KR20200018658A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라스마 처리 장치는, 제1 입력 단자, 제2 입력 단자, 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 갖는 밸룬과, 진공 용기와, 상기 제1 출력 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 상기 제2 출력 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 상기 진공 용기와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하고, 상기 접속부는 인덕터를 포함한다.

Description

플라스마 처리 장치
본 발명은 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
2개의 전극 사이에 고주파를 인가함으로써 플라스마를 발생시키고, 해당 플라스마에 의하여 기판을 처리하는 플라스마 처리 장치가 있다. 이와 같은 플라스마 처리 장치는, 2개의 전극의 면적비 및/또는 바이어스에 의하여 스퍼터링 장치로서 동작하거나 에칭 장치로서 동작하거나 할 수 있다. 스퍼터링 장치로서 구성된 플라스마 처리 장치는, 타깃을 보유 지지하는 제1 전극과, 기판을 보유 지지하는 제2 전극을 갖고, 제1 전극과 제2 전극 사이에 고주파가 인가되어, 제1 전극과 제2 전극 사이(타깃과 기판 사이)에 플라스마가 생성된다. 플라스마의 생성에 의하여 타깃의 표면에 셀프 바이어스 전압이 발생하고, 이것에 의하여 타깃에 이온이 충돌하여 타깃으로부터, 그것을 구성하는 재료의 입자가 방출된다.
특허문헌 1에는, 평형 불평형 변환기를 구비한 플라스마 표면 처리 장치가 기재되어 있다. 이 플라스마 표면 처리 장치는 고주파 전원과, 전력 증폭기와, 임피던스 정합기와, 동축 케이블과, 진공 용기와, 방전 가스 혼합 상자와, 비접지 전극과, 접지 전극과, 트랜스형 평형 불평형 변기를 구비하고 있다. 방전 가스 혼합 상자, 비접지 전극, 접지 전극 및 트랜스형 평형 불평형 변환기는 진공 용기 내에 배치되어 있다. 비접지 전극은 절연물 지지재 및 방전 가스 혼합 상자를 통해서 진공 용기에 설치되어 있다. 접지 전극은 기판을 지지한다. 또한 접지 전극은 진공 용기에 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원의 출력은 전력 증폭기, 임피던스 정합기, 동축 케이블 및 트랜스형 평형 불평형 변환기를 통하여 비접지 전극과 접지 전극 사이에 공급된다. 특허문헌 1에 의하면, 접지 전극에 접속된 진공 용기의 부재를 통하여 흐르는 동상 전류 Ix는 트랜스형 평형 불평형 변환기에 의하여 차단된다.
특허문헌 1에서는 검토되어 있지 않지만 본 발명자의 검토에 의하면, 동상 전류 Ix의 크기는, 평형 불평형 변환기(이하, 밸룬)의 권선의 리액턴스 X와, 평형 불평형 변환기의 출력측의 부하의 임피던스(저항 성분) Rp의 비, 즉, X/Rp로 결정된다. X/Rp가 클수록 평형 불평형 변환기의 출력측(평형 회로측)과 접지 사이의 아이솔레이션 성능이 향상되어 동상 전류 Ix가 작아진다.
본 발명자의 검토에 의하면, 플라스마 처리 장치에 플라스마 밀도가 낮아지는 조건이 설정되어 있는 경우, 예를 들어 진공 용기 내의 압력이 낮은 경우, 전극 사이의 거리가 큰 경우, 전극의 면적이 작은 경우, 고주파원이 발생하는 고주파의 주파수가 낮은 경우 등에 있어서, 밸룬에서 전극측을 본 부하의 임피던스 Rp가 커진다. 따라서 임피던스 Rp가 큰 경우, 동상 전류 Ix를 작게 하고자 X/Rp를 크게 하기 위해서는, 밸룬의 권선의 리액턴스 X를 크게 할 필요가 있다. 그 때문에, 권선의 권취수를 증가시키거나 트로이달 코어를 크게 하거나 할 필요가 있지만, 이는 밸룬의 대형화를 초래한다.
