JP2552140B2 - Plasma generation reactor - Google Patents

Plasma generation reactor

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JP2552140B2
JP2552140B2 JP62166677A JP16667787A JP2552140B2 JP 2552140 B2 JP2552140 B2 JP 2552140B2 JP 62166677 A JP62166677 A JP 62166677A JP 16667787 A JP16667787 A JP 16667787A JP 2552140 B2 JP2552140 B2 JP 2552140B2
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文雄 高村
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、エレクトロニクス、化学工業等の分野にお
いて、比較的低真空下で反応ガスをプラズマ化しこれを
個体表面(サブストレート)等に接触させ、薄膜等を形
成するプラズマ発生反応装置に関し、特に、均一広範囲
の炭素系薄膜等の形成が可能となるプラズマ発生反応装
置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention, in the fields of electronics, chemical industry, etc., makes a reaction gas into plasma under a relatively low vacuum and brings it into contact with a solid surface (substrate) or the like. The present invention relates to a plasma generation reaction device for forming a thin film or the like, and more particularly to a plasma generation reaction device capable of forming a uniform wide range carbon thin film.

[従来の技術] 従来、この種のプラズマ発生反応装置としては、例え
ば第10図に示すものがある。マイクロ波発振器1より発
振したマイクロ波は、アイソレータ2を通り矩形導波管
3内を伝搬し、アプリケータ4に到達する。5は反射波
を吸収する吸収体で、6はインピーダンス整合を図るス
タブチューナである。アプリケータ4内には石英パイプ
7が挿嵌されており、アプリケータ4と矩形導波管3の
交叉部分には基板保持台8が設けられている。9はその
交叉部分に定在波を発生させる可変短絡板で、基板保持
台8の上には薄膜等を生成すべき母材としての基板10が
載置される。11は石英パイプ7の下端部に冠着された石
英パイプ及び保持台の保持具で、その一端は排気ポンプ
に接続されており、これにより石英パイプ7内は減圧さ
れている。反応ガス,キャリアガスは石英パイプ7の上
方からその内部に注入される。
[Prior Art] Conventionally, as a plasma generation reaction device of this type, for example, there is one shown in FIG. The microwave oscillated by the microwave oscillator 1 propagates in the rectangular waveguide 3 through the isolator 2 and reaches the applicator 4. Reference numeral 5 is an absorber for absorbing reflected waves, and 6 is a stub tuner for impedance matching. A quartz pipe 7 is inserted into the applicator 4, and a substrate holder 8 is provided at the intersection of the applicator 4 and the rectangular waveguide 3. Reference numeral 9 is a variable short-circuiting plate for generating a standing wave at the crossing portion thereof, and a substrate 10 as a base material for forming a thin film or the like is placed on the substrate holder 8. Reference numeral 11 denotes a quartz pipe and a holder of a holding table, which are attached to the lower end of the quartz pipe 7, and one end of which is connected to an exhaust pump, whereby the inside of the quartz pipe 7 is depressurized. The reaction gas and the carrier gas are injected into the inside of the quartz pipe 7 from above.

他のプラズマ発生反応装置としては、例えば第12図に
示す如く、取入口21aからマイクロ波を導入する円筒又
は矩形共振器21と、取入口21aの反対方向に設けられた
可変短絡板22と、基板23を載置すべき基板保持台24と、
共振器21内に設けられ真空保持するベルジャー25とを有
するものがある。
As another plasma generation reaction device, for example, as shown in FIG. 12, a cylindrical or rectangular resonator 21 for introducing microwaves from an inlet 21a, and a variable short-circuit plate 22 provided in the opposite direction of the inlet 21a, A substrate holder 24 on which the substrate 23 should be placed,
Some have a bell jar 25 that is provided in the resonator 21 and holds a vacuum.

[解決すべき問題点] しかしながら、上記従来のプラズマ発生反応装置によ
れば、次の問題点がある。
[Problems to be Solved] However, the above-described conventional plasma generation reaction device has the following problems.

