KR101882609B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 마이크로파를 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재를 통해서 처리 용기 내에 도입하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 투과 부재의 내부에서의 마이크로파의 간섭을 효과적으로 억제한다. 마이크로파 투과 부재(73B)는, 판상이며, 전체적으로 평면에서 볼 때 원환 형상을 이루고 있다. 벽부(77)는, 마이크로파 투과 부재(73B)의 상면으로부터 상방으로 돌출된 돌기로서 3군데에 균등하게 배치되어 있다. 벽부(77)는, 원환 형상의 마이크로파 투과 부재(73B)의 상면에 있어서, 그 원환부를 횡단하도록 직경 방향으로 길게 연장되어 설치되어 있다. 벽부(77)는, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부를 둘레 방향으로 전파하는 마이크로파를 반사파에 의해 상쇄하여, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부에서의 마이크로파의 간섭을 억제한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 피처리체를 마이크로파 플라즈마에 의해 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 과정에서는, 플라즈마를 사용하여, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여, 예를 들어 산화 처리, 질화 처리 등의 성막 처리나, 에칭 처리 등이 행하여진다. 최근에는, 차세대 이후의 디바이스 개발을 대비해서, 미세화에의 대응이 점점 요구되고 있다. 한편, 주로 생산 효율을 높이는 관점에서, 피처리체의 대형화도 진행되고 있다.
플라즈마 처리에 관한 종래 기술로서, 특허문헌 1에서는, 마이크로파를 처리 용기 내에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 복수 개소에 구비함과 함께, 처리 용기의 천장부에 원주 형상으로 배치된 복수의 슬롯과, 각 슬롯으로부터 방사된 마이크로파를 투과하는 원환 형상의 마이크로파 투과 부재를 구비한 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다. 이 특허문헌 1에서는, 원환 형상의 마이크로파 투과 부재에 의해, 둘레 방향으로의 플라즈마의 균일한 확대를 확보할 수 있다고 되어 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 처리 용기 내에서의 마이크로파의 과도한 전파를 억제하기 위해서, 마이크로파를 도입하는 개구의 주위에 마이크로파의 전파를 억제하는 초크 홈을 형성한 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2015-118739호 공보(특허 청구 범위 등) 일본 특허 공개 제2003-45848호 공보(특허 청구 범위 등)
플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 도입 부위의 수를 필요 이상으로 증가시키지 않고, 피처리체의 대형화에 대응하기 위해서는, 특허문헌 1과 같이, 복수의 마이크로파 도입 기구로부터의 마이크로파를 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재를 통해서 도입하는 것이 유효하다. 그러나, 복수의 마이크로파 도입 기구로부터 도입되는 마이크로파의 위상이 상이하면, 마이크로파 투과 부재의 내부에서 마이크로파의 간섭이 발생해서 전계 강도에 치우침이 발생하여, 플라즈마의 균일성이 손상되는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 복수의 마이크로파를 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재를 통해서 처리 용기 내에 도입하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 투과 부재의 내부에서의 마이크로파의 간섭을 효과적으로 억제하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 상기 피처리체를 적재하는 적재면을 갖는 적재대와,
마이크로파를 생성함과 함께, 해당 마이크로파를 복수의 경로로 분배해서 출력하는 마이크로파 출력부와,
상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 복수의 전송 경로를 통해서 상기 처리 용기 내에 전송하는 마이크로파 전송부와,
상기 마이크로파 전송부에 의해 전송된 상기 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 방사하는 마이크로파 도입부,
를 구비하고 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 마이크로파 전송부는, 상기 복수의 전송 경로마다, 상기 마이크로파 출력부와 상기 처리 용기 내와의 사이의 임피던스를 정합시키는 튜너부를 갖고 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 마이크로파 도입부는,
상기 처리 용기의 천장부를 구성함과 함께, 상기 적재면에 대향해서 형성된 오목부를 갖는 도전성 부재와,
상기 도전성 부재의 일부분을 이루고, 상기 마이크로파 전송부를 통해서 전송된 상기 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과,
상기 도전성 부재의 상기 오목부에 감합되고, 상기 슬롯으로부터 방사된 상기 마이크로파를 투과시켜서 상기 처리 용기 내에 도입시키는 마이크로파 투과 부재,
를 갖고 있다.
그리고, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 마이크로파 투과 부재는, 복수의 상기 전송 경로를 통해서 전송된 복수의 상기 마이크로파에 공통으로 설치되어 있음과 함께, 그 내부에서의 복수의 마이크로파의 간섭을 억제하는 간섭 억제 수단을 갖고 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 간섭 억제 수단이, 판상을 이루는 상기 마이크로파 투과 부재에 형성된 돌기이어도 된다. 이 경우, 상기 마이크로파 투과 부재는, 전체적으로 원환 형상을 이루고 있어도 되고, 상기 돌기가, 상기 원환 형상의 마이크로파 투과 부재의 상면에 있어서, 그 직경 방향으로 횡단해서 설치된 벽부이어도 된다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 마이크로파 도입부는, 유전체 재료로 이루어지는 복수의 마이크로파 지파재를 더 구비하고 있어도 되고,
상기 마이크로파 지파재는, 상기 도전성 부재에 있어서, 상기 복수의 슬롯의 상부이며 상기 튜너부의 배치 부분과 상하로 겹치는 부위를 포함하는 원환 형상을 이루는 영역을 따라서 전체적으로 원환 형상으로 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 상기 돌기가, 상기 튜너부의 배치 부분과 상하로 겹치지 않는 부위에 있어서, 인접하는 2개의 상기 마이크로파 지파재의 사이에 삽입되어 있어도 된다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 복수의 슬롯과 상기 마이크로파 투과 부재와의 사이에, 상기 복수의 슬롯에 대응해서 서로 분리되어 형성된 복수의 유전체층을 갖는 것이어도 된다. 이 경우, 상기 유전체층은, 공기층 또는 유전체 재료층이어도 된다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상기 어느 하나의 플라즈마 처리 장치를 사용해서 피처리체를 처리하는 것이다.
