KR101124754B1 - 유도 결합 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 대형 기판에 대해서도, 균일한 플라즈마 분포를 얻을 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것.
(해결 수단) 처리실(4)의 위쪽에 유전체벽(2)을 사이에 두고, 처리실(4) 내의 주로 외측 부분에 유도 전계를 형성하는 외측 안테나부(13a)와 주로 내측 부분에 유도 전계를 형성하는 내측 안테나부(13b)와 그 중간 부분에 유도 전계를 형성하는 중간 안테나부(13c)를 갖는 고주파 안테나(13)를 갖고, 외측 안테나부(13a) 및 중간 안테나부(13c)에 각각 유도 결합 플라즈마의 플라즈마 밀도 분포를 제어하는 가변 콘덴서(21a, 21c)를 접속한다. 각 안테나부는, 소용돌이 형상의 다중 안테나를 구성하고, 또한 그 배치 영역에서 균일한 전계가 형성되도록 감는 방법이 설정되고, 각 안테나부의 배치 영역 사이에서 전계의 균일화가 가능하도록 감는 수가 설정된다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리 장치{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조용의 기판 등의 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD) 등의 제조 공정에 있어서는, 유리 기판에 소정의 처리를 실시하기 위해, 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 성막 장치 등의 여러 가지의 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 이러한 플라즈마 처리 장치로서는 종래, 용량 결합 플라즈마 처리 장치가 다용되고 있었지만, 최근, 고진공도로 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다고 하는 큰 이점을 갖는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 처리 장치가 주목되고 있다.
유도 결합 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 처리 용기의 유전체창의 외측에 고주파 안테나를 배치하고, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하고 또한 이 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 용기 내에 유도 결합 플 라즈마를 생기게 하여, 이 유도 결합 플라즈마에 의해 피처리체에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 것이다. 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 고주파 안테나로서는, 평면 형상의 소정 패턴을 이루는 평면 안테나가 다용되고 있다.
이러한, 평면 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내의 평면 안테나 바로 아래의 공간에 플라즈마가 생성되지만, 그때에, 안테나 바로 아래의 각 위치에서의 전계 강도에 비례하여 고플라즈마 밀도 영역과 저플라즈마 영역의 분포를 갖는 것에서, 평면 안테나의 패턴 형상이 플라즈마 밀도 분포를 정하는 중요한 요소가 되어 있다.
그런데, 한 대의 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 대응해야할 애플리케이션은 하나로는 한정되지 않고, 복수의 애플리케이션에 대응할 필요가 있다. 그 경우에는, 각각의 애플리케이션에 있어서 균일한 처리를 행하기 위해 플라즈마 밀도 분포를 변화시킬 필요가 있고, 그 때문에 고밀도 영역 및 저밀도 영역의 위치를 다르게 하도록 복수의 서로 다른 형상의 안테나를 준비하여 애플리케이션에 따라 안테나를 교환하는 것이 행해지고 있다.
그러나, 복수의 애플리케이션에 대응하여 복수의 안테나를 준비하고, 서로 다른 애플리케이션마다 교환하는 것은 매우 많은 노력을 요하고, 또한, 최근, LCD용의 유리 기판이 대형화하고 있는 것에서 안테나 제조 비용도 고가인 것이 되어 있다. 또한, 이와 같이 복수의 안테나를 준비했다고 해도, 주어진 애플리케이션에 있어서 반드시 최적 조건으로는 한정되지 않고, 프로세스 조건의 조정에 따라 대응하지 않을 수 없다.
이에 대하여, 특허 문헌 1에는, 소용돌이형 안테나를 내측 부분과 외측 부분의 2개로 분할하여 마련하고, 적어도 한쪽의 안테나 부분에 가변 콘덴서 등의 임피던스 조절 수단을 마련하여, 이에 의한 임피던스 조절에 의해, 상기 2개의 안테나 부분의 전류치를 제어하여, 처리실 내에 형성되는 유도 결합 플라즈마의 밀도 분포를 제어하는 기술이 개시되어 있다.
