JP2930552B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置Info
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
たプロセスにおけるプラズマ処理方法及びプラズマ処理
装置に関し、高密度プラズマを維持しながら、大面積プ
ロセス処理を実現できるように工夫したものである。
たプロセスにおけるプラズマ処理方法及びプラズマ処理
装置に関し、高密度プラズマを維持しながら、大面積プ
ロセス処理を実現できるように工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】ヘリコン波(磁場中のプラズマを伝播す
る電磁波)によるプラズマ生成法は、R.W.Boswell によ
って初めて示され(Phys.Lett.vol.33A.No.7(1970)45
7)、F.F.Chenらによってその生成機構が解明されつつあ
り(例えば、Plasma Physics andControlled Fusion.vo
l.33,No.4(1991)339)、プラズマ生成法として公知のも
のである。この生成法は、従来のプラズマ生成法である
無磁場中の高周波放電や電子サイクロトロン共鳴法等に
比べてより高い電子密度を有するプラズマを生成できる
特長を持つ。この特長を利用して、成膜又はエッチング
速度の向上を狙い、プラズマCVD装置、プラズマエッ
チング装置が開発されている。
る電磁波)によるプラズマ生成法は、R.W.Boswell によ
って初めて示され(Phys.Lett.vol.33A.No.7(1970)45
7)、F.F.Chenらによってその生成機構が解明されつつあ
り(例えば、Plasma Physics andControlled Fusion.vo
l.33,No.4(1991)339)、プラズマ生成法として公知のも
のである。この生成法は、従来のプラズマ生成法である
無磁場中の高周波放電や電子サイクロトロン共鳴法等に
比べてより高い電子密度を有するプラズマを生成できる
特長を持つ。この特長を利用して、成膜又はエッチング
速度の向上を狙い、プラズマCVD装置、プラズマエッ
チング装置が開発されている。
【0003】例えば、プラズマCVDにおいて、成膜に
寄与するラジカルの生成量は、母ガスの分子数、電子密
度、解離速度の積に比例する。解離速度は解離断面積と
電子の熱速度の積であり、電子温度の関数となる。従っ
て、プラズマ中における電子温度がほぼ変化せず解離速
度を一定とすれば、電子密度を高くすることによってラ
ジカル密度を高くできる。すなわち、そのラジカルを元
にする2次化学反応の粒子数を増加させることができ、
結果的に成膜速度が向上する。
寄与するラジカルの生成量は、母ガスの分子数、電子密
度、解離速度の積に比例する。解離速度は解離断面積と
電子の熱速度の積であり、電子温度の関数となる。従っ
て、プラズマ中における電子温度がほぼ変化せず解離速
度を一定とすれば、電子密度を高くすることによってラ
ジカル密度を高くできる。すなわち、そのラジカルを元
にする2次化学反応の粒子数を増加させることができ、
結果的に成膜速度が向上する。
【0004】図10にヘリコン波によるプラズマ生成を
行ない、プラズマプロセスを行なうための典型的な従来
装置を示す。同図に示すように、真空容器2と内空間を
共通とする誘電体管1の周囲に、単数又は複数のソレノ
イド状の磁場発生用コイル5が設置され、更に誘電体管
1の周囲には、アンテナ3が例えばループ状に巻き付け
て設置されている。この磁場発生用コイル5によって磁
場が誘起され、磁力線の向き8が生じる。アンテナ3と
高周波電源4が整合器13を介して接続される。真空容
器2の周囲には、マルチカスプ磁場発生用永久磁石11
が設置されている。又、真空容器2中に被処理基体6が
磁力線方向と垂直に設置される。
行ない、プラズマプロセスを行なうための典型的な従来
装置を示す。同図に示すように、真空容器2と内空間を
共通とする誘電体管1の周囲に、単数又は複数のソレノ
イド状の磁場発生用コイル5が設置され、更に誘電体管
1の周囲には、アンテナ3が例えばループ状に巻き付け
て設置されている。この磁場発生用コイル5によって磁
場が誘起され、磁力線の向き8が生じる。アンテナ3と
高周波電源4が整合器13を介して接続される。真空容
器2の周囲には、マルチカスプ磁場発生用永久磁石11
が設置されている。又、真空容器2中に被処理基体6が
磁力線方向と垂直に設置される。
【0005】この様な状態で、真空容器2内にプラズマ
プロセスの目的に応じたガスを目的の圧力で充填する。
次に、磁場発生用コイル5に電流を流し磁場を誘起す
る。磁力線の向き8は本図と逆方向でも構わない。磁場
発生用コイル5から外れた真空容器2の付近では、磁力
線は発散し拡散磁場9を形成する。
プロセスの目的に応じたガスを目的の圧力で充填する。
次に、磁場発生用コイル5に電流を流し磁場を誘起す
る。磁力線の向き8は本図と逆方向でも構わない。磁場
発生用コイル5から外れた真空容器2の付近では、磁力
線は発散し拡散磁場9を形成する。
【0006】次に、高周波電源4からアンテナ3に高周
波電力を印加しヘリコン波を励起すると、磁力線と平行
にヘリコン波が矢印12方向に伝搬する。ヘリコン波が
伝搬する空間において高密度なプラズマ10が生成され
る。磁力線方向に拡散するプラズマ10はやがて拡散磁
場に沿って真空容器2内で拡がる。通常、マルチカスプ
磁場を発生させる永久磁石11を真空容器2の外周に設
置することで、拡散したプラズマが真空容器2の壁に衝
突し消滅することを防いでいる。拡散磁場雰囲気に設置
されている被処理基体は、基体表面上のイオン、ラジカ
ル等の化学反応によって目的の処理を受ける。
波電力を印加しヘリコン波を励起すると、磁力線と平行
にヘリコン波が矢印12方向に伝搬する。ヘリコン波が
伝搬する空間において高密度なプラズマ10が生成され
る。磁力線方向に拡散するプラズマ10はやがて拡散磁
