체부재로 입사할 때의 입사각θ이 약 90°가 되기 때문에, 전자파가 유전체부재의 단면, 즉 공기와 유전체부재와의 계면에서 비교적 반사되기 쉽다.
이것에 비해, 본 발명의 청구항 제24항에 기재한 플라즈마 처리장치에서는, 제1전자파 전송로와 제2전자파 전송로를 접속하는 제3전자파 전송로의 내부에 전자파의 전송측으로 확개되도록 형성된 쐐기형상의 유전체부재를 설치하고 있다. 이와 같이 함으로써, 공기중으로 전송되어 온 전자파가 쐐기형상의 유전체부재로 입사할 때의 입사각(θ)을 90°미만으로 할 수 있기 때문에, 전자파를 효율적으로 쐐기형상의 유전체부재로 입사시킬 수 있다.
*게다가, 쐐기형상의 유전체부재는 공기보다도 유전율이 높기 때문에, 쐐기형상의 유전체부재와 제2전자파 전송로내의 유전체부재와의 계면에서 전자파가 반사되는 비율은 공기와 제2전자파 전송로내의 유전체부재와의 계면에서 전자파가 반사되는 비율에 비해서 극히 작다. 따라서, 제1전자파 전송로에 의해서 전송된 전자파를 상기 제3전자파 전송로의 내부에 설치된 쐐기형상의 유전체부재를 통해서 효율적으로 제2전자파 전송로로 입사시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 청구항 제1항에 기재한 플라즈마 처리장치에 의하면, 전자파를 효율적으로 전파시킬 수 있다.
본 발명의 청구항 제2항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 청구항 제1항에 기재한 플라즈마 처리장치이고, 상기 쐐기형상의 유전체부재는, 그 상측이 상기 제1전자파 전송로의 상기 전송측의 단부 또는 그 근방의 영역에 위치하도록 배치되어 있다.
이와 같이 함으로써 전자파가 공기와 쐐기형상의 유전체부재와의 계면에서 반사되는 반사량을 더욱 저감시킬 수 있다.
또한, 쐐기형상의 유전체부재의 상측과 제1전자파 전송로의 상기 전송측의 단부와는 동일면상에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 단, 장치자체나 쐐기형상의 유전체부재의 제조상의 오차 등에 의해 쐐기형상의 유전체부재의 상측을 제1전자파 전송로의 상기 전송측의 단부와 완전히 일치시키는 것은 어렵다. 또, 쐐기형상의 유전체부재의 상측이 제1전자파 전송로의 상기 전송측 단부로부터 약간 떨어져 있어도 완전히 일치시킨 경우와 거의 동등한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 「쐐기형상의 유전체부재는 그 상측이 상기 제1전자파 전송로의 상기 전송측의 단부 또는 그 근방의 영역에 위치하도록 배치한다」란, 제조상의 오차등이나 약간의 어긋남은 허용되는 것을 의미하고 있다.
본 발명의 청구항 제3항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 청구항 제1항 또는 제2항에 기재한 플라즈마 처리장치이고, 상기 쐐기형상의 유전체부재 또는 상기 제2전자파 전송로내의 유전체부재에 의해서 상기 처리용기의 기밀이 유지되고 있다.
예를 들면, 제1전자파 전송로가 갖는 처리용기 외부에 설치된 사각형 도파관과, 제2전자파 전송로가 갖는 처리용기의 벽에 설치된 사각형 도파관을 접속하는 것과 같은 경우, 처리용기의 기밀을 유지하기 위해서는 봉지부재를 설치할 필요가 있다. 본 발명의 청구항 제3항에 기재한 플라즈마 처리장치는 상술한 것과 같은 경우, 즉, 제1전자파 전송로가 갖는 처리용기 외부에 설치된 사각형 도파관과 제2전자파 전송로가 갖는 처리용기의 벽에 설치된 사각형 도파관을 접속시킴으로써 처리용기와 제1전자파 전송로를 일치화시키는 것과 같은 경우에 적합하다.
이와 같이 함으로써, 처리용기 및 플라즈마 처리장치 자체의 구성을 복잡화시키지 않고, 또한 처리용기의 기밀을 유지하면서 처리용기 외부에 설치된 제1전자파전 송로로부터 처리용기내에 설치된 제2전자파 전송로로 전자파를 양호하게 입사시킬 수 있다.
또, 일반적으로 유전체부재는 파손되기 쉽고 고가이다. 이것에 비해, 상술한 것과 같은 구성으로 함으로써 쐐기형상의 유전체부재 또는 제2전자파 전송로내의 유전체부재에 대기압이 걸리는 영역을 제2전자파 전송로가 갖는 사각형 도파관의 내형 치수 정도로 할 수 있다. 즉, 이 구성으로 함으로써, 처리용기의 기밀을 유지하는 유전체부재로서도 기능하는 쐐기형상의 유전체부재 또는 제2전자파 전송로내의 유전체부재에 주는 부하를 비교적 작게 할 수 있기 때문에, 유전체부재의 파손을 억제할 수 있다.
게다가, 제3전자파 전송로내 또는 제2전자파 전송로내에 처리용기의 기밀을 유지하는 유전체부재(쐐기형상의 유전체부재 또는 전자파 전송로내의 유전체부재)가 설치되어 있기 때문에, 처리용기내에서 생성된 플라즈마가 제1전자파 전송로내에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 프로세스가스의 흐름 등을 고려한 장치설계가 용이해짐과 동시에, 처리용기내의 탈가스, 클리닝 등도 용이해진다.
본 발명의 청구항 제4항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 청구항 제1항 내지 제3항의 어느 한항에 기재한 플라즈마 처리장치이고, 상기 제1전자파 전송로의 상기 전송측의 단부와 상기 제2전자파 전송로의 상기 전송측과는 반대측의 단부와의 사이의 거리가 상기 발진기에서 발생한 전자파의 진공중에서의 파장보다 길게 설정되어 있다.
이와 같이 함으로써, 전자파 전송로의 내형의 면적변화에 의한 전자파의 반사 및 공기와 쐐기형상의 유전체부재와의 계면에서의 반사를 더욱 억제할 수 있다.
본 발명의 청구항 제5항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 상기 제1 및 제2전자파 전송로는 각각 사각형 도파관을 갖고 있다.
이와 같이 함으로써, 제1 및 제2전자파 전송로내에서의 전자파의 전송손실을 억제할 수 있다. 또, 대전력의 전송이 가능해진다.
본 발명의 청구항 제6항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 청구항 제5항에 기재한 플라즈마 처리장치이고, 상기 제1전자파 전송로가 갖는 사각형 도파관의 내형 치수 및 상기 제2전자파 전송로가 갖는 사각형 도파관의 내형 치수는 각각 상기 발진기에서 발생한 전자파의 주파수가 사각형 도파관내로 기본모드로 전송가능한 크기로 설정되어 있다.
전자파의 주파수가 사각형 도파관내로 기본모드로 전송할 수 있도록 하는 경우, 예를 들면, 사각형 도파관의 관내유전율을 ε, 사각형 도파관의 내형 치수의 장경 a, 전자파의 파장 λ으로 했을 때,
(λ/ε0.5)<2a …(1)
의 조건을 만족하도록 설계함으로써 실현할 수 있다.
이와 같이, 제1전자파 전송로가 갖는 사각형 도파관의 내형 치수 및 제2 전자파 전송로가 갖는 사각형 도파관의 내형 치수를 각각 발진기에서 발생한 전자파의 주파수가 사각형 도파관내로 기본모드로 전송할 수 있도록 함으로써, 각 사각형 도파관내의 전자파의 전송손실량을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 청구항 제7항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 청구항 제5항 또는 제6항에 기재한 플라즈마 처리장치이고, 상기 쐐기형상의 유전체부재의 상측의 길이는 상기 제2전자파 전송로가 갖는 사각형 도파관의 내형의 장변의 길이와 실질적으로 같은 길이가 되도록 설정되어 있음과 동시에, 상기 쐐기형상의 유전체부재는 그 상측이 상기 제2전자파 전송로가 갖는 사각형 도파관의 내경의 장변방향과 실질적으로 평행하고, 단변의 중점간을 연결한 선상에 실질적으로 배치되어 있다.
이와 같이 함으로써, 제1전자파 전송로에 의해서 전송된 전자파를 제3전자파 전송로의 내부에 설치된 쐐기형상의 유전체부재를 통해서 더욱 효율적으로 제2전자파 전송로로 입사시킬 수 있다.
본 발명의 청구항 제8항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 청구항 제114항 내지 제7항의 어느 한 항에 기재한 플라즈마 처리장치이고, 전자파의 전송방향을 따르는 상기 쐐기형상의 유전체부재의 길이는 상기 발진기에서 발생한 전자파의 진공중에서의 파장보다도 길어지도록 설정되어 있다.
이와 같이 함으로써, 전자파 전송로의 내형의 면적변화에 의한 전자파의 반사 및 공기와 쐐기형상의 유전체부재와의 계면에서의 반사를 더욱 억제할 수 있다.
본 발명의 청구항 제9항에 기재한 플라즈마 처리장치는, 상기 처리용기의 벽은 상기 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 가지고 있다.
본 발명의 청구항 제9항에 기재한 플라즈마 처리장치에 의하면, 처리용기의 벽이 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 가지고 있기 때문에, 처리용기 및 플라즈마 처리장치 자체의 구성을 간단화 시킬 수 있다. 게다가, 제2전자파 전송로의 형상이나 배치를 조정함으로써, 처리용기의 크기나 형상에 관계없이, 처리용기내에 안정적이고 균일한 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 따라서, 사각형의 기판이나 대면적기판과 같은 피처리체라도 양호하게 플라즈마 처리할 수 있다.
본 발명의 청구항 제9항에 기재한 플라즈마 처리장치를 실시하는 경우, 제2 전자파 전송로의 적어도 일부는, 예를 들면, 처리용기의 벽중에 설치할 수 있다. 즉, 본 발명의 청구항 제9항에 기재한 플라즈마 처리장치는 예를 들면, 벽을 관통하는 것과 같은 터널상의 공간을 상기 벽을 따라서 설치함으로써, 처리용기의 벽중에 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 설치할 수 있다.
또한, 벽의 가공의 용이성 등을 고려하면, 피처리체가 플라즈마 처리되는 처리실을 갖는 처리용기를 채용함과 동시에, 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 처리용기의 벽중에서 처리실로 규정된 벽의 내면에 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 처리용기의 벽의 내면에 의해서 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 규정할 수 있기 때문에, 처리용기의 벽을 관통하도록 제2전자파 전송로의 일부를 설치하는 것보다도 간단하게 처리용기의 벽에 제2전자파 전송로의 일부를 설치할 수 있다.
또, 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 처리용기의 벽중에서 처리실로 규정하된 벽의 내면에 설치하는 경우, 상기 벽의 내면에 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 규정하는 요부를 설치함과 동시에, 전자파 방사부로서 복수의 슬롯을 갖는 슬롯판을 채용하고, 상기 슬롯판에 의해서 처리실측으로부터 요부를 덮으면 된다. 또, 이때, 복수의 슬롯은 각각 요부와 대응시켜 둔다. 이와 같이 함으로써 요부를 규정하는 벽면과 슬롯판에 의해 둘러싸이는 공간에 제2전자파 전송로를 설치할 수 있다. 게다가, 상기 제2전자파 전송로에 의해서 전송된 전자파를 슬롯을 통해서 치리실내로 방사시킬 수 있다.
