KR101993041B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
(과제) 직사각형의 피처리 기판의 외주측의 영역에 대해서, 둘레 방향을 향해서 보다 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 기술을 제공한다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 장치(1)는 직사각형의 피처리 기판(G)에 대해, 캐소드 전극(13)과 직사각형의 애노드 전극부(3)의 사이에 형성되는 처리 가스의 용량 결합 플라즈마(P)에 의한 플라즈마 처리를 실행한다. 이때, 애노드 전극부(3)는 직경 방향을 향해서 복수의 직경 방향 분할 전극(34, 33, 32)으로 분할되고, 외주측의 직경 방향 분할 전극(32)은 모서리부 측의 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 측의 변부 분할 전극(32a)으로 더 분할되어 있다. 이들 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 분할 전극(32a)의 적어도 한쪽의 접지단(104) 측에는 임피던스 조정부(52, 51)가 마련된다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 장치(1)는 직사각형의 피처리 기판(G)에 대해, 캐소드 전극(13)과 직사각형의 애노드 전극부(3)의 사이에 형성되는 처리 가스의 용량 결합 플라즈마(P)에 의한 플라즈마 처리를 실행한다. 이때, 애노드 전극부(3)는 직경 방향을 향해서 복수의 직경 방향 분할 전극(34, 33, 32)으로 분할되고, 외주측의 직경 방향 분할 전극(32)은 모서리부 측의 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 측의 변부 분할 전극(32a)으로 더 분할되어 있다. 이들 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 분할 전극(32a)의 적어도 한쪽의 접지단(104) 측에는 임피던스 조정부(52, 51)가 마련된다.
Description
본 발명은 플라즈마화된 처리 가스에 의해 피처리 기판의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조 공정에 있어서는, 직사각형의 피처리 기판인 유리 기판에 플라즈마화된 처리 가스를 공급하고, 에칭 처리나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하는 공정이 존재한다. 이들의 플라즈마 처리에는, 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 장치 등의 여러 플라즈마 처리 장치가 이용된다.
또, 직사각형의 피처리 기판의 플라즈마 처리시에는, 피처리 기판의 정점 주변의 모서리부와 이들 모서리부의 사이의 변(邊)부를 포함한 외주측의 영역을 향해서, 플라즈마화된 처리 가스를 균일하게 공급하는 것이 요구되고 있다.
여기서 특허문헌 1에는, 상부 전극과 하부 전극을 대향시킴과 아울러, 하부 전극에 피처리 기판을 탑재하고, 이들 상부, 하부 전극의 한쪽 측에 고주파 전력을 인가해서 형성되는 용량 결합에 의해 처리 가스를 플라즈마화시키는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 애노드 전극으로서 구성된 상부 전극의 표면측의 횡 방향으로 서로 떨어진 부위에 복수의 임피던스 조정부를 마련해서 임피던스 조정을 실시함으로써, 애노드 전극과 처리 용기의 벽부의 사이의 용량 결합에 따른 불필요한 플라즈마의 발생을 억제할 수 있다.
또, 특허 문헌 2에는, 플라즈마 처리를 실시하는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 있어서, RF 전원에 접속되고, 피처리체인 반도체 웨이퍼가 탑재되는 탑재 전극(캐소드 전극에 상당한다)과 대향해서 대향 전극(애노드 전극에 상당한다)을 배치함과 아울러, 중심으로부터의 거리가 상이한 구역(zone)마다 해당 대향 전극을 분할하고, 이들 구역간에서 임피던스를 상이하게 하기 위해, 각각의 구역에 임피던스 가변부를 마련한 기술이 기재되어 있다.
그렇지만, 이들 특허문헌 1, 2의 어느 것에도, 직사각형의 피처리 기판의 플라즈마 처리를 실시함에 있어서, 상기 모서리부나 변부에 대해서, 균일하게 플라즈마화된 처리 가스를 공급하는 기술은 개시되어 있지 않다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 직사각형의 피처리 기판의 외주측의 영역에 대해서, 둘레 방향을 향해서 보다 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 진공 배기된 처리 용기 내의 직사각형의 피처리 기판에 대해, 플라즈마화된 처리 가스에 의한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 처리 용기 내에 해당 처리 용기와는 절연된 상태로 배치되고, 정합 회로를 통해서 고주파 전원에 접속됨과 아울러, 직사각형의 피처리 기판이 탑재되는 캐소드 전극과,
상기 캐소드 전극과 대향하도록 상기 처리 용기와는 절연된 상태로 배치되고, 상기 피처리 기판에 대응한 직사각형의 평면 형상을 갖는 애노드 전극부를 구비하고,
상기 애노드 전극부는,
해당 애노드 전극부의 중앙측으로부터 외주 측을 향하는 방향을 직경 방향으로 했을 때, 상기 직경 방향을 향해서 복수의 직경 방향 분할 전극으로 분할되고, 이들 직경 방향 분할 전극은 각각 서로 절연된 상태로 접지단에 접속되어 있는 것과,
상기 복수의 직경 방향 분할 전극 중, 외주 측에 위치하는 직경 방향 분할 전극은 둘레 방향을 향해서 상기 애노드 전극부의 모서리부 측에 위치하는 복수의 모서리부 분할 전극과, 변부 측에 위치하는 복수의 변부 분할 전극으로 분할되고, 이들 모서리부 분할 전극 및 변부 분할 전극은 각각 서로 절연된 상태로 접지단에 접속되어 있는 것과,
상기 모서리부 분할 전극과 변부 분할 전극의 적어도 한쪽의 접지단 측에는, 상기 캐소드 전극으로부터, 플라즈마를 통해서 각 모서리부 분할 전극 또는 변부 분할 전극의 접지단에 이르는 회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 조정부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 직사각형의 피처리 기판의 플라즈마 처리를 실시하는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 피처리 기판과 대향하도록 배치된 평면 형상이 직사각형인 애노드 전극부의 외주 측에 위치하는 직경 방향 분할 전극에 대해, 모서리부 측에 위치하는 복수의 모서리부 분할 전극과, 변부 측에 위치하는 복수의 변부 분할 전극으로 분할하고, 캐소드 전극으로부터 플라즈마를 통해서 접지단에 이르는 회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 조정부를 마련하고 있다. 이 결과, 상기 모서리부와 변부에 대응하는 위치의 피처리 기판에 대해서 균일한 플라즈마 처리를 실시할 수 있다.
도 1은 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 플라즈마 처리 장치에 마련되어 있는 애노드 전극부의 평면도이다.
도 3은 종래의 플라즈마 처리 장치의 작용도이다.
도 4는 상기 애노드 전극부의 제 1 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 상기 애노드 전극부의 제 2 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 실험에 이용한 애노드 전극부의 평면도이다.
도 7은 내측 분할 전극측의 임피던스 조정 결과를 나타내는 설명도이다.
도 8은 중간 분할 전극측의 임피던스 조정 결과를 나타내는 설명도이다.
도 9는 분할 전극을 이용한 에칭 처리의 결과를 나타내는 설명도이다.
도 10은 내측 분할 전극을 흐르는 전류와 시험편의 소모량의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 11은 중간 분할 전극을 흐르는 전류와 시험편의 소모량의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 2는 상기 플라즈마 처리 장치에 마련되어 있는 애노드 전극부의 평면도이다.
