KR102068861B1 - 안테나 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

이 안테나는, 유전체창(16)과, 유전체창(16)의 한쪽 면에 마련된 슬롯판(20)을 구비하고 있다. 슬롯판(20)은, 2개의 슬롯으로 이루어지는 슬롯쌍을 복수개 갖는다. 복수개의 슬롯쌍은, 슬롯판(20)의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치되어 있다. 각 슬롯쌍은, 슬롯판(20)의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 향해서 연장된 축선이 겹치지 않는 위치에 마련되어 있다.

Description

안테나 및 플라즈마 처리 장치{ANTENNA AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 실시 형태는, 안테나 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna)를 사용한 플라즈마 에칭 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 그 플라즈마 에칭 장치에서는, 처리 용기의 유전체창의 위에 다수의 슬롯을 갖는 원판 형상의 슬롯 안테나가 설치된다. 다수의 슬롯은, 서로 상이한 방향으로 향해진 2개의 긴 홈 형상의 마이크로파 방사용 슬롯으로 이루어지는 슬롯쌍을 복수개 구성하고 있다. 복수개의 슬롯쌍은, 슬롯 안테나의 중심 위치를 중심으로 하여 이중의 고리 형상(즉 동심원 형상)으로 배치되어 있다. 마이크로파는, 슬롯 안테나의 중심 위치에 입사되고, 방사상으로 발산하고, 슬롯으로부터 방사된다. 슬롯 안테나의 다수의 슬롯으로부터 방사된 마이크로파는, 유전체로 이루어지는 유전체창을 거쳐서 처리 용기의 처리 공간에 도입된다. 처리 가스는 마이크로파의 에너지에 의해 플라즈마화한다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나에 의해 생성된 마이크로파 플라즈마의 특징은, 유전체창 직하(直下)(플라즈마 여기 영역이라고 칭해진다)에서 생성된 비교적 전자 온도가 높은 수 eV의 플라즈마가 확산하고, 유전체창보다 100㎜ 이상 아래쪽의 기판 직상(直上)(확산 플라즈마 영역이라고 칭해진다)에서는 약 1~2eV 정도의 낮은 전자 온도가 되는 것에 있다. 즉, 플라즈마의 전자 온도의 분포가 유전체창으로부터의 거리의 함수로서 발생하는 것에 특징이 있다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나형의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 낮은 전자 온도 영역에 에칭 가스를 공급하고, 에칭 가스의 해리 제어(플라즈마 중의 에칭종의 생성량의 제어)를 행하고, 이것에 의해 에칭 반응(에칭종에 의한 기판의 표면 화학 반응)을 제어하므로, 에칭의 고정밀화를 도모할 수 있는 것과 아울러, 기판에 데미지를 주는 것이 대폭으로 저감된다. 예컨대, 스페이서 형성 공정에 있어서의 에칭 등, 설계 치수대로 디바이스를 제작할 수 있는 것과 아울러, 기판에 리세스 등의 데미지가 들어가는 것을 억제할 수 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
일본 특허 공개 2007-311668호 공보
그렇지만, 프로세스의 다양화ㆍ복잡화에 따라, 플라즈마 안정성을 더욱 개선할 것이 기대되고 있다. 예컨대, 특허 문헌 1에 기재된 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 에칭 장치에 있어서는, 처리 가스로서 플라즈마 확산 영역에서 전자를 부착시켜 음이온화하는 부성(負性) 가스를 이용한 경우에는 방사 전계 강도가 저하하기 때문에, 플라즈마 안정성을 확보하기 위해, 압력이나 마이크로파의 전력을 조정할 필요가 있다.
본 기술 분야에서는, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도를 향상시켜 플라즈마 안정성을 개선할 수 있는 안테나 및 플라즈마 처리 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 일 측면과 관련되는 안테나는, 유전체창 및 슬롯판을 구비한다. 슬롯판은, 유전체창의 한쪽 면에 마련된다. 슬롯판은, 2개의 슬롯으로 이루어지는 슬롯쌍을 복수개 갖는다. 상기 복수개의 슬롯쌍은, 슬롯판의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치되어 있다. 각 슬롯쌍은, 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 통하여 연장된 직선이 서로 겹치지 않는 위치에 마련되어 있다.
마이크로파는, 슬롯판의 중심 위치에 입사되어 방사상으로 발산한다. 만일, 각 슬롯쌍이, 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 향해서 연장된 축선이 겹치는 위치에 배치된 경우, 즉, 슬롯판의 중심 위치로부터 지름 방향 바깥쪽으로 보아 각 슬롯쌍이 겹치고 있는 경우에는, 최초로 중심 위치에 가까운 슬롯쌍에서 마이크로파가 방출되기 때문에, 중심 위치로부터 그 슬롯쌍을 향해서 연장되는 축선 위에 배치된 다른 슬롯쌍에는 전계 강도가 약한 마이크로파가 전파한다. 이 때문에, 다른 슬롯쌍으로부터는 전계 강도가 약한 마이크로파가 방출된다. 한편, 상기 안테나에서는, 동심원 형상으로 배치된 각 슬롯쌍은, 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 향해서 연장된 축선이 겹치지 않는 위치에 마련되어 있다. 즉, 슬롯판의 중심 위치로부터 그 슬롯쌍을 향해서 연장되는 축선 위에는, 다른 슬롯쌍을 마련하지 않도록 하는 것에 의해, 투입 파워에 대한 마이크로파 방사 효율이 낮은 슬롯쌍을 배제할 수 있으므로, 상대적으로 다른 슬롯쌍에 대한 투입 파워의 분배를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상되고, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 슬롯판은, 제 1 슬롯군, 제 2 슬롯군, 제 3 슬롯군 및 제 4 슬롯군을 갖고 있더라도 좋다. 제 1 슬롯군은, 슬롯판의 중심 위치로부터 제 1 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함한다. 제 2 슬롯군은, 슬롯판의 중심 위치로부터 제 2 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함한다. 제 3 슬롯군은, 슬롯판의 중심 위치로부터 제 3 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함한다. 제 4 슬롯군은, 슬롯판의 중심 위치로부터 제 4 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함한다. 이들 거리는, 제 1 거리<제 2 거리<제 3 거리<제 4 거리의 관계를 만족시킨다. 서로 대응하는 제 1 슬롯군의 슬롯 및 제 2 슬롯군의 슬롯이 서로 조(組)가 되어 복수개의 제 1 슬롯쌍을 형성함과 아울러, 서로 대응하는 제 3 슬롯군의 슬롯 및 제 4 슬롯군의 슬롯이 서로 조가 되어 복수개의 제 2 슬롯쌍을 형성하고 있다. 복수개의 제 1 슬롯쌍 각각의 제 2 슬롯군의 슬롯은, 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 1 슬롯쌍의 제 1 슬롯군의 슬롯을 통하여 연장된 제 1 직선 위에 위치한다. 복수개의 제 2 슬롯쌍 각각의 제 4 슬롯군의 슬롯은, 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 2 슬롯쌍의 제 3 슬롯군의 슬롯을 통하여 연장된 제 2 직선 위에 위치한다. 그리고, 제 1 직선과 제 2 직선이 겹치지 않도록 각 슬롯이 배치되어 있다.
이와 같이 구성한 경우, 투입 파워에 대한 마이크로파 방사 효율이 낮은 슬롯을 배제할 수 있으므로, 상대적으로 다른 슬롯에 대한 투입 파워의 분배를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상되고, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 제 1 슬롯군의 슬롯의 수와 제 2 슬롯군의 슬롯의 수는, 동일한 수 N1이고, 제 3 슬롯군의 슬롯의 수와 제 4 슬롯군의 슬롯의 수는, 동일한 수 N2이고, N2는 N1의 정수배이더라도 좋다. 이와 같이 구성한 경우, 면 내 대칭성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
일 실시 형태에서는, 제 1 슬롯군의 슬롯의 폭과 제 2 슬롯군의 슬롯의 폭은 동일하고, 제 3 슬롯군의 슬롯의 폭과 제 4 슬롯군의 슬롯의 폭은 동일하고, 제 1 슬롯군의 슬롯의 폭과 제 2 슬롯군의 슬롯의 폭은 제 3 슬롯군의 슬롯의 폭 및 제 4 슬롯군의 슬롯의 폭보다 크더라도 좋다. 이와 같이 구성한 경우, 슬롯판의 중심 위치에 가까운 제 1 슬롯군 및 제 2 슬롯군의 방사 전계 강도를, 슬롯판의 중심 위치에 먼 제 3 슬롯군 및 제 4 슬롯군의 방사 전계 강도보다 약하게 할 수 있다. 마이크로파는 전파에 의해 감쇠하기 때문에, 상기 구성을 채용하는 것에 의해, 마이크로파의 방사 전계 강도가 면 내에서 균일화되고, 면 내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
일 실시 형태에서는, 대상이 되는 슬롯을 향해서 슬롯판의 중심 위치로부터 연장된 지름과, 이 슬롯의 긴 방향이 이루는 각도는, 제 1 내지 제 4 슬롯군에 있어서의 각각의 슬롯군마다 동일하더라도 좋다. 또한, 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일 지름 위에 위치하는 제 1 슬롯군의 슬롯과, 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있고, 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일 지름 위에 위치하는 제 3 슬롯군의 슬롯과, 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있더라도 좋다. 이와 같이 구성한 경우, 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯에서의 반사가 상쇄되기 때문에, 마이크로파의 방사 전계 강도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
일 실시 형태에서는, 유전체창의 다른 쪽 면은, 고리 형상의 제 1 오목부에 둘러싸인 평탄면과, 평탄면의 중심 위치를 둘러싸도록, 평탄면 내에 형성된 복수개의 제 2 오목부를 갖고 있더라도 좋다. 또한, 슬롯판의 주 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 슬롯판에 있어서의 각각의 슬롯 내에, 각각의 제 2 오목부의 중심 위치가 겹쳐 위치하고 있더라도 좋다. 이와 같이 구성한 경우, 면 내 균일성을 한층 향상시킬 수 있다.