또, 벽의 내면에 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 규정하는 요부를 설치함과 동시에, 슬롯판에 의해서 처리실측으로부터 요부를 덮도록 구성하면, 제2전자파 전송로는 처리실내와 같은 폐공간내에 설치되게 된다. 따라서, 처리용기에 석영 등으로 이루어지는 전자파 투과창을 설치하지 않고, 처리실내에 전자파를 입사시킬 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이 구성함으로써, 처리용기에 석영 등으로 이루어지는 전자파 투과창을 설치할 필요가 없어지기 때문에, 전자파 투과창이나 전자파 투과창과 처리용기의 벽과의 사이의 봉지기구를 모두 생략할 수 있다. 따라서, 처리용기 및 플라즈마장치 자체의 구성을 더욱 간단화 시킬 수 있다.
게다가, 전자파 투과창 자체를 생략할 수 있으므로, 당연하지만 전자파 투과창의 강도(석영창의 두께)에 대해서도 고려할 필요가 없어진다. 따라서, 대면적의 피처리체에 대응하는 대형의 처리용기를 구비한 플라즈마 처리장치를 용이하게 설계할 수 있다. 게다가, 전자파 투과창의 대형화에 따른 비용증가도 없다. 또한, 전자파 투과창이 전자파의 전파에 미치는 영향도 없앨 수 있기 때문에, 처리용기내에 전자파를 균일하게 방사가능한 장치설계도 용이해진다. 따라서, 대면적기판과 같은 피처리체라도 안정적이고 균일한 플라즈마에 의해 플라즈마 처리를 행할 수 있는 플라즈마 처리장치를 얻을 수 있다.
벽의 내면에 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 규정하는 요부를 설치함과 동시에, 슬롯판에 의해 처리실측으로부터 요부를 덮도록 구성하는 경우, 처리실내에 슬롯판을 덮도록 피복용 유전체부재를 설치하면 된다. 이와 같이 함으로써, 전자파 방사부로부터 방사된 전자파에 의해서 처리실내에 양호하게 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
그런데, 슬롯판을 덮도록 처리실내에 피복용 유전체부재를 설치하면, 처리실내에서 표면파 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 즉, 처리용기(처리실)내에 소정의 프로세스가스를 도입함과 동시에, 상기 처리용기의 내부에 전자파를 입사시키면, 프로세스가스가 여기되어 플라즈마가 생기고, 전자파를 입사시킨 영역면 근방(처리실내에서의 슬롯의 근방)의 플라즈마내의 전자밀도가 증가한다. 전자파를 입사시킨 영역 근방의 플라즈마내의 전자밀도가 증가되면, 전자파는 플라즈마내에서 전파되는 것이 어려워져, 상기 플라즈마내에서 감쇠된다. 따라서, 전자파를 입사시킨 영역근방으로부터 떨어진 영역에는 전자파가 닿지 않기 때문에, 프로세스가스가 전자파에 의해서 여기되는 영역은 전자파를 입사시킨 영역근방에 한정된다. 이것에 의해, 표면파 플라즈마가 생긴다.
표면파 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리에서는, 이온에 의한 피처리체의 손상을 억제할 수 있다. 즉, 표면파 플라즈마가 생성되고 있는 상태에서는, 전자파에 의한 에너지가 주어져 화합물의 전리가 생기는 영역이 처리용기내의 전자파를 입사시킨 영역의 근방에 한정된다. 그 때문에, 처리용기내의 전자파를 입사시킨 영역으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 피처리체를 설치함으로써, 피처리체의 피처리면 근방의 전자온도를 낮게 유지할 수 있다. 즉, 피처리체의 피처리면 근방에 생기는 시스의 전계증대를 억제할 수 있기 때문에, 피처리체로의 이온입사 에너지가 낮아지고, 이온에 의한 피처리체의 손상이 억제된다.
따라서, 슬롯판을 덮도록 피처리체내에 피복용 유전체부재를 설치함으로써 피처리체에 주는 이온손상을 억제할 수 있는 플라즈마 처리장치를 얻을 수 있다.
또, 처리용기로서는 처리실내의 클리닝이나 유지 보수등을 위해서 용기 본체로부터 뚜껑을 떼어낼 수 있도록 되어 있는 것이 있다. 이와 같이, 용기본체와 뚜껑이 별체로 되어 있는 처리용기에서는, 용기본체에 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 설치하는 것보다도 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 설치하는 편이 전자파 전송로를 형성하기 위한 가공이나 설계를 용이하게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 청구항 제9항에 기재한 플라즈마 처리장치를 실시하는 경우, 처리실을 갖는 처리용기로서 저벽 및 주벽을 가지고 적어도 한쪽으로 개구된 용기본체와, 용기본체의 개구를 폐색하는 뚜껑을 구비하고 있다. 처리용기의 벽중에서 처리실을 규정하는 벽이 용기본체의 저벽 및 주벽과 뚜껑을 가진다. 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 처리용기의 뚜껑에 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법은 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 실시할 수 있다.
본 발명의 목적과 이점은 다음의 설명에서 개진될 것이며, 일부는 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이고, 본 발명의 예를 통하여 밝혀질 수 있다. 본 발명의 목적 및 이점은 이후에 특별히 지적되는 수단과 조합에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.
이하, 본 발명의 제1실시형태를 도 1 내지 도 4를 참조해서 설명하겠다.
도 1 내지 도 4에 나타내는 플라즈마 처리장치(1)는, 전자파원으로서의 고주파전원(2)에서 발진되며, 전자파 전송로(3)에 의해서 전송되며, 처리용기로서의 진공용기(4)의 내에 방사된 전자파에 의해서 상기 진공용기(4)내에 플라즈마를 생성시키고, 상기 플라즈마에 의해서 피처리체(5)에 플라즈마 처리를 행하는 것이다.
도 2 및 도 3에 나타내는 것과 같이, 상기 진공용기(4)는 용기본체(11)와 뚜껑(12)을 구비하고 있다. 용기본체(11)는 저벽(11a) 및 주벽(11b)을 가지고 윗쪽으로 개구되어 있다. 뚜껑(12)은 용기본체(11)가 갖는 상기 개구를 폐색하도록, 상기 용기본체(11)를 윗쪽에서 덮고 있다. 즉, 진공용기(4)는 벽으로서 용기본체(11)의 저벽(11a) 및 주벽(11b)과 뚜껑(12)을 갖고 있다. 용기본체(11)와 뚜껑(12)과의 사이는 O-링(13)에 의해서 기밀이 유지되고 있다.
상기 진공용기(4)는 내부에 피처리체(5)를 플라즈마 처리하기 위한 처리실(4a)을 갖고 있다. 처리실(4a)은 진공용기(4)가 갖는 벽에 의해서 규정되어 있다. 다시 말하면, 처리실(4a)은 용기본체(11)의 저벽(11a)의 내면 및 주벽(11b)의 내면과 뚜껑(12)의 내면에 의해 규정되어 있다.
상기 진공용기(4)는, 내부를 진공상태 혹은 그 근방에 까지 감압하는 것이 가능한 강도로 형성되어 있다. 진공용기(11a, 11b)를 형성하는 재료로서는, 알루미늄 등의 금속재료를 사용할 수 있다. 상기 처리실(4a)내에서는, 후술하는 바와 같이, 전자파 방사부에 금속 슬롯판(14)이 배치되고, 슬롯판(14)을 덮기 위한 피복용 유천체부재(16)가 배치된다. 피처리체(5)를 지지하는 지지대(17)는 진공용기(4)의 처리실(4a)내에 배치된다.
진공용기(4)는 처리실(4a)내에 프로세스 가스를 도입하기 위한 가스도입구(18)와, 처리실(4a)내의 가스를 배기하기 위한 가스배기구(19)를 가지고 있다. 또, 처리실(4a)내는 가스배기구(19)를 통해서 진공배기 시스템(미도시)과 연통되어 있다. 진공배기 시스템으로서는, 예를 들면, 터보분자펌프를 이용할 수 있다. 따라서, 상기 진공배기 시스템을 이동시킴으로써 처리실(4a)내를 소정의 진공도에 달할때까지 배기할 수 있다.
상기 전자파 전송로(3)는 전자파를 전송하기 위한 것이며, 예를 들면, 1개의 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과, 3개의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)을 갖고 있다. 진공용기(4)의 벽들 중에서 처리실(4a)을 규정하는 벽, 예를 들면, 뚜껑(12)은 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 일부를 갖고 있다. 즉, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 일부와 진공용기(4)를 구성하는 벽이 일체로 되어 있다. 다시 말하면, 각 전자파 방사용의 사각형 도파관(22)의 관벽도체의 일부는 진공용기(4)를 구성하는 벽을 겸하고 있다.
자세히는 뚜껑(12)의 내면은 3개의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 각각의 일부가 되는 3개의 홈모양의 요부(23)를 갖고 있다. 상기 요부(23)들은 상기 슬롯판(14)에 의해서 처리실(4a)측으로부터 덮여있다. 이와 같이 함으로써 3개의 요부(23)를 규정하는 벽면과 슬롯판(14)에 의해서 둘러싸여진 3개의 공간 3개의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)이 구성된다.
슬롯판(14)은 금속제의 판재에 의해서 형성되어 있고, 전자파를 처리실(4a)내에 방사하는 복수의 슬롯(15a)을 가지고 있다. 상기 슬롯(15a)들은 요부(23)와 대응하는 위치에 형성되어 있다. 자세히는, 슬롯(15a)은 바둑판모양, 즉 서로 평행한 한쌍의 가상선상에 서로 번갈아 배치됨으로써, 1개의 슬롯군(15)을 이루고 있다. 1개의 슬롯군(15) 중에서는, 슬롯(15a)들의 종방향의 피치 및 횡방향의 피치는 균일하다. 슬롯판(14)에는 3개의 슬롯군(15)이 3개의 요부(23)에 각각 대응하도록 설치되어 있다.
또, 처리실(4a)내에는 상기 슬롯판(14)을 덮도록 피복용 유전체부재(16)가 설치되어 있다. 피복용 유전체부재(16)는, 예를 들면, 석영, 알루미나 및 탄화플루오르 수지 등의 유전체 재료에 의해서 형성할 수 있다. 또한, 전자파가 피복용 유전체부재(16)의 두께방향으로 전파하는 것을 억제하기 때문에, 피복용 유전체부재(16)는 상기 피복용 유전체부재(16)내에서의 전자파의 파장의 1/4보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.
표면파 플라즈마의 발생이 가능하도록 유전체부재(16)는 슬롯판(14)의 노출된 표면을 덮도록 배치된다. 상기 유전체부재(16)가 배치되지 않아 슬롯판(14)의 표면이 노출되면, 전자파의 전파가 차단되어 상기 표면파 플라즈마는 발생되지 않는다. 상기 표면파 플라즈마는 플라즈마 처리에 적합한 고밀도를 갖는 국부적인 플라즈마이다.
도 2 및 도 3에 나타내는 것과 같이, 슬롯판(14)과 피복용 유전체부재(16)는 진공용기(4)의 뚜껑(12)에 그 내면측으로부터 고정구로서의 수나사(24)에 의해서 조여져 있다. 또한, 수나사(24)로서는 금속제인 것을 이용할 경우, 수나사(24)의 머리부가 처리실(4a)에 노출되면, 상기 수나사(24)의 머리부 근방에서 전자파가 교란되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 수나사(24)로서 금속제인 것을 이용하는 경우에는, 그 머리부를 유전체캡(25)에 의해 덮어 감추도록 하면 된다. 이와 같이 함으로써, 수나사(24)의 머리부 근방에서 생기는 전자파의 교란을 억제할 수 있다.
