KR101202270B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

Abstract

주가스 유로와 복수의 분지 가스 유로와의 가스 컨덕턴스의 비를 크게한다. 플라즈마 처리 장치(100)는, 가스를 여기시켜 비처리체를 플라즈마 처리하는 장치이며, 처리 용기(100)와, 소망하는 가스를 공급하는 가스 공급원(905)과, 가스 공급원(905)으로부터 공급된 가스를 분류시키는 주가스 유로(330)와, 주가스 유로(330)의 하류측에 접속되는 복수의 분지 가스 유로(나사(325))와, 복수의 분지 가스유로에 형성되고, 분지가스 유로를 좁히는 복수의 조임부(세관(細管; 335))와, 복수의 분지 가스 유로에 형성된 복수의 조임부를 통과한 가스를 처리 용기(100)의 내부에 방출하는, 분지 가스 유로당 1 또는 2 이상의 가스 방출 구멍(345)을 갖는다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING DEVICE AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은, 전자파를 이용하여 플라즈마를 생성하고, 피(被)처리체 상에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다. 특히, 처리 용기 내로의 가스의 도입에 관한 것이다.

플라즈마 처리 장치에서는, 성막이나 에칭 등의 화학 반응을 수반하는 프로세스가 행해진다. 프로세스 중, 피처리체 전면에 걸쳐 균일한 플라즈마를 생성하기 위해, 프로세스에 필요한 가스의 밀도 및 화학 반응에 의해 발생한 반응 생성 가스의 밀도를 균일하게 할 필요가 있다. 가스는, 통상, 피처리체와 대향하는 면에 대체로 등(等)피치로 형성된 복수의 가스 방출 구멍으로부터 처리 용기 내에 도입된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

그러나, 등피치로 복수의 가스 방출 구멍을 형성해도, 가스 공급원으로부터 가까운 가스 방출 구멍으로부터 방출되는 가스 유량이, 가스 공급원으로부터 먼 가스 방출 구멍으로부터 방출되는 가스 유량보다 많아져 버리는 경우가 있다. 예를 들면, 주(主)가스 유로로부터 복수의 분지(分枝) 가스 유로에 가스를 분류(分流)하는 경우, 주가스 유로의 가스 컨덕턴스가 분지 가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 충분히 크지 않으면, 가스 공급원에 가까운 분지 가스 유로에 형성된 가스 방출 구멍으로부터는 충분한 가스가 방출되지만, 가스 공급원으로부터 먼 분지 가스 유로까지 도달하는 가스가 적어, 먼 분지 가스 유로의 가스 방출 구멍으로부터 충분한 가스가 방출되지 않는 경우가 있다. 이 결과, 처리실 내에서의 가스의 밀도가 불균일해져, 플라즈마가 불균일하게 생성된다. 이러한 현상을 회피하기 위해서는, 주가스 유로의 가스 컨덕턴스가 다수의 분지 가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 충분히 커지도록 가스 공급로를 설계하여, 주가스 유로로부터 분지 가스 유로에 균등하게 가스를 분배하지 않으면 안 된다.

일본공개특허공보 평2-114530호

분지 가스 유로의 가스 컨덕턴스에 대한 주가스 유로의 가스 컨덕턴스를 충분히 크게 하는 하나의 수단으로서, 가스 방출 구멍의 개수를 줄이는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 가스 방출 구멍의 개수를 줄이면, 피처리체에 공급되는 가스 유속에 불균일이 생겨, 균일한 처리를 행할 수 없다.

그래서, 분지 가스 유로의 가스 컨덕턴스에 대한 주가스 유로의 가스 컨덕턴스를 충분히 크게 하는 다른 수단으로서, 가스 방출 구멍의 지름을 좁게 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 가스 방출 구멍의 지름을 좁게 하면 가스의 유속이 360m/s의 음속에 도달하여, 처리실 내에 방출된 가스가 필요 이상으로 교반되고, 가스의 흐름이 흐트러져 화학 반응이 과잉으로 촉진되는 등의 이유에 의해 양호한 프로세스를 행할 수 없다.

그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 주가스 유로와 복수의 분지 가스 유로와의 가스 컨덕턴스의 비(比)를 크게 하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어느 관점에 의하면, 가스를 여기시켜 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 처리 용기와, 소망하는 가스를 공급하는 가스 공급원과, 상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 장치 내에 흘리는 주가스 유로와, 상기 주가스 유로의 하류측에 접속되는 복수의 분지 가스 유로와, 상기 복수의 분지 가스 유로에 형성되어, 상기 분지 가스 유로를 좁히는 복수의 조임부와, 상기 복수의 분지 가스 유로에 형성된 복수의 조임부를 통과한 가스를 상기 처리 용기의 내부에 방출하는, 상기 분지 가스 유로당 1 또는 2 이상의 가스 방출 구멍을 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

이에 의하면, 복수의 분지 가스 유로에는, 분지 가스 유로를 좁히는 복수의 조임부가 형성된다. 이에 따라, 주가스 유로와 복수의 분지 가스 유로와의 가스 컨덕턴스의 비를 크게 할 수 있다. 예를 들면, 상기 소망하는 가스를 흘렸을 때의 상기 조임부의 가스 컨덕턴스가, 당해 조임부의 하류측에 형성된 상기 1 또는 2 이상의 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스의 합보다도 작고, 그리고 상기 주가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작게 할 수 있다. 이 결과, 가스 공급원으로부터의 거리에 관계없이, 주가스 유로로부터 다수의 분지 가스 유로에 균등하게 가스를 분배할 수 있어, 가스를 처리실 내에 균일하게 공급할 수 있다.

또한, 주가스 유로에 가까운 위치에 조임부를 형성하여, 분지 가스 유로의 시작부분에서 가스 컨덕턴스를 조정하고 있기 때문에, 종래와 같이 분지 가스 유로의 선단(先端)의 가스 방출 구멍을 좁게 함으로써 가스 컨덕턴스를 조정할 필요가 없다. 따라서, 처리실 내에 방출되는 가스의 유속이 음속에 도달하는 것을 회피하여, 가스의 유속을 어느 정도 저감하면서 처리실 내에 층류 형상으로 도입할 수 있다. 이 결과, 처리실 내에서의 가스의 밀도를 균일하게 하여, 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있다.

상기 소망하는 가스를 흘렸을 때의 상기 조임부의 가스 컨덕턴스가, 당해 조임부의 하류측에 형성된 상기 1 또는 2 이상의 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스의 합보다도 작고, 그리고 상기 주가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작아도 좋다.

상기 주가스 유로 및 상기 복수의 분지 가스 유로는, 상기 피처리체에 대향하는 상기 처리 용기의 덮개체에 매입되어 있어도 좋다.

상기 복수의 분지 가스 유로는, 대체로 등피치로 형성되어 있어도 좋다.

상기 소망하는 가스를 흘렸을 때의 각 조임부의 가스 컨덕턴스를 Cr, 당해 각 조임부의 하류측에 형성된 상기 가스 방출 구멍의 수를 N으로 했을 때, 상기 복수의 조임부에 대해서 Cr/N의 값이 대체로 동일해도 좋다.

상기 소망하는 가스를 흘렸을 때의 각 조임부의 가스 컨덕턴스를 Cr, 당해 각 조임부의 하류측에 형성된 가스 방출 구멍의 수를 N으로 했을 때, 상기 플라즈마 처리 장치의 중심에 대하여 상기 플라즈마 처리 장치의 외주부에 가까운 조임부일수록, Cr/N의 값이 커도 좋다. 이에 의하면, 외주측에 공급되는 가스 유량을 중앙에 공급되는 가스 유량보다도 많게 함으로써, 외주측의 플라즈마 밀도를 소정 이상으로 유지할 수 있다.

상기 플라즈마 처리 장치의 중심에 대하여 상기 플라즈마 처리 장치의 외주부에 가까운 조임부일수록, 상기 가스 방출 구멍의 직경이 커도 좋다. 이에 의하면, 가스의 분출 속도를 일정하게 유지하면서, 외측의 가스 유량을 내측의 가스 유량보다도 많게 할 수 있다.

상기 복수의 조임부의 각각은, 내경이 대체로 동일한 세관(細管)이라도 좋다. 조임부의 내경은 일정하게 하고, 그 길이를 조절함으로써, 컨덕턴스를 조정할 수 있다.

상기 복수의 조임부의 각각은, 내경이 대체로 동일한 세관이라도 좋다.

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 또는 2 이상의 유전체를 상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비하고, 상기 처리 용기의 내부에 노출된 금속면을 따라서 전자파를 전파시키는 표면파 전파부가, 상기 유전체에 인접하여 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치로서, 소망하는 가스를 공급하는 가스 공급원과, 상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 상기 처리 용기의 내부에 방출하는 복수의 가스 방출 구멍을 추가로 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

이에 의하면, 처리 용기의 내부에 노출된 금속면을 따라서 전자파를 전파시킬 수 있다. 이에 따라, 복수의 가스 방출 구멍으로부터 방출된 가스가 균일하게 해리되어, 균일성이 높은 플라즈마를 생성할 수 있다.

상기 유전체판에 인접한 금속 전극을 구비하고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 금속 전극에 개구한 복수의 제1 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

상기 유전체판이 형성되어 있지 않은 상기 처리 용기의 덮개체의 하면에서, 상기 유전체판에 인접하여 금속 커버를 구비하고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 금속 커버에 개구한 복수의 제2 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 금속 커버의 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

상기 유전체판이 형성되어 있지 않은 상기 처리 용기의 덮개체의 하면에서, 상기 유전체판에 인접하여 상기 유전체판보다 외측의 상기 처리 용기의 덮개체에 사이드 커버를 구비하고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 사이드 커버에 개구한 복수의 제2 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 사이드 커버의 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

금속 전극, 금속 커버 및 사이드 커버에 복수의 가스 방출 구멍을 형성함으로써, 종래 발생하고 있었던 유전체 표면의 에칭의 억제 및 처리 용기 내면으로의 반응 생성물의 퇴적 억제를 실현할 수 있어, 컨태미네이션이나 파티클의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 가공이 용이하여 비용을 대폭으로 저감할 수 있다.

상기 금속 전극의 내부에는, 제1 가스 유로가 형성되고, 상기 제1 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 금속 전극과 상기 유전체판과의 사이에는, 제1 가스 유로가 형성되고, 상기 제1 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 제1 가스 유로는, 상기 금속 전극의 상기 유전체판에 인접한 면 또는 상기 유전체판의 상기 금속 전극에 인접한 면의 적어도 어느 한쪽에 형성된 홈이라도 좋다.

상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 한쪽의 내부에는, 제2 가스 유로가 형성되고, 상기 제2 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 한쪽과 상기 덮개체와의 사이에 제2 가스 유로가 형성되고, 상기 제2 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 제2 가스 유로는, 상기 금속 커버 및 사이드 커버의 상기 덮개체에 인접한 면 또는 상기 덮개체의 상기 금속 커버 및 사이드 커버에 인접한 면의 적어도 어느 한쪽에 형성된 홈이라도 좋다.

상기 홈의 깊이는, 0.2mm 이하라도 좋다. 전자(電子)의 평균자유행정(平均自由行程)을 고려한 홈의 깊이로 함으로써 전자를 가스 유로의 벽면에 적극적으로 충돌시켜, 가스 유로내에서의 이상(異常) 방전을 방지하기 위해서이다.

상기 유전체 및 상기 금속 전극은 상기 덮개체에 나사로 고정되고, 상기 금속 커버 및 사이드 커버는 상기 덮개체의 본체 부분에 나사로 고정되고, 상기 제 1 및 제2 가스 유로는, 상기 나사의 내부 또는 측면에 형성된 제3 가스 유로 또는 제5 가스 유로에 연결해도 좋다.

상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 한쪽에 형성된 제2 가스 방출 구멍은, 대체로 등피치로 배치되어 있어도 좋다.

상기 유전체 및 상기 금속 전극을 상기 덮개체에 고정하는 나사에는, 상기 분지 가스 유로가 형성되고, 상기 나사는 복수이며, 상기 복수의 나사의 내부에는, 제3 가스 유로가 형성되고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 복수의 나사에 개구한 복수의 제3 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 제3 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제3 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

상기 복수의 제3 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스는, 상기 제3 가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작아도 좋다.

상기 제3 가스 방출 구멍은 원통형이며, 상기 제1 가스 방출 구멍, 상기 제2 가스 방출 구멍 및 상기 제3 가스 방출 구멍의 직경 및 길이는 각각 대체로 동일해도 좋다.

상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 제2 가스 방출 구멍은, 대체로 등피치로 배치되어 있어도 좋다.

상기 제1 가스 방출 구멍, 상기 제2 가스 방출 구멍 및 상기 제3 가스 방출 구멍은, 대체로 등피치로 배치되어 있어도 좋다.

