KR101963954B1 - 변압기, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 변압기를 제공한다. 일 실시 형태의 변압기는, 회전축, 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 구비한다. 회전축은, 그 중심 축선을 회전 축선으로 해서 회전 가능하게 구성되어 있다. 제1 코일은 1차측의 코일이며, 회전축의 중심 축선에 직교하는 제1 축선 둘레로 연장되어 있다. 제2 코일은, 2차측의 코일이며, 제2 축선 둘레로 연장되고, 회전축에 의해 지지되어 있다. 제2 축선은, 제1 코일에 의해 둘러싸인 영역 내에서 회전축의 중심 축선에 직교한다. 제3 코일은, 2차측의 코일이며, 제3 축선 둘레로 연장되고, 회전축에 의해 지지되어 있다. 제3 축선은, 제1 코일에 의해 둘러싸인 영역 내에서 회전축의 중심 축선에 직교하고, 또한 제2 축선과 소정의 각도를 이루고 있다.

Description

변압기, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{TRANSFORMER, PLASMA PROCESSING APPARATUS, AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명의 실시 형태는, 변압기, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 전자 디바이스의 제조에 있어서는, 에칭, 성막과 같은 처리를 위해서, 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 플라즈마 처리 장치의 일종으로서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치는, 일반적으로, 챔버 본체, 상부 전극 및 하부 전극을 구비하고 있다. 상부 전극 및 하부 전극은, 챔버 본체에 의해 제공되는 챔버 내의 공간이 그들의 사이에 개재하도록 배치된다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버에 가스가 공급되고, 상부 전극과 하부 전극과의 사이에 고주파 전계가 형성된다. 이 고주파 전계에 의해 가스가 여기되어, 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마로부터의 이온 및/또는 라디칼에 의해, 피가공물의 처리가 행하여진다.
용량 결합형 플라즈마 처리 장치로서는, 2개의 고주파 전원을 사용하는 타입의 플라즈마 처리 장치와, 단일한 고주파 전원을 사용하는 타입의 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 전자, 즉, 2개의 고주파 전원을 사용하는 타입의 플라즈마 처리 장치에서는, 제1 고주파 전원이 상부 전극 또는 하부 전극에 접속되고, 제2 고주파 전원이 하부 전극에 접속된다. 제2 고주파 전원은, 제1 고주파 전원에 의해 발생되는 고주파의 주파수보다도 낮은 주파수를 갖는 고주파를 발생한다.
한편, 후자, 즉, 단일한 고주파 전원을 사용하는 타입의 플라즈마 처리 장치에서는, 변압기가 이용된다. 이 변압기의 1차측의 코일은 고주파 전원에 접속된다. 2차측의 코일의 일단은 상부 전극에 접속되고, 2차측의 코일의 타단은 하부 전극에 접속된다. 2차측의 코일은, 복수의 탭을 갖고 있다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 접지하는 탭을 복수의 탭으로부터 선택함으로써, 2차측의 코일의 일단으로부터 출력되는 제1 고주파의 전력과 2차측의 코일의 타단으로부터 출력되는 제2 고주파의 전력과의 비를 선택할 수 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에 대해서는, 특허문헌 1에 기재되어 있다.
일본 특허 공개 평 4-48727호 공보
특허문헌 1에 기재된 변압기에서는, 탭의 선택에 따라 2차측의 코일의 분할비가 선택된다. 따라서, 제1 고주파의 전력과 제2 고주파의 전력과의 선택 가능한 비, 즉, 2개의 출력 고주파의 선택 가능한 전력비가 커서 이산적이다. 그러므로, 2개의 출력 고주파의 전력비를 미세하게 제어할 수 없다. 또한, 1차측의 코일에 고주파를 공급하고 있는 상태에서는, 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경할 수 없다. 또한, 제1 고주파와 제2 고주파와의 사이의 위상을, 동위상과 역위상과의 사이에서 변경할 수 없다.
제1 형태에서는, 변압기가 제공된다. 변압기는, 회전축, 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 구비한다. 회전축은, 그 중심 축선을 회전 축선으로 해서 회전 가능하게 구성되어 있다. 제1 코일은 1차측의 코일이며, 회전축의 중심 축선에 직교하는 제1 축선 둘레로 연장되어 있다. 제2 코일은, 2차측의 코일이며, 제2 축선 둘레로 연장되고, 회전축에 의해 지지되어 있다. 제2 축선은, 제1 코일에 의해 둘러싸인 영역 내에서 회전축의 중심 축선에 직교한다. 제3 코일은, 2차측의 코일이며, 제3 축선 둘레로 연장되고, 회전축에 의해 지지되어 있다. 제3 축선은, 제1 코일에 의해 둘러싸인 영역 내에서 회전축의 중심 축선에 직교하고, 또한 제2 축선과 소정의 각도를 이루고 있다.
제1 형태에 관한 변압기에서는, 1차측의 제1 코일에 고주파를 공급하면, 제1 축선에 대략 평행한 방향으로 자속이 발생한다. 이 자속이 제2 코일을 관통함으로써, 제2 코일에 유도 기전력이 발생하고, 당해 자속이 제3 코일을 관통함으로써, 제3 코일에 유도 기전력이 발생한다. 이에 의해, 제2 코일로부터 제1 고주파가 출력되고, 제3 코일로부터 제2 고주파가 출력된다. 제2 코일을 관통하는 자속의 양, 나아가서는 제1 고주파의 전력은, 제1 코일과 제2 코일이 이루는 각도에 의존한다. 또한, 제3 코일을 관통하는 자속의 양, 나아가서는 제2 고주파의 전력은, 제1 코일과 제3 코일이 이루는 각도에 의존한다. 이 변압기에서는, 회전축을 회전시킴으로써, 제2 코일 및 제3 코일로 구성되는 2차측 코일 쌍을 회전시킬 수 있어, 제1 코일과 제2 코일이 이루는 각도와, 제1 코일과 제3 코일이 이루는 각도의 비를 미세하게 변경할 수 있다. 따라서, 제1 고주파의 전력과 제2 고주파의 전력의 비, 즉, 2개의 출력 고주파의 전력의 비를, 미세하게 제어하는 것이 가능하다.
또한, 제1 형태에 관한 변압기에서는, 접지하는 탭의 변경, 즉, 접점의 변경에 의해 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경하는 것이 아니라, 회전축의 회전에 의해, 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경할 수 있다. 따라서, 1차측의 제1 코일에 고주파를 공급하고 있는 상태라도, 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경하는 것이 가능하다.
또한, 제1 형태에 관한 변압기에서는, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치가 임의의 각도 범위 내에 있을 때는, 자속이 제2 코일을 당해 제2 코일의 일방측으로부터 타방측으로 관통하고, 당해 자속이 제3 코일을 당해 제3 코일의 일방측으로부터 타방측으로 관통한다. 이때는, 제2 코일과 제3 코일에는 동일 방향(동위상)의 유도 기전력이 발생한다. 또한, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치가 다른 각도 범위 내에 있을 때는, 자속이 제2 코일과 제3 코일 중 한쪽의 코일을 당해 한쪽의 코일의 일방측으로부터 타방측으로 관통하고, 당해 자속이 다른 쪽의 코일을 당해 다른 쪽의 코일의 타방측으로부터 일방측으로 관통한다. 이때는, 제2 코일과 제3 코일에는 역방향(역위상)의 유도 기전력이 발생한다. 따라서, 이 변압기에 의하면, 제1 고주파와 제2 고주파와의 사이의 위상을, 동위상과 역위상과의 사이에서 변경할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 제1 코일은, 제2 코일의 자기 인덕턴스 및 제3 코일 자기 인덕턴스보다도 큰 자기 인덕턴스를 갖는다. 이 실시 형태에 따르면, 제1 코일의 전류값에 대한 제2 코일의 전류값의 비, 및 제1 코일의 전류값에 대한 제3 코일의 전류값의 비를 크게 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 2차측의 2개의 코일에 각각 접속되는 부하에 충분한 전류를 공급하는 것이 가능하게 된다.
일 실시 형태에 있어서, 제2 코일 및 제3 코일은, 제1 코일의 내측에 설치되어 있다. 즉, 회전하는 2차측 코일 쌍이 제1 코일에 간섭하지 않도록, 2차측 코일 쌍은 제1 코일의 내측에 설치되어 있어도 된다. 이 실시 형태에 따르면, 제1 코일의 사이즈를 크게 할 수 있으므로, 제1 코일의 자기 인덕턴스를 크게 할 수 있다. 따라서, 제1 코일의 전류값에 대한 제2 코일의 전류값의 비, 및 제1 코일의 전류값에 대한 제3 코일의 전류값의 비를 크게 하는 것이 가능하게 된다.
일 실시 형태에 있어서, 제3 코일은, 제2 코일의 내측에 설치되어 있고, 제2 코일의 자기 인덕턴스보다도 작은 자기 인덕턴스를 갖는다. 제3 코일이 제2 코일의 내측에 설치되어 있으면, 제3 코일의 단면적은 제2 코일의 단면적보다도 작아진다. 따라서, 제1 코일과 제2 코일의 사이의 결합 계수의 최댓값과, 제1 코일과 제3 코일의 사이의 결합 계수의 최댓값과의 사이에는, 큰 차가 발생한다. 이 실시 형태에 따르면, 제3 코일은 제2 코일의 자기 인덕턴스보다도 작은 자기 인덕턴스를 가지므로, 제1 코일과 제2 코일의 사이의 결합 계수의 최댓값과, 제1 코일과 제3 코일의 사이의 결합 계수의 최댓값과의 사이의 차를 감소시키는 것이 가능하게 된다.
일 실시 형태에 있어서는, 제2 코일에 관한 상기 제2 축선과 제3 코일에 관한 상기 제3 축선이 이루는 소정의 각도는, 90도이다. 이 실시 형태에 따르면, 제2 코일과 제3 코일의 사이의 상호 인덕턴스를 매우 작게 할 수 있어, 제2 코일과 제3 코일의 사이에서의 상호 간섭을 억제할 수 있다. 결과적으로, 제2 코일 및 제3 코일에 있어서 효율적으로 고주파를 발생시킬 수 있다. 또한, 제2 코일 및 제3 코일 중 한쪽에 발생하는 유도 기전력이 최대가 될 때, 제2 코일 및 제3 코일 중 다른 쪽에 발생하는 유도 기전력이 최소가 된다. 따라서, 2개의 출력 고주파의 전력비의 제어성이 높아진다. 또한, 제2 코일의 턴수 및 제3 코일의 턴수를 많게 할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 제2 코일과 제3 코일은, 그들의 사이에 절연 거리가 확보되도록 배치되어 있다. 또한, 일 실시 형태에 있어서, 제1 코일의 타단, 제2 코일의 타단, 및 제3 코일의 타단이 서로 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
제2 형태에 있어서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 챔버를 제공하는 챔버 본체와, 상부 전극인 제1 전극과, 하부 전극인 제2 전극과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 전극은 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 전극은 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전원으로부터의 고주파에 기초하여 생성되는 2개의 고주파, 즉 제1 고주파, 제2 고주파를 상부 전극, 하부 전극에 각각 공급할 수 있다. 또한, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 조정함으로써, 제1 고주파의 파워, 제2 고주파의 파워, 및 제1 고주파와 제2 고주파와의 사이의 위상을 조정할 수 있다. 따라서, 하부 전극 상의 피가공물에 입사하는 이온의 에너지를 조정하는 것이 가능하게 된다.
제3 형태에 있어서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 챔버를 제공하는 챔버 본체와, 상부 전극과, 하부 전극과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 상부 전극은, 연직 방향에 있어서 연장되는 챔버의 중심선에 교차하는 제1 전극, 및 중심선에 대하여 방사 방향에 있어서 제1 전극의 외측에 설치된 제2 전극을 포함한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 전극은, 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 전극은, 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다.
제3 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전원으로부터의 고주파에 기초하여 생성되는 2개의 고주파, 즉 제1 고주파, 제2 고주파를 제1 전극(제3 형태에 있어서의 「내측 전극」), 제2 전극(제3 형태에 있어서의 「외측 전극」)에 각각 공급할 수 있다. 또한, 2개의 2차측의 코일(제2 코일 및 제3 코일)과 챔버측의 2개의 전극(내측 전극 및 외측 전극)과의 사이에서 동일 방향으로 전류가 공급되도록, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 설정함으로써, 플라즈마 밀도의 직경 방향의 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다. 한편, 2개의 2차측의 코일과 챔버측의 2개의 전극의 사이에서 서로 역방향으로 전류가 공급되도록, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 조정함으로써, 하부 전극 상의 피가공물에 입사하는 이온의 에너지를 감소시키는 것이 가능하게 된다.