도 4에 나타낸 것 같이, 각 요부(23)의 단면형상은 깊이방향의 길이(x1)가 폭방향의 길이(x2)보다도 짧은 횡장 사각형상을 이루고 있다. 즉, 이와 같이 형성된 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에서는, 각각 요부(23)의 저면 및 슬롯판(14)의 상면이 전자파의 전계방향에 대해서 수직인 면(H면)이 되고, 요부(23)의 저면으로부터 아래방향으로 수직으로 서는 면이 전자파의 전계방향에 대해서 평행한 면(E면)이 된다. 즉, 본 실시형태에서는, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 H면에 슬롯(15a)이 설치되도록 구성되어 있다.
또한, 각 요부(23)의 단면형상은 깊이방향의 길이(x1)가 폭방향의 길이(x2)보다도 긴 종장 사각형상을 이루어도 좋다. 이와 같이 형성된 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에서는 각각 요부(23)의 저면 및 슬롯판(14)의 상면이 전자파의 전계방향에 대해서 평행한 E면이 되고, 요부(23)의 저면에서부터 아래방향으로 수직으로 서는 면이 전자파의 전계방향에 대해서 수직인 H면이 된다. 따라서, 이와 같이 함으로써 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 E면에 슬롯(15a)이 설치되도록 구성할 수 있다.
상기 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내단면 수치는, 전자파의 주파수가 사각형 도파관내의 기본모드로 전송할 수 있는 사이즈로 설정되어 있다. 본 실시형태에서는, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 관내 유전율을 ε, 사각형 도파관의 내단면 수치의 장경을 x2=a, 전자파의 파장 λ로 했을 때,
(λ/ε0.5)<2a … (1)
의 조건을 만족하도록 설계되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 관내 유전율은 공기의 유전율과 같고, ε=1이다.
또, 상기 전자파 방사용 사각형 도파관(22)은 그 간격(d)이 50cm이하가 되도록 서로 평행하게 나열되어 배치되어 있다. 또한 구체적으로는, 상기 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 위치는 이하와 같이 설정되어 있다.
즉, 고주파전원(2)에 의해 발생되는 전자파의 각주파수를 ω, 피복용 유전체부재(16)의 유전율을 εd, 광속을 c, 전자의 전하량을 e, 진공의 유전율을 εo, 전자밀도를 ne, 전자의 질량을 me로 하면, 플라즈마 각주파수ωp는,
ωp=(e2×ne/(εo×me))0.5 … (2)
로 구해지고, 파수 k는,
k=ω/c((εd(ωp 2-ω2))/(ωp 2-(1+εd)ω2))0.5 …(3)
로 구해진다.
파수(K)가 진공용기(4)의 각 사각형 도파관과 직교하는 방향의 내치수(L)에 대해서,
k=mπ/L(m은 1≤m≤2L/(λ/ε0.5)의 정수) …(4)
의 관계에 있을 때, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 간격(d)은,
λswp=π/k …(5)
로 도출되는 정재파의 파장λswp의 간격으로 하고 있다. 또한 전자파 방사용 사각형 도파관(22)은 정재파의 진폭이 실질적으로 최대가 되는 위치에 배치되어 있다.
각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)은 상기 사각형 도파관(22)들에 전자파를 분배하기 위한 전자파 분배용 사각형 도파관(21)을 통해서 고주파전원(2)과 결합되어 있다.
고주파전원(2)로서는, 예를 들면, 주파수가 10MHz~25GHz의 전자파를 전자파 전송로(3)에 공급하는 것을 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는 고주파전원(2)으로서 주파수가 2.45GHz±50MHz의 전자파를 전자파 전송로(3)에 공급하는 1대의 마이크로파원을 채용하고 있다. 주파수가 2.45GHz의 고주파전원(2)은 양산되고 있고, 값이 싸고 종류도 풍부하기 때문에 바람직하다.
전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 진공용기(4)의 뚜껑(12)과 연결되고, 진공용기(4)의 벽과 일체로 구성되어 있다. 자세히는, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 진공용기(4)의 외부에 설치되어 있다. 이 전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 직교하는 관본체(21a)와, 이 관본체(21a)로부터 전자파의 전파방향이 90°바뀌도록 직각으로 구부러진 3개의 분배관부(21b)를 갖고 있다. 상기, 전파방향이 90°바뀐 전자파는 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)으로 각각 분배된다.
또, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 단면형상은, 깊이방향의 길이(x1)가 폭방향의 길이(x2)보다도 긴 사각형상을 이루고 있다. 본 실시형태에서는, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 같은 크기로 형성되어 있다. 즉, 이 전자파 분배용 사각형 도파관(21)에서는, 각각 저면 및 상면이 전자파의 전계방향에 대해서 수직인 면(H면)이 되고, 서로 대향하는 한쌍의 측면이 전자파의 전계방향에 대해서 평행한 면(E면)이 된다.
또, 본 실시형태에서는, 3개의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 실질적으로 동일면상에 배치되어 있고, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 E면으로부터 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에 전자파가 분배되도록 되어 있다. 또한, 전자파 전송로(3)는 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 H면으로부터 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)이 분기되도록 구성해도 좋다.
전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 다음과 같이 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 결합되어 있다. 진공용기(4)의 뚜껑(12)에 설치된 요부(23)는 뚜껑(12)의 주면에도 개구되어 있다. 전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 뚜껑(12)의 주면의 개구를 통해서 각 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 연통되도록 되어 있다. 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 선단부와 뚜껑(12)의 주면(진공용기(4)의 외면)과의 사이는 O-링(27)에 의해서 기밀이 유지되고 있다.
이와 같이 상기 플라즈마 처리장치(1)에서는, 1대의 고주파전원(2)으로부터 전자파 분배용 사각형 도파관(21)을 통해서 복수(본 실시형태에서는 3개)의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에 전자파가 공급되도록 되어 있다. 따라서, 전자파 전송로(3)의 전역에서 주파수를 동일하게 할 수 있기 때문에, 균일한 에너지 밀도를 방사하는 안테나(슬롯판(14))를 설계하기 쉽다.
또, 진공용기(4)의 벽중의 서로 이웃하는 슬롯(15a)의 사이에 대응하는 영역에는 냉각기구로서의 냉각관(28)이 설치되어 있다. 상기 냉각관(28)중에는 냉매로서의 냉각액이 순환되어진다. 이와 같이 함으로써, 플라즈마의 발생을 막지 않고, 상기 냉매에 의해 전자파 전송로(3)(전자파 방사용 사각형 도파관(22))를 효율적으로 냉각할 수 있다.
이상과 같이, 상기 플라즈마 처리장치(1)에 의하면, 진공용기(4)의 벽으로서의 뚜껑(12)이 전자파를 전송하는 전자파 전송로(3)의 적어도 일부인 전자파 방사용 사각형 도파관(22)을 가지고 있기 때문에, 구조를 간략화시킬 수 있음과 동시에, 각모양의 기판이나 대면적의 기판과 같은 피처리체(5)라도 양호하게 플라즈마 처리를 할 수 있다.
또, 상기 플라즈마 처리장치(1)에 의하면, 전자파 투과창을 생략할 수 있음과 동시에, 진공용기(4)의 진공을 유지하기 위한 씨일 장소를 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 진공용기(4)를 연결시키는 연결부분과, 뚜껑(12)과 용기본체(11)를 연결시키는 연결부분의 2곳으로 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 진공용기(4)에 전자파 투과창을 설치한 플라즈마 처리용기와 비교해서 간단한 구조로 할 수 있음과 동시에, 싼 가격으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2실시형태를, 도 5 내지 도 8을 참조해서 설명하겠다.
본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)에서는, 전자파 전송로(3)내의 진공용기(4)내에 위치하는 영역, 즉, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 전자파 전송로용 유전체부재(31)를 설치하고 있다. 전자파 전송로용 유전체부재(31)는 예를 들면, 석영, 알루미나, 탄화플루오르 수지 등에 의해서 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는 전자파 전송로용 유전체부재(31)를 석영에 의해서 형성하고 있다.
전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 전자파 전송용 유전체부재(31)를 설치하는 경우, 도 8a 및 도 8b에 나타낸 것과 같이, 미리 전자파 전송용 유전체부재(31)를 형성해 두고, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 끼워넣음으로써 실현할 수 있다. 그 후, 슬롯판(14) 및 피복용 유전체부재(16)를 이 순서로 뚜껑(12)의 내면에 적층시켜, 고정구(26)으로 뚜껑(12)에 고정하면 된다. 본 실시형태에서는, 슬롯판(14) 및 피복용 유전체부재(16)를 유전체부재로 이루어지는 고정구(예를 들면, 수나사)(26)에 의해서 진공용기(4)의 뚜껑(12)에 고정하도록 하고 있다.
그런데, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내를 전자파 전송료용 유전체부재(31)로 채울 경우, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 사이즈(내단면 수치)는, 전자파 전송로용 유전체부재(31)중에서 전자파의 주파수가 사각형 도파관내의 기본모드로 전송할 수 있는 사이즈로 할 필요가 있다. 다시 말하면, 본 실시형태의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)은 공기중에서 전자파의 주파수가 사각형 도파관내의 기본모드로 전송할 수 있는 사이즈로 형성된 사각형 도파관의 내단면 치수(장경 및 단경)를 전자파 전송로(3)내의 유전체부재(31)의 유전율의 제곱근으로 나눈 사이즈로 할 필요가 있다. 구체적으로는 석영은 유전율(ε)이 약 4이기 때문에, 본 실시형태의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)은 공기중에서 전자파의 주파수가 사각형 도파관내의 기본모드로 전송할 수 있는 사이즈로 형성된 사각형 도파관에 대해서 장경 및 단경을 각각 약 1/2의 길이로 할 필요가 있다.
한편, 전자파 분배용의 사각형 도파관(21)은 공기로 채워져 있기 때문에, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 관본체(21a)는 공기중에서 전자파의 주파수가 사각형 도파관내의 기본모드로 전송할 수 있는 사이즈(제1실시형태의 관본체(21a)의 사이즈와 같음)로 할 필요가 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)에서는, 3개의 분배관부(21b)에 테이퍼를 설치함으로써 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 전자파 방사용 사각형 도파관(22)을 접속하도록 하고 있다.
또, 이 플라즈마 처리장치(1)에서는, 전자파 전송로(3)내, 예를 들면, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 분배관부(21b)내에 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)를 설치하고, 상기 유전체부재(32)에 의해서 진공용기(4)의 기밀이 유지되도록 구성되어 있다. 또한, 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)는 전자파 전송로(3)내라면 좋고, 예를 들면, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 설치해도 좋다. 또, 이 경우, 상기 유전체부재(31)에 그 기능을 겸하게 해도 좋다.
전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)와의 간격은 1mm가 되도록 설정되어 있다. 또, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내면과 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)와의 사이는 O-링(33)에 의해서 기밀이 유지되고 있다. 전자파는 상기 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)를 통해서 진공용기(4)의 외부로부터 진공용기(4)내로 도입된다. 또한, 본 실시형태에서는, 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)와 전자파 전송로(3)내의 유전체부재(31)를 일체성형물로 하고 있다. 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 상기 유전체부재(32)와 전자파 전송로(3)내의 유전체부재(31)와는 별체로 해도 좋다. 다른 구성은, 도시하지 않은 부분을 포함해서 상술한 제1실시형태와 같기 때문에, 중복되는 설명은 도에 동일한 부호를 붙이고 생략하겠다.
