KR101117150B1 - 플라즈마 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

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마사키 히라야마
타다히로 오미
타카히로 호리구치
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고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

유전체의 사용량을 가능한 줄일 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다. 플라즈마 처리되는 기판(G)을 수납하는 금속제의 처리 용기(4)와, 처리 용기(4) 내에 플라즈마(P)를 여기시키기 위해 필요한 전자파를 공급하는 전자파원(34)을 구비하고, 전자파원(34)으로부터 공급되는 전자파를 처리 용기(4)의 내부에 투과시키는, 처리 용기(4)의 내부에 일부를 노출한 1 개 또는 2 개 이상의 유전체(25)를 처리 용기(4)의 덮개체(3) 하면에 구비한 플라즈마 처리 장치로서, 처리 용기(4)의 내부로 노출된 금속면을 따라 마이크로파를 전반시키는 표면파 전반부(51)가 유전체(25)에 인접하여 설치되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 플라즈마를 여기시켜 기판에 대해 성막 등의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
예를 들면 LCD 장치 등의 제조 공정에서는, 마이크로파를 이용하여 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시켜 LCD 기판(글라스 기판)에 대해 CVD 처리 또는 에칭 처리 등을 실시하는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치로서 처리 용기의 내면에 배치된 유전체로 마이크로파원으로부터 동축관 또는 도파관에 의해 마이크로파를 공급하고, 처리 용기 내로 공급된 소정의 가스를 마이크로파의 에너지에 의해 플라즈마화시키는 것이 알려져 있다.
근래, 기판 등의 대형화에 수반하여 플라즈마 처리 장치도 커지고 있는데, 처리 용기의 내면에 배치되는 유전체를 단일판으로 한 경우, 대형화된 유전체의 제조가 곤란하여 제조 코스트를 상승시키는 요인이 되고 있었다. 그래서, 이러한 문제를 해소하기 위하여, 본 출원인은 처리 용기의 덮개체 하면에 복수의 유전체를 장착함으로써 유전체판을 복수로 분할하는 기술을 제안했다(특허 문헌 1).
특허 문헌 1 : 일본특허공개공보 2006-310794호
발명이 해결하고자 하는 과제
그런데, 이상과 같은 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는 일반적으로 2.45 GHz의 마이크로파를 출력하는 마이크로파원이 이용되고 있었다. 그 이유는 2.45 GHz의 마이크로파를 출력하는 마이크로파원은 공업적으로 널리 보급되어 있어 입수하기 쉽고 경제적이기도 하기 때문이다.
그리고, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는 마이크로파원에서 출력된 2.45 GHz의 마이크로파를 처리 용기의 덮개체 하면에 배치된 유전체를 투과시켜 처리 용기의 내부로 공급하는 구성이다. 이 경우, 유전체는 처리 용기에 수납된 기판의 처리면(상면)의 거의 전체를 덮도록 배치되어 있고, 처리 용기의 내부로 노출되는 유전체의 노출면의 면적은 기판의 처리면의 면적과 대략 동일한 정도의 크기였다. 이에 따라, 유전체의 하면 전체에서 발생시킨 플라즈마를 이용하여 기판의 처리면 전체에 균일한 처리를 행하고 있었다.
그러나, 종래의 플라즈마 처리 장치와 같이 유전체의 노출 면적을 기판의 처리면의 면적과 대략 동일한 정도로 한 경우, 유전체의 사용량이 많이 필요하게 되어 비경제적이라고 하는 난점이 있다. 특히 최근에는 기판이 대형화되고 있고, 유전체의 사용량이 더욱 많이 필요하게 되어 비용 상승의 요인이 되고 있다.
또한, 처리 용기의 덮개체 하면 전체에 유전체를 배치한 경우, 기판의 처리면 전체에 처리 가스를 균일하게 공급하는 것이 어려워진다고 하는 문제도 발생한다. 즉, 유전체로서 예를 들면 Al2O3 등이 이용되지만, 금속제의 덮개체에 비해 유전체에 가스 공급홀을 가공하는 것이 곤란하며, 통상적으로는 가스 공급홀은 덮개체의 노출 개소에만 설치된다. 이 때문에, 기판의 처리면 전체에 샤워 플레이트와 같은 상태로 처리 가스를 균일하게 공급하는 것이 어려워진다.
에칭 또는 CVD(chemical vapor deposition) 등의 플라즈마 처리에서, 플라즈마로부터 기판 표면에 입사되는 이온 에너지를 제어하기 위해 기판에 고주파 바이어스를 인가하여 기판에 자기 바이어스 전압(음의 직류 전압)을 발생시키는 경우가 있다. 이 때, 기판에 인가된 고주파 바이어스가 기판 주변의 시스에만 가해지는 것이 바람직하지만, 처리 용기 내면의 대부분이 유전체에 덮여 플라즈마로부터 그라운드면(처리 용기 내면)이 거의 보이지 않는 상황에서는 그라운드면 주변의 시스에도 가해진다. 이 때문에, 기판에 지나치게 큰 고주파 전력을 인가할 필요가 있을뿐만 아니라, 그라운드면에 입사되는 이온 에너지가 증가하여 그라운드면이 에칭되어 금속 오염을 일으키는 문제가 있었다.
또한, 처리 속도를 빠르게 하기 위해 대전력인 마이크로파를 투입하면 플라즈마로부터의 이온 또는 전자의 입사에 의해 유전체의 온도가 상승하고, 열 응력에 의해 유전체가 파손되거나 유전체 표면의 에칭 반응이 촉진되어 불순물 오염을 일으키는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 유전체의 사용량을 가능한 줄일 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기와 같이, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는 입수의 용이함, 경제성 등의 이유로 인해 2.45 GHz의 마이크로파를 출력하는 마이크로파원이 일반적으로 이용되었다. 한편 최근에는 2 GHz 이하라는 주파수가 낮은 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리가 제안되고 있고, 일례로서 915 MHz인 주파수의 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리가 검토되고 있다. 안정적이고 전자 온도가 낮은 플라즈마를 얻기 위한 하한의 전자 밀도가 주파수의 제곱에 비례하므로, 주파수를 낮추면 보다 광범위한 조건으로 플라즈마 처리에 적합한 플라즈마가 얻어지기 때문이다.
본 발명자는 이러한 2 GHz 이하의 주파수가 낮은 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리에 대해 다양한 검토를 행했다. 그 결과, 2 GHz 이하의 주파수의 전자파를 처리 용기 내면의 유전체에 투과시킨 경우, 유전체의 주위로부터 처리 용기 내면 등의 금속 표면을 따라 전자파를 효과적으로 전반(傳搬)시킬 수 있고, 이 금속 표면을 따라 전반하는 전자파에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시킬 수 있다고 하는 신규 지견(知見)을 얻었다. 또한, 이와 같이 금속 표면과 플라즈마의 사이를 금속 표면을 따라 전반하는 전자파를 본 명세서에서 「도체 표면파」라고 칭호한다.
본 발명은 이러한 신규 지견에 기초하여 창출된 것이다. 즉, 본 발명에 따르면, 플라즈마 처리되는 기판을 수납하는 금속제의 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시키기 위하여 필요한 전자파를 공급하는 전자파원을 구비하고, 상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파를 상기 처리 용기의 내부에 투과시키는, 상기 처리 용기의 내부에 일부를 노출시킨 1 개 또는 2 개 이상의 유전체를 상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비한 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리 용기의 내부로 노출된 금속면을 따라 전자파를 전반시키는 표면파 전반부가 상기 유전체에 인접하여 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치에서는 유전체로부터 표면파 전반부를 따라 전반시킨 전자파(도체 표면파)에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시킬 수 있다.
이 플라즈마 처리 장치에서, 예를 들면 상기 유전체의 노출 부분의 면적이 상기 표면파 전반부의 면적의 1 / 2 이하이다. 또한, 예를 들면 상기 유전체의 노출 부분의 면적이 상기 표면파 전반부의 면적의 1 / 5 이하이다. 또한, 예를 들면 상기 유전체의 노출 부분의 면적이 기판 상면의 면적의 1 / 5 이하이다. 이와 같이 유전체의 노출면의 면적을 줄여 그라운드면(처리 용기 내면)의 노출면의 면적을 크게 함으로써, 금속 오염을 일으키지 않고 기판에 효율적으로 자기 바이어스 전압을 발생시키는 것이 가능해진다. 또한, 상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파의 주파수가, 예를 들면 2 GHz 이하이다.
상기 처리 용기의 내면에는 연속되는 홈이 설치되어 있고, 상기 유전체는 상기 홈으로 둘러싸인 범위 내에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 홈에 의해 상기 표면파 전반부가 구획되어 있어도 좋다. 이 경우, 예를 들면 상기 홈의 단면(斷面)이 대략 직사각형이며, 상기 홈의 폭(W)과 깊이(D)가 0.26 < D / W < 2.3의 관계를 만족시킨다. 또한, 상기 홈의 폭이 전자파의 플라즈마으로의 진입 길이의 2 배보다 작고, 상기 처리 용기의 내면과 플라즈마의 사이에 형성되는 시스의 두께의 2 배보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 상기 홈의 코너부의 곡률 반경은 처리 용기의 내면과 플라즈마의 사이를 전반하는 마이크로파의 파장(λ)의 1 / 40 보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 덮개체의 하면에 보호막이 설치되어 있어도 좋다.
또한, 상기 처리 용기의 내면에는 연속되는 볼록부가 설치되어 있고, 상기 유전체는 상기 볼록부로 둘러싸인 범위 내에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 볼록부에 의해 상기 표면파 전반부가 구획되어 있어도 좋다. 이 경우, 예를 들면 상기 볼록부의 단면(斷面)이 대략 직사각형이며, 상기 볼록부의 높이가 상기 처리 용기의 내면을 따라 전반하는 마이크로파의 파장의 1 / 2보다 작고, 상기 처리 용기의 내면과 플라즈마의 사이에 형성되는 시스의 두께보다 크다.
또한, 상기 유전체의 상부에는 상기 유전체의 상면에 하단(下端)이 인접 또는 근접하고 전자파를 상기 유전체로 전하는 1 개 또는 복수의 금속봉을 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 유전체가 대략 원 기둥 형상이며, 상기 유전체의 둘레면에 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있어도 좋다. 혹은, 상기 금속봉과 상기 덮개체의 사이에 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 덮개체의 하면에는 상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리에 필요한 가스를 방출하는 1 개 또는 복수의 가스 방출홀이 설치되어 있어도 좋다.
또한, 상기 유전체의 하면에 금속 전극이 설치되고 상기 금속 전극의 주위 또는 내방에서 상기 유전체가 상기 처리 용기의 내부로 노출되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 유전체를 관통하여 상기 금속 전극에 전기적으로 접속되고, 전자파를 상기 유전체로 전달하는 금속봉을 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 금속봉과 상기 덮개체의 사이에 상기 금속 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 유전체의 상면과 상기 덮개체의 사이 및 상기 유전체의 하면과 상기 금속 전극의 사이에 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 금속 전극에는 상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리에 필요한 가스를 방출하는 1 개 또는 복수의 가스 방출홀이 설치되어 있고, 상기 금속봉에는 상기 가스 방출홀로 가스를 통과시키는 가스 유로가 형성되어 있어도 좋다. 또한, 상기 유전체에 형성된 홀을 관통하여 상기 금속 전극과 상기 덮개체를 접속하는 1 개 또는 복수의 접속 부재를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 접속 부재는 예를 들면 금속으로 이루어진다. 또한, 상기 금속 전극에는 상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리에 필요한 가스를 방출하는 1 개 또는 복수의 가스 방출홀이 설치되어 있고, 상기 접속 부재에는 상기 가스 방출홀로 가스를 통과시키는 가스 유로가 형성되어 있어도 좋다.
또한, 상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파를 상기 유전체에 전반시키는 1 개 또는 복수의 도파관을 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 유전체는 상기 도파관의 하면에 형성된 슬롯으로 삽입되어 있어도 좋다. 또한, 상기 도파관 내를 전반하는 전자파의 파장을 조절하는 파장 조절 기구를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 유전체와 상기 덮개체의 사이에 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있어도 좋다.
또한, 상기 덮개체의 내부에 상기 유전체가 내장되고 덮개체의 하면에 형성된 1 개 또는 복수의 개구부로부터 상기 유전체의 하면이 부분적으로 처리 용기 내로 노출되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 덮개체의 하면에 복수의 개구부가 동심원 형상으로 배치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 덮개체의 하면이 래디얼 라인 슬롯 안테나여도 좋다. 또한, 상기 덮개체의 하면에 보호막이 설치되어 있어도 좋다.
또한, 상기 표면파 전반부는 적어도 표면이 금속인 부분에 의해 구성되고, 또한 상기 금속의 표면으로 연장되는 홈 또는 볼록부에 의해 정의되어 있어도 좋다. 또한, 상기 유전체의 상기 용기 내부로 노출되는 면이 상기 표면파 전반부에 의해 둘러싸여 있어도 좋다. 또한, 상기 유전체의 상기 용기 내부로 노출되는 면이 상기 용기 내부를 따라 연장되는 형상을 이루고, 또한 상기 연장면의 양측이 상기 표면파 전반부에 의해 둘러싸여 있어도 좋다. 또한, 상기 유전체의 상기 용기 내부로 노출되는 면이 서로 이격한 복수개여도 좋다. 또한, 상기 유전체의 상기 용기 내부로 노출되는 면이 원주(圓周) 또는 다각형을 구성하도록 연속하거나 또는 불연속으로 연장하여 배치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 원주(圓周) 또는 다각형의 내부의 표면파 전반부의 중심부에 표면파 비전반부가 설치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 원주(圓周) 또는 다각형의 내부의 표면파 비전반부는 홈 또는 볼록부에 의해 한정되어 있어도 좋다. 또한, 상기 표면파 전반부를 따라 전반한 전자파에 의해 상기 표면파 전반부와 상기 기판의 처리면과의 사이에 플라즈마가 여기되어도 좋다. 또한, 상기 용기 내면의 상기 유전체가 노출되지 않은 부분에 플라즈마 여기용 가스를 상기 용기 내부로 방출하는 가스 방출구를 설치해도 좋다. 또한, 상기 표면파 전반부의 표면이 전자파 전반에 실질적으로 영향을 주지 않는 얇기의 보호막에 의해 덮여 있어도 좋다. 또한, 상기 표면파 전반부의 중심선 평균 거칠기가, 예를 들면 2.4 μm 이하이다.
또한 본 발명에 따르면, 금속제의 처리 용기에 기판을 수납하고 전자파원으로부터 상기 처리 용기의 덮개체 하면으로 노출되어 있는 1 개 또는 2 개 이상의 유전체를 투과시켜 상기 처리 용기 내로 전자파를 공급하고 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시켜 기판을 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하여, 상기 전자파원으로부터 주파수가 2 GHz 이하인 전자파를 공급하고, 상기 처리 용기의 내부로 노출되는 상기 유전체의 노출면으로부터 상기 처리 용기의 내면을 따라 전자파를 전반시킴으로써 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시켜 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
발명의 효과
본 발명에 따르면, 유전체 주위에 배치시킨 표면파 전반부를 따라 전반시킨 전자파(도체 표면파)로 플라즈마를 여기시킬 수 있으므로, 유전체의 사용량을 대폭 줄이는 것이 가능해진다. 또한, 처리 용기의 내부로 노출되는 유전체의 노출 면적을 줄임으로써 유전체의 과열에 따른 유전체의 파손 또는 에칭 등이 억제되고, 또한, 처리 용기 내면으로부터의 금속 오염의 발생이 없어진다. 또한, 유전체의 노출 면적이 줄어드는 것에 의해 덮개체의 노출 면적이 증가되므로, 금속제인 덮개체에 가스 공급홀을 용이하게 가공할 수 있다. 금속제인 덮개체의 하면에 복수의 가스 공급홀을 분포하여 배치시킴으로써, 기판의 처리면 전체에 샤워 플레이트와 같은 상태로 처리 가스를 균일하게 공급할 수 있게 된다. 추가로, 예를 들면 2 GHz 이하인 주파수의 전자파로서 915 MHz인 주파수의 마이크로파를 이용한 경우, 2.45 GHz인 주파수의 마이크로파를 이용한 경우에 비해 안정적이고 전자 온도가 낮은 플라즈마를 얻기 위한 하한의 전자 밀도를 약 1 / 7로 할 수 있어, 지금까지 사용하지 못한 보다 광범위한 조건으로 플라즈마 처리에 적합한 플라즈마가 얻어지게 되고 처리 장치의 범용성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이 결과, 1 대의 처리 장치로 처리 조건이 상이한 복수의 연속된 처리를 행하는 것이 가능해져 고품질인 제품을 단시간에 저비용으로 제조하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 2 중의 X-X 단면)이다.
도 2는 덮개체의 하면도(도 1 중의 X-X 단면)이다.
도 3은 도 1 중의 Z-Z 단면에서의 덮개체(3)의 상부에서의 횡단면도이다.
도 4는 유전체에 마이크로파를 전반시키는 전극부의 사시도이다.
도 5는 유전체의 사시도이다.
도 6은 도체 표면파의 전반 모델의 설명도이다.
도 7은 도체 표면파의 감쇠량의 주파수 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 홈을 전반하는 도체 표면파의 설명도이다.
도 9은 전자 밀도를 변화시켜 홈의 D / W와 투과량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 홈의 폭을 변화시켜 홈의 D / W와 투과량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11a ~ 11b는 홈의 폭과 시스 두께의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 12a ~ 11b는 홈의 폭과 진입 길이의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 13은 곡률 반경과 투과량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 14는 플라즈마 처리 중인 처리 용기 내의 상태를 도시한 설명도이다.
도 15는 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 16 중의 Y-Y 단면)이다.
도 16은 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비한 덮개체의 하면도(도 15 중의 X-X 단면)이다.
도 17은 도 15 중의 Z-Z 단면에서의 덮개체의 상부에서의 횡단면도이다.
도 18은 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도이다.
도 19는 도 18 중의 Z-Z 단면에서의 덮개체의 상부에서의 횡단면도이다.
도 20은 제 3 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 21 중의 Y-Y 단면)이다.
도 21은 제 3 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비한 덮개체의 하면도(도 20 중의 X-X 단면)이다.
도 22은 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 23 중의 Y-Y 단면)이다.
도 23은 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비한 덮개체의 하면도(도 22 중의 X-X 단면)이다.
도 24는 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 25 중의 Y-Y 단면)이다.
도 25는 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비한 덮개체의 하면도(도 24 중의 X-X 단면)이다.
도 26는 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 27 중의 Y-Y 단면)이다.
도 27은 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비한 덮개체의 하면도(도 26 중의 X-X 단면)이다.
도 28은 제 7 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 29 중의 Y-Y 단면)이다.
도 29는 제 7 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비한 덮개체의 하면도(도 28 중의 X-X 단면)이다.
도 30은 제 8 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 31 중의 Y-Y 단면)이다.
도 31은 제 8 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 유전체의 주위로부터 표면파 전반부 전체에 도체 표면파를 전반하는 상태를 도시한 설명도이다.
