KR101176063B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도를 특히 원주 방향에 있어서 조정할 수 있도록 한다.
(해결 수단) 동축 도파관(30)으로부터 공급된 마이크로파가 지파판(25)을 통하여 처리 용기(2) 내로 도입되고, 처리 용기(2) 내에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되어 기판(W)이 처리되는 플라즈마 처리 장치(1)로서, 동축 도파관(30)과 지파판(25)과의 연결 개소에 유전체 부재(45)가 배치되고, 유전체 부재(45)는, 동축 도파관(30)의 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 내부 도체(31)를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 배치되고, 또한, 유전체 부재(45)는, 내부 도체(31)를 중심으로 하는 원주 방향의 임의의 위치에 배치된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법 {PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR ADJUSTING PLASMA DENSITY DISTRIBUTION}
본 발명은, 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법에 관한 것이다.
종래로부터, 예를 들면 성막 처리나 에칭 처리에 있어서는, 마이크로파를 레이디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna:RLSA)에 형성된 슬롯으로부터 처리 용기 내로 전파시켜 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 RLSA형 플라즈마 처리 장치는, 고밀도로 저(低)전자 온도의 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있어, 대형 반도체 웨이퍼를 균일하게 그리고 고속으로 플라즈마 처리할 수 있다는 이점이 있다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나에는, 동심원 형상으로 복수의 슬롯을 배치한 슬롯열이 복수열 형성되어 있다. 그리고, 레이디얼 라인 슬롯 안테나에서는, 이들 각 슬롯열끼리의 간격, 각 슬롯의 크기를 조정함으로써, 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도의 균일화를 도모하고 있다.
일본공개특허공보 2006?107994호
그런데, 종래의 RLSA형 플라즈마 처리 장치에서는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나의 반경 방향에 대한 플라즈마 밀도의 균일화는 행해지고 있었지만, 원주 방향에 있어서의 플라즈마 밀도의 균일화는 거의 고려되고 있지 않았다. 이는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나가 원판 형상인 것, 레이디얼 라인 슬롯 안테나에서는, 중심으로부터 반경 방향으로 방사상으로 마이크로파가 전파해 가기 때문에, 원주 방향에서는 마이크로파의 전파의 조건이 균일하다고 생각되고 있었던 것 등에 의한다.
그러나, 실제로는 RLSA형 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나의 반경 방향뿐만 아니라, 원주 방향에 있어서도 불균일해지는 경우가 있었다. 이 이유로서, 장치 자체의 형상 오차, 레이디얼 라인 슬롯 안테나와 그의 상하에 배치되는 지파판(wavelength-shortening plate) 및 투과창과의 사이에 형성되는 미묘한 간극(gap) 등에 의한 영향을 생각할 수 있다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도를 특히 원주 방향에 있어서 조정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 동축(coaxial) 도파관으로부터 공급된 마이크로파가 지파판을 통하여 처리 용기 내에 도입되고, 상기 처리 용기 내에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되어 기판이 처리되는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 동축 도파관과 상기 지파판과의 연결 개소에 유전체 부재가 배치되고, 상기 유전체 부재는, 상기 동축 도파관의 외부 도체의 내부에 있어서, 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 배치되고, 그리고, 상기 유전체 부재는, 상기 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 임의의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
이 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 유전체 부재가, 상기 내부 도체를 중심으로 하여 회전이 자유로워도 좋다. 또한, 상기 외부 도체의 일부가 회전이 자유로운 링 부재로 형성되고, 상기 유전체 부재가 상기 링 부재의 내면에 부착되어 있어도 좋다.
또한 본 발명에 의하면, 동축 도파관으로부터 공급된 마이크로파가 지파판을 통하여 처리 용기 내에 도입되고, 처리 용기 내에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되어 기판이 처리되는 플라즈마 처리 장치에 있어서의 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법으로서, 상기 동축 도파관과 상기 지파판과의 연결 개소에 있어서, 상기 동축 도파관의 외부 도체의 내부로서 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 유전체 부재가 배치됨으로써, 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 플라즈마 밀도 분포가 조정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법이 제공된다.
이 조정 방법에 있어서, 상기 유전체 부재가 상기 내부 도체를 중심으로 하여 회전되어도 좋다.