상기 특허 문헌 1의 기술로는, 소용돌이형 안테나의 내측 부분과 외측 부분의 바로 아래에 안테나에 의해 형성되는 전계에 대응한 강도의 플라즈마가 형성되지만 플라즈마가 수평 방향으로 확산됨으로써, 플라즈마 밀도 분포를 균일하게 제어 가능하다. 그러나, 기판의 1변의 길이가 1m를 넘어 대형화한 경우에는, 이러한 확산 효과가 충분히 발휘되지 않고, 안테나 패턴의 밀(dense), 소(loose)의 분포가 반영되기 쉬워지는 것에서 플라즈마 분포가 악화하는 경향이 된다. 또한, 이와 같이 기판이 대형화하면 안테나 배치 영역에서 전계 강도 분포에 차이가 생겨버려, 그것에 의해서도 플라즈마 분포가 불균일해져버린다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 제 2007-311182 호 공보
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 대형 기판에 대해서도, 균일한 플라즈마 분포를 얻을 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 피처리체를 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 피처리체가 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 사이에 두고 배치되어, 고주파 전력이 공급됨으로써 상기 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 동심 형상으로 마련된 3 이상의 안테나부를 갖는 고주파 안테나와 상기 각 안테나부를 포함하는 안테나 회로 중 적어도 하나의 임피던스를 조절하고, 이에 의해 상기 안테나부의 전류치를 제어하는 임피던스 조절 수단을 구비하고, 상기 각 안테나부는, 복수의 안테나선이 소용돌이 형상으로 배치되어 이루어지는 다중 안테나를 구성하고, 또한 그 배치 영역에서 균일한 전계가 형성되도록 그 감는 방법이 설정되고, 각 안테나부의 배치 영역 사이에서 전계의 균일화가 가능하도록 그 감는 수가 설정되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 피처리체는 직사각형 형상을 이루고, 상기 안테나부는 대략 직사각형 형상이 되도록 안테나선을 배치하여 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 안테나부는, 대략 직사각형 형상의 각 변의 중앙부에서, 다른 부분보다 감는 수가 적어지도록 감는 방법의 형태를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고주파 안테나는, 내측의 안테나부로부터 외측의 안테나부를 향하여 감는 수가 적어지도록 각 안테나부의 감는 수가 설정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 임피던스 조절 수단은, 상기 각 안테나부를 포함하는 안테나 회로 중 적어도 하나에 접속되고, 그 접속된 안테나 회로의 임피던스를 조절하는 구성으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 임피던스 조절 수단은, 가변 콘덴서를 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 애플리케이션마다 최적의 플라즈마 밀도 분포가 얻어지는 상기 임피던스 조절 수단의 조절 파라미터가 미리 설정되고, 소정의 애플리케이션이 선택되었을 때에 그 애플리케이션에 대응하는 상기 임피던스 조절 수단의 조절 파라미터가 미리 설정된 최적의 값이 되도록 상기 임피던스 조절 수단을 제어하는 제어 수단을 더 갖는 구성으로 할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 고주파 안테나로서, 동심 형상으로 마련된 3 이상의 안테나부를 갖는 것을 이용했으므로, 기판의 크기가 대형인 것의 경우이더라도, 기판 크기의 대형화에 동반하는 각 안테나부 사이에서의 플라즈마 밀도의 저하에 의한 플라즈마의 불균일이 생기기 어렵다. 또한, 각 안테나부는, 복수의 안테나선이 소용돌이 형상으로 배치되어 이루어지는 다중 안테나를 구성하고, 또한 그 배치 영역에서 균일한 전계가 형성되도록 그 감는 방법의 형태가 설정되고, 각 안테나부의 배치 영역 사이에서 전계의 균일화가 가능하도록 그 감는 수가 설정되어 있으므로, 전계 강도의 불균일에 동반하는 플라즈마의 불균일을 생기기 어렵게 할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도, 도 2는 이 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나를 나타내는 평면도이다. 이 장치는, 예컨대, FPD용 유리 기판상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 메탈막, ITO막, 산화막 등의 에칭이나, 레지스트막의 애싱 처리에 이용된다. 여기서, FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 전계 발광(Electro Luminescence; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.
이 플라즈마 처리 장치는, 도전성 재료, 예컨대, 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상의 기밀한 본체 용기(1)를 갖는다. 이 본체 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있고, 접지선(1a)에 의해 접지되어 있다. 본체 용기(1)는, 유전체벽(2)에 의해 상하로 안테나실(3) 및 처리실(4)로 구획되어 있다. 따라서, 유전체벽(2)은 처리실(4)의 천정벽을 구성하고 있다. 유전체벽(2)은, Al2O3 등의 세라믹스, 석영 등으로 구성되어 있다.
유전체벽(2)의 하측 부분에는, 처리 가스 공급용 샤워 하우징(11)이 끼워 넣어져 있다. 샤워 하우징(11)은 십자 형상으로 마련되어 있고, 유전체벽(2)을 아래로부터 지지하는 구조가 되어 있다. 또, 상기 유전체벽(2)을 지지하는 샤워 하우징(11)은, 복수의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해 본체 용기(1)의 천정에 매달린 상태가 되어 있다.
