KR101378304B1

KR101378304B1 - 플라즈마 처리 장치 및 기판 처리 방법

Info

Publication number: KR101378304B1
Application number: KR1020127004461A
Authority: KR
Inventors: 키요타카 이시바시; 오사무 모리타
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2014-03-27
Also published as: JPWO2011021607A1; US9237638B2; US20160093474A1; TW201143545A; WO2011021607A1; KR20120036372A; US20120160809A1; CN102484939A; JP5440604B2

Abstract

플라즈마 처리 장치(11)에 구비되는 마이크로파 공급 수단(20)은 내측 도체(32)의 외주면(36)의 일부와, 직경 방향에서 내측 도체(32)의 외주면의 일부에 대향하는 대향부, 여기서는 냉각판 돌출부(47)와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단으로서, 외측 도체(33)측으로부터 내측 도체(32)측을 향해 연장 가능한 스터브 부재(51)를 구비한다. 스터브 부재(51)는 외측 도체(33)측에서 지지되고, 직경 방향으로 연장되도록 설치되는 봉 형상부(52)와, 봉 형상부(52)의 직경 방향의 이동량을 조정하는 이동량 조정 부재로서의 나사부(53)를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 기판 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이며, 특히 플라즈마원으로서 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치 및 이러한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 행하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.

LSI(Large Scale Integrated circuit) 등의 반도체 장치는 반도체 기판에 에칭 및 CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링 등의 처리를 실시하여 제조된다. 에칭 및 CVD, 스퍼터링 등의 처리에 대해서는 그 에너지 공급원으로서 플라즈마를 이용한 처리 방법, 즉 플라즈마 에칭 및 플라즈마 CVD, 플라즈마 스퍼터링 등이 있다.

여기서, 플라즈마를 발생시킬 때에 마이크로파를 이용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 관한 기술이 일본특허공개공보 2006-179477호(특허 문헌 1)에 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 따르면, 원형 직사각형 도파관과 원편파 변환기의 사이의 원통 도파관에 더미 로드가 접속되어 있다. 이 더미 로드의 축선은 마이크로파의 반사체에서 반사되는 정재파의 관내 파장의 1 / 4 파장(L)만큼, 반사체로부터 원편파 변환기의 방향을 향해 떨어져 있도록 구성되어 있다. 이에 의해, 래디얼 도파함으로부터 반사된 마이크로파를 더미 로드에 의해 효과적으로 흡수하는 것으로 하고 있다.

일본특허공개공보 2006-179477호

특허 문헌 1에 대표되는 종래의 일반적인 플라즈마 처리 장치의 구성에 대하여 간단히 설명한다. 도 15는 종래에서의 일반적인 플라즈마 처리 장치의 일부를 확대하여 도시한 개략 단면도이다. 또한, 도 15에서 지면 상하 방향을 장치의 상하 방향으로 한다. 또한, 도 15 중에서 소정의 개소에 마이크로파를 이미지로 도시하고 있다.

도 15를 참조하여, 플라즈마 처리 장치(101)는 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 처리 용기 내에 마이크로파를 투과시키는 원판 형상의 유전체판(102)과, 박판 원판 형상으로서 판 두께 방향으로 관통하는 복수의 슬롯홀(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 유전체판(102)의 상방측에 배치되어 마이크로파를 유전체판(102)에 방사하는 슬롯 안테나판(103)과, 슬롯 안테나판(103)의 상방측에 배치되어 직경 방향으로 마이크로파를 전파하는 원판 형상의 지파판(104)과, 처리 용기의 외부에 배치되어 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(105)와, 마이크로파 발생기(105)에 의해 발생시킨 마이크로파를 처리 용기 내로 공급하는 마이크로파 공급 수단(106)을 구비한다.

마이크로파 공급 수단(106)은 상하 방향으로 연장되도록 설치되어 있고, 슬롯 안테나판(103)에 접속되는 동축 도파관(107)을 포함한다. 동축 도파관(107)은 원형봉 형상의 내측 도체(108) 및 내측 도체(108)와 직경 방향의 간극(110)을 두고 내측 도체(108)의 외경측에 설치되는 원통 형상의 외측 도체(109)를 구비한다.

동축 도파관(107)에 대해서는 유전체판(102)의 하방측에 생성시키는 플라즈마의 둘레 방향에서의 균일성의 확보의 관점으로부터, 내측 도체(108)의 직경 방향의 중심이 슬롯 안테나판(103)의 직경 방향의 중심과 일치하도록 접속된다. 또한, 외측 도체(109)에 대해서는 외측 도체(109)의 직경 방향의 중심이 내측 도체(108)의 직경 방향의 중심과 일치하도록 설치된다.

이러한 구성을 가지는 플라즈마 처리 장치(101)에서, 일반적으로 동축 도파관(107)을 구성하는 내측 도체(108) 및 외측 도체(109)는 각각 별체로 제조된다. 그리고, 별체로 제조된 내측 도체(108) 및 외측 도체(109)는 내측 도체(108)의 직경 방향의 중심과 외측 도체(109)의 직경 방향의 중심이 일치하도록 조립된다. 이 후, 슬롯 안테나판(103)의 직경 방향의 중심과 내측 도체(108)의 직경 방향의 중심을 일치시키도록 하여 플라즈마 처리 장치(101)에 탑재된다. 또한, 도 15에서 내측 도체(108)의 직경 방향의 중심을 나타내는 중심선을 일점 쇄선(111)으로 나타내고, 외측 도체(109)의 직경 방향의 중심을 나타내는 중심선을 이점 쇄선(112)으로 나타낸다.

여기서, 동축 도파관(107)의 형성 시, 구체적으로 내측 도체(108)와 외측 도체(109)를 조립할 때에, 내측 도체(108)의 직경 방향의 중심과 외측 도체(109)의 직경 방향의 중심의 위치의 어긋남이 발생한다. 이 어긋남은 도 15 중의 길이 치수(X)로 나타나고, 실제 상 대략 0.05 mm 정도이다. 또한, 이해의 용이의 관점으로부터, 길이 치수(X)로 나타나는 어긋남을 과장하여 도시하고 있다.

이 어긋남이 발생하면, 내측 도체(108)와 외측 도체(109) 간의 직경 방향의 간극(110)의 거리가 동축 도파관(107)의 둘레 방향의 위치에서 상이하게 된다. 그러면, 동축 도파관(107) 내를 전파하는 마이크로파의 강도가, 동축 도파관(107)의 둘레 방향의 위치에서 상이하게 된다. 그 결과, 유전체판(102)에 전파되는 마이크로파의 강도가 둘레 방향에서 불균일해지고, 유전체판(102)의 하방측에 형성되는 전자계 분포가 편향된다. 이러한 전자계 분포의 편향은 처리 용기 내에서 발생시키는 플라즈마의 둘레 방향에서의 불균일을 발생시키고, 그 결과 피처리 기판의 면내의 처리의 불균일을 발생시킨다.

여기서, 동축 도파관(107)의 조립 시에서 플라즈마의 불균일을 발생시키지 않을 정도로 내측 도체(108)의 중심과 외측 도체(109)의 중심의 어긋남을 저감시키는 것은 매우 곤란하며, 비용 증대의 요인도 된다. 지파판, 유전체판의 장착에 대해서도 마찬가지이다.