일 실시 형태에서는, 제 2 오목부의 평면 형상은 원형이더라도 좋다. 면 형상이 원형인 경우에는, 중심으로부터의 형상의 등가성이 높기 때문에, 안정된 플라즈마가 발생한다.
본 발명의 다른 측면과 관련되는 플라즈마 처리 장치는, 안테나, 처리 용기, 탑재대 및 마이크로파 도입로를 구비한다. 안테나는, 유전체창 및 슬롯판을 구비한다. 슬롯판은, 유전체창의 한쪽 면에 마련된다. 슬롯판은, 2개의 슬롯으로 이루어지는 슬롯쌍을 복수개 갖는다. 상기 복수개의 슬롯쌍은, 슬롯판의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치되어 있다. 각 슬롯쌍은, 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 통하여 연장된 직선이 겹치지 않는 위치에 마련되어 있다. 처리 용기는, 안테나를 내부에 갖는다. 탑재대는, 처리 용기의 내부에 마련되고, 유전체창의 다른 쪽 면에 대향하고, 처리되는 기판이 실린다. 마이크로파 도입로는, 마이크로파 발생기와 슬롯판을 접속한다.
그 플라즈마 처리 장치에 의하면, 상술한 안테나와 같은 효과를 얻는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 가지의 일 측면 및 실시 형태에 의하면, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도를 향상시켜 플라즈마 안정성을 개선할 수 있는 안테나 및 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다.
도 2는 가스 공급원의 상세 구조를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 슬롯판 근방의 구조의 분해 사시도이다.
도 5는 슬롯판의 평면도이다.
도 6은 유전체창의 평면도이다.
도 7은 슬롯판과 유전체창을 조합한 안테나의 평면도이다.
도 8은 유전체창의 단면도이다.
도 9는 슬롯 및 오목부 근방의 사시도 및 단면도이다.
도 10은 슬롯과 오목부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 비교예의 슬롯판의 평면도이다.
도 12는 비교예의 유전체창의 평면도이다.
도 13은 실시예 및 비교예에 있어서의 입사파 및 점화 전계의 시뮬레이션 결과이다.
도 14는 마이크로파 및 RF의 안정성에 관한 설명도이다.
도 15는 실시예 및 비교예에 있어서의 마이크로파 및 RF의 안정성 평가의 실험 결과이다.
도 16은 실시예 및 비교예에 있어서의 마이크로파 및 RF의 안정성 평가의 실험 결과이다.
도 17은 실시예 및 비교예에 있어서의 마이크로파 및 RF의 안정성 평가의 실험 결과이다.
도 18은 실시예에 있어서의 방전 안정성 평가의 실험 결과이다.
도 19는 실시예에 있어서의 방전 안정성 평가의 실험 결과이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 종단면도이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 원통 형상의 처리 용기(2)를 구비한다. 처리 용기(2)의 천정부는 유전체로 이루어지는 유전체창(천판)(16)으로 가려진다. 처리 용기(2)는, 예컨대 알루미늄으로 이루어지고, 전기적으로 접지된다. 처리 용기(2)의 내벽면은, 알루미나 등의 절연성의 보호막(2f)으로 피복되어 있다.
처리 용기(2)의 저부의 중앙에는, 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 한다) W를 탑재하기 위한 탑재대(3)가 마련된다. 탑재대(3)의 상면에 웨이퍼 W가 유지된다. 탑재대(3)는, 예컨대 알루미나나 질화알루미나 등의 세라믹재로 이루어진다. 탑재대(3)의 내부에는, 히터(5)가 묻히고, 웨이퍼 W를 소정 온도로 가열할 수 있게 되어 있다. 히터(5)는, 지주 내에 배치된 배선을 거쳐서 히터 전원(4)에 접속된다.
탑재대(3)의 상면에는, 탑재대(3)에 탑재되는 웨이퍼 W를 정전 흡착하는 정전 척 CK가 마련된다. 정전 척 CK에는, 정합기 MG를 거쳐서 바이어스용 직류 혹은 고주파 전력(RF 파워)을 인가하는 바이어스용 전원 BV가 접속된다.
처리 용기(2)의 저부에는, 탑재대(3)에 탑재되는 웨이퍼 W의 표면보다 아래쪽의 배기구(11a)로부터 처리 가스를 배기하는 배기관(11)이 마련된다. 배기관(11)에는, 압력 제어 밸브 PCV를 거쳐서, 진공 펌프 등의 배기 장치(10)가 접속된다. 배기 장치(10)는, 압력 제어 밸브 PCV를 거쳐서, 처리 용기(2)의 내부에 연통하고 있다. 압력 제어 밸브 PCV 및 배기 장치(10)에 의해, 처리 용기(2) 내의 압력이 소정의 압력으로 조절된다.
처리 용기(2)의 천정부에는 기밀성을 확보하기 위한 O 링 등의 실(seal)(15)을 사이에 두고 유전체창(16)이 마련된다. 유전체창(16)은, 예컨대, 석영, 알루미나(Al2O3), 혹은 질화알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어지고, 마이크로파에 대하여 투과성을 갖는다.
유전체창(16)의 상면에는, 원판 형상의 슬롯판(20)이 마련된다. 슬롯판(20)은, 도전성을 갖는 재질, 예컨대 Ag, Au 등으로 도금이나 코팅 된 구리로 이루어진다. 슬롯판(20)에는, 예컨대 복수개의 T자 형상이나 L자 형상의 슬롯(21)이 동심원 형상으로 배열되어 있다.
슬롯판(20)의 상면에는, 마이크로파의 파장을 압축하기 위한 유전체판(25)이 배치된다. 유전체판(25)은, 예컨대, 석영(SiO2), 알루미나(Al2O3), 혹은 질화알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어진다. 유전체판(25)은 도전성의 커버(26)로 덮인다. 커버(26)에는 고리 형상의 열매(熱媒) 유로(27)가 마련된다. 이 열매 유로(27)에 흐르는 열매에 의해 커버(26) 및 유전체판(25)이 소정의 온도로 조절된다. 2.45㎓의 파장의 마이크로파를 예로 들면, 진공 중의 파장은 약 12㎝이고, 알루미나제의 유전체창(16) 중에서의 파장은 약 3~4㎝가 된다.
커버(26)의 중앙에는, 마이크로파를 전파시키는 동축 도파관(30)이 접속된다. 동축 도파관(30)은, 내측 도체(31)와 외측 도체(32)로 구성된다. 내측 도체(31)는, 유전체판(25)의 중앙을 관통하여 슬롯판(20)의 중앙에 접속된다.
동축 도파관(30)에는, 모드 변환기(37) 및 직사각형 도파관(36)을 거쳐서 마이크로파 발생기(35)가 접속된다. 마이크로파는, 2.45㎓ 외에, 860㎒, 915㎒나 8.35㎓ 등의 마이크로파를 이용할 수 있다.
마이크로파 발생기(35)가 발생시킨 마이크로파는, 마이크로파 도입로로서의, 직사각형 도파관(36), 모드 변환기(37), 동축 도파관(30), 및 유전체판(25)에 전파된다. 유전체판(25)에 전파된 마이크로파는 슬롯판(20)의 다수의 슬롯(21)으로부터 유전체창(16)을 거쳐서 처리 용기(2) 내에 공급된다. 마이크로파에 의해 유전체창(16)의 아래쪽에 전계가 형성되고, 처리 용기(2) 내의 처리 가스가 플라즈마화한다.
슬롯판(20)에 접속되는 내측 도체(31)의 하단은 원뿔대 형상으로 형성된다. 이것에 의해, 동축 도파관(30)으로부터 유전체판(25) 및 슬롯판(20)에 마이크로파가 효율적으로 손실 없이 전파된다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나에 의해 생성된 마이크로파 플라즈마의 특징은, 유전체창(16) 직하(플라즈마 여기 영역으로 불린다)에서 생성된 비교적 전자 온도가 높은 에너지의 플라즈마가 확산하고, 웨이퍼 W 직상(확산 플라즈마 영역)에서는 약 1~2eV 정도의 낮은 전자 온도의 플라즈마가 되는 것에 있다. 즉, 평행 평판 등의 플라즈마와는 달리, 플라즈마의 전자 온도의 분포가 유전체창(16)으로부터의 거리의 함수로서 명확하게 발생하는 것에 특징이 있다. 보다 상세하게는, 유전체창(16) 직하에서의 수 eV~약 10eV의 전자 온도가, 웨이퍼 W 위에서는 약 1~2eV 정도로 감쇠한다. 웨이퍼 W의 처리는 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(확산 플라즈마 영역)에서 행해지기 때문에, 웨이퍼 W에 리세스 등의 큰 데미지를 주는 일이 없다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 영역(플라즈마 여기 영역)에 처리 가스가 공급되면, 처리 가스는 용이하게 여기되고, 해리 된다. 한편, 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(플라즈마 확산 영역)에 처리 가스가 공급되면, 플라즈마 여기 영역 근방에 공급된 경우에 비하여, 해리의 정도는 억제된다.
처리 용기(2)의 천정부의 유전체창(16) 중앙에는, 웨이퍼 W의 중심부에 처리 가스를 도입하는 중앙 도입부(55)가 마련된다. 동축 도파관(30)의 내측 도체(31)에는, 처리 가스의 공급로(52)가 형성된다. 중앙 도입부(55)는 공급로(52)에 접속된다.
