KR20040062870A

KR20040062870A - 플라즈마 장치 및 플라즈마 생성 방법

Info

Publication number: KR20040062870A
Application number: KR10-2003-7009440A
Authority: KR
Inventors: 마코토 안도; 마사하루 타카하시; 이시이노부오
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사; 마코토 안도; 마사하루 타카하시
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2004-07-09
Also published as: EP1361782A4; US7243610B2; WO2002058441A1; JP2002289398A; KR100549678B1; EP1361782A1; US20040095074A1; JP3625197B2

Abstract

급전부를 통해 공급되는 고주파 전자계(F)를 처리 용기(11) 내에 공급하는 슬롯 안테나(30)를 구비한 플라즈마 장치로서, 상기 급전부는 공진기를 구성하는 동시에 급전되는 고주파 전자계(F)를 회전 전자계로 변환하여 상기 슬롯 안테나(30)에 공급하는 캐비티(35)를 갖는다.

Description

플라즈마 장치 및 플라즈마 생성 방법{PLASMA DEVICE AND PLASMA GENERATING METHOD}

반도체 장치나 플랫 패널 디스플레이의 제조에 있어서, 산화막의 형성이나 반도체층의 결정 성장, 에칭, 또한 애싱 등의 처리를 하기 위해서 플라즈마 장치가 많이 이용되고 있다. 이들 플라즈마 장치 중에, 슬롯 안테나를 이용하여 처리 용기 내에 고주파 전자계를 공급하여, 그 전자계에 의해 고밀도 플라즈마를 발생시키는 고주파 플라즈마 장치가 있다. 이 고주파 플라즈마 장치는 플라즈마 가스의 압력이 비교적 낮더라도 안정적으로 플라즈마를 생성할 수 있다고 하는 특색이 있다.

이러한 플라즈마 장치를 이용하여 각종 처리를 할 때에는 반도체 기판 등의 처리면 상에서의 플라즈마의 이차원적인 분포(이하「면내 분포」라고 함)를 균일하게 할 필요가 있다.

슬롯 안테나를 이용하여 균일한 면내 분포를 갖는 플라즈마를 생성하는 방법으로서, 고주파 전원으로부터 급전되는 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하여, 원편파로 이루어진 회전 고주파 전자계를 슬롯 안테나에 공급하는 것이 생각되고있다.

도 21은 종래의 고주파 플라즈마 장치의 일구성예를 도시한 도면이다. 이 도 21에 있어서는 종래의 고주파 플라즈마 장치의 일부 구성에 관해서 종단면 구조가 도시되어 있다.

종래의 플라즈마 장치는 상부가 개구된 바닥 보유 원통형 처리 용기(111)와, 이 처리 용기(111)의 상부 개구를 폐쇄한 유전체판(113)과, 이 유전체판(113)의 위에 배치되어, 처리 용기(111) 내에 고주파 전자계를 방사하는 레디얼 안테나(130)를 구비하고 있다.

이 처리 용기(111)의 저부에는 기판대(122)가 고정되어, 이 기판대(122)의 적재면에 피처리체인 기판(121)이 배치된다. 또한, 처리 용기(111)의 저부에는 진공 배기용의 배기구(116)가 설치되고, 처리 용기(111)의 측벽에는 플라즈마 가스 및 프로세스 가스 공급용의 노즐(117)이 설치되어 있다.

유전체판(113)은 석영 유리 등으로 이루어지며, 처리 용기(111)와의 사이에 O링 등의 시일 부재(도시하지 않음)를 개재시킴으로써 처리 용기(111) 내의 플라즈마가 외부로 새지 않도록 하고 있다.

또한, 레디얼 안테나(130)는 슬롯 안테나의 일종이며, 레디얼 도파로(133)를 형성하는 서로 평행한 2장의 원형 도체판(131, 132)과, 이들 도체판(131, 132)의 외주부를 접속하는 도체링(134)으로 구성되어 있다. 레디얼 도파로(133)의 상면이 되는 도체판(132)의 중심부에는 고주파 전자계를 레디얼 안테나(130) 내에 도입하는 도입구(135)가 형성되어 있다. 레디얼 도파로(133)의 하면이 되는 도체판(131)에는 레디얼 도파로(133) 내를 전파하는 전자계(F)를 유전체판(113)을 통해 처리 용기(111) 내에 방사하는 슬롯(136)이 주위 방향에 복수 형성되어, 레디얼 안테나(130)의 안테나면을 형성하고 있다. 또한, 레디얼 안테나(130) 및 유전체판(113)의 외주는 환상의 실드재(112)에 의해서 덮이고, 전자계가 외부로 새지 않는 구조로 되어 있다.

종래의 플라즈마 장치에 있어서는 다음과 같은 구성을 취함으로써 레디얼 안테나(130)에 회전 전자계를 공급하고 있었다.

즉, 종래의 플라즈마 장치는 회전 전자계를 공급하기 위해서 고주파 전자계를 발생하는 고주파 발생기(145)와, 고주파 발생기(145)로부터 출력되는 고주파 전자계를 유도하는 구형 도파관(143)과, 구형 도파관과 원통 도파관을 접속하기 위한 구형·원통 변환기(147)와, 직선 편파의 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하는 원편파 변환기(146)를 구비하고 있었다.

여기서 원편파 변환기(146)로서는 예컨대, 도 22의 (c)에 도시하는 바와 같이 원통 도파관의 내벽에 대향하는 도체 제조의 원주형 돌기(146A)를 축 방향으로 1조 또는 복수조 설치한 것이 이용된다. 이들 원주형 돌기(146A)는 구형·원통 변환기(147)로부터 입력되는 TE11 모드의 전자계의 전계의 주방향에 대하여 45°를 이루는 방향으로 배치되고, 복수조의 경우에는 축 방향으로 λ/4(λ는 전파하는 전자파의 관내 파장)의 간격으로 설치되어, 이 TE11 모드의 고주파 전자계를 그 전계의 주방향이 원통 도파관의 축선을 중심으로 회전하는 회전 전자계로 변환한다.

이러한 구성을 갖는 종래의 플라즈마 장치에 있어서 회전 전자계가 공급되는구조를 도 22를 참조하여 설명하면 다음과 같이 된다. 또, 도 22는 구형 도파관(143), 구형·원통 변환기(147), 원편파 변환기(146)의 내부를 전파하는 전자계의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 여기서 도 22의 (a)는 도 21에 도시한 구형 도파관(143)을 전파하는 전자계의 A-A'에 있어서의 전계의 모습, 도 22의 (b), (e), (f)는 구형·원통 변환기(147)의 출구 B-B'에 있어서의 전계의 모습, 도 22의 (c), (d), (g)는 원편파 변환기(146)를 전파하는 전자계의 전계와 회전의 방향을 도시한다.

고주파 발생기(145)로부터 TE10 모드에서 구형 도파관(143)을 전파한 고주파 전자계[도 22의 (a)]는 구형·원통 변환기(147)에 의해서 TE11 모드로 변환되어[도 22의 (b)] 원편파 변환기(146)의 원통 도파관에 도입된다. 그리고 원편파 변환기(146)를 전파하면서 회전 전자계로 변환되어[도 22의 (c)], 도체판(132)의 중심부에 형성된 도입구(135)로부터 레디얼 안테나(130) 내에 공급된다.

그러나, 레디얼 안테나(130)에 공급된 회전 전자계의 일부는 레디얼 도파로(133)의 단부에 위치하는 도체링(134)에 의해서 반사되어, 그 반사된 회전 전자계가 동일한 방향으로 회전하면서 원편파 변환기(146) 내를 역방향으로 전파한다[도 22의 (d)]. 그리고, 이 반사 전자계는 구형·원통 변환기(147)에 있어서 고정단의 반사를 행하고[도 22의 (e), (f)], 다음번은 역방향으로 회전하는 회전 전자계가 되어 원편파 변환기(146) 내를 전파하여[도 22의 (g)], 레디얼 안테나(130)에 공급되게 된다.

그 결과, 레디얼 안테나(130)에는 위상 및 회전의 방향이 서로 다른 회전 전자계가 혼재한 상태로 공급되게 되어, 그 때의 고주파 전자계의 편파는 도 23에 도시한 바와 같은 타원이 된다. 그렇게 하면, 처리 용기 내에서 생성되는 플라즈마의 면내 분포의 균일성이 저하하여, 특히 주연부에서의 플라즈마 처리에 불균일이 생기게 된다.

이와 같이 원편파 변환기(146)로 변환한 회전 전자계를 레디얼 안테나(130)에 공급한 것만으로는 레디얼 안테나(130)로부터의 반사 전자계의 영향에 의해 플라즈마 분포의 면내 균일성을 얻는 것이 곤란하였다.

본 발명은 슬롯 안테나를 이용하여 처리 용기 내에 공급한 전자계에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 장치 및 플라즈마 생성 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 장치를 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부에서의 전계 분포를 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부의 작용 효과를 설명하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부의 변형예를 설명하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부의 변형예를 설명하는 도면이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부의 변형예를 설명하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부의 변형예를 설명하는 도면이다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부를 설명하는 도면이다.

도 16은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 장치에 이용되는 크로스 슬롯의 설계예를 설명하는 도면이다.

도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 장치의 급전부의 변형예를 설명하는 도면이다.

도 18은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 장치에 이용되는 슬롯의 다른 예를 설명하는 도면이다.

도 19는 슬롯의 형상을 도시하는 평면도이다.