본 발명의 목적은 발생시키는 플라즈마를 유전체판의 하면측에서 균일하게 할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피처리 기판의 면내에서의 처리를 균일하게 할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 상부측이 개구되어 있고, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기 내에 배치되고, 그 위에 피처리 기판을 보지(保持)하는 보지대와, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 처리 용기의 개구를 덮도록 배치되어 처리 용기를 밀봉하고, 마이크로파를 처리 용기 내에 투과시키는 유전체판과, 복수의 슬롯홀이 형성되어 있고, 유전체판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 유전체판에 방사하는 슬롯 안테나판과, 슬롯 안테나판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 직경 방향으로 전파시키는 지파판과, 마이크로파 발생기에 의해 발생시킨 마이크로파를 슬롯 안테나판으로 공급하는 마이크로파 공급 수단을 구비한다. 마이크로파 공급 수단은 일방 단부(端部)가 슬롯 안테나판의 중심에 접속되는 대략 원형봉 형상의 내측 도체 및 내측 도체와의 직경 방향의 간극을 두고 내측 도체의 외경측에 설치되는 대략 원통 형상의 외측 도체를 포함하는 동축 도파관 및 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단을 구비한다.

이러한 플라즈마 처리 장치에 의하면, 제조 시 등에서 동축 도파관의 내측 도체의 중심과 외측 도체의 중심이 어긋나 있어도, 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단에 의해, 내측 도체의 외주면의 일부와 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 길이를 조정하여, 동축 도파관을 전파하는 마이크로파의 강도를 둘레 방향에서 비대칭으로 할 수 있다. 따라서, 내측 도체의 중심과 외측 도체의 중심의 어긋남에 기인하여 유전체판에 형성되는 전자계 분포의 둘레 방향에서의 편향을 없애, 처리 용기 내에서 발생시키는 플라즈마를 유전체판의 하면측에서 균일하게 할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 지파판의 장착 오차 등에 기인하는 전자계 분포의 둘레 방향에서의 편향에도 대응할 수 있다. 그 결과, 피처리 기판의 면내에서의 처리를 균일하게 할 수 있다.

바람직하게는, 변경 수단은 외측 도체측으로부터 내측 도체측을 향해 연장 가능한 스터브 부재를 포함한다.

더 바람직하게는, 스터브 부재는 외측 도체측에서 지지되고, 직경 방향으로 연장되도록 설치되는 봉 형상부와, 봉 형상부의 직경 방향의 이동량을 조정하는 이동량 조정 부재를 포함한다.

또한, 스터브 부재는 동축 도파관이 연장되는 방향에 간격을 두고 복수 설치되도록 구성해도 좋다.

더 바람직하게는, 스터브 부재는 둘레 방향에 간격을 두고 복수 설치된다.

더 바람직한 일 실시예로서, 복수의 스터브 부재는 둘레 방향에 대략 등배로 설치된다.

더 바람직하게는, 스터브 부재 중 적어도 간극에 위치 가능한 부분의 재질은 유전체이다.

더 바람직한 일 실시예로서, 동축 도파관에서의 축 방향에서 지파판의 상방측의 단부와 스터브 부재와의 거리는 10 mm 이하이다.

더 바람직한 일 실시예로서, 변경 수단은 내측 도체의 외주면의 일부와 일부에 대향하는 부분과의 직경 방향의 거리를 4 mm 이하로 변경 가능하다.

더 바람직하게는, 마이크로파 발생기는 마그네트론과 아이솔레이터와 튜너를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서는, 기판 처리 방법은 상부측이 개구되어 있고, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기 내에 배치되고, 그 위에 피처리 기판을 보지하는 보지대와, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 처리 용기의 개구를 덮도록 배치되어 처리 용기를 밀봉하고, 또한 마이크로파를 처리 용기 내에 투과시키는 유전체판과, 복수의 슬롯홀이 형성되어 있고, 유전체판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 유전체판에 방사하는 슬롯 안테나판과, 슬롯 안테나판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 직경 방향으로 전파시키는 지파판과, 마이크로파 발생기에 의해 발생시킨 마이크로파를 슬롯 안테나판으로 공급하는 마이크로파 공급 수단을 구비하고, 마이크로파 공급 수단은 일방 단부가 슬롯 안테나판의 중심에 접속되는 대략 원형봉 형상의 내측 도체 및 내측 도체와의 직경 방향의 간극을 두고 내측 도체의 외경측에 설치되는 대략 원통 형상의 외측 도체를 포함하는 동축 도파관 및 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단을 구비하는 플라즈마 처리 장치를 준비하고, 보지대에 피처리 기판을 보지시키고, 마이크로파 발생기에 의해 마이크로파를 발생시키고, 변경 수단에 의해 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시켜, 처리 용기 내에서 발생시키는 플라즈마를 유전체판의 하면측에서 균일하게 하여, 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리를 행한다.

이러한 기판 처리 방법에 의하면, 피처리 기판의 면내에서의 처리를 균일하게 할 수 있다.

또한, 이러한 기판 처리 방법에 의하면, 피처리 기판의 면내에서의 처리를 균일하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 동축 도파관의 부근을 확대하여 도시한 개략 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 슬롯 안테나판을 도 1 중의 화살표(III)의 방향에서 본 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 동축 도파관을 도 2 중의 IV - IV로 절단한 경우의 단면도이다.
도 5는 스터브 부재를 설치하지 않은 경우의 동축 도파관을 축에 수직인 평면으로 절단한 경우의 개략 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 전기력선의 일차원 등가 회로를 도시한 개략도이다.
도 7은 스터브 부재를 설치한 경우의 동축 도파관을 축에 수직인 평면으로 절단한 경우의 개략 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 전기력선의 일차원 등가 회로를 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 구비되고, 6 개의 스터브 부재를 설치한 동축 도파관의 단면도이며, 각 스터브 부재의 위치를 도시한 것이다.
도 10은 유전체판의 각 방향에서의 상대 에너지 적분치를 나타낸 도이며, 일부의 스터브 부재의 선단과 내측 도체의 외주면과의 거리가 기준 거리일 때를 나타낸다.
도 11은 유전체판의 각 방향에서의 상대 에너지 적분치를 나타낸 도이며, 일부의 스터브 부재의 선단과 내측 도체의 외주면과의 거리가 6 mm일 때를 나타낸다.
도 12는 유전체판의 각 방향에서의 상대 에너지 적분치를 나타낸 도이며, 일부의 스터브 부재의 선단과 내측 도체의 외주면과의 거리가 4 mm일 때를 나타낸다.
도 13은 유전체판의 각 방향에서의 상대 에너지 적분치를 나타낸 도이며, 일부의 스터브 부재의 선단과 내측 도체의 외주면과의 거리가 2 mm일 때를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 구비되는 동축 도파관의 부근을 확대하여 도시한 개략 단면도이다.
도 15는 종래에서의 일반적인 플라즈마 처리 장치에 구비되는 동축 도파관의 부근을 확대하여 도시한 개략 단면도이다.
도 16은 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 개략도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이다.
도 18은 도 17에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 동축 도파관의 부근을 확대하여 도시한 개략 단면도이다.

이하에, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 동축 도파관의 부근을 확대하여 도시한 개략 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 슬롯 안테나판을 도 1 중의 화살표(III)의 방향에서 본 도면이다. 도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 동축 도파관을 도 2 중의 IV - IV로 절단한 경우의 단면도이다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 지면 상하 방향을 장치의 상하 방향으로 한다. 또한, 본원 명세서 중 직경 방향이란, 도 4에서 동축 도파관에 포함되는 내측 도체로부터 외측 도체를 향하는 방향을 가리킨다.

도 1 ~ 도 4를 참조하여, 플라즈마 처리 장치(11)는 상부측이 개구되어 있고, 그 내부에서 피처리 기판(W)에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기(12)와, 처리 용기(12) 내로 플라즈마 여기용의 가스 및 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 가스 공급부(13)와, 처리 용기(12) 내에 배치되고, 그 위에 피처리 기판(W)을 보지(保持)하는 보지대(14)와, 처리 용기(12)의 외부에 배치되고, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(15)와, 처리 용기(12)의 개구를 덮도록 배치되어 처리 용기(12)를 밀봉하고, 마이크로파를 처리 용기(12) 내에 투과시키는 유전체판(16)과, 복수의 슬롯홀(17)이 형성되어 있고, 유전체판(16)의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 유전체판(16)에 방사하는 박판 형상의 슬롯 안테나판(18)과, 슬롯 안테나판(18)의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 직경 방향으로 전파하는 지파판(19)과, 마이크로파 발생기(15)에 의해 발생시킨 마이크로파를 처리 용기(12) 내로 공급하는 마이크로파 공급 수단(20)과, 플라즈마 처리 장치(11) 전체를 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 제어부는 가스 공급부(13)에서의 가스 유량, 처리 용기(12) 내의 압력 등 피처리 기판(W)을 플라즈마 처리하기 위한 프로세스 조건을 제어한다. 또한, 마이크로파 발생기(15)에 대해서는 도 1 중의 일점 쇄선으로 나타내고 있다.

