JPH07122141B2 - Microwave plasma CVD device - Google Patents

Microwave plasma CVD device

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JPH07122141B2
JPH07122141B2 JP2045292A JP4529290A JPH07122141B2 JP H07122141 B2 JPH07122141 B2 JP H07122141B2 JP 2045292 A JP2045292 A JP 2045292A JP 4529290 A JP4529290 A JP 4529290A JP H07122141 B2 JPH07122141 B2 JP H07122141B2
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microwave
reaction chamber
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gas
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宏一 石堀
義和 大平
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Denki Kogyo Co Ltd
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Denki Kogyo Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明は、マイクロ波プラズマCVD法、またはこれにECR
(Electron Cyclotron Resonance)形プラズマCVD法を
利用して、大面積基板に均一にダイヤモンド膜など各種
機能性薄膜を形成、またはエッチング処理するための装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION a. Field of Industrial Application The present invention relates to a microwave plasma CVD method, or ECR
The present invention relates to an apparatus for uniformly forming or etching various functional thin films such as a diamond film on a large area substrate by using (Electron Cyclotron Resonance) type plasma CVD method.

b.従来の技術 基板上にダイヤモンド膜を気相合成する装置として、マ
イクロ波を利用してプラズマ処理するCVD(Chemical Va
por Deposition;化学気相析出)法によるものが知られ
ている。
b. Conventional technology As an apparatus for vapor phase synthesis of diamond film on a substrate, CVD (Chemical Vapor
Por deposition (chemical vapor deposition) method is known.

第7図は、従来から用いられているマイクロ波プラズマ
CVD装置の一例の概念図である。同装置を用いて基板に
処理、例えばダイヤモンド膜を合成させる場合について
説明する。周波数2.45GHzのマイクロ波発振器1の出力
電力は、標準導波管を拡大した拡大導波管2を経由して
反応室3に導かれる。反応室3はマイクロ波を損失少な
く通過させうる、例えば石英等の材質で構成され、該反
応室3にはガス供給管4より炭化水素ガス等の原料ガス
と水素ガスの混合ガスが導入され、排気管5より一定流
量で排気されることにより、反応室3の内部は一定圧力
に維持される。導入されたガスは、拡大導波管2を通し
て供給されるマイクロ波電力によりプラズマ化され、基
板台6の上に載置された基板7の上にダイヤモンド膜を
形成する。
FIG. 7 shows a microwave plasma which has been conventionally used.
It is a conceptual diagram of an example of a CVD apparatus. A case of processing a substrate, for example, synthesizing a diamond film using the same apparatus will be described. The output power of the microwave oscillator 1 frequency 2.45 GHz z is guided into the reaction chamber 3 through the enlarged waveguide 2 of the enlarged standard waveguide. The reaction chamber 3 is made of a material such as quartz that allows microwaves to pass therethrough with little loss, and a mixed gas of a raw material gas such as a hydrocarbon gas and a hydrogen gas is introduced into the reaction chamber 3 from a gas supply pipe 4. By exhausting at a constant flow rate from the exhaust pipe 5, the inside of the reaction chamber 3 is maintained at a constant pressure. The introduced gas is turned into plasma by the microwave power supplied through the expanding waveguide 2, and forms a diamond film on the substrate 7 placed on the substrate table 6.

c.発明が解決しようとする課題 前述の従来技術によれば、直径約5インチ(127mm)の
大面積基板7の上に、結晶性の良いダイヤモンド膜が形
成可能である。しかし、ダイヤモンド膜の合成領域をさ
らに拡大しようとすると、以下のような問題点がある。
c. Problem to be Solved by the Invention According to the above-mentioned conventional technique, a diamond film having good crystallinity can be formed on the large area substrate 7 having a diameter of about 5 inches (127 mm). However, if the synthetic area of the diamond film is further expanded, there are the following problems.

第7図において、マイクロ波発振器1からマイクロ波電
力は、矩形導波管をテーパー状に拡大して成る同じく矩
形状の、もしくは円筒状の拡大導波管2を経て反応室3
に導入される。通常、矩形導波管を伝搬するマイクロ波
の電界モードは、第6図(b)に示されるように、電界
がマイクロ波進行方向に直角なTE10モードであり、矩形
導波管をそのまま拡大した場合、あるいは円筒状に拡大
した場合の電磁界モードは同じ形態のTE10モード(矩形
導波管)、あるいはTE11モード(円形導波管)となる。
このTE10、あるいはTE11モードはTE形モードの基本モー
ドであり、他のモードと比較して同寸法で最も低い周波
数の電磁波(マイクロ波)を伝搬可能である。
In FIG. 7, microwave power from the microwave oscillator 1 is transmitted through the reaction chamber 3 through the same rectangular or cylindrical expansion waveguide 2 formed by expanding a rectangular waveguide in a tapered shape.
Will be introduced to. Normally, the electric field mode of the microwave propagating in the rectangular waveguide is a TE 10 mode in which the electric field is perpendicular to the microwave traveling direction, as shown in FIG. 6 (b), and the rectangular waveguide is expanded as it is. When it is done or when it is expanded into a cylindrical shape, the electromagnetic field mode becomes TE 10 mode (rectangular waveguide) or TE 11 mode (circular waveguide) of the same form.
The TE 10 or TE 11 mode is the basic mode of the TE mode, and is capable of propagating an electromagnetic wave (microwave) of the same size and the lowest frequency as other modes.

