KR102387621B1 - 플라스마 전계 모니터, 플라스마 처리 장치, 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 챔버 내의 플라스마의 이상 방전을 미연에 방지할 수 있는 플라스마 전계 모니터, 그리고, 그것을 사용한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공한다. 플라스마 전계 모니터는, 기판을 수용하는 챔버 내에, 표면에 파를 갖고 해당 파가 상기 챔버의 내벽면 근방에 존재하는 플라스마를 형성하여, 해당 플라스마에 의해 기판의 처리를 행하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 플라스마 표면의 파의 전계 강도를 모니터하는 플라스마 전계 모니터이며, 챔버의 벽부로부터 상기 챔버 내에, 챔버의 벽면에 수직으로 돌출되어 마련되고, 플라스마의 표면에 형성되는 파를 수신하는 적어도 하나의 모노폴 안테나와, 해당 적어도 하나의 모노폴 안테나에서 수신한 파의 전계 강도의 신호를 취출하는 동축선로를 갖는다.
Description
본 개시는, 플라스마 전계 모니터, 플라스마 처리 장치, 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 기판에 에칭 처리나 성막 처리 등에는 플라스마 처리가 다용되고 있다. 최근 들어, 이러한 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치로서는, 고밀도이고 저전자 온도의 플라스마를 균일하게 형성할 수 있는 마이크로파 플라스마 처리 장치가 주목받고 있다.
특허문헌 1에는, 마이크로파 처리 장치로서 RLSA(등록 상표) 마이크로파 플라스마 처리 장치가 기재되어 있다. RLSA(등록 상표) 마이크로파 플라스마 처리 장치는, 챔버의 상부에 소정의 패턴으로 다수의 슬롯이 형성된 평면 슬롯 안테나를 마련하고, 마이크로파 발생원으로부터 유도된 마이크로파를, 평면 안테나의 슬롯으로부터 방사시킨다. 그리고, 방사된 마이크로파를, 그 아래에 마련된 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과창을 통해서 진공으로 유지된 챔버 내에 방사하여, 그 마이크로파 전계에 의해 챔버 내에 도입된 가스에 의해 표면파 플라스마를 형성해서 반도체 웨이퍼를 처리한다.
본 개시는, 챔버 내의 플라스마의 이상 방전을 미연에 방지할 수 있는 플라스마 전계 모니터, 그리고, 그것을 사용한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 관한 플라스마 전계 모니터는, 기판을 수용하는 챔버 내에, 표면에 파를 갖고 해당 파가 상기 챔버의 내벽면 근방에 존재하는 플라스마를 형성하여, 해당 플라스마에 의해 기판의 처리를 행하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 파의 전계 강도를 모니터하는 플라스마 전계 모니터이며, 상기 챔버의 벽부로부터 상기 챔버 내를 향해서 연장되도록, 또한 상기 챔버의 내벽면에 대하여 수직으로 마련되고, 상기 플라스마의 표면에 형성되는 파를 수신하는 적어도 하나의 모노폴 안테나와, 상기 적어도 하나의 모노폴 안테나에서 수신한 상기 파의 전계 강도의 신호를 취출하는 동축선로를 갖는다.
본 개시에 의하면, 챔버 내의 플라스마의 이상 방전을 미연에 방지할 수 있는 플라스마 전계 모니터, 그리고, 그것을 사용한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법이 제공된다.
도 1은 일 실시 형태의 플라스마 전계 모니터가 탑재된 플라스마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치에 사용되는 플라스마원의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 플라스마원에서의 마이크로파 공급부를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 플라스마원에서의 마이크로파 방사 기구를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 마이크로파 방사 기구의 급전 기구를 도시하는 횡단면도이다.
도 6은 플라스마 전계 모니터의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은 모노폴 안테나가 플라스마의 표면파를 수신하는 모습을 도시하는 모식도이다.
도 8은 플라스마 밀도(전자 밀도)와 표면파의 파장의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 챔버 벽부에 오목부를 마련하고, 그 오목부로부터 돌출되어 모노폴 안테나를 설치한 예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 복수의 모노폴 안테나에 일괄해서 유전체 커버를 마련한 예를 도시하는 단면도이다.
도 11은 각 모노폴 안테나에 유전체 캡을 마련한 예를 도시하는 단면도이다.
도 12는 챔버 벽부에 오목부를 마련하고, 그 오목부로부터 돌출되어 모노폴 안테나를 설치하고, 오목부에 유전체 부재로 묻은 예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치에 사용되는 플라스마원의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 플라스마원에서의 마이크로파 공급부를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 플라스마원에서의 마이크로파 방사 기구를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 마이크로파 방사 기구의 급전 기구를 도시하는 횡단면도이다.
도 6은 플라스마 전계 모니터의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은 모노폴 안테나가 플라스마의 표면파를 수신하는 모습을 도시하는 모식도이다.
도 8은 플라스마 밀도(전자 밀도)와 표면파의 파장의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 챔버 벽부에 오목부를 마련하고, 그 오목부로부터 돌출되어 모노폴 안테나를 설치한 예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 복수의 모노폴 안테나에 일괄해서 유전체 커버를 마련한 예를 도시하는 단면도이다.
도 11은 각 모노폴 안테나에 유전체 캡을 마련한 예를 도시하는 단면도이다.
도 12는 챔버 벽부에 오목부를 마련하고, 그 오목부로부터 돌출되어 모노폴 안테나를 설치하고, 오목부에 유전체 부재로 묻은 예를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
<플라스마 처리 장치의 구성>
도 1은, 일 실시 형태의 플라스마 전계 모니터가 탑재된 플라스마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이며, 도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치에 사용되는 플라스마원의 구성을 도시하는 블록도, 도 3은 플라스마원에서의 마이크로파 공급부를 모식적으로 도시하는 평면도, 도 4는 플라스마원에서의 마이크로파 방사 기구를 도시하는 횡단면도, 도 5는 마이크로파 방사 기구의 급전 기구를 도시하는 횡단면도이다.
플라스마 처리 장치(100)는, 기판인 반도체 웨이퍼(W)(이하, 웨이퍼(W)라고 기술함)에 대하여 플라스마 처리로서 예를 들어 에칭 처리를 실시하는 플라스마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 표면파 플라스마에 의한 플라스마 처리를 행한다. 플라스마 처리 장치(100)는, 기밀하게 구성된 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지는 대략 원통 형상의 접지된 챔버(1)와, 챔버(1) 내에 표면파 플라스마를 형성하기 위한 플라스마원(2)과, 플라스마 전계 모니터(3)를 갖고 있다. 챔버(1)의 상부에는 개구부(1a)가 형성되어 있고, 플라스마원(2)은 이 개구부(1a)로부터 챔버(1)의 내부에 면하게 마련되어 있다.