상기 제1 가스 방출 구멍, 상기 제2 가스 방출 구멍 또는 제3 가스 방출 구멍의 적어도 어느 것은, 상기 금속 전극, 상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 것의 금속면에 형성된 볼록부에 형성되어 있어도 좋다.

상기 나사의 내부 측면에는, 제4 가스 유로가 형성되고, 상기 제3 가스 유로를 통과한 가스를 상기 제4 가스 유로를 통하여 상기 제1 가스 유로 또는 상기 제2 가스 유로에 유도해도 좋다.

상기 제1 가스 유로, 상기 제2 가스 유로 및 상기 제3 가스 유로의 가스 컨덕턴스는, 상기 제4 가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 커도 좋다.

상기 제3 가스 방출 구멍의 컨덕턴스는, 상기 제4 가스 유로의 컨덕턴스와 대체로 동일해도 좋다.

상기 제4 가스 유로 및 상기 제3 가스 방출 구멍은 원통형이며, 상기 제4 가스 유로의 직경 및 길이는, 상기 제3 가스 방출 구멍의 직경 및 길이와 대체로 동일해도 좋다.

상기 나사와 상기 덮개체와의 사이에는, 제5 가스 유로가 형성되고, 상기 제5 가스 유로를 통하여 상기 제1 가스 유로 및 상기 제2 가스 유로로부터 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍 및 상기 복수의 제2 가스 방출 구멍에 가스를 유도해도 좋다.

상기 주가스 유로를 통과한 가스를 상기 제5 가스 유로에 유도하는 제6 가스 유로가 형성되어 있어도 좋다.

상기 제6 가스 유로는, 피처리체를 향하여 비스듬히 배치되어 있어도 좋다.

상기 조임부는, 상기 제6 가스 유로의 가스 컨덕턴스가 상기 주가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작아지도록 상기 주가스 유로에 인접하여 배치되어 있어도 좋다.

상기 조임부는, 상기 제3 가스 유로의 가스 컨덕턴스가 상기 주가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작아지도록 상기 주가스 유로에 인접하여 배치되어 있어도 좋다.

상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 처리 용기에 노출된 덮개체에 개구한 복수의 제5 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 복수의 제5 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

상기 유전체판의 각각에는 용기 내측에 금속 전극이 형성되고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 금속 전극에 개구한 복수의 제1 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 복수의 제5 가스 방출 구멍 및 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

상기 덮개체의 내부에는, 제7 가스 유로가 형성되고, 상기 제7 가스 유로를 통하여 상기 제5 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 제5 가스 방출 구멍은 원통형이며, 상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 제5 가스 방출 구멍의 직경 및 길이는 각각 대체로 동일해도 좋다.

상기 제5 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스와, 상기 제3 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스가, 대체로 동일해도 좋다.

상기 복수의 제3 가스 방출 구멍은, 상기 제5 가스 방출 구멍과 대체로 동일한 굵기라도 좋다.

상기 주가스 유로는, 상기 덮개체의 내부에 형성되고, 상기 복수의 주가스 유로는, 상기 복수의 분지 가스 유로의 가스 유로에 가스를 분류해도 좋다.

상기 덮개체는, 상부 덮개체와 하부 덮개체로 구성되며, 상기 주가스 유로는, 상기 상부 덮개체와 상기 하부 덮개체와의 경계 부분에 형성되어 있어도 좋다.

상기 처리 용기 내의 공간으로서, 상기 덮개체 하부의 공간과 상기 기판을 수납하는 공간과의 사이의 공간에 배치되고, 상기 가스 공급원과는 상이한 가스 공급원으로부터 공급되는 가스를 상기 기판을 수납하는 공간을 향하여 방출하는 가스 방출부를 가져도 좋다.

상기 복수의 분지 가스 유로에 연결되어, 상기 덮개체와 피처리체와의 사이의 공간에 배치된 하단 가스 방출 부재를 구비하고, 상기 조임부에 의해 좁혀진 상기 복수의 분지 가스 유로의 가스 유로 내로부터 상기 하단 가스 방출 부재에 가스를 통과시켜, 상기 하단 가스 방출 부재로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 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 또는 2 이상의 유전체를 상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비하고, 상기 처리 용기의 내부에 노출된 금속면을 따라서 전자파를 전파시키는 표면파 전파부가, 상기 유전체에 인접하여 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치로서, 플라즈마 여기용 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급원과, 소망하는 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급원과, 상기 제1 가스 공급원으로부터 공급된 상기 제1 가스를 상기 처리 용기의 내부 공간으로서 상기 덮개체 하면에 인접하는 제1 공간에 방출하는 제1 가스 방출부와, 상기 처리 용기 내의 공간으로서, 상기 제1 공간과 상기 기판을 수납하는 공간과의 사이의 제2 공간에, 상기 제2 가스 공급원으로부터 공급된 상기 제2 가스를 방출하는 제2 가스 방출부를 구비한 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

상기 제2 가스 방출부는, 상기 덮개체 내부를 통과하여 상기 제2 공간 근방까지 연재하는 복수의 가스 도통로와 상기 가스 도통로의 각각에 형성되어, 상기 제2 공간에 상기 제2 가스를 방출하는 적어도 하나의 가스 방출 구멍을 포함해도 좋다.

상기 제2 가스 방출부는, 다공질체로 형성되어 있어도 좋다.

상기 제2 가스 방출부는, 슬릿 형상의 개구라도 좋다.

상기 복수의 가스 도통로는, 피처리체에 대체로 수직인 상태로 배치된 제1 가스관과 피처리체에 대체로 수평인 상태로 상기 제1 가스관에 연결된 복수의 제2 가스관을 포함하고 있어도 좋다.

상기 복수의 제2 가스관은, 상기 제1 가스관을 중심으로 하여 대체로 등각도로 배치되어 있어도 좋다.

상기 제1 가스관은, 등피치로 복수 배치되고, 각 제1 가스관에는, 4개의 상기 제2 가스관이 연결되어 있어도 좋다.

상기 복수의 제2 가스관에는, 피처리체와 대향하는 면에 등간격으로 복수의 상기 가스 방출 구멍이 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 가스 도통로는, 피처리체에 소정의 각도를 이루는 상태로 배치된 제3 가스관을 포함하여도 좋다.

상기 제3 가스관은, 상기 덮개체의 하면의 복수의 부분으로부터, 각 부분에 대해서 복수개가 대체로 등각도로 상이한 방향으로 연신하여 상기 제2 공간 근방에 달하도록 배치되어 있어도 좋다.

상기 복수의 제3 가스관의 말단부에 상기 가스 방출 구멍이 형성되고, 상기 가스 방출 구멍은 피처리체와 평행한 동일 평면 상에 대체로 등간격으로 배치되어 있어도 좋다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 가스를 여기시켜 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 처리 용기와, 소망하는 가스를 공급하는 가스 공급원과, 상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 흘리는 주가스 유로와, 상기 주가스 유로의 하류측에 접속되는 복수의 분지 가스 유로와, 상기 복수의 분지 가스 유로에 형성되어, 상기 복수의 분지 가스 유로를 좁히는 복수의 조임부와, 상기 복수의 분지 가스 유로에 고정됨으로써 상기 처리 용기의 내측의 덮개체와 피처리체와의 사이의 공간에 배치되고, 상기 분지 가스 유로당 1 또는 2 이상의 가스 방출부를 갖고, 상기 복수의 분지 가스 유로를 통과한 가스를 상기 덮개체와 피처리체와의 사이의 공간에 방출하는 복수의 하단 가스 방출 부재를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

이에 의하면, 조임부에 의해 주가스 유로와 분지 가스 유로와의 가스 컨덕턴스의 비를 크게 할 수 있다. 이 결과, 가스를 처리실 내에 균일하게 공급할 수 있음과 함께, 가스 컨덕턴스를 고려하여 가스 방출 구멍을 좁게 할 필요가 없어져, 가스의 유속을 저감시켜 층류 형상으로 가스를 도입할 수 있다. 이 결과, 처리실 내에서의 가스의 밀도를 균일하게 하여, 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있다.

상기 복수의 하단 가스 방출 부재는, 상기 분지 가스 유로가 형성되는 복수의 나사에 고정되거나, 또는 상기 분지 가스 유로와 일체로 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 하단 가스 방출 부재의 가스 방출부는, 다공질체로 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 하단 가스 방출 부재의 가스 방출부는, 슬릿 형상의 개구라도 좋다.

상기 복수의 하단 가스 방출 부재는, 피처리체에 대체로 수직인 상태로 배치된 제1 가스관과 피처리체에 대체로 수평인 상태로 상기 제1 가스관에 연결된 복수의 제2 가스관으로 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 제2 가스관은, 상기 제1 가스관을 중심으로 하여 대체로 등각도로 배치되어 있어도 좋다.

상기 제1 가스관은, 등피치로 복수 배치되고,

각 제1 가스관에는, 4개의 상기 제2 가스관이 연결되어 있어도 좋다.

상기 복수의 제2 가스관에는, 피처리체와 대향하는 면에 등간격으로 복수의 상기 제4 가스 방출 구멍이 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 하단 가스 방출 부재의 각각은, 1 또는 2 이상의 제3 가스관으로 형성되고,

가스를, 상기 제3 가스관에 형성된 복수의 상기 제4 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 도입해도 좋다.

상기 복수의 하단 가스 방출 부재는, 복수개의 상기 제3 가스관으로 형성되고, 상기 복수개의 제3 가스관은, 상기 분지 가스 유로가 형성되는 복수의 나사에 고정되고, 상기 복수의 나사를 중심으로 하여 대체로 등각도로 배치되어 있어도 좋다.

상기 복수의 나사에는, 상기 제3 가스관이 4개씩 연결되고, 상기 4개의 제3 가스관의 말단부는, 피처리체와 평행한 동일 평면 상에 대체로 등간격으로 배치되어 있어도 좋다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 가스 공급원으로부터 소망하는 가스를 공급하고, 상기 공급된 소망하는 가스를 주가스 유로에 통과시키고, 상기 주가스 유로를 통과한 가스를 장치 내에 흘리고, 상기 주가스 유로의 하류측에 접속된 상기 복수의 분지 가스 유로에 형성되어, 상기 복수의 분지 가스 유로를 좁히는 복수의 조임부를 통과한 가스를, 상기 복수의 분지 가스 유로에 형성되어, 상기 분지 가스 유로당 1 또는 2 이상의 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기의 내부에 방출하고, 상기 도입된 가스를 플라즈마화시켜, 상기 처리 용기 내에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 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 또는 2 이상의 유전체를 상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비하고, 상기 처리 용기의 내부에 노출된 금속면을 따라서 전자파를 전파시키는 표면파 전파부가, 상기 유전체에 인접하여 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 가스 공급원으로부터 소망하는 가스를 공급하고, 상기 공급된 가스를 복수의 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기의 내부에 방출하고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 덮개체에 개구한 복수의 제5 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 처리 용기 내에 유도된 전자파에 의해, 상기 처리 용기 내에 방출된 소망하는 가스를 여기시켜 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 가스 공급원으로부터 소망하는 가스를 공급하고, 공급된 소망하는 가스를 주가스 유로에 통과시키고, 상기 주가스 유로를 통과한 가스를 상기 주가스 유로의 하류측에 접속된 복수의 분지 가스 유로에 흘리고, 상기 복수의 분지 가스 유로에 형성되어, 상기 복수의 분지 가스 유로를 좁히는 복수의 조임부를 통과한 가스를, 상기 복수의 분지 가스 유로에 고정되어, 상기 처리 용기의 내측의 덮개체와 피처리체와의 사이의 공간에 배치된 복수의 하단 가스 방출 부재에 형성된 상기 분지 가스 유로당 1 또는 2 이상의 가스 방출부로부터 상기 처리 용기의 내부에 방출하고, 상기 도입된 가스를 플라즈마화시켜, 상기 처리 용기 내에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 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 또는 2 이상의 유전체를 상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비하고, 상기 처리 용기의 내부에 노출된 금속면을 따라서 전자파를 전파시키는 표면파 전파부가, 상기 유전체에 인접하여 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치로서, 소망하는 가스를 공급하는 가스 공급원과, 상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 상기 처리 용기의 내부에 방출하는 복수의 가스 방출 구멍을 추가로 구비하고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 덮개체에 개구한 복수의 제1 가스 방출 구멍을 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

상기 유전체판의 각각에는 용기 내측에 금속 전극이 형성되고, 상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 금속 전극에 개구한 복수의 제2 가스 방출 구멍을 포함하고, 상기 복수의 제1 및 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입해도 좋다.

상기 덮개체의 내부에는, 제1 가스 유로가 형성되고, 상기 제1 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 금속 전극과 상기 유전체판과의 사이에는, 제2 가스 유로가 형성되고, 상기 제2 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 제2 가스 유로는, 상기 금속 전극의 상기 유전체판에 인접한 면 또는 상기 유전체판의 상기 금속 전극에 인접한 면의 적어도 어느 한쪽에 형성된 홈이라도 좋다.

