KR102464642B1 - 어레이 안테나 및 플라스마 처리 장치 - Google Patents

어레이 안테나 및 플라스마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 안테나의 사이의 전자기적인 결합을 억제한다. 플라스마 처리 장치의 챔버 내에 전자파를 방사하는 어레이 안테나이며, 복수의 안테나와, 복수의 상기 안테나의 사이에 간격을 두고 배치된 복수의 결합 방지 소자를 갖고, 복수의 상기 결합 방지 소자 각각은, 상기 챔버 내에서 그라운드면을 구성하는 천장벽에 접속된 제1 부재와, 상기 제1 부재의 선단 또는 그 근방에 접속된 제2 부재를 갖는 어레이 안테나가 제공된다.

Description

어레이 안테나 및 플라스마 처리 장치{ARRAY ANTENNA AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 어레이 안테나 및 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
전자파의 파워에 의해 가스를 플라스마화하여, 웨이퍼에 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1은, 페이즈드 어레이의 마이크로파 안테나를 사용해서 챔버 내의 반도체 기판 상에서의 반응 속도를 수정하는 방법이며, 챔버 내에서 플라스마를 여기하고, 페이즈드 어레이의 마이크로파 안테나로부터 마이크로파 방사 빔을 방사하여, 챔버 내의 반도체 기판의 표면 상에서의 반응 속도를 변화시키도록, 빔을 플라스마에 방향 설정시키는 것을 제안하고 있다.
일본 특허 공개 제2017-103454호 공보
본 개시는, 안테나간의 전자기적인 결합을 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 플라스마 처리 장치의 챔버 내에 전자파를 방사하는 어레이 안테나이며, 복수의 안테나와, 복수의 상기 안테나의 사이에 간격을 두고 배치된 복수의 결합 방지 소자를 갖고, 복수의 상기 결합 방지 소자 각각은, 상기 챔버 내에서 그라운드면을 구성하는 천장벽에 접속된 제1 부재와, 상기 제1 부재의 선단 또는 그 근방에 접속된 제2 부재를 갖는 어레이 안테나가 제공된다.
일 측면에 의하면, 안테나간의 전자기적인 결합을 억제할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 일례를 도시하는 단면 모식도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 모노폴 안테나의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 실시 형태에 따른 전력·위상 제어의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 종래의 안테나간의 전자기적인 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시 형태에 따른 결합 방지 소자에 의한 안테나간의 전자기적인 결합 억제를 도시하는 도면이다.
도 6은 실시 형태에 따른 결합 방지 소자의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 결합 방지 소자의 배치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 결합 방지 소자의 배치의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라스마 처리 장치]
일 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치(10)에 대해서, 도 1을 사용해서 설명한다. 도 1은, 일 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치(10)의 일례를 도시하는 단면 모식도이다. 플라스마 처리 장치(10)는, 마이크로파 플라스마 처리 장치를 일례로 들어서 설명한다.
일 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치(10)는, 웨이퍼 등의 기판(W)을 수용하는 챔버(1)를 갖는다. 챔버(1)의 내부는, 마이크로파의 파워에 의해 형성되는 표면파 플라스마에 의해 가스를 플라스마화하여, 기판(W)에 대하여 성막 처리, 에칭 처리 등의 소정의 플라스마 처리를 행하는 처리실(1s)과, 유전체 창(5)에 의해 처리실(1s)과 칸막이된 폐공간(1r)을 갖는다.
챔버(1)는, 대략 원통상이며, 접지되어 있다. 챔버(1)는, 천장벽(9)으로 상부 개구가 폐색되고, 이에 의해, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능하다. 챔버(1)는, 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 형성되고, 접지되어 있다. 이러한 구성에 의해, 챔버(1)의 천장벽(9) 및 측벽(12)은, 그라운드에 접속되어 있다.
기판(W)을 적재하는 스테이지(3)는, 챔버(1) 내의 저부 중앙으로부터 연장되는 통상의 지지 부재(4)에 지지되어 있다. 스테이지(3)에는, 기판(W)을 정전 흡착하기 위한 정전 척, 온도 제어 기구, 기판(W)의 면에 열전달용 가스를 공급하는 가스 유로 등이 마련되어도 된다. 또한, 스테이지(3)에는, 정합기를 통해서 고주파 바이어스 전원이 전기적으로 접속되어도 된다. 단, 고주파 바이어스 전원은 플라스마 처리의 특성에 따라서는 마련하지 않아도 된다.
