JP2017228422A - Plasma generating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波アンテナに高周波電圧を印加して真空容器内に誘導結合プラズマを生成する誘導結合型のプラズマ生成装置に関するものである。 The present invention relates to an inductively coupled plasma generating apparatus for generating inductively coupled plasma in a vacuum vessel by applying a high frequency voltage to a high frequency antenna.
誘導結合型のプラズマ生成装置としては、特許文献１に示すように、直線状の高周波アンテナの一端を接地して、他端に高周波を印加することで、誘導結合プラズマを生成するものがある。 As an inductively coupled plasma generating apparatus, as shown in Patent Document 1, there is one that generates inductively coupled plasma by grounding one end of a linear high frequency antenna and applying a high frequency to the other end.
このプラズマ生成装置においては、大型の基板に対応する等のためにプラズマ生成領域を大面積化することが望まれている。 In this plasma generation apparatus, it is desired to increase the area of the plasma generation region in order to cope with a large substrate.
しかしながら、プラズマ生成領域を大面積化するために高周波アンテナを長くすると、当該高周波アンテナのインピーダンス（特にインダクタンス）が大きくなり、整合器のコンデンサ容量を非常に小さくする必要があり整合が困難になる。そうすると、接地された一端側のプラズマ密度は高周波が印加される他端側のプラズマ密度に比べて高くなる。これにより、高周波アンテナの長さが長くなるほど、高周波アンテナの長さ方向に沿ったプラズマ密度分布が大きくなってしまう。 However, if the high-frequency antenna is lengthened in order to increase the plasma generation area, the impedance (particularly inductance) of the high-frequency antenna increases, and the capacitor capacity of the matching unit needs to be very small, making matching difficult. Then, the plasma density on one end side that is grounded becomes higher than the plasma density on the other end side to which a high frequency is applied. Thereby, the longer the length of the high frequency antenna, the larger the plasma density distribution along the length direction of the high frequency antenna.
なお、特許文献２に示すように、高周波アンテナにおける両端のプラズマ密度差が許容できる程度とした短尺の高周波アンテナを複数本配列して接続することにより、インピーダンスを低減して整合を取り、プラズマ密度の均一性を満足することはできる。ところが、プラズマ生成領域を大面積化すると、高周波アンテナの本数が多くなって高周波アンテナを広範囲で接続する必要があり、配線構造が複雑となる。また、これによって高周波漏れを防止するための高周波遮蔽構造も複雑となり、メンテナンスも困難になってしまう。 In addition, as shown in Patent Document 2, by arranging and connecting a plurality of short high-frequency antennas with an allowable difference in plasma density between both ends of the high-frequency antenna, impedance is reduced and matching is achieved. The uniformity can be satisfied. However, when the plasma generation area is increased, the number of high-frequency antennas increases, and it is necessary to connect the high-frequency antennas over a wide range, which complicates the wiring structure. This also complicates the high-frequency shielding structure for preventing high-frequency leakage and makes maintenance difficult.
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、プラズマ生成領域を大面積化する場合であっても、配線構造を簡単にしつつ、複数の高周波アンテナによる誘導結合プラズマの均一性を向上することをその主たる課題とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the plasma generation region is enlarged, the uniformity of inductively coupled plasma by a plurality of high-frequency antennas can be achieved while simplifying the wiring structure. The main issue is to improve the performance.
すなわち本発明に係るプラズマ生成装置は、真空排気され且つガスが導入される真空容器と、前記真空容器内において並列に配置された直線状をなす複数の高周波アンテナからなる高周波アンテナ群と、前記真空容器内に誘導結合プラズマを生成するための高周波を前記複数の高周波アンテナに印加する高周波電源とを備え、前記高周波アンテナは、前記高周波が印加される印加端部と、接地された接地端部とを有しており、前記高周波アンテナ群は、隣り合う２つの前記高周波アンテナにおいて一方の前記高周波アンテナの前記印加端部と他方の前記高周波アンテナの前記接地端部とが隣り合うように構成されていることを特徴とする。 That is, a plasma generation apparatus according to the present invention includes a vacuum vessel that is evacuated and into which a gas is introduced, a high-frequency antenna group that includes a plurality of linear high-frequency antennas arranged in parallel in the vacuum vessel, and the vacuum A high frequency power source that applies a high frequency for generating inductively coupled plasma in the container to the plurality of high frequency antennas, the high frequency antenna including an application end to which the high frequency is applied, a grounded ground end, The high frequency antenna group is configured such that, in two adjacent high frequency antennas, the application end of one of the high frequency antennas and the ground end of the other high frequency antenna are adjacent to each other. It is characterized by being.
このようなプラズマ生成装置であれば、直線状をなす複数の高周波アンテナを並列に配置することにより、高周波アンテナを長くすることなく、大面積にプラズマを生成することができる。また、高周波アンテナのインピーダンスを小さくすることができ、高周波アンテナの長さ方向に沿ったプラズマ密度分布を小さくすることができる。
特に、複数の高周波アンテナにおいて、隣り合う２つの高周波アンテナにおいて一方の高周波アンテナの印加端部と他方の高周波アンテナの前記接地端部とが隣り合うように接続されているので、一方の高周波アンテナの長さ方向のプラズマ密度分布と他方の高周波アンテナの長さ方向のプラズマ密度分布とが重なり合ってそれら２つの高周波アンテナの長さ方向のプラズマ密度分布が均一化される。ここで、真空中でのプラズマ拡散効果も加わり、真空容器内全体においてプラズマ密度分布を均一にすることができる。
また、並列に配置された直線状をなす複数の高周波アンテナにおいてその両端に印加端部及び接地端部が並んで配置される構成となるため配線を短くすることができ、高周波遮蔽構造をコンパクトにすることができる。これにより、不要な浮遊容量が抑制され、高周波効率が向上して整合が安定する。また、不要な浮遊容量を考慮する必要が無く、高周波回路設計も容易となる。さらに、メンテナンスも容易にすることができる。
With such a plasma generation apparatus, a plurality of linear high-frequency antennas are arranged in parallel, so that plasma can be generated in a large area without lengthening the high-frequency antenna. Moreover, the impedance of the high frequency antenna can be reduced, and the plasma density distribution along the length direction of the high frequency antenna can be reduced.
