JP4122467B2 - High frequency discharge device and high frequency processing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハ上の薄膜素子の製造、或いは粒子ビーム源や分析装置や加熱装置などのプラズマ源に用いられる高周波放電装置並びに高周波処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属、半金属、半導体、酸化物、窒化物、砒素などを構成要素とする薄膜が形成された素子(以下、薄膜素子と称する)は、LSI、磁気記録装置、光記録装置などの記憶装置、半導体レーザ、光電変換素子などの通信機器、LCDなどの平面ディスプレイ、固体撮像素子などの表示装置、太陽電池などのエネルギー機器など、多種多様な装置の主要部品に応用されており、今後、機器の小型化、高性能化を進展させるための必須部品として技術的発展が期待されている。
【0003】
このような薄膜素子は、その構造の微細化、高性能化が進んでおり、例えばエッチング、CVDなどでプラズマを用いた製造プロセスが重要となつている。そして、製造プロセスで用いる被処理体の基板の面積も生産性向上の観点から大面積化している。
【0004】
このような製造プロセスを実現するために誘導結合型の高周波プラズマ装置が注目されている。この誘導結合型の高周波プラズマ装置は、通常、真空容器の外部にループ状のアンテナが配置され、このアンテナに高周波電流を流すことにより誘導電界を真空容器内のガスに加え、プラズマを生成するものとなっている。
【0005】
この場合、アンテナにより発生する誘導電界は、真空容器に設置された誘電体窓を通して真空容器内のガスに加えられている。
このような誘導結合型の高周波プラズマであれば、アンテナの近傍に誘導電界が発生するとともに、アンテナに供給される高周波電圧による静電界も同時に発生する。
【0006】
この静電界によるアンテナとプラズマとの静電的結合は、プラズマ放電の開始や低密度領域でのプラズマ生成に寄与する。これにより、この静電的結合は、プラズマ放電の安定化に重要な働きをする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アンテナとプラズマとの静電的結合の結果、アンテナ又はアンテナ近傍の誘電体には、負の直流セルフバイアス電圧が発生し、このセルフバイアス電圧によつて放電により生じたイオンが加速され、誘電体やアンテナの材料がスパッタされる。例えば、アンテナの材料が銅であれば、この銅そのものや電離した銅が真空容器の内壁や被処理体にスパッタされる。
【0008】
このため、高周波プラズマ装置の劣化を速めるだけでなく、スパッタされた不純物がエッチングやCVDなどのプロセスに悪影響を与える。
そこで本発明は、プラズマ放電の安定化とアンテナによるスパッタの抑制とを両立させるためにアンテナとプラズマとの静電的結合を最適に制御できる高周波放電装置を提供することを目的とする。
【0009】
又、本発明は、アンテナとプラズマとの静電的結合を最適に制御した状態でプラズマを発生させ、被処理体に対する処理ができる高周波処理装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1によれば、少なくとも1つのループ状のアンテナに高周波電力を供給して容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成する高周波放電装置において、1つのアンテナの接地側又は複数のアンテナ間にそれぞれ介装されたコンデンサを具備し、コンデンサは、可変容量であり、この容量を変化させてアンテナ上での高周波電圧分布を変化させ、アンテナとプラズマとの静電的結合を制御し、コンデンサの容量Cは、高周波の周波数をω、回路中のインダクタンスをLとすると、C=2/ω 2 Lの関係を満たす高周波放電装置である。
請求項2によれば、請求項1記載の高周波放電装置において、アンテナは、外周側に絶縁被覆が施されている又は施されていない。
【0011】
請求項3によれば、プラズマ生成用のガスが供給され、かつ内部に被処理体が配置される真空容器と、高周波電力用の電源と、電源からの高周波電力の供給により真空容器内に誘導電界を発生させてプラズマを生成させ、真空容器内の被処理体に対して処理を行なわせる少なくとも1つのループ状のアンテナと、1つのアンテナの接地側又は複数のアンテナ間にそれぞれ介装されたコンデンサとを具備し、コンデンサは、可変容量であり、この容量を変化させてアンテナ上での高周波電圧分布を変化させ、アンテナとプラズマとの静電的結合を制御し、コンデンサの容量Cは、高周波の周波数をω、回路中のインダクタンス成分をLとすると、C=2/ω 2 Lの関係を満たす高周波処理装置である。
