KR20130071477A - 마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20130071477A
KR20130071477A KR1020137007756A KR20137007756A KR20130071477A KR 20130071477 A KR20130071477 A KR 20130071477A KR 1020137007756 A KR1020137007756 A KR 1020137007756A KR 20137007756 A KR20137007756 A KR 20137007756A KR 20130071477 A KR20130071477 A KR 20130071477A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microwave
heat
slug
inner conductor
transmission path
Prior art date
Application number
KR1020137007756A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101504850B1 (ko
Inventor
다로 이케다
유키 오사다
시게루 가사이
히로유키 미야시타
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20130071477A publication Critical patent/KR20130071477A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101504850B1 publication Critical patent/KR101504850B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/005—Cooling methods or arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32247—Resonators
    • H01J37/32256—Tuning means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

마이크로파 도입 기구(41)는 마이크로파를 챔버 내에 방사하는 평면 안테나(81)를 갖는 안테나부(80)와, 임피던스 정합시키기 위한 튜너(60)와, 안테나부(80)의 열을 방열하기 위한 방열 기구(90)를 구비하고, 튜너(60)는 통 형상을 이루는 외측 도체(52)와 내측 도체(53)를 갖고 마이크로파 전송로의 일부로 되는 본체(51)와, 외측 도체(52)와 내측 도체(53) 사이에 이동 가능하게 마련된 슬러그(61a, 61b)와, 슬러그를 이동시키는 슬러그 구동부(70)를 갖고, 방열 기구(90)는 입열단이 안테나부(80)에 위치하고, 안테나부(80)의 열을 입열단으로부터 방열단으로 전송하는 히트 파이프(91)와, 방열단에 마련된 방열부(92)를 갖는다.

Description

마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치{MICROWAVE INTRODUCTION MECHANISM, MICROWAVE PLASMA SOURCE AND MICROWAVE PLASMA TREATMENT DEVICE}
본 발명은 플라즈마 처리를 실행하는 챔버 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 기구, 이와 같은 마이크로파 도입 기구를 이용한 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 액정 표시 장치의 제조 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판과 같은 피처리 기판에 에칭 처리나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 성막 장치 등의 플라즈마 처리 장치가 이용된다.
최근, 이러한 플라즈마 처리 장치로는, 고밀도로 저전자 온도의 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있는 RLSA(Radial Line Slot Antenna) 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 주목받고 있다(예컨대, 특허 문헌 1).
RLSA 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 챔버의 상부에 소정 패턴으로 다수의 슬롯이 형성된 평면 안테나(Radial Line Slot Antenna)를 마련하고, 마이크로파 발생원으로부터 안내된 마이크로파를, 평면 안테나의 슬롯으로부터 방사시킴과 아울러, 그 아래에 마련된 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과판을 거쳐 진공으로 유지된 챔버 내로 방사하고, 이 마이크로파 전기장에 의해 챔버 내에 도입된 가스를 플라즈마화하고, 이렇게 형성된 플라즈마에 의해 반도체 웨이퍼 등의 피처리체를 처리하는 것이다.
또한, 마이크로파를 복수로 분배하고, 상기 평면 안테나를 갖는 복수의 안테나 모듈을 거쳐 마이크로파를 챔버 내로 안내하여 챔버 내에서 마이크로파를 공간 합성하는 마이크로파 플라즈마원을 갖는 마이크로파 플라즈마 처리 장치도 제안되어 있다(특허 문헌 2).
이러한 종류의 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 부하(플라즈마)의 임피던스 튜닝을 실행하기 위해, 임피던스 정합부(튜너)가 필요하다. 이러한 임피던스 정합부로는, 복수의 슬러그를 갖는 슬러그 튜너를 이용한 것이 알려져 있다(특허 문헌 3 등).
슬러그 튜너는 관 형상의 외부 도체와 외부 도체 내에 마련된 내부 도체에 의해 동축(同軸) 형상의 마이크로파 전송로가 구성되고, 외부 도체의 내면과 내부 도체의 외면 사이의 극간 내에 내부 도체의 길이 방향을 따라 이동이 자유롭도록 적어도 2개의 유전체로 이루어지는 슬러그가 마련된 것이며, 이들 슬러그를 구동 장치에 의해 이동시킴으로써 임피던스 튜닝을 실행한다. 이에 따라 콤팩트하게 저손실의 튜너를 실현할 수 있다.
일본 공개 특허 공보 제 2007-109457 호 국제 공개 특허 제 2008/013112 호 팜플렛 일본 공개 특허 공보 제 2003-347808 호
그런데, 이러한 마이크로파 플라즈마원은 투입하는 마이크로파 전력이 커지면, 플라즈마로부터 전달되는 열 및 마이크로파의 손실에 따른 열에 의해, 안테나나 마이크로파 투과판의 온도가 높아지고, 그 열에 의해 슬러그 튜너에서의 슬러그의 이동성에 영향을 미치는 것이 우려된다.
따라서, 본 발명의 목적은 슬러그의 이동성에 대한 열의 영향을 억제할 수 있는 마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 챔버 내에 마이크로파 플라즈마를 형성하기 위한 마이크로파 플라즈마원의 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송로에 마련되고, 마이크로파를 챔버 내에 도입하는 마이크로파 도입 기구로서, 상기 마이크로파 전송로를 거쳐 마이크로파를 상기 챔버 내로 방사하는 평면 안테나를 갖는 안테나부와, 상기 마이크로파 전송로에 마련되고, 상기 마이크로파 전송로의 임피던스를 조정하는 튜너와, 상기 안테나부의 열을 방열하기 위한 방열 기구를 구비하고, 상기 튜너는 통 형상을 이루는 외측 도체와 그 안에 동일한 축을 갖도록 마련된 통 형상을 이루는 내측 도체를 갖고, 마이크로파 전송로의 일부가 되는 본체와, 상기 외측 도체와 상기 내측 도체 사이에 마련되어, 내측 도체의 길이 방향을 따라 이동 가능하고, 고리 형상의 유전체로 이루어지는 슬러그와, 상기 슬러그를 이동시키는 구동 장치를 갖고, 상기 방열 기구는 입열단과 방열단을 갖고, 상기 입열단이 상기 안테나부에 위치하고, 상기 안테나부의 열을 상기 입열단으로부터 상기 방열단으로 수송하는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 상기 방열단에 마련되어, 상기 방열단의 열을 방열하는 방열부를 갖는 마이크로파 도입 기구가 제공된다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 히트 파이프는 상기 내측 도체 내에 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방열부는 히트 싱크 또는 냉각 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구동 장치는 구동력을 부여하는 구동부와, 구동부에서의 구동력을 상기 슬러그에 전달하는 구동 전달부와, 상기 슬러그의 이동을 가이드하는 구동 가이드부와, 상기 슬러그를 상기 구동 전달부에 유지하는 유지부를 갖고, 상기 구동 전달부와 상기 구동 가이드부와 상기 유지부가 상기 내측 도체의 내부에 수용되어 있는 것으로 할 수 있다. 이런 경우에, 상기 구동 장치는 상기 슬러그의 내부에 삽입되고, 상기 내측 도체의 내주와 접촉한 상태에서 상기 내측 도체의 내부를 슬라이드 이동하고, 나사 구멍을 갖는 슬라이딩 부재와, 상기 내측 도체의 내부에 길이 방향을 따라 마련되고, 상기 슬러그의 상기 슬라이딩 부재의 나사 구멍에 나사식으로 결합되는 나사봉으로 이루어지는 슬러그 이동축을 갖고, 상기 슬러그 이동축과 상기 슬라이딩 부재에 의해 나사 기구로 이루어지는 구동 전달부가 구성되며, 상기 슬라이딩 부재와 상기 내측 도체의 내주면에 의해 슬라이딩 가이드 기구로 이루어지는 구동 가이드부가 구성되고, 상기 슬라이딩 부재가 상기 유지부를 구성하고, 상기 구동부는 상기 슬러그 이동축을 회전시키는 모터를 갖고, 상기 모터에 의해 상기 슬러그 이동축을 회전시킴으로써, 상기 슬라이딩 부재에 유지된 상기 슬러그가, 상기 슬라이딩 부재가 상기 내측 도체의 내주로 슬라이드하여 안내된 상태에서 구동되는 구성을 갖는 것으로 할 수 있다. 상기 슬라이딩 부재로는 슬라이딩성을 갖는 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 슬라이딩 부재는, 상기 슬러그에 대하여, 고정용 나사에 의해 고정되어 있는 구성으로 할 수 있다. 상기 슬라이딩 부재의 나사 구멍은 상기 고정용 나사에 의해 고정되어 있는 부분에 대응하는 부분에 나사가 형성되지 않는 것이 바람직하다. 상기 슬라이딩 부재는 그 양단부의 외주에 압입용 돌기를 갖고, 압입에 의해 상기 슬러그에 고정되며, 상기 슬라이딩 부재의 나사 구멍은 상기 압입용 돌기에 대응하는 부분에 나사가 형성되지 않는 구성으로 할 수 있다. 상기 히트 파이프는 상기 내측 도체의 내부에서 상기 슬라이딩 부재에 삽입 관통하도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력부, 출력된 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송로 및 상기 마이크로파 전송로에 마련되어 전송된 마이크로파를 챔버 내로 도입하는 마이크로파 도입 기구를 갖고, 상기 챔버 내에 마이크로파를 도입해서 상기 챔버 내에 공급된 가스를 플라즈마화하는 마이크로파 플라즈마원으로서, 상기 마이크로파 도입 기구는 상기 마이크로파 전송로을 거쳐 마이크로파를 상기 챔버 내로 방사하는 평면 안테나를 갖는 안테나부와, 상기 마이크로파 전송로에 마련되고, 상기 마이크로파 전송로의 임피던스를 조정하는 튜너와, 상기 안테나부의 열을 방열하기 위한 방열 기구를 구비하고, 상기 튜너는 통 형상을 이루는 외측 도체와 그 안에 동일한 축을 갖도록 마련된 통 형상을 이루는 내측 도체를 갖고, 마이크로파 전송로의 일부로 되는 본체와, 상기 외측 도체와 상기 내측 도체 사이에 마련되어, 내측 도체의 길이 방향을 따라 이동 가능한 유전체로 이루어지는 고리 형상의 슬러그와, 상기 슬러그를 이동시키는 구동 장치를 갖고, 상기 방열 기구는 입열단과 방열단을 갖고, 상기 입열단이 상기 안테나부에 위치하여 상기 안테나부의 열을 상기 입열단으로부터 상기 방열단으로 수송하는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 상기 방열단에 마련되어 상기 방열단의 열을 방열하는 방열부를 갖는 마이크로파 플라즈마원이 제공된다.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성 기구, 출력된 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송로 및 상기 마이크로파 전송로에 마련되어, 전송된 마이크로파를 챔버 내로 도입하는 마이크로파 도입 기구를 갖고, 상기 챔버 내에 마이크로파를 도입해서 상기 챔버 내에 공급된 가스를 플라즈마화하는 마이크로파 플라즈마원을 구비하고, 상기 챔버 내의 피처리 기판에 대하여 플라즈마에 의해 처리를 실시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서, 상기 마이크로파 도입 기구는 상기 마이크로파 전송로를 거쳐 마이크로파를 상기 챔버 내로 방사하는 평면 안테나를 갖는 안테나부와, 상기 마이크로파 전송로에 마련되어 상기 마이크로파 전송로의 임피던스를 조정하는 튜너와, 상기 안테나부의 열을 방열하기 위한 방열 기구를 구비하되, 상기 튜너는 통 형상을 이루는 외측 도체와 그 안에 동일한 축을 갖도록 마련된 통 형상을 이루는 내측 도체를 갖고, 마이크로파 전송로의 일부로 되는 본체와, 상기 외측 도체와 상기 내측 도체 사이에 마련되어 내측 도체의 길이 방향을 따라 이동 가능한 유전체로 이루어지는 고리 형상의 슬러그와, 상기 슬러그를 이동시키는 구동 장치를 갖고, 상기 방열 기구는 입열단과 방열단을 갖고, 상기 입열단이 상기 안테나부에 위치하고, 상기 안테나부의 열을 상기 입열단으로부터 상기 방열단으로 수송하는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 상기 방열단에 마련되어 상기 방열단의 열을 방열하는 방열부를 갖는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구를 갖는 마이크로파 플라즈마원이 탑재된 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 마이크로파 플라즈마원의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 튜너의 본체에서의 슬러그와 슬라이딩 부재를 나타내는 수평 단면도이다.
