KR102361377B1 - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라스마 처리 장치는, 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과, 접지된 진공 용기와, 상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극을 구비한다.

Description

플라스마 처리 장치
본 발명은 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
2개의 전극의 사이에 고주파를 인가함으로써 플라스마를 발생시켜 해당 플라스마에 의해 기판을 처리하는 플라스마 처리 장치가 있다. 이러한 플라스마 처리 장치는, 2개의 전극의 면적비 및/또는 바이어스에 의해 스퍼터링 장치로서 동작하거나, 에칭 장치로서 동작하거나 할 수 있다. 스퍼터링 장치로서 구성된 플라스마 처리 장치는, 타깃을 보유 지지하는 제1 전극과, 기판을 보유 지지하는 제2 전극을 갖고, 제1 전극과 제2 전극의 사이에 고주파가 인가되어, 제1 전극과 제2 전극의 사이(타깃과 기판의 사이)에 플라스마가 생성된다. 플라스마의 생성에 의해 타깃의 표면에 셀프 바이어스 전압이 발생하고, 이에 의해 타깃에 이온이 충돌하여, 타깃으로부터 그것을 구성하는 재료의 입자가 방출된다.
특허문헌 1에는, 접지된 챔버와, 임피던스 정합 회로망을 통하여 RF 발생원에 접속된 타깃 전극과, 기판 전극 동조 회로를 통하여 접지된 기판 보유 지지 전극을 갖는 스퍼터링 장치가 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 바와 같은 스퍼터링 장치에서는, 기판 보유 지지 전극 외에, 챔버가 애노드로서 기능할 수 있다. 셀프 바이어스 전압은, 캐소드로서 기능할 수 있는 부분의 상태 및 애노드로서 기능할 수 있는 부분의 상태에 의존할 수 있다. 따라서, 기판 보유 지지 전극 외에 챔버도 애노드로서 기능하는 경우, 셀 바이어스 전압은, 챔버 중 애노드로서 기능하는 부분의 상태에도 의존하여 변화할 수 있다. 셀프 바이어스 전압의 변화는, 플라스마 전위의 변화를 초래하고, 플라스마 전위의 변화는, 형성되는 막의 특성에 영향을 줄 수 있다.
스퍼터링 장치에 의해 기판에 막을 형성하면, 챔버의 내면에도 막이 형성될 수 있다. 이에 의해 챔버 중 애노드로서 기능할 수 있는 부분의 상태가 변화할 수 있다. 그 때문에, 스퍼터링 장치를 계속해서 사용하면, 챔버의 내면에 형성되는 막에 의해 셀프 바이어스 전압이 변화하고, 플라스마 전위도 변화할 수 있다. 따라서, 종래에는, 스퍼터링 장치를 장기에 걸쳐 사용한 경우에 있어서, 기판 상에 형성되는 막의 특성을 일정하게 유지하기가 어려웠다.
마찬가지로, 에칭 장치가 장기에 걸쳐 사용된 경우에 있어서도, 챔버의 내면에 형성되는 막에 의해 셀프 바이어스 전압이 변화하고, 이에 의해 플라스마 전위도 변화할 수 있으므로, 기판의 에칭 특성을 일정하게 유지하기가 어려웠다.
일본 특허 공고 소55-35465호 공보
본 발명은 상기 과제 인식에 기초하여 이루어진 것이며, 장기간의 사용에 있어서 플라스마 전위를 안정시키기 위해 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 하나의 측면은, 플라스마 처리 장치에 관한 것이며, 상기 플라스마 처리 장치는, 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과, 접지된 진공 용기와, 상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극을 구비한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 2a는, 밸룬의 구성예를 도시하는 도면.
도 2b는, 밸룬의 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 3은, 밸룬(103)의 기능을 설명하는 도면.
도 4는, 전류 I1(=I2), I2', I3, ISO, α(=X/Rp)의 관계를 예시하는 도면.
도 5a는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 5b는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 5c는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 5d는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 6a는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 6b는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 6c는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 6d는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 7은, Rp-jXp의 확인 방법을 예시하는 도면.
도 8은, 본 발명의 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 9는, 본 발명의 제3 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 10은, 본 발명의 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 11은, 본 발명의 제5 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 12는, 본 발명의 제6 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 13은, 본 발명의 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 14는, 본 발명의 제6 실시 형태의 밸룬의 기능을 설명하는 도면.
도 15a는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 15b는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 15c는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 15d는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 16a는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 16b는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 16c는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 16d는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 2개의 캐소드 전위를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 17은, 본 발명의 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 18은, 비교예의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 19는, 도 18의 비교예의 플라스마 처리 장치의 동작의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 20은, 도 18의 비교예의 플라스마 처리 장치의 동작의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 21은, 도 18의 비교예의 플라스마 처리 장치의 동작의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 22는, 본 발명의 제9 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 그 예시적인 실시 형태를 통하여 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 제1 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제1 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의해 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 밸룬(평형 불평형 변환 회로)(103)과, 진공 용기(110)와, 제1 전극(106)과, 제2 전극(111)을 구비하고 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는, 밸룬(103)과, 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가, 진공 용기(110)와, 제1 전극(106)과, 제2 전극(111)을 구비하고 있는 것으로서 이해되어도 된다. 본체(10)는, 제1 단자(251) 및 제2 단자(252)를 갖는다. 제1 전극(106)은, 진공 용기(110)와 협동하여 진공 공간과 외부 공간을 분리하도록(즉, 진공 격벽의 일부를 구성하도록) 배치되어도 되고, 진공 용기(110) 내에 배치되어도 된다. 제2 전극(111)은, 진공 용기(110)와 협동하여 진공 공간과 외부 공간을 분리하도록(즉, 진공 격벽의 일부를 구성하도록) 배치되어도 되고, 진공 용기(110) 내에 배치되어도 된다.
밸룬(103)은, 제1 불평형 단자(201), 제2 불평형 단자(202), 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)를 갖는다. 밸룬(103)의 제1 불평형 단자(201) 및 제2 불평형 단자(202)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 진공 용기(110)는 도체로 구성되고, 접지되어 있다.
제1 실시 형태에서는, 제1 전극(106)은 캐소드이며, 타깃(109)을 보유 지지한다. 타깃(109)은, 예를 들어 절연체 재료 또는 도전체 재료일 수 있다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 제2 전극(111)은 애노드이며, 기판(112)을 보유 지지한다. 제1 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 타깃(109)의 스퍼터링에 의해 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제1 전극(106)은, 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(111)은, 제2 평형 단자(212)에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 전극(106)과 제1 평형 단자(211)가 전기적으로 접속되어 있는 것은, 제1 전극(106)과 제1 평형 단자(211)의 사이에서 전류가 흐르도록 제1 전극(106)과 제1 평형 단자(211)의 사이에 전류 경로가 구성되어 있는 것을 의미한다. 마찬가지로, 이 명세서에 있어서, a와 b가 전기적으로 접속되어 있다는 것은, a와 b의 사이에서 전류가 흐르도록 a와 b의 사이에 전류 경로가 구성되는 것을 의미한다.
상기 구성은, 제1 전극(106)이 제1 단자(251)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(111)이 제2 단자(252)에 전기적으로 접속되고, 제1 단자(251)가 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 단자(252)가 제2 평형 단자(212)에 전기적으로 접속된 구성으로서도 이해될 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 제1 전극(106)과 제1 평형 단자(211)(제1 단자(251))가 블로킹 커패시터(104)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 블로킹 커패시터(104)는, 제1 평형 단자(211)와 제1 전극(106)의 사이(혹은, 제1 평형 단자(211)와 제2 평형 단자(212)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 블로킹 커패시터(104)를 마련하는 대신에, 후술하는 임피던스 정합 회로(102)가, 제1 불평형 단자(201)와 제2 불평형 단자(202)의 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 제1 전극(106)은, 절연체(107)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다. 제2 전극(111)은, 절연체(108)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다. 혹은, 제2 전극(111)과 진공 용기(110)의 사이에 절연체(108)가 배치될 수 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 고주파 전원(101)과, 고주파 전원(101)과 밸룬(103)의 사이에 배치된 임피던스 정합 회로(102)를 더 구비할 수 있다. 고주파 전원(101)은, 임피던스 정합 회로(102)를 통하여 밸룬(103)의 제1 불평형 단자(201)와 제2 불평형 단자(202)의 사이에 고주파(고주파 전류, 고주파 전압, 고주파 전력)를 공급한다. 환언하면, 고주파 전원(101)은, 임피던스 정합 회로(102), 밸룬(103) 및 블로킹 커패시터(104)를 통하여, 제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이에 고주파(고주파 전류, 고주파 전압, 고주파 전력)를 공급한다. 혹은, 고주파 전원(101)은, 임피던스 정합 회로(102) 및 밸룬(103)을 통하여, 본체(10)의 제1 단자(251)와 제2 단자(252)의 사이에 고주파를 공급하는 것으로서도 이해될 수 있다.