본 발명에 의하면, 동축 도파관과 지파판과의 연결 개소에 유전체 부재를 배치함으로써, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 있어서, 유전체 부재에 대응하는 개소에 생성되는 플라즈마 밀도를 낮게 할 수 있다. 유전체 부재에 대응하는 개소란, 동축 도파관으로부터 지파판으로 전파해 갈 때에 유전체 부재를 투과한 마이크로파가, 그 후, 처리실 내에 전파되는 개소이다. 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 있어서, 이러한 유전체 부재에 대응하는 개소에 있어서는, 유전체 부재를 투과한 마이크로파가 조사됨으로써, 유전체 부재를 투과하고 있지 않은 마이크로파가 조사되는 다른 개소에 비하여, 상대적으로 플라즈마 밀도를 낮게 할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 동축 도파관의 외부 도체의 내부에 있어서, 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 임의의 위치에 유전체 부재를 배치함으로써, 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향에 대해서, 플라즈마 밀도가 높은 개소와 낮은 개소를 형성할 수 있어, 이에 의해, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도를 원주 방향에 있어서 조정할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1 중의 X?X 단면도이다.
도 3은 동축 도파관과 지파판과의 연결 개소의 확대도이다.
도 4는 도 3 중의 Y?Y 단면도이다.
도 5는 외부 도체의 일부를 회전이 자유로운 링 부재로 구성한 실시 형태에 따른 동축 도파관과 지파판과의 연결 개소의 확대도이다.
도 6은 도 5 중의 Z?Z 단면도이다.
도 7은 일부에 간극이 형성된 유전체 부재의 설명도이다.
도 8은 동축 도파관과 지파판과의 연결 개소에 있어서, 지파판의 위에 복수의 유전체 부재가 배치되어 있는 실시 형태의 설명도이다.
도 9는 지파판과 유전체 부재가 일체화된 구성을 취하는 실시 형태의 설명도이다.
도 10은 동축 도파관과 지파판과의 연결 개소에 유전체 부재가 배치된 경우의 투과창의 하면에 있어서 생성되는 플라즈마의 밀도의 설명도이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 2는 도 1 중의 X?X 단면도로, 투과창(16)의 하면의 상태를 나타내고 있다. 도 3은 동축 도파관(30)과 지파판(25)과의 연결 개소의 확대도이다. 도 4는 도 3 중의 Y?Y 단면도이다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 이 플라즈마 처리 장치(1)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 상부가 개구한 바닥이 있는 원통 형상의 처리 용기(2)를 구비하고 있다. 처리 용기(2)의 내벽면에는, 예를 들면 알루미나 등의 보호막이 피복되어 있다. 처리 용기(2)는 전기적으로 접지되어 있다.
처리 용기(2) 내의 저부(底部)에는, 기판으로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 함; W)를 올려놓기 위한 재치대(holding stage)로서의 서셉터(susceptor; 3)가 형성되어 있다. 이 서셉터(3)는 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 그의 내부에는, 외부 전원(4)으로부터의 전력의 공급에 의해 발열하는 히터(5)가 형성되어 있다. 이에 의해, 서셉터(3)상의 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열하는 것이 가능하다.
처리 용기(2)의 저부에는, 진공 펌프 등의 배기 장치(10)에 의해 처리 용기(2) 내의 분위기를 배기하기 위한 배기관(11)이 접속되어 있다.
처리 용기(2)의 상부 개구에는, 기밀성을 확보하기 위한 O 링 등의 시일재(sealing member; 15)를 통하여, 예를 들면 석영 등의 유전체 재료로 이루어지는 투과창(16)이 형성되어 있다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 투과창(16)은 대략 원반 형상이다. 투과창(16)의 재료로서, 석영을 대신하여, 다른 유전체 재료, 예를 들면 Al2O3, AlN 등의 세라믹을 사용해도 좋다.
투과창(16)의 상방에는, 평면 형상의 안테나 부재, 예를 들면 원판 형상의 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)가 형성되어 있다. 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)는, 도전성을 갖는 재질, 예를 들면 Ag, Au 등으로 도금이나 코팅된 구리의 얇은 원판으로 이루어진다. 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)에는, 복수의 슬롯(21)을 원주 상에 배치한 슬롯열(22)이 동심원 형상으로 복수열 형성되어 있다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 상면에는 후술하는 마이크로파의 파장을 단축하기 위한 원판 형상의 지파판(25)이 배치되어 있다. 지파판(25)은, 예를 들면 Al2O3 등의 유전체 재료로 이루어진다. 지파판(25)의 재료로서, Al2O3를 대신하여, 다른 유전체 재료, 예를 들면 석영, AlN 등의 세라믹을 사용해도 좋다. 지파판(25)은 도전성의 커버(26)에 의해 덮여 있다. 커버(26)에는 둥근 고리 형상의 열매체 유로(27)가 형성되고, 이 열매체 유로(27)를 흐르는 열매체에 의해, 커버(26)와 투과창(16)을 소정 온도로 유지하도록 되어 있다.