도 20은 본 발명에서 사용 가능한 레디얼 안테나의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 21은 종래의 플라즈마 장치를 설명하는 도면이다.

도 22는 종래의 플라즈마 장치에 있어서의 전자계의 모드를 설명하는 도면이다.

도 23은 종래의 플라즈마 장치에 있어서의 플라즈마의 면내 분포를 도시하는 모식도이다.

발명의 개시

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 플라즈마 분포의 면내 균일성을 개선하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 플라즈마 장치는 급전부를 통해 공급되는 고주파 전자계를 처리 용기 내에 공급하는 슬롯 안테나를 구비한 플라즈마 장치로서, 상기 급전부는 공진기를 구성하는 동시에 급전되는 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하여 상기 슬롯 안테나에 공급하는 캐비티를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서는 캐비티 내에서 회전 전자계가 공진하면서 슬롯 안테나 내에 원편파로 이루어진 회전 고주파 전자계가 공급된다.

이 플라즈마 장치는 슬롯 안테나 내에서의 캐비티의 개구부의 주위에 설치되어 캐비티의 내경과 동일한 내경을 갖는 링부재를 구비하고 있어도 좋다. 이 링부재의 두께와 폭을 조절함으로써 캐비티 내에서 공진하는 고주파 전자계 중, 슬롯안테나 내에 공급되는 고주파 전자계의 비율을 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 장치의 제1 구성예로서, 상기 캐비티는 고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되는 동시에, 상기 원형 도체 부재의 중심로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 상기 동축 도파관의 내부 도체와 일단이 접속된 급전핀과, 이 급전핀과 상기 원형 도체의 중심을 사이에 두고 소정의 각도를 이루는 위치에 설치되어 일단이 상기 원형 도체 부재와 접속된 섭동핀을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 있어서는 동축 도파관을 통해 급전되는 고주파 전자계는 급전핀과 섭동핀과의 상호 작용에 의해서 회전자계로 변환되어, 캐비티 내에서 공진하면서 슬롯 안테나 내에 공급된다.

여기서 급전핀의 타단은 개방 상태로 되어 있어도 좋고, 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면에 접속되어 있어도 좋다. 급전핀의 타단이 안테나면에 접속되어 있는 경우, 그 급전핀의 타단에 안테나면 측으로 넓어지는 원추대형의 도전 부재가 설치되어 있어도 좋다. 이러한 형상을 한 도체 부재를 이용하는 것에 의해 캐비티 내에서 공진하는 고주파 전자계를 슬롯 안테나 내에 도입하기 쉽게 할 수 있다.

섭동핀의 타단도 또 개방 상태로 되어 있어도 좋고, 안테나면에 접속되어 있어도 좋다. 또한, 원통 도체 부재에 접속되어 있어도 좋다.

또한, 급전핀의 타단이 원통 도체 부재에 접속되어 있어도 좋다. 이 경우,섭동핀의 타단은 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면에 접속되어 있어도 좋고, 원통 도체 부재에 접속되어 있어도 좋다.

본 발명에 따른 플라즈마 장치의 제2 구성예로서, 상기 캐비티는 고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재와, 이 원통 도체 부재의 측벽 내부에 대향 배치된 도전 부재로 형성되는 동시에, 상기 원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 동축 도파관의 내부 도체와 일단이 접속된 급전핀을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 있어서, 캐비티는 상기 원통 도체 부재의 측벽 내부에 대향 배치된 도전 부재에 의해서 그 원통 도체 부재의 축에 수직한 단면이 서로 대향하는 노치부를 갖도록 형성된다. 그 결과, 동축 도파관을 통해 급전되는 고주파 전자계는 캐비티 내에서 회전 전자계로 변환되어, 공진하면서 슬롯 안테나 내에 공급된다.

여기서 상기 원통 도체 부재의 측벽 내부에 대향 배치된 도전 부재는 이 원통 도체 부재의 일단으로부터 타단까지 연장하고 있어도 좋다.

또한, 도전 부재는 원통 도체 부재의 축 방향의 길이가 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4이라도 좋다. 이 경우, 도전 부재와 급전핀과의 평행 부분의 길이가 상기 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4이 되어, 캐비티 내에 양호한 회전 전자계를 얻을 수 있다.

또한, 도전 부재는 슬롯 안테나측의 단부가 슬로프형으로 성형되어 있어도 좋다. 이와 같이 성형함으로써, 캐비티 내에서 도전 부재가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역과의 임피던스의 변화를 완만하게 하여, 2개의 영역의 경계에서의 고주파 전자계의 반사를 억제할 수 있다.

도전 부재의 단부를 슬로프형으로 성형하는 경우, 그 단부를 제외한 본체는 원통 도체 부재의 축 방향의 길이가 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4이라도 좋다. 이에 따라, 캐비티 내에 양호한 회전 전자계를 얻을 수 있다.

또한, 급전핀의 타단은 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면에 접속되어 있어도 좋고, 원형 도체 부재로부터 원통 도체 부재의 축 방향에 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4 떨어진 위치에서 도체 부재에 접속되어 있어도 좋다.

또, 원통 도체 부재의 측벽 내부에 설치되는 도전 부재로서 서로 대향하는 1조 또는 복수조의 도체 제조의 원주형 돌기를 축 방향으로 설치하더라도 좋다.

본 발명에 따른 플라즈마 장치의 제3 구성예로서, 상기 캐비티는 고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 타원형 도체 부재와, 일단이 이 타원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구되어, 단면이 타원 형상의 통형상 도체 부재로 형성되는 동시에, 상기 타원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격하며 또한 그 장직경 및 단직경과 소정의 각도를 이루는 위치에 설치되어 상기 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 급전핀을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 있어서, 동축 도파관을 통해 급전되는 고주파 전자계는 타원형의 단면을 갖는 캐비티 내에서 회전 전자계로 변환되어, 공진하면서 슬롯 안테나 내에 공급된다.

여기서 급전핀의 타단은 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면에접속되어 있어도 좋고, 원형 도체 부재로부터 원통 도체 부재의 축 방향에 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4 떨어진 위치에서 도체 부재에 접속되어 있어도 좋다.

본 발명에 따른 플라즈마 장치의 제4 구성예로서, 상기 캐비티는 고주파 전자계를 급전하는 제1, 제2 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되는 동시에, 상기 원형 도체 부재의 중심로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 상기 제1 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 제1 급전핀과, 이 제1 급전핀과 상기 원형 도체의 중심을 사이에 두고 소정의 각도를 이루는 위치에 설치되어 상기 제2 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 제2 급전핀을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 있어서, 제1, 제2 급전핀에 위상이 다른 고주파 전자계를 급전함으로써 회전 전자계가 생성되어, 이 회전 전자계가 캐비티 내에서 공진하면서 슬롯 안테나 내에 공급된다.

여기서 제1, 제2 급전핀의 각각의 타단은 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면에 접속되어 있어도 좋고, 원형 도체 부재로부터 원통 도체 부재의 축 방향에 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4 떨어진 위치에서 도체 부재에 접속되어 있어도 좋다.

본 발명에 따른 플라즈마 장치의 제5 구성예로서, 상기 캐비티는 고주파 전자계를 급전하는 적어도 1개의 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되는 동시에, 적어도 1개의 동축 도파관으로부터 급전된 고주파전자계를 회전 전자계로서 캐비티 내에 방사하는 패치 안테나를 구비하고, 이 패치 안테나는 원형 도체 부재와, 이 원형 도체 부재와 소정의 간격을 두고 대향 배치되어 적어도 1개의 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 도체판을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 있어서, 동축 도파관을 통해 급전되는 고주파 전자계는 패치 안테나에 의해서 회전 전자계로서 캐비티 내에 방사되어, 공진하면서 슬롯 안테나 내에 공급된다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 장치의 제6 구성예로서, 상기 캐비티는 고주파 전자계를 급전하는 구형 도파관의 일측면 또는 종단면과, 일단이 이 구형 도파관의 일측면 또는 종단면과 접속되고 타단이 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되고, 상기 구형 도파관의 일측면 또는 종단면에는 고주파 전자계를 회전 전자계로서 캐비티 내에 방사하는 복수의 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 있어서, 구형 도파관을 통해 급전되는 고주파 전자계는 그 구형 도파관의 일측면 또는 종단면에 형성된 복수의 슬롯에 의해서 회전 전자계로서 캐비티 내에 방사되어, 공진하면서 슬롯 안테나 내에 공급된다.

