KR102489747B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반경이 상이한 동심원형으로 배치된 복수의 슬롯으로부터 방사되는 마이크로파의 분포를 원하는 분포로 조정하는 것을 과제로 한다.
플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 처리 용기의 내부에 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯이 반경이 상이한 동심원형으로 배치되어 형성된 복수의 슬롯군을 갖는 슬롯판과, 슬롯판 위에 설치되어, 복수의 슬롯군에 마이크로파를 전파시키는 유전체와, 유전체 위에 설치된 도전체로서, 유전체와 대향하는 하면에 있어서, 복수의 슬롯군 중 적어도 하나의 슬롯군과, 다른 슬롯군 사이에 끼인 영역에 대응하는 영역에 홈이 형성된 도전체와, 도전체의 홈으로 이동 가능하게 삽입되는 스터브를 가지며, 스터브의 삽입량에 따라서, 유전체로부터 적어도 하나의 슬롯군 및 다른 슬롯군에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경하는 파워비 변경 기구를 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 여러가지 측면 및 실시형태는, 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리가 널리 행해지고 있다. 고성능이자 고기능의 반도체를 얻기 위해서는, 피처리 기판의 피처리면 전체면에 대하여 균일한 플라즈마 처리를 행하는 것이 요구된다.
최근의 플라즈마 처리에 있어서는, 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치는, 복수의 슬롯이 반경이 상이한 동심원형으로 배치된 슬롯판과, 슬롯판 위에 설치된 유전체제의 지파판과, 지파판 위에 설치된 도전체제의 냉각 재킷을 구비한다. 슬롯판은, 복수의 슬롯으로부터 플라즈마 여기용의 마이크로파를 처리 용기의 내부에 방사한다. 또한, 지파판은, 슬롯판의 복수의 슬롯에 플라즈마 여기용의 마이크로파를 전파시킨다.
그런데, 이러한 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 균일한 플라즈마 처리를 행하기 위해, 처리 용기의 내부에서 마이크로파에 의해 여기되는 플라즈마를 균일하게 분포시키는 것이 요구된다. 이러한 점에서, 냉각 재킷의 지파판과의 대향면에 형성된 홈에 스터브를 삽입하고, 스터브의 하단부에 마이크로파의 중앙(腹)의 위치를 고정하고, 슬롯판의 복수의 슬롯에 마이크로파의 마디(節)의 위치를 고정하여, 마이크로파를 슬롯판의 복수 슬롯으로부터 균일하게 방사하는 종래 기술이 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2011-103274호 공보
그러나, 전술한 종래 기술에서는, 반경이 상이한 동심원형으로 배치된 복수의 슬롯으로부터 방사되는 마이크로파의 분포를 원하는 분포로 조정하는 것까지는 고려되지 않았다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시양태에 있어서, 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯이 반경이 상이한 동심원형으로 배치되어 형성된 복수의 슬롯군을 갖는 슬롯판과, 상기 슬롯판 위에 설치되어, 상기 복수의 슬롯군에 상기 마이크로파를 전파시키는 유전체와, 상기 유전체 위에 설치된 도전체로서, 상기 유전체와 대향하는 하면에 있어서, 상기 복수의 슬롯군 중 적어도 하나의 슬롯군과, 그 적어도 하나의 슬롯군에 인접하는 다른 슬롯군 사이에 끼인 영역에 대응하는 영역에 홈이 형성된 도전체와, 상기 도전체의 상기 홈으로 이동 가능하게 삽입되는 스터브를 가지며, 상기 스터브의 삽입량에 따라서, 상기 유전체로부터 상기 적어도 하나의 슬롯군 및 상기 다른 슬롯군에 각각 전파되는 상기 마이크로파의 파워비를 변경하는 파워비 변경 기구를 구비한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치의 하나의 양태에 의하면, 반경이 상이한 동심원형으로 배치된 복수의 슬롯으로부터 방사되는 마이크로파의 분포를 원하는 분포로 조정할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 구비되는 슬롯판을, 도 1 중의 화살표 III의 방향에서 본 평면도이다.