도 32는 제 9 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 33 중의 D-O’-O-E 단면)이다.
도 33은 도 32 중의 A-A 단면도이다.
도 34는 유전체의 평면도이다.
도 35는 표면파 전반부에서 도체 표면파가 전반하는 상태의 설명도이다.
도 36은 전자계 시뮬레이션에 의해 구해진 시스 중의 마이크로파 전계의 정재파 분포의 설명도이다.
도 37은 도 36의 직선(A-B)에서의 시스 중의 마이크로파 전계 강도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 38은 셀 각부(角部)의 규격화 전계 강도를 나타낸 그래프이다.
도 39는 제 10 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 덮개체의 하면도이다.
도 40은 제 11 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 41 중의 D-O’-O-E 단면)이다.
도 41은 도 40 중의 A-A 단면도이다.
도 42는 제 12 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 43 중의 D-O’-O-E 단면)이다.
도 43은 도 42 중의 A-A 단면도이다.
도 44는 제 13 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 45 중의 B-O-C 단면)이다.
도 45는 도 44 중의 A-A 단면도이다.
도 46은 제 14 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 47 중의 B-O-C 단면)이다.
도 47은 도 46 중의 A-A 단면도이다.
도 48은 유전체의 둘레(外緣)가 처리 용기의 내부에서 봤을 때 금속 전극의 둘레보다 내측에 있는 변형예의 설명도이다.
도 49는 금속 커버의 측면에 유전체의 둘레를 수용하는 오목부를 설치한 변형예의 설명도이다.
도 50는 덮개체 하면의 오목부에 유전체를 삽입한 변형예의 설명도이다.
도 51은 덮개체 하면의 오목부에 유전체를 삽입한 다른 변형예의 설명도이다.
도 52는 유전체의 주위에서 평면 형상의 덮개체를 노출시킨 변형예의 설명도이다.
도 53은 유전체의 주위에서 평면 형상의 덮개체를 노출시킨 다른 변형예의 설명도이다.
도 54는 유전체의 주위에서 평면 형상의 덮개체를 노출시킨 또 다른 변형예의 설명도이다.
도 55는 마름모의 유전체의 설명도이다.
도 56은 정삼각형의 유전체를 이용한 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 덮개체의 하면도이다.
도 57은 탄성 부재를 이용한 접속 부재의 구조의 설명도이다.
도 58은 접시 스프링을 이용한 접속 부재의 구조의 설명도이다.
도 59는 O 링을 이용하여 밀폐시킨 접속 부재의 구조의 설명도이다.
도 60은 테이퍼 워셔를 이용한 접속 부재의 구조의 설명도이다.
도 61a ~ 61f는 홈의 다른 예의 설명도이다.
도 62은 볼록부를 전반하는 도체 표면파의 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
G : 기판
1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 용기 본체
3 : 덮개체
4 : 처리 용기
10 : 서셉터
11 : 급전부
12 : 히터
20 : 배기구
25 : 유전체
34 : 마이크로파원
35 : 동축관
45 : 금속봉
50 : 홈
51 : 표면파 전반부
55 : 가스 배관
56 : 냉매 배관
61 : 가스 방출홀
이하 본 발명의 실시예를 플라즈마 처리의 일례인 CVD 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치(1)에 기초하여 설명한다. 또한, 전자파의 일례로서 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치(1)에 기초하여 설명한다.
(플라즈마 처리 장치(1)의 기본 구성)
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 2 중의 Y-Y 단면)이다. 도 2는 이 플라즈마 처리 장치(1)가 구비한 덮개체(3)의 하면도(도 1 중의 X-X 단면)이다. 도 3은 도 1 중의 Z-Z 단면에서의 덮개체(3)의 상부에서의 횡단면도이다. 도 4는 유전체(25)에 마이크로파를 전반시키는 전극부(47)의 사시도이다. 도 5는 유전체(25)의 사시도이다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
이 플라즈마 처리 장치(1)는 상부가 개구된 정육면체 형상의 용기 본체(2)와 이 용기 본체(2)의 상방을 막는 덮개체(3)로 구성되는 처리 용기(4)를 구비하고 있다. 용기 본체(2)의 상방을 덮개체(3)로 막음으로써, 처리 용기(4)의 내부에는 밀폐 공간이 형성되어 있다. 처리 용기(4) 전체(용기 본체(2) 및 덮개체(3))는 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어지고 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다.
처리 용기(4)의 내부에는 기판으로서 예를 들면 글라스 기판(이하 「기판」이라고 한다)(G)을 재치하기 위한 재치대로서의 서셉터(10)가 설치되어 있다. 이 서셉터(10)는 예를 들면 질화 알루미늄으로 이루어지고, 그 내부에는 기판(G)을 정전 흡착하고 또한 처리 용기(4)의 내부에 소정의 바이어스 전압을 인가시키기 위한 급전부(11)와, 기판(G)을 소정의 온도로 가열하는 히터(12)가 설치되어 있다. 급전부(11)에는 처리 용기(4)의 외부에 설치된 바이어스 인가용의 고주파 전원(13)이 콘덴서 등을 구비한 정합기(14)를 개재하여 접속되고, 또한 정전 흡착용의 고압 직류 전원(15)이 코일(16)을 개재하여 접속되어 있다. 히터(12)에는 마찬가지로 처리 용기(4)의 외부에 설치된 교류 전원(17)이 접속되어 있다.
처리 용기(4)의 저부(底部)에는 처리 용기(4)의 외부에 설치된 진공 펌프 등의 배기 장치(도시하지 않음)에 의해 처리 용기(4) 내의 분위기를 배기하기 위한 배기구(20)가 설치되어 있다. 도시한 바와 같이 용기 본체(2)의 상방을 덮개체(3)에 의해 막은 상태에서는, 덮개체(3)의 하면 주변부와 용기 본체(2)의 상면과의 사이에 배치된 O 링(21)과, 후술하는 각 유전체(25)와 덮개체(3)의 사이에 배치된 O 링(30)에 의해 처리 용기(4) 내의 기밀성이 유지되어 있다.
덮개체(3)의 하면에는 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 4 개의 유전체(25)가 하부를 처리 용기(4)의 내부로 노출시킨 상태로 장착되어 있다. 유전체(25)로서 예를 들면 불소 수지, 석영 등의 유전 재료를 이용할 수도 있다. 유전체(25)는 직육면체 형상을 이루는 유전체판(26)의 상면에 사각형의 판 형상의 플랜지부(27)를 일체적으로 형성시킨 구성이다. 유전체(25)의 상면(플랜지부(27)의 상면)의 4 개의 코너에는 후술하는 전극봉(46)을 삽입시키기 위한 홀(28)이 4 개소에 설치되어 있다.
유전체(25)는 플랜지부(27)를 덮개체(3)의 하방에 형성된 단부(段部)(29)에 적재시킴으로써 덮개체(3)의 하면에 유전체(25)를 지지하고 있다. 또한, 플랜지부(27)의 하면과 단부(29)와의 사이에는 처리 용기(4)의 외부와 내부의 사이의 씰 부재로서의 O 링(30)이 배치되어 있다.
덮개체(3)의 상면 중앙에는 마이크로파원(34)으로부터 공급되는 마이크로파를 전반시키는 동축관(35)이 접속되어 있다. 이 동축관(35)은 내측 도체(36)와 외부 도체(37)에 의해 구성되어 있다. 내측 도체(36)는 덮개체(3)의 내부에 배치된 분기판(40)에 접속되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 분기판(40)은 내부 도체(36)와의 연결 위치를 중심으로 하는 4 개의 분기 도체(41)를 십자 형상으로 배치한 구성이다. 동축관(35)과 분기판(40)은 Cu 등의 도전성 부재에 의해 형성된다. 분기판(40)은 전송 선로의 임피던스 정합 수단으로서의 유전체(42)를 이용하여 덮개체(3)의 내부에 지지되어 있다.
각 분기 도체(41)의 선단(先端) 하면에는 금속봉(45)이 장착되어 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 각 금속봉(45)의 하단(下端)에는 하면에 4 개의 전극봉(46)을 가지는 전극부(47)가 설치되어 있다. 이 전극부(47) 하면의 4 개의 전극봉(46)이 상술한 유전체(25) 상면의 4 개의 코너에 형성된 홀(28)에 삽입되어 있 다. 금속봉(45), 전극봉(46) 및 전극부(47)는 Cu 등의 도전성 부재에 의해 형성된다.
상술한 마이크로파 공급 장치(34)로부터는 주파수가 2 GHz 이하인 마이크로파로서, 예를 들면 915 MHz인 주파수를 가진 마이크로파가 동축관(35)에 대해 도입되도록 되어 있다. 이에 따라, 915 MHz인 마이크로파가 분기판(40)에서 분기되고, 금속봉(45)을 개재하여 각 유전체(25)에 전반된다.
덮개체(3)의 하면에는 각 유전체(25)의 주위로부터 소정의 거리가 떨어진 위치에서 각 유전체(25)를 둘러싸도록 배치된 홈(50)이 설치되어 있다. 덮개체(3)의 하면에서 이 홈(50)으로 둘러싸인 영역이 표면파 전반부(51)가 된다. 이 실시예에서는, 홈(50)으로 구획됨으로써 각 유전체(25)의 주위에는 덮개체(3)의 하면을 4 개로 구획한 표면파 전반부(51)가 배치되어 있다. 플라즈마 처리 중 마이크로파 공급 장치(34)로부터 각 유전체(25)에 전반된 마이크로파는 덮개체(3)의 하면으로 노출되어 있는 유전체(25) 주위로부터 각 표면파 전반부(51)의 표면을 따라 전반된다. 이 때, 홈(50)은 각 표면파 전반부(51)의 표면을 따라 전반된 마이크로파(도체 표면파)가 홈(50)을 넘어 표면파 전반부(51)의 외측에 전반되지 않도록 하기 위한 전반 장해부로서 기능한다. 또한, 플라즈마 처리 중의 덮개체(3)의 하면에서의 도체 표면파의 전반 상태 및 홈(50)의 전반 장해부로서의 기능에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
덮개체(3)의 내부에는 플라즈마 처리에 필요한 소정의 가스 공급용의 가스 배관(55)과 냉매 공급용의 냉매 배관(56)이 설치되어 있다. 처리 용기(4)의 외부에 배치된 가스 공급원(60)으로부터 가스 배관(55)을 통해 공급된 소정의 가스는 덮개체(3)의 하면에 개구되는 가스 방출홀(61)로부터 처리 용기(4)의 내부로 공급된다.
냉매 배관(56)에는 처리 용기(4)의 외부에 배치된 냉매 공급원(65)으로부터 냉매를 순환 공급하는 냉매 공급 배관(66)과 냉매 귀환 배관(67)이 접속되어 있다. 이들 냉매 공급 배관(66)과 냉매 귀환 배관(67)을 통해 냉매 공급원(65)으로부터 냉매 배관(56)으로 냉매가 순환 공급됨으로써 덮개체(3)는 소정의 온도로 유지되어 있다.
(플라즈마 처리 장치(1)에서의 플라즈마 처리)
이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서, 예를 들면 기판(G)의 상면에 비결정 실리콘이 성막되는 경우에 대해 설명한다. 우선, 기판(G)이 처리 용기(4)의 내부에 반입되고 서셉터(10) 상에 기판(G)이 재치된다. 그 후, 밀폐된 처리 용기(4) 내에서 소정의 플라즈마 처리가 행해진다.
플라즈마 처리 중에는 가스 공급원(60)으로부터 가스 배관(55) 및 가스 방출홀(61)을 거쳐 플라즈마 처리에 필요한, 예를 들면 아르곤 가스/실란 가스/수소의 혼합 가스가 처리 용기(4) 내로 공급되면서 배기구(20)로부터 배기되고 처리 용기(4) 내가 소정의 압력으로 설정된다. 그리고, 이와 같이 소정의 가스가 처리 용기(4) 내로 공급되는 한편, 히터(12)에 의해 기판(G)이 소정의 온도로 가열된다. 또한, 마이크로파 공급 장치(34)에서 발생된 예를 들면 915 MHz의 마이크로파가 동축관(35), 분기판(40) 및 전극봉(46)을 통해 각 유전체판(26) 중에 전반된다. 그리고, 각 유전체판(26)을 투과한 마이크로파가 덮개체(3)의 하면으로 노출되어 있는 유전체(25) 주위로부터 도체 표면파(TM) 상태로 각 표면파 전반부(51)의 표면을 따라 전반된다.
이 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 유전체(25)의 주위에 배치시킨 표면파 전반부(51)를 따라 전반시킨 마이크로파(도체 표면파)로 플라즈마(P)를 여기시킬 수 있으므로, 유전체(25)의 사용량을 가능한 줄이는 것이 가능해진다. 이 경우, 홈(50)의 배치로 표면파 전반부(51)의 영역을 바꿈으로써, 처리 용기(4) 내에서의 플라즈마(P)의 생성 영역을 임의로 제어하는 것이 가능하다. 예를 들면, 표면파 전반부(51)의 영역을 크게 하여 기판 사이즈의 외측까지 넓힘으로써, 기판(G)의 상면(처리면) 전체에 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
또한, 처리 용기(4)의 내부로 노출되는 유전체(25)의 노출 면적을 줄임으로써, 유전체(25)의 파손, 플라즈마 처리에 수반되는 에칭 등에 의한 유전체(25)의 손실도 저감시킬 수 있다. 이 경우, 유전체(25)의 노출 면적을 기판(G)의 처리 면적의 1 / 5 이하로 함으로써, 플라즈마와 대향하는 그라운드 전극의 면적은 적어도 기판(G) 표면의 면적의 1.5(1.7-1/5)배 이상이 된다. 이에 따라, 덮개체(3) 하면의 스퍼터링에 수반되는 기판(G)의 금속 오염을 일으키지 않고, 고주파 전원(13)으로부터 인가된 고주파 전압을 기판(G) 표면 근방의 플라즈마 시스(s)에 효율적으로 인가시키는 것이 가능해진다.
또한, 유전체(25)의 노출 면적이 줄어듦에 따라 덮개체(3)의 노출 면적이 증가하므로, 금속제인 덮개체(3)에 가스 공급홀(61)을 용이하게 가공할 수 있다. 금속제인 덮개체(3)의 하면에 복수의 가스 공급홀(61)을 분포시켜 배치시킴으로써, 기판(G)의 처리면 전체에 샤워 플레이트와 같은 상태로 처리 가스를 균일하게 공급할 수 있게 된다. 이에 의해, 기판(G)의 처리면 전체에 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
(도체 표면파(W)의 전반과 주파수의 관계)
처리 용기(4) 내에 생성되는 플라즈마(P)의 유전율은 εr’ - jεr’’로 나타난다. 플라즈마(P)의 유전율에는 손실 성분도 있기 때문에 복소수로 표현된다. 플라즈마(P)의 유전율의 실수부(εr’)는 통상적으로 -1보다 작다. 플라즈마(P)의 유전율은 다음 식(1)으로 나타난다.
Figure 112009078268116-pct00001
또한, 플라즈마(P)에 마이크로파를 입사했을 때의 전반 특성은 다음 식(2)으로 나타난다.
Figure 112009078268116-pct00002
여기서 k는 파수, k0는 진공 중의 파수, ω는 마이크로파 각주파수, υc는 전자 충돌주파수, ωpe는 다음 식(3)으로 나타나는 전자 플라즈마 주파수이다.
Figure 112009078268116-pct00003
여기서 e는 기본 전하, ne는 플라즈마(P)의 전자 밀도, ε0는 진공 중의 유전율, me는 전자의 질량이다.
진입 길이(δ)는 마이크로파를 입사했을 때 마이크로파가 얼마 만큼 플라즈마 내부에 입사 가능한지를 나타낸다. 구체적으로는, 마이크로파의 전계 강도(E)가 플라즈마(P)의 경계면에서의 전계 강도(E0)의 1 / e로 감쇠할 때까지 진입한 거리가 진입 길이(δ)이다. 진입 길이(δ)는 다음 식(4)으로 나타난다.
Figure 112009078268116-pct00004
k는 상술한 바와 같이 파수이다.
전자 밀도(ne)가 다음 식(5)으로 나타나는 컷오프 밀도(nc)보다 큰 경우, 마이크로파는 플라즈마 중을 전반하지 못하고 플라즈마(P)에 입사된 마이크로파는 급속히 감쇠한다.
Figure 112009078268116-pct00005
식(4)에 따르면 진입 길이(δ)는 수 mm ~ 수십 mm가 되어 전자 밀도가 높을수록 짧아진다. 또한, 전자 밀도(ne)가 컷오프 밀도(nc)보다 충분히 큰 경우 진입 길이(δ)는 주파수에 거의 의존하지 않는다.
한편, 플라즈마(P)의 시스 두께(t)는 다음 식(6)으로 나타난다.
Figure 112009078268116-pct00006
여기서 Vp는 플라즈마 전위, kB는 볼츠만 상수, Te는 전자 온도, λD는 다음 식(7)으로 나타나는 디바이 길이(Debye length)이다. 디바이 길이(λD)는 플라즈마 중의 전위의 교란이 얼마나 신속히 감쇠하는지를 나타낸다.
Figure 112009078268116-pct00007
식(6)에 따르면, 시스 두께(t)는 수십 μm ~ 수백 μm가 된다. 또한, 시스 두께(t)는 디바이 길이(λD)에 비례하는 것을 알 수 있다. 또한, 식(6)에서는 전자 밀도(ne)가 높을수록 디바이 길이(λD)는 짧아지는 것을 이해할 수 있다.
「도체 표면파(TM)의 파장, 감쇠량」
도체 표면파(TM)의 전반 모델로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 도체인 덮개체(3)(표면파 전반부(51))의 하면과 플라즈마(P)와의 사이에 형성된 무한히 넓은 두께(t)의 시스(g)를 z 방향으로 도체 표면파(TM)가 전반하는 경우에 대해 설명한다. 시스(g)의 유전율을 εr = 1, 플라즈마(P)의 유전율을 εr’- jεr’’로 한다. 맥스웰의 방정식으로부터 도 6의 y 방향의 자계(Hy)가 만족시키는 방정식을 도출하면 다음과 같이 된다.
Figure 112009078268116-pct00008
단, h는 고유값이며, 시스의 내외에서 다음과 같이 나타난다.
Figure 112009078268116-pct00009
여기서, γ는 전반 상수, hi는 시스(g) 중에서의 고유값, he는 플라즈마(P) 중에서의 고유값이다. 고유값(hi 및 he)은 일반적으로는 복소수가 된다.
도체인 덮개체(3)의 하면에서 z 방향의 전계 강도가 0이 된다고 하는 경계 조건으로부터 식(8)의 일반해(一般解)는 다음과 같이 된다.
Figure 112009078268116-pct00010
여기서 A 및 B는 임의 상수이다.
시스(g)와 플라즈마(P)의 경계에서 자계 및 전계의 접선 성분이 연속이 되는 것으로부터 임의 상수를 소거하면, 이하의 특성 방정식이 도출된다.