言い換えれば、同じ周波数であれば最も断面寸法を小さ
くできるという特長を持っている。そこでこれらTE10,T
E11モードを用いて体形のプラズマを発生させようとす
る場合、導波管を拡大し過ぎると他の複数の不用モード
も同時に励起され易くなり、電界が不均一となってプラ
ズマは結果的に分離したり不安定となる。そして、一つ
のまとまった大形のプラズマになりにくく、大面積基板
の処理ができないという問題点があった。
In other words, it has the feature that the cross-sectional size can be minimized at the same frequency. So these TE 10 , T
When trying to generate a body-shaped plasma using the E 11 mode, if the waveguide is expanded too much, other unwanted modes are likely to be excited at the same time, and the electric field becomes non-uniform, resulting in plasma. It becomes separated and becomes unstable. Then, there is a problem that it is difficult to form one large plasma in one unit and a large area substrate cannot be processed.

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前
記問題点を解消し、反応室内に大形プラズマを発生さ
せ、大面積を有する基板に均一な薄膜形成、または均一
なエッチング処理の可能なマイクロ波プラズマCVD装置
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to solve the above-mentioned problems, to generate a large plasma in a reaction chamber, and to perform uniform thin film formation on a substrate having a large area or uniform etching treatment. Another object is to provide a microwave plasma CVD apparatus.

d. 課題を解決するための手段 前記目的を達成するための本発明の構成は、内部に基板
が置かれた反応室にガスを供給すると共に、排気しなが
ら任意のガス圧力に設定し、かつ前記反応室内に伝送手
段を介してマイクロ波を導入することにより、前記ガス
を励起してプラズマを発生させ、前記基板に薄膜を形
成、またはエッチング処理をするCVD装置において、次
の(1),(2)のとおりである。
d. Means for Solving the Problems The constitution of the present invention for achieving the above-mentioned object is to supply a gas to a reaction chamber in which a substrate is placed, and to set an arbitrary gas pressure while exhausting, In a CVD apparatus that excites the gas to generate plasma and form a thin film on the substrate or perform an etching process by introducing a microwave into the reaction chamber through a transmission means, the following (1), It is as in (2).

(1) 前記伝送手段が、方形導波管と、長さが使用マ
イクロ波の導波管長の1/2波長程度のスリット状の結合
孔を複数個設けた共振孔形モード変換部と、前記反応室
を内部に収容する円形導波管とから構成され、前記マイ
クロ波を前記モード変換部を介して、方形導波管モード
から円形導波管の所定モードに変換することを特徴とす
る。
(1) The transmission means includes a rectangular waveguide, and a resonance hole mode converter having a plurality of slit-shaped coupling holes each having a length of about 1/2 wavelength of a waveguide length of a microwave used, A circular waveguide containing a reaction chamber therein, and the microwave is converted from the rectangular waveguide mode to a predetermined mode of the circular waveguide through the mode converter.

(2) 前記伝送手段が、方形導波管と、長さが使用マ
イクロ波の導波管長の1/2波長程度のスリット状の結合
孔を複数個設けた共振孔形モード変換部と、前記反応室
を内部に収容する円形導波管とから構成され、前記マイ
クロ波を前記モード変換部を介して、方形導波管モード
から円形導波管の所定モードに変換すると共に、前記円
形導波管の周囲に、かつ前記反応室を包囲するように電
磁コイルを配設し、該コイルに電流を流して前記プラズ
マに磁場を印加したことを特徴とする。
(2) The transmission means includes a rectangular waveguide, and a resonant hole mode converter having a plurality of slit-shaped coupling holes each having a length of about 1/2 wavelength of a waveguide length of a microwave used. And a circular waveguide that houses a reaction chamber therein. The microwave is converted from the rectangular waveguide mode to a predetermined mode of the circular waveguide through the mode conversion unit, and the circular waveguide is used. An electromagnetic coil is arranged around the tube so as to surround the reaction chamber, and a current is applied to the coil to apply a magnetic field to the plasma.