여기서 복수의 슬롯은 서로의 중점에서 교차하는 2개의 슬롯이라도 좋다. 이 2개의 슬롯에 의해서 구성되는 슬롯을 크로스 슬롯이라고 부른다. 또한 복수의 슬롯은 서로 이격되어 배치된 서로 대략 수직한 방향으로 신장하는 2개의 슬롯이라도 좋다. 이 2개의 슬롯에 의해서 구성되는 슬롯을 팔자(八字) 슬롯이라고 부른다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 방법은 고주파 전자계를 슬롯 안테나에 공급하고, 이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 방법으로서, 공진기를 구성하는 캐비티에 고주파 전자계를 급전하여, 이 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하는 동시에 상기 캐비티 내에서 공진시키면서, 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를 상기 슬롯 안테나에 공급하는 것을 특징으로 한다. 이 방법에 있어서는 회전 전자계를 공진시키면서 슬롯 안테나에 공급함으로써, 슬롯 안테나에 공급되는 고주파 전자계를 원편파로 이루어진 회전 전자계로 할 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 생성 방법의 제1 구성예는, 공진기를 구성하는 캐비티 내에 급전핀과 섭동핀을 설치하는 것에 따라, 동축 도파관을 통해 급전된 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하며 또한 캐비티 내에서 공진시키는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 방법의 제2 구성예는, 고주파 전자계의 전파 방향에 수직한 단면이 서로 대향하는 노치를 갖는 캐비티에 동축 도파관을 통해 고주파 전자계를 급전함으로써, 이것을 회전 전자계로 변환하며 또한 캐비티 내에서 공진시키는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 방법의 제3 구성예는, 고주파 전자계의 전파 방향에 수직한 단면이 타원 형상의 캐비티에 동축 도파관을 통해 고주파 전자계를 급전함으로써, 이것을 회전 전자계로 변환하며 또한 캐비티 내에서 공진시키는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 방법의 제4 구성예는, 공진기를 구성하는 캐비티에 제1, 제2 동축 도파관을 통해 서로 위상이 90° 다른 고주파 전자계를 급전함으로써, 회전 전자계를 생성하며 또한 캐비티 내에서 공진시키는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 방법의 제5 구성예는, 동축 도파관을 통해 패치 안테나에 고주파 전자계를 급전함으로써, 캐비티 내에 회전 전자계를 생성하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 방법의 제6 구성예는, 구형 도파관으로부터 급전된 고주파 전자계를 그 구형 도파관의 일측면 또는 종단면에 형성된 복수의 슬롯으로부터 캐비티 내에 방사함으로써, 회전 전자계를 생성하는 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 장치를 설명하는 도면이다.

이 플라즈마 장치는 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 상부가 개구된 바닥 보유 원통형 처리 용기(11)와, 이 처리 용기(11)의 상부 개구를 폐쇄하는 유전체판(13)과, 이 유전체판(13)의 위에 배치되어, 처리 용기(11) 내에 고주파 전자계를 방사(또는 리크)하는 레디얼 안테나(30)와, 레디얼 안테나(30) 및 유전체판(13)의 외주를 덮는 실드재(12)를 구비하고 있다. 또, 처리 용기(11)와 유전체판(13)과의 사이에는 O링 등의 시일 부재(14)를 개재시켜, 처리 용기(11) 내의진공을 유지하는 동시에 플라즈마가 외부로 새지 않도록 하고 있다.

이 처리 용기(11)의 내부에는 피처리체인 기판(21)을 얹어 놓은 기판대(22)가 승강축(23)을 통해 승강 가능하게 설치되어 있다. 이 기판대(22)는 매칭 박스(25)를 통해 바이어스용 고주파 전원(26)과 전기적으로 접속되어 있다. 또, 처리 용기(11)의 기밀성을 유지하기 위해서, 기판대(22) 저면과 처리 용기(11) 저면에 설치된 절연체판(15)과 결합된 벨로우즈(24)가 승강축(23)의 주위에 설치되어 있다.

이 처리 용기(11)에는 또한 진공 배기용의 배기구(16)와 플라즈마 가스 및 프로세스 가스 공급용의 노즐(17)이 설치되어 있다.

한편, 레디얼 안테나(30)는 레디얼 도파로(33)를 형성하는 서로 평행한 2장의 원형 도체판(31, 32)과, 이들 도체판(31, 32)의 외주부를 접속하는 도체링(34)으로 구성되어 있다.

여기서 도 1의 (a)에 도시하는 플라즈마 장치의 Ib-Ib'선에 있어서의 단면도를 도 1의 (b)에 도시한다. 레디얼 도파로(33)의 하면이 되는 도체판(31)에는 예컨대 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 슬롯(36)이 주위 방향에 복수 형성되어, 레디얼 안테나(30)의 안테나면을 형성하고 있다.

또한, 레디얼 도파로(33)의 상면이 되는 도체판(32)의 중심부에는 후술하는 급전부가 설치되어 있다.

도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 고주파 발생기(45)에 있어서 발생한 고주파 전자계는 매칭 회로(44)를 통해 구형 도파관(43)을 전파하여, 구형·동축 변환기(42)에 있어서 TE10 모드로부터 TEM 모드로 변환되어, 동축 도파관(41)을 통해 레디얼 안테나(30)의 급전부에 급전된다.

본 실시예에 있어서 이 급전부는 고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관(41)의 외부 도체(41A)와 접속된 원형 도체 부재(51A)와, 일단이 이 원형 도체 부재(51A)와 접속되고, 타단이 레디얼 안테나(30) 내에 개구된 원통 도체 부재(51B)로 형성되는 캐비티(35)와, 이 캐비티(35) 내에 설치되어, 일단이 동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)와 접속되고 타단이 개방 상태로 되어 있는 급전핀(52)과, 일단이 원형 도체 부재(51A)와 접속되고 타단이 개방 상태로 되어 있는 섭동핀(53)으로 이루어진다. 급전핀(52)과 섭동핀(53)은 동축 도파관(41)을 통해 공급되는 전자계를 회전 전자계로 변환한다. 또, 도 1의 (c)는 도 1의 (a)의 Ic-Ic'선에 있어서의 단면도이다.

이 캐비티(35)는 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)과 동시에 공진기를 구성하여, 캐비티(35) 내에서 공진하는 고주파 전자계의 일부가 레디얼 도파로(33)에 공급된다.

레디얼 안테나(30)의 도체판(32)의 중앙에 설치된 캐비티(35)의 개구부의 주위에는 원통 도체 부재(51B)의 내경[즉 캐비티(35)의 내경]과 동일한 내경을 갖는 링부재(54)가 배치되어 있다. 이 링부재(54)의 두께와 폭을 조절함으로써, 캐비티(35) 내에서 공진하는 고주파 전자계 중, 레디얼 도파로(33)에 공급되는 고주파 전자계의 비율을 조절할 수 있다.

또, 캐비티(35)에 공급된 전자계 중, 공진하여 캐비티(35) 내에 남는 전자계의 에너지를 캐비티(35)로부터 레디얼 도파로(33)에 공급되는 전자계의 에너지로 나눈 값은「Q값」이라고 불린다.

도 2를 참조하여 이러한 급전부의 구성을 상술한다.

도 2의 (a)는 측면으로부터 본 경우의 급전부를 나타내는 모식도, 도 2의 (b)는 급전핀(52)과 섭동핀(53)의 배치를 도시하는 모식도이다.

본 실시예에서는 고주파 발생기(45)로부터 2.45 GHz의 고주파 전자계를 급전하는 것으로 하면, 원통형의 캐비티(35)의 중심축(이하 「중심축」이라고 함)으로부터 원통 도체 부재(51B)의 내면까지의 거리(이하, 「캐비티의 반경」이라고 함) a를 약 7.3∼7.5 cm, 원형 도체 부재(51A)와 레디얼 안테나(30)의 원형 도체판(31)과의 거리(이하, 「캐비티의 깊이」라고 함) d를 약 3.6 cm으로 할 수 있다. 또, 이 때의 레디얼 안테나(30)의 직경은 약 48 cm, 도체판(31, 32) 사이의 거리인 높이 h는 1.5∼1.6 cm이다.

원통 도체 부재(51B)와 함께 캐비티(35)를 형성하는 링부재(54)의 폭 c는 약 3.1 cm이며, 이것은 전자파의 파장의 약1/4에 상당한다.

또한, 동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)와 접속된 급전핀(52)의 길이 l₁을 1.75∼2.6 cm, 섭동핀(53)의 길이 l₂를 1.75∼2.1 cm으로 할 수 있다. 이 때, 급전핀(52)을 섭동핀(53)보다도 약간 길게 설계하면 좋다.

또, 핀(52, 53)을 길게 하거나, 또는, 캐비티(35)를 깊게 하면, 캐비티(35)의 Q값은 커지고, 레디얼 도파로(33)에 공급되는 전자계의 비율을 작게 할 수 있다. 플라즈마 장치로서의 용도에는 Q값은 약 30이 기준이 된다.

한편, 급전핀(52)과 섭동핀(53)은 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 모두 원형 도체 부재(51A)의 중심축으로부터 b₁=b₂=약 3.6 cm의 위치에, 그 중심을 사이에 두고 45°의 홀수배, 예컨대 φ=135°의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 이것에 의해서, 동축 도파관(41)을 통해 급전되는 고주파 전자계는 캐비티(35) 내에서 TM 모드의 회전 전자계로 변환된다.

여기서 나타낸 급전부의 치수는 반사 계수(VS)를 중시하여 설계한 결과 얻어진 것이며, 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예컨대 회전 전자계의 축비를 중시하는 경우에는, 도 2에 있어서, a=약 7.3 cm, d=약 3.5 cm, c=약 2.6 cm, t=약 1.0 cm, l₁=l₂=약 1.5 cm, b₁=약 4.3 cm, b₂=약 4.4 cm의 위치에, φ=115°로 하면 좋다.

도 3을 참조하면, 급전핀(52)과 섭동핀(53)에 의해서 회전 전자계를 생성하는 구조는 다음과 같이 설명할 수 있다.

만일 섭동핀(53)이 없으면, 급전핀(52)에 의해서 생기는 전계는 도 3에 도시하는 E(점선)와 같이 되어, 회전 전자계를 얻을 수 없다.

이에 대하여, 섭동핀(53)을 설치한 경우에는 상기 전계(E) 중, 섭동핀(53) 방향의 성분(E1)은 급전핀(52)과 섭동핀(53)과의 사이의 용량 성분의 영향에 의해 위상이 지연된다. 이 위상 지연이 90°가 되도록 급전핀(52), 섭동핀(53)의 길이를 조정함으로써 TM11 모드의 회전 전자계를 얻을 수 있다.

