KR20150021440A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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도모히로 오쿠무라
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파나소닉 주식회사
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Abstract

(과제) 플라즈마를 안정적으로 착화시킬 수 있고, 또한, 유전체 부재의 절연 파괴를 억제한다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 장치는, 챔버(7)를 획정하는 유전체 부재(4, 5)와, 챔버(7) 내에 가스를 도입하는 가스 도입부(11)와, 유전체 부재(4)의 한쪽에 배치되어, 교류 전력의 공급을 받아 가스가 도입된 챔버(7) 내에 플라즈마를 발생시키는 방전용 코일(3)과, 유전체 부재(5)의 다른 쪽에 배치되어, 유전체 부재(4, 5)의 챔버(7)를 사이에 두고 방전용 코일(3)과 대향하는 도체 부재(13)와, 방전용 코일(3)에 교류 전압을 공급하는 교류 전원과, 챔버(7) 내에 연통하고, 기재(1)에 대하여 플라즈마를 조사하는 개구(8)와, 개구(8)의 전방을 가로지르도록 기재(1)를 챔버(7)에 대하여 상대 이동시키는 이동 기구(50)를 갖는다. 방전용 코일(3)이, 전압 발생용 콘덴서(24) 또는 전압 발생용 코일(25)을 거쳐서, 접지되어 있거나 또는 도체 부재(13)에 접속되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 플라즈마를 조사하여 기재 등을 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래로부터, 다결정 실리콘(poly-Si) 등의 반도체 박막은, 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)나 태양 전지에 널리 이용되고 있다. 이것을 저렴하게 형성하는 방법으로서, 비정질 실리콘막에 레이저광을 조사하여 결정화하는 것이 있다. 레이저 프로세스는, 이온 주입이나 플라즈마 도핑에 의해 반도체 기판에 도입한 불순물 원자의 활성화 등에도 적용할 수 있다. 그렇지만, 이 레이저 결정화 기술에는 레이저의 주사 흔적이 발생하는 등의 과제가 있고, 또한 매우 고가의 설비를 요한다.
그래서, 슬릿 형상의 개구를 거쳐서 플라즈마를 조사하고, 그 개구의 긴 방향과 직교하는 방향으로 플라즈마를 주사하는 것에 의해, 처리 대상의 기재 등을 연속적으로 저렴하게 열처리를 행하는 기술이 검토되고 있다(예컨대, 특허 문헌 1~3 및 비특허 문헌 1을 참조).
그런데, 예컨대 플라즈마를 조사하는 개구를 구비하는 유도 결합형 플라즈마 토치에 있어서는, 플라즈마를 착화시키기 쉽게 하기 위한 고안을 요한다. 또, 여기서 말하는 「착화」란, 플라즈마가 없는 상태로부터 플라즈마가 발생하는 것을 말한다. 그래서, 종래로부터 여러 가지의 착화 방법이 검토되고 있다. 예컨대, 특허 문헌 4에 기재된 플라즈마 처리 장치의 경우, 플라즈마를 발생시키기 위한 원통 챔버의 내부를 진공으로 하는 것에 의해, 플라즈마를 착화시키기 쉽게 하고 있다. 또한 예컨대, 특허 문헌 5에 기재된 플라즈마 처리 장치의 경우, 플라즈마 발생용 코일과는 다른 착화용 코일을 이용한다. 또한 예컨대, 특허 문헌 6에 기재된 플라즈마 처리 장치의 경우, 챔버 내에 배치된 금속봉에 고전압을 인가하는 것에 의해, 플라즈마를 착화시킨다.
단, 특허 문헌 1~3 및 비특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치와 같이, 고전위의 도체 부재와 저전위의 도체 부재의 사이의 공간(챔버) 내에서 플라즈마를 발생시키는 구성의 경우, 상술한 바와 같은 특허 문헌 4~6에 기재된 플라즈마 착화 방법을 이용하는 일 없이, 대기압 아래에서 안정된 플라즈마의 착화가 가능하다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2013-120633호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2013-120684호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 2013-120685호 공보
(특허 문헌 4) 일본 특허 공개 소 61-68900호 공보
(특허 문헌 5) 일본 특허 공개 2002-343599호 공보
(특허 문헌 6) 일본 특허 공개 평 3-67496호 공보
(비특허 문헌)
(비특허 문헌 1)
T. Okumura and H. Kawaura, Jpn. J. Appl. Phys. 52(2013) 05 EE01
그런데, 특허 문헌 1~3 및 비특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치의 경우, 챔버는 유전체 부재에 의해 획정(劃定)되어 있다(즉, 챔버는 유전체에 의해 둘러싸여 있다). 또한, 고전위의 도체 부재와 저전위의 도체 부재의 사이에, 챔버를 획정하는 유전체 부재가 배치되어 있다. 그 때문에, 플라즈마 처리의 성능(가열 성능)을 높이기 위해, 도체 부재에 공급하는 전압을 올리면, 유전체 부재가 절연 파괴될 가능성이 있다.
유전체 부재의 절연 파괴를 억제하기 위해, 도체 부재에 인가하는 전압을 내리는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 전압을 내리면, 플라즈마가 착화하기 어려워질 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은, 플라즈마를 안정적으로 착화시킬 수 있고, 또한, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 형태에 의하면, 챔버를 획정하는 유전체 부재와, 상기 챔버 내에 가스를 도입하는 가스 도입부와, 상기 유전체 부재의 한쪽에 배치되어, 교류 전력의 공급을 받아 가스가 도입된 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 방전용 코일과, 상기 유전체 부재의 다른 쪽에 배치되어, 상기 유전체 부재의 챔버를 사이에 두고 상기 방전용 코일과 대향하는 도체 부재와, 상기 방전용 코일에 교류 전압을 공급하는 교류 전원과, 상기 챔버 내에 연통하고, 처리 대상의 기재에 대하여 플라즈마를 조사하기 위한 개구와, 상기 개구의 전방을 가로지르도록 상기 기재를 상기 챔버에 대하여 상대 이동시키는 이동 기구를 갖고, 상기 방전용 코일이, 전압 발생용 콘덴서 또는 전압 발생용 코일을 거쳐서, 접지되어 있거나 또는 상기 도체 부재에 접속되어 있는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 한 형태에 의하면, 플라즈마를 안정적으로 착화시킬 수 있고, 또한, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
전압 발생용 콘덴서의 용량이 가변이거나 또는 상기 전압 발생용 코일의 인덕턴스가 가변인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것과, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제하는 것의 양립을 더 도모할 수 있다.
도체 부재는 접지되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 더 안정적으로 착화시킬 수 있다.
도체 부재가 제 2 방전용 코일인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것과, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제하는 것의 양립을 더 도모할 수 있다.
전압 발생용 콘덴서 또는 상기 전압 발생용 코일과는 다른 조정용 콘덴서 또는 조정용 코일을 플라즈마 처리 장치는 더 갖고, 그 조정용 콘덴서 또는 조정용 코일, 방전용 코일, 전압 발생용 콘덴서 또는 상기 전압 발생용 코일의 차례로 이들이 직렬로 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것과, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제하는 것의 양립을 더 도모할 수 있다.
전압 발생용 콘덴서와 조정용 콘덴서의 직렬 합성 커패시턴스 또는 전압 발생용 코일과 조정용 코일의 직렬 합성 인덕턴스를 일정하게 유지한 상태에서, 전압 발생용 콘덴서의 용량 또는 전압 발생용 코일의 인덕턴스를 조정하는 것이 가능하게 플라즈마 처리 장치를 구성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것과, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제하는 것의 양립을 더 도모할 수 있다.
플라즈마 처리 장치가, 플라즈마의 발생을 검지하는 플라즈마 발생 검지 장치와, 플라즈마의 발생의 검지 결과에 근거하여 상기 전압 발생용 콘덴서의 용량 또는 상기 전압 발생용 코일의 인덕턴스를 변화시키는 고전압 제어 유닛을 더 갖는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 확실히 플라즈마를 착화시킬 수 있다.
방전용 코일에 공급하는 교류 전력의 주파수가 10㎑ 이상 10㎒ 이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것과, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제하는 것의 양립을 더 도모할 수 있다.
개구가 기재의 처리 대상의 표면에 대하여 직교하는 방향으로 방향이 주어져 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 기재를 양호하게 플라즈마 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 기재를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서, 유전체 부재에 의해 획정된 챔버 내에 가스를 도입하면서, 상기 챔버를 사이에 두고 도체 부재에 대향하는 방전용 코일에 교류 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 챔버 내에 연통하는 개구의 전방을 가로지르도록 상기 기재를 상기 챔버에 대하여 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 상기 기재에 플라즈마를 노출시키고, 상기 방전용 코일이, 전압 발생용 콘덴서 또는 전압 발생용 코일을 거쳐서, 접지되어 있거나 또는 상기 도체 부재에 접속되어 있는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 플라즈마를 안정적으로 착화시킬 수 있고, 또한, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
플라즈마 처리 방법에 있어서, 도체 부재가 제 2 방전용 코일인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것과, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제하는 것의 양립을 더 도모할 수 있다.