e.作 用 本発明は以上のように構成されているので、共振孔形モ
ード変換部に設けられた、長さが使用マイクロ波の導波
管長の1/2波長程度のスリット状の複数個の結合孔を介
して、マイクロ波の伝搬を磁気的に結合し、方形導波管
のTE10モードから円形導波管のTE01モードのほか、T
E21,TE31,TE12モードなどに直接、モード変換される。
e. Operation Since the present invention is configured as described above, a plurality of slit-shaped slits provided in the resonance hole mode conversion unit and having a length of about 1/2 wavelength of the waveguide length of the microwave used. Microwave propagation is magnetically coupled through the coupling hole of the TE waveguide to the TE 10 mode of the rectangular waveguide to the TE 01 mode of the circular waveguide.
The mode is directly converted to E 21 , TE 31 , and TE 12 modes.

第6図(a)ないし(e)により、その作用を詳しく説
明する。これは共振孔形モード変換部を形成し、矩形導
波管のTE10モードを円形導波管のTE01モードに変換する
例である。
The operation will be described in detail with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (e). This is an example of forming a resonant hole mode converter to convert the TE 10 mode of a rectangular waveguide to the TE 01 mode of a circular waveguide.

同図(a)において、末端が短絡された矩形導波管12a
内を伝搬する電磁波は、矩形導波管12aの中央軸方向に
設けられた仕切板18により二つに分けられて進む。終端
近くの一方には、長さが管内波長λgの約1/2、中心の
間隔を約λg/2でほぼ90゜ずつの角度を成す2つの結合
孔19が導波管12aの側壁に設けられ、他方にも、仕切板1
8を境にして対称の位置に同じように、さらに2つの結
合孔19が設けられている。
In the same figure (a), the rectangular waveguide 12a with the terminal short-circuited
The electromagnetic wave propagating inside is divided into two by a partition plate 18 provided in the central axis direction of the rectangular waveguide 12a and travels. On one side near the terminal end, two coupling holes 19 having a length of about 1/2 of the guide wavelength λg and a center interval of about λg / 2 and forming an angle of about 90 ° are provided on the side wall of the waveguide 12a. And on the other hand, the partition plate 1
Two more coupling holes 19 are similarly provided at symmetrical positions with respect to the line 8.

同図(a)の矩形導波管12aの入口で仕切板18により、
分離された二つの電磁波は同位相で伝搬する。内部にお
いて二分割された導波管12aの片側の側壁には、円形導
波管12bの端部が直角に固着、接続されている。矩形導
波管12aと円形導波管12bは、共通の前記側壁により隔て
られ、該側壁に設けられた前記4個の結合孔19は、円形
導波管12bの断面内において対称になるように配設され
ている。
By the partition plate 18 at the entrance of the rectangular waveguide 12a of FIG.
The two separated electromagnetic waves propagate in phase. The end of the circular waveguide 12b is fixed and connected at a right angle to the side wall on one side of the waveguide 12a which is divided into two inside. The rectangular waveguide 12a and the circular waveguide 12b are separated from each other by the common side wall, and the four coupling holes 19 provided in the side wall are symmetrical in the cross section of the circular waveguide 12b. It is arranged.

TE10モードの電界成分は、マイクロ波の進行方向に対し
垂直、つまり導波管断面に平行であり、第6図(b)に
示される。磁界成分は電界成分と直角であり(第6図
(b)の点線)、電磁波の進行方向に平行に閉じた曲線
を形成する。閉じた磁界成分は、1波長当り2組あり、
隣あう閉じた磁力線の巻く方向は互に逆である。仕切板
18で分離された電磁波の一方は、隣あう2つの閉じた磁
界成分が、2個の結合孔19を通して円形導波管12bに結
合されることにより伝搬する。すなわち円形導波管12b
に入った磁界成分は、やはりその磁力線が電磁波の進む
方向に平行でかつ閉じた磁界成分を形成する。2個の結
合孔19の中心間の距離はλg/2であり、2個の該結合孔1
9を通して、円形導波管12b側に入った2つの閉じた磁界
成分の磁力線の方向は、第6図(e)のように円形導波
管12b断面の中心、もしくは外側に同時に向かう。仕切
板18で分離された他方の電磁波についても、全く同じ原
理により円形導波管12bに伝搬する。
The electric field component of the TE 10 mode is perpendicular to the traveling direction of the microwave, that is, parallel to the waveguide cross section, and is shown in FIG. 6 (b). The magnetic field component is perpendicular to the electric field component (dotted line in FIG. 6B) and forms a closed curve parallel to the traveling direction of the electromagnetic wave. There are two sets of closed magnetic field components per wavelength,
The winding directions of adjacent closed magnetic field lines are opposite to each other. Partition board
One of the electromagnetic waves separated by 18 is propagated by coupling two adjacent closed magnetic field components to the circular waveguide 12b through the two coupling holes 19. Ie circular waveguide 12b
The entering magnetic field component also forms a closed magnetic field component whose magnetic field lines are parallel to the traveling direction of the electromagnetic wave. The distance between the centers of the two coupling holes 19 is λg / 2, and the two coupling holes 1
The directions of the magnetic lines of force of the two closed magnetic field components entering the circular waveguide 12b side through 9 simultaneously go to the center of the cross section of the circular waveguide 12b or to the outside, as shown in FIG. 6 (e). The other electromagnetic wave separated by the partition plate 18 also propagates to the circular waveguide 12b according to the same principle.

