KR102580452B1 - 안테나 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

유전체창 및 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판을 구비한 안테나에 있어서, 슬롯판에 있어서의 각 슬롯(S)의 폭방향의 중앙 위치이며 또한 길이 방향의 중앙 위치를 기준 위치(g)로 하는 경우, 각 슬롯(S)의 기준 위치(g)는, 무게 중심(G0)을 중심으로 하는 가상원 상에 위치하고 있으며, 각 슬롯(S)의 기준 위치(g)와, 이들 슬롯이 속하는 가상점(G1)을 연결하는 선분은, 가상점(G1)으로부터 방사 형상으로 위치하고, 인접하는 이들 선분 사이의 각도는 동일하며, 또한, 기준 위치(g)에 있어서의 각 슬롯(S)의 길이 방향과, 이 슬롯(S)이 속하는 상기 선분이 이루는 각도(β1~β4)는 동일하다.

Description

안테나 및 플라즈마 처리 장치{ANTENNA AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 양태는, 안테나 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래의 플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있다. 이들 플라즈마 처리 장치는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 에칭 장치이다. 안테나는, 슬롯판과 유전체창을 구비하고 있으며, 안테나에 마이크로파를 조사하면, 유전체창으로부터 마이크로파가 처리 용기 내에 방사된다. 이 마이크로파의 에너지를 받은 가스가 플라즈마화되어, 플라즈마가 발생한다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2015-130325호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2014-075234호
그러나, 종래의 안테나를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 경우, 플라즈마의 부하 변동 등에 의하여, 안테나로부터 방사되는 마이크로파의 방사 강도나 위치가 불안정하게 되는 경우가 있다. 본 발명은, 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플라즈마의 안정성을 향상시키는 것이 가능한 안테나 및 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명자들이 예의 검토를 행한바, 플라즈마의 안정성은, 마이크로파가 형성하는 정재파의 위치나, 슬롯판의 표면 전류에 의존하며, 슬롯판에 있어서의 슬롯의 위치 및 방향이 소정 조건을 충족시킴으로써, 그 안정성을 크게 높일 수 있는 것을 발견했다.
제1 양태에 관한 안테나는, 유전체창 및 상기 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판을 구비한 안테나로서, 상기 슬롯판 상에, 상기 슬롯판의 중앙을 둘러싸는 가상원 상에 복수의 가상점을 설정하고, 각 가상점의 주위를 둘러싸는 가상 환형선을 설정하여, 각 가상 환형선을 따라 4개 이상의 슬롯이 배치되어 이루어지는 집합을 슬롯군으로 하는 경우, 각각의 슬롯군에 있어서, 각 슬롯의 폭방향의 중앙 위치이며 또한 길이 방향의 중앙 위치를 기준 위치로 하는 경우, 각 슬롯의 상기 기준 위치는, 상기 가상 환형선 상에 위치하고 있으며, 각 슬롯의 상기 기준 위치와, 이들 슬롯이 속하는 상기 가상점을 연결하는 선분은, 상기 가상점으로부터 방사 형상으로 위치하고, 인접하는 이들 선분 사이의 각도는 동일하며, 또한, 상기 기준 위치에 있어서의 각 슬롯의 길이 방향과, 이 슬롯이 속하는 상기 선분이 이루는 각도는 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 안테나에 의하면, 4개 이상의 슬롯이 상기와 같이 등방적으로 배치되어 있고, 이와 같은 슬롯 배치에 있어서는, 슬롯으로부터의 방사 전계가 매우 안정적이다. 따라서, 플라즈마의 부하가 변동해도, 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있다.
특히, 동축의 도파로를 통하여 슬롯판의 중앙부에 도입된 마이크로파는, 중앙부로부터 방사 형상으로 둘레 가장자리부로 전파하는데, 각 슬롯의 위치에 있어서 정재파가 발생하고, 에너지가 집중하여, 플라즈마가 발생하기 쉬워진다. 특정의 가상점을 둘러싸는 4개 이상의 슬롯군의 기준 위치는, 이 가상점에 대하여, 회전 대칭성을 갖고 있으며, 각 슬롯의 주위에 있어서 진폭 기준 위치가 율칙(律則)되는 방사 전계의 정재파가, 서로 안정적으로 중첩되게 되어, 방사 전계가 강고하게 안정된다. 이와 같은 안정된 방사 전계가, 슬롯판의 중앙을 둘러싸도록 원 형상으로 배치된 가상점 상에 위치하고 있으므로, 슬롯판의 면내에 있어서는, 각각의 슬롯군의 주위에 있어서, 플라즈마가 안정적으로 발생하게 된다.
제2 양태에 관한 안테나에 있어서는, 상기 슬롯의 형상은, 길이 방향의 배향이 변화하지 않도록, 직선 형상으로 뻗은 형상인 것을 특징으로 한다.
슬롯의 형상으로서는, 다양한 것이 생각되는데, 길이 방향의 배향이 변화하지 않는 형상이면, 슬롯의 형성이 용이함과 아울러, 방사 전계의 진폭 방향의 제어가 용이하다는 이점이 있다.
제3 양태에 관한 안테나에 있어서는, 상기 슬롯의 형상은, 장방형 또는 긴 구멍 형상인 것을 특징으로 한다. 길이 방향의 배향이 변화하지 않는 대표적인 형상은 장방형이지만, 장방형의 모서리부는, 공간적인 형상으로서, 고주파 성분을 가지므로, 모서리부를 둥글게 한 긴 구멍 형상으로 해도 된다. 이 경우에는, 고주파 성분에 기인한 노이즈적인 방사 전계의 발생을 억제할 수 있다.
제4 양태에 관한 안테나에 있어서는, 상기 슬롯의 형상은, 원호 형상인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 형상은, 발생하는 전계의 제어가 용이하다.
상술한 것 중 어느 하나의 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치는, 안테나와, 상기 안테나가 장착된 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 마련되어, 상기 유전체창에 대향하고, 처리되는 기판이 올려지는 받침대와, 상기 안테나에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기를 구비하고 있다.
이 플라즈마 처리 장치는, 상술한 안테나와 마찬가지로, 안정성이 높은 플라즈마를 발생할 수 있기 때문에, 처리 대상인 기판에 대하여, 안정적인 처리를 행할 수 있다.
본 발명의 안테나 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 플라즈마의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 개략도이다.
도 2a는 슬롯판의 평면도, 도 2b는 B-B 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 슬롯판 상의 패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 1개의 슬롯군의 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 1개의 슬롯군의 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 비교예 1, 도 6b는 비교예 2, 도 6c는 실시예 1의 슬롯군의 패턴을 나타내는 도면이다.
도 7은 각종 조건의 경우의 전계 분포를 나타내는 도면이다.
도 8a는 실시예 1에 있어서의 각종 조건의 경우의 전계 분포를 나타내는 도면이며, 도 8b는 비교예 1에 있어서의 각종 조건의 경우의 전계 분포를 나타내는 도면이다.