場に沿って真空容器2内で拡がる。通常、マルチカスプ
磁場を発生させる永久磁石11を真空容器2の外周に設
置することで、拡散したプラズマが真空容器2の壁に衝
突し消滅することを防いでいる。拡散磁場雰囲気に設置
されている被処理基体は、基体表面上のイオン、ラジカ
ル等の化学反応によって目的の処理を受ける。
【0007】ところがこのような装置では、例えば成膜
する場合、プラズマが拡散するので被処理基体6の近傍
において電子密度が低下するという不具合がある。ま
た、拡散磁場雰囲気でも、磁力線に沿って運動してきた
イオン等が被処理基体6に入射するので、成膜よりもエ
ッチングの効果が大きくなり成膜できないという不具合
がある。或いは成膜速度が遅くなるという不具合があ
る。例えばこのような例として、T.Mieno らによる炭素
成膜の報告(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31(1992)1879,Part
1,No.6A,June 1992) がある。更に大面積化しようとす
ると、電子密度の低下及び不均一分布の発生が問題とな
る。
する場合、プラズマが拡散するので被処理基体6の近傍
において電子密度が低下するという不具合がある。ま
た、拡散磁場雰囲気でも、磁力線に沿って運動してきた
イオン等が被処理基体6に入射するので、成膜よりもエ
ッチングの効果が大きくなり成膜できないという不具合
がある。或いは成膜速度が遅くなるという不具合があ
る。例えばこのような例として、T.Mieno らによる炭素
成膜の報告(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31(1992)1879,Part
1,No.6A,June 1992) がある。更に大面積化しようとす
ると、電子密度の低下及び不均一分布の発生が問題とな
る。
【0008】このような不具合への対策例として、特開
平6−283470号に記載されている装置がある。こ
れを図11に示す。これは、大面積プラズマ処理を狙い
として、図10に示した装置を磁力線方向を同じくして
左右対象に配置し、その間に被処理基体6を磁力線方向
と平行に設置したものである。この様子を図11に示
す。但し、マルチカスプ磁場発生用永久磁石11はな
い。この場合、磁力線の向き8と同じ向きにヘリコン波
を矢印12方向に伝搬させ、つまり相対する向きにヘリ
コン波が伝搬するようになる。このヘリコン波伝搬領域
においてプラズマ生成がなされる。
平6−283470号に記載されている装置がある。こ
れを図11に示す。これは、大面積プラズマ処理を狙い
として、図10に示した装置を磁力線方向を同じくして
左右対象に配置し、その間に被処理基体6を磁力線方向
と平行に設置したものである。この様子を図11に示
す。但し、マルチカスプ磁場発生用永久磁石11はな
い。この場合、磁力線の向き8と同じ向きにヘリコン波
を矢印12方向に伝搬させ、つまり相対する向きにヘリ
コン波が伝搬するようになる。このヘリコン波伝搬領域
においてプラズマ生成がなされる。
【0009】しかし、このような装置においてプラズマ
を生成すると、磁場発生用コイル5から外れた場所、即
ち被処理基体6を設置している場所では、被処理基体6
の面積が大きくなるほど、つまり磁場発生用コイル5か
ら離れた場所ほどプラズマ密度が低下する、と同時に磁
力線方向に不均一な密度分布となるので、大面積プラズ
マ処理を高速かつ均一に実現することが困難になる。
を生成すると、磁場発生用コイル5から外れた場所、即
ち被処理基体6を設置している場所では、被処理基体6
の面積が大きくなるほど、つまり磁場発生用コイル5か
ら離れた場所ほどプラズマ密度が低下する、と同時に磁
力線方向に不均一な密度分布となるので、大面積プラズ
マ処理を高速かつ均一に実現することが困難になる。
【0010】また別の例として、特開平3−68773
号に記載されている装置がある。これを図12に示す。
これも上記応用例とほぼ同じものだが、真空容器2の周
囲にマルチカスプ磁場発生用永久磁石11ではなく、磁
場発生用コイル5が設置されている点が異なる。この場
合、被処理基体6が設置されている部分においてプラズ
マ密度が低下したり、磁力線方向に不均一な密度分布と
なることは避けられるが、磁場発生用コイル5に囲まれ
た真空容器2内に被処理基体6を設置するので、これを
設置できる面積に制限が生じ、大面積プラズマ処理が困
難になる。
号に記載されている装置がある。これを図12に示す。
これも上記応用例とほぼ同じものだが、真空容器2の周
囲にマルチカスプ磁場発生用永久磁石11ではなく、磁
場発生用コイル5が設置されている点が異なる。この場
合、被処理基体6が設置されている部分においてプラズ
マ密度が低下したり、磁力線方向に不均一な密度分布と
なることは避けられるが、磁場発生用コイル5に囲まれ
た真空容器2内に被処理基体6を設置するので、これを
設置できる面積に制限が生じ、大面積プラズマ処理が困
難になる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記のような問題点が
発生する理由は、被処理基体を設置している場所では磁
場が拡散していること、磁場の拡散を防ぐために磁場発
生用コイルを真空容器周囲に設置すると、そのコイル径
寸法から被処理基体を設置できる面積が制約されるこ
と、磁力線の向きと同じ向きにつまり相対する向きに左
右から独立して伝搬してくる電磁波によってプラズマが
生成されること、磁力線に沿って被処理基体にイオンが
入射すること、が挙げられる。
発生する理由は、被処理基体を設置している場所では磁
場が拡散していること、磁場の拡散を防ぐために磁場発
生用コイルを真空容器周囲に設置すると、そのコイル径
寸法から被処理基体を設置できる面積が制約されるこ
と、磁力線の向きと同じ向きにつまり相対する向きに左
右から独立して伝搬してくる電磁波によってプラズマが
生成されること、磁力線に沿って被処理基体にイオンが
入射すること、が挙げられる。
【0012】つまり、従来装置を用いると、高速処理を
