KR101196075B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도시오 나카니시
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파울 모로즈
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Abstract

슬롯 안테나 방식의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 편평한 도파관을 구성하는 평면 안테나판(31) 및 도전성 부재로 이루어지는 커버(34)를 구비한다. 커버(34)에, 편평한 도파관 내의 전계 분포를 조정하기 위한 제2 도파관으로서의 스터브(43)를 구비하고 있다. 스터브(43)에는, 도전성 부재로 이루어지는 커버(34)가 설치되어 있다. 스터브(43)는, 평면에서 보아, 평면 안테나판(31)의 최외주에 배열된 슬롯쌍을 구성하는 슬롯(32)과 겹쳐지는 위치에 배치되어 있다. 스터브(43)의 적정한 배치에 의해, 편평한 도파관 내의 전계 분포를 제어하여 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나에 의해 처리 용기 내부로 마이크로파를 유도함으로써 발생시킨 플라즈마에 의해 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 산화 처리 또는 질화 처리 등의 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치로서, 슬롯 안테나를 이용하여 처리실 내에 미리 정해진 주파수 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파를 도입하여 처리실 내에 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다(예컨대, 일본 특허 공개 평성 제11-260594호 공보, 일본 특허 공개 제2001-223171호 공보를 참조). 이러한 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 높은 플라즈마 밀도를 갖는 플라즈마를 생성시킴으로써, 챔버 내에서 표면파 플라즈마를 형성하는 것이 가능하다.
상기 슬롯 안테나 방식의 플라즈마 처리 장치에서는, 동일한 사양의 장치를 동일한 조건으로 가동시켜도, 장치 사이에서 플라즈마 분포에 약간의 차이가 발생한다. 또한, 플라즈마 처리 장치에 의해 행해지는 처리의 조건을 변경하면, 처리실 내에서의 플라즈마가 불안정 또는 불균일해지기 쉽다. 변경 후의 처리 조건으로 안정적인 플라즈마를 생성하기 위해서는, 슬롯 안테나의 슬롯의 배치 및 형상 및 마이크로파 투과판의 형상 등을 변경하지 않으면 안 되어, 프로세스마다 대규모의 장치 변경이 필요해진다는 문제가 있다. 또한, 특히 대형의 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리하는 경우에, 처리실 내에서 플라즈마가 불안정 또는 불균일해지면, 기판의 면내에서 처리 결과에 불균일이 발생하기 쉬워진다.
마이크로파 전력을 플라즈마 형성부의 주변 근방에 균일하게 분포시킬 목적으로, 전자 사이클로트론 공진(ECR) 방식의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 전원에 결합된 동축선을 따라 미리 정해진 간격으로 스터브를 배치하는 제안이 이루어져 있다(예컨대, 일본 특허 공표 제2000-514595호 공보를 참조). 또한, 100 ㎒～1000 ㎒의 고주파 전력을 이용하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 방사상의 로드를 갖는 안테나 용기의 상면에, 이 안테나 용기의 상면과 로드 사이에서 용량을 형성하며 공진 상태를 만드는 스터브를 배치하는 기술도 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 평성 제11-297494호 공보를 참조).
일본 특허 공표 제2000-514595호 공보 및 일본 특허 공개 평성 제11-297494호 공보에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 모두 슬롯 안테나 방식의 플라즈마 처리 장치가 아니다. 슬롯 안테나 방식의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 슬롯의 형상이나 배치를 변경하지 않고, 스터브와 같이 마이크로파에 의한 전자계를 조절하는 부재에 의해 플라즈마의 균일성을 확보하는 기술에 대해서는, 지금까지 충분한 검토가 이루어져 있지 않았다.
본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 슬롯 안테나 방식의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 슬롯 안테나 부근의 전계 분포를 제어함으로써 전체에 균일한 전계 분포를 형성하고, 이에 따라 균일한 플라즈마를 생성할 수 있게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 피처리체를 수용하는 탈기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기의 상부의 개구에 기밀(氣密)하게 장착되어, 플라즈마 발생용 마이크로파를 투과시키는 투과판과, 상기 투과판의 상면에 접하거나 또는 근접하여 배치되어, 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 도입하는 평면 안테나로서, 도전성 재료로 이루어지는 평판형 기재(基材)를 가지며, 그 평판형 기재를 관통하는 복수의 슬롯이 형성되어 있는 평면 안테나와, 상기 평면 안테나를 상방으로부터 덮는 도전성 부재와, 상기 도전성 부재를 관통하여 설치되어, 마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 상기 평면 안테나에 공급하는 제1 도파관과, 상기 평면 안테나에서의 전계 분포를 조절하는 하나 이상의 제2 도파관을 구비한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 도전성 부재에 삽입된 내부에 공동(空洞)을 갖는 중공 형상 부재에 의해, 상기 제2 도파관의 일부분 또는 전체를 구성할 수 있다.
또는, 상기 도전성 부재를 관통하는 개구부에 의해 상기 제2 도파관의 일부분 또는 전체를 구성할 수 있다.
또는, 상기 도전성 부재에 형성된 오목부에 의해 상기 제2 도파관의 일부분 또는 전체를 구성할 수 있다.
상기 제2 도파관의 상단부를 폐색해도 된다.
상기 제2 도파관을, 상기 복수의 슬롯 중 하나 이상의 상방에 배치해도 된다.
적합한 일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 슬롯은, 각각이 2개의 슬롯으로 이루어지는 복수의 슬롯쌍을 이루며, 상기 복수의 슬롯쌍은, 동심원 형상으로 배열되어 있고, 상기 제2 도파관은, 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 하나 이상의 상방에 배치되어 있다. 이 경우, 평면에서 보아, 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 하나 이상의 슬롯의 개구의 전(全)영역이, 상기 제2 도파관의 내부 공간의 영역에 완전히 포함되도록 할 수 있다.
적합한 일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 슬롯은, 각각이 2개의 슬롯으로 이루어지는 복수의 슬롯쌍을 이루며, 상기 복수의 슬롯쌍은, 동심원 형상으로 배열되어 있고, 상기 제2 도파관은, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 내측에 있는 슬롯의 중심의 상방에 배치되어 있다. 이 경우, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심을, 최외주에 위치하는 각 슬롯쌍 중 직경 방향 내측에 있는 슬롯의 중심을 연결하는 원호 상에 위치시킬 수 있다. 또는, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심을, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 내측에 있는 슬롯의 중심과 일치시킬 수 있다.
적합한 일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 슬롯은, 각각이 2개의 슬롯으로 이루어지는 복수의 슬롯쌍을 이루며, 상기 복수의 슬롯쌍은, 동심원 형상으로 배열되어 있고, 상기 제2 도파관은, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 외측에 있는 슬롯의 중심의 상방에 배치되어 있다. 이 경우, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심을, 최외주에 위치하는 각 슬롯쌍 중 직경 방향 외측에 있는 슬롯의 중심을 연결하는 원호 상에 위치시킬 수 있다. 또는, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심을, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 외측에 있는 슬롯의 중심과 일치시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 하나 이상의 제2 도파관으로서, 복수의 제2 도파관이 설치되고, 상기 제2 도파관의 수는 2개～4개의 범위 내이다.
바람직하게는, 상기 복수의 제2 도파관 중 2개 이상은, 상기 평면 안테나의 중심을 사이에 두고 그 직경 방향으로 대칭되게 배치된다.
상기 복수의 제2 도파관은 각각, 상기 평면 안테나의 중심으로부터 직경 방향 외측으로 연장되며, 상기 복수의 슬롯 중 복수의 슬롯을 연결하는 선의 상방에 배치되어 있다.
상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 평면 안테나 위에, 상기 평면 안테나에 공급되는 마이크로파의 파장을 조정하는 지파판(遲波板)을 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 평면 안테나의 상방으로부터 평면 안테나를 덮는 도전성 부재(커버)에 제2 도파관을 설치함으로써, 평면 안테나와 도전성 부재에 의해 구성되는 편평한 도파관 내의 전계 분포를 조정하여 균일화할 수 있다. 그 결과, 제1 도파관으로의 마이크로파의 반사 계수(반사파)가 억제되어, 처리 용기 내에 생성되는 플라즈마에 대한 마이크로파의 흡수 효율을 높일 수 있다. 즉, 마이크로파의 파워 손실을 저감하여, 실행 파워 효율을 높일 수 있다. 그리고, 처리 용기 내에서 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있으며, 플라즈마 분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 피처리체가 대형 기판인 경우라도 면내에 있어서 균일한 처리를 행할 수 있다고 하는 효과를 이룬다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치에서의 평면 안테나판의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 상부의 구성을 도시하는 주요부 사시도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 제어 계통의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 스터브의 구성예를 도시하는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 상부의 주요부 단면도이다.
도 6은 스터브의 다른 구성예를 도시하는 플라즈마 처리 장치의 상부의 주요부 단면도이다.
도 7은 스터브의 또 다른 구성예를 도시하는 플라즈마 처리 장치의 상부의 주요부 단면도이다.
도 8은 스터브의 또 다른 구성예를 도시하는 플라즈마 처리 장치의 상부의 주요부 단면도이다.
도 9는 스터브의 또 다른 구성예를 도시하는 플라즈마 처리 장치의 상부의 주요부 단면도이다.
도 10은 슬롯에 대한 스터브의 배치 위치를 설명하는 도면이다.
도 11은 슬롯에 대한 스터브의 배치 위치의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 12는 슬롯에 대한 스터브의 배치 위치의 또 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 13은 시뮬레이션에서의 마이크로파의 파워 밸런스의 설명에 이용하는 도면이다.
도 14는 평면 안테나판에 대한 스터브의 배치 개수를 설명하는 도면이다.
도 15는 평면 안테나판에 대한 스터브의 배치 개수의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 16은 평면 안테나판에 대한 스터브의 배치 개수의 또 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 17은 평면 안테나판에 대한 스터브의 배치예를 설명하는 도면이다.
도 18은 평면 안테나판에 대한 스터브의 배치의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 19는 평면 안테나판에 대한 스터브의 배치의 또 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 20은 시뮬레이션에서의 스터브의 배치 위치와 개수를 설명하는 도면이다.
도 21은 시뮬레이션에서의 스터브의 배치 위치와 개수를 설명하는 도면이다.
도 22는 시뮬레이션에서의 스터브의 배치 위치와 개수를 설명하는 도면이다.
도 23은 시뮬레이션에서의 스터브의 배치 위치와 개수를 설명하는 도면이다.
도 24는 시뮬레이션에서의 스터브의 배치 위치와 개수를 설명하는 도면이다.
도 25는 시뮬레이션에서의 스터브의 배치 위치와 개수를 설명하는 도면이다.
도 26은 시뮬레이션에서의 스터브의 배치 위치와 개수를 설명하는 도면이다.
도 27은 슬롯에 대한 스터브의 배치 위치의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 28은 실험에 이용한 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도이다.
도 29는 실험에 이용한 플라즈마 처리 장치에서의 스터브와 슬롯의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.
도 30은 스터브 높이와 상부판부의 전계 강도의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 31은 제1 실험의 결과를 도시하는 도표이다.
