KR20100106602A - 마이크로파 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

마이크로파 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR20100106602A
KR20100106602A KR1020107018924A KR20107018924A KR20100106602A KR 20100106602 A KR20100106602 A KR 20100106602A KR 1020107018924 A KR1020107018924 A KR 1020107018924A KR 20107018924 A KR20107018924 A KR 20107018924A KR 20100106602 A KR20100106602 A KR 20100106602A
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긴야 오오따
카이중 티안
히로시 고바야시
요시히로 사또오
도시히꼬 시오자와
고오지 마에까와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마를 형성하기 위한 마이크로파를 방사하는 평면 안테나(31)는 그 면을 동심 형상으로 중앙 영역(31a), 외주 영역(31c), 이들의 중간 영역(31b)으로 나눈 경우에, 서로 방향이 다른 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍이, 중앙 영역(31a) 및 외주 영역(31c)에 동심원 형상으로 복수 배열되고, 중간 영역(31b)에는 마이크로파 방사 구멍이 형성되어 있지 않고, 마이크로파 투과판(28)은 그 마이크로파 방사면에 오목부(28a)가 형성되어 있다.

Description

마이크로파 플라즈마 처리 장치 {MICROWAVE PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은 산화 처리나 질화 처리 등의 플라즈마 처리를 행하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리는 반도체 디바이스의 제조에 불가결한 기술이나, 최근, LSI의 고집적화, 고속화의 요청으로부터 LSI를 구성하는 반도체 소자의 디자인 룰이 점점 미세화되고, 또한 반도체 웨이퍼가 대형화되고 있고, 그것에 따라서 플라즈마 처리 장치에 있어서도 이와 같은 미세화 및 대형화에 대응하는 것이 요구되고 있다.
그런데, 종래부터 다용되어 온 평행 평판형이나 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는, 전자 온도가 높기 때문에 미세 소자에 플라즈마 데미지를 발생해 버리고, 또한 플라즈마 밀도가 높은 영역이 한정되므로, 대형의 반도체 웨이퍼를 균일하고 또한 고속으로 플라즈마 처리하는 것은 곤란하다.
따라서, 고밀도로 저전자 온도의 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있는 RLSA(Radial Line Slot Antenna) 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 주목받고 있다(예를 들어, 국제 공개 제2004/008519호 팜플렛).
RLSA 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 챔버의 상부에 소정의 패턴으로 다수의 슬롯이 형성된 평면 안테나(Radial Line Slot Antenna)를 설치하여, 마이크로파 발생원으로부터 유도된 마이크로파를, 평면 안테나의 슬롯(방사 구멍)으로부터 방사시키는 동시에, 그 아래에 설치된 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판을 통해 진공으로 유지된 챔버 내에 방사하고, 이 마이크로파 전계에 의해 챔버 내로 도입된 가스를 플라즈마화하고, 이와 같이 형성된 플라즈마에 의해 반도체 웨이퍼 등의 피처리체를 처리하는 것이다.
이 RLSA 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 안테나 바로 아래의 넓은 영역에 걸쳐서 높은 플라즈마 밀도를 실현할 수 있어, 단시간에 균일한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능하다. 또한, 저전자 온도 플라즈마가 형성되므로, 소자로의 데미지가 작다.
이와 같은 저데미지이고 또한 균일성이 높은 이점을 이용하여, 산화 처리나 질화 처리 등, 다양한 처리로의 적용이 검토되고 있다.
이와 같은 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 마이크로파 발생 장치에서 발생한 마이크로파를, 도파관을 통해 복수의 슬롯(방사 구멍)이 형성된 평면 안테나로 유도한다. 그리고, 평면 안테나의 중심부로부터 주변부를 향해 마이크로파가 전파되고, 그 과정에서 복수의 슬롯으로부터 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판을 투과하여 원편파의 마이크로파가 챔버 내로 방사된다. 이 방사된 마이크로파에 의해 생성되는 전자계에 의해, 챔버 내로 도입한 가스의 플라즈마가 생성된다.
그런데, 상기 문헌에서는 균일한 플라즈마를 얻기 위해, 평면 안테나의 슬롯을 기본적으로 균일해지도록 형성하고, 마이크로파 투과판은 편평하게 형성되어 있지만, 마이크로파가, 평면 안테나의 중심부로부터 주변부를 향해 전파하면서 슬롯으로부터 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판을 투과하여 챔버 내에 방사되므로, 마이크로파를 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판을 투과시킬 때에 발생하는 반사파 등의 영향에 의해, 마이크로파가 균일하게 챔버 내로 도입되지 않고, 예를 들어 중앙부의 쪽이 주변부보다도 전계 강도가 높아져 버리는 등, 반드시 전계 강도가 균일해지지는 않아, 요구되는 플라즈마의 균일성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 또한, 마이크로파의 효율도 반드시 충분하다고는 할 수 없다.
