JPH04136178A - Microwave plasma cvd device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はマイクロ波プラズｖＣＶＤ装δに関し、特に、
プラズマによるマイクロ波導入窓の汚染や損傷をなくし
、長期間、安定して製膜てきるようにしたマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a microwave plasma vCVD system δ, and in particular,
The present invention relates to a microwave plasma CVD apparatus that eliminates contamination and damage to a microwave introduction window caused by plasma and allows stable film formation over a long period of time.
［従来の技術］
マイクロ波を用いたプラズマプロセスは、無極放電てあ
り、装置か非常に簡単であることから、近年、ＣＶ Ｄ
（Ｃｈｅｎｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）法による各種薄膜の製膜に輻広く応用されるよう
になってきている。[Prior Art] A plasma process using microwaves is a non-polar discharge process and the equipment is very simple, so in recent years CVD
(Chemical Vapor Deposit
On) method is becoming widely applied to the formation of various thin films.
なかても、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いてタイ
ヤモントやアモルファスシリコンを製膜することか工業
的に行なわれている。このマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置の実用化に伴ない、長期間、安定して製膜てきる装置
の開発か望まれている。Among these, it is industrially practiced to form a film of Tiremont or amorphous silicon using a microwave plasma CVD apparatus. With the practical use of this microwave plasma CVD apparatus, there is a desire to develop an apparatus that can stably form films over a long period of time.
従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、第３図に示す
ように、マイクロ波電源ｌて生ずるマイクロ波３を導波
管２を介してマイクロ波導入窓４から反応室５内に導入
してプラズマ９を発生させ、基板８上に製膜を行なって
いた。As shown in FIG. 3, the conventional microwave plasma CVD apparatus introduces microwaves 3 generated by a microwave power source 1 into a reaction chamber 5 through a microwave introduction window 4 through a waveguide 2 to generate plasma 9. was generated and a film was formed on the substrate 8.
［発明か解決しようとする課Ｂ］
しかしなから、上述した従来のマイクロ波プラズマＣｖ
Ｄ′ｒ装置においては、
第一に、プラズマ９かマイクロ波導入窓４周辺部に片寄
って発生するため、マイクロ波導入窓４か汚染されたり
、プラズマによる加熱のためにマイクロ波導入窓４か損
傷を受けるという問題かある。かかるマイクロ波導入窓
の汚染や損傷は、プラズマを不安定にし、マイクロ波の
導入効率か一定しないので問題てあった。[Section B to Invent or Solve] However, the above-mentioned conventional microwave plasma Cv
In the D'r device, firstly, the plasma 9 is generated near the periphery of the microwave introduction window 4, so the microwave introduction window 4 may become contaminated, or the microwave introduction window 4 may become contaminated due to heating by the plasma. There is a problem with damage. Such contamination or damage to the microwave introduction window has been a problem because it makes the plasma unstable and the microwave introduction efficiency is inconsistent.
このような問題を解決するものとして、マイクロ波導入
窓をドーム型に形成することにより、マイクロ波導入窓
周辺のプラズマ密度を一様にして窓の局部加熱を防止す
る技術か、特開昭６４−８７５９６号に開示されている
。しかし、この技術は、プラズマかマイクロ波導入窓に
直接当るため、マイクロ波導入窓の汚染や損傷を完全に
防止てきないという問題かある。To solve this problem, a technique is proposed in which the microwave introduction window is formed into a dome shape, thereby making the plasma density around the microwave introduction window uniform and preventing local heating of the window. -87596. However, this technique has the problem that it cannot completely prevent contamination or damage to the microwave introduction window because the plasma directly hits the microwave introduction window.
また、特開平２−１４１４９４号には、マイクロ波導入
窓から筒体を通してマイクロ波を反応室内に導入するこ
とにより、窓部周辺におけるプラズマの発生を防止して
、プラズマによるマイクロ波導入窓の汚染や加熱を防止
する技術か開示されている。Furthermore, Japanese Patent Application Laid-open No. 2-141494 discloses that by introducing microwaves into the reaction chamber from the microwave introduction window through the cylindrical body, generation of plasma around the window is prevented, and contamination of the microwave introduction window by plasma is prevented. Some technologies have been disclosed to prevent heating.