도 3a는, 일실시형태에 따른 냉각 재킷 및 파워비 변경 유닛을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3b는, 도 3a의 A-A선에 있어서의 단면도이다.
도 3c는, 도 3a의 B-B선에 있어서의 단면도이다.
도 4는, 스터브의 삽입량과 마이크로파의 파워비의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 스터브의 삽입량과 마이크로파의 파워비의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례이다.
도 6a는, 스터브의 삽입량과, 마이크로파의 분기비와, 냉각 재킷의 홈의 폭의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6b는, 스터브의 삽입량과, 마이크로파의 분기비와, 냉각 재킷의 홈의 폭의 관계의 시뮬레이션 결과의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 변형예 1에 따른 지파판, 냉각 재킷 및 파워비 변경 유닛을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 8은, 변형예 2에 따른 지파판, 냉각 재킷 및 파워비 변경 유닛을 확대하여 나타내는 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본원이 개시하는 플라즈마 처리 장치의 실시형태에 관해 상세히 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하기로 한다.
도 1은, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 단면도이다. 또, 도 1에 있어서는, 지면 상하 방향을 장치의 상하 방향으로 한다.
도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(11)는, 처리 용기(12), 가스 공급부(13), 유지대(14), 마이크로파 발생기(15), 마이크로파 투과창(16), 슬롯판(18), 지파판(19), 냉각 재킷(43), 마이크로파 공급 수단(20) 및 제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 제어부는, 가스 공급부(13)에 있어서의 가스 유량, 처리 용기(12) 내의 압력 등, 피처리 기판(W)을 플라즈마 처리하기 위한 프로세스 조건을 제어한다. 또, 마이크로파 발생기(15)에 관해서는, 도 1 중의 일점쇄선으로 나타내고 있다.
처리 용기(12)는, 상부측이 개구되어 있고, 그 내부에서 피처리 기판(W)에 플라즈마 처리를 행한다. 처리 용기(12)는, 유지대(14)의 하방측에 위치하는 바닥부(21)와, 바닥부(21)의 외주부로부터 상방향으로 연장되는 측벽(22)을 포함한다. 측벽(22)은 원통형이다. 처리 용기(12)의 바닥부(21)의 직경 방향 중앙측에는, 배기용의 배기 구멍(23)이 형성되어 있다. 처리 용기(12)의 상부측은 개구되어 있고, 처리 용기(12)의 상부측에 배치되는 마이크로파 투과창(16), 및 마이크로파 투과창(16)과 처리 용기(12) 사이에 개재된 시일(seal) 부재로서의 O링(24)에 의해, 처리 용기(12)는 밀봉 가능하게 구성되어 있다. 또, 상기 가스 공급부(13)의 일부는, 측벽(22)에 매립되도록 설치되어 있고, 처리 용기(12)의 외부로부터 처리 용기(12) 내에 가스를 공급한다.
유지대(14)는, 처리 용기(12) 내에 배치되고, 그 위에 피처리 기판(W)을 유지한다.
마이크로파 발생기(15)는, 처리 용기(12)의 외부에 배치되고, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시킨다.
마이크로파 투과창(16)은, 처리 용기(12)의 개구를 덮도록 배치되어 처리 용기(12)를 밀봉함과 함께, 마이크로파를 처리 용기(12) 내에 투과시킨다. 마이크로파 투과창(16)의 하방측의 면(25)은 평평하다. 마이크로파 투과창(16)의 재질은 유전체이다. 마이크로파 투과창(16)의 구체적인 재질로는, 석영이나 알루미나 등을 들 수 있다.
슬롯판(18)은, 복수의 슬롯(17)이 설치되어 있고, 마이크로파 투과창(16)의 상방측에 배치되며, 마이크로파 투과창(16)을 통해 처리 용기(12)의 내부에 마이크로파를 방사한다. 슬롯판(18)은 원판형으로 형성된다. 슬롯판(18)의 판두께 방향의 양쪽면은 각각 평평하다. 슬롯판(18)에는, 판두께 방향으로 관통하는 복수의 슬롯(17)이 설치되어 있다.