커버(26)의 중앙에는 동축 도파관(30)이 접속되어 있다. 동축 도파관(30)은, 내부 도체(31)와 외부 도체(32)에 의해 구성되어 있다. 내부 도체(31)는, 지파판(25)의 중앙을 관통하여 전술한 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 상부 중앙에 접속되어 있다. 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 형성된 복수의 슬롯열(22)은, 모두 내부 도체(31)를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치되어 있다.
동축 도파관(30)에는, 마이크로파 공급 장치(35)가 직사각형 도파관(36) 및 모드 변환기(37)를 통하여 접속되어 있다. 마이크로파 공급 장치(35)에서 발생시킨, 예를 들면 2.45GHz의 마이크로파가 직사각형 도파관(36), 모드 변환기(37), 동축 도파관(30), 지파판(25), 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)를 통하여, 투과창(16)에 방사된다. 그리고, 그 때의 마이크로파 에너지에 의해 투과창(16)의 하면에 전계가 형성되어, 처리 용기(2) 내에 플라즈마가 생성된다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 접속되는 내부 도체(31)의 하단(40)은 원추대 형상으로 형성되어 있다. 또한 지파판(25)의 상면 중앙에는, 외부 도체(32)의 하단으로부터 상방으로 침입하도록, 원추대 형상의 돌기부(41)가 형성되어 있다. 이와 같이 내부 도체(31)의 하단(40)이 원추대 형상으로 형성되고, 지파판(25)의 상면 중앙에 원추대 형상의 돌기부(41)가 형성되어 있음으로써, 동축 도파관(30)으로부터 지파판(25) 및 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 대하여 마이크로파가 효율 좋게 전파되도록 되어 있다.
동축 도파관(30)과 지파판(25)과의 연결 개소에 있어서, 지파판(25)의 위에는 유전체 부재(45)가 배치되어 있다. 유전체 부재(45)는, 지파판(25)의 상면 중앙에 형성된 원추대 형상의 돌기부(41)의 위에 올려져 있다. 유전체 부재(45)는, 동축 도파관(30)의 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 내부 도체(31)의 전체 둘레를 둘러싸는 것이 아니라, 내부 도체(31)를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 배치되도록 부채꼴 형상으로 형성되어 있다. 또한, 유전체 부재(45)는, 지파판(25)의 상면(돌기부(41)의 상면) 및 내부 도체(31)의 외주면에 대하여 연결되어 있지 않다. 이 때문에, 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 유전체 부재(45)를, 내부 도체(31)를 중심으로 하여 원주 방향의 임의의 위치에 배치시키는 것이 가능하다. 또한, 유전체 부재(45)의 재료로서는 Al2O3, 석영, AlN 등의 세라믹 또는 테프론이 바람직하다. 여기에서, 지파판(25)의 재질과 유전체 부재(45)의 재료는 모두 유전체 재료이며 동일한 재료를 이용해도 좋지만, 반드시 동일한 재료로 구성될 필요는 없고, 다른 유전체 재료를 이용하는 것으로 해도 좋다.
이와 같이, 동축 도파관(30)과 지파판(25)과의 연결 개소에 유전체 부재(45)가 배치되어 있음으로써, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리실 내에 있어서, 유전체 부재(45)에 대응하는 개소에 생성되는 플라즈마 밀도를 낮게 할 수 있다. 즉, 동축 도파관(30)으로부터 지파판(25), 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20) 및 투과창(16)에 마이크로파가 전파해 가지만, 도 3에 나타나는 바와 같이, 내부 도체(31)를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 유전체 부재(45)가 배치되어 있음으로써, 마이크로파는, 유전체 부재(45)를 통과하는 경로(A)와, 유전체 부재(45)를 통과하지 않는 경로(B) 중 어느 한쪽을 투과해 가게 된다. 그리고, 경로(A)를 투과한 마이크로파는, 유전체 부재(45)를 투과하고 있는 만큼 마이크로파의 에너지가 약해지고, 이에 따라, 경로(A)를 투과한 마이크로파가 조사되는 위치(a; 유전체 부재(45)에 대응하는 개소)에서는, 투과창(16)의 하면에 형성되는 전계가 상대적으로 약해진다. 이렇게 하여, 유전체 부재(45)에 대응하는 개소인 위치(a)에서는, 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮아지는 것이다. 한편, 경로(B)를 투과한 마이크로파는, 유전체 부재(45)를 투과하고 있지 않기 때문에, 마이크로파의 에너지가 유전체 부재(45)에 의해 약해지는 일이 없다. 이에 따라, 경로(B)를 투과한 마이크로파가 조사되는 위치(b; 유전체 부재(45)를 투과하고 있지 않은 마이크로파가 조사되는 다른 개소)에서는, 투과창(16)의 하면에 형성되는 전계가 상대적으로 강해진다. 이렇게 하여, 유전체 부재(45)를 투과하고 있지 않은 마이크로파가 조사되는 다른 개소인 위치(b)에서는, 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도가 상대적으로 높아지는 것이다. 또한, 유전체 부재(45)를 마이크로파가 투과할 때에 있어서는, 유전체 부재(45)가 지파판(25)에 대하여, 나사 또는 접착 등의 수단에 의해 고정되어 있다.
