KR20120025430A - 안테나 유닛 및 유도 결합 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직사각형 기판에 정면 대향한 상태의 플라즈마를 생성할 수 있는 안테나 유닛 및 그것을 이용하여 직사각형 기판에 균일한 플라즈마 처리를 실행할 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 안테나(13a)를 갖는 안테나 유닛에 있어서, 안테나(13a)는, 복수의 안테나선(61, 62, 63, 64)을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며, 안테나(13a)의 외곽선(65) 및 내곽선(66)으로 둘러싸인 액자 영역(67)이 안테나(13a)의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부(68)가 형성되어 있다.

Description

안테나 유닛 및 유도 결합 플라즈마 처리 장치{ANTENNA UNIT AND INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조용의 유리 기판 등의 직사각형 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 가할 때에 이용되는 안테나 유닛 및 그것을 이용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조 공정에 있어서는, 유리제의 직사각형 기판에 플라즈마 에칭이나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 실행하는 공정이 존재하며, 이러한 플라즈마 처리를 실행하기 위해서 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 성막 장치 등의 여러 가지 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치로서는 종래, 용량 결합 플라즈마 처리 장치가 많이 이용되고 있었지만, 최근, 고진공도로 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있는 큰 이점을 갖는 유도 결합 플라즈마(Inductively　Coupled　Plasma : ICP) 처리 장치가 주목받고 있다.
유도 결합 플라즈마 처리 장치는 피처리 기판을 수용하는 처리 용기의 천정벽을 구성하는 유전체 창의 위쪽에 고주파 안테나를 배치하고, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 동시에 이 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 용기 내에 유도 결합 플라즈마를 일으키게 하여, 이 유도 결합 플라즈마에 의해 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 가하는 것이다. 고주파 안테나로서는, 평면 형상의 소정 패턴을 이루는 평면 안테나가 많이 이용되어 있다.
평면 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내의 평면 안테나 바로 아래의 공간에 플라즈마가 생성되는데, 그때에, 안테나 바로 아래의 각 위치에서의 전계 강도에 비례해서 고플라즈마 밀도 영역과 저플라즈마 영역의 분포를 갖기 때문에, 평면 안테나의 패턴 형상이 플라즈마 밀도 분포를 결정하는 중요한 팩터가 되고 있다.
FPD를 제조하기 위한 직사각형 기판에 플라즈마 처리를 가하는 경우에는, 평면 안테나로서 전체 형상이 직사각형 기판에 대응하는 형상의 것을 이용할 수 있다. 예컨대, 특허문헌 1에는, 외측 부분을 구성하는, 배치 영역이 액자 형상을 이루는 외측 안테나부와, 외측 안테나부 안에 마련되어 내측 부분을 구성하는, 동일하게 배치 영역이 액자 형상을 이루는 내측 안테나부를 가지며, 전체적으로 직사각형 형상을 이루는 평면 안테나가 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 평면 안테나는, 외측 안테나부 및 내측 안테나부는 4개의 안테나선을 90도씩 위치를 어긋나게 해서 전체가 대략 액자 형상이 되도록 와류 형상으로 배치하고 있다. 그리고, 이러한 액자 형상의 경우, 코너부의 플라즈마가 약해지는 경향에 있기 때문에, 변의 중앙부보다 코너부쪽이 권선수가 많아지도록 하고 있다(도 2 참조).
일본 공개 특허 제 2007-311182 호 공보
그러나, 인용문헌 1의 도 2에 도시하는 바와 같이, 코너부의 권선수를 많게 하는 경우에는, 권선수를 많게 한 만큼 최외주와 최내주에 있어서 안테나선이 변의 중앙부보다 각각 외측 및 내측으로 돌출된 상태가 되어, 플라즈마 생성 영역이 직사각형 기판에 대해서 약간 회전한 상태로 형성되므로 균일한 플라즈마 처리를 실행할 수 없을 우려가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 직사각형 기판에 정면 대향한 상태의 플라즈마를 생성할 수 있는 안테나 유닛 및 그것을 이용해서 직사각형 기판에 균일한 플라즈마 처리를 실행할 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에서는, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 직사각형 기판을 플라즈마 처리하기 위한 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 전계를 형성하며, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 안테나를 갖는 안테나 유닛으로서, 상기 안테나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며, 상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 유닛을 제공한다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 안테나가 동심 형상으로 복수 배치되는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 안테나는 4개의 안테나선을 90도씩 위치를 어긋나게 해서 권회되는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 안테나에 급전하기 위한 고주파 전원에 접속된 정합기로부터 상기 각 안테나선에 이르는 급전 경로를 갖는 급전부를 구비하며, 상기 안테나를 구성하는 상기 각 안테나선의 길이와 그 안테나선에 급전하는 급전 경로의 길이의 합이 서로 동일해지도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 관점에서는, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 유도 전계를 형성하는, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 복수의 안테나를 가지며, 이들 안테나가 동심 형상으로 배치된 안테나 유닛으로서, 상기 안테나 중 적어도 하나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며, 상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 유닛을 제공한다.
