JP2982211B2 - Plasma device and method of using the same - Google Patents

Plasma device and method of using the same

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプラズマ装置及び該装置の使用方法に関し、
より詳しくはプラズマを利用する工業技術全般、例え
ば、CVD法、エッチング法、表面改質法、スパッタ法等
を行なうための各装置とその使用方法に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma device and a method for using the device.
More specifically, the present invention relates to general equipment utilizing plasma, for example, apparatuses for performing a CVD method, an etching method, a surface modification method, a sputtering method, and the like, and a method of using the same.

従来の技術 プラズマを発生させる方法には、直流放電、低周波放
電、高周波放電によるものがあるが、これらの方法にお
いてはプラズマ中の荷電粒子(電子、イオン)のエネル
ギあるいは密度が低く、プラズマによる効果が小さいと
いう問題があった。
2. Description of the Related Art Plasma generation methods include direct current discharge, low-frequency discharge, and high-frequency discharge. In these methods, the energy or density of charged particles (electrons and ions) in the plasma is low, and plasma is generated. There was a problem that the effect was small.

これに対し、マイクロ波を用いてプラズマを発生させ
るマイクロ波プラズマ装置、またこのプラズマに磁界を
印加して電子をサイクロトロン運動させる有磁場マイク
ロ波プラズマ装置、あるいは電子サイクロトロン共鳴を
用いる電子サイクロトロン共鳴励起プラズマ(ECRプラ
ズマ)装置の開発が盛んに行なわれており、これらの装
置においては、高いエネルギあるいは密度を有するイオ
ンと、この衝撃により輸送される粒子とが得られるとい
う特徴がある。
On the other hand, a microwave plasma device that generates plasma using microwaves, a magnetic field microwave plasma device that applies a magnetic field to this plasma to move electrons in a cyclotron, or an electron cyclotron resonance excited plasma that uses electron cyclotron resonance (ECR plasma) devices are being actively developed, and these devices are characterized in that ions having high energy or density and particles transported by the impact can be obtained.

特にECRプラズマ装置では、例えば特開昭51−71597号
公報のイオン加工装置に開示されているように、低圧力
でのプラズマ生成が可能であり、イオン間の平均自由工
程が中性分子のそれに比べて十分長いため、方向性の揃
ったイオンビームが得られるという特徴がある。また、
特開昭56−155535号公報のプラズマ附着装置に開示され
ているように、発散磁界による両極性核酸輸送効果を利
用して、ECR点から離れた被処理基板に対してイオンビ
ームが照射されるため、被処理基板の温度上昇を抑制で
きるという特徴がある。
In particular, in an ECR plasma apparatus, as disclosed in, for example, an ion processing apparatus of Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-71597, plasma can be generated at a low pressure, and the mean free path between ions is smaller than that of neutral molecules. Since the ion beam is sufficiently long in comparison with the ion beam, there is a feature that an ion beam with uniform direction can be obtained. Also,
As disclosed in the plasma attachment apparatus of JP-A-56-155535, an ion beam is applied to a substrate to be processed away from an ECR point by utilizing an ambipolar nucleic acid transport effect by a divergent magnetic field. Therefore, there is a feature that the temperature rise of the substrate to be processed can be suppressed.

さらに本発明者が先に提案したECRプラズマ装置(特
願昭63−330804号)では、例えばエピタキシャル膜を形
成する前に、被処理基板にArラズマあるいはArとH2の混
合プラズマを照射し、いわゆる前処理を行なうことがで
き、このことによってその表面の自然酸化膜を除去し、
被処理基板表面を洗浄にすることができるという特徴が
ある。すなわち、本発明者が提案したECRプラズマ装置
には第9図に示した様に、共振室11と試料室12とからな
る真空容器10内に、石英等のマイクロ波透過性材料で形
成された一端開口状のプラズマ放電管13が配設されてお
り、共振室11の上部には、マイクロ波を共振室11内に導
入するための導波管15がマイクロ波導入窓14を介して接
続されている。この導波管15の一部と共振室11との周り
には直流電源に接続される電磁コイル16が配設されてお
り、また試料室12の一側壁には、膜形成用ガス又は前処
理用ガスを試料室12内に供給するガス供給機構17と、試
料室12内を排気するための真空ポンプ18が接続されてい
る。
Further, in the ECR plasma apparatus (Japanese Patent Application No. 63-330804) previously proposed by the present inventors, for example, a substrate to be processed is irradiated with Ar plasma or a mixed plasma of Ar and H 2 before forming an epitaxial film. A so-called pretreatment can be performed, which removes the native oxide film on its surface,
There is a feature that the surface of the substrate to be processed can be cleaned. That is, as shown in FIG. 9, the ECR plasma device proposed by the inventor was formed of a microwave permeable material such as quartz in a vacuum vessel 10 comprising a resonance chamber 11 and a sample chamber 12. A plasma discharge tube 13 having an open end is provided, and a waveguide 15 for introducing microwaves into the resonance chamber 11 is connected to the upper part of the resonance chamber 11 through a microwave introduction window 14. ing. An electromagnetic coil 16 connected to a DC power supply is provided around a part of the waveguide 15 and the resonance chamber 11, and a film forming gas or a pretreatment gas is provided on one side wall of the sample chamber 12. A gas supply mechanism 17 for supplying a sample gas into the sample chamber 12 and a vacuum pump 18 for exhausting the inside of the sample chamber 12 are connected.

このような装置を用いて前処理を行なう場合には、プ
ラズマ放電管13内にArプラズマあるいはArとH2の混合プ
ラズマを発生させ、これらのプラズマをプラズマ放電管
13の下方に載置されたSi基板当の被処理基板Sに照射す
ると、その表面の自然酸化膜がエッチングされて除去さ
れるようになっている。
When performing pretreated with such a device generates a mixed plasma of Ar plasma or Ar and H 2 to the plasma discharge tube 13, the plasma discharge tube these plasma
When irradiation is performed on a substrate S to be processed, such as a Si substrate, mounted below 13, a natural oxide film on the surface is etched away.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、本発明者が提案した上記装置において
は、プラズマ中の高速イオンが、プラズマ放電管13の開
口部分から飛び出し、真空容器10の内壁に到達してこれ
をスパッタし、真空容器10の構成成分である金属原子が
被処理基板S表面に1014原子/cm2以上の高密度で付着し
て、被処理基板Sを汚染する場合があった。
However, in the above-described apparatus proposed by the inventor, high-speed ions in the plasma fly out of the opening of the plasma discharge tube 13, reach the inner wall of the vacuum vessel 10, and sputter this. In some cases, metal atoms, which are components of the vacuum vessel 10, adhere to the surface of the substrate S at a high density of 10 14 atoms / cm 2 or more, thereby contaminating the substrate S.

