KR20230007940A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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마사키 히라야마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 중심축선 상에서 연장되는 동축선로를 사용하지 않고 도파로에 도입되는 전자파를 사용해서 플라스마 생성 공간 내에서 둘레 방향에 있어서 균일하게 플라스마를 생성하는 기술을 제공한다. 개시되는 플라스마 처리 장치에서는, 상부 샤워 헤드가, 챔버 내의 기판 처리 공간의 상방에 마련되어 있다. 하부 샤워 플레이트가, 상부 샤워 헤드의 하방이면서 또한 기판 처리 공간의 상방에 마련되어 있다. 하부 샤워 플레이트와 상부 샤워 헤드는, 그것들 사이에 플라스마 생성 공간을 형성하고 있다. 전자파 도입부가, 플라스마 생성 공간을 둘러싸고 있다. 도파로가, 상부 샤워 헤드 및 전자파 도입부를 둘러싸고 있고, 전자파 도입부에 접속되어 있다. 도파로와 플라스마 생성 공간은, 공진기를 구성하고 있다. 동축선로는, 중심 축선으로부터 이격된 위치에서 도파로에 접속되어 있다.

Description

플라스마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시의 예시적 실시 형태는, 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는 플라스마 처리 장치가 사용되고 있다. 일종의 플라스마 처리 장치는, 특허문헌 1에 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 플라스마 처리 장치는, 처리 용기, 스테이지, 상부 전극, 도입부, 도파부, 고주파 전원, 유전체판 및 가스 공급부를 구비한다.
스테이지는 처리 용기 내에 마련되어 있다. 상부 전극은, 처리 용기 내의 공간의 상방에 마련되어 있다. 도입부는, 고주파의 도입부이다. 고주파는, VHF파 또는 UHF파이다. 도입부는, 처리 용기 내의 공간의 가로 방향 단부에 마련되어 있고, 처리 용기의 중심 축선의 둘레에서 둘레 방향으로 연장되어 있다. 도파부는, 도입부에 고주파를 공급하도록 구성되어 있다. 도파부는, 도파로를 제공하는 공진기를 포함한다. 공진기의 도파로는, 중심 축선의 둘레에서 둘레 방향으로 연장되고, 중심 축선이 연장되는 방향으로 연장되어, 도입부에 접속되어 있다. 도파부는, 제1 동축 도파관 및 복수의 제2 동축 도파관을 더 포함한다. 고주파 전원은, 제1 동축 도파관 및 복수의 제2 동축 도파관을 통해서 공진기의 도파로에 접속되어 있다. 제1 동축 도파관은, 처리 용기의 중심 축선 상에서 연장되어 있고, 복수의 제2 동축 도파관은, 제1 동축 도파관으로부터 방사 방향으로 연장되어 있다.
유전체판은, 상부 전극과의 사이에 간극을 형성하도록 상부 전극의 하방에 마련되어 있다. 유전체판은, 가스 샤워 플레이트를 구성하고 있다. 가스 공급부는, 배관을 통해서 상부 전극과 유전체판 사이에 마련된 간극에 접속되어 있다. 배관은, 처리 용기의 중심 축선으로부터 이격되어 연장되어 있다.
일본 특허 공개 제2020-92031호 공보
본 개시는, 중심 축선 상에서 연장되는 동축선로를 사용하지 않고 도파로에 도입되는 전자파를 사용해서 플라스마 생성 공간 내에서 둘레 방향에 있어서 균일하게 플라스마를 생성하는 기술을 제공한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치가 제공된다. 플라스마 처리 장치는, 챔버, 상부 샤워 헤드, 하부 샤워 플레이트, 전자파 도입부, 도파로 및 동축선로를 구비한다. 챔버는, 그 안에 기판 처리 공간을 제공한다. 상부 샤워 헤드는, 도전성을 갖고, 복수의 가스 구멍을 제공하고 있으며, 기판 처리 공간의 상방에 마련되어 있다. 하부 샤워 플레이트는, 도전성을 갖고, 기판 처리 공간에 접속하는 복수의 관통 구멍을 제공하고 있으며, 상부 샤워 헤드의 하방이면서 또한 기판 처리 공간의 상방에 마련되어 있다. 하부 샤워 플레이트는, 복수의 가스 구멍을 통해서 공급되는 가스의 플라스마가 거기에서 생성되는 플라스마 생성 공간을 하부 샤워 플레이트와 상부 샤워 헤드 사이에 형성하고 있다. 전자파 도입부는, 유전체로 형성되어 있고, 상부 샤워 헤드와 하부 샤워 플레이트 사이에 마련되어 있으며, 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 중심 축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 도파로는, 상부 샤워 헤드 및 전자파 도입부를 둘러싸도록 중심 축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있고, 전자파 도입부에 접속되어 있다. 도파로와 플라스마 생성 공간은, 공진기를 구성하고 있다. 동축선로는, 중심 도체 및 외측 도체를 갖고, 도파로에 전자파를 공급하도록 마련되어 있다. 동축선로는, 중심 축선으로부터 이격되어 연장되어 있고, 중심 도체는, 중심 축선으로부터 이격된 위치에서 도파로를 구획 형성하는 벽면에 접속되어 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 따르면, 중심 축선 상에서 연장되는 동축선로를 사용하지 않고 도파로에 도입되는 전자파를 사용해서 플라스마 생성 공간 내에서 둘레 방향에 있어서 균일하게 플라스마를 생성하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 하부 샤워 플레이트의 일부를 파단해서 도시하는 도면이다.
