JP6603999B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
この発明は、高周波アンテナに高周波電源から高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生させてプラズマ(誘導結合型のプラズマ。略称ICP)を生成し、当該プラズマを用いて基板に、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、スパッタリング等の処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置に関する。 The present invention generates a plasma (inductively coupled plasma, abbreviated ICP) by generating an induction electric field in a vacuum vessel by flowing a high-frequency current from a high-frequency power source to a high-frequency antenna, and using the plasma on a substrate, for example, The present invention relates to an inductively coupled plasma processing apparatus for performing processes such as film formation by plasma CVD, etching, ashing, and sputtering.
誘導結合型のプラズマ処理装置の一例として、特許文献1には、平板状の高周波アンテナを真空容器の開口部に絶縁枠を介して取り付け、当該高周波アンテナの一端と他端間に高周波電源から高周波電力を供給して高周波電流を流し、それによって発生する誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置が記載されている。 As an example of the inductively coupled plasma processing apparatus, in Patent Document 1, a flat high frequency antenna is attached to an opening of a vacuum vessel via an insulating frame, and a high frequency power source is connected between one end and the other end of the high frequency antenna. A plasma processing apparatus is described in which a high-frequency current is supplied by supplying electric power, plasma is generated by an induced electric field generated thereby, and a substrate is processed using the plasma.
上記従来のプラズマ処理装置においては、大型の基板に対応する等の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)が大きくなって高周波電流が流れにくくなり、それによって高周波アンテナが発生させる誘導電界が抑制されるため、誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることが困難になるという課題がある。 In the above-described conventional plasma processing apparatus, when the high frequency antenna is lengthened in order to cope with a large substrate, the impedance (particularly inductance) of the high frequency antenna becomes large and it becomes difficult for high frequency current to flow. Since the induced electric field to be generated is suppressed, there is a problem that it is difficult to efficiently generate inductively coupled plasma.
そこでこの発明は、高周波アンテナを長くする場合でも誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることができるプラズマ処理装置を提供することを主たる目的としている。 Accordingly, the main object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of efficiently generating inductively coupled plasma even when a high-frequency antenna is lengthened.
この発明に係るプラズマ処理装置は、真空排気されかつガスが導入される真空容器内に配置された高周波アンテナに高周波電源から高周波電流を流すことによって当該真空容器内に誘導電界を発生させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置であって、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、その両端部付近のみ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おり、かつ前記高周波アンテナに対して前記基板とは反対側に配置されている副アンテナと、前記真空容器内に位置する部分の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備えていることを特徴としている。 The plasma processing apparatus according to the present invention generates an induction electric field in a vacuum vessel by flowing a high-frequency current from a high-frequency power source to a high-frequency antenna disposed in a vacuum vessel that is evacuated and into which gas is introduced. An inductively coupled plasma processing apparatus that generates and processes a substrate using the plasma, and is a sub-antenna disposed along the high-frequency antenna in the vacuum vessel, and only near both ends thereof A sub-antenna that is supported from the vacuum vessel via an insulator and is placed in an electrically floating state and disposed on the opposite side of the substrate from the high-frequency antenna; and the vacuum vessel An insulating cover that collectively covers the high-frequency antenna and the sub-antenna of the portion located inside is provided.
このプラズマ処理装置によれば、高周波アンテナに高周波電流を流すことによって副アンテナに誘導起電力が生じ、それによって、副アンテナ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の両端部付近の絶縁物部分に自然に存在する静電容量を経由して副アンテナに誘導電流が流れる。この副アンテナに流れる誘導電流による誘導電界と、高周波アンテナに流れる高周波電流による誘導電界とが協働して、誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることができる。従って、高周波アンテナを長くする場合でも誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることができる。 According to this plasma processing apparatus, an induced electromotive force is generated in the sub-antenna by flowing a high-frequency current through the high-frequency antenna, so that even if the sub-antenna is placed in an electrically floating state, mainly near both ends of the sub-antenna Inductive current flows through the sub-antenna via the capacitance that is naturally present in the insulator portion. The induction electric field caused by the induction current flowing through the sub-antenna and the induction electric field caused by the high frequency current flowing through the high-frequency antenna can cooperate to efficiently generate inductively coupled plasma. Accordingly, inductively coupled plasma can be efficiently generated even when the high frequency antenna is lengthened.