また、従来のECRプラズマ装置においては、例えば半
導体工業材料として汎用されるSi基板を被処理基板とす
る場合、「応用物理、第57巻、第11号(1988)、pp.172
1−1727」に示されているように、被処理基板を照射す
るプラズマからのイオンエネルギは少なくとも20eVであ
るのに対して、被処理基板であるSi結晶基板中の原子の
変異エネルギは12.1eVである(G.Carter and J.S.Colli
gon:Ion Bombardment of Solids(Heineman Eductional
Book Ltd.,London,1968)p.214より引用。重量%っ
て、イオンエネルギが20eV以上の例えばArプラズマ照射
によって、被処理基板のSi単結晶が容易に損傷し、Si単
結晶中に高密度の結晶欠陥が発生して、半導体材料とし
ての電気的特性が失われるという問題があった。
In a conventional ECR plasma apparatus, for example, when a substrate to be processed is a Si substrate widely used as a semiconductor industrial material, “Applied Physics, Vol. 57, No. 11, (1988), pp. 172
As shown in "1-1727", the ion energy from the plasma irradiating the substrate to be processed is at least 20 eV, while the mutation energy of the atoms in the Si crystal substrate as the substrate to be processed is 12.1 eV. (G. Carter and JSColli
gon: Ion Bombardment of Solids (Heineman Eductional
Book Ltd., London, 1968). In weight percent, for example, irradiation of Ar plasma having an ion energy of 20 eV or more, the Si single crystal of the substrate to be processed is easily damaged, and high-density crystal defects are generated in the Si single crystal, so that electric power as a semiconductor material is reduced. There is a problem that the characteristic is lost.

上記した被処理基板の損傷及び金属汚染の問題の解決
は、最近のECRプラズマ装置における大きな課題であ
り、そのためには被処理基板に照射するプラズマ中のイ
オンエネルギを、被処理基板の結晶が損なわれずかつ金
属汚染され難くく、しかも効果が得られる程度にまで低
く抑えることが必要であると考えられる。
Solving the above-mentioned problems of damage to the substrate to be processed and metal contamination is a major problem in recent ECR plasma apparatuses. For this purpose, the crystal of the substrate to be processed impairs the ion energy in the plasma applied to the substrate to be processed. It is considered that it is necessary to keep the temperature low enough to prevent the metal contamination and to obtain the effect.

ところで、ECRプラズマ装置においては、発生したプ
ラズマによってマイクロ波が吸収される。すなわち、マ
イクロ波のエネルギが電子の周回運動エネルギに変換さ
れ、加速された電子が装置内のガス分子をイオン化する
と共に二次電子を発生させ、発生した二次電子がマイク
ロ波電力によって周回運動するという連鎖反応(プラズ
マの点灯)が生じる。
By the way, in an ECR plasma device, microwaves are absorbed by generated plasma. That is, the energy of the microwave is converted into circulating kinetic energy of the electrons, and the accelerated electrons ionize the gas molecules in the device and generate secondary electrons, and the generated secondary electrons circulate by the microwave power. A chain reaction (lighting of plasma) occurs.

しかしながら、上記したように被処理基板Sに照射す
るイオンエネルギを低くすべく、プラズマ放電管13に供
給されるマイクロ波電力密度を低くすると、電子の周回
運動エネルギがガス分子から十分量の二次電子を発生さ
れるに至らないため、プラズマは点灯せず、たとえ点灯
したとしても不安定であるという問題があった。
However, as described above, if the microwave power density supplied to the plasma discharge tube 13 is reduced in order to reduce the ion energy applied to the substrate S to be processed, the circulating kinetic energy of the electrons is reduced by a sufficient amount of secondary energy from the gas molecules. Since electrons are not generated, the plasma does not light, and there is a problem that even if the light is turned on, the plasma is unstable.

本発明は上記した課題に鑑みなされたものであり、イ
オンエネルギの低いプラズマを容易にしかも確実に点灯
させることができるプラズマ装置及び該装置の使用方法
を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a plasma apparatus capable of easily and surely lighting a plasma having a low ion energy and a method of using the apparatus.

課題を解決する為の手段 上記した目的を達成するために本発明に係るプラズマ
装置は、マイクロ波導入機構、磁界印加機構及びプラズ
マ放電管を備えたプラズマ装置において、前記プラズマ
凹電管の外周にマイクロ波を導入するための円筒形状を
した空洞共振器が前記プラズマ放電管と同心状に配設さ
れると共に、その内径が可変となるように構成されてい
ることを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, a plasma device according to the present invention is a plasma device including a microwave introduction mechanism, a magnetic field application mechanism, and a plasma discharge tube. A hollow cavity having a cylindrical shape for introducing microwaves is provided concentrically with the plasma discharge tube, and has a variable inner diameter.

また、上記プラズマ装置の使用方法であって、導入さ
れるマイクロ波電力の平均面密度が、プラズマ放電管の
軸に垂直な断面について300mW/cm2以上1800mW/cm2以下
となるように空洞共振器の内径を設定することを特徴と
している。
The method of using the plasma device, wherein the cavity resonance is performed so that an average surface density of the introduced microwave power is not less than 300 mW / cm 2 and not more than 1800 mW / cm 2 with respect to a cross section perpendicular to the axis of the plasma discharge tube. It is characterized by setting the inner diameter of the vessel.

作用 上記したプラズマ装置によれば、プラズマ放電管の外
周にマイクロ波を導入するための円筒形状をした空洞共
振器が前記プラズマ放電管と同心状に配設されると共
に、その内径が可変となるように構成されているので、
プラズマ放電管に供給されるマイクロ波電力に応じて、
前記空洞共振器の内径を連続的に制御することが可能と
なり、プラズマ放電管内でプラズマが安定して発生す
る。例えば被処理基板を清浄化する工程、すなわち前処
理工程において、前記空洞共振器の内径を小さくし、低
電力のマイクロ波を前記プラズマ装置に供給すると、マ
イクロ波はプラズマ放電管の頂部のみから導入され、一
定のマイクロ波電力密度が得られて、プラズマ放電管内
でプラズマが安定的に発生する。そして、発生したプラ
ズマは確実に安定的に点灯し、プラズマ中の低エネルギ
イオンが、プラズマ放電管内に形成された発散磁界によ
り、Si基板当の被処理基板に照射されることになる。従
って、損傷のない清浄な被処理基板が得られる。
According to the plasma apparatus described above, a cylindrical cavity resonator for introducing microwaves to the outer periphery of the plasma discharge tube is disposed concentrically with the plasma discharge tube, and the inner diameter thereof is variable. It is configured as
Depending on the microwave power supplied to the plasma discharge tube,
The inner diameter of the cavity resonator can be continuously controlled, and plasma is stably generated in the plasma discharge tube. For example, in the step of cleaning the substrate to be processed, that is, in the pretreatment step, when the inside diameter of the cavity resonator is reduced and a low-power microwave is supplied to the plasma device, the microwave is introduced only from the top of the plasma discharge tube. As a result, a constant microwave power density is obtained, and plasma is stably generated in the plasma discharge tube. Then, the generated plasma is reliably turned on stably, and low-energy ions in the plasma are radiated to the substrate to be processed such as the Si substrate by the divergent magnetic field formed in the plasma discharge tube. Therefore, a clean substrate to be processed without damage can be obtained.

