KR20220103039A

KR20220103039A - 안테나 및 플라스마 처리 장치

Info

Publication number: KR20220103039A
Application number: KR1020220000836A
Authority: KR
Inventors: 히토시 가토; 히로유키 기쿠치
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2022-07-21
Also published as: US20220223375A1; JP2022109089A

Abstract

기판 처리의 산화량 또는 질화량에 따라서 형상이 정해진 안테나를 제공한다. 소정의 처리실 상에 배치되어 사용되고, 형상에 의해 상기 처리실 내에 있어서의 기판 처리의 산화량 또는 질화량이 조정 가능한 유도 결합형 플라스마용 안테나이며, 상기 처리실 상에 안테나 부재를 배치하고, 상기 안테나 부재의 각 측정점에 있어서 산화량 또는 질화량이 소정값으로 되는 상기 안테나 부재의 위치를 구하고, 상기 각 측정점에 있어서 구한 상기 안테나 부재의 위치에 기초하여 형상이 정해져 있다.

Description

안테나 및 플라스마 처리 장치{ANTENNA AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 개시는, 안테나 및 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.

종래부터, 긴 방향 및 짧은 방향을 갖는 소정의 주회 형상을 형성하도록, 소정의 주회 형상을 따라서 연장되고, 긴 방향에 있어서의 연결 위치가 짧은 방향에 있어서 대향하여 쌍을 이루도록 단부끼리가 연결된 복수의 안테나 부재와, 인접하는 복수의 안테나 부재의 단부끼리를 연결하는 변형 가능하며 도전성을 갖는 연결 부재와, 복수의 안테나 부재의 적어도 2개에 개별로 연결되고, 복수의 안테나 부재의 적어도 2개를 상하 이동시켜서 연결 부재를 지지점으로 하는 굽힘 각도를 변경 가능한 적어도 2개의 상하 이동 기구를 갖는 안테나가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2018-41685호 공보

본 개시는, 기판 처리의 산화량 또는 질화량에 따라서 형상이 정해진 안테나를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 따른 안테나는, 소정의 처리실 상에 배치되어 사용되고, 형상에 의해 상기 처리실 내에 있어서의 기판 처리의 산화량 또는 질화량이 조정 가능한 유도 결합형 플라스마용 안테나이며, 상기 처리실 상에 안테나 부재를 배치하고, 상기 안테나 부재의 각 측정점에 있어서 산화량 또는 질화량이 소정값으로 되는 상기 안테나 부재의 위치를 구하고, 상기 각 측정점에 있어서 구한 상기 안테나 부재의 위치에 기초하여 형상이 정해져 있다.

본 개시에 의하면, 플라스마 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 일례의 대략 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 일례의 개략 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 서셉터의 동심원을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부에 마련되는 하우징의 일례의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 서셉터의 회전 방향을 따라서 진공 용기를 절단한 종단면도를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 플라스마 처리 영역에 마련된 플라스마 처리용 가스 노즐을 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부에 마련되는 패러데이 실드의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 안테나 장치 및 플라스마 발생 장치의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 안테나 장치 및 플라스마 발생 장치의 측면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 안테나(83)의 측면도이다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 안테나의 형상의 결정 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 산화력이 1이 되는 안테나 높이를 계산한 표와, 그것을 플롯한 안테나 형상을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 안테나(83)의 구성의 방법의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 16의 최적화의 형상을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 18은 도 17에서 도시한 안테나를 사용하여 산화력을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 19는 안테나를 사용하여 성막한 실리콘 산화막의 막 두께를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.

[플라스마 처리 장치의 구성]

도 1에, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 일례의 개략 종단면도를 나타낸다. 또한, 도 2에, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 일례의 개략 평면도를 나타낸다. 또한, 도 2에서는, 설명의 편의상, 천장판(11)의 묘화를 생략하였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치는, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 마련되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가짐과 함께 웨이퍼(W)를 공전시키기 위한 서셉터(2)를 구비하고 있다.

진공 용기(1)는, 웨이퍼(W)를 수용하여 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된 막 등에 플라스마 처리를 행하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는, 서셉터(2)의 후술하는 오목부(24)에 대향하는 위치에 마련된 천장판(천장부)(11)과, 용기 본체(12)를 구비하고 있다. 또한, 용기 본체(12)의 상면의 주연부에는, 링형으로 마련된 시일 부재(13)가 마련되어 있다. 그리고, 천장판(11)은, 용기 본체(12)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있다. 평면에서 볼 때 진공 용기(1)의 직경 치수(내경 치수)는 한정되지 않지만, 예를 들어 1100㎜ 정도로 할 수 있다.

진공 용기(1) 내의 상면측에 있어서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중심부 영역 C에 있어서 서로 다른 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 억제하기 위해서 분리 가스를 공급하는, 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다.

서셉터(2)는, 중심부에서 개략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 뻗는 회전축(22)에 대하여, 연직축 둘레, 도 2에 도시한 예에서는 시계 방향으로, 구동부(23)에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 서셉터(2)의 직경 치수는 한정되지 않지만, 예를 들어 1000㎜ 정도로 할 수 있다.

회전축(22) 및 구동부(23)는, 케이스체(20)에 수납되어 있으며, 이 케이스체(20)는, 상면측의 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 이 케이스체(20)에는, 서셉터(2)의 하방 영역에 질소 가스 등을 퍼지 가스(분리 가스)로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다.

진공 용기(1)의 저면부(14)에 있어서의 코어부(21)의 외주측은, 서셉터(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링형으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.

서셉터(2)의 표면부에는, 직경 치수가 예를 들어 300㎜인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 형성되어 있다. 이 오목부(24)는, 서셉터(2)의 회전 방향을 따라서, 복수 개소, 예를 들어 5개소에 마련되어 있다. 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경보다도 근소하게, 구체적으로는 1㎜ 내지 4㎜ 정도 큰 내경을 갖는다. 또한, 오목부(24)의 깊이는, 웨이퍼(W)의 두께와 거의 동등하거나, 또는 웨이퍼(W)의 두께보다도 크게 구성된다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과, 서셉터(2)의 웨이퍼(W)가 적재되지 않은 영역의 표면이 동일한 높이가 되거나, 웨이퍼(W)의 표면이 서셉터(2)의 표면보다도 낮아진다. 또한, 오목부(24)의 깊이는, 웨이퍼(W)의 두께보다도 깊은 경우라도, 너무 깊게 하면 성막에 영향을 미치는 경우가 있어, 웨이퍼(W)의 두께의 3배 정도의 깊이까지로 하는 것이 바람직하다. 또한, 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려서 승강시키기 위한 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는, 도시하지 않은 관통 구멍이 형성되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 서셉터(2)의 회전 방향을 따라서, 제1 처리 영역 P1과, 제2 처리 영역 P2와, 제3 처리 영역 P3이 서로 이격해서 마련된다. 제3 처리 영역 P3은, 플라스마 처리 영역이므로, 이후, 플라스마 처리 영역 P3으로 나타내도 되는 것으로 한다. 또한, 서셉터(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 대향하는 위치에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 복수개, 예를 들어 7개의 가스 노즐(31, 32, 33, 34, 35, 41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 방사형으로 배치되어 있다. 이들 각각의 가스 노즐(31 내지 35, 41, 42)은, 서셉터(2)와 천장판(11)의 사이에 배치된다. 또한, 이들 각각의 가스 노즐(31 내지 34, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역 C를 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 수평하게 뻗도록 설치되어 있다. 한편, 가스 노즐(35)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심 영역 C를 향해 연장된 후, 굴곡하여 직선적으로 중심부 영역 C를 따르도록 반시계 방향(서셉터(2)의 회전 방향의 반대 방향)으로 연장되어 있다. 도 2에 도시한 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향(서셉터(2)의 회전 방향)으로, 플라스마 처리용 가스 노즐(33, 34), 플라스마 처리용 가스 노즐(35), 분리 가스 노즐(41), 제1 처리 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42), 제2 처리 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32)에서 공급되는 가스는, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)에서 공급되는 가스와 동질의 가스가 공급되는 경우가 많지만, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)에서 당해 가스의 공급이 충분한 경우에는, 반드시 마련되지는 않아도 된다.

