KR20030004426A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

래디얼 라인 슬롯 안테나를 가지는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 이상 방전을 억제하고, 마이크로파 플라즈마의 여기 효율을 향상시킨다. 래디얼 라인 슬롯 안테나와 동축 도파관의 접속부에 있어서, 동축 도파관 내의 급전선의 선단부를 방사면을 구성하는 슬롯판로부터 떨어지게 한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}
도 1A, 도 1B는 이 래디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 1A는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 단면도를, 또 도 1B는 래디얼 라인 슬롯 안테나의 구성을 나타내는 도이다.
도 1A를 참조하면, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 복수의 배기 포트(116)로부터 배기되는 처리실(101)을 가지고, 상기 처리실(101) 내에는 피처리 기판(114)을 보유하는 보유대(115)가 형성되어 있다. 상기 처리실(101)의 균일한 배기를 실현하기 위해, 상기 보유대(115)의 주위에는 링 모양으로 공간(101A)이 형성되어 있고, 상기 복수의 배기 포트(116)를 상기 공간(101A)에 연통하도록 등간격으로, 즉 피처리 기판에 대해서 축대칭으로 형성함으로써, 상기 처리실(101)을 상기 공간(101A) 및 배기 포트(116)를 개재하여 균일하게 배기할 수 있다.
상기 처리실(101) 상에는, 상기 보유대(115) 상의 피처리 기판(114)에 대응하는 위치에, 상기 처리실(101)의 외벽의 일부로서 저손실 유전체로 이루어지고 다수의 개구부(107)가 형성된 판 모양의 샤워 플레이트(103)가 실 링(seal ring)(109)을 개재하여 형성되어 있고, 또한 상기 샤워 플레이트(103)의 외측에 마찬가지로 저손실 유전체로 이루어지는 커버 플레이트(102)가 다른 실 링(108)을 개재하여 설치되어 있다.
상기 샤워 플레이트(103)에는 그 상면에 플라즈마 가스의 통로(104)가 형성되어 있고, 상기 복수의 개구부(107)의 각각은 상기 플라즈마 가스 통로(104)에 연통하도록 형성되어 있다. 또한, 상기 샤워 플레이트(103)의 내부에는 상기 처리 용기(101)의 외벽에 설치된 플라즈마 가스 공급 포트(105)에 연통하는 플라즈마 가스의 공급 통로(108)가 형성되어 있고, 상기 플라즈마 가스 공급 포트(105)에 공급된Ar나 Kr 등의 플라즈마 가스는 상기 공급 통로(108)로부터 상기 통로(104)를 개재하여 상기 개구부(107)에 공급되고, 상기 개구부(107)로부터 상기 처리 용기(101) 내부의 상기 샤워 플레이트(103) 직하의 공간(101B)에 실질적으로 한결같은 농도로 방출된다.
상기 처리 용기(101) 상에는, 또한 상기 커버 플레이트(102)의 외측에, 상기 커버 플레이트(102)로부터 4∼5㎜ 떨어지고, 도 1B에 나타내는 방사면을 가지는 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)가 설치되어 있다. 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)는 외부의 마이크로파원(도시하지 않음)에 동축 도파관(110A)을 개재하여 접속되어 있고, 상기 마이크로파원으로부터의 마이크로파에 의해, 상기 공간(101B)에 방출된 플라즈마 가스를 여기한다. 상기 커버 플레이트(102)와 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)의 방사면의 사이의 간극은 대기에 의해 충전되어 있다.
상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)는 상기 동축 도파관(110A)의 외측 도파관에 접속된 평탄한 디스크 모양의 안테나 본체(110B)와, 상기 안테나 본체(110B)의 개구부에 형성된, 도 1B에 나타내는 다수의 슬롯(110a) 및 이에 직교하는 다수의 슬롯(110b)이 형성된 방사판(110C)으로 이루어지고, 상기 안테나 본체(110B)와 상기 방사판(110C)의 사이에는 두께가 일정한 유전체막으로 이루어지는 지상판(遲相板)(110D)이 삽입되어 있다.
이 구성의 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)에서는, 상기 동축 도파관(110)으로부터 급전된 마이크로파는, 상기 디스크 모양의 안테나 본체(110B)와 방사판(110C)의 사이를 반경 방향으로 퍼지면서 진행하지만, 그 때에 상기 지상판(110D)의 작용에 의해 파장이 압축된다. 그래서, 이와 같이 하여 반경 방향으로 진행하는 마이크로파의 파장에 대응하여 상기 슬롯(110a 및 110b)을 동심원 모양으로, 한편 서로 직교하도록 형성하여 둠으로써, 원편파(圓偏波)를 가지는 평면파를 상기 방사판(110C)에 실질적으로 수직인 방향으로 방사할 수 있다.
이 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)를 사용함으로써, 상기 샤워 플레이트(103) 직하의 공간(101B)에 균일한 고밀도 플라즈마가 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 고밀도 플라즈마는 전자 온도가 낮고, 그 때문에 피처리 기판(114)에 손상이 생기는 일이 없고, 또 처리 용기(101)의 용기벽의 스퍼터링에 기인하는 금속 오염이 생기는 일도 없다.
도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 또한 상기 처리 용기(101) 내, 상기 샤워 플레이트(103)와 피처리 기판(114)의 사이에, 외부의 처리 가스원(도시하지 않음)으로부터 상기 처리 용기(101) 내에 형성된 처리 가스 통로(112)를 개재하여 처리 가스를 공급하는 다수의 노즐(113)이 형성된 도체 구조물(111)이 형성되어 있고, 상기 노즐(113)의 각각은 공급된 처리 가스를 상기 도체 구조물(111)과 피처리 기판(114)의 사이의 공간(101C)에 방출한다. 상기 도체 구조물(111)에는, 상기 인접하는 노즐(113과 113)과의 사이에, 상기 공간(101B)에 있어서 형성된 플라즈마를 상기 공간(101B)으로부터 상기 공간(101C)으로 확산에 의해 효율적으로 통과시킬 수 있는 크기의 개구부가 형성되어 있다.