しかし、この技術も、プラズマとマイクロ波導入窓とを
直接熱てるものではないため、マイクロ波導入窓の汚染
や損傷を完全に防ぐには十分てないという問題かある。However, since this technique does not directly heat the plasma and the microwave introduction window, there is a problem in that it is not sufficient to completely prevent contamination and damage to the microwave introduction window.
第二に、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置において
は、導波管のサイズ（管径）によって放電領域か制限さ
れてしまうため、大面積化か困難であるという問題かあ
る。例えば、導波管の中に反応室を設ける場合には、導
波管の大きさに限度かあるため、これによって反応室の
大きさや反応室内に設置される基板等の大きさか制限を
受け、大きな下地表面には製膜を行なうことかてきなか
った。Second, in conventional microwave plasma CVD apparatuses, the discharge area is limited by the size (tube diameter) of the waveguide, making it difficult to increase the area. For example, when a reaction chamber is installed in a waveguide, there is a limit to the size of the waveguide, which limits the size of the reaction chamber and the size of the substrate etc. installed in the reaction chamber. It was not possible to form a film on a large base surface.
第三に、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣ
ＶＤ装置に３いては、マイクロ波導入窓とプラズマとの
接触を避けるため、強い外部磁場を印加しなければなら
ず装置か大型化、複雑化３よび高価格化するという問題
かある。Third, electron cyclotron resonance (ECR) plasma C
In a VD device, a strong external magnetic field must be applied to avoid contact between the microwave introduction window and the plasma, resulting in a problem that the device becomes larger, more complicated, and more expensive.
また、プラズマは本質的に電界の強い部分に集中する傾
向かある。このため従来の方式では、マイクロ波導入窓
近傍か最も電界か強くなり、プラズマはマイクロ波導入
窓近辺に集中することになる。このため安定してプラズ
マを基板近くに定位させることか非常に困難てあった。Additionally, plasma inherently tends to concentrate in areas where the electric field is strong. Therefore, in the conventional method, the electric field is strongest near the microwave introduction window, and the plasma is concentrated near the microwave introduction window. For this reason, it has been extremely difficult to stably localize the plasma near the substrate.
本発明は上述した問題点にかんがみてなされたものて、
基板周辺を最も電界か強くなるようにし、プラズマを制
御しなくても基板上に安定に定位させることを可能にし
たものである。すなわち本発明は、プラズマによるマイ
クロ波導入窓の汚染や損傷を防止することにより、長期
間にわたって安定して使用することかてき、しかも、大
きな面積を有する下地表面の処理か可能なマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置の提供を目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems.
The electric field is strongest around the substrate, making it possible to stably position the plasma on the substrate without controlling the plasma. In other words, the present invention provides a microwave plasma CVD method that can be used stably over a long period of time by preventing contamination or damage to the microwave introduction window due to plasma, and can also treat a large base surface. The purpose is to provide equipment.
［課題の解決手段］
上記目的を達成するために本発明のマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置は、マイクロ波電源および導波管力らなるマ
イクロ波供給部と、マイクロ波を反応室内に導入するマ
イクロ波導入窓と、マイクロ波導入窓に接して設けられ
た基板支持体とを具備した構成としである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the microwave plasma CVD apparatus of the present invention includes a microwave supply unit consisting of a microwave power source and a waveguide force, and a microwave introduction unit for introducing microwaves into a reaction chamber. The structure includes a window and a substrate support provided in contact with the microwave introduction window.
以下１図面を参照して本発明を具体的に説明する。The present invention will be specifically described below with reference to one drawing.
第１図は１本発明の一具体例に係るマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a microwave plasma CVD apparatus according to a specific example of the present invention.
同図において、■はマイクロ波電源であり、所定の周波
数のマイクロ波を発振する。In the figure, ■ is a microwave power source, which oscillates microwaves at a predetermined frequency.
２は導波管てあり、中空の金属からなる伝送線路であっ
て、この中をマイクロ波電源ｌて発生したマイクロ波３
か伝搬する。これらマイクロ波を源ｌおよび導波ｖ２は
マイクロ波供給部を構成する。なお、導波管２の端部は
マイクロ波の導入の効率の点から図示するように拡開形
状とすることか好ましい。Reference numeral 2 is a waveguide, which is a transmission line made of hollow metal, through which microwaves 3 generated by a microwave power source are transmitted.
or propagate. These microwave source l and waveguide v2 constitute a microwave supply section. Note that it is preferable that the end of the waveguide 2 has an expanded shape as shown in the figure from the viewpoint of efficiency of introducing microwaves.
