KR20100047158A - 유도 결합 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

유도 결합 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 기억 매체 Download PDF

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KR20100047158A
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Abstract

본 발명은 보다 파워 효율이 좋은 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 하고, 그 해결 수단으로서, 피처리 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 처리실 내에서 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 처리실 내를 배기하는 배기계와, 처리실의 외부에 유전체 부재를 사이에 두고 배치되어, 고주파 전력이 공급되는 것에 따라 상기 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 안테나 회로(13b)와, 안테나 회로(13b)에 병렬로 접속된 병렬 회로(안테나 회로(13a))를 구비하고, 안테나 회로의(13a)의 임피던스와 안테나 회로(13b)의 임피던스를 역위상으로 하여, 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 기억 매체{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS, PLASMA PROCESS METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조용 유리 기판 등의 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 방법을 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD) 등의 제조 공정에 있어서는, 유리 기판에 소정의 처리를 실시하기 위해, 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 성막 장치 등의 여러 가지의 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 이러한 플라즈마 처리 장치로서는 종래, 용량 결합 플라즈마 처리 장치가 다용되고 있었지만, 최근, 고진공도로 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다고 하는 큰 이점을 갖는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 처리 장치가 주목되고 있다.
유도 결합 플라즈마 처리 장치는, 피처리 기판을 수용하는 처리 용기의 유전 체창의 외측에 고주파 안테나를 배치하고, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급함과 아울러 이 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 용기 내에 유도 결합 플라즈마를 생기게 하고, 이 유도 결합 플라즈마에 의해 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 것이다. 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 고주파 안테나로서는, 평면 형상의 소정 패턴을 이루는 평면 안테나가 다용되고 있다.
이러한, 평면 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내의 평면 안테나 바로 아래의 공간에 플라즈마가 생성되지만, 그 때에, 안테나 바로 아래의 각 위치에서의 전계 강도에 비례하여 고플라즈마 밀도 영역과 저플라즈마 영역의 분포를 가져, 평면 안테나의 패턴 형상이 플라즈마 밀도 분포를 결정하는 중요한 요소가 되어 있다.
그런데, 1대의 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 대응해야할 어플리케이션은 하나로는 한정되지 않고, 복수의 어플리케이션에 대응할 필요가 있다. 그 경우에는, 각각의 어플리케이션에 있어서 균일한 처리를 행하기 위해 플라즈마 밀도 분포를 변화시킬 필요가 있고, 그 때문에 고밀도 영역 및 저밀도 영역의 위치를 다르게 하도록 다른 형상의 복수의 안테나를 준비하여 어플리케이션에 따라 안테나를 전환하는 것이 행해지고 있다.
그러나, 복수의 어플리케이션에 대응하여 복수의 안테나를 준비하여, 다른 어플리케이션마다 교환하는 것은 매우 많은 노력을 요하고, 또한, 최근, LCD용 유리 기판이 현저히 대형화하고 있어 안테나 제조 비용도 고가가 되어 있다.
또한, 이와 같이 복수의 안테나를 준비했다고 해도, 주어진 어플리케이션에 있어서 반드시 최적 조건으로는 한정되지 않고, 프로세스 조건의 조정에 따라 대응시키지 않을 수 없다.
이에 대하여, 특허 문헌 1에는, 소용돌이형 안테나를 내측 부분과 외측 부분의 2개로 분할하고, 각각 독립한 고주파 전류를 흘리도록 한 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 내측 부분에 공급하는 파워와 외측 부분에 공급하는 파워를 조정함으로써, 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 소용돌이형 안테나의 내측 부분용 고주파 전원과 외측 부분용 고주파 전원의 2개의 고주파 전원을 마련하거나, 또는 전력 분배 회로를 마련할 필요가 있어, 장치가 대규모가 되어, 장치 비용이 높아진다. 또한, 이 경우는 전력 손실이 커 전력 비용이 높아지고, 또한 정밀한 플라즈마 밀도 분포 제어를 행하는 것이 곤란하다.
그래서, 특허 문헌 2에는, 처리실 내의 주로 외측 부분에 유도 전계를 형성하는 외측 안테나부와, 주로 내측 부분에 유도 전계를 형성하는 내측 안테나부를 갖는 고주파 안테나를 배치하고, 외측 안테나부와 내측 안테나부의 한쪽에 가변 콘덴서를 접속하고, 이 가변 콘덴서의 용량을 조절함으로써, 외측 안테나부 및 내측 안테나부의 전류치를 제어하고, 처리실 내에 형성되는 유도 결합 플라즈마의 플라즈마 전자 밀도 분포를 제어하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 제 3077009 호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 제 2007-311182 호 공보
특허 문헌 2에 기재된 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의하면, 외측 안테나부 및 내측 안테나부의 전류치를 제어함으로써, 안테나를 교환하지 않고, 처리실 내에 형성되는 유도 결합 플라즈마의 플라즈마 전자 밀도 분포를 제어할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 2에 있어서는, 플라즈마 전자 밀도 분포를 제어할 수는 있지만, 파워 효율은, 예컨대, 특허 문헌 1에 기재된 유도 결합 플라즈마와 거의 다르지 않다. 이 때문에, 보다 고밀도의 플라즈마를 얻고자 하는 경우에는, 종래와 같이, 외측 안테나부와 내측 안테나부에 공급하는 고주파 전력의 전력량을 높이지 않으면 안되었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 보다 파워 효율이 좋은 유도 결합 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 이 플라즈마 처리 방법을 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 형태에 따른 유도 결합 플라즈 마 처리 장치는, 피처리 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 사이에 두고 배치되어, 고주파 전력이 공급되는 것에 따라 상기 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 안테나 회로와, 상기 안테나 회로에 병렬로 접속된 병렬 회로를 구비하고, 상기 안테나 회로의 임피던스와 상기 병렬 회로의 임피던스를 역위상으로 하여, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명의 제 2 형태에 따른 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 사이에 두고 배치되어, 고주파 전력이 공급되는 것에 따라 상기 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 안테나 회로와, 상기 안테나 회로에 병렬로 접속된 병렬 회로를 구비하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 안테나 회로의 임피던스와 상기 병렬 회로의 임피던스를 역위상으로 하여, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다.
또한, 본 발명의 제 3 형태에 따른 기억 매체는, 컴퓨터상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램이, 실행시에, 상기 제 2 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 행해지도록 유도 결합 플 라즈마 처리 장치를 제어시킨다.
본 발명에 따르면, 보다 파워 효율이 좋은 유도 결합 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 이 플라즈마 처리 방법을 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체를 제공할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다.
(제 1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도, 도 2는 이 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나를 나타내는 평면도이다. 이 장치는, 예컨대, FPD용 유리 기판상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 메탈막, ITO막, 산화막 등의 에칭이나, 레지스트막의 애싱 처리에 이용된다. 여기서, FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 전기 발광(Electro Luminescence; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.
이 플라즈마 처리 장치는, 도전성 재료, 예컨대, 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상의 기밀한 본체 용기(1)를 갖는다. 이 본체 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있고, 접지선(1a)에 의해 접지되어 있다. 본체 용기(1)는, 유전체벽(2)에 의해 상하로 안테나실(3) 및 처리실(4)로 구획되어 있다. 따라서, 유전체벽(2)은 처리실(4)의 천정벽을 구성하고 있다. 유전체벽(2)은, Al2O3 등의 세라믹, 석영 등으로 구성되어 있다.
유전체벽(2)의 하측 부분에는, 처리 가스 공급용 샤워 하우징(11)이 끼워 넣어져 있다. 샤워 하우징(11)은 십자 형상으로 마련되어 있고, 유전체벽(2)을 아래로부터 지지하는 구조로 되어 있다. 또, 상기 유전체벽(2)을 지지하는 샤워 하우징(11)은, 복수의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해 본체 용기(1)의 천정에 달아 매달린 상태가 되어 있다.
