KR102124710B1 - 안테나 및 플라즈마 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) VHF의 고주파 전력을 효율적으로 공급하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 1 급전부와, 상기 제 1 급전부를 거쳐서 상기 VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 2 급전부를 갖고, 상기 제 2 급전부는, 측방에서 상기 제 1 급전부의 선단부에 접속되고, 상기 제 1 급전부의 선단부의 위쪽 및 아래쪽에서, λg/4+λg×n/2(λg : VHF의 전자파의 관 내 파장, n : 0 이상의 정수)의 간격으로 한 쌍의 금속 반사판을 갖는, 안테나가 제공된다.

Description

안테나 및 플라즈마 성막 장치{ANTENNA AND PLASMA FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 안테나 및 플라즈마 성막 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 가스 및 마이크로파를 공급 가능한, 플라즈마 성막 장치 및 플라즈마 발생용 안테나가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1~4를 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2012-216525호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 2011-166740호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 2017-5345호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 2009-230915호 공보
그런데, 마이크로파보다 주파수가 낮고, LF(Low Frequency)나 HF(High Frequency)의 고주파보다 주파수가 높은 VHF(Very High Frequency)의 전자파를 사용하여 플라즈마 처리를 행하는 것을 생각할 수 있다.
VHF는 60㎒~300㎒ 정도이고, 2㎒~13㎒ 정도의 LF나 40㎒~60㎒ 정도의 HF와 비교하여 주파수가 높다. 따라서, VHF의 고주파 전력을 이용하여 생성한 플라즈마는, RF(Radio Frequency)의 고주파 전력을 이용하여 생성한 플라즈마보다 높은 플라즈마 밀도를 갖고, 플라즈마 중의 이온 및 전자의 온도를 낮게 할 수 있다. 이 때문에, 플라즈마 처리 시에 웨이퍼로의 데미지를 보다 적게 할 수 있다.
또한, VHF의 고주파 전력을 이용한 플라즈마 성막 장치는, 평행 평판형의 챔버 구조로 할 수 있고, 웨이퍼를 탑재하는 탑재대와 처리 용기의 천정부의 갭을 좁게 할 수 있다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, VHF의 고주파 전력을 효율적으로 공급하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 태양에 의하면, VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 1 급전부와, 상기 제 1 급전부를 거쳐서 상기 VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 2 급전부를 갖고, 상기 제 2 급전부는, 측방에서 상기 제 1 급전부의 선단부에 접속되고, 상기 제 1 급전부의 선단부의 위쪽 및 아래쪽에서, λg/4+λg×n/2(λg : VHF의 전자파의 관 내 파장, n : 0 이상의 정수)의 간격으로 한 쌍의 금속 반사판을 갖는, 안테나가 제공된다.
일 측면에 의하면, VHF의 고주파 전력을 효율적으로 공급할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A면의 플라즈마 성막 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 형태의 변형예 1과 관련되는 플라즈마 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 일 실시 형태의 변형예 2와 관련되는 플라즈마 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.
[플라즈마 성막 장치]
우선, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 일례에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 플라즈마 성막 장치(100)는, 처리 용기(1)와, 탑재대(2)와, 가스 샤워 헤드(3)와, 안테나(4)와, 제어부(5)를 갖고 있다.
처리 용기(1)는, 원통 형상을 갖고 있다. 처리 용기(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 접지되어 있다. 처리 용기(1)의 천정부는 개구하고, 천벽(1a) 및 안테나(4)에 의해 폐색되어 있다. 천벽(1a)은 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있다. 처리 용기(1)의 측벽에는 웨이퍼 W를 반입 또는 반출하기 위한 반입출구(20)가 형성되고, 반입출구(20)는 게이트 밸브(21)에 의해 개폐된다.
탑재대(2)는, 처리 용기(1) 내에서 피처리체의 일례인 반도체 웨이퍼(이하 "웨이퍼 W"라고 한다)를 수평으로 지지한다. 탑재대(2)는, 웨이퍼 W에 대응한 크기의 원판 형상으로 형성되고, 지지 부재(10)에 지지되어 있다. 탑재대(2) 및 지지 부재(10)는, 알루미나(Al2O3) 등의 유전체에 의해 형성되어 있다.