일본 특허 공개 제2009-302566호 공보
본 발명은 상기 과제 인식에 기초하여 이루어진 것이며, 밸룬을 대형화하는 일 없이 동상 전류를 저감시키는 데 있어서 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 일 측면은, 플라스마 처리 장치에 관한 것이며, 상기 플라스마 처리 장치는, 제1 입력 단자, 제2 입력 단자, 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 갖는 밸룬과, 진공 용기와, 상기 제1 출력 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 상기 제2 출력 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 상기 진공 용기와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하고, 상기 접속부는 인덕터를 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 2a는 밸룬의 구성예를 도시하는 도면.
도 2b는 밸룬의 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 3a는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 3b는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 4a는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 4b는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 5a는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 5b는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 6a는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 6b는 밸룬 및 접속부의 기능을 설명하는 도면.
도 7은 접속부(인덕터)에 의한 아이솔레이션 성능의 향상을 예시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제5 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제6 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 제9 실시 형태의 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을, 그 예시적인 실시 형태를 통하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제1 실시 형태 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제1 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의하여 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는 밸룬(평형 불평형 변환기)(103)과 진공 용기(110)와 제1 전극(106)과 제2 전극(111)과 접속부(150)를 구비하고 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는 밸룬(103)과 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가 진공 용기(110)와 제1 전극(106)과 제2 전극(111)과 접속부(150)를 구비하고 있는 것으로서 이해되어도 된다. 본체(10)는 제1 단자(251) 및 제2 단자(252)를 갖는다. 제1 전극(106)은, 진공 용기(110)와 협동하여 진공 공간과 외부 공간을 분리하도록(즉, 진공 격벽의 일부를 구성하도록) 배치되어도 되고, 진공 용기(110) 내에 배치되어도 된다. 제2 전극(111)은, 진공 용기(110)와 협동하여 진공 공간과 외부 공간을 분리하도록(즉, 진공 격벽의 일부를 구성하도록) 배치되어도 되고, 진공 용기(110) 내에 배치되어도 된다.
진공 용기(110)의 적어도 일부분은 도체로 구성될 수 있다. 진공 용기(110)는, 도체로 구성된 부분을 포함할 수 있다. 접속부(150)는 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 전기적으로 접속한다. 접속부(150)는 인덕터를 포함하며, 접지에 대한 평형 회로의 아이솔레이션 성능, 달리 말하면 접지에 대한 밸룬(103)의 출력(제1 출력 단자(211), 제2 출력 단자(212))측의 아이솔레이션 성능을 향상시킨다. 밸룬(103)은 제1 입력 단자(201), 제2 입력 단자(202), 제1 출력 단자(211) 및 제2 출력 단자(212)를 갖는다.
제1 실시 형태에서는, 제1 전극(106)은 캐소드이며, 타깃(109)을 보유 지지한다. 타깃(109)은, 예를 들어 절연체 재료 또는 도전체 재료일 수 있다. 또한 제1 실시 형태에서는, 제2 전극(111)은 애노드이며, 기판(112)을 보유 지지한다. 제1 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 타깃(109)의 스퍼터링에 의하여 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제1 전극(106)은 제1 출력 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(111)은 제2 출력 단자(212)에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 전극(106)과 제1 출력 단자(211)가 전기적으로 접속되어 있다는 것은, 제1 전극(106)과 제1 출력 단자(211) 사이에서 전류가 흐르도록 제1 전극(106)과 제1 출력 단자(211) 사이에 전류 경로가 구성되어 있음을 의미한다. 마찬가지로 이 명세서에 있어서 a와 b가 전기적으로 접속되어 있다는 것은, a와 b 사이에서 전류가 흐르도록 a와 b 사이에 전류 경로가 구성됨을 의미한다.
상기 구성은, 제1 전극(106)이 제1 단자(251)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(111)이 제2 단자(252)에 전기적으로 접속되고, 제1 단자(251)가 제1 출력 단자(211)에 전기적으로 접속되고, 제2 단자(252)가 제2 출력 단자(212)에 전기적으로 접속된 구성으로서 이해될 수도 있다.