이 샤워 하우징(11)은 도전성 재료, 바람직하게는 금속, 예컨대, 오염물이 발생하지 않도록 그 내면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워 하우징(11)에는 수평으로 신장되는 가스 유로(12)가 형성되어 있고, 이 가스 유로(12)에는, 아래쪽을 향하여 연장되는 복수의 가스 토출 구멍(12a)이 연통하고 있다. 한편, 유전체벽(2)의 상면 중앙에는, 이 가스 유로(12)에 연통하도록 가스 공급관(20a)이 마련되어 있다. 가스 공급관(20a)은, 본체 용기(1)의 천정으로부터 그 외측으로 관통하여, 처리 가스 공급원 및 밸브 시스템 등을 포함하는 처리 가스 공급계(20)에 접속되어 있다. 따라서, 플라즈마 처리에 있어서는, 처리 가스 공급계(20)로부터 공급된 처리 가스가 가스 공급관(20a)을 통해서 샤워 하우징(11) 내에 공급되고, 그 하면의 가스 공급 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내로 토출된다.
본체 용기(1)에 있어서의 안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리실(4)의 측벽(4a)의 사이에는 내측으로 돌출하는 지지 선반(5)이 마련되어 있고, 이 지지 선반(5)의 위에 유전체벽(2)이 탑재된다.
안테나실(3) 내에는 유전체벽(2)의 위에 유전체벽(2)에 면하도록 고주파(RF) 안테나(13)가 배치되어 있다. 이 고주파 안테나(13)는 절연 부재로 이루어지는 스페이서(17)에 의해 유전체벽(2)으로부터 이간되어 있다.
도 2는, 고주파 안테나(13)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 고주파 안테나(13)는, 외측 부분에 있어서 안테나선을 조밀하게 배치하여 이루어지는 외측 안테나부(13a)와, 내측 부분에 있어서 안테나선을 조밀하게 배치하여 이루어지는 내측 안테나부(13b)와, 이들의 중간 부분에 있어서 안 테나선을 조밀하게 배치하여 이루어지는 중간 안테나부(13c)가 동심적으로 배치되어 구성되어 있다. 이들 외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 및 중간 안테나부(13c)는, 복수의 안테나선을 소용돌이 형상으로 형성한 다중 안테나를 구성하고 있다.
외측 안테나부(13a)는 4개의 안테나선을 90˚씩 위치를 비키어 놓아 전체가 대략 직사각형 형상이 되도록 배치되어 이루어지고, 그 중앙부는 공간이 되어 있다. 또한, 각 안테나선으로는 4개의 단자(22a)를 통해서 급전되게 되어 있다. 또한, 각 안테나선의 외단부는 안테나선의 전압 분포를 변화시키기 위해 콘덴서(18a)를 통해서 안테나실(3)의 측벽에 접속되어 접지되어 있다. 단, 콘덴서(18a)를 거치지 않고 직접 접지하는 것도 가능하고, 또한 단자(22a)의 부분이나 안테나선의 도중, 예컨대, 굴곡부(100a)에 콘덴서를 삽입하더라도 좋다.
또한, 내측 안테나부(13b)는 외측 안테나부(13a)의 중앙부의 공간에 4개의 안테나선을 90˚씩 위치를 비키어 놓아 전체가 대략 직사각형 형상이 되도록 배치되어 이루어져 있다. 또한, 각 안테나선으로는 중앙의 4개의 단자(22b)를 통해서 급전되게 되어 있다. 또한, 각 안테나선의 외단부는 안테나선의 전압 분포를 변화시키기 위해 콘덴서(18b)를 통해서 안테나실(3)의 상벽에 접속되어 접지되어 있다(도 1 참조). 단, 콘덴서(18b)를 거치치 않고 직접 접지하는 것도 가능하고, 또한 단자(22b)의 부분이나 안테나선의 도중, 예컨대, 굴곡부(100b)에 콘덴서를 삽입하더라도 좋다.
또한, 내측 안테나부(13b)의 최외측의 안테나선과 외측 안테나부(13a)의 최 내측의 안테나선의 사이에는 큰 공간이 형성되어 있고, 그 공간 내에 상기 중간 안테나부(13c)가 마련되어 있다. 중간 안테나부(13c)는 4개의 안테나선을 90˚씩 위치를 비키어 놓아 전체가 대략 직사각형 형상이 되도록 배치되어 이루어지고, 그 중앙부는 공간이 되어 있다. 또한, 각 안테나선으로는 4개의 단자(22c)를 통해서 급전되게 되어 있다. 또한, 각 안테나선의 외단부는 안테나선의 전압 분포를 변화시키기 위해 콘덴서(18c)를 통해서 안테나실(3)의 상벽에 접속되어 접지되어 있다(도 1 참조). 단, 콘덴서(18c)를 거치지 않고 직접 접지하는 것도 가능하고, 또한 단자(22c)의 부분이나 안테나선의 도중, 예컨대, 굴곡부(100c)에 콘덴서를 삽입하더라도 좋다.