처리 용기(1)의 천정부에는, 가스 샤워 헤드(3)가 마련되어 있다. 가스 샤워 헤드(3)는, 알루미늄 등의 금속제이고, 탑재대(2)에 대향하도록 마련되어 있다. 가스 샤워 헤드(3)는, 샤워 플레이트(12)를 갖고, 샤워 플레이트(12)의 내부에는 가스 확산 공간(11) 및 가스 확산 공간(11)에 연통하는 다수의 가스 공급 구멍(11a)이 형성되어 있다. 샤워 플레이트(12)의 상부 중앙에는 가스 도입 구멍(12a)이 마련되어 있다.
천벽(1a)의 아래쪽에는, 탑재대(2)에 대향하도록 가스 샤워 헤드(3)가 마련되어 있다. 가스 샤워 헤드(3)는, 가스 공급부(35)로부터 출력된 처리 가스를, 가스 공급관(36) 및 가스 공급로(37)에 통과시키고, 가스 도입 구멍(12a)으로부터 가스 확산 공간(11)에 도입하여, 다수의 가스 공급 구멍(11a)으로부터 처리 용기(1) 내에 샤워 형상으로 도출한다.
샤워 플레이트(12)의 주연부에는, 처리 용기(1) 내에서 아래쪽으로 돌출하는 환상 부재(15)가 마련되어 있다. 환상 부재(15)의 바깥쪽에는, 금속 부재(17)를 사이에 두고 커버 부재(16)가 마련되어 있다. 커버 부재(16)와 금속 부재(17)의 선단은 환상 부재(15)의 선단과 동일한 높이가 되도록 아래쪽으로 돌출한다.
환상 부재(15) 및 커버 부재(16)는, 알루미나 등의 유전체에 의해 형성되어 있다. 금속 부재(17)는, 아래쪽이 개구한 원기둥 형상으로 형성되고, 알루미늄 등의 금속에 의해 형성되어 있다. 금속 부재(17)는, 샤워 플레이트(12)를 내포하고, 금속 부재(17)와 샤워 플레이트(12)의 사이에는, 측부에서 환상 부재(15)가 개재되고, 샤워 플레이트(12)의 상부에서 유전 부재(13)가 개재된다. 유전 부재(13)는, 석영 등의 유전체로 형성되고, 중앙에 관통구를 갖는 원판 형상으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 금속 부재(17)와 샤워 플레이트(12)는 전기적으로 접속되지 않도록 되어 있다.
또한, 처리 용기(1)의 천벽(1a)과 금속 부재(17)의 사이에는, 금속 부재(17)의 상부에서 유전 부재(14)가 개재된다. 유전 부재(14)는, 석영 등의 유전체로 형성되고, 중앙에 관통구를 갖는 원판 형상으로 형성되어 있다. 처리 용기(1)의 상부 측벽과 금속 부재(17)의 사이에는, 커버 부재(16)가 마련되어 있다. 커버 부재(16)는 링 형상으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 금속 부재(17)와 처리 용기(1)는 전기적으로 접속되지 않도록 되어 있다.
처리 용기(1)의 천벽(1a)의 상부에는, 안테나(4)가 마련되어 있다. 안테나(4)는, 제 1 급전부(6)와 제 2 급전부(7)를 갖는다. 제 1 급전부(6)는, 급전봉(47)을 갖는다. 급전봉(47)은, VHF 공급부(30)에 접속되어 있다. VHF 공급부(30)는, 60㎒~300㎒의 주파수의 VHF(Very High Frequency)의 전자파를 출력한다.
제 1 급전부(6)는, VHF 공급부(30)로부터 출력된 VHF의 전자파를 급전봉(47)에 전반시켜, VHF의 고주파 전력을 급전한다. 급전봉(47)은, 수직 부분(47a)과 수평 부분(47b)에 의해 L자로 형성되고, 수평 부분(47b)이 제 2 급전부(7)의 동축 도파관(43)에 대하여 수직으로 접속되어 있다.
급전봉(47)은, 알루미늄 등의 금속에 의해 형성되어 있다. 급전봉(47)의 바깥쪽은, 테플론(등록상표) 등의 유전체(44)에 의해 덮여 있다. 유전체(44)의 표면은, 금속의 보호 부재(46)에 의해 덮여 있다. 급전봉(47)은 L자로 형성되고, 그 수평 부분(47b)은, 일단부에서 수직 부분(47a)에 접속되고, 타단부에서 제 2 급전부(7)의 외측 도체(43b)의 측부에 수직으로 접속된다. 급전봉(47)은, VHF 공급부(30)에 접속되어 있다. VHF 공급부(30)는, 60㎒~300㎒의 주파수(VHF)의 전자파를 출력한다.