챔버(1)의 저부에는 배기관(도시 생략)이 접속되어 있고, 배기관에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(도시 생략)가 접속되어 있다. 배기 장치를 작동시키면 챔버(1) 내가 배기되고, 이에 의해, 처리실(1s) 내가 소정의 진공도까지 감압된다. 챔버(1)의 측벽에는, 기판(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반입출구(도시 생략)와, 반입출구를 개폐하는 게이트 밸브(도시 생략)가 마련되어 있다.
챔버(1)에는, 복수의 가스관(11a)이 형성되어, 가스 공급부(21)로부터 공급된 가스가, 복수의 가스관(11a)을 통해서 처리실(1s)에 공급된다.
천장벽(9)에는, 챔버(1) 내에 마이크로파를 방사하는 7개의 모노폴 안테나(2a 내지 2g)(도 1에서는 모노폴 안테나(2a 내지 2c)만 도시)로 이루어지는 어레이 안테나(2)가 마련되어 있다(도 3 참조). 어레이 안테나(2)는, 복수의 모노폴 안테나로부터 챔버(1) 내에 전자파를 조사한다. 또한, 모노폴 안테나의 수는 7개에 한정되지 않고, 2 이상이면 되고, 3 이상이 바람직하다. 모노폴 안테나는, 어레이 안테나(2)가 갖는 복수의 안테나에 상당한다.
모노폴 안테나(2a 내지 2g)는 동일 구성을 갖는다. 도 2에는, 대표해서 모노폴 안테나(2a)의 구성을 도시하고, 그 밖의 모노폴 안테나(2b 내지 2g)의 구성에 관한 도시 및 설명은 생략한다. 모노폴 안테나(2a)는, 동축 케이블상을 이루고, 내부 도체(121)와, 그 외측의 외부 도체(122)와, 이들 사이에 마련된 테플론(등록 상표) 등의 유전체(123)를 갖는다. 또한, 유전체(123) 대신에 공기층을 마련해도 된다. 모노폴 안테나(2a)의 선단은, 길이(D)만큼 돌출된 내부 도체(121)로 이루어지는 안테나부(11)를 구성하고 있다. 안테나부(11)의 길이(D)는, 예를 들어 수10mm 내지 수100mm가 된다.
안테나부(11)를, 천장벽(9)의 하면(9a)과 동일한 높이의 면이며, 유전체(123)의 단부로부터 챔버(1)의 내부 공간에 노출시킴으로써, 방사부(125)로부터 마이크로파가 챔버(1) 내에 방사된다. 단, 내부 도체(121)는, 유전체(123)로부터 튀어나오지 않는 구성이어도 된다. 천장벽(9)의 하면(9a)은, 전기적으로 그라운드면으로 되어 있다.
이러한 구성에 의해, 도 1에 도시한 바와 같이, 마이크로파는, 마이크로파 출력부(6)로부터 출력되어, 제어부(8)의 제어에 따라서 전력·위상 제어부(7)에 의해 전력 및/또는 위상이 제어되어, 챔버(1) 내에 방사된다.
모노폴 안테나(2a 내지 2g)는, 천장벽(9)에 대략 등간격으로 마련되어 있다. 인접하는 모노폴 안테나(2a 내지 2g)의 중심간의 거리는, 마이크로파의 파장(λ)에 대하여 λ/2보다도 작아지도록 배치되어 있다. 유전체 창(5)은, 복수의 안테나부(11)와 스테이지(3)의 사이에서 챔버(1)를 칸막이하여, 유전체 창(5)의 상측 공간(V)과 하측 공간(U)으로 나누는 칸막이판으로 되어 있다. 유전체 창(5)은, 예를 들어 석영, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 형성되어 있다. 유전체 창(5)의 상측 공간(V)은, 모노폴 안테나(2a 내지 2g) 및 복수의 결합 방지 소자(30)가 배치되는 폐공간(1r)이며, 마이크로파의 전자파를 방사하는 공간이다. 유전체 창(5)의 하측 공간(U)은, 처리실(1s)이며, 마이크로파의 전자파에 의해 가스를 플라스마화하여, 플라스마에 의해 기판(W)에 대하여 원하는 처리를 행하는 공간이다.