狙ったヘリコン波による高密度プラズマを、均一に生成
・維持しながら、大面積プロセス処理のために有効に活
かせないという不具合がある。
狙ったヘリコン波による高密度プラズマを、均一に生成
・維持しながら、大面積プロセス処理のために有効に活
かせないという不具合がある。
【0013】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、ヘリコン波によって生成された高密度プラ
ズマを維持しながら、大面積プロセス処理を実現するプ
ラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することを
目的としている。
れたもので、ヘリコン波によって生成された高密度プラ
ズマを維持しながら、大面積プロセス処理を実現するプ
ラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することを
目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、誘電体管が内空間を共通とするように接続される
とともに内空間に被処理基体が配置される真空容器と、
誘電体管の周囲に設置したアンテナと、アンテナに整合
器を介して接続した高周波電源と、誘電体管及び真空容
器の内空間に磁場を発生させる機能を有し同軸上に設置
した複数の磁場発生用コイルとを具備し、アンテナに印
加する高周波エネルギーを動力とするプラズマを生成し
て被処理基体に処理をするプラズマ処理方法において、
複数の磁場発生用コイルによって誘起される磁力線の向
きを同一とし、アンテナによって誘起されるヘリコン波
をこの磁力線方向に伝搬させて高密度のプラズマを生成
し、高密度のプラズマと真空容器の壁の間に、かつ、磁
力線と交叉しない方向に被処理基体を設置してプラズマ
処理することを特徴とする。
明は、誘電体管が内空間を共通とするように接続される
とともに内空間に被処理基体が配置される真空容器と、
誘電体管の周囲に設置したアンテナと、アンテナに整合
器を介して接続した高周波電源と、誘電体管及び真空容
器の内空間に磁場を発生させる機能を有し同軸上に設置
した複数の磁場発生用コイルとを具備し、アンテナに印
加する高周波エネルギーを動力とするプラズマを生成し
て被処理基体に処理をするプラズマ処理方法において、
複数の磁場発生用コイルによって誘起される磁力線の向
きを同一とし、アンテナによって誘起されるヘリコン波
をこの磁力線方向に伝搬させて高密度のプラズマを生成
し、高密度のプラズマと真空容器の壁の間に、かつ、磁
力線と交叉しない方向に被処理基体を設置してプラズマ
処理することを特徴とする。
【0015】また本発明の構成は、被処理基体を真空境
界を破らずに真空容器の外空間から内空間に連続的に供
給し、真空容器内を通過後、同じく真空容器の外空間に
連続的に排出することによって、シート状の長尺の被処
理基体を処理することを特徴とする。
界を破らずに真空容器の外空間から内空間に連続的に供
給し、真空容器内を通過後、同じく真空容器の外空間に
連続的に排出することによって、シート状の長尺の被処
理基体を処理することを特徴とする。
【0016】また本発明の構成は、誘電体管又は真空容
器、又は双方の周囲に、その磁力線が、磁場発生用コイ
ルによって誘起された磁力線と同じ向きを有するように
配置した永久磁石を具備し、磁場発生用コイルによって
誘起した磁力線の分布を補整することにより、均一分布
をもつプラズマを生成することを特徴とする。
器、又は双方の周囲に、その磁力線が、磁場発生用コイ
ルによって誘起された磁力線と同じ向きを有するように
配置した永久磁石を具備し、磁場発生用コイルによって
誘起した磁力線の分布を補整することにより、均一分布
をもつプラズマを生成することを特徴とする。
【0017】また本発明の構成は、誘電体管が内空間を
共通とするように接続されるとともに内空間に被処理基
体が配置される真空容器と、誘電体管の周囲に設置した
アンテナと、アンテナに整合器を介して接続した高周波
電源と、誘電体管及び真空容器の内空間に磁場を発生さ
せる機能を有し同軸上に設置した複数の磁場発生用コイ
ルとを具備し、アンテナに印加する高周波エネルギーを
動力とするプラズマを生成して被処理基体に処理をする
プラズマ処理装置において、複数の前記磁場発生用コイ
ルは、それぞれ誘起する磁力線の向きを同一とする位置
に配置され、前記アンテナは、プラズマ生成のため誘起
するヘリコン波を前記磁力線方向に伝搬させる位置に配
置され、プラズマ処理される前記被処理基体は、高密度
のプラズマと真空容器の壁の間に、かつ、磁力線と交叉
しない方向に配置されることを特徴とする。
共通とするように接続されるとともに内空間に被処理基
体が配置される真空容器と、誘電体管の周囲に設置した
アンテナと、アンテナに整合器を介して接続した高周波
電源と、誘電体管及び真空容器の内空間に磁場を発生さ
せる機能を有し同軸上に設置した複数の磁場発生用コイ
ルとを具備し、アンテナに印加する高周波エネルギーを
動力とするプラズマを生成して被処理基体に処理をする
プラズマ処理装置において、複数の前記磁場発生用コイ
ルは、それぞれ誘起する磁力線の向きを同一とする位置
に配置され、前記アンテナは、プラズマ生成のため誘起
するヘリコン波を前記磁力線方向に伝搬させる位置に配
置され、プラズマ処理される前記被処理基体は、高密度
のプラズマと真空容器の壁の間に、かつ、磁力線と交叉
しない方向に配置されることを特徴とする。
【0018】また本発明の構成は、被処理基体を真空境
界を破らずに真空容器の外空間から内空間に連続的に供
給し、真空容器内を通過後、同じく真空容器の外空間に
連続的に排出する機構を備えたことを特徴とする。
界を破らずに真空容器の外空間から内空間に連続的に供
給し、真空容器内を通過後、同じく真空容器の外空間に
連続的に排出する機構を備えたことを特徴とする。
【0019】また本発明の構成は、誘電体管又は真空容
器、又は双方の周囲に、その磁力線が、磁場発生用コイ