본 발명의 제 3 관점에서는, 직사각형 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 가하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 직사각형 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 거쳐서 배치되며, 고주파 전력이 공급되는 것에 의해 상기 처리실 내에 직사각형 기판을 플라즈마 처리하기 위한 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 전계를 형성하는, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 안테나를 구비하며, 상기 안테나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며, 상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제 4 관점에서는, 직사각형 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 가하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 직사각형 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 거쳐서 배치되며, 고주파 전력이 공급되는 것에 의해 상기 처리실 내에 직사각형 기판을 플라즈마 처리하기 위한 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 전계를 형성하는, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 복수의 안테나를 구비하며, 상기 복수의 안테나는 동심 형상으로 배치되며, 상기 안테나 중 적어도 하나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며, 상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 안테나가, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며, 상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 구성으로 했다. 이에 의해, 플라즈마 생성 영역에 대응하는 액자 영역을 직사각형 기판에 정면 대향시킬 수 있어서, 직사각형 기판에 정면 대향한 상태의 플라즈마에 의해 균일한 플라즈마 처리를 실행하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도,
도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나를 나타내는 평면도,
도 3은 도 2의 고주파 안테나의 외곽선, 내곽선 및 이들에 둘러싸인 액자 영역, 안테나선의 굴곡부를 설명하기 위한 평면도,
도 4는 도 2의 고주파 안테나를 구성하는 제 2 안테나의 안테나선 및 급전부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면,
도 5는 종래의 안테나를 설명하기 위한 평면도,
도 6은 본 발명에 이용하는 안테나의 다른 예를 나타내는 평면도.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2는 이러한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나를 나타내는 평면도이다. 이 장치는, 직사각형 기판, 예컨대 FPD용 유리 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 메탈막, ITO막, 산화막 등의 에칭이나, 레지스트막의 애싱 처리에 이용된다. FPD로서는, 액정 디스플레이, 일렉트로 루미네선스(Electro Luminescence ; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.
이러한 플라즈마 처리 장치는, 도전성 재료, 예컨대, 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각통(角筒) 형상의 기밀한 본체 용기(1)를 갖는다. 이 본체 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있으며, 접지선(1a)에 의해 접지되어 있다. 본체 용기(1)는 유전체 벽(2)에 의해 상하로 안테나실(3) 및 처리실(4)로 구획되어 있다. 따라서, 유전체 벽(2)은 처리실(4)의 천정벽을 구성하고 있다. 유전체 벽(2)은 Al2O3 등의 세라믹스, 석영 등으로 구성되어 있다.
유전체 벽(2)의 하측 부분에는, 처리 가스 공급용의 샤워 하우징(11)이 끼워 넣어져 있다. 샤워 하우징(11)은 십자 형상으로 마련되어 있으며, 유전체 벽(2)을 아래로부터 지지하는 구조로 되어 있다. 또한, 상기 유전체 벽(2)을 지지하는 샤워 하우징(11)은 복수개의 서스펜더(도시 생략)에 의해 본체 용기(1)의 천정에 현수된 상태로 되어 있다.
이 샤워 하우징(11)은 도전성 재료, 바람직하게는 금속, 예컨대 오염물이 발생하지 않게 그 내면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워 하우징(11)에는 수평으로 연장되는 가스 유로(12)가 형성되어 있으며, 이 가스 유로(12)에는 하방을 향해 연장되는 복수의 가스 토출 구멍(12a)이 연통하고 있다. 한편, 유전체 벽(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 포함한 처리 가스 공급계(20)에 접속되어 있다. 따라서, 플라즈마 처리에 있어서는, 처리 가스 공급계(20)로부터 공급된 처리 가스가 가스 공급관(20a)을 거쳐서 샤워 하우징(11) 내에 공급되어, 그 하면의 가스 공급 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내에 토출된다.