前記高周波アンテナの表面と前記副アンテナの表面との間の距離を25mm以下(0は含まない)にしても良い。 The distance between the surface of the high-frequency antenna and the surface of the sub-antenna may be 25 mm or less (excluding 0).
前記高周波アンテナおよび前記副アンテナは、前記絶縁カバー内に空間を介して配置されていても良い。 The high-frequency antenna and the sub-antenna may be disposed in the insulating cover via a space.
請求項1に記載の発明によれば、高周波アンテナに高周波電流を流すことによって副アンテナに誘導起電力が生じ、それによって、副アンテナ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の両端部付近の絶縁物部分に自然に存在する静電容量を経由して副アンテナに誘導電流が流れる。この副アンテナに流れる誘導電流による誘導電界と、高周波アンテナに流れる高周波電流による誘導電界とが協働して、誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることができる。従って、高周波アンテナを長くする場合でも誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることができる。
しかもこの発明によれば、副アンテナはその両端部付近のみが絶縁物を介して真空容器から支持されていて、主として当該両端部付近の絶縁物部分に自然に存在する静電容量をうまく利用しており、当該静電容量は副アンテナと共に閉回路を形成しているので、当該静電容量を経由して副アンテナに前記誘導電流を流すことができる。その結果、高周波アンテナを長くする場合でも誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることができるという前記作用効果を奏すると共に、副アンテナと共に閉回路を形成するコンデンサを特に設けなくて済むので、コンデンサを設ける場合に比べて、部品点数の削減、組立作業工程の削減等を図ることができる。
更に、副アンテナは、高周波アンテナに対して基板とは反対側に配置されているので、高周波電源から高周波電流を流してプラズマを主に発生させる高周波アンテナを基板により近づけることができ、従って基板の処理にプラズマをより効率良く用いることができる。
According to the first aspect of the present invention, an induced electromotive force is generated in the sub-antenna by flowing a high-frequency current through the high-frequency antenna, so that even if the sub-antenna is placed in an electrically floating state, mainly the sub-antenna is An induced current flows through the sub-antenna via the capacitance that is naturally present in the insulator portion near both ends. The induction electric field caused by the induction current flowing through the sub-antenna and the induction electric field caused by the high frequency current flowing through the high-frequency antenna can cooperate to efficiently generate inductively coupled plasma. Accordingly, inductively coupled plasma can be efficiently generated even when the high frequency antenna is lengthened.
Moreover, according to the present invention, only the vicinity of both ends of the sub-antenna is supported from the vacuum vessel through the insulator, and the sub-antenna makes good use of the electrostatic capacity that naturally exists mainly in the insulator near the both ends. In addition, since the capacitance forms a closed circuit together with the sub antenna, the induced current can flow to the sub antenna via the capacitance. As a result, it is possible to efficiently generate the inductively coupled plasma even when the high frequency antenna is lengthened, and it is not necessary to provide a capacitor that forms a closed circuit with the sub antenna. Compared with the case of providing, it is possible to reduce the number of parts, the assembly work process, and the like.
Furthermore, since the sub-antenna is disposed on the opposite side of the substrate from the high-frequency antenna, the high-frequency antenna that mainly generates plasma by flowing a high-frequency current from a high-frequency power source can be brought closer to the substrate. Plasma can be used more efficiently for processing.
しかも、真空容器内に位置する部分の高周波アンテナおよび副アンテナを一括して絶縁カバーで覆っているので、高周波アンテナと副アンテナとの間にプラズマが発生するのを防止して、真空容器内にプラズマを発生させた時にも、副アンテナの電気的フローティング状態を確保することができる。更に、プラズマ中の荷電粒子が高周波アンテナおよび副アンテナに入射するのを防止することができるので、両アンテナにプラズマが入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、両アンテナがプラズマ中の荷電粒子によってスパッタされてプラズマおよび基板に対して金属汚染(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。 Moreover, since the high-frequency antenna and the sub-antenna located in the vacuum container are collectively covered with the insulating cover, it is possible to prevent plasma from being generated between the high-frequency antenna and the sub-antenna. Even when plasma is generated, it is possible to ensure the electrical floating state of the sub-antenna. Furthermore, since charged particles in the plasma can be prevented from entering the high-frequency antenna and the sub-antenna, an increase in the plasma potential due to the incidence of plasma on both antennas can be suppressed, and both antennas can be connected to the plasma. It is possible to suppress the occurrence of metal contamination (metal contamination) on the plasma and the substrate by being sputtered by the charged particles therein.
