KR101393949B1 - 표면파 플라즈마 발생용 안테나 및 표면파 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

표면파 플라즈마 발생용 안테나 및 표면파 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

균일한 표면파 플라즈마를 형성하는 것이 가능한 표면파 플라즈마 발생용 안테나 및 표면파 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 마이크로파 출력부로부터, 외측 도체와 내측 도체로 이루어지는 동축형상의 도파로를 통해 전송된 마이크로파를 챔버내에 방사하여, 챔버내에 표면파 플라즈마를 발생시키기 위한 표면파 플라즈마 발생용 안테나로서, 평면형상을 이루고 복수의 슬롯이 원주형상으로 형성되며, 또한, 원주 방향에 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분에 있어서, 이들 슬롯이 직경 방향으로 중첩되어 있고, 그 이음매 부분이 슬롯으로 둘러싸인 상태로 되어 있다.

Description

표면파 플라즈마 발생용 안테나 및 표면파 플라즈마 처리 장치{SURFACE WAVE PLASMA GENERATING ANTENNA AND SURFACE WAVE PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 표면파 플라즈마 발생용 안테나 및 표면파 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다．
플라즈마 처리는 반도체 디바이스의 제조에 반드시 필요한 기술이지만, 최근, LSI의 고집적화, 고속화의 요청으로부터 LSI를 구성하는 반도체 소자의 디자인 룰이 점점 미세화되고, 또한, 반도체 웨이퍼가 대형화되고 있기 때문에, 플라즈마 처리 장치에 있어서도 이러한 미세화 및 대형화에 대응하는 것이 요구되고 있다.
그런데, 종래부터 많이 이용되어 온 평행 평판형이나 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는 생성되는 플라즈마의 전자 온도가 높기 때문에 미세 소자에 플라즈마 데미지가 발생되고, 또한, 플라즈마 밀도가 높은 영역이 한정되기 때문에, 대형의 반도체 웨이퍼를 균일하게 고속으로 플라즈마 처리하는 것이 곤란하다.
따라서, 고밀도로 저전자 온도의 표면파 플라즈마를 균일하게 형성 할 수 있는 RLSA(Radial Line Slot Antenna) 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 주목받고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
RLSA 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 표면파 플라즈마 발생용 안테나로서 챔버의 상부에 소정의 패턴으로 복수의 슬롯이 형성된 평면 안테나(Radial Line Slot Antenna)를 마련하고, 마이크로파 발생원으로부터 보내진 마이크로파를, 평면 안테나의 슬롯으로부터 방사시키고, 그 아래에 마련된 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판을 통해 진공으로 유지된 챔버내에 방사하고, 이 마이크로파 전계에 의해 챔버내에서 표면파 플라즈마를 생성하고, 이에 따라 반도체 웨이퍼 등의 피처리체를 처리하는 것이다.
표면파 플라즈마 발생용 안테나로서 이용되는 평면 안테나로서는 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 원호형상의 슬롯이 복수, 예를 들면, 4개 원주형상으로 균등하게 형성된 것이 알려져 있다.
[특허문헌 1]일본 특허공개공보 제2000-294550호
[특허문헌 2]일본 특허공개공보 제2009-224493호
그런데, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은 복수의 원호형상의 슬롯이 원주형상으로 균등하게 형성된 평면 안테나를 이용한 경우, 슬롯과 슬롯의 사이의 개구부가 없는 부분에서 전자파 강도가 약해지고, 플라즈마 밀도가 그 부분에 해당하는 만큼 감소하며, 결과적으로 둘레 방향(각도 방향)의 플라즈마 균일성이 악화된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서, 균일한 표면파 플라즈마를 형성하는 것이 가능한 표면파 플라즈마 발생용 안테나 및 표면파 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에서는 마이크로파 출력부로부터, 외측 도체와 내측 도체로 이루어지는 동축상의 도파로를 통해 전송된 마이크로파를 챔버 내에 방사하여, 상기 챔버 내에 표면파 플라즈마를 발생시키기 위한 표면파 플라즈마 발생용 안테나로서, 평면형상을 이루고 복수의 슬롯이 원주형상으로 형성되며, 원주 방향에 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분이 슬롯으로 둘러싸도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 제공한다.
상기 인접하는 슬롯과 슬롯은 그 이음매 부분에 있어서, 직경 방향으로 중첩되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이때, 상기 슬롯은 중앙부와 그곳으로부터 양측으로 연장하는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고 있고, 인접하는 슬롯 중 한쪽의 제 1 단부와 다른 쪽의 제 2 단부가 직경 방향으로 중첩되어 있도록 구성할 수 있다. 상기 중앙부, 상기 제 1 단부, 및 상기 제 2 단부는 실질적으로 원주 방향으로 동일한 길이를 갖고 있는 것이 바람직하다.
이 경우에, 상기 슬롯의 상기 중앙부는 직경 방향으로 소정 폭을 갖고, 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부는 상기 중앙부의 폭의 절반 이하의 폭을 갖고, 상기 제 1 단부와 인접하는 슬롯의 제 2 단부가 직경 방향으로 중첩되는 부분은 상기 중앙부와 동일한 폭을 갖고, 상기 복수의 슬롯의 존재 영역이 원환형상을 이루도록 형성할 수 있다. 또한, 상기 슬롯은 가늘고 긴 형상으로 형성되어 있고, 상기 복수의 슬롯은 원환 영역에 내포하도록 마련되고, 상기 제 1 단부가 인접하는 슬롯의 제 2 단부의 외측에 형성되고, 상기 제 2 단부가 인접하는 슬롯의 제 1 단부의 내측에 형성되고, 상기 중앙부는 외측의 제 1 단부에서 내측의 제 2 단부를 향해, 상기 원환 영역의 외측 부분으로부터 내측 부분을 비스듬히 가로지르도록 마련할 수도 있다.
상기 복수의 슬롯은 원주형상으로 복수 형성된 외측 원호형상 슬롯과, 그 내측에 원주형상으로 복수 형성된 내측 원호형상 슬롯으로 구성되고, 상기 외측 원호형상 슬롯끼리의 이음매 부분과 상기 내측 원호형상 슬롯끼리의 이음매 부분이 직경 방향으로 중첩되지 않도록 마련하도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 제 2 관점에서는 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 마이크로파 전원을 갖고, 마이크로파를 생성해서 출력하는 마이크로파 출력부, 및 출력된 마이크로파를 상기 챔버내에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 구비하고, 상기 챔버 내에 마이크로파를 도입해서 상기 챔버내에 공급된 가스의 표면파 플라즈마를 발생시키는 마이크로파 플라즈마원을 구비하고, 상기 마이크로파 도입 기구는 외측 도체와 내측 도체로 이루어지는 동축상의 도파로와, 상기 도파로를 통해서 전송된 마이크로파를, 상기 챔버 내에 방사하기 위한 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 갖고, 상기 표면파 플라즈마 발생용 안테나로서, 상기 제 1 관점의 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 마이크로파 도입 기구는 상기 도파로에 마련된, 상기 챔버내의 부하의 임피던스를 상기 마이크로파 전원의 특성 임피던스에 정합시키는 튜너를 더 가져도 좋다. 또한, 상기 마이크로파 도입 기구를 복수로 가져도 좋다.
