KR20190024946A - 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛, 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 유도 결합 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛, 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 유도 결합 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 안테나를 평면 형상으로 인접하게 설치한 경우에, 양호한 플라즈마 제어성을 확보할 수 있는 안테나 유닛 및 그것을 사용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛은 기판을 플라즈마 처리하는 유도 결합 플라즈마를 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 생성하기 위한 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛으로서, 안테나는, 기판에 대향하여 형성된, 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 안테나선을 기판에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되고, 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 평면 영역이 구성되도록 배치하여 이루어진다.

Description

유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛, 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 유도 결합 플라즈마 처리 방법{ANTENNA UNIT FOR INDUCTIVELY COUPLED PLASMA, INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD THEREFOR}
본 발명은, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조용 글래스 기판 등의 피처리 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시할 때에 사용되는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛 및 그것을 사용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 유도 결합 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조 공정에 있어서는, 글래스제의 기판에 플라즈마 에칭이나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 행하는 공정이 존재하고, 이러한 플라즈마 처리를 행하기 위해 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 장치 등의 각종 플라즈마 처리 장치가 사용된다. 플라즈마 처리 장치로서는 종래, 용량 결합 플라즈마 처리 장치가 다용되고 있었지만, 최근, 고진공도이며 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다고 하는 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 상측에 고주파 안테나를 배치하고, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급함과 함께 이 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 용기 내에 유도 결합 플라즈마를 발생시키고, 이 유도 결합 플라즈마에 의해 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 것이다. 고주파 안테나로서는, 소용돌이 형상을 이루는 환 형상 안테나가 다용되고 있다.
평면 환 형상 안테나를 사용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내의 평면 안테나 바로 아래의 공간에 생성된 유도 전계에 의해 플라즈마가 생성되지만, 그때에, 안테나 바로 아래의 각 위치에서의 전계 강도에 따라서 고플라즈마 밀도 영역과 저플라즈마 밀도 영역의 분포를 가지므로, 평면 환 형상 안테나의 패턴 형상이 플라즈마 밀도 분포를 정하는 중요한 팩터로 되어 있고, 평면 환 형상 안테나의 소밀(疎密)을 조정함으로써, 유도 전계를 균일화하여, 균일한 플라즈마를 생성하고 있다.
그 때문에, 직경 방향으로 간격을 두고 내측 부분과 외측 부분의 2개의 소용돌이 형상을 이루는 환 형상 안테나를 갖는 안테나 유닛을 설치하고, 이들의 임피던스를 조정하여 이들 2개의 환 형상 안테나부의 전류값을 독립적으로 제어하고, 각각의 환 형상 안테나부에 의해 발생하는 플라즈마가 확산에 의해 형성되는 밀도 분포의 겹침 방법을 제어함으로써, 유도 결합 플라즈마의 전체적인 밀도 분포를 제어하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1). 또한, 대형 기판에 대해 균일한 플라즈마 분포를 얻기 위해, 3개 이상의 소용돌이 형상을 이루는 환 형상 안테나를 동심 형상으로 배치한 기술도 제안되어 있다(특허문헌 2).
또한, 최근, 대형 기판에 대해 보다 세밀한 플라즈마 제어를 행하기 위해, 플라즈마 제어 에리어를 보다 세분화시키고, 이 에리어에 대응하여 보다 많은 평면 형상의 소용돌이 안테나를 배치하여, 이들의 전류를 제어하는 것이 시도되고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2007-311182호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-277859호 공보
그러나 소용돌이 형상 안테나를 평면 형상으로 다수 배치한 경우, 인접하는 안테나 사이에서 유도 전계의 방향이 역방향으로 되는 경우가 있고, 이들 사이의 부분에서는 전계가 서로 상쇄되므로, 플라즈마가 거의 생성되지 않는 영역으로 되어 버린다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 복수의 안테나를 평면 형상으로 인접하게 설치한 경우에, 양호한 플라즈마 제어성을 확보할 수 있는 안테나 유닛 및 그것을 사용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 관점에서는, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 있어서 기판을 플라즈마 처리하는 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛으로서, 상기 안테나는, 상기 기판에 대향하여 형성된, 상기 유도 결합 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 상기 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 상기 평면 영역이 구성되도록 배치하여 이루어지고, 상기 안테나 세그먼트는, 안테나선을 상기 기판에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛을 제공한다.
상기 제1 관점에 있어서, 상기 복수의 안테나 세그먼트는, 그들의 상기 평면부가 상기 평면 영역을 환 형상으로 형성하도록 배치되고, 안테나선이 환 형상을 이루는 다분할 환 형상 안테나를 구성하도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 각각에, 개별적으로 전류가 흐르고, 상기 평면 영역 전체적으로 환 형상의 전류가 흐르도록 상기 안테나에 고주파 전력이 공급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 기판은 사각 형상을 이루고, 상기 다분할 환 형상 안테나는, 상기 사각 형상의 기판에 대응한 액자 틀 형상을 이루고, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 일부는 복수의 코너 요소이고, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 다른 일부는 복수의 변 요소이도록 구성할 수 있다.
상기 다분할 환 형상 안테나 외에, 동심 형상으로 배치하여 이루어지는 1 또는 2 이상의 다른 환 형상 안테나를 더 포함하며, 그 경우에, 상기 다른 환 형상 안테나는, 단일의 소용돌이 형상 안테나로 할 수 있다.