전술한 바와 같이, 유전체 부재(45)는, 동축 도파관(30)의 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 내부 도체(31)를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 배치되도록 부채꼴 형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 도 2에 나타나는 바와 같이, 유전체 부재(45)에 대응하는 개소인 위치(a)는, 투과창(16)의 하면에 있어서 부채꼴로 나타나게 된다.
처리 용기(2) 내에는, 가스 공급원(50)으로부터 유로(51)를 통하여, 처리 가스가 공급된다. 처리 가스에는, 예를 들면 질소, Ar, 산소 등의 플라즈마 생성용 가스, 예를 들면 TEOS 등의 소스 가스 등이 이용된다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)의 작용에 대해서 설명한다. 또한, 플라즈마 처리의 일 예로서, Ar, 산소 등의 플라즈마 생성 가스와 TEOS 등의 소스 가스를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 웨이퍼(W)에 절연막(SiO2 막)을 성막하는 예를 설명한다.
이 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 예를 들면 플라즈마 성막 처리를 행할 때에는, 도 1에 나타내는 바와 같이 우선 웨이퍼(W)가 처리 용기(2) 내로 반입되어, 서셉터(3)상에 올려놓여진다. 그리고, 배기관(11)으로부터 배기가 행해져 처리 용기(2) 내가 감압된다. 또한, 가스 공급원(50)으로부터 처리 용기(2) 내에 Ar, 산소 등의 플라즈마 생성 가스와 TEOS 등의 소스 가스를 포함하는 처리 가스가 공급된다. 그리고, 마이크로파 공급 장치(35)의 작동에 의해, 투과창(16)의 하면에 전계가 발생하여 상기 처리 가스가 플라즈마화되고, 그때에 발생한 활성종에 의해, 웨이퍼(W)상에 성막 처리가 이루어진다.
그리고, 소정 시간 성막 처리가 행해진 후, 마이크로파 공급 장치(35)의 작동과, 처리 용기(2) 내로의 처리 가스의 공급이 정지되고, 웨이퍼(W)가 처리 용기(2) 내로부터 반출되어, 일련의 플라즈마 성막 처리가 종료된다.
한편, 이상과 같은 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 특히 대형 웨이퍼(W)를 균일하게 그리고 고속으로 플라즈마 처리하기 위해, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 반경 방향뿐만 아니라, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서도 플라즈마 밀도의 균일화가 요구된다. 이 경우, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서의 플라즈마 밀도의 균일화를 흐트러뜨리는 요인으로서는, 지파판(25), 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20), 투과창(16) 등의 형상 오차 등을 생각할 수 있다. 또한, 지파판(25), 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20), 투과창(16)은 서로 밀착하여 형성되어 있지만, 지파판(25) 하면과 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20) 상면의 사이, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20) 하면과 투과창(16) 상면과의 사이에 미세한 간극이 부분적으로 발생함으로써, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서의 플라즈마 밀도의 균일화가 흐트러지는 경우도 있다. 특히, 플라즈마 처리 중은 플라즈마 처리 장치(1) 전체가 가열되기 때문에, 지파판(25), 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20), 투과창(16)의 열팽창률의 차이 등에 기인하여, 지파판(25) 하면과 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20) 상면의 사이, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20) 하면과 투과창(16) 상면과의 사이에 미세한 간극이 발생하는 것도 우려된다.