제4 형태에 있어서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 챔버를 제공하는 챔버 본체와, 상부 전극인 제1 전극과, 하부 전극과, 상부 전극보다도 챔버 본체의 측벽 근처에 설치된 제2 전극과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고, 제1 전극은 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고, 제2 전극은 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다.
제4 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에서는, 2개의 2차측의 코일(제2 코일 및 제3 코일)과 챔버측의 2개의 전극(제1 전극, 즉 상부 전극, 및 제2 전극)과의 사이에서 동일 방향으로 전류가 공급되도록, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치가 설정되면, 하부 전극과 플라즈마와의 사이의 전위차가 커지고, 하부 전극 상의 피가공물에 비교적 높은 에너지의 이온이 조사된다. 한편, 2개의 2차측의 코일과 챔버측의 2개의 전극과의 사이에서 서로 역방향으로 전류가 공급되도록, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치가 조정되면, 하부 전극과 플라즈마와의 사이의 전위차가 작아지고, 하부 전극 상의 피가공물에 조사되는 이온의 에너지가 작아진다. 이와 같이, 제4 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 의하면, 하부 전극에 직접적으로 급전하지 않고, 하부 전극 상의 피가공물에 조사되는 이온의 에너지를 조정하는 것이 가능하게 된다.
제5 형태에 있어서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 제1 처리 공간을 제공하는 제1 처리 구획과, 제2 처리 공간을 제공하는 제2 처리 구획과, 그들의 사이에 제1 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극과, 그들의 사이에 제2 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 상부 전극 또는 제1 하부 전극의 한쪽인 제1 전극은, 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 상부 전극 또는 제2 하부 전극의 한쪽인 제2 전극은, 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다.
제5 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전원으로부터의 고주파에 기초하여 생성되는 2개의 고주파를, 2개의 처리 공간용의 2개의 전극으로 분배할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 제1 전극과 제2 코일의 일단과의 사이, 제2 전극과 제3 코일의 일단과의 사이에 각각 접속된 2개의 콘덴서를 더 구비한다.
일 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 제2 코일의 일단 및 제3 코일 일단 중 한쪽에 접속된 센서를 구비하고, 당해 센서는 전류 센서 또는 전압 센서이다. 또한, 일 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 제2 코일의 일단 및 제3 코일의 일단 중 다른 쪽에 접속된 별도의 센서를 구비하고, 당해 별도의 센서는 전류 센서 또는 전압 센서이다.
제6 형태에 있어서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 제1 처리 공간을 제공하는 제1 처리 구획과, 제2 처리 공간을 제공하는 제2 처리 구획과, 그들의 사이에 제1 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극과, 그들의 사이에 제2 챔버 내의 공간이 개재하도록 설치된 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 상부 전극인 제1 전극은, 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 상부 전극인 제2 전극은 제2 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 하부 전극인 제3 전극은 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 하부 전극인 제4 전극은 제3 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 코일의 양단에는 동일한 전류가 흐르고, 제3 코일의 양단에는 동일한 전류가 흐른다. 따라서, 제6 형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 제1 처리 공간용의 제1 상부 전극과 제2 처리 공간용의 제2 상부 전극에 동일한 전류값의 전류가 공급된다. 또한, 제1 처리 공간용의 제1 하부 전극과 제2 처리 공간용의 제2 하부 전극에 동일한 전류값의 전류가 공급된다. 그러므로, 2개의 처리 공간 각각을 위한 상부 전극과 하부 전극에 대략 동일한 조건의 고주파를 공급하는 것이 가능하다. 즉, 기차(機差)가 억제된다. 또한, 제1 상부 전극과 제1 하부 전극에 각각 공급되는 2개의 고주파 각각의 전력과 당해 2개의 고주파의 사이의 위상을 제어할 수 있고, 제2 상부 전극과 제2 하부 전극에 각각 공급되는 2개의 고주파 각각의 전력과 당해 2개의 고주파의 사이의 위상을 제어할 수 있다. 따라서, 제1 하부 전극 상의 피가공물에 조사되는 이온의 에너지를 조정할 수 있고, 제2 하부 전극상의 피가공물에 조사되는 이온의 에너지를 조정할 수 있다.
제7 형태에 있어서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 제1 처리 공간을 제공하는 제1 처리 구획과, 제2 처리 공간을 제공하는 제2 처리 구획과, 그들의 사이에 제1 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극과, 그들의 사이에 제2 챔버 내의 공간이 개재하도록 설치된 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 상부 전극인 제1 전극은, 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 하부 전극인 제2 전극은, 제2 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 상부 전극인 제3 전극은, 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 하부 전극인 제4 전극은, 제3 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 코일의 양단에는 동일한 전류가 흐르고, 제3 코일의 양단에는 동일한 전류가 흐른다. 따라서, 제7 형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 제1 처리 구획에 흐르는 전류 및 제2 처리 구획에 흐르는 전류가 억제된다. 그러므로, 제1 처리 구획에의 플라즈마의 확산을 억제하여, 제1 상부 전극과 제1 하부 전극의 사이에 플라즈마를 가둘 수 있어, 안정된 플라즈마의 생성이 가능하게 된다. 또한, 제2 처리 구획에의 플라즈마의 확산을 억제하여, 제2 상부 전극과 제2 하부 전극의 사이에 플라즈마를 가둘 수 있어, 안정된 플라즈마의 생성이 가능하게 된다.
일 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 제1 전극과 제2 코일의 일단과의 사이, 제2 전극과 제2 코일의 타단과의 사이, 제3 전극과 제3 코일의 일단과의 사이, 제4 전극과 제3 코일의 타단과의 사이에 각각 접속된 4개의 콘덴서를 더 구비한다.
일 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 전류 센서 또는 전압 센서인 복수의 센서를 더 구비한다. 복수의 센서는, 제2 코일의 일단 및 타단 중 한쪽, 및 제3 코일의 일단 및 타단 중 한쪽에 각각 접속된 2개의 센서를 포함한다. 또 다른 실시 형태에 있어서, 복수의 센서는, 제2 코일의 일단 및 타단 중 다른 쪽, 및 제3 코일의 일단 및 타단 중 다른 쪽에 각각 접속된 별도의 2개의 센서를 더 포함한다.
제8 형태에 있어서는, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 챔버를 제공하는 챔버 본체와, 챔버 내에 설치된 하부 전극과, 하부 전극의 상방에 설치된 창 부재와, 창 부재의 상방에 설치되어 있고, 연직 방향으로 연장되는 챔버의 중심선 둘레에서 연장되는 제1 안테나 코일과, 창 부재의 상방에 설치되어 있고, 중심선의 둘레에서 연장되고, 제1 안테나 코일의 외측에 설치된 제2 안테나 코일과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 코일의 일단 및 타단은, 제1 안테나 코일의 일단 및 타단에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 제3 코일의 일단 및 타단은, 제2 안테나 코일의 일단 및 타단에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
제8 형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 제1 안테나 코일에 제2 코일로부터 공급되는 고주파의 전력과 제2 안테나 코일에 제3 코일로부터 공급되는 고주파의 전력의 비를 조정할 수 있다. 제1 안테나 코일에 의해 생성되는 변동 자장은, 주로, 상기 중심선을 포함하는 영역의 플라즈마 밀도의 조정에 기여한다. 또한, 제2 안테나 코일에 의해 생성되는 변동 자장은, 주로, 상기 중심선으로부터 이격된 영역의 플라즈마 밀도의 조정에 기여한다. 따라서, 제8 형태의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 플라즈마 밀도의 직경 방향의 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다.
일 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 복수의 콘덴서를 더 구비한다. 복수의 콘덴서는, 제2 코일의 일단과 제1 안테나 코일의 일단과의 사이, 제2 코일의 타단과 제1 안테나 코일의 타단과의 사이, 제3 코일의 일단과 제2 안테나 코일의 일단과의 사이, 제3 코일의 타단과 제2 안테나 코일의 타단과의 사이에 각각 접속되어 있다.
제9 형태에 있어서는, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 챔버를 제공하는 챔버 본체와, 챔버 내에 설치된 하부 전극과, 하부 전극의 상방에 설치된 창 부재와, 창 부재의 상방에 설치된 안테나 코일과, 고주파 전원과, 상술한 제1 형태 및 다양한 실시 형태 중 어느 하나의 변압기를 구비한다. 고주파 전원은 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 코일의 일단 및 타단은, 안테나 코일의 일단 및 타단에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 제3 코일의 일단은, 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있다.
제9 형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전원으로부터의 고주파에 기초하여 생성되는 2개의 고주파 중 한쪽이 안테나 코일에 공급되고, 다른 쪽이 하부 전극에 공급된다. 즉, 2개의 고주파 중 한쪽이 플라즈마 생성을 위해서 사용되고, 다른 쪽이 이온 에너지의 제어를 위해서 사용된다.
일 실시 형태에 있어서, 제1 코일의 자기 공진 주파수는, 고주파 전원이 발생하는 고주파의 주파수의 2배 이상이다. 이 실시 형태에 따르면, 2차측의 부하의 변동에 기인하는 제1 코일의 자기 공진 주파수의 큰 변동을 억제할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 제2 코일은 당해 제2 코일에 접속되는 부하의 부하 임피던스보다도 큰 자기 인덕턴스를 갖고, 제3 코일은 당해 제3 코일에 접속되는 부하의 부하 임피던스보다도 큰 자기 인덕턴스를 갖는다.
제10 형태에 있어서는, 제2 내지 제4 형태, 및 제5 형태 및 그 실시 형태 중 어느 하나의 플라즈마 처리 장치를 사용하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 이 플라즈마 처리 방법에 사용되는 플라즈마 처리 장치에서는, 제2 코일의 타단 및 제3 코일 타단은 서로 접속되고 또한 접지되어 있다. 이 플라즈마 처리 방법은, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하는 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 제1 각도 위치로 설정하는 제1 공정과, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 제2 각도 위치로 설정하는 제2 공정을 포함한다. 제1 공정과 제2 공정이, 제1 코일에 고주파 전원으로부터의 고주파를 공급하고 있는 상태에서, 교대로 반복된다.
원자층 레벨의 성막 또는 원자층 레벨의 에칭에서는, 피가공물에 입사하는 이온의 에너지를 교대로 변경할 것이 요구된다. 제10 형태에 관한 플라즈마 처리 방법에서는, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하는 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 교대로 변경함으로써, 고주파 전원으로부터의 고주파를 제1 코일에 공급한 상태 그대로, 피가공물에 입사하는 이온의 에너지를 교대로 변경할 수 있다. 따라서, 원자층 레벨의 성막, 원자층 레벨의 에칭과 같은 플라즈마 처리의 스루풋을 개선할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 변압기의 2차측으로부터 출력되는 제1 고주파의 전력과 제2 고주파의 전력의 비를, 미세하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 1차측의 코일에 고주파를 공급하고 있는 상태라도, 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1 고주파와 제2 고주파와의 사이의 위상을, 동위상과 역위상과의 사이에서 변경하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 변압기를 일부 파단해서 도시하는 사시도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 변압기의 3개의 코일을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시하는 변압기를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 변압기를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시하는 변압기를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시하는 변압기를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 7a는 전력 전달 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7b는 입력 전압과 출력 전압의 비(Vout/Vin)를 나타내는 그래프이다.
도 8은 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 10은 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 11a는 상부 전극, 하부 전극 및 챔버 본체 각각에서의 전류값을 나타내는 그래프이다.
도 11b는 상부 전극 및 하부 전극 각각의 직류 전위를 나타내는 그래프이다.
도 12는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 관련하는 타이밍 차트를 도시하는 도면이다.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 14는 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 15는 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 16은 제5 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 17은 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 18은 제7 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 19는 제8 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 20은 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 21은 또 다른 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 22는 제1 실시 형태의 변형 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일하거나 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1은, 일 실시 형태에 따른 변압기를 일부 파단해서 도시하는 사시도이다. 도 2는, 일 실시 형태에 따른 변압기의 3개의 코일을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 변압기(100)는, 회전축(102), 1차측의 제1 코일(104) 및 2차측 코일 쌍(106)을 구비하고 있다. 2차측 코일 쌍(106)은, 제2 코일(108) 및 제3 코일(110)을 포함하고 있다. 일 실시 형태에서, 변압기(100)는, 지지 부재(112, 114), 지주(116), 지지 부재(118, 120), 지지 부재(122, 124), 단자(124a, 124b), 단자(128a, 128b) 및 단자(130a, 130b)를 더 구비하고 있다.