상기 복수의 안테나 세그먼트는, 그들의 상기 평면부를 격자 형상 또는 직선 형상으로 배치하여 상기 평면 영역을 사각 형상으로 형성하여, 안테나선이 평행하게 배치된 다분할 평행 안테나를 구성하도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 각각에, 개별적으로 평행하고 또한 동일 방향의 전류가 흐르도록 상기 안테나에 고주파 전력이 공급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 관점에 있어서, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 각각에 흐르는 전류를 제어하는 수단을 더 갖는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에서는, 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 있어서 기판에 처리를 실시하는 처리실을 구획하고, 상기 처리실의 천정벽으로 되는 유전체벽과, 상기 처리실 내에서 기판이 재치되는 재치대와, 상기 유전체벽의 상방에 설치되고, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 안테나를 갖는 안테나 유닛과, 상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하고, 상기 안테나는, 상기 유전체벽의 상면에 면하고 또한 상기 기판에 대향하여 형성된, 상기 유도 결합 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 상기 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 상기 평면 영역이 구성되도록 배치하여 이루어지고, 상기 안테나 세그먼트는, 안테나선을 상기 기판에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제3 관점에서는, 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 있어서 기판에 처리를 실시하는 처리실을 구획하고, 상기 처리실의 천정벽으로 되고, 상기 처리 용기와는 절연된 금속벽과, 상기 처리실 내에서 기판이 재치되는 재치대와, 상기 금속벽의 상방에 설치되고, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 안테나를 갖는 안테나 유닛과, 상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하고, 상기 안테나는, 상기 금속벽의 상면에 면하고 또한 상기 기판에 대향하여 형성된, 상기 유도 결합 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 상기 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 상기 평면 영역이 구성되도록 배치하여 이루어지고, 상기 안테나 세그먼트는, 안테나선을 상기 기판에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 제3 관점에 있어서, 상기 금속벽으로서는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속벽은, 복수의 분할벽이 서로 절연된 상태에서 격자 형상으로 배치되어 구성할 수 있다.
본 발명의 제4 관점에서는, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 재치되는 재치대와, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 안테나를 갖는 안테나 유닛과, 상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하고, 상기 안테나는, 상기 기판에 대향하여 형성된, 상기 유도 결합 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 상기 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 상기 평면 영역이 구성되도록 배치하여 이루어지고, 상기 안테나 세그먼트는, 안테나선을 상기 기판에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 사용하여, 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 복수의 안테나 세그먼트는, 그들의 상기 평면부가 상기 평면 영역을 환 형상으로 형성하도록 배치되고, 상기 복수의 안테나 세그먼트는, 상기 평면 영역 전체적으로 환 형상의 전류가 흐르도록, 각각 개별적으로 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제5 관점에서는, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 재치되는 재치대와, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 안테나를 갖는 안테나 유닛과, 상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하고, 상기 안테나는, 상기 기판에 대향하여 형성된, 상기 유도 결합 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 상기 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 상기 평면 영역이 구성되도록 배치하여 이루어지고, 상기 안테나 세그먼트는, 안테나선을 상기 기판에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 사용하여, 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 복수의 안테나 세그먼트는, 그들의 상기 평면부를 격자 형상 또는 직선 형상으로 배치하여 상기 평면 영역을 사각 형상으로 형성하고, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 각각에, 개별적으로 평행하고 또한 동일 방향의 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 안테나는, 기판에 대향하여 형성된, 유도 결합 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 평면 영역이 구성되도록 배치하고, 안테나 세그먼트는, 안테나선을 기판에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되도록 하였으므로, 평면 영역에 있어서 인접하는 안테나 세그먼트 사이에서 유도 전계(고주파 전류)의 방향이 역방향으로 되는 일이 없이 배치할 수 있어, 유도 전계가 서로 상쇄되는 영역은 존재하지 않는다. 이 때문에, 효율이 양호함과 함께, 플라즈마의 균일성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 사용되는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 고주파 안테나의 일례를 도시하는 평면도.
도 3은 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 외측 안테나에 있어서의 제1 안테나 세그먼트를 도시하는 사시도.
도 4는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 외측 안테나에 있어서의 제2 안테나 세그먼트를 도시하는 사시도.
도 5는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 중간 안테나를 도시하는 평면도.
도 6은 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 내측 안테나를 도시하는 평면도.
도 7은 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 중간 안테나 및 내측 안테나의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 8은 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 급전부를 도시하는 모식도.
도 9는 안테나 세그먼트로서 종래의 소용돌이 형상 안테나를 사용한 경우의 유도 전계(고주파 전류)의 방향을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 안테나 유닛을 사용한 경우의 유도 전계의 방향을 도시하는 모식도.
도 11은 바람직한 안테나 세그먼트의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태의 안테나 유닛에 사용하는 고주파 안테나를 구성하는 안테나를 도시하는 평면도.
도 13은 도 12의 안테나의 안테나 세그먼트를 도시하는 사시도.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면도.
도 15는 도 14의 금속벽의 구조를 설명하기 위한 평면도.