제 2 급전부(7)는, 수직 방향으로 연장된 동축 도파관(43)을 갖고 있다. 동축 도파관(43)의 바깥쪽으로서 급전봉(47)의 선단부(47c)보다 위쪽은, 테플론 등의 유전체(44)에 의해 덮여 있다. 동축 도파관(43)의 바깥쪽으로서 급전봉(47)의 선단부(47c)보다 아래쪽에는 공간 S가 형성되어 있다. 유전체(44)의 표면은, 금속의 보호 부재(45)에 의해 덮여 있다. 또한, 공간 S는 보호 부재(45)에 의해 형성되어 있다. 동축 도파관(43)은, 동심원 형상으로 내측 도체(43a)와 외측 도체(43b)를 갖고, 그 사이는 공간으로 되어 있다. 내측 도체(43a) 및 외측 도체(43b)는, 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있다. 외측 도체(43b)의 바깥쪽 면에는, 제 1 급전부(6)의 수평 부분(47b)이 접속되어 있다. 또한, 도 2에, A-A단면을 나타내는 바와 같이, 제 1 급전부(6)의 선단부(47c)는, 외측 도체(43b) 및 내측 도체(43a)와 동심원 형상이 되도록 외측 도체(43b)의 바깥쪽에서 링 형상으로 형성되어 있다.
도 1로 돌아와, 내측 도체(43a)는, 정합기(31)를 거쳐서 고주파 전원(LF : Low Frequency)(32)에 접속되어 있다. 또한, 내측 도체(43a)는, 정합기(33)를 거쳐서 고주파 전원(HF : High Frequency)(34)에 접속되어 있다. 정합기(31)는, 고주파 전원(32)의 내부 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 정합기(33)는, 고주파 전원(HF)(34)의 내부 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다.
고주파 전원(32)은, 0.45㎒~13㎒의 주파수의 고주파(이하, LF라고도 한다)를 출력한다. 고주파 전원(32)은, 예컨대, 0.45㎒, 2㎒, 13㎒의 주파수의 고주파를 출력하더라도 좋다. 고주파 전원(32)은, 40㎒~60㎒의 주파수의 고주파(이하, HF라고도 한다)를 출력한다. 고주파 전원(34)은, 예컨대, 40㎒, 60㎒의 주파수의 고주파를 출력하더라도 좋다.
본 실시 형태에서는, 내측 도체(43a)에 LF와 HF의 고주파를 중첩시켜 전반시키지만, 이것에 한하지 않고, 내측 도체(43a)에 LF의 고주파만을 전반시키더라도 좋고, HF의 고주파만을 전반시키더라도 좋다.
내측 도체(43a)는, 처리 용기(1)의 천벽(1a), 유전 부재(13, 14)를 관통하고, 샤워 플레이트(12)의 상부 중앙에 맞닿는다. 이것에 의해, 고주파 전원(32, 34)으로부터 출력된 LF 및 HF의 고주파는, 내측 도체(43a)로부터 가스 샤워 헤드(3)의 샤워 플레이트(12)를 전반하고, 처리 공간 U에 공급된다.
내측 도체(43a)의 내부에 형성된 가스 공급로(37)는, 샤워 플레이트(12)의 상부 중앙을 관통하는 가스 도입 구멍(12a)에 연통하고, 가스 공급부(35)에 접속되는 가스 공급관(36)과 가스 도입 구멍(12a)을 연결하고, 처리 가스를 가스 확산 공간(11)에 옮기는 통로가 된다.
이러한 구성의 안테나(4)에 의하면, VHF 공급부(30)로부터 출력된 VHF의 전자파는, 급전봉(47)을 L자 형상으로 전반하고, 외측 도체(43b)의 측부로부터 외측 도체(43b)를 수직 방향으로 전반하고, 금속 부재(17)를 통해서 처리 공간 U의 외주측으로 공급된다.
또한, 고주파 전원(32, 34)으로부터 출력된 LF 및 HF의 고주파는, 내측 도체(43a)를 수직 방향으로 전반하고, 가스 샤워 헤드(3)를 통해서 처리 용기(1) 내의 중앙측에 공급된다. 이것에 의해, 가스 샤워 헤드(3)와 탑재대(2)의 사이의 처리 공간 U에 가스 샤워 헤드(3)의 하면으로부터 샤워 형상으로 도입된 처리 가스로부터 플라즈마 P가 생성된다.