In particular, in a plurality of high-frequency antennas, in two adjacent high-frequency antennas, the application end of one high-frequency antenna and the ground end of the other high-frequency antenna are connected to be adjacent to each other. The plasma density distribution in the length direction and the plasma density distribution in the length direction of the other high-frequency antenna are overlapped to make the plasma density distribution in the length direction of the two high-frequency antennas uniform. Here, a plasma diffusion effect in vacuum is also added, and the plasma density distribution can be made uniform throughout the entire vacuum chamber.
In addition, in a plurality of linear high-frequency antennas arranged in parallel, the application end and the ground end are arranged side by side at both ends, so the wiring can be shortened and the high-frequency shielding structure can be made compact. can do. Thereby, unnecessary stray capacitance is suppressed, high frequency efficiency is improved, and matching is stabilized. Further, it is not necessary to consider unnecessary stray capacitance, and high-frequency circuit design is facilitated. Furthermore, maintenance can be facilitated.
前記真空容器内に前記高周波アンテナに沿って配置された副アンテナであって、その両端部付近が絶縁物を介して前記真空容器から支持されていて、電気的にフローティング状態に置かれている副アンテナと、前記高周波アンテナおよび前記副アンテナを一括して覆う絶縁カバーとを更に備えることが望ましい。 A sub-antenna disposed in the vacuum vessel along the high-frequency antenna, and both ends of the sub-antenna are supported from the vacuum vessel via an insulator and are placed in an electrically floating state. It is desirable to further include an antenna and an insulating cover that collectively covers the high-frequency antenna and the sub-antenna.
隣り合う２つの高周波アンテナの長さ方向のプラズマ密度分布をより一層均一化するためには、隣り合う２つの高周波アンテナそれぞれに印加される高周波の位相差が０°であることが望ましい。 In order to make the plasma density distribution in the length direction of two adjacent high frequency antennas more uniform, it is desirable that the phase difference between the high frequencies applied to the two adjacent high frequency antennas is 0 °.
このように構成した本発明によれば、複数の高周波アンテナにおいて、隣り合う２つの高周波アンテナにおいて一方の高周波アンテナの印加端部と他方の高周波アンテナの前記接地端部とが隣り合うように接続されているので、プラズマ生成領域を大面積化する場合であっても、配線構造を簡単にしつつ、複数の高周波アンテナによる誘導結合プラズマの均一性を向上することができる。 According to the present invention thus configured, in a plurality of high frequency antennas, in two adjacent high frequency antennas, the application end of one high frequency antenna and the ground end of the other high frequency antenna are connected to each other. Therefore, even when the plasma generation area is increased, the uniformity of inductively coupled plasma by a plurality of high frequency antennas can be improved while simplifying the wiring structure.
以下に、本発明に係るプラズマ生成装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a plasma generation apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
＜装置構成＞
本実施形態のプラズマ生成装置１００は、誘導結合プラズマＰを用いて基板Ｗに処理を施すものである。ここで、基板Ｗに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。
<Device configuration>
The plasma generating apparatus 100 according to the present embodiment performs processing on the substrate W using inductively coupled plasma P. Here, the processing applied to the substrate W is, for example, film formation by plasma CVD, etching, ashing, sputtering, or the like.
なお、このプラズマ生成装置１００は、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う場合はプラズマＣＶＤ装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタリング装置とも呼ばれる。 The plasma generation apparatus 100 is a plasma CVD apparatus when a film is formed by plasma CVD, a plasma etching apparatus when etching is performed, a plasma ashing apparatus when ashing is performed, and a plasma sputtering apparatus when sputtering is performed. be called.
具体的にプラズマ生成装置１００は、図１及び図２に示すように、真空排気され且つガス７が導入される真空容器２と、真空容器２内に配置された直線状をなす複数の高周波アンテナ３からなる高周波アンテナ群３Ｇと、真空容器２内に誘導結合プラズマＰを生成するための高周波を高周波アンテナ群３Ｇに印加する高周波電源４とを備えている。なお、高周波アンテナ３に高周波電源４から高周波を印加することにより高周波アンテナ３には高周波電流が流れて、真空容器２内に誘導電界が発生して誘導結合プラズマＰが生成される。 Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the plasma generating apparatus 100 includes a vacuum vessel 2 that is evacuated and into which a gas 7 is introduced, and a plurality of linear high-frequency antennas arranged in the vacuum vessel 2. 3 and a high frequency power source 4 for applying a high frequency for generating inductively coupled plasma P in the vacuum vessel 2 to the high frequency antenna group 3G. When a high frequency is applied to the high frequency antenna 3 from the high frequency power source 4, a high frequency current flows through the high frequency antenna 3, an induction electric field is generated in the vacuum vessel 2, and inductively coupled plasma P is generated.
真空容器２は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置６によって真空排気される。真空容器２はこの例では電気的に接地されている。 The vacuum vessel 2 is, for example, a metal vessel, and the inside thereof is evacuated by the evacuation device 6. The vacuum vessel 2 is electrically grounded in this example.
