JP2013206652A - Antenna device, and plasma processing apparatus and sputtering apparatus having the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device capable of generating an inductively-coupled plasma and suppressing raise in a plasma potential.SOLUTION: An antenna device 20 comprises: an antenna 30 located in a vacuum container 2; a high-frequency power supply 40 applying a high-frequency current Ito the antenna 30; and a matching circuit 42. The antenna 30 has a coaxial structure having an internal conductor 32, an external conductor 34 covering the outside of the internal conductor 32 at least over the total length located in the vacuum container 2, and a dielectric body 36 electrically insulating between both the conductors. The antenna 30 also has a water-cooling structure for cooling the antenna 30 by circulating cooling water in the internal conductor 32. The high-frequency power supply 40 is connected to one end part of the internal conductor 32 via the matching circuit 42. The other end part of the internal conductor 32 is grounded. The external conductor 34 consists of a non-magnetic body, and is grounded at one end part.

Description

この発明は、真空容器内において誘導結合型プラズマを発生させるためのアンテナ装置、それを備えるプラズマ処理装置およびスパッタリング装置に関する。なお、イオンは、この出願中では正イオンを意味する。   The present invention relates to an antenna apparatus for generating inductively coupled plasma in a vacuum vessel, a plasma processing apparatus including the antenna apparatus, and a sputtering apparatus. The ion means a positive ion in this application.

真空容器内に設けられたコイル状で金属パイプ製のアンテナに、高周波電源から整合回路を介して高周波電流を流し、それによって生じる誘導電界によって真空容器内において誘導結合型プラズマ(略称ICP)を発生させるアンテナ装置が従来から提案されている。例えば、特許文献1に記載のスパッタリング装置は、上記のようなアンテナ装置を備えている。   A high-frequency current is passed from a high-frequency power source through a matching circuit to a coil-shaped metal pipe antenna provided in the vacuum vessel, and an inductively coupled plasma (abbreviated as ICP) is generated in the vacuum vessel by an induced electric field generated thereby. Conventionally, an antenna device has been proposed. For example, the sputtering apparatus described in Patent Document 1 includes the antenna device as described above.

特開2003−313662号公報(段落0007、0027−0029、図1、図4)Japanese Patent Laid-Open No. 2003-313662 (paragraphs 0007, 0027-0029, FIGS. 1 and 4)

上記のような従来のアンテナ装置によってプラズマを発生させる場合、アンテナの一端を接地していても、高周波電力の給電側は、アンテナに流れる高周波電流とアンテナのインピーダンスとの積によって決まる電圧振幅で、かつ高周波電力の周波数で、接地電位に対して振動するので、プラズマ中からアンテナへイオンよりも電子の方が多く入射して、プラズマ電位が大きく上昇する(正のプラズマ電位になる)。これは簡単に言えば、イオンは電子よりも重くて電界の変動に追随できず、イオンがプラズマ中に取り残されるからであり、従ってプラズマ電位はアンテナの電位変動に追従せず、高いままに保たれる。一例を挙げると、プラズマ電位は+1kV〜+3kV程度になる。   When plasma is generated by the conventional antenna device as described above, even if one end of the antenna is grounded, the power supply side of the high frequency power has a voltage amplitude determined by the product of the high frequency current flowing through the antenna and the impedance of the antenna, In addition, since it vibrates with respect to the ground potential at the frequency of the high frequency power, more electrons enter the antenna than the ions from the plasma, and the plasma potential rises greatly (becomes a positive plasma potential). Simply put, ions are heavier than electrons and cannot follow the fluctuations in the electric field, leaving the ions in the plasma, so the plasma potential does not follow the antenna potential fluctuations and remains high. Be drunk. As an example, the plasma potential is about +1 kV to +3 kV.

上記のようにプラズマ電位が大きく上昇すると、当該プラズマ電位によって、プラズマ中の荷電粒子(例えばイオン)が高いエネルギーで基板に入射衝突するので、基板上に形成する膜に与えるダメージが大きくなり、膜質が低下する。   When the plasma potential is greatly increased as described above, charged particles (for example, ions) in the plasma impinge on and collide with the substrate with high energy due to the plasma potential, so that damage to the film formed on the substrate increases and the film quality increases. Decreases.

また、上記のようにプラズマ電位が大きく上昇すると、真空容器の内壁に付着しているゴミ等に大きな電圧が印加されることになるので、このゴミ等の部分で放電(アーキング)が生じやすくなる。しかも、このゴミ等は不安定であるので、この放電も不安定であり、この放電が、プラズマを不安定にさせる要因になる。   In addition, when the plasma potential is greatly increased as described above, a large voltage is applied to dust or the like adhering to the inner wall of the vacuum vessel, so that discharge (arcing) easily occurs in the dust or the like. . Moreover, since this dust and the like are unstable, this discharge is also unstable, and this discharge causes the plasma to become unstable.

そこでこの発明は、誘導結合型プラズマを発生させることができ、しかもプラズマ電位の上昇を抑制することができるアンテナ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 an antenna device that can generate inductively coupled plasma and can suppress an increase in plasma potential.

この発明に係るアンテナ装置は、真空容器内において誘導結合型プラズマを発生させるためのアンテナ装置であって、前記真空容器内に位置するアンテナ、当該アンテナに高周波電流を流す高周波電源および当該アンテナと高周波電源との間の整合を取る整合回路を備えており、前記アンテナは、内部導体、その外側を少なくとも前記真空容器内に位置する全長に亘って覆う外部導体および当該内部導体と外部導体との間に設けられていて両導体間を電気絶縁する誘電体を有する同軸構造をしており、かつ当該内部導体および外部導体の少なくとも一方の内部に冷却水を流して当該アンテナを冷却する水冷構造をしており、前記アンテナの内部導体の一端部に前記整合回路を介して前記高周波電源が接続され、当該内部導体の他端部は接地されており、前記アンテナの外部導体は非磁性体から成り、かつ当該外部導体はその片端部のみで接地されている、ことを特徴としている。   An antenna device according to the present invention is an antenna device for generating inductively coupled plasma in a vacuum vessel, wherein the antenna is located in the vacuum vessel, a high-frequency power source for supplying a high-frequency current to the antenna, and the antenna and the high-frequency wave The antenna includes a matching circuit for matching with a power source, and the antenna includes an inner conductor, an outer conductor that covers at least the entire length of the outer conductor located in the vacuum vessel, and between the inner conductor and the outer conductor. A water-cooling structure that cools the antenna by flowing cooling water into at least one of the inner conductor and the outer conductor. The high frequency power supply is connected to one end of the inner conductor of the antenna via the matching circuit, and the other end of the inner conductor is grounded. And, the outer conductor of the antenna is made of non-magnetic material, and the external conductor is grounded only at its one end portion, and characterized in that.