그래서, 이와 같이 상기 도체 구조물(111)로부터 상기 노즐(113)을 개재하여 처리 가스를 상기 공간(101C)에 방출한 경우, 방출된 처리 가스는 상기 공간(101B)에 있어서 형성된 고밀도 플라즈마에 의해 여기되고, 상기 피처리 기판(114) 상에 한결같은 플라즈마 처리가, 효율적 한편 고속으로, 또한 기판 및 기판 상의 소자 구조를 손상시키는 일 없이, 또 기판을 오염하는 일 없이 행해진다. 한편, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)로부터 방사된 마이크로파는 이 도체 구조물(111)에 의해 저지되어 피처리 기판(114)을 손상시키는 일은 없다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치(100) 중 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)를 포함한 부분을 확대하여 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 동축 도파관(110A)은 상기 안테나 본체(110B)에 접속된 외측 도파관(110A1)의 내측에 중심 도체(110A2)를 가지고, 상기 중심 도체(110A2)는 상기 슬롯판(110C)에 상기 지상판(110D) 중에 형성된 개구부를 개재하여 접속된다.
그 때, 상기 슬롯판(110C)을 상기 중심 도체(110A2)에 고정하는데 종래는 나사(110A3)가 사용되고 있지만, 이 구성에서는 나사(110A3)의 머리는 상기 슬롯판(110C)으로부터 돌출하여 버린다. 그래서, 도 1에 나타내는 종래의 플라즈마 처리 장치(100)에서는 상기 슬롯판(110C)과 대향하는 커버 플레이트(102)와의 사이에, 이 나사(110A3)의 머리가 들어가도록 6㎜ 정도의 간극(110G)을 설치하고 있었다.
그러나, 이와 같이 상기 슬롯판(110C)의 표면에 나사(110A3)의 머리가 돌출하면 전계 집중이 초래되어 용이하게 이상 방전이 생겨 버린다. 이 이상 방전이 생기면 안테나가 손상해 버려 교환이 어쩔 수 없이 이루어진다.
또, 도 1 및 도 2의 구성에서는, 상기 슬롯판(110C), 즉 래디얼 라인 슬롯 안테나(110)와 커버 플레이트(102)의 사이의 상기 간극(110G)을 설치하고 있음으로써, 상기 커버 플레이트(102) 하의 샤워 플레이트(103)에 상기 처리실(101) 내에 형성된 고밀도 플라즈마로부터 유입하는 열이 상기 커버 플레이트(102) 및 샤워 플레이트(103) 내에 축적하기 쉬운 문제가 생긴다. 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서 이와 같이 상기 커버 플레이트(102) 및 샤워 플레이트(103)에 열이 축적한 경우, 상기 샤워 플레이트(103)의 온도가 증대하고, 공급 포트(105)로부터 공급되는 플라즈마 가스가 종류에 따라서는 해리를 일으켜버린다. 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)는 처리 용기(101)의 내벽면 상에의 퇴적물의 형성을 회피하기 위해서 처리실(101)을 150℃ 정도의 온도로 온도 상승시켜 운전되는 것이 많기 때문에 이 문제는 심각하다.
상기 샤워 플레이트(103) 혹은 커버 플레이트(102)에의 열의 축적을 회피하기 위해서, 이러한 부재에 AlN 등의 열전도성의 재료를 사용하는 것도 가능하지만, 그 경우에는 유전손실이 증대하여 마이크로파 플라즈마의 형성이 곤란하게 된다.
본 발명은 일반적으로 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 공정 및 플라즈마 처리 장치는, 최근의 이른바 디프 서브미크론(deep submicron) 소자 혹은 디프 서브쿼타미크론(deep subquarter micron) 소자로 불리는 0.1㎛에 가까운, 혹은 그 이하의 게이트 길이를 가지는 초미세화 반도체 장치의 제조나, 액정 표시 장치를 포함한 고해상도 평면 표시 장치의 제조에 있어 불가결의 기술이다.
반도체 장치나 액정 표시 장치의 제조에 사용되는 플라즈마 처리 장치로서는, 종래부터 여러 가지 플라즈마의 여기 방식이 사용되고 있지만, 특히 평행 평판형 고주파 여기 플라즈마 처리 장치 혹은 유도 결합형 플라즈마 처리 장치가 일반적이다. 그러나, 이들 종래의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 형성이 불균일하고, 전자 밀도가 높은 영역이 한정되어 있기 때문에 큰 처리 속도, 즉 스루풋(throughput)으로 피처리 기판 전면에 걸쳐 균일한 프로세스를 하는 것이 곤란한 문제점을 가지고 있다. 이 문제는 특히 큰 직경의 기판을 처리하는 경우에 심각하게 된다. 게다가 이들 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 전자 온도가 높기 때문에 피처리 기판 상에 형성되는 반도체 소자에 손상이 생기고, 또 처리실벽의 스퍼터링에 의한 금속 오염이 큰 등, 몇 가지의 본질적인 문제를 가지고 있다. 이 때문에, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 반도체 장치나 액정 표시 장치의 새로운 미세화 및 새로운 생산성의 향상에 대한 엄한 요구를 만족시키는 것이 곤란하게 되어 있다.
한편, 종래부터 직류 자장을 이용하지 않고 마이크로파 전계에 의해 여기된 고밀도 플라즈마를 사용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다. 예를 들면, 균일한 마이크로파를 발생하도록 배열된 다수의 슬롯을 가지는 평면 모양의 안테나(래디얼 라인 슬롯 안테나)로부터 처리 용기 내에 마이크로파를 방사하고, 이 마이크로파 전계에 의해 진공 용기 내의 가스를 전리하여 플라즈마를 여기시키는 구성의 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다.(예를 들면 특개평 9－63793 공보를 참조.) 이러한 수법으로 여기된 마이크로파 플라즈마에서는 안테나 직하의 넓은 영역에 걸쳐서 높은 플라즈마 밀도를 실현할 수 있어 단시간에 균일한 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다. 게다가 이 수법으로 형성된 마이크로파 플라즈마에서는 마이크로파에 의해 플라즈마를 여기하기 위한 전자 온도가 낮고, 피처리 기판의 손상이나 금속 오염을 회피할 수 있다. 또한, 대면적 기판 상에도 균일한 플라즈마를 용이하게 여기할 수 있기 때문에, 큰 구경 반도체 기판을 사용한 반도체 장치의 제조 공정이나 대형 액정 표시 장치의 제조에도 용이하게 대응할 수 있다.
도 1A, 도 1B는 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는도이다.
도 2는 도 1의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 일부를 상세하게 나타내는 도이다.
도 3A, 도3 B는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 4는 도 3의 플라즈마 처리 장치로 사용되는 처리 가스 공급 구조의 예를 나타내는 도이다.
도 5는 도 3의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 마이크로파 분포를 나타내는 도이다.
