KR20150007260A - 마이크로파 플라즈마 처리 장치, 슬롯 안테나 및 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 적절하게 냉각시키는 것을 목적으로 한다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트를 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 냉각 플레이트와 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 중간 금속체를 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관과, 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판과, 슬롯 안테나판의 처리 용기측에 설치되는 유전체창과, 유전체창에 의해 밀폐되도록 설치되는 처리 용기를 포함한다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트를 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 냉각 플레이트와 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 중간 금속체를 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관과, 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판과, 슬롯 안테나판의 처리 용기측에 설치되는 유전체창과, 유전체창에 의해 밀폐되도록 설치되는 처리 용기를 포함한다.
Description
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치, 슬롯 안테나 및 반도체 장치에 관한 것이다.
마이크로파 전계에 의해 여기된 고밀도 플라즈마를 이용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 있다. 예컨대, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 균일한 마이크로파를 발생하도록 배열된 다수의 슬롯을 갖는 평면형의 안테나를 갖는다. 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서는, 슬롯 안테나로부터 처리 용기 내에 마이크로파를 방사하고, 진공 용기 내의 가스를 전리(電離)하여 플라즈마를 여기시킨다.
그러나, 전술한 기술에서는, 슬롯 안테나를 적절하게 냉각시킬 수 없는 경우가 있다고 하는 문제가 있다.
개시되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트를 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 상기 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 상기 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 상기 냉각 플레이트와 상기 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 상기 중간 금속체를 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 상기 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관을 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 상기 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판을 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 상기 슬롯 안테나판의 처리 용기측에 설치되는 유전체창을 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 상기 유전체창에 의해 밀폐되도록 설치되는 처리 용기를 갖는다.
개시되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 하나의 실시형태에 따르면, 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 적절하게 냉각시킬 수 있게 된다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나를 도시하는 정면도이다.
도 3은 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나를 상측에서 본 사시도이다.
도 4는 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나를 하측에서 본 사시도이다.
도 5는 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나의 상세한 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 슬롯 안테나의 단면도의 일부를 확대한 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 슬롯 안테나의 단면도의 일부를 확대한 단면도이다.
도 8은 제1 실시형태에서의 중간 금속체의 일례를 도시하는 유전체창측에서 본 사시도이다.
도 9는 제1 실시형태에서의 중간 금속체의 일례를 도시하는 냉각 플레이트측에서 본 사시도이다.
도 10은 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나에 설치되는 처리 가스의 공급로 및 마이크로파의 도파로를 도시하는 도면이다.
도 11은 제1 실시형태에서의 중간 금속체와 내측 지파판(遲波板; slow-wave plate) 및 외측 지파판의 관계를 도시하는 유전체창측에서 본 사시도이다.
도 12는 제1 실시형태에서의 중간 금속체와 내측 지파판 및 외측 지파판의 관계를 도시하는 냉각 플레이트에서 본 사시도이다.
도 13은 제1 실시형태에서의 동축 도파관의 직경의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 제1 실시형태에서의 내측 도파로 중, 제1 부재가 설치되는 개소에 대한 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 15는 제1 실시형태에서의 내측 도파로 중, 내측 지파판과 빈 공간의 계면에 있어서의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 16은 제1 실시형태에서의 내측 도파로에 있어서의 마이크로파의 전송 상태를 도시하는 도면이다.
도 17은 제1 실시형태에서의 외측 도파로의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 18은 제1 실시형태에서의 외측 도파로의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 19는 제1 실시형태에서의 외측 도파로의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 20은 제1 실시형태에서의 외측 도파로에 있어서의 마이크로파의 전송 상태를 도시하는 도면이다.
도 21은 중간 금속체와 냉각 플레이트가 접촉하고 있는 부분이 외측 지파판에 둘러싸여 있는 경우에 있어서의 마이크로파의 반사 계수를 도시하는 그래프이다.
도 22는 중간 금속체와 냉각 플레이트가 접촉하고 있는 부분이 외측 지파판에 둘러싸여 있지 않은 경우에 있어서의 마이크로파의 반사 계수를 도시하는 그래프이다.
도 23은 제1 실시형태에서의 유전체창의 일례를 도시하는 처리 용기측에서 본 외관도이다.
도 24는 도 23에 도시하는 유전체창의 상세한 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 25는 제1 실시형태에서의 유전체창의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 표이다.
도 26은 동축 도파관의 치수의 일례를 도시하는 도면이다.
도 27은 외측 도파로의 변형예의 일례를 도시하는 도면이다.
도 28은 중간 금속체의 냉각 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 29는 중간 금속체의 균열부(均熱部)의 일례를 도시하는 도면이다.
도 30은 외측 도파로를 갖는 슬롯 안테나의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나를 도시하는 정면도이다.
도 3은 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나를 상측에서 본 사시도이다.
도 4는 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나를 하측에서 본 사시도이다.
도 5는 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나의 상세한 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 슬롯 안테나의 단면도의 일부를 확대한 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 슬롯 안테나의 단면도의 일부를 확대한 단면도이다.
도 8은 제1 실시형태에서의 중간 금속체의 일례를 도시하는 유전체창측에서 본 사시도이다.
도 9는 제1 실시형태에서의 중간 금속체의 일례를 도시하는 냉각 플레이트측에서 본 사시도이다.
도 10은 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나에 설치되는 처리 가스의 공급로 및 마이크로파의 도파로를 도시하는 도면이다.
도 11은 제1 실시형태에서의 중간 금속체와 내측 지파판(遲波板; slow-wave plate) 및 외측 지파판의 관계를 도시하는 유전체창측에서 본 사시도이다.
도 12는 제1 실시형태에서의 중간 금속체와 내측 지파판 및 외측 지파판의 관계를 도시하는 냉각 플레이트에서 본 사시도이다.
도 13은 제1 실시형태에서의 동축 도파관의 직경의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 제1 실시형태에서의 내측 도파로 중, 제1 부재가 설치되는 개소에 대한 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 15는 제1 실시형태에서의 내측 도파로 중, 내측 지파판과 빈 공간의 계면에 있어서의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 16은 제1 실시형태에서의 내측 도파로에 있어서의 마이크로파의 전송 상태를 도시하는 도면이다.
도 17은 제1 실시형태에서의 외측 도파로의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 18은 제1 실시형태에서의 외측 도파로의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 19는 제1 실시형태에서의 외측 도파로의 윤곽을 도시하는 도면이다.
도 20은 제1 실시형태에서의 외측 도파로에 있어서의 마이크로파의 전송 상태를 도시하는 도면이다.
도 21은 중간 금속체와 냉각 플레이트가 접촉하고 있는 부분이 외측 지파판에 둘러싸여 있는 경우에 있어서의 마이크로파의 반사 계수를 도시하는 그래프이다.
도 22는 중간 금속체와 냉각 플레이트가 접촉하고 있는 부분이 외측 지파판에 둘러싸여 있지 않은 경우에 있어서의 마이크로파의 반사 계수를 도시하는 그래프이다.
도 23은 제1 실시형태에서의 유전체창의 일례를 도시하는 처리 용기측에서 본 외관도이다.
도 24는 도 23에 도시하는 유전체창의 상세한 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 25는 제1 실시형태에서의 유전체창의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 표이다.
도 26은 동축 도파관의 치수의 일례를 도시하는 도면이다.
도 27은 외측 도파로의 변형예의 일례를 도시하는 도면이다.
도 28은 중간 금속체의 냉각 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 29는 중간 금속체의 균열부(均熱部)의 일례를 도시하는 도면이다.
도 30은 외측 도파로를 갖는 슬롯 안테나의 일례를 도시하는 도면이다.
이하에, 개시되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 실시형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 한편, 본 실시형태에 의해 개시되는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절하게 조합하는 것이 가능하다.
(제1 실시형태)
제1 실시형태에서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트와, 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 냉각 플레이트와 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 중간 금속체와, 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관과, 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판과, 슬롯 안테나판의 처리 용기측에 설치되는 유전체창과, 유전체창에 의해 밀폐되도록 설치되는 처리 용기를 갖는다.