본 발명에 따르면, 복수의 슬롯이 원주형상으로 형성되고, 원주 방향에 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분이 슬롯으로 둘러싸도록 구성했으므로, 슬롯의 이음매 부분의 슬롯이 존재하지 않는 부분에서 전자파 강도가 약해지는 것을 회피할 수 있다. 이 때문에, 둘레 방향(각도 방향)의 플라즈마 균일성을 양호하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 갖는 표면파 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 표면파 플라즈마 처리 장치에 이용되는 마이크로파 플라즈마원의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1의 표면파 플라즈마 처리 장치에 있어서의 마이크로파 도입 기구를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 마이크로파 도입 기구의 급전 기구를 나타내는 횡단면도이다.
도 5는 튜너의 본체에 있어서의 슬래그와 슬라이딩 부재를 나타내는 평면도이다.
도 6은 튜너의 본체에 있어서의 내측 도체를 나타내는 사시도이다.
도 7은 제 1 실시형태에 관한 표면파 플라즈마 발생용 안테나의 평면도이다.
도 8은 제 2 실시형태에 관한 표면파 플라즈마 발생용 안테나의 평면도이다.
도 9는 제 3 실시형태에 관한 표면파 플라즈마 발생용 안테나의 평면도이다.
도 10은 종래의 표면파 플라즈마 발생용 안테나에 있어서의 플라즈마 밀도 측정 위치를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 안테나를 이용한 경우의 슬롯의 중앙 위치, 슬롯 중앙과 빔(Beam) 사이의 위치, 빔 위치의 바로 아래에 있어서의 플라즈마 밀도를 나타내는 도면이다.
도 12는 종래의 표면파 플라즈마 발생용 안테나에 있어서의 둘레 방향의 전계 강도를 시뮬레이션한 서클 1 및 서클 2를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 안테나를 이용한 경우의 서클 1 및 서클 2에 있어서의 둘레 방향의 전계 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 7의 제 1 실시형태의 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 이용한 경우의 서클 1 및 서클 2에 있어서의 둘레 방향의 전계 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 8의 제 2 실시형태의 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 이용한 경우의 서클 1 및 서클 2에 있어서의 둘레 방향의 전계 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 9의 제 3 실시형태의 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 이용한 경우의 서클 1 및 서클 2에 있어서의 둘레 방향의 전계 강도 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.
[표면파 플라즈마 처리 장치의 구성]
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 갖는 표면파 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1의 표면파 플라즈마 처리 장치에 이용되는 마이크로파 플라즈마원의 구성을 나타내는 구성도이다.
표면파 플라즈마 처리 장치(100)는 웨이퍼에 대해 플라즈마 처리로서, 예를 들면, 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 기밀하게 구성된 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속재료로 이루어지는 대략 원통형상의 접지된 챔버(1)와, 챔버(1)내에 마이크로파 플라즈마를 형성하기 위한 마이크로파 플라즈마원(2)을 갖고 있다. 챔버(1)의 상부에는 개구부(1a)가 형성되어 있고, 마이크로파 플라즈마원(2)은 이 개구부(1a)로부터 챔버(1)의 내부를 임하도록 마련되어 있다.
챔버(1)내에는 피처리체인 웨이퍼 W를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(11)가, 챔버(1)의 바닥부 중앙에 절연 부재(12a)를 거쳐서 세워 마련된 통형상의 지지 부재(12)에 의해 지지된 상태에서 마련되어 있다. 서셉터(11) 및 지지 부재(12)를 구성하는 재료로서는 표면을 알루마이트 처리(양극산화 처리)한 알루미늄 등이 예시된다.
또한, 도시는 하지 않고 있지만, 서셉터(11)에는 웨이퍼 W를 정전 흡착하기 위한 정전 척, 온도 제어 기구, 웨이퍼 W의 이면에 열 전달용의 가스를 공급하는 가스 유로, 및 웨이퍼 W를 반송하기 위해 승강하는 승강 핀 등이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(11)에는 정합기(13)를 거쳐서 고주파 바이어스 전원(14)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 바이어스 전원(14)으로부터 서셉터(11)에 고주파 전력이 공급되는 것에 의해, 웨이퍼 Ｗ측에 플라즈마 중의 이온이 인입된다.
챔버(1)의 바닥부에는 배기관(15)이 접속되어 있고, 이 배기관(15)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(16)가 접속되어 있다. 그리고, 이 배기 장치(16)를 작동시키는 것에 의해 챔버(1)내가 배기되고, 챔버(1)내가 소정의 진공도까지 고속으로 감압하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(1)의 측벽에는 웨이퍼 W의 반입 반출을 실행하기 위한 반입출구(17)와, 이 반입출구(17)를 개폐하는 게이트밸브(18)가 마련되어 있다.
챔버(1)내의 서셉터(11)의 위쪽 위치에는 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스를 웨이퍼 W를 향해 토출하는 샤워 플레이트(20)가 수평으로 마련되어 있다. 이 샤워 플레이트(20)는 격자형상으로 형성된 가스 유로(21)와, 이 가스 유로(21)에 형성된 복수의 가스 토출 구멍(22)을 갖고 있고, 격자형상의 가스 유로(21)의 사이는 공간부(23)로 되어 있다. 이 샤워 플레이트(20)의 가스 유로(21)에는 챔버(1)의 외측으로 연장하는 배관(24)이 접속되어 있고, 이 배관(24)에는 처리 가스 공급원(25)이 접속되어 있다.
한편, 챔버(1)의 샤워 플레이트(20)의 위쪽 위치에는 링형상의 플라즈마 가스 도입 부재(26)가 챔버 벽을 따라 마련되어 있고, 이 플라즈마 가스 도입 부재(26)에는 내주에 복수의 가스 토출 구멍이 마련되어 있다. 이 플라즈마 가스 도입 부재(26)에는 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급원(27)이 배관(28)을 거쳐서 접속되어 있다. 플라즈마 가스로서는 Ar 가스 등이 바람직하게 이용된다.
플라즈마 가스 도입 부재(26)로부터 챔버(1)내에 도입된 플라즈마 가스는 마이크로파 플라즈마원(2)으로부터 챔버(1)내에 도입된 마이크로파에 의해 플라즈마화되고, 이 플라즈마가 샤워 플레이트(20)의 공간부(23)를 통과하며 샤워 플레이트(20)의 가스 토출 구멍(22)으로부터 토출된 처리 가스를 여기하여, 처리 가스의 플라즈마를 형성한다.
마이크로파 플라즈마원(2)은 챔버(1)의 상부에 마련된 지지 링(29)에 의해 지지되어 있고, 이들 사이는 기밀하게 시일되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마원(2)은 복수 경로로 분배해서 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력부(30)와, 마이크로파 출력부(30)로부터 출력된 마이크로파를 전송하고 챔버(1)내에 방사하기 위한 마이크로파 공급부(40)를 갖고 있다.