또한, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)은, 1개의 플라스마 처리용 가스 노즐로 대용해도 된다. 이 경우, 예를 들어 제2 처리 가스 노즐(32)과 마찬가지로, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심 영역 C를 향해 연장된 플라스마 처리용 가스 노즐을 마련하도록 해도 된다.

제1 처리 가스 노즐(31)은, 제1 처리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32)은, 제2 처리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)은, 각각 플라스마 처리용 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다.

각 노즐(31 내지 35, 41, 42)은, 유량 조정 밸브를 통해 도시하지 않은 각각의 가스 공급원에 접속되어 있다.

이들 노즐(31 내지 35, 41, 42)의 하면측(서셉터(2)에 대향하는 측)에는, 전술한 각 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍(36)이 서셉터(2)의 반경 방향을 따라서 복수 개소에 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 각 노즐(31 내지 35, 41, 42)의 각각의 하단 에지와 서셉터(2)의 상면 사이의 이격 거리가 예를 들어 1 내지 5㎜ 정도로 되도록 배치되어 있다.

제1 처리 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1이며, 제2 처리 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 제2 처리 가스를 웨이퍼(W)에 공급하는 제2 처리 영역 P2이다. 또한, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 하방 영역은, 웨이퍼(W) 상의 막의 개질 처리를 행하기 위한 제3 처리 영역 P3이 된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2 및 제3 처리 영역 P3과 제1 처리 영역 P1을 분리하는 분리 영역 D를 형성하기 위해서 마련된다. 또한, 제2 처리 영역 P2와 제3 처리 영역 P3의 사이에는 분리 영역 D는 마련되어 있지 않다. 제2 처리 영역 P2에서 공급하는 제2 처리 가스와, 제3 처리 영역 P3에서 공급하는 혼합 가스는, 혼합 가스에 포함되어 있는 성분의 일부가 제2 처리 가스와 공통되는 경우가 많으므로, 특히 분리 가스를 사용하여 제2 처리 영역 P2와 제3 처리 영역 P3을 분리할 필요가 없기 때문이다.

상세는 후술하지만, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터는, 성막하려고 하는 막의 주성분을 이루는 원료 가스가 제1 처리 가스로서 공급된다. 예를 들어, 성막하려고 하는 막이 실리콘 산화막(SiO₂)인 경우에는, 유기 아미노실란 가스 등의 실리콘 함유 가스가 공급된다. 제2 처리 가스 노즐(32)로부터는, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스가 제2 처리 가스로서 공급된다. 예를 들어, 성막하려고 하는 막이 실리콘 산화막(SiO₂)인 경우에는, 산소 가스, 오존 가스 등의 산화 가스가 공급된다. 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로부터는, 성막된 막의 개질 처리를 행하기 위해서, 제2 처리 가스와 마찬가지의 가스와 희가스를 포함하는 혼합 가스가 공급된다. 여기서, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)은, 서셉터(2) 상의 다른 영역에 가스를 공급하는 구조로 되어 있으므로, 영역마다 희가스의 유량비를 다르게 하여, 개질 처리가 전체적으로 균일하게 행해지도록 공급해도 된다.

도 3에, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 서셉터의 동심원을 따른 단면도를 나타낸다. 또한, 도 3은, 분리 영역 D로부터 제1 처리 영역 P1을 거쳐서 분리 영역 D까지의 단면도이다.

분리 영역 D에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 개략 부채형의 볼록형부(4)가 마련되어 있다. 볼록형부(4)는, 천장판(11)의 이면에 설치되어 있고, 진공 용기(1) 내에는, 볼록형부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 둘레 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면 (45)(제2 천장면)이 형성된다.

천장면(44)을 형성하는 볼록형부(4)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 정상부가 원호형으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 볼록형부(4)에는, 둘레 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 뻗도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(41, 42)이 이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또한, 볼록형부(4)의 주연부(진공 용기(1)의 외연측의 부위)는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해서, 서셉터(2)의 외측 단부면에 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대하여 근소하게 이격되도록, L자형으로 굴곡되어 있다.

제1 처리 가스 노즐(31)의 상방측에는, 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)를 따라 통류시키기 위해서, 또한 분리 가스가 웨이퍼(W)의 근방을 피해서 진공 용기(1)의 천장판(11)측을 통류하도록, 노즐 커버(230)가 마련되어 있다. 노즐 커버(230)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 처리 가스 노즐(31)을 수납하기 위해서 하면측이 개구되는 개략 상자형의 커버체(231)와, 이 커버체(231)의 하면측 개구단부에 있어서의 서셉터(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측에 각각 접속된 판형체인 정류판(232)을 구비하고 있다. 또한, 서셉터(2)의 회전 중심측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은, 제1 처리 가스 노즐(31)의 선단부에 대향하도록 서셉터(2)를 향해 뻗어나와 있다. 또한, 서셉터(2)의 외연측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은, 제1 처리 가스 노즐(31)에 간섭하지 않도록 절결되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 상방측에는, 진공 용기(1) 내로 토출되는 플라스마 처리용 가스를 플라스마화하기 위해서, 플라스마 발생 장치(80)가 마련되어 있다.

도 4에, 본 실시 형태에 따른 플라스마 발생부의 일례의 종단면도를 나타낸다. 또한, 도 5에, 본 실시 형태에 따른 플라스마 발생부의 일례의 분해 사시도를 나타낸다. 또한, 도 6에, 본 실시 형태에 따른 플라스마 발생부에 마련되는 하우징의 일례의 사시도를 나타낸다.

플라스마 발생 장치(80)는, 금속선 등으로 형성되는 안테나(83)를 코일형으로 예를 들어 연직축 둘레로 3중으로 권회하여 구성되어 있다. 또한, 플라스마 발생 장치(80)는, 평면에서 볼 때 서셉터(2)의 직경 방향으로 뻗는 띠형체 영역을 둘러싸도록, 또한 서셉터(2) 상의 웨이퍼(W)의 직경 부분을 걸치도록 배치되어 있다.

안테나(83)는, 정합기(84)를 통해 주파수가 예를 들어 13.56㎒ 및 출력 전력이 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 그리고, 안테나(83)는, 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 마련되어 있다. 또한, 도 1 및 도 3에 있어서, 안테나(83)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극(86)이 마련되어 있다.

또한, 안테나(83)는, 상하로 절곡 가능한 구성을 갖고, 안테나(83)를 자동적으로 상하로 절곡 가능한 상하 이동 기구가 마련되지만, 도 2에 있어서는 그것들의 상세는 생략하였다. 그 상세에 대해서는 후술한다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 상방측에 있어서의 천장판(11)에는, 평면에서 볼 때 개략 부채형으로 개구되는 개구부(11a)가 형성되어 있다.

