KR20140103838A - 유도 결합 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

대형 피처리 기판에 대해, 분할 타입의 유전체 창을 이용해서 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
직사각형 형상의 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치는, 기판을 수용하는 처리실과, 처리실 내의 기판이 배치되는 영역에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나와, 유도 결합 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 영역과 고주파 안테나 사이에 배치되며, 기판에 대응해서 마련된 직사각형 형상을 이루는 유전체 창을 구비하고, 고주파 안테나는 유전체 창에 대응하는 면 내에 주회하도록 마련되고, 유전체 창(2)은 긴 변(2a)을 포함하는 제 1 분할편(201)과, 짧은 변(2b)을 포함하는 제 2 분할편(202)을 포함하도록, 금속제의 지지 빔(6)에 의해 복수의 분할편으로 분할되며, 제 2 분할편(202)의 직경 방향의 폭 a와 제 1 분할편(201)의 직경 방향의 폭 b의 비 a/b가 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 분할되어 있다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리 장치{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조용 유리 기판 등의 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조 공정에 있어서는 유리 기판에 플라즈마 에칭이나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 행하는 공정이 존재하고, 이러한 플라즈마 처리를 하기 위해서 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 장치 등의 여러가지의 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치로서는 종래, 용량 결합 플라즈마 처리 장치가 많이 이용되었지만, 최근 고진공도로 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다는 큰 이점을 가진 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma:ICP) 처리 장치가 주목받고 있다.

유도 결합 플라즈마 처리 장치는 피처리 기판을 수용하는 처리실의 천장벽을 구성하는 유전체 창의 상측에 고주파 안테나를 배치하고, 처리실 내에 처리 가스를 공급함과 아울러 이 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급함으로써 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 발생시켜서, 이 유도 결합 플라즈마에 의해서 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 것이다. 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 고주파 안테나로서는, 평면 형상의 소정 패턴을 이루는 평면 안테나가 많이 사용되고 있다. 이러한 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서는 예컨대 특허문헌 1에 개시된 것이 알려져 있다.

최근 피처리 기판의 크기가 대형화되고 있으며, 예컨대 LCD용 직사각형 형상 유리 기판으로서는 짧은 변×긴 변의 길이가, 약 1500㎜×약 1800㎜의 크기부터 약 2200㎜×약 2400㎜의 크기로, 나아가 약 2800㎜×약 3000㎜의 크기로 현저하게 대형화되고 있다.

이러한 피처리 기판의 대형화와 더불어, 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 천장벽을 구성하는 직사각형 형상의 유전체 창도 대형화되고 있지만, 유전체 창을 구성하는 석영 또는 세라믹 등의 유전체 재료는 깨지기 쉽기 때문에, 대형화에는 적합하지 않다. 이 때문에, 예컨대 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 유전체 창을 금속제의 지지 빔(금속 지지 빔)으로 4분할하는 등하여 유전체 창의 대형화에 대처하고 있다.

그런데, 피처리 기판의 대형화는 더욱 현저하게 진전하고 있기 때문에, 유전체 창부의 분할수를 한층 더 늘리는 것이 검토되고 있지만, 특허문헌 2에 기재되어 있는 것과 같은 직선적인 분할에 의한 수법을 이용해서 유전체 창을 1변당 3개로 분할하여, 예컨대 균등하게 9분할하는 경우, 고주파 안테나를 고리 형상 또는 소용돌이 형상으로 하면, 중앙의 분할창을 구획하는 금속 지지 빔이 고주파 안테나에 평행한 폐회로를 구성하여 금속 지지 빔에 역기전력이 발생하여, 금속 지지 빔 바로 아래의 플라즈마가 약해져 버린다.

이 때문에, 특허문헌 3에서는 금속 지지 빔에 고주파 안테나에 평행한 폐회로가 구성되지 않도록, 유전체 창의 중앙 부분에 고주파 안테나에 교차하는 방사 형상의 금속 지지 빔으로 유전체 창을 분할하는 기술이 개시되어 있다.

예컨대, 도 17에 도시한 바와 같이, 고주파 안테나(413)를, 3개의 고리 형상 안테나(413a, 413b, 413c)를 동심 형상으로 형성한 것인 경우에는, 금속 지지 빔(406)에 유전체 창(402)의 중앙으로부터 방사상으로 연장되는 부분을 마련해서 8분할로 함으로써, 금속 지지 빔(406)이 고주파 안테나에 평행한 폐회로를 구성하지 않도록 되어 있다.

일본 특허 제 3077009 호 공보 일본 특허 제 3609985 호 공보 일본 특허 공개 제 2012-227428 호 공보

그러나, 도 17에 도시한 바와 같이, 금속 지지 빔(406)을 유전체 창(402)의 중앙으로부터 방사상으로 연장되도록 형성하면, 직사각형 형상 기판에 대응해서 직사각형 형상으로 형성된 유전체 창(402)의, 긴 변을 포함한 긴 변 중앙 분할편(402a)과 짧은 변을 포함하는 짧은 변 중앙 분할편(402b)에서, 직경 방향의 폭이 다르고 고주파 안테나(413)의 안테나선의 권회수는 같기 때문에, 긴 변 중앙 분할편(402a)과 짧은 변 중앙 분할편(402b)에서 유도 전계의 전계 강도가 달라서, 균일성이 높은 플라즈마 처리를 행하는 것이 어렵다.

이러한 문제는 금속 지지 빔에, 고주파 안테나에 평행한 폐회로가 구성되는 문제가 발생하지 않는, 예컨대 직사각형의 유전체 창(402)을 대각선으로 4분할하는 경우에도 마찬가지로 발생한다.

한편, 특허문헌 3에는 금속 지지 빔을 샤워 케이스로 해서 처리 가스를 공급하는 것이 개시되어 있지만, 도 17과 같은 분할의 형태에서는, 금속 지지 빔으로부터로는 가스 공급이 불충분한 경우가 있고, 이 경우에는 유니온 잭 형상으로 가스 토출 구멍이 배치된 세라믹제의 샤워 부재를 유전체 창(402)의 중앙부에 별개로 마련할 필요가 있다. 이 경우, 세라믹제의 샤워 부재는 고가이기 때문에, 비용이 상승한다. 또한, 처리실 내에 요철이 형성되게 되기 때문에, 부생성물이 부착하기 쉽고, 또한 이것이 벗겨지는 것에 의한 파티클이 발생하기 쉽게 된다.

