KR20160062699A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20160062699A
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도시히코 이와오
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 슬롯판의 둘레 방향을 따라 배치된 복수의 슬롯으로부터 지파판으로 되돌아가는 마이크로파의 반사파에 기인하여 지파판 내에서 발생하는 슬롯판의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 편차를 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 공간을 구획하는 처리 용기와, 처리 공간에 대향하는 대향면을 갖는 유전체와, 유전체의 대향면과는 반대측의 면 상에 설치된 슬롯판으로서, 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 유전체를 통해 처리 공간으로 방사하는 복수의 슬롯이 축선을 중심으로 둘레 방향을 따라 배치된 슬롯판과, 슬롯판 상에 설치된 지파판으로서, 복수의 슬롯을 덮도록 축선을 중심으로 슬롯판의 직경 방향으로 방사상으로 연장되고, 복수의 슬롯의 각각으로 마이크로파를 공급하는 복수의 연장부를 갖는 지파판을 구비하였다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는, 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리가 널리 행해지고 있다. 고성능 및 고기능의 반도체를 얻기 위해서는, 피처리 기판의 피처리면 전체면에 대하여, 균일한 플라즈마 처리를 행하는 것이 요구된다.
최근의 플라즈마 처리에 있어서는, 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치는, 복수의 슬롯이 둘레 방향을 따라 배치된 슬롯판과, 슬롯판 상에 설치된 지파판을 구비한다. 슬롯판은, 복수의 슬롯으로부터, 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 방사한다. 슬롯판의 복수의 슬롯으로부터 방사된 마이크로파는, 슬롯판과 처리 용기 내의 플라즈마 처리 공간 사이에 설치된 유전체에 의해, 플라즈마 처리 공간으로 유도된다. 지파판은, 슬롯판의 복수의 슬롯의 각각에 마이크로파를 공급한다.
그런데, 이러한 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 피처리 기판의 피처리면 전체면에 대하여, 균일한 플라즈마 처리를 행하기 위해서, 지파판 내의 전계 강도의 편차를 억제하는 것이 요구된다. 이러한 점에서, 슬롯판의 직경 방향을 따라 지파판 내에서 전파되는 마이크로파를 지파판의 외주에 형성된 요철에 의해 지파판의 중심측으로 반사하고, 마이크로파의 반사파끼리를 상쇄시키는 종래 기술이 존재한다. 슬롯판의 직경 방향을 따라 지파판 내에서 전파되는 마이크로파의 반사파끼리 상쇄됨으로써, 슬롯판의 직경 방향을 따른 지파판 내의 전계 강도의 편차가 개선된다.
특허문헌 1 : 일본 특허 제4554065호 공보
그러나, 전술한 종래 기술에서는, 슬롯판의 둘레 방향을 따라 배치된 복수의 슬롯으로부터 지파판으로 되돌아가는 마이크로파의 반사파에 기인하여 지파판 내에서 발생하는 슬롯판의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 편차를 억제하는 것까지는 고려되고 있지 않다.
즉, 슬롯판의 둘레 방향을 따라 배치된 복수의 슬롯으로부터 지파판으로 되돌아가는 마이크로파의 반사파는, 슬롯판의 직경 방향뿐만 아니라 슬롯판의 둘레 방향으로도 전파되는 것이 알려져 있다. 그러나, 종래 기술과 같이, 슬롯판의 직경 방향을 따라 지파판 내에서 전파되는 마이크로파의 반사파끼리를 상쇄시키는 것만으로는, 슬롯판의 둘레 방향을 따라 지파판 내에서 전파되는 마이크로파의 반사파가 잔존하기 때문에, 잔존하는 반사파끼리가 서로 간섭한다. 결과적으로, 지파판 내에서 발생하는 슬롯판의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 편차가 증대될 우려가 있다.
