KR101754439B1 - 유도 결합 플라즈마 처리 방법 및 유도 결합 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 소망하는 처리 분포로 유도 결합 플라즈마 처리를 행하는 것이다.
본 발명은, 고주파 전력이 공급되어 외측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 외측 안테나와, 외측 안테나의 내측에 동심 형상으로 마련되고, 고주파 전력이 공급되어 내측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 내측 안테나를 가지는 고주파 안테나를 구비한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 의해, 내측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 내측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 내측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 1 처리와, 외측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 외측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 외측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 2 처리를, 시간을 달리하여 실시하고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 한다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리 방법 및 유도 결합 플라즈마 처리 장치{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING METHOD AND INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS}

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

액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조 공정에서는, 유리제의 기판에 플라즈마 에칭이나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 행하는 공정이 존재하고, 이러한 플라즈마 처리를 행하기 위해서 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 장치 등의 다양한 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치로서는 종래, 용량 결합 플라즈마 처리 장치가 다용되고 있었지만, 최근, 고진공도로 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 천정을 구성하는 유전체창의 위쪽에 고주파 안테나를 배치하고, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급함과 아울러 이 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 유전체창을 거쳐서 처리 용기 내에 유도 전계를 형성하고, 이 유도 전계에 의해서 유도 결합 플라즈마를 생기게 하여, 이 유도 결합 플라즈마에 의해서 피처리 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 것이다. 고주파 안테나로서는, 나선 형상을 이루는 고리 형상 안테나가 다용되고 있다.

평면 고리 형상 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내의 평면 안테나 바로 아래의 공간에 플라즈마가 생성되지만, 그 때에, 안테나 바로 아래의 각 위치에서의 유도 전계의 전계 강도에 따라 높은 플라즈마 밀도 영역과 낮은 플라즈마 밀도 영역의 분포를 가지므로, 평면 고리 형상 안테나의 패턴 형상이 플라즈마 밀도 분포를 결정하는 중요한 팩터로 되어 있어, 평면 고리 형상 안테나의 소밀(疏密)을 조정하는 것에 의해, 유도 전계를 균일화하여, 균일한 플라즈마를 생성하고 있다.

그 때문에, 직경 방향으로 간격을 두고 내측 부분과 외측 부분의 2개의 고리 형상 안테나를 가지는 안테나 유닛을 마련하고, 이들 임피던스를 조정하여 이들 2개의 고리 형상 안테나부의 전류값을 독립적으로 제어하고, 각각의 고리 형상 안테나부에 의해 발생하는 플라즈마가 확산에 의해 형성하는 밀도 분포의 중첩 방법을 제어하는 것에 의해, 유도 결합 플라즈마의 전체로서의 밀도 분포를 제어하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1).

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2007-311182호 공보

그런데, 이러한 내측 부분과 외측 부분의 2개의 고리 형상 안테나를 가지는 안테나 유닛을 이용한 유도 결합 플라즈마 처리이더라도, 100mTorr 이상의 고압력 조건에서 행하는 경우, 플라즈마가 확산되기 어려워지기 때문에, 상기 2개의 고리 형상 안테나의 배치에 의존하지 않는 플라즈마를 유지하기 쉬운 위치에 국소적으로 집중하여 생성하기 쉬워져, 안테나 전류의 조정에 의해서도, 기판 전체에 대해 소망하는 밀도 분포의 플라즈마를 유지하는 것이 곤란하여, 소망하는 처리 분포, 전형적으로는 균일한 처리 분포를 얻을 수 없는 경우가 있다.

또한, 이러한 고압력 조건이 아니라도, 2개의 고리 형상 안테나부의 전류값을 독립적으로 제어하더라도 각각의 안테나에 의해서 생성된 플라즈마가 서로 영향을 주어 소망하는 플라즈마 밀도 분포를 얻기 어려운 경우가 있다. 이러한 문제는, 특허 문헌 1과 같은 2개의 고리 형상 안테나를 가지는 경우에 한정되지 않고, 복수의 나선 형상 안테나를 가지는 경우의 전반(全般)에 생기는 것이다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 복수의 나선 형상을 이루는 안테나를 이용하여 유도 결합 플라즈마 처리를 행하는 경우에, 소망하는 처리 분포에서 유도 결합 플라즈마 처리를 행할 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리 방법 및 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에서는, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되고, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 가지는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하고, 상기 고주파 안테나는, 고주파 전력이 공급되어 외측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 외측 안테나와, 상기 외측 안테나의 내측에 동심(同心) 형상으로 마련되고, 고주파 전력이 공급되어 내측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 내측 안테나를 가지는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판에 대해 유도 결합 플라즈마 처리를 행하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나의 각각에 흐르는 전류의 비교에 있어서, 상기 내측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 내측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 내측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 1 처리와, 상기 외측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 외측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 외측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하고 처리를 행하는 제 2 처리를, 시간을 달리하여 실시하고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 제공한다.

상기 제 1 관점에서, 상기 안테나 유닛은, 상기 내측 안테나 및 상기 외측 안테나에 급전하기 위한 고주파 전원에 접속된, 정합기로부터 상기 내측 안테나 및 상기 외측 안테나에 이르는 급전 경로를 가지는 급전부를 갖고, 상기 각 안테나와 각 급전부를 포함하는 내측 안테나 회로 및 외측 안테나 회로가 형성되고, 상기 내측 안테나 회로 및 상기 외측 안테나 회로 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하고, 이에 따라 상기 각 안테나의 전류값을 조정하는 임피던스 조정 수단을 더 갖고, 상기 임피던스 조정 수단에 의해 상기 국소적 플라즈마를 생성하기 위한 전류값의 조정을 행하도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 처리는, 상기 내측 안테나에 흐르는 내측 전류의 전류값을 상대적으로 큰 값인 제 1 전류값으로 하고, 상기 외측 안테나에 흐르는 외측 전류의 전류값을 상대적으로 작은 값인 제 2 전류값의 전류값으로 하여 행해지고, 상기 제 2 처리는, 상기 외측 안테나에 흐르는 외측 전류의 전류값을 상대적으로 큰 값인 제 3 전류값으로 하고, 상기 내측 안테나에 흐르는 내측 전류의 전류값을 상대적으로 작은 값인 제 4 전류값으로 하여 행해지는 것으로 할 수 있다. 상기 제 1 처리와 상기 제 2 처리는 주기적으로 행할 수 있다.