ルによって誘起された磁力線と同じ向きを有するように
配置することによって磁場発生用コイルによって誘起し
た磁力線の分布を補整して均一分布をもつプラズマを生
成させる永久磁石を具備したこことを特徴とする。
器、又は双方の周囲に、その磁力線が、磁場発生用コイ
ルによって誘起された磁力線と同じ向きを有するように
配置することによって磁場発生用コイルによって誘起し
た磁力線の分布を補整して均一分布をもつプラズマを生
成させる永久磁石を具備したこことを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】上記のように、従来のプラズマ処
理装置では、被処理基体が設置されている部分において
拡散磁場が発生してしまうこと、拡散磁場を形成しない
ためにはプラズマ処理面積を制限する磁場発生用コイル
が必要なこと、アンテナによって励起されたヘリコン波
が拡散磁場に沿って相対する向きに伝搬すること、被処
理基体と磁力線が交叉すること、が不具合の原因と考え
られた。
理装置では、被処理基体が設置されている部分において
拡散磁場が発生してしまうこと、拡散磁場を形成しない
ためにはプラズマ処理面積を制限する磁場発生用コイル
が必要なこと、アンテナによって励起されたヘリコン波
が拡散磁場に沿って相対する向きに伝搬すること、被処
理基体と磁力線が交叉すること、が不具合の原因と考え
られた。
【0021】そこで、被処理基体の面積が広くなっても
その部分に拡散磁場を作らない、複数の磁場発生機構に
よって誘起される磁力線の向きを同じくする、拡散磁場
以外の磁場配位を利用する、もし拡散部分が存在しても
その部分を補整するような磁場印加方法を利用する、複
数のアンテナによって励起されるヘリコン波の伝搬向き
を同一とする、被処理基体と磁力線を交叉させない、こ
とによって課題解決の手段と考えた。
その部分に拡散磁場を作らない、複数の磁場発生機構に
よって誘起される磁力線の向きを同じくする、拡散磁場
以外の磁場配位を利用する、もし拡散部分が存在しても
その部分を補整するような磁場印加方法を利用する、複
数のアンテナによって励起されるヘリコン波の伝搬向き
を同一とする、被処理基体と磁力線を交叉させない、こ
とによって課題解決の手段と考えた。
【0022】すなわち、本発明に係わるプラズマ処理装
置は、(A)誘電体管が内空間を共通とするように接続
された真空容器と、(B)誘電体管の周囲に設置したア
ンテナと、(C)アンテナに接続した高周波電源と、
(D)同軸上に設置した複数の磁場発生用コイルと、
(E)真空容器内に被処理基体とを具備し、(F)アン
テナに印加する高周波エネルギーを動力とするプラズマ
生成において、複数の磁場発生用コイルによって誘起さ
れる磁力線の向きを同一とし、アンテナによって誘起さ
れるヘリコン波をこの磁力線方向に伝搬させることを特
徴とする。また、本発明は以下の要件も含む。すなわ
ち、被処理基体が真空容器の外空間から容器内に連続的
に供給され、容器内を通過後、連続的に排出される機構
を備える。磁場発生用コイルの間に磁力線の向きを同一
とするような永久磁石を設置する。
置は、(A)誘電体管が内空間を共通とするように接続
された真空容器と、(B)誘電体管の周囲に設置したア
ンテナと、(C)アンテナに接続した高周波電源と、
(D)同軸上に設置した複数の磁場発生用コイルと、
(E)真空容器内に被処理基体とを具備し、(F)アン
テナに印加する高周波エネルギーを動力とするプラズマ
生成において、複数の磁場発生用コイルによって誘起さ
れる磁力線の向きを同一とし、アンテナによって誘起さ
れるヘリコン波をこの磁力線方向に伝搬させることを特
徴とする。また、本発明は以下の要件も含む。すなわ
ち、被処理基体が真空容器の外空間から容器内に連続的
に供給され、容器内を通過後、連続的に排出される機構
を備える。磁場発生用コイルの間に磁力線の向きを同一
とするような永久磁石を設置する。
【0023】この結果、本発明によれば、被処理基体の
面積の増大に対して、ヘリコン波によって生成された高
密度プラズマを、被処理基体近傍におけるプラズマ密度
の低下、磁力線方向のプラズマ密度の不均一な分布、ま
た成膜する場合にはエッチングの効果を抑制することに
よって、大面積プラズマ処理を高速で実現するプラズマ
処理を提供することができる。
面積の増大に対して、ヘリコン波によって生成された高
密度プラズマを、被処理基体近傍におけるプラズマ密度
の低下、磁力線方向のプラズマ密度の不均一な分布、ま
た成膜する場合にはエッチングの効果を抑制することに
よって、大面積プラズマ処理を高速で実現するプラズマ
処理を提供することができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図9に基づき
説明する。なお、従来例と同一機能を有する構成部品に
は同一の符号を付すこととする。
説明する。なお、従来例と同一機能を有する構成部品に
は同一の符号を付すこととする。
【0025】図1は、本発明の第1実施例の概略構成を
示す。図1において、誘電体管1が内空間を共通とする
ように接続された真空容器2の周囲にソレノイド状の2
個の磁場発生用コイル5を設置する。コイル間隔は、目
的の被処理基体6の大きさに依存して決める。コイル径
は、2個の磁場発生用コイル5に同方向に電流を流した
とき、コイル間隔方向に目的の磁場強度を均一に発生で
きる設計とする。磁力線の向き8は、誘電体管1と真空
容器2の中心軸に平行になるようにするが、向きは図示
のものと正反対でも構わない。
示す。図1において、誘電体管1が内空間を共通とする
ように接続された真空容器2の周囲にソレノイド状の2
個の磁場発生用コイル5を設置する。コイル間隔は、目
的の被処理基体6の大きさに依存して決める。コイル径
は、2個の磁場発生用コイル5に同方向に電流を流した
とき、コイル間隔方向に目的の磁場強度を均一に発生で
きる設計とする。磁力線の向き8は、誘電体管1と真空
容器2の中心軸に平行になるようにするが、向きは図示
のものと正反対でも構わない。
【0026】誘電体管1の周囲にアンテナ3を設置する
