JPH07130491A - 混合型rfプラズマ発生装置 - Google Patents

混合型rfプラズマ発生装置

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JPH07130491A
JPH07130491A JP5271717A JP27171793A JPH07130491A JP H07130491 A JPH07130491 A JP H07130491A JP 5271717 A JP5271717 A JP 5271717A JP 27171793 A JP27171793 A JP 27171793A JP H07130491 A JPH07130491 A JP H07130491A
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JP
Japan
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plasma
coil
frequency
cylindrical
vacuum container
Prior art date
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Pending
Application number
JP5271717A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Sakamoto
雄一 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NICHIMEN DENSHI KOKEN KK
Original Assignee
NICHIMEN DENSHI KOKEN KK
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Publication date
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】電子プラズマ周波数に比べて充分に低い周波数
(短波帯)の電源を使用して、高伝送効率で高密度のプ
ラズマを低い、例えば、10-1Pa以下の、ガス圧で生
成することの可能な混合型RFプラズマ発生装置を提供
することである。 【構成】混合型RFプラズマ発生装置は、上端側が部分
球状に突出し、誘電体で形成された円筒状の真空容器1
0と、この真空容器の外側にこれを取巻くように配設さ
れた高周波コイル15とにより構成されている。この高
周波コイルは、真空容器の部分球状の一端を取り囲むよ
うに形成された部分球形状の部分15aと、この部分球
形状の部分に接続され、円筒状の部分を取り囲むように
形成された円筒形状の部分15bとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング装置、洗浄
装置、膜形成装置、表面改質装置等のプラズマを利用す
る装置に使用される混合型RFプラズマ発生装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高周波電力を印加して、真空容器内にプ
ラズマを発生させて、このプラズマ反応を利用すること
が広く知られている。このようなプラズマを発生させる
装置としては、以下に説明するように種々の形式のもの
がある。
【0003】1.容量結合型 真空容器内に互いに対向するようにして1対の平行電極
を設け、これら電極間に高周波電圧を印加することによ
り電極間の気体分子を電離してプラズマを生成する。
【0004】2.誘導結合型 円筒状の真空容器内の外周に高周波コイルを巻回させ、
このコイルに高周波電流を流して真空容器内に渦状の誘
電電界を発生させてプラズマを生成する。この形式のも
のでは、誘導電界が容器の壁を横切ることが無いので、
イオンシースに電界がかからず、このために注入効率が
高いという長所がある。
【0005】3.トランス結合型 真空容器の上端側を閉塞し、誘電体ででき平板の上に、
水平面に沿って巻回して形成されたスパイラル状のコイ
ルを設け、このコイルに高周波電流を流して、真空用内
の上端側に誘電磁界を発生させてシート状のプラズマを
生成する。この結果、シート状のプラズマは下方に拡散
されて容器全体に広がったプラズマ柱となる。
【0006】4.ヘリコン波結起型 円筒状の真空容器に軸方向に沿う磁力線を発生させる直
流の電磁石を容器の周囲に設けると共に、高周波電流が
流されるコイルを容器の外周に巻回して磁化プラズマを
容器内に生成する。この場合、磁化プラズマには様々の
姿態の波が発生し得るが、磁力線の方向に向って右回り
の電磁波は、その周波数ωが電子サイクロトロン周波数
ωceとイオンサイクロトロン周波数ωc1の間にある。そ
して、周波数ωが電子サイクロトロン周波数ωceよりも
非常に低い場合には、右回りの円偏波はプラズマ中を伝
搬することができ、かつ、波の速度が電子の熱速度に近
い位に遅いとランダウ減衰及びサイクロトロン減衰のた
めに、波のエネルギーはプラズマ電子の熱エネルギーに
変換される。このために、波の伝搬速度が遅くなるよう
な波長λを選び、1/2λ間隔に前記コイルを巻いて逆