이 샤워 하우징(11)은 도전성 재료, 바람직하게는 금속, 예컨대, 오염물이 발생하지 않도록 그 내면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워 하우징(11)에는 수평으로 연장하는 가스 유로(12)가 형성되어 있고, 이 가스 유로(12)에는, 아래쪽을 향하여 연장하는 복수의 가스 토출 구멍(12a)이 연통하고 있다. 한편, 유전체벽(2)의 상면 중앙에는, 이 가스 유로(12)에 연통하도록 가스 공급관(20a)이 마련되어 있다. 가스 공급관(20a)은, 본체 용기(1)의 천정으로부터 그 외측으로 관통하여, 처리 가스 공급원 및 밸브 시스템 등을 포함하는 처리 가스 공급계(20)에 접속되어 있다. 따라서, 플라즈마 처리에 있어서는, 처리 가스 공급계(20)로부터 공급된 처리 가스가 가스 공급관(20a)을 통해서 샤워 하우징(11) 내에 공급되고, 그 하면의 가스 토출 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내로 토출된다.
본체 용기(1)에 있어서의 안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리실(4)의 측벽(4a)의 사이에는 내측으로 돌출하는지지 선반(5)이 마련되어 있고, 이지지 선반(5)의 위에 유전체벽(2)이 탑재된다.
안테나실(3) 내에는 유전체벽(2)의 위에 유전체벽(2)에 면하도록 고주파(RF) 안테나(13)가 마련되어 있다. 이 고주파 안테나(13)는 절연 부재로 이루어지는 스페이서(17)에 의해 유전체벽(2)으로부터 이간되어 있다. 고주파 안테나(13)는, 외측 부분에 있어서 안테나선을 촘촘히 배치하여 이루어지는 외측 안테나부(13a)와, 내측 부분에 있어서 안테나선을 촘촘히 배치하여 이루어지는 내측 안테나부(13b)를 갖고 있다. 이들 외측 안테나부(13a) 및 내측 안테나부(13b)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 소용돌이 형상의 다중(4중) 안테나를 구성하고 있다. 또, 다중 안테나의 구성은, 내측 외측 모두 2중의 구성, 혹은 내측 2중 외측 4중의 구성이라도 좋다.
외측 안테나부(13a)는 4개의 안테나선을 90°씩 위치를 비키어 놓아 전체가 대략 직사각형 형상이 되도록 배치하여 이루어지고, 그 중앙부는 공간으로 되어 있다. 또한, 각 안테나선에는 중앙의 4개의 단자(22a)를 통해서 급전되게 되어 있다. 또한, 각 안테나선의 외단부는 안테나선의 전압 분포를 변화시키기 위해 콘덴서(18a)를 통해서 안테나실(3)의 측벽에 접속되고 접지되어 있다. 단, 콘덴서(18a)를 통하지 않고 직접 접지하는 것도 가능하고, 또한 단자(22a)의 부분이나 안테나선의 도중, 예컨대, 굴곡부(100a)에 콘덴서를 삽입하더라도 좋다.
또한, 내측 안테나부(13b)는 외측 안테나부(13a)의 중앙부의 공간에 4개의 안테나선을 90°씩 위치를 비키어 놓아 전체가 대략 직사각형 형상이 되도록 배치 하여 이루어져 있다. 또한, 각 안테나선에는 중앙의 4개의 단자(22b)를 통해서 급전되게 되어 있다. 또한, 각 안테나선의 외단부는 안테나선의 전압 분포를 변화시키기 위해 콘덴서(18b)를 통해서 안테나실(3)의 윗벽에 접속되고 접지되어 있다. 단, 콘덴서(18b)를 통하지 않고 직접 접지하는 것도 가능하고, 또한 단자(22b)의 부분이나 안테나선의 도중, 예컨대, 굴곡부(100b)에 콘덴서를 삽입하더라도 좋다. 그리고, 내측 안테나부(13b)의 최외측의 안테나선과 외측 안테나부(13a)의 최내측의 안테나선 사이에는 큰 공간이 형성되어 있다.
안테나실(3)의 중앙부 부근에는, 외측 안테나부(13a)에 급전하는 4개의 제 1 급전 부재(16a) 및 내측 안테나부(13b)에 급전하는 4개의 제 2 급전 부재(16b)(도 1에서는 모두 1개만 도시)가 마련되어 있고, 각 제 1 급전 부재(16a)의 하단은 외측 안테나부(13a)의 단자(22a)에 접속되고, 각 제 2 급전 부재(16b)의 하단은 내측 안테나부(13b)의 단자(22b)에 접속되어 있다. 이들 제 1 및 제 2 급전 부재(16a 및 16b)에는 정합기(14)를 통해서 고주파 전원(15)이 접속되어 있다. 고주파 전원(15) 및 정합기(14)는 급전선(19)에 접속되어 있고, 급전선(19)은 정합기(14)의 하류측에서 급전선 19a와 19b로 분기되어, 급전선(19a)이 4개의 제 1 급전 부재(16a)에 접속되고, 급전선(19b)이 4개의 제 2 급전 부재(16b)에 접속되어 있다. 급전선(19a)에는 가변 콘덴서 VC가 장착되어 있다. 따라서, 이 가변 콘덴서 VC와 외측 안테나부(13a)에 의해 외측 안테나 회로가 구성된다. 한편, 내측 안테나 회로는 내측 안테나부(13b)만으로 구성된다. 그리고, 가변 콘덴서 VC의 용량을 조절함으로써, 후술하는 바와 같이, 외측 안테나 회로의 임피던스가 제어되어, 외측 안 테나 회로와 내측 안테나 회로에 흐르는 전류의 대소 관계를 조정할 수 있다.
플라즈마 처리 중, 고주파 전원(15)으로부터는, 유도 전계 형성용의, 예컨대, 주파수가 13.56㎒인 고주파 전력이 고주파 안테나(13)에 공급되고, 이와 같이 고주파 전력이 공급된 고주파 안테나(13)에 의해, 처리실(4) 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해 샤워 하우징(11)으로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다. 이때의 플라즈마의 밀도 분포는, 가변 콘덴서 VC에 의한 외측 안테나부(13a)와 내측 안테나부(13b)의 임피던스를 제어함으로써 제어시킨다.
처리실(4) 내의 아래쪽에는, 유전체벽(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, LCD 유리 기판 G를 탑재하기 위한 탑재대(23)가 마련되어 있다. 탑재대(23)는, 도전성 재료, 예컨대, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 탑재대(23)에 탑재된 LCD 유리 기판 G는, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 흡착 유지된다.
탑재대(23)는 절연체 테두리(24) 내에 수납되고, 또한, 중공의 지주(25)에 지지된다. 지주(25)는 본체 용기(1)의 바닥부를 기밀 상태를 유지하면서 관통하고, 본체 용기(1) 밖에 마련된 승강 기구(도시하지 않음)에 지지되어, 기판 G의 반입출시에 승강 기구에 의해 탑재대(23)가 상하 방향으로 구동된다. 또, 탑재대(23)를 수납하는 절연체 테두리(24)와 본체 용기(1)의 바닥부 사이에는, 지주(25)를 기밀하게 포위하는 벨로즈(bellows)(26)가 마련되어 있고, 이에 의해, 탑재대(23)의 상하 움직임에 의해서도 처리 용기(4) 내의 기밀성이 보증된다. 또한 처리실(4)의 측벽(4a)에는, 기판 G를 반입출하기 위한 반입출구(27a) 및 그것을 개 폐하는 게이트 밸브(27)가 마련되어 있다.
탑재대(23)에는, 중공의 지주(25) 내에 마련된 급전선(25a)에 의해, 정합기(28)를 통해서 고주파 전원(29)이 접속되어 있다. 이 고주파 전원(29)은, 플라즈마 처리 중에, 바이어스용 고주파 전력, 예컨대, 주파수가 6㎒인 고주파 전력을 탑재대(23)에 인가한다. 이 바이어스용 고주파 전력에 의해, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판 G에 끌려 들어간다.
또한, 탑재대(23)내에는, 기판 G의 온도를 제어하기 위해, 세라믹 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은, 모두 중공의 지주(25)를 통해서 본체 용기(1) 밖으로 도출된다.
처리실(4)의 바닥부에는, 배기관(31)을 통해서 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(30)가 접속된다. 이 배기 장치(30)에 의해, 처리실(4)이 배기되고, 플라즈마 처리 중, 처리실(4) 내가 소정의 진공 분위기(예컨대, 1.33㎩)로 설정, 유지된다.