따라서, 이러한 플라즈마 장치에 있어서, 고주파 발생기(45)로부터 발생한 고주파 전자계는 동축 도파관(41)을 통해 상기 캐비티(35)에 급전되어, 급전핀(52)과 섭동핀(53)에 의해서 회전 전자계로 변환되는 동시에, 상기 캐비티(35)에 있어서 공진하면서, 그 일부가 레디얼 안테나(30)의 레디얼 도파로(33)에 공급된다. 레디얼 안테나(30) 내에 공급된 고주파 전자계는 레디얼 도파로(33)를 전파하여, 이 레디얼 도파로(33) 내를 전파하는 전자계(F)가 이들 슬롯(36)으로부터 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)되어, 노즐(17)을 통하여 처리 용기(11) 내에 도입되는 플라즈마 가스를 전리시켜 플라즈마(S)를 생성한다.

이 때 캐비티(35)에 있어서 회전 전자계는 공진하고 있기 때문에 캐비티(35) 내의 회전 전자계가 레디얼 도파로(33)에 공급된다. 따라서, 급전핀(52)과 섭동핀(53)에 의해서 고주파 전자계를 원편파로 변환함으로써, 레디얼 안테나(30)로부터 양호한 원편파 고주파 전자계를 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)하여, 생성되는 플라즈마(S)의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는 일단이 동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)에 접속된 급전핀(52)의 타단(선단)을 개방 상태로 하여 전압 모드로 전자계를 여기하기 때문에, 급전핀(52)의 선단에 있어서 전압 진폭이 최대가 된다. 이 때문에, 수 kW∼수십 kW라는 고전력으로 급전하는 경우에는 급전핀(52)의 선단과, 섭동핀(53)의 선단, 캐비티(35)의 원통 도체 부재(51B) 또는 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)과의 사이에서 방전이 일어나지 않도록 급전부를 설계하는 것이 바람직하다. 방전을 억제하기 위해서는 급전핀(52)의 선단으로부터 섭동핀(53)의 선단, 원통 도체부재(51B) 또는 도체판(31)까지의 거리를 크게 하면 좋고, 예컨대 급전핀(52)과 섭동핀(53)에 관해서는 양자를 다른 길이로 해도 좋다.

다음에 본 발명의 제2 실시예에 관해서 도 4를 참조하여 설명한다. 또, 제1 실시예와 공통되는 부재에 관해서는 동일한 부호를 이용하고, 그 설명을 생략한다.

전술한 제1 실시예에서는 캐비티(35) 내에 설치된 급전핀(52)의 선단이 개방 상태로 되어 있는 데 대하여, 이 제2 실시예에 따른 플라즈마 장치에서는 급전핀(52A)의 선단이 단락 상태로 되어 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 급전핀(52A)의 일단은 동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)에 접속되고, 선단을 이루는 타단은 레디얼 안테나(30)의 안테나면인 도체판(31)과 접속되어 단락 상태로 되어 있다.

캐비티(35)의 원형 도체 부재(51A)와 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)과의 거리인 캐비티(35)의 깊이(d)는 λ/2 정도로 한다. 선단이 도체판(31)에 접속된 급전핀(52A)의 길이 l₁은 캐비티(35)의 깊이 d와 같으니까, λ/2 정도가 된다. 여기에 λ는 고주파 전자계의 파장이며, 주파수가 2.45 GHz인 고주파 전자계를 이용하는 경우, d=l₁=약 6 cm이다.

이러한 구성으로 한 것에 의하는 캐비티(35) 내에서의 여진 원리를 도 5의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한다. 도 5의 (a)는 측면으로부터 본 경우의 급전부를 나타내는 모식도, 도 5의 (b)는 급전핀(52A) 상에서의 전류 분포를 도시하는 개념도, 도 5의 (c)는 급전핀(52A) 상에서의 전압 분포를 도시하는 개념도이다.

급전핀(52A)의 선단을 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)에 접속하여 단락 상태로 하면, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 급전핀(52A)의 선단에 있어서 전류 진폭이 최대가 되어 전류와 전압은 위상이 90°틀어지기 때문에, 급전핀(52A)의 선단에 있어서의 전압 진폭은 0(제로)이 된다. 또한, 급전핀(52A)의 길이 l₁은 λ/2 정도이기 때문에, 급전핀(52A) 상에서의 전압 분포는 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 되어, 전압 진폭이 최대가 되는 위치는 캐비티(35)의 깊이 d의 중앙 주변이 되어, 그 교류 전계에서 캐비티(35) 내의 전자계가 여진된다.

한편, 섭동핀(53)은 급전핀(52)에 의해서 여진되는 전계(E) 중, 섭동핀(53) 방향의 성분(E1)의 위상 지연이 90°가 되는 길이를 가지고 있으면 좋고, 그 길이 l₂는 예컨대 λ/4 정도이면 좋다. 주파수가 2.45 GHz인 고주파 전자계를 이용하는 경우, l₂=약 3 cm이다. 이러한 길이로 하는 것에 의해 캐비티(35) 내에 여진된 고주파 전자계를 양호한 TM11 모드의 회전 전자계로 변환할 수 있다.

이러한 구성으로 하는 것에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 예컨대 주파수가 2.45 GHz인 고주파 전자계를 이용하여, 섭동핀(53)의 길이 l₂를 λ/4로 하면, 캐비티(35)의 깊이 d=약 6 cm에 대하여 섭동핀(53)의 길이 l₂=약 3 cm이 되어, 섭동핀(53)의 선단으로부터 안테나면인 도체판(31)까지의 간격을 3 cm 정도 확보할 수 있다. 이에 따라, 양자의 간격이 짧은 경우에 생기는 방전을 완화할 수 있다.

또한, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)에 접속된 급전핀(52A)의 선단에 도전 부재(37)를 설치하더라도 좋다. 이 도전부재(37)는 도체판(31)과의 접속면을 저면으로 하여, 도체판(31)측으로 넓어지는 원추대형을 하고 있다. 이러한 형상을 한 도체 부재(37)를 이용하는 것에 의하여 캐비티(35) 내에서 공진하는 고주파 전자계를 레디얼 도파로(33)에 도입하기 쉽게 할 수 있다. 또, 도전 부재(37)는 급전핀(52A)의 연장선에 대하여 대칭일 필요는 없다. 즉, 급전핀(52A)의 연장선에 대한 도전 부재(37)의 측면의 경사각은 그 측면이 대향하는 도체판(32)과의 거리가 작을수록 크게 하더라도 좋다. 도 6의 (a)에서 말하면, 도전 부재(37)의 좌측 측면의 경사각을 우측 측면의 경사각보다 크게 하더라도 좋다.

또한, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 일단이 원형 도체 부재(51A)에 접속된 섭동핀(53A)의 타단을 급전핀(52A)과 같이 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)에 접속하더라도 좋다. 이에 따라, 섭동핀(53A)과 도체판(31)과의 사이에서 방전이 생기는 것을 방지할 수 있다.

또한, 급전핀(52A)의 선단을 원통 도체 부재(51B)에 접속하더라도 좋다. 구체적으로는 도 7의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 급전핀(52A)은 동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)와의 접속점에서부터 원통 도체 부재(51B)의 축 방향으로 신장하여, 직각으로 구부러져 원통 도체 부재(51B)의 내벽면에 대하여 수직으로 접속된다. 이와 같이 하여도 급전핀(52A)으로부터의 방전을 억제할 수 있다. 이 경우, 섭동핀의 선단은 개방 상태로 해도 좋고, 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)에 접속하더라도 좋고, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 원통 도체 부재(51B)에 접속하더라도 좋다. 여기서, 급전핀(52A)과 섭동핀과의 평행 부분의 길이를 λ/4정도로 하는 것에 의해 캐비티(53)에 양호한 회전 전자계를 생성할 수 있다.

또한, 급전핀의 선단을 개방 상태 또는 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)에 접속한 상태로 섭동핀(53A)을 원통 도체 부재(51B)에 접속하더라도 좋다.

다음에 본 발명의 제3 실시예에 관해서 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다. 또, 제1 실시예와 공통되는 부재에 관해서는 동일한 부호를 이용하고, 그 설명을 생략한다.

전술한 제1 실시예는 급전부를 구성하는 캐비티(35) 내에 섭동핀(53)을 설치한 데 대하여, 이 제3 실시예에 따른 플라즈마 장치는 캐비티(35)가 고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관(41)의 외부 도체(41A)와 접속된 원형 도체 부재(51A)와, 일단이 이 원형 도체 부재(51A)와 접속되고 타단이 레디얼 안테나(30) 내에 개구된 원통 도체 부재(51B)와, 이 원통 도체 부재(51B)의 측벽 내부에 대향 배치된 도전 부재(61A, 61B)로 형성되는 동시에, 동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)와 접속된 급전핀(52)이 원형 도체 부재(51A)의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 있다.

도전 부재(61A, 61B)는 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 일단이 캐비티(35)의 일단면을 형성하는 원형 도체 부재(51A)에 접속되고, 또한 원통 도체 부재(51B)의 축 방향으로 연장한다. 도전 부재(61A, 61B)의 Ⅷa-Ⅷa' 선 방향의 단면 형상은 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 원통 도체 부재(51B)의 측벽 내부를 따르는 원호와, 그 원호를 연결하는 현으로 이루어진다.

