JP2920054B2 - Plasma source - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は高真空中に設けられた
基板の表面に薄膜を形成したり、あるいは金属をドーピ
ングしたりするときに使用されるプラズマ源に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma source used for forming a thin film on a surface of a substrate provided in a high vacuum or for doping a metal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のプラズマ源は図２に示されてお
り、同図において、筒状のケーシング１の内側には、内
部がプラズマ室２ａになった筒状のプラズマセル２がこ
のケーシング１の内側と間隔を置くように取り付けら
れ、また、ケーシング１の先端部には中央部にアパーチ
ャ３ａをもつグリッド３がケーシング１の開口部を覆う
ように取り付けられている。ケーシング１の内側とプラ
ズマセル２との間には、高周波電源（図示せず）に接続
された高周波コイル４がプラズマセル２の外周を囲むよ
うに配置されている。2. Description of the Related Art A conventional plasma source is shown in FIG. 2, in which a cylindrical plasma cell 2 having a plasma chamber 2a is provided inside a cylindrical casing 1. A grid 3 having an aperture 3a at the center is attached to the tip of the casing 1 so as to cover the opening of the casing 1. A high-frequency coil 4 connected to a high-frequency power supply (not shown) is disposed between the inside of the casing 1 and the plasma cell 2 so as to surround the outer periphery of the plasma cell 2.
【０００３】なお、図中、５はプラズマセル２のプラズ
マ室２ａにガスを導入するガス導入口、６はフランジで
ある。In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a gas inlet for introducing a gas into the plasma chamber 2a of the plasma cell 2, and 6 denotes a flange.
【０００４】このようなプラズマ源において、真空容器
内を１０-4〜１０-5Ｔｏｒｒ程度にする一方で、プラズ
マセル２のプラズマ室２ａを１０-2〜１０-3Ｔｏｒｒ程
度にするようにガス導入口５よりガスを導入しながら、
高周波コイル４より高周波をプラズマセル２を通じてプ
ラズマ室２ａに導入すると、プラズマ室２ａに放電が起
こり、プラズマが生成される。このプラズマ室２ａに生
成されたプラズマ中のラジカルはグリッド３のアパーチ
ャ３ａよりプラズマ室２ａ外に噴出される。In such a plasma source, the gas inside the vacuum vessel is set to about 10 -4 to 10 -5 Torr while the plasma chamber 2a of the plasma cell 2 is set to about 10 -2 to 10 -3 Torr. While introducing gas from the inlet 5,
When a high frequency is introduced from the high frequency coil 4 into the plasma chamber 2a through the plasma cell 2, a discharge occurs in the plasma chamber 2a, and plasma is generated. Radicals in the plasma generated in the plasma chamber 2a are jetted out of the plasma chamber 2a from the aperture 3a of the grid 3.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ源は、
上記のようにプラズマ室２ａに生成されたプラズマ中の
ラジカルがグリッド３のアパーチャ３ａよりプラズマ室
２ａ外に噴出するだけであったから、高真空中に設けら
れた基板の表面に薄膜を形成したり、あるいは金属をド
ーピングしたりするときには、蒸発源を別個に設けなけ
ればならない問題があった。また、プラズマの発生機構
の原因より、プラズマの密度および安定性が低くて、動
作圧力も限られ、しかも、電力に対する効率が悪いた
め、ドーピング効率が低くなり、特に、高融点金属のド
ーピングが出来なくなる等の問題があった。SUMMARY OF THE INVENTION Conventional plasma sources are:
Since the radicals in the plasma generated in the plasma chamber 2a only squirt out of the plasma chamber 2a from the aperture 3a of the grid 3 as described above, a thin film may be formed on the surface of the substrate provided in a high vacuum. In addition, when doping a metal, there is a problem that a separate evaporation source must be provided. In addition, due to the plasma generation mechanism, the plasma density and stability are low, the operating pressure is limited, and the efficiency with respect to power is low, so that the doping efficiency is low, and in particular, the doping of high melting point metal can be performed. There were problems such as disappearance.