회전축(102)은, 대략 원기둥 형상을 이루고 있다. 회전축(102)은, 그 중심 축선(RX) 둘레에, 즉, 중심 축선(RX)을 회전 축선으로 해서, 회전 가능하게 설치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 회전축(102)은, 지지 부재(112)와 지지 부재(114)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 지지 부재(112) 및 지지 부재(114)는, 판상의 부재이며, 대략 사각형의 평면 형상을 갖는다. 지지 부재(112) 및 지지 부재(114)는, 절연체로 형성되어 있다. 지지 부재(112) 및 지지 부재(114)는, 중심 축선(RX)에 교차 또는 대략 직교하도록 설치되어 있고, 그들의 판 두께 방향이 중심 축선(RX)이 연장되는 방향(RD)에 대략 일치하도록, 방향(RD)을 따라 배열되어 있다. 지지 부재(112)의 코너부에는 지주(116)의 일단이 고정되어 있고, 지지 부재(114)의 코너부에는 지주(116)의 타단이 고정되어 있다. 회전축(102)의 일단부는, 지지 부재(112)를 관통하여, 지지 부재(112)로부터 돌출되어 있다. 이 회전축(102)의 일단부는, 후술하는 구동 기구(140)(예를 들어, 모터)에 접속되어 있다.
지지 부재(118) 및 지지 부재(120)는, 대략 원반 형상의 부재이며, 절연체로 형성되어 있다. 지지 부재(118) 및 지지 부재(120)는, 지지 부재(112)와 지지 부재(114)와의 사이에서 중심 축선(RX)에 교차 또는 대략 직교하도록 설치되어 있고, 그들의 판 두께 방향이 방향(RD)에 대략 일치하도록 방향(RD)을 따라 배열되어 있다. 또한, 지지 부재(122) 및 지지 부재(124)는, 대략 원반 형상의 부재이며, 절연체로 형성되어 있다. 지지 부재(122) 및 지지 부재(124)는, 지지 부재(118)와 지지 부재(120)와의 사이에서 중심 축선(RX)에 교차 또는 대략 직교하도록 설치되어 있고, 그들의 판 두께 방향이 방향(RD)에 대략 일치하도록 방향(RD)을 따라 배열되어 있다. 회전축(102)은, 지지 부재(118, 120, 122, 124) 각각의 중심을 관통하고 있다. 지지 부재(118, 120, 122, 124)는, 회전축(102)에 고정되어 있다.
제1 코일(104)은, 중심 축선(RX)에 직교하는 제1 축선(AX1) 둘레로 연장되어 있다. 일 실시 형태에서는, 제1 축선(AX1)은, 지지 부재(112)와 지지 부재(114)와의 중간에서 중심 축선(RX)에 직교하고 있다. 제1 코일(104)은, 지지 부재(112)의 외측과 지지 부재(114)의 외측을 교대로 통과하도록, 제1 축선(AX1) 중심에 감겨 있다.
제1 코일(104)의 일단(104a)은, 단자(124a)에 접속되어 있다. 일 실시 형태에서는, 단자(124a)는, 지지 부재(112)의 일면(112a)(변압기(100)의 외측을 향한 면)에 설치되어 있다. 또한, 제1 코일(104)의 타단(104b)은, 단자(124b)에 접속되어 있다. 일 실시 형태에서는, 단자(124b)는, 지지 부재(114)의 일면(114a)(변압기(100)의 외측을 향한 면)에 설치되어 있다.
제2 코일(108)은, 제2 축선(AX2) 둘레로 연장되어 있다. 제2 축선(AX2)은, 제1 코일(104)에 의해 둘러싸인 영역 내에서 중심 축선(RX)에 직교하고 있다. 일 실시 형태에서는, 제2 축선(AX2)은, 지지 부재(118)와 지지 부재(120)와의 중간에서 중심 축선(RX)에 직교하고 있다. 제2 코일(108)은, 지지 부재(118)의 외측과 지지 부재(120)의 외측을 교대로 통과하도록, 제2 축선(AX2) 중심에 감겨 있다. 제2 코일(108)은, 지지 부재(118) 및 지지 부재(120)를 개재해서 회전축(102)에 의해 지지되어 있다.
제2 코일(108)의 일단(108a)은, 단자(128a)에 접속되어 있다. 또한, 제2 코일(108)의 타단(108b)은, 단자(128b)에 접속되어 있다. 일 실시 형태에서는, 단자(128a) 및 단자(128b)는, 지지 부재(112)의 일면(112a)에 설치되어 있다. 회전축(102)은, 동축 형상으로 설치된 제1 도체와 제2 도체를 포함하고 있고, 제2 코일(108)의 일단(108a)은 제1 도체에 접속되어 있고, 제2 코일(108)의 타단(108b)은 제2 도체에 접속되어 있다. 제1 도체는, 로터리 커넥터(130) 내의 슬립 링을 통해서 단자(128a)에 접속되어 있다. 또한, 제2 도체는, 로터리 커넥터(130) 내의 다른 슬립 링을 통해서 단자(128b)에 접속되어 있다.
제3 코일(110)은, 제3 축선(AX3) 둘레로 연장되어 있다. 제3 축선(AX3)은, 제1 코일(104)에 의해 둘러싸인 영역 내에서 중심 축선(RX)에 직교하고 있다. 또한, 제3 축선(AX3)은, 제2 축선(AX2)에 교차하고 있다. 제3 축선(AX3)과 제2 축선(AX2)은, 서로의 사이에 소정의 각도(θp)를 이루고 있다. 각도(θp)는, 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 90도이다. 일 실시 형태에서는, 제3 축선(AX3)은, 지지 부재(122)와 지지 부재(124)와의 중간에서 중심 축선(RX)에 직교하고 있다. 제3 코일(110)은, 지지 부재(122)의 외측과 지지 부재(124)의 외측을 교대로 통과하도록, 제3 축선(AX3) 중심에 감겨 있다. 제3 코일(110)은, 지지 부재(122) 및 지지 부재(124)를 개재해서 회전축(102)에 의해 지지되어 있다. 이 제3 코일(110)과 제2 코일(108)과의 사이에는, 절연 거리가 확보되어 있다.
제3 코일(110)의 일단(110a)은, 단자(130a)에 접속되어 있다. 또한, 제3 코일(110)의 타단(110b)은, 단자(130b)에 접속되어 있다. 일 실시 형태에서는, 단자(130a) 및 단자(130b)는, 지지 부재(114)의 일면(114a)에 설치되어 있다. 회전축(102)은, 동축 형상으로 설치된 제3 도체와 제4 도체를 포함하고 있고, 제3 코일(110)의 일단(110a)은 제3 도체에 접속되어 있고, 제3 코일(110)의 타단(110b)은 제4 도체에 접속되어 있다. 제3 도체는, 지지 부재(114)의 근방에 설치된 별도의 로터리 커넥터의 슬립 링을 통해서 단자(130a)에 접속되어 있다. 또한, 제4 도체는, 당해 별도의 로터리 커넥터 내의 다른 슬립 링을 통해서 단자(130b)에 접속되어 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 변압기(100)에 의한 2개의 출력 고주파의 발생 원리에 대해서 설명한다. 도 3 내지 도 6은, 도 1에 도시하는 변압기를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 3 내지 도 6에는, 중심 축선(RX)을 따른 방향에서 본 제1 코일(104), 제2 코일(108) 및 제3 코일(110)이 개략적으로 도시되어 있다. 도 3 내지 도 6에서는, 제1 코일(104)은, 사각형의 도형으로 도시되어 있다. 이하의 설명에서는, 2차측 코일 쌍(106)의 회전 방향의 각도 위치(θr)를, 제1 축선(AX1)과 제2 축선(AX2)이 이루는 각도로서 정의한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 축선(AX1)과 제2 축선(AX2)이 일치하고 있을 때는, 각도 위치(θr)는 0도이다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이 제1 축선(AX1)에 대하여 제2 축선(AX2)이 시계 방향으로 0도 내지 180도의 범위 내에 있을 때, 각도 위치(θr)는 음의 값을 취하는 것으로 한다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이 제1 축선(AX1)에 대하여 제2 축선(AX2)이 반시계 방향으로 0도 내지 180도의 범위 내에 있을 때, 각도 위치(θr)는 양의 값을 취하는 것으로 한다.
제1 코일(104)에 고주파 전원으로부터 고주파가 공급되면, 제1 축선(AX1)에 대략 평행한 방향으로 자속(MF)이 발생한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 발생한 자속이 제2 코일(108)을 관통함으로써, 제2 코일(108)에 유도 기전력이 발생한다. 또한, 발생한 자속이 제3 코일(110)을 관통함으로써, 제3 코일(110)에 유도 기전력이 발생한다. 이에 의해, 제2 코일(108)로부터 제1 고주파가 출력되고, 제3 코일(110)로부터 제2 고주파가 출력된다. 제2 코일(108)을 관통하는 자속의 양, 나아가서는 제1 고주파의 전력은, 제1 코일(104)과 제2 코일(108)이 이루는 각도에 의존한다. 또한, 제3 코일(110)을 관통하는 자속의 양, 나아가서는 제2 고주파의 전력은, 제1 코일(104)과 제3 코일(110)이 이루는 각도에 의존한다. 변압기(100)에서는, 회전축(102)을 회전시킴으로써, 2차측 코일 쌍(106)을 회전시킬 수 있어, 제1 코일(104)과 제2 코일(108)이 이루는 각도와, 제1 코일(104)과 제3 코일(110)이 이루는 각도의 비를 미세하게 변경할 수 있다. 따라서, 제1 고주파의 전력과 제2 고주파의 전력의 비, 즉, 2개의 출력 고주파의 전력비를, 미세하게 제어하는 것이 가능하다.
또한, 변압기(100)에서는, 접지하는 탭의 변경, 즉, 접점의 변경에 의해 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경하는 것이 아니라, 회전축(102)의 회전에 의해, 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경할 수 있다. 따라서, 1차측의 제1 코일(104)에 고주파를 공급하고 있는 상태라도, 2개의 출력 고주파의 전력비를 변경하는 것이 가능하다.
또한, 변압기(100)에서는, 제1 고주파와 제2 고주파와의 사이의 위상을, 동위상과 역위상과의 사이에서 변경할 수 있다. 이하, 구체적으로 설명한다. 도 3에 도시하는 상태에서는, 각도 위치(θr)가, 예를 들어 -20도이다. 이 상태에서는, 자속이 제2 코일(108)을 당해 제2 코일(108)의 일방측으로부터 타방측으로 관통하고 있고, 당해 자속이 제3 코일(110)을 당해 제3 코일(110)의 일방측으로부터 타방측으로 관통하고 있다. 따라서, 제2 코일(108)의 일단과 타단과의 사이, 제3 코일(110)의 일단과 타단과의 사이에서, 동일 방향(동위상)의 유도 기전력이 발생한다.
도 4에 도시하는 상태에서는, 각도 위치(θr)는 0도이다. 이 상태에서는, 자속은 제2 코일(108)만을 관통한다. 따라서, 제2 코일(108)에만 유도 기전력이 발생하고, 제3 코일(110)에는 유도 기전력이 발생하지 않는다.
도 5에 도시하는 상태에서는, 각도 위치(θr)는 예를 들어 20도이다. 이 상태에서는, 자속이 제2 코일(108)을 당해 제2 코일(108)의 일방측으로부터 타방측으로 관통하고 있고, 당해 자속이 제3 코일(110)을 당해 제3 코일(110)의 타방측으로부터 일방측으로 관통하고 있다. 따라서, 제2 코일(108)의 일단과 타단과의 사이에 발생하는 유도 기전력과 제3 코일(110)의 일단과 타단과의 사이에서 발생하는 유도 기전력의 방향은 역방향(역위상)이 된다.
도 6에 나타내는 상태에서는, 각도 위치(θr)는 90도이다. 이 상태에서는, 자속은 제3 코일(110)만을 관통한다. 따라서, 제3 코일(110)에만 유도 기전력이 발생하고, 제2 코일(108)에는 유도 기전력이 발생하지 않는다.
이와 같이, 변압기(100)에 의하면, 제1 고주파와 제2 고주파와의 사이의 위상을, 동위상과 역위상과의 사이에서 변경할 수 있다. 또한, 제2 코일(108) 및 제3 코일(110) 중 한쪽만으로부터 출력 고주파를 출력하는 것도 가능하다.
이하, 변압기(100)의 성능 향상에 있어서 요망되는 설계 지침에 대해서 설명한다. 그러나, 변압기(100)는 이하에 설명하는 설계 지침에 의해 한정되는 것은 아니다.