또한, 제1 실시형태에서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 중간 금속체는, 냉각 플레이트와 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있고, 중간 금속체의 처리 용기측의 면을 중심측의 부분과 외주측의 부분으로 나누는 도넛 형상의 볼록부를 갖는다. 또한, 슬롯 안테나판은, 중간 금속체의 처리 용기측에 볼록부와 접촉하면서 설치되는 슬롯 안테나판으로서, 슬롯 안테나판의 처리 용기측의 면에, 마이크로파를 방사하기 위한 슬롯으로서, 볼록부와 접촉하는 부분보다 중심측의 부분에 형성되는 제1 슬롯과, 외주측의 부분에 형성되는 제2 슬롯을 갖는다. 또한, 동축 도파관은, 냉각 플레이트와 중간 금속체를 연속헤서 관통하여 중간 금속체에 있어서 중심측의 부분에 형성되는 관통 구멍에 설치되는 동축 도파관으로서, 내측 도체와 중간 도체와 외측 도체를 가지며, 중간 도체의 중공 부분에 설치되는 내측 도체와 중간 도체 사이의 공간과, 외측 도체의 중공 부분에 설치되는 중간 도체와 외측 도체 사이의 공간이 각각 마이크로파를 전송한다. 또한, 내측 도파로는, 내측 도체와 중간 도체 사이의 공간을 통해, 슬롯 안테나판과 중간 금속체 사이의 공간 중 볼록부보다 중심측에 있는 중심측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 제1 슬롯에 마이크로파를 전송하는 도파로이다. 또한, 외측 도파로는, 중간 도체와 외측 도체 사이의 공간과, 중간 금속체와 냉각 플레이트 사이의 공간을 순서대로 통해, 슬롯 안테나판과 중간 금속체 사이의 공간 중 볼록부보다 외주측에 있는 외주측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 제2 슬롯에 마이크로파를 전송하고, 하나 또는 복수의 볼록부가 설치되는 도파로이다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 슬롯 상의, 도파로 내에는, 지파판이 설치된다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트와 중간 금속체가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 개소는, 외측 지파판이 설치되지 않는 개소에 설치된다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트는 냉매를 유통시키기 위한 유통 구멍을 가지며, 중간 금속체는 냉각 플레이트와 중간 금속체가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부를 통해, 냉각 플레이트의 유통 구멍과 연결되어 있는 유통 구멍을 갖는다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 중간 금속체는, 균열부를 갖는다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 중간 금속체의 내부에, 하나 또는 복수의 볼록부를 통해 중간 금속체의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 갖는다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 중간 금속체의 내부에, 하나 또는 복수의 볼록부를 통해 중간 금속체를 가열하는 가열부를 갖는다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 슬롯 안테나는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트와, 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 냉각 플레이트와 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 중간 금속체와, 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관과, 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판을 갖는다.
또한, 제1 실시형태에 있어서의 반도체 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 냉각 플레이트와, 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 냉각 플레이트와 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 중간 금속체와, 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관과, 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판과, 슬롯 안테나판의 처리 용기측에 설치되는 유전체창과, 유전체창에 의해 밀폐되도록 설치되는 처리 용기를 구비하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 의해 제조된다.
(제1 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치)
도 1은 제1 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(100)와, 슬롯 안테나(200)와, 유전체창(300)을 갖는다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(100) 내에, 기판(W)이 배치되는 지지대(101)와, 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 개구부(102A)를 통해 처리 가스를 처리 용기(100) 내에 공급하는 가스 샤워(102)를 갖는다.
처리 용기(100)는, 지지대(101)에 배치되는 기판(W)에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)을 구획한다. 또한, 처리 용기(100)에는, 진공 펌프 등의 배기계와 접속되는 개구(103)가 형성된다.
유전체창(300)은, 처리 용기(100)의 처리 공간(S)을 진공 밀폐하도록, 처리 용기(100)의 상부에 설치된다. 유전체창(300)은, 천판(天板)이라고도 불린다. 유전체창(300)에는, 처리 공간(S)에 대향하는 대향면(300a)이 형성된다. 한편, 유전체창(300)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
슬롯 안테나(200)는, 유전체창(300)의 대향면(300a)의 반대측의 상면(300b) 상에 설치된다. 슬롯 안테나(200)는, 도시하지 않은 외부의 마이크로파원과 접속되며, 마이크로파원으로부터의 마이크로파를 슬롯 안테나(200)에 형성된 마이크로파 투과 슬롯으로부터 투과시킨다. 그리고, 슬롯 안테나(200)는, 유전체창(300)을 통해 플라즈마 여기용의 마이크로파를 처리 용기(100)의 처리 공간(S)에 방사함으로써, 처리 용기(100) 내로 방출된 처리 가스를 전리하여 플라즈마를 여기시킨다.
도 2∼도 4는, 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나의 전체 이미지의 일례를 도시하는 외관도이다. 도 2∼도 4에 도시하는 예에서는, 기재의 편의상, 유전체창(300)에 대해서는 도시하고 있지 않다. 도 2∼도 4에 도시하는 바와 같이, 슬롯 안테나(200)는, 동축 도파관(201)과, 냉각 플레이트(202)와, 슬롯 안테나판(203)과, 처리 가스를 처리 용기(100) 내에 공급하는 가스 공급 구멍(204)과, 동축 도파관(201)을 냉각시키기 위한 냉각관(205) 및 냉각관(206)과, 슬롯 안테나(200)에 처리 가스가 공급되는 가스 유입 구멍(207)을 갖는다.
슬롯 안테나판(203)은, 예컨대 박판 형상이며, 원판형이다. 슬롯 안테나판(203)에는, 복수의 마이크로파 투과 슬롯(203c) 및 복수의 마이크로파 투과 슬롯(203b)이 형성된다. 슬롯 안테나판(203)의 판 두께 방향의 양면은, 각각 평평한 것이 바람직하다. 슬롯 안테나판(203)은, 판 두께 방향으로 관통하며, 슬롯 안테나판(203)의 내주측에 형성되는 복수의 마이크로파 투과 슬롯(203c)과, 외주측에 형성되는 복수의 마이크로파 투과 슬롯(203b)을 갖는다. 복수 개 있는 마이크로파 투과 슬롯(203c)의 각각은, 서로 교차 또는 직교하는 방향으로 연장되는 긴 구멍인 2개의 슬롯(203f, 203g)을 포함하고 있다. 복수 개 있는 마이크로파 투과 슬롯(203b)의 각각은, 서로 교차 또는 직교하는 방향으로 연장되는 긴 구멍인 2개의 슬롯(203d, 203e)을 포함하고 있다. 복수 개 있는 마이크로파 투과 슬롯(203c)은, 각각, 내주측의 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배치되고, 복수 개 있는 마이크로파 투과 슬롯(203b)은, 외주측의 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배치된다.
바꿔 말하면, 복수의 마이크로파 투과 슬롯(203c)은, 복수의 슬롯 쌍(203f, 203g)이, 슬롯 안테나판(203)의 원주 방향을 따라 복수 배치되어 형성된 내측 슬롯군(203c-1)이 된다. 또한, 복수의 마이크로파 투과 슬롯(203b)은, 내측 슬롯군(203c-1)보다도 슬롯 안테나판(203)의 직경 방향의 외측에 있어서, 2개의 슬롯(203d, 203e)이, 슬롯 안테나판(203)의 원주 방향을 따라 복수 배치되어 형성된 외측 슬롯군(203b-1)이 된다.
내측 슬롯군(203c-1)은, 후술하는 내측 도파로에 의해 유전체창(300)의 중심측으로 유도되는 마이크로파를 투과시키고, 외측 슬롯군(203b-1)은, 후술하는 외측 도파로에 의해 유전체창(300)의 둘레 가장자리측으로 유도되는 마이크로파를 투과시킨다.
도 5는, 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나의 상세한 구성의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 6 및 도 7은, 도 5에 도시하는 슬롯 안테나의 단면도의 일부를 확대한 단면도이다. 도 6 및 도 7은, 각각, 도 5에 있어서의 파선 및 실선으로 둘러싼 부분에 상당한다. 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 슬롯 안테나(200)는, 냉각 플레이트(202)와, 중간 금속체(208)와, 슬롯 안테나판(203)과, 동축 도파관(201)을 갖는다.
도 5∼도 7에 도시하는 바와 같이, 냉각 플레이트(202)는, 동축 도파관(201)의 후술하는 중간 도체(201b)의 외형면과의 사이에 간격을 두고 설치된다. 냉각 플레이트(202)는, 냉매를 유통시키기 위한 유통 구멍(202c)을 갖는다. 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)나 유전체창(300)의 냉각에 이용된다.
중간 금속체(208)는, 냉각 플레이트(202)의 처리 용기(100)측에 간격을 두고 설치된다. 중간 금속체(208)는, 중간 금속체(208)의 처리 용기(100)측의 면을 중심측의 부분과 외주측의 부분으로 나누는 도넛 형상의 볼록부(208f)를 갖는다. 또한, 중간 금속체(208)의 두께는, 바람직하게는 일정하다. 보다 상세하게는, 중간 금속체(208)의 두께는, 볼록부(208f)가 형성된 개소를 제외하고, 동일한 것이 바람직하다.
슬롯 안테나판(203)은, 중간 금속체(208)의 처리 용기(100)측에 볼록부(208f)와 접촉하면서 설치된다. 슬롯 안테나판(203)은, 슬롯 안테나판(203)의 처리 용기(100)측의 면에, 마이크로파를 방사하기 위한 슬롯으로서, 볼록부(208f)와 접촉하는 부분보다 중심측의 부분에 형성되는 마이크로파 투과 슬롯(203c)과, 볼록부(208f)와 접촉하는 부분보다 외주측의 부분에 형성되는 마이크로파 투과 슬롯(203b)을 갖는다.
동축 도파관(201)은, 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)에 연속해서 관통하는 관통 구멍에 설치된다. 도 5에 도시하는 예에서는, 동축 도파관(201)의 처리 용기(100)측의 단부가 관통 구멍 내에 위치한다. 관통 구멍은, 중간 금속체(208)에 있어서, 볼록부(208f)에 의해 형성되는 중심측의 부분에 형성된다.
또한, 동축 도파관(201)은, 내측 도체(201a)와, 중간 도체(201b)와, 외측 도체(201c)를 갖는다. 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c)는, 각각, 원통형이며, 바람직하게는, 직경 방향의 중심이 일치하도록 설치된다. 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b)는, 내측 도체(201a)의 외형면과 중간 도체(201b)의 내경면 사이에 간격을 두고 설치된다. 또한, 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c)는, 중간 도체(201b)의 외형면과 외측 도체(201c)의 내경면 사이에 간격을 두고 설치된다.