도 2는, 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 구비되는 슬롯판을, 도 1 중의 화살표 III의 방향에서 본 평면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 슬롯판(18)은, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯판이다. 슬롯판(18)에는, 처리 용기(12)의 내부에 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯(17)이 형성된다. 각 슬롯(17)은, 2개의 긴 구멍이 한쌍이 되어, 대략 T자형이 되도록 배치되어 구성되어 있다. 또한, 복수의 슬롯(17)은, 직경 방향으로 미리 정해진 간격으로 배치되어 있고, 또한, 둘레 방향에 미리 정해진 간격으로 배치되어 있다.
바꿔 말하면, 슬롯판(18)은, 복수의 슬롯(17)이 반경이 상이한 동심원형으로 배치되어 형성된 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)을 갖는다. 내측 슬롯군(17-1)은, 서로 교차하는 방향으로 연장되는 슬롯(17)의 쌍이, 슬롯판(18)의 원주 방향으로 복수 배치되어 형성된다. 외측 슬롯군(17-2)은, 내측 슬롯군(17-1)보다 슬롯판(18)의 직경 방향의 외측에 있어서, 서로 교차하는 방향으로 연장되는 슬롯(17)의 쌍이 슬롯판(18)의 원주 방향을 따라서 복수 배치되어 형성된다. 외측 슬롯군(17-2)은, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따라서 내측 슬롯군(17-1)에 인접해 있다.
도 1을 다시 참조한다. 지파판(19)은 슬롯판(18) 위에 설치된다. 지파판(19)의 재질은 유전체이다. 유전체로는, 예컨대 석영이나 알루미나 등을 들 수 있다. 지파판(19)은, 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 마이크로파를 전파시킨다. 지파판(19)은 평판형이다. 지파판(19)의 중앙에는, 후술하는 동축 도파관(31)에 구비되는 내도체(32)를 배치시키기 위한 구멍이 형성되어 있다. 지파판(19)은 「유전체」의 일례이다.
냉각 재킷(43)은 지파판(19) 위에 설치된다. 냉각 재킷(43)은 도전성을 갖는다. 냉각 재킷(43)은, 지파판(19) 등을 냉각시킴과 함께, 마이크로파의 레이디얼 방향의 도파로가 된다. 냉각 재킷(43)의 상부 표면에는, 후술하는 동축 도파관(31)의 외도체(33)의 하단이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 후술하는 동축 도파관(31)의 내도체(32)의 하단은, 냉각 재킷(43) 및 지파판(19)의 중앙 부분에 형성된 구멍을 통하여, 슬롯판(18)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 냉각 재킷(43)에는 파워비 변경 유닛(44)이 설치된다. 파워비 변경 유닛(44)은, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경하는 유닛이다. 또, 냉각 재킷(43) 및 파워비 변경 유닛(44)의 상세에 관해서는 후술한다.
마이크로파 공급 수단(20)은, 마이크로파 발생기(15)에 의해 발생시킨 마이크로파를 처리 용기(12) 내에 공급한다. 마이크로파 공급 수단(20)은, 한쪽 단부(35)가 슬롯판(18)의 중심(28)에 접속되는 대략 둥근 막대형의 내도체(32), 및 내도체(32)와 직경 방향의 간극(34)을 두고 내도체(32)의 외경측에 설치되는 대략 원통형의 외도체(33)를 포함하는 동축 도파관(31)을 구비한다. 즉, 내도체(32)의 외주면(36)과 외도체(33)의 내주면(37)이 대향하도록 내도체(32)와 외도체(33)를 조합하여, 동축 도파관(31)이 구성되어 있다. 동축 도파관(31)은, 도 1 중의 지면 상하 방향으로 연장되도록 설치되어 있다. 내도체(32) 및 외도체(33)는 각각 별개의 부재로 제조된다. 그리고, 내도체(32)의 직경 방향의 중심과 외도체(33)의 직경 방향의 중심을 일치시키도록 하여 조합된다.