중앙 도입부(55)는, 유전체창(16)의 중앙에 마련된 원통 형상의 공간부(143)(도 8 참조)에 끼워지는 원기둥 형상의 블록(57)과, 동축 도파관(30)의 내측 도체(31)의 하면과 블록(57)의 상면의 사이에 적당한 간격을 두고 뚫린 가스 저장부(60)와, 선단부에 가스 분출용의 개구(59)를 갖는 원기둥 형상 공간이 연속한 테이퍼 형상의 공간부(143a)(도 8 참조)로 구성된다. 블록(57)은, 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지고, 전기적으로 접지되어 있다. 블록(57)에는 상하 방향으로 관통하는 복수개의 중앙 도입구(58)(도 3 참조)가 형성된다.
도 3에서는, 중앙 도입구(58)를 관찰할 수 있도록, 가스 분출용 개구(59)를 실제보다 크게 나타내고 있다. 또, 공간부(143a)의 형상은, 테이퍼 형상으로 한정되는 것이 아니고, 단순한 원기둥 형상이더라도 좋고, 이 경우에는, 가스 분출용 개구(59)의 치수는 도 3과 같이 커진다. 중앙 도입구(58)의 평면 형상은, 필요한 컨덕턴스 등을 고려하여 원 또는 긴 구멍으로 형성된다. 알루미늄제의 블록(57)은, 양극 산화 피막 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3) 등으로 코팅된다.
내측 도체(31)를 관통하는 공급로(52)로부터 가스 저장부(60)에 공급된 처리 가스는, 가스 저장부(60) 내를 확산한 후, 블록(57)의 복수개의 중앙 도입구(58)로부터 아래쪽으로 또한 웨이퍼 W의 중심부로 향해 분사된다.
처리 용기(2)의 내부에는, 웨이퍼 W의 위쪽의 주변을 둘러싸도록, 웨이퍼 W의 주변부에 처리 가스를 공급하는 링 형상의 주변 도입부(61)가 배치된다. 주변 도입부(61)는, 천정부에 배치되는 중앙 도입구(58)보다 아래쪽에, 또한 탑재대(3)에 탑재된 웨이퍼 W보다 위쪽에 배치된다. 주변 도입부(61)는 속이 빈 파이프를 고리 형상으로 한 것이고, 그 내주측에는 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 복수개의 주변 도입구(62)가 뚫린다. 주변 도입구(62)는, 주변 도입부(61)의 중심으로 향해 처리 가스를 분사한다. 주변 도입부(61)는, 예컨대, 석영으로 이루어진다. 처리 용기(2)의 측면에는, 스테인리스제의 공급로(53)가 관통한다. 공급로(53)는 주변 도입부(61)에 접속된다. 공급로(53)로부터 주변 도입부(61)의 내부에 공급된 처리 가스는, 주변 도입부(61)의 내부의 공간을 확산한 후, 복수개의 주변 도입구(62)로부터 주변 도입부(61)의 안쪽으로 향해 분사된다. 복수개의 주변 도입구(62)로부터 분사된 처리 가스는 웨이퍼 W의 주변 상부에 공급된다. 또, 링 형상의 주변 도입부(61)를 마련하는 대신에, 처리 용기(2)의 내측면에 복수개의 주변 도입구(62)를 형성하더라도 좋다.
도 2는 가스 공급원의 상세 구조를 나타내는 블록도이다. 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급원(100)은, 공통 가스원(41) 및 첨가 가스원(42)으로 구성된다. 공통 가스원(41) 및 첨가 가스원(42)은, 플라즈마 에칭 처리, 플라즈마 CVD 처리에 따른 처리 가스를 공급한다.
공통 가스원(41)에는 공통 가스 라인(45)이 접속되어 있고, 공통 가스 라인(45)은 플로 스플리터(44)에 접속되어 있다. 플로 스플리터(44)는, 공통 가스 라인(45)에 마련되고, 공통 가스 라인(45)을, 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인(46, 47)으로 분기한다. 플로 스플리터(44)는, 제 1및 제 2 분기 공통 가스 라인(46, 47)에 흐르는 가스의 유량의 비율을 조절 가능하다. 여기서, 제 1 분기 공통 가스 라인(46)은, 공급로(52)를 거쳐서 중앙 도입부(55)(도 1 참조)에 접속되어 있고, 중앙 도입부(55)에 중앙 도입 가스 Gc를 공급한다. 또한, 제 2 분기 공통 가스 라인(47)은, 공급로(53)를 거쳐서 주변 도입부(61)(도 1 참조)에 접속되어 있고, 주변 도입부(61)에 주변 도입 가스 Gp를 공급한다.
첨가 가스원(42)은, 첨가 가스 라인(48)을 거쳐서, 제 2 분기 공통 가스 라인(47)에 접속되어 있다. 또, 첨가 가스원(42)은, 첨가 가스 라인(48')을 거쳐서, 제 1 분기 공통 가스 라인(46)에 접속할 수도 있다. 또한, 첨가 가스원(42)은, 첨가 가스 라인(48, 48')을 거쳐서, 쌍방의 분기 공통 가스 라인(46, 47)에 접속하더라도 좋다.
공통 가스원(41)은, 복수개의 가스 G11, G12, G13, G1x를 갖고 있고, 각 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c, 41x)가 마련되어 있다. 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c, 41x)에 접속되는 라인의 전후에는, 라인 통로의 개폐를 행하는 밸브 V가 마련되어 있다. 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c, 41x)는, 각각의 밸브 V를 거쳐서, 공통 가스 라인(45)에 접속되어 있다.
첨가 가스원(42)은, 복수개의 첨가 가스 G21, G22, G23, G2x를 갖고 있고, 각 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(42a, 42b, 42c, 42x)가 마련되어 있다. 유량 제어 밸브(42a, 42b, 42c, 42x)에 접속되는 라인의 전후에는, 라인 통로의 개폐를 행하는 밸브 V가 마련되어 있다. 유량 제어 밸브(42a, 42b, 42c, 42x)는, 각각의 밸브 V를 거쳐서, 첨가 가스 라인(48)에 접속되어 있다.
도 1에 나타낸 컨트롤러 CONT는, 가스 공급원에 있어서의 각종 밸브 V와 함께, 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c, 41x, 42a, 42b, 42c, 42x)를 제어하고, 최종적으로 분기 공통 가스 라인(46, 47)에 각각 흐르는 가스 Gc, Gp에 포함되는 특정 가스의 분압비를 제어한다. 컨트롤러 CONT는, 각 가스의 유량을 조절하고, 플로 스플리터(44)에 공급되는 공통 가스의 가스종마다의 유량ㆍ분압을 결정하고 있다. 이 장치에서는, 웨이퍼 W의 중심 부분에 공급되는 중앙 도입 가스 Gc와, 주변 부분에 공급되는 주변 도입 가스 Gp의 가스종마다의 분압이나 가스종 자체를 변화시킬 수 있으므로, 플라즈마 처리의 특성을 다양하게 변화시킬 수 있다.
공통 가스원(41)에 이용되는 가스 G1x로서는, 희가스(Ar 등)를 이용할 수 있지만, 그 외의 첨가 가스를 이용할 수도 있다. 또한, 폴리실리콘 등의 실리콘계의 막을 에칭할 때는, 첨가 가스 G21, G22, G23으로서, Ar 가스, HBr 가스(또는 Cl2 가스), O2 가스를 공급하고, SiO2 등의 산화막을 에칭할 때는, 첨가 가스 G21, G22, G23, G2x로서, Ar 가스, CHF계 가스, CF계 가스, O2 가스를 공급하고, SiN 등의 질화막을 에칭할 때는, 첨가 가스 G21, G22, G23, G2x로서 Ar 가스, CF계 가스, CHF계 가스, O2 가스를 공급한다.
또, CHF계 가스로서는 CH3(CH2)3CH2F, CH3(CH2)4CH2F, CH3(CH2)7CH2F, CHCH3F2, CHF3, CH3F 및 CH2F2 등을 들 수 있다.
CF계 가스로서는, C(CF3)4, C(C2F5)4, C4F8, C2F2, 및 C5F8 등을 들 수 있지만, 에칭에 적합한 해리종이 얻어진다고 하는 관점으로부터, C5F8이 바람직하다.
이 장치에서는, 공통 가스원(41)과 첨가 가스원(42)에서 같은 종류의 가스를 공급할 수도 있고, 공통 가스원(41)과 첨가 가스원(42)에서 다른 종류의 가스를 공급할 수도 있다.
에칭 가스의 해리를 억제하기 위해서는, 공통 가스원(41)으로부터 플라즈마 여기용 가스를 공급하고, 첨가 가스원(42)으로부터 에칭 가스를 공급하더라도 좋다. 예컨대, 실리콘계의 막을 에칭할 때는, 공통 가스원(41)으로부터 플라즈마 여기용 가스로서 Ar 가스만을 공급하고, 첨가 가스원(42)으로부터 에칭 가스로서 HBr 가스, O2 가스만을 공급하는 등이다.
공통 가스원(41)은 또한, O2, SF6 등의 클리닝 가스 그 외의 공통 가스를 공급한다.
상기 가스에는, 이른바 부성 가스가 포함되어 있다. 부성 가스란, 전자 에너지가 10eV 이하에서 전자 부착 단면적을 갖는 가스를 말한다. 예컨대, HBr이나 SF6 등을 들 수 있다.