폐공간(1r)에는, 수10mm 내지 수100mm 정도의 자유 공간이 존재하여, 그 하부에 설치된 유전체 창(5)을 통해서 처리실(1s)에 플라스마가 생성된다. 복수의 안테나부(11)의 선단과 유전체 창(5)의 상면의 거리는, 마이크로파의 파장(λ)에 대하여 λ/4보다도 크다. 모노폴 안테나(2a 내지 2g)로부터 출력된 마이크로파는, 폐공간(1r)에 방사되어, 폐공간(1r)을 전파한다. 폐공간(1r)은 대기 공간이며, 처리실(1s)은 진공 공간이다.
플라스마 처리 장치(10)는 제어부(8)를 갖는다. 제어부(8)는, 프로세서, 메모리 등의 기억부, 입력부, 표시부, 신호의 입출력 인터페이스부 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라스마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 컴퓨터(CPU)가, 제어 프로그램을 실행하여, 레시피 데이터에 따라서 플라스마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 또한, 컴퓨터는, 어레이 안테나(2)의 안테나부(11)마다 구비된 전력·위상 제어부(7)를 제어하고, 안테나부(11)로부터 방사하는 마이크로파의 전력 및/또는 위상을 제어한다. 기억부는 비일시적 기억 장치일 수 있다.
이러한 구성의 플라스마 처리 장치(10)에 있어서 플라스마 처리를 행할 때는, 먼저, 기판(W)이, 반송 암 상에 보유 지지된 상태에서, 개구된 게이트 밸브로부터 반입출구를 통과해서 챔버(1) 내에 반입된다.
기판(W)은, 스테이지(3)의 상방까지 반송되면, 반송 암으로부터 푸셔 핀에 옮겨지고, 푸셔 핀이 강하함으로써 스테이지(3)에 적재된다. 게이트 밸브는 기판(W)을 반입 후에 폐쇄된다. 처리실(1s)의 압력은, 배기 장치에 의해 소정의 진공도로 유지된다. 소정 가스가 유전체 창(5) 하측의 처리실(1s)에 도입된다. 전력 및/또는 위상이 제어된 마이크로파에 의해, 유전체 창(5)의 소정 위치에서 전계가 강해져서, 처리실(1s) 내의 가스가 플라스마화되어 국소 플라스마가 생성된다. 국소 플라스마를 주사함으로써 플라스마 밀도의 시간 적분값의 공간 분포를 제어할 수 있어, 기판(W)에 균일 또는 원하는 플라스마 처리가 실시된다.
일 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치(10)는, 제어부(8)의 제어에 의해, 전력·위상 제어부(7)를 사용해서 모노폴 안테나(2a 내지 2g) 각각으로부터 방사되는 마이크로파의 전력 및 위상을 제어한다. 이에 의해, 모노폴 안테나(2a 내지 2g) 각각으로부터 투입된 마이크로파가 간섭을 일으켜서, 임의의 개소에서 전계 강도를 높일 수 있다. 이에 의해, 플라스마를 집중해서 생성함으로써, 고도의 플라스마 밀도 분포의 제어가 가능해진다.
이상으로 설명한 위상 제어에 의한 마이크로파의 합성은, 기계적 동작을 수반하지 않기 때문에, 고속 제어가 가능하다. 이에 의해, 복수의 모노폴 안테나(2a 내지 2g)의 전력·위상 제어를 고속으로 제어할 수 있다. 즉, 최대로 마이크로파의 주파수와 동일 정도의 고속 제어에 의해, 마이크로파의 합성의 초점 위치(C)를 시간에 따라서 움직이게 하는 것이 가능하다. 그 결과, 플라스마 밀도 분포를 균일 또는 자유롭게 제어할 수 있다.