도 32는 제2 실험의 결과를 도시하는 도면이다.
[제1 실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)의 평면 안테나를 도시하는 평면도이다. 도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)의 상면의 개략 구성을 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에서의 제어 계통의 개략 구성예를 도시하는 도면이다.
플라즈마 처리 장치(100)는, 복수의 슬롯 형상의 구멍을 갖는 평면 안테나, 특히 RLSA(Radial Line Slot Antenna; 레이디얼 라인 슬롯 안테나)에 의해 처리실 내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 고밀도이며 저전자 온도의 마이크로파 여기 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있다. 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 1×1010/㎤ ～ 5×1012/㎤의 플라즈마 밀도이고, 0.7 eV～2 eV의 저전자 온도를 갖는 플라즈마에 의한 처리가 가능하다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(100)는, 각종 반도체 장치의 제조 과정에서 적합하게 이용할 수 있는 것이다.
플라즈마 처리 장치(100)는, 주요한 구성으로서, 기밀하게 구성된 챔버(처리실)(1)와, 챔버(1) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(18)와, 챔버(1) 내부를 감압 배기하기 위한 배기 기구로서의 배기 장치(24)와, 챔버(1)의 상부에 설치되며, 챔버(1) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 기구(27)와, 이들 플라즈마 처리 장치(100)의 각 구성부를 제어하는 제어 수단으로서의 제어부(50)를 구비하고 있다. 또한, 가스 공급 기구(18), 배기 장치(24) 및 마이크로파 도입 기구(27)는, 챔버(1) 내에서 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성 수단을 구성하고 있다.
챔버(1)는, 접지된 대략 원통 형상의 용기에 의해 형성되어 있다. 또한, 챔버(1)는 각통(角筒) 형상의 용기에 의해 형성해도 된다. 챔버(1)는, 알루미늄 등의 재질로 이루어지는 바닥벽(1a)과 측벽(1b)을 갖고 있다.
챔버(1)의 내부에는, 피처리체인 실리콘 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 기재함)(W)를 수평으로 지지하기 위한 배치대(2)가 설치되어 있다. 배치대(2)는, 열전도성이 높은 재질 예컨대 AlN 등의 세라믹스에 의해 구성되어 있다. 이 배치대(2)는, 배기실(11)의 바닥부 중앙으로부터 상방으로 연장되는 원통 형상의 지지 부재(3)에 의해 지지되어 있다. 지지 부재(3)는, 예컨대 AlN 등의 세라믹스에 의해 구성되어 있다.
배치대(2)에는, 그 외측 가장자리부를 커버하여, 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 커버 링(4)이 설치되어 있다. 이 커버 링(4)은, 예컨대 석영, AlN, Al2O3, SiN 등의 재질로 구성된 환형 부재이다.
배치대(2)에는, 온도 조절 기구로서의 저항 가열형 히터(5)가 매립되어 있다. 이 히터(5)는, 히터 전원(5a)으로부터 급전됨으로써 배치대(2)를 가열하고, 그 열로 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 균일하게 가열한다.
배치대(2)에는, 열전대(TC)(6)가 배치되어 있다. 이 열전대(6)에 의해 온도를 계측함으로써, 웨이퍼(W)의 가열 온도를 예컨대 실온으로부터 900℃까지의 범위에서 제어할 수 있게 되어 있다.
배치대(2)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 웨이퍼 지지핀(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 각 웨이퍼 지지핀은, 배치대(2)의 표면에 대하여 돌출시키거나 집어 넣을 수 있게 설치되어 있다.
챔버(1)의 내주에는, 석영으로 이루어지는 원통 형상의 라이너(7)가 설치되어 있다. 또한, 배치대(2)의 외주측에는, 챔버(1) 내부를 균일하게 배기하기 위해서, 다수의 배기 구멍(8a)을 갖는 석영제의 배플 플레이트(8)가 환형으로 설치되어 있다. 이 배플 플레이트(8)는, 복수의 지주(9)에 의해 지지되어 있다.
챔버(1)의 바닥벽(1a)의 대략 중앙부에는, 원형의 개구부(10)가 형성되어 있다. 바닥벽(1a)에는 이 개구부(10)와 연통되며, 하방을 향하여 돌출하는 배기실(11)이 형성되어 있다. 이 배기실(11)에는, 배기관(12)이 접속되어 있으며, 이 배기관(12)을 통해 배기 장치(24)에 접속되어 있다.
챔버(1)의 상단에는, 챔버 내 공간을 개방 가능하게 하는 덮개로서의 기능을 갖는, 큰 개구가 형성된 플레이트(13)가 배치되어 있다. 풀러와의 내주면에는, 챔버 내 공간을 향하여 돌출하는 환형의 지지부(13a)가 형성되어 있다.
챔버(1)의 측벽(1b)에는, 환형을 이루는 가스 도입부(15)가 형성되어 있다. 이 가스 도입부(15)는, 산소 함유 가스나 플라즈마 여기용 가스를 공급하는 가스 공급 기구(18)에 접속되어 있다. 또한, 가스 도입부(15)는 노즐 형상 또는 샤워 형상으로 형성해도 된다.
또한, 챔버(1)의 측벽(1b)에는, 플라즈마 처리 장치(100)와, 이것에 인접하는 반송실(도시하지 않음) 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입/반출구(16)와, 이 반입/반출구(16)를 개폐하는 게이트 밸브(17)가 설치되어 있다.
가스 공급 기구(18)는, 플라즈마 형성용의 Ar, Kr, Xe, He 등의 희(希)가스, 산화 처리에서의 산소 가스, 질화 처리에서의 질소 가스 등의 처리 가스, CVD 처리에서의 원료 가스, 챔버 내 분위기를 치환할 때에 이용하는 N2, Ar 등의 퍼지 가스, 챔버(1) 내부를 클리닝할 때에 이용하는 ClF3, NF3 등의 클리닝 가스 등을 공급하는 가스 공급원(도시하지 않음)을 갖고 있다. 각 가스 공급원은, 도시하지 않은 매스플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브를 구비하며, 공급되는 가스의 전환이나 유량 등의 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
배기 기구로서의 배기 장치(24)는, 터보 분자 펌프 등의 고속 진공 펌프를 구비하고 있다. 상술한 바와 같이, 배기 장치(24)는, 배기관(12)을 통해 챔버(1)의 배기실(11)에 접속되어 있다. 챔버(1) 내의 가스는, 배기실(11)의 공간(11a) 내부로 균일하게 흐르고, 또한 공간(11a)으로부터 배기 장치(24)를 작동시킴으로써, 배기관(12)을 통해 외부로 배기된다. 이에 따라, 챔버(1) 내부를 예컨대 0.133 Pa까지 고속으로 감압하는 것이 가능해지고 있다.
다음으로, 마이크로파 도입 기구(27)의 구성에 대해서 설명한다. 마이크로파 도입 기구(27)는, 주요한 구성으로서, 투과판(28), 평면 안테나판(31), 지파판(遲波板; 33), 도전성 부재로 이루어지는 커버(34), 제1 도파관으로서의 도파관(37), 매칭 회로(38) 및 마이크로파 발생 장치(39)를 구비하고 있다. 평면 안테나판(31)과 커버(34)에 의해, 편평한 도파관(도파로)이 구성된다. 또한, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 마이크로파 도입 기구(27)에, 상기 편평한 도파관 내의 전계 분포를 조정하는 제2 도파관으로서의 스터브(43)를 1개 이상(도 1 및 도 3에서는 2개를 예시) 구비하고 있다.
마이크로파를 투과시키는 투과판(28)은, 플레이트(13)에 있어서 내주측으로 돌출한 지지부(13a) 상에 배치되어 있다. 투과판(28)은, 유전체, 예컨대 석영이나 Al2O3, AlN 등의 세라믹스로 구성되어 있다. 이 투과판(28)과 지지부(13a) 사이는, 시일 부재(29)를 통해 기밀하게 밀봉되어 있다. 따라서, 챔버(1) 내부는 기밀하게 유지된다.
평면 안테나판(31)은, 투과판(28)의 상방에 있어서, 배치대(2)와 대향하도록 설치되어 있다. 평면 안테나판(31)은 원판 형상을 이루고 있다. 또한, 평면 안테나판(31)의 형상은, 원판 형상에 한정되지 않고, 예컨대 사각판 형상이어도 된다. 이 평면 안테나판(31)은, 플레이트(13)의 상단에 걸려 고정되어 있다.
평면 안테나판(31)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 예컨대 표면이 금 또는 은 도금된 구리판 또는 알루미늄판에 의해 구성된 기재(31a)를 갖고 있다. 기재(31a)에는, 이것을 관통하는 다수의 슬롯(32)이 형성되어 있고, 슬롯(32)은 미리 정해진 패턴으로 배열되어 있다. 개개의 슬롯(32)은, 가늘고 긴 형상의 구멍으로 이루어진다. 도 2에 예시된 실시형태에서는, 슬롯(32)은 동심원 형상으로 배치되고, 다수의 슬롯쌍이 구성되도록 배치되어 있다. 슬롯쌍은 동심원 형상으로 배치되어 있다. 각 슬롯쌍은, 방향이 상이한 근접하는 2개의 슬롯(32)으로 이루어진다. 즉, 슬롯쌍은, 기재(31a)의 직경 방향에 대하여 그 길이 방향이 제1 각도를 이루는 슬롯(32a)과, 그 길이 방향이 제2 각도를 이루는 슬롯(32b)으로 이루어진다. 복수의 슬롯쌍이 기재(31a)의 중심을 중심으로 하는 하나의 원을 따라 배열되어 있다. 도시되는 바와 같이, 바람직하게는, 반경이 상이한 복수의 동심원을 따라 각각 복수의 슬롯쌍이 배열되어 있다. 도 2에서는, 직경 방향으로 인접하는 슬롯쌍의 직경 방향의 간격, 즉 인접하는 동심원의 간격을 Δr로 나타내고 있다.
또한, 도 2에 도시한 평면 안테나판(31)의 슬롯(32)의 배치나 개수, 배치 간격, 배치 각도 등은, 어디까지나 예시이다. 슬롯(32)의 길이나 배열 간격은, 마이크로파의 파장(λg)에 따라 결정할 수 있다. 예컨대, 슬롯(32)의 둘레 방향 간격은 λg/4로부터 λg의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 슬롯(32)의 형상은, 원형 형상, 원호 형상 등의 다른 형상이어도 된다. 또한, 슬롯(32)의 배치 형태는 특별히 한정되지 않고, 동심원 형상 외에, 예컨대, 나선 형상, 방사 형상 등으로 배치할 수도 있다. 3개 이상의 슬롯에 의해 구성되는 슬롯 세트를 미리 정해진 패턴으로 배열할 수도 있다. 또한, 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 평판 디스플레이용 기판을 처리 대상으로 하는 경우에는, 복수의 슬롯을 직선 형상 또는 사각 나선 형상으로 배열할 수도 있다.