챔버(1) 내에는 웨이퍼(W)를 수평하게 지지하는 지지 부재인 서셉터(11)가, 챔버(1)의 저부 중앙에 절연 부재(12a)를 개재해서 세워 설치된 통형의 지지 부재(12)에 의해 지지된 상태로 마련되어 있다. 서셉터(11) 및 지지 부재(12)를 구성하는 재료로서는, 표면을 양극 산화 처리한 알루미늄 등이 예시된다.
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 위해서 승강하는 승강 핀 등이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(11)에는, 정합기(13)를 통해서 고주파 바이어스 전원(14)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 바이어스 전원(14)으로부터 서셉터(11)에 고주파 전력이 공급됨으로써, 웨이퍼(W)측에 플라스마 중의 이온이 인입된다.
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) 내의 가스가 배출되어, 챔버(1) 내가 소정의 진공도까지 고속으로 감압하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(1)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반출입을 행하기 위한 반입출구(17)와, 이 반입출구(17)를 개폐하는 게이트 밸브(18)가 마련되어 있다.
챔버(1)의 상부에는, 링 형상의 가스 도입 부재(26)가 챔버 벽을 따라 마련되어 있고, 이 가스 도입 부재(26)에는 내주에 다수의 가스 토출 구멍이 마련되어 있다. 이 가스 도입 부재(26)에는, 플라스마 생성 가스나 처리 가스 등의 가스를 공급하는 가스 공급원(27)이 배관(28)을 통해서 접속되어 있다. 플라스마 생성 가스로서는 Ar 가스 등의 희가스를 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 처리 가스로서는, 통상 에칭 처리에 사용되는 에칭 가스, 예를 들어 Cl2 가스 등을 사용할 수 있다.
가스 도입 부재(26)로부터 챔버(1) 내에 도입된 플라스마 생성 가스는, 플라스마원(2)으로부터 챔버(1) 내에 도입된 마이크로파에 의해 플라스마화된다. 그 후 가스 도입 부재(26)로부터 처리 가스를 도입하면, 플라스마 생성 가스의 플라스마에 의해, 처리 가스가 여기되어 플라스마화하고, 이 처리 가스의 플라스마에 의해 웨이퍼(W)에 플라스마 처리가 실시된다.
<플라스마원>
다음에, 플라스마원(2)에 대해서 설명한다.
플라스마원(2)은, 챔버(1) 내에 표면파 플라스마를 형성하기 위한 것이고, 챔버(1)의 상부에 마련된 지지 링(29)에 의해 지지된 원형을 이루는 천장판(110)을 갖고 있으며, 지지 링(29)과 천장판(110)의 사이는 기밀하게 시일되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 플라스마원(2)은, 복수 경로로 분배해서 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력부(30)와, 마이크로파 출력부(30)로부터 출력된 마이크로파를 전송해서 챔버(1) 내에 방사하기 위한 마이크로파 공급부(40)를 갖고 있다.
마이크로파 출력부(30)는, 마이크로파 전원(31)과, 마이크로파 발진기(32)와, 발진된 마이크로파를 증폭하는 앰프(33)와, 증폭된 마이크로파를 복수의 경로로 분배하는 분배기(34)를 갖고 있다.
마이크로파 발진기(32)는, 소정 주파수(예를 들어, 915MHz)의 마이크로파를 예를 들어 PLL(phase locked loop) 발진시킨다. 분배기(34)에서는, 마이크로파의 손실이 가능한 한 일어나지 않도록, 입력측과 출력측의 임피던스 정합을 취하면서 앰프(33)에서 증폭된 마이크로파를 분배한다. 여기서, 마이크로파의 주파수로서는, 915MHz 이외에, 700MHz 내지 3GHz의 범위의 원하는 주파수를 사용할 수 있다.
마이크로파 공급부(40)는, 분배기(34)에서 분배된 마이크로파를 주로 증폭하는 복수의 앰프부(42)와, 복수의 앰프부(42) 각각에 접속된 마이크로파 방사 기구(41)를 갖고 있다.
마이크로파 방사 기구(41)는, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 천장판(110) 상에, 원주 형상으로 6개 및 그 중심에 1개, 합계 7개가 배치되어 있다.
천장판(110)은, 진공 시일 및 마이크로파 투과판으로서 기능하고, 금속제의 프레임(110a)과, 그 프레임(110a)에 끼움 삽입되어, 마이크로파 방사 기구(41)가 배치되어 있는 부분에 대응하도록 마련된 석영 등의 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과창(110b)을 갖고 있다.
앰프부(42)는, 위상기(46)와, 가변 게인 앰프(47)와, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(48)와, 아이솔레이터(49)를 갖고 있다.
위상기(46)는, 마이크로파의 위상을 변화시킬 수 있도록 구성되어 있고, 이것을 조정함으로써 방사 특성을 변조시킬 수 있다. 예를 들어, 각 앰프부(42)의 위상을 조정함으로써 지향성을 제어해서 플라스마 분포를 변화시키는 것이나, 인접하는 앰프부(42)에서 90°씩 위상을 어긋나게 하도록 해서 원편파를 얻을 수 있다. 또한, 위상기(46)는, 앰프 내의 부품간의 지연 특성을 조정하여, 튜너 내에서의 공간 합성을 목적으로 사용할 수 있다. 단, 이러한 방사 특성의 변조나 앰프 내의 부품간의 지연 특성의 조정이 불필요할 경우에는 위상기(46)는 마련할 필요는 없다.
가변 게인 앰프(47)는, 메인 앰프(48)에 입력하는 마이크로파의 전력 레벨을 조정하여, 개개의 안테나 모듈의 변동을 조정 또는 플라스마 강도 조정을 위한 앰프이다. 가변 게인 앰프(47)를 앰프부(42)별로 변화시킴으로써, 발생할 플라스마에 분포를 발생시킬 수도 있다.
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.
아이솔레이터(49)는, 마이크로파 방사 기구(41)에서 반사되어 메인 앰프(48)를 향하는 반사 마이크로파를 분리하는 것이며, 써큐레이터와 더미 로드(동축 종단기)를 갖고 있다. 써큐레이터는, 후술하는 마이크로파 방사 기구(41)의 안테나부(43)에서 반사된 마이크로파를 더미 로드에 유도하고, 더미 로드는 써큐레이터에 의해 유도된 반사 마이크로파를 열로 변환한다.