또한, 마이크로파 공급 수단(20)은, 마이크로파 발생기(15)에 한쪽 단부(38)가 접속되는 도파관(39)과, 마이크로파의 모드를 변환하는 모드 변환기(40)를 포함한다. 도파관(39)은, 가로 방향, 구체적으로는, 도 1 중의 지면 좌우 방향으로 연장되도록 설치되어 있다. 또, 도파관(39)으로는, 단면이 원형인 것이나 단면이 직사각형인 것이 사용된다.
마이크로파 발생기(15)에 있어서 발생시킨 마이크로파는, 도파관(39), 동축 도파관(31)을 통해 지파판(19)에 도입되고, 지파판(19) 내를 전파하여, 슬롯판(18)의 슬롯(17)으로부터 마이크로파 투과창(16)을 통해 처리 용기(12) 내에 전파된다. 마이크로파 발생기(15)에 있어서 발생시키는 마이크로파의 주파수로는, 예컨대 2.45 GHz가 선택된다.
예컨대, 마이크로파 발생기(15)에서 발생시킨 TE 모드의 마이크로파는, 도파관(39) 내를 도 1 중의 화살표 A1로 나타내는 지면 좌측 방향으로 전파하고, 모드 변환기(40)에 의해 TEM 모드로 변환된다. 그리고, TEM 모드로 변환된 마이크로파는, 동축 도파관(31) 내를 도 1 중의 화살표 A2로 나타내는 지면 하방향으로 전파한다. 구체적으로는, 간극(34)이 형성되는 내도체(32)와 외도체(33)의 사이, 및 내도체(32)와 냉각 재킷(43)의 내경측 단부의 사이에서 마이크로파는 전파한다. 동축 도파관(31)을 전파한 마이크로파는, 지파판(19) 내를 직경 방향으로 전파하여, 슬롯판(18)에 설치된 복수의 슬롯(17)으로부터 마이크로파 투과창(16)에 방사된다. 마이크로파 투과창(16)을 투과한 마이크로파는, 마이크로파 투과창(16)의 바로 아래에 전계를 발생시키고, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성시킨다.
또한 플라즈마 처리 장치(11)는, 측벽(22)의 개구측의 상측 단부의 상방측에 배치되어, 마이크로파 투과창(16)을 상방측으로부터 누르는 마이크로파 투과창 리테이너 링(41)과, 마이크로파 투과창 리테이너 링(41)의 상방측에 배치되어, 슬롯판(18) 등을 상방측으로부터 압박하는 안테나 리테이너(42)와, 안테나 리테이너(42)와 냉각 재킷(43)의 사이에 개재하도록 배치되어, 처리 용기(12) 내외에서 전자계를 차폐하는 전자 차폐 탄력체(45)와, 슬롯판(18)의 외주부를 고정하는 외주 고정 링(46)과, 슬롯판(18)의 중심을 고정하는 중심 고정판(47)을 구비한다.
또, 마이크로파 투과창(16)의 상방측의 면 중, 직경 방향의 중앙에는, 중심 고정판(47)을 수용하도록, 마이크로파 투과창(16)의 상방측의 면으로부터 판두께가 감소하듯이 움푹 패인 중심 고정판 수용 오목부(49)가 형성되어 있다.
다음으로, 도 1에 나타낸 냉각 재킷(43) 및 파워비 변경 유닛(44)의 상세에 관해 설명한다. 도 3a는, 일실시형태에 따른 냉각 재킷 및 파워비 변경 유닛을 확대하여 나타내는 단면도이다. 도 3b는, 도 3a의 A-A선에 있어서의 단면도이다. 도 3c는, 도 3a의 B-B선에 있어서의 단면도이다.
도 3a∼도 3b에 나타낸 바와 같이, 냉각 재킷(43)의 지파판(19)과 대향하는 하면에 있어서, 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2) 사이에 끼인 영역에 대응하는 영역에는, 홈(431)이 고리형으로 형성된다. 또한, 냉각 재킷(43)에는, 홈(431)에 연통되고, 파워비 변경 유닛(44)의 스터브(441)를 수용하기 위한 스터브 수용 공간(432)과, 스터브 수용 공간(432)에 연통되는 복수의 관통 구멍(433)이 형성된다. 냉각 재킷(43)은 「도전체」의 일례이다.