개구부(11a)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 개구부(11a)의 개구 에지부를 따라서, 이 개구부(11a)에 기밀하게 마련되는 환형 부재(82)를 갖는다. 후술하는 하우징(90)은, 이 환형 부재(82)의 내주면측에 기밀하게 마련된다. 즉, 환형 부재(82)는, 외주측이 천장판(11)의 개구부(11a)에 면하는 내주면(11b)에 대향함과 함께, 내주측이 후술하는 하우징(90)의 플랜지부(90a)에 대향하는 위치에, 기밀하게 마련된다. 그리고, 이 환형 부재(82)를 통해 개구부(11a)에는, 안테나(83)를 천장판(11)보다도 하방측에 위치시키기 위해서, 예를 들어 석영 등의 유도체에 의해 구성된 하우징(90)이 마련된다. 하우징(90)의 저면은, 플라스마 발생 영역 P2의 천장면(46)을 구성한다.

하우징(90)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 상방측의 주연부가 둘레 방향에 걸쳐서 플랜지형으로 수평하게 뻗어나와서 플랜지부(90a)를 이룸과 함께, 평면에서 볼 때, 중앙부가 하방측의 진공 용기(1)의 내부 영역을 향해 움푹 파이도록 형성되어 있다.

하우징(90)은, 이 하우징(90)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치한 경우에, 서셉터(2)의 직경 방향에 있어서의 웨이퍼(W)의 직경 부분을 걸치도록 배치되어 있다. 또한, 환형 부재(82)와 천장판(11)의 사이에는, O-링 등의 시일 부재(11c)가 마련된다.

진공 용기(1)의 내부 분위기는, 환형 부재(82) 및 하우징(90)을 통해 기밀하게 설정되어 있다. 구체적으로는, 환형 부재(82) 및 하우징(90)을 개구부(11a) 내에 떨어뜨리고, 이어서 환형 부재(82) 및 하우징(90)의 상면이며, 환형 부재(82) 및 하우징(90)의 접촉부를 따르도록 프레임형으로 형성된 압박 부재(91)에 의해 하우징(90)을 하방측을 향해 둘레 방향에 걸쳐서 압박한다. 또한, 이 압박 부재(91)를 도시하지 않은 볼트 등에 의해 천장판(11)에 고정시킨다. 이에 의해, 진공 용기(1)의 내부 분위기는 기밀하게 설정된다. 또한, 도 5에 있어서는, 간단화를 위하여, 환형 부재(82)를 생략해서 나타내고 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 하면에는, 당해 하우징(90)의 하방측 처리 영역 P2를 둘레 방향을 따라 둘러싸도록, 서셉터(2)를 향해 수직으로 뻗어나오는 돌기부(92)가 형성되어 있다. 그리고, 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 서셉터(2)의 상면에 의해 둘러싸인 영역에는, 전술한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)이 수납되어 있다. 또한, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 기단부(진공 용기(1)의 내벽측)에 있어서의 돌기부(92)는, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 외형을 따르도록 개략 원호형으로 절결되어 있다.

하우징(90)의 하방(제2 처리 영역 P2)측에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 돌기부(92)가 둘레 방향에 걸쳐서 형성되어 있다. 시일 부재(11c)는, 이 돌기부(92)에 의해, 플라스마에 직접 노출되지 않고, 즉, 제2 처리 영역 P2로부터 격리되어 있다. 그 때문에, 제2 처리 영역 P2로부터 플라스마가 예를 들어 시일 부재(11c)측으로 확산하려고 해도, 돌기부(92)의 하방을 경유해 가게 되므로, 시일 부재(11c)에 도달하기 전에 플라스마가 실활하게 된다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 하방의 제3 처리 영역 P3 내에는, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)이 마련되고, 아르곤 가스 공급원(120), 헬륨 가스 공급원(121) 및 산소 가스 공급원(122)에 접속되어 있다. 또한, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)과 아르곤 가스 공급원(120), 헬륨 가스 공급원(121) 및 산소 가스 공급원(122)의 사이에는, 각각에 대응하는 유량 제어기(130, 131, 132)가 마련되어 있다. 아르곤 가스 공급원(120), 헬륨 가스 공급원(121) 및 산소 가스 공급원(122)으로부터 각각 유량 제어기(130, 131, 132)를 통해 Ar 가스, He 가스 및 O₂ 가스가 소정의 유량비(혼합비)로 각 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)에 공급되고, 공급될 영역에 따라서 Ar 가스, He 가스 및 O₂ 가스가 정해진다.

또한, 플라스마 처리용 가스 노즐이 1개인 경우에는, 예를 들어 상술한 Ar 가스, He 가스 및 O₂ 가스의 혼합 가스를 1개의 플라스마 처리용 가스 노즐에 공급하도록 한다.

도 7은, 서셉터(2)의 회전 방향을 따라서 진공 용기(1)를 절단한 종단면도를 나타낸 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 플라스마 처리 중에는 서셉터(2)가 시계 방향으로 회전하므로, N₂ 가스가 이 서셉터(2)의 회전에 연동되어 서셉터(2)와 돌기부(92) 사이의 간극으로부터 하우징(90)의 하방측으로 침입하려고 한다. 그 때문에, 간극을 통해 하우징(90)의 하방측에 대한 N₂ 가스의 침입을 저지하기 위해서, 간극에 대하여 하우징(90)의 하방측으로부터 가스를 토출시키고 있다. 구체적으로는, 플라스마 발생용 가스 노즐(33)의 가스 토출 구멍(36)에 대하여, 도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이, 이 간극을 향하도록, 즉 서셉터(2)의 회전 방향 상류측이면서 또한 하방을 향하도록 배치되어 있다. 연직축에 대한 플라스마 발생용 가스 노즐(33)의 가스 토출 구멍(36)이 향하는 각도 θ는, 도 7에 도시한 바와 같이 예를 들어 45° 정도여도 되고, 돌기부(92)의 내측면에 대향하도록, 90° 정도여도 된다. 즉, 가스 토출 구멍(36)이 향하는 각도 θ는, N₂ 가스의 침입을 적절하게 방지할 수 있는 45°내지 90° 정도의 범위 내에서 용도에 따라서 설정할 수 있다.

도 8은, 플라스마 처리 영역 P3에 마련된 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)을 확대해서 나타낸 사시도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 플라스마 처리용 가스 노즐(33)은, 웨이퍼(W)가 배치되는 오목부(24)의 전체를 커버할 수 있고, 웨이퍼(W)의 전체면에 플라스마 처리용 가스를 공급 가능한 노즐이다. 한편, 플라스마 처리용 가스 노즐(34)은, 플라스마 처리용 가스 노즐(33)보다도 약간 상방에, 플라스마 처리용 가스 노즐(33)과 대략 겹치게 마련된, 플라스마 처리용 가스 노즐(33)의 절반 정도의 길이를 갖는 노즐이다. 또한, 플라스마 처리용 가스 노즐(35)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 부채형의 플라스마 처리 영역 P3의 서셉터(2)의 회전 방향 하류측의 반경을 따르도록 연장되고, 중심 영역 C 부근에 도달하면 중심 영역 C를 따르도록 직선적으로 굴곡된 형상을 갖고 있다. 이후, 구별을 용이하게 하기 위하여, 전체를 커버하는 플라스마 처리용 가스 노즐(33)을 베이스 노즐(33), 외측만 커버하는 플라스마 처리용 가스 노즐(34)을 외측 노즐(34), 내측까지 연장된 플라스마 처리용 가스 노즐(35)을 축측 노즐(35)이라고 칭해도 되는 것으로 한다.