請求項4によれば、請求項3記載の高周波処理装置において、アンテナは、外周側に絶縁被覆が施されている又は施されていない。
請求項5によれば、請求項3記載の高周波処理装置において、アンテナは、複数であり、かつ真空容器の内部に設けられた。
請求項6によれば、請求項3記載の高周波処理装置において、アンテナは、真空容器の外部に設けられた。
【0017】
【発明の実施の形態】
(1) 以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の高周波処理装置の構成図である。
真空容器1は、例えば円筒状に形成され、その上部には図2に示すようにエッチング用の反応性ガスやCVD用の原料ガスなどのプロセスガス2を供給するための供給管3が接続されるとともに、その下部には排気管4が接続されている。なお、真空容器1は、円筒状に限らず、立方体形状に形成されていてもよい。
【0018】
排気管4には、排気ポンプ5が接続され、この排気ポンプ5の作動によって真空容器1内を減圧するようになっている。
又、真空容器1内には、テーブル6が設けられ、このテーブル6上にエッチング又はCVD処理が行なわれる被加工物7が載置されている。
【0019】
さらに、真空容器1内には、ループ状のアンテナ8が配置されている。このアンテナ8は、例えば導電性の材料、例えば銅、アルミニウムにより形成されている。
【0020】
又、このアンテナ8は、そのアンテナ導体の外周を絶縁材料、例えばガラス繊維で絶縁被覆が施されたもの、又は絶縁被覆を施さずにアンテナ導体の金属無垢の2種類となっている。
【0021】
このアンテナ8の一端には、図1に示すように高周波電力用の電源9が接続され、かつ他端側の接地との間にはフローティングコンデンサ10が接続されている。
【0022】
このフローティングコンデンサ10は、可変容量であり、その容量Cf を変化させてアンテナ8上での高周波電圧分布を変化させ、このアンテナ8とプラズマPとの静電的結合を制御する作用を持っている。
【0023】
すなわち、図3(a) に示すようにアンテナ8にフローティングコンデンサ10が接続されていなければ、接地に対するA点の電圧は同図(b) に示すように0Vとなり、A点とB点との間には同図(c) に示すようにアンテナ8のA,B間の電圧に対応した電圧波形が現れる。この波形は、同図(d) に示すように接地に対するB点についても同様である。
【0024】
これに対して図4(a) に示すようにアンテナ8にフローティングコンデンサ10を接続すると、A点には、このフローティングコンデンサ10の電圧降下により同図(b) に示すようにA点とB点との間の電圧位相{図4(c) }と逆位相で2分の1倍の振幅を持つの電圧波形が現れる。
【0025】
従って、接地からB点の電圧は、同図(b) に示すフローティングコンデンサ10による逆位相の電圧と同図(c) に示すA点とB点との間の電圧とが重なり合った波形となり、同図(d) に示すような最大値の小さくなった電圧となる。
【0026】
従って、フローティングコンデンサ10の容量Cf を変化させることにより、アンテナ8上の電圧分布を変化させてアンテナ8上の任意の点(例えばA点とB点との中間点)の電圧を0Vに制御できるものとなる。
【0027】
この中間点での電圧が0Vの場合、図4(a) に示す回路を式で表すと、
V={(jωL/2)+j(1/ωCf )}・I …(1)
となる。ここで、Lはアンテナ8のインダクタンス、Cf はフローティングコンデンサの容量、Iは回路電流である。
【0028】
この際には、式変形して
Cf =2/ω2 L …(2)
となる。
【0029】
この値をとれば、高周波電圧についてコンデンサがない場合に比べて接地からB点が半分となり大幅に静電的結合が抑制できる。
ここで、フローティングコンデンサ10の効果を調べるために、アンテナ8の両端での高周波電圧VRF1 、VRF2 、アンテナ8の負の直流セルフバイアス電圧VDC、電子密度ne をそれぞれ測定した。
【0030】