도 3은 종래의 플라즈마 처리 장치의 작용도이다.
도 4는 상기 애노드 전극부의 제 1 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 상기 애노드 전극부의 제 2 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 실험에 이용한 애노드 전극부의 평면도이다.
도 7은 내측 분할 전극측의 임피던스 조정 결과를 나타내는 설명도이다.
도 8은 중간 분할 전극측의 임피던스 조정 결과를 나타내는 설명도이다.
도 9는 분할 전극을 이용한 에칭 처리의 결과를 나타내는 설명도이다.
도 10은 내측 분할 전극을 흐르는 전류와 시험편의 소모량의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 11은 중간 분할 전극을 흐르는 전류와 시험편의 소모량의 관계를 나타내는 설명도이다.
본 예의 플라즈마 처리 장치(1)는 직사각형의 피처리 기판인, 예를 들면, FPD용의 기판(G) 상에 박막 트랜지스터를 형성할 때의 메탈막, ITO(Tin-doped Indium Oxide) 막, 산화막 등을 형성하는 성막 처리나 이들 막을 에칭하는 에칭 처리, 레지스트막의 애싱 처리 등의 각종 플라즈마 처리에 이용할 수 있다. 여기서, FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 전계 발광(Electro Luminescence: EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다. 또, 플라즈마 처리 장치(1)는 FPD용의 기판(G)에 한정하지 않고, 태양 전지 패널용의 기판(G)에 대한 상술의 각종 플라즈마 처리에도 이용할 수 있다.
이하, 도 1, 2를 참조하면서, 단변의 길이가 730㎜ 이상, 장변의 길이가 920㎜ 이상인 대형의 유리 기판(이하, 단순히 기판이라고 한다)(G) 상에 성막된 막의 에칭 처리를 실시하는 에칭 장치로서 구성된 플라즈마 처리 장치(1)에 대해 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는 도전성 재료, 예를 들면, 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상의 용기 본체(10)를 구비하고, 해당 용기 본체(10)는 전기적으로 접지되어 있다. 용기 본체(10)의 상면(후술의 프레임부(11))에는 개구가 형성되고, 이 개구는 애노드 전극부(3)에 의해 기밀하게 채워져 있다. 이들 용기 본체(10) 및 애노드 전극부(3)에 의해 둘러싸인 공간은 기판(G)의 처리 공간(100)으로 되고, 애노드 전극부(3)의 상방 측은 후술의 임피던스 조정부(51, 52) 등이 배치되는 도전성 재료제의 상부 커버(50)에 의해 덮여 있다. 또 처리 공간(100)의 측벽에는, 기판(G)을 반입출하기 위한 반입출구(101) 및 반입출구(101)를 개폐하는 게이트 밸브(102)가 마련되어 있다.
처리 공간(100)의 하부 측에는, 기판(G)을 탑재하기 위한 탑재대(13)가 상기 애노드 전극부(3)와 상하로 대향하도록 해서 마련되어 있다. 탑재대(13)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 탑재대(13)에 탑재된 기판(G)은 미도시의 정전 척에 의해 흡착 유지된다. 탑재대(13)는 절연체 프레임(14) 내에 수납되고, 이 절연체 프레임(14)을 통해서 용기 본체(10)의 저면에 설치되어 있다.
탑재대(13)에는 각각 정합기(151, 161)를 통해서 제 1, 제 2 고주파 전원(152, 162)이 접속되어 있다.
제 1 고주파 전원(152)으로부터는, 예를 들면 10~30MHz의 범위 내의 주파수의 고주파 전력이 공급된다. 제 1 고주파 전원(152)으로부터 공급되는 전력은 탑재대(13)와 애노드 전극부(3)의 사이에 고밀도의 용량 결합 플라즈마(P)를 형성하는 역할을 한다.
한편, 제 2 고주파 전원(162)으로부터는, 바이어스용의 고주파 전력, 예를 들면 2~6MHz의 범위 내의 주파수의 고주파 전력이 인가된다. 이 바이어스용의 고주파 전력에 의해 생성된 셀프 바이어스에 의해, 처리 공간(100) 내에 생성된 플라즈마(P) 중의 이온을 기판(G)에 인입할 수 있다.
애노드 전극부(3)와의 사이에 플라즈마(P)를 형성하기 위해, 제 1, 제 2 고주파 전원(152, 162)으로부터 고주파 전력이 공급되는 탑재대(13)는 본 실시의 형태의 캐소드 전극에 상당한다. 또, 탑재대(13)에 대해서 서로 주파수가 상이한 복수의 고주파 전원(제 1 고주파 전원(152), 제 2 고주파 전원(162))을 접속하는 것은 필수의 요건은 아니다. 예를 들면, 탑재대(13)에 대해서 제 1 고주파 전원(152)만을 접속해도 좋다.
또한, 탑재대(13) 내에는, 기판(G)의 온도를 제어하기 위해서, 세라믹 히터 등의 가열 수단과 냉매 유로로 이루어지는 온도 제어 기구, 온도 센서, 기판(G)의 이면에 열 전달용의 He 가스를 공급하기 위한 가스 유로가 마련되어 있다(모두 미도시).
또, 예를 들면 용기 본체(10)의 저면에는 배기구(103)가 형성되고, 이 배기구(103)의 하류 측에는 진공 펌프 등을 포함한 진공 배기부(12)가 접속되어 있다. 처리 공간(100)의 내부는, 이 진공 배기부(12)에 의해 에칭 처리시의 압력으로 진공 배기된다.
도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 용기 본체(10)의 측벽의 상면 측에는, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 직사각형 형상의 프레임인 프레임부(11)가 마련되어 있다. 용기 본체(10)와 프레임부(11)의 사이에는, 처리 공간(100)을 기밀하게 유지하기 위한 시일 부재(110)가 마련되어 있다. 여기서, 용기 본체(10) 및 프레임부(11)는 본 실시의 형태의 처리 용기를 구성하고 있다.
애노드 전극부(3)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등에 의해 구성된다. 또, 본 예의 애노드 전극부(3)는 복수의 분할 전극(32(32a, 32b), 33, 34)이 조합되어 배치됨으로써, 전체적으로 직사각형 형상의 애노드 전극부(3)를 구성하고 있다.
도 2를 참조하면서 본 예의 애노드 전극부(3)의 상세한 구성에 대해 설명하면, 애노드 전극부(3)는 프레임부(11)에 형성된 개구의 내측에 배치되어 있다. 애노드 전극부(3)와 프레임부(11)의 사이에는 절연 부재(31)가 마련되고, 애노드 전극부(3)는 프레임부(11)나 용기 본체(10)로부터 절연된 상태로 되어 있다. 애노드 전극부(3)는 탑재대(13)에 탑재되는 기판(G)에 대응한 직사각형의 평면 형상을 갖는다. 예를 들면 애노드 전극부(3)의 단변은 기판(G)의 단변보다 길고, 또 애노드 전극부(3)의 장변은 기판(G)의 장변보다 길게 형성되어 있다.