이들 외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 중간 안테나부(13c)의 사이에는 각 안테나부의 안테나선끼리의 간격보다 넓은 소정의 간극이 형성되어 있다.
외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 중간 안테나부(13c)는, 이들의 배치 영역에서 전계 강도가 균일해지도록, 배치 형태가 설정되어 있다. 구체적으로는, 이들이 구성하는 직사각형의 각 변의 중앙부에서, 다른 부분보다 감는 수가 적어져 있다. 또한, 외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 중간 안테나부(13c)는, 이들의 배치 영역 사이에서 전계 강도의 균일화가 가능하도록 감는 수가 설정되어 있다. 구체적으로는, 소용돌이 형상으로 안테나선을 배치하는 경우, 일반적으로 외측으로 감에 따라 안테나선의 길이가 길어져 전계 강도가 커지므로, 내측의 안테나부로부터 외측의 안테나부를 향하여 감는 수가 적어지도록, 예컨대, 각 변의 중앙부에서, 내측 안테나부(13b)가 4회전, 중간 안테나부(13c)가 3회전, 외측 안테 나부(13a)가 2회전이 되어 있다.
안테나실(3)의 중앙부 부근에는, 외측 안테나부(13a)에 급전하는 4개의 제 1 급전 부재(16a), 내측 안테나부(13b)에 급전하는 4개의 제 2 급전 부재(16b), 및 중간 안테나부(13c)에 급전하는 4개의 제 3 급전 부재(16c)(도 1에서는 모두 1개만 도시)가 마련되어 있고, 각 제 1 급전 부재(16a)의 하단은 외측 안테나부(13a)의 단자(22a)에 접속되고, 각 제 2 급전 부재(16b)의 하단은 내측 안테나부(13b)의 단자(22b)에 접속되고, 각 제 3 급전 부재(16c)의 하단은 중간 안테나부(13c)의 단자(22c)에 접속되어 있다. 이들 제 1 급전 부재(16a), 제 2 급전 부재(16b), 및 제 3 급전 부재(16c)는, 정합기(14)를 통해서 고주파 전원(15)에 병렬로 접속되어 있다. 고주파 전원(15) 및 정합기(14)는 급전선(19)에 접속되어 있고, 급전선(19)은 정합기(14)의 하류측에서 급전선(19a, 19b 및 19c)으로 분기되어, 급전선(19a)이 4개의 제 1 급전 부재(16a)에 접속되고, 급전선(19b)이 4개의 제 2 급전 부재(16b)에 접속되고, 급전선(19c)이 4개의 제 3 급전 부재(16c)에 접속되어 있다.
급전선(19a)에는 가변 콘덴서(21a)가 장착되고, 급전선(19c)에는 가변 콘덴서(21c)가 장착되고, 급전선(19b)에는 가변 콘덴서가 장착되어 있지 않다. 그리고, 가변 콘덴서(21a)와 외측 안테나부(13a)에 의해 외측 안테나 회로가 구성되고, 가변 콘덴서(21c)와 중간 안테나부(13c)에 의해 중간 안테나 회로가 구성된다. 한편, 내측 안테나 회로는 내측 안테나부(13b)만으로 구성된다.
후술하는 바와 같이, 가변 콘덴서(21a)의 용량을 조절함으로써, 외측 안테나 회로의 임피던스가 제어되고, 가변 콘덴서(21c)의 용량을 조절함으로써, 중간 안테 나 회로의 임피던스가 제어되고, 이들의 제어에 의해, 외측 안테나 회로, 내측 안테나 회로, 및 중간 안테나 회로에 흐르는 전류의 대소 관계를 조정할 수 있다.
플라즈마 처리 중, 고주파 전원(15)으로부터는, 유도 전계 형성용의, 예컨대, 주파수가 13.56㎒인 고주파 전력이 고주파 안테나(13)로 공급되고, 이와 같이 고주파 전력이 공급된 고주파 안테나(13)에 의해, 처리실(4) 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해 샤워 하우징(11)으로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다. 이때의 플라즈마의 밀도 분포는, 가변 콘덴서(21a, 21b)에 의해, 외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 및 중간 안테나부(13c)의 임피던스를 제어함으로써 제어된다.