請求項2に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、高周波アンテナの表面と副アンテナの表面との間の距離を25mm以下(0は含まない)にしているので、両アンテナが十分に近くなって、副アンテナに流れる誘導電流による誘導電界と、高周波アンテナを流れる高周波電流による誘導電界との協働によって誘導結合型のプラズマを効率良く発生させる作用効果をより高めることができる。更に、絶縁カバー内にガスが入ったとしても、両アンテナ間の距離が小さくて電子の移動距離が短いので、両アンテナ間にプラズマが発生するのを防止して、副アンテナの電気的フローティング状態をより確実なものにすることができる。
According to invention of
請求項3に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、高周波アンテナおよび副アンテナは絶縁カバー内に空間を介して配置されているので、当該空間の存在によって絶縁カバー表面の電位上昇を抑えることができ、それによってプラズマ電位の上昇を抑えることができる。 According to invention of Claim 3, there exists the following further effect. That is, since the high-frequency antenna and the sub-antenna are disposed in the insulating cover via a space, the presence of the space can suppress an increase in potential on the surface of the insulating cover, thereby suppressing an increase in plasma potential. .
図1に、この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す。このプラズマ処理装置は、真空排気されかつガス8が導入される真空容器2内に配置された高周波アンテナ18に高周波電源26から高周波電流IR を流すことによって当該真空容器2内に誘導電界を発生させてプラズマ(誘導結合型のプラズマ)30を生成し、当該プラズマ30を用いて基板10に処理を施すように構成されている。
FIG. 1 shows an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention. This plasma processing apparatus generates an induction electric field in the
基板10は、例えば、半導体装置や太陽電池を構成する基板、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)を構成する基板等であるが、これに限られるものではない。
The
基板10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。
The processing applied to the
このプラズマ処理装置は、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。 This plasma processing apparatus is also called 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.
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4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
真空容器2内に、例えば流量調節器(図示省略)および高周波アンテナ18に沿う方向に配置された複数のガス導入口6を経由して、ガス8が導入される。ガス8は、基板10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10に膜形成を行う場合は、ガス8は、原料ガスまたはそれを希釈ガス(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10上に形成することができる。
The
真空容器2内に、基板10を保持する基板ホルダ12が設けられている。この例のように、基板ホルダ12にバイアス電源14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、負のパルス電圧等であるが、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30中の正イオンが基板10に入射するときのエネルギーを制御して、基板10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12内に、基板10を加熱するヒータを設けておいても良い。
A
高周波アンテナ18は、この例では直線状のアンテナであり、真空容器2内における基板10の上方に、基板10の表面に沿うように(例えば、基板10の表面と実質的に平行に)配置されている。この高周波アンテナ18の両端部付近は、真空容器2の相対向する壁面に設けられた二つの開口部16をそれぞれ貫通している。各開口部16には、各開口部16を気密に塞ぐように絶縁物(例えば絶縁フランジ)22が設けられている。高周波アンテナ18の両端部付近はこの各絶縁物22を貫通していて、各絶縁物22を介して真空容器2から支持されている。
In this example, the high-
高周波アンテナ18から基板ホルダ12までの距離は、例えば、50mm〜250mm程度であり、より具体的には一例として100mmであるが、これに限られるものではない。
The distance from the
なお、各絶縁物22と真空容器2との間、高周波アンテナ18と絶縁物22との間および後述する副アンテナ20と絶縁物22との間には、真空シール用のパッキン(例えばOリング)が設けられているが、これらの図示を省略している。
In addition, between each
高周波アンテナ18には、高周波電源26から整合回路28を介して高周波電流IR が流される。高周波電流IR 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。
The
