JP2000008169A - 放電発生用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハードウェアをあまり変更することなく、真
空容器がプラズマによりスパッタリングされることによ
るパーティクルの発生を防止することができるようにす
る。 【解決手段】 放電発生用アンテナ１３は、長さ方向に
垂直な断面が扁平な形状を有するように形成されてい
る。また、このアンテナ１３は、平坦面１３１，１３２
が反応容器１１の放電発生部１１２の側壁１ａにほぼ並
行になるように配設されている。これにより、放電発生
用アンテナ１３においては、放電発生部１１２の側壁１
ａと対向する面が、この面から出力またはこの面に入力
される複数の電気力線がほぼ平行になるように、形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電方式に
よってプラズマ生成用の放電を発生させる環状の放電発
生用アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、化学反応を使ってウェーハの表面
に所定の薄膜を形成するＣＶＤ（Chemical Vapor Depos
ition）装置では、化学反応を促進するためのエネルギ
ーとしてプラズマが注目されている。

【０００３】このプラズマＣＶＤ装置を実現するために
は、プラズマを生成する必要がある。このプラズマを生
成するためには、放電を発生させる必要がある。

【０００４】この放電を発生させる方式としては、従
来、種々の方式が考えられている。その１つとして、無
電極放電発生方式がある。この無電極放電発生方式は、
放電発生用アンテナに高周波電力を印加することによ
り、放電を発生させる方式である。この無電極放電発生
方式は、高密度のプラズマを発生させることができる放
電発生方式として注目されている。

【０００５】この無電極放電発生方式としては、例え
ば、誘導結合方式（以下「ＩＣＰ（Inductive Coupled
Plasma）方式」という。）がある。このＩＣＰ方式は、
放電発生用アンテナに高周波電力を印加し、高周波電磁
誘導によって放電を発生させる方式である。

【０００６】無電極放電発生方式として、ＩＣＰ方式を
用いた従来のプラズマＣＶＤ装置では、放電発生用アン
テナとして、銅管によって形成された１ターンのアンテ
ナが用いられることが多かった。この場合、銅管として
は、通常、径が１／４〜３／８インチ程度の銅管が用い
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、密閉された成膜空間、言い換えれば、プ
ラズマ生成空間を提供する反応容器（真空容器）がプラ
ズマにってスパッタリングされることにより、パーティ
クルが発生するという問題があった。

【０００８】これを図１３を用いて説明する。図１３
は、プラズマＣＶＤ装置の一部の側断面図である。図に
おいて、３１は反応容器を示し、３２は放電発生用アン
テナを示す。また、ｘ１は、放電発生用アンテナ３２の
表面から出力またはこの表面に入力される複数の電気力
線を示し、ｘ２は、この電気力線ｘ１によって形成され
る等電位面を示す。

【０００９】図示のごとく、複数の電気力線ｘ１は、放
電発生用アンテナ３２の中心軸の周りに放射状に延在す
る。これにより、反応容器３１の一部に電気力線ｘ１が
集中する。その結果、反応容器３１の一部で電界が強く
なる。これにより、この部分で、反応容器３１がプラズ
マによりスパッタリングされる。その結果、反応容器３
１の寿命が短縮されるだけでなく、パーティクルが発生
する。

【００１０】この問題を解決するために、従来は、放電
発生用アンテナとして、複数ターンのアンテナを用いる
プラズマＣＶＤ装置が考えられていた。

【００１１】しかしながら、このような構成では、プラ
ズマＣＶＤ装置のハードウェアの変更が大きくなるとい
う問題があった。

【００１２】すなわち、放電発生用アンテナとして、１
ターンのアンテナを用いる場合は、高周波電源として、
例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚの電源が用いられ
る。これに対し、２ターンのアンテナを用いる場合は、
例えば、２ＭＨｚの電源が用いられる。また、３ターン
以上のアンテナを用いる場合は、例えば、４００ＫＨｚ
の電源が用いられる。

【００１３】これにより、このような構成では、放電発
生用アンテナを変更するだけでなく、高周波電源も変更
しなければならない。その結果、このような構成では、
プラズマＣＶＤ装置のハードウェアの変更が大きくな
る。