真空容器２内に、例えば流量調整器（図示省略）及び高周波アンテナ３に沿う方向に配置された複数のガス導入口２１を経由して、ガス７が導入される。ガス７は、基板Ｗに施す処理内容に応じたものにすれば良い。例えば、プラズマＣＶＤ法によって基板Ｗに膜形成を行う場合には、ガス７は、原料ガス又はそれを希釈ガス（例えばＨ２）で希釈したガスである。より具体例を挙げると、原料ガスがＳｉＨ４の場合はＳｉ膜を、ＳｉＨ４＋ＮＨ３の場合はＳｉＮ膜を、ＳｉＨ４＋Ｏ２の場合はＳｉＯ２膜を、ＳｉＦ４＋Ｎ２の場合はＳｉＮ：Ｆ膜（フッ素化シリコン窒化膜）を、それぞれ基板Ｗ上に形成することができる。 The gas 7 is introduced into the vacuum vessel 2 through, for example, a flow rate regulator (not shown) and a plurality of gas inlets 21 arranged in a direction along the high-frequency antenna 3. The gas 7 may be made in accordance with the processing content applied to the substrate W. For example, when film formation is performed on the substrate W by the plasma CVD method, the gas 7 is a source gas or a gas obtained by diluting it with a diluent gas (for example, H 2 ). And more specific examples, the raw material gas is a Si film in the case of SiH 4, a SiN film in the case of SiH 4 + NH 3, the SiO 2 film in the case of SiH 4 + O 2, in the case of SiF 4 + N 2 SiN : F films (fluorinated silicon nitride films) can be formed on the substrate W, respectively.
また、真空容器２内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ８が設けられている。この例のように、基板ホルダ８にバイアス電源９からバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は、例えば負の直流電圧、負のバイアス電圧等であるが、これに限られるものではない。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマＰ中の正イオンが基板Ｗに入射する時のエネルギーを制御して、基板Ｗの表面に形成される膜の結晶化度の制御等を行うことができる。基板ホルダ８内に、基板Ｗを加熱するヒータを設けておいても良い。 A substrate holder 8 that holds the substrate W is provided in the vacuum container 2. As in this example, a bias voltage may be applied to the substrate holder 8 from the bias power supply 9. The bias voltage is, for example, a negative DC voltage, a negative bias voltage, or the like, but is not limited thereto. With such a bias voltage, for example, the energy when positive ions in the plasma P are incident on the substrate W can be controlled to control the crystallinity of the film formed on the surface of the substrate W. . A heater for heating the substrate W may be provided in the substrate holder 8.
さらに、真空容器２内において基板Ｗに対向する位置にターゲットＴが配置されている。ターゲットＴは、真空容器２の上壁２ａに設けられたターゲットホルダ１０１に保持されている。ターゲットホルダ１０１と真空容器２の上壁２ａとの間には、真空シール機能を有する絶縁部１０２が設けられている。また、ターゲットＴには、それにターゲットバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源１０３が、この例ではターゲットホルダ１０１を介して接続されている。ターゲットバイアス電圧は、誘導結合プラズマＰ中のイオンをターゲットＴに引き込んでスパッタさせる電圧である。 Further, a target T is disposed at a position facing the substrate W in the vacuum vessel 2. The target T is held by a target holder 101 provided on the upper wall 2a of the vacuum vessel 2. An insulating portion 102 having a vacuum sealing function is provided between the target holder 101 and the upper wall 2a of the vacuum vessel 2. In addition, a target bias power source 103 that applies a target bias voltage thereto is connected to the target T via a target holder 101 in this example. The target bias voltage is a voltage at which ions in the inductively coupled plasma P are attracted to the target T and sputtered.
高周波アンテナ群３Ｇは、真空容器２内における基板Ｗの上方に、基板Ｗの表面に沿うように（例えば、基板Ｗの表面と実質的に平行に）同一平面上に、複数の高周波アンテナ３を並列に配置して構成されている。なお、各高周波アンテナ３は同一構成であり、その長さは数十ｃｍ以上である。 The high frequency antenna group 3G includes a plurality of high frequency antennas 3 on the same plane so as to be along the surface of the substrate W (for example, substantially parallel to the surface of the substrate W) above the substrate W in the vacuum vessel 2. They are arranged in parallel. Each high frequency antenna 3 has the same configuration, and its length is several tens of cm or more.
各高周波アンテナ３の両端部付近は、真空容器２の相対向する側壁２ｂ、２ｃに設けられた２つの開口部２２をそれぞれ貫通している。各開口部２２には、各開口部２２を気密に塞ぐように絶縁物（例えば絶縁フランジ）２３が設けられている。各高周波アンテナ３の両端部付近はこの各絶縁物２３を貫通していて、各絶縁物２３を介して真空容器２により支持されている。なお、絶縁物２３の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、又はポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等であるが、これに限られるものではない。 Near both ends of each high-frequency antenna 3, two openings 22 provided in opposite side walls 2 b and 2 c of the vacuum vessel 2 are respectively penetrated. Each opening 22 is provided with an insulator (for example, an insulating flange) 23 so as to hermetically close each opening 22. The vicinity of both ends of each high-frequency antenna 3 penetrates each insulator 23 and is supported by the vacuum vessel 2 via each insulator 23. The material of the insulator 23 is, for example, ceramics such as alumina, quartz, or engineering plastics such as polyphenine sulfide (PPS) or polyether ether ketone (PEEK), but is not limited thereto.
また、各高周波アンテナ３の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これに限られるものではない。なお、高周波アンテナ３を中空にして、その中に冷却水等の冷媒を流し、高周波アンテナ３を冷却するようにしても良い。 The material of each high frequency antenna 3 is, for example, copper, aluminum, alloys thereof, stainless steel, etc., but is not limited thereto. Alternatively, the high frequency antenna 3 may be made hollow, and a coolant such as cooling water may be flowed therein to cool the high frequency antenna 3.