변압기에서는, 1차측의 코일의 전류값과 2차측의 코일의 전류값이 대략 동일 레벨일 것이 요망된다. 여기서, 1차측의 코일에 고주파 전원이 접속되고, 2차측의 코일에 복소 임피던스(Z2)의 부하가 접속되어 있는 경우에는, 1차측의 코일의 전류값(I1)과 2차측의 코일의 전류값(I2)의 비(전류비)는, 이하의 식 (1)로 표현된다. 식 (1)에서, L1은 1차측의 코일의 자기 인덕턴스, L2는 2차측의 코일의 자기 인덕턴스, k는 1차측의 코일과 2차측의 코일의 사이의 결합 계수, ω는 고주파의 각 주파수이다.
[수학식 1]
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식 (1)에서, 부하의 복소 임피던스(Z2)에 의존하지 않고 전류비를 크게 하기 위해서는, Z2<<L2ω를 만족하도록, 2차측의 코일의 크기나 권취수를 설정할 필요가 있다. 따라서, 일 실시 형태에서는, 제2 코일(108)에는, 그에 접속되는 부하의 부하 임피던스보다도 큰 인덕턴스를 갖는 코일이 사용된다. 또한, 제3 코일(110)에는, 그에 접속되는 부하의 부하 임피던스보다도 큰 인덕턴스를 갖는 코일이 사용된다.
2차측의 코일이 Z2<<L2ω를 만족시키는 경우에, 전류비는, (1)식에 나타낸 바와 같이, 근사적으로 결합 계수(k)와, 자기 인덕턴스(L1)와 자기 인덕턴스(L2)의 비의 평방근과의 곱이 된다. (1)식으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 1차측의 코일의 자기 인덕턴스(L1)를 2차측의 코일의 자기 인덕턴스(L2)보다도 크게 함으로써, 전류비를 크게 할 수 있다. 일 실시 형태의 변압기(100)에서는, 제1 코일(104)의 자기 인덕턴스가, 제2 코일(108)의 자기 인덕턴스 및 제3 코일(110)의 자기 인덕턴스보다도 큰 자기 인덕턴스로 설정된다. 이에 의해, 전류비를 크게 할 수 있다. 따라서, 2차측의 2개의 코일, 즉 제2 코일(108) 및 제3 코일(110)에 각각 접속되는 부하에 충분한 전류를 공급하는 것이 가능하게 된다.
일 실시 형태에 있어서, 제2 코일(108) 및 제3 코일(110)은, 제1 코일(104)의 내측에 설치되어 있다. 즉, 회전하는 2차측 코일 쌍(106)이 제1 코일(104)에 간섭하지 않도록, 2차측 코일 쌍(106)은 제1 코일(104)의 내측에 설치되어 있다. 따라서, 제1 코일(104)의 사이즈(단면적)는, 제2 코일(108)의 사이즈(단면적) 및 제3 코일(110)의 사이즈(단면적)보다도 커진다. 그러므로, 제1 코일(104)의 자기 인덕턴스를, 제2 코일(108)의 자기 인덕턴스 및 제3 코일(110)의 자기 인덕턴스에 대하여 크게 할 수 있다.
이어서, 변압기(100)의 제1 코일(104)에 입력되는 고주파의 주파수에 대해서 설명한다. 코일은, 부유 용량 성분을 가지므로, 병렬 공진하는 주파수, 즉, 자기 공진 주파수를 갖는다. 병렬 공진 상태에서는, 임피던스는 매우 높아진다. 또한, 1차측의 코일은 2차측의 부하 임피던스의 영향을 받는다. 따라서, 고주파의 주파수가 1차측의 코일의 자기 공진 주파수에 가까운 주파수인 경우에는, 부하의 약간의 변동으로도 임피던스가 크게 변동하게 된다. 그 결과, 임피던스가 1차측의 코일과 고주파 전원과의 사이에 설치되는 정합기의 정합 범위를 일탈하는 사태가 발생한다. 이 사태는, 1차측의 코일의 자기 공진 주파수의 1/2 이하의 주파수를 갖는 고주파를 발생하는 고주파 전원을 이용함으로써 회피 가능하다. 따라서, 후술하는 다양한 플라즈마 처리 장치의 실시 형태에서는, 제1 코일(104)에 접속되는 고주파 전원으로서, 그것이 발생하는 고주파의 주파수에 대하여 제1 코일(104)의 자기 공진 주파수가 2배 이상으로 되는 고주파 전원이 선택된다.
이어서, 2차측 코일 쌍(106)의 제2 코일(108)과 제3 코일(110)이 이루는 각도(θp)에 대해서 설명한다. 일 실시 형태에서는, 제2 코일(108)과 제3 코일(110)이 이루는 각도(θp)는 90도로 설정된다. 이에 의해, 제2 코일(108)과 제3 코일(110)의 사이의 상호 인덕턴스를 매우 작게 할 수 있어, 제2 코일(108)과 제3 코일(110)의 사이에서의 상호 간섭을 억제할 수 있다. 결과적으로, 제2 코일(108) 및 제3 코일(110)에 있어서 효율적으로 고주파를 발생시킬 수 있다. 또한, 제2 코일(108) 및 제3 코일(110) 중 한쪽에 발생하는 유도 기전력이 최대가 될 때, 제2 코일(108) 및 제3 코일(110) 중 다른 쪽에 발생하는 유도 기전력이 최소가 된다. 따라서, 2개의 출력 고주파의 전력비의 제어성이 높아진다. 또한, 제2 코일(108)의 턴수 및 제3 코일(110)의 턴수를 많게 할 수 있다.
이어서, 제2 코일(108)의 자기 인덕턴스와 제3 코일(110)의 자기 인덕턴스에 대해서 설명한다. 제1 코일(104)의 전류값과 제2 코일(108)의 전류값의 비(전류비의 최댓값)와, 제1 코일(104)의 전류값과 제3 코일(110)의 전류값의 비(전류비의 최댓값)는, 정합기의 가변 범위 및 정합기의 동작의 관점에서, 대략 동일한 것이 요망된다. 그러나, 일 실시 형태에서는, 제3 코일(110)이 제2 코일(108)의 내측에 설치되어 있다. 따라서, 제3 코일(110)의 사이즈(단면적)는 제2 코일(108)의 사이즈(단면적)보다도 작다. 이 때문에, 제1 코일(104)과 제2 코일(108)의 결합 계수의 최댓값과, 제1 코일(104)과 제3 코일(110)의 결합 계수의 최댓값과의 사이에 차가 발생한다. 이 차를 감소시키기 위해서, 일 실시 형태에서는, 제3 코일(110)이 제2 코일(108)의 자기 인덕턴스보다도 작은 자기 인덕턴스를 갖도록 변압기(100)가 구성된다.
이하, 변압기의 실시예에 대해 행한 평가에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 실시예에서는, 제1 코일의 단면은 11mm×19mm의 사이즈를 갖고, 제2 코일의 단면은 9mm×14mm의 사이즈를 갖고, 제3 코일의 단면은 9mm×9mm의 사이즈를 갖고 있었다. 또한, 제2 코일과 제3 코일이 이루는 각도(θp)는 90도이었다. 또한, 제1 코일의 자기 인덕턴스, 제2 코일의 자기 인덕턴스, 제3 코일의 자기 인덕턴스는 각각, 76.1μH, 30.1μH, 33.4μH이었다.
그리고, 제1 코일의 일단을 네트워크 애널라이저의 포트(1)에 접속하고, 제2 코일의 일단을 네트워크 애널라이저의 포트(2)에 접속하고, 제3 코일의 일단에 50Ω의 부하를 접속하고, 제1 코일의 타단, 제2 코일의 타단 및 제3 코일의 타단을 접지하였다. 그리고, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치(θr)를 -90도 내지 90도의 사이의 몇 가지 각도로 설정하면서, 제1 코일로부터 제2 코일에의 전력 전달 효율, 및 제1 코일의 입력 전압과 제2 코일의 출력 전압과의 비(Vout/Vin)를 측정하였다. 또한, 제1 코일의 일단을 네트워크 애널라이저의 포트(1)에 접속하고, 제3 코일의 일단을 네트워크 애널라이저의 포트(2)에 접속하고, 제2 코일의 일단에 50Ω의 부하를 접속하고, 제1 코일의 타단, 제2 코일의 타단 및 제3 코일의 타단을 접지하였다. 그리고, 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치(θr)를 -90도 내지 90도의 사이의 몇 가지 각도로 설정하면서, 제1 코일로부터 제3 코일에의 전력 전달 효율, 및 제1 코일의 입력 전압과 제3 코일의 출력 전압과의 비(Vout/Vin)를 측정하였다.
결과를 도 7a 및 도 7b에 나타내었다. 도 7a의 그래프에 있어서, 횡축은 각도 위치(θr)를 나타내고 있고, 종축은 전력 전달 효율(％)을 나타내고 있다. 도 7a의 그래프에 있어서, 「코일(108)」의 범례에서 나타내는 플롯은, 제1 코일로부터 제2 코일에의 전력 전달 효율을 나타내고 있고, 「코일(110)」의 범례에서 나타내는 플롯은, 제1 코일로부터 제3 코일에의 전력 전달 효율을 나타내고 있다. 도 7b의 그래프에 있어서, 횡축은 각도 위치(θr)를 나타내고 있고, 종축은 Vout/Vin을 나타내고 있다. 도 7b의 그래프에 있어서, 「코일(108)」의 범례에서 나타내는 플롯은, 제1 코일의 입력 전압과 제2 코일의 출력 전압과의 비를 나타내고 있고, 「코일(110)」의 범례에서 나타내는 플롯은, 제1 코일의 입력 전압과 제3 코일의 출력 전압과의 비를 나타내고 있다.
도 7a의 그래프로부터 이해되는 바와 같이, 실시예의 변압기에 의하면, 2차측 코일 쌍의 각도 위치(θr)를 조정함으로써, 2개의 출력 고주파의 전력비를 미세하게 조정하는 것이 가능한 것으로 확인되었다. 또한, 도 7b의 그래프로부터 이해되는 바와 같이, 2차측 코일 쌍의 각도 위치(θr)가 0도 내지 -90도의 사이의 각도 위치로 설정되어 있는 경우에는, 제2 코일과 제3 코일에 동일 방향(동위상)의 유도 기전력이 발생하고, 2차측 코일 쌍의 각도 위치(θr)가 0도 내지 90도의 사이의 각도 위치로 설정되어 있는 경우에는, 제2 코일과 제3 코일에 역방향(역위상)의 유도 기전력이 발생하는 것으로 확인되었다. 따라서, 실시예의 변압기에 의하면, 2개의 출력 고주파의 위상 관계를 동위상과 역위상과의 사이에서 변경하는 것이 가능한 것으로 확인되었다.
또한, 제1 코일의 일단을 네트워크 애널라이저의 포트(1)에 접속하고, 제2 코일의 일단 및 제3 코일의 일단 각각에 50Ω의 부하를 접속하고, 제1 코일의 타단, 제2 코일의 타단 및 제3 코일의 타단을 접지하였다. 그리고, 입력측의 임피던스 특성을 측정하였다. 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8의 그래프에 있어서, 횡축은 주파수를 나타내고 있고, 종축은 입력측의 임피던스를 나타내고 있다. 도 8의 그래프로부터 이해되는 바와 같이, 실시예의 변압기에서는, 약 1.3MHz까지의 주파수의 증가에 대한 입력측의 임피던스의 변화는, 대수 그래프 상에서 선형이다. 이것은, 통상의 코일의 거동이다. 또한, 실시예의 변압기에서는, 주파수가 약 1.3MHz를 초과하면, 입력측의 임피던스가 급격하게 높아지고, 2.7MHz의 주파수에서 병렬 공진을 발생하고 있다. 따라서, 제1 코일에 접속되는 고주파 전원으로서, 그것이 발생하는 고주파의 주파수에 대하여 제1 코일의 자기 공진 주파수가 2배 이상이 되는 고주파 전원이 선택되는 것이 바람직한 것으로 확인되었다. 또한, 도 7a 및 도 7b에 관련된 상술한 평가에서는, 450kHz의 고주파를 사용하였다.
이하, 변압기(100)를 구비하는 플라즈마 처리 장치의 몇 가지 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 9 및 도 10은, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 9에서는, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를, 그 챔버 본체를 파단해서 나타내고 있다. 도 10은, 도 9에 나타내는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내고 있고, 변압기의 제1 내지 제3 코일을 나타내고 있다. 도 9 및 도 10에 도시하는 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며, 챔버 본체(12), 상부 전극(14), 하부 전극(16), 고주파 전원(18) 및 변압기(100)를 구비하고 있다.