전압 발생용 콘덴서의 용량 또는 상기 전압 발생용 코일의 인덕턴스가 가변이고, 전압 발생용 콘덴서 또는 전압 발생용 코일의 임피던스를 제 1 임피던스 값으로 설정하고, 방전용 코일에 제 1 전력치의 교류 전력을 공급하여 플라즈마를 착화시키고, 플라즈마의 착화 후에, 상기 전압 발생용 콘덴서 또는 상기 전압 발생용 코일의 임피던스 값을 제 2 임피던스 값으로 변화시키고, 방전용 코일에 공급하는 교류 전력을, 상기 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치로 변화시키는 플라즈마 처리 방법이 바람직하다. 이것에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것과, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제하는 것의 양립을 더 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 플라즈마를 안정적으로 착화시킬 수 있고, 또한, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1b는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 분해도이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 플라즈마 처리 장치의 정합 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 플라즈마 처리 장치의 전기적인 접속을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 플라즈마 처리 장치의 전기적인 접속을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 따른 플라즈마 처리 장치의 전기적인 접속을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 4에 따른 플라즈마 처리 장치의 전기적인 접속을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 5에 따른 플라즈마 처리 장치의 정합 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 5에 따른 플라즈마 처리 장치의 전기적인 접속을 나타내는 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(실시의 형태 1)
본 발명의 실시의 형태 1에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 도 1~4를 참조하면서 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 것이고, 구체적으로는, 자세한 것은 후술하지만, 플라즈마 처리 장치에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 개구의 긴 방향(Y축 방향)에 대하여 직교하는 단면을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 1b는 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 개구의 긴 방향(Y축 방향)에 대하여 평행이고, 또한 플라즈마 처리되는 대상의 기재에 직교하는 단면도이다. 즉, 도 1b는 도 1a에 나타내는 A-A선에 따른 단면을 나타내고 있다. 또한, 도 2는 도 1a 및 도 1b에 나타내는 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 분해도이다.
도 1a 및 도 1b는 또한, 처리 대상의 기재(1)에 대하여 플라즈마 처리 중인 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T(이하, 「플라즈마 토치 유닛 T」라고 칭한다)를 나타내고 있다.
도 1a 및 도 1b에 나타내는 바와 같이, 기재(1)의 플라즈마 토치 유닛 T측의 표면에는 박막(2)이 형성되어 있다.
플라즈마 토치 유닛 T는, 플라즈마 F를 발생시키기 위한 제 1 방전용 코일(3)과, 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4)과, 유전체의 제 2 세라믹스 블록(5)을 갖는다.
제 1 방전용 코일(3)은, 원형 단면을 구비하는 구리관과, 구리관을 덮고, 직사각형(또는 정사각형) 단면을 구비하는 구리 블록에 의해 구성되어 있다. 또한, 제 1 방전용 코일(3)은, 제 1 세라믹스 블록(4)의 근방에 배치되어 있다.
제 1 세라믹스 블록(4)과 제 2 세라믹스 블록(5)은 서로 접촉하고, 그 사이에 챔버(7)와, 챔버(7)에 연통하는 슬롯 형상의 개구(8)를 획정한다.
구체적으로는, 챔버(7) 및 개구(8)는, 기재(1)의 박막(2)측의 표면(플라즈마에 노출되는 면)에 대하여 직교하는 평면(Y-Z 평면)을 따라서 마련되어 있다. 개구(8)는, 챔버(7) 및 개구(8)에 따르는 평면(Y-Z 평면)에 대하여, 또한, 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 대하여 평행한 방향(Y축 방향)으로 긴 슬롯 형상의 개구이다.
또한, 개구(8)는, 그 개구 가장자리를 포함하는 평면이 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 대하여 평행이 되도록 기재(1)에 대하여 상대적으로 배치되고, 플라즈마 처리시, 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 근접 배치된다. 그 결과, 개구(8)는 기재(1)에 의해 실질적으로 막혀, 챔버(7) 내는 실질적으로 닫힌 공간이 된다. 즉, 개구(8)의 주연 부분과 기재(1)의 박막(2)측의 표면은, 접촉하는 일 없이 가능한 한 접근하고 있다.
제 1 방전용 코일(3)은, 그 중심축이 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 대하여 평행하게 연장되도록, 또한, 챔버(7) 및 개구(8)에 따르는 평면(Y-Z 평면)에 대하여 직교하도록 구성되어 있다(바꿔 말하면, X축 방향으로 제 1 방전용 코일(3)의 중심축은 연장된다). 즉, 제 1 방전용 코일(3)을 한 번 감은 소선을 포함하는 평면이, 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 대하여 직교하고, 또한, 챔버(7) 및 개구(8)에 따르는 평면(Y-Z 평면)에 대하여 평행이 되도록, 제 1 방전용 코일(3)이 마련되어 있다.
플라즈마 토치 유닛 T는, 전체가 접지된 도체의 실드 부재(도시하지 않음)에 의해 둘러싸여 있다. 그것에 의해, 고주파의 누설(노이즈)을 효과적으로 방지할 수 있는 것과 아울러, 바람직하지 않은 이상 방전 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
챔버(7)는, 본 실시의 형태 1의 경우, 제 1 세라믹스 블록(4)의 하나의 평면과, 제 2 세라믹스 블록(5)에 마련한 홈에 의해 획정되어 있다. 또한, 제 1 세라믹스 블록(4)과 제 2 세라믹스 블록(5)은, 유전체이고 서로 붙여져 있다. 그 때문에, 챔버(7)는, 개구(8)를 제외하고 유전체에 둘러싸여 있다.
또한, 챔버(7)는, 고리 모양으로 구성되어 있다. 여기서 말하는 「고리 모양」은, 단(端)이 없는 형상을 의미하고, 원형으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 챔버(7)는, 개구(8)와 연통하고, 개구(8)의 긴 방향(Y축 방향)으로 연장되는 직선부(7a)와, 직선부(7a)에 대하여 평행하게 거리를 두고 연장되는 직선부(7b)와, 2개의 직선부(7a, 7b)의 양단 각각을 연결하는 직선부(7c, 7d)를 구비한다. 또, 도 1b에 있어서는, 챔버(7)의 직선부(7a, 7b)는 직선부(7c, 7d)에 비하여 길게 도시되어 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 직선부(7a, 7b)는 직선부(7c, 7d)에 비하여 짧더라도 좋고, 또한 동일한 길이라도 좋다.
도 1a, 도 1b 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 2 세라믹스 블록(5)의 내부에, 플라즈마 가스 매니폴드(9)가 마련되어 있다. 플라즈마 가스 공급 배관(10)을 거쳐서 플라즈마 가스 매니폴드(9)에 가스가 공급된다. 공급된 가스는, 제 2 세라믹스 블록(5)에 마련된 가스 도입부로서의 플라즈마 가스 공급 구멍(11)을 거쳐서, 챔버(7)에 도입된다. 이와 같은 구성에 의해, 고리 모양의 챔버(7) 내에 있어서, 균일한 가스 흐름을 간단하게 실현할 수 있다. 플라즈마 가스 공급 배관(10)에 흐르는 가스의 유량은, 그 상류에 마련된 매스플로 컨트롤러 등의 유량 제어 장치(도시하지 않음)에 의해 제어된다.
본 실시의 형태 1의 경우, 플라즈마 가스 공급 구멍(11)은 도 2에 나타내는 바와 같이 1개이고, 제 2 세라믹스 블록(5)에 있어서의 제 1 세라믹스 블록(4)과 접촉하는 표면에 형성되고, 플라즈마 가스 매니폴드(9)로부터 챔버(7)를 향해 연장되는 폭넓은 홈과, 그 홈에 대향하는 제 1 세라믹스 블록(4)의 평면으로 구성되어 있다. 이것을 대신하여, 플라즈마 가스 매니폴드(9)로부터 챔버(7)를 향해 연장되고, 원형 단면을 구비하는 플라즈마 공급 구멍을, 개구(8)의 연장 방향(Y축 방향)으로 복수 늘어놓더라도 좋다.
이와 같은 구성의 플라즈마 토치 유닛 T에 의하면, 제 1 방전용 코일(3)에 교류 전력이 인가되면, 플라즈마 가스 공급 배관(10), 플라즈마 가스 매니폴드(9) 및 플라즈마 가스 공급 구멍(11)을 거쳐서 플라즈마 가스가 공급된 챔버(7) 내에 교류 전자계가 발생한다. 그것에 의해, 챔버(7) 내, 즉 제 1 세라믹스 블록(4), 제 2 세라믹스 블록(5) 및 기재(1)에 의해 둘러싸인 공간 내에 플라즈마 F가 발생한다. 발생한 플라즈마 F는, 개구(8)를 거쳐서 기재(1)에 노출된다.
기재(1)는, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 트레이 형상의 기재 홀더(12) 위에 탑재된다. 구체적으로는, 기재 홀더(12)는, 기재(1)의 외형과 대략 상사(相似)이고 조금 작은 형상의 단면을 구비하는 관통 구멍과, 기재(1)의 외형과 대략 상사이고 조금 큰 스폿 페이싱을 구비한다. 관통 구멍은, 스폿 페이싱과 연통하고 있다. 이와 같은, 기재 홀더(12)의 스폿 페이싱에 기재가 배치된다.
또, 이 기재 홀더(12)의 스폿 페이싱의 깊이는, 기재(1)의 두께와 대략 같게 되어 있다. 그 결과, 기재 홀더(12)의 플라즈마 토치 유닛 T측의 표면(스폿 페이싱을 제외한 표면 부분)과, 기재(1)의 박막(2)측의 표면이 대략 동일 평면상에 위치한다.