図5及び図6はアンテナ8のセルフバイアス電圧VDC(図には絶対値|VDC|を表示)、アンテナ8の両端の高周波電圧VRF1 、VRF2 、電子密度ne に対するフローティングコンデンサ10の容量Cf の依存性を示している。
【0031】
この場合、アンテナ8は、ステンレス製金属無垢のアンテナを用いて例えばアルゴン0.3Paの放電を行なった。
図5に示すようにフローティングコンデンサ10の容量Cf を小さくするにつれて、電源9側の高周波電圧VRF1 は小さくなり、フローティングコンデンサ10側の高周波電圧VRF2 は大きくなり、上記コンデンサ10の容量Cf が400pFとなる付近で大きさが逆転する。
【0032】
又、セルフバイアス電圧|VDC|は、上記コンデンサ10の容量Cf を小さくするにつれて初めは小さくなり、VRF1 =VRF2 となるときに最小となり、この後に再び高くなる。
【0033】
このことはフローティングコンデンサ10の容量Cf を変化させることにより、静電的結合の強さを制御できることを示している。
図6はセルフバイアス電圧|VDC|が最小となるときに電子密度ne が最大となっている。これはアンテナ8とプラズマPとの静電的結合を抑制すると、プラズマPの生成効率が高くなることを示している。
【0034】
一方、図7及び図8は上記同様にフローティングコンデンサ10の効果を調べるために、絶縁被覆されたアンテナ8を用いて、このアンテナ8の両端での高周波電圧VRF1 、VRF2 、電子密度ne をそれぞれ測定した結果である。なお、アンテナ8の負の直流セルフバイアス電圧VDCは、アンテナ導体でなく、プラズマP中の絶縁物表面に現れるために測定できない。
【0035】
この絶縁被覆されたアンテナ8を用いた場合でも、上記同様に、アンテナ8の両端の高周波電圧VRF1 、VRF2 は、フローティングコンデンサ10の容量Cf が400pFとなる付近でVRF1 =VRF2 となり、かつ電子密度ne が最大となるという同じ傾向を持っている。
【0036】
これはアンテナ8に絶縁被覆を施してもフローティングコンデンサ10の容量Cf を変えることにより、アンテナ8とプラズマPとの静電的結合が制御できることを示している。
【0037】
なお、アンテナ8を真空容器1の外部に配置した場合でも、アンテナ8とプラズマPとが誘電体を介して結合されている点では、アンテナ8を真空容器1の内部に配置した場合と変わらないので、アンテナ8を真空容器1の外部に配置した場合でもフローティングコンデンサ10の容量Cf を変えることによりアンテナ8とプラズマPとの静電的結合が制御できる。
【0038】
このような高周波処理装置での処理は、真空容器1の内部に配置されたループ状のアンテナ8に対して電源9から高周波電流が流すことにより誘導電界が真空容器1内のエッチング用の反応性ガスやCVD用の原料ガスなどのプロセスガス2に加えられ、これによりプラズマPが生成され、被処理体7に対するエッチング又は薄膜形成などの処理が行なわれる。
【0039】
このように上記第1の実施の形態においては、アンテナ8の接地側にフローティングコンデンサ10を接続し、このフローティングコンデンサ10の容量Cf を変化させてアンテナ8上での高周波電圧分布を変化させ、このアンテナ8とプラズマPとの静電的結合を制御するようにしたので、プラズマP放電の安定化とアンテナ8によるスパッタの抑制とを両立させるためにアンテナ8とプラズマPとの静電的結合を最適に制御できる。
【0040】
これにより、負の直流セルフバイアス電圧によつてイオンが加速され、例えば、アンテナの材料が真空容器1の内壁や被処理体7にスパッタされることが抑制され、高周波プラズマ装置を長寿命化でき、エッチングやCVDなどのプロセスに悪影響を与えることはなくなる。
(2) 次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、図1及び図2と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【0041】
図9は高周波処理装置の構成図である。
真空容器1の内部には、径の異なる複数のループ状のアンテナ、例えば2つのアンテナ20、21が配置されている。
【0042】
これらアンテナ20、21は、例えば導電性の材料、例えば銅、アルミニウムにより形成されている。
又、これらアンテナ20、21は、そのアンテナ導体の外周を絶縁材料、例えばガラス繊維で絶縁被覆が施されたもの、又は絶縁被覆を施さずにアンテナ導体の金属無垢の2種類となっている。
【0043】