方向の電流を流すことにより、ヘリコン波を励起してプ
ラズマが生成される。従って、この形式では、エネルギ
ーは、電磁波、プラズマ波、電子の熱エネルギーへと、
この順序で順次伝達されるので、密度の上限はないとい
う長所がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、容量結合型の
場合には、電界は電極近傍のイオンシースにかかるの
で、電力のプラズマへの注入効率は低く、低密度のプラ
ズマしか生成することはできない。また、電極とプラズ
マとが直接接触するので、電極からの不純物がプラズマ
中に入り易く、純度の高いプラズマを生成することは難
しい。
【0008】誘導結合型の場合には、プラズマが生成さ
れると、プラズマの表皮電流のために、誘導電界はプラ
ズマの表面にとどり中心へのエネルギーの伝送は低下す
るので、内部が高密度のプラズマを生成することはでき
ない。
【0009】トランス結合型の場合、コイルの両端間に
できる準静的な電界が誘電体の平板の近くにしかできな
いので、ガス圧が低いと放電破壊が起きにくいので動作
圧力が高くなる。またシート状のプラズマの遮蔽効果で
誘導電界の浸透の深さが小さく、このために、高密度プ
ラズマへのエネルギー伝送効率が低下する。
【0010】ヘリコン波結起型の場合には、磁界を発生
させるために、直流電磁石が必要になるという欠点があ
る。本発明は、前記課題に着目してなされたもので、そ
の目的とするところは、電子プラズマ周波数に比べて充
分に低い周波数(短波帯)の電源を使用して、高伝送効
率で高密度のプラズマを低い、例えば、10-1Pa以下
の、ガス圧で生成することの可能な混合型RFプラズマ
発生装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる混合型R
Fプラズマ発生装置は、一端側が部分球状に突出し、誘
電体で形成された円筒状の真空容器と、この容器内に処
理ガスを供給する手段と、前記真空容器の外側にこれを
取巻くように配設され、部分球状の一端を取り囲むよう
に形成された部分球形状のコイル上部並びに、この部分
球形状の部分に接続され、円筒状の部分を取り囲むよう
に形成された円筒形状のコイル下部を有する高周波コイ
ルと、この高周波コイルに高周波電流を通電して、真空
容器内に前記処理ガスを含むプラズマを発生させる手段
とを具備する。
【0012】
【作用】高周波コイルに高周波電流を流すと、このコイ
ルにより、真空容器内部に、部分球形状のコイル上部と
円筒形状のコイル下部との間に、準静電界が発生する。
そして、この準静電界により処理ガスが放電破壊を起こ
してプラズマが生成される。この場合、このような形態
の準静電界が発生されることにより、放電破壊が生じ易
い。また、半球形状のコイル上部は、円筒形状のコイル
下部に対して半無限のコイルに類似した半径方向に一様
な分布の磁界を形成し、コイル下部がつくる誘導電界が
プラズマの遮蔽効果で内部に入らない場合でも、コイル
上部の誘導電界の作用によってプラズマの中心部にエネ
ルギーが伝達される。
【0013】
【実施例】以下に、添付図面を参照して、本発明の一実
施例に係わる混合型RFプラズマ発生装置を、エッチン
グ装置に適用した場合につき説明する。図において、符
号10は石英のような誘電体でできた真空容器を示す。
この真空容器10は、図1に示すように、円筒状の中間
部10aと、この中間部10aと一体的に形成され、部
分球、好ましくは半球状に上方に突出した上部10b
と、中間部10aより大径の円筒状をなし、下端が閉塞
された下部10cとにより構成されている。この中間部
10aと、上部10bとでブラズマ発生装置の真空容器
が規定され、下部10cで処理室が規定されている。こ
の実施例では、中間部10aの直径、並びに上部10b
の半径は、夫々100mmに設定されている。この下部
10c内には、半導体ウエハのような被処理体が上に載
置されるサセプタ11が設けられている。また、下部1
0cには、中にアルゴンガスのような処理ガスを導入す
るためのガスポート12と、図示しない真空ポンプに接
続されて下部10c内を排気するための排気ポー13と
が、夫々形成されている。さらに、この下部10cに
は、被処理体の出入れをするための、図示しないゲート
バルブが、既知の装置と同様に設けられている。
【0014】図2に示すように、真空容器10の外部に
は、高周波電源14に接続されて、高周波電流が流され
る高周波コイル15が設けられている。この高周波電源
14は、この実施例では13.56MHzの高周波を5
00W供給するように設定されているが、必ずしもこれ
に限定されるものではない、この高周波コイル15は容
器上部10bの外面に沿って、これを取り囲むように形
成された螺旋形(全体は半球形状)のコイル上部15a
と、この下端に一体的に接続され、中間部10aの少な
くとも上部を取り囲むように形成された円筒形状のコイ
ル下部15bとから構成されている。この実施例では、
この高周波コイル15は、径が4mmの銅パイプにより
形成されている。尚、高周波コイル15をパイプで形成
することにより、中に冷却流体を通されて加熱を防止す
ることができるが、これに規定されるものではなく、例