그 결과, 플라즈마 토치 유닛 T의 개구(8)의 전방을 가로지르도록, 구체적으로는 개구(8)와 기재 홀더(12)의 표면을 평행하게 유지한 상태에서, 기재 홀더(12)를 플라즈마 토치 유닛 T에 대하여 상대적으로 이동시킨 경우, 개구(8)와 기재 홀더(12)가 대향할 때에 챔버(7) 내에 발생하는 플라즈마의 상태와, 개구(8)와 기재(1)가 대향할 때에 챔버(7) 내에 발생하는 플라즈마의 상태가 대략 일정하게 된다. 즉, 개구(8)와 기재 홀더(12)의 사이의 거리와 개구(8)와 기재(1)의 사이의 거리의 차이에 의해 생기는 플라즈마의 요동을 억제할 수 있다.
도체 부재로서의 제 2 방전용 코일(13)이 제 2 세라믹스 블록(5)의 근방에 배치되어 있다. 구체적으로는, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)을 사이에 두고(즉 챔버(7)를 사이에 두고), 제 1 방전용 코일(3)에 대향하도록, 제 2 방전용 코일(13)이 배치되어 있다.
제 2 방전용 코일(13)은, 제 1 방전용 코일(3)과 마찬가지로, 원형 단면을 구비하는 구리관과, 구리관을 덮고, 직사각형(또는 정사각형) 단면을 구비하는 구리 블록에 의해 구성되어 있다.
또한, 제 2 방전용 코일(13)은, 그 중심축이 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 대하여 평행하게 연장되도록, 또한, 챔버(7) 및 개구(8)에 따르는 평면(Y-Z 평면)에 대하여 직교하도록 구성되어 있다(바꿔 말하면, X축 방향으로 제 2 방전용 코일(13)의 중심축은 연장된다). 즉, 제 2 방전용 코일(13)을 한 번 감은 소선을 포함하는 평면이, 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 대하여 직교하고, 또한, 챔버(7) 및 개구(8)에 따르는 평면(Y-Z 평면)에 대하여 평행하게 되도록, 제 2 방전용 코일(13)이 마련되어 있다. 또, 제 1 방전용 코일(3)의 중심축과 제 2 방전용 코일(13)의 중심축은, 동일 직선상에 위치하는 것이 바람직하다.
제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13) 내의 구리관의 내부에는, 냉매가 흐른다. 또한, 그 구리관을 덮는 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)의 구리 블록은, 접착제(도시하지 않음)에 의해 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)에 접착되어 있다. 이와 같이, 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)이 직사각형(또는 정사각형)의 단면을 구비하는 것에 의해, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)에 대하여 평면 접촉할 수 있고, 그것에 의해 이들을 접착하는 접착제를 가능한 한 얇게 할 수 있다. 또한, 제 1 방전용 코일(3)과 제 1 세라믹스 블록(4)의 사이 및 제 2 방전용 코일(13)과 제 2 세라믹스 블록(5)의 사이에 있어서, 양호한 열전도가 확보된다. 그 결과, 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)의 구리관에 물 등의 냉매를 흐르게 하는 것에 의해, 제 1 방전용 코일(3), 제 2 방전용 코일(13), 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)을 양호하게 냉각할 수 있다.
플라즈마 토치 유닛 T의 슬롯 형상의 개구(8)는, 예컨대, 가늘고 긴 직사각형 형상이다. 그와 같은 개구(8)에 박막(2)측의 표면이 대향하도록, 기재(1)가 배치된다. 기재(1)를 개구(8)에 대향 배치하기 전에, 챔버(7) 내에 플라즈마 F를 발생시킨다. 즉, 챔버(7) 내에 가스를 공급하는 것에 의해 개구(8)로부터 가스를 분출시키면서, 교류 전원(도시하지 않음)에 의해 제 1 방전용 코일(3)에 예컨대 4㎒의 교류 전력(고주파 전력)을 공급하는 것에 의해, 챔버(7) 내에 플라즈마 F를 발생시킨다. 이 상태에서, 기재 홀더(12)를 이동시키는 것에 의해 기재(1)를 플라즈마 토치 유닛 T의 개구(8)의 전방을 가로지르게 하여, 개구(8) 근방의 플라즈마 F를 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 노출시킨다.
구체적으로는, 개구(8)와 기재(1)의 박막(2)측의 표면을 평행하게 유지한 상태에서 그 개구(8)의 긴 방향(Y축 방향)에 직교하는 방향(X축 방향)으로, 챔버(7)에 대하여 기재(1)를 상대적으로 이동시킨다. 즉, 플라즈마 토치 유닛 T 및 기재(1)의 적어도 한쪽을 이동시킨다.
챔버(7) 내에 공급하는 가스로서 다양한 것이 사용 가능하지만, 플라즈마의 안정성, 착화성, 플라즈마에 노출되는 부품의 수명 등을 생각하면, 불활성 가스가 주체인 것이 바람직하다. 그 중에서도, Ar 가스가 전형적으로 이용된다. Ar만으로 플라즈마를 생성시킨 경우, 플라즈마는 상당히 고온이 된다(10,000K 이상).
플라즈마 발생의 조건으로서는, 주사 속도=50~3000㎜/s, 플라즈마 가스 총 유량=1~100SLM, Ar+H2 가스 중의 H2 농도=0~10%, 고주파 전력=0.5~50㎾ 정도의 값이 적당하다. 단, 이들 모든 양 중, 가스 유량 및 전력은, 플라즈마 토치 유닛 T의 개구(8)의 긴 방향(Y축 방향)의 길이 100㎜당 값이다. 따라서, 가스 유량이나 전력 등의 파라미터는, 개구(8)의 긴 방향의 길이가 100㎜에 비하여 짧거나 또는 긴 경우, 그것에 비례하여 조정할 필요가 있다.
플라즈마 토치 유닛 T의 개구(8)의 긴 방향(Y축 방향)의 크기는, 기재(1)의 크기(기재(1)의 상대 이동 방향(X축 방향)에 직교하는 방향의 크기)와 대략 같다. 따라서, 개구(8)와 기재(1)의 박막(2)측의 표면을 평행하게 유지한 상태에서 그 개구(8)의 긴 방향(Y축 방향)에 직교하는 방향(X축 방향)으로, 챔버(7)에 대하여 기재(1)를 상대적으로 이동시키면, 기재(1) 전체가 플라즈마 F에 의해 처리된다.
본 실시의 형태 1의 경우, 기재(1)를 유지하는 기재 홀더(12)가 이동하는 것에 의해, 챔버(7)에 대하여 기재(1)가 상대적으로 이동한다. 예컨대, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 기재 홀더(12)는, 이동시키는 이동 기구로서의 복수의 롤러(50)에 의해 반송된다. 복수의 롤러(50)는, 기재 홀더(12)의 이동 방향(X축 방향)과 직교하는 방향으로 연장되는 회전 중심선을 중심으로 하여 회전 가능하고, 기재 홀더(12)의 이동 방향(X축 방향)으로 늘어서 있다. 이와 같은 회전하는 롤러(50)의 외주면에 접촉하는 것에 의해, 기재 홀더(12)는 반송된다.
또, 기재(1)가, 기재 홀더(12)를 거치는 일 없이, 복수의 롤러(50)에 의해 직접적으로 반송되더라도 좋다. 또한, 기재(1)(혹은 기재(1)를 유지하는 기재 홀더(12))를 챔버(7)에 대하여 상대 이동시키는 이동 기구는, 롤러(50)로 한정되지 않고, 로봇, 리니어 슬라이더 등이라도 좋다.
또한, 플라즈마 F의 온도, 전자 밀도, 활성 입자 밀도가 높기 때문에, 즉 플라즈마 토치 유닛 T의 개구(8)에 가까운 플라즈마 F의 부분이 기재(1)의 박막(2)측의 표면에 노출되기 때문에, 기재(1)를 고속 처리, 혹은, 고온 처리할 수 있다.
도 3은 제 1 방전용 코일(3)과 교류 전원(고주파 전원)(도시하지 않음)의 사이에 마련되는, 본 실시의 형태 1에 따른 임피던스 매칭용 정합 회로(18)의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 정합 회로(18)의 입력 단자(19)와 고주파 전원이, 예컨대 동축 케이블(도시하지 않음)을 거쳐서 접속된다. 정합 회로(18)의 출력 단자(20)는, 후술하는 바와 같이, 제 1 방전용 코일(3)에 접속된다.
또한, 정합 회로(18)의 입력 단자(19)는, 제 1 가변 콘덴서(21)를 거쳐서 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(19)는, 직렬로 접속된 제 2 가변 콘덴서(22) 및 정합용 고정 코일(23)을 거쳐서, 출력 단자(20)에 접속되어 있다.
도 4는 도 1a, 도 1b 및 도 2에 나타내는 플라즈마 토치 유닛 T에 대한 전기적인 접속을 나타내는 사시도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(一端)(14)이, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)에 접속되어 있다. 한편, 제 1 방전용 코일(3)의 타단(他端)(15)은, 고전압 발생용 콘덴서(24)를 거쳐서 접지되어 있다. 고전압 발생용 콘덴서(24)는, 가변 콘덴서이다.
