KR101722307B1 - Microwave irradiating antenna, microwave plasma source, and plasma processing device - Google Patents
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Abstract
마이크로파 전송로를 전송된 마이크로파를 챔버 내에 방사하여, 표면파 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파 방사 안테나(45)는, 도체로 이루어지는 안테나 본체(121)와, 안테나 본체(121)에 설치된, 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯(122)과, 안테나 본체(121)에 설치된, 처리 가스를 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍(125)을 갖고, 마이크로파에 의해 표면에 금속 표면파가 형성되고, 이 금속 표면파에 의해 표면파 플라즈마가 생성되고, 안테나 본체(121)의 금속 표면의 적어도 일부가 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 유전체층(126)이 설치되어 있다.The microwave radiation antenna 45 for radiating the microwave transmitted through the microwave transmission path into the chamber to generate the surface wave plasma includes an antenna main body 121 made of a conductor and a plurality of And a plurality of gas discharging holes 125 for discharging a process gas into the chamber provided in the antenna main body 121. A metal surface wave is formed on the surface by a microwave, A dielectric layer 126 is provided so that a plasma is generated and at least a part of the metal surface of the antenna main body 121 is directly insulated from the surface wave plasma.
Description
본 발명은 마이크로파 방사 안테나, 마이크로파 플라즈마원 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave radiation antenna, a microwave plasma source, and a plasma processing apparatus.
플라즈마 처리는 반도체 디바이스의 제조에 불가결한 기술이지만, 최근, LSI의 고집적화, 고속화의 요청으로부터 LSI를 구성하는 반도체 소자의 디자인 룰이 점점 미세화되고, 또한 반도체 웨이퍼가 대형화되고 있고, 그것에 수반하여, 플라즈마 처리 장치에 있어서도 이와 같은 미세화 및 대형화에 대응하는 것이 요구되고 있다.Plasma processing is an indispensable technique for manufacturing semiconductor devices. However, in recent years, due to the demand for high integration and speeding up of LSIs, design rules for semiconductor devices constituting LSIs have been getting smaller and semiconductor wafers have become larger, In the processing apparatus, it is required to cope with such miniaturization and enlargement.
그런데, 종래부터 다용되어 온 평행 평판형이나 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는, 생성되는 플라즈마의 전자 온도가 높기 때문에 미세 소자에 플라즈마 대미지가 발생해 버리고, 또한 플라즈마 밀도가 높은 영역이 한정되므로, 대형의 반도체 웨이퍼를 균일하고 또한 고속으로 플라즈마 처리하는 것은 곤란하다.However, in the parallel plate type or inductively coupled plasma processing apparatus which has been widely used, plasma damage is generated in the fine elements because the electron temperature of generated plasma is high, and a region having a high plasma density is limited, It is difficult to uniformly process the semiconductor wafer at a high speed.
따라서, 고밀도로 저전자 온도의 표면파 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있는 RLSA(Radial Line Slot Antenna) 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 주목되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1).Therefore, a RLSA (Radial Line Slot Antenna) microwave plasma processing apparatus capable of uniformly forming a surface wave plasma of a low electron temperature at a high density has been attracting attention (for example, Patent Document 1).
RLSA 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 표면파 플라즈마를 발생시키기 위한 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사 안테나로서 챔버의 상부에 소정의 패턴으로 복수의 슬롯이 형성된 평면 슬롯 안테나인 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna)를 설치하여, 마이크로파 발생원으로부터 유도된 마이크로파를, 안테나의 슬롯으로부터 방사시킴과 함께, 그 아래에 설치된 유전체를 포함하는 마이크로파 투과판을 통해 진공으로 유지된 챔버 내에 방사하고, 이 마이크로파 전계에 의해 챔버 내에서 표면파 플라즈마를 생성하고, 이에 의해 반도체 웨이퍼 등의 피처리체를 처리하는 것이다.The RLSA microwave plasma processing apparatus is a microwave radiation antenna that emits a microwave for generating a surface wave plasma, and is provided with a radial line slot antenna that is a planar slot antenna having a plurality of slots formed in a predetermined pattern on an upper part of the chamber , A microwave derived from a microwave generating source is radiated from a slot of an antenna and is radiated into a vacuum maintained chamber through a microwave transmitting plate including a dielectric provided thereunder, and the microwave electric field causes a surface wave plasma Thereby processing an object to be processed such as a semiconductor wafer.
또한, 마이크로파를 복수로 분배하고, 상기와 같은 마이크로파 방사 안테나인 평면 슬롯 안테나를 갖는 마이크로파 방사부를 복수 설치하고, 평면 슬롯 안테나로부터 방사된 마이크로파를 챔버 내로 유도하여 챔버 내에서 마이크로파를 공간 합성하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치도 제안되어 있다(특허문헌 2).In addition, a plurality of microwave radiating units having a planar slot antenna, which is a microwave radiating antenna as described above, are provided, and a microwave radiated from the flat slot antenna is guided into the chamber to space- (Refer to Patent Document 2).
그런데, 특허문헌 1, 2에 기재된 처리 장치에서는, 마이크로파는 챔버의 천장벽으로부터 도입되는 것에 비해, 처리 가스는 챔버의 측벽 또는 챔버 내에 설치된 샤워 플레이트로부터 공급되고 있다. 그러나, 이들의 경우에는 가스의 흐름을 제어하는 것이 어렵다. 또한, 샤워 플레이트는 플라즈마 내성이 있는 석영으로 형성할 수밖에 없지만, 마이크로파는 석영을 투과하므로, 샤워 플레이트의 가스 구멍에서 가스가 플라즈마화되어 마이크로파 파워가 손실되거나 이상 방전이 발생한다는 문제가 있다.However, in the processing apparatuses described in
이와 같은 문제를 방지하기 위해, 금속(도체)제의 마이크로파 방사 안테나를 가스 구멍을 갖는 샤워 구조로 하여, 마이크로파와 가스를 동일한 부분으로부터 도입하는 것이 생각된다. 이 경우에는, 가스는 금속제의 마이크로파 방사 안테나로부터 방사되므로, 가스는 샤워 플레이트가 개재되는 것에 의한 마이크로파의 영향을 받지 않고 토출되어, 평면 슬롯 안테나의 표면에 금속 표면파 플라즈마를 형성할 수 있다.In order to prevent such a problem, it is conceivable that the microwave radiation antenna made of metal (conductor) is made into a shower structure having gas holes, and microwave and gas are introduced from the same part. In this case, since the gas is radiated from the microwave radiation antenna made of metal, the gas can be discharged without being influenced by the microwave by the presence of the shower plate, so that the surface acoustic wave plasma can be formed on the surface of the plane slot antenna.
그러나, 이와 같이 마이크로파를 방사하는 면이 금속인 경우에는, 플라즈마가 슬롯 주변에 집중하여 발광하여, 직경 방향의 균일성이 흐트러져 버리는 것이 판명되었다.However, when the surface radiating the microwave is metal, it has been found that the plasma concentrates around the slot and emits light, resulting in the uniformity in the diameter direction being disturbed.
따라서, 본 발명의 목적은 마이크로파 방사 안테나로부터 마이크로파 및 처리 가스를 공급하고, 그 표면에 균일성이 높은 표면파 플라즈마를 형성할 수 있는 마이크로파 방사 안테나, 마이크로파 플라즈마원 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a microwave radiation antenna, a microwave plasma source, and a plasma processing apparatus which can supply a microwave and a processing gas from a microwave radiation antenna and form a surface wave plasma with high uniformity on the surface thereof.
즉, 본 발명의 제1 관점에 따르면, 챔버 내에 표면파 플라즈마를 형성하여 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 출력부로부터 출력되어, 마이크로파 전송로를 전송된 마이크로파를 챔버 내에 방사하는 마이크로파 방사 안테나이며, 도체로 이루어지는 안테나 본체와, 상기 안테나 본체에 설치된, 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과, 상기 안테나 본체에 설치된, 처리 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고, 상기 마이크로파에 의해 표면에 금속 표면파가 형성되고, 이 금속 표면파에 의해 표면파 플라즈마가 생성되어, 상기 안테나 본체의 금속 표면의 적어도 일부가 상기 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 구성되어 있는, 마이크로파 방사 안테나가 제공된다.That is, according to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for forming a surface wave plasma in a chamber and performing plasma processing, the plasma processing apparatus comprising: a microwave radiation antenna for radiating a microwave transmitted through a microwave transmission path, A plurality of slots provided in the antenna main body for radiating microwaves and a plurality of gas discharge holes provided in the antenna main body for discharging a process gas into the chamber, There is provided a microwave radiation antenna in which a surface acoustic wave is formed on a surface thereof and a surface acoustic wave plasma is generated by the surface acoustic wave so that at least a part of the metal surface of the antenna body is insulated from the surface acoustic wave plasma.
상기 제1 관점에 있어서, 상기 안테나 본체의 표면의 적어도 일부를, 금속 표면파를 유지 가능한 두께의 유전체층으로 덮음으로써 절연할 수 있다. 이 경우에, 상기 유전체층의 두께는 진공 중의 마이크로파의 파장을 λ로 했을 때에, λ/7 이하인 것이 바람직하다.In the first aspect, at least a part of the surface of the antenna main body can be insulated by covering it with a dielectric layer having a thickness that can sustain a surface acoustic wave. In this case, it is preferable that the thickness of the dielectric layer is not more than? / 7 when the wavelength of the microwave in vacuum is?.
