JP3290777B2 - 誘導結合型高周波放電方法および誘導結合型高周波放電装置 - Google Patents
誘導結合型高周波放電方法および誘導結合型高周波放電装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜素子の製造等に用
いられる誘導結合型高周波放電の生成方法および誘導結
合型高周波放電装置に関する。
いられる誘導結合型高周波放電の生成方法および誘導結
合型高周波放電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属、半金属、半導体、酸化物・窒化物
・炭化物・硼化物等の化合物、炭化水素・炭化弗素もし
くはシロキサン結合鎖等を有する有機化合物等を構成要
素とする薄膜を具備する素子は、ＬＳＩ、磁気記録素
子、光記録素子等の記憶装置、半導体レーザ、光電変換
素子等の通信機器、平面ディスプレイ、固体撮像素子等
の表示装置、太陽電池等のエネルギー機器等、多種多様
な装置の主要部品に応用されており、今後機器の小形
化、高性能化を進展させるための必須部品として技術的
進展が期待されている。
・炭化物・硼化物等の化合物、炭化水素・炭化弗素もし
くはシロキサン結合鎖等を有する有機化合物等を構成要
素とする薄膜を具備する素子は、ＬＳＩ、磁気記録素
子、光記録素子等の記憶装置、半導体レーザ、光電変換
素子等の通信機器、平面ディスプレイ、固体撮像素子等
の表示装置、太陽電池等のエネルギー機器等、多種多様
な装置の主要部品に応用されており、今後機器の小形
化、高性能化を進展させるための必須部品として技術的
進展が期待されている。
【０００３】上述したような薄膜素子の製造には、スピ
ンコート法、ウェットエッチング法等の液相を主体とし
て実施される方法もあるが、素子構造の微細化、高性能
化を促進する上では、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ＣＤＥ法、
ＲＩＥ法等の気相を主体として用いる方法が適してい
る。気相を主体とする方法は、処理体の設置された容器
内に原料ガスを供給し、原料ガスを何等かの手段によっ
て活性化し、この活性種を処理体表面に供給して、薄膜
の形成もしくはエッチング等の加工を行う方法というこ
とができる。
ンコート法、ウェットエッチング法等の液相を主体とし
て実施される方法もあるが、素子構造の微細化、高性能
化を促進する上では、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ＣＤＥ法、
ＲＩＥ法等の気相を主体として用いる方法が適してい
る。気相を主体とする方法は、処理体の設置された容器
内に原料ガスを供給し、原料ガスを何等かの手段によっ
て活性化し、この活性種を処理体表面に供給して、薄膜
の形成もしくはエッチング等の加工を行う方法というこ
とができる。
【０００４】原料ガスの活性化手段には、熱ＣＶＤ法、
光ＣＶＤ法のように、原料ガスの熱分解、光分解を使用
するものもあるが、主に用いられている手段は、原料ガ
スの放電プラズマを生成して活性種を生成するものであ
る。この手段によるものとしては、薄膜形成法として、
活性化反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッ
タリング法、プラズマＣＶＤ法等を挙げることができ、
また加工方法としては、ＣＤＥ法、ＲＩＥ法等を挙げる
ことができる。いずれの方法においても、原料ガスをい
かにして活性化するか、すなわちいかにして放電プラズ
マを生成するかが、膜質、膜形成速度、膜加工形状、膜
加工速度等の重要な因子を支配する。
光ＣＶＤ法のように、原料ガスの熱分解、光分解を使用
するものもあるが、主に用いられている手段は、原料ガ
スの放電プラズマを生成して活性種を生成するものであ
る。この手段によるものとしては、薄膜形成法として、
活性化反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッ
タリング法、プラズマＣＶＤ法等を挙げることができ、
また加工方法としては、ＣＤＥ法、ＲＩＥ法等を挙げる
ことができる。いずれの方法においても、原料ガスをい
かにして活性化するか、すなわちいかにして放電プラズ
マを生成するかが、膜質、膜形成速度、膜加工形状、膜
加工速度等の重要な因子を支配する。
【０００５】上述した放電プラズマの生成方法として
は、容量結合型と誘導結合型とに大別できる。容量結合
型は、放電生成用の電極とその対向電極もしくは放電容
器の間に、直流もしくは交流の電圧を印加して、放電容
器内部に放電プラズマを生成する方式である。交流を印
加する場合には、通常、放電生成電極と電源との間に直
流遮断容量を設け、電極近傍に陰極降下部を形成し、電
極から 2次電子を効率よく発生させて、放電を維持しや
すくするのが通常である。直流の場合も交流の場合も、
放電生成電極に処理体を設置する場合には、陰極降下部
が処理体表面に入射するイオンや電荷転移衝突で生成さ
れる中性ラジカルのエネルギーを決定するため、特に薄
膜の加工を行う場合の加工形状に対して重要である。ま
た、対向電極側に処理体を設置する場合には、プラズマ
密度、プラズマ中の電子温度等のプラズマパラメータで
決まるプラズマ電位、もしくはそれと浮動電位の和が試
料に入射するイオンあるいはラジカルのエネルギーを決
定する。
は、容量結合型と誘導結合型とに大別できる。容量結合
型は、放電生成用の電極とその対向電極もしくは放電容
器の間に、直流もしくは交流の電圧を印加して、放電容
器内部に放電プラズマを生成する方式である。交流を印
加する場合には、通常、放電生成電極と電源との間に直
流遮断容量を設け、電極近傍に陰極降下部を形成し、電
極から 2次電子を効率よく発生させて、放電を維持しや
すくするのが通常である。直流の場合も交流の場合も、
放電生成電極に処理体を設置する場合には、陰極降下部
が処理体表面に入射するイオンや電荷転移衝突で生成さ
れる中性ラジカルのエネルギーを決定するため、特に薄
膜の加工を行う場合の加工形状に対して重要である。ま
た、対向電極側に処理体を設置する場合には、プラズマ
密度、プラズマ中の電子温度等のプラズマパラメータで
決まるプラズマ電位、もしくはそれと浮動電位の和が試
料に入射するイオンあるいはラジカルのエネルギーを決