제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)은 접지되어 있다. 한편, 제 2 방전용 코일(13)의 타단(17)은 전기적으로 떠 있다. 이것을 대신하여, 제 2 방전용 코일(13)의 타단은 접지되더라도 좋다. 혹은, 제 2 방전용 코일(13)은 접지되어 있지 않더라도 좋다. 또한, 제 1 방전용 코일(3)과 대향하는 도체 부재는, 제 2 방전용 코일(13)이 아닌, 다른 형상의 도체 부재, 예컨대, 링 형상의 도체 부재, 직사각형 판 형상의 도체 부재 등이라도 좋다.
이와 같은 구성의 플라즈마 토치 유닛 T에 있어서, 좁은 공간(챔버(7))을 사이에 두고, 상대적으로 고전위의 제 1 방전용 코일(3)과, 제 1 방전용 코일(3)에 비하여 저전위의 제 2 방전용 코일(13)이 서로 대향한다. 고주파 전력을 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 것에 의해 제 1 방전용 코일(3)이 제 2 방전용 코일(13)에 비하여 고전위가 되면, 고리 모양의 챔버(7) 전체에 걸쳐서 고전계가 생기고, 그 결과, 플라즈마 F가 착화한다.
본 실시의 형태 1과 같은 유도 결합형 플라즈마 토치를 갖는 플라즈마 처리 장치는, 많은 경우, 용량 결합 모드로 플라즈마를 착화시킨 후, 유도 결합 모드로의 모드 점프를 거쳐 운전된다. 여기서 말하는 「모드 점프」란, 플라즈마가 저온ㆍ저전자 밀도의 용량 결합 모드와 고온ㆍ고전자 밀도의 유도 결합 모드의 사이에서 불연속한 상태 변화를 일으키는 현상을 말한다. 대기압하에 있어서의 용량 결합 모드의 방전은 좁은 공간에 있어서 일어나기 쉽기 때문에, 본 구성에 의하면, 비교적 용이하게 용량 결합 모드의 플라즈마를 얻을 수 있다.
여기서, 제 1 방전용 코일(3)에 생기는 고주파 전압에 대하여 고찰한다.
우선, 제 1 방전용 코일(3)의 인덕턴스는, 그 형상에 의존하지만, 예컨대 L1=1.7μH이다. 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력의 주파수가 f=4㎒인 경우, 제 1 방전용 코일(3)의 임피던스는 Z=2πfL1=43Ω이 된다. 또한, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)로부터 부하측(제 1 코일(3)측)을 보았을 때의 임피던스의 실부는, 제 1 코일(3)의 형상이나 플라즈마 토치 유닛 T의 구조에 의존하지만, 예컨대 R=10Ω이다. 따라서, 예컨대, P=30㎾의 고주파 전력을 제 1 방전용 코일(3)에 공급했을 때에 제 1 코일(3)에 흐르는 전류는 I=(P/R)1/2=55A이다. 그 결과, 제 1 방전용 코일(3)의 단자간 전압(일단(14)과 타단(15)의 사이의 전압차)은, V=ZI=2.4㎸이다.
제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력의 주파수가, 4㎒와 달리, 13.56㎒인 경우, 제 1 방전용 코일(3)의 단자간 전압은, V=7.9㎸가 된다.
따라서, 13.56㎒의 고주파 전력을 이용한 경우에 비하여, 4㎒의 고주파 전력을 이용한 경우는, 제 1 방전용 코일(3)의 단자간 전압이 작아진다.
본 실시의 형태 1과 같이 고전위의 제 1 방전용 코일(3)과 저전위의 제 2 방전용 코일(13)의 사이에 끼워진 챔버(7) 내에 플라즈마 F를 발생시키는 경우, 제 1 방전용 코일(3)의 단자간 전압이 높을수록 대기압하에서 플라즈마 F를 안정적으로 착화시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수가 높을수록, 플라즈마 F를 안정적으로 착화시킬 수 있다.
그렇지만, 고전위의 제 1 방전용 코일(3)과 저전위의 제 2 방전용 코일(13)의 사이에는, 챔버(7)를 획정하는 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)이 존재한다. 알루미나, 질화규소 등의 세라믹스 재료의 내전압은, 10㎸/㎜의 오더이기 때문에, 예컨대 높은 냉각 효율을 실현하기 위해 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 두께가 작은 경우, 이들이 절연 파괴될 가능성이 있다.
이와 같이, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 높게 하면, 플라즈마 F의 착화성은 향상되지만, 챔버(7)를 획정하는 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)이 절연 파괴될 가능성이 있다.
그래서, 발명자는, 플라즈마의 착화성과 유전체의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모하기 위해 이하와 같이 생각했다. 즉, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 유전체의 절연 파괴가 일어나지 않는 비교적 낮은 주파수로 유지하는 조건 아래에서, 플라즈마 F를 착화시킬 때에 있어서는 제 1 방전용 코일(3)의 전압을 상대적으로 올려 챔버(7) 내에 생기는 전계를 강하게 하고, 착화 후의 유도 결합 모드에서의 운전 중에 있어서는 제 1 방전용 코일(3)의 전압을 상대적으로 내리는 것을 생각했다.
구체적으로는, 우선, 플라즈마 F를 착화시키는 착화 시퀀스에 있어서, 고전압 발생용 콘덴서(24)의 용량을 작게, 예컨대, 125㎊로 조정한다. 이때, 상술한 바와 같이 제 1 방전용 코일(3)의 인덕턴스를 L1=1.7μH, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 f=4㎒로 하면, 제 1 방전용 코일(3)과 고전압 발생용 콘덴서(24)의 합성 임피던스는, Z=1/(2πfC)-2πfL1=280Ω이다. 여기서, 고주파 전력이 예컨대 P=5㎾인 경우, 제 1 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=6.2㎸가 되어, 5㎾라고 하는 작은 전력으로도 착화시키기에 충분한 고전압을 얻을 수 있다.
한 번 플라즈마 F가 착화하면, 제 1 방전용 코일(3)의 전압이 어느 정도 저하하더라도 플라즈마 F가 실화(失火)하는 일이 없기 때문에, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 콘덴서(24)의 용량을 125㎊에 비하여 커지도록, 예컨대 500㎊로 조정한다. 이때, 제 1 방전용 코일(3)과 고전압 발생용 콘덴서(24)의 합성 임피던스는, Z=1/(2πfC)-2πfL1=37Ω이고, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=0.83㎸로 매우 작아진다.
그 후, 고주파 전력을, 용량 결합 모드로부터 유도 결합 모드로의 모드 점프가 일어나기에 충분한 크기, 예컨대, P=30㎾로 올린다. 이때의 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=2.0㎸가 되어, 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴가 일어날 걱정이 없을 만큼 충분히 낮은 전압으로 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
상기의 발명자의 생각에 근거하여, 플라즈마 처리 장치는, 제 1 방전용 코일(3)에 비교적 낮은 주파수(예컨대 4㎒)의 고주파 전력을 공급함과 아울러, 이하의 운전 시퀀스를 실행하도록 구성된다.
플라즈마 처리 장치의 운전 시퀀스는,
(1) 고전압 발생용 콘덴서(24)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값(예컨대 320Ω)으로 조정하기 위해 그 용량치를 제 1 용량치(320Ω에 대응하는 125㎊)로 조정함과 아울러, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치(예컨대 5㎾)로 설정하는 제 1 스텝,
(2) 제 1 방전용 코일(3)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마 F를 착화시키는 제 2 스텝,
(3) 플라즈마 F의 착화 후에, 고전압 발생용 콘덴서(24)의 임피던스 값이 제 1 임피던스 값에 비하여 작은 제 2 임피던스 값(예컨대 80Ω)이 되도록, 고전압 발생용 콘덴서(24)의 용량치를 제 2 용량치(80Ω에 대응하는 500㎊)로 조정하는 제 3 스텝,
(4) 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치(예컨대 30㎾)로 설정하는 제 4 스텝
을 포함하고 있다.
또, 이들 동작 시퀀스를 실행하기 위해, 플라즈마 처리 장치는, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 교류 전력(고주파 전력)의 전력치가 변경 가능한 교류 전원(도시하지 않음)과, 고전압 발생용 콘덴서(24)의 용량을 변화시키기 위한 용량 제어 유닛(도시하지 않음)을 갖는다.
이와 같은 운전 시퀀스를 플라즈마 처리 장치가 실행하는 것에 의해, 플라즈마 F의 착화성과 유전체(제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5))의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모할 수 있다.
또, 비교적 낮은 주파수의 고주파 전력을 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 장점은 그밖에도 있다.
예컨대 큰 기재(1)를 처리하는 경우, 그것에 대응하여 플라즈마 토치 유닛 T의 개구(8)의 긴 방향(Y축 방향)의 사이즈를 크게 할 필요가 있다. 즉 챔버(7)를 큰 공간으로 할 필요가 있다. 그 큰 챔버(7) 전체에 플라즈마 F가 발생하도록, 제 1 방전용 코일(3)의 크기, 즉 소선의 길이를 길게 하지 않으면 안 된다.
소선의 길이가 길어지면 제 1 방전용 코일(3)의 인덕턴스가 증가하기 때문에, 제 1 방전용 코일(3)의 단자간 전압이 높아지고, 그 결과, 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴의 리스크가 높아진다.