상기 내측 안테나에 공급되는 내측 전류 및 상기 외측 안테나에 공급되는 외측 전류의 전류값을 독립적으로 변화 가능하게 하고, 상기 내측 전류의 전류값을, 상기 국소적 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 전류값과 상기 제 1 전류값보다 작은 제 4 전류값 사이에서 소정의 주기로 변화시키고, 상기 외측 전류의 전류값을, 상기 국소적 플라즈마를 생성하기 위한 제 3 전류값과 상기 제 3 전류값보다 작은 제 2 전류값 사이에서 상기 소정의 주기로 또한 상기 내측 전류와는 다른 위상으로 변화시키도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 내측 전류와 상기 외측 전류간의 위상차는 반주기로 할 수 있다. 또한, 상기 내측 전류와 상기 외측 전류는 펄스 형상으로 공급될 수 있다.

상기 제 2 전류값 및 상기 제 4 전류값은 각각 상기 외측 안테나 및 상기 내측 안테나가 유도 결합 플라즈마를 발생시키지 않을 정도로 작은 값 또는 0으로 할 수 있다.

상기 제 1 처리의 기간 및 상기 제 2 처리의 기간은 처리의 내용 및 얻고자 하는 처리 분포에 따라 적절히 설정할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 처리의 기간 및 상기 제 2 처리의 기간을 동일하게 설정할 수 있다.

상기 제 1 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값과, 상기 제 2 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값은 처리의 내용 및 얻고자 하는 처리 분포에 따라 적절히 설정할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값과, 상기 제 2 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값을 동일하게 설정할 수 있다.

본 발명의 제 2 관점에서는, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되고, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 가지는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하며, 상기 고주파 안테나는, 고주파 전력이 공급되어 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 복수의 안테나를 가지는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판에 대해 유도 결합 플라즈마 처리를 행하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 복수의 안테나의 일부이고 적어도 하나의 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘리고, 그 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하게 행하는 처리를, 다른 안테나에 대해 시간을 달리하여 복수회 실시하고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 제 3 관점에서는, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 행하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되고, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 갖는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하며, 상기 고주파 안테나는, 고주파 전력이 공급되어 외측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 외측 안테나와, 상기 외측 안테나의 내측에 동심 형상으로 마련되고, 고주파 전력이 공급되어 내측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 내측 안테나를 가지는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서, 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 흐르는 전류의 비교에서, 상기 내측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 내측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 내측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 1 처리와, 상기 외측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 외측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 외측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 2 처리를, 시간을 달리하여 실시시키고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 제 4 관점에서는, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되고, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 가지는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하며, 상기 고주파 안테나는, 고주파 전력이 공급되어 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 복수의 안테나를 가지는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서, 상기 복수의 안테나의 일부이고 적어도 하나의 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘리고, 그 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 행하는 처리를, 다른 안테나에 대해 시간을 달리하여 복수회 실시시키고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 내측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 내측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 내측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 1 처리와, 외측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 외측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 외측 유도 전계에 의해 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 2 처리를, 시간을 달리하여 실시하고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 하기 때문에, 고압 조건 등의 기판 전체에 소망하는 유도 결합 플라즈마가 생성되기 어려운 경우이더라도, 소망하는 처리 분포를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 유도 결합 플라즈마용 안테나 유닛의 고주파 안테나의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 고주파 안테나의 급전 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 가변 콘덴서에 의한 임피던스 조정에 의해, 외측 안테나 회로의 전류 I_out과 내측 안테나 회로의 전류 I_in을 자유롭게 변화시킬 수 있는 것을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 의해 내측 안테나 바로 아래 및 외측 안테나 바로 아래에 시간적으로 달리하여 국소적 플라즈마를 생성해서 유도 결합 플라즈마 처리를 행한 경우의 플라즈마 상태와 에칭 레이트(E/R)의 관계(a)와, 처리 결과(b)를 나타내는 도면이다.
도 6은 내측 안테나의 전류값 및 외측 안테나의 전류값을 주기적으로 변화시킨 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 전류 변화를 펄스 형상으로 했을 때의 파형의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 고주파 안테나의 다른 예인 3 고리 형상 안테나를 나타내는 평면도이다.
도 9는 고주파 안테나에 이용하는 다른 안테나의 예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 9의 안테나에 이용되는 제 1 부분을 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 9의 안테나에 이용되는 제 2 부분을 나타내는 평면도이다.
도 12는 고주파 안테나에 이용하는 안테나의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 13은 고주파 안테나의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면도, 도 2는 이 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 이용되는 안테나 유닛을 나타내는 평면도이다. 이 장치는, 예를 들면 FPD용 유리 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 금속막, ITO막, 산화막 등의 에칭이나, 레지스터막의 애싱 처리에 이용된다. FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로루미너센스(Electro Luminescence; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.

이 플라즈마 처리 장치는, 도전성 재료, 예를 들면, 내벽면(內壁面)이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각기둥 형상의 기밀한 본체 용기(1)를 가진다. 이 본체 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있고, 접지선(1a)에 의해 전기적으로 접지되어 있다. 본체 용기(1)는 유전체벽(2)에 의해 상하에 안테나실(3) 및 처리실(4)로 구획되어 있다. 따라서, 유전체벽(2)은 처리실(4)의 천정벽을 구성하고, 후술하는 고주파 안테나에 의해 형성되는 유도 전계를 투과하는 유전체창으로서 기능한다. 유전체벽(2)은 Al₂O₃ 등의 세라믹, 석영 등으로 구성되어 있다.

유전체벽(2)의 아래쪽 부분에는, 처리 가스 공급용의 샤워 케이스(11)가 감입되어 있다. 샤워 케이스(11)는 예를 들면 십(十)자 형상으로 마련되어 있고, 유전체벽(2)을 아래에서부터 지지하는 보로서의 기능을 가진다. 또, 상기 유전체벽(2)을 지지하는 샤워 케이스(11)는 복수개의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해 본체 용기(1)의 천정에 매달려진 상태로 되어 있다.

이 샤워 케이스(11)는 도전성 재료, 바람직하게는 금속, 예를 들면 오염물이 발생하지 않도록 그 내면 또는 외면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워 케이스(11)는 전기적으로 접지되어 있다.

이 샤워 케이스(11)에는 수평으로 신장되는 가스 유로(12)가 형성되어 있고, 이 가스 유로(12)에는, 아래쪽으로 향해 연장되는 복수의 가스 토출 구멍(12a)이 연통되어 있다. 한편, 유전체벽(2)의 상면(上面) 중앙에는, 이 가스 유로(12)에 연통하도록 가스 공급관(20a)이 마련되어 있다. 가스 공급관(20a)은, 본체 용기(1)의 천정으로부터 그 바깥측으로 관통되고, 처리 가스 공급원 및 밸브 시스템 등을 포함한 처리 가스 공급계(20)에 접속되어 있다. 따라서, 플라즈마 처리에서는, 처리 가스 공급계(20)로부터 공급된 처리 가스가 가스 공급관(20a)을 거쳐서 샤워 케이스(11) 내로 공급되고, 그 하면(下面)의 가스 토출 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내로 토출된다.