定する。
【０００６】容量結合型放電における最大の技術課題
は、陰極降下電圧やプラズマパラメータが相互に密接に
関連し合うために、試料面に入射する活性種の密度とエ
ネルギーを独立に制御するのが困難な点である。このよ
うな課題が存在するために、例えば処理速度を向上させ
るために放電入力を増加させると、イオンの入射エネル
ギーが過剰となり、薄膜にダメージを与える等、工業的
発展に大きな疎外要因を与えている。また、基本的に電
極付近にのみ高密度プラズマが生成されるため、大形の
処理体を扱う場合には、処理体よりもかなり大きな電極
を必要とし、装置の大型化・高価格化等を招きやすいと
いう課題も有している。
は、陰極降下電圧やプラズマパラメータが相互に密接に
関連し合うために、試料面に入射する活性種の密度とエ
ネルギーを独立に制御するのが困難な点である。このよ
うな課題が存在するために、例えば処理速度を向上させ
るために放電入力を増加させると、イオンの入射エネル
ギーが過剰となり、薄膜にダメージを与える等、工業的
発展に大きな疎外要因を与えている。また、基本的に電
極付近にのみ高密度プラズマが生成されるため、大形の
処理体を扱う場合には、処理体よりもかなり大きな電極
を必要とし、装置の大型化・高価格化等を招きやすいと
いう課題も有している。
【０００７】一方、誘導結合型は、放電容器内部もしく
は外部に設置されたループ状導体（アンテナ）に高周波
電流を通電し、電磁的結合によって放電容器内部に変動
磁界を発生させることにより高周波電界を原料ガスに印
加して放電プラズマを生成する方式である。容量結合型
とは異なり、誘導結合型における処理体は、放電プラズ
マで生成した活性種を十分に取り込める程度の位置に設
置された、放電生成用とは独立の電極もしくは単なる支
持台上に配置することができる。従って、プラズマ密度
を増加すべく放電入力を増加させた場合でも、処理体面
上に入射するイオンもしくはラジカルのエネルギーを低
く抑えることができる等、プラズマ密度と処理体への入
射エネルギーを独立に制御することが容易である。ま
た、容量結合型に比べて、放電容器内部全体にプラズマ
が広がりやすく、放電容器の室壁に磁石アレーを設ける
等して磁場閉込めを行えば、プラズマの均一性が容易に
向上するため、大形の処理体に対してもそれ程大きな電
極もしくは支持台を設けなくとも適用できるという利点
もある。
は外部に設置されたループ状導体（アンテナ）に高周波
電流を通電し、電磁的結合によって放電容器内部に変動
磁界を発生させることにより高周波電界を原料ガスに印
加して放電プラズマを生成する方式である。容量結合型
とは異なり、誘導結合型における処理体は、放電プラズ
マで生成した活性種を十分に取り込める程度の位置に設
置された、放電生成用とは独立の電極もしくは単なる支
持台上に配置することができる。従って、プラズマ密度
を増加すべく放電入力を増加させた場合でも、処理体面
上に入射するイオンもしくはラジカルのエネルギーを低
く抑えることができる等、プラズマ密度と処理体への入
射エネルギーを独立に制御することが容易である。ま
た、容量結合型に比べて、放電容器内部全体にプラズマ
が広がりやすく、放電容器の室壁に磁石アレーを設ける
等して磁場閉込めを行えば、プラズマの均一性が容易に
向上するため、大形の処理体に対してもそれ程大きな電
極もしくは支持台を設けなくとも適用できるという利点
もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
誘導結合型高周波放電においては、一般に、無磁場の状
態もしくは外部から定常磁場を加えた状態で、原料ガス
を入れた放電容器の外部または内部に設置されたコイル
状アンテナに高周波電流を流す際に、高周波電源の接地
側電極と高周波電極とをコイル状アンテナの両端に直接
接続するだけであったため、アンテナとプラズマとの間
に静電界が形成されてしまう。そして、この静電界によ
って、プラズマ中の荷電粒子がアンテナに向けて加速さ
れ、その結果、アンテナを放電容器内に設置した場合に
はアンテナ自体がスパッタされ、またアンテナを容器外
に設置した場合には、アンテナ近傍の容器壁がスパッタ
されてしまう。従って、不純物が多量に発生し、これら
の不純物はＰＶＤ、ＣＶＤ、エッチング等のいずれにお
いても、プラズマ状態や膜質に深刻な影響を与える。ま
た、放電容器内部に金属アンテナを挿入して誘導結合型
高周波放電を行うと、プラズマ電位が異常に上昇して、
アンテナおよび放電容器とプラズマとの間でアーキング
が頻繁に発生して不安定な放電となる。そこで、金属ア
ンテナを絶縁物で覆い、プラズマ電位を低下させて安定
な放電を得るのが一般的であるが、上述したようにその
絶縁物がスパッタされると共に、イオン衝撃により温度
が上昇して低融点の絶縁物は融解してしまう。
誘導結合型高周波放電においては、一般に、無磁場の状
態もしくは外部から定常磁場を加えた状態で、原料ガス
を入れた放電容器の外部または内部に設置されたコイル
状アンテナに高周波電流を流す際に、高周波電源の接地
側電極と高周波電極とをコイル状アンテナの両端に直接
接続するだけであったため、アンテナとプラズマとの間
に静電界が形成されてしまう。そして、この静電界によ
って、プラズマ中の荷電粒子がアンテナに向けて加速さ
れ、その結果、アンテナを放電容器内に設置した場合に
はアンテナ自体がスパッタされ、またアンテナを容器外
に設置した場合には、アンテナ近傍の容器壁がスパッタ
されてしまう。従って、不純物が多量に発生し、これら
の不純物はＰＶＤ、ＣＶＤ、エッチング等のいずれにお
いても、プラズマ状態や膜質に深刻な影響を与える。ま
た、放電容器内部に金属アンテナを挿入して誘導結合型
高周波放電を行うと、プラズマ電位が異常に上昇して、
アンテナおよび放電容器とプラズマとの間でアーキング
が頻繁に発生して不安定な放電となる。そこで、金属ア
ンテナを絶縁物で覆い、プラズマ電位を低下させて安定
な放電を得るのが一般的であるが、上述したようにその
絶縁物がスパッタされると共に、イオン衝撃により温度
が上昇して低融点の絶縁物は融解してしまう。
【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、プラズマ密度と処理体への活性種の
エネルギーの独立制御性に優れ、かつ大形の処理体にも