그러나, 제 1 방전용 코일(3)의 임피던스 및 단자간 전압은, 그 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력의 주파수에 비례하기 때문에, 비교적 낮은 주파수의 고주파 전력을 이용하는 것에 의해 제 1 방전용 코일(3)의 단자간 전압을 내릴 수 있다.
또, 정합시에 있어서는, 정합 회로(18)의 입력 단자(19)로부터 부하까지의 직렬 회로가 대략 직렬 공진 상태가 되기 때문에, 정합 회로(18)의 정합용 고정 코일(23)의 인덕턴스를 적당하게 선택하는(정합용 고정 코일(23)과 제 1 방전용 코일(3)의 합성 인덕턴스가 너무 높아지지 않게 하는) 것에 의해, 제 2 가변 콘덴서(22)나 고전압 발생용 콘덴서(24)의 단자간 전압을 작게 억제할 수 있다.
또 다른 장점으로서, 예컨대, 제 1 방전용 코일(3)로부터 방사되는 고주파 전자계에 의해 도전성의 기재(1) 또는 박막(2)에 생기는 와전류의 억제를 도모할 수 있다. 이것에 의해, 예컨대 기재(1) 위에 박막 트랜지스터(TFT) 등의 미세 디바이스가 형성되어 있는 경우, 그 미세 디바이스의 와전류에 의한 파괴가 억제된다.
또, 정합 회로(18)의 제 2 가변 콘덴서(22)와 고전압 발생용 콘덴서(24)의 양쪽을 용량을 조정 가능한 가변 콘덴서로 하고, 정합용 고정 코일(23)을 인덕턴스가 일정한 고정 코일로 하고 있지만, 이것으로 한정되지 않는다.
예컨대, 제 2 가변 콘덴서(22) 대신에 용량이 고정인 고정 콘덴서를 이용하더라도 좋다. 또는, 정합용 고정 코일(23) 대신에 인덕턴스를 조정 가능한 가변 인덕터를 이용하더라도 좋다. 혹은, 제 2 가변 콘덴서(22)를 이용하지 않고, 또한, 정합용 고정 코일(23) 대신에 마련된 가변 인덕터와, 고전압 발생용 콘덴서(24)에 의해 정합 상태를 얻더라도 좋다.
또한, 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력이 비교적 작은 경우, 고전압 발생용 콘덴서(24)가, 고정 콘덴서라도 좋다. 즉, 고정 콘덴서인 고전압 발생용 콘덴서(24)의 용량치와 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력의 전력치가, 플라즈마 F를 착화시킬 수 있고, 또한, 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴를 억제할 수 있는 값으로 적당하게 설정된다.
혹은, 제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)을 직접적으로 접지하는 것 대신에, 임피던스가 극히 작은 코일이나 커패시터를 거쳐서 접지하더라도 좋다. 또한, 고주파 전력은, 도 2에 나타내는 바와 같이 홈이 형성되어 있지 않은 제 1 세라믹스 블록(4)에 붙여진 제 1 방전용 코일(3)에 공급되고 있지만, 이것 대신에, 홈이 형성되어 있는 제 2 세라믹스 블록(5)에 붙여진 제 2 방전용 코일(13)에 공급되더라도 좋다.
또한, 플라즈마의 발생을 검지하는 플라즈마 발생 검지 장치로서, 예컨대, 플라즈마의 발광을 검출하는 포토다이오드, 토치의 온도를 검출하는 온도계, 더미의 기재의 온도를 검출하는 온도계, 기재를 유지하는 트레이의 온도를 검출하는 온도계 등을 플라즈마 처리 장치는 갖더라도 좋다. 이들 플라즈마 발생 검지 장치의 검지 결과에 근거하여, 고전압 발생용 콘덴서(24)의 용량을 변화시키는 고전압 제어 유닛(도시하지 않음)을 플라즈마 처리 장치는 구비하더라도 좋다. 예컨대, 고전압 제어 유닛은, 상술한 동작 시퀀스를 실행하기 위해, 플라즈마 F의 착화 후(플라즈마 F의 발생의 검출 후), 고전압 발생용 콘덴서(24)의 용량치를 제 1 용량치로부터 제 2 용량치로 조정하도록 구성되어 있다.
또한, 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력의 주파수는, 10㎑ 이상 10㎒ 이하인 것이 바람직하다. 10㎑에 비하여 낮은 경우, 고전압 발생용 콘덴서(24)는 수만 ㎊의 용량이 필요하게 되고, 이와 같은 고용량, 고내압의 콘덴서는 입수가 매우 곤란하다. 한편, 10㎒에 비하여 높은 경우, 이와 같은 고주파 전력이 공급되는 코일의 단자간 전압이 높아져, 항상 코일에 고전압이 인가된 상태가 유지된다. 그 때문에, 상술한 바와 같은 비교적 낮은 주파수의 고주파 전력을 코일에 공급하는 것에 의한 이점이 손상된다.
(실시의 형태 2)
이하, 본 발명의 실시의 형태 2에 대하여, 도 5를 참조하면서 설명한다. 또, 플라즈마 토치 유닛 T 및 정합 회로(18)의 구성은, 상술한 실시의 형태 1의 것과 동일하다.
도 5는 본 실시의 형태 2에 따른 플라즈마 토치 유닛 T에 대한 전기적인 접속을 나타내는 사시도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)이, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)에 접속되어 있다. 한편, 제 1 방전용 코일(3)의 타단(15)은, 고전압 발생용 콘덴서(25)를 거쳐서 제 2 방전용 코일(13)의 타단(17)에 접속되어 있다. 고전압 발생용 콘덴서(25)는, 가변 콘덴서이다. 제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)은 접지되어 있다.
또, 제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)은 접지되어 있지 않더라도 좋다. 또한, 제 1 방전용 코일(3)과 대향하는 도체 부재는, 제 2 방전용 코일(13)이 아닌, 다른 형상의 도체 부재, 예컨대, 링 형상의 도체 부재, 직사각형 판 형상의 도체 부재 등이라도 좋다.
본 실시의 형태 2에 있어서도, 제 2 방전용 코일(13)의 임피던스가 충분히 작기 때문에, 제 2 코일(13)의 전압은 상대적으로 낮아진다. 제 1 방전용 코일(3)과 제 2 방전용 코일(13)을 접속하는 고전압 발생용 콘덴서(25)의 용량을 충분히 작게 하는 것에 의해, 제 1 방전용 코일(3)의 전압이 상대적으로 높아져, 제 1 방전용 코일(3)과 제 2 방전용 코일(13)의 사이에 큰 전위차가 생긴다. 그 결과, 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력이 낮더라도, 플라즈마 F를 용이하게 착화시킬 수 있다.
또한, 한 번 플라즈마 F가 착화하면, 제 1 코일(3)의 전압이 어느 정도 저하하더라도 플라즈마 F가 실화하는 일이 없기 때문에, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 콘덴서(25)의 용량을 증가시키도록 조정한다. 그 후, 고주파 전력을, 용량 결합 모드로부터 유도 결합 모드로의 모드 점프가 일어나기에 충분한 크기가 되도록 올린다.
이와 같이, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 비교적 낮은 주파수로 유지하면서, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값으로 조정함과 아울러, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치로 설정하는 제 1 스텝과, 제 1 방전용 코일(3)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마 F를 착화하는 제 2 스텝과, 플라즈마 F의 착화 후에, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값에 비하여 작은 제 2 임피던스 값으로 조정하는 제 3 스텝과, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치로 설정하는 제 4 스텝을 포함하는 운전 시퀀스를, 플라즈마 처리 장치는 실행한다.
이것에 의해, 플라즈마 F의 착화성과 유전체(즉, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5))의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모할 수 있다.
본 실시의 형태 2에 있어서는, 제 1 방전용 코일(3)과 제 2 방전용 코일(13)이 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)을 사이에 둔 상태에서 대향 배치되고, 또한 챔버(7)로부터 떨어진 위치에서 고전압 발생용 콘덴서(25)를 거쳐서 직렬로 접속되어 있다. 그 때문에, 고주파 전력이 공급되었을 때에 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13) 각각이 챔버(7) 내에 발생시키는 고주파 전자계의 방향이 서로 동일해지도록, 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)은 구성되어 있다. 따라서, 실시의 형태 1에 비하여, 동일한 고주파 전력이 공급된 경우, 챔버(7) 내에 발생하는 전자계의 강도가 강하고, 플라즈마 F가 착화하기 쉽다.
또, 상술한 본 실시의 형태 2의 운전 시퀀스에 있어서는, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 제 1 임피던스 값에 비하여 제 2 임피던스 값이 작지만, 경우에 따라서는 대소 관계가 반대인 경우도 있을 수 있다.
즉, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 비교적 낮은 주파수로 유지하면서, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값으로 조정함과 아울러, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치로 설정하는 제 1 스텝과, 제 1 방전용 코일(3)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마 F를 착화시키는 제 2 스텝과, 플라즈마 F의 착화 후에, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값에 비하여 큰 제 2 임피던스 값으로 조정하는 제 3 스텝과, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치로 설정하는 제 4 스텝을 포함하는 운전 시퀀스를 실행하는 것이, 경우에 따라서는 있을 수 있다. 이와 같은 경우에 대하여, 자세하게 설명한다.