도 9a는 일례에 관한 유전체창의 사시도이며, 도 9b는 유전체창의 종단면도이다.
도 10a는 다른 일례에 관한 유전체창의 사시도이며, 도 10b는 유전체창의 종단면도이다.
도 11은 제2 오목부와 슬롯의 관계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 12는 전계 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13a, 도 13b, 도 13c, 도 13d, 도 13e, 도 13f, 도 13g, 도 13h, 도 13i, 도 13j, 도 13k는, 각각, 1개의 슬롯군의 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d, 도 14e는, 각각, 1개의 슬롯의 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 15는 슬롯판의 패턴을 포함하는 간이적 모델의 사시도이다.
이하, 실시형태에 관한, 유전체창, 안테나, 및 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 동일 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 개략도이다. 상하 방향을 Z축 방향으로 하고, Z축에 수직인 방향을 X축 방향으로 하며, X축 및 Z축의 쌍방에 수직인 방향을 Y축 방향으로 한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 원통 형상의 처리 용기(2)를 구비한다. 처리 용기(2)의 천장부는 유전체로 이루어지는 유전체창(16)(천장판)으로 가려진다. 처리 용기(2)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 전기적으로 접지된다. 처리 용기(2)의 내벽면은, 알루미나 등의 절연성의 보호막으로 피복되어 있다.
처리 용기(2)의 바닥부의 중앙에는, 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 함)(W)를 재치하기 위한 받침대(3)가 마련된다. 받침대(3)의 상면에 웨이퍼(W)가 유지된다. 받침대(3)는, 예를 들면 알루미나나 질화 알루미나 등의 세라믹재로 이루어진다. 받침대(3)의 내부에는, 전원에 접속된 히터(도시하지 않음)가 매립되어, 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열할 수 있도록 되어 있다.
받침대(3)의 상면에는, 받침대(3)에 재치되는 웨이퍼(W)를 정전 흡착하는 정전 척(CK)이 마련된다. 정전 척(CK)에는, 정합기를 통하여 바이어스용 직류 혹은 고주파 전력(RF 파워)을 인가하는 바이어스용 전원이 접속된다.
처리 용기(2)의 바닥부에는, 받침대(3)에 재치되는 웨이퍼(W)의 표면보다 하방의 배기구로부터 처리 가스를 배기하는 배기관이 마련되고, 배기관에는 진공 펌프 등의 배기 장치(10)가 접속된다. 배기 장치(10)에 의하여, 처리 용기(2) 내의 압력이 소정의 압력으로 조절된다.
처리 용기(2)의 천장부에는 기밀성을 확보하기 위한 O링 등의 시일을 통하여 유전체창(16)이 마련된다. 유전체창(16)은, 예를 들면 석영, 알루미나(Al2O3), 혹은 질화 알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어지고, 마이크로파에 대하여 투과성을 갖는다.
유전체창(16)의 상면에는, 원판 형상의 슬롯판(20)이 마련된다. 슬롯판(20)은, 도전성을 갖는 재질, 예를 들면 Ag, Au 등으로 도금이나 코팅된 구리로 이루어진다. 슬롯판(20)에는, 그 중앙을 둘러싸도록, 복수의 슬롯군이 원 형상으로 배열되어 있다. 슬롯군의 수가 많은 경우에는, 슬롯군을 동심원 형상으로 배치하는 것도 가능하다.
슬롯판(20)의 상면에는, 마이크로파의 파장을 압축하기 위한 유전체판(지파판(遲波板))(25)이 배치된다. 유전체판(25)은, 예를 들면 석영(SiO2), 알루미나(Al2O3), 혹은 질화 알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어진다. 유전체판(25)은 도전성의 커버(26)로 덮인다. 커버(26)에는 원환형의 열매(熱媒) 유로가 마련되고, 이 열매 유로를 흐르는 열매에 의하여 커버(26) 및 유전체판(25)이 소정 온도로 조절된다. 2.45GHz의 파장의 마이크로파를 예로 들면, 진공 중의 파장은 약 12cm이며, 알루미나제의 유전체창(16) 중에서의 파장은 약 3~4cm가 된다.
커버(26)의 중앙에는, 마이크로파를 전파하는 동축 도파관(도시하지 않음)이 접속되어 있으며, 동축 도파관은, 내측 도체와 외측 도체로 구성된다. 내측 도체는, 유전체판(25)의 중앙을 관통하여 슬롯판(20)의 중앙에 접속된다. 이 동축 도파관에는, 모드 변환기 및 직사각형 도파관을 통하여 마이크로파 발생기(35)가 접속된다. 마이크로파는, 2.45GHz 외에, 860MHz, 915MHz나 8.35GHz 등의 마이크로파를 이용할 수 있다.
마이크로파 발생기(35)가 발생시킨 마이크로파(MW)는, 마이크로파 도입로로서의, 직사각형 도파관, 모드 변환기, 동축 도파관을 통하여, 유전체판(25)에 전파된다. 유전체판(25)에 전파된 마이크로파(MW)는 슬롯판(20)의 다수의 슬롯으로부터 유전체창(16)을 통하여 처리 용기(2) 내에 공급된다. 마이크로파에 의하여 유전체창(16)의 하방에 전계가 형성되어, 처리 용기(2) 내의 처리 가스가 플라즈마화된다. 즉, 마이크로파 발생기(35)로부터 안테나에 마이크로파(MW)를 공급하면, 플라즈마가 발생한다.
슬롯판(20)에 접속되는 상기 내측 도체의 하단은 원뿔대 형상으로 형성되어 있으며, 동축 도파관으로부터 유전체판(25) 및 슬롯판(20)에 마이크로파가 효율적으로 손실 없이 전파된다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나에 의하여 생성된 마이크로파 플라즈마의 특징은, 유전체창(16) 바로 아래의 영역 PSM(플라즈마 여기 영역)에서 생성된 비교적 전자 온도가 높은 에너지의 플라즈마가, 큰 화살표로 나타내는 바와 같이 하방으로 확산되어, 웨이퍼(W) 바로 위의 영역(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) 바로 아래의 영역에서의 수eV~약 10eV의 전자 온도가, 웨이퍼(W) 바로 위의 영역에서는 약 1~2eV 정도로 감쇠된다. 웨이퍼(W)의 처리는 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(확산 플라즈마 영역)에서 행해지기 때문에, 웨이퍼(W)에 리세스 등의 큰 대미지를 주지 않는다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 영역(플라즈마 여기 영역)으로 처리 가스가 공급되면, 처리 가스는 용이하게 여기되어, 해리된다. 한편, 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(플라즈마 확산 영역)으로 처리 가스가 공급되면, 플라즈마 여기 영역 근방으로 공급된 경우에 비하여, 해리의 정도는 억제된다.