상기 유전체층은 막 형성 기술에 의해 형성된 막이어도 되고, 또한 유전체 박판으로 형성되어 있어도 된다. 유전체 박판을 사용하는 경우에는, 유전체 박판은 상기 안테나 본체와의 대향면의 일부에, 상기 슬롯 및 상기 가스 토출 구멍을 제외한 패턴을 갖는 금속막을 갖는 것인 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 복수의 슬롯은 상기 안테나 본체의 표면에 있어서, 원주 형상으로 배치되어 있고, 상기 금속막은 상기 유전체 박판의 중심으로부터 상기 슬롯의 외경에 대응하는 위치의 범위에 설정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 안테나 본체는 상기 챔버로부터 직류적으로 절연해도 된다.The dielectric layer may be a film formed by a film forming technique or may be formed of a thin dielectric plate. In the case of using a dielectric thin plate, it is preferable that the dielectric thin plate has a metal film having a pattern except for the slot and the gas discharge hole on a part of the surface facing the antenna main body. In this case, it is preferable that the plurality of slots are arranged in a columnar shape on the surface of the antenna main body, and the metal film is set in a range of the position corresponding to the outer diameter of the slot from the center of the dielectric thin plate . Further, the antenna main body may be DC insulated from the chamber.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 마이크로파를 방사하여 표면파 플라즈마를 형성하는 마이크로파 플라즈마원이며, 마이크로파를 생성하여 출력하는 마이크로파 출력부와, 상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 상기 챔버 내에 공급하기 위한 마이크로파 공급부를 구비하고, 상기 마이크로파 공급부는 상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 전송하는 전송로와, 마이크로파를 챔버 내에 방사하는 마이크로파 방사 안테나를 구비하고, 상기 마이크로파 방사 안테나는 도체로 이루어지는 안테나 본체와, 상기 안테나 본체에 설치된, 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과, 상기 안테나 본체에 설치된, 처리 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고, 상기 마이크로파에 의해 표면에 금속 표면파가 형성되고, 이 금속 표면파에 의해 표면파 플라즈마가 생성되고, 상기 안테나 본체의 금속 표면의 적어도 일부가 상기 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 구성되어 있는, 마이크로파 플라즈마원이 제공된다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a microwave plasma source for generating a surface wave plasma by radiating a microwave into a chamber of a plasma processing apparatus, comprising: a microwave output unit for generating and outputting a microwave; Wherein the microwave supply unit includes a transmission line for transmitting the microwave outputted from the microwave output unit and a microwave radiation antenna for radiating the microwave into the chamber, A plurality of slots provided in the antenna main body for radiating microwaves and a plurality of gas discharge holes provided in the antenna main body for discharging a process gas into the chamber, The metal surface wave is formed on the surface, is a surface wave plasma is generated by the metal surface wave, at least, the microwave plasma source part is configured such that from the surface wave to the direct-current plasma isolated enemy of the metal surface of the antenna main body is provided.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 챔버 내에 마이크로파를 방사하여 표면파 플라즈마를 형성하는 마이크로파 플라즈마원을 구비하고, 상기 마이크로파 플라즈마원은 마이크로파를 생성하여 출력하는 마이크로파 출력부와, 상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 상기 챔버 내에 공급하기 위한 마이크로파 공급부를 구비하고, 상기 마이크로파 공급부는 상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 전송하는 전송로와, 마이크로파를 챔버 내에 방사하는 마이크로파 방사 안테나를 구비하고, 상기 마이크로파 방사 안테나는, 도체로 이루어지는 안테나 본체와, 상기 안테나 본체에 설치된, 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과, 상기 안테나 본체에 설치된, 처리 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고, 상기 마이크로파에 의해 표면에 금속 표면파가 형성되고, 이 금속 표면파에 의해 표면파 플라즈마가 생성되고, 상기 안테나 본체의 금속 표면의 적어도 일부가 상기 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 구성되고, 상기 마이크로파 플라즈마원으로부터 상기 챔버 내에 공급된 마이크로파에 의해 상기 마이크로파 방사 안테나의 표면에 형성되는 금속 표면파에 의해, 상기 가스 공급 기구로부터 공급된 가스에 의한 표면파 플라즈마를 생성하고, 상기 챔버 내의 피처리 기판에 대해 플라즈마에 의해 처리를 실시하는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: a chamber accommodating a substrate to be processed; a gas supply mechanism for supplying a process gas; and a microwave plasma source for radiating a microwave into the chamber to form a surface wave plasma, And a microwave supply unit for supplying the microwave output from the microwave output unit into the chamber, wherein the microwave supply unit is a transmission unit for transmitting microwave output from the microwave output unit, And a microwave radiating antenna for radiating a microwave into the chamber, wherein the microwave radiating antenna comprises: an antenna body made of a conductor; a plurality of slots provided in the antenna body for radiating a microwave; And a plurality of gas discharge holes for discharging a process gas into the chamber, wherein a surface acoustic wave is formed by the microwave, a surface acoustic wave plasma is generated by the surface wave, and at least a part of the metal surface And a surface acoustic wave generated by the gas supplied from the gas supply mechanism by a surface acoustic wave formed on the surface of the microwave radiation antenna by the microwave supplied into the chamber from the microwave plasma source, There is provided a plasma processing apparatus for generating a plasma and performing processing by plasma on a substrate to be processed in the chamber.
상기 제2 및 제3 관점에 있어서, 상기 마이크로파 공급부는 상기 마이크로파 방사 안테나를 복수 갖는 것으로 할 수 있다.In the second and third aspects, the microwave supply unit may have a plurality of the microwave radiation antennas.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 마이크로파 방사 안테나를 갖는 마이크로파 플라즈마원을 구비한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 사용되는 마이크로파 플라즈마원의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 3은 마이크로파 플라즈마원에 있어서의 마이크로파 공급부를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 사용되는, 마이크로파 방사 안테나를 포함하는 마이크로파 방사부를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 마이크로파 방사부의 급전 기구를 도시하는 도 4의 AA'선에 의한 횡단면도이다.
도 6은 튜너에 있어서의 슬래그와 미끄럼 부재를 도시하는 도 4의 BB'선에 의한 횡단면도이다.
도 7은 마이크로파 방사 안테나의 내부를 도시하는 도 4의 CC'선에 의한 횡단면도이다.
도 8은 마이크로파 방사 안테나의 슬롯의 형상 및 배치의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 9는 마이크로파 방사 안테나의 표면이 금속(도체)인 경우의 슬롯 부분과 슬롯 이외의 부분에서의 외피 두께의 차이를 도시하는 도면이다.
도 10은 마이크로파 방사 안테나의 표면에 유전체층을 설치한 경우의 슬롯 부분과 슬롯 이외의 부분에서의 외피 두께를 도시하는 도면이다.
도 11은 마이크로파 방사 안테나의 안테나 본체에 유전체층을 형성하지 않은 경우와 형성한 경우에 있어서의 표면파 플라즈마의 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 마이크로파 방사 안테나의 안테나 본체에 유전체층을 형성하지 않은 경우와 형성한 경우에 있어서의 전자 밀도 분포를 도시하는 도면이다.
도 13은 도 12의 직경 방향의 거리가 0인 위치의 전자 밀도로 규격화한 전자 밀도의 분포를 도시하는 도면이다.
도 14는 유전체층으로서 유전체 박판을 사용한 경우에, 안테나 본체와 유전체 박판의 간극에서 이상 방전이 발생하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 전자계 시뮬레이션에 의해 구한 안테나 본체와 유전체 박판의 간극에 있어서의 전계부 분포를 도시하는 도면이다.
도 16은 유전체 박판의 안테나 본체와의 대향면의 전체면에 금속막을 코팅한 경우의 전자계 시뮬레이션에 의해 구한 안테나 본체와 유전체 박판의 간극에 있어서의 전계부 분포를 도시하는 도면이다.
도 17은 유전체 박판에 형성한 금속막을, 유전체 박판의 슬롯의 내측 영역으로 한 경우의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 18은 도 17의 상태에서 금속막을 형성한 유전체 박판을 사용한 경우의 전자계 시뮬레이션에 의해 구한 안테나 본체와 유전체 박판의 간극에 있어서의 전계부 분포를 도시하는 도면이다.
도 19는 유전체 박판에 형성한 금속막을, 유전체 박판의 슬롯의 내측 영역이고 또한 최외주를 슬롯의 외경에 맞춘 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 20은 도 19의 상태에서 금속막을 형성한 유전체 박판을 사용한 경우의 전자계 시뮬레이션에 의해 구한 안테나 본체와 유전체 박판의 간극에 있어서의 전계부 분포를 도시하는 도면이다.
도 21은 유전체 박판을 설치한 경우의 바람직한 마이크로파 방사 안테나의 예를 도시하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus having a microwave plasma source having a microwave radiation antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram showing a configuration of a microwave plasma source used in the plasma processing apparatus of FIG.
3 is a plan view schematically showing a microwave supply unit in a microwave plasma source.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a microwave radiating section including a microwave radiating antenna, which is used in the plasma processing apparatus of FIG. 1;
5 is a cross-sectional view taken along the line AA 'in Fig. 4 showing a feeding mechanism of the microwave radiating section.
Fig. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB 'in Fig. 4 showing the slug and the sliding member in the tuner.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line CC 'of FIG. 4 showing the interior of the microwave radiation antenna.
8 is a plan view showing an example of the shape and arrangement of slots of a microwave radiation antenna.
9 is a diagram showing a difference in sheath thickness between a slot portion and a portion other than the slot when the surface of the microwave radiation antenna is a metal (conductor).
Fig. 10 is a diagram showing the thickness of the jacket at the slot portion and the slot portion when the dielectric layer is provided on the surface of the microwave radiation antenna.
11 is a diagram showing the state of the surface wave plasma in the case where the dielectric layer is not formed in the antenna main body of the microwave radiation antenna and in the case where the dielectric layer is formed.
12 is a diagram showing the distribution of the electron density when the dielectric layer is not formed on the antenna main body of the microwave radiating antenna and when the dielectric layer is formed.
13 is a diagram showing the distribution of the electron density normalized by the electron density at the position where the distance in the radial direction in FIG. 12 is zero.