が、この例では銅薄板を誘電体管1にループ状に巻き付
ける。この時、ループ状のアンテナ3に流す高周波電流
の向きを同一とし、それぞれのアンテナで励起されるヘ
リコン波の伝搬の向きを同じくする。ここではアンテナ
を2個設置することで、ヘリコン波を磁力線の向き8に
2個連ねた形で励起する。アンテナ3に整合器13を介
して高周波電源4を接続する。
が、この例では銅薄板を誘電体管1にループ状に巻き付
ける。この時、ループ状のアンテナ3に流す高周波電流
の向きを同一とし、それぞれのアンテナで励起されるヘ
リコン波の伝搬の向きを同じくする。ここではアンテナ
を2個設置することで、ヘリコン波を磁力線の向き8に
2個連ねた形で励起する。アンテナ3に整合器13を介
して高周波電源4を接続する。
【0027】次に、以上のように構成した第1実施例の
動作を説明する。まず、誘電体管1と真空容器2内にプ
ラズマプロセスの目的に応じたガスを目的の圧力で充填
してから、2個の磁場発生用コイル5に同方向に電流を
流し(コイル用電源は不図示)、磁力線の向き8に磁場
を発生させる。次に、高周波電源4からアンテナ3に高
周波電力を供給することで、ヘリコン波を励起する。ヘ
リコン波は磁力線の向き8に平行(矢印12方向)に伝
搬し、誘電体管1内と真空容器2内にプラズマ10を生
成する。2個のアンテナから励起された2つのヘリコン
波を連ねた形になるので、見掛け上、より長尺のプラズ
マを生成できる。
動作を説明する。まず、誘電体管1と真空容器2内にプ
ラズマプロセスの目的に応じたガスを目的の圧力で充填
してから、2個の磁場発生用コイル5に同方向に電流を
流し(コイル用電源は不図示)、磁力線の向き8に磁場
を発生させる。次に、高周波電源4からアンテナ3に高
周波電力を供給することで、ヘリコン波を励起する。ヘ
リコン波は磁力線の向き8に平行(矢印12方向)に伝
搬し、誘電体管1内と真空容器2内にプラズマ10を生
成する。2個のアンテナから励起された2つのヘリコン
波を連ねた形になるので、見掛け上、より長尺のプラズ
マを生成できる。
【0028】この時、コイル径とコイルに流す電流(2
個のコイルには同じ方向に電流を流す)は、例えば、コ
イル間隔を1m、目的の磁場強度を1000ガウスと設
定した場合、1.6m、100000AT(アンペアタ
ーン)となる。この計算結果を図2に示す。軸方向(グ
ラフ横軸)1〜2mの部分において、1000ガウスの
磁場強度がほぼ均一に発生している。発明者らの従来研
究によると、ヘリコン波を励起するためには均一性は±
5%程度で良い。従って、このような実施例によれば、
被処理基体6の近傍において拡散磁場9がなく、基体に
沿って伝搬するヘリコン波によって高密度なプラズマを
磁力線の向き8に均一に生成できるため、そこで目的の
プロセス処理に有効なラジカル等が大量に生成される。
その結果、高密度プラズマ周囲に設置した大面積の被処
理基体6を高速でプラズマ処理できる。
個のコイルには同じ方向に電流を流す)は、例えば、コ
イル間隔を1m、目的の磁場強度を1000ガウスと設
定した場合、1.6m、100000AT(アンペアタ
ーン)となる。この計算結果を図2に示す。軸方向(グ
ラフ横軸)1〜2mの部分において、1000ガウスの
磁場強度がほぼ均一に発生している。発明者らの従来研
究によると、ヘリコン波を励起するためには均一性は±
5%程度で良い。従って、このような実施例によれば、
被処理基体6の近傍において拡散磁場9がなく、基体に
沿って伝搬するヘリコン波によって高密度なプラズマを
磁力線の向き8に均一に生成できるため、そこで目的の
プロセス処理に有効なラジカル等が大量に生成される。
その結果、高密度プラズマ周囲に設置した大面積の被処
理基体6を高速でプラズマ処理できる。
【0029】なお、本実施例は、以下のような方法で実
施しても構わない。1台の高周波電源4から出力される
電力を分配して2個のアンテナに供給する。分配比率も
等分に限らない。
施しても構わない。1台の高周波電源4から出力される
電力を分配して2個のアンテナに供給する。分配比率も
等分に限らない。
【0030】更に、2個のアンテナ3に流す電流の位相
を変えても構わない。例えば、図3に示すように、1台
の高周波電源4と2個のアンテナ3を直列に接続する。
この場合、真空容器2の左右にある2個のアンテナ3を
一組として1個のアンテナと見做して利用するものであ
る。従って、2つのヘリコン波が励起されるのではな
く、1つのヘリコン波が励起されると考える。アンテナ
3に流す電流を同方向に流せば電流の位相差0度、逆方
向に流せば位相差180度と考える。軸方向における2
個のアンテナ3の間隔とこの位相差に従って、励起され
るヘリコン波の波数が変化する。波数を変えることで、
ヘリコン波分散式に基づくプラズマ特性を制御できる。
この考え方は、例えば、瀧野らによる発表(日本物理学
会1994年秋の分科会、プラズマ物理・核融合、5pW
3)において公知である。
を変えても構わない。例えば、図3に示すように、1台
の高周波電源4と2個のアンテナ3を直列に接続する。
この場合、真空容器2の左右にある2個のアンテナ3を
一組として1個のアンテナと見做して利用するものであ
る。従って、2つのヘリコン波が励起されるのではな
く、1つのヘリコン波が励起されると考える。アンテナ
3に流す電流を同方向に流せば電流の位相差0度、逆方
向に流せば位相差180度と考える。軸方向における2
個のアンテナ3の間隔とこの位相差に従って、励起され
るヘリコン波の波数が変化する。波数を変えることで、
ヘリコン波分散式に基づくプラズマ特性を制御できる。
この考え方は、例えば、瀧野らによる発表(日本物理学
会1994年秋の分科会、プラズマ物理・核融合、5pW
3)において公知である。
【0031】なお、位相を変えるためにアンテナに流す
電流の方向を変えるだけでなく、図4に示すように分配
器14と移相器15を利用して2個のアンテナに流す電
流の位相を変えても構わない。
電流の方向を変えるだけでなく、図4に示すように分配