도 3은 다른 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 또 다른 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 설명한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치가 제공된다. 플라스마 처리 장치는, 챔버, 상부 샤워 헤드, 하부 샤워 플레이트, 전자파 도입부, 도파로 및 동축선로를 구비한다. 챔버는, 그 안에 기판 처리 공간을 제공한다. 상부 샤워 헤드는, 도전성을 갖고, 복수의 가스 구멍을 제공하고 있으며, 기판 처리 공간의 상방에 마련되어 있다. 하부 샤워 플레이트는, 도전성을 갖고, 기판 처리 공간에 접속하는 복수의 관통 구멍을 제공하고 있으며, 상부 샤워 헤드의 하방이면서 또한 기판 처리 공간의 상방에 마련되어 있다. 하부 샤워 플레이트는, 복수의 가스 구멍을 통해서 공급되는 가스의 플라스마가 거기에서 생성되는 플라스마 생성 공간을 하부 샤워 플레이트와 상부 샤워 헤드 사이에 형성하고 있다. 전자파 도입부는, 유전체로 형성되어 있고, 상부 샤워 헤드와 하부 샤워 플레이트 사이에 마련되어 있으며, 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 중심 축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 도파로는, 상부 샤워 헤드 및 전자파 도입부를 둘러싸도록 중심 축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있으며, 전자파 도입부에 접속되어 있다. 도파로와 플라스마 생성 공간은, 공진기를 구성하고 있다. 동축선로는, 중심 도체 및 외측 도체를 갖고, 도파로에 전자파를 공급하도록 마련되어 있다. 동축선로는, 중심 축선으로부터 이격되어 연장되어 있고, 중심 도체는, 중심 축선으로부터 이격된 위치에서 도파로를 구획 형성하는 벽면에 접속되어 있다.
상기 실시 형태에서는, 전자파는, 중심축선 상에서 연장되는 동축선로를 사용하지 않고, 도파로에 도입된다. 또한, 도파로와 플라스마 생성 공간은 공진기를 구성하고 있다. 따라서, 도파로를 둘레 방향으로 전반하는 전자파의 파장은 무한대가 된다. 그 결과, 공진기 내에서는 둘레 방향에 있어서 균일한 전계가 생성된다. 그러므로, 상기 실시 형태에 따르면, 플라스마 생성 공간 내에서 둘레 방향에 있어서 균일하게 플라스마를 생성하는 것이 가능하다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 하부 샤워 플레이트의 복수의 관통 구멍 각각은, 기판 처리 공간 측의 하부를 포함한다. 복수의 관통 구멍 중 다른 관통 구멍에 대하여 하부 샤워 플레이트의 중심 근처에 마련된 관통 구멍의 하부의 직경은, 당해 다른 관통 구멍의 하부의 직경보다도 작아도 된다. 이 실시 형태에서는, 플라스마 생성 공간 내에서의 플라스마의 밀도가 중심 축선으로부터 방사 방향으로의 거리에 따라 감소하고 있어도, 기판 처리 공간에 공급되는 라디칼의 밀도의 균일성이 높아진다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 하부 샤워 플레이트에서의 복수의 관통 구멍의 밀도는, 하부 샤워 플레이트의 중심으로부터의 거리의 증가에 따라서 증가하고 있어도 된다. 이 실시 형태에서는, 플라스마 생성 공간 내에서의 플라스마의 밀도가 중심 축선으로부터 방사 방향으로의 거리에 따라 감소하고 있어도, 기판 처리 공간에 공급되는 라디칼의 밀도의 균일성이 높아진다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 하부 샤워 플레이트의 복수의 관통 구멍 각각은, 플라스마 생성 공간 측의 상부를 포함한다. 복수의 관통 구멍 각각의 상부는, 할로우 캐소드 구조를 갖고 있어도 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상부 샤워 헤드와 하부 샤워 플레이트 사이의 거리는, 10mm 이하이어도 된다. 이 실시 형태에서는, 상부 샤워 헤드와 하부 샤워 플레이트 사이의 거리가, 플라스마의 표피 깊이보다 작은 거리가 된다. 따라서, 플라스마 생성 공간 내의 정재파의 파장이 길어진다. 그러므로, 플라스마 생성 공간 내에서 생성되는 플라스마의 직경 방향에서의 밀도의 균일성이 높아진다. 상부 샤워 헤드와 하부 샤워 플레이트 사이의 거리는, 5mm 이하이어도 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 고주파 전원을 더 구비하고 있어도 된다. 고주파 전원은, 그 주파수가 가변인 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있고, 동축선로에 접속되어 있다. 이 실시 형태에서는, 고주파 전력의 주파수를 조정함으로써, 공진기에서의 전자파의 공진 상태를 유지하는 것이 가능하게 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 제1 전계 안테나, 제1 검파기, 제2 전계 안테나, 제2 검파기 및 제어기를 더 구비하고 있어도 된다. 제1 전계 안테나는, 도파로의 제1 영역에서의 전자파를 수신하도록 마련되어 있다. 제1 검파기는, 제1 전계 안테나에 의해 수신된 전자파의 제1 전계 강도를 나타내는 제1 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 제2 전계 안테나는, 도파로의 제2 영역에서의 전자파를 수신하도록 마련되어 있다. 