14 is a view for explaining a mechanism in which an abnormal discharge occurs in a gap between an antenna main body and a dielectric thin plate when a dielectric thin plate is used as a dielectric layer.
Fig. 15 is a diagram showing the electric field distribution in the gap between the antenna main body and the dielectric thin plate obtained by electromagnetic field simulation. Fig.
Fig. 16 is a diagram showing the distribution of electric fields in the gap between the antenna main body and the dielectric thin plate obtained by electromagnetic field simulation when a metal film is coated on the entire surface of the dielectric thin plate facing the antenna main body.
17 is a diagram schematically showing a state in which a metal film formed on a dielectric thin plate is formed as an inner region of a slot of a dielectric thin plate.
Fig. 18 is a diagram showing the electric field distribution in the gap between the antenna main body and the dielectric thin plate obtained by electromagnetic field simulation in the case of using the thin dielectric plate having the metal film formed in the state of Fig. 17;
19 is a diagram schematically showing a state in which a metal film formed on a dielectric thin plate is aligned with an inner region of a slot of a dielectric thin plate and an outermost periphery of the metal thin film is aligned with an outer diameter of the slot.
Fig. 20 is a diagram showing the electric field distribution in the gap between the antenna main body and the dielectric thin plate obtained by electromagnetic field simulation in the case of using the thin dielectric plate having the metal film formed in the state of Fig. 19;
21 is a cross-sectional view showing an example of a microwave radiation antenna preferable when a dielectric thin plate is provided.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<플라즈마 처리 장치의 구성>≪ Configuration of Plasma Processing Apparatus >
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 마이크로파 방사 안테나를 갖는 마이크로파 플라즈마원을 구비한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 사용되는 마이크로파 플라즈마원의 구성을 도시하는 구성도, 도 3은 마이크로파 플라즈마원에 있어서의 마이크로파 공급부를 모식적으로 도시하는 평면도, 도 4는 마이크로파 플라즈마원에 있어서의 마이크로파 방사 안테나를 포함하는 마이크로파 방사부를 도시하는 단면도, 도 5는 마이크로파 방사부의 급전 기구를 도시하는 도 4의 AA'선에 의한 횡단면도, 도 6은 마이크로파 방사부의 튜너에 있어서의 슬래그와 미끄럼 부재를 도시하는 도 4의 BB'선에 의한 횡단면도, 도 7은 마이크로파 방사부의 마이크로파 조사 안테나를 도시하는 도 4의 CC'선에 의한 횡단면도이다.Fig. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus having a microwave plasma source having a microwave radiation antenna according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a cross-sectional view of a microwave plasma source used in the plasma processing apparatus of Fig. FIG. 3 is a plan view schematically showing a microwave supply unit in a microwave plasma source, FIG. 4 is a sectional view showing a microwave radiating unit including a microwave radiation antenna in a microwave plasma source, and FIG. 5 Fig. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB 'of Fig. 4 showing the slag and the sliding member in the tuner of the microwave radiating section, Fig. 7 is a cross- 4, showing the microwave irradiation antenna of the radiating part A cross-sectional view.
플라즈마 처리 장치(100)는 웨이퍼에 대해 플라즈마 처리로서, 예를 들어 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 기밀하게 구성된 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지는 대략 원통 형상의 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 내부에 면하도록 설치되어 있다.The
챔버(1) 내에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)[이하 웨이퍼(W)라고 기술함]를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(11)가, 챔버(1)의 저부 중앙에 절연 부재(12a)를 통해 세워 설치된 통 형상의 지지 부재(12)에 의해 지지된 상태로 설치되어 있다. 서셉터(11) 및 지지 부재(12)를 구성하는 재료로서는, 표면을 알루마이트 처리(양극 산화 처리)한 알루미늄이나, AlN 등의 세라믹스 등이 예시된다.A
또한, 도시는 하고 있지 않지만, 서셉터(11)에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척, 온도 제어 기구, 웨이퍼(W)의 이면에 열전달용 가스를 공급하는 가스 유로 및 웨이퍼(W)를 반송하기 위해 승강하는 승강 핀 등이 설치되어 있다. 또한, 서셉터(11)에는 정합기(13)를 통해 고주파 바이어스 전원(14)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 바이어스 전원(14)으로부터 서셉터(11)로 고주파 전력이 공급됨으로써, 웨이퍼(W)측에 플라즈마 중의 이온이 끌려 들어간다. 또한, 고주파 바이어스 전원(14)은 플라즈마 처리의 특성에 따라서는 설치하지 않아도 된다.Although not shown, the
챔버(1)의 저부에는 배기관(15)이 접속되어 있고, 이 배기관(15)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(16)가 접속되어 있다. 그리고, 이 배기 장치(16)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내가 배기되어, 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 고속으로 감압하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(1)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구(17)와, 이 반입출구(17)를 개폐하는 게이트 밸브(18)가 설치되어 있다.An
마이크로파 플라즈마원(2)은 챔버(1)의 상부에 설치된 지지 링(29)에 의해 지지된 천장판(85) 상에 설치되어 있다. 지지 링(29)과 천장판(85) 사이는 기밀하게 시일되어 있다.The
마이크로파 플라즈마원(2)은 복수 경로로 분배하여 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력부(30)와, 마이크로파 출력부(30)로부터 출력된 마이크로파를 전송하여 챔버(1) 내에 방사하기 위한 마이크로파 공급부(40)를 갖고 있다. 또한, 마이크로파 플라즈마원(2)은 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성 가스나, 성막 처리나 에칭 처리를 행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급원(110)을 갖고 있다.The
플라즈마 생성 가스로서는, Ar 가스 등의 희가스를 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 처리 가스로서는, 성막 처리나 에칭 처리 등, 처리의 내용에 따라서 다양한 것을 채용할 수 있다.As the plasma generating gas, a rare gas such as Ar gas can be suitably used. As the process gas, various processes can be employed depending on the content of the process such as a film forming process or an etching process.
도 2에 도시한 바와 같이, 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.2, the
마이크로파 발진기(32)는 소정 주파수(예를 들어, 915㎒)의 마이크로파를 예로 들어 PLL 발진시킨다. 분배기(34)에서는 마이크로파의 손실이 가능한 한 일어나지 않도록, 입력측과 출력측의 임피던스 정합을 취하면서 앰프(33)로 증폭된 마이크로파를 분배한다. 또한, 마이크로파의 주파수로서는, 915㎒ 외에, 700㎒ 내지 3㎓를 사용할 수 있다.The
마이크로파 공급부(40)는 분배기(34)에 의해 분배된 마이크로파를 챔버(1) 내로 유도하는 복수의 안테나 모듈(41)을 갖고 있다. 각 안테나 모듈(41)은 분배된 마이크로파를 주로 증폭하는 앰프부(42)와, 마이크로파 방사부(43)를 갖고 있다. 또한, 마이크로파 방사부(43)는, 후술하는 바와 같이, 임피던스를 정합시키기 위한 튜너(60)가 설치된 마이크로파 전송로(44)와, 증폭된 마이크로파를 챔버(1) 내에 방사하는 안테나(45)를 갖고 있다. 그리고, 각 안테나 모듈(41)에 있어서의 마이크로파 방사부(43)의 안테나(45)로부터 챔버(1) 내로 마이크로파가 방사되도록 되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 마이크로파 공급부(40)는 안테나 모듈(41)을 7개 갖고 있고, 각 안테나 모듈(41)의 마이크로파 방사부(43)가, 원주 형상으로 6개 및 그 중심에 1개, 원형을 이루는 천장판(85)에 배치되어 있다.The
안테나(45)는, 후술하는 바와 같이 플라즈마 생성 가스나 처리 가스를 토출하는 샤워 구조로 되어 있고, 가스 공급원(110)으로부터 연장되는 가스 배관(111)이 안테나(45)에 접속되어 있다. 그리고, 안테나(45)로부터 챔버(1) 내로 도입된 플라즈마 생성 가스는 안테나(45)로부터 방사된 마이크로파에 의해 플라즈마화되고, 이 플라즈마에 의해, 동일하게 안테나(45)로부터 챔버(1) 내로 도입된 처리 가스가 여기되어, 처리 가스의 플라즈마가 생성된다.The
앰프부(42)는 위상기(46)와, 가변 게인 앰프(47)와, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(48)와, 아이솔레이터(49)를 갖고 있다.The
위상기(46)는 마이크로파의 위상을 변화시킬 수 있도록 구성되어 있고, 이를 조정함으로써 방사 특성을 변조시킬 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 모듈마다 위상을 조정함으로써 지향성을 제어하여 플라즈마 분포를 변화시킬 수 있다. 또한, 이웃하는 안테나 모듈에 있어서 90°씩 위상을 어긋나도록 하여 원편파를 얻을 수 있다. 또한, 위상기(46)는 앰프 내의 부품 사이의 지연 특성을 조정하여, 튜너 내에서의 공간 합성을 목적으로 하여 사용할 수 있다. 단, 이와 같은 방사 특성의 변조나 앰프 내의 부품 사이의 지연 특성의 조정이 불필요한 경우에는 위상기(46)는 설치할 필요는 없다.The above-mentioned (46) is configured to change the phase of the microwave, and the radiation characteristic can be modulated by adjusting the phase. For example, the directivity can be controlled by adjusting the phase for each antenna module to change the plasma distribution. In addition, circularly polarized waves can be obtained by shifting the phase by 90 degrees in the neighboring antenna module. In addition, the above-mentioned (46) can be used for the purpose of spatial synthesis in the tuner by adjusting delay characteristics between components in the amplifier. However, in the case where the modulation of the radiation characteristic and the adjustment of the delay characteristics between the components in the amplifier are unnecessary, the above-mentioned (46) need not be provided.