본 발명의 목적은, 마이크로파를 균일하게 방사할 수 있고, 균일성이 높은 플라즈마를 형성할 수 있는 동시에, 마이크로파 파워를 효율적으로 도입할 수 있는 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1 관점에 따르면, 마이크로파에 의해 처리 가스의 플라즈마를 형성하여, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이며, 피처리체가 수용되는 챔버와, 상기 챔버 내에서 피처리체를 적재하는 적재대와, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원과, 마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 유도하는 도파관과, 상기 도파관으로 유도된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 방사하는, 도체로 이루어지는 평면 안테나와, 상기 챔버의 천장벽을 구성하고, 상기 평면 안테나의 마이크로파 방사 구멍을 통과한 마이크로파를 투과시키는, 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판과, 상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부를 구비하고, 상기 평면 안테나는 일방향으로 긴 복수의 마이크로파 방사 구멍을 갖고, 그 면을 동심 형상으로 중앙 영역, 외주 영역, 이들의 중간 영역으로 나눈 경우에, 서로 방향이 다른 상기 마이크로파 방사 구멍의 쌍이, 상기 중앙 영역 및 상기 외주 영역에 동심원 형상으로 복수 배열되고, 상기 중간 영역에는 마이크로파 방사 구멍이 형성되어 있지 않고, 상기 마이크로파 투과판은 그 마이크로파 방사면에 오목부가 형성되어 있는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 제1 관점에 있어서, 상기 오목부는 상기 적재대에 적재된 피처리체에 대응하는 부분에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마이크로파 투과판은 단면 아치 형상을 이루고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마이크로파 투과판의 상기 오목부에 대응하는 부분은 편평한 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 마이크로파에 의해 처리 가스의 플라즈마를 형성하여, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이며, 피처리체가 수용되는 챔버와, 상기 챔버 내에서 피처리체를 적재하는 적재대와, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원과, 마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 유도하는 도파관과, 상기 도파관으로 유도된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 방사하는, 도체로 이루어지는 평면 안테나와, 상기 챔버의 천장벽을 구성하고, 상기 평면 안테나의 마이크로파 방사 구멍을 통과한 마이크로파를 투과시키는, 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판과, 상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부를 구비하고, 상기 평면 안테나는 일방향으로 긴 복수의 마이크로파 방사 구멍을 갖고, 그 면을 동심 형상으로 중앙 영역, 외주 영역, 이들의 중간 영역으로 나눈 경우에, 서로 방향이 다른 상기 마이크로파 방사 구멍의 쌍이, 상기 중앙 영역 및 상기 외주 영역에 동심원 형상으로 복수 배열되고, 상기 중간 영역에는 마이크로파 방사 구멍이 형성되어 있지 않고, 상기 마이크로파 투과판은 그 마이크로파 방사면이 요철 형상으로 형성되어 있는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 제2 관점에 있어서, 상기 마이크로파 투과판의 마이크로파 방사면은 볼록부와 오목부가 교대로 동심 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 관점에 있어서, 상기 쌍을 이루는 마이크로파 방사 구멍은 이들의 길이 방향의 일단부가 근접하고, 타단부가 벌어지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 마이크로파 방사 구멍의 쌍을 구성하는 각 마이크로파 방사 구멍의 길이 방향끼리가 이루는 각도가 80 내지 100°인 것이 바람직하다. 또한, 상기 중앙 영역에 형성된 마이크로파 투과 구멍의 길이 방향의 길이는 상기 외주 영역에 형성된 마이크로파 투과 구멍의 길이 방향의 길이보다도 짧은 것이 바람직하다. 또한, 상기 마이크로파 투과판의 마이크로파 방사면은 그 주연부에 하방으로 돌출되는 환형상을 이루는 돌출부를 갖는 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 마이크로파를 방사하는 평면 안테나를, 그 면을 동심 형상으로 중앙 영역, 외주 영역, 이들의 중간 영역으로 나눈 경우에, 서로 방향이 다른 마이크로파 방사 구멍의 쌍이, 상기 중앙 영역 및 상기 외주 영역에 동심원 형상으로 복수 배열되고, 상기 중간 영역에는 마이크로파 방사 구멍이 형성되어 있지 않은 구성으로 하고, 또한 마이크로파 투과판의 마이크로파 방사면을, 오목부가 형성되어 있거나, 또는 요철 형상으로 형성되어 있도록 하였으므로, 마이크로파 투과판에 있어서 중심부로부터 주변부를 향해 마이크로파가 전파되어, 마이크로파 방사 구멍으로부터 마이크로파 투과판을 투과하고, 챔버 내에 마이크로파를 방사시킬 때에, 정재파나 반사파를 최대한 적게 하여 효율적으로 균일하게 방사시킬 수 있어, 균일성이 높은 플라즈마를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 사용한 평면 안테나의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3a는 마이크로파 투과판에 형성되는 오목부의 다른 구조예를 도시하는 단면도이다.
도 3b는 마이크로파 투과판에 형성되는 오목부의 다른 구조예를 도시하는 단면도이다.
도 3c는 마이크로파 투과판에 형성되는 오목부의 다른 구조예를 도시하는 단면도이다.
도 3d는 마이크로파 투과판에 형성되는 오목부의 다른 구조예를 도시하는 단면도이다.
도 3e는 마이크로파 투과판에 형성되는 오목부의 다른 구조예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 가스 공급계의 부분을 도시하는 도면이다.
도 5a는 도 6a의 전계 강도 분포를 구한 위치를 도시하는 도면이다.
도 5b는 도 6b의 전계 강도 분포를 구한 위치를 도시하는 도면이다.
도 6a는 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판을 사용했을 때의 아치부 하면의 전계 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도 6b는 플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우의 그 하면의 전계 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도 7a는 도 8a의 전계 강도 분포를 구한 위치를 도시하는 도면이다.
도 7b는 도 8b의 전계 강도 분포를 구한 위치를 도시하는 도면이다.
도 8a는 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판을 사용했을 때의 마이크로파 투과판의 상면으로부터 그 30㎜ 하방 위치까지의 부분의 전계 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도 8b는 플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용했을 때의 마이크로파 투과판의 상면으로부터 그 30㎜ 하방 위치까지의 부분의 전계 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도 9는 마이크로파 투과판으로서 플랫 형상의 것을 사용한 경우의 각 마이크로파 파워에 있어서의 산화 플라즈마의 전자 밀도 분포를 도시하는 도면이다.
도 10은 마이크로파 투과판으로서 단면 아치 형상의 것을 사용한 경우의 각 마이크로파 파워에 있어서의 산화 플라즈마 전자 밀도 분포를 도시하는 도면이다.
도 11은 마이크로파 투과판으로서 플랫 형상의 것을 사용한 경우의 각 마이크로파 파워에 있어서의 질화 플라즈마의 전자 밀도 분포를 도시하는 도면이다.
도 12는 마이크로파 투과판으로서 단면 아치 형상의 것을 사용한 경우의 각 마이크로파 파워에 있어서의 질화 플라즈마 전자 밀도 분포를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 부분 단면도이다.