본체 용기(1)에서의 안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리실(4)의 측벽(4a) 사이에는 내측으로 돌출되는 지지 선반(5)가 설치되고 있어 이 지지 선반(5) 위에 유전체벽(2)이 탑재된다.

안테나실(3) 내에는, 고주파(RF) 안테나(13)를 포함하는 안테나 유닛(50)이 배치되어 있다. 고주파 안테나(13)는 정합기(14)를 거쳐서 고주파 전원(15)에 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 들면 주파수가 13.56㎒의 고주파 전력이 공급되는 것에 의해, 처리실(4) 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해 샤워 케이스(11)로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다. 또, 안테나 유닛(50)에 대해서는 후술한다.

처리실(4) 내의 아래쪽에는, 유전체벽(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향하도록, 직사각형 형상의 FPD용 유리 기판(이하 간단히 기판이라고 기재함) G를 탑재하기 위한 탑재대(23)이 마련되어 있다. 탑재대(23)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 탑재대(23)에 탑재된 기판 G는 정전 척(도시하지 않음)에 의해 흡착 유지된다.

탑재대(23)는 절연체 프레임(24) 내에 수납되고, 또 중공(中空)의 지주(25)로 지지된다. 지주(25)는 본체 용기(1)의 바닥부를 기밀 상태를 유지하면서 관통되고, 본체 용기(1) 밖에 배치된 승강 기구(도시하지 않음)로 지지되고, 기판 G의 반입출시에 승강 기구에 의해 탑재대(23)가 상하 방향으로 구동된다. 또, 탑재대(23)를 수납하는 절연체 프레임(24)과 본체 용기(1)의 바닥부 사이에는, 지주(25)를 기밀하게 포위하는 벨로우즈(26)가 배치되어 있고, 이것에 의해, 탑재대(23)의 상하 움직임에 의해서도 처리실(4) 내의 기밀성이 보증된다. 또한, 처리실(4)의 측벽(4a)에는, 기판 G를 반입출하기 위한 반입출구(27a) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(27)가 마련되어 있다.

탑재대(23)에는, 중공의 지주(25) 내에 마련된 급전선(25a)에 의해, 정합기(28)를 거쳐서 고주파 전원(29)이 접속되어 있다. 이 고주파 전원(29)은, 플라즈마 처리 중에, 바이어스용의 고주파 전력, 예를 들면 주파수가 3.2㎒의 고주파 전력을 탑재대(23)에 인가한다 . 이 바이어스용의 고주파 전력에 의해, 셀프 바이어스가 형성되어, 처리실(4) 내에 생성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판 G로 인입된다.

또, 탑재대(23) 내에는, 기판 G의 온도를 제어하기 위해, 세라믹 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은 모두 중공의 지주(25)를 통해 본체 용기(1) 밖으로 도출된다.

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

탑재대(23)에 탑재된 기판 G의 이면측, 즉 탑재대(23)의 기판 G를 탑재하는 면과 기판 G의 이면 사이에는 냉각 공간(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 일정한 압력의 열전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(41)가 마련되어 있다. 이와 같이 기판 G의 이면측에 열전달용 가스를 공급하는 것에 의해, 진공 하에서 기판 G의 온도 상승이나 온도 변화를 회피할 수 있도록 되어 있다.

이 플라즈마 처리 장치의 각 구성부는 마이크로 프로세서(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 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(101)가 접속되어 있다. 또, 제어부(100)에는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(100)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에게 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 처리 레시피가 저장된 기억부(102)가 접속되어 있다. 처리 레시피는 기억부(102) 내의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 컴퓨터에 내장된 하드디스크나 반도체 메모리이더라도 좋고, CDROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 레시피를 적절히 전송시키도록 하더라도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(101)로부터의 지시 등으로 임의의 처리 레시피를 기억부(102)로부터 호출하여 제어부(100)에게 실행시킴으로써, 제어부(100)의 제어 하에서, 플라즈마 처리 장치에서의 소망하는 처리가 행해진다.

다음으로, 상기 안테나 유닛(50)에 대해 상세히 설명한다. 안테나 유닛(50)은, 상술한 바와 같이 고주파 안테나(13)를 갖고 있고, 또, 정합기(14)를 거친 고주파 전력을 고주파 안테나(13)에 급전하는 급전부(51)를 가진다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 고주파 안테나(13)는, 평면 형상을 이루고 윤곽이 직사각형 형상(장방형 형장)을 이루고 있고, 그 배치 영역이 직사각형 기판 G에 대응하고 있다.

고주파 안테나(13)는 외측 부분을 구성하는 외측 안테나(13a)와, 내측 부분을 구성하는 내측 안테나(13b)를 가지고 있다. 외측 안테나(13a) 및 내측 안테나(13b)는 모두 윤곽이 직사각형 형상을 이루는 평면형의 것이다. 그리고, 이들 외측 안테나(13a) 및 내측 안테나(13b)는 동심 형상으로 배치되어 있다.

외측 부분을 구성하는 외측 안테나(13a)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 도전성 재료, 예를 들면 구리 등으로 이루어지는 4개의 안테나선(61, 62, 63, 64)을 돌려감아 전체가 나현 형상으로 되도록 한 다중(사중) 안테나를 구성하고 있다. 구체적으로는, 안테나선(61, 62, 63, 64)은 90°씩 위치를 어긋나게 하여 돌려감고고, 안테나선의 배치 영역이 대략 액자 형상을 이루고, 플라즈마가 약해지는 경향이 있는 코너의 권수(卷數)를 변의 중앙부의 권수보다 많아지도록 하고 있다. 도시한 예에서는 코너의 권수가 3, 변의 중앙부의 권수가 2로 되어 있다.

내측 부분을 구성하는 내측 안테나(13b)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 도전성 재료, 예를 들면 구리 등으로 이루어지는 4개의 안테나선(71, 72, 73, 74)을 돌려감아 전체가 나선 형상으로 되도록 한 다중(4중) 안테나를 구성하고 있다. 구체적으로는, 안테나선(71, 72, 73, 74)은 90°씩 위치를 어긋나게 하여 돌려감고, 안테나선의 배치 영역이 대략 액자 형상을 이루고, 플라즈마가 약해지는 경향이 있는 각부의 코너의 권수를 변의 중앙부의 권수보다 많아지도록 하고 있다. 도시한 예에서는 코너의 권수가 3, 변의 중앙부의 권수가 2로 되어 있다.

외측 안테나(13a)의 안테나선(61, 62, 63, 64)으로는, 중앙의 4개의 단자(22a) 및 급전선(69)을 거쳐서 급전되도록 되어 있다. 또한, 내측 안테나(13b)의 안테나선(71, 72, 73, 74)에는, 중앙에 배치된 4개의 단자(22b) 및 급전선(79)을 거쳐서 급전되도록 되어 있다.

