JPH10149898A - 誘導結合型プラズマ発生装置 - Google Patents

誘導結合型プラズマ発生装置

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JPH10149898A
JPH10149898A JP8323549A JP32354996A JPH10149898A JP H10149898 A JPH10149898 A JP H10149898A JP 8323549 A JP8323549 A JP 8323549A JP 32354996 A JP32354996 A JP 32354996A JP H10149898 A JPH10149898 A JP H10149898A
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plasma
coil
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secondary winding
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Kibatsu Shinohara
己拔 篠原
Hiroyuki Kamiyama
寛幸 上山
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Nihon Koshuha Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁場発生用の電磁石を要せず、簡単な構成に
よって、高密度で電子温度が低いプラズマを安定して発
生させる誘導結合型プラズマ発生装置を提供する。 【解決手段】 プラズマ発生用絶縁容器の外周にヘリカ
ルコイル及び二次巻線を各巻線間を相互に隣接して配置
し、ヘリカルコイルは高周波電源に接続し、二次巻線の
一端は接地し、他端を開放したことを特徴とする誘導結
合型プラズマ発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】半導体デバイス製造工程の中で
は、プラズマCVD法等のプラズマプロセスが広く応用
されている。この発明は、このようなプラズマプロセス
に適したプラズマ放電を起こさせるための誘導結合型プ
ラズマ発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年半導体デバイス製造の分野では、デ
バイスの大面積化、かつ高集積化の傾向にあり、そのた
めのプラズマ源として低圧力下で高密度・大口径のプラ
ズマ発生技術が要求されている。
【0003】これまで最も広く利用されてきた容量結合
型高周波プラズマは、動作圧力が高く、プラズマ密度が
低い等、この要求に応じられなくなっている。これに対
してECRプラズマ、ヘリコン波励起プラズマ、及び誘
導結合型プラズマの3方式が開発され、低圧力・高密度
・大口径等の条件をある程度満たすため、一部実用化さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記3方式は、外から
加える高周波又はマイクロ波のエネルギーが誘電体を通
してプラズマと電磁的に結合する点で共通点を有する
が、ECRプラズマ及びヘリコン波励起プラズマは、共
に磁場発生用の電磁石等を必要とするなど、装置が複雑
で大型になる難点があった。
【0005】また誘導結合型プラズマは、半径方向の静
電界によりコイル近くの絶縁物の容器に負のDCセルフ
バイアスが発生し、イオンが加速されて容器壁をたた
き、不純物を発生する等の問題があった。
【0006】本発明は上記従来の問題点に鑑み、磁場発
生用の電磁石を要せず、簡単な構成により高密度で電子
温度が低いプラズマを安定して発生させることができる
誘導結合型プラズマ発生装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はプラズマ発生用
絶縁容器の外側にヘリカルコイル及び二次巻線を各巻線
間を相互に隣接して配置し、ヘリカルコイルは高周波巻
線に接続し、二次巻線の一端は接地し、他端は開放した
ことを特徴とする誘導結合型プラズマ発生装置である。
すなわち、一次側コイル(巻線)としてのヘリカルコイ
ル巻線の間に、二次巻線を設けたこと、及び二次巻線の
一方は接地し他端は開放してあることを特徴とする誘導
結合型プラズマ発生装置である。ヘリカルコイルと二次
巻線は、一方の巻線間に他方の巻線が配置され、相互に
隣接する状態にある。
【0008】
【作用】誘導結合型プラズマ発生装置は、絶縁物の容器
の外部にコイルを巻き、そのコイルに高周波電流を流
し、磁束の時間的変化により生ずる誘導電界によりプラ
ズマを維持する方式である。しかし現実には、コイル自
身が持っている電位とプラズマ電位の間に電位差がある
ため、一部は容量的にも結合していた。一方、容器の内
壁はプラズマに接触しているが容器が絶縁物であるた
め、内壁近傍に集まってきた電子は電流を流せないの
で、そこに負の電界(浮動電位)を形成し、その浮動電
位によりイオンが加速されて壁を叩き、スパッターして
不純物を発生していた。
【0009】本発明は、誘導結合型プラズマ発生装置に
おいて、一次側コイルの各巻線の間に一端を接地した二
次巻線を設けたことを特徴としている。
【0010】従って、一次コイル自身及び管壁近傍の電