도 14는 도 13의 마이크로파 투과판의 저면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 부분 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 이 플라즈마 처리 장치는 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나, 특히 RLSA(Radial Line Slot Antenna ; 래디얼 라인 슬롯 안테나)에 의해 처리실 내로 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 고밀도이고 또한 저전자 온도의 마이크로파 플라즈마를 발생시킬 수 있는 RLSA 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치(100)는 기밀하게 구성되어, 접지된 대략 원통 형상의 챔버(1)를 갖고 있다. 챔버(1)의 저벽(1a)의 대략 중앙부에는 원형의 개구부(10)가 형성되어 있고, 저벽(1a)에는 이 개구부(10)와 연통하여, 하방을 향해 돌출되는 배기실(11)이 설치되어 있다.
챔버(1) 내에는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 기재함)(W)를 수평으로 지지하기 위한 AlN 등의 세라믹스로 이루어지는 서셉터(적재대)(2)가 설치되어 있다. 이 서셉터(2)는 배기실(11)의 저부 중앙으로부터 상방으로 연장되는 원통 형상의 AlN 등의 세라믹스로 이루어지는 지지 부재(3)에 의해 지지되어 있다. 서셉터(2)의 외측 테두리부에는 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드 링(4)이 설치되어 있다. 또한, 서셉터(2)에는 저항 가열형의 히터(5)가 매립되어 있고, 이 히터(5)는 히터 전원(6)으로부터 급전됨으로써 서셉터(2)를 가열하고, 그 열로 피처리체인 웨이퍼(W)를 가열한다. 이때, 예를 들어, 실온으로부터 800℃까지의 범위에서 처리 온도가 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(1)의 내주에는 불순물이 적은 고순도의 석영으로 이루어지는 원통 형상의 라이너(7)가 설치되어 있다. 이 라이너(7)에 의해 금속 등의 오염을 방지하여, 깨끗한 환경을 형성할 수 있다. 또한, 서셉터(2)의 외주측에는 챔버(1) 내를 균일 배기하기 위해, 다수의 배기 구멍(8a)을 갖는 불순물이 적은 고순도의 석영으로 이루어지는 배플 플레이트(8)가 환형상으로 설치되고, 이 배플 플레이트(8)는 복수의 지주(9)에 의해 지지되어 있다.
서셉터(2)에는 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음)이 서셉터(2)의 표면에 대해 돌출 함몰 가능하게 설치되어 있다.
챔버(1)의 측벽에는 환형상을 이루는 가스 도입 부재(15)가 설치되어 있고, 균등하게 가스 방사 구멍이 형성되어 있다. 이 가스 도입 부재(15)에는 가스 공급부(16)가 접속되어 있다. 가스 도입 부재는 샤워 형상으로 배치해도 좋다. 이 가스 공급부(16)는, 예를 들어 Ar 가스 공급원(17), O2 가스 공급원(18), H2 가스 공급원(19)을 갖고 있고, 이들 가스가, 각각 가스 라인(20)을 통해 가스 도입 부재(15)에 이르고, 가스 도입 부재(15)의 가스 방사 구멍으로부터 챔버(1) 내로 균일하게 도입된다. 가스 라인(20)의 각각에는 매스 플로우 컨트롤러(21) 및 그 전후의 개폐 밸브(22)가 설치되어 있다. 또한, Ar 가스 대신에, 다른 희가스, 예를 들어 Kr, He, Ne, Xe 등의 가스를 사용해도 좋고, 또한 후술하는 바와 같이 희가스는 포함하지 않아도 좋다.
상기 배기실(11)의 측면에는 배기관(23)이 접속되어 있고, 이 배기관(23)에는 고속 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(24)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(24)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내의 가스가, 배기실(11)의 공간(11a) 내로 균일하게 배출되고, 배기관(23)을 통해 배기된다. 이에 의해, 챔버(1) 내를 소정의 진공도, 예를 들어 0.133㎩까지 고속으로 감압하는 것이 가능하게 되어 있다.
챔버(1)의 측벽에는 플라즈마 처리 장치(100)에 인접하는 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구(25)와, 이 반입출구(25)를 개폐하는 게이트 밸브(26)가 설치되어 있다.
챔버(1)의 상부는 개구부로 되어 있고, 이 개구부에, 주연부를 따라서 챔버(1) 내로 돌출되도록 링 형상의 리드(27)가 설치되어 있고, 그 돌출 부분이 지지부(27a)로 되어 있다. 이 지지부(27)에 유전체, 예를 들어 석영이나 Al2O3, AlN 등의 세라믹스로 이루어지고, 후술하는 평면 안테나(31)의 마이크로파 방사 구멍(32)(슬롯)으로부터 방사된 원편파의 마이크로파를 투과시키는 마이크로파 투과판(28)이 시일 부재(29)를 통해 기밀하게 설치되어 있다. 이에 의해, 챔버(1) 내는 기밀하게 유지된다. 마이크로파는 이 마이크로파 투과판(28)을 투과하여 챔버(1) 내에 방사되어, 챔버(1) 내에 전자계를 발생한다. 이 마이크로파 투과판(28)은 그 하면의 마이크로파 방사면의 중앙부에 오목부(28a)가 형성되어 있다. 그리고, 오목부(28a)의 형상은 단면 아치 형상으로 되어 있고, 오목부(28a)의 직경은 웨이퍼(W)의 직경보다도 크게 되어 있고, 또한 오목부(28a)의 웨이퍼(W)에 대응하는 부분은 플랫 형상을 이루고 있다. 이때의 오목부(28a)에 대응하는 부분의 마이크로파 투과판(28)의 두께는 1/4 × λg(λg : 마이크로파의 관내 파장) 이하가 바람직하다. 예를 들어, 마이크로파가 2.45㎓인 경우에는 10 내지 30㎜(1/10 × λg 내지 1/4 × λg)가 바람직하다 또한, 오목부(28)의 높이는 15 내지 25㎜(1/8 × λg 내지 1/5 × λg)가 바람직하다.
마이크로파 투과판(28)의 상방에는 서셉터(2)와 대향하도록 원판 형상의 평면 안테나(31)가 설치되어 있다. 이 평면 안테나(31)는 챔버(1)의 측벽 상단부에 걸려 있다. 평면 안테나(31)는 마이크로파 투과판(28)보다도 약간 큰 직경을 갖고 있고, 두께가 0.1 내지 수㎜(예를 들어, 1㎜)인 도전성 재료, 예를 들어 표면이 은 또는 금 도금된 구리 또는 알루미늄 또는 Ni로 이루어지는 원판이고, 복수의 마이크로파 방사 구멍(32)(슬롯)이 소정의 패턴으로 관통하여 형성된 구성으로 되어 있다.