여기서, 동축 도파관(201)에서는, 내측 도체(201a)의 중공 부분은, 가스 공급 구멍(204)에 유입된 처리 가스를 가스 유입 구멍(207)에 공급하는 공급로가 된다. 또한, 동축 도파관(201)에서는, 중간 도체(201b)의 중공 부분에 설치되는 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b) 사이의 공간과, 외측 도체(201c)의 중공 부분에 설치되는 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c) 사이의 공간이 각각 도시되지 않은 마이크로파원으로부터의 마이크로파를 전송한다. 즉, 내측 도체(201a)의 외형면과 중간 도체(201b)의 내경면으로 형성되는 중공 부분, 및 중간 도체(201b)의 외형면과 외측 도체(201c)의 내경면으로 형성되는 중공 부분이, 각각, 마이크로파를 전송한다.
동축 도파관(201)의 단부에는, 제1 부재(213) 및 제2 부재(214)가 설치된다. 예컨대, 제1 부재(213)는, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)의 처리 용기(100)측의 단부에 설치된다. 관통 구멍을 갖는 제1 부재(213)는, 슬롯 안테나판(203)과 중간 금속체(208) 사이의 공간 중 볼록부(208f)보다 중심측에 있는 중심측 공간으로 돌출하는 제1 단차부(213a)를 갖는다. 제1 단차부(213a)에 있어서의 직경의 길이는, 중간 도체(201b)의 내경 이하가 된다. 또한, 도 7에 도시하는 예에서는, 제1 부재(213)는, 가스 공급 구멍(204)과 고정된다.
또한, 예컨대 제2 부재(214)는, 동축 도파관(201)의 중간 도체(201b)의 처리 용기(100)측의 단부에 설치된다. 관통 구멍을 갖는 제2 부재(214)는, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간으로 돌출하는 제3 단차부(214a)를 갖는다. 제3 단차부(214a)에 있어서의 직경의 길이는, 외측 도체(201c)의 내경 이하가 된다. 또한, 도 7에 도시하는 예에서는, 중간 금속체(208)에 고정된다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제1 부재(213) 및 제2 부재(214)는, 테이퍼 형상이 아니라, 단차를 갖는 형상으로 되어 있다. 또한, 제1 부재(213)는 중간 금속체(208)와 간격을 두고 설치되고, 제2 부재(214)는 냉각 플레이트(202)와 간격을 두고 설치된다.
한편, 관통 구멍과, 동축 도파관(201)과, 제1 부재(213) 및 제2 부재(214)의 관계의 일례에 대해서 보충한다. 도 7에 도시하는 예에서는, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)는, 냉각 플레이트(202)에 형성된 관통 구멍을 관통한다. 또한, 중간 도체(201b)는, 단부가 냉각 플레이트(202)의 관통 구멍의 내부에 있고, 중간 도체(201b)의 단부에 제2 부재(214)가 설치된다. 또한, 동축 도파관(201)의 외측 도체(201c)의 단부는, 냉각 플레이트(202)에 고정된다.
또한, 도 7에 도시하는 예에서는, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)는, 단부가 중간 금속체(208)의 관통 구멍의 내부에 있고, 내측 도체(201a)의 단부에 제1 부재(213)가 설치된다. 또한, 동축 도파관(201)의 중간 도체(201b)와 냉각 플레이트(202)의 관통 구멍의 측면(202b) 사이에는 간격이 있고, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)와 중간 금속체(208)의 관통 구멍의 측면(208c) 사이에는 간격이 있으며, 각각 마이크로파를 전송하는 도파로의 일부를 형성하고 있다.
도 8은, 제1 실시형태에서의 중간 금속체의 일례를 도시하는 유전체창측에서 본 사시도이다. 도 9는, 제1 실시형태에서의 중간 금속체의 일례를 도시하는 냉각 플레이트측에서 본 사시도이다.
여기서, 도 8 및 도 9를 이용하여, 중간 금속체(208)에 대해서 더 설명한다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 중간 금속체(208)는, 도넛 형상의 볼록부(208f)를 갖는다. 이 결과, 중간 금속체(208)는, 도넛 형상의 볼록부(208f)에 있어서 슬롯 안테나판(203)과 접촉하게 된다. 바꿔 말하면, 중간 금속체(208)의 도넛 형상의 볼록부(208f)가, 슬롯 안테나판(203)의 상면에 형성된다.
여기서, 중간 금속체(208)는, 중간 금속체(208)의 중심측으로부터 도넛 형상의 볼록부(208f)까지의 범위에 있어서, 중간 금속체(208)의 하면(208d)과 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a) 사이에 중심측 공간이 형성된다. 중심측 공간은, 도 5에 도시하는 예에서는, 후술하는 내측 지파판(209)이 설치되는 공간 및 빈 공간(211)에 상당한다. 또한, 중간 금속체(208)는, 중간 금속체(208)의 외주로부터 중간 금속체(208)의 도넛 형상의 볼록부(208f)까지의 범위에 있어서, 중간 금속체(208)의 하면(208e)과 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a) 사이에 외주측 공간이 형성된다. 외주측 공간은, 도 5에 도시하는 예에서, 후술하는 외측 지파판(210b)이 설치되는 공간에 대응한다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 중간 금속체(208)는, 냉각 플레이트(202)와 하나 또는 복수의 볼록부(208g)를 갖는다. 여기서, 중간 금속체(208)는, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)에 있어서, 냉각 플레이트(202)와 접촉하고 있다. 바꿔 말하면, 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)의 하나 또는 복수의 볼록부(208g) 상에 설치된다. 즉, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202)는, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)를 제외하고, 중간 금속체(208)의 외형면과 냉각 플레이트(202) 사이에 간격을 두고 설치된다. 바꿔 말하면, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)를 제외하고, 냉각 플레이트의 하면(202a)과 중간 금속체(208)의 상면(208a) 및 측면(202b) 사이에 간격을 두고 설치된다.
여기서, 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간으로 돌출하는 볼록부(202d)를 갖는다. 볼록부(202d)는, 중간 금속체(208)와는 접촉하고 있지 않다.
또한, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)에 형성되는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)에서 접촉하고 있다. 바꿔 말하면, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)의 하나 또는 복수의 볼록부(208g)를 제외하고 간격을 두고 설치된다. 한편, 중간 금속체(208)는, 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)를 통해, 냉각 플레이트(202)의 유통 구멍(202c)과 연결되는 유통 구멍이 형성됨으로써, 중간 금속체(208)의 냉각 능력을 향상시켜도 좋다. 또한, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 외측 지파판(210)이 설치되어 있지 않은 개소에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 슬롯 안테나(200)는, 중간 금속체(208)의 외형면 상의 일부분에, 지파판이 설치된다. 구체적으로, 슬롯 안테나(200)는, 내측 지파판(209)과 외측 지파판(210)을 갖는다.
도 10은, 제1 실시형태에서의 슬롯 안테나에 형성되는 처리 가스의 공급로 및 마이크로파의 도파로를 도시하는 도면이다. 도 10의 화살표 301은, 슬롯 안테나(200)에 형성되는 처리 가스의 공급로를 나타내고, 화살표 302는, 슬롯 안테나판(203)의 내주측에 형성된 내측 슬롯군(203c-1)으로 공급되는 마이크로파의 도파로를 나타내며, 화살표 303은, 슬롯 안테나판(203)의 외주측에 형성된 외측 슬롯군(203b-1)으로 공급되는 마이크로파의 도파로를 나타낸다.
도 10의 화살표 301로 나타내는 바와 같이, 슬롯 안테나(200)에서는, 도시하지 않은 처리 가스 공급원으로부터 처리 가스가 가스 유입 구멍(207)에 공급되면, 냉각 플레이트(202) 및 중간 금속체(208)를 관통하고 있는 내측 도체(201a)의 중공 부분을 통해, 가스 공급 구멍(204)으로부터 처리 가스가 처리 용기(100) 내에 공급된다.
또한, 도 10의 화살표 302로 나타내는 바와 같이, 슬롯 안테나(200)는, 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b) 사이의 공간을 통해, 슬롯 안테나판(203)과 중간 금속체(208) 사이의 공간 중 볼록부(208f)보다 중심측에 있는 중심측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 마이크로파 투과 슬롯(203c)[내측 슬롯군(203c-1)]에 마이크로파를 전송하는 도파로인 내측 도파로를 갖는다. 또한, 내측 도파로에는, 마이크로파 투과 슬롯(203c)[내측 슬롯군(203c-1)]의 상부에 내측 지파판(209)이 설치된다.
즉, 내측 도파로에서는, 마이크로파원으로부터 공급되는 마이크로파는, 내측 도체(201a)의 외형면과 중간 도체(201b)의 내경면으로 형성되는 중공 부분과, 내측 도체(201a)의 외형면과 중간 금속체(208)에 형성되는 관통 구멍의 측면(208c)으로 형성되는 중공 부분과, 제1 부재(213)와 중간 금속체(208) 사이의 공간과, 중간 금속체(208)의 하면과 슬롯 안테나판(203)의 상면으로 형성되는 빈 공간(212)과, 내측 지파판(209)을 순서대로 통과한 후, 마이크로파 투과 슬롯(203c)[내측 슬롯군(203c-1)]으로부터 유전체창(300)의 중심측으로 마이크로파가 방출된다.