여기서, 균일한 플라즈마의 생성, 면 내 균일한 웨이퍼 W의 처리를 목적으로 하여, 플로 스플리터(44)에 의해 공통 가스의 분기 비율을 조절하고, 중앙 도입구(58)(도 3 참조) 및 주변 도입부(61)(도 1 참조)로부터의 가스 도입량을 조절하는 기술을 RDC(Radical Distribution Control)라고 부른다. RDC는, 중앙 도입구(58)로부터의 가스 도입량과 주변 도입부(61)로부터의 가스 도입량의 비에 의해 표현된다. 중앙 도입부(55) 및 주변 도입부(61)에 도입하는 가스종이 공통인 경우가, 일반적인 RDC이다. 최적의 RDC 값은, 에칭 대상의 막 종류나 여러 가지의 조건에 따라 실험적으로 결정된다. 한편, 첨가 가스를 중앙 도입부(55) 또는 주변 도입부(61)에 더 공급하는 것을, ARDC(Advanced Radical Distribution Control)라고 부른다.
에칭 처리에서는, 에칭에 따라 부생성물(에칭된 찌꺼기나 퇴적물)이 생성된다. 그 때문에, 처리 용기(2) 내에서의 가스 흐름을 개선하고, 부생성물의 처리 용기 밖으로의 배출을 촉진하기 위해, 중앙 도입부(55)로부터의 가스 도입과 주변 도입부(61)로부터의 가스 도입을 교대로 행하는 것이 검토되고 있다. 이것은, RDC 값을 시간적으로 전환하는 것에 의해 실현 가능하다. 예컨대, 웨이퍼 W의 중심 부분에 많은 가스를 도입하는 단계와, 주변부에 많은 가스를 도입하는 단계를 소정 주기로 반복하고, 기류를 조절하는 것에 의해, 처리 용기(2)로부터 부생성물을 쓸어 내는 것에 의해 균일한 에칭 레이트를 달성하고자 하는 것이다.
도 4는 슬롯판 근방의 구조의 분해 사시도이다. 유전체창(16)의 하면(오목부가 마련된 면)은, 처리 용기(2)의 측벽의 일부를 구성하는 고리 형상 부재(19)의 표면 위에 싣도록 하여 플라즈마 처리 장치(1)에 장착된다. 유전체창(16)의 위쪽의 면 위에는, 슬롯판(20)이 마련되고, 슬롯판(20) 위에 유전체판(25)이 마련된다. 유전체창(16), 슬롯판(20), 및 유전체판(25)의 평면 형상은 원형으로서, 이들의 중심 위치는, 동축(Z축) 위에 위치하고 있다.
또, 슬롯판(20)은 여러 가지 패턴을 갖는 슬롯을 갖고 있고, 동 도면에서는, 설명의 명확화를 위해, 슬롯판(20)에는 슬롯의 기재를 생략하고, 대신에 도 5에 기재하고 있다.
도 5는, 슬롯판(20)의 평면도이다. 슬롯판(20)은, 박판 형상이고, 원판 형상이다. 슬롯판(20)의 판 두께 방향의 양면은, 각각 평평하다. 슬롯판(20)에는, 판 두께 방향으로 관통하는 복수개의 슬롯이 복수개 마련되어 있다. 슬롯은, 한쪽 방향으로 긴 제 1 슬롯(133)과, 제 1 슬롯(133)과 직교하는 방향으로 긴 제 2 슬롯(134)이, 서로 이웃하여 한 쌍이 되도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 서로 이웃하는 2개의 슬롯(133, 134)이 한 쌍이 되어, 중심부가 끊어진 대략 L자 형상이 되도록 배치되어 구성되어 있다. 즉, 슬롯판(20)은, 한쪽 방향으로 연장되는 제 1 슬롯(133) 및 한쪽 방향에 대하여 수직인 방향으로 연장되는 제 2 슬롯(134)으로 구성되는 슬롯쌍(140)을 갖는 구성이다. 마찬가지로, 제 3 슬롯(133') 및 제 4 슬롯(134')으로 슬롯(140')이 구성되어 있다. 또, 슬롯쌍(140, 140')의 일례에 대해서는, 도 5 중의 점선으로 나타내는 영역에서 도시하고 있다.
슬롯쌍은, 내주측에 배치되는 내주측 슬롯쌍군(135)과, 외주측에 배치되는 외주측 슬롯쌍군(136)으로 크게 나눠진다. 내주측 슬롯쌍군(135)은, 도 5 중의 일점쇄선으로 나타내는 가상 원의 안쪽 영역에 마련된 7쌍의 슬롯쌍(140)이다. 외주측 슬롯쌍군(136)은, 도 5 중의 일점쇄선으로 나타내는 가상 원의 바깥쪽 영역에 마련된 14쌍의 슬롯쌍(140')이다. 이와 같이, 슬롯쌍(140, 140')은 슬롯판(20)의 중심(중심 위치)(138)을 둘러싸도록 동심원 형상으로 배치되어 있다.
내주측 슬롯쌍군(135)에 있어서, 7쌍의 슬롯쌍(140)은 각각, 둘레 방향으로 동일 간격으로 배치되어 있다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 원형 딤플(dimple)로 이루어지는 제 2 오목부가 마련된 위치에 대응하는 위치에, 내주측 슬롯쌍군(135)에 배치되는 7쌍의 슬롯쌍(140)의 한쪽의 슬롯을 각각 배치하여 위치를 맞출 수 있다. 한편, 외주측 슬롯쌍군(136)은, 슬롯판(20)의 지름 방향의 중심(138)으로부터 지름 방향 바깥쪽으로 보아, 내주측 슬롯쌍군(135)과 겹치지 않도록 배치되어 있다. 이 때문에, 외주측 슬롯쌍군(136)은, 2개의 슬롯쌍(140')을 조(組)로 하여, 그 조가 각각, 둘레 방향으로 동일 간격으로 배치되어 있다.
이 실시 형태에 있어서는, 제 1 슬롯(133)의 개구 폭, 즉, 제 1 슬롯(133) 중, 긴 방향으로 연장되는 한쪽의 벽부(130a)와 긴 방향으로 연장되는 다른 쪽의 벽부(130b)의 사이의 길이 W1은, 14㎜가 되도록 구성되어 있다. 한편, 도 5 중의 길이 W2로 나타내는 제 1 슬롯(133)의 긴 방향의 길이, 즉, 제 1 슬롯(133)의 긴 방향의 한쪽의 단부(130c)와 제 1 슬롯(133)의 긴 방향의 다른 쪽의 단부(130d)의 사이의 길이 W2는, 35㎜가 되도록 구성되어 있다. 폭 W1, 길이 W2는 ±10%의 변경을 허용할 수 있지만, 이 이외의 범위이더라도, 장치로서는 기능한다. 제 1 슬롯(133)에 대하여, 긴 방향의 길이에 대한 짧은 방향의 길이의 비 W1/W2는, 14/35=0.4이다. 제 1 슬롯(133)의 개구 형상과 제 2 슬롯(134)의 개구 형상은 같다. 즉, 제 2 슬롯(134)은, 제 1 슬롯(133)을 90도 회전시킨 것이다. 또, 슬롯이라고 하는 긴 구멍을 구성할 때에, 길이의 비 W1/W2에 대해서는 1 미만이 된다.
한편, 제 4 슬롯(134')의 개구 폭 W3은, 제 1 슬롯(133)의 개구 폭 W1보다 작게 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 슬롯(133)의 개구 폭 W1은, 제 4 슬롯(134')의 개구 폭 W3보다 크게 형성되어 있다. 여기서는, 제 4 슬롯(134')의 개구 폭 W3은, 예컨대 10㎜가 되도록 구성되어 있다. 도 5 중의 길이 W4로 나타내는 제 4 슬롯(134')의 긴 방향의 길이는, 제 1 슬롯(133)의 길이 W2와 동일하다. 폭 W3, 길이 W4는 ±10%의 변경을 허용할 수 있지만, 이 이외의 범위이더라도, 장치로서는 기능한다. 제 4 슬롯(134')에 대하여, 긴 방향의 길이에 대한 짧은 방향의 길이의 비 W3/W4는, 10/35=약 0.29이다. 제 4 슬롯(134')의 개구 형상과 제 3 슬롯(133')의 개구 형상은 같다. 즉, 제 3 슬롯(133')은, 제 4 슬롯(134')을 90도 회전시킨 것이다. 또, 슬롯이라고 하는 긴 구멍을 구성할 때에, 길이의 비 W3/W4에 대해서는 1 미만이 된다.
슬롯판(20)의 지름 방향의 중앙에도, 관통 구멍(137)이 마련되어 있다. 또, 외주측 슬롯쌍군(136)의 외경측의 영역에는, 슬롯판(20)의 둘레 방향의 위치 결정을 용이하게 하기 위해, 판 두께 방향으로 관통하도록 하여 기준 구멍(139)이 마련되어 있다. 즉, 이 기준 구멍(139)의 위치를 표적으로 하여, 처리 용기(2)나 유전체창(16)에 대한 슬롯판(20)의 둘레 방향의 위치 결정을 행한다. 슬롯판(20)은, 기준 구멍(139)을 제외하고, 지름 방향의 중심(138)을 중심으로 한 회전 대칭성을 갖는다.
또한, 슬롯판(20)의 구조에 대하여 상세하게 설명하면, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 제 1 거리 K1(원 K1로 나타낸다)에 위치하는 제 1 슬롯군(133)과, 중심 위치(138)로부터 제 2 거리 K2(원 K2로 나타낸다)에 위치하는 제 2 슬롯군(134)과, 중심 위치(138)로부터 제 3 거리 K3(원 K3로 나타낸다)에 위치하는 제 3 슬롯군(133')과, 중심 위치(138)로부터 제 4 거리 K4(원 K4로 나타낸다)에 위치하는 제 4 슬롯군(134')을 구비하고 있다.