도 3은, 일 실시 형태에 따른 제어부(8)에 의한 전력·위상 제어의 일례를 도시하는 도면이다. 도 3의 예에서는, 제어부(8)가, 전력·위상 제어부(7)를 사용해서 모노폴 안테나(2a 내지 2g)로부터 방사되는 마이크로파의 위상(φ(xa) 내지 φ(xg))을 초점 위치(C)에서 서로 강화하도록 제어한다. 또한, 초점 위치(C)를 중심으로 한 합성 부분(Ar)에서의 마이크로파의 전계의 강도를 제어하기 위해서, 모노폴 안테나(2a 내지 2g)로부터 각각 방사되는 마이크로파의 전력을 제어한다.
제어부(8)는, 전력·위상 제어부(7)를 사용해서 초점 위치(C)가 직경 방향(L1) 또는 둘레 방향(L2) 등으로 유전체 창(5)의 표면을 주사하도록, 마이크로파의 위상(φ(xa) 내지 φ(xg))을 고속으로 제어한다. 또한, 주사 중, 제어부(8)는, 전력·위상 제어부(7)를 사용해서 마이크로파의 전력을 제어한다. 이와 같이 하여 초점 위치(C) 및 합성 부분(Ar)을 고속으로 이동시키면서 마이크로파의 전력을 제어함으로써, 유전체 창(5)의 하방에 투과하는 마이크로파의 파워에 의해 생성되는 플라스마(P)의 밀도 분포를 자유롭게 제어할 수 있다.
또한, 제어부(8)는, 전력·위상 제어부(7)를 사용해서 마이크로파의 위상(φ(xa) 내지 φ(xg))을 제어하는 속도를 변화시킴으로써, 합성 부분(Ar)의 이동 속도를 바꿀 수 있다. 예를 들어, 제어부(8)가, 유전체 창(5)의 외주측에서 합성 부분(Ar)을 천천히 움직이게 하고, 내주측에서 합성 부분(Ar)을 외주측보다도 빨리 움직이게 하여 마이크로파의 위상(φ(xa) 내지 φ(xg))을 제어함으로써 주사 스피드를 변화시킨다. 또한, 주사 중, 마이크로파의 전력을 제어한다. 이에 의해, 처리실(1s) 내의 외주의 플라스마 밀도를 내주의 플라스마 밀도보다도 높게 제어하는 등, 플라스마 밀도 분포를 자유롭게 제어할 수 있다.
[결합 방지 소자]
도 1에 도시한 바와 같이, 인접하는 모노폴 안테나의 사이에 결합 방지 소자(30)가 2개씩 배치되어 있다. 결합 방지 소자(30)는, 모노폴 안테나간의 전자기적인 결합을 억제하도록 구성된다. 이하에서는, 종래, 결합 방지 소자(30)를 배치하지 않을 경우의 모노폴 안테나간의 전자기적인 결합에 대해서 도 4를 참조하면서 설명한다. 그 후, 실시 형태에 따른 결합 방지 소자(30)의 전자기적인 결합 억제 기능에 대해서 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는, 종래의 안테나간의 전자기적인 결합을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는, 실시 형태에 따른 결합 방지 소자(30)에 의한 안테나간의 전자기적인 결합 억제를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 모노폴 안테나(2a, 2b)를 예로 들어 설명하지만, 실시 형태에서는 인접하는 모노폴 안테나의 사이 각각에 2개씩 결합 방지 소자(30)가 배치되어 있다.
종래, 모노폴 안테나(2a, 2b)의 사이의 전자기적인 결합이나 모노폴 안테나(2a, 2b)와 주로 측벽(12)의 전자기적인 결합에 의해, 모노폴 안테나(2a, 2b)의 하부에서 마이크로파의 전자파가 약해지는 현상이 생기고 있었다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 마이크로파의 전자파는, 모노폴 안테나(2a, 2b)로부터 챔버(1) 내의 유전체 창(5) 상측의 폐공간(1r)에 공급된다. 시뮬레이션에서는, 모노폴 안테나(2a)로부터 마이크로파를 공급하지 않고, 모노폴 안테나(2b)만으로부터 마이크로파를 출력한다. 즉, 본 시뮬레이션에서는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 마이크로파의 파워는, 모노폴 안테나(2b)만으로부터 폐공간(1r)에 방사되고, 모노폴 안테나(2a)로부터는 방사되지 않는다.