また、被処理基板に膜を形成する工程において、前記
空洞共振器の内径を大きくし、被処理基板を損傷させな
い範囲の高電力のマイクロ波を前記プラズマ装置に供給
すると、マイクロ波はプラズマ放電管の頂部及び周囲か
ら導入され、入射可能なマイクロ波電力密度に上限があ
る場合でも、プラズマに吸収されるマイクロ波電力は全
体として大きくなる。従って、成膜速度を速めることが
可能となり、また、真空容器の側壁はプラズマ中の低エ
ネルギイオンにスパッタリングされにくいため、被処理
基板に金属汚染の少ない膜が形成される。
Further, in the step of forming a film on the substrate to be processed, when the inside diameter of the cavity resonator is increased and high-power microwaves in a range that does not damage the substrate to be processed are supplied to the plasma apparatus, the microwaves are generated by a plasma discharge tube. Even if there is an upper limit on the microwave power density that can be introduced and introduced from the top and surroundings, the microwave power absorbed by the plasma increases as a whole. Therefore, it is possible to increase the film formation rate, and since the side walls of the vacuum vessel are not easily sputtered by low energy ions in the plasma, a film with less metal contamination is formed on the substrate to be processed.

さらに、上記したプラズマ装置の使用方法によれば、
導入されるマイクロ波電力の平均面密度が、プラズマ放
電管の軸に垂直な断面について300mW/cm2以上1800mW/cm
2以下となるように空洞共振器の内径を設定するので、
プラズマ放電管に低いマイクロ波電力を供給した場合に
おいても、プラズマは確実に再現性良く点灯する。ま
た、マイクロ波電力密度が高過ぎることによって生じる
プラズマの導体化も回避される。従って、結晶の損傷の
ない被処理基板表面に金属汚染の少ない良好な膜を効率
良く形成することが可能となる。
Furthermore, according to the method of using the plasma device described above,
The average surface density of the introduced microwave power is 300 mW / cm 2 or more and 1800 mW / cm for a cross section perpendicular to the axis of the plasma discharge tube.
Since the inner diameter of the cavity resonator is set to be 2 or less,
Even when a low microwave power is supplied to the plasma discharge tube, the plasma is reliably turned on with good reproducibility. In addition, it is possible to prevent the plasma from becoming conductive due to the microwave power density being too high. Therefore, it is possible to efficiently form a good film with little metal contamination on the surface of the substrate to be processed without damage to the crystal.

実施例 以下、本発明に係るプラズマ装置及び該装置の使用方
法の実施例を図面に基づいて説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of a plasma apparatus according to the present invention and a method of using the apparatus will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明に係るプラズマ装置の一例としてのEC
Rプラズマ装置を模式的に示した断面図であり、図中1
は円筒形状の共振室を示している。共振室11の上部に
は、マイクロ波を共振室11に導入するための導波管15
が、石英ガラス等からなるマイクロ波導入窓14を介して
接続されており、共振室11の周りには磁界発生源である
電磁コイル16が配設されている。また、共振室11の下部
には、この共振室11よりも大口径の円筒形状の試料室12
が連接して形成されており、試料室12と共振室11との間
には仕切り板21が気密に介装されている。そして、試料
室12及び共振室11内には、この仕切り板21を貫通する態
様でプラズマ放電管13が配設されている。
FIG. 1 shows an EC as an example of a plasma apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an R plasma device,
Indicates a cylindrical resonance chamber. A waveguide 15 for introducing microwaves into the resonance chamber 11 is provided above the resonance chamber 11.
Are connected via a microwave introduction window 14 made of quartz glass or the like, and an electromagnetic coil 16 as a magnetic field generation source is arranged around the resonance chamber 11. A cylindrical sample chamber 12 having a larger diameter than the resonance chamber 11 is provided below the resonance chamber 11.
Are connected to each other, and a partition plate 21 is hermetically interposed between the sample chamber 12 and the resonance chamber 11. In the sample chamber 12 and the resonance chamber 11, a plasma discharge tube 13 is provided so as to penetrate the partition plate 21.

プラズマ放電管13は石英ガラス等の誘電性材料で形成
されており、共振室11側に配設されたペルジャ13aと、
ペルジャ13aに接続されたフード13bとで構成されてい
る。
The plasma discharge tube 13 is formed of a dielectric material such as quartz glass, and has a peruger 13a disposed on the resonance chamber 11 side;
The hood 13b is connected to the peruger 13a.

すなわち、共振室11内には、一端が開口状に形成され
ると共に他端が半球形状に形成されたベルジャ13aが取
り付けられており、このベルジャ13aの開口部周縁に
は、鍔状のフランジ22が形成されている。このフランジ
22上には、仕切り板21に固着された金属製の押えフラン
ジ23が配設されており、フランジ22はこの押えフランジ
23によって仕切り板21に圧着されている。また、フラン
ジ22と仕切り板21との接合面は、仕切り板21のOリング
溝(図示せず)内のフッ素ゴム製のOリング(図示せ
ず)によってシールされ、このことによってベルジャ13
aは試料室12に気密に接続されている。
That is, in the resonance chamber 11, a bell jar 13a having one end formed in an open shape and the other end formed in a hemispherical shape is attached, and a flange-shaped flange 22 is formed around the opening of the bell jar 13a. Are formed. This flange
A metal holding flange 23 fixed to the partition plate 21 is provided on the top of the holding plate 22.
It is crimped to the partition plate 21 by 23. The joining surface between the flange 22 and the partition plate 21 is sealed by an O-ring (not shown) made of fluoro rubber in an O-ring groove (not shown) of the partition plate 21.
a is hermetically connected to the sample chamber 12.

そしてベルジャ13aの開口部側には、その先端がラッ
パ形状に拡開しているフード13bが螺着されている。
A hood 13b whose tip is expanded in a trumpet shape is screwed to the opening side of the bell jar 13a.

なお、共振室11の上部には、ガス供給管24及び排気管
25がそれぞれ接続されており、図示しない圧力調整機構
によって、圧力1.05kg/cm2Gの不活性ガス、例えばArガ
スを共振室11とベルジャ13aとの間の空間に供給し、置
換している。これは、上記したフランジ22と仕切り板21
との接合面のシールが完全でなく、そこから1×10-4Pa
・l/秒程度のガスが試料室12内に漏れ込むことが実験で
認められているためであり、Arガスの置換によって試料
室12内への大気の漏れ込みが回避され、被処理基板Sの
汚染が防止されることとなる。
In addition, a gas supply pipe 24 and an exhaust pipe
25 are connected to each other, and a pressure adjusting mechanism (not shown) supplies an inert gas having a pressure of 1.05 kg / cm 2 G, for example, an Ar gas to a space between the resonance chamber 11 and the bell jar 13a to replace the same. . This is because the above-mentioned flange 22 and partition plate 21
The seal at the joint surface with the imperfections is not complete, from which 1 × 10 -4 Pa
It is because experiments have confirmed that a gas of about l / sec leaks into the sample chamber 12, and the replacement of the Ar gas prevents the air from leaking into the sample chamber 12, and the substrate S Is prevented from being contaminated.

このように構成されているプラズマ放電管13のベルジ
ャ13aの周りには、つまり共振室11の側壁とベルジャ13a
との間には、円筒形状の空洞共振器30がプラズマ放電間
13と同心状に配設されている。この空洞共振器30は、第
6図に示した如く燐青銅等の導電性弾性材料の帯板を円
筒状にたわめ、その端部31、32を重ねることにより形成
されており、その重なり部分は、空洞共振器30内のマイ
クロ波がこの重なり部分の隙間から外に漏れない程度に
密着している。また、空洞共振器30の内径は後述する駆
動機構40により可変となっている。
Around the bell jar 13a of the plasma discharge tube 13 thus configured, that is, the side wall of the resonance chamber 11 and the bell jar 13a
Between the plasma discharge and the cylindrical cavity resonator 30
It is arranged concentrically with 13. As shown in FIG. 6, the cavity resonator 30 is formed by bending a strip of a conductive elastic material such as phosphor bronze into a cylindrical shape and stacking its ends 31, 32. The portions are in close contact with each other to such an extent that the microwave in the cavity resonator 30 does not leak out of the gap between the overlapping portions. The inner diameter of the cavity resonator 30 is variable by a driving mechanism 40 described later.