도 16은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서의 플라즈마 생성 원리를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
<제1 실시 형태>
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면도, 도 2는 이 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 사용되는 안테나 유닛을 도시하는 평면도이다. 이 장치는, 예를 들어 FPD용 글래스 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 메탈막, ITO막, 산화막 등의 에칭이나, 레지스트막의 애싱 처리에 사용된다. FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로루미네센스(Electro Luminescence ; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.
이 플라즈마 처리 장치는, 도전성 재료, 예를 들어 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, 유전체벽(유전체창)(2)에 의해 상하에 안테나실(3) 및 처리실(4)로 구획되어 있다. 따라서, 유전체벽(2)은 처리실(4)의 천정벽으로서 기능한다. 유전체벽(2)은, Al2O3 등의 세라믹스, 석영 등으로 구성되어 있다.
유전체벽(2)의 하측 부분에는, 처리 가스 공급용 샤워 하우징(11)이 끼어 넣어져 있다. 샤워 하우징(11)은, 예를 들어 십자 형상으로 설치되어 있고, 유전체벽(2)을 아래에서부터 지지하는 들보로서의 기능을 갖는다. 유전체벽(2)은 십자 형상의 샤워 하우징(11)에 대응하여 4분할되어 있어도 된다. 또한, 상기 유전체벽(2)을 지지하는 샤워 하우징(11)은, 복수개의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해 본체 용기(1)의 천정에 매달린 상태로 되어 있다.
이 샤워 하우징(11)은 도전성 재료, 바람직하게는 금속, 예를 들어 오염물이 발생하지 않도록 그 내면 또는 외면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워 하우징(11)은 전기적으로 접지되어 있다.
이 샤워 하우징(11)에는 수평하게 신장되는 가스 유로(12)가 형성되어 있고, 이 가스 유로(12)에는, 하방을 향해 연장되는 복수의 가스 토출 구멍(12a)이 연통되어 있다. 한편, 유전체벽(2)의 상면 중앙에는, 이 가스 유로(12)에 연통되도록 가스 공급관(20a)이 설치되어 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 통해 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) 사이에는 내측으로 돌출되는 지지 선반(5)이 설치되어 있고, 이 지지 선반(5) 상에 유전체벽(2)이 재치된다.
안테나실(3) 내에는, 고주파(RF) 안테나(13)를 포함하는 안테나 유닛(50)이 설치되어 있다. 고주파 안테나(13)에는, 급전부(51), 급전선(19), 정합기(14)를 통해 고주파 전원(15)이 접속되어 있다. 또한, 고주파 안테나(13)는 절연 부재로 이루어지는 스페이서(17)에 의해 유전체벽(2)으로부터 이격되어 있다. 그리고 고주파 안테나(13)에, 고주파 전원(15)으로부터 예를 들어 주파수가 13.56㎒인 고주파 전력이 공급됨으로써, 처리실(4) 내에 유도 전계가 생성되고, 이 유도 전계에 의해 샤워 하우징(11)으로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다. 또한, 안테나 유닛(50) 및 급전부(51)에 대해서는 후술한다.
처리실(4) 내의 하방에는, 유전체벽(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, 사각 형상의 FPD용 글래스 기판(이하, 간단히 기판이라 기재함)(G)을 재치하기 위한 재치대(23)가 설치되어 있다. 재치대(23)는, 도전성 재료, 예를 들어 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 재치대(23)에 재치된 기판(G)은, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 흡착 유지된다.
재치대(23)는 절연체 틀(24) 내에 수납되고, 또한 중공의 지지 기둥(25)에 의해 지지된다. 지지 기둥(25)은 본체 용기(1)의 저부를 기밀 상태를 유지하면서 관통하여, 본체 용기(1) 밖에 배치된 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 지지되고, 기판(G)의 반입출시에 승강 기구에 의해 재치대(23)가 상하 방향으로 구동된다. 또한, 재치대(23)를 수납하는 절연체 틀(24)과 본체 용기(1)의 저부 사이에는, 지지 기둥(25)을 기밀하게 포위하는 벨로우즈(26)가 배치되어 있고, 이에 의해 재치대(23)의 상하 이동에 의해서도 처리 용기(4) 내의 기밀성이 보증된다. 또한 처리실(4)의 측벽(4a)에는, 기판(G)을 반입출하기 위한 반입출구(27a) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(27)가 설치되어 있다.
재치대(23)에는, 중공의 지지 기둥(25) 내에 설치된 급전선(25a)에 의해, 정합기(28)를 통해 고주파 전원(29)이 접속되어 있다. 이 고주파 전원(29)은, 플라즈마 처리 중에, 바이어스용 고주파 전력, 예를 들어 주파수가 6㎒인 고주파 전력을 재치대(23)에 인가한다. 이 바이어스용 고주파 전력에 의해 생성된 셀프 바이어스에 의해, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판(G)에 끌려들어간다.
또한, 재치대(23) 내에는, 기판(G)의 온도를 제어하기 위해, 세라믹 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 설치되어 있다(모두 도시하지 않음). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은, 모두 중공의 지지 기둥(25)을 통해 본체 용기(1) 밖으로 도출된다.
처리실(4)의 저부에는, 배기관(31)을 통해 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(30)가 접속된다. 이 배기 장치(30)에 의해, 처리실(4)이 배기되어, 플라즈마 처리 중, 처리실(4) 내가 소정의 진공 분위기(예를 들어, 1.33㎩)로 설정, 유지된다.
