KR20150036045A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도시히사 노자와
도시히코 이와오
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

일실시형태의 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기, 안테나, 마이크로파 발생기 및 스테이지를 구비하고 있다. 처리 용기는 처리 공간을 구획하고 있다. 안테나는, 처리 공간의 상측에 설치되어 있고, 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 원반형상의 도파로를 갖고 있다. 마이크로파 발생기는 안테나에 접속되어 있다. 스테이지는, 처리 용기 내에 설치되어 있고, 상기 미리 정해진 축선과 교차하도록 처리 공간을 통해 안테나와 대면하고 있다. 안테나는, 상기 도파로를 하측으로부터 구획하는 금속판을 포함하고 있다. 이 금속판에는, 상기 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 제1 원 및 그 미리 정해진 축선을 중심으로 하고 제1 원보다 큰 직경인 제2 원을 따라서 복수의 개구가 형성되어 있다. 안테나는, 복수의 개구를 통과하여 처리 공간 내에 연장되어 나온 유전체제의 복수의 돌출부를 포함하고 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA TREATMENT DEVICE}
본 발명의 실시형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 처리 가스의 플라즈마를 여기시킴으로써, 피처리 기체에 대한 에칭이나 성막이 행해진다. 플라즈마는, 용량 결합 방식, 유도 결합 방식과 같은 여러가지 방식으로 여기시킬 수 있지만, 플라즈마의 여기원으로서, 저전자 온도이고 고밀도인 플라즈마를 발생시킬 수 있는 마이크로파가 주목받고 있다. 이러한 마이크로파를 여기원으로서 채택한 플라즈마 처리 장치는, 특허문헌 1에 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기, 스테이지, 처리 가스의 공급부, 안테나 및 마이크로파 발생기를 구비하고 있다. 처리 용기는, 피처리 기체를 적재하는 스테이지를 그 내부에 수용하고 있다. 안테나는 스테이지의 상측에 설치되어 있다. 이 안테나는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나로 칭해지는 것이고, 동축 도파관을 통해 마이크로파 발생기에 접속되어 있다. 또한, 안테나는, 냉각 재킷, 유전체판, 슬롯판 및 유전체창을 포함하고 있다. 유전체판은, 대략 원반형상을 갖고 있고, 상하 방향으로부터 금속제의 냉각 재킷과 슬롯판 사이에 끼워져 있다. 슬롯판에는 복수의 슬롯 구멍이 형성되어 있다. 이들 슬롯 구멍은, 동축 도파관의 중심 축선을 중심으로 하여 둘레 방향 및 직경 방향으로 배열되어 있다. 이 슬롯판의 바로 아래에는, 대략 원반형상의 유전체창이 설치되어 있다. 이 유전체창은, 처리 용기의 상부 개구를 폐쇄하고 있다. 또한, 공급부는, 센터 가스 공급부 및 외측 가스 공급부를 포함하고 있다. 센터 가스 공급부는, 유전체창의 중앙으로부터 처리 가스를 공급하고 있다. 외측 가스 공급부는, 유전체창과 스테이지 사이에 있어서 고리형으로 설치되어 있고, 센터 가스 공급부보다 하측에 있어서 처리 가스를 공급하고 있다.
특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 마이크로파 발생기로부터의 마이크로파가 동축 도파관을 통해 안테나에 공급된다. 마이크로파는, 유전체판을 전파하여, 슬롯판의 슬롯 구멍으로부터 유전체창에 전파된다. 유전체창을 전파한 마이크로파는, 그 유전체창으로부터 처리 용기 내에 공급되고, 공급부로부터 공급되는 처리 가스의 플라즈마를 여기시킨다.
특허문헌 1 : 국제공개 제2011/125524호 팜플렛
특허문헌 1에 기재된 장치의 레이디얼 라인 슬롯 안테나에 의해 생성되는 마이크로파 플라즈마의 특징은, 유전체창 바로 아래(플라즈마 여기 영역이라고 불림)에서 생성되어 비교적 전자 온도가 높은 에너지의 플라즈마가 확산되고, 스테이지 상에 적재된 피처리 기체 상에서는 약 1∼2 eV 정도의 낮은 전자 온도의 플라즈마가 되는 것에 있다. 즉, 평행 평판 등의 플라즈마와는 달리, 플라즈마의 전자 온도의 분포가 유전체창으로부터의 거리의 함수로서 명확하게 생기는 것에 특징이 있다. 보다 상세하게는, 유전체창 바로 아래에서의 수 eV∼약 10 eV의 전자 온도가, 피처리 기체 상에서는 약 1∼2 eV 정도로 감쇠한다. 따라서, 피처리 기체의 처리는 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(확산 플라즈마 영역)에서 행해지기 때문에, 피처리 기체에 리세스 등의 큰 손상을 주지 않는다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 플라즈마의 전자 온도가 높은 영역(플라즈마 여기 영역)에 처리 가스가 공급되면, 처리 가스는 용이하게 여기되어 해리된다. 한편, 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(플라즈마 확산 영역)에 처리 가스가 공급되면, 플라즈마 여기 영역 근방에 공급된 경우에 비하여, 해리의 정도는 억제된다.
그런데, 플라즈마 처리 장치에는, 피처리 기체의 전면(全面)에 대한 처리의 불균일을 저감하는 것이 요구된다. 그것을 위해서는, 처리 용기 내에서 발생시키는 플라즈마의 밀도 분포를 최적화하는 것이 필요하다.
특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 유전체창 중앙, 즉, 센터 가스 공급부로부터의 처리 가스의 대유량 공급에 의해, 유전체창 바로 아래의 영역, 즉 플라즈마의 전자 온도가 높은 영역(플라즈마 여기 영역)에 있어서, 고밀도의 플라즈마가 형성되기는 하지만, 플라즈마가 슬롯 근방에 현저하게 국재화되는 현상이 발생해 버린다. 이것은, 마이크로파에 의해 주어지는 전자의 평균 자유 행정이 짧고, 그 전자는 슬롯 근방의 가스 분자와만 충돌하기 때문이며, 그 결과, 용이하게 여기되어 해리되는 플라즈마는, 슬롯 근방에 국재화되어 버리기 때문이다. 이와 같이, 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 국재화된 플라즈마의 발생 위치의 제어가 어렵고, 웨이퍼면 상에서의 적절한 플라즈마 밀도 제어가 어려워져 버린다.