さらに、各高周波アンテナ３において、真空容器２内に位置する部分は、絶縁物製で直管状の絶縁カバー１０により覆われている。この絶縁カバー１０の両端部と真空容器２との間はシールしなくても良い。絶縁カバー１０内の空間にガス７が入っても、当該空間は小さくて電子の移動距離は短いので、通常は当該空間にプラズマＰは発生しないからである。なお、絶縁カバー１０の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。 Further, in each high-frequency antenna 3, a portion located in the vacuum vessel 2 is covered with a straight tubular insulating cover 10 made of an insulating material. It is not necessary to seal between the both ends of the insulating cover 10 and the vacuum vessel 2. This is because even if the gas 7 enters the space in the insulating cover 10, the space is small and the electron moving distance is short, so that plasma P is not normally generated in the space. The material of the insulating cover 10 is, for example, quartz, alumina, fluororesin, silicon nitride, silicon carbide, silicon or the like, but is not limited thereto.
各高周波アンテナ３は、図２に示すように、アンテナ方向（長手方向）Ｘにおいて高周波が印加される印加端部３Ａと、接地された接地端部３Ｂとを有している。具体的には、各高周波アンテナ３のアンテナ方向Ｘの両端部において一方の側壁２ｂ又は２ｃの開口部２２から外部に延出した部分が印加端部３Ａとなり、他方の側壁２ｂ又は２ｃの開口部２２から外部に延出した部分が接地端部３Ｂとなる。 As shown in FIG. 2, each high-frequency antenna 3 has an application end 3A to which a high frequency is applied in the antenna direction (longitudinal direction) X and a grounded end 3B that is grounded. Specifically, at both ends of each high-frequency antenna 3 in the antenna direction X, portions extending from the opening 22 of one side wall 2b or 2c to the outside become application end portions 3A, and the opening of the other side wall 2b or 2c. A portion extending from 22 to the outside is a grounding end 3B.
ここで、各高周波アンテナ３の印加端部３Ａには、高周波電源４から整合器５を介して高周波が印加される。高周波の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。 Here, a high frequency is applied from the high frequency power supply 4 through the matching unit 5 to the application end portion 3 </ b> A of each high frequency antenna 3. The high frequency is, for example, a general 13.56 MHz, but is not limited thereto.
そして、図３に示すように、隣り合う２つの高周波アンテナ３において一方の高周波アンテナ３の印加端部３Ａと他方の高周波アンテナ３の接地端部３Ｂとが隣り合うように構成されている。つまり、アンテナ３を並べた方向をアンテナ並列方向Ｙとした場合に、複数の高周波アンテナ３（高周波アンテナ群３Ｇ）において、アンテナ並列方向Ｙに接地端部３Ｂ、印加端部３Ａ、接地端部３Ｂ、印加端部３Ａとなるように交互に接続されている。 As shown in FIG. 3, in two adjacent high frequency antennas 3, the application end 3 </ b> A of one high frequency antenna 3 and the ground end 3 </ b> B of the other high frequency antenna 3 are adjacent to each other. That is, when the direction in which the antennas 3 are arranged is the antenna parallel direction Y, in the plurality of high frequency antennas 3 (high frequency antenna group 3G), the ground end 3B, the application end 3A, and the ground end 3B in the antenna parallel direction Y. , And the application end 3A are alternately connected.
具体的には、複数の高周波アンテナ３のアンテナ方向Ｘの一端側に位置する複数（具体的には２つ）の印加端部３Ａには、１つの第１の整合器５（５ａ）を介して１つの第１の高周波電源４（４ａ）が接続されている。また、複数の高周波アンテナ３のアンテナ方向Ｘの他端側に位置する複数（具体的には２つ）の印加端部３Ａには、１つの第２の整合器５（５ｂ）を介して１つの第２の高周波電源４（４ｂ）が接続されている。 Specifically, a plurality of (specifically, two) application end portions 3A located on one end side in the antenna direction X of the plurality of high-frequency antennas 3 are connected via one first matching unit 5 (5a). One first high frequency power supply 4 (4a) is connected. Further, a plurality of (specifically, two) application end portions 3A positioned on the other end side in the antenna direction X of the plurality of high-frequency antennas 3 are connected to one via a second matching device 5 (5b). Two second high-frequency power supplies 4 (4b) are connected.
ここで、隣り合う２つの高周波アンテナ３それぞれに印加される高周波の位相差が０°となるように構成されている。つまり、第１の高周波電源４及び第２の高周波電源４は、位相制御器４１によってそれらの位相差が０°となるように制御されている。 Here, the phase difference of the high frequency applied to each of the two adjacent high frequency antennas 3 is configured to be 0 °. That is, the first high-frequency power source 4 and the second high-frequency power source 4 are controlled by the phase controller 41 so that the phase difference between them is 0 °.
また、各整合器５（５ａ、５ｂ）からみて複数の高周波アンテナ３それぞれのインピーダンスが同じとなるように構成されている。例えば、各高周波アンテナ３の構成を同一にするだけでなく、整合器５（５ａ、５ｂ）と各印加端部３Ａとをそれぞれ同じ断面形状の給電側導体１１を用いて接続するとともに、それら給電側導体１１の長さを同じとしている。ここで、整合器５（５ａ、５ｂ）と各印加端部３Ａとは、トーナメント方式（Ｔ分岐）により接続されている。加えて、各接地端部３Ｂとグランドとをそれぞれ同じ断面形状の接地側導体１２を用いて接続するとともに、それら接地側導体１２の長さが同じとしている。ここで、各接地端部３Ｂとグランドとは、トーナメント方式（Ｔ分岐）により接続されている。 Moreover, it is comprised so that each impedance of the some high frequency antenna 3 may become the same seeing from each matching device 5 (5a, 5b). For example, not only the configuration of each high-frequency antenna 3 is made the same, but also the matching unit 5 (5a, 5b) and each application end 3A are connected using the power supply side conductor 11 having the same cross-sectional shape, and the power supply The lengths of the side conductors 11 are the same. Here, the matching unit 5 (5a, 5b) and each application end 3A are connected by a tournament method (T branch). In addition, each ground end 3B and the ground are connected using the ground-side conductors 12 having the same cross-sectional shape, and the lengths of the ground-side conductors 12 are the same. Here, each grounding end 3B and the ground are connected by a tournament method (T-branch).