상기 덮개체는 유전체가 형성되어 있지 않은 부분에 형성된 금속 커버 및 사이드 커버를 포함하고, 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍은, 상기 금속 커버 및 사이드 커버에 개구하고 있어도 좋다.

상기 금속 커버 및 사이드 커버의 내부 또는 상기 금속 커버 및 사이드 커버와 상기 덮개체와의 사이에는, 상기 제1 가스 유로에 연결한 제3 가스 유로가 형성되고, 상기 제3 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도해도 좋다.

상기 제3 가스 유로는, 상기 금속 커버 및 사이드 커버의 상기 덮개체에 인접한 면 또는 상기 덮개체의 상기 금속 커버 및 사이드 커버에 인접한 면의 적어도 어느 한쪽에 형성된 홈이라도 좋다.

상기 홈의 깊이는, 0.2mm 이하라도 좋다.

상기 유전체 및 상기 금속 전극은 상기 덮개체에 제1 나사로 부착되고, 상기 금속 커버 및 사이드 커버는 상기 덮개체의 본체 부분에 제2 나사로 부착되어 있으며, 상기 제2 및 제3 가스 유로는, 상기 제1 및 제2 나사의 내부 또는 측면에 형성된 가스 통로를 각각 통하여 상기 제1 가스 유로에 연결해도 좋다.

상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 제2 가스 방출 구멍은, 대체로 등피치로 배치되어 있어도 좋다.

상기 처리 용기 내의 공간으로서, 상기 덮개체 하부의 공간과 상기 기판을 수납하는 공간과의 사이의 공간에 배치되고, 상기 가스 공급원과는 상이한 가스 공급원으로부터 공급되는 가스를 상기 기판을 수납하는 공간을 향하여 방출하는 가스 방출부를 갖고 있어도 좋다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 주가스 유로와 복수의 분지 가스 유로와의 가스 컨덕턴스의 비를 크게 할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 1-1 단면도이다.
도 3은 도 1의 3-3 단면도이다.
도 4a는 나사 외주로부터의 가스 누출을 방지하는 기구를 나타낸 도면이다.
도 4b는 나사 외주로부터의 가스 누출을 방지하는 기구를 나타낸 도면이다.
도 4c는 나사 외주로부터의 가스 누출을 방지하는 기구를 나타낸 도면이다.
도 4d는 나사 외주로부터의 가스 누출을 방지하는 기구를 나타낸 도면이다.
도 4e는 나사 외주로부터의 가스 누출을 방지하는 기구를 나타낸 도면이다.
도 5는 방출 가스 유량에 대한 방출 가스 유량의 균일성 및 컨덕턴스비(比)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 제1 실시 형태의 변형예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 8은 도 7의 4-4 단면도이다.
도 9는 동(同)실시 형태에 따른 다공질체의 하단 가스 노즐의 종횡 단면 및 하면도이다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 11은 도 10의 8-8 단면도이다.
도 12는 제4 실시 형태에 따른 반도체용 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 13은 도 12의 10-10 단면도이다.
도 14는 도 12의 12-12 단면도이다.
도 15는 제5 실시 형태에 따른 반도체용 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 16은 도 15의 13-13 단면도이다.
도 17은 제6 실시 형태에 따른 반도체용 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 18은 도 17의 15-15 단면도이다.
도 19는 제7 실시 형태에 따른 반도체용 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 20은 도 19의 17-17 단면도이다.
도 21은 태양 전지용 플라즈마 처리 장치의 이미지도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 첨부 도면에 있어서, 동일한 구성 및 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 붙임으로써, 중복 설명을 생략한다.

(제1 실시 형태)

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 장치의 종단면도를 모식적으로 나타낸다. 도 1은, 도 2의 2-O-O'-2 단면을 나타내고 있다. 도 2는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 천정면으로, 도 1의 1-1 단면을 나타내고 있다. 제1 실시 형태에서는, 천정면에 상단 가스 샤워 플레이트가 형성되어 있다.

(마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략)

도 1에 나타낸 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 유리 기판(이하, 「기판(G)」이라고 함)을 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기(100)를 갖고 있다. 처리 용기(100)는, 용기 본체(200)와 덮개체(300)로 구성된다. 용기 본체(200)는, 그 상부가 개구된 바닥 있는 입방체 형상을 갖고 있고, 그 개구는 덮개체(300)에 의해 폐색되어 있다. 덮개체(300)는, 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)로 구성되어 있다. 용기 본체(200)와 하부 덮개체(300b)와의 접촉면에는 O 링(205)이 형성되어 있고, 이에 의해 용기 본체(200)와 하부 덮개체(300b)가 밀폐되어, 처리실이 획정(define)된다. 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 접촉면에도 O 링(210) 및 O 링(215)이 형성되어 있고, 이에 의해 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)가 밀폐되어 있다. 용기 본체(200) 및 덮개체(300)는, 예를 들면, 알루미늄 합금 등의 금속으로 이루어지고, 전기적으로 접지되어 있다.

처리 용기(100)의 내부에는, 기판(G)을 올려놓기 위한 서셉터(105)(스테이지)가 형성되어 있다. 서셉터(105)는, 예를 들면 질화 알루미늄으로 형성되어 있다. 서셉터(105)는, 지지체(110)에 지지되어 있고, 그 주위에는 처리실의 가스의 흐름을 바람직한 상태로 제어하기 위한 배플판(115)이 형성되어 있다. 또한, 처리 용기(100)의 저부(底部)에는 가스 배출관(120)이 형성되어 있어, 처리 용기(100)의 외부에 형성된 진공 펌프(도시하지 않음)를 이용하여 처리 용기(100) 내의 가스가 배출된다.

도 1 및 도 2를 보면, 처리 용기(100)의 천정면에는, 유전체판(305), 금속 전극(310) 및 금속 커버(320)가 규칙적으로 배치되어 있다. 금속 전극(310) 및 금속 커버(320)의 주위에는, 사이드 커버(350)가 형성되어 있다. 유전체판(305), 금속 전극(310) 및 금속 커버(320)는, 근소하게 모서리가 깎인 대략 정방형의 플레이트이다. 또한, 마름모꼴이라도 좋다. 본 명세서에 있어서, 금속 전극(310)은, 금속 전극(310)의 외연부로부터 유전체판(305)이 대체로 균등하게 노출되도록 유전체판(305)에 인접하여 형성된 평판을 말한다. 이에 따라, 유전체판(305)은, 덮개체(300)의 내벽과 금속 전극(310)에 의해 샌드위치된다. 금속 전극(310)은, 처리 용기(100)의 내벽과 전기적으로 접속되어 있다.

유전체판(305) 및 금속 전극(310)은, 기판(G)이나 처리 용기(100)에 대하여 대체로 45° 경사진 위치에 등피치로 8매 배치된다. 피치는, 하나의 유전체판(305)의 대각선의 길이가, 서로 이웃하는 유전체판(305)의 중심 간의 거리의 0.9배 이상이 되도록 정해져 있다. 이에 따라, 유전체판(305)의 근소하게 깎인 모서리부끼리는 인접하여 배치된다.

금속 전극(310)과 금속 커버(320)는, 유전체판(305)의 두께만큼, 금속 커버(320) 쪽이 두껍다. 이러한 형상에 의하면, 천정면의 높이가 거의 동일해짐과 동시에, 유전체판(305)이 노출된 부분이나 그 근방의 함몰의 형상도 모두 거의 동일한 패턴이 된다.

유전체판(305)은 알루미나에 의해 형성되고, 금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 8매의 유전체판(305) 및 금속 전극(310)이 2열로 4단 배치되지만, 이에 한정되지 않고, 유전체판(305) 및 금속 전극(310)의 매수를 늘릴 수도 줄일 수도 있다.

유전체판(305) 및 금속 전극(310)은, 나사(325)에 의해 4개소로부터 균등하게 덮개체(300)에 지지되어 있다(도 2 참조). 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)도 동일하게 덮개체(300)의 본체 부분에 나사(325)로 부착되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 사이에는, 지면에 수직인 방향으로 격자 형상으로 형성된 주가스 유로(330)가 형성되어 있다. 주가스 유로(330)는, 복수의 나사(325) 내에 형성된 제3 가스 유로(325a)에 가스를 분류한다. 제3 가스 유로(325a)의 입구에는, 유로를 좁히는 세관(335)이 감입(嵌入)되어 있다. 세관(335)은, 세라믹이나 금속으로 이루어진다. 금속 전극(310)과 유전체판(305)과의 사이에는 제1 가스 유로(310a)가 형성되어 있다. 금속 커버(320)와 덮개체(300)와의 사이 및 사이드 커버(350)와 덮개체(300)와의 사이에도 제2 가스 유로(320a1, 320a2)가 형성되어 있다. 나사(325)의 선단면(先端面)은, 플라즈마의 분포를 흐트러뜨리지 않도록, 금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)의 하면과 동일면으로 되어 있다. 금속 전극(310)에 개구된 제1 가스 방출 구멍(345a), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)에 개구된 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)은 균등한 피치로 배설되어 있다.

가스 공급원(905)으로부터 출력된 가스는, 주가스 유로(330)로부터 제3 가스 유로(325a)(분지 가스 유로)를 통과하고, 금속 전극(310) 내의 제1 가스 유로(310a) 및 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350) 내의 제2 가스 유로(320a1, 320a2)를 통과하여 제1 가스 방출 구멍(345a) 및 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)으로부터 처리실 내에 공급된다. 제1 동축관(610)의 외주 근방의 하부 덮개체(300b)와 유전체판(305)과의 접촉면에는 O 링(220)이 형성되어 있어, 제1 동축관(610) 내의 대기가 처리 용기(100)의 내부에 들어가지 않도록 되어 있다.

이와 같이 하여 천정부의 금속면에 가스 샤워 플레이트를 형성함으로써, 종래 발생하고 있던, 플라즈마 중의 이온에 의한 유전체판 표면의 에칭 및 처리 용기 내벽으로의 반응 생성물의 퇴적을 억제하여, 컨태미네이션(contamination)이나 파티클의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 유전체와 상이하게 금속은 가공이 용이하기 때문에, 비용을 큰 폭으로 저감할 수 있다.

덮개체(300)를 파내어 형성된 제1 동축관의 외부 도체(610b)에는, 내부 도체 (610a)가 삽입되어 있다. 동일하게 하여 파내어 형성된 제2～제4 동축관의 외부 도체(620b～640b)에는, 제2～제4 동축관의 내부 도체(620a～640a)가 삽입되고, 그 상부는 덮개체 커버(660)로 덮여 있다. 각 동축관의 내부 도체는 열전도가 좋은 구리로 형성되어 있다.

도 1에 나타낸 유전체판(305)의 표면은, 제1 동축관(610)으로부터 유전체판(305)에 마이크로파가 입사하는 부분과 유전체판(305)으로부터 마이크로파가 방출되는 부분을 제외하고 금속막(305a)으로 피복되어 있다. 이에 따라, 유전체판(305)과 그에 인접하는 부재 간에 발생한 공극에 의해서도 마이크로파의 전파가 흐트러지지 않아, 안정적으로 마이크로파를 처리 용기 내에 유도할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 유전체판(305)은, 유전체판(305)에 일대일로 인접한 금속 전극(310)과 유전체판(305)이 배치되어 있지 않은 처리 용기(100)의 내벽(금속 커버(320)로 덮인 처리 용기(100)의 내벽을 포함함)의 사이로부터 노출되어 있다. 유전체판(305)과 유전체판(305)이 배치되어 있지 않은 처리 용기(100)의 내벽(금속 커버(320)로 덮인 처리 용기(100)의 내벽을 포함함)은, 실질적으로 상사(相似)를 이루는 형상이거나, 또는 실질적으로 대칭이 되는 형상으로 되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 처리 용기(100)의 내부에 노출된 금속면을 가지며, 이 금속면을 따라서 전자파가 전파되는 표면파 전파부에 대체로 균등하게 마이크로파의 전력을 공급할 수 있고, 표면파 전파부는 금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)를 포함한다.

이 결과, 유전체판(305)으로부터 방출된 마이크로파는, 표면파가 되어 전력을 절반으로 분배하면서 금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)의 표면인 표면파 전파부의 금속면을 전파한다. 처리 용기(100)의 내부에 노출된 금속면과 플라즈마와의 사이를 전파하는 표면파를, 이하, 도체 표면파(금속 표면파:Metal Surface Wave)라고 한다. 이에 따라, 천정면 전체에, 도체 표면파가 전파하여, 본 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 천정면 아래쪽에서, 균일한 플라즈마가 안정적으로 생성된다.