편평한 도파관을 구성하는 평면 안테나판(31)과 커버(34) 사이에는, 진공보다도 큰 유전율을 갖는 재료로 이루어지는 지파판(33)이 설치되어 있다. 지파판(33)은 평면 안테나판(31)을 덮도록 배치되어 있다. 지파판(33)의 재료로서는, 석영, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지, 폴리이미드 수지 등이 예시된다. 이 지파판(33)은, 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어지기 때문에, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 갖고 있다.
또한, 평면 안테나판(31)과 투과판(28)은 접촉시켜도 되고 이격시켜도 되나, 접촉시키는 것이 바람직하다. 또한, 지파판(33)과 평면 안테나판(31)은 접촉시켜도 되고 이격시켜도 되나, 접촉시키는 것이 바람직하다.
챔버(1)의 상부에는, 평면 안테나판(31) 및 지파판(33)을 덮도록 배치되며, 평면 안테나판(31)과 함께 도파로(편평한 도파관)를 형성하는 커버(34)가 설치되어 있다. 커버(34)는, 예컨대 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 플레이트(13)의 상단과 커버(34)는, 마이크로파가 외부로 누설되지 않도록 도전성을 갖는 스파이럴 실드링 등의 밀봉 부재(35)에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 커버(34)에는, 냉각수 유로(34a)가 형성되어 있다. 이 냉각수 유로(34a)에 냉각수를 통류시킴으로써, 커버(34), 지파판(33), 평면 안테나판(31) 및 투과판(28)을 냉각할 수 있도록 되어 있다. 이 냉각 기구에 의해, 커버(34), 지파판(33), 평면 안테나판(31), 투과판(28) 및 플레이트(13)가 플라즈마의 열에 의해 변형 또는 파손되는 것이 방지된다. 또한, 커버(34)는 접지되어 있다.
커버(34)의 상벽(천장부)의 중앙에는, 개구부(36)가 형성되어 있고, 이 개구부(36)에는 도파관(37)의 하단이 접속되어 있다. 도파관(37)의 타단측에는, 매칭 회로(38)를 통해 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 장치(39)가 접속되어 있다.
도파관(37)은, 상기 커버(34)의 개구부(36)로부터 상방으로 연장되는 단면 원형 형상의 동축 도파관(37a)과, 이 동축 도파관(37a)의 상단부에 모드 변환기(40)를 통해 접속된 수평 방향으로 연장되는 직사각형 도파관(37b)을 갖고 있다. 모드 변환기(40)는, 직사각형 도파관(37b) 내부를 TE 모드로 전파하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 갖고 있다.
동축 도파관(37a)의 중심에는 내부 도체(41)가 연장되어 있다. 이 내부 도체(41)는, 그 하단부에 있어서 평면 안테나판(31)의 중심에 접속 고정되어 있다. 이러한 구조에 의해, 마이크로파는, 동축 도파관(37a)의 내부 도체(41)를 통해 편평한 도파관을 구성하는 평면 안테나판(31)에 방사상으로 효율적으로 균일하게 전파된다.
스터브(43)는, 도 3에도 도시한 바와 같이, 직사각형 단면을 갖는 중공관 형상 부재로 이루어지는 사각형 도파관이다. 스터브(43)는, 예컨대 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 스터브(43)는, 커버(34)의 외주부에 있어서 수직 방향으로 설치되어 있다. 스터브(43)의 하부는, 커버(34)에 삽입되어, 커버(34)를 관통하고 있다. 스터브(43)의 상부는 커버(34)의 상면으로부터 돌출하여 설치되어 있다. 또한, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)에서의 스터브(43)의 형상, 배치, 배치수 등에 관해서는, 이후에 상세히 설명한다.
이상과 같은 구성의 마이크로파 도입 기구(27)에 의해, 마이크로파 발생 장치(39)에서 발생한 마이크로파가 도파관(37)을 통해 평면 안테나판(31)에 전파되고, 슬롯(32) 및 투과판(28)을 통해 챔버(1) 내에 도입되도록 되어 있다. 또한, 마이크로파의 주파수는 2.45 ㎓로 하는 것이 바람직하지만, 8.35 ㎓, 1.98 ㎓ 등으로 해도 된다.
플라즈마 처리 장치(100)의 각 구성부는, 제어부(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 제어부(50)는, 도 4에 도시한 바와 같이, CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러(51)와, 이 프로세스 컨트롤러(51)에 접속된 사용자 인터페이스(52) 및 기억부(53)를 구비하고 있다. 프로세스 컨트롤러(51)는, 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서, 예컨대 온도, 가스 유량, 압력, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계하는 각 구성부[예컨대, 히터 전원(5a), 가스 공급 기구(18), 배기 장치(24), 마이크로파 발생 장치(39) 등]에 접속되어, 이들을 통괄하여 제어하는 제어 수단이다.
사용자 인터페이스(52)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 갖고 있다. 또한, 기억부(53)에는, 플라즈마 처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(51)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피가 보존되어 있다.
필요에 따라, 사용자 인터페이스(52)로부터의 지시 등에 의해 임의의 레시피를 기억부(53)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(51)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(51)의 제어하에, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1) 내에서 원하는 처리가 행해진다. 또한, 상기 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체, 예컨대 CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리, DVD 등에 저장된 것을 이용할 수 있으며, 또는, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(100)에 수시로 전송시켜 온라인으로 이용할 수도 있다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 800℃ 이하, 특히 실온～500℃의 저온에서, 하지막(下地膜) 등에 손상을 주지 않는 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(100)는, 플라즈마의 균일성이 우수하기 때문에, 프로세스의 균일성을 실현할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)를 이용한 플라즈마 처리 순서의 일례에 대해서 설명한다. 여기서는, 처리 가스로서 산소를 함유하는 가스를 이용하고, 웨이퍼 표면을 플라즈마 산화 처리하는 경우를 예로 든다. 먼저, 예컨대 사용자 인터페이스(52)로부터, 플라즈마 처리 장치(100)에 의해 플라즈마 산화 처리를 행하도록 지령이 입력된다. 이 지령을 받아, 프로세스 컨트롤러(51)는, 기억부(53)에 보존된 레시피를 판독한다. 그리고, 레시피에 기초하는 조건으로 플라즈마 산화 처리가 실행되도록, 프로세스 컨트롤러(51)로부터 플라즈마 처리 장치(100)의 각 말단 디바이스 예컨대 가스 공급 기구(18), 배기 장치(24), 마이크로파 발생 장치(39), 히터 전원(5a) 등에 제어 신호가 송출된다.
그리고, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방으로 하여 반입/반출구로부터 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 반입하여, 배치대(2) 상에 배치한다. 다음으로, 챔버(1) 내부를 감압 배기하면서, 가스 공급 기구(18)로부터, 비활성 가스 및 산소 함유 가스를 미리 정해진 유량으로 각각 가스 도입부(15)를 통해 챔버(1) 내에 도입한다. 또한, 배기량 및 가스 공급량을 조정하여 챔버(1) 내부를 미리 정해진 압력으로 조절한다.
다음으로, 마이크로파 발생 장치(39)의 파워를 온(ON)으로 하여, 마이크로파를 발생시킨다. 그리고, 발생한 미리 정해진 주파수 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파는, 매칭 회로(38)를 통해 직사각형 도파관(37b)으로 유도된다. 직사각형 도파관(37b)으로 유도된 마이크로파는, 동축 도파관(37a)을 통과하여, 편평한 도파관을 구성하는 평면 안테나판(31)에 공급된다. 즉, 마이크로파는, 직사각형 도파관(37b) 내에서는 TE 모드로 전파하고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(40)에 의해 TEM 모드로 변환되어, 동축 도파관(37a) 내부를 평면 안테나판(31)을 향하여 전파되어 간다. 그리고, 마이크로파는, 평면 안테나판(31)을 관통하는 구멍인 슬롯(32)으로부터 투과판(28)을 통해 챔버(1) 내[웨이퍼(W)의 상방의 공간]에 방사된다. 이때의 마이크로파 출력은, 투과판(28)의 1 ㎠당의 파워 밀도로서 0.41 W/㎠～4.19 W/㎠의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 마이크로파 출력은, 예컨대 500 W～5000 W의 범위 내에서 목적에 따라 상기 범위 내의 파워 밀도가 되도록 선택할 수 있다.
평면 안테나판(31)으로부터 투과판(28)을 경유하여 챔버(1)에 방사된 마이크로파에 의해, 챔버(1) 내에서 전자계가 형성되어, 비활성 가스 및 산소 함유 가스가 각각 플라즈마화된다. 이 마이크로파 여기 플라즈마는, 마이크로파가 평면 안테나판(31)의 다수의 슬롯(32)으로부터 방사됨으로써, 대략 1×1010/㎤ ～ 5×1012/㎤의 고밀도이고, 웨이퍼(W) 근방에서는, 대략 1.5 eV 이하의 저전자 온도의 플라즈마가 된다. 이렇게 해서 형성되는 마이크로파 여기 고밀도 플라즈마는, 하지막에의 이온 등에 의한 플라즈마 손상이 적은 것이다. 그리고, 플라즈마 중의 활성종 예컨대 라디칼이나 이온의 작용에 의해 웨이퍼(W)의 실리콘 표면이 산화되어 실리콘 산화막 SiO2의 박막이 형성된다.
프로세스 컨트롤러(51)로부터 플라즈마 처리를 종료시키는 제어 신호가 송출되면, 마이크로파 발생 장치(39)의 파워가 오프(OFF)로 되어, 플라즈마 산화 처리가 종료된다. 다음으로, 가스 공급 기구(18)로부터의 처리 가스의 공급을 정지하여 챔버(1) 내부를 진공 배기한다. 그리고, 웨이퍼(W)가 챔버(1) 내에서 반출되어, 1장의 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리가 종료된다.
다음으로, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)에서의 스터브(43)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 커버(34)의 외주부에 있어서, 스터브(43)를 구성하는 단면 직사각형의 중공관 형상 부재(43a)의 하부가, 커버(34)에 형성된 개구부(34b)에 삽입되어 있다. 중공 블록 형태의 중공관 형상 부재(43a)는, 커버(34)를 관통하여 지파판(33)의 상면까지 도달된다. 또한, 중공관 형상 부재(43a)의 하단은 지파판(33)에 접촉되어 있어도 좋고, 이격되어 있어도 된다.
도 5에서는, 스터브(43)의 상부가 커버(34)의 상면으로부터 돌출되어 있으나, 돌출되어 있지 않아도 된다. 스터브(43)의 높이(H)(즉, 도파로의 길이)는, 스터브(43) 내에서 마이크로파에 의한 정재파가 발생하도록, 스터브(43) 내에 전파하는 마이크로파의 관 내 파장(λg)(=154 ㎜) 이하의 적당한 값, 예컨대 λg/4(38.5 ㎜), λg/2(77 ㎜), 3λg/4(115.5 ㎜) 등이 되는 높이로 설정할 수 있다. 또한, 스터브(43)의 횡단면의 면적도, 스터브(43) 내에 전파하는 마이크로파의 파장(λg)에 따라 설정할 수 있다.