본 발명에 따르면, 복수의 마이크로파를 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재를 통해서 처리 용기 내에 도입하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파 투과 부재의 내부에서의 마이크로파의 간섭을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마의 균일한 확대가 확보되어, 피처리체에의 처리의 균일성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제어부의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 3은 도 1에 도시한 마이크로파 도입 장치의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 4는 튜너부와 마이크로파 도입부의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 마이크로파 도입부의 상부의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 6은 마이크로파 도입부의 하부의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 7은 마이크로파 투과 부재의 외관 사시도이다.
도 8은 벽부를 확대해서 나타내는 마이크로파 투과 부재의 주요부 사시도이다.
도 9는 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 적절히 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[플라즈마 처리 장치의 구성예]
먼저, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는, 도 1에 도시한 제어부의 구성을 도시하는 설명도이다. 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)는, 연속하는 복수의 동작을 수반하여, 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 기재함)(W)에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 장치이다. 여기서, 플라즈마 처리로서, 예를 들어 플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리 등의 성막 처리나, 플라즈마 에칭 처리 등을 들 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 피처리체인 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2)의 내부에 배치되고, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재면(21a)을 갖는 적재대(21)와, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(3)와, 처리 용기(2) 내를 감압 배기하는 배기 장치(4)와, 처리 용기(2) 내에 플라즈마를 생성시키기 위한 마이크로파를 발생시킴과 함께, 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치(5)와, 마이크로파 도입 장치(5)로부터의 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 방사하는 마이크로파 도입부(6A, 6B)와, 이들 플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다. 또한, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 수단으로서는, 가스 공급 기구(3) 대신에, 플라즈마 처리 장치(1)의 구성에는 포함되지 않는 외부의 가스 공급 기구를 사용해도 된다.
<처리 용기>
처리 용기(2)는, 예를 들어 대략 원통 형상을 이루고 있다. 처리 용기(2)는, 예를 들어 알루미늄 및 그 합금 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 도입 장치(5)는, 처리 용기(2)의 상부에 설치되고, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입해서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단으로서 기능한다. 마이크로파 도입 장치(5)의 구성에 대해서는, 나중에 상세하게 설명한다.
처리 용기(2)는, 판상의 천장부(11) 및 저부(13)와, 천장부(11)와 저부(13)를 연결하는 측벽부(12)를 갖고 있다. 천장부(11)는, 복수의 오목부를 갖고 있으며, 마이크로파 도입부(6A, 6B)를 구성하는 도전성 부재로서 기능한다. 측벽부(12)는, 처리 용기(2)에 인접하는 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 행하기 위한 반입출구(12a)를 갖고 있다. 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실과의 사이에는, 게이트 밸브(G)가 배치되어 있다. 게이트 밸브(G)는, 반입출구(12a)를 개폐하는 기능을 갖고 있다. 게이트 밸브(G)는, 폐쇄 상태에서 처리 용기(2)를 기밀하게 시일함과 함께, 개방 상태에서 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 이송을 가능하게 한다.
저부(13)는, 복수(도 1에서는 2개)의 배기구(13a)를 갖고 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 또한 배기구(13a)와 배기 장치(4)를 접속하는 배기관(14)을 구비하고 있다. 배기 장치(4)는, APC 밸브와, 처리 용기(2)의 내부 공간을 소정의 진공도까지 고속으로 감압하는 것이 가능한 고속 진공 펌프를 갖고 있다. 이러한 고속 진공 펌프로서는, 예를 들어 터보 분자 펌프 등이 있다. 배기 장치(4)의 고속 진공 펌프를 작동시킴으로써, 처리 용기(2)는, 그 내부 공간이 소정의 진공도, 예를 들어 0.133Pa까지 감압된다.
<적재대>
적재대(21)는, 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평하게 적재하기 위한 것이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 또한 처리 용기(2) 내에서 적재대(21)를 지지하는 지지 부재(22)와, 지지 부재(22)와 처리 용기(2)의 저부(13)와의 사이에 형성된 절연 재료로 이루어지는 절연 부재(23)를 구비하고 있다. 지지 부재(22)는, 저부(13)의 중앙으로부터 처리 용기(2)의 내부 공간을 향해서 연장되는 원통 형상을 갖고 있다. 적재대(21) 및 지지 부재(22)는, 예를 들어 AlN 등에 의해 형성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 적재대(21)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 바이어스 전원(25)과, 적재대(21)와 고주파 바이어스 전원(25)과의 사이에 설치된 정합기(24)를 더 구비하고 있다. 고주파 바이어스 전원(25)은, 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위해서, 적재대(21)에 고주파 전력을 공급한다.
도시하지 않지만, 플라즈마 처리 장치(1)는, 또한 적재대(21)를 가열 또는 냉각하는 온도 제어 기구를 구비하고 있다. 온도 제어 기구는, 예를 들어 웨이퍼(W)의 온도를, 20℃(실온) 내지 900℃의 범위 내에서 제어한다. 또한, 적재대(21)는, 적재면(21a)에 대하여 돌출 가능하게 설치된 복수의 지지 핀을 갖고 있다. 복수의 지지 핀은, 임의의 승강 기구에 의해 상하로 변위하고, 상승 위치에 있어서, 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행할 수 있도록 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(2)의 천장부(11)에 설치된 가스 도입부(15)를 더 구비하고 있다. 가스 도입부(15)는, 원통 형상을 이루는 복수의 노즐(16)을 갖고 있다. 노즐(16)은, 그 하면에 형성된 가스 구멍(16a)을 갖고 있다.
<가스 공급 기구>
가스 공급 기구(3)는, 가스 공급원(31)을 포함하는 가스 공급 장치(3a)와, 가스 공급원(31)과 가스 도입부(15)를 접속하는 배관(32)을 갖고 있다. 또한, 도 1에서는, 1개의 가스 공급원(31)을 도시하고 있지만, 가스 공급 장치(3a)는, 사용되는 가스의 종류에 따라 복수의 가스 공급원을 포함하고 있어도 된다.
가스 공급원(31)은, 예를 들어 플라즈마 생성용 희가스나, 산화 처리, 질화 처리, 에칭 처리 등에 사용되는 처리 가스 등의 가스 공급원으로서 사용된다. 또한, 희가스는, 산화 처리, 질화 처리, 에칭 처리 등의 처리 가스와 함께 사용되는 경우도 있다.
도시하지 않지만, 가스 공급 장치(3a)는, 배관(32)의 도중에 설치된 매스 플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브를 더 포함하고 있다. 처리 용기(2) 내에 공급되는 가스의 종류나, 이들 가스의 유량 등은, 매스 플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브에 의해 제어된다.