제2 검파기는, 제2 전계 안테나에 의해 수신된 전자파의 제2 전계 강도를 나타내는 제2 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 제어기는, 제1 전계 강도와 제2 전계 강도의 차를 감소시키도록, 제1 신호와 제2 신호에 따라서 고주파 전력의 주파수를 조정하도록 구성되어 있다. 동축선로는, 제1 영역으로부터 도파로에 전자파를 도입하도록 접속되어 있다. 중심 축선에 대하여 제2 영역이 위치하는 방향은, 해당 중심 축선에 대하여 제1 영역이 위치하는 방향과 반대 방향이다. 이 실시 형태에서는, 도파로 내의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 균일성을 확보하도록, 제1 신호와 제2 신호에 따라서 고주파 전력의 주파수를 조정하는 것이 가능하게 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 도파로의 길이를 조정해서 공진기에 있어서 전자파의 공진을 생기게 하도록 구성된 가동부를 더 구비하고 있어도 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상부 샤워 헤드는, 상부 샤워 플레이트 및 상벽을 포함하고 있어도 된다. 상부 샤워 플레이트는, 상기 복수의 가스 구멍을 제공하고 있다. 상벽은, 상부 샤워 플레이트 상에 마련되어 있다. 상벽과 상부 샤워 플레이트는, 복수의 가스 구멍에 연통하는 가스 확산 공간을 그것들 사이에 형성하고 있다. 상벽은, 중심축선 상에서 가스 확산 공간에 접속된 가스 도입 포트를 제공하고 있어도 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 중심축선 상에서 연장되는 배관을 통해서 가스 도입 포트에 접속된 클리닝 가스의 가스원을 더 구비하고 있어도 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 상기 배관을 통해서 가스 도입 포트에 접속된 성막 가스의 가스원을 더 구비하고 있어도 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 하부 샤워 플레이트는, 접지 전위를 가질 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 동축선로의 중심 도체가 접속되는 벽면은, 상부 샤워 헤드의 측면 또는 상면이어도 된다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하기로 한다.
도 1은, 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 플라스마 처리 장치(1)는, 챔버(10), 기판 지지부(12), 상부 샤워 헤드(14), 하부 샤워 플레이트(16), 전자파 도입부(18), 도파로(20) 및 동축선로(22)를 구비하고 있다.
챔버(10)는, 그 안에 기판 처리 공간(10s)을 제공하고 있다. 챔버(10)는, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있고, 접지되어 있다. 챔버(10)는, 그 상단에서 개구된 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 챔버(10) 및 기판 처리 공간(10s) 각각의 중심 축선은, 축선(AX)이다. 챔버(10)는, 그 표면에 내부식성을 갖는 막을 갖고 있어도 된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화이트륨막, 산화불화이트륨막, 불화이트륨막, 산화이트륨, 또는 불화이트륨 등을 포함하는 세라믹막일 수 있다.
챔버(10)의 저부는, 배기구(10e)를 제공하고 있다. 배기구(10e)에는 배기 장치가 접속된다. 배기 장치는, 드라이 펌프 및/또는 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프와 자동 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다.
기판 지지부(12)는, 기판 처리 공간(10s) 내에 마련되어 있다. 기판 지지부(12)는, 그 상면 상에 적재된 기판(W)을 대략 수평하게 지지하도록 구성되어 있다. 기판 지지부(12)는 대략 원반 형상을 갖고 있다. 기판 지지부(12)의 중심 축선은, 축선(AX)이다.
상부 샤워 헤드(14)는 도전성을 갖는다. 상부 샤워 헤드(14)는, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 상부 샤워 헤드(14)는, 기판 처리 공간(10s)의 상방에 마련되어 있다. 상부 샤워 헤드(14)는, 복수의 가스 구멍(14h)을 제공하고 있다. 복수의 가스 구멍(14h)의 직경은, 약 0.3mm이어도 된다.
일 실시 형태에 있어서, 상부 샤워 헤드(14)는, 상부 샤워 플레이트(24) 및 상벽(26)을 포함하고 있어도 된다. 상부 샤워 플레이트(24)는 도전성을 갖는다. 상부 샤워 플레이트(24)는, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 상부 샤워 플레이트(24)는, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 상부 샤워 플레이트(24)의 중심 축선은, 축선(AX)이다. 상부 샤워 플레이트(24)는, 복수의 가스 구멍(14h)을 제공하고 있다. 복수의 가스 구멍(14h)은, 상부 샤워 플레이트(24)를 그 판 두께 방향으로 관통하고 있다.