駆動機構40の模式的斜視図を第3図に、また空洞共振
器30の内径を最小にしたときの駆動機構40の様子を第4
図及び第6図に、空洞共振器30の内径を最大にしたとき
の駆動機構40の様子を第5図及び第7図にそれぞれ示
す。第3図に示したように駆動機構40は、駆動軸41と、
支持板42を介して駆動軸41に平行に接続された軸43と、
軸43の上下に挿嵌された2個のプーリー44とを含んで構
成されており、駆動軸41が回転すると、これに伴って軸
43及びプーリー44も駆動軸41を中心に回転するようにな
っている。
FIG. 3 is a schematic perspective view of the drive mechanism 40, and FIG. 4 is a view of the drive mechanism 40 when the inner diameter of the cavity resonator 30 is minimized.
FIGS. 5 and 7 show the state of the drive mechanism 40 when the inner diameter of the cavity resonator 30 is maximized, in FIGS. 5 and 7, respectively. As shown in FIG. 3, the drive mechanism 40 includes a drive shaft 41,
A shaft 43 connected in parallel to the drive shaft 41 via a support plate 42,
And two pulleys 44 inserted above and below the shaft 43. When the drive shaft 41 rotates, the shaft is
The pulley 43 and the pulley 44 also rotate about the drive shaft 41.

第4図〜第7図に示したように空洞共振器30の外側に
は、この駆動機構40が例えば6個配設されており、各駆
動軸41…は共振室11内の側壁近傍に等間隔にかつ回動自
在に共振室11の天板11a及び仕切り板21に支持されて取
り付けられている。また、合計12個の各プーリー44…
は、外側に伸長しようとする力を有する空洞共振器30の
側壁に当接しており、12個のプーリー44のうち、同一の
軸43に挿嵌された2個のプーリー44の周縁には、空洞共
振器30の一端31が固定されている。
As shown in FIGS. 4 to 7, for example, six drive mechanisms 40 are provided outside the cavity resonator 30, and each of the drive shafts 41 is arranged near the side wall in the resonance chamber 11 or the like. It is rotatably supported by the top plate 11a and the partition plate 21 of the resonance chamber 11 at intervals. Also, a total of 12 pulleys 44 ...
Is in contact with the side wall of the cavity resonator 30 having a force to extend outward, and, of the twelve pulleys 44, around the periphery of two pulleys 44 fitted on the same shaft 43, One end 31 of the cavity resonator 30 is fixed.

上記した駆動軸41の各上端には、平歯車45が水平に取
り付けられており、これら平歯車45は各駆動軸41の回転
各が同一となるように、第8図に示した如くチェーン46
によって接続されている。また、駆動機構40の駆動軸41
は図示しない回転動力源に接続されており、この回転動
力源によって駆動軸41は回転し、あるいは所要の回転角
に保持される。
At the upper end of the drive shaft 41, spur gears 45 are horizontally mounted, and these spur gears 45 are chained as shown in FIG. 8 so that the rotations of the drive shafts 41 are the same.
Connected by Further, the drive shaft 41 of the drive mechanism 40
Is connected to a rotary power source (not shown), and the drive shaft 41 is rotated by the rotary power source or is maintained at a required rotation angle.

このように駆動機構40が配設された共振室11内におい
ては、回転動力源により駆動軸41を回転させて、第4図
および第6図に示した如く軸43及びプーリー44を共振室
11の中心方向に移動させると、このプーリー44によって
空洞共振器30の側壁が押され、空洞共振器30の内径が小
さくなる。また、回転動力源により駆動軸41を回転させ
て、第5図および第7図に示した如く軸43及びプーリー
44を共振室11の周縁方向に移動させると、空洞共振器30
の持つ外側に伸長しようとする弾性力によって側壁が外
側に広がり、空洞共振器30の内径が大きくなる。
In the resonance chamber 11 in which the drive mechanism 40 is disposed, the drive shaft 41 is rotated by a rotary power source to move the shaft 43 and the pulley 44 as shown in FIG. 4 and FIG.
When it is moved toward the center of 11, the pulley 44 pushes the side wall of the cavity 30 and the inner diameter of the cavity 30 becomes smaller. Further, the drive shaft 41 is rotated by the rotary power source, and the shaft 43 and the pulley are rotated as shown in FIG. 5 and FIG.
When 44 is moved in the peripheral direction of the resonance chamber 11, the cavity resonator 30
The side wall expands outward due to the elastic force of the cavity resonator 30 extending outward, and the inner diameter of the cavity resonator 30 increases.

従って、回転動力源を用いて駆動機構40を制御するこ
とにより、空洞共振器30の内径は、該内径がプラズマ放
電管13のベルジャ13aの外壁にほぼ接触し、かつプーリ
ー44の周縁が共振室11の側壁に接触するまでの範囲で変
化ができる。
Therefore, by controlling the driving mechanism 40 using the rotary power source, the inner diameter of the cavity resonator 30 substantially contacts the outer wall of the bell jar 13a of the plasma discharge tube 13, and the peripheral edge of the pulley 44 is The change can be made in the range up to the contact with the 11 side walls.

一方、プラズマ放電管13の下方の試料室12内には、Si
基板等の被処理基板Sを載置するための試料台26が取り
付けられており、試料台26内には図示しないヒータと試
料台26を回転させる回転支持機構が設けられている。
On the other hand, in the sample chamber 12 below the plasma discharge tube 13, Si
A sample stage 26 on which a substrate S to be processed such as a substrate is mounted is mounted, and a heater (not shown) and a rotation support mechanism for rotating the sample stage 26 are provided in the sample stage 26.

また、試料室12の一側壁12aには、ガス供給管27aが遮
断弁27bを介して気密に接続されており、ガス供給源27
において流量制御されたエッチング用ガス、膜形成用ガ
ス等のガスは、ガス供給管27aを通って試料室12及びプ
ラズマ放電管13内に供給される。
Further, a gas supply pipe 27a is airtightly connected to one side wall 12a of the sample chamber 12 via a shutoff valve 27b, and a gas supply source 27a is provided.
Gases such as an etching gas and a film forming gas whose flow rates are controlled in the above are supplied into the sample chamber 12 and the plasma discharge tube 13 through the gas supply tube 27a.