그 결과, 이 제3 실시예에 있어서는 원통 도체 부재(51B)의 측벽 내부에 도전 부재(61A, 61B)를 대향 배치한 것에 의해서 캐비티(35)의 중심축에 수직한 단면이 노치부를 갖게 된다. 즉, 캐비티(35)의 단면은 노치부를 연결하는 방향(이하「노치 방향」이라고 함)이 노치 방향과 직교하는 방향보다도 짧게 되어 있다. 따라서, 캐비티(35)의 노치 방향의 용량은 상대적으로 증대한다.

또, 이러한 단면 형상을 갖는 캐비티(35)를 형성하기 위해서 본 실시예에서는 원통 도체 부재(51B)에 전술한 바와 같은 단면 형상을 갖는 도전 부재(61A, 61B)를 설치하여 전기적으로 접속하도록 했지만, 이것을 주조에 의해 일체 성형하더라도 좋다.

한편, 이들 캐비티(35)의 단면의 노치부와 급전핀(52)은 도 8의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 급전핀(52)과 중심축[원형 도체 부재(51A)의 중심]을 통하는 직선과 노치 방향이 약45°의 각도를 이루는 위치 관계에 있다.

이와 같이 캐비티(35)와 급전핀(52)을 설치하는 것에 따라 급전핀(52)에 의해서 생기는 전계(E) 중, 노치 방향 성분(E1)은 상대적으로 커진 용량의 영향에 의해 위상이 지연된다. 따라서, 노치 방향과 직교하는 성분(E2)과의 위상차가 90°가 되도록 노치부의 크기 및 급전핀(52)의 위치를 설정함으로써 TE11 모드의 회전 전자계를 얻을 수 있다.

전술한 바와 같은 급전부를 갖는 플라즈마 장치에 있어서는 고주파 발생기(45)로부터 발생한 고주파 전자계는 동축 도파관(41)을 통해 상기 캐비티(35)에 급전된다. 급전된 고주파 전자계는 급전핀(52)과 중심축에 수직한 단면이 서로 대향하는 한 쌍의 노치부를 갖는 캐비티(35)에 의해서 회전 전자계로 변환되는 동시에, 상기 캐비티(35)에 있어서 공진하면서 그 일부가 레디얼 안테나(30)의 레디얼 도파로(33)에 공급된다. 레디얼 안테나(30) 내에 공급된 고주파 전자계는 레디얼 도파로(33)를 전파하여, 이 레디얼 도파로(33) 내를 전파하는 전자계(F)가 이들 슬롯(36)으로부터 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)되어, 노즐(17)을 통하여 처리 용기(11) 내에 도입되는 플라즈마 가스를 전리시켜 플라즈마(S)를 생성한다.

이 때, 캐비티(35)에 있어서 공진하고 있는 회전 전자계가 레디얼 도파로(33)에 공급된다. 따라서, 캐비티(35) 내에서 고주파 전자계를 원편파로 변환함으로써, 레디얼 안테나(30)로부터 양호한 원편파 고주파 전자계를 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)하여, 생성되는 플라즈마(S)의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

이 제3 실시예에 있어서 급전핀(52)에 의해서 생기는 전계(E) 중 노치 방향성분(E1)과 그리고 직교하는 방향 성분(E2)과의 위상차를 90°로 하여 양호한 회전 전자계를 얻기 위해서는 캐비티(35)에 설치되는 도체 부재(61A, 61B)와 급전핀(52)과의 평행 부분의 길이 l₃을 λ/4 정도로 하면 좋다. 따라서, 도 9a에 도시한 바와 같이 급전핀(52A)을 레디얼 안테나(30)의 도체판(31)에 접속시키는 경우에는 도체 부재(61C, 61D)의 길이[원통 도체 부재(51B)의 축 방향의 길이]를 l₃=λ/4 정도로 하면 좋다. 또한, 도전 부재(61A, 61B)를 원통 도체 부재(51B)의 일단으로부터 타단까지 연장시키는 경우에는 급전핀(52A)에서의 도전 부재(61A, 61B)와 평행한 부분의 길이를 l₃=λ/4 정도로 하면 좋다. 이 경우, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 원형 도체 부재(51A)에서 l₃=λ/4의 위치에서 급전핀(52A)을 직각으로 접어 구부려, 그 선단을 도전 부재(61A)에 대하여 수직으로 접속하도록 하더라도 좋다. 이에 따라, 급전핀의 선단이 개방 상태인 경우에 생기는 방전을 억제할 수 있다.

또한, 도 10에 도시하는 바와 같이 도전 부재(61E, 61F)의 레디얼 안테나(30)측의 단부가 슬로프형으로 성형되어 있어도 좋다. 이 경우, 캐비티(35)의 중심축에 대하여 수직한 방향에서 본 캐비티(35)의 단면 형상은 레디얼 도파로(33)와의 접속 부분에 테이퍼를 갖는 형상이 된다. 이와 같이 함으로써, 캐비티(35) 내에서 도전 부재가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역과의 임피던스의 변화를 완만하게 하여, 2개의 영역의 경계에서의 고주파 전자계의 반사를 억제할 수 있다. 도전 부재(61E, 61F)의 단부를 슬로프형으로 성형하는 경우라도 그 단부를 제외한 본체 부분의 길이를 l₃=λ/4 정도로 하는 것에 의해 양호한 회전 전자계를 얻을 수 있다.

또, 이 제3 실시예에서는 원통 도체 부재(51B)의 내벽면에 그 일단으로부터 축 방향으로 연장하는 도전 부재(61A∼61F)를 설치하여, 캐비티(35)의 단면에 노치부를 갖게 하여, 즉 노치 방향의 거리를 짧게 하는 것으로서 설명했지만, 도전 부재로서 원통 도체 부재(51B)의 내벽면에 서로 대향하는 1조 또는 복수조의 도체 제조의 원주형 돌기를 축 방향에 설치하더라도 좋다.

다음에 도 11을 참조하여 제4 실시예에 관해서 설명한다.

제4 실시예에 따른 플라즈마 장치는 급전부를 형성하는 캐비티(35)의 중심축에 수직한 단면을 타원형으로 형성한 것이다.

구체적으로는, 상기 캐비티(35)는 고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관(41)의 외부 도체(41A)와 접속된 타원형 도체 부재와, 일단이 이 타원형 도체 부재와 접속되고 타단이 레디얼 안테나(30) 내에 개구되고, 단면이 타원 형상의 통형상 도체 부재(51B')로 형성되어 있다. 이 때, 통형상 도체 부재(51B')와 동일한 내면 형상을 갖는 링부재(54)를 레디얼 안테나(30)의 도체판(32)의 중앙에 설치된 캐비티(35)의 개구부의 주위에 설치하더라도 좋다.

이 제4 실시예에 있어서 급전핀(52)은 타원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격하며 또한 그 타원의 장직경 및 단직경으로부터 각각 45°의 각도를 이루는 위치에 배치되어 있다.

그 결과, 급전핀(52)에 의해서 생기는 전계(E) 중, 타원의 단직경 방향 성분(E1)은 상대적으로 커진 용량의 영향에 의해 위상이 지연된다. 따라서, 장직경 방향 성분(E2)과의 위상차가 90°가 되도록 캐비티(35)의 단면 형상 및 급전핀(52)의 위치를 설정함으로써 TE11 모드의 회전 전자계를 얻을 수 있다.

이러한 급전부를 갖는 플라즈마 장치에 있어서 동축 도파관(41)을 통해 상기 캐비티(35)에 급전된 고주파 전자계는 급전핀(52)과 상기 타원 형상의 단면을 갖는 캐비티(35)에 의해서 회전 전자계로 변환되는 동시에, 상기 캐비티(35)에 있어서 공진하면서 그 일부가 레디얼 안테나(30)의 레디얼 도파로(33)에 공급된다.

따라서, 전술한 제1, 제3 실시예와 같이 캐비티(35) 내에서 고주파 전자계를원편파로 변환함으로써, 레디얼 안테나(30)로부터 양호한 원편파 고주파 전자계를 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)하여, 생성되는 플라즈마(S)의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

또, 캐비티(35)의 깊이 및 링부재(54)의 두께 등을 조정함으로써 캐비티(35) 내에서 공진하는 고주파 전자계 중, 레디얼 도파로(33)에 공급되는 고주파 전자계의 비율, 즉 Q값을 조절할 수 있다.

다음에 제5 실시예에 관해서 도 12를 참조하여 설명한다.

이 제5 실시예에 따른 플라즈마 장치는 원형 도체 부재(51A)와 원통 도체 부재(51B)로 형성되는 캐비티(35)에 2개의 동축 도파관을 통해 2점 급전하는 것이다.

본 실시예에서는 도 12에 도시한 바와 같이 원형 도체 부재(51A)에 제1, 제2 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 제1, 제2 급전핀(52A, 52B)이 원형 도체 부재(51A)의 중심축으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 있고, 이들 2개의 급전핀(52A, 52B)의 위치는 중심축에 대하여 직각을 이루고 있다.

그리고, 제1, 제2 동축 도파관으로부터 위상이 서로 90°다른 고주파 전자계를 급전함으로써 캐비티(35) 내에 TE11 모드의 회전 전자계가 생성된다.

또, 90°의 위상차를 갖게 하기 위해서는 위상 변환 회로를 이용하더라도 좋지만, 전파 전자계의 파장의 1/4만큼 길이가 다른 2개의 동축 도파관에 동위상의 고주파 전자계를 공급하더라도 좋다.