このアンテナ装置においては、アンテナの外部導体は非磁性体から成るので、しかも当該外部導体はその片端部のみで接地されていて接地を経由しての電気的な閉ループを形成していないので、当該外部導体を設けていても、内部導体を流れる高周波電流が作る高周波磁界を減衰させる作用は非常に小さい。従って、内部導体を流れる高周波電流が作る高周波磁界による誘導電界によって、誘導結合型プラズマを発生させることができる。   In this antenna device, since the outer conductor of the antenna is made of a non-magnetic material, the outer conductor is grounded only at one end thereof, and does not form an electrical closed loop via the ground. Even if the outer conductor is provided, the action of attenuating the high-frequency magnetic field generated by the high-frequency current flowing through the inner conductor is very small. Therefore, inductively coupled plasma can be generated by an induction electric field generated by a high frequency magnetic field generated by a high frequency current flowing through the inner conductor.

しかも、電気的に接地された外部導体によって、内部導体の外側を少なくとも真空容器内に位置する全長に亘って覆っているので、内部導体とプラズマとの間の電界を遮蔽することができる。従って、内部導体の電位はプラズマ電位に影響を及ぼさない。かつ、外部導体は接地電位に固定されていて、外部導体の電位が従来のアンテナのように高周波で振動することはないので、生成されたプラズマから外部導体への電子の流入は、拡散と小さいプラズマシース電圧によるものであり、従ってプラズマ電位の上昇は小さい。上記作用によって、プラズマ電位の上昇を抑制することができる。   In addition, since the outer side of the inner conductor is covered over the entire length located in the vacuum vessel by the electrically grounded outer conductor, the electric field between the inner conductor and the plasma can be shielded. Therefore, the potential of the inner conductor does not affect the plasma potential. In addition, since the outer conductor is fixed to the ground potential and the potential of the outer conductor does not vibrate at a high frequency as in the conventional antenna, the inflow of electrons from the generated plasma to the outer conductor is small as diffusion. This is due to the plasma sheath voltage, and therefore the rise in plasma potential is small. The above action can suppress an increase in plasma potential.

更に、アンテナを上記のような水冷構造にしているので、アンテナの温度上昇を抑えることができる。   Furthermore, since the antenna has a water cooling structure as described above, an increase in temperature of the antenna can be suppressed.

アンテナは、外部導体の外側を少なくとも真空容器内に位置する全長に亘って覆う誘電体層を更に有していても良い。   The antenna may further include a dielectric layer that covers the outside of the outer conductor over at least the entire length located in the vacuum vessel.

請求項1に記載の発明によれば、アンテナの外部導体は非磁性体から成るので、しかも当該外部導体はその片端部のみで接地されていて接地を経由しての電気的な閉ループを形成していないので、当該外部導体を設けていても、内部導体を流れる高周波電流が作る高周波磁界を減衰させる作用は非常に小さい。従って、内部導体を流れる高周波電流が作る高周波磁界による誘導電界によって、誘導結合型プラズマを発生させることができる。   According to the first aspect of the present invention, since the outer conductor of the antenna is made of a non-magnetic material, the outer conductor is grounded only at one end thereof to form an electrical closed loop via the ground. Therefore, even if the outer conductor is provided, the action of attenuating the high-frequency magnetic field generated by the high-frequency current flowing through the inner conductor is very small. Therefore, inductively coupled plasma can be generated by an induction electric field generated by a high frequency magnetic field generated by a high frequency current flowing through the inner conductor.

しかも、電気的に接地された外部導体によって、内部導体の外側を少なくとも真空容器内に位置する全長に亘って覆っているので、内部導体とプラズマとの間の電界を遮蔽することができる。従って、内部導体の電位はプラズマ電位に影響を及ぼさない。かつ、外部導体は接地電位に固定されていて、外部導体の電位が従来のアンテナのように高周波で振動することはないので、生成されたプラズマから外部導体への電子の流入は、拡散と小さいプラズマシース電圧によるものであり、従ってプラズマ電位の上昇は小さい。上記作用によって、プラズマ電位の上昇を抑制することができる。その結果、安定したプラズマ生成を行うことができる。また、プラズマから基板に入射する荷電粒子のエネルギーを小さく抑えることができる。それによって例えば、基板上に形成する膜に与えるダメージを小さく抑えて、膜質向上を図ることができる。   In addition, since the outer side of the inner conductor is covered over the entire length located in the vacuum vessel by the electrically grounded outer conductor, the electric field between the inner conductor and the plasma can be shielded. Therefore, the potential of the inner conductor does not affect the plasma potential. In addition, since the outer conductor is fixed to the ground potential and the potential of the outer conductor does not vibrate at a high frequency as in the conventional antenna, the inflow of electrons from the generated plasma to the outer conductor is small as diffusion. This is due to the plasma sheath voltage, and therefore the rise in plasma potential is small. The above action can suppress an increase in plasma potential. As a result, stable plasma generation can be performed. In addition, the energy of charged particles incident on the substrate from the plasma can be reduced. Thereby, for example, damage to the film formed on the substrate can be suppressed to a small level, and the film quality can be improved.

更に、アンテナを上記のような水冷構造にしているので、アンテナの温度上昇を抑えることができる。その結果例えば、アンテナからの熱輻射による基板の温度上昇を抑制することができる。   Furthermore, since the antenna has a water cooling structure as described above, an increase in temperature of the antenna can be suppressed. As a result, for example, an increase in the temperature of the substrate due to heat radiation from the antenna can be suppressed.

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、アンテナは、外部導体の外側を少なくとも真空容器内に位置する全長に亘って覆う誘電体層を更に有していて、この誘電体層の表面にプラズマから電子およびイオンが流入することによって当該誘電体層の表面の電位は直ぐにプラズマ電位とほぼ釣り合うので、誘電体層の表面とプラズマとの電位差は小さくなる。その結果、アンテナの表面でアーキング等の不安定性要因が発生するのを防止することができる。   According to invention of Claim 2, there exists the following further effect. That is, the antenna further includes a dielectric layer that covers at least the entire length of the outer conductor located in the vacuum vessel, and electrons and ions flow from the plasma into the surface of the dielectric layer. Since the potential of the surface of the dielectric layer is almost balanced with the plasma potential immediately, the potential difference between the surface of the dielectric layer and the plasma becomes small. As a result, it is possible to prevent instability factors such as arcing from occurring on the surface of the antenna.

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、アンテナ装置は、上記作用によってプラズマ電位の上昇を抑制して、生成したプラズマ中のイオンによるアンテナのスパッタリングを抑制することができるので、基板や、当該基板の表面に膜を形成する場合の当該膜の汚染を抑制することができる。   According to invention of Claim 3, there exists the following further effect. That is, the antenna device can suppress the rise of the plasma potential by the above action and suppress the sputtering of the antenna by the ions in the generated plasma. Therefore, in the case of forming a film on the substrate or the surface of the substrate Contamination of the film can be suppressed.

請求項4に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナ装置は、上記作用によってプラズマ電位の上昇を抑制して、生成したプラズマ中のイオンによるアンテナのスパッタリングを抑制することができるので、ターゲット、基板およびその表面に形成される膜の汚染を抑制することができる。   According to invention of Claim 4, there exists the following further effect. That is, the antenna device can suppress the increase of the plasma potential by the above action and suppress the sputtering of the antenna by the ions in the generated plasma, so that the contamination of the target, the substrate and the film formed on the surface thereof can be prevented. Can be suppressed.