전형적인 예는, 제 1 코일(3) 및 제 2 코일(13)의 인덕턴스가 비교적 큰 경우이다. 이와 같은 경우, 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)의 합성 인덕턴스를 캔슬한 다음, 또한 큰 용량성 임피던스를 얻기 위해서는, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 용량을 극단적으로 작게 할 필요가 있다. 그렇지만, 상술한 바와 같이, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 콘덴서(25)의 용량을 크게 하는 것을 고려하면, 그 용량을 극단적으로 작게 하는 것에는 한계가 있다. 그 이유는, 대용량 가변 콘덴서는, 극단적으로 작은 용량으로 설정할 수 없기 때문이다.
예컨대, 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)의 인덕턴스가, 모두 L1=L2=2.5μH인 경우를 생각한다. 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수가 f=4㎒인 경우, 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)의 합성 임피던스는 Z=2πfL1+2πfL2=126Ω이 된다. 또한, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)로부터 부하측(제 1 방전용 코일(3)측)을 보았을 때의 임피던스의 실부를 R=10Ω으로 한다.
착화 시퀀스에 있어서, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 용량을 크게, 예컨대, 2500㎊로 조정한다. 이때, 제 1 방전용 코일(3), 고전압 발생용 콘덴서(25) 및 제 2 방전용 코일(13)의 합성 임피던스는, Z=2πfL1+2πfL2-1/(2πfC)=110Ω이다. 따라서, 고주파 전력이 P=5㎾인 경우, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=2.5㎸가 되어, 5㎾라고 하는 작은 전력으로도 착화시키기에 충분한 고전압을 얻을 수 있다.
한 번 플라즈마 F가 착화하면, 제 1 방전용 코일(3)의 전압이 어느 정도 저하하더라도 플라즈마 F가 실화하는 일이 없기 때문에, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 콘덴서(25)의 용량을 2500㎊에 비하여 작게, 예컨대, 500㎊로 조정한다. 이때, 제 1 방전용 코일(3), 고전압 발생용 콘덴서(25) 및 제 2 방전용 코일(13)의 합성 임피던스는, Z=2πfL1+2πfL2-1/(2πfC)=46Ω이고, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=1.0㎸로 매우 작아진다.
그 후, 고주파 전력을, 용량 결합 모드로부터 유도 결합 모드로의 모드 점프가 일어나기에 충분한 크기, 예컨대, P=30㎾로 올린다. 이때의 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=2.5㎸가 되고, 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴가 일어날 걱정이 없을 정도로 충분히 낮은 전압으로 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
이와 같이, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 비교적 낮은 주파수로 유지하면서, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값으로 조정함과 아울러, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치로 설정하는 제 1 스텝과, 제 1 방전용 코일(3)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마 F를 착화하는 제 2 스텝과, 플라즈마 F의 착화 후에, 고전압 발생용 콘덴서(25)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값에 비하여 큰 제 2 임피던스 값으로 조정하는 제 3 스텝과, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치로 설정하는 제 4 스텝을 포함하는 운전 시퀀스를 실행하더라도, 플라즈마 F의 착화성과 유전체(즉, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5))의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모할 수 있다.
(실시의 형태 3)
이하, 본 발명의 실시의 형태 3에 대하여, 도 6을 참조하면서 설명한다. 또, 플라즈마 토치 유닛 T 및 정합 회로(18)의 구성은, 상술한 실시의 형태 1의 것과 동일하다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 따른 플라즈마 토치 유닛 T에 대한 전기적인 접속을 나타내는 사시도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)은, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)에 접속되어 있다. 한편, 제 1 방전용 코일(3)의 타단(15)은, 고전압 발생용 코일(26)을 거쳐서 접지되어 있다. 고전압 발생용 코일(26)은, 가변 인덕터이다. 제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)은 접지되어 있다. 한편, 제 2 방전용 코일(13)의 타단(17)은, 전기적으로 떠 있다. 이것을 대신하여, 제 2 방전용 코일(13)의 타단(17)은 접지되더라도 좋다. 또한, 제 2 방전용 코일(13)은 접지되어 있지 않더라도 좋다. 또한, 제 2 방전용 코일(13)을 대신하여, 다른 형상의 도체 부재, 예컨대, 링 형상의 도체 부재, 직사각형 판 형상의 도체 부재 등이더라도 좋다.
본 실시의 형태 3에 있어서는, 실시의 형태 1에서 사용된 고전압 발생용 콘덴서(24)와 달리, 도 6에 나타내는 바와 같이 고전압 발생용 코일(26)이 사용되고 있다.
실시의 형태 1과 마찬가지로, 본 실시의 형태 3에 있어서의 제 1 방전용 코일(3)의 인덕턴스가 L1=1.7μH이고, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)로부터 부하측(제 1 방전용 코일(3)측)을 보았을 때의 임피던스의 실부가 R=10Ω인 것으로 한다.
우선, 플라즈마 F를 착화시키는 착화 시퀀스에 있어서, 고전압 발생용 코일(26)의 인덕턴스를 크게, 예컨대, L=6μH로 조정한다. 이때, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수가 4㎒인 경우, 제 1 방전용 코일(3)과 고전압 발생용 코일(26)의 합성 임피던스는, Z=2πfL1+2πfL=190Ω이다. 여기서, 고주파 전력이 P=5㎾인 경우, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=4.2㎸가 되고, 5㎾라고 하는 작은 전력으로도 착화시키기에 충분한 고전압을 얻을 수 있다.
한 번 플라즈마 F가 착화하면, 제 1 방전용 코일(3)의 전압이 어느 정도 저하하더라도 플라즈마 F가 실화하는 일이 없기 때문에, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 코일(26)의 인덕턴스가 6μH에 비하여 작아지도록, 예컨대, L=1μH로 조정된다. 이때, 제 1 방전용 코일(3)과 고전압 발생용 코일(26)의 합성 임피던스는, Z=2πfL1+2πfL=68Ω이고, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=1.5㎸로 매우 작아진다.
그 후, 고주파 전력을, 용량 결합 모드로부터 유도 결합 모드로의 모드 점프가 일어나기에 충분한 크기, 예컨대, P=30㎾로 올린다. 이때의 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)에 발생하는 전압은, V=ZI=Zㆍ(P/R)1/2=3.7㎸가 되고, 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴가 일어날 걱정이 없을 정도로 충분히 낮은 전압으로 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
본 실시의 형태 3에 따른 플라즈마 처리 장치는, 제 1 방전용 코일(3)에 비교적 낮은 주파수(예컨대 4㎒)의 고주파 전력을 공급함과 아울러, 이하의 운전 시퀀스를 실행하도록 구성된다. 플라즈마 처리 장치의 운전 시퀀스는, (1) 고전압 발생용 코일(26)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값(예컨대 150Ω)으로 조정하기 위해 그 인덕턴스 값을 제 1 인덕턴스 값(150Ω에 대응하는 6μH)으로 조정함과 아울러, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치(예컨대 5㎾)로 설정하는 제 1 스텝, (2) 제 1 방전용 코일(3)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마 F를 착화시키는 제 2 스텝, (3) 플라즈마 F의 착화 후에, 고전압 발생용 코일(26)의 임피던스 값이 제 1 임피던스 값에 비하여 작은 제 2 임피던스 값(예컨대 25Ω)이 되도록, 그 인덕턴스 값을 제 2 인덕턴스 값(25Ω에 대응하는 1μH)으로 조정하는 제 3 스텝 및 (4) 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치(예컨대 30㎾)로 설정하는 제 4 스텝을 포함하고 있다.
이와 같은 운전 시퀀스를 플라즈마 처리 장치가 실행하는 것에 의해, 플라즈마 F의 착화성과 유전체의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모할 수 있다.
또, 정합 회로(18)의 제 2 가변 콘덴서(22)를 가변 콘덴서로 하고, 고전압 발생용 코일(26)을 가변 코일로 하고, 정합용 고정 코일(23)을 고정 코일로 하고 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 제 2 가변 콘덴서(22) 대신에 고정 콘덴서를 이용하더라도 좋다. 또한, 정합용 고정 코일(23) 대신에 가변 인덕터를 이용하더라도 좋다. 혹은, 제 2 가변 콘덴서(22)를 이용하지 않고, 또한, 정합용 고정 코일(23) 대신에 마련된 가변 인덕터와, 고전압 발생용 코일(26)에 의해 정합 상태를 얻더라도 좋다.
또한, 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력이 비교적 작은 경우, 고전압 발생용 코일(26)이 고정 코일이더라도 좋다. 즉, 고정 코일인 고전압 발생용 코일(26)의 인덕턴스 값과 제 1 방전용 코일에 공급되는 고주파 전력의 전력치가, 플라즈마 F를 착화시킬 수 있고, 또한, 유전체의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴를 억제할 수 있는 값으로 적당하게 설정된다.
혹은, 제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)을 직접적으로 접지하는 것을 대신하여, 임피던스가 극히 작은 코일이나 커패시터를 거쳐서 접지하더라도 좋다.
또한, 고주파 전력은, 도 2에 나타내는 바와 같이 홈이 형성되어 있지 않은 제 1 세라믹스 블록(4)에 붙여진 제 1 방전용 코일(3)에 공급되고 있지만, 이것을 대신하여, 홈이 형성되어 있는 제 2 세라믹스 블록(5)에 붙여진 제 2 방전용 코일(13)에 공급되더라도 좋다.