처리 용기(12)는 보지대(14)의 하방측에 위치하는 저부(底部)(21)와, 저부(21)의 외주부로부터 상방향으로 연장되는 측벽(22)을 포함한다. 측벽(22)은 원통 형상이다. 처리 용기(12)의 저부(21)의 직경 방향 중앙측에는 배기용의 배기홀(23)이 형성되어 있다. 처리 용기(12)의 상부측은 개구되어 있고, 처리 용기(12)의 상부측에 배치되는 유전체판(16) 및 유전체판(16)과 처리 용기(12)의 사이에 개재하는 씰 부재로서의 O링(24)에 의해, 처리 용기(12)는 밀봉 가능하게 구성되어 있다. 또한, 상기한 가스 공급부(13)의 일부는 측벽(22)에 매립되도록 하여 설치되어 있고, 처리 용기(12)의 외부로부터 처리 용기(12) 내로 가스를 공급한다.

유전체판(16)의 하방측의 면(25)은 평평하다. 유전체판(16)의 재질은 유전체이다. 유전체판(16)의 구체적인 재질로서는 석영 및 알루미나 등을 들 수 있다.

슬롯 안테나판(18)의 판 두께 방향의 양면은 각각 평평하다. 슬롯 안테나판(18)에는 판 두께 방향으로 관통하는 복수의 슬롯홀(17)이 형성되어 있다. 슬롯홀(17)은 2 개의 직사각형 형상의 개구부가 한 쌍이 되어, 대략 T 자 형상이 되도록 배치되어 구성되어 있다. 형성된 슬롯홀(17)은 내주측에 배치되는 내주측 슬롯홀군(26a)과, 외주측에 배치되는 외주측 슬롯홀군(26b)으로 대별된다. 내주측 슬롯홀군(26a)은 도 3 중의 점선으로 둘러싸인 범위 내에 형성된 8 개의 슬롯홀(17)이다. 외주측 슬롯홀군(26b)은 도 3 중의 일점 쇄선으로 둘러싸인 범위 내에 형성된 16 개의 슬롯홀(17)이다. 내주측 슬롯홀군(26a)에서 8 개의 슬롯홀(17)은 각각 환상(環狀)으로 등간격으로 형성되어 있다. 외주측 슬롯홀군(26b)에서 16 개의 슬롯홀(17)은 각각 환상으로 등간격으로 배치되어 있다. 슬롯 안테나판(18)은 직경 방향의 중심(28)을 중심으로 한 회전 대칭성을 가지고, 예를 들면 중심(28)을 중심으로서 45° 회전해도 동일한 형상이 된다.

지파판(19)의 중앙에는 후술하는 동축 도파관(31)에 구비되는 내측 도체(32)를 배치시키기 위한 개구가 형성되어 있다. 개구의 주위를 형성하는 지파판(19)의 내경측의 단부는 판 두께 방향으로 돌출되어 있다. 즉, 지파판(19)은 내경측의 단부로부터 판 두께 방향으로 돌출되는 링 형상의 지파판 돌출부(27)를 구비한다. 지파판(19)은 지파판 돌출부(27)가 상측이 되도록 장착된다. 지파판(19)의 재질은 유전체이다. 지파판(19)의 구체적인 재질로서는 석영 및 알루미나 등을 들 수 있다. 지파판(19)의 내부를 전파하는 마이크로파의 파장은 대기 중을 전파하는 마이크로파의 파장보다 짧아진다.

유전체판(16), 슬롯 안테나판(18) 및 지파판(19)은 모두 원판 형상이다. 플라즈마 처리 장치(11)를 제조할 시에는 유전체판(16)의 직경 방향의 중심과 슬롯 안테나판(18)의 직경 방향의 중심(28)과 지파판(19)의 직경 방향의 중심을 각각 일치하도록 제조된다. 이렇게 함으로써, 중심측으로부터 외경측을 향해 전파되는 마이크로파에서 둘레 방향에서의 마이크로파의 전파 정도를 동일하게 하여, 유전체판(16)의 하방측에 발생시키는 플라즈마의 둘레 방향에서의 균일성을 확보하도록 하고 있다. 또한, 여기서는, 슬롯 안테나판(18)의 직경 방향의 중심(28)을 기준으로 한다.

마이크로파 공급 수단(20)은 일방 단부(35)가 슬롯 안테나판(18)의 중심(28)에 접속되는 대략 원형봉 형상의 내측 도체(32) 및 내측 도체(32)와 직경 방향의 간극(34)을 두고 내측 도체(32)의 외경측에 설치되는 대략 원통 형상의 외측 도체(33)를 포함하는 동축 도파관(31)을 구비한다. 즉, 내측 도체(32)의 외주면(36)과 외측 도체(33)의 내주면(37)이 대향하도록 내측 도체(32)와 외측 도체(33)를 조립하여 동축 도파관(31)이 구성되어 있다. 동축 도파관(31)은 도 1 중의 지면 상하 방향으로 연장되도록 설치되어 있다. 내측 도체(32) 및 외측 도체(33)는 각각 별체로 제조된다. 그리고, 내측 도체(32)의 직경 방향의 중심과 외측 도체(33)의 직경 방향의 중심을 일치시키도록 하여 조립된다.

또한, 마이크로파 공급 수단(20)은 마이크로파 발생기(15)에 일방 단부(38)가 접속되는 도파관(39)과, 마이크로파의 모드를 변환하는 모드 변환기(40)를 포함한다. 도파관(39)은 횡방향, 구체적으로는 도 1 중의 지면 좌우 방향으로 연장되도록 설치되어 있다. 또한, 도파관(39)으로서는 단면이 원형 형상인 것 및 단면이 직사각형 형상인 것이 사용된다.

여기서, 마이크로파 발생기(15)의 상세에 대하여 간단히 설명하면, 이하와 같다. 도 16은 마이크로파 발생기(15)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 16을 참조하면, 마이크로파 발생기(15)는 최상류측에서 마이크로파를 생성하는 마그네트론(29a)과, 마그네트론(29a)의 하류측에 설치되어 있고, 마그네트론(29a)에서 생성한 마이크로파를 하류측으로 공급할 시에, 하류측으로부터 반사되는 반사파를 제거하는 아이솔레이터(29b)와, 아이솔레이터(29b)의 하류측에 배치되어 있고, 마그네트론(29a)에서 생성한 마이크로파를 하류측에 전파할 시의 마이크로파의 위상을 조정하는 매칭 유닛으로서의 4E 튜너(29c)를 구비한다. 또한, 여기서는 마이크로파가 전파되는 방향을 상류에서 하류로 하는 것이다. 즉, 마그네트론(29a)이 최상류에 위치하게 되어, 아이솔레이터(29b), 4E 튜너(29c)의 순으로 하류측이 된다. 4E 튜너(29c)는 마이크로파의 전파 방향으로 설치되고, 도파관으로부터 외경측으로 오목한 4 개의 오목부(30a, 30b, 30c, 30d)와 4 개의 오목부(30a ~ 30d)의 각각의 내부에 배치되고, 직경 방향으로 가동 가능하며, 오목부(30a ~ 30d)를 덮는 것과 같은 형상의 4 개의 가동 단락판(30e, 30f, 30g, 30h)을 포함하는 구성이다. 여기서 말하는 직경 방향이란, 도 16에서의 상하 방향이다. 4 개의 가동 단락판(30e ~ 30h)을 각각 직경 방향으로 이동시켜, 도파관(39) 내를 전파시키는 마이크로파의 위상을 조정한다. 도 16에서의 좌측의 단부(端部)(30i)가 도 1에서의 단부(38)에 접속되는 것이다.