真空容器2内に、高周波アンテナ18に沿って(例えば実質的に平行に)、副アンテナ20が配置されている。この副アンテナ20も、この例では高周波アンテナ18に合わせて直線状をしている。副アンテナ20は、例えば高周波アンテナ18と同程度の長さにすれば良い。副アンテナ20は、その両端部付近が上記絶縁物22を介して真空容器2から支持されていて、電気的にフローティング状態(浮いた状態)に置かれている。
A sub-antenna 20 is disposed in the
高周波アンテナ18に対する副アンテナ20の位置は、高周波アンテナ18の上下、左右のいずれでも良いけれども、この例のように、高周波アンテナ18の上方、即ち高周波アンテナに対して基板10とは反対側に配置するのが好ましい。そのようにすると、高周波電流IR を流してプラズマ30を主に発生させる高周波アンテナ18を基板10により近づけることができるので、基板10の処理にプラズマ30をより効率良く用いることができる。
Although the position of the
なお、図1に示す例では副アンテナ20の両端部付近が各絶縁物22を貫通しているけれども、これは後述する副アンテナ20の両端接地の実験を行う等のためであり、必ずしも貫通していなくても良い。また、絶縁物22を、高周波アンテナ18を支持するものと副アンテナ20を支持するものとに分けても良い。
In the example shown in FIG. 1, the vicinity of both ends of the sub-antenna 20 penetrates each
高周波アンテナ18および副アンテナ20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。
The materials of the high-
高周波アンテナ18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18を冷却するようにしても良い。副アンテナ20についても同様である。
The
両アンテナ18、20の直径(外径)は、大きくする方がインピーダンス(特にインダクタンス)が小さくなるので好ましい。例えば、両アンテナ18、20の直径は12mm以上にしても良い。両アンテナ18、20の直径は、互いに同じにしても良いし、高周波アンテナ18の直径を副アンテナ20の直径よりも大きくしても良い。後者のようにすると、主たるアンテナである高周波アンテナ18のインピーダンス(特にインダクタンス)がより小さくなるので、高周波アンテナ18に高周波電流IR が流れやすくなる。
Increasing the diameter (outer diameter) of both
絶縁物22の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、また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。
The material of the
このプラズマ処理装置は、更に、真空容器2内に位置する部分の高周波アンテナ18および副アンテナ20を一括して覆うものであって、絶縁物製で筒状の絶縁カバー24を備えている。絶縁カバー24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24内の空間にガス8が入っても、当該空間は小さくて電子の移動距離が短いので、通常は当該空間にプラズマは発生しないからである。
The plasma processing apparatus further covers a portion of the high-
絶縁カバー24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。
The material of the insulating
このプラズマ処理装置においては、高周波アンテナ18に高周波電流IR を流すことによって、高周波アンテナ18の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流IR 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18の近傍のガス8を電離させて高周波アンテナ18の近傍にプラズマ(即ち誘導結合型のプラズマ)30が発生する。このプラズマ30は基板10の近傍まで拡散し、このプラズマ30によって基板10に前述した処理を施すことができる。
In this plasma processing apparatus, a high-frequency magnetic field is generated around the high-
更に、このプラズマ処理装置によれば、高周波アンテナ18に高周波電流IR を流すことによって副アンテナ20に誘導起電力が生じ、それによって、副アンテナ20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20の両端部付近の絶縁物22部分に自然に存在する静電容量を経由して副アンテナ20に誘導電流(図3(C)中の誘導電流I2 参照)が流れる。この副アンテナ20に流れる誘導電流による誘導電界と、高周波アンテナ18に流れる高周波電流IR による誘導電界とが協働して、誘導結合型のプラズマ30を効率良く発生させることができる。従って、高周波アンテナ18を長くする場合でも誘導結合型のプラズマ30を効率良く発生させることができる。その結果、高周波アンテナ18を長くして基板10の大型化等に対応することが容易になる。例えば、高周波アンテナ18の長さが2000mmを超えるような場合にも適用することが可能になる。
Furthermore, according to this plasma processing apparatus, an induced electromotive force is generated in the sub-antenna 20 by flowing a high-frequency current I R through the high-
しかも、真空容器2内に位置する部分の高周波アンテナ18および副アンテナ20を一括して絶縁カバー24で覆っているので、高周波アンテナ18と副アンテナ20との間にプラズマが発生するのを防止して、真空容器2内にプラズマ30を発生させた時にも、副アンテナ20の電気的フローティング状態を確保することができる。更に、プラズマ30中の荷電粒子が高周波アンテナ18および副アンテナ20に入射するのを防止することができるので、両アンテナ18、20にプラズマ30が入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、両アンテナ18、20がプラズマ30中の荷電粒子によってスパッタされてプラズマ30および基板10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 addition, since the portions of the