상벽(26)은, 상부 샤워 플레이트(24) 상에 마련되어 있다. 상벽(26)은 도전성을 갖는다. 상벽(26)은, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 상벽(26)은, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 상벽(26)의 중심 축선은, 축선(AX)이다. 상벽(26)의 하면의 주연부는, 상부 샤워 플레이트(24)에 접하고 있다. 따라서, 상벽(26)은, 상부 샤워 플레이트(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 상벽(26)의 하면은, 그 주연부보다도 내측에서, 상부 샤워 플레이트(24)로부터 이격되어 있다. 상벽(26)의 하면의 높이 방향의 위치는, 축선(AX)으로부터의 직경 방향에서의 거리의 증가에 따라서 낮아지도록 형성되어 있어도 된다.
상벽(26)과 상부 샤워 플레이트(24)는, 그것들 사이에 가스 확산 공간(14s)을 형성하고 있다. 복수의 가스 구멍(14h)은, 가스 확산 공간(14s)으로부터 하방으로 연장되어 있다. 상벽(26)은, 가스 도입 포트(14p)를 제공하고 있다. 가스 도입 포트(14p)는, 상벽(26)의 상면으로부터 축선(AX) 상에서 하방으로 연장되어 있고, 가스 확산 공간(14s)에 접속하고 있다.
일 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치(1)는, 가스 공급부(28)를 더 구비하고 있어도 된다. 가스 공급부(28)는, 가스원(281) 및 가스원(282)을 포함하고 있어도 된다. 가스원(281)은, 기판(W)의 처리에 사용되는 처리 가스의 소스이다. 처리 가스는 성막 가스이어도 된다. 가스원(282)은, 클리닝 가스의 소스이다. 클리닝 가스는, 챔버(10) 내의 벽면의 클리닝에 있어서 사용된다. 가스원(281) 및 가스원(282)은, 배관(30)을 통해서 가스 도입 포트(14p)에 접속되어 있다. 배관(30)은, 축선(AX) 상에서 연장되어 있다.
하부 샤워 플레이트(16)는, 상부 샤워 헤드(14)의 하방이면서 또한 기판 처리 공간(10s)의 상방에 마련되어 있다. 하부 샤워 플레이트(16)는, 챔버(10)의 상단 개구를 닫고 있다. 하부 샤워 플레이트(16)의 주연부는, 챔버(10)의 정상부 상에 배치되어 있어도 된다.
하부 샤워 플레이트(16)는 도전성을 갖는다. 하부 샤워 플레이트(16)는, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 하부 샤워 플레이트(16)는 접지되어 있고, 접지 전위를 갖는다. 하부 샤워 플레이트(16)는, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 하부 샤워 플레이트(16)의 중심 축선은, 축선(AX)이다.
하부 샤워 플레이트(16)는, 복수의 관통 구멍(16h)을 제공하고 있다. 복수의 관통 구멍(16h)은, 하부 샤워 플레이트(16)를 그 판 두께 방향으로 관통하고 있다. 복수의 관통 구멍(16h)은, 기판 처리 공간(10s)에 접속하고 있다. 하부 샤워 플레이트(16)와 상부 샤워 헤드(14)의 상부 샤워 플레이트(24)는, 그것들 사이에 플라스마 생성 공간(32)을 형성하고 있다. 플라스마 생성 공간(32)은, 복수의 가스 구멍(14h)을 통해서 공급되는 가스의 플라스마가 거기에서 생성되는 공간이다.
일 실시 형태에 있어서, 상부 샤워 헤드(14)의 상부 샤워 플레이트(24)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이의 거리, 즉 플라스마 생성 공간(32)의 연직 방향의 길이는, 10mm 이하이어도 된다. 상부 샤워 헤드(14)의 상부 샤워 플레이트(24)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이의 거리는, 5mm 이하이어도 된다.
전자파 도입부(18)는, 석영, 질화알루미늄, 또는 산화알루미늄과 같은 유전체로 형성되어 있다. 전자파 도입부(18)는, 상부 샤워 헤드(14)의 상부 샤워 플레이트(24)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이에 마련되어 있다. 전자파 도입부(18)는, 플라스마 생성 공간(32)을 둘러싸고 있다. 전자파 도입부(18)의 중심 축선은, 축선(AX)이다. 전자파 도입부(18)는, 축선(AX)에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 전자파 도입부(18)는 대략 환 형상을 갖고 있다. 전자파 도입부(18)는, 도파로(20)로부터 전반하는 전자파를 플라스마 생성 공간(32)에 도입한다. 전자파는, VHF파 또는 UHF파와 같은 고주파이며, 후술하는 고주파 전원에 의해 발생된다.
도파로(20)는, 상부 샤워 헤드(14) 및 전자파 도입부(18)를 둘러싸도록, 축선(AX)에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 도파로(20)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 도파로(20)는, 전자파 도입부(18)에 접속되어 있다. 도파로(20)와 플라스마 생성 공간(32)은 공진기(34)를 구성하고 있다. 도파로(20)의 길이(플라스마 처리 장치(1)에서는 도파로(20)의 연직 방향의 길이)는, 공진기(34)에 있어서 전자파가 공진하도록 설정되어 있다. 즉, 도파로(20)의 길이는, 전자파 도입부(18)에서 도파로(20)를 본 경우의 인덕턴스와 전자파 도입부(18)에서 플라스마 생성 공간(32)을 본 경우의 캐패시턴스가 전자파의 공진을 생기게 하도록 설정되어 있다.