도 6은 도 3의 플라즈마 처리 장치로 사용되는 마이크로파원의 구성을 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도이다.
그래서, 본 발명은 상기의 과제를 해결한 신규하고 유용한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 개괄적 과제로 한다.
본 발명의 보다 구체적인 과제는, 래디얼 라인 슬롯 안테나 표면에 있어서의이상 방전을 억제하고, 또 방열 효율을 향상시킨 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는, 마이크로파 안테나를 갖춘 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 마이크로파 안테나에 의한 플라즈마 여기 효율을 향상시키는데 있다.
본 발명은 상기의 과제를, 외벽에 의해 구획 형성되고 피처리 기판을 보유하는 보유대를 갖춘 처리 용기와, 상기 처리 용기에 결합된 배기계와, 상기 처리 용기 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급부와, 상기 처리 용기 상에 상기 플라즈마 가스 공급부에 대응하여 설치되고 동축 도파관에 의해 급전되는 마이크로파 안테나와, 상기 마이크로파 안테나에 상기 동축 도파관을 개재하여 전기적으로 결합된 마이크로파 전원으로 이루어지고, 상기 마이크로파 안테나는 마이크로파의 방사면을 형성하는 제 1의 외표면과, 상기 제 1의 외표면에 대향하는 제 2의 외표면에 의해 구획 형성되고, 상기 동축 도파관을 구성하는 외측 도파관은 상기 제 2의 외표면에 접속되고, 상기 동축 도파관을 구성하는 중심 도체는, 선단부가 상기 제 1의 외표면으로부터 떨어지고, 상기 제 1의 외표면에 대해서 용량 결합하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치에 의해 해결한다.
본 발명에 의하면, 래디얼 라인 슬롯 안테나에 마이크로파 전력을 공급하는 동축 도파관의 중심 도체가, 래디얼 라인 슬롯 안테나의 방사면을 형성하는 도체 슬롯판에 직접 접속되는 일이 없게 되고, 이에 수반하여 상기 도체 슬롯판을 상기 중심 도체에 나사 고정할 필요도 없어진다. 그 결과, 나사 머리의 돌출에 의한 전계 집중 및 이에 수반하는 이상 방전의 문제가 해소되고, 플라즈마 처리를 안정하게, 또한 안테나에 손상을 일으키는 일 없이 하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 도체 슬롯판을 상기 중심 도체에 나사 고정할 필요가 없어지는 결과, 돌출하는 나사 머리를 집어넣기 위해서 상기 도체 슬롯판과 처리 용기 외벽의 사이에 간극을 형성할 필요가 없어지고, 상기 도체 슬롯판을 상기 처리 용기 외벽의 일부에 형성한 마이크로파 투과창에 직접 접촉시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과 상기 마이크로파 투과창을 상기 안테나를 냉각함으로써 냉각하는 것이 가능하게 되어, 종래 유전손실은 작기는 하지만 열전도율이 작기 때문에 사용이 곤란했던 Al2O3을 상기 마이크로파 통과창에, 혹은 플라즈마 가스를 공급하는 샤워 플레이트에 사용하는 것이 가능하게 된다. 마찬가지로 상기 안테나 내에 있어 제 1의 표면과 제 2의 표면의 사이에 설치되는 지상판도, 종래의 유전손실이 큰 AlN 대신에 유전손실의 작은 Al2O3나 SiO2, 또한 SiN를 사용하는 것이 가능하게 된다. 이러한 재료는 사용되는 마이크로파의 주파수에 따라 선택하면 좋다.
본 발명에서는, 플라즈마 가스 공급부로서 유전손실이 작은 유전체 재료로 이루어지고 플라즈마 가스 통로와 이에 연통한 다수의 개구부를 가지는 샤워 플레이트를 사용함으로써, 균일한 플라즈마 가스 공급이 가능하게 되지만, 플라즈마 가스의 공급은 처리 용기 외벽에 설치한 관에 의하는 것도 가능하다. 후자의 경우에는 구성이 간단하게 되어 플라즈마 처리 장치의 비용을 크게 저감하는 것이 가능하다.
상기 중심 도체의 선단부는 상기 슬롯판로부터 약 3.8㎜ 떨어지게 함으로써,상기 중심 도체와 상기 슬롯판의 사이의 임피던스(impedance) 변화를 최적화 할 수 있고, 이 용량성 결합부에 있어서의 마이크로파의 반사를 최소화 할 수 있다. 또, 상기 중심 도체의 선단부에 테이퍼 구조를 형성함으로써 상기 중심 도체와 슬롯판의 사이의 임피던스 변화를 최적화 할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 마이크로파 안테나를 처리 용기 외벽의 일부에 형성된 개구부에 상기 슬롯판이 노출하도록 설치하는 것이 가능하다. 본 발명에서는, 마이크로파 안테나 중에 있어서 상기 슬롯판의 배후에 한결같은 지파판이 연속하여 형성되어 있기 때문에, 이러한 구성이어도 안테나의 외주부만을 밀봉부재에 의해 밀봉함으로써 처리 용기를 효과적으로 밀봉하는 것이 가능하다. 이 구성에서는, 슬롯판이 처리 용기 내에 노출하고 있기 때문에, 마이크로파 투과창 등에 의한 마이크로파의 손실이 없이 효율적으로 마이크로파 플라즈마를 여기하는 것이 가능하게 된다.
종래의 플라즈마 처리 장치에서는 중심 도체의 선단부가 상기 지파판을 관통해 슬롯판에 도달하고 있었기 때문에, 이 슬롯판이 처리 용기 내에 노출한 구성을 실현하면 지파판과 중심 도체의 사이에 실 부재를 설치할 필요가 있었지만, 이 위치에 형성된 실 부재는 강력한 가열에 의해 열화하기 때문에 이 구성은 실현이 곤란했다. 본 발명은 이 곤란을 간단한 구성에 의해 극복하고 효율적인 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
［제 1 실시예］
도 3A, 도 3B는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)의 구성을 나타낸다.
도 3(A)을 참조하면, 상기 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(11)와, 상기 처리 용기(11) 내에 설치되어 피처리 기판(12)을 정전 처크(chuck)에 의해 보유하는, 바람직하게는 열간 등방압 가압법(HIP)에 의해 형성된 Al2O3혹은 AlN으로 이루어지는 보유대(13)를 포함하고, 상기 처리 용기(11) 내에는 상기 보유대(13)를 둘러싸는 공간(11A)에 등간격으로, 즉 상기 보유대(13) 상의 피처리 기판(12)에 대해서 대략 축대칭인 관계로 적어도 2개소, 바람직하게는 3개소 이상으로 배기 포트(11a)가 형성되어 있다. 상기 처리 용기(11)는 이 배기 포트(11a)를 개재하여 부등 피치 부등 경각 스크류 펌프 등의 펌프에 의해 배기·감압 된다.