개시된 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시양태에 있어서, 처리 공간을 구획하는 처리 용기와, 상기 처리 공간에 대향하는 대향면을 갖는 유전체와, 상기 유전체의 상기 대향면과는 반대측의 면 상에 설치된 슬롯판으로서, 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 상기 유전체를 통해 상기 처리 공간으로 방사하는 복수의 슬롯이 축선을 중심으로 둘레 방향을 따라 배치된 슬롯판과, 상기 슬롯판 상에 설치된 지파판으로서, 상기 복수의 슬롯을 덮도록 상기 축선을 중심으로 상기 슬롯판의 직경 방향으로 방사상으로 연장되고, 상기 복수의 슬롯의 각각으로 상기 마이크로파를 공급하는 복수의 연장부를 갖는 지파판을 구비하였다.
개시된 플라즈마 처리 장치의 하나의 양태에 따르면, 슬롯판의 둘레 방향을 따라 배치된 복수의 슬롯으로부터 지파판으로 되돌아가는 마이크로파의 반사파에 기인하여 지파판 내에서 발생하는 슬롯판의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 편차를 억제할 수 있다고 하는 효과가 발휘된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시형태에 있어서의 슬롯판을 축선(X) 방향에서 본 평면도이다.
도 3은 일 실시형태에 있어서의 지파판과 슬롯판이 조합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 일 실시형태에 있어서의 지파판 내의 전계 강도의 분포를 나타낸 도면이다.
개시된 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 공간을 구획하는 처리 용기와, 처리 공간에 대향하는 대향면을 갖는 유전체와, 유전체의 대향면과는 반대측의 면 상에 설치된 슬롯판으로서, 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 유전체를 통해 처리 공간으로 방사하는 복수의 슬롯이 축선을 중심으로 둘레 방향을 따라 배치된 슬롯판과, 슬롯판 상에 설치된 지파판으로서, 복수의 슬롯을 덮도록 축선을 중심으로 슬롯판의 직경 방향으로 방사상으로 연장되고, 복수의 슬롯의 각각으로 마이크로파를 공급하는 복수의 연장부를 갖는 지파판을 구비하였다.
또한, 개시된 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 연장부 중 서로 인접한 연장부 사이에 있는 공간에, 마이크로파를 차폐하는 차폐 부재가 배치된다.
또한, 개시된 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 지파판 상에 설치된 냉각 재킷을 더 구비하고, 차폐 부재는, 냉각 재킷에 부착됨으로써 공간에 배치된다.
또한, 개시된 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 차폐 부재는, 슬롯판에 부착됨으로써 공간에 배치된다.
또한, 개시된 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 연장부의 각각의 폭은, 지파판에서 전파되는 마이크로파의 파장의 1/2~1배의 길이의 범위로 설정된다.
또한, 개시된 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 연장부의 각각의 두께는, 복수의 연장부의 각각의 폭보다도 짧다.
또한, 복수의 연장부의 각각의 두께는, 지파판에서 전파되는 마이크로파의 파장의 1/2배 미만의 길이로 설정된다.
이하, 도면을 참조하여 여러 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(12), 스테이지(14), 마이크로파 발생기(16), 안테나(18) 및 유전체창(20)을 구비하고 있다.
처리 용기(12)는 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)을 구획하고 있다. 처리 용기(12)는 측벽(12a) 및 바닥부(12b)를 갖는다. 측벽(12a)은 대략 통 형상으로 형성되어 있다. 이하, 측벽(12a)의 통 형상의 중심에서 통 형상의 연장되는 축선(X)을 가상적으로 설정하고, 축선(X)의 연장 방향을 축선(X) 방향이라고 한다. 바닥부(12b)는 측벽(12a)의 하단측에 설치되고, 측벽(12a)의 바닥측 개구를 덮는다. 바닥부(12b)에는 배기용 배기 구멍(12h)이 형성되어 있다. 측벽(12a)의 상단부는 개구되어 있다.
측벽(12a)의 상단부 개구는 유전체창(20)에 의해 폐쇄되어 있다. 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부 사이에는 O링(21)이 개재되어 있다. 유전체창(20)은 O링(21)을 통해 측벽(12a)의 상단부에 설치된다. O링(21)에 의해 처리 용기(12)의 밀폐가 보다 확실해진다. 스테이지(14)는 처리 공간(S) 내에 수용되고, 피처리 기판(W)이 배치된다. 유전체창(20)은 처리 공간(S)에 대향하는 대향면(20a)을 갖는다.