이 때문에, 도 18에 도시한 바와 같이, 금속 지지 빔(406) 자체를 유니온 잭 형상으로 하고, 이것을 샤워 케이스로서 이용하는 것을 생각할 수 있지만, 금속 지지 빔(406)이 유전체 창(402)의 중심에 집중되기 때문에, 처리실의 중앙부에서 플라즈마 밀도가 저하될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 대형 피처리 기판에 대해, 분할 타입의 유전체 창을 이용해서 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 대형의 피처리 기판에 대해, 분할 타입의 유전체 창을 이용한 경우에, 유전체 창을 분할하는 금속 지지 빔을 샤워 케이스로서 이용해도, 중앙부의 플라즈마 밀도가 저하되는 일이 없는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에서는 직사각형 형상의 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판이 배치되는 영역에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나와, 상기 유도 결합 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 영역과 상기 고주파 안테나 사이에 배치되고, 기판에 대응해서 마련된 직사각형 형상을 이루는 유전체 창을 구비하며, 상기 고주파 안테나는 상기 유전체 창에 대응하는 면 내에서 주회(周回)하도록 마련되고, 상기 유전체 창은, 긴 변을 포함하는 제 1 분할편과, 짧은 변을 포함하는 제 2 분할편을 포함하도록, 금속제의 지지 빔에 의해 복수의 분할편으로 분할되고, 또한 상기 제 2 분할편의 직경 방향의 폭 a와 상기 제 1 분할편의 직경 방향의 폭 b의 비 a/b가, 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

상기 제 1 관점의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 유전체 창은, 그 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 한 경우에, 상기 제 1 선 및 상기 제 2 선을 따라서 마련된 상기 금속제의 지지 빔에 의해, 상기 제 1 분할편과 상기 제 2 분할편으로 분할되어 있는 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 유전체 창은, 상기 긴 변 및 상기 짧은 변이 각각 3분할 이상 되어 있고, 상기 금속제의 지지 빔에는 상기 고주파 안테나를 따라 발생하는 폐루프 회로가 존재하지 않는 구성으로 할 수 있다.

이 경우에, 상기 유전체 창의 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 제 1 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 하고, 한 쌍의 긴 변을 각각 3분할하는 선을 제 3 선이라고 하며, 한 쌍의 짧은 변을 각각 3분할하는 선을 제 4 선이라고 하고, 상기 제 1 선과 상기 제 3 선과 상기 제 4 선의 교점을 제 2 교점이라고 한 경우에, 상기 유전체 창은, 상기 제 2 선과, 한쪽의 상기 긴 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 3 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 긴 변을 포함하고, 상기 긴 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 1 분할편, 한쪽 상기 짧은 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 4 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 짧은 변을 포함하고, 상기 짧은 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 2 분할편, 및 상기 제 3 선과 상기 제 4 선으로 구획되며, 상기 유전체 창의 모서리부에 형성되는 4개의 제 3 분할편을 갖고, 이들 분할편은 상기 금속제의 지지 빔에 의해 분할되어 있는 구성으로 할 수 있다.

본 발명의 제 2 관점에서는 직사각형 형상의 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판이 배치되는 영역에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나와, 상기 유도 결합 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 영역과 상기 고주파 안테나 사이에 배치되며, 기판에 대응해서 마련된 직사각형 형상을 이루는 유전체 창과, 상기 처리실에 플라즈마를 형성하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고, 상기 고주파 안테나는 상기 유전체 창에 대응하는 면 내에서 주회하도록 마련되고, 상기 유전체 창은, 긴 변을 포함하는 제 1 분할편과, 짧은 변을 포함하는 제 2 분할편을 포함하도록, 금속제의 제 1 지지 빔에 의해 복수의 분할편으로 분할하는 제 1 분할이 이루어지고, 또한 상기 제 2 분할편의 직경 방향의 폭 a와 상기 제 1 분할편의 직경 방향의 폭 b의 비 a/b가, 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 분할되며, 또한 상기 복수의 분할편의 적어도 일부가 상기 유전체 창의 중심을 지나도록 마련된 금속제의 제 2 지지 빔에 의해 제 2 분할이 이루어지고, 상기 제 1 지지 빔 및 상기 제 2 지지 빔은 처리 가스가 통류하는 가스 유로와 처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고, 상기 가스 공급부로서 기능하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

상기 제 2 관점의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 제 2 지지 빔은 상기 유전체 창의 중심을 지나는 십자 형상으로 마련할 수 있다.

또한, 상기 유전체 창은, 그 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 한 경우에, 상기 제 1 지지 빔은 상기 제 1 선 및 상기 제 2 선을 따라서 마련되고, 상기 제 1 지지 빔에 의해 상기 제 1 분할편과 상기 제 2 분할편으로 분할되어 있는 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 유전체 창은, 상기 긴 변 및 상기 짧은 변이 상기 제 1 지지 빔에 의해서 각각 3분할 이상 되어 있고, 상기 제 1 지지 빔 및 상기 제 2 지지 빔에는 상기 고주파 안테나를 따라 발생하는 폐루프 회로가 존재하지 않는 구성으로 할 수 있다.

이 경우에, 상기 유전체 창의 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 제 1 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 하고, 한 쌍의 긴 변을 각각 3분할하는 선을 제 3 선이라고 하며, 한 쌍의 짧은 변을 각각 3분할하는 선을 제 4 선이라고 하고, 상기 제 1 선과 상기 제 3 선과 상기 제 4 선의 교점을 제 2 교점이라고 한 경우에, 상기 유전체 창은, 상기 제 2 선과, 한쪽 상기 긴 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 3 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 긴 변을 포함하고, 상기 긴 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 1 분할편, 한쪽 상기 짧은 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 4 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 짧은 변을 포함하며, 상기 짧은 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 2 분할편, 및 상기 제 3 선과 상기 제 4 선으로 구획되며, 상기 유전체 창의 모서리부에 형성되는 4개의 제 3 분할편을 갖고, 이들 분할편은 상기 제 1 지지 빔에 의해 분할되어 있는 구성으로 할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 관점의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 고주파 안테나는 상기 유전체 창에 대응하는 면 내에서 상기 유전체 창의 둘레 방향을 따라 주회하도록 마련된 복수의 안테나부를 동심 형상으로 배치해서 구성할 수 있다. 또한, 상기 고주파 안테나에는 1MHz 이상 27MHz 이하의 고주파가 인가되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 관점에 의하면, 직사각형 형상을 이루는 유전체 창이, 긴 변을 포함하는 제 1 분할편과, 짧은 변을 포함하는 제 2 분할편을 포함하도록, 금속제의 지지 빔에 의해 복수의 분할편으로 분할되고, 또한 제 2 분할편의 직경 방향의 폭 a와 제 1 분할편의 직경 방향의 폭 b의 비 a/b가 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 분할되어 있다. 이 때문에, 대형 피처리 기판에 대해, 분할 타입의 유전체 창을 이용해서 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