【０００６】この発明の目的は、従来の上記問題を解決
して、蒸発源を別個に設ける必要性なく、プラズマの密
度および安定性が高く、広くて安定した動作圧力の確保
ができ、しかも、電力に対する効率がよく、ドーピング
効率が向上し、高融点金属のドーピングが可能になるプ
ラズマ源を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems and to ensure a wide and stable operating pressure with a high plasma density and stability without the need to separately provide an evaporation source. It is an object of the present invention to provide a plasma source which is efficient with respect to electric power, improves doping efficiency, and enables doping of a high melting point metal.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のプラズマ源は、筒状のケーシングと、こ
のケーシングの先端部の内側にこの内側と間隔を置くよ
うに取り付けられた内部がプラズマ室になった有底形状
のプラズマセルと、このプラズマセルの外周に巻回され
た高周波コイルと、プラズマセルの底部背後に配置さ
れ、高周波コイルの軸線と平行な磁場を形成する永久磁
石と、プラズマセルのプラズマ室側の底部に取り付けた
スパッタターゲットとを備えたものである。In order to achieve the above object, a plasma source according to the present invention comprises a cylindrical casing, and an interior mounted inside the tip of the casing so as to be spaced from the interior. Is a plasma cell with a bottom that has become a plasma chamber, a high-frequency coil wound around the outer periphery of the plasma cell, and a permanent magnet that is arranged behind the bottom of the plasma cell and forms a magnetic field parallel to the axis of the high-frequency coil And a sputter target attached to the bottom of the plasma cell on the plasma chamber side.
【０００８】[0008]
【作用】この発明においては、プラズマセルの外周に高
周波コイルを巻回するとともに、プラズマセルの底部背
後に高周波コイルの軸線と平行な磁場を形成する永久磁
石を配置しているので、プラズマ室にヘリコン波が発生
するようになり、このヘリコン波のエネルギーがランダ
ウ減衰によりプラズマ中の電子に効率よく伝わるように
なる。そのため、プラズマ室に生成されるプラズマの密
度が高く、安定性が向上し、広くて安定した動作圧力の
確保ができ、しかも、電力に対する効率がよくなる。こ
のようなプラズマ中のラジカルは、グリッドのアパーチ
ャ、引き出し電極のアパーチャおよびアース電極のアパ
ーチャよりプラズマ室外に噴出されるようになる。ま
た、プラズマセルのプラズマ室側の底部にスパッタター
ゲットを取り付けているので、プラズマ室に生成された
プラズマ中のイオンはスパッタターゲットをスパッタす
るようになる。そのため、スパッタ粒子は、プラズマ中
のラジカルと同様に、グリッドのアパーチャ、引き出し
電極のアパーチャおよびアース電極のアパーチャよりプ
ラズマ室外に噴出され、プラズマ室外の高真空中に設け
られた基板の表面に薄膜を形成したり、あるいは金属を
ドーピングしたりするようになる。したがって、ドーピ
ングに際しては、ドーピング効率が向上し、高融点金属
のドーピングが可能になる。In the present invention, a high-frequency coil is wound around the outer periphery of the plasma cell, and a permanent magnet that forms a magnetic field parallel to the axis of the high-frequency coil is disposed behind the bottom of the plasma cell. Helicon waves are generated, and the energy of the helicon waves is efficiently transmitted to electrons in the plasma due to Landau attenuation. Therefore, the density of the plasma generated in the plasma chamber is high, the stability is improved, a wide and stable operating pressure can be secured, and the efficiency with respect to electric power is improved. Such radicals in the plasma are jetted out of the plasma chamber from the aperture of the grid, the aperture of the extraction electrode, and the aperture of the ground electrode. Further, since the sputter target is attached to the bottom of the plasma cell on the plasma chamber side, ions in the plasma generated in the plasma chamber sputter the sputter target. Therefore, like the radicals in the plasma, the sputtered particles are jetted out of the plasma chamber from the aperture of the grid, the aperture of the extraction electrode and the aperture of the earth electrode, and form a thin film on the surface of the substrate provided in a high vacuum outside the plasma chamber. Or doping with metal. Therefore, at the time of doping, doping efficiency is improved, and doping of a high melting point metal becomes possible.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。この発明の実施例のプラズマ源は図