또한, 도 10의 화살표 303으로 나타내는 바와 같이, 슬롯 안테나(200)는, 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c) 사이의 공간과, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간을 순서대로 통해, 슬롯 안테나판(203)과 중간 금속체(208) 사이의 공간 중 볼록부(208f)보다 외주측에 있는 외주측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 마이크로파 투과 슬롯(203b)[외측 슬롯군(203b-1)]에 마이크로파를 전송하는 도파로인 외측 도파로를 갖는다. 외측 도파로에는, 마이크로파 투과 슬롯(203b)[외측 슬롯군(203b-1)]의 상부에 외측 지파판(210)이 설치된다.
즉, 외측 도파로에서는, 마이크로파원으로부터 공급되는 마이크로파는, 중간 도체(201b)의 외형면과 외측 도체(201c)의 내경면으로 형성되는 중공 부분과, 중간 도체(201b)의 외형면과 냉각 플레이트(202)의 측면(202b)으로 형성되는 중공 부분과, 제2 부재(214)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간과, 중간 금속체(208)의 상면(208a)과 냉각 플레이트(202)의 하면(202a)으로 형성되는 빈 공간(211)과, 외측 지파판(210a)과, 외측 지파판(210b)을 순서대로 통과한 후, 마이크로파 투과 슬롯(203b)[외측 슬롯군(203b-1)]으로부터 유전체창(300)의 둘레 가장자리측으로 마이크로파가 방출된다.
도 11은, 제1 실시형태에서의 중간 금속체와 내측 지파판 및 외측 지파판의 관계를 도시하는 유전체창측에서 본 사시도이다. 도 12는, 제1 실시형태에서의 중간 금속체와 내측 지파판 및 외측 지파판의 관계를 도시하는 냉각 플레이트에서 본 사시도이다.
도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 내측 지파판(209)은, 중심측 공간 중, 마이크로파 투과 슬롯(203c)의 상부를 포함하는 일부 또는 전체 부분에 설치된다. 또한, 내측 지파판(209)은, 바람직하게는, 중심측 공간에서 내측 지파판(209)과 내측 지파판(209)이 설치되어 있지 않은 빈 공간(211)의 계면에 있어서, 내측 지파판(209)이 경사 또는 단차를 갖는다.
즉, 도 5∼도 12에 도시하는 바와 같이, 내측 지파판(209)은, 중간 금속체(208)의 하면(208d)과 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a) 사이에 형성된 공간을 메우도록, 중간 금속체(208)의 볼록부(208f)로부터 내주측으로 소정의 길이에 걸쳐 설치된다. 이 결과, 중간 금속체(208)의 하면(208d)과 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a) 사이에 형성된 공간 중, 중간 금속체(208)의 볼록부(208f)로부터 내주측에 있는 부분에 있어서, 중간 금속체(208)의 볼록부(208f)로부터 소정의 길이에 있는 범위에 대해서는 내측 지파판(209)이 설치되어 있고, 중간 금속체(208)의 관통 구멍으로부터 내측 지파판(209)이 설치되는 개소까지는 빈 공간(211)이 된다. 또한, 내측 지파판(209)은, 빈 공간(211)과의 계면에 있어서, 바람직하게는, 비스듬한 형상을 갖는다.
도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 외측 지파판(210)은, 외주측 공간과, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간의 일부에 연속해서 설치된다. 예컨대, 외측 지파판(210)은, 외주측 공간에 설치되는 제1 외측 지파판(210b)과, 제1 외측 지파판(210b)의 단부로부터 연속하도록 설치되며 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간의 일부에 설치되는 제2 외측 지파판(210a)을 갖는다.
즉, 도 5∼도 12에 도시하는 바와 같이, 외측 지파판(210b)은, 중간 금속체(208)의 하면(208e)과 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a) 사이에 형성된 공간을 메우도록 설치된다. 또한, 외측 지파판(210a)은, 냉각 플레이트(202)의 하면(202a)과 중간 금속체(208)의 상면(208a) 및 측면(208b) 사이에 형성된 공간을 메우도록, 외측 지파판(210b)의 단부로부터 소정의 길이에 걸쳐 설치된다.
또한, 외측 지파판(210a)은, 중간 금속체(208)의 상면(208a) 중, 중간 금속체(208)의 외주부로부터 소정의 길이의 범위까지 설치된다. 이 결과, 중간 금속체(208)의 상면(208a)과 냉각 플레이트(202)의 하면(202a) 사이에 형성된 공간 중, 중간 금속체(208)의 관통 구멍으로부터 외측 지파판(210a)이 설치되는 개소까지는 빈 공간(212)이 된다. 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 중간 금속체(208)의 관통 구멍으로부터 외측 지파판(210a)이 설치되기까지의 빈 공간(212)에 형성된다. 또한, 외측 지파판(210)은, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간에서, 외측 지파판(210)과 외측 지파판(210)이 설치되어 있지 않은 부분의 계면에 있어서, 중심측을 향해 돌출하는 제2 단차부(210ab)를 갖는다. 바람직하게는, 내측 도파로에 있어서 외측 지파판(210)이 설치되는 길이가, 외측 도파로에 있어서 내측 지파판(209)이 설치되는 길이보다 길어진다.
외측 도파로와, 중간 금속체(208)에 형성되는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)의 관계에 대해서 설명한다. 전술한 바와 같이, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)에 형성되는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)에서 접촉하고 있다. 여기서, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 빈 공간(211)에 형성된다. 바꿔 말하면, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 외측 지파판(210)에 둘러싸여 있지 않다.
도 13은, 제1 실시형태에서의 동축 도파관의 직경의 일례를 도시하는 도면이다. 도 13의 참조부호 310은 외측 도체(201c)의 내경을 나타내고, 참조부호 311은 중간 도체(201b)의 외형을 나타내며, 참조부호 312는 중간 도체(201b)의 내경을 나타내고, 참조부호 313은 내측 도체(201b)의 외경을 나타낸다. 여기서, 바람직하게는, 내측 도체(201a)의 외경과 중간 도체(201b)의 내경의 차보다도, 외측 도체(201c)의 내경과 중간 도체(201b)의 외경의 차가 크다. 도 13에 도시하는 예에서는, 동축 도파관(201)의 직경으로서는, 중간 도체(201b)의 외형면의 직경이 「30 ㎜」이고, 외측 도체(201c)의 내경면의 직경이 「38 ㎜」인 것이 바람직하다. 또한, 내측 도체(201a)의 외형면의 직경이 「12 ㎜」이고, 중간 도체(201b)의 내경면의 직경이 「18 ㎜」인 것이 바람직하다. 이와 같이, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a), 중간 도체(201b) 및 외측 도체(201c)의 직경을 설정함으로써, 내측 도체(201a)의 중공 부분에 냉매나 처리 가스를 통과시키는 것이 가능해진다.
도 14는, 제1 실시형태에서의 내측 도파로 중, 제1 부재가 설치되는 개소에 대한 윤곽을 도시하는 도면이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 제1 부재(213)는, 중간 도체(201b)의 내경면보다도 저부(底部)가 큰 테이퍼 형상이 아니라, 유전체창(300)측의 폭이 넓고, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)측의 폭이 좁아짐으로써 형성되는 단차를 갖는 형상이 된다. 또한, 제1 부재(213)에 있어서, 유전체창(300)측의 폭은, 중간 도체(201b)의 내경면 이하가 된다. 또한, 도 14에 도시하는 예에서는, 일례로서, 슬롯 안테나(200)의 중심으로부터의 거리를 나타내었다.
도 15는, 제1 실시형태에서의 내측 도파로 중, 내측 지파판과 빈 공간의 계면에 있어서의 윤곽을 도시하는 도면이다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 내측 지파판(209)은, 중간 금속체(208)의 하면(208d)이나 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a)과 수직이 되지 않는 면을 갖는다. 도 15에 도시하는 예에서는, 내측 지파판(209)은, 직경이 「59.5 ㎜」가 되는 위치에 있어서, 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a)으로부터 수직 방향으로 1 ㎜ 연장된 후, 중간 금속체(208)의 하면(208d)에 있어서의 위치로서 직경이 「64.5 ㎜」가 되는 위치로 연장됨으로써, 경사 또는 단차를 갖는 형상이 된다. 한편, 도 15에 도시하는 예에서는, 내측 지파판(209)의 경사 또는 단차가 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a)으로부터 수직 방향으로 1 ㎜ 연장된 위치로부터 개시되는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 슬롯 안테나판(203)의 상면(203a)으로부터 경사 또는 단차가 개시되어도 좋다. 이와 같이, 내측 도파로를 형성함으로써, 반사에 의해 마이크로파원으로 되돌아가는 마이크로파를 감소시키는 것이 가능해진다.
도 16은, 제1 실시형태에서의 내측 도파로에 있어서의 마이크로파의 전송 상태를 도시하는 도면이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 제1 부재(213)에 제1 단차부(213a)를 형성하고, 내측 지파판(209)에 경사 또는 단차를 형성함으로써, 마이크로파가 반사되지 않고 전송 가능해진다.