도 5는 튜너의 본체에서의 내측 도체를 나타내는 사시도이다.
도 6은 마이크로파 도입 기구에 탑재된 평면 안테나를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구에 이용되는 히트 파이프의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 8은 슬라이딩 부재를 슬러그에 고정한 상태를 나타내는 수평 단면도이다.
도 9는 슬라이딩 부재를 슬러그에 고정한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10은 슬라이딩 부재와 슬러그의 설치부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 11은 슬라이딩 부재의 슬러그에의 고정 방법의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구를 갖는 마이크로파 플라즈마원을 나타내는 구성도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구를 나타내는 종단면도이다.
도 14는 도 13의 AA'선 횡단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구를 갖는 마이크로파 플라즈마원이 탑재된 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1의 마이크로파 플라즈마원의 구성을 나타내는 구성도이다.
플라즈마 처리 장치(100)는 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리로서, 예컨대, 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 에칭 장치로 구성되고, 기밀하게 구성된 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지는 대략 원통 형상의 접지된 챔버(1)와, 챔버(1) 내에 마이크로파 플라즈마를 형성하기 위한 마이크로파 플라즈마원(2)을 갖고 있다. 챔버(1)의 상부에는 개구부(1a)가 형성되어 있고, 마이크로파 플라즈마원(2)은 이 개구부(1a)로부터 챔버(1)의 내부에 면하도록 마련되어 있다.
챔버(1) 내에는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(11)가, 챔버(1)의 바닥부 중앙에 절연 부재(12a)를 거쳐 마련된 통 형상의 지지 부재(12)에 의해 지지된 상태로 마련되어 있다. 서셉터(11) 및 지지 부재(12)를 구성하는 재료로는, 표면을 알루마이트 처리(양극 산화 처리)한 알루미늄 등이 예시된다.
또한, 도시하지 않지만, 서셉터(11)에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척, 온도 제어 기구, 웨이퍼(W)의 이면에 열전달용 가스를 공급하는 가스 유로 및 웨이퍼(W)를 반송하기 위해 승강하는 승강 핀 등이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(11)에는, 정합기(13)를 거쳐 고주파 바이어스 전원(14)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 바이어스 전원(14)으로부터 서셉터(11)에 고주파 전력이 공급됨으로써, 웨이퍼(Ｗ) 측에 플라즈마 중의 이온이 압입된다.
챔버(1)의 바닥부에는 배기관(15)이 접속되어 있고, 이 배기관(15)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(16)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(16)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내부가 배기되어, 소정의 진공도까지 고속으로 감압할 수 있게 되어 있다. 또한, 챔버(1)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반출입구(17)와, 이 반출입구(17)를 개폐하는 게이트 밸브(18)가 마련되어 있다.
챔버(1) 내의 서셉터(11)의 상방 위치에는, 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스를 웨이퍼(W)를 향해 토출하는 샤워 플레이트(20)가 수평으로 마련되어 있다. 이 샤워 플레이트(20)는 격자 형상으로 형성된 가스 유로(21)와, 이 가스 유로(21)에 형성된 다수의 가스 토출 구멍(22)을 갖고, 격자 형상의 가스 유로(21) 사이는 공간부(23)로 되어 있다. 이 샤워 플레이트(20)의 가스 유로(21)에는 챔버(1)의 외측으로 연장하는 배관(24)이 접속되어 있고, 이 배관(24)에는 처리 가스 공급원(25)이 접속되어 있다.
한편, 챔버(1)의 샤워 플레이트(20)의 상방 위치에는, 링 형상의 플라즈마 생성 가스 도입 부재(26)가 챔버 벽을 따라 마련되어 있고, 이 플라즈마 생성 가스 도입 부재(26)에는 내주에 다수의 가스 토출 구멍이 마련되어 있다. 이 플라즈마 생성 가스 도입 부재(26)에는, 플라즈마 생성 가스를 공급하는 플라즈마 생성 가스 공급원(27)이 배관(28)을 거쳐 접속되어 있다. 플라즈마 생성 가스로는 Ar 가스 등이 적절히 이용된다.
플라즈마 생성 가스 도입 부재(26)로부터 챔버(1) 내로 도입된 플라즈마 생성 가스는 마이크로파 플라즈마원(2)으로부터 챔버(1) 내로 도입된 마이크로파에 의해 플라즈마화되고, 이렇게 생성된 플라즈마, 예컨대, Ar 플라즈마가 샤워 플레이트(20)의 공간부(23)를 통과해 샤워 플레이트(20)의 가스 토출 구멍(22)로부터 토출된 처리 가스를 여기하여, 처리 가스의 플라즈마를 생성한다.
마이크로파 플라즈마원(2)은 챔버(1)의 상부에 마련된 지지 링(29)에 의해 지지되고, 이들 사이는 기밀하게 밀봉되고 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마원(2)은 복수 경로로 분배하여 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력부(30)와, 마이크로파를 챔버(1)로 안내하기 위한 마이크로파 도입부(40)와, 마이크로파 출력부(30)로부터 출력된 마이크로파를 마이크로파 도입부(40)에 공급하는 마이크로파 공급부(50)를 갖고 있다. 마이크로파 출력부(30)로부터 출력된 마이크로파는 마이크로파 전송로를 전송하여거쳐 마이크로파 공급부(50) 및 마이크로파 도입부(40)를 거쳐 챔버(1) 내에 도입된다.
마이크로파 출력부(30)는 전원부(31)와 마이크로파 발진기(32)와, 발진된 마이크로파를 증폭하는 앰프(33)와, 증폭된 마이크로파를 복수로 분배하는 분배기(34)를 갖고 있다.
마이크로파 발진기(32)는 소정 주파수(예컨대, 2.45㎓)의 마이크로파를 예컨대, PLL 발진시킨다. 분배기(34)에서는, 마이크로파의 손실이 되도록이면 일어나지 않도록, 입력측과 출력측의 임피던스 정합을 취하면서 앰프(33)에 의해 증폭된 마이크로파를 분배한다. 또, 마이크로파의 주파수로는, 2.45㎓ 외에, 8.35㎓, 5.8㎓, 1.98㎓ 등을 이용할 수 있다.
마이크로파 공급부(50)는 주로 분배기(34)에 의해 분배된 마이크로파를 증폭하는 복수의 앰프부(42)를 갖는다. 앰프부(42)는 위상기(45)와 가변 이득 앰프(46)와 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(47)와 아이솔레이터(48)를 갖고 있다.
위상기(45)는 슬러그 튜너에 의해 마이크로파의 위상을 변화시킬 수 있도록 구성되어 있고, 이것을 조정함으로써 방사 특성을 변조시킬 수 있다. 예컨대, 각 안테나 모듈마다 위상을 조정함으로써 지향성을 제어하여 플라즈마 분포를 변화시키는 것이나, 후술하는 바와 같이, 이웃하는 안테나 모듈에서 90°씩 위상을 어긋나도록 하여 원형 편파를 얻을 수 있다. 또한, 위상기(45)는 앰프 내의 부품간 지연 특성을 조정하고, 튜너 내에서의 공간 합성을 목적으로 하여 사용할 수 있다. 단, 이러한 방사 특성의 변조나 앰프 내의 부품간 지연 특성의 조정이 불필요할 경우에는 위상기(45)를 마련할 필요는 없다.