사이드 커버(350)에는, 8매의 유전체판(305) 전체를 둘러싸도록 8각형의 홈(340)이 형성되어 있어, 천정면을 전파하는 도체 표면파가, 홈(340)보다 외측으로 전파하는 것을 억제한다. 복수의 홈(340)을 평행하게 다중으로 형성해도 좋다.

1매의 금속 전극(310)을 중심으로 하여, 인접하는 금속 커버(320)의 중심점을 정점으로 갖는 영역을, 이하, 셀(Cel)(도 2 참조)이라고 한다. 천정면에서는, 셀(Cel)을 1단위로 하여 동일 패턴의 구성이 8셀(Cel) 규칙적으로 배치되어 있다.

냉매 공급원(910)은, 덮개체 내부의 냉매 배관(910a)에 접속되어 있고, 냉매 공급원(910)으로부터 공급된 냉매가 덮개체 내부의 냉매 배관(910a) 내를 순환하여 재차 냉매 공급원(910)으로 되돌아옴으로써, 처리 용기(100)를 소망하는 온도로 유지하도록 되어 있다. 제4 동축관의 내부 도체(640a)의 내부에는, 그 길이 방향으로 냉매 배관(910b)이 관통하고 있다. 이 유로에 냉매를 통과시킴으로써, 내부 도체(640a)의 가열을 억지하도록 되어 있다.

(상단 가스 샤워 플레이트)

다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하면서, 상단 가스 샤워 플레이트에 대해서 상술한다. 도 3은, 도 1의 3-3 단면이다.

(가스 유로)

가스 공급원(905)으로부터 공급된 가스는, 주가스 유로(330)로 흐른다. 주가스 유로(330)는, 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 사이의 공간을 이용하여 형성된다. 즉, 주가스 유로(330)는, 기판(G)과 대체로 평행하게, 도 1의 지면의 앞뒤 방향으로 형성되어 있다. 이에 따라, 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 경계 부분은, 일면이 격자 형상의 가스 유로가 된다.

주가스 유로(330)는, 복수의 나사(325) 내에 형성된 가스 유로(이하, 제3 가스 유로(325a)라고 칭함)에 가스를 분류한다. 이는, 분지 가스 유로의 일부이다. 제3 가스 유로(325a)의 입구에는, 유로를 좁히는 세관(335)이 감입되어 있다. 세관(335)은, 세라믹이나 금속으로 이루어진다.

제3 가스 유로(325a)는, 나사(325)의 측면에 형성된 가로 구멍(제4 가스 유로(325a1)라고 칭함)에 연통하고 있다. 제4 가스 유로(325a1)를 통과한 가스는, 웨이브 와셔(355a) 및 스페이서(355b)와 나사(325)와의 사이의 간극을 통과하여, 금속 전극(310)과 유전체판(305)과의 사이에 형성된 간극(제1 가스 유로(310a)라고 칭함)에 유도된다. 제1 가스 유로(310a)는, 금속 전극(310)의 상면을 파내어 형성되어 있다. 금속 전극(310)의 하면에는, 복수의 제1 가스 방출 구멍(345a)이 등피치로 개구하고 있다. 제1 가스 유로(310a)에 도입된 가스는, 복수의 제1 가스 방출 구멍(345a)으로부터 처리 용기 내에 방출된다.

금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)의 가스 유로에 대해서도, 금속 전극(310)과 동일하다. 즉, 제4 가스 유로(325a1)를 통과한 가스는, 금속 커버(320)와 덮개체(300)와의 사이에 형성된 간극 및, 사이드 커버(350)와 덮개체(300)와의 사이에 형성된 간극(제2 가스 유로(320a1, 320a2))에 유도된다. 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)의 하면에는, 복수의 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)이 등피치로 개구하고 있다. 제2 가스 유로(320a1, 320a2)에 도입된 가스는, 복수의 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)으로부터 처리 용기 내에 방출된다. 이와 같이, 가스 공급원(905)을 상류라고 하면, 주가스 유로(330)의 하류측에 복수의 분지 가스 유로가 접속되고, 또한, 그 하류측에 복수의 제1 가스 방출 구멍(345a) 및 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)이 형성된다.

금속 전극(310)과 금속 커버(320)는, 유전체판(305)의 두께만큼, 금속 커버(320) 쪽이 더 두껍다. 그 때문에, 제1 가스 유로(310a)와 제2 가스 유로(320a1, 320a2)의 깊이가 동일하면, 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)의 길이가, 제1 가스 방출 구멍(345a)의 길이보다도 길어진다. 제1 가스 방출 구멍(345a)과 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)의 가스 컨덕턴스를 대체로 동일하게 하기 위해, 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)은, 상부가 두껍고, 하부가 좁아져 있다. 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)의 하부의 좁아져 있는 부분의 두께 및 길이는, 제1 가스 방출 구멍(345a)의 두께 및 길이와 동일해져 있다.

(간극 없음)

유전체판(305)과 덮개체(300)와의 사이, 혹은 유전체판(305)과 금속 전극(310)과의 사이에는 간극이 없는 것이 바람직하다. 제어되지 않는 간극이 있으면, 유전체판(305)을 전파하는 마이크로파의 파장이 불안정해져, 플라즈마의 균일성이나 동축관으로부터 본 부하 임피던스에 영향을 미치기 때문이다. 또한, 큰 간극(0.2mm 이상)이 있으면, 간극에서 방전해 버릴 가능성도 있다. 그 때문에, 너트 (435)를 조였을 때에, 유전체판(305)과 하부 덮개체(300b)와의 사이 및, 유전체판(305)과 금속 전극(310)과의 사이가 밀착되도록 되어 있다.

이 때문에, 덮개체(300)와 금속 전극(310)의 사이에는, 웨이브 와셔(355a)와 스페이서(355b)가 상하에 배치된 상태로 형성되어 있다. 웨이브 와셔(355a)는, 스테인리스강(SUS) 또는 알루미늄 합금 등의 금속으로 이루어진다. 스페이서(355b)는, 알루미늄 합금 등의 금속으로 이루어진다. 유전체판(305)의 양면이 금속부에 밀착되어 있는 상태에서도 덮개체(300)와 금속 전극(310)이 전기적, 열적으로 확실하게 연결되도록, 이들 사이에는 웨이브 와셔(355a)가 형성되어 있다. 또한, 웨이브 와셔(355a)는, 접시 스프링, 스프링 와셔, 금속 스프링 등, 탄성이 있는 것이라면 좋다.

(균열 방지)

너트(435)를 조일 때, 과잉의 토크(torque)로 조이면, 유전체판(305)에 스트레스가 가해져 균열되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 너트(435)를 조일 때에는 균열되지 않아도, 플라즈마를 발생시켜 각부의 온도가 상승했을 때에, 스트레스가 가해져 균열될 위험성이 있다. 이 때문에, 나사(325)를 통하여 항상 적당한 힘(O 링(220)을 눌러 유전체판(305)과 하부 덮개체(300b)를 밀착시키는 힘보다도 다소 큰 힘)으로 금속 전극(310)을 매달 수 있도록, 너트(435)와 하부 덮개체(300b)와의 사이에는, 최적의 스프링력을 갖는 웨이브 와셔(430b)가 삽입되어 있다. 너트(435)를 조일 때에, 웨이브 와셔(430b)가 플랫해질 될 때까지 완전히 조이지 않고, 변형량이 일정해지도록 되어 있다. 또한, 웨이브 와셔(430b)로 한정되지 않고, 접시 스프링, 스프링 와셔, 금속 스프링 등, 탄성이 있는 것이라면 좋다.

너트(435)와 웨이브 와셔(430b)와의 사이에는, 와셔(430a)가 형성되어 있지만, 있어도 없어도 좋다. 또한, 웨이브 와셔(430b)와 하부 덮개체(300b)와의 사이에는, 와셔(430c)가 형성되어 있다. 통상, 나사(325)와 덮개체(300)와의 사이에는 간극이 있어, 주가스 유로(330) 내의 가스가 이 간극을 통하여 제1 가스 유로(310a)에 흘러 버린다. 이 제어되지 않는 가스 유량이 많으면, 제1 가스 방출 구멍(345a)으로부터의 가스 방출이 불균일해져 버리는 문제가 있다. 이 때문에, 와셔(430c)와 나사(325)와의 사이의 간극을 작게 함과 함께, 와셔(430c)의 두께를 두껍게 하여, 나사(325)의 외측을 통과하여 흐르는 가스의 유량을 억제하고 있다.

도 5에, 샤워 플레이트로부터 방출되는 가스 유량의 면내 균일성의 계산 결과를 나타낸다. 가로축은, 처리 용기(100) 내에 공급되는 단위 면적당 가스 유량이다. 실선(Rp)은, 방출 가스 유량의 균일성, 즉 가스 공급원(905)으로부터 주가스 유로(330)의 일단에 가스를 도입했을 때의, 주가스 유로(330)의 양단에 있어서의 방출 가스 유량의 비이며, 파선(Mp)은, 주가스 유로(330)와 세관(335)의 가스 컨덕턴스의 비이다.

여기에서, 주가스 유로(330)의 폭은 20mm, 높이는 6mm, 세관(335)의 내경은 0.5mm, 길이는 12mm, 제1 가스 방출 구멍(345a)의 직경은 0.6mm, 길이는 5mm로 설정했다. 실제의 플라즈마 처리에 있어서의 방출 가스 유량은, 300～6000sccm/㎡를 상정하면 충분하다.

도 5로부터, 주가스 유로(330)와 세관(335)의 가스 컨덕턴스비는, 방출 가스 유량의 증가와 함께 커지는 것을 알 수 있다. 이는, 이하의 이유에 의한다. 원통의 가스 컨덕턴스는, 압력이 낮은 분자 유역에서는 직경의 3승에 비례하며, 압력에는 무관계하다. 한편, 압력이 높은 점성 유역에서는, 직경의 4승에 비례하며, 또한 압력에도 비례한다.

방출 가스 유량이 많으면, 가스 유로의 압력이 높아진다. 주가스 유로(330) 및 세관(335)이 함께 점성유역이 되어 있으면, 그들 가스 컨덕턴스는 모두 압력에 비례하기 때문에, 가스 컨덕턴스비는 방출 가스 유량에 대하여 일정해진다. 한편, 방출 가스 유량이 감소하면, 직경이 작은 세관(335) 쪽이 먼저 분자 유역이 되어, 가스 컨덕턴스가 압력에 의존하지 않게 되기 때문에, 가스 컨덕턴스비는 작아진다.

도 5에 나타낸 실제 사용 범위로 상정되는 방출 가스 유량의 하한인 300sccm/㎡에 있어서, 주가스 유로(330)와 세관(335)의 가스 컨덕턴스비는, 59000이 된다. 이때의 방출 가스 유량의 균일성은 0.3％이며, 우수한 균일성이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 균일성은, 방출 가스 유량의 증가와 함께 더욱 향상되고 있다. 이는, 주가스 유로(330)와 세관(335)의 가스 컨덕턴스비가 증가하기 때문이다.

금속 전극(310)에는, 8열×8열로 합계 64개의 제1 가스 방출 구멍(345a)이 형성되어 있다. 이들 가스 방출 구멍은, 모두 제1 가스 유로(310a)에 연통하고 있다. 제1 가스 유로(310a)에는, 4개의 세관(335)을 통과한 가스가 유입하도록 되어 있다. 따라서, 세관(335) 한 개당 16개(64/4개)의 제1 가스 방출 구멍(345a)에 가스를 공급하고 있다. 금속 커버(320)에 대해서도 동일하다. 사이드 커버(350)에 대해서는, 세관(335)에 의해 공급하는 가스 방출 구멍의 수가 상이하다.

본 실시 형태에서는, 세관(335)의 가스 컨덕턴스를 Cr, 세관(335) 한 개당에 공급하는 가스 구멍의 수를 N으로 했을 때, 모든 세관(335)에 대해서 Cr/N의 값이 동일해져 있다. 즉, 모든 가스 방출 구멍으로부터 균일하게 가스가 방출되도록 되어 있다. 이에 따라, 기판(G) 상에 균일한 처리를 행하는 것이 가능해진다. Cr/N의 값을 동일하게 하기 위해, 금속 전극(310), 금속 커버(320)에 대해서는, 세관(335)의 직경, 길이를 동일하게 하여 가스 컨덕턴스를 동일하게 하고 있다. 또한, 사이드 커버(350)에 대해서는, 세관(335)의 직경은 일정하게 하고, 길이를 조정함으로써 가스 컨덕턴스(Cr)가 소망하는 값이 되도록 하고 있다.