마이크로파 발생기(16)는, 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파를 발생한다. 일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 튜너(22), 도파관(24), 모드 변환기(26) 및 동축 도파관(28)을 더 구비하고 있다.
마이크로파 발생기(16)는 튜너(22)를 통해 도파관(24)에 접속되어 있다. 도파관(24)은, 예컨대 직사각형 도파관이다. 도파관(24)은 모드 변환기(26)에 접속되어 있고, 모드 변환기(26)는 동축 도파관(28)의 상단에 접속되어 있다.
동축 도파관(28)은 축선(X)을 따라 연장되어 있다. 이 동축 도파관(28)은 외측 도체(28a) 및 내측 도체(28b)를 포함하고 있다. 외측 도체(28a)는 축선(X) 방향으로 연장되는 대략 원통 형상을 갖고 있다. 내측 도체(28b)는 외측 도체(28a)의 내부에 설치되어 있다. 이 내측 도체(28b)는 축선(X)을 따라 연장되는 대략 원통 형상을 갖고 있다.
마이크로파 발생기(16)에 의해 발생된 마이크로파는, 튜너(22) 및 도파관(24)을 통해 모드 변환기(26)에 도파된다. 모드 변환기(26)는, 마이크로파의 모드를 변환하여, 모드 변환 후의 마이크로파를 동축 도파관(28)에 공급한다. 동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 안테나(18)로 공급된다.
안테나(18)는, 마이크로파 발생기(16)에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 방사한다. 안테나(18)는 슬롯판(30), 지파판(32) 및 냉각 재킷(34)을 갖는다. 안테나(18)는, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 반대측의 면(20b) 상에 설치되고, 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 유전체창(20)을 통해 처리 공간(S)으로 방사한다.
슬롯판(30)은 축선(X)에 판면이 직교하는 대략 원판 형상으로 형성된다. 슬롯판(30)은, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 반대측의 면(20b) 상에, 유전체창(20)과 서로 판면을 맞추어 배치된다. 도 2는 일 실시형태에 있어서의 슬롯판을 축선(X) 방향에서 본 평면도이다. 일 실시형태에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 슬롯판(30)은 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯판이다. 슬롯판(30)은 도전성을 갖는 금속제의 원판 형상으로 형성된다. 슬롯판(30)에는, 복수의 슬롯(30a)이 축선(X)을 중심으로 둘레 방향을 따라 배치되어 있다. 복수의 슬롯(30a)은, 마이크로파를 유전체창(20)을 통해 처리 공간(S)으로 방사하는 슬릿 형상의 구멍이다. 또한, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 관통 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다.
또한, 도 2에서는, 복수의 슬롯(30a)이 슬릿 형상의 구멍으로서 형성되는 예를 나타내었지만, 복수의 슬롯(30a)의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 복수의 슬롯(30a)의 형상은, 원 형상이어도 좋고, 또한 서로 교차하는 방향으로 연장되는 긴 구멍을 조합하여 얻어지는 형상이어도 좋다.
도 1을 다시 참조한다. 지파판(32)은 슬롯판(30) 상에 설치되어 있다. 지파판(32)은, 예컨대 석영 등의 유전체에 의해 형성되며, 슬롯판(30)의 복수의 슬롯(30a)에 마이크로파를 공급한다. 또한, 지파판(32)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
냉각 재킷(34)은, 내부에 냉매가 통류 가능한 유로(34a)가 형성되어 있고, 냉매의 통류에 의해 지파판(32) 및 슬롯판(30)을 냉각한다. 냉각 재킷(34)의 표면은 도전성을 갖는다. 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 지파판(32)의 중앙 부분에 형성된 구멍을 통해, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 지파판(32)으로 전파되고, 슬롯판(30)의 슬롯(30a)으로부터 유전체창(20)을 통해, 처리 공간(S) 내로 도입된다. 유전체창(20)은 대략 원판 형상을 갖고 있고, 예컨대 석영에 의해 구성된다. 이 유전체창(20)은, 처리 공간(S)과 안테나(18) 사이에 설치되어 있고, 일 실시형태에 있어서는, 축선(X) 방향에서 안테나(18)의 바로 아래에 설치되어 있다.