챔버 본체(12)의 내부 공간은 챔버(12c)로서 제공되어 있다. 챔버 본체(12)는, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면에는 내플라즈마성의 피복이 형성되어 있다. 내플라즈마성의 피복은, 알루마이트 막, 산화이트륨 막과 같은 세라믹스제의 막일 수 있다. 챔버 본체(12)는, 대략 통 형상의 측벽부, 측벽부의 하단에 연속하는 저부 및 측벽부의 상단에 연속하는 상단부를 갖고 있다. 이 챔버 본체(12)는, 접지되어 있다.
챔버 본체(12) 내에는, 스테이지(20)가 설치되어 있다. 스테이지(20)는, 하부 전극(16)을 포함하고 있다. 또한, 일 실시 형태에서는, 스테이지(20)는 정전 척(22)을 더 포함하고 있다. 이 스테이지(20)는, 챔버 본체(12)의 저부로부터 연장되는 절연성의 지지체(24)에 의해 지지되어 있다. 스테이지(20)의 하부 전극(16)은, 제1 실시 형태에서의 제2 전극이다. 하부 전극(16)은, 대략 원반 형상을 갖고 있으며, 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있다. 정전 척(22)은 하부 전극(16) 상에 설치되어 있다. 정전 척(22)은, 유전체막 및 당해 유전체막 내에 내장된 전극을 포함하고 있다. 정전 척(22)의 전극에는 스위치를 통해서 전원이 접속되어 있다. 이 전원으로부터 정전 척(22)의 전극에 전압이 인가됨으로써, 정전 척(22)은 정전력을 발생한다. 정전 척(22)은, 당해 정전력에 의해, 그 위에 적재된 피가공물(W)을 흡착하여, 당해 피가공물(W)을 유지한다.
챔버 본체(12)의 상단부는, 개구되어 있다. 상부 전극(14)은, 절연성의 부재(26)를 개재해서 챔버 본체(12)의 상단부에 지지되어 있다. 상부 전극(14)은, 부재(26)와 함께, 챔버 본체(12)의 상단부의 개구를 폐쇄하고 있다. 상부 전극(14)은, 제1 실시 형태에서의 제1 전극이다. 상부 전극(14)과 하부 전극(16)과의 사이에는, 챔버(12c) 내의 공간이 개재하고 있다. 상부 전극(14)은, 천장판(28) 및 지지체(30)를 포함하고 있다. 천장판(28)은 챔버(12c)에 면하고 있다. 이 천장판(28)은, 실리콘, 알루미늄 또는 석영과 같은 재료로 구성될 수 있다. 또한, 천장판(28)이 알루미늄으로 형성되어 있는 경우에는, 그 표면에는 내플라즈마성의 피복이 실시된다. 천장판(28)에는, 복수의 가스 토출 구멍(28a)이 형성되어 있다.
지지체(30)는, 천장판(28)을 착탈 가능하게 지지하고 있다. 지지체(30)는, 예를 들어 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있다. 지지체(30)의 내부에는, 가스 확산 실(30a)이 형성되어 있다. 지지체(30)에는, 가스 확산 실(30a)과 복수의 가스 토출 구멍(28a)을 접속하는 복수의 구멍(30b)이 형성되어 있다. 또한, 가스 확산 실(30a)에는, 플라즈마 처리를 위한 가스를 공급하는 가스 공급부(32)가 접속되어 있다. 가스 공급부(32)는, 복수의 가스 소스, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 복수의 유량 제어기 및 복수의 밸브를 갖는다. 복수의 가스 소스의 각각은, 복수의 유량 제어기 중 대응하는 유량 제어기, 및 복수의 밸브 중 대응하는 밸브를 통해서, 가스 확산 실(30a)에 접속되어 있다. 이 가스 공급부(32)는, 복수의 가스 소스 중 선택된 가스 소스로부터의 가스의 유량을 조정하여, 당해 가스를 가스 확산 실(30a)에 공급한다. 가스 확산 실(30a)에 공급된 가스는, 복수의 가스 토출 구멍(28a)으로부터 챔버(12c)에 공급된다.
챔버 본체(12)의 측벽부에는, 피가공물의 반송을 위한 개구가 형성되어 있다. 이 개구는, 게이트 밸브(34)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(12c)에는 배기 장치(36)가 접속되어 있다. 이 배기 장치(36)에 의해, 챔버(12c)의 압력이 감압된다.
변압기(100)의 회전축(102)에는 구동 기구(140)(예를 들어, 모터)가 접속되어 있다. 이 구동 기구(140)는, 회전축(102)을 회전시키는 동력을 발생한다. 회전축(102)의 회전에 의해, 변압기(100)의 2차측 코일 쌍(106)의 각도 위치(θr)가 조정된다.
변압기(100)의 단자(124a)는, 정합기(38)를 통해서 고주파 전원(18)에 접속되어 있다. 따라서, 제1 코일(104)의 일단은 고주파 전원(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(18)은, 변압기(100)의 1차측의 코일(제1 코일(104))에 공급되는 고주파를 발생한다. 이 고주파의 주파수는, 일 실시 형태에서는, 제1 코일(104)의 자기 공진 주파수의 1/2 이하의 주파수일 수 있다. 정합기(38)는, 고주파 전원(18)의 출력 임피던스와 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 정합 회로를 갖고 있다.
변압기(100)의 단자(128a)는, 콘덴서(40)를 통해서, 상부 전극(14)에 접속되어 있다. 따라서, 제2 코일(108)의 일단은, 상부 전극(14)에 접속되어 있다. 변압기(100)의 단자(130a)는, 콘덴서(42)를 통해서, 하부 전극(16)에 접속되어 있다. 따라서, 제3 코일(110)의 일단은, 하부 전극(16)에 접속되어 있다. 변압기(100)의 단자(124b), 단자(128b) 및 단자(130b)는, 서로 접속되어 있고, 접지되어 있다. 따라서, 제1 코일(104)의 타단, 제2 코일(108)의 타단 및 제3 코일(110)의 타단은, 서로 접속되어 있고, 접지되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제어부(60)를 더 구비하고 있다. 제어부(60)는, 프로세서, 메모리와 같은 기억 장치, 디스플레이와 같은 표시 장치, 키보드와 같은 입력 장치, 데이터 입출력 장치와 같은 요소를 갖는 컴퓨터 장치일 수 있다. 제어부(60)는, 기억 장치에 저장되어 있는 제어 프로그램 및 레시피에 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어하도록 구성되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에서 플라즈마 처리가 행하여질 때는, 피가공물(W)이 정전 척(22)에 의해 유지된다. 또한, 가스 공급부(32)로부터 챔버(12c)에 가스가 공급된다. 또한, 배기 장치(36)에 의해 챔버(12c)의 압력이 감압된다. 그리고, 챔버(12c) 내에 공급된 가스가, 변압기(100)로부터의 출력 고주파에 의해 여기된다. 이에 의해 챔버(12c)에서 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마 중으로부터의 라디칼 및/또는 이온에 의해 피가공물(W)이 처리된다.
챔버(12c)에서 생성되는 플라즈마의 직류 전위는, 챔버 본체(12)의 직류 전위, 상부 전극(14)의 직류 전위, 및 하부 전극(16)의 직류 전위보다도 높다. 하부 전극(16)의 직류 전위가, 챔버 본체(12)의 직류 전위 및 상부 전극(14)의 직류 전위보다도 높으면, 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지가 낮아진다. 한편, 하부 전극(16)의 직류 전위가, 챔버 본체(12)의 직류 전위 및 상부 전극(14)의 직류 전위보다도 낮으면, 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지가 높아진다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 고주파 전원(18)으로부터의 고주파에 기초하여 생성되는 2개의 고주파, 즉 제1 고주파, 제2 고주파를 상부 전극(14), 하부 전극(16)에 각각 공급할 수 있다. 또한, 2차측 코일 쌍(106)의 회전 방향의 각도 위치(θr)를 조정함으로써, 제1 고주파의 파워, 제2 고주파의 파워, 및 제1 고주파와 제2 고주파와의 사이의 위상을 조정할 수 있다. 따라서, 하부 전극(16) 상의 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지를 조정하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 상부 전극(14)으로부터 플라즈마를 통해서 하부 전극(16)에 유입되는 전류(고주파 전류)와 역위상의 전류(고주파 전류)가 하부 전극에 공급되도록, 각도 위치(θr)가 설정된다. 이에 의해, 하부 전극(16) 상의 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지가 억제된다.
이하, 플라즈마 처리 장치(10)의 상부 전극(14), 하부 전극(16) 및 챔버 본체(12) 각각에 흐르는 전류, 및 상부 전극(14) 및 하부 전극(16) 각각의 직류 전위에 관한 평가 결과에 대해서 설명한다. 평가에 사용한 플라즈마 처리 장치(10)의 상부 전극(14)과 하부 전극(16)과의 사이의 거리는 19mm이며, 플라즈마 처리 장치(10)는 300mm의 직경을 갖는 웨이퍼를 처리 가능한 장치이었다. 또한, 이 평가에서는, 챔버(12c)의 압력을 800mTorr(106.7Pa), 고주파 전원으로부터 제1 코일에 입력되는 고주파의 파워를 1000W, 당해 고주파의 주파수를 450kHz로 설정하였다. 또한, 챔버(12c)에, 40sccm의 Ar 가스, 40sccm의 O2 가스를 공급하였다. 또한, 상술한 실시예의 변압기를 사용하였다. 이 평가에서는, 2차측 코일 쌍의 각도 위치(θr)를 -45도 내지 45도의 사이의 몇 가지 각도 위치로 설정하면서, 상부 전극(14), 하부 전극(16) 및 챔버 본체(12) 각각에서의 전류값, 및 상부 전극(14) 및 하부 전극(16) 각각의 직류 전위(Vdc)를 측정하였다.
도 11a에, 각도 위치(θr)와 상부 전극(14), 하부 전극(16) 및 챔버 본체(12) 각각에서의 전류값과의 관계를 나타내고, 도 11b에, 각도 위치(θr)와 상부 전극(14) 및 하부 전극(16) 각각의 직류 전위(Vdc)와의 관계를 나타낸다. 도 11a의 그래프에 있어서, 「상부 전극」의 범례에서 나타내는 플롯은 상부 전극(14)에서의 전류값을 나타내고 있고, 「하부 전극」의 범례에서 나타내는 플롯은 하부 전극(16)에서의 전류값을 나타내고 있고, 「챔버 본체」의 범례에서 나타내는 플롯은 챔버 본체(12)에서의 전류값을 나타내고 있다. 또한, 도 11b의 그래프에 있어서, 「상부 전극」의 범례에서 나타내는 플롯은 상부 전극(14)의 직류 전위를 나타내고 있고, 「하부 전극」의 범례에서 나타내는 플롯은 하부 전극(16)의 직류 전위를 나타내고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 상부 전극(14)으로부터 플라즈마를 통해서 하부 전극(16) 및 챔버 본체(12)에 흐르는 전류의 방향을 기준으로 하여, 도 11a 및 도 11b에 나타내는 평가 결과의 설명을 행한다.
각도 위치(θr)가 27도일 때는, 상부 전극(14)에 공급되는 제1 고주파의 파워가 하부 전극(16)에 공급되는 파워보다도 크지만, 상부 전극(14)으로부터의 전류의 일부가 하부 전극(16)에 유입되고, 유입된 전류와 동일 방향의 전류가 흐르는 위상에서 제2 고주파가 하부 전극(16)에 공급되고 있으므로, 이들 전류를 합할 수 있다. 따라서, 각도 위치(θr)가 27도일 때는, 도 11a에 도시한 바와 같이, 상부 전극(14)과 하부 전극(16)에는 대략 동등한 전류값의 전류가 흐르고 있었다. 또한, 각도 위치(θr)가 27도일 때는, 도 11b에 도시한 바와 같이, 하부 전극(16)의 직류 전위는 절댓값이 큰 음의 값을 취하고 있었다. 따라서, 각도 위치(θr)가 27도일 때는, 하부 전극(16) 상의 피가공물에 비교적 높은 에너지의 이온을 조사하는 것이 가능한 것으로 확인되었다.
각도 위치(θr)가 0도일 때는, 하부 전극(16)에 고주파는 공급되지 않지만, 상부 전극(14)으로부터의 전류가 부분적으로 하부 전극(16)에 유입된다. 따라서, 도 11a에 도시한 바와 같이, 하부 전극(16)의 전류값은 제로가 아니었다. 또한, 도 11b에 도시한 바와 같이, 하부 전극(16)의 직류 전위는 음의 값을 취하고 있었다. 따라서, 각도 위치(θr)가 0도일 때는, 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지가 최소로는 되지 않음이 확인되었다.