<제어부>
플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부는, 각각 제어부(8)에 접속되어, 제어부(8)에 의해 제어된다. 제어부(8)는 전형적으로는 컴퓨터이다. 도 2에 도시한 예에서는, 제어부(8)는, CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러(81)와, 이 프로세스 컨트롤러(81)에 접속된 유저 인터페이스(82) 및 기억부(83)를 구비하고 있다.
프로세스 컨트롤러(81)는, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 예를 들어 온도, 압력, 가스 유량, 바이어스 인가용 고주파 전력, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계되는 각 구성부(예를 들어, 고주파 바이어스 전원(25), 가스 공급 장치(3a), 배기 장치(4), 마이크로파 도입 장치(5) 등)를 통괄해서 제어하는 제어 수단이다.
유저 인터페이스(82)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 갖고 있다.
기억부(83)에는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(81)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나, 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세스 컨트롤러(81)는, 유저 인터페이스(82)로부터의 지시 등, 필요에 따라, 임의의 제어 프로그램이나 레시피를 기억부(83)로부터 호출해서 실행한다. 이에 의해, 프로세스 컨트롤러(81)에 의한 제어 하에서, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에서 원하는 처리가 행하여진다.
상기 제어 프로그램 및 레시피는, 예를 들어 CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해서 수시로 전송시켜서 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
<마이크로파 도입 장치 및 마이크로파 도입부>
이어서, 도 1, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 마이크로파 도입 장치(5) 및 마이크로파 도입부(6A, 6B)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 3은, 마이크로파 도입 장치(5)의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 4는, 마이크로파 도입 장치(5)의 일부분을 이루는 튜너부(63B)와 마이크로파 도입부(6B)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 5는, 천장부(11)의 상방에서 본 마이크로파 도입부(6A, 6B)의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 6은, 천장부(11)의 하방에서 본 마이크로파 도입부(6A, 6B)의 구성을 도시하는 평면도이다.
<마이크로파 도입 장치>
상술한 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(5)는, 처리 용기(2)의 상부에 설치되고, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입해서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단으로서 기능한다. 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(5)는, 마이크로파를 생성함과 함께, 마이크로파를 복수의 경로로 분배해서 출력하는 마이크로파 출력부(50)와, 마이크로파 출력부(50)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(2)에 전송하는 마이크로파 전송부(60)를 갖고 있다.
(마이크로파 출력부)
마이크로파 출력부(50)는, 전원부(51)와, 마이크로파 발진기(52)와, 마이크로파 발진기(52)에 의해 발진된 마이크로파를 증폭하는 앰프(53)와, 앰프(53)에 의해 증폭된 마이크로파를 복수의 경로로 분배하는 분배기(54)를 갖고 있다. 마이크로파 발진기(52)는, 소정의 주파수(예를 들어, 860MHz)로 마이크로파를 발진(예를 들어, PLL 발진)시킨다. 또한, 마이크로파의 주파수는, 860MHz에 한하지 않고, 2.45GHz, 8.35GHz, 5.8GHz, 1.98GHz 등이어도 된다. 분배기(54)는, 입력측과 출력측의 임피던스를 정합시키면서 마이크로파를 분배한다.
(마이크로파 전송부)
마이크로파 전송부(60)는, 복수의 안테나 모듈(61)을 포함하고 있다. 복수의 안테나 모듈(61)은, 각각, 분배기(54)에 의해 분배된 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입한다. 각 안테나 모듈(61)은, 분배된 마이크로파를 주로 증폭해서 출력하는 앰프부(62)와, 앰프부(62)로부터 출력된 마이크로파의 임피던스를 조정하는 튜너부(63A, 63B)를 갖고 있다.
본 실시 형태에서는, 복수의 안테나 모듈(61)에 있어서의 앰프부(62)의 구성은 모두 동일하다. 앰프부(62)는, 마이크로파의 위상을 변화시키는 위상 조절부로서의 위상기(62A)와, 메인 앰프(62C)에 입력되는 마이크로파의 전력 레벨을 조정하는 가변 게인 앰프(62B)와, 솔리드 스테이트 앰프로서 구성된 메인 앰프(62C)와, 후술하는 마이크로파 도입부(6A 또는 6B)의 슬롯 안테나부에서 반사되어 메인 앰프(62C)로 향하는 반사 마이크로파를 분리하는 아이솔레이터(62D)를 포함하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 튜너부(63A, 63B)는, 천장부(11)에 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 천장부(11)의 중앙 부분에 설치된 튜너부(63A)와, 천장부(11)의 주연 부분에 설치된 3개의 튜너부(63B)(도 1에서는 3개 중 2개만을 도시)를 구비하고 있다. 3개의 튜너부(63B)는, 튜너부(63A)를 둘러싸도록, 둘레 방향으로 120도의 각도를 두고 균등하게 배치되어 있다. 도 4에서는, 대표적으로, 천장부(11)의 주연 부분의 상부에 배치된 하나의 튜너부(63B)의 구성을 나타내고 있지만, 천장부(11)의 중앙 부분의 상부에 배치된 튜너부(63A)도 마찬가지의 구성이다.
튜너부(63A, 63B)는, 임피던스를 정합시키는 슬래그 튜너(64)와, 금속 재료로 이루어지고, 도 4에서의 상하 방향으로 연장되는 원통 형상의 형상을 갖는 본체 용기(65)와, 본체 용기(65) 내에서 본체 용기(65)가 연장되는 방향과 동일한 방향으로 연장되는 내측 도체(66)를 갖고 있다. 본체 용기(65) 및 내측 도체(66)는, 동축 관을 구성하고 있다. 본체 용기(65)는, 이 동축 관의 외측 도체를 구성하고 있다. 내측 도체(66)는, 막대 형상 또는 통 형상의 형상을 갖고 있다. 본체 용기(65)의 내주면과 내측 도체(66)의 외주면과의 사이의 공간은, 마이크로파 전송로(67)를 형성한다.
슬래그 튜너(64)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 본체 용기(65)의 기단부측(상단부측)의 부분에 배치된 2개의 슬래그(69A, 69B)와, 2개의 슬래그(69A, 69B)를 동작시키는 액추에이터(70)와, 이 액추에이터(70)를 제어하는 튜너 컨트롤러(71)를 갖고 있다.