これらアンテナ20、21は、直列に接続され、かつその各間にはそれぞれ各フローティングコンデンサ22、23が接続されている。
これらフローティングコンデンサ22、23は、それぞれ可変容量であり、その各容量Cf を変化させて各アンテナ20、21上での高周波電圧分布を変化させ、各アンテナ20、21とプラズマPとの静電的結合を制御する作用を持っている。
【0044】
すなわち、上記第1の実施の形態と同様に、各フローティングコンデンサ22、23の各容量Cf を変化させることにより、各アンテナ20、21での電圧分布を任意に制御してアンテナ上の任意の点を0Vにできるとともに、接地から各アンテナ20,21までの電圧を小さくすることができる。
【0045】
このような高周波処理装置での処理は、真空容器1の内部に配置された2つのループ状のアンテナ20、21に対して電源9から高周波電流が流すことにより誘導電界が真空容器1内のエッチング用の反応性ガスやCVD用の原料ガスなどのプロセスガス2に加えられ、これによりプラズマPが生成され、被処理体7に対するエッチング又は薄膜形成などの処理が行なわれる。
【0046】
このように上記第2の実施の形態においては、2つのアンテナ20、21の各間にフローティングコンデンサ22、23を接続してその各容量Cf を変化させて2つのアンテナ20、21上での高周波電圧分布を変化させ、これらアンテナ20、21とプラズマPとの静電的結合を制御するようにしたので、上記第1の実施の形態と同様に、プラズマP放電の安定化とアンテナ20、21によるスパッタの抑制とを両立させるためにアンテナ20、21とプラズマPとの静電的結合を最適に制御できるという効果を奏することは言うまでもない。
(3) 次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、図1及び図2と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【0047】
図10は高周波処理装置の構成図である。
真空容器1の外周には、複数のループ状のアンテナ、例えば3つのアンテナ30、31、32が配置されている。
【0048】
これらアンテナ30、31、32は、例えば導電性の材料、例えば銅、アルミニウムにより形成されている。
又、これらアンテナ30、31、32は、絶縁被覆を施さずにアンテナ導体の金属無垢となっている。
【0049】
これらアンテナ30、31、32は、直列に接続され、かつその各間にはそれぞれ各フローティングコンデンサ33、34、35が接続されている。
これらフローティングコンデンサ33、34、35は、それぞれ可変容量であり、その各容量Cf を変化させて各アンテナ30、31、32上での高周波電圧分布を変化させ、各アンテナ30、31、32とプラズマPとの静電的結合を制御する作用を持っている。又、アンテナ30,31,32は、真空容器の一部をなす例えば石英部材36に巻かれている。
【0050】
すなわち、上記第1の実施の形態と同様に、各フローティングコンデンサ33,34,35の各容量Cf を変化させることにより、各アンテナ30,31,32での電圧分布を任意に制御してアンテナ上の任意の点を0Vにできるとともに、接地から各アンテナ30,31,32までの電圧を小さくすることができる。
【0051】
このような高周波処理装置での処理は、真空容器1の内部に配置された2つのループ状のアンテナ30、31、32に対して電源9から高周波電流を流すことにより誘導電界が真空容器1内のエッチング用の反応性ガスやCVD用の原料ガスなどのプロセスガス2に加えられ、これによりプラズマPが生成され、被処理体7に対するエッチング又は薄膜形成などの処理が行なわれる。
【0052】
このように上記第3の実施の形態においては、3つのアンテナ30、31、32の各間にフローティングコンデンサ33、34、35を接続してその各容量Cf を変化させて3つのアンテナ30、31、32上での高周波電圧分布を変化させ、これらアンテナ30、31、32とプラズマPとの静電的結合を制御するようにしたので、上記第1の実施の形態と同様に、プラズマP放電の安定化とアンテナ30、31、32によるスパッタの抑制とを両立させるためにアンテナ30、31、32とプラズマPとの静電的結合を最適に制御できるという効果を奏することは言うまでもない。
【0053】
なお、上記の説明では高周波を用いた処理装置について述べたが、高周波加熱装置のような常圧容器中での被処理体(例えば金属など)の加熱に用いる高周波放電装置も提供できる。