【００１４】そこで、本発明は、装置のハードウェアを
あまり変更することなく、真空容器がプラズマによって
スパッタリングされることによるパーティクルの発生を
防止することができる放電発生用アンテナを提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の放電発生用アンテナは、無電極放電方
式によってプラズマ生成用の放電を発生させる環状の放
電発生用アンテナにおいて、密閉されたプラズマ生成空
間を提供するための真空容器と対向する面が、この面か
ら出力またはこの面に入力される複数の電気力線がほぼ
並行に延在するように、形成されていることを特徴とす
る。

【００１６】上記構成では、真空容器と対向する面から
出力またはこの面に入力される複数の電気力線がほぼ平
行に延在する。これにより、真空容器の一部でこの複数
の電気力線が集中することがない。その結果、真空容器
の一部でこの複数の電気力線によって与えられる電界が
強くなることがない。これにより、高周波電源を変更す
ることなく、放電発生用アンテナを変更するだけで、プ
ラズマによるスパッタリングによるパーティクルの発生
を防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施の形態の構成
を示す側断面図である。ここで、この図１に示す放電発
生用アンテナの構成を説明する前に、このアンテナが用
いられるプラズマＣＶＤ装置の構成及び動作の一例を説
明する。

【００１９】図３は、このプラズマＣＶＤ装置の構成の
一例を示す断面図である。なお、図には、放電発生用ア
ンテナとして、１ターンのＩＣＰ方式のアンテナを用い
るプラズマＣＶＤ装置を代表として示す。

【００２０】図示のプラズマＣＶＤ置は、反応容器１１
と、チャック部１２と、放電発生用アンテナ１３と、高
周波発振器１４とを有する。

【００２１】ここで、反応容器１１は、成膜用の密閉さ
れた反応空間を提供する。言い換えれば、密閉されたプ
ラズマ生成空間を提供する。この反応容器１１は、真空
容器によって構成されている。また、チャック部１２
は、被成膜ウェーハＷを保持する。また、放電発生用ア
ンテナ１３は、プラズマ生成用の放電を発生させる。ま
た、高周波発振器１４は、放電発生用アンテナ１３に印
加する高周波電力を発生する。

【００２２】上記反応容器１１は、例えば、円筒状に形
成されている。この円筒状の反応容器１１は、中心軸Ｚ
が鉛直方向を向くように配設されている。また、この反
応容器１１は、成膜部１１１と、放電発生部１１２とを
有する。成膜部１１１では、成膜処理が行われる。放電
発生部１１２では、プラズマ生成用の放電が発生させら
れる。これらは、同軸的に形成されている。この場合、
成膜部１１１は、下方に位置決めされ、放電発生部１１
２は、上方に位置決めされている。また、成膜部１１１
の径は、放電発生部１１２の径より大きくなるように設
定されている。

【００２３】反応容器１１は、放電発生部１１２の側壁
１ａを除いて、金属によって形成されている。これに対
し、放電発生部１１２の側壁１ａは、例えば、石英など
の誘電体によって形成されている。これは、高周波損失
を小さくするためである。これにより、この放電発生部
１１２の側壁１ａは、誘電体窓とされている。

【００２４】上記チャック部１２は、反応容器１１の底
板２ａの上面に配設されている。このチャック部１２の
上面には、被処理ウェーハＷが載置される。

【００２５】上記放電発生用アンテナ１３は、放電発生
部１１２の側壁１ａを取り囲むように配設されている。
この場合、このアンテナ１３は、放電発生部１１２と同
軸的に、かつ、側壁１ａに接触するように配設されてい
る。また、このアンテナ１３は、例えば、側壁１ａに対
して放電発生部１１２の軸方向の中央部に位置するよう
に配設されている。

【００２６】図４は、放電発生用アンテナ１３の全体形
状を示す斜視図である。図示のごとく、放電発生用アン
テナ１３は、環状に形成されている。そして、このアン
テナ１３の両端部は、高周波発振器１４に接続されてい
る。