탑재대(23)에 탑재된 기판 G의 이면측에는 냉각 공간(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 일정한 압력의 열전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(41)가 마련되어 있다. 이와 같이 기판 G의 이면측에 열전달용 가스를 공급함으로써, 진공 하에 있어서 기판 G의 온도 상승이나 온도 변화를 회피할 수 있도록 되어 있다.
He 가스 유로(41)에는 He 가스 라인(42)이 접속되어 있고, 이 He 가스 라 인(42)에는 도시하지 않는 He원이 접속되어 있다. 이 He 가스 라인(42)에는 압력 제어 밸브(44)가 마련되어 있고, 그 하류측에 He 가스의 탱크(47)에 연결되는 배관(43)이 마련되어 있다. He 가스 라인(42)의 배관(43) 접속부의 하류측에는 개폐 밸브(45)가 마련되고, 또한 그 하류측에는 개방 라인(48)이 접속되어 있고, 이 개방 라인(48)에는 릴리프 밸브(49)가 마련되어 있다. 탱크(47)에는, 기판 G의 이면측의 냉각 공간을 설정 압력으로 만족시켰을 때와 동등한 압력이 되도록, 탱크(47)의 용량에 대하여 최적의 압력의 He 가스가 충전되어 있고, 이 탱크(47)로부터 빠르게 냉각 공간에 열전달용 He 가스가 공급 가능해지고 있다. 또, 열전달용 가스는 He 가스에 한정되지 않고 다른 가스이더라도 좋다.
이 플라즈마 처리 장치의 각 구성부는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(51)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(50)의 제어로써 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉, 레시피가 저장된 기억부(52)가 접속되어 있다. 레시피는 하드디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있더라도 좋고, CD-ROM, DVD 등의 가반성 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(52)의 소정 위치에 세트하게 되어 있더라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대, 전용 회선을 통해서 레시피를 적절히 전송시 키고 록 하여도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(51)로부터의 지시 등으로써 임의의 레시피를 기억부(52)로부터 호출하여 제어부(50)에 실행시킴으로써, 제어부(50)의 제어 하에, 플라즈마 처리 장치에서의 소망하는 처리가 행해진다.
도 3은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비하는 고주파 안테나(13)로의 급전 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원(15)으로부터의 고주파 전력은 정합기(14)를 지나서 고주파 안테나(13)에 공급된다. 고주파 안테나(13)가, 서로 병렬 접속된 안테나 회로를 갖는 병렬 안테나부를 포함한다. 본 예의 병렬 안테나부는, 외측 안테나 회로(13a)와, 이 외측 안테나 회로(13a)에 병렬로 접속된 내측 안테나 회로(13b)를 갖는다.
또한, 본 예에서는, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스가, 서로 역위상이 되도록 설정되어 있다. 예컨대, 본 예에서는, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스가 용량성으로 설정되고, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스가 유도성으로 설정되어 있다. 물론, 이것은 반대라도 좋고, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스를 유도성으로, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 용량성으로 설정하더라도 좋다.
외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스가, 서로 역위상이 되도록 설정하기 위해서는, 예컨대, 외측 안테나 회로(13a)에 접속되는 용량과, 내측 안테나 회로(13b)에 접속되는 용량을 바꾸면 좋다. 이러한 회 로의 일례를 도 4에 나타낸다.
도 4에 나타내는 일례에 있어서는, 외측 안테나 회로(13a) 및 내측 안테나 회로(13b)의 양쪽이 코일(La, Lb)을 구비하고 있다. 또한, 외측 안테나 회로(13a)에는, 내측 안테나 회로(13b)보다 콘덴서 C가 하나 많이 접속되어 있다. 도 5에, 임피던스의 콘덴서 C 용량 의존성을 나타낸다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스는, 콘덴서 C를 변화시키더라도 변화하지 않는다. 본 예에서는, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스는 유도성을 유지한다.
이에 대하여, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스는, 콘덴서 C를 변화시키면 변화한다. 구체적으로는, 콘덴서 C의 용량이 큰 경우에는, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스는 내측 안테나 회로(13b)와 같은 유도성을 나타내지만(내측과 외측의 임피던스가 동위상), 콘덴서 C의 값을 작게 하여 가면, 임피던스가 “0”이 되는 점 A를 경계로 하여 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스가 유도성에서 용량성으로 변화한다(내측과 외측의 임피던스가 역위상).
이와 같이, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 역위상으로 하면, 외측 안테나 회로(13a)에 흐르는 전류(외측 전류 Iout)와, 내측 안테나 회로(13b)에 흐르는 전류(내측 전류 Iin)가 역위상이 된다. 도 6에 외측 전류 Iout 및 내측 전류 Iin의 콘덴서 C 용량 의존성을 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 C의 용량을 작게 하여 가면, 외측 전류 Iout은 증가하는 경향을 나타내지만, 내측 전류 Iin은 감소하는 경향을 나타낸다. 내측 전류 Iin은, 도 5에도 나타낸 임피던스가 “0”이 되는 점 A, 즉, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스가 역위상이 되는 점을 경계로 하여 극성이 반대가 된다. 즉, 외측 전류 Iout의 위상과 내측 전류 Iin의 위상이 서로 역위상이 된다.
외측 전류 Iout은, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스가 역위상이 된 후, 병렬 공진점 B를 향하여 그 양을 급격히 증대시킨다. 콘덴서 C가 더욱 작아져, 병렬 공진점 B를 지나면 외측 전류 Iout은 극성이 역이 된 뒤에, 그 양을 급격히 감소시킨다.
내측 전류 Iin은, 외측 전류 Iout과 완전히 역의 거동을 나타내고, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스가 역위상이 된 후, 병렬 공진점 B를 향하여, 외측 전류 Iout과는 역극성이지만, 그 양을 급격히 증대시킨다. 콘덴서 C가 더욱 작아져, 병렬 공진점 B를 지나면 내측 전류 Iin은 극성이 역이 된 뒤에, 그 양을 급격히 감소시킨다. 또한, 도 7에, 도 6에 나타낸 외측 전류 Iout의 절대치, 및 내측 전류 Iin의 절대치를 나타내어 둔다.
외측 전류 Iout의 위상과 내측 전류 Iin의 위상이 역위상이 된다는 것은, 도 8(a), 또는 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 외측 전류 Iout의 방향과 내측 전류 Iin의 방향이 반대가 되어, 서로 병렬 접속된 외측 안테나 회로(13a)와 내측 안테나 회로(13b) 사이에 순환 전류가 발생한다는 것이다. 이러한 상태는, 도 5에 나타낸 내측과 외측의 임피던스가 역위상인 영역, 및 도 6에 나타낸 내측과 외측의 전류가 역위상인 영역에 있어서 발생한다.
덧붙여, 외측 전류 Iout의 위상과 내측 전류 Iin의 위상이 동위상인 경우에는, 도 9(a), 또는 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 외측 전류 Iout의 방향과 내측 전류 Iin의 방향이 같으므로, 순환 전류는 발생하지 않는다. 이러한 도 9(a), 또는 도 9(b)에 나타내는 상태는, 도 5에 나타낸 내측과 외측의 임피던스가 동위상인 영역, 및 도 6에 나타낸 내측과 외측의 전류가 동위상인 영역에 있어서 발생한다.
이와 같이, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리실(4) 내에 유도 결합 플라즈마를 생성할 때에, 병렬 접속된 안테나 회로 중, 한쪽의 안테나 회로의 임피던스와, 다른 쪽의 안테나 회로의 임피던스를 역위상으로 하여, 처리실(4) 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다. 본 예에 있어서는, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 유도성으로 하고, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스를 용량성으로 하여, 처리실(4) 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다.
다음으로, 외측 전류 Iout의 위상과 내측 전류 Iin의 위상이 역위상이 된 경우의 이점을 설명한다.