結局のところ、結合孔19を通して矩形導波管12aより円
形導波管12bに結合された磁界成分は、円形導波管12b内
において、その磁力線が電磁波の進行方向と平行であ
り、かつほぼ90゜ずつの角度を成した4つの閉じた磁界
成分を形成する。従って、その電界成分は第6図(e)
のごとく閉じた磁界成分を貫通するように、それ自身閉
じた曲線を形成し、第6図(d)に示すように、円形導
波管12bにおいて同心円状に電界成分を有するTE01モー
ドに変換されたことになる。
After all, the magnetic field component coupled from the rectangular waveguide 12a to the circular waveguide 12b through the coupling hole 19 has magnetic lines of force in the circular waveguide 12b that are parallel to the traveling direction of the electromagnetic wave, and is approximately 90 °. It forms four closed magnetic field components at an angle of °. Therefore, the electric field component is shown in FIG. 6 (e).
As shown in FIG. 6 (d), a curved line that closes itself is formed so as to penetrate a magnetic field component that is closed as shown in FIG. 6, and is converted into a TE 01 mode having concentric electric field components in the circular waveguide 12b. It was done.

TE01モードの円形導波管は、同一周波数において、他の
モードの場合より大きな寸法にすることが可能であり、
理論上限界はない。従って、大形プラズマの発生が可能
となる。さらに、本発明に使用されるモード変換部は導
波管による直接変換であり、大電力のマイクロ波をほと
んど損失なく変換できる。
A TE 01 mode circular waveguide can have larger dimensions than other modes at the same frequency,
There is no theoretical limit. Therefore, large plasma can be generated. Further, the mode converter used in the present invention is a direct conversion using a waveguide, and can convert a high power microwave with almost no loss.

次に本発明は、前記マイクロ波プラズマCVD法の装置
に、さらに電磁コイルにより磁場を印加する、所謂ECR
プラズマCVD法を重畳させている。
Next, the present invention is a so-called ECR in which a magnetic field is further applied to the apparatus of the microwave plasma CVD method by an electromagnetic coil.
The plasma CVD method is superimposed.

f. 実施例 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。
f. Embodiment Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be exemplarily described in detail with reference to the drawings.

実施例1: 第1図および第2図は、本発明の一実施例を示すマイク
ロ波プラズマCVD装置の図で、第1図は概略説明図、第
2図は第1図のII−II線矢視による矩形導波管の断面図
である。
Embodiment 1: FIGS. 1 and 2 are views of a microwave plasma CVD apparatus showing an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a schematic explanatory view, and FIG. 2 is a line II-II in FIG. It is sectional drawing of the rectangular waveguide by an arrow.