가변 이득 앰프(46)는 메인 앰프(47)에 입력하는 마이크로파의 전력 레벨을 조정하고, 각각의 안테나 모듈의 편차를 조정하거나 플라즈마 강도를 조정하기 위한 앰프이다. 가변 이득 앰프(46)를 각 안테나 모듈마다 변화시킴으로써 발생하는 플라즈마에 분포를 생기게 할 수도 있다.
솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(47)는, 예컨대, 입력 정합 회로와 반도체 증폭 소자와 출력 정합 회로와 고(高) Q 공진 회로를 갖는 구성으로 할 수 있다.
아이솔레이터(48)는 마이크로파 도입부(40)에서 반사하여 메인 앰프(47)를 향하는 반사 마이크로파를 분리하는 것이고, 서큘레이터와 더미 로드(동축 종단기)를 갖고 있다. 서큘레이터는 후술하는 안테나부(80)에서 반사된 마이크로파를 더미 로드로 안내하고, 더미 로드는 서큘레이터에 의해 안내된 반사 마이크로파를 열로 변환한다.
마이크로파 도입부(40)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 마이크로파 도입 기구(41)를 갖고 있다. 그리고, 각 마이크로파 도입 기구(41)에는, 각각 2개의 앰프부(42)로부터 마이크로파 전력이 공급되고, 각 마이크로파 도입 기구(41)는 이들을 합성하여 챔버(1) 내로 방사한다.
도 3은 마이크로파 도입 기구(41)를 나타내는 단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 도입 기구(41)는 튜너(60)와 안테나부(80)를 갖고, 이들이 일체적으로 구성되어 있다. 또한, 마이크로파 도입 기구(41)는 안테나부(80)의 열을 방열하기 위한 방열 기구(90)를 더 갖고 있다. 튜너(60)는 마이크로파 전송로의 임피던스를 조정하고, 챔버(1) 내의 부하(플라즈마)의 임피던스를 마이크로파 출력부(30)에서의 마이크로파 전원의 특성 임피던스로 조정하는 것이며, 통 형상을 이루는 외측 도체(52)와 외측 도체(52) 내에 동일한 축을 갖도록 마련된 통 형상을 이루는 내측 도체(53)를 가짐과 아울러, 마이크로파 전송로의 일부로 되는 본체(51)를 갖고 있다. 그리고 본체(51)의 기단측이 급전·전력 합성부(54)로 되어 있다. 또한, 튜너(60)는 급전·전력 합성부(54) 위에 마련된 슬러그 구동부(70)를 갖고 있다.
급전·전력 합성부(54)는 외측 도체(52)의 측면에 마련된 마이크로파 전력을 도입하기 위한 2개의 마이크로파 전력 도입 포트(55)를 갖고 있다. 마이크로파 전력 도입 포트(55)에는, 앰프부(42)로부터 증폭된 마이크로파를 공급하기 위한 동축 선로(56)가 접속되어 있다. 그리고, 동축 선로(56)의 내측 도체(57)의 선단에는, 본체(51)의 외측 도체(52)의 내부를 향해 수평으로 신장되는 급전 안테나(58)가 접속되어 있다. 급전 안테나(58)는, 그 상하를 석영 등의 유전체로 이루어지는 유전체 부재(59a, 59b) 사이에 끼워져 있다. 그리고 2개의 급전 안테나(58)로부터 마이크로파(전자파)를 방사함으로써, 외측 도체(52)와 내측 도체(53) 사이의 공간에 급전됨과 아울러, 2개의 급전 안테나(58)로부터 방사된 마이크로파 전력이 합성된다. 그리고 급전·전력 합성부(54)에서 공간 합성된 마이크로파 전력이 안테나부(80)를 향해 전파된다.
본체(51)의 급전·전력 합성부(54)의 안테나부(80)(하방) 측에는, 유전체로 이루어지고, 둥근 고리 형상을 이루는 2개의 슬러그(61a, 61b)가 외측 도체(52)와 내측 도체(53) 사이를 상하로 이동 가능하게 마련되어 있다. 이들 슬러그 중 슬러그(61a)는 슬러그 구동부(70) 측에 마련되고, 슬러그(61b)는 안테나부(80) 측에 마련되어 있다. 또한, 내측 도체(53)의 내부 공간에는, 그 길이 방향(연직 방향)을 따라, 예컨대, 사다리꼴 나사가 형성된 나사봉으로 이루어지는 슬러그 이동용의 2개의 슬러그 이동축(64a, 64b)이 마련되어 있다.
슬러그(61a, 61b)의 내측에는 슬라이딩 특성을 갖는 수지로 이루어지는 슬라이딩 부재(63)가 삽입, 고정되어 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 슬러그(61a)에 삽입된 슬라이딩 부재(63)에는 슬러그 이동축(64a)이 나사식 결합되는 나사 구멍(65a)과 슬러그 이동축(64b)이 삽입 관통되는 관통 구멍(65b)이 마련되어 있다. 한편, 슬러그(61b)에 삽입된 슬라이딩 부재(63)에도 마찬가지로, 나사 구멍(65a)과 관통 구멍(65b)이 마련되어 있다. 단, 슬러그(61b)에 삽입된 슬라이딩 부재(63)는 슬러그(61a)에 삽입된 슬라이딩 부재(63)와는 반대로, 나사 구멍(65a)은 슬러그 이동축(64b)에 나사식으로 결합되고, 관통 구멍(65b)에는 슬러그 이동축(64a)이 삽입 관통되게 되어 있다. 이에 따라 슬러그 이동축(64a)을 회전시킴으로써 슬러그(61a)가 승강 이동하고, 슬러그 이동축(64b)을 회전시킴으로써 슬러그(61b)가 승강 이동한다. 즉, 슬러그 이동축(64a, 64b)과 슬라이딩 부재(63)로 이루어지는 나사 기구에 의해 슬러그(61a, 61b)가 승강 이동된다.
도 4 및 도 ５에 도시하는 바와 같이, 내측 도체(53)에는 길이 방향을 따라 등 간격으로 3개의 슬릿(53a)이 형성되어 있다. 슬라이딩 부재(63)는 이들 슬릿(53a)에 대응하도록 3개의 돌출부(63a)가 등 간격으로 마련되어 있다. 그리고 이들 돌출부(63a)가 슬러그(61a, 61b)의 내주와 접촉한 상태에서 슬라이딩 부재(63)가 슬러그(61a, 61b)의 내부에 삽입되어 고정된다. 슬라이딩 부재(63)의 외주면은 내측 도체(53)의 내주면과 놀지 않도록 접촉되어 있고, 슬러그 이동축(64a, 64b)이 회전됨으로써, 슬라이딩 부재(63)가 내측 도체(53)를 슬라이딩하여 승강하도록 되어 있다. 즉 내측 도체(53)의 내주면이 슬러그(61a, 61b)의 슬라이딩 가이드로서 기능한다. 또, 슬릿(53a)의 폭은 5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이, 내측 도체(53)의 내부로 누설되는 마이크로파 전력을 실질적으로 없앨 수 있어, 마이크로파 전력의 방사 효율을 높게 유지할 수 있다.
슬라이딩 부재(63)를 구성하는 수지 재료로는, 양호한 슬라이딩성을 갖고, 가공이 비교적 용이한 수지, 예컨대, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지(상품명 : 베어리 AS5000(NTN 주식회사 제품))를 바람직한 것으로서 들 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본체(51)의 상부에는, 상부 개구를 차폐하도록 차폐판(66)이 마련되어 있다. 그리고 슬러그 이동축(64a, 64b)은 이 차폐판(66) 및 후술하는 방열 기구(90)의 방열부(92)를 관통하여 슬러그 구동부(70)로 연장하고 있다. 슬러그 이동축(64a, 64b)과 차폐판(66) 사이에는 베어링(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 또한, 내측 도체(53)의 하단에는, 도체로 이루어지는 바닥판(67)이 마련되어 있다. 슬러그 이동축(64a, 64b)의 하단은, 구동 시의 진동을 흡수하기 위해, 통상은 개방단으로 되어 있고, 이들 슬러그 이동축(64a, 64b)의 하단으로부터 2∼5㎜정도 이격하여 바닥판(67)이 마련되어 있다. 또, 바닥판(67)을 슬러그 이동축(64a, 64b)을 지지하는 베어링 부재로서 기능시켜도 좋다.
슬러그 구동부(70)는 하우징(71)을 갖고, 슬러그 이동축(64a, 64b)은 하우징(71) 내로 연장되고, 슬러그 이동축(64a, 64b)의 상단에는, 각각 기어(72a, 72b)가 부착되어 있다. 또한, 슬러그 구동부(70)에는, 슬러그 이동축(64a)을 회전시키는 모터(73a)와, 슬러그 이동축(64b)을 회전시키는 모터(73b)가 마련되어 있다. 모터(73a)의 축에는 기어(74a)가 부착되고, 모터(73b)의 축에는 기어(74b)가 부착되며, 기어(74a)가 기어(72a)에 맞물리고, 기어(74b)가 기어(72b)에 맞물리게 되어 있다. 따라서 모터(73a)에 의해 기어(74a, 72a)를 거쳐 슬러그 이동축(64a)이 회전되고, 모터(73b)에 의해 기어(74b, 72b)를 거쳐 슬러그 이동축(64b)이 회전된다. 또, 모터(73a, 73b)는, 예컨대, 스텝핑 모터이다.
또, 슬러그 이동축(64b)은 슬러그 이동축(64a)보다 길고, 보다 상방에 도달하고 있으며, 그에 따라, 기어(72a, 72b)의 위치가 상하로 오프셋하고 있고, 모터(73a, 73b)도 상하로 오프셋하고 있다. 이로 인해, 모터 및 기어 등의 동력 전달 기구의 스페이스를 작게 할 수 있고, 이들을 수용하는 하우징(71)을 외측 도체(52)와 같은 직경으로 하는 것이 가능해진다.