마이크로파 출력부(30)는 마이크로파 전원(31)과, 마이크로파 발진기(32)와, 발진된 마이크로파를 증폭하는 앰프(33)와, 증폭된 마이크로파를 복수로 분배하는 분배기(34)를 갖고 있다.
마이크로파 발진기(32)는 소정 주파수(예를 들면, 915㎒)의 마이크로파를, 예를 들면, PLL(Phase Locked Loop) 발진시킨다. 분배기(34)에서는 마이크로파의 손실이 가능한 한 일어나지 않도록, 입력측과 출력측의 임피던스 정합을 취하면서 앰프(33)에서 증폭된 마이크로파를 분배한다. 또, 마이크로파의 주파수로서는 915㎒ 이외에, 700㎒ 내지 3㎓를 이용할 수 있다.
마이크로파 공급부(40)는 분배기(34)에서 분배된 마이크로파를 주로 증폭하는 복수의 앰프부(42)와, 복수의 앰프부(42)의 각각에 접속된 마이크로파 도입 기구(41)를 갖고 있다.
앰프부(42)는 위상기(45)와, 가변 이득 앰프(46)와, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(47)와, 아이솔레이터(48)를 갖고 있다.
위상기(45)는 마이크로파의 위상을 변화시킬 수 있도록 구성되어 있고, 이것을 조정하는 것에 의해 방사 특성을 변조시킬 수 있다. 예를 들면, 각 안테나 모듈마다 위상을 조정하는 것에 의해 지향성을 제어해서 플라즈마 분포를 변화시키는 것이나, 후술하는 바와 같이 인접하는 안테나 모듈에 있어서 90° 씩 위상을 어긋나게 해서 원(圓) 편파를 얻을 수 있다. 또한, 위상기(45)는 앰프내의 부품간의 지연 특성을 조정하고, 튜너내에서의 공간 합성을 목적으로 해서 사용할 수 있다. 단, 이러한 방사 특성의 변조나 앰프내의 부품간의 지연 특성의 조정이 불필요한 경우에는 위상기(45)는 마련할 필요는 없다.
가변 이득 앰프(46)는 메인 앰프(47)에 입력하는 마이크로파의 전력 레벨을 조정하고, 개개의 안테나 모듈의 편차를 조정 또는 플라즈마 강도 조정을 위한 앰프이다. 가변 이득 앰프(46)를 각 안테나 모듈마다 변화시키는 것에 의해서, 발생하는 플라즈마에 분포를 생기게 할 수도 있다.
솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(47)는, 예를 들면, 입력 정합 회로와, 반도체 증폭 소자와, 출력 정합 회로와, 고Q 공진 회로를 갖는 구성으로 할 수 있다.
아이솔레이터(48)는 마이크로파 도입 기구(41)에서 반사해서 메인 앰프(47)를 향하는 반사 마이크로파를 분리하는 것이며, 써큘레이터와 더미 로드(동축 종단기)를 갖고 있다. 써큘레이터는 후술하는 마이크로파 도입 기구(41)의 안테나부(43)에서 반사한 마이크로파를 더미 로드로 보내고, 더미 로드는 써큘레이터에 의해 보내진 반사 마이크로파를 열로 변환한다.
마이크로파 도입 기구(41)는 도 3의 종단면도, 도 4의 횡단면도에 나타내는 바와 같이, 마이크로파를 전송하는 동축 구조의 도파로(44)와, 도파로(44)를 전송된 마이크로파를 챔버(1)내에 방사하는 안테나부(43)를 갖고 있다. 그리고, 마이크로파 도입 기구(41)로부터 챔버(1)내에 방사된 마이크로파가 챔버(1)내의 공간에서 합성되고, 챔버(1)내에서 표면파 플라즈마가 형성되도록 되어 있다.
도파로(44)는 통형상의 외측 도체(52) 및 그 중심에 마련된 봉형상의 내측 도체(53)가 동축상으로 배치되어 구성되어 있고, 도파로(44)의 선단에 안테나부(43)가 마련되어 있다. 도파로(44)는 내측 도체(53)가 급전측, 외측 도체(52)가 접지측으로 되어 있다. 외측 도체(52) 및 내측 도체(53)의 상단에 반사판(58)으로 되어 있다.
도파로(44)의 기단측에는 마이크로파(전자파)를 급전하는 급전 기구(54)가 마련되어 있다. 급전 기구(54)는 도파로(44)(외측 도체(52))의 측면에 마련된 마이크로파 전력을 도입하기 위한 마이크로파 전력 도입 포트(55)를 갖고 있다. 마이크로파 전력 도입 포트(55)에는 앰프부(42)로부터 증폭된 마이크로파를 공급하기 위한 급전선으로서, 내측 도체(56a) 및 외측 도체(56b)로 이루어지는 동축선로(56)가 접속되어 있다. 그리고, 동축선로(56)의 내측 도체(56a)의 선단에는 외측 도체(52)의 내부를 향해 수평으로 연장하는 급전 안테나(90)가 접속되어 있다.
급전 안테나(90)는, 예를 들면, 알루미늄 등의 금속판을 절삭 가공한 후, 테프론(등록상표) 등의 유전체 부재의 틀에 끼워 형성된다. 반사판(58)에서 급전 안테나(90)까지의 사이에는 반사파의 실효파장을 짧게 하기 위한 테프론(등록상표) 등의 유전체로 이루어지는 지파재(59)가 마련되어 있다. 또, 2.45㎓ 등의 주파수가 높은 마이크로파를 이용한 경우에는 지파재(59)는 마련하지 않아도 좋다. 이 때, 급전 안테나(90)로부터 방사되는 전자파를 반사판(58)에서 반사시킴으로써, 최대의 전자파를 동축 구조의 도파로(44)내에 전송시킨다. 그 경우, 급전 안테나(90)에서 반사판(58)까지의 거리를 약 λg/4의 반파장배로 설정한다. 단, 주파수가 낮은 마이크로파에서는 직경 방향의 제약으로 인해, 이것에 적용되지 않는 경우도 있다. 그 경우에는 급전 안테나(90)로부터 발생시키는 전자파의 배(腹)를 급전 안테나(90)가 아닌, 급전 안테나(90)의 아래쪽으로 유기시키도록, 급전 안테나의 형상을 최적화하는 것이 바람직하다.
급전 안테나(90)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 마이크로파 전력 도입 포트(55)에 있어서 동축선로(56)의 내측 도체(56a)에 접속되고, 전자파가 공급되는 제 1 극(92) 및 공급된 전자파를 방사하는 제 2 극(93)을 갖는 안테나 본체(91)와, 안테나 본체(91)의 양측으로부터, 내측 도체(53)의 외측을 따라 연장하고, 링형상을 이루는 반사부(94)를 갖고, 안테나 본체(91)에 입사된 전자파와 반사부(94)에서 반사된 전자파로 정재파를 형성하도록 구성되어 있다. 안테나 본체(91)의 제 2 극(93)은 내측 도체(53)에 접촉하고 있다.