본체 용기(1)에 있어서의 안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리실(4)의 측벽(4a) 사이에는 내측으로 돌출하는 지지 선반(5)이 마련되어 있으며, 이 지지 선반(5) 위에 유전체 벽(2)이 탑재된다.
안테나실(3) 내에는 고주파(RF) 안테나(13)를 포함한 안테나 유닛(50)이 배설되어 있다. 고주파 안테나(13)는 정합기(14)를 거쳐서 고주파 전원(15)에 접속되어 있다. 그리고, 고주파 안테나(13)에, 고주파 전원(15)으로부터 예컨대 주파수가 13.56㎒의 고주파 전력이 공급되는 것에 의해, 처리실(4) 내에 유도 전계가 형성되며, 이 유도 전계에 의해 샤워 하우징(11)으로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화 된다. 또한, 안테나 유닛(50)에 대해서는 후술한다.
처리실(4) 내의 하방에는, 유전체 벽(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, 직사각형 기판(G)을 탑재하기 위한 탑재대(23)가 마련되어 있다. 탑재대(23)는, 도전성 재료, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 탑재대(23)에 탑재된 직사각형 기판(G)은 정전 척(도시 생략)에 의해 흡착 보지된다.
탑재대(23)는 절연체 케이스(24) 내에 수납되며, 또한, 중공의 지주(25)에 지지된다. 지주(25)는 본체 용기(1)의 바닥부를 기밀 상태를 유지하면서 관통하고, 본체 용기(1) 외측에 배설된 승강 기구(도시 생략)에 지지되며, 직사각형 기판(G)의 반입출시에 승강 기구에 의해 탑재대(23)가 상하 방향으로 구동된다. 또한, 탑재대(23)를 수납하는 절연체 케이스(24)와 본체 용기(1)의 바닥부 사이에는 지주(25)를 기밀하게 포위하는 벨로우즈(26)가 배설되어 있으며, 이에 의해, 탑재대(23)의 상하 이동에 의해서도 처리 용기(4) 내의 기밀성이 보증된다. 또한, 처리실(4)의 측벽(4a)에는 직사각형 기판(G)을 반입출하기 위한 반입출구(27a) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(27)가 마련되어 있다.
탑재대(23)에는, 중공의 지주(25) 내에 마련된 급전선(25a)에 의해, 정합기(28)를 거쳐서 고주파 전원(29)이 접속되어 있다. 이 고주파 전원(29)은 플라즈마 처리 중에 바이어스용의 고주파 전력, 예컨대 주파수가 6㎒인 고주파 전력을 탑재대(23)에 인가한다. 이 바이어스용의 고주파 전력에 의해, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판(G)으로 인입된다.
또한, 탑재대(23) 내에는, 기판(G)의 온도를 제어하기 위해서, 세라믹 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시 생략). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은 모두 중공의 지주(25)를 통해 본체 용기(1) 외부로 도출된다.
처리실(4)의 바닥부에는 배기관(31)을 거쳐서 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(30)가 접속되며, 이 배기 장치(30)에 의해 처리실(4)이 배기되어, 플라즈마 처리 중, 처리실(4) 내가 소정의 진공 분위기(예컨대 1.33Pa)로 설정, 유지된다.
탑재대(23)에 탑재된 기판(G)의 이면측에는 냉각 공간(도시 생략)이 형성되어 있으며, 일정한 압력의 열전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(41)가 마련되어 있다. 이와 같이 기판(G)의 이면측에 열전달용 가스를 공급함으로써, 진공 하에서 기판(G)의 온도 상승이나 온도 변화를 회피할 수 있게 되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치의 각 구성부는 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 제어부(80)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(80)에는 오퍼레이터에 의한 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위한 명령 입력 등의 입력 조작을 실행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(81)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(80)에는 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(80)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 격납된 기억부(82)가 접속되어 있다. 처리 레시피는 기억부(82) 중의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 컴퓨터에 내장된 하드 디스크나 반도체 메모리여도 좋고, CD ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 거쳐서 레시피를 적절하게 전송시키도록 해도 좋다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(81)로부터의 지시 등에 의해 임의의 처리 레시피를 기억부(82)로부터 호출해서 제어부(80)에 실행시킴으로써, 제어부(80)의 제어 하에서 플라즈마 처리 장치에서의 소망한 처리가 실행된다.