상기 처리 용기(11)는 바람직하게는 Al를 함유하는 오스테나이트스텐레스강(austenite stainless steel)으로 이루어지고, 내벽면에는 산화 처리에 의해 산화 알류미늄으로 이루어지는 보호막이 형성되어 있다. 또, 상기 처리 용기(11)의 외벽 중 상기 피처리 기판(12)에 대응하는 부분에는, HIP법에 의해 형성된 치밀한 Al2O3으로 이루어지고 다수의 노즐 개구부(14A)가 형성된 디스크 모양의 샤워 플레이트(14)가 상기 외벽의 일부로서 형성된다. 이 HIP법에 의해 형성된 Al2O3 샤워 플레이트(14)는 Y2O3을 소결 조제로서 사용하여 형성되고 기공율이 Al2O3이하로 실질적으로 기공이나 핀 홀(pin hole)을 포함하고 있지 않고, 30W/m·K에 이르고, 세라믹으로서는 매우 큰 열전도율을 가진다.
상기 샤워 플레이트(14)는 상기 처리 용기(11) 상에 실 링(11s)을 개재하여 장착되고, 또한 상기 샤워 플레이트(14) 상에는 동일한 HIP 처리에 의해 형성된 치밀한 Al2O3으로 이루어지는 커버 플레이트(15)가 실 링(11t)을 개재하여 설치되어 있다. 상기 샤워 플레이트(14)의 상기 커버 플레이트(15)와 접하는 측에는 상기 노즐 개구부(14A)의 각각에 연통하고 플라즈마 가스 유로가 되는 오몰부(14B)가 형성되어 있고, 상기 오목부(14B)는 상기 샤워 플레이트(14)의 내부에 형성되고, 상기 처리 용기(11)의 외벽에 형성된 플라즈마 가스 입구(11p)에 연통하는 다른 플라즈마 가스 유로(14C)에 연통하고 있다.
상기 샤워 플레이트(14)는 상기 처리 용기(11)의 내벽에 형성된 게시부(11b)에 의해 보유되어 있고, 상기 게시부(11b) 중 상기 샤워 플레이트(14)를 보유하는 부분에는 이상 방전을 억제하기 위해서 둥그스름하게 형성되어 있다.
그래서, 상기 플라즈마 가스 입구(11p)에 공급된 Ar나 Kr 등의 플라즈마 가스는 상기 샤워 플레이트(14) 내부의 유로(14C 및 14B)를 순차 통과한 후 상기 개구부(14A)를 개재하여 상기 샤워 플레이트(14) 직하의 공간(11B) 내에 한결같이 공급된다.
상기 커버 플레이트(15) 상에는 상기 커버 플레이트(15)에 밀접하고 도 3(B)에 나타내는 다수의 슬롯(16a, 16b)이 형성된 디스크 모양의 슬롯판(16)과, 상기슬롯판(16)을 보유하는 디스크 모양의 안테나 본체(17)와, 상기 슬롯판(16)과 상기 안테나 본체(17)의 사이에 끼워진 Al2O3, SiO2혹은 Si3N4등의 저손실 유전체 재료로 이루어지는 지상판(18)에 의해 구성된 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)가 설치되어 있다. 상기 래디얼 슬롯 라인 안테나(20)는 상기 처리 용기(11) 상에 실 링(11u)을 개재하여 장착되어 있고, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)에는 구형 혹은 원형 단면을 가지는 동축 도파관(21)을 개재하여 외부의 마이크로파원(도시하지 않음)에 의해 주파수가 2.45㎓ 혹은 8.3㎓인 마이크로파가 공급된다. 공급된 마이크로파는 상기 슬롯판(16) 상의 슬롯(16a, 16b)으로부터 상기 커버 플레이트(15) 및 샤워 플레이트(14)를 개재하여 상기 처리 용기(11) 내에 방사되고, 상기 샤워 플레이트(14) 직하의 공간(11B)에 있어서, 상기 개구부(14A)로부터 공급된 플라즈마 가스 중에 플라즈마를 여기한다. 그 때, 상기 커버 플레이트(15) 및 샤워 플레이트(14)는 Al2O3에 의해 형성되어 있어 효율적인 마이크로파 투과창으로서 작용한다. 그 때, 상기 플라즈마 가스 유로(14A∼14C)에 있어서 플라즈마가 여기되는 것을 회피하기 위해, 상기 플라즈마 가스는 상기 유로(14A∼14C)에 있어서 50∼100Torr의 압력으로 보유된다.
상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)와 상기 커버 플레이트(15)의 밀착성을 향상시키기 위해, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는 상기 슬롯판(16)에 맞물리고, 상기 처리 용기(11)의 표면의 일부에 링 모양의 홈(11g)이 형성되어 있고, 이 홈(11g)을 이에 연통한 배기 포트(11G)를 개재하여 배기함으로써상기 슬롯판(16)과 커버 플레이트(15)의 사이에 형성된 간극을 감압하고, 대기압에 의해 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)를 상기 커버 플레이트(15)에 눌러 붙이는 것이 가능하게 된다. 이 간극에는 상기 슬롯판(16)에 형성된 슬롯(16a, 16b)이 포함되지만, 그 이외에도 여러 가지 이유에 의해 간극이 형성되는 것이 있다. 이 간극은 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)와 처리 용기(11)의 사이의 실 링(11u)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 상기 배기 포트(11G) 및 홈(15g)을 개재하여 상기 슬롯판(16)과 상기 커버 플레이트(15)의 사이의 간극에 분자량의 작은 불활성 기체를 충전함으로써, 상기 커버 플레이트(15)로부터 상기 슬롯판(16)에의 열의 수송을 촉진할 수 있다. 이 불활성 기체로서는, 열전도율이 크고 게다가 이온화 에너지가 높은 He를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 간극에 He를 충전하는 경우에는, 0.8 기압 정도의 압력으로 설정하는 것이 바람직하다. 도 3의 구성에서는 상기 홈(15g)의 배기 및 홈(15g)에의 불활성 기체의 충전을 위해, 상기 배기 포트(11G)에 밸브(11V)가 접속되어 있다.