여기서, 제 1 거리 K1<제 2 거리 K2<제 3 거리 K3<제 4 거리 K4의 관계를 만족시키고 있다. 슬롯판의 중심 위치(138)로부터 각 슬롯의 중심을 통하여 연장된 직선(제 1 직선 R1, 제 2 직선 R2 또는 R3)과, 해당 슬롯의 긴 방향이 이루는 각도는, 제 1 내지 제 4 슬롯군(133, 134, 133', 134')에 있어서의 각각의 슬롯군마다 동일하다.
슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 연장되는 동일한 직선(제 1 직선 R1) 위에 위치하는 제 1 슬롯군의 슬롯(133)과, 제 2 슬롯군의 슬롯(134)은, 상이한 방향으로 연장되고 있고(본 예에서는 직교하고 있다), 슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 연장되는 동일한 직선(제 2 직선 R2 또는 R3) 위에 위치하는 제 3 슬롯군의 슬롯(133')과, 제 4 슬롯군의 슬롯(134')은, 상이한 방향으로 연장되고 있다(본 예에서는 직교하고 있다). 여기서, 직선 R1과 직선 R2, 또는, 직선 R1과 직선 R3은, 서로 겹치지 않도록 슬롯(133, 134, 133', 134')이 배치되어 있다. 예컨대, 직선 R1과 직선 R2, 또는, 직선 R1과 직선 R3은, 이루는 각도가 10° 이상으로 되어 있다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 투입 파워에 대한 마이크로파 방사 효율이 낮은 슬롯을 배제하여 배치할 수 있으므로, 상대적으로 다른 슬롯에 대한 투입 파워의 분배를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상되고, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다.
제 1 슬롯군의 슬롯(133)의 수와 제 2 슬롯군의 슬롯(134)의 수는, 동일한 수 N1이고, 제 3 슬롯군의 슬롯(133')의 수와 제 4 슬롯군의 슬롯(134')의 수는, 동일한 수 N2이다. 여기서, N2는 N1의 정수배이고, 면내 대칭성이 높은 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.
도 6은 유전체창의 평면도이고, 도 8은 유전체창의 단면도이다. 유전체창(16)은, 대략 원판 형상이고, 소정의 판 두께를 갖는다. 유전체창(16)은, 유전체로 구성되어 있고, 유전체창(16)의 구체적인 재질로서는, 석영이나 알루미나 등을 들 수 있다. 유전체창(16)의 상면(159) 위에는, 슬롯판(20)이 마련된다.
유전체창(16)의 지름 방향의 중앙에는, 판 두께 방향, 즉, 지면 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(142)이 마련되어 있다. 관통 구멍(142) 중, 아래쪽 영역은 중앙 도입부(55)에 있어서의 가스 공급구가 되고, 위쪽 영역은, 중앙 도입부(55)의 블록(57)이 배치되는 오목부(143)가 된다. 또, 유전체창(16)의 지름 방향의 중심축(144a)을, 도 8 중의 일점쇄선으로 나타낸다.
유전체창(16) 중, 플라즈마 처리 장치에 구비되었을 때에 플라즈마를 생성하는 쪽이 되는 아래쪽의 평탄면(146)의 지름 방향 바깥쪽 영역에는, 고리 형상으로 연속하여, 유전체창(16)의 판 두께 방향 안쪽을 향하여 테이퍼 형상으로 파이는 고리 형상의 제 1 오목부(147)가 마련되어 있다. 평탄면(146)은, 유전체창(16)의 지름 방향의 중앙 영역에 마련되어 있다. 이 중앙의 평탄면(146)에는, 원형의 제 2 오목부(153a~153g)가 둘레 방향을 따라서 동일 간격으로 형성되어 있다. 고리 형상의 제 1 오목부(147)는, 평탄면(146)의 외경 영역으로부터 외경측을 향해 테이퍼 형상, 구체적으로는, 평탄면(146)에 대하여 경사하는 내측 테이퍼면(148), 내측 테이퍼면(148)으로부터 외경측을 향해 지름 방향으로 똑바로, 즉, 평탄면(146)과 평행하게 연장되는 평탄한 저면(149), 저면(149)으로부터 외경측을 향해 테이퍼 형상, 구체적으로는, 저면(149)에 대하여 경사하여 연장되는 외측 테이퍼면(150)으로 구성되어 있다.
테이퍼의 각도, 즉, 예컨대, 저면(149)에 대하여 내측 테이퍼면이 연장되는 방향으로 규정되는 각도나 저면(149)에 대하여 외측 테이퍼면(150)이 연장되는 방향으로 규정되는 각도에 대해서는, 임의로 정해지고, 이 실시 형태에 있어서는, 둘레 방향의 어느 위치에 있어서도 동일하도록 구성되어 있다. 내측 테이퍼면(148), 저면(149), 외측 테이퍼면(150)은 각각 매끄러운 곡면으로 연속하도록 형성되어 있다. 또, 외측 테이퍼면(150)의 외경 영역은, 외경측을 향해 지름 방향으로 똑바로, 즉, 평탄면(146)과 평행하게 연장되는 외주 평면(152)이 마련되어 있다. 이 외주 평면(152)이 유전체창(16)의 지지면이 된다.
즉, 유전체창(16)은, 외주 평면(152)을 고리 형상 부재(19)(도 4 참조)의 내경측 영역에 있어서 마련된 상부측의 단면에 탑재하도록 하여, 처리 용기(2)에 장착된다.
고리 형상의 제 1 오목부(147)에 의해, 유전체창(16)의 지름 방향 바깥쪽 영역에 있어서, 유전체창(16)의 두께를 연속적으로 변화시키는 영역을 형성하여, 플라즈마를 생성하는 여러 가지의 프로세스 조건에 적합한 유전체창(16)의 두께를 갖는 공진 영역을 형성할 수 있다. 그렇게 하면, 여러 가지의 프로세스 조건에 따라, 지름 방향 바깥쪽 영역에 있어서의 플라즈마의 높은 안정성을 확보할 수 있다.
여기서, 유전체창(16) 중, 고리 형상의 제 1 오목부(147)의 지름 방향 안쪽 영역에는, 평탄면(146)으로부터 판 두께 방향 안쪽을 향해 파이는 제 2 오목부(153)(153a~153g)가 마련되어 있다. 제 2 오목부(153)의 평면 형상은 원형이고, 안쪽의 측면은 원통면을 구성하고, 저면은 평탄하다. 원형은 무한의 모서리를 갖는 다각형이므로, 제 2 오목부(153)의 평면 형상은, 유한의 모서리를 갖는 다각형으로 하는 것도 가능하다고 생각되고, 마이크로파 도입시에 있어서, 오목부 내에 있어서 플라즈마가 발생하는 것이라고 생각되지만, 평면 형상이 원형인 경우에는, 중심으로부터의 형상의 등가성이 높기 때문에, 안정된 플라즈마가 발생한다.
제 2 오목부(153)는, 이 실시 형태에 있어서는, 합계 7개 마련되어 있고, 안쪽의 슬롯쌍의 수와 동일하다. 7개의 제 2 오목부(153a, 153b, 153c, 153d, 153e, 153f, 153g)의 형상은 각각 동일하다. 즉, 제 2 오목부(153a~153g)의 파인 형상이나 그 크기, 구멍의 지름 등에 대해서는, 각각 동일하게 구성되어 있다. 7개의 제 2 오목부(153a~153g)는, 유전체창(16)의 지름 방향의 중심(156)을 중심으로 하여, 회전 대칭성을 갖도록, 각각 간격을 두고 배치되어 있다. 둥근 구멍 형상의 7개의 제 2 오목부(153a~153g)의 중심(157a, 157b, 157c, 157d, 157e, 157f, 157g)은, 각각, 유전체창(16)의 판 두께 방향으로부터 본 경우에, 유전체창(16)의 지름 방향의 중심(156)을 중심으로 한 원(158) 위에 위치하고 있다. 즉, 유전체창(16)을 지름 방향의 중심(156)을 중심으로 하여 51.42도(=360도/7) 회전시킨 경우에, 회전시키기 전과 동일한 형상이 되도록 구성되어 있다. 원(158)은, 도 6에 있어서, 일점쇄선으로 나타내고 있고, 원(158)의 직경은 154㎜, 제 2 오목부(153a~153g)의 직경은 30㎜이다.
제 2 오목부(153)(153a~153g)의 깊이, 즉, 도 8 중의 길이 L3으로 나타내는 평탄면(146)과 저면(155)의 사이의 거리는, 적절히 정해지고, 이 실시 형태에 있어서는 32㎜로 하고 있다. 오목부(153)의 직경, 및, 오목부(153)의 저면으로부터 유전체창의 상면까지의 거리는, 이것에 도입되는 마이크로파의 파장 λg의 4분의 1로 설정된다. 또, 이 실시 형태에 있어서는, 유전체창(16)의 직경은 약 460㎜이다. 또, 상기 원(158)의 직경, 오목부(153)의 직경, 유전체창(16)의 직경, 및 오목부(153)의 깊이는 ±10%의 변경을 허용할 수도 있지만, 본 장치가 동작하는 조건은 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플라즈마가 오목부 내에 갇히면 장치로서는 기능한다. 센터에 가까운 오목부의 직경이나 깊이의 값이 커지면, 센터측이 주위보다 플라즈마 밀도가 커지기 때문에, 이들의 밸런스를 조정할 수도 있다.