급전 안테나(90)가 마이크로파(전자파)를 방사하는 것에 의해, 외측 도체(52)와 내측 도체(53)의 사이의 공간에 마이크로파 전력이 급전된다. 그리고, 급전 기구(54)에 공급된 마이크로파 전력이 안테나부(43)를 향해 전파된다.
도파로(44)에는 튜너(60)가 마련되어 있다. 튜너(60)는 챔버(1)내의 부하(플라즈마)의 임피던스를 마이크로파 출력부(30)에 있어서의 마이크로파 전원의 특성 임피던스에 정합시키는 것이며, 외측 도체(52)와 내측 도체(53)의 사이에 설치되어 상하로 이동 가능한 2개의 슬래그(61a, 61b)와, 반사판(58)의 외측(상측)에 마련된 슬래그 구동부(70)를 갖고 있다.
이들 슬래그 중, 슬래그(61a)는 슬래그 구동부(70)측에 마련되고, 슬래그(61b)는 안테나부(43)측에 마련되어 있다. 또한, 내측 도체(53)의 내부공간에는 그 길이 방향을 따라, 예를 들면, 사다리꼴 나사가 형성된 나사봉으로 이루어지는 슬래그 이동용의 2개의 슬래그 이동축(64a, 64b)이 마련되어 있다.
슬래그(61a)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 유전체로 이루어지는 원환형상을 이루고, 그 내측에 평활성을 갖는 수지로 이루어지는 슬라이딩 부재(63)가 끼워 넣어져 있다. 슬라이딩 부재(63)에는 슬래그 이동축(64a)이 나사식 결합하는 나사 구멍(65a)과 슬래그 이동축(64b)이 삽입 통과되는 관통 구멍(65b)이 마련되어 있다. 한편, 슬래그(61b)는 슬래그(61a)와 마찬가지로, 나사 구멍(65a)과 관통 구멍(65b)을 갖고 있지만, 슬래그(61a)와는 반대로, 나사 구멍(65a)은 슬래그 이동축(64b)에 나사식 결합되고, 관통 구멍(65b)에는 슬래그 이동축(64a)이 삽입 통과되도록 되어 있다. 이에 따라 슬래그 이동축(64a)을 회전시키는 것에 의해 슬래그(61a)가 승강 이동하고, 슬래그 이동축(64b)을 회전시키는 것에 의해 슬래그(61b)가 승강 이동한다. 즉, 슬래그 이동축(64a, 64b)과 슬라이딩 부재(63)로 이루어지는 나사 기구에 의해 슬래그(61a, 61b)가 승강 이동된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 내측 도체(53)에는 길이 방향을 따라 등 간격으로 3개의 슬릿(53a)이 형성되어 있다. 한편, 슬라이딩 부재(63)는 이들 슬릿(53a)에 대응하도록 3개의 돌출부(63a)가 등간격으로 마련되어 있다. 그리고, 이들 돌출부(63a)가 슬래그(61a, 61b)의 내주(안둘레)에 맞닿은 상태에서 슬라이딩 부재(63)가 슬래그(61a, 61b)의 내부에 끼워 넣어진다. 슬라이딩 부재(63)의 외주면은 내측 도체(53)의 내주면과 여유 없이 접촉하도록 되어 있고, 슬래그 이동축(64a, 64b)이 회전되는 것에 의해, 슬라이딩 부재(63)가 내측 도체(53)를 미끄러져 승강하도록 되어 있다. 즉, 내측 도체(53)의 내주면이 슬래그(61a, 61b)의 슬라이드 가이드로서 기능한다. 또, 슬릿(53a)의 폭은 5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이 내측 도체(53)의 내부에 누설하는 마이크로파 전력을 실질적으로 없앨 수 있고, 마이크로파 전력의 방사 효율을 높게 유지할 수 있다.
슬라이딩 부재(63)를 구성하는 수지 재료로서는 양호한 평활성을 갖고, 가공이 비교적 용이한 수지, 예를 들면, 폴리페닐렌술파이드(PPS) 수지를 바람직한 것으로서 들 수 있다.
상기 슬래그 이동축(64a, 64b)은 반사판(58)을 관통해서 슬래그 구동부(70)에 연장되어 있다. 슬래그 이동축(64a, 64b)과 반사판(58)의 사이에는 베어링(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 또한, 내측 도체(53)의 하단에는 도체로 이루어지는 축받이부(67)가 마련되어 있고, 슬래그 이동축(64a, 64b)의 하단은 이 축받이부(67)에 축지되어 있다.
슬래그 구동부(70)는 하우징체(71)를 갖고, 슬래그 이동축(64a 및 64b)은 하우징체(71)내에 연장되어 있으며, 슬래그 이동축(64a 및 64b)의 상단에는 각각 기어(72a 및 72b)가 부착되어 있다. 또한, 슬래그 구동부(70)에는 슬래그 이동축(64a)을 회전시키는 모터(73a)와, 슬래그 이동축(64b)을 회전시키는 모터(73b)가 마련되어 있다. 모터(73a)의 축에는 기어(74a)가 부착되고, 모터(73b)의 축에는 기어(74b)가 부착되어 있으며, 기어(74a)가 기어(72a)에 맞물리고, 기어(74b)가 기어(72b)에 맞물리도록 되어 있다. 따라서, 모터(73a)에 의해 기어(74a 및 72a)를 사용하여 슬래그 이동축(64a)이 회전되고, 모터(73b)에 의해 기어(74b 및 72b)를 사용하여 슬래그 이동축(64b)이 회전된다. 또, 모터(73a, 73b)는, 예를 들면, 스테핑 모터이다.
또, 슬래그 이동축(64b)은 슬래그 이동축(64a)보다도 길고, 위쪽에 도달해 있으며, 따라서, 기어(72a 및 72b)의 위치가 상하로 오프셋되어 있고, 모터(73a 및 73b)도 상하로 오프셋되어 있다. 이에 따라, 모터 및 기어 등의 동력 전달 기구의 스페이스를 작게 할 수 있고, 이들을 수용하는 하우징체(71)를 외측 도체(52)와 동일 직경으로 하는 것이 가능하게 된다.
모터(73a 및 73b)의 위에는 이들 출력축에 직결하도록, 각각 슬래그(61a 및 61b)의 위치를 검출하기 위한 인크리먼트형의 인코더(Increment Encoder)(75a 및 75b)가 마련되어 있다.
슬래그(61a 및 61b)의 위치는 슬래그 컨트롤러(68)에 의해 제어된다. 구체적으로는 도시하지 않은 임피던스 검출기에 의해 검출된 입력단의 임피던스값과, 인코더(75a 및 75b)에 의해 검지된 슬래그(61a 및 61b)의 위치 정보에 의거하여, 슬래그 컨트롤러(68)가 모터(73a 및 73b)에 제어 신호를 보내고, 슬래그(61a 및 61b)의 위치를 제어하는 것에 의해, 임피던스를 조정하도록 되어 있다. 슬래그 컨트롤러(68)는 종단이, 예를 들면, 50Ω이 되도록 임피던스 정합을 실행시킨다. 2개의 슬래그 중 한쪽만을 움직이면, 스미스 차트의 원점을 지나는 궤적을 그리고, 양쪽 동시에 움직이면 위상만이 회전한다.