본 발명의 제 2 관점에 의하면, 직사각형 형상을 이루는 유전체 창이, 긴 변을 포함하는 제 1 분할편과, 짧은 변을 포함하는 제 2 분할편을 포함하도록, 금속제의 제 1 지지 빔에 의해 복수의 분할편으로 분할하는 제 1 분할이 이루어지고, 또한 제 2 분할편의 직경 방향의 폭 a와 제 1 분할편의 직경 방향의 폭 b의 비 a/b가 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 분할되며, 또한 복수의 분할편 중 적어도 일부가 유전체 창의 중심을 지나도록 마련된 금속제의 제 2 지지 빔에 의해 제 2 분할이 이루어지고, 제 1 지지 빔 및 제 2 지지 빔이, 처리 가스가 통류하는 가스 유로와 처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고, 가스 공급부로서 기능하도록 구성한다. 이와 같이, 분할 타입의 유전체 창을 이용한 경우에, 제 1 지지 빔은 유전체 창의 중심에서 교차하지 않기 때문에, 지지 빔으로부터 충분한 처리 가스를 공급하도록, 유전체 창의 중심을 지나는 제 2 지지 빔을 마련해도 중앙부의 플라즈마 밀도가 저하되는 것을 회피할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 2는, 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 유전체 창을 나타내는 평면도,
도 3은, 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 유전체 창 및 고주파 안테나를 나타내는 평면도,
도 4는 방사상으로 분할된 유전체 창을 나타내는 모식도,
도 5는 금속 지지 빔에 중앙으로부터 방사상으로 연장되는 부분을 마련해서 8분할한 유전체 창 및 주회하는 고주파 안테나를 이용해서 에칭한 경우의 에칭 분포를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용하는 유전체 창의 분할 상태를 설명하기 위한 모식도,
도 7은, 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 유전체 창의 다른 예를 나타내는 평면도,
도 8은, 도 7의 유전체 창 및 고주파 안테나를 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 실시예 2의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용하는 유전체 창을 나타내는 평면도,
도 10은 본 발명의 실시예 2의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용하는 유전체 창의 다른 예를 나타내는 평면도,
도 11은 고주파 안테나의 다른 예를 나타내는 평면도,
도 12(a)는 참고예에 따른 금속창을 나타내는 평면도이고, 도 12(b)~(d)는 본 발명의 실시예에 사용되는 유전체 창의 예를 나타내는 평면도,
도 13은 전계 강도비 및 각도의 창폭비 의존성을 나타내는 도면,
도 14(a)~(c)는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 유전체 창의 또 다른 예를 나타내는 평면도,
도 15(a)~(c)는 본 발명의 실시예 2의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용하는 유전체 창의 다른 예를 나타내는 평면도,
도 16(a)~(c)는 본 발명의 실시예 2의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용하는 유전체 창의 또 다른 예를 나타내는 평면도,
도 17은 종래의 유전체 창을 나타내는 도면,
도 18은 종래의 유전체 창에 샤워 기능을 가진 금속 지지 빔을 추가한 예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 직사각형 기판, 예컨대, FPD용 유리 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 메탈막, ITO막, 산화막 등의 에칭이나, 레지스트막의 애싱 처리 등의 플라즈마 처리에 이용할 수 있다. 여기서, FPD로서는 액정 디스플레이(LCD), 전기 발광(Electro Luminescence;EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다. 또한, FPD용 유리 기판에 한하지 않고, 태양 전지 패널용 유리 기판에 대한 상기와 같은 플라즈마 처리에도 이용할 수 있다.

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 전기적으로 접지되어 있다. 본체 용기(1)는 본체 용기(1)와 절연되어 형성된 직사각형 형상의 유전체 창(2)에 의해 상하로, 안테나실(3) 및 처리실(4)로 구획되어 있다. 유전체 창(2)은 처리실(4)의 천장벽을 구성한다.

안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리실(4)의 측벽(4a) 사이에는 본체 용기(1)의 내측으로 돌출하는 금속제의 지지 선반(금속 지지 선반)(5), 및 금속제의 지지 빔(금속 지지 빔)(6)이 마련되어 있다. 금속 지지 선반(5) 및 금속 지지 빔(6)은 예컨대, 알루미늄으로 구성된다. 유전체 창(2)은 후술하는 바와 같이, 알루미나 등의 세라믹이나 석영 등의 유전체로 형성된 복수의 유전체 창 편으로 분할되어 있고, 분할된 상태에서 금속 지지 선반(5) 및 금속 지지 빔(6)으로 지지된다. 금속 지지 빔(6)은 복수개의 서스펜더(도시 생략)에 의해 본체 용기(1)의 천장에 매달린 상태로 되어 있다. 금속 지지 선반(5) 및 금속 지지 빔(6)은 유전체 부재로 피복되어 있어도 된다.

금속 지지 빔(6)은 처리 가스 공급용의 샤워 케이스를 겸해도 된다. 금속 지지 빔(6)이 샤워 케이스를 겸하는 경우에는, 도시하는 바와 같이 금속 지지 빔(6)의 내부에, 피처리 기판의 피처리면에 대해 평행하게 연장되는 가스 유로(8)가 형성된다. 가스 유로(8)에는 처리실(4) 내에 처리 가스를 분출하는 복수의 가스 토출 구멍(8a)이 형성된다. 가스 유로(8)에는 처리 가스 공급계(20)로부터 가스 공급관(20a)을 통해서 처리 가스가 공급되어서, 가스 토출 구멍(8a)으로부터 처리실(4)의 내부로 처리 가스가 토출된다. 한편, 처리 가스는 지지 빔(6)으로부터 공급되는 대신, 또는 이에 더해서 유전체 창(2)과 별개로 마련된 세라믹제의 샤워 부재를 마련해서 처리 가스를 토출하는 것도 가능하다.

유전체 창(2) 위의 안테나실(3) 내에는 유전체 창(2)에 면하도록 고주파 안테나(13)가 배치되어 있다. 고주파 안테나(13)는 절연 부재로 이루어지는 스페이서(14)에 의해 유전체 창(2)으로부터 이격되어 배치되어 있다.

고주파 안테나(13)에는 급전 부재(15), 급전선(16), 정합기(17)를 거쳐서 제 1 고주파 전원(18)이 접속되어 있다. 그리고, 플라즈마 처리 동안에, 고주파 안테나(13)에 제 1 고주파 전원(18)으로부터 정합기(17), 급전선(16) 및 급전 부재(15)을 거쳐서, 예컨대 13.56MHz의 고주파 전력이 공급됨으로써 처리실(4) 내의 플라즈마 생성 영역에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해 복수의 가스 토출 구멍(8a)으로부터 공급된 처리 가스가, 처리실(4) 내의 플라즈마 생성 영역에서 플라즈마화된다.

처리실(4) 내의 아래쪽에는, 유전체 창(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, 피처리 기판으로서, 직사각형 형상의 FPD용 유리 기판(이하 줄여서 기판이라고 함)(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 기판(G)은 정전척(도시 생략)에 의해 흡착 유지된다.

탑재대(23)는 절연체틀(24) 내에 수납되고, 또한, 중공인 지주(25)로 지지된다. 지주(25)는 본체 용기(1)의 바닥부를 기밀 상태를 유지하면서 관통하며, 본체 용기(1) 밖에 마련된 승강 기구(도시 생략)로 지지되어, 기판(G)의 반입 반출시에 승강 기구에 의해 탑재대(23)가 상하 방향으로 구동된다. 한편, 탑재대(23)를 수납하는 절연체틀(24)과 본체 용기(1)의 바닥부 사이에는 지주(25)를 기밀하게 포위하는 벨로스(26)가 마련되어 있고, 이것에 의해, 탑재대(23)의 상하 이동에 의해서도 처리실(4) 내의 기밀성이 보증된다. 또한, 처리실(4)의 측벽(4a)에는 기판(G)을 반입 반출하기 위한 반입 반출구(27a) 및 이를 개폐하는 게이트 벨브(27)가 마련되어 있다.