이러한 급전부를 갖는 플라즈마 장치에 있어서 전술한 바와 같은 2점 급전을 행하는 것에 따라 2개의 동축 도파관으로부터 급전되는 고주파 전자계가 회전 전자계로 변환되는 동시에, 상기 캐비티(35)에 있어서 공진하면서 그 일부가 레디얼 안테나(30)의 레디얼 도파로(33)에 공급된다.

따라서, 전술한 제1∼제3 실시예와 같이 캐비티(35) 내에서 고주파 전자계를 원편파로 변환함으로써, 레디얼 안테나(30)로부터 양호한 원편파 고주파 전자계를 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)하여 생성되는 플라즈마(S)의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

이 때, 캐비티(35)의 깊이 및 링부재(54)의 두께 등을 조정함으로써 캐비티(35) 내에서 공진하는 고주파 전자계 중, 레디얼 도파로(33)에 공급되는 고주파 전자계의 비율, 즉 Q값을 조절할 수 있는 것은 전술한 다른 실시예와 동일하다.

다음에 제6 실시예에 관해서 도 13의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다.

이 제6 실시예에 따른 플라즈마 장치는 원형 도체 부재(51A)와 원통 도체 부재(51B)로 형성되는 캐비티(35) 내에 패치 안테나 급전에 의해 회전 전자계를 생성하는 것이다.

이 패치 안테나 급전에 이용하는 패치 안테나(71)는 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이 접지된 원형 도체 부재(51A)와, 이 원형 도체 부재(51A)의 하면에 배치된 유전체판(72)과, 이 유전체판(72)을 통해 원형 도체 부재(51A)에 대향 배치된 도체판(73)으로 구성되어 있다. 원형 도체 부재(51A)에는 2개의 동축 도파관(41, 47)의 외부 도체(41A, 47A)[외부 도체(47A)는 도시하지 않음]가 접속되고, 도체판(73)에는 2개의 동축 도파관(41, 47)의 내부 도체(41B, 47B)[내부 도체(47B)는 도시하지 않음]가 접속되어 있다. 또한, 도체판(73)의 중심을 접지 전위에 고정하기 위해서 도체판(73)의 중심을 도체 기둥으로 원형 도체 부재(51A)에 접속하더라도 좋다. 원형 도체 부재(51A), 도체판(73) 및 도체 기둥은 구리 또는 알루미늄 등에 의해 형성되고, 유전체판(72)은 세라믹 등에 의해 형성된다.

도 13의 (b)는 도체판(73)을 ⅩⅢb-ⅩⅢb'선 방향에서 보았을 때의 평면도이다. 이 도 13b에 도시한 바와 같이 도체판(73)의 평면 형상은 한변이 약 λg₁/2인 정방형을 하고 있다. λg₁은 원형 도체 부재(51A)와 도체판(73)과의 사이를 전파하는 고주파 전자계의 파장을 의미하고 있다.

좌표계의 원점(O)을 도체판(73)의 중심에 설정하고, 도체판(73)의 각 변과 평행하게 x축, y축을 설정하면, 2개의 동축 도파관(41, 47)의 내부 도체(41B, 47B)는 도체판(73) 상의 원점(O)으로부터 대략 등거리에 있는 x축, y축상의 두 점에 접속되어 있다. 이 두 점을 급전점(P, Q)이라고 부른다.

이러한 구성의 패치 안테나(71)에 대하여 두 개의 동축 도파관(41, 47)으로부터 등진폭 또한 위상이 서로 90°다른 고주파 전자계를 급전함으로써 캐비티(35) 내에 TE11 모드의 회전 전자계를 생성할 수 있다. 그 원리는 다음과 같다.

도체판(73)의 x축 방향의 길이는 λg₁/2이기 때문에, 한쪽의 동축 도파관(41)으로부터 급전점(P)에 공급된 전류는 x축 방향으로 공진하여, 도체판(73)의 y축으로 평행한 두 변에서 x축으로 평행한 직선 편파가 방사된다. 또한, 도체판(73)의 y축 방향의 길이도 λg₁/2이기 때문에, 다른쪽의 동축 도파관(47)으로부터 급전점(Q)에 공급된 전류는 y축 방향으로 공진하여, 도체판(73)의 x축으로 평행한 두 변에서 y축으로 평행한 직선 편파가 방사된다. 2개의 동축 도파관(41, 47)에 의한 급전 위상은 서로 90°다르기 때문에 방사되는 2개의 직선 편파의 위상도 서로 90°다르다. 더구나 양자는 진폭이 같고, 공간적으로 직교하고 있기 때문에 원편파가 되어 캐비티(35) 내에 회전 전자계가 생성된다.

이와 같이 하여 생성된 회전 전자계는 캐비티(35)에서 공진하면서 그 일부가 레디얼 안테나(30)의 레디얼 도파로(33)에 공급된다.

따라서, 전술한 다른 실시예와 같이 레디얼 안테나(30)로부터 양호한 원편파 고주파 전자계를 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)하여 생성되는 플라즈마(S)의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

또, 패치 안테나(71)에의 급전 위상차를 90°로 하기 위해서는 위상 변환 회로를 이용하더라도 좋지만, 전파 전자계의 파장의 1/4만큼 길이가 다른 2개의 동축 도파관에 동위상의 고주파 전자계를 공급하도록 하더라도 좋다.

또한, 패치 안테나(71)가 갖는 도체판(73)의 평면 형상은 도 13의 (b)에 도시한 정방형 외, 원형 등의 90°회전 대칭 형상[도체판(73)을 그 중심의 주위에 90°회전시켰을 때에 중복되는 형상]이라도 좋다. 단, 원형인 경우에는 직경을 약1.17 ×λg₁/2로 하면 좋다. 더 말하자면, 도체판(73)의 평면 형상은 직사각형 등 그 중심으로부터 본 직교하는 2방향의 길이가 다른 형상이라도 좋다. 이 경우, 2개의 급전점(P, Q)에서의 급전 위상의 차를 90°로는 하지 않고, 상기 2방향의 길이에 의해서 조정한다.

다음에 제7 실시예에 관해서 도 14의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다. 또, 제6 실시예와 공통되는 부재에 관해서는 동일한 부호를 이용하고, 그 설명을 생략한다.

제6 실시예는 2개의 동축 도파관(41, 47)을 이용한 이점 급전의 패치 안테나(71)를 이용하고 있는 데 대하여, 이 제7 실시예는 1개의 동축 도파관(41)을 이용한 일점 급전의 패치 안테나(75)를 이용하고 있다.

이 패치 안테나(75)는 도 14의 (a)에 도시하는 바와 같이 접지된 원형 도체 부재(51A)와, 이 원형 도체 부재(51A)의 하면에 배치된 유전체판(72)과, 이 유전체판(72)을 통해 원형 도체 부재(51A)에 대향 배치된 도체판(76)으로 구성되어 있다. 원형 도체 부재(51A)에는 동축 도파관(41)의 외부 도체(41A)가 접속되고, 도체판(73)에는 동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)가 접속되어 있다.

도 14의 (b)는 도체판(76)을 XⅣb-XⅣb'선 방향에서 보았을 때의 평면도이다. 이 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이 도체판(76)의 평면 형상은 원(76A)의 주연 영역의 일부를 잘라낸 형상을 하고 있다. 보다 자세히 말하면, 원주와 y축이 교차하는 부근의 2영역을 구형상으로 잘라낸 형상을 하고 있다. 노치 면적은 원(76A)의 면적의 3 % 정도로 하면 좋다. 여기서는, 도체판(76)의 x축 방향의 길이를 1.17×λg₁/2로 하고, y축 방향의 길이를 1.17 ×λg₁/2-2d로 한다.

동축 도파관(41)의 내부 도체(41B)는 x축, y축과 45°의 각도로 교차하는 직선상의 일점에 접속되어 있다. 이 점을 급전점(V)이라고 부른다.

동축 도파관(41)으로부터 도체판(76)의 급전점(V)에 공급된 전류는 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 독립적으로 흐른다. 이 때, y축 방향의 길이는 1.17 ×λg₁/2보다도 2d만큼 짧기 때문에, 전자계가 본 유전률이 커져 y축 방향을 흐르는 전류의 위상이 지연된다. 이 위상 지연이 90°가 되도록 2d의 값과 노치부의 길이를 설정함으로써 패치 안테나(75)로부터 원편파가 방사되어 캐비티(35) 내에 TE11 모드의 회전 전자계가 생성된다.

이와 같이 하여 생성된 회전 전자계는 캐비티(35)에 있어서 공진하면서, 그 일부가 레디얼 안테나(30)의 레디얼 도파로(33)에 공급된다.

따라서, 전술한 제6 실시예와 같이 레디얼 안테나(30)로부터 양호한 원편파 고주파 전자계를 처리 용기(11) 내에 방사(또는 리크)하여 생성되는 플라즈마(S)의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

또, 도체판(76)의 평면 형상은 도 14의 (b)에 도시한 형상에 한정되는 것이 아니라, 적어도 도체판(76)의 중심으로부터 본 직교하는 두 방향의 길이가 다른 형상이면 좋다. 따라서, 예컨대 타원형이라도 좋고, 긴 변의 길이가 약 λg₁/2이며, 짧은 변이 길이가 약 λg₁/2 미만인 구형이라도 좋다.

다음에 제8 실시예에 관해서 도 15를 참조하여 설명한다.