마이크로파 발생기(15)에서 발생시킨 마이크로파는 도파관(39) 및 동축 도파관(31)을 거쳐 처리 용기(12) 내에 전파된다. 마이크로파 발생기(15)에서 발생시키는 마이크로파의 주파수로서는, 예를 들면 2.45 GHz가 선택된다.

예를 들면, 마이크로파 발생기(15)에서 발생시킨 TE 모드의 마이크로파는 도파관(39) 내를 도 1 중의 화살표(A1)로 나타낸 지면 좌방향으로 전파하고, 모드 변환기(40)에 의해 TEM 모드로 변환된다. 그리고, TEM 모드로 변환된 마이크로파는 동축 도파관(31) 내를 도 1 중의 화살표(A2)로 나타낸 지면 하방향으로 전파한다. 구체적으로, 간극(34)이 형성되는 내측 도체(32)와 외측 도체(33)의 사이 및 내측 도체(32)와 냉각판 돌출부(47)의 사이에서 마이크로파는 전파한다. 동축 도파관(31)을 전파한 마이크로파는 지파판(19) 내를 직경 방향으로 전파하고, 슬롯 안테나판(18)에 형성된 복수의 슬롯홀(17)로부터 유전체판(16)에 방사된다. 유전체판(16)을 투과한 마이크로파는 유전체판(16)의 직하(直下)에 전계를 발생시키고, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성시킨다.

또한, 플라즈마 처리 장치(11)는 측벽(22)의 개구측의 상방 단부의 상방측에 배치되고, 유전체판(16)을 상방측에서 누르는 유전체판 누름 링(41)과, 유전체판 누름 링(41)의 상방측에 배치되고, 슬롯 안테나판(18) 등을 상방측에서 누르는 안테나 누름 부재(42)와, 지파판(19)의 상방측에 배치되고, 지파판(19) 등을 냉각하는 냉각판(43)과, 안테나 누름 부재(42)와 냉각판(43)의 사이에 개재되도록 배치되고, 처리 용기(12) 내외에서 전자계를 차폐하는 전자(電磁) 차폐 탄력체(44)와, 슬롯 안테나판(18)의 외주부를 고정하는 외주 고정 링(45)과, 슬롯 안테나판(18)의 중심을 고정하는 중심 고정판(46)을 구비한다.

냉각판(43)의 중앙에는 동축 도파관(31)을 배치시키기 위한 개구가 형성되어 있다. 개구의 주위를 형성하는 냉각판(43)의 내경측의 단부는 판 두께 방향으로 돌출되어 있다. 즉, 냉각판(43)은 내경측의 단부로부터 판 두께 방향으로 돌출되는 링 형상의 냉각판 돌출부(47)를 구비한다. 냉각판(43)은 냉각판 돌출부(47)가 상측이 되도록 장착된다.

냉각판 돌출부(47)의 상방측에는 원통 형상의 외측 도체(33)가 배치된다. 냉각판 돌출부(47)의 상방측 단부와 외측 도체(33)의 하방측 단부가 접촉하는 구성이다. 이 경우, 외측 도체(33)의 내주면(37)과 냉각판 돌출부(47)의 내주면(50)이 이어져, 내측 도체(32)의 외주면(36)과 외측 도체(33)의 내주면(37)과의 직경 방향의 거리 및 내측 도체(32)의 외주면(36)과 냉각판 돌출부(47)의 내주면(50)과의 직경 방향의 거리가 동일하게 되도록 구성된다. 또한, 상기한 지파판 돌출부(27)의 상방측에는 내측 도체(32)와 외측 도체(33)의 사이에 형성되는 간극(34)이 위치하게 된다.

또한, 냉각판(43)의 외주 부분에는 유전체판(16)측에 링 형상으로 돌출되는 지파판 위치 결정부(48)가 형성되어 있다. 지파판(19)은 지파판 위치 결정부(48)에 의해 직경 방향에 위치 결정된다. 지파판 위치 결정부(48)가 형성된 직경 방향의 위치에서 외주 고정 링(45)은 슬롯 안테나판(18)을 고정한다.

또한, 유전체판(16)의 상방측의 면 중 직경 방향의 중앙에는 중심 고정판(46)을 수용하도록 유전체판(16)의 상방측의 면으로부터 판 두께를 줄이도록 오목한 수용 오목부(49)가 형성되어 있다.

여기서, 마이크로파 공급 수단(20)은 내측 도체(32)의 외주면(36)의 일부와, 직경 방향에서 내측 도체(32)의 외주면의 일부에 대향하는 대향부, 여기서는 냉각판 돌출부(47)와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단으로서, 외측 도체(33)측으로부터 내측 도체(32)측을 향해 연장 가능한 스터브 부재(51)를 구비한다.

스터브 부재(51)는 외측 도체(33)측에서 지지되고, 직경 방향으로 연장되도록 설치되는 봉 형상부(52)와, 봉 형상부(52)의 직경 방향의 이동량을 조정하는 이동량 조정 부재로서의 나사부(53)를 포함한다. 나사부(53)는 봉 형상부(52)의 외경측 단부에 설치되어 있다.

스터브 부재(51)는 냉각판 돌출부(47)에 장착되어 있다. 구체적으로, 냉각판 돌출부(47)에는 직경 방향으로 직선으로 연장되어 관통하는 나사홀(54)이 형성되어 있고, 이 나사홀(54)과 나사부(53)를 나합시키도록 하여 스터브 부재(51)가 냉각판 돌출부(47)에 장착되어 있다. 즉, 스터브 부재(51)는 외측 도체(33)측에서 냉각판 돌출부(47)에 형성된 나사홀(54)에 나합된 나사부(53)에 의해 지지되어 있다.

나사부(53)를 회전시킴으로써, 봉 형상부(52)를 포함하는 스터브 부재(51) 전체를 직경 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 2에서는 스터브 부재(51)는 지면 좌우 방향으로 이동 가능하다. 또한, 그 이동량은 나사부(53)의 회전량에 의해 조정된다.

스터브 부재(51)는 둘레 방향에 대략 등배가 되도록 합계 6 개 설치되어 있다(도 4 참조). 즉, 6 개의 스터브 부재는 둘레 방향에서 이웃하는 스터브 부재 간의 각도가 60° 간격이 되도록 배치되어 있다.

6 개의 스터브 부재(51)는 각각 독립적으로 직경 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 각 스터브 부재(51)에 포함되는 봉 형상부(52)의 선단부(55)의 직경 방향의 위치를 각각 별개로 조정할 수 있다.