각도 위치(θr)가 -25도일 때는, 도 11a에 도시한 바와 같이, 하부 전극(16)에는, 상부 전극(14)으로부터 하부 전극(16)에 유입되는 전류의 전류값과 동등한 전류값의 전류가 제2 코일로부터 하부 전극(16)에 공급되어, 이 전류가 서로 상쇄되었다. 또한, 도 11b에 도시한 바와 같이, 하부 전극(16)의 직류 전위는 큰 양의 값을 취하고 있었다. 따라서, 각도 위치(θr)가 -25도일 때는, 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지가 크게 감소되는 것으로 확인되었다. 이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 변압기(100)를 갖는 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 하부 전극(16) 상의 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지를 미세하게 조정하는 것이 가능하다.
이하, 플라즈마 처리 장치(10)를 사용한 플라즈마 처리 방법의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 12는, 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 관련된 타이밍 차트를 도시하는 도면이다. 또한, 이 플라즈마 처리 방법은, 후술하는 몇 가지의 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에서도 실시하는 것이 가능하다.
도 12에 도시한 바와 같이, 이 플라즈마 처리 방법은, 공정 ST1(제1 공정)과 공정 ST2(제2 공정)를 포함한다. 공정 ST1과 공정 ST2는 교대로 반복된다. 공정 ST1에서는, 2차측 코일 쌍(106)의 회전 방향의 각도 위치(θr)가 제1 각도 위치로 설정된다. 제1 각도 위치는, 피가공물에 입사하는 이온의 에너지가 비교적 낮아지는 각도 위치이며, 예를 들어 -25도이다. 또한, 공정 ST1에서는, 챔버(12c)에 가스 A 및 가스 B가 공급된다. 공정 ST1에서의 가스 A의 유량은, 제1 유량(예를 들어, 50sccm)이다. 공정 ST1에서의 가스 B의 유량은, 제2 유량(예를 들어, 120sccm)이다. 가스 A는, 한정되는 것은 아니지만, 아르곤 가스와 같은 희가스일 수 있다. 가스 B는, 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 성막용의 전구체 가스일 수 있다. 전구체 가스는, 예를 들어 실리콘 함유 가스일 수 있다. 또한, 공정 ST1에서는, 챔버(12c)의 압력이 비교적 높은 제1 압력(예를 들어, 2Torr(266.6Pa))으로 설정된다. 또한, 고주파 전원(18)의 고주파 파워는 제1 파워(예를 들어, 1000W)로 설정된다.
공정 ST1에서는, 가스 A 및 가스 B의 플라즈마가 생성되어, 플라즈마 중의 이온 및/또는 라디칼이 피가공물에 조사된다. 공정 ST1에서는, 각도 위치(θr)가 제1 각도 위치로 설정되므로, 피가공물에 조사되는 이온의 에너지는 비교적 낮다. 따라서, 가스 B가 전구체 가스인 경우에는, 전구체 및 피가공물 상에 형성된 막의 대미지가 억제된다.
공정 ST2에서는, 2차측 코일 쌍(106)의 회전 방향의 각도 위치(θr)가 제2 각도 위치로 설정된다. 제2 각도 위치는, 피가공물에 입사하는 이온의 에너지가 비교적 높아지는 각도 위치이며, 예를 들어 27도이다. 또한, 공정 ST2에서는, 챔버(12c)에 가스 A가 공급된다. 공정 ST2에서의 가스 A의 유량은, 예를 들어 상술한 제1 유량이다. 공정 ST2에서의 가스 B의 유량은, 제3 유량, 예를 들어 0sccm이다. 또한, 공정 ST2에서는, 챔버(12c)의 압력이 비교적 낮은 제2 압력(예를 들어, 0.8Torr(106.7Pa))으로 설정된다. 또한, 고주파 전원(18)의 고주파 파워는 제1 파워보다도 높은 제2 파워(예를 들어, 1200W)로 설정된다.
공정 ST2에서는, 가스 A의 플라즈마가 생성되어, 플라즈마 중의 이온 및/또는 라디칼이 피가공물에 조사된다. 공정 ST2에서는, 각도 위치(θr)가 제2 각도 위치로 설정되므로, 피가공물에 조사되는 이온의 에너지는 비교적 높다. 따라서, 가스 B가 전구체 가스인 경우에는, 공정 ST1에서 피가공물 상에 형성된 과잉 전구체 및/또는 전구체 중의 불필요한 성분을 제거할 수 있다. 이 플라즈마 처리 방법에 의하면, 가스 B가 전구체 가스인 경우에는, 원자층 레벨의 성막을 행할 수 있다. 또한, 이 플라즈마 처리 방법은, 원자층 레벨의 성막에서의 사용뿐만 아니라, 다른 플라즈마 처리, 예를 들어 원자층 레벨의 에칭에서도 사용 가능하다.
또한, 이 플라즈마 처리 방법에서는, 공정간의 천이 시에 고주파 전원(18)으로부터의 제1 코일(104)에 대한 고주파의 공급을 정지할 필요가 없다. 이것은, 변압기(100)가 이용되고 있기 때문이며, 탭의 전환을 이용하지 않고, 즉, 접점을 이용하지 않고, 각도 위치(θr)의 조정에 의해 제2 코일(108)에서의 제1 고주파의 파워, 제3 코일(110)에서의 제2 고주파의 파워, 및 그들의 사이의 위상 관계를 변경할 수 있기 때문이다. 따라서, 이 플라즈마 처리 방법에 의하면, 공정 ST1 및 공정 ST2를 교대로 반복하는 플라즈마 처리의 스루풋이 높아진다. 또한, 이 플라즈마 처리 방법은, 공정 ST1 및 공정 ST2를 포함하는 사이클 중에 별도의 공정을 더 포함하고 있어도 된다.
이하, 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 13은, 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 13은, 도 10과 마찬가지로, 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 이하, 제2 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10A)와 플라즈마 처리 장치(10)의 상위점에 대해서 설명하고, 플라즈마 처리 장치(10)에 관한 설명과 중복되는 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 장치(10A)는, 상부 전극(14A)을 구비하고 있다. 상부 전극(14A)은, 제1 전극(141)(내측 전극) 및 제2 전극(142)(외측 전극)을 포함하고 있다. 제1 전극(141)은, 중심선(CL)에 교차하고 있다. 제1 전극(141)은, 원형의 평면 형상을 갖는다. 제1 전극(141)의 중심선은 중심선(CL)과 일치하고 있다. 또한, 중심선(CL)은, 챔버(12c)의 중심선이며, 연직 방향으로 연장되어 있다. 제2 전극(142)은, 중심선(CL)에 대하여 방사 방향에 있어서 제1 전극(141)의 외측에 설치되어 있다. 제2 전극(142)은, 중심선(CL)의 둘레에서 연장되는 환상의 평면 형상을 갖는다.
변압기(100)의 단자(128a)는, 콘덴서(40A)를 통해서, 제1 전극(141)에 접속되어 있다. 따라서, 제2 코일(108)의 일단은, 제1 전극(141)에 접속되어 있다. 변압기(100)의 단자(130a)는, 콘덴서(42A)를 통해서, 제2 전극(142)에 접속되어 있다. 따라서, 제3 코일(110)의 일단은, 제2 전극(142)에 접속되어 있다.
여기서, 상부 전극(14A)으로부터 하부 전극(16)에 흐르는 전류의 방향과 동일 방향으로 흐르는 전류는 동위상의 전류인 것으로 한다. 플라즈마 처리 장치(10A)에서는, 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)의 각각에 동위상의 전류가 공급되도록 각도 위치(θr)가 설정되면, 중심선(CL)에 대하여 직경 방향의 플라즈마 밀도의 분포를 조정하는 것이 가능하다. 한편, 2개의 2차측의 코일과 챔버측의 2개의 전극의 사이에서 서로 역방향으로 전류가 공급되도록, 즉, 제1 전극(141) 및 제2 전극(142) 각각에 서로 역위상의 전류가 공급되도록, 각도 위치(θr)가 설정되면, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)과의 사이에서 전류가 흐르게 된다. 그 결과, 하부 전극(16)에 흐르는 전류가 감소한다. 따라서, 하부 전극(16) 상의 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지가 감소된다.
이 플라즈마 처리 장치(10A)에서도, 상술한 실시 형태의 플라즈마 처리 방법을 실시할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(10A)에 있어서 당해 플라즈마 처리 방법을 실시하는 경우에는, 공정 ST1에서, 제1 전극(141) 및 제2 전극(142) 각각에 서로 역위상의 전류가 공급되도록, 각도 위치(θr)가 설정된다. 공정 ST2에서는, 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)의 각각에 동위상의 전류가 공급되도록 각도 위치(θr)가 설정된다.
이하, 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 14는, 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 14는, 도 10과 마찬가지로, 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 이하, 제3 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10B)와 플라즈마 처리 장치(10)의 상위점에 대해서 설명하고, 플라즈마 처리 장치(10)에 관한 설명과 중복되는 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 장치(10B)는, 전극(62)을 더 구비하고 있다. 전극(62)은, 제3 실시 형태에서의 제2 전극이다. 전극(62)은, 상부 전극(14)보다도 챔버 본체(12)의 측벽 근처에 설치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 전극(62)은, 상부 전극(14)과 챔버 본체(12)의 측벽의 사이에 설치되어 있고, 예를 들어 환상의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 전극(62)의 연직 방향에서의 배치 위치는, 스테이지(20)보다도 상방이면서 또한 상부 전극(14)의 배치 위치와 대략 동 레벨 또는 상부 전극(14)의 배치 위치보다도 하방의 위치라면, 임의의 위치일 수 있다.
변압기(100)의 단자(130a)는, 콘덴서(42B)를 통해서, 전극(62)에 접속되어 있다. 따라서, 제3 코일(110)의 일단은, 전극(62)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 하부 전극(16)은 콘덴서(44B)의 일단에 접속되어 있고, 콘덴서(44B)의 타단은 접지되어 있다.
여기서, 상부 전극(14)으로부터 하부 전극(16)에 흐르는 전류의 방향과 동일 방향으로 흐르는 전류는 동위상의 전류인 것으로 한다. 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 상부 전극(14)과 전극(62)의 각각에 동위상의 전류가 공급되도록 각도 위치(θr)가 설정되면, 하부 전극(16) 및 챔버 본체(12)에 전류가 유입되므로, 하부 전극(16)의 전위가 낮아진다. 따라서, 하부 전극(16) 상의 피가공물에 비교적 높은 에너지의 이온이 조사된다. 한편, 2개의 2차측의 코일과 챔버측의 2개의 전극의 사이에서 서로 역방향으로 전류가 공급되도록, 즉, 상부 전극(14)과 전극(62) 각각에 서로 역위상의 전류가 공급되도록, 각도 위치(θr)가 설정되면, 상부 전극(14)과 전극(62)과의 사이에서 전류가 흐르게 된다. 그 결과, 하부 전극(16)에 흐르는 전류가 감소한다. 따라서, 하부 전극(16) 상의 피가공물(W)에 입사하는 이온의 에너지가 감소된다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치(10B)에 의하면, 하부 전극(16)에 직접적으로 급전하지 않고, 하부 전극(16) 상의 피가공물(W)에 조사되는 이온의 에너지를 조정하는 것이 가능하게 된다.
이 플라즈마 처리 장치(10B)에서도, 상술한 실시 형태의 플라즈마 처리 방법을 실시할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(10B)에 있어서 당해 플라즈마 처리 방법을 실시하는 경우에는, 공정 ST1에서, 상부 전극(14) 및 전극(62) 각각에 서로 역위상의 전류가 공급되도록, 각도 위치(θr)가 설정된다. 공정 ST2에서는, 상부 전극(14) 및 전극(62)의 각각에 동위상의 전류가 공급되도록 각도 위치(θr)가 설정된다.
이하, 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 15는, 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 15는, 도 10과 마찬가지로, 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 이하, 제4 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10C)와 플라즈마 처리 장치(10)의 상위점에 대해서 설명하고, 플라즈마 처리 장치(10)에 관한 설명과 중복되는 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 장치(10C)는, 챔버(12c2)를 제공하는 챔버 본체(12C), 상부 전극(14C), 및 하부 전극(16C) 및 정전 척(22C)을 포함하는 스테이지(20C)를 더 구비하고 있다. 즉, 플라즈마 처리 장치(10C)는, 제1 챔버(제1 처리 공간)를 제공하는 제1 챔버 본체(제1 처리 구획) 및 제2 챔버(제2 처리 공간)를 제공하는 제2 챔버 본체(제2 처리 구획)를 갖고 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10C)는, 그들의 사이에 제1 챔버 내의 공간이 개재하도록 설치된 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극을 구비하고 있고, 그들의 사이에 제2 챔버 내의 공간이 개재하도록 설치된 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극을 구비하고 있다.