배기부(8)는, 처리 용기(1)의 내부를 배기한다. 배기부(8)는, 배기구(1b)에 접속된 배기 배관(18)과, 배기 배관(18)에 접속된 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 갖는 배기 기구(19)를 갖는다. 처리에 있어서는, 처리 용기(1) 내의 가스가 탑재대(2)의 측부 및 하부를 거쳐서 배기 배관(18)을 통해서 배기 기구(19)에 의해 배기된다.
제어부(5)는, 예컨대 컴퓨터이고, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 보조 기억 장치 등을 구비한다. CPU는, ROM 또는 보조 기억 장치에 저장된 프로그램에 근거하여 동작하고, 플라즈마 성막 장치(100)의 동작을 제어한다. 제어부(5)는, 플라즈마 성막 장치(100)의 내부에 마련되어 있더라도 좋고, 외부에 마련되어 있더라도 좋다. 제어부(5)가 플라즈마 성막 장치(100)의 외부에 마련되어 있는 경우, 제어부(5)는, 유선 또는 무선 등의 통신 수단에 의해, 플라즈마 성막 장치(100)를 제어할 수 있다.
[안테나]
안테나(4)의 구성에 대하여, 도 1 및 도 2를 참조하면서 상술한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 급전부(6)의 선단부(47c)는 링 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 2 급전부(7)의 동축 도파관(43)은, 제 1 급전부(6)의 선단부(47c)를 관통한다.
안테나(4)는, VHF의 전자파를 제 1 급전부(6)의 선단부(47c) 및 제 2 급전부(7)의 외측 도체(43b)에 전반시키고, 도 1에 나타내는 선단부(47c)의 아래의 공간 S에 통과시키고, 금속 부재(17)에 더 전반시킨다. 이것에 의해, VHF의 고주파 전력이 처리 용기(1) 내에 급전된다. 또한, 안테나(4)는, LF 및 HF의 고주파를 제 2 급전부(7)의 내측 도체(43a)에 전반시킨다. 이것에 의해, LF 및 HF의 고주파 전력이 처리 용기(1) 내에 급전된다.
제 2 급전부(7)는, 위쪽의 단부에 금속 반사판(41)을 갖고, 아래쪽의 단부에 금속 반사판(42) 및 금속 반사판(49)을 갖고 있다. 금속 반사판(41, 42, 49)은, 알루미늄 등의 금속으로 형성된 링 형상의 부재이다. 동축 도파관(43)은, 선단부(47c)의 위쪽의 위치에서 금속 반사판(41)을 관통하고, 선단부(47c)의 아래쪽의 위치에서 금속 반사판(42, 49)을 관통한다.
금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이의 거리는, λg/4가 되도록 설계되어 있다. 여기서, λg는, VHF의 전자파의 관 내 파장이다. 단, 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이의 거리는 이것에 한하지 않고, λg/4로부터 약간 벗어난 길이(λg/4+Δ)이더라도 좋고, λg/4+λg×n/2(n은 0 이상의 정수)이더라도 좋다. 그렇지만, 안테나(4)를 소형화하기 위해서는, 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이의 거리를 λg/4로 하는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 안테나(4)에 의하면, 제 1 급전부(6)의 급전봉(47)을 전반한 VHF의 전자파를, 제 2 급전부(7)의 양 단부의 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이에서 반사시켜, 공명시킬 수 있다. 이와 같이 하여 VHF가 공명하여 서로 가장 강하게 하여 전반하도록, 동축 도파관(43)의 길이가 설계되어 있다.