또한, 애노드 전극부(3)는 탑재대(13) 상의 기판(G)과 단변 및 장변의 방향을 맞추고, 또한, 탑재대(13) 상의 기판(G)의 중심(직사각형의 대향하는 정점끼리를 연결하는 2개의 대각선이 교차하는 위치)과 애노드 전극부(3)의 중심이 맞도록 배치되어 있다. 이 결과, 애노드 전극부(3)의 윤곽을 탑재대(13) 측을 향해서 투영했을 때, 기판(G)은 애노드 전극부(3)의 윤곽의 내측에 배치된 상태로 된다.
상술의 애노드 전극부(3)에 있어서, 그 중심(중앙측)으로부터 윤곽측(외주측)을 향하는 방향을 직경 방향으로 했을 때, 애노드 전극부(3)는 직경 방향을 향해 복수, 예를 들면 3개로 분할되어 있다. 이들 분할된 전극(내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 외주 분할 전극(32))은 본 예의 직경 방향 분할 전극에 상당한다.
3개로 분할된 직경 방향 분할 전극 중, 도 2에서 모래 형상의 해칭이 부여되어 있는 내측 분할 전극(34)은 애노드 전극부(3)의 중앙부 측에 배치되어 있다. 예를 들면 내측 분할 전극(34)은 직사각형의 평면 형상을 갖는다.
도 2에서 회색으로 전부 칠해진 중간 분할 전극(33)은 내측 분할 전극(34)의 외주를 둘러싸는 각진 고리 형상의 평면 형상을 구비하고 있다. 또한, 중간 분할 전극(33)의 외주를 둘러싸는 각진 고리 형상의 영역에는, 외주 분할 전극(32)이 마련되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 내측 분할 전극(34)과 중간 분할 전극(33)의 사이, 중간 분할 전극(33)과 외주 분할 전극(32)의 사이에는 절연 부재(31)가 마련되고, 이들 내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 외주 분할 전극(32)은 서로 절연되어 있다.
상술의 직경 방향 분할 전극(내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 외주 분할 전극(32)) 중, 가장 외주 측에 위치하는 외주 분할 전극(32)은 추가로 둘레 방향을 향해 예를 들면 8개로 분할되어 있다. 즉, 외주 분할 전극(32)은 애노드 전극부(3)의 정점을 포함한 모서리부 측의 4개의 모서리부 분할 전극(32b)(도 2 중 좌하 방향의 사선의 해칭을 부여하고 있다)과, 서로 인접하는 정점간을 연결하는 변부 측에 위치하는 4개의 변부 분할 전극(32a)(도 2 중 우하 방향의 사선의 해칭을 부여하고 있다)으로 분할되어 있다. 서로 인접하는 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 분할 전극(32a)의 사이에는 절연 부재(31)가 마련되고, 각 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)은 서로 절연되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)은 각각 접지단(104)에 접속되어 있다. 예를 들면 접지단(104)으로서는, 접지된 용기 본체(10)의 상면에 마련되고, 해당 용기 본체(10)와 전기적으로 도통하고 있는 상부 커버(50)가 이용된다. 도 1에 나타내는 바와 같이 해당 상부 커버(50)의 내벽면에 대해서, 각 분할 전극(34, 33, 32b, 32a)을 접속함으로써(도 1에는 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)을 접속한 예를 나타내고 있다), 이들 분할 전극(34, 33, 32b, 32a)이 접지된다.
상술의 구성에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)에는, 제 1, 제 2 고주파 전원(152, 162)에 접속된 탑재대(캐소드 전극)(13)로부터 용량 결합 플라즈마(P)를 통해서 각 분할 전극(34, 33, 32b, 32a)을 지나 접지단(104)에 이르는 회로가 형성된다.
또한, 본 예의 애노드 전극부(3)는 처리 가스 공급용의 샤워 헤드를 겸하고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이 애노드 전극부(3)를 구성하는 각 분할 전극(내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a))의 내부에는, 처리 가스를 확산시키는 처리 가스 확산실(301)이 형성되어 있다. 또, 각 분할 전극(34, 33, 32b, 32a)의 하면에는, 처리 가스 확산실(301)로부터 처리 공간(100)에 대해서 처리 가스를 공급하기 위한 복수의 처리 가스 토출 구멍(302)이 형성되어 있다. 그리고 각 분할 전극(34, 33, 32b, 32a)의 처리 가스 확산실(301)은 가스 공급관(41)을 통해서 처리 가스 공급부(42)에 접속되어 있다(도 1). 처리 가스 공급부(42)로부터는, 기판(G) 상의 막의 에칭 처리에 필요한 처리 가스인 에칭 가스가 공급된다.
또한, 도시의 편의상, 도 1에는, 일부의 분할 전극(모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a))의 처리 가스 확산실(301)이나 처리 가스 토출 구멍(302)만이 예시되어 있다. 또, 도 1에 있어서는, 1개의 분할 전극(모서리부 분할 전극(32b))에 처리 가스 공급부(42)를 접속한 상태를 나타내고 있다. 실제로는, 모든 분할 전극(내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a))에 처리 가스 확산실(301) 및 처리 가스 토출 구멍(302)이 마련되고, 각 처리 가스 확산실(301)이 처리 가스 공급부(42)에 연통하고 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 플라즈마 처리 장치(1)에는 제어부(6)가 마련되어 있다. 제어부(6)는 미도시의 CPU(Central Processing Unit)와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지고, 이 기억부에는 기판(G)이 배치된 처리 공간(100) 내를 진공 배기하고, 탑재대(13)와 애노드 전극부(3)의 사이에 공급된 에칭 가스를 플라즈마화해서 기판(G)을 에칭 처리하는 동작을 실행시키는 제어 신호를 출력하기 위한 스텝(명령) 군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들면 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 그로부터 기억부에 인스톨된다.
여기서 상술의 구성을 구비하는 본 예의 플라즈마 처리 장치(1)에 대해, 전술한 바와 같이 복수의 분할 전극(내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a))을 조합해서 구성된 애노드 전극부(3)를 대신하여, 해당 애노드 전극부(3)와 동일한 단변 및 장변의 길이를 갖는 1매의 직사각형 전극에 의해 구성된 애노드 전극부(3a)를 이용하는 종래의 플라즈마 처리 장치에 대해 검토한다.
예를 들면 1매의 직사각형 전극으로 이루어지는 애노드 전극부(3a)를 이용해서 해당 애노드 전극부(3a)를 접지단(104)에 접속해서, 탑재대(13)와 애노드 전극부(3a)의 사이에 플라즈마(P')를 형성하고, 기판(G)의 에칭 처리를 실시하는 경우를 생각한다. 일반적으로, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 공간(100) 내에서 플라즈마를 발생시키면, 플라즈마 밀도가 높은 영역은 처리 공간(100)의 중앙부에 집중하려고 하는 경향이 있다.
상술의 특성에 입각해서 보면, 애노드 전극부(3a)의 하부측(처리 공간(100) 내)에 있어서는, 애노드 전극부(3a)의 정점 근방의 모서리부 측에서 플라즈마(P')의 밀도가 낮아지는 경향이 나타나는 것을 발명자 등은 파악하고 있다. 이 결과, 플라즈마(P')가 형성되는 영역을 상면 측에서 보면, 도 3에 플라즈마(P')의 밀도가 높은 영역의 윤곽을 파선으로 모식적으로 나타내는 바와 같이, 애노드 전극부(3a)의 단변이나 장변의 근방의 변부 측에서 플라즈마(P')의 밀도가 상대적으로 높아지고, 상술의 모서리부 측에서 플라즈마(P')의 밀도가 상대적으로 낮아진다.