상기 동축 도파관(21A) 중, 외측의 도파관(21A)은 상기 디스크 모양의 안테나 본체(17)에 접속되고, 한편 중심 도체(21B)는 테이퍼 형상을 가지는 선단부(21b)가 상기 지상판(18)을 개재하여 상기 슬롯판(16)에 용량성 결합되어 있다. 즉, 상기 선단부(21b)는 상기 슬롯판(16)에서 1㎜ 이상, 바람직하게는 약 3.8㎜ 거리를 두고 형성되고, 상기 동축 도파관(21A)에 공급된 마이크로파는, 상기 안테나 본체(17)와 슬롯판(16)의 사이를 지름 방향으로 진행하면서, 상기 슬롯(16a,16b)에 의해 방사된다. 상기 지상판(18)과 상기 슬롯판(16)의 사이의 거리, 즉 사이에 개재하는 지상판(18)의 두께가 1㎜ 이하가 되면, 상기 지상판(18) 중에 절연 파괴가 생길 가능성이 무시할 수 없게 된다. 주파수가 2.45㎓의 마이크로파를 사용하는 경우, 상기 선단부(21b)와 상기 슬롯판(16)의 거리는 약 3.8㎜의 경우에 가장 급전효율이 높아진다.
상기 외측 도파관(21A)의 선단부, 즉 상기 외측 도파관(21A)과 안테나 본체(17)의 접속부에는 상기 중심 도체(21B)의 테이퍼부(21b)에 대응하여 테이퍼부(21a)가 형성되어 있다.
도 3(B)은 상기 슬롯판(16) 상에 형성된 슬롯(16a, 16b)을 나타낸다.
도 3(B)을 참조하면, 상기 슬롯(16a)은 동심원 모양으로 배열되어 있고, 각각의 슬롯(16a)에 대응하고, 이에 직행하는 슬롯(16b)이 마찬가지로 동심원 모양으로 형성되어 있다. 상기 슬롯(16a, 16b)은 상기 슬롯판(16)의 반경 방향으로 상기 지상판(18)에 의해 압축된 마이크로파의 파장에 대응한 간격으로 형성되어 있고, 그 결과 마이크로파는 상기 슬롯판(16)으로부터 대략 평면파로 되어 방사된다. 그 때, 상기 슬롯(16a, 16b)을 상호 직교하는 관계로 형성하고 있기 때문에, 이와 같이 하여 방사된 마이크로파는 두개의 직교하는 편파 성분을 포함한 원편파를 형성한다.
또한, 도 3(A)의 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 상기 안테나 본체(17) 상에 냉각수 통로(19A)가 형성된 냉각 블록(19)이 형성되어 있고, 상기 냉각 블록(19)을 상기 냉각수 통로(19A) 내의 냉각수에 의해 냉각함으로써, 상기 샤워 플레이트(14)에 축적된 열을 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)를 개재하여 흡수한다. 상기 냉각수 통로(19A)는 상기 냉각 블록(19) 상에 있어 스파이럴 모양으로 형성되어 있고, 바람직하게는 H2가스를 버블링(bubbling) 함으로써 용존 산소를 배제하고 한편 산화 환원 전위를 제어한 냉각수가 통과된다.
또, 도 3(A)의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 상기 처리 용기(11) 내, 상기 샤워 플레이트(14)와 상기 보유대(13) 상의 피처리 기판(12)의 사이에, 상기 처리 용기(11)의 외벽에 설치된 처리 가스 주입구(11r)로부터 처리 가스가 공급되고, 이를 다수의 처리 가스 노즐 개구부(31B)(도 4 참조)로부터 방출하는 격자모양의 처리 가스 통로(31A)를 가지는 처리 가스 공급 구조(31)가 설치되고, 상기 처리 가스 공급 구조(31)와 상기 피처리 기판(12)의 사이의 공간(11C)에 있어서 소망한 균일한 기판 처리가 이루어진다. 이 기판 처리에는 플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리, 플라즈마 산질화 처리, 플라즈마 CVD 처리 등이 포함된다. 또, 상기 처리 가스 공급 구조(31)로부터 상기 공간(11C)에 C4F8, C5F8또는 C4F6등의 해리 하기 쉬운 탄화불소 가스나, F계 혹은 Cl계 등의 에칭 가스를 공급하고, 상기 보유대(13)에 고주파 전원(13A)으로부터 고주파 전압을 인가함으로써 상기 피처리 기판(12)에 대해서 반응성 이온 에칭을 하는 것이 가능하다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 상기 처리 용기(11)의 외벽은 150℃ 정도의 온도로 가열하여 둠으로써, 처리 용기 내벽에의 반응 부생성물 등의 부착이 회피되어 하루에 1회 정도의 드라이 클리닝을 함으로써,정상적으로 안정되게 운전하는 것이 가능하다.
도 3(A)의 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서는, 상기 동축 도파관(21)을 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 접속하는 접속·급전부에 있어서, 상기 중심 도체(21B)에 상기 테이퍼부(21b)를 형성하고, 또 상기 외측 도파관(21A)에도 대응하는 테이퍼부(21a)를 형성함으로써, 상기 접속·급전부에 있어서의 임피던스의 급변이 완화되고, 그 결과 이 임피던스의 급변에 기인하는 반사파의 형성이 크게 저감된다.
도 4는 도 3(A)의 구성에 있어서의 처리 가스 공급 구조(31)의 구성을 나타내는 저면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 처리 가스 공급 구조(31)는 예를 들면 Mg를 포함한 Al 합금이나 Al 첨가 스테인레스 스틸 등의 도전체로 구성되어 있고, 상기 격자모양 처리 가스 통로(31A)는 상기 처리 가스 주입구(11r)에 처리 가스 공급 포트(31R)에 있어서 접속되고, 하면에 형성된 다수의 처리 가스 노즐 개구부(31B)로부터 처리 가스를 상기 공간(11C)에 균일하게 방출한다. 또, 상기 처리 가스 공급 구조(31)에는 인접하는 처리 가스 통로(31A)의 사이에 플라즈마나 플라즈마 중에 포함되는 처리 가스를 통과시키는 개구부(31C)가 형성되어 있다. 상기 처리 가스 공급 구조(31)를 Mg 함유 Al 합금에 의해 형성하는 경우에는, 표면에 불화물막을 형성해 두는 것이 바람직하다. 또, 상기 처리 가스 공급 구조(31)을 Al첨가 스테인레스 스틸에 의해 형성하는 경우에는, 표면에 산화 알류미늄의 부동태막을 형성해 두는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 여기되는 플라즈마 중의 전자 온도가 낮기 때문에 플라즈마의 입사 에너지가 작고, 이 처리 가스 공급 구조(31)가 스퍼터링 되어 피처리 기판(12)에 금속 오염이 생기는 문제가 회피된다. 상기 처리 가스 공급 구조(31)는 알루미나 등의 세라믹스에 의해 형성하는 것도 가능하다.