１に示されており、同図において、筒状のケーシング２
１の先端部の内側にはこの内側と間隔を置くように内部
がプラズマ室２２ａになった耐熱性および絶縁性を有す
る有底形状のプラズマセル２２が取り付けられている。
プラズマセル２２の開口部にはこれを覆うように中央部
にアパーチャ２３ａをもつグリッド２３が取り付けられ
ている。グリッド２３の前面には絶縁物２４を介して中
央部にアパーチャ２５ａをもつ引き出し電極２５が取り
付けられ、更に、その引き出し電極２５の前面には絶縁
物２６を介して中央部にアパーチャ２７ａをもつアース
電極２７が取り付けられており、各アパーチャ２３ａ、
２５ａ、２７ａはケーシング２１の軸線上に一列になっ
ている。プラズマセル２２の外周には、高周波電源２８
に接続された高周波コイル２９が巻回されている。プラ
ズマセル２２の底部背後には高周波コイル２９の軸線と
平行な磁場を形成するように永久磁石３０が高周波コイ
ル２９の軸線と一致するケーシング２１の軸線上に配置
されている。プラズマセル２２のプラズマ室２２ａ側の
底部にはスパッタターゲット３５が取り付けられてい
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A plasma source according to an embodiment of the present invention is shown in FIG.
A plasma cell 22 having a heat-resistant and insulating bottom and having a plasma chamber 22a inside is attached to the inside of the front end of the first so as to be spaced from the inside.
A grid 23 having an aperture 23a at the center is attached to the opening of the plasma cell 22 so as to cover the opening. An extraction electrode 25 having an aperture 25a at the center is attached to the front surface of the grid 23 via an insulator 24. Further, an earth 27 having an aperture 27a at the center is provided on the front surface of the extraction electrode 25 via an insulator 26. An electrode 27 is attached, and each aperture 23a,
25a and 27a are arranged in a line on the axis of the casing 21. A high frequency power supply 28
The high-frequency coil 29 connected to is wound. Behind the bottom of the plasma cell 22, a permanent magnet 30 is arranged on the axis of the casing 21 which coincides with the axis of the high frequency coil 29 so as to form a magnetic field parallel to the axis of the high frequency coil 29. A sputter target 35 is attached to the bottom of the plasma cell 22 on the side of the plasma chamber 22a.
【００１０】なお、図中、３１はプラズマセル２２のプ
ラズマ室２２ａにガスを導入するガス導入口、３２はガ
ス導入口に連通するガス導入管、３３は永久磁石３０を
支持する磁石ホルダー、３４は真空容器、３６は基板で
ある。In the figure, 31 is a gas inlet for introducing gas into the plasma chamber 22a of the plasma cell 22, 32 is a gas inlet tube communicating with the gas inlet, 33 is a magnet holder for supporting the permanent magnet 30, 34 Is a vacuum container, and 36 is a substrate.
【００１１】このような実施例においては、プラズマセ
ル２２の外周に高周波コイル２９を巻回するとともに、
プラズマセル２２の底部背後に高周波コイル２９の軸線
と平行な磁場を形成する永久磁石３０を配置しているの
で、プラズマ室２２ａにヘリコン波が発生するようにな
り、このヘリコン波のエネルギーがランダウ減衰により
プラズマ中の電子に効率よく伝わるようになる。そのた
め、プラズマ室２２ａに生成されるプラズマの密度が高
くなる。In such an embodiment, a high-frequency coil 29 is wound around the outer periphery of the plasma cell 22,
Since the permanent magnet 30 that forms a magnetic field parallel to the axis of the high-frequency coil 29 is disposed behind the bottom of the plasma cell 22, a helicon wave is generated in the plasma chamber 22a, and the energy of the helicon wave is reduced by Landau attenuation. As a result, electrons are efficiently transmitted to the electrons in the plasma. Therefore, the density of the plasma generated in the plasma chamber 22a increases.
【００１２】また、プラズマセル２２の開口部にはこれ
を覆うように中央部にアパーチャ２３ａをもつグリッド
２３が取り付けられているので、真空容器３４内が１０
-5Ｔｏｒｒ以下の高真空であっても、プラズマ室２２ａ
に放電を起こし、プラズマの安定性が向上し、広くて安
定した動作圧力の確保ができ、しかも、電力に対する効
率がよくなる。A grid 23 having an aperture 23a at the center is attached to the opening of the plasma cell 22 so as to cover the opening.