구체적으로는, 도 2에 도시한 바와 같이 마이크로파 방사 구멍(32)은 일방향으로 긴 형상을 갖고, 서로 방향이 다른 2개의 마이크로파 방사 구멍(32)이 쌍을 이루고, 이 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍으로부터 원편파의 마이크로파를 방사하도록 되어 있다. 그리고, 평면 안테나(31)의 면을 동심 형상으로 중앙 영역(31a), 외주 영역(31c), 이들의 중간 영역(31b)으로 나눈 경우에, 이와 같은 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍이, 중앙 영역(31a) 및 외주 영역(31c)에는 동심원 형상으로 복수 배열되고, 중간 영역(31b)에는 마이크로파 방사 구멍(32)이 형성되어 있지 않다. 중앙 영역(31a)의 내측의 마이크로파 방사 구멍(32)의 중심점과 평면 안테나(31)의 중심의 거리를 1로 했을 때, 외측 영역의 내측의 마이크로파 방사 구멍(32)의 중심점과 평면 안테나(31)의 중심의 거리는 2 내지 4가 바람직하고, 2.58이 최적이다.
쌍을 이루는 마이크로파 방사 구멍(32)은 이들의 길이 방향의 일단부가 근접하고, 타단부가 벌어지도록 형성되고, 도 2에서는 길이 방향끼리가 이루는 각도가 90° 정도이다. 이 각도는 80 내지 100°가 바람직하고, 85 내지 95°가 더욱 바람직하다. 또한, 마이크로파 방사 구멍(32)은, 도 2에서는 평면 안테나(31)의 중심으로부터 그 길이 방향 중심을 지나는 선에 대해 45°에 가까운 각도를 갖고 있다. 이 각도는 40 내지 50°가 바람직하다. 또한, 중앙 영역(31a)에 형성되어 있는 마이크로파 방사 구멍(32)의 길이 방향의 길이는, 외주 영역(31c)에 형성되어 있는 마이크로파 방사 구멍(32)의 길이 방향의 길이보다도 짧게 되어 있다. 또한, 외주 영역(31c) 및 중앙 영역(31a)의 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍은 모두 등간격으로 형성되어 있다. 본 예에서는, 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍이 외주 영역(31c)에서는 24개 형성되고, 중앙 영역(31a)에서는 6개 형성되어 있다. 단, 이들의 개수는 특별히 한정되지 않고, 요구되는 특성에 따라서 결정하면 좋다.
상기 마이크로파 투과판(28)의 오목부(28a)와 마이크로파 방사 구멍(32)의 위치 관계에 대해서는, 오목부(28a)가, 외주 영역(31c)에 형성된 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍 중, 내측의 마이크로파 투과 구멍(32)의 적어도 일부에 걸리도록 되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마이크로파 투과판(28)의 오목부(28a)에 대응하는 부분의 하면에 있어서의 전계 강도를 높게 할 수 있다.
이 평면 안테나(31)의 상면에는 진공보다도 큰 유전율을 갖는, 예를 들어 석영, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드 등의 수지로 이루어지는 지파재(wave delaying member)(33)가 설치되어 있다. 이 지파재(33)는, 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어지므로, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 갖고 있다. 또한, 평면 안테나(31)와 마이크로파 투과판(28) 사이, 또한 지파재(33)와 평면 안테나(31) 사이는, 각각 밀착하여 배치되어 있지만, 이격하여 배치되어 있어도 좋다. 평면 안테나(31)의 슬롯(32)의 배치와 지파재(33)에 의해 반사파를 억제할 수 있어, 마이크로파 도입 효율을 높일 수 있다.
챔버(1)의 상면에는, 이들 평면 안테나(31) 및 지파재(33)를 덮도록, 예를 들어 알루미늄이나 스테인리스강, 구리 등의 금속재로 이루어지는 도파관 기능을 갖는 커버 부재(34)가 설치되어 있다. 챔버(1)의 상면과 커버 부재(34)는 시일 부재(35)에 의해 시일되어 있다. 커버 부재(34)에는 냉각수 유로(34a)가 형성되어 있고, 그곳에 냉각수를 통류시킴으로써, 커버 부재(34), 지파재(33), 평면 안테나(31), 마이크로파 투과판(28)을 냉각하도록 되어 있다. 이에 의해, 마이크로파 투과판(28), 평면 안테나(32), 지파재(33), 커버 부재(34)가, 플라즈마에 의해 가열됨으로써 변형되는 것이나 파손되는 것이 방지된다. 또한, 커버 부재(34)는 접지되어 있다.
커버 부재(34)의 상벽의 중앙에는 개구부(36)가 형성되어 있고, 이 개구부에는 도파관(37)이 접속되어 있다. 이 도파관(37)의 단부에는 매칭 회로(38)를 통해 마이크로파 발생 장치(39)가 접속되어 있다. 이에 의해, 마이크로파 발생 장치(39)에서 발생한, 예를 들어 주파수 2.45㎓의 마이크로파가 도파관(37)을 통해 상기 평면 안테나(31)로 전송되도록 되어 있다. 또한, 마이크로파의 주파수로서는, 8.35㎓, 1.98㎓ 등을 사용할 수도 있다.