본 시뮬레이션에서는, 모노폴 안테나(2b)와 모노폴 안테나(2a)의 사이의 전자기적인 결합을 위해서, 모노폴 안테나(2b)로부터 투입한 마이크로파의 파워 중, 36％가 모노폴 안테나(2a)에 결합해버린다는 현상이 발생하고 있다. 즉, 모노폴 안테나(2b)에 투입한 마이크로파의 파워 중, 약 1/3이 플라스마의 생성에 기여하지 않아, 파워의 손실이 생기고 있다.
그래서, 이하에 설명하는 실시 형태에서는, 회로 상수적으로 메타 머티리얼로서 기능하는 결합 방지 소자(30)를, 모노폴 안테나(2b)와 모노폴 안테나(2a)의 사이에 최저 2개 배치한다.
도 5의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 실시 형태에 따른 어레이 안테나(2)의 일례에서는, 모노폴 안테나(2b)와 모노폴 안테나(2a)의 사이에 2개의 결합 방지 소자(30)가 배치되어 있다. 2개의 결합 방지 소자(30)는, 복수의 모노폴 안테나의 사이에 간격을 두고 배치되어 있다. 2개의 결합 방지 소자(30)는, 버섯(머시룸)형이며, 몸통 부분과 우산 부분을 갖는 동일 구성이다.
결합 방지 소자(30)의 몸통 부분은, 챔버(1) 내에서 하면(9a)이 그라운드면을 구성하는 천장벽(9)에 접속된 제1 부재(31)이다. 우산 부분은, 제1 부재(31)의 선단 또는 선단 근방에 접속된 제2 부재(32)이다. 제1 부재(31) 및 제2 부재(32)는, 동일한 재질의 금속(도체)으로 구성되어도 되고, 다른 재질의 금속으로 구성되어도 된다.
또한, 결합 방지 소자의 개수는 2개에 한정되지 않고, 2개 이상의 결합 방지 소자가, 모노폴 안테나의 사이를 연결하는 선 상에 배치되어도 된다. 결합 방지 소자(30)의 메타 머티리얼로서의 최대 성능은, 안테나의 사이에 배치하는 결합 방지 소자(30)의 수가 많아질수록 높아지지만, 결합 방지 소자(30)간의 조정이 어려워진다.
실시 형태에서는, 제1 부재(31)는 막대 형상이며, 제2 부재(32)는 사각형의 판상으로, 제2 부재(32)의 중심에 제1 부재(31)의 선단이 감입되어 있다. 그러나, 형상은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 제1 부재(31) 및 제2 부재(32)가 모두 막대 형상으로, T자가 되도록 제2 부재(32)의 중심에 제1 부재(31)의 선단이 감입되어 있어도 된다.
본 시뮬레이션에서는, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 마이크로파의 파워는, 모노폴 안테나(2b)만으로부터 폐공간(1r)에 방사되고, 모노폴 안테나(2a)로부터는 방사되지 않는다. 도 5의 (b)의 예에서는, 결합 방지 소자(30)의 메타 머티리얼로서의 기능에 의해, 모노폴 안테나(2b)와 모노폴 안테나(2a)의 사이의 전자기적인 결합이 억제되어 있다. 그 결과, 모노폴 안테나(2b)로부터 투입한 마이크로파의 파워 중, 모노폴 안테나(2a)에의 결합은 겨우 0.6％이다. 즉, 안테나간의 전자기적인 결합이 저감되어, 모노폴 안테나(2b)에 투입한 마이크로파의 파워 대부분이 플라스마의 생성에 사용되어, 파워의 손실이 거의 생기지 않았다.
[결합 방지 소자의 메타 머티리얼 기능]
이어서, 결합 방지 소자(30)의 동작과 메타 머티리얼의 기능에 대해서, 도 6을 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다. 도 6의 (a)는 실시 형태에 따른 천장벽(9)의 하면(9a)에 접속된 결합 방지 소자(30)의 구성과 배치의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 등가 회로이다.