재치대(23)에 재치된 기판(G)의 이면측에는 냉각 공간(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 일정한 압력의 열전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(41)가 형성되어 있다. 이와 같이 기판(G)의 이면측에 열전달용 가스를 공급함으로써, 진공하에 있어서 기판(G)의 온도 상승이나 온도 변화를 회피할 수 있도록 되어 있다.
이 플라즈마 처리 장치의 각 구성부는, 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 제어부(100)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(100)에는, 오퍼레이터에 의한 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위한 코맨드 입력 등의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(101)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(100)에는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(100)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라서 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 가반성인 것이어도 된다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해 레시피를 적절하게 전송시키도록 하여도 된다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(101)로부터의 지시 등에 의해 임의의 처리 레시피를 기억부(102)로부터 호출하여 제어부(100)에 실행시킴으로써, 제어부(100)의 제어하에서, 플라즈마 처리 장치에서의 원하는 처리가 행해진다.
다음에, 상기 안테나 유닛(50)에 대해 상세하게 설명한다. 안테나 유닛(50)은, 상술한 바와 같이 고주파 안테나(13)를 갖고 있고, 또한 정합기(14)를 거친 고주파 전력을 고주파 안테나(13)에 급전하는 급전부(51)를 갖는다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 고주파 안테나(13)는, 외측 안테나(131), 중간 안테나(132) 및 내측 안테나(133)를 갖고, 이들은, 플라즈마 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역, 구체적으로는 평면 형상의 액자 틀 형상 영역(141, 142, 143)을 갖고 있다. 이들 액자 틀 형상 영역(141, 142, 143)은, 유전체벽(2)에 면하여 기판(G)에 대향하도록 형성되어 있다. 또한, 액자 틀 형상 영역(141, 142, 143)은 동심 형상을 이루도록 배치되어 있고, 전체적으로 사각형 기판(G)에 대응하는 사각 형상 평면을 구성하고 있다.
외측 안테나(131)는, 액자 틀 형상 영역(141)의 코너부를 구성하는 4개의 제1 안테나 세그먼트(61)와, 변 중앙부를 구성하는 4개의 제2 안테나 세그먼트(71)의 합계 8개의 안테나 세그먼트로 구성되어 있고, 전체적으로 환 형상 안테나로 되는 다분할 환 형상 안테나로서 구성되어 있다.
제1 안테나 세그먼트(61)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 도전성 재료, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는 안테나선(62)을 기판(G)[유전체벽(2)]에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되어 있고, 유전체벽(2)에 면한 평면부(63)가 플라즈마에 기여하는 유도 전계를 생성하는 액자 틀 형상 영역(141)의 일부(코너부)를 구성하고 있다. 평면부(63)에 있어서는 안테나선(62)이 3개 평행하고 또한 코너부를 형성하도록 배치되어 있다.
또한, 제2 안테나 세그먼트(71)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 도전성 재료, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는 안테나선(72)을 기판(G)[유전체벽(2)]에 교차하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하여 구성되어 있고, 유전체벽(2)에 면한 평면부(73)가 플라즈마에 기여하는 유도 전계를 생성하는 액자 틀 형상 영역(141)의 일부(변 중앙부)를 구성하고 있다. 평면부(73)에 있어서는 안테나선(72)이 3개 평행하게 배치되어 있다.
중간 안테나(132) 및 내측 안테나(133)는, 모두 소용돌이 형상의 평면 안테나로서 구성되고(도 2에서는 편의상, 동심 형상으로 도시되어 있음), 각각의 안테나가 유전체벽(2)에 면하여 형성되는 평면 전체가 액자 틀 형상 영역(142 및 143)을 구성하고 있다.
중간 안테나(132)는, 예를 들어 도 5에 도시하는 바와 같이, 도전성 재료, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는 4개의 안테나선(81, 82, 83, 84)을 권회하여 전체가 소용돌이 형상으로 되도록 한 다중(4중) 안테나를 구성하고 있다. 구체적으로는, 안테나선(81, 82, 83, 84)은 90°씩 위치를 어긋나게 하여 권회되고, 플라즈마가 약해지는 경향에 있는 코너부의 권취수를 변의 중앙부의 권취수보다도 많아지도록 하고 있다. 도시한 예에서는 코너부의 권취수가 2, 변의 중앙부의 권취수가 1로 되어 있다. 이 안테나선의 배치 영역이 상기 액자 틀 형상 영역(142)을 구성하고 있다.
내측 안테나(133)는, 예를 들어 도 6에 도시하는 바와 같이, 도전성 재료, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는 4개의 안테나선(91, 92, 93, 94)을 권회하여 전체가 소용돌이 형상으로 되도록 한 다중(4중) 안테나를 구성하고 있다. 구체적으로는, 안테나선(91, 92, 93, 94)은 90°씩 위치를 어긋나게 하여 권회되고, 플라즈마가 약해지는 경향에 있는 코너부의 권취수를 변의 중앙부의 권취수보다도 많아지도록 하고 있다. 도시한 예에서는 코너부의 권취수가 3, 변의 중앙부의 권취수가 2로 되어 있다. 이 안테나선의 배치 영역이 상기 액자 틀 형상 영역(143)을 구성하고 있다.