마이크로파 방사 기구(41)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 마이크로파를 전송하는 동축 구조의 도파로(44)와, 도파로(44)를 통해 전송된 마이크로파를 챔버(1) 내에 방사하는 안테나부(43)를 갖고 있다. 그리고, 마이크로파 방사 기구(41)로부터 챔버(1) 내에 방사된 마이크로파가 챔버(1) 내의 공간에서 합성되어, 챔버(1) 내에서 표면파 플라스마가 형성되도록 되어 있다.
도파로(44)는, 통형의 외측 도체(52) 및 그 중심에 마련된 막대 형상의 내측 도체(53)가 동축형으로 배치되어 구성되어 있고, 도파로(44)의 선단에 안테나부(43)가 마련되어 있다. 도파로(44)는, 내측 도체(53)가 급전측, 외측 도체(52)가 접지측으로 되어 있다. 외측 도체(52) 및 내측 도체(53)의 상단은 반사판(58)으로 되어 있다.
도파로(44)의 기단측에는 마이크로파(전자파)를 급전하는 급전 기구(54)가 마련되어 있다. 급전 기구(54)는, 도파로(44)(외측 도체(52))의 측면에 마련된 마이크로파 전력을 도입하기 위한 마이크로파 전력 도입 포트(55)를 갖고 있다. 마이크로파 전력 도입 포트(55)에는, 앰프부(42)로부터 증폭된 마이크로파를 공급하기 위한 급전선으로서, 내측 도체(56a) 및 외측 도체(56b)로 이루어지는 동축선로(56)가 접속되어 있다. 그리고, 동축선로(56)의 내측 도체(56a)의 선단에는, 외측 도체(52)의 내부를 향해서 수평하게 신장되는 급전 안테나(90)가 접속되어 있다.
급전 안테나(90)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속판을 깎아 내어 가공한 후, 테플론(등록 상표) 등의 유전체 부재의 틀에 끼워서 형성된다. 반사판(58)에서부터 급전 안테나(90)까지의 사이에는, 유전체로 이루어지는 지파재(59)가 마련되어 있다. 여기서, 2.45GHz 등의 주파수가 높은 마이크로파를 사용한 경우에는, 지파재(59)는 마련하지 않아도 된다. 급전 안테나(90)로부터 방사되는 전자파를 반사판(58)에 의해 반사시킴으로써, 최대의 전자파를 동축 구조의 도파로(44) 내에 전송시킨다. 그 경우, 급전 안테나(90)에서부터 반사판(58)까지의 거리를 약 λg/4의 반파장배로 설정하는 것이 바람직하다. 단, 주파수가 낮은 마이크로파에서는, 직경 방향의 제약 때문에, 이것에 적용되지 않는 경우도 있다. 그 경우에는, 급전 안테나(90)로부터 발생시키는 전자파의 배를 급전 안테나(90)가 아니라, 급전 안테나(90)의 하방으로 유기시키도록, 급전 안테나의 형상을 최적화하는 것이 바람직하다.
급전 안테나(90)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 마이크로파 전력 도입 포트(55)에 있어서 동축선로(56)의 내측 도체(56a)에 접속되고, 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 연장되어, 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 접촉하고 있다.
급전 안테나(90)가 마이크로파(전자파)를 방사함으로써, 외측 도체(52)와 내측 도체(53)의 사이의 공간에 마이크로파 전력이 급전된다. 그리고, 급전 기구(54)에 공급된 마이크로파 전력이 안테나부(43)를 향해서 전파한다.
도파로(44)에는 튜너(60)가 마련되어 있다. 튜너(60)는, 외측 도체(52)와 내측 도체(53)의 사이에 마련된 2개의 슬래그(61a, 61b)와, 반사판(58)의 외측(상측)에 마련된 슬래그를 구동하기 위한 액추에이터(70)를 갖고 있다. 튜너(60)는, 2개의 슬래그(61a, 61b)를 독립적으로 구동함으로써, 챔버(1) 내의 부하(플라스마)의 임피던스를 마이크로파 출력부(30)에서의 마이크로파 전원의 특성 임피던스에 정합시키는 것이다. 예를 들어, 내측 도체(53)의 내부 공간에 길이 방향으로 연장되도록 나선형 막대로 이루어지는 2개의 슬래그 이동 축(도시하지 않음)을 마련하고, 액추에이터(70)는, 각 슬래그 이동 축을 독립적으로 회전시키는 2개의 모터를 갖는 것으로 하자. 이에 의해, 액추에이터(70)의 모터에 의해 각 슬래그 이동 축을 별개로 회전시켜, 슬래그(61a, 61b)를 독립적으로 상하 이동시킬 수 있다.
슬래그(61a 및 61b)의 위치는, 슬래그 컨트롤러(71)에 의해 제어된다. 예를 들어, 임피던스 검출기(도시하지 않음)에 의해 검출된 입력 단의 임피던스 값과, 인코더 등에 의해 검출되는 슬래그(61a 및 61b)의 위치 정보에 기초하여, 슬래그 컨트롤러(71)가 액추에이터(70)를 구성하는 모터에 제어 신호를 보낸다. 이에 의해, 슬래그(61a 및 61b)의 위치가 제어되고, 임피던스가 조정된다. 슬래그 컨트롤러(71)는, 종단이 예를 들어 50Ω이 되도록 임피던스 정합을 실행시킨다. 2개의 슬래그 중 한쪽만을 움직이게 하면, 스미스 차트의 원점을 지나는 궤적을 그리고, 양쪽 동시에 움직이게 하면 위상만이 회전한다.
안테나부(43)는, 평면 형상을 이루는 평면 슬롯 안테나(81)와, 평면 슬롯 안테나(81)의 이면(상면)에 마련된 지파재(82)를 갖고 있다. 지파재(82)의 중심에는 내측 도체(53)에 접속된 도체로 이루어지는 원기둥 부재(82a)가 관통하고, 원기둥 부재(82a)는 평면 슬롯 안테나(81)에 접속되어 있다. 지파재(82) 및 평면 슬롯 안테나(81)는, 외측 도체(52)보다도 대경의 원판 형상을 이루고 있다. 외측 도체(52)의 하단은 평면 슬롯 안테나(81)까지 연장되어 있고, 지파재(82)의 주위는 외측 도체(52)로 덮여 있다.