도 6의 (b)에 도시하는 등가 회로는, 발신측(모노폴 안테나(2b))의 신호 라인과 그라운드의 사이에서 직렬로 접속된 제1 부재(31)의 인덕턴스 성분(L1) 및 캐패시턴스 성분(C1)을 갖는다. 또한, 신호 라인으로 이들 성분에 병렬로 접속된 제2 부재(32)의 인덕턴스 성분(L2)과, 2개의 결합 방지 소자(30)의 사이의 캐패시턴스 성분(C2)을 갖는다.
캐패시턴스 성분(C1) 및 인덕턴스 성분(L1)은, 제1 부재(31)의 치수에 의해 정해진다. 캐패시턴스 성분(C2) 및 인덕턴스 성분(L2)은, 제2 부재(32)의 치수 및 상대하는 2개의 제2 부재(32)의 배치(간격)에 따라서 정해진다. 이들 값을 적절하게 설정함으로써, 모노폴 안테나(2b)로부터 투입한 마이크로파의 전자파의 공진이 발생한다. 이에 의해, 모노폴 안테나(2b)로부터 모노폴 안테나(2a)를 향하는 특정 전자파를 커트하여, 안테나간의 전자기적인 결합을 억제할 수 있다. 이에 의해, 2개의 결합 방지 소자(30)를 메타 머티리얼로서 기능시킬 수 있다. 또한, 제2 부재(32)의 표면적은, 콘덴서의 전극 면적에 상당한다.
2개의 제2 부재(32)의 배치(간격)에 따라 정해지는 캐패시턴스 성분(C2)과, 제1 부재(31)의 길이에 따라 정해지는 인덕턴스 성분(L1)은, 마이크로파의 전자파의 공진을 발생시키기 위해서 필수적인 성분이다. 즉, 결합 방지 소자(30)의 개수와 배치에 따라, 캐패시턴스 성분(C2) 및 인덕턴스 성분(L1)을 발생시킴으로써, 결합 방지 소자(30)를 메타 머티리얼로서 기능시킬 수 있다. 따라서, 결합 방지 소자(30)는, 캐패시턴스 성분(C2)을 구비하기 위해서, 인접하는 모노폴 안테나의 사이에 적어도 2개 배치하여, 메타 머티리얼을 작성한다.
그리고, 캐패시턴스 성분(C2)과 인덕턴스 성분(L1)을 사용해서 마이크로파의 전자파를, 결합 방지 소자(30)의 치수에 따른 특정 주파수로 공진시킨다. 그 결과, 모노폴 안테나(2b)로부터 투입한 마이크로파의 전자파는 메타 머티리얼의 기능을 갖는 2개의 결합 방지 소자(30)에서 거의 전반사된다. 반사한 마이크로파의 전자파는, 임피던스 조정함으로써, 마이크로파 출력부(6)측으로는 돌아가지 않고, 안테나부(11)로부터 폐공간(1r)에 방사되어, 플라스마의 생성에 기여한다.
제1 부재(31)는, 천장벽(9)의 하면(9a)에 대하여 대략 수직 방향으로 마련된다. 제2 부재(32)는, 하면(9a)에 대하여 대략 수평 방향으로 마련된다. 단, 제1 부재(31)는, 하면(9a)에 대하여 수직 방향으로부터 미리 정해진 각도 기울어져도 된다. 이에 의해, 캐패시턴스 성분(C1)을 미세 조정할 수 있어, 공진 주파수의 미세 조정이 가능해진다.
이러한 구성의 각 결합 방지 소자(30)는 탈착 가능하다. 일례로서는, 제1 부재(31)의 기단(31a)이 천장벽(9)에 형성된 구멍에 압입되어 있다. 제1 부재(31)의 기단(31a)은, 하면(9a)에 형성된 구멍에 삽입되어, 나사 고정되어 있어도 된다. 천장벽(9)에 관통 구멍을 마련하고, 제1 부재(31)를 위로부터 관통시켜서, 천장벽(9)의 상면에서 고정되도록 해도 된다. 제1 부재(31)의 선단은, 제2 부재(32)에 형성된 구멍에 압입되어도 되고, 제2 부재(32)에 형성된 구멍에 나사 고정되어 있어도 된다.