Figure 112009078268116-pct00011
특성 방정식(13) 중 시스 두께(t)는 식(6)으로부터, 플라즈마(P)의 유전율 εr’- jεr’’은 식(1)로부터 구해진다. 따라서, 연립 방정식(13)을 푸는 것에 의해 고유값(hi 및 he)이 각각 구해진다. 복수의 해가 존재할 경우에는 시스 내의 자계 분포가 쌍곡선 함수가 되는 해를 선택하면 된다. 또한, 식(9)로부터 전반 상수(γ)가 구해진다.
전반 상수(γ)는 감쇠 상수(α)와 위상 상수(β)로부터 γ = α + jβ로 나타난다. 전반 상수의 정의로부터 플라즈마의 전계 강도(E)는 다음 식(14)으로 나타난다.
Figure 112009078268116-pct00012
여기서 z는 도체 표면파(TM)의 전반 거리, E0는 전반 거리(z)가 0일 때의 전계 강도를 나타낸다. e-αz는 도체 표면파(TM)가 전반과 함께 지수 함수적으로 감쇠하는 효과를 나타내고, ej βz는 도체 표면파(TM)의 위상의 회전을 나타낸다. 또한, β = 2π / λc이기 때문에 위상 상수(β)로부터 도체 표면파(TM)의 파장(λc)이 구해진다. 따라서, 전반 상수(γ)를 알면 도체 표면파(TM)의 감쇠량과 도체 표면파(TM)의 파장(λc)을 산출할 수 있다. 또한, 감쇠 상수(α)의 단위는 Np(네퍼) / m 이며, 후에 나타내는 각 그래프의 단위(dB / m)와는 이하의 관계가 있다.
1Np / m = 20 / ln(10) dB / m = 8.686 dB / m
이들 식을 이용하여 마이크로파 주파수가 915 MHz, 전자 온도(Te)가 2 eV, 플라즈마 전위(Vp)가 24 V, 전자 밀도(ne)가 1 × 1011 cm-3, 4 × 1011 cm-3, 1 × 1012 cm-3 일 때의 진입 길이(δ), 시스 두께(t), 도체 표면파(TM)의 파장(λc)을 각각 계산했다. 그 결과를 다음 표에 나타낸다.
전자 밀도 진입 길이(δ) 도체 표면파 파장 시스 두께
1 × 1011 cm-3 17.8 mm 11.7 mm 0.22 mm
4 × 1011 cm-3 8.5 mm 23.6 mm 0.11 mm
1 × 1012 cm-3 5.3 mm 30.4 mm 0.07 mm
도체 표면파는 소정 전자 밀도 이하에서는 컷오프가 되어 전반될 수 없다. 이 전자 밀도를 도체 표면파 공명 밀도(nr)라고 하고, 식(5)로 나타나는 컷오프 밀도의 2 배의 값이 된다. 컷오프 밀도는 주파수의 제곱에 비례하기 때문에, 도체 표면파는 주파수가 낮을수록 낮은 전자 밀도에서도 전반된다.
도체 표면파 공명 밀도(nr)의 값을 계산하면, 2.45 GHz 일 때 1.5 × 1011 cm-3이 된다. 실제의 플라즈마 처리 조건으로는 표면 부근의 전자 밀도가 1 × 1011 cm-3 이하가 되는 경우가 있지만, 이러한 조건으로는 도체 표면파가 전반하지 않는다. 한편, 915 MHz 일 때에는 2.1 × 1010 cm-3이 되어 2.45 GHz 인 경우의 약 1 / 7이 된다. 915 MHz에서는 표면 부근의 전자 밀도가 1 × 1011 cm-3 이하가 되어도 도체 표면파가 전반한다. 이와 같이, 표면 부근의 전자 밀도가 1 × 1011 cm-3 정도인 저밀도 플라즈마에서도 표면파를 전반시키기 위해서는 2 GHz 이하의 주파수를 선택할 필요가 있다.
한편, 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(1)에서 유전체(25)로부터 방출된 도체 표면파(TM)가 처리 용기(4)의 내벽(덮개체(3) 하면 및 용기 본체(2) 내면)을 따라 기판(G)의 주변까지 전반하면, 처리 용기(4) 내에 생성되는 플라즈마(P)가 불균일해져 프로세스의 균일성이 악화되거나 처리 용기(4) 내에 기판(G)의 반입출 시에 개폐되는 게이트 밸브 또는, 기판(G)을 재치시키는 서셉터(10)가 열화하는 등의 폐해가 발생한다. 도체 표면파(TM)가 유전체(25)와 기판(G) 간의 거리를 전반하는 동안에 충분히 감쇠하지 않을 경우(감쇠량이 20 dB 이하)에는, 도체 표면파(TM)를 반사시켜 그 이상 전반시키지 않는 수단이 필요하게 된다. 여기서, 도 7에 나타낸 그래프의 실선은 후술하는 변형예(8)의 대표적 조건에서의 도체 표면파(TM)의 감쇠량의 주파수 의존성이다. 플라즈마 처리 장치(1)에서 유전체(25)와 기판(G) 간의 표준적인 간격은 약 0.1 m이며, 이 거리를 전반했을 때의 감쇠량이 20 dB이라고 하면 1 m 당 감쇠량은 200 dB / m가 된다. 이 때의 주파수는 도 7로부터 1.9 GHz인 것을 알 수 있다. 즉, 1.9 GHz 이하일 때 도체 표면파(TM)를 반사시키는 수단이 필요하게 된다.
(홈(50)의 필요성)
이상과 같이, 이 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 2 GHz 이하의 마이크로파를 사용함으로써 유전체(25)의 주위로부터 표면파 전반부(51) 전체에 전반시킨 도체 표면파(TM)에 의해 균일한 플라즈마(P)를 생성시킬 수 있다. 그러나 한편으로, 도체 표면파(TM)가 부적절한 위치까지 전반하면 처리 용기(4) 내에 생성되는 플라즈마(P)가 불균일해지는 요인이 될 우려가 있다. 또한, 도체 표면파(TM)가 게이트 밸브 또는 뷰포트까지 전반하면 도체 표면파(TM)가 가지는 에너지에 의해 이들 기기의 근방에 설치된 O 링이 소손(燒損)되거나, 이들 기기의 바로 옆에서 플라즈마가 생성되고 기기 표면에 반응 생성물이 부착되어 문제를 일으킬 우려가 있다. 그래서, 이 실시예의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 덮개체(3)의 하면으로 노출되어 있는 각 유전체(25)의 주위를 홈(50)으로 둘러싸는 구성으로 하여, 이 홈(50)으로 둘러싸인 표면파 전반부(51)에만 도체 표면파(TM)를 효과적으로 전반시키도록 했다. 또한, 발명자들은 전반 억제 효과를 높이기 위해 홈(50) 형상의 적정화를 도모했다.
「홈(50)의 어스펙트비(D / W)」
홈(50) 형상을 최적화할 때에 계산에 이용되는 전자 밀도를 어떻게 설정할지가 중요하다. 도체 표면파가 플라즈마 중으로 들어가는 깊이는 진입 길이(δ) 정도이며, 수 mm ~ 수십 mm이다(표 1 참조). 이와 같이 플라즈마의 표면에 가까운 부분의 전자 밀도를 다양한 처리 조건으로 실측하면, 1 × 1011 cm-3 ~ 1 × 1012 cm-3이었다. 그래서 전자 밀도(ne)를 1 × 1011 cm-3 ~ 1 × 1012 cm-3의 범위로 정하여 검토를 행했다. 도 8에 도시한 바와 같이, 단면(斷面)이 대략 직사각형 형상인 홈(50)을 선택했다. 홈(50)의 폭을 W, 깊이를 D로 한다.
홈의 어스펙트비(D / W)의 적정치를 도출하기 위해 전자 밀도(ne)가 1 × 1011 cm-3, 4 × 1011 cm-3, 1 × 1012 cm-3인 경우, 도체 표면파(TM)가 홈(50)에서 어느 정도 감쇠할지를 시뮬레이션에 의해 구했다. 이 때, 홈(50)의 폭(W)을 4 mm로 설정했다. 그 결과를 도 9에 도시하고 또한, 이 결과에 대해 도 10을 참조하여 이하에 고찰한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 도체 표면파(TM)는 홈(50)에 도달하면, 홈(50)의 저면(底面)을 전반하는 도체 표면파(TM11)와 홈(50)을 점프하여 플라즈마 중을 직접 전달하는 투과파(TM12)로 분배된다. 도체 표면파(TM11)와 투과파(TM12)는 홈(50)의 단부(端部)(P)에서 재차 합류된다. 그 때, 도체 표면파의 일부는 반사하여 반사파(도체 표면파(TM22))가 되고, 나머지는 진행파(도체 표면파(TM21))가 되어 더 전반한다.
이 때, 도체 표면파(TM11)와 투과파(TM12)의 위상이 180도 어긋나 있으면, 합류 지점(P)에서 이 2 개의 파는 서로 부딪쳐 없어지고 대부분 전반사한다. 이 때, 진행파(도체 표면파(TM21))는 존재하지 않는다. 즉 도체 표면파(TM)는 홈(50)의 앞으로 전반되지 않는다.
예를 들어, 도 9에서 도체 표면파(TM)의 투과량이 -10 dB인 경우, 도체 표면파(TM)의 90%는 홈(50)에 의해 반사되어 반사파(TM22)가 되어 되돌아오고, 나머지 10%만이 도체 표면파(TM21)가 되어 홈(50)을 넘어 전반한다. 즉, 이 경우 홈(50)이 장해가 되어 도체 표면파의 90%는 홈(50)에 의해 감쇠된다.
도 9에 의하면, 전자 밀도(ne)가 높을수록 투과량이 최소가 되는 어스펙트비(D / W)의 값이 큰 쪽으로 치우치는 것을 알 수 있다. 또한, 전자 밀도(ne)가 1 × 1011 cm-3, 4 × 1011 cm-3, 1 × 1012 cm-3의 모든 경우에 대해 도체 표면파(TM)의 90%가 홈(50)에서 반사되는 어스펙트비(D / W)는 0.26이다. 도체 표면파(TM)의 90%가 홈(50)에서 반사되면 그 홈(50)은 도체 표면파(TM)의 전반 억제 기능을 충분히 수행하고 있다고 말할 수 있다. 따라서, 발명자들은 모든 전자 밀도에서 도체 표면파(TM)의 90%가 반사되는 0.26을 어스펙트비(D / W)의 하한치라고 정했다.
이어서, 홈(50)의 폭(W)을 4 mm, 6 mm, 12 mm로 한 경우의 어스펙트비(D / W)에 대한 도체 표면파(TM)의 투과량을 구한 결과를 도 10에 나타낸다. 여기서는, 전자 밀도(ne)를 1 × 1012 cm-3로 설정했다. 상술한 바와 같이, 전자 밀도(ne)가 높을수록 투과량이 최소가 되는 어스펙트비(D / W)의 값이 큰 쪽으로 치우친다. 따라서, 시뮬레이션 시에 도체 표면파(TM)의 전자 밀도(ne )를 가장 높게 설정함으로써 어스펙트비(D / W)의 상한치를 구할 수 있다.
홈의 폭(W)을 바꾸었을 때 투과량이 최소가 되는 어스펙트비(D / W)의 값은 W = 6 mm에서 최대치를 취한다. 이 때, 도체 표면파(TM)의 90%가 홈(50)에서 반사되는 어스펙트비(D / W)는 2.3이 되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 하여, 발명자들은 도체 표면파(TM)의 전반을 억제하기 위해서는 홈(50)의 어스펙트비(D / W)를 0.26 ≤ D / W ≤ 2.3을 만족시키도록 정할 필요가 있다고 결론 내렸다.
＜홈(50)의 폭(W)＞
이어서, 발명자들은 홈(50)의 폭(W)과 시스 두께(t)의 관계 및 홈(50)의 폭(W)과 진입 길이(δ)의 관계에 주목하여 홈(50)의 폭(W)의 적정치에 대해 다음과 같이 고찰했다. 도 11a에 도시한 바와 같이, 홈(50)의 폭(W)이 시스 두께(t)의 2 배 이하인 경우(2t ≥ W), 홈(50)의 내부 공간은 모두 시스 영역이 된다. 이 결과, 홈(50)이 있는 부분과 없는 부분의 시스 두께(t)에 단차가 생기지 않고, 홈(50)을 설치해도 도체 표면파(TM)로서는 홈(50)은 없는 것과 동일해진다. 따라서, 2t ≥ W에서는 홈(50)은 전반 억제의 기능을 수행하지 않는다.
한편, 도 11b에 도시한 바와 같이, 홈(50)의 폭(W)이 시스 두께(t)의 2 배보다 큰 경우(2t ＜ W), 홈(50)의 저면을 따라 생기는 시스 영역은 0.1 mm 정도의 폭 밖에 없기 때문에 홈(50)을 설치함으로써 시스 영역에 단차가 생긴다. 이 결과, 홈(50)의 저면 근방을 따라 전반하는 도체 표면파(TM11)와 홈을 뛰어넘어 전반하는 도체 표면파(TM12)에 의해 홈(50)의 단부(P)에서 반사가 일어나 도체 표면파(TM)의 일부는 반사파(도체 표면파(TM22))가 되고, 나머지의 도체 표면파(TM21)만이 홈(50)을 넘어 전반한다. 이상의 고찰로부터, 발명자들은 홈(50)이 도체 표면파(TM)의 전반 억제 기능을 가지기 위해서는, 홈(50)의 폭(W)은 시스 두께(t)의 2 배보다 클(2t ＜ W) 필요가 있다는 것을 발견했다.
이어서, 발명자들은 홈(50)의 폭(W)을 적정화하는 다른 방법으로서 홈(50)의 폭(W)과 진입 길이(δ)의 관계에 주목했다. 상술한 바와 같이, 진입 길이(δ)는 마이크로파가 얼마 만큼 플라즈마(P)에 입사 가능한지를 나타낸다.
도체 표면파(TM)는 플라즈마(P)의 경계면으로부터 진입 길이(δ)보다 깊게 플라즈마 내부에 입사할 수는 없다. 따라서, 홈(50)의 폭(W)이 진입 길이(δ)의 2 배 이상인 경우(2δ ≤ W), 도 12a에 도시한 바와 같이 투과파(TM12)는 진입 길이(δ)보다 깊게 플라즈마 내부로 들어가지 못하고, 홈(50)을 넘어 전반할 수 없다. 이 때문에, 진입 길이(δ)의 2 배 이상인 폭(W)의 홈(50)을 설치해도 홈(50)의 단부(P)에서 도체 표면파(TM)의 전반 억제에 효과적인 반사는 일어나지 않고, 도체 표면파(TM)는 홈(50)을 넘어 그 앞으로 전반한다.
한편, 도 12b에 도시한 바와 같이, 홈(50)의 폭(W)이 진입 길이(δ)의 2 배보다 작은 경우(2δ ＞ W), 투과파(TM12)가 전반할 수 없는 영역은 생기지 않는다. 이 결과, 홈(50)의 저면을 따라 전반하는 도체 표면파(TM11)와 홈(50)을 넘어 전반하는 도체 표면파(TM12)에 의해 홈(50)의 단부(P)에서 반사가 일어나 도체 표면파(TM)의 일부는 반사파(도체 표면파(TM22))가 되고, 나머지의 도체 표면파(TM21)만이 홈(50)을 넘어 전반한다. 이상의 고찰로부터, 발명자들은 홈(50)이 도체 표면파(TM)의 전반을 억제하는 기능을 가지기 위해서는, 홈(50)의 폭(W)은 진입 길이(δ)의 2 배보다 작을 (2δ ＞ W) 필요가 있다는 것을 해명했다.
재차 도 10을 참조한다. 이 때의 전자 밀도(ne)는 1 × 1012 cm-3이며, 진입 길이(δ)는 5.3 mm이다. 홈(50)의 폭(W)이 4 mm 및 6 mm인 경우에는 홈(50)의 폭(W)이 진입 길이(δ)의 2 배보다 작기 때문에, 어스펙트비(D / W)를 최적화하면 투과량을 -40 dB 이하로 매우 작게 억제하는 것이 가능하다. 한편, W = 12 mm인 경우에는 진입 길이(δ)의 2 배보다 크기 때문에, 어스펙트비(D / W)를 최적화해도 투과량을 -10 dB 이하로 할 수 없다는 것을 알 수 있다.
「곡률 반경」
홈의 코너부(도 8의 코너(Ca, Cb)) 또는 엣지부에서는, 임피던스가 불연속으로 되기 때문에 전반하는 도체 표면파의 일부가 반사된다. 코너부 또는 엣지부의 각이 둥글어지면 임피던스의 불연속성이 완화되기 때문에 투과량이 증가된다. 특히, 코너부 또는 엣지부의 곡률 반경(R)이 도체 표면파의 파장에 대해 무시할 수 없을 정도로 커지면 투과량이 크게 증가된다.
도체 표면파가 1 개소의 곡률 반경(R)의 코너부를 통과할 때의 투과량을 시뮬레이션에 의해 계산한 결과를 도 13에 나타낸다. 전자 밀도(ne)는 1 × 1012 cm-3, 플라즈마 전위는 24 V로 설정했다. 이 때의 시스 두께(t)는 0.07 mm, 도체 표면파의 파장(λc)은 30.4 mm, 진입 길이(δ)는 5.3 mm이다.
도체 표면파의 투과량은 곡률 반경이 0 mm, 즉 코너부가 직각인 경우에 가장 작고, 곡률 반경(R)의 증가와 함께 커지는 것을 알 수 있다. 코너부가 직각인 경우의 투과량에 대해 투과량이 10% 증가할 때까지, 홈(50)은 전반 억제 기능을 가지고 있다고 하면 코너부의 곡률 반경이 0.77 mm까지가 허용 범위가 된다. 0.77 mm는 도체 표면파(TM)의 파장 30.4 mm의 약 1 / 40(= 0.77 / 30.4)이다. 이상의 시뮬레이션 결과 및 고찰로부터 홈(50)의 코너부의 곡률 반경(R)이 도체 표면파(TM)의 파장(λ)의 1 / 40보다 작을 필요가 있다고 결론 내렸다.
「홈(50)의 위치」
상술한 바와 같이, 홈(50)을 설치함으로써 표면파 전반부(51) 전체에 전반시킨 도체 표면파(TM)에 의해 플라즈마(P)를 생성시킬 수 있다. 즉, 홈(50)으로 둘러싸인 표면파 전반부(51)의 하면 전체로 플라즈마(P)를 생성시킬 수 있으므로, 홈(50)의 위치에 의해 처리 용기(4) 내에서 생성되는 플라즈마(P)의 영역을 제어하는 것이 가능하다.