도파관(37)은 상기 커버 부재(34)의 개구부(36)로부터 상방으로 연장되는 단면 원형상의 동축 도파관(37a)과, 이 동축 도파관(37a)의 상단부에 모드 변환기(40)를 통해 접속된 수평 방향으로 연장되는 직사각형 도파관(37b)을 갖고 있다. 직사각형 도파관(37b)과 동축 도파관(37a) 사이의 모드 변환기(40)는, 직사각형 도파관(37b) 내를 TE 모드로 전파하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 갖고 있다. 동축 도파관(37a)의 중심에는 스테인리스강(SUS), 구리, 알루미늄 등의 금속제의 내부 도체(41)가 연장되어 있고, 이 내부 도체(41)의 하단부가 평면 안테나(31)의 중심에 형성된 구멍(31d)에 삽입되고, 반대측으로부터 나사로 접속 고정되어 있다. 이에 의해, 마이크로파는 동축 도파관(37a)의 내부 도체(41)를 통해 평면 안테나(31)와 커버 부재(34)로 형성되는 편평 도파관으로 균일하게 효율적으로 전파되어, 평면 안테나(31)의 마이크로파 투과 구멍(32)으로부터 마이크로파 투과판(28)을 투과하여 챔버(1) 내에 균일하게 방사된다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 각 구성부는 마이크로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 컨트롤러(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 프로세스 컨트롤러(50)에는 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(100)를 관리하기 위해 코맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(51)와, 플라즈마 처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(50)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라서 플라즈마 처리 장치(100)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 레시피가 저장된 기억부(52)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(52) 내의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 하드 디스크나 반도체 메모리라도 좋고, CDROM, DVD, 플래시 메모리 등의 포터블한 것이라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해 레시피를 적절하게 전송시키도록 해도 좋다.
그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(51)로부터의 지시 등에 의해 임의의 레시피를 기억부(52)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(50)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(50)의 제어 하에서, 플라즈마 처리 장치(100)에서의 원하는 처리가 행해진다.
다음에, 이와 같이 구성되는 플라즈마 처리 장치(100)에 의해 플라즈마 산화 처리를 행하는 동작에 대해 설명한다.
우선, 게이트 밸브(26)를 개방으로 하여 반입출구(25)로부터 산화 처리해야 할 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내로 반입하여, 서셉터(2) 상에 적재한다.
그리고, 가스 공급계(16)의 Ar 가스 공급원(17) 및 O2 가스 공급원(18)으로부터, Ar 가스 및 O2 가스를 소정의 유량으로 가스 도입 부재(15)를 통해 챔버(1) 내로 도입하여, 소정의 처리 압력으로 유지한다. 챔버(1) 내의 처리 압력은, 예를 들어 6.7 내지 677㎩의 범위로 된다. 또한, 처리 가스 중의 산소의 비율(유량비, 즉 체적비)은 0.1 내지 100％로 된다. 처리 가스의 유량은, 예를 들어 Ar 가스 : 0 내지 5000mL/min, O2 가스 : 1 내지 1000mL/min으로 된다.
또한, Ar 가스 공급원(17) 및 O2 가스 공급원(18)으로부터의 Ar 가스 및 O2 가스에 추가하여, H2 가스 공급원(19)으로부터 H2 가스를 소정 비율로 도입할 수도 있다. H2 가스를 공급함으로써, 플라즈마 산화 처리에 있어서의 산화율을 향상시킬 수 있다. 이는, H2 가스를 공급함으로써 OH 라디칼이 생성되어, 이것이 산화율 향상에 기여하기 때문이다. 이 경우, H2의 비율은 처리 가스 전체의 양에 대해 0.1 내지 10％로 되도록 하는 것이 바람직하다. H2 가스의 유량은 1 내지 500mL/min(sccm)이 바람직하다.
또한, 처리 온도는 200 내지 800℃의 범위로 할 수 있고, 400 내지 600℃가 바람직하다.
계속해서, 마이크로파 발생 장치(39)로부터의 마이크로파를, 매칭 회로(38)를 거쳐서 도파관(37)으로 유도한다. 마이크로파는 직사각형 도파관(37b), 모드 변환기(40) 및 동축 도파관(37a)을 순차적으로 통과하여 평면 안테나(31)에 공급된다. 마이크로파는, 직사각형 도파관(37b) 내에서는 TE 모드로 전송하고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(40)에서 TEM 모드로 변환되고, 동축 도파관(37a) 내를 평면 안테나(31)와 커버 부재(34)로 이루어지는 편평 도파관을 향해 전송되어, 평면 안테나(31)의 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍으로부터 원편파로서 방사되고, 마이크로파 투과판(28)을 투과하여 챔버(1) 내에 있어서의 웨이퍼(W)의 상방 공간으로 방사된다. 이때, 마이크로파 발생 장치(39)의 파워는 0.5 내지 5㎾(0.2 내지 2.5W/㎠)로 하는 것이 바람직하다.
평면 안테나판(31)으로부터 마이크로파 투과판(28)을 통해 챔버(1)에 방사된 마이크로파에 의해 챔버(1) 내에서 전자계가 형성되고, Ar 가스, O2 가스 등이 플라즈마화되어, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)의 실리콘 표면을 산화한다. 이 마이크로파 플라즈마는 마이크로파가 평면 안테나판(31)의 다수의 마이크로파 방사 구멍(32)으로부터 방사됨으로써, 대략 1 × 1010 내지 5 × 1012/㎤ 혹은 그 이상의 고밀도의 플라즈마로 되고, 그 전자 온도는 0.5 내지 2eV 정도로 낮고, 웨이퍼 근방에서는 1.1eV 이하로 보다 낮다. 즉, 저전자 온도의 플라즈마로 인해 산화막으로의 플라즈마 중의 이온 등에 의한 데미지가 작아, 양질의 실리콘 산화막을 형성할 수 있다고 하는 장점이 있다.
그러나, 마이크로파는 평면 안테나(31)에 있어서 중심부로부터 주변부를 향해 전파하고, 그 과정에서 복수의 슬롯(32)으로부터 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판(38)을 투과하여 원편파의 마이크로파가 챔버(1) 내로 방사되지만, 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판(28)을 투과할 때에 반사파의 발생 등의 영향에 의해, 마이크로파가 균일하게 챔버 내로 도입되지 않고, 예를 들어 중앙부의 쪽이 주변부보다도 전계 강도가 높아지는 등, 유전체 내부의 전계 강도가 불균일해지므로, 요구되는 플라즈마의 균일성이 얻어지지 않는 경우가 발생하여, 반드시 균일한 플라즈마 처리를 할 수는 없다. 이로 인해, 산화막의 막 두께 균일성이 5％ 전후로 되어 버린다.