가변 게인 앰프(47)는 메인 앰프(48)로 입력하는 마이크로파의 전력 레벨을 조정하여, 개개의 안테나 모듈의 편차를 조정 또는 플라즈마 강도 조정을 위한 앰프이다. 가변 게인 앰프(47)를 각 안테나 모듈마다 변화시킴으로써, 발생하는 플라즈마에 분포를 발생시킬 수도 있다.The
솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(48)는, 예를 들어 입력 정합 회로와, 반도체 증폭 소자와, 출력 정합 회로와, 고Q 공진 회로를 갖는 구성으로 할 수 있다.The
아이솔레이터(49)는 안테나(45)에서 반사되어 메인 앰프(48)를 향하는 반사 마이크로파를 분리하는 것이고, 서큐레이터와 더미 로드(동축 종단기)를 갖고 있다. 서큐레이터는 안테나(45)에서 반사된 마이크로파를 더미 로드로 유도하고, 더미 로드는 서큐레이터에 의해 유도된 반사 마이크로파를 열로 변환한다.The
다음에, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 마이크로파 방사부(43)에 대해 상세하게 설명한다.Next, the
도 4에 도시한 바와 같이, 마이크로파 방사부(43)는 마이크로파를 전송하는 동축 구조의 도파로(마이크로파 전송로)(44)와, 마이크로파 전송로(44)를 전송된 마이크로파를 챔버(1) 내에 방사하는 안테나(45)를 갖고 있다. 그리고, 안테나(45)로부터 챔버(1) 내로 방사된 마이크로파가 챔버(1) 내의 공간에서 합성되어, 챔버(1) 내에서 표면파 플라즈마가 형성되도록 되어 있다.4, the
마이크로파 전송로(44)는 통 형상의 외측 도체(52) 및 그 중심에 설치된 막대 형상의 내측 도체(53)가 동축형으로 배치되어 구성되어 있고, 마이크로파 전송로(44)의 선단에 안테나(45)가 설치되어 있다. 마이크로파 전송로(44)에 있어서는, 내측 도체(53)에 급전되고, 외측 도체(52)가 접지되어 있다. 외측 도체(52) 및 내측 도체(53)의 상단부에는 반사판(58)이 설치되어 있다.The
마이크로파 전송로(44)의 기단부측에는 마이크로파(전자파)를 급전하는 급전 기구(54)가 설치되어 있다. 급전 기구(54)는 마이크로파 전송로(44)[외측 도체(52)]의 측면에 설치된 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)를 포함하는 동축 선로(56)가 접속되어 있다. 그리고, 동축 선로(56)의 내측 도체(56a)의 선단에는 외측 도체(52)의 내부를 향해 수평으로 연신되는 급전 안테나(90)가 접속되어 있다.On the base end side of the
급전 안테나(90)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속판을 절삭 가공한 후, 테플론(등록 상표) 등의 유전체 부재의 형틀에 끼워 형성된다. 반사판(58)으로부터 급전 안테나(90)까지의 사이에는 반사파의 실효 파장을 짧게 하기 위한 테플론(등록 상표) 등의 유전체를 포함하는 지파재(slow-wave member)(59)가 설치되어 있다. 또한, 2.45㎓ 등의 주파수가 높은 마이크로파를 사용한 경우에는, 지파재(59)는 설치하지 않아도 된다. 이때, 급전 안테나(90)로부터 반사판(58)까지의 거리를 최적화하고, 급전 안테나(90)로부터 방사되는 전자파를 반사판(58)으로 반사시킴으로써, 최대의 전자파를 동축 구조의 마이크로파 전송로(44) 내로 전송시킨다.The
급전 안테나(90)는, 도 4의 AA' 단면도인 도 5에 도시한 바와 같이, 마이크로파 전력 도입 포트(55)에 있어서 동축 선로(56)의 내측 도체(56a)에 접속되어, 전자파가 공급되는 제1 극(92) 및 공급된 전자파를 방사하는 제2 극(93)을 갖는 안테나 본체(91)와, 안테나 본체(91)의 양측으로부터, 내측 도체(53)의 외측을 따라서 연장되고, 링 형상을 이루는 반사부(94)를 갖고, 안테나 본체(91)에 입사된 전자파와 반사부(94)에서 반사된 전자파로 정재파를 형성하도록 구성되어 있다. 안테나 본체(91)의 제2 극(93)은 내측 도체(53)에 접촉되어 있다.The
급전 안테나(90)가 마이크로파(전자파)를 방사함으로써, 외측 도체(52)와 내측 도체(53) 사이의 공간에 마이크로파 전력이 급전된다. 그리고, 급전 기구(54)에 공급된 마이크로파 전력이 안테나(45)를 향해 전파된다.Microwave power is supplied to the space between the
또한, 마이크로파 전송로(44)에는 튜너(60)가 설치되어 있다. 튜너(60)는 챔버(1) 내의 부하(플라즈마)의 임피던스를 마이크로파 출력부(30)에 있어서의 마이크로파 전원의 특성 임피던스에 정합시키는 것이고, 외측 도체(52)와 내측 도체(53) 사이의 마이크로파 전송로(44)를 상하로 이동하는 2개의 슬래그(61a, 61b)와, 반사판(58)의 외측(상측)에 설치된 슬래그 구동부(70)를 갖고 있다.Further, the
이들 슬래그 중, 슬래그(61a)는 슬래그 구동부(70)측에 설치되고, 슬래그(61b)는 안테나(45)측에 설치되어 있다. 또한, 내측 도체(53)의 내부 공간에는, 그 길이 방향을 따라서, 예를 들어 사다리꼴 나사가 형성된 나사 막대를 포함하는 슬래그 이동용의 2개의 슬래그 이동축(64a, 64b)이 설치되어 있다.Of these slag, the
도 4의 BB' 단면도인 도 6에 도시한 바와 같이, 슬래그(61a)는 유전체를 포함하는 원환상을 이루고, 그 내측에 미끄럼성을 갖는 수지를 포함하는 미끄럼 부재(63)가 끼워 넣어져 있다. 미끄럼 부재(63)에는 슬래그 이동축(64a)이 나사 결합하는 나사 구멍(65a)과 슬래그 이동축(64b)이 삽입 관통되는 관통 구멍(65b)이 형성되어 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 나사 결합되고, 관통 구멍(65b)에는 슬래그 이동축(64a)이 삽입 관통되도록 되어 있다. 이에 의해, 슬래그 이동축(64a)을 회전시킴으로써 슬래그(61a)가 승강 이동하고, 슬래그 이동축(64b)을 회전시킴으로써 슬래그(61b)가 승강 이동한다. 즉, 슬래그 이동축(64a, 64b)과 미끄럼 부재(63)를 포함하는 나사 기구에 의해 슬래그(61a, 61b)가 승강 이동된다.6, which is a sectional view taken along the line BB 'of FIG. 4, the
내측 도체(53)에는 길이 방향을 따라서 등간격으로 3개의 슬릿(53a)이 형성되어 있다. 한편, 미끄럼 부재(63)는 이들 슬릿(53a)에 대응하도록 3개의 돌출부(63a)가 등간격으로 설치되어 있다. 그리고, 이들 돌출부(63a)가 슬래그(61a, 61b)의 내주에 접촉한 상태로 미끄럼 부재(63)가 슬래그(61a, 61b)의 내부에 끼워 넣어진다. 미끄럼 부재(63)의 외주면은 내측 도체(53)의 내주면과 헐거움 없이 접촉하도록 되어 있고, 슬래그 이동축(64a, 64b)이 회전됨으로써, 미끄럼 부재(63)가 내측 도체(53)를 미끄러져 승강하도록 되어 있다. 즉, 내측 도체(53)의 내주면이 슬래그(61a, 61b)의 미끄럼 가이드로서 기능한다.Three
미끄럼 부재(63)를 구성하는 수지 재료로서는, 양호한 미끄럼성을 갖고, 가공이 비교적 용이한 수지, 예를 들어 폴리페닐렌술피드(PPS) 수지를 적합한 것으로서 들 수 있다.As a resin material constituting the sliding
상기 슬래그 이동축(64a, 64b)은 반사판(58)을 관통하여 슬래그 구동부(70)로 연장되어 있다. 슬래그 이동축(64a, 64b)과 반사판(58) 사이에는 베어링(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 또한, 내측 도체(53)의 하단부에는 도체를 포함하는 저판(67)이 설치되어 있다. 슬래그 이동축(64a, 64b)의 하단부는 구동 시의 진동을 흡수하기 위해, 통상은 개방 단부로 되어 있고, 이들 슬래그 이동축(64a, 64b)의 하단부로부터 2 내지 5㎜ 정도 이격하여 저판(67)이 설치되어 있다. 또한, 이 저판(67)을 베어링부로 하고 슬래그 이동축(64a, 64b)의 하단부를 이 베어링부에 의해 축지지시켜도 된다.The
슬래그 구동부(70)는 하우징(71)을 갖고, 슬래그 이동축(64a 및 64b)은 하우징(71) 내에 연장되어 있고, 슬래그 이동축(64a 및 64b)의 상단부에는 각각 기어(72a 및 72b)가 설치되어 있다. 또한, 슬래그 구동부(70)에는 슬래그 이동축(64a)을 회전시키는 모터(73a)와, 슬래그 이동축(64b)을 회전시키는 모터(73b)가 설치되어 있다. 모터(73a)의 축에는 기어(74a)가 설치되고, 모터(73b)의 축에는 기어(74b)가 설치되어 있어, 기어(74a)가 기어(72a)에 교합하고, 기어(74b)가 기어(72b)에 교합하도록 되어 있다. 따라서, 모터(73a)에 의해 기어(74a 및 72a)를 통해 슬래그 이동축(64a)이 회전되고, 모터(73b)에 의해 기어(74b 및 72b)를 통해 슬래그 이동축(64b)이 회전된다. 또한, 모터(73a, 73b)는, 예를 들어 스텝핑 모터이다.The
또한, 슬래그 이동축(64b)은 슬래그 이동축(64a)보다도 길어, 보다 상방에 도달하고 있고, 따라서 기어(72a 및 72b)의 위치가 상하로 오프셋되어 있고, 모터(73a 및 73b)도 상하로 오프셋되어 있으므로, 모터 및 기어 등의 동력 전달 기구의 스페이스가 작아, 하우징(71)이 외측 도체(52)와 동일한 직경으로 되어 있다.The positions of the
모터(73a 및 73b) 상에는 이들의 출력축에 직결하도록, 각각 슬래그(61a 및 61b)의 위치를 검출하기 위한 인크리먼트형의 인코더(75a 및 75b)가 설치되어 있다.On the