베이스 노즐(33)은, 플라스마 처리용 가스를 웨이퍼(W)의 전체면에 공급하기 위한 가스 노즐이며, 도 7에서 설명한 바와 같이, 플라스마 처리 영역 P3을 구획하는 측면을 구성하는 돌기부(92)의 쪽을 향해 플라스마 처리용 가스를 토출한다.

한편, 외측 노즐(34)은, 웨이퍼(W)의 외측 영역에 중점적으로 플라스마 처리용 가스를 공급하기 위한 노즐이다.

축측 노즐(35)은, 웨이퍼(W)의 서셉터(2)의 축측에 가까운 중심 영역에 플라스마 처리용 가스를 중점적으로 공급하기 위한 노즐이다.

또한, 플라스마 처리용 가스 노즐을 1개로 하는 경우에는, 베이스 노즐(33)만을 마련하게 하면 된다.

다음으로, 플라스마 발생 장치(80)의 패러데이 실드(95)에 대하여, 보다 상세히 설명한다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 상방측에는, 당해 하우징(90)의 내부 형상에 개략 따르도록 형성된 도전성의 판형체인 금속판 예를 들어 구리 등으로 이루어지는, 접지된 패러데이 실드(95)가 수납되어 있다. 이 패러데이 실드(95)는, 하우징(90)의 바닥면을 따르도록 수평으로 걸어 멈춰된 수평면(95a)과, 이 수평면(95a)의 외측 종단부로부터 둘레 방향에 걸쳐서 상방측으로 뻗는 수직면(95b)을 구비하고 있고, 평면에서 볼 때 예를 들어 개략 육각형이 되도록 구성되어 있어도 된다.

도 9는, 안테나(83)의 구조의 상세 및 상하 이동 기구를 생략한 플라스마 발생 장치(80)의 일례의 평면도이다. 도 10은, 플라스마 발생 장치(80)에 마련되는 패러데이 실드(95)의 일부를 표시하는 사시도를 나타낸다.

서셉터(2)의 회전 중심으로부터 패러데이 실드(95)를 본 경우의 우측 및 좌측에 있어서의 패러데이 실드(95)의 상단 에지는, 각각, 우측 및 좌측으로 수평하게 뻗어나와 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고, 패러데이 실드(95)와 하우징(90)의 사이에는, 지지부(96)를 하방측으로부터 지지함과 함께 하우징(90)의 중심부 영역 C측 및 서셉터(2)의 외연부측의 플랜지부(90a)에 각각 지지되는 프레임형 부재(99)가 마련되어 있다.

전계가 웨이퍼(W)에 도달하는 경우, 웨이퍼(W)의 내부에 형성되어 있는 전기 배선 등이 전기적으로 손상을 입는 경우가 있다. 그 때문에, 도 10에 도시한 바와 같이, 수평면(95a)에는, 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위해서, 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있다.

슬릿(97)은, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 안테나(83)의 권회 방향에 대하여 직교하는 방향으로 뻗도록, 둘레 방향에 걸쳐서 안테나(83)의 하방 위치에 형성되어 있다. 여기서, 슬릿(97)은, 안테나(83)에 공급되는 고주파에 대응하는 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수로 되도록 형성되어 있다. 또한, 각각의 슬릿(97)의 긴 방향에 있어서의 일단부측 및 타단부측에는, 이들 슬릿(97)의 개구단부를 막도록, 접지된 도전체 등으로 형성되는 도전로(97a)가 둘레 방향에 걸쳐서 배치되어 있다. 패러데이 실드(95)에 있어서 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉, 안테나(83)가 권회된 영역의 중앙측에는, 당해 영역을 통해 플라스마의 발광 상태를 확인하기 위한 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한, 도 2에 있어서는, 간단화를 위하여, 슬릿(97)을 생략하였으며, 슬릿(97)의 형성 영역 예를, 일점쇄선으로 나타내고 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 패러데이 실드(95)의 수평면(95a) 상에는, 패러데이 실드(95)의 상방에 적재되는 플라스마 발생 장치(80) 사이의 절연성을 확보하기 위해서, 두께 치수가 예를 들어 2㎜ 정도인 석영 등으로 형성되는 절연판(94)이 적층되어 있다. 즉, 플라스마 발생 장치(80)는, 하우징(90), 패러데이 실드(95) 및 절연판(94)을 통해 진공 용기(1)의 내부(서셉터(2) 상의 웨이퍼(W))를 덮도록 배치되어 있다.

이어서, 본 발명의 실시 형태에 따른 안테나를 보유 지지하는 안테나 장치(81) 및 플라스마 발생 장치(80)의 일례에 대하여 설명한다.

도 11은, 안테나 장치(81) 및 플라스마 발생 장치(80)의 사시도이다. 도 12는, 안테나 장치(81) 및 플라스마 발생 장치(80)의 측면도이다.

안테나 장치(81)는, 안테나(83)와, 접속 전극(86)과, 상하 이동 기구(87)와, 리니어 인코더(88)와, 지지점 지그(89)를 갖는다.

또한, 플라스마 발생 장치(80)는, 안테나 장치(81)와, 정합기(84)와, 고주파 전원(85)을 더 구비한다.

안테나(83)는, 안테나 부재(830)와, 연결 부재(831)와, 스페이서(832)를 갖는다. 안테나(83)는, 전체적으로는, 코일 형상, 주회 형상으로 구성되고, 평면에서 볼 때는, 긴 방향 및 짧은 방향(또는 폭 방향)을 갖는 가늘고 긴 환형으로 구성된다. 평면 형상으로서는, 코너부를 갖는 타원, 또는 코너부가 제거된 직사각형의 프레임에 가까운 형상을 갖는다. 이와 같은 안테나(83)의 주회 형상은, 안테나 부재(830)를 연결함으로써 형성되어 있다. 안테나 부재(830)는, 안테나(83)의 일부를 구성하는 부재이며, 주회 형상을 따라서 연장되는 복수의 작은 안테나 부재(830)의 단부끼리를 연결함으로써, 안테나(83)가 형성된다. 안테나 부재(830)는, 직선적인 형상을 갖는 직선부(8301)와, 직선부(8301)끼리를 구부려서 접속하기 위한 곡선적인 형상을 갖는 곡선부(8302)를 포함한다.

그리고, 직선부(8301)와, 곡선부(8302)를 조합해서 연결함으로써, 안테나 부재(830)는, 양단부(830a, 830b)와, 중앙부(830c, 830d)가 연결되어 전체로서 주회 형상이 형성되어 있다. 도 11에 있어서, 안테나(83)는, 전체 형상으로서는, 양단부(830a, 830b)가 원호에 가까운 형상을 갖고, 중앙부(830c, 830d)가 직선적인 형상을 갖는다. 그리고, 원호에 가까운 형상의 양단부 안테나 부재(830a, 830b)끼리를, 중앙의 직선적인 형상의 안테나 부재(830c, 830d)가 접속하고, 중앙의 안테나 부재(830c, 830d)끼리가 대략 평행하게 대향하는 형상으로 되어 있다. 안테나(83)는, 전체적으로는, 안테나 부재(830c, 830d)가 긴 변을 이루고, 안테나 부재(830a, 830b)가 짧은 변을 이루는 형상으로 되어 있다.