【００２７】上記構成では、成膜処理を行う場合は、ま
ず、被処理ウェーハＷがチャック部１２の上面に載置さ
れる。また、反応容器１１の内部の雰囲気が真空排気さ
れる。この真空排気処理により、処理容器１１の内部の
圧力が予め定めた圧力になると、反応容器１１の内部に
反応ガスが供給される。また、高周波発振器１４から放
電発生用アンテナ１３に高周波電力が印加される。これ
により、高周波電磁誘導によって、反応容器１１の内部
にプラズマが形成される。その結果、被処理ウェーハＷ
の表面に所定の薄膜が形成される。

【００２８】以上が、本実施の形態の放電発生用アンテ
ナ１３が設けられるプラズマＣＶＤ装置の構成及び動作
である。

【００２９】次に、図１を参照しながら、本実施の形態
の放電発生アンテナ１３の構成を説明する。図１は、図
３において、丸Ａで囲む部分の構成を拡大して示す側断
面図である。

【００３０】図示のごとく、放電発生用アンテナ１３
は、長さ方向に垂直な断面が扁平な形状を有するように
構成されている。また、このアンテナ１３は、例えば、
銅管により形成されている。さらに、このアンテナ１３
は、２つの平坦な面１３１，１３２が放電発生部１１１
の側壁１ａにほぼ平行になるように配設されている。言
い換えれば、平坦面１３１，１３２が反応容器１１の中
心軸ｚとほぼ並行になるように配設されている。

【００３１】上記構成において、図２を参照しながら、
動作を説明する。図２は、本実施の形態における電気力
線の分布を示す図である。

【００３２】放電発生用アンテナ１３に高周波電力が印
加されると、このアンテナ１３の表面から複数の電気力
線ｘ１が出力またはこの表面に複数の電気力線ｘ１が入
力される。この複数の電気力線ｘ１は、放電発生用アン
テナ１３の表面に垂直となる。これにより、このアンテ
ナ１３の内側の平坦面（放電発生部１１２の側壁１ａと
対向する面）１３２から出力またはこの平坦面１３２に
入力される複数の電気力線ｘ１はほぼ並行に延在する。
その結果、この複数の電気力線Ｐは、放電発生部１１２
の側壁１ａをほぼ垂直に横切る。

【００３３】言い換えれば、上記構成では、放電発生用
アンテナ１３の平坦面１３２に、放電発生部１１２の側
壁１ａに平行な棒状電荷が形成される。これにより、こ
の平坦面１３２から出力またはこの平坦面１３２に入力
される電気力線ｘ１がほぼ平行に延在する。その結果、
この複数の電気力線ｘ１は、放電発生部１１２の側壁１
ａをほぼ垂直に横切る。

【００３４】以上詳述した本実施の形態によれば、放電
発生用アンテナ１３は、長さ方向に垂直な断面が扁平な
形状を有するように形成されている。また、このアンテ
ナ１３は、平坦面１３１，１３２が放電発生部１１２の
側壁１ａにほぼ並行になるように配設されている。これ
により、放電発生用アンテナ１３において、放電発生部
１１２の側壁１ａと対向する面（平坦面１３２）が、こ
の面から出力またはこの面に入力される複数の電気力線
ｘ１がほぼ平行に延在するように、形成されている。

【００３５】その結果、放電発生部１１２の側壁１ａの
一部に複数の電気力線ｘ１が集中し、この部分で電界が
強くなることを防止することができる。これにより、高
周波電源１４を変更することなく、放電発生用アンテナ
１３を変更するだけで、この側壁１ａがプラズマによっ
てスパッタリングされることによるパーティクルの発生
を防止することができる。その結果、ハードウェアをあ
まり変更することなく、プラズマによるスパッタリング
によるパーティクルの発生を防止することができる。

【００３６】図５は、本発明の第２の実施の形態の構成
を示す側断面図である。図において、２１は、本実施の
形態の放電発生用アンテナを示す。このアンテナ２１
は、先の実施の形態と同様に、放電発生部１１２の側壁
１ａに対して反応容器１１の軸方向の中央部に位置する
ように配設されている。