통상, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(4) 내에서는, 기판(G)의 상방에서 기판 사이즈를 초과하는 외측의 범위까지 플라즈마(P)를 생성시켜 기판(G)의 상면(처리면) 전체에 균일한 플라즈마 처리를 행하도록 하고 있다. 따라서, 덮개체(3)의 하면에서 기판 사이즈를 초과하는 외측의 위치에 홈(50)을 배치하고, 기판(G)의 상방에서 기판 사이즈를 초과하는 외측의 범위까지 표면파 전반부(51)를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 홈(50)은 플라즈마 처리 중에 플라즈마가 접하는 처리 용기(4) 내벽의 금속면이면 어디에 설치되어 있어도 좋다. 예를 들어, 게이트 밸브, 뷰포트 등의 다른 기구를 둘러싸도록 홈(50)을 형성해도 좋다. 이에 의해, 게이트 밸브, 뷰포트 등의 손실, 반응 생성물의 부착 등의 문제를 회피할 수 있다.
(유전체(25)의 노출 면적과 기판(G)의 표면적의 관계(1/5))
처리 용기(4)의 내부에서 행해지는 플라즈마 처리에서는, 서셉터(10) 상에 재치된 기판(G)의 표면으로의 이온 입사가 중요한 역할을 담당하고 있다. 예를 들면, 플라즈마 성막 처리에서는 기판(G)의 표면에 플라즈마 중의 이온을 입사시키면서 성막을 행함으로써, 기판(G)의 온도가 저온이어도 고품질인 박막을 단시간에 형성할 수 있다. 또한, 플라즈마 에칭 처리에서는, 기판(G)의 표면으로의 이온의 수직 입사에 의한 이방성 에칭에 의해 미세한 패턴을 정확하게 형성하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 어떤 플라즈마 처리에서도 양호한 프로세스를 행하기 위해서는 기판(G)의 표면으로의 이온 입사 에너지를 프로세스마다 최적인 값으로 제어하는 것이 불가결해진다. 기판(G)의 표면으로의 이온 입사 에너지는 고주파 전원(13)으로부터 서셉터(10)를 통해 기판(G)에 인가되는 고주파 바이어스 전압에 의해 제어될 수 있다.
도 14에 서셉터(10)(고주파 인가 전극)와 덮개체(3)(대향 전극 = 그라운드 전극)의 사이에 고주파 전압을 인가한 플라즈마 처리 중인 처리 용기(4) 내의 상태를 도시한다. 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(4) 내에서는, 기판(G)의 상방에서 기판 사이즈를 초과하는 외측의 범위까지 고밀도의 플라즈마(P)가 생성된다. 이와 같이, 기판 사이즈를 초과하는 범위까지 플라즈마(P)를 생성시킴으로써 기판(G)의 상면(처리면) 전체에 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 예를 들면, 2.4 m × 2.1 m의 글라스 기판을 처리하는 경우를 예로 들면, 플라즈마(P)의 생성 범위는 기판 사이즈보다 한쪽에서 15% 정도, 양쪽에서 30% 정도 큰 영역이다. 이 때문에, 덮개체(3)의 하면에서는 기판 사이즈보다 한쪽에서 15% 정도(양쪽에서 30% 정도)의 범위가 그라운드 전극(3’)이 된다.
한편, 고주파 전원(13)으로부터 기판(G)에 고주파 바이어스 전압이 인가됨으로써, 플라즈마 처리 중인 처리 용기(4) 내에서는 플라즈마(P)와 기판(G)의 상면(처리면)과의 사이 및 플라즈마(P)와 덮개체(3) 하면의 그라운드 전극(3’)의 부분과의 사이에는 플라즈마 시스(g, s)가 형성된다. 고주파 전원(13)으로부터 인가된 고주파 바이어스 전압은 이들 플라즈마 시스(g, s)에 분압(分壓)되어 가해지게 된다.
여기서, 기판(G)의 처리면(상면)의 표면적을 As, 플라즈마(P)와 대향하고 있는 덮개체(3) 하면의 그라운드 전극(3’)이 되어 있는 부분의 면적을 Ag로 하고, 기판(G)의 처리면과 플라즈마(P)의 사이의 플라즈마 시스(s)에 가해지는 고주파 전압을 Vs, 덮개체(3)의 하면과 플라즈마(P)의 사이의 플라즈마 시스(g)에 가해지는 고주파 전압을 Vg로 한다. 이들 고주파 전압(Vs, Vg)과 면적(As, Ag)에는 다음의 식(15)의 관계가 있다.
Figure 112009078268116-pct00013
Brian Chapman, “Glow Discharge Processes,” A Wiley
Interscience Publication, 1980.
플라즈마 시스(s, g)를 흐르는 전자 전류의 영향에 따라 플라즈마 시스(s, g)에 가해지는 고주파 전압(Vs, Vg)이 커지면, 플라즈마 시스(s, g)에 가해지는 직류 전압이 커진다. 플라즈마 시스(s, g)에 가해지는 직류 전압의 증가분은 고주파 전압(Vs, Vg)의 진폭(0 to 피크값)과 거의 동일하다. 플라즈마(P) 중의 이온은 플라즈마 시스(s, g)에 가해지는 직류 전압에 의해 가속화되어 전극면인 기판(G)의 처리면 및 덮개체(3)의 하면에 입사되는데, 이 이온 입사 에너지는 고주파 전압(Vs, Vg)에 의해 제어될 수 있다.
이 실시예에서 나타낸 플라즈마 장치(1)의 경우, 고주파 전원(13)에 의해 기판(G)의 처리면과 덮개체(3) 하면의 사이에 인가된 고주파 전압(= Vs＋Vg)은, 기판(G)표면 및 덮개체(3) 하면의 근방에 형성되는 플라즈마 시스(s, g)에 분압되어 가해지게 된다. 이 때, 덮개체(3) 하면 근방의 플라즈마 시스(g)에 가해지는 고주파 전압(Vg)을 가능한 작게 하고, 고주파 전원(13)으로부터 인가된 고주파 전압의 대부분이 기판(G) 표면 근방의 플라즈마 시스(s)에 가해지도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 덮개체(3) 하면 근방의 플라즈마 시스(g)에 가해지는 고주파 전압(Vg)이 커지면, 전력 효율이 악화될 뿐만 아니라 덮개체(3)(그라운드 전극)에 입사되는 이온 에너지가 증가하고, 덮개체(3) 하면이 스퍼터링되어 금속 오염이 발생되기 때문이다. 실제 플라즈마 처리 장치에서는, 덮개체(3) 하면 근방의 플라즈마 시스(g)에 가해지는 고주파 전압(Vg)이 기판(G) 표면 근방의 플라즈마 시스(s)에 가해지는 고주파 전압(Vs)의 1 / 5 이하가 아니면 실제로 사용되지 않는다. 즉, 식(15)으로부터 플라즈마(P)와 대향하고 있는 덮개체(3) 하면의 그라운드 전극(3’)으로 되어 있는 부분의 면적은 적어도 기판(G) 표면의 면적의 1.5 배 이상이어야 하는 것을 알 수 있다.
종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 기판(G)과 대향하는 덮개체(3)의 하면의 대부분이 마이크로파를 전달하기 위한 유전체(25)로 덮여 있기 때문에, 특히 대형 기판용의 플라즈마 처리 장치에서는 고밀도 플라즈마가 접하는 그라운드 전극의 면적이 작았다. 상술한 바와 같이, 예를 들면 2.4 m × 2.1 m인 글라스 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 고밀도의 플라즈마(P)가 기판 사이즈보다 편단(偏端)에서 15% 정도, 양단에서 30% 정도 큰 영역에 생성되고, 이 플라즈마(P)와 대향하는 덮개체(3)의 하면 부분이 그라운드 전극(3’)이 된다. 만일, 이 그라운드 전극(3’)의 부분에서 유전체(25)가 처리 용기(4)의 내부가 노출되지 않고 모두 접지부이면, 플라즈마(P)와 대향하는 그라운드 전극(3’)의 면적은 기판 면적의 1.7 배((1 ＋ 0.3)2)가 된다. 그런데, 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 그라운드 전극(3’) 중의 대부분이 유전체(25)로 덮여 있기 때문에 충분한 면적이 얻어지지 않았다. 이 때문에, 종래의 대형 기판용의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는 고주파 바이어스를 인가하면 금속 오염을 발생시킬 우려가 있었다.
그래서, 이 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 처리 용기(4)의 내부로 노출되는 유전체(25)의 노출면의 면적을 가능한 작게 하여 유전체(25)의 노출면의 면적을 기판(G)의 상면의 면적의 1 / 5 이하로 억제하는 구성으로 했다(또한, 후술한 바와 같이, 본 발명에서는 덮개체(3)의 하면을 따라 전반하는 도체 표면파(TM)를 이용하여 처리 용기(4) 내에 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있으므로, 유전체(25)의 노출 면적을 작게 해도 그라운드 전극(3’)의 하면 전체에서 효과적으로 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다). 이와 같이, 플라즈마(P)와 접하는 유전체(25)의 노출면의 면적을 기판(G)의 상면의 면적의 1 / 5 이하로 하면, 필연적으로 플라즈마(P)와 대향하는 그라운드 전극(3’)의 면적은 적어도 기판(G) 표면의 면적의 1.5(1.7 - 1/5)배 이상 확보된다. 이에 따라, 덮개체(3) 하면이 스퍼터링됨에 따른 금속 오염을 발생시키지 않고, 고주파 전원(13)으로부터 인가된 고주파 전압을 기판(G) 표면 근방의 플라즈마 시스(s)에 효율적으로 인가시키는 것이 가능해진다.
(표면파 전반부의 평탄성)
전자 밀도가 높아지면 시스에 인가되는 마이크로파 전계 강도가 커진다. 표면파 전반부(51)에 미소한 각부(角部)가 있으면, 각부에 전계가 집중하여 과열되어 이상 방전(아크 방전)이 발생하는 경우가 있다. 한 번 이상 방전이 발생하면, 금속 표면을 녹이면서 방전부가 돌아다녀 금속 표면에 큰 손상을 준다. 표면파 전반부(51)의 중심선 평균 거칠기가 시스의 두께보다 충분히 작으면, 미소한 각부가 있어도 금속 표면에 평균적으로 전계가 가해지기 때문에, 전계가 집중되지 않아 이상 방전도 일어나지 않는다.
앞서 시스 두께(t)에 대해 설명했지만, 시스 두께(t)는 전자 밀도의 제곱근에 반비례한다. 최대의 전자 밀도로서 1 × 1013 cm-3을 가정하면 충분하다. 이 때의 디바이 길이는 3.3 μm이며, Ar 플라즈마의 경우 시스의 두께는 그 3.5 배인 12 μm가 된다. 금속 표면의 중심선 평균 거칠기가 시스의 두께의 1 / 5 이하, 보다 바람직하게는 1 / 20 이하로 되어 있으면 미소한 각부에서의 전계 집중은 무시할 수 있다. 따라서, 표면파 전반부(51)의 중심선 평균 거칠기는 2.4 μm, 보다 바람직하게는 0.6μm 이하로 되어 있으면 좋다.
(변형예)
이하, 플라즈마 처리 장치(1)의 다른 실시예를 설명한다. 또한, 앞서 도 1 등에서 설명한 플라즈마 처리 장치(1)와 공통된 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
(제 1 변형예)
도 15는 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 16 중의 Y-Y 단면)이다. 도 16은 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장 치(1)가 구비한 덮개체(3)의 하면도(도 15 중의 X-X 단면)이다. 도 17은 도 15 중의 Z-Z 단면에서의 덮개체(3)의 상부에서의 횡단면도이다.
이 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 4 개의 판 형상의 유전체(25)의 하면에 판 형상의 금속 전극(70)을 장착한 구성이다. 금속 전극(70)의 중앙에는 덮개체(3) 및 유전체(25)를 상하로 관통하고 있는 금속봉(45)의 하단(下端)이 장착되어 있다. 금속봉(45)의 상단(上端)은 덮개체(3)의 상면에서 스프링(71)으로 들어 올려져 있고, 이 스프링(71)의 힘에 의해 금속 전극(70) 위에 적재된 유전체(25)가 덮개체(3)의 하면에 눌러져 있다.
유전체(25) 및 금속 전극(70)은 모두 대략 사각형이지만, 유전체(25)는 금속 전극(70)보다 약간 크다. 이 때문에, 처리 용기(4)의 내부에서 보면, 금속 전극(70)의 주위에 유전체(25)가 노출된 상태로 되어 있다.
금속봉(45)의 주위에는 유전 재료로 이루어지는 링 부재(72)가 장착되어 있고, 링 부재(72)와 금속봉(45)의 사이 및 링 부재(72)와 덮개체(3)의 사이에는 씰 부재로서의 2 개의 O 링(73)이 금속봉(45)을 중심으로 하여 동심원 형상으로 설치되어 있다. 이에 의해, 도시한 바와 같이 용기 본체(2)의 상방을 덮개체(3)에 의해 막은 상태에서는, 덮개체(3)의 하면 주변부와 용기 본체(2)의 상면과의 사이에 배치된 O 링(21)과, 금속봉(45)과 덮개체(3)의 사이에 배치된 2 개의 O 링(73)에 의해 처리 용기(4) 내의 기밀성이 유지되어 있다.
덮개체(3)의 상면 중앙에는 내측 도체(36)와 외부 도체(37)로 구성되는 동축관(35)이 접속되어 있다. 내측 도체(36)의 하단(下端)은 덮개체(3)의 내부에 형성된 분배 도파관(74)의 중앙에 배치되어 있고, 동축관(35)에 의해 공급된 2 GHz 이하인 주파수를 가지는 마이크로파가 분배 도파관(74), 금속봉(45) 및 금속 전극(70)을 전반하여 유전체(25)로 공급되고 있다. 덮개체(3)의 내부에 형성된 분배 도파관(74)의 종단면(終端面)(분배 도파관(74)이 수납되어 있는 덮개체(3)의 내부 공간의 내벽면)(74’)은 금속봉(45)의 중심축으로부터 거리 λ / 4의 위치에 설정되고, 동축관(35)에 의해 공급된 마이크로파가 도파관(74)으로부터 금속봉(45)에 효율적으로 전반되도록 되어 있다.
또한, 이 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 하면에 배치된 4 개의 표면파 전반부(51)의 더욱 외측에 외주홈(50’)을 설치하고 있다. 또한, 금속 전극(70)의 하면에 복수의 가스 방출홀(61)을 개구시키고, 금속봉(45)의 내부로 관통시킨 가스 유로(75)로부터 각 가스 방출홀(61)을 통하여 처리 용기(4) 내부로 소정의 가스를 공급하는 구성으로 되어 있다.
이 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도 유전체(25)의 주위로부터 표면파 전반부(51)에 도체 표면파(TM)를 전반시켜 플라즈마(P)를 여기시킬 수 있고, 앞서 도 1 등에서 설명한 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수(享受)할 수 있다. 또한, 이 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 유전체(25)의 주위로부터 금속 전극(70)의 하면에도 도체 표면파(TM)를 전반시켜 플라즈마(P)를 여기시킬 수 있다. 또한, 이 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 덮개체(3)의 하면에서 표면파 전반부(51)의 더욱 외측에 외주홈(50’)을 설치하고 있으므로, 도체 표면파(TM)가 용기 본체(2)의 내벽까지 전반하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있어, 처리 용기(4) 내의 플라즈마 생성 영역을 제어하기 쉽다고 하는 이점이 있다. 또한, 스프링(71)의 힘으로 금속봉(45)을 매닮으로써 금속 전극(70) 위에 적재된 유전체(25)를 지지한 구성이며, 유전체(25)가 덮개체(3), 금속 전극(70) 및 금속봉(45)에 대해 고정되어 있지 않기 때문에, 열팽창 등에 의한 금속 부재(덮개체(3), 금속 전극(70) 및 금속봉(45))의 변형 등의 영향을 유전체(25)에 미치지 않고 유전체(25)의 파손을 방지할 수 있다.
(제 2 변형예)
도 18은 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도이다. 도 19는 도 18 중의 Z-Z 단면에서의 덮개체(3)의 상부에서의 횡단면도이다.
이 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 기본적으로는 앞서 도 15 ~ 17에서 설명한 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 구성이다. 단, 이 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 분배 도파관(74)의 종단면(終端面)(74’)이 하방에 형성되어 있는 점 및 내부 도체(36)가 덮개체(3)와 임피던스 정합 수단으로서의 유전체(42)를 개재하여 접속되어 있는 점이 상이하다. 이 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 앞서 도 15 ~ 17에서 설명한 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있다. 또한, 이 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면 덮개체(3)의 내부에 형성된 분배 도파관(74)을 소형으로 할 수 있다.
(제 3 변형예)
도 20은 제 3 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 21 중의 Y-Y 단면)이다. 도 21은 제 3 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)가 구비한 덮개체(3)의 하면도(도 20 중의 X-X 단면)이다.
이 제 3 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 용기 본체(2)가 원통 형상이며, 처리 용기(4)의 내부에 원기둥 형상의 처리 공간이 형성되어 있다. 덮개체(3) 및 서셉터(10)도 원 형상으로 되어 있다. 이 제 3 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 반도체 웨이퍼 등의 원반 형상인 기판(G)을 플라즈마 처리하는 구성이다. 이 제 3 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도 유전체(25)의 주위로부터 표면파 전반부(51)에 도체 표면파(TM)를 전반시켜 플라즈마(P)를 여기시킬 수 있어, 앞서 도 1 등에서 설명한 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있다.
(제 4 변형예)
도 22는 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 23 중의 Y-Y 단면)이다. 도 23은 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)가 구비한 덮개체(3)의 하면도(도 22 중의 X-X 단면)이다.
이 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)도 용기 본체(2)가 원통 형상이며, 반도체 웨이퍼 등의 원반 형상인 기판(G)을 플라즈마 처리하는 구성이다. 이 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는 유전체(25)의 하면에 판 형상인 금속 전극(70)을 장착한 구성이다. 단, 이 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 유전체(25) 및 금속 전극(70)이 1 매씩이다. 금속 전극(70)은 유전체(25) 및 링 형상의 금속 스페이서(83)를 관통시킨 접속 부재로서의 금속제의 볼트(80)에 의해 덮개체(3)에 고정되어 있다. 금속 스페이서(83)와 덮개체(3) 및 금속 스페이서(83)와 금속 전극(70)은 볼트(80)에 의해 밀착하도록 되어 있다. 또한, 덮개체(3)의 하면과 금속 전극(70)의 하면의 양방에 가스 방출홀(61)이 개구되어 있고, 금속 전극(70) 하면의 가스 방출홀(61)에는 볼트(80)의 내부로 관통시킨 가스 유로(75)로부터 가스를 공급하는 구성으로 되어 있다. 또한, 동축관(35)의 내측 도체(36)의 내부에는 냉매를 통과시키는 냉매 유로(81)가 형성되어 있다. 또한, 유전체(25) 상면과 덮개체(3) 하면의 사이 및 유전체(25) 하면과 금속 전극(70) 상면의 사이에 씰 부재로서의 2 개의 O 링(82)이 설치되어 있다. 이에 따라, 도시한 바와 같이 용기 본체(2)의 상방을 덮개체(3)에 의해 막은 상태에서는, 덮개체(3)의 하면 주변부와 용기 본체(2)의 상면과의 사이에 배치된 O 링(21)과 유전체(25) 상면과 덮개체(3) 하면의 사이 및 유전체(25) 하면과 금속 전극(70) 상면의 사이에 배치된 2 개의 O 링(82)에 의해 처리 용기(4) 내의 기밀성이 유지되어 있다.