따라서, 본 기술분야에서는, 안테나로부터 마이크로파를 공급함으로써 처리 용기 내에 플라즈마를 여기하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마의 발생 위치의 제어성을 개선하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 일측면에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기, 안테나, 마이크로파 발생기 및 스테이지를 구비하고 있다. 처리 용기는 처리 공간을 구획하고 있다. 안테나는, 처리 공간의 상측에 설치되어 있고, 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 원반형상의 도파로를 갖고 있다. 마이크로파 발생기는 안테나에 접속되어 있다. 스테이지는, 처리 용기 내에 설치되어 있고, 상기 미리 정해진 축선과 교차하도록 처리 공간을 통해 안테나와 대면하고 있다. 안테나는, 상기 도파로를 하측으로부터 구획하는 금속판을 포함하고 있다. 이 금속판에는, 상기 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 제1 원 및 그 미리 정해진 축선을 중심으로 하고 제1 원보다 큰 직경인 제2 원을 따라서 복수의 개구가 형성되어 있다. 안테나는, 복수의 개구를 통과하여 처리 공간 내에 연장되어 나온 유전체제의 복수의 돌출부를 포함하고 있다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 도파로로부터 금속판의 복수의 개구를 통해 전파된 마이크로파가, 그 복수의 개구를 통과하여 처리 용기 내에 연장되어 나온 복수의 돌출부에 집중된다. 따라서, 플라즈마의 발생 위치가 복수의 돌출부 근방에 집중된다. 이 때문에, 이 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수하다. 또한, 복수의 돌출부는, 동심의 제1 원 및 제2 원을 따라서 설치되어 있다. 따라서, 이 플라즈마 처리 장치는, 상기 미리 정해진 축선에 대하여 둘레 방향 및 직경 방향에서 분산시킨 위치에 있어서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
일실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는 플런저를 더 구비할 수 있다. 플런저는, 복수의 돌출부 중, 제1 원 및 제2 원의 적어도 한쪽을 따라서 형성된 개구를 통과하는 돌출부와 상기 도파로를 통해 대치하는 반사판을 갖는다. 플런저는, 상기 미리 정해진 축선이 연장된 방향에 있어서 상기 도파로로부터의 반사판의 거리를 조정 가능하다.
이 실시형태에 의하면, 플런저의 반사판의 위치를 조정함으로써, 상기 도파로에서의 정재파의 피크 위치를 금속판의 개구 위치에 대하여 상대적으로 조정할 수 있다. 그 결과, 제1 원을 따라서 설치된 돌출부에 전파된 마이크로파의 파워와, 제2 원을 따라서 설치된 돌출부에 전파된 마이크로파의 파워의 비를 조정하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 상기 미리 정해진 축선에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포를 조정하는 것이 가능해진다.
일실시형태에 있어서는, 금속판에는, 처리 공간에 처리 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 분사구가 형성되어 있어도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 스테이지의 상측으로부터 처리 가스를 공급하는 것이 가능해진다.
일실시형태에 있어서는, 복수의 가스 분사구는, 상기 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 적어도 2개의 동심원을 따라서 형성되어 있어도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 상기 미리 정해진 축선에 대하여 방사 방향의 처리 가스의 유량 분포를 조정하는 것이 가능해진다.
일실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는, 상기 도파로 상에 설치된 냉각 재킷과, 금속판을 가열하는 히터를 더 구비하고 있어도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 냉각 재킷에 의해 안테나를 냉각시킴으로써, 안테나 내의 유전체제의 부품이 열응력에 의해 파괴되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 히터에 의해 금속판을 가열함으로써, 처리 용기 내에서 발생한 이온 및 라디칼, 및, 처리의 부생성물이 금속판에 재부착되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
일실시형태에 있어서는, 복수의 돌출부는, 상기 미리 정해진 축선이 연장된 방향으로 연장되는 막대형의 유전체에 의해 구성되어 있어도 좋고, 그 복수의 돌출부는, 제1 원 및 제2 원에 있어서 미리 정해진 축선에 대하여 축대칭이 되도록 배열되어 있어도 좋다. 또한, 다른 실시형태에 있어서는, 복수의 돌출부는, 상기 미리 정해진 축선에 직교하는 단면에 있어서 원호형의 형상을 가지며, 그 복수의 돌출부는, 제1 원 및 제2 원에 있어서 미리 정해진 축선에 대하여 축대칭이 되도록 배열되어 있어도 좋다. 이들 실시형태에 의하면, 미리 정해진 축선에 대하여 둘레 방향의 플라즈마의 분포를 균일화하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러가지 측면 및 실시형태에 의하면, 안테나로부터 마이크로파를 공급함으로써 처리 용기 내에 여기되는 플라즈마의 발생 위치의 제어성을 개선한 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 안테나를 하측으로부터 본 평면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 안테나의 금속판 및 복수의 돌출부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 4는 다른 실시형태에 따른 안테나를 하측으로부터 본 평면도이다.
도 5는 다른 실시형태에 따른 안테나의 금속판 및 복수의 돌출부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 6은 실험예에 이용한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은 실험예 1의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있다.
도 8은 실험예 2의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있다.