さらに、試料室12の一側壁12aには、排気遮断弁28a、
排気速度調節弁28bを介してターボ分子ポンプ等の真空
ポンプ28が取り付けられており、プラズマ放電管13及び
試料室12内のガスを排気すると共に、プラズマ放電管13
内のガス圧力を調節できるようになっている。例えば、
被処理基板Sの最大直径を200mm、プラズマ放電管13へ
の注入ガス流量を50SCCMとしたとき、排気遮断弁28aで
の排気速度を500l/秒以上とし、排気速度調節弁28bのコ
ンダクタンスを調節すると、プラズマ放電管13内部の圧
力を1×10-2Pa以上、5Pa以下とすることができる。
Further, on one side wall 12a of the sample chamber 12, an exhaust shutoff valve 28a,
A vacuum pump 28, such as a turbo molecular pump, is attached via an exhaust speed control valve 28b, and exhausts the gas in the plasma discharge tube 13 and the sample chamber 12.
The gas pressure inside can be adjusted. For example,
When the maximum diameter of the substrate S to be processed is 200 mm and the flow rate of the gas to be injected into the plasma discharge tube 13 is 50 SCCM, the exhaust speed at the exhaust shutoff valve 28a is set to 500 l / sec or more, and the conductance of the exhaust speed control valve 28b is adjusted. The pressure inside the plasma discharge tube 13 can be set to 1 × 10 −2 Pa or more and 5 Pa or less.

また、試料室12の他側壁12bには、試料台26に被処理
基板Sを載置し、取り出すためのロードロック室29がロ
ードロック室弁29aを介して配設されており、ロードロ
ック室29上部には、被処理基板Sを出し入れするための
試料装填窓29bが形成されている。さらに、ロードロッ
ク室29には、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ29dが接
続されており、ロードロック室29と真空ポンプ29dとの
間には遮断弁29cが介装されている。
On the other side wall 12b of the sample chamber 12, a load lock chamber 29 for mounting and removing the substrate S on the sample table 26 is provided via a load lock chamber valve 29a. A sample loading window 29b for taking in and out the substrate S to be processed is formed in the upper part of 29. Further, a vacuum pump 29d such as a turbo molecular pump is connected to the load lock chamber 29, and a shutoff valve 29c is interposed between the load lock chamber 29 and the vacuum pump 29d.

このように構成されたECRプラズマ装置において、プ
ラズマを発生させる場合は、まず真空ポンプ28、29dを
それぞれ駆動して、試料室12内、プラズマ放電間13内及
びロードロック室29内を真空排気する。次いで、ロード
ロック室弁29aを開き、ロードロック室29に取り付けら
れた搬送アーム(図示せず)によって、試料台26上のサ
セプタ(図示せず)をロードロック室29に搬送する。そ
の後ロードロック室弁29aを閉じ、ロードロック室29に
接続された図示しないガス導入管からArガス、N2ガス等
の不活性ガスを導入して、ロードロック室29内を大気圧
とする。続いて、ロードロック室29の試料装填窓29bか
らサセプタ上に被処理基板Sとして例えばSi基板を載置
し、真空ポンプ29dによって、ロードロック室29内を真
空排気する。そして、ロードロック室弁29aを開き、搬
送アームによってサセプタを搬送して試料台26上に載置
し、搬送アームをロードロック室29に引き戻した後、ロ
ードロック室弁29aを閉じる。
When plasma is generated in the ECR plasma apparatus configured as described above, first, the vacuum pumps 28 and 29d are respectively driven to evacuate the sample chamber 12, the plasma discharge space 13, and the load lock chamber 29. . Next, the load lock chamber valve 29a is opened, and the susceptor (not shown) on the sample stage 26 is transferred to the load lock chamber 29 by the transfer arm (not shown) attached to the load lock chamber 29. Thereafter, the load lock chamber valve 29a is closed, and an inert gas such as an Ar gas or an N 2 gas is introduced from a gas introduction pipe (not shown) connected to the load lock chamber 29, and the inside of the load lock chamber 29 is brought to atmospheric pressure. Subsequently, for example, an Si substrate is placed as the substrate S to be processed on the susceptor from the sample loading window 29b of the load lock chamber 29, and the inside of the load lock chamber 29 is evacuated by the vacuum pump 29d. Then, the load lock chamber valve 29a is opened, the susceptor is transported by the transport arm and placed on the sample table 26, and after the transport arm is pulled back to the load lock chamber 29, the load lock chamber valve 29a is closed.

再び、真空ポンプ28によって試料室12及びプラズマ放
電管13内を所定の真空圧力になるまで排気する。
Again, the inside of the sample chamber 12 and the inside of the plasma discharge tube 13 are evacuated by the vacuum pump 28 until a predetermined vacuum pressure is reached.

その後、ガス供給源27からガス供給管27a及び遮断弁2
7bを介して、例えばArガス等の前処理用ガスをプラズマ
放電管13内に導入しつつ排気速度調節弁28bを調整し
て、プラズマ放電管13内をプラズマが発生するガス圧力
に設定する。次いで、後述するマイクロ波電力の平均面
密度が、プラズマ放電管13の軸に垂直な断面について30
0mW/cm2以上1800mW/cm2以下になるように、駆動機構40
を制御して空洞共振器30の内径を設定る。すなわち、こ
の前処理の工程では、被処理基板S表面の損傷を防止す
るためにマイクロ波電力を低くする必要があるが、低い
マイクロ波電力でプラズマを安定して発生させ、点灯さ
せるためには、マイクロ波電力の平均面密度が上記した
範囲であることが必要である。従って、低いマイクロ波
電力でもプラズマが安定的に発生し点灯するように、空
洞共振器30の内径を小さく設定する。
Thereafter, the gas supply pipe 27a and the shutoff valve 2
The exhaust speed control valve 28b is adjusted while introducing a pretreatment gas such as Ar gas into the plasma discharge tube 13 via 7b, and the inside of the plasma discharge tube 13 is set to a gas pressure at which plasma is generated. Next, the average surface density of the microwave power described later is 30
0 mW / cm 2 or more 1,800 mW / cm 2 to be less than the drive mechanism 40
To set the inner diameter of the cavity resonator 30. That is, in this pre-processing step, it is necessary to reduce the microwave power in order to prevent damage to the surface of the substrate S to be processed. However, in order to stably generate plasma with low microwave power and turn on the plasma, , The average surface density of the microwave power needs to be in the above range. Therefore, the inner diameter of the cavity resonator 30 is set small so that the plasma is stably generated and lit even at a low microwave power.

続いて、電磁コイル16に直流電圧を印加し、プラズマ
放電管13の中央部に磁束密度8.75×10-2Tの静磁界を第
1図において下向きに形成し、周波数2.45GHzに対してE
CR条件を満足すると共に磁力線を被処理基板Sに向かっ
て発散させ、いわゆる発散磁界を形成する。その後、導
波管15からマイクロ波導入窓14を介して、周波数2.45GH
zのマイクロ波を供給する。すると、誘電性材料で形成
されているベルジャ13a内、ベルジャ13aの頂部のみから
マイクロ波が導入され、プラズマ放電管13内で所望のマ
イクロ波電力密度が得られてプラズマが発生し、低マイ
クロ波電力により発生したこのプラズマは、再現性良く
安定的に点灯する。
Subsequently, a DC voltage was applied to the electromagnetic coil 16 to form a static magnetic field having a magnetic flux density of 8.75 × 10 −2 T in the center of the plasma discharge tube 13 in a downward direction in FIG.
The magnetic field lines are diverged toward the substrate to be processed S while satisfying the CR condition, so that a so-called diverging magnetic field is formed. Thereafter, a frequency of 2.45 GH is transmitted from the waveguide 15 through the microwave introduction window 14.
Supply z microwave. Then, a microwave is introduced only from the top of the bell jar 13a and inside the bell jar 13a made of a dielectric material, a desired microwave power density is obtained in the plasma discharge tube 13, and plasma is generated, and a low microwave This plasma generated by the electric power stably lights with good reproducibility.