또한, 중간 안테나(132), 내측 안테나(133)를 다중 안테나로 구성하는 경우에는, 안테나선의 수는 4개에 한정되는 것은 아니며, 임의의 수의 다중 안테나이어도 되고, 또한 어긋나게 하는 각도도 90°에 한정되는 것은 아니다.
또한, 중간 안테나(132), 내측 안테나(133)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 1개의 안테나선(151)을 소용돌이 형상으로 권회한 것이어도 된다.
또한, 이러한 3개의 환 형상 안테나를 갖는 것에 한정되지 않고, 2개의 환 형상 안테나 및 4개 이상의 환 형상 안테나이어도 된다. 즉, 안테나 세그먼트를 환 형상으로 배치한 구조의 환 형상 안테나 외에, 1 또는 2 이상의 단일의 환 형상 안테나를 설치한 구조로 할 수 있다.
또한, 외측 안테나(131)와 마찬가지인, 안테나 세그먼트를 환 형상으로 배치한 구조의 다분할 환 형상 안테나만을 1 또는 2 이상 설치하여 고주파 안테나(13)를 구성하여도 된다.
급전부(51)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 급전선(19)으로부터 분기되어, 외측 안테나(131)의 8개의 안테나 세그먼트(4개의 제1 안테나 세그먼트(61) 및 4개의 제2 안테나 세그먼트(71)), 중간 안테나(132) 및 내측 안테나(133)에 접속된 10개의 분기 라인(52)을 갖고 있다. 이들 분기 라인(52)에는, 1개를 제외하고, 임피던스 조정 수단으로서의 가변 콘덴서(53)가 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 내측 안테나(133)에의 분기 라인(52)에만 가변 콘덴서(53)가 설치되어 있지 않다. 따라서, 가변 콘덴서(53)는 합계 9개 설치되어 있다. 분기 라인(52)은, 외측 안테나(131)의 8개의 안테나 세그먼트 및 중간 안테나(132), 내측 안테나(133)의 단부에 설치된 급전 단자(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
외측 안테나(131)의 8개의 안테나 세그먼트 및 중간 안테나(132)에 대해서는, 이들과, 이들에 접속된 가변 콘덴서(53)에 의해, 각각 안테나 회로를 구성하고 있고, 내측 안테나(133)는 단독으로 안테나 회로를 구성하고 있다. 그리고 9개의 가변 콘덴서(53)의 용량을 조절함으로써, 외측 안테나(131)의 8개의 안테나 세그먼트 및 중간 안테나(132)를 포함하는 각각의 안테나 회로의 임피던스가 제어되고, 그 결과, 외측 안테나(131)의 8개의 안테나 세그먼트, 중간 안테나(132) 및 내측 안테나(133)를 포함하는 각각의 안테나 회로에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 이와 같이 이들 안테나 회로에 흐르는 전류를 제어함으로써, 이들에 대응하는 플라즈마 제어 에리어의 유도 전계를 제어하여 플라즈마 밀도 분포를 세밀하게 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한 모든 안테나 회로에 콘덴서(53)를 설치하여도 된다.
또한, 외측 안테나(131)에 흘리는 전류는, 각 안테나 세그먼트마다 제어하여도 되고, 복수의 안테나 세그먼트를 그룹으로 나누어, 그룹마다 제어하여도 된다.
이상의 전류 제어는, 이하의 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에서도 마찬가지로 행할 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 사용하여 기판(G)에 대해 플라즈마 처리, 예를 들어 플라즈마 에칭 처리를 실시할 때의 처리 동작에 대해 설명한다.
우선, 게이트 밸브(27)를 개방으로 한 상태에서 반입출구(27a)로부터 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 기판(G)을 처리실(4) 내에 반입하고, 재치대(23)의 재치면에 재치한 후, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 기판(G)을 재치대(23) 상에 고정한다. 다음에, 처리실(4) 내에 처리 가스 공급계(20)로부터 공급되는 처리 가스를 샤워 하우징(11)의 가스 토출 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내에 토출시킴과 함께, 배기 장치(30)에 의해 배기관(31)을 통해 처리실(4) 내를 진공 배기함으로써, 처리실 내를 예를 들어 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 위해, He 가스 유로(41)를 통해, 열전달용 가스로서 He 가스를 공급한다.
이어서, 고주파 전원(15)으로부터 예를 들어 13.56㎒의 고주파를 고주파 안테나(13)에 인가하고, 이에 의해 유전체벽(2)을 통해 처리실(4) 내에 균일한 유도 전계를 생성한다. 이와 같이 하여 생성된 유도 전계에 의해, 처리실(4) 내에서 처리 가스가 플라즈마화되어, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 의해, 기판(G)에 대해 플라즈마 처리로서, 예를 들어 플라즈마 에칭 처리가 행해진다.
이 경우에, 고주파 안테나(13)는, 상술한 바와 같이, 환 형상 안테나인 외측 안테나(131), 중간 안테나(132), 내측 안테나(133)를 동심 형상으로 설치함과 함께, 외측 안테나(131)는, 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 액자 틀 형상 영역(141)의, 코너부를 구성하는 4개의 제1 안테나 세그먼트(61)와, 변 중앙부를 구성하는 4개의 제2 안테나 세그먼트(71)의 합계 8개의 안테나 세그먼트로 구성되어 있으므로, 이들에 대응하는 플라즈마 제어 에리어의 유도 전계를 제어함으로써, 플라즈마 밀도 분포를 세밀하게 제어할 수 있다.