진공 용기(110)의 내부 공간에는, 진공 용기(110)에 마련된 도시하지 않은 가스 공급부를 통하여 가스(예를 들어, Ar, Kr 또는 Xe 가스)가 공급된다. 또한, 제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이에는, 임피던스 정합 회로(102), 밸룬(103) 및 블로킹 커패시터(104)를 통하여 고주파 전원(101)에 의해 고주파가 공급된다. 이에 의해, 제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이에 플라스마가 생성되고, 타깃(109)의 표면에 셀프 바이어스 전압이 발생하고, 플라스마 중의 이온이 타깃(109)의 표면에 충돌하여, 타깃(109)으로부터 그것을 구성하는 재료의 입자가 방출된다. 그리고, 이 입자에 의해 기판(112) 상에 막이 형성된다.
도 2a에는, 밸룬(103)의 일 구성예가 도시되어 있다. 도 2a에 도시된 밸룬(103)은, 제1 불평형 단자(201)와 제1 평형 단자(211)를 접속하는 제1 코일(221)과, 제2 불평형 단자(202)와 제2 평형 단자(212)를 접속하는 제2 코일(222)을 갖는다. 제1 코일(221) 및 제2 코일(222)은, 동일 권취수의 코일이며, 철심을 공유한다.
도 2b에는, 밸룬(103)의 다른 구성예가 도시되어 있다. 도 2b에 도시된 밸룬(103)은, 제1 불평형 단자(201)와 제1 평형 단자(211)를 접속하는 제1 코일(221)과, 제2 불평형 단자(202)와 제2 평형 단자(212)를 접속하는 제2 코일(222)을 갖는다. 제1 코일(221) 및 제2 코일(222)은, 동일 권취수의 코일이며, 철심을 공유한다. 또한, 도 2b에 도시된 밸룬(103)은, 제1 평형 단자(211)와 제2 평형 단자(212)의 사이에 접속된 제3 코일(223) 및 제4 코일(224)을 더 갖고, 제3 코일(223) 및 제4 코일(224)은, 제3 코일(223)과 제4 코일(224)의 접속 노드(213)의 전압이 제1 평형 단자(211)의 전압과 제2 평형 단자(212)의 전압의 중점(中点)이 되도록 구성되어 있다. 제3 코일(223) 및 제4 코일(224)은, 동일 권취수의 코일이며, 철심을 공유한다. 접속 노드(213)는, 접지되어도 되고, 진공 용기(110)에 접속되어도 되고, 플로팅으로 되어도 된다.
도 3을 참조하면서 밸룬(103)의 기능을 설명한다. 제1 불평형 단자(201)를 흐르는 전류를 I1, 제1 평형 단자(211)를 흐르는 전류를 I2, 제2 불평형 단자(202)를 흐르는 전류를 I2', 전류 I2 중 접지에 흐르는 전류를 I3이라고 하자. I3=0, 즉 평형 회로의 측에서 접지에 전류가 흐르지 않는 경우, 접지에 대한 평형 회로의 아이솔레이션 성능이 가장 좋다. I3=I2, 즉 제1 평형 단자(211)를 흐르는 전류 I2 전부가 접지에 대하여 흐르는 경우, 접지에 대한 평형 회로의 아이솔레이션 성능이 가장 나쁘다. 이러한 아이솔레이션 성능의 정도를 나타내는 지표 ISO는, 이하의 식으로 제공될 수 있다. 이 정의 하에서는, ISO의 값의 절댓값이 큰 쪽이, 아이솔레이션 성능이 좋다.
ISO[dB]=20log(I3/I2')
도 3에 있어서, Rp-jXp는, 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에서 제1 전극(106) 및 제2 전극(111)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스(블로킹 커패시터(104)의 리액턴스를 포함함)를 나타내고 있다. Rp는 저항 성분, -Xp는 리액턴스 성분을 나타내고 있다. 또한, 도 3에 있어서, X는, 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 나타내고 있다. ISO는, X/Rp에 대하여 상관을 갖는다.
도 4에는, 전류 I1(=I2), I2', I3, ISO, α(=X/Rp)의 관계가 예시되어 있다. 본 발명자는, 밸룬(103)을 통하여 고주파 전원(101)으로부터 제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이에 고주파를 공급하는 구성, 특히 해당 구성에 있어서 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 것이, 진공 용기(110)의 내부 공간(제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이의 공간)에 형성되는 플라스마의 전위(플라스마 전위)를 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 둔감하게 하기 위해 유리하다는 것을 알아냈다. 여기서, 플라스마 전위가 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 둔감해진다는 것은, 플라스마 처리 장치(1)를 장기간에 걸쳐 사용한 경우에 있어서도 플라스마 전위를 안정시킬 수 있음을 의미한다. 1.5≤X/Rp≤5000은, -10.0dB≥ISO≥-80dB에 상당한다.
도 5a 내지 도 5d에는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 제1 전극(106)의 전위(캐소드 전위)를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 5a는, 진공 용기(110)의 내면에 막이 형성되어 있지 않은 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 5b는, 진공 용기(110)의 내면에 저항성 막(1000Ω)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 5c는, 진공 용기(110)의 내면에 유도성 막(0.6μH)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 5d는, 진공 용기(110)의 내면에 용량성 막(0.1nF)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 5a 내지 도 5d로부터, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 것이, 진공 용기(110)의 내면이 여러 가지 상태에 있어서 플라스마 전위를 안정시키기 위해 유리하다는 것이 이해된다.
도 6a 내지 도 6d에는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위 및 제1 전극(106)의 전위(캐소드 전위)를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 6a는, 진공 용기(110)의 내면에 막이 형성되어 있지 않은 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 6b는, 진공 용기(110)의 내면에 저항성 막(1000Ω)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 6c는, 진공 용기(110)의 내면에 유도성 막(0.6μH)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 6d는, 진공 용기(110)의 내면에 용량성 막(0.1nF)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위 및 캐소드 전위를 도시하고 있다. 도 6a 내지 도 6d로부터, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에는, 진공 용기(110)의 내면의 상태에 의존하여 플라스마 전위가 변화할 수 있음이 이해된다.
여기서, X/Rp>5000(예를 들어, X/Rp=∞)인 경우와 X/Rp<1.5인 경우(예를 들어, X/Rp=1.0, X/Rp=0.5)의 양쪽에 있어서, 진공 용기(110)의 내면의 상태에 의존하여 플라스마 전위가 변화하기 쉽다. X/Rp>5000인 경우에는, 진공 용기(110)의 내면에 막이 형성되어 있지 않은 상태에서는, 제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이에서만 방전이 일어난다. 그러나, X/Rp>5000인 경우, 진공 용기(110)의 내면에 막이 형성되기 시작하면, 그에 대하여 플라스마 전위가 민감하게 반응하여, 도 6a 내지 도 6d에 예시되는 바와 같은 결과가 된다. 한편, X/Rp<1.5인 경우에는, 진공 용기(110)를 통하여 접지에 유입되는 전류가 크므로, 진공 용기(110)의 내면의 상태(내면에 형성되는 막의 전기적인 특성)에 의한 영향이 현저해지고, 막의 형성에 의존하여 플라스마 전위가 변화한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하도록 플라스마 처리 장치(1)를 구성하는 것이 유리하다.
도 7을 참조하면서 Rp-jXp(실제로 알고 싶은 것은 Rp만)의 결정 방법을 예시한다. 우선, 플라스마 처리 장치(1)로부터 밸룬(103)을 분리하고, 임피던스 정합 회로(102)의 출력 단자(230)를 본체(10)의 제1 단자(251)(블로킹 커패시터(104))에 접속한다. 또한, 본체(10)의 제2 단자(252)(제2 전극(111))를 접지한다. 이 상태에서 고주파 전원(101)으로부터 임피던스 정합 회로(102)를 통하여 본체(10)의 제1 단자(251)로 고주파를 공급한다. 도 7에 도시된 예에서는, 임피던스 정합 회로(102)는, 등가적으로 코일 L1, L2 및 가변 커패시터 VC1, VC2로 구성된다. 가변 커패시터 VC1, VC2의 용량값을 조정함으로써 플라스마를 발생시킬 수 있다. 플라스마가 안정된 상태에 있어서, 임피던스 정합 회로(102)의 임피던스는, 플라스마가 발생하였을 때의 본체(10)의 측(제1 전극(106) 및 제2 전극(111)의 측)의 임피던스 Rp-jXp에 정합되어 있다. 이때의 임피던스 정합 회로(102)의 임피던스는 Rp+jXp이다.