파워비 변경 유닛(44)은, 스터브(441)와, 스터브 지지 부재(442)를 갖는다. 스터브(441)는, 도전체에 의해 형성되고, 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 이동 가능하게 삽입된다. 스터브(441)는, 홈(431)에 대응하는 고리형으로 형성된 제1 본체부(441a)와, 제1 본체부(441a)보다 폭이 넓은 제2 본체부(441b)와, 제2 본체부(441b)로부터 연장되어, 복수의 관통 구멍(433)에 각각 삽입 관통되는 복수의 막대형상부(441c)를 갖는다. 제2 본체부(441b)는, 스터브(441)가 냉각 재킷(43)의 홈(431)을 이동하는 경우에, 스터브 수용 공간(432)의 일부의 평면과 결합됨으로써 스터브(441)의 이동 범위를 규제한다. 복수의 막대형상부(441c)의 외주면에는 나사산이 형성되어 있다.
스터브 지지 부재(442)는, 내면에 나사 홈이 형성된 고리형 부재이며, 스터브(441)의 막대형상부(441c)의 표면에 형성된 나사부에 나사 결합됨으로써 스터브(441)를 이동 가능하게 지지한다. 스터브 지지 부재(442)를 회전시킴으로써, 그 회전량에 따라서, 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 있어서, 제1 본체부(441a)를 포함하는 스터브(441) 전체를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 대한 스터브(441)의 삽입량이 조정된다.
파워비 변경 유닛(44)은, 스터브(441)의 삽입량에 따라서, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경한다. 구체적으로는, 파워비 변경 유닛(44)은, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과, 지파판(19)의 냉각 재킷(43)과 대향하는 상면과의 사이의 거리인 스터브 갭의 조정에 의해, 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경한다. 파워비 변경 유닛(44)은 「파워비 변경 기구」의 일례이다.
도 4는, 스터브의 삽입량과 마이크로파의 파워비의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 나타내는 예에서는, 지파판(19)의 내부를 전파하는 마이크로파로서, 진행파(W1)와 반사파(RW1)가 존재하는 것으로 한다. 진행파(W1)는, 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 진입하지 않고 지파판(19)의 내부를 전파하는 마이크로파이다. 반사파(RW1)는, 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 진입하고, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단에서 반사되는 마이크로파이다. 또한, 도 4에 나타내는 예에서는, 지파판(19)의 내부를 전파하는 마이크로파의 파장이 λ인 것으로 한다. 또한, 도 4에서는, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과, 지파판(19)의 냉각 재킷(43)과 대향하는 상면과의 사이의 거리인 스터브 갭(L)이 나타나 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 스터브 갭(L)이 λ/4인 경우, 진행파(W1)의 위상에 대하여, 반사파(RW1)의 위상은 λ/2, 즉 180°만큼 어긋난다. 그렇게 되면, 진행파(W1)와 반사파(RW1)는 상쇄된다. 그렇게 되면, 지파판(19)으로부터 외측 슬롯군(17-2)에 전파되는 마이크로파의 파워가 상대적으로 감소하는 한편, 지파판(19)으로부터 내측 슬롯군(17-1)에 전파되는 마이크로파의 파워가 상대적으로 증가한다.
이에 비해, 스터브 갭(L)이 λ/4로부터 변화하는 경우, 진행파(W1)의 위상과 반사파(RW1)의 위상의 어긋남은 180°로부터 멀어진다. 그렇게 되면, 진행파(W1)와 반사파(RW1)는 상쇄되지 않게 된다. 그렇게 되면, 지파판(19)으로부터 외측 슬롯군(17-2)에 전파되는 마이크로파의 파워가 상대적으로 증가하는 한편, 지파판(19)으로부터 내측 슬롯군(17-1)에 전파되는 마이크로파의 파워가 상대적으로 감소한다. 즉, 스터브(441)의 삽입량을 제어함으로써, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경할 수 있다.