처리실(4) 내의 아래쪽으로는, 유전체벽(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, LCD 유리 기판 G를 탑재하기 위한 탑재대(23)가 마련되어 있다. 탑재대(23)는, 도전성 재료, 예컨대, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 탑재대(23)에 탑재된 LCD 유리 기판 G는, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 흡착 보지(保持)된다.
탑재대(23)는 절연체 테두리(24) 내에 수납되고, 또한, 중공(中空)의 지주(25)에 지지된다. 지주(25)는 본체 용기(1)의 바닥부를 기밀 상태를 유지하면서 관통하고, 본체 용기(1) 밖에 배치된 승강 기구(도시하지 않음)에 지지되어, 기판 G의 반입출시에 승강 기구에 의해 탑재대(23)가 상하 방향으로 구동된다. 또, 탑재대(23)를 수납하는 절연체 테두리(24)와 본체 용기(1)의 바닥부의 사이에는, 지주(25)를 기밀하게 포위하는 벨로즈(26)가 배치되어 있고, 이것에 의해, 탑재 대(23)의 상하 움직임에 의해서도 처리 용기(4) 내의 기밀성이 보증된다. 또한 처리실(4)의 측벽(4a)에는, 기판 G를 반입출하기 위한 반입출구(27a) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(27)가 마련되어 있다.
탑재대(23)에는, 중공의 지주(25) 내에 마련된 급전선(25a)에 의해, 정합기(28)를 통해서 고주파 전원(29)이 접속되어 있다. 이 고주파 전원(29)은, 플라즈마 처리 중에, 바이어스용 고주파 전력, 예컨대, 주파수가 3.2㎒인 고주파 전력을 탑재대(23)에 인가한다. 이 바이어스용 고주파 전력에 의해, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판 G에 끌려들어간다.
또한, 탑재대(23) 내에는, 기판 G의 온도를 제어하기 위해, 세라믹 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은, 모두 중공의 지주(25)를 통해서 본체 용기(1) 밖으로 도출된다.
처리실(4)의 바닥부에는, 배기관(31)을 통해서 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(30)가 접속된다. 이 배기 장치(30)에 의해, 처리실(4)이 배기되어, 플라즈마 처리 중, 처리실(4) 내가 소정의 진공 분위기(예컨대, 1.33㎩)로 설정, 유지된다.
탑재대(23)에 탑재된 기판 G의 이면측에는 냉각 공간(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 일정한 압력의 열전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(41)가 마련되어 있다. 이와 같이 기판 G의 이면측에 열전달용 가스를 공급함으로써, 진공하에 있어서 기판 G의 온도 상승이나 온도 변화를 회피할 수 있게 되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치의 각 구성부는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(51)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(50)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉, 레시피가 저장된 기억부(52)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(52) 중의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 하드디스크 등의 고정적인 것이더라도 좋고, CDROM, DVD 등의 가반성인 것이더라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대, 전용 회선을 통해서 레시피를 적절히 전송시키도록 하여도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(51)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(52)로부터 호출하여 제어부(50)에 실행시킴으로써, 제어부(50)의 제어하에, 플라즈마 처리 장치에서의 소망하는 처리가 행해진다.
다음으로, 고주파 안테나(13)의 임피던스 제어에 대하여 설명한다. 도 3은, 고주파 안테나(13)의 급전 회로를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원(15)으로부터의 고주파 전력은 정합기(14)를 지나서 외측 안테나 회로(61a), 내측 안테나 회로(61b), 및 중간 안테나 회로(61c)에 공급된다. 여기서, 외측 안테나 회로(61a)는, 외측 안테나부(13a)와 가변 콘덴서(21a)로 구성되 고, 중간 안테나 회로(61c)는 중간 안테나 회로(13c)와 가변 콘덴서(21c)로 구성되어 있으므로, 외측 안테나 회로(61a)의 임피던스 Zout은 가변 콘덴서(21a)의 위치를 조절하여 그 용량을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있고, 중간 안테나 회로(61c)의 임피던스 Zmiddle은 가변 콘덴서(21c)의 위치를 조절하여 그 용량을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다. 한편, 내측 안테나 회로(61b)는 내측 안테나부(13b)만으로 이루어지고, 그 임피던스 Zin은 고정이다. 이때, 외측 안테나 회로(61a)의 전류 Iout은 임피던스 Zout의 변화에 대응하여 변화시킬 수 있고, 중간 안테나 회로(61c)의 전류 Imiddle은 임피던스 Zmiddle의 변화에 대응하여 변화시킬 수 있다. 그리고, 내측 안테나 회로(61b)의 전류 Iin은 Zout과 Zmiddle과 Zin의 비율에 따라 변화한다. 따라서, 가변 콘덴서(21a, 21c)의 용량 조절에 의해 Zout 및 Zmiddle을 변화시킴으로써, 외측 안테나 회로(61a)의 전류 Iout과 내측 안테나 회로(61b)의 전류 Iin과 중간 안테나 회로(61c)의 전류 Imiddle을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 그리고, 이와 같이 외측 안테나부(13a)에 흐르는 전류와 내측 안테나부(13b)에 흐르는 전류와 중간 안테나부(13c)에 흐르는 전류를 제어함으로써 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 LCD 유리 기판 G에 대하여 플라즈마 애싱 처리를 실시할 때의 처리 동작에 대하여 설명한다.