도 10은 처리실 내에 탑재한 피처리 기판상의 플라즈마 전자 밀도의 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 외측 전류 Iout의 위상과 내측 전류 Iin의 위상을 역위상으로 한 경우의 플라즈마 전자 밀도의 분포를, 검은 원(균일 위치), 검은 사각형(내밀(內密) 위치), 검은 삼각형(외밀(外密) 위치)으로 나타내고 있다. 또한, 도 10 중에는, 참고예로서, 외측 전류 Iout의 위상과 내측 전류 Iin의 위상을 동위상으로 한 경우의 플라즈마 전자 밀도의 분포를, 흰 원(균일 위치)으로 나타내고 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 외측 전류 Iout의 위상과 내측 전류 Iin의 위상을 역위상으로 한 경우에는, 동위상으로 하는 경우에 비교하여 플라즈마 전자 밀도가 높아진다는 결과가 얻어졌다.
다시 말해, 고주파 안테나(13)를, 서로 병렬 접속된 안테나 회로를 갖는 병렬 안테나부를 포함하는 고주파 안테나로 하고, 또한, 병렬 접속된 안테나 회로 중, 한쪽의 안테나 회로의 임피던스와, 다른 쪽의 안테나 회로의 임피던스를 역위상으로 하여, 병렬 접속된 안테나 회로에 순환 전류를 발생시킨 상태에서 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다. 이에 의해, 순환 전류를 발생시키지 않는 경우, 즉, 한쪽의 안테나 회로의 임피던스와, 다른 쪽의 안테나 회로의 임피던스를 동위상으로 하는 경우에 비교하여, 파워 효율이 높아져, 보다 고밀도의 플라즈마 전자를 얻을 수 있다. 따라서, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 고주파 전력의 전력량을 높이지 않더라도, 보다 고밀도의 플라즈마를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 플라즈마 전자 밀도의 분포를 제어할 수도 있다.
예컨대, 도 10 중의 검은 사각형으로 나타내는 바와 같이, 플라즈마 전자 밀도를, 피처리 기판 내측(센터 부근)에서 높이고 싶은 경우(내밀)에는, 내측 전류 Iin과 외측 전류 Iout이 서로 역위상이고, 또한, 내측 전류 Iin의 절대치를 외측 전류 Iout의 절대치보다 크게 한 상태(Iin>Iout)에서, 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하면 좋다.
“Iin>Iout”이 되는 상태는, 예컨대, 도 5에 있어서는, 내측과 외측의 임피던스가 역위상인 영역, 또한, 콘덴서 C를 작게 하여 병렬 공진점 B를 통과한 후의 영역에서 볼 수 있다. 영역은, 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스(내측 Z)가, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스(외측 Z)보다 작은 영역이다.
도 10 중의 검은 삼각형으로 나타내는 바와 같이, 플라즈마 전자 밀도를, 반대로, 피처리 기판 외측(에지 부근)에서 높이고 싶은 경우(외밀)에는, 내측 전류 Iin과 외측 전류 Iout이 서로 역위상이고, 또한, 외측 전류 Iout의 절대치를 내측 전류 Iin의 절대치보다도 크게 한 상태(Iout>Iin)에서 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하면 좋다.
“Iout>Iin”이 되는 상태는, 예컨대, 도 5에 있어서는, 내측과 외측의 임피던스가 역위상인 영역, 또한, 콘덴서 C를 작게 하여 병렬 공진점 B까지의 영역에서 볼 수 있다. 이 영역은, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스(외측 Z)가 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스(내측 Z)보다 작은 영역이다.
또한, 도 10 중의 검은 원으로 나타내는 바와 같이, 플라즈마 전자 밀도를, 피처리 기판 내측(센터 부근)으로부터 피처리 기판 외측(에지 부근)에 걸쳐 균일하게 하고 싶은 경우(균일)에는, 내측 전류 Iin과 외측 전류 Iout이 서로 역위상이고, 또한, 외측 전류 Iout의 절대치와 내측 전류 Iin의 절대치가 거의 같은 상태(Iout≒Iin)에서, 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하면 좋다.
“Iout≒Iin”이 되는 상태는, 예컨대, 도 5에 있어서는, 내측과 외측의 임피던스가 역위상인 영역, 또한, 병렬 공진점 B 근방, 예컨대, 참조 부호 C로 나타 내는 영역에 볼 수 있다. 또한, 이 영역 C에 있어서는, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스(외측 Z)와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스(내측 Z)가 거의 같아진다.
이와 같이, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 내측과 외측의 임피던스가 역위상인 영역에 있어서, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 제어함으로써, 처리실 내의 플라즈마 전자 밀도의 분포를 제어할 수도 있다.
또한, 예컨대, 콘덴서 C를, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가변 콘덴서 VC라고 하면, 고주파 안테나(13)를 교환하지 않더라도, 하나의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 전자 밀도의 분포를, 내밀, 외밀, 균일의 각각으로 제어할 수 있다.
또한, 처리에 있어서는, 어플리케이션마다 최적의 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있도록, 임피던스 조절 수단, 예컨대, 가변 콘덴서 VC의 용량을 조절하는 조절 파라미터를 미리 설정해 두고, 소정의 어플리케이션이 선택되었을 때에, 그 어플리케이션에 대응시켜, 조절 파라미터를 미리 설정한 최적의 값이 되도록, 가변 콘덴서 VC의 용량을 제어하는 제어 수단을, 더 마련하는 것도 가능하다.
또한, 처리가, 예컨대, CVD와 같은 성막 처리의 경우에는, 성막되는 막의 막 두께가 균일해지도록, 성막 처리 중에 가변 콘덴서 VC의 용량을 스캔, 예컨대, 내밀로부터 외밀로, 또한, 외밀로부터 균일로 가변 콘덴서 VC의 용량을 스캔 제어하는 것도 가능하다.
또, 병렬 공진점 B 및 그 근방의 영역은, 매우 임피던스가 높아진다. 이 때 문에, 정합기(14)를 이용한 임피던스 정합이 곤란해진다.
그래서, 외측 안테나 회로(13a)와 내측 안테나 회로(13b)가 병렬 공진하는 병렬 공진점 B를 이용하지 않고서, 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하도록 하더라도 좋다.
또한, 병렬 공진점 B에 더하여, 병렬 공진점 B의 근방의 영역을 이용하지 않고서, 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하도록 하더라도 좋다.
병렬 공진점 B의 근방의 영역의 일례는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 병렬 공진점 B로부터 용량성 영역에 있어서의 고주파 안테나(13)의 임피던스(안테나 합계 : 도면 중 흰 사각형)의 최대치 D1까지의 영역, 및 병렬 공진점 B로부터 유도성 영역에 있어서의 고주파 안테나(13)의 임피던스의 최대치 D2까지의 영역이다. 용량성 영역에 있어서의 최대치 D1로부터 유도성 영역에 있어서의 최대치 D2까지의 구간 D는, 고주파 안테나(13)의 임피던스가 매우 높아지는 구간이다.
이 때문에, 예컨대, 가변 콘덴서 VC의 용량을 제어하는 경우에는, 가변 콘덴서 VC의 용량을, 고주파 안테나(13)의 임피던스(안테나 합계)가 구간 D의 범위가 되도록 제어하지 않는다.
또한, 예컨대, 가변 콘덴서 VC의 용량을 스캔 제어하는 경우에 있어서는, 스캔 중에 구간 D는 스킵하도록 한다.
이와 같이, 병렬 공진점 B를 포함하는 그 근방의 영역 D에 있어서, 유도 결합 플라즈마를 생성하지 않는, 또는 처리를 하지 않음으로써, 정합기(14)를 이용한 임피던스 정합을 용이하게 할 수 있어, 보다 파워 효율이 높은 처리가 가능해진다.
또, 병렬 공진점 B를 포함하는 그 근방의 영역 D에 있어서는 유도 결합 플라즈마를 생성하지 않는, 또는 처리를 하지 않는 것은, 가변 콘덴서 VC에 한하지 않고, 용량이 고정된 콘덴서 C를 이용한 경우에도 적용할 수 있다. 다시 말해, 용량이 고정된 콘덴서 C를 이용하는 경우에는, 콘덴서 C의 값을, 고주파 안테나(13)의 임피던스(안테나 합계)가, 상기 영역 D의 범위가 되지 않도록 설정하면 좋다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 LCD 유리 기판 G에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 실시할 때의 처리 동작에 대하여 설명한다.