適用が容易な誘導結合型高周波放電において、従来問題
となっていた静電界による不純物の発生やプラズマ電位
の異常上昇等を容易に抑制することを可能にした誘導結
合型高周波放電方法および誘導結合型高周波放電装置を
提供することを目的としている。
になされたもので、プラズマ密度と処理体への活性種の
エネルギーの独立制御性に優れ、かつ大形の処理体にも
適用が容易な誘導結合型高周波放電において、従来問題
となっていた静電界による不純物の発生やプラズマ電位
の異常上昇等を容易に抑制することを可能にした誘導結
合型高周波放電方法および誘導結合型高周波放電装置を
提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の誘導結合型高周
波放電方法は、ループ状導体に高周波電流を通電し、変
動磁界を発生させることにより放電プラズマを生成する
誘導結合型高周波放電方法において、前記ループ状導体
の周囲を、一部に開口部が設けられるように、帰還電流
の通路となる接地側の導体で覆い、前記ループ状導体を
静電シールドすることを特徴としている。
波放電方法は、ループ状導体に高周波電流を通電し、変
動磁界を発生させることにより放電プラズマを生成する
誘導結合型高周波放電方法において、前記ループ状導体
の周囲を、一部に開口部が設けられるように、帰還電流
の通路となる接地側の導体で覆い、前記ループ状導体を
静電シールドすることを特徴としている。
【００１１】また、本発明の誘導結合型高周波放電装置
は、原料ガス供給系と排気系とが接続された放電容器
と、高周波源に接続され、前記放電容器内に誘導結合型
の放電プラズマを生成するループ状導体とを具備し、前
記ループ状導体は、その周囲が帰還電流の通路となる接
地側の導体で、一部に開口部が設けられるように覆われ
ていることを特徴としている。
は、原料ガス供給系と排気系とが接続された放電容器
と、高周波源に接続され、前記放電容器内に誘導結合型
の放電プラズマを生成するループ状導体とを具備し、前
記ループ状導体は、その周囲が帰還電流の通路となる接
地側の導体で、一部に開口部が設けられるように覆われ
ていることを特徴としている。
【００１２】本発明の基本概念について、 1回巻きの円
形ループ状導体を例として説明する。従来の誘導結合型
高周波放電においては、図１２に示すように、図示しな
い放電容器の外部または内部に設置される円形ループ状
導体（アンテナ）１の巻き始め（Ｐ点）を高周波源２に
接続し、巻き終り（Ｇ点）を接地した状態で高周波放電
プラズマを生成している。この円形ループ状導体１の中
心をＯとし、図のように円筒座標（r,θ,z）をとると
き、θ方向に流れる高周波電流Ｉによって、誘導電界が
θ方向に発生する。この他に、円形ループ状導体１上に
分布する電荷によって、導体１に垂直な方向(r方向と z
方向）に静電界が発生する。
形ループ状導体を例として説明する。従来の誘導結合型
高周波放電においては、図１２に示すように、図示しな
い放電容器の外部または内部に設置される円形ループ状
導体（アンテナ）１の巻き始め（Ｐ点）を高周波源２に
接続し、巻き終り（Ｇ点）を接地した状態で高周波放電
プラズマを生成している。この円形ループ状導体１の中
心をＯとし、図のように円筒座標（r,θ,z）をとると
き、θ方向に流れる高周波電流Ｉによって、誘導電界が
θ方向に発生する。この他に、円形ループ状導体１上に
分布する電荷によって、導体１に垂直な方向(r方向と z
方向）に静電界が発生する。
【００１３】本発明は、上記静電界をシールドする方法
および装置である。図１は、本発明の基本構成を示す図
であり、周囲が絶縁された円形ループ状導体１の終点
（Ｑ点）に、短絡板３を介して、帰還電流の通路となる
戻り線４を接続する。この戻り線３は、Ｑ点からＰ点
（巻き始め）に到達するように設ける。高周波源２が正
位相の場合、Ｐ点から流入した電流Ｉは、ループ状導体
１を通り、短絡板３を経て戻り線４を通ってＧ点に帰還
（帰還電流Ｉ′）する。また、戻り線４には、円形ルー
プ状導体１の周囲が帰還電流の通路となる接地側の導体
で覆われるように、導電性材料からなるシールド板５を
接続する。この帰還電流が流れるシールド板５により、
ループ状導体１上の電荷による静電界がシールドされ
る。
および装置である。図１は、本発明の基本構成を示す図
であり、周囲が絶縁された円形ループ状導体１の終点
（Ｑ点）に、短絡板３を介して、帰還電流の通路となる
戻り線４を接続する。この戻り線３は、Ｑ点からＰ点
（巻き始め）に到達するように設ける。高周波源２が正
位相の場合、Ｐ点から流入した電流Ｉは、ループ状導体
１を通り、短絡板３を経て戻り線４を通ってＧ点に帰還
（帰還電流Ｉ′）する。また、戻り線４には、円形ルー
プ状導体１の周囲が帰還電流の通路となる接地側の導体
で覆われるように、導電性材料からなるシールド板５を
接続する。この帰還電流が流れるシールド板５により、
ループ状導体１上の電荷による静電界がシールドされ
る。
【００１４】ここで、ループ状導体１の周囲を全て上記
シールド板５で覆ってしまうと、静電界のみならず全て
の電磁界をシールドしてしまい、放電を起こすことがで
きなくなるため、シールド板５は一部に開口部が設けら
れるように形成する。図２および図３は、シールド板５
の取り付け方法の一例を示している。図３（ａ）(r方向
に切断した断面図）に示すように、円形ループ状導体
（中心導体）１は、戻り線４とこれに接続されたシール
ド板５によって囲まれている。これをθ方向に沿う側面
から見ると、図３（ｂ）に示すように、例えばシールド
板５は長さｌで、間隙（開口部）ｄにより周期的に設け
る。すなわち、シールド部の基本単位は、z方向の幅
ｗ、 r方向の高さｈ、θ方向の長さｌ、板厚ｂの矩形状
導体からなる。そして、このような矩形状導体を間隙
（開口部）ｄが設けられるように、θ方向に周期的に配
列する。なお、放電容器が金属製の場合には、その容器
壁を戻り線４として利用することも可能である。
シールド板５で覆ってしまうと、静電界のみならず全て
の電磁界をシールドしてしまい、放電を起こすことがで
きなくなるため、シールド板５は一部に開口部が設けら
れるように形成する。図２および図３は、シールド板５
の取り付け方法の一例を示している。図３（ａ）(r方向
に切断した断面図）に示すように、円形ループ状導体