안테나실(3)의 중앙부 부근에는, 외측 안테나(13a)에 급전하는 4개의 제 1 급전 부재(16a) 및 내측 안테나(13b)에 급전하는 4개의 제 2 급전 부재(16b)(도 1에서는 모두 1개만 도시)가 마련되어 있고, 각 제 1 급전 부재(16a)의 하단은 외측 안테나(13a)의 단자(22a)에 접속되고, 각 제 2 급전 부재(16b)의 하단은 내측 안테나(13b)의 단자(22b)에 접속되어 있다. 4개의 제 1 급전 부재(16a)는 급전선(19a)에 접속되어 있고, 또한 4개의 제 2 급전 부재(16b)는 급전선(19b)에 접속되어 있으며, 이들 급전선(19a, 19b)은 정합기(14)로부터 연장되는 급전선(19)으로부터 분기되어 있다. 급전선(19, 19a, 19b), 급전 부재(16a, 16b), 단자(22a, 22b), 급전선(69, 79)은 안테나 유닛(50)의 급전부(51)를 구성하고 있다.

급전선(19a)에는 가변 콘덴서(21)가 개재되고, 급전선(19b)에는 가변 콘덴서가 개재되어 있지 않다. 그리고, 4개의 제 1 급전 부재(16a), 급전선(19a), 가변 콘덴서(21), 및 외측 안테나(13a)에 의해서 외측 안테나 회로가 구성되고, 4개의 제 2 급전 부재(16b), 급전선(19b), 및 내측 안테나(13b)에 의해서 내측 안테나 회로가 구성된다.

후술하는 바와 같이, 가변 콘덴서(21)의 용량을 조절하는 것에 의해, 외측 안테나 회로의 임피던스가 제어되고, 이것에 의해 외측 안테나 회로 및 내측 안테나 회로에 흐르는 전류의 대소 관계를 조정할 수 있다. 가변 콘덴서(21)는 외측 안테나 회로의 전류 제어부로서 기능한다.

고주파 안테나(13)의 임피던스 제어에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 고주파 안테나(13)의 급전 회로를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원(15)으로부터의 고주파 전력은 정합기(14)를 거쳐서 외측 안테나 회로(91a)와 내측 안테나 회로(91b)에 공급된다. 여기서, 외측 안테나 회로(91a)는, 외측 안테나(13a)와 가변 콘덴서(21)로 구성되어 있기 때문에, 외측 안테나 회로(91a)의 임피던스 Z_out는 가변 콘덴서(21)의 포지션을 조절하여 그 용량을 변화시키는 것에 의해 변화시킬 수 있다. 한편, 내측 안테나 회로(91b)는 내측 안테나(13b)만으로 이루어지고, 그 임피던스 Z_in은 고정이다. 이 때, 외측 안테나 회로(91a)의 전류 I_out과 내측 안테나 회로(91b)의 전류 I_in은 Z_out과 Z_in의 비율에 따라 변화하기 때문에, 임피던스 Z_out의 변화에 대응하여 전류 I_out과 전류 I_in을 변화시킬 수 있다. 즉, 외측 안테나(13a)에 가변 콘덴서(21)를 접속하여, 외측 안테나 회로(91a)의 임피던스 조절을 가능하게 했기 때문에, 도 4에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 외측 안테나 회로(91a)의 전류 I_out과 내측 안테나 회로(91b)의 전류 I_in을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 그리고, 이와 같이 외측 안테나(13a)에 흐르는 전류와 내측 안테나(13b)에 흐르는 전류를 제어하는 것에 의해서, 외측 안테나(13a)에 대응한 위치에 형성되는 외측 유도 전계와 내측 안테나(13b)에 대응한 위치에 형성되는 내측 유도 전계를 제어할 수 있어, 이것에 의해, 유도 전계에 의해 생성되는 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있다. 또, 내측 안테나 회로(91b)에도 콘덴서를 마련하여 전류의 제어성을 보다 높이도록 하더라도 좋다.

다음으로, 이상과 같이 구성되는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판 G에 대해 플라즈마 처리, 예를 들면 플라즈마 에칭 처리 또는 플라즈마 애싱 처리를 실시할 때의 처리 동작에 대해 설명한다. 이하의 처리 동작은 제어부(100)의 제어 하에서 행해진다.

우선, 게이트 밸브(27)를 열림으로 한 상태에서 반입출구(27a)로부터 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 처리실(4) 내로 반입하고, 탑재대(23)의 탑재면에 탑재한 후, 정전 척(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 탑재대(23) 상에 고정한다. 다음으로, 처리실(4) 내에 처리 가스 공급계(20)로부터 공급되는 처리 가스를 샤워 케이스(11)의 가스 토출 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내로 토출시킴과 아울러, 배기 장치(30)에 의해 배기관(31)을 거쳐서 처리실(4) 내를 진공 배기하는 것에 의해, 처리실 내를 소정의 진공 분위기로 유지한다.

또한, 이 때 기판 G의 이면측의 냉각 공간에는, 기판 G의 온도 상승이나 온도 변화를 회피하기 위해서, He 가스 유로(41)를 거쳐서 열전달용 가스로서 He 가스를 공급한다.

그 다음으로, 고주파 전원(15)으로부터 예를 들면 13.56㎒의 고주파를 고주파 안테나(13)로 인가하고, 이것에 의해 유전체벽(2)을 거쳐서 처리실(4) 내에 균일한 유도 전계를 형성한다. 이렇게 해서 형성된 유도 전계에 의해, 처리실(4) 내에서 처리 가스가 플라즈마화되어, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 의해, 기판 G에 대해 플라즈마 처리로서 플라즈마 에칭 처리 또는 플라즈마 애싱 처리가 행해진다.

이 경우에, 고주파 안테나(13)는, 상술한 바와 같이, 외측 부분을 구성하는 외측 안테나(13a)와, 내측 부분을 구성하는 내측 안테나(13b)가 동심적으로 간격을 두고 배치되어 구성되어 있고, 외측 부분을 구성하는 외측 안테나(13a)에 가변 콘덴서(21)를 접속하여, 외측 안테나 회로(91a)의 임피던스 조정을 가능하게 했기 때문에, 외측 안테나 회로(91a)의 전류 I_out과 내측 안테나 회로(91b)의 전류 I_in을 자유롭게 변화시킬 수 있다.

유도 결합 플라즈마는, 고주파 안테나(13) 바로 아래의 공간에서 플라즈마를 생성시키지만, 그 때의 각 위치에서의 플라즈마 밀도는, 각 위치에서의 전계 강도에 대응하기 때문에, 종래는, 가변 콘덴서(21)의 포지션을 조절하는 것에 의해, 외측 안테나(13a)에 흐르는 전류와, 내측 안테나(13b)에 흐르는 전류를 제어하여 전계 강도 분포를 제어하는 것에 의해 플라즈마 밀도 분포를 제어하고 있었다.