상기 격자모양 처리 가스 통로(31A) 및 처리 가스 노즐 개구부(31B)는 도 4에 점선으로 나타낸 피처리 기판(12)보다 약간 큰 영역을 커버하도록 설치되어 있다. 이 처리 가스 공급 구조(31)를 상기 샤워 플레이트(14)와 피처리 기판(12)의 사이에 설치함으로써, 상기 처리 가스를 플라즈마 여기하고, 이 플라즈마 여기된 처리 가스에 의해 균일하게 처리하는 것이 가능하게 된다.
상기 처리 가스 공급 구조(31)를 금속 등의 도체에 의해 형성하는 경우에는, 상기 격자모양 처리 가스 통로(31A) 상호의 간격을 상기 마이크로파의 파장보다 짧게 설정함으로써, 상기 처리 가스 공급 구조(31)는 마이크로파의 단락면을 형성한다. 이 경우에는 플라즈마의 마이크로파 여기는 상기 공간(11B) 내에 있어서만 생기고, 상기 피처리 기판(12)의 표면을 포함한 공간(11C)에 있어서 상기 여기 공간(11B)으로부터 확산하여 온 플라즈마에 의해 처리 가스가 활성화된다. 또, 플라즈마 착화 실시예에 상기 피처리 기판(12)이 직접 마이크로파에 노출되는 것을 막을 수 있으므로 마이크로파에 의한 기판의 손상도 막을 수 있다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 가스 공급 구조(31)를 사용함으로써 처리 가스의 공급이 한결같게 제어되기 때문에, 처리 가스의 피처리 기판(12) 표면에 있어서의 과잉 해리의 문제를 해소할 수 있고, 피처리 기판(12)의 표면에 종횡비가 큰 구조가 형성되어 있는 경우이어도, 소망한 기판 처리를 이 종횡 구조의 구석까지 실시하는 것이 가능하다. 즉, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는 설계 룰이 다른 다수의 세대의 반도체 장치의 제조에 유효하다.
도 5는 도 3(A)의 플라즈마 처리 장치(10) 중, 상기 샤워 플레이트(14), 커버 플레이트(15), 및 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)를 포함한 부분의 구성을 나타내는 도이다.
도 5를 참조하면, 상기 샤워 플레이트(14)의 하면과 상기 처리 가스 공급 구조(31)의 간격은, 상기 샤워 플레이트(14) 직하의 영역에 있어서 효율적인 플라즈마 여기를 실현하기 위해서는, 마이크로파의 단락으로서 작용하는 상기 처리 가스 공급 구조(31)와 상기 샤워 플레이트(14)의 하면의 사이에 형성되는 정재파의 배가 상기 샤워 플레이트(14) 직하의 영역에 위치하도록, 마이크로파 파장의 1/4의 정수배가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 슬롯(16a, 16b)에 있어서의 이상 방전을 회피하기 위해서는, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)로부터 방사되는 마이크로파의 마디가 상기 슬롯(16a, 16b)에 위치하는 것이 바람직하고, 또 상기 샤워 노즐 개구부(14A) 내에 있어서의 이상 방전을 회피하기에는 상기 샤워 플레이트(14)의 하면에도 마디가 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 이유로써 상기 샤워 플레이트(14)와 커버 플레이트(15)를 맞춘 두께는 공급되는 마이크로파의 파장의 1/2로 설정하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 샤워 플레이트(14) 및 커버 플레이트(15)의 두께를 마이크로파 파장의 1/4로 설정해 두면, 상기 샤워 플레이트(14)와 커버 플레이트(15)의 계면근방에 마이크로파의 마디를 위치시킬 수 있고, 이 계면을 따라 형성된 플라즈마 가스 통로(14B) 내에 있어서의 이상 방전을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 6은 도 2(A)의 구성 중의 동축 도파관(21)에 접속되는 마이크로파원의 개략적 구성을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 상기 동축 도파관은 2.45㎓ 혹은 8.3㎓로 발진하는 마그네트론(25A)을 가지는 발진부(25)로부터 뻗어있는 도파관의 단부에, 상기 발진부(25)로부터 순차로 아이소레이타(isolator)(24), 파워 모니터(23) 및 튜너(22)를 개재하여 접속되어 있고, 상기 발진기(25)로 형성된 마이크로파를 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)에 공급함과 함께, 플라즈마 처리 장치(10) 중에 형성된 고밀도 플라즈마로부터 반사한 마이크로파를, 상기 튜너(22)에 있어서 임피던스 조정을 함으로써, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)로 돌리고 있다. 또, 상기 아이소레이타(24)는 방향성을 가지는 요소로 상기 발진부(25) 중의 마그네트론(25A)을 반사파로부터 보호하도록 작용한다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 이와 같이 상기 동축 도파관(21)과 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)의 접속부 내지 급전부에 테이퍼부(21At 및 21Bt)를 형성함으로써, 이 접속부에 있어서의 임피던스의 급변이 완화되고, 그 결과 임피던스 급변에 따르는 마이크로파의 반사를 억제하고, 또 상기 동축 도파관(21)으로부터 안테나(20)에의 마이크로파의 공급을 안정화하는 것이 가능하다.
또, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 도 8의 변형예에 나타내듯이, 상기 테이퍼면(21At 및 21Bt)을 각각 만곡면(21Ar 및 21Br)으로 치환하는 것도 가능하다. 이와 같이 만곡면을 형성함으로써, 이 접속부에 있어서의 임피던스 변화를 한층 더 완화하고, 반사파의 형성을 한층 더 효율적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 플라즈마에 기인하는 열 플럭스에 노출되는 샤워 플레이트(14)와 냉각부의 거리가, 도 1(A), (B)에 나타내는 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 비해 큰 폭으로 단축되어 있고, 그 결과 유전손실의 큰 AlN 대신에 Al2O3와 같은, 마이크로파 투과창으로서 매우 적합한, 유전손실은 작지만 열전도율도 작은 재료를 샤워 플레이트 및 커버 플레이트에 사용하는 것이 가능하게 되어, 샤워 플레이트의 온도상승을 억제하면서, 동시에 플라즈마 처리의 효율, 따라서 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)에서는 상기 샤워 플레이트(14)와 이에 대향하는 피처리 기판(12)의 사이의 간격이 좁기 때문에, 상기 공간(11C)에서 기판 처리 반응의 결과 생긴 반응 생성물을 포함한 가스는, 상기 외주부의 공간(11A)으로 흐르는 안정된 흐름을 형성하고, 그 결과 상기 반응 생성물은 상기 공간(11C)으로부터 신속하게 제거된다. 그 때, 상기 처리 용기(11)의 외벽을 150℃ 정도의 온도로 유지하여 둠으로써, 상기 반응 생성물의 처리 용기(11)내벽에의 부착을 실질적으로 완전하게 제거하는 것이 가능하게 되고, 상기 처리 장치(10)는 다음의 처리를 신속하게 하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 실시예에 있어서 특정의 치수의 수치를 들어 설명을 했지만 본 발명은 이들 특정의 수치에 한정되는 것은 아니다.
［제 2 실시예］
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치(10A)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 7 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10A)는 도 3(A), (B)의 플라즈마 처리 장치(10)와 유사한 구성을 가지지만, 상기 샤워 플레이트(14)가 철거되어 있고, 상기 가스 도입 포트(11p)로부터 뻗어있는 가스 도입구(11P)가 상기 처리 용기(11) 내의 공간(11B) 내에 뻗어있다.
이 구성에 있어서도, 상기 가스 도입구(11P)로부터 도입된 플라즈마 가스를 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)로부터 공급되는 마이크로파로 여기함으로써, 상기 공간(11B) 내에 있어서 고밀도 플라즈마를 형성하는 것이 가능하다.
이와 같이 하여 형성된 고밀도 플라즈마는, 샤워 플레이트(14)를 사용한 경우에 얻어지는 고밀도 플라즈마보다는 균일성에서 뒤떨어지지만, 플라즈마 처리 장치(10A)의 구성은 앞의 플라즈마 처리 장치(10)보다 실질적으로 간소화된다. 본 실시예에 있어서도 상기 커버 플레이트(15)에 입사하는 열류(熱流)는, 상기 래디얼 라인 슬롯 안테나(20)를 개재하여 냉각부(17)에 의해 효율적으로 흡수된다.
또, 도 7의 플라즈마 처리 장치(10A)에 있어서, 가능한 한 균일한 플라즈마 형성을 실현하기 위해서, 상기 가스 도입구(11P)를 복수 개소, 상기 피처리 기판에 대해서 대칭적으로 설치하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서 동축 도파관의 중심 도체(21B)의 선단부(21b)를 상기 슬롯판(16)으로부터 떨어지게 형성하고 양자를 용량 결합함으로써, 상기 슬롯판(16) 표면에의 나사 머리의 돌출의 문제가 회피되고, 상기 안테나(20)를 상기 슬롯판(16)이 상기 커버 플레이트(15)에 밀착하도록 장착하는 것이 가능하게 된다.
［제 3 실시예］
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10B)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 8 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10B)는 앞의 실시 예의 마이크로파 플라즈마 장치(10)와 유사한 구성을 가지지만, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10B)에서는 상기 처리 가스 공급 구조(31)가 제거되어 있다. 또, 상기 처리 용기(11)의 게시부(11b)는 하면에도 둥그스름하게 형성되어 있어 이상 방전을 회피하고 있다.
이 구성의 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 상기 샤워 플레이트(14) 직하에 형성되는 플라즈마가 마이크로파를 반사하고, 그 결과 피처리 기판(12)의 표면에까지 마이크로파가 도달하거나 이 표면 근방의 영역에 있어서 플라즈마가 여기되는 것 같은 문제는 생기지 않는다. 또, 플라즈마 착화시에 일시적으로 처리 용기 내의압력을 높게, 예를 들면 133Pa(약 1Torr)에 설정한 상태로 마이크로파를 조사하고, 플라즈마의 발화를 확실히 함으로써 플라즈마 착화시의 피처리 기판에의 마이크로파의 조사에 의한 손상을 막을 수 있다. 플라즈마가 발화 한 후는 처리 용기 내의 압력은 신속하게 프로세스 압력, 예를 들면 13.3Pa(약 0.1Torr)로 조절된다.
상기 플라즈마 처리 장치(10B)에서는 처리 가스 공급 기구(30)를 제거하고 있기 때문에, 처리 가스는 상기 플라즈마 가스 공급 포트(11p)로부터 플라즈마 가스와 함께 공급할 필요가 있지만, 이 구성에 의해 피처리 기판(12)의 표면에 산화 처리, 질화 처리 혹은 산질화 처리 등의 처리를 하는 것이 가능하다.
본 실시예에 있어서도 동축 도파관의 중심 도체(21B)의 선단부(21b)를 상기 슬롯판(16)으로부터 떨어지게 형성하고, 양자를 용량 결합함으로써, 상기 슬롯판(16) 표면에의 나사 머리의 돌출의 문제가 회피되어 상기 안테나(20)를 상기 슬롯판(16)이 상기 커버 플레이트(15)에 밀착하도록 장착하는 것이 가능하게 된다.
［제 4 실시예］
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치(10C)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 9 중 먼저 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에서는 상기 커버 플레이트(15)가 상기 처리 용기(11)의 외벽의 일부로서가 아니고, 마이크로파 안테나(20)의 일부로서 형성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 안테나 본체(17)는 상기 처리 용기(11) 상에 실 링(11u)을 개재하여 장착되지만, 본 실시예에서는 상기 처리 용기(11)의 외벽상에 상기 외벽의 일부로서 형성되어 있던 커버 플레이트(15)가 제외되고, 그 대신에 상기 안테나 본체(17)에 상기 슬롯판(16)을 덮는 유전체판(15A)을 일체적으로 설치한다. 상기 유전체판(15A)은 상기 슬롯판(16)에 밀접하고, 한편 상기 슬롯판(16)은 상기 지상판(18)을 개재하여 상기 안테나 본체(17)에 의해 기계적으로 지지된다.
이 구성에서는, 상기 처리 용기(11) 내를 감압한 경우에 상기 안테나(20)에 대기압이 더해지게 되지만, 본 실시예에서는 대기압에 기인하는 응력은 상기 안테나 본체(17)에 의해 흡수하는 것이 가능하고, 그 결과 상기 유전체판(15A)의 두께를 감소시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 상기 유전체판(15A)에 의한 마이크로파의 손실이 감소하고, 상기 처리 용기(11) 내의 공간(11B)에 있어서의 고밀도 플라즈마의 여기 효율이 향상한다.