器14と移相器15を利用して2個のアンテナに流す電
流の位相を変えても構わない。
【0032】更に、アンテナ3、磁場発生用コイル5の
形状は円形に限らない。例えば、図5((a)は平面
図、(b)は正面図、(c)は側面図)に示すように誘
電体管1を矩形管、真空容器2を偏平直方体状にして、
レーストラック形状にしたアンテナ3と磁場発生用コイ
ル5で装置を構成し、生成するプラズマ形状をシート状
にしても構わない。
形状は円形に限らない。例えば、図5((a)は平面
図、(b)は正面図、(c)は側面図)に示すように誘
電体管1を矩形管、真空容器2を偏平直方体状にして、
レーストラック形状にしたアンテナ3と磁場発生用コイ
ル5で装置を構成し、生成するプラズマ形状をシート状
にしても構わない。
【0033】更に、磁場発生用コイル5によって印加す
る磁場分布をミラー磁場分布としても構わない。2個の
磁場発生用コイル5の径と流す電流値を変えることによ
ってミラー磁場分布を発生させる。例えば、2個のコイ
ルの間隔を前述と同じく1mとし、コイル径1m、コイ
ル電流100000ATとすれば、ミラー比1.4程度
のミラー磁場分布が得られる。図6にこのミラー磁場分
布の計算結果を示す。
る磁場分布をミラー磁場分布としても構わない。2個の
磁場発生用コイル5の径と流す電流値を変えることによ
ってミラー磁場分布を発生させる。例えば、2個のコイ
ルの間隔を前述と同じく1mとし、コイル径1m、コイ
ル電流100000ATとすれば、ミラー比1.4程度
のミラー磁場分布が得られる。図6にこのミラー磁場分
布の計算結果を示す。
【0034】本実施例の予備検討として炭素成膜を試み
た結果を以下に示す。図1の構成との差異は、アンテナ
3が1個であること、磁場発生用コイル5が4個以上あ
ることである。
た結果を以下に示す。図1の構成との差異は、アンテナ
3が1個であること、磁場発生用コイル5が4個以上あ
ることである。
【0035】このような装置によって、軸方向1mにわ
たって1kGの均一磁場を発生させ、アルゴン希釈メタ
ンガスを5〜10mTorrを充填し、13.56MHzの
高周波を1ターンループアンテナに印加し、ヘリコン波
プラズマを生成し炭素成膜を行なった。
たって1kGの均一磁場を発生させ、アルゴン希釈メタ
ンガスを5〜10mTorrを充填し、13.56MHzの
高周波を1ターンループアンテナに印加し、ヘリコン波
プラズマを生成し炭素成膜を行なった。
【0036】被処理基体は以下のように設置した。表面
を磁力線の向きと平行に、かつ、アンテナからの軸方向
距離を300mm、600mmとした。径方向距離は軸
中心(0mm)から30mmまで変えた。その結果、グ
ラファイト膜が10Å/sec程度の速度で得られた。
を磁力線の向きと平行に、かつ、アンテナからの軸方向
距離を300mm、600mmとした。径方向距離は軸
中心(0mm)から30mmまで変えた。その結果、グ
ラファイト膜が10Å/sec程度の速度で得られた。
【0037】この結果より、本実施例のごとくアンテナ
を2個設置することで、1m以上の領域に渡って被処理
基体のプラズマ処理が可能であると考えられる。また、
従来装置のように被処理基体を磁力線の向きと垂直に設
置した場合、成膜できなかった例に対し、磁力線と被処
理基体を交叉させないことの有効性が確認できた。更
に、径方向位置に依存して成膜速度が異なったことか
ら、径方向設置位置を成膜パラメータとして利用できる
ことも確認できた。
を2個設置することで、1m以上の領域に渡って被処理
基体のプラズマ処理が可能であると考えられる。また、
従来装置のように被処理基体を磁力線の向きと垂直に設
置した場合、成膜できなかった例に対し、磁力線と被処
理基体を交叉させないことの有効性が確認できた。更
に、径方向位置に依存して成膜速度が異なったことか
ら、径方向設置位置を成膜パラメータとして利用できる
ことも確認できた。
【0038】図7は、本発明の第2実施例の概略構成を
示している。本実施例は、第1実施例に対して被処理基
体6の設置方法が異なる場合であり、その他の構成は変
わらない。図7は、これを軸方向から見た図として示し
ている。第1実施例においては、被処理基体6は真空容
器2の中に設置しているが、本例では、被処理基体6を
真空境界を破らずに真空容器2の外空間から内空間に連
続的に搬入し、真空容器2内を通過後、同じく真空容器
2の外空間に連続的に搬出する搬入・搬出機構20を備
えている。
示している。本実施例は、第1実施例に対して被処理基
体6の設置方法が異なる場合であり、その他の構成は変
わらない。図7は、これを軸方向から見た図として示し
ている。第1実施例においては、被処理基体6は真空容
器2の中に設置しているが、本例では、被処理基体6を
真空境界を破らずに真空容器2の外空間から内空間に連
続的に搬入し、真空容器2内を通過後、同じく真空容器
2の外空間に連続的に搬出する搬入・搬出機構20を備
えている。
【0039】次に、以上のように構成した第2実施例の
動作を説明する。この場合、プラズマ生成までの過程は
第1実施例と同じであるので、異なる点について以下に
示す。プラズマ生成後、搬入・搬出機構20により、被
処理基体6を磁力線の向き8と交わる方向に真空容器2
へ連続的に供給する。被処理基体6は、真空容器2内を
移送されながらプラズマ処理を受ける。処理後、搬入・
搬出機構20により、真空容器2から連続的に排出す
る。
動作を説明する。この場合、プラズマ生成までの過程は
第1実施例と同じであるので、異なる点について以下に
示す。プラズマ生成後、搬入・搬出機構20により、被
処理基体6を磁力線の向き8と交わる方向に真空容器2
へ連続的に供給する。被処理基体6は、真空容器2内を
移送されながらプラズマ処理を受ける。処理後、搬入・
搬出機構20により、真空容器2から連続的に排出す
る。
【0040】このようにすることによって、例えば、長
尺シート状の被処理基体6をプラズマ処理したいとき、
真空境界を破ることなく、真空容器2への連続的な供給
と排出ができるので、これを連続的にプラズマ処理でき