우선, 게이트 벨브(27)를 연 상태에서 거기로부터 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 처리실(4) 내로 반입하고, 탑재대(23)의 탑재면에 탑재한 후, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 탑재대(23)상에 고정한다. 다음으로, 처리실(4) 내에 처리 가스 공급계(20)로부터 처리 가스를 샤워 하우징(11)의 가스 토출 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내로 토출시키고 또한, 배기 장치(30)에 의해 배기관(31)을 통해서 처리실(4) 내를 진공 배기함으로써, 처리실 내를, 예컨대, 0.66~26.6㎩ 정도의 압력 분위기로 유지한다.
또한, 이때 기판 G의 이면측의 냉각 공간에는, 기판 G의 온도 상승이나 온도 변화를 회피하기 위해, He 가스 유로(41)를 통해서, 열전달용 가스로서 He 가스를 공급한다.
이어서, 고주파 전원(15)으로부터, 예컨대, 13.56㎒의 고주파를 고주파 안테나(13)에 인가하고, 이에 의해 유전체벽(2)을 사이에 두고 처리실(4) 내에 유도 전계를 형성한다. 이렇게 하여 형성된 유도 전계에 의해, 처리실(4) 내에서 처리 가스가 플라즈마화하여, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성되고, 이 플라즈마에 의해, 예컨대, 플라즈마 애싱 처리가 진행된다.
이 경우에, 고주파 안테나(13)는, 상술한 바와 같이, 외측 부분에 있어서 안테나선을 조밀하게 배치하여 이루어지는 외측 안테나부(13a)와, 내측 부분에 있어서 안테나선을 조밀하게 배치하여 이루어지는 내측 안테나부(13b)와, 이들 사이에 조밀하게 배치하여 이루어지는 중간 안테나부(13c)를 갖는 구조이므로, 유리 기판 G의 크기가 1변이 1m를 넘는 대형의 경우이더라도, 각 안테나부 사이에서의 플라즈 마 밀도의 저하에 의한 플라즈마의 불균일이 생기기 어려워진다. 즉, 상기 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 외측 안테나부와 내측 안테나부만으로 고주파 안테나(13)를 구성하는 경우, 1변이 1m를 넘는 유리 기판 G에 대응하도록, 고주파 안테나(13)를 그대로 확대하면, 플라즈마 밀도를 유지하는 요청으로부터 유전체벽(2)과 탑재대(23)의 갭은 변화시키지 않으므로, 외측 안테나부와 내측 안테나부의 간격이 넓어진 만큼, 플라즈마의 확산에 의한 균일화 효과가 저하되어, 안테나 패턴의 밀ㆍ소의 분포가 반영되기 쉬워져 플라즈마 밀도의 분포가 악화되지만, 본 실시예와 같이, 외측 안테나부(13a)와 내측 안테나부(13b)의 사이에 중간 안테나부(13c)를 마련함으로써, 이러한 것을 회피할 수 있다.
또한, 외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 중간 안테나부(13c)는, 안테나선을 균일하게 배치한 경우에는, 이들 배치 영역에서 전계 강도가 불균일해지고, 또한, 각 안테나부의 배치 영역 사이에서 전계 강도가 불균일해지지만, 본 실시예에서는, 이들에 의한 전계 강도의 불균일이 최대한 생기지 않는 배치 형태를 채용하고 있으므로, 전계 강도의 불균일에 동반하는 플라즈마의 불균일이 생기기 어렵다.