도 17∼도 19는, 제1 실시형태에서의 외측 도파로의 윤곽을 도시하는 도면이다. 도 17∼도 19에 도시하는 바와 같이, 외측 도파로에 있어서, 제2 부재(214)는, 제1 부재(213)와 동일한 단차를 갖는다. 또한, 외측 도파로는, 중간 금속체(208)의 상면(208a)과 냉각 플레이트(202)의 하면(202a)으로 형성되는 빈 공간(211)에 있어서, 냉각 플레이트(202)의 하면(202a)에 볼록부(202d)를 갖는다. 또한, 외측 도파로에 설치되는 외측 지파판(210a)은, 빈 공간(211)과의 계면에 있어서, 볼록부(210aa)를 갖는다. 이와 같이, 외측 도파로를 형성함으로써, 반사에 의해 마이크로파원으로 되돌아가는 마이크로파를 감소시키는 것이 가능해진다.
도 20은, 제1 실시형태에서의 외측 도파로에 있어서의 마이크로파의 전송 상태를 도시하는 도면이다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 외측 지파판(210)이, 제2 단차부(210ab)를 갖고, 제2 부재(214)가 제3 단차부(214a)를 가지며, 냉각 플레이트(202)가, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간으로 돌출하는 볼록부(202d)를 가짐으로써, 마이크로파가 반사되지 않고 전송 가능해진다.
도 21은, 중간 금속체와 냉각 플레이트가 접촉하고 있는 부분이 외측 지파판에 둘러싸여 있는 경우에 있어서의 마이크로파의 반사 계수를 도시하는 도면이다. 도 22는, 중간 금속체와 냉각 플레이트가 접촉하고 있는 부분이 외측 지파판에 둘러싸여 있지 않은 경우에 있어서의 마이크로파의 반사 계수를 도시하는 도면이다. 반사 계수의 값이 높은 경우에는, 반사 계수의 값이 낮은 경우와 비교하여 보다 많은 마이크로파가 반사되는 것을 나타낸다. 도 21 및 도 22에 있어서, 횡축에서는, 외측 지파판(210)이 설치되기 시작하는 위치를 동축 도파관의 중심으로부터의 반경으로서 나타낸다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)가 외측 지파판(210)에 둘러싸여 있는 경우에는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)가 외측 지파판(210)에 둘러싸여 있지 않은 경우와 비교하여, 외측 도파로에 있어서 외측 지파판(210)이 보다 빠른 위치에 설치되게 된다.
여기서, 도 21과 도 22에 도시되는 바와 같이, 외측 지파판(210)을 설치하는 위치를 변화시킴으로써, 반사 계수는 변화한다. 여기서, 도 22에 도시되는 바와 같이, 외측 지파판(210)에 의해 하나 또는 복수의 볼록부(208g)가 둘러싸이지 않도록 하나 또는 복수의 볼록부(208g) 및 외측 지파판(210)을 설치함으로써, 외측 지파판(210)의 위치를 변화시키는 것에 의한 반사 계수의 변화 정도는, 외측 지파판(210)에 의해 하나 또는 복수의 볼록부(208g)가 둘러싸이는 경우와 비교하여 작게 되는 것이 가능해진다. 이와 같이, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)가 외측 지파판(210)에 둘러싸여 있지 않도록 배치함으로써, 둘러싸는 경우와 비교하여, 반사 계수를 양호한 값으로 유지하면서, 외측 지파판(210)의 개시 위치를 유연하게 결정 가능해진다.
여기서, 도 23 및 도 24를 이용하여, 유전체창(300)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 23은, 제1 실시형태에서의 유전체창의 일례를 도시하는 처리 용기측에서 본 외관도이다. 도 24는, 도 23에 도시된 유전체창의 상세한 구성을 도시하는 종단면도이다. 한편, 도 24는, 도 1에 도시된 유전체창을 확대한 단면도에 상당한다.
도 23 및 도 24에 도시하는 바와 같이, 유전체창(300)은, 유전체창(300)의 대향면(300a) 중 슬롯 안테나판(203)의 내측 슬롯군(203c-1)에 대응하는 영역에 형성된 내측 오목부(300c)와, 유전체창(300)의 대향면(300a) 중 슬롯 안테나판(203)의 외측 슬롯군(203b-1)에 대응하는 영역에 형성된 움푹 들어간 외측 오목부(300d)를 갖는다.
내측 오목부(300c)는, 유전체창(300)의 대향면(300a) 중 슬롯 안테나판(203)의 내측 슬롯군(203c-1)에 대응하는 영역에 환형으로 연장되어 형성된다. 또한, 내측 오목부(300c)의 깊이 및 폭은, 유전체창(300)의 슬롯 안테나판(203)의 내측 슬롯군(203c-1)에 대응하는 부분의 강도가 처리 용기(100) 내의 진공압을 흡수하는 강도로 유지되도록 설정된다. 예컨대, 유전체창(300)의 직경이 「608 ㎜」인 경우, 내측 오목부(300c)의 깊이 및 폭은, 각각, 「18.2 ㎜」 및 「70 ㎜」로 설정된다.
또한, 외측 오목부(300d)는, 유전체창(300)의 대향면(300a) 중 슬롯 안테나판(203)의 외측 슬롯군(203b-1)에 대응하는 영역에 환형으로 복수 배치되어 형성된다. 보다 상세하게는, 복수의 외측 오목부(300d)의 각각은, 유전체창(300)의 대향면(300a) 중 슬롯 안테나판(203)의 외측 슬롯군(203b-1)에 포함되는 복수의 슬롯의 쌍의 각각에 대응하는 영역에 배치된다. 또한, 복수의 외측 오목부(300d)의 각각은, 평면에서 보아 원형 형상으로 형성된다. 복수의 외측 오목부(300d)의 각각의 깊이 및 직경은, 유전체창(300)의 슬롯 안테나판(203)의 외측 슬롯군(203b-1)에 대응하는 부분의 강도가 처리 용기(100) 내의 진공압을 흡수하는 강도로 유지되도록 설정된다. 예컨대, 유전체창(300)의 직경이 「608 ㎜」인 경우, 복수의 외측 오목부(300d)의 각각의 깊이 및 직경은, 각각, 「18.2 ㎜」 및 「70 ㎜」로 설정된다.
한편, 도 23 및 도 24에 도시하는 예에서는, 외측 오목부(300d)가, 유전체창(300)의 대향면(300a) 중 슬롯 안테나판(203)의 외측 슬롯군(203b-1)에 대응하는 영역에 환형으로 복수 배치되어 형성되는 예를 나타내었으나, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 하나의 외측 오목부(300d)가, 유전체창(300)의 대향면(300a) 중 슬롯 안테나판(203)의 외측 슬롯군(203b-1)에 대응하는 영역에 환형으로 연장되어 형성되어도 좋다.
여기서, 슬롯 안테나판(203)에 내측 슬롯군(203c-1) 및 외측 슬롯군(203b-1)이 형성되고, 또한 유전체창(300)의 대향면(300a)이 오목부를 포함하지 않는 평면 형상으로 형성되는 경우가 고려된다. 그러나, 이 경우, 유전체창(300)의 중심측으로 도파되는 마이크로파와, 둘레 가장자리측으로 도파되는 마이크로파가 상호 간섭하고, 결과로서, 유전체창(300) 아래에서 마이크로파에 의해 여기되는 플라즈마의 밀도의 균일성이 손상된다.
도 25는, 제1 실시형태에서의 유전체창의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 25에 있어서, 「Window/k7」은, 슬롯 안테나판(203)에 내측 슬롯군(203c-1) 및 외측 슬롯군(203b-1)이 형성되고, 또한 유전체창(300)의 대향면(300a)에 내측 오목부(300c) 및 외측 오목부(300d)가 형성되는 경우(제1 실시형태)의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 「Window/17.3 ㎜ flat」은, 슬롯 안테나판(203)에 내측 슬롯군(203c-1) 및 외측 슬롯군(203b-1)이 형성되고, 또한 두께 17.3 ㎜의 유전체창(300)이 오목부를 포함하지 않는 평면 형상으로 형성되는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 「Window/26 ㎜ flat」은, 슬롯 안테나판(203)에 내측 슬롯군(203c-1) 및 외측 슬롯군(203b-1)이 형성되고, 또한 두께 26 ㎜의 유전체창(300)이 오목부를 포함하지 않는 평면 형상으로 형성되는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
또한, 도 25의 「Pin/Pout」은, (마이크로파원으로부터 내측 도파로에 공급되는 마이크로파의 파워)/(마이크로파원으로부터 외측 도파로에 공급되는 마이크로파의 파워)를 나타낸다. 도 25의 「Pint[%]」는, 유전체창(300)의 중심측으로 도파되는 마이크로파와, 둘레 가장자리측으로 도파되는 마이크로파의 상호 간섭의 정도를 나타낸다. 한편, 상호 간섭의 정도란, 마이크로파원으로부터 내측 도파로 또는 외측 도파로에 마이크로파가 공급된 경우에, 처리 용기(100) 내의 처리 공간(S)에 흡수되는 마이크로파의 파워에 대한, 반사에 의해 외측 도파로 또는 내측 도파로로부터 마이크로파원으로 되돌아가는 마이크로파의 파워의 비율이다. 상호 간섭의 정도는, 값이 작을수록, 유전체창(300)의 중심측으로 도파되는 마이크로파와, 둘레 가장자리측으로 도파되는 마이크로파의 상호 간섭이 억제되는 것을 나타낸다.
도 25에 도시하는 바와 같이, 유전체창(300)의 대향면(300a)에 내측 오목부(300c) 및 외측 오목부(300d)가 형성되는 경우, 유전체창(300)이 오목부를 포함하지 않는 평면 형상으로 형성되는 경우와 비교하여, 상호 간섭의 정도가 작아졌다.