이 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 유전체(25)의 주위로부터 표면파 전반부(51)와 금속 전극(70)의 하면에 도체 표면파(TM)를 전반시켜 플라즈마(P)를 여기시킬 수 있어, 앞서 도 1 등에서 설명한 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있다. 또한, 이 제 4 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마로부터 금속 전극(70)으로 유입된 열이 열전도성이 좋은 복수의 금속 스페이서(83) 및 볼트(80)를 통하여 덮개체(3)로 전달되기 때문에, 금속 전극(70)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 볼트(80)의 내부로 관통시킨 가스 유로(75)로부터 가스를 공급하는 구성으로 되어 있기 때문에, 제 2 변형예와 같이 금속봉(45)의 내부로 관통시킨 가스 유로(75)로부터 가스를 공급하는 구성보다 금속 전극(70)의 착탈이 용이하여 메인터넌스성이 뛰어나다. 내측 도체(36)의 온도 상승도 방지할 수 있다. 또한, 유전체(25)의 상하면에 설치된 2 개의 O 링(82)에 의해 평탄면에서 진공 밀폐시키기 때문에, 제 2 변형예와 같이 곡면에서 진공 밀폐시키는 경우에 비해 금속 전극(70)의 착탈이 용이하여 메인터넌스성이 뛰어나다.
또한, 금속 전극(70)의 하면에는 도체 표면파를 반사시키기 위한 동심원 형상의 홈(미도시)을 설치해도 좋다. 금속 전극(70)의 중앙부는 금속 전극(70)의 주위로부터 전반된 도체 표면파가 집중되기 때문에 플라즈마 밀도가 쉽게 높아지지만, 이와 같이 금속 전극(70)에 동심원 형상의 홈을 설치하여 그 내측에 전반하는 도체 표면파를 억제함으로써, 보다 균일한 플라즈마를 여기할 수 있다.
(제 5 변형예)
도 24는 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 25 중의 Y-Y 단면)이다. 도 25는 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)가 구비한 덮개체(3)의 하면도(도 24 중의 X-X 단면)이다.
이 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 상부에 복수의 직사각형 도파관(90)이 E 면(좁은 벽면)이 상향이 되도록 평행하게 등간격으로 배치되어 있다. 각각의 직사각형 도파관(90)의 하면에는 처리 용기(4)의 내부로 통하는 4 개의 슬롯(개구부)이 등간격으로 개구되어 있고, 슬롯의 내부에는 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 유전체(25)가 배치되어 있다. 슬롯 주위에는 유전체(25)와 덮개체(3)의 사이에 O 링(93)이 설치되어 있어 처리 용기(4) 내의 기밀성이 유지되어 있다.
직사각형 도파관(90)의 내부에는, 예를 들면 테플론(등록 상표)으로 이루어지는 2 개의 유전 부재(91, 92)가 간격을 두고 상하로 배치되어 있다. 하방의 유전 부재(92)는 직사각형 도파관(90)에 고정되어 있다. 한편, 유전 부재(91)의 상면에는 직사각형 도파관(90)을 관통하는 유전체봉(94)이 접속되어 있고, 유전체봉(94)을 직사각형 도파관(90)의 외부로부터 상하로 움직임으로써 유전 부재(91)를 상하로 움직일 수 있도록 되어 있다. 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 이와 같이 유전 부재(91)의 상하 방향의 위치에 의해 직사각형 도파관(90) 내를 전반하는 마이크로파의 관내 파장을 조정할 수 있도록 되어 있다. 이어서 이 원리에 대해 설명한다.
도파관의 내부에 유전체를 삽입하면, 중공(中空)인 경우의 관내 파장(λg0)에 비해 관내 파장(λg)이 짧아진다. 예를 들면, 비유전율이 εr인 유전체를 도파관 내에 간극 없이 충전(充塡)했을 때의 관내 파장(λg)은 다음 식(16)이 된다.
Figure 112009078268116-pct00014
도파관 내의 일부에 유전체를 삽입한 경우에는, 간극 없이 충전(充塡)한 경우의 관내 파장과 중공인 경우의 관내 파장의 중간인 관내 파장이 된다. 또한, 동일한 체적의 유전체를 삽입하는 경우에도 도파관 내에서 가장 전계가 강한 H 면(넓은 벽면)의 중심선 상에 배치한 편이 전계가 약한 H 면의 끝 쪽에 배치하는 것보다 파장이 짧아진다. 이와 같이, 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 유전 부재(91)의 상하 방향의 위치에 따라 관내 파장을 조정할 수 있다. 또한, 고정된 유전 부재(92)는 도파 모드의 상하 방향의 대칭성을 확보하기 위해 설치되어 있다.
균일한 플라즈마를 여기하기 위해서는 직사각형 도파관(90)에 설치된 각각의 슬롯으로부터 동일한 강도의 마이크로파를 방출할 필요가 있다. 슬롯의 길이 방향의 피치를 관내 파장의 1 / 2의 정수배(본 변형예에서는 관내 파장의 1 / 2 배)로 설정함으로써, 각각의 슬롯으로부터 동일한 강도의 마이크로파를 방출할 수 있다. 일반적으로 도파관의 관내 파장은 슬롯의 임피던스에 의해 변화하지만, 본변형예에서는 상기한 관내 파장 조절 수단에 의해 관내 파장을 슬롯 피치의 2 배로 항상 일치시킴으로써, 플라즈마 여기 조건이 바뀌어도 항상 균일한 플라즈마를 여기하는 것이 가능하다. 따라서, 매우 광범위한 처리 조건에 대응 가능한 범용성이 높은 플라즈마 처리 장치가 실현된다.
이 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 유전체(25)의 주위로부터 표면파 전반부(51)에 도체 표면파(TM)를 전반시켜 플라즈마(P)를 여기시킬 수 있어, 앞서 도 1 등에서 설명한 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있다. 이 제 5 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 하면에 유전체를 분할하여 배치하는 CMEP(Cellular Microwave Excitation Plasma)에 적합하게 실시할 수 있다.
(제 6 변형예)
도 26은 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 27 중의 Y-Y 단면)이다. 도 27은 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)가 구비한 덮개체(3)의 하면도(도 26 중의 X-X 단면)이다.
이 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 내부에 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 원반 형상의 유전체(25)를 내장시키고, 덮개체(3)의 하면에 형성된 복수의 슬롯(95)으로부터 유전체(25)의 하면이 부분적으로 처리 용기(4) 내로 노출된 구성이다. 슬롯(95)은 동축관 내부 도체(36)의 중심축에 대해 동심원 상에 점대칭인 위치에 설치되어 있고, 각각의 슬롯(95)으로부터 동일한 강도의 마이크로파가 방출되도록 되어 있다. 덮개체(3)의 하면이 래디얼 슬롯 라인 안테나(RLSA)로 되어 있다. 이 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 복수의 슬롯(95)을 일괄하여 홈(50)으로 둘러쌈으로써, 1 개의 표면파 전반부(51) 내에서 복수 개소에 유전체(25)의 하면을 노출시키고 있다. 또한, 이 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 복수의 슬롯(95)에 둘러싸인 영역에 동심원 형상의 홈(50’’)으로 둘러싸인 표면파 비전반부(96)가 설치되어 있다.
이 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 처리 용기(4) 내로 노출된 유전체(25)의 주위로부터 표면파 전반부(51)에 도체 표면파(TM)를 전반시켜 플라즈마(P)를 여기시킬 수 있어, 앞서 도 1 등에서 설명한 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있다. 또한, 이 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 표면파 전반부(51)의 중앙에 홈(50’’)으로 둘러싸인 표면파 비전반부(96)가 설치되어 있으므로, 처리 용기(4) 내의 중앙 부근에 플라즈마가 집중하여 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 덮개체(3)의 하면에 형성되는 홈(50, 50’’)을 이용하여 처리 용기(4) 내에 생성되는 플라즈마(P)의 영역을 임의로 제어할 수 있게 된다.
(제 7 변형예)
도 28은 제 7 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 29 중의 Y-Y 단면)이다. 도 29는 제 7 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)가 구비한 덮개체(3)의 하면도(도 28 중의 X-X 단면)이다.
이 제 7 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 내부에 형성된 도파관(74)의 하면에 배치된, 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 유전체(25)의 하면을 처리 용기(4)의 내부로 노출시키고 있다. 이 제 7 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 복수의 유전체(25)를 일괄적으로 홈(50)으로 둘러쌈으로써, 1 개의 표면파 전반부(51) 내에서 복수 개소에 유전체(25)의 하면을 노출시키고 있다. 또한, 표면파 전반부(51)의 중앙에 홈(50’’)으로 둘러싸인 표면파 비전반부(96)가 설치되어 있다. 이 제 7 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 앞서 설명한 이 제 6 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있다.
(제 8 변형예)
도 30은 제 8 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도이다. 도 31은 도 30의 A-A 단면도이다. 본 변형예에 대해, 동축관(35) 이하의 구조는 도 15 등에서 도시한 제 1 변형예와 대부분 동일하다. 4 개의 분기 동축관(101)이 지면(紙面)에 수직 방향으로 λg(분기 동축관(101)의 관내 파장)의 간격으로 등간격으로 배치되어 있다. 각각의 분기 동축관(101)에는 4 개의 동축관(35)이 λg의 간격으로 등간격으로 접속되어 있다. 동축관(35)의 하방에는 마이크로파를 4 분기하는 분배 도파관(74)을 개재하여 금속봉(45)이 설치되어 있으므로, 금속봉(45) 및 금속 전극(70)의 종횡의 피치는 λg / 2가 된다.
분기 도파관(101)의 중앙부와 분기 도파관(100)의 사이에는 동축관(38)이 설치되어 있다. 분기 도파관(100)은 마이크로파원(도시하지 않음)으로부터 공급된 마이크로파를 2 단의 T 분기 회로에 의해 4 분기하는 토너먼트 방식의 분기이다. 분기 도파관(100)에 의해 균등하게 분배된 마이크로파는 동축관(38), 분기 동축관(101), 동축관(35), 분배 도파관(74), 금속봉(45), 유전체(25)을 통하여 플라즈마로 공급된다. 이 때, 분기 동축관(101)에서는 동축관(35)이 λg / 2의 정수배(여기서는 2 배)의 간격으로 접속되어 있기 때문에, 각각의 동축관(35)으로 공급되는 마이크로파의 전력 및 위상이 동일해져 균일한 플라즈마를 여기하는 것이 가능하도록 되어 있다.
이 제 8 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 앞서 설명한 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있다. 또한, 분기 도파관(100), 분기 동축관(101) 및 분배 도파관(74)에 의해 마이크로파를 균등하게 분배 가능한 다단의 분배기가 구성되고, 분기수를 증가시킴으로써 2 m × 2 m을 넘는 대면적 기판에도 유연하게 대응하는 것이 가능하도록 되어 있다.
「주파수의 한정」
앞서 도시한 도 7로부터 주파수를 낮추면 감쇠량이 감소하는 것을 알 수 있 다. 이는 다음과 같이 설명된다. 식(1)에 의하면, 주파수를 낮추면 플라즈마(P)의 유전율의 실수부(εr’)가 음으로 커져 플라즈마 임피던스가 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 플라즈마에 가해지는 마이크로파 전계가 시스에 가해지는 마이크로파 전계에 비해 약해져 플라즈마 중에서의 마이크로파의 손실이 작아지기 때문에, 도체 표면파(TM)의 감쇠량이 감소한다.
도체 표면파를 플라즈마의 생성에 이용하고자 한 경우, 마이크로파의 주파수로서 너무 높은 주파수를 선택하면 도체 표면파가 필요한 개소까지 전반되지 않기 때문에 균일한 플라즈마를 생성할 수 없다. 대면적 기판용의 플라즈마 처리 장치에서 실질적으로 어느 정도의 주파수까지 균일한 플라즈마가 얻어질지를 추측하기 위해, 먼저 도 30에 도시한 제 8 변형예에 따른 대표적인 플라즈마 처리 장치(1)에서 도체 표면파가 전반해야 하는 거리를 구했다. 본 변형예는, 도체 표면파를 플라즈마의 생성에 이용한 실용적인 대면적 기판용의 플라즈마 처리 장치 중에서 도체 표면파를 전반시키는 거리가 가장 짧고, 보다 높은 주파수까지 균일한 플라즈마가 얻어지는 형태이다.
도 30, 31에 도시한 바와 같이, 분기 동축관(101)의 관내 파장을 λg로 했을 때, 일변의 길이가 λg / 4인 직사각형의 복수의 유전체(25)가 λg / 2의 간격으로 종횡으로 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 분기 동축관(101)의 내부 도체와 외부 도체 간이 중공인 경우에는 관내 파장(λg)은 자유 공간의 파장과 일치한다. 예를 들어, 915 MHz에서는 λg = 328 mm가 된다. 횡방향으로 8 열, 지면(紙面)에 수직 방향으로 8 열로 합계 64 매의 유전체(25)가 유전체(25)보다 외형이 약간 작은 금속 전극(70)에 의해 덮개체(3)의 하면에 밀착하도록 유지되어 있다. 덮개체(3)의 하면에는 각 유전체(25)를 둘러싸도록 홈(50)이 바둑판의 눈 형상으로 설치되어 있어 표면파 전반부(51)를 정의하고 있다.
금속봉(45)를 통해 공급된 마이크로파는 유전체(25) 중을 전반하고, 또한 유전체(25)의 주위로부터 도체 표면파가 되어 덮개체(3)의 하면 및 금속 전극(70)의 표면을 따라 플라즈마를 여기하면서 전반한다.
도 31에 도시한 바와 같이, 도체 표면파(TM)가 크게 감쇠하지 않고(＜ 6 dB) 전반해야 하는 최장 거리는 λg√2 / 8이 되는 것을 알 수 있다. 이 거리를 전반했을 때에 6 dB 감쇠한다고 했을 때의 1 m 당 감쇠량이 도 7의 그래프의 파선으로 나타나 있다. 이 값보다 감쇠량이 작으면 표면파 전반부(51) 전체로 균일한 플라즈마(P)를 여기할 수 있다. 표면파 전반부(51)의 표면 부근의 전자 밀도 : 4 × 1011 cm-3, 전자 온도 : 2 eV, 시스 전압 : 24 V, 압력 : 13.3 Pa, 가스 : Ar의 조건이다.
도 7의 그래프로부터 실선과 파선이 교차하는 주파수는 2070 MHz인 것을 알 수 있다. 이보다 주파수가 높으면 도체 표면파(TM)의 감쇠가 커서 표면파 전반부(51) 전체까지 도달하지 않기 때문에, 균일한 플라즈마(P)를 여기할 수 없다. 도 체 표면파(TM)를 이용하여 균일한 플라즈마(P)를 여기하기 위해서는 다소 여유 있게 2 GHz 이하의 주파수를 선택할 필요가 있다.
(제 9 변형예)
도 32는 제 9 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 33 중의 D-O’-O-E 단면)이다. 도 33은 도 32 중의 A-A 단면도이다. 도 34는 이 실시예에서 사용되는 유전체(25)의 평면도이다. 덮개체(3)의 하면에는 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 4 개의 유전체(25)가 장착되어 있다. 유전체(25)로서 예를 들면 불소 수지, 석영 등의 유전 재료를 이용할 수도 있다. 도 34에 도시한 바와 같이, 유전체(25)는 정사각형의 판 형상으로 구성되어 있다. 유전체(25)의 4 개의 코너에는 대각선에 대해 직각으로 잘린 평탄부(150)가 형성되어 있으므로, 엄밀하게는 유전체(25)는 8 각형이다. 그러나, 유전체(25)의 폭(L)에 비해 평탄부(150)의 길이(M)는 충분히 짧으므로 유전체(25)는 실질적으로 정사각형으로 간주될 수 있다.
도 33에 도시한 바와 같이, 이들 4 개의 유전체(25)는 서로의 꼭지각들(평탄부(150)들)을 인접시키도록 배치되어 있다. 또한, 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선(L’) 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하여 배치된다. 이와 같이 4 개의 유전체(25)를 서로의 꼭지각들을 인접시키고, 또한 서로 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선(L’) 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하도록 배치함으로써 4 개의 유전체(25)에 둘러싸인 덮개체(3)의 하면 중앙에 정사각형의 영역(S)이 형성된다.
각 유전체(25)의 하면에는 금속 전극(151)이 장착되어 있다. 금속 전극(151)은 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어진다. 유전체(25)와 마찬가지로 금속 전극(151)도 정사각형의 판 형상으로 구성되어 있다. 또한, 본원 명세서에서는 이와 같이 각 유전체(25)의 하면에 장착된 판 형상의 금속 부재를 「금속 전극」이라고 부른다. 단, 금속 전극(151)의 폭(N)은 유전체(25)의 폭(L)에 비해 약간 짧다. 이 때문에, 처리 용기의 내부에서 보면, 금속 전극(151)의 주위에는 유전체(25)의 주변부가 정사각형의 윤곽을 드러낸 상태로 노출되어 있다. 그리고, 처리 용기(4)의 내부에서 보면, 유전체(25)의 주변부에 의해 형성된 정사각형 윤곽의 꼭지각들이 인접하여 배치되어 있다.
유전체(25) 및 금속 전극(151)은 나사 등의 접속 부재(152)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 처리 용기의 내부로 노출되어 있는 접속 부재(152)의 하면은 금속 전극(151)의 하면과 동일면으로 되어 있다. 또한, 접속 부재(152)의 하면은 반드시 금속 전극(151)의 하면과 동일면이 아니어도 된다. 유전체(25)에 대한 접속 부재(152)의 관통 개소에는 링 형상의 스페이서(153)가 배치되어 있다. 이 스페이서(153) 상에는 웨이브 워셔(wave washer) 등의 탄성 부재(153’)가 배치되고 유전체(25)의 상하면에 간극이 없는 상태로 되어 있다. 유전체(25)의 상하면에 제어되지 않는 간극이 있으면, 유전체(25)를 전반하는 마이크로파의 파장이 불안정해져 전체적으로 플라즈마의 균일성이 나빠지거나 마이크로파 입력측에서 본 부하 임피던스가 불안정해진다. 또한, 간극이 크면 방전하기도 한다. 유전체(25) 및 금속 전극(151)을 덮개체(3)의 하면에 밀착시키고 또한 접속부로 확실히 전기적, 열적으로 접촉시키기 위하여 접속부에 탄성이 있는 부재를 이용할 필요가 있다. 탄성 부재(153’)는, 예를 들면 웨이브 워셔, 스프링 워셔, 접시 스프링, 씰드 스파이럴 등이어도 좋다. 재질은 스텐레스 스틸, 알루미늄 합금 등이다. 접속 부재(152)는 도전성의 금속 등으로 구성되고, 금속 전극(151)은 접속 부재(152)를 개재하여 덮개체(3)의 하면에 전기적으로 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다. 접속 부재(152)는, 예를 들면 사각형으로 구성된 금속 전극(151)의 대각선 상에 4 개소에 배치되어 있다.