상기 플라즈마 처리장치(1)를 이용하면, 예를 들면, 표면파 플라즈마 조건하에서 피처리체(5)를 플라즈마산화할 수 있다. 또, 상기 플라즈마 처리장치(1)를 이용하면, 예를 들면, 표면파 플라즈마 조건하에서 피처리체(5)에 플라즈마성막할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리장치(1)를 이용하면, 표면파 플라즈마 조건하에서 피처리체(5)를 플라즈마에칭할 수 있다. 또, 상기 플라즈마 처리장치(1)를 이용하면, 플라즈마 산화와 플라즈마CVD법에 의한 성막을 진공을 깨뜨리지 않고 연속해서 행할 수 있다. 이하, 피처리체(5)의 플라즈마 처리방법의 일례로서 플라즈마산화와 플라즈마CVD법에 의한 성막을 진공을 깨뜨리지 않고 행하는 플라즈마 처리방법에 대해서 설명하겠다.
피처리체(5)로서 예를 들면, 실리콘기판을 의미한다. 피처리체(5)를 진공용기(4)내의 지지대(17)상에 설치한다. 진공배기 시스템을 이동시켜, 진공용기(4)(처리실(4a))내 공기를 배출한다. 그 후, 제1가스를 가스도입구(18)를 통해서 진공용기(4)의 내부에 공급한다. 제1가스로서는 예를 들면, 산소가스 또는 산소와 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논 중의 적어도 1종을 포함하는 희가스와의 혼합가스를 이용한다. 본 실시형태에서는 제1가스로서 산소가스를 채용함과 동시에, 산소가스가 400SCCM, 전체압력이 20Pa가 되도록 상기 가스를 진공용기(4)내로 공급하고 있다.
진공용기(4)내의 가스압이 소정가스압에 이른 후, 전자파의 조사를 개시한다. 전자파 전송로(3)를 통해서 슬롯(15a)에 전해진 전자파는 각 슬롯(15a)을 통해 진공용기(4)내로 방사된다.
진공용기(4)내로 방사된 전자파는 제1가스로서의 산소가스를 여기시킨다. 피복용 유전체부재(16)근방의 플라즈마내의 전자밀도가 어느정도까지 증가하면, 전자파는 플라즈마내를 전파될 수 없게 되어 플라즈마내에서 감쇠된다. 따라서, 피복용 유전체부재(16)로부터 떨어진 영역에는 전자파가 닿지 않게 되어 피복용 유전체부재(16)근방에 표면파 플라즈마가 생긴다.
표면파 플라즈마가 생기고 있는 상태에서는 피복용 유전체부재(16)근방에서 높은 전자밀도가 달성되기 때문에, 그에 따라 고밀도의 산소원자활성종이 발생한다. 상기 고밀도의 산소원자활성종이 피처리체(5)까지 확산되고, 효율적으로 피처리체(5)를 산화한다. 이것에 의해 피처리체(5)의 표면에 제1 절연막이 생성된다. 또한, 표면파 플라즈마가 생기고 있는 상태에서는, 피처리체(5)의 표면근방에서의 전자온도는 낮기(전자에너지가 낮다)때문에, 피처리체(5)의 표면근방의 시스전계도 또 약하다. 따라서, 피처리체(5)로의 이온입사에너지가 저감되기 때문에, 산화처리중에서의 피처리체(5)의 이온손상은 억제된다.
또한, 가스도입구(18)로부터 제2가스를 진공용기(4)내로 공급한다. 제2가스로서는, 예를 들면, 유기규소화합물(테트라알콕시실란, 비닐알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 페닐트리알콕시실란, 폴리메틸디실록산, 폴리메틸사이클로테트라실록산 등) 또는 유기금속화합물(트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 테트라프로폭시지르코늄, 펜타에톡시탄탈륨, 테트라프로폭시하프늄 등)을 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제1가스로서 계속해서 산소가스를 이용함과 동시에, 제2가스로서 테트라알콕시실란의 1종인 테트라에톡시실란 가스를 이용하고 있다. 그리고, 제1가스로서의 산소가스가 400SCCM, 제2가스로서의 테트라에톡시실란 가스가 10SCCM, 전체압력이 20Pa가 되도록 이 가스들을 진공용기(4)내에 공급한다.
제1가스로부터 생성된 산소 래디컬은 제2가스로서의 테트라에톡시실란과 반응한다. 이것에 의해 테트라에톡시실란의 분해는 촉진되고, 피처리체(5)의 표면에 산화규소가 퇴적된다. 이것에 의해 제1 절연막상에 제2 절연막(CVD에 의해 형성된 산화규소막)이 형성된다. 이상에 의해서 피처리체(5)에 대한 절연막 성형이 완료된다. 이 플라즈마 처리방법에 의하면 피처리체(5)에 산화처리를 실시한 후, 대기에 노출되지 않고, 성막처리를 행할 수 있다. 따라서, 피처리체와 막과의 계면을 오염이 적은 양호한 계면으로 할 수 있음과 동시에, 피처리체(5)에 품질이 양호한 CVD막을 형성할 수 있다.
이상과 같이, 상기 플라즈마 처리장치(1)에 의하면, 제1실시형태와 같이, 진공용기(4)의 벽으로서의 뚜껑(12)이 전자파를 전송하는 전자파 전송로(3)의 적어도 일부인 전자파 방사용 사각형 도파관(22)을 가지고 있기 때문에, 구조를 단순환시킬 수 있음과 동시에, 사각형 기판이나 대면적 기판과 같은 피처리체(5)라도 양호하게 플라즈마 처리할 수 있다.
또, 상기 플라즈마 처리장치(1)에 의하면, 전자파 투과창을 생략할 수 있음과 동시에, 진공용기(4)의 진공을 유지하기 위한 씨일부분을, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 진공용기(4)를 연결시키는 연결부분과, 뚜껑(12)과 용기본체(11)를 연결시키는 연결부분의 2곳으로 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이, 진공용기(4)에 전자파 투과창을 설치한 플라즈마 처리용기와 비교해서 단순한 구조로 할 수 있음과 동시에, 싼 가격으로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)에 의하면, 피처리체(5)를 표면파 플라즈마에 의해서 플라즈마 처리할 수 있다. 또, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)이 전자파 전송로용 유전체부재(31)를 가지고 있기 때문에, 전자파 전송로(3)내에 진공용기(4)에서 생성된 플라즈마가 침입하는 것을 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 제3실시형태를 도 9 및 도 10을 참조해서 설명하겠다.
본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)에서는, 전자파 전송로(3)내의 진공용기(4)내에 위치하는 영역, 즉 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 전자파 전송로용 유전체부재(31)를 설치하고 있다. 전자파 전송로용 유전체부재(31)는, 예를 들면, 석영, 알루미나, 탄화플루오르 수지등에 의해서 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 전자파 전송로용 유전체부재(31)를 탄화플루오르 수지에 의해서 형성하고 있다. 탄화플루오르 수지는 석영보다도 가볍기(비중이 작다)때문에, 전자파 전송로용 유전체부재(31)를 탄화플루오르 수지에 의해서 형성함으로써 플라즈마 처리장치(1)를 경량화할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태에서는, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내를 탄화플루오르 수지로 채우도록 하고 있다. 탄화플루오르 수지는 석영보다도 유전율이 작기 때문에, 제2실시형태만큼은 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 사이즈를 작게할 필요는 없다. 따라서, 본 실시형태에서는, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내단면 치수와 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내단면 치수를 동일 치수로 하고 있다.
또한, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 슬롯(15a)와의 계면 및 슬롯(15a)와 유전체부재(16)와의 계면에서의 전자파의 반사를 억제하기 위해서 각 슬롯(15a)내에 유전체부재(34)를 설치하고 있다. 유전체부재(34)는 예를 들면, 석영, 알루미나, 탄화플루오르 수지 등에 의해서 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 유전체부재(34)를 탄화플루오르 수지에 의해서 형성하고 있다. 또한, 피복용 유전체부재(16)를 석영으로 형성하는 경우, 슬롯(15a)과 유전체부재(16)와의 계면에서 약간의 전자파 반사가 일어난다. 그러나, 슬롯용 유전체부재(34)를 생략한 경우(슬롯(15a)내가 공기로 차있는 상태)와 비교하면, 슬롯용 유전체부재(34)를 설치함으로써 슬롯(15a)과 유전체부재(16)와의 계면에서의 반사를 저감할 수 있다.
전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 유전체부재(31)를 설치하는 경우, 제2 실시형태와 같이, 미리 유전체부재(31)를 형성해 두고, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 밀어넣음으로써 실현할 수 있다. 그 후, 슬롯(15a)에 유전체부재(34)를 밀어넣은 슬롯판(14) 및 피복용 유전체부재(16)를 이 순서로 뚜껑(12)의 내면에 적층시키고, 고정구(26)로 뚜껑(12)에 고정하면 좋다. 본 실시형태에서는 슬롯판(14) 및 피복용 유전체부재(16)를 유전체재료로 이루어지는 고정구(26)에 의해서 진공용기(4)의 뚜껑(12)에 고정하도록 하고 있다.
또한 전자파 전송로(3)내의 유전체부재(31)와 슬롯내의 유전체부재(34)가 일체로 구성되도록 해도 된다. 이 경우, 슬롯(15a)에 하나 하나씩 유전체부재(34)를 밀어넣는 수고를 덜 수 있다. 또, 전자파 전송로(3)내의 유전체부재(31)와, 슬롯내의 유전체부재(34)와, 피복용 유전체부재(16)가 일체로 구성되도록 해도 된다.
또, 상기 플라즈마 처리장치(1)에서는, 전자파 전송로(3)내, 예를 들면, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 분배관부(21b)내에 전자파 전송로용 유전체부재(31)와는 별체의 진공용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)를 설치하고, 상기 유전체부재(32)에 의해서 진공용기(4)의 기밀이 유지되도록 구성하고 있다. 상기 유전체부재(32)는 예를 들면, 석영, 탄화플루오르 수지 또는 알루미나 등으로 할 수 있다. 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내면과 기밀용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)와의 사이는 O-링(33)에 의해서 기밀이 유지되고 있다.
또한, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)를 이용해도 제2실시형태에서 설명한 것과 같은 표면파 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리방법을 실현할 수 있다. 다른 구성은, 도시하지 않은 부분을 포함해서 상술한 제2실시형태와 같기 때문에, 중첩되는 설명은 도에 동일부호를 붙여서 생략하겠다.
이상과 같이, 상기 플라즈마 처리장치(1)에 의하면, 제1실시형태와 같이, 진공용기(4)의 벽으로서의 뚜껑(12)이 전자파를 전송하는 전자파 전송로(3)의 적어도 일부인 전자파 방사용 사각형 도파관(22)을 갖고 있다. 따라서, 구조를 간략화시킬 수 있음과 동시에, 사각형 기판이나 대면적 기판과 같은 피처리체(5)라도 양호하게 플라즈마처리할 수 있다.
또, 상기 플라즈마 처리장치(1)에 의하면, 전자파 투과창을 생략할 수 있음과 동시에, 진공용기(4)의 진공을 유지하기 위한 씨일부분을 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 진공용기(4)를 연결시키는 연결부분과, 뚜껑(12)과 용기본체(11)를 연결시키는 연결부분의 2군데로 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 진공용기(4)에 전자파 투과창을 설치한 플라즈마 처리용기와 비교해서 단순한 구조로 할 수 있음과 동시에 싼 가격으로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)에 의하면 피처리체(5)를 표면파 플라즈마에 의해서 플라즈마 처리할 수 있다.
또, 슬롯(15a)내에 유전체부재(34)를 설치하고 있기 때문에, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 슬롯(15a)과의 계면에서의 전자파 반사 및 슬롯(15a)과 피복용 유전체부재(16)와의 계면에서의 전자파 반사를 억제할 수 있다.
또, 전자파 전송로(3)내의 유전체부재(31), 슬롯내의 유전체부재(34), 피복용 유전체부재(16) 및 처리용기로서의 기밀용기(4)를 기밀로 유지하기 위한 유전체부재(32)를 형성하는 유전체재료는 석영, 탄화플루오르 수지, 알루미나 등에 한정되는 것이 아니라, 각종 유전체재료를 이용할 수 있다.