【0054】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、アンテナの接地側又は複数のアンテナ間にそれぞれ介装されたコンデンサの容量を変化させてアンテナ上での高周波電圧分布を変化させ、アンテナとプラズマとの静電的結合を制御することによってプラズマ放電の安定化とアンテナによるスパッタの抑制とを両立させるためにアンテナとプラズマとの静電的結合を最適に制御できる高周波放電装置を提供できる。
【0055】
又、本発明によれば、アンテナの接地側又は複数のアンテナ間にそれぞれ介装されたコンデンサの容量を変化させてアンテナ上での高周波電圧分布を変化させ、アンテナとプラズマとの静電的結合を制御することによってアンテナとプラズマとの静電的結合を最適に制御した状態でプラズマを発生させ、被処理体に対する処理ができる高周波処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる高周波処理装置の第1の実施の形態を示す構成図。
【図2】同装置における真空容器内の構成図。
【図3】フローティングコンデンサが無いときのアンテナ上の高周波電圧分布を説明するための図。
【図4】フローティングコンデンサを接続したときのアンテナ上の高周波電圧分布を説明するための図。
【図5】金属無垢のアンテナを用いた場合のアンテナのセルフバイアス電圧Vなどに対するフローティングコンデンサの容量の依存性を示す図。
【図6】金属無垢のアンテナを用いた場合のアンテナのセルフバイアス電圧などに対するフローティングコンデンサの容量の依存性を示す図。
【図7】絶縁被覆されたアンテナを用いた場合のアンテナのセルフバイアス電圧Vなどに対するフローティングコンデンサの容量の依存性を示す図。
【図8】絶縁被覆されたアンテナを用いた場合のアンテナのセルフバイアス電圧Vなどに対するフローティングコンデンサの容量の依存性を示す図。
【図9】本発明に係わる高周波処理装置の第2の実施の形態を示す構成図。
【図10】本発明に係わる高周波処理装置の第3の実施の形態を示す構成図。
【符号の説明】
1:真空容器、
2:プロセスガス、
7:被加工物、
8,20,21,30,31,32:ループ状のアンテナ、
9:高周波電力用の電源、
10,22,23,33,34,35:フローティングコンデンサ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency discharge apparatus and a high-frequency processing apparatus used for manufacturing a thin film element on a semiconductor wafer or a plasma source such as a particle beam source, an analysis apparatus, or a heating apparatus.
[0002]
[Prior art]
An element (hereinafter referred to as a thin film element) on which a thin film including metal, metalloid, semiconductor, oxide, nitride, arsenic, or the like is formed is a memory device such as an LSI, a magnetic recording device, or an optical recording device, It is applied to the main parts of various devices such as semiconductor lasers, communication devices such as photoelectric conversion elements, flat displays such as LCDs, display devices such as solid-state image sensors, and energy devices such as solar cells. Technological development is expected as an indispensable part for advancing miniaturization and high performance.