우선, 게이트 밸브(27)를 연 상태에서 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 처리실(4) 내에 반입하여, 탑재대(23)의 탑재면에 탑재한 후, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 탑재대(23)상에 고정한다. 다음으로, 처리실(4) 내에 처리 가스 공급계(20)로부터 처리 가스를 샤워 하우징(11)의 가스 토출 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내에 토출시킴과 함께, 배기 장치(30)에 의해 배기관(31)을 통해서 처리실(4) 내를 진공 배기함으로써, 처리실 내를, 예컨대, 0.66~26.6㎩ 정도의 압력 분위기로 유지한다.
또한, 이때 기판 G의 이면측의 냉각 공간에는, 기판 G의 온도 상승이나 온도 변화를 회피하기 위해, He 가스 라인(42), He 가스 유로(41)를 통해서, 열전달용 가스로서 He 가스를 공급한다. 이 경우에, 종래에는, 가스 봄베로부터 직접 He 가스 라인(42)에 He 가스를 공급하고, 압력 제어 밸브로써 압력을 제어하고 있었지만, 기판의 대형화에 동반하는 장치의 대형화에 따라 가스 라인의 거리가 길어져, 가스로 채우는 공간 용량이 커짐으로써, 가스 공급으로부터 조압이 완료되기까지의 시간이 길어져버리고 있었지만, 여기서는 압력 제어 밸브(44)의 하류측에 He 가스의 탱크(47)를 마련하고, 거기에 미리 He 가스를 충전해 두므로, 매우 단시간에 조압을 행할 수 있다. 즉, 기판 G의 이면에 열전달용 가스인 He 가스를 공급할 때에는, 우선, 탱크(47)로부터 He 가스를 공급하여, 부족분을 종래의 가스 봄베로부터의 라인으로부터 보충함으로써 순식간에 설정 압력에 가까운 압력을 얻을 수 있고, 또한 압력 제어 밸브를 통해서 보충되는 가스량도 미량이므로, 매우 단시간 중에 조압을 완료하는 것이 가능해진다. 이 경우에, 탱크(47)에 충전하는 가스의 압력은, 냉각 공간을 설정 압력으로 채웠을 때와 동등해지도록, 탱크(47)의 용량에 대하여 최적의 압력으로 하는 것이 바람직하다. 또, 탱크(47)에 가스를 충전시키는 동작은 기판 G의 반송시 등, 기판 처리 시간에 영향을 주지 않을 때에 행하는 것이 바람직하다.
이어서, 고주파 전원(15)으로부터, 예컨대, 13.56㎒의 고주파를 고주파 안테나(13)에 인가하고, 이에 의해 유전체벽(2)을 사이에 두고 처리실(4) 내에 균일한 유도 전계를 형성한다. 이렇게 하여 형성된 유도 전계에 의해, 처리실(4) 내에서 처리 가스가 플라즈마화하여, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다.
이 경우에, 고주파 안테나(13)는, 상술한 바와 같이, 외측 부분에 있어서 안테나선을 촘촘히 배치하여 이루어지는 외측 안테나 회로(13a)와, 내측 부분에 있어서 안테나선을 촘촘히 배치하여 이루어지는 내측 안테나 회로(13b)를 갖는 구조로 하고, 외측 안테나 회로(13a)에, 예컨대, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가변 콘덴서 VC를 접속하여, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스의 조절을 가능하게 한다. 가변 콘덴서 VC의 조절은, 상술한 바와 같다.
이 경우에, 어플리케이션마다 최적의 플라즈마 밀도 분포를 파악하고, 미리 그 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있는 가변 콘덴서 VC의 위치를 기억부(52)에 설정해 둠으로써, 제어부(50)에 의해 어플리케이션마다 최적의 가변 콘덴서 VC의 위치를 선택하여 플라즈마 처리를 행할 수 있도록 할 수 있다.
이렇게 하여 가변 콘덴서 VC에 의한 임피던스 제어에 의해 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있으므로, 안테나를 교환할 필요가 없어, 안테나 교환의 노력이나 어플리케이션마다 안테나를 준비해 두는 비용이 불필요해진다.
또한, 가변 콘덴서 VC의 위치 조절에 의해 섬세한 전류 제어를 행함과 아울러, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 서로 역위상으로 한다. 이에 따라, 어플리케이션에 따라 최적의 플라즈마 전자 밀도 분포를 얻을 수 있고 또한, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 동위상으로 하는 경우에 비교하여, 플라즈마 전자를, 보다 고밀도로 할 수 있다.
또한, 복수의 고주파 전원을 이용하거나, 고주파 전력의 파워를 분배하는 것이 아니고, 단지 가변 콘덴서 VC에 의해 임피던스 조정을 행하여 외측 안테나 회로(13a)와 내측 안테나 회로(13b)의 전류 제어, 및 위상 제어를 행할 뿐이므로, 장치가 대규모, 고비용이 되거나, 전력 비용이 높아지는 등의 문제는 존재하지 않고, 제어의 정밀도도 복수의 고주파 전원을 이용하거나 파워를 분배하는 경우보다 높게 할 수 있다.
다음으로, 고주파 안테나(13)의 회로예의 몇 개를 설명한다.
도 13(a)~도 13(d)는, 고주파 안테나(13)의 제 1 회로예~제 4 회로예를 나타내는 회로도이다.
도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 회로예에 따른 고주파 안테나(13-1)는, 서로 병렬 접속된 외측 안테나 회로(13a) 및 내측 안테나 회로(13b)의 양쪽에 있어서, 정합기(14)와 평면 코일 La 및 Lb의 일단 사이에, 가변 콘덴서 VCa 및 VCb를 접속한 것이다. 평면 코일 La 및 Lb의 다른 단은 공통으로 접속되어, 공통접 지점 GND에 접속된다.
제 1 회로예에 있어서는, 가변 콘덴서 VCa 및 VCb의 용량을 조절하여, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 서로 역위상으로 한다. 이에 따라, 파워 효율을 높일 수 있다.
또한, 가변 콘덴서 VCa 및 VCb가 조절 가능하므로, 가변 콘덴서 VCa 및 VCb의 용량을 어플리케이션에 대응시켜 최적의 값, 예컨대, 내밀, 외밀, 균일과 같이, 최적의 플라즈마 전자 밀도 분포가 되도록, 파워 효율이 좋게 제어하는 것도 가능하다. 또한, 처리가, 예컨대, CVD와 같은 성막 처리의 경우에는, 성막 처리 중에 가변 콘덴서 VCa 또는 VCb, 예컨대, 외측 안테나 회로(13a)에 마련된 가변 콘덴서 VCa의 용량을 성막 처리 중에 스캔하고, 성막되는 막의 막 두께가 균일해지도록, 성막 처리 중에 플라즈마 전자 밀도 분포를 내밀, 외밀, 균일 사이에서 스캔 제어하는 것도 가능하다. 이 경우도, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테 나 회로(13b)의 임피던스를 서로 역위상으로 하여 둠으로써 파워 효율이 좋게, 플라즈마 전자 밀도 분포를 내밀, 외밀, 균일 사이에서 스캔 제어할 수 있다.
도 13(b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 회로예에 따른 고주파 안테나(13-2)는, 제 1 회로예에 따른 고주파 안테나(13-1)와 비교하여, 가변 콘덴서 VCa, 또는 VCb를, 공통 접지점 GND와 평면 코일 La 및 Lb의 다른 단과의 사이에 접속하고, 평면 코일 La 및 Lb의 일단을 정합기(14)에 공통으로 접속한 것이 다르다.
제 2 회로예에 있어서도, 가변 콘덴서 VCa 및 VCb의 용량을 조절하여, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 서로 역위상으로 한다.
이러한 제 2 회로예에 있어서도, 제 1 회로예와 같은 이점을 얻을 수 있다.
도 13(c)에 나타내는 바와 같이, 제 3 회로예에 따른 고주파 안테나(13-3)는, 제 1 회로예에 따른 고주파 안테나(13-1)와 비교하여, 가변 콘덴서 Va를 외측 안테나 회로(13a)에만 마련하도록 한 것이다. 제 3 회로예는, 도 11에 나타낸 고주파 안테나와 같은 회로이다.
제 3 회로예에 있어서는, 가변 콘덴서 VCa의 용량을 조절함으로써, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 서로 역위상으로 한다.