도 5는, 스터브의 삽입량과 마이크로파의 파워비의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례이다. 도 5에 있어서, 횡축은, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과, 지파판(19)의 냉각 재킷(43)과 대향하는 상면과의 사이의 거리인 스터브 갭[mm]을 나타내고, 종축은, 마이크로파 투과창(16)의 하면의 각 영역에 있어서 측정된 마이크로파의 파워의 총합[W]을 나타낸다. 또, 도 5에 나타낸 시뮬레이션에서는, 마이크로파의 파워의 측정점으로서, 마이크로파 투과창(16)의 직경 방향을 따라서 중심측으로부터 영역(Area) 1∼6이 설정된 것으로 한다.
도 5의 시뮬레이션 결과에서 분명한 바와 같이, 스터브 갭을 변화시킴으로써, 마이크로파 투과창(16)의 하면의 각 영역으로부터 방사되는 마이크로파의 분포가 변화한다. 즉, 스터브(441)의 삽입량을 제어함으로써, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 6a는, 스터브의 삽입량과, 마이크로파의 분기비와, 냉각 재킷의 홈의 폭의 관계의 시뮬레이션 결과의 일례이다. 도 6a에 있어서, 횡축은, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과, 지파판(19)의 냉각 재킷(43)과 대향하는 상면과의 사이의 거리인 스터브 갭[mm]을 나타낸다. 또한, 도 6a에 있어서, 종축은, 지파판(19)에 도입되는 마이크로파의 총파워에 대한, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1)에 전파되는 마이크로파의 파워의 비인 분기비를 나타낸다.
또한, 도 6a에 있어서 「5 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 5 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「10 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 10 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「20 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 20 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「30 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 30 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「40 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 40 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「50 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 50 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「60 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 60 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「70 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 70 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 6a에 나타낸 시뮬레이션에 있어서의 지파판(19)의 재질은 석영이다.
도 6a의 시뮬레이션 결과에서 분명한 바와 같이, 홈(431)의 폭 W1이 60 mm 이하인 경우, 스터브 갭을 변화시킴으로써 분기비가 0∼1의 범위에서 변화한다. 여기서, 공간 중을 전파하는 마이크로파의 파장이 120 mm이기 때문에, 마이크로파의 파장의 1/2이 60 mm에 해당한다. 즉, 홈(431)의 폭 W1이 마이크로파의 파장의 1/2 이하인 경우, 스터브(441)의 삽입량을 제어함으로써, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이에 비해, 홈(431)의 폭 W1이 60 mm를 넘는 경우, 스터브 갭을 변화시켰다 하더라도 분기비가 1에 도달하지 않았다. 즉, 홈(431)의 폭 W1이 마이크로파의 파장의 1/2을 넘는 경우, 스터브(441)의 삽입량을 제어했다 하더라도, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비의 변경의 폭이 감축된다는 것을 알 수 있다.
도 6b는, 스터브의 삽입량과, 마이크로파의 분기비와, 냉각 재킷의 홈의 폭의 관계의 시뮬레이션 결과의 다른 예이다. 도 6b에 있어서, 횡축은, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과, 지파판(19)의 냉각 재킷(43)과 대향하는 상면과의 사이의 거리인 스터브 갭[mm]을 나타낸다. 또한, 도 6b에 있어서, 종축은, 지파판(19)에 도입되는 마이크로파의 총파워에 대한, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1)에 전파되는 마이크로파의 파워의 비인 분기비를 나타낸다.
또한, 도 6b에 있어서 「5 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 5 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「10 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 10 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「20 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 20 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「30 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 30 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「40 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 40 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「50 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 50 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「60 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 60 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 「70 mm」는, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1이 70 mm인 경우의 분기비의 추이를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 6b에 나타낸 시뮬레이션에 있어서의 지파판(19)의 재질은 알루미나이다.