일 실시형태에 있어서는, 동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 내부 구멍에는, 도관(36)이 통과하고 있다. 슬롯판(30)의 중앙부에는, 도관(36)이 관통 가능한 관통 구멍(30d)이 형성되어 있다. 도관(36)은, 축선(X)을 따라 연장되어 있고, 가스 공급계(38), 가스 공급계(39) 및 가스 공급계(40)에 접속된다.
가스 공급계(38)는, 도관(36)에 피처리 기판(W)을 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(38)에 의해 공급되는 처리 가스는 탄소를 포함한다. 이 처리 가스는, 일 실시형태에서는 에칭 가스이며, 예컨대 CF4 가스, 또는 CH2F2 가스이다. 가스 공급계(38)는 가스원(38a), 밸브(38b) 및 유량 제어기(38c)를 포함할 수 있다. 가스원(38a)은 처리 가스의 가스원이다. 밸브(38b)는, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(38c)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(39)는, 산소 가스(O2 가스)를 도관(36)에 공급한다. 가스 공급계(39)로부터 공급되는 산소 가스는 클리닝 가스를 구성한다. 가스 공급계(39)는 가스원(39a), 밸브(39b) 및 유량 제어기(39c)를 포함할 수 있다. 가스원(39a)은 산소 가스의 가스원이다. 밸브(39b)는 가스원(39a)으로부터의 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(39c)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(39a)으로부터의 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(40)는 아르곤 가스를 도관(36)에 공급한다. 일 실시형태에 있어서는, 가스 공급계(39)로부터의 클리닝 가스뿐만 아니라 가스 공급계(40)로부터 아르곤 가스가 공급된다. 가스 공급계(40)는 가스원(40a), 밸브(40b) 및 유량 제어기(40c)를 포함할 수 있다. 가스원(40a)은 아르곤 가스의 가스원이다. 밸브(40b)는 가스원(40a)으로부터의 아르곤 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(40c)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(40a)으로부터의 아르곤 가스의 유량을 조정한다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는, 또한 인젝터(41)를 더 구비할 수 있다. 인젝터(41)는, 도관(36)으로부터의 가스를 유전체창(20)에 형성된 관통 구멍(20h)에 공급한다. 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)에 공급된 가스는, 처리 공간(S)으로 공급된다. 이하의 설명에서는, 도관(36), 인젝터(41) 및 관통 구멍(20h)에 의해 구성되는 가스 공급 경로를, 「중앙 가스 도입부」라고 하는 경우가 있다.
일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급부(42)를 더 구비할 수 있다. 가스 공급부(42)는, 스테이지(14)와 유전체창(20) 사이에서, 축선(X) 주위로부터 가스를 처리 공간(S)으로 공급한다. 이하의 설명에서는, 가스 공급부(42)를 「주변 가스 도입부」라고 하는 경우가 있다. 가스 공급부(42)는 도관(42a)을 포함한다. 도관(42a)은, 유전체창(20)과 스테이지(14) 사이에서 축선(X)을 중심으로 환상으로 연장되어 있다. 도관(42a)에는 복수의 가스 공급 구멍(42b)이 형성되어 있다. 복수의 가스 공급 구멍(42b)은, 환상으로 배열되고, 축선(X)을 향해 개구되어 있으며, 도관(42a)에 공급된 가스를, 축선(X)을 향해 공급한다. 이 가스 공급부(42)는, 도관(46)을 통해, 가스 공급계(43), 가스 공급계(44) 및 가스 공급계(45)에 접속되어 있다.