이것에 의해, 강한 VHF의 전자파를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 또한, VHF의 주파수대보다 낮은 주파수대의 LF 및 HF의 고주파는 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이에서 공명하지 않고 제 2 급전부(7)의 내부를 전반할 때에 감쇠한다. 이상으로부터, VHF의 입사 전자파가 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이에서 반사하는 것에 의해 LF 및 HF의 고주파를 감쇠시킴으로써, LF 및 HF의 고주파가 VHF의 전자파의 전반 경로인 제 1 급전부(6)의 급전봉(47)에 흘러드는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, LF 또는 HF의 진입에 의해, VHF 공급부(30)측에 구비된 VHF 전원을 파괴시키거나, 고장시키거나 하는 것을 막을 수 있다. 이것에 의해, 안테나(4)에 LF 필터 회로나 HF 필터 회로를 추가하지 않고서, VHF의 전자파와 LF 및 HF의 고주파를 중첩시켜, 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 안테나(4)에 LF 필터 회로나 HF 필터 회로를 마련하지 않기 때문에, 안테나(4)를 소형으로 설계 및 제조할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태와 관련되는 안테나(4)는, 메인이 되는 VHF의 주파수의 전자파에 대하여 LF 또는 HF 등의 VHF와 상이한 주파수의 고주파가 간섭하지 않도록, 상이한 주파수의 고주파를 커트하는 필터링 안테나로서 기능할 수 있다. 이것에 의해, 본 실시 형태와 관련되는 안테나(4)에서는, 메인이 되는 VHF의 주파수와 상이한 주파수의 고주파의 간섭을 회피하기 위한 필터가 불필요하게 되고, 부품 수를 적게 할 수 있고, 안테나(4)를 소형화할 수 있음과 아울러, 생산비 절감을 도모할 수 있다.
본 실시 형태와 관련되는 안테나(4)에서는, 예컨대, 도 1에 나타내는 금속 반사판(42)의 내주측의 직경 d는, λ0/10 이하가 되도록 설계되어 있다. 여기서, λ0은, 대기에 있어서의 VHF의 입사 전력 주파수의 파장이다.
아래쪽의 금속 반사판(42, 49)의 측방의 공간의 지름 방향의 폭은, 금속 반사판(42, 49)의 위쪽의 공간 S의 지름 방향의 폭보다 좁다. 이것에 의해, VHF의 전자파가 금속 반사판(42, 49)을 통과할 때, 전자파의 왜곡을 보정할 수 있다.
본 실시 형태와 관련되는 안테나(4)에서는, 구조상, VHF의 전자파는 횡 방향으로부터 외측 도체(43b)를 전반하여 간다. 따라서, VHF의 전자파는, 횡 방향으로부터 외측 도체(43b)에 전반할 때에 동축 도파관(43)의 중심축에 대하여 동심원 형상의 파(波)가 되지 않고 왜곡되어, 편심한 상태에서 외측 도체(43b)를 수직 방향으로 전반하여 간다.
그래서, 금속 반사판(42, 49)을 이용하여 그 측방의 공간을 좁혀, 금속 반사판(42, 49)의 측방의 지름 방향의 폭을 금속 반사판(42, 49)의 위쪽의 공간 S의 지름 방향의 폭보다 좁게 한다. 이것에 의해, VHF의 전자파가 금속 반사판(42, 49)의 측방을 전반할 때에 동축 도파관(43)의 중심축에 대하여 동심원 형상의 파(波)로 보정할 수 있다.
이것에 의해, 횡 방향으로부터 전반하는 VHF의 전자파의 왜곡을 정정하여, VHF의 전자파를 링 형상으로 전파시킬 수 있다. 이 때문에, 처리 용기(1) 내에 TEM의 모드의 전자파를 공급할 수 있음과 아울러, 전파하는 VHF의 전자파 중, 고차 모드의 전자파를 제거할 수 있다.
이상에 설명한 본 실시 형태와 관련되는 안테나(4)를 구비하는 플라즈마 성막 장치(100)에서는, 마이크로파보다 주파수가 낮고 파장이 길고, RF의 고주파보다 주파수가 높고 파장이 짧은 VHF의 고주파 전력을 이용하여 가스로부터 플라즈마를 생성한다. 이것에 의해, 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 결과, 이온 온도나 전자 온도를 낮게 할 수 있고, 웨이퍼 W로의 데미지가 적은 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)는, 본 실시 형태와 관련되는 안테나(4)를 이용하여 가스 샤워 헤드(3)를 설치 가능한 구조로 할 수 있다. 이것에 의해, 가스 샤워 헤드(3)와 탑재대(2)를 대향하여 배치하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이온 온도나 전자 온도가 낮기 때문에, 가스 샤워 헤드(3)와 탑재대(2)의 사이의 갭을 좁게 하더라도, 보다 균일한 플라즈마를 생성할 수 있고, 웨이퍼 W로의 데미지가 적고, 균일한 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
[변형예 1]
다음으로, 본 실시 형태의 변형예 1과 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 일례에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 본 실시 형태의 변형예 1과 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시 형태의 변형예 1과 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)는, 안테나(4) 및 가스 샤워 헤드(3)의 주변의 구성이, 도 1의 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)와 상이하다. 따라서, 이하에서는, 본 실시 형태의 변형예 1과 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 안테나(4) 및 가스 샤워 헤드(3) 주변의 구성에 대하여 설명하고, 그 이외의 구성의 설명은 생략한다.