（中心導体）１は、戻り線４とこれに接続されたシール
ド板５によって囲まれている。これをθ方向に沿う側面
から見ると、図３（ｂ）に示すように、例えばシールド
板５は長さｌで、間隙（開口部）ｄにより周期的に設け
る。すなわち、シールド部の基本単位は、z方向の幅
ｗ、 r方向の高さｈ、θ方向の長さｌ、板厚ｂの矩形状
導体からなる。そして、このような矩形状導体を間隙
（開口部）ｄが設けられるように、θ方向に周期的に配
列する。なお、放電容器が金属製の場合には、その容器
壁を戻り線４として利用することも可能である。
【００１５】上記した開口部、すなわち間隙ｄが小さい
ほど、ループ導体１上の電荷が外から見えなくなり、よ
く静電シールドされる。また、プラズマ密度と電子温度
で決まるデバイ長に比べて間隙ｄが大きいとき、シール
ド板５で囲まれたシールド部内にプラズマが侵入するた
め問題となる。以上の点から、間隙ｄは通常の放電条件
では 1mm以下程度とすることが好ましい。
ほど、ループ導体１上の電荷が外から見えなくなり、よ
く静電シールドされる。また、プラズマ密度と電子温度
で決まるデバイ長に比べて間隙ｄが大きいとき、シール
ド板５で囲まれたシールド部内にプラズマが侵入するた
め問題となる。以上の点から、間隙ｄは通常の放電条件
では 1mm以下程度とすることが好ましい。
【００１６】また、シールド板５で囲まれたシールド部
の内から外へ出るとき、磁力線は図３（ｂ）に示すシー
ルド板５の側面（ｌ×ｈ）を切って出てくる。高周波に
おいては、この側面に渦電流が流れて磁界が打ち消され
るため、シールド板５の厚さｂは表皮効果の深さに比べ
て小さいことが望ましい。
の内から外へ出るとき、磁力線は図３（ｂ）に示すシー
ルド板５の側面（ｌ×ｈ）を切って出てくる。高周波に
おいては、この側面に渦電流が流れて磁界が打ち消され
るため、シールド板５の厚さｂは表皮効果の深さに比べ
て小さいことが望ましい。
【００１７】有限の間隙ｄから漏れ出る静電界もシール
ドするには、例えば図４および図５に示すように、 2重
シールドを行うことが効果的である。すなわち、シール
ド板５による間隙ｄを覆うように、シールド板５自体を
被接触で覆うことが可能なシールド板６をかぶせ、ルー
プ状導体１が外部からは見えない構造にする。
ドするには、例えば図４および図５に示すように、 2重
シールドを行うことが効果的である。すなわち、シール
ド板５による間隙ｄを覆うように、シールド板５自体を
被接触で覆うことが可能なシールド板６をかぶせ、ルー
プ状導体１が外部からは見えない構造にする。
【００１８】本発明の誘導結合型高周波放電装置は、例
えば図６に示すように、半円状の導体（アンテナ）１ａ
と同様な導体１ｂとをＱ点の短絡板３で短絡し、高周波
をＰ点とＰ′点から平衡型で給電するような構造に適用
することも可能である。また、図１では戻り線４をルー
プ状導体１の内側に設けて電磁波を rの正の方向に放射
する例を示したが、この他に、戻り線４をループ状導体
１の外側に設けて電磁波を rの負の方向に放射したり、
あるいは戻り線４をループ状導体１の前面または背面に
設けて電磁波を z方向に放射することも可能である。い
うまでもなく、図６についても同様な変形が可能であ
る。
えば図６に示すように、半円状の導体（アンテナ）１ａ
と同様な導体１ｂとをＱ点の短絡板３で短絡し、高周波
をＰ点とＰ′点から平衡型で給電するような構造に適用
することも可能である。また、図１では戻り線４をルー
プ状導体１の内側に設けて電磁波を rの正の方向に放射
する例を示したが、この他に、戻り線４をループ状導体
１の外側に設けて電磁波を rの負の方向に放射したり、
あるいは戻り線４をループ状導体１の前面または背面に
設けて電磁波を z方向に放射することも可能である。い
うまでもなく、図６についても同様な変形が可能であ
る。
【００１９】また図１では、ループ状導体１が 1回巻き
の場合を示したが、一般には複数回巻いてから最後に戻
り線４により全体を静電シールドする。さらに、ループ
導体１の形状は、円形とは限らず、任意の形状とするこ
とができ、静電シールドは戻り線４に沿ってループ状導
体１を取り囲むことで実施できる。
の場合を示したが、一般には複数回巻いてから最後に戻
り線４により全体を静電シールドする。さらに、ループ
導体１の形状は、円形とは限らず、任意の形状とするこ
とができ、静電シールドは戻り線４に沿ってループ状導
体１を取り囲むことで実施できる。
【００２０】本発明の誘導結合型高周波放電装置におけ
る静電シールドされたループ状導体は、放電容器の外部
だけでなく、内部に設置しても従来のような問題を生じ
ることがないため、良好に放電容器内部に設置すること
ができる。
る静電シールドされたループ状導体は、放電容器の外部
だけでなく、内部に設置しても従来のような問題を生じ
ることがないため、良好に放電容器内部に設置すること
ができる。
【００２１】
【作用】例えば図２および図３において、ループ状導体
（中心導体）１に流れる電流によって磁界が発生し、磁
界の時間変化によって誘導電界が生まれ、放電プラズマ
が生成される。一方、ループ導体１上の電荷によって静
電界が発生するが、この電荷に起因する電気力線は、接
地されたシールド板５でループ導体１の周囲を覆うと
き、シールド板５の内壁面で終端されて外部にはもれて
こない。すなわち静電シールドされる。図３（ｂ）にお
いて、間隙ｄ=0のとき、ループ導体１は短絡板３の部分
を除けば完全にシールド板（導体）５で覆われてしま
い、静電界だけでなく、全ての電磁界がシールドされ、
放電を起こすことはできなくなる。そこで、シールド部
の一部に開口部（間隙ｄ）を設けて、磁力線は外に出ら
れるようにし、開口部を通して電磁波を放射させる。
（中心導体）１に流れる電流によって磁界が発生し、磁
界の時間変化によって誘導電界が生まれ、放電プラズマ
が生成される。一方、ループ導体１上の電荷によって静
電界が発生するが、この電荷に起因する電気力線は、接
地されたシールド板５でループ導体１の周囲を覆うと
き、シールド板５の内壁面で終端されて外部にはもれて
こない。すなわち静電シールドされる。図３（ｂ）にお
いて、間隙ｄ=0のとき、ループ導体１は短絡板３の部分
を除けば完全にシールド板（導体）５で覆われてしま
い、静電界だけでなく、全ての電磁界がシールドされ、
放電を起こすことはできなくなる。そこで、シールド部