모터(73a, 73b) 위에는, 이들의 출력축에 직결하도록, 각각 슬러그(61a, 61b)의 위치를 검출하기 위한 인크리먼트형의 인코더(75a, 75b)가 마련되어 있다.
인크리먼트형 인코더는, 통상, 이동 방향에 상대적인 위치 관계밖에 검지할 수 없지만, 본 실시예에서는 이것에 의해, 절대적인 위치를 파악한다. 그 순서는 이하와 같다.
우선, 슬러그 이동축(64a)을 천천히 회전시켜서 슬러그(61a)를 일정 속도로 인코더(75a)의 카운터를 보면서 이동시킨다. 슬러그(61a)가 메카니컬 스톱(도시하지 않음)에 도달하면, 모터(73a)는 탈조(脫調)하여, 정지한다. 정지한 것은 인코더(75a)의 카운트가 변화되지 않는 것에 의해 검지할 수 있고, 그 때의 슬러그(61a)의 위치, 또는 거기에서 소정 펄스만큼 오프셋한 위치를 원점으로 한다. 이 원점 위치를 기준으로 하여 원점으로부터의 펄스수를 카운트함으로써 슬러그(61a)의 절대적인 위치를 검지할 수 있다. 슬러그(61b)도 마찬가지로 원점을 파악함으로써 절대적인 위치를 검지할 수 있다. 이에 따라 위치 검출을 위한 센서가 불필요하게 된다.
슬러그(61a, 61b)의 위치는 슬러그 컨트롤러(68)에 의해 제어된다. 구체적으로는, 도시하지 않은 임피던스 검출기에 의해 검출된 입력단의 임피던스 값과, 인코더(75a, 75b)에 의해 검지된 슬러그(61a, 61b)의 위치 정보에 근거하여, 슬러그 컨트롤러(68)가 모터(73a, 73b)에 제어 신호를 보내 슬러그(61a, 61b)의 위치를 제어함으로써, 임피던스를 조정하게 되어 있다. 슬러그 컨트롤러(68)는 종단이, 예컨대, 50Ω이 되도록 임피던스 정합을 실행시킨다. 2개의 슬러그 중 한쪽만 움직이면, 스미스 차트의 원점을 지나는 궤적을 그리고, 양쪽을 동시에 움직이면 위상만 회전한다.
또, 슬러그 이동축(64a, 64b)이 사다리꼴 나사를 갖고 있을 경우에는 백래시에 의해 슬러그(61a, 61b)의 위치 정밀도가 낮을 우려가 있지만, 그와 같은 경우에는, 슬러그(61a, 61b)에, 예컨대, 코일 스프링에 의해 가압력을 부여해 두면 백래시의 영향을 해소할 수 있다.
안테나부(80)는 마이크로파 방사 안테나로서 기능하는 평면 형상의 슬롯(81a)을 갖는 평면 안테나(81)를 갖고 있다. 또한, 안테나부(80)는 평면 안테나(81)의 상면에 마련된 지파재(82)와 평면 안테나(81)의 선단 측에 더 마련된, 진공 밀봉을 위한 유전체 부재, 예컨대, 석영이나 세라믹 등으로 이루어지는 천정판(83)을 갖고 있다. 지파재(82)의 중심에는 도체로 이루어지는 원주 부재(82a)가 관통하여 바닥판(67)과 평면 안테나(81)를 접속하고 있다. 따라서 내측 도체(53)가 바닥판(67) 및 원주 부재(82a)를 거쳐 평면 안테나(81)에 접속되어 있다. 또, 튜너(60)의 본체(51)를 구성하는 외측 도체(52)의 하단은 평면 안테나(81)까지 연장되어 있고, 지파재(82) 주위는 외측 도체(52)로 덮여 있다. 또한, 평면 안테나(81) 및 천정판(83) 주위는 피복 도체(84)로 덮여 있다.
지파재(82)는 진공보다 큰 유전율을 갖고 있고, 예컨대, 석영, 세라믹, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지로 구성되어 있고, 진공 중에는 마이크로파의 파장이 길어지기 때문에, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 안테나를 작게 하는 기능을 갖고 있다. 지파재(82)는 그 두께에 의해 마이크로파의 위상을 조정할 수 있고, 평면 안테나(81)가 정재파의 「볼록한 부분」이 되도록 그 두께를 조정한다. 이에 따라, 반사가 최소이고, 평면 안테나(81)의 방사 에너지가 최대로 되도록 할 수 있다.
그리고 메인 앰프(47)에서 증폭된 마이크로파가 내측 도체(53)와 외측 도체(52)의 둘레 벽 사이를 통해 평면 안테나(81)의 슬롯(81a)으로부터 천정판(83)을 투과하여 챔버(1) 내의 공간으로 방사된다. 슬롯(81a)은, 도 ６에 도시하는 바와 같이, 부채형인 것이 바람직하고, 도시하는 바와 같이, 2개 또는 4개를 마련하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 마이크로파를 TEM 모드로 효율 좋게 전달시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 메인 앰프(47)와 튜너(60)와 평면 안테나(81)는 근접 배치하고 있다. 그리고 튜너(60)와 평면 안테나(81)는 1/2 파장 내에 존재하는 집중 정수 회로를 구성하고 있고, 또한 평면 안테나(81), 지파재(82), 천정판(83)은 합성 저항이 50Ω으로 설정되고 있으므로, 튜너(60)는 플라즈마 부하에 대하여 직접 튜닝하는 것으로 되어, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 전달할 수 있다.
방열 기구(90)는 안테나부(80)의 열을 방열하는 기능을 갖고, 도 3, 4에 도시하는 바와 같이, 튜너(60)의 내측 도체(53)의 내부에, 그 길이 방향을 따라 직선 형상으로 마련된 2개의 히트 파이프(91)와 히트 파이프(91)가 안테나부(80)로부터 빼앗은 열을 방열하는 방열부(92)를 가진다.
방열부(92)는 차폐판(66)의 상측에 마련되어, 예컨대, 히트 싱크로 이루어진다. 히트 싱크는 팬이 내장되어 있어도 좋다. 또한, 방열부(92)는 냉각수 등의 냉각 매체가 순환하도록 구성된 냉각 부재로 구성되어 있어도 좋다.
히트 파이프(91)는 일단이 안테나부(80)에 위치하고, 타단이 차폐판(66)을 관통하여 방열부(92)의 내부에 도달하여, 안테나부(80)의 열을 방열부(92)로 수송하는 기능을 갖고 있다. 본 실시예에서는, 히트 파이프(91)의 일단은 바닥판(67)을 관통해서 지파재(82)의 중심에 마련된 원주 부재(82a)의 내부에 도달하고 있다. 그리고 히트 파이프(91)의 안테나부(80) 측의 일단이 입열단, 방열부(92) 측의 타단이 방열단이 되어 있다.
히트 파이프(91)는, 도 ７에 도시하는 바와 같이, 양단을 폐쇄한 통 형상의 금속, 예컨대, 동 또는 동 합금으로 이루어지는 외부 프레임 부재로서의 컨테이너(94)와 그 내주벽에 마련된 다공질 부재 또는 망 형상 부재로 이루어지는 위크(95)를 갖고, 그 안에 물 등의 작동액이 충전된 밀폐 구조를 갖고 있다. 위크(95)는 모세관 현상을 이용해서 작동액을 이동시키는 기능을 갖고 있다. 히트 파이프(91)는 내부에 충전된 작동액의 증발 현상과 응축 현상을 이용하여, 일단으로부터 타단으로 대량의 열을 용이하게 수송하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 플라즈마로부터의 입열 및 마이크로파의 손실에 의해 고온으로 된 안테나부(80)에 배치되어 있는 입열단에서는, 안테나부(80)로부터의 입열에 의해 작동액이 증발하고, 증기류가 되어 방열부(92)에 배치되어 있는 방열단으로 고속 이동하고, 증기류의 열이 방열단에서 방열부(92)와 열 교환되어, 증기류가 냉각되어 응축액이 된다. 응축액은 위크(95)의 모세관 현상에 의해 입열단으로 되돌아온다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 상기 슬라이딩 부재(63)에는 히트 파이프(91)가 삽입 관통되는 2개의 삽통 구멍(93)이 형성되어 있다. 삽통 구멍(93)은 히트 파이프(91)가 접촉되지 않을 정도의 직경을 갖고 있다. 단, 히트 파이프(91)와 삽통 구멍(93)의 내주가 놀지 않게 접촉되어 있어도 좋고, 이런 경우에는, 히트 파이프(91)를 슬라이딩 부재(63)의 가이드 부재로서 기능시킬 수 있다.
슬라이딩 부재(63)는, 도 8 내지 도 10에 도시하는 바와 같이, 고정용 나사(120)에 의해 슬러그(61a)에 고정되어 있다. 슬러그(61b)에 대해서도 마찬가지로 고정용 나사(120)에 의해 고정되어 있다. 고정용 나사(120)는 세라믹이나 수지 등의 유전체이며, 바람직하게는 슬러그(61a, 61b)와 같은 조성의 재료로 구성되어 있고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 3개의 돌출부(63a)에 대응하는 위치에 3개 마련되어 있다. 이 고정용 나사(120)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 슬러그(61a)의 돌출부(63a)에 대응하는 위치에 외측으로부터 내측으로 관통하도록 마련된 나사 구멍(121)에 나사식으로 결합되고, 3개의 고정용 나사(120)를 조임으로써, 그들의 선단이 슬라이딩 부재(63)에 접촉하고, 슬라이딩 부재(63)가 균등하게 고정된다. 이에 따라, 슬러그(61a)가 열의 영향을 받아도 확실하게 슬라이딩 부재(63)를 유지할 수 있다. 고정용 나사(120)는 외측 도체(52)에 접촉하지 않도록, 그 헤드부가 슬러그(61a, 61b)의 외주면에서도 구석 위치로 되도록 마련된다. 또, 도 8에서는 편의상, 슬라이딩 부재(63) 내부의 구조는 생략하고 있다.