따라서, 임피던스가 정합되었을 때의 임피던스 정합 회로(102)의 임피던스 Rp+jXp에 기초하여, Rp-jXp(실제로 알고 싶은 것은 Rp만)를 얻을 수 있다. Rp-jXp는, 그 밖에, 예를 들어 설계 데이터에 기초하여 시뮬레이션에 의해 구할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 Rp에 기초하여, X/Rp를 특정할 수 있다. 예를 들어, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하도록, Rp에 기초하여, 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분) X를 결정할 수 있다.
도 8에는, 본 발명의 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 기판(112)을 에칭하는 에칭 장치로서 동작할 수 있다. 제2 실시 형태에서는, 제1 전극(106)은 캐소드이며, 기판(112)을 보유 지지한다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 제2 전극(111)은 애노드이다. 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)에서는, 제1 전극(106)과 제1 평형 단자(211)가 블로킹 커패시터(104)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 환언하면, 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)에서는, 블로킹 커패시터(104)가 제1 전극(106)과 제1 평형 단자(211)의 전기적인 접속 경로에 배치되어 있다.
도 9에는, 본 발명의 제3 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제3 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 실시 형태 플라스마 처리 장치(1)의 변형예이며, 제2 전극(111)을 승강시키는 기구 및 제2 전극(111)을 회전시키는 기구 중 적어도 한쪽을 더 구비한다. 도 9에 도시된 예에서는, 플라스마 처리 장치(1)는, 제2 전극(111)을 승강시키는 기구 및 제2 전극(111)을 회전시키는 기구의 양쪽을 포함하는 구동 기구(114)를 구비한다. 진공 용기(110)와 구동 기구(114)의 사이에는, 진공 격벽을 구성하는 벨로우즈(113)가 마련될 수 있다.
마찬가지로, 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)도, 제1 전극(106)을 승강시키는 기구 및 제2 전극(106)을 회전시키는 기구 중 적어도 한쪽을 더 구비할 수 있다.
도 10에는, 본 발명의 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의해 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)로서 언급하지 않는 사항은, 제1 내지 제3 실시 형태를 따를 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 밸룬(103)과, 제2 밸룬(303)과, 진공 용기(110)와, 제1 조를 구성하는 제1 전극(106) 및 제2 전극(135)과, 제2 조를 구성하는 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)을 구비하고 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 밸룬(103)과, 제2 밸룬(303)과, 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가, 진공 용기(110)와, 제1 조를 구성하는 제1 전극(106) 및 제2 전극(135)과, 제2 조를 구성하는 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)을 구비하고 있는 것으로서 이해되어도 된다. 본체(10)는, 제1 단자(251), 제2 단자(252), 제3 단자(451), 제4 단자(452)를 갖는다.
제1 밸룬(103)은, 제1 불평형 단자(201), 제2 불평형 단자(202), 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)를 갖는다. 제1 밸룬(103)의 제1 불평형 단자(201) 및 제2 불평형 단자(202)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 제2 밸룬(303)은, 제1 밸룬(103)과 마찬가지의 구성을 가질 수 있다. 제2 밸룬(303)은, 제1 불평형 단자(401), 제2 불평형 단자(402), 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)를 갖는다. 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401) 및 제2 불평형 단자(402)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 진공 용기(110)는 접지되어 있다.
제1 조의 제1 전극(106)은, 타깃(109)을 보유 지지한다. 타깃(109)은, 예를 들어 절연체 재료 또는 도전체 재료일 수 있다. 제1 조의 제2 전극(135)은, 제1 전극(106)의 주위에 배치된다. 제1 조의 제1 전극(106)은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제1 조의 제2 전극(135)은, 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 조의 제1 전극(141)은, 기판(112)을 보유 지지한다. 제2 조의 제2 전극(145)은, 제1 전극(141)의 주위에 배치된다. 제2 조의 제1 전극(141)은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제2 조의 제2 전극(145)은, 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 구성은, 제1 조의 제1 전극(106)이 제1 단자(251)에 전기적으로 접속되고, 제1 조의 제2 전극(135)이 제2 단자(252)에 전기적으로 접속되고, 제1 단자(251)가 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 단자(252)가 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)에 전기적으로 접속된 구성으로서 이해될 수 있다. 또한, 상기 구성은, 제2 조의 제1 전극(141)이 제3 단자(451)에 전기적으로 접속되고, 제2 조의 제2 전극(145)이 제4 단자(452)에 전기적으로 접속되고, 제3 단자(451)가 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제4 단자(452)가 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 전기적으로 접속되어 있는 것으로서 이해될 수 있다.
제1 조의 제1 전극(106)과 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)(제1 단자(251))는, 블로킹 커패시터(104)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(104)는, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제1 조의 제1 전극(106)의 사이(혹은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제2 평형 단자(212)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 블로킹 커패시터(104)를 마련하는 대신에, 제1 임피던스 정합 회로(102)가, 제1 밸룬(103)의 제1 불평형 단자(201)와 제2 불평형 단자(202)의 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 제1 조의 제1 전극(106) 및 제2 전극(135)은, 절연체(132)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
제2 조의 제1 전극(141)과 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)(제3 단자(451))는, 블로킹 커패시터(304)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(304)는, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제2 조의 제1 전극(141)의 사이(혹은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제2 평형 단자(412)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 블로킹 커패시터(304)를 마련하는 대신에, 제2 임피던스 정합 회로(302)가, 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(201)와 제2 불평형 단자(202)의 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 제2 조의 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)은, 절연체(142)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제1 고주파 전원(101)과, 제1 고주파 전원(101)과 제1 밸룬(103)의 사이에 배치된 제1 임피던스 정합 회로(102)를 구비할 수 있다. 제1 고주파 전원(101)은, 제1 임피던스 정합 회로(102)를 통하여 제1 밸룬(103)의 제1 불평형 단자(201)와 제2 불평형 단자(202)의 사이에 고주파를 공급한다. 환언하면, 제1 고주파 전원(101)은, 제1 임피던스 정합 회로(102), 제1 밸룬(103) 및 블로킹 커패시터(104)를 통하여, 제1 전극(106)과 제2 전극(135)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제1 고주파 전원(101)은, 제1 임피던스 정합 회로(102), 제1 밸룬(103)을 통하여, 본체(10)의 제1 단자(251)와 제2 단자(252)의 사이에 고주파를 공급한다. 제1 밸룬(103), 그리고 제1 조의 제1 전극(106) 및 제2 전극(135)은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 고주파를 공급하는 제1 고주파 공급부를 구성한다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제2 고주파 전원(301)과, 제2 고주파 전원(301)과 제2 밸룬(303)의 사이에 배치된 제2 임피던스 정합 회로(302)를 구비할 수 있다. 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302)를 통하여 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401)와 제2 불평형 단자(402)의 사이에 고주파를 공급한다. 환언하면, 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303) 및 블로킹 커패시터(304)를 통하여, 제2 조의 제1 전극(141)과 제2 전극(145)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303)을 통하여, 본체(10)의 제3 단자(451)와 제4 단자(452)의 사이에 고주파를 공급한다. 제2 밸룬(303), 그리고 제2 조의 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 고주파를 공급하는 제2 고주파 공급부를 구성한다.
제1 고주파 전원(101)으로부터의 고주파의 공급에 의해 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에서 제1 조의 제1 전극(106) 및 제2 전극(135)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스를 Rp1-jXp1이라고 하자. 또한, 제1 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 X1이라고 하자. 이 정의에 있어서, 1.5≤X1/Rp1≤5000을 만족하는 것은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시키기 위해 유리하다.
또한, 제2 고주파 전원(301)으로부터의 고주파의 공급에 의해 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)의 측에서 제2 조의 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스를 Rp2-jXp2라고 하자. 또한, 제2 밸룬(303)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 X2라고 하자. 이 정의에 있어서, 1.5≤X2/Rp2≤5000을 만족하는 것은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시키기 위해 유리하다.