이 제8 실시예에 따른 플라즈마 장치는 원형 도체 부재(51A)와 원통 도체 부재(51B)로 형성되는 캐비티(35) 내에 TE10 모드의 구형 도파관(81)을 이용한 슬롯 급전에 의해 회전 전자계를 생성하는 것이다.

이 슬롯 급전에 이용하는 구형 도파관(81)의 E면(관내의 전계에 수직한 측면)에는 크로스 슬롯(82)이 형성되어 있다. 이 크로스 슬롯(82)은 서로 길이가 다른 2개의 슬롯이 서로의 중심에서 교차한 구성을 하고 있다. 이들 2개의 슬롯 각각의 중심, 즉 크로스 슬롯(82)의 중심은 E면의 대략 중심축 상에 있다.

크로스 슬롯(82)을 구성하는 2개의 슬롯은 2.45 GHz에 대한 주파수 특성이 상대적으로 55°∼70°정도 다르게 각 슬롯의 길이가 조정되고, 각 슬롯에 의한 방사 전계의 진폭이 같게 되도록 각 슬롯의 각도가 조정된다.

구형 도파관(81)의 종단(83)은 금속으로 폐쇄되어 있기 때문에, 크로스 슬롯(82)에 의한 방사 전자계의 진폭이 최대가 되도록 크로스 슬롯(82)은 그 중심이 구형 도파관(81)의 종단(83)으로부터 대략 λg₂/2만큼 떨어진 위치에 배치된다. λg₂란 구형 도파관(81) 내를 전파하는 고주파 전자계의 파장이다.

크로스 슬롯(82)의 설계예를 도 16의 (a) 및 (b)에 도시한다. 또, 이 도 16의 (a) 및 (b)는 구형 도파관(81)의 E면을 XⅥ-XⅥ'선 방향에서 본 평면도이다.

도 16의 (a)에 도시하는 크로스 슬롯(82A)에서는 그것을 구성하는 2개의 슬롯은 서로 대략 직각으로 교차하고, 또한 구형 도파관(81)의 E면의 중심축에 대하여 대략 45°경사져 있다. 각 슬롯의 길이는 각각 5.57 cm, 6.06 cm이다.

또한, 도 16의 (b)에 도시하는 크로스 슬롯(82B)에서는 그것을 구성하는 2개의 슬롯은 서로 대략 107°에서 교차하며, 또한 구형 도파관(81)의 E면의 중심축에 대하여 대략 36.5°경사져 있다. 각 슬롯의 길이는 각각 5.32 cm, 7.26 cm이다.

이러한 크로스 슬롯(82A, 82B)을 구형 도파관(81)의 E면에 형성함으로써 2.45 GHz인 주파수에 대하여 축비가 매우 작은 TE11 모드의 원편파를 얻을 수 있다.

이 제8 실시예에서는 도 15에 도시한 바와 같이 크로스 슬롯(82)이 형성된 구형 도파관(81)의 E면이 캐비티(35)의 일단면을 형성하는 원형 도체 부재(51A)에 접합되어, 크로스 슬롯(82)은 그 중심이 캐비티(35)의 중심축과 일치하도록 배치되어 있다. 또한, 원형 도체 부재(51A)에는 적어도 크로스 슬롯(82)과 대향하는 영역이 개구되어, 구형 도파관(81)을 전파하는 고주파 전자계가 캐비티(35) 내에 방사되도록 되어 있다.

또, 크로스 슬롯(82)의 중심과 캐비티(35)의 중심축은 반드시 일치하지 않더라도 좋다. 또한, 원통 도체 부재(51B)의 일단을 구형 도파관(81)의 E면에서 막아, 이 구형 도파관(81)의 E면의 일부에서 원형 도체 부재(51A)를 구성하더라도 좋다.

이러한 플라즈마 장치에 있어서 고주파 발생기(45)로부터 발생한 고주파 전자계는 구형 도파관(81)을 전파하여, E면에 형성된 크로스 슬롯(82)으로부터 캐비티(35) 내에 방사된다. 캐비티(35) 내에 방사된 고주파 전자계는 TE11 모드의 원편파가 되어 회전 전자계가 생성된다. 이 회전 전자계는 캐비티(35) 내를 공진하면서 그 일부가 레디얼 안테나(30)의 레디얼 도파로(33)에 공급된다.

도 17의 (a)에 도시하는 바와 같이 TE10 모드의 구형 도파관(84)의 종단면에 크로스 슬롯(85)을 설치하여 슬롯 급전을 행하더라도 좋다. 이 구형 도파관(84)의 종단면에 형성되는 크로스 슬롯(85)의 구성은 E면에 형성되는 크로스 슬롯(82)의 구성과 대강 동일하다. 즉, 크로스 슬롯(85)은 서로의 중심에서 교차하는 2개의 슬롯으로 구성되고, 이들 2개의 슬롯은 2.45 GHz에 대한 주파수 특성이 상대적으로 55°∼70°정도 다르게 조정되어 그 길이가 서로 다르다. 단, 크로스 슬롯(85)의 중심은 구형 도파관(84)의 종단면의 대략 중심에 배치된다.

크로스 슬롯(85)의 설계예를 도 17의 (b)에 도시한다. 또, 이 도 17의 (b)는 구형 도파관(84)의 종단면을 XⅦb-XⅦb'선 방향에서 본 평면도이다. 도 17의 (b)에 도시하는 크로스 슬롯(85A)에서는 그것을 구성하는 2개의 슬롯은 서로 대략 직각으로 교차하며, 또한 구형 도파관(84)의 중심부에 생성되는 가상적인 전계선에 대하여 대략 45°경사져 있다. 각 슬롯의 길이는 각각 5.57 cm, 6.06 cm이다. 이러한 크로스 슬롯(85A)을 구형 도파관(84)의 종단면에 형성함으로써 2.45 GHz인 주파수에 대하여 축비가 매우 작은 TE11 모드의 원편파를 얻을 수 있다.

따라서, 구형 도파관(84)의 종단면에 형성된 크로스 슬롯(85)으로부터 고주파 전자계를 급전함으로써 캐비티(35) 내에 회전 전자계를 생성할 수 있다. 따라서, 구형 도파관(81)의 E면에 형성된 크로스 슬롯(82)으로부터 급전한 경우와 같이처리 용기(11) 내에 생성되는 플라즈마(S)의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

이 제8 실시예에서는 크로스 슬롯(82, 85)에 의한 슬롯 급전의 예를 나타냈지만, 도 18에 도시하는 바와 같이 서로 수직한 방향의 2개의 슬롯(87A, 87B)을 이격된 위치에 배치한 소위 팔자(八字) 슬롯을 이용하여 슬롯 급전을 행하더라도 좋다.

또한, 크로스 슬롯(82, 85) 또는 하의 글자 슬롯을 구성하는 슬롯의 평면 형상은 도 19의 (a)에 도시하는 바와 같은 구형이라도 좋고, 도 19의 (b)에 도시하는 바와 같은 평행 이직선의 양단을 원호 등의 곡선으로 이은 형상이라도 좋다. 슬롯의 길이(L)란, 도 19의 (a)에서는 구형의 긴 변의 길이이며, 도 19의 (b)에서는 대향하는 두 곡선의 간격이 최대가 되는 위치의 길이이다.

또, 도 15, 도 17의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이 구형 도파관(81, 84)에 있어서 크로스 슬롯(82, 85)이 형성되어 있는 부분과 고주파 발생기(45)와의 사이에 매칭 회로(44)를 배치하더라도 좋다. 이에 따라, 플라즈마 부하로부터의 반사 전력을 고주파 발생기(45)로 되돌리는 일없이 다시 부하측으로 되돌려 효율적으로 플라즈마에 전력 공급할 수 있다.

이상의 본 발명의 실시예에서 이용하는 레디얼 안테나(30)는 슬롯면을 구성하는 도체판(31)이 평판형이지만, 도 20에 도시하는 레디얼 안테나(30A)와 같이 슬롯면을 구성하는 도체판(31A)이 원추면형을 하고 있어도 좋다. 원추면형을 한 슬롯면에서 방사(또는 리크)되는 전자계는 평판형을 한 유전체판(13)에 의해서 규정되는 플라즈마면에 대하여 경사 방향으로부터 입사되게 된다. 이 때문에, 플라즈마에 의한 전자계의 흡수 효율이 향상하기 때문에 안테나면과 플라즈마면과의 사이에 존재하는 정재파를 약하게 하여 플라즈마 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

또, 레디얼 안테나(30A)의 안테나면을 구성하는 도체판(31A)은 원추면형 이외의 볼록 형상이라도 좋다. 그 볼록 형상은 위로 볼록해도 좋고, 아래로 볼록해도 좋다. 또한, 캐비티(35)의 일단면을 형성하는 원형 도체 부재(51A)는 레디얼 안테나(30A)의 도체판(31A)을 따른 볼록 형상을 하고 있어도 좋다.

이상과 같이, 전술한 실시예에 따르면 급전부에 공진기를 구성하는 캐비티를 설치하여, 이 캐비티에 급전되는 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하는 동시에, 이 회전 전자계를 상기 캐비티에 있어서 공진시키면서 그 일부를 슬롯 안테나 내에 공급하기 때문에, 이 캐비티 내에서 회전 전자계를 원편파로 함으로써 상기 슬롯 안테나에 원편파로 이루어진 회전 전자계를 공급할 수 있어, 이것에 의해서 생성되는 플라즈마의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 에칭이나 CVD, 애싱 등의 플라즈마를 이용하는 처리에 이용할 수 있다.