同図において、図示されないマイクロ波発振器に接続さ
れた矩形導波管12aは、末端部付近においてその断面が
短辺方向に拡大かれ、かつ仕切板18により中央軸方向に
おいて二分されていると共に、その末端は短絡されてい
る。この二分された導波管12aの末端部の各々の側壁に
は、長さが使用マイクロ波の管内波長λgの1/2程度の
スリット状で、その中心間の距離が約λg/2で互いに約9
0゜の角度を成す結合孔19が2個ずつ、計4個が放射状
に設けられている。かつ該結合孔19を有する側壁部に円
形導波管12bが固着、接続されている。円形導波管12bの
内部には、石英製反応室13を収容するように配設し、該
反応室13は図示しない真空ポンプに接続される排気口15
を有する真空室20に載置されている。基板17は反応室13
内に配設された基板台16の上に載置されている。この状
態において、ガス供給管14からメタンガス(CH4)と水
素ガス(H2)の混合ガス(容積混合比1:100)、または
必要に応じてこれに他の添加ガス(例えば、O2,CO,CO2
などのほかH2O)を微量加えた混合ガスを、ガス流量300
scc/minで導入し、排気口15から反応室13内の圧力が40T
orrになるように排気し、基板台16を図示しない外部電
源により通電加熱を行なった。
In the figure, the rectangular waveguide 12a connected to a microwave oscillator (not shown) has a cross-section enlarged in the direction of the short side near the end, and is bisected in the central axis direction by a partition plate 18, and The ends are short-circuited. Each of the side walls at the end of the bisected waveguide 12a has a slit shape having a length of about 1/2 of the guide wavelength λg of the microwave used, and the distance between the centers thereof is about λg / 2. About 9
Two coupling holes 19 forming an angle of 0 °, that is, four coupling holes 19 are radially provided. In addition, a circular waveguide 12b is fixed and connected to the side wall portion having the coupling hole 19. Inside the circular waveguide 12b, a quartz reaction chamber 13 is disposed so as to be housed therein, and the reaction chamber 13 is connected to a vacuum pump (not shown) through an exhaust port 15
It is mounted in a vacuum chamber 20 having a. Substrate 17 is reaction chamber 13
It is placed on a substrate table 16 disposed inside. In this state, from the gas supply pipe 14, a mixed gas of methane gas (CH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) (volume mixing ratio 1: 100), or other additive gas (for example, O 2 , CO, CO 2
More H 2 O) gas mixture was added traces of such a gas flow rate 300
Introduced at scc / min, the pressure in the reaction chamber 13 from the exhaust port 15 is 40T
The substrate table 16 was evacuated to orr, and electrically heated by an external power source (not shown).

かくして、周波数2.45GHz、電力3kwのマイクロ波を反応
室13に導入したところ、従来になく広がったプラズマが
発生した。そこで基板17に直径5インチ(127mm)の円
形状シリコンウエハを使用して、4時間の成膜実験を行
ったところ、厚さ約3μmの均一なダイヤモンド膜が得
られた。その結晶もラマンスペクトルなどの分析により
天然ダイヤモンドに近いものであった。
Thus, when a microwave having a frequency of 2.45 GHz and an electric power of 3 kw was introduced into the reaction chamber 13, a plasma that was wider than ever was generated. Therefore, when a circular silicon wafer having a diameter of 5 inches (127 mm) was used as the substrate 17 and a film forming experiment was carried out for 4 hours, a uniform diamond film having a thickness of about 3 μm was obtained. The crystal was also close to natural diamond by analysis of Raman spectrum and the like.

実施例2: 第3図は本発明の他の実施例のマイクロ波プラズマCVD
装置の概略説明図を示す。第3図は第1図と同様に、磁
界結合孔19を通して、矩形導波管12aのTE10モードから
円形導波管12bのTE01モードにモード変換されたマイク
ロ波は、該円形導波管12bに導入される。円形導波管12b
はそれ自体反応室13および真空室20の一部を構成してい
る。該円形導波管12bは、結合孔19の設けられた矩形導
波管12aの側壁に接して、配置された石英板よりなる気
密窓21およびOリング22により、気密性が保たれてい
る。なお、気密窓21はマイクロ波を損失なく透過する材
料てあれば石英板以外にアルミナ板、あるいは他の誘電
体材料を用いることができる。
Embodiment 2: FIG. 3 is a microwave plasma CVD of another embodiment of the present invention.
The schematic explanatory drawing of an apparatus is shown. Similar to FIG. 1, FIG. 3 shows that the microwaves mode-converted from the TE 10 mode of the rectangular waveguide 12a to the TE 01 mode of the circular waveguide 12b through the magnetic field coupling hole 19 are Introduced in 12b. Circular waveguide 12b
Themselves form part of the reaction chamber 13 and the vacuum chamber 20. The circular waveguide 12b is kept in airtightness by an airtight window 21 and an O-ring 22 made of a quartz plate arranged in contact with the side wall of the rectangular waveguide 12a provided with the coupling hole 19. The airtight window 21 may be made of an alumina plate or another dielectric material other than the quartz plate as long as it is a material that transmits microwaves without loss.

このような構成の本実施例において、前記実施例1と同
じ合成条件においてプラズマを発生させ、ダイヤモンド
成膜処理を行なったところ、実施例1と全く同じ結果が
得られる。また、本実施例においては円形導波管12bが
反応室13を兼ねており、実施例1の反応室13を用いてい
ないため、さらにダイヤモンド膜の合成面積を拡大する
ことが可能である。
In this embodiment having such a structure, when plasma is generated under the same synthesis conditions as in the first embodiment and a diamond film forming process is performed, the same result as in the first embodiment is obtained. Further, in this embodiment, the circular waveguide 12b also serves as the reaction chamber 13, and the reaction chamber 13 of the first embodiment is not used, so that the synthetic area of the diamond film can be further expanded.