그런데, 이 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 전술한 바와 같이, 동축 도파관(30)과 지파판(25)과의 연결 개소에 있어서, 지파판(25)의 위에 유전체 부재(45)가 배치되어 있다. 이 유전체 부재(45)를, 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 내부 도체(31)를 중심으로 하여 원주 방향의 임의의 위치에 배치시킴으로써, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리실 내에 있어서, 유전체 부재(45)에 대응하는 개소에 생성되는 플라즈마 밀도를 원주 방향에 있어서 조정할 수 있다.
즉, 플라즈마 처리 중, 예를 들면 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서 일부의 영역에서 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮아진 경우, 유전체 부재(45)를 이동시킴으로써, 그 외의 영역인 플라즈마 밀도가 상대적으로 높아지고 있는 영역에 대하여, 유전체 부재(45)를 투과한 마이크로파가 조사되도록 하고, 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮아져 있는 영역에 대하여는, 유전체 부재(45)를 투과하고 있지 않은 마이크로파가 조사되도록 한다. 이와 같이, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높아진 영역에 있어서, 투과창(16)의 하면에 형성되는 전계가 상대적으로 약해짐으로써, 플라즈마 밀도가 원주 방향에 있어서 조정된다.
따라서, 이 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도를, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서도 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 처리실 내에 생성되는 플라즈마 밀도가 전체적으로 균일해져, 대형 반도체 웨이퍼라도, 균일하게 그리고 고속으로 플라즈마 처리를 할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 일 예를 설명했지만, 본 발명은 여기에 예시한 형태로 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 사상의 범주에 있어서, 각종의 변형예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 도 5, 6에 나타나는 바와 같이, 외부 도체(32)의 일부를 회전이 자유로운 링 부재(55)로 구성하고, 이 링 부재(55)의 내면에 유전체 부재(45)가 부착된 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 회전이 자유로운 링 부재(55)의 내면에 유전체 부재(45)가 부착되어 있으면, 동축 도파관(30)의 외측으로부터 링 부재(55)를 회전시킴으로써, 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 내부 도체(31)를 중심으로 하는 원주 방향으로 유전체 부재(45)를 임의로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서의 플라즈마 밀도의 조정이 용이해진다.
또한, 내부 도체(31)의 전체 둘레를 둘러싸는 것이 아니라면, 유전체 부재(45)의 크기는 임의이다. 예를 들면 도 7에 나타나는 바와 같이, 일부에 간극(56)이 형성된 유전체 부재(45)도 생각할 수 있다. 이 도 7에 나타나는 유전체 부재(45)에 의하면, 링 부재(55)를 조작하여 외부 도체(32)의 내부에 있어서 유전체 부재(45)를 회전시킴으로써, 간극(56)의 위치를 내부 도체(31)를 중심으로 하는 원주 방향으로 임의로 이동시킬 수 있다. 간극(56)에 대응하는 개소에 있어서는, 유전체 부재(45)를 투과하고 있지 않는 만큼, 투과창(16)의 하면에 형성되는 전계가 상대적으로 강해지기 때문에, 이와 같이 간극(56)의 위치를 바꿈으로써도, 마찬가지로, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서의 플라즈마 밀도의 조정을 할 수 있다.
또한, 도 8에 나타나는 바와 같이, 동축 도파관(30)과 지파판(25)과의 연결 개소에 있어서, 지파판(25)(돌기부(41))의 위에 복수의 유전체 부재(45)가 배치되어 있어도 좋다. 동축 도파관(30)의 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 이들 복수의 유전체 부재(45)를 내부 도체(31)를 중심으로 하여 원주 방향의 임의의 위치에 배치시킴으로써, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 원주 방향에 있어서 플라즈마 밀도가 낮은 영역을 복수 개소에 형성시킬 수 있게 된다. 그 외에, 동축 도파관(30)의 외부 도체(32)의 내부에 있어서, 유전체 부재(45)를 내부 도체(31)를 중심으로 한 원주 방향의 임의의 위치에 배치시킬 수 있도록, 유전체 부재(45)를 삽입시키는 개구부를 외부 도체(32)의 임의의 위치에 형성해도 좋다.