처리 용기(2)의 천장부의 유전체창(16) 중앙에는, 웨이퍼(W)의 중심부에 처리 가스를 도입하는 중앙 도입부(55)(도 10b 참조)가 마련되고, 이 중앙 도입부는 처리 가스의 공급로에 접속된다. 처리 가스의 공급로는 상술한 동축 도파관의 내측 도체 내의 공급로이다.
이 중앙 도입부는, 유전체창(16)의 중앙에 마련된 원통 형상의 공간부(143)(도 10b 참조)에 끼워 넣어지는 원기둥 형상의 블록(도시하지 않음)과, 선단부에 가스 분출용 개구를 갖는 원기둥 형상 공간이 연속된 테이퍼 형상의 공간부(143a)(도 10b 참조)를 구비하고 있다. 이 블록은, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지고, 전기적으로 접지되어 있다. 알루미늄제의 블록은, 양극(陽極) 산화 피막 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3) 등으로 코팅할 수 있다. 블록에는 상하 방향으로 관통하는 복수의 중앙 도입구(58)가 형성되어 있으며, 블록의 상면과 동축 도파관의 내측 도체의 하면과의 사이에는 간극(가스 저류부)이 있다. 이 중앙 도입구(58)의 평면 형상은, 필요한 컨덕턴스 등을 고려하여 진원(眞圓) 또는 긴 구멍으로 형성된다.
또한, 공간부(143a)의 형상은, 테이퍼 형상에 한정되는 것은 아니며, 단순한 원기둥 형상이어도 된다.
상술한 블록 상의 가스 저류부에 공급된 처리 가스는, 가스 저류부 내에 확산된 후, 블록에 마련된 복수의 중앙 도입구로부터 하방으로 또한 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 분사된다.
처리 용기(2)의 내부에는, 웨이퍼(W)의 상방의 주변을 둘러싸도록, 웨이퍼(W)의 주변부에 처리 가스를 공급하는 링 형상의 주변 도입부를 배치할 수도 있다. 주변 도입부는, 천장부에 배치되는 중앙 도입구(58)보다 하방이며, 또한 받침대(3)에 재치된 웨이퍼(W)보다 상방에 배치된다. 주변 도입부는 중공의 파이프를 환 형상으로 배치한 것이며, 처리 용기(2)의 안쪽 둘레 측에는, 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 복수의 주변 도입구(62)가 형성된다. 주변 도입구(62)는, 환 형상의 주변 도입부의 중심을 향하여 처리 가스를 분사한다. 주변 도입부는, 예를 들면 석영으로 이루어진다. 처리 용기(2)의 측면에는, 스테인리스제의 공급로가 관통되어 있으며, 이 공급로는 주변 도입부의 주변 도입구(62)에 접속된다. 공급로로부터 주변 도입부에 공급된 처리 가스는, 그 복수의 주변 도입구(62)로부터 주변 도입부의 내측을 향하여 분사된다. 복수의 주변 도입구(62)로부터 분사된 처리 가스는 웨이퍼(W)의 주변 상부에 공급된다. 또한, 링 형상의 주변 도입부를 마련하는 대신에, 처리 용기(2)의 내측면에 복수의 주변 도입구(62)를 형성해도 된다.
상술한 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)에는, 가스 공급원(100)으로부터 처리 가스가 공급된다. 가스 공급원(100)은, 공통 가스원 및 첨가 가스원으로 구성되며, 플라즈마 에칭 처리나 플라즈마 CVD 처리 등의 각종 처리에 따른 처리 가스를 공급한다. 복수의 가스원으로부터의 가스의 유량을, 각각의 공급로에 마련된 유량 제어 밸브로 제어하여 혼합하면, 목적의 처리 가스를 제조할 수 있다. 이들 유량 제어 밸브는, 제어 장치(CONT)에 의하여 제어할 수 있다. 또한, 제어 장치(CONT)는, 컴퓨터이며, 마이크로파 발생기(35)의 기동이나 웨이퍼(W)의 가열, 배기 장치(10)에 의한 배기 처리 등도 제어할 수 있다.
공통 가스원 및 첨가 가스원으로부터의 처리 가스는, 목적에 따른 적당한 비율로 혼합되어, 각각의 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)에 공급된다.
예를 들면, 공통 가스원으로 이용되는 가스로서는, 희가스(Ar 등)를 이용할 수 있는데, 그 외의 첨가 가스를 이용할 수도 있다. 또, 폴리실리콘 등의 실리콘계의 막을 에칭할 때는, 첨가 가스로서, Ar 가스, HBr 가스(또는 Cl2 가스), O2 가스를 공급하고, SiO2 등의 산화막을 에칭할 때는, 첨가 가스로서, Ar 가스, CHF계 가스, CF계 가스, O2 가스를 공급하며, SiN 등의 질화막을 에칭할 때는, 첨가 가스로서 Ar 가스, CF계 가스, CHF계 가스, O2 가스를 공급한다.
또한, 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 있는데, 에칭에 적합한 해리종(解離種)이 얻어진다는 관점에서, C5F8이 바람직하다.
중앙 도입구(58)에는 중앙 도입 가스(Gc)가 공급되고, 주변 도입구(62)에는 주변 도입 가스(Gp)가 공급된다. 웨이퍼(W)의 중심 부분에 공급되는 중앙 도입 가스(Gc)와, 주변 부분에 공급되는 주변 도입 가스(Gp)의 가스종별로 분압이나 가스종 자체를 변화시킬 수도 있으며, 플라즈마 처리의 특성을 다양하게 변화시킬 수도 있다. 공통 가스원과 첨가 가스원으로서 동일한 종류의 가스를 공급할 수도 있고, 공통 가스원과 첨가 가스원으로서 다른 종류의 가스를 공급할 수도 있다.
에칭 가스의 해리를 억제하기 위해서는, 공통 가스원으로부터 플라즈마 여기용 가스를 공급하고, 첨가 가스원으로부터 에칭 가스를 공급해도 된다. 예를 들면, 실리콘계의 막을 에칭할 때는, 공통 가스원으로부터 플라즈마 여기용 가스로서 Ar 가스만을 공급하고, 첨가 가스원으로부터 에칭 가스로서 HBr 가스, O2 가스만을 공급하거나 한다. 공통 가스원은 또한, O2, SF6 등의 클리닝 가스, 그 외의 공통 가스를 공급할 수도 있다. 또, 상기 가스에는, 이른바 부성(負性) 가스를 포함하고 있어도 된다. 부성 가스란, 전자 에너지가 10eV 이하에서 전자 부착 단면적을 갖는 가스를 말한다. 예를 들면, HBr이나 SF6 등을 들 수 있다.