안테나부(43)는 마이크로파를 방사하는 슬롯을 갖고 평면형상을 이루는, 표면파 플라즈마를 발생하기 위한 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)를 갖고 있다. 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 상세는 후술한다.
안테나부(43)는 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 상면에 마련된 지파재(82)를 갖고 있다. 지파재(82)의 중심에는 도체로 이루어지는 원주부재(82a)가 관통해서 축받이부(67)와 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)를 접속하고 있다. 따라서, 내측 도체(53)가 축받이부(67) 및 원주부재(82a)를 거쳐서 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)에 접속되어 있다. 또, 외측 도체(52)의 하단은 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)까지 연장되어 있고, 지파재(82)의 주위는 외측 도체(52)로 덮여 있다. 또한, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81) 및 후술하는 천판(83)의 주위는 피복 도체(84)로 덮여 있다.
지파재(82)는 진공보다도 큰 유전율을 갖고 있으며, 예를 들면, 석영, 세라믹스, 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있고, 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어지기 때문에, 마이크로파의 파장을 짧게 해서 안테나를 작게 하는 기능을 갖고 있다. 불소계 수지의 일례로서, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 사용할 수 있다. 지파재(82)는 그 두께에 의해 마이크로파의 위상을 조정할 수 있고, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)가 정재파의 배(Antinode)가 되도록 그 두께를 조정한다. 이에 따라, 반사가 최소이고, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 방사 에너지가 최대가 되도록 할 수 있다.
또한, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 더욱 선단측에는 진공 시일을 위한 유전체 부재, 예를 들면, 석영이나 세라믹스 등으로 이루어지는 천판(83)이 배치되어 있다. 그리고, 메인 앰프(47)에서 증폭된 마이크로파가 내측 도체(53)와 외측 도체(52)의 둘레벽의 사이를 통과해 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)로부터 천판(83)을 투과해서 챔버(1)내의 공간으로 방사된다.
본 실시형태에 있어서, 메인 앰프(47)와, 튜너(60)와, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)는 근접 배치하고 있다. 그리고, 튜너(60)와 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)는 1/2파장내에 존재하는 집중 정수 회로를 구성하고 있고, 또한 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81), 지파재(82), 천판(83)은 합성 저항이 50Ω으로 설정되어 있으므로, 튜너(60)는 플라즈마 부하에 대해 직접 튜닝하고 있는 것으로 되고, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 전달할 수 있다.
표면파 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 각 구성부는 마이크로 프로세서를 구비한 제어부(110)에 의해 제어되도록 되어 있다. 제어부(110)는 표면파 플라즈마 처리 장치(100)의 프로세스 시퀀스 및 제어 파라미터인 프로세스 레시피를 기억한 기억부나, 입력 수단 및 디스플레이 등을 구비하고 있으며, 선택된 프로세스 레시피에 따라 플라즈마 처리 장치를 제어하도록 되어 있다.
[표면파 플라즈마 발생용 안테나의 구성]
다음에, 상기 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 구성에 대해 설명한다.
(표면파 플라즈마 발생용 안테나의 제 1 실시형태)
도 7은 표면파 플라즈마 발생용 안테나의 제 1 실시형태를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태에서는 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)는 전체가 원판형상(평면형상)을 이루고 6개의 슬롯(121)이 원주형상으로 형성되어 있다. 이들 슬롯(121)은 모두 동일 형상의 원호형상을 이루고 있고, 모두 굵은 원호형상을 이루는 중앙부(121a)와, 중앙부(121a)의 원주 방향 단부의 양측으로부터 원호형상으로 연장하는 제 1 단부(121b) 및 제 2 단부(121c)를 갖고 있다. 그리고, 이들 슬롯(121) 중 인접하는 것끼리의 이음매 부분은 한쪽의 슬롯(121)의 제 1 단부(121b)가 다른 쪽의 슬롯(121)의 제 2 단부(121c)와 직경 방향으로 중첩되도록 구성되어 있다. 즉, 원주 방향으로 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분이 슬롯으로 둘러싸도록 구성되고, 둘레 방향에 슬롯이 없는 부분이 존재하지 않도록 하고 있다. 제 1 단부(121b) 및 제 2 단부(121c)의 직경 방향의 폭은 중앙부(121a)의 직경 방향의 폭의 절반 이하로 되어 있고, 제 1 단부(121b)는 중앙부(121a)의 한쪽의 원주 방향 단부의 외측(외주측)으로부터 원주 방향으로 연장하고, 제 2 단부(121c)는 중앙부(121a)의 다른쪽의 원주 방향 단부의 내측(내주측)으로부터 원주 방향으로 연장하고 있다. 그리고, 제 1 단부(121b)의 외주는 중앙부(121a)의 외주에 연속되어 있고, 제 2 단부(121c)의 내주는 중앙부(121a)의 내주에 연속되어 있다. 이 때문에, 인접하는 슬롯(121)의 이음매 부분에 있어서, 제 1 단부(121b)가 외측이, 제 2 단부(121c)가 내측이 되도록 중첩되어 있고, 6개의 슬롯(121)은 전체적으로 중앙부(121a)와 제 1 단부(121b)의 외주를 연결한 선을 외주로 하고, 중앙부(121a)와 제 2 단부(121c)의 내주를 연결한 선을 내주로 하는 동일 폭의 원환 영역을 형성하도록 마련되어 있다.
슬롯(121)은 (λg/2)-δ의 길이를 갖는다. 단, λg는 마이크로파의 실효 파장이며, δ은 원주 방향(각도 방향)으로 전계강도의 균일성이 높아지도록 미세 조정하는 미세 조정 성분(0 포함)이다. 또, 슬롯(121)의 길이는 약 λg/2에 한정되지 않고, λg/2의 정수배에서 미세 조정 성분(0 포함)을 뺀 것이면 좋다. 중앙부(121a), 제 1 단부(121b), 제 2 단부(121c)는 대략 균등한 길이를 갖고 있다. 즉, 슬롯(121)의 길이가 (λg/2)-δ일 때에는 각각 중앙부(121a), 제 1 단부(121b), 제 2 단부(121c)는 각각 (λg/6)-δ1, (λg/6)-δ2, (λg/6)-δ3의 길이로 된다. 단, δ1, δ2, δ3은 원주 방향(각도 방향)으로 전계 강도의 균일성이 높아지도록 미세 조정하는 미세 조정 성분(0 포함)이다. 인접하는 슬롯이 오버랩하는 부분의 길이는 동등한 쪽이 바람직하므로, δ2=δ3인 것이 바람직하다. 본 실시형태의 경우, 하나의 슬롯(121)의 길이가 약 λg/2이며, 그것이 6개이기 때문에 합계의 길이가 약 3λg이지만, 그 중 오버랩 부분은 (λg/6)×6=λg이며, 전체의 길이는 2λg로 되기 때문에, 안테나의 방사 효율은 길이가 약 λg/2의 슬롯을 원주형상으로 4개 배치한 종래의 안테나와 대략 같게 된다.