예를 들면, 유전체재료로는 다공성 재료를 이용할 수 있다. 이들의 예로는 다공성유리나 다공성 세라믹과 같은 내부에 많은 미소공을 가지는 무기질 다공성재료, 및 아크릴수지, 에폭시수지, 및 탄화플루오르 수지와 같은 유기수지에 많은 미소공을 가지는 유기질 다공성 재료를 포함한다. 이러한 다공성 재료는 외부에서의 압축이나 인장에 대하여 어느 정도의 가요성을 가지기 때문에 갭이 없이도 사용이 적당하다. 또한, 다공성 재료는 밀도가 작기 때문에 장치 전체를 경량으로 할 수 있다. 그리고, 통상의 유전체 재료보다 유전율이 작기 때문에 대기중에서 다공성 재료로의 굴절율 또는 다공성 재료에서 진공중으로의 굴절율에 큰 변화가 없어 만족스러운 전자파 전파특성을 나타낸다.
이하, 본 발명의 제4실시형태를, 도 14 내지 도 18을 참조해서 설명하겠다.
본 실시형태의 플라즈마 처리장치(101)는 발진기로서의 고주파전원(2)에서 발진되고, 전자파 전송기구(103)에 의해서 전송되며, 전자파 방사부로서의 슬롯판(14)이 갖는 슬롯(15a)에 의해 처리용기로서의 진공용기(4)내에 방사된 전자파에 의해서 상기 진공용기(4)내에 플라즈마를 생성시키고, 상기 플라즈마에 의해서 피처리체(5)에 플라즈마처리를 행하는 것이다.
도 15 및 도 16에 나타내는 것과 같이, 상기 진공용기(4)는 용기본체(11)와 뚜껑(12)을 구비하고 있다. 용기본체(11)는 저벽(11a) 및 주벽(11b)을 갖고 윗쪽으로 개구되어 있다. 뚜껑(12)은 용기본체(11)가 갖는 상기 개구를 폐색하도록 상기 용기본체(11)를 위쪽에서부터 덮고 있다. 즉, 진공용기(4)는 벽으로서 용기본체(11)의 저벽(11a) 및 주벽(11b)과 뚜껑(12)을 갖고 있다. 용기본체(11)와 뚜껑(12)과의 사이는 O-링(13)에 의해서 기밀이 유지되어 있다.
상기 진공용기(4)는 내부에 피처리체(5)를 플라즈마 처리하기 위한 처리실(4a)을 갖고 있다. 처리실(4a)은 진공용기(4)가 갖는 벽들에 의해서 규정되어 있다. 다시 말하면, 처리실(4a)은 용기본체(11)의 저벽(11a)의 내면 및 주벽(11b)의 내면과, 뚜껑(12)의 내면에 의해 규정되어 있다.
진공용기(4)는 처리실(4a)내를 진공상태 또는 그 근방까지 감압할 수 있는 강도로 형성되어 있다. 진공용기(4)를 형성하는 재료로서는 예를 들면, 알루미늄 등의 금속재료를 이용할 수 있다. 처리실(4a)내에는 후술하는 것과 같이, 전자파 방사부로서의 금속제 슬롯판(14)과, 상기 슬롯판(14)을 덮는 피복용 유전체부재(16)가 설치되어 있다. 또, 진공용기(4)의 처리실(4a)내에는 피처리체(5)를 지지하는 지지대(17)가 설치되어 있다.
진공용기(4)는 처리실(4a)내에 프로세스가스를 도입하기 위한 가스도입구(18)와, 처리실(4a)내의 가스를 배기하기 위한 가스배기구(19)를 가지고 있다. 또, 처리실(4a)내는 가스배기구(19)를 통해서 진공배기 시스템(도시하지 않음)과 연통되어 있다. 진공배기 시스템으로서는 예를 들면, 터보분자 펌프를 이용할 수 있다. 따라서, 상기 진공배기 시스템을 가동시킴으로써 처리실(4a)내를 소정의 진공도에 달할때까지 배기할 수 있다.
상기 전자파 전송기구(103)는, 전자파를 전송하기 위한 것이며, 제1전자파 전송로(103a), 제2전자파 전송로(103b) 및 제1전자파 전송로(103a)와 제2전자파 전송로(103b)를 연결하는 1개 이상 예를 들면, 3개의 제3전자파 전송로(103c)등을 갖고 있다. 제1전자파 전송로(103a)는 예를 들면, 1개의 사각형 도파관(21)을 갖고 있다. 이하, 상기 사각형 도파관(21)을 전자파 분배용 사각형 도파관이라고 한다. 전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 진공용기(4)의 뚜껑(12)과 연결되고, 진공용기(4)의 벽과 일체로 구성되어 있다. 한편, 제2전자파 전송로(103b)는 1개 이상 예를 들면, 3개의 사각형 도파관(22)을 갖고 있다. 이하, 상기 사각형 도파관(22)들을 전자파 방사용 사각형 도파관이라고 한다.
여기서, 전자파 방사용 사각형 도파관(22), 슬롯판(14) 및 피복용 유전체부재(16)에 대해서 설명하겠다.
진공용기(4)의 벽들 중의 처리실(4a)을 규정하는 벽, 예를 들면, 뚜껑(12)은 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 일부를 갖고 있다. 즉, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 일부와 진공용기(4)를 구성하는 벽이 일체로 되어 있다. 다시 말하면, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 관벽도체의 일부는 진공용기(4)를 구성하는 벽을 겸하고 있다.
자세히는, 뚜껑(12)의 내면은 3개의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 각각의 일부가 되는 3개의 홈상요부(23)를 갖고 있다. 상기 요부(23)들은 슬롯판(14)에 의해서 처리실(4a)측으로부터 덮혀져 있다. 이와 같이 함으로써 3개의 요부(23)를 규정하는 벽면과 슬롯판(14)에 의해서 둘러싸이는 3개의 공간에 의해서 3개의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)이 구성된다.
슬롯판(14)은 금속제의 판재에 의해서 형성되어 있고, 전자파를 처리실(4a)내로 방사하는 복수의 슬롯(15a)을 갖고 있다. 상기 슬롯(15a)들은 요부(23)와 대응하는 위치에 형성되어 있다. 자세히는, 슬롯(15a)은 격자모양, 즉 서로 평행한 한쌍의 가상선상에 서로 번갈아 배치됨으로써 1개의 슬롯군(15)을 이루고 있다. 1개의 슬롯군(15)중에는, 슬롯(15)들의 종방향의 피치 및 횡방향의 피치는 거의 균일하다. 슬롯판(14)에는 3개의 슬롯군(15)이 3개의 요부(23)에 각각 대응하도록 설치되어 있다.
또, 처리실(4a)내에는 상기 슬롯판(14)을 덮도록 피복용 유전체부재(16)가 설치되어 있다. 피복용 도전체부재(16)는 예를 들면, 석영, 알루미늄 및 불화수지 등의 유전체 재료에 의해서 형성할 수 있다. 또한, 전자파가 피복용 유전체부재(16)의 두께방향으로 전파하는 것을 억제하기 위해서, 피복용 유전체부재(16)는 상기 피복용 유전체부재(16)내에서의 전자파 파장의 1/4보다도 작게 설정하는 것이 바람직하다.
전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 슬롯(15a)과의 계면 및 슬롯(15a)과 피복용 유전체부재(16)와의 계면에서의 전자파의 반사를 억제하기 위해서는 슬롯(15a)내에 유전체부재를 설치하는 것이 바람직하다. 슬롯내에 설치하는 유전체부재는 예를 들면, 석영, 알루미늄, 탄화플루오르 수지 등에 의해서 형성할 수 있다.
도 15 및 도 16에 나타낸 것과 같이, 슬롯판(14)과 피복용 유전체부재(16)는 진공용기(4)의 뚜껑(12)에 그 내면측으로부터 고정구(26)로서의 수나사에 의해서 나사조임되어 있다. 또한, 고정구(26)는 유전체재료에 의해서 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 고정구(26)로서 금속제인 것을 이용하는 경우, 고정구(26)를 처리실(4a)에 노출시킨 상태인채로 하면, 상기 고정구(26)의 노출부 근방에서 전자파가 교란되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 고정구(26)로서 금속재인 것을 이용할 경우에는, 그 노출부를 유전체재료로 이루어지는 캡 등에 의해서 덮어 감추도록 하면 좋다. 이와 같이 함으로써, 금속제의 고정구(26)의 노출부 근방에서 생기는 전자파 교란을 억제할 수 있다.
더욱이, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 간격(d)(도 14 참조)은 플라즈마의 확산정도를 고려해서 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 프로세스가스의 압력이 낮을수록, 입자는 멀리까지 확산된다. 플라즈마 처리장치는, 프로세스가스의 압력은 대략 1Pa 이상으로 하는 것이 일반적이다. 프로세스가스의 압력이 1Pa 이상이 되는 경우에는, 50cm를 상한으로 하고, 또한 상정되는 프로세스가스의 압력에 대응하도록 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 간격(피치)(d)을 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 플라즈마가 확산되기 어려운 조건이라도, 처리실내에서 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한, 프로세스가스의 압력이 0.1Pa 이하가 되는 것과 같은 경우에는 플라즈마가 확산되기 쉽기 때문에, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 간격(d)은 50cm를 넘어도 된다.
전자파 방사용 사각형 도파관(22)은 그 간격(d)이 50cm 이하가 되도록 서로 평행하게 배열되어 배치되어 있다. 더 구체적으로는, 상기 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 위치는 상기 나타낸 수식(2)~(5) 같이 해서 설정하면 된다.
슬롯(15a)으로부터 제2전자파 전송로(103b)내로 플라즈마가 침입하는 것을 억제하기 위해서 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내부는 그 전면이 전자파 전송로용 유전체부재(31)로 채워져 있다. 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 설치하는 유전체부재(31)는 예를 들면, 석영, 알루미나 및 탄화플루오르 수지 등의 유전체재료에 의해서 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 유전체부재(31)를 석영에 의해서 형성하고 있다. 또한, 유전체부재(31)는 제2전자파 전송로(103b)의 일부에만 설치해도 좋다.
상기 유전체부재(31)들은 예를 들면, 이하와 같이 함으로써 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내부에 설치할 수 있다. 우선, 사각기둥상의 얇고 긴 유전체부재(31)를 미리 형성해 둔다. 각 요부(23)내에 유전체부재(31)를 각각 밀어넣는다. 그 후, 슬롯판(14) 및 피복용 유전체부재(16)를 이 순서로 뚜껑(12)의 내면에 적층시키고, 이것들을 고정구(26)로 뚜껑(12)에 고정한다. 이것에 의해, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 유전체부재(31)가 수용된다.
각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형(단면형상)은, 예를 들면, 도 15에 나타내는 것과 같이, 깊이방향의 길이(x1)가 폭방향의 길이(x2)보다도 짧은 횡장사각형상을 이루고 있다. 즉, 이와 같이 형성된 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에서는, 각각 요부(23)의 저면 및 슬롯판(14)의 상면이 전자파의 전계방향에 대해서 수직인 면(H면)이 되고, 요부(23)의 저면으로부터 아래방향으로 수직으로 서는 면이 전자파의 전계방향에 대해서 평행한 면(E면)이 된다. 즉, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)에서는, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 H면에 대응하는 영역에 슬롯(15a)이 설치되어 있다.