스터브(43)의 상부는, 도 5에 도시한 바와 같이, 덮개(44)에 의해 폐색되어 있어도 좋으나, 도 6에 도시한 바와 같이 개방해도 된다. 플라즈마에의 마이크로파의 흡수율을 크게 하여, 도파관(37)으로의 마이크로파의 반사를 억제하기 위해서는, 도 5에 도시한 바와 같이 스터브(43)의 상부를 폐색하는 것이 바람직하다. 또한, 스터브(43)의 상부를 폐색하는 경우, 스터브(43)와 별개의 부품인 덮개(44)를 장착해도 좋으나, 상부가 폐색된 일체 성형의 스터브(43)를 이용해도 된다.
또한, 스터브(43)의 상부를 폐색하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같은 덮개(44)를 대신하여, 가동식의 덮개부(가동체)를 설치해도 된다(도 28을 참조). 가동식의 덮개부를 이용함으로써, 스터브(43)의 유효 관 길이를 임의로 변화시킬 수 있기 때문에, 스터브의 높이를 조절함으로써, 이후에 기술하는 실험예에 나타낸 바와 같이, 투과판(28)에서의 전계 강도를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 플라즈마의 균일성을 높이고, 또한 웨이퍼면 내에서의 처리의 균일성을 향상시키는 관점에서 가동식의 덮개부를 이용하는 것이 유리하다. 또한, 덮개부를 상하로 이동시키는 기구의 구성은 임의이지만, 예컨대 덮개부를 상하로 상하 이동시켜 위치 결정할 수 있는 나사 기구(도 28을 참조)를 채용할 수 있다.
도 7 내지 도 9에 스터브(43)의 다른 구성예를 도시하였다. 도 7은 스터브(43)의 상부가 단면 직사각형의 중공관 형상 부재(43a)에 의해 구성되고, 스터브(43)의 하부가 커버(34)에 형성된 직사각형의 개구(34b)에 의해 구성된 형태를 도시하고 있다. 중공관 형상 부재(43a)는, 예컨대 나사 등의 도시하지 않은 임의의 고정 수단에 의해, 커버(34)의 상면에 장착되어 있다. 도 7에 도시한 스터브(43)에 있어서는, 중공관 형상 부재(43a)의 공동 부분과, 커버(34)의 개구(34b)가 위치 맞춤되어 연직 방향으로 연속한 도파로를 형성하고 있다. 또한, 도 7에 도시한 스터브(43)에 있어서도, 덮개(44)의 배치는 임의적이다.
도 8은 커버(34)에 형성된 직사각형의 개구(34b)에 의해 구성된 스터브(43)의 형태를 도시하고 있다. 도 8에 도시한 스터브(43)에 있어서는, 커버(34)의 개구(34b)에 의해서만 연직 방향으로 도파로가 형성되어 있다. 따라서, 스터브(43)의 높이(H)는, 커버(34)의 두께에 일치한다. 또한, 도 8에 도시한 스터브(43)에 있어서도, 덮개(44)의 배치는 임의적이다.
도 9는 커버(34)의 하면에 형성된 오목부(34c)에 의해 구성된 스터브(43)의 형태를 도시하고 있다. 오목부(34c)는, 커버(34)의 하방에 배치된 지파판(33)을 향하여 개구되어 있다. 도 9에 도시한 스터브(43)에 있어서는, 커버(34)의 오목부(34c)에 의해서만 연직 방향으로 도파로가 형성되어 있다. 따라서, 스터브(43)의 높이(H)는, 커버(34)의 두께보다도 작다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 챔버(1) 내에서 플라즈마를 균일하게 생성시켜, 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부 부근에서의 처리의 균일성을 확보하기 위해서, 평면 안테나판(31)의 둘레 가장자리부 근방의 상방에 스터브(43)를 배치하였다. 상술한 바와 같이, 마이크로파 발생 장치(39)에서 발생한 마이크로파는, 동축 도파관(37a)을 통해 평면 안테나판(31)의 중앙부에 공급되고, 평면 안테나판(31)과 커버(34)에 의해 구성되는 도파로(편평한 도파관)를 방사상으로 전파해 간다. 마이크로파는, 도파로를 전파하는 거리가 길어짐에 따라 반사파가 생성되기 쉬워져 정재파가 감쇠한다. 이 때문에, 편평한 도파관 내에 마이크로파에 의해 발생하는 전계는, 동축 도파관(37a)의 하단부를 통해 마이크로파가 편평한 도파관 내에 도입되는 평면 안테나판(31)의 중앙부에서 강해지고, 평면 안테나판(31)의 외측 둘레 가장자리부 근방에서는 약해지는 경향이 있다. 이와 같이 평면 안테나판(31) 상의 전계 분포가 불균일해지면, 도파관으로의 반사 계수가 커져, 플라즈마에의 마이크로파의 흡수 효율이 저하된다. 즉, 챔버(1) 내에 도입되는 마이크로파의 실효 파워가 작아져, 파워 손실이 커진다. 그 결과, 챔버(1) 내에서 생성되는 플라즈마가 불균일해진다. 특히, 큰 직경의 웨이퍼(W)를 처리 대상으로 하기 위해서 챔버(1)를 대형화하면, 이 문제가 현재화(顯在化)하여, 챔버(1)의 측벽(1b) 근방의 플라즈마 밀도가 저하되어 웨이퍼(W)의 면내에서 균일한 처리를 행하기 곤란해진다.
이러한 관점에서, 챔버(1) 내에 마이크로파를 효율적으로 공급하여, 균일한 플라즈마를 생성시키기 위해서는, 스터브(43)를 평면 안테나판(31)의 외주부(즉, 둘레 가장자리부 근방)의 상방에 배치하여, 평면 안테나판(31) 상의 전계 분포를 균일하게 접근시키는 것이 바람직하다. 특히, 스터브(43)를 평면 안테나판(31)의 외주부에 형성된 슬롯(32)의 상방에 배치함으로써, 스터브(43)를 다른 장소에 배치하는 경우에 비하여, 스터브(43) 내에 마이크로파가 도입되기 쉬워진다. 그리고, 스터브(43)에 의해 불균일한 마이크로파(반사파)가 흡수됨으로써, 평면 안테나판(31) 상에서 균일한 전계 강도 분포를 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는, 평면에서 보아, 중공관 형상의 스터브(43)의 공동 부분이, 평면 안테나판(31)의 외주부에 형성된 슬롯(32)의 개구에 겹쳐지도록, 스터브(43)를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 스터브(43)의 공동 부분이, 평면 안테나판(31)의 외주부에 형성된 슬롯(32)의 개구면의 중심[이하, 간단히 「슬롯(32)의 중심」이라고 기재함]의 상방에 위치하도록 스터브(43)를 배치하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 평면 안테나판(31)의 외주부에 형성된 슬롯(32)의 중심을 둘레 방향으로 연결하는 원호 상에, 스터브(43)의 개구면의 중심[이하, 간단히 「스터브(43)의 중심」이라고 기재함]을 위치시키는 것이 바람직하다. 특히, 평면에서 보아, 스터브(43)의 중심이, 평면 안테나판(31)의 둘레 가장자리부 근방의 슬롯(32)의 중심과 일치하도록 스터브(43)를 배치하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 평면에서 보아, 스터브(43)의 공동 부분과 슬롯(32)의 개구 전체가 상하로 겹쳐지도록[즉, 평면에서 보아, 하나의 슬롯(32) 전체가, 스터브(43)의 공동 부분에 완전히 포함되도록] 스터브(43)를 배치하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 평면 안테나판(31)의 직경 방향에서의 스터브(43)의 배치 위치의 바람직한 예에 대해서 설명한다. 도 10 내지 도 12는, 평면 안테나판(31)에 있어서 최외주에 배열된 슬롯쌍[슬롯(32a) 및 슬롯(32b)]의 위치에 대한 스터브(43)의 배치를 나타내는 설명도이다. 각 도면에 있어서, 스터브(43)는 파선으로 나타내었다. 도 10은 평면 안테나판(31)의 외주부에 있어서, 최외주에 배열된 각 슬롯쌍의 내측의 슬롯(32b)의 중심(O32b)을 연결하는 원호(R32b) 상에 스터브(43)의 중심(OS)이 위치하도록 스터브(43)가 배치된 예를 도시하고 있다. 도 10에서는, 특히 슬롯(32b)의 중심(O32b)과 스터브(43)의 중심(OS)이 평면에서 보아 일치하도록 배치되어 있다.
도 11은 평면 안테나판(31)의 외주부에 있어서, 최외주에 배열된 각 슬롯쌍의 외측의 슬롯(32a)의 중심(O32a)을 연결하는 원호(R32a) 상에 스터브(43)의 중심(OS)이 위치하도록 스터브(43)를 배치한 예를 도시하고 있다. 도 11에서는, 스터브(43)는, 특히 슬롯(32a)의 중심(O32a)과 스터브(43)의 중심(OS)이 평면에서 보아 일치하도록 배치되어 있다.
상술한 바와 같이, 동축 도파관(37a)으로부터 평면 안테나판(31)의 중심으로 전파된 마이크로파에 의해, 평면 안테나판(31)의 기재(31a) 상에 발생한 표면 전류는, 평면 안테나판(31)의 직경 외측 방향을 향하여 흐르지만, 도중에서 슬롯(32)에 의해 차단되기 때문에, 슬롯(32)의 가장자리에 전하가 유기(誘起)된다. 이 전하는, 새로운 마이크로파의 발생원이 된다. 전하는 슬롯(32)의 길이 방향의 중앙부 부근에 축적되기 쉽기 때문에, 슬롯(32)의 중심에는 전계가 집중되기 쉽다. 도 10 및 도 11에 도시한 예에서는, 슬롯(32a, 32b)의 중심(O32a, O32b)의 바로 위에 스터브(43)를 배치하여, 슬롯(32)의 중심(O32a, O32b) 부근에서의 전계의 집중을 억제하였다.
도 10 또는 도 11에 도시한 바와 같이, 평면 안테나판(31)의 최외주에 배열된 슬롯쌍을 구성하는 슬롯(32a 또는 32b)의 중심(O32a 또는 O32b)에, 스터브(43)의 중심(OS)이 겹쳐지도록 스터브(43)를 배치함으로써, 지파판(33)을 사이에 두고 하방의 슬롯(32)과 상방의 스터브(43)를 상하로 대향시킬 수 있다. 도 10 또는 도 11에서는, 특히, 스터브(43)의 공동 부분과 슬롯(32)의 개구 전체가 상하로 겹쳐지도록 스터브(43)를 배치하는 것이 바람직하다. 이상과 같은 스터브(43)의 배치에 의해, 슬롯(32) 부근의 전계를 상방으로 확대시킬 수 있다. 이에 따라, 평면 안테나판(31) 상에서의 전계의 집중이나 편재가 효과적으로 억제된다. 이와 같이, 슬롯(32a, 32b)의 중심(O32a, O32b)에, 스터브(43)의 중심(OS)이 평면에서 보아 일치하도록 스터브(43)를 배치함으로써, 평면 안테나판(31)보다 하방의 챔버(1) 내 공간측의 전계 분포를 균일하게 조정하여, 챔버(1) 내의 플라즈마의 균일화를 도모할 수 있다. 또한, 스터브(43)의 중심(OS)이 평면에서 보아 2개의 슬롯쌍 사이에 위치하도록 해도 된다.