[0003]
Such a thin film element has been refined in structure and improved in performance, and a manufacturing process using plasma, for example, in etching, CVD or the like is becoming important. And the area of the substrate of the object used in the manufacturing process is also increased from the viewpoint of improving productivity.
[0004]
In order to realize such a manufacturing process, an inductively coupled high-frequency plasma apparatus has attracted attention. This inductively coupled high-frequency plasma apparatus usually has a loop-shaped antenna arranged outside a vacuum vessel, and generates a plasma by applying an induction electric field to the gas in the vacuum vessel by flowing a high-frequency current through the antenna. It has become.
[0005]
In this case, the induction electric field generated by the antenna is applied to the gas in the vacuum container through a dielectric window installed in the vacuum container.
With such an inductively coupled high-frequency plasma, an induction electric field is generated in the vicinity of the antenna, and an electrostatic field due to the high-frequency voltage supplied to the antenna is also generated.
[0006]
The electrostatic coupling between the antenna and the plasma by the electrostatic field contributes to the start of plasma discharge and plasma generation in a low density region. As a result, this electrostatic coupling plays an important role in stabilizing the plasma discharge.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a result of electrostatic coupling between the antenna and the plasma, a negative DC self-bias voltage is generated in the antenna or the dielectric near the antenna, and ions generated by the discharge are accelerated by this self-bias voltage, Dielectric and antenna materials are sputtered. For example, if the material of the antenna is copper, the copper itself or ionized copper is sputtered onto the inner wall of the vacuum vessel or the object to be processed.
[0008]
This not only accelerates the deterioration of the high-frequency plasma apparatus, but sputtered impurities adversely affect processes such as etching and CVD.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-frequency discharge device that can optimally control the electrostatic coupling between an antenna and plasma in order to achieve both stabilization of plasma discharge and suppression of sputtering by the antenna.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a high-frequency processing apparatus capable of generating plasma in a state where the electrostatic coupling between the antenna and the plasma is optimally controlled and processing a target object.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to claim 1, in a high-frequency discharge apparatus for generating plasma by generating an induced electric field in the vessel by supplying high frequency power to the small of Kutomo one loop-shaped antenna, the ground side of a single antenna or A capacitor is provided between each of the plurality of antennas . The capacitor is a variable capacitor. The capacitor is changed to change the high-frequency voltage distribution on the antenna, thereby electrostatically coupling the antenna and the plasma. The capacitance C of the capacitor is controlled so that the frequency of the high frequency is ω and the inductance in the circuit is L, C = 2 / ω 2 This is a high-frequency discharge device that satisfies the relationship of L.
According to
[0011]
According to the third aspect of the present invention, a vacuum vessel in which a plasma generating gas is supplied and an object to be processed is disposed, a power source for high frequency power, and induction of the high frequency power from the power source into the vacuum vessel. At least one loop-shaped antenna that generates an electric field to generate plasma and perform processing on an object to be processed in a vacuum vessel, and is interposed between the ground side of one antenna or a plurality of antennas, respectively. The capacitor is a variable capacitor, and the capacitance is changed to change the high-frequency voltage distribution on the antenna to control the electrostatic coupling between the antenna and the plasma. If the high frequency is ω and the inductance component in the circuit is L, C = 2 / ω 2 This is a high-frequency processing apparatus that satisfies the relationship of L.
According to
According to claim 5, in the high frequency processing apparatus according to
According to
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a high-frequency processing apparatus according to the present invention.
The vacuum vessel 1 is formed, for example, in a cylindrical shape, and a
[0018]
An exhaust pump 5 is connected to the
Further, a table 6 is provided in the vacuum vessel 1, and a workpiece 7 to be etched or CVD processed is placed on the table 6.
[0019]
Further, a loop-
[0020]
The
[0021]
As shown in FIG. 1, a power source 9 for high frequency power is connected to one end of the
[0022]
The
[0023]
That is, if the floating
[0024]
On the other hand, when the floating
[0025]
Therefore, the voltage at the point B from the ground has a waveform in which the voltage of the opposite phase by the floating
[0026]
Therefore, by changing the capacitance C f of the floating
[0027]
When the voltage at this intermediate point is 0 V, the circuit shown in FIG.