그러나, 이러한 유도 결합 플라즈마 처리를 100mTorr 이상의 고압력 조건에서 행하는 경우, 플라즈마가 확산되기 어려워지기 때문에, 안테나(13)의 배치에 관계없이 플라즈마를 유지하기 쉬운 위치에 국소적으로 집중하여 생성하기 쉬워져, 안테나 전류의 조정에 의해서도, 기판 전체에 대해 소망하는 밀도 분포의 플라즈마를 유지하는 것이 곤란하여, 소망하는 처리 분포, 전형적으로는 균일한 처리 분포가 얻어지지 않는 경우가 있다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타내는, 가변 콘덴서(21)에 의한 전류 제어 기능을 이용하여, 내측 안테나(13b)에 흐르는 전류 I_in의 값과 외측 안테나(13a)에 흐르는 전류 I_out의 값의 대소 관계에서, 전류 I_in을 상대적으로 큰 제 1 전류값으로 하고, 전류 I_out의 값을 상대적으로 작은 제 2 전류값으로 하여, 내측 안테나(13b) 바로 아래에 국소적인 플라즈마(내측 플라즈마)를 생성해서 처리를 행하는 제 1 처리와, 외측 안테나(13a)에 흐르는 전류 I_out의 값과 내측 안테나(13b)에 흐르는 전류 I_in의 값의 다른 대소 관계에서, 전류 I_out을 상대적으로 큰 제 3 전류값으로 하고, 전류 I_in의 값을 상대적으로 작은 제 4 전류값으로 하여, 외측 안테나(13a) 바로 아래에 국소적인 플라즈마(외측 플라즈마)를 생성해서 처리를 행하는 제 2 처리를, 시간적으로 달리하여 실시하는 것에 의해, 외측 안테나(13a)에 의한 플라즈마와 내측 안테나(13b)에 의한 플라즈마가 서로 영향을 주어 의도하지 않은 개소에 플라즈마가 집중하는 것을 방지하기 때문에, 처리 종료 시점에서 소망하는 처리 분포, 전형적으로는 균일한 처리 분포가 얻어지도록 한다.

즉, 고압 조건에서의 유도 결합 플라즈마 처리에서, 통상 공급하는 전력에서는 기판 G 전체에서 균일하게 혹은 의도한 분포로 플라즈마를 유지하는 것이 곤란한 경우에도, 이와 같이 국소적인 플라즈마는 유지 가능하고, 내측의 국소적인 플라즈마와 외측의 국소적인 플라즈마를 시간적으로 달리하여 생성하는 것에 의해, 처리가 종료된 시점에서 소망하는 처리 분포를 얻는 것이 가능해진다.

예를 들면, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 처리의 전반을 내측의 내측 안테나(13b) 바로 아래에만 국소적인 플라즈마(내측 플라즈마)를 생성하여 에칭 처리를 행하는 제 1 처리로 하고, 처리의 후반을 외측 안테나(13a) 바로 아래에만 국소적인 플라즈마(외측 플라즈마)를 생성?殆? 에칭 처리를 행하는 제 2 처리로 하여, 결과적으로 도 5(b)와 같이 기판의 면 내에서 균일한 에칭 레이트(E/R)가 얻어지도록 한다.

단, 이와 같이 국소적인 내측 플라즈마와 외측 플라즈마를 처리의 전후반으로 나누어 생성하여 처리를 행하는 경우에는, 플라즈마 생성부 근방과 비(非)플라즈마 생성부 근방에서 온도차가 생기고, 이 온도차에 의한 처리실(4) 내의 부재나 기판 G로의 영향이 염려되는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 내측 플라즈마에 의한 제 1 처리와 외측 플라즈마에 의한 제 2 처리를 단시간에 교대로 전환하도록 함으로써, 상기 효과를 유지하면서, 이러한 온도차의 영향을 억제할 수 있다. 전형적으로는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 콘덴서(21)의 포지션 변경에 의해, 내측 안테나(13b)의 전류값을 상대적으로 큰 제 1 전류값과 상대적으로 작은 제 4 전류값 사이에서 주기적으로 변화시키고, 동시에 외측 안테나(13a)의 전류값을 상대적으로 작은 제 2 전류값과 상대적으로 큰 제 3 전류값 사이에 주기적으로 변화시킨다. 이 때, 콘덴서(21)의 포지션 변화에 의해 내측 안테나(13b) 및 외측 안테나(13a)의 전류값을 변화시키고 있기 때문에, 내측 안테나(13b)와 외측 안테나(13a)의 전류값 변화의 주기는 동일하고, 위상이 반주기 어긋난 것으로 된다.

또, 제 1 처리의 기간과 제 2 처리의 기간은, 처리의 내용 및 얻고자 하는 처리 분포에 따라 적절히 설정하면 좋으며, 이들 기간이 동일하더라도, 어느 한쪽이 길더라도 좋다. 이들 처리 기간을 동일하게 하는 것에 의해, 균일한 처리 분포를 얻기 쉬워진다. 또한, 국소적 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 전류값 및 제 3 전류값도, 처리의 내용 및 얻고자 하는 처리 분포에 따라 적절히 설정하면 좋으며, 이들 값이 동일하더라도, 어느 한쪽이 길더라도 좋다. 이들 값을 동일하게 하는 것에 의해, 균일한 처리 분포를 얻기 쉬워진다.

본 실시 형태에서는, 콘덴서(21)의 포지션 조정에 의해 내측 안테나(13b)와 외측 안테나(13a)의 전류값을 제어하고 있기 때문에, 내측 안테나(13b)와 외측 안테나(13a)의 전류값을 독립적으로 변화시킬 수는 없지만, 내측 안테나(13b)와 외측 안테나(13a)에 별개의 고주파 전원을 접속하는 등에 의해, 전류값을 독립적으로 변화시키도록 할 수도 있다. 이 경우에는, 내측 안테나(13b)와 외측 안테나(13a)에서, 전류를 변화시키는 주기는 동일하지만, 내측 안테나(13b)와 외측 안테나(13a)의 전류값 변화의 위상차는 반주기이더라도 반주기 이외이더라도 좋다.

또한, 주기적으로 전류값을 변화시킬 때에, 펄스 발진기 등을 이용하여 전류 변화를 펄스 형상으로 하더라도 좋으며, 그 경우의 파형은 특별히 한정되지 않고, 도 7의 (a)에 나타내는 구형파(矩形波)나 (b)에 나타내는 삼각파와 같은 직선적인 파형이더라도, (c)에 나타내는 정현파와 같은 곡선적인 파형이더라도 좋다. 어느 경우이더라도, 전류값의 최대값이 제 1 전류값, 제 3 전류값이고, 전류값의 최소값이 제 4 전류값, 제 2 전류값으로 할 수 있다.