이러한 제 3 회로예에 있어서도, 제 1 및 제 2 회로예와 같은 이점을 얻을 수 있다.
도 13(d)에 나타내는 바와 같이, 제 4 회로예에 따른 고주파 안테나(13-4) 는, 제 3 회로예에 따른 고주파 안테나(13-3)와 비교하여, 가변 콘덴서 VCa를, 공통 접지점 GND와 평면 코일 La의 다른 단 사이에 접속하고, 평면 코일 La 및 평면 코일 Lb의 일단을 정합기(14)에 공통으로 접속한 것이 다르다.
제 4 회로예에 있어서도, 가변 콘덴서 VCa의 용량을 조절함으로써, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 서로 역위상으로 한다.
이러한 제 4 회로예에 있어서도, 제 1~제 3 회로예와 같은 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제 1~제 4 회로예에서는, 외측 안테나 회로(13a) 및/또는 내측 안테나 회로(13b)에 마련되는 콘덴서를, 용량을 조절할 수 있는 가변 콘덴서로 하였지만, 용량이 고정되어 있는 콘덴서로 하는 것도 가능하다. 이 경우의 콘덴서의 용량은, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스가 서로 역위상이 되도록 설정되면 좋다.
이와 같이 용량이 고정된 콘덴서를 이용한 경우에 있어서도, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테나 회로(13b)의 임피던스를 역위상으로 하지 않는 고주파 안테나에 비교하면, 처리실 내에 생성되는 플라즈마 전자 밀도를 향상시킬 수 있어, 보다 파워 효율이 좋은 고주파 안테나를 구비한 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 얻을 수 있다.
또한, 여기까지 설명하여 온 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치는, 외측 안테나 회로(13a)의 임피던스와 내측 안테 나 회로(13b)의 임피던스를 역위상으로 한다. 이 때문에, 유도 결합 플라즈마를 발생시키고 있는 동안, 외측 안테나 회로(13a)에 흐르는 전류의 위상과 내측 안테나 회로(13b)에 흐르는 전류의 위상이 서로 역위상이 된다.
전류의 위상이 서로 역위상이 되면, 외측 안테나 회로(13a) 및 내측 안테나 회로(13b)의 양쪽에 평면 코일 La, Lb를 이용한 경우, 도 14에 나타내는 바와 같이, 평면 코일 La를 흐르는 외측 전류 Iout의 방향과, 평면 코일 Lb를 흐르는 내측 전류 Iin의 방향이 반대가 된다. 이 때문에, 외측 전류 Iout에 의해 만들어지는 외측 자장의 방향과, 내측 전류 Iin에 의해 만들어지는 내측 자장의 방향이 역방향이 되어, 외측 자장과 내측 자장이 서로 상쇄되어, 처리실 내에 도입되는 자장이 약해져버린다.
이러한 외측 자장 및 내측 자장의 상쇄를 막기 위해서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 외측 안테나 회로(13a)의 평면 코일 La와, 내측 안테나 회로(13b)의 평면 코일 Lb를 서로 역으로 감는 것이 좋다. 평면 코일 La와 Lb를 서로 역으로 감으면, 회로상은 외측 전류 Iout의 방향과 내측 전류 Iin의 방향이 반대이기는 하지만, 외관상은 외측 전류 Iout의 방향과 내측 전류 Iin의 방향을 같은 방향으로 일치시킬 수 있다. 따라서, 외측 자장의 방향과 내측 자장의 방향이 같아져, 외측 자장 및 내측 자장의 상쇄를 막을 수 있다.
(제 2 실시 형태)
제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 서로 병렬 접 속된 외측 안테나 회로(13a)와 내측 안테나 회로(13b)에 있어서, 한쪽의 안테나 회로의 임피던스와, 다른 쪽의 안테나 회로의 임피던스를 역위상으로 하여, 병렬 접속된 두 개의 안테나 회로에 순환 전류를 발생시키는 구성이었다. 다시 말해, 유도성 내측 안테나 회로(13b)에 대하여, 용량성 외측 안테나 회로(13a)를 병렬 회로로서 접속하는 구성이며, 적어도 두 개의 안테나 회로가 필요했다. 그러나, 안테나 회로가 하나인 경우라도, 안테나 회로에 순환 전류를 발생시키는 것은 가능하다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나로의 급전 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치가, 제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치와 다른 점은, 하나의 유도성 안테나 회로에 대하여 병렬 접속되는 회로에, 안테나가 구비되어 있지 않은 점이다. 고주파 안테나(13)는, 정합기(14)와 접지점 사이에 접속된 안테나 회로(13c)와, 안테나 회로(13c)에 병렬로 접속된 병렬 가변 콘덴서(70)에 의해 구성되어 있다.
도 17은 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
제 2 실시 형태는, 제 1 실시 형태와 같은 외측 안테나 회로(13a), 및 내측 안테나 회로(13b)가 없으므로, 하나의 안테나 회로(13c)만으로 구성할 수 있다. 이 때문에, 고주파 안테나(13)는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 예컨대, 하나의 평 면 코일 Lc로 구성할 수 있다. 도 17에는, 평면 코일 Lc의 일례로서, 하나의 도전 부재로 구성한 예를 나타내고 있지만, 평면 코일 Lc은, 분기된 복수의 도전 부재로 구성하더라도 좋다.
제 2 실시 형태에 의하면, 예컨대, 병렬 가변 콘덴서(70)의 임피던스가 안테나 회로(13c)의 임피던스와 역위상이 되도록, 병렬 가변 콘덴서(70)의 용량을 조절한다. 이에 따라, 도 18(a), 또는 도 18(b)에 나타내는 바와 같이, 안테나 회로(13c)에 흐르는 안테나 전류 Ia의 방향과 병렬 가변 콘덴서(70)에 흐르는 캐패시터 전류 Ic의 방향을 반대로 할 수 있어, 제 1 실시 형태와 같은 순환 전류를 발생시킬 수 있다. 따라서, 제 1 실시 형태와 같은 이점을 얻을 수 있다.
도 19(a)는, 정합기(14)에 역L형 정합 회로를 사용하는 경우의 기본 구성을 나타내는 도면, 도 19(b)는, 역L형 정합 회로를 사용했을 때의 도 16에 나타낸 고주파 안테나로의 급전 회로의 한 회로예를 나타내는 회로도이다.
도 19(a)에 나타내는 바와 같이, 역L형 정합 회로는, 일단을 고주파 전원에 접속하고, 다른 단을 부하에 접속한 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatch)(80)와, 일단을 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatCh)(80)와 고주파 전원(15)의 상호 접속점에 접속하고, 다른 단을 접지한 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)로 구성된다. 여기서 리액턴스 소자란, 코일 또는 콘덴서, 혹은, 이들이 복합된 소자이다.
도 19(b)에서는, 도 19(a)에 있어서의 부하(13)가 고주파 안테나가 되고, 이 고주파 안테나가, 일단을 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatCh)(80)에 접속한 코일 Lc 와, 한쪽의 전극을 코일 Lc의 다른 단에 접속하고, 다른 쪽의 전극을 접지한 종단 콘덴서 C를 포함하는 안테나 회로(13c)와, 한쪽의 전극을 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatCh)(80)와 코일 LC의 일단의 상호 접속점에 접속하고, 다른 쪽의 전극을 접지한 병렬 가변 콘덴서(70)에 의해 구성되어 있다.
도 20에, 도 19에 나타낸 병렬 가변 콘덴서(70)의 VC 위치와 임피던스의 관계를, 마찬가지로 도 21에 병렬 가변 콘덴서(70)의 VC 위치와 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatch)(80)에 흐르는 전류(MatCh 전류), 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)에 흐르는 전류(Tune 전류), 병렬 가변 콘덴서(70)에 흐르는 전류(병렬 VC 전류), 및 종단 콘덴서 C에 흐르는 전류(종단 C 전류)의 관계를 나타낸다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 도 19에 나타낸 한 회로예에 있어서는, 가변 콘덴서(70)의 VC 위치가 약 60%일 때에 병렬 공진을 일으키는 것을 알 수 있다. 또한, 도 21에 나타내는 바와 같이, 병렬 공진점, 및 병렬 공진점 근방에 있어서는, 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatch)(80)에 흐르는 전류(MatCh 전류), 및 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)에 흐르는 전류(Tune 전류)는 거의 제로가 된다.