この発明に係るアンテナ装置を備えているプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the plasma processing apparatus provided with the antenna apparatus which concerns on this invention. 図1に示すプラズマ処理装置を横から見て示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 from the side. この発明に係るアンテナ装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the antenna device which concerns on this invention. この発明に係るアンテナ装置の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the antenna device which concerns on this invention. この発明に係るアンテナ装置の更に他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the further another example of the antenna device which concerns on this invention. この発明に係るアンテナ装置を備えているスパッタリング装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the sputtering device provided with the antenna device which concerns on this invention. 図6に示すスパッタリング装置を横から見て示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the sputtering apparatus shown in FIG. 6 from the side. この発明に係るアンテナ装置の更に他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the further another example of the antenna device which concerns on this invention. 図8に示すアンテナ装置を図6および図7に示すスパッタリング装置に適用した場合の例を部分的に示す概略図である。FIG. 9 is a schematic view partially showing an example in which the antenna device shown in FIG. 8 is applied to the sputtering device shown in FIGS. 6 and 7. 外部導体の有無および外部導体の接地の仕方が発生磁界に及ぼす影響を調べる実験に用いたアンテナ装置の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the antenna apparatus used for the experiment which investigates the influence which the presence or absence of an external conductor, and the way of grounding of an external conductor exert on a generated magnetic field. 図10に示すアンテナ装置の外部導体の有無および外部導体の接地の仕方が発生磁界に及ぼす影響を調べた実験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the experimental result which investigated the influence which the presence or absence of the external conductor of the antenna apparatus shown in FIG.

この発明に係るアンテナ装置を備えているプラズマ処理装置の一例を図1、図2に示す。図1では、アンテナ30への高周波電流IR の給電部分は概念的に図示しており、アンテナ30の両端部付近は具体的には図2に示す構造をしている。 An example of a plasma processing apparatus provided with the antenna device according to the present invention is shown in FIGS. In FIG. 1, the feeding portion of the high-frequency current I R to the antenna 30 is conceptually illustrated, and the vicinity of both ends of the antenna 30 specifically has the structure shown in FIG. 2.

このプラズマ処理装置は、アンテナ装置20によって発生させたプラズマ16を用いて基板10に処理を施す装置である。   This plasma processing apparatus is an apparatus for processing the substrate 10 using the plasma 16 generated by the antenna device 20.

このプラズマ処理装置は、例えば金属製の真空容器2を備えており、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は電気的に接地されている。   The plasma processing apparatus includes, for example, a metal vacuum vessel 2, and the inside thereof is evacuated by a vacuum evacuation device 4. The vacuum vessel 2 is electrically grounded.

真空容器2内には、ガス導入管6を通してガス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、それぞれ基板10の表面に形成することができる。 A gas 8 is introduced into the vacuum vessel 2 through a gas introduction pipe 6. The gas 8 may be in accordance with the content of processing performed on the substrate 10. For example, when film formation is performed on the substrate 10 by plasma CVD, the gas 8 is a source gas or a gas obtained by diluting it with a diluent gas (for example, H 2 ). More specifically, an Si film is formed on the surface of the substrate 10 when the source gas is SiH 4, an SiN film is formed when SiH 4 + NH 3 is used, and an SiO 2 film is formed when SiH 4 + O 2 is used. be able to.

真空容器2内に、基板10を保持するホルダ12が設けられている。この例のように、ホルダ12に基板バイアス電源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、負の直流電圧でも良いし、負のパルス電圧、交流電圧等でも良い。50は、真空シール機能を有する絶縁部である。   A holder 12 that holds the substrate 10 is provided in the vacuum vessel 2. As in this example, a bias voltage may be applied to the holder 12 from the substrate bias power supply 14. The bias voltage may be a negative DC voltage, a negative pulse voltage, an AC voltage, or the like. Reference numeral 50 denotes an insulating part having a vacuum sealing function.

このプラズマ処理装置は、真空容器2内において誘導結合型のプラズマ16を発生させるためのアンテナ装置20を備えている。   The plasma processing apparatus includes an antenna device 20 for generating inductively coupled plasma 16 in the vacuum vessel 2.

アンテナ装置20は、真空容器2内に位置するアンテナ30、当該アンテナ30に高周波電流IR を流す高周波電源40および当該アンテナ30と高周波電源40との間の整合(具体的にはインピーダンス整合)を取る整合回路42を備えている。 The antenna device 20 includes an antenna 30 located in the vacuum vessel 2, the matching between the high-frequency power source 40 and the antenna 30 and the high-frequency power source 40 for supplying a high-frequency current I R to the antenna 30 (specifically, impedance matching) A matching circuit 42 is provided.

アンテナ30は、この例では、長方形の基板10の長辺に沿うものが、基板10の短辺に沿う方向に複数本(具体的には3本)並べられており、各アンテナ30に(具体的にはその内部導体32に)、高周波電源40から整合回路42を介して高周波電流IR が並列に供給される。但し、アンテナ30は1本以上で良く、何本にするかは基板10の形状、寸法等に応じて適宜決めれば良い。 In this example, a plurality of antennas 30 (specifically three) are arranged along the long side of the rectangular substrate 10 in the direction along the short side of the substrate 10. Specifically, a high-frequency current I R is supplied in parallel from the high-frequency power supply 40 via the matching circuit 42 to the inner conductor 32. However, the number of antennas 30 may be one or more, and the number of antennas 30 may be appropriately determined according to the shape, dimensions, etc. of the substrate 10.

各アンテナ30は、内部導体32、その外側を少なくとも真空容器2内に位置する全長に亘って覆う外部導体34および内部導体32と外部導体34との間に設けられていて両導体32、34間を電気絶縁する誘電体36を有する同軸構造をしている。かつこの例では、内部導体32内に冷却水38を流して当該アンテナ30を冷却する水冷構造をしている。   Each antenna 30 is provided between the inner conductor 32, the outer conductor 34 that covers at least the entire length of the inner conductor 32, and the outer conductor 34 between the inner conductor 32 and the outer conductor 34. A coaxial structure having a dielectric 36 that electrically insulates each other. In this example, the cooling water 38 is allowed to flow in the internal conductor 32 to cool the antenna 30.

各アンテナ30の両端部は、この例では上方に曲げられて、真空容器2の天井面を貫通して真空容器2外に位置している。各アンテナ30が真空容器2を貫通する部分には、真空シール機能を有する絶縁部51が設けられている。   In this example, both end portions of each antenna 30 are bent upward, penetrate the ceiling surface of the vacuum vessel 2 and are located outside the vacuum vessel 2. An insulating portion 51 having a vacuum sealing function is provided at a portion where each antenna 30 penetrates the vacuum vessel 2.