４はマイクロ波導入窓てあっ、導波管２を伝搬してきた
マイクロ波３を反応室５内に通過させる。このマイクロ
波導入窓４は石英て形成されている。石英を用いるのは
マイクロ波を損失なく通過させることかてき、しかも、
光学的安定性に優れ、反応室５内の反応性ガス等と反応
することかなく化学的に安定なためである。A microwave introduction window 4 allows the microwave 3 propagated through the waveguide 2 to pass into the reaction chamber 5. This microwave introducing window 4 is made of quartz. The use of quartz allows microwaves to pass through without loss, and
This is because it has excellent optical stability and is chemically stable without reacting with the reactive gas in the reaction chamber 5.
また、マイクロ波導入窓４は１反応容器５ａの一部を構
成し、反応室内を減圧した際、外気を遮断する役割も果
たしている。この減圧時における外気の流入を防ぐため
に マイクロ波導入を４と反応容器５ａとの間にはＯワ
ンクロか設けられている。Further, the microwave introduction window 4 constitutes a part of one reaction vessel 5a, and also plays the role of blocking outside air when the pressure inside the reaction chamber is reduced. In order to prevent the inflow of outside air during this pressure reduction, an O tank is provided between the microwave introduction port 4 and the reaction vessel 5a.
反応室５を構成する反応容器５ａは、マイクロ波導入窓
４と同様に石英等の材料で形成されているか、ステンレ
ス等の耐蝕性のある材料で形成することもてきる。The reaction container 5a constituting the reaction chamber 5 may be made of a material such as quartz like the microwave introduction window 4, or may be made of a corrosion-resistant material such as stainless steel.
７は基板支持体てあつ、マイ、クロ波導入窓４と基板８
との間に設けられている。この基板支持体７は、マイク
ロ波導入窓４と同程度の面積を有し、かつ適当な厚さを
有しており、マイクロ波か通過てきる材料て形成されて
いる。7 is a substrate support, microwave introduction window 4 and substrate 8
is established between. The substrate support 7 has an area comparable to that of the microwave introducing window 4, has an appropriate thickness, and is made of a material through which microwaves can pass.
基板支持体７は、マイクロ波導入窓４に接して設けられ
る。ここにおいて「接して」とは、適宜な隙間を介した
ものを含む。したかって通常は僅かな隙間をあけて設け
られている。隙間をあけるのは発熱を防ぐためである。The substrate support 7 is provided in contact with the microwave introduction window 4 . Here, "in contact" includes being in contact with an appropriate gap. Therefore, they are usually provided with a slight gap. The reason for leaving a gap is to prevent heat generation.
マイクロ波導入窓４と基板支持体７との間隔ｔは、これ
らの間に放電か起こらないようにするため小さくし、例
えば、 ０．５〜２■程度とする。この基板支持体７は
、マイクロ波導入窓に接触して設けてもよくこの場合、
間１ＩｌｉｉｔはＯとなる。The distance t between the microwave introduction window 4 and the substrate support 7 is set to be small, for example, about 0.5 to 2 cm, in order to prevent discharge from occurring between them. This substrate support 7 may be provided in contact with the microwave introduction window, in which case,
The interval 1Iliit becomes O.
基板支持体７は、窒化ホウ素（ｈ−Ｈ）、窒化アルミニ
ウム（ＡｉＮ）、窒化シリコン（ＳｉＪ４など）等の材
料で形成されている。これらの材料は、高温下において
も化学的に安定て、ヒートショックに強く、熱効率か高
いため好適てあり、さらに高温状態にしても、マイクロ
波を比較的損失なく通過させることかできるのて好適に
用いられる。The substrate support 7 is made of a material such as boron nitride (h-H), aluminum nitride (AiN), silicon nitride (SiJ4, etc.). These materials are suitable because they are chemically stable, resistant to heat shock, and have high thermal efficiency even at high temperatures, and are also suitable because they allow microwaves to pass through them with relatively little loss even at high temperatures. used for.