このプラズマ生成装置１００においては、複数の高周波アンテナ３に高周波を印加することによって、複数の高周波アンテナ３の周囲に高周波磁界（振動磁場）が発生し、それによって高周波電流と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器２内において、電子が加速されて高周波アンテナ３の近傍のガス７を電離させて高周波アンテナ３の近傍にプラズマＰ（すなわち誘導結合プラズマＰ）が発生する。このプラズマＰは基板Ｗの近傍まで拡散し、このプラズマＰによって基板Ｗに前述した処理を施すことができる。本実施形態では、真空容器２内に設けられたターゲットＴに直流電圧パルスを印加して、ターゲットＴに原料ガスのイオン（例えばＡｒイオン）が引き込まれて、ターゲットＴのスパッタリングが開始される。ターゲットＴから叩き出された粒子はターゲットＴに対向配置された基板Ｗ上に堆積して成膜される。 In this plasma generating apparatus 100, by applying a high frequency to the plurality of high frequency antennas 3, a high frequency magnetic field (oscillating magnetic field) is generated around the plurality of high frequency antennas 3, whereby an induced electric field is generated in a direction opposite to the high frequency current. Occur. Due to this induction electric field, electrons are accelerated in the vacuum chamber 2 to ionize the gas 7 in the vicinity of the high frequency antenna 3 and generate plasma P (that is, inductively coupled plasma P) in the vicinity of the high frequency antenna 3. The plasma P diffuses to the vicinity of the substrate W, and the above-described processing can be performed on the substrate W by the plasma P. In the present embodiment, a DC voltage pulse is applied to the target T provided in the vacuum chamber 2, source gas ions (for example, Ar ions) are drawn into the target T, and sputtering of the target T is started. The particles knocked out of the target T are deposited on the substrate W arranged opposite to the target T to form a film.
このとき、隣り合う２つの高周波アンテナ３の印加端部３Ａがアンテナ方向Ｘにおいて互いに反対側に位置するため、それら高周波アンテナ３に流れる高周波電流が逆向きとなる。これにより、隣り合う２つの高周波アンテナ３の周囲に生じる高周波磁界は逆向きとなり、それら高周波アンテナ３の間において、相互に強め合うことになる。その結果、複数の高周波アンテナ３の周囲に発生する誘導電界の強度が大きくなり、ガス７の分解効率が向上して、高密度な誘導結合プラズマＰを安定的に生成することがきる。 At this time, since the application end portions 3A of the two adjacent high-frequency antennas 3 are located on the opposite sides in the antenna direction X, the high-frequency currents flowing through the high-frequency antennas 3 are in opposite directions. As a result, the high-frequency magnetic field generated around the two adjacent high-frequency antennas 3 is reversed, and the high-frequency antennas 3 strengthen each other. As a result, the strength of the induction electric field generated around the plurality of high frequency antennas 3 is increased, the decomposition efficiency of the gas 7 is improved, and the high-density inductively coupled plasma P can be stably generated.
＜膜厚分布測定＞
次に、本実施形態のプラズマ生成装置１００を用いた膜厚分布測定について説明する。
この膜厚分布測定に用いたプラズマ生成装置１００において、高周波アンテナ３は無酸素銅製のパイプを使用し、パイプ中に冷却水を流して冷却する構成とした。また、絶縁カバー１０は石英ガラスを使用した。このプラズマ生成装置１００の構成は図４に示すものであり、使用ターゲットはＩＧＺＯ１１１４である。
<Measurement of film thickness distribution>
Next, film thickness distribution measurement using the plasma generation apparatus 100 of the present embodiment will be described.
In the plasma generation apparatus 100 used for the film thickness distribution measurement, the high-frequency antenna 3 uses a pipe made of oxygen-free copper and is cooled by flowing cooling water through the pipe. The insulating cover 10 was made of quartz glass. The configuration of the plasma generating apparatus 100 is as shown in FIG. 4, and the target used is IGZO1114.
また、比較例としては、図５に示すように、複数の高周波アンテナ３を１つの高周波電源４に対して並列に接続した構成、つまり、複数の高周波アンテナ３の印加端部３Ａ全てがアンテナ方向Ｘの一端側に位置し、接地端部３Ｂ全てがアンテナ方向Ｘの他端側に位置するように接続した構成のものである。 Further, as a comparative example, as shown in FIG. 5, a configuration in which a plurality of high-frequency antennas 3 are connected in parallel to one high-frequency power source 4, that is, all application end portions 3A of the plurality of high-frequency antennas 3 are in the antenna direction. The configuration is such that all the grounding end portions 3B are located on the other end side in the antenna direction X.
真空容器２内を３×１０−５Ｔｏｒｒ以下に真空排気後、Ａｒガスを導入しつつ、真空排気装置６を制御して所定の処理圧力にする。高周波アンテナ３に高周波電力を供給して誘導結合プラズマＰを生成・維持する。ターゲットＴに直流電圧パルスを印加すると、ターゲットＴにＡｒイオンが引き込まれて、ターゲットＴのスパッタリングが開始される。ターゲットＴから叩き出された粒子はターゲットＴに対向配置された基板Ｗ上に堆積する。この状態を所定の処理時間維持して成膜を実施した。 After evacuating the inside of the vacuum vessel 2 to 3 × 10 −5 Torr or less, the vacuum exhaust device 6 is controlled to a predetermined processing pressure while introducing Ar gas. High frequency power is supplied to the high frequency antenna 3 to generate and maintain the inductively coupled plasma P. When a DC voltage pulse is applied to the target T, Ar ions are drawn into the target T and sputtering of the target T is started. The particles knocked out from the target T are deposited on the substrate W arranged to face the target T. The film was formed while maintaining this state for a predetermined processing time.