탑재대(23)에는, 중공인 지주(25) 내에 마련된 급전선(25a)에 의해, 정합기(28)를 거쳐서 제 2 고주파 전원(29)이 접속되어 있다. 이 제 2 고주파 전원(29)은 플라즈마 처리 중에, 바이어스용의 고주파 전력, 예컨대 주파수가 3.2MHz인 고주파 전력을 탑재대(23)에 인가한다. 이 바이어스용의 고주파 전력에 의해 생성된 셀프 바이어스에 의해서, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판(G)으로 주입된다.

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, 중공인 지주(25)를 통해서 본체 용기(1) 밖으로 도출된다.

처리실(4)의 바닥부에는, 배기관(31)을 거쳐서 진공 펌프 등을 포함한 배기 장치(30)가 접속된다. 이 배기 장치(30)에 의해, 처리실(4)이 배기되어서, 플라즈마 처리 중, 처리실(4) 내가 소정의 진공 분위기(예컨대 1.33 Pa)로 설정, 유지된다.

탑재대(23)에 탑재된 기판(G)의 이면측에는 냉각 공간(도시 생략)이 형성되어 있고, 일정한 압력의 열전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(41)가 마련되어 있다. 이와 같이 기판(G)의 이면측에 열 전달용 가스를 공급함으로써 진공하에서 기판(G)의 온도 상승이나 온도 변화를 회피할 수 있게 되어 있다.

이 플라즈마 처리 장치의 각 구성부는 마이크로세서(컴퓨터)로 이루어지는 제어부(100)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(100)에는 오퍼레이터에 의한 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위한 커맨드 입력 등의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(101)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(100)에는 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(100)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억부(102)가 접속되어 있다. 처리 레시피는 기억부(102) 중의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 컴퓨터에 내장된 하드 디스크나 반도체 메모리이어도 되고, CDROM, DVD, 플래시 메모리 등의 휴대 가능형의 것이어도 된다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해서 레시피를 적절하게 전송시키도록 해도 된다. 그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(101)로부터의 지시 등으로 임의의 처리 레시피를 기억부(102)로부터 호출하여 제어부(100)에 실행시킴으로써 제어부(100)의 제어하에서, 플라즈마 처리 장치에서의 소망의 처리가 행해진다.

다음으로 유전체 창(2) 및 고주파 안테나(13)에 대해서, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다.

도 2는 유전체 창을 나타내는 평면도, 도 3은 유전체 창 및 고주파 안테나를 나타내는 평면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 직사각형 형상의 유전체 창(2)은 긴 변(2a)과 짧은 변(2b)을 갖고 있다. 유전체 창(2)은 금속 지지 빔(6)에 의해, 긴 변(2a)을 포함하는 2개의 긴 변측 분할편(201)과, 짧은 변(2b)을 포함하는 2개의 짧은 변측 분할편(202)으로 분할되고, 또한 긴 변측 분할편(201)과 짧은 변측 분할편(202)은 직경 방향의 폭이 동일하게 되도록 분할되어 있다.

구체적으로는, 유전체 창(2)은 그 네 모서리로부터 45°의 방향으로 연장되는 4개의 선을 제 1 선(51)이라고 하고, 제 1 선(51) 중, 각각 짧은 변(2b)을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 교점 P을 연결하며, 긴 변에 평행한 선을 제 2 선(52)이라고 한 경우에, 제 1 선(51) 및 제 2 선(52)에 의해, 2개의 긴 변측 분할편(201)과 2개의 짧은 변측 분할편(202)으로 분할되어 있다. 제 1 선(51) 및 제 2 선(52)을 포함하는 소정의 폭으로 금속 지지 빔(6)이 존재하고 있고, 긴 변측 분할편(201)과, 짧은 변측 분할편(202)은 금속 지지 빔(6)으로 지지되어 있다.

고주파 안테나(13)는 유전체 창(2)의 면 내에서 둘레 방향으로 주회하도록 마련되어 있으며, 본 예에서는 직경 방향으로 간격을 두고, 외측 안테나부(13a)와 중간 안테나부(13b)와 내측 안테나부(13c)의, 3개의 주회하는 안테나부를 동심 형상으로 갖고 있으며, 모두 윤곽이 유전체 창(2)과 마찬가지의 직사각형 형상을 이루고 있다. 본 예에서는 이들 안테나부는 고리 형상으로 형성되어 있다.

처리실(4) 내에서는, 고주파 안테나(13)의 안테나선의 바로 아래의 공간에 플라즈마가 생성되지만, 이 때, 고주파 안테나(13)의 안테나선 바로 아래의 각 위치에서의 전계 강도에 따라 고플라즈마 밀도 영역과 저플라즈마 밀도 영역의 분포를 갖는다는 점에서, 고주파 안테나(13)를, 직경 방향으로 간격을 두고 외측 안테나부(13a)와 중간 안테나부(13b)와 내측 안테나부(13c)의 3개의 주회하는 안테나부를 갖는 것으로 하고, 이들의 임피던스를 조정하여 전류값을 독립적으로 제어하여, 유도 결합 플라즈마의 전체적인 밀도 분포를 제어할 수 있게 되어 있다.

한편, 유전체 창(2)의 분할 형태나, 고주파 안테나(13)의 형상은 예시에 지나지 않고, 후술하는 바와 같이 다양한 것을 이용할 수 있다.

다음으로 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용해서 기판(G)에 대해 플라즈마 처리, 예컨대 플라즈마 에칭 처리를 실시할 때의 처리 동작에 대해서 설명한다.

우선, 게이트 밸브(27)를 닫힘으로 한 상태에서, 반입 반출구(27a)로부터 반송 기구(도시 생략)에 의해 기판(G)을 처리실(4) 내로 반입하여, 탑재대(23)의 탑재면에 탑재한 후, 정전척(도시 생략)에 의해 기판(G)을 탑재대(23) 상에 고정한다. 다음으로 처리실(4) 내에 처리 가스 공급계(20)로부터 공급되는 처리 가스를, 샤워 케이스를 겸하는 금속 지지 빔(6)의 가스 토출 구멍(8a)으로부터 처리실(4) 내로 토출시킴과 아울러, 배기 장치(30)에 의해 배기관(31)을 통해서 처리실(4) 내를 진공 배기함으로써 처리실 내를 예컨대, 0.66~26.6Pa 정도의 압력 분위기로 유지한다.

또한, 이 때 기판(G)의 이면측의 냉각 공간에는 기판(G)의 온도 상승이나 온도 변화를 회피하기 위해서, He 가스 유로(41)를 통해서, 열 전달용 가스로서 He 가스를 공급한다.

이어서, 고주파 전원(18)으로부터 예컨대 1MHz 이상 27MHz 이하의 고주파를 고주파 안테나(13)에 인가하고, 이것에 의해 유전체 창(2)을 통해서 처리실(4) 내에 균일한 유도 전계를 생성한다. 이렇게 해서 생성된 유도 전계에 의해, 처리실(4) 내에서 처리 가스가 플라즈마화하여, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 의해, 기판(G)에 대해 플라즈마 처리로서, 예컨대 플라즈마 에칭 처리가 행해진다.