る。従って、このような実施例によっても、見掛け上大
面積のプラズマ処理を実施することが可能となり、第1
実施例と同等の有効性を持つ。
尺シート状の被処理基体6をプラズマ処理したいとき、
真空境界を破ることなく、真空容器2への連続的な供給
と排出ができるので、これを連続的にプラズマ処理でき
る。従って、このような実施例によっても、見掛け上大
面積のプラズマ処理を実施することが可能となり、第1
実施例と同等の有効性を持つ。
【0041】なお、本実施例においても、第1実施例で
述べた高周波電力供給方法、アンテナ電流位相制御、ア
ンテナ等の形状変更、ミラー磁場印加、の方法を適用し
て実施しても構わない。
述べた高周波電力供給方法、アンテナ電流位相制御、ア
ンテナ等の形状変更、ミラー磁場印加、の方法を適用し
て実施しても構わない。
【0042】図8は、本発明の第3実施例の概略構成を
示している。本実施例は、第1実施例を元に、2個の磁
場発生用コイル5の間に真空容器2内の磁力線の向き8
を同じくするように、例えば棒状の永久磁石7を真空容
器2の周囲に配したものである。2個の磁場発生用コイ
ル5と永久磁石7による磁場を重ね合わせることによっ
て、コイル磁場だけでは磁力線方向が拡散傾向にある場
合、磁力線を軸方向に平行に補整する。永久磁石7の極
性は図示のようであり、マルチカスプ磁場を目的とした
磁場配位とは異なる。
示している。本実施例は、第1実施例を元に、2個の磁
場発生用コイル5の間に真空容器2内の磁力線の向き8
を同じくするように、例えば棒状の永久磁石7を真空容
器2の周囲に配したものである。2個の磁場発生用コイ
ル5と永久磁石7による磁場を重ね合わせることによっ
て、コイル磁場だけでは磁力線方向が拡散傾向にある場
合、磁力線を軸方向に平行に補整する。永久磁石7の極
性は図示のようであり、マルチカスプ磁場を目的とした
磁場配位とは異なる。
【0043】次に、以上のように構成した第3実施例の
動作を説明する。この場合、個々のアンテナ3から励起
されるヘリコン波によってプラズマ生成される過程は第
1実施例と同様である。図9には図8を軸方向から見た
図を示した。被処理基体6の設置方法は第1実施例、第
2実施例の両方に倣うことによって、両実施例の有効性
を持つ。
動作を説明する。この場合、個々のアンテナ3から励起
されるヘリコン波によってプラズマ生成される過程は第
1実施例と同様である。図9には図8を軸方向から見た
図を示した。被処理基体6の設置方法は第1実施例、第
2実施例の両方に倣うことによって、両実施例の有効性
を持つ。
【0044】なお、本実施例においても、第1実施例で
述べた高周波電力供給方法、アンテナ電流位相制御、ア
ンテナ等の形状変更、の方法を適用して実施しても構わ
ない。
述べた高周波電力供給方法、アンテナ電流位相制御、ア
ンテナ等の形状変更、の方法を適用して実施しても構わ
ない。
【0045】なお、本発明は上記実施例にのみ限定され
ず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
例えば、アンテナ3として銅薄板を誘電体管1にループ
状に巻き付けるが、銅薄板の代わりに線状導体、銅パイ
プでも構わない。更に、巻き付け方はループ状に限ら
ず、らせん状、ヘリカル状等、誘導結合を介してヘリコ
ン波を励起できる形状であればこれを問わない。又、磁
力線の向き8はこれと反対方向でも構わない。ヘリコン
波伝搬の向き12も磁力線の向き8と反対でも構わな
い。真空容器の軸方向から見たアンテナ3と磁場発生用
コイル5の相対位置もこれを問わない。
ず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
例えば、アンテナ3として銅薄板を誘電体管1にループ
状に巻き付けるが、銅薄板の代わりに線状導体、銅パイ
プでも構わない。更に、巻き付け方はループ状に限ら
ず、らせん状、ヘリカル状等、誘導結合を介してヘリコ
ン波を励起できる形状であればこれを問わない。又、磁
力線の向き8はこれと反対方向でも構わない。ヘリコン
波伝搬の向き12も磁力線の向き8と反対でも構わな
い。真空容器の軸方向から見たアンテナ3と磁場発生用
コイル5の相対位置もこれを問わない。
【0046】
【発明の効果】本発明は、前述のように構成されている
ので、以下に記載するような効果を奏する。
ので、以下に記載するような効果を奏する。
【0047】即ち、被処理基体の面積が広くなってもそ
の部分には拡散磁場を作らない。複数の磁場発生機構に
よって誘起される磁力線の向きを同じくする。拡散磁場
以外の磁場配位を利用する。拡散部分が存在してもその
部分を補整するような磁場印加方法を利用する。複数の
アンテナによって励起されるヘリコン波の伝搬向きを同
一とする。磁力線と被処理基体を交叉させない。そのた
め、被処理基体の面積の増大に対して、被処理基体近傍
におけるプラズマ密度の低下や、磁力線方向のプラズマ
密度の不均一な分布を抑制することができる。従って、
大面積プラズマ処理を高速で実現するプラズマ処理方法
及びプラズマ処理装置を提供できる。
の部分には拡散磁場を作らない。複数の磁場発生機構に
よって誘起される磁力線の向きを同じくする。拡散磁場
以外の磁場配位を利用する。拡散部分が存在してもその
部分を補整するような磁場印加方法を利用する。複数の
アンテナによって励起されるヘリコン波の伝搬向きを同
一とする。磁力線と被処理基体を交叉させない。そのた
め、被処理基体の面積の増大に対して、被処理基体近傍
におけるプラズマ密度の低下や、磁力線方向のプラズマ
密度の不均一な分布を抑制することができる。従って、
大面積プラズマ処理を高速で実現するプラズマ処理方法
及びプラズマ処理装置を提供できる。
【図1】本発明の第1実施例を示す概略構成図。
【図2】均一磁場分布の計算結果を示す特性図。
【図3】本発明の第1実施例の変形例を示す概略構成
図。
図。
【図4】本発明の第1実施例の変形例を示す概略構成
図。
図。
【図5】本発明の第1実施例の変形例を示す概略構成
図。
図。