이 경우에, 나사 구멍(65a)에 모두 나사(나사산 및 나사 홈)가 형성되어 있으면, 열의 영향을 받았을 경우에, 고정용 나사(120)에 의한 조임 장치 부착 부분에 관계되는 압력에 의해 슬러그 이동축(64a)의 회전이 저지되어 슬러그(61a)가 움직이지 않을 우려가 있다. 이러한 것을 방지하기 위해서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 나사 구멍(65a)의 고정용 나사(120)로 고정되어 있는 부분에 대응하는 부분(132)(3개의 고정용 나사(120)의 축을 포함하는 평면과 나사 구멍(65a)이 교차하는 부분을 포함하는, 고정용 나사(120)의 조임 장치 부착의 영향을 받는 부분)에 나사를 형성하지 않고, 다른 부분(131)에 나사를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같이 고정용 나사(120)에 의해 슬라이딩 부재(63)를 고정함으로써, 열 변형 등에 의해, 도 10에 도시하는 바와 같이, 슬라이딩 부재(63)와 슬러그(61a) 사이에 극간(122)이 형성되었다고 해도, 나사에 의해 슬라이딩 부재(63)와 슬러그(61a)를 확실하게 고정할 수 있다.
또한, 슬라이딩 부재(63)는 압입에 의해 슬러그(61a, 61b)에 고정할 수도 있다. 이런 경우에는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 슬라이딩 부재(63)의 돌출부(63a)의 축 방향 양단부에, 압입용 돌기(63b)를 마련하고, 슬라이딩 부재(63)에 압입 압력을 가해서 슬러그(61a) 내에 압입한다. 이에 따라, 슬러그압입용 돌기(63b)로부터 슬러그(61a)의 내면에 걸리는 압력에 의해 슬라이딩 부재(63)가 고정된다.
이런 경우에, 나사 구멍(65a)에 모두 나사(나사산 및 나사 홈)가 형성되어 있으면, 열의 영향을 받았을 경우에, 압입된 슬라이딩 부재(63)의 압입용 돌기(63b)에 미치는 압력에 의해, 나사 구멍(65a)이 변형되어 슬러그 이동축(64a)의 회전이 저지되어 슬러그(61a)가 움직이지 않을 우려가 있다. 이를 방지하기 위해서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 나사 구멍(65a)의 압입용 돌기(63b)에 대응하는 양단부(142)에 나사를 형성하지 않고, 다른 부분(141)에 나사를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
플라즈마 처리 장치(100)에서의 각 구성부는 마이크로 프로세서를 구비한 제어부(110)에 의해 제어되도록 되어 있다. 제어부(110)는 플라즈마 처리 장치(100)의 프로세스 시퀀스 및 제어 파라미터인 프로세스 레시피를 기억한 기억부나 입력 수단 및 디스플레이 등을 구비하여, 선택된 프로세스 레시피에 따라 플라즈마 처리 장치를 제어하게 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 반입하고, 서셉터(11) 위에 탑재한다. 그리고 플라즈마 생성 가스 공급원(27)으로부터 배관(28) 및 플라즈마 생성 가스 도입 부재(26)를 거쳐 챔버(1) 내에 플라즈마 생성 가스, 예컨대, Ar 가스를 도입하면서, 마이크로파 플라즈마원(2)으로부터 마이크로파를 챔버(1) 내에 도입해서 플라즈마를 생성한다.
이와 같이 하여 플라즈마를 생성한 후, 처리 가스, 예컨대, Cl2 가스 등의 에칭 가스가 처리 가스 공급원(25)으로부터 배관(24) 및 샤워 플레이트(20)를 거쳐 챔버(1) 내로 토출된다. 토출된 처리 가스는 샤워 플레이트(20)의 공간부(23)를 통과해 온 플라즈마에 의해 여기되어 플라즈마화 또는 래디컬화되고, 이 처리 가스의 플라즈마 또는 래디컬에 의해 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리, 예컨대, 에칭 처리가 실시된다.
상기 마이크로파 플라즈마 생성 시에, 마이크로파 플라즈마원(2)에서는, 마이크로파 출력부(30)의 마이크로파 발진기(32)로부터 발진된 마이크로파는 앰프(33)에서 증폭된 후, 분배기(34)에 의해 복수로 분배되고, 분배된 마이크로파는 마이크로파 공급부(50)를 거쳐 마이크로파 도입부(40)로 안내된다. 마이크로파 도입부(40)를 구성하는 각 마이크로파 도입 기구(41)가 충분한 출력을 얻기 위해, 2개의 앰프부(42)로부터 동축 선로(56)를 거쳐 급전·전력 합성부(54)에 마련된 2개의 마이크로파 전력 도입 포트(55) 및 급전 안테나(58)를 거쳐 본체(51) 내에 마이크로파 전력이 급전되어 합성된다. 이에 따라, 발열을 억제하면서, 매우 간단하게 전력 합성을 실행할 수 있다. 또한, 하나의 앰프부(42)로부터의 전력으로 충분할 경우는, 상기한 전력 합성을 생략할 수 있다. 또한, 마찬가지의 마이크로파 전력 도입 포트(55)를 3개 이상 마련하고, 3개 이상의 앰프부(42)로부터의 전력을 합성하도록 해도 좋다.
그래서 마이크로파 도입 기구(41)의 튜너(60)에 의해 임피던스가 자동 조정되고, 전력 반사가 실질적으로 없는 상태에서, 안테나부(80)의 평면 안테나(81) 및 천정판(83)을 거쳐 마이크로파 전력이 챔버(1) 내로 방사된다.
이와 같이, 복수로 분배된 마이크로파를, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하는 메인 앰프(47)에서 개별적으로 증폭하고, 평면 안테나(81)를 이용하여 개별적으로 방사한 후에 챔버(1) 내에서 합성하므로, 대형 아이솔레이터나 합성기가 불필요하게 된다.
또한, 마이크로파 도입 기구(41)는 안테나부(80)와 튜너(60)가 본체(51) 내에 마련된 구조로 되어 있으므로, 매우 조밀하다. 이 때문에, 마이크로파 플라즈마원(2) 자체를 소형화할 수 있다. 또한, 메인 앰프(47), 튜너(60) 및 평면 안테나(81)가 근접하여 마련되고, 특히 튜너(60)와 평면 안테나(81)는 집중 정수 회로로서 구성할 수 있다. 이 때문에, 평면 안테나(81), 지파재(82), 천정판(83)의 합성 저항을 50Ω으로 설계함으로써, 튜너(60)에 의해 고밀도로 플라즈마 부하를 튜닝할 수 있다. 또한, 튜너(60)는 2개의 슬러그(61a, 61b)를 이동하는 것만으로 임피던스 정합을 행할 수 있는 슬러그 튜너를 구성하고 있으므로 조밀하고 저손실이다.
또한, 이와 같이 튜너(60)와 평면 안테나(81)가 근접하고, 집중 정수 회로를 구성하며 또한 공진기로서 기능함으로써, 평면 안테나(81)에 이르기까지의 임피던스 부정합을 고밀도로 해소할 수 있고, 실질적으로 부정합 부분을 플라즈마 공간으로 할 수 있으므로, 튜너(60)에 의해 고밀도의 플라즈마 제어가 가능해진다.
더욱이, 위상기(45)에 의해, 각 안테나 모듈의 위상을 변화시킴으로써, 마이크로파의 지향성을 제어할 수 있고, 플라즈마 등의 분포의 조정을 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 튜너(60)에서, 임피던스를 조정하는 슬러그(61a, 61b)를 구동하기 위한 구동 장치는, 종래, 튜너(60)의 본체 부분의 외측에 마련되고, 모터 등의 구동부, 볼 나사 등의 구동 전달부, LM 가이드 등의 구동 가이드부, 브래킷 등의 유지부가 필요하고, 그 자체가 대형이고, 또한 유지부가 이동하기 위한 슬릿을 외측 도체에 마련해야 하며, 이 슬릿으로부터 전자파가 새는 것을 방지하기 위해 매우 큰 실드 기구가 필요하고, 모터도 큰 것이 필요하게 되어 구동 장치나 실드 기구를 포함하면 대형인 것으로 되어 있었다. 이에 비해, 본 실시예에서는, 구동 전달부, 구동 가이드부, 유지부에 상당하는 것을 내측 도체(53)의 내부에 마련했으므로, 기계 요소의 중량 및 모멘트를 작게 할 수 있고, 또 외측 도체(52)에 유지 기구가 이동하기 위한 슬릿을 마련할 필요가 없고, 전자파 누설을 방지하기 위한 실드 기구가 불필요하게 된다. 이 때문에, 슬러그(61a, 61b)의 구동 장치를 종래보다 소형화할 수 있고, 나아가서는 튜너(60) 전체를 소형화할 수 있다.
또한, 슬러그(61a, 61b) 자체에 슬라이딩 특성을 갖는 수지로 이루어지는 슬라이딩 부재(63)가 부착되고, 이 슬라이딩 부재(63)의 나사 구멍(65a)에 슬러그 이동축(64a) 혹은 슬러그 이동축(64b)을 나사식으로 결합시켜 나사 기구를 구성하고, 모터(73a, 73b)에 의해 슬러그 이동축(64a, 64b)을 회전시킴으로써, 슬라이딩 부재(63)의 외주가 내측 도체(53)의 내주를 미끄러지도록 가이드 되어 슬러그(61a, 61b)가 이동하므로, 슬라이딩 부재(63) 및 슬러그 이동축(64a, 64b)이 구동 전달 기구, 구동 가이드 기구, 유지 기구의 3개의 기능을 겸비하는 것이 되므로, 구동 장치를 매우 콤팩트하게 할 수 있어, 튜너(60)를 한층 소형화할 수 있다.