평면 슬롯 안테나(81)는, 마이크로파를 방사하는 슬롯(81a)을 갖고 있다. 슬롯(81a)의 개수, 배치, 형상은, 마이크로파가 효율적으로 방사되도록 적절하게 설정된다. 슬롯(81a)에는 유전체가 삽입되어 있어도 된다.
지파재(82)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖고 있고, 예를 들어 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있다. 지파재(82)는, 마이크로파의 파장을 진공 중보다도 짧게 해서 안테나를 작게 하는 기능을 갖고 있다. 지파재(82)는, 그 두께에 의해 마이크로파의 위상을 조정할 수 있고, 평면 슬롯 안테나(81)가 정재파의 「배」가 되도록 그 두께를 조정한다. 이에 의해, 반사가 최소이고, 평면 슬롯 안테나(81)의 방사 에너지가 최대가 되도록 할 수 있다.
평면 슬롯 안테나(81)의 더 선단측에는, 천장판(110)의 마이크로파 투과창(110b)이 배치되어 있다. 그리고, 메인 앰프(48)에서 증폭된 마이크로파가, 내측 도체(53)와 외측 도체(52)의 주위벽의 사이를 통과해서 평면 슬롯 안테나(81)로부터 마이크로파 투과창(110b)을 투과해서 챔버(1) 내의 공간에 방사된다. 여기서, 마이크로파 투과창(110b)은, 지파재(82)와 마찬가지의 유전체로 구성할 수 있다.
본 실시 형태에서, 메인 앰프(48)와, 튜너(60)와, 평면 슬롯용 안테나(81)는 근접 배치되어 있다. 그리고, 튜너(60)와 평면 슬롯 안테나(81)는 1/2 파장 내에 존재하는 집중 상수 회로를 구성 하고 있으며, 또한 평면 슬롯 안테나(81), 지파재(82), 마이크로파 투과창(110b)은 합성 저항이 50Ω으로 설정되어 있다. 이 때문에, 튜너(60)는, 플라스마 부하에 대하여 직접 튜닝하고 있는 것이 되어, 효율적으로 플라스마에 에너지를 전달할 수 있다.
플라스마 처리 장치(100)에서의 각 구성부는, 마이크로프로세서를 구비한 제어부(200)에 의해 제어되도록 되어 있다. 제어부(200)는, 플라스마 처리 장치(100)의 프로세스 시퀀스 및 제어 파라미터인 프로세스 레시피를 기억한 기억부나, 입력 수단 및 디스플레이 등을 구비하고 있고, 선택된 프로세스 레시피에 따라서 플라스마 처리 장치를 제어하도록 되어 있다.
<플라스마 전계 모니터>
다음에, 플라스마 전계 모니터(3)에 대해서 설명한다.
도 6은 플라스마 전계 모니터(3)의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 플라스마 전계 모니터(3)는, 챔버(1) 내의 플라스마에 의해 내벽면 근방에 형성된 표면파의 전계를 모니터하는 것으로, 챔버(1)의 벽부(본 예에서는 측벽)에 마련된 모노폴 안테나(140)를 갖는다. 모노폴 안테나(140)는, 도 6에 도시한 바와 같이 복수 마련되어 있는 것이 바람직하다.
모노폴 안테나(140)는, 알루미늄 등의 도체로 이루어지고, 챔버(1)의 벽부로부터 챔버(1) 내를 향해서 연장되도록, 또한 챔버(1)의 내벽면에 대하여 수직으로 마련되어 있다.
또한, 플라스마 전계 모니터(3)는, 모노폴 안테나(140)에 접속되고, 챔버(1)의 외측으로 연장되어, 모노폴 안테나(140)에서 수신한 신호를 취출하는 동축선로(141)를 갖는다. 동축선로(141)는, 모노폴 안테나(140)에 접속되는 내부 도체(142)와, 내부 도체(142)의 외주에 마련되는 외부 도체(143)를 갖고 있다. 내부 도체(142)와 외부 도체(143)의 사이에는 유전체 부재(144)가 마련되어 있고, 모노폴 안테나(140)는, 유전체 부재(144)로부터 챔버(1) 내에 돌출되어 있다. 동축선로(141)는, 동축 케이블(145)을 통해서 계측부(121)에 접속된다. 동축선로(141)와 동축 케이블(145)이 일체로 되어 동축선로를 구성해도 된다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 모노폴 안테나(140)는, 챔버(1) 내의 플라스마 표면에 형성되어, 챔버(1)의 내벽면 근방에 존재하는 표면파(150)를 전계 강도의 신호로서 수신한다. 수신된 표면파(150)의 전계 강도의 신호는, 예를 들어 전류값으로서 동축선로(141)에 의해 취출되어, 모니터된다. 모니터된 전계 강도의 신호는, 동축 케이블(145)을 통해서 계측부(121)에 보내진다.
표면파의 전계 강도는, 표면파 플라스마의 파장을 λ라 하면, (2n-1)×λ/4(단, n은 1 이상의 자연수)일 때 극대값을 나타내므로, 모노폴 안테나(140)의 길이(d)(도 6 참조)를 (2n-1)×λ/4가 되도록 한다. 모노폴 안테나(140)의 직경은, 2 내지 3mm의 범위가 바람직하다. 또한, 표면파의 두께는 0.02 내지 0.5mm 정도이고, 모노폴 안테나(140)의 길이는, 표면파의 두께도 고려해서 설정된다.
표면파의 파장(λ)은 플라스마 밀도(전자 밀도)에 따라 변화하므로, 프로세스 조건이 변화함에 따른 플라스마 밀도(전자 밀도)의 변화에 대응할 수 있도록, 상술한 바와 같이 복수의 모노폴 안테나(140)를 마련하여, 각각 길이를 다르게 하는 것이 바람직하다. 단, 플라스마 조건이 거의 일정한 경우에는, 모노폴 안테나(140)는 하나여도 된다.
표면파 플라스마의 파장과 플라스마 밀도의 관계는, 맥스웰의 방정식으로부터 유도된, 이하의 (1)식으로부터 구할 수 있다.
εr·(α/β)tanh(αs)+1=0 … (1)
단, εr은 표면파 플라스마의 시스의 비유전율, α는 시스 내의 파수, β는 플라스마 본체 내의 파수, s는 시스의 두께이다.