제1 실시 형태에서는, 제1 전극(106)과 제1 출력 단자(211)(제1 단자(251))가 블로킹 커패시터(104)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 블로킹 커패시터(104)는, 제1 출력 단자(211)와 제1 전극(106) 사이(혹은 제1 출력 단자(211)와 제2 출력 단자(212) 사이)를 흐르는 직류 전류를 차단한다. 이것에 의하여 제1 전극(106)에 셀프 바이어스 전압이 발생할 수 있다. 블로킹 커패시터(104)를 마련하는 대신, 후술하는 임피던스 정합 회로(102)가, 제1 입력 단자(201)와 제2 입력 단자(202) 사이를 흐르는 직류 전류를 차단하도록 구성되어도 된다. 타깃(109)이 절연 재료인 경우에는 블로킹 커패시터(104)가 마련되지 않아도 된다.
제1 전극(106) 및 제2 전극(111)은 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)로부터 절연되어 있다. 예를 들어 제1 전극(106)은 절연체(107)를 통하여 진공 용기(110)에 의하여 지지되고, 제2 전극(111)은 절연체(108)를 통하여 진공 용기(110)에 의하여 지지될 수 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 고주파 전원(101)과, 고주파 전원(101)과 밸룬(103) 사이에 배치된 임피던스 정합 회로(102)를 더 구비할 수 있다. 고주파 전원(101)은 임피던스 정합 회로(102)를 통하여 밸룬(103)의 제1 입력 단자(201)와 제2 입력 단자(202) 사이에 고주파(고주파 전류, 고주파 전압, 고주파 전력)를 공급한다. 달리 말하면 고주파 전원(101)은 임피던스 정합 회로(102), 밸룬(103) 및 블로킹 커패시터(104)를 거쳐서 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이에 고주파(고주파 전류, 고주파 전압, 고주파 전력)를 공급한다. 혹은 고주파 전원(101)은 임피던스 정합 회로(102) 및 밸룬(103)을 통하여 본체(10)의 제1 단자(251)와 제2 단자(252) 사이에 고주파를 공급하는 것으로서 이해될 수도 있다.
진공 용기(110)의 내부 공간에는, 진공 용기(110)에 마련된 도시하지 않은 가스 공급부를 통하여 가스(예를 들어 Ar, Kr, 또는 Xe 가스)가 공급된다. 또한 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이에는, 임피던스 정합 회로(102), 밸룬(103) 및 블로킹 커패시터(104)를 거쳐서 고주파 전원(101)에 의하여 고주파가 공급된다. 이것에 의하여 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이에 플라스마가 생성되어 타깃(109)의 표면에 셀프 바이어스 전압이 발생하고, 플라스마 중의 이온이 타깃(109)의 표면에 충돌하여 타깃(109)으로부터, 그것을 구성하는 재료의 입자가 방출된다. 그리고 이 입자에 의하여 기판(112) 상에 막이 형성된다.
도 2a에는 밸룬(103)의 일 구성예가 도시되어 있다. 도 2a에 도시된 밸룬(103)은, 제1 입력 단자(201)와 제1 출력 단자(211)를 접속하는 제1 코일(221)과, 제2 입력 단자(202)와 제2 출력 단자(212)를 접속하는 제2 코일(222)을 갖는다. 제1 코일(221) 및 제2 코일(222)은 동일한 권취수의 코일이며, 철심을 공유한다.
도 2b에는 밸룬(103)의 다른 구성예가 도시되어 있다. 도 2b에 도시된 밸룬(103)은, 제1 입력 단자(201)와 제1 출력 단자(211)를 접속하는 제1 코일(221)과, 제2 입력 단자(202)와 제2 출력 단자(212)를 접속하는 제2 코일(222)을 갖는다. 또한 도 2b에 도시된 밸룬(103)은, 제1 코일(221)과 철심을 공유하고 제1 코일(221)과 자기적으로 결합된 제3 코일(223)과, 제2 코일(222)과 철심을 공유하고 제2 코일(222)과 자기적으로 결합된 제4 코일(224)을 가질 수 있다. 제1 출력 단자(211)와 제2 출력 단자(212)는, 제3 코일(223) 및 제4 코일(224)을 포함하는 직렬 회로에 의하여 접속되어 있다. 제1 코일(221), 제2 코일(222), 제3 코일(223) 및 제4 코일(224)은 동일한 권취수를 갖는 코일이며, 철심을 공유한다.