또한, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형(단면형상)은 깊이방향의 길이(x1)가 폭방향의 길이(x2)보다도 긴 종장 사각형상을 이루도록 해도 좋다. 이와 같이 형성된 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에서는 각각 요부(23)의 저면 및 슬롯판(14)의 상면이 전자파의 전계방향에 대해서 평행한 E면이 되고, 요부(23)의 저면으로부터 아래방향으로 수직으로 서는 면이 전자파의 전계방향에 대해서 수직인 H면이 된다. 따라서, 이와 같이 함으로써 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 E면에 대응하는 영역에 슬롯(15a)이 설치된 플라즈마 처리장치를 얻을 수 있다.
다음으로, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)에 대해서 설명하겠다.
전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 진공용기(4)의 외부에 설치되어 있다. 상기 전자파 분배용 사각형 도파관(21)은 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 직교하는 방향으로 연장되는 관본체(21a)와, 상기 관본체(21a)로부터 전자파의 전파방향이 90°바뀌도록 직각으로 구부러진 3개의 분배관부(21b)를 갖고 있고, 전파방향이 90°바뀐 전자파를 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)으로 각각 분배하도록 형성되어 있다. 또한, 각 분배관부(21b)의 선단부(전자파의 전송측의 단부)에는 플랜지(21c)가 설치되어 있다(도 17 참조).
또, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내형(단면형상)은 깊이방향의 길이(y1)가 폭방향의 길이(y2)보다도 짧은 사각형상을 이루고 있다. 따라서, 상기 전자파 분배용 사각형 도파관(21)에서는 저면 및 상면이 전자파의 전계방향에 대해서 수직인 면(H면)이 되고, 서로 대향하는 한쌍의 측면이 전자파의 전계방향에 대해서 평행한 면(E면)이 된다.
또한, 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형(단면형상)을 깊이방향의 길이(x1)가 폭방향의 길이(x2)보다도 긴 종장 사각형상으로 하는 경우, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내형(단면형상)도 또, 깊이방향의 길이(y1)가 폭방향의 길이(y2)보다도 긴 종장 사각형상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 전자파 분배용 사각형 도파관(21)에서는 저면 및 상면이 전자파의 전계방향에 대해서 평행한 E면이 되고, 서로 대향하는 한쌍의 측면이 전자파의 전계방향에 대해서 수직인 H면이 된다.
전자파 전송기구(103)는 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 중심축선과 3개의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 중심축선이 실질적으로 동일면상에 위치하고, 또한 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 E면으로부터 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에 전자파가 분배되도록 구성되어 있다. 또한, 전자파 전송기구(103)는 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 H면으로부터 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)이 분기되도록 구성해도 좋다.
또한, 상기 전자파 전송기구(103)에서는, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내형 치수 및 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형 치수가 각각 사각형 도파관내의 기본모드만이 전송되는 사이즈가 되도록 설정되어 있다. 이와 같이, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내형 치수 및 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형 치수를 사각형 도파관내의 기본모드만 전해지는 크기로 함으로써 플라즈마를 발생시키기 위한 전자파가 전자파 전송기구(3)내에서 전파손실되는 양을 저감시킬 수 있다.
더욱이, 사각형 도파관내의 기본모드만 전해지는 사이즈로 하기 위해서는, 사각형 도파관의 관내유전율을 ε, 사각형 도파관의 내형 치수의 장경을 a, 전자파의 파장 λ으로 했을 때,
(λ/ε0.5)<2a …(1)
의 조건을 만족하도록 설계함으로써 실현할 수 있다. 상술한 것과 같이, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)내는, 공기(ε=1)로 채워져 있고, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내는 유전체부재(31)(석영, ε=3.8)에 의해서 채워져 있다.
따라서, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형 치수(단경x1 및 장경x2)는 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 내형 치수(장경y1 및 단경y2)를 유전체부재(31)의 유전율(ε)의 제곱근으로 나눈 사이즈로 할 필요가 있다. 구체적으로는 석영은 유전율(ε)이 약 4이기 때문에, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 단경(x1) 및 장경(x2)은 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 장경(y1) 및 단경(y2)을 각각 약1/2배 한 길이로 할 필요가 있다.
그 때문에, 플라즈마 처리장치(101)에서는, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 전자파 방사용 사각형 도파관(22)이 전자파의 전송측을 향함에 따라서 내형 치수가 작아지도록 형성된 중공의 제3전자파 전송로(103c)를 통해서 접속되도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 도 14에 나타낸 것과 같이, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 각 분배관부(21b)와 각 전자파 방사용 사각형 도파관(21)이 각각 접속부재(50)를 갖는 제3전자파 전송로(103c)에 의해서 접속되도록 구성되어 있다.
이하, 도 17 및 도 18을 참조해서 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 각 분배관부(21b)와 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 접속기구에 대해서 설명하겠다.
진공용기(4)의 뚜껑(12)에 설치된 요부(23)는 뚜껑(12)의 주벽측에도 개구되어 있다. 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 각 분배관부(21b)는 제3전자파 전송로(103c) 및 뚜껑(12)의 주벽의 개구를 통해서 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)과 각각 연통되도록 되어 있다. 또한, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)내에 설치된 유전체부재(31)는 뚜껑(12)의 주벽의 개구단까지 연장되어 있다.
각 제3전자파 전송로(103c)는 각각 봉지부재(41)와 일체로 형성된 쐐기형상의 유전체부재(42)와, 접속부재(50)와, 제1플랜지(51)와, 제2플랜지(52)와, 제3플랜지(53)와, 제1 O-링(54)과, 제2 O-링(55)을 갖고 있다.
봉지부재(41) 및 쐐기형상의 유전체부재(42)는 예를 들면, 석영, 알루미나 및 탄화플루오르 수지 등의 유전체재료에 의해서 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 봉지부재(41) 및 쐐기형상의 유전체부재(42)는 제2 전자파 전송로(3b)내에 설치한 유전체부재(31)와 동일하게 석영으로 형성하고 있다.
도 18에 나타낸 것과 같이, 쐐기형상의 유전체부재(42)는 전자파의 전송측을 향해서 넓어지는 것과 같은 측면 약 이등변삼각형상의 쐐기모양으로 형성되어 있다. 쐐기형상의 유전체부재(42)의 상기 전송방향을 따르는 길이(m1)는 고주파전원(2)에서 발생한 전자파의 진공중에서의 파장보다도 길어지도록 설정되어 있다. 따라서, 상기 플라즈마 처리장치(101)에서는, 도 17에 나타낸 것과 같이, 제1 전자파 전송로(103a)의 상기 전송측의 단부와 제2전자파 전송로(103b)의 상기 전송측과는 반대측의 단부와의 사이의 거리(n)가 주파수전원(2)에서 발생한 전자파의 진공중에서의 파장보다도 길어져 있다. 또, 도 18에 나타낸 것과 같이, 쐐기형상의 유전체부재(42)의 상측(42a)의 길이(m2)는 제2전자파 전송로(103b)를 갖는 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형의 장변(x2)의 길이와 실질적으로 같은 길이가 되도록 설정되어 있다.
도 17 및 도 18에 나타낸 것 같이, 쐐기형상의 유전체부재(42)의 상기 전송측의 단부에는 사각기둥상의 봉지부재(41)가 일체로 설치되어 있다. 상기 봉지부재(41)에는 그 주방향을 따라서 홈(41a)이 형성되어 있다. 또한, 봉지부재(41)는 제2전자파 전송로(103b)내(전자파 방사용 사각형 도파관(22))에 설치된 유전체부재(31)와 일체로 형성해도 좋다. 또한, 봉지부재(41), 쐐기형상의 유전체부재(42) 및 제2 전자파 전송로내의 유전체부재(31)를 모두 일체로 형성해도 좋다.
접속부재(50)로서는 예를 들면, 전자파의 전송측을 향함에 따라서 내형 치수가 작아지는 것과 같은 테이퍼를 갖는 대략 원추형상의 관을 이용할 수 있다. 접속부재(50)의 전자파의 전송측 단부의 내형 치수는 봉지부재(41)의 단면치수와 같은 크기로 형성되어 있다. 또, 접속부재(50)의 전자파의 전송측과는 반대측의 단부에는 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 분배관부(21b)의 선단부에 설치된 플랜지(21c)에 대응하는 플랜지(50a)가 설치되어 있다. 상기 플랜지(21c)와 상기 플랜지(50a)를 서로 고정함으로써, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 접속부재(50)는 서로 접속된다. 도 17에 나타내는 것과 같이, 플랜지(50a)를 제외하는 접속부재(50)의 상기 전송방향에 따른 길이(t)는 쐐기형상의 유전체부재(42)의 상기 전송방향을 따른 길이(m1)와 실질적으로 같은 길이가 되도록 설정되어 있다.
제1 내지 제3플랜지(51, 52, 53)는 봉지부재(41)의 단면치수와 대략 같은 크기의 관통공을 갖고 있다. 상기 제3 전자파 전송로(103c)에서는 제1 전자파 전송로(103a)측으로부터 접속부재(50), 제1 플랜지(51), 제2 플랜지(52), 제3 플랜지(53)의 순으로 서로 배열되어 배치되어 있다. 제1플랜지(51)는 접속부재(50)와 일체로 형성되어 있다. 또, 제1플랜지(51)의 상기 전송측의 단면은 요부(57)를 갖고 있음과 동시에 제2 플랜지(52)의 상기 전송측과는 반대측의 단면에는 상기 요부(57)와 끼워맞추는 철부(58)가 형성되어 있다. 상기 철부(58)를 상기 요부(57)에 끼워맞춤으로써 제2플랜지(52)는 제1플랜지(51)에 대해서 고정(위치결정)되어 있다. 또한, 제3 플랜지(53)의 상기 전송측의 단면에는 철부(59)가 형성되어 있음과 동시에, 뚜껑(12)의 주벽의 외면은 상기 철부(59)와 끼워맞추는 요부(60)를 갖고 있다. 상기 철부(59)를 상기 요부(60)에 끼워맞춤으로써 제3 플랜지(53)는 뚜껑(12)에 대해서 고정(위치결정)되어 있다. 또한, 제1플랜지(51), 제2 플랜지(52) 및 제3 플랜지(53)는 고정구로서의 나사(56)에 의해서 진공용기(4)의 뚜껑(12)에 나사조임되어 있다. 이와 같이 함으로써, 진공용기(4)와 접속부재(50)와는 플랜지(51~53)를 사이에 끼우고 서로 접속되어 있다. 또, 접속부재(50)와 제1 플랜지(51)와는 별체로 형성해도 좋다.
이 제3전자파 전송로(103c)에서는 봉지부재(41)가 제1 내지 제3플랜지(51~53)내에 배치되고, 상기 봉지부재(41)와 일체로 형성된 쐐기형상의 유전체부재(42)가 접속부재(50)내에 배치된다. 또, 봉지부재(41)의 상기 전송측의 단부는 제2 전자파 전송로(103b)내에 설치된 유전체부재(31)의 상기 전송측과는 반대측의 단부와 접촉되어 있다.
쐐기형상의 유전체부재(42)는 그 상측(42a)이 전자파 분배용 사각형 도파관(21)의 단부(분배관부(21b)의 상기 전송측의 선단부)근방에 위치하도록 배치되어 있다. 또, 쐐기형상의 유전체부재(42)는 그 상측(42a)이 제2 전자파 전송로(103b)가 갖는 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내형 치수의 장변(x2)방향과 실질적으로 평행해지도록 접속부재(50)내에 설치되어 있다.
제1 내지 제3플랜지(51~53)내에 설치된 봉지부재(41)는 홈(41a)를 따라서 설치된 제1 O-링(54)을 제2 및 제3 플랜지(52, 53)의 내벽면에 밀어붙임으로써, 제2 및 제3 플랜지(52, 53)와 봉지부재(41)와의 사이의 기밀을 유지하고 있다. 이와 같이 함으로써 진공용기(4)의 기밀을 유지할 수 있다.