도 9는 시뮬레이션에 의해 구한 도 6에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 전계 강도의 비를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러가지 실시형태에 관해 상세히 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1은, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12) 및 안테나(14)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 피처리 기체(W)를 수용하기 위한 처리 공간(S)을 구획하고 있다. 처리 용기(12)는, 측벽(12a) 및 바닥부(12b)를 포함할 수 있다. 측벽(12a)은, 미리 정해진 축선(Z)이 연장된 방향(이하 「축선(Z) 방향」이라고 함)으로 연장되는 대략 통형상을 갖고 있다. 바닥부(12b)는, 측벽(12a)의 하단측에 설치되어 있다. 바닥부(12b)에는, 배기용의 배기 구멍(12h)이 형성되어 있다. 측벽(12a)의 상단부는 개구되어 있다. 처리 용기(12)의 상단부 개구는 안테나(14)에 의해 폐쇄되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12) 내에 설치된 스테이지(20)를 더 구비하고 있다. 스테이지(20)는, 안테나(14)의 하측에 설치되어 있고, 축선(Z)에 교차하도록 처리 공간(S)을 통해 안테나(14)와 대면하고 있다. 스테이지(20) 상에는, 피처리 기체(W)의 중심이 축선(Z)과 대략 일치하도록, 피처리 기체(W)가 적재될 수 있다. 일실시형태에 있어서는, 스테이지(20)는, 대(20a) 및 정전척(20b)을 포함하고 있다.
대(20a)는 통형상 지지부(46)에 지지되어 있다. 통형상 지지부(46)는, 절연성 재료로 구성되어 있고, 바닥부(12b)로부터 수직 상측으로 연장되어 있다. 또한, 통형상 지지부(46)의 외주에는, 도전성의 통형상 지지부(48)가 설치되어 있다. 통형상 지지부(48)는, 통형상 지지부(46)의 외주를 따라서 처리 용기(12)의 바닥부(12b)로부터 수직 상측으로 연장되어 있다. 이 통형상 지지부(48)와 측벽(12a) 사이에는, 고리형의 배기로(50)가 형성되어 있다.
배기로(50)의 상부에는, 복수의 관통 구멍이 형성된 고리형의 배플판(52)이 부착되어 있다. 배기로(50)는, 배기 구멍(12h)을 제공하는 배기관(54)에 접속되어 있고, 그 배기관(54)에는, 압력 조정기(56a)를 통해 배기 장치(56b)가 접속되어 있다. 배기 장치(56b)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있다. 압력 조정기(56a)는, 배기 장치(56b)의 배기량을 조정하여, 처리 용기(12) 내의 압력을 조정한다. 이들 압력 조정기(56a) 및 배기 장치(56b)에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 또한, 배기 장치(56b)를 동작시킴으로써, 스테이지(20)의 외주로부터 배기로(50)를 통해 처리 가스를 배기할 수 있다.
대(20a)는 고주파 전극을 겸하고 있다. 대(20a)에는, 매칭 유닛(60) 및 급전 막대(62)를 통해, RF 바이어스용의 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은, 피처리 기체(W)에 인입되는 이온의 에너지를 제어하기에 적합한 일정한 주파수, 예컨대 13.65 MHz의 고주파 전력을 미리 정해진 파워로 출력한다. 매칭 유닛(60)은, 고주파 전원(58)측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 처리 용기(12)와 같은 부하측의 임피던스 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다. 이 정합기 내에 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.
대(20a)의 상면에는 정전척(20b)이 설치되어 있다. 일실시형태에 있어서는, 정전척(20b)의 상면은, 피처리 기체(W)를 적재하기 위한 적재 영역을 구성하고 있다. 이 정전척(20b)은, 피처리 기체(W)를 정전 흡착력으로 유지한다. 정전척(20b)의 직경 방향 외측에는, 피처리 기체(W)의 주위를 고리형으로 둘러싸는 포커스링(F)이 설치되어 있다. 정전척(20b)은, 전극(20d), 절연막(20e) 및 절연막(20f)을 포함하고 있다. 전극(20d)은 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연막(20e)과 절연막(20f)의 사이에 설치되어 있다. 전극(20d)에는, 고압의 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 정전척(20b)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해, 그 상면에 피처리 기체(W)를 흡착 유지할 수 있다.
대(20a)의 내부에는, 둘레 방향으로 연장되는 고리형의 냉매실(20g)이 설치되어 있다. 이 냉매실(20g)에는, 틸러 유닛으로부터 배관(70, 72)을 통해 소정 온도의 냉매, 예컨대 냉각수가 순환 공급된다. 정전척(20b) 상의 피처리 기체(W)의 처리 온도는, 냉매의 온도에 의해 제어될 수 있다. 또한, 전열 가스 공급부로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스가 가스 공급관(74)을 통해 정전척(20b)의 상면과 피처리 기체(W)의 이면 사이에 공급된다.
일실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는, 온도 제어 기구로서 히터(HS, HCS 및 HES)를 더 구비할 수 있다. 히터(HS)는, 측벽(12a) 내에 설치되어 있고, 고리형으로 연장되어 있다. 히터(HS)는, 예컨대 처리 공간(S)의 높이 방향(즉 축선(Z) 방향)의 중간에 대응하는 위치에 설치될 수 있다. 히터(HCS)는 대(20a) 내에 설치되어 있다. 히터(HCS)는, 대(20a) 내에 있어서, 전술한 적재 영역의 중앙 부분의 하측, 즉 축선(Z)에 교차하는 영역에 설치되어 있다. 또한, 히터(HES)는, 대(20a) 내에 설치되어 있고, 히터(HCS)를 둘러싸도록 고리형으로 연장되어 있다. 히터(HES)는, 전술한 적재 영역의 외연 부분의 하측에 설치되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급부(24)를 더 구비하고 있다. 가스 공급부(24)는, 고리형관(24a), 배관(24b) 및 가스원(24c)을 포함하고 있다. 고리형관(24a)은, 처리 공간(S)의 축선(Z) 방향의 중간 위치에 있어서 축선(Z) 중심에 고리형으로 연장되도록, 처리 용기(12) 내에 설치되어 있다. 이 고리형관(24a)에는, 축선(Z)을 향해 개구된 복수의 가스 분사구(24h)가 형성되어 있다. 이들 복수의 가스 분사구(24h)는, 축선(Z) 중심에 고리형으로 배열되어 있다. 이 고리형관(24a)에는 배관(24b)이 접속되어 있다. 배관(24b)은, 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있고, 가스원(24c)에 접속되어 있다. 가스원(24c)은, 처리 가스의 가스원이며, 그 처리 가스를 유량 제어하여 배관(24b)에 공급한다. 가스원(24c)은, 예컨대 개폐 밸브 및 매스플로우 컨트롤러를 포함할 수 있다.