또한, 도 10 및 도 11에 도시한 예에 있어서, 최외주의 슬롯쌍을 구성하는 슬롯(32a) 또는 슬롯(32b)의 중심(O32a, O32b)은, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터, 내측의 슬롯쌍을 구성하는 슬롯(32c, 32d)(도 10 내지 도 12에서는 한 쌍만 도시하지만, 반드시 한 쌍인 것은 아님)의 중심(O32c, O32d)을 지나는 직선(X)의 연장선 상에 위치시키고 있다.
도 12는 평면 안테나판(31)의 최외주에 배열된 슬롯쌍을 구성하는 슬롯(32a) 및 슬롯(32b)의 길이 방향에 직교하는 방향으로, 각 슬롯(32a, 32b)의 중심으로부터, 각각 수직선을 그은 경우의 교점(I)에, 스터브(43)의 중심(OS)을 위치 맞춤시킨 예를 도시하고 있다. 즉, 스터브(43)의 중심(OS)을 평면에서 보아 교점(I)과 일치시키면서 교점(I)의 상방에 스터브(43)가 위치하도록 스터브(43)를 배치하고 있다. 또한, 교점(I)을 평면 안테나판(31)의 둘레 방향으로 연결하는 원호(RI) 상에, 스터브(43)의 중심을 위치시켜도 된다. 또한, 평면에서 보아, 스터브(43)의 중심을 2개의 슬롯 사이에 위치시켜도 된다.
또한, 스터브(43)는, 최외주의 슬롯쌍 중 외측에 있는 복수의 슬롯(32a)의 길이 방향 외측단을 연결하여 평면 안테나판(31)의 중심(OA)을 중심으로 하는 제1 가상원과, 최외주의 슬롯쌍 중 내측에 있는 복수의 슬롯(32b)의 길이 방향 내측단을 연결하여 평면 안테나판(31)의 중심(OA)을 중심으로 하는 제2 가상원에 의해 둘러싸인 환형의 영역 내에 그 스터브(43)의 중심이 위치하고, 평면에서 보아, 하나 이상의 슬롯의 적어도 일부가 그 스터브(43)와 겹쳐져 있도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 10 내지 도 12에 예시한 평면 안테나판(31)의 직경 방향에서의 스터브(43)의 3가지 배치에 대해서, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1)에 공급되는 마이크로파 파워 및 전계 분포에 주는 영향을 시뮬레이션에 의해 검증하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<시뮬레이션 조건 1>
시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
사용 소프트웨어: COMSOL(상품명; COMSOL사 제조)
직경 방향의 배치: 도 13에 모식적으로 도시한 바와 같이, 원환 형상의 스터브(43)를 상정하였다. 원환 형상의 스터브(43)의 폭(D)의 절반(D/2)의 위치를 지나는 원호가, 도 10에 도시한 원호(R32b) 위, 도 12에 도시한 원호(RI) 위, 및 도 11에 도시한 원호(R32a) 위에 각각 위치하도록 설정하였다. 각 원호의 반경[평면 안테나판(31)의 중심(OA)을 지나는 연직축으로부터 수평 방향의 거리]은, 원호(R32b)가 184 ㎜, 원호(RI)가 200 ㎜, 그리고 원호(R32a)가 215 ㎜인 것으로 하였다.
스터브: 원환 형상의 스터브(43)의 상부가 폐색된 것과 개구된 것에 대해서, 각각 지파판(33)의 상면으로부터 연직 방향으로 115.5 ㎜(3λ/4)의 높이로 설정하였다.
경계 조건: 완전 도체
플라즈마의 전자 밀도: 투과판(28)으로부터 1 ㎝ 하방으로 떨어진 위치에서 1×1012/㎤에 이르고, 그것보다 하방에서 이 전자 밀도가 유지되도록 설정하였다.
유전율: 4.2(SiO2), 1.0(공기)으로 설정하였다.
압력: 13.3 ㎩(100 mTorr)로 설정하였다.
온도: 500℃로 설정하였다.
투과판: 석영제 아치 형상으로 설정하였다.
평면 안테나판: 2개의 슬롯이 ハ자형(L자형)으로 쌍을 이루어 슬롯쌍을 형성하고, 이 슬롯쌍이 동심원 형상으로, 내?외 2 둘레 배열된 구조의 것으로 설정하였다.
시뮬레이션에서는, 도 13에 도시한 바와 같이, 마이크로파 발생 장치(39)로부터 도파관(37)에 공급되는 마이크로파의 파워(공급 파워)(PS), 동축 도파관(37a)으로부터 챔버(1) 내에 도입되는 실제의 마이크로파의 파워(도입 파워)(PI), 스터브(43)로부터 외부로 방출되는 마이크로파의 파워(방출 파워)(PO), 투과판(28)을 통해, 챔버(1) 내에 생성되는 플라즈마에 흡수되는(사용되는) 마이크로파의 파워(흡수 파워)(PA), 스터브(43)의 벽면 등에서 상실되는 마이크로파의 파워(손실 파워)(PL), 동축 도파관(37a)으로 반사되는 마이크로파의 파워(반사 파워)(PR)에 대해서, 공급 파워(PS)를 2000 W로 설정하여 각 파워의 밸런스를 계산하였다. 한편, PL=PI-PO-PA로 하고, 또한 PR=PS-PI로 하여 계산하였다.
표 1 중의 「배치 D1」은, 도 10에 도시한 위치에 대응하는 것이며, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터 슬롯(32b)의 중심(O32b)까지의 거리(184 ㎜)에, 원환 형상의 스터브(43)의 반경이 일치하도록 위치 맞춤시켰다. 「배치 D2」는, 도 12에 도시한 위치에 대응하는 것이며, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터 교점(I)까지의 거리(200 ㎜)에, 원환 형상의 스터브(43)의 반경이 일치하도록 위치 맞춤시켰다. 「배치 D3」은, 도 11에 도시한 위치에 대응하는 것이며, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터 슬롯(32a)의 중심(O32a)까지의 거리(215 ㎜)에, 원환 형상의 스터브(43)의 반경이 일치하도록 위치 맞춤시켰다. 또한, 비교를 위해서, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우에 대해서도 동일한 조건으로 시뮬레이션을 행하였다.
Figure 112010015276084-pct00001
표 1로부터, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우에 비하여, 스터브(43)를 설치한 배치 D1～D3에서는, 상부가 폐색된 경우 및 개방된 경우의 양쪽 모두 대체로 흡수 파워(PA)가 크고, 반사 파워(PR)가 작은 것이 판명되었다. 따라서, 스터브(43)를 설치함으로써, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우에 비하여, 도파관 내의 반사파가 억제되어, 챔버(1) 내에 효율적으로 마이크로파를 공급할 수 있는 것으로 나타낸다.
또한, 스터브(43)의 상부가 폐색되어 있는 경우와 개방되어 있는 경우를 비교하면, 후자(개방되어 있는 경우)에서는 방출 파워(PO)가 크고, 전자(폐색되어 있는 경우)에 비하여 흡수 파워(PA)가 작은 것이 판명되었다. 따라서, 스터브(43)의 상부를 폐색 상태로 함으로써, 챔버(1) 내에 효율적으로 마이크로파를 공급할 수 있는 것으로 나타낸다.
이상의 결과를 받아들여, 스터브(43)의 상부가 폐색 상태인 것을 전제로 스터브(43)의 배치를 검토하였다. 표 1에서는, 흡수 파워(PA)는, 배치 D1이 700 W로 가장 크고, 이어서 배치 D3이 675 W로 컸다. 한편, 배치 D2는, 흡수 파워(PA)가 307 W에 그쳤다.
도파관(37) 내로 반사되는 마이크로파의 반사 파워(PR)에 대해서는, 배치 D1이 1278 W로 가장 작고, 이어서 배치 D3이 1304 W였던 데 비하여, 배치 D2는 1667 W로, 배치 D1이나 배치 D3에 비하여 반사파의 생성이 많았다.
또한, 스터브(43) 횡단면(하단으로부터 0.5 ㎜ 상방의 위치), 지파판(33)의 상면, 지파판(33)의 중앙 횡단면(두께×1/2의 위치), 평면 안테나판(31)의 중앙 횡단면(두께×1/2의 위치), 투과판(28)의 횡단면(상단으로부터 9 ㎜ 하방의 위치), 투과판(28)의 하면(평탄한 부분), 투과판(28)(곡면 부분을 포함함)과 챔버(1) 내 공간과의 계면, 및 투과판(28)의 하면으로부터 0.5 ㎜ 하방의 챔버(1) 내에서의 전계 분포를 각각 화상화(畵像化)하여 해석하였다. 그 결과, 예컨대 평면 안테나판(31)의 중앙 횡단면의 전계 분포는, 배치 D2에서는 내주측의 슬롯쌍의 주위에 전계가 강한 영역이 편재하고 있었던 데 비하여, 배치 D1과 배치 D3에서는, 평면 안테나판(31)의 내주측의 슬롯쌍의 주위 뿐만 아니라, 외주측의 슬롯쌍 근방의 영역도 포함하여 평면 안테나판(31) 전체에 한결같이 강한 전계가 확대되어 있었다(결과는 도시 생략). 다른 부위에 대한 전계 분포의 시뮬레이션 결과도 같은 경향을 나타내었다. 또한, 전계가 강한 부분은, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터 내주측의 슬롯쌍을 지나, 외주측의 슬롯쌍으로 직경 외측 방향으로 방사상으로 형성되는 경향이 있는 것이 판명되었다.
이상의 시뮬레이션 결과로부터, 편평한 도파관을 구성하는 평면 안테나판(31) 상에 발생하는 전계 분포를 조절하는 스터브(43)를 설치함으로써, 챔버(1) 내에 효율적으로 마이크로파를 공급할 수 있는 것으로 나타났다.
또한, 스터브(43)의 상부를 폐색 상태로 해 둠으로써, 상부를 개방한 경우에 비하여, 챔버(1) 내에 효율적으로 마이크로파를 공급할 수 있는 것으로 나타났다.
또한, 원환 형상의 스터브(43)의 공동 부분이, 평면에서 보아 최외주의 슬롯쌍에 겹쳐지도록 배치하는 것이 바람직하고, 최외주의 슬롯쌍 중 외측의 슬롯(32a) 또는 내측의 슬롯(32b)에 겹쳐지도록 배치하는 것이 보다 바람직한 것으로 나타났다. 특히, 스터브(43)를 배치하는 장소로서, 평면 안테나판(31)의 최외주의 슬롯쌍의 내측의 슬롯(32b)의 중심(O32b)에, 스터브(43)의 중심(OS)을 위치 맞춤시킨 배치 D1(도 10 참조)이 가장 바람직하고, 이어서 최외주의 슬롯쌍의 외측의 슬롯(32a)의 중심(O32a)에, 스터브(43)의 중심(OS)을 위치 맞춤시킨 배치 D3(도 11 참조)이 바람직한 것이 분명해졌다.