이와 같이, 유전체창(300)이 오목부를 포함하지 않는 평면 형상으로 형성되는 경우와 비교하여, 제1 실시형태에 따르면, 유전체창(300)의 중심측으로 도파되는 마이크로파와, 둘레 가장자리측으로 도파되는 마이크로파의 상호 간섭을 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 마이크로파 투과 슬롯으로부터 투과되는 마이크로파를 내측 오목부(300c) 및 외측 오목부(300d)에 집중시킬 수 있기 때문에, 유전체창(300)의 중심측으로 도파되는 마이크로파와, 둘레 가장자리측으로 도파되는 마이크로파의 상호 간섭을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 유전체창(300) 아래에서 마이크로파에 의해 여기되는 플라즈마의 밀도의 균일성을 유지하는 것이 가능해진다.
도 26은, 동축 도파관의 치수의 일례를 도시하는 도면이다. 도 26의 종축은 중간 도체의 외경을 나타내고, 횡축은 외측 도체(201c)의 내경을 나타낸다. 종축과 횡축의 단위는 「㎜」이다. 또한, 도 26의 (1)로 나타내는 파선은, 내측 도체(201a) 및 중간 도체(201b)에 냉각 매체를 흘릴 수 있는 치수 하한을 나타내고, 도 26의 (2)는, 냉각 매체에 더하여, 처리 가스를 내측 도체(201a)에 흘릴 수 있는 치수 하한을 나타낸다.
도 26은, 외측 도체 내경을 파라미터로 한 경우에 있어서의 중간 도체 외경이 취할 수 있는 최대 직경을 도시한다. 한편, 도 26에 도시하는 예는, 외측 도체 내경과 중간 도체 외경의 차가, 이상 방전 방지와 조립 정밀도의 관점에서, 직경 6 ㎜ 이상 있는 것을 조건으로 하였다. 또한, 고차 모드 T11을 억제할 수 있는 것도 조건으로 하였다. 구체적으로는, T11 모드의 차단 주파수가 마이크로파 주파수 2.45 ㎓의 1.1배(2.7 ㎓) 이상인 것을 조건으로 하였다.
도 26에 도시하는 바와 같이, 외측 도체 내경이 마이크로파의 자연 파장에 대하여 0.25 내지 0.35의 범위이면, 냉각 매체를 흘릴 수 있는 결과, 중간 도체 내와 내측 도체 내를 냉각할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 외측 도체 내경이 마이크로파의 자연 파장에 대하여 0.28 내지 0.33의 범위에 있어서, 중간 도체 최대 외경이 가장 크게 취해지게 되고, 또한 내측 도체 내에 가스 배관을 실시하는 등의 스페이스를 취하는 것이 가능하였다. 즉, 중간 도체 내와 내측 도체 내를 냉각하면서, 처리 가스를 적절하게 흘리는 것이 가능하였다.
도 27은, 외측 도파로의 변형예의 일례를 도시하는 도면이다. 즉, 전술한 실시형태에서는, 외측 도파로가 ㄷ자 형상을 갖는 경우에 대해서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 외측 도파로가, 외측에서 되접어지도록 형성되고, 외주측 공간에 대하여, 외측으로부터 내측으로 마이크로파가 흐르는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 27에 도시하는 바와 같이, 외측 도파로에 있어서, 마이크로파가, 내측으로부터 외측으로 마이크로파가 외주측 공간에서 흐르도록 해도 좋다. 또한, 도 27에 도시하는 예에서는, 중간 금속체를 작게 하는 것도 가능해진다.
도 28은, 중간 금속체의 냉각 기구의 일례를 도시하는 도면이다. 도 28에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 중간 금속체(208)의 내부로 이어지는 냉각수 도입 구멍(208h)을 더 가지며, 중간 금속체(208)가, 중간 금속체(208)의 내부에 냉각수로(208i)를 더 가져도 좋다. 이 경우, 냉각수 도입 구멍(208h)으로부터 도입된 냉매가 냉각수로(208i)를 통해 순환됨으로써, 중간 금속체(208)가 직접 및 확실하게 냉각되게 된다.
도 29는, 중간 금속체의 균열부(均熱部)의 일례를 도시하는 도면이다. 도 29에 도시하는 바와 같이, 중간 금속체는, 균열부를 가져도 좋다. 즉, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 중간 금속체(208)의 내부로 이어지는 냉각수 도입 구멍(208h)을 더 가지며, 히트 파이프(208j)를 더 가져도 좋다. 히트 파이프(208j)를 더 가짐으로써, 중간 금속체(208) 전체의 온도 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, 도 29에 도시하는 예에서는, 히트 파이프(208j)가 냉각 도입 구멍(208h)에 의해 도입되는 냉매에 의해 온도가 조정되는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시형태에 따른 효과)
전술한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 냉각 플레이트(202)와, 냉각 플레이트(202)의 처리 용기(100)측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체(208)로서, 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 냉각 플레이트(202)와 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부(208g)에서 접촉하고 있는 중간 금속체(208)와, 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관(201)과, 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판(203)과, 슬롯 안테나판(203)의 처리 용기(100)측에 설치되는 유전체창과, 유전체창에 의해 밀폐되도록 설치되는 처리 용기(100)를 갖는다. 이 결과, 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 적절하게 냉각시킬 수 있게 된다.
즉, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 간극이나, 석영 등으로 형성되는 지파판을 통해서만 열을 냉각 플레이트(202)로 방출시키는 경우와 비교하여, 열을 냉각 플레이트(202)로 효율적으로 방출시키는 것이 가능해진다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 중간 금속체(208)는, 냉각 플레이트(202)와 하나 또는 복수의 볼록부(208g)에서 접촉하고 있고, 중간 금속체(208)의 처리 용기(100)측의 면을 중심측의 부분과 외주측의 부분으로 나누는 도넛 형상의 볼록부를 갖는다. 또한, 슬롯 안테나판(203)은, 중간 금속체(208)의 처리 용기(100)측에 볼록부와 접촉하면서 설치되는 슬롯 안테나판(203)으로서, 슬롯 안테나판(203)의 처리 용기(100)측의 면에, 마이크로파를 방사하기 위한 슬롯으로서, 볼록부와 접촉하는 부분보다 중심측의 부분에 형성되는 제1 슬롯과, 외주측의 부분에 형성되는 제2 슬롯을 갖는다. 또한, 동축 도파관(201)은, 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)를 연속해서 관통하여 중간 금속체(208)에 있어서 중심측의 부분에 형성되는 관통 구멍에 설치되는 동축 도파관(201)으로서, 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c)를 가지며, 중간 도체(201b)의 중공 부분에 설치되는 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b) 사이의 공간과, 외측 도체(201c)의 중공 부분에 설치되는 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c) 사이의 공간이 각각 마이크로파를 전송한다. 또한, 내측 도파로는, 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b) 사이의 공간을 통해, 슬롯 안테나판(203)과 중간 금속체(208) 사이의 공간 중 볼록부보다 중심측에 있는 중심측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 제1 슬롯에 마이크로파를 전송하는 도파로이다. 또한, 외측 도파로는, 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c) 사이의 공간과, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간을 순서대로 통해, 슬롯 안테나판(203)과 중간 금속체(208) 사이의 공간 중 볼록부보다 외주측에 있는 외주측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 제2 슬롯에 마이크로파를 전송하고, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)가 형성되는 도파로이다. 이 결과, 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 적절하게 냉각시킬 수 있게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 안테나 바로 아래의 넓은 영역에 걸쳐 높은 플라즈마 밀도를 실현할 수 있고, 단시간에 균일한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 실시형태에 따르면, 마이크로파 플라즈마에서는 마이크로파에 의해 플라즈마를 여기하기 때문에 전자 온도가 낮고, 피처리 기판의 손상이나 금속 오염을 회피하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 실시형태에 따르면, 대면적 기판 상에도 균일한 플라즈마를 용이하게 여기할 수 있기 때문에, 대구경 반도체 기판을 사용한 반도체 장치의 제조 공정이나 대형 액정 표시 장치의 제조에도 용이하게 대응 가능해진다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 슬롯 상의, 도파로 내에는, 지파판이 설치된다. 이 결과, 중간 금속체(208)를 적절히 냉각시킬 수 있게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 외측 지파판이 설치되지 않는 개소에 설치된다. 이 결과, 마이크로파의 전송에 영향을 주지 않고, 중간 금속체(208)를 적절히 냉각시킬 수 있게 된다.
즉, 지파판이 설치되어 있는 부분에 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 개소를 설치하는 경우와 비교하여, 마이크로파의 전송에 영향을 적게 하는 것이 가능해진다. 또한, 예컨대, 지파판이 설치되어 있는 부분에 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 개소를 설치하는 경우와 비교하여, 지파판의 길이를 짧게 하는 것이 가능해져, 설계의 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 냉각 플레이트(202)는, 냉매를 유통시키기 위한 유통 구멍을 갖는다. 또한, 중간 금속체(208)는, 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)를 통해, 냉각 플레이트(202)의 유통 구멍과 연결되어 있는 유통 구멍을 갖는다. 이 결과, 중간 금속체(208)를 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
즉, 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 개소를 통해 냉각 플레이트(202)로부터 중간 금속체(208)로까지 냉매를 순환시킴으로써 중간 금속체(208)를 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
(그 외의 실시형태)
한편, 지금까지, 제1 실시형태에 대해서 설명하였으나, 전술한 실시형태 이외에도, 그 외의 실시형태로 실시되어도 좋다. 여기서, 이하에서는, 그 외의 실시형태에 대해서 설명한다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 처리 가스가, 슬롯 안테나(200)와, 가스 샤워(102)로부터 공급되는 경우를 예로 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 처리 용기(100)의 측면에 처리 가스의 공급 구멍이 형성되어 있는 경우에는, 슬롯 안테나(200)와 가스 샤워(102) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두와, 처리 용기(100)의 측면의 처리 가스의 공급 구멍을 이용하여 처리 가스를 공급해도 좋다.