アンテナ装置20の構成を、1本のアンテナ30を例に、図3を参照してより詳しく説明する。図3では、図示を簡略化するために、アンテナ30は長さを短くして図示している。かつアンテナ30は直線状で示しているが、それに限られるものではない。後述する他の例においても同様である。   The configuration of the antenna device 20 will be described in more detail with reference to FIG. 3, taking one antenna 30 as an example. In FIG. 3, in order to simplify the illustration, the antenna 30 is illustrated with a reduced length. The antenna 30 is shown as a straight line, but is not limited thereto. The same applies to other examples described later.

このアンテナ30は、管状の内部導体32と、その外側を少なくとも前記真空容器2内に位置する全長に亘って覆う外部導体34と、当該内部導体32と外部導体34との間に設けられていて両導体32、34間を電気絶縁する誘電体36を有する同軸構造をしている。誘電体36は、この例では、外部導体34の内側に位置する内部導体32の全長を覆っている。   The antenna 30 is provided between a tubular inner conductor 32, an outer conductor 34 that covers at least the entire length of the inner conductor 32 located in the vacuum chamber 2, and the inner conductor 32 and the outer conductor 34. A coaxial structure having a dielectric 36 that electrically insulates between the conductors 32 and 34 is formed. In this example, the dielectric 36 covers the entire length of the inner conductor 32 positioned inside the outer conductor 34.

アンテナ30は、内部導体32内に冷却水38を流して当該アンテナ30を冷却する水冷構造をしている。より詳しく説明すると、内部導体32と誘電体36との間、および、誘電体36と外部導体34との間は、それぞれ、熱接触(即ち、熱伝導が生じる接触)させている。従って、内部導体32内に冷却水38を流すことによって、熱伝導によって、誘電体36および外部導体34をも効率良く冷却することができる。   The antenna 30 has a water cooling structure in which the cooling water 38 is allowed to flow in the internal conductor 32 to cool the antenna 30. More specifically, the inner conductor 32 and the dielectric 36 and the dielectric 36 and the outer conductor 34 are in thermal contact (that is, contact in which thermal conduction occurs), respectively. Accordingly, by flowing the cooling water 38 through the inner conductor 32, the dielectric 36 and the outer conductor 34 can be efficiently cooled by heat conduction.

材質の例を示すと、内部導体32は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼等から成る。   For example, the internal conductor 32 is made of copper, aluminum, stainless steel, or the like.

外部導体34は、例えば、銅、アルミニウム、非磁性ステンレス鋼等の非磁性体から成る。非磁性体にする理由は後述する。   The outer conductor 34 is made of, for example, a nonmagnetic material such as copper, aluminum, or nonmagnetic stainless steel. The reason for using a non-magnetic material will be described later.

誘電体36は、例えば、石英、アルミナ(Al23 )、フッ素樹脂、ポリエチレン等から成る。 The dielectric 36 is made of, for example, quartz, alumina (Al 2 O 3 ), fluorine resin, polyethylene, or the like.

内部導体32の一端部32aに整合回路42を介して高周波電源40が接続されており、内部導体32の他端部32bは接地されている。より具体的には、高周波電源40は出力端41aおよび接地端41bを有しており、出力端41aは整合回路42を介して内部導体32の一端部32aに接続されている。接地端41bは接地されている。これによって、高周波電源40から、整合回路42を介して、内部導体32に高周波電流IR を流すことができる。 A high frequency power supply 40 is connected to one end 32a of the internal conductor 32 via a matching circuit 42, and the other end 32b of the internal conductor 32 is grounded. More specifically, the high frequency power supply 40 has an output end 41 a and a ground end 41 b, and the output end 41 a is connected to one end 32 a of the internal conductor 32 via a matching circuit 42. The ground terminal 41b is grounded. As a result, a high-frequency current I R can flow from the high-frequency power supply 40 to the internal conductor 32 via the matching circuit 42.

高周波電源40から出力する高周波電力、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。 High-frequency power outputted from the high frequency power source 40, the frequency of the high frequency current I R is, for example, is a common 13.56 MHz, the invention is not limited thereto.

整合回路42は、ラインに直列のコンデンサ43および並列のコンデンサ44を有している。両コンデンサ43、44はこの例では容量可変である。   The matching circuit 42 includes a capacitor 43 in series with a line and a capacitor 44 in parallel. Both capacitors 43 and 44 are variable in capacity in this example.

外部導体34は、その片端部のみで接地している。その理由は後述する。この例では、外部導体34の他端部34b、即ち内部導体32の接地側と同じ側の端部のみで接地している。これの代りに、外部導体34の一端部34a、即ち内部導体32への給電側と同じ側の端部のみで接地しても良い。   The outer conductor 34 is grounded only at one end thereof. The reason will be described later. In this example, the other end 34 b of the outer conductor 34, that is, the end on the same side as the ground side of the inner conductor 32 is grounded. Instead of this, the one end 34 a of the outer conductor 34, that is, the end on the same side as the power feeding side to the inner conductor 32 may be grounded.

このアンテナ装置20においては、アンテナ30の外部導体34は非磁性体から成るので、しかも当該外部導体34はその片端部のみで接地されていて接地を経由しての電気的な閉ループを形成していないので、当該外部導体34を設けていても、内部導体32を流れる高周波電流IR が作る高周波磁界を減衰させる作用は非常に小さい。 In this antenna device 20, the outer conductor 34 of the antenna 30 is made of a non-magnetic material, and the outer conductor 34 is grounded only at one end thereof to form an electrical closed loop via the ground. since there, even if provided with the outer conductor 34, acting to attenuate the high-frequency magnetic field formed by the high frequency current I R flowing through the inner conductor 32 is very small.

上記のことを確かめた実験結果を、図10、図11を参照して説明する。   The experimental results confirming the above will be described with reference to FIGS.

実験では、図10に示すアンテナ装置を用いた。上述したような同軸構造のアンテナ30は、この例では、発生磁界を強くして測定しやすくするために、直径が80mmの4ターンのコイル状とした。このアンテナ30の内部導体32の一端部32aに整合回路42を介して高周波電源40を接続し、他端部32bを接地して、内部導体32に高周波電流IR を流した。この高周波電流IR の大きさだけでなく、周波数も100kHz、500kHz、1MHz、2MHzと変えてみた。外部導体34は、材質を銅とし、(A)それを給電側すなわち一端部34aのみで接地した場合と、(B)その反対側の他端部34bのみで接地した場合と、(C)外部導体34を設けない場合とで実験した。 In the experiment, the antenna device shown in FIG. 10 was used. In this example, the antenna 30 having the coaxial structure as described above has a four-turn coil shape with a diameter of 80 mm in order to increase the generated magnetic field and facilitate measurement. A high frequency power supply 40 was connected to one end 32 a of the inner conductor 32 of the antenna 30 via a matching circuit 42, the other end 32 b was grounded, and a high frequency current I R was passed through the inner conductor 32. Not only the magnitude of the high-frequency current I R but also the frequency was changed to 100 kHz, 500 kHz, 1 MHz, and 2 MHz. The external conductor 34 is made of copper, and (A) when it is grounded only at the power feeding side, that is, at one end 34a, (B) when grounded only at the other end 34b on the opposite side, and (C) external An experiment was conducted in the case where the conductor 34 was not provided.