그런데, 이러한 플라즈마 처리 시에, 마이크로파 출력부(30)로부터 큰 전력 밀도의 마이크로파가 투입되면, 플라즈마로부터의 입열 및 마이크로파의 손실에 의한 열에 의해, 안테나부(80), 특히 평면 안테나(81) 및 유전체 부재로 이루어지는 천정판(83)의 온도가 매우 높아진다. 방열 기구(90)가 존재하지 않는 구조에서는, 안테나부(80)의 열은 내측 도체(53)에만 전열되기 때문에, 내측 도체(53)의 온도가 높아질 수 밖에 없다. 내측 도체(53)의 온도가 높아지면, 내측 도체(53)의 열 변형이나, 내측 도체(53)로부터의 전열에 의한 슬러그(61a, 61b)의 열 팽창 등에 의해, 내측 도체(53)를 따라 이동하는 슬러그(61a, 61b)의 이동성을 저하시켜버린다. 특히, 본 실시예의 경우에는, 슬라이딩 부재(63)의 외주면이 내측 도체(53)의 내주면과 놀지 않게 접촉하도록 되어 있기 때문에, 이러한 내측 도체(53)의 열변형 등에 의한 영향이 크다.
본 실시예에서는, 방열 기구(90)를 마련하고, 히트 파이프(91)에 의해 안테나부(80)의 열을 방열부(92)로 방열하도록 했으므로, 이러한 문제가 해소된다. 즉, 히트 파이프(91)는 고온의 안테나부(80)에 입열단이 배치되고, 차폐판(66)의 상면에 마련된 방열부(92)에 방열단이 배치되도록 마련되어 있으므로, 입열단에서는 안테나부(80)로부터의 열이 입열되어 작동액이 증발하고, 증기류가 되어서 방열부(92)에 배치되어 있는 방열단으로 고속 이동하고, 증기류의 열이 방열단에서 방열부(92)와 열 교환되고, 이에 따라 냉각된 증기류가 응축액이 된다. 따라서 대량의 열을 안테나부(80)로부터 방열부로 수송할 수 있다. 이 때문에, 안테나부(80)의 열이 내측 도체(53)에 전열되는 것이 억제되어, 내측 도체(53)의 열 변형이나 슬러그의 열 팽창이 억제되므로, 슬러그(61a, 61b)의 이동성에 관한 열의 영향을 억제하여 이들의 이동성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 내측 도체(53) 내부에 히트 파이프(91)를 설치함으로써, 마이크로파 전송로를 전송되는 마이크로파에 영향을 미치지 않고 안테나부(80)의 열을 방열부(92)로 전달할 수 있다.
또한, 슬라이딩 부재(63)는 고정용 나사(120)에 의해 슬러그(61a, 61b)에 균등하게 고정되므로, 슬러그(61a)가 열의 영향을 받아, 예컨대, 슬라이딩 부재(63)의 돌출부(63a)와 슬러그(61a) 사이에 극간이 생기는 것과 같은 경우에도 확실하게 슬라이딩 부재(63)를 유지할 수 있다. 이 때, 고정용 나사(120)를 슬러그(61a(61b))와 조성의 같은 재료를 이용함으로써 열 팽창차를 작게 할 수 있고, 열에 의한 영향을 적게 할 수 있다. 또한, 고정용 나사(120)를 슬러그(61a(61b))와 조성의 같은 재료를 이용함으로써, 고정용 나사(120)에 의한 유전율의 변동을 거의 없게 할 수 있다.
또한, 슬러그 이동축(64a)이 나사식으로 결합되는 나사 구멍(65a)에 있어서, 고정용 나사(120)에 대응하는 부분(132)에 나사를 형성하지 않도록 함으로써, 열의 영향을 받았을 경우에, 고정용 나사(120)에 의한 조임 장치 부착 부분에 대한 압력으로 인해 슬러그 이동축(64a)의 회전이 저지되어 슬러그(61a)가 움직이지 않게 되는 사태를 방지할 수 있다.
이와 같이, 고정용 나사(120)에 의해 슬라이딩 부재(63)를 고정함으로써, 열에 의한 영향을 완화할 수 있으므로, 방열 기구(90)를 마련하지 않아도 열에 의한 슬러그의 이동성에의 영향을 회피할 가능성이 있다.
슬라이딩 부재(63)를 압입에 의해 슬러그(61a, 61b)에 고정할 경우에는, 나사 구멍(65a)의 압입용 돌기(63b)에 대응하는 양단부(142)에 나사를 형성하지 않음으로써, 열의 영향을 받았을 경우에, 압입된 슬라이딩 부재(63)의 압입용 돌기(63b)에 미치는 압력에 의해 슬러그 이동축(64a)의 회전이 저지되어 슬러그(61a)가 움직이지 않게 되는 사태를 방지할 수 있다. 이런 경우에도, 열에 의한 영향을 완화할 수 있으므로, 방열 기구(90)를 마련하지 않아도 열에 의한 슬러그의 이동성에의 영향을 회피할 가능성이 있다.
더욱이 상기 구성에서는, 슬라이딩 부재(63)에 관통 구멍(65b)을 마련하고, 나사 구멍(65a)에 나사식으로 결합되지 않는 쪽의 슬러그 이동축을 이 관통 구멍(65b)에 통과시키도록 했으므로, 내측 도체(53) 내에 슬러그(61a, 61b)를 각각 구동하기 위한 2개의 슬러그 이동축(64a, 64b)을 마련할 수 있고, 나사 기구에 의해 2개의 슬러그(61a, 61b)를 독립해서 이동시키는 것이 가능해진다. 또한, 슬러그 구동부(70)에서, 모터(73a, 73b) 및 동력 전달 기구인 기어(72a, 72b)가 상하로 오프셋하고 있으므로, 모터 및 기어 등의 동력 전달 기구의 스페이스를 작게 할 수 있어, 이들을 수용하는 하우징(71)을 외측 도체(52)와 같은 직경으로 하는 것이 가능해진다. 따라서 튜너(60)를 더욱 더 콤팩트하게 할 수 있다.
또한, 슬러그(61a, 61b)는 슬라이딩 부재(63)가 내측 도체(53)를 슬라이딩하여 이동하므로 이동의 부하가 작기 때문에, 슬러그 이동축(64a, 64b)의 나사는 사다리꼴 나사라도 좋고, 저렴한 것으로 할 수도 있다. 이때에 염려되는 나사의 백래시에 의한 위치 정밀도의 저하의 문제도 코일 스프링 등의 부세 수단을 마련함으로써 해소된다.
더욱이, 모터(73a, 73b)의 출력축에 직결하도록 인크리먼트형의 인코더(75a, 75b)를 마련하고, 슬러그(61a, 61b)의 위치 검출을 실행하므로, 종래 이용하고 있던 위치 검출을 위한 센서가 불필요하게 되고, 시스템이 복잡해지거나, 센서 설치의 공간만큼 대형화되는 것을 피할 수 있다. 또한, 인크리먼트형 인코더는 앱솔루트형 인코더와 비교하여 저렴하다. 이 때문에, 비용을 증가시키지 않고 소형으로 고밀도의 튜너를 실현할 수 있다.
아울러, 내측 도체(53)에는 슬라이딩 부재(63)의 돌출부(63a)가 이동하기 위한 슬릿(53a)이 마련되어 있어, 이 슬릿(53a)으로부터 내측 도체(53)의 내부에 마이크로파 전력이 누설되어 전력 손실로 될 우려가 있지만, 슬릿(53a)의 폭을 5㎜ 이하로 함으로써, 내측 도체(53)의 내부로 누설되는 마이크로파 전력을 실질적으로 없앨 수 있어, 마이크로파 전력의 방사 효율을 높게 유지할 수 있다.
다음에, 마이크로파 도입 기구(41)의 다른 실시예에 대해서 설명한다.
상기 실시예에서는, 마이크로파 도입 기구(41)에 2개의 마이크로파 전력 도입 포트(55)로부터 도입된 마이크로파를 공간 합성하여 안테나부(80)에 마이크로파를 전파시킨 예를 나타냈지만, 본 실시예에서는 1군데에서 마이크로파를 도입하는 예를 나타낸다. 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구를 갖는 마이크로파 플라즈마원을 나타내는 구성도, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 도입 기구를 나타내는 종단면도, 도 14는 도 13의 AA'선에 의한 횡단면도이다. 또, 본 실시예에 있어서, 종전의 실시예와 같은 것에는 같은 부호를 부여해서 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마원(2)은 마이크로파 공급부(50)의 하나의 앰프부(42)에서 증폭된 마이크로파가 하나의 마이크로파 도입 기구(41)에 급전된다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 도입 기구(41)에서의 튜너(60)의 외측 도체(52)의 기단 측에 마이크로파를 급전하는 급전 기구(154)가 마련되어 있다. 급전 기구(154)는 외측 도체(52)의 측면에 마련된 마이크로파 전력을 도입하기 위한 마이크로파 전력 도입 포트(155)를 갖고 있다. 마이크로파 전력 도입 포트(155)에는, 앰프부(42)로부터 증폭된 마이크로파를 공급하기 위한 급전 선으로서, 내측 도체(156a) 및 외측 도체(156b)로 이루어지는 동축 선로(156)가 접속되어 있다. 그리고 동축 선로(156)의 내측 도체(156a)의 선단에는, 외측 도체(52)의 내부를 향해 수평으로 신장하는 급전 안테나(160)가 접속되어 있다.