前者のプラズマ発生反応装置にあっては、基板10は矩
形導波管3の終端近傍に位置しており、基板10の中心と
可変短絡板9の距離は管内波長の(1/4+n/2)倍に調整
され、基板10の周囲にプラズマが発生するが、その部分
のエネルギ強度は矩形導波管3のモードで決まるから、
第11図に示すように、アプリケータ4内のエネルギ強度
は電界Eの2乗に比例する故、基板10の中心部が強く、
その周囲は急峻に減衰する分布となる。したがって、プ
ラズマも中心部が集中的に強く、その周囲が弱いから、
基板10の中心部に生成される薄膜,結晶等は厚く、その
周囲は薄くなり、不均一な薄膜,結晶等が形成され、ま
た、生成面積も小さい。
In the former plasma generation reactor, the substrate 10 is located near the end of the rectangular waveguide 3, and the distance between the center of the substrate 10 and the variable short-circuit plate 9 is (1/4 + n / 2) of the guide wavelength. The plasma is generated around the substrate 10 after being adjusted to double, but the energy intensity of that portion is determined by the mode of the rectangular waveguide 3,
As shown in FIG. 11, since the energy intensity in the applicator 4 is proportional to the square of the electric field E, the central portion of the substrate 10 is strong,
The surrounding area has a sharply attenuated distribution. Therefore, the central part of plasma is also intensively strong, and the surroundings are weak,
The thin film, crystal, etc. formed in the central part of the substrate 10 is thick, and the periphery thereof is thin, non-uniform thin film, crystal, etc. are formed, and the generation area is small.

特に、マイクロ波出力:200〜600W,周波数:2450ΜHZ,
析出時間:6〜10時間,ガス:メタン・水素の混合ガス
(20〜50torr)でメタンの水素に対する割合を0.5〜1.5
%,導波管の長辺a=109.2mm,導波管の短辺b=54.6m
m,アプリケータの直径c=54.0mm,とすると、直径約20m
mの狭い範囲に炭素系の薄膜が析出する。
Especially, microwave output: 200 ~ 600W, frequency: 2450Μ H Z ,
Deposition time: 6 to 10 hours, gas: mixed gas of methane and hydrogen (20 to 50 torr) and the ratio of methane to hydrogen is 0.5 to 1.5
%, Long side of waveguide a = 109.2mm, short side of waveguide b = 54.6m
m, applicator diameter c = 54.0 mm, diameter is about 20 m
A carbon-based thin film is deposited in a narrow range of m.

後者のプラズマ発生反応装置にあっては、基板23より
取入口21a寄りのベルジャー25側部近傍においてプラズ
マ領域26が局所的に発生するため、基板23上に生成され
る薄膜は不均一となる。
In the latter plasma generation reaction device, the plasma region 26 is locally generated in the vicinity of the side of the bell jar 25, which is closer to the intake 21a than the substrate 23, so that the thin film formed on the substrate 23 becomes non-uniform.

これは、炭素系薄膜を形成する場合、20〜50torrと低
真空下でプラズマの発生が行われるためである。
This is because when a carbon-based thin film is formed, plasma is generated under a low vacuum of 20 to 50 torr.

[発明の目的] 本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目
的は広範囲に均一な薄膜,結晶等を生成し得るプラズマ
発生反応装置を提供することにある。
[Object of the Invention] The present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a plasma generation reaction device capable of forming a uniform thin film, crystal or the like in a wide range.