변형예 1과 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)에서는, LF 및 HF의 고주파 전력의 급전은 행하여지지 않는다. 제 2 급전부(7)는, 원통 형상의 도체가 형성된 동축 도파관(43)을 갖고, 동축 도파관(43)의 도체는 알루미늄 등의 금속에 의해 형성되어 있다. 제 1 급전부(6)의 급전봉(47)은, 동축 도파관(43)의 측부에 수직으로 접속된다.
본 변형예 1에 있어서도, 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이의 거리는, λg/4+λg×n/2(λg는 VHF의 전자파의 관 내 파장, n은 0 이상의 정수)이다. 이것에 의하면, 급전봉(47)을 전반한 VHF의 전자파는, 동축 도파관(43)을 전반하고, 그 양 단부의 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이에서 반사하고, 공명하여 서로 강하게 하여 전반한다. 이것에 의해, 강한 VHF의 전자파를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
동축 도파관(43)의 내부에는, 가스 공급로(37)가 형성되어 있다. 가스 공급부(35)로부터 공급된 처리 가스는, 동축 도파관(43) 내의 가스 공급로(37)를 통해서, 가스 샤워 헤드(3) 내의 가스 확산 공간(11)을 거쳐서 가스 공급 구멍(11a)으로부터 처리 용기(1) 내에 도입된다. 샤워 플레이트(12)의 주연부에는 환상 부재(15)가 마련되고, 가스 샤워 헤드(3)의 상부에는 유전 부재(13)가 마련되어 있다. 환상 부재(15)는, 가스 샤워 헤드(3)의 하면과 플랫이 되도록 형성되어 있다.
이러한 구성의 변형예 1의 안테나(4)를 이용한 플라즈마 성막 장치(100)에 의하면, 상기 실시 형태와 관련되는 안테나(4) 및 플라즈마 성막 장치(100)와 마찬가지로, VHF의 고주파 전력을 이용하여 가스로부터 플라즈마를 생성함으로써 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 결과, 이온 온도나 전자 온도를 낮게 할 수 있고, 웨이퍼 W로의 데미지가 적은 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 본 변형예 1과 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)에서는, 본 변형예 1과 관련되는 안테나(4)를 이용하여 가스 샤워 헤드(3)를 설치 가능한 구조로 할 수 있다. 이것에 의해, 가스 샤워 헤드(3)와 탑재대(2)를 대향하여 배치하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이온 온도나 전자 온도가 낮기 때문에, 가스 샤워 헤드(3)와 탑재대(2)의 사이의 갭을 좁게 하더라도, 보다 균일한 플라즈마를 생성할 수 있고, 웨이퍼 W로의 데미지가 적고, 균일한 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 변형예 1과 관련되는 안테나(4) 및 플라즈마 성막 장치(100)에서는, VHF의 급전을, 동축 도파관(43)의 측방으로부터 동축 도파관(43)의 외주에 전반시키고, 또한, 처리 가스를 가스 샤워 헤드(3)의 바로 위의 동축 도파관(43)의 내부로부터 처리 용기(1) 내에 도입한다. 이것에 의해, VHF의 공급 경로와 가스의 공급 경로를 완전하게 독립시킬 수 있다. 이것에 의해, 이상 방전을 회피할 수 있다.
[변형예 2]
다음으로, 본 실시 형태의 변형예 2와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 일례에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 실시 형태의 변형예 2와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
변형예 2와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)에서는, 안테나(4) 및 가스 샤워 헤드(3)의 주변의 구성이, 도 1의 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)와 상이하다. 따라서, 이하에서는, 본 실시 형태의 변형예 2와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)의 안테나(4) 및 가스 샤워 헤드(3) 주변의 구성에 대하여 설명하고, 그 이외의 구성의 설명은 생략한다.