도 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b 및 도 7을 참조하면서 밸룬(103) 및 접속부(150)의 기능을 설명한다. 제1 입력 단자(201)를 흐르는 전류를 I1, 제1 출력 단자(211)를 흐르는 전류를 I2, 제2 입력 단자(202)를 흐르는 전류를 I2', 전류 I2 중 접지에 흐르는 전류를 I3이라 한다. I1, I2, I2', I3은 고주파 전류이다. I3=0인 경우, 접지에 대한 밸룬(103)의 출력측의 아이솔레이션 성능이 가장 좋다. I3=I2, 즉, 제1 출력 단자(211)를 흐르는 전류 I2의 전부가 접지에 대하여 흐르는 경우, 접지에 대한 밸룬(103)의 출력측의 아이솔레이션 성능이 가장 나쁘다. 이와 같은 아이솔레이션 성능의 정도를 나타내는 지표 ISO는 이하의 식으로 주어질 수 있다. 이 정의 하에서는 ISO의 값의 절댓값이 큰 편이 아이솔레이션 성능이 좋다.
ISO[㏈]=20log(I3/I2')
도 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6a 및 6b에 있어서, Rp-jXp(부호 160으로 표시되어 있음)는, 진공 용기(110)의 내부 공간에 플라스마가 발생하고 있는 상태에서 제1 출력 단자(211) 및 제2 출력 단자(212)측에서 제1 전극(106) 및 제2 전극(111)측(본체(10)측)을 보았을 때의 임피던스(블로킹 커패시터(104)의 리액턴스를 포함함)를 나타내고 있다. Rp는 저항 성분, -Xp는 리액턴스 성분을 나타내고 있다. 또한 도 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6a 및 6b에 있어서, X는, 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 임피던스의 리액턴스 성분(인덕턴스 성분)을 나타내고 있다.
아이솔레이션 성능을 나타내는 ISO는 X/Rp에 대하여 상관을 갖는다. 구체적으로는 X/Rp가 클수록 ISO의 값의 절댓값이 크다. 플라스마의 임피던스(저항 성분)가 높은 경우, Rp가 커지기 때문에, X/Rp를 크게 하기 위해서는 밸룬(103)의 제1 코일(221)의 리액턴스 X를 크게 할 필요가 있다. 그 방법으로서는, 제1 코일(221)의 권취수를 증가시키는 방법, 및 밸룬(103)의 트라이달 코어(철심)를 크게 하는 방법이 있다. 그러나 어느 방법에 있어서도 밸룬(103)이 대형화될 수 있다.
그래서 제1 실시 형태에서는, 밸룬(103)을 대형화하는 일 없이 아이솔레이션 성능을 향상시키기 위하여, 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(150)가 마련될 수 있다. 접속부(150)는 인덕터(151)를 포함하며, 인덕터(151)에 의하여 교류 전류가 억제되므로 동상 전류 I3이 저감된다. 도 3a에는 접속부(150)의 제1 구성예가 도시되어 있다.
도 7에 있어서, 인덕터의 유무에 따른 아이솔레이션 성능의 상이가 예시되어 있다. 도 5a, 5b에 있어서 「인덕터 있음」은, 도 3a에 도시하는 제1 구성예에 있어서의 I1, I2', I3, ISO를 나타내고 있다. 또한 도 5a, 5b에 있어서 「인덕터 없음」은, 접속부(150)(인덕터(151))가 없는 경우에 있어서의 I1, I2', I3, ISO를 나타내고 있다. 접속부(150)(인덕터(151))가 없는 경우에는 아이솔레이션 성능을 나타내는 ISO가 -8.8㏈인 것에 비해, 접속부(150)(인덕터(151))가 있는 경우에는 ISO가 -43.1㏈까지 향상된다.
기판(112)에 대한 막의 형성 시에 진공 용기(110)의 내면에도 막이 형성될 수 있다. 이것에 의하여 진공 용기(110)의 내면의 상태가 변화된다. 아이솔레이션 성능이 낮으면, 진공 용기(110)의 내부 공간(제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 공간)에 형성되는 플라스마의 전위가 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 민감해진다. 한편, 아이솔레이션 성능이 높으면, 진공 용기(110)의 내부 공간에 형성되는 플라스마의 전위가 진공 용기(110)의 내면의 상태에 대하여 둔감해진다. 즉, 아이솔레이션 성능이 높으면, 플라스마 처리 장치(1)의 장기간의 사용에 있어서 플라스마 전위를 안정시킬 수 있다.