도파로(20)는, 내벽(20i), 외벽(20o) 및 상벽(20t)에 의해 구획 형성되어 있어도 된다. 내벽(20i), 외벽(20o) 및 상벽(20t)은, 도체로 형성되어 있다. 내벽(20i), 외벽(20o) 및 상벽(20t)은, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 내벽(20i) 및 외벽(20o) 각각은, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 내벽(20i) 및 외벽(20o) 각각의 중심 축선은, 축선(AX)이다. 내벽(20i)은, 외벽(20o)의 내측에 마련되어 있다. 내벽(20i)의 하단은, 상부 샤워 헤드(14)의 상벽(26)의 주연부의 상면에 접하고 있다. 외벽(20o)의 하단은, 하부 샤워 플레이트(16)의 주연부의 상면에 접하고 있다. 상벽(20t)은, 환 형상을 갖고 있으며, 내벽(20i)의 상단과 외벽(20o)의 상단 사이의 개구를 닫고 있다.
동축선로(22)는, 중심 도체(22i) 및 외측 도체(22o)를 갖고 있다. 동축선로(22)는, 축선(AX)으로부터 이격되어 연장되어 있다. 동축선로(22)는, 도파로(20)에 전자파를 공급하도록 마련되어 있다. 동축선로(22)는, 고주파 전원(36)과 도파로(20) 사이에서 접속되어 있다. 고주파 전원(36)은, 고주파 전력을 발생시키는 전원이다. 일 실시 형태에 있어서, 고주파 전원(36)은, 그 주파수가 가변인 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있어도 된다. 고주파 전원(36)에 의해 발생된 고주파 전력은, 정합기(38)를 통해서 전자파로서 동축선로(22)를 통해서 도파로(20)에 공급된다. 정합기(38)는, 고주파 전원(36)의 부하의 임피던스를 고주파 전원(36)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 정합 회로를 포함하고 있다.
외측 도체(22o)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 중심 도체(22i)는, 외측 도체(22o)의 내측에 마련되어 있다. 중심 도체(22i)는, 외측 도체(22o)와 동축으로 마련되어 있다. 동축선로(22)는, 도파로(20)의 외측, 즉 외벽(20o)의 외측으로부터 도파로(20)를 향해서 연장되어 있다. 외측 도체(22o)의 단부는, 외벽(20o)에 접속되어 있다. 중심 도체(22i)의 단부는, 축선(AX)으로부터 이격된 위치에서 도파로(20)를 구획 형성하는 벽면에 접속되어 있다. 플라스마 처리 장치(1)에서는, 축선(AX)으로부터 이격된 위치에서 상부 샤워 헤드(14)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 중심 도체(22i)의 단부는, 상부 샤워 헤드(14)의 상벽(26)의 측면에 접속되어 있다.
플라스마 처리 장치(1)에서는, 전자파는, 축선(AX) 상에서 연장되는 동축선로를 사용하지 않고, 도파로(20)에 도입된다. 또한, 도파로(20)와 플라스마 생성 공간(32)은 공진기(34)를 구성하고 있다. 따라서, 도파로(20)를 둘레 방향으로 전반하는 전자파의 파장은 무한대가 된다. 그 결과, 공진기(34) 내에서는 둘레 방향에 있어서 균일한 전계가 생성된다. 그러므로, 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마 생성 공간(32) 내에서 둘레 방향에 있어서 균일하게 플라스마를 생성하는 것이 가능하다.
또한, 플라스마 처리 장치(1)에서는, 플라스마 생성 공간(32)이 상부 샤워 헤드(14)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이에 형성되어 있으므로, 플라스마 생성 공간(32)의 체적은 작다. 따라서, 플라스마 생성 공간(32) 내에서 전자파는 흡수되기 어려워져, 공진기(34)의 Q값이 높아진다. 그러므로, 축선(AX)으로부터 이격된 단일 개소로부터 도파로(20)에 전자파를 도입해도, 공진기(34)에 있어서 둘레 방향으로 균일한 전자계의 분포가 얻어져서, 둘레 방향에 있어서 균일한 밀도를 갖는 플라스마가 얻어진다.
상술한 바와 같이, 상부 샤워 헤드(14)의 상부 샤워 플레이트(24)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이의 거리, 즉 플라스마 생성 공간(32)의 연직 방향의 길이는, 10mm 이하이어도 된다. 이 경우에는, 상부 샤워 헤드(14)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이의 거리가, 플라스마의 표피 깊이보다 작은 거리로 된다. 상부 샤워 플레이트(24)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이의 거리가 플라스마의 표피 깊이보다 작은 경우에는, 전자파는, 플라스마 생성 공간(32)에 있어서 TEM 모드로 전반한다. 한편, 상부 샤워 헤드(14)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이의 거리가, 플라스마의 표피 깊이보다도 충분히 큰 경우에는, 전자파는, 플라스마 생성 공간(32)에 있어서 표면파 모드로 전반한다. TEM 모드의 전자파의 파장은, 표면파 모드의 전자파의 파장보다도 길다. 따라서, 플라스마 처리 장치(1)에서는, 플라스마 생성 공간(32)에서의 정재파의 파장이 길어진다. 그러므로, 플라스마 생성 공간(32) 내에서 생성되는 플라스마의 직경 방향에서의 밀도의 균일성이 높아진다. 또한, 상술한 바와 같이, 상부 샤워 헤드(14)의 상부 샤워 플레이트(24)와 하부 샤워 플레이트(16) 사이의 거리는, 5mm 이하이어도 된다.