그런데, 외측 안테나(131)를 구성하는 제1 안테나 세그먼트(61) 및 제2 안테나 세그먼트(71)를 종래 안테나로서 사용해 온, 안테나선을 평면 형상으로 권회하여 이루어지는 소용돌이 형상 안테나로 구성하면, 도 9에 도시하는 바와 같이, 인접하는 소용돌이 형상 안테나(171)에서 유도 전계(고주파 전류)가 역방향으로 되는 경우가 있고, 그러한 경우에는, 유도 전계가 서로 상쇄되어 버려, 인접하는 소용돌이 형상 안테나(171) 사이의 영역 A에 있어서 유도 전계가 매우 약해져, 플라즈마가 거의 생성되지 않는 영역으로 되어 버린다.
이에 대해, 본 실시 형태에서는, 제1 안테나 세그먼트(61) 및 제2 안테나 세그먼트(71)를, 기판(G)[유전체벽(2)]에 교차하는 방향으로 안테나선(62 및 72)을 권회하여 세로 권취 나선 형상으로 구성하였으므로, 도 10에 도시하는 바와 같이, 유전체벽(2)에 면한 플라즈마에 기여하는 유도 전계를 생성하는 부분인 평면부(63 및 73)의 유도 전계(고주파 전류)의 방향이 환 형상 영역(141)을 따른 일방향으로 되어, 유도 전계가 서로 상쇄되는 영역은 존재하지 않으므로, 소용돌이 형상 안테나를 평면적으로 배열한 경우에 비해 효율이 양호함과 함께, 플라즈마의 균일성을 높일 수 있다. 또한, 중간 안테나(132) 및 내측 안테나(133)의 유도 전계의 방향도 외측 안테나(131)와 동일하고, 내측의 영역에 있어서도 유도 전계가 서로 상쇄되는 영역은 존재하지 않는다.
또한, 제1 안테나 세그먼트(61) 및 제2 안테나 세그먼트(71)에 있어서는, 도 11에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 안테나선(62 및 72)의 평면부(63 및 73)의 반대측의 공간에 형성된 부분의 유도 전계가 플라즈마의 생성에 기여하지 않도록, 그 부분의 플라즈마로부터의 거리 B가 평면부(63 및 73)에 있어서의 안테나선(62 및 72)의 플라즈마까지의 거리 A의 2배 이상인 것이 바람직하다.
<제2 실시 형태>
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태의 안테나 유닛에 사용하는 고주파 안테나를 구성하는 안테나를 도시하는 평면도이다.
상기 제1 실시 형태에서는, 외측 안테나(131)로서, 복수의 세로 권취 나선 형상의 안테나 세그먼트를, 그 하면의 평면부가 플라즈마 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 액자 틀 형상 영역(141)을 형성하도록 환 형상으로 배치한, 다분할 소용돌이 형상의 환 형상 안테나로 하고, 또한 환 형상 안테나인 중간 안테나(132) 및 내측 안테나(133)를 동심 형상으로 배치한 고주파 안테나(13)를 갖는 안테나 유닛(50)을 사용한 예를 나타냈지만, 본 실시 형태에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 평행 안테나(181)만으로 고주파 안테나를 구성하고 있다. 즉, 평행 안테나(181)는, 플라즈마 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하고, 또한 유전체벽(2)에 면하여 기판(G)에 대향하도록 형성된 사각 형상 평면 영역(182)을 갖고, 이들 사각 형상 평면 영역(182)을 격자 형상의 플라즈마 제어 영역으로 나누고, 이들 영역의 각각에 사각 형상 평면 영역(182)의 일부를 구성하는 안테나 세그먼트(183)를 배치하여, 사각 형상 평면 영역(182)에 있어서 안테나선이 모두 평행해지도록, 다분할 평행 안테나로서 구성되어 있다.
안테나 세그먼트(183)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 도전성 재료, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는 안테나선(184)을 기판(G)[유전체벽(2)]에 교차하는 방향, 예를 들어 직교하는 방향, 즉, 수직 방향으로 소용돌이 형상으로 권회하여 구성되어 있고, 유전체벽(2)에 면한 평면부(185)가 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 사각 형상 평면 영역(182)의 일부를 이루고 있다. 평면부(185)에 있어서는 안테나선(184)이 4개 평행하게 배치되어 있다.
도 12에서는, 안테나 세그먼트(183)를 종횡 4개씩의 16분할 타입의 예를 나타내고 있지만, 종횡 2개씩의 4분할 타입, 종횡 3개씩의 9분할 타입, 종횡 5개씩의 25분할 타입, 또는 그 이상으로 분할한 것이어도 된다. 이와 같이 격자의 눈을 미세하게 하여 플라즈마 제어 영역을 증가시켜 감으로써, 보다 세밀한 플라즈마 제어를 실현할 수 있다.