なお、気密を保つための気密窓21とOリング22の位置は
第3図に示される位置に限定されることはなく、円形導
波管12b内において結合孔19を有する側壁部に接するこ
となく任意の離れた位置に設置することができる。ま
た、前記基板台16には、その上に載置された基板17の位
置を、図上で上下,左右,前後に移動させるための位置
調整機構23が設けられており、該調整機構23は外部から
調整つまみ23aにより任意に調整できるようになってい
る。
The positions of the airtight window 21 and the O-ring 22 for maintaining airtightness are not limited to the positions shown in FIG. 3, and the circular waveguide 12b does not come into contact with the side wall portion having the coupling hole 19. It can be installed at any distant position. Further, the substrate table 16 is provided with a position adjusting mechanism 23 for moving the position of the substrate 17 placed on the substrate table 16 up, down, left and right in the figure, and the adjusting mechanism 23. The adjustment knob 23a can be arbitrarily adjusted from the outside.

実施例3: 第4図は本発明のさらに他の実施例のマイクロ波プラズ
マCVD装置の概略説明図を示す。同図は、前記実施例1
に示した第1図と全く同じ構成のものに、さらにソレノ
イド形電磁コイル24を円形導波管12bの周囲に、かつ反
応室13を包囲するように配設したものである。該電磁コ
イル24に電流を流すことにより、プラズマに磁場を印加
して、プラズマ中の電離した粒子の運動をさらに加速
し、プラズマの強度を著しく高めることができる。その
結果、ダイヤモンド膜の成長速度を約2倍にすることが
可能になった。この場合、印加する磁場強度は数100Gau
ss〜3,000Gauss程度が好ましい。
Embodiment 3: FIG. 4 shows a schematic explanatory view of a microwave plasma CVD apparatus according to still another embodiment of the present invention. This figure shows the first embodiment.
In addition to the same structure as shown in FIG. 1, a solenoid type electromagnetic coil 24 is arranged around the circular waveguide 12b and surrounds the reaction chamber 13. By passing a current through the electromagnetic coil 24, it is possible to apply a magnetic field to the plasma to further accelerate the motion of ionized particles in the plasma and significantly increase the intensity of the plasma. As a result, it became possible to double the growth rate of the diamond film. In this case, the applied magnetic field strength is several hundred Gau.
It is preferably about ss to 3,000 Gauss.

実施例4: 第4図において、プラズマを磁場雰囲気中に置く場合、
特に印加する磁場強度を、所謂ECR条件と称され、マイ
クロ波周波数2.45GHz帯においては875Gaussという特定
の値に設定して、各種機能性薄膜、絶縁膜、高温超伝導
膜の成膜処理およびエッチング処理を行なうことができ
る。
Example 4: In FIG. 4, when the plasma is placed in a magnetic field atmosphere,
In particular, the applied magnetic field strength is called the so-called ECR condition, and it is set to a specific value of 875 Gauss in the microwave frequency 2.45 GHz band, and various functional thin films, insulating films, and high temperature superconducting films are formed and etched. Processing can be performed.

通常マイクロ波プラズマにおいて、反応室内のガス圧力
を1Torr以下にするとプラズマは生成しないが、磁場印
加により、前記のECR条件において高密度のプラズマを
発生させることができる。ECR条件におけるプラズマ
は、イオン衝撃による薄膜への損傷が少なく、効率的で
良質の成膜処理およびエッチング処理をできるという特
長を有している。本実施例においても、この方法を取り
入れ原料ガスを適宜選択することにより、SiO2膜,SiN
膜,α−Si膜,BN膜、さらに高温超伝導膜など多様な薄
膜形成およびエッチング処理を行なうことが可能であ
る。さらに、これに加えて本実施例によると、直径30cm
以上の均一なプラズマが発生可能であり、従来のTE11
イプの共振モードを利用したECR形プラズマCVD法に比べ
て数倍の大面積にわたり処理できるという大きな特長を
有している。
In normal microwave plasma, plasma is not generated when the gas pressure in the reaction chamber is set to 1 Torr or less, but high-density plasma can be generated under the above ECR conditions by applying a magnetic field. The plasma under the ECR condition is characterized by less damage to the thin film due to ion bombardment and efficient and high-quality film forming and etching processes. Also in this embodiment, by adopting this method and appropriately selecting the raw material gas, the SiO 2 film, the SiN
Various thin films such as films, α-Si films, BN films, and high temperature superconducting films can be formed and etched. Furthermore, in addition to this, according to this embodiment, the diameter is 30 cm.
The uniform plasma described above can be generated, and it has a major feature that it can process a large area several times as large as the conventional ECR plasma CVD method using the TE 11 type resonance mode.