(도파로)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 내측 도파로와 외측 도파로가, 중간 금속체(208)의 외주를 따라 형성되는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 내측 도파로와 외측 도파로 중, 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가, 부분적으로 또는 전체적으로 중간 금속체(208)의 내부에 도파로를 형성함으로써 형성되어도 좋다.
(내측 지파판)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 내측 지파판(209)이, 중심측 공간 중, 마이크로파 투과 슬롯(203c)의 상부를 포함하는 일부 또는 모든 부분에 설치되는 경우를 예로 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 내측 지파판(209)은, 중심측 공간 모두에 설치된 후, 또한 중심측 공간에 설치된 내측 지파판과 연속해서, 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b) 사이의 공간의 일부 또는 모두에도 설치되어도 좋다. 바꿔 말하면, 내측 도체(201a)와 중간 도체(201b) 사이의 공간에 대하여, 내측 지파판으로서 이용되는 물질을 충전해도 좋다.
(외측 지파판)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 외측 지파판(210)이, 외주측 공간과, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간의 일부에 설치되는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 전술한 실시형태에서는, 외측 지파판(210)이, 중간 금속체(208)의 상면(208a)에도 설치되는 경우를 예로 나타내었으나, 슬롯 안테나판(203)으로부터 적절하게 마이크로파를 방출할 수 있는 범위에 있어서, 중간 금속체(208)의 상면(208a)에까지 외측 지파판(210)이 연장되지 않고, 중간 금속체(208)의 측면의 일부 또는 모두를 덮는 데 그쳐도 좋다. 또한, 예컨대 외측 지파판(210)은, 중간 금속체(208)의 상면(208a) 모두를 덮어도 좋고, 또한 중간 금속체(208)의 상면(208a) 모두에 더하여, 중간 도체(201b)와 외측 도체(201c) 사이의 공간으로 연장되어도 좋다.
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 외측 지파판(210)이, 외주측 공간에 설치되는 제1 외측 지파판(210b)과, 제1 외측 지파판(210b)의 단부로부터 연속하도록 설치되며 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간의 일부에 설치되는 제2 외측 지파판(210a)으로 나누어 설치되는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 외측 지파판(210)은, 1개의 지파판으로 형성되어도 좋고, 3개 이상의 지파판으로 분할되어 형성되어도 좋다. 예컨대, 외주측 공간에 설치되는 지파판과, 중간 금속체(208)의 측면에 설치되는 지파판과, 중간 금속체(208)의 상면(208a)에 설치되는 지파판으로 분할하여 제조되어 설치되어도 좋다.
(내측 도파로와 외측 도파로)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 내측 도파로에 있어서 외측 지파판(210)이 설치되는 길이가, 외측 도파로에 있어서 내측 지파판(209)이 설치되는 길이보다 긴 경우에 대해서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 외측 지파판(210)이 설치되는 길이와 내측 지파판(209)이 설치되는 길이가 동일해도 좋고, 내측 지파판(209)이 설치되는 길이보다 짧아도 좋다.
(중간 금속체)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 중간 금속체(208)의 두께가 일정한 경우에 대해서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 중간 금속체(208)의 두께는 일정하지 않아도 좋다.
(중간 금속체의 볼록부)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 외측 지파판(210)이 설치되어 있지 않은 개소에 형성되는 경우에 대해서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 외측 지파판(210)이 설치되어 있는 개소에 형성되어도 좋다. 바꿔 말하면, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 그 일부 또는 모두가 외측 지파판(210)에 둘러싸여 있어도 좋다.
또한, 중간 금속체(208)의 냉각 플레이트와 접하는 볼록부는, 적절하게는, 3개 이상이 바람직하다. 게다가, 축대칭으로 배치하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 슬롯의 축대칭성과 합치하는 것이 바람직하다.
(냉매의 유통 구멍)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 냉각 플레이트(202)가, 냉매를 유통시키기 위한 유통 구멍(202c)을 갖는 경우를 예로 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 냉각 플레이트(202)는, 유통 구멍(202c)을 갖지 않고, 다른 공지의 수법을 이용하여 냉각 기능을 가져도 좋다.
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 중간 금속체(208)가, 냉각 플레이트(202)와 중간 금속체(208)가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부(208g)를 통해, 냉각 플레이트(202)의 유통 구멍(202c)과 연결되는 유통 구멍을 갖는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 중간 금속체(208)는, 볼록부(208g)를 통해 유통 구멍(202c)과 연결되는 유통 구멍을 갖지 않아도 좋고, 애당초, 중간 금속체(208)의 내부에 냉매의 유통 구멍이 형성되어 있지 않아도 좋다.
(동축 도파관)
또한, 예컨대, 전술한 실시형태에서는, 내측 도체(201a)이 외경과 중간 도체(201b)의 내경의 차보다도, 외측 도체(201c)의 내경과 중간 도체(201b)의 외경의 차가 커지는 경우에 대해서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 동축 도파관(201)에 포함되는 각종 도체의 직경을 임의로 설정하여도 좋다.
(동축 도파관)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)의 하부에, 제1 단차부(213a)를 갖는 제1 부재(213)가 설치되는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 부재(213)는, 제1 단차부(213a)를 갖지 않아도 좋고, 제1 부재(213) 자체가 없어도 좋다. 제1 부재(213)가 없는 경우, 예컨대 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)가, 슬롯 안테나판(203)의 상면에까지 도달하도록 형성해도 좋다.
(내측 도파로)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)의 처리 용기(100)측의 단부에, 제1 단차부(213a)를 갖는 제1 부재(213)가 설치되고, 제1 단차부(213a)의 직경의 길이가 중간 도체(201b)의 내경 이하가 되며, 중심측 공간에서 내측 지파판(209)과 내측 지파판(209)이 설치되어 있지 않은 빈 공간(211)의 계면에 있어서, 내측 지파판(209)이 경사 또는 단차를 갖는 경우에 대해서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 부재(213)가 제1 단차부(213a)를 갖지 않아도 좋고, 제1 부재(213) 자체가 없어도 좋으며, 제1 단차부(213a)의 직경이 중간 도체(201b)의 내경보다 커도 좋고, 내측 지파판(209)이 경사 또는 단차를 갖지 않아도 좋으며, 이들 중 하나 또는 복수의 조합이어도 좋다.
(외측 도파로)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 외측 지파판(210)이 제2 단차부(210ab)를 갖고, 냉각 플레이트(202)가 볼록부(202d)를 가지며, 동축 도파관(201)의 중간 도체(201b)의 처리 용기(100)측의 단부에, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간으로 돌출하는 제3 단차부(214a)를 갖고, 제3 단차부(214a)에 있어서의 직경의 길이가 외측 도체(201c)의 내경 이하가 되는 제2 부재(214)를 갖는 경우에 대해서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 외측 지파판(210)이 제2 단차부(210ab)를 갖지 않아도 좋고, 냉각 플레이트(202)가 볼록부(202d)를 갖지 않아도 좋으며, 동축 도파관(201)의 중간 도체(201b)의 처리 용기(100)측의 단부에 제2 부재(214)가 설치되어 있지 않아도 좋고, 제2 부재(214)가 제3 단차(214a)를 갖지 않아도 좋으며, 제3 단차부(214a)에 있어서의 직경의 길이가 외측 도체(201c)의 내경보다 커져도 좋고, 이들 중 하나 또는 복수의 조합이어도 좋다.
(하나 또는 복수의 볼록부)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)가 중간 금속체(208)의 일부인 경우를 예로 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 하나 또는 복수의 볼록부(208g)는, 냉각 플레이트(202)의 일부여도 좋고, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202)와는 별개의 부재여도 좋다.
(단차와 볼록부, 또는 지파판 단부의 조합에 대해서)
또한, 예컨대 전술한 실시형태에서는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 내측 도파로에 있어서, 마이크로파 투과 슬롯(203c)의 상부에 설치되는 내측 지파판(209)을 더 갖는 경우에 대해서 설명하였다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)가, 동축 도파관(201)의 내측 도체(201a)의 처리 용기(100)측의 단부에, 중심측 공간으로 돌출하는 제1 단차부를 갖는 제1 부재(213)로서, 제1 단차부에 있어서의 직경의 길이가 중간 도체(201b)의 내경 이하가 되는 제1 부재(213)를 더 갖는다. 또한, 중심측 공간에서 내측 지파판(209)과 내측 지파판(209)이 설치되어 있지 않은 부분의 계면에 있어서, 내측 지파판(209)이 경사 또는 단차를 갖는 경우를 예로 설명하였다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 내측 도파로에 있어서, 중심측 공간에서 내측 지파판(209)과 내측 지파판(209)이 설치되어 있지 않은 부분의 계면에 있어서, 내측 지파판(209)이 경사 또는 단차를 형성하는 것이 아니라, 전술한 실시형태에 있어서의 외측 도파로와 같이, 중심측 공간의 내측 지파판이 설치되어 있지 않은 부분으로 돌출하는 볼록부를 중간 금속체 또는 슬롯 안테나판에 형성해도 좋다.