슬래그(61a 및 61b)의 위치는 슬래그 컨트롤러(68)에 의해 제어된다. 구체적으로는, 도시하지 않은 임피던스 검출기에 의해 검출된 입력 단부의 임피던스값과, 인코더(75a 및 75b)에 의해 검지된 슬래그(61a 및 61b)의 위치 정보에 기초하여, 슬래그 컨트롤러(68)가 모터(73a 및 73b)로 제어 신호를 보내고, 슬래그(61a 및 61b)의 위치를 제어함으로써, 임피던스를 조정하도록 되어 있다. 슬래그 컨트롤러(68)는 종단부가, 예를 들어 50Ω이 되도록 임피던스 정합을 실행시킨다. 2개의 슬래그 중 한쪽만을 움직이게 하면, 스미스 차트의 원점을 지나는 궤적을 그리고, 양쪽을 동시에 움직이면 위상만이 회전한다.The positions of the
마이크로파 방사 안테나인 안테나(45)는 평면 형상을 이루고 슬롯을 갖는 평면 슬롯 안테나로서 구성된다. 안테나(45)의 상면에는 지파재(82)가 설치되어 있다. 지파재(82)의 중심에는 도체를 포함하는 원기둥 부재(82a)가 관통하고 있고, 이 원기둥 부재(82a)가 저판(67)과 안테나(45)를 접속하고 있다. 따라서, 내측 도체(53)가 저판(67) 및 원기둥 부재(82a)를 통해 안테나(45)에 접속되어 있다. 또한, 외측 도체(52)의 하단부는 안테나(45)까지 연장되어 있고, 지파재(82)의 주위는 외측 도체(52)로 덮여 있다.The
지파재(82)는 진공보다도 큰 유전율을 갖고 있고, 예를 들어, 석영 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있다. 이는, 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어지므로, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 안테나를 작게 하기 위해서이다. 지파재(82)는 그 두께에 따라서 마이크로파의 위상을 조정할 수 있고, 안테나(45)의 표면(마이크로파 방사면)이 정재파의 「배(antinode)」가 되도록 그 두께를 조정한다. 이에 의해, 반사가 최소이고, 마이크로파의 방사 에너지가 최대가 되도록 할 수 있다.The
안테나(45)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 중공 원판 형상을 이루는 안테나 본체(121)와, 안테나 본체(121)에 형성된, 마이크로파 전송로(44)를 전송되어 온 마이크로파를 챔버(1) 내에 방사하기 위한 복수의 슬롯(122)과, 안테나 본체(121)의 내부에 형성된 가스 확산 공간(123)과, 가스 확산 공간(123)에 플라즈마 생성 가스나 처리 가스를 도입하는 가스 도입구(124)와, 가스 확산 공간(123)으로부터 챔버(1)에 면하도록 연장되는 복수의 가스 토출 구멍(125)과, 안테나 본체(121)의 마이크로파 방사면에 형성된 유전체층(126)을 갖는다. 지파재(82)와 안테나 본체(121) 사이에는 O링(도시하지 않음)이 개재되어 있다.4, the
안테나 본체(121)는 도전체로 형성되어 있다. 안테나 본체(121)를 구성하는 도전체로서는 알루미늄이나 구리와 같은 전기 전도율이 높은 금속이 바람직하다. 안테나 본체(121)는 상부벽(121a)과, 측벽(121b)과, 저벽(121c)을 갖고 있다.The antenna
상기 가스 도입구(124)는 상부벽(121a)의 슬롯(122)의 외주측에 설치되어 있고, 가스 공급원(110)으로부터 연장되는 가스 배관(111)이 접속되어, 가스 공급원(110)으로부터 가스 배관(111)을 공급되어 온 Ar 등의 플라즈마 생성 가스나, C4F8와 같은 탄화 불소 가스 등의 처리 가스가, 가스 도입구(124)를 통해 가스 확산 공간(123)으로 도입된다. 가스 토출 구멍(125)은 저벽(121c)에 형성되어, 가스 확산 공간(123)에 도입된 가스를 챔버(1) 내로 토출하도록 되어 있다.The
슬롯(122)은 상부벽(121a)으로부터 가스 확산 공간(123)을 관통하여 형성된 상부(122A)와, 저벽(121c)을 관통하여 형성된 하부(122B)를 갖고 있다. 슬롯(122)의 상부(122A)에 있어서의 가스 확산 공간(123)에 대응하는 부분에는, 도 4의 CC' 단면도인 도 7에 도시한 바와 같이, 가스 확산 공간(123)을 구획하는 구획부(127)가 형성되어 있다. 이에 의해, 슬롯(122)을 통과하는 마이크로파와 가스 확산 공간(123)을 흐르는 가스가 분리되어, 안테나(45)의 내부에서 플라즈마가 생성되는 것이 회피된다.The
상부(122A)와 하부(122B) 사이에는 후술하는 단차가 형성되어 있다. 슬롯(122) 내에는 유전체가 충전되어 있어도 된다. 슬롯(122)에 유전체를 충전함으로써, 마이크로파의 실효 파장이 짧아져, 슬롯 전체의 두께[안테나 본체(121)의 두께]를 얇게 할 수 있다.A stepped portion to be described later is formed between the
슬롯(122)의 방사 특성을 결정하는 마이크로파 방사면에서의 슬롯(122)의 형상은, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이 되어 있다. 구체적으로는, 4개의 슬롯(122)이 전체 형상이 원주 형상이 되도록 균등하게 형성되어 있다. 이들 슬롯(122)은 모두 동일한 형상이고, 원주를 따라서 가늘고 긴 형상으로 형성되어 있다. 이들 슬롯(122)은 안테나 본체(121)의 마이크로파 방사면의 중심 O에 대해 대칭으로 배치되어 있다.The shape of the
슬롯(122)의 원주 방향의 길이는 (λg/2)-δ이고, 슬롯(122)의 중심 위치에 마이크로파 전계 강도의 피크가 오도록 설계되어 있다. 단, λg는 마이크로파의 실효 파장이고, δ는 원주 방향(각도 방향)으로 전계 강도의 균일성이 높아지도록 미세 조정하는 미세 조정 성분(0을 포함함)이다. λg는,The length of the
λg=λ/εs 1 /2 λg = λ / ε s 1/ 2
로 나타낼 수 있다. 단, εs는 슬롯의 유전율이고, λ는 진공 중의 마이크로파의 파장이다. 또한, 슬롯(122)의 길이는 약 λg/2로 한정되지 않고, λg/2의 정수배로부터 미세 조정 성분(0을 포함함)을 뺀 것이면 된다.. Where? S is the permittivity of the slot and? Is the wavelength of the microwave in vacuum. The length of the
슬롯(122) 중 인접하는 것끼리의 이음매 부분은 한쪽의 슬롯(122)의 단부와 다른 쪽의 슬롯(122)의 단부가 직경 방향으로 소정 간격을 두고 내외에서 겹치도록 구성되어 있다. 이에 의해, 주위 방향으로 슬롯이 존재하지 않는 부분이 없게 되어 주위 방향의 방사 특성이 균일해지도록 설계되어 있다. 슬롯(122)은 원주 방향을 따라서 중앙부(122a)와 좌측 단부(122b)와 우측 단부(122c)의 3개의 부분으로 나뉘어져 있고, 좌측 단부(122b) 및 우측 단부(122c)가 대략 부채형(원호 형상)을 이루고, 이들이 각각 외주측 및 내주측에 배치되고, 중앙부(122a)는 이들을 연결하는 직선 형상으로 되어 있다. 그리고, 좌측 단부(122b)와 인접하는 슬롯의 우측 단부가, 좌측 단부(122b)가 위로 되도록 배치되고, 우측 단부(122c)와 인접하는 슬롯의 좌측 단부가, 우측 단부(122c)가 아래로 되도록 배치된다. 중앙부(122a)와 좌측 단부(122b)와 우측 단부(122c)는 대략 균등한 길이를 갖고 있다. 즉, 중앙부(122a)가 (λg/6)-δ1, 그 양측의 좌측 단부(122b) 및 우측 단부(122c)가 각각 (λg/6)-δ2 및 (λg/6)-δ3의 길이로 된다. 단, δ1, δ2, δ3은 원주 방향(각도 방향)으로 전계 강도의 균일성이 높아지도록 미세 조정하는 미세 조정 성분(0을 포함함)이다. 인접하는 슬롯이 오버랩되는 부분의 길이는 동등한 쪽이 바람직하므로, δ2=δ3인 것이 바람직하다.Adjacent ones of the
슬롯(122)은 그 내주가, 안테나 본체(121)의 마이크로파 방사면의 중심으로부터 (λg/4)±δ'의 위치로 되도록 형성된다. 단, δ'는 직경 방향의 전계 강도 분포를 균일하게 하기 위해 미세 조정하는 미세 조정 성분(0을 포함함)이다. 또한, 중심으로부터 슬롯 내주까지의 길이는 약 λg/4로 한정되지 않고, λg/4의 정수배에 미세 조정 성분(0을 포함함)을 더한 것이면 된다.The
이와 같은 안테나(45)는 전계 강도가 낮은 슬롯의 단부를 겹쳐서 배치함으로써, 그 부분의 전계 강도를 높게 할 수 있고, 결과적으로, 주위 방향(각도 방향)의 전계 강도 분포를 균일하게 할 수 있다.By arranging the end portions of the slots with low electric field strength in such a manner as to overlap each other, the electric field strength of the
또한, 슬롯의 수는 4개로 한정되지 않고, 예를 들어 5개 이상이어도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 슬롯 형상은 도 8의 것으로 한정되지 않고, 예를 들어 복수의 원호 형상의 슬롯이 원주 상에 균등하게 형성된 것 등 다른 것이어도 된다.Further, the number of slots is not limited to four, and for example, five or more slots can achieve the same effect. The slot shape is not limited to that shown in Fig. 8. For example, slots of a plurality of arcuate shapes may be formed uniformly on the circumference, or the like.