〔問題点の解決手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するため、本発明は、水素ガスとプラ
ズマにより炭素を分解生成する有機化合物との混合ガス
に、マイクロ波を導入し、アプリケータ内の保持台上の
物体表面に、炭素系薄膜、結晶等を生成するプラズマ発
生反応装置において、前記アプリケータとして複数のマ
イクロ波取入口を有するTE11n共振モードの円筒共振器
あるいはTEm0n共振モードの矩形共振器を用い、前記各
マイクロ波取入口には相互に連動可能な移相器が設けら
れてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is to introduce a microwave into a mixed gas of hydrogen gas and an organic compound that decomposes and produces carbon by plasma, and a carbon-based thin film on the surface of an object on a holding table in an applicator. In the plasma generation reactor for generating crystals, a TE 11n resonance mode cylindrical resonator or a TE m0n resonance mode rectangular resonator having a plurality of microwave inlets is used as the applicator, and each microwave inlet is used. Is provided with a phase shifter capable of interlocking with each other.

〔作用〕[Action]

本発明によれば、円筒共振器あるいは矩形共振器に複
数のマイクロ波取入口が設けられているので、所定モー
ドの強電界領域を形成することができ、単一広範囲又
は、複数分散したプラズマ領域を発生させることができ
る。更に、マイクロ波取入口毎に対応して相互に連動可
能な移相器が設けられているため、所定モードの強電界
領域を確実に発生させることができるとともに、その強
電界領域の位置を移動させることができる。これによっ
て、発生した単一広範囲又は複数分散のプラズマ領域と
基板との空間関係を合わせ込むことが可能となり、均一
広範囲の薄膜、結晶等を生成できる。
According to the present invention, since a plurality of microwave inlets are provided in the cylindrical resonator or the rectangular resonator, a strong electric field region of a predetermined mode can be formed, and a single wide area or a plurality of dispersed plasma areas can be formed. Can be generated. Furthermore, since a phase shifter that can be interlocked with each other is provided for each microwave inlet, it is possible to reliably generate a strong electric field region of a predetermined mode and move the position of the strong electric field region. Can be made. As a result, it becomes possible to match the spatial relationship between the generated plasma region of a single wide range or a plurality of dispersed regions and the substrate, and it is possible to generate a thin film, crystal, etc. of a uniform wide range.

[実施例] 次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
[Embodiment] Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第1
実施例を示す構成図である。
FIG. 1 is a first diagram of a plasma generation reaction device according to the present invention.
It is a block diagram which shows an Example.

第1図中、31はマグネトロン等の単一のマイクロ波発
振器で、これには電波吸収体32aを有するアイソレータ3
2が接続されている。アイソレータ32は反射波を吸収し
マイクロ波発振器31を安定的に動作発振させるために必
要である。33はT形分岐管で、マイクロ波を2分配する
ものである。2系統に分岐された導波管系はアプリケー
タ34の相対するマイクロ波取入口に34a,34bに接続され
ており、T形分岐管33とマイクロ波取入口に34aとの間
の導波管系は入射電力及び反射電力の監視のためのパワ
ーモニタ35aとインピーダンス整合器としてのスタブチ
ューナ36aを有しており、他のT形分岐管33とマイクロ
波取入口34bとの間の導波管系にもパワーモニタ35b及び
スタブチューナ36bが設けられている。
In FIG. 1, 31 is a single microwave oscillator such as a magnetron, which has an isolator 3 having a wave absorber 32a.
2 is connected. The isolator 32 is necessary to absorb the reflected wave and stably oscillate the microwave oscillator 31. Reference numeral 33 is a T-shaped branch pipe which divides the microwave into two. The waveguide system branched into two systems is connected to opposite microwave inlets 34a and 34b of the applicator 34, and a waveguide between the T-shaped branch pipe 33 and the microwave inlet 34a. The system has a power monitor 35a for monitoring incident power and reflected power and a stub tuner 36a as an impedance matching device, and a waveguide between another T-shaped branch pipe 33 and a microwave inlet 34b. The system is also provided with a power monitor 35b and a stub tuner 36b.

単一のマイクロ波発振器31で発振したマイクロ波はア
イソレータ32を経由してT形分岐管33にて2系統に分割
され、夫々マイクロ波取入口34a,34bへ供給されるが、
アプリケータ34としては例えば第5図に示す円筒共振器
40が用いられる。
The microwave oscillated by the single microwave oscillator 31 is divided into two systems by the T-shaped branch pipe 33 via the isolator 32 and supplied to the microwave inlets 34a and 34b, respectively.
As the applicator 34, for example, a cylindrical resonator shown in FIG.
40 is used.