또한, 플라스마 처리 장치(1)에서는, 가스 공급부(28)로부터의 가스를, 축선(AX) 상에서 연장되는 배관(30)을 통해서 챔버(10) 내에 공급할 수 있다. 따라서, 기판(W)에 대하여 균일한 프로세스를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 챔버(10) 내의 벽면의 균일한 클리닝을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 하부 샤워 플레이트(16)는 접지되어 있으므로, 기판 처리 공간(10s)은 전자파로부터 실드된다. 따라서, 기판 처리 공간(10s)측에서의 정재파의 영향을 무시할 수 있으므로, 하부 샤워 플레이트(16)와 기판 지지부(12) 사이의 거리를 짧게 하는 것이 가능하다. 또한, 하부 샤워 플레이트(16)에 의하면, 기판 처리 공간(10s)에의 플라스마의 확산이 억제된다. 따라서, 기판(W)에의 이온의 입사량 및 기판(W)에 입사하는 이온의 에너지를 억제할 수 있어, 라디칼에 의한 양호한 기판(W)에 대한 프로세스를 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 고주파 전원(36)은, 그 주파수가 가변인 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우에는, 고주파 전력의 주파수를 조정함으로써, 공진기(34)에서의 전자파의 공진 상태를 유지하는 것이 가능하게 된다.
이하, 도 2를 참조한다. 도 2는, 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 하부 샤워 플레이트의 일부를 파단해서 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 하부 샤워 플레이트(16)의 복수의 관통 구멍(16h) 각각은, 기판 처리 공간(10s) 측의 하부(16b)와 플라스마 생성 공간(32) 측의 상부(16u)를 포함하고 있어도 된다. 복수의 관통 구멍(16h) 각각에 있어서, 하부(16b)는, 기판 처리 공간(10s)을 향해서 개구되는 부분이다. 복수의 관통 구멍(16h) 각각에 있어서, 상부(16u)는, 하부(16b)로부터 상방으로 연장되어 있고, 플라스마 생성 공간(32)을 향해서 개구되어 있다.
복수의 관통 구멍(16h) 중 다른 관통 구멍에 대하여 하부 샤워 플레이트(16)의 중심 근처에 마련된 관통 구멍의 하부(16b)의 직경은, 당해 다른 관통 구멍의 하부(16b)의 직경보다도 작아도 된다. 예를 들어, 복수의 관통 구멍(16h) 각각의 복수의 관통 구멍(16h)의 하부(16b)는, 축선(AX)으로부터의 거리의 증가에 따라서 커지는 직경을 갖고 있어도 된다. 이 경우에는, 플라스마 생성 공간(32) 내에서의 플라스마의 밀도가 축선(AX)으로부터 방사 방향으로의 거리에 따라 감소하고 있어도, 기판 처리 공간(10s)에 공급되는 라디칼의 밀도의 균일성이 높아진다.
일 실시 형태에 있어서, 복수의 관통 구멍(16h) 각각의 상부(16u)는, 할로우 캐소드 구조를 갖고 있어도 된다. 복수의 관통 구멍(16h) 각각의 상부(16u)에 있어서, 할로우 캐소드 플라스마를 발생시키기 위해서, 상부(16u)의 직경과 가스의 압력의 곱은, 약 1.5mm·Torr이어도 된다. 예를 들어, 가스의 압력이 0.3Torr일 경우에는, 복수의 관통 구멍(16h) 각각의 상부(16u)의 직경은, 5mm이어도 된다. 이와 같이, 복수의 관통 구멍(16h) 각각의 상부(16u)가 할로우 캐소드 구조를 갖고 있는 경우에는, 프로세스에 필요한 활성종이, 고밀도의 플라스마에 의해 효율적으로 생성된다.
이하, 도 3을 참조하여, 다른 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 3은, 다른 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 이하, 도 3에 도시하는 플라스마 처리 장치(1B)와 플라스마 처리 장치(1)의 상위점의 관점에서, 플라스마 처리 장치(1B)에 대해서 설명한다.
플라스마 처리 장치(1B)에 있어서, 도파로(20)는, 전자파 도입부(18) 및 상부 샤워 헤드(14)를 둘러싸도록 축선(AX)의 둘레에서 둘레 방향으로 연장되어 있다. 도파로(20)는, 상부 샤워 헤드(14)를 따라 절곡되어 있고, 그 상부는, 축선(AX)을 향해서 연장되어 있다. 플라스마 처리 장치(1B)에 있어서, 내벽(20i)의 하단은, 상벽(26)의 상면에 접하고 있다.
또한, 플라스마 처리 장치(1B)는, 제1 전계 안테나(41), 제1 검파기(51), 제2 전계 안테나(42), 제2 검파기(52) 및 제어기(56)를 더 구비하고 있어도 된다.