세관(335)의 가스 컨덕턴스는, 세관(335) 한 개당에 공급하는 16개의 제1 가스 방출 구멍(345a)의 가스 컨덕턴스의 합보다도 작게 설정되어 있다. 실제로는, (세관(335)의 가스 컨덕턴스)/(제1 가스 방출 구멍(345a)의 가스 컨덕턴스의 합)은, 상정한, 300～6000sccm/㎡의 가스 유량에 있어서, 1/36.4～1/14.5가 된다. 이때 제1 가스 방출 구멍(345a)으로부터 방출되는 가스의 분출 유속은, 최대라도 90m/s이며, 음속의 360m/s보다도 훨씬 작다.

기판(G) 전면에 걸쳐 균일하게 가스를 방출하기 위해서는, 주가스 유로(330)의 가스 컨덕턴스를 분지 가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 충분히 크게 하지 않으면 안 된다. 통상의 플라즈마 처리 장치에서는, 분지 가스 유로의 가스 컨덕턴스를 작게 억제하기 때문에, 가스 방출 구멍의 지름을 작게 하고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 다수의 소경의 구멍을 매우 높은 정밀도로 형성하지 않으면 안 되기 때문에, 기술적으로 곤란하다. 또한, 가스 방출 구멍의 피치를 크게 하지 않으면 안 되기 때문에, 플라즈마 처리에 불균일이 생기는 경우가 있다. 또한, 가스 분출하여 유속이 음속에 도달하기 때문에, 처리 용기 내의 가스의 흐름이 흐트러져 양호한 처리를 행할 수 없어, 처리 용기 내면에 불필요한 막이 퇴적해 버리는 경우도 있다.

(조임)

본 실시 형태에 있어서는, 가스 방출 구멍이 아니라, 분지 가스 유로의 상류측의 일부에 조임부(세관(335))를 형성하여 컨덕턴스를 제한하고 있다. 즉, 가스를 방출하는 기능과 컨덕턴스를 제한하는 기능을 분리하고 있다. 상기와 같이, (세관(335)의 가스 컨덕턴스)/(제1 가스 방출 구멍(345a)의 가스 컨덕턴스의 합)이 1보다 충분히 작게(1/14.5 이하) 되도록 하여, 세관(335)만으로 효과적으로 컨덕턴스가 제한되도록 되어 있다. 이에 따라, 세관(335)의 하류에 있어서 다소 컨덕턴스가 변화해도, 균일성이 유지된다. 또한, 주가스 유로(330)와 세관(335)의 가스 컨덕턴스비를 1보다 충분히 크게(본 실시 형태에 있어서는 59000 이상) 설정하여, 높은 균일성을 얻을 수 있도록 되어 있다.

또한, 조임부(세관(335))를 분지 가스 유로의 상류부에 배치함으로써, 그 하류측의 가스 유로의 압력이 낮게 억제된다. 이 결과, 하류측의 가스 유로로부터 가스 방출 구멍을 통하지 않고 간극을 통하여 처리 용기(100)의 내부에 누출되는 가스의 유량이 낮게 억제되기 때문에, 보다 균일하게 가스를 방출시킬 수 있다.

또한, 종래형의 플라즈마 처리 장치에서는, 천정면에 배치된 유전체판(305)의 노출 면적이 컸기 때문에, 시스(sheath) 중의 전계에 의해 전자가 유전체판(305)에 끌어 당겨져, 유전체판(305)의 표면이 부(負)로 바이어스됨으로써 유전체판(305)의 표면이 에칭되거나, 이온 에너지가 어시스트하여 유전체판(305)의 표면에서 화학 반응이 촉진되고, 특히, 수소 래디컬의 환원 작용에 의해 반응 생성물이 처리 용기 내면으로 퇴적하거나 하여, 컨태미네이션이나 파티클의 원인이 되고 있었다.

이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 상단 가스 샤워 플레이트에서는, 금속 전극(310)이나 금속 커버(320)에 복수의 가스 방출 구멍을 형성함으로써, 유전체판(305)의 표면의 에칭의 억제 및 처리 용기 내면으로의 반응 생성물의 퇴적 억제를 실현할 수 있어, 컨태미네이션이나 파티클의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 상단 가스 샤워 헤드는 금속에 의해 형성되어 있기 때문에, 가공이 용이하고 비용을 큰 폭으로 저감할 수 있다.

또한, 세관(335)은, 복수의 분지 가스 유로에 형성되어, 분지 가스 유로의 가스 유로를 좁히는 조임부의 일 예이다. 조임부의 다른 예로서는, 세공(fine hole), 오리피스(orifice), 밸브체(體), 다공질 부재 등을 들 수 있다. 조임부는, 복수의 제1 가스 방출 구멍(345a) 및 제2 가스 방출 구멍(345b)보다도 주가스 유로(330)에 가까운 위치에 형성되면 좋고, 예를 들면, 주가스 유로(330)에 인접하여 복수의 분지 가스 유로(나사(325))의 내부에 형성되거나 또는 주가스 유로(330)와 복수의 분지 가스 유로와의 사이에 형성되어도 좋다.

또한, 제1 가스 유로(310a)는, 유전체판(305)의 금속 전극(310)에 인접한 면에 형성된 홈이라도 좋다. 동일하게, 제2 가스 유로(320a)는, 덮개체(300)의 금속 커버(320) 또는 사이드 커버(350)에 인접한 면에 형성된 홈이라도 좋다.

(제1 실시 형태의 변형예)

제1 실시 형태의 변형예를 도 6에 나타낸다. 이하에서는, 제1 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명하고, 동일한 점에 대해서는 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 나사(325)와 하부 덮개체(300b)와의 사이에 제5 가스 유로(325c)가 형성되어 있다. 나사(325)의 내부에 가스 유로는 형성되어 있지 않다. 주가스 유로에 도입된 가스는, 도 4e에 확대하여 나타낸 바와 같이, 와셔(430c)에 형성된 세공(360;조임부)을 통하여, 제5 가스 유로(325c)를 흘러, 제1 가스 유로(310a) 및 제2 가스 유로(320a1, 320a2)로부터 복수의 제1 가스 방출 구멍(345a) 및 복수의 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)에 유도된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 나사(325)의 선단면은 금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)의 하면과 동일면이 아니며, 제작이 용이하다. 제1 가스 유로(310a)는, 금속 전극(310)의 내부에 형성되어 있다. 금속 전극(310)은, 2매의 알루미늄판을 맞추어, 용접에 의해 접합함으로써 내부에 제1 가스 유로(310a)를 형성할 수 있다. 동일하게, 금속 커버(320) 또는 사이드 커버(350)의 내부에 제2 가스 유로(320a1, 320a2)가 각각 형성되어 있다. 이와 같이, 샤워 플레이트의 내부에 가스 유로를 형성함으로써, 유전체판(305)의 표면을 금속막으로 피복하지 않아도 가스 유로에서 방전할 우려가 없다.

또한, 제1～3의 가스 유로(310a, 320a, 325a)는 분지 가스 유로의 일부이다.

(제2 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 대해서, 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 7은, 도 8의 5-O-O'-5 단면을 나타낸다. 도 8은, 도 7의 4-4 단면을 나타낸다. 제2 실시 형태에서는, 상단 가스 샤워 플레이트에 더하여, 하단 가스 노즐이 형성되어 있다.

(상단 가스 샤워 플레이트)

본 실시 형태에서는, 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 경계 부분에 2종류의 주가스 유로가 배설되어 있다. 하나는, 하부 덮개체(300b)의 표면에 형성된 제1 주가스 유로(330a)이다. 다른 하나는, 하부 덮개체(300b) 내부에 형성된 제2 주가스 유로(330b)이다. 제2 주가스 유로(330b)는, 하부 덮개체(300b)의 상면에 형성된 홈에 알루미늄 합금의 판으로 뚜껑을 한 것이지만, 하부 덮개체(300b)에 형성된 긴 구멍(elongated hole) 등이라도 좋다.

제1 주가스 유로(330a)는, 하단 가스 노즐(370)에 가스를 공급하는 유로이며, 예를 들면, 성막이나 에칭용 처리 가스가 공급된다. 제2 주가스 유로(330b)는, 상단 가스 샤워 플레이트에 가스를 공급하는 유로이며, 예를 들면, 상단 가스 공급원(905a)으로부터 희(稀)가스 등의 플라즈마 여기 가스가 공급된다. 상단 가스 공급원(905a)은, 플라즈마 여기용 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급원에 상당한다. 성막이나 에칭 등의 처리에서는, 이와 같이, 상단의 전자 온도가 높은 부분으로부터 플라즈마 여기 가스를, 하단 가스 공급원(905b)(제2 가스 공급원에 상당)으로부터 하단의 전자 온도가 저하된 부분에 처리 가스를 공급한다. 하단 가스 공급원(905b)은, 소망하는 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급원에 상당한다. 이에 따라, 처리 가스의 과잉 해리를 억제하고, 기판(G)에 양질의 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 나사(325)와 하부 덮개체(300b)와의 사이에 제5 가스 유로(325c)가 형성되어 있다. 또한, 제2 주가스 유로(330b)와 제5 가스 유로(325c)와의 사이에는, 제6 가스 유로(365)가 형성되어 있다. 제6 가스 유로(365)는, 기판측을 향하여 비스듬히 경사하면서 제2 주가스 유로(330b)와 제5 가스 유로(325c)를 연결한다. 이에 따라, 가스는, 제2 주가스 유로(330b)를 통과하여, 제6 가스 유로(365)로부터 제5 가스 유로(325c)에 유도된다. 제5 가스 유로(325c)를 통과한 가스는, 제1 가스 유로(310a) 및 제2 가스 유로(320a1, 320a2)에 유도되어, 상단 샤워 플레이트에 형성된 제1 가스 방출 구멍(345a) 및 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)으로부터 기판(G)측에 방출된다. 제1 가스 방출 구멍(345a) 및 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)은, 제1 가스 공급원으로부터 공급된 제1 가스를 처리 용기의 내부 공간으로서 덮개체 하면에 인접하는 제1 공간에 방출하는 제1 가스 방출부의 일 예이다.

본 실시 형태에 있어서도, 분지 가스 유로의 가스 컨덕턴스를 제한하기 위해, 제2 주가스 유로(325a)를 좁히는 세관(335a) 및 제6 가스 유로(365)를 좁히는 세관(335b)이 형성되어 있다. 이에 따라, 제2 주가스 유로(325a) 및 제6 가스 유로(365)의 가스 컨덕턴스는, 주가스 유로(330)의 가스 컨덕턴스보다도 압도적으로 작아진다.

(하단 가스 노즐)

본 실시 형태는, 상단 가스 샤워 플레이트 뿐만 아니라, 덮개체(300)의 천정면과 기판(G)과의 공간에 하단 가스 노즐(370)이 형성되어 있다. 나사(325)는, 유전체판(305) 및 금속 전극(310)을 관통하여, 제1 가스관(370a)에 연결되어 있다. 제1 가스관(370a)은, 천정면에 등피치로 배치된다. 제1 가스관(370a)의 선단에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 십자 형상으로 4개의 제2 가스관(370b)이 연결되어 있다. 제2 가스관(370b)은, 제1 가스관(370a)과 대체로 수직으로, 제1 가스관(370a)을 중심으로 하여 대체로 등각도로 배치되어 있다.

분지 가스 유로(제2 가스관(370b))의 기판(G)측의 면에는, 복수의 제4 가스 방출 구멍(370b1)이 형성되어 있다. 제1 주가스 유로(330a)에 도입된 가스는, 세관(335a), 제3 가스 방출 구멍(345c), 제1 가스관(370a), 제2 가스관(370b) 내의 유로를 통과하여, 제4 가스 방출 구멍(370b1)으로부터 기판(G)측에 방출된다.

하단 가스 노즐(370)은, 표면에 알루미나의 보호막을 구비한 알루미늄 합금으로 이루어진다. 또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 외주부의 하단 가스 노즐(370)에는, 제2 가스관(370b)을 1개 또는 2개밖에 갖추지 않은 것도 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 나사(325)와 제1 가스관(370a) 및, 제1 가스관(370a)과 제2 가스관(370b)은 일체로 형성되어 있지만, 분리할 수 있도록 되어 있어도 좋다. 제1 가스관(370a)에 연결되는 제2 가스관의 수는 4개가 아니라도 좋고, 제1 가스관(370a)에 수직으로 연결되어 있지 않아도 좋다.

이상에 설명한 본 실시 형태에 따른 상단 가스 샤워 플레이트 및, 하단 가스 노즐(370)에 의하면, 분지 가스 유로의 상류부에 조임부를 형성함으로써, 가스 방출 구멍으로부터 방출되는 가스의 유속을 작게 억제하면서, 대면적 기판 상에 균일하게 가스를 도입할 수 있다. 이 결과, 균일하고 고품질의 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 하단 가스 노즐(370)에 의하면, 파이프 형상의 가스관을 격자 형상으로 일체 형성한 종래형의 샤워 헤드와 비교하여 열팽창에 의한 휨의 우려가 없다. 또한, 하단 가스 노즐(370)은, 금속으로 형성되어 있기 때문에, 종래형의 유전체판(305)으로 형성된 샤워 헤드에 대하여 강성의 문제가 일어나지 않고, 대형 기판에 대응할 수 있다. 또한, 가스관 내부에서 이상 방전이 발생하는 것을 막을 수 있다.