이러한 가스 공급부(24)는, 배관(24b), 고리형관(24a) 및 가스 분사구(24h)를 통해, 처리 가스를 축선(Z)을 향해서 처리 공간(S) 내에 도입한다. 처리 가스는, 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서 피처리 기체(W)에 대하여 행해지는 처리에 의해 적절하게 선택되는 것이다. 처리 가스는, 예컨대 피처리 기체(W)의 에칭을 행하는 경우에는, 에천트 가스 및/또는 불활성 가스 등을 포함할 수 있다. 또는, 피처리 기체(W) 상에 성막을 행하는 경우에는, 원료 가스 및/또는 불활성 가스 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는, 안테나(14)와 함께, 동축 도파관(16), 마이크로파 발생기(28), 튜너(30), 도파관(32) 및 모드 변환기(34)를 더 구비하고 있다. 마이크로파 발생기(28)는, 예컨대 2.45 GHz의 주파수의 마이크로파를 발생한다. 마이크로파 발생기(28)는, 튜너(30), 도파관(32) 및 모드 변환기(34)를 통해, 동축 도파관(16)의 상부에 접속되어 있다.
동축 도파관(16)은, 그 중심 축선인 축선(Z)을 따라서 연장되어 있다. 동축 도파관(16)은, 외측 도체(16a) 및 내측 도체(16b)를 포함하고 있다. 외측 도체(16a)는, 축선(Z) 방향으로 연장되는 통형상을 갖고 있다. 외측 도체(16a)의 하단은, 도전성의 표면을 갖는 냉각 재킷(36)의 상부에 전기적으로 접속될 수 있다. 내측 도체(16b)는, 외측 도체(16a)의 내측에 설치되어 있다. 내측 도체(16b)는, 축선(Z)을 따라서 연장되는 대략 원기둥형의 형상을 갖고 있다. 내측 도체(16b)의 하단은, 안테나(14)의 금속판(40)에 접속되어 있다.
일실시형태에 있어서는, 안테나(14)는 처리 용기(12)의 상단 개구 내에 배치될 수 있다. 안테나(14)는, 축선(Z)을 중심으로 하는 대략 원반형상의 도파로(WG)를 구획하고 있다. 이 안테나(14)는, 일실시형태에 있어서는, 냉각 재킷(36), 유전체판(38), 금속판(40) 및 복수의 돌출부(42)를 포함할 수 있다. 냉각 재킷(36)은 도파로(WG) 상에 설치되어 있다. 일실시형태에 있어서는, 냉각 재킷(36)의 금속제의 하면이 도파로(WG)를 상측으로부터 구획하고 있다. 금속판(40)은, 대략 원반형상의 금속제 부재이며, 도파로(WG)를 하측으로부터 구획하고 있다. 냉각 재킷(36)과 금속판(40) 사이에는 유전체판(38)이 끼워져 있다. 유전체판(38)은, 마이크로파의 파장을 단축시키는 것이며, 예컨대 석영 또는 알루미나로 구성되어 있고, 대략 원반형상을 갖고 있다. 이 유전체판(38)은, 냉각 재킷(36)과 금속판(40) 사이에 있어서 도파로(WG)를 구성하고 있다.
이하, 도 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 안테나를 하측에서 본 평면도이다. 도 3은, 도 1에 나타내는 안테나의 금속판 및 복수의 돌출부를 확대하여 나타내는 단면도이다. 또, 도 1 및 도 3에는, 도 2의 III-III선을 따라서 취한 금속판(40)의 단면이 나타나 있다. 도 1∼도 3에 도시한 바와 같이, 금속판(40)에는, 그 금속판(40)을 축선(Z) 방향으로 관통하는 복수의 개구(40h)가 형성되어 있다.
복수의 개구(40h) 중 일부(도 2에서는, 4개의 개구(40h))는, 축선(Z)을 중심으로 하는 제1 원(CC1)을 따라서 연장되어 있다. 즉, 제1 원(CC1)을 따른 복수의 개구(40h)는, 축선(Z)에 직교하는 면내에서의 평면형상으로서 제1 원(CC1)을 따른 원호형이자 띠모양의 형상을 갖고 있다. 또한, 복수의 개구(40h) 중 다른 일부(도 2에서는, 다른 4개의 개구(40h))는, 축선(Z)을 중심으로 하고 제1 원(CC1)의 직경보다 큰 직경인 제2 원(CC2)을 따라서 연장되어 있다. 즉, 제2 원(CC2)을 따른 복수의 개구(40h)는, 축선(Z)에 직교하는 면내에서의 평면형상으로서 제2 원(CC2)을 따른 원호형이자 띠모양의 형상을 갖고 있다. 일실시형태에 있어서는, 복수의 개구(40h)는 축선(Z)에 대하여 축대칭으로 형성되어 있다.
또한, 안테나(14)는, 이들 복수의 개구(40h)를 통과하여 처리 공간(S)까지 연장되어 나온 복수의 돌출부(42)를 더 포함하고 있다. 이들 돌출부(42)는, 일실시형태에 있어서는, 그 상단에 있어서 유전체판(38)에 접해 있고, 금속판(40)의 하면보다 하측까지 연장되어 있다.
또한, 복수의 돌출부(42)의 각각은, 축선(Z)에 직교하는 면내에서의 단면형상으로서, 복수의 개구(40h) 중 대응의 개구와 비슷한 평면형상을 갖고 있다. 즉, 제1 원(CC1)을 따라서 형성된 개구(40h)를 통과하는 돌출부(42)는, 제1 원(CC1)을 따라서 형성된 대응의 개구의 평면형상과 비슷한 원호형이자 띠모양의 단면형상을 갖고 있다. 또한, 제2 원(CC2)을 따라서 형성된 개구(40h)를 통과하는 돌출부(42)는, 제2 원(CC2)을 따라서 형성된 대응의 개구의 평면형상과 비슷한 원호형이자 띠모양의 단면형상을 갖고 있다. 이들 복수의 돌출부(42)는 유전체제이며, 예컨대 석영으로 구성되어 있다. 또, 금속판(40)의 하면, 특히 처리 공간(S)에 면하는 금속판(40)의 영역에는 Y2O3 또는 석영제의 막이 형성되어 있어도 좋다.