다음에, 상기 안테나 유닛(50)에 대해 상세하게 설명한다.
안테나 유닛(50)은, 상술한 바와 같이 고주파 안테나(13)를 갖고 있으며, 또한, 정합기(14)를 거친 고주파 전력을 고주파 안테나(13)에 급전하는 급전부(51)를 갖는다.
고주파 안테나(13)는 절연 부재로 이루어지는 스페이서(17)에 의해 유전체 벽(2)으로부터 이격하여 배치되어 있다. 고주파 안테나(13)는 평면 형상을 이루고 윤곽이 직사각형 형상(장방형 형상)을 이루고 있으며, 그 배치 영역이 직사각형 기판(G)에 대응하고 있다.
고주파 안테나(13)는, 외측 부분을 구성하는 제 1 안테나(13a)와 내측 부분을 구성하는 제 2 안테나(13b)를 갖고 있다. 제 1 안테나(13a) 및 제 2 안테나(13b)는, 모두 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 것이며, 기판에 대향해서 배치되는 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루고 있다. 그리고, 이들 제 1 안테나(13a) 및 제 2 안테나(13b)는 동심 형상으로 배치되어 있다.
또한, 고주파 안테나(13)는, 직사각형 기판(G)이 작은 경우 등에는 1개의 액자 형상의 안테나만으로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 액자 형상의 안테나를 3개 이상 동심 형상으로 배치한 것이어도 좋다.
외측 부분을 구성하는 제 1 안테나(13a)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 4개의 안테나선(61, 62, 63, 64)을 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 한 다중(사중) 안테나를 구성하고 있다. 구체적으로는, 안테나선(61, 62, 63, 64)은 90도씩 위치를 어긋나게 해서 권회되어, 안테나선의 배치 영역이 대략 액자 형상을 이루며, 플라즈마가 약해지는 경향이 있는 코너부의 권선수를 변의 중앙부의 권선수보다 많아지도록 하고 있다. 도시한 예에서는 코너부의 권선수가 3, 변의 중앙부의 권선수가 2로 되어 있다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 안테나(13a)의 외곽선(65) 및 내곽선(66)으로 둘러싸인, 사선으로 도시하는 안테나선의 배치 영역인 액자 영역(67)이 제 1 안테나(13a)의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭(경면 대칭)이 되도록, 각 안테나선에 크랭크부(굴곡부)(68)가 형성되어 있다. 이에 의해 액자 영역(67)을 직사각형 기판(G)에 정면 대향시킬 수 있다. 즉, 액자 영역(67)은 플라즈마 생성 영역에 대응하기 때문에, 직사각형 기판(G)에 정면 대향한 상태의 플라즈마를 생성할 수 있다.
내측 부분을 구성하는 제 2 안테나(13b)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 4개의 안테나선(71, 72, 73, 74)을 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 한 다중(사중) 안테나를 구성하고 있다. 구체적으로는, 안테나선(71, 72, 73, 74)은 90도씩 위치를 어긋나게 해서 권회되어, 안테나선의 배치 영역이 대략 액자 형상을 이루며, 플라즈마가 약해지는 경향이 있는 코너부의 권선수를 변의 중앙부의 권선수보다 많아지도록 하고 있다. 도시한 예에서는 코너부의 권선수가 3, 변의 중앙부의 권선수가 2로 되어 있다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 2 안테나(13b)의 외곽선(75) 및 내곽선(76)으로 둘러싸이는 사선으로 도시하는 액자 영역(77)이, 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭(경면 대칭)이 되도록, 각 안테나선에 크랭크부(굴곡부)(78)가 형성되어 있다. 이에 의해 액자 영역(77)을 직사각형 기판(G)에 정면 대향시킬 수 있다. 즉, 액자 영역(77)은 플라즈마 생성 영역에 대응하기 때문에, 직사각형 기판(G)에 정면 대향한 상태의 플라즈마를 생성할 수 있다.