또한, 균일한 플라즈마의 생성, 면내 균일한 웨이퍼(W)의 처리를 목적으로 하여, 플로 스플리터에 의하여 공통 가스의 분기 비율을 조절하고, 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)로부터의 가스 도입량을 조절하는 기술을 RDC(Radical Distribution Control)라고 부른다. RDC는, 중앙 도입구(58)로부터의 가스 도입량과, 주변 도입구(62)로부터의 가스 도입량의 비에 의하여 나타내어진다. 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)로부터 챔버 내부에 공급되는 가스종이 공통인 경우가, 일반적인 RDC이다. 최적의 RDC값은, 에칭 대상의 막종이나 다양한 조건에 따라 실험적으로 결정되며, 균일한 에칭 레이트를 달성할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태에 관한 안테나는, 유전체창(16) 및 유전체창(16)의 한쪽 면(처리 용기와는 반대 측의 면)에 마련된 슬롯판(20)을 구비하고 있다. 또한, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치에 있어서, 슬롯판(20)을 제외한 구성은, 일반적인 것이며, 다양한 양태가 가능하다. 다음으로, 안테나를 구성하는 슬롯판(20)에 대하여 설명한다.
도 2a는 슬롯판의 평면도(XY 평면), 도 2b는, B-B 화살표 방향에서 본 단면도(XZ 단면)이다.
슬롯판(20)은, 원형의 도전체로 이루어지고, 그 중심에는, 상기 처리 가스 공급용 파이프를 통과시키기 위한 관통 구멍(137)이 마련되어 있다. 또, 관통 구멍(137)의 주위에는, 원 형상으로 슬롯군(SG1~SG6)이 배치되어 있고, 슬롯군(SG1~SG6)은, 관통 구멍(137)을 중심으로 하여, 회전 대칭성을 갖고 있다. Z축 둘레의 회전각 의존이 적은 플라즈마를 발생시키기 위함이다. 또한, 각 슬롯군(SG1~SG6)의 패턴은, 위치에 따라 회전각이 다르지만, 동일하다.
또한, 슬롯판(20)의 둘레 가장자리부의 영역에는, 슬롯판(20)의 둘레 방향의 위치 결정을 용이하게 하기 위하여, 판두께 방향으로 관통하도록 하여 기준 구멍(139)이 마련되어 있다. 즉, 이 기준 구멍(139)의 위치를 기준으로 하여, 처리 용기(2)나 유전체창(16)에 대한 슬롯판(20)의 둘레 방향의 위치 결정을 행한다. 슬롯판(20)은, 전체적으로는, 기준 구멍(139)을 제외하고, 관통 구멍(137)의 무게 중심 위치를 중심으로 한 회전 대칭성을 갖는다. 동 도면에 있어서는, 1개의 슬롯군은, 4개의 슬롯(관통 구멍)을 구비하고 있는데, 슬롯 수는 4개 이상이어도 된다. 또, 1개의 슬롯군에 있어서의 슬롯 수는, 8개 이하가 바람직하다.
도 3은 슬롯판 상의 패턴을 설명하기 위한 평면도(XY 평면)이다.
1개의 슬롯군을 정의함에 있어서, 먼저, 슬롯판(20) 상에, 슬롯판(20)의 중앙(도 2에 나타낸 관통 구멍(137)의 무게 중심(G0))을 둘러싸는 가상원(제1 가상원(C1)) 상에, 복수의 가상점(G1~G6)을 설정한다. 각 가상점(G1~G6)의 주위를 둘러싸는 가상 환형선(제2 가상원(C2))을 설정하고, 각 가상 환형선을 따라 4개 이상의 슬롯(S)(도 4 참조)이 배치되어 이루어지는 집합을, 각각 슬롯군(SG1~SG6)으로 한다.
가상점(G1~G6)은, 무게 중심(G0)의 주위에 등간격으로 배치되어 있다. 즉, 무게 중심(G0)과 가상점(G6)을 연결하는 선분과, 무게 중심(G0)과 가상점(G1)을 연결하는 선분은, 각도 α1(예각)을 이룬다. 마찬가지로, 무게 중심(G0)과 가상점(G1)을 연결하는 선분과, 무게 중심(G0)과 가상점(G2)을 연결하는 선분은, 각도 α2(예각)를 이룬다. 무게 중심(G0)과 가상점(G2)을 연결하는 선분과, 무게 중심(G0)과 가상점(G3)을 연결하는 선분은, 각도 α3(예각)을 이룬다. 무게 중심(G0)과 가상점(G3)을 연결하는 선분과, 무게 중심(G0)과 가상점(G4)을 연결하는 선분은, 각도 α4(예각)를 이룬다. 무게 중심(G0)과 가상점(G4)을 연결하는 선분과, 무게 중심(G0)과 가상점(G5)을 연결하는 선분은, 각도 α5(예각)를 이룬다. 무게 중심(G0)과 가상점(G5)을 연결하는 선분과, 무게 중심(G0)과 가상점(G6)을 연결하는 선분은, 각도 α6(예각)을 이룬다. 여기에서, α1=α2=α3=α4=α5=α6이며, α1+α2+α3+α4+α5+α6=360°이다. 슬롯군의 패턴은, 무게 중심(G0)에 대하여, 회전 대칭성을 갖고 있지만, 각각의 슬롯군의 형상은 동일하다. 따라서, 대표적으로 1개의 슬롯군에 대해서만 설명한다.
또한, 슬롯군의 수를 X로 하고, 제1 가상원(C1)의 반경을 r로 하며, 원주율을 π, 마이크로파의 파장을 λ로 한 경우, 2πr/X=λ×정수가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 둘레 방향에 있어서의 정재파의 연속성을 갖게 하기 위함이다.
도 4는 1개의 슬롯군의 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
동 도면으로 대표되는 바와 같이, 상술한 슬롯 패턴은, 각각의 슬롯군에 있어서, 각 슬롯(S)의 폭방향의 중앙 위치이며 또한 길이 방향의 중앙 위치를 기준 위치(g)(슬롯의 무게 중심)로 하는 경우, 각 슬롯(S)의 기준 위치(g)는, 가상 환형선(제2 가상원(C2)) 상에 위치하고 있고, 각 슬롯(S)의 기준 위치(g)와, 이들 슬롯(S)이 속하는 가상점(G1)을 연결하는 선분은, 가상점(G1)으로부터 방사 형상으로 위치하며, 인접하는 이들 선분 사이의 각도(β1, β2, β3, β4)는 동일하지만, 5% 정도의 오차를 포함해도 된다. 또, 기준 위치(g)에 있어서의 각 슬롯(S)의 길이 방향과, 이 슬롯(S)이 속하는 상기 선분이 이루는 각도는 동일하지만, 5% 정도의 오차를 포함해도 된다. 당해 각도(90° 이하)를, 도 13g에 나타내는 바와 같이, θ1, θ2, θ3, θ4로 하면, 도 4에 있어서는, θ1=θ2=θ3=θ4=90°이지만, 5% 정도의 오차를 포함해도 된다. 또한, 45°＜θ1, 45°＜θ2, 45°＜θ3, 45°＜θ4이다. 또, 각 슬롯군을 상하 또는 좌우 반전시킨 패턴도, 동일한 작용을 나타낸다.