한편, 아이솔레이션 성능이 높으면, 고주파에 의하여 형성되는 전계가 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 공간에 집중되므로, 플라스마를 착화시키기 어려운 경우가 있다. 도 3b, 4a, 4b를 참조하여 설명하는 접속부(150)의 제2 구성예, 제3 구성예, 제4 구성예는, 플라스마의 착화를 고려한 것이다.
도 3b에는 접속부(150)의 제2 구성예가 도시되어 있다. 제2 구성예의 접속부(150)는, 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 전기적으로 접속하는 인덕터(151)와, 인덕터(151)의 2개의 단자 간을 단락 가능한 스위치(152)를 포함한다. 스위치(152)는, 예를 들어 릴레이일 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마를 착화시킬 때 스위치(152)를 도통 상태로 하고 플라스마가 착화된 후에 스위치(152)를 비도통 상태로 하는 컨트롤러(190)를 구비해도 된다.
도 4a에는 접속부(150)의 제3 구성예가 도시되어 있다. 제3 구성예의 접속부(150)는, 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 접속하는 인덕터(151')와, 인덕터(151')의 2개의 단자 간을 단락 가능한 스위치(152)를 포함한다. 인덕터(151')의 인덕턴스는 가변이다. 스위치(152)는, 예를 들어 릴레이일 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마를 착화시킬 때 스위치(152)를 도통 상태로 하고 플라스마가 착화된 후에 스위치(152)를 비도통 상태로 하는 컨트롤러(190)를 구비해도 된다. 또한 컨트롤러(190)는 인덕터(151')의 인덕턴스의 값을 제어함으로써 플라스마의 상태를 제어할 수 있다.
도 4b에는 접속부(150)의 제4 구성예가 도시되어 있다. 제4 구성예의 접속부(150)는, 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 접속하는 인덕터(151')를 포함한다. 인덕터(151')의 인덕턴스는 가변이다. 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마의 착화 후에 플라스마의 착화 전보다도 인덕터(151')의 인덕턴스를 크게 하는 컨트롤러(190)를 구비할 수 있다.
상기와 같이 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(150) 대신, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(155)를 마련하더라도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 나아가 접속부(150, 155)의 양쪽이 마련되어도 된다.
도 5a에는, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(155)의 제1 구성예가 도시되어 있다. 접속부(155)는 인덕터(156)를 포함한다.
제1 접속부(155)를 마련함으로써 높은 아이솔레이션 성능이 얻어진다. 한편, 상기한 바와 같이 아이솔레이션 성능이 높으면, 고주파에 의하여 형성되는 전계가 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 공간에 집중되므로, 플라스마를 착화시키기 어려운 경우가 있다. 도 5b, 6a, 6b를 참조하여 설명하는 접속부(155)의 제2 구성예, 제3 구성예, 제4 구성예는, 플라스마의 착화를 고려한 것이다.
도 5b에는 접속부(155)의 제2 구성예가 도시되어 있다. 제2 구성예의 접속부(155)는, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 전기적으로 접속하는 인덕터(156)와, 인덕터(156)의 2개의 단자 간을 단락 가능한 스위치(157)를 포함한다. 스위치(157)는, 예를 들어 릴레이일 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마를 착화시킬 때 스위치(157)를 도통 상태로 하고 플라스마가 착화된 후에 스위치(157)를 비도통 상태로 하는 컨트롤러(190)를 구비해도 된다.
도 6a에는 접속부(155)의 제3 구성예가 도시되어 있다. 제3 구성예의 접속부(155)는, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 접속하는 인덕터(156')와, 인덕터(156')의 2개의 단자 간을 단락 가능한 스위치(157)를 포함한다. 인덕터(156')의 인덕턴스는 가변이다. 스위치(157)는, 예를 들어 릴레이일 수 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마를 착화시킬 때 스위치(157)를 도통 상태로 하고 플라스마가 착화된 후에 스위치(157)를 비도통 상태로 하는 컨트롤러(190)를 구비해도 된다. 또한 컨트롤러(190)는 인덕터(156')의 인덕턴스의 값을 제어함으로써 플라스마의 상태를 제어할 수 있다.