가스 공급계(43)는, 가스 공급부(42)에 피처리 기판(W)을 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(43)로부터 공급되는 처리 가스는, 가스 공급계(38)의 처리 가스와 마찬가지로, 탄소를 포함한다. 이 처리 가스는, 일 실시형태에서는, 에칭 가스이며, 예컨대 CF4 가스, 또는 CH2F2 가스이다. 가스 공급계(43)는, 가스원(43a), 밸브(43b) 및 유량 제어기(43c)를 포함할 수 있다. 가스원(43a)은 처리 가스의 가스원이다. 밸브(43b)는 가스원(43a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(43c)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(43a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(44)는 산소 가스(O2 가스)를 가스 공급부(42)에 공급한다. 가스 공급계(44)로부터 공급되는 가스는 클리닝 가스를 구성한다. 가스 공급계(44)는 가스원(44a), 밸브(44b) 및 유량 제어기(44c)를 포함할 수 있다. 가스원(44a)은 산소 가스의 가스원이다. 밸브(44b)는 가스원(44a)으로부터의 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(44c)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(44a)으로부터의 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(45)는 아르곤 가스를 가스 공급부(42)에 공급한다. 일 실시형태에 있어서는, 가스 공급계(44)로부터의 클리닝 가스뿐만 아니라 가스 공급계(45)로부터의 아르곤 가스가 공급된다. 가스 공급계(45)는 가스원(45a), 밸브(45b) 및 유량 제어기(45c)를 포함할 수 있다. 가스원(45a)은 아르곤 가스의 가스원이다. 밸브(45b)는 가스원(45a)으로부터의 아르곤 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(45c)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(45a)으로부터의 아르곤 가스의 유량을 조정한다.
스테이지(14)는, 축선(X) 방향에서 유전체창(20)과 대면하도록 설치되어 있다. 이 스테이지(14)는, 유전체창(20)과 상기 스테이지(14) 사이에 처리 공간(S)을 두도록 설치되어 있다. 스테이지(14) 상에는 피처리 기판(W)이 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 스테이지(14)는 받침대(14a), 포커스링(14b) 및 정전척(14c)을 포함한다.
받침대(14a)는 통 형상 지지부(48)에 의해 지지되어 있다. 통 형상 지지부(48)는, 절연성 재료로 구성되어 있고, 바닥부(12b)로부터 수직 위쪽으로 연장되어 있다. 또한, 통 형상 지지부(48)의 외주에는, 도전성의 통 형상 지지부(50)가 설치되어 있다. 통 형상 지지부(50)는, 통 형상 지지부(48)의 외주를 따라 처리 용기(12)의 바닥부(12b)로부터 수직 위쪽으로 연장되어 있다. 이 통 형상 지지부(50)와 측벽(12a) 사이에는 환상의 배기로(51)가 형성되어 있다.
배기로(51)의 상부에는, 복수의 관통 구멍이 형성된 환상의 배플판(52)이 부착되어 있다. 배기 구멍(12h)의 하부에는 배기관(54)을 통해 배기 장치(56)가 접속되어 있다. 배기 장치(56)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있다. 배기 장치(56)에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.
받침대(14a)는 고주파 전극을 겸하고 있다. 받침대(14a)에는, 급전 막대(62) 및 매칭 유닛(60)을 통해 RF 바이어스용 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은, 피처리 기판(W)에 인입하는 이온의 에너지를 제어하는 데 알맞은 일정 주파수, 예컨대 13.65 ㎒의 고주파 전력을 소정의 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.
받침대(14a)의 상면에는, 정전척(14c)이 설치되어 있다. 정전척(14c)은 피처리 기판(W)을 정전 흡착력으로 유지한다. 정전척(14c)의 직경 방향 외측에는, 피처리 기판(W)의 주위를 환상으로 둘러싸는 포커스링(14b)이 설치되어 있다. 정전척(14c)은 전극(14d), 절연막(14e) 및 절연막(14f)을 포함하고 있다. 전극(14d)은, 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연막(14e)과 절연막(14f) 사이에 설치되어 있다. 전극(14d)에는, 고압의 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 정전척(14c)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해, 피처리 기판(W)을 흡착 유지할 수 있다.