도 5는 1개의 슬롯군의 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
이 안테나에 의하면, 4개 이상의 슬롯(S)이 등방적으로 배치되어 있고, 이와 같은 슬롯 배치에 있어서는, 슬롯(S)으로부터의 방사 전계가 매우 안정적이다. 슬롯(S)의 길이 방향의 치수(L), 폭방향의 치수(W)는, L＞W를 충족시키고 있다. 슬롯(S)의 폭방향을 따른 전계(E)는, 제2 가상원(C2)의 중앙부에 있어서, 안정적으로 중첩되어, 이동하기 어려운 고전계 영역(P)이 형성된다. 플라즈마는, 고전계 영역(P)에 대응하여 발생하기 때문에, 플라즈마의 부하가 변동해도, 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있다.
특히, 동축의 도파로를 통하여 슬롯판의 중앙부에 도입된 마이크로파는, 중앙부로부터 방사 형상으로 둘레 가장자리부로 전파하는데, 각 슬롯(S)의 위치에 있어서 정재파가 발생하고, 에너지가 집중하여, 플라즈마가 발생하기 쉬워진다. 특정의 가상점(G1)을 둘러싸는 4개 이상의 슬롯군의 기준 위치(g)는, 이 가상점(G1)에 대하여, 회전 대칭성을 갖고 있으며, 각 슬롯(S)의 주위에 있어서 진폭 기준 위치가 율칙되는 방사 전계의 정재파가, 서로 안정적으로 중첩되게 되어, 방사 전계가 강고하게 안정된다. 이와 같은 안정된 방사 전계가, 슬롯판의 중앙을 둘러싸도록 원 형상으로 배치된 가상점(도 3에 나타내는 가상점(G0)) 상에 위치하고 있으므로, 슬롯판(20)의 면내에 있어서는, 각각의 슬롯군의 주위에 있어서, 플라즈마가 안정적으로 발생하게 된다.
또한, 동 도면에서는, 알기 쉽게 하기 위하여, 슬릿을 무게 중심(G1)으로부터 약간 이간하여 표시하고 있지만, 제2 가상원(C2)의 반경은, L/20.5인 것이 바람직하다. 이로써, 인접하는 슬롯끼리의 간격이 중첩되는 일 없이 슬롯이 형성되어, 안정된 방사 전계가 생성되는 것이라고 생각된다.
다음으로, 효과를 검증하기 위하여, 비교예와 실시예의 대비를 행했다.
도 6a는 비교예 1, 도 6b는 비교예 2, 도 6c는 실시예 1의 슬롯군의 패턴을 나타내는 도면이다.
도 6a는 비교예 1의 패턴이며, 도 5에 나타낸 실시예 1의 패턴(도 6c)의 상부의 2개의 슬롯만을 구비하는 것이다. 도 6b는 비교예 2의 패턴이며, 도 5에 나타낸 실시예 1의 패턴(도 6c)의 하부의 2개의 슬롯을 상하 반전시킨 패턴이다.
도 6의 패턴에 있어서의 전계 분포를 조사하기 위하여, 도 15에 나타내는 바와 같은 간이적인 모델을 제작했다. 상술한 플라즈마 처리 장치는, 유전체창 상에, 금속제의 슬롯판을 배치하고, 슬롯판 상에 유전체판(지파판)을 배치하고 있다. 따라서, 간이적인 모델에 있어서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 유전체창으로서 두께 15mm의 Al2O3(알루미나)의 판을 준비하고, 지파판으로서 두께 7mm의 Al2O3(알루미나)로 이루어지는 도파로를 준비하며, 이 도파로의 하면에 얇은 슬롯판을 배치함으로써, 슬롯이 장착된 도파로를 준비했다. 따라서, 이 모델에서는, 슬롯판은, 유전체창과 지파판을 모의한 도파로와의 사이에 끼워지게 된다.
도 7은, 도 6a~도 6c에 나타내는 슬롯군의 패턴에 있어서의 전계 분포를 간이적으로 시뮬레이션하여 산출했을 때의 구성도와 결과이다. 도 7에서는, 색이 진할수록 강한 전계를 나타내고 있다.
도 6a~도 6c에 나타낸 패턴을 갖는 도파로의 일단으로부터 TE10 모드의 마이크로파(전력 1W)를 입력하여, 유전체창의 바닥면(하면)에 있어서의 전계 강도 분포를 산출했다. 이때, 슬롯의 길이 L=17mm, 폭 W=6mm이며, 상기의 간이적인 모델을 이용한 실시예 1에 있어서, 가상원(C2)의 반경은 12mm이다.
마이크로파 위치 1은, 각 슬롯군의 무게 중심 위치 근방에, 마이크로파의 진폭의 복(腹, 배)이 위치하는 경우이고, 마이크로파 위치 3은, 각 슬롯군의 무게 중심 위치 근방에, 마이크로파의 진폭의 절(節, 마디)이 위치하는 경우이며, 마이크로파 위치 2는, 각 슬롯군의 무게 중심 위치 근방에, 마이크로파의 진폭의 복 및 절의 위치의 중간 위치가 위치하는 경우이다. 마이크로파의 전파에 요동이 발생하는 경우, 위치 1~위치 3의 상태를 취하는 것을 생각할 수 있지만, 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여, 실시예 1의 경우에는, 전계 강도가 높은 영역이, 위치 1~위치 3의 변동에 대하여, 변화하기 어려운 것을 알 수 있다. 이와 같이, 실시예 1의 경우에는, 마이크로파의 전파의 요동에 대하여, 전계 강도 분포의 로버스트성이 높고, 따라서, 플라즈마 발생 영역의 변동도 적은 것을 알 수 있다.
다음으로, 1개의 슬롯군을 회전시킨 경우의 전계 강도 분포의 변화를 확인했다.
도 8a(실시예 1) 및 도 8b(비교예 1)는 각종 조건의 경우의 전계 분포(시뮬레이션)를 나타내는 도면이며, 슬롯군의 회전 각도 이외의 조건은 상기와 동일하고, 마이크로파의 상태는 상기의 위치 1을 채용했다. 동 도면에 있어서도, 색이 진할수록 강한 전계를 나타내고 있다.
비교예 1의 슬롯 패턴의 경우, 회전 각도를 0°~75°까지 변화시킨 경우에는, 전계 강도가 높은 영역의 위치가 변동되지만, 실시예 1에서는, 거의 변동되지 않고, 슬롯군의 무게 중심의 근방에 위치하고 있다. 이와 같이, 1개의 슬롯군을, 무게 중심(G1)(도 5 참조)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서도, 플라즈마의 발생 위치는, 거의 변하지 않는 것이 확인되었다.
다음으로, 유전체창(16)의 예에 대하여 설명한다.
도 9a는 일례에 관한 유전체창의 사시도, 도 9b는 유전체창의 종단면도이다. 또한, 도 9a에서는, 오목부의 구조가 보이도록, 상하를 반전시켜 유전체창을 나타내고 있다.