또한, 접속부재(50), 제1플랜지(51), 제2플랜지(52) 및 제3플랜지(53)는 도전체재료에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 전자파 전송기구(103)(제2 및 제3플랜지 52, 53)와 봉지부재(41)와의 간격이 1mm를 넘으면, 전자파 전송기구(103)와 봉지부재(41)와의 사이에서 이상방전이 일어날 우려가 있다. 따라서, 제2 및 제3 플랜지(52, 53)와 봉지부재(41)와의 간격은 1mm이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또, 제1 내지 제3플랜지(51~53)의 내형을 봉지부재(41)의 내형(단면형상)과 실질적으로 일치시킴으로써 제1 내지 제3플랜지(51~53)의 내부를 틈없는 유전체재료(봉지부재(41))로 채울 수 있다. 즉, 제1 내지 제3플랜지(51~53)의 내부는 유전체재료가 내장된 사각형 도파관이 되고, 그 내부에서는 전자파의 반사를 실질적으로 제로로 할 수 있다. 또, 제2 및 제3플랜지(52, 53)와 제1 O-링(54)의 홈과의 사이에서 생기는 반사는 홈(41a)을 얕게 함으로써 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(1)에서는 뚜껑(12)의 주벽의 외면에 제3 플랜지(53)의 단면에 대향하는 링상의 홈(61)을 설치함과 동시에, 상기 홈(61)에 제2 O-링(55)을 설치함으로써 제3전자파 전송로(103c)의 제3플랜지(53)와 진공용기(4)의 뚜껑(12)간의 기밀을 유지하도록 하고 있다.
제5실시형태는 도 19에 도시되어 있다. 봉지부재(41)는 사각기둥 모양을 갖는 봉지부재일 필요는 없고, 원주형 봉지부재(43)라도 된다. 원주형 봉지부재(41)를 사용한다면, 제1 내지 제3플랜지(51~53)내에 원통형 도파관을 사용해도 된다. 상기 원통형 도파관은 동축상에 배열된 스크류들(56)에 의해 하나로 결합될 수 있기 때문에, 사각형 도파관과 비교해 볼때, 만족한 기밀을 구현할 수 잇다. 연결부재(50)내에서는, 내부수치가 줄어든 테이퍼진 대략 원뿔형 관이 사용된다. 이 경우, 원통형 도파관을 서로 연결하면, 전자파 전파의 매칭이 쇠퇴하지 않으면서, 반사는 감소되어, 만족한 전자파 전파를 구현할 수 있다. 상기 봉지부재(43)는 봉지부재(43)와 일체로 형성된 쐐기형상의 유전체부재(44)를 갖는다. 더욱이, 상기 선단의 유전체부재(44)는 측면이 쐐기형상의 전자파 전송측을 향해 확개된 대략 이등변 삼각형상을 갖는 쐐기형상으로 이루어진다. 도 20은 원통형에서 사각형 도파관으로의 모드변환의 일예를 보여주는 사시도이다.
각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)은 상기 사각형 도파관(22)들에 전자파를 분배하기 위한 전자파 분배용 사각형 도파관(21)을 통해서 고주파전원(2)과 결합되어 있다. 고주파전원(2)으로서는, 예를 들면, 주파수가 10MHz~25GHz의 전자파를 전자파 전송기구(103)에 공급하는 것을 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 고주파전원(2)으로서 주파수가 2.45GHz±50MHz의 주파수를 전자파 전송기구(103)로 공급하는 1대의 마이크로파원을 채용하고 있다. 주파수가 2.45GHz의 고주파전원(2)은 양산되고 있으며, 값이 싸고, 종류도 풍부하므로 바람직하다.
이와 같이, 상기 플라즈마 처리장치(101)에서는 1대의 고주파전원(2)으로부터 전자파 분배용 사각형 도파관(21)을 통해서 복수(본 실시형태에서는 3개)의 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에 전자파가 공급되도록 되어 있다. 이와 같이 해서 전자파 방사용 사각형 도파관(22)에 투입된 전자파는 슬롯(15a)으로부터 진공용기(4)내로 방사된다. 또한, 방사되지 않고 남은 전자파는 최종적으로 제3 플랜지(53)에서 반사되어 돌아올 때 다시 슬롯(15a)을 통해서 진공용기(4)내로 방사된다.
따라서, 전자파 전송기구(103)의 전역에서 주파수를 동일하게 할 수 있으므로 균일한 에너지밀도를 방사하는 것과 같은 전자파 방사부(슬롯판(14))를 설계하기 쉽다.
또, 진공용기(4)의 벽중의 서로 이웃하는 슬롯(15a)의 사이에 대응하는 영역에는 냉각기구로서의 냉각관을 설계해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 플라즈마의 발생을 막지않고, 전자파 전송기구(103)(전자파 방사용 사각형 도파관(22))를 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치(101)를 이용하면, 예를 들면, 표면파 플라즈마조건하에서 피처리체(5)를 플라즈마산화할 수 있다. 또, 상기 플라즈마 처리장치(101)를 이용하면, 예를 들면, 표면파 플라즈마 조건하에서 피처리체(5)에 플라즈마성막할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리장치(101)를 이용하면, 표면파 플라즈마조건하에서 피처리체(5)를 플라즈마에칭할 수 있다. 또, 상기 플라즈마 처리장치(101)를 이용하면, 플라즈마산화와 플라즈마 CVD법에 의한 성막을 진공을 깨뜨리지 않고 연속해서 행할 수 있다. 이하, 피처리체(5)의 플라즈마 처리방법의 일례로서 플라즈마 산화와 플라즈마 CVD법에 의한 성막을 진공을 깨뜨리지 않고 행하는 플라즈마 처리방법에 대해서 설명하겠다.
피처리체(5)로서 예를 들면, 실리콘기판을 의미한다. 피처리체(5)를 진공용기(4)내의 지지대(17)상에 설치한다. 진공배기 시스템을 가동시켜 진공용기(4)내(처리실(4a)내)의 공기를 배출한다. 그 후, 제1가스를 가스도입구(18)를 통해서 진공용기(4)의 내부에 공급한다. 제1가스로서는 예를 들면, 산소가스 또는 산소와 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논 중의 적어도 1종을 포함하는 희가스와의 혼합가스를 이용한다. 본 실시형태에서는, 제1가스로서 산소가스를 채용함과 동시에 산소가스가 400SCCM, 전체압력이 20Pa가 되도록 상기 가스를 진공용기(4)내로 공급하고 있다.
진공용기(4)내의 가스압이 소정의 가스압에 달한 후, 전자파의 조사를 개시한다. 전자파 전송기구(103)를 통해서 슬롯(15a)에 전해진 전자파는 각 슬롯(15a)으로부터 진공용기(4)내로 방사된다.
진공용기(4)내에 방사된 전자파는 제1가스로서의 산소가스를 여기시킨다. 피복 유전체부재(16)근방의 플라즈마내의 전자밀도가 어느정도까지 증가하면, 전자파는 플라즈마내를 전파할 수 없게 되어서 플라즈마내에서 감쇠된다. 따라서, 피복용 유전체부재(16)로부터 떨어진 영역에는 전자파가 닿지 않게되어 피복용 유전체부재(16)근방에 표면파 플라즈마가 생긴다.
표면파 플라즈마가 생기고 있는 상태에서는 피복용 유전체부재(16)근방에서 높은 전자밀도가 달성되기 때문에, 그에 따라 고밀도의 산소원자활성종이 발생한다. 상기 고밀도의 산소원자활성종이 피처리체(5)까지 확산되고, 효율적으로 피처리체(5)를 산화한다. 이것에 의해, 피처리체(5)의 표면에 제1 절연막이 형성된다. 또, 표면파 플라즈마가 생기고 있는 상태에서는, 피처리체(5)의 표면근방에서의 전자온도는 낮기(전자에너지가 낮다)때문에, 피처리체(5)의 표면근방의 시스의 전계도 또 약하다. 따라서, 피처리체(5)로의 이온 입사에너지가 저감되기 때문에 산화처리중에서의 피처리체(5)의 이온손상은 억제된다.
또한, 가스도입구(18)로부터 제2가스를 진공용기(4)내로 공급한다. 제2가스로서는 예를 들면, 유기규소화합물(테트라알콕시실란, 비닐알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 페닐트리알콕시실란, 폴리메틸디실록산, 폴리메틸사이클로테트라실록산 등) 또는 유기금속화합물(트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 테트라프로폭시지르코늄, 펜타에톡시탄탈륨, 테트라프로폭시하프늄 등)을 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제1가스로서 산소가스를 이용함과 동시에, 제2가스로서 테트라알콕시실란의 1종인 테트라에톡시실란 가스를 이용하고 있다. 그리고, 제1가스로서의 산소가스가 400SCCM, 제2가스로서의 테트라에톡시실란 가스가 10SCCM, 전체압력이 20Pa가 되도록 이 가스들을 진공용기(4)내에 공급한다.
제1가스로부터 생성된 산소 래디컬은 제2가스로서의 테트라에톡시실란과 반응한다. 이것에 의해 테트라에톡시실란의 분해는 촉진되고, 피처리체(5)의 표면에 산화규소가 퇴적된다. 이것에 의해 제1 절연막상에 제2 절연막(CVD에 의해 형성된 산화규소막)이 형성된다. 이상에 의해서 피처리체(5)에 대한 절연막 성형이 완료된다. 상기 플라즈마 처리방법에 의하면 피처리체(5)에 산화처리를 실시한 후, 대기에 노출되지 않고, 성막처리를 행할 수 있다. 따라서, 피처리체와 막과의 계면을 오염이 적은 양호한 계면으로 할 수 있음과 동시에, 피처리체(5)에 품질이 양호한 CVD막을 형성할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(101)에서는, 전자파 방사용 사각형 도파관(22)의 내부에 유전체부재(31)가 설치되어 있기 때문에, 진공용기(4)내에서 생성된 플라즈마가 전자파전송기구(103)내에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치(101)는 제1전자파 전송로(103a)를 통해서 전해져 온 전자파(마이크로파)가 극력 반사되지 않고 제2전자파 전송로(103b)로 전송되도록 구성되어 있다. 즉, 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 각 전자파 방사용 사각형 도파관(22)을 제3전자파 전송로(103c)에 의해서 전자파의 전송방향에 대해서 내치수를 변화시킨 형상으로 접속함과 동시에, 제3전자파 전송로(103c)가 갖는 접속부재(50)내에 쐐기형상의 유전체부재(52)를 설치하도록 하고 있다. 이것에 의해 사각형 도파관의 단면적변화에 따른 전자파의 반사 및 공기와 유전체부재(42)와의 계면이나 유전체재료로 이루어지는 봉지부재(41)와 유전체부재(31)와의 계면에서의 전자파의 반사를 억제할 수 있다. 따라서, 전자파를 효율적으로 진공용기(4)내로 방사시킬 수 있다.
또, 상기 플라즈마 처리장치(101)에 의하면, 진공용기(4)의 벽으로서의 뚜껑(12)이 전자파를 전송하는 전자파 전송기구(103)의 적어도 일부인 전자파 방사용 사각형 도파관(22)을 갖고 있다. 그 때문에, 상기 플라즈마 처리장치(101)에 의하면, 구조를 간단화시킬 수 있다. 또, 진공용기(4)내에서 대면적이고 균일한 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 게다가 사각형의 기판이나 대면적 기판과 같은 피처리체(5)라도 양호하게 플라즈마 처리할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리장치(101)에 의하면, 진공용기(4)내에 전자파를 입사시키기 위한 전자파 투과창을 상기 진공용기(4)로부터 생략할 수 있다. 게다가, 진공용기(4)의 진공을 유지하기 위한 씨일부분은 전자파 분배용 사각형 도파관(21)과 진공용기(4)를 연결시키는 연결부분이나 뚜껑(12)과 용기본체(11)를 연결시키는 연결부분 등일수 있다. 따라서, 본 실시형태의 플라즈마 처리장치에서는, 종래의 플라즈마 처리장치와 비교해서 씨일부분을 적게 할 수 있다.