이 (1)식으로부터 구해진 표면파 플라스마의 파장과 플라스마 밀도(전자 밀도)의 관계는 도 8에 도시하는 바와 같이 된다. 도 1의 플라스마 처리 장치(100)에 있어서 마이크로파의 주파수의 범위를 통상 사용되는 500 내지 2450MHz로 한 경우, 실험에 의해 구해진 플라스마 밀도와, 도 8의 관계에 의해 파장(λ)을 계산하면 약 2 내지 4mm 정도가 된다. 이 때문에, 모노폴 안테나(140)의 길이(d)를, 상기 (2n-1)×λ/4에서 n=1의 λ/4에 맞추려고 할 경우, d의 길이는 약 0.5 내지 1mm의 범위가 된다. 따라서, 복수의 모노폴 안테나(140)를 마련하는 경우, 길이(d)를 0.5 내지 1mm의 범위에서 변화시키는 것이 바람직하다. 물론, n=2 이상일 경우에는, 모노폴 안테나(140)의 길이(d)는, 그에 따른 길이가 된다.
플라스마 전계 모니터(3)에서는, 챔버(1) 내에서 플라스마 처리를 행하고 있을 때, 모노폴 안테나(140)에 의해 표면파 플라스마의 표면파를 수신한다. 수신한 표면파의 전계 강도를, 동축선로(141)에서 예를 들어 전류값으로서 취출함으로써, 직접 모니터한다. 그 모니터 신호는 동축 케이블(145)을 통해서 계측부(121)에 보내진다. 계측부(121)에는, 미리 실험에 의해 파악한 이상 방전이 발생하는 표면파의 전계 강도(예를 들어 1MV/cm)에, 특정 안전율(예를 들어 200％)을 예상한 전계 강도(예를 들어 0.5MV/cm)에 대응하는 역치가, 이상 방전이 발생할 가능성이 있는 역치로서 설정된다. 그리고, 계측부(121)에서 모니터한 전계 강도의 신호가 역치를 초과하는지 여부를 판정한다.
상술한 바와 같이, 전계 강도는 (2n-1)×λ/4, 예를 들어 λ/4에서 극대값을 나타내기 때문에, 이것에 대응하는 길이의 모노폴 안테나(140)를 통해서 모니터된 신호는 가장 높은 전계 값에 대응하는 것이 된다. 따라서, 플라스마 전계 모니터(3)에서 모니터된 신호에 의해, 이상 방전의 발생의 가능성을 고정밀도로 파악할 수 있다.
모니터 신호가 역치를 초과한 경우에는, 계측부(121)로부터 제어부(200)에, 역치를 초과한 것을 통지하는 신호가 출력된다. 이 신호를 받은 제어부(200)는, 프로세스 조건을 변경하는(마이크로파 파워의 저하 등), 경보를 발하는, 장치를 정지하는 것과 같은 이상 방전을 회피하는 제어를 행한다.
도 6의 예에서는, 모노폴 안테나(140)가 챔버(1) 내의 플라스마 공간에 돌출된 상태로 노출되어 있으므로, 모노폴 안테나(140) 근방에서 이상 방전이 발생할 우려가 있다. 이것을 방지하는 관점에서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 챔버(1)의 내벽면에 표면파가 침입 가능한 크기의 오목부(155)를 마련하고, 모노폴 안테나(140)를 오목부(155)의 저면으로부터 수직으로 돌출시키고, 챔버(1)의 내벽의 주면으로부터 돌출되지 않도록 마련해도 된다. 또한, 도 10, 도 11과 같이 모노폴 안테나(140)를 유전체로 덮도록 해도 된다. 도 10은 복수의 모노폴 안테나(140)를 1개의 유전체 커버(160)로 일괄해서 덮도록 한 예이며, 도 11은 각 모노폴 안테나(140)에 대하여 유전체 캡(161)을 마련한 예이다. 유전체를 사용한 경우에는, 표면파의 파장은 실효 파장(λg)이 된다. 또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 모노폴 안테나(140)가 돌출된 오목부(155) 내에 유전체 부재(163)를 묻어도 된다.
<플라스마 처리 장치의 동작>
다음에, 이상과 같이 구성되는 플라스마 처리 장치(100)에서의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 반입하여, 서셉터(11) 상에 적재한다. 그리고, 가스 공급원(27)으로부터 배관(28) 및 가스 도입 부재(26)를 통해서 챔버(1) 내에 플라스마 생성 가스, 예를 들어 Ar 가스를 도입하면서, 플라스마원(2)으로부터 마이크로파를 챔버(1) 내에 도입해서 플라스마를 형성한다. 이때 형성되는 플라스마는, 표면파 플라스마가 된다.
플라스마가 형성된 후, 처리 가스, 예를 들어 Cl2 가스 등의 에칭 가스를 처리 가스 공급원(27)으로부터 배관(28) 및 가스 도입 부재(26)를 통해서 챔버(1) 내에 토출한다. 토출된 처리 가스는, 플라스마 생성 가스의 플라스마에 의해 여기되어 플라스마화하고, 이 처리 가스의 플라스마에 의해 웨이퍼(W)에 플라스마 처리, 예를 들어 에칭 처리가 실시된다.
상기 플라스마를 생성할 때, 플라스마원(2)에서는, 마이크로파 출력부(30)의 마이크로파 발진기(32)로부터 발진된 마이크로파 전력은 앰프(33)에서 증폭된 후, 분배기(34)에 의해 복수로 분배되고, 분배된 마이크로파 전력은 마이크로파 공급부(40)에 유도된다. 마이크로파 공급부(40)에서는, 이렇게 복수로 분배된 마이크로파 전력은, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(48)에서 개별로 증폭되어, 마이크로파 방사 기구(41)의 도파로(44)에 급전된다. 마이크로파 방사 기구(41)에 있어서, 튜너(60)에 의해 임피던스가 자동 정합되어, 전력 반사가 실질적으로 없는 상태에서, 마이크로파는, 안테나부(43)의 평면 슬롯 안테나(81)의 슬롯(81a) 및 마이크로파 투과창(110b)을 통해서 챔버(1) 내에 방사되어 공간 합성된다.