또한, 마찬가지로, 전술한 실시형태에서는, 외측 도파로에 있어서, 마이크로파 투과 슬롯(203b)의 상부에 설치되는 외측 지파판(210)을 더 갖는 경우에 대해서 설명하였다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 외측 지파판(210)은, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간에서, 외측 지파판(210)과 외측 지파판(210)이 설치되어 있지 않은 부분의 계면에 있어서, 중심측을 향해 돌출하는 제2 단차부(210ab)를 갖는 경우에 대해서 설명하였다. 또한, 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간으로 돌출하는 볼록부(202d)를 가지며, 동축 도파관(201)의 중간 도체(201b)의 처리 용기(100)측의 단부에, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간으로 돌출하는 제3 단차부(214a)를 갖는 부재로서, 제3 단차부(214a)에 있어서의 직경의 길이가 외측 도체의 내경 이하가 되는 제2 부재(214)를 갖는 경우에 대해서 설명하였다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 외측 도파로에 있어서, 냉각 플레이트(202)는, 중간 금속체(208)와 냉각 플레이트(202) 사이의 공간으로 돌출하는 볼록부(202d)를 갖는 것이 아니라, 중간 금속체가 볼록부를 가져도 좋다. 또한, 볼록부를 형성하는 것이 아니라, 내측 도파로와 같이, 중간 금속체와 냉각 플레이트 사이의 공간에서, 외측 지파판과 외측 지파판이 설치되어 있지 않은 부분의 계면에 있어서 내측 지파판이 경사 또는 단차를 갖도록 해도 좋다.
(도파로에 대해서)
또한, 예컨대, 전술한 실시형태에서는, 도파로로서, 내측 도파로와 외측 도파로 2개를 갖는 경우를 예로 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도파로가 하나여도 좋다. 도 30은, 외측 도파로를 갖는 슬롯 안테나의 일례를 도시하는 도면이다. 도 30에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(10)는, 외측 도파로만을 가지며, 지파판이 설치되지 않는 영역에 있어서, 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에 있어서 중간 금속체와 냉각 플레이트가 접촉하고 있게 된다.
(중간 금속체)
또한, 예컨대 중간 금속체(208)는, 내부에, 하나 또는 복수의 볼록부를 통해 중간 금속체의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 설치해도 좋다. 이 결과, 온도 측정부를 간단하게 설치하는 것이 가능해지고, 중간 금속체(208)의 온도를 확실하게 측정 가능해진다.
또한, 예컨대 중간 금속체(208)의 내부에, 하나 또는 복수의 볼록부를 통해 중간 금속체(208)를 가열하는 가열부를 더 설치해도 좋다. 이 결과, 마이크로파의 조사에 의해 중간 금속체(208)의 온도가 올라가기 전의 단계에 있어서, 적절한 온도로 가열해 두는 것이 가능해진다.
10 : 마이크로파 플라즈마 처리 장치 102A : 개구부
100 : 처리 용기 101 : 지지대
102 : 가스 샤워 103 : 개구
201 : 동축 도파관 201a : 내측 도체
201b : 중간 도체 201c : 외측 도체
202 : 냉각 플레이트 202a : 하면
202b : 측면 202c : 유통 구멍
202d : 볼록부 203 : 슬롯 안테나판
203a : 상면 203b : 마이크로파 투과 슬롯
203b-1 : 외측 슬롯군 203c : 마이크로파 투과 슬롯
203c-1 : 내측 슬롯군 204 : 가스 공급 구멍
205 : 냉각관 206 : 냉각관
207 : 가스 유입 구멍 208 : 중간 금속체
208a : 상면 208b : 측면
208c : 측면 208d : 하면
208e : 하면 208f : 볼록부
208g : 볼록부 209 : 내측 지파판
210 : 외측 지파판 210a : 외측 지파판
210b : 외측 지파판 210aa : 볼록부
211 : 공간 212 : 공간
213 : 제1 부재 214 : 제2 부재
300 : 유전체창 300a : 대향면
300b : 상면 300c : 내측 오목부
300d : 외측 오목부
100 : 처리 용기 101 : 지지대
102 : 가스 샤워 103 : 개구
201 : 동축 도파관 201a : 내측 도체
201b : 중간 도체 201c : 외측 도체
202 : 냉각 플레이트 202a : 하면
202b : 측면 202c : 유통 구멍
202d : 볼록부 203 : 슬롯 안테나판
203a : 상면 203b : 마이크로파 투과 슬롯
203b-1 : 외측 슬롯군 203c : 마이크로파 투과 슬롯
203c-1 : 내측 슬롯군 204 : 가스 공급 구멍
205 : 냉각관 206 : 냉각관
207 : 가스 유입 구멍 208 : 중간 금속체
208a : 상면 208b : 측면
208c : 측면 208d : 하면
208e : 하면 208f : 볼록부
208g : 볼록부 209 : 내측 지파판
210 : 외측 지파판 210a : 외측 지파판
210b : 외측 지파판 210aa : 볼록부
211 : 공간 212 : 공간
213 : 제1 부재 214 : 제2 부재
300 : 유전체창 300a : 대향면
300b : 상면 300c : 내측 오목부
300d : 외측 오목부
Claims (9)
- 냉각 플레이트와,
상기 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 상기 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 상기 냉각 플레이트와 상기 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 상기 중간 금속체와,
상기 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관과,
상기 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판과,
상기 슬롯 안테나판의 처리 용기측에 설치되는 유전체창, 그리고
상기 유전체창에 의해 밀폐되도록 설치되는 처리 용기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 중간 금속체는, 상기 냉각 플레이트와 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있고, 상기 중간 금속체의 처리 용기측의 면을 중심측의 부분과 외주측의 부분으로 나누는 도넛 형상의 볼록부를 가지며,
상기 슬롯 안테나판은, 상기 중간 금속체의 처리 용기측에 상기 볼록부와 접촉하면서 설치되는 슬롯 안테나판으로서, 상기 슬롯 안테나판의 처리 용기측의 면에, 마이크로파를 방사하기 위한 슬롯으로서, 상기 볼록부와 접촉하는 부분보다 중심측의 부분에 형성되는 제1 슬롯과, 외주측의 부분에 형성되는 제2 슬롯을 가지며,
상기 동축 도파관은, 상기 냉각 플레이트와 상기 중간 금속체를 연속해서 관통하여 상기 중간 금속체에 있어서 상기 중심측의 부분에 형성되는 관통 구멍에 설치되는 동축 도파관으로서, 내측 도체와 중간 도체와 외측 도체를 가지며, 상기 중간 도체의 중공 부분에 설치되는 상기 내측 도체와 상기 중간 도체 사이의 공간과, 상기 외측 도체의 중공 부분에 설치되는 상기 중간 도체와 상기 외측 도체 사이의 공간이 각각 마이크로파를 전송하고,
내측 도파로는, 상기 내측 도체와 상기 중간 도체 사이의 공간을 통해, 상기 슬롯 안테나판과 상기 중간 금속체 사이의 공간 중 상기 볼록부보다 중심측에 있는 중심측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 상기 제1 슬롯에 마이크로파를 전송하는 도파로이며,
외측 도파로는, 상기 중간 도체와 상기 외측 도체 사이의 공간과, 상기 중간 금속체와 상기 냉각 플레이트 사이의 공간을 순서대로 통해, 상기 슬롯 안테나판과 상기 중간 금속체 사이의 공간 중 상기 볼록부보다 외주측에 있는 외주측 공간에서 마이크로파를 전송함으로써 상기 제2 슬롯에 마이크로파를 전송하고, 상기 하나 또는 복수의 볼록부가 설치되는 도파로인 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬롯 상의, 도파로 내에는, 지파판(遲波板; slow-wave plate)이 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 냉각 플레이트와 상기 중간 금속체가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부는, 상기 지파판이 설치되지 않는 개소에 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 플레이트는, 냉매를 유통시키기 위한 유통 구멍을 가지며,
상기 중간 금속체는, 상기 냉각 플레이트와 상기 중간 금속체가 접촉하고 있는 하나 또는 복수의 볼록부를 통해, 상기 냉각 플레이트의 유통 구멍과 연결되어 있는 유통 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간 금속체는, 균열부(均熱部)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간 금속체의 내부에, 상기 하나 또는 복수의 볼록부를 통해 상기 중간 금속체의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간 금속체의 내부에, 상기 하나 또는 복수의 볼록부를 통해 상기 중간 금속체를 가열하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치.
- 냉각 플레이트와,
상기 냉각 플레이트의 처리 용기측에 간격을 두고 설치되는 중간 금속체로서, 상기 간격은 마이크로파의 도파로를 형성하고, 상기 냉각 플레이트와 상기 도파로의 일부를 차단하도록 배치된 하나 또는 복수의 볼록부에서 접촉하고 있는 상기 중간 금속체와,
상기 도파로에 마이크로파를 공급하기 위한 동축 도파관, 그리고
상기 도파로를 경유한 마이크로파를 방사하는 슬롯 안테나판
을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.
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