이와 같이 안테나 세그먼트(183)의 평면부(185)를 격자 형상으로 배치하여, 도 12에 도시하는 바와 같이, 안테나 세그먼트(183)의 유도 전계(고주파 전류)의 방향을 모두 동일하게 함으로써, 종래의 소용돌이 형상 안테나를 배열한 경우와 같은 유도 전계가 서로 상쇄되는 영역은 존재하지 않는다. 이 때문에, 소용돌이 형상 안테나를 배열한 경우에 비해 효율이 양호함과 함께, 플라즈마의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 평행 안테나(181)로서는, 안테나 세그먼트(183)를 격자 형상으로 배치한 것에 한정되지 않고, 단순히 직선 형상으로 배치한 것이어도 된다.
<제3 실시 형태>
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 유전체벽(유전체창)(2) 대신에, 비자성 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 금속벽(금속창)(202)이 설치되어 있다. 다른 구성은, 기본적으로 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성되어 있다. 그 때문에, 도 14에서는 도 1과 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 금속벽(202)은 격자 형상으로 분할되어 있다. 구체적으로는, 도 15에 도시하는 바와 같이 분할벽(202a, 202b, 202c, 202d)으로 4분할되어 있다. 이들 4개의 분할벽(202a 내지 202d)은, 지지 선반(5) 및 지지 들보로서 기능하는 샤워 하우징(11) 상에 절연 부재(203)를 개재하여 재치된다. 이와 같이, 4개의 분할벽(202a 내지 202d)은, 절연 부재(203)를 개재하여 지지 선반(5) 및 샤워 하우징(11) 상에 재치됨으로써, 지지 선반(5), 샤워 하우징(11) 및 본체 용기(1)로부터 절연되고, 또한 분할벽(202a 내지 202d)끼리도 서로 절연된다.
제1 실시 형태에서 사용한 유전체벽(2)은 취성 재료, 예를 들어 석영으로 구성되어 있지만, 본 실시 형태에서 사용한 금속벽은 연성 재료이므로, 제작시에 그 자체의 대형화가 용이하여, 대형 기판에 대한 대응이 용이하다.
금속벽(202)을 사용한 경우의 플라즈마 생성 원리는, 유전체벽(2)을 사용한 경우와는 다르다. 즉, 도 16에 도시하는 바와 같이, 고주파 안테나(13)에 환 형상으로 흐르는 고주파 전류 IRF로부터, 금속벽(202)의 상면(고주파 안테나측 표면)에 유도 전류가 발생한다. 유도 전류는 표피 효과에 의해 금속벽(202)의 표면 부분에밖에 흐르지 않지만, 금속벽(202)은, 4개의 분할벽(202a 내지 202d)으로 분할되고, 이들은 지지 선반(5), 지지 들보인 샤워 하우징(11) 및 본체 용기(1)로부터 절연되어 있으므로, 금속벽(202)의 상면, 즉, 분할벽(202a 내지 202d)에 흐른 유도 전류는, 각각 분할벽(202a 내지 202d)의 측면으로 흐르고, 이어서 측면으로 흐른 유도 전류는, 분할벽(202a 내지 202d)의 하면(처리실측 표면)으로 흐르고, 또한 분할벽(202a 내지 202d)의 측면을 통해, 다시 금속벽(202)의 상면으로 복귀하여 와전류 IED를 생성한다. 이와 같이 하여, 금속벽(202)에는, 분할벽(202a 내지 202d)의 상면(고주파 안테나측 표면)으로부터 하면(처리실측 표면)으로 루프하는 와전류 IED가 생성된다. 이 루프하는 와전류 IED 중, 금속벽(202)의 하면을 흐른 전류가 처리실(4) 내에 유도 전계를 생성하고, 이 유도 전계에 의해 처리 가스의 플라즈마가 생성된다.
고주파 안테나로서는, 도 2에 도시하는 바와 같은, 환 형상 안테나인 외측 안테나(131), 중간 안테나(132), 내측 안테나(133)를 동심 형상으로 설치한 것이어도 되고, 외측 안테나(131)와 마찬가지인, 안테나 세그먼트를 환 형상으로 배치한 구조의 환 형상 안테나만으로 구성된 것이어도 되고, 도 12에 도시하는 바와 같은 직선 형상의 안테나 세그먼트(183)를 동일 방향으로 되도록 배치한 직선 형상 안테나(181)만을 갖는 것이어도 된다.
고주파 안테나가 환 형상 안테나로 구성되어 있는 경우, 금속벽(202)으로서 1매의 판을 사용하면, 고주파 안테나에 의해 금속벽(202)의 상면에 생성되는 와전류 IED는, 금속벽(202)의 상면을 루프하는 것으로만 된다. 따라서, 와전류 IED는 금속벽(202)의 하면으로는 흐르지 않아 플라즈마는 생성되지 않는다. 이 때문에, 상술한 바와 같이, 금속벽(202)을 복수의 분할벽으로 분할함과 함께 서로 절연하여, 와전류 IED가 금속벽(202)의 하면으로 흐르도록 한다.