접속 부재(152)의 상단(上端)은 덮개체(3)의 내부에 형성된 공간부(155)로 돌출되어 있다. 이와 같이 공간부(155)로 돌출된 접속 부재(152)의 상단에는 웨이브 워셔로 이루어지는 탄성 부재(156)를 개재하여 너트(157)가 장착되어 있다. 이 탄성 부재(156)의 탄성에 의해 유전체(25) 및 금속 전극(151)은 덮개체(3)의 하면에 밀착되도록 힘을 가하고 있다. 유전체(25)의 상하면에 제어되지 않는 간극이 있으면, 유전체(25)를 전반하는 마이크로파의 파장이 불안정해져 전체적으로 플라즈마의 균일성이 나빠지거나 마이크로파 입력측에서 본 부하 임피던스가 불안정해진다. 또한, 간극이 크면 방전하기도 한다. 유전체(25) 및 금속 전극(151)을 덮개체(3)의 하면에 밀착시키고 또한 접속부로 확실히 전기적, 열적으로 접촉시키기 위하여 접속부에 탄성이 있는 부재를 이용할 필요가 있다. 탄성 부재(156)는, 예를 들면 웨이브 워셔, 스프링 워셔, 접시 스프링, 씰드 스파이럴 등이어도 좋다. 재질은 스텐레스 스틸, 알루미늄 합금 등이다. 이 경우, 덮개체(3)의 하면에 대한 유전체(25) 및 금속 전극(151)의 밀착력의 조정은 너트(157)의 조정에 의해 용이하게 행해진다.
덮개체(3) 하면과 유전체(25) 상면과의 사이에는 봉지(封止) 부재로서의 O 링(30)이 배치되어 있다. O 링(30)은 예를 들면 금속 O 링이다. 이 O 링(30)에 의해 처리 용기(4)의 내부 분위기가 동축관(35)의 내부 분위기와 차단되어 처리 용기(4)의 내부와 외부의 분위기가 분리되어 있다.
접속 부재(152)의 중심부에는 종방향의 가스 유로(160)가 설치되어 있고, 유전체(25)와 금속 전극(151)의 사이에는 횡방향의 가스 유로(161)가 설치되어 있다. 금속 전극(151)의 하면에는 복수의 가스 방출홀(162)이 분산하여 개구되어 있다. 가스 공급원(60)으로부터 가스 배관(55)을 통해 덮개체(3) 내의 공간부(155)로 공급된 소정의 가스가 가스 유로(160, 161) 및 가스 방출홀(162)을 통과하여 처리 용기(4)의 내부를 향해 분산하여 공급되도록 되어 있다.
4 개의 유전체(25)에 둘러싸인 덮개체(3)의 하면 중앙의 영역(S)에는 금속 커버(165)가 장착되어 있다. 이 금속 커버(165)는 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어지고, 덮개체(3)의 하면에 전기적으로 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다. 금속 커버(165)는 금속 전극(151)과 마찬가지로 폭(N)이 정사각형인 판 형상으로 구성되어 있다.
금속 커버(165)는 유전체(25)와 금속 전극(151)의 합계 정도의 두께를 가진다. 이 때문에, 금속 커버(165) 하면과 금속 전극(151) 하면은 동일면으로 되어 있다.
금속 커버(165)는 나사 등의 접속 부재(166)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 처리 용기의 내부로 노출되어 있는 접속 부재(166)의 하면은 금속 커버(165)의 하면과 동일면으로 되어 있다. 또한, 접속 부재(166)의 하면은 반드시 금속 커버(165)의 하면과 동일면이 아니어도 된다. 접속 부재(166)는, 예를 들면 사각형으로 구성된 금속 커버(165)의 대각선 상에 4 개소에 배치되어 있다. 가스 방출홀(172)을 균등하게 배치하기 위하여 유전체(25)의 중심과 접속 부재(166)의 중심 간의 거리는 인접하는 유전체(25)의 중심 간의 거리(L’)의 1 / 4로 설정되어 있다.
접속 부재(166)의 상단(上端)은 덮개체(3)의 내부에 형성된 공간부(155)로 돌출되어 있다. 이와 같이 공간부(155)로 돌출된 접속 부재(166)의 상단에는 스프링 워셔, 웨이브 워셔 등의 탄성 부재(168)를 개재하여 너트(169)가 장착되어 있다. 이 탄성 부재(168)의 탄성에 의해 금속 커버(165)는 덮개체(3)의 하면에 밀착되도록 힘을 가하고 있다.
접속 부재(166)의 중심부에는 종방향의 가스 유로(170)가 설치되어 있고, 덮개체(3) 하면과 금속 커버(165)의 사이에는 횡방향의 가스 유로(171)가 설치되어 있다. 금속 커버(165)의 하면에는 복수의 가스 방출홀(172)이 분산하여 개구되어 있다. 가스 공급원(60)으로부터 가스 배관(55)을 통해 덮개체(3) 내의 공간부(155)로 공급된 소정의 가스가 가스 유로(170, 171) 및 가스 방출홀(172)을 통과하여 처리 용기(4)의 내부를 향해 분산하여 공급되도록 되어 있다.
덮개체(3)의 하면에서 4 개의 유전체(25)의 외측의 영역에는 사이드 커버(175)가 장착되어 있다. 이 사이드 커버(175)는 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어지고, 덮개체(3)의 하면에 전기적으로 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다. 사이드 커버(175)도 유전체(25)와 금속 전극(151)의 합계 정도의 두께를 가진다. 이 때문에, 사이드 커버(175) 하면은 금속 커버(165) 하면 및 금속 전극(151) 하면과 동일면으로 되어 있다.
사이드 커버(175)의 하면에는 4 개의 유전체(25)를 둘러싸도록 배치된 2 중 홈(50)이 설치되어 있고, 이 2 중 홈(50)으로 구획된 내측 영역에서, 사이드 커버(175)에는 4 개의 사이드 커버 내측 부분(178)이 형성되어 있다. 이들 사이드 커버 내측 부분(178)은 처리 용기(4)의 내부에서 본 상태에서 금속 커버(165)를 대각선으로 2 등분한 직각 이등변 삼각형과 대략 동일한 형상을 가지고 있다. 단, 사이드 커버 내측 부분(178)의 이등변 삼각형의 높이는 금속 커버(165)를 대각선으로 2 등분한 이등변 삼각형의 높이보다 약간(도체 표면파의 파장의 1 / 4 정도) 길어져 있다. 이는, 도체 표면파에서 본 이등변 삼각형의 저변부에서의 전기적인 경계 조건이 양자가 상이하기 때문이다.
또한, 본 실시예에서는, 홈(50)은 처리 용기 내부에서 보면 8 각형의 형상으로 되어 있지만, 4 각형의 형상으로 되어 있어도 좋다. 이리 하면, 4 각형의 홈(50)의 각과 유전체(25)의 사이에도 동일한 직각 이등변 삼각형의 영역이 형성된다. 또한 홈(50)으로 구획된 외측 영역에서, 사이드 커버(175)에는 덮개체(3) 하면의 주변부를 덮는 사이드 커버 외측 부분(179)이 형성되어 있다.
후술하는 바와 같이, 플라즈마 처리 중에 마이크로파 공급 장치(34)로부터 각 유전체(25)에 전반된 마이크로파는 덮개체(3)의 하면으로 노출되어 있는 유전 체(25)의 주위로부터 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면을 따라 전반된다. 이 때, 홈(50)은 사이드 커버 내측 부분(178) 하면을 따라 전반된 마이크로파(도체 표면파)가 홈(50)을 넘어 외측(사이드 커버 외측 부분(179))에 전반되지 않도록 하기 위한 전반 장해부로서 기능한다. 이 때문에, 본 실시예에서는 덮개체(3)의 하면에서 홈(50)으로 둘러싸인 영역인 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면이 표면파 전반부(51)가 된다.
사이드 커버(175)는 나사 등의 접속 부재(180)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 처리 용기의 내부로 노출되어 있는 접속 부재(180)의 하면은 사이드 커버(175)의 하면과 동일면으로 되어 있다. 또한, 접속 부재(180)의 하면은 반드시 사이드 커버(175)의 하면과 동일면이 아니어도 된다.
접속 부재(180)의 상단은 덮개체(3)의 내부에 형성된 공간부(155)로 돌출되어 있다. 이와 같이 공간부(155)로 돌출된 접속 부재(180)의 상단에는 스프링 워셔, 웨이브 워셔 등의 탄성 부재(181)를 개재하여 너트(182)가 장착되어 있다. 이 탄성 부재(181)의 탄성에 의해 사이드 커버(175)는 덮개체(3)의 하면에 밀착되도록 힘을 가하고 있다.
접속 부재(180)의 중심부에는 종방향의 가스 유로(185)가 설치되어 있고, 덮개체(3) 하면과 사이드 커버(175)의 사이에는 횡방향의 가스 유로(186)가 설치되어 있다. 사이드 커버(175)의 하면에는 복수의 가스 방출홀(187)이 분산하여 개구되어 있다. 가스 공급원(60)으로부터 가스 배관(55)를 통해 덮개체(3) 내의 공간부(155) 로 공급된 소정의 가스가 가스 유로(185, 186) 및 가스 방출홀(187)을 통과하여 처리 용기(4)의 내부를 향해 분산하여 공급되도록 되어 있다.
금속봉(45)의 상단에는 덮개체(3)의 상부에 설치된 스프링(190)의 압압력이 지지 기둥(191)을 개재하여 가해지고 있다. 금속봉(45)의 하단은 덮개체(3)의 하면에 장착된 유전체(25)의 상면 중앙에 접촉되어 있다. 유전체(25)의 상면 중앙에는 금속봉(45)의 하단을 수용하는 오목부(192)가 형성되어 있다. 스프링(190)의 압압력에 의해 금속봉(45)은 하단을 유전체(25) 상면 중앙의 오목부(192)에 삽입시킨 상태에서 유전체(25)를 관통하지 않고 위로부터 눌려져 있다. 지지 기둥(191)은 테플론(등록 상표) 등의 절연체로 이루어진다. 또한, 오목부(192)를 설치하면 마이크로파 입력측에서 본 반사를 억제할 수 있지만, 없어도 된다. 그 밖에 서셉터(10)의 주위에는 처리 용기(4)의 내부에서 가스의 흐름을 바람직한 상태로 제어하기 위한 배플판(195)이 설치되어 있다.
이상과 같이 구성된 제 9 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 플라즈마 처리 중에는 덮개체(3) 하면 전체에 배치시킨 각 가스 방출홀(162, 172, 187)로부터 기판(G)의 처리면 전체에 샤워 플레이트와 같은 상태로 소정의 가스를 균일하게 공급할 수 있어, 서셉터(10) 상에 재치된 기판(G)의 표면 전체에 소정의 가스를 골고루 공급하는 것이 가능해진다.
그리고, 이와 같이 소정의 가스가 처리 용기(4) 내로 공급되는 한편, 히터(12)에 의해 기판(G)이 소정의 온도로 가열된다. 또한, 마이크로파 공급 장치(34)로 발생된 예를 들면 915 MHz인 마이크로파가 동축관(35), 분기판(40) 및 전극봉(45)을 통해 각 유전체(25) 중으로 전송된다. 그리고, 각 유전체(25)를 투과한 마이크로파가 도체 표면파 상태로 표면파 전반부(51)인 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면을 따라 전반된다.
여기서, 도 35는 표면파 전반부(51)인 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면에서 도체 표면파가 전반되는 상태의 설명도이다. 플라즈마 처리 중에 도체 표면파(마이크로파)(TM)는 덮개체(3)의 하면에서 격자 형상으로 노출되어 있는 유전체(25)를 투과하고, 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면을 따라 전반된다. 이 경우, 금속 커버(165)와 금속 전극(151)은 모두 면적이 대략 동일한 정사각형이며, 또한 금속 커버(165)와 금속 전극(151)은 모두 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 유전체(25)의 부분(주변부)에서 4 변을 둘러싸인 상태로 되어 있다. 이 때문에, 금속 커버(165)와 금속 전극(151)에 대해서는 유전체(25)를 투과한 도체 표면파(TM)가 대략 동일한 상태로 전반된다. 그 결과, 금속 커버(165) 하면과 금속 전극(151) 하면에서는 전체적으로 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
한편, 금속 커버(165)와 금속 전극(151)이 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 유전체(25)의 부분(주변부)에서 4 변을 둘러싸인 상태로 되어 있는 데에 반해, 사이드 커버 내측 부분(178)은 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 유전체(25)의 부분(주변부)에서 2 변만이 둘러싸인 상태로 되어 있다. 이 때문에, 사이드 커버 내측 부분(178) 하면에 대해서는 금속 커버(165) 및 금속 전극(151)에 비해 약 절반 정 도의 파워로 도체 표면파(TM)가 전파된다. 그러나, 사이드 커버 내측 부분(178)은 금속 커버(165)를 대각선으로 2 등분한 직각 이등변 삼각형과 대략 동일한 형상이며, 사이드 커버 내측 부분(178)의 면적은 금속 커버(165)와 금속 전극(151)의 면적의 대략 절반이다. 이 때문에, 사이드 커버 내측 부분(178) 하면에서도 금속 커버(165) 하면 및 금속 전극(151) 하면과 동일한 조건으로 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
또한, 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 유전체(25)의 부분(주변부)을 중심으로 생각하면, 일부를 제외하면 도 35에 도시한 바와 같이, 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 유전체(25)의 부분의 양측에는 동일한 직각 이등변 삼각형으로 나타나는 표면파 전반부 부분(a)이 좌우 대칭으로 형성되어 있다. 이 때문에, 표면파 전반부 부분(a)에 대해서는 모두 동일한 조건으로 처리 용기 내로 노출되어 있는 유전체(25)의 부분으로부터 도체 표면파(TM)가 전반된다. 그 결과, 표면파 전반부 전체(즉, 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면 전체)에서 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
또한, 이 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 상술한 바와 같이 처리 용기(4)의 내부로 노출되어 있는 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버(175) 하면의 전체에 가스 방출홀(162, 172, 187)이 세밀하게 분포되여 설치되어 있음으로써, 서셉터(10) 상에 재치된 기판(G)의 표면 전체에 소정의 가스를 골고루 공급할 수 있다. 이 때문에, 표면파 전반부(51)인 금속 커버(165) 하면, 금속 전 극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면 전체에서 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킴으로써, 기판(G)의 처리면 전체에 더욱 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
(유전체(25)의 두께)
이 제 9 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 유전체(25) 및 금속 전극(151)이 접속 부재(152)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있지만, 금속 전극(151)을 덮개체(3)에 전기적으로 접속시키고 있는 접속 부재(152)의 주변에서는 유전체(25) 중을 마이크로파가 전반할 수 없다. 접속 부재(152)의 주변을 통과한 마이크로파는 유전체(25)의 각부(角部)까지 회절의 효과로 어느 정도는 돌아 들어가지만, 유전체(25)의 각부의 마이크로파 전계 강도는 다른 부분보다 약해지는 경향이 있다. 너무 약해지면 플라즈마의 균일성이 악화된다.
도 36에 전자계 시뮬레이션에 의해 구해진 시스 중의 마이크로파 전계의 정재파 분포를 도시한다. 유전체(25)의 재질은 알루미나이다. 플라즈마 중의 전자 밀도는 3 × 1011 cm-3, 압력은 13.3 Pa이다. 또한, 도 36에 도시한 바와 같이, 1 매의 금속 전극(151)을 중심으로 하여 인접하는 금속 커버(165)의 중심점을 꼭지점으로 가지는 영역(혹은, 이 인접하는 금속 커버(165)의 중심점을 꼭지점으로 가지는 영역과 동일한 기능을 하는 사이드 커버 내측 부분(178)을 2 등분한 영역)을 포함하는 유닛을 셀이라고 부른다. 상정된 셀은 1 변의 길이가 164 mm인 정사각형이다. 셀의 중앙에 셀에 대해 45° 회전된 상태로 유전체(25)가 존재하고 있다. 전계가 강한 부분이 밝게 표시되어 있다. 금속 전극(151) 하면, 금속 커버(165), 사이드 커버 내측 부분(178) 하면에는 규칙적이고 대칭인 2 차원적인 정재파가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 시뮬레이션에 의해 구해진 결과이지만, 실제로 플라즈마를 생성시켜 플라즈마를 관찰하면 완전히 동일한 분포가 얻어지는 것을 알고 있다.
유전체(25)의 두께를 3 mm로부터 6 mm까지 바꾸었을 때의 도 36의 직선(A-B)에서의 시스 중의 마이크로파 전계 강도 분포를 도 37에 나타낸다. 종축은 직선(A-B)에서의 최대 전계 강도로 규격화되어 있다. 중앙과 단부(금속 커버 각부)가 정재파의 파복의 위치로 되어 있고, 그 사이에 파절(波節)의 위치가 있는 것을 알 수 있다. 중앙과 단부에서 전계 강도가 대략 동일한 것이 바람직하지만, 단부 쪽이 약한 것을 알 수 있다.
이리 하여 구해진 금속 커버 각부의 규격화 전계 강도를 도 38에 나타낸다. 유전체(25)의 두께가 3 mm일 때는 93%이지만, 유전체(25)의 두께가 두꺼워지면 감소하여 6 mm에서는 66%가 되는 것을 알 수 있다. 플라즈마의 균일성을 고려하면 금속 전극(151) 하면의 각부와 금속 커버(165)의 각부의 규격화 전계 강도는 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상인 것이 바람직하다. 도 38로부터 규격화 전계 강도를 70% 이상으로 하기 위해서는 유전체(25)의 두께를 5.1 mm 이하, 80% 이상으로 하기 위해서는 4.1 mm 이하로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
유전체(25) 중을 전반하는 마이크로파의 회절에 의해 유전체(25)에 도달하는 마이크로파의 강도는 유전체(25)의 두께뿐만 아니라, 전반 장해물인 접속 부재(152)와 유전체(25)까지의 거리에 의존한다. 이 거리가 길수록 유전체(25)에 도달하는 마이크로파의 강도는 강해진다. 접속 부재(152)와 유전체(25) 각부까지의 거리는 유전체(25)의 중심 간의 거리(셀의 피치)에 대략 비례한다. 따라서, 유전체(25)의 중심 간의 거리에 대해 유전체(25)의 두께를 일정 이하로 설정하면 되게 된다. 도 36에서 셀의 피치는 164 mm이므로, 규격화 전계 강도를 70% 이상으로 하기 위해서는 유전체(25)의 두께를 유전체(25)의 중심 간의 거리의 1 / 29 이하로, 80% 이상으로 하기 위해서는 1 / 40 이하로 하면 된다.
(처리 용기(4) 내에서의 유전체(25)의 노출 부분의 면적)
유전체(25)의 단부(端部)까지 유전체(25) 중을 전반한 마이크로파는 유전체(25)에 인접한 금속 표면상(즉, 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면)을 도체 표면파로서 전반한다. 이 때, 도 35에 도시한 바와 같이, 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 유전체(25)의 부분의 양측에 형성되는 2 개의 표면파 전반부 부분(a)을 대칭인 형상으로 하고 또한, 이들 2 개의 표면파 전반부 부분(a)에 마이크로파의 에너지가 등분(等分)으로 분배되도록 하면 2 개의 표면파 전반부 부분(a)에는 밀도 및 분포가 동일한 플라즈마가 여기되어 표면파 전반부 전체적으로 균일한 플라즈마가 쉽게 얻어진다.