そして、点灯したプラズマ中の低エネルギイオンが、
上記した発散磁界によりフード13b側に輸送され、さら
に被処理基板Sに照射される。このことにより、被処理
基板Sは損傷することなく、しかも金属汚染されること
なく前処理されることとなる。
And the low-energy ions in the lit plasma are
The substrate is transported to the hood 13b side by the diverging magnetic field described above, and further irradiated on the substrate S to be processed. As a result, the substrate S to be processed is pre-processed without being damaged and without being contaminated with metal.

さらに前処理後、プラズマ放電管13内に導入するガス
を、ガス流を停止させることなくAr等の前処理用ガスか
らSiH4等の膜形成用ガスに切り替える。また、プラズマ
放電管13内に供給されるマイクロ波電力を高めた場合
は、その平均面密度が、プラズマ放電管13の軸に垂直な
断面について300mW/cm2以上1800mW/cm2以下になるよう
に、再び駆動機構40を制御して空洞共振器30の内径を設
定する。すなわち、この膜形成の工程では成膜速度を速
めるために、被処理基板Sが損傷しない範囲でマイクロ
波電力を高める必要があるが、マイクロ波電力密度が高
過ぎると、プラズマが導体化してマイクロ波を反射する
ため、マイクロ波電力密度を上記した範囲内としてその
電力を高める必要がある。従って、プラズマに吸収され
るマイクロ波電力が全体として大きくなるように、空洞
共振器30の内径を前処理の工程より大きく設定する。
After a further pre-treatment, the gas introduced into the plasma discharge tube 13 is switched from the pre-treatment gas such as Ar film forming gas such as SiH 4 without stopping the gas flow. When the microwave power supplied into the plasma discharge tube 13 is increased, the average surface density is set to be 300 mW / cm 2 or more and 1800 mW / cm 2 or less with respect to a cross section perpendicular to the axis of the plasma discharge tube 13. Next, the drive mechanism 40 is controlled again to set the inner diameter of the cavity resonator 30. That is, in this film formation step, in order to increase the film formation rate, it is necessary to increase the microwave power within a range where the substrate to be processed S is not damaged. However, if the microwave power density is too high, the plasma becomes conductive and the microwave becomes conductive. In order to reflect waves, it is necessary to increase the microwave power density within the above range to increase the power. Therefore, the inner diameter of the cavity resonator 30 is set to be larger than that in the pretreatment step so that the microwave power absorbed by the plasma is increased as a whole.

このことにより、プラズマ放電管13のベルジャ13aの
頂部及び周囲からマイクロ波が導入され、マイクロ波電
力密度に上限がある場合でも、プラズマに吸収されるマ
イクロ波電力は大きくなり、上記と同様にプラズマが安
定的に点灯して、被処理基板S表面にSi薄膜が形成され
ることとなる。このとき、前記プラズマ放電管13は略密
閉構造であるので、試料室12はプラズマ中のイオンにス
パッタされにくく、たとえプラズマは放電管13の外へプ
ラズマが飛び出しても、前記イオンは低エネルギである
ため、試料室12はスパッタされにくい。従って、被処理
基板Sに金属汚染の少ない膜が形成されることとなる。
As a result, microwaves are introduced from the top and periphery of the bell jar 13a of the plasma discharge tube 13, and even if the microwave power density has an upper limit, the microwave power absorbed by the plasma increases, and the plasma Lights stably, and a Si thin film is formed on the surface of the substrate S to be processed. At this time, since the plasma discharge tube 13 has a substantially sealed structure, the sample chamber 12 is hardly sputtered by ions in the plasma. Even if the plasma jumps out of the discharge tube 13, the ions have low energy. Therefore, the sample chamber 12 is hardly sputtered. Therefore, a film with little metal contamination is formed on the substrate S to be processed.

なお、この実施例装置を用いて、被処理基板Sを図示
しないヒータにより700℃程度に加熱した後、真空圧力
を1.0×10-5Pa、照射するAr及びSiH4プラズマへのマイ
クロ波電力密度を300mW/cm2としてプラズマを発生させ
ると、Si結晶の被処理基板Sに転移欠陥密度が50/cm2
下の単結晶Si膜がエピタキシャル成長されることが確認
された。
After the substrate S to be processed was heated to about 700 ° C. by a heater (not shown) using the apparatus of this embodiment, the vacuum pressure was set to 1.0 × 10 −5 Pa, and the microwave power density to the irradiated Ar and SiH 4 plasmas was increased. When plasma was generated at a pressure of 300 mW / cm 2 , it was confirmed that a single crystal Si film having a transition defect density of 50 / cm 2 or less was epitaxially grown on the substrate S to be treated with Si crystal.

また、プラズマ放電管13の内面に導電性の多結晶Si膜
が堆積して、プラズマ放電管13内部へのマイクロ波導入
が困難となった場合には、試料室12にCl2(塩素)ガス
を導入して上記の如くプラズマを発生させるこによっ
て、プラズマ放電管13内面の多結晶Si膜をエッチング除
去することが可能である。この場合、空洞共振器30の内
径を広げることによって、面密度8000mW/cm2程度の高密
度でマイクロ波電力を供給することが可能となり、また
プラズマ放電管13の上下全体にわたってマイクロ波が供
給されるため、付着膜の除去を迅速に行なうことが可能
となる。なおこの際、電磁コイル16に印加する直流電圧
を変動させて、磁束密度のECR条件が満足される空間位
置をプラズマ放電管13内部で変動させることは、付着膜
を均一に除去する上で有効である。
If a conductive polycrystalline Si film is deposited on the inner surface of the plasma discharge tube 13 and it becomes difficult to introduce microwaves into the plasma discharge tube 13, Cl 2 (chlorine) gas is introduced into the sample chamber 12. To generate plasma as described above, the polycrystalline Si film on the inner surface of the plasma discharge tube 13 can be removed by etching. In this case, by widening the inner diameter of the cavity resonator 30, it is possible to supply a high-density, microwave power of about surface density 8000 MW / cm 2, also the microwave is supplied across the upper and lower plasma discharge tube 13 Therefore, it is possible to quickly remove the adhered film. At this time, varying the DC voltage applied to the electromagnetic coil 16 to vary the spatial position within the plasma discharge tube 13 where the ECR condition of the magnetic flux density is satisfied is effective in uniformly removing the adhered film. It is.

第2図は本発明に係るプラズマ装置の別の実施例とし
てのECRプラズマ装置を模式的に示した断面図であり、
第1図と相違する点は、プラズマ放電管13の形状及び試
料室12下部付近の構成である。すなわち第2図に示した
ように、プラズマ放電管50は共振室11側に配設されたベ
ルジャ50aと、ベルジャ50aに接続されたフード50bと、
フード50bの下方に配設された被処理基板Sを載置する
ためのホルダ50cとで構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an ECR plasma device as another embodiment of the plasma device according to the present invention,
The difference from FIG. 1 is the shape of the plasma discharge tube 13 and the configuration near the lower part of the sample chamber 12. That is, as shown in FIG. 2, the plasma discharge tube 50 includes a bell jar 50a disposed on the resonance chamber 11 side, a hood 50b connected to the bell jar 50a,
And a holder 50c for placing the substrate S to be processed disposed below the hood 50b.