도 11에는, 본 발명의 제5 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제5 실시 형태의 장치(1)는, 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)에 대하여 구동 기구(114, 314)를 추가한 구성을 갖는다. 구동 기구(114)는, 제1 전극(141)을 승강시키는 기구 및 제1 전극(141)을 회전시키는 기구 중 적어도 한쪽을 구비할 수 있다. 구동 기구(314)는, 제2 전극(145)을 승강시키는 기구를 구비할 수 있다.
도 12에는, 본 발명의 제6 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제6 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의해 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제6 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은, 제1 내지 제5 실시 형태를 따를 수 있다. 제6 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 복수의 제1 고주파 공급부와, 적어도 1개의 제2 고주파 공급부를 구비하고 있다. 복수의 제1 고주파 공급부 중 1개는, 제1 전극(106a)과, 제2 전극(135a)과, 제1 밸룬(103a)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 고주파 공급부 중 다른 1개는, 제1 전극(106b)과, 제2 전극(135b)과, 제1 밸룬(103b)을 포함할 수 있다. 여기서는, 복수의 제1 고주파 공급부가 2개의 고주파 공급부로 구성되는 예를 설명한다. 또한, 2개의 고주파 공급부 및 그것에 관련된 구성 요소를 첨자 a, b로 서로 구별한다. 마찬가지로, 2개의 타깃에 대해서도, 첨자 a, b로 서로 구별한다.
다른 관점에 있어서, 플라스마 처리 장치(1)는, 복수의 제1 밸룬(103a, 103b)과, 제2 밸룬(303)과, 진공 용기(110)와, 제1 전극(106a) 및 제2 전극(135a)과, 제1 전극(106b) 및 제2 전극(135b)과, 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)을 구비하고 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는, 복수의 제1 밸룬(103a, 103b)과, 제2 밸룬(303)과, 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가, 진공 용기(110)와, 제1 전극(106a) 및 제2 전극(135a)과, 제1 전극(106b) 및 제2 전극(135b)과, 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)을 구비하고 있는 것으로서 이해되어도 된다. 본체(10)는, 제1 단자(251a, 251b), 제2 단자(252a, 252b), 제3 단자(451), 제4 단자(452)를 갖는다.
제1 밸룬(103a)은, 제1 불평형 단자(201a), 제2 불평형 단자(202a), 제1 평형 단자(211a) 및 제2 평형 단자(212a)를 갖는다. 제1 밸룬(103a)의 제1 불평형 단자(201a) 및 제2 불평형 단자(202a)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제1 밸룬(103a)의 제1 평형 단자(211a) 및 제2 평형 단자(212a)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 제1 밸룬(103b)은, 제1 불평형 단자(201b), 제2 불평형 단자(202b), 제1 평형 단자(211b) 및 제2 평형 단자(212b)를 갖는다. 제1 밸룬(103b)의 제1 불평형 단자(201b) 및 제2 불평형 단자(202b)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제1 밸룬(103b)의 제1 평형 단자(211b) 및 제2 평형 단자(212b)의 측에는, 평형 회로가 접속된다.
제2 밸룬(303)은, 제1 밸룬(103a, 103b)과 마찬가지의 구성을 가질 수 있다. 제2 밸룬(303)은, 제1 불평형 단자(401), 제2 불평형 단자(402), 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)를 갖는다. 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401) 및 제2 불평형 단자(402)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 진공 용기(110)는 접지되어 있다.
제1 전극(106a, 106b)은, 각각 타깃(109a, 109b)을 보유 지지한다. 타깃(109a, 109b)은, 예를 들어 절연체 재료 또는 도전체 재료일 수 있다. 제2 전극(135a, 135b)은, 각각 제1 전극(106a, 106b)의 주위에 배치된다. 제1 전극(106a, 106b)은, 각각 제1 밸룬(103a, 103b)의 제1 평형 단자(211a, 211b)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(135a, 135b)은, 각각 제1 밸룬(103a, 103b)의 제2 평형 단자(212a, 212b)에 전기적으로 접속되어 있다.
제1 전극(141)은, 기판(112)을 보유 지지한다. 제2 전극(145)은, 제1 전극(141)의 주위에 배치된다. 제1 전극(141)은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(145)은, 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 구성은, 제1 전극(106a, 106b)이 각각 제1 단자(251a, 251b)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(135a, 135b)이 각각 제2 단자(252a, 252b)에 전기적으로 접속되고, 제1 단자(251a, 251b)가 각각 제1 밸룬(103a, 103b)의 제1 평형 단자(211a, 111b)에 전기적으로 접속되고, 제2 단자(252a, 252b)가 각각 제1 밸룬(103a, 103b)의 제2 평형 단자(212a, 212b)에 전기적으로 접속된 구성으로서 이해될 수 있다. 또한, 상기 구성은, 제1 전극(141)이 제3 단자(451)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(145)이 제4 단자(452)에 전기적으로 접속되고, 제3 단자(451)가 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제4 단자(452)가 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 전기적으로 접속되어 있는 것으로서 이해될 수 있다.
제1 전극(106a, 106b)과 제1 밸룬(103a, 103b)의 제1 평형 단자(211a, 211b)(제1 단자(251a, 251b))는, 각각 블로킹 커패시터(104a, 104b)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(104a, 104b)는, 제1 밸룬(103a, 103b)의 제1 평형 단자(211a, 211b)와 제1 전극(106a, 106b)의 사이(혹은, 제1 밸룬(103a, 103b)의 제1 평형 단자(211a, 211b)와 제2 평형 단자(212a, 212b)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 블로킹 커패시터(104a, 104b)를 마련하는 대신에, 제1 임피던스 정합 회로(102a, 102b)가, 제1 밸룬(103a, 103b)의 제1 불평형 단자(201a, 201b)와 제2 불평형 단자(202a, 202b)의 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 혹은, 블로킹 커패시터(104a, 104b)는, 제2 전극(135a, 135b)과 제1 밸룬(103a, 103b)의 제2 평형 단자(212a, 212b)(제2 단자(252a, 252b))의 사이에 배치되어도 된다. 제1 전극(106a, 106b) 및 제2 전극(135a, 135b)은, 각각 절연체(132a, 132b)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
제1 전극(141)과 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)(제3 단자(451))는, 블로킹 커패시터(304)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(304)는, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제1 전극(141)의 사이(혹은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제2 평형 단자(412)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 블로킹 커패시터(304)를 마련하는 대신에, 제2 임피던스 정합 회로(302)가, 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(201)와 제2 불평형 단자(202)의 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 혹은, 블로킹 커패시터(304)는, 제2 전극(145)과 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)(제4 단자(452))의 사이에 배치되어도 된다. 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)은, 절연체(142)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 복수의 제1 고주파 전원(101a, 101b)과, 복수의 제1 고주파 전원(101a, 101b)과 복수의 제1 밸룬(103a, 103b)의 사이에 각각 배치된 제1 임피던스 정합 회로(102a, 102b)를 구비할 수 있다. 제1 고주파 전원(101a, 101b)은, 각각 제1 임피던스 정합 회로(102a, 102b)를 통하여 제1 밸룬(103a, 103b)의 제1 불평형 단자(201a, 201b)와 제2 불평형 단자(202a, 202b)의 사이에 고주파를 공급한다. 환언하면, 제1 고주파 전원(101a, 101b)은, 각각 제1 임피던스 정합 회로(102a, 102b), 제1 밸룬(103a, 103b) 및 블로킹 커패시터(104a, 104b)를 통하여, 제1 전극(106a, 106b)과 제2 전극(135a, 135b)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제1 고주파 전원(101a, 101b)은, 제1 임피던스 정합 회로(102a, 102b), 제1 밸룬(103a, 103b)을 통하여, 본체(10)의 제1 단자(251a, 251b)와 제2 단자(252a, 252b)의 사이에 고주파를 공급한다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제2 고주파 전원(301)과, 제2 고주파 전원(301)과 제2 밸룬(303)의 사이에 배치된 제2 임피던스 정합 회로(302)를 구비할 수 있다. 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302)를 통하여 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401)와 제2 불평형 단자(402)의 사이에 고주파를 공급한다. 환언하면, 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303) 및 블로킹 커패시터(304)를 통하여, 제1 전극(141)과 제2 전극(145)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303)을 통하여, 본체(10)의 제3 단자(451)와 제4 단자(452)의 사이에 고주파를 공급한다.