アプリケータ34としての円筒共振器40は、円筒導体41
と、軸方向に相対するマイクロ波取入口34a,34bを有し
円筒導体41の両端を閉じる閉塞導体42a,42bと、円筒導
体41に直交相貫する下円筒体43及び上円筒体44と、円筒
導体41内でこれに直交貫通すべき真空保持の石英管45を
支持する下円筒体43内の下プランジャー46と、円筒導体
41を閉蓋する上円筒体44内の上プランジャー47と、基板
48を載置すべき上下動及び回転可能な基板保持台49と、
基板保持台49の回転中心線上で石英管45内にガスを導入
すべきガス導入管50と、基板保持台49の軸体に沿う間隙
に連通し排気ポンプに接続される排気管51と、円筒導体
41などに捲回された水冷管52と、石英管45において発生
プラズマ領域を観察するための内部観測用窓53とを有す
るものである。なお、54はパッキンで、55はΟリングで
あり、56はチョークである。
The cylindrical resonator 40 as the applicator 34 has a cylindrical conductor 41.
A closed conductor 42a, 42b having microwave inlets 34a, 34b opposed to each other in the axial direction and closing both ends of the cylindrical conductor 41, a lower cylindrical body 43 and an upper cylindrical body 44 orthogonally penetrating the cylindrical conductor 41, A lower plunger 46 in a lower cylindrical body 43 that supports a vacuum-holding quartz tube 45 that should pass through the cylindrical conductor 41 at right angles, and a cylindrical conductor
The upper plunger 47 in the upper cylinder 44 that closes 41 and the substrate
A substrate holder 49 that can move vertically and rotate on which 48 should be placed,
A gas introduction pipe 50 for introducing a gas into the quartz tube 45 on the rotation center line of the substrate holding base 49, an exhaust pipe 51 connected to an exhaust pump communicating with a gap along the shaft of the substrate holding base 49, and a cylinder. conductor
A water cooling tube 52 wound around 41 and the like, and an internal observation window 53 for observing a plasma region generated in the quartz tube 45 are provided. In addition, 54 is a packing, 55 is an O-ring, and 56 is a choke.

この円筒共振器40には軸方向相対するマイクロ波取入
口34a,34bを介して両方からマイクロ波が導入される
が、共振器の軸長をl,直径をDとすると、円筒共振器40
内は第7図に示すようにTE113共振モードの共振状態と
される。これにより円筒共振器40内には比較的広い範囲
のプラズマ領域が発生する。電界Eと基板48表面とが直
交するように基板保持台49を調節することによって、プ
ラズマが基板48表面に対しより多く接触することが確認
された。
Microwaves are introduced into the cylindrical resonator 40 from both of them via axially opposed microwave inlets 34a and 34b, where the axial length of the resonator is l and the diameter is D.
As shown in FIG. 7, the inside is in a resonance state of the TE 113 resonance mode. As a result, a relatively wide range of plasma region is generated in the cylindrical resonator 40. It was confirmed that the plasma was brought into more contact with the surface of the substrate 48 by adjusting the substrate holder 49 so that the electric field E and the surface of the substrate 48 were orthogonal to each other.