유전체창(16)은, 대략 원판 형상이며, 소정의 판두께를 갖는다. 유전체창(16)은, 유전체로 구성되어 있고, 유전체창(16)의 구체적인 재질로서는, 석영이나 알루미나 등을 들 수 있다. 유전체창(16)의 상면(159) 상에는, 슬롯판(20)이 마련된다.
유전체창(16)의 직경 방향의 중앙에는, 판두께 방향, 즉, 지면(紙面) 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍이 마련되어 있다. 관통 구멍 중, 하측 영역은 중앙 도입부(55)에 있어서의 가스 공급구가 되고, 상측 영역은, 중앙 도입부(55)의 블록이 배치되는 오목부(143)가 된다. 또한, 유전체창(16)의 직경 방향의 중심축(144a)(무게 중심(G0)과 일치)을, 도 9b 중의 일점 쇄선으로 나타낸다.
유전체창(16) 중, 플라즈마 처리 장치에 구비되었을 때에 플라즈마를 생성하는 측이 되는 하측의 평탄면(146)의 직경 방향 외측 영역에는, 환 형상으로 이어지고, 유전체창(16)의 판두께 방향 내방 측을 향하여 테이퍼 형상으로 오목한 환 형상의 제1 오목부(147)가 마련되어 있다. 평탄면(146)은, 유전체창(16)의 직경 방향의 중앙 영역에 마련되어 있다.
환 형상의 제1 오목부(147)는, 평탄면(146)의 외경 영역으로부터 외경 측을 향하여 테이퍼 형상, 구체적으로는, 평탄면(146)에 대하여 경사진 내측 테이퍼면(148), 내측 테이퍼면(148)으로부터 외경 측을 향하여 직경 방향으로 똑바로, 즉, 평탄면(146)과 평행하게 뻗는 평탄한 바닥면(149), 바닥면(149)으로부터 외경 측을 향하여 테이퍼 형상, 구체적으로는, 바닥면(149)에 대하여 경사져 뻗는 외측 테이퍼면(150)으로 구성되어 있다.
테이퍼의 각도, 즉, 예를 들면 바닥면(149)에 대하여 내측 테이퍼면이 뻗는 방향으로 규정되는 각도나 바닥면(149)에 대하여 외측 테이퍼면(150)이 뻗는 방향으로 규정되는 각도에 대해서는, 임의로 정해지며, 이 실시형태에 있어서는, 둘레 방향 중 어느 위치에 있어서도 동일하게 구성되어 있다. 내측 테이퍼면(148), 바닥면(149), 외측 테이퍼면(150)은 각각 매끄러운 곡면으로 이어지도록 형성되어 있다. 또한, 외측 테이퍼면(150)의 외경 영역은, 외경 측을 향하여 직경 방향으로 똑바로, 즉, 평탄면(146)과 평행하게 뻗는 바깥 둘레 평면(152)이 마련되어 있다.
이 바깥 둘레 평면(152)이 유전체창(16)의 지지면이 되어, 처리 용기(2)의 개구 단면(端面)을 가리게 된다. 즉, 유전체창(16)은, 바깥 둘레 평면(152)을 원통 형상의 처리 용기(2)의 상부 측의 개구 단면 상에 재치하도록 하여, 처리 용기(2)에 장착된다.
환 형상의 제1 오목부(147)에 의하여, 유전체창(16)의 직경 방향 외측 영역에 있어서, 유전체창(16)의 두께를 연속적으로 변화시키는 영역을 형성하여, 플라즈마를 생성하는 다양한 프로세스 조건에 적합한 유전체창(16)의 두께를 갖는 공진 영역을 형성할 수 있다. 이로써, 다양한 프로세스 조건에 따라, 직경 방향 외측 영역에 있어서의 플라즈마의 안정성을 확보할 수 있다.
도 10a는 다른 일례에 관한 유전체창의 사시도이며, 도 10b는 유전체창의 종단면도이다.
도 10a 및 도 10b의 구조와, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 것의 상이점은, 제1 오목부(147)의 바닥면(149)에, 원형의 제2 오목부(153)(153a~153f)가 둘레 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있는 점이며, 그 외의 구성은, 도 9a 및 도 9b와 동일하다.
상기와 같이, 유전체창(16) 중, 환 형상의 제1 오목부(147)의 바닥면에는, 판두께 방향 내방 측을 향하여 오목한 제2 오목부(153)(153a~153f)가 마련되어 있다. 제2 오목부(153)의 평면 형상은 원형이며, 내측의 측면은 원통면을 구성하고, 바닥면은 평탄하다. 원형은 무한의 모서리부를 갖는 다각형이므로, 제2 오목부(153)의 평면 형상은, 유한의 모서리부를 갖는 다각형으로 하는 것도 가능하다고 생각되며, 마이크로파 도입 시에 있어서, 오목부 내에서 플라즈마가 발생하는 것이라고 생각되는데, 평면 형상이 원형인 경우에는, 중심으로부터의 형상의 등가성이 높기 때문에, 안정된 플라즈마가 발생한다.
제2 오목부(153)는, 이 실시형태에 있어서는, 합계 6개 마련되어 있고, 외측의 슬롯군(도 2 참조)의 수와 동일하다. 6개의 제2 오목부(153a, 153b, 153c, 153d, 153e, 153f)의 형상은 각각 동일하다. 즉, 제2 오목부(153a~153f)의 형성 방법이나 그 크기, 구멍의 직경 등에 대해서는, 각각 동일하게 구성되어 있다. 6개의 제2 오목부(153a~153f)는, 유전체창(16)의 직경 방향의 무게 중심(도 10b에 있어서의 중심축(144a)의 위치)을 중심으로 하여 회전 대칭성을 갖도록, 각각 간격을 두고 배치되어 있다. 둥근 구멍 형상의 6개의 제2 오목부(153a~153f)의 각각의 무게 중심(Q로 함)은, 유전체창(16)의 판두께 방향에서 본 경우에, 유전체창(16)의 직경 방향의 중심(중심축(144a))을 중심으로 한 원 상에 위치하고 있다. 즉, 유전체창(16)을, 직경 방향의 중심(중심축(144a))을 중심으로 하여, XY 평면 내에서 60도(=360도/6) 회전시킨 경우에, 회전시키기 전과 동일한 형상이 되도록 구성되어 있다.
이 각 제2 오목부(153)의 모든 무게 중심을 통과하는 원의 직경은, 이 실시형태에서 약 143mm이고, 제2 오목부(153)의 직경은 50mm이며, 제1 오목부(147)의 바닥면을 기준으로 한 제2 오목부(153)의 깊이는 10mm이다. 또, 제1 오목부(147)의 평탄면(146)을 기준으로 한 깊이(L3)는, 적절히 설정되고, 이 실시형태에서는 32mm로 하고 있다.