따라서, 본 실시 형태에서는 평면 안테나(31)로서, 도 2에 도시한 바와 같이 평면 안테나(31)의 면을 동심 형상으로 중앙 영역(31a), 외주 영역(31c), 이들의 중간 영역(31b)으로 나눈 경우에, 원편파의 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍이, 중앙 영역(31a) 및 외주 영역(31c)에는 동심원 형상으로 복수 배열되고, 중간 영역(31b)에는 마이크로파 방사 구멍(32)이 형성되어 있지 않은 것을 사용하고 있다. 이에 의해, 마이크로파가 마이크로파 투과판(28)의 중심부로부터 주변부를 향해 전파하여, 마이크로파 방사 구멍(32)으로부터 방사될 때에, 균일하게 방사할 수 있다. 또한, 마이크로파 투과판(28)의 마이크로파 방사면에는 오목부(28a)가 형성되어 있으므로, 마이크로파 투과판(28)의 중앙부의 두께가 얇아져, 반사파의 생성을 억제하여 효율적으로 마이크로파를 방사할 수 있는 동시에, 평면 안테나(31)의 슬롯(32)으로부터의 균일한 마이크로파를, 균일성을 유지한 채 방사할 수 있다. 이로 인해, 마이크로파 투과판(28)의 마이크로파 방사면의 전계 강도를 크고 또한 균일하게 할 수 있어, 플라즈마 강도의 면내 균일성을 높일 수 있다. 특히, 본 실시 형태의 경우에는, 오목부(28a)의 형상은 단면 아치 형상으로 되어 있고, 오목부(28a)의 직경은 웨이퍼(W)의 직경보다도 크고, 또한 오목부(28a)의 웨이퍼(W)에 대응하는 부분은 플랫 형상을 이루고 있으므로, 웨이퍼(W)에 대응하는 부분에 균일하게 전계가 형성되고, 또한 웨이퍼(W)의 측방으로부터도 전계가 공급된다. 이로 인해, 웨이퍼(W) 면내의 전계 강도의 균일성이 높다.
또한, 평면 안테나(31)에 형성된 마이크로파 방사 구멍(32)의 쌍은, 각 마이크로파 방사 구멍(32)의 길이 방향의 일단부가 근접하고, 타단부가 벌어지도록 형성되어 있으므로, 마이크로파 파워를 효율적으로 균일하게 챔버(1) 내로 도입할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이들의 길이 방향끼리가 이루는 각도를 80 내지 100°, 바람직하게는 85 내지 95°, 예를 들어 90° 정도로 함으로써, 챔버(1) 내로 도입하는 마이크로파의 파워 효율 및 균일성을 보다 높일 수 있다. 또한, 마이크로파 방사 구멍(32)은 평면 안테나(31)의 중심으로부터 그 길이 방향 중심을 지나는 선에 대해, 45°에 가까운 각도로 함으로써, 마찬가지로 챔버(1) 내로 도입하는 마이크로파의 파워 효율 및 균일성을 보다 높일 수 있다. 또한, 중앙 영역(31a)에 형성되어 있는 마이크로파 방사 구멍(32)의 길이 방향의 길이가, 외주 영역(31c)에 형성되어 있는 마이크로파 방사 구멍(32)의 길이 방향의 길이보다도 짧게 함으로써, 마찬가지로 마이크로파의 파워 효율 및 균일성을 보다 높일 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 마이크로파 투과판(28)의 오목부(28a)는 단면 아치 형상으로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 도 3a와 같은 단면 산형의 오목부(28b), 도 3b와 같은 단면 사다리꼴 형상의 오목부(28c), 도 3c와 같은 단면 직사각 형상의 오목부(28d), 도 3d와 같은 단차식 형상을 갖는 오목부(28e), 도 3e와 같은 돔 형상의 오목부(28f) 등, 다양한 형상을 채용할 수 있다. 단, 도 1과 같은 마이크로파 투과판(28)이 가장 효과가 높다.
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명한다.
종전의 실시 형태에서는 산화 처리를 행하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 대해 설명하였지만, 본 실시 형태에서는 산화 처리 대신에, 질화 처리를 행하는 것이다. 도 4는 본 실시 형태의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 가스 공급계의 부분을 도시하는 도면이고, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 가스 공급계(16) 대신에, Ar 가스 공급원(17'), N2 가스 공급원(18')을 갖는 가스 공급계(16')를 사용하여, Ar 가스 및 N2 가스를 챔버(1) 내에 공급하면서 마찬가지로 질소의 마이크로파 플라즈마를 형성하여 질화 처리를 행하도록 하고 있고, 그 이외의 구성은 도 1과 마찬가지이다. 이때의 질화 처리의 조건으로서는, 예를 들어 온도 : 300 내지 800℃, 챔버(1) 내의 압력 : 1.3 내지 133㎩, Ar 가스 유량 : 0 내지 5000mL/min, N2 가스 유량 : 1 내지 1000mL/min을 들 수 있다.
다음에, 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다. 여기서는, 평면 안테나로서 도 2에 도시하는 것을 사용하고, 마이크로파 투과판으로서, 플랫 형상의 것 및 도 1의 단면 아치 형상의 것을 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 이때의 조건은 이하와 같다. 또한, 시뮬레이션은 플라즈마의 전자 밀도가 마이크로파 투과판의 하면 근방에서 5 내지 9 × 1010/㎤, 마이크로파 투과판의 상면으로부터 66.5㎜ 하방의 위치에서의 플라즈마의 전자 밀도가 1 × 1012/㎤로 되도록 하였다.
경계 조건 : 완전 도체
마이크로파 주파수 : 2.45G
입력 파워 : 2000W
마이크로파 투과판 : SiO2
유전율 : SiO2 ＝ 4.2, 공기 ＝ 1.0
챔버 내 압력 : 13.3㎩(100mTorr)
온도 : 500℃
우선, 이 조건으로 마이크로파를 공급하여 마이크로파 투과판으로부터 마이크로파를 방사했을 때의 마이크로파 투과판의 하면 전계 강도를 시뮬레이트하였다.