第6図は、アプリケータ34として使用される他の円筒
共振器60を示す。この円筒共振器60は、円筒導体61と、
軸方向に相対するマイクロ波取入口34a,34bを有し円筒
導体61の両端を閉じる閉塞導体62a,62bと、第5図図示
の石英管45の代りに真空保持の仕切としての石英板63a,
63bと、基板48を載置すべき上下動及び回転可能な基板
保持台64と、基板保持台64の回転中心線上で石英板63a,
63b内にガスを導入すべきガス導入管65と、基板保持台6
4の軸体に沿う間隙に連通し排気ポンプに接続される排
気管66と、円筒導体61などに捲回された水冷管67と、発
生プラズマ領域を観察するための内部観測用窓68とを有
するものである。なお、69,70はΟリングである。
FIG. 6 shows another cylindrical resonator 60 used as the applicator 34. This cylindrical resonator 60 includes a cylindrical conductor 61,
Closed conductors 62a, 62b having microwave inlets 34a, 34b opposed to each other in the axial direction and closing both ends of a cylindrical conductor 61, and a quartz plate 63a as a partition for holding vacuum instead of the quartz tube 45 shown in FIG.
63b, a substrate holder 64 that can move up and down and on which the substrate 48 should be placed, and a quartz plate 63a on the rotation center line of the substrate holder 64,
The gas introduction pipe 65 for introducing gas into the 63b and the substrate holding table 6
An exhaust pipe 66 connected to an exhaust pump and communicating with a gap along the shaft of 4, a water cooling pipe 67 wound around a cylindrical conductor 61, and an internal observation window 68 for observing a generated plasma region. I have. Note that 69 and 70 are Ο rings.

かかる円筒共振器60も第7図に示すTE113モードで共
振し、基板48表面上を覆うプラズマ領域が発生する。こ
れによって、基板48表面上には均一且つ広範囲の薄膜が
形成される。
The cylindrical resonator 60 also resonates in the TE 113 mode shown in FIG. 7, and a plasma region covering the surface of the substrate 48 is generated. As a result, a thin film having a uniform and wide range is formed on the surface of the substrate 48.

第8図は、アプリケータ34として使用される矩形共振
器80を示す。この矩形共振器80は、長さl,長辺a,短辺b
で長手方向に相対するマイクロ波取入口34a,34bを有す
る矩形導体81と、矩形導体81内にベルジャー82を支持す
る下プランジャー83と、基板48を載置すべき上下動及び
回転可能な基板保持台84と、基板保持台84の回転中心線
上にガス導入管82aを有するベルジャー82と、基板保持
台84の軸体に沿う間隙に連通し排気ポンプに接続される
排気管85と、矩形導体81などに捲回された水冷管86とを
有するものである。なお、87,88はΟリングである。
FIG. 8 shows a rectangular resonator 80 used as the applicator 34. This rectangular resonator 80 has a length l, a long side a, and a short side b.
A rectangular conductor 81 having microwave inlets 34a, 34b opposed to each other in the longitudinal direction, a lower plunger 83 supporting a bell jar 82 in the rectangular conductor 81, and a vertically movable and rotatable substrate on which a substrate 48 should be placed. A holding base 84, a bell jar 82 having a gas introduction pipe 82a on the rotation center line of the substrate holding base 84, an exhaust pipe 85 communicating with a gap along the shaft of the substrate holding base 84 and connected to an exhaust pump, and a rectangular conductor. And a water cooling pipe 86 wound around 81 or the like. Note that 87 and 88 are Ο rings.

マイクロ波取入口34a,34bの相対する向きから導入さ
れるマイクロ波によって、矩形共振器80はTEmonモード
で共振する。したがって、TEmonモードであれば基板48
の表面接線成分の電界が存在しないから、プラズマが基
板48表面に対しより多く接触する。例えば第9図に示す
如く、TE201モード共振の場合には、理論的な共振波長
λは、 で与えられる。
The rectangular resonator 80 resonates in the TE mon mode by the microwaves introduced from opposite directions of the microwave inlets 34a and 34b. Therefore, in TE mon mode, the substrate 48
Since there is no electric field of the surface tangent component of the plasma, the plasma makes more contact with the surface of the substrate 48. For example, as shown in FIG. 9, in the case of TE 201 mode resonance, the theoretical resonance wavelength λ 0 is Given in.