이 경우에, 유전체 창(2)의 대형화가 진행되고 있어, 복수의 유전체 창 편으로 분할되지만, 이 때, 유전체 창(2)을 방사상으로 분할하면, 유도 전계의 전계 강도 분포가 불균일하게 되어서 플라즈마 처리의 균일성이 불충분하게 된다는 것이 판명되었다.

이러한 점에 대해서, 도 4의 모식도를 참조해서 설명한다. 도 4는 방사상으로 분할된 유전체 창을 나타내는 모식도이다. 도 4에서는 편의상, 고주파 안테나(13)를 2개의 고리 형상 안테나로서 도시하고 있고, 금속 지지 빔(6)은 생략하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 직사각형 형상의 유전체 창(2)을 전형적인 방사상 분할인 대각선 분할한 경우에는 긴 변(2a)을 포함하는 긴 변측 분할편(201')의 직경 방향의 폭(즉, 유전체 창(2)의 중심으로부터 긴 변(2a)까지의 거리)은, 짧은 변(2b)의 길이를 B라고 하면 B/2이 된다. 한편, 짧은 변(2b)을 포함하는 짧은 변측 분할편 영역(202')의 직경 방향의 폭(즉 유전체 창(2)의 중심으로부터 짧은 변(2b)까지의 거리)은, 긴 변(2a)의 길이를 A라고 하면 A/2이 된다. 따라서, 긴 변측 분할편(201')의 직경 방향의 폭보다 짧은 변측 분할편(202')의 직경 방향의 폭이 크게 된다. 여기서, 고주파 안테나(13)의 권회수는 긴 변측 분할편(201') 및 짧은 변측 분할편(202')에서 동일하므로, 직경 방향의 폭이 작은 만큼, 긴 변측 분할편(201')에 대응하는 부분이 유도 전계의 전계 강도가 커져 버린다. 이 때문에, 긴 변측 분할편(201')에 대응하는 부분이 전류 밀도가 커져서 플라즈마가 강하게 되어, 플라즈마의 균일성이 저하된다.

상술한 바와 같이, 이러한 문제는 도 17에 도시한, 금속 지지 빔에 중앙으로부터 방사상으로 연장되는 부분을 마련해서 8분할한 유전체 창을 이용해서, 고주파 안테나에 평행한 폐회로를 구성하지 않도록 한 특허문헌3에 기재된 기술의 경우에도 마찬가지로 발생한다.

실제로, 도 17에 나타내는 유전체 창 및 고주파 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치로 에칭 처리를 행한 결과, 기판의 에칭 분포는 도 5에 도시한 바와 같이 되었다. 도 5는 기판(G)의 내측 및 외측 각각 짧은 변 중앙부의 에칭률을 1.00로 했을 때의 각 부분의 에칭률을 나타내는 것이지만, 짧은 변 중앙부가 긴 변 중앙부보다 에칭률이 낮게 되었다.

그래서, 본 실시예에서는 직사각형 형상의 유전체 창(2)을, 긴 변(2a)을 포함하는 긴 변측 분할편(201)과, 짧은 변(2b)을 포함하는 짧은 변측 분할편(202)으로 분할하고, 또한 긴 변측 분할편(201)과 짧은 변측 분할편(202)이 직경 방향의 폭이 같게 되도록 분할한다. 구체적으로는 도 2에 도시한 바와 같이, 유전체 창(2)은 그 네 모서리로부터 45°의 방향으로 연장되는 4개의 제 1 선(51)과, 제 1 선(51) 중, 각각 짧은 변(2b)을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 교점 P를 연결하며, 긴 변(2a)에 평행한 제 2 선(52)을 갖고, 이들 제 1 선(51) 및 제 2 선(52)에 의해, 긴 변측 분할편(201)과 짧은 변측 분할편(202)으로 분할되어 있다. 이 때문에, 도 4에 대응하여 모식적에 나타내는 도 6에 도시한 바와 같이, 긴 변측 분할편(201)의 직경 방향의 폭 및 짧은 변측 분할편(202)의 직경 방향의 폭은 모두 B/2가 된다. 이 때문에, 긴 변측 분할편(201) 및 짧은 변측 분할편(202)은 고주파 안테나(13)의 권회수가 같고, 직경 방향의 폭도 같으므로, 이들에 대응하는 부분의 유도 전계의 전계 강도가 같게 되어, 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.

도 7, 도 8은 고주파 안테나에 평행한 폐회로가 구성되지 않도록 한 분할 형태의 유전체 창에, 본 실시예를 적용한 예를 나타낸다. 도 7은 유전체 창을 나타내는 평면도, 도 8은 유전체 창 및 고주파 안테나를 나타내는 평면도이다. 이 예에서는 긴 변(2a) 및 짧은 변(2b)이 각각 3개로 분할되어 있고, 유전체 창(2)은 금속 지지 빔(6)에 의해, 긴 변 중앙에 상당하는 부분에 형성된 2개의 긴 변 중앙 분할편(203)과, 짧은 변 중앙에 상당하는 부분에 형성된 2개의 짧은 변 중앙 분할편(204)과, 긴 변 단부 및 짧은 변 단부를 포함하는 4개의 코너 분할편(205)으로 분할되어 있는 8분할 타입으로 되어 있다. 그리고 긴 변 중앙 분할편(203)과 짧은 변 중앙 분할편(204)은 직경 방향의 폭이 같게 되도록 분할되어 있다. 긴 변(2a) 및 짧은 변(2b)의 분할수는 3개 이상이어도 된다.

구체적으로는 유전체 창(2)의 네 모서리로부터 45°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선(51)이라고 하고, 제 1 선(51) 중 각각 짧은 변(2b)을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 교점 P를 연결하며, 긴 변에 평행한 선을 제 2 선(52)이라고 하며, 한 쌍의 긴 변(2a)을 각각 3분할하는 선을 제 3 선(53)이라고 하고, 한 쌍의 짧은 변(2b)을 각각 3분할하는 선을 제 4 선(54)이라고 하며, 제 1 선(51)과 제 3 선(53)과 제 4 선(54)의 교점을 교점 Q라고 한 경우에, 유전체 창(2)은 제 2 선(52)과, 한쪽 긴 변(2a)으로부터 연장되는 2개의 제 3 선(53)과, 제 1 선(51)의 교점 P과 교점 Q 사이의 부분으로 구획되는 2개의 긴 변 중앙 분할편(203), 및 한쪽 짧은 변(2b)으로부터 연장되는 2개의 제 4 선(54)과, 제 1 선(51)의 교점 P과 교점 Q 사이의 부분으로 구획되는 2개의 짧은 변 중앙 분할편(204), 및 제 3 선(53)과 제 4 선(54)으로 구획되는 4개의 코너 분할편(205)으로 분할된다. 제 2 선(52), 제 3 선(53), 제 4 선(54), 및 제 1 선(51)의 교점 P과 교점 Q 사이의 부분, 즉 분할 부분에는 소정의 폭으로 금속 지지 빔(6)이 존재하고 있고, 이들 분할편은 금속 지지 빔(6)으로 지지되어 있다.