이러한 구성의 안테나(14)를 갖는 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 마이크로파 발생기(28)에 의해 발생된 마이크로파는, 튜너(30), 도파관(32), 모드 변환기(34) 및 동축 도파관(16)을 경유하여 도파로(WG), 즉 유전체판(38)에 전파된다. 유전체판(38)을 전파한 마이크로파는 도파로(WG)에 있어서 정재파가 된다. 그리고, 마이크로파는, 도파로(WG)로부터, 금속판(40)의 복수의 개구(40h)를 통과하는 복수의 돌출부(42)에 누출되어 처리 공간(S)에 공급된다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 금속판(40)으로부터 누출되는 마이크로파가, 금속판(40)의 하측의 전체 영역이 아니라, 복수의 돌출부(42)에 집중된다. 그 결과, 처리 가스의 플라즈마의 발생 위치가, 복수의 돌출부(42) 근방에 집중된다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 발생 위치의 제어성이 우수하다.
또한, 복수의 돌출부(42)는, 동심의 제1 원 및 제2 원을 따라서 설치되어 있고, 또한, 축선(Z)에 대하여 축대칭으로 설치되어 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 플라즈마의 발생 위치를, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 분포시킬 수 있고, 또한, 축선(Z)에 둘레 방향으로 분포시키는 것이 가능하다. 그 결과, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 축선(Z)에 대하여 둘레 방향 및 방사 방향에서의 플라즈마의 밀도 분포를 균일화하는 것이 가능해진다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 처리 가스를 안테나(14) 바로 아래에 대량 공급할 때에 생길 수 있는 안테나(14) 바로 아래의 플라즈마 국재화에 대응할 수 있을 뿐 아니라, 중저유량의 처리 가스의 공급에 있어서도, 보다 최적의 플라즈마 밀도 제어를 실현할 수 있다.
일실시형태에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 복수의 플런저(44)를 더 구비할 수 있다. 복수의 플런저(44)의 각각은, 반사판(44a) 및 위치 조정 기구(44b)를 포함하고 있다. 도 1에 나타내는 실시형태에서는, 복수의 플런저(44)의 반사판(44a)은 각각, 제1 원(CC1)을 따라서 설치된 복수의 돌출부(42)와, 도파로(WG)를 통해 대치하도록 설치되어 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 플런저(44)의 반사판(44a)은, 그 축선(Z) 방향에서의 위치를 조정하기 위한 위치 조정 기구(44b)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 위치 조정 기구(44b)를 이용하여 반사판(44a)의 위치를 조정함으로써, 도파로(WG)에서의 정재파의 피크 위치를 조정할 수 있다. 그 결과, 제1 원(CC1)을 따라서 설치된 돌출부(42)에 누출되는 마이크로파의 파워와, 제2 원(CC1)을 따라서 설치된 돌출부(42)에 누출되는 마이크로파의 파워의 비를 조정하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포를 조정하는 것이 가능해진다.
또, 다른 실시형태에서는, 복수의 플런저(44)는, 제2 원(CC2)을 따라서 설치된 복수의 돌출부(42)와 반사판(44a)가 대치하도록 설치되어 있어도 좋고, 또는, 모든 돌출부(42)와 반사판(44a)이 대치하도록 설치되어 있어도 좋다.
다시 도 1∼도 3을 참조한다. 일실시형태에 있어서는, 금속판(40)에는, 처리 공간(S)에 처리 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 분사구(40i)가 형성되어 있다. 이들 가스 분사구(40i)는 하측을 향해 개구되어 있다. 도 1∼도 3에 나타내는 예에서는, 복수의 가스 분사구(40i)는, 축선(Z)을 중심으로 하는 2개의 동심원을 따라서 배열되어 있다. 또한, 금속판(40)에는, 2개의 동심원 중 내측의 원을 따라서 배열된 가스 분사구(40i)에 접속하는 고리형의 가스 라인(40b)이 형성되어 있다. 가스 라인(40b)에는, 금속판(40)의 둘레 가장자리부를 향해서 연장되는 가스 라인(40c)이 접속되어 있다. 가스 라인(40c)은 금속판(40)의 하면에 설치된 포트(40d)에 접속되어 있다. 이 포트(40d)에는, 처리 용기(12)의 측벽(12a) 내에 설치된 가스 라인을 통해 가스원(25)이 접속되어 있다. 가스원(25)은, 가스원(24c)과 마찬가지로, 처리 가스의 가스원이며, 그 처리 가스의 유량을 제어 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 금속판(40)에는, 2개의 동심원 중 외측의 원을 따라서 배열된 가스 분사구(40i)에 접속하는 고리형의 가스 라인(40e)이 형성되어 있다. 가스 라인(40e)에는, 금속판(40)의 둘레 가장자리부를 향해서 연장되는 가스 라인(40f)이 접속되어 있다. 가스 라인(40f)은 금속판(40)의 하면에 설치된 포트(40g)에 접속되어 있다. 이 포트(40g)에는, 처리 용기(12)의 측벽(12a) 내에 설치된 가스 라인을 통해 가스원(26)이 접속되어 있다. 가스원(26)은, 가스원(24c)과 마찬가지로, 처리 가스의 가스원이며, 그 처리 가스의 유량을 제어 가능하도록 구성되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 공간(S)의 높이 방향의 중간 위치에 있어서 고리형으로 배열된 복수의 가스 분사구(24h)에 더하여, 처리 공간(S)의 위로부터 하측을 향해서 처리 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 분사구(40i)가 형성되어 있다. 또한, 이들 가스 분사구(40i)는, 2개의 동심원을 따라서 배열되어 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 공간(S)의 상측으로부터 피처리 기체(W)를 향해서 처리 가스를 공급할 수 있고, 또한, 축선(Z)에 대하여 방사 방향의 처리 가스의 유량 분포를 조정하는 것이 가능하다. 또, 다른 실시형태에 있어서는, 복수의 가스 분사구(40i)는, 3개 이상의 동심원을 따라서 배열되어 있어도 좋다.