슬롯(122)의 상부(122A)에서는 좌측 단부(122b)와 우측 단부(122c)의 오버랩 부분의 간격이 하부(122B)에서의 간격보다 넓게 되어 있고, 그로 인해, 상부(122A)와 하부(122B) 사이에 단차가 형성되어 있다. 이와 같이 상부(122A)에 있어서 좌측 단부(122b)와 우측 단부(122c)의 오버랩 부분의 간격을 넓게 함으로써, 가스 확산 공간(123)에 있어서의 가스의 컨덕턴스를 크게 하여 가스 유속의 균일성을 높일 수 있다.The distance between the overlapping portions of the
유전체층(126)은 석영 등의 유전체로 이루어지고, 안테나(45)의 표면을 플라즈마에 대해 부유 전위로 하기 위해 설치된다. 즉, 유전체층(126)에 의해, 안테나 본체(121)의 금속(도체) 표면과 플라즈마를 직류적으로 절연한다. 또한, 이상 방전을 방지하는 관점에서, 안테나(45)의 전체를 접지하지 않고 부유 전위로 해도 된다. 예를 들어, 외측 도체(52)와 안테나(45) 사이 및 천장판(85)과 안테나(45) 사이를 절연함으로써, 안테나(45)가 접지되어 있는 외측 도체(52) 및 챔버(1)와 절연하여 전체를 부유 전위로 할 수 있다.The
유전체층(126)은 안테나(45)의 표면에 금속 표면파가 형성되도록, λ/7 이하의 두께로 되도록 한다(λ는 진공 중의 마이크로파의 파장). 유전체층(126)은 용사 등의 막 형성 기술에 의해 형성된 막이어도 되고, 판상이어도 된다.The
안테나(45)에는 직류 전압을 인가하도록 할 수도 있다. 이에 의해, 마이크로파 전력을 인가한 경우에, 안테나(45)의 표면에 형성되는 금속 표면파를 전파하는 외피의 두께를 제어할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마의 전자 밀도 분포, 이온 밀도 분포, 라디칼 밀도 분포를 최적화할 수 있다.The direct current voltage may be applied to the
본 실시 형태에 있어서, 메인 앰프(48)와, 튜너(60)와, 안테나(45)는 근접 배치하고 있다. 그리고, 튜너(60)와 안테나(45)는 1/2 파장 내에 존재하는 집중 상수 회로를 구성하고 있고, 또한 안테나(45), 지파재(82)는 합성 저항이 50Ω로 설정되어 있으므로, 튜너(60)는 플라즈마 부하에 대해 직접 튜닝하고 있게 되어, 효율적으로 플라즈마로 에너지를 전달할 수 있다.In the present embodiment, the
플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 각 구성부는 마이크로 프로세서를 구비한 제어부(140)에 의해 제어되도록 되어 있다. 제어부(140)는 플라즈마 처리 장치(100)의 프로세스 시퀀스 및 제어 파라미터인 프로세스 레시피를 기억한 기억부나, 입력 수단 및 디스플레이 등을 구비하고 있고, 선택된 프로세스 레시피에 따라서 플라즈마 처리 장치를 제어하도록 되어 있다.Each component in the
<플라즈마 처리 장치의 동작>≪ Operation of Plasma Processing Apparatus &
다음에, 이상과 같이 구성되는 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 동작에 대해 설명한다.Next, the operation of the
우선, 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 반입하여, 서셉터(11) 상에 적재한다. 그리고, 가스 공급원(110)으로부터 가스 배관(111)을 통해 플라즈마 생성 가스, 예를 들어 Ar 가스를 안테나(45)의 가스 확산 공간(123)으로 도입하고, 가스 토출 구멍(125)으로부터 토출하면서, 마이크로파 플라즈마원(2)의 마이크로파 출력부(30)로부터, 마이크로파 공급부(40)의 각 안테나 모듈(41)의 앰프부(42) 및 마이크로파 방사부(43)를 전송되어 온 마이크로파를 안테나(45)의 슬롯(122)으로부터 챔버(1) 내에 방사하고, 안테나(45)의 표면에 금속 표면파를 형성하여, 표면파 플라즈마를 생성한다. 또한, 동일하게 가스 공급원(110)으로부터 가스 배관(111)을 통해 가스 확산 공간(123)으로 도입된 처리 가스가 가스 토출 구멍(125)으로부터 챔버(1) 내로 토출되고, 표면파 플라즈마에 의해 여기되어 플라즈마화되고, 이 처리 가스의 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리, 예를 들어 에칭 처리가 실시된다.First, the wafer W is carried into the
상기 표면파 플라즈마를 생성할 때에, 마이크로파 플라즈마원(2)에서는, 마이크로파 출력부(30)의 마이크로파 발진기(32)로부터 발진된 마이크로파 전력은 엠프(33)에 의해 증폭된 후, 분배기(34)에 의해 복수로 분배되고, 분배된 마이크로파 전력은 마이크로파 공급부(40)로 유도된다. 마이크로파 공급부(40)에 있어서는, 이와 같이 복수로 분배된 마이크로파 전력이, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(48)에 의해 개별로 증폭되고, 마이크로파 방사부(43)의 마이크로파 전송로(44)에 급전되어, 마이크로파 전송로(44)를 전송되고, 지파재(82)를 투과하고, 안테나(45)의 슬롯(122)을 통해 방사된다. 그리고, 안테나(45) 표면에 형성되는 외피 중에 금속 표면파가 형성되고, 이 표면파에 의해 챔버(1) 내의 공간에 표면파 플라즈마를 생성한다.In the
본 실시 형태에서는 마이크로파도 가스도 천장판(85)에 설치된 안테나(45)로부터 챔버(1) 내로 도입되므로, 가스의 흐름의 제어성을 양호하게 할 수 있고, 또한 마이크로파의 방사 방향과 가스의 흐름 방향이 겹쳐져, 가스를 효율적으로 플라즈마화할 수 있다.In this embodiment, since the microwave plasma gas is also introduced into the
또한, 안테나(45)는 금속(도체)제이므로, 마이크로파는 투과하지 않고, 가스가 가스 확산실(123) 및 가스 토출 구멍(125)을 통과할 때에 가스가 플라즈마화되어 발생하는 파워 손실이나 이상 방전 등의 문제는 발생하지 않는다. 또한, 종래, 안테나(45)의 선단측에 설치되어 있던 비교적 두꺼운 유전체 부재(마이크로파 투과창)에 샤워 구조를 형성하려고 하면, 이상 방전 등의 문제 외에, 가공이 어렵다는 문제점도 있지만, 본 실시 형태와 같이 금속제의 안테나(45)에는 비교적 용이하게 가스 토출 구멍(125)을 형성할 수 있다.Since the
그러나, 이와 같이 금속제의 마이크로파 방사 안테나의 표면에 표면파 플라즈마를 형성한 경우에는, 플라즈마가 슬롯(122) 주변에 집중하여 발광(발생)하여, 직경 방향의 균일성이 흐트러져 버리는 것이 판명되었다.However, when the surface wave plasma is formed on the surface of the microwave radiation antenna made of metal, it has been found that the plasma concentrates in the vicinity of the
이 원인을 검토한 결과, 슬롯 부분과 슬롯 이외의 부분에서 외피 두께가 다른 것이 원인인 것이 판명되었다. 이를 도 9에 도시한다. 슬롯 부분은 유전체이고, 부유 전위로 되므로, (a)에 도시한 바와 같이, 플라즈마와의 전위차는 커지고, 외피의 두께는 플라즈마 상태에 따른 두께(자기 바이어스 전압 Vdc의 1/2승에 비례)로 된다. 이에 대해, 슬롯 부분 이외의 부분은 금속이고, 접지되어 있으므로, (b)에 도시한 바와 같이, 플라즈마와의 전위차가 작아져, 외피가 얇아진다. 이와 같이 외피가 얇아진 영역에서는, 마이크로파의 반사 및 감쇠가 발생하여, 표면파는 차단된다. 이로 인해, 그 부분에서는 표면파 플라즈마가 충분히 생성되지 않아 발광이 약해진다. 즉, 슬롯 부분 이외의 부분에 표면파 플라즈마가 충분히 넓어지지 않는다.As a result of investigating this cause, it has been found that the thickness of the jacket is different from that of the slot portion and the slot portion. This is shown in FIG. As shown in (a), the potential difference with the plasma becomes large, and the thickness of the shell becomes a thickness (proportional to 1/2 of the magnetic bias voltage Vdc) in accordance with the plasma state do. On the other hand, the portion other than the slot portion is made of metal and is grounded, so that the potential difference with the plasma becomes small as shown in (b), and the shell becomes thin. In the area where the outer skin is thinned as described above, reflection and attenuation of the microwave occur, and the surface wave is cut off. As a result, the surface wave plasma is not sufficiently generated at that portion and the light emission is weak. That is, the surface wave plasma does not spread sufficiently at portions other than the slot portions.