도 6b에는 접속부(155)의 제4 구성예가 도시되어 있다. 제4 구성예의 접속부(155)는, 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 접속하는 인덕터(156')를 포함한다. 인덕터(156')의 인덕턴스는 가변이다. 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마의 착화 후에 플라스마의 착화 전보다도 인덕터(156')의 인덕턴스를 크게 하는 컨트롤러(190)를 구비할 수 있다.
도 8에는 본 발명의 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 기판(112)을 에칭하는 에칭 장치로서 동작할 수 있다. 제2 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은 제1 실시 형태를 따를 수 있다. 제2 실시 형태에서는, 제1 전극(106)은 캐소드이며, 기판(112)을 보유 지지한다. 또한 제2 실시 형태에서는, 제2 전극(111)은 애노드이다. 제2 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)에서는, 제1 전극(106)과 제1 출력 단자(211)가 블로킹 커패시터(104)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 제2 실시 형태에 있어서도, 진공 용기(110)(의 적어도 일부분을 구성하는 도체)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(150)가 마련되어 있다. 접속부(150)는, 예를 들어 접속부(150)의 제1 내지 제4 구성예 중 어느 구성을 가질 수 있다.
도 9에는 본 발명의 제3 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제3 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은 제1 실시 형태를 따를 수 있다. 제1 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 기판(112)을 에칭하는 에칭 장치로서 동작할 수 있다. 제2 전극(111)은 제1 전극(106)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제2 전극(111)은, 예를 들어 통 형상을 가질 수 있다. 제1 전극(106) 및 제2 전극(111)은 동축 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일례에 있어서, 제1 전극(106)은, 가상축을 중심으로 하는 원기둥 형상을 갖고, 제2 전극(111)은, 해당 가상축을 중심으로 하는 원통 형상을 갖는다.
상기와 같은 제1 전극(106) 및 제2 전극(111)의 구성은, 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 임피던스를 저하시키는 데 있어서 유리하며, 이는, 밸룬(103)의 출력측으로부터 접지로 흐르는 전류, 즉, 동상 전류 I3을 저하시키는 데 있어서 유리하다. 동상 전류 I3을 저하시킨다는 것은, 진공 용기(110)를 애노드로서 기능시키기 어렵게 하는 것을 의미한다. 진공 용기(110)의 내벽의 상태는 기판(112)의 에칭에 수반하여 변화될 수 있지만, 진공 용기(110)를 애노드하여 기능시키기 어렵게 함으로써 진공 용기(110)의 내벽의 상태에 대하여 플라스마 전위를 둔감하게 할 수 있다. 이는, 플라스마 처리 장치(1)의 장기간의 사용에 있어서 플라스마 전위를 안정시키는 데 있어서 유리하다. 다른 관점에 있어서, 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 임피던스는 제1 전극(106)과 진공 용기(110) 사이의 임피던스보다 작은 것이 바람직하다. 이는, 상기 동상 전류 I3을 저하시키는 데 있어서 유리하다.
제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 거리(간극의 크기)는 데바이 길이 이하인 것이 바람직하다. 이는, 제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 간극에 플라스마가 들어가는 것을 억제하는 데 있어서 효과적이다.
제3 실시 형태에서는, 에칭 장치로서 동작하는 플라스마 처리 장치(1)에 대하여 설명하였지만, 플라스마 처리 장치(1)는 제1 전극(106)에 의하여 타깃을 보유 지지하고, 별도 마련한 기판 보유 지지부에 의하여 기판을 보유 지지하고, 타깃의 스퍼터링에 의하여 기판에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작하도록 구성되어도 된다.
도 10에는 본 발명의 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제4 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는 제3 실시 형태의 변형예이다. 제4 실시 형태에서는, 제2 전극(111)은, 제1 전극(106)의 표면 및 측면에 대향하는 부분을 포함하며, 제1 전극(106)의 해당 표면 및 해당 측면을 둘러싸도록 배치되어 있다. 제2 전극(111) 중 제1 전극(106)의 측면에 대향하는 부분(이하, 측방 부분)은, 제1 전극(106)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸는 형상, 예를 들어 통 형상을 가질 수 있다. 제1 전극(106) 및 제2 전극(111)의 측방 부분은 동축 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일례에 있어서, 제1 전극(106)은, 가상축을 중심으로 하는 원기둥 형상을 갖고, 제2 전극(111)의 측방 부분은, 해당 가상축을 중심으로 하는 원통 형상을 갖는다.