도 6b의 시뮬레이션 결과에서 분명한 바와 같이, 홈(431)의 폭 W1이 60 mm 이하인 경우, 스터브 갭을 변화시킴으로써 분기비가 0∼1의 범위에서 변화한다. 여기서, 공간 중을 전파하는 마이크로파의 파장이 120 mm이기 때문에, 마이크로파의 파장의 1/2이 60 mm에 해당한다. 즉, 홈(431)의 폭 W1이 마이크로파의 파장의 1/2 이하인 경우, 스터브(441)의 삽입량을 제어함으로써, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이에 비해, 홈(431)의 폭 W1이 60 mm를 넘는 경우, 스터브 갭을 변화시켰다 하더라도 분기비가 1에 도달하지 않았다. 즉, 홈(431)의 폭 W1이 마이크로파의 파장의 1/2을 넘는 경우, 스터브(441)의 삽입량을 제어했다 하더라도, 지파판(19)으로부터 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비의 변경의 폭이 감축된다는 것을 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b의 시뮬레이션 결과에서, 슬롯판(18)의 직경 방향을 따르는 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 폭 W1은, 마이크로파의 파장의 1/2 이하인 것이 바람직하다.
이상, 일실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)에 의하면, 냉각 재킷(43)의 홈(431)으로 이동 가능하게 스터브(441)를 삽입하고, 스터브(441)의 삽입량에 따라서, 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경한다. 그 결과, 일실시형태에 의하면, 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2)으로부터 방사되는 마이크로파의 파워를 변경할 수 있기 때문에, 복수의 슬롯(17)으로부터 방사되는 마이크로파의 분포를 원하는 분포로 조정할 수 있다.
(변형예 1)
다음으로, 변형예 1에 관해 설명한다. 변형예 1에 따른 플라즈마 처리 장치는, 지파판(19)이 돌기부를 갖는 점을 제외하고, 상기 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(11)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 변형예 1에서는, 상기 일실시형태와 공통된 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 이용함과 함께, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 7은, 변형예 1에 따른 지파판, 냉각 재킷 및 파워비 변경 유닛을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 지파판(19)은 돌기부(19a)를 갖는다. 돌기부(19a)는, 지파판(19)의 냉각 재킷(43)과 대향하는 상면의, 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 대향하는 영역으로부터 돌출된다. 돌기부(19a)는, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과 대향하도록 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 삽입된다.
지파판(19)의 돌기부(19a)가 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 삽입되는 경우, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과, 지파판(19)의 냉각 재킷(43)과 대향하는 상단과의 사이의 거리인 스터브 갭이 단축된다. 이에 따라, 스터브(441)의 삽입량의 조정폭이 억제된다.
이상, 변형예 1의 플라즈마 처리 장치(11)에 의하면, 스터브(441)의 제1 본체부(441a)의 선단과 대향하도록 냉각 재킷(43)의 홈(431)에 돌기부(19a)를 삽입함으로써, 스터브(441)의 삽입량의 조정폭을 억제할 수 있다. 그 결과, 변형예 1에 의하면, 냉각 재킷(43)의 두께가 비교적 얇은 경우라 하더라도, 스터브(441)의 삽입량에 따라서, 복수의 슬롯(17)으로부터 방사되는 마이크로파의 분포를 원하는 분포로 조정할 수 있다.
(변형예 2)
다음으로, 변형예 2에 관해 설명한다. 변형예 2에 따른 플라즈마 처리 장치는, 냉각 재킷(43)의 홈(431)의 형상과, 지파판(19)의 돌기부(19a)의 형상을 제외하고, 상기 변형예 1에 따른 플라즈마 처리 장치(11)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 변형예 2에서는, 상기 변형예 1과 공통된 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 이용함과 함께, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 8은, 변형예 2에 따른 지파판, 냉각 재킷 및 파워비 변경 유닛을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 냉각 재킷(43)의 홈(431)은, 제1 홈부(431a)와 제2 홈부(431b)를 갖는다. 제1 홈부(431a)는, 냉각 재킷(43)의 지파판(19)과 대향하는 하면 중, 슬롯판(18)의 내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2) 사이에 끼인 영역에 대응하는 영역에 형성된다. 제2 홈부(431b)는, 제1 홈부(431a)에 연통되고, 제1 홈부(431a)보다 폭이 좁다. 스터브(441)의 제1 본체부(441a)는, 제2 홈부(431b)로 이동 가능하게 삽입된다.
지파판(19)의 돌기부(19a)는 제1 홈부(431a)에 삽입된다. 또한, 지파판(19)의 돌기부(19a)는 제2 홈부(431b)보다 폭이 넓다.