슬롯(121)은 그 내주가, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 중심으로부터 (λg/4)+δ′의 위치가 되도록 형성된다. 단, δ′은 직경 방향의 전계 강도 분포를 균일하게 하기 위해 미세 조정하는 미세 조정 성분(0 포함)이다. 또, 중심에서 슬롯 내주까지의 길이는 약 λg/4에 한정되지 않고, λg/4의 정수배에 미세 조정 성분(0 포함)을 더한 것이면 좋다.
(표면파 플라즈마 발생용 안테나의 제 2 실시형태)
도 8은 표면파 플라즈마 발생용 안테나의 제 2 실시형태를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태에서는 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)는 전체가 원판형상(평면형상)을 이루고, 6개의 슬롯(131)이 전체 형상이 원주형상으로 되도록 형성되어 있다. 이들 슬롯(131)은 모두 동일한 형상이고, 원주를 따라 가늘고 긴 형상으로 형성되어 있다. 이들 슬롯(131) 중 인접하는 것끼리의 이음매 부분은 한쪽의 슬롯(131)의 단부와 다른 쪽의 슬롯(131)의 단부가 중첩되도록 구성되어 있다. 즉, 원주 방향으로 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분이 슬롯으로 둘러싸도록 구성되고, 둘레 방향에 슬롯이 없는 부분이 존재하지 않도록 하고 있다. 구체적으로는, 슬롯(131)의 양단에 각각 인접하는 슬롯(131)과 중첩되는 제 1 단부(131b) 및 제 2 단부(131c)를 갖고 있고, 제 1 단부(131b)와 제 2 단부(131c)의 사이의 중첩이 없는 부분이 중앙부(131a)로 되어 있다. 그리고, 인접하는 슬롯(131) 중, 한쪽의 제 1 단부(131b)와 다른 쪽의 제 2 단부(131c)가, 제 1 단부(131b)가 외측이 제 2 단부(131c)가 내측이 되도록 중첩되어 있다. 중앙부(131a)는 외측에 있는 제 1 단부(131b)와 내측에 있는 제 2 단부(131c)를 연결하고 있기 때문에, 도 8에 나타내는 6개의 슬롯(131)을 내포하는 2점쇄선으로 나타내는 원환 영역(132)에 있어서 외주와 일치하는 제 1 단부(131b)와 내주와 일치하는 제 2 단부(131c)의 사이를 비스듬히 연결하도록 되어 있다.
슬롯(131)은 제 1 실시형태의 슬롯(121)과 마찬가지로, (λg/2)-δ의 길이를 갖는다. δ은 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 이 실시형태에 있어서도, 슬롯(131)의 길이는 약 λg/2에 한정되지 않고, λg/2의 정수배에서 미세 조정 성분(0 포함)을 뺀 것이면 좋다. 중앙부(131a), 제 1 단부(131b), 제 2 단부(131c)는 제 1 실시형태의 중앙부(121a), 제 1 단부(121b), 제 2 단부(121c)와 마찬가지로, 대략 균등한 길이를 갖고 있다. 즉, 슬롯(131)의 길이가 (λg/2)-δ일 때에는 각각 중앙부(131a), 제 1 단부(131b), 제 2 단부(131c)는 각각 (λg/6)-δ1, (λg/6)-δ2, (λg/6)-δ3의 길이로 된다. δ1, δ2, δ3은 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 또한, 인접하는 슬롯이 오버랩하는 부분의 길이는 동등한 쪽이 바람직하므로, δ2=δ3인 것이 바람직하다. 본 실시형태의 하나의 슬롯(131)의 길이는 제 1 실시형태의 슬롯(121)과 마찬가지로, 약 λg/2이며, 그것이 6개이기 때문에 합계의 길이가 약 3λg이지만, 그 중 오버랩 부분은 (λg/6)×6=λg이며, 전체의 길이는 2λg로 되기 때문에, 안테나의 방사 효율은 길이가 약 λg/2의 슬롯을 원주형상으로 4개 배치한 종래의 안테나와 대략 같게 된다.
슬롯(131)은 그 내주(상기 원환 영역(132)의 내주)가 제 1 실시형태의 슬롯(121)과 마찬가지로, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 중심으로부터 (λg/4)+δ′의 위치가 되도록 형성된다. 또, 중심에서 슬롯 내주까지의 길이는 약 λg/4에 한정되지 않고, λg/4의 정수배에 미세 조정 성분(0 포함)을 더한 것이면 좋다.
(표면파 플라즈마 발생용 안테나의 제 3 실시형태)
도 9는 표면파 플라즈마 발생용 안테나의 제 3 실시형태를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태에서는 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)는 전체가 원판형상(평면형상)을 이루는 동시에, 4개의 원호형상의 슬롯(141)이 소정 간격을 두고 원주형상으로 형성되고, 그 내측에 4개의 원호형상의 슬롯(142)이 소정 간격을 두고 원주형상으로 형성되어 있다. 그리고, 외측의 슬롯(141)의 외주에서 내측의 슬롯(142)의 내주까지의 길이 L은 4개의 슬롯을 원주형상으로 배치한 종래의 슬롯의 폭과 대략 동등으로 되고, 외측의 슬롯(141)의 사이의 프레임 부분(141a)(이음매 부분)과 내측의 슬롯(142)의 사이의 프레임 부분(142a)(이음매 부분)이 직경 방향에서 중첩되지 않도록 되어 있다. 즉, 원주 방향으로 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분이 슬롯으로 둘러싸도록 구성되고, 둘레 방향에 외측의 슬롯(141) 및 내측의 슬롯(142)의 적어도 한쪽이 반드시 존재하도록 하고 있다. 도 9에서는 외측의 슬롯(141)의 사이의 프레임 부분(141a)이 내측의 슬롯(142)의 중앙에 위치하고, 내측의 슬롯(142)의 사이의 프레임 부분(142a)이 외측의 슬롯(141)의 중앙에 위치하고 있다.
슬롯(141)은 (λg/2)-δ4의 길이를 갖고, 슬롯(142)은 (λg/2)-δ5의 길이를 갖는다. δ4, δ5는 원주 방향(각도 방향)으로 전계강도의 균일성이 높아지도록 미세 조정하는 미세 조정 성분(0 포함)이다. 또, 슬롯(141, 142)의 길이는 약 λg/2에 한정되지 않고, λg/2의 정수배에서 미세 조정 성분(0 포함)을 뺀 것이면 좋다.
슬롯(141, 142)은 내측의 슬롯(142)의 내주가 제 1 실시형태의 슬롯(121)과 마찬가지로, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)의 중심으로부터 (λg/4)+δ′의 위치가 되도록 형성된다. 또, 중심에서 슬롯 내주까지의 길이는 약 λg/4에 한정되지 않고, λg/4의 정수배에 미세 조정 성분(0 포함)을 더한 것이면 좋다.