以下は、比較例と実施例とにおけるスパッタ条件の詳細である。
＜比較例＞
Ａｒの供給量 ：１００ｓｃｃｍ
処理圧力 ：１．３Ｐａ
高周波電力 ：３ｋＷ
直流電圧パルス：−４００Ｖ、５０ｋＨｚ、正バイアスデューティ２．４８％
処理時間 ：４０ｍｉｎ
The details of the sputtering conditions in the comparative example and the example are as follows.
<Comparative example>
Ar supply amount: 100 sccm
Processing pressure: 1.3 Pa
High frequency power: 3kW
DC voltage pulse: -400V, 50kHz, positive bias duty 2.48%
Processing time: 40 min
＜実施例＞
Ａｒの供給量 ：１００ｓｃｃｍ
処理圧力 ：１．３Ｐａ
高周波電力 ：２．５ｋＷ×２
直流電圧パルス：６００Ｖ、５０ｋＨｚ、正バイアスデューティ２．４８％
処理時間 ：２０ｍｉｎ
<Example>
Ar supply amount: 100 sccm
Processing pressure: 1.3 Pa
High frequency power: 2.5kW x 2
DC voltage pulse: 600V, 50kHz, positive bias duty 2.48%
Processing time: 20 min
上記の処理条件により成膜した基板Ｗ上の膜厚分布測定のＹ位置を図６に示す。高周波アンテナ３の直下をＹ＝０ｍｍとして、Ｙ＝±１００ｍｍの位置での膜厚を測定した。 FIG. 6 shows the Y position of the film thickness distribution measurement on the substrate W formed under the above processing conditions. The film thickness at the position of Y = ± 100 mm was measured with Y = 0 mm immediately below the high-frequency antenna 3.
図７にＹ＝１００ｍｍにおけるアンテナ方向（Ｘ方向）の膜厚分布を示す。なお、図７では、最大膜厚値を１として相対値表示している。比較例では、高周波導入側の膜厚が小さく接地側の膜厚が大きいが、実施例では高周波導入側から接地側に亘ってほぼ均一であることが確認できる。 FIG. 7 shows the film thickness distribution in the antenna direction (X direction) at Y = 100 mm. In FIG. 7, relative values are displayed with the maximum film thickness value being 1. In the comparative example, the film thickness on the high frequency introduction side is small and the film thickness on the ground side is large, but in the example, it can be confirmed that the film is substantially uniform from the high frequency introduction side to the ground side.
図８にＸ＝−４００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲の膜厚の均一性の計算結果を示す。実施例では、Ｙ位置によらず比較例に比べてＸ方向の均一性が向上していることがわかる。この結果により、本実施形態ではプラズマ密度分布が均一化されたことから、ターゲット全面から均一に粒子が飛び出し、基板Ｗ上に均一な膜が形成されたと考えられる。 FIG. 8 shows the calculation result of the film thickness uniformity in the range of X = −400 mm to 400 mm. In the example, it can be seen that the uniformity in the X direction is improved as compared with the comparative example regardless of the Y position. As a result, in this embodiment, since the plasma density distribution is made uniform, it is considered that particles are uniformly ejected from the entire surface of the target, and a uniform film is formed on the substrate W.
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のプラズマ生成装置１００によれば、直線状をなす複数の高周波アンテナ３を並列に配置することにより、各高周波アンテナ３を長くすることなく、大面積にプラズマＰを生成することができる。また、各高周波アンテナ３のインピーダンスを小さくすることができ、高周波アンテナ３の長さ方向に沿ったプラズマ密度分布を小さくすることができる。
<Effect of this embodiment>
According to the plasma generating apparatus 100 of the present embodiment configured as described above, by arranging a plurality of linear high-frequency antennas 3 in parallel, the plasma P can be generated in a large area without lengthening each high-frequency antenna 3. Can be generated. Moreover, the impedance of each high frequency antenna 3 can be reduced, and the plasma density distribution along the length direction of the high frequency antenna 3 can be reduced.
特に、複数の高周波アンテナ３において、隣り合う２つの高周波アンテナ３において一方の高周波アンテナ３の印加端部３Ａと他方の高周波アンテナ３の接地端部３Ｂとが隣り合うように接続されているので、一方の高周波アンテナ３の長さ方向のプラズマ密度分布と他方の高周波アンテナ３の長さ方向のプラズマ密度分布とが重なり合ってそれら２つの高周波アンテナ３の長さ方向のプラズマ密度分布が均一化される。ここで、真空中でのプラズマ拡散効果も加わり、真空容器２内全体においてプラズマ密度分布を均一にすることができる。 In particular, in the plurality of high frequency antennas 3, the application end 3 </ b> A of one high frequency antenna 3 and the ground end 3 </ b> B of the other high frequency antenna 3 are connected adjacent to each other in two adjacent high frequency antennas 3. The plasma density distribution in the length direction of one high-frequency antenna 3 and the plasma density distribution in the length direction of the other high-frequency antenna 3 overlap each other, and the plasma density distribution in the length direction of the two high-frequency antennas 3 is made uniform. . Here, the plasma diffusion effect in the vacuum is also added, and the plasma density distribution can be made uniform throughout the vacuum chamber 2.