하단 가스 노즐(370)은, 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제2 가스관 (370b)의 일부를 다공질체(P)에 의해 형성해도 좋다. 도 9의 상부도는 하단 가스 노즐(370)의 단면(도 9의 하부도의 6-6 단면), 도 9의 하부도는 하단 가스 노즐(370)의 하면, 도 9의 좌측도는 제2 가스관(370b)의 단면(도 9의 상부도의 7-7 단면)을 나타낸다. 다공질체(P)는, 알루미늄 등의 금속, 또는 알루미나 등의 세라믹스로 이루어진다.

이 경우, 가스는, 제1 가스관(370a)을 통하여, 제2 가스관(370b)의 다공질체 (P)의 기공간을 통하여 처리실 내에 방출된다. 따라서, 이에 의해서도 가스의 유속을 충분히 저감시킨 후, 처리실 내에 방출할 수 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 제2 가스관(370b)에 단일 또는 복수의 슬릿 형상의 통로를 형성하여, 십자로 형성된 슬릿 형상의 개구로부터 가스를 처리실 내에 도입해도 좋다.

(제3 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 대해서, 도 10 및 도 11을 참조하면서 설명한다. 도 10은, 도 11의 9-O-O'-9 단면을 나타낸다. 도 11은, 도 10의 8-8 단면을 나타낸다. 제3 실시 형태에서는, 하단 가스 노즐(370)의 형상이 제2 실시 형태에 따른 하단 가스 노즐(370)과 상이하고 있다.

즉, 본 실시 형태에서는, 복수의 하단 가스 노즐(370)의 각각은, 4개의 제3 가스관(370c)으로 이루어진다. 제3 가스관(370c)은, 알루미나 등의 세라믹스, 석영 등의 유리, 또는 알루미늄 합금 등의 금속으로 이루어진다. 4개의 제3 가스관(370c)은, 용접, 접착, 압입, 나사 멈춤 등에 의해 나사(325)에 고정된다. 4개의 제3 가스관(370c)은, 복수의 분지 가스 유로(나사(325))를 중심으로 하여 대체로 등각도로 배치되어 있다. 각 제3 가스관(370c)은 파이프 형상으로 되어 있다. 제3 가스관(370c)의 선단에는, 제4 가스 방출 구멍(370c1)이 형성되어 있다. 제1 주가스 유로(330a)에 도입된 가스는, 세관(335a), 제3 가스 방출 구멍(345c), 제3 가스관(370c)을 통과하여, 제4 가스 방출 구멍(370c1)으로부터 기판(G)측에 방출된다. 제4 가스 방출 구멍(370b1) 및 제4 가스 방출 구멍(370c1)은, 처리 용기 내의 공간으로서, 상기 제1 공간과 상기 기판을 수납하는 공간과의 사이의 제2 공간에, 상기 제2 가스 공급원으로부터 공급된 상기 제2 가스를 방출하는 제2 가스 방출부의 일 예이다.

이에 의하면, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 기판(G)에 대향하는 면으로서 기판(G)에 평행인 동일 평면 상에 등간격으로 복수의 제4 가스 방출 구멍(370c1)이 형성되기 때문에, 기판(G)에 균일한 처리를 행할 수 있다. 또한, 제3 가스관(370c)의 외형이 가늘기 때문에, 플라즈마의 확산을 그다지 방해하지 않는다. 이 때문에, 고속 처리를 행할 수 있다. 또한, 하단 가스 노즐(370)은, 파이프 형상의 제3 가스관(370c)으로 구성되어 있기 때문에, 비용이 낮고, 구조가 간단하여 메인터넌스가 용이하다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 외주부의 하단 가스 노즐(370)에는, 제3 가스관(370c)을 1개 또는 2개 밖에 구비하고 있지 않은 것도 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 나사(325)와 제3 가스관(370c)이 직접 접속되어 있지만, 제3 가스관(370c)의 접속부가 나사(325)와 분리할 수 있도록 되어 있어도 좋다. 나사(325)에 연결되는 제3 가스관(370c)의 수는 4개가 아니라도 좋고, 수직으로 연결되어 있어도 좋다.

(제4 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 대해서, 도 12～도 14를 참조하면서 설명한다. 도 12는, 도 13의 11-O-O'-11 단면을 나타낸다. 도 13은, 도 12의 10-10 단면을 나타낸다. 도 14는, 도 12의 12-12 단면이다.

제4 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 원형 기판(예를 들면 반도체 기판)용이며, 상단 가스 샤워 플레이트만 형성되어 있다. 금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350) 내의 가스 유로는, 각 부재 표면에 형성된 홈에 의해 형성되어 있다. 제3 가스 유로(325a)는, 나사(325)의 내부에 형성되어 있다.

도 13을 보면, 셀 수는 4개이며, 제1 가스 방출 구멍(345a) 및 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)이 등피치로 균등하게 배치되어 있다. 마이크로파는, 마이크로파원(900)으로부터 공급되고, 전송 선로(900a)로부터 동축관(900b)에 전송되어, 분기판(900c)으로부터 제1 동축관(610)에 전송된다. 각 동축관은, 덮개체 커버(660)의 내부에 배치되어 있다.

가스 공급원(905)으로부터 공급된 가스는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 주가스 유로(330)로 흐른다. 주가스 유로(330)는, 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 사이에 형성된 팔각형의 공간이다. 이에 따라, 상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 경계 부분은, 일면이 가스 유로가 된다.

본 실시 형태에 있어서도, 주가스 유로(330)는, 복수의 나사(325) 내에 형성된 제3 가스 유로(325a)에 가스를 분류한다. 제3 가스 유로(325a)의 입구에는, 유로를 좁히는 세관(335)이 감입되어 있다.

본 실시 형태에서는, 기판(G)의 근방에 있어서의 가스의 유속을 보다 균일하게 하기 위해, 처리 용기(100)의 주변부의 가스 방출 구멍으로부터 방출되는 가스 유량이, 중심부의 가스 방출 구멍으로부터 방출되는 가스 유량보다도 많아지도록 설계되어 있다. 즉, 세관(335)의 가스 컨덕턴스를 Cr, 세관(335) 한 개당 공급하는 가스 구멍의 수를 N으로 했을 때, 외주부에 가까운 세관(335)일수록 Cr/N의 값이 커져 있다. 이에 따라, 소형의 처리 용기(100)에서도 기판(G) 상에 균일한 처리를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 세관(335)의 내경은 0.4mm로 통일하고, 길이를 바꿈으로써 가스 컨덕턴스를 조정하고 있다. 또한, 세관(335)의 내경을 바꾸어 가스 컨덕턴스를 조정해도 좋다.

본 실시 형태에서는, 도체 표면파(금속 표면파) 전파 억제용 홈(340a, 340b)이 2개 형성되어 있다. 사이즈나 애스펙트비(aspect ratio)가 상이한 복수의 홈을 배치함으로써, 보다 넓은 전자 밀도의 범위에 대응할 수 있다.

(제5 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 대해서, 도 15 및 도 16을 참조하면서 설명한다. 도 15는, 도 16의 14-O-O'-14 단면을 나타낸다. 도 16은, 도 15의 13-13 단면을 나타낸다. 제5 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 제4 실시 형태와 동일하게 원형 기판(예를 들면 반도체 기판)용이지만, 상단 가스 샤워 플레이트에 더하여, 하단 가스 샤워 플레이트(410)가 형성되어 있는 점에서, 상단 가스 샤워 플레이트만 형성된 제4 실시 형태와 상이하다.

도 16을 보면, 이 경우도 셀 수는 4개이며, 제1 가스 방출 구멍(345a) 및, 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2)이 등피치로 균등하게 배치되어 있다. 마이크로파는, 마이크로파원(900)으로부터 공급되어, 전송 선로(900a)로부터 제4 동축관 (640)에 전송된다. 본 실시 형태에서는, 제4 동축관(640)은, 제3 동축관(630)(로트(630a1) 및 내부 도체 연결판(630a2))에 T분기하고, 또한 제3 동축관(630)은, 제5 동축관(650)에 T분기한다.

금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350) 내의 제1 가스 유로(310a) 및, 제2 가스 유로(320a1, 320a2)는, 각 부재 상면에 형성된 홈에 의해 형성되어 있다. 본 실시 형태의 경우, 나사(325)의 내부에 제3 가스 유로(325a)가 형성되어 있다. 하단 가스 샤워 플레이트(410)는, 메시 형상으로 처리 용기(100)와 일체적으로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 플라즈마 여기 가스는, 상단 가스 샤워 플레이트로부터 처리 용기 내에 공급된다. 처리 가스는, 하단 가스 샤워 플레이트(410)로부터 플라즈마 여기 가스가 공급되는 위치보다 하방에 공급된다. 이에 따라, 소망하는 플라즈마를 생성하여, 기판 상에 양호한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

또한, 하단 가스 노즐(370) 및 하단 가스 샤워 플레이트(410)는, 복수의 분지 가스 유로를 통과한 가스를 덮개체(300)와 기판(G)과의 사이의 공간에 방출하는 하단 가스 방출 부재의 일 예이다.

(제6 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 대해서, 도 17 및 도 18을 참조하면서 설명한다. 도 17은, 도 18의 16-O-O'-16 단면을 나타낸다. 도 18은, 도 17의 15-15 단면을 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)가 형성되어 있지 않은 점에서, 전술한 각 실시 형태와 상이하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 조임부가 없다.

구체적으로는, 도 17에 나타낸 중심선(O)의 우측에는, 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)가 형성되어 있지 않고, 하부 덮개체(300b)가 천정면에 노출되어 있다. 하부 덮개체(300b)의 하면에는, 직접 복수의 가스 방출 구멍(제5 가스 방출 구멍(345d)이라고 칭한다)이 형성되어 있다. 제5 가스 방출 구멍(345d)은, 하부가 다른 부분보다도 좁게 되어 있다.

상부 덮개체(300a)와 하부 덮개체(300b)와의 경계 부분에는, 복수의 제2 가스 방출 구멍(345b)과 연통한 폭이 넓은 주가스 유로(330)가 형성되어 있다. 가스는, 주가스 유로(330)로부터 나와 제7 가스 유로(400)를 통과하여, 복수의 제5 가스 방출 구멍(345d)으로부터 처리 용기 내에 방출된다.

한편, 도 17의 중심선(O)의 좌측을 보면, 복수의 나사(325)의 내부에는, 제3 가스 유로(325a)가 형성되어 있다. 제3 가스 유로(325a)의 끝에는, 제3 가스 유로(325a)보다 가는 제3 가스 방출 구멍(345c)이 형성되어 있다. 가스는, 주가스 유로(330)의 가스 유로를 통과하여, 제3 가스 유로(325a)를 통하여 복수의 제3 가스 방출 구멍(345c)으로부터 처리 용기 내에 도입된다. 또한, 가스는, 제3 가스 방출 구멍(345c)의 상방의 나사(325)의 측면에 형성된 제4 가스 유로(325a1)로부터 금속 전극(310)의 상면에 형성된 제1 가스 유로(310a)를 통과하여, 복수의 제1 가스 방출 구멍(345a)에 유도된다. 금속 전극을 고정하는 4개의 나사(325) 중, 1개에만 제4 가스 유로(325a1)가 형성되어 있고, 다른 3개에는 형성되어 있지 않다.

도 18에 나타낸 바와 같이, 제1 가스 방출 구멍(345a), 제5 가스 방출 구멍(345d) 및, 제3 가스 방출 구멍(345c)은, 등피치로 배치되어 있다. 제1 가스 유로(310a) 및, 제1 가스 방출 구멍(345a)의 가스 컨덕턴스는, 제4 가스 유로(325a1)의 가스 컨덕턴스보다도 충분히 크게 설정되어 있다. 또한, 제5 가스 방출 구멍(345d) 하부의 세공, 제3 가스 방출 구멍(345c) 및, 제4 가스 유로(325a1)는, 직경 및, 길이가 대체로 동일하게 되어 있어, 가스 컨덕턴스가 동일하게 되어 있다. 이에 따라, 천정면 전면으로부터 가스를 균일하게 방출할 수 있다.

(가스 유로의 깊이)

본 실시 형태에 있어서는, 유전체(305)가 금속막으로 덮여 있지 않다. 이와 같이, 유전체(305)가 금속막으로 덮여 있지 않은 경우에는, 금속 전극(310)에 형성된 홈(제1 가스 유로(310a))에서 방전되지 않도록 하기 위해, 금속 전극(310)에 형성된 홈의 깊이를, 0.2mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유를 설명한다.