V = {(jωL / 2) + j (1 / ωC f )} · I (1)
It becomes. Here, L is the inductance of the
[0028]
In this case, the equation is modified to C f = 2 / ω 2 L (2)
It becomes.
[0029]
When this value is taken, the point B from the ground is halved compared to the case where there is no capacitor for high-frequency voltage, and electrostatic coupling can be greatly suppressed.
Here, in order to investigate the effect of the floating
[0030]
5 and 6 self-bias voltage V DC of the antenna 8 (in FIG absolute value | V DC | Show), the ends of the
[0031]
In this case, the
As shown in FIG. 5, as the capacitance C f of the floating
[0032]
Further, the self-bias voltage | V DC | initially decreases as the capacitance C f of the capacitor 10 is decreased, becomes minimum when V RF1 = V RF2, and then increases again.
[0033]
This indicates that the strength of electrostatic coupling can be controlled by changing the capacitance C f of the floating
In FIG. 6, the electron density ne is maximized when the self-bias voltage | V DC | is minimized. This indicates that when the electrostatic coupling between the
[0034]
Meanwhile, in
[0035]
Even when this
[0036]
This indicates that the electrostatic coupling between the
[0037]
Even when the
[0038]
In the processing by such a high-frequency processing apparatus, the induction electric field is reactive for etching in the vacuum vessel 1 by applying a high-frequency current from the power source 9 to the
[0039]
Thus, in the first embodiment, the floating
[0040]
As a result, ions are accelerated by the negative DC self-bias voltage, and for example, it is possible to prevent the antenna material from being sputtered on the inner wall of the vacuum vessel 1 or the object 7 to be processed, thereby extending the life of the high-frequency plasma apparatus. This will not adversely affect processes such as etching and CVD.
(2) Next, a second embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0041]
FIG. 9 is a block diagram of the high frequency processing apparatus.
Inside the vacuum vessel 1, a plurality of loop antennas having different diameters, for example, two
[0042]
These
These
[0043]
The
These floating
[0044]
That is, as in the first embodiment, by changing the capacitance C f of each floating
[0045]
In such a high-frequency processing apparatus, the induction electric field is etched in the vacuum vessel 1 by applying a high-frequency current from the power source 9 to the two
[0046]
In the form of the thus the second embodiment, the on two floating
(3) Next, a third embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0047]
FIG. 10 is a block diagram of the high frequency processing apparatus.
A plurality of loop antennas, for example, three
[0048]
These
Further, these
[0049]
The
These floating
[0050]
That is, as in the first embodiment, by changing the capacitances C f of the floating
[0051]
In the processing by such a high-frequency processing apparatus, an induction electric field is generated in the vacuum vessel 1 by supplying a high-frequency current from the power source 9 to the two
[0052]
As described above, in the third embodiment, the floating
[0053]
In the above description, a processing apparatus using high frequency is described. However, a high frequency discharge apparatus used for heating an object to be processed (for example, metal) in a normal pressure vessel such as a high frequency heating apparatus can be provided.
[0054]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention , the high-frequency voltage distribution on the antenna is changed by changing the capacitance of the capacitor interposed between the antenna ground side or between the plurality of antennas. By controlling the electrostatic coupling, it is possible to provide a high-frequency discharge device capable of optimally controlling the electrostatic coupling between the antenna and the plasma in order to achieve both stabilization of plasma discharge and suppression of sputtering by the antenna.
[0055]
In addition, according to the present invention, the capacitance of the capacitor interposed between the antenna ground side or the plurality of antennas is changed to change the high-frequency voltage distribution on the antenna, thereby electrostatically coupling the antenna and the plasma. By controlling this, it is possible to provide a high-frequency processing apparatus capable of generating plasma in a state in which the electrostatic coupling between the antenna and the plasma is optimally controlled and processing the object to be processed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a high-frequency processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram inside a vacuum vessel in the apparatus.