また、基板支持体は装置内部の気密保持とは関係ない構
造にてきるため、基板支持体表面か汚染、損傷しても容
易に交換てきる。さらに、この場合、基板支持体表面部
のみを交換てきるような構造にすることも可能である。Furthermore, since the substrate support has a structure that is not related to maintaining airtightness inside the apparatus, it can be easily replaced even if the surface of the substrate support is contaminated or damaged. Furthermore, in this case, it is also possible to adopt a structure in which only the surface portion of the substrate support can be replaced.
８は基板てあつ、基板支持体７上にｉ置されている。基
板８としては、シリコン（Ｓｌ）、窒化シリコン（Ｓｉ
ｆｆＮ４など）等か用いられる。A substrate 8 is placed on the substrate support 7 . As the substrate 8, silicon (Sl), silicon nitride (Si
ffN4 etc.) etc. are used.
ｌＯは反応室５の外周に設けた水冷パイプ１０てあり、
主に反応容器５ａの冷却を行なう。１１は反応室５のマ
イクロ波導入窓４付近に設けた水冷溝てあり、王に基板
支持体７やマイクロ波導入窓４等の冷却を行なう
なお、本発明にあっては、プラズマをより安定させるた
めに、プラズマ発生部を、銅、アルミニウム、ステンレ
スなどの金属のメツシュ体て囲むような構成とすること
もてきる。さらに１反応容器の外部に磁場印加手段を設
けてもよい（いずれも図示せず）。lO is a water cooling pipe 10 provided around the outer periphery of the reaction chamber 5,
The reaction container 5a is mainly cooled. Reference numeral 11 denotes a water cooling groove provided near the microwave introduction window 4 of the reaction chamber 5, which mainly cools the substrate support 7, the microwave introduction window 4, etc. In addition, in the present invention, the water cooling groove is provided in the vicinity of the microwave introduction window 4 of the reaction chamber 5. In order to achieve this, the plasma generating section may be surrounded by a mesh body made of metal such as copper, aluminum, or stainless steel. Furthermore, a magnetic field applying means may be provided outside one reaction container (neither is shown).
次に、上記構成からなるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の作用について説明する。Next, the operation of the microwave plasma CVD apparatus having the above configuration will be explained.
マイクロ波電源ｌから発せられたマイクロ波３は、導波
管２中を伝搬してマイクロ波導入窓４に達する。そして
このマイクロ波導入窓４を通過し、さらに基板支持体７
中を伝搬１通過して反応室５内のプラズマガスに作用し
て基板支持体７の表面近傍にプラズマ９を発生させる。Microwaves 3 emitted from a microwave power source 1 propagate through a waveguide 2 and reach a microwave introduction window 4 . Then, the microwave passes through the microwave introduction window 4, and further passes through the substrate support 7.
The plasma propagates through the reaction chamber 5 and acts on the plasma gas in the reaction chamber 5 to generate plasma 9 near the surface of the substrate support 7 .
このように、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は
、基板支持体７によって、マイクロ波導入窓４かプラズ
マ９と直接接触しないようになっているため、マイクロ
波導入窓４か汚染、損傷を受ることかない。したかって
、マイクロ波導入窓の交換等のメンテナンスを無くし、
しかも、長期間、安定して使用することかてきる。As described above, in the microwave plasma CVD apparatus of the present invention, the substrate support 7 prevents the microwave introduction window 4 from coming into direct contact with the plasma 9, so that the microwave introduction window 4 is not contaminated or damaged. It's not enough. Therefore, we eliminate maintenance such as replacing the microwave introduction window,
Moreover, it can be used stably for a long period of time.
また、装置か単純であるため、ｉ置の製作および保守管
理か容易である。Furthermore, since the device is simple, it is easy to manufacture and maintain the device.
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の要
旨の範囲内て適宜変形実施か可能である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be modified as appropriate within the scope of the gist of the present invention.
例えば、第２図に示すように、マイクロ波導入窓４を複
数設けることにより、大面積の下地表面へも製膜を行な
うことかできる。For example, as shown in FIG. 2, by providing a plurality of microwave introducing windows 4, it is possible to form a film even on a large base surface.
［実施例］
以下、実施例にもとづき本発明をさらに詳細に説明する
。[Examples] Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on Examples.