한편, 고주파 안테나가 도 12와 같은 평행 안테나(181)로 구성되어 있는 경우에는, 금속벽(202)이 1매의 판이어도, 그 상면에 생성된 와전류 IED는, 상면으로부터 측면을 통해 하면에 이르고, 다시 측면을 통해 표면으로 복귀하는 루프 전류를 생성하므로, 금속벽(202)의 하면에 유도 전계가 생성되어, 플라즈마를 생성할 수 있다. 즉, 복수로 분할된 금속벽인지 1매의 판으로 이루어지는 금속벽인지에 상관없이, 1매의 금속판에 대응하는 안테나 전류가 상면에 있어서 루프 형상으로 폐쇄되지 않고, 횡단하도록 흐르면 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 일 없이 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 세로 권취 나선 형상으로 한 복수의 안테나 세그먼트를 환 형상으로 배치한 예 및 직선 형상(매트릭스 형상)으로 배치한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 생성하려고 하는 플라즈마에 따라서 임의로 배치할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 세로 권취 나선 형상으로 한 복수의 안테나 세그먼트를 배치하여 이루어지는 안테나만으로 고주파 안테나를 구성하여도 되고, 세로 권취 나선 형상으로 한 복수의 안테나 세그먼트를 배치하여 이루어지는 안테나와, 다른 안테나를 조합하여 고주파 안테나를 구성하여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 각 안테나 세그먼트 또는 안테나의 전류 제어를 위한 임피던스 조정 수단으로서 가변 콘덴서를 사용하였지만, 가변 코일 등의 다른 임피던스 조정 수단이어도 된다. 또한, 각 안테나 세그먼트 또는 안테나의 전류 제어를 위해, 파워 스플리터를 사용하여 전류를 분배하여도 된다. 또한, 각 안테나 세그먼트 또는 안테나의 전류 제어를 위해, 안테나 세그먼트 또는 안테나마다 고주파 전원을 설치하여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 처리실의 천정부를 유전체벽 또는 금속벽으로 구성하고, 안테나가 처리실의 외부인 천정부의 유전체벽 또는 금속벽의 상면을 따라 배치된 구성에 대해 설명하였지만, 안테나와 플라즈마 생성 영역 사이를 유전체벽 또는 금속벽으로 격리하는 것이 가능하면 안테나가 처리실 내에 배치되는 구조이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 본 발명을 에칭 처리에 적용한 경우에 대해 나타냈지만, CVD 성막 등의 다른 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다. 또한, 기판으로서 FPD용 사각형 기판을 사용한 예를 나타냈지만, 태양 전지 등의 다른 사각형 기판을 처리하는 경우에도 적용 가능하고, 사각형에 한정되지 않고 예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 원형의 기판에도 적용 가능하다.
1 : 본체 용기
2 : 유전체벽(유전체 부재)
3 : 안테나실
4 : 처리실
13 : 고주파 안테나
14 : 정합기
15 : 고주파 전원
19 : 급전선
20 : 처리 가스 공급계
23 : 재치대
30 : 배기 장치
50 : 안테나 유닛
51 : 급전부
52 : 분기 라인
53 : 가변 콘덴서
61 : 제1 안테나 세그먼트
62, 72, 81, 82, 83, 84, 91, 92, 93, 94, 151, 184 : 안테나선
63, 73, 185 : 평면부
71 : 제2 안테나 세그먼트
100 : 제어부
101 : 유저 인터페이스
102 : 기억부
131 : 외측 안테나
132 : 중간 안테나
133 : 내측 안테나
181 : 직선 형상 안테나
182 : 사각 형상 영역
183 : 안테나 세그먼트
202 : 금속벽
202a 내지 202d : 분할벽
203 : 절연 부재
G : 기판

Claims (5)

  1. 기판에 유도 결합 플라즈마 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 있어서 기판에 처리를 실시하는 처리실을 구획하고, 상기 처리실의 천정벽으로 되는 유전체벽과,
    상기 처리실 내에서 기판이 재치되는 재치대와, 상기 유전체벽의 상방에 설치되고, 상기 처리실 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 안테나를 갖는 안테나 유닛과,
    상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하고,
    상기 안테나는,
    상기 유전체벽의 상면에 면하고 또한 상기 기판에 대향하여 형성된, 상기 유도 결합 플라즈마의 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하는 평면 영역을 갖고, 또한 상기 평면 영역의 일부를 형성하는 평면부 및 상기 평면부의 반대측의 공간을 주회해서 형성된 중공부를 갖는 복수의 안테나 세그먼트를, 상기 평면 영역이 환 형상 영역을 구성하도록 배치하여 이루어지고, 상기 안테나 세그먼트는, 안테나선을 상기 기판에 직교하는 방향으로 세로 권취 나선 형상으로 권회하고, 또한 권회 축이 상기 기판의 표면과 평행하게 되는 나선 모양으로 권회하여 구성되고, 상기 유전체벽의 하면으로부터 상기 중공부까지의 거리가 상기 유전체벽의 하면으로부터 상기 평면부까지의 거리의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 세그먼트의 각각에, 개별적으로 전류가 흐르고, 상기 평면 영역 전체적으로 환 형상의 전류가 흐르도록 고주파 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판은 사각 형상을 이루고, 상기 안테나 선이 환 형상을 이루어 구성하는 다분할 환 형상 안테나는, 상기 사각 형상의 기판에 대응한 액연 형상을 이루고, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 일부는 복수의 코너 요소이고, 상기 복수의 안테나 세그먼트의 다른 일부는 복수의 변 요소인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다분할 환 형상 안테나 외에, 1 또는 2 이상의 다른 환 형상 안테나를 동심 형상으로 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 세그먼트의 각각에 흐르는 전류를 제어하는 수단을 더 갖는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
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