또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 안테나 부재(830a, 830b)는, 3개의 직선부(8301)끼리를 2개의 곡선부(8302)가 연결하여 원호 형상에 근사한 형상으로 형성되어 있다. 안테나 부재(830c)는, 1개의 긴 직선부(8301)로 구성되어 있다. 또한, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 안테나 부재(830d)는, 2개의 긴 직선부(8301)와 그 사이의 1개의 짧은 직선부를 상하에 단차를 마련하여 작은 2개의 곡선부(8302)를 연결함으로써 구성되어 있다.

안테나 부재(830)는, 전체로서 다단이 되도록 주회 형상을 형성하고, 도 11, 12에 있어서는, 3단의 주회 형상을 형성하는 안테나 부재(830)가 도시되어 있다.

연결 부재(831)는, 인접하는 안테나 부재(830)끼리를 연결하기 위한 부재이며, 도전성을 가짐과 함께, 변형 가능한 재질로 구성된다. 연결 부재(831)는, 예를 들어 플렉시블 기판 등으로 구성되어도 되며, 재질로서는, 구리재로 구성되어도 된다. 구리재는, 높은 도전성을 가짐과 함께 유연한 소재이므로, 안테나 부재(830)끼리를 연결하는 데 적합하다.

연결 부재(831)는, 플렉시블한 재료로 구성되어 있기 때문에, 연결 부재(831)를 지지점으로 하여, 안테나 부재(830)를 절곡시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 안테나 부재(830)를 연결 부재(831)의 개소에서 절곡시킨 상태로 유지하는 것이 가능하게 되어, 안테나(83)의 입체 형상을 다양하게 변화시킬 수 있다. 안테나(83)와 웨이퍼(W) 사이의 거리는, 플라스마 처리의 강도에 영향을 미쳐, 안테나(83)를 웨이퍼(W)에 접근시키면 플라스마 처리의 강도가 높아지고, 안테나(83)를 웨이퍼(W)로부터 멀리하면 플라스마 처리의 강도는 낮아지는 경향이 있다.

또한, 안테나(83) 형상을 정하는 방법 및 형상의 상세에 대해서는 후술한다.

서셉터(2)의 오목부(24) 상에 웨이퍼(W)를 적재하고, 서셉터(2)를 회전시켜서 플라스마 처리를 행하면, 웨이퍼(W)는 서셉터(2)의 둘레 방향을 따라 배치되어 있기 때문에, 서셉터(2)의 중심측의 이동 속도가 느리고, 외주측의 이동 속도가 빠르게 된다. 그렇게 하면, 길게 플라스마에 조사되고 있는 웨이퍼(W)의 중심측의 플라스마 처리의 강도(또는 처리량)가, 외주측의 플라스마 처리의 강도보다도 높아지는 경향이 있다. 이것을 시정하기 위해서, 예를 들어 중심측에 배치된 단부의 안테나 부재(830a)를 상방으로 절곡시키고, 외주측에 배치된 안테나 부재(830b)를 하방으로 절곡시키는 형상으로 하면, 중심측의 플라스마 처리 강도를 저하시키고, 외주측의 플라스마 처리 강도를 높여서, 서셉터(2)의 반경 방향에 있어서, 전체의 플라스마 처리량을 균일화할 수 있다.

또한, 도 11에 있어서는, 4개의 안테나 부재(830a 내지 830d)를 연결하기 위해서, 4개의 연결 부재(831)가 마련되어 있다. 그러나, 안테나 부재(830) 및 연결 부재(831)의 개수는, 용도에 따라서 증감시킬 수 있다. 최저한, 양단부의 안테나 부재(830a, 830b)가 존재하면 되며, 이것을 양단부뿐만 아니라 중앙부까지 연장되는 긴 U자형의 형상으로 구성하고, 2개의 안테나 부재(830a)와 안테나 부재(830b)를 2개의 연결 부재(831)로 연결하는 구성으로 해도 된다. 또한, 보다 다양하게 안테나(83)의 형상을 변화시키고 싶은 경우에는, 중앙부에 4개의 안테나 부재(830)를 배치하여, 보다 절곡 가능한 개소를 증가시키도록 구성해도 된다.

어느 경우라도, 대향하는 연결 부재(831)의 위치가, 긴 방향에 있어서 동일한 위치가 되도록, 즉 대향하는 안테나 부재(830)의 긴 방향에 있어서의 길이가 동등해지도록 구성하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 안테나(83)는, 긴 방향에 있어서 높이를 조정하는 것이며, 절곡 개소는, 서로 짧은 방향에 있어서 대향하고, 긴 방향에 있어서 일치하도록 구성하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 안테나 부재(830a)와 안테나 부재(830c)를 연결하는 연결 부재(831)와, 안테나 부재(830a)와 안테나 부재(830d)를 연결하는 연결 부재(831)는, 짧은 방향에 있어서 서로 대향하고, 긴 방향에 있어서 동일 위치가 되도록 구성되어 있다. 마찬가지로, 안테나 부재(830b)와 안테나 부재(830c)를 연결하는 연결 부재(831)와, 안테나 부재(830b)와 안테나 부재(830d)를 연결하는 연결 부재(831)는, 역시 짧은 방향에 있어서 서로 대향하고, 긴 방향에 있어서 동일한 위치가 되도록 구성되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 긴 방향에 있어서의 플라스마 처리의 강도를 조정하도록 안테나(83)의 형상을 변화시킬 수 있다.

단, 절곡시키는 개소를 비스듬히 어긋나게 하여, 평행사변형과 같은 변형을 행하고 싶은 경우에는, 짧은 방향에 있어서 서로 정면에 대향하는 것이 아니고, 경사 방향에 있어서 대향하고, 연결 부재(831)의 긴 방향의 위치가, 830c측과 830d측에서 다른 위치에 설정하는 구성도 가능하다.

스페이서(832)는, 안테나(83)가 변형되어도, 상하단에서 접촉해서 쇼트가 발생하지 않도록, 다단의 안테나 부재(830)를 상하로 이격하기 위한 부재이다.

상하 이동 기구(87)는, 안테나 부재(830)를 상하 이동시키기 위한 상하 이동 기구이다. 상하 이동 기구(87)는, 안테나 보유 지지부(870)와, 구동부(871)와, 프레임(872)을 갖는다. 안테나 보유 지지부(870)는, 안테나(83)를 보유 지지하는 부분이며, 구동부(871)는, 안테나 보유 지지부(870)를 통해 안테나(83)를 상하 이동시키기 위한 구동 부분이다. 안테나 보유 지지부(870)는, 안테나(83)의 안테나 부재(830)를 보유 지지할 수 있으면, 다양한 구성을 가져도 되는데, 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이, 안테나 부재(830)의 주위를 덮어 안테나 부재(830)를 보유 지지하는 구조여도 된다.

구동부(871)도, 안테나 부재(830)를 상하 이동할 수 있으면, 다양한 구동 수단이 사용되어도 되지만, 예를 들어 에어 구동을 행하는 에어 실린더를 사용해도 된다. 도 12에 있어서는, 에어 실린더를 상하 이동 기구(87)의 구동부(871)에 적용한 예가 도시되어 있다. 그 밖에, 모터 등도 상하 이동 기구(87)로 사용할 수 있다.