도 1의 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과판의 아치부의 하면을 따른 L1선으로 나타내는 면의 전계 강도 분포를 구하고, 플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 도 5b에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과판의 하면(L2선)의 전계 강도 분포를 구하였다. 그 결과를 각각 도 6a, 도 6b에 나타낸다. 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판의 경우에는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 마이크로파 방사면인 하면의 웨이퍼(W)에 대응하는 오목부에 있어서의 전계 강도가 높고 또한 균일한 것에 비해, 플랫 형상의 마이크로파 투과판의 경우에는, 도 6b에 도시한 바와 같이, 마이크로파 방사면인 하면은 웨이퍼에 대응하는 부분을 포함시킨 전체 부분의 전계 강도가 낮고 또한 불균일했다.
다음에, 마이크로파 투과판의 높이 방향의 전계 강도를 시뮬레이트하였다.
도 1의 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 도 7a에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과판의 상면으로부터 그 30㎜ 하방 위치까지의 부분의 전계 강도 분포를 구하고, 플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에도, 도 7b에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과판의 상면으로부터 그 30㎜ 하방 위치까지의 부분의 전계 강도 분포를 구하였다. 그 결과를 각각 도 8a, 도 8b에 나타낸다. 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판의 경우에는, 도 8a에 도시한 바와 같이, 전체적으로 전계 강도가 높고 균일성도 높지만, 플랫 형상의 마이크로파 투과판의 경우에는, 도 8b에 도시한 바와 같이, 전계 강도가 높은 부분이 드문드문 존재하고, 전계 강도 및 균일성 모두 낮은 것이었다. 이는, 유전체인 마이크로파 투과판의 내부를 마이크로파가 투과할 때에, 반사파가 생성되는 부분이 있기 때문이라고 생각된다.
다음에, 시뮬레이션 결과로부터, 파워 밸런스를 구하였다. 그 결과, 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 2000W의 토털 파워 중, 챔버에 들어간 것이 1344W, 플라즈마에 흡수된 것이 1301W, 반사가 656W였다. 한편, 플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 2000W의 토털 파워 중, 챔버에 들어간 것이 234W, 플라즈마에 흡수된 것이 216W, 반사가 1766W였다. 이 결과로부터, 본 발명의 경우에 극히 효율적으로 마이크로파를 공급할 수 있는 것이 확인되었다.
다음에, 실제로 플라즈마를 형성하여, 산화 처리를 행한 결과에 대해 설명한다.
여기서는, 평면 안테나로서 도 2에 도시하는 것을 사용하고, 마이크로파 투과판으로서, 플랫 형상의 것 및 도 1의 단면 아치 형상의 것을 각각 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 의해, 우선, 실제로 산화 플라즈마를 형성하여 플라즈마 중의 전자 밀도의 분포를 구하였다. 조건으로서는, 챔버 내 압력을 133㎩(1Torr), Ar 가스 유량을 1500mL/min(sccm), O2 가스 유량을 150mL/min(sccm)으로 하고, 마이크로파 파워를 2000W, 3000W, 4000W로 변화시켰다. 그때의 전자 밀도 분포를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용하는 것보다도, 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판을 사용하는 쪽이 플라즈마 중의 전자 밀도의 균일성이 높은 것이 확인되었다.
다음에, 동일한 장치에 의해, 실제로 산화 처리를 행하였다. 조건으로서는, 챔버 내 압력을 266㎩(2Torr), Ar 가스 유량을 2000mL/min(sccm), O2 가스 유량을 200mL/min(sccm)으로 하고, 마이크로파 파워를 2000W, 3000W, 4000W로 변화시키고, 서셉터 온도를 400℃로 하여 30sec의 산화 처리를 행하여, 산화막의 면내 막 두께 분포를 구하였다.
플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 2000W에서 평균 막 두께가 1.22㎚, 편차가 3.39％, 3000W에서 평균 막 두께가 1.34㎚, 편차가 2.27％였던 것에 비해, 단면 아치 형상의 도 1의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 2000W에서 평균 막 두께가 1.16㎚, 편차가 0.90％, 3000W에서 평균 막 두께가 1.26％, 편차가 1.02％이고, 도 2의 안테나와 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판의 조합에 의해, 웨이퍼 면내에 있어서의 산화막의 막 두께 분포가 작아지는 것이 확인되었다.
다음에, 실제로 플라즈마를 형성하여, 질화 처리를 행한 결과에 대해 설명한다.
여기서도 마찬가지로, 평면 안테나로서 도 2에 도시하는 것을 사용하고, 마이크로파 투과판으로서, 플랫 형상의 것 및 도 1의 단면 아치 형상의 것을 각각 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하였다. 그리고 우선, 실제로 질화 플라즈마를 형성하여 플라즈마 중의 전자 밀도의 분포를 구하였다. 조건으로서는, 챔버 내 압력을 6.7㎩(50mTorr), Ar 가스 유량을 1000mL/min(sccm), N2 가스 유량을 40mL/min(sccm)으로 하고, 마이크로파 파워를 600W, 800W, 1000W, 1500W, 2000W로 변화시켰다. 그때의 전자 밀도 분포를 도 11 및 도 12에 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 질화 플라즈마의 경우에는 저압에서 플라즈마 생성을 행하므로, 비교적 높은 압력인 산화 플라즈마의 경우와 분포가 다르지만, 역시 플랫 형상의 마이크로파 투과판에서는 플라즈마의 전자 밀도 분포가 불균일해지는 경향이 있어, 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판을 사용하는 쪽이 플라즈마 중의 전자 밀도의 균일성이 높은 것이 확인되었다.
다음에, 동일한 장치에 의해, 실제로 질화 처리를 행하였다. 조건은 상기한 조건과 마찬가지로, 챔버 내 압력을 6.7㎩(50mTorr), Ar 가스 유량을 1000mL/min(sccm), N2 가스 유량을 40mL/min(sccm)으로 하고, 마이크로파 파워를 600W, 800W, 1000W, 1500W, 2000W로 변화시키고, 서셉터 온도를 250℃로 하여 30sec의 질화 처리를 행하여, 질화막의 면내 막 두께 분포를 구하였다.
플랫 형상의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 800W에 있어서 질화막의 막 두께가 가장 균일해져, 평균 막 두께가 1.74㎚, 편차가 1.25％였던 것에 비해, 단면 아치 형상의 도 1의 마이크로파 투과판을 사용한 경우에는, 1500W에 있어서 질화막의 막 두께가 가장 균일해져, 평균 막 두께가 2.02㎚, 편차가 0.62％였다. 이것으로부터, 도 2의 안테나와 단면 아치 형상의 마이크로파 투과판의 조합에 의해, 웨이퍼 면내에 있어서의 질화막의 막 두께 분포가 작아지는 것이 확인되었다.