다음으로, 도 14 내지 도 19를 참조하면서, 스터브(43)의 설치수에 대해서 설명한다. 도 14는 중공 블록형의 스터브(43)를 1개 배치한 상태, 도 15는 중공 블록형의 스터브(43)를 2개 배치한 상태, 도 16은 중공 블록형의 스터브(43)를 3개 배치한 상태를, 각각 평면 안테나판(31)에 겹쳐서 도시하고 있다. 도 17 내지 도 19는, 도 15에 도시한 스터브(43)를 2개 배치하는 경우의 변형예이다. 또한, 도 14 내지 도 19에서는, 평면 안테나판(31)의 슬롯(32)은, 일부만 도시하고, 설명에 불필요한 슬롯(32)은 도시를 생략하고 있다. 스터브(43)는, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 2개 이상 배치하는 것이 바람직하다. 특히, 도 15에 도시한 바와 같이, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)을 사이에 두고 그 직경 방향으로, 2개의 스터브(43)를 점대칭으로 배치하는 것이 바람직하다. 평면 안테나판(31)의 직경 방향으로 2개의 스터브(43)를 대칭으로 배치함으로써, 평면 안테나판(31) 부근의 전계 분포를 균일하게 하는 효과가 가장 높아진다. 스터브(43)를 필요 이상으로 다수 배치해도, 전계의 분포를 균일하게 하는 효과의 향상이 얻어진다고는 할 수 없으며, 반대로 저하시켜 버리는 경우가 있다. 또한, 스터브(43)를 필요 이상으로 다수 배치하는 것은, 플라즈마 처리 장치(100)의 부품 개수를 증가시켜, 장치 비용을 상승시키는 요인이 된다. 따라서, 스터브(43)의 배치 개수는, 2개～6개로 하는 것이 바람직하다.
또한, 마이크로파는, 동축 도파관(37a)으로부터 평면 안테나판(31)의 중심(OA) 부근에 도입되고, 평면 안테나판(31)과 커버(34)에 의해 형성되는 도파로를 직경 외측 방향으로 원편파(圓偏波)가 되어 전파하며, 직경 외측 방향으로 배열된 슬롯(32)을 따라 방사상으로 표면 전류를 발생시킨다. 이러한 점에서, 평면 안테나판(31)의 중심으로부터 동심원 형상으로 슬롯쌍이 배열되는 경우에는, 슬롯(32)이 직경 외측 방향으로 이루는 열을 따라 스터브(43)를 배치하는 것이 바람직하다. 예컨대 도 14 내지 도 16에서는, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터, 슬롯(32c, 32d)으로 이루어지는 내주측의 슬롯쌍(한 쌍만 도시하지만 반드시 한 쌍인 것은 아님)을 지나, 슬롯(32a, 32b)으로 이루어지는 최외주의 슬롯쌍을 연결하는 X-X선에 의해, 내주측으로부터 최외주로 슬롯(32)이 직경 외측 방향으로 이루는 열을 도시하고 있다. 한편, 도 14 내지 도 16에 도시한 Y-Y선은, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터, 내측의 슬롯쌍[슬롯(32c, 32d)]은 지나지 않고, 최외주의 슬롯쌍[슬롯(32a, 32b)]을 연결하는 직선이다. 스터브(43)는, X-X선 상 또는 Y-Y선 상의 어느 쪽에 배치해도 좋으나, X-X선 상에 배치하는 것이 바람직하다. 예컨대 Y-Y선 상에 겹쳐서 2개의 스터브(43)를 배치한 경우에 대하여, 도 15에 도시한 바와 같이 X-X선 상에 겹쳐서 2개의 스터브(43)를 배치한 경우를 비교하면, X-X선 상에 2개의 스터브(43)를 대향 배치하는 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 도 14 내지 도 16에 예시한 스터브(43)의 3가지 배치에 대해서, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1)에 공급되는 마이크로파 파워 및 전계에 주는 영향을 시뮬레이션에 의해 검토하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<시뮬레이션 조건 2>
시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
직경 방향의 배치: 중공 블록형의 스터브(43)의 중심이, 평면 안테나판(31)의 최외주의 슬롯쌍에서의 내측의 슬롯(32b)의 중심(O32b)과 평면에서 보아 일치하도록 스터브(43)를 1개, 2개, 또는 3개 배치하는 설정으로 하였다(도 10, 배치 D1 참조).
스터브: 상부가 폐색된 단면(斷面)에서 보아 직사각형이며, 길이 방향의 길이 100 ㎜, 폭 35 ㎜, 지파판의 상면으로부터의 높이 115.5 ㎜(3λ/4)로 설정하였다.
상기 이외의 조건은, 시뮬레이션 조건 1과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
시뮬레이션에서는, 도입 파워(PI), 흡수 파워(PA), 손실 파워(PL), 반사 파워(PR)에 대해서, 공급 파워(PS)를 2000 W로 설정하여 각 파워의 밸런스를 계산하였다(도 13 참조). 또한, PL=PI-PA에 의해, 또한 PR=PS-PI에 의해 산출하였다.
표 2 중의 「설치수 N1」은, 1개의 스터브(43)를 도 14에 도시한 위치에 배치한 것이다. 「설치수 N2」는, 2개의 스터브(43)를 도 15에 도시한 서로 대향하는 위치에 배치한 것이다. 「설치수 N3」은, 3개의 스터브(43)를 도 16에 도시한 둘레 방향으로 120°씩 떨어진 위치에 배치한 것이다. 또한, 비교를 위해서, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 다시 게재하였다.
Figure 112010015276084-pct00002
표 2에서는, 흡수 파워(PA)는, 설치수 N2가 1559 W로 가장 크고, 이어서 설치수 N3이 882 W로 컸다. 한편, 설치수 N1에서는, 흡수 파워(PA)가 384 W로, 스터브(43)를 설치한 경우에서는 가장 낮았다. 반사 파워(PR)에 대해서는, 설치수 N2가 389 W로 가장 작고, 설치수 N3이 1157 W, 설치수 N1이 1589 W로, 설치수 N2이나 설치수 N3에 비하여 설치수 N1은 반사파가 작기 때문에 효율적으로 파워를 도입할 수 있다.
또한, 스터브(43) 횡단면(하단으로부터 0.5 ㎜ 상방의 위치), 지파판(33)의 상면, 지파판(33)의 중앙 횡단면(두께×1/2의 위치), 평면 안테나판(31)의 중앙 횡단면(두께×1/2의 위치), 투과판(28)의 횡단면(상단으로부터 9 ㎜ 하방의 위치), 투과판(28)의 하면(평탄한 부분), 및 투과판(28)(곡면 부분을 포함함)과 챔버(1) 내 공간과의 계면에서의 전계 분포를 각각 화상화하여 해석한 결과, 설치수 N2와 설치수 N3은, 설치수 N1에 비하여 전계가 보다 균일하게 분포하고 있는 것이 확인되었다(결과는 도시 생략).
이상의 시뮬레이션 결과로부터, 스터브(43)를 배치하는 개수로서는, 1개보다도 복수개 예컨대 2개 또는 3개가 바람직한 것이 판명되었다. 또한, 표 1의 결과와 비교하면, 원환 형상으로 스터브(43)를 설치하는 것보다도, 중공 블록형의 스터브(43)를 2개 이상 둘레 방향으로 독립적으로 설치하는 편이, 흡수 파워(PA)가 현격히 커지는 것이 판명되었다. 따라서, 편평한 도파관을 구성하는 평면 안테나판(31)의 상방에, 스터브(43)를 2개 이상 설치함으로써, 평면 안테나판(31) 상에 발생하는 전계 분포가 균일하게 조절되어, 챔버(1) 내에 효율적으로 마이크로파를 공급할 수 있는 것으로 나타났다.
도 14 내지 도 16에 도시한 예에서는, 최외주의 슬롯쌍 중, 내측의 슬롯(32b)의 상방에 중공 블록형의 스터브(43)를 겹쳐서 배치하였다. 그러나, 예컨대 도 17에 도시한 바와 같이, 최외주의 슬롯쌍을 구성하는 슬롯(32a) 및 슬롯(32b)의 중간 위치의 상방에 스터브(43)를 배치해도 된다. 또한, 예컨대 도 18에 도시한 바와 같이, 최외주의 슬롯쌍 중, 외측의 슬롯(32a)의 상방에 스터브(43)를 배치해도 된다. 또한, 예컨대 도 19에 도시한 바와 같이, 대향하는 2개의 스터브(43) 중, 한쪽을 최외주의 슬롯쌍의 내측의 슬롯(32b)의 상방에 배치하고, 다른 한쪽을, 중심(OA)을 사이에 두고 반대측에 위치하는 최외주의 슬롯쌍의 외측의 슬롯(32a)의 상방에 배치해도 된다. 또한, 도 17 내지 도 19에서는, 평면 안테나판(31)의 직경 방향으로 2개의 스터브(43)를 대칭으로 배치하는 경우를 예로 들었으나, 1개의 스터브(43)를 배치하는 경우(도 14 참조), 3개의 스터브(43)를 배치하는 경우(도 16 참조)도 동일한 배치 방법이 가능하다.
다음으로, 스터브(43)의 배치와 개수가, 챔버(1)에 공급되는 마이크로파 파워 및 전계에 주는 영향을 시뮬레이션에 의해 더 상세히 검토하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<시뮬레이션 조건 3>
시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
둘레 방향의 배치: 도 20 내지 도 26에 도시한 바와 같이, 7가지의 배치? 개수로 스터브(43)를 배치하고, 시뮬레이션을 행하였다. 도 20 내지 도 26에서는, 평면 안테나판(31)에 대한 스터브(43)의 배치를 간략화하여 모식적으로 도시하였다. 각 도면에서는, 슬롯(32)은 도시를 생략하고, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터, 내주측의 슬롯쌍의 슬롯(32c, 32d)과 최외주의 슬롯쌍의 슬롯(32a, 32b)을 연결하는 선분 X-X에 의해 슬롯(32)의 직경 방향의 배열을 나타내었다.
직경 방향의 배치: 스터브(43)의 중심이, 평면 안테나판(31)의 최외주의 슬롯쌍에서의 내측의 슬롯(32b)의 중심(O32b)에 평면에서 보아 일치하도록 설정하였다(도 10, 배치 D1 참조).
상기 이외의 조건은, 시뮬레이션 조건 2와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
시뮬레이션에서는, 도입 파워(PI), 흡수 파워(PA), 손실 파워(PL), 반사 파워(PR)에 대해서, 공급 파워(PS)를 2000 W로 설정하여 각 파워의 밸런스를 계산하였다. 한편, PL=PI-PA에 의해, 또한 PR=PS-PI에 의해 산출하였다.