한편, 유전체(25)가 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 부분에서도 유전체 표면파에 의해 플라즈마가 여기된다. 유전체 표면파는 유전체(25)와 플라즈마의 양방에 마이크로파 전계가 가해지는 데에 반해, 도체 표면파는 플라즈마에만 마이크로파 전계가 가해지므로 일반적으로 도체 표면파 쪽이 플라즈마에 가해지는 마이크로 파 전계가 강해진다. 이 때문에, 금속 표면인 표면파 전반부(즉, 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면)에는 유전체(25) 표면보다 밀도가 높은 플라즈마가 여기된다.
유전체(25)의 노출 부분의 면적이 표면파 전반부 부분(a)의 면적보다 충분히 작으면, 플라즈마의 확산에 의해 기판(G)의 주변에서는 균일한 플라즈마가 얻어진다. 그러나, 유전체(25)의 노출 부분의 면적이 한쪽의 표면파 전반부 부분(a)의 면적보다 크면, 즉 표면파 전반부 전체로 보면 유전체(25)의 노출 부분의 합계 면적이 표면파 전반부의 면적의 1 / 2보다 크면, 불균일한 플라즈마가 될 뿐만 아니라, 면적이 작은 표면파 전반부에 전력이 집중되어 이상 방전이 발생하거나 스퍼터링이 일어날 가능성이 높아진다. 따라서, 유전체(25)의 노출 부분의 합계 면적의 면적을 표면파 전반부의 면적의 1 / 2 이하, 보다 바람직하게는 1 / 5 이하로 하는 것이 바람직하다.
(제 10 변형예)
도 39는 제 10 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 덮개체(3)의 하면도이다. 이 제 10 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 하면에 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 8 개의 유전체(25)가 장착되어 있다. 제 9 변형예와 마찬가지로, 도 39에 도시한 바와 같이 각 유전체(25)는 실질적으로 정사각형으로 간주될 수 있는 판 형상이다. 각 유전체(25)는 서로의 꼭지각들을 인접시키도록 배치되어 있다. 또한, 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선(L ’) 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하여 배치된다. 이와 같이 8 개의 유전체(25)를 서로의 꼭지각들을 인접시키고, 또한 서로 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하도록 배치함으로써, 덮개체(3)의 하면에는 4 개의 유전체(25)에 둘러싸인 정사각형의 영역(S)이 3 개소에 형성된다.
각 유전체(25)의 하면에는 금속 전극(151)이 장착되어 있다. 금속 전극(151)은 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어진다. 유전체(25)와 마찬가지로 금속 전극(151)도 정사각형의 판 형상으로 구성되어 있다. 단, 금속 전극(151)의 폭(N)은 유전체(25)의 폭(L)에 비해 약간 짧다. 이 때문에, 처리 용기(4)의 내부에서 보면 금속 전극(151)의 주위에는 유전체(25)의 주변부가 정사각형의 윤곽을 드러낸 상태로 노출되어 있다. 그리고, 처리 용기(4)의 내부에서 보면 유전체(25)의 주변부에 의해 형성된 정사각형의 윤곽의 꼭지각들이 인접하여 배치되어 있다.
유전체(25) 및 금속 전극(151)은 나사 등의 접속 부재(152)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 금속 전극(151)은 접속 부재(152)를 개재하여 덮개체(3)의 하면에 전기적으로 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다. 금속 전극(151)의 하면에는 복수의 가스 방출홀(42)이 분산하여 개구되어 있다.
덮개체(3)의 하면의 각 영역(S)에는 금속 커버(165)가 장착되어 있다. 각 금속 커버(165)는 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어지고, 덮개체(3)의 하면에 전기적으로 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다. 금 속 커버(165)는 금속 전극(151)과 마찬가지로 폭(N)이 정사각형인 판 형상으로 구성되어 있다.
금속 커버(165)는 유전체(25)와 금속 전극(151)의 합계 정도의 두께를 가진다. 이 때문에, 금속 커버(165) 하면과 금속 전극(151) 하면은 동일면으로 되어 있다.
금속 커버(165)는 나사 등의 접속 부재(166)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 금속 커버(165)의 하면에는 복수의 가스 방출홀(167)이 분산하여 개구되어 있다.
덮개체(3)의 하면에서 8 개의 유전체(25)의 외측의 영역에는 사이드 커버(175)가 장착되어 있다. 이 사이드 커버(175)는 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어지고, 덮개체(3)의 하면에 전기적으로 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다. 사이드 커버(175)도 유전체(25)와 금속 전극(151)의 합계 정도의 두께를 가진다. 이 때문에, 사이드 커버(175) 하면은 금속 커버(165) 하면 및 금속 전극(151) 하면과 동일면으로 되어 있다.
사이드 커버(175)의 하면에는 8 개의 유전체(25)를 둘러싸도록 배치된 홈(50)이 연속하여 설치되어 있고, 이 홈(50)으로 구획된 내측의 영역에서 사이드 커버(175)에는 8 개의 사이드 커버 내측 부분(178)이 형성되어 있다. 이들 사이드 커버 내측 부분(178)은 처리 용기(4)의 내부에서 본 상태에서 금속 커버(165)를 대각선으로 2 등분한 직각 이등변 삼각형과 대략 동일한 형상을 가지고 있다. 단, 사이드 커버 내측 부분(178)의 이등변 삼각형의 높이는 금속 커버(165)를 대각선으로 2 등분한 이등변 삼각형의 높이보다 약간(도체 표면파의 파장의 1 / 4 정도) 길어져 있다. 이는 도체 표면파에서 본 이등변 삼각형의 저변부에서의 전기적인 경계 조건이 양자가 상이하기 때문이다.
또한, 본 실시예에서는, 홈(50)은 처리 용기 내부에서 보면 8 각형의 형상으로 되어 있지만, 4 각형의 형상으로 되어 있어도 좋다. 이리 하면, 4 각형의 홈(50)의 각과 유전체(25)의 사이에도 동일한 직각 이등변 삼각형의 영역이 형성된다. 또한 홈(50)으로 구획된 외측의 영역에서 사이드 커버(175)에는 덮개체(3) 하면의 주변부를 덮는 사이드 커버 외측 부분(179)이 형성되어 있다.
플라즈마 처리 중에 마이크로파 공급 장치(34)로부터 각 유전체(25)에 전반된 마이크로파는 덮개체(3)의 하면으로 노출되어 있는 유전체(25)의 주위로부터 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면을 따라 전반되고, 덮개체(3)의 하면에서 홈(50)으로 둘러싸인 영역인 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면이 표면파 전반부가 된다.
사이드 커버(175)는 나사 등의 접속 부재(180)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 사이드 커버(175)의 하면에는 복수의 가스 방출홀(187)이 분산하여 개구되어 있다.
이 제 10 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 표면파 전반부인 금속 커버(165) 하면, 금속 전극(151) 하면 및 사이드 커버 내측 부분(178) 하면 전체에서 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킴으로 써, 기판(G)의 처리면 전체에 더욱 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해진다. 덮개체(3)의 하면에 장착되는 유전체(25)의 매수 및 배치는 임의로 변경할 수 있다.
(제 11 변형예)
도 40은 제 11 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 41 중의 D-O’-O-E 단면)이다. 도 41은 도 40 중의 A-A 단면도이다. 이 제 11 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 하면에 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 8 개의 유전체(25)가 장착되어 있다. 상술한 바와 같이, 각 유전체(25)는 실질적으로 정사각형으로 간주될 수 있는 판 형상이다. 각 유전체(25)는 서로의 꼭지각들을 인접시키도록 배치되어 있다. 또한, 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선(L’) 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하여 배치된다. 이와 같이 8 개의 유전체(25)를 서로의 꼭지각들을 인접시키고, 또한 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하도록 배치함으로써, 덮개체(3)의 하면에는 4 개의 유전체(25)에 둘러싸인 정사각형의 영역(S)이 3 개소에 형성된다.
각 유전체(25)의 하면에는 금속 전극(151)이 장착되어 있다. 금속 전극(151)은 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어진다. 유전체(25)와 마찬가지로 금속 전극(151)도 정사각형의 판 형상으로 구성되어 있다. 단, 금속 전극(151)의 폭(N)은 유전체(25)의 폭(L)에 비해 약간 짧다. 이 때문에, 처리 용 기(4)의 내부에서 보면 금속 전극(151)의 주위에는 유전체(25)의 주변부가 정사각형의 윤곽을 드러낸 상태로 노출되어 있다. 그리고, 처리 용기(4)의 내부에서 보면 유전체(25)의 주변부에 의해 형성된 정사각형의 윤곽의 꼭지각들이 인접하여 배치되어 있다.
유전체(25) 및 금속 전극(151)은 나사 등의 접속 부재(152)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 이 실시예에서는, 금속봉(45)의 하단(下端)이 유전체(25)를 관통하여 금속봉(45)의 하단이 금속 전극(151)의 상면에 접촉된 상태로 되어 있다. 또한, 금속봉(45) 하단과 금속 전극(151) 상면의 접속부를 둘러싸도록 유전체(25) 하면과 금속 전극(151) 상면의 사이에 봉지 부재로서의 O 링(30’)이 배치되어 있다. 금속 전극(151)은 접속 부재(152)를 개재하여 덮개체(3)의 하면에 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다.
이 실시예에서는, 덮개체(3)의 하면의 각 영역(S) 및 8 개의 유전체(25)의 외측의 영역에서 덮개체(3)의 하면이 처리 용기(4) 내로 노출된 상태로 되어 있다. 또한, 덮개체(3)의 하면에는 유전체(25) 및 금속 전극(151)이 삽입되는 오목부(3a)가 설치되어 있다. 각 오목부(3a)에 유전체(25) 및 금속 전극(151)이 삽입됨으로써, 처리 용기(4) 내로 노출되어 있는 덮개체(3)의 하면과 금속 전극(151) 하면이 동일면으로 되어 있다.
덮개체(3)의 하면에는 8 개의 유전체(25)를 둘러싸도록 배치된 홈(50)이 연속하여 설치되어 있고, 이 홈(50)으로 구획된 내측의 영역에서 덮개체(3)의 하면에는 8 개의 덮개체 하면 내측 부분(3b)이 형성되어 있다. 이들 덮개체 하면 내측 부 분(3b)은 처리 용기(4)의 내부에서 본 상태에서 금속 전극(151)을 대각선으로 2 등분한 직각 이등변 삼각형과 대략 동일한 형상을 가지고 있다.
이 제 11 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마 처리 중에 마이크로파 공급 장치(34)로부터 각 유전체(25)에 전반된 마이크로파는, 덮개체(3)의 하면으로 노출되어 있는 유전체(25)의 주위로부터 금속 전극(151) 하면 및 덮개체(3)의 각 영역(S)과 각 덮개체 하면 내측 부분(3b)의 하면을 따라 전반된다. 이 제 11 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 표면파 전반부인 금속 전극(151) 하면 및 덮개체(3)의 각 영역(S)과 각 덮개체 하면 내측 부분(3b)의 하면의 전체에서 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킴으로써 기판(G)의 처리면 전체에 더욱 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
(제 12 변형예)
도 42는 제 12 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 43 중의 D-O’-O-E 단면)이다. 도 43은 도 42 중의 A-A 단면도이다. 이 제 12 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 하면에, 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 4 개의 유전체(25)가 장착되어 있다. 각 유전체(25)는 실질적으로 정사각형으로 간주될 수 있는 판 형상이다. 각 유전체(25)는 서로의 꼭지각들을 인접시키도록 배치되어 있다. 또한, 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선(L’) 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하여 배치된다. 이와 같이 4 개의 유전체(25)를 서로의 꼭지각들을 인접시키고, 또한 서로 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선(L’) 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하도록 배치함으로써, 덮개체(3)의 하면 중앙에는 유전체(25)에 둘러싸인 정사각형의 영역(S)이 형성된다.
제 12 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 각 유전체(25)의 하면에 장착되는 금속 전극(151)과 영역(S)에 장착되는 금속 커버(165)와 유전체(25)의 외측의 영역에 장착되는 사이드 커버(175)가 일체로 구성되어 있다. 또한, 사이드 커버(175) 하면의 주연부에 홈(50)이 연속하여 설치되어 있고, 이 홈(50)으로 구획된 내측 영역(즉, 금속 전극(151) 하면, 금속 커버(165) 하면 및 사이드 커버(175) 하면) 전체가 표면파 전반부로 되어 있다.
이 제 12 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 표면파 전반부인 금속 전극(151) 하면, 금속 커버(165) 하면 및 사이드 커버(175) 하면 전체에서 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킴으로써, 기판(G)의 처리면 전체에 더욱 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
(제 13 변형예)
도 44는 제 13 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 45 중의 B-O-C 단면)이다. 도 45는 도 44 중의 A-A 단면도이다. 이 제 13 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 하면에 예를 들면 Al2O3으로 이루어지는 1 개의 유전체(25)가 장착되어 있다. 유전체(25)는 실질적으 로 정사각형으로 간주될 수 있는 판 형상이다.
유전체(25) 및 금속 전극(151)은 나사 등의 접속 부재(152)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 접속 부재(152)의 상단(上端)은 덮개체(3)의 내부에 형성된 공간부(155)로 돌출되어 있다. 이와 같이 공간부(155)로 돌출된 접속 부재(152)의 상단에는 접시 스프링 등의 탄성 부재(156)를 개재하여 너트(157)가 장착되어 있다. 접속 부재(152)의 하면에는 가스 방출홀(200)이 개구되어 있다. 또한, 금속 전극(151)의 중앙에 가스 방출홀(162)이 개구되어 있다.
유전체(25)의 주위에서는 덮개체(3)의 하면이 노출된 상태로 되어 있다. 덮개체(3)의 하면에는 유전체(25)를 둘러싸도록 배치된 홈(50)이 설치되어 있다. 이 홈(50)으로 구획된 덮개체(3)의 하면의 내측 영역과 금속 전극(151)의 하면이 표면파 전반부이다.
이 제 13 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 표면파 전반부인 덮개체(3) 하면의 홈(50)으로 구획된 내측 영역과 금속 전극(151)의 하면 금속 전체에서 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킴으로써, 기판(G)의 처리면 전체에 더욱 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
(제 14의 변형예)
도 46은 제 14 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 도시한 종단면도(도 47 중의 D-O’-O-E 단면)이다. 도 47은 도 46 중의 A-A 단면도이다. 이 제 14 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 덮개체(3)의 하면에 예를 들 면 Al2O3으로 이루어지는 8 개의 유전체(25)가 장착되어 있다. 앞서와 마찬가지로, 도 34에 도시한 바와 같이 각 유전체(25)는 실질적으로 정사각형으로 간주될 수 있는 판 형상이다. 각 유전체(25)는 서로의 꼭지각들을 인접시키도록 배치되어 있다. 또한, 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선(L’) 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하여 배치된다. 이와 같이 8 개의 유전체(25)를 서로의 꼭지각들을 인접시키고, 또한 서로 인접하는 유전체(25)들에 있어서 중심점(O’)을 연결하는 선 상에 각 유전체(25)의 꼭지각이 인접하도록 배치함으로써, 덮개체(3)의 하면에는 4 개의 유전체(25)에 둘러싸인 정사각형의 영역(S)이 3 개소에 형성된다.
각 유전체(25)의 하면에는 금속 전극(151)이 장착되어 있다. 금속 전극(151)은 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어진다. 유전체(25)와 마찬가지로 금속 전극(151)도 정사각형의 판 형상으로 구성되어 있다. 단, 금속 전극(151)의 폭(N)은 유전체(25)의 폭(L)에 비해 약간 짧다. 이 때문에, 처리 용기(4)의 내부에서 보면 금속 전극(151)의 주위에는 유전체(25)의 주변부가 정사각형의 윤곽을 드러낸 상태로 노출되어 있다. 그리고, 처리 용기(4)의 내부에서 보면 유전체(25)의 주변부에 의해 형성된 정사각형의 윤곽의 꼭지각들이 인접하여 배치되어 있다.
유전체(25) 및 금속 전극(151)은 나사 등의 접속 부재(152)에 의해 덮개체(3)의 하면에 장착되어 있다. 금속 전극(151)은 접속 부재(152)를 개재하여 덮개 체(3)의 하면에 전기적으로 접속되어 전기적으로 접지된 상태로 되어 있다.
이 실시예에서는, 덮개체(3)의 하면의 각 영역(S) 및 8 개의 유전체(25)의 외측 영역에서 덮개체(3)의 하면이 처리 용기(4) 내로 노출된 상태로 되어 있다. 또한, 덮개체(3)의 하면은 전체적으로 평면 형상으로 구성되어 있다. 이 때문에, 금속 전극(151) 하면은 덮개체(3)의 하면보다 하방에 위치하고 있다.
덮개체(3)의 하면에는 8 개의 유전체(25)를 둘러싸도록 배치된 홈(50)이 연속하여 설치되어 있고, 이 홈(50)으로 구획된 내측 영역에서 덮개체(3)의 하면에는 8 개의 덮개체 하면 내측 부분(3b)이 형성되어 있다. 이들 덮개체 하면 내측 부분(3b)은 처리 용기(4)의 내부에서 본 상태에서 금속 전극(151)을 대각선으로 2 등분한 직각 이등변 삼각형과 대략 동일한 형상을 가지고 있다. 또한, 덮개체(3)의 하면의 각 영역(S)에는 복수의 가스 방출홀(172)이 분산하여 개구되고, 각 덮개체 하면 내측 부분(3b)에는 복수의 가스 방출홀(187)이 분산하여 개구되어 있다.
이 제 14 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마 처리 중에 마이크로파 공급 장치(34)로부터 각 유전체(25)에 전반된 마이크로파는 덮개체(3)의 하면으로 노출되어 있는 유전체(25)의 주위로부터 금속 전극(151) 하면 및 덮개체(3)의 각 영역(S)과 각 덮개체 하면 내측 부분(3b)의 하면을 따라 전반된다. 이 제 14 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의해서도, 표면파 전반부인 금속 전극(151) 하면 및 덮개체(3)의 각 영역(S)과 각 덮개체 하면 내측 부분(3b)의 하면의 전체에서 균일한 조건으로 마이크로파의 파워에 의해 플라즈마를 생성시킴으로써, 기판(G)의 처리면 전체에 더욱 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능해 진다.
(유전체의 외연(外緣)의 위치)
여기서, 도 48 ~ 54는 유전체(25), 금속 전극(151), 금속 커버(165)(금속 커버(165a))의 외연 부분의 형상을 도시한 단면도(단면의 위치는 도 33 중의 단면(F)에 상당한다.)이다. 도 48에 도시한 바와 같이, 유전체(25)의 외연(25’)이 처리 용기(4)의 내부에서 봤을 때 금속 전극(151)의 외연(151’)보다 내측에 있고, 유전체(25)의 측면(외연(25’))만이 처리 용기(4)의 내부로 노출되어 있어도 좋다. 또한, 유전체(25)의 외연(25’)이 처리 용기(4)의 내부에서 봤을 때 금속 전극(151)의 외연(151’)과 동일한 위치여도 좋다.