이러한 플라즈마 처리 장치에 따르면, 제조 시 등에서 동축 도파관의 내측 도체의 중심과 외측 도체의 중심이 어긋나 있어도, 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단에 의해, 내측 도체의 외주면의 일부와 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 길이를 조정하여, 동축 도파관을 전파하는 마이크로파의 강도를 둘레 방향에서 비대칭으로 할 수 있다. 따라서, 내측 도체의 중심과 외측 도체의 중심의 어긋남에 기인하여 유전체판에 형성되는 전자계 분포의 둘레 방향에서의 편향을 없애, 처리 용기 내에서 발생시키는 플라즈마를 유전체판의 하면측에서 균일하게 할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 지파판의 장착 오차 등에 기인하는 전자계 분포의 둘레 방향에서의 편향에도 대응할 수 있다. 그 결과, 피처리 기판의 면내에서의 처리를 균일하게 할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은 상부측이 개구되어 있고, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기 내에 배치되고, 그 위에 피처리 기판을 보지(保持)하는 보지대와, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 처리 용기의 개구를 덮도록 배치되어 처리 용기를 밀봉하고, 마이크로파를 처리 용기 내에 투과시키는 유전체판과, 복수의 슬롯홀이 형성되어 있고, 유전체판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 유전체판에 방사하는 슬롯 안테나판과, 슬롯 안테나판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 직경 방향으로 전파시키는 지파판과, 마이크로파 발생기에 의해 발생시킨 마이크로파를 슬롯 안테나판으로 공급하는 마이크로파 공급 수단을 구비하고, 마이크로파 공급 수단은 일방 단부가 슬롯 안테나판의 중심에 접속되는 대략 원형봉 형상의 내측 도체 및 내측 도체와의 직경 방향의 간극을 두고 내측 도체의 외경측에 설치되는 대략 원통 형상의 외측 도체를 포함하는 동축 도파관 및 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단을 구비하는 플라즈마 처리 장치를 준비하고, 보지대에 피처리 기판을 보지시키고, 마이크로파 발생기에 의해 마이크로파를 발생시키고, 변경 수단에 의해, 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시켜, 처리 용기 내에서 발생시키는 플라즈마를 유전체판의 하면측에서 균일하게 하여 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리를 행한다.

여기서, 본원 발명의 원리에 대하여 설명한다. 도 5는 스터브 부재가 설치되지 않은 종래의 동축 도파관 내에서의 전기력선을 도시한 모식도이다. 도 6은 도 5에 나타낸 점선 상에서 도 5에 도시한 전기력선의 일차원 등가 회로를 도시한 개념도이다. 도 7은 스터브 부재를 설치한 본원 발명에 따른 동축 도파관 내에서의 전기력선을 도시한 모식도이다. 도 8은 도 7에 나타낸 점선 상에서 도 7에 도시한 전기력선의 일차원 등가 회로를 도시한 개념도이다. 또한, 상기한 전기력선의 총 개수는 마이크로파의 파워에 기인한다. 또한, 이해의 용이의 관점으로부터 동축 도파관에 포함되는 내측 도체 및 외측 도체만을 도시하고 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 스터브 부재가 없을 경우, 동축 도파관(61) 내에서 내측 도체(62)로부터 외측 도체(63)를 향해 연장되는 전기력선(64)은 둘레 방향에서 균일하다. 일차 등가 회로(65)에서도 좌우의 콘덴서(66, 67)의 용량은 동일해진다. 이러한 전기력선(64)은 내측 도체(62)의 직경 방향의 중심과 외측 도체(63)의 직경 방향의 중심이 거의 완전히 일치할 경우에 발생하는 것이다.

여기서, 내측 도체(62)의 직경 방향의 중심과 외측 도체(63)의 직경 방향의 중심이 어긋나면, 상기한 전기력선(64)의 밸런스가 무너진다. 그러면, 결과적으로 발생시키는 플라즈마의 둘레 방향에서의 균일성이 손상되게 된다. 이 경우, 발생시키는 플라즈마의 둘레 방향에서의 균일성을 확보하기 위해서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 내측 도체(62)의 직경 방향의 중심과 외측 도체(63)의 직경 방향의 중심을 거의 완전히 일치하도록 다시 조립할 수 밖에 없다. 구체적으로, 상기한 도 15에 도시한 직경 방향의 중심 간의 어긋남을 나타내는 길이 치수(X)가 0.01 mm가 되는 레벨이다.

한편, 도 7 및 도 8을 참조하여, 스터브 부재가 설치되어 있는 본원 발명에서는 동축 도파관(71)에서 내측 도체(72)의 직경 방향의 중심과 외측 도체(73)의 직경 방향의 중심이 어긋날 경우, 스터브 부재(74)의 직경 방향의 거리를 변경한다. 전기력선(75)은 내측 도체(72)의 외주면과 다른 부재, 여기서는 스터브 부재(74)와의 직경 방향의 거리가 짧은 부분이 존재하면, 그 부분에 집중된다. 그러면, 일차 등가 회로(76)에서 좌측의 콘덴서(77)에 대하여, 우측의 콘덴서(78)는 도 8 중의 해칭(79)으로 나타낸 스터브 부재(74)의 영향으로 그 용량이 커진다. 따라서, 스터브 부재(74)의 직경 방향의 이동량, 구체적으로 내측 도체(72)의 외주면과 스터브 부재(74)와의 직경 방향의 거리를 변경하고, 전기력선(75)의 둘레 방향에서의 밸런스를 조정하여, 발생시키는 플라즈마의 둘레 방향에서의 균일성을 확보하는 것이다.

이어서, 스터브 부재와 내측 도체와의 거리를 변경할 경우의 영향에 대하여 설명한다. 도 9는 동축 도파관의 단면도이며, 각 스터브 부재의 위치를 도시한 것이다. 또한, 도 9에 도시한 단면은 도 4에 도시한 단면을 왼쪽 방향으로 90도 회전시킨 도면에 해당한다. 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13은 각각 유전체판의 각 방향에서 시뮬레이션 결과에 기초하는 상대 에너지 적분치를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 10 ~ 도 13에서의 직경 방향의 수치는 유전체판을 둘레 방향의 6 영역으로 분할하고, 각 영역에서의 전계 강도 에너지 적분치를 계산하고, 각 영역의 전계 강도 에너지 적분치를 전계 강도 에너지 적분치의 6 영역에서의 평균치로 제산한 값이다. 또한, 이 계산에서는 슬롯홀의 배치는 60° 회전해도 동일한 형상이 되는 회전 대칭성을 가지는 모델을 이용했지만, 슬롯홀의 회전 대칭성과 스터브 부재의 회전 대칭성은 반드시 동일할 필요는 없다.

도 9에서의 스터브 부재에 부여된 번호와, 도 10 ~ 도 13에서의 유전체의 에너지 적분치의 직경 방향의 각 축에 부여된 번호는 동일한 둘레 방향의 위치를 나타내는 것이다. 즉, 도 9에 나타낸 번호 1의 스터브 부재의 위치는 둘레 방향에서 동일한 위치의 유전체판의 영역을 도시한 것이다. 도 10은 모든 스터브 부재의 위치가 동일할 경우를 나타내고, 기준이 되는 것이다. 도 11은 번호 1, 2, 3의 스터브 부재의 선단부와 내측 도체의 외주면과의 거리가 6 mm일 경우를 나타낸다. 도 12는 번호 1, 2, 3의 스터브 부재의 선단부와 내측 도체의 외주면과의 거리가 4 mm일 경우를 나타낸다. 도 13은 번호 1, 2, 3의 스터브 부재의 선단부와 내측 도체의 외주면과의 거리가 2 mm일 경우를 나타낸다. 또한, 둘레 방향의 균일성에 대해서는 도 10에서의 1σ의 값은 0.8%, 도 11에서의 1σ의 값은 1.9%, 도 12에서의 1σ의 값은 3.8%, 도 13에서의 1σ의 값은 7.6%이다. 또한, σ는 표준 편차를 나타낸다.

도 9 ~ 도 13을 참조하여, 스터브 부재의 위치를 변경하면, 구체적으로 봉 형상부의 선단부와 내측 도체의 외주면과의 거리를 변경하면, 유전체판에서의 상대 에너지 적분치가 크게 바뀐다. 여기서, 제조 시에서 내측 도체의 직경 방향의 중심과 외측 도체의 직경 방향의 중심이 어긋나고, 상대 에너지 적분치가 도 10에 나타낸 경우와 크게 상이해도, 스터브 부재를 직경 방향으로 이동시켜, 각 영역에서의 상대 에너지 적분치를 조정할 수 있다. 그리고, 내측 도체와 외측 도체를 다시 조립하지 않아도, 도 10에 나타낸 기준에 접근할 수 있다. 즉, 발생시키는 플라즈마를 유전체판의 하면측에서 균일하게 할 수 있다.