또, 상기 플라즈마 처리장치(101)에 의하면, 피처리체(5)를 이온손상이 적은 표면파 플라즈마에 의해서 플라즈마 처리할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 실시할 수 있다.

Claims (10)

  1. 처리용기와,
    전자파를 발진하는 발진기와,
    제1전자파 전송로와,
    상기 제1전자파 전송로보다 내치수가 작게 설정되어 있고, 내부에 유전체부재가 설치된 제2전자파 전송로와,
    상기 제2전자파 전송로에 설치되고, 상기 발진기에서 발생되어 상기 제1전자파 전송로를 통하여 상기 제2전자파 전송로로 도입되는 상기 전자파를 상기 처리용기내로 방사하여, 상기 처리용기내에 플라즈마를 형성시켜 이 플라즈마에 의해 플라즈마 처리를 수행하는 전자파 방사부를 포함하며,
    상기 제1전자파 전송로와 상기 제2전자파 전송로는, 전자파의 전송측으로 향하여 내치수가 작아지도록 형성된 중공의 제3전자파 전송로를 통하여 접속되며, 상기 제3전자파 전송로의 내부에 상기 전송측으로 향하여 확개하도록 쐐기형 유전체부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쐐기형 유전체부재는, 그 상측이 상기 제1전자파 전송로의 상기 전송측 단부에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리용기의 기밀은, 상기 쐐기형 유전체부재 또는 상기 제2전자파 전송로의 유전체부재에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1전자파 전송로의 상기 전송측 단부와 상기 제2전자파 전송로의 상기 전송측의 반대측 단부와의 거리는 상기 발진기에서 발생된 전자파의 진공중에서의 파장보다 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자파 전송로는, 사각형 도파관을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1전자파 전송로에 설치된 사각형의 도파관의 내치수와, 상기 제2전자파 전송로에 설치된 사각형상 도파관의 내치수는, 상기 발진기에서 발생된 전자파의 주파수가 상기 사각형 도파관내로 기본모드로 전송할 수 있는 크기로 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 쐐기형 유전체부재의 상측의 길이는, 상기 제2전자파 전송로에 설치된 사각형 도파관의 내형의 장변의 길이와 동일하도록 설정하고,
    상기 쐐기형 유전체부재는, 그 상측이 상기 제2전자파 전송로에 설치된 사각형 도파관의 내경의 장변방향과 평행하게 신장하고, 단변의 중점사이를 연결한 선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자파의 전송방향을 따른 상기 쐐기형 유전체부재의 길이는 상기 발진기에서 발생한 상기 전자파의 진공중에서의 파장보다 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리용기의 벽은, 상기 제2전자파 전송로의 적어도 일부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제1항에 기재한 플라즈마 처리장치를 이용해서, 플라즈마산화와 플라즈마CVD법에 의한 성막을 진공을 깨뜨리지 않고 연속해서 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
KR1020110065522A 2004-03-19 2011-07-01 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 KR101115996B1 (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160002535A (ko) * 2014-06-30 2016-01-08 세메스 주식회사 기판 처리 장치
KR20180054495A (ko) * 2016-11-14 2018-05-24 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 이중 주파수 표면파 플라즈마 소스

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101096950B1 (ko) * 2004-03-19 2011-12-20 샤프 가부시키가이샤 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
JP4878782B2 (ja) * 2005-07-05 2012-02-15 シャープ株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US20090041568A1 (en) * 2006-01-31 2009-02-12 Tokyo Electron Limited Substrate processing apparatus, substrate placing table used for same, and member exposed to plasma
DE112008001130T5 (de) * 2007-06-11 2010-04-29 Tokyo Electron Ltd. Plasmabearbeitungsvorrichtung, Energieversorgungsvorrichtung sowie Verfahren zum Betrieb der Plasmabearbeitungsvorrichtung
US20100183827A1 (en) * 2007-06-11 2010-07-22 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP5213530B2 (ja) * 2008-06-11 2013-06-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP5478058B2 (ja) * 2008-12-09 2014-04-23 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置
CN102782817B (zh) * 2010-05-13 2015-04-22 松下电器产业株式会社 等离子体处理装置及方法
US9396955B2 (en) 2011-09-30 2016-07-19 Tokyo Electron Limited Plasma tuning rods in microwave resonator processing systems
US9728416B2 (en) 2011-09-30 2017-08-08 Tokyo Electron Limited Plasma tuning rods in microwave resonator plasma sources
JP5947138B2 (ja) * 2012-07-25 2016-07-06 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
KR101450592B1 (ko) * 2013-01-17 2014-10-15 한국기초과학지원연구원 고밀도 플라즈마 발생장치
US9947515B2 (en) 2013-03-14 2018-04-17 Tokyo Electron Limited Microwave surface-wave plasma device
TWI568317B (zh) * 2013-03-15 2017-01-21 東京威力科創股份有限公司 微波共振器處理系統中之電漿調整桿
WO2014192062A1 (ja) * 2013-05-27 2014-12-04 株式会社アドテック プラズマ テクノロジー マイクロ波プラズマ発生装置の空洞共振器
US9934974B2 (en) 2013-06-19 2018-04-03 Tokyo Electron Limited Microwave plasma device
KR101475499B1 (ko) * 2013-08-19 2014-12-23 한국기초과학지원연구원 고밀도 플라즈마 발생장치
US10424462B2 (en) 2013-11-06 2019-09-24 Tokyo Electron Limited Multi-cell resonator microwave surface-wave plasma apparatus
CN106892078B (zh) * 2017-02-14 2019-11-29 中国航天空气动力技术研究院 一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置
US11152193B2 (en) * 2017-12-18 2021-10-19 National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System Plasma generation apparatus
JP2019192606A (ja) * 2018-04-27 2019-10-31 東京エレクトロン株式会社 アンテナ装置、および、プラズマ処理装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04301902A (ja) * 1991-03-28 1992-10-26 Mitsubishi Electric Corp ホーンアンテナ
US5342472A (en) * 1991-08-12 1994-08-30 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
US20020038692A1 (en) * 2000-09-06 2002-04-04 Nobuo Ishii Plasma Processing apparatus
JP2002280196A (ja) * 2001-03-15 2002-09-27 Micro Denshi Kk マイクロ波を利用したプラズマ発生装置

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US268274A (en) * 1882-11-28 Door-hanger
US320248A (en) * 1885-06-16 Gael h
JP2722070B2 (ja) 1988-01-20 1998-03-04 キヤノン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US5359177A (en) * 1990-11-14 1994-10-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Microwave plasma apparatus for generating a uniform plasma
US5234526A (en) * 1991-05-24 1993-08-10 Lam Research Corporation Window for microwave plasma processing device
DE69306007T2 (de) * 1992-01-30 1997-05-22 Hitachi Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Plasmaerzeugung und Verfahren zur Halbleiter-Bearbeitung
JP2570090B2 (ja) * 1992-10-08 1997-01-08 日本電気株式会社 ドライエッチング装置
KR0153842B1 (ko) * 1994-06-14 1998-12-01 나카무라 다메아키 마이크로파 플라즈마 처리장치
JP2701775B2 (ja) * 1995-03-17 1998-01-21 日本電気株式会社 プラズマ処理装置
US5698036A (en) * 1995-05-26 1997-12-16 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP2857090B2 (ja) 1995-10-30 1999-02-10 株式会社東芝 マイクロ波励起プラズマ処理装置
US5955382A (en) * 1995-10-30 1999-09-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Microwave excitation plasma processing apparatus and microwave excitation plasma processing method
DE19600223A1 (de) * 1996-01-05 1997-07-17 Ralf Dr Dipl Phys Spitzl Vorrichtung zur Erzeugung von Plasmen mittels Mikrowellen
JP2921499B2 (ja) * 1996-07-30 1999-07-19 日本電気株式会社 プラズマ処理装置
US5874706A (en) * 1996-09-26 1999-02-23 Tokyo Electron Limited Microwave plasma processing apparatus using a hybrid microwave having two different modes of oscillation or branched microwaves forming a concentric electric field
JP2925535B2 (ja) 1997-05-22 1999-07-28 キヤノン株式会社 環状導波路を有するマイクロ波供給器及びそれを備えたプラズマ処理装置及び処理方法
TW385623B (en) * 1997-10-20 2000-03-21 Sumitomo Metal Ind Apparatus and method for microwave plasma process
JP2000312045A (ja) * 1999-02-26 2000-11-07 Tadahiro Omi レーザ発振装置、露光装置及びデバイスの製造方法
JP3668079B2 (ja) 1999-05-31 2005-07-06 忠弘 大見 プラズマプロセス装置
US6222170B1 (en) * 1999-08-24 2001-04-24 Ut-Battelle, Llc Apparatus and method for microwave processing of materials using field-perturbing tool
US6652709B1 (en) * 1999-11-02 2003-11-25 Canon Kabushiki Kaisha Plasma processing apparatus having circular waveguide, and plasma processing method
JP2001203097A (ja) * 2000-01-17 2001-07-27 Canon Inc プラズマ密度計測装置および方法並びにこれを利用したプラズマ処理装置および方法
US6910440B2 (en) * 2000-03-30 2005-06-28 Tokyo Electron Ltd. Apparatus for plasma processing
US6527909B2 (en) * 2000-04-27 2003-03-04 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP3689354B2 (ja) * 2001-08-06 2005-08-31 シャープ株式会社 プラズマプロセス装置
US20040244693A1 (en) * 2001-09-27 2004-12-09 Nobuo Ishii Electromagnetic field supply apparatus and plasma processing device
JP2004153240A (ja) * 2002-10-09 2004-05-27 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd プラズマ処理装置
JP2004200390A (ja) 2002-12-18 2004-07-15 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd プラズマ処理装置
TW200415726A (en) * 2002-12-05 2004-08-16 Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method
US6998565B2 (en) * 2003-01-30 2006-02-14 Rohm Co., Ltd. Plasma processing apparatus
CN100546098C (zh) * 2004-03-10 2009-09-30 东京毅力科创株式会社 分配器和分配方法，等离子处理系统和方法，以及lcd的制造方法
KR101096950B1 (ko) * 2004-03-19 2011-12-20 샤프 가부시키가이샤 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
US20080099447A1 (en) * 2006-10-06 2008-05-01 Makoto Ando Plasma processing apparatus and plasma processing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04301902A (ja) * 1991-03-28 1992-10-26 Mitsubishi Electric Corp ホーンアンテナ
US5342472A (en) * 1991-08-12 1994-08-30 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
US20020038692A1 (en) * 2000-09-06 2002-04-04 Nobuo Ishii Plasma Processing apparatus
JP2002280196A (ja) * 2001-03-15 2002-09-27 Micro Denshi Kk マイクロ波を利用したプラズマ発生装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160002535A (ko) * 2014-06-30 2016-01-08 세메스 주식회사 기판 처리 장치
KR101681182B1 (ko) * 2014-06-30 2016-12-02 세메스 주식회사 기판 처리 장치
KR20180054495A (ko) * 2016-11-14 2018-05-24 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 이중 주파수 표면파 플라즈마 소스
KR102523730B1 (ko) 2016-11-14 2023-04-19 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 이중 주파수 표면파 플라즈마 소스

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