이 제 2 오목부(153a~153g)에 의해, 마이크로파의 전계를 해당 오목부 내에 집중시킬 수 있고, 유전체창(16)의 지름 방향 안쪽 영역에 있어서, 강고한 모드 고정을 행할 수 있다. 이 경우, 프로세스 조건이 여러 가지 변경되더라도, 지름 방향 안쪽 영역에 있어서의 강고한 모드 고정의 영역을 확보할 수 있고, 안정하고 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 기판 처리량의 면 내 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 특히, 제 2 오목부(153a~153g)는, 회전 대칭성을 갖기 때문에, 유전체창(16)의 지름 방향 안쪽 영역에 있어서 강고한 모드 고정의 높은 축대칭성을 확보할 수 있고, 생성하는 플라즈마에 있어서도, 높은 축대칭성을 갖는다.
이상으로부터, 이와 같은 구성의 유전체창(16)은, 넓은 프로세스 마진을 가짐과 아울러, 생성하는 플라즈마가 높은 축대칭성을 갖는다.
도 7은 슬롯판(20)과 유전체창(16)을 조합한 안테나(70)의 평면도이다. 동 도면은, 도 1에 있어서의 Z축을 따라, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 아래쪽으로부터 본 도면이다. 평면시(planar view)에 있어서, 외측 테이퍼면(150)과 제 4 슬롯군(안쪽으로부터 4번째의 슬롯군)에 속하는 슬롯(134')은 일부분이 겹치고 있다. 또한, 고리 형상의 평탄한 저면(149)과 제 3 슬롯군(안쪽으로부터 3번째의 슬롯군)에 속하는 슬롯(133')은 겹치고 있다.
또한, 평면시에 있어서, 내측 테이퍼면과 제 2 슬롯군(안쪽으로부터 2번째의 슬롯군)에 속하는 슬롯(134)은 겹치고 있다. 또한, 가장 안쪽의 제 1 슬롯군에 속하는 슬롯(133)은, 모두 평탄면(146) 위에 위치하고 있다. 또한, 제 2 오목부(153)의 중심 위치는, 슬롯(133)과 중복하고 있다.
도 9는 슬롯(133) 및 오목부(153)의 근방의 사시도(a) 및 단면도(b)이다. 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 오목부(153)의 직상에 슬롯(133)이 위치하고 있고, 마이크로파 도입시에 있어서, 슬롯(133)의 폭 방향으로 발생하는 전계에 의해, 오목부(153) 내에 플라즈마 PS가 발생한다(도 9(b)).
도 10은 슬롯과 제 2 오목부의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 10(a)에서는, 오목부(153)의 중심 G2의 위치를, 슬롯(133)으로부터의 전계 E가 선택적으로 도입되는 위치로 설정한 경우를 나타내고 있다. 마이크로파의 도입에 의해, 전계 E는 슬롯(133, 134)의 폭 방향으로 발생한다. 본 예에서는, 슬롯(133)의 중심 위치 G1과 제 2 오목부(153)의 중심 위치 G2가 일치하고, 슬롯(133) 내에, 제 2 오목부(153)의 중심 위치 G2가 겹쳐 위치하고 있다. 이 경우는, 제 2 오목부(153)에 플라즈마가 확실히 고정되기 때문에, 플라즈마의 흔들림은 적고, 각종 조건 변화에 대해서도 플라즈마의 면 내 변동이 적어진다. 특히, 오목부(153)가 형성되어 있는 위치가 중앙의 평탄면(146)(도 7 참조) 위이기 때문에, 1개의 오목부(153) 주위의 면의 등가성이 높고, 플라즈마의 고정 정도가 높아진다.
한편, 도 10(b)에서는, 오목부(153)의 중심 위치 G2의 위치를, 쌍방의 슬롯(133, 134)으로부터의 전계 E가 도입되는 위치로 설정한 경우를 나타내고 있다. 환언하면, 도 10(b)에 있어서는, 슬롯(133)의 중심 위치 G1과 제 2 오목부(153)의 중심 G2는 이간하고, 슬롯(133) 내에, 제 2 오목부(153)의 중심 위치 G2가 겹쳐 위치하고 있지 않은 경우를 나타내고 있다. 이 경우는, 도 10(a)의 경우보다, 오목부(153) 내에 마이크로파가 들어가기 어렵고, 따라서 플라즈마 밀도가 내려가고, 플라즈마의 발생에 흔들림이 생기는 경우가 있다.
여기서, 본 실시 형태와 관련되는 안테나(70) 및 플라즈마 처리 장치(1)의 작용 효과를 설명하기 위해, 비교예의 안테나에 대하여 개략적으로 설명한다.
도 11은 비교예의 슬롯판의 평면도이다. 이 슬롯판(20)에서는, 슬롯쌍(240, 240')이 슬롯판(20)의 중심(중심 위치)(238)을 둘러싸도록 동심원 형상으로 배치되어 있다. 내주측에 배치되는 내주측 슬롯쌍군은, 7쌍의 슬롯쌍(240)이다. 외주측에 배치되는 외주측 슬롯쌍군은, 28쌍의 슬롯쌍(240')이다. 슬롯쌍(240)을 구성하는 슬롯(167)의 개구 폭, 즉, 슬롯(167) 중, 긴 방향으로 연장되는 한쪽의 벽부(168a)와 긴 방향으로 연장되는 다른 쪽의 벽부(168b)의 사이의 길이 W5는, 6㎜가 되도록 구성되어 있다. 이 길이 W5는, 상술한 슬롯판의 슬롯(133)의 경우의 길이 W1의 약 반이다. 한편, 길이 W6으로 나타내는 슬롯(167)의 긴 방향의 길이, 즉, 슬롯(167)의 긴 방향의 한쪽의 단부(168c)와 슬롯(167)의 긴 방향의 다른 쪽의 단부(168d)의 사이의 길이 W6은, 35㎜가 되도록 구성되어 있다. 이 길이 W6은, 상술한 슬롯판에 마련되는 슬롯(133)의 경우의 길이 W2와 같다. 슬롯(167)에 대하여, 긴 방향의 길이에 대한 짧은 방향의 길이의 비 W5/W6은, 6/35=약 0.17이다. 그 외의 슬롯의 구성 등에 대해서는, 도 5에 나타내는 슬롯판(20)과 같기 때문에, 그 설명을 생략한다. 도 12는 비교예와 관련되는 유전체창의 평면도이다. 비교예와 관련되는 유전체창(16)은, 평탄면(146) 위에 형성된 제 2 오목부가 존재하지 않는다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 각 슬롯쌍(240, 240')이, 슬롯판(20)의 중심 위치(238)로부터 각 슬롯쌍(240, 240')을 통하여 연장된 직선 R4가 겹치는 위치(일치하는 위치)에 배치되어 있다. 즉, 슬롯판의 중심 위치(238)로부터 지름 방향 바깥쪽으로 보아 각 슬롯쌍(240, 240')이 겹치고 있다. 이 경우, 슬롯판(20)의 중심 위치(238)에 입사된 마이크로파는, 최초로 중심 위치(238)에 가까운 슬롯쌍(240)에서 방출되기 때문에, 중심 위치(238)로부터 그 슬롯쌍(240)을 통하여 연장되는 직선 R4 위에 배치된 다른 슬롯쌍(240')에는 전계 강도가 약한 마이크로파가 전파된다. 이 때문에, 다른 슬롯쌍(240')으로부터는 전계 강도가 약한 마이크로파가 방출된다.
이것에 비하여, 본 실시 형태와 관련되는 안테나(70) 및 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 동심원 형상으로 배치된 각 슬롯쌍(140, 140')은, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 각 슬롯쌍(140, 140')을 통하여 연장된 직선 R1, R2, R3이 겹치지 않는 위치에 마련되어 있다. 즉, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 그 슬롯쌍(140)을 통하여 연장되는 직선 R1 위에는, 다른 슬롯쌍을 마련하지 않도록 하는 것에 의해, 투입 파워에 대한 마이크로파 방사 효율이 낮은 슬롯쌍을 배제할 수 있으므로, 상대적으로 다른 슬롯쌍에 대한 투입 파워의 분배를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상된다. 또한, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도를 향상시키는 것에 의해, 시트 형상의 고밀도 플라즈마를 천판 직하에서 생성할 수 있기 때문에, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다. 그 결과, 플라즈마가 안정되는 압력 범위가 넓어지기 때문에, 프로세스 영역의 확대를 기대할 수 있다.
상기한 바와 같이, 부성 가스는, 전자 에너지가 10eV 이하에서 전자 부착 단면적을 가지기 때문에, 플라즈마 확산 영역에서 전자를 부착시켜 음이온화하기 쉬운 경향이 있다. 즉, 부성 가스를 이용한 플라즈마 처리에서는, 플라즈마 중에 음의 전하로서 전자와 음이온이 동시에 존재하게 된다. 따라서, 부성 가스에 의해 전자가 부착되면 로스가 발생하기 때문에, 플라즈마의 안정성을 유지하기 위해서는, 적어도 그 로스를 보충하도록 생성하는 전자를 증가시킬 필요가 있다. 이 때문에, 부성 가스에 의한 플라즈마 처리에서는, 다른 가스에 비하여 전계 강도의 향상이 요구되고 있다. 본 실시 형태와 관련되는 안테나(70) 및 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도를 향상시킬 수 있으므로, 부성 가스를 이용한 경우에도, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다. 특히, 음이온이 발생하기 쉬운 중압(예컨대 50mTorr(6.5㎩))~고압에 있어서, 낮은 데미지의 에칭 프로세스 등을 기대할 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 안테나(70) 및 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 제 1 슬롯군 및 제 2 슬롯군의 슬롯의 폭 W1은, 제 3 슬롯군 및 제 4 슬롯군의 슬롯의 폭 W3보다 크게 되어 있다. 슬롯의 개구 형상에 대해서는, 폭이 커질수록, 도입되는 마이크로파의 전계가 저하한다. 또한, 슬롯의 개구 폭이 좁아지면, 그만큼 마이크로파를 강하게 방사할 수 있다. 따라서, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)에 가까운 제 1 슬롯군 및 제 2 슬롯군의 방사 전계 강도를, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)에 먼 제 3 슬롯군 및 제 4 슬롯군의 방사 전계 강도보다 약하게 할 수 있다. 마이크로파는 전파에 의해 감쇠하기 때문에, 상기 구성을 채용하는 것에 의해, 마이크로파의 방사 전계 강도가 면 내에서 균일화되어, 면 내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 안테나(70) 및 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 슬롯판(20)의 주 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 슬롯판(20)에 있어서의 각각의 슬롯(133) 내에, 각각의 제 2 오목부(153)의 중심 위치가 겹쳐 위치하고 있기 때문에, 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 처리량의 면 내 균일성을 높게 할 수 있다. 이와 같은 플라즈마 처리 장치(1)는, 에칭뿐만 아니라, 막의 퇴적에도 이용할 수 있다.