しかし、基板48を挿入した状態では、その誘電率によ
り波長短縮が起こること、マイクロ波が両端から投入さ
れるため相互干渉が発生することによって、上記共振波
長λに若干の変動が生じるので、最終的には矩形共振
器80の各最適寸法は実験的に設定される。なお、円筒共
振器40,60の場合も同様である。
However, in the state where the substrate 48 is inserted, the wavelength is shortened due to its dielectric constant, and the microwaves are injected from both ends, so that mutual interference occurs, so that the resonance wavelength λ 0 is slightly changed. Finally, the optimum dimensions of the rectangular resonator 80 are experimentally set. The same applies to the case of the cylindrical resonators 40 and 60.

第2図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第2
実施例を示す構成図である。なお、第1図に示す部分と
同一部分には同一参照符号を付し、その説明を省略す
る。
FIG. 2 shows a second part of the plasma generation reaction device according to the present invention.
It is a block diagram which shows an Example. The same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第2実施例は第1実施例の改良に係り、各分岐導波管
系にはサーキュレータ37a(37b)と可変短絡器38a(38
b)とからなる移相器39a(39b)が設けられている。両
可変短絡器38a,38bは連動しており、その可変短絡板の
調整によって、マイクロ波取入口34a,34bまでの各分岐
導波管系の電気長が可変され、マイクロ波取入口34a,34
bを介してアプリケータ34内に投入されるマイクロ波同
士のカップリング状態が変わり、共振状態すなわちプラ
ズマ発生範囲ないし発生領域を比較的自在に制御するこ
とができ、アプリケータ34としての共振器40,60,80の寸
法設計などを比較的ラフに行なうことができ、各種基板
48の誘電率の違いによってもプラズマ発生状態の最適調
整が実現される。
The second embodiment relates to an improvement of the first embodiment, in which each branch waveguide system has a circulator 37a (37b) and a variable short circuit 38a (38).
b) is provided with a phase shifter 39a (39b). Both variable short-circuit devices 38a, 38b are interlocked, and the electric length of each branch waveguide system up to the microwave inlets 34a, 34b is changed by adjusting the variable short-circuit plate, and the microwave inlets 34a, 34b are
The coupling state of the microwaves injected into the applicator 34 via b changes, the resonance state, that is, the plasma generation range or generation region can be controlled relatively freely, and the resonator 40 as the applicator 34 can be controlled. The size of 60, 60, 80 can be designed relatively roughly, and various substrates can be
Optimal adjustment of the plasma generation state is also realized by the difference in dielectric constant of 48.

第3図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第3
実施例を示す構成図である。なお、第1図に示す部分と
同一部分には同一参照符号を付し、その説明を省略す
る。
FIG. 3 is a third view of the plasma generation reaction device according to the present invention.
It is a block diagram which shows an Example. The same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第3実施例のプラズマ発生反応装置は各マイクロ波取
入口34a(34b)に対応した専用のマイクロ波発振器31a
(31b)を有しており、このマイクロ波発振器31a(31
b)には吸収体を有するアイソレータ32′a(32′b)
が接続されている。
The plasma generation reactor of the third embodiment is a dedicated microwave oscillator 31a corresponding to each microwave inlet 34a (34b).
(31b), and this microwave oscillator 31a (31b
b) isolators 32'a (32'b) with absorbers
Is connected.

かかる装置によれば、複数のマイクロ波発振器31a,31
bの存在によって、アプリケータ34内に大電力のマイク
ロ波を投入でき、プラズマ発生領域の拡大を図ることが
できる。更に、アプリケータ34内には相対する向きでマ
イクロ波が投入されるが、マイクロ波源の周波数が著し
く異るように選ぶことにより干渉を減らすことが可能
で、相互独立した共振状態を得ることができ、プラズマ
発生の拡大均一化の制御が一層実現し易い。
According to this device, a plurality of microwave oscillators 31a, 31
Due to the presence of b, high-power microwaves can be injected into the applicator 34, and the plasma generation region can be expanded. Further, although microwaves are injected into the applicator 34 in opposite directions, interference can be reduced by selecting the frequencies of the microwave sources to be significantly different, and mutually independent resonance states can be obtained. As a result, it is easier to control the expansion and uniformity of plasma generation.