다시 도 1을 참조한다. 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각 재킷(36) 상에 히터(HT)가 설치되어 있다. 이 히터(HT)는, 냉각 재킷(36)을 통해 금속판(40)을 가열한다. 이에 따라, 처리 용기(12) 내에서 발생한 이온 및 라디칼, 및, 처리의 부생성물이 금속판(40)에 재부착되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 냉각 재킷(36)에 의해 안테나(14)를 냉각시키는 것도 가능하다. 이에 따라, 유전체판(38)이나 유전체제의 돌출부(42)가 열응력에 의해 파괴되는 것을 억제하는 것이 가능하다.
이상, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 관해 상세하게 설명했다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수하다는 효과를 갖고 있지만, 이 효과는, 처리 용기(12) 내의 압력이 1 Torr(133.3 Pa) 이상과 같은 고압인 경우에 특히 유효하게 발휘된다. 이하, 그 이유를 설명한다.
하기의 (1)식에 나타낸 바와 같이, 처리 용기(12) 내에서의 플라즈마를 구성하는 전자, 이온의 흐름의 거동은 하기의 수송 방정식에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
여기서, 플라즈마는 마이너스 이온을 포함하지 않는 플라즈마로 한다. (1)식에 있어서, Γ, Γe, Γi는 각각 플라즈마, 전자, 이온의 유속(流束)을 나타내고 있고, D는 양극(兩極)성 확산 계수이며, n은 플라즈마 밀도이다. 또한, 양극성 확산 계수 D는, 하기의 (2)식으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00002
(2)식에 있어서, μe, μi는 각각, 전자, 이온의 이동도이며, De, Di는 각각 전자, 이온의 확산 계수이다. 입자종 s의 이동도, 확산 계수는 각각 이하의 (3)식, (4)식으로 나타낸다.
Figure pct00003
Figure pct00004
(3), (4)식에 있어서, qs는 입자종 s의 전하량, kB는 볼트먼 정수, Ts는 입자종 s의 온도, ms는 입자종 s의 질량, νsm은 입자종 s와 중성 입자의 충돌 주파수이다. 이온은 전부 1가의 양(陽)이온이라고 가정하고, (2)식에 (3), (4)식을 대입하면,
Figure pct00005
가 된다.
여기서, 처리 용기(12) 내의 압력이 높은 경우와 낮은 경우의 쌍방에 있어서 동일한 파워의 마이크로파가 투입되고, 전자, 이온의 생성량이 같은 것으로 하면, 플라즈마의 거시적인 유속 Γ은 쌍방의 경우에 있어서 같게 유지된다. 또한, 처리 용기(12) 내의 압력이 높아지면, 입자종 s와 중성 입자의 충돌 빈도 νsm은 커지고, (5)식으로부터, 처리 용기(12) 내의 압력이 높아지면, 양극성 확산 계수 D는, 처리 용기(12) 내의 압력이 낮은 경우의 확산 계수보다 작아진다. 따라서, (1)식의 관계로부터, 처리 용기(12) 내의 압력이 높은 경우의 플라즈마의 유속 Γ을, 처리 용기(12) 내의 압력이 낮은 경우의 플라즈마의 유속 Γ과 같게 하기 위해서는, 강한 플라즈마의 밀도 구배가 필요해진다. 또한, 전자가 여기 충돌이나 전리 충돌 등의 비탄성 충돌을 일으키는 빈도도 높아지고, 전자가 생성되고 나서 비탄성 충돌에 의해 에너지를 잃기까지의 이동 거리가 짧아진다. 이 때문에, 처리 용기(12) 내의 압력이 높아지면, 넓은 영역에 있어서 플라즈마를 확산시키고자 하더라도, 플라즈마가 국재화된다고 하는 현상이 생길 수 있다. 또한, 마이크로파가 대면적 평판 유전체를 통과하여 처리 용기 내에서 플라즈마를 발생시키는 경우, 플라즈마의 발생 위치는 유전체 내의 정재파 모드에 의해 결정되고, 슬롯판 등에서 마이크로파 투입 위치를 규정하더라도, 충분한 플라즈마 발생 위치 제어성을 얻는 것이 어렵다.
한편, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 공간(S)에 접하는 면적이 제한된 복수의 돌출부(42)에 마이크로파를 집중시키고 있기 때문에, 높은 압력하에 있어서도, 플라즈마의 발생 위치를 돌출부(42) 근방으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 높은 압력하에 있어서도, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수하다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 안테나의 다른 실시형태에 관해 설명한다. 도 4는, 다른 실시형태에 따른 안테나를 하측에서 본 평면도이다. 도 5는, 다른 실시형태에 따른 안테나의 금속판 및 복수의 돌출부를 확대하여 나타내는 단면도이며, 도 4의 V-V선을 따른 단면을 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 안테나(14A)의 금속판(40A)에는, 복수의 개구(40Ah)가 형성되어 있다. 복수의 개구(40Ah)는, 동심원(CC1 및 CC2)을 따라서 배열되어 있고, 축선(Z)에 대하여 축대칭으로 형성되어 있다. 복수의 개구(40Ah)는, 금속판(40)의 개구(40h)와는 달리, 축선(Z)에 직교하는 면내에서의 평면형상으로서 원형의 형상을 갖고 있다.
또한, 안테나(14A)는, 복수의 개구(40Ah)를 통과하는 막대형, 즉 원기둥형상의 복수의 돌출부(42A)를 갖고 있다. 이들 돌출부(42A)는, 그 상단에 있어서 유전체판(38)에 접해 있고, 금속판(40A)의 하면보다 하측까지 축선(Z) 방향으로 연장되어 있다. 이러한 구성의 안테나(14A)는, 원기둥형상의 복수의 돌출부(42A)를 갖고 있지만, 안테나(14)에 의해 발휘되는 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 복수의 돌출부는, 제한된 면적으로 처리 공간(S)에 접하도록, 안테나의 금속판에 형성된 개구로부터 금속판의 하측까지 연장되어 나와 있으면, 임의의 형상을 가질 수 있다.