The plasma chamber 22a even at a high vacuum of -5 Torr or less
, A plasma is improved, the stability of the plasma is improved, a wide and stable operating pressure can be secured, and the efficiency with respect to electric power is improved.
【００１３】更に、グリッド２３の前面には絶縁物２４
を介して中央部にアパーチャ２５ａをもつ引き出し電極
２５が取り付けられ、その引き出し電極２５の前面には
絶縁物２６を介して中央部にアパーチャ２７ａをもつア
ース電極２７が取り付けられており、各アパーチャ２３
ａ、２５ａ、２７ａはケーシング２１の軸線上に一列に
なっているので、プラズマ中のラジカルは、各アパーチ
ャ２３ａ、２５ａ、２７ａよりプラズマ室２２ａ外に噴
出されるようになる。Further, an insulator 24 is provided on the front surface of the grid 23.
An extraction electrode 25 having an aperture 25a at the center is attached via a through hole. A ground electrode 27 having an aperture 27a at the center is attached to the front surface of the extraction electrode 25 via an insulator 26.
Since a, 25a, and 27a are arranged in a line on the axis of the casing 21, the radicals in the plasma are jetted out of the plasma chamber 22a from the apertures 23a, 25a, and 27a.
【００１４】また、プラズマセル２２のプラズマ室２２
ａ側の底部にスパッタターゲット３５を取り付けている
ので、プラズマ室２２ａに生成されたプラズマ中のイオ
ンはスパッタターゲット３５をスパッタするようにな
る。そのため、スパッタ粒子は、プラズマ中のラジカル
と同様に、各アパーチャ２３ａ、２５ａ、２７ａよりプ
ラズマ室２２ａ外に噴出され、プラズマ室２２ａ外の高
真空中に設けられた基板３６の表面に薄膜を形成した
り、あるいは金属をドーピングしたりするようになる。
したがって、ドーピングに際しては、ドーピング効率が
向上し、高融点金属のドーピングが可能になる。The plasma chamber 22 of the plasma cell 22
Since the sputter target 35 is attached to the bottom on the side a, the ions in the plasma generated in the plasma chamber 22a sputter the sputter target 35. Therefore, the sputtered particles are jetted out of the plasma chamber 22a from the apertures 23a, 25a, and 27a similarly to the radicals in the plasma, and form a thin film on the surface of the substrate 36 provided in a high vacuum outside the plasma chamber 22a. Or doping with metal.
Therefore, at the time of doping, doping efficiency is improved, and doping of a high melting point metal becomes possible.
【００１５】[0015]
【発明の効果】この発明は、プラズマセルの外周に高周
波コイルを巻回するとともに、プラズマセルの底部背後
に高周波コイルの軸線と平行な磁場を形成する永久磁石
を配置しているので、プラズマ室にヘリコン波が発生す
るようになり、このヘリコン波のエネルギーがランダウ
減衰によりプラズマ中の電子に効率よく伝わるようにな
る。そのため、プラズマ室に生成されるプラズマの密度
が高く、安定性が向上し、広くて安定した動作圧力の確
保ができ、しかも、電力に対する効率がよくなる。この
ようなプラズマ中のラジカルは、グリッドのアパーチ
ャ、引き出し電極のアパーチャおよびアース電極のアパ
ーチャよりプラズマ室外に噴出されるようになる。ま
た、プラズマセルのプラズマ室側の底部にスパッタター
ゲットを取り付けているので、プラズマ室に生成された
プラズマ中のイオンはスパッタターゲットをスパッタす
るようになる。そのため、スパッタ粒子は、プラズマ中
のラジカルと同様に、グリッドのアパーチャ、引き出し
電極のアパーチャおよびアース電極のアパーチャよりプ
ラズマ室外に噴出され、プラズマ室外の高真空中に設け
られた基板の表面に薄膜を形成したり、あるいは金属を
ドーピングしたりするようになる。したがって、ドーピ
ングに際しては、ドーピング効率が向上し、高融点金属
のドーピングが可能になる。According to the present invention, the high frequency coil is wound around the outer periphery of the plasma cell, and the permanent magnet which forms a magnetic field parallel to the axis of the high frequency coil is arranged behind the bottom of the plasma cell. A helicon wave is generated, and the energy of the helicon wave is efficiently transmitted to electrons in the plasma due to Landau attenuation. Therefore, the density of the plasma generated in the plasma chamber is high, the stability is improved, a wide and stable operating pressure can be secured, and the efficiency with respect