따라서, 본 실시 형태에서는 마이크로파 방사 안테나인 안테나(45)의 표면에 유전체층(126)을 설치하여, 슬롯 부분 이외의 부분도 플라즈마에 대해 부유 전위가 되도록 한다. 즉, 유전체층(126)에 의해, 안테나 본체(121)의 금속(도체) 표면과 플라즈마를 직류적으로 절연함으로써, 슬롯 부분뿐만 아니라, 슬롯 부분 이외도 부유 전위로 한다. 그 결과, 도 10에 도시한 바와 같이, (b)의 안테나(45)의 표면의 슬롯 부분 이외의 부분의 외피가 두꺼워지고, (a)의 슬롯 부분의 외피 두께와 동일 정도로 되기 때문에, 금속 표면파가 차단되지 않아, 표면파 플라즈마가 충분히 생성되게 된다. 이로 인해, 슬롯 부분 이외의 부분에도 표면파 플라즈마가 충분히 펴져, 직경 방향으로 균일한 표면파 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 유전체층(126)은 얇아도 되기 때문에, 가스 토출 구멍이나 슬롯의 가공은 용이하다.Therefore, in this embodiment, the
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 안테나 본체의 금속 표면의 적어도 일부가 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 구성하였으므로, 절연된 부분의 외피를 두껍게 할 수 있어, 금속 표면파가 차단되는 일이 없고, 표면파 플라즈마가 충분히 펴져, 표면에 균일성이 높은 표면파 플라즈마를 생성할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, at least a part of the metal surface of the antenna main body is constructed so as to be DC insulated from the surface wave plasma, the outer surface of the insulated portion can be made thick, It is possible to generate a surface wave plasma having a uniform surface on the surface by sufficiently spreading the plasma.
또한, 유전체층(126)은 반드시 안테나 본체(121)의 전체면에 형성할 필요는 없고, 적어도 일부에 형성하면 된다.The
실제로, 유전체층(126)을 형성하지 않는 경우와, 형성한 경우에서 플라즈마 생성 실험을 행하였다. 여기서는, 유전체층(126)은 막으로서 형성하고, 플라즈마 생성 가스로서 Ar 가스를 사용하고, 압력:0.5Torr, 마이크로파 파워:400W 및 압력:1Torr, 마이크로파 파워:100W, 125W의 조건으로 플라즈마를 생성하였다.Practically, a plasma generation experiment was conducted in the case where the
그 결과를 도 11 내지 도 13에 도시한다. 도 11은 플라즈마의 발광 상태를 도시하는 것이고, 유전체층(126)을 형성하지 않는 경우에는, (a)에 도시한 바와 같이, 표면파 플라즈마가 충분히 퍼져 있지 않은 것에 비해, 유전체층(126)을 형성한 경우에는, (b)에 도시한 바와 같이, 표면파 플라즈마가 충분히 퍼져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12는 횡축에 직경 방향의 거리를 취하고, 종축에 전자 밀도를 취하여, 전자 밀도 분포를 도시하는 도면이고, 도 13은 도 12의 직경 방향의 거리가 0인 위치 전자 밀도로 규격화한 전자 밀도의 분포를 도시하는 것이다. 이 도면으로부터, 유전체층(126)을 설치함으로써, 표면파 플라즈마가 퍼져, 보다 균일한 전자 밀도 분포를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.The results are shown in Figs. 11 to 13. Fig. 11 shows the emission state of the plasma. In the case where the
그런데, 금속에 석영 등의 유전체를 용사 등에 의해 막 형성하는 것은 반드시 용이하지 않다. 이에 대해, 유전체층(126)으로서, 유전체 박판을 사용하는 것은 비교적 용이하다. 따라서, 유전체층(126)으로서 유전체 박판을 사용하는 것이 제조상 바람직하다.However, it is not always easy to form a dielectric such as quartz in a metal by spraying or the like. On the other hand, it is relatively easy to use a dielectric thin plate as the
그러나, 유전체층(126)으로서 유전체 박판을 사용하는 경우에는, 안테나 본체(121)와 유전체 박판 사이에 약간의 간극(0.3 내지 0.5㎜ 정도)이 불가피하게 생기고, 그 간극에서 이상 방전이 발생하는 것이 판명되었다. 이상 방전이 발생하면 플라즈마로의 전력 전달 효율이 현저하게 저하되므로 바람직하지 않다.However, when a thin dielectric plate is used as the
이와 같은 이상 방전의 원인을 해명하기 위해, 유전체 박판 설치 시의 전자계 시뮬레이션 해석을 행하였다. 그 결과, 유전체층(126)으로서 이와 같은 유전체 박판을 사용하면, 마이크로파 전력을 공급한 경우에, 도 14에 도시한 바와 같이, 안테나 본체(121)와 유전체 박판(126)의 간극(130)에 TE10파가 전파되고, 도 15에 도시한 바와 같이, 특히 복수의 슬롯(122)의 내측 영역에서 전계가 강해져, 이상 방전이 발생하기 쉬워지는 것이 판명되었다.In order to clarify the cause of such an abnormal discharge, electromagnetic field simulation analysis at the time of installing a thin dielectric plate was carried out. As a result, when such a thin dielectric plate is used as the
이와 같은 TE10파를 감쇠시키기 위해서는, 유전체 박판의 안테나 본체(121)와의 대향면에 금속막을 코팅하는 것이 생각된다.In order to attenuate such TE 10 wave, it is conceivable to coat a metal film on the surface of the dielectric thin plate facing the antenna
단, 유전체 박판의 슬롯(122) 및 가스 토출 구멍(125)을 제외한 전체면에 이와 같은 금속막을 코팅한 경우, 전자계 시뮬레이션 해석에 따르면, 도 16에 도시한 바와 같이, 안테나 본체(121)와 유전체 박판(126)의 간극의 전계가 오히려 높아져 버린다. 이는, 전체면에 금속막을 코팅하면, 마이크로파의 반사의 영향이 커지기 때문이라고 생각된다.16, when the metal film is coated on the entire surface except for the
따라서, 유전체층(126)으로서 유전체 박판을 사용하는 경우에는, 유전체 박판(126)의 안테나 본체(121)와의 대향면의 일부에 금속막을 코팅한다.Therefore, when a dielectric thin plate is used as the
다음에, 금속막을 코팅할 때의 패턴에 대해 검토하였다.Next, a pattern for coating a metal film was examined.
도 17에 도시한 바와 같이, 유전체 박판(126)의 중앙부[슬롯(122)의 내측 영역]에 금속막을 코팅한 경우에 대해, 전자계 시뮬레이션 해석을 행한 결과, 도 18에 도시한 바와 같이, 안테나 본체(121)와 유전체 박판(126)의 간극의 전계가 낮아지는 것이 확인되었다. 단, 도 17의 경우에는 슬롯(122)의 마이크로파 방사 부분인 하부(122B)의 외경보다도 큰 상부(122A)의 외경 부근의 위치까지 금속막이 존재하고 있으므로, 슬롯부의 전계가 높아져, 슬롯부에서의 이상 방전이 염려된다.As shown in Fig. 17, when a metal film is coated on the central portion of the dielectric thin plate 126 (the inner side of the slot 122), electromagnetic field simulation analysis is performed. As a result, as shown in Fig. 18, It was confirmed that the electric field of the gap between the dielectric
따라서, 다음에, 도 19에 도시한 바와 같이, 금속막 코팅의 패턴을 슬롯(122)의 마이크로파 방사 부분인 하부(122B)의 외경에 맞추어 최적화한 경우에 대해, 전자계 시뮬레이션 해석을 행한 결과, 도 20에 도시한 바와 같이, 슬롯부의 전계가 완화되어, 이상 방전의 가능성이 낮아진다.Therefore, as shown in FIG. 19, when a pattern of the metal film coating is optimized by being adjusted to the outer diameter of the
따라서, 도 21에 도시한 바와 같이, 유전체 박판(126)의 안테나 본체(121)와의 대향면의 일부, 바람직하게는 중심으로부터 슬롯(122)의 외경에 이르는 범위에 금속막(131)을 코팅한다. 이에 의해, 안테나 본체(121)와 유전체 박판(126)의 간극(130)의 이상 방전을 억제할 수 있다.21, the
이때, 금속막(131)의 형성 방법은 막 형성 기술이라면 특별히 한정되지 않지만, 용사를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 금속막(131)의 두께는 5 내지 150㎛인 것이 바람직하다.At this time, the method of forming the
<다른 적용><Other applications>
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 사상의 범위 내에 있어서 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 마이크로파 출력부(30)나 마이크로파 공급부(40)의 구성 등은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 안테나로부터 방사되는 마이크로파의 지향성 제어를 행하거나 원편파로 할 필요가 없는 경우에는, 위상기는 불필요하다. 또한, 마이크로파 방사부(43)에 있어서, 지파재(82)는 필수는 아니다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be modified in various ways within the scope of the spirit of the present invention. For example, the configuration of the
또한, 상기 실시 형태에서는 복수의 마이크로파 방사부를 설치하고, 그것에 수반하여 마이크로파 방사 안테나를 복수 설치한 예에 대해 나타냈지만, 마이크로파 방사부 및 마이크로파 방사 안테나는 1개여도 된다.In the above-described embodiment, a plurality of microwave radiating units are provided, and a plurality of microwave radiating antennas are provided in conjunction with the plurality of microwave radiating units. However, one microwave radiating unit and one microwave radiating antenna may be provided.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치로서 에칭 처리 장치를 예시하였지만, 이에 한정되지 않고, 성막 처리, 산화 처리 및 질화 처리를 포함하는 산질화막 처리, 애싱 처리 등의 다른 플라즈마 처리에도 사용할 수 있다. 또한, 피처리 기판은 반도체 웨이퍼(W)로 한정되지 않고, LCD(액정 디스플레이)용 기판으로 대표되는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판이나, 세라믹스 기판 등의 다른 기판이어도 된다.In the above embodiment, the etching treatment apparatus is exemplified as the plasma treatment apparatus. However, the present invention is not limited to this, and it can be used for other plasma treatment such as an oxynitriding treatment including ashing treatment, oxidation treatment and nitriding treatment and ashing treatment . The substrate to be processed is not limited to the semiconductor wafer W but may be another substrate such as an FPD (flat panel display) substrate typified by a substrate for an LCD (liquid crystal display), a ceramics substrate, or the like.