마이크로파 방사 기구(41)의 도파로(44)에의 급전은, 동축선로(56)를 통해서 측면으로부터 행하여진다. 즉, 동축선로(56)로부터 전파해 온 마이크로파(전자파)는, 도파로(44)의 측면에 마련된 마이크로파 전력 도입 포트(55)로부터 도파로(44)에 급전된다. 마이크로파(전자파)가 급전 안테나(90)의 제1 극(92)에 도달하면, 안테나 본체(91)를 따라 마이크로파(전자파)가 전파해 가, 안테나 본체(91)의 선단의 제2 극(93)으로부터 방사된다. 또한, 안테나 본체(91)를 전파하는 마이크로파(전자파)가 반사부(94)에서 반사되고, 그것이 입사파와 합성됨으로써 정재파가 발생한다. 급전 안테나(90)의 배치 위치에서 정재파가 발생하면, 내측 도체(53)의 외벽을 따라 유도 자계가 발생하고, 그것에 유도되어 유도 전계가 발생한다. 이들의 연쇄 작용에 의해, 마이크로파(전자파)가 도파로(44) 내를 전파하여, 안테나부(43)에 유도된다.
마이크로파 방사 기구(41)는, 안테나부(43)와 튜너(60)가 일체로 되어 있으므로, 극히 콤팩트하다. 이 때문에, 표면파 플라스마원(2) 자체를 콤팩트화할 수 있다. 또한, 메인 앰프(48), 튜너(60) 및 평면 슬롯 안테나(81)가 근접해서 마련되고, 특히 튜너(60)와 평면 슬롯 안테나(81)는 집중 상수 회로로서 구성할 수 있다. 또한 평면 슬롯 안테나(81), 지파재(82), 마이크로파 투과창(110b)의 합성 저항을 50Ω으로 설계함으로써, 튜너(60)에 의해 고정밀도로 플라스마 부하를 튜닝할 수 있다. 또한, 튜너(60)는 2개의 슬래그(61a, 61b)를 이동함으로써 임피던스 정합을 행할 수 있는 슬래그 튜너를 구성하고 있으므로 콤팩트하고 저손실이다. 또한, 이렇게 튜너(60)와 평면 슬롯 안테나(81)가 근접하여, 집중 상수 회로를 구성하고 또한 공진기로서 기능함으로써, 평면 슬롯 안테나(81)에 이르기까지의 임피던스 부정합을 고정밀도로 해소할 수 있고, 실질적으로 부정합 부분을 플라스마 공간으로 할 수 있으므로, 튜너(60)에 의해 고정밀도의 플라스마 제어가 가능하게 된다.
그런데, 본 실시 형태와 같은 마이크로파를 사용한 플라스마 처리 장치에 있어서, 대전력 사용 시에 프로세스 조건에 따라서는 이상 방전이 발생하는 경우가 있다. 이상 방전은 아크형의 방전이 되는 경우가 많고, 일단 이상 방전이 발생해버리면, 챔버 내가 챔버 표면 부재에 의해 오염되어, 막대한 피해를 입는다.
이러한 이상 방전을 미연에 방지하기 위해서는, 챔버(1) 내의 내벽면 근방의 전계 강도를 직접 계측하는 것을 생각할 수 있지만, 종래, 그러한 방법은 알아내지 못했다.
발명자들이 검토한 결과, 본 실시 형태와 같은 챔버(1)의 내벽면 근방에 표면파가 존재하는 표면파 플라스마의 경우, 챔버(1) 내에 연장되는 모노폴 안테나(140)를 마련해서 표면파의 신호를 수신하여, 표면파의 전계 강도를 모니터할 수 있음을 알아내었다.
즉, 본 실시 형태에서는, 챔버(1)의 벽부로부터 챔버(1) 내를 향해서 연장되도록, 또한 챔버(1)의 내벽면에 대하여 수직으로 마련된 모노폴 안테나(140)에 의해 표면파를 수신하고, 동축선로(141)에 의해 표면파의 전계 강도를 직접 모니터하는 플라스마 전계 모니터(3)를 마련한다. 이에 의해, 모노폴 안테나(140)는, 표면파(150)를 전자계 강도의 신호로서 수신하고, 그 신호는 동축선로(141)에 의해 취출되어 모니터된다.
따라서, 플라스마 처리를 이하와 같이 해서 행함으로써, 이상 방전을 미연에 방지할 수 있다.
먼저, 상술한 바와 같이, 챔버(1)의 벽부로부터 챔버(1) 내를 향해서 연장되도록, 표면파를 수신하는 모노폴 안테나(140)와, 모노폴 안테나(140)에서 수신한 표면파의 전계 강도의 신호를 취출하는 동축선로(141)를 갖는 플라스마 전계 모니터(3)를 마련한다.
다음에, 미리, 실험 등에 의해 챔버(1) 내에서 이상 방전이 발생하는 표면파의 전계 강도를 파악하고, 그것에 기초하여, 예를 들어 특정 안전율을 예상함으로써 이상 방전이 발생할 가능성이 있는 역치를 측정부(121)에 설정한다.
다음에, 챔버(1) 내에서 플라스마 처리를 행한다. 그리고, 플라스마 처리 시에, 모노폴 안테나(140)에서 표면파를 수신하고, 표면파 전계 강도의 신호를 동축선로(141)를 통해서 취출하여 모니터한다.
다음에, 모니터한 전계 강도의 신호가 역치를 초과하는지 여부를 측정부(121)에서 판정한다. 그리고 전계 강도의 신호가 역치를 초과했다고 판정된 경우에, 이상 방전을 회피하는 제어를 행한다. 구체적으로는, 프로세스 조건을 변경하는(마이크로파 파워의 저하 등), 경보를 발하는, 장치를 정지하는 것과 같은 제어를 행한다.
이상에 의해, 챔버(1) 내에서의 이상 방전을 미연에 방지할 수 있다.
이때, 모노폴 안테나(140)의 길이(d)를, 플라스마 밀도(전자 밀도)에 따라, 전계 강도가 극대가 되는 (2n-1)×λ/4(단, n은 1 이상의 자연수)로 한다. 이에 의해, 모노폴 안테나(140)에 의해 모니터된 신호는 가장 높은 전계값에 대응하는 것이 되므로, 플라스마 전계 모니터(3)에서 모니터된 신호에 의해, 이상 방전의 발생의 가능성을 고정밀도로 파악할 수 있다.
또한, 표면파의 파장(λ)은 플라스마 밀도(전자 밀도)에 따라 변화하지만, 복수의 모노폴 안테나(140)를 마련하여, 각각 길이를 다르게 함으로써, 플라스마 밀도(전자 밀도)의 변화에 대응할 수 있다.