【図6】ミラー磁場分布の計算結果を示す特性図。
【図7】本発明の第2実施例の概略構成を示す断面図。
【図8】本発明の第3実施例の概略構成を示す斜視図。
【図9】本発明の第3実施例を示す断面図。
【図10】従来のプラズマ処理装置の第一例を示す概略
構成図。
構成図。
【図11】従来のプラズマ処理装置の第二例を示す概略
構成図。
構成図。
【図12】従来のプラズマ処理装置の第三例を示す概略
構成図。
構成図。
1 誘電体管 2 真空容器 3 アンテナ 4 高周波電源 5 磁場発生用コイル 6 被処理基体 7 永久磁石 8 磁力線の向き 9 拡散磁場 10 プラズマ 11 マルチカスプ磁場発生用永久磁石 12 ヘリコン波伝搬の向き 13 整合器 14 分配器 15 移相器 20 搬入・搬出機構
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 1/46 C23C 16/44 H01L 21/31 H01L 21/3065
Claims (6)
- 【請求項1】 誘電体管が内空間を共通とするように接
続されるとともに内空間に被処理基体が配置される真空
容器と、誘電体管の周囲に設置したアンテナと、アンテ
ナに整合器を介して接続した高周波電源と、誘電体管及
び真空容器の内空間に磁場を発生させる機能を有し同軸
上に設置した複数の磁場発生用コイルとを具備し、 アンテナに印加する高周波エネルギーを動力とするプラ
ズマを生成して被処理基体に処理をするプラズマ処理方
法において、 複数の磁場発生用コイルによって誘起される磁力線の向
きを同一とし、 アンテナによって誘起されるヘリコン波をこの磁力線方
向に伝搬させて高密度のプラズマを生成し、 高密度のプラズマと真空容器の壁の間に、かつ、磁力線
と交叉しない方向に被処理基体を設置してプラズマ処理
することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項2】 被処理基体を真空境界を破らずに真空容
器の外空間から内空間に連続的に供給し、真空容器内を
通過後、同じく真空容器の外空間に連続的に排出するこ
とによって、シート状の長尺の被処理基体を処理するこ
とを特徴とする請求項1のプラズマ処理方法。 - 【請求項3】 誘電体管又は真空容器、又は双方の周囲
に、その磁力線が、磁場発生用コイルによって誘起され
た磁力線と同じ向きを有するように配置した永久磁石を
具備し、磁場発生用コイルによって誘起した磁力線の分
布を補整することにより、均一分布をもつプラズマを生
成することを特徴とする請求項1または請求項2のプラ
ズマ処理方法。 - 【請求項4】 誘電体管が内空間を共通とするように接
続されるとともに内空間に被処理基体が配置される真空
容器と、誘電体管の周囲に設置したアンテナと、アンテ
ナに整合器を介して接続した高周波電源と、誘電体管及
び真空容器の内空間に磁場を発生させる機能を有し同軸
上に設置した複数の磁場発生用コイルとを具備し、 アンテナに印加する高周波エネルギーを動力とするプラ
ズマを生成して被処理基体に処理をするプラズマ処理装
置において、 複数の前記磁場発生用コイルは、それぞれ誘起する磁力
線の向きを同一とする位置に配置され、 前記アンテナは、プラズマ生成のため誘起するヘリコン
波を前記磁力線方向に伝搬させる位置に配置され、 プラズマ処理される前記被処理基体は、高密度のプラズ
マと真空容器の壁の間に、かつ、磁力線と交叉しない方
向に配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項5】 被処理基体を真空境界を破らずに真空容
器の外空間から内空間に連続的に供給し、真空容器内を
通過後、同じく真空容器の外空間に連続的に排出する機
構を備えたことを特徴とする請求項4のプラズマ処理装
置。 - 【請求項6】 誘電体管又は真空容器、又は双方の周囲
に、その磁力線が、磁場発生用コイルによって誘起され
た磁力線と同じ向きを有するように配置することによっ
て磁場発生用コイルによって誘起した磁力線の分布を補
整して均一分布をもつプラズマを生成させる永久磁石を
具備したこことを特徴とする請求項4または請求項5の
プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8247333A JP2930552B2 (ja) | 1996-06-07 | 1996-09-19 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-145284 | 1996-06-07 | ||
| JP14528496 | 1996-06-07 | ||
| JP8247333A JP2930552B2 (ja) | 1996-06-07 | 1996-09-19 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1055900A JPH1055900A (ja) | 1998-02-24 |
| JP2930552B2 true JP2930552B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=26476448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8247333A Expired - Lifetime JP2930552B2 (ja) | 1996-06-07 | 1996-09-19 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2930552B2 (ja) |
-
1996
- 1996-09-19 JP JP8247333A patent/JP2930552B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1055900A (ja) | 1998-02-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990420 |