변형예 2와 관련되는 안테나(4) 및 플라즈마 성막 장치(100)에서는, LF 및 HF의 고주파 전력의 급전은 행하여지지 않는다. 변형예 2와 관련되는 안테나(4)에서는, VHF 공급부(30)와는 별도로 VHF 공급부(38)가 마련되고, VHF 공급부(38)가 출력하는 VHF의 전자파를 제 2 급전부(7)의 내측 도체(43a)에 전반시킨다. 또, 변형예 2와 관련되는 안테나(4)에 있어서, 제 2 급전부(7)의 외측 도체(43b)에 VHF의 전자파를 전반시키는 구성은, 제 1 실시 형태와 관련되는 안테나(4)와 동일하다.
또한, 변형예 2와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)에서는, 환상 부재(15)는, 가스 샤워 헤드(3)의 하면과 플랫이 되도록 형성되어 있다. 또한, 환상 부재(15)의 바깥쪽에는, 금속 부재(17)를 사이에 두고 커버 부재(16)가 마련되고, 커버 부재(16) 및 금속 부재(17)도 마찬가지로 가스 샤워 헤드(3)의 하면과 플랫이 되도록 형성되어 있다.
본 변형예 2에 있어서도, 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이의 거리는, λg/4+λg×n/2(λg는 VHF의 전자파의 관 내 파장, n은 0 이상의 정수)이다. 이것에 의하면, 급전봉(47)을 전반한 VHF의 전자파는, 외측 도체(43b)를 전반하고, 그 양 단부의 금속 반사판(41)과 금속 반사판(42, 49)의 사이에서 반사하고, 공명하여 서로 강하게 하여 전반한다. 이것에 의해, 강한 VHF의 전자파를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
이러한 구성의 변형예 2의 안테나(4)를 이용한 플라즈마 성막 장치(100)에 의하면, 상기 실시 형태와 관련되는 안테나(4) 및 플라즈마 성막 장치(100)와 마찬가지로, VHF의 고주파 전력을 이용하여 가스로부터 플라즈마를 생성함으로써 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 결과, 이온 온도나 전자 온도를 낮게 할 수 있고, 가스 샤워 헤드(3)와 탑재대(2)의 갭을 좁게 하더라도, 웨이퍼 W로의 데미지가 적고, 균일한 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 변형예 2와 관련되는 안테나(4) 및 플라즈마 성막 장치(100)는, VHF 공급부(30)로부터 출력된 VHF의 고주파 전력을, 외측 도체(43b) 및 금속 부재(17)를 통해서 처리 용기(1)의 외주측에 공급하는 VHF 급전과는 독립한, 다른 VHF 급전을 행한다. 다른 VHF 급전에서는, VHF 공급부(38)로부터 출력된 VHF의 고주파 전력을 내측 도체(43a) 및 가스 샤워 헤드(3)의 샤워 플레이트(12)를 통해서 처리 용기(1)의 중앙측에 공급한다. 이것에 의해, 2개의 VHF의 공급 경로를 외주측과 중앙측에 마련함으로써, 처리 공간 U에 있어서의 플라즈마 분포의 제어를 행할 수 있다. 이 결과, 플라즈마의 균일성을 조정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태 및 변형예 1, 2와 관련되는 안테나(4) 및 플라즈마 성막 장치(100)에 의하면, VHF의 고주파 전력을 효율적으로 공급할 수 있다.
또, 본 실시 형태 및 변형예 1, 2와 관련되는 플라즈마 성막 장치(100)에서는, 1개의 안테나(4)가 구비되었지만, 이것으로 한정되지 않고, 복수의 안테나(4)를 구비하고, VHF 등의 급전을 복수 개소로부터 행하더라도 좋다.
이상, 안테나 및 플라즈마 성막 장치를 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명과 관련되는 안테나 및 플라즈마 성막 장치는 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 발명과 관련되는 플라즈마 성막 장치는, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입에서도 적용 가능하다.
본 명세서에서는, 피처리체의 일례로서 반도체 웨이퍼 W를 들어 설명했지만, 피처리체는 이것에 한하지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판, CD 기판, 프린트 기판 등이더라도 좋다.