도 13에는, 본 발명의 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의해 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)로서 언급하지 않는 사항은, 제1 내지 제6 실시 형태를 따를 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 밸룬(103)과, 제2 밸룬(303)과, 진공 용기(110)와, 제1 조를 구성하는 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)과, 제2 조를 구성하는 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)을 구비하고 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 밸룬(103)과, 제2 밸룬(303)과, 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가, 진공 용기(110)와, 제1 조를 구성하는 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)과, 제2 조를 구성하는 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)을 구비하고 있는 것으로서 이해되어도 된다. 본체(10)는, 제1 단자(251), 제2 단자(252), 제3 단자(451), 제4 단자(452)를 갖는다.
제1 밸룬(103)은, 제1 불평형 단자(201), 제2 불평형 단자(202), 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)를 갖는다. 제1 밸룬(103)의 제1 불평형 단자(201) 및 제2 불평형 단자(202)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 제2 밸룬(303)은, 제1 밸룬(103)과 마찬가지의 구성을 가질 수 있다. 제2 밸룬(303)은, 제1 불평형 단자(401), 제2 불평형 단자(402), 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)를 갖는다. 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401) 및 제2 불평형 단자(402)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 진공 용기(110)는 접지되어 있다.
제1 조의 제1 전극(105a)은, 제1 타깃(109a)을 보유 지지하고, 제1 타깃(109a)을 통하여 기판(112)측의 공간과 대향한다. 제1 조의 제2 전극(105b)은, 제1 전극(105a)의 옆에 배치되며, 제2 타깃(109b)을 보유 지지하고, 제2 타깃(109b)을 통하여 기판(112)측의 공간과 대향한다. 타깃(109a 및 109b)은, 예를 들어 절연체 재료 또는 도전체 재료일 수 있다. 제1 조의 제1 전극(105a)은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제1 조의 제2 전극(105b)은, 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 조의 제1 전극(141)은, 기판(112)을 보유 지지한다. 제2 조의 제2 전극(145)은, 제1 전극(141)의 주위에 배치된다. 제2 조의 제1 전극(141)은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제2 조의 제2 전극(145)은, 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 구성은, 제1 조의 제1 전극(105a)이 제1 단자(251)에 전기적으로 접속되고, 제1 조의 제2 전극(105b)이 제2 단자(252)에 전기적으로 접속되고, 제1 단자(251)가 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 단자(252)가 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)에 접속된 구성으로서 이해될 수 있다. 또한, 상기 구성은, 제2 조의 제1 전극(141)이 제3 단자(451)에 전기적으로 접속되고, 제2 조의 제2 전극(145)이 제4 단자(452)에 전기적으로 접속되고, 제3 단자(451)가 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제4 단자(452)가 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 접속되어 있는 것으로서 이해될 수 있다.
제1 조의 제1 전극(105a)과 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)(제1 단자(251))는, 블로킹 커패시터(104a)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(104a)는, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제1 조의 제1 전극(105a)의 사이(혹은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제2 평형 단자(212)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 제1 조의 제2 전극(105b)과 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)(제2 단자(252))는, 블로킹 커패시터(104b)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(104b)는, 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)와 제1 조의 제2 전극(105b)의 사이(혹은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제2 평형 단자(212)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 제1 조의 제1 전극(105a), 제2 전극(105b)은, 각각 절연체(132a, 132b)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
제2 조의 제1 전극(141)과 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)(제3 단자(451))는, 블로킹 커패시터(304)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(304)는, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제2 조의 제1 전극(141)의 사이(혹은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제2 평형 단자(412)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 블로킹 커패시터(304)를 마련하는 대신에, 제2 임피던스 정합 회로(302)가, 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401)와 제2 불평형 단자(402)의 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 제2 조의 제1 전극(141), 제2 전극(145)은, 각각 절연체(142, 146)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제1 고주파 전원(101)과, 제1 고주파 전원(101)과 제1 밸룬(103)의 사이에 배치된 제1 임피던스 정합 회로(102)를 구비할 수 있다. 제1 고주파 전원(101)은, 제1 임피던스 정합 회로(102), 제1 밸룬(103) 및 블로킹 커패시터(104a, 104b)를 통하여, 제1 전극(105a)과 제2 전극(105b)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제1 고주파 전원(101)은, 제1 임피던스 정합 회로(102), 제1 밸룬(103)을 통하여, 본체(10)의 제1 단자(251)와 제2 단자(252)의 사이에 고주파를 공급한다. 제1 밸룬(103), 그리고 제1 조의 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 고주파를 공급하는 제1 고주파 공급부를 구성한다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제2 고주파 전원(301)과, 제2 고주파 전원(301)과 제2 밸룬(303)의 사이에 배치된 제2 임피던스 정합 회로(302)를 구비할 수 있다. 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302)를 통하여 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401)와 제2 불평형 단자(402)의 사이에 고주파를 공급한다. 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303) 및 블로킹 커패시터(304)를 통하여, 제2 조의 제1 전극(141)과 제2 전극(145)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303)을 통하여, 본체(10)의 제3 단자(451)와 제4 단자(452)의 사이에 고주파를 공급한다. 제2 밸룬(303), 그리고 제2 조의 제1 전극(141) 및 제2 전극(145)은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 고주파를 공급하는 제2 고주파 공급부를 구성한다.
제1 고주파 전원(101)으로부터의 고주파의 공급에 의해 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에서 제1 조의 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스를 Rp1-jXp1이라고 하자. 또한, 제1 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 X1이라고 하자. 이 정의에 있어서, 1.5≤X1/Rp1≤5000을 만족하는 것은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시키기 위해 유리하다.
또한, 제2 고주파 전원(301)으로부터의 고주파의 공급에 의해 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)의 측에서 제2 조의 제1 전극(127) 및 제2 전극(130)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스를 Rp2-jXp2라고 하자. 또한, 제2 밸룬(303)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 X2라고 하자. 이 정의에 있어서, 1.5≤X2/Rp2≤5000을 만족하는 것은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시키기 위해 유리하다.
제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 제2 조를 구성하는 제1 전극(141)을 승강시키는 기구 및 제2 조를 구성하는 제1 전극(141)을 회전시키는 기구 중 적어도 한쪽을 더 구비할 수 있다. 도 13에 도시된 예에서는, 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 전극(141)을 승강시키는 기구 및 제1 전극(141)을 회전시키는 기구의 양쪽을 포함하는 구동 기구(114)를 구비한다. 또한, 도 13에 도시된 예에서는, 플라스마 처리 장치(1)는, 제2 조를 구성하는 제2 전극(145)을 승강시키는 기구(314)를 구비한다. 진공 용기(110)와 구동 기구(114, 314)의 사이에는, 진공 격벽을 구성하는 벨로우즈가 마련될 수 있다.
도 14를 참조하면서, 도 13에 도시된 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)에 있어서의 제1 밸룬(103)의 기능을 설명한다. 제1 불평형 단자(201)를 흐르는 전류를 I1, 제1 평형 단자(211)를 흐르는 전류를 I2, 제2 불평형 단자(202)를 흐르는 전류를 I2', 전류 I2 중 접지에 흐르는 전류를 I3이라고 하자. I3=0, 즉 평형 회로측에서 접지에 전류가 흐르지 않는 경우, 접지에 대한 평형 회로의 아이솔레이션 성능이 가장 좋다. I3=I2, 즉 제1 평형 단자(211)를 흐르는 전류 I2 전부가 접지에 대하여 흐르는 경우, 접지에 대한 평형 회로의 아이솔레이션 성능이 가장 나쁘다. 이러한 아이솔레이션 성능의 정도를 나타내는 지표 ISO는, 제1 내지 제5 실시 형태와 마찬가지로, 이하의 식으로 제공될 수 있다. 이 정의 하에서는, ISO의 값의 절댓값이 큰 쪽이, 아이솔레이션 성능이 좋다.
ISO[dB]=20log(I3/I2')
도 14에 있어서, Rp-jXp(=Rp/2-jXp/2+Rp/2-jXp/2)는, 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에서 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스(블로킹 커패시터(104a 및 104b)의 리액턴스를 포함함)를 나타내고 있다. Rp는 저항 성분, -Xp는 리액턴스 성분을 나타내고 있다. 또한, 도 14에 있어서, X는, 제1 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 나타내고 있다. ISO는, X/Rp에 대하여 상관을 갖는다.