고주파 안테나(13)는 도 3과 같이 외측 안테나부(13a)와 중간 안테나부(13b)와 내측 안테나부(13c)의 3개의 주회하는 안테나부를 동심 형상으로 갖고, 모두 윤곽이 유전체 창(2)과 마찬가지의 직사각형 형상을 하고 있다.

본 예에서는 긴 변 중앙 분할편(203)의 직경 방향의 길이 및 짧은 변 중앙 분할편(204)의 직경 방향의 길이는 모두, 짧은 변(2b)의 길이의 1/2이 되어, 양자는 동일하게 된다. 따라서, 긴 변 중앙 분할편(203) 및 짧은 변 중앙 분할편(204)은 고주파 안테나(13)의 권회수가 같고, 직경 방향의 폭도 같으므로, 이들에 대응하는 부분의 유도 전계의 전계 강도가 같게 되어서, 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.

또한, 이와 같이 유전체 창(2)의 긴 변(2a) 및 짧은 변(2b)을 3개로 분할하는 분할 형태이어도, 금속 지지 빔(6)이 고주파 안테나(13)에 평행한 폐회로가 구성되지 않기 때문에, 금속 지지 빔(6)에 역기전력이 발생하여 금속 지지 빔(6) 바로 아래의 플라즈마가 약해져 버리는 일은 없다.

<실시예 2>

다음으로 본 발명의 실시예 2에 대해서 설명한다.

실시예 1에서는 유전체 창(2)의 금속 지지 빔(6)이 반드시 처리 가스를 토출하는 샤워 케이스의 기능을 갖고 있을 필요는 없고, 또한 금속 지지 빔(6)이 샤워 케이스의 기능을 갖고 있어도, 부가적인 세라믹제의 샤워 부재를 허용하는 것이었지만, 본 실시예에서는 실시예 1의 금속 지지 빔을 샤워 케이스로서 구성함과 아울러, 부가적인 금속 지지 빔을 더해서, 금속 지지 빔으로부터만 처리 가스를 공급하도록 구성된 유전체 창을 갖는다.

실시예 1에서는 유전체 창(2)을 플라즈마의 균일성을 고려한 분할 형태로 하기 위해서 금속 지지 빔(6)을 이용했었다. 이 때문에, 금속 지지 빔(6)을 샤워 케이스로서 이용해도, 특별히 유전체 창(2)의 중앙에 대응하는 부분에서 처리 가스의 공급이 불충분하게 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 종래, 유니온 잭 형상으로 가스 토출 구멍이 배치된 세라믹제의 샤워 부재를 별개로 마련했었다.

그러나, 세라믹제의 샤워 부재는 고가이기 때문에, 비용이 상승한다. 또한, 처리실 내에 요철이 형성되게 되기 때문에, 부생성물이 부착하기 쉽고, 또한 이것이 벗겨지는 것에 의한 파티클이 발생하기 쉽게 된다.

이 때문에, 본 실시예에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 금속 지지 빔을 샤워 케이스로서 이용함과 아울러, 금속 지지 빔으로부터만 충분한 처리 가스를 공급할 수 있도록, 도 2, 3에 나타내는 유전체 창(2)의 금속 지지 빔(6)에 더해서, 중심을 지나는 십자 형상의 금속 지지 빔(6a)을 마련한 유전체 창(2')을 이용한다.

이 경우에는 금속 지지 빔(6a)에 의해, 긴 변측 분할편(201)이 더 제 1 분할편(201a) 및 제 2 분할편(201b)으로 분할되고, 짧은 변측 분할편(202)이 더 제 1 분할편(202a) 및 제 2 분할편(202b)으로 분할된다.

또한, 도 10은 실시예 1의 다른 예인 도 7, 8에 나타내는 유전체 창(2)의 금속 지지 빔(6)에 더해서, 중심을 지나는 십자 형상의 금속 지지 빔(6a)을 마련한 유전체 창(2')을 이용한 예이다. 도 10의 예에서는 또한, 제 1 선(51)을 따라서, 교점 Q로부터 유전체 창(2')의 모서리부를 연결하는 금속 지지 빔(6b)을 마련하고 있다.

도 10의 예에서는 금속 지지 빔(6a)에 의해, 긴 변 중앙 분할편(203)이 다시 제 1 분할편(203a) 및 제 2 분할편(203b)으로 분할되고, 또한 짧은 변 중앙 분할편(204)이 다시 제 1 분할편(204a) 및 제 2 분할편(204b)으로 분할되며, 또한 금속 지지 빔(6b)에 의해, 코너 분할편(205)이 다시 제 1 분할편(205a) 및 제 2 분할편(205b)으로 분할된다.

실시예 1의 유전체 창(2)은 긴 변측의 분할편과 짧은 변측의 분할편의 직경 방향의 폭을 같게 하기 위해서, 그 중앙부에는 분할선으로서 긴 변(2a)에 평행한 제 2 선(52)을 따라 금속 지지 빔(6)이 마련되어 있고, 중심에는 금속 지지 빔(6)의 교차 부분은 존재하지 않는다. 이 때문에, 이 유전체 창(2)의 금속 지지 빔(6)에, 중심을 지나는 십자 형상의 금속 지지 빔(6a)을 추가하여 유전체 창(2')을 구성해도, 도 18에 나타낸 바와 같은, 그 중심에서의 금속 지지 빔의 집중은 발생하지 않아서, 처리실(4)의 중앙부에서 플라즈마 밀도가 저하되는 일은 없다. 또한, 도 10의 예에서는 금속 지지 빔(6a)이 고주파 안테나(13)에 교차하도록 마련되어 있기 때문에, 고주파 안테나(13)를 따라 발생하는 폐루프 회로도 존재하지 않는다.

또한, 이와 같이 금속 지지 빔(6a, 6b)을 부가함으로써 유전체 창의 분할수를 더 늘릴 수 있어서, 장치가 더욱 대형화됨에 따른 유전체 창의 대형화에 대응하기 쉽게 된다.

<유도 전계의 전계 강도비>

다음으로 짧은 변(2b)을 포함하는 제 2 분할편(202)과 긴 변(2a)을 포함하는 제 1 분할편(201)의 유도 전계의 전계 강도비에 대해서 설명한다.

유도 전계의 전계 강도 E는 하기 (1) 식에 도시한 바와 같이, 안테나의 전류량 I와 권회수 n에 비례하고, 창폭(직경 방향의 폭) d에 반비례한다.

(1) 식으로부터, 유도 전계의 전계 강도는 창폭 d의 폭에 따라 달라진다. 창폭 d가 직경 방향을 따라서 넓어지면, 창폭 d가 좁은 경우에 비해서, 보다 폭넓게 플라즈마를 생성해야 된다. 이 때문에, 유도 전계 E의 전계 강도가 약해져서, 플라즈마가 약해진다. 반대로, 창폭 d가 직경 방향으로 좁아지면, 유도 전계 E의 전계 강도가 강해진다.