Ｘ産声
第１図に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い、
同装置の反応室内に、Ｈ２９９ＳＣＣＭおよびＣＨ，Ｉ
ＳＣＣＭ ノ混合ガス（８２９９１ＣＨ，Ｈ）を導入
し、マイクロ波出力２ＫＷ、マイクロ波周波数２．４５
ＧＨｚ、反応室内の圧力２０Ｔｏｒｒの条件下、マイ
クロ波によりプラズマを発生させて、基板上にダイヤモ
ンド薄膜の合成を行なった。Using the microwave plasma CVD equipment shown in Figure 1,
In the reaction chamber of the same device, H299SCCM and CH,I
Introducing SCCM mixed gas (82991CH, H), microwave output 2KW, microwave frequency 2.45
A diamond thin film was synthesized on a substrate by generating plasma using microwaves under conditions of GHz and a pressure of 20 Torr in a reaction chamber.
１００時間反応後の反応容器壁の状態を調べたところ１
反応容器壁に薄茶色の付着物か見受けられたか、プラズ
マは安定しており１反応に影響はなかった。また、入射
マイクロ波出力を５Ｋｗにして、上記と同様にして反応
を行なわせたか、反応容器壁に窪み等の異常は生じなか
った。When we examined the condition of the reaction vessel wall after 100 hours of reaction, we found that 1
Light brown deposits were observed on the walls of the reaction vessel, but the plasma was stable and did not affect the reaction. Further, the incident microwave output was set to 5 Kw, and the reaction was carried out in the same manner as above, and no abnormalities such as depressions occurred on the wall of the reaction vessel.
堆舵眉
第３図に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いた
以外は、上記実施例と同様にしてダイヤモンド薄膜の合
成を行なった。A diamond thin film was synthesized in the same manner as in the above example except that the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. 3 was used.
１００時間反応後の反応容器壁の状態を調べたところ、
マイクロ波導入口付近の反応容器壁にすすか付着してお
り、さらに、マイクロ波で加熱された石英製反応容器か
溶けかかり、窪みを生していた。プラズマは不安定であ
った。When we examined the condition of the reaction vessel wall after 100 hours of reaction, we found that
Soot had adhered to the wall of the reaction vessel near the microwave inlet, and the quartz reaction vessel heated by the microwave had begun to melt, creating a dent. The plasma was unstable.
また、入射マイクロ波出力を５ＫＷにして、上記と同様
にして反応を行なわせたところ、数分後に反応容器壁に
窪みを生じた。Further, when the incident microwave power was set to 5 KW and the reaction was carried out in the same manner as above, a dent was formed in the wall of the reaction vessel after several minutes.
［発明の効果］
以上説明したように本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置は、マイクロ波導入窓の汚染や損傷かなく、長期間
安定して使用することかできる。[Effects of the Invention] As explained above, the microwave plasma CVD of the present invention
The device can be used stably for a long period of time without contaminating or damaging the microwave introduction window.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係るマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を示す断面図、第２図は同しく他の実施例を示
す断面図、第３図は従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置を示す断面図である。
マイクロ波電源
・マイクロ波
、反応室
基板支持体
プラズマ
：導波管
・マイクロ波導入窓
・直流電源
・基板[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 shows a microwave plasma C according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the VD apparatus, and FIG. 3 is a sectional view showing a conventional microwave plasma CVD apparatus. Microwave power supply/microwave, reaction chamber substrate support plasma: waveguide/microwave introduction window/DC power supply/substrate
Claims (1)
と、マイクロ波を反応室内に導入するマイクロ波導入窓
と、マイクロ波導入窓に接触して設けられた基板支持体
とを具備することを特徴としたマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置。It is characterized by comprising: a microwave supply unit consisting of a microwave power source and a waveguide; a microwave introduction window for introducing microwaves into a reaction chamber; and a substrate support provided in contact with the microwave introduction window. microwave plasma CV
D device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25869690A JPH04136178A (en) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | Microwave plasma cvd device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP25869690A JPH04136178A (en) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | Microwave plasma cvd device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04136178A true JPH04136178A (en) | 1992-05-11 |
Family
ID=17323828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25869690A Pending JPH04136178A (en) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | Microwave plasma cvd device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04136178A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015143380A (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | ブラザー工業株式会社 | Film deposition apparatus |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP25869690A patent/JPH04136178A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015143380A (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | ブラザー工業株式会社 | Film deposition apparatus |
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