이하, 제한된 면적으로 처리 공간(S)에 접하는 유전체에 마이크로파를 집중시킴으로써, 플라즈마의 발생 위치를 제어할 수 있는 것을 검증한 실험예 1 및 2, 및 시뮬레이션에 관해 설명한다. 도 6은, 실험예에 이용한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6에 나타내는 플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 용기(112)의 상부에 4개의 유전체제의 로드(SP1∼SP4)를 구비하고 있다. 로드(SP1∼SP4)는, 40 mm의 직경 및 353 mm의 길이를 가지며, 100 mm 간격으로 서로 평행하게 배열되어 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 이들 로드는, 로드 SP1, SP3, SP2, SP4의 순으로 한 방향으로 배열되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(100)는, 2개의 직사각형 도파관(114 및 116)을 구비하고 있다. 직사각형 도파관(114 및 116)의 단면 사이즈는, EIA 규격 WR-430에 준거한 109.2 mm×54.6 mm이다. 도파관(114 및 116)은, 로드(SP1∼SP4)의 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있고, 이들 사이에 로드(SP1∼SP4)가 개재되도록 설치되어 있다. 도파관(114)은, 그 반사단에 플런저(118)를 갖고 있고, 도파관(116)은 그 반사단에 플런저(120)를 갖고 있다. 도파관(114)의 도파로 내에는 로드(SP1 및 SP2)의 일단이 위치하고 있어, 로드(SP1 및 SP2)의 타단은 도파관(116)의 도파로의 바로 앞에서 종단하고 있다. 구체적으로는, 로드(SP1 및 SP2) 각각의 일단은, 30 mm의 길이로 도파관(114) 내에 들어가 있다. 또한, 도파관(116)의 도파로 내에는 로드(SP3 및 SP4)의 일단이 위치하고 있고, 로드(SP3 및 SP4)의 타단은 도파관(114)의 도파로의 바로 앞에서 종단하고 있다. 구체적으로는, 로드(SP3 및 SP4) 각각의 일단은, 30 mm의 길이로 도파관(116) 내에 들어가 있다.
도파관(114)에는 플런저(122 및 124)가 부착되어 있다. 플런저(122)는, 반사판(122a) 및 위치 조정 기구(122b)를 갖고 있다. 반사판(122a)은, 도파관(114)의 도파로를 통해 로드(SP1)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(122b)는, 도파로를 구획하는 도파관(114)의 일면(참조부호 114a로 나타냄)으로부터의 반사판(122a)의 위치를 조정하는 기능을 갖는다. 또한, 플런저(124)는, 반사판(124a) 및 위치 조정 기구(124b)를 갖고 있다. 반사판(124a)은, 도파관(114)의 도파로를 통해 로드(SP2)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(124b)는, 도파관(114)의 일면(114a)으로부터의 반사판(124a)의 위치를 조정할 수 있다.
또한, 도파관(116)에는 플런저(126 및 128)가 부착되어 있다. 플런저(126)는, 반사판(126a) 및 위치 조정 기구(126b)를 갖고 있다. 반사판(126a)은, 도파관(116)의 도파로를 통해 로드(SP3)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(126b)는, 도파로를 구획하는 도파관(116)의 일면(참조부호 116a로 나타냄)으로부터의 반사판(126a)의 위치를 조정할 수 있다. 또한, 플런저(128)는, 반사판(128a) 및 위치 조정 기구(128b)를 갖고 있다. 반사판(128a)은, 도파관(116)의 도파로를 통해 로드(SP4)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(128b)는, 도파로를 구획하는 도파관(116)의 일면(116a)으로부터의 반사판(128a)의 위치를 조정할 수 있다.
실험예 1 및 2에서는, 상기 구성을 갖는 플라즈마 처리 장치(100)의 처리 용기(112) 내에 Ar 가스를 공급하고, 도파관(114)에 주파수가 2.45 GHz이고 파워가 1 kW인 마이크로파를 공급했다. 또한, 실험예 1 및 2에서는, 도파관(114)의 일면(114a)으로부터의 반사판(122a)의 거리 d1, 및, 도파관(114)의 일면(114a)으로부터의 반사판(124a)의 거리 d2를 파라미터로서 변화시켰다. 또한, 실험예 1 및 2에서는, 로드(SP1)와 로드(SP2) 사이의 거리는 200 mm로 설정했다. 또한, 실험예 1에서는, 처리 용기(112) 내의 압력을 100 mTorr(13.33 Pa)로 설정하고, 실험예 2에서는, 처리 용기(112) 내의 압력을 1 Torr(133.3 Pa)로 설정했다. 또한, 플런저(118)의 반사판(118a)과 로드(SP1)의 축선의 거리는 85 mm로 했다.
그리고, 실험예 1 및 실험예 2의 쌍방에 있어서, 로드(SP1 및 SP2)의 하측으로부터 플라즈마의 발광 상태를 촬영했다. 도 7은, 실험예 1의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있다, 도 8은, 실험예 2의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있다. 도 7 및 도 8에서는, 거리 d1 및 거리 d2의 설정치에 대응시켜, 그 거리 d1 및 거리 d2의 설정치 하에서의 플라즈마의 발광 상태를 촬영한 화상이 매트릭스형으로 나타나 있다.