다만, 제 1 안테나(13a) 및 제 2 안테나(13b)의 양쪽 모두가 반드시 이러한 구성을 취하지 않아도 좋으며, 이들 중 적어도 한쪽이 이러한 구성을 취하고 있으면 좋다.
제 1 안테나(13a)의 안테나선(61, 62, 63, 64)으로는 중앙의 4개의 단자(22a) 및 급전선(69)을 거쳐서 급전되도록 되어 있다. 또한, 제 2 안테나부(13b)의 안테나선(71, 72, 73, 74)으로는 중앙에 배치된 4개의 단자(22b) 및 급전선(79)을 거쳐서 급전되도록 되어 있다.
안테나실(3)의 중앙부 부근에는, 제 1 안테나(13a)에 급전하는 4개의 제 1 급전 부재(16a) 및 제 2 안테나(13b)에 급전하는 4개의 제 2 급전 부재(16b)(도 1에서는 모두 1개만 도시함)가 마련되어 있고, 각 제 1 급전 부재(16a)의 하단은 제 1 안테나(13a)의 단자(22a)에 접속되며, 각 제 2 급전 부재(16b)의 하단은 제 2 안테나(13b)의 단자(22b)에 접속되어 있다. 4개의 제 1 급전 부재(16a)는 급전선(19a)에 접속되어 있고, 또한 4개의 제 2 급전 부재(16b)는 급전선(19b)에 접속되어 있으며, 이들 급전선(19a, 19b)은 정합기(14)로부터 연장되는 급전선(19)으로부터 분기하고 있다.
즉, 급전선(19, 19a, 19b), 급전 부재(16a, 16b), 단자(22a, 22b), 급전선(69, 79)은 안테나 유닛(50)의 급전부(51)를 구성하고 있으며, 이 안에서, 제 1 안테나(13a)에 급전하는 급전선(19, 19a), 급전 부재(16a), 단자(22a) 및 급전선(69)이 제 1 급전부(51a)를 구성하고, 제 2 안테나(13b)에 급전하는 급전선(19, 19b), 급전 부재(16b), 단자(22b) 및 급전선(79)이 제 2 급전부(51b)를 구성한다.
상기 제 1 안테나(13a) 및 상기 제 2 안테나(13b)는 모두 4개의 안테나선을 이용하고 있지만, 안테나 형성 영역이 장방형 형상이기 때문에, 인접하는 안테나선의 길이가 불가피하게 다른 것이 된다. 이와 같이 안테나선의 길이가 다른 경우, 안테나선의 임피던스의 값이 일치하지 않아서, 각 안테나선에 흐르는 전류에 차이가 생긴다. 매우 높은 플라즈마의 균일성을 얻기 위해서는 이러한 전류차도 해소하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 실시형태에서는 안테나선에 급전하는 급전부의 정합기(14)로부터의 급전 경로의 길이를 조정하여, 안테나선의 길이와 안테나선에 급전하기 위한 급전 경로의 길이의 합을 4개의 안테나선에서 일치시켜서, 정합기(14)에서 본 임피던스를 각 안테나선에서 일치시킨다. 예컨대, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 2 안테나(13b)에 있어서, 서로 인접하는 안테나선(71, 72)의 길이가 다르기 때문에, 짧은 쪽의 안테나선(72)에 급전하기 위한 급전부(51b)의 급전 경로에 굴곡부(52)를 형성해서 급전 경로를 길게 하여 안테나선의 길이와 급전 경로의 길이의 합을 일치시켜, 정합기(14)에서 본 임피던스가 양자에서 동일해지도록 한다.
플라즈마 처리 중, 고주파 전원(15)에서는 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 형성되며, 이 유도 전계에 의해 샤워 하우징(11)으로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화 된다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 직사각형 기판(G)에 대해서 플라즈마 에칭 처리를 가할 때의 처리 동작에 대해 설명한다.