프레임(872)은, 구동부(871)를 보유 지지하기 위한 지지부이며, 구동부(871)를 적절한 위치에 보유 지지한다. 또한, 안테나 보유 지지부(870)는, 구동부(871)에 의해 보유 지지되어 있다.

상하 이동 기구(87)는, 복수의 안테나 부재(830a 내지 830d) 중 적어도 2개이상에 개별로 마련된다. 본 실시 형태에서는, 안테나(83)의 변형은, 작업자가 조정하는 것이 아니라, 상하 이동 기구(87)를 사용하여 자동적으로 행한다. 따라서, 안테나(83)를 다양한 형상으로 변형하기 위해서는, 안테나 부재(830a 내지 830d)의 각각에 개별로 상하 이동 기구(87)가 마련되고, 각각이 독립된 동작을 하는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 안테나 부재(830a 내지 830d)의 각각에 개별로 상하 이동 기구(87)를 마련하도록 하고, 모든 안테나 부재(830a 내지 830d)에 상하 이동 기구(87)가 마련되지 않은 경우이며, 적어도 2개의 안테나 부재(830a 내지 830d)에는, 상하 이동 기구(87)를 마련하도록 한다.

도 11 및 도 12에는, 상하 이동 기구(87)는 1개밖에 도시되어 있지 않지만, 절곡 대상이 되는 안테나 부재(830a 내지 830d)에는 개별로 마련하도록 한다. 예를 들어, 서셉터(2)의 회전 방향의 중심측에 안테나 부재(830a)를 상하 이동시키는 상하 이동 기구(87)를 마련함과 함께, 안테나 부재(830c, 830d)를 상하 이동시키는 상하 이동 기구(87)를 추가로 마련하도록 하면, 안테나 부재(830a, 830c, 830d)를 임의의 형상으로 변형시킬 수 있다. 그 때, 예를 들어 중심 측단부의 안테나 부재(830a)를 상방으로 절곡시키고 싶은 경우, 안테나 부재(830a)를 대응하는 상하 이동 기구(87)가 끌어올리고, 안테나 부재(830c, 830d)를 대응하는 상하 이동 기구(87)가 고정하거나 또는 끌어내리는 동작을 행하여, 복수의 상하 이동 기구(87)가 협동하여 안테나(83)의 변형을 행하도록 해도 된다. 연결 부재(831)가 충분히 유연해서, 대응하는 상하 이동 기구(87)의 상하 이동만으로 안테나(83)의 절곡이 가능한 경우에는 이와 같은 동작은 반드시 행할 필요는 없지만, 연결 부재(831)가 변형 가능하지만, 변형에 어느 정도 힘을 가하는 것이 필요한 경우에는, 이와 같이, 복수의 상하 이동 기구(87)로 협동하여 안테나(83)의 절곡 동작을 행하도록 해도 된다.

또한, 안테나(83)의 절곡은, 연결 부재(831)를 지지점으로 하여, 연결 부재(831)를 집는 양측의 안테나 부재(830a 내지 830d)와 연결 부재(831)가 형성하는 각도를 변화시킴으로써 행해진다.

리니어 인코더(88)는, 직선축의 위치를 검출하여, 위치 정보로서 출력하는 장치이다. 이에 의해, 안테나 부재(830a)의 패러데이 실드(95)의 상면으로부터의 거리를 정확하게 계측할 수 있다. 또한, 리니어 인코더(88)도, 정확한 위치 정보로 하고 싶은 임의의 개소에 마련할 수 있고, 복수개 마련하도록 해도 된다. 또한, 안테나(83)의 위치, 높이를 측정할 수 있으면, 리니어 인코더(88)는, 광학식, 자기식, 전자기 유도식 중 어느 방식이어도 된다. 또한, 안테나(83)의 위치, 높이를 측정할 수 있으면, 리니어 인코더(88) 이외의 높이 측정 수단을 사용해도 된다.

지지점 지그(89)는, 가장 하단의 안테나 부재(830)를 회동 가능하게 고정하기 위한 부재이다. 이에 의해, 안테나(83)를 경사시키는 것이 용이해진다. 또한, 지지점 지그(89)는, 외주측의 단부의 최하단의 안테나 부재(830b)를 지지하도록 마련되는 것이 일반적이다. 상술한 바와 같이, 중심측을 높게 하도록 안테나(83)를 변형시키는 경우가 많기 때문이다. 단, 지지점 지그(89)를 마련하는 것은 필수적인 것은 아니며, 오히려, 안테나 부재(830b)를 상하 이동시키는 상하 이동 기구(87)를 마련하는 것이 바람직하다.

접속 전극(86)은, 안테나 접속부(860)와, 조정용 버스 바(861)를 갖는다. 접속 전극(86)은, 고주파 전원(85)으로부터 출력되는 고주파 전력을 안테나(83)에 공급하는 역할을 하는 접속 배선이다. 안테나 접속부(860)는, 안테나(83)에 직접 접속되는 접속 배선이며, 조정용 버스 바(861)는, 안테나(83)의 상하 이동에 의해, 안테나 접속부(860)도 상하 이동시켰을 때에, 그 변형을 흡수하기 위해서 탄력성을 갖는 구조로 된 개소이다. 전극이므로, 총체적으로 금속 등의 도전성의 재료로 구성된다.

이와 같이, 안테나(83)의 형상을 자동적으로 임의의 형상으로 변형시킬 수 있는 안테나 장치(81) 및 플라스마 발생 장치(80)를 사용해도 된다.

도 13은, 본 발명의 실시 형태에 따른 안테나(83)의 측면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 연결 부재(831)를 지지점으로 하여, 안테나 부재(830)의 굽힘 각도를 다양하게 변화시킴과 함께, 안테나 부재(830)의 높이도 장소에 따라서 변화시킬 수 있다.

[안테나의 형상]

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 따른 안테나(83)에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 안테나(83)는, 입체적으로 변형이 가능하다.

도 14는, 본 실시 형태에 따른 안테나 형상의 결정 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 종래, 안테나(83)는, 서셉터(2)의 중심축측을 높게 하고, 외주측을 낮게 함으로써 플라스마 처리의 면내 균일성을 향상시키려 하였었다. 이것은, 외주측이 웨이퍼(W)의 이동 속도가 중심축측에 비교하여 빠르기 때문에, 외주측의 플라스마 조사가 중심축측보다도 작아지는 것을 고려하였기 때문이다.

그리고, 그 플라스마 처리량에 대해서는, 진공 용기(1)의 천장판(11)(정확하게는 하우징(90)의 저면)으로부터의 거리에 비례한다고 생각되고 있었다.

도 14의 (c)는, 안테나(83)를 경사시켰을(이하, 「틸트시킨다」라고 칭해도 되는 것으로 함) 때의 안테나(83)의 반경 방향(긴 방향)에 있어서의 저면으로부터의 거리를 나타낸 도면인데, 이것에 비례하여 플라스마 처리량이 변화한다고 생각되고 있었다.

그러나, 발명자들의 연구에서, 실제로는 도 14의 (a)와 같은 플라스마 처리량의 변화를 하고 있음이 판명되었다.

도 14의 (a)의 횡축은, 웨이퍼(W)를 서셉터(2)의 오목부(24) 상에 적재했을 때에, 서셉터(2)의 중심축측의 위치를 0㎝로 하고, 가장 외주측을 30㎝로 한 중심으로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 종축은, 최소의 산화량을 1로 했을 때의 산화량을 나타낸다.