이에 의해, 각 결합 방지 소자(30)를 교환 가능하게 배치할 수 있다. 또한, 제1 부재(31)를 신축이 가능하도록 형성함으로써, 제1 부재(31)의 길이를 미세 조정하고, 이에 의해, 인덕턴스 성분(L1)을 미세 조정할 수 있어, 공진 주파수의 미세 조정이 가능해진다.
또한, 도 6의 (a)의 예에서는, 2개의 결합 방지 소자(30)에는 대칭성이 있지만, 2개의 결합 방지 소자(30)는 반드시 대칭성이 없어도 된다.
[실시예]
이어서, 실시예에 따른 결합 방지 소자(30)의 배치의 일례에 대해서, 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 7 및 도 8은, 실시예에 따른 결합 방지 소자(30)의 배치의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7은, 플라스마 처리 장치(10)를 상면으로 보아, 위에서 모노폴 안테나 및 결합 방지 소자(30)를 본 도면이다. 도 7은, 설명의 편의를 위해서, 4개의 모노폴 안테나(2a 내지 2d)가 배치되어 있는 예를 도시한다.
도 7의 예에서는, 결합 방지 소자(30)의 제2 부재(32)는 육각형이며, 복수의 결합 방지 소자(30)가, 육각형의 인접하는 변끼리를 상대시켜서 배치되어 있다. 단, 제2 부재(32)의 형상은, 이것에 한정되지 않고, 삼각형 이상의 다각형이면 되며, 또한 다각형의 인접하는 변끼리를 상대시켜서 배치되어 있는 것이 바람직하다. 제2 부재(32)를 삼각형 이상의 다각형으로 형성함으로써, 결합 방지 소자(30)를 2차원으로 배치할 수 있다.
4개의 모노폴 안테나(2a 내지 2d) 중, 인접하는 모노폴 안테나의 사이 각각에 2개 이상의 결합 방지 소자(30)가 배치되어 있다. 예를 들어, 인접하는 모노폴 안테나를 연결하는 선(Pa, Pb, Pc, Pd, Pe) 상에는, 결합 방지 소자(30)가 2개씩 배치되어 있다. 이에 의해, 인접하는 모노폴 안테나(2a 내지 2d)의 한쪽으로부터 다른 쪽을 향하는 특정 주파수의 전자파를 커트하여, 전자파를 인접하는 모노폴 안테나(2a 내지 2d)에 전파시키는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 인접하는 모노폴 안테나(2a 내지 2d)의 사이에서, 2개씩 배치된 결합 방지 소자(30)를 메타 머티리얼로서 기능시킬 수 있다.
또한, 모노폴 안테나(2b, 2d)를 연결하는 선(Pf) 상에 배치되어 있는 2개의 결합 방지 소자(30)에 의해서도 모노폴 안테나(2b, 2d)의 한쪽으로부터 다른 쪽을 향하는 특정 주파수의 전자파를 커트할 수 있어, 2개의 결합 방지 소자(30)를 회로 상수적으로 메타 머티리얼로서 기능시킬 수 있다. 이상과 같이, 육각형의 결합 방지 소자(30)를 2차원적으로 배치함으로써, 상하, 좌우 및 경사 방향으로 전파하는 전자파를 억제할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 모노폴 안테나(2a 내지 2d)와 측벽(12)의 사이에 1개 이상의 결합 방지 소자(30)(도 8에서는 1개)가 배치되어 있다. 이에 의해, 모노폴 안테나(2a 내지 2d)와 측벽(12)의 사이에 배치된 1개 이상의 결합 방지 소자(30)에 의해, 모노폴 안테나(2a 내지 2d)와 측벽(12)의 전자기적인 결합을 억제할 수 있다.
이러한 구성에서는, 모노폴 안테나(2a 내지 2d)와 측벽(12)의 전자기적인 결합을 억제하기 위해서는, 결합 방지 소자(30)는, 최저 1개 배치되어 있으면 된다. 그 이유에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은, 설명의 편의를 위하여, 모노폴 안테나(2d)와, 측벽(12)과, 그 사이에 배치된 1개의 결합 방지 소자(30)를 도시한다.