다음에, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 부분 단면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 여기서는 마이크로파 투과판(28)으로서, 그 하면의 마이크로파 투과면이 요철 형상으로 형성되어 있는 것을 사용하고 있다. 구체적으로는, 도 14의 저면도에도 도시한 바와 같이, 볼록부(28g)와 오목부(28h)가 교대로 동심원 형상으로 형성되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 마이크로파 투과판(28)의 면내 방향으로 정재파가 형성되는 것을 유효하게 방지할 수 있고, 이와 같은 요철 형상의 마이크로파 투과판(28)에 의해서도, 방사하는 마이크로파의 균일성을 높이고, 또한 효율적으로 마이크로파를 방사할 수 있다.
또한, 볼록부 및 오목부의 배열은 반드시 동심원 형상으로 한정되지 않고, 다른 다양한 배열을 적용할 수도 있다.
다음에, 본 발명의 또 다른 실시예에 대해 설명한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 부분 단면도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 여기서는 마이크로파 투과판(28)으로서, 그 외측 단부에, 마이크로파 방사면으로부터 하방으로 돌출되는 환형상의 돌출부(28i)가 형성된 것을 사용하고 있다.
이와 같이 함으로써, 챔버(1) 내에서 생성된 플라즈마가 외측으로 퍼지는 것을 돌출부(28i)에 의해 저지할 수 있어, 지지부(27) 등의 부재의 손상이나 이상 방전 등을 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 산화 처리 및 질화 처리에 적용한 경우에 대해 도시하였지만, 이들로 한정되지 않고 다른 표면에 적용할 수도 있다. 또한, 이와 같은 표면 처리로 한정되지 않고, 에칭, 레지스트 애싱이나 CVD 등의 다른 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 사용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 기판 등, 다른 피처리체에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (14)

  1. 마이크로파에 의해 처리 가스의 플라즈마를 형성하고, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이며,
    피처리체가 수용되는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 피처리체를 적재하는 적재대와,
    마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원과,
    마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 유도하는 도파관과,
    상기 도파관으로 유도된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 방사하는, 도체로 이루어지는 평면 안테나와,
    상기 챔버의 천장벽을 구성하고, 상기 평면 안테나의 마이크로파 방사 구멍을 통과한 마이크로파를 투과시키는, 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판과,
    상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부를 구비하고,
    상기 평면 안테나는 일방향으로 긴 복수의 마이크로파 방사 구멍을 갖고, 그 면을 동심 형상으로 중앙 영역, 외주 영역, 이들의 중간 영역으로 나눈 경우에, 서로 방향이 다른 상기 마이크로파 방사 구멍의 쌍이, 상기 중앙 영역 및 상기 외주 영역에 동심원 형상으로 복수 배열되고, 상기 중간 영역에는 마이크로파 방사 구멍이 형성되어 있지 않고,
    상기 마이크로파 투과판은 그 마이크로파 방사면에 오목부가 형성되어 있는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쌍을 이루는 마이크로파 방사 구멍은 이들의 길이 방향의 일단부가 근접하고, 타단부가 벌어지도록 형성되어 있는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로파 방사 구멍의 쌍을 구성하는 각 마이크로파 방사 구멍의 길이 방향끼리가 이루는 각도가 80 내지 100°인, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중앙 영역에 형성된 마이크로파 투과 구멍의 길이 방향의 길이는, 상기 외주 영역에 형성된 마이크로파 투과 구멍의 길이 방향의 길이보다도 짧은, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 오목부는 상기 적재대에 적재된 피처리체에 대응하는 부분에 형성되어 있는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 마이크로파 투과판은 단면 아치 형상을 이루고 있는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로파 투과판의 상기 오목부에 대응하는 부분은 편평한, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 투과판의 마이크로파 방사면은 그 주연부에 하방으로 돌출되는 환형상을 이루는 돌출부를 갖는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  9. 마이크로파에 의해 처리 가스의 플라즈마를 형성하고, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이며,
    피처리체가 수용되는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 피처리체를 적재하는 적재대와,
    마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원과,
    마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 유도하는 도파관과,
    상기 도파관으로 유도된 마이크로파를 상기 챔버를 향해 방사하는, 도체로 이루어지는 평면 안테나와,
    상기 챔버의 천장벽을 구성하고, 상기 평면 안테나의 마이크로파 방사 구멍을 통과한 마이크로파를 투과시키는, 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판과,
    상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부를 구비하고,
    상기 평면 안테나는 일방향으로 긴 복수의 마이크로파 방사 구멍을 갖고, 그 면을 동심 형상으로 중앙 영역, 외주 영역, 이들의 중간 영역으로 나눈 경우에, 서로 방향이 다른 상기 마이크로파 방사 구멍의 쌍이, 상기 중앙 영역 및 상기 외주 영역에 동심원 형상으로 복수 배열되고, 상기 중간 영역에는 마이크로파 방사 구멍이 형성되어 있지 않고,
    상기 마이크로파 투과판은 그 마이크로파 방사면이 요철 형상으로 형성되어 있는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 쌍을 이루는 마이크로파 방사 구멍은 이들의 길이 방향의 일단부가 근접하고, 타단부가 벌어지도록 형성되어 있는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 마이크로파 방사 구멍의 쌍을 구성하는 각 마이크로파 방사 구멍의 길이 방향끼리가 이루는 각도가 90°인, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 중앙 영역에 형성된 마이크로파 투과 구멍의 길이 방향의 길이는, 상기 외주 영역에 형성된 마이크로파 투과 구멍의 길이 방향의 길이보다도 짧은, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 마이크로파 투과판의 마이크로파 방사면은 볼록부와 오목부가 교대로 동심 형상으로 형성되어 있는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 마이크로파 투과판의 마이크로파 방사면은 그 주연부에 하방으로 돌출되는 환형상을 이루는 돌출부를 갖는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
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