第4図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第4
実施例を示す構成図である。なお、第3図に示す部分と
同一部分には同一参照符号を付し、その説明を省略す
る。
FIG. 4 is a fourth diagram of the plasma generation reaction device according to the present invention.
It is a block diagram which shows an Example. The same parts as those shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第4実施例は第3実施例の改良に係り、各導波管系に
はサーキュレータ37′a(37′b)と可変短絡器38′a
(38′b)とからなる移相器39′a(39′b)が設けら
れ、可変短絡器38′a,38′bは連動しており、その可変
短絡板の調整によって、マイクロ波取入口34a,34bまで
の導波管系の電気長が可変され、これによりプラズマ発
生範囲ないし発生領域を比較的自在な制御を行なうこと
ができる。
The fourth embodiment relates to the improvement of the third embodiment, and a circulator 37'a (37'b) and a variable short circuit 38'a are provided in each waveguide system.
(38'b) is provided with a phase shifter 39'a (39'b), and the variable short-circuit devices 38'a and 38'b are interlocked with each other. The electrical length of the waveguide system up to the inlets 34a, 34b is variable, and thereby the plasma generation range or generation region can be controlled relatively freely.

なお、上記各実施例においては、共振器は2つのマイ
クロ波取入口34a,34bを有するものであるが、これに限
らず、3又は3以上のマイクロ波取入口を有する共振器
をアプリケータとして使用できることは言う迄もない。
In each of the above embodiments, the resonator has two microwave inlets 34a and 34b, but the present invention is not limited to this, and a resonator having three or more microwave inlets is used as the applicator. It goes without saying that it can be used.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明は、比較的低真空下で反
応ガスをプラズマ化し、炭素系薄膜等を生成するプラズ
マ発生反応装置において、アプリケータとして複数のマ
イクロ波取入口を有するTE11n共振モードの円筒共振器
あるいはTEm0n共振モードの矩形共振器を用い、各マイ
クロ波取入口には相互に連動可能な移相器が設けられて
いる点に特徴を有するものであるから、次の特有な効果
を奏する。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a plurality of microwave inlets are used as applicators in a plasma generation reaction apparatus that plasmaizes a reaction gas under a relatively low vacuum to generate a carbon-based thin film or the like. Since it has a TE 11n resonance mode cylindrical resonator or a TE m0n resonance mode rectangular resonator, it has a feature in that a phase shifter that can interlock with each other is provided at each microwave inlet. , It has the following unique effects.