の一部に開口部（間隙ｄ）を設けて、磁力線は外に出ら
れるようにし、開口部を通して電磁波を放射させる。
【００２２】このように、静電界のみをシールドするこ
とにより、プラズマ中の荷電粒子がループ状導体１に向
けて加速されることを抑制でき、ループ導体１自体やル
ープ導体１近傍の容器壁がスパッタされることを大幅に
抑制することが可能となる。これにより、ループ導体１
等のスパッタによる不純物の発生を抑制することができ
る。また、静電界をシールドすることにより、プラズマ
電位の異常上昇等を抑制することも可能となる。
とにより、プラズマ中の荷電粒子がループ状導体１に向
けて加速されることを抑制でき、ループ導体１自体やル
ープ導体１近傍の容器壁がスパッタされることを大幅に
抑制することが可能となる。これにより、ループ導体１
等のスパッタによる不純物の発生を抑制することができ
る。また、静電界をシールドすることにより、プラズマ
電位の異常上昇等を抑制することも可能となる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２４】図７は、本発明の一実施例による誘導結合
型高周波放電装置の要部を示す図である。同図におい
て、１１はポリエチレンで被覆された導線であり、この
絶縁被覆導線１１を時計方向に 2回巻いてループ状導体
１２が形成されている。絶縁被覆導線１１の終点（Ｑ
点）には、戻り線（裸の銅線）１３が接続されており、
この戻り線１３は反時計方向に 1回巻き戻して、Ｇ点で
接地されている。また、絶縁被覆導線１１は、Ｐ点で図
示を省略した高周波源に接続されている。ループ状導体
１２の直径は約 100mmとした。
型高周波放電装置の要部を示す図である。同図におい
て、１１はポリエチレンで被覆された導線であり、この
絶縁被覆導線１１を時計方向に 2回巻いてループ状導体
１２が形成されている。絶縁被覆導線１１の終点（Ｑ
点）には、戻り線（裸の銅線）１３が接続されており、
この戻り線１３は反時計方向に 1回巻き戻して、Ｇ点で
接地されている。また、絶縁被覆導線１１は、Ｐ点で図
示を省略した高周波源に接続されている。ループ状導体
１２の直径は約 100mmとした。
【００２５】これらループ状導体１２および戻り線１３
の周囲には、約 2mmの間隙（開口部１４）が設けられる
ように、円周に沿って12等分したアルミニウムのシート
が第１のシールド板１５として巻かれている。また、そ
の上部には、第２のシールド板１６として、第１のシー
ルド板１５の開口部１４を覆い、かつ同様な開口部１７
が設けられるように、アルミニウムのシートが巻かれて
おり、 2重シールドとされている。
の周囲には、約 2mmの間隙（開口部１４）が設けられる
ように、円周に沿って12等分したアルミニウムのシート
が第１のシールド板１５として巻かれている。また、そ
の上部には、第２のシールド板１６として、第１のシー
ルド板１５の開口部１４を覆い、かつ同様な開口部１７
が設けられるように、アルミニウムのシートが巻かれて
おり、 2重シールドとされている。
【００２６】図示を省略したが、上記静電シールドされ
たループ状導体１２内に、原料ガス供給系と排気系とが
接続された放電容器が設置され、あるいは静電シールド
されたループ状導体１２を放電容器内に設置し、誘導結
合型高周波放電装置が構成される。処理体は、放電容器
内に設置された独立の電極、もしくは単なる支持台上に
配置され、所望の処理が施される。
たループ状導体１２内に、原料ガス供給系と排気系とが
接続された放電容器が設置され、あるいは静電シールド
されたループ状導体１２を放電容器内に設置し、誘導結
合型高周波放電装置が構成される。処理体は、放電容器
内に設置された独立の電極、もしくは単なる支持台上に
配置され、所望の処理が施される。
【００２７】上記静電シールドされたループ状導体１２
を用いて、大気中にて電磁界の測定を行った。まず、ル
ープ状導体１２に 10MHzの高周波を印加し、小さな磁気
プローブを用いて、ループ状導体１２の面内に垂直な z
方向の磁界Ｂz の 2次元分布を測定した。その結果を図
８に示す。静電シールドしないで測定した図８（ａ）に
示す結果と比較して、静電シールドした場合は、図８
（ｂ）に示すように、同じ電流に対して若干磁界が弱く
なっているが、大きな違いは見られない。すなわち、静
電シールドは、ループ状導体１２により生成される磁界
にほとんど影響を与えず、よって放電プラズマの生成に
ほとんど影響を及ぼすことがないことが分かる。
を用いて、大気中にて電磁界の測定を行った。まず、ル
ープ状導体１２に 10MHzの高周波を印加し、小さな磁気
プローブを用いて、ループ状導体１２の面内に垂直な z
方向の磁界Ｂz の 2次元分布を測定した。その結果を図
８に示す。静電シールドしないで測定した図８（ａ）に
示す結果と比較して、静電シールドした場合は、図８
（ｂ）に示すように、同じ電流に対して若干磁界が弱く
なっているが、大きな違いは見られない。すなわち、静
電シールドは、ループ状導体１２により生成される磁界
にほとんど影響を与えず、よって放電プラズマの生成に
ほとんど影響を及ぼすことがないことが分かる。
【００２８】一方、同一条件で静電プローブを用いて空
間の静電ポテンシャルの分布を測定した。ループ状導体
１２の面内のポテンシャル分布を測定してから、その電
位のr方向の勾配を計算して電界Ｅr を求め、 2次元面
内のＥr の等高線として図９に示す。ループ状導体１２
の近くでは、図９（ａ）に示すように、静電シールドし
ない場合に 400程度であったＥr が、静電シールドした
場合は、図９（ｂ）に示すように、同一パワーで 200程
度に低下している。すなわち、静電界が半分程度にシー
ルドされたと言える。
間の静電ポテンシャルの分布を測定した。ループ状導体
１２の面内のポテンシャル分布を測定してから、その電
位のr方向の勾配を計算して電界Ｅr を求め、 2次元面
内のＥr の等高線として図９に示す。ループ状導体１２
の近くでは、図９（ａ）に示すように、静電シールドし
ない場合に 400程度であったＥr が、静電シールドした
場合は、図９（ｂ）に示すように、同一パワーで 200程
度に低下している。すなわち、静電界が半分程度にシー
ルドされたと言える。
【００２９】図１０は、本発明の他の実施例による誘導