제1 전계 안테나(41)는, 도파로(20)의 제1 영역(201)에서의 전자파를 수신하도록 마련되어 있다. 동축선로(22)는, 제1 영역(201)으로부터 도파로(20)에 전자파를 도입하도록 접속되어 있다. 제1 전계 안테나(41)는, 상벽(20t)에 형성된 개구 내에 마련되어 있다. 이 개구는, 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 수지로 밀봉되어 있어도 된다. 제1 전계 안테나(41)는, 동축선로를 통해서 제1 검파기(51)에 접속되어 있다. 제1 검파기(51)는, 제1 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 제1 신호는, 제1 전계 안테나(41)에 의해 수신된 전자파의 제1 전계 강도를 나타낸다.
제2 전계 안테나(42)는, 도파로(20)의 제2 영역(202)에서의 전자파를 수신하도록 마련되어 있다. 축선(AX)에 대하여 제2 영역(202)이 위치하는 방향은, 축선(AX)에 대하여 제1 영역(201)이 위치하는 방향과 반대 방향이다. 제2 전계 안테나(42)는, 상벽(20t)에 형성된 개구 내에 마련되어 있다. 이 개구는, 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 수지로 밀봉되어 있어도 된다. 제2 전계 안테나(42)는, 동축선로를 통해서 제2 검파기(52)에 접속되어 있다. 제2 검파기(52)는, 제2 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 제2 신호는, 제2 전계 안테나(42)에 의해 수신된 전자파의 제2 전계 강도를 나타낸다.
제어기(56)는, 제1 전계 강도와 제2 전계 강도의 차를 감소시키도록, 제1 신호와 제2 신호에 따라서 고주파 전원(36)에 의해 발생되는 고주파 전력의 주파수를 조정하도록 구성되어 있다. 일 실시 형태에 있어서는, 제어기(56)는, 차분 증폭기(54)에 의해 생성되는 신호에 따라서 고주파 전원(36)에 의해 발생되는 고주파 전력의 주파수를 조정하도록 구성되어 있어도 된다. 차분 증폭기(54)는, 제1 신호와 제2 신호의 차분 신호를 증폭함으로써 생성한 신호를, 제어기(56)에 출력한다.
플라스마 처리 장치(1B)에 의하면, 도파로(20) 내의 둘레 방향을 따른 전계 강도의 균일성을 확보하도록, 제1 신호와 제2 신호에 따라서 고주파 전력의 주파수를 조정하는 것이 가능하게 된다.
이하, 도 4를 참조하여, 또 다른 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 4는, 또 다른 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 이하, 도 4에 도시하는 플라스마 처리 장치(1C)와 플라스마 처리 장치(1)의 상위점의 관점에서, 플라스마 처리 장치(1C)에 대해서 설명한다.
플라스마 처리 장치(1C)는, 가동부(60)를 더 구비하고 있다. 가동부(60)는, 도체로 형성되어 있다. 가동부(60)는, 환 형상을 갖고 있으며, 도파로(20) 내에서 둘레 방향으로 연장되어 있다. 가동부(60)는, 도파로(20)의 길이를 조정해서 공진기(34)에 있어서 전자파의 공진을 생기게 하도록 구성되어 있다. 가동부(60)는, 1개 이상의 샤프트(62)를 통해서 구동 장치(64)에 접속되어 있어도 된다. 구동 장치(64)는, 샤프트(62)를 통해서 가동부(60)를 상하로 이동시키는 동력을 발생시키도록 구성되어 있다.
이상, 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 설명해 왔지만, 상술한 예시적 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 추가, 생략, 치환 및 변경이 이루어져도 된다. 또한, 다른 실시 형태에서의 요소를 조합해서 다른 실시 형태를 형성하는 것이 가능하다.
예를 들어, 플라스마 처리 장치(1 및 1C) 각각에 있어서, 동축선로(22)의 중심 도체(22i)의 단부는, 내벽(20i)에 접속하고 있어도 된다. 또한, 플라스마 처리 장치(1B)에 있어서, 동축선로(22)의 중심 도체(22i)의 단부는, 도파로(20)를 구획 형성하는 상벽(26)의 상면에 접속하고 있어도 된다.
또한, 하부 샤워 플레이트(16)에서의 복수의 관통 구멍(16h)의 밀도가, 하부 샤워 플레이트(16)의 중심으로부터의 거리의 증가에 따라서 증가하고 있어도 된다. 이 경우에는, 복수의 관통 구멍(16h)의 직경은, 서로 동일하여도 된다. 이 경우에는, 플라스마 생성 공간(32) 내에서의 플라스마의 밀도가 축선(AX)으로부터 방사 방향으로의 거리에 따라 감소하고 있어도, 기판 처리 공간(10s)에 공급되는 라디칼의 밀도의 균일성이 높아진다.
또한, 플라스마 처리 장치(1) 및 플라스마 처리 장치(1C) 각각은, 상술한 제1 전계 안테나(41), 제1 검파기(51), 제2 전계 안테나(42), 제2 검파기(52), 차분 증폭기(54) 및 제어기(56)를 구비하고 있어도 된다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 다양한 실시 형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있으며, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하지 않고 다양한 변경을 이룰 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 다양한 실시 형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않으며, 참된 범위와 주지는, 첨부의 특허 청구 범위에 의해 나타내진다.