챔버 본체(12C)는 챔버 본체(12)와 마찬가지로 구성되어 있고, 접지되어 있다. 상부 전극(14C)은, 상부 전극(14)과 마찬가지로 구성되어 있고, 챔버 본체(12C)의 상단부의 개구를 폐쇄하고 있다. 스테이지(20C)는 스테이지(20)와 마찬가지로 구성되어 있고, 챔버 본체(12C)에 의해 제공되는 챔버 내에 설치되어 있다. 하부 전극(16C), 정전 척(22C)은, 하부 전극(16), 정전 척(22)과 각각 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10C)는, 챔버 본체(12C)의 개구를 개폐하기 위한 게이트 밸브, 챔버 본체(12C) 내에 가스를 공급하는 가스 공급부, 및 챔버 본체(12C) 내의 챔버를 감압하는 배기 장치를 더 구비하고 있다. 또한, 제1 처리 공간 및 제2 처리 공간은, 서로 분리된 챔버 본체(12) 및 챔버 본체(12C)에 의해 각각 제공되어도 되지만, 간이적인 격벽 등에 의해 하나의 챔버 본체 내에 구획 형성되는 2개의 처리 공간으로서 제공되어도 된다. 이 경우에는, 제1 처리 공간 및 제2 처리 공간의 감압을 위해서, 공통의 1계통의 배기 장치만이 이용되어도 된다.
변압기(100)의 단자(130a)는, 콘덴서(42C)를 통해서, 상부 전극(14C)에 접속되어 있다. 따라서, 제3 코일(110)의 일단은, 상부 전극(14C)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10C)에서는, 하부 전극(16) 및 하부 전극(16C)은 콘덴서(44C)의 일단에 접속되어 있고, 콘덴서(44C)의 타단은 접지되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10C)에서는, 고주파 전원(18)로부터의 고주파에 기초하여 생성되는 2개의 고주파를, 2개의 챔버용의 2개의 전극(14, 14C)에 분배할 수 있다.
이하, 제5 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 16은, 제5 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 16은, 도 15와 마찬가지로, 제5 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 이하, 제5 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10D)와 플라즈마 처리 장치(10C)의 상위점에 대해서 설명하고, 플라즈마 처리 장치(10C)에 관한 설명과 중복되는 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 장치(10D)에서는, 단자(128a)는, 콘덴서(40D)를 통해서 상부 전극(14C)에 접속되어 있다. 단자(128b)는, 콘덴서(42D)를 통해서 상부 전극(14)에 접속되어 있다. 단자(130a)는, 콘덴서(44D)를 통해서 하부 전극(16C)에 접속되어 있다. 단자(130b)는, 콘덴서(46D)를 통해서 하부 전극(16)에 접속되어 있다. 따라서, 제2 코일(108)의 일단, 제2 코일(108)의 타단, 제3 코일(110)의 일단, 제3 코일(110)의 타단은, 상부 전극(14C), 상부 전극(14), 하부 전극(16C), 하부 전극(16)에 각각 접속되어 있다.
제2 코일(108)의 양단에는 동일한 전류가 흐르고, 제3 코일(110)의 양단에는 동일한 전류가 흐른다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10D)에서는, 상부 전극(14)과 상부 전극(14C)에 동일한 전류값의 전류가 공급된다. 또한, 하부 전극(16)과 하부 전극(16C)에 동일한 전류값의 전류가 공급된다. 그러므로, 2개의 챔버 각각을 위한 상부 전극과 하부 전극에 대략 동일한 조건의 고주파를 공급하는 것이 가능하다. 즉, 기차가 억제된다. 또한, 상부 전극(14)과 하부 전극(16)에 각각 공급되는 2개의 고주파 각각의 전력과 당해 2개의 고주파의 사이의 위상을 제어할 수 있고, 상부 전극(14C)과 하부 전극(16C)에 각각 공급되는 2개의 고주파 각각의 전력과 2개의 고주파의 사이의 위상을 제어할 수 있다. 따라서, 하부 전극(16) 상의 피가공물(W)에 조사되는 이온의 에너지를 조정할 수 있고, 하부 전극(16C) 상의 피가공물(W)에 조사되는 이온의 에너지를 조정할 수 있다.
이하, 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 17은, 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 17은, 도 15와 마찬가지로, 제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 이하, 제6 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10E)와 플라즈마 처리 장치(10C)의 상위점에 대해서 설명하고, 플라즈마 처리 장치(10C)에 관한 설명과 중복되는 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 장치(10E)에서는, 단자(128a)는, 콘덴서(40E)를 통해서 상부 전극(14)에 접속되어 있다. 단자(128b)는, 콘덴서(42E)를 통해서 하부 전극(16)에 접속되어 있다. 단자(130a)는, 콘덴서(44E)를 통해서 상부 전극(14C)에 접속되어 있다. 단자(130b)는, 콘덴서(46E)를 통해서 하부 전극(16C)에 접속되어 있다. 따라서, 제2 코일(108)의 일단, 제2 코일(108)의 타단, 제3 코일(110)의 일단, 제3 코일(110)의 타단은, 상부 전극(14), 하부 전극(16), 상부 전극(14C), 하부 전극(16C)에 각각 접속되어 있다.
제2 코일(108)의 양단에는 동일한 전류가 흐르므로, 상부 전극(14)과 하부 전극(16) 각각에 동일한 전류값의 전류가 흐른다. 상부 전극(14)으로부터 하부 전극(16)을 향하는 전류의 방향과 동일 방향으로 흐르는 전류가 동위상의 전류인 것이라 정의하면, 상부 전극(14)과 하부 전극(16)에는 동위상의 전류가 흐른다. 또한, 제3 코일(110)의 양단에는 동일한 전류가 흐르므로, 상부 전극(14C)과 하부 전극(16C) 각각에 동일한 전류값의 전류가 흐른다. 상부 전극(14C)으로부터 하부 전극(16C)을 향하는 전류의 방향과 동일 방향으로 흐르는 전류가 동위상의 전류인 것이라 정의하면, 상부 전극(14C)과 하부 전극(16C)에는 동위상의 전류가 흐른다. 따라서, 챔버 본체(12)에 흐르는 전류 및 챔버 본체(12C)에 흐르는 전류가 억제된다. 그러므로, 챔버 본체(12) 내에서는 상부 전극(14)과 하부 전극(16)과의 사이에서 플라즈마가 갇히고, 챔버 본체(12C) 내에서는 상부 전극(14C)과 하부 전극(16C)과의 사이에서 플라즈마가 갇힌다. 결과적으로, 2개의 챔버에 있어서 안정된 플라즈마의 생성이 가능하게 된다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10E)에서는, 2차측 코일 쌍(106)의 각도 위치(θr)를 조정함으로써, 상부 전극(14) 및 하부 전극(16)에 공급되는 제1 고주파의 파워와 상부 전극(14C) 및 하부 전극(16C)에 공급되는 제2 고주파의 파워의 비를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1 고주파의 파워와 제2 고주파의 파워를 동등하게 하는 것도 가능하다. 또는, 제1 고주파 및 제2 고주파 중 한쪽의 파워만을 제로로 하는 것도 가능하다.
이하, 제7 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 18은, 제7 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 18은, 도 9와 마찬가지로, 제7 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를, 그 챔버 본체를 파단해서 나타내고 있다. 이하, 제7 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10F)와 플라즈마 처리 장치(10)의 상위점에 대해서 설명하고, 플라즈마 처리 장치(10)에 관한 설명과 중복되는 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 장치(10F)는, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치(10F)는, 챔버 본체(12F)를 구비하고 있다. 챔버 본체(12F)는, 챔버 본체(12)와 마찬가지로 구성되어 있다. 챔버 본체(12F)의 상단부의 개구는, 창 부재(70)에 의해 폐쇄되어 있다. 창 부재(70)는, 석영과 같은 유전체로 형성되어 있다. 창 부재(70) 상에는, 제1 안테나 코일(72) 및 제2 안테나 코일(74)이 설치되어 있다. 제1 안테나 코일(72)은, 챔버 본체(12F)에 의해 제공되는 챔버(12c)의 중심선(CL)의 둘레에서 연장되어 있다. 제2 안테나 코일(74)은, 중심선(CL)의 둘레에서 연장되고, 제1 안테나 코일(72)의 외측에 설치되어 있다.
변압기(100)의 단자(128a)는, 콘덴서(40F)를 통해서 제1 안테나 코일(72)의 일단에 접속되어 있고, 단자(128b)는, 콘덴서(42F)를 통해서 제1 안테나 코일(72)의 타단에 접속되어 있다. 단자(130a)는, 콘덴서(44F)를 통해서 제2 안테나 코일(74)의 일단에 접속되어 있고, 단자(130b)는, 콘덴서(46F)를 통해서 제2 안테나 코일(74)의 타단에 접속되어 있다. 하부 전극(16)은 콘덴서(48F)의 일단에 접속되어 있고, 콘덴서(48F)의 타단은 접지되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10F)에서는, 제1 안테나 코일(72)에 제2 코일(108)로부터 공급되는 제1 고주파의 전력과 제2 안테나 코일(74)에 제3 코일(110)로부터 공급되는 제2 고주파의 전력과의 비를 조정할 수 있다. 제1 안테나 코일(72)에 의해 생성되는 변동 자장은, 주로, 중심선(CL)을 포함하는 영역의 플라즈마 밀도의 조정에 기여한다. 또한, 제2 안테나 코일(74)에 의해 생성되는 변동 자장은, 주로, 중심선(CL)으로부터 이격된 영역의 플라즈마 밀도의 조정에 기여한다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10F)에 의하면, 챔버(12c)에 있어서의 플라즈마 밀도의 직경 방향의 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다.
이하, 제8 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 19는, 제8 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 19는, 도 18과 마찬가지로, 제8 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를, 그 챔버 본체를 파단해서 나타내고 있다. 이하, 제8 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10G)와 플라즈마 처리 장치(10F)의 상위점에 대해서 설명하고, 플라즈마 처리 장치(10F)에 관한 설명과 중복되는 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 장치(10G)에서는, 창 부재(70) 상에 안테나 코일(72G)이 설치되어 있다. 안테나 코일(72G)은, 중심선(CL)의 둘레에서 연장되어 있다. 변압기(100)의 단자(128a)는, 콘덴서(40G)를 통해서 안테나 코일(72G)의 일단에 접속되어 있고, 단자(128b)는, 콘덴서(42G)를 통해서 안테나 코일(72G)의 타단에 접속되어 있다. 단자(130a)는, 콘덴서(44G)를 통해서 하부 전극(16)에 접속되어 있다. 단자(128b) 및 단자(130b)는 접지되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10G)에서는, 고주파 전원(18)으로부터의 고주파에 기초하여 생성되는 2개의 고주파 중 한쪽이 안테나 코일(72G)에 공급되고, 다른 쪽이 하부 전극(16)에 공급된다. 즉, 2개의 고주파 중 한쪽이 플라즈마 생성을 위해서 사용되고, 다른 쪽이 이온 에너지의 제어를 위해서 사용된다.
또한, 도 20에 도시한 바와 같이, 단자(130a)는 하부 전극(16)이 아니라, 패러데이 실드(80)에, 콘덴서(44H)를 통해서 접속되어 있어도 된다. 도 20에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10H)에서는, 패러데이 실드(80)는, 안테나 코일(72G)과 창 부재(70)와의 사이에 설치되어 있다. 또한, 도 21에 도시한 바와 같이, 단자(130a)는 하부 전극(16)이 아니라, 별도의 전극(82)에 콘덴서(44J)를 통해서 접속되어 있어도 된다. 도 21에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10J)에서는, 전극(82)은, 챔버(12c) 내에 설치되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10H) 및 플라즈마 처리 장치(10J)에서도, 피가공물(W)에 조사되는 이온의 에너지의 제어가 가능하게 된다.
이하, 도 22를 참조한다. 도 22는, 제1 실시 형태의 변형 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 22에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 단자(128a), 즉 제2 코일(108)의 일단에 센서(90)가 접속되어 있고, 단자(130a), 즉, 제3 코일(110)의 일단에 센서(92)가 접속되어 있다. 센서(90) 및 센서(92)는, 전류 센서일 수 있다.