또, 국소적 플라즈마를 생성하기 위한, 상대적으로 큰 제 1 전류와 제 3 전류의 값이 동일하더라도, 어느 하나가 크더라도 좋다. 또한, 상대적으로 작은 제 4 전류값과 제 2 전류값은 0이더라도, 소정의 값을 갖고 있더라도 좋다. 국소적 플라즈마를 내측 안테나(13b)의 바로 아래, 외측 안테나(13a)의 바로 아래에만 생성하고자 하는 경우에는, 제 4 전류값 및 제 2 전류값은 유도 결합 플라즈마를 발생시키지 않을 정도로 작은 값일 필요가 있다.

또, 외측 안테나(13a) 및 내측 안테나(13b)에 대해, 4개의 안테나선을 90°씩 어긋나게 하여 돌려감아 전체가 나선 형상으로 되도록 한 4중 안테나로 했지만, 안테나선의 수는 4개에 한정되는 것이 아니고, 임의의 수의 다중 안테나이더라도 좋고, 또한, 어긋난 각도도 90°로 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 고주파 안테나의 구조의 다른 예에 대해 설명한다.

상기 예에서는, 외측 안테나(13a)와 내측 안테나(13b)의 2개의 고리 형상 안테나를 동심 형상으로 마련하여 고주파 안테나를 구성한 경우를 나타냈지만, 3개 이상의 고리 형상 안테나를 동심 형상으로 배치한 구조이더라도 좋다.

도 8은 3개의 고리 형상 안테나를 배치한 3 고리 형상의 고주파 안테나를 나타낸다. 여기서는, 가장 외측에 배치된 최외측 안테나(113a), 가장 내측에 배치된 최내측 안테나(113c), 이들 중간에 배치된 중간 안테나(113b)를 동심 형상으로 마련한 고주파 안테나(113)를 나타내고 있다. 도 8에서는 편의상, 각 안테나의 상세한 구조를 생략하고 있지만, 상기 외측 안테나(13a) 및 내측 안테나(13b)와 동일한 구조의 것을 이용할 수 있다.

3개 이상의 고리 형상 안테나를 마련한 경우에, 상기 2개의 고리 형상 안테나를 마련한 고주파 안테나의 경우와 마찬가지로, 하나의 고주파 전원으로부터 분기하여 각 고리 형상 안테나에 고주파 전력을 공급하도록 하고, 고리 형상 안테나로의 급전선에 가변 콘덴서를 마련하는 것에 의해 각 안테나의 전류를 제어할 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 안테나로의 급전선에 가변 콘덴서를 마련하는 것에 의해 전류 제어를 행할 수 있다. 상기 2개의 고리 형상 안테나를 마련한 고주파 안테나의 경우와 동등한, 고리 형상 안테나마다 다른 비로 전류 제어를 행하는 경우에는, 고리 형상 안테나의 수를 n이라고 하면 n-1개의 고리 형상 안테나의 급전선에 콘덴서를 마련하면 좋다. 물론, 각 안테나에 별개의 고주파 전원을 접속하고 이들 전류값을 독립적으로 제어하더라도 좋다.

이 경우에, 각 안테나에 대응하는 국소적인 플라즈마를 모두 시간적으로 달리하여 생성하더라도 좋고, 2 이상의 국소적인 플라즈마를 동일한 시간적 타이밍에서 생성하도록 하더라도 좋다. 또한, 상술한 바와 같이 전류의 값을 단시간에 주기적으로 변화시키도록 하더라도 좋고, 전류 변화를 펄스 형상으로 하더라도 좋다.

다음으로, 각 안테나의 구조의 다른 예에 대해 설명한다.

상기 예에서는, 각 안테나(외측 안테나(13a), 내측 안테나(13b), 최외측 안테나(113a), 중간 안테나(113b), 최내측 안테나(113c) 등)를 고리 형상으로 구성하고 일체적으로 고주파 전력이 공급되도록 했지만, 각 안테나를 각각 기판의 서로 다른 부분에 대응하는 복수의 영역을 갖는 것으로 하고, 이들 복수의 영역에 독립적으로 고주파 전력이 공급되도록 하더라도 좋다. 이것에 의해, 보다 텍스터가 미세한 플라즈마 분포 제어를 행할 수 있다. 예를 들면, 직사각형 기판에 대응하는 직사각형 형상 평면을 구성하고, 복수의 안테나선을 나선 형상으로 감아돌려 이루어지는 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖고, 제 1 부분은 복수의 안테나선이, 직사각형 형상 평면의 4개의 코너부를 형성함과 아울러, 직사각형 형상 평면과는 다른 위치에서 4개의 코너부를 결합하도록 마련되고, 제 2 부분은 복수의 안테나선이, 직사각형 형상 평면의 4개의 변의 중앙부를 형성함과 아울러, 직사각형 형상 평면과는 다른 위치에서 4개의 변의 중앙부를 결합하도록 마련하여, 제 1 부분과 제 2 부분에 각각 독립적으로 고주파 전력이 공급되도록 할 수 있다.

구체적인 구성을 도 9~11을 참조하여 설명한다.

예를 들면, 외측 안테나(13a)가, 도 9에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 생성에 기여하는 유도 전계를 형성하는 유전체벽(2)에 접한 부분이 전체적으로 직사각형 기판 G에 대응하는 직사각형 형상(액자 형상) 평면을 구성하고, 또한, 복수의 안테나선을 나선 형상으로 돌려감아 이루어지는 제 1 부분(213a)과 제 2 부분(213b)을 갖고 있다. 제 1 부분(213a)의 안테나선은, 직사각형 형상 평면의 4개의 코너부를 형성하고, 직사각형 형상 평면과는 다른 위치에서, 4개의 코너부를 결합하도록 마련되어 있다. 또한, 제 2 부분(213b)의 안테나선은, 직사각형 형상 평면의 4개의 변의 중앙부를 형성함과 아울러, 직사각형 형상 평면과는 다른 위치에서, 이들 4개의 변의 중앙부를 결합하도록 마련되어 있다. 제 1 부분(213a)으로의 급전은 4개의 단자(222a) 및 급전선(269)을 거쳐서 행해지고, 제 2 부분(213b)으로의 급전은 4개의 단자(222b) 및 급전선(279)을 거쳐서 행해지며, 이들 단자(222a, 222b)에는 각각 독립적으로 고주파 전력이 공급된다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 부분(213a)은, 4개의 안테나선(261, 262, 263, 264)을 90°씩 위치를 어긋나게 하여 돌려감은 4중 안테나를 구성하고, 유전체벽(2)에 면한 직사각형 형상 평면의 4개의 코너부를 형성하는 부분은 평면부(261a, 262a, 263a, 264a)로 되어 있으며, 이들 평면부(261a, 262a, 263a, 264a)의 사이의 부분은 직사각형 형상 평면과는 다른 위치가 되도록 위쪽의 플라즈마의 생성에 기여하지 않는 위치로 퇴피(退避)한 상태의 입체부(261b, 262b, 263b, 264b)로 되어 있다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 2 부분(213b)도, 4개의 안테나선(271, 272, 273, 274)을 90 °씩 위치를 어긋나게 하여 돌려감은 4중 안테나를 구성하고, 유전체벽(2)에 면한 상기 직사각형 형상 평면의 4개의 변의 중앙부를 형성하는 부분은 평면부(271a, 272a, 273a, 274a)로 되어 있고, 이들 평면부(271a, 272a, 273a, 274a)의 사이의 부분은 직사각형 형상 평면과는 다른 위치가 되도록 위쪽의 플라즈마의 생성에 기여하지 않는 위치로 퇴피한 상태의 입체부(271b, 272b, 273b, 274b)로 되어 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 실시 형태와 동일한 4개의 안테나선을 일정한 방향으로 돌려감은 비교적 간단하고 쉬운 다중 안테나의 구성을 취하면서, 코너부와 변 중앙부의 독립적인 플라즈마 분포 제어를 실현할 수 있다.