이와 같이 애노드 전극부(3a)의 외주측의 영역을 둘레 방향을 따라 보았을 때, 서로 인접하는 영역(모서리부 측과 변부 측)에서 밀도가 상이한 플라즈마(P')를 이용해서 기판(G)의 에칭 처리를 실시하면, 해당 플라즈마(P')의 밀도 분포에 대응해서, 기판(G)의 면내에서 에칭 속도 등이 변화하고, 균일한 에칭 처리의 결과를 얻을 수 없는 경우가 있다. 이 경향은 기술한 바와 같이 단변의 길이가 730㎜ 이상으로 되는 대형의 기판(G)의 처리를 실시할 때에 현저하게 된다.
그래서 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 플라즈마 처리 장치(1)는 외주 분할 전극(외주측의 직경 방향 분할 전극)(32)을 구성하는 모서리부 분할 전극(32b)과 접지단(104)의 사이, 및 변부 분할 전극(32a)과 접지단(104)의 사이에, 탑재대(13)로부터 각 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)을 지나 접지단(104)에 이르는 회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 조정부(52, 51)를 마련하고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 캐소드 전극인 탑재대(13)에 대해서는, 서로 주파수가 상이한 복수의 고주파 전원(제 1 고주파 전원(152), 제 2 고주파 전원(162))이 접속되어 있다. 그래서 본 예의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 이들 복수의 주파수에 대응한 복수의 임피던스 조정부(52a, 52b, 51a, 51b)가, 모서리부 분할 전극(32b)과 접지단(104)의 사이, 및 변부 분할 전극(32a)과 접지단(104)의 사이에 병렬로 마련되어 있다. 또, 도 2에 있어서는, 이들 각 주파수에 대응한 임피던스 조정부(52a, 52b, 51a, 51b)를 합쳐서 표시하고 있다(임피던스 조정부(52, 51)).
상술의 임피던스 조정부(52, 51)의 설치에 더하여, 중간 분할 전극(33)이나 내측 분할 전극(34)의 일부, 또는 전부(모서리부 분할 전극(32b)과 변부 분할 전극(32a)으로 분할된 외주 분할 전극(32) 이외의 직경 방향 분할 전극)에 임피던스 조정부(53)를 마련해도 좋다. 이때, 탑재대(13)에 접속된 제 1, 제 2 고주파 전원(152, 162)의 각 주파수에 대응시켜, 중간 분할 전극(33)이나 내측 분할 전극(34)에 대해서도 복수의 임피던스 조정부(53, 53)를 마련해도 좋은 것은 물론이다. 또한, 도 2에는 내측 분할 전극(34)과 접지단(104)의 사이에 임피던스 조정부(53)를 마련하고, 중간 분할 전극(33)은 직접 접지단(104)에 접속한 예를 나타내고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 각 임피던스 조정부(51~53)는 예를 들면 가변 용량 콘덴서(502)와 인덕터(501)를 포함하고, 가변 용량 콘덴서(502)의 용량을 변화시킴으로써, 탑재대(13)로부터 접지단(104)에 이르는 회로의 임피던스를 개별적으로 조정할 수 있다.
여기서, 임피던스 조정부(51~53)의 구체적인 구성은 가변 용량 콘덴서(502)와 인덕터(501)의 조합으로 한정되는 것은 아니다. 가변 용량 콘덴서(502)를 단독으로 마련하는 경우나, 고정 용량 콘덴서와 가변 용량 콘덴서(502)를 조합하는 경우, 가변 인덕터와 고정용 콘덴서를 조합하는 경우를 예시할 수 있다. 또, 임피던스 조정부(51~53)가 임피던스치를 변경 가능한 것도 필수의 요건은 아니다. 예를 들면 고정 용량 콘덴서에 의해, 미리 설정된 임피던스치를 갖는 임피던스 조정부(51~53)를 구성해도 좋다.
이하, 상술의 구성을 구비한 본 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 작용에 대해 설명한다. 먼저, 게이트 밸브(102)를 열고, 반송 기구에 의해, 인접하는 진공 반송실로부터 반입출구(101)를 통해서 처리 공간(100) 내에 기판(G)을 반입한다(반송 기구 및 진공 반송실은 미도시). 다음으로, 탑재대(13) 상에 기판(G)을 탑재해서, 미도시의 정전 척에 의해 기판(G)을 고정하는 한편, 처리 공간(100)으로부터 반송 기구를 퇴피시키고 게이트 밸브(102)를 닫는다.
이후, 처리 가스 공급부(42)로부터 처리 가스 확산실(301)을 통해서 처리 공간(100) 내에 에칭 가스를 공급함과 아울러, 진공 배기부(12)로부터 처리 공간(100) 내의 진공 배기를 실시해서, 처리 공간(100) 내를 예를 들면 0.66~26.6Pa 정도의 압력 분위기로 조절한다. 또, 미도시의 가스 유로로부터 기판(G)에 열 전달용의 He 가스를 공급한다.
다음으로, 제 1 고주파 전원(152)으로부터 애노드 전극부(3)에 고주파 전력을 인가하면, 탑재대(13)와 애노드 전극부(3)의 사이의 용량 결합에 의해, 처리 공간(100) 내에서 에칭 가스가 플라즈마화해서, 고밀도의 플라즈마(P)가 생성된다. 그리고, 제 2 고주파 전원(162)으로부터 탑재대(13)에 인가된 바이어스용의 고주파 전력에 의해, 플라즈마 중의 이온이 기판(G)을 향해 인입되어, 기판(G)에 대한 에칭 처리가 실시된다.
이때, 도 3을 이용해서 설명한 애노드 전극부(3a)를 이용하는 종래예와 비교해서, 본 예의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 외주 측에 위치하는 외주 분할 전극(32)이 둘레 방향을 향해 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 분할 전극(32a)으로 분할되고, 이들 분할 전극(32b, 32a)에는 개별적으로 임피던스 조정부(52, 51)가 마련되어 있다.
그래서 변부 분할 전극(32a)의 하방측의 영역에 대해서, 모서리부 분할 전극(32b)의 하방측의 영역에서 플라즈마(P)의 밀도가 동일한 정도로 되도록 임피던스 조정부(52, 51)의 임피던스치를 조정한다. 구체적으로는, 플라즈마(P)의 밀도가 높은 영역을 애노드 전극부(3)의 모서리부 측까지 확대한다. 이 결과, 도 3을 이용해서 설명한 종래의 애노드 전극부(3)를 이용해서 발생시킨 플라즈마(P')에 의한 에칭 처리와 비교해서, 애노드 전극부(3)의 모서리부 측과 변부 측의 플라즈마(P)의 밀도차를 작게 해서, 보다 면내 균일성이 높은 에칭 처리를 실시할 수 있다.