슬래그(69A, 69B)는, 판상이면서 환상의 형상을 갖고, 본체 용기(65)의 내주면과 내측 도체(66)의 외주면과의 사이에 배치되어 있다. 또한, 슬래그(69A, 69B)는, 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 슬래그(69A, 69B)를 형성하는 유전체 재료로서는, 예를 들어 비유전율이 10인 고순도 알루미나를 사용할 수 있다.
슬래그 튜너(64)는, 튜너 컨트롤러(71)로부터의 명령에 기초하여, 액추에이터(70)에 의해, 슬래그(69A, 69B)를 상하 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 슬래그 튜너(64)는 임피던스를 조정한다. 예를 들어, 튜너 컨트롤러(71)는, 종단부의 임피던스가 50Ω이 되도록, 슬래그(69A, 69B)의 위치를 조정한다.
본 실시 형태에서는, 메인 앰프(62C), 슬래그 튜너(64) 및 마이크로파 도입부(6A 또는 6B)의 후술하는 슬롯 안테나부(74A 또는 74B)는, 서로 근접해서 배치되어 있다. 특히, 슬래그 튜너(64) 및 슬롯 안테나부(74A 또는 74B)는, 집중 상수 회로를 구성하고, 또한 공진기로서 기능한다. 슬래그 튜너(64)에 의해, 슬롯 안테나부(74A 또는 74B)에 이르기까지의 임피던스 부정합을 고정밀도로 해소할 수 있어, 실질적으로 부정합 부분을 플라즈마 공간으로 할 수 있다. 이에 의해, 슬래그 튜너(64)에 의해, 고정밀도의 플라즈마 제어가 가능해진다.
상기와 같이 구성된 튜너부(63A, 63B)에 있어서, 메인 앰프(62C)에서 증폭된 마이크로파는, 본체 용기(65)의 내주면과 내측 도체(66)의 외주면과의 사이(마이크로파 전송로(67))를 통해서 마이크로파 도입부(6A, 6B)에 전송된다.
<마이크로파 도입부>
마이크로파 도입부(6A, 6B)는 천장부(11)에 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 천장부(11)의 중앙 부분에 설치된 마이크로파 도입부(6A)와, 천장부(11)의 주연 부분에 설치된 마이크로파 도입부(6B)를 구비하고 있다. 마이크로파 도입부(6A)는, 천장부(11)의 일부분과, 마이크로파 지파재(72A)와, 슬롯 안테나부(74A)와, 마이크로파 투과 부재(73A)를 포함하고 있다. 마이크로파 도입부(6B)는, 천장부(11)의 일부분과, 마이크로파 지파재(72B)와, 슬롯 안테나부(74B)와, 마이크로파 투과 부재(73B)를 포함하고 있다. 마이크로파 도입부(6A)와, 마이크로파 도입부(6B)는, 이하에 설명하는 바와 같이 구성이 약간 상이하다.
(중앙 부분의 마이크로파 도입부)
도 5에 도시하는 바와 같이 천장부(11)의 중앙 부분의 상부에는, 튜너부(63A)의 배치 부위와 상하로 겹치는 영역에 오목부(11a)가 형성되어 있고, 거기에 원판 형상을 이루는 마이크로파 지파재(72A)가 감입되어 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 천장부(11)의 중앙 부분의 하면에 있어서, 마이크로파 지파재(72A)와 상하로 겹치는 부위에는 오목부(11b)가 형성되어 있고, 거기에 원판 형상을 이루는 마이크로파 투과 부재(73A)가 감입되어 있다. 마이크로파 지파재(72A)의 하방과 마이크로파 투과 부재(73A)와의 사이에는 슬롯 안테나부(74A)가 형성되어 있다. 슬롯 안테나부(74A)에는, 슬롯(75a)이 형성되어 있다.
슬롯 안테나부(74A)는, 튜너부(63A)로부터 TEM파로서 전송되어 온 마이크로파를 슬롯(75a)에 의해 TE파로 모드 변환하여, 마이크로파 투과 부재(73A)를 거쳐서, 처리 용기(2) 내에 방사한다. 슬롯(75a)의 형상이나 크기는, 모드 점프가 발생하지 않고 균일한 전계 강도가 얻어지도록 적절히 조정된다. 예를 들어, 슬롯(75a)은, 도 5에 도시하는 바와 같이 원환 형상으로 형성된다. 이에 의해, 슬롯(75a)간의 이음매가 존재하지 않고, 균일한 전계를 형성할 수 있으며, 모드 점프도 발생하기 어려워진다.
(주연 부분의 마이크로파 도입부)
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 천장부(11)에 있어서의 주연 부분의 상부에는, 튜너부(63B)의 배치 부위와 상하로 겹치는 원환 형상의 영역을 따라서 오목부(11c)가 형성되어 있고, 거기에 복수의 마이크로파 지파재(72B)가 감입되어 있다. 또한, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 천장부(11)의 주연 부분의 하면에는, 튜너부(63B)의 배치 부위와 상하로 겹치는 원환 형상의 영역에 오목부(11d)가 형성되어 있고, 거기에 마이크로파 투과 부재(73B)가 감입되어 있다. 그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 마이크로파 지파재(72B)와 마이크로파 투과 부재(73B)와의 사이에는, 슬롯 안테나부(74B) 및 복수의 유전체층(76)이 형성되어 있다.