구체적으로는, 직사각형 형상의 외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 중간 안테나부(13c)는, 그 각 변의 중앙부에서 전계 강도가 높아지는 경향이 있지만, 그 부분에 있어서 다른 부분보다 감는 수가 적어져 있으므로, 각 안테나부의 배치 영역에서, 전계 강도를 균일하게 할 수 있다. 또한, 소용돌이 형상의 안테나를 구성하는 경우에는, 외측으로 감에 따라 안테나선의 길이가 길어져 전계 강도가 커지지만, 내측으로부터 외측을 향하여 감는 수가 적어지도록, 보다 구체적으로는, 각 변의 중앙부에서, 내측 안테나부(13b)가 4회전, 중간 안테나부(13c)가 3회전, 외측 안테나부(13a)가 2회전이 되도록, 외측 안테나부(13a), 내측 안테나부(13b), 중간 안테나부(13c)가 배치되어 있으므로, 각 안테나부의 배치 영역 사이에서의 전계 강도의 균일화가 가능해진다.
또한, 고주파 안테나(13)는, 외측 안테나부(13a)에 가변 콘덴서(21a)를 접속하여, 외측 안테나 회로(61a)의 임피던스 조정을 가능하게 하고, 중간 안테나부(13c)에 가변 콘덴서(21c)를 접속하여, 중간 안테나 회로(61c)의 임피던스 조절을 가능하게 했으므로, 외측 안테나 회로(61a)의 전류 Iout과 내측 안테나 회로(61b)의 전류 Iin과 중간 안테나 회로(61c)의 전류 Imiddle을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 즉, 가변 콘덴서(21a, 21c)의 위치를 조절함으로써, 외측 안테나부(13a)에 흐르는 전류와, 내측 안테나부(13b)에 흐르는 전류와, 중간 안테나부(13c)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 유도 결합 플라즈마는, 고주파 안테나(13) 바로 아래의 공간에서 플라즈마를 생성시키지만, 그때의 각 위치에서의 플라즈마 밀도는, 각 위치에서의 전계 강도에 비례하므로, 이와 같이 외측 안테나부(13a)에 흐르는 전류와 내측 안테나부(13b)에 흐르는 전류와 중간 안테나부(13c)에 흐르는 전류를 제어함으로써, 플라즈마 밀도 분포를 제어하는 것이 가능해진다.
이 경우에, 애플리케이션마다 최적의 플라즈마 밀도 분포를 파악하고, 미리 그 플라즈마 밀도 분포가 얻어지는 가변 콘덴서(21a, 21c)의 위치를 기억부(52)에 설정해 둠으로써, 제어부(50)에 의해 애플리케이션마다 최적의 가변 콘덴서(21a, 21c)의 위치를 선택하여 플라즈마 처리를 행할 수 있도록 할 수 있다.
이와 같이 하여 가변 콘덴서(21a, 21c)에 의한 임피던스 제어에 의해 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있으므로, 안테나를 교환할 필요가 없어, 안테나 교환의 노력이나 애플리케이션마다 안테나를 준비해 두는 비용이 불필요해진다. 또한, 가변 콘덴서(21)의 위치 조절에 의해 세밀한 전류 제어를 행할 수 있어, 애플리케이션에 따라 최적의 플라즈마 밀도 분포가 얻어지도록 제어하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 일 없이 여러 가지 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는, 3개의 안테나부를 마련한 경우에 대하여 나타냈지만, 이것에 한하지 않고 기판의 크기에 대응하여 4개 이상의 안테나부를 마련하더라도 좋다. 4개의 안테나부를 마련하는 경우에는, 예컨대, 도 4에 나타내는 바와 같이 구성할 수 있다. 즉, 도 2의 외측 안테나부(13a)의 더 외측에, 최외측 안테나부(13d)를 마련한 구성으로 할 수 있다. 이 예에서는, 최외측 안테나부(13d)는, 4개의 안테나선을 90˚씩 위치를 비키어 놓아 전체가 대략 직사각형 형상이 되도록, 또한 변의 중앙부가 1겹이 되도록 배치되어 있다. 그리고 최외측 안테나부(13d)의 각 안테나선으로는 4개의 단자(22d)를 통해서 급전되게 되어 있고, 그들의 외단부는 콘덴서(18d)를 통해서 접지되어 있다. 단, 콘덴서(18d)는 필수적이지 않다. 이 경우의 고주파 안테나(13)의 급전 회로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 도 3의 급전 회로에 최외측 안테나부(13d)와 가변 콘덴서(21d)로 구성된 최외측 안테나 회 로(61d)가 부가된 것이 된다. 최외측 안테나 회로(61d)의 임피던스 Zoutermost는 가변 콘덴서(21d)의 위치를 조절하여 그 용량을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있고, 최외측 안테나 회로(61d)의 전류 Ioutermost는 임피던스 Zoutermost의 변화에 대응하여 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 내측 안테나부(13b)의 변의 중앙부에서 4회전, 중간 안테나부(13c)의 변의 중앙부에서 3회전, 외측 안테나부(13a)의 변의 중앙부에서 2회전이 되도록 한 예를 나타냈지만, 이러한 구성에 한하는 것이 아니다.