상술한 바와 같이, 피가공물(W)에 조사되는 이온의 에너지는, 상부 전극(14)의 전류와 하부 전극(16)의 전류에 의존하고 있다. 도 22에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)를 사용함으로써, 변압기(100)의 2차측 코일 쌍의 각도 위치(θr)를 변경하면서, 상부 전극(14)의 전류값과 하부 전극(16)의 전류값을 측정할 수 있다. 그리고, 하부 전극(16)에 흐르는 전류의 값이 극소가 되었을 때의 각도 위치에서 이온 에너지가 최소가 되고, 하부 전극(16)에 흐르는 전류의 값이 극대가 되었을 때의 각도 위치에서 이온 에너지가 최대가 된다는 관계를 유도할 수 있다. 또한, 이온 에너지가 최소가 되는 각도 위치와 이온 에너지가 최대가 되는 각도 위치와의 사이의 복수의 각도 위치(θr) 각각에서 실제의 프로세스와 마찬가지의 프로세스를 행함으로써, 프로세스에 적합한 각도 위치(θr)를 유도할 수 있다. 이와 같이 하여 유도된 프로세스에 적합한 각도 위치(θr)를, 당해 프로세스를 위한 레시피의 일부로서 제어부(60)의 기억 장치에 기억할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(10A) 및 플라즈마 처리 장치(10B)에서도, 제2 코일(108)의 일단에 센서(90)가 접속되고, 제3 코일(110)의 일단에 센서(92)가 접속되어도 된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 프로세스에 적합한 각도 위치(θr)가 유도되어, 당해 프로세스를 위한 레시피의 일부로서 제어부(60)의 기억 장치에 기억되어도 된다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10C)에서도, 제2 코일(108)의 일단에 센서(90)가 접속되고, 제3 코일(110)의 일단에 센서(92)가 접속되어도 된다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10), 플라즈마 처리 장치(10A), 플라즈마 처리 장치(10B) 및 플라즈마 처리 장치(10C)의 각각에서는, 센서(90)에 의해 측정된 전류값 및 센서(92)에 의해 측정된 전류값에 기초하여, 각도 위치(θr)가 제어되어도 된다. 구체적으로는, 제1 목표 전류값 및 제2 목표 전류값이 제어부(60)의 기억 장치에 미리 기억된다. 그리고, 센서(90)에 의해 측정된 전류값과 제1 목표 전류값의 차, 및 센서(92)에 의해 측정된 전류값과 제2 목표 전류값의 차를 감소시키도록, 제어부(60)가 구동 기구(140)를 제어해서 각도 위치(θr)를 조정시킨다.
또한, 센서(90) 및 센서(92) 중 적어도 한쪽만이 이용되면 된다. 또한, 센서(90) 및 센서(92)는, 전압 센서이어도 된다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10D) 및 플라즈마 처리 장치(10E)의 각각에서도, 제2 코일(108)의 일단 또는 타단 중 적어도 한쪽에 센서(전류 센서 또는 전압 센서)가 접속되어 있어도 되고, 또한 제3 코일(110)의 일단 또는 타단 중 적어도 한쪽에 센서(전류 센서 또는 전압 센서)가 접속되어 있어도 된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 프로세스에 적합한 각도 위치(θr)가 유도되어, 당해 프로세스를 위한 레시피의 일부로서 제어부(60)의 기억 장치에 기억되어도 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 센서에 의해 측정된 전류값과 목표 전류값과의 차를 감소시키도록, 제어부(60)가 구동 기구(140)를 제어해서 각도 위치(θr)를 조정해도 된다.
10 : 플라즈마 처리 장치 12 : 챔버 본체
12c : 챔버 CL : 중심선
14 : 상부 전극 16 : 하부 전극
18 : 고주파 전원 20 : 스테이지
22 : 정전 척 32 : 가스 공급부
36 : 배기 장치 38 : 정합기
60 : 제어부 100 : 변압기
102 : 회전축 RX : 중심 축선
104 : 제1 코일 AX1 : 제1 축선
106 : 2차측 코일 쌍 108 : 제2 코일
AX2 : 제2 축선 110 : 제3 코일
AX3 : 제3 축선 140 : 구동 기구

Claims (26)

  1. 중심 축선을 회전 축선으로 해서 회전 가능한 회전축과,
    상기 중심 축선에 직교하는 제1 축선 둘레로 연장되는 1차측의 코일인 제1 코일과,
    제2 축선 둘레로 연장되고, 상기 회전축에 의해 지지된 2차측의 제2 코일이며, 상기 제2 축선은 상기 제1 코일에 의해 둘러싸인 영역 내에서 상기 중심 축선에 직교하는, 상기 제2 코일과,
    제3 축선 둘레로 연장되고, 상기 회전축에 의해 지지된 2차측의 제3 코일이며, 상기 제3 축선은, 상기 영역 내에서 상기 중심 축선에 직교하고 또한 상기 제2 축선과 미리 정해진 각도를 이루는, 상기 제3 코일,
    을 포함하고,
    상기 제3 코일은, 상기 제2 코일의 내측에 설치되어 있고, 상기 제2 코일의 자기 인덕턴스보다도 작은 자기 인덕턴스를 갖는, 변압기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일은, 상기 제2 코일의 자기 인덕턴스 및 상기 제3 코일의 자기 인덕턴스보다도 큰 자기 인덕턴스를 갖는, 변압기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은, 상기 제1 코일의 내측에 설치되어 있는, 변압기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 각도가 90도인, 변압기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코일과 상기 제3 코일은, 그들의 사이에 절연 거리가 확보되도록 배치되어 있는, 변압기.
  7. 제1항 내지 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코일의 일단, 상기 제2 코일의 일단 및 상기 제3 코일의 일단이 서로 전기적으로 접속되어 있는, 변압기.
  8. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    챔버를 제공하는 챔버 본체와,
    상부 전극인 제1 전극과,
    하부 전극인 제2 전극과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 전극은 상기 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 전극은 상기 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  9. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    챔버를 제공하는 챔버 본체와,
    상부 전극과,
    하부 전극과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 상부 전극은, 연직 방향에 있어서 연장되는 상기 챔버의 중심선에 교차하는 제1 전극, 및 상기 중심선에 대하여 방사 방향에 있어서 상기 제1 전극의 외측에 설치된 제2 전극을 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 전극은 상기 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 전극은 상기 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  10. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    챔버를 제공하는 챔버 본체와,
    상부 전극인 제1 전극과,
    하부 전극과,
    상기 상부 전극보다도 상기 챔버 본체의 측벽 근처에 설치된 제2 전극과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 전극은 상기 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 전극은 상기 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극으로부터 플라즈마를 통해서 상기 제2 전극에 유입되는 고주파 전류와 역위상의 고주파 전류가 상기 제2 전극에 공급되도록, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일을 포함하는 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치가 설정되는, 플라즈마 처리 장치.
  12. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    제1 처리 공간을 제공하는 제1 처리 구획과,
    제2 처리 공간을 제공하는 제2 처리 구획과,
    그들의 사이에 상기 제1 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극과,
    그들의 사이에 상기 제2 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 상부 전극 또는 상기 제1 하부 전극의 한쪽인 제1 전극은 상기 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 상부 전극 또는 상기 제2 하부 전극의 한쪽인 제2 전극은 상기 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  13. 제8항, 제9항, 제10항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 코일의 상기 일단과의 사이, 상기 제2 전극과 상기 제3 코일의 상기 일단과의 사이에 각각 접속된 2개의 콘덴서를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  14. 제8항, 제9항, 제10항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코일의 상기 일단 및 상기 제3 코일의 상기 일단 중 한쪽에 접속된 센서를 더 포함하고, 상기 센서는 전류 센서 또는 전압 센서인, 플라즈마 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 코일의 상기 일단 및 상기 제3 코일의 상기 일단 중 다른 쪽에 접속된 별도의 센서를 더 포함하고, 상기 별도의 센서는 전류 센서 또는 전압 센서인, 플라즈마 처리 장치.
  16. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    제1 처리 공간을 제공하는 제1 처리 구획과,
    제2 처리 공간을 제공하는 제2 처리 구획과,
    그들의 사이에 상기 제1 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극과,
    그들의 사이에 상기 제2 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 상부 전극인 제1 전극은 상기 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 상부 전극인 제2 전극은 상기 제2 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 하부 전극인 제3 전극은 상기 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 하부 전극인 제4 전극은 상기 제3 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  17. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    제1 처리 공간을 제공하는 제1 처리 구획과,
    제2 처리 공간을 제공하는 제2 처리 구획과,
    그들의 사이에 상기 제1 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극과,
    그들의 사이에 상기 제2 처리 공간 내의 공간이 개재하도록 설치된 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 상부 전극인 제1 전극은 상기 제2 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제1 하부 전극인 제2 전극은 상기 제2 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 상부 전극인 제3 전극은 상기 제3 코일의 일단에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 하부 전극인 제4 전극은 상기 제3 코일의 타단에 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 코일의 상기 일단과의 사이, 상기 제2 전극과 상기 제2 코일의 상기 타단과의 사이, 상기 제3 전극과 상기 제3 코일의 상기 일단과의 사이, 상기 제4 전극과 상기 제3 코일의 상기 타단과의 사이에 각각 접속된 4개의 콘덴서를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    전류 센서 또는 전압 센서인 복수의 센서를 더 포함하고,
    상기 복수의 센서는, 상기 제2 코일의 상기 일단 및 상기 타단 중 한쪽, 및 상기 제3 코일의 상기 일단 및 상기 타단 중 한쪽에 각각 접속된 2개의 센서를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 센서는, 상기 제2 코일의 상기 일단 및 상기 타단 중 다른 쪽, 및 상기 제3 코일의 상기 일단 및 상기 타단 중 다른 쪽에 각각 접속된 별도의 2개의 센서를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  21. 유도 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    챔버를 제공하는 챔버 본체와,
    상기 챔버 내에 설치된 하부 전극과,
    상기 하부 전극의 상방에 설치된 창 부재와,
    상기 창 부재의 상방에 설치되어 있고, 연직 방향으로 연장되는 상기 챔버의 중심선 둘레에서 연장되는 제1 안테나 코일과,
    상기 창 부재의 상방에 설치되어 있고, 상기 중심선의 둘레에서 연장되고, 상기 제1 안테나 코일의 외측에 설치된 제2 안테나 코일과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 코일의 일단 및 타단은, 상기 제1 안테나 코일의 일단 및 타단에 각각 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제3 코일의 일단 및 타단은, 상기 제2 안테나 코일의 일단 및 타단에 각각 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 코일의 상기 일단과 상기 제1 안테나 코일의 상기 일단과의 사이, 상기 제2 코일의 상기 타단과 상기 제1 안테나 코일의 상기 타단과의 사이, 상기 제3 코일의 상기 일단과 상기 제2 안테나 코일의 상기 일단과의 사이, 상기 제3 코일의 상기 타단과 상기 제2 안테나 코일의 상기 타단과의 사이에 각각 접속된 복수의 콘덴서를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  23. 유도 결합형 플라즈마 처리 장치이며,
    챔버를 제공하는 챔버 본체와,
    상기 챔버 내에 설치된 하부 전극과,
    상기 하부 전극의 상방에 설치된 창 부재와,
    상기 창 부재의 상방에 설치된 안테나 코일과,
    고주파 전원과,
    제1항에 기재된 변압기,
    를 포함하고,
    상기 고주파 전원은 상기 제1 코일에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제2 코일의 일단 및 타단은, 상기 안테나 코일의 일단 및 타단에 각각 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제3 코일의 일단은, 상기 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  24. 제8항, 제9항, 제10항, 제12항, 제16항, 제17항, 제21항 및 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코일의 자기 공진 주파수는, 상기 고주파 전원이 발생하는 고주파의 주파수의 2배 이상인, 플라즈마 처리 장치.
  25. 제8항, 제9항, 제10항, 제12항, 제16항, 제17항, 제21항 및 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코일은 상기 제2 코일에 접속되는 부하의 부하 임피던스보다도 큰 자기 인덕턴스를 갖고, 상기 제3 코일은 상기 제3 코일에 접속되는 부하의 부하 임피던스보다도 큰 자기 인덕턴스를 갖는, 플라즈마 처리 장치.
  26. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치를 사용하는 플라즈마 처리 방법이며, 상기 제2 코일의 타단 및 상기 제3 코일의 타단은 서로 접속되고 또한 접지되어 있고,
    상기 플라즈마 처리 방법은,
    상기 제2 코일 및 상기 제3 코일을 포함하는 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 제1 각도 위치로 설정하는 제1 공정과,
    상기 2차측 코일 쌍의 회전 방향의 각도 위치를 제2 각도 위치로 설정하는 제2 공정,
    을 포함하고,
    상기 제1 공정과 상기 제2 공정이, 상기 제1 코일에 상기 고주파 전원으로부터의 고주파를 공급하고 있는 상태에서, 교대로 반복되는,
    플라즈마 처리 방법.
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