上記の場合にアンテナ30が発生する高周波磁界を、コイルの端面の中心付近に配置したピックアップコイル76で検出して、その出力電圧で評価した。その結果を図11に示す。   The high frequency magnetic field generated by the antenna 30 in the above case was detected by the pickup coil 76 disposed near the center of the end face of the coil, and the output voltage was evaluated. The result is shown in FIG.

図11は、上記(A)の場合のピックアップコイル出力を比較の基準として(横軸)、上記(B)の場合と上記(C)の場合の各周波数におけるピックアップコイル出力(縦軸)をグラフ化したものである。上記(B)の場合の結果は直線B(y=0.9649x)上に、上記(C)の場合の結果は直線C(y=1.0535x)上に乗っている。   FIG. 11 is a graph showing the pickup coil output (vertical axis) at each frequency in the cases (B) and (C) with the pickup coil output in the case (A) as a reference for comparison (horizontal axis). It has become. The result in the case of (B) is on the straight line B (y = 0.9649x), and the result in the case of (C) is on the straight line C (y = 1.0535x).

外部導体34の影響が全くない理想的な場合は、ピックアップコイル出力はy=xの直線上に乗るけれども、外部導体34を設けても、直線B、Cから分るように、理想的な場合と3%〜5%程度の差しかなく、このことから、外部導体34を設けていても、内部導体32を流れる高周波電流IR が作る高周波磁界を減衰させる作用は非常に小さいことが分る。また、直線Bから、外部導体34をどちらの片端で接地しても大差ないことが分る。 In the ideal case where there is no influence of the external conductor 34, the pickup coil output is on a straight line y = x, but even if the external conductor 34 is provided, the ideal case can be seen from the straight lines B and C. Therefore, it can be seen that even if the outer conductor 34 is provided, the action of attenuating the high-frequency magnetic field generated by the high-frequency current I R flowing through the inner conductor 32 is very small. . Further, it can be seen from the straight line B that the outer conductor 34 is not greatly different even if it is grounded at either one end.

再び図1〜図3を参照して、上記アンテナ装置20においては、上記のように外部導体34を設けていても、内部導体32を流れる高周波電流IR が作る高周波磁界を減衰させる作用は非常に小さいので、内部導体32を流れる高周波電流IR が作る高周波磁界による誘導電界によって、誘導結合型のプラズマ16を発生させることができる。即ち、内部導体32を流れる高周波電流IR によって、アンテナ30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、電子が加速されてアンテナ30の近傍のガス8を電離させてアンテナ30の近傍にプラズマ16が発生する。 Referring again to FIGS. 1 to 3, in the antenna device 20, even when the outer conductor 34 is provided as described above, the function of attenuating the high-frequency magnetic field generated by the high-frequency current I R flowing through the inner conductor 32 is extremely high. because small, it can be by the induction electric field generated by the high frequency magnetic field formed by the high frequency current I R flowing through the inner conductor 32, to generate an inductively coupled plasma 16. That is, a high-frequency magnetic field is generated around the antenna 30 by the high-frequency current I R flowing through the inner conductor 32, thereby generating an induction electric field in a direction opposite to the high-frequency current I R. Due to this induced electric field, electrons are accelerated in the vacuum chamber 2 to ionize the gas 8 in the vicinity of the antenna 30 and generate plasma 16 in the vicinity of the antenna 30.

しかも、電気的に接地された外部導体34によって、内部導体32の外側を少なくとも真空容器2内に位置する全長に亘って覆っているので、内部導体32とプラズマ16との間の電界を遮蔽することができる。従って、内部導体32の電位はプラズマ電位に影響を及ぼさない。かつ、外部導体34は接地電位に固定されていて、外部導体34の電位が従来のアンテナのように高周波で振動することはないので、生成されたプラズマ16から外部導体34への電子の流入は、拡散と小さいプラズマシース電圧(これは例えば数十V程度)によるものであり、従ってプラズマ電位の上昇は小さい。上記作用によって、プラズマ電位の上昇を抑制することができる。   In addition, since the outer conductor 34 that is electrically grounded covers the outside of the inner conductor 32 over at least the entire length located in the vacuum chamber 2, the electric field between the inner conductor 32 and the plasma 16 is shielded. be able to. Therefore, the potential of the inner conductor 32 does not affect the plasma potential. In addition, since the external conductor 34 is fixed to the ground potential and the potential of the external conductor 34 does not vibrate at a high frequency as in the conventional antenna, the inflow of electrons from the generated plasma 16 to the external conductor 34 is prevented. This is due to diffusion and a small plasma sheath voltage (this is, for example, about several tens of volts), and therefore the rise in plasma potential is small. The above action can suppress an increase in plasma potential.

その結果、安定したプラズマ生成を行うことができる。即ち、プラズマ電位の上昇を抑制することができるので、従来のアンテナ装置においてプラズマ不安定性要因となっていた、真空容器の内壁に付着しているゴミ等の部分で放電が生じること等を防止することができる。   As a result, stable plasma generation can be performed. That is, since the rise of the plasma potential can be suppressed, it is possible to prevent the occurrence of discharge at a portion such as dust attached to the inner wall of the vacuum vessel, which has been a factor of plasma instability in the conventional antenna device. be able to.

また、プラズマ16から基板10に入射する荷電粒子(例えばイオン)のエネルギーを小さく抑えることができる。それによって例えば、プラズマ16によって基板10上に膜を形成する場合、当該膜に与えるダメージを小さく抑えて、膜質向上を図ることができる。   In addition, the energy of charged particles (for example, ions) incident on the substrate 10 from the plasma 16 can be suppressed to a low level. Accordingly, for example, when a film is formed on the substrate 10 by the plasma 16, damage to the film can be suppressed to be small, and the film quality can be improved.

更に、アンテナ30を上記のような水冷構造にしているので、アンテナの温度上昇を抑えることができる。その結果例えば、アンテナ30からの熱輻射による基板10の温度上昇を抑制することができる。   Furthermore, since the antenna 30 has the above-described water cooling structure, the temperature rise of the antenna can be suppressed. As a result, for example, the temperature rise of the substrate 10 due to thermal radiation from the antenna 30 can be suppressed.

アンテナ30は、内部導体32および外部導体34の少なくとも一方の内部に冷却水38を流して当該アンテナ30を冷却する水冷構造をしていれば良い。例えば、図4に示す例のように、内部導体32内と外部導体34内の両方に冷却水38を流してアンテナ30を冷却するようにしても良い。そのようにするとアンテナ30の冷却作用をより高めることができる。この場合は、誘電体36と外部導体34とが熱接触している必要はない。また、外部導体34内だけに冷却水38を流してアンテナ30を冷却するようにしても良い。   The antenna 30 may have a water cooling structure in which the cooling water 38 is allowed to flow inside at least one of the inner conductor 32 and the outer conductor 34 to cool the antenna 30. For example, as in the example shown in FIG. 4, the antenna 30 may be cooled by flowing cooling water 38 in both the inner conductor 32 and the outer conductor 34. By doing so, the cooling action of the antenna 30 can be further enhanced. In this case, the dielectric 36 and the outer conductor 34 do not need to be in thermal contact. Further, the antenna 30 may be cooled by flowing the cooling water 38 only in the outer conductor 34.