우선, 게이트 밸브(27)를 개방으로 한 상태에서 거기로부터 반송 기구(도시 생략)에 의해 직사각형 기판(G)을 처리실(4) 내에 반입하고, 탑재대(23)의 탑재면에 탑재한 후, 정전 척(도시 생략)에 의해 기판(G)을 탑재대(23) 상에 고정한다. 다음에, 처리실(4) 내에 처리 가스 공급계(20)로부터 처리 가스를 샤워 하우징(11)의 가스 토출 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내에 토출시키는 동시에, 배기 장치(30)에 의해 배기관(31)을 거쳐서 처리실(4) 내를 진공 배기함으로써, 처리실 내를 예컨대 0.66㎩ 내지 26.6㎩ 정도의 압력 분위기로 유지한다.
또한, 이때 기판(G)의 이면측의 냉각 공간에는 기판(G)의 온도 상승이나 온도 변화를 회피하기 위해서 He 가스 유로(41)를 통해 열전달용 가스로서 He 가스를 공급한다.
이어서, 고주파 전원(15)으로부터 예컨대 13.56㎒의 고주파를 고주파 안테나(13)에 인가하며, 이에 의해 유전체 벽(2)을 거쳐서 처리실(4) 내에 균일한 유도 전계를 형성한다. 이와 같이 해서 형성된 유도 전계에 의해, 처리실(4) 내에서 처리 가스가 플라즈마화하여 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다.
고주파 안테나(13)는, 전체 형상이 직사각형 기판(G)에 대응하는 직사각형 형상을 이루고 있으므로, 직사각형 기판(G) 전체에 대해서 플라즈마를 공급할 수 있다. 또한, 고주파 안테나(13)를 대략 액자 형상으로 안테나선을 배치한 제 1 안테나(13a)와 제 2 안테나(13b)를 갖는 것으로 하여, 플라즈마가 약해지는 경향이 있는 코너부에서 안테나선의 권선수를 늘렸으므로, 비교적 균일한 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다.
이 경우에, 예컨대 고주파 안테나(13)의 외측 부분이, 상기 특허문헌 1에 기재된 외측 안테나와 마찬가지로, 도 5에 도시하는 바와 같이, 코너부의 안테나선의 권선수를 많게 한 만큼 최외주와 최내주에 있어서 안테나선이 변의 중앙부보다 각각 외측 및 내측으로 돌출된 상태로 한 구조를 갖는 안테나(13a')인 경우에는, 그 외곽선(65') 및 내곽선(66')은 비스듬하게 되며, 이들 외곽선(65') 및 내곽선(66')으로 둘러싸인 사선으로 도시하는 액자 영역(67')은 안테나(13a')의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해서 선대칭이 되지 않고, 직사각형 기판(G)의 중심에 대해 소정 각도 회전한 기운 상태가 되어 버린다. 이 액자 영역(67')은 안테나선의 배치 영역이며, 이 액자 영역(67')이 거의 안테나(13a')에 의한 플라즈마 생성 영역과 겹치기 때문에, 이와 같이 액자 영역(67')이 기운 상태에서는 직사각형 기판(G)에 대한 플라즈마의 균일성이 불충분하게 될 우려가 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 안테나(13a)에 대해서, 안테나선(61~64)에 크랭크부(굴곡부)(68)를 형성하여, 코너부의 권선수를 증가시킨 것에 동반하는 외측 및 내측으로의 돌출을 해소해서, 제 1 안테나(13a)의 외곽선(65) 및 내곽선(66)으로 둘러싸인, 안테나선의 배치 영역인 액자 영역(67)이 제 1 안테나(13a)의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대하여 선대칭이 되도록 한다. 이에 의해 액자 영역(67)을 직사각형 기판(G)에 정면 대향시킬 수 있다. 즉, 액자 영역(67)은 플라즈마 생성 영역에 대응하는 것이기 때문에, 직사각형 기판(G)에 정면 대향한 상태의 플라즈마를 생성할 수 있어서 균일한 플라즈마 처리를 실행하는 것이 가능해진다.
마찬가지로, 고주파 안테나(13)의 내측 부분을 구성하는 제 2 안테나(13b)에 대해서도, 안테나선(71~74)에 크랭크부(굴곡부)(78)를 형성하여, 코너부의 권선수를 증가시킨 것에 동반하는 외측 및 내측으로의 돌출을 해소해서, 제 2 안테나(13a)의 외곽선(75) 및 내곽선(76)으로 둘러싸인, 안테나선의 배치 영역인 액자 영역(77)이 제 2 안테나(13b)의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대하여 선대칭이 되도록 한다. 이에 의해 액자 영역(77)을 직사각형 기판(G)에 정면 대향시킬 수 있어서, 마찬가지로, 직사각형 기판(G)에 정면 대향한 상태의 플라즈마에 의해 균일한 플라즈마 처리를 실행하는 것이 가능해진다.