도 9의 플라즈마 처리 장치(10C)에서는, 도 8의 구성과 마찬가지로 샤워 플레이트(14)를 설치하지 않고, 플라즈마 가스를 도입구(11P)로부터 도입하는 구성이 사용되고 있지만 샤워 플레이트(14)를 설치하는 것도 가능하다.
［제 5 실시예］
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치(10D)의 구성을 나타낸다. 다만, 도 10 중 먼저 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에서는 앞의 도 9의 실시예에 있어서의 유전체판(15A)이 생략되어 있고 슬롯판(16)이 처리 용기(11) 내에 노출하고 있다.
이 구성에서는, 상기 안테나 본체(17)를 처리 용기(11)의 외벽에 대해서 밀봉하는 실 링(11u) 이외에, 상기 슬롯판(16)과 안테나 본체(17)의 사이에 설치되고 안테나 내부 및 동축 도파관(21)의 내부를 상기 처리 용기(11) 내부의 공간(11B)에 대해서 밀봉하는 다른 실 링(17u)이 설치되어 있다.
이 구성에 의하면, 상기 슬롯판(16)으로부터 처리 용기(11)의 내부 공간(11B)에 직접, 즉 유전체판(15A)이나 커버 플레이트(15)를 개재함이 없이 마이크로파를 도입하는 것이 가능하게 되어, 상기 내부 공간(11B) 내에 있어서 효율적인 마이크로파 플라즈마의 여기가 가능하게 된다.
그 때, 상기 실 링(17u)은 상기 안테나 본체(17)의 주변부에 형성되어 있기 때문에 플라즈마에 의한 손상은 적고, 특히 안테나 본체(17)를 앞의 도 3(A), (B)의 실시예의 같이 냉각함으로써, 안정되게 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다.
도 10의 구성에서도, 상기 처리 용기(11) 내를 감압한 경우에 상기 안테나(20)에 대기압이 더해지게 되지만, 본 실시예에서는 대기압에 기인하는 응력은 상기 안테나 본체(17)에 의해 흡수하는 것이 가능하고, 지상판(18)이 기계적으로 손상하는 일은 없다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이 특정의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재한 요지 내에 있어서 여러 가지 변형·변경이 가능하다.
본 발명에 의하면, 래디얼 라인 슬롯 안테나에 마이크로파를 급전하는 동축도파관 내의 중심 도체를, 상기 중심 도체의 선단부가 래디얼 라인 슬롯 안테나의 방사면을 구성하는 슬롯판로부터 떨어지도록 설치함으로써, 상기 슬롯판 표면에 있어서의 나사 머리에 의한 돌기가 해소되어 슬롯판을 대응하는 마이크로파 투과창에 밀접시키는 것이 가능하게 된다. 이 구성에 의해, 이 돌기에 의한 이상 방전이 회피되고, 마이크로파 투과창을 래디얼 라인 슬롯 안테나를 개재하여 효과적으로 냉각하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 의하면, 래디얼 라인 슬롯 안테나와 마이크로파 투과창을 구성하는 유전체판을 일체화함으로써, 유전체판의 두께를 감소시킬 수 있어 마이크로파 플라즈마의 여기 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 래디얼 라인 슬롯 안테나를 처리 용기에 직접 외부부착 함으로써, 처리 용기 내에 마이크로파를 마이크로파 투과창을 통하지 않고 직접 도입하는 것이 가능하게 되어 마이크로파 플라즈마의 여기 효율을 한층 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.

Claims (14)

  1. 외벽에 의해 구획 형성되고 피처리 기판을 보유하는 보유대를 갖춘 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 결합된 배기계와,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 상에 상기 플라즈마 가스 공급부에 대응하여 설치되고 동축 도파관에 의해 급전되는 마이크로파 안테나와,
    상기 마이크로파 안테나에 상기 동축 도파관을 개재하여 전기적으로 결합된 마이크로파 전원으로 이루어지고,
    상기 마이크로파 안테나는 마이크로파의 방사면을 형성하는 제 1의 외표면과, 상기 제 1의 외표면에 대향하는 제 2의 외표면에 의해 구획 형성되고,
    상기 동축 도파관을 구성하는 외측 도파관은 상기 제 2의 외표면에 접속되고, 상기 동축 도파관을 구성하는 중심 도체는, 선단부가 상기 제 1의 외표면으로부터 떨어지고, 상기 제 1의 외표면에 대해서 용량 결합하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나 중에는, 상기 제 1의 외표면과 상기 제 2의 외표면의 사이에 유전체막이 설치되고, 상기 중심 도체는 상기 선단부가 상기 제 1의 외표면과 상기 유전체막을 개재하여 용량 결합하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 선단부는 상기 제 1의 외표면으로부터 약 3.8㎜ 떨어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체막은 SiO2, Al2O3및 Si3N4의 어느 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 처리 용기는 상기 외벽의 일부에 상기 보유 대상의 피처리 기판에 대면하도록 설치된 마이크로파 투과창을 갖추고, 상기 마이크로파 안테나는 상기 마이크로파 투과창에 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나는 상기 제 1의 표면이 상기 마이크로파 투과창에 밀접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 처리 용기의 외벽에는 상기 보유 대상의 피처리 기판에 대응하여 개구부가 형성되고, 상기 마이크로파 안테나는 상기 개구부 내에, 상기 제 1의 표면이 상기 피처리 기판에 대면하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1의 표면은 알루미늄 혹은 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 중심 도체의 선단부는 상기 제 1의 표면을 향해 지름이 증대하는 테이퍼부를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는 상기 피처리 기판에 대면하도록 설치되고, 플라즈마 가스원에 접속 가능한 플라즈마 가스 통로와 이에 연통하는 다수의 개구부가 형성된 유전체판으로 이루어지는 것을 특징으로 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부는 상기 처리 용기 외벽 내에 형성되고, 플라즈마 가스원에 접속 가능한 관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 공급부와 상기 피처리 기판의 사이에 배설된 처리 가스 공급부를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는 처리 가스원에 접속 가능한 처리 가스 통로와, 플라즈마를 통과시키는 제 1의 개구부와, 상기 처리 가스 통로에 연통하는 복수의 제 2의 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 보유대에 접속된 고주파 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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