ベルジャ50aは第1図に示したベルジャ13aと同様に構
成され、共振室11に気密に取り付けられており、このベ
ルジャ50aの開口部側には、試料室12側に形成され、そ
の下端部周縁にフランジ51aが形成されたラッパ形状の
フード50bが螺着されている。フード50bの側面には、ガ
ス供給管27aが接続されており、このガス供給管27aは、
装置の外に設けられたエッチング用ガス、膜形成用のガ
ス等の複数のガス供給源27に、遮断弁27bを介して接続
されている。そして、ガス供給源27で流量制御されたガ
スを、ガス供給管27aからプラズマ放電管50内へ供給す
るようになっている。
The bell jar 50a has the same configuration as the bell jar 13a shown in FIG. 1 and is hermetically attached to the resonance chamber 11. The opening of the bell jar 50a is formed on the sample chamber 12 side, and its lower end peripheral edge is formed. A trumpet-shaped hood 50b having a flange 51a formed thereon is screwed. A gas supply pipe 27a is connected to a side surface of the hood 50b, and the gas supply pipe 27a
A plurality of gas supply sources 27 such as an etching gas and a film formation gas provided outside the apparatus are connected via a shutoff valve 27b. The gas whose flow rate is controlled by the gas supply source 27 is supplied from the gas supply pipe 27a into the plasma discharge tube 50.

フード50bの下方には、フード50bの下端の内径と略同
一内径の有底円筒形状をなすホルダ50cが配設されてお
り、ホルダ50cの上端部周縁には、フランジ51bが形成さ
れている。このときホルダ50cは、このフランジ部51bと
上記したフード50bのフランジ部51aとの間に所定寸法が
確保されるようにフード50bの下方に設置されている。
そして、フランジ51a、51b間の隙間は、プラズマ放電管
50内のガスを真空排気するための排気口52となってい
る。このようにプラズマ放電管50は、排気口52の外部か
らはホルダ50cに載置された被処理基板Sが直視出来な
いように構成されており、またプラズマ放電管50内で生
成したプズマが外部に飛び出しにくくなっている。
Below the hood 50b, a holder 50c having a bottomed cylindrical shape having substantially the same inner diameter as the inner diameter of the lower end of the hood 50b is provided, and a flange 51b is formed on the periphery of the upper end of the holder 50c. At this time, the holder 50c is installed below the hood 50b so that a predetermined dimension is secured between the flange portion 51b and the flange portion 51a of the hood 50b.
The gap between the flanges 51a and 51b is
An exhaust port 52 for evacuating the gas in 50 is provided. As described above, the plasma discharge tube 50 is configured so that the substrate S to be processed placed on the holder 50c cannot be directly viewed from outside the exhaust port 52, and the plasma generated in the plasma discharge tube 50 is It is difficult to jump out.

一方、ホルダ50cの下部には、軸53を中心にして回動
可能であり、かつ昇降可能な透明石英製の容器54が配設
されており、容器54内にはホルダ50c内に載置された被
処理基板Sを加熱するためのヒータ55が埋設されてい
る。
On the other hand, a transparent quartz container 54 that is rotatable about a shaft 53 and that can be moved up and down is provided below the holder 50c, and is placed in the holder 50c inside the container 54. A heater 55 for heating the processed substrate S is embedded.

このように形成されたECRプラズマ装置を用いて被処
理基板Sに例えばエピタキシャル膜を形成する場合は、
まず、真空ポンプ28、29dをそれぞれ駆動して、試料室1
2内、プラズマ放電管40及びロードロック室29内を真空
排気する。次いで、容器54の下方に取り付けられた支持
棒56を下方に引き出すことによってベローズ57を延ば
し、試料室12内を減圧状態に保ったままで、容器54をロ
ードロック室29に対して所定の高さに移動する。そし
て、ロードロック室29に取り付けられた図示しない搬送
アームによって、ホルダ50cをロードロック室29に搬送
する。この後、上記と同様の操作にて試料装填窓29bか
らホルダ50c上にSi基板等の被処理基板Sを載置し、再
び搬送アームによって容器54上にホルダ50cを載置し、
支持軸56を用いて容器54を所定の位置に設置する。
When, for example, an epitaxial film is formed on the substrate to be processed S using the ECR plasma apparatus formed as described above,
First, the vacuum pumps 28 and 29d are driven, respectively, to
2, the plasma discharge tube 40 and the load lock chamber 29 are evacuated. Next, the bellows 57 is extended by pulling out a support rod 56 attached below the container 54, and the container 54 is kept at a predetermined height with respect to the load lock chamber 29 while keeping the inside of the sample chamber 12 under reduced pressure. Go to Then, the holder 50c is transported to the load lock chamber 29 by a transport arm (not shown) attached to the load lock chamber 29. Thereafter, the substrate S to be processed such as a Si substrate is placed on the holder 50c from the sample loading window 29b by the same operation as described above, and the holder 50c is again placed on the container 54 by the transfer arm.
The container 54 is set at a predetermined position using the support shaft 56.

そして、第1図を用いて説明した実施例の場合と同様
にして、試料室12及びプラズマ放電管50内を所定の圧力
になるまで真空排気し、膜形成用ガスを試料室12及びプ
ラズマ放電管50内に供給する。次いで、マイクロ波電力
の平均面密度が、プラズマ放電管50の軸に垂直な断面に
ついて300mW/cm2以上1800mW/cm2以下になるように、駆
動機構40を制御して空洞共振器30の内径を設定する。続
いて電磁コイル16に電圧を印加して、プラズマ放電管50
内に発散磁界を形成し、さらに導波管15から共振室11に
マイクロ波を供給する。
Then, in the same manner as in the embodiment described with reference to FIG. 1, the inside of the sample chamber 12 and the plasma discharge tube 50 are evacuated to a predetermined pressure, and the film forming gas is discharged from the sample chamber 12 and the plasma discharge tube. Feed into tube 50. Next, the driving mechanism 40 is controlled to control the inner surface of the cavity 30 so that the average surface density of the microwave power is 300 mW / cm 2 or more and 1800 mW / cm 2 or less with respect to a cross section perpendicular to the axis of the plasma discharge tube 50. Set. Subsequently, a voltage is applied to the electromagnetic coil 16 so that the plasma discharge tube 50
A diverging magnetic field is formed therein, and a microwave is supplied from the waveguide 15 to the resonance chamber 11.

すると、プラズマ放電管50内でプラズマは発生し、低
いマイクロ波電力でも再現性良く安定して点灯する。そ
して、点灯したプラズマ中の低エネルギイオンが被処理
基板Sに照射される。また、前記プラズマ放電管50は略
密閉構造であるので、試料室12はプラズマ中のイオンに
スパッタされにくく、たとえプラズマ放電管50の外へプ
ラズマが飛び出しても、前記イオンは低エネルギである
ため、試料室12はスパッタされにくい。以上のことか
ら、被処理基板Sに金属汚染の極めて少ない膜が形成さ
れる。
Then, plasma is generated in the plasma discharge tube 50, and the lamp is stably lit with good reproducibility even at a low microwave power. Then, low-energy ions in the lit plasma are irradiated to the substrate S to be processed. Further, since the plasma discharge tube 50 has a substantially closed structure, the sample chamber 12 is hardly sputtered by ions in the plasma. Even if the plasma jumps out of the plasma discharge tube 50, the ions have low energy. The sample chamber 12 is hardly sputtered. From the above, a film with very little metal contamination is formed on the substrate S to be processed.