Claims

급전부를 통해 공급되는 고주파 전자계를 처리 용기 내에 공급하는 슬롯 안테나를 구비한 플라즈마 장치로서,

상기 급전부는,

공진기를 구성하는 동시에 급전되는 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하여 상기 슬롯 안테나에 공급하는 캐비티를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 슬롯 안테나 내에서의 상기 캐비티의 개구부의 주위에 설치되어 상기 캐비티의 내경과 동일한 내경을 갖는 링부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 캐비티는,

고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와,

일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되는 동시에,

상기 원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 상기 동축 도파관의 내부 도체와 일단이 접속된 급전핀과,

이 급전핀과 상기 원형 도체의 중심을 사이에 두고 소정의 각도를 이루는 위치에 설치되어 일단이 상기 원형 도체 부재와 접속된 섭동핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제3항에 있어서, 상기 급전핀의 타단은 개방 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제3항에 있어서, 상기 급전핀의 타단은 상기 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제5항에 있어서, 상기 급전핀의 타단에는 상기 안테나면측으로 넓어지는 원추대형의 도전 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제5항에 있어서, 상기 섭동핀의 타단은 상기 안테나면에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제5항에 있어서, 상기 섭동핀의 타단은 상기 원통 도체 부재에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제3항에 있어서, 상기 급전핀의 타단은 상기 원통 도체 부재에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제9항에 있어서, 상기 섭동핀의 타단은 상기 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면 또는 상기 원통 도체 부재에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 캐비티는,

고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와,

일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재와,

이 원통 도체 부재의 측벽 내부에 대향 배치된 도전 부재로 형성되는 동시에,

상기 원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 동축 도파관의 내부 도체와 일단이 접속된 급전핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제11항에 있어서, 상기 도전 부재는 상기 원통 도체 부재의 축 방향의 길이가 상기 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4인 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제11항에 있어서, 상기 도전 부재는 상기 슬롯 안테나측의 단부가 슬로프형으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제13항에 있어서, 상기 도전 부재의 상기 단부를 제외한 본체는 상기 원통 도체 부재의 축 방향의 길이가 상기 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4인 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제11항에 있어서, 상기 급전핀의 타단은 상기 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯이 형성된 안테나면에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제11항에 있어서, 상기 급전핀의 타단은 상기 원형 도체 부재로부터 상기 원통 도체 부재의 축 방향에 상기 고주파 전자계의 파장의 대략 1/4 떨어진 위치에서 상기 도체 부재에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 캐비티는,

고주파 전자계를 급전하는 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 타원형 도체 부재와,

일단이 이 타원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구되어, 단면이 타원 형상의 통형상 도체 부재로 형성되는 동시에,

상기 타원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격하며 또한 그장직경 및 단직경과 소정의 각도를 이루는 위치에 설치되어 상기 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 급전핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 캐비티는,

고주파 전자계를 급전하는 제1, 제2 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와,

일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되는 동시에,

상기 원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치되어 상기 제1 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 제1 급전핀과,

이 제1 급전핀과 상기 원형 도체의 중심을 사이에 두고 소정의 각도를 이루는 위치에 설치되어 상기 제2 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 제2 급전핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 캐비티는,

고주파 전자계를 급전하는 적어도 1개의 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와,

일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되는 동시에,

상기 적어도 1개의 동축 도파관으로부터 급전된 상기 고주파 전자계를 상기회전 전자계로서 상기 캐비티 내에 방사하는 패치 안테나를 구비하고,

이 패치 안테나는,

상기 원형 도체 부재와,

이 원형 도체 부재와 소정의 간격을 두고 대향 배치되어 상기 적어도 1개의 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 도체판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 캐비티는,

고주파 전자계를 급전하는 구형 도파관의 일측면 또는 종단면과,

일단이 이 구형 도파관의 일측면 또는 종단면과 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 형성되고,

상기 구형 도파관의 일측면 또는 종단면에는 상기 고주파 전자계를 상기 회전 전자계로서 상기 캐비티 내에 방사하는 복수의 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제20항에 있어서, 상기 복수의 슬롯은 서로의 중점에서 교차하는 2개의 슬롯인 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제20항에 있어서, 상기 복수의 슬롯은 서로 이격되어 배치된 서로 대략 수직한 방향으로 신장하는 2개의 슬롯인 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
고주파 전자계를 슬롯 안테나에 공급하고, 이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 방법으로서,

공진기를 구성하는 캐비티에 고주파 전자계를 급전하고, 이 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하는 동시에, 상기 캐비티 내에서 공진시키면서 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를 상기 슬롯 안테나에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.
제23항에 있어서,

동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 상기 캐비티를 형성하는 단계와,

이 캐비티 내에 상기 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 급전핀을 상기 원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치하는 단계와,

이 급전핀과 상기 원형 도체의 중심을 사이에 두고 소정의 각도를 이루는 위치에 상기 원형 도체 부재와 접속된 섭동핀을 설치하는 단계와,

상기 동축 도파관을 통해 상기 캐비티에 고주파 전자계를 급전하는 단계와,

이 고주파 전자계를 상기 급전핀과 상기 섭동핀에 의해서 회전 전자계로 변환하는 동시에, 상기 캐비티에 있어서 공진시키면서 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를 상기 슬롯 안테나에 공급하는 단계와,

이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.
제23항에 있어서,

동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재와, 이 원통 도체 부재의 측벽 내부에 대향 배치된 도전 부재로부터, 이 원통 도체 부재의 축에 수직한 단면이 서로 대향하는 한 쌍의 노치부를 갖는 상기 캐비티를 형성하는 단계와,

이 캐비티 내에 상기 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 급전핀을 상기 원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격되며, 또한 상기 캐비티의 단면의 상기 노치부의 중심선으로부터 이격된 위치에 설치하는 단계와,

상기 동축 도파관을 통해 상기 캐비티에 고주파 전자계를 급전하는 단계와,

이 고주파 전자계를 상기 급전핀과 상기 노치부를 갖는 상기 캐비티에 의해서 회전 전자계로 변환하는 동시에, 상기 캐비티에 있어서 공진시키면서 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를 상기 슬롯 안테나에 공급하는 단계와,

이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.
제23항에 있어서,

동축 도파관의 외부 도체와 접속된 타원형 도체 부재와, 일단이 이 타원형 도체 부재와 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구되어, 단면이 타원 형상의 통형상 도체 부재로 상기 캐비티를 형성하는 단계와,

이 캐비티 내에 상기 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 급전핀을 상기 타원형 도체 부재의 중심으로부터 이격되며 또한 그 장직경 및 단직경과 소정의 각도를 이루는 위치에 설치하는 단계와,

상기 동축 도파관을 통해 상기 캐비티에 고주파 전자계를 급전하는 단계와,

이 고주파 전자계를 상기 급전핀과 상기 타원 형상의 단면을 갖는 캐비티에 의해서 회전 전자계로 변환하는 동시에, 상기 캐비티에 있어서 공진시키면서 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를 상기 슬롯 안테나에 공급하는 단계와,

이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.
제23항에 있어서,

제1, 제2 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 상기 캐비티를 형성하는 단계와,

이 캐비티 내에 상기 제1 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 제1 급전핀을 상기 원형 도체 부재의 중심으로부터 그 직경 방향으로 이격된 위치에 설치하는 동시에, 상기 제2 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 제2 급전핀을 상기 제1 급전핀과 상기 원형 도체의 중심을 사이에 두고 소정의 각도를 이루는 위치에 설치하는 단계와,

상기 제1, 제2 동축 도파관을 통해 상기 캐비티에 서로 위상이 90°다른 고주파 전자계를 급전하는 단계와,

이들 동축 도파관으로부터 급전되는 고주파 전자계를 회전 전자계로 변환하는 동시에, 상기 캐비티에 있어서 공진시키면서 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를 상기 슬롯 안테나에 공급하는 단계와,

이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.
제23항에 있어서,

적어도 1개의 동축 도파관의 외부 도체와 접속된 원형 도체 부재와, 일단이 이 원형 도체 부재와 접속되고 타단이 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 상기 캐비티를 형성하는 단계와,

이 캐비티 내에 상기 적어도 1개의 동축 도파관의 내부 도체와 접속된 도체판을 상기 원형 도체 부재와 소정의 간격을 두고 대향 배치하여, 상기 도체판과 상기 원형 도체 부재를 포함하는 패치 안테나를 구성하는 단계와,

상기 적어도 1개의 동축 도파관을 통해 상기 패치 안테나에 고주파 전자계를 급전하여, 상기 캐비티에 회전 전자계를 생성하는 단계와,

상기 캐비티에 있어서 공진시키면서 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를상기 슬롯 안테나에 공급하는 단계와,

이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.
제23항에 있어서,

고주파 전자계를 급전하는 구형 도파관의 일측면 또는 종단면과, 일단이 이 구형 도파관의 일측면 또는 종단면과 접속되고 타단이 상기 슬롯 안테나 내에 개구된 원통 도체 부재로 상기 캐비티를 형성하는 단계와,

상기 구형 도파관으로부터 급전된 고주파 전자계를 상기 일측면 또는 종단면에 형성된 복수의 슬롯으로부터 상기 캐비티에 방사함으로써 회전 전자계를 생성하는 단계와,

상기 캐비티에 있어서 공진시키면서 회전 전자계로 변환된 고주파 전자계를 상기 슬롯 안테나에 공급하는 단계와,

이 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.