변형예 2의 플라즈마 처리 장치(11)에 의하면, 냉각 재킷(43)의 제2 홈부(431b)보다 폭이 넓은 돌기부(19a)를 지파판(19)에 설치함으로써, 마이크로파를 돌기부(19a)를 통해 슬롯판(18)의 외측 슬롯군(17-2)으로 효율적으로 유도할 수 있다.
또, 전술한 설명에서는, 슬롯판(18)이 2개의 슬롯군(내측 슬롯군(17-1) 및 외측 슬롯군(17-2))을 갖는 예를 나타냈지만, 슬롯판은 3개 이상의 슬롯군을 가져도 좋다. 이 경우, 냉각 재킷(43)의 지파판(19)과 대향하는 하면에 있어서, 슬롯판의 3개 이상의 슬롯군 중 적어도 하나의 슬롯군과, 그 적어도 하나의 슬롯군에 인접하는 다른 슬롯군 사이에 끼인 영역에 대응하는 영역에는, 홈이 고리형으로 형성된다. 그리고, 파워비 변경 유닛(44)은, 냉각 재킷(43)의 홈으로 이동 가능하게 삽입되는 스터브를 갖는다. 그리고, 파워비 변경 유닛(44)은, 스터브의 삽입량에 따라서, 슬롯판의 적어도 하나의 슬롯군 및 다른 슬롯군에 각각 전파되는 마이크로파의 파워비를 변경한다.
11 : 플라즈마 처리 장치 12 : 처리 용기
13 : 가스 공급부 14 : 유지대
15 : 마이크로파 발생기 16 : 마이크로파 투과창
17 : 슬롯 17-1 : 내측 슬롯군
17-2 : 외측 슬롯군 18 : 슬롯판
19 : 지파판 19a : 돌기부
20 : 마이크로파 공급 수단 43 : 냉각 재킷
44 : 파워비 변경 유닛 431 : 홈
431a : 제1 홈부 431b : 제2 홈부
432 : 스터브 수용 공간 433 : 관통 구멍
441 : 스터브 441a : 제1 본체부
441b : 제2 본체부 441c : 막대형상부
442 : 스터브 지지 부재

Claims (4)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기;
    상기 처리 용기의 내부에 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사하는 복수의 슬롯이, 반경이 상이한 동심원형으로 배치되어 형성된 복수의 슬롯군을 갖는 슬롯판;
    상기 슬롯판 위에 설치되어, 상기 복수의 슬롯군에 상기 마이크로파를 전파시키는 유전체;
    상기 유전체 위에 설치된 도전체로서, 상기 유전체와 대향하는 하면에 있어서, 상기 복수의 슬롯군 중 적어도 하나의 슬롯군과, 상기 적어도 하나의 슬롯군에 인접하는 다른 슬롯군 사이에 끼인 영역에 대응하는 영역에 홈이 형성된 도전체; 및
    상기 도전체의 상기 홈으로 이동 가능하게 삽입되는 스터브를 가지며, 상기 스터브의 삽입량에 따라서, 상기 유전체로부터 상기 적어도 하나의 슬롯군 및 상기 다른 슬롯군에 각각 전파되는 상기 마이크로파의 파워비를 변경하는 파워비 변경 기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬롯판의 직경 방향을 따르는 상기 홈의 폭은, 상기 마이크로파의 파장의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체는, 상기 도전체와 대향하는 상면의, 상기 도전체의 상기 홈에 대향하는 영역으로부터 돌출되어, 상기 스터브의 선단과 대향하도록 상기 도전체의 상기 홈에 삽입되는 돌기부를 갖는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도전체의 상기 홈은, 상기 도전체의 상기 유전체와 대향하는 하면의 상기 영역에 형성된 제1 홈부와, 상기 제1 홈부에 연통(連通)되고, 상기 제1 홈부보다 폭이 좁은 제2 홈부를 가지며,
    상기 스터브는, 상기 제2 홈부로 이동 가능하게 삽입되고,
    상기 돌기부는, 상기 제1 홈부에 삽입되고 상기 제2 홈부보다 폭이 넓은 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
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