또한, 도 49에 도시한 바와 같이, 유전체(25)의 외연(25’)이 금속 전극(151)의 외연(151’)보다 외측에 있는 경우, 금속 커버(165)의 측면에 유전체(25)의 외연(25’)을 수용하는 오목부(165’)를 설치해도 좋다.
(덮개체 하면의 형상)
도 50, 51에 도시한 바와 같이, 덮개체(3)에 금속 커버(165)와 동일한 형상인 금속 커버(165a)를 일체적으로 형성하고, 덮개체(3) 하면에서 금속 커버(165a)에 인접하여 설치된 오목부(165b)에 유전체(25)를 삽입해도 좋다. 이 경우, 금속 커버(165a) 하면의 중심선 평균 거칠기를 2.4 μm 이하, 또는 0.6 μm 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 도 50에 도시한 바와 같이 유전체(25)의 외연이 금속 커버(165a)의 측면과 인접해도 좋고, 도 51에 도시한 바와 같이 유전체(25)의 외연이 금속 커버(165a)의 측면으로부터 떨어져 있어도 좋다.
또한, 금속 커버(165)를 생략하고, 도 52 ~ 54에 도시한 바와 같이 유전체(25)의 주위에서 평면 형상의 덮개체(3) 하면을 노출시켜도 좋다. 이 경우, 처리 용기(4)의 내부에서 봤을 때 복수의 유전체(25)로 둘러싸여 있는 덮개체(3) 하면의 형상과 유전체(25)에 장착되어 있는 금속 전극(151) 하면의 형상이 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 또한, 덮개체(3) 하면의 중심선 평균 거칠기를 2.4 μm 이하, 또는 0.6 μm 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 도 52에 도시한 바와 같이, 유전체(25)의 외연(25’)이 처리 용기(4)의 내부에서 봤을 때 금속 전극(151)의 외연(151’)보다 외측에 있어도 좋다. 또한, 도 53에 도시한 바와 같이 유전체(25)의 외연(25’)이 처리 용기(4)의 내부에서 봤을 때 금속 전극(151)의 외연(151’)과 동일한 위치여도 좋다. 또한, 도 54에 도시한 바와 같이 유전체(25)의 외연(25’)이 처리 용기(4)의 내부에서 봤을 때 금속 전극(151)의 외연(151’)보다 내측에 있어도 좋다. 그 밖에 도 48 ~ 53에 도시한 바와 같이 금속 전극(151)의 외연(151’)에 테이퍼부(210)를 형성해도 좋다. 또한, 도 48, 49에 도시한 바와 같이 금속 커버(165)의 외연에 테이퍼부(211)를 형성해도 좋다. 또한, 도 50, 51에 도시한 바와 같이 덮개체(3)와 일체의 금속 커버(165a)의 외연에 테이퍼부(212)를 형성해도 좋다. 또한, 도 51, 52에 도시한 바와 같이 유전체(25)의 외연에 테이퍼부(213)를 형성해도 좋다. 또한, 도 52, 54에 도시한 바와 같이 금속 전극(151)의 외연(151’)에 역테이퍼부(214)를 형성해도 좋다.
(유전체와 금속 전극의 형상)
도 55에 도시한 바와 같이 마름모의 유전체(25)를 이용해도 좋다. 이 경우, 유전체(25)의 하면에 장착되는 금속 전극(151)은 유전체(25)와 유사한 약간 작은 마름모로 하면, 금속 전극(151)의 주위에서 유전체(25)의 주변부가 마름모의 윤곽을 드러낸 상태로 처리 용기(4)의 내부로 노출되게 된다.
또한, 도 56에 도시한 바와 같이 정삼각형의 유전체(25)를 이용해도 좋다. 이 경우, 유전체(25)의 하면에 장착되는 금속 전극(151)은 유전체(25)와 유사한 약간 작은 정삼각형으로 하면, 금속 전극(151)의 주위에서 유전체(25)의 주변부가 정삼각형의 윤곽을 드러낸 상태로 노출되게 된다. 또한, 이와 같이 정삼각형의 유전체(25)를 이용할 경우 3 개의 유전체(25)의 꼭지각들을 인접시키고 중심각이 동일해지도록 배치시키면, 각 유전체(25)들의 사이에 금속 전극(151)과 동일한 형상의 표면파 전반부(215)를 형성시킬 수 있다.
(접속 부재의 구조)
상술한 바와 같이, 유전체(25) 및 금속 전극(151)은 덮개체(3)의 하면에 대해 접속 부재(152)에 의해 장착되어 있다. 이 경우, 도 57에 도시한 바와 같이, 탄성 부재(156)의 하부에 배치되는 하부 워셔(156a)와 나사(접속 부재(152))의 간극을 작게 할 필요가 있다. 또한, 탄성 부재(156)에는 웨이브 워셔, 접시 스프링, 스프링 워셔, 금속 스프링 등이 이용된다. 또한, 탄성 부재(156)를 생략해도 좋다.
도 58은 탄성 부재(156)로서 접시 스프링을 이용한 타입이다. 접시 스프링은 스프링력이 강하기 때문에 O 링(30)을 변형시키는 데에 충분한 힘을 발생할 수 있다. 접시 스프링의 상하의 각이 너트(157) 및 덮개체(3)에 밀착되므로 가스 누설을 억제할 수 있다. 접시 스프링의 재질은 Ni 도금한 SUS 등이다.
도 59는 O 링(156b)을 이용하여 밀폐시키는 타입이다. 가스 누설을 없앨 수 있다. O 링(156b)은 홀 상의 각에 배치되어 있어도 좋다. O 링(156b)과 함께 웨이브 워셔, 접시 스프링 등의 탄성 부재를 이용해도 좋다. 밀폐시키기 위해 O 링(156b) 대신에 씰 워셔를 이용해도 좋다.
도 60은 테이퍼 워셔(156c)를 이용한 타입이다. 너트(157)를 조였을 때 테이퍼 워셔(156c)와 덮개체(3) 및 나사(접속 부재(152))가 밀착되어 간극이 없어지므로 확실히 밀폐시킬 수 있다. 또한, 나사(접속 부재(152))가 테이퍼 워셔(156c)에 의해 덮개체(3)에 고정되기 때문에, 너트(157)를 조였을 때에 너트(157)와 함께 나사(접속 부재(152))가 회전하지 않는다. 이 때문에, 나사(접속 부재(152))와 금속 전극(151) 등이 닳아서 표면에 흠이 생기거나 표면에 형성된 보호막이 벗겨질 우려가 없다. 테이퍼 워셔(156c)의 재질은 금속 또는 수지가 좋다.
또한, 유전체(25) 및 금속 전극(151)을 고정하는 접속 부재(152)에 대해 설명했지만, 금속 커버(165)를 고정하는 접속 부재(166) 및 사이드 커버(175)를 고정하는 접속 부재(180)에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 도 57 ~ 59의 타입에서는 나사(접속 부재(152))의 회전 방지 기능이 그려져 있지 않지만, 나사(접속 부재(152))를 금속 전극(151) 등에 압입(壓入), 소감(燒嵌), 용접, 접착 등에 의해 고정해도 좋고, 나사(접속 부재(152))를 금속 전극(151) 등과 일체로 형성해도 좋다. 또한, 나사(접속 부재(152))와 덮개체(3)의 사이에 키 홈을 형성하고 키를 삽입하여 회전을 방지해도 좋다. 또한, 나사(접속 부재(152))의 말단(상단)부에 6 각부 등을 설치하고 렌치 등으로 누르면서 나사(접속 부재(152))를 조이도록 해도 좋다.
(홈, 볼록부)
홈(50, 50’, 50’’)으로서 도 61a에 도시한 반원 직사각형의 홈, 도 61b에 도시한 더브테일 홈(dovetail groove), 도 61c에 도시한 노치(220)의 좌우에 대조적으로 배치된 홈, 도 61d에 도시한 C 형상의 홈, 도 61e에 도시한 용기 본체(2)의 상면과 덮개체(3) 하면으로 구성되는 홈, 도 61f에 도시한 크기가 상이한 이중 홈 등을 예시할 수 있다.
또한, 홈(50, 50’, 50’’) 대신에, 혹은 추가로 볼록부를 설치해도 좋다. 홈의 경우는 형상을 나중에 바꾸는 것은 곤란하지만, 볼록부라면 교환에 의해 형상을 바꾸는 것이 비교적 용이하다.
도 62에 도시한 바와 같이, 볼록부(225)의 표면을 따른 도체 표면파(TM)의 전반에 대해 4 개의 각(C1 ~ C4)은 임피던스의 불연속점, 각(C1 ~ C4) 간의 3 개의 평면부는 소정 특성 임피던스를 가진 전송 선로로 간주되므로, 4 개의 임피던스의 불연속점이 3 개의 소정 길이의 전송 선로에서 결합된 전송 선로 필터라고 생각할 수 있다. 단일의 각(C1 ~ C4)만으로는 도체 표면파(TM)를 충분히 반사시킬 수 없어도 볼록부(225)의 평면부의 길이(전송 선로의 길이)를 최적화함으로써 전체적으로 작은 투과량을 실현할 수 있다.
그런데, 볼록부(225)의 높이(H)는 가능한 작은 편이 좋다. 볼록부(225)의 높 이(H)를 필요 이상으로 높게 하면, 볼록부(225)의 벽면에서 플라즈마(P)의 전자와 이온이 재결합하여 플라즈마 밀도가 낮아지므로 바람직하지 않기 때문이다. 전송 선로의 반사 계수의 위상은 파장의 1 / 2의 길이로 360° 회전하기 때문에, 볼록부(225)의 높이(H)가 도체 표면파(TM)의 파장의 1 / 2 이하로 모든 임피던스를 실현할 수 있다.
또한, 홈의 경우와 마찬가지로, 볼록부(225)의 높이(H)는 시스 두께(t)보다 높을 필요가 있다. 도체 표면파(TM)가 볼록부(225)를 단차로서 파악할 수 있는 높이가 아니면, 볼록부(225)는 전반 억제 기능을 발휘할 수 없기 때문이다.
이상으로부터, 발명자들은 도체 표면파(TM)의 전반을 억제하기 위해서는 볼록부(225)의 높이(H)는 시스 두께(t)보다 높고 도체 표면파(TM)의 파장(λ)의 1 / 2보다 작을 필요가 있다고 결론 내렸다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에서 각종의 변경예 또는 수정예를 도출할 수 있는 것은 명백하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 유전체(25)의 표면에는 처리 용기(4)의 내부로 노출되는 부분을 제외하고, 도체막으로서 예를 들면 두께 10 μm 정도의 Ni 막, Al 막을 설치해도 좋다. 이와 같이 유전체(25)의 표면에 도체막을 설치함으로써, 처리 용기(4)의 내부로 노출되는 부분 이외의 개소에 마이크로파가 전파되지 않게 되고, O 링(30) 등에 대한 악영향을 회피할 수 있다. 이 도체막의 형성 개소는 O 링(30)과의 접촉 개소 외에 유전체(25)의 상면 중앙에 설치된 오목부(3a), 접속 부재(152)와의 인접 부분, 금속 전극(151)과의 접촉면 중 적어도 일부 등을 생각할 수 있다.
또한, 덮개체(3)의 하면 또는 용기 본체(2)의 내면에는 보호막으로서 알루미나막, 산화이트륨막, 테플론(등록 상표)막 등을 설치해도 좋다. 또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 대면적의 글라스 기판, 원형의 실리콘 웨이퍼 또는 사각형의 SOI(Silicon On Insulator)를 처리할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서는 성막 처리, 확산 처리, 에칭 처리, 애싱 처리 등의 모든 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
또한, 이상에서는 주파수가 2 GHz 이하인 마이크로파로서 915 MHz의 마이크로파를 예로 들어 설명했지만, 이 주파수에 한정되지 않는다. 예를 들면 896 MHz, 922 MHz의 마이크로파도 적용할 수 있다. 또한, 마이크로파 이외의 전자파에도 적용할 수 있다. 또한, 덮개체(3), 용기 본체(2), 금속 전극(151), 금속 커버(165), 사이드 커버(175), 접속 부재(152, 166, 180) 등의 표면에는 알루미나막을 형성해도 좋다. 이상에서는 가스는 처리 용기(4)의 상면으로 열린 가스 방출홀(162, 172, 187)로부터 방출되는 예를 나타냈지만, 그 대신에 용기 측벽으로부터 덮개체(3)의 하부 공간을 향해 방출되는 구성이어도 좋다. 또한, 금속 전극(151)은 금속판으로 구성하는 대신에 유전체(25) 하면에 피착시킨 금속막으로 구성해도 좋다.
본 발명은, 예를 들면 CVD 처리, 에칭 처리에 적용할 수 있다.

Claims (47)

  1. 플라즈마 처리되는 기판을 수납하는 금속제의 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시키기 위해 필요한 전자파를 공급하는 전자파원을 구비하고, 상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파를 상기 처리 용기의 내부에 투과시키는, 상기 처리 용기의 내부에 일부를 노출한 1 개 또는 2 개 이상의 유전체를 상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비한 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 유전체의 하면에, 상기 처리 용기의 내부로 하면이 노출되는 금속 전극이 설치되고,
    상기 금속 전극의 주위로부터, 상기 유전체의 외연이 상기 처리 용기의 내부로 노출되며,
    상기 처리 용기의 내부로 노출된 금속면을 따라 전자파를 전반시키는 표면파 전반부가 상기 유전체에 인접하여 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 노출 부분의 면적이 상기 표면파 전반부의 면적의 1 / 2 이하인 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 노출 부분의 면적이 상기 표면파 전반부의 면적의 1 / 5 이하인 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 노출 부분의 면적이 기판 표면의 면적의 1 / 5 이하인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파의 주파수가 2 GHz 이하인 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 내면에는 연속되는 홈이 설치되어 있고, 상기 유전체는 상기 홈으로 둘러싸인 범위 내에 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 홈에 의해 상기 표면파 전반부가 구획되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 내면에는 연속되는 볼록부가 설치되어 있고, 상기 유전체는 상기 볼록부로 둘러싸인 범위 내에 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 볼록부에 의해 상기 표면파 전반부가 구획되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 상부에는 상기 유전체의 상면에 하단이 인접 또는 근접하고 전자파를 상기 유전체로 전하는 1 개 또는 복수의 금속봉을 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유전체가 원기둥 형상이며, 상기 유전체의 둘레면에 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속봉과 상기 덮개체의 사이에 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리에 필요한 가스를 방출하는 1 개 또는 복수의 가스 방출홀이 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 방출홀이 상기 덮개체의 하면에 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체를 관통하여 상기 금속 전극에 전기적으로 접속되고, 전자파를 상기 유전체로 전달하는 금속봉을 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속봉과 상기 덮개체의 사이에 상기 금속 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 상면과 상기 덮개체의 사이 및 상기 유전체의 하면과 상기 금속 전극의 사이에, 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속 전극에는 상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리에 필요한 가스를 방 출하는 1 개 또는 복수의 가스 방출홀이 설치되어 있고, 상기 금속봉에는 상기 가스 방출홀로 가스를 통과시키는 가스 유로가 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체에 형성된 홀을 관통하여 상기 금속 전극과 상기 덮개체를 접속하는 1 개 또는 복수의 접속 부재를 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 접속 부재는 금속으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 금속 전극에는 상기 처리 용기 내에 플라즈마 처리에 필요한 가스를 방출하는 1 개 또는 복수의 가스 방출홀이 설치되어 있고, 상기 접속 부재에는 상기 가스 방출홀로 가스를 통과시키는 가스 유로가 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파를 상기 유전체에 전반시키는 1 개 또는 복수의 도파관을 구비한 플라즈마 처리 장치.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 유전체와 상기 덮개체의 사이에 상기 처리 용기의 외부와 내부의 사이를 띄운 씰 부재를 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개체의 하면에 보호막이 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  31. 삭제
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 상기 용기 내부로 노출되는 면이 상기 표면파 전반부에 의해 둘러싸여 있는 플라즈마 처리 장치.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 상기 용기 내부로 노출되는 면이 상기 용기 내부를 따라 연장되는 형상을 이루고, 또한 상기 용기 내부로 노출되는 면의 양측이 상기 표면파 전반부에 의해 둘러싸여 있는 플라즈마 처리 장치.
  34. 삭제
  35. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 상기 용기 내부로 노출되는 면이 원주(圓周) 또는 다각형을 구성하도록 연속하여 있는 플라즈마 처리 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 원형이며, 상기 금속 전극의 하면에 동심원 형상의 홈을 설치한 플라즈마 처리 장치.
  37. 삭제
  38. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면파 전반부를 따라 전반한 전자파에 의해 상기 표면파 전반부와 상기 기판의 처리면의 사이에 플라즈마가 여기되는 플라즈마 처리 장치.
  39. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기 내면의 상기 유전체가 노출되지 않는 부분에 플라즈마 여기용 가스를 상기 용기 내부로 방출하는 가스 방출구를 설치한 플라즈마 처리 장치.
  40. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면파 전반부의 표면이 전자파 전반에 실질적으로 영향을 주지 않는 얇기의 보호막에 의해 덮여 있는 플라즈마 처리 장치.
  41. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면파 전반부의 중심선 평균 거칠기가 2.4 μm 이하인 플라즈마 처리 장치.
  42. 금속제의 처리 용기에 기판을 수납하고 전자파원으로부터 상기 처리 용기의 덮개체 하면으로 노출되어 있는 1 개 또는 2 개 이상의 유전체를 투과시켜 상기 처리 용기 내로 전자파를 공급하여 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시켜 기판을 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하고,
    상기 전자파원으로부터 주파수가 2 GHz 이하인 전자파를 공급하고,
    상기 유전체의 하면에, 상기 처리 용기의 내부로 하면이 노출되는 금속 전극이 설치되어 있고,
    상기 금속 전극의 주위로부터, 상기 유전체의 외연이 상기 처리 용기의 내부로 노출되어 있으며,
    상기 처리 용기의 내부로 노출된 금속면을 따라 전자파를 전반시키는 표면파 전반부가 상기 유전체에 인접하여 설치되어 있어,
    상기 금속 전극의 하면 및 상기 표면파 전반부에 의하여 전자파를 전반시킴으로써 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시켜 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  43. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체의 외연은 상기 금속 전극의 외연보다도 내측에 있는 플라즈마 처리 장치.
  44. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체의 외연은 상기 금속 전극의 외연보다도 외측에 있는 플라즈마 처리 장치.
  45. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체의 외연은 상기 금속 전극의 외연과 동일한 위치에 있는 플라즈마 처리 장치.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 유전체의 외연에는 테이퍼부가 형성된 플라즈마 처리 장치.
  47. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 전극의 외연에는 테이퍼부가 형성된 플라즈마 처리 장치.
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