표 3 중의 「배치 C1」에서는, 도 20에 도시한 바와 같이, 2개의 스터브(43)를 X-X선 상의 서로 대향하는 위치에 배치하였다. 「배치 C2」에서는, 도 21에 도시한 바와 같이, 2개의 스터브(43)를 평면 안테나판(31)의 중심(OA)에 대하여 비대칭으로 배치하였다. 또한, 2개의 스터브(43)는 둘레 방향으로 120°떨어진 위치에 배치되어 있다. 「배치 C3」에서는, 도 22에 도시한 바와 같이, 3개의 스터브(43)를 비대칭인 위치에 배치하였다. 3개의 스터브(43) 중, 2개의 스터브(43)는, 배치 C1과 마찬가지로 X-X선 상에 서로 대향하여 배치되어 있으나, 나머지 1개의 스터브(43)는 60°의 각도를 어긋나게 한 다른 X-X선 상에 1개만 배치되어 있다. 「배치 C4」는, 도 23에 도시한 바와 같이, 4개의 스터브(43)를 2개의 X-X선 상에 별개로 배치하였다. 이들 2개의 X-X선은, 60°의 각도를 이루며 평면 안테나판(31)의 중심(OA)에서 교차하고 있다. 「배치 C5」는, 도 24에 도시한 바와 같이, 4개의 스터브(43)를 둘레 방향으로 90°씩 위치를 어긋나게 하여 배치하였다. 4개의 스터브(43)는, X-X선 상으로부터 벗어난 위치(도 14 내지 도 19에 도시한 Y-Y선 상)에 대향하여 배치되어 있다. 「배치 C6」은, 도 25에 도시한 바와 같이, 2개의 스터브(43)를 X-X선 상으로부터 벗어난 위치(도 14 내지 도 19에 도시한 Y-Y선 상)에서 직경 방향으로 대향하여 배치한 것이다. 「배치 C7」은, 도 26에 도시한 바와 같이, 6개의 스터브(43)를 둘레 방향으로 60°씩 위치를 어긋나게 한 X-X선 상에 균등하게 배치하였다. 또한, 비교를 위해서, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우에 대한 시뮬레이션 결과도 다시 게재하였다.
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표 3으로부터, 배치 C1 내지 배치 C7의 어떠한 배치여도, 스터브(43)를 배치하지 않은 경우에 비하여 양호한 결과였다. 흡수 파워(PA)는, 배치 C3(도 22)이 1605 W로 가장 크고, 이어서 배치 C1(도 20)이 1559 W로 거의 동등한 값이었다. 또한, 배치 C5(도 24), 배치 C6(도 25)에 대해서도, 배치 C3, 배치 C1에 이어서 흡수 파워(PA)가 컸다. 한편, 배치 C2, 배치 C4, 배치 C7은, 배치 C1, 배치 C3, 배치 C5 및 배치 C6보다도 흡수 파워(PA)가 작았다. 2개의 스터브(43)를, 평면 안테나판(31)의 중심을 사이에 두고 직경 방향으로 비대칭으로 배치한 배치 C2(도 21)는, 흡수 파워(PA)가 작고, 가장 낮은 결과가 되었다. 또한, 4개의 스터브(43)를 둘레 방향으로 60°어긋나게 하여 배치한 배치 C4(도 23), 6개의 스터브(43)를 둘레 방향으로 배치한 배치 C7(도 26)도, 흡수 파워(PA)가 작고 기대한 효과는 얻어지지 않았다.
반사 파워(PR)에 대해서는, 배치 C1, 배치 C3, 배치 C5 및 배치 C6이 거의 동등하고 작아 양호하였다. 이에 비하여, 배치 C2, 배치 C4 및 배치 C7은, 반사 파워(PR)가 배치 C1, 배치 C3, 배치 C5 및 배치 C6에 비하여 크고, 반사율이 높았다.
스터브(43)를 동일한 개수 배치한 경우에 있어서, 2개의 스터브(43)를 배치한 배치 C1과 배치 C6의 비교에서는, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터, 내주측의 슬롯쌍과, 외주측의 슬롯쌍을 직경 외측 방향으로 연결하는 X-X선 상에 스터브(43)를 배치한 배치 C1은, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터, 내주측의 슬롯쌍의 위치는 지나지 않고, 외주측의 슬롯쌍만을 지나는 Y-Y선 상에 스터브(43)를 배치한 배치 C6보다도 양호한 결과가 얻어졌다. 또한, 4개의 스터브(43)를 배치한 배치 C4와 배치 C5의 비교에서는, 평면 안테나판(31)의 둘레 방향으로 균등하게 스터브(43)를 배치한 배치 C5 쪽이 현격히 우수하였다.
또한, 스터브(43) 횡단면(하단으로부터 0.5 ㎜ 상방의 위치), 지파판(33)의 상면, 지파판(33)의 중앙 횡단면(두께×1/2의 위치), 평면 안테나판(31)의 중앙 횡단면(두께×1/2의 위치), 투과판(28)의 횡단면(상단으로부터 9 ㎜ 하방의 위치), 및 투과판(28)(곡면 부분을 포함함)과 챔버(1) 내 공간과의 계면에서의 전계 분포를 각각 화상화하여 해석한 결과, 배치 C3, 배치 C1이 가장 전계가 균일하게 분포하고 있고, 이어서 배치 C5, 배치 C6이 양호한 전계 분포인 것이 확인되었다(결과는 도시 생략).
이상의 시뮬레이션 결과로부터, 스터브(43)를 배치하는 위치로서는, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)으로부터, 내주측의 슬롯쌍과, 외주측의 슬롯쌍을 직경 외측 방향으로 연결하는 선(X-X선)에 겹쳐지는 위치에, 중심(OA)을 사이에 두고 대칭으로 배치하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 그러나, 이 규칙에 기초하여 배치한 경우라도, 스터브(43)의 설치수가 많아지면, 반대로 플라즈마에의 마이크로파의 흡수 효율이 저하되는 것으로 나타났다. 따라서, 스터브(43)의 설치 개수는 2개～4개의 범위 내가 바람직한 것이 판명되었다.
다음으로, 플라즈마 처리 장치(100)에 가스를 도입하여 플라즈마를 생성했을 때의 상태를 시뮬레이션하였다.
시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
<시뮬레이션 조건 4>
직경 방향의 배치: 원환 형상의 스터브(43)를 상정하여, 스터브(43)의 폭(D)(30 ㎜)의 절반(D/2)의 위치를 지나는 원호의 위치가, 평면 안테나판(31)의 중심(OA)을 지나는 연직축으로부터 수평 방향으로 184 ㎜가 되도록 설정하였다(도 13 참조).
스터브: 원환 형상의 스터브(43)의 상부가 폐색된 것에 대해서, 지파판(33)의 상면으로부터 115.5 ㎜(3λ/4)의 높이로 설정하였다.
상기 시뮬레이션 조건 4에서, 투과판(28)을 통해 챔버(1) 내의 플라즈마에 흡수되는 마이크로파의 파워(흡수 파워)(PA)는, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우가 641 W였던 데 비하여, 스터브(43)를 설치한 경우는 1373 W로, 대폭으로 개선되었다.
또한, 챔버(1) 내에서의 플라즈마의 전자 밀도와 전자 온도의 분포를 화상화한 결과, 스터브(43)를 설치한 경우에는, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우에 비하여, 투과판(28)의 바로 아래에 있어서 저전자 온도이며 고전자 밀도의 플라즈마가 균일하게 발생하고 있는 영역이, 평면 안테나판(31)의 직경 방향으로 보다 광범위하게 확대되어 있는 것이 확인되었다.
또한, 챔버(1) 내에서의 N 라디칼과 N 이온의 분포를 화상화한 결과, 스터브(43)를 설치한 경우에는, 스터브(43)를 설치하지 않은 경우에 비하여 N 라디칼, N 이온 모두 투과판(28)의 바로 아래에서, 평면 안테나판(31)의 직경 방향으로 보다 광범위까지 균일하게 확대되어 있는 것이 확인되었다.
상술한 시뮬레이션 결과로부터, 스터브(43)를 설치함으로써, 챔버(1) 내에서 플라즈마를 균일화할 수 있는 것이 확인되었다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 제약되는 것은 아니며, 여러 가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 평면 안테나판(31)의 직경 방향에 대하여 스터브(43)의 길이 방향이 직교하도록 배치하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 예컨대 도 27에 도시한 바와 같이, 슬롯(32)의 길이 방향과 스터브(43)의 길이 방향이 일치하도록, 스터브(43)를 배치해도 된다. 또한, 스터브(43)는, 평면 안테나판(31)의 최외주의 슬롯쌍을 구성하는 슬롯(32a, 32b) 위에 한정되지 않고, 비정상적으로 전계 강도가 높은 곳이면, 평면 안테나판(31)의 어느 슬롯 위에 배치해도 된다.
또한, 스터브(43)의 단면 형상은, 직사각형에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 정사각형이어도 된다. 또한, 동축 도파관(37a)을 둘러싸도록, 스터브(43)를 원통 형상 또는 원환 형상으로 형성해도 된다.
또한, 본 발명의 스터브(43)를 구비한 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 플라즈마 산화 처리 장치, 플라즈마 질화 처리 장치나 플라즈마 CVD 처리 장치, 플라즈마 에칭 처리 장치, 플라즈마 애싱 처리 장치 등에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 스터브(43)를 구비한 플라즈마 처리 장치는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 처리하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 액정 디스플레이 장치나 유기 EL 디스플레이 장치 등의 평판 디스플레이 장치용 기판을 피처리체로 하는 플라즈마 처리 장치에도 적용할 수 있다.
실시예
스터브의 높이를 조절함으로써 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다는 것을 입증하는 실험을 행하였다. 실험 방법 및 그 결과에 대해서 이하에 기술한다.
먼저, 실험에 이용한 플라즈마 처리 장치의 구성에 대해서 도 28을 참조하여 설명한다. 도 28에 도시하는 플라즈마 처리 장치는, 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치에 대하여 이하의 점만이 상이하다. 먼저, 투과판(28)의 하면 중심에 돌기(28a)가 형성되어 있다. 또한, 커버 링(4)을 대신하여, 배치대(2) 표면 전역을 덮는 커버(4a)가 설치되어 있고, 웨이퍼(W)의 위치 결정은, 커버(4a)의 상면에 설치된 가이드(4b)에 의해 행해진다. 스터브(43)를 대신하여, 유효 스터브 높이를 변경할 수 있는 4개의 스터브(43A)가 설치된다. 스터브(43A)의 내부에는, 가동체(43a)가 설치되어 있고, 가동체(43a)는, 핸들(43b)을 회전시킴으로써, 볼트/너트 구조(상세한 구조는 도시하지 않음)에 의해, 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 가동체(43a)는, 스터브(43)의 덮개(44)와 마찬가지로 스터브의 유효 관 길이를 결정하기 위해서, 가동체(43a)를 상하 이동시킴으로써 실질적인 스터브 높이(H)를 변경할 수 있다.