[표면파 플라즈마 처리 장치의 동작]
다음에, 이상과 같이 구성되는 표면파 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 동작에 대해 설명한다.
우선, 웨이퍼 W를 챔버(1)내에 반입하고, 서셉터(11)상에 탑재한다. 그리고, 플라즈마 가스 공급원(27)으로부터 배관(28) 및 플라즈마 가스 도입 부재(26)를 통해 챔버(1)내에 플라즈마 가스, 예를 들면, Ar 가스를 도입하면서, 마이크로파 플라즈마원(2)으로부터 마이크로파를 챔버(1)내에 도입하여 표면파 플라즈마를 생성한다.
이와 같이 해서 표면파 플라즈마를 생성한 후, 처리 가스, 예를 들면, Cl2 가스 등의 에칭 가스가 처리 가스 공급원(25)으로부터 배관(24) 및 샤워 플레이트(20)를 통해서 챔버(1)내에 토출된다. 토출된 처리 가스는 샤워 플레이트(20)의 공간부(23)를 통과해 온 플라즈마에 의해 여기되어 플라즈마화되고, 이 처리 가스의 플라즈마에 의해 웨이퍼 W에 플라즈마 처리, 예를 들면, 에칭 처리가 실시된다.
상기 표면파 플라즈마를 생성할 때, 마이크로파 플라즈마원(2)에서는 마이크로파 출력부(30)의 마이크로파 발진기(32)로부터 발진된 마이크로파 전력은 앰프(33)에서 증폭된 후, 분배기(34)에 의해 복수로 분배되고, 분배된 마이크로파 전력은 마이크로파 공급부(40)로 보내진다. 마이크로파 공급부(40)에 있어서는 이와 같이 복수로 분배된 마이크로파 전력은 솔리드 스테이트 앰프(Solid State Amplifier)를 구성하는 메인 앰프(47)에서 개별적으로 증폭되고, 마이크로파 도입 기구(41)의 도파로(44)에 급전되고, 튜너(60)에서 임피던스가 자동 정합되며, 전력 반사가 실질적으로 없는 상태에서, 안테나부(43)의 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81) 및 천판(83)을 통해 챔버(1)내에 방사되어 공간 합성된다.
마이크로파 도입 기구(41)의 도파로(44)에의 급전은 동축 구조의 도파로(44)의 축의 연장선상에 슬래그 구동부(70)가 마련되어 있기 때문에, 측면으로부터 실행된다. 즉, 동축선로(56)로부터 전파해 온 마이크로파(전자파)가, 도파로(44)의 측면에 마련된 마이크로파 전력 도입 포트(55)에 있어서 급전 안테나(90)의 제 1 극(92)에 도달하면, 안테나 본체(91)를 따라 마이크로파(전자파)가 전파해 가고, 안테나 본체(91)의 선단의 제 2 극(93)으로부터 마이크로파(전자파)를 방사한다. 또한, 안테나 본체(91)를 전파하는 마이크로파(전자파)가 반사부(94)에서 반사하고, 그것이 입사파와 합성되는 것에 의해 정재파를 발생시킨다. 급전 안테나(90)의 배치 위치에서 정재파가 발생하면, 내측 도체(53)의 외벽을 따라 유도 자계가 생기고, 그것에 유도되어 유도 전계가 발생한다. 이들 연쇄작용에 의해, 마이크로파(전자파)가 도파로(44)내를 전파하고, 안테나부(43)로 보내진다.
이 때, 도파로(44)에 있어서, 급전 안테나(90)로부터 방사되는 마이크로파(전자파)를 반사판(58)에서 반사시킴으로써 최대의 마이크로파(전자파) 전력을 동축 구조의 도파로(44)에 전송할 수 있지만, 그 경우, 반사파와의 합성을 효과적으로 실행하기 위해 급전 안테나(90)에서 반사판(58)까지의 거리가 약 λg/4의 반파장배가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 복수로 분배된 마이크로파를, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(47)에서 개별적으로 증폭하고, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)를 이용해서 개별적으로 방사한 후에 챔버(1)내에서 합성하므로, 대형의 아이솔레이터나 합성기가 불필요하게 된다.
또한, 마이크로파 도입 기구(41)는 안테나부(43)와 튜너(60)가 일체로 되어 있으므로, 매우 콤팩트하다. 이 때문에, 마이크로파 플라즈마원(2) 자체를 콤팩트화할 수 있다. 또한, 메인 앰프(47), 튜너(60) 및 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)가 근접해서 마련되고, 특히, 튜너(60)와 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)는 집중 정수 회로로서 구성할 수 있으며, 또한 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81), 지파재(82), 천판(83)의 합성 저항을 50Ω으로 설계하는 것에 의해, 튜너(60)에 의해 고밀도로 플라즈마 부하를 튜닝할 수 있다. 또한, 튜너(60)는 2개의 슬래그(61a, 61b)를 이동하는 것만으로 임피던스 정합을 실행할 수 있는 슬래그 튜너를 구성하고 있으므로 콤팩트이고 저손실이다. 또한, 이와 같이 튜너(60)와 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)가 근접하고, 집중 정수 회로(Lumped Constant Circuit)를 구성하고 또한 공진기로서 기능하는 것에 의해, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)에 이르기까지의 임피던스 부정합을 고정밀도로 해소할 수 있고, 실질적으로 부정합 부분을 플라즈마 공간으로 할 수 있으므로, 튜너(60)에 의해 고정밀도의 플라즈마 제어가 가능하게 된다.
또한, 슬래그를 구동시키기 위한 구동 전달부, 구동 가이드부, 유지부에 상당하는 것을 내측 도체(53)의 내부에 마련했으므로, 슬래그(61a, 61b)의 구동 기구를 소형화할 수 있고, 마이크로파 도입 기구(41)를 소형화할 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이, 마이크로파 도입 기구(41)의 도파로(44)에 급전된 마이크로파는 안테나부(43)의 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81) 및 천판(83)을 거쳐서 챔버(1)내에 방사되지만, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)에, 종래와 같이, 복수의 원호형상의 슬롯이 원주형상으로 균등하게 형성되어 있는 경우에는 슬롯과 슬롯의 이음매의 개구부가 없는 부분(빔 부분)에서 전자파 강도가 약해지고, 플라즈마 밀도가 그 부분에 해당하는 만큼 감소한다.
예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같은 4개의 원호형상의 슬롯(81a)이 원주형상으로 균등하게 형성된 종래의 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81′)의 경우에는 슬롯(81a)의 중앙 위치 A, 슬롯 중앙과 빔의 사이의 위치 B, 빔 위치 C에 있어서의 전자파 강도가 다르기 때문에, 그 바로 아래 위치의 전계가 약해져 플라즈마 밀도가 도 11에 나타내는 바와 같이 변동되어 버린다. 또, 도 11의 횡축은 석영 천판의 단부로부터의 직경 방향의 거리를 나타내고 있다.