上述したプラズマ30を効率良く発生させることができることについて、実験結果を参照して以下により詳しく説明する。
The fact that the above-described
図1に示す構成のプラズマ処理装置において、高周波アンテナ18および副アンテナ20の長さを共に1340mmとし、両アンテナ18、20の表面間の距離Dを25mmとし、ガス8としてSiF4 (四フッ化シリコンガス)およびN2 ガス(窒素ガス)の混合ガスを用い、高周波電源26から13・56MHzの高周波電流IR を高周波アンテナ18に供給して、前述した誘導電界によって真空容器2内に誘導結合型のプラズマ30を発生させ、基板10上にSiN:F膜(フッ素化シリコン窒化膜)を形成した。そして、このSiN:F膜の成膜速度を測定した結果の一例を、図2中の(C)実施例として示す。この実施例のアンテナ周りの等価回路を図3(C)に示す。なお、図示を簡略化するために、図3では整合回路28(図1参照)の図示を省略している。
In the plasma processing apparatus having the configuration shown in FIG. 1, the lengths of the high-
また、この実施例との比較のために、上記副アンテナ20を取り外した場合の成膜速度を測定した結果を、図2中の(A)比較例1として示す。この比較例1のアンテナ周りの等価回路を図3(A)に示す。この比較例1は、副アンテナ20を有していないので、前述した特許文献1に記載の技術と同様の従来技術に相当する。更に、上記副アンテナ20の両端部を接地した場合の成膜速度を測定した結果を、図2中の(B)比較例2として示す。この比較例2のアンテナ周りの等価回路を図3(B)に示す。なお、比較例1および2においては、副アンテナ20に関するもの以外は、上記実施例の場合と同じ成膜条件にした。
For comparison with this example, the result of measuring the film forming speed when the sub-antenna 20 is removed is shown as (A) Comparative Example 1 in FIG. An equivalent circuit around the antenna of Comparative Example 1 is shown in FIG. Since this comparative example 1 does not have the sub-antenna 20, it corresponds to the conventional technique similar to the technique described in Patent Document 1 described above. Furthermore, the result of measuring the film forming speed when both ends of the sub-antenna 20 are grounded is shown as (B) Comparative Example 2 in FIG. An equivalent circuit around the antenna of Comparative Example 2 is shown in FIG. In Comparative Examples 1 and 2, the film forming conditions were the same as those in the above example except for the
図2に示すように、比較例1の成膜速度が最も小さかった。また、比較例2の成膜速度は、比較例1に比べて1割程度増加した。一方、実施例の成膜速度は、比較例1および2に比べて大きく増加した。 As shown in FIG. 2, the film formation rate of Comparative Example 1 was the lowest. Further, the film formation rate of Comparative Example 2 was increased by about 10% compared to Comparative Example 1. On the other hand, the film formation rate of the example greatly increased as compared with Comparative Examples 1 and 2.
高周波アンテナ18に上記のような高周波電流IR を流した時の高周波アンテナ18近傍の高周波の挙動の解析は容易ではないが、上記のような測定結果が得られた理由は次のようなものであると考えられる。
Without the
図3(A)に示す比較例1の場合は、アンテナは高周波アンテナ18のみであり、前述したようにその長さが長くなるとそのインピーダンスZ1 、特にその自己インダクタンスL1 が大きくなって高周波電流IR が流れにくくなるので、プラズマ30の密度が小さく、従って成膜速度も小さい。
In the case of Comparative Example 1 shown in FIG. 3A, the antenna is only the high-
これに対して、図3(C)に示す実施例の場合は、副アンテナ20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20の両端部付近の絶縁物22(図1参照)の部分に静電容量C2 がそれぞれ自然に存在する(これは、特にコンデンサを設けなくても存在するという意味である)。そして両静電容量C2 は、金属製の真空容器2等の接地回路を経由して副アンテナ20の両端部間に直列に接続された形になり、副アンテナ20と共に閉回路を形成している。両静電容量C2 の値は、略言すれば互いにほぼ等しいと考えても良く、互いに直列接続された二つの静電容量C2 の合成の静電容量C0 は次式で表される。
On the other hand, in the case of the embodiment shown in FIG. 3C, the insulator 22 (see FIG. 1) mainly near both ends of the