예컨대, 도 12(a)에 도시한 바와 같이, 제 1 선(51')이 대각선 형상이던 경우에는, 짧은 변(2b)을 포함하는 제 2 분할편(202')의 유도 전계 E의 전계 강도는 가장 약해진다. 도 12(a)에 나타내는 예에서는 제 2 분할편(202')의 창폭 dB(=a)과 제 1 분할편(201')의 창폭 dA(=b)의 창폭비 a/b를 가령 1.3으로 한다.

이하, 창폭비 a/b를, 도 12(b)에 도시된 바와 같이 1.1로 작게 하면, 제 2 분할편(202)의 창폭 dB(=a)은 좁아지고, 제 2 분할편(202)의 전계 강도는 강해진다. 또한, 도 12(c)에 도시된 바와 같이 창폭비 a/b가 1이 되면, 제 2 분할편(202)의 전계 강도는 더 강해져서, 제 2 분할편(202) 및 제 1 분할편(201) 양쪽의 유도 전계 E의 전계 강도는 같아진다. 또한, 도 12(d)에 도시된 바와 같이 창폭비 a/b를 1미만, 예컨대 0.9로 하면, 제 2 분할편(202)과 제 1 분할편(201)에서 유도 전계 E의 전계 강도는 역전된다.

도 12(a)~(d)에 나타내는 긴 변(2a)을 포함하는 제 1 분할편(201', 201)의 전계 강도 EA는

이다.

또한, 짧은 변(2b)을 포함하는 제 2 분할편(202', 202)의 전계 강도 EB는

이다.

제 2 분할편(202', 202)의 전계 강도 EB와, 제 1 분할편(201', 201)의 전계 강도 EA의 비 "EB/EA"는

이다. 제 1 분할편(201', 201)과 제 2 분할편(202', 202)에서는, 안테나의 전류량 I와 권회수 n가 동등하므로,

가 된다.

창폭 dA는 제 1 분할편(201', 201)의 직경 방향의 창폭 b이고, 마찬가지로 창폭 dB는 제 2 분할편(202', 202)의 직경 방향의 창폭 a이므로,

가 된다.

(6) 식에 나타내 바와 같이, 유도 전계 E의 전계 강도비 "EB/EA"는 제 1 분할편(201', 201)의 직경 방향의 창폭 a와, 제 2 분할편(202', 202)의 직경 방향의 창폭 b의 창폭비 "a/b"에 반비례한다.

표 1은 창폭 a, 창폭 b, 창폭비 a/b, 전계 강도비 EB/EA, 및 제 1 선(51' 또는 51)과 긴 변(2a)이 이루는 각도 θ를 나타내는 표이다.

또한, 도 13은 전계 강도비 및 각도의 창폭비 의존성을 나타내는 도면이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 창폭비 a/b의 값이 "1"로부터 어긋나 감에 따라서, 유도 전계의 전계 강도비 EB/EA의 값도 "1"로부터 어긋나 간다. 이것은 창폭비 a/b가 "1"로부터 어긋남으로써 제 2 분할편(202', 202)에 생성되는 유도 전계 EB와 제 1 분할편(201', 201)에 생성되는 유도 전계 EA의 어긋남이 커져 가는 것을 나타내고 있다.

실제 처리시에는 유도 전계 EB와 유도 전계 EA의 차이는 작은 것이, 바람직하게는 유도 전계 EB와 유도 전계 EA의 차이는 거의 없는 것이, 균일한 처리에 유효하다. 그러나, 실제로는 유도 전계 EB와 유도 전계 EA의 어긋남에는 어느 정도의 허용 오차를 포함시킬 수 있다. 허용 오차의 일례는 실용적인 관점에서 고려하면, 약 ±20~25%의 범위이다. 예컨대, 유도 전계 EB와 유도 전계 EA의 어긋남을 약 ±20~25% 이내로 억제하기 위해서는 유도 전계의 전계 강도비 EB/EA를 약 0.8 이상 1.2 이하의 범위로 억제하면 된다. 이를 위해서는 도 13 중의 범위 M1로 나타낸 바와 같이, 창폭비 a/b를 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 설정하고, 제 1 분할편(201)과 제 2 분할편(202)을 분할하면 바람직하다.

또한, 창폭비 a/b를 0.8 이상 1.2 이하의 범위로 설정하는 것은, 제 1 선(51)과 제 1 분할편(201)의 긴 변(2a)이 이루는 각도 θ도 45°로부터 어긋나게 한다는 것이다. 예컨대, 도 13에 도시한 바와 같이 각도 θ를 45°로부터 약 ±6°(약 39° 이상 약 51° 이하의 범위)의 범위 M2가 되도록 각도 θ를 설정하는 것으로도, 유도 전계 E의 전계 강도비 EB/EA를 약 0.8 이상 1.2 이하의 범위로 억제할 수 있다.

또한, 45°로부터 약 ±6°(약 39° 이상 약 51° 이하의 범위)의 범위가 되도록 각도 θ를 설정하면, 창폭비 a/b를 0.8 이상 1.2 이하의 범위로 설정할 수 있는 것도 가능하다.

이와 같이, 창폭비 a/b를 0.8 이상 1.2 이하의 범위로 함으로써, 및/또는 제 1 선(51)과 제 1 분할편(201)의 긴 변(2a)이 이루는 각도 θ를 45°로부터 약 ±6°(약 39° 이상 약 51° 이하의 범위)의 범위로 함으로써, 유도 전계의 전계 강도비 EB/EA를 약 0.8 이상 1.2 이하의 범위로 억제하는 것이 가능한 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 얻을 수 있다.

또한, 이러한 창폭비 a/b의 설정은 도 14(a)~(c)에 도시한 바와 같이, 도 7, 도 8을 참조해서 설명한 유전체 창(2)이나, 도 15(a)~(c)에 도시한 바와 같이, 도 9를 참조해서 설명한 유전체 창(2'), 도 16(a)~(c)에 도시한 바와 같이, 도 10를 참조해서 설명한 유전체 창(2')에도 적용할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고 여러가지 변형 가능하다.

예컨대, 상기 실시예에서는 고주파 안테나로서 3개의 주회하는 안테나부를 동심 형상으로 마련한 것을 나타내었지만, 하나의 안테나부만이어도, 2개의 안테나부이어도, 4개 이상이어도 된다. 안테나부를 2개 이상 마련함으로써, 각 안테나부의 임피던스를 조정해서 전류값을 독립적으로 제어해서, 유도 결합 플라즈마의 전체적인 밀도 분포를 제어할 수 있다. 또한, 고주파 안테나를 구성하는 안테나부로서 고리 형상인 것을 예로 들어서 설명했지만, 유전체 창에 대응하는 면 내에서 둘레 방향을 따라 주회하도록 마련되어 있으면 되고, 나선 형상 등, 다른 형상이어도 된다. 예컨대, 도 11에 도시한 바와 같이, 다중 소용돌이형 안테나를 들 수 있다. 도 11의 예에서는 4개의 안테나선(131, 132, 133, 134)을 90°씩 위치를 어긋나게 해서 권회해서 전체가 소용돌이 권회 형상이 되도록 한 다중(4중) 안테나를 구성하여, 안테나선의 배치 영역이 대략 액자 형상을 이루고 있다.