제1 실시 형태의 설명에 있어서 참조한 도 4에는, 전류 I1(=I2), I2', I3, ISO, α(=X/Rp)의 관계가 예시되어 있다. 도 4의 관계는, 제7 실시 형태에 있어서도 성립된다. 본 발명자는, 제7 실시 형태에 있어서도, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 것이, 진공 용기(110)의 내부 공간(제1 전극(105a)과 제2 전극(105b)의 사이의 공간)에 형성되는 플라스마의 전위(플라스마 전위)를 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 둔감하게 하기 위해 유리하다는 것을 알아냈다. 여기서, 플라스마 전위가 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 둔감해진다는 것은, 플라스마 처리 장치(1)를 장기간에 걸쳐 사용한 경우에 있어서도 플라스마 전위를 안정시킬 수 있음을 의미한다. 1.5≤X/Rp≤5000은, -10.0dB≥ISO≥-80dB에 상당한다.
도 15a 내지 도 15d에는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 경우에 있어서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)가 도시되어 있다. 도 15a는, 진공 용기(110)의 내면에 저항성 막(1mΩ)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 15b는, 진공 용기(110)의 내면에 저항성 막(1000Ω)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 15c는, 진공 용기(110)의 내면에 유도성 막(0.6μH)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 15d는, 진공 용기(110)의 내면에 용량성 막(0.1nF)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 15a 내지 도 15d로부터, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는 것이, 진공 용기(110)의 내면이 여러 가지 상태에 있어서 플라스마 전위를 안정시키기 위해 유리하다는 것이 이해된다.
도 16a 내지 도 16d에는, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에 있어서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 16a는, 진공 용기(110)의 내면에 저항성 막(1mΩ)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 16b는, 진공 용기(110)의 내면에 저항성 막(1000Ω)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 16c는, 진공 용기(110)의 내면에 유도성 막(0.6μH)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 16d는, 진공 용기(110)의 내면에 용량성 막(0.1nF)이 형성된 상태에서의 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)를 도시하고 있다. 도 16a 내지 도 16d로부터, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하지 않는 경우에는, 진공 용기(110)의 내면의 상태에 의존하여 플라스마 전위가 변화함이 이해된다.
여기서, X/Rp>5000(예를 들어, X/Rp=∞)인 경우와 X/Rp<1.5인 경우(예를 들어, X/Rp=1.16, X/Rp=0.87)의 양쪽에 있어서, 진공 용기(110)의 내면의 상태에 의존하여 플라스마 전위가 변화하기 쉽다. X/Rp>5000인 경우에는, 진공 용기(110)의 내면에 막이 형성되어 있지 않은 상태에서는, 제1 전극(105a)과 제2 전극(105b)의 사이에서만 방전이 일어난다. 그러나, X/Rp>5000인 경우, 진공 용기(110)의 내면에 막이 형성되기 시작하면, 그에 대하여 플라스마 전위가 민감하게 반응하여, 도 16a 내지 도 16d에 예시되는 바와 같은 결과가 된다. 한편, X/Rp<1.5인 경우에는, 진공 용기(110)를 통하여 접지에 유입되는 전류가 크므로, 진공 용기(110)의 내면의 상태(내면에 형성되는 막의 전기적인 특성)에 의한 영향이 현저해지고, 막의 형성에 의존하여 플라스마 전위가 변화한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하도록 플라스마 처리 장치(1)를 구성하는 것이 유리하다.
도 17에는, 본 발명의 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의해 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)로서 언급하지 않는 사항은, 제1 내지 제7 실시 형태를 따를 수 있다. 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 밸룬(제1 밸룬)(103)과, 진공 용기(110)와, 제1 전극(105a)과, 제2 전극(105b)과, 접지 전극(400)을 구비하고 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는, 밸룬(103)과, 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가, 진공 용기(110)와, 제1 전극(105a)과, 제2 전극(105b)과, 접지 전극(400)을 구비하고 있는 것으로서 이해되어도 된다. 본체(10)는, 제1 단자(251) 및 제2 단자(252)를 갖는다.
접지 전극(400)은, 진공 용기(110) 내에 배치되어, 접지되어 있다. 접지 전극(400)은, 서로 평행으로 배치된 복수의 판부(PLT)를 포함할 수 있다. 복수의 판부(PLT)는, 하나의 단면(예를 들어, 연직 방향을 따른 단면)에 있어서 접지 전극(400)이 빗살 형상을 갖도록 배치될 수 있다. 다른 관점에 있어서, 접지 전극(400)은, 하나의 단면(예를 들어, 연직 방향을 따른 단면)에 있어서 빗살 형상을 가질 수 있다. 이러한 접지 전극(400)의 구성은, 애노드로서 기능하는 부분의 면적을 크게 하는 데 기여할 수 있다. 또한, 이러한 접지 전극(400)의 구성은, 기판(112)에 대한 막의 형성 시에 접지 전극(400)에 대하여 막이 형성되는 것을 억제하기 위해 유리하다.
제1 전극(105a)은, 제1 부재로서의 제1 타깃(109a)을 보유 지지하는 제1 보유 지지면(HS1)을 갖고, 제2 전극(105b)은, 제2 부재로서의 제2 타깃(109b)을 보유 지지하는 제2 보유 지지면(HS2)을 가질 수 있다. 제1 보유 지지면(HS1) 및 제2 보유 지지면(HS2)은, 하나의 평면(PL)에 속할 수 있다. 접지 전극(400)은, 평면(PL)과 교차하도록 배치될 수 있다. 접지 전극(400)은, 예를 들어 제1 전극(105a)과 제2 전극(105b)의 사이에 배치되는 부분을 포함할 수 있다. 접지 전극(400)은, 예를 들어 제1 부재로서의 제1 타깃(109a)과 제2 부재로서의 제2 타깃(109b)의 사이에 배치되는 부분을 포함할 수 있다. 이러한 접지 전극(400)은, 기판(112)에 대한 막의 형성 시에 접지 전극(400)에 대하여 막이 형성되는 것을 억제하기 위해 유리하다.
제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 추가로 제2 밸룬(303)과, 제3 전극(141)과, 제4 전극(145)을 구비해도 된다. 환언하면, 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 밸룬(103)과, 제2 밸룬(303)과, 진공 용기(110)와, 제1 전극(105a)과, 제2 전극(105b)과, 제3 전극(141)과, 제4 전극(145)을 구비할 수 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 밸룬(103)과, 제2 밸룬(303)과, 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가, 진공 용기(110)와, 제1 전극(105a)과, 제2 전극(105b)과, 제3 전극(141)과, 제4 전극(145)을 구비하고 있는 것으로서 이해되어도 된다. 제3 전극(141)과, 제4 전극(145)은, 평면(PL)에 대향하도록 배치된다. 본체(10)는, 제1 단자(251), 제2 단자(252), 제3 단자(451), 제4 단자(452)를 갖는다.
제1 밸룬(103)은, 제1 불평형 단자(201), 제2 불평형 단자(202), 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)를 갖는다. 제1 밸룬(103)의 제1 불평형 단자(201) 및 제2 불평형 단자(202)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 제2 밸룬(303)은, 제1 밸룬(103)과 마찬가지의 구성을 가질 수 있다. 제2 밸룬(303)은, 제3 불평형 단자(401), 제4 불평형 단자(402), 제3 평형 단자(411) 및 제4 평형 단자(412)를 갖는다. 제2 밸룬(303)의 제3 불평형 단자(401) 및 제4 불평형 단자(402)의 측에는, 불평형 회로가 접속되고, 제2 밸룬(303)의 제3 평형 단자(411) 및 제4 평형 단자(412)의 측에는, 평형 회로가 접속된다. 진공 용기(110)는 접지되어 있다. 밸룬(103, 303)은, 예를 들어 도 2a, 2b(도 14)에 기재된 구성을 가질 수 있다.
제1 전극(105a)은, 제1 타깃(109a)을 보유 지지하고, 제1 타깃(109a)을 통하여 처리 대상의 기판(112)측의 공간과 대향한다. 제2 전극(105b)은, 제1 전극(105a) 옆에 배치되고, 제2 타깃(109b)을 보유 지지하고, 제2 타깃(109b)을 통하여 처리 대상의 기판(112)측의 공간과 대향한다. 타깃(109a 및 109b)은, 예를 들어 절연체 재료 또는 도전체 재료일 수 있다. 제1 전극(105a)은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(105b)은, 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)에 전기적으로 접속되어 있다.