【００３７】この放電発生用アンテナ２１は、アンテナ
本体２１１と、導体帯２１２とを有する。ここで、アン
テナ本体２１１は、環状に形成されている。また、この
アンテナ本体２１１は、長さ方向に垂直な断面が円形と
なるように形成されている。なお、このアンテナ本体２
１１は、例えば、銅管によって構成されている。

【００３８】導体帯２１２は、環状に形成されている。
また、この導体帯２１２は、アンテナ本体２１１の内側
の面に取り付けられている。この場合、導体帯２１２
は、放電発生部１１２の側壁１ａとほぼ並行になるよう
に取り付けられている。なお、この導体帯２１２は、例
えば、銅板によって形成されている。

【００３９】このような構成でも、放電発生用アンテナ
２１において、放電発生部１１２の側壁１ａと対向する
面が、この面から出力またはこの面に入力される複数の
電気力線ｘ１が図６に示すようにほぼ並行に延在するよ
うに、形成されている。これにより、この複数の電気力
線ｘ１が側壁１ａの一部に集中することがない。その結
果、ハードウェアをあまり変更することなく、スパッタ
リングによるパーティクルの発生を防止することができ
る。

【００４０】図７は、本発明の第３の実施の形態の構成
を示す側断面図である。図において、２２が本実施の形
態の放電発生用アンテナを示す。

【００４１】先の実施の形態では、放電発生用アンテナ
１３，２１を放電発生部１１２に配設する場合を説明し
た。これに対し、本実施の形態では、図７に示すよう
に、放電発生用アンテナ２２を成膜部１１１と放電発生
部１１２との間にまたがるように配設したものである。

【００４２】この場合、放電発生用アンテナ２２は、例
えば、第１の実施の形態と同様に、断面が扁平な形状を
有するように形成されている。また、このアンテナ２２
は、成膜部１１１と放電発生部１１２との境界部分の外
観形状に合わせて変形されている。図示の例の場合、放
電発生部１１２の側壁１ａと成膜部１１１の天板３ａ
は、直角をなすように形成されている。このため、アン
テナ２２も、断面が直角になるように形成されている。
これにより、アンテナ２２は、反応容器１１と対向する
面として、放電発生部１１２の側壁１ａと対向する平坦
面２２１と、成膜部１１１の天板３ａと対向する平坦面
２２２とを有する。

【００４３】このような構成でも、放電発生用アンテナ
２２において、放電発生部１１２の側壁１ａに対向する
面（平坦面２２１）が、この面から出力またはこの面に
入力される複数の電気力線ｘ１が図８に示すようにほぼ
並行に延在するように、形成されている。これにより、
この複数の電気力線ｘ１が側壁１ａの一部に集中するこ
とがない。

【００４４】同様に、放電発生用アンテナ２２におい
て、成膜部１１１の天板３ａと対向する面（平坦面２２
２）が、この面から出力またはこの面に入力される複数
の電気力線ｘ１が図８に示すようにほぼ並行に延在する
ように、形成されている。これにより、この複数の電気
力線ｘ１が天板３ａの一部に集中することがない。

【００４５】以上から、本実施の形態では、ハードウェ
アをあまり変更することなく、スパッタリングによるパ
ーティクルの発生を防止することができる。

【００４６】以上、本発明の３つの実施の形態を説明し
たが、本発明は、上述したような実施の形態に限定され
るものではない。

【００４７】（１）例えば、先の実施の形態では、放電
発生用アンテナ１３，２１，２２において、放電発生部
１１２の側壁１ａや成膜部１１１の天板３ａと対向する
面をこれらに並行に配設する場合を説明した。しかしな
がら、本発明は、斜めに傾けて配設するようにしてもよ
い。このような構成であっても、上記対向面から出力ま
たはこの対向面に入力される複数の電気力線がほぼ平行
に延在するので、放電発生部１１２の側壁１ａや成膜部
１１１の天板３ａの一部で電気力線ｘ１が集中するのを
防止することができる。これにより、プラズマによるス
パッタリングによるパーティクルの発生を防止すること
ができる。