(실시의 형태 4)
이하, 본 발명의 실시의 형태 4에 대하여, 도 7을 참조하면서 설명한다. 또, 플라즈마 토치 유닛 T 및 정합 회로(18)의 구성은, 상술한 실시의 형태 1의 것과 동일하다.
도 7은 본 실시의 형태 4에 따른 플라즈마 토치 유닛 T에 대한 전기적인 접속을 나타내는 사시도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)이, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)에 접속되어 있다. 제 1 방전용 코일(3)의 타단(15)은, 고전압 발생용 코일(27)을 거쳐서 제 2 방전용 코일(13)의 타단(17)에 접속되어 있다. 고전압 발생용 코일(27)은, 가변 인덕터이다. 제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)은 접지되어 있다.
또, 제 2 방전용 코일(13)의 일단(16)은 접지되어 있지 않더라도 좋다. 또한, 제 1 방전용 코일(3)과 대향하는 도체 부재는, 제 2 방전용 코일(13)이 아닌, 다른 형상의 도체 부재, 예컨대, 링 형상의 도체 부재, 직사각형 판 형상의 도체 부재 등이더라도 좋다.
본 실시의 형태 4에 있어서도, 제 2 방전용 코일의 임피던스가 충분히 작기 때문에, 제 2 방전용 코일(13)의 전압은 상대적으로 낮아진다. 고전압 발생용 코일(27)의 인덕턴스를 충분히 크게 하는 것에 의해, 제 1 방전용 코일(3)의 전압이 상대적으로 높아지고, 제 1 방전용 코일과 제 2 방전용 코일의 사이에 큰 전위차가 생긴다. 그 결과, 제 1 방전용 코일(3)에 공급되는 고주파 전력이 낮더라도, 플라즈마 F를 용이하게 착화시킬 수 있다.
또한, 한 번 플라즈마 F가 착화하면, 제 1 방전용 코일(3)의 전압이 어느 정도 저하하더라도 플라즈마 F가 실화하는 일이 없기 때문에, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 코일(27)의 인덕턴스를 감소시키도록 조정한다. 그 후, 고주파 전력을, 용량 결합 모드로부터 유도 결합 모드로의 모드 점프가 일어나기에 충분한 크기로 올린다.
이와 같이, 제 1 방전용 코일(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 비교적 낮은 주파수로 유지하면서, 고전압 발생용 코일(27)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값으로 조정함과 아울러, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치로 설정하는 제 1 스텝과, 제 1 방전용 코일(3)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마 F를 착화시키는 제 2 스텝과, 플라즈마 F의 착화 후에, 고전압 발생용 코일(27)의 임피던스 값을 제 1 임피던스 값에 비하여 작은 제 2 임피던스 값으로 조정하는 제 3 스텝과, 고주파 전력의 전력치를 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치로 설정하는 제 4 스텝을 포함하는 운전 시퀀스를 플라즈마 처리 장치는 실행한다.
이것에 의해, 플라즈마 F의 착화성과 유전체(즉, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5))의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모할 수 있다.
본 실시의 형태 4에 있어서는, 제 1 방전용 코일(3)과 제 2 방전용 코일(13)이 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)을 사이에 둔 상태에서 대향 배치되고, 또한 챔버(7)로부터 떨어진 위치에서 고전압 발생용 코일(27)을 거쳐서 직렬로 접속되어 있다. 그 때문에, 고주파 전력이 공급되었을 때에 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13) 각각이 챔버(7) 내에 발생시키는 고주파 전자계의 방향이 서로 동일해지도록, 제 1 방전용 코일(3) 및 제 2 방전용 코일(13)은 구성되어 있다. 따라서, 실시의 형태 3에 비하여, 동일한 고주파 전력이 공급된 경우, 챔버(7) 내에 발생하는 전자계의 강도가 강하고, 플라즈마 F가 착화하기 쉽다.
(실시의 형태 5)
이하, 본 발명의 실시의 형태 5에 대하여, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 8은 제 1 방전용 코일(3)과 고주파 전원(도시하지 않음)의 사이에 마련되는, 본 실시의 형태 5에 따른 임피던스 매칭용 정합 회로(18)의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 정합 회로(18)의 입력 단자(19)와 고주파 전원이 동축 케이블(도시하지 않음)을 거쳐서 접속된다. 정합 회로(18)의 출력 단자(20)는, 후술하는 바와 같이, 제 1 방전용 코일(3)에 접속된다. 또한, 정합 회로(18)의 입력 단자(19)는, 제 1 가변 콘덴서(21)를 거쳐서 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(19)는, 직렬로 접속된 제 2 가변 콘덴서(22)와 조정용 코일(28)을 거쳐서, 출력 단자(20)에 접속되어 있다. 또한, 고전압 발생용 코일(29)이 마련되고, 일단이 제 1 접속 단자(30)에, 타단이 제 2 접속 단자(31)에 접속되어 있다.
도 9는 플라즈마 토치 유닛 T에 대한 전기적인 접속을 나타내는 사시도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1 방전용 코일(3)의 일단(14)이, 정합 회로(18)의 출력 단자(20)에 접속되어 있다. 한편, 제 1 방전용 코일(3)의 타단(15)은, 제 1 접속 단자(30)를 거쳐서 고전압 발생용 코일(29)의 일단에 접속되어 있다. 또한, 제 2 방전용 코일(13)의 일단(17)이 제 2 접속 단자(31)를 거쳐서 고전압 발생용 코일(29)의 타단에 접속되어 있다. 즉, 조정용 코일(28), 제 1 방전용 코일(3), 고전압 발생용 코일(29)의 차례로 이들은 직렬로 접속되어 있다. 제 2 방전용 코일(13)의 타단은 접지되어 있다. 또한, 조정용 코일(28) 및 고전압 발생용 코일(29)은, 가변 인덕터이다.
본 실시의 형태 5의 회로의 전체 구성은, 상술한 실시의 형태 4의 것과 유사하다. 그러나, 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시의 형태 5의 경우, 고전압 발생용 코일(29)과 조정용 코일(28)의 직렬 합성 인덕턴스를 대략 일정하게 유지한 상태에서, 고전압 발생용 코일(29)의 인덕턴스를 조정하는 것이 가능하다. 따라서, 플라즈마 F의 착화성과 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모하는 것에 더하여, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 코일(29)의 인덕턴스를 감소시키더라도 제 2 가변 콘덴서(22)의 정합 위치가 거의 변화하지 않기 때문에, 안정된 매칭 상태를 얻을 수 있다.
또, 조정용 코일(28) 및 고전압 발생용 코일(29) 대신에, 조정용 콘덴서 및 고전압 발생용 콘덴서를 마련하더라도 좋다. 이 경우, 고전압 발생용 콘덴서와 조정용 콘덴서의 직렬 합성 커패시턴스를 거의 일정하게 유지한 상태에서, 고전압 발생용 콘덴서의 커패시턴스를 조정하는 것이 가능하다. 따라서, 이 경우에 있어서도, 플라즈마 F의 착화성과 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 절연 파괴의 억제의 양립을 도모할 수 있다. 또한, 플라즈마 F의 착화 후에 고전압 발생용 콘덴서의 용량을 증가시키더라도 제 2 가변 콘덴서(22)의 정합 위치가 거의 변화하지 않기 때문에, 안정된 매칭 상태를 얻을 수 있다.
이상, 복수의 실시의 형태를 들어 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 설명했지만, 이들 실시의 형태는 본 발명의 전형적인 예를 예시한 것에 지나지 않는다.
예컨대, 복수의 상술한 실시의 형태의 플라즈마 처리 장치는, 고정된 플라즈마 토치 유닛 T에 대하여, 기재(1)(기재 홀더(12))를 이동시키도록 구성되어 있다. 이것을 대신하여, 플라즈마 토치 유닛 T를, 고정된 기재(1)(기재 홀더(12))에 대하여 이동시키더라도 좋다. 즉, 본 발명의 실시의 형태는, 플라즈마 토치 유닛 T의 개구(8)에 대하여 기재(1)가 상대적으로 이동하면 된다.
또한 예컨대, 본 발명의 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(플라즈마 토치 유닛)는, 상술한 실시의 형태의 플라즈마 처리 장치(플라즈마 토치 유닛 T)로 한정되지 않는다. 예컨대, 다른 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 중심축의 연장 방향이 기재의 처리 대상의 표면에 직교하도록 배치된 코일과, 그 코일 내에 배치되어 그 코일 내에 챔버를 획정하는 유전체 부재와, 챔버 내에 배치되어, 유전체에 덮이고, 또한 접지되어 있는 도전 부재를 갖고, 코일의 일단이 교류 전압을 공급하는 교류 전원에 접속되고, 코일의 타단이 가변 콘덴서 또는 가변 코일을 거쳐서 접지되어 있다. 이와 같은 플라즈마 처리 장치라도, 상술한 실시의 형태 1과 마찬가지로, 플라즈마를 안정적으로 착화시킬 수 있고, 또한, 챔버를 획정하는 유전체 부재의 절연 파괴를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시의 형태에 의하면, 기재(1)의 표면 근방을 고온 처리할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시의 형태는, TFT용 반도체막의 결정화나 태양 전지용 반도체막의 개질에 적용 가능하다. 또한, 플라즈마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 반도체 디바이스의 RTP(Rapid Thermal Processing), 여러 가지의 전자 디바이스의 리플로, 고체 불순물원을 이용한 플라즈마 도핑 등, 다양한 표면 처리에 적용할 수 있다. 또한, 태양 전지의 제조 방법으로서, 실리콘 잉곳을 분쇄하여 얻어지는 분말을 기재 위에 도포하고, 이것에 플라즈마를 조사하여 용해시켜 다결정 실리콘막을 얻기 위해서도 적용 가능하다.