마이크로파 지파재(72B)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 원호 형상을 이루고, 복수의 마이크로파 지파재(72B)에 의해, 전체가 원환 형상을 이루도록 배치되어 있다. 마이크로파 지파재(72B)는, 튜너부(63B)의 2배의 수, 예를 들어 본 실시 형태에서는 6매 설치되어 있다. 이들 마이크로파 지파재(72B)는, 등간격으로 설치되어 있고, 인접하는 마이크로파 지파재(72B)의 사이는, 도전성 부재인 천장부(11)의 일부분을 이루는 격벽부(11e) 또는 후술하는 마이크로파 투과 부재(73B)의 일부분을 이루는 벽부(77)에 의해 분리되어 있다. 예를 들어, 3개의 튜너부(63B)와 상하로 겹치는 부위에 있어서는, 인접하는 마이크로파 지파재(72B)의 사이에 격벽부(11e)가 하방으로부터 삽입되어 있어, 인접하는 마이크로파 지파재(72B)가 분리되어 있다. 한편, 튜너부(63B)와 상하로 겹치지 않는 나머지 3군데에 있어서는, 인접하는 마이크로파 지파재(72B)의 사이에 마이크로파 투과 부재(73B)의 벽부(77)가 하방으로부터 삽입되어 있어, 인접하는 마이크로파 지파재(72B)가 분리되어 있다. 또한, 벽부(77)와 그 양측의 마이크로파 지파재(72B)는, 예를 들어 2 내지 3mm 정도의 클리어런스를 갖고 이격시켜 두는 것이 바람직하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 튜너부(63B)는, 각각 2매의 마이크로파 지파재(72B)의 사이에 걸치도록 상방에 배치되어 있다. 즉, 서로 인접하는 2매의 마이크로파 지파재(72B)는, 1개의 튜너부(63B)와 상하로 겹치는 위치를 기준으로, 그 양측에 둘레 방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 상기한 바와 같이, 튜너부(63B)의 바로 아래 위치에는 격벽부(11e)가 배치되어 있기 때문에, 튜너부(63B)를 통해서 전송되어 온 마이크로파 전력은, 격벽부(11e)에 의해 분리되어, 그 양측의 마이크로파 지파재(72B)에 균등하게 분배된다. 따라서, 통상은 마이크로파 전계가 커지는 경향이 있는 튜너부(63B)의 바로 아래 부분의 전계 강도가 커지지 않고, 그 양측의 마이크로파 지파재(72B)에 균등하게 분배되어, 둘레 방향의 전계 강도가 균일화된다.
마이크로파 투과 부재(73B)는, 마이크로파를 투과하는 재료인 유전체 재료로 구성되어 있고, 도 6에 도시한 바와 같이, 전체적으로 원환 형상을 이루고 있다. 이러한 형상에 의해, 3개의 튜너부(63B)를 통해서 전송되어 온 마이크로파를, 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재(73B)를 통해서 처리 용기(2) 내에 방사하여, 둘레 방향으로 균일한 표면파 플라즈마를 형성하는 기능을 갖고 있다.
도 7은, 본 실시 형태에서 사용하는 마이크로파 투과 부재(73B)의 외관 사시도이며, 도 8은, 마이크로파 투과 부재(73B)에 있어서의 벽부(77)를 확대해서 나타내는 주요부 사시도이다. 벽부(77)는, 마이크로파 투과 부재(73B)에 있어서, 복수의 마이크로파의 간섭을 억제하는 간섭 억제 수단으로서 기능한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과 부재(73B)는 판상이며, 전체적으로 평면에서 볼 때 원환 형상을 이루고 있다. 이러한 형상의 마이크로파 투과 부재(73B)에 있어서, 그 상면으로부터 상방으로 돌출된 돌기로서, 벽부(77)가 3군데에 균등하게 배치되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 3개의 벽부(77)는, 튜너부(63B)와 상하로 겹치지 않는 위치에 있어서, 둘레 방향으로 120도의 각도를 두고 균등하게 배치되어 있다. 각 벽부(77)는, 마이크로파 투과 부재(73B)와 일체로 가공된 사각 기둥 형상을 이루고 있다. 즉, 벽부(77)는, 1개의 상면과 4개의 측면을 갖고, 상면 및 측면은 모두 직사각형을 이루고, 각 측면이 판상의 마이크로파 투과 부재(73B)의 상평면으로부터 수직으로 상승하여, 사각 기둥의 돌기를 형성하고 있다. 벽부(77)는, 원환 형상의 마이크로파 투과 부재(73B)의 상면에 있어서, 그 원환부를 횡단하도록 직경 방향으로 길게 연장되어 설치되어 있다. 즉, 벽부(77)의 길이 방향은, 마이크로파 투과 부재(73B)의 직경 방향에 일치하도록 설치되어 있다.
벽부(77)는, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부를 둘레 방향으로 전파하는 마이크로파를 반사파에 의해 상쇄하여, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부에서의 마이크로파의 간섭을 억제하는 기능을 갖고 있다. 즉, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재(73B)에 대하여 천장부(11)의 주연 부분의 상부에 설치된 3개의 튜너부(63B)를 통해서 전송되어 온 3개의 마이크로파가, 마이크로파 지파재(72B) 및 슬롯 안테나부(74B)를 통해서 각각 도입된다. 가령, 벽부(77)를 구비하지 않는 마이크로파 투과 부재를 사용한 경우, 3개의 마이크로파의 위상이 어긋나면, 마이크로파 투과 부재의 내부에서 마이크로파끼리의 예측 불가능한 간섭이 발생하여, 전계 분포가 불균일해져서, 처리 용기(2) 내에서의 둘레 방향의 플라즈마 분포에 치우침이 발생할 우려가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 마이크로파 투과 부재(73B)의 벽부(77)가 스터브 튜너로서 기능한다. 벽부(77)에 의해, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부를 둘레 방향으로 전파하는 마이크로파의 일부분을 상쇄하는 반사파가 생성되어, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부에서의 마이크로파의 간섭을 억제한다. 즉, 벽부(77)는, 원환 형상으로 일체 가공되어 있는 마이크로파 투과 부재(73B)를, 마이크로파의 전파라는 관점에서 둘레 방향으로 분단함으로써, 복수의 마이크로파의 간섭을 억제한다. 따라서, 벽부(77)를 설치함으로써, 처리 용기(2) 내에서의 둘레 방향의 플라즈마 분포를 균질화하여, 웨이퍼(W)의 면 내에서의 처리의 균일화를 도모할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 벽부(77)는 판상이며, 또한 전체적으로 평면에서 볼 때 원환 형상을 이루는 마이크로파 투과 부재(73B)의 원환부의 폭 방향(즉, 마이크로파 투과 부재(73B)의 직경 방향)의 전체부에 걸쳐서 설치되어 있다. 벽부(77)의 높이(H1) 및 두께(W1)는, 마이크로파 투과 부재(73B) 내부에서의 마이크로파의 간섭이 효과적으로 억제되도록, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부에서의 마이크로파의 실효 파장(λ)과의 관계를 고려해서 설정할 수 있고, 하기 식에 의해 나타낼 수 있다.