即ち、円筒共振器あるいは矩形共振器に所定の共振モ
ードの強電界領域を形成する際、移相器を相互に連動さ
せて調整することにより、所定の共振モードを確実に発
生させることができるとともに、その強電界領域の位置
を移動させることができる。これによって、発生した単
一広範囲又は複数分散分布のプラズマ領域と基板との空
間関係を合わせ込むことが可能となり、特に、低真空下
の反応により生成される炭素系薄膜、結晶等を、均一広
範囲に生成することができる。
That is, when forming the strong electric field region of the predetermined resonance mode in the cylindrical resonator or the rectangular resonator, the predetermined resonance mode can be surely generated by adjusting the phase shifters in conjunction with each other. , The position of the strong electric field region can be moved. As a result, it is possible to match the spatial relationship between the generated plasma region having a single wide range or a plurality of dispersed distributions and the substrate. Can be generated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第1実
施例を示す構成図である。 第2図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第2実
施例を示す構成図である。 第3図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第3実
施例を示す構成図である。 第4図は、本発明に係るプラズマ発生反応装置の第4実
施例を示す構成図である。 第5図(A)は、各実施例において使用される円筒共振
器を示す縦断面図であり、第5図(B)は、その円筒共
振器を簡略的に示す側面図である。 第6図(A)は、各実施例において使用される別の円筒
共振器を示す縦断面図であり、第6図(B)は、その円
筒共振器を簡略的に示す側面図である。 第7図(A),(B)は、上記各円筒共振器の共振モー
ドを示す概略図である。 第8図(A)は、各実施例において使用される矩形共振
器を示す縦断面図であり、第8図(B)は、その矩形共
振器を簡略的に示す側面図である。 第9図(A),(B)は、上記矩形共振器の共振モード
を示す概略図である。 第10図は、従来のプラズマ発生反応装置の一例を示す構
成図である。 第11図は、第10図中A−A′に沿って切断した矢視図で
ある。 第12図は、従来のプラズマ発生反応装置の別例を示す構
成図である。 31,31a,31b……マイクロ波発振器、32,32′a,32′b…
…アイソレータ、33……T形分岐管、34……アプリケー
タとしての空洞共振器、34a,34b……マイクロ波取入
口、35a,35b……パワーモニタ、36a,36b……スタブチュ
ーナ、37a,37b,37′a,37′b……サーキュレータ、38a,
38b,38′a,38′b……可変短絡器、39a,39b……移相
器、40,60……円筒共振器、48……基板、49……基板保
持台、80……矩形共振器。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a plasma generation reaction device according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the plasma generation reaction device according to the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the plasma generation reaction device according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the plasma generation reaction device according to the present invention. FIG. 5 (A) is a vertical cross-sectional view showing a cylindrical resonator used in each example, and FIG. 5 (B) is a side view schematically showing the cylindrical resonator. FIG. 6 (A) is a longitudinal sectional view showing another cylindrical resonator used in each example, and FIG. 6 (B) is a side view schematically showing the cylindrical resonator. FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams showing the resonance modes of the cylindrical resonators. FIG. 8 (A) is a longitudinal sectional view showing a rectangular resonator used in each example, and FIG. 8 (B) is a side view schematically showing the rectangular resonator. 9 (A) and 9 (B) are schematic diagrams showing the resonance modes of the rectangular resonator. FIG. 10 is a block diagram showing an example of a conventional plasma generation reaction device. FIG. 11 is a view taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 12 is a configuration diagram showing another example of the conventional plasma generation reaction device. 31,31a, 31b ... Microwave oscillator, 32,32'a, 32'b ...
… Isolator, 33 …… T-shaped branch pipe, 34 …… Cavity resonator as applicator, 34a, 34b …… Microwave inlet, 35a, 35b …… Power monitor, 36a, 36b …… Stub tuner, 37a, 37b, 37'a, 37'b ... Circulator, 38a,
38b, 38'a, 38'b ... Variable short circuit, 39a, 39b ... Phase shifter, 40, 60 ... Cylindrical resonator, 48 ... Substrate, 49 ... Substrate holder, 80 ... Rectangular resonance vessel.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水素ガスとプラズマにより炭素を分解生成
する有機化合物との混合ガスに、マイクロ波を導入し、
アプリケータ内の保持台上の物体表面に、炭素系薄膜、
結晶等を生成するプラズマ発生反応装置において、前記
アプリケータとして複数のマイクロ波取入口を有するTE
11n共振モードの円筒共振器あるいはTEm0n共振モードの
矩形共振器を用い、前記各マイクロ波取入口には相互に
連動可能な移相器が設けられてなることを特徴とするプ
ラズマ発生反応装置。
1. A microwave is introduced into a mixed gas of hydrogen gas and an organic compound that decomposes and produces carbon by plasma,
On the surface of the object on the holding table in the applicator, carbon thin film,
In a plasma generating reactor for producing crystals, etc., a TE having a plurality of microwave inlets as the applicator.
A plasma generation reaction device characterized in that a cylindrical resonator of 11n resonance mode or a rectangular resonator of TE m0n resonance mode is used, and a phase shifter capable of interlocking with each other is provided at each of the microwave inlets.
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