또한, 상기 실시예에서는, 가변 콘덴서를 외측 안테나부(13a)와 중간 안테나부(13c)에 접속한 예를 나타냈지만, 이것에 한하지 않고, 외측 안테나부(13a), 중간 안테나부(13c), 내측 안테나부(13b) 중 어느 2개에 마련하면 같은 기능을 얻을 수 있고, 조정하고 싶은 영역이 한정되어 있는 경우에는, 어느 1개에 마련하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 임피던스를 조정하기 위해 가변 콘덴서를 마련했지만, 가변 코일 등 다른 임피던스 조정 수단이더라도 좋다.
또한, 본 발명을 애싱 장치에 적용한 경우에 대해서 나타냈지만, 애싱 장치에 한하지 않고, 에칭이나, CVD 성막 등의 다른 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다. 또한, 피처리체로서 FPD 기판을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고 반도체웨어 등 다른 기판을 처리하는 경우에도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도,
도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나를 나타내는 평면도,
도 3은 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나의 급전 회로를 나타내는 도면,
도 4는 고주파 안테나의 다른 예를 나타내는 평면도,
도 5는 도 4의 고주파 안테나의 급전 회로를 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 본체 용기 2 : 유전체벽(유전체 부재)
3 : 안테나실 4 : 처리실
13 : 고주파 안테나 13a : 외측 안테나부
13b : 내측 안테나부 13c : 중간 안테나부
14 : 정합기 15 : 고주파 전원
16a, 16b, 16c : 급전 부재 20 : 처리 가스 공급계
21a, 21c : 가변 콘덴서 23 : 탑재대
30 : 배기 장치 50 : 제어부
51 : 사용자 인터페이스 52 : 기억부
61a : 외측 안테나 회로 61b : 내측 안테나 회로
61c : 중간 안테나 회로 G : 기판

Claims (8)

  1. 피처리체를 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과,
    상기 처리실 내에서 피처리체가 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 사이에 두고 배치되고, 고주파 전력이 공급됨으로써 상기 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 동심 형상으로 마련된 3 이상의 안테나부를 갖는 고주파 안테나와,
    상기 각 안테나부를 포함하는 안테나 회로 중 적어도 하나의 임피던스를 조절하고, 이에 의해 상기 안테나부의 전류치를 제어하는 임피던스 조절 수단
    을 구비하고,
    상기 각 안테나부는, 복수의 안테나선이 소용돌이 형상으로 배치되어 이루어지는 다중 안테나를 구성하고, 또한 그 배치 영역에서 균일한 전계가 형성되도록 중앙부의 감는 수가 다른 부분의 감는 수보다 적게 설정되고, 각 안테나부의 배치 영역 사이에서 전계의 균일화가 가능하도록 내측의 안테나부로부터 외측의 안테나부를 향하여 감는 수가 적어지도록 각 안테나부의 감는 수가 설정되는 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    피처리체는 직사각형 형상을 이루고, 상기 안테나부는 직사각형 형상이 되도록 안테나선을 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 임피던스 조절 수단은, 상기 각 안테나부를 포함하는 안테나 회로 중 적어도 하나에 접속되고, 그 접속된 안테나 회로의 임피던스를 조절하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 임피던스 조절 수단은, 가변 콘덴서를 갖는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 임피던스 조절 수단은 상기 안테나 회로의 임피던스를 조절하기 위한 조절 파라메터를 갖고,
    상기 조절 파라메터는 애플리케이션마다 균일한 플라즈마 분포가 얻어지는 값으로 미리 설정되고,
    소정의 애플리케이션이 선택되었을 때에, 상기 임피던스 조절 수단의 조절 파라메터가 그 애플리케이션에 대응하여 미리 설정된 값이 되도록 상기 임피던스 조절 수단을 제어하는 제어 수단을 더 갖는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 임피던스 조절 수단은 가변 콘덴서를 갖고, 상기 조절 파라메터는 상기 가변 콘덴서의 위치인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
KR1020090038354A 2008-05-14 2009-04-30 유도 결합 플라즈마 처리 장치 KR101124754B1 (ko)

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