H1≒(λ/4)×f(W1)
[여기서, f(W1)는 W1의 함수를 나타냄]
또한, 벽부(77)의 형상, 높이(H1), 두께(W1)는, 상기 예시한 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 벽부(77)의 배치수는, 3개에 한하지 않고, 마이크로파 전송 경로의 수에 따라서 설정할 수 있다.
슬롯 안테나부(74B)는, 도전성 부재인 천장부(11)의 일 구성 부분이며, 평판 형상을 이루고 있다. 슬롯 안테나부(74B)는, 튜너부(63B)로부터 TEM파로서 전송되어 온 마이크로파를 슬롯(75b)에 의해 TE파로 모드 변환하여, 마이크로파 투과 부재(73B)를 거쳐서, 처리 용기(2) 내에 방사한다.
슬롯(75b)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 마이크로파 지파재(72B)에 접하는 상면 위치로부터 유전체층(76)에 접하는 하면 위치까지 천장부(11)가 관통한 구멍으로서 형성되어 있다. 슬롯(75b)은, 튜너부(63B)로부터 전송되어 온 마이크로파의 방사 특성을 결정한다. 슬롯(75b)의 주위는, 도시하지 않은 시일 부재에 의해 시일되어 있다. 이에 의해, 마이크로파 투과 부재(73B)가 슬롯(75b)을 덮어서 밀폐하여, 진공 시일로서 기능하고 있다. 슬롯(75b)의 형상 및 배치에 의해 안테나 지향성이 결정된다. 슬롯(75b)은, 원호 형상을 이루고, 전계가 균일하게 분산되도록, 튜너부(63B)의 배치 영역을 따라서, 전체 형상이 원주 형상을 이루도록 설치되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 튜너부(63B)의 배치 영역을 따라서, 12개의 원호 형상의 슬롯(75b)이 둘레 방향으로 일렬로 배치되어 있다.
또한, 슬롯(75b)은, 각 마이크로파 지파재(72B)에 대응해서 2개씩 설치되어 있다. 하나의 슬롯(75b)의 원주 방향의 길이는 λ/2가 바람직하다. 단, λ는 마이크로파의 실효 파장이며, 하기 식으로 나타낼 수 있다.
λ≒(λ0/εs 1 /2)/{1-[(λ0/εs 1/2)/λc]2}1 /2
[여기서, εs는 슬롯(75b)에 충전되는 유전체 재료의 비유전율, λ0은 진공 중의 마이크로파의 파장, λc는 컷오프 주파수를 의미함]
복수의 유전체층(76)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 각각 슬롯(75b)에 대응해서 형성되어 있다. 본 예에서는, 12개의 슬롯(75b) 각각에 대하여 합계 12개의 유전체층(76)이 형성되어 있다. 인접하는 유전체층(76)은, 금속제의 천장부(11)에 의해 분리되어 있다. 유전체층(76) 내에는, 대응하는 슬롯(75b)으로부터 방사되는 마이크로파에 의해 단일 루프의 자장을 형성시킬 수 있고, 그 아래의 마이크로파 투과 부재(73B)에 있어서 자장 루프의 커플링이 발생하지 않도록 되어 있다. 이에 의해, 복수의 표면파 모드가 출현하는 것을 방지하여, 단일한 표면파 모드를 실현할 수 있다. 유전체층(76)의 둘레 방향의 길이는, 복수의 표면파 모드의 출현을 방지하는 관점에서, 유전체층(76) 내의 마이크로파 실효 파장을 λ로 했을 때, λ/2 이하인 것이 바람직하다. 또한, 유전체층(76)의 두께는, 1 내지 5mm가 바람직하다.
유전체층(76)은, 공기(진공)이어도 되고, 유전체 세라믹스나 수지 등의 유전체 재료이어도 된다. 유전체 재료로서는, 예를 들어 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지를 사용할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(1)가 300mm 웨이퍼(W)를 처리하는 것이며, 마이크로파의 파장이 860MHz, 마이크로파 지파재(72B), 마이크로파 투과 부재(73B) 및 슬롯(75b) 내의 유전체로서, 유전율이 10 정도인 알루미나를 사용하는 경우에는, 유전체층(76)으로서 공기층(진공층)을 바람직하게 사용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 복수의 슬롯(75b) 하에, 각 슬롯(75b)에 대응해서 복수의 유전체층(76)을 서로 분리해서 형성하고 있다. 이에 의해, 각 슬롯(75b)으로부터 방사된 마이크로파에 의해, 각 유전체층(76) 내에 단일 루프의 자장을 발생시킬 수 있고, 그에 의해, 마이크로파 투과 부재(73B) 내에 유전체층(76)의 자장 루프에 대응하는 자장 루프가 형성되어, 마이크로파 투과 부재(73B) 내에 자장 커플링이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 마이크로파 투과 부재(73B) 내에서 자장 루프가 발생하거나, 발생하지 않거나 하는 것에 의한 복수의 표면파 모드의 출현을 방지할 수 있어, 모드 점프가 발생하지 않는 안정된 플라즈마 처리를 실현할 수 있다.
또한, 슬롯 안테나부(74A, 74B)의 슬롯(75a, 75b) 내는, 진공이어도 되지만, 유전체 재료가 충전되어 있는 것이 바람직하다. 슬롯(75a, 75b)에 유전체 재료를 충전함으로써, 마이크로파의 실효 파장이 짧아져, 슬롯(75a, 75b)의 두께를 얇게 할 수 있다. 슬롯(75a, 75b)에 충전하는 유전체 재료로서는, 예를 들어 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지를 사용할 수 있다.
또한, 마이크로파 지파재(72A, 72B)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖고 있으며, 예를 들어 석영, 알루미나 등의 세라믹스, 불소계 수지, 폴리이미드계 수지 등의 합성 수지에 의해 구성할 수 있다. 마이크로파 지파재(72A, 72B)는, 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어지므로, 마이크로파의 파장을 짧게 해서 안테나를 작게 하는 기능을 갖고 있다. 또한, 마이크로파의 위상은, 마이크로파 지파재(72A, 72B)의 두께에 따라 변화한다. 그 때문에, 마이크로파 지파재(72A, 72B)의 두께에 따라 마이크로파의 위상을 조정함으로써, 슬롯(75a, 75b)이 정재파의 배(antinode) 위치가 되도록 조정할 수 있다. 이에 의해, 슬롯 안테나부(74A, 74B)에 있어서의 반사파를 억제할 수 있음과 함께, 슬롯(75a, 75b)으로부터 방사되는 마이크로파의 방사 에너지를 크게 할 수 있다. 즉, 마이크로파의 파워를 효율적으로 처리 용기(2) 내에 도입할 수 있다.