또한, 모노폴 안테나(140)가 챔버(1) 내에 돌출된 상태로 노출되어 있으면, 모노폴 안테나(140) 근방에서 이상 방전이 발생할 우려가 있다. 이에 반해, 도 9에서는, 챔버(1)의 내벽에 마련된 표면파가 침입 가능한 크기의 오목부(155)에 모노폴 안테나(140)를 챔버(1)의 내벽의 주면으로부터 돌출되지 않도록 마련하고 있고, 도 10, 도 11에서는 모노폴 안테나(140)를 유전체로 덮고 있다. 이에 의해, 모노폴 안테나(140)는 플라스마 공간에 돌출된 상태로 노출되는 것은 방지되어, 모노폴 안테나(140)에 기인하는 이상 방전이 방지된다.
마이크로파 플라스마 처리 장치에 있어서, 표면파의 전계 강도를 측정하는 기술은, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-203097호 공보, 일본 특허 공개 제2013-77441호 공보에 기재되어 있다. 그러나, 이것들은 모두 유전체를 전파하는 표면파를 모니터하는 것으로, 플라스마 자체의 표면파의 전계 강도를 직접 모니터하는 것은 의도하고 있지 않다.
<다른 적용>
이상, 실시 형태에 대해서 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 특허 청구 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 플라스마원으로서, 마이크로파를 전송하는 동축 구조의 도파로와, 평면 슬롯 안테나와, 마이크로파 투과창을 갖는 마이크로파 방사 기구를 복수 갖는 것을 예로 들어 설명했지만, 하나의 마이크로파 방사 기구를 갖는 것이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 챔버(1) 내에 표면파 플라스마가 형성되고, 내벽면 근방에 형성된 표면파의 전계 강도를 모니터하는 예를 설명하였다. 그러나, 이것에 한정하는 것은 아니고, 챔버 내에 형성되는 플라스마가, 표면에 파가 형성되는 플라스마이며, 그 파가 챔버 내벽면 근방에 형성되는 플라스마라면 적용 가능하다. 예를 들어, 용량 결합형 평행 평판 플라스마 처리 장치에 있어서 인가하는 고주파 전력의 주파수가 100MHz 이상이 되면, 챔버 내벽면 근방에 형성되는 플라스마 시스 중에 시스 파가 형성되는데, 이러한 시스 파의 전계 강도를 모니터하는 경우여도 된다. 용량 결합형 평행 평판 플라스마 처리 장치는, 평행 평판 전극간에 고주파 전력을 인가하는 것이다. 그때의 고주파 전력의 주파수가 100MHz 이상이 되면, 형성된 플라스마에서 전자파가 반사되어 플라스마 시스 중에 전계가 집중되고, 시스 중에 시스 파가 형성되게 되어, 시스 파를 모노폴 안테나에서 수신할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 플라스마 전계 모니터를 챔버의 측벽에 마련했지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 예를 들어 챔버의 상벽 등, 다른 벽부에 마련할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 플라스마 처리 장치로서 에칭 처리 장치를 예시했지만, 이에 한정하지 않고, 성막 처리, 산질화막 처리, 애싱 처리 등의 다른 플라스마 처리여도 된다. 또한, 기판은 반도체 웨이퍼(W)에 한정되지 않고, LCD(액정 디스플레이)용 기판으로 대표되는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판이나, 세라믹스 기판 등의 다른 기판이어도 된다.
Claims (25)
- 기판을 수용하는 챔버 내에, 표면에 파를 갖고 해당 파가 상기 챔버의 내벽면 근방에 존재하는 플라스마를 형성하여, 해당 플라스마에 의해 기판의 처리를 행하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 파의 전계 강도를 모니터하는 플라스마 전계 모니터이며,
상기 챔버의 벽부로부터 상기 챔버 내를 향해서 연장되도록, 또한 상기 챔버의 내벽면에 대하여 수직으로 마련되고, 상기 플라스마의 표면에 형성되는 파를 수신하는 적어도 하나의 모노폴 안테나와,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나에서 수신한 상기 파의 전계 강도의 신호를 취출하는 동축선로를 포함하고,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나의 길이가 0.5 내지 1mm의 범위인, 플라스마 전계 모니터. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나를 복수 포함하며,
상기 플라스마의 표면에 형성되는 파의 파장을 λ로 할 경우, 상기 λ는 상기 플라스마의 플라스마 밀도에 따라서 변화하고, 상기 플라스마 처리에 사용되는 상기 플라스마 밀도의 범위 내에서 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이가 상기 λ/4가 되도록, 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이를 다르게 하는, 플라스마 전계 모니터 - 삭제
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는, 상기 챔버의 내벽의 주면에 마련된 오목부의 저면으로부터 수직으로 돌출되고, 상기 챔버의 내벽의 주면으로부터 돌출되지 않도록 마련되는, 플라스마 전계 모니터. - 제5항에 있어서,
상기 오목부에는 유전체가 묻혀 있는, 플라스마 전계 모니터. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는, 유전체에 덮여 있는, 플라스마 전계 모니터. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 플라스마는, 마이크로파를 평면 슬롯 안테나의 슬롯, 및 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과창을 통해서 상기 챔버에 유도함으로써 형성되는 표면파 플라스마이며,
상기 파는 상기 표면파 플라스마의 표면에 형성되는 표면파이며,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는 상기 표면파를 수신하여, 그 전계 강도를 모니터하는, 플라스마 전계 모니터. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 플라스마는, 평행 평판 전극의 사이에 주파수가 100MHz 이상인 고주파 전력을 인가했을 때 형성되는 용량 결합 플라스마이며,
상기 파는, 상기 용량 결합 플라스마의 표면의 플라스마 시스에 형성되는 시스 파이며,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는 상기 시스 파를 수신하여, 그 전계 강도를 모니터하는, 플라스마 전계 모니터. - 기판에 대하여 플라스마에 의해 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치이며,
기판을 수용하는 챔버와,
마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력부와,
상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송로에 마련되고, 마이크로파를 방사하는 슬롯을 갖는 슬롯 안테나, 및 상기 슬롯으로부터 방사된 마이크로파를 투과하는 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과창을 갖는 마이크로파 방사 기구와,
상기 마이크로파 방사 기구로부터 방사된 마이크로파에 의해 상기 챔버 내에 형성되는 플라스마의 표면이며, 상기 챔버의 내벽 근방에 존재하는 표면파의 전계 강도를 모니터하는 플라스마 전계 모니터
를 포함하고,
상기 플라스마 전계 모니터는,