実施例5: 第5図は本発明のさらに他の実施例のマイクロ波プラズ
マCVD装置の概略説明図を示す。同図は前記実施例2に
示した第3図と全く同じ構成のものに、さらにソレノイ
ド形電磁コイル24を、実施例3と同様に反応室13兼用の
円形導波管12bを包囲するように配設したものである。
本実施例においても、実施例3および実施例4と全く同
様の効果を得ることができる。なお、位置調整機構23に
より、基板台16は真空室20内においても、円形導波管12
bの軸方向に沿って上下および左右、前後に、その位置
を任意に動かすことが可能であり、基板17をプラズマに
対し最適の位置に設定可能である。
Embodiment 5: FIG. 5 is a schematic explanatory view of a microwave plasma CVD apparatus according to still another embodiment of the present invention. This drawing has the same configuration as that of FIG. 3 shown in the second embodiment, and further includes a solenoid type electromagnetic coil 24 and a circular waveguide 12b which also serves as the reaction chamber 13 as in the third embodiment. It is arranged.
Also in this embodiment, the same effects as those of the third and fourth embodiments can be obtained. It should be noted that the position adjustment mechanism 23 allows the substrate stand 16 to move the circular waveguide 12 even in the vacuum chamber 20.
The position can be arbitrarily moved up and down, left and right, and back and forth along the axial direction of b, and the substrate 17 can be set to an optimum position for plasma.

この基板台7の可動性については実施例1,3および4に
も適用できるものである。
The movability of the substrate table 7 can be applied to the first, third and fourth embodiments.

以上説明した各実施例の装置によれば、反応室を拡大し
て大形で安定、高密度のプラズマを発生でき、従来にな
く大面積の基板にダイヤモンド膜を形成可能である。ま
た本発明における電磁波のモード変換部は導波管による
直接変換であり、大電力マイクロ波をほとんど損失なく
変換してプラズマに効率良く供給できるという効果があ
る。次に磁場を印加することにより、ダイヤモンド膜の
合成速度を向上させることができる。
According to the apparatus of each of the embodiments described above, the reaction chamber can be enlarged to generate a large-sized, stable and high-density plasma, and a diamond film can be formed on a substrate having a large area, which has never been seen before. Further, the electromagnetic wave mode conversion unit in the present invention is a direct conversion by a waveguide, and has an effect that high-power microwaves can be converted with almost no loss and efficiently supplied to plasma. Then, by applying a magnetic field, the synthesis rate of the diamond film can be improved.

なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定さ
れるものではなく、同様な機能を果す他の態様の手段に
よってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内に
おいて種々の変更、付加が可能である。
The technique of the present invention is not limited to the technique in the above-described embodiment, and may be implemented by means of another aspect having a similar function, and the technique of the present invention may be variously modified within the scope of the above configuration. Can be added.

g. 発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明のマイクロ波プラ
ズマCVD装置によれば、マイクロ波伝送手段が方形導波
管、共振孔形モード変換部および円形導波管から構成さ
れ、マイクロ波を円形導波管の所定モードに直接変換、
すなわち大電力マイクロ波をほとんど損失なく変換して
プラズマに効率よく供給できる。さらに、これに電磁コ
イルにより磁場を印加することができるので、前記装置
の反応室に大形プラズマを発生させ、大面積を有する基
板に均一な薄膜形成、または均一なエッチング処理を行
なうことができる。
g. Effect of the Invention As is apparent from the above description, according to the microwave plasma CVD apparatus of the present invention, the microwave transmission means is composed of a rectangular waveguide, a resonant hole mode converter and a circular waveguide, Direct conversion of microwaves into a predetermined mode of circular waveguide,
That is, high-power microwaves can be converted with almost no loss and efficiently supplied to plasma. Further, since a magnetic field can be applied to this by an electromagnetic coil, a large plasma can be generated in the reaction chamber of the apparatus, and a uniform thin film can be formed on a substrate having a large area, or a uniform etching treatment can be performed. .

さらに磁場を印加した場合に、ECR条件でプラズマ処理
を行なうことにより、大面積を有する基板に高速で各種
機能性薄膜を形成、あるいはエッチング処理を行なうこ
とが可能であり、工業上きわめて価値がある。
Furthermore, when a magnetic field is applied, by performing plasma processing under ECR conditions, various functional thin films can be formed at high speed on a substrate with a large area, or etching processing can be performed, which is extremely valuable industrially. .