【００４８】（２）また、先の実施の形態では、本発明
を、反応容器１１の外部に配設される放電発生用アンテ
ナに適用する場合を説明した。しかしながら、本発明
は、反応容器１１の内部に配設される放電発生用アンテ
ナにも適用することができる。この場合は、放電発生用
アンテナにおいて、外側の面が、この面から出力または
この面に入力される電気力線がほぼ平行に延在するよう
に、形成される。要は、本発明は、反応容器１１と対向
する面が、この面から出力またはこの面に入力される電
気力線がほぼ平行に延在するように、形成されているも
のであればよい。

【００４９】（３）また、先の実施の形態では、本発明
を、１ターンの放電発生用アンテナに適用する場合を説
明した。しかしながら、本発明は、２ターン以上の放電
発生用アンテナにも適用することができる。

【００５０】図９は、例えば、２ターンの放電発生用ア
ンテナ２３を用いたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す側
断面図であり、図１０は、このアンテナ２３の外観構成
を示す斜視図である。同様に、図１１は、例えば、４タ
ーンの放電発生用アンテナ２４を用いたプラズマＣＶＤ
装置の構成を示す側断面図であり、図１２は、このアン
テナ２３の外観構成を示す斜視図である。

【００５１】これらの２ターン以上の放電発生用アンテ
ナ２３，２４にも、本発明は適用することができる。な
お、４ターンの放電発生用アンテナ２４は、図１１に示
すごとく、例えば、コイル状ではなく、スパイラル状に
形成されている。また、これらの図においては、アンテ
ナ２３，２４として、第１の実施の形態と同じ形状のア
ンテナを代表として示す。

【００５２】（４）また、先の実施の形態では、本発明
を、ＩＣＰ方式の放電発生用アンテナに適用する場合を
説明した。しかしながら、本発明は、ＩＣＰ方式以外の
無電極放電方式の放電発生用アンテナにも適用すること
ができる。例えば、本発明は、ヘリコン方式の放電発生
用アンテナにも適用することができる。

【００５３】（５）この他にも、本発明は、その要旨を
逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論で
ある。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の放電
発生用アンテナによれば、処理容器と対向する面が、こ
の面から出力またはこの面に入力される複数の電気力線
がほぼ並行となるように、形成されている。これによ
り、この複数の電気力線が処理容器の一部に集中するこ
とを防止することができる。その結果、処理容器の一部
がプラズマによりスパッタリングされることによるパー
ティクルの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す側断面
図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の動作を説明するた
めの側断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の放電発生用アンテ
ナが用いられるプラズマＣＶＤ装置の一例の構成を示す
側断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の放電発生用アンテ
ナの外観構成を示す斜視図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の構成を示す側断面
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の動作を説明するた
めの側断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態の構成を示す側断面
図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態の動作を説明するた
めの側断面図である。

【図９】本発明を適用可能な２ターンの放電発生用アン
テナを有するプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を示す側
断面図である。

【図１０】２ターンの放電発生用アンテナの外観構成を
示す斜視図である。

【図１１】本発明を適用可能な４ターンの放電発生用ア
ンテナを有するプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を示す
側断面図である。

【図１２】４ターンの放電発生用アンテナの外観構成を
示す斜視図である。

【図１３】従来の放電発生用アンテナの構成を示す側断
面図である。

【符号の説明】

１１…反応容器、１２…チャック部、１３，２１，２
２，２３，２４…放電発生用アンテナ、１４…高周波発
振器、１１１…成膜部、１１２…放電発生部、１３１，
１３２，…平坦面、２１１…アンテナ本体、２１２…導
体帯、２２１，２２２…平坦面、１ａ…側壁、２ａ…底
板、３ａ…天板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無電極放電方式によってプラズマ生成用
   の放電を発生させる環状の放電発生用アンテナにおい
   て、 密閉されたプラズマ生成空間を提供するための真空容器
   と対向する面が、この面から出力またはこの面に入力さ
   れる複数の電気力線がほぼ並行に延在するように、形成
   されていることを特徴とする放電発生用アンテナ。