또한, 코너부에 대응하는 국소적인 플라즈마와 변 중앙부에 대응하는 국소적인 플라즈마를 시간을 달리하여 생성해서, 소망하는 처리 분포를 형성하더라도 좋다.

이상의 예에서는, 각 안테나를 복수의 안테나선을 돌려감은 다중 안테나로 구성했지만, 도 12에 나타내는 바와 같이 1개의 안테나선(181)을 나선 형상으로 돌려감은 것이어도 좋다.

또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 일없이 다양하게 변형 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 유도 전계를 형성하기 위한 복수의 안테나를 동심 형상으로 마련한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 도 13에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 복수의 나선 안테나(413)를 병렬로 배치한 구조이더라도 좋다. 이 경우에도, 각 안테나(413)에 대응하는 국소적 플라즈마를 시간적으로 달리하여 생성하는 것에 의해, 소망하는 처리 분포를 형성할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 플라즈마가 확산되기 어려운 고압 조건에서 유도 결합 플라즈마를 생성하는 경우에 본 발명을 적용한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 평면 위치가 다른 복수의 안테나에 대응하여 생성되는 국소적 플라즈마를 시간을 달리하여 생성하고, 처리 종료시에 소망하는 처리 분포가 얻어지는 것이면, 플라즈마가 확산되기 어려운 고압 조건으로 한정되는 것은 아니다.

또, 상기 실시 형태에서는, 소정의 안테나에 상대적으로 큰 전류를 흘리고, 그 안테나에 대응한 위치에 국소적 플라즈마를 생성하는 예를 나타냈지만, 상대적으로 작은 전류를 흘린 안테나에 국소적 플라즈마보다 약한 플라즈마가 생성되어 있어도 좋다.

또한, 각 안테나의 형태는 반드시 동일하지 않아도 좋다. 예를 들면, 일부의 안테나가 도 2에 나타내는 다중 안테나이고, 다른 것이 도 9~11에 나타내는 다중 안테나이어도 좋고, 다중 안테나와 1개의 안테나를 나선으로 한 것을 혼재시켜도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 임피던스를 조정하여 각 안테나의 전류값을 조정하기 위해서 가변 콘덴서를 이용했지만, 가변 코일 등의 다른 임피던스 조정 수단이어도 좋다. 또한, 상기 실시 형태에서는 하나의 고주파 전원으로부터 각 안테나로 고주파 전력을 분배하여 공급하는 예를 중심으로 설명했지만, 상술한 바와 같이 안테나마다 고주파 전원을 마련하더라도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는 처리실의 천정부를 유전체벽으로 구성하고, 안테나가 처리실의 밖인 천정부의 유전체벽의 표면에 배치된 구성에 대해 설명했지만, 안테나와 플라즈마 생성 영역의 사이를 유전체벽에서 격절(隔絶)하는 것이 가능하면 안테나가 처리실 내에 배치되는 구조이더라도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는 본 발명을 에칭 처리 또는 애싱 처리에 적용했을 경우에 대해 나타냈지만, CVD 성막 등의 다른 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다. 또한, 기판으로서 FPD용의 직사각형 기판을 이용한 예를 나타냈지만, 태양전지 등의 다른 직사각형 기판을 처리하는 경우에도 적용 가능하며, 직사각형에 한정되지 않고 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 원형의 기판에도 적용 가능하다.

1: 본체 용기 2: 유전체벽(유전체 부재)
3: 안테나실 4: 처리실
13: 고주파 안테나 13a: 외측 안테나
13b: 내측 안테나 14: 정합기
15: 고주파 전원 16a, 16b: 급전 부재
19, 19a, 19b: 급전선 20: 처리 가스 공급계
21: 가변 콘덴서 22a, 22b: 단자
23: 탑재대 30: 배기 장치
50: 안테나 유닛 51: 급전부
61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74: 안테나선
91a: 외측 안테나 회로 91b: 내측 안테나 회로
100: 제어부 101: 사용자 인터페이스
102: 기억부 G: 기판

Claims (15)

1. 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되고 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 갖는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하며, 상기 고주파 안테나는 적어도, 고주파 전력이 공급되어 외측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 외측 안테나와, 상기 외측 안테나의 내측에 동심 형상으로 마련되고, 고주파 전력이 공급되어 내측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 내측 안테나를 가지며,
   상기 고주파 전력 공급 수단은 고주파 전원과 정합기를 갖고,
   상기 안테나 유닛은, 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐서 상기 내측 안테나 및 상기 외측 안테나에 이르는 급전 경로를 갖고, 각 상기 안테나와 각 상기 급전 경로를 포함하는 내측 안테나 회로 및 외측 안테나 회로가 형성되고, 상기 내측 안테나 회로 및 상기 외측 안테나 회로 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하고, 이에 따라 각 상기 안테나의 전류값을 조정하는 임피던스 조정 수단을 더 갖는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판에 대해 유도 결합 플라즈마 처리를 행하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법으로서,
   상기 임피던스 조정 수단에 의해 각 상기 안테나의 전류값의 조정을 행하고, 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나의 각각에 흐르는 전류의 비교에서, 상기 내측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 내측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 내측 유도 전계에 의해 상기 내측 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성해서 처리를 행하는 제 1 처리와, 상기 외측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 외측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 외측 유도 전계에 의해 상기 외측 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 2 처리를, 시간을 달리하여 주기적으로 실시하고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 하며,
   상기 제 1 처리의 기간과 상기 제 2 처리의 기간은 분리되어 있는 것
   을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 처리는, 상기 내측 안테나에 흐르는 내측 전류의 전류값을 상대적으로 큰 값인 제 1 전류값으로 하고, 상기 외측 안테나에 흐르는 외측 전류의 전류값을 상대적으로 작은 값인 제 2 전류값의 전류값으로 하여 행해지고,
   상기 제 2 처리는, 상기 외측 안테나에 흐르는 외측 전류의 전류값을 상대적으로 큰 값인 제 3 전류값으로 하고, 상기 내측 안테나에 흐르는 내측 전류의 전류값을 상대적으로 작은 값인 제 4 전류값으로 하여 행해지는 것
   을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 내측 안테나에 공급되는 내측 전류 및 상기 외측 안테나에 공급되는 외측 전류의 전류값을 독립적으로 변화 가능하게 하고, 상기 내측 전류의 전류값을, 상기 국소적 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 전류값과 상기 제 1 전류값보다 작은 제 4 전류값 사이에서 소정의 주기로 변화시키고, 상기 외측 전류의 전류값을, 상기 국소적 플라즈마를 생성하기 위한 제 3 전류값과 상기 제 3 전류값보다 작은 제 2 전류값의 사이에서 상기 소정의 주기이고 또한 상기 내측 전류와는 다른 위상으로 변화시키는 것
   을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 내측 전류와 상기 외측 전류간의 위상차는 반주기인 것
   을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 내측 전류와 상기 외측 전류는 펄스 형상으로 공급되는 것
   을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
   