なお、プラズマ16の生成に伴って外部導体34の表面に被膜が形成されても、安定したプラズマ生成を行うことができる。即ち、外部導体34の表面に例えば誘電体被膜(換言すれば絶縁性被膜)が堆積した場合は、当該誘電体被膜の表面にプラズマ16から電子およびイオンが流入することによって誘電体被膜表面の電位は直ぐにプラズマ電位とほぼ釣り合うので、誘電体被膜表面の電位は大きくてもプラズマ電位程度にしかならない。しかもこのアンテナ装置20による場合のプラズマ電位は、前述したように、大きな上昇はなく低いので、アンテナ30は基本的に表面電位上昇の小さなアンテナであると言うことができる。従って、アンテナ表面でのアーキング等の不安定性要因が発生するのを防止することができる。   Even if a film is formed on the surface of the outer conductor 34 as the plasma 16 is generated, stable plasma generation can be performed. That is, when a dielectric film (in other words, an insulating film) is deposited on the surface of the outer conductor 34, for example, electrons and ions flow from the plasma 16 into the surface of the dielectric film, thereby causing a potential on the surface of the dielectric film. Is immediately balanced with the plasma potential, so the potential on the surface of the dielectric coating is only about the plasma potential even if it is large. Moreover, as described above, the plasma potential in the case of the antenna device 20 does not increase greatly and is low, so it can be said that the antenna 30 is basically an antenna having a small surface potential increase. Therefore, instability factors such as arcing on the antenna surface can be prevented from occurring.

また、外部導体34の表面に金属等の導電性被膜が堆積した場合は、当該被膜と外部導体34とは電気的に導通しているので、外部導体34のみの場合と差はない。   Further, when a conductive film such as a metal is deposited on the surface of the external conductor 34, the film and the external conductor 34 are electrically connected, so there is no difference from the case of the external conductor 34 alone.

図5に示す例のように、外部導体34の外側を少なくとも前記真空容器2内に位置する全長に亘って覆う誘電体層39を設けておいても良い。図4を参照して説明した水冷構造を採用する場合も同様である。   As in the example shown in FIG. 5, a dielectric layer 39 that covers at least the entire length of the outer conductor 34 located in the vacuum vessel 2 may be provided. The same applies to the case of adopting the water cooling structure described with reference to FIG.

誘電体層39は、例えば、石英、アルミナ、イットリア(酸化イットリウムY23 )等から成る。 The dielectric layer 39 is made of, for example, quartz, alumina, yttria (yttrium oxide Y 2 O 3 ), or the like.

上記誘電体層39を設けておくと、誘電体層39の表面にプラズマ16から電子およびイオンが流入することによって当該誘電体層39の表面の電位は直ぐにプラズマ電位とほぼ釣り合うので、誘電体層39の表面とプラズマ16との電位差は小さくなる。その結果、アンテナ30の表面でアーキング等の不安定性要因が発生するのを防止することができる。   When the dielectric layer 39 is provided, the potential of the surface of the dielectric layer 39 is almost balanced with the plasma potential immediately after electrons and ions flow from the plasma 16 to the surface of the dielectric layer 39. The potential difference between the surface 39 and the plasma 16 becomes small. As a result, it is possible to prevent instability factors such as arcing from occurring on the surface of the antenna 30.

また、誘電体層39の材質を、基板10上に形成する膜と同様の材質にすることができ、そのようにすると、基板10上に形成する膜の汚染の可能性をより軽減することができる。   In addition, the material of the dielectric layer 39 can be the same as that of the film formed on the substrate 10, and by doing so, the possibility of contamination of the film formed on the substrate 10 can be further reduced. it can.

アンテナ30の形状は、図1〜図5に示したような直線状でも良いし、それ以外の形状でも良い。例えば、アンテナ30は、U字状、コ字状、1回以上巻いた円形、楕円形、レーストラック形等のコイル状、等のいずれでも良い。図8に示す例のように、1回折り返した細長いコイル状でも良い。コイル状にすると、発生磁場をより強くすることができる。後述するスパッタリング装置に用いるアンテナ装置20においても同様である。   The shape of the antenna 30 may be a straight line as shown in FIGS. 1 to 5 or other shapes. For example, the antenna 30 may be any of a U shape, a U shape, a circular shape wound once or more, an elliptical shape, a coil shape such as a racetrack shape, and the like. As in the example shown in FIG. 8, it may be a long and thin coiled shape. If it is coiled, the generated magnetic field can be made stronger. The same applies to the antenna device 20 used in a sputtering device described later.

図1、図2に示したプラズマ処理装置について、既に説明をしたアンテナ装置20以外の部分の説明をすると、アンテナ装置20によって発生させたプラズマ16を用いて、基板10に処理を施すことができる。   In the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2, parts other than the antenna apparatus 20 that has already been described will be described. The substrate 10 can be processed using the plasma 16 generated by the antenna apparatus 20. .

基板10は、例えば、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)用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板、太陽電池等の半導体デバイス用の基板等であるが、これに限られるものではない。   The substrate 10 is, for example, a substrate for a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display or an organic EL display, a flexible substrate for a flexible display, a substrate for a semiconductor device such as a solar cell, or the like. is not.

基板10の平面形状は、例えば円形、四角形等であり、特定の形状に限定されない。   The planar shape of the substrate 10 is, for example, a circle or a rectangle, and is not limited to a specific shape.

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 substrate 10 is, for example, film formation by plasma CVD, etching, ashing, sputtering, or the like.

このプラズマ処理装置は、プラズマ16を用いて、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スパッタリング装置とも呼ばれる。スパッタリング装置のより具体例は以下に説明する。   This plasma processing apparatus uses plasma 16 to form a plasma CVD apparatus when forming a film by plasma CVD, a plasma etching apparatus when performing etching, a plasma ashing apparatus when performing ashing, and a sputtering when performing sputtering. Also called a device. More specific examples of the sputtering apparatus will be described below.

上記のようなアンテナ装置20を備えているスパッタリング装置の一例を図6、図7に示す。図6では、アンテナ30への高周波電流IR の給電部分は概念的に図示しており、アンテナ30の両端部付近は具体的には図7に示す構造をしている。 An example of a sputtering apparatus provided with the antenna device 20 as described above is shown in FIGS. In Figure 6, the feeding portion of the high frequency current I R of the antenna 30 is conceptually shown, near both ends of the antenna 30 is specifically has a structure shown in FIG.