[数1]
C0 =C2 /2
[Equation 1]
C 0 = C 2/2
高周波アンテナ18に高周波電源26から高周波電流IR を流すことによって、それによる磁束φと鎖交する副アンテナ20には、ファラデーの法則により、次式で表される誘導起電力V2 が生じる。ここで、ωは高周波電流IR の角周波数、Mは両アンテナ18、20間の相互インダクタンス、jは虚数単位である。
By flowing a high frequency current I R from the high
[数2]
V2 =−dφ/dt=−jωMIR
[Equation 2]
V 2 = −dφ / dt = −jωMI R
副アンテナ20の抵抗は、通常はその自己インダクタンスL2 によるリアクタンスに比べて十分に小さいので、副アンテナ20を含む閉回路のインピーダンスZ2 をリアクタンスを用いて近似的に表すと、上記誘導起電力V2 によって、副アンテナ20には次式で表される誘導電流I2 が流れる。C0 は数1に示した合成の静電容量である。なお、ここでは図3に示した高周波電流IR および誘導電流のI2 の向きを正としている。 Since the resistance of the sub-antenna 20 is usually sufficiently smaller than the reactance due to its self-inductance L 2 , when the impedance Z 2 of the closed circuit including the sub-antenna 20 is approximately expressed using the reactance, the induced electromotive force is Due to V 2 , an induced current I 2 represented by the following formula flows through the sub-antenna 20. C 0 is the combined capacitance shown in Equation 1. Here, the directions of the high-frequency current I R and the induced current I 2 shown in FIG. 3 are positive.
[数3]
I2 =V2 /Z2
≒−jωMIR /j(ωL2 −1/ωC0 )
≒−ωMIR /(ωL2 −1/ωC0 )
[Equation 3]
I 2 = V 2 / Z 2
≒ -jωMI R / j (ωL 2 -1 / ωC 0 )
≒ -ωMI R / (ωL 2 -1 / ωC 0 )
上記静電容量C2 は、前述したように主として副アンテナ20の両端部付近の絶縁物22部分に自然に存在する静電容量であるので通常は小さく、従ってその合成の静電容量C0 も小さい。従って、上記数3中のリアクタンス(ωL2 −1/ωC0 )は負の値になり、その結果、誘導電流I2 は正の値になる。つまり、副アンテナ20には、図3(C)に示すとおり、高周波アンテナ18を流れる高周波電流IR と同じ向きの誘導電流I2 が流れる。
The capacitance C 2 is usually small because it is a capacitance that naturally exists mainly in the
誘導電流I2 が高周波電流IR と同じ向きに流れると、高周波アンテナ18のインピーダンスZ1 を構成するインダクタンスは、自己インダクタンスL1 よりも相互インダクタンスMを加味して幾分大きくなることが考えられるけれども、高周波アンテナ18を流れる高周波電流IR が発生させる高周波磁界と、副アンテナ20を流れる誘導電流I2 が発生させる高周波磁界とが同方向になって、高周波アンテナ18を流れる高周波電流IR による誘導電界を、副アンテナ20を流れる誘導電流I2 による誘導電界が増強するように作用するので、誘導結合型のプラズマ30を効率良く発生させることができる。上記のような作用を総合した結果、プラズマ30の密度が大きく増加して、成膜速度が比較例1、2に比べて大きく増加したものと考えられる。
If the induced current I 2 flows in the same direction as the high-frequency current I R , the inductance constituting the impedance Z 1 of the high-
しかもこの実施例の場合は、電気的にフローティング状態に置いている副アンテナ20の両端部付近の絶縁物22部分に自然に存在する静電容量C2 をうまく利用しており、副アンテナ20と共に閉回路を形成するコンデンサを特に設けなくて済む。従って、コンデンサを設ける場合に比べて、部品点数の削減、組立作業工程の削減等を図ることができる。
In addition, in this embodiment, the electrostatic capacity C 2 that naturally exists in the
一方、図3(B)に示す比較例2の場合は、副アンテナ20の両端部を接地しているため、上記静電容量C2 は存在せず、従って数3中のリアクタンス1/ωC0 は0になるので、誘導電流I2 は負の値になる。つまり、副アンテナ20には、図3(B)に示すものとは逆向きに、即ち高周波アンテナ18を流れる高周波電流IR と逆向きに誘導電流I2 が流れる。しかもこの誘導電流I2 は、上記実施形態の場合よりも大きくなる。
On the other hand, in the case of the comparative example 2 shown in FIG. 3B, since both ends of the sub-antenna 20 are grounded, the capacitance C 2 does not exist. Therefore, the reactance 1 / ωC 0 in Equation 3 is present. Becomes 0, the induced current I 2 becomes a negative value. That is, the induced current I 2 flows through the sub-antenna 20 in the direction opposite to that shown in FIG. 3B, that is, in the direction opposite to the high-frequency current I R flowing through the high-