종래와 비교해서, 애노드 전극부(3)의 모서리부 측에 있어서의 플라즈마(P')의 밀도를 높게 하는 수법으로서는, 후술하는 참고예로 실험 결과를 나타내는 바와 같이, 모서리부 분할 전극(32b) 또는 변부 분할 전극(32a)에 접속된 임피던스 조정부(52, 51)를 이용하고, 탑재대(13)로부터 모서리부 분할 전극(32b)을 지나 접지단(104)에 이르는 회로에 있어서, 변부 분할 전극(32a) 측의 동일 회로와 비교했을 때, 탑재대(13) 측의 고주파수 전압의 직류 성분이 동일한 정도, 또는 커지도록 임피던스 조정을 실시하는 수법을 예시할 수 있다.
또한, 예를 들면 애노드 전극부(3)의 중앙부 측에 집중하려고 하는 플라즈마(P)의 특성에 의해, 내측 분할 전극(34)의 하방측의 영역에서, 그 외주측(중간 분할 전극(33)이나 외주 분할 전극(32)의 하방측)의 영역보다 플라즈마 밀도가 높아져 에칭 속도가 커지는 경향이 나타나는 경우도 있다.
이 경우에는, 내측 분할 전극(34)의 하방측의 영역의 플라즈마(P)의 밀도를 내려서, 외주측의 플라즈마(P)의 밀도와 동일하게 함으로써, 이들 영역간의 플라즈마(P)의 밀도차를 작게 해서, 보다 면내 균일성이 높은 에칭 처리를 실시할 수 있다. 내측 분할 전극(34)의 하방측의 영역의 플라즈마(P)의 밀도를 내리는 수법으로서는, 후술의 참고예로 실험 결과를 나타내는 바와 같이, 내측 분할 전극(34)에 접속된 임피던스 조정부(53)를 이용하고, 탑재대(13)로부터 내측 분할 전극(34)을 지나 접지단(104)에 이르는 회로에 있어서, 탑재대(13) 측의 고주파수 전압의 직류 성분이 작아지도록 임피던스 조정을 실시하는 수법을 예시할 수 있다.
또한, 임피던스 조정부(51~53)를 이용해서 임피던스 조정을 실시하는 것에 따른 효과를 든다. 후술의 실험 결과에 나타내는 바와 같이, 발명자 등은 애노드 전극부(3)의 각 내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 외주 분할 전극(32)을 흐르는 전류가 커지면, 플라즈마(P)에 의해 각 분할 전극(34, 33, 32)의 표면이 깎아지는 것에 따른 두께 감소(이하, 「소모」라고 한다)가 커지는 경향이 있는 것을 파악했다. 그래서, 상술한 바와 같이 애노드 전극부(3)의 면내에서 플라즈마(P)의 밀도가 동일해지도록 각 임피던스 조정부(51~53)의 임피던스치를 조정한 후, 에칭 처리의 면내 균일성에 영향이 없는 범위에서, 탑재대(13)로부터 접지단(104)에 이르는 각 회로를 흐르는 전류가 가능한 한 작아지도록 추가로 임피던스 조정부(51~53)의 임피던스치의 미조정을 실시함으로써, 각 분할 전극(34, 33, 32)의 소모를 저감할 수도 있다.
이상으로 설명한 임피던스 조정이 행해진 애노드 전극부(3)를 이용해서 처리 공간(100)에 플라즈마(P)를 발생시키고, 미리 설정한 시간만큼 에칭 처리를 실시하였으면, 각 고주파 전원(152, 162)으로부터의 전력 공급, 처리 가스 공급부(42)로부터의 에칭 가스 공급, 및 처리 공간(100) 내의 진공 배기를 정지하고, 반입시와는 반대의 순서로 기판(G)을 반출한다.
본 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면 이하의 효과가 있다. 직사각형의 기판(G)의 에칭 처리를 실시하는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치(1)에서, 기판(G)과 대향하도록 배치되고, 평면 형상이 직사각형인 애노드 전극부(3)의 외주 측에 위치하는 외주 분할 전극(32)에 대해, 모서리부 측에 위치하는 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 측에 위치하는 변부 분할 전극(32a)으로 분할한다. 그리고, 탑재대(캐소드 전극)(13)로부터, 플라즈마(P)를 통해서 접지단(104)에 이르는 회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 조정부(51~53)를 마련하고 있다. 이 결과, 상기 모서리부와 변부에 대응하는 위치의 기판(G)에 대해서 균일한 에칭 처리를 실시할 수 있다.
상술의 효과가 얻어지는 것은, 에칭 처리를 실시하는 에칭 장치로서 플라즈마 처리 장치(1)가 구성되어 있는 경우에 한정되지 않는다. 플라즈마 처리 장치(1)가, 기판(G)에 대해서 성막 처리를 실시하는 성막 장치나, 레지스트막의 애싱 처리를 실시하는 애싱 장치로서 구성되어 있는 경우에 대해서도 마찬가지로 기판(G)의 면내에서 균일한 처리를 실시할 수 있다.
여기서 애노드 전극부(3)는 직경 방향을 향해 적어도 2 분할되어 있으면 좋다. 또, 「외주 측에 위치하는 직경 방향 분할 전극」이란, 직경 방향으로 분할된 복수의 직경 방향 분할 전극 중, 애노드 전극부(3)의 중심으로부터 애노드 전극부(3)의 외연(상술한 단변이나 장변)까지의 거리의 1/2보다 외측의 영역 내에 배치된 것이면, 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 분할 전극(32a)으로 분할해서 임피던스 조정을 실시함으로써, 상술의 작용 효과를 발휘할 수 있다.
여기서 도 2를 이용해서 설명한 바와 같이, 본 예의 애노드 전극부(3)는 가장 외주 측에 위치하는 외주 분할 전극(32) 중, 모서리부 측에 위치하는 4개의 모서리부 분할 전극(32b)이 공통의 임피던스 조정부(52)에 접속되고, 변부 측에 위치하는 4개의 변부 분할 전극(32a)이 공통의 임피던스 조정부(51)에 접속되어 있다. 한편, 4개의 모서리부 분할 전극(32b)에 대해서 임피던스 조정부(52)를 공통화하고, 또 4개의 변부 분할 전극(32a)에 대해서 임피던스 조정부(51)를 공통화하는 것은 필수의 요건이 아니고, 모서리부 분할 전극(32b), 각 변부 분할 전극(32a)에 대해서 개별적으로 임피던스 조정부(52, 51)를 마련해도 좋다.
또, 모서리부 분할 전극(32b) 및 변부 분할 전극(32a)의 양쪽을 임피던스 조정부(52, 51)와 접속하는 것도 필수의 요건은 아니다. 모서리부 분할 전극(32b) 또는 변부 분할 전극(32a)의 적어도 한쪽을 임피던스 조정부(52, 51)와 접속해서 임피던스 조정을 실시하면, 애노드 전극부(3)의 모서리부 측과 변부 측의 플라즈마(P)의 밀도차를 작게 해서, 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시키는 작용 효과를 얻을 수 있다.