도 22에 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 탑재한 피처리 기판상의 플라즈마 전자 밀도의 분포를, 도 23에 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의한 애싱 레이트를 나타낸다. 도 22, 및 도 23에는, 참고예로서 병렬 가변 콘덴서(70)를 갖지 않는 타입의 유도 결합 플 라즈마 처리 장치의 경우를 병기한다.
도 22에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의하면, 고주파 전력 RF를 같다고 한 경우, 참고예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 비교하여, 보다 높은 플라즈마 전자 밀도를 얻을 수 있다.
또한, 도 23에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의하면, 고주파 전력 RF를 같다고 한 경우, 참고예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 비교하여, 애싱 레이트, 및 애싱의 면 내 균일성도 향상한다.
그런데, 고주파 전력 RF가 같다고 한 경우에, 보다 높은 플라즈마 전자 밀도를 얻을 수 있다고 하는 것은, 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치는, 참고예에 비교하여 에너지 효율이 향상한다는 것이다. 에너지 효율의 향상은, 예컨대, 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다.
최근, 처리의 효율화 등을 위해, 기판, 예컨대, FPD용 유리 기판이 현저히 대형화하여, 한 조각이 1m를 넘는 것이 생산되고 있다. 이 때문에, 유리 기판에 처리를 실시하기 위한 유도 결합 플라즈마 처리 장치도 대형화하여, 안테나실과 처리실을 구분하는 유전체벽도 대형화하고 있다. 유전체벽이 대형화하면, 처리실의 내외의 압력차나 자중 등에 견딜 만큼의 충분한 강도를 갖도록, 그 두께도 두껍게 하지 않을 수 없지만, 유전체벽이 두꺼워지면, 고주파 안테나가 처리실로부터 멀어지게 되어, 에너지 효율이 나빠진다.
이에 대하여, 예컨대, 일본 특허 공개 제 2001-28299 호 공보에는, 샤워 헤 드를 구성하는 금속제의 샤워 하우징에 지지대의 기능을 갖게 하고, 이 지지대에 의해 유전체벽을 지지함으로써 유전체벽의 휘어짐을 방지하고, 이에 의해 유전체벽을 얇게 하여 에너지 효율을 향상시키는 것, 및 샤워 하우징과 고주파 안테나가 직교하도록 하여 고주파 안테나로부터의 유도 전계가 지지대에 의해 방해받는 것을 가능한 한 방지하여 에너지 효율의 저하를 방지하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 더 대형화하면, 상기 일본 특허 공개 제 2001-28299 호 공보에 기재된 기술과 같이, 지지대에 의해 유전체벽을 지지함으로써 유전체벽을 얇게 하는 것에도 한계가 있어, 한층 더한 에너지 효율의 향상이 필요해진다.
이러한 사정에 대하여, 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치는, 도 22에 나타낸 바와 같이 에너지 효율이 향상하므로, 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 한층 더한 대형화에도 유리하다.
또, 제 2 실시 형태에 있어서도, 제 1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 것같이, 병렬 공진하는 병렬 공진점, 또는 병렬 공진점에 더하여, 병렬 공진점의 근방의 영역을 이용하지 않고서, 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하도록 하더라도 좋다. 병렬 공진점의 근방의 영역의 정의에 대해서는, 제 1 실시 형태에서 설명한 바와 같다.
(제 3 실시 형태)
상기 제 2 실시 형태에 있어서, 도 21을 참조하여 설명한 바와 같이, 병렬 공진점, 및 병렬 공진점 근방에 있어서는, 역L형 정합 회로의 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)에 흐르는 전류(Tune 전류)는 거의 제로이다. 이 때문에, 병렬 공진점, 및 병렬 공진점 근방을 이용하여 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 동작시키는 경우에는, 도 24(a)에 나타내는 바와 같이 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)는 필요 없다.
여기서, 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)를 제외한 도 24(a)의 회로는, 코일 Lc와 종단 콘덴서 C의 부분을 부하라고 생각하면, 도 24(b)에 나타내는 바와 같이, 병렬 가변 콘덴서(70)를 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)로 한 T형 정합 회로를 사용하는 경우의 기본 구성도와 같아진다.
T형 정합 회로는, 한쪽을 고주파 전원에 접속한 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatch)(80)와, 한쪽을 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatch)(80)의 다른 쪽에 접속하고, 다른 쪽을 접지한 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)로 구성된다.
도 25는 제 3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나로의 급전 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 25에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시 형태에 따른 급전 회로가, 제 2 실시 형태에 따른 급전 회로와 다른 점은, 정합기(14)를 역L형 정합 회로로부터 T형 정합 회로로 치환하고, 또한, 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 동작시키고 있을 때에, 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)와, 안테나 회로(13c) 사이에 순환 전류가 흐르도록, 임피던스 정합을 행하도록 한 것이다.
고주파 안테나(13)는, 일단을 매칭용 가변 리액턴스 소자(XMatch)(80)와 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)의 상호 접속점에 접속한 코일 Lc와, 한쪽의 전극을 코일 Lc의 다른 단에 접속하고, 다른 쪽의 전극을 접지한 종단 콘덴서 C를 포함하는 안테나 회로(13c)로 구성되어 있다.
플라즈마 처리를 할 때에는, 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)와 안테나 회로(13c) 사이에, 순환 전류가 생기도록 동작시킨다. 구체적인 일례는, 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)의 임피던스가, 안테나 회로(13c)의 임피던스와 역위상이 되도록, 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)(81)를 조절한다.
도 26에 제 3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 탑재한 피처리 기판상의 플라즈마 전자 밀도의 분포를, 도 27에 제 3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의한 애싱 레이트를 나타낸다. 도 26, 및 도 27에는, 참고예로서 병렬 가변 콘덴서(70)를 갖지 않는 타입의 유도 결합 플라즈마 처리 장치와 제 2 실시 형태의 경우를 병기한다.
도 26에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서도, 고주파 전력 RF를 같다고 한 경우, 참고예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 비교하여, 보다 높고, 또한, 제 2 실시 형태와 동등 이상의 플라즈마 전자 밀도를 얻을 수 있다.
또한, 도 27에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의하면, 고주파 전력 RF를 같다고 한 경우, 참고예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 비교하여, 애싱 레이트, 및 애싱의 면 내 균일성도 향상한다. 더구나, 애싱 레이트는 제 2 실시 형태와 거의 동등한 레이트를, 또한, 면 내 균일성은, 제 2 실시 형태와 동등 이상의 균일성을 얻을 수 있다.
또, 제 3 실시 형태에 있어서도, 제 1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 병렬 공진하는 병렬 공진점, 또는 병렬 공진점에 더하여, 병렬 공진점의 근방의 영역을 이용하지 않고서, 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하도록 하더라도 좋다. 병렬 공진점의 근방의 영역의 정의에 대해서는, 제 1 실시 형태에서 설명한 바와 같다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의하면, 보다 파워 효율이 좋은 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 여러 가지 변형 가능하다.
예컨대, 고주파 안테나의 구조는 상기 구조에 한정되는 것이 아니라, 같은 기능을 갖는 구조이면, 여러 가지의 구조를 채용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 고주파 안테나를 외측에 플라즈마를 형성하는 외측 안테나부와 내측에 플라즈마를 형성하는 내측 안테나부로 나누었지만, 반드시 외측과 내측으로 나눌 필요는 없고, 여러 가지의 나누는 방법을 채용하는 것이 가능하다.
또한, 플라즈마를 형성하는 위치가 다른 안테나부로 나누는 경우에 한정되지 않고, 플라즈마 분포 특성이 다른 안테나부로 나누도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 고주파 안테나를 외측과 내측의 2개로 나눈 경우에 대하여 나타냈지만, 3개 이상으로 나누도록 하여도 좋다. 예컨대, 외측 부분과 중앙 부분과 이들의 중간 부분의 3개로 나누는 것을 들 수 있다.