また、並列に配置された直線状をなす複数の高周波アンテナ３においてその両端に印加端部３Ａ及び接地端部３Ｂが並んで配置される構成となるため配線を短くすることができ、高周波遮蔽構造をコンパクトにすることができる。これにより、不要な浮遊容量が抑制され、高周波効率が向上して整合が安定する。また、不要な浮遊容量を考慮する必要が無く、高周波回路設計も容易となる。さらに、メンテナンスも容易にすることができる。 Further, since the application end 3A and the ground end 3B are arranged side by side at both ends of the plurality of linear high-frequency antennas 3 arranged in parallel, the wiring can be shortened, and the high-frequency shielding structure Can be made compact. Thereby, unnecessary stray capacitance is suppressed, high frequency efficiency is improved, and matching is stabilized. Further, it is not necessary to consider unnecessary stray capacitance, and high-frequency circuit design is facilitated. Furthermore, maintenance can be facilitated.
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、高周波アンテナ３は４本以上の偶数本（６本、８本、１０本など）であっても良い。図９及び図１０には、８本の高周波アンテナ３を有する場合の接続例を示している。図９の接続例は、前記実施形態の４本の高周波アンテナ３を１ユニットとしてそのユニットを２つ組み合わせたものである。また、図１０の接続例は、前記実施形態のように、高周波アンテナ３のアンテナ方向Ｘの一端側に位置する４つの印加端部３Ａには、１つの第１の整合器５（５ａ）を介して１つの第１の高周波電源４（４ａ）が接続されている。また、高周波アンテナ３のアンテナ方向Ｘの他端側に位置する４つの印加端部４Ａには、１つの第２の整合器５（５ｂ）を介して１つの第２の高周波電源４（４ｂ）が接続されている。 For example, the high-frequency antenna 3 may be an even number (6, 8, 10, etc.) of 4 or more. 9 and 10 show connection examples when eight high-frequency antennas 3 are provided. In the connection example of FIG. 9, the four high-frequency antennas 3 of the above-described embodiment are used as one unit, and two units are combined. In the connection example of FIG. 10, as in the above-described embodiment, one first matching unit 5 (5 a) is provided at four application end portions 3 </ b> A located on one end side in the antenna direction X of the high-frequency antenna 3. One first high-frequency power supply 4 (4a) is connected to the first through high-frequency power supplies. Further, one second high-frequency power source 4 (4b) is connected to four application end portions 4A located on the other end side in the antenna direction X of the high-frequency antenna 3 via one second matching unit 5 (5b). Is connected.
また、複数の高周波アンテナ３の接続方法はトーナメント方式に限られず、整合器５（５ａ、５ｂ）からみて各高周波アンテナ３のインピーダンスが同じとなるようにすればよい。例えば、図１１に示すように、整合器５（５ａ、５ｂ）から当該整合器５（５ａ、５ｂ）に接続される複数の印加端部３Ａそれぞれを一対一に接続し、それら給電側導体１１を同じ断面形状及び同じ長さとしても良い。同様に、複数の接地端部３Ｂそれぞれとグランドとを一対一に接続し、それら接地側導体１２を同じ断面形状及び同じ長さとしても良い。 Moreover, the connection method of the several high frequency antenna 3 is not restricted to a tournament system, What is necessary is just to make it the impedance of each high frequency antenna 3 become the same seeing from the matching device 5 (5a, 5b). For example, as shown in FIG. 11, a plurality of application end portions 3 </ b> A connected from the matching unit 5 (5 a, 5 b) to the matching unit 5 (5 a, 5 b) are connected on a one-to-one basis. May have the same cross-sectional shape and the same length. Similarly, each of the plurality of ground end portions 3B and the ground may be connected one-to-one, and the ground-side conductors 12 may have the same cross-sectional shape and the same length.
さらに、図１２に示すように、複数の高周波アンテナ３全てに対して１つの高周波電源４から高周波を印加する構成としても良い。この場合、例えば、１つの高周波電源４からの高周波を分配器４２により分配し、アンテナ方向Ｘの一端側の印加端部３Ａに第１の整合器５ａを介して印加し、アンテナ方向Ｘの他端側の印加端部３Ａに第２の整合器５ｂを介して印加する構成とすることが考えられる。 Furthermore, as shown in FIG. 12, it is good also as a structure which applies a high frequency from one high frequency power supply 4 with respect to all the several high frequency antennas 3. FIG. In this case, for example, a high frequency from one high frequency power supply 4 is distributed by the distributor 42 and applied to the application end 3A on one end side in the antenna direction X via the first matching unit 5a. It is conceivable to apply the voltage to the application end 3A on the end side via the second matching unit 5b.
ここで、各高周波アンテナ３の構成は前記実施形態の他に図１３に示す構成が考えられる。
図１３（ａ）は、断面円形の高周波アンテナ３の周囲に空間を形成することなく高周波アンテナ３に接触して絶縁カバー１０を設ける構成である。
Here, the configuration of each high-frequency antenna 3 can be the configuration shown in FIG. 13 in addition to the above-described embodiment.
FIG. 13A shows a configuration in which the insulating cover 10 is provided in contact with the high frequency antenna 3 without forming a space around the high frequency antenna 3 having a circular cross section.
また、図１３（ｂ）は、断面矩形状の高周波アンテナ３の周囲に断面円形状の絶縁カバー１０を設ける構成である。図１３（ｂ）では、高周波アンテナ３に接触して絶縁カバー１０を設けているが、高周波アンテナ３と絶縁カバー１０との間に空間を形成する構成としても良い。 FIG. 13B shows a configuration in which an insulating cover 10 having a circular cross section is provided around the high-frequency antenna 3 having a rectangular cross section. In FIG. 13B, the insulating cover 10 is provided in contact with the high frequency antenna 3, but a space may be formed between the high frequency antenna 3 and the insulating cover 10.