또, 둘레 방향으로 분할하는 직경 방향 분할 전극은 가장 외주 측에 배치된 외주 분할 전극(32)에 한정되지 않는다. 3개로 분할된 직경 방향 분할 전극(내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 외주 분할 전극(32)) 중, 예를 들면 중간 분할 전극(33)을 둘레 방향으로 분할해도 좋다. 도 4에 나타내는 애노드 전극부(3b)와 같이, 중간 분할 전극(33)을 모서리부 분할 전극(33b) 및 변부 분할 전극(33a)으로 분할했을 때, 모서리부 분할 전극(33b)이 애노드 전극부(3)의 모서리부 측의 플라즈마(P)의 밀도에 영향을 미치는 것이 가능한 영역에 배치되어 있는 경우에는, 이들 모서리부 분할 전극(33b), 변부 분할 전극(33a)의 적어도 한쪽을 임피던스 조정부(52, 51)에 접속해서 상술의 임피던스 조정을 실시함으로써, 플라즈마 처리의 면내 균일성의 향상에 기여할 수 있다.
이 외, 둘레 방향으로 분할하는 직경 방향 분할 전극은 1개로 한정되지 않는다. 도 5에 나타내는 애노드 전극부(3c)와 같이 외주 분할 전극(32)을 둘레 방향을 향해 모서리부 분할 전극(32b)과 변부 분할 전극(32a)으로 분할하는 것에 더해서, 중간 분할 전극(33)을 둘레 방향을 향해 모서리부 분할 전극(33b)과 변부 분할 전극(33a)으로 분할해도 좋다. 이 경우에는, 중간 분할 전극(33)의 모서리부 분할 전극(33b)은 외주 분할 전극(32)의 모서리부 분할 전극(32b)과는 상이한 임피던스 조정부에 접속하는 것이 바람직하고, 또 중간 분할 전극(33)의 변부 분할 전극(33a)은 외주 분할 전극(32)의 변부 분할 전극(32a)과는 상이한 임피던스 조정부에 접속하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들면 도 5에 나타내는 애노드 전극부(3c)에 있어서, (i) 중간 분할 전극(33)의 모서리부 분할 전극(33b), 변부 분할 전극(33a)을 공통의 임피던스 조정부에 접속한 경우, (ii) 각 모서리부 분할 전극(33b), 변부 분할 전극(33a)을 다른 임피던스 조정부에 접속하고, 탑재대(13)로부터 용량 결합 플라즈마(P)를 통해서 각 분할 전극(33b, 33a)을 지나 접지단(104)에 이르는 회로에 있어서, 예를 들면 플라즈마(P) 측에서 보아, 분할 전극(33b, 33a)의 단위 면적당의 임피던스가 동일해지도록 임피던스 조정한 경우, (iii) 중간 분할 전극(33)의 모서리부 분할 전극(33b), 변부 분할 전극(33a)에 임피던스 조정부를 접속하지 않고, 직접 접지단(104)에 접속한 경우를 생각한다. 이들 경우에는, 각 분할 전극(33b, 33a)의 하방측에 형성되는 플라즈마(P) 상태는 분할되어 있지 않은 중간 분할 전극(33)의 하방측에 형성되는 플라즈마(P) 상태와 변함없다.
따라서, (i)~(iii)의 경우에는, 중간 분할 전극(33)이 구성상, 복수의 분할 전극(33b, 33a)으로 분할되어 있었다고 해도, 용량 결합 플라즈마(P)를 형성한 후에는, 일체로 구성된 중간 분할 전극(33)을 이용하고 있는 경우와 다름없다고 할 수 있다. 예를 들면 도 2에 나타내는 중간 분할 전극(33), 내측 분할 전극(34)에는, 분할된 후에 (i)~(iii)의 어느 하나의 구성으로 되어 있는 것도 포함된다.
또, 애노드 전극부(3)를 직경 방향을 향해 복수로 분할해서 얻어지는 직경 방향 분할 전극의 형상은, 도 2에 나타낸 직사각형 형상(내측 분할 전극(34)), 각진 고리 형상(중간 분할 전극(33), 외주 분할 전극(32))의 경우로 한정되지 않는다. 예를 들면, 내측 분할 전극(34)을 타원 형상으로 구성하고, 중간 분할 전극(33)은 해당 내측 분할 전극(34)의 외주를 둘러싸는 타원 환상으로 구성해도 좋다. 이 경우에는, 외주 분할 전극(32)은 직사각형 형상의 애노드 전극부(3)로부터, 타원 형상의 내측 분할 전극(34) 및 중간 분할 전극(33)을 제거한 나머지의 영역의 형상으로 된다. 따라서, 외주 분할 전극(32) 등을 둘레 방향을 향해 분할해서 얻어지는 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)의 형상에 대해서도, 도 2의 예로 한정되지 않고, 외주 분할 전극(32)의 형상 등에 따라서 적절히 결정되는 것은 물론이다.
(실시예)
(실험 1)
도 6에 나타내는 3개의 직경 방향 분할 전극(내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33), 외주 분할 전극(32))을 구비한 애노드 전극부(3d)에 대해, 임피던스 조정부(53, 54)를 이용한 임피던스 조정을 실시하면서 전류치의 측정 등을 실시했다. 또, 도 6에 나타내는 애노드 전극부(3d)에 있어서, 외주 분할 전극(32)의 접지단(104)으로의 접속의 기재는 생략되어 있다.
A. 실험 조건
(참고예 1-1) 도 6에 나타내는 애노드 전극부(3d)를 구비하는 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하고, 내측 분할 전극(34)과 접지단(104)의 사이 및 중간 분할 전극(33)과 접지단(104)의 사이에 임피던스 조정부(53, 54)를 마련하고, 내측 분할 전극(34) 측의 임피던스 조정부(53)에 마련되어 있는 가변 용량 콘덴서(502)의 캐패시턴스를 변화시켜, 각 회로를 흐르는 전류를 전류계(503, 504)에 의해 측정했다. 이 조작 기간 중, 중간 분할 전극(33) 측의 가변 용량 콘덴서(502)의 캐패시턴스는 고정했다. 또, 제 1 고주파 전원(152) 측의 정합기(151)에 마련되어 있는 미도시의 전압계에 의해, 탑재대(13)(캐소드 전극) 측의 전압의 변화를 측정했다. 처리 가스 공급부(42)로부터는 CF4와 O2의 혼합 가스를 1000sccm(표준 상태 : 25℃, 1기압 기준)로 공급하고, 처리 공간(100)의 압력은 1.33Pa(10 mTorr)로 조정했다. 또, 제 1 고주파 전원(152), 제 2 고주파 전원(162)으로부터는, 각각 22kW의 고주파 전력을 공급했다.
(참고예 1-2) 참고예 1-1과 마찬가지의 조건하에서, 중간 분할 전극(33) 측의 임피던스 조정부(54)에 마련되어 있는 가변 용량 콘덴서(502)의 용량을 변화시켜, 각 회로를 흐르는 전류 및 탑재대(13) 측의 전압을 측정했다. 이 조작 기간 중, 내측 분할 전극(34) 측의 가변 용량 콘덴서(502)의 캐패시턴스는 고정했다.
B. 실험 결과
참고예 1-1의 결과를 도 7에 나타내고, 참고예 1-2의 결과를 도 8에 나타낸다. 도 7, 도 8의 가로축은 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치를 나타낸다. 해당 다이얼치의 값이 작을수록, 가변 용량 콘덴서(502)의 캐패시턴스가 크고, 다이얼치를 크게 함에 따라 캐패시턴스는 작아진다. 도 7, 도 8의 좌측의 세로축은 각 분할 전극(34, 33)의 전류치를 나타내고, 우측의 세로축은 탑재대(13) 측의 전압치를 나타내고 있다. 각 도면 중, 내측 분할 전극(34) 측의 전류치의 변화를 일점 쇄선으로 나타내고, 중간 분할 전극(33) 측의 전류치의 변화를 실선으로 나타낸다. 또, 탑재대(13) 측의 전압치의 변화를 파선으로 나타내고 있다.