도 7 및 도 8에 나타내는 화상에서는, 비교적 휘도가 높은 부분이, 로드(SP1 및 SP2) 근방의 플라즈마의 발광을 나타내고 있다. 따라서, 실험예 1 및 실험예 2의 결과, 플라즈마의 발생 위치를 로드(SP1 및 SP2) 근방으로 제어할 수 있는 것이 확인되었다. 이것으로부터, 도파로로부터 연장되는 유전체제의 부재가 제한된 면적으로 처리 용기 내의 처리 공간에 접하는 구성에 의해, 플라즈마의 발생 위치를 그 유전체제 부재의 근방에 집중시킬 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 거리 d1 및 d2, 즉, 도파관(114)의 도파로로부터의 반사판(122a)의 거리, 및, 도파관(114)의 도파로로부터의 반사판(124a)의 거리를 조정함으로써, 로드(SP1) 근방의 플라즈마의 휘도와 로드(SP2) 근방의 플라즈마의 휘도의 비가 상대적으로 변화하는 것이 확인되었다. 따라서, 실험예 1 및 2의 결과, 거리 d1 및 d2를 조정함으로써, 로드(SP1) 근방에서의 플라즈마의 밀도와 로드(SP2) 근방에서의 플라즈마의 밀도의 비를 조정할 수 있는 것이 확인되었다. 이것으로부터, 도파로로부터 연장되는 유전체제의 복수의 부재가 제한된 면적으로 처리 용기 내의 처리 공간에 접하는 구성에 있어서, 플런저의 반사판의 도파로로부터의 거리를 조정함으로써, 유전체제 부재의 근방에 집중시킨 플라즈마의 밀도 분포를 조정할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 시뮬레이션에 의해, 실험예 1 및 실험예 2와 동일한 설정으로 플라즈마 처리 장치(100)의 전계 강도를 계산했다. 이 시뮬레이션에서는, 거리 d1 및 거리 d2를 파라미터로서 변화시키고, 로드(SP1) 내의 전계 강도 P1과 로드(SP2) 내의 전계 강도 P2를 계산하여, P1/(P1+P2)를 전계 강도의 비로서 구했다. 그 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9에 있어서, 횡축은 거리 d1의 설정치를 나타내고 있고, 종축은 거리 d2의 설정치를 나타내고 있다. 도 9에서는, 거리 d1의 설정치와 거리 d2의 설정치에 대응시켜, 그 거리 d1의 설정치와 거리 d2의 설정치 하에서 계산한 전계 강도의 비 P1/(P1+P2)를 나타내고 있다. 또한, 도 9에서는, 실험예 1 및 2의 거리 d1 및 거리 d2의 설정치와 동일한 설정치의 전계 강도의 비 P1/(P1+P2)를 나타내는 부분을 원으로 둘러싸고 있다. 이 시뮬레이션의 결과, 도 9의 원으로 둘러싸인 부분의 전계 강도의 비 P1/(P1+P2)는, 실험예 1 및 2의 플라즈마의 발광 상태에 정합하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 이 시뮬레이션의 결과로부터도, 플런저의 반사판의 도파로로부터의 거리를 조정함으로써, 유전체제의 복수의 부재 근방에 집중시킨 플라즈마의 밀도 분포를 조정할 수 있는 것이 확인되었다.
이상, 여러가지 실시형태에 관해 설명했지만, 전술한 실시형태에 한정되지 않고 여러가지 변형 양태를 구성할 수 있다. 예컨대, 전술한 실시형태에서는, 유전체제의 복수의 돌출부가 2개의 동심원, 즉 제1 원(CC1) 및 제2 원(CC2)을 따라서 배열되어 있지만, 복수의 돌출부는 3개 이상의 동심원을 따라서 설치되어 있어도 좋다.
10 : 플라즈마 처리 장치, 12 : 처리 용기, 14 : 안테나, 28 : 마이크로파 발생기, 36 : 냉각 재킷, 38 : 유전체판, 40 : 금속판, 40h : 개구, 40i : 가스 분사구, 42 : 돌출부, 44 : 플런저, 44a : 반사판, 44b : 위치 조정 기구, CC1 : 제1 원, CC2 : 제2 원, HT : 히터, WG : 도파로, Z : 축선, 14A : 안테나, 40A : 금속판, 40Ah : 개구, 42A : 돌출부.

Claims (7)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 공간을 구획하는 처리 용기와,
    상기 처리 공간의 상측에 설치된 안테나로서, 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 원반형상의 도파로를 갖는 상기 안테나와,
    상기 안테나에 접속된 마이크로파 발생기와,
    상기 처리 용기 내에 설치된 스테이지로서, 상기 미리 정해진 축선과 교차하도록 상기 처리 공간을 통해 상기 안테나와 대면하는 상기 스테이지
    를 구비하고,
    상기 안테나는 상기 도파로를 하측으로부터 구획하는 금속판을 포함하고,
    상기 금속판에는, 상기 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 제1 원 및 상기 미리 정해진 축선을 중심으로 하고 상기 제1 원보다 큰 직경인 제2 원을 따라서 복수의 개구가 형성되어 있고,
    상기 안테나는, 상기 복수의 개구를 통과하여 상기 처리 공간 내에 연장되어 나온 유전체제(製)의 복수의 돌출부를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 돌출부 중, 상기 제1 원 및 제2 원 중 적어도 한쪽을 따라서 형성된 개구를 통과하는 돌출부와 상기 도파로를 통해 대치하는 반사판을 가지며, 상기 미리 정해진 축선이 연장된 방향에 있어서 상기 도파로로부터의 상기 반사판의 거리를 조정 가능한 플런저를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속판에는, 상기 처리 공간에 처리 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 분사구가 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 가스 분사구는, 상기 미리 정해진 축선을 중심으로 하는 적어도 2개의 동심원을 따라서 형성되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파로 상에 설치된 냉각 재킷과,
    상기 금속판을 가열하는 히터
    를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 돌출부는, 상기 미리 정해진 축선이 연장된 방향으로 연장되는 막대형의 유전체에 의해 구성되어 있고, 상기 복수의 돌출부는, 상기 제1 원 및 상기 제2 원에 있어서 상기 미리 정해진 축선에 대하여 축대칭이 되도록 배열되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 돌출부는, 상기 미리 정해진 축선에 직교하는 단면에 있어서 원호형의 형상을 가지며, 상기 복수의 돌출부는, 상기 제1 원 및 상기 제2 원에 있어서 상기 미리 정해진 축선에 대하여 축대칭이 되도록 배열되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
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