8. 제 3, 5, 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 전류값 및 상기 제 4 전류값은 각각 상기 외측 안테나 및 상기 내측 안테나가 유도 결합 플라즈마를 발생시키지 않을 정도로 작은 값 또는 0인 것
   을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
   
9. 제 1, 3, 5, 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 처리의 기간 및 상기 제 2 처리의 기간은 처리의 내용 및 얻고자 하는 처리 분포에 따라 설정되는 것
   을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 처리의 기간 및 상기 제 2 처리의 기간은 동일한 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
    
11. 제 1, 3, 5, 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값과, 상기 제 2 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값은 처리의 내용 및 얻고자 하는 처리 분포에 따라 설정되는 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값과, 상기 제 2 처리에서의 국소적인 플라즈마를 생성하기 위한 전류값은 동일한 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
    
13. 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되고, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 갖는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하며, 상기 고주파 안테나는 적어도, 고주파 전력이 공급되어 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 복수의 안테나를 가지며,
    상기 고주파 전력 공급 수단은 고주파 전원과 정합기를 갖고,
    상기 안테나 유닛은, 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐서 복수의 안테나에 이르는 급전 경로를 갖고, 각 상기 안테나와 각 상기 급전 경로를 포함하는 복수의 안테나 회로가 형성되고, 상기 복수의 안테나 회로 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하고, 이에 따라 각 상기 안테나의 전류값을 조정하는 임피던스 조정 수단을 더 갖는 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판에 대해 유도 결합 플라즈마 처리를 행하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 임피던스 조정 수단에 의해 각 상기 안테나의 전류값의 조정을 행하고, 상기 복수의 안테나의 일부이고 적어도 하나의 안테나에, 나머지 다른 안테나에 비해 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려, 상기 적어도 하나의 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 유도 전계에 의해 상기 적어도 하나의 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성해서 행하는 처리를, 다른 안테나에 대해 시간을 달리하여 주기적으로 복수회 실시하고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 하며,
    상기 적어도 하나의 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성하여 행하는 처리의 기간은 다른 안테나에 대응하는 부분에만 국소 플라즈마를 생성하여 행하는 처리의 기간과 분리되어 있는 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 방법.
    
14. 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되어 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 가지는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하며, 상기 고주파 안테나는 적어도, 고주파 전력이 공급되어 외측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 외측 안테나와, 상기 외측 안테나의 내측에 동심 형상으로 마련되고, 고주파 전력이 공급되어 내측 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 내측 안테나를 가지며,
    상기 고주파 전력 공급 수단은 고주파 전원과 정합기를 갖고,
    상기 안테나 유닛은, 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐서 상기 내측 안테나 및 상기 외측 안테나에 이르는 급전 경로를 갖고, 각 상기 안테나와 각 상기 급전 경로를 포함하는 내측 안테나 회로 및 외측 안테나 회로가 형성되고, 상기 내측 안테나 회로 및 상기 외측 안테나 회로 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하고, 이에 따라 각 상기 안테나의 전류값을 조정하는 임피던스 조정 수단을 더 갖는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 임피던스 조정 수단에 의해 상기 각 안테나의 전류값의 조정을 행하고, 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나의 각각에 흐르는 전류의 비교에서, 상기 내측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 내측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 내측 유도 전계에 의해 상기 내측 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 1 처리와, 상기 외측 안테나에 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려 상기 외측 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 외측 유도 전계에 의해 상기 외측 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성하여 처리를 행하는 제 2 처리를, 시간을 달리하여 주기적으로 실시시키고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 제어하는 제어부를 더 구비하며,
    상기 제 1 처리의 기간과 상기 제 2 처리의 기간은 분리되어 있는 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
    
15. 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 기판에 대응하여 평면적으로 배치되고 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 안테나를 가지는 안테나 유닛과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 수단을 구비하며, 상기 고주파 안테나는 적어도, 고주파 전력이 공급되어 유도 전계를 형성하는 나선 형상을 이루는 복수의 안테나를 가지며,
    상기 고주파 전력 공급 수단은 고주파 전원과 정합기를 갖고,
    상기 안테나 유닛은, 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐서 상기 복수의 안테나에 이르는 급전 경로를 갖고, 각 상기 안테나와 각 상기 급전 경로를 포함하는 복수의 안테나 회로가 형성되고, 상기 복수의 안테나 회로 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하고, 이에 따라 각 상기 안테나의 전류값을 조정하는 임피던스 조정 수단을 더 갖는 유도 결합 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 임피던스 조정 수단에 의해 각 상기 안테나의 전류값의 조정을 행하고, 상기 복수의 안테나의 일부이고 적어도 하나의 안테나에, 나머지 다른 안테나에 비해 상대적으로 큰 전류값의 전류를 흘려, 상기 적어도 하나의 안테나에 대응하는 부분에 형성한 상기 유도 전계에 의해 상기 적어도 하나의 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성하여 행하는 처리를, 다른 안테나에 대해 시간을 달리하여 복수회 주기적으로 실시시키고, 처리 종료 시점에서 기판에 대해 소망하는 처리 분포가 얻어지도록 제어하는 제어부를 더 구비하며,
    상기 적어도 하나의 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성하여 행하는 처리의 기간은 다른 안테나에 대응하는 부분에만 국소적인 플라즈마를 생성하여 행하는 처리의 기간과 분리되어 있는 것
    을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.

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