받침대(14a)의 내부에는, 둘레 방향으로 연장되는 환상의 냉매실(14g)이 설치되어 있다. 이 냉매실(14g)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(70, 72)을 통해 소정 온도의 냉매, 예컨대 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해 정전척(14c)의 상면 온도가 제어된다. 전열 가스, 예컨대 He 가스가 가스 공급관(74)을 통해 정전척(14c)의 상면과 피처리 기판(W)의 이면 사이에 공급되어 있고, 이 정전척(14c)의 상면 온도에 의해 피처리 기판(W)의 온도가 제어된다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 도관(36) 및 인젝터(41)의 관통 구멍을 통해 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)으로부터 처리 공간(S) 내로 축선(X)을 따라 가스가 공급된다. 또한, 관통 구멍(20h)보다도 아래쪽에서, 가스 공급부(42)로부터 축선(X)을 향해 가스가 공급된다. 또한, 안테나(18)로부터 유전체창(20)을 통해 처리 공간(S) 및/또는 관통 구멍(20h) 내로 마이크로파가 도입된다. 이에 따라, 처리 공간(S) 및/또는 관통 구멍(20h)에서 플라즈마가 발생한다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)에 따르면, 자장(磁場)을 가하지 않고, 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
다음에, 도 3을 참조하여, 지파판(32)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 일 실시형태에 있어서의 지파판과 슬롯판이 조합된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지파판(32)은, 축선(X)에 판면이 직교하는 대략 톱니바퀴 형상으로 형성된다. 지파판(32)은, 슬롯판(30)과 냉각 재킷(34)의 판측 표면 사이에 설치되어 있다. 지파판(32)은, 원판 형상의 본체부(32a)와, 본체부(32a)로부터 연장되는 복수의 연장부(32b)를 갖는다. 본체부(32a)의 중앙부에는, 동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)를 배치하기 위한 대략 원통 형상의 구멍이 형성된다. 이 구멍의 주위를 형성하는 본체부(32a)의 내경측의 단부에는, 지파판(32)의 두께 방향으로 돌출되는 링 형상의 돌출부(32c)가 형성된다. 동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)와 외측 도체(28a)의 간극을 통해 전파된 마이크로파는, 돌출부(32c)를 통해 본체부(32a)에 입력되고, 본체부(32a) 내에서 전파된 후, 복수의 연장부(32b)로 입력된다.
복수의 연장부(32b)는, 슬롯판(30)의 복수의 슬롯(30a)을 각각 덮도록 축선(X)을 중심으로 슬롯판(30)의 직경 방향으로 방사상으로 연장되어 있다. 복수의 연장부(32b)는, 본체부(32a)로부터 마이크로파가 입력되면, 입력된 마이크로파를 슬롯판(30)의 복수의 슬롯(30a)의 각각으로 공급한다. 그리고, 복수의 연장부(32b)로부터 슬롯판(30)의 복수의 슬롯(30a)의 각각으로 공급된 마이크로파는, 복수의 슬롯(30a)으로부터 유전체창(20)을 통해 처리 공간(S)으로 방사된다. 그리고, 처리 공간(S)에서 반사된 마이크로파(이하 「마이크로파의 반사파」라고 함)는, 슬롯판(30)의 복수의 슬롯(30a)으로부터 복수의 연장부(32b)로 되돌아가고, 슬롯판(30)의 직경 방향을 따라 복수의 연장부(32b) 내에서 전파된다.
또한, 복수의 연장부(32b)의 각각의 폭(W1)은, 지파판(32)에서 전파되는 마이크로파의 파장의 1/2~1배의 길이의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 연장부(32b)의 각각의 두께(T1)는, 복수의 연장부(32b)의 각각의 폭(W1)보다도 짧은 것이 바람직하다. 예컨대, 복수의 연장부(23)의 각각의 두께(T1)는, 지파판(32)에서 전파되는 마이크로파의 파장의 1/2배 미만의 길이로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 복수의 연장부(32b)의 각각의 형상이 설정됨으로써, 복수의 연장부(32b)의 각각에서 전파되는 마이크로파의 분포 또는 마이크로파의 반사파의 분포가 기본 모드인 TE10 모드로 고정된다.
복수의 연장부(32b) 중 서로 인접한 연장부(32b) 사이에 있는 공간(32b-1)에는, 차폐 부재(35)가 배치된다. 차폐 부재(35)는, 예컨대 도체에 의해 공간(32b-1)의 형상에 대응하는 형상으로 형성되고, 마이크로파를 차폐한다. 차폐 부재(35)가 공간(32b-1)에 배치됨으로써, 연장부(32b)로부터 공간(32b-1)으로 새어 나오는 마이크로파의 반사파가 공간(32b-1)을 통해 다른 연장부(32b)로 전파되는 것을 억제할 수 있어, 마이크로파의 반사파끼리의 간섭이 보다 확실하게 회피된다.