100 : 플라즈마 성막 장치
1 : 처리 용기
2 : 탑재대
3 : 가스 샤워 헤드
4 : 안테나
5 : 제어부
6 : 제 1 급전부
7 : 제 2 급전부
12 : 샤워 플레이트
15 : 환상 부재
16 : 커버 부재
17 : 금속 부재
8 : 배기부
30 : VHF 공급부
32, 34 : 고주파 전원
35 : 가스 공급부
37 : 가스 공급로
41, 42, 49 : 금속 반사판
43 : 동축 도파관
43a : 내측 도체
43b : 외측 도체
47 : 급전봉
U : 처리 공간

Claims (12)

  1. VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 1 급전부와,
    상기 제 1 급전부를 거쳐서 상기 VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 2 급전부
    를 갖고,
    상기 제 2 급전부는, 측방에서 상기 제 1 급전부의 선단부에 접속되고, 상기 제 1 급전부의 선단부의 위쪽 및 아래쪽에서, λg/4+λg×n/2(λg : VHF의 전자파의 관 내 파장, n : 0 이상의 정수)의 간격으로 한 쌍의 금속 반사판을 갖고,
    상기 제 1 급전부의 선단부 및 상기 한 쌍의 금속 반사판은, 링 형상으로 형성되고,
    상기 제 2 급전부에 마련된 동축 도파관은, 상기 제 1 급전부의 선단부 및 상기 한 쌍의 금속 반사판을 관통하는
    안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 급전부는, 상기 한 쌍의 금속 반사판의 사이에서 VHF의 전자파를 공명시키는 안테나.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 금속 반사판의 사이에는, 유전체 및 공간 중 적어도 어느 한쪽이 형성되는 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 금속 반사판 중 아래쪽의 금속 반사판의 측방에 형성된 공간의 지름 방향의 폭은, 상기 아래쪽의 금속 반사판의 위쪽에 형성된 공간의 지름 방향의 폭보다 좁은 안테나.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 급전부는, 내측 도체와 외측 도체가 동심원 형상으로 형성된 동축 도파관을 갖고,
    상기 외측 도체에 상기 제 1 급전부를 거쳐서 VHF의 전자파를 전반시키고,
    상기 내측 도체에 LF 및 HF 중 적어도 어느 한쪽의 고주파를 전반시키는
    안테나.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 급전부는, 원통 형상의 도체가 형성된 동축 도파관을 갖고,
    상기 도체에 상기 제 1 급전부를 거쳐서 VHF의 전자파를 전반시키고,
    상기 도체의 내부에 가스를 통과시키는
    안테나.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 급전부는, 내측 도체와 외측 도체가 동심원 형상으로 형성된 동축 도파관을 갖고,
    상기 외측 도체에 상기 제 1 급전부를 거쳐서 VHF의 전자파를 전반시키고,
    상기 내측 도체에 상기 VHF의 전자파를 출력하는 VHF 공급부와는 다른 VHF 공급부가 출력하는 VHF의 전자파를 전반시키는
    안테나.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 내측 도체의 내부에 가스를 통과시키는 안테나.
  10. VHF의 고주파 전력을 급전하는 안테나와, 상기 안테나로부터 급전한 VHF의 고주파 전력을 이용하여 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 성막 처리를 실시하는 처리 용기를 갖는 플라즈마 성막 장치로서,
    상기 안테나는,
    VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 1 급전부와,
    상기 제 1 급전부를 거쳐서 상기 VHF의 고주파 전력을 급전하는 제 2 급전부
    를 갖고,
    상기 제 2 급전부는, 측방에서 상기 제 1 급전부의 선단부에 접속되고, 상기 제 1 급전부의 선단부의 위쪽 및 아래쪽에서, λg/4+λg×n/2(λg : VHF의 전자파의 관 내 파장, n : 0 이상의 정수)의 간격으로 한 쌍의 금속 반사판을 갖고,
    상기 제 1 급전부의 선단부 및 상기 한 쌍의 금속 반사판은, 링 형상으로 형성되고,
    상기 제 2 급전부에 마련된 동축 도파관은, 상기 제 1 급전부의 선단부 및 상기 한 쌍의 금속 반사판을 관통하는
    플라즈마 성막 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 천정부에 가스 샤워 헤드를 갖고,
    상기 제 2 급전부는, 상기 가스 샤워 헤드에 접속되어 있는
    플라즈마 성막 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 내측 도체의 내부에 가스를 통과시키는 안테나.
KR1020180156503A 2017-12-12 2018-12-07 안테나 및 플라즈마 성막 장치 KR102124710B1 (ko)

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