이상, 여러 가지의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시 형태로 한정되는 일 없이 여러 가지의 변형 형태를 구성 가능하다. 예컨대, 상기 실시 형태에서는 동심원으로서 슬롯쌍이 2중의 고리 형상으로 배치되는 예를 설명했지만, 3중 이상의 고리 형상으로 배치되는 경우이더라도 좋다.
실시예
이하, 상기 효과를 설명하기 위해 본 발명자가 실시한 실시예 및 비교예에 대하여 말한다.
(전계 강도 향상의 확인)
실시예 1 : 도 5에 나타내는 안테나판 및 도 6에 나타내는 유전체창을 구비하는 안테나를 이용했다.
비교예 1 : 도 11에 나타내는 안테나판 및 도 12에 나타내는 유전체창을 구비하는 안테나를 이용했다.
실시예 1 및 비교예 1에 대하여, 전계 강도의 시뮬레이션을 행했다. 마이크로파가 모두 투과한 경우와 전반사한 경우를 각각 시뮬레이션했다. 결과를 도 13에 나타낸다. 도 13에서는, 도 1에 있어서의 Z축을 따라, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 아래쪽으로부터 본 도면으로서, 전계 강도의 분포를 모노톤으로 나타내고 있다. 도면 중, 흰 부분은 전계 강도가 가장 강하고, 검은 부분은 전계 강도가 가장 약한 부분이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 실시예 1은, 비교예 1에 비하여, 흰 영역이 많고, 또한 광범위하게 되어 있어, 본 실시 형태와 관련되는 안테나에 의해 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상되는 것이 확인되었다.
(플라즈마 안정성의 개선의 확인)
(실시예 2)
도 5에 나타내는 안테나판 및 도 6에 나타내는 유전체창을 갖는 안테나(70)를 구비하는 플라즈마 처리 장치(1)에, 마이크로파를 투입함과 아울러 RF를 인가하여 플라즈마를 생성하고, 더 압력을 변화시켜 안정성을 평가했다.
압력은, 40mTorr(5.2㎩)로부터 200mTorr(26㎩)까지 증가시킨 경우, 200mTorr(26㎩)로부터 40mTorr(5.2㎩)까지 감소시킨 경우의 2 패턴에 대하여, 플라즈마 안정성의 평가를 행했다.
처리 가스는, 폴리실리콘 등의 실리콘계의 막을 에칭하는 경우를 모델 예로 하여, Ar/HBr을 이용했다. 가스 조건으로서는, 3 패턴 준비했다. 제 1 가스 조건은, Ar/HBr이 1000(sccm)/600(sccm)이다. 제 2 가스 조건은, Ar/HBr이 800(sccm)/800(sccm)이다. 제 3 가스 조건은, Ar/HBr이 600(sccm)/1000(sccm)이다. HBr은 부성 가스이다.
또, 마이크로파 파워(마이크로파 발생기(35))는 3000W로 하고, RF 파워(바이어스용 전원 BV)는 150W로 했다.
(비교예 2)
도 11에 나타내는 안테나판 및 도 12에 나타내는 유전체창을 갖는 안테나를 구비하는 플라즈마 처리 장치에, 마이크로파를 투입함과 아울러 RF를 인가하여 플라즈마를 생성하고, 더 압력을 변화시켜 안정성을 평가했다. 압력 및 가스의 조건은 실시예 2와 동일하다.
(평가 방법)
플라즈마의 안정성의 평가는, 상기 조건으로 생성한 플라즈마를, Stable(안정), Unstable(불안정), RF-hunting(RF 난조), Relatively-unstable(비교적 불안정)의 4개의 카테고리로 분류하는 것에 의해 행했다. 이들 카테고리 분류의 판단에 대하여, 도 14에 나타낸다. 도 14의 (a)에 나타내는 바와 같이, 시간에 의존한 마이크로파의 전력 반사가 일정(기준치에 대하여 소정의 임계치 범위 내)하고, 또한, 시간에 의존한 RF의 전력 반사가 일정(기준치에 대하여 소정의 임계치 범위 내)한 경우에는, Stable로 했다. 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 시간에 의존한 마이크로파의 전력 반사가 일정하지 않고(기준치에 대하여 임계치 범위 밖이 되고), 또한, 시간에 의존한 RF의 전력 반사가 일정하지 않은(기준치에 대하여 소정의 임계치 범위 밖이 되는) 경우에는, Unstable로 했다. 도 14의 (c)에 나타내는 바와 같이, 시간에 의존한 마이크로파의 전력 반사가 일정(기준치에 대하여 소정의 임계치 범위 내)하고, 또한, 시간에 의존한 RF의 전력 반사가 일정하지 않은(기준치에 대해서 소정의 임계치 범위 밖이 되는) 경우에는, RF-hunting으로 했다. 도 14의 (d)에 나타내는 바와 같이, 시간에 의존한 마이크로파의 전력 반사가 피크값을 갖는 경우(순간적으로 기준치에 대하여 소정의 임계치 범위 밖이 된다), 또는, 시간에 의존한 RF의 전력 반사가 피크값을 갖는 경우(순간적으로 기준치에 대하여 임계치 범위 밖이 된다)에는, Relatively-unstable로 했다. 결과를 도 15에 나타낸다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 실험 결과와 비교예 2의 실험 결과를 대비하면, 실시예 2가 플라즈마가 안정되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 비교예 2에서는, 부성 가스를 이용한 경우, 중간 압력 범위(50mTorr(6.5㎩))에서 플라즈마가 불안정하게 되는 것에 비하여, 실시예 2에서는, 부성 가스를 이용한 경우에도 중간 압력 범위에 있어서 플라즈마의 안정성이 개선되고 있는 것이 확인되었다.
(실시예 3)
마이크로파 파워를 2000W로 했다. 그 외의 조건은, 실시예 2와 동일하다.
(비교예 3)
마이크로파 파워를 2000W로 했다. 그 외의 조건은, 비교예 2와 동일하다.
실시예 3 및 비교예 3에 대하여, 상술한 평가 방법으로 평가했다. 결과를 도 16에 나타낸다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 실시예 3의 실험 결과와 비교예 3의 실험 결과를 대비하면, 실시예 3이 플라즈마가 안정되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 비교예 3에서는, 부성 가스를 이용한 경우, 중간 압력 범위 이상(50mTorr(6.5㎩) 이상)에서 플라즈마가 불안정하게 되는 조건이 많이 확인된 것에 비하여, 실시예 3에서는, 부성 가스를 이용한 경우에도 중간 압력 범위 이상에 있어서 플라즈마의 안정성이 개선되고 있는 것이 확인되었다.
(실시예 4)
처리 가스는, 장치의 클리닝 처리를 하는 경우를 모델 예로 하여, SF6/O2를 이용했다. 가스 조건으로서는, 3 패턴 준비했다. 제 1 가스 조건은, SF6/O2가 50(sccm)/150(sccm)이다. 제 2 가스 조건은, SF6/O2가 100(sccm)/100(sccm)이다. 제 3 가스 조건은, SF6/O2가 150(sccm)/50(sccm)이다. SF6은 부성 가스이다.
또, RF 파워는 0W로 했다. 그 외의 조건은, 실시예 2와 동일하다.
(비교예 4)
처리 가스는, 장치의 클리닝 처리를 하는 경우를 모델 예로 하여, SF6/O2를 이용했다. 가스 조건으로서는, 3 패턴 준비했다. 제 1 가스 조건은, SF6/O2가 50(sccm)/150(sccm)이다. 제 2 가스 조건은, SF6/O2가 100(sccm)/100(sccm)이다. 제 3 가스 조건은, SF6/O2가 150(sccm)/50(sccm)이다. SF6은 부성 가스이다.
또, RF 파워는 0W로 했다. 그 외의 조건은, 비교예 2와 동일하다.
실시예 4 및 비교예 4에 대하여, 상술한 평가 방법으로 평가했다. 결과를 도 17에 나타낸다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 실시예 4의 실험 결과와 비교예 4의 실험 결과를 대비하면, 실시예 4가 플라즈마가 안정되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 비교예 4에서는, 부성 가스를 이용한 경우, 중간 압력 범위 이상(50mTorr(6.5㎩) 이상)에서 플라즈마가 불안정하게 되는 조건이 많이 확인된 것에 비하여, 실시예 4에서는, 부성 가스를 이용한 경우에도 중간 압력 범위 이상에 있어서 플라즈마의 안정성이 개선되고 있는 것이 확인되었다.