また、図１３（ｃ）は、断面円形の高周波アンテナ３の周囲に断面矩形状の絶縁カバー１０を設ける構成である。図１３（ｃ）では、高周波アンテナ３に接触して絶縁カバー１０を設けているが、高周波アンテナ３と絶縁カバー１０との間に空間を形成する構成としても良い。 FIG. 13C shows a configuration in which an insulating cover 10 having a rectangular cross section is provided around the high-frequency antenna 3 having a circular cross section. In FIG. 13C, the insulating cover 10 is provided in contact with the high frequency antenna 3, but a space may be formed between the high frequency antenna 3 and the insulating cover 10.
さらに、図１３（ｄ）は、高周波アンテナ３に沿って（例えば実質的に平行に）、副アンテナ１３を配置する構成である。この副アンテナ１３は、高周波アンテナ３と同様に直線状を成しており、その両端部付近が、絶縁物２３を介して真空容器２に支持されて、電気的にフローティング状態（浮いた状態）である。 Further, FIG. 13D shows a configuration in which the sub-antenna 13 is disposed along the high-frequency antenna 3 (for example, substantially in parallel). The sub-antenna 13 is linear like the high-frequency antenna 3, and both ends thereof are supported by the vacuum vessel 2 through the insulator 23 and are in an electrically floating state (floating state). It is.
この構成において、高周波アンテナ３に高周波を印加することにより副アンテナ１３に誘導起電力が生じ、それによって、副アンテナ１３を電気的にフローティング状態に置いていても、主として副アンテナ１３の両端部付近の絶縁物２３部分に自然に存在する静電容量を経由して副アンテナ１３に誘導電流が流れる。この副アンテナ１３に流れる誘導電流による誘導電界と、高周波アンテナ３に流れる高周波電流による誘導電界とが協働して、誘導結合プラズマＰを効率良く発生させることができる。ここで、高周波アンテナ３及び副アンテナ１３を一括して絶縁カバー１０で覆っているので、高周波アンテナ３と副アンテナ１３との間にプラズマＰが発生するのを防止して、真空容器２内にプラズマＰを発生させた時にも、副アンテナ１３の電気的フローティング状態を確保することができる。さらに、プラズマＰ中の荷電粒子が高周波アンテナ３及び副アンテナ１３に入射するのを防止することができるので、両アンテナ３、１３にプラズマＰが入射することによるプラズマ電位の上昇を抑えることができるとともに、両アンテナ３、１３がプラズマＰ中の荷電粒子によってスパッタされてプラズマＰ及び基板Ｗに対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じるのを抑制することができる。 In this configuration, an induced electromotive force is generated in the sub-antenna 13 by applying a high frequency to the high-frequency antenna 3, so that even if the sub-antenna 13 is placed in an electrically floating state, mainly near both ends of the sub-antenna 13. An induced current flows through the sub-antenna 13 via the capacitance that naturally exists in the insulator 23 portion. The induction electric field due to the induction current flowing through the sub-antenna 13 and the induction electric field due to the high frequency current flowing through the high-frequency antenna 3 cooperate to generate the inductively coupled plasma P efficiently. Here, since the high-frequency antenna 3 and the sub-antenna 13 are collectively covered with the insulating cover 10, plasma P is prevented from being generated between the high-frequency antenna 3 and the sub-antenna 13, Even when the plasma P is generated, the electrical floating state of the sub-antenna 13 can be ensured. Furthermore, since charged particles in the plasma P can be prevented from entering the high-frequency antenna 3 and the sub-antenna 13, an increase in plasma potential due to the plasma P entering both the antennas 3 and 13 can be suppressed. At the same time, it is possible to prevent the two antennas 3 and 13 from being sputtered by charged particles in the plasma P and causing metal contamination (metal contamination) to the plasma P and the substrate W.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１００・・・プラズマ生成装置
Ｐ・・・誘導結合プラズマ
２・・・真空容器
３・・・高周波アンテナ
３Ａ・・・印加端部
３Ｂ・・・接地端部
４・・・高周波電源
５・・・整合器
１１・・・給電側導体
１２・・・接地側導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Plasma generating apparatus P ... Inductively coupled plasma 2 ... Vacuum container 3 ... High frequency antenna 3A ... Application end 3B ... Ground end 4 ... High frequency power supply 5 ... Matching device 11 ... feeding side conductor 12 ... grounding side conductor
Claims (3)
前記真空容器内において並列に配置された直線状をなす複数の高周波アンテナからなる高周波アンテナ群と、
前記真空容器内に誘導結合プラズマを生成するための高周波を前記高周波アンテナ群に印加する高周波電源とを備え、
前記高周波アンテナは、前記高周波が印加される印加端部と、接地された接地端部とを有しており、
前記高周波アンテナ群は、隣り合う２つの前記高周波アンテナにおいて一方の前記高周波アンテナの前記印加端部と他方の前記高周波アンテナの前記接地端部とが隣り合うように構成されている、プラズマ生成装置。 A vacuum vessel that is evacuated and into which gas is introduced;
A high-frequency antenna group consisting of a plurality of linear high-frequency antennas arranged in parallel in the vacuum vessel;
A high frequency power source for applying a high frequency for generating inductively coupled plasma in the vacuum vessel to the high frequency antenna group,
The high frequency antenna has an application end to which the high frequency is applied, and a grounded ground end.
The high frequency antenna group is a plasma generating apparatus configured such that in two adjacent high frequency antennas, the application end of one of the high frequency antennas and the ground end of the other high frequency antenna are adjacent to each other.
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|---|---|---|---|---|
| GB2597985A (en) * | 2020-08-13 | 2022-02-16 | Dyson Technology Ltd | Method of forming a cathode layer, method of forming a battery half cell |
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2016
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