제2 오목부(153)의 직경, 및 제2 오목부(153)의 바닥면으로부터 유전체창(163)의 상면까지의 거리는, 예를 들면 이에 도입되는 마이크로파의 파장(λg)의 4분의 1로 설정된다. 또한, 이 실시형태에 있어서는, 유전체창(16)의 직경은 약 460mm이다. 또한, 상기 수치는, ±10%의 변경을 허용할 수도 있지만, 본 장치가 동작하는 조건은 이에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마가 오목부 내에 갇히면 장치로서는 기능한다.
유전체창(16)에 있어서는 중앙 부근에서 플라즈마 밀도가 높아지는 경향이 있지만, 본 실시형태에서는, 중앙을 피한 주변에 제2 오목부(153)를 마련하고 있기 때문에, 주변의 플라즈마 밀도를 중심 근방보다 증가시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 면내의 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있다.
이 제2 오목부(153a~153f)에 의하여, 마이크로파의 전계를 당해 오목부 내에 집중시키는 경향이 있으며, 슬롯판의 두께 방향에서 본 경우에, 상기의 슬롯군의 무게 중심 위치(예: G1)를, 유전체창의 제2 오목부의 무게 중심(Q)과 일치시킴으로써, 유전체창(16)의 직경 방향의 주변 영역에 있어서, 매우 강고한 모드 고정을 행할 수 있다. 이 경우, 프로세스 조건이 다양하게 변경되어도, 직경 방향의 주변 영역에 있어서의 강고한 모드 고정의 영역을 확보할 수 있어, 안정적이며 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 기판 처리량의 면내 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 특히, 제2 오목부(153a~153f)는, 회전 대칭성을 갖기 때문에, 유전체창(16)의 직경 방향 내측 영역에 있어서 강고한 모드 고정의 높은 축대칭성을 확보할 수 있어, 생성되는 플라즈마에 있어서도, 높은 축대칭성을 갖는다.
이상으로부터, 이와 같은 구성의 유전체창(16)은, 넓은 프로세스 마진을 가짐과 아울러, 생성되는 플라즈마가 높은 축대칭성을 갖는다.
도 11은 제2 오목부와 슬롯의 관계를 설명하기 위한 평면도(XY 평면)이다.
슬롯판의 두께 방향(Z축 방향)에서 본 경우에, 상기의 슬롯군의 무게 중심 위치(G1~G6)는, 유전체창의 제2 오목부(153a~153f)의 무게 중심(Q)과 일치하고 있다. 이 구조에 의하여, 실시형태의 슬롯 구조와, 유전체창의 제2 오목부에 의한 전계 집중 효과의 상승(相乘) 효과에 의하여, 보다 전계가 높아지는 효과가 얻어진다.
도 12는 전계 분포의 일례(시뮬레이션)를 나타내는 도면이다. 또한, 제2 오목부의 수를 6개로 하고, 슬롯군의 수도 6개로 하여, 이들의 무게 중심 위치를 일치시켰다. 또한, 각 슬롯군 중에는, 각각의 중심을 나타내는 기준이 되는 크로스 마크선이 별도 기입되어 있다.
동 도면은, 일례로서, 플라즈마의 전자 밀도가 5×1017m-3인 경우에 있어서의 유전체창 하면에서의 전계 강도 분포를 나타내고 있다. 제2 오목부의 소정 영역 내에 있어서, 고전계의 영역이 고정되며, 따라서, 이에 따라, 플라즈마가 발생한다. 플라즈마의 전자 밀도를 1×1017m-3~9×1017m-3까지, 1×1017m-3씩 변화시켜 전계 분포를 측정했는데, 고전계의 영역은 이동하지 않고, 안정적으로 제2 오목부 내에 머무르는 것이 확인되었다.
다음으로, 1개의 슬롯군의 패턴에 대하여 설명한다.
도 13a, 도 13b, 도 13c, 도 13d, 도 13e, 도 13f, 도 13g, 도 13h, 도 13i, 도 13j, 도 13k는, 각각, 1개의 슬롯군의 패턴예를 나타내는 도면이다. 굵은 선은 슬롯을 나타내고 있으며, 일점 쇄선은 상기 제2 가상원(C2)을 나타내고 있다.
도 13a는, 상술한 실시형태에 있어서 설명한 슬롯군의 패턴의 예이다.
도 13b는, 제2 가상원 상을 따르는 4개의 슬롯을 갖는데, 각 슬롯의 평면 형상이 원호(곡률 반경이 제2 가상원과 동일)인 예이다.
도 13c는, 제2 가상원 상을 따르는 4개의 슬롯을 갖는데, 각 슬롯의 평면 형상이 사다리꼴인 예이다.
도 13d는, 상술한 실시형태에 있어서 설명한 슬롯군의 패턴의 중심에 원형의 관통 구멍(검은 원의 영역)을 갖는 예이다.
도 13e는, 제2 가상원 상을 따르는 4개의 슬롯을 갖는데, 각 슬롯의 평면 형상이 원호(곡률 반경이 제2 가상원보다 큼)인 예이다.
도 13f는, 제2 가상원 상을 따르는 4개의 슬롯을 갖는데, 각 슬롯의 평면 형상이 원호(곡률 반경이 제2 가상원보다 작음)인 예이다.
도 13g는, 상술한 바와 같지만, 제2 가상원 상을 따르는 4개의 슬롯을 갖는데, 각 슬롯의 길이 방향이, 슬롯의 기준 위치에 있어서의 제2 가상원의 접선 방향과 다른 예이다.
도 13h는, 도 13a에 있어서의 제2 가상원을 가상 타원(타원의 장축＞단축)으로 한 것이며, 이것을 따르는 4개의 슬롯을 갖는 예이다.
도 13i는, 제2 가상원 상을 따르는 5개의 슬롯을 갖는데, 각 슬롯의 평면 형상이 원호(곡률 반경이 제2 가상원과 동일)인 예이다.
도 13j는, 도 13a의 슬롯군의 패턴에 있어서의 슬롯 수를 5개로 한 것이다.
도 13k는, 도 13a의 슬롯군의 패턴에 있어서의 슬롯 수를 6개로 한 것이다.
다음으로, 1개의 슬롯의 패턴에 대하여 설명한다.
도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d, 도 14e는, 각각, 1개의 슬롯의 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 14a에 나타내는 바와 같이, 상술한 실시예 1에 있어서의 슬롯(S)의 형상(도 5 참조)은, 긴 구멍 형상으로 했다. 즉, 슬롯(S)의 형상은, 길이 방향의 배향이 변화하지 않도록, 직선 형상으로 뻗은 형상이다. 슬롯의 형상으로서는, 다양한 것이 생각되지만, 길이 방향의 배향이 변화하지 않는 형상이면, 슬롯의 형성이 용이함과 아울러, 방사 전계의 진폭 방향의 제어가 용이하다는 이점이 있다.
도 14b에 나타내는 바와 같이, 슬롯(S)의 형상이, 장방형이면, 폭방향의 전계가 발생하기 쉽지만, 장방형의 모서리부는, 공간적인 형상으로서 고주파 성분을 가지므로, 도 14a와 같이, 모서리부를 둥글게 한 긴 구멍 형상인 쪽이 안정된 전계가 발생한다.