제3 전극(141)은, 기판(112)을 보유 지지한다. 제4 전극(145)은, 제3 전극(141)의 주위에 배치될 수 있다. 제3 전극(141)은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제4 전극(145)은, 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 구성은, 제1 전극(105a)이 제1 단자(251)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(105b)이 제2 단자(252)에 전기적으로 접속되고, 제1 단자(251)가 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 단자(252)가 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)에 접속된 구성으로서 이해될 수 있다. 또한, 상기 구성은, 제3 전극(141)이 제3 단자(451)에 전기적으로 접속되고, 제4 전극(145)이 제4 단자(452)에 전기적으로 접속되고, 제3 단자(451)가 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)에 전기적으로 접속되고, 제4 단자(452)가 제2 밸룬(303)의 제2 평형 단자(412)에 접속되어 있는 것으로서 이해될 수 있다.
제1 전극(105a)과 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)(제1 단자(251))는, 블로킹 커패시터(104a)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(104a)는, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제1 전극(105a)의 사이(혹은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제2 평형 단자(212)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 제2 전극(105b)과 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)(제2 단자(252))는, 블로킹 커패시터(104b)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(104b)는, 제1 밸룬(103)의 제2 평형 단자(212)와 제2 전극(105b)의 사이(혹은, 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211)와 제2 평형 단자(212)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 제1 전극(105a), 제2 전극(105b)은, 각각 절연체(132a, 132b)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
제3 전극(141)과 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)(제3 단자(451))는, 블로킹 커패시터(304)를 거쳐서 전기적으로 접속될 수 있다. 블로킹 커패시터(304)는, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제3 전극(141)의 사이(혹은, 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411)와 제2 평형 단자(412)의 사이)에서 직류 전류를 차단한다. 블로킹 커패시터(304)를 마련하는 대신에, 제2 임피던스 정합 회로(302)가, 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401)와 제2 불평형 단자(402)의 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 제3 전극(141), 제4 전극(145)은, 각각 절연체(142, 146)를 통하여 진공 용기(110)에 의해 지지될 수 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제1 고주파 전원(101)과, 제1 고주파 전원(101)과 제1 밸룬(103)의 사이에 배치된 제1 임피던스 정합 회로(102)를 구비할 수 있다. 제1 고주파 전원(101)은, 제1 임피던스 정합 회로(102), 제1 밸룬(103) 및 블로킹 커패시터(104a, 104b)를 통하여, 제1 전극(105a)과 제2 전극(105b)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제1 고주파 전원(101)은, 제1 임피던스 정합 회로(102), 제1 밸룬(103)을 통하여, 본체(10)의 제1 단자(251)와 제2 단자(252)의 사이에 고주파를 공급한다. 제1 밸룬(103), 그리고 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 고주파를 공급하는 제1 고주파 공급부를 구성한다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제2 고주파 전원(301)과, 제2 고주파 전원(301)과 제2 밸룬(303)의 사이에 배치된 제2 임피던스 정합 회로(302)를 구비할 수 있다. 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302)를 통하여 제2 밸룬(303)의 제1 불평형 단자(401)와 제2 불평형 단자(402)의 사이에 고주파를 공급한다. 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303) 및 블로킹 커패시터(304)를 통하여, 제3 전극(141)과 제4 전극(145)의 사이에 고주파를 공급한다. 혹은, 제2 고주파 전원(301)은, 제2 임피던스 정합 회로(302), 제2 밸룬(303)을 통하여, 본체(10)의 제3 단자(451)와 제4 단자(452)의 사이에 고주파를 공급한다. 제2 밸룬(303), 그리고 제3 전극(141) 및 제4 전극(145)은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 고주파를 공급하는 제2 고주파 공급부를 구성한다.
제1 고주파 전원(101)으로부터의 고주파의 공급에 의해 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제1 밸룬(103)의 제1 평형 단자(211) 및 제2 평형 단자(212)의 측에서 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스를 Rp1-jXp1이라고 하자. 또한, 제1 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 X1이라고 하자. 이 정의에 있어서, 1.5≤X1/Rp1≤5000을 만족하는 것은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시키기 위해 유리하다. 단, 1.5≤X/Rp1≤5000이라고 하는 조건을 만족하는 것은, 제8 실시 형태에 있어서 필수는 아니며, 유리한 조건임에 유의하기 바란다. 제8 실시 형태에서는, 진공 용기(110) 내에 접지 전극(400)을 마련함으로써, 1.5≤X/Rp1≤5000이라고 하는 조건을 만족하지 않는 경우에 있어서도, 진공 용기(110)의 내부 공간(제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이의 공간)에 형성되는 플라스마의 전위(플라스마 전위)를 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 둔감하게 하는 효과가 얻어진다.
또한, 제2 고주파 전원(301)으로부터의 고주파의 공급에 의해 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생한 상태에서 제2 밸룬(303)의 제1 평형 단자(411) 및 제2 평형 단자(412)의 측에서 제3 전극(141) 및 제4 전극(145)의 측(본체(10)의 측)을 보았을 때의 임피던스를 Rp2-jXp2라고 하자. 또한, 제2 밸룬(303)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 X2라고 하자. 이 정의에 있어서, 1.5≤X2/Rp2≤5000을 만족하는 것은, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시키기 위해 유리하다. 단, 1.5≤X/Rp2≤5000이라고 하는 조건을 만족하는 것은, 제8 실시 형태에 있어서 필수는 아니며, 유리한 조건임에 유의하기 바란다. 제8 실시 형태에서는, 진공 용기(110) 내에 접지 전극(400)을 마련함으로써, 1.5≤X/Rp2≤5000이라고 하는 조건을 만족하지 않는 경우에 있어서도, 진공 용기(110)의 내부 공간(제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 사이의 공간)에 형성되는 플라스마의 전위(플라스마 전위)를 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 둔감하게 하는 효과가 얻어진다.
제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 제3 전극(141)을 승강시키는 기구 및 제3 전극(141)을 회전시키는 기구 중 적어도 한쪽을 더 구비할 수 있다. 도 17에 도시된 예에서는, 플라스마 처리 장치(1)는, 제3 전극(141)을 승강시키는 기구 및 제3 전극(141)을 회전시키는 기구의 양쪽을 포함하는 구동 기구(114)를 구비한다. 또한, 도 17에 도시된 예에서는, 플라스마 처리 장치(1)는, 제4 전극(145)을 승강시키는 기구(314)를 구비한다. 진공 용기(110)와 구동 기구(114, 314)의 사이에는, 진공 격벽을 구성하는 벨로우즈가 마련될 수 있다.
이하, 도 18 내지 도 21을 참조하면서 비교예를 설명한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 비교예의 플라스마 처리 장치(1')는, 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)로부터 밸룬(103, 303) 및 접지 전극(400)을 제거한 구조를 갖는다. 또한, 도 18에 있어서, 제3 전극(141) 및 제4 전극(145)은 생략되어 있다. 도 19 내지 도 21에는, 플라스마 전위, 제1 전극(105a)의 전위(캐소드 1 전위) 및 제2 전극(105b)의 전위(캐소드 2 전위)의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 이 시뮬레이션에 있어서, 고주파 전원(101a, 101b)은, 100sin(ωt)[V]의 전압을 발생시키도록 설정되었다. 또한, 제1 전극(105a) 및 제2 전극(105b)의 반경을 10㎝로 하였다. 또한, 도 19 내지 도 21에 있어서, 「캐소드 1 면적:접지 면적:캐소드 2 면적」은, [제1 전극(105a)의 면적]:[진공 용기(110) 중 애노드로서 기능하는 부분의 면적」:[제2 전극(105b)의 면적]을 의미한다.
도 19에는, 캐소드 1 면적:접지 면적:캐소드 2 면적이 1:0.5:1인 경우의 시뮬레이션 결과가 도시되고, 도 20에는, 캐소드 1 면적:접지 면적:캐소드 2 면적이 1:1:1인 경우의 시뮬레이션 결과가 도시되고, 도 21에는, 캐소드 1 면적:접지 면적:캐소드 2 면적이 1:3:1인 경우의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 스퍼터링에 의한 기판(112)에 대한 막의 형성에 있어서, 진공 용기(110)의 내면에도 막이 형성될 수 있다. 이에 의해, 진공 용기(110)의 내면의 상태, 예를 들어 진공 용기(110) 중 애노드로서 기능하는 부분의 면적(접지 면적)이 변화할 수 있다. 도 19 내지 도 21에 도시된 결과로부터, 접지 면적의 변화에 의해 플라스마 전위가 변화할 수 있다. 이것은, 복수의 기판에 대하여 막의 형성을 계속하면, 플라스마 전위가 변화하여, 막을 형성하기 위한 특성이 변화할 수 있음을 시사한다. 또한, 도 19 내지 도 21에 도시된 결과는, 진공 용기(110) 중 애노드로서 기능하는 부분의 면적(접지 면적)이 큰 편이 플라스마 전위의 변화를 억제하기 위해 유효함을 나타내고 있다.