FIG. 3 is a diagram for explaining a high-frequency voltage distribution on an antenna when there is no floating capacitor.
FIG. 4 is a diagram for explaining a high-frequency voltage distribution on an antenna when a floating capacitor is connected.
FIG. 5 is a graph showing the dependence of the capacitance of a floating capacitor on the self-bias voltage V of the antenna when a solid metal antenna is used.
FIG. 6 is a graph showing the dependence of the capacitance of the floating capacitor on the self-bias voltage of the antenna when a solid metal antenna is used.
FIG. 7 is a diagram showing the dependence of the capacitance of a floating capacitor on the self-bias voltage V of the antenna when an antenna with an insulation coating is used.
FIG. 8 is a diagram showing the dependence of the capacitance of the floating capacitor on the self-bias voltage V of the antenna when an antenna with an insulation coating is used.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a second embodiment of the high-frequency processing device according to the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a third embodiment of a high-frequency processing device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: vacuum container,
2: Process gas,
7: Work piece
8, 20, 21, 30, 31, 32: Loop antenna,
9: Power supply for high frequency power,
10, 22, 23, 33, 34, 35: floating capacitors.
Claims (6)
1つの前記アンテナの接地側又は複数の前記アンテナ間にそれぞれ介装されたコンデンサを具備し、
前記コンデンサは、可変容量であり、この容量を変化させて前記アンテナ上での高周波電圧分布を変化させ、前記アンテナと前記プラズマとの静電的結合を制御し、
前記コンデンサの容量Cは、高周波の周波数をω、回路中のインダクタンスをLとすると、
C=2/ω 2 Lの関係を満たす、
ことを特徴とする高周波放電装置。In high-frequency discharge apparatus for generating plasma by generating an induced electric field in the vessel by supplying high frequency power to the small of Kutomo one loop-shaped antenna,
A capacitor interposed between the ground side of the one antenna or the plurality of antennas ,
The capacitor is a variable capacitance, and changes the high-frequency voltage distribution on the antenna by changing the capacitance, and controls the electrostatic coupling between the antenna and the plasma,
The capacitor C has a high frequency ω and an inductance L in the circuit.
C = 2 / ω 2 Satisfy the relationship of L,
A high-frequency discharge device characterized by that.
高周波電力用の電源と、
前記電源からの高周波電力の供給により前記真空容器内に誘導電界を発生させてプラズマを生成させ、前記真空容器内の前記被処理体に対して処理を行なわせる少なくとも1つのループ状のアンテナと、
1つの前記アンテナの接地側又は複数の前記アンテナ間にそれぞれ介装されたコンデンサと、
を具備し、
前記コンデンサは、可変容量であり、この容量を変化させて前記アンテナ上での高周波電圧分布を変化させ、前記アンテナと前記プラズマとの静電的結合を制御し、
前記コンデンサの容量Cは、高周波の周波数をω、回路中のインダクタンス成分をLとすると、
C=2/ω 2 Lの関係を満たす、
ことを特徴とする高周波処理装置。 A vacuum vessel in which a gas for plasma generation is supplied and an object to be processed is disposed therein;
A power supply for high frequency power,
At least one loop-shaped antenna for generating plasma by generating an induction electric field in the vacuum vessel by supplying high-frequency power from the power source, and performing processing on the object to be processed in the vacuum vessel;
A capacitor interposed between a ground side of one of the antennas or a plurality of the antennas;
Comprising
The capacitor is a variable capacitance, and changes the high-frequency voltage distribution on the antenna by changing the capacitance, and controls the electrostatic coupling between the antenna and the plasma,
The capacitor C has a high frequency ω and an inductance component in the circuit L,
C = 2 / ω 2 Satisfy the relationship of L,
A high frequency processing apparatus characterized by the above.
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