1 : 챔버
2 : 마이크로파 플라즈마원
11 : 서셉터
12 : 지지 부재
15 : 배기관
16 : 배기 장치
17 : 반입출구
30 : 마이크로파 출력부
31 : 마이크로파 전원
32 : 마이크로파 발진기
40 : 마이크로파 공급부
41 : 안테나 모듈
42 : 앰프부
43 : 마이크로파 방사부
44 : 도파로
45 : 마이크로파 방사 안테나
52 : 외측 도체
53 : 내측 도체
54 : 급전 기구
55 : 마이크로파 전력 도입 포트
60 : 튜너
82 : 지파재
85 : 천장판
100 : 플라즈마 처리 장치
110 : 가스 공급원
111 : 가스 배관
121 : 안테나 본체
122 : 슬롯
123 : 가스 확산 공간
125 : 가스 토출 구멍
126 : 유전체층(유전체 박판)
130 : 간극
131 : 금속막
140 : 제어부
W : 반도체 웨이퍼1: chamber
2: Microwave plasma source
11: susceptor
12: Support member
15: Exhaust pipe
16: Exhaust system
17: Incoming exit
30: Microwave output section
31: microwave power source
32: microwave oscillator
40: microwave supply part
41: Antenna module
42:
43: microwave radiation part
44: Waveguide
45: microwave radiation antenna
52: outer conductor
53: inner conductor
54: power supply mechanism
55: microwave power introduction port
60: tuner
82: tributary material
85: Ceiling board
100: Plasma processing device
110: gas supply source
111: Gas piping
121: Antenna body
122: Slot
123: gas diffusion space
125: gas discharge hole
126: Dielectric layer (dielectric thin plate)
130: Clearance
131: metal film
140:
W: Semiconductor wafer
Claims (12)
도체로 이루어지는 안테나 본체와,
상기 안테나 본체에 설치된, 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과,
상기 안테나 본체에 설치된, 처리 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고,
상기 마이크로파에 의해 표면에 금속 표면파가 형성되고, 이 금속 표면파에 의해 표면파 플라즈마가 생성되고,
상기 안테나 본체의 금속 표면의 적어도 일부가 상기 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 구성되고,
상기 안테나 본체의 표면의 적어도 일부가, 금속 표면파를 유지 가능한 두께의 유전체층으로 덮음으로써 절연되고,
상기 유전체층은 유전체 박판으로 형성되고,
상기 유전체 박판은, 상기 안테나 본체와의 대향면의 일부에, 상기 슬롯 및 상기 가스 토출 구멍을 제외한 패턴을 갖는 금속막을 갖는, 마이크로파 방사 안테나.A plasma processing apparatus for forming a surface wave plasma in a chamber and performing plasma processing, the plasma processing apparatus comprising: a microwave radiation antenna which is output from a microwave output unit and radiates a microwave transmitted through a microwave transmission path into a chamber;
An antenna main body made of a conductor,
A plurality of slots provided in the antenna main body for radiating microwaves,
And a plurality of gas discharge holes provided in the antenna main body for discharging a process gas into the chamber,
A metal surface wave is formed on the surface by the microwave, a surface wave plasma is generated by the metal surface wave,
Wherein at least a part of the metal surface of the antenna body is DC-insulated from the surface acoustic wave plasma,
At least a part of the surface of the antenna main body is insulated by covering it with a dielectric layer having a thickness that can sustain a surface acoustic wave,
Wherein the dielectric layer is formed of a thin dielectric sheet,
Wherein the dielectric thin plate has a metal film having a pattern except for the slot and the gas discharge hole on a part of the surface facing the antenna main body.
마이크로파를 생성하여 출력하는 마이크로파 출력부와,
상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 상기 챔버 내에 공급하기 위한 마이크로파 공급부를 구비하고,
상기 마이크로파 공급부는,
상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 전송하는 전송로와,
마이크로파를 챔버 내에 방사하는 마이크로파 방사 안테나를 구비하고,
상기 마이크로파 방사 안테나는,
도체로 이루어지는 안테나 본체와,
상기 안테나 본체에 설치된, 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과,
상기 안테나 본체에 설치된, 처리 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고,
상기 마이크로파에 의해 표면에 금속 표면파가 형성되고, 이 금속 표면파에 의해 표면파 플라즈마가 생성되고, 상기 안테나 본체의 금속 표면의 적어도 일부가 상기 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 구성되고,
상기 안테나 본체의 표면의 적어도 일부가, 금속 표면파를 유지 가능한 두께의 유전체층으로 덮음으로써 절연되고,
상기 유전체층은 유전체 박판으로 형성되고,
상기 유전체 박판은, 상기 안테나 본체와의 대향면의 일부에, 상기 슬롯 및 상기 가스 토출 구멍을 제외한 패턴을 갖는 금속막을 갖는, 마이크로파 플라즈마원.A microwave plasma source for radiating a microwave into a chamber of a plasma processing apparatus to form a surface wave plasma,
A microwave output unit for generating and outputting a microwave,
And a microwave supply unit for supplying the microwave outputted from the microwave output unit into the chamber,
The microwave supply unit,
A transmission line for transmitting microwaves output from the microwave output unit;
And a microwave radiation antenna for radiating a microwave into the chamber,
The microwave radiation antenna includes:
An antenna main body made of a conductor,
A plurality of slots provided in the antenna main body for radiating microwaves,
And a plurality of gas discharge holes provided in the antenna main body for discharging a process gas into the chamber,
Wherein a surface acoustic wave is generated by the microwave and a surface acoustic wave is generated by the surface acoustic wave so that at least a part of the metal surface of the antenna body is insulated from the surface acoustic wave plasma,
At least a part of the surface of the antenna main body is insulated by covering it with a dielectric layer having a thickness that can sustain a surface acoustic wave,
Wherein the dielectric layer is formed of a thin dielectric sheet,
Wherein the dielectric thin plate has a metal film having a pattern except for the slot and the gas discharge hole on a part of the surface facing the antenna main body.
처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
상기 챔버 내에 마이크로파를 방사하여 표면파 플라즈마를 형성하는 마이크로파 플라즈마원을 구비하고,
상기 마이크로파 플라즈마원은,
마이크로파를 생성하여 출력하는 마이크로파 출력부와,
상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 상기 챔버 내에 공급하기 위한 마이크로파 공급부를 구비하고,
상기 마이크로파 공급부는,
상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 전송하는 전송로와,
마이크로파를 챔버 내에 방사하는 마이크로파 방사 안테나를 구비하고,
상기 마이크로파 방사 안테나는,
도체로 이루어지는 안테나 본체와,
상기 안테나 본체에 설치된, 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과,
상기 안테나 본체에 설치된, 처리 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고,
상기 마이크로파에 의해 표면에 금속 표면파가 형성되고, 이 금속 표면파에 의해 표면파 플라즈마가 생성되고, 상기 안테나 본체의 금속 표면의 적어도 일부가 상기 표면파 플라즈마로부터 직류적으로 절연되도록 구성되고,
상기 안테나 본체의 표면의 적어도 일부가, 금속 표면파를 유지 가능한 두께의 유전체층으로 덮음으로써 절연되고,
상기 유전체층은 유전체 박판으로 형성되고,
상기 유전체 박판은, 상기 안테나 본체와의 대향면의 일부에, 상기 슬롯 및 상기 가스 토출 구멍을 제외한 패턴을 갖는 금속막을 갖고,
상기 마이크로파 플라즈마원으로부터 상기 챔버 내에 공급된 마이크로파에 의해 상기 마이크로파 방사 안테나의 표면에 형성되는 금속 표면파에 의해, 상기 가스 공급 기구로부터 공급된 가스에 의한 표면파 플라즈마를 생성하고, 상기 챔버 내의 피처리 기판에 대해 플라즈마에 의해 처리를 실시하는, 플라즈마 처리 장치.A chamber for accommodating a substrate to be processed;
A gas supply mechanism for supplying a process gas,
And a microwave plasma source for radiating a microwave into the chamber to form a surface wave plasma,
In the microwave plasma source,
A microwave output unit for generating and outputting a microwave,
And a microwave supply unit for supplying the microwave outputted from the microwave output unit into the chamber,
The microwave supply unit,
A transmission line for transmitting microwaves output from the microwave output unit;
And a microwave radiation antenna for radiating a microwave into the chamber,
The microwave radiation antenna includes:
An antenna main body made of a conductor,
A plurality of slots provided in the antenna main body for radiating microwaves,
And a plurality of gas discharge holes provided in the antenna main body for discharging a process gas into the chamber,
Wherein a surface acoustic wave is generated by the microwave and a surface acoustic wave is generated by the surface acoustic wave so that at least a part of the metal surface of the antenna body is insulated from the surface acoustic wave plasma,
At least a part of the surface of the antenna main body is insulated by covering it with a dielectric layer having a thickness that can sustain a surface acoustic wave,
Wherein the dielectric layer is formed of a thin dielectric sheet,
Wherein the dielectric thin plate has a metal film having a pattern except for the slot and the gas discharge hole on a part of a surface facing the antenna main body,
A surface acoustic wave plasma generated by the gas supplied from the gas supply mechanism is generated by the surface acoustic wave formed on the surface of the microwave radiation antenna by the microwave supplied into the chamber from the microwave plasma source, Wherein the plasma processing is performed by the plasma.
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