도 29에 도시하는 바와 같이, 평면 안테나판(31)의 기재(31a)에는, 외주부에 24쌍의 슬롯쌍, 중앙부에 8쌍의 슬롯쌍이 형성되어 있다. 기재(31a)는, 그 외주부와 중앙부 사이에 슬롯(32)이 형성되어 있지 않은 중간 부분을 갖는다. 스터브(43A)는, 미리 정해진 직경의 피치원 상에 90도 간격으로 배치되어 있다. 도 29에는, 스터브(43A)의 내벽면의 윤곽이 나타나 있다. 도 29에서는, 평면에서 보아, 스터브(43A)의 중심을, 외주부의 슬롯쌍 중 외측의 슬롯(32a)의 중심과, 중앙부의 슬롯쌍의 양방의 슬롯(32c, 32d)의 중심을 지나는 안테나판의 직경 방향으로 연장되는 직선이 통과하고 있다. 또한, 외주부의 슬롯쌍의 내측의 슬롯(32b)의 하나 이상이 스터브(43A)와 겹쳐져 있다[구체적으로는, 하나의 내측의 슬롯(32b)의 전체가 스터브(43A)의 내부 공간의 영역에 완전히 포함되고, 2개의 내측의 슬롯의 일부가 스터브(43A)의 내부 공간의 영역과 부분적으로 중복되어 있음].
도 30의 그래프는, 마이크로파 주파수가 2.45 ㎓일 때의, 스터브 높이(H)와, 스터브의 하방에서의 상부판부의 전계 강도의 관계를 도시하고 있다. 스터브 높이가 20 ㎜～60 ㎜인 범위 내에서, 스터브 높이(H)가 높아질수록 전계 강도가 작아지고, 스터브 높이(H)의 변화에 대한 전계 강도의 변화가 비교적 완만해지고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 스터브 높이(H)를 20 ㎜～60 ㎜의 범위에서 변동시키는 것이, 전계 분포의 미세 조정에 적합하다. 또한, 도 30에는 도시되어 있지 않으나, 전계 강도는 스터브 높이(H)가 λ/2(λ는 관 내 파장) 변화할 때마다 주기적으로 변동한다.
실험 시에는, 표면에 두께 30옹스트롬의 SiO2 열산화막이 형성된 반도체 웨이퍼를 준비하였다. 이 웨이퍼에 대하여 도 28 및 도 29를 참조하여 설명한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 질화 처리를 실시하였다.
제1 실험에서의 프로세스 조건은 이하와 같다.
Ar 가스 유량: 1000 sccm
N2 가스 유량: 200 sccm
프로세스 압력: 25 ㎩
마이크로파 출력: 1900 W(0.97 W/㎠)
웨이퍼 온도: 500℃
프로세스 시간: 50 sec
먼저, 4개의 스터브의 높이를 모두 40 ㎜(즉 20 ㎜～60 ㎜의 중앙값)로 하고, 플라즈마 질화 처리를 행하였다. 처리가 끝난 웨이퍼 표면의 25부위에 있어서, XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)에 의해, 질소 농도를 측정하였다. 그 결과를, 도 31의 표의 좌측란(「초기」)에 나타낸다. 이 표에 있어서, 상단에는 각 위치의 스터브의 높이가 나타나 있고, 중단에는 질소 농도 분포를 나타내는 맵이 나타나 있으며, 하단에는 처리의 면내 균일성의 지표인 σ/AVE(즉, 질소 농도의 표준 편차/질소 농도의 평균값)와, Range/2AVE[즉, ((질소 농도의 최대값-질소 농도의 최소값)/질소 농도의 평균값×2]가 나타나 있다. 또한, 스터브의 위치란, 「1」이 맵 내의 상측, 「2」가 맵 내의 좌측, 「3」이 맵 내의 하측, 「4」가 맵 내의 우측의 위치를 의미하고 있다(도 29도 아울러 참조). 중단의 맵에 있어서는, 질소 농도가 평균값 부근인 영역에 「0」, 그것보다 질소 농도가 높은 영역에 농도 레벨에 따라 「+1, +2, …」, 그것보다 질소 농도가 낮은 영역에 농도 레벨에 따라 「-1, -2, …」이라고 하는 값을 붙이고 있다.
질소 농도가 낮은 영역에 대응하는 위치의 스터브의 높이를 낮게 하고, 질소 농도가 높은 영역에 대응하는 위치의 스터브의 높이를 높게 한다고 하는 기본적 방침에 따라, STEP1～STEP3에 나타내는 바와 같이 각 위치의 스터브의 높이를 변경하면서 트라이 앤드 에러에 의해 질소 농도의 면내 균일성을 높여 가는 과정이 도 30의 표에 나타나 있다. 이 표에 따르면, 스터브 높이를 변경함으로써 전계 강도 분포를 변화시켜, 질소 농도 분포를 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 제1 실험에서는, 위치 1의 스터브 높이를 40 ㎜로부터 50 ㎜로 증가시키고, 위치 2의 스터브 높이를 40 ㎜로부터 25 ㎜로 감소시킴으로써, 만족할 수 있는 면내 균일성을 확보할 수 있었다.
다음으로, 제1 실험과 동일한 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 하기에 나타내는 다른 프로세스 조건에 의해 제2 실험을 행하였다.
제2 실험에서의 프로세스 조건은 이하와 같다.
Ar 가스 유량: 750 sccm
N2 가스 유량: 200 sccm
프로세스 압력: 25 ㎩
마이크로파 출력: 2000 W
웨이퍼 온도: 500℃
프로세스 시간: 50 sec
그 결과를, 도 32에 도시한다. 도 32의 (a)는 초기, 그리고 도 32의 (b)는 조정 종료 시의 질소 농도 분포를 각각 도시하는 맵이다. 조정의 중간 과정의 설명은 생략한다. 초기에서의 스터브 높이는, 모든 위치 1, 2, 3, 4에 있어서 30 ㎜이고, 이때의, σ/AVE는 1.02, Range/2AVE는 1.99였다. 이에 비하여, 스터브 높이를, 위치 1에서 45 ㎜, 위치 2에서 20 ㎜, 위치 3에서 20 ㎜, 그리고 위치 4에서 45 ㎜로 변경한 결과, σ/AVE는 0.43, Range/2AVE는 1.03이 되어, 면내 균일성의 대폭적인 향상이 확인되었다. 제1 및 제2 실험으로부터, 프로세스 조건이 상이해도, 스터브 높이를 변경함으로써 전계 강도 분포를 변화시켜, 질소 농도 분포를 변화시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상술한 프로세스 조건에 한정되지 않고, 다른 프로세스 조건(예컨대 상이한 프로세스 압력, 상이한 마이크로파 출력)하에서도, 스터브 높이의 조절에 의해 전계 강도 분포를 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 슬롯의 배치가 상이한 경우, 상부판 형상이 상이한 경우, 챔버 간 차이가 있는 경우 등의 여러 경우에 있어서, 스터브 높이를 조정함으로써 전계 강도 분포를 조정하여, 균일한 처리가 가능해진다.

Claims (21)

  1. 피처리체를 수용하는 탈기 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 상부의 개구에 기밀(氣密)하게 장착되어, 플라즈마 발생용 마이크로파를 투과시키는 투과판과,
    상기 투과판의 상면에 접하거나 또는 근접하여 배치되어, 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 도입하는 평면 안테나로서, 도전성 재료로 이루어지는 평판 형상 기재(基材)를 가지며, 그 평판 형상 기재를 관통하는 복수의 슬롯이 형성되어 있는 평면 안테나와,
    상기 평면 안테나를 상방으로부터 덮는 도전성 부재와,
    상기 도전성 부재를 관통하여 설치되어, 마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 상기 평면 안테나에 공급하는 제1 도파관과,
    상기 평면 안테나에서의 전계 분포를 조절하는 하나 이상의 제2 도파관
    을 구비하고,
    상기 복수의 슬롯은, 각각이 2개의 슬롯으로 이루어지는 복수의 슬롯쌍을 이루며,
    상기 복수의 슬롯쌍은, 동심원 형상으로 배열되어 있고,
    상기 제2 도파관은, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 내측에 있는 슬롯의 중심의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 부재에 삽입된 내부에 공동(空洞)을 갖는 중공 형상 부재에 의해, 상기 제2 도파관의 일부분 또는 전체가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 부재를 관통하는 개구부에 의해 상기 제2 도파관의 일부분 또는 전체가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도전성 부재에 형성된 오목부에 의해 상기 제2 도파관의 일부분 또는 전체가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 도파관의 상단부는 폐색되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 도파관은, 상기 복수의 슬롯 중 하나 이상의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관이 그 상방에 배치되는 슬롯의 개구의 전(全)영역은, 상기 제2 도파관의 내부 공간의 영역에 완전히 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심은, 최외주에 위치하는 각 슬롯쌍 중 직경 방향 내측에 있는 슬롯의 중심을 연결하는 원호 상에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심은, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 내측에 있는 슬롯의 중심과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 피처리체를 수용하는 탈기 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 상부의 개구에 기밀(氣密)하게 장착되어, 플라즈마 발생용 마이크로파를 투과시키는 투과판과,
    상기 투과판의 상면에 접하거나 또는 근접하여 배치되어, 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 도입하는 평면 안테나로서, 도전성 재료로 이루어지는 평판 형상 기재(基材)를 가지며, 그 평판 형상 기재를 관통하는 복수의 슬롯이 형성되어 있는 평면 안테나와,
    상기 평면 안테나를 상방으로부터 덮는 도전성 부재와,
    상기 도전성 부재를 관통하여 설치되어, 마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 상기 평면 안테나에 공급하는 제1 도파관과,
    상기 평면 안테나에서의 전계 분포를 조절하는 하나 이상의 제2 도파관
    을 구비하고,
    상기 복수의 슬롯은, 각각이 2개의 슬롯으로 이루어지는 복수의 슬롯쌍을 이루며,
    상기 복수의 슬롯쌍은, 동심원 형상으로 배열되어 있고,
    상기 제2 도파관은, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 외측에 있는 슬롯의 중심의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심은, 최외주에 위치하는 각 슬롯쌍 중 직경 방향 외측에 있는 슬롯의 중심을 연결하는 원호 상에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서, 평면에서 보아, 상기 제2 도파관의 중심은, 최외주에 위치하는 어느 하나의 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯 중 직경 방향 외측에 있는 슬롯의 중심과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 도파관으로서, 복수의 제2 도파관이 설치되고, 상기 제2 도파관의 수는 2개～4개의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수의 제2 도파관 중 2개 이상은, 상기 평면 안테나의 중심을 사이에 두고 그 직경 방향으로 대칭되게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 제2 도파관이 각각, 상기 평면 안테나의 중심으로부터 직경 방향 외측으로 연장되고, 상기 복수의 슬롯 중 복수의 슬롯을 연결하는 선의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 도파관으로서, 복수의 제2 도파관이 설치되고, 상기 제2 도파관의 수는 2개～4개의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 제2 도파관 중 2개 이상은, 상기 평면 안테나의 중심을 사이에 두고 그 직경 방향으로 대칭되게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 복수의 제2 도파관이 각각, 상기 평면 안테나의 중심으로부터 직경 방향 외측으로 연장되고, 상기 복수의 슬롯 중 복수의 슬롯을 연결하는 선의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제1항 내지 제6항, 제8항 및 제10항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면 안테나 위에, 상기 평면 안테나에 공급되는 마이크로파의 파장을 조정하는 지파판(遲波板)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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