또한, 마이크로파 투과 부재(73A, 73B)는, 마이크로파 지파재(72A, 72B)와 마찬가지로, 예를 들어 석영, 알루미나 등의 세라믹스, 불소계 수지, 폴리이미드계 수지 등의 합성 수지에 의해 구성할 수 있다.
상기와 같이 구성된 마이크로파 도입부(6A, 6B)에 의해, 복수의 튜너부(63A, 63B)를 통해서 전송되어 온 복수의 마이크로파가, 슬롯 안테나부(74A, 74B)에 달하고, 슬롯 안테나부(74A, 74B)의 슬롯(75a, 75b)으로부터 마이크로파 투과 부재(73A, 73B)를 투과해서 처리 용기(2)의 내부 공간에 방사된다. 이때, 천장부(11)의 주연 부분에서는, 전체적으로 원환 형상을 이루도록 형성된 복수의 슬롯(75b)으로부터 마이크로파가 방사되고, 또한 복수의 슬롯(75b)을 덮도록 원환 형상으로 마이크로파 투과 부재(73B)가 설치되어 있기 때문에, 상술한 바와 같이 마이크로파 지파재(72B)에서 균일하게 분배된 마이크로파 전력을, 각 슬롯(75b)으로부터 균일하게 방사하고, 또한 마이크로파 투과 부재(73B)에서 원주 형상으로 확장할 수 있다. 이 때문에, 마이크로파 투과 부재(73B)의 바로 아래에서, 원환 형상으로 균일한 마이크로파 전계를 형성할 수 있어, 처리 용기(2) 내에서 둘레 방향으로 균일한 표면파 플라즈마를 형성할 수 있다.
<플라즈마 처리의 수순>
플라즈마 처리 장치(1)를 사용하는 플라즈마 처리는, 예를 들어 이하의 수순으로 행할 수 있다. 먼저, 예를 들어 유저 인터페이스(82)로부터, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 플라즈마 처리를 행하도록, 프로세스 컨트롤러(81)에 명령이 입력된다. 이어서, 프로세스 컨트롤러(81)는, 이 명령을 받아, 기억부(83) 또는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 보존된 레시피를 판독한다. 이어서, 레시피에 기초하는 조건에 의해 플라즈마 처리가 실행되도록, 프로세스 컨트롤러(81)로부터 플라즈마 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스(예를 들어, 고주파 바이어스 전원(25), 가스 공급 장치(3a), 배기 장치(4), 마이크로파 도입 장치(5) 등)에 제어 신호가 송출된다.
이어서, 게이트 밸브(G)가 개방 상태로 되고, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가 게이트 밸브(G) 및 반입출구(12a)를 통해서 처리 용기(2) 내에 반입된다. 웨이퍼(W)는, 적재대(21)의 적재면(21a)에 적재된다. 이어서, 게이트 밸브(G)가 폐쇄 상태로 되고, 배기 장치(4)에 의해, 처리 용기(2) 내가 감압 배기된다. 이어서, 가스 공급 기구(3)에 의해, 소정의 유량의 희가스 및 처리 가스가, 가스 도입부(15)를 통해서 처리 용기(2) 내에 도입된다. 처리 용기(2)의 내부 공간은, 배기량 및 가스 공급량을 조정함으로써, 소정의 압력으로 조정된다.
이어서, 마이크로파 출력부(50)에 있어서, 처리 용기(2) 내에 도입하는 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 출력부(50)의 분배기(54)로부터 출력된 복수의 마이크로파는, 마이크로파 전송부(60)의 복수의 안테나 모듈(61)에 입력된다. 이때, 제어부(8)로부터의 제어 신호에 의해, 천장부(11)의 주연 부분의 상부에 배치된 3개의 튜너부(63B)에 각각 접속된 안테나 모듈(61)에서는, 위상기(62A)에 의해, 각 안테나 모듈(61)에서 전송되는 마이크로파의 위상이 서로 일치하도록 제어한다. 그러나, 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재(73B)에 대하여, 천장부(11)의 주연 부분의 상부에 설치된 3개의 튜너부(63B)를 통해서 전송되어 온 3개의 마이크로파의 사이에서, 위상에 약간의 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 이러한 위상의 어긋남에 의한 전계 분포의 치우침과 플라즈마에의 영향을 회피하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 마이크로파 투과 부재(73B)에 벽부(77)를 설치하고 있다. 벽부(77)에 의해, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부에서의 복수의 마이크로파의 간섭을 억제할 수 있다.
각 안테나 모듈(61)에서는, 마이크로파는, 앰프부(62) 및 튜너부(63A, 63B)를 전파하여, 마이크로파 도입부(6A, 6B)에 도달한다. 그리고, 마이크로파는, 슬롯 안테나부(74A, 74B)의 슬롯(75a, 75b)으로부터, 마이크로파 투과 부재(73A, 73B)를 투과하여, 처리 용기(2) 내에서의 웨이퍼(W)의 상방 공간에 방사된다. 이와 같이 하여, 각 안테나 모듈(61)로부터, 각각 따로따로 마이크로파가 처리 용기(2) 내에 도입된다.
상기와 같이 복수의 부위로부터 처리 용기(2) 내에 도입된 마이크로파는, 각각 처리 용기(2) 내에 전자계를 형성한다. 이에 의해, 처리 용기(2) 내에 도입된 희가스나 처리 가스를 플라즈마화한다. 그리고, 플라즈마 중의 활성종, 예를 들어 라디칼이나 이온의 작용에 의해, 웨이퍼(W)에 성막 처리나 에칭 처리가 이루어진다.
프로세스 컨트롤러(81)로부터 플라즈마 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스에 플라즈마 처리를 종료시키는 제어 신호가 송출되면, 마이크로파의 발생이 정지됨과 함께, 희가스 및 처리 가스의 공급이 정지되어, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리가 종료된다. 이어서, 게이트 밸브(G)가 개방 상태로 되어, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가 반출된다.