또한, 임피던스를 조정하기 위한 수단으로서, 콘덴서, 및 가변 콘덴서를 마련했지만, 코일, 가변 코일 등 다른 임피던스 조정 수단을 이용하더라도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 일례로서 애싱 장치를 예시했지만, 애싱 장치에 한정되지 않고, 에칭이나, CVD 성막 등의 다른 쪽의 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.
또한, 피처리 기판으로서 FPD 기판을 이용했지만, 이 발명은 이것에 한정되지 않고 반도체 웨어 등 다른 쪽의 기판을 처리하는 경우에도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도,
도 2는 제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나를 나타내는 평면도,
도 3은 제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 구비하는 고주파 안테나로의 급전 회로의 일례를 나타내는 도면,
도 4는 급전 회로의 한 회로예를 나타내는 회로도,
도 5는 임피던스의 콘덴서 C의 용량 의존성을 나타내는 도면,
도 6은 외측 전류 및 내측 전류의 콘덴서 C의 용량 의존성을 나타내는 도면,
도 7은 외측 전류 및 내측 전류의 콘덴서 C의 용량 의존성(절대치 표시)을 나타내는 도면,
도 8은 제 1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 구비하는 고주파 안테나에 흐르는 전류를 나타내는 도면,
도 9는 참고예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 구비하는 고주파 안테나에 흐르는 전류를 나타내는 도면,
도 10은 처리실 내에 탑재한 피처리 기판상의 플라즈마 전자 밀도의 분포를 나타내는 도면,
도 11은 급전 회로의 다른 회로예를 나타내는 회로도,
도 12는 임피던스의 콘덴서 C의 용량 의존성을 나타내는 도면,
도 13(a)~도 13(d)는 고주파 안테나(13)의 제 1 회로예~제 4 회로예를 나타내는 회로도,
도 14는 외측 전류 및 내측 전류의 방향과 외측 자장 및 내측 자장의 관계를 나타내는 사시도,
도 15는 외측 전류 및 내측 전류의 방향과 외측 자장 및 내측 자장의 관계를 나타내는 사시도,
도 16은 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나로의 급전 회로의 일례를 나타내는 회로도,
도 17은 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 18은 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치가 구비하는 고주파 안테나에 흐르는 전류를 나타내는 도면,
도 19는 도 16에 나타낸 고주파 안테나로의 급전 회로의 한 회로예를 나타내는 회로도,
도 20은 도 19에 나타낸 병렬 가변 콘덴서의 VC 위치와 임피던스의 관계를 나타내는 도면,
도 21은 도 19에 나타낸 병렬 가변 콘덴서의 VC 위치와 매칭용 가변 콘덴서에 흐르는 전류, 튜닝용 가변 콘덴서에 흐르는 전류, 병렬 가변 콘덴서에 흐르는 전류, 및 종단 콘덴서에 흐르는 전류의 관계를 나타내는 도면,
도 22는 처리실 내에 탑재한 피처리 기판상의 플라즈마 전자 밀도의 분포를 나타내는 도면,
도 23은 제 2 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의한 애싱 레이트를 나타내는 도면,
도 24는 제 3 실시 형태를 설명하는 회로도,
도 25는 제 3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나로의 급전 회로의 일례를 나타내는 회로도,
도 26은 처리실 내에 탑재한 피처리 기판상의 플라즈마 전자 밀도의 분포를 나타내는 도면,
도 27은 제 3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의한 애싱 레이트를 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 본체 용기 2 : 유전체벽(유전체 부재)
3 : 안테나실 4 : 처리실
13 : 고주파 안테나 13a : 외측 안테나 회로
13b : 내측 안테나 회로 14 : 정합기
15 : 고주파 전원 16a, 16b : 급전 부재
20 : 처리 가스 공급계 C : 콘덴서
VC, VCa, VCb : 가변 콘덴서 23 : 탑재대
30 : 배기 장치 50 : 제어부
51 : 사용자 인터페이스 52 : 기억부
61a : 외측 안테나 회로 61b : 내측 안테나 회로
G : 기판 70 : 병렬 가변 콘덴서
80 : 매칭용 가변 리액턴스 소자
81 : 튜닝용 가변 리액턴스 소자(XTune)

Claims (17)

  1. 피처리 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과,
    상기 처리실 내에서 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 사이에 두고 배치되어, 고주파 전력이 공급됨에 따라 상기 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 안테나 회로와,
    상기 안테나 회로에 병렬로 접속된 병렬 회로
    를 구비하고,
    상기 안테나 회로의 임피던스와 상기 병렬 회로의 임피던스를 역위상으로 하여, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하도록 구성되어 있는 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬 회로가, 가변 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가변 콘덴서가, 정합 회로의 일부인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬 회로가, 상기 안테나 회로와는 다른 별도의 안테나 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 안테나 회로 및 상기 별도의 안테나 회로가 평면 코일을 포함하여 구성되고,
    상기 안테나 회로에 포함되는 평면 코일이 내측에 공간을 갖고, 상기 처리실 내의 외측 부분에 유도 전계를 형성하는 외측 안테나를 구성하고,
    상기 별도의 안테나 회로에 포함되는 평면 코일이 상기 안테나 회로에 포함되는 평면 코일의 내측의 공간에 배치되고, 상기 처리실 내의 내측 부분에 유도 전계를 형성하는 내측 안테나를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 안테나 회로에 포함되는 평면 코일과, 상기 별도의 안테나 회로에 포함되는 평면 코일이 서로 역으로 감긴 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 회로 및 상기 별도의 안테나 회로 중 적어도 하나에 접속되고, 접속된 회로의 임피던스를 조절하는 임피던스 조절 수단을 더 구비하고,
    상기 임피던스 조절 수단에 의한 임피던스 조절에 의해, 상기 안테나 회로 및 상기 별도의 안테나 회로 중 적어도 하나의 회로의 전류치를 제어하고, 상기 처리실 내에 형성되는 유도 결합 플라즈마의 플라즈마 전자 밀도 분포를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 임피던스　조절　수단이, 가변 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 회로와 상기 병렬 회로가 병렬　공진하는 병렬　공진점을 이용하지　않고서, 상기 처리실 내에 상기 유도 결합 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 병렬　공진점의 근방의 영역을 이용하지　않고서, 상기 처리실 내에 상기 유도 결합 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 근방의 영역이, 상기 병렬　공진점으로부터 용량성　영역에 있어서의 상기 고주파 안테나의 임피던스의 최대치까지의 영역, 및 상기 병렬　공진점으로부터 유도성　영역에 있어서의 상기 고주파 안테나의 임피던스의 최대치까지의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  12. 피처리 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과,
    상기 처리실 내에서 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실의 외부에 유전체　부재를 사이에 두고 배치되어, 고주파 전력이 공급됨에 따라 상기 처리실 내에 유도 전계를 형성하는 안테나 회로와,
    상기 안테나 회로에 병렬로 접속된 병렬 회로
    를 구비하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 안테나 회로의 임피던스와 상기 병렬 회로의 임피던스를 역위상으로 하여, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 안테나 회로와 상기 병렬 회로가 병렬 공진하는 병렬 공진점을 이용하지 않고서, 상기 처리실 내에 상기 유도 결합 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 병렬 공진점의 근방의 영역을 이용하지 않고서, 상기 처리실 내에 상기 유도 결합 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 근방의 영역이, 상기 병렬 공진점으로부터 용량성 영역에 있어서의 상기 고주파 안테나의 임피던스의 최대치까지의 영역, 및 상기 병렬 공진점으로부터 유도성 영역에 있어서의 상기 고주파 안테나의 임피던스의 최대치까지의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 결합 플라즈마 처리 장치가, 상기 안테나 회로와 상기 병렬 회로 중 적어도 하나에 접속되어 접속된 회로의 임피던스를 조절하는 임피던스 조절 수단을 더 구비하고,
    상기 임피던스 조절 수단에 의한 임피던스 조절에 의해, 상기 안테나 회로와 상기 병렬 회로 중 적어도 하나의 회로의 전류치를 제어하고, 상기 처리실 내에 형성되는 유도 결합 플라즈마의 플라즈마 전자 밀도 분포를 제어하는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  17. 컴퓨터상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서,
    상기 제어 프로그램이, 실행시에, 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 방법이 행해지도록 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체.
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