結合型高周波放電装置の要部を示す図であり、高周波放
電の実験用として、絶縁物を使用せずに全て金属で作製
したものである。なお、図１０（ａ）は r方向からコイ
ル状アンテナを図示したものであり、図１０（ｂ）は z
方向からコイル状アンテナを図示したものである。同図
において、２１は内部導体としての外径 6mmのステンレ
スパイプであり、このステンレスパイプ２１は、ループ
状導体２２として時計方向に 2.5回巻き、さらに戻り線
２３として半時計方向に 1.5回巻き戻してある。ここ
で、ループ状導体２２の直径は約70mmとした。
結合型高周波放電装置の要部を示す図であり、高周波放
電の実験用として、絶縁物を使用せずに全て金属で作製
したものである。なお、図１０（ａ）は r方向からコイ
ル状アンテナを図示したものであり、図１０（ｂ）は z
方向からコイル状アンテナを図示したものである。同図
において、２１は内部導体としての外径 6mmのステンレ
スパイプであり、このステンレスパイプ２１は、ループ
状導体２２として時計方向に 2.5回巻き、さらに戻り線
２３として半時計方向に 1.5回巻き戻してある。ここ
で、ループ状導体２２の直径は約70mmとした。
【００３０】また、シールド板２４としては、幅15mmの
ステンレス板を円周に沿って10ケ所巻き付け、戻り線２
３にスポット溶接で固定接続している。シールド板２４
の間隙ｄは約 5mmとした。なお、ステンレスパイプ２１
の内部に水を流して、導体を冷却している。
ステンレス板を円周に沿って10ケ所巻き付け、戻り線２
３にスポット溶接で固定接続している。シールド板２４
の間隙ｄは約 5mmとした。なお、ステンレスパイプ２１
の内部に水を流して、導体を冷却している。
【００３１】このような構成の静電シールドされたルー
プ状導体２２を用いて、高周波放電により生成されるプ
ラズマの密度や電位をラングミュアプローブにより、静
電シールドしない場合と比較して測定した。具体的に
は、圧力4mTorrのアルゴンを用いて、永久磁石で表面磁
場を形成したステンレス製放電容器中で誘導結合型高周
波放電を行った。図１１は、高周波入力パワーに対する
プラズマ電位の測定結果を示している。静電シールドし
ない場合は、プラズマ電位は 75Vまで上昇し、アーキン
グがしばしば発生した。一方、静電シールドしたループ
状導体２２を用いた場合には、100Wの高周波入力パワー
の場合で半分程度にプラズマ電位が下がることが分か
る。なお、パワーを上げるとシールドの効果が弱くなる
のは、使用したループ状導体２２が 1重シールドであっ
て、間隙ｄも開きすぎているためと考えられ、より入念
にシールドすればより顕著な差が得られる。なお、プラ
ズマ密度は、シールドの有無によらず、同程度の値が得
られた。
プ状導体２２を用いて、高周波放電により生成されるプ
ラズマの密度や電位をラングミュアプローブにより、静
電シールドしない場合と比較して測定した。具体的に
は、圧力4mTorrのアルゴンを用いて、永久磁石で表面磁
場を形成したステンレス製放電容器中で誘導結合型高周
波放電を行った。図１１は、高周波入力パワーに対する
プラズマ電位の測定結果を示している。静電シールドし
ない場合は、プラズマ電位は 75Vまで上昇し、アーキン
グがしばしば発生した。一方、静電シールドしたループ
状導体２２を用いた場合には、100Wの高周波入力パワー
の場合で半分程度にプラズマ電位が下がることが分か
る。なお、パワーを上げるとシールドの効果が弱くなる
のは、使用したループ状導体２２が 1重シールドであっ
て、間隙ｄも開きすぎているためと考えられ、より入念
にシールドすればより顕著な差が得られる。なお、プラ
ズマ密度は、シールドの有無によらず、同程度の値が得
られた。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ループ状導体の周囲を静電シールドしているため、ルー
プ状導体や放電容器壁等のスパッタによる不純物の発生
を抑制することができると共に、プラズマ電位の異常上
昇等を抑制することが可能となる。よって、プラズマ密
度と処理体への活性種のエネルギーの独立制御性に優
れ、かつ大形の処理体にも適用が容易な誘導結合型高周
波放電を有効に活用することが可能となり、例えば放電
プラズマを利用する薄膜素子の製造技術等を格段に発展
させることが可能となる。
ループ状導体の周囲を静電シールドしているため、ルー
プ状導体や放電容器壁等のスパッタによる不純物の発生
を抑制することができると共に、プラズマ電位の異常上
昇等を抑制することが可能となる。よって、プラズマ密
度と処理体への活性種のエネルギーの独立制御性に優
れ、かつ大形の処理体にも適用が容易な誘導結合型高周
波放電を有効に活用することが可能となり、例えば放電
プラズマを利用する薄膜素子の製造技術等を格段に発展
させることが可能となる。
【図１】 本発明における静電シールドを説明するため
の概念図である。
の概念図である。
【図２】 シールド板および戻り線による静電シールド
の設置例を示す斜視図である。
の設置例を示す斜視図である。
【図３】 図２に示す静電シールドの断面図および側面
図である。
図である。
【図４】 シールド板および戻り線による静電シールド
の他の設置例を示す斜視図である。
の他の設置例を示す斜視図である。
【図５】 図４に示す静電シールドの断面図および側面
図である。ある。
図である。ある。
【図６】 本発明における他の静電シールドを説明する
ための概念図である。
ための概念図である。
【図７】 本発明の一実施例による誘導結合型高周波放
電装置の要部構成を示す図である。
電装置の要部構成を示す図である。
【図８】 図７に示す誘導結合型高周波放電装置による
ループ状導体の面内 z方向の磁界の 2次元分布の測定結
果を示す図であって、（ａ）は静電シールドしていない
場合の測定結果、（ｂ）は静電シールドした場合の測定
結果である。
ループ状導体の面内 z方向の磁界の 2次元分布の測定結
果を示す図であって、（ａ）は静電シールドしていない
場合の測定結果、（ｂ）は静電シールドした場合の測定
結果である。
【図９】 図７に示す誘導結合型高周波放電装置による
ループ状導体の面内 r方向の静電界の 2次元分布の測定
結果を示す図であって、（ａ）は静電シールドしていな
い場合の測定結果、（ｂ）は静電シールドした場合の測