Claims (14)

  1. 그 안에 기판 처리 공간을 제공하는 챔버와,
    도전성을 갖고, 복수의 가스 구멍을 제공하고 있으며, 상기 기판 처리 공간의 상방에 마련된 상부 샤워 헤드와,
    도전성을 갖고, 상기 기판 처리 공간에 접속하는 복수의 관통 구멍을 제공하고 있으며, 상기 상부 샤워 헤드의 하방이면서 또한 상기 기판 처리 공간의 상방에 마련된 하부 샤워 플레이트이며, 상기 복수의 가스 구멍을 통해서 공급되는 가스의 플라스마가 거기에서 생성되는 플라스마 생성 공간을 해당 하부 샤워 플레이트와 상기 상부 샤워 헤드 사이에 형성하는, 해당 하부 샤워 플레이트와,
    유전체로 형성되어 있고, 상기 상부 샤워 헤드와 상기 하부 샤워 플레이트 사이에 마련되어 있으며, 상기 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 중심 축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 전자파 도입부와,
    상기 상부 샤워 헤드 및 상기 전자파 도입부를 둘러싸도록 상기 중심 축선에 대하여 상기 둘레 방향으로 연장되어 있고, 상기 전자파 도입부에 접속된 도파로이며, 해당 도파로와 상기 플라스마 생성 공간은 공진기를 구성하는, 해당 도파로와,
    중심 도체 및 외측 도체를 갖고, 상기 도파로에 전자파를 공급하도록 마련된 동축선로이며, 해당 동축선로는 상기 중심 축선으로부터 이격되어 연장되어 있고, 해당 중심 도체는 상기 중심 축선으로부터 이격된 위치에서 상기 도파로를 구획 형성하는 벽면에 접속되어 있는, 해당 동축선로
    를 포함하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 관통 구멍 각각은, 상기 기판 처리 공간 측의 하부를 포함하고,
    상기 복수의 관통 구멍 중 다른 관통 구멍에 대하여 상기 하부 샤워 플레이트의 중심 근처에 마련된 관통 구멍의 상기 하부의 직경은, 해당 다른 관통 구멍의 상기 하부의 직경보다도 작은, 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 관통 구멍의 밀도는, 상기 하부 샤워 플레이트의 중심으로부터의 거리의 증가에 따라서 증가하고 있는, 플라스마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 관통 구멍 각각은, 상기 플라스마 생성 공간 측의 상부를 포함하고,
    상기 복수의 관통 구멍 각각의 상기 상부는, 할로우 캐소드 구조를 갖는, 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 샤워 헤드와 상기 하부 샤워 플레이트 사이의 거리는, 10mm 이하인, 플라스마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 샤워 헤드와 상기 하부 샤워 플레이트 사이의 거리는, 5mm 이하인, 플라스마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 그 주파수가 가변인 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있고, 상기 동축선로에 접속된 고주파 전원을 더 포함하는, 플라스마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도파로의 제1 영역에서의 전자파를 수신하도록 마련된 제1 전계 안테나와,
    상기 제1 전계 안테나에 의해 수신된 전자파의 제1 전계 강도를 나타내는 제1 신호를 출력하도록 구성된 제1 검파기와,
    상기 도파로의 제2 영역에서의 전자파를 수신하도록 마련된 제2 전계 안테나와,
    상기 제2 전계 안테나에 의해 수신된 전자파의 제2 전계 강도를 나타내는 제2 신호를 출력하도록 구성된 제2 검파기와,
    상기 제1 전계 강도와 상기 제2 전계 강도의 차를 감소시키도록, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 따라서 상기 고주파 전력의 상기 주파수를 조정하도록 구성된 제어기
    를 더 포함하고,
    상기 동축선로는, 상기 제1 영역으로부터 상기 도파로에 상기 전자파를 도입하도록 접속되어 있고,
    상기 중심 축선에 대하여 상기 제2 영역이 위치하는 방향은, 해당 중심 축선에 대하여 상기 제1 영역이 위치하는 방향과 반대 방향인, 플라스마 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도파로의 길이를 조정해서 상기 공진기에 있어서 상기 전자파의 공진을 생기게 하도록 구성된 가동부를 더 포함하는, 플라스마 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 샤워 헤드는,
    상기 복수의 가스 구멍을 제공하는 상부 샤워 플레이트와,
    상기 상부 샤워 플레이트 상에 마련된 상벽
    을 포함하고,
    상기 상벽과 상기 상부 샤워 플레이트는, 상기 복수의 가스 구멍에 연통하는 가스 확산 공간을 그것들 사이에 형성하고 있고,
    상기 상벽은, 상기 중심축선 상에서 상기 가스 확산 공간에 접속된 가스 도입 포트를 제공하고 있는, 플라스마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중심축선 상에서 연장되는 배관을 통해서 상기 가스 도입 포트에 접속된 클리닝 가스의 가스원을 더 포함하는, 플라스마 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배관을 통해서 상기 가스 도입 포트에 접속된 성막 가스의 가스원을 더 포함하는, 플라스마 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 샤워 플레이트는, 접지 전위를 갖는, 플라스마 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심 도체가 접속되는 상기 벽면은, 상기 상부 샤워 헤드의 측면 또는 상면인, 플라스마 처리 장치.
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