급전 안테나(160)는, 예컨대, 알루미늄 등의 금속판을 깎아 가공한 후, 테프론(등록 상표) 등의 유전체 부재의 틀에 끼워 형성된다. 반사판(158)으로부터 급전 안테나(160)까지의 사이에는, 반사파의 실효 파장을 짧게 하기 위한 테프론(등록 상표) 등의 유전체로 이루어지는 지파재(159)가 마련되어 있다. 또, 2.45G 등의 주파수가 높은 마이크로파를 이용했을 경우에는, 지파재(159)는 마련하지 않아도 좋다. 이 때, 급전 안테나(160)로부터 방사되는 전자파를 반사판(158)으로 반사시키는 것에 의해, 최대의 전자파를 동축 구조의 본체(51) 내로 전송시킨다. 그 경우, 급전 안테나(160)로부터 반사판(158)까지의 거리를 약 λg/4의 반파장 배로 설정한다. 단, 주파수가 낮은 마이크로파에서는, 직경 방향의 제약 때문에, 이것에 적합하지 않을 경우도 있다. 그 경우에는, 급전 안테나(160)로부터 발생되는 전자파의 볼록한 부분을 급전 안테나(160)가 아니라, 급전 안테나(160)의 아래쪽으로 유기시키도록, 급전 안테나의 형상을 최적화하는 것이 바람직하다.
급전 안테나(160)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 전력 도입 포트(155)에서 동축 선로(156)의 내측 도체(156a)에 접속되어, 전자파가 공급되는 제 1 극(162) 및 공급된 전자파를 방사하는 제 2 극(163)을 갖는 안테나 본체(161)와, 안테나 본체(161)의 양측에서, 내측 도체(53)의 외측을 따라 늘어나는 링 형상의 반사부(164)를 갖고, 안테나 본체(161)에 입사된 전자파와 반사부(164)에서 반사된 전자파로 정재파를 형성하도록 구성되어 있다. 안테나 본체(161)의 제 2 극(163)은 내측 도체(53)에 접촉되어 있다.
급전 안테나(160)가 마이크로파를 방사함으로써, 외측 도체(52)와 내측 도체(53) 사이의 공간에 마이크로파 전력이 급전된다. 그리고 급전 기구(154)에 공급된 마이크로파 전력이 안테나부(80)를 향해 전파된다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 사상의 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 예컨대, 마이크로파 출력부(30)의 회로 구성이나 마이크로파 도입부(40), 메인 앰프(47)의 회로 구성 등은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 평면 안테나로부터 방사되는 마이크로파의 지향성 제어를 실행하거나 원형 편파로 하거나 할 필요가 없을 경우에는, 위상기는 불필요하다. 또한, 마이크로파 도입부(40)는 반드시 복수의 마이크로파 도입 기구(41)로 구성하는 필요는 없고, 마이크로파 도입 기구(41)는 1개라도 좋다. 또한, 평면 안테나(81)의 슬롯(81a)으로서 부채형인 것을 2개 또는 4개 마련했을 경우에 대해 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 조건에 따라 여러 가지의 슬롯 패턴을 채용하는 것이 가능하다. 아울러, 상기 실시예에서는, 슬러그를 2개 마련한 예를 나타냈지만, 슬러그의 수는 2개보다 많아도 좋고, 미리 튜닝 범위가 한정되어 있을 경우에는 1개라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 슬러그의 구동 장치를, 구동부로부터의 구동력을 슬러그(61a, 61b)에 전달하는 구동 전달부와, 슬러그의 이동을 가이드하는 구동 가이드부와, 슬러그(61a, 61b)를 상기 구동 전달부에 유지하는 유지부가 내측 도체(53)의 내부에 수용된 구성을 갖는 것으로 한 예에 대해서 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 이들이 튜너(60)의 본체 부분의 외측에 마련된 구동 장치를 갖는 것이라도 좋다. 또한, 상기 실시예에서는, 슬러그의 구동 장치로서, 사다리꼴 나사를 갖는 슬러그 이동축과 이것에 나사식으로 결합하는 슬라이딩 부재를 조합한 나사 기구를 갖는 것을 이용했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 나사로서 삼각 나사, 사각 나사, 톱니 나사 등을 이용할 수도 있다. 또한, 슬러그 이동축과 슬라이딩 부재가 직접 나사식으로 결합하는 것이 아닌 볼 나사를 이용하여도 좋고, 구동 전달 기구로서 기어 기구나 벨트 기구 등의 다른 기구를 이용할 수도 있다. 또한, 구동 가이드 기구로는, 슬라이딩 기구에 한정되지 않고, LM 가이드 등의 다른 가이드를 이용할 수도 있다. 또한, 모터와 슬러그 이동축 사이의 동력 전달을 기어 기구에서 실행했지만, 이것에 한정되지 않고, 벨트 기구 등, 다른 기구에서 실행해도 좋다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 방열 기구에 히트 파이프를 2개 이용한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 히트 파이프의 개수는 안테나부에서 발생하는 열에 따라 적절히 선택하면 좋다. 또한, 히트 파이프의 입열단의 위치는 안테나부의 열을 효과적으로 방열할 수 있으면, 상기 실시예의 위치에 한정되는 것은 아니다. 또한, 히트 파이프는 반드시 내측 도체에 배치할 필요는 없고, 또한 방열부의 위치도 상기 실시예에 기재한 위치에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치로서 에칭 처리 장치를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 성막 처리, 산질화막 처리, 애싱 처리 등의 다른 플라즈마 처리에도 이용할 수 있다. 또한, 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD(액정 모니터)용 기판으로 대표되는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판이나, 세라믹 기판 등의 다른 기판이라도 좋다.

Claims (13)

  1. 챔버 내에 마이크로파 플라즈마를 형성하기 위한 마이크로파 플라즈마원의 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송로에 마련되고, 마이크로파를 챔버 내로 도입하는 마이크로파 도입 기구로서,
    상기 마이크로파 전송로를 거쳐 마이크로파를 상기 챔버 내로 방사하는 평면 안테나를 갖는 안테나부와,
    상기 마이크로파 전송로에 마련되고, 상기 마이크로파 전송로의 임피던스를 조정하는 튜너와,
    상기 안테나부의 열을 방열하기 위한 방열 기구
    를 구비하되,
    상기 튜너는,
    통 형상을 이루는 외측 도체와 그 안에 동일한 축을 갖도록 마련된 통 형상을 이루는 내측 도체를 갖고, 마이크로파 전송로의 일부로 되는 본체와, 상기 외측 도체와 상기 내측 도체 사이에 마련되고, 상기 내측 도체의 길이 방향을 따라 이동 가능하여, 고리 형상을 이루고, 유전체로 이루어지는 슬러그와, 상기 슬러그를 이동시키는 구동 장치
    를 갖고,
    상기 방열 기구는,
    입열단과 방열단을 갖고, 상기 입열단이 상기 안테나부에 위치하고, 상기 안테나부의 열을 상기 입열단으로부터 상기 방열단으로 수송하는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 상기 방열단에 마련되어, 상기 방열단의 열을 방열하는 방열부
    를 갖는 마이크로파 도입 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 상기 내측 도체 내에 마련되어 있는 마이크로파 도입 기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부는 히트 싱크 또는 냉각 부재로 이루어지는 마이크로파 도입 기구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 장치는 구동력을 부여하는 구동부와, 구동부에서의 구동력을 상기 슬러그에 전달하는 구동 전달부와, 상기 슬러그의 이동을 가이드하는 구동 가이드부와, 상기 슬러그를 상기 구동 전달부에 유지하는 유지부를 갖고,
    상기 구동 전달부와 상기 구동 가이드부와 상기 유지부가 상기 내측 도체의 내부에 수용되어 있는 마이크로파 도입 기구.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 슬러그의 내부에 삽입되고, 상기 내측 도체의 내주에 접촉한 상태에서 상기 내측 도체의 내부를 슬라이딩 이동하고, 나사 구멍을 갖는 슬라이딩 부재와, 상기 내측 도체의 내부에 길이 방향을 따라 마련되고, 상기 슬러그의 상기 슬라이딩 부재의 나사 구멍에 나사 결합되는 나사봉으로 이루어지는 슬러그 이동축을 갖고, 상기 슬러그 이동축과 상기 슬라이딩 부재에 의해 나사 기구로 이루어지는 구동 전달부가 구성되고, 상기 슬라이딩 부재와 상기 내측 도체의 내주면에 의해 슬라이딩 가이드 기구로 이루어지는 구동 가이드부가 구성되고, 상기 슬라이딩 부재가 상기 유지부를 구성하고, 상기 구동부는 상기 슬러그 이동축을 회전시키는 모터를 갖고, 상기 모터에 의해 상기 슬러그 이동축을 회전시킴으로써, 상기 슬라이딩 부재에 유지된 상기 슬러그가, 상기 슬라이딩 부재가 상기 내측 도체의 내주로 슬라이딩하여 안내된 상태로 구동되는 마이크로파 도입 기구.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재는 슬라이딩 특성을 갖는 수지로 이루어지는 마이크로파 도입 기구.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재는 상기 슬러그에 대하여, 고정용 나사에 의해 고정되어 있는 마이크로파 도입 기구.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재의 나사 구멍은 상기 고정용 나사에 의해 고정되어 있는 부위에 대응하는 부분에 나사가 형성되어 있지 않은 마이크로파 도입 기구.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재는 그 양단부의 외주에 압입용 돌기를 갖고, 압입에 의해 상기 슬러그에 고정되며, 상기 슬라이딩 부재의 나사 구멍은 상기 압입용 돌기에 대응하는 부분에 나사가 형성되어 있지 않은 마이크로파 도입 기구.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 상기 내측 도체의 내부에 상기 슬라이딩 부재를 삽입 관통하도록 마련되어 있는 마이크로파 도입 기구.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나부는 상기 튜너와 일체적으로 구성되어 있는 마이크로파 도입 기구.