定結果である。
ループ状導体の面内 r方向の静電界の 2次元分布の測定
結果を示す図であって、（ａ）は静電シールドしていな
い場合の測定結果、（ｂ）は静電シールドした場合の測
定結果である。
【図１０】 本発明の他の実施例による誘導結合型高周
波放電装置の要部構成を示す図である。
波放電装置の要部構成を示す図である。
【図１１】 図１０に示す誘導結合型高周波放電装置を
用いて高周波放電を行った場合のプラズマ電位に対する
静電シールド効果を静電シールドしない場合と比較して
示す図である。
用いて高周波放電を行った場合のプラズマ電位に対する
静電シールド効果を静電シールドしない場合と比較して
示す図である。
【図１２】 従来の誘導結合型高周波放電を説明するた
めの概念図である。
めの概念図である。
【符号の説明】 １、１２、２２……ループ状導体 ２……高周波源 ３……短絡板 ４、１３、２３……戻り線 ５、６、１５、１６、２４……シールド板 １４、１７……開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大久保 通子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平２−301203（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−19593（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−9761（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/46 B01J 19/08 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/302 H01L 21/205
Claims (8)
- 【請求項１】 ループ状導体に高周波電流を通電し、変
動磁界を発生させることにより放電プラズマを生成する
誘導結合型高周波放電方法において、 前記ループ状導体の周囲を、一部に開口部が設けられる
ように、帰還電流の通路となる接地側の導体で覆い、前
記ループ状導体を静電シールドすることを特徴とする誘
導結合型高周波放電方法。 - 【請求項２】 原料ガス供給系と排気系とが接続された
放電容器と、高周波源に接続され、前記放電容器内に誘
導結合型の放電プラズマを生成するループ状導体とを具
備し、前記ループ状導体は、その周囲が帰還電流の通路
となる接地側の導体で、一部に開口部が設けられるよう
に覆われていることを特徴とする誘導結合型高周波放電
装置。 - 【請求項３】 原料ガス供給系と排気系とが接続された
放電容器と、 高周波源に接続され、前記放電容器内に誘導結合型の放
電プラズマを生成するループ状導体と、 前記ループ状導体の周囲を覆うように配置され、かつ帰
還電流の通路となる接地側の導体を、前記ループ状導体
に沿って所定の間隙で周期的に配列した静電界シールド
とを具備することを特徴とする誘導結合型高周波放電装
置。 - 【請求項４】 請求項３記載の誘導結合型高周波放電装
置において、 前記周期的に配列された導体の前記間隙は、前記生成す
る放電プラズマのプラズマ密度と電子温度により決まる
デバイ長以下に設定されていることを特徴とする誘導結
合型高周波放電装置。 - 【請求項５】 請求項３記載の誘導結合型高周波放電装
置において、 前記周期的に配列された導体の前記間隙は1mm以下に設
定されていることを特徴とする誘導結合型高周波放電装
置。 - 【請求項６】 原料ガス供給系と排気系とが接続された
放電容器と、 高周波源に接続され、前記放電容器内に誘導結合型の放
電プラズマを生成するループ状導体と、 前記ループ状導体の周囲を覆うように配置され、かつ帰
還電流の通路となる接地側の導体を、前記ループ状導体
に沿って所定の間隙で周期的に配列した第１の静電界シ
ールドと、 前記第１の静電界シールドを構成する前記導体の間隙の
周囲を覆うように、帰還電流の通路となる接地側の導体
を、所定の間隙で周期的に配列した第２の静電界シール
ドとを具備することを特徴とする誘導結合型高周波放電
装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の誘導結合型高周波放電装
置において、前記第１の静電界シールドにおける 前記周期的に配列さ
れた導体の前記間隙は、前記生成する放電プラズマのプ
ラズマ密度と電子温度により決まるデバイ長以下に設定
されていることを特徴とする誘導結合型高周波放電装
置。 - 【請求項８】 請求項６記載の誘導結合型高周波放電装
置において、前記第１の静電界シールドにおける 前記周期的に配列さ
れた導体の前記間隙は1mm以下に設定されていることを
特徴とする誘導結合型高周波放電装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22610793A JP3290777B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 誘導結合型高周波放電方法および誘導結合型高周波放電装置 |
| KR1019940022419A KR950009842A (ko) | 1993-09-10 | 1994-09-07 | 플라즈마 방전 발생 장치 |
| US08/304,651 US5560776A (en) | 1993-09-10 | 1994-09-09 | Plasma discharge generating antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22610793A JP3290777B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 誘導結合型高周波放電方法および誘導結合型高周波放電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778698A JPH0778698A (ja) | 1995-03-20 |