이와 같이 제 1 안테나(13a) 및 제 2 안테나(13b)의 양쪽 모두가 이러한 구성을 취하는 것이 가장 바람직하지만, 적어도 한쪽을 이러한 구성으로 하는 것에 의해 그 영역의 플라즈마 균일성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 제 1 안테나(13a) 및 상기 제 2의 안테나(13b)는 모두 4개의 안테나선을 이용하고 있지만, 안테나 형성 영역이 장방형 형상이기 때문에, 인접하는 안테나선의 길이가 불가피하게 다른 것이 되어, 이들 안테나선의 임피던스가 다른 것이 된다. 이 때문에, 각 안테나선에 흐르는 전류에 차이가 생기게 되어, 매우 높은 플라즈마 균일성이 요구되는 경우에는 플라즈마 균일성이 충분한 것이 되지 않을 우려가 있다.
FPD 유리 기판은 대형화되는 추세에 있고, 이러한 기판의 대형화에 따라서 안테나 형상의 차이는 보다 커지므로, 전류차에 의한 플라즈마 균일성 저하의 염려는 더욱 더 커진다.
이러한 안테나선의 임피던스의 차이를 해소하는 방법으로서는, 각각의 안테나선마다 콘덴서를 삽입해서 콘덴서 용량에 의해 미세 조정하는 방법을 생각할 수 있지만, 용량 고정 타입의 콘덴서로는 안테나 임피던스의 미세 조정은 어렵고, 한편, 용량 가변 타입의 콘덴서로는 고정 콘덴서에 비해 가격이 비싸고, 또한 설치를 위해 구조 변경을 필요로 하는 점에서 비용이 상승하게 되어 바람직하지 않다. 또한, 안테나선의 길이를 동일하게 하기 위해 안테나의 디자인을 변경하는 것은 안테나 레이아웃의 대칭성이 손상되어 기판에 대한 처리가 불균일하게 될 염려를 일으켜 버린다.
따라서, 본 실시형태에서는, 제 1 안테나(13a) 및 제 2 안테나(13b)의 안테나선에 급전하는 급전부의 정합기(14)로부터의 급전 경로의 길이를 조정하여, 각 안테나에 있어서, 안테나선의 길이와 안테나선에 급전하기 위한 급전 경로의 길이의 합을 4개의 안테나선에서 일치시켜서, 정합기(14)에서 본 임피던스를 각 안테나선에서 일치시킨다. 즉, 각 안테나선의 임피던스의 조정을, 플라즈마 생성에 기여하지 않는, 정합기(14)로부터 안테나까지의 급전부의 급전 경로의 길이를 변경함으로써 실시한다. 이에 의해, 안테나의 레이아웃의 대칭성을 해치는 일 없이, 또한 콘덴서를 삽입하는 일 없이, 각 안테나의 안테나선의 전류량을 일치시킬 수 있어서 플라즈마의 균일성을 매우 높은 것으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 일 없이 여러 가지 변형 가능하다. 예컨대, 안테나에 있어서의 안테나선의 레이아웃은 상기 실시형태에 나타낸 것에 한정하지 않고, 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되어 직사각형 기판에 정면 대향하도록 각 안테나선에 굴곡부가 형성된 것이면 좋고, 예컨대, 도 6의 (a), (b), (c)에서 도시하는 바와 같은 레이아웃을 채용할 수 있다. 또한, 안테나선의 권선수가 코너부에서 3, 변의 중앙에서 2인 예를 도시했지만, 이에 한정하지 않고, 예컨대, 코너부에서 4, 변의 중앙에서 3이어도 좋다.
또한, 고주파 안테나로서는, 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되어 직사각형 기판에 정면 대향하도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성된 액자 형상의 안테나 단독으로도 좋고, 이러한 액자 형상의 안테나를 3개 이상 동심 형상으로 마련한 것이어도 좋다. 또한, 3개 이상 동심 형상으로 마련한 안테나 중 적어도 1개가, 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되어 직사각형 기판에 정면 대향하도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성된 액자 형상의 안테나로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 본 발명을 에칭 장치에 적용했을 경우에 대해서 도시했지만, CVD 성막 등의 다른 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다. 또한, 직사각형 기판으로서 FPD 기판을 이용한 예를 도시했지만, 태양전지 등의 다른 직사각형 기판을 처리하는 경우에도 적용 가능하다.