가스 유로의 깊이가 전자의 평균자유행정보다 작으면, 간격을 좁게 함으로써 전자가 마이크로파 전계로부터 전리에 필요한 에너지를 얻기 전에 벽에 충돌하여 에너지를 잃기 때문에, 가스 유로에 있어서 방전하기 어려워진다. 가스 유로의 깊이는, 실제 사용 조건에 있어서 가장 방전하기 쉬운 상황에 있어서도 방전하지 않을 것 같은 치수로 설정해야 한다.

평균자유행정은, ua/υc로 부여된다. 여기에서, ua는 전자의 평균 속도,υc는 전자의 충돌 주파수이다. 전자의 평균 속도(ua)는,

ua=(8kT/πm)^1/2

로 부여된다. 여기에서, k는 볼츠만 정수, T는 전자 온도, m은 전자의 질량이다. 간극에서 방전이 유지되는 전자 온도를 3eV라고 하면, 위의 식에서,

ua=1.14×10⁶m/s가 된다.

전자의 충돌 주파수와 마이크로파 각주파수가 일치하면, 마이크로파로부터 전자에 부여되는 에너지가 최대가 되어 가장 방전하기 쉬워진다. 마이크로파 주파수가 915MHz일 때, υc=5.75×10⁹Hz가 되는 압력일 때(아르곤 가스에서는 약 200Pa) 가장 방전하기 쉬워진다. 이때의 평균자유행정을 위의 식으로부터 계산하면, 0.20mm가 된다. 즉, 가스 유로의 깊이를 0.2mm 이하로 하면, 가스 유로에서 방전하는 일 없이 항상 안정적인 플라즈마를 여기할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 상단 가스 샤워 헤드에 있어서도, 금속 전극(310)에 가스 방출 구멍(345a, 345c)을 형성함과 함께 금속의 덮개체(300)에도 직접 복수의 가스 방출 구멍(345d)을 형성한다. 이에 따라, 유전체판 표면의 에칭의 억제 및 처리 용기 내면으로의 반응 생성물의 퇴적 억제를 실현할 수 있어, 컨태미네이션이나 파티클의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 상단 가스 샤워 헤드는 금속에 의해 형성되어 있기 때문에, 가공이 용이하고 비용을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 단지, 본 실시 형태에 의하면, 분지 가스 유로의 말단에서 가스 컨덕턴스를 조정하고 있기 때문에, 가스의 유속을 저감하는 것은 어렵다.

(제7 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 대해서, 도 19 및 도 20을 참조하면서 설명한다. 도 19는, 도 20의 18-O-O'-18 단면을 나타낸다. 도 20은, 도 19의 17-17 단면을 나타낸다.

본 실시 형태에 있어서도, 조임부(세관(335))는 존재하지 않는다. 가스는, 주가스 유로(330)를 통과하여, 제3 가스 유로(325a)를 통하여 복수의 제3 가스 방출 구멍(345c)으로부터 처리 용기 내에 도입된다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 복수의 제3 가스 방출 구멍(345c)은 천정면에 균등하게 배치된다. 제3 가스 방출 구멍(345c)은, 하부가 제3 가스 방출 구멍(345c)의 다른 부분이나 제3 가스 유로(325a)보다도 좁게 되어 있다. 이에 따라, 천정면 전면으로부터 가스를 균일하게 방출할 수 있다. 금속 전극(310), 금속 커버(320) 및 사이드 커버(350)에는, 가스 방출 구멍은 형성되어 있지 않다.

본 실시 형태에서는, 도 19 및 도 4c에 확대하여 나타낸 바와 같이, 주가스 유로(330)에 돌출된 나사(325)의 외주에는, 너트(435)가 부착되어 있다. 하부 덮개체(300b)와 나사(325)와의 측부 접촉면에는 O 링(225)이 형성되어, 하부 덮개체(300b)와 나사(325)와의 간극을 시일(seal0하고 있다. 이에 따라, 나사(325)의 주위로부터 가스가 누출되는 것을 방지한다. O 링(225)은, 와셔(430c)와 접하는 위치에 배치되어 있어도 좋다. O 링(225)과 함께, 웨이브 와셔, 접시 스프링 등의 탄성 부재를 이용해도 좋다. 시일하기 위해, O 링(225) 대신에 시일 와셔를 이용해도 좋다.

또한, 나사(325)의 외주로부터 가스가 새는 것을 방지하는 다른 기구로서는, 예를 들면, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 접시 스프링(430d)을 이용해도 좋다. 접시 스프링(430d)은, 스프링력이 강하기 때문에 O 링(220)을 누르기에 충분한 힘을 발생할 수 있다. 접시 스프링(430d)의 상하의 각이 너트(435) 및 하부 덮개체(300b)에 밀착하기 때문에, 가스의 누출을 억제할 수 있다. 접시 스프링의 재질은, Ni 도금한 SUS 등이다.

도 4d에 나타낸 바와 같이, 테이퍼 와셔(430e)를 이용하여 가스의 누출을 막아도 좋다. 너트(435)를 단단히 조였을 때, 테이퍼 와셔(430e)와 하부 덮개체(300b)가 경사 방향에 접촉하고 있기 때문에, 테이퍼 와셔(430e), 하부 덮개체(300b) 및 나사(325)가 강고하게 밀착하여 간극이 없어져, 나사(325)와 하부 덮개체(300b)와의 간극을 확실하게 시일 할 수 있다. 또한, 나사(325)가 테이퍼 와셔(430e)에 의해 하부 덮개체(300b)에 고정되기 때문에, 너트(435)를 조이고 있을 때에 너트(435)와 함께 나사(325)가 회전하는 일이 없다. 이 때문에, 나사(325)와 금속 전극(310) 등이 스쳐 표면에 흠이 생기거나, 표면에 형성된 보호막이 벗겨져 버릴 우려가 없다. 테이퍼 와셔(430e)의 재질은, 금속 또는 수지가 좋다.

이상에서는, 유전체판(305) 및 금속 전극(310)을 고정하는 방법에 대해서 설명했지만, 금속 커버(320)나 사이드 커버(350)를 고정하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 도 4a～도 4c의 타입에서는, 나사(325)의 회전 방지를 위해, 나사(325)를 금속 전극(310) 등에 압입, 소감(燒嵌), 용접, 접착 등에 의해 고정해도 좋고, 나사(325)를 금속 전극(310) 등과 일체로 형성해도 좋다. 또한, 나사(325)와 하부 덮개체(300b)와의 사이에 키홈을 형성하여, 키를 삽입하여 회전을 방지해도 좋다. 또한, 나사(325)의 말단(상단)부에 6각부 등을 형성하여, 렌치 등으로 누르면서 나사(325)를 조이도록 해도 좋다.

이상에 설명한 각 실시 형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 상단 가스 샤워 플레이트, 하단 가스 노즐 또는 하단 가스 샤워 플레이트를 형성함으로써, 가스의 공급을 양호하게 제어할 수 있다. 또한, 금속 전극(310), 금속의 덮개체(300), 금속 커버(320), 사이드 커버(350)에 복수의 가스 방출을 형성함으로써, 종래 생기고 있었던 유전체판의 표면의 에칭을 억제함과 함께, 처리 용기 내면으로의 반응 생성물의 퇴적을 억제할 수 있어, 컨태미네이션이나 파티클의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 금속 전극(310)의 제1 가스 방출 구멍(345a), 금속 커버(320), 사이드 커버(350)의 제2 가스 방출 구멍(345b1, 345b2), 덮개체(300)의 제5 가스 방출 구멍(345d)은, 덮개체(300)의 기판측의 면에 형성된 볼록부에 위치되어도 좋다. 볼록부에서는 플라즈마가 생성되기 어려운 것을 이용하여, 볼록부에 형성된 가스 방출 구멍의 근방에서 이상 방전이 발생하는 것을 방지하기 위해서이다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하며, 그에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

예를 들면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 상단 가스 샤워 헤드를 없애고 도 7이나 도 10에 나타낸 하단 가스 노즐(370)만을 갖는 장치라도 좋다. 또한, 각 실시 형태에서 개시한 복수 종류의 상단 가스 샤워 헤드와 하단 가스 노즐(370)은, 임의로 조합할 수 있다. 도 1이나 도 6에 나타낸 조임부를 갖는 상단 가스 샤워 헤드에 종래형의 하단 가스 노즐(370)을 부가해도 좋다. 하단 가스 노즐(370)을 세라믹스로 형성할 수도 있다.

이상에 설명한 각 실시 형태에서는, 915MHz의 마이크로파를 출력하는 마이크로파원(900)을 들었지만, 896MHz, 922MHz, 2.45GHz 등의 마이크로파를 출력하는 마이크로파원이라도 좋다. 또한, 마이크로파원은, 플라즈마를 여기하기 위한 전자파를 발생하는 전자파원의 일 예이며, 100MHz 이상의 전자파를 출력하는 전자파원이라면, 마그네트론이나 고주파 전원도 포함된다.

금속 전극(310)의 형상은, 4각형에 한정되지 않고, 3각형, 6각형, 8각형이라도 좋다. 이 경우에는, 유전체판(305) 및 금속 커버(320)의 형상도 금속 전극(310)의 형상과 동일해진다. 금속 커버(320)는 있어도 없어도 좋지만, 금속 커버(320)가 없는 경우에는, 덮개체(300)에 직접 가스 유로를 형성해도 좋다.

마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 성막 처리, 확산 처리, 에칭 처리, 애싱 처리, 플라즈마 도핑 처리 등, 플라즈마에 의해 피처리체를 미세 가공하는 각종 프로세스를 실행할 수 있다.

예를 들면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 대면적의 유리 기판, 원형의 실리콘 웨이퍼나 각형의 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 처리할 수도 있다.

또한, 플라즈마 처리 장치는, 전술한 마이크로파 플라즈마 처리 장치로 한정되지 않고, 예를 들면, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA:Radial Line Slot Antenna), CMEP(Cellular Microwave Excitation Plasma) 플라즈마 처리 장치, ICP(Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 처리 장치, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 등의 장치에 이용할 수 있다. 또한, CMEP 플라즈마 처리 장치는, 도파관을 전송한 마이크로파를 복수의 유전체판으로부터 처리 용기 내에 방출시켜, 마이크로파의 에너지에 의해 플라즈마를 생성하는 장치이다. 예를 들면, 일본공개특허공보 2007-273636에 기재되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 상단 가스 샤워 플레이트 또는 하단 가스 노즐은, 도 21에 나타낸 바와 같이, 기판 사이즈가 1352mm×1206mm의 태양 전지용 플라즈마 처리 장치에 이용할 수 있다. 이 경우, 셀(Cel)의 종횡의 열수는, 8×8(=2³×2³)이 되어, 대체로 정방형의 장치가 된다. 마이크로파원으로부터 출력된 마이크로파는, 분기 회로를 전파하여, 전력을 분배하면서 셀(Cel)에 공급되어, 천정의 금속면을 도체 표면파가 전파한다. 또한, 기판을 균일하게 플라즈마 처리하기 위해, 플라즈마 여기 에어리어(Ea)는 기판(G)의 사이즈보다 크게 설계된다.