또한, 상기 실시예에서는 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 일례로서 에칭 장치를 예시했지만, 에칭 장치에 한하지 않고, CVD 성막 등의 다른 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.

나아가, 피처리 기판으로서 FPD 기판을 이용한 예를 나타냈지만, 직사각형 기판이라면 태양 전지 패널용 기판 등 다른 기판에 대한 플라즈마 처리에도 적용 가능하다.

1 : 본체용기 2 : 유전체 창
3 : 안테나실 4 : 처리실
5 : 금속 지지 선반 6, 6a, 6b : 금속 지지 빔
13 : 고주파 안테나 13a : 외측 안테나부
13b : 중간 안테나부 13c : 내측 안테나부
51 : 제 1 선 52 : 제 2 선
53 : 제 3 선 54 : 제 4 선
201 : 긴 변측 분할편 202 : 짧은 변측 분할편
203 : 긴 변 중앙 분할편 204 : 짧은 변 중앙 분할편
205 : 코너 분할편 G : 기판(직사각형 기판)

Claims (11)

1. 직사각형 형상의 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서,
   기판을 수용하는 처리실과,
   상기 처리실 내의 기판이 배치되는 영역에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나와,
   상기 유도 결합 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 영역과 상기 고주파 안테나 사이에 배치되고, 기판에 대응해서 마련된 직사각형 형상을 이루는 유전체 창
   을 구비하고,
   상기 고주파 안테나는 상기 유전체 창에 대응하는 면 내에서 주회하도록 마련되고,
   상기 유전체 창은, 긴 변을 포함하는 제 1 분할편과, 짧은 변을 포함하는 제 2 분할편을 포함하도록, 금속제의 지지 빔에 의해 복수의 분할편으로 분할되고, 또한 상기 제 2 분할편의 직경 방향의 폭 a와 상기 제 1 분할편의 직경 방향의 폭 b의 비 a/b가 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 분할되어 있는
   것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유전체 창은, 그 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 한 경우에, 상기 제 1 선 및 상기 제 2 선을 따라서 마련된 상기 금속제의 지지 빔에 의해, 상기 제 1 분할편과 상기 제 2 분할편으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유전체 창은, 상기 긴 변 및 상기 짧은 변이 각각 3분할 이상 되어 있고, 상기 금속제의 지지 빔에는 상기 고주파 안테나를 따라 발생하는 폐루프 회로가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 유전체 창의 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 제 1 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 하고, 한 쌍의 긴 변을 각각 3분할하는 선을 제 3 선이라고 하며, 한 쌍의 짧은 변을 각각 3분할하는 선을 제 4 선이라고 하고, 상기 제 1 선과 상기 제 3 선과 상기 제 4 선의 교점을 제 2 교점이라고 한 경우에,
   상기 유전체 창은,
   상기 제 2 선과, 한쪽 상기 긴 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 3 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 긴 변을 포함하고, 상기 긴 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 1 분할편,
   한쪽 상기 짧은 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 4 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 짧은 변을 포함하고, 상기 짧은 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 2 분할편, 및
   상기 제 3 선과 상기 제 4 선으로 구획되며, 상기 유전체 창의 모서리부에 형성되는 4개의 제 3 분할편
   을 갖고,
   이들 분할편은 상기 금속제의 지지 빔에 의해 분할되어 있는
   것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
   
5. 직사각형 형상의 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서,
   기판을 수용하는 처리실과,
   상기 처리실 내의 기판이 배치되는 영역에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나와,
   상기 유도 결합 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 영역과 상기 고주파 안테나 사이에 배치되며, 기판에 대응해서 마련된 직사각형 형상을 이루는 유전체 창과,
   상기 처리실에 플라즈마를 형성하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부
   를 구비하고,
   상기 고주파 안테나는 상기 유전체 창에 대응하는 면 내에서 주회하도록 마련되고,
   상기 유전체 창은, 긴 변을 포함하는 제 1 분할편과, 짧은 변을 포함하는 제 2 분할편을 포함하도록, 금속제의 제 1 지지 빔에 의해 복수의 분할편으로 분할하는 제 1 분할이 이루어지고, 또한 상기 제 2 분할편의 직경 방향의 폭 a와 상기 제 1 분할편의 직경 방향의 폭 b의 비 a/b가 0.8 이상 1.2 이하의 범위가 되도록 분할되며,
   또한, 상기 복수의 분할편의 적어도 일부가 상기 유전체 창의 중심을 지나도록 마련된 금속제의 제 2 지지 빔에 의해 제 2 분할이 이루어지고,
   상기 제 1 지지 빔 및 상기 제 2 지지 빔은 처리 가스가 통류하는 가스 유로와 처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 갖고, 상기 가스 공급부로서 기능하는
   것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
   
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 2 지지 빔은 상기 유전체 창의 중심을 지나는 십자 형상으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
   
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 유전체 창은, 그 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 한 경우에, 상기 제 1 지지 빔은 상기 제 1 선 및 상기 제 2 선을 따라서 마련되고, 상기 제 1 지지 빔에 의해 상기 제 1 분할편과 상기 제 2 분할편으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
   
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 유전체 창은, 상기 긴 변 및 상기 짧은 변이 상기 제 1 지지 빔에 의해서 각각 3분할 이상 되어 있고, 상기 제 1 지지 빔 및 상기 제 2 지지 빔에는 상기 고주파 안테나를 따라 발생하는 폐루프 회로가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 유전체 창의 네 모서리로부터 45°±6°의 방향으로 연장되는 선을 제 1 선이라고 하고, 상기 제 1 선 중, 각각 상기 짧은 변을 사이에 둔 2개가 교차하는 2개의 제 1 교점을 연결하며, 상기 긴 변에 평행한 선을 제 2 선이라고 하고, 한 쌍의 긴 변을 각각 3분할하는 선을 제 3 선이라고 하며, 한 쌍의 짧은 변을 각각 3분할하는 선을 제 4 선이라고 하고, 상기 제 1 선과 상기 제 3 선과 상기 제 4 선과의 교점을 제 2 교점이라고 한 경우에,
   상기 유전체 창은,
   상기 제 2 선과, 한쪽 상기 긴 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 3 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 긴 변을 포함하고, 상기 긴 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 1 분할편,
   한쪽 상기 짧은 변으로부터 연장되는 2개의 상기 제 4 선과, 상기 제 1 선의 상기 제 1 교점과 상기 제 2 교점 사이의 부분으로 구획되며, 상기 짧은 변을 포함하고, 상기 짧은 변의 중앙부에 형성되는 2개의 상기 제 2 분할편, 및
   상기 제 3 선과 상기 제 4 선으로 구획되고, 상기 유전체 창의 모서리부에 형성되는 4개의 제 3 분할편
   을 갖고,
   이들 분할편은 상기 제 1 지지 빔에 의해 분할되어 있는
   것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 안테나는 상기 유전체 창에 대응하는 면 내에서 상기 유전체 창의 둘레 방향을 따라 주회하도록 마련된 복수의 안테나부를 동심 형상으로 배치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
    
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 안테나에는 1MHz 이상 27MHz 이하의 고주파가 인가되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.

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