高周波プラズマ源の二次元ICP/CCPシミュレーション

2D-ICP/CCP numerical modeling for RF plasma source
高周波プラズマ源の 2 次元 ICP/CCP シミュレーション
Technology Research Center, Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
Masaru Miyashita
住友重機械工業株式会社技術研究所
宮下大
Abstract / アブストラクト
Sumitomo Heavy Industries, Ltd provides many products utilizing plasma. In this study, we focus on the
Radio Frequency (RF) plasma source which is high density and low contamination. The plasma is sustained
by providing RF power of 13.56MHz through U-shaped antenna in chamber. Two mechanisms of plasma
sustainment are considered. The one is capacitive coupling model in which static electric field from voltage
of antenna, surface charge and space charge are important. The other is inductive coupling model in which
inductive electric field from current of antenna is important. The plasma is sustained by inductive electric
field according to previous estimation using the electro circuit model. While it is said that the
contamination is generated by static electric field. In this study, we analyze the mechanism of plasma
sustainment and the etch rate distribution by CFD-ACE+ which can simulate the effects of static and
inductive electric field. The results shows that the static electric fields is shielded only in plasma sheath
region and the plasma is sustained by inductive electric field to penetrate to the skin depth. The calculated
etch rate distribution with newly developed etch model reproduced the tendency of experimental results.
住友重機械工業グループには多くのプラズマを用いた装置が存在する。今回、低コンタミネーションか
つ高密度のプラズマ源として Radio Frequency (RF) プラズマ源に注目した。本 RF プラズマ源では真空
容器中に配置した U 字のアンテナに 13.56MHｚの高周波電力を印加してプラズマを維持する。プラズマ維
持機構として、アンテナに発生する電圧および表面電荷と空間電荷からの静電場による静電結合とアン
テナに流れる電流により発生する誘導電場による誘導結合が考えられる。放電の電気回路モデルを用
いた事前検討によるとプラズマの維持は誘導結合により行われていると予想される。また、コンタミネー
ションの原因は静電場の影響が大きいとされている。CFD-ACE+によりアンテナによる静電場と誘導電場
およびプラズマの連成解析を行いプラズマ維持機構の解明とコンタミネーションの原因解明のためのス
パッタリングエッチモデルの開発を行った。解析結果から静電場はデバイ長程度の厚みをもつシース領
域で遮蔽され、表皮長程度まで浸透する誘導電場によりプラズマが維持されていることが確認できた。ま
た、開発したスパッタリングエッチモデルを用いたエッチレート分布の解析結果は、実験結果から見積もっ
たエッチレートの分布と定性的に一致した。この技術は低コンタミネーション・高密度プラズマ源の開発に
役立てることができる。

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