한편, 제8 실시 형태에 따르면, 전술한 바와 같이, 밸룬(103) 및 접지 전극(400)을 마련하고, 또한 1.5≤X/Rp1≤5000이라고 하는 조건을 만족함으로써, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시킬 수 있다. 혹은, 밸룬(103, 303) 및 접지 전극(400)을 마련하고, 또한 1.5≤X/Rp1≤5000 및 1.5≤X/Rp2≤5000이라고 하는 조건을 만족함으로써, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시킬 수 있다.
또한, 제8 실시 형태에 따르면, 밸룬(103) 및 접지 전극(400)을 마련함으로써, 1.5≤X/Rp1≤5000이라고 하는 조건을 만족하지 않는 경우에 있어서도, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시킬 수 있다. 혹은, 제8 실시 형태에 따르면, 밸룬(103) 및 접지 전극(400)을 마련함으로써, 1.5≤X/Rp1≤5000 및 1.5≤X/Rp2≤5000이라고 하는 조건을 만족하지 않는 경우에 있어서도, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위를 안정시킬 수 있다.
도 22에는, 본 발명의 제9 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제9 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 기판(112a, 112b)을 에칭하는 에칭 장치로서 동작할 수 있다. 제9 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 제1 전극(105a), 제2 전극(105b)이 에칭 대상의 제1 기판(112a), 제2 기판(112b)을 각각 보유 지지하고, 제3 전극(141)이 기판을 보유 지지하지 않는다는 점에서, 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)와 상이하며, 다른 점에서는 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)와 마찬가지의 구성을 가질 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위해, 이하의 청구항을 첨부한다.
1: 플라스마 처리 장치
10: 본체
101: 고주파 전원
102: 임피던스 정합 회로
103: 밸룬
104: 블로킹 커패시터
106: 제1 전극
107, 108: 절연체
109: 타깃
110: 진공 용기
111: 제2 전극
112: 기판
201: 제1 불평형 단자
202: 제2 불평형 단자
211: 제1 평형 단자
212: 제2 평형 단자
251: 제1 단자
252: 제2 단자
221: 제1 코일
222: 제2 코일
223: 제3 코일
224: 제4 코일
400: 접지 전극
PLT: 판부
PL: 평면
HS1: 제1 보유 지지면
HS2: 제2 보유 지지면

Claims (20)

  1. 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과,
    접지된 진공 용기와,
    상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극을 구비하고,
    상기 접지 전극은, 서로 평행으로 배치된 복수의 판부를 포함하는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 판부는, 단면에 있어서 상기 접지 전극이 빗살 형상을 갖도록 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  4. 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과,
    접지된 진공 용기와,
    상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극을 구비하고,
    상기 접지 전극은, 하나의 단면에 있어서 빗살 형상을 갖는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 제1 부재를 보유 지지하는 제1 보유 지지면을 갖고, 상기 제2 전극은, 제2 부재를 보유 지지하는 제2 보유 지지면을 갖고, 상기 제1 보유 지지면 및 상기 제2 보유 지지면은, 하나의 평면에 속해 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  6. 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과,
    접지된 진공 용기와,
    상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극을 구비하고,
    상기 제1 전극은, 제1 부재를 보유 지지하는 제1 보유 지지면을 갖고, 상기 제2 전극은, 제2 부재를 보유 지지하는 제2 보유 지지면을 갖고, 상기 제1 보유 지지면 및 상기 제2 보유 지지면은, 하나의 평면에 속해 있고,
    상기 접지 전극은, 상기 하나의 평면과 교차하도록 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접지 전극은, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 사이에 배치되는 부분을 포함하는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 보유 지지면은, 상기 제1 부재를 통하여 상기 진공 용기의 내부 공간에 대향하고, 상기 제2 보유 지지면은, 상기 제2 부재를 통하여 상기 진공 용기의 상기 내부 공간에 대향하는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    제3 불평형 단자, 제4 불평형 단자, 제3 평형 단자 및 제4 평형 단자를 갖는 제2 밸룬과,
    상기 제3 평형 단자에 전기적으로 접속된 제3 전극과,
    상기 제4 평형 단자에 전기적으로 접속된 제4 전극을 더 구비하고,
    상기 제4 전극은, 상기 제3 전극의 주위에 배치되고,
    상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은, 상기 하나의 평면에 대향하도록 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 평형 단자와 상기 제1 전극이 블로킹 커패시터를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 평형 단자와 상기 제2 전극이 블로킹 커패시터를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 평형 단자와 상기 제1 전극이 제1 블로킹 커패시터를 거쳐서 전기적으로 접속되고, 상기 제2 평형 단자와 상기 제2 전극이 제2 블로킹 커패시터를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 절연체를 통하여 상기 진공 용기에 의해 지지되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 밸룬은, 상기 제1 불평형 단자와 상기 제1 평형 단자를 접속하는 제1 코일과, 상기 제2 불평형 단자와 상기 제2 평형 단자를 접속하는 제2 코일을 갖는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 밸룬은, 상기 제1 평형 단자와 상기 제2 평형 단자의 사이에 접속된 제3 코일 및 제4 코일을 더 갖고, 상기 제3 코일 및 상기 제4 코일은, 상기 제3 코일과 상기 제4 코일의 접속 노드의 전압을 상기 제1 평형 단자의 전압과 상기 제2 평형 단자의 전압의 중점으로 하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 제1 타깃을 보유 지지하고, 상기 제2 전극은 제2 타깃을 보유 지지하고, 상기 제1 전극은 상기 제1 타깃을 통하여 처리 대상의 기판측의 공간과 대향하고, 상기 제2 전극은 상기 제2 타깃을 통하여 상기 공간과 대향하는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  17. 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과,
    접지된 진공 용기와,
    상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극을 구비하는 플라스마 처리 장치로서,
    상기 제1 전극은 제1 기판을 보유 지지하고, 상기 제2 전극은 제2 기판을 보유 지지하고, 상기 플라스마 처리 장치는, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 에칭하는 에칭 장치로서 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    고주파 전원과,
    상기 고주파 전원과 상기 밸룬의 사이에 배치된 임피던스 정합 회로
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  19. 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과,
    접지된 진공 용기와,
    상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극을 구비하고,
    상기 제1 평형 단자 및 상기 제2 평형 단자의 측에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 측을 보았을 때의 상기 제1 평형 단자와 상기 제2 평형 단자의 사이의 저항 성분을 Rp라고 하고, 상기 제1 불평형 단자와 상기 제1 평형 단자의 사이의 인덕턴스를 X라고 하였을 때, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  20. 제1 불평형 단자, 제2 불평형 단자, 제1 평형 단자 및 제2 평형 단자를 갖는 밸룬과,
    접지된 진공 용기와,
    상기 제1 평형 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 평형 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기 내에 배치되어, 접지된 접지 전극과,
    제3 불평형 단자, 제4 불평형 단자, 제3 평형 단자 및 제4 평형 단자를 갖는 제2 밸룬과,
    상기 제3 평형 단자에 전기적으로 접속된 제3 전극과,
    상기 제4 평형 단자에 전기적으로 접속된 제4 전극을 더 구비하고,
    상기 제4 전극은, 상기 제3 전극의 주위에 배치되고,
    상기 제1 전극은, 제1 부재를 보유 지지하는 제1 보유 지지면을 갖고, 상기 제2 전극은, 제2 부재를 보유 지지하는 제2 보유 지지면을 갖고, 상기 제1 보유 지지면 및 상기 제2 보유 지지면은, 하나의 평면에 속하고,
    상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은, 상기 하나의 평면에 대향하도록 배치되고,
    상기 제1 평형 단자 및 상기 제2 평형 단자의 측에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 측을 보았을 때의 상기 제1 평형 단자와 상기 제2 평형 단자의 사이의 저항 성분을 Rp라고 하고, 상기 제1 불평형 단자와 상기 제1 평형 단자의 사이의 인덕턴스를 X라고 하였을 때, 1.5≤X/Rp≤5000을 만족하고,
    상기 제3 평형 단자 및 상기 제4 평형 단자의 측에서 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극의 측을 보았을 때의 상기 제3 평형 단자와 상기 제4 평형 단자의 사이의 저항 성분을 Rp'라고 하고, 상기 제3 불평형 단자와 상기 제3 평형 단자의 사이의 인덕턴스를 X'라고 하였을 때, 1.5≤X'/Rp'≤5000을 만족하는
    것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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