이때의 도 12에 나타내는 서클 1 및 서클 2에 있어서의 전자계 시뮬레이션에 의한 전계강도를 도 13에 나타낸다. 도 12의 서클 1은 슬롯(81a)의 외주위치를 둘레 방향(각도 방향)으로 따른 것이며, 서클 2는 슬롯(81a)의 내주보다도 내측 부분을 둘레 방향(각도 방향)으로 따른 것이다. 도 13은 횡축에 서클 1 및 서클 2의 기준 위치로부터의 길이를 취하고, 종축에 전자계 시뮬레이션에 의한 전계 강도를 취하고 있다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 슬롯과 슬롯의 사이의 빔 위치에 있어서 전계 강도가 저하하고 있으며, 그 영향이 슬롯의 내측에도 나타나고 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 표면파 플라즈마 발생용 안테나(81)를, 상술한 도 7∼9에 나타내는 제 1∼제 3 실시형태와 같은 것으로 하고, 원주 방향으로 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분이, 슬롯으로 둘러싸도록 구성하고, 둘레 방향에 슬롯이 없는 부분이 존재하지 않도록 하였다. 이에 따라, 슬롯과 슬롯의 이음매 부분에 있어서 슬롯이 존재하지 않는 것에 의한 전자파 강도가 약해지는 것이 방지되고, 둘레 방향(각도 방향)의 전계 강도가 균일한 것으로 된다. 이 때문에 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있다.
상기 도 7∼9에 나타내는 제 1∼제 3 실시형태의 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 이용한 경우의 전자계 시뮬레이션에 의한 둘레 방향(각도 방향)의 전계 강도 분포를 도 14∼도 16에 나타낸다. 이들 도면에서는 상기 도 12에 나타내는 서클 1 및 서클 2의 위치에 있어서의 전계 강도를 나타내는 것이다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1∼제 3 실시형태의 표면파 플라즈마용 안테나를 이용한 경우에는 둘레 방향(각도 방향)의 전계강도가 균일하게 되는 것이 확인되었다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 사상의 범위내에 있어서 각종 변형 가능하다. 예를 들면, 마이크로파 출력부(30)나 마이크로파 공급부(40)의 구성 등은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는 안테나로부터 방사되는 마이크로파의 지향성 제어를 실행하거나 원 편파로 할 필요가 없는 경우에는 위상기는 불필요하다.
또한, 상기 표면파 플라즈마 발생용 안테나의 슬롯의 형상, 수 및 배치는 예시에 불과하며, 원주형상으로 복수의 슬롯이 배치되고, 인접하는 슬롯간의 이음매 부분이 슬롯으로 덮이는 구성을 취하는 한, 슬롯의 수, 형상 및 배치는 한정되는 것은 아니다. 특히, 슬롯의 수는 2이상의 자연수 중에서 임의로 선택할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는 플라즈마 처리 장치로서 에칭 처리 장치를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 성막 처리, 산질화막 처리, 애싱 처리 등의 다른 플라즈마 처리에도 이용할 수 있다. 또한, 피처리 기판은 반도체 웨이퍼 W에 한정되지 않고, LCD(액정 디스플레이)용 기판으로 대표되는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판이나, 세라믹스 기판 등의 다른 기판이어도 좋다.
1 챔버 2 마이크로파 플라즈마원
11 서셉터 12 지지 부재
15 배기관 16 배기 장치
17 반입출구 20 샤워 플레이트
30 마이크로파 출력부 31 마이크로파 전원
32 마이크로파 발진기 40 마이크로파 공급부
41 마이크로파 도입 기구 43; 안테나부
44; 도파로 52 외측 도체
53 내측 도체 54 급전 기구
55 마이크로파 전력 도입 포트
56 동축선로 58 반사판
59 지파재 60 튜너
81 표면파 플라즈마 발생용 안테나
90 급전 안테나 100 표면파 플라즈마 처리 장치
110 제어부 121, 131, 141, 142 슬롯
121a, 131a 중앙부 121b, 131b 제 1 단부
121c, 131c 제 2 단부 W 반도체 웨이퍼

Claims (10)

  1. 마이크로파 출력부로부터, 외측 도체와 내측 도체로 이루어지는 동축상의 도파로를 통해 전송된 마이크로파를 챔버 내에 방사하여, 상기 챔버 내에 표면파 플라즈마를 발생시키기 위한 표면파 플라즈마 발생용 안테나로서,
    평면형상을 이루고 복수의 슬롯이 원주형상으로 형성되며, 원주 방향으로 인접하는 슬롯과 슬롯의 이음매 부분이 슬롯으로 둘러싸여 있으며, 상기 인접하는 슬롯과 슬롯은 그 이음매 부분에 있어서, 직경 방향으로 중첩되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 발생용 안테나.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯은 중앙부와 그곳으로부터 양측으로 연장하는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고 있고, 인접하는 슬롯 중 한쪽의 제 1 단부와 다른 쪽의 제 2 단부가 직경 방향으로 중첩되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 발생용 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중앙부, 상기 제 1 단부, 및 상기 제 2 단부는 실질적으로 원주 방향으로 동일한 길이를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 발생용 안테나.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 슬롯의 상기 중앙부는 직경 방향으로 소정 폭을 갖고, 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부는 상기 중앙부의 폭의 절반 이하의 폭을 갖고, 상기 제 1 단부와 인접하는 슬롯의 제 2 단부가 직경 방향으로 중첩되는 부분은 상기 중앙부와 동일한 폭을 갖고, 상기 복수의 슬롯의 존재 영역이 원환형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 발생용 안테나.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 슬롯은 가늘고 긴 형상으로 형성되어 있고, 상기 복수의 슬롯은 원환 영역에 내포하도록 마련되고, 상기 제 1 단부가 인접하는 슬롯의 제 2 단부의 외측에 형성되고, 상기 제 2 단부가 인접하는 슬롯의 제 1 단부의 내측에 형성되고, 상기 중앙부는 외측의 제 1 단부에서 내측의 제 2 단부를 향해, 상기 원환 영역의 외측 부분으로부터 내측 부분을 비스듬히 가로지르도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 발생용 안테나.
  7. 삭제
  8. 피처리 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    마이크로파 전원을 갖고, 마이크로파를 생성하여 출력하는 마이크로파 출력부, 및 출력된 마이크로파를 상기 챔버 내에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 구비하고, 상기 챔버 내에 마이크로파를 도입해서 상기 챔버 내에 공급된 가스의 표면파 플라즈마를 발생시키는 마이크로파 플라즈마원
    을 구비하고,
    상기 마이크로파 도입 기구는 외측 도체와 내측 도체로 이루어지는 동축형상의 도파로와, 상기 도파로를 통해 전송된 마이크로파를, 상기 챔버 내에 방사하기 위한 표면파 플라즈마 발생용 안테나를 갖고, 상기 표면파 플라즈마 발생용 안테나로서, 청구항 1, 3, 4 중의 어느 한 항에 기재된 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 기구는 상기 도파로에 마련된, 상기 챔버 내의 부하의 임피던스를 상기 마이크로파 전원의 특성 임피던스에 정합시키는 튜너를 더 갖는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 기구를 복수 갖는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리 장치.
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