차폐 부재(35)는, 슬롯판(30)에 부착됨으로써 공간(32b-1)에 배치된다. 이에 따라, 공간(32b-1) 중 슬롯판(30) 근방의 영역으로 새어 나오는 마이크로파의 반사파가 차폐 부재(35)에 의해 효율적으로 차단된다.
도 4는, 일 실시형태에 있어서의 지파판 내의 전계 강도의 분포의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 4에 있어서, 색의 농담은, 전계 강도의 강약을 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 지파판(32)이, 복수의 슬롯(30a)을 덮는 복수의 연장부(32b)를 가짐으로써, 마이크로파의 반사파가 슬롯판(30)의 직경 방향(도 4 중의 화살표 방향)을 따라 복수의 연장부(32b) 내에서 전파된다. 이에 따라, 마이크로파의 반사파가 슬롯판(30)의 둘레 방향을 따라 지파판(32) 내에서 전파되는 사태가 회피되고, 마이크로파의 반사파끼리의 간섭이 회피된다. 이와 같이, 마이크로파의 반사파끼리의 간섭이 회피됨으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로파의 반사파에 기인하여 지파판(32) 내에서 발생하는 슬롯판(30)의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 편차를 억제하는 것이 가능해졌다.
이상, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 지파판(32)이, 복수의 슬롯(30a)을 덮도록 슬롯판(30)의 직경 방향으로 연장되는 복수의 연장부(32b)를 가짐으로써, 복수의 연장부(32b) 내에서 슬롯판(30)의 직경 방향을 따라 마이크로파의 반사파를 전파시킬 수 있다. 결과적으로, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(10)에 따르면, 지파판(32) 내에서 발생하는 슬롯판(30)의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 차폐 부재(35)가, 슬롯판(30)에 부착됨으로써 공간(32b-1)에 배치되는 예를 나타내었지만, 개시 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 차폐 부재(35)는, 냉각 재킷(34)에 부착됨으로써 공간(32b-1)에 배치되어도 좋다. 이에 따라, 마이크로파의 반사파끼리의 간섭을 한층 더 억제할 수 있고, 냉각 재킷(34)으로부터 효율적으로 공간(32b-1)의 열을 방출할 수 있다.
10 : 플라즈마 처리 장치 12 : 처리 용기
14 : 스테이지 16 : 마이크로파 발생기
18 : 안테나 20 : 유전체창
30 : 슬롯판 30a : 슬롯
32 : 지파판 32b : 연장부
34 : 냉각 재킷 35 : 차폐 부재

Claims (7)

  1. 처리 공간을 구획하는 처리 용기와,
    상기 처리 공간에 대향하는 대향면을 갖는 유전체와,
    상기 유전체의 상기 대향면과는 반대측의 면 상에 설치된 슬롯판으로서, 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 상기 유전체를 통해 상기 처리 공간으로 방사하는 복수의 슬롯이 축선을 중심으로 둘레 방향을 따라 배치된 슬롯판과,
    상기 슬롯판 상에 설치된 지파판으로서, 상기 복수의 슬롯을 덮도록 상기 축선을 중심으로 상기 슬롯판의 직경 방향으로 방사상으로 연장되고, 상기 복수의 슬롯의 각각으로 상기 마이크로파를 공급하는 복수의 연장부를 갖는 지파판
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 연장부 중 서로 인접한 연장부 사이에 있는 공간에, 상기 마이크로파를 차폐하는 차폐 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 지파판 상에 설치된 냉각 재킷을 더 구비하고,
    상기 차폐 부재는, 상기 냉각 재킷에 부착됨으로써 상기 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 차폐 부재는, 상기 슬롯판에 부착됨으로써 상기 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 연장부의 각각의 폭은, 상기 지파판에서 전파되는 상기 마이크로파의 파장의 1/2~1배의 길이의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 연장부의 각각의 두께는, 상기 복수의 연장부의 각각의 폭보다도 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 연장부의 각각의 두께는, 상기 지파판에서 전파되는 상기 마이크로파의 파장의 1/2배 미만의 길이로 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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