또한, 도 3에 나타낸 형태에 있어서, 지파판(25)과 유전체 부재(45)는 독립된 부재이며, 재료로서 다른 것을 이용해도 좋다고 기재했지만, 반드시 지파판(25)과 유전체 부재(45)는 독립된 부재일 필요는 없어, 도 9에 나타내는 바와 같이 지파판(25)과 유전체 부재(45)가 일체화된 구성을 취해도 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 도 3에 나타낸 형태와 같이 마이크로파를 유전체 부재(45)에 투과시키는 경우에 나사나 접착 등에 의해 지파판(25)에 유전체 부재(45)를 고정시키는 수고를 생략할 수 있어, 장치 가동 효율의 상승이 기대된다. 또한, 이 경우, 지파판(25)과 유전체 부재(45)의 재료는 동일한 것으로, Al2O3, 석영, AlN 등의 세라믹 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 본 발명을 성막 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치(1)에 적용하고 있었지만, 본 발명은, 성막 장치 이외의 기판 처리, 예를 들면 에칭 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에서 처리되는 기판은, 반도체 웨이퍼, 유기 EL 기판, FPD(플랫 패널 디스플레이)용의 기판 등의 어느 것이어도 좋다. 또한, 레이디얼 라인 슬롯 안테나에 형성되는 슬릿열은, 예를 들면 소용돌이 형상이어도 좋다.
(실시예)
도 3, 4에서 설명한 바와 같이, 동축 도파관(30)과 지파판(25)과의 연결 개소에 유전체 부재(45)가 배치된 경우에, 투과창(16)의 하면에 있어서 생성되는 플라즈마의 밀도를 조사했다. 그 결과, 투과창(16)의 하면은 도 10에 나타나는 상태가 되고, 유전체 부재(45)에 대응하는 개소(유전체 부재(45)를 투과한 마이크로파가 조사되는 위치(a))에서는, 유전체 부재(45)에 대응하지 않은 개소(유전체 부재(45)를 투과하지 않았던 마이크로파가 조사되는 위치(b))에 비하여 어두워져 있어, 플라즈마 밀도가 낮아져 있는 것이 확인되었다.
(산업상 이용 가능성)
본 발명은, 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리에 적용할 수 있다.
W : 웨이퍼
1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 처리 용기
3 : 서셉터(재치대)
10 : 배기 장치
15 : 시일재(sealing member)
16 : 투과창
20 : 레이디얼 라인 슬롯 안테나
21 : 슬롯
22 : 슬롯열
25 : 지파판(wavelength-shortening plate)
26 : 커버
27 : 열매체 유로
30 : 동축 도파관
31 : 내부 도체
32 : 외부 도체
35 : 마이크로파 공급 장치
41 : 돌기부
45 : 유전체 부재
50 : 가스 공급원
55 : 링 부재
56 : 간극

Claims (6)

  1. 동축(coaxial) 도파관으로부터 공급된 마이크로파가 지파판(wavelength-shortening plate)을 통하여 처리 용기 내로 도입되고, 상기 처리 용기 내에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되어 기판이 처리되는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 동축 도파관과 상기 지파판과의 연결 개소에 유전체 부재가 배치되고,
    상기 유전체 부재는, 상기 동축 도파관의 외부 도체의 내부에 있어서, 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 배치되고, 또한, 상기 유전체 부재는, 상기 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향으로 이동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 부재가, 상기 내부 도체를 중심으로 하여 회전이 자유로운 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외부 도체의 일부가 회전이 자유로운 링 부재로 구성되고, 상기 유전체 부재가 상기 링 부재의 내면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 동축 도파관으로부터 공급된 마이크로파가 지파판을 통하여 처리 용기 내로 도입되고, 처리 용기 내에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되어 기판이 처리되는 플라즈마 처리 장치에 있어서의 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법으로서,
    상기 동축 도파관과 상기 지파판과의 연결 개소에 있어서, 상기 동축 도파관의 외부 도체의 내부로서 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 상기 원주 방향으로 이동 가능한 유전체 부재가 배치됨으로써, 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 플라즈마 밀도 분포가 조정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유전체 부재가, 상기 내부 도체를 중심으로 하여 회전되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 밀도 분포의 조정 방법.
  6. 동축 도파관으로부터 공급된 마이크로파가 지파판을 통하여 처리 용기 내로 도입되고, 상기 처리 용기 내에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되어 기판이 처리되는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 동축 도파관과 상기 지파판과의 연결 개소에 부재가 배치되고,
    상기 부재는, 상기 동축 도파관의 외부 도체의 내부에 있어서, 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향의 일부에 배치되고, 또한, 상기 부재는, 상기 내부 도체를 중심으로 하는 원주 방향으로 이동 가능하게 배치되며,
    상기 부재에 대응하는 개소에서의 플라즈마 밀도가 상기 부재에 대응하지 않는 개소에서의 플라즈마 밀도보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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