えば線や細片のような形状のものでも良い。
【0015】図2に示す実施例では、高周波コイル15
は1本のパイプ(線)により形成したが、複数の、例え
ば図3に示すように、2本のパイプ(線)15,25
(付加したコイル25は破線で示す)はを平行に巻回し
て形成しても良い。この場合には、これらパイプ15,
25は両端部で接続されて、高周波電源14に接続され
ており、この両端部以外は互いに離間することにより絶
縁されている。
【0016】上記のようなプラズマ発生装置において、
真空容器10内部に、低圧、例えば10-1Paのアルゴ
ンガスを充填し、高周波コイル15に高周波電流を流す
と、真空容器10内部に、半球形状のコイル上部15a
と円筒形状のコイル下部15bとの間に、準静電界Es
が、図2に一点鎖線で示すように発生する。そして、こ
の準静電界Esによりアルゴンが放電破壊を起こしてプ
ラズマが生成される。この場合、このような形態の準静
電界Esが発生されることにより、前述したような低圧
であっても放電破壊が生じ易い。また、半球形状のコイ
ル上部15aは、円筒形状のコイル下部15bに対して
半無限のコイルに類似した半径方向に一様な分布の磁界
を形成するので、コイル下部15bがつくる誘導電界が
プラズマの遮蔽効果で内部に入らない場合でも、コイル
上部15aの誘導電界の作用によってプラズマの中心部
にエネルギーが伝達されるので、伝達効率が良くて高密
度のプラズマの生成が可能となる。例えば、この実施例
の条件で、電子温度が5eVで、電子密度が1012cm
-3のアルゴンプラズマを生成することができる。
【0017】上記プラズマにより、サセプタ11に載置
された被処理体は、既知の方法によりエッチングされ
る。尚、上記実施例では、本発明のプラズマ発生装置を
エッチング装置に適用した場合につき説明したが、プラ
ズマを利用する他の装置、例えば、固体表面の洗浄装
置、ダイヤモンド膜のような薄膜の形成装置、被処理体
の表面の改質装置等、この分野で知られた装置にも適用
可能である。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、電子プラズマ周波数に
比べて充分に低い周波数(短波帯)の電源を使用して、
高伝送効率で高密度のプラズマを低い、例えば、10-1
Pa以下の、ガス圧で生成することの可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる混合型RFプラズマ
発生装置を使用したエッチング装置を概略的に示す縦断
面図。
【図2】図1に示す装置のプラズマ発生装置の部分を示
す斜視図。
【図3】図2に示す装置の変形例を示す斜視図。
【符号の説明】
10…真空容器、14…高周波電源、15…高周波コイ
ル、15a…半球形状の上部、15b…円筒形状の下
部。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年1月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 混合型RFプラズマ発生装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/027 21/3065 21/304 341 D

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端側が部分球状に突出し、誘電体で形
    成された円筒状の真空容器と、この容器内に処理ガスを
    供給する手段と、前記真空容器の外側にこれを取巻くよ
    うに配設され、部分球状の一端を取り囲むように形成さ
    れた部分球形状のコイル上部並びに、この部分球形状の
    部分に接続され、円筒状の部分を取り囲むように形成さ
    れた円筒形状のコイル下部を有する高周波コイルと、こ
    の高周波コイルに高周波電流を通電して、真空容器内に
    前記処理ガスを含むプラズマを発生させる手段とを具備
    する混合型RFプラズマ発生装置。
JP5271717A 1993-10-29 1993-10-29 混合型rfプラズマ発生装置 Pending JPH07130491A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100528463B1 (ko) * 2001-11-30 2005-11-15 삼성전자주식회사 플라즈마 코일
JP2011501237A (ja) * 2007-10-24 2011-01-06 ハラメイン,ナツシム 磁気流体力学シミュレーション装置および方法
WO2011114793A1 (ja) * 2010-03-15 2011-09-22 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55163848A (en) * 1979-06-06 1980-12-20 Shunpei Yamazaki Manufacture of semiconductor device and its manufacturing device

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