誘導電流I2 が高周波電流IR と逆向きに流れると、高周波アンテナ18のインピーダンスZ1 を構成するインダクタンスは、自己インダクタンスL1 よりも相互インダクタンスMを加味して幾分小さくなり、それによって高周波アンテナ18に高周波電流IR が流れやすくなる反面、高周波アンテナ18を流れる高周波電流IR による誘導電界を、副アンテナ20を流れる誘導電流I2 による誘導電界が弱めるように作用する。上記のような作用を総合した結果、プラズマ30の密度はあまり増加せず、従って成膜速度も比較例1に比べてあまり増加しなかったものと考えられる。
When the induced current I 2 flows in the opposite direction to the high-frequency current I R , the inductance constituting the impedance Z 1 of the high-
再び図1を参照して、高周波アンテナ18の表面と副アンテナ20の表面との間の距離Dを25mm以下(0は含まない)にするのが好ましい。そのようにすると、両アンテナ18、20が十分に近くなって、副アンテナ20に流れる誘導電流I2 による誘導電界と、高周波アンテナ18を流れる高周波電流IR による誘導電界との協働によって誘導結合型のプラズマ30を効率良く発生させる前述した作用効果をより高めることができる。更に、絶縁カバー24内にガス8が入ったとしても、両アンテナ18、20間の距離が小さくて電子の移動距離が短いので、両アンテナ18、20間にプラズマが発生するのを防止して、副アンテナ20の電気的フローティング状態をより確実なものにすることができる。
Referring to FIG. 1 again, the distance D between the surface of the high-
前記絶縁カバー24内の両アンテナ18、20以外の部分に、樹脂等の絶縁物が充填されていても良い。そのようにすると、絶縁カバー24内でプラズマが発生するのをより確実に防止することができる。
Parts other than both
また、高周波アンテナ18および副アンテナ20は、この実施形態のように、絶縁カバー24内に空間23を介して配置しておいても良い。そのようにすると、当該空間23の存在によって絶縁カバー24の表面の電位上昇を抑えることができ、それによってプラズマ30の電位の上昇を抑えることができる。
Further, the
副アンテナ20を曲げること等によって、高周波アンテナ18と副アンテナ20との間の上記距離Dを、上記範囲内において、例えば5mm〜25mmの範囲内において、高周波アンテナ18の長手方向において変化させても良い。そのようにすると、高周波アンテナ18の長手方向におけるプラズマ30の密度分布を制御して、基板10上に形成される膜の密度分布を制御することが可能になる。
Even if the sub-antenna 20 is bent, the distance D between the high-
絶縁カバー24で覆われた高周波アンテナ18および副アンテナ20を一つのアンテナユニットとして、基板10の大きさ等に応じて、複数のアンテナユニットを基板10の表面に沿う方向に並設しても良い。そのようにすると、面積のより大きいプラズマ30を発生させて、より大型の基板10に処理を施すことが可能になる。
The high-
2 真空容器
8 ガス
10 基板
18 高周波アンテナ
20 副アンテナ
22 絶縁物
24 絶縁カバー
26 高周波電源
30 プラズマ
2
Claims (3)
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、その両端部付近のみ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おり、かつ前記高周波アンテナに対して前記基板とは反対側に配置されている副アンテナと、
前記真空容器内に位置する部分の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備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma is generated by generating an induction electric field in the vacuum vessel by flowing a high-frequency current from a high-frequency power source to a high-frequency antenna disposed in a vacuum vessel that is evacuated and into which gas is introduced, and the substrate is formed using the plasma. An inductively coupled plasma processing apparatus for processing
A sub-antenna disposed along the high-frequency antenna in the vacuum vessel, and only the vicinity of both ends thereof is supported from the vacuum vessel via an insulator and is placed in an electrically floating state. A sub-antenna disposed on the opposite side of the substrate from the high-frequency antenna;
A plasma processing apparatus comprising: an insulating cover that collectively covers the high-frequency antenna and the sub-antenna at a portion located in the vacuum vessel.
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