1 : 본체 용기 2 : 유전체벽(유전체 부재)
3 : 안테나실 4 : 처리실
13 : 고주파 안테나 13a : 제 1 안테나
13b : 제 2 안테나 14 : 정합기
15 : 고주파 전원 16a, 16b : 급전부재
19, 19a, 19b : 급전선 20 : 처리 가스 공급계
22a, 22b : 단자 23 : 탑재대
30 : 배기 장치 50 : 안테나 유닛
51 : 급전부 51a : 제 1 급전부
51b : 제 2 급전부
61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74 : 안테나선
65, 75 : 외곽선 66, 76 : 내곽선
67, 77 : 액자 영역 68, 78 : 크랭크부(굴곡부)
69, 79 : 급전선 80 : 제어부
81 : 유저 인터페이스 82 : 기억부
G : 직사각형 기판

Claims (10)

  1. 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 직사각형 기판을 플라즈마 처리하기 위한 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 전계를 형성하며, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 안테나를 갖는 안테나 유닛에 있어서,
    상기 안테나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며,
    상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    안테나 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나가 동심 형상으로 복수 배치되는 것을 특징으로 하는
    안테나 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 4개의 안테나선을 90도씩 위치를 어긋나게 해서 권회되는 것을 특징으로 하는
    안테나 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나에 급전하기 위한 고주파 전원에 접속된 정합기로부터 상기 각 안테나선에 이르는 급전 경로를 갖는 급전부를 가지며, 상기 안테나를 구성하는 상기 각 안테나선의 길이와 그 안테나선에 급전하는 급전 경로의 길이의 합이 서로 동일해지도록 하는 것을 특징으로 하는
    안테나 유닛.
  5. 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 유도 전계를 형성하는, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 복수의 안테나를 가지며, 이들 안테나가 동심 형상으로 배치된 안테나 유닛에 있어서,
    상기 안테나 중 적어도 하나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며,
    상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    안테나 유닛.
  6. 직사각형 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 가하는 처리실과,
    상기 처리실 내에서 직사각형 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 거쳐서 배치되며, 고주파 전력이 공급되는 것에 의해 상기 처리실 내에 직사각형 기판을 플라즈마 처리하기 위한 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 전계를 형성하는, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 안테나를 구비하며,
    상기 안테나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며,
    상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 안테나가 동심 형상으로 복수 배치되는 것을 특징으로 하는
    유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 안테나는 4개의 안테나선을 90도씩 위치를 어긋나게 해서 권회되는 것을 특징으로 하는
    유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나에 급전하기 위한 고주파 전원에 접속된 정합기로부터 상기 각 안테나선에 이르는 급전 경로를 갖는 급전부를 더 구비하며, 상기 안테나를 구성하는 상기 각 안테나선의 길이와 그 안테나선에 급전하는 급전 경로의 길이의 합이 서로 동일해지도록 하는 것을 특징으로 하는
    유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  10. 직사각형 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 가하는 처리실과,
    상기 처리실 내에서 직사각형 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실의 외부에 유전체 부재를 거쳐서 배치되며, 고주파 전력이 공급되는 것에 의해 상기 처리실 내에 직사각형 기판을 플라즈마 처리하기 위한 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 전계를 형성하는, 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 복수의 안테나를 구비하며,
    상기 복수의 안테나는 동심 형상으로 배치되며,
    상기 안테나 중 적어도 하나는, 복수의 안테나선을 동일 평면 내에 있어서 변의 중앙부의 권선수보다 코너부의 권선수가 많아지도록 권회하여 전체가 와류 형상이 되도록 구성되어, 안테나선의 배치 영역이 액자 형상을 이루며,
    상기 안테나의 외곽선 및 내곽선으로 둘러싸인 액자 영역이 상기 안테나의 대향하는 두 변을 가로지르는 중심선에 대해 선대칭이 되도록, 각 안테나선에 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    유도 결합 플라즈마 처리 장치.
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