10 : 마이크로파 플라즈마 처리 장치
100 : 처리 용기
200 : 용기 본체
300 : 덮개체
300a : 상부 덮개체
300b : 하부 덮개체
305 : 유전체판
310 : 금속 전극
310a : 제1 가스 유로
320 : 금속 커버
320a : 제2 가스 유로
325 : 나사
325a : 제3 가스 유로
325a1 : 제4 가스 유로
325c : 제5 가스 유로
330, 330a, 330b : 주가스 유로
335, 335a, 335b : 세관(細管)
340, 340a, 340b : 홈
345a : 제1 가스 방출 구멍
345b, 345b1, 345b2 : 제2 가스 방출 구멍
345c : 제3 가스 방출 구멍
345d : 제5 가스 방출 구멍
365 : 제6 가스 유로
370 : 하단 가스 노즐
370a : 제1 가스관
370b : 제2 가스관
370b1, 370c1 : 제4 가스 방출 구멍
370c : 제3 가스관
350 : 사이드 커버
360 : 세공
400 : 제7 가스 유로
410 : 하단 가스 샤워 플레이트
430a, 430c : 와셔
355a, 430b : 웨이브 와셔
430d : 접시 스프링
430e : 테이퍼 와셔
435 : 너트
610 : 제1 동축관
620 : 제2 동축관
900 : 마이크로파원
905 : 가스 공급원
910 : 냉매 공급원
Cel : 셀

Claims (83)

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9. 플라즈마 처리되는 기판을 수납하는 금속제의 처리 용기와,
   상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시키기 위해 필요한 전자파를 공급하는 전자파원과,
   상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비되고, 상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파를 상기 처리 용기의 내부에 투과시키는, 상기 처리 용기의 내부에 일부를 노출한 1 또는 2 이상의 유전체판과,
   상기 유전체판에 인접하여 형성되고, 상기 처리 용기의 내부에 노출된 금속면을 가지며, 이 금속면을 따라서, 상기 유전체판으로부터 방출된 전자파가 전파되는 표면파 전파부를 포함하는 플라즈마 처리 장치로서,
   소망하는 가스를 공급하는 가스 공급원과,
   상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 상기 처리 용기의 내부에 방출하는 복수의 가스 방출 구멍을 추가로 구비하는 플라즈마 처리 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 표면파 전파부는 상기 유전체판에 인접하여 형성된 금속 전극을 포함하고,
    상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 금속 전극에 개구한 복수의 제1 가스 방출 구멍을 포함하고,
    상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 플라즈마 처리 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 표면파 전파부는 상기 유전체판이 형성되어 있지 않은 상기 처리 용기의 덮개체의 하면에서, 상기 유전체판에 인접하여 형성된 금속 커버를 더 포함하고,
    상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 금속 커버에 개구한 복수의 제2 가스 방출 구멍을 포함하고,
    상기 금속 커버의 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 플라즈마 처리 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 표면파 전파부는 상기 유전체판이 형성되어 있지 않은 상기 처리 용기의 덮개체의 하면에서, 상기 유전체판에 인접하여 상기 유전체판보다 외측의 상기 처리 용기의 덮개체에 형성된 사이드 커버를 더 포함하고,
    상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 사이드 커버에 개구한 복수의 제2 가스 방출 구멍을 포함하고,
    상기 사이드 커버의 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 플라즈마 처리 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 금속 전극의 내부에는, 제1 가스 유로가 형성되고,
    상기 제1 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도하는 플라즈마 처리 장치.
14. 제10항에 있어서,
    상기 금속 전극과 상기 유전체판과의 사이에는, 제1 가스 유로가 형성되고,
    상기 제1 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도하는 플라즈마 처리 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 가스 유로는, 상기 금속 전극의 상기 유전체판에 인접한 면 또는 상기 유전체판의 상기 금속 전극에 인접한 면의 적어도 어느 한쪽에 형성된 홈인 플라즈마 처리 장치.
16. 제13항에 있어서,
    상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 한쪽의 내부에는, 제2 가스 유로가 형성되고,
    상기 제2 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도하는 플라즈마 처리 장치.
17. 제12항에 있어서,
    상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 한쪽과 상기 덮개체와의 사이에 제2 가스 유로가 형성되고,
    상기 제2 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제2 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도하는 플라즈마 처리 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 가스 유로는, 상기 금속 커버 및 사이드 커버의 상기 덮개체에 인접한 면 또는 상기 덮개체의 상기 금속 커버 및 사이드 커버에 인접한 면의 적어도 어느 한쪽에 형성된 홈인 플라즈마 처리 장치.
19. 제15항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는, 0.2mm 이하인 플라즈마 처리 장치.
20. 제16항에 있어서,
    상기 유전체판 및 상기 금속 전극은 상기 덮개체에 제1 나사로 고정되고,
    상기 금속 커버 또는 사이드 커버는 상기 덮개체의 본체 부분에 제2 나사로 고정되고,
    상기 제1 가스 유로는, 상기 제1 나사의 내부에 형성된 제3 가스 유로 또는 상기 제1 나사의 측면에 형성된 제5 가스 유로에 연결하고, 상기 제2 가스 유로는 상기 제2 나사의 내부에 형성된 제3 가스 유로 또는 상기 제2 나사의 측면에 형성된 제5 가스 유로에 연결하는 플라즈마 처리 장치.
21. 제12항에 있어서,
    상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 것에 형성된 제2 가스 방출 구멍은, 등피치로 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 나사는 복수이며, 상기 복수의 제1 나사의 내부에는, 상기 제3 가스 유로가 형성되고,
    상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 복수의 제1 나사에 개구한 복수의 제3 가스 방출 구멍을 포함하고,
    상기 제3 가스 유로를 통하여 상기 복수의 제3 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 플라즈마 처리 장치.
23. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 제3 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스는, 상기 제3 가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작은 플라즈마 처리 장치.
24. 제23항에 있어서,
    상기 제3 가스 방출 구멍은 원통형이며, 상기 제1 가스 방출 구멍, 상기 제2 가스 방출 구멍 및 상기 제3 가스 방출 구멍의 직경 및 길이는 각각 동일한 플라즈마 처리 장치.
25. 제12항에 있어서,
    상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 제2 가스 방출 구멍은, 등피치로 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
26. 제22항에 있어서,
    상기 제1 가스 방출 구멍, 상기 제2 가스 방출 구멍 및 상기 제3 가스 방출 구멍은, 등피치로 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
27. 제22항에 있어서,
    상기 제1 가스 방출 구멍, 상기 제2 가스 방출 구멍 또는 제3 가스 방출 구멍의 적어도 어느 것은, 상기 금속 전극, 상기 금속 커버 또는 사이드 커버의 적어도 어느 것의 금속면에 형성된 볼록부에 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
28. 제22항에 있어서,
    상기 제1 나사 또는 상기 제2 나사의 내부 측면에는, 제4 가스 유로가 형성되고,
    상기 제3 가스 유로를 통과한 가스를 상기 제4 가스 유로를 통하여 상기 제1 가스 유로 또는 상기 제2 가스 유로에 유도하는 플라즈마 처리 장치.
29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 가스 유로, 상기 제2 가스 유로 및 상기 제3 가스 유로의 가스 컨덕턴스는, 상기 제4 가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 큰 플라즈마 처리 장치.
30. 제29항에 있어서,
    상기 제3 가스 방출 구멍의 컨덕턴스는, 상기 제4 가스 유로의 컨덕턴스에 동일한 플라즈마 처리 장치.
31. 제30항에 있어서,
    상기 제4 가스 유로 및 상기 제3 가스 방출 구멍은 원통형이며, 상기 제4 가스 유로의 직경 및 길이는, 상기 제3 가스 방출 구멍의 직경 및 길이에 동일한 플라즈마 처리 장치.
32. 제20항에 있어서,
    상기 제1 나사 또는 상기 제2 나사와 상기 덮개체와의 사이에는, 제5 가스 유로가 형성되고,
    상기 제5 가스 유로를 통하여 상기 제1 가스 유로 또는 상기 제2 가스 유로로부터 상기 복수의 제1 가스 방출 구멍 또는 상기 복수의 제2 가스 방출 구멍에 가스를 유도하는 플라즈마 처리 장치.
33. 제32항에 있어서,
    주가스 유로를 통과한 가스를 상기 제5 가스 유로에 유도하는 제6 가스 유로가 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
34. 제33항에 있어서,
    상기 제6 가스 유로는, 피처리체를 향하여 비스듬히 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
35. 제33항에 있어서,
    조임부는, 상기 제6 가스 유로의 가스 컨덕턴스가 주가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작아지도록 주가스 유로에 인접하여 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
36. 제20항에 있어서,
    조임부는, 상기 제3 가스 유로의 가스 컨덕턴스가 주가스 유로의 가스 컨덕턴스보다도 작아지도록 주가스 유로에 인접하여 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
37. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 처리 용기에 노출된 덮개체에 개구한 복수의 제5 가스 방출 구멍을 포함하고,
    상기 복수의 제5 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 플라즈마 처리 장치.
38. 제37항에 있어서,
    상기 유전체판의 각각에는 상기 처리 용기 내측에 금속 전극이 형성되고,
    상기 복수의 가스 방출 구멍은, 상기 금속 전극에 개구한 복수의 제1 가스 방출 구멍을 포함하고,
    상기 복수의 제5 가스 방출 구멍 및 제1 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 플라즈마 처리 장치.
39. 제37항에 있어서,
    상기 덮개체의 내부에는, 제7 가스 유로가 형성되고,
    상기 제7 가스 유로를 통하여 상기 제5 가스 방출 구멍으로부터 상기 처리 용기 내에 가스를 유도하는 플라즈마 처리 장치.
40. 제38항에 있어서,
    상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 제5 가스 방출 구멍은 원통형이며, 상기 제1 가스 방출 구멍 및 상기 제5 가스 방출 구멍의 직경 및 길이는 각각 동일한 플라즈마 처리 장치.
41. 제38항에 있어서,
    상기 제5 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스와, 상기 제1 가스 방출 구멍의 가스 컨덕턴스가, 동일한 플라즈마 처리 장치.
42. 제38항에 있어서,
    상기 복수의 제1 가스 방출 구멍은, 상기 제5 가스 방출 구멍과 동일한 굵기인 플라즈마 처리 장치.
43. 제9항에 있어서,
    상기 덮개체의 내부에 복수의 주가스 유로가 형성되고,
    상기 복수의 주가스 유로는, 복수의 분지 가스 유로에 가스를 분류하는 플라즈마 처리 장치.
44. 제9항에 있어서,
    상기 덮개체는, 상부 덮개체와 하부 덮개체로 구성되며,
    주가스 유로는, 상기 상부 덮개체와 상기 하부 덮개체와의 경계 부분에 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
45. 제9항에 있어서,
    상기 처리 용기 내의 공간으로서, 상기 덮개체 하부의 공간과 상기 기판을 수납하는 공간과의 사이의 공간에 배치되고, 상기 가스 공급원과는 상이한 가스 공급원으로부터 공급되는 가스를 상기 기판을 수납하는 공간을 향하여 방출하는 가스 방출부를 갖는 플라즈마 처리 장치.
46. 삭제
47. 플라즈마 처리되는 기판을 수납하는 금속제의 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 여기시키기 위해 필요한 전자파를 공급하는 전자파원과,
    상기 처리 용기의 덮개체 하면에 구비되고, 상기 전자파원으로부터 공급되는 전자파를 상기 처리 용기의 내부에 투과시키는, 상기 처리 용기의 내부에 일부를 노출한 1 또는 2 이상의 유전체판과,
    상기 유전체판에 인접하여 형성되고, 상기 처리 용기의 내부에 노출된 금속면을 가지며, 이 금속면을 따라서, 상기 유전체판으로부터의 전자파가 전파되는 표면파 전파부를 포함하는 플라즈마 처리 장치로서,
    플라즈마 여기용 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급원과,
    소망하는 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급원과,
    상기 제1 가스 공급원으로부터 공급된 상기 제1 가스를 상기 처리 용기의 내부 공간으로서 상기 덮개체 하면에 인접하는 제1 공간에 방출하는 제1 가스 방출부와,
    상기 처리 용기 내의 공간으로서, 상기 제1 공간과 상기 기판을 수납하는 공간과의 사이의 제2 공간에, 상기 제2 가스 공급원으로부터 공급된 상기 제2 가스를 방출하는 제2 가스 방출부를 구비한 플라즈마 처리 장치.
48. 제47항에 있어서,
    상기 제2 가스 방출부는,
    상기 덮개체 내부를 통과하여 상기 제2 공간 근방까지 연재하는 복수의 가스 도통로와 상기 가스 도통로의 각각에 형성되어, 상기 제2 공간에 상기 제2 가스를 방출하는 적어도 하나의 가스 방출 구멍을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
49. 제47항에 있어서,
    상기 제2 가스 방출부는, 다공질체로 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
50. 제47항에 있어서,
    상기 제2 가스 방출부는, 슬릿 형상의 개구인 플라즈마 처리 장치.
51. 제48항에 있어서,
    상기 복수의 가스 도통로는, 피처리체에 수직인 상태로 배치된 제1 가스관과 피처리체에 수평인 상태로 상기 제1 가스관에 연결된 복수의 제2 가스관을 포함하고 있는 플라즈마 처리 장치.
52. 제51항에 있어서,
    상기 복수의 제2 가스관은, 상기 제1 가스관을 중심으로 하여 등각도로 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
53. 제51항에 있어서,
    상기 제1 가스관은, 등피치로 복수 배치되고,
    각 제1 가스관에는, 4개의 상기 제2 가스관이 연결되어 있는 플라즈마 처리 장치.
54. 제51항에 있어서,
    상기 복수의 제2 가스관에는, 피처리체와 대향하는 면에 등간격으로 상기 적어도 하나의 가스 방출 구멍이 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
55. 제48항에 있어서,
    상기 복수의 가스 도통로는, 피처리체에 소정의 각도를 이루는 상태로 배치된 제3 가스관을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
56. 제55항에 있어서,
    상기 제3 가스관은, 상기 덮개체의 하면의 복수의 부분으로부터, 각 부분에 대해서 복수개가 등각도로 상이한 방향으로 연신하여 상기 제2 공간 근방에 달하도록 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
57. 제55항에 있어서,
    상기 제3 가스관의 말단부에 상기 가스 방출 구멍이 형성되고, 상기 가스 방출 구멍은 피처리체와 평행한 동일 평면 상에 등간격으로 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
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