도 11에는 본 발명의 제5 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제5 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의하여 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제5 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은 제1 실시 형태를 따를 수 있다.
플라스마 처리 장치(1)는 밸룬(103)과 진공 용기(110)와 제1 전극(106)과 제2 전극(111)과 기판 보유 지지부(132)와 접속부(150)를 구비하고 있다. 혹은, 플라스마 처리 장치(1)는 밸룬(103)과 본체(10)를 구비하고, 본체(10)가 진공 용기(110)와 제1 전극(106)과 제2 전극(111)과 기판 보유 지지부(132)와 접속부(150)를 구비하는 것으로서 이해되어도 된다. 본체(10)는 제1 단자(251) 및 제2 단자(252)를 갖는다. 제1 전극(106)은, 진공 용기(110)와 협동하여 진공 공간과 외부 공간을 분리하도록(즉, 진공 격벽의 일부를 구성하도록) 배치되어도 되고, 진공 용기(110) 내에 배치되어도 된다. 제2 전극(111)은, 진공 용기(110)와 협동하여 진공 공간과 외부 공간을 분리하도록(즉, 진공 격벽의 일부를 구성하도록) 배치되어도 되고, 진공 용기(110) 내에 배치되어도 된다.
제1 전극(106) 및 제2 전극(111)은, 기판 보유 지지부(132)(기판 보유 지지부(132)에 의하여 보유 지지되는 기판(112))측의 공간에 대향하도록 배치된다. 제2 전극(111)은 제1 전극(106)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제2 전극(111)은, 예를 들어 통 형상을 가질 수 있다. 제1 전극(106) 및 제2 전극(111)은 동축 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일례에 있어서, 제1 전극(106)은, 가상축을 중심으로 하는 원기둥 형상을 갖고, 제2 전극(111)은, 해당 가상축을 중심으로 하는 원통 형상을 갖는다.
상기와 같은 제1 전극(106) 및 제2 전극(111)의 구성은, 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 임피던스를 저하시키는 데 있어서 유리하며, 이는, 밸룬(103)의 출력측으로부터 접지로 흐르는 전류, 즉, 동상 전류 I3을 저하시키는 데 있어서 유리하다. 동상 전류 I3을 저하시킨다는 것은, 진공 용기(110)를 애노드로서 기능시키기 어렵게 하는 것을 의미한다. 진공 용기(110)의 내벽에는, 기판(112)에 대한 막의 형성에 수반하여 의도치 않은 막이 형성될 수 있지만, 진공 용기(110)를 애노드하여 기능시키기 어렵게 함으로써 진공 용기(110)의 내벽의 상태에 대하여 플라스마 전위를 둔감하게 할 수 있다. 이는, 플라스마 처리 장치(1)의 장기간의 사용에 있어서 플라스마 전위를 안정시키는 데 있어서 유리하다. 다른 관점에 있어서, 제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 임피던스는 제1 전극(106)과 진공 용기(110) 사이의 임피던스보다 작은 것이 바람직하다. 이는, 상기 동상 전류를 저하시키는 데 있어서 유리하다.
제1 전극(106)과 제2 전극(111) 사이의 거리(간극의 크기)는 데바이 길이 이하인 것이 바람직하다. 이는, 제1 전극(106)과 제2 전극(111)의 간극에 플라스마가 들어가는 것을 억제하는 데 있어서 효과적이다.
도 12에는 본 발명의 제6 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제6 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)는, 기판(112)을 에칭하는 에칭 장치로서 동작할 수 있다. 제6 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은 제2 실시 형태를 따를 수 있다. 제6 실시 형태에서는, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(155)가 마련되어 있다. 접속부(155)는, 예를 들어 접속부(155)의 제1 내지 제4 구성예 중 어느 구성을 가질 수 있다.