このスパッタリング装置は、上記のようなアンテナ装置20を備えていて、それによって発生させたプラズマ16によってターゲット60をスパッタさせて基板10の表面に膜を形成する装置である。以下においては、図1、図2を参照して説明したプラズマ処理装置との相違点を主体に説明する。   This sputtering apparatus includes the antenna apparatus 20 as described above, and forms a film on the surface of the substrate 10 by sputtering the target 60 with the plasma 16 generated thereby. In the following, differences from the plasma processing apparatus described with reference to FIGS. 1 and 2 will be mainly described.

このスパッタリング装置は、真空容器2内であって基板10に対向する位置に設けられたターゲット60を備えている。ターゲット60は、この例では一例として、平面形状が長方形をしている。ターゲット60は、真空容器2の天井部に設けられたターゲットホルダ(バッキングプレート)62に保持されている。ターゲットホルダ62は、冷却水を流す通水路(図示省略)を内部に有しており、それによってターゲット60を水冷する構造になっている。ターゲットホルダ62と真空容器2との間には、真空シール機能を有する絶縁部52が設けられている。   This sputtering apparatus includes a target 60 provided in a position in the vacuum vessel 2 and facing the substrate 10. In this example, the target 60 has a rectangular planar shape as an example. The target 60 is held by a target holder (backing plate) 62 provided on the ceiling of the vacuum vessel 2. The target holder 62 has a water passage (not shown) for allowing cooling water to flow therein, thereby cooling the target 60 with water. An insulating part 52 having a vacuum sealing function is provided between the target holder 62 and the vacuum vessel 2.

ターゲット60の材質は、基板10の表面に形成する膜に応じたものにすれば良い。ターゲット60は、例えば、石英、アルミナ、IGZO(In −Ga −Zn −O組成を持つ酸化物半導体)、ZnO(酸化亜鉛)等である。   The material of the target 60 may be set according to the film formed on the surface of the substrate 10. The target 60 is, for example, quartz, alumina, IGZO (oxide semiconductor having an In—Ga—Zn—O composition), ZnO (zinc oxide), or the like.

ターゲット60には、ターゲットホルダ62を介して、ターゲットバイアス電源64が接続されている。ターゲットバイアス電源64は、この例では、ターゲット60に整合回路68を介して交流電圧を印加する交流電源66と、ターゲット60に負の直流電圧を印加する直流電源70と、両者を切り換える切換スイッチ72とを備えているが、交流電圧と直流電圧のいずれか一方のみを印加するものでも良い。交流電源66は、例えば、高周波電源40の出力よりも低い周波数(例えば10kHz〜100kHz程度)の低周波電源である。そのようにすると、高周波電源40を用いたプラズマ生成動作との干渉を避けることができる。   A target bias power supply 64 is connected to the target 60 via a target holder 62. In this example, the target bias power source 64 includes an AC power source 66 that applies an AC voltage to the target 60 via a matching circuit 68, a DC power source 70 that applies a negative DC voltage to the target 60, and a selector switch 72 that switches between the two. However, it is also possible to apply only one of an AC voltage and a DC voltage. The AC power supply 66 is, for example, a low frequency power supply having a frequency lower than the output of the high frequency power supply 40 (for example, about 10 kHz to 100 kHz). By doing so, interference with the plasma generation operation using the high frequency power supply 40 can be avoided.

ターゲット60の表面近傍に、前述したアンテナ装置20のアンテナ30が配置されている。より具体的には、2本のアンテナ30が、ターゲット60の各長辺に沿ってそれぞれ配置されている。各アンテナ30に(具体的にはその内部導体32に)、高周波電源40から整合回路42を介して高周波電流IR が並列に供給される。 In the vicinity of the surface of the target 60, the antenna 30 of the antenna device 20 described above is arranged. More specifically, two antennas 30 are arranged along each long side of the target 60. A high-frequency current I R is supplied in parallel to each antenna 30 (specifically to its internal conductor 32) from a high-frequency power supply 40 via a matching circuit 42.

なお、この例のように2本のアンテナ30を上記のように配置すると、ターゲット60の表面をより一様に利用することができるのでより好ましいけれども、1本のアンテナ30をターゲット60の片側の長辺に沿って配置しても良い。   Although it is preferable to arrange the two antennas 30 as described above as in this example because the surface of the target 60 can be used more uniformly, one antenna 30 is arranged on one side of the target 60. You may arrange | position along a long side.

真空容器2内に導入するガス8は、この例の場合はスパッタリング用のガスである。例えば、ガス8は、アルゴンガスである。反応性スパッタリングを行う場合は、ガス8は、アルゴンガスと活性ガス(例えば酸素ガス、窒素ガス等)との混合ガスである。   In this example, the gas 8 introduced into the vacuum vessel 2 is a sputtering gas. For example, the gas 8 is argon gas. When reactive sputtering is performed, the gas 8 is a mixed gas of argon gas and an active gas (for example, oxygen gas, nitrogen gas, etc.).

アンテナ装置20によって上記ガス8を電離させて、誘導結合型のプラズマ16を発生させる作用およびそれによる効果(簡単に言えば、プラズマ電位の上昇抑制、安定したプラズマ生成、プラズマ中の荷電粒子入射による膜に与えるダメージの抑制、アンテナ30からの熱輻射による基板10の温度上昇抑制等)は、前述したものと同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。アンテナ30のスパッタリングを抑制することができることによって、ターゲット60、基板10および基板10の表面に形成される膜の汚染を抑制することができる。   The operation of generating the inductively coupled plasma 16 by ionizing the gas 8 by the antenna device 20 and the effect thereof (in brief, the suppression of the plasma potential increase, stable plasma generation, and charged particle incidence in the plasma) The suppression of damage given to the film and the suppression of the temperature rise of the substrate 10 due to thermal radiation from the antenna 30 are the same as those described above, and thus detailed description thereof is omitted here. Since the sputtering of the antenna 30 can be suppressed, contamination of the target 60, the substrate 10, and the film formed on the surface of the substrate 10 can be suppressed.

このスパッタリング装置の場合、アンテナ装置20によって、ターゲット60の表面近傍に、誘導結合型のプラズマ16が生成される。このプラズマ16中のイオンを、例えば交流電源66および整合回路68からターゲット60に印加した交流電圧で引き込むことができ、それによってターゲット60の表面をスパッタさせて、ターゲット60に対向配置された基板10の表面に膜を形成(堆積)させることができる。ターゲット60が導電性の場合は、交流電圧に代えて、直流電源70からターゲット60に負の直流電圧を印加しても良い。   In the case of this sputtering apparatus, inductively coupled plasma 16 is generated near the surface of the target 60 by the antenna apparatus 20. The ions in the plasma 16 can be attracted by, for example, an AC voltage applied to the target 60 from the AC power supply 66 and the matching circuit 68, whereby the surface of the target 60 is sputtered and the substrate 10 disposed opposite to the target 60. A film can be formed (deposited) on the surface. When the target 60 is conductive, a negative DC voltage may be applied to the target 60 from the DC power supply 70 instead of the AC voltage.