그라운드면이 되는 측벽(12)의 내면은, 전자파적으로는 미러와 마찬가지이며, 전자파가 측벽(12)에서 반사한다. 즉, 전자파에 있어서, 도 8의 (a)에 도시하는 구성은, 도 8의 (b)에 도시하는 구성과 동일해서, 전자파가 측벽(12)에서 거의 전반사한다. 따라서, 모노폴 안테나(2d)와 측벽(12)의 사이에는 최저 1개의 결합 방지 소자(30)가 배치되어 있으면 되며, 결합 방지 소자(30)와 측벽(12)의 거리에 따른 캐패시턴스 성분(C2)이 생성된다. 따라서, 모노폴 안테나와 측벽(12)의 사이에 1개의 결합 방지 소자(30)를 배치하는 것만으로, 메타 머티리얼로서 기능시키기 위한 캐패시턴스 성분(C2) 및 인덕턴스 성분(L1)을 얻을 수 있다. 그 결과, 모노폴 안테나(2a 내지 2d)와 측벽(12)의 전자기적인 결합을 억제할 수 있다.
또한, 모노폴 안테나는, 천장벽(9) 및/또는 측벽(12)에 배치될 수 있다. 따라서, 결합 방지 소자(30)는, 천장벽(9) 및/또는 측벽(12)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 측벽(12)에 배치된 모노폴 안테나와 천장벽(9)의 사이에 1개 이상의 결합 방지 소자(30)가 배치되어도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 실시 형태에 따른 어레이 안테나에 의하면, 안테나간의 전자기적인 결합 및 안테나와 벽면의 사이의 전자적인 결합을 억제할 수 있어, 마이크로파의 파워를 보다 효율적으로 손실없이 플라스마의 생성에 이용할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태에 따른 어레이 안테나 및 플라스마 처리 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.

Claims (7)

  1. 플라스마 처리 장치의 챔버 내에 전자파를 방사하는 어레이 안테나이며,
    복수의 안테나와,
    복수의 상기 안테나의 사이에 간격을 두고 배치된 복수의 결합 방지 소자
    를 포함하고,
    복수의 상기 결합 방지 소자 각각은,
    상기 챔버 내에서 그라운드면을 구성하는 천장벽에 접속된 제1 부재와,
    상기 제1 부재의 선단 또는 그 근방에 접속된 제2 부재를 포함하고,
    복수의 상기 안테나 및 복수의 상기 결합 방지 소자는, 상기 챔버 내를 칸막이하는 유전체 창보다도 상부의 마이크로파 합성 공간에 배치되어 있는, 어레이 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 상기 결합 방지 소자는, 상기 안테나의 사이를 연결하는 선 상에 배치되어 있는, 어레이 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인접하는 상기 안테나의 사이 각각에, 복수의 상기 결합 방지 소자가 배치되어 있는, 어레이 안테나.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버 내에서 그라운드면을 구성하는 측벽에 인접하는 상기 안테나와 상기 측벽의 사이 각각에, 1 이상의 상기 결합 방지 소자가 배치되어 있는, 어레이 안테나.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 부재는, 다각형이며, 상기 다각형의 인접하는 변끼리를 상대시켜서 배치되어 있는, 어레이 안테나.
  6. 챔버와, 상기 챔버 내에 전자파를 방사하는 어레이 안테나를 포함하는 플라스마 처리 장치이며,
    복수의 안테나와,
    복수의 상기 안테나의 사이에 간격을 두고 배치된 복수의 결합 방지 소자를 포함하고,
    복수의 상기 결합 방지 소자 각각은,
    상기 챔버 내에서 그라운드면을 구성하는 천장벽에 접속된 제1 부재와,
    상기 제1 부재의 선단 또는 그 근방에 접속된 제2 부재
    를 포함하고,
    복수의 상기 안테나 및 복수의 상기 결합 방지 소자는, 상기 챔버 내를 칸막이하는 유전체 창보다도 상부의 마이크로파 합성 공간에 배치되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  7. 삭제
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