요약하면, 상기의 안테나에 있어서, 슬롯의 형상은, 장방형 또는 긴 구멍 형상인 것이 바람직하지만, 긴 구멍 형상의 경우는, 고주파 성분에 기인한 노이즈적인 방사 전계의 발생을 억제할 수 있다.
슬롯의 형상으로서는, 도 14c에 나타내는 바와 같이 평행 사변형으로도 할 수 있고, 도 14d에 나타내는 바와 같이 사다리꼴로도 할 수 있으며, 도 14e에 나타내는 바와 같이 원호 형상(호 형상의 링)으로도 할 수 있다. 어떤 형상의 경우도, 발생하는 전계의 제어가 쉽다. 또한, 각 슬롯의 길이 방향의 치수(L)는, 마이크로파의 파장 λ에 대하여, 이하의 조건(L≤(3λ/2))을 충족시키는 것이 바람직하다. 이를 넘어서, L이 큰 경우에는, 마이크로파의 복의 위치가 슬릿 내에 있어서 복수 존재하는 경우가 있어, 방사 전계의 제어가 어려워지기 때문이다. W는, 슬롯판의 개구율을 정해 두고, 적절히 변경할 수 있다.
또, 도 14a의 슬롯 형상에 있어서, L/W=30mm/11mm, 32mm/7mm, 26mm/9mm, 20mm/12mm, 24mm/15mm 등이 구체예로서 열거된다. 또한, 상술한 바와 같이, 제2 가상원(C2)의 반경은, L/20.5인 것이 바람직하다. 또, 상술한 예에 있어서, 1개의 슬롯군 중에서는, 슬롯 형상은 동일하지만, 다른 군 사이에서는, 슬롯 형상 혹은 크기는 달라도 된다. 또, 슬릿의 모서리부는, 둥그스름한 형상 외에, 테이퍼 형상으로도 할 수 있다. 모서리부가 둥그스름한 형상을 갖는 경우, 그 곡률 반경은, W/2로 할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 상술한 것 중 어느 하나의 슬롯판 및 유전체창을 갖는 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치는, 안테나와, 안테나가 장착된 처리 용기(2)와, 처리 용기(2)의 내부에 마련되어, 유전체창에 대향하고, 처리되는 기판이 올려지는 받침대와, 안테나에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기를 구비하고 있다. 이 플라즈마 처리 장치는, 상술한 안테나와 마찬가지로, 안정성이 높은 플라즈마를 발생할 수 있기 때문에, 처리 대상인 기판에 대하여, 안정된 처리를 행할 수 있다.
또한, 슬롯폭이 좁아지면 그 슬롯이 형성하는 정재파의 최대 전계 강도가 강해지는 경향이 있다. 전계 강도가 강해지면, 보다 그 부분에서의 플라즈마 생성 확률이 높아지는 것을 의미하고, 그 장소에서의 플라즈마 생성 확률이 높아진다는 것은, 다른 부분에서의 플라즈마 생성을 결과적으로 억제시키는 것으로 이어진다. 즉 모드의 시프트가 일어나기 어려워져, 플라즈마의 안정성 향상 및 실화(失火)의 억제로 이어진다.
마이크로파 발생기로부터, 필요에 따라, 모드 변환기, 동축 도파관을 이용하여 안테나로 공급된 마이크로파는, 안테나의 중심 부분으로부터 방사 형상으로 안테나 바깥 둘레부를 향하여 직선적으로 전파되고, 슬릿부로부터 바로 아래의 플라즈마 공간에 전파되는 것이라고 생각되고 있었지만, 실제로는, 프로세스 조건에 따라 전파 방향이 변동된다. 종래 기술에 있어서는, 정상파의 절·복과 슬릿의 위치 관계, 직선적이지 않은 마이크로파의 전파 성분에 의하여, 슬릿 바로 아래로의 전파 모드가 변화하여, 안정적이지 않았지만, 상술한 실시형태에 있어서는, 각종 조건이 변동되어도, 안정적으로 방사 전계 및 플라즈마를 제어할 수 있다.

Claims (12)

  1. 유전체창 및 상기 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판을 구비한 안테나로서,
    상기 슬롯판 상에, 상기 슬롯판의 중앙을 둘러싸는 가상원 상에 복수의 가상점을 설정하고, 각 가상점의 주위를 둘러싸는 가상 환형선을 설정하여, 각 가상 환형선을 따라 4개 이상의 슬롯이 배치되어 이루어지는 집합을 슬롯군으로 하는 경우,
    각각의 슬롯군에 있어서,
    각 슬롯의 폭방향의 중앙 위치이며 또한 길이 방향의 중앙 위치를 기준 위치로 하는 경우,
    각 슬롯의 상기 기준 위치는, 상기 가상 환형선 상에 위치하고 있으며,
    각 슬롯의 상기 기준 위치와, 이들 슬롯이 속하는 상기 가상점을 연결하는 선분은, 상기 가상점으로부터 방사 형상으로 위치하고, 인접하는 이들 선분 사이의 각도는 동일하며, 또한,
    상기 기준 위치에 있어서의 각 슬롯의 길이 방향과, 이 슬롯이 속하는 상기 선분이 이루는 각도는 동일하고, 이 각도를 θ로 한 경우, 45°<θ≤90°를 충족시키고,
    상기 유전체창은, 제1 환 형상 오목부를 구비하고 있고,
    상기 제1 환 형상 오목부에서, 각각이 원형을 갖는 복수의 제2 오목부가, 상기 제1 환 형상 오목부의 둘레 방향을 따라 등간격으로, 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬롯의 형상은, 길이 방향의 배향이 변화하지 않도록 직선 형상으로 뻗은 형상인 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 슬롯의 형상은, 장방형 또는 긴 구멍 형상인 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬롯의 형상은, 원호 형상인 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 환 형상 오목부는, 내측 테이퍼면과, 외측 테이퍼면을 포함하는, 안테나.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 가상점에서, 각 가상점의 위치는, 상기 복수의 제2 오목부에서의 각각의 상기 제2 오목부의 중심에 일치하는, 안테나.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬롯판의 두께 방향을 따라 본 경우, 각각의 제2 오목부는, 각각의 슬롯군에 둘러싸여 있는, 안테나.
  10. 청구항 1에 있어서,
    각각의 슬롯의 길이 방향의 각 슬롯의 길이는, 각각의 슬롯의 폭방향의 폭보다도 큰, 안테나.
  11. 청구항 1에 있어서,
    각각의 슬롯의 길이 방향의 각 슬롯의 길이는, 3λ/2 이하이며, λ는 상기 유전체창으로부터 방사되는 마이크로파의 파장인, 안테나.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4, 청구항 6, 및 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 안테나와,
    상기 안테나가 장착된 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 마련되어, 상기 유전체창에 대향하고, 처리되는 기판이 올려지는 받침대와,
    상기 안테나에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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