또한, 스터브 부재의 재질로서는 스터브 부재 중 적어도 간극에 위치 가능한 부분의 재질은 유전체인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 스터브 부재의 장수명화를 도모할 수 있다. 유전체로서는, 예를 들면 석영 및 알루미나 등을 들 수 있다. 물론, 스터브 부재의 전체에 대하여 메탈로 구성하는 것으로 해도 좋다.

또한, 동축 도파관에서의 축 방향에서 지파판의 상방측의 단부와 스터브 부재와의 거리는 10 mm 이내인 것이 바람직하다. 구체적으로, 다시 도 2를 참조하여, 도 2에 도시한 단면에서 스터브 부재(51)에 구비되는 봉 형상부(52)의 축 방향의 중심선(56)과, 지파판 돌출부(27)의 상방측의 단부(57)와의 축 방향의 거리(L1)를 10 mm 이내로 한다. 상기한 구성의 플라즈마 처리 장치(11)에서는 동축 도파관(31)의 하방측 영역에서의 전자계의 강도 분포의 영향을 강하게 받는다. 여기서, 거리(L1)가 10 mm보다 길어지면, 둘레 방향에서 비대칭으로 한 마이크로파의 강도가 다시 대칭, 즉 원래대로 돌아갈 우려가 있다. 따라서, 이와 같이 구성함으로써, 보다 효율적으로 전자계 분포를 둘레 방향에서 균일하게 할 수 있다.

본 실시예에서는 스터브 부재의 연장 방향이 수평 방향, 즉 스터브 부재가 직경 방향으로 직선으로 연장되는 예를 나타냈지만, 도 14에 도시한 바와 같이, 스터브 부재의 연장 방향이 비스듬히 하방향이어도 좋다. 도 14는 이 경우의 플라즈마 처리 장치의 동축 도파관의 부근을 확대하여 도시한 개략 단면도이며, 도 2에 상당한다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(81)에 구비되는 냉각판(82)의 냉각판 돌출부(83)에는 내경측을 하측으로 한 비스듬히 하방향으로 연장되도록 냉각판 돌출부(83)의 일부를 관통하는 복수의 나사홀(84)이 형성되어 있다. 그리고, 각 나사홀(84)에 대하여 스터브 부재(85)가 비스듬히 하방향으로 연장되도록 장착되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 스터브 부재(85)가 작용하는 포인트, 구체적으로 스터브 부재(85)의 선단 부분을 지파판(86)에 근접하도록 할 수 있다. 전자계 분포의 둘레 방향의 편향을 없애기 위해서는 가능한 한 지파판(86)에 가까운 위치에서 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 스터브 부재(85)를 비스듬히 하방향으로 연장할 수 있도록 설치함으로써, 보다 효과적으로 전자계 분포의 둘레 방향에서의 조정을 행할 수 있다.

이 경우, 스터브 부재(85)와 지파판(86)은 스터브 부재(85)를 연장할 때에 스터브 부재(85)의 선단부(87)와 지파판 돌출부(88)의 상방측의 단부(89) 간의 거리(L3)가 10 mm 이하가 되도록 하면 된다. 또한, 상기한 구성의 플라즈마 처리 장치에서 변경 수단은 내측 도체의 외주면의 일부와 일부에 대향하는 부분과의 직경 방향의 거리를 4 mm 이하로 변경 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 도 2를 참조하여 내측 도체(32)의 외주면(36)과, 스터브 부재(51)에 구비되는 봉 형상부(52)의 선단부(55)와의 직경 방향의 거리(L2)를 4 mm 이하로 변경 가능하도록 구성한다. 이렇게 함으로써, 보다 넓은 범주에서 둘레 방향에서의 플라즈마의 균일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기한 실시예에서는 스터브 부재는 냉각판 돌출부로 지지되는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 외측 도체로 지지되는 구성으로 해도 좋다. 구체적으로, 외측 도체에서 직경 방향으로 관통하는 나사홀을 형성하고, 이 나사홀과 나사부를 나합시키도록 하여 스터브 부재를 장착하도록 한다. 이 경우, 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부는 외측 도체의 내주면의 일부가 된다.

또한, 본 실시예에서는, 스터브 부재는 회전 대칭성을 가지는 등간격인 배치로 했지만, 회전 대칭성을 가지면 스터브 부재의 배치는 등간격이 아니어도 된다.

또한, 상기한 실시예에서는, 스터브 부재는 둘레 방향에 합계 6 개 설치하는 것으로 했지만, 이 개수에 한정되지 않고, 예를 들면 4 개, 8 개 등 필요에 따라 임의의 개수의 스터브 부재가 설치된다.

또한, 상기한 실시예에서는, 동축 도파관이 연장되는 방향으로 1 개, 즉 상하 방향의 동일 위치에 6 개의 스터브 부재를 설치하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 스터브 부재를 동축 도파관이 연장되는 방향에 간격을 두고 복수 설치하는 것으로 해도 좋다. 전자계 조정 수단으로서의 스터브 부재를 설치하면, 마이크로파의 일부가 상기한 봉 형상부에 의해 상방향으로 반사한다. 여기서, 반사파의 전계 강도를 입사파의 전계 강도로 제한 값으로 나타나는 반사율만큼, 파워 로스를 발생시킬 우려가 있고, 이 반사파에서의 영향으로 전자계의 조정이 복잡해져, 전자계 분포를 균일하게 하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 따라서, 동축 도파관이 연장되는 방향에 간격을 두고 복수 스터브 부재를 설치함으로써, 스터브 부재에 의한 반사파의 영향을 크게 저감하고, 전자계의 조정을 용이하게 하여 전자계 분포를 둘레 방향에 보다 균일하게 할 수 있다.

이에 대하여, 구체적으로 설명한다. 도 17은 이 경우에서의 플라즈마 처리 장치의 일부를 도시한 단면도이며, 도 2에 상당하는 단면이다. 도 17을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(91)에는 도 17에서의 상하 방향에서 두 개의 스터브 부재군(92a, 92b)이 설치되어 있다. 하방측에 설치되는 전자계 조정 기구로서의 제 1 스터브 부재군(92a)은 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(11)에 설치될 경우와 마찬가지로, 냉각판(43) 중 냉각판 돌출부(47)에 설치되어 있다. 제 1 스터브 부재군(92a) 중 각 스터브 부재는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 설치되는 스터브 부재와 동일한 구성이다. 즉, 제 1 스터브 부재군(92a)에 구비되는 각 스터브 부재는 직경 방향으로 연장 가능하며, 직경 방향으로 직선으로 연장되고, 냉각판 돌출부(47)에 형성된 나사홀에 나합하도록 설치된 나사부 및 봉 형상부를 구비하는 구성이다. 한편, 상방측에 설치되는 반사파 보상 기구로서의 제 2 스터브 부재군(92b)은 동축 도파관(31) 중 외측 도체(33)에 설치되어 있다. 제 2 스터브 부재군(92b)에 구비되는 각 스터브 부재에 대해서도, 제 1 스터브 부재군(92a)에 구비되는 각 스터브 부재와 동일한 구성으로, 직경 방향으로 연장 가능하며, 직경 방향으로 직선으로 연장되고, 외측 도체(33)에 형성된 나사홀에 나합하도록 설치된 나사부 및 봉 형상부를 구비하는 구성이다.

2 개의 스터브 부재군 중 제 1 스터브 부재군(92a)에 대해서는 도 1에 도시한 경우와 마찬가지로, 스터브 부재가 둘레 방향에 대략 등배로 6 개 설치되어 있다. 제 2 스터브 부재군(92b)에 대해서도, 스터브 부재가 둘레 방향에 대략 등배로 6 개 설치되어 있다. 또한, 여기서 말하는 2 개의 스터브 부재군이란, 둘레 방향에 간격을 두고 설치된 6 개의 스터브 부재로 구성되는 스터브 부재의 군이, 상하 방향에서 각각 간격을 두고 설치되어 있다고 하는 의미이다.