도 7에 나타내는 참고예 1-1의 결과에 따르면, 임피던스 조정부(53) 내에 마련되어 있는 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치를 점차 크게 해 나가면(가변 용량 콘덴서(502)의 캐패시턴스를 점차 작게 해 나가면), 내측 분할 전극(34) 측의 전류치는 증대하고, 다이얼치가 3.5~4.5의 범위에서 피크를 나타낸 후, 추가로 다이얼치를 크게 함에 따라 내측 분할 전극(34) 측의 전류치는 점차 감소했다.
한편으로 상술의 다이얼 조작의 기간 중, 중간 분할 전극(33) 측의 전류치는 낮은 상태 그대로 거의 변화하지 않았다.
또한 상술의 다이얼 조작의 기간 중, 내측 분할 전극(34) 측의 전류치의 증감에 대응해서, 탑재대(13) 측의 전압치가 강하하는 현상이 나타났다. 따라서, 내측 분할 전극(34)을 흐르는 전류치의 변화는, 탑재대(13) 측으로부터 공급된 고주파 전력이 플라즈마(P)를 통해서 내측 분할 전극(34) 측에 인입됨으로써 발생하고 있다고 평가할 수 있다.
한편, 도 8에 나타내는 참고예 1-2의 결과에서는, 도 7에 나타내는 참고예 1-1의 실험 결과와는 대조적인 결과가 얻어졌다.
즉, 임피던스 조정부(54) 내에 마련되어 있는 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치를 점차 크게 해 나가면, 중간 분할 전극(33) 측의 전류치가 증대하고, 다이얼치가 2~4 정도의 범위에서 피크를 나타낸 후, 추가로 다이얼치를 크게 함에 따라 중간 분할 전극(33) 측의 전류치는 점차 감소했다.
한편으로 상술의 다이얼 조작의 기간 중, 내측 분할 전극(34) 측의 전류치는 낮은 상태 그대로 거의 변화하지 않았다.
또한 상술의 다이얼 조작의 기간 중, 중간 분할 전극(33)을 흐르는 전류치의 증감에 대응해서, 탑재대(13) 측의 전압치가 강하하는 현상이 나타났다. 따라서, 중간 분할 전극(33) 측의 전류치의 변화는 탑재대(13) 측으로부터 공급된 고주파 전력이 플라즈마(P)를 통해서 중간 분할 전극(33) 측에 인입됨으로써 발생하고 있다고 평가할 수 있다.
이상의 실험 결과를 정리하면, 중간 분할 전극(33), 내측 분할 전극(34)에 마련된 임피던스 조정부(53, 54)의 임피던스치를 조정함으로써, 중간 분할 전극(33)과 내측 분할 전극(34)에 있어서, 서로 독립해서 각 분할 전극(33, 34)을 포함한 회로(탑재대(13)로부터 접지단(104)에 이르는 회로)를 흐르는 전류를 증감시키는 조정이 행해지는 것을 확인할 수 있었다.
이 결과는 도 2에 나타내는 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)의 사이에 임피던스 조정부(52, 51)의 임피던스치를 조정한 경우에도 마찬가지로 성립된다고 할 수 있다.
(실험 2) 도 6에 나타내는 애노드 전극부(3d)를 구비한 플라즈마 처리 장치(1)를 이용해서 기판(G)의 에칭 처리를 실시했다.
A. 실험 조건
(참고예 2-1) 탑재대(13) 측에서 측정한 전압치의 직류 성분(Vdc)이 최소로 되는 위치에 각 임피던스 조정부(53, 54) 내의 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치를 설정하고, 참고예 1-1과 마찬가지의 조건에서 기판(G)의 에칭 처리를 실시했다. 내측 분할 전극(34) 측의 임피던스 조정부(53)에 있어서의 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치는 4.5이며, 도 7에 있어서의 내측 분할 전극(34) 측의 전류치의 피크에 대응하는 위치이다. 또 중간 분할 전극(33) 측의 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치는 3.0이며, 도 8에 있어서의 중간 분할 전극(33) 측의 전류치의 피크에 대응하는 위치이다.
(참고예 2-2) 탑재대(13) 측에서 측정한 전압치의 직류 성분(Vdc)이 최대로 되는 위치에 각 임피던스 조정부(53, 54) 내의 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치를 설정하고, 참고예 1-1과 마찬가지의 조건에서 기판(G)의 에칭 처리를 실시했다. 내측 분할 전극(34) 측의 임피던스 조정부(53)에 있어서의 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치는 8.0이며, 도 7에 있어서의 내측 분할 전극(34) 측의 전류치가 가장 작아지는 위치이다. 또 중간 분할 전극(33) 측의 가변 용량 콘덴서(502)의 다이얼치는 8.0이며, 도 8에 있어서의 중간 분할 전극(33) 측의 전류치가 가장 작아지는 위치이다.
(비교예 2) 내측 분할 전극(34)과 접지단(104)의 사이, 중간 분할 전극(33)과 접지단(104)의 사이에 임피던스 조정부(53, 54)를 마련하지 않고 기판(G)의 에칭 처리를 실시했다.
B. 실험 결과
참고예 2-1, 2-2, 비교예 2의 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9의 가로축은 탑재대(13) 측에서 측정한 전압치의 직류 성분을 나타내고 있다. 또, 도 9의 좌측의 세로축은 단위 시간당의 에칭 속도를 나타내고, 우측의 세로축은 기판(G)의 면내에 있어서의 에칭 속도의 균일성(uniformity)({표준 편차 σ)/(평균치 Ave)}×100[%])를 나타내고 있다.
도 9중, 백색 원의 플롯은 내측 분할 전극(34)의 하방측의 영역, 흑색 도포의 원의 플롯은 중간 분할 전극(33)의 하방측 영역에 있어서의 기판(G)의 에칭 속도의 평균치를 나타내고 있다. 또 백색의 가로봉의 플롯은 외주 분할 전극(32)의 하방측 영역에 있어서의 에칭 속도의 최대치, 흑색 도포의 가로봉의 플롯은 외주 분할 전극(32)의 하방측 영역에 있어서의 에칭 속도의 최소치를 나타내고 있다. 또한 흑색 도포의 마름모꼴의 플롯은 기판(G)의 면내에 있어서의 에칭 속도의 평균치를 나타내고, × 표시의 플롯은 에칭 속도의 균일성을 나타내고 있다.
도 9에 나타내는 참고예 2-1, 2-2의 결과에 따르면, 탑재대(13) 측의 전압치의 직류 성분이 최소인 경우에 각 영역 및 기판(G) 면내 평균의 에칭 속도는 작아지고(참고예 2-1), 상기 직류 성분이 최대인 경우에 각 영역 및 기판(G)면내 평균의 에칭 속도는 커졌다. 따라서, 임피던스 조정부(53, 54)를 이용한 임피던스치의 조정에 의해, 기판(G)의 에칭 속도를 변화시키는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
이 결과에 대해서도, 도 2에 나타내는 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)의 사이에 임피던스 조정부(52, 51)의 임피던스치를 조정한 경우에도 마찬가지로 성립된다고 할 수 있다.