  12. 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력부, 출력된 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송로 및 상기 마이크로파 전송로에 마련되어 전송된 마이크로파를 챔버 내로 도입하는 마이크로파 도입 기구를 갖고, 상기 챔버 내에 마이크로파를 도입해서 상기 챔버 내로 공급된 가스를 플라즈마화하는 마이크로파 플라즈마원으로서,
    상기 마이크로파 도입 기구는,
    상기 마이크로파 전송로를 거쳐 마이크로파를 상기 챔버 내로 방사하는 평면 안테나를 갖는 안테나부와, 상기 마이크로파 전송로에 마련되고, 상기 마이크로파 전송로의 임피던스를 조정하는 튜너와, 상기 안테나부의 열을 방열하기 위한 방열 기구
    를 구비하고,
    상기 튜너는,
    통 형상을 이루는 외측 도체와 그 안에 동일한 축을 갖도록 마련된 통 형상을 이루는 내측 도체를 갖고, 마이크로파 전송로의 일부로 되는 본체와, 상기 외측 도체와 상기 내측 도체 사이에 마련되고, 내측 도체의 길이 방향을 따라 이동 가능한, 고리 형상을 이루고, 유전체로 이루어지는 슬러그와, 상기 슬러그를 이동시키는 구동 장치
    를 갖고,
    상기 방열 기구는,
    입열단과 방열단을 갖고, 상기 입열단이 상기 안테나부에 위치하고, 상기 안테나부의 열을 상기 입열단으로부터 상기 방열단으로 수송하는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 상기 방열단에 마련되고, 상기 방열단의 열을 방열하는 방열부
    를 갖는 마이크로파 플라즈마원.
  13. 피처리 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성 기구, 출력된 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송로 및 상기 마이크로파 전송로에 마련되어 전송된 마이크로파를 챔버 내로 도입하는 마이크로파 도입 기구를 갖고, 상기 챔버 내로 마이크로파를 도입해서 상기 챔버 내로 공급된 가스를 플라즈마화하는 마이크로파 플라즈마원을 구비하고, 상기 챔버 내의 피처리 기판에 대하여 플라즈마에 의해 처리를 실시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 마이크로파 도입 기구는,
    상기 마이크로파 전송로를 거쳐 마이크로파를 상기 챔버 내로 방사하는 평면 안테나를 갖는 안테나부와, 상기 마이크로파 전송로에 마련되고, 상기 마이크로파 전송로의 임피던스를 조정하는 튜너와, 상기 안테나부의 열을 방열하기 위한 방열 기구
    를 구비하고,
    상기 튜너는,
    통 형상을 이루는 외측 도체와 그 안에 동일한 축을 갖도록 마련된 통 형상을 이루는 내측 도체를 갖고, 마이크로파 전송로의 일부로 되는 본체와, 상기 외측 도체와 상기 내측 도체 사이에 마련되고, 내측 도체의 길이 방향을 따라 이동 가능한, 고리 형상을 이루고, 유전체로 이루어지는 슬러그와, 상기 슬러그를 이동시키는 구동 장치
    를 갖고,
    상기 방열 기구는,
    입열단과 방열단을 갖고, 상기 입열단이 상기 안테나부에 위치하고, 상기 안테나부의 열을 상기 입열단으로부터 상기 방열단으로 수송하는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 상기 방열단에 마련되고, 상기 방열단의 열을 방열하는 방열부
    를 갖는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
KR1020137007756A 2010-09-09 2011-08-25 마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치 KR101504850B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010201970 2010-09-09
JPJP-P-2010-201970 2010-09-09
JP2011058407 2011-03-16
JPJP-P-2011-058407 2011-03-16
PCT/JP2011/069140 WO2012032942A1 (ja) 2010-09-09 2011-08-25 マイクロ波導入機構、マイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130071477A true KR20130071477A (ko) 2013-06-28
KR101504850B1 KR101504850B1 (ko) 2015-03-20

Family

ID=45810545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137007756A KR101504850B1 (ko) 2010-09-09 2011-08-25 마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9281154B2 (ko)
JP (1) JP5823399B2 (ko)
KR (1) KR101504850B1 (ko)
CN (1) CN102918932B (ko)
TW (1) TWI555445B (ko)
WO (1) WO2012032942A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200063055A (ko) * 2018-11-27 2020-06-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010118267A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Accelbeam Devices Llc Microwave processing chamber
JP5890204B2 (ja) * 2012-03-05 2016-03-22 東京エレクトロン株式会社 スラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置
JP6338462B2 (ja) * 2013-09-11 2018-06-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
WO2015074544A1 (zh) * 2013-11-19 2015-05-28 王宏兴 微波等离子体化学气相沉积装置
JP2016177997A (ja) * 2015-03-20 2016-10-06 東京エレクトロン株式会社 チューナ、マイクロ波プラズマ源、およびインピーダンス整合方法
JP6482390B2 (ja) * 2015-06-05 2019-03-13 東京エレクトロン株式会社 電力合成器およびマイクロ波導入機構
FR3042092B1 (fr) * 2015-10-05 2019-07-26 Sairem Societe Pour L'application Industrielle De La Recherche En Electronique Et Micro Ondes Dispositif elementaire de production d’un plasma avec applicateur coaxial
US10748745B2 (en) 2016-08-16 2020-08-18 Applied Materials, Inc. Modular microwave plasma source
US10707058B2 (en) 2017-04-11 2020-07-07 Applied Materials, Inc. Symmetric and irregular shaped plasmas using modular microwave sources
US11037764B2 (en) 2017-05-06 2021-06-15 Applied Materials, Inc. Modular microwave source with local Lorentz force
JP6858075B2 (ja) * 2017-05-22 2021-04-14 住友重機械工業株式会社 高周波合成装置、及びサイクロトロンシステム
JP7122212B2 (ja) * 2018-02-15 2022-08-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US10504699B2 (en) 2018-04-20 2019-12-10 Applied Materials, Inc. Phased array modular high-frequency source
US11081317B2 (en) 2018-04-20 2021-08-03 Applied Materials, Inc. Modular high-frequency source
US11393661B2 (en) 2018-04-20 2022-07-19 Applied Materials, Inc. Remote modular high-frequency source
JP7253985B2 (ja) * 2019-06-12 2023-04-07 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波供給機構、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
CN114050098B (zh) * 2021-10-27 2023-07-21 西北核技术研究所 双模工作相对论返波管输出微波相位控制方法及结构

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4866346A (en) * 1987-06-22 1989-09-12 Applied Science & Technology, Inc. Microwave plasma generator
US5234565A (en) * 1990-09-20 1993-08-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Microwave plasma source
US5665640A (en) * 1994-06-03 1997-09-09 Sony Corporation Method for producing titanium-containing thin films by low temperature plasma-enhanced chemical vapor deposition using a rotating susceptor reactor
US7030335B2 (en) * 2000-03-17 2006-04-18 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF electrode tuned to the plasma with arcing suppression
JP4583618B2 (ja) * 2001-01-30 2010-11-17 日本高周波株式会社 プラズマ処理装置
JP3969081B2 (ja) * 2001-12-14 2007-08-29 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US6856211B2 (en) 2002-05-21 2005-02-15 Nagano Japan Radio Co., Ltd. Coaxial type impedance matching device
JP2003347808A (ja) 2002-05-28 2003-12-05 Nagano Japan Radio Co 同軸型インピーダンス整合器
JP5089032B2 (ja) 2005-10-12 2012-12-05 長野日本無線株式会社 プラズマ処理装置用自動整合器の制御方法
CN101385129B (zh) * 2006-07-28 2011-12-28 东京毅力科创株式会社 微波等离子体源和等离子体处理装置
JP5376816B2 (ja) * 2008-03-14 2013-12-25 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波導入機構、マイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置
JP5208547B2 (ja) 2008-03-19 2013-06-12 東京エレクトロン株式会社 電力合成器およびマイクロ波導入機構
JP4593652B2 (ja) * 2008-06-06 2010-12-08 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
JP5408605B2 (ja) 2008-11-21 2014-02-05 国立大学法人 東京大学 ナノ粒子製造装置及びナノ粒子製造方法
JP5502070B2 (ja) * 2009-03-27 2014-05-28 東京エレクトロン株式会社 チューナおよびマイクロ波プラズマ源

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200063055A (ko) * 2018-11-27 2020-06-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20130180661A1 (en) 2013-07-18
KR101504850B1 (ko) 2015-03-20
US9281154B2 (en) 2016-03-08
CN102918932B (zh) 2015-04-08
JPWO2012032942A1 (ja) 2014-01-20
WO2012032942A1 (ja) 2012-03-15
TW201234931A (en) 2012-08-16
TWI555445B (zh) 2016-10-21
CN102918932A (zh) 2013-02-06
JP5823399B2 (ja) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130071477A (ko) 마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치
JP5502070B2 (ja) チューナおよびマイクロ波プラズマ源
JP6010406B2 (ja) マイクロ波放射機構、マイクロ波プラズマ源および表面波プラズマ処理装置
JP5836144B2 (ja) マイクロ波放射機構および表面波プラズマ処理装置
JP5710209B2 (ja) 電磁波給電機構およびマイクロ波導入機構
JP6144902B2 (ja) マイクロ波放射アンテナ、マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP6356415B2 (ja) マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP6478748B2 (ja) マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP2016177997A (ja) チューナ、マイクロ波プラズマ源、およびインピーダンス整合方法
WO2013105358A1 (ja) 表面波プラズマ処理装置
WO2014010317A1 (ja) プラズマ処理装置
JP5890204B2 (ja) スラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置
JP6283438B2 (ja) マイクロ波放射アンテナ、マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP5916467B2 (ja) マイクロ波放射アンテナ、マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP6444782B2 (ja) チューナおよびマイクロ波プラズマ源
JP2014220046A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ源

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180302

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190305

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200302

Year of fee payment: 6