to electric power is improved. Such radicals in the plasma are jetted out of the plasma chamber from the aperture of the grid, the aperture of the extraction electrode, and the aperture of the ground electrode. Further, since the sputter target is attached to the bottom of the plasma cell on the plasma chamber side, ions in the plasma generated in the plasma chamber sputter the sputter target. Therefore, like the radicals in the plasma, the sputtered particles are jetted out of the plasma chamber from the aperture of the grid, the aperture of the extraction electrode and the aperture of the earth electrode, and form a thin film on the surface of the substrate provided in a high vacuum outside the plasma chamber. Or doping with metal. Therefore, at the time of doping, doping efficiency is improved, and doping of a high melting point metal becomes possible.
【図１】この発明の実施例の説明図FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention.
【図２】従来のプラズマ源の説明図FIG. 2 is an explanatory view of a conventional plasma source.
２１・・・・・・・ケーシング ２２・・・・・・・プラズマセル ２２ａ・・・・・・プラズマ室 ２３・・・・・・・グリッド ２３ａ・・・・・・アパーチャ ２４・・・・・・・絶縁物 ２５・・・・・・・引き出し電極 ２５ａ・・・・・・アパーチャ ２６・・・・・・・絶縁物 ２７・・・・・・・アース電極 ２７ａ・・・・・・アパーチャ ２８・・・・・・・高周波電源 ２９・・・・・・・高周波コイル ３０・・・・・・・永久磁石 ３１・・・・・・・ガス導入口 ３２・・・・・・・ガス導入管 ３３・・・・・・・磁石ホルダ ３４・・・・・・・真空容器 ３５・・・・・・・スパッタターゲット ３６・・・・・・・基板 21: Casing 22: Plasma cell 22a: Plasma chamber 23: Grid 23a: Aperture 24: ... Insulator 25 ... Lead-out electrode 25a ... Aperture 26 ... Insulator 27 ... Earth electrode 27a ... Aperture 28 High-frequency power supply 29 High-frequency coil 30 Permanent magnet 31 Gas inlet 32 Gas inlet tube 33 ... Magnet holder 34 ... Vacuum container 35 ... Sputter target 36 ... Substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｚ (72)発明者 深沢 博之 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地日本真空 技術株式会社内 (56)参考文献 特表 平５−507963（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05H 1/46 H01J 27/18 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01J 37/317 H01J 37/317 Z (72) Inventor Hiroyuki Fukasawa 2500 Hagizono, Chigasaki-shi, Kanagawa Japan Nippon Vacuum Engineering Co., Ltd. (56) References Tokuhyo Hei 5-507963 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H05H 1/46 H01J 27/18
Claims (1)
端部の内側にこの内側と間隔を置くように取り付けられ
た内部がプラズマ室になった有底形状のプラズマセル
と、このプラズマセルの外周に巻回された高周波コイル
と、プラズマセルの底部背後に配置され、高周波コイル
の軸線と平行な磁場を形成する永久磁石と、プラズマセ
ルのプラズマ室側の底部に取り付けたスパッタターゲッ
トとを備えたプラズマ源。1. A bottomed plasma cell having a cylindrical casing, a plasma chamber formed inside the distal end of the casing so as to be spaced from the interior, and an outer periphery of the plasma cell. A high frequency coil wound around the plasma cell, a permanent magnet disposed behind the bottom of the plasma cell to form a magnetic field parallel to the axis of the high frequency coil, and a sputter target attached to the bottom of the plasma cell on the plasma chamber side. Plasma source.
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| JPH07142198A JPH07142198A (en) | 1995-06-02 |
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