제 1 및 제 2 스터브 부재군(92a, 92b) 중 각 스터브 부재가 설치되는 둘레 방향의 위치에 대해서는 제 1 스터브 부재군(92a) 중 각 스터브 부재와 제 2 스터브 부재군(92b) 중 각 스터브 부재가 동일한 위치가 되도록 구성되어 있다. 즉, 도 17에서의 상방향에서 볼 경우에, 도 4에 도시한 바와 같이 보이고, 제 1 스터브 부재군(92a) 중 각각의 스터브 부재와 제 2 스터브 부재군(92b) 중 각각의 스터브 부재가 겹쳐 보이도록 구성되어 있다. 또한, 제 1 스터브 부재군(92a)과 제 2 스터브 부재군(92b)과의 상하 방향의 간격, 즉 제 1 스터브 부재군(92a)과 제 2 스터브 부재군(92b)의 사이의 거리(L4)에 대해서는 동축 도파관(31)의 관내 파장의 4 분의 1이 되도록 구성되어 있다. 제 1 스터브 부재군(92a)과 제 2 스터브 부재군(92b)의 사이의 거리(L4)는 도 17 중의 일점 쇄선으로 나타낸 제 1 스터브 부재군(92a)에서의 축 방향, 즉 상하 방향의 중앙의 위치와, 도 17 중의 이점 쇄선으로 나타낸 제 2 스터브 부재군(92b)에서의 상하 방향의 중앙의 위치 간의 거리이다. 또한, 제 1 스터브 부재군(92a)에 구비되는 각 스터브 부재에서의 마이크로파의 반사율과, 제 2 스터브 부재군(92b)에 구비되는 각 스터브 부재에서의 마이크로파의 반사율이 동일하게 되도록 구성되어 있다. 제 1 및 제 2 스터브 부재군(92a, 92b)에 구비되는 각 스터브 부재의 재질은, 예를 들면 알루미나 및 금속 등이다.

이와 같이 구성함으로써, 전자계 조정 기구로서 작용하는 제 1 스터브 부재군(92a) 및 반사파 보상 기구로서 작용하는 제 2 스터브 부재군(92b)에 의해 보다 효율적으로 전자계 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시한 플라즈마 처리 장치(11)와 동일한 구성에 대해서는 도 17 및 후술하는 도 18에서 동일한 부호로 나타내고, 이들의 설명을 생략한다.

여기서, 상기한 도 17에 도시한 플라즈마 처리 장치(91)에서의 원리에 대하여 설명한다. 도 18은 도 17에 도시한 플라즈마 처리 장치(91)에 구비되는 동축 도파관(31)의 부근을 확대하여 도시한 개략 단면도이다. 또한, 이해의 용이의 관점으로부터, 도 18에서 제 1 및 제 2 스터브 부재군(92a, 92b)의 구성 등을 개략적으로 도시하고 있다.

도 17 및 도 18을 참조하여, 상측으로부터 하방향을 향해 입사되는 입사파(C1)가 전자계 조정 기구로서의 제 1 스터브 부재군(92a)에 구비되는 스터브 부재에 도달한 후에, 그 일부가 반사파(C2)로서 상방향으로 반사한다. 또한, 입사파(D1)가 반사파 보상 기구로서의 제 2 스터브 부재군(92b)에 구비되는 스터브 부재에 도달한 후에, 그 일부가 반사파(D2)로서 상방향으로 반사한다. 여기서, 제 1 스터브 부재군(92a)과 제 2 스터브 부재군(92b) 간의 거리(L4)의 왕복의 거리만큼 시간이 지연된 반사파(C2)가, 반사파(D2)와 간섭한다. 이 경우에서 제 1 스터브 부재군(92a)과 제 2 스터브 부재군(92b) 간의 거리(L4)는 동축 도파관(31)의 관내 파장의 4 분의 1이기 때문에, 제 1 스터브 부재군(92a)과 제 2 스터브 부재군(92b) 간의 거리의 왕복 거리는 동축 도파관(31)의 관내 파장의 2 분의 1이 된다. 그러면, 반사파(C2, D2)의 위상이 서로 180도 바뀌게 된다. 여기서, 제 1 스터브 부재군(92a)에 구비되는 스터브 부재에서의 반사율과 제 2 스터브 부재군(92b)에 구비되는 스터브 부재에서의 반사율이 동일하기 때문에, 반사파(C2, D2)가 정확히 상쇄하게 되어, 반사파의 영향이 크게 저감된 전자계 조정이 가능해진다. 따라서, 보다 효율적으로 전자계를 균일하게 공급할 수 있다. 또한, 상기한 마이크로파 발생기(15)에 구비되고, 가동 단락판(30e ~ 30h)을 포함하는 4E 튜너(29c)는 도파관(39)에 설치되고, 마그네트론(29a)에 의해 발생시킨 마이크로파의 위상을 단순히 조정하는 것이며, 동축 도파관(31)에 설치되고, 스터브 부재를 구비하고, 하류측에 배치되는 제 1 스터브 부재군(92a)으로부터 반사되는 반사파를 없애도록 반사파 보상 기구로서 작용하는 제 2 스터브 부재군(92b)은 크게 그 구성이 상이한 것이다.

여기서, 제 1 스터브 부재군(92a)에 구비되는 스터브 부재의 반사율과 제 2 스터브 부재군(92b)에 구비되는 스터브 부재의 반사율을 동일하게 하는 것으로 했지만, 구체적인 실시예에 따르면, 각각의 반사율이 0.1 ~ 0.2가 되고, 토탈로서 반사율을 0.03 이하로 할 수 있다. 그러나, 엄밀하게는 상기한 입사파(C1)는 제 2 스터브 부재군(92b)에 구비되는 스터브 부재에 의해 일부 반사되어 작아진다. 따라서, 이 영향을 고려하여 제 1 스터브 부재군(92a)에 구비되는 스터브 부재의 반사율과 제 2 스터브 부재군(92b)에 구비되는 스터브 부재의 반사율을 변경하는 것으로 해도 좋다.

또한, 상기한 도 17에 도시한 실시예에서는 제 1 스터브 부재군과 제 2 스터브 부재군과의 상하 방향의 간격은 동축 도파관의 관내 파장의 4 분의 1로 하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 동축 도파관의 관내 파장의 4 분의 1의 기수배로 해도 좋다. 이렇게 함으로써도, 각각의 반사파의 위상을 180도 바꿀 수 있고, 상기한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 동축 도파관의 관내 파장의 4 분의 1의 기수배보다 다소 어긋나 있어도, 반사파의 영향을 저감할 수 있다.

또한, 상기한 도 17에 도시한 실시예에서는 제 1 스터브 부재군에 구비되는 각 스터브 부재의 둘레 방향의 위치와 제 2 스터브 부재군에 구비되는 각 스터브 부재의 둘레 방향의 위치를 동일하게 하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 다소 둘레 방향으로 어긋나 있어도 상관없다. 또한, 제 1 스터브 부재군에 구비되는 스터브 부재의 수와 제 2 스터브 부재군에 구비되는 스터브 부재의 수를 상이하게 하는 것으로 해도 좋다.

또한, 상기한 도 17에 도시한 실시예에서는 제 1 및 제 2 스터브 부재군에 구비되는 각 스터브 부재에 대하여 직경 방향에 직선으로 연장되도록 설치하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 각 스터브 부재의 연장 방향을 비스듬히 하방향으로 하도록 해도 된다. 이 경우, 제 1 및 제 2 스터브 부재군 중 어느 일방의 군에 구비되는 스터브 부재에서 연장 방향을 비스듬히 하방향으로 해도 좋고, 제 1 및 제 2 스터브 부재군의 쌍방에 구비되는 각 스터브 부재에서 연장 방향을 비스듬히 하방향으로 해도 좋다.