荷は、接地した二次巻線を通してアースに逃げることに
なり、一次コイルとプラズマとの間の容量的結合を減少
すると同時に、容器内壁近傍の浮動電位を低下させ、イ
オンの加速による壁への影響も少なくなるため不純物の
発生による汚染は押さえられる。
【0011】また、プラズマ電位と浮動電位の電位差が
10V以下(従来装置では15〜20V)と小さくなる
ため、イオンの加速エネルギーは小さくなり、処理を行
う基板等に対し、ダメージの少ないプラズマとなる。
【0012】さらにコイルとプラズマの間の容量結合が
減少したことにより、誘導結合が支配的となり、従来の
容量結合型プラズマ発生装置に比べて高密度のプラズマ
を維持できた。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施例の概略縦断
面図である。
【0014】図中、符号1は絶縁物のプラズマ発生用容
器で石英の円筒管である。符号2(白丸)は一次側コイ
ルであって、円筒管1の外周に螺旋状に配置され、高周
波電源4から整合器5を介して高周波電力が供給され
る。符号3(黒丸)は二次側コイルであって、一次側コ
イル2の各巻線の間に螺旋状に巻きつけられており、一
端は接地し、他端は開放してある。6はガス導入用の
管、7は真空容器、8は真空シール用のO−リング、9
は計測用のプラズマプローブ、11は排気口である。1
0がプラズマ発生領域である。
【0015】本実施例では、石英円筒管は内径Φ60、
長さ300mmである。以上の装置により実際にプラズマ
を発生させたデータを示す。
【0016】 高周波出力 13.56MHZ 50W 使用ガス Arガス(800SCCM) 圧力(真空度) 5×10-2Torr(6.65Pa) プローブ位置 コイル上端より上部 電子密度(Ne)1.705×1011(cm-3) 電子温度(Te)1.8(eV) 図2は、本発明の他の実施例を示す概略の縦断面図であ
り、図1と同一の符号は同じものを示す。本実施例はプ
ラズマ発生用の絶縁容器12がベルジャーであり、絶縁
ドーム状のものとした例を示す。
【0017】図3は、プラズマ発生用絶縁容器13の形
状が平板状のものとした例の斜視図を示す(同一符号は
図1と同じ。)。一次側コイル14と二次側コイル15
を絶縁容器13の平板131上に互いに平行になるよう
にスパイラル状(蚊取り線香の形状)に配置した。二次
側コイル15の一端151は開放し、他端152は接地
されている。
【0018】
【発明の効果】本発明は上述のごとく二次コイルを設
け、その一端を接地したことにより従来の誘導結合型プ
ラズマ発生装置に比べて高密度で電子温度の低いプラズ
マを安定に発生できた。
【0019】本発明の特徴を下記に示す。 電磁石等の磁場を使用しない誘導結合型プラズマ発生
装置であるため、装置の構成が簡単で取り扱いも容易で
ある。 1mTorr〜50mTorrの圧力領域において、1011/1
0cm3以上の高密度のプラズマを発生できる(従来のプ
ラズマ発生装置では109〜1010/cm3)。 1mTorr〜50mTorrの圧力領域において、約2eV以下
の電子温度を維持できる。 空間電位と浮動電位の電位差は、10V以下と低い値
(従来装置では15V〜20V)となり、浮動電位にあ
る被処理基板に入射するイオンの加速エネルギーが低く
なるため、処理を行う基板に対してのダメージが小さく
なる。 空間電位と浮動電位の電位差が小さいため、絶縁容器
壁へのイオンの衝突が小さくなり、容器壁からの不純物
発生による汚染の心配がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す縦断面図。
【図2】本発明の他の実施例を示す縦断面図。
【図3】本発明の他の実施例を示す斜視図。
【符号の説明】
1、12、13 プラズマ発生用絶縁容器(石英) 2、14 一次側コイル 3、15二次側コイル 4 高周波電源 5 整合器 6 ガス導入管 7 真空容器 8 O−リング 9 計測用プラズマプローブ 10 プラズマ 11 真空排気管 131 平板型絶縁容器 151 二次側コイル開放端 152 二次側コイル接地端

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ発生用絶縁容器の外側にヘリカ
    ルコイル及び二次巻線を各巻線間を相互に隣接して配置
    し、ヘリカルコイルは高周波電源に接続し、二次巻線の
    一端は接地し、他端は開放したことを特徴とする誘導結
    合型プラズマ発生装置。
  2. 【請求項2】 プラズマ発生用絶縁容器は円管状であっ
    て、ヘリカルコイル及び二次巻線を円管状絶縁容器の外
    側に配置した請求項1記載の誘導結合型プラズマ発生装
    置。
  3. 【請求項3】 円管状絶縁容器は円筒管又はベルジャー
    である請求項2記載の誘導結合型プラズマ発生装置。
  4. 【請求項4】 プラズマ発生用絶縁容器は少なくとも一
    つの平板を有し、ヘリカルコイル及び二次巻線を少なく
    とも一つの平板の外側に配置した請求項1記載の誘導結
    合型プラズマ発生装置。
JP8323549A 1996-11-19 1996-11-19 誘導結合型プラズマ発生装置 Expired - Lifetime JP2872976B2 (ja)

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