또한, 상술한 복수의 실시의 형태를 설명함에 있어서, 「플라즈마」라고 하는 용어를 사용하고 있지만, 플라즈마에 관하여, 「열 플라즈마」, 「열평형 플라즈마」, 「저온 플라즈마」, 「고온 플라즈마」 등의 여러 가지 호칭이 존재한다. 그렇지만, 이들 호칭의 플라즈마를 엄밀하게 구별하는 것은 곤란하다. 예컨대, 다나카 야스노리 「열 플라즈마에 있어서의 비평형성」 플라즈마 핵융합 학회지, Vol. 82, No. 8(2006) pp. 479-483에 있어서 해설되고 있는 바와 같이, 열적 평형성만으로 플라즈마의 종류를 구분하는 것도 곤란하다.
넓은 의미로는, 본 발명의 실시의 형태는, 기재를 열처리할 수 있는 플라즈마이면 되고, 또한, 그 플라즈마를 조사하는 것에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시의 형태는, 「열 플라즈마」, 「열평형 플라즈마」, 「고온 플라즈마」 등으로 호칭되는 플라즈마로 한정되지 않는다.
또한, 상술한 실시의 형태에 있어서는 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리 하는 경우를 설명했지만, 반응 가스에 의한 플라즈마 또는 플라즈마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여 기재를 저온 플라즈마 처리하는 경우에 있어서도, 본 발명은 적용할 수 있다. 플라즈마 가스에 반응 가스를 혼합하는 것에 의해, 반응 가스에 의한 플라즈마를 기재에 조사하여, 에칭이나 CVD를 실현할 수 있다.
또한, 희가스 또는 희가스에 소량의 H2 가스를 첨가한 가스를 플라즈마 가스로서 사용하여, 반응 가스를 포함하는 가스를 실드 가스로서 플라즈마 가스의 주변에 공급하는 것에 의해, 플라즈마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여, 에칭, CVD, 도핑 등의 플라즈마 처리를 실현할 수도 있다. 플라즈마 가스로서 아르곤을 주성분으로 하는 가스를 이용하면, 플라즈마 중의 이온, 전자, 중성 원자 등의 온도가 대략 같고, 그들의 온도가 약 10000K에 달하는 「열 플라즈마」가 발생한다.
한편, 플라즈마 가스로서 헬륨을 주성분으로 하는 가스를 이용하면, 비교적 저온의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이와 같은 플라즈마 가스를 이용하면, 기재를 너무 가열하는 일 없이, 에칭이나 성막 등의 처리가 가능해진다.
에칭에 이용하는 반응 가스로서는, 할로겐 함유 가스, 예컨대, CxFy(x, y는 자연수), SF6 등이 있고, 실리콘이나 실리콘 화합물 등을 에칭할 수 있다. 반응 가스로서 O2를 이용하면, 유기물의 제거, 레지스트 애싱, 극박의 산화막 형성 등이 가능해진다. CVD에 이용하는 반응 가스로서는, 모노실란, 디실란 등이 있고, 실리콘이나 실리콘 화합물의 성막이 가능해진다. 혹은, TEOS(Tetraethoxysilane)로 대표되는 실리콘을 함유한 유기 가스와 O2의 혼합 가스를 이용하면, 실리콘 산화막을 성막할 수 있다.
그 외, 발수성ㆍ친수성을 개질하는 표면 처리 등, 여러 가지의 저온 플라즈마 처리가 가능하다. 본 발명의 실시의 형태와 같이 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 의하면, 단위 체적당 높은 파워 밀도를 투입하더라도 아크 방전으로 이행하기 어렵기 때문에, 보다 고밀도의 플라즈마가 발생 가능하고, 그 결과, 빠른 반응 속도를 얻을 수 있어, 기재의 처리 대상의 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은, TFT용 반도체막의 결정화나 태양 전지용 반도체막의 개질에 적용 가능하다. 구체적으로는, 플라즈마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 반도체 디바이스의 RTP, 여러 가지의 전자 디바이스의 리플로, 고체 불순물원을 이용한 플라즈마 도핑 등, 여러 가지 표면 처리에 적용 가능하다. 즉, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리함에 있어서, 플라즈마를 안정적이고 효율적으로 발생시켜, 기재의 처리 대상의 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리함에 있어서 유용한 발명이다. 또한, 여러 가지의 전자 디바이스 등의 제조에 있어서의, 에칭ㆍ성막ㆍ도핑ㆍ표면 개질 등의 저온 플라즈마 처리에 있어서, 기재의 처리 대상의 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리함에 있어서 유용한 발명이다.
1 : 기재
3 : 제 1 코일
4 : 유전체 부재(제 1 세라믹스 블록)
5 : 유전체 부재(제 2 세라믹스 블록)
7 : 챔버
8 : 개구
11 : 가스 도입부(플라즈마 가스 공급 구멍)
13 : 도체 부재(제 2 코일)
24 : 전압 발생용 콘덴서
25 : 전압 발생용 코일
50 : 이동 기구(롤러)
P : 플라즈마

Claims (12)

  1. 챔버를 획정(劃定)하는 유전체 부재와,
    상기 챔버 내에 가스를 도입하는 가스 도입부와,
    상기 유전체 부재의 한쪽에 배치되어, 교류 전력의 공급을 받아 가스가 도입된 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 방전용 코일과,
    상기 유전체 부재의 다른 쪽에 배치되어, 상기 유전체 부재의 챔버를 사이에 두고 상기 방전용 코일과 대향하는 도체 부재와,
    상기 방전용 코일에 교류 전압을 공급하는 교류 전원과,
    상기 챔버 내에 연통하고, 처리 대상의 기재에 대하여 플라즈마를 조사하기 위한 개구와,
    상기 개구의 전방을 가로지르도록 상기 기재를 상기 챔버에 대하여 상대 이동시키는 이동 기구
    를 갖고,
    상기 방전용 코일이, 전압 발생용 콘덴서 또는 전압 발생용 코일을 거쳐서, 접지되어 있거나 또는 상기 도체 부재에 접속되어 있는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 발생용 콘덴서의 용량이 가변이거나 또는 상기 전압 발생용 코일의 인덕턴스가 가변인 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체 부재가 접지되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체 부재가 제 2 방전용 코일인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 발생용 콘덴서 또는 상기 전압 발생용 코일과는 다른 조정용 콘덴서 또는 조정용 코일을 더 갖고,
    상기 조정용 콘덴서 또는 상기 조정용 코일, 상기 방전용 코일, 상기 전압 발생용 콘덴서 또는 상기 전압 발생용 코일의 순서로 이들이 직렬로 접속되어 있는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압 발생용 콘덴서와 상기 조정용 콘덴서의 직렬 합성 커패시턴스 또는 상기 전압 발생용 코일과 상기 조정용 코일의 직렬 합성 인덕턴스를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 전압 발생용 콘덴서의 용량 또는 상기 전압 발생용 코일의 인덕턴스를 조정하는 것이 가능하게 구성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    플라즈마의 발생을 검지하는 플라즈마 발생 검지 장치와,
    플라즈마의 발생의 검지 결과에 근거하여 상기 전압 발생용 콘덴서의 용량 또는 상기 전압 발생용 코일의 인덕턴스를 변화시키는 고전압 제어 유닛
    을 더 갖는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전용 코일에 공급하는 교류 전력의 주파수가 10㎑ 이상 10㎒ 이하인 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구가, 그 개구 가장자리를 포함하는 평면이 상기 기재의 처리 대상의 표면에 대하여 평행이 되도록, 상기 기재에 대하여 상대적으로 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  10. 기재를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    유전체 부재에 의해 획정된 챔버 내에 가스를 도입하면서, 상기 챔버를 사이에 두고 도체 부재에 대향하는 방전용 코일에 교류 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키고,
    상기 챔버 내에 연통하는 개구의 전방을 가로지르도록 상기 기재를 상기 챔버에 대하여 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 상기 기재에 플라즈마를 노출시키고,
    상기 방전용 코일이, 전압 발생용 콘덴서 또는 전압 발생용 코일을 거쳐서, 접지되어 있거나 또는 상기 도체 부재에 접속되어 있는
    플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도체 부재가, 제 2 방전용 코일인 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전압 발생용 콘덴서의 용량 또는 상기 전압 발생용 코일의 인덕턴스가 가변이고,
    상기 전압 발생용 콘덴서 또는 상기 전압 발생용 코일의 임피던스를 제 1 임피던스 값으로 설정하고,
    상기 방전용 코일에 제 1 전력치의 교류 전력을 공급하여 플라즈마를 착화시키고,
    플라즈마의 착화 후에, 상기 전압 발생용 콘덴서 또는 상기 전압 발생용 코일의 임피던스 값을 제 2 임피던스 값으로 변화시키고,
    상기 방전용 코일에 공급하는 교류 전력을, 상기 제 1 전력치에 비하여 큰 제 2 전력치로 변화시키는
    플라즈마 처리 방법.
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