(플라즈마 방전의 안정성의 확인)
(실시예 5)
이그니션으로부터 소정 기간 경과했을 때의 플라즈마 방전의 안정성을 확인하기 위해, 시간에 의존한 발광 강도를 취득했다. 처리 조건은 이하와 같다.
[Ar 이그니션]
마이크로파의 전력 : 2000W
압력 : 100Torr(13㎩)
가스의 유량
Ar 가스 : 500sccm
처리 시간 : 8sec
[클리닝 처리]
마이크로파의 전력 : 3000W
압력 : 20Torr(2.6㎩)
가스의 유량
SF6 가스 : 100sccm
O2 가스 : 100sccm
처리 시간 : 30sec
즉, Ar로 이그니션을 행하고, 그 후, 부성 가스의 플라즈마를 생성한다고 하는 조건으로 했다.
도 18에 결과를 나타낸다. 도 18의 (a)는 Ar의 발광 강도의 시간 의존성, 도 18의 (b)는 O의 발광 강도의 시간 의존성, 도 18의 (c)는 F의 발광 강도의 시간 의존성의 결과이다. 도 18에 나타내는 바와 같이, Ar에 의한 플라즈마의 발광으로부터, O 또는 F에 의한 플라즈마의 발광으로 천이할 때(예컨대, 20초 부근), 통상이라면 O 플라즈마나 F 플라즈마가 일단 소실하고, 그 후 O 플라즈마나 F 플라즈마가 발생하게 되기 때문에, 20초 부근에서 발광 강도가 제로가 된다. 이것에 비하여, 도 18에 나타내는 바와 같이, O 또는 F에 의한 플라즈마의 발광으로 천이할 때에도 플라즈마 방전이 일시적으로 중단되는 일이 없는 것이 확인되었다. 즉, 실시예 5에서는, 부성 가스를 이용한 경우에도 플라즈마의 안정성이 개선되고 있는 것이 확인되었다.
(실시예 6)
이그니션으로부터 소정 기간 경과했을 때의 플라즈마 방전의 안정성을 확인하기 위해, 시간에 의존한 발광 강도를 취득했다. 처리 조건으로서, 마이크로파의 전력을 2500W로 했다. 그 외는 실시예 5와 동일하게 했다.
도 19에 결과를 나타낸다. 도 19의 (a)는 Ar의 발광 강도의 시간 의존성, 도 19의 (b)는 O의 발광 강도의 시간 의존성, 도 19의 (c)는 F의 발광 강도의 시간 의존성의 결과이다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 도 18과 마찬가지로, 부성 가스를 이용한 경우에도 플라즈마의 안정성이 개선되고 있는 것이 확인되었다.
W : 웨이퍼(기판) 1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 처리 용기 3 : 탑재대
11a : 배기구 16 : 유전체창
20 : 슬롯판 21 : 슬롯
35 : 마이크로파 발생기 41 : 공통 가스원
42 : 첨가 가스원 44 : 플로 스플리터
45 : 공통 가스 라인 46, 47 : 분기 공통 가스 라인
48 : 첨가 가스 라인 55 : 중앙 도입부
58 : 중앙 도입구 61 : 주변 도입부
62 : 주변 도입구

Claims (10)

  1. 유전체창 및 상기 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판을 구비한 안테나로서,
    상기 슬롯판은, 2개의 슬롯으로 이루어지는 슬롯쌍을 복수개 갖고,
    상기 복수개의 슬롯쌍은, 상기 슬롯판의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치되어 있고,
    각 슬롯쌍은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 통하여 연장된 직선이 서로 겹치지 않는 위치에 마련되어 있으며,
    상기 슬롯판은,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 1 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 1 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 2 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 2 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 3 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 3 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 4 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 4 슬롯군
    을 갖고,
    제 1 거리<제 2 거리<제 3 거리<제 4 거리의 관계를 만족시키고,
    서로 대응하는 상기 제 1 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 2 슬롯군의 슬롯이 서로 조(組)가 되어 복수개의 제 1 슬롯쌍을 형성함과 아울러, 서로 대응하는 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 4 슬롯군의 슬롯이 서로 조가 되어 복수개의 제 2 슬롯쌍을 형성하고,
    상기 복수개의 제 1 슬롯쌍 각각의 상기 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 1 슬롯쌍의 상기 제 1 슬롯군의 슬롯을 통하여 연장된 제 1 직선 위에 위치하고,
    상기 복수개의 제 2 슬롯쌍 각각의 상기 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 2 슬롯쌍의 상기 제 3 슬롯군의 슬롯을 통하여 연장된 제 2 직선 위에 위치하고,
    상기 제 1 직선과 상기 제 2 직선이 겹치지 않도록 각 슬롯이 배치되어 있는
    안테나.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯군의 슬롯의 수와 상기 제 2 슬롯군의 슬롯의 수는, 동일한 수 N1이고,
    상기 제 3 슬롯군의 슬롯의 수와 상기 제 4 슬롯군의 슬롯의 수는, 동일한 수 N2이고,
    N2는 N1의 정수배인
    안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯군의 슬롯의 폭과 상기 제 2 슬롯군의 슬롯의 폭은 동일하고,
    상기 제 3 슬롯군의 슬롯의 폭과 상기 제 4 슬롯군의 슬롯의 폭은 동일하고,
    상기 제 1 슬롯군의 슬롯의 폭과 상기 제 2 슬롯군의 슬롯의 폭은, 상기 제 3 슬롯군의 슬롯의 폭 및 상기 제 4 슬롯군의 슬롯의 폭보다 큰
    안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯의 중심을 통하여 연장된 직선과, 해당 슬롯의 긴 방향이 이루는 각도는, 제 1 내지 제 4 슬롯군에 있어서의 각각의 슬롯군마다 동일하고,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일한 직선 위에 위치하는 제 1 슬롯군의 슬롯과, 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있고,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일한 직선 위에 위치하는 제 3 슬롯군의 슬롯과, 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있는
    안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체창의 다른 쪽 면은,
    고리 형상의 제 1 오목부에 둘러싸인 평탄면과,
    상기 평탄면의 중심 위치를 둘러싸도록, 상기 평탄면 내에 형성된 복수개의 제 2 오목부
    를 갖고,
    상기 슬롯판의 주 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 슬롯판에 있어서의 각각의 슬롯 내에, 각각의 상기 제 2 오목부의 중심 위치가 겹쳐 위치하고 있는
    안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 오목부의 평면 형상은 원형인 안테나.
  8. 유전체창 및 상기 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판을 구비한 안테나로서,
    상기 슬롯판은, 2개의 슬롯으로 이루어지는 슬롯쌍을 복수개 갖고,
    상기 복수개의 슬롯쌍은, 상기 슬롯판의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치되어 있고,
    각 슬롯쌍은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 통하여 연장된 직선이 서로 겹치지 않는 위치에 마련되어 있으며,
    상기 슬롯판은,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 1 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 1 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 2 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 2 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 3 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 3 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 4 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 4 슬롯군
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 3 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 5 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 4 거리에 위치하는 복수개의 슬롯을 포함하는 제 6 슬롯군을 갖고,
    제 1 거리<제 2 거리<제 3 거리<제 4 거리의 관계를 만족시키고,
    서로 대응하는 상기 제 1 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 2 슬롯군의 슬롯이 서로 조(組)가 되어 복수개의 제 1 슬롯쌍을 형성하고, 서로 대응하는 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 4 슬롯군의 슬롯이 서로 조가 되어 복수개의 제 2 슬롯쌍을 형성함과 아울러, 서로 대응하는 상기 제 5 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 6 슬롯군의 슬롯이 서로 조가 되어 복수개의 제 3 슬롯쌍을 형성하고,
    두개의 슬롯쌍의 세트가 대응하는 제 2 슬롯쌍 및 제 3 슬롯쌍으로부터 형성되고,
    상기 복수개의 제 1 슬롯쌍 각각의 상기 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 1 슬롯쌍의 상기 제 1 슬롯군의 슬롯을 통하여 연장된 제 1 직선 위에 위치하고,
    상기 복수개의 제 2 슬롯쌍 각각의 상기 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 2 슬롯쌍의 상기 제 3 슬롯군의 슬롯을 통하여 연장된 제 2 직선 위에 위치하고,
    상기 복수개의 제 3 슬롯쌍 각각의 상기 제 6 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 3 슬롯쌍의 상기 제 5 슬롯군의 슬롯을 통하여 연장된 제 3 직선 위에 위치하고,
    상기 제 1 직선과 상기 제 2 직선과 상기 제 3 직선이 서로 겹치지 않도록 각 슬롯이 배치되어 있으며,
    상기 슬롯판 상의 각각의 슬롯들은 상기 제 1 슬롯군, 상기 제 2 슬롯군, 상기 제 3 슬롯군, 상기 제 4 슬롯군, 상기 제5 슬롯군 및 상기 제 6 슬롯군 중 어느 하나에 속하고,
    두개의 슬롯쌍의 세트는 원주 방향으로 등간격으로 서로 이격되어, 상기 두개의 슬롯쌍의 세트 각각이 복수의 제 1 슬롯쌍 중 어느 제 1 슬롯쌍과도 각각의 제 1 직선을 따라 중첩되지 않는
    안테나.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯쌍의 수는 상기 두개의 슬롯쌍의 세트의 수와 동일한
    안테나.
  10. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 안테나와,
    상기 안테나를 내부에 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 상기 유전체창의 다른 쪽 면에 대향하고, 처리되는 기판이 탑재되는 탑재대와,
    마이크로파 발생기와 상기 슬롯판을 접속하는 마이크로파 도입로
    를 구비하는
    플라즈마 처리 장치.
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