도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 중심축측(0에 가까운 쪽)에서는, 산화량은 변동이 보이지만, 외주측으로 이동함에 따라서 산화량의 변화가 작아지고, 20㎝일 때에 기울기가 반전된다고 하는 현상이 보인다.

도 14의 (b)에, 안테나(83)를 50㎜마다 측정점을 설정하고, 0㎜, 50㎜, 100㎜, 150㎜, 200㎜, 250㎜, 300㎜의 개소에 각각 A, B, C, D, E, F, G의 기호를 부여하였다. 측정점 A 내지 G에 대응하는 그래프에 있어서, 각 측정점에 있어서, 횡축은 하우징(90)의 저면으로부터의 거리를 나타내고, 종축은 가장 산화량이 작은 외주측의 저면과의 거리가 0.25㎝ 정도인 측정점의 산화량을 1로 하고, 다른 산화량을 정규화하여 표시한 값을 나타낸다.

각 측정점의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 중심축측에 있는 A점에서는, 저면과의 거리와 산화량의 저하가 비례하고 있다. B점(50㎜), C점(100㎜)에서도 유사한 특성이 도시되어 있다. 그러나, D점(150㎜)이 되면, 선형선이 흐트러져서, 2차 곡선과 같은 형상으로 되어 있다. 이 경우, 산화량은 안테나(83)의 하우징(90)의 저면으로부터의 거리에 비례하지 않고, 변곡점을 갖고, 변곡점까지는, 저면에 접근함에 따라서 산화량이 증가되는 경향이 있지만(그래프의 우측), 변곡점을 초과하면, 저면으로부터의 거리가 가까워짐에 따라서 산화량이 저하되는 현상이 보인다(그래프의 좌측).

E점(250㎜), F점(300㎜)이 되면, 기울기가 A 내지 C점과 역전되고, 저면으로부터의 거리가 가까울수록, 산화량이 작아지는 현상이 보인다.

이와 같이, 산화량의 면내 균일성을 향상시키기 위해서는, 이들 중심으로부터의 거리에 따른 산화량의 변화를 파악하고, 서셉터(2)의 중심으로부터의 거리에 따라서, 일정한 산화량을 발생시키는 안테나(83)의 형상 설정이 요구된다.

도 14의 (a)에 의하면, 개략적으로는, 중심 부분에서는, 안테나(83)의 저면으로부터의 거리에 비례하여 산화량이 작아지므로, 비교적 안테나(83)의 높이를 높게 할 필요가 있지만, 외주측에서는, 안테나(83)를 높이거나 낮춰도 산화량의 변화가 작으므로, 안테나(83)의 높이를 작게 하는 쪽이 바람직하다는 사실을 알 수 있다.

예를 들어, 각 측정점에 있어서, 모든 산화량이 동일해지도록 설정하면, 안테나(83)의 면내 균일성을 향상시키는 형상을 알 수 있다. 즉, 산화량을 각 측정점 A 내지 G에서 일정하게 하면, 측정점 A 내지 G점에 있어서의 산화량이 통일되고, 면내 균일성이 높은 플라스마 처리를 행하는 것이 가능해진다.

도 15는, 산화력이 1이 되는 안테나 높이를 계산한 표와, 그것을 플롯한 안테나 형상을 나타낸 도면이다. 표에 있어서는, 50㎜마다의 각 측정점 A 내지 G에 있어서 산화량이 1이 되는 높이가 표시되어 있다.

도 15의 우측의 도면은, 산화력이 1이 되는 점을 플롯한 이상 곡선 T가 표시되어 있다. 이상 곡선 T는, 가장 산화량을 균일화시킬 수 있는 안테나(83)의 형상을 나타내지만, 안테나(83)는 금속이기 때문에, 미묘한 곡선으로 하는 굽힘 가공은 매우 곤란하다.

그래서, 이상 곡선 T를 근사시켜, 가공 가능한 직선으로 나타낸 것이 최종 형상 R이다. 안테나(83)를 최종 형상 R이 되도록 구성하면, 이상 곡선 T에 매우 가까운 안테나(83)의 형상이 되므로, 면내 균일성이 비약적으로 향상된다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 안테나(83)에서는. 산화량이 소정값이 되도록 안테나(83)의 형상을 정함으로써, 면내 균일성이 매우 높은 안테나(83)를 구성할 수 있다.

도 16은, 본 실시 형태에 따른 안테나(83)의 구성의 방법의 일례를 나타낸 도면이다. 도 16의 (a)는, 안테나(83)를 수평하게 적재한 베이스 상태를 나타낸 도면이다. 이 단계에서는, 안테나(83)의 형상에 굽힘은 없으며, 틸트의 배치도 없다.

도 16의 (b)는, 굽힘의 최적화의 제1 단계이다. 이 단계에서는, 외주측을 아래로 낮추는 안테나 가공을 행하지만, 외주측의 굽힘 가공의 부분은, 균등한 길이로 행한다. 나중에 설명하겠지만, 이 형상으로도 실제로 산화력을 측정하여 검증하였다.

도 16의 (c)는, 굽힘 최적화의 제2 단계이다. 이 단계에서는, 외주측의 굽힘의 정도를 조정한다. 구체적으로는, 도 15의 최종 형상 R이 되도록, 최외주의 폭을 작게 한다. 즉, 경사진 부분의 길이를 길게 하고, 최외주의 수평에 가까운 부분이 좁아지도록 안테나(83)의 형상을 조정한다. 이 단계에서는, 수평 부분과 굽힘 부분만으로 구성한 형상과, 약간 경사를 가하여 전체를 구성한 형상의 2 패턴을 제작하였다.

이와 같이, 안테나(83)의 형상 조정을 복수 단계로 나누어 행함으로써, 안테나(83)의 형상을 최종 형상 R로 구성할 수 있다. 또한, 각각의 최적화 단계에서 산화력의 계측을 행하였다.

도 17은, 도 16의 최적화의 형상을 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 17에 있어서, 안테나 측면 형상 J1 내지 J3, K, L1, L2가 도시되어 있다.

안테나 J1 내지 J3은, 도 16의 (a)에 대응하는 편평한 편평형상이며, 수평하게 배치한 것이 안테나 J1, 중심측의 저면으로부터의 간격(이하, 「틸트 폭」이라고 칭함)을 15㎜로 설정한 것이 J2, 틸트 폭을 25㎜로 설정한 것이 J3이다.

안테나 K는, 도 16의 (b)에 대응하는 굽힘 형상이며, 중심으로부터 뻗은 수평 부분이 처음에 구부러지는 것이 200㎜의 지점, 그 후, 수평하게 연장되는 것이 250㎜인 지점이고, 외주측이 50㎜씩의 폭을 갖고 있다.

안테나 L1은, 도 16의 (c)에 대응하는 굽힘 형상이며, 안테나 K보다도 외주측의 구부러지는 개소가 225㎜인 개소이고, 더욱 외측으로 수평하게 뻗는 부분이 275㎜인 개소로 되어 있다.

안테나 L2는, 안테나 L1에 유사하지만, 중심으로부터 외측으로 뻗는 부분에 경사를 가한 형상으로 되어 있다. 안테나 L2의 형상이, 도 15의 최종 형상 R에 해당한다.

도 18은, 도 17에서 도시한 안테나 J1 내지 J3, K, L1, L2를 사용하여 산화력을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.