도 13에는 본 발명의 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제7 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은 제3 실시 형태를 따를 수 있다. 제7 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 기판(112)을 에칭하는 에칭 장치로서 동작할 수 있다. 제7 실시 형태에 있어서도, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(155)가 마련되어 있다. 접속부(155)는, 예를 들어 접속부(155)의 제1 내지 제4 구성예 중 어느 구성을 가질 수 있다.
도 14에는 본 발명의 제8 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제8 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은 제4 실시 형태를 따를 수 있다. 제8 실시 형태에 있어서도, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(155)가 마련되어 있다. 접속부(155)는, 예를 들어 접속부(155)의 제1 내지 제4 구성예 중 어느 구성을 가질 수 있다.
도 15에는 본 발명의 제9 실시 형태의 플라스마 처리 장치(1)의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제9 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 스퍼터링에 의하여 기판(112)에 막을 형성하는 스퍼터링 장치로서 동작할 수 있다. 제9 실시 형태로서 언급하지 않는 사항은 제5 실시 형태를 따를 수 있다. 제9 실시 형태에 있어서도, 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부(155)가 마련되어 있다. 접속부(155)는, 예를 들어 접속부(155)의 제1 내지 제4 구성예 중 어느 구성을 가질 수 있다.
상기 접속부(150, 155)는, 진공 용기(110)와 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)를 접속하는 접속부로서 이해할 수도 있다. 진공 용기(110)와 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202)가 접속부(150 또는 155)에 의하여 접속된 구성에 있어서, 진공 용기(110) 및 밸룬(103)의 제2 입력 단자(202) 중 어느 한쪽이 접지될 수 있다.
1: 플라스마 처리 장치
10: 본체
101: 고주파 전원
102: 임피던스 정합 회로
103: 밸룬
104: 블로킹 커패시터
106: 제1 전극
107, 108: 절연체
109: 타깃
110: 진공 용기
111: 제2 전극
112: 기판
150: 접속부
151: 인덕터
151': 인덕터
152: 스위치
155: 접속부
156: 인덕터
156': 인덕터
157: 스위치
190: 컨트롤러
201: 제1 입력 단자
202: 제2 입력 단자
211: 제1 출력 단자
212: 제2 출력 단자
251: 제1 단자
252: 제2 단자
221: 제1 코일
222: 제2 코일
223: 제3 코일
224: 제4 코일

Claims (17)

  1. 제1 입력 단자, 제2 입력 단자, 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 갖는 밸룬과,
    진공 용기와,
    상기 제1 출력 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 출력 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하고,
    상기 접속부는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  2. 제1 입력 단자, 제2 입력 단자, 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 갖는 밸룬과,
    접지된 진공 용기와,
    상기 제1 출력 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 출력 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 제2 입력 단자와 접지를 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하고,
    상기 접속부는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  3. 제1 입력 단자, 제2 입력 단자, 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 갖는 밸룬과,
    진공 용기와,
    상기 제1 출력 단자에 전기적으로 접속된 제1 전극과,
    상기 제2 출력 단자에 전기적으로 접속된 제2 전극과,
    상기 진공 용기와 상기 제2 입력 단자를 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하고,
    상기 접속부는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속부는, 상기 인덕터의 2개의 단자 간을 단락 가능한 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    플라스마를 착화시킬 때 상기 스위치를 도통 상태로 하고 플라스마가 착화된 후에 상기 스위치를 비도통 상태로 하는 컨트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터의 인덕턴스가 가변인 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터의 인덕턴스가 가변이고,
    상기 플라스마 처리 장치는, 플라스마의 착화 후에 플라스마의 착화 전보다도 상기 인덕턴스를 크게 하는 컨트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전극은 통 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동축 구조를 구성하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 상기 제1 전극의 표면 및 측면에 대향하는 부분을 포함하고, 상기 제1 전극의 상기 표면 및 상기 측면을 둘러싸도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 캐소드이고 상기 제2 전극은 애노드인 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 출력 단자와 상기 제1 전극이 블로킹 커패시터를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    에칭 장치로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    스퍼터링 장치로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    고주파 전원과,
    상기 고주파 전원과 상기 밸룬 사이에 배치된 임피던스 정합 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 플라스마 처리 장치.
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