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

第1図および第2図は、本発明の一実施例を示すマイク
ロ波プラズマCVD装置の図で、第1図は概略説明図、第
2図は第1図のII−II線矢視による矩形導波管の断面
図、第3図は本発明の他の実施例のマイクロ波プラズマ
CVD装置の概略説明図、第4図は本発明のさらに他の実
施例の概略説明図、第5図は本発明のさらに他の実施例
の概略説明図、第6図(a)は本発明の使用されるモー
ド変換部の主要構造を示す斜視図、第6図(b)ないし
(e)は、同変換部の各モードにおける電磁界分布を示
した図、第7図は従来から用いられているマイクロ波プ
ラズマCVD装置の一例の概念図である。 12a……方形導波管、12b……円形導波管、 13……反応室、17……基板、 18……仕切板、19……結合孔、 24……ソレノイド形電磁コイル。
1 and 2 are views of a microwave plasma CVD apparatus showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic explanatory view, and FIG. 2 is a rectangle taken along the line II-II of FIG. FIG. 3 is a sectional view of the waveguide, and FIG. 3 is a microwave plasma of another embodiment of the present invention.
4 is a schematic explanatory view of a CVD apparatus, FIG. 4 is a schematic explanatory view of yet another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a schematic explanatory view of yet another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view showing the main structure of the mode converter used in FIG. 6, FIGS. 6 (b) to 6 (e) showing the electromagnetic field distribution in each mode of the converter, and FIG. It is a conceptual diagram of an example of the microwave plasma CVD apparatus which is doing. 12a ... Square waveguide, 12b ... Circular waveguide, 13 ... Reaction chamber, 17 ... Substrate, 18 ... Partition plate, 19 ... Coupling hole, 24 ... Solenoid electromagnetic coil.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内部に基板が置かれた反応室にガスを供給
すると共に、排気しながら任意のガス圧に設定し、かつ
前記反応室内に伝送手段を介してマイクロ波を導入する
ことにより、前記ガスを励起してプラズマを発生させ、
前記基板に薄膜の形成、またはエッチング処理をする装
置において、 前記伝送手段が、方形導波管と、長さが使用マイクロ波
の管内波長の1/2波長程度のスリット状の結合孔を複数
個設けた共振孔形モード変換部と、前記反応室を内部に
収容する円形導波管とから構成され、前記マイクロ波を
前記モード変換部を介して、方形導波管モードから円形
導波管の所定モードに変換することを特徴とするマイク
ロ波プラズマCVD装置。
1. A gas is supplied to a reaction chamber in which a substrate is placed, the gas pressure is set to an arbitrary value while exhausted, and a microwave is introduced into the reaction chamber through a transmission means. Exciting the gas to generate plasma,
In the apparatus for forming a thin film on the substrate or for performing an etching process, the transmission means includes a rectangular waveguide and a plurality of slit-shaped coupling holes each having a length of about 1/2 wavelength of a waveguide wavelength of a microwave used. A resonance hole mode converter provided and a circular waveguide that accommodates the reaction chamber therein, the microwave from the rectangular waveguide mode to the circular waveguide through the mode converter. A microwave plasma CVD apparatus characterized by converting to a predetermined mode.
【請求項2】内部に基板が置かれた反応室にガスを供給
すると共に、排気しながら任意のガス圧に設定し、かつ
前記反応室内に伝送手段を介してマイクロ波を導入する
ことにより、前記ガスを励起してプラズマを発生させ、
前記基板に薄膜の形成、またはエッチング処理をする装
置において、 前記伝送手段が、方形導波管と、長さが使用マイクロ波
の管内波長の1/2波長程度のスリット状の結合孔を複数
個設けた共振孔形モード変換部と、前記反応室を内部に
収容する円形導波管とから構成され、前記マイクロ波を
前記モード変換部を介して、方形導波管モードから円形
導波管の所定モードに変換すると共に、 前記円形導波管の周囲に、かつ前記反応室を包囲するよ
うに電磁コイルを配設し、該コイルに電流を流して前記
プラズマに磁場を印加したことを特徴とするマイクロ波
プラズマCVD装置。
2. A gas is supplied to a reaction chamber in which a substrate is placed, the gas pressure is set to an arbitrary value while exhausting the gas, and a microwave is introduced into the reaction chamber through a transmission means. Exciting the gas to generate plasma,
In the apparatus for forming a thin film on the substrate or for performing an etching process, the transmission means includes a rectangular waveguide and a plurality of slit-shaped coupling holes each having a length of about 1/2 wavelength of a waveguide wavelength of a microwave used. A resonance hole mode converter provided and a circular waveguide that accommodates the reaction chamber therein, the microwave from the rectangular waveguide mode to the circular waveguide through the mode converter. An electromagnetic coil is arranged around the circular waveguide so as to surround the reaction chamber while converting to a predetermined mode, and a current is passed through the coil to apply a magnetic field to the plasma. Microwave plasma CVD equipment.
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