도 18의 (a)는, 웨이퍼(W) 내의 좌표를 나타낸 도면이다. 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 서셉터(2)의 둘레 방향으로 X, 반경 방향으로 Y라고 하는 좌표를 설정하였다. 둘레 방향 X에 있어서는, 좌측으로부터 우측으로 좌표가 증가하고, 반경 방향 Y에 있어서는, 중심축측으로부터 외주측으로 좌표가 증가한다.

또한, 산화력은, 실리콘 산화막의 성막을 행하고, 막 두께로 측정하였다. 산화력이 높으면, 막 두께가 두꺼워진다.

성막 조건으로서는, 도 18의 (d)에 도시한 바와 같이, 기판 온도 400℃, 진공 용기(1) 내의 압력을 1.9/1.8Torr로 설정하였다. 또한, 플라스마 가스의 유량은, Ar을 5000sccm, O₂를 25sccm, H₂를 15sccm으로 설정하였다. 서셉터(2)의 회전 속도는 120rpm으로 설정하고, 플라스마용 고주파 전원(85)의 출력은 4000W로 설정하였다. 안테나(83)의 틸트 폭은 가변, 성막 시간은 5분으로 하였다.

도 18의 (b)는, Y 방향에 있어서의 실리콘 산화막의 두께를 나타낸 도면이다. 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 편평한 형상의 안테나 J1 내지 J3에서는, Y 좌표의 중심축측이 두껍게 성막되고, 외주측이 얇게 성막되어버려, 양호한 면내 균일성을 얻을 수 없다. 또한, 안테나 J1 내지 J3 중에서는, 안테나 J3이 비교적 양호한 면내 균일성을 실현하고 있음을 알 수 있다. 즉, 중앙부가 약간 막 두께가 두껍기는 하지만, 중심측과 외주측은 가지런한 막 두께로 되어 있다. 한편, 안테나 J1, J2는, 중심측과 외주측의 막 두께의 차가 큰 결과로 되어 있다.

한편, 안테나 K, L1, L2에서는, 중심축측과 외주측의 막 두께가 거의 동등하여, 면내 균일성이 대폭 개선되었음이 도시되어 있다.

도 18의 (c)는, X 방향에 있어서의 실리콘 산화막의 두께를 나타낸 도면이다. 도 18의 (c)에 도시된 바와 같이, 안테나 J1 내지 J3은, 산화막의 두께는 두껍고, X 방향에 있어서는 면내 균일성이 양호하지만, Y 방향과의 관계에서 보면, 두께에 변동이 있는 결과로 되어 있다.

한편, 도 18의 (b), (c)에 도시된 바와 같이, 안테나 K, L1, L2에서는, X 방향에 있어서 막 두께가 일정하며, 면내 균일성이 높을 뿐만 아니라, Y 방향의 막 두께와도 거의 동등한 값이 얻어져 있어, XY 양방향에 있어서 면내 균일성이 양호하다는 사실을 알 수 있다.

이와 같이, 산화력을 기준으로 하여 안테나 형상을 최적화하면, 실제의 성막에 있어서도 매우 양호한 면내 균일성을 얻을 수 있다.

도 19는, 안테나 J3, K, L1, L2를 사용하여 성막한 실리콘 산화막의 막 두께를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도 19에 있어서, 평탄 형상의 안테나 J3에 비교하여 안테나 L1, 안테나 K, 안테나 L2로 면내 균일성이 향상되어 있음이 도시되어 있다. 안테나 J3에서는 7.58％의 변동이었던 것이, 안테나 L1에서 5.79％, 안테나 K에서 3.61％, 안테나 L2에서 3.24％로 저하되고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 안테나에 의하면, 성막의 면내 균일성을 대폭 향상시킬 수 있음이 도시되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 산화력의 지표를, 실리콘 산화막의 막 두께로 측정하였지만, 습식 에칭 레이트 등으로 비교해도, 플라스마의 처리량이 동일하면, 동일한 결과가 얻어진다고 생각된다.

또한, 실리콘 산화막에 한정되지 않고, 그 밖의 산화막에 관해서도, 플라스마의 산화력의 면내 균일성이 향상되면, 당연히 다른 산화막, 예를 들어 금속 산화막 등에 있어서도, 동일한 결과가 얻어진다.

또한, 질화막을 성막하는 경우라도, 사고 방식은 동일하다. 이 경우, 질화력을 균일하게 하도록 안테나의 형상을 최적화하면 되며, 질화막의 막 두께에서 막 두께가 1 또는 소정값으로 되는 점을 산출하면, 안테나의 이상 형상 T를 산출할 수 있다. 또한, 실제의 가공이 가능한 형상에 근사시키면, 최종 형상 R을 정할 수 있다.

또한, 에칭과 같은 성막 이외의 기판 처리에 있어서도, 안테나에 의한 에칭력을 기준으로 하여 안테나의 형상을 정할 수 있으면, 본 실시 형태에 따른 안테나 및 플라스마 처리 장치를 적용할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 안테나 및 플라스마 처리 장치는, 다양한 기판 처리 및 그 기판 처리에 사용하는 플라스마 발생용 안테나에 적용할 수 있어, 어느 기판 처리에 있어서도 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은, 상술한 실시 형태 및 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태 및 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

Claims

소정의 처리실 상에 배치되어 사용되고, 형상에 의해 상기 처리실 내에 있어서의 기판 처리의 산화량 또는 질화량이 조정 가능한 유도 결합형 플라스마용 안테나이며,
상기 처리실 상에 안테나 부재를 배치하고, 상기 안테나 부재의 각 측정점에 있어서 산화량 또는 질화량이 소정값으로 되는 상기 안테나 부재의 위치를 구하고, 상기 각 측정점에 있어서 구한 상기 안테나 부재의 위치에 기초하여 형상이 정해진 안테나.
제1항에 있어서,
상기 소정값은, 전체의 측정값 중에서 상기 산화량 또는 상기 질화량이 최소가 되는 값을 기준으로 하여 정규화한 값인 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소정값은, 상기 각 지점에 있어서 공통의 값이 사용되는 안테나.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형상은, 상기 안테나 부재로서 사용되고 있는 금속의 가공성을 고려하여 정해지는 안테나.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나 부재의 위치는, 상기 처리실의 상면으로부터의 거리로 정해지는 안테나.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리실 내에는, 기판을 둘레 방향을 따라 배치하는 것이 가능한 서셉터가 마련되고,
상기 서셉터의 반경 방향을 따라서 연장되는 형상을 갖는 안테나.
제6항에 있어서,
상기 서셉터의 반경 방향의 중심측에 있어서 높은 위치에 배치되고, 외주측에 있어서 낮은 위치에 배치되는 안테나.
처리실과,
상기 처리실 내에 마련되고, 둘레 방향을 따라 기판을 배치하는 것이 가능한 서셉터와,
상기 서셉터에, 산화 가스 및 질화 가스의 적어도 한쪽을 포함하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
상기 처리실 상에 배치되고, 형상에 의해 상기 처리실 내에 있어서의 기판 처리의 산화량 또는 질화량이 조정 가능한 유도 결합형 플라스마용 안테나
를 갖고,
상기 안테나는, 각 측정점에 있어서 산화량 또는 질화량이 소정값으로 되는 안테나 부재의 위치를 구하고, 상기 각 측정점에 있어서 구한 안테나 부재의 위치에 기초하여 형상이 정해진 플라스마 처리 장치.