| JP3290777B2 true JP3290777B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=16839945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22610793A Expired - Fee Related JP3290777B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 誘導結合型高周波放電方法および誘導結合型高周波放電装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5560776A (ja) |
| JP (1) | JP3290777B2 (ja) |
| KR (1) | KR950009842A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100238627B1 (ko) * | 1993-01-12 | 2000-01-15 | 히가시 데쓰로 | 플라즈마 처리장치 |
| USRE40963E1 (en) * | 1993-01-12 | 2009-11-10 | Tokyo Electron Limited | Method for plasma processing by shaping an induced electric field |
| US6224724B1 (en) | 1995-02-23 | 2001-05-01 | Tokyo Electron Limited | Physical vapor processing of a surface with non-uniformity compensation |
| US6132564A (en) * | 1997-11-17 | 2000-10-17 | Tokyo Electron Limited | In-situ pre-metallization clean and metallization of semiconductor wafers |
| US5650032A (en) * | 1995-06-06 | 1997-07-22 | International Business Machines Corporation | Apparatus for producing an inductive plasma for plasma processes |
| US5785878A (en) * | 1995-11-02 | 1998-07-28 | Applied Materials, Inc. | RF antenna having high temperature, oxidation resistant coating |
| US6264812B1 (en) * | 1995-11-15 | 2001-07-24 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for generating a plasma |
| KR100489918B1 (ko) * | 1996-05-09 | 2005-08-04 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 플라즈마발생및스퍼터링용코일 |
| US6254746B1 (en) | 1996-05-09 | 2001-07-03 | Applied Materials, Inc. | Recessed coil for generating a plasma |
| US6368469B1 (en) | 1996-05-09 | 2002-04-09 | Applied Materials, Inc. | Coils for generating a plasma and for sputtering |
| US6190513B1 (en) | 1997-05-14 | 2001-02-20 | Applied Materials, Inc. | Darkspace shield for improved RF transmission in inductively coupled plasma sources for sputter deposition |
| US6254737B1 (en) | 1996-10-08 | 2001-07-03 | Applied Materials, Inc. | Active shield for generating a plasma for sputtering |
| US5800688A (en) * | 1997-04-21 | 1998-09-01 | Tokyo Electron Limited | Apparatus for ionized sputtering |
| US5948215A (en) * | 1997-04-21 | 1999-09-07 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for ionized sputtering |
| US6103070A (en) * | 1997-05-14 | 2000-08-15 | Applied Materials, Inc. | Powered shield source for high density plasma |
| US6565717B1 (en) | 1997-09-15 | 2003-05-20 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for sputtering ionized material in a medium to high density plasma |
| US5903106A (en) * | 1997-11-17 | 1999-05-11 | Wj Semiconductor Equipment Group, Inc. | Plasma generating apparatus having an electrostatic shield |
| US5998933A (en) * | 1998-04-06 | 1999-12-07 | Shun'ko; Evgeny V. | RF plasma inductor with closed ferrite core |
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