なお、上記したエピタキシャル膜の形成を行う前に、
ガス供給源27よりArガスの前処理用ガスを試料室12及び
プラズマ放電管50内に導入して、空洞共振器30の内径を
所定の大きさに設定することにより、上記と同様の条件
で、被処理基板Sを損傷させることなく、しかも金属汚
染させることなく前処理を施すことができる。
Before forming the above-mentioned epitaxial film,
By introducing a pretreatment gas of Ar gas from the gas supply source 27 into the sample chamber 12 and the plasma discharge tube 50 and setting the inner diameter of the cavity resonator 30 to a predetermined size, under the same conditions as above. In addition, the pretreatment can be performed without damaging the substrate to be processed S and without causing metal contamination.

以上説明したように、上記した実施例によれば、イオ
ンエネルギの低いプラズマを容易に、しかも確実に点灯
させることができるため、結晶欠陥及び金属汚染の少な
いプラズマプロセスを効率良く実現することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, plasma with low ion energy can be easily and reliably turned on, so that a plasma process with few crystal defects and metal contamination can be efficiently realized. .

発明の効果 以上の説明により明らかなように、本発明に係るプラ
ズマ装置によれば、プラズマ放電管の外周にマイクロ波
を導入するための円筒形状をした空洞共振器が前記プラ
ズマ放電管と同心状に配設されると共に、その内径が可
変となるように構成されているので、プラズマ放電管に
供給されるマイクロ波電力に応じて、前記空洞共振器の
内径を連続的に制御することができ、前記プラズマ放電
管内でプラズマを安定して点灯させることができる。従
って、例えばSi端血相からなる被処理基板上にエピタキ
シャル膜を形成する場合においては、前処理工程及びエ
ピタキシャル膜形成工程では、低マイクロ波電力密度の
プラズマを、またプラズマは放電管のクリーニング工程
では高マイクロ波電力密度のプラズマを、前記空洞共振
器の内径を変化させるだけで利用できるため、欠陥の少
ない高品位エピタキシャルウエハを迅速に製造すること
ができる。
Effect of the Invention As is clear from the above description, according to the plasma device of the present invention, the cylindrical cavity resonator for introducing microwaves to the outer periphery of the plasma discharge tube is concentric with the plasma discharge tube. And the inner diameter thereof is variable, so that the inner diameter of the cavity resonator can be continuously controlled in accordance with the microwave power supplied to the plasma discharge tube. The plasma can be stably turned on in the plasma discharge tube. Therefore, for example, when an epitaxial film is formed on a substrate to be processed composed of a Si end blood phase, plasma having a low microwave power density is used in the pretreatment step and the epitaxial film formation step, and the plasma is used in the discharge tube cleaning step. Since a plasma having a high microwave power density can be used only by changing the inner diameter of the cavity resonator, a high-quality epitaxial wafer with few defects can be rapidly manufactured.

また、上記したプラズマ装置の使用方法によれば、導
入されるマイクロ波電力の平均面密度が、プラズマ放電
管の軸に垂直な断面について300mW/cm2以上1800mW/cm2
以下となるように空洞共振器の内径を設定するので、プ
ラズマ放電管に低いマイクロ波電力を供給した場合にお
いても、プラズマは確実に再現性良く点灯する。また、
マイクロ波電力密度が高過ぎることによって生じるプラ
ズマの導体化も回避される。従って、結晶の損傷のない
被処理基板表面に金属汚染の少ない良好な膜を効率良く
形成することができる。
Further, according to the method of using the plasma device described above, the average surface density of the introduced microwave power is 300 mW / cm 2 or more and 1800 mW / cm 2 with respect to a cross section perpendicular to the axis of the plasma discharge tube.
Since the inner diameter of the cavity resonator is set as follows, even when a low microwave power is supplied to the plasma discharge tube, the plasma is reliably lit with good reproducibility. Also,
The conductorization of the plasma caused by too high a microwave power density is also avoided. Therefore, a good film with little metal contamination can be efficiently formed on the surface of the substrate to be processed without damage to the crystal.

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

第1図は本発明に係るプラズマ装置の一例としてのECR
プラズマ装置を模式的に示した断面図、第2図は本発明
に係るプラズマ装置の別の実施例としてのECRプラズマ
装置を模式的に示した断面図、第3図は第1図及び第2
図に配設されている駆動機構の一例を示した模式的斜視
図、第4図及び第5図はそれぞれ、空洞共振器の内径を
最小及び最大にしたときの駆動機構の様子を模式的に示
した断面図、第6図及び第7図はそれぞれ、第4図にお
けるI−I線断面図及び第5図におけるII−II線断面
図、第8図は共振室の概略平面図、第9図は従来提案さ
れたECRプラズマ装置を模式的に示した断面図である。 13、50……プラズマ放電管 14……マイクロ波導入窓 15……導波管 16……電磁コイル 30……空洞共振器 40……駆動機構
FIG. 1 shows an ECR as an example of a plasma apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a plasma apparatus, FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an ECR plasma apparatus as another embodiment of the plasma apparatus according to the present invention, and FIG.
FIGS. 4 and 5 are schematic perspective views showing an example of the drive mechanism provided in the figures, and FIGS. 4 and 5 schematically show the state of the drive mechanism when the inner diameter of the cavity resonator is minimized and maximized, respectively. 6 and 7 are respectively a sectional view taken along the line II in FIG. 4 and a sectional view taken along the line II-II in FIG. 5, FIG. 8 is a schematic plan view of the resonance chamber, and FIG. The figure is a cross-sectional view schematically showing a conventionally proposed ECR plasma device. 13, 50: Plasma discharge tube 14: Microwave introduction window 15: Waveguide 16: Electromagnetic coil 30: Cavity resonator 40: Drive mechanism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05H 1/46 H01L 21/302 B ──────────────────────────────────────────────────の Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H05H 1/46 H01L 21/302 B

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マイクロ波導入機構、磁界印加機構及びプ
ラズマ放電管を備えたプラズマ装置において、前記プラ
ズマ放電管の外周にマイクロ波を導入するための円筒形
状をした空洞共振器が前記プラズマ放電管と同心状に配
設されると共に、その内径が可変となるように構成され
ていることを特徴とするプラズマ装置。
1. A plasma apparatus comprising a microwave introducing mechanism, a magnetic field applying mechanism, and a plasma discharge tube, wherein the cylindrical discharge cavity for introducing microwaves to the outer periphery of the plasma discharge tube includes a plasma discharge tube. And a concentric arrangement with the plasma apparatus, wherein the inner diameter of the plasma apparatus is variable.
【請求項2】導入されるマイクロ波電力の平均面密度
が、プラズマ放電管の軸に垂直な断面について300mW/cm
2以上1800mW/cm2以下となるように空洞共振器の内径を
設定することを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理
装置の使用方法。
2. The average surface density of microwave power introduced is 300 mW / cm for a cross section perpendicular to the axis of the plasma discharge tube.
2. The method according to claim 1, wherein the inner diameter of the cavity resonator is set so as to be 2 or more and 1800 mW / cm 2 or less.
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