또한, 상기한 실시예에서는 스터브 부재를 변경 수단으로 하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 변경 수단은 다른 구성이어도 좋다. 즉, 예를 들면 외측 도체의 내주면에서 직경 방향으로 연장 가능하며, 연장 거리를 조정 가능한 돌기부를 설치하고, 이를 변경 수단으로 하는 것으로 해도 좋다. 또한, 외측 도체의 외경면을 오목하게 할 수 있으면, 이 오목부에 따라 외측 도체의 내주면과 내측 도체의 외주면과의 거리가 변경되는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기한 실시예에서는 외측 도체측에 변경 수단을 설치하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 내측 도체측에 변경 수단을 설치하는 것으로 해도 좋다. 구체적으로, 변경 수단을 내측 도체측에서 내측 도체의 외주면을 외경측, 즉 간극이 형성되어 있는 방향을 향해 연장 가능하며, 연장 거리를 조정 가능한 구성으로 한다. 이러한 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기한 실시예에서는 유전체판의 하방측의 면을 평평하게 했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 유전체판의 하방측의 면에서 유전체판의 내방측, 즉 상측에 오목한 오목부를 형성하는 것으로 해도 좋다.

산업상의 이용 가능성

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명했지만, 본 발명은 도시한 실시예에 한정되지 않는다. 도시한 실시예에 대하여, 본 발명과 동일한 범위 내에서 혹은 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변형을 하는 것이 가능하다.

11, 81, 91 : 플라즈마 처리 장치
12 : 처리 용기
13 : 가스 공급부
14 : 보지대
15 : 마이크로파 발생기
16 : 유전체판
17 : 슬롯홀
18 : 슬롯 안테나판
19, 86 : 지파판
20 : 마이크로파 공급 수단
21 : 저부
22 : 측벽
23 : 배기홀
24 : O링
25 : 면
26a : 내주측 슬롯홀군
26b : 외주측 슬롯홀군
27, 88 : 지파판 돌출부
28 : 중심
29a : 마그네트론
29b : 아이솔레이터
29c : 4E 튜너
30a, 30b, 30c, 30d : 오목부
30e, 30f, 30g, 30h : 가동 단락판
31, 61, 71 : 동축 도파관
32, 62, 72 : 내측 도체
33, 63, 73 : 외측 도체
34 : 간극
30i, 35, 38, 57, 89 : 단부
36 : 외주면
37, 50 : 내주면
39 : 도파관
40 : 모드 변환기
41 : 유전체 누름 링
42 : 안테나 누름 부재
43, 82 : 냉각판
44 : 전자 차폐 탄력체
45 : 외주 고정 링
46 : 중심 고정판
47, 83 : 냉각판 돌출부
48 : 지파판 위치 결정부
49 : 수용 오목부
51, 74, 85 : 스터브 부재
52 : 봉 형상부
53 : 나사부
54, 84 : 나사홀
55, 87 : 선단부
56 : 중심선
64, 75 : 전기력선
65, 76 : 일차원 등가 회로
66, 67, 77, 78 : 콘덴서
79 : 해칭
92a, 92b : 스터브 부재군

Claims

상부측이 개구되어 있고, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 처리 용기 내에 배치되고, 그 위에 상기 피처리 기판을 보지(保持)하는 보지대와,
플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와,
상기 처리 용기의 개구를 덮도록 배치되어 상기 처리 용기를 밀봉하고, 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 투과시키는 유전체판과,
복수의 슬롯홀이 형성되어 있고, 상기 유전체판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 상기 유전체판에 방사하는 슬롯 안테나판과,
상기 슬롯 안테나판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 직경 방향으로 전파시키는 지파판과,
상기 마이크로파 발생기에 의해 발생시킨 마이크로파를 상기 슬롯 안테나판으로 공급하는 마이크로파 공급 수단을 구비하고,
상기 마이크로파 공급 수단은, 일방 단부가 상기 슬롯 안테나판의 중심에 접속되는 원형봉 형상의 내측 도체 및 상기 내측 도체와의 직경 방향의 간극을 두고 상기 내측 도체의 외경측에 설치되는 원통 형상의 외측 도체를 포함하는 동축 도파관 및 상기 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 상기 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단을 구비하고,
상기 변경 수단은 상기 외측 도체측으로부터 상기 내측 도체측을 향해 연장 가능한 스터브 부재를 포함하며,
상기 스터브 부재를 연장시킴으로써, 상기 내측 도체와 상기 외측 도체와의 사이의 직경 방향의 간극보다 작은 범위에서, 상기 스터브 부재의 상기 내측 도체 측 단부와 상기 내측 도체의 외주면과의 거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 스터브 부재는 상기 외측 도체측에서 지지되고, 직경 방향으로 연장되도록 설치되는 봉 형상부와, 상기 봉 형상부의 직경 방향의 이동량을 조정하는 이동량 조정 부재를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스터브 부재는 상기 동축 도파관이 연장되는 방향에 간격을 두고 복수 설치되는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스터브 부재는 둘레 방향에 간격을 두고 복수 설치되는 플라즈마 처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 스터브 부재는 둘레 방향에 등배로 설치되는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스터브 부재 중 적어도 상기 간극에 위치 가능한 부분의 재질은 유전체인 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 동축 도파관에서의 축 방향에서 상기 지파판의 상방측의 단부와 상기 스터브 부재와의 거리는 10 mm 이하인 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 변경 수단은 상기 내측 도체의 외주면의 일부와 상기 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 4 mm 이하로 변경 가능한 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로파 발생기는 마그네트론과 아이솔레이터와 튜너를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
상부측이 개구되어 있고, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내에 배치되고, 그 위에 상기 피처리 기판을 보지하는 보지대와, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 상기 처리 용기의 개구를 덮도록 배치되어 상기 처리 용기를 밀봉하고, 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 투과시키는 유전체판과, 복수의 슬롯홀이 형성되어 있고, 상기 유전체판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 상기 유전체판에 방사하는 슬롯 안테나판과, 상기 슬롯 안테나판의 상방측에 배치되고, 마이크로파를 직경 방향으로 전파시키는 지파판과, 상기 마이크로파 발생기에 의해 발생시킨 마이크로파를 상기 슬롯 안테나판으로 공급하는 마이크로파 공급 수단을 구비하고, 상기 마이크로파 공급 수단은, 일방 단부가 상기 슬롯 안테나판의 중심에 접속되는 원형봉 형상의 내측 도체 및 상기 내측 도체와의 직경 방향의 간극을 두고 상기 내측 도체의 외경측에 설치되는 원통 형상의 외측 도체를 포함하는 동축 도파관 및 상기 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 상기 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시키는 변경 수단을 구비하는 플라즈마 처리 장치를 준비하고,
상기 보지대에 피처리 기판을 보지(保持)시키고,
상기 마이크로파 발생기에 의해 마이크로파를 발생시키고,
상기 변경 수단에 의해, 상기 내측 도체의 외주면의 일부와 직경 방향에서 상기 내측 도체의 외주면의 일부에 대향하는 대향부와의 직경 방향의 거리를 변경시켜, 상기 처리 용기 내에서 발생시키는 플라즈마를 상기 유전체판의 하면측에서 균일하게 하여, 상기 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리를 행하되,
상기 변경 수단은 상기 외측 도체측으로부터 상기 내측 도체측을 향해 연장 가능한 스터브 부재를 포함하며,
상기 스터브 부재를 연장시킴으로써, 상기 내측 도체와 상기 외측 도체와의 사이의 직경 방향의 간극보다 작은 범위에서, 상기 스터브 부재의 상기 내측 도체 측 단부와 상기 내측 도체의 외주면과의 거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.