상기 챔버의 벽부로부터 상기 챔버 내에, 상기 챔버의 벽면에 수직으로 돌출되어 마련되고, 상기 플라스마의 표면에 형성되는 표면파를 수신하는 적어도 하나의 모노폴 안테나와,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나에서 수신한 상기 표면파의 전계 강도의 신호를 취출하는 동축선로를 포함하고,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나의 길이가 0.5 내지 1mm의 범위인, 플라스마 처리 장치. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나를 복수 포함하고,
상기 플라스마의 표면에 형성되는 상기 표면파의 파장을 λ로 할 경우, 상기 λ는 상기 플라스마의 플라스마 밀도에 따라서 변화하고, 상기 플라스마 처리에 사용되는 상기 플라스마 밀도의 범위 내에서 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이가 상기 λ/4가 되도록, 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이를 다르게 하는, 플라스마 처리 장치. - 기판을 수용하는 챔버 내에, 표면에 파를 갖고 해당 파가 상기 챔버의 내벽면 근방에 존재하는 플라스마를 형성하여, 해당 플라스마에 의해 기판의 처리를 행하는 플라스마 처리 방법이며,
상기 챔버의 벽부로부터 상기 챔버 내를 향해서 연장되도록, 또한 상기 챔버의 내벽면에 대하여 수직으로 적어도 하나의 모노폴 안테나를 마련하고, 상기 적어도 하나의 모노폴 안테나에서 수신한 상기 파의 전계 강도의 신호를 취출하는 동축선로를 마련하는 것과,
미리, 상기 챔버 내에서 이상 방전이 발생하는 상기 파의 전계 강도를 파악하고, 그것에 기초하여 이상 방전이 발생할 가능성이 있는 역치를 설정하는 것과,
상기 챔버 내에서 플라스마 처리를 행하는 것과,
상기 플라스마 처리 시에, 상기 적어도 하나의 모노폴 안테나에서 수신한 상기 파의 전계 강도의 신호를 동축선로를 통해서 취출하여, 모니터하는 것과,
상기 모니터한 전계 강도의 신호가 상기 역치를 초과하는지 여부를 판정하는 것과,
상기 전계 강도의 신호가 상기 역치를 초과했다고 판정된 경우에, 이상 방전을 회피하는 제어를 행하는 것
을 포함하고,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나의 길이가 0.5 내지 1mm의 범위인, 플라스마 처리 방법. - 제13항에 있어서,
상기 이상 방전을 회피하는 제어는, 상기 플라스마 처리의 프로세스 조건을 변경하는 것, 경보를 발하는 것, 및 상기 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치를 정지하는 것 중 어느 것인, 플라스마 처리 방법. - 삭제
- 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나를 복수 포함하고,
상기 플라스마의 표면에 형성되는 파의 파장을 λ로 할 경우, 상기 λ는 상기 플라스마의 플라스마 밀도에 따라서 변화하고, 상기 플라스마 처리에 사용되는 상기 플라스마 밀도의 범위 내에서 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이가 상기 λ/4가 되도록, 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이를 다르게 하는, 플라스마 처리 방법. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 플라스마는, 마이크로파를 평면 슬롯 안테나의 슬롯, 및 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과창을 통해서 상기 챔버에 유도함으로써 형성되는 표면파 플라스마이며,
상기 파는 상기 표면파 플라스마의 표면에 형성되는 표면파이며,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는 상기 표면파를 수신하여, 그 전계 강도를 모니터하는, 플라스마 처리 방법. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 플라스마는, 평행 평판 전극의 사이에 주파수가 100MHz 이상인 고주파 전력을 인가했을 때 형성되는 용량 결합 플라스마이며,
상기 파는, 상기 용량 결합 플라스마의 표면의 플라스마 시스에 형성되는 시스 파이며,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는 상기 시스 파를 수신하여, 그 전계 강도를 모니터하는, 플라스마 처리 방법. - 기판을 수용하는 챔버 내에, 표면에 파를 갖고 해당 파가 상기 챔버의 내벽면 근방에 존재하는 플라스마를 형성하여, 해당 플라스마에 의해 기판의 처리를 행하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 파의 전계 강도를 모니터하는 플라스마 전계 모니터이며,
상기 챔버의 벽부로부터 상기 챔버 내를 향해서 연장되도록, 또한 상기 챔버의 내벽면에 대하여 수직으로 마련되고, 상기 플라스마의 표면에 형성되는 파를 수신하는 적어도 하나의 모노폴 안테나와,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나에서 수신한 상기 파의 전계 강도의 신호를 취출하는 동축선로를 포함하고,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는, 상기 챔버의 내벽의 주면에 마련된 오목부의 저면으로부터 수직으로 돌출되고, 상기 챔버의 내벽의 주면으로부터 돌출되지 않도록 마련되는, 플라스마 전계 모니터. - 제19항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는, 상기 플라스마의 표면에 형성된 파의 파장을 λ라 한 경우, (2n-1)×λ/4(단, n은 1 이상의 자연수)의 길이가 되도록 설정되는, 플라스마 전계 모니터. - 제20항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나를 복수 포함하며,
상기 플라스마의 표면에 형성되는 파의 파장은, 상기 플라스마의 플라스마 밀도에 따라서 변화하고, 상기 플라스마 처리에 사용되는 상기 플라스마 밀도의 범위 내에서 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이가 상기 (2n-1)×λ/4가 되도록, 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이를 다르게 하는, 플라스마 전계 모니터. - 제21항에 있어서,
상기 복수의 모노폴 안테나의 길이를 λ/4라 할 때, 상기 복수의 모노폴 안테나의 길이가 0.5 내지 1mm의 범위인, 플라스마 전계 모니터. - 제19항에 있어서,
상기 오목부에는 유전체가 묻혀 있는, 플라스마 전계 모니터. - 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라스마는, 마이크로파를 평면 슬롯 안테나의 슬롯, 및 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과창을 통해서 상기 챔버에 유도함으로써 형성되는 표면파 플라스마이며,
상기 파는 상기 표면파 플라스마의 표면에 형성되는 표면파이며,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는 상기 표면파를 수신하여, 그 전계 강도를 모니터하는, 플라스마 전계 모니터. - 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라스마는, 평행 평판 전극의 사이에 주파수가 100MHz 이상인 고주파 전력을 인가했을 때 형성되는 용량 결합 플라스마이며,
상기 파는, 상기 용량 결합 플라스마의 표면의 플라스마 시스에 형성되는 시스 파이며,
상기 적어도 하나의 모노폴 안테나는 상기 시스 파를 수신하여, 그 전계 강도를 모니터하는, 플라스마 전계 모니터.
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