이어서, 본 발명의 효과를 확인한 시뮬레이션 결과에 대해서, 도 9를 참조하면서 설명한다. 시뮬레이션에서는, 천장부(11)의 주연 부분의 상부에 배치된 3개의 튜너부(63B) 중 하나의 튜너부(63B)를 통해서 도입한 100W의 마이크로파 전력이, 둘레 방향으로 120° 간격으로 배치된 인접하는 다른 튜너부(63B)에 어느 정도 전파되는지를 조사하였다. 마이크로파 투과 부재(73B)에 있어서의 벽부(77)의 두께(W1)를, 8mm 내지 12mm의 사이에서 1mm 단위로 변화시키고, 벽부(77)의 높이(H1)를, 38mm부터 43mm까지의 사이에서 변화시킨 경우의 결과를 도 9에 나타냈다. 도 9의 종축은, 마이크로파 전력을 도입한 튜너부(63B)의 전체 전력량과 인접하는 튜너부(63B)에서 검출되는 전력량과의 비율(％)을 나타내고 있으며, 횡축은 벽부(77)의 높이(H1)를 나타내고 있다.
도 9로부터, 2개의 튜너부(63B)의 사이에 개재해서 벽부(77)를 설치하고, 그 높이(H1)와 두께(W1)를 적절하게 설정함으로써, 인접하는 튜너부(63B)에 전파하는 마이크로파 전력을 효과적으로 억제할 수 있음이 확인되었다. 이 시뮬레이션에서는, 벽부(77)의 두께(W1)가 12mm, 높이(H1)가 42mm일 때, 인접하는 다른 튜너부(63B)에 전파하는 마이크로파 전력이 가장 효과적으로 억제되었다.
본 발명에 따르면, 복수의 마이크로파를 공통되는 하나의 마이크로파 투과 부재(73B)를 통해서 처리 용기(2) 내에 도입하는 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 마이크로파 투과 부재(73B)의 내부에서의 마이크로파의 간섭을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마의 균일한 확대가 확보되어, 웨이퍼(W)에의 처리의 균일성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 들었지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 액정 디스플레이용 기판으로 대표되는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판이나, 세라믹스 기판 등의 다른 기판이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 천장부(11)의 중앙 부분에 마이크로파 도입부(6A)를 갖는 구성으로 했지만, 천장부(11)의 중앙 부분에는, 마이크로파 도입부를 설치하지 않는 것도 가능하다.
또한, 마이크로파 출력부(50), 마이크로파 전송부(60)의 구성 등은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
1 : 플라즈마 처리 장치 2 : 처리 용기
3 : 가스 공급 기구 4 : 배기 장치
5 : 마이크로파 도입 장치 6A, 6B : 마이크로파 도입부
8 : 제어부 11 : 천장부
11e : 격벽부 14 : 배기관
15 : 가스 도입부 16 : 노즐
21 : 적재대 21a : 적재면
24 : 정합기 25 : 고주파 바이어스 전원
50 : 마이크로파 출력부 51 : 전원부
52 : 마이크로파 발진기 53 : 앰프
54 : 분배기 60 : 마이크로파 전송부
61 : 안테나 모듈 62 : 앰프부
63A, 63B : 튜너부 64 : 슬래그 튜너
65 : 본체 용기 66 : 내측 도체
72A, 72B : 마이크로파 지파재 73A, 73B : 마이크로파 투과 부재
74A, 74B : 슬롯 안테나부 75a, 75b : 슬롯
77 : 벽부 81 : 프로세스 컨트롤러
82 : 유저 인터페이스 83 : 기억부
W : 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 상기 피처리체를 적재하는 적재면을 갖는 적재대와,
    마이크로파를 생성함과 함께, 상기 마이크로파를 복수의 경로로 분배해서 출력하는 마이크로파 출력부와,
    상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 복수의 전송 경로를 통해서 상기 처리 용기 내에 전송하는 마이크로파 전송부와,
    상기 마이크로파 전송부에 의해 전송된 상기 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 방사하는 마이크로파 도입부,
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 마이크로파 전송부는, 상기 복수의 전송 경로마다, 상기 마이크로파 출력부와 상기 처리 용기 내와의 사이의 임피던스를 정합시키는 튜너부를 포함하고,
    상기 마이크로파 도입부는,
    상기 처리 용기의 천장부를 구성함과 함께, 상기 적재면에 대향해서 형성된 오목부를 갖는 도전성 부재와,
    상기 도전성 부재의 일부분을 이루고, 상기 마이크로파 전송부를 통해서 전송된 상기 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯과,
    상기 도전성 부재의 상기 오목부에 감합되고, 상기 슬롯으로부터 방사된 상기 마이크로파를 투과시켜서 상기 처리 용기 내에 도입시키는 마이크로파 투과 부재,
    를 포함하고,
    상기 마이크로파 투과 부재는, 복수의 상기 전송 경로를 통해서 전송된 복수의 상기 마이크로파에 공통으로 설치되어 있음과 함께, 그 내부에서의 복수의 마이크로파의 간섭을 억제하는 간섭 억제 수단을 포함하며,
    상기 간섭 억제 수단은, 판상을 이루는 상기 마이크로파 투과 부재에 형성된 돌기인, 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파 투과 부재는, 전체적으로 원환 형상을 이루고, 상기 돌기는, 상기 원환 형상의 마이크로파 투과 부재의 상면에 있어서, 그 직경 방향으로 횡단해서 설치된 벽부인, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입부는 유전체 재료로 이루어지는 복수의 마이크로파 지파재를 더 포함하고,
    상기 마이크로파 지파재는, 상기 도전성 부재에 있어서, 상기 복수의 슬롯의 상부이며 상기 튜너부의 배치 부분과 상하로 겹치는 부위를 포함하는 원환 형상을 이루는 영역을 따라서 전체적으로 원환 형상으로 배치되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌기가, 상기 튜너부의 배치 부분과 상하로 겹치지 않는 부위에 있어서, 인접하는 2개의 상기 마이크로파 지파재의 사이에 삽입되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯과 상기 마이크로파 투과 부재와의 사이에, 상기 복수의 슬롯에 대응해서 서로 분리되어 형성된 복수의 유전체층을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유전체층은, 공기층 또는 유전체 재료층인, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치를 사용해서 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 방법.
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