このスパッタリング装置においては、誘導結合型のプラズマ生成によって、高密度のプラズマ16をターゲット60の表面近傍に広い範囲で生成することができるので、マグネトロン放電を利用するスパッタリング装置に比べて、ターゲット60の表面を広い範囲で一様に使用することができる。マグネトロン放電を利用する場合は、ターゲット表面は、電場と磁場が直交する特定領域のみがドーナツ状に削られるのに対して、このスパッタリング装置の場合はそのような制限はない。従って、ターゲット60の利用効率を高めることができる。   In this sputtering apparatus, high-density plasma 16 can be generated in a wide range near the surface of the target 60 by inductively coupled plasma generation, so that the target 60 has a higher density than the sputtering apparatus using magnetron discharge. The surface can be used uniformly over a wide range. When magnetron discharge is used, the target surface is cut into a donut shape only in a specific region where the electric field and the magnetic field are orthogonal to each other. In the case of this sputtering apparatus, there is no such limitation. Therefore, the utilization efficiency of the target 60 can be increased.

図8に示す例のように折り返した細長いコイル状のアンテナ30を有するアンテナ装置20をスパッタリング装置に用いる場合、アンテナ30は、折り返し前後の部分が左右方向(ターゲット60の表面に平行な方向)に位置するように配置するよりも、図9に示す例のように、折り返し前後の部分が上下方向(ターゲット60の表面に立てた垂線に平行な方向)に位置するように配置する方が好ましい。   When the antenna device 20 having the elongated coil-shaped antenna 30 that is folded back as in the example shown in FIG. 8 is used in the sputtering device, the antenna 30 has a portion before and after the folding in the left-right direction (direction parallel to the surface of the target 60). It is preferable to arrange so that the portions before and after the folding are positioned in the vertical direction (direction parallel to the vertical line standing on the surface of the target 60) as in the example shown in FIG.

そのようにすると、各アンテナ30が発生させる磁界(それを磁力線74で模式的に示している)はターゲット60の表面に沿う方向に広がるので、ターゲット60の表面に沿う広い領域で強い高周波磁界を発生させて、ターゲット60の表面に沿う広い領域で高密度のプラズマ16を発生させることができる。それによって、ターゲット60をより効果的にスパッタさせることができる。   In such a case, the magnetic field generated by each antenna 30 (which is schematically shown by the lines of magnetic force 74) spreads in the direction along the surface of the target 60, so that a strong high-frequency magnetic field is generated in a wide region along the surface of the target 60. It is possible to generate a high-density plasma 16 in a wide area along the surface of the target 60. Thereby, the target 60 can be sputtered more effectively.

また、複数のターゲット60を並べる場合(いわゆるマルチターゲットの場合)、二つのターゲット60の間に上記アンテナ30を一つずつ配置することによって、一つのアンテナ30をその左右両側の二つのターゲット60のスパッタリングに用いることができるので、構成の簡素化を図ることができる。   Further, when a plurality of targets 60 are arranged (in the case of so-called multi-target), one antenna 30 is arranged between two targets 60 one by one, so that one antenna 30 is connected to two targets 60 on both the left and right sides. Since it can be used for sputtering, the structure can be simplified.

なお、以上においては、ターゲット60の平面形状が長方形の場合を例示したけれども、ターゲット60の平面形状はそれに限られるものではない。例えば、ターゲット60の平面形状は、正方形、円形等でも良い。アンテナ30の形状は、直線状でも良いし、ターゲット60の平面形状に応じた形状でも良い。例えば、ターゲット60の平面形状が円形の場合は、アンテナ30の平面形状を円形にしても良い。   In addition, although the case where the planar shape of the target 60 was a rectangle was illustrated above, the planar shape of the target 60 is not limited thereto. For example, the planar shape of the target 60 may be a square, a circle, or the like. The shape of the antenna 30 may be a linear shape or a shape corresponding to the planar shape of the target 60. For example, when the planar shape of the target 60 is circular, the planar shape of the antenna 30 may be circular.

2 真空容器
10 基板
16 プラズマ
20 アンテナ装置
30 アンテナ
32 内部導体
34 外部導体
36 誘電体
38 冷却水
39 誘電体層
40 高周波電源
42 整合回路
60 ターゲット
2 Vacuum container 10 Substrate 16 Plasma 20 Antenna device 30 Antenna 32 Inner conductor 34 Outer conductor 36 Dielectric 38 Cooling water 39 Dielectric layer 40 High frequency power supply 42 Matching circuit 60 Target

Claims (4)

真空容器内において誘導結合型プラズマを発生させるためのアンテナ装置であって、
前記真空容器内に位置するアンテナ、当該アンテナに高周波電流を流す高周波電源および当該アンテナと高周波電源との間の整合を取る整合回路を備えており、
前記アンテナは、内部導体、その外側を少なくとも前記真空容器内に位置する全長に亘って覆う外部導体および当該内部導体と外部導体との間に設けられていて両導体間を電気絶縁する誘電体を有する同軸構造をしており、かつ当該内部導体および外部導体の少なくとも一方の内部に冷却水を流して当該アンテナを冷却する水冷構造をしており、
前記アンテナの内部導体の一端部に前記整合回路を介して前記高周波電源が接続され、当該内部導体の他端部は接地されており、
前記アンテナの外部導体は非磁性体から成り、かつ当該外部導体はその片端部のみで接地されている、ことを特徴とするアンテナ装置。
An antenna device for generating inductively coupled plasma in a vacuum vessel,
An antenna located in the vacuum vessel, a high-frequency power source for supplying a high-frequency current to the antenna, and a matching circuit for matching between the antenna and the high-frequency power source,
The antenna includes an inner conductor, an outer conductor that covers at least the entire length of the inner conductor located in the vacuum vessel, and a dielectric that is provided between the inner conductor and the outer conductor to electrically insulate between the two conductors. A water-cooling structure that cools the antenna by flowing cooling water into at least one of the inner conductor and the outer conductor,
The high frequency power source is connected to one end of the inner conductor of the antenna via the matching circuit, and the other end of the inner conductor is grounded,
The antenna device according to claim 1, wherein the outer conductor of the antenna is made of a non-magnetic material, and the outer conductor is grounded only at one end thereof.
前記アンテナは、前記外部導体の外側を少なくとも前記真空容器内に位置する全長に亘って覆う誘電体層を更に有している請求項1記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the antenna further includes a dielectric layer that covers the outer side of the outer conductor over at least the entire length located in the vacuum vessel. 請求項1または2記載のアンテナ装置を備えていて、それによって発生させたプラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置。   A plasma processing apparatus comprising the antenna device according to claim 1, wherein the substrate is processed using plasma generated thereby. 請求項1または2記載のアンテナ装置を備えていて、それによって発生させたプラズマによってターゲットをスパッタさせて基板の表面に膜を形成するスパッタリング装置。   A sputtering apparatus comprising the antenna device according to claim 1, wherein the target is sputtered by plasma generated thereby to form a film on the surface of the substrate.
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