한편, 내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33)의 접지단(104) 측에 임피던스 조정부(53, 54)가 마련되지 않은 비교예 2에 있어서는, 내측 분할 전극(34)이나 중간 분할 전극(33)의 하방측의 영역에서 에칭 속도가 커지고, 외주 분할 전극(32)의 하방측의 영역에서 에칭 속도가 작아지는, 위로 볼록의 에칭 속도 분포가 형성되었다. 이 결과, 에칭 속도의 균일성의 값은 참고예 2-1, 2-2와 비교해서 악화되었다. 또, 비교예 2에 있어서는, 탑재대(13)로부터 접지점에 이르는 회로의 임피던스 조정에 의해 에칭 속도를 변화시키는 수단이 없다.
(실험 3) 도 6에 나타내는 애노드 전극부(3d)를 구비한 플라즈마 처리 장치(1)를 이용해서, 애노드 전극부(3) 측의 소모량을 측정했다.
A. 실험 조건
(참고예 3-1) 내측 분할 전극(34)의 하면에 알루미늄 칩으로 이루어지는 시험편을 부착하고, 참고예 1-1과 마찬가지의 조작을 실시하고, 내측 분할 전극(34) 측의 회로를 흐르는 전류치를 변화시키면서 소정 시간만큼 플라즈마(P)를 발생시켜, 상기 시험편의 소모량을 측정했다.
(참고예 3-2) 중간 분할 전극(33)의 상기 시험편을 부착하고, 참고예 1-2과 마찬가지의 조작을 실시하고, 참고예 3-1과 마찬가지의 실험을 실시했다.
B. 실험 결과
참고예 3-1, 3-2의 결과를 각각 도 10, 도 11에 나타낸다. 이들 도면의 가로축은 각 분할 전극(34, 33)을 흐르는 전류치를 나타내고, 세로축은 시험편의 스퍼터링량을 나타내고 있다. 각 전류치에 있어서의 스퍼터링량을 흑색 도포의 마름모꼴의 플롯으로 나타내고 있다. 또 각 도면에는, 임피던스 조정부(53, 54)를 마련하지 않는 경우에 있어서의 시험편의 스퍼터링량을 파선으로 나타내고 있다.
도 10, 도 11에 나타내는 참고예 3-1, 3-2의 결과에 따르면, 내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33) 중 어느 하나에 있어서도, 해당 분할 전극(34, 33)을 흐르는 전류가 커짐에 따라, 시험편의 스퍼터링량이 커지고 있다. 따라서, 각 분할 전극(34, 33)의 하방측의 영역에 배치된 기판(G)에서, 소망의 에칭 속도가 얻어지는 범위 내에 있어서, 이들 분할 전극(34, 33)을 흐르는 전류가 작아지도록 임피던스 조정부(53, 54)의 임피던스치를 조정함으로써, 내측 분할 전극(34), 중간 분할 전극(33)의 소모량을 저감할 수 있다.
이 결과는 도 2에 나타내는 모서리부 분할 전극(32b), 변부 분할 전극(32a)에 있어서도 마찬가지로 성립된다고 할 수 있다.
G : 기판 P, P' : 플라즈마
1 : 플라즈마 처리 장치 13 : 탑재대
151 : 정합기 152 : 제 1 고주파 전원
161 : 정합기 162 : 제 2 고주파 전원
3, 3a~3d 애노드 전극부 32 : 외주 분할 전극
32a : 변부 분할 전극 32b : 모서리부 분할 전극
33 : 중간 분할 전극 34 : 내측 분할 전극
503, 504 : 전류계 51~54 : 임피던스 조정부
6 : 제어부
1 : 플라즈마 처리 장치 13 : 탑재대
151 : 정합기 152 : 제 1 고주파 전원
161 : 정합기 162 : 제 2 고주파 전원
3, 3a~3d 애노드 전극부 32 : 외주 분할 전극
32a : 변부 분할 전극 32b : 모서리부 분할 전극
33 : 중간 분할 전극 34 : 내측 분할 전극
503, 504 : 전류계 51~54 : 임피던스 조정부
6 : 제어부
Claims (6)
- 진공 배기된 처리 용기 내의 직사각형의 피처리 기판에 대해, 플라즈마화된 처리 가스에 의한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 처리 용기 내에 해당 처리 용기와는 절연된 상태로 배치되고, 정합 회로를 통해서 고주파 전원에 접속됨과 아울러, 직사각형의 피처리 기판이 탑재되는 캐소드 전극과,
상기 캐소드 전극과 대향하도록 상기 처리 용기와는 절연된 상태로 배치되고, 상기 피처리 기판에 대응한 직사각형의 평면 형상을 갖는 애노드 전극부
를 구비하고,
상기 애노드 전극부는,
해당 애노드 전극부의 중앙측으로부터 외주측을 향하는 방향을 직경 방향으로 했을 때, 상기 직경 방향을 향해서 복수의 직경 방향 분할 전극으로 분할되고, 이들 직경 방향 분할 전극은 각각 서로 절연된 상태로 접지단에 접속되어 있는 것과,
상기 복수의 직경 방향 분할 전극 중, 외주 측에 위치하는 직경 방향 분할 전극은, 둘레 방향을 향해서, 상기 애노드 전극부의 모서리부 측에 위치하는 복수의 모서리부 분할 전극과 변부 측에 위치하는 복수의 변부 분할 전극으로 분할되고, 이들 모서리부 분할 전극 및 변부 분할 전극은 각각 서로 절연된 상태로 접지단에 접속되어 있는 것과,
상기 모서리부 분할 전극과 변부 분할 전극의 적어도 한쪽의 접지단 측에는, 상기 캐소드 전극으로부터 플라즈마를 통해서 각 모서리부 분할 전극 또는 변부 분할 전극의 접지단에 이르는 회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 조정부가 마련되어 있는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 모서리부 분할 전극과 상기 변부 분할 전극으로 분할된 직경 방향 분할 전극은 상기 복수의 직경 방향 분할 전극 중 가장 외주 측에 위치하는 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모서리부 분할 전극과 상기 변부 분할 전극의 적어도 한쪽에 마련된 임피던스 조정부는 상기 복수의 모서리부 분할 전극에 대해서 또는 상기 복수의 변부 분할 전극에 대해서 공통화되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모서리부 분할 전극과 상기 변부 분할 전극으로 분할된 직경 방향 분할 전극 이외의 직경 방향 분할 전극의 적어도 1개에는, 상기 캐소드 전극으로부터 플라즈마를 통해서 각 직경 방향 분할 전극의 접지단에 이르는 회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 조정부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 캐소드 전극에는 서로 주파수가 상이한 복수의 고주파 전원이 접속되고, 상기 임피던스 조정부가 마련된 분할 전극의 접지단 측에는 상기 복수의 고주파 전원의 각 주파수에 대응한 복수의 임피던스 조정부가 병렬로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 임피던스 조정부는 임피던스치를 변경할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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| JP2016122711A JP6769127B2 (ja) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | プラズマ処理装置 |
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