JPH07211488A - Device and method for plasma processing - Google Patents

Device and method for plasma processing

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Publication number
JPH07211488A
JPH07211488A JP6005759A JP575994A JPH07211488A JP H07211488 A JPH07211488 A JP H07211488A JP 6005759 A JP6005759 A JP 6005759A JP 575994 A JP575994 A JP 575994A JP H07211488 A JPH07211488 A JP H07211488A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
antenna
substrate
vacuum chamber
plasma processing
Prior art date
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Pending
Application number
JP6005759A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Kawase
透 川瀬
Tadashi Kimura
忠司 木村
Zenichi Yoshida
善一 吉田
Shinichi Mizuguchi
信一 水口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP6005759A priority Critical patent/JPH07211488A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a device and a method for plasma processing whereby a uniform thin film can be formed over a substrate with a large area at high speed. CONSTITUTION:A linear antenna 2 is connected to a coaxial connector 1. A pipe through which a cooling medium passes and a pipe through which a reaction gas passes are provided inside the linear antenna, and a plurality of gas ejecting holes are bored in the surface of the linear antenna 2. A pair of permanent magnets 4a, 5b held by a yoke 5 are disposed below the linear antenna 2. A tapped hole is provided in the yoke 5 and a ball screw 6 is passed through the tapped hole. The ball screw 6 is supported on a pedestal 7 at one end and connected to a motor 8 at the other end. A substrate 3 is disposed between the liner antenna 2 and each permanet magnet 4a, 4b and moved in the direction of arrow A. These component members are enclosed in a vacuum tank provided in such a way as to surround the substrate 3, and the vacuum tank is provided with an exhaust pump.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
太陽電池、薄膜半導体、光センサなどの各種の電子デバ
イスに使用される大面積薄膜を形成するプラズマCVD
(化学気相成長)装置、あるいはエッチング装置として
用いることのできるプラズマ処理装置及び処理方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to plasma CVD for forming large area thin films used in various electronic devices such as amorphous silicon solar cells, thin film semiconductors and photosensors.
The present invention relates to a plasma processing apparatus and a processing method that can be used as a (chemical vapor deposition) apparatus or an etching apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、CVD装置にマイクロ波と磁場を
用い、大面積基板上に高速で成膜する技術がアモルファ
スシリコン等に利用されるようになってきた。例えば、
直線型アンテナと多極磁場配位とを用いてプラズマを広
げた拡散型電子サイクロトロン共鳴のプラズマ処理装置
が提案され(例えば、M.Pichot,A.Durandet,J.Pelletie
r,Y.Arnal,L.VallierらのRev.Sci,Instrum.59(7),July
1988「Microwave multipolar plasmas exited by distri
buted electron cyclotron resonance:Concept and per
formance」)、デポジションやエッチングなどに応用さ
れている。
2. Description of the Related Art In recent years, a technique of using a microwave and a magnetic field in a CVD apparatus to form a film on a large-area substrate at high speed has been used for amorphous silicon and the like. For example,
A plasma processing device of diffusion electron cyclotron resonance in which a plasma is spread using a linear antenna and a multipole magnetic field configuration has been proposed (for example, M.Pichot, A. Durandet, J. Pelletie).
Rev. Sci, Instrum. 59 (7), July of r, Y. Arnal, L. Vallier et al.
1988 `` Microwave multipolar plasmas exited by distri
buted electron cyclotron resonance: Concept and per
formance ”), deposition and etching.

【0003】しかし、この方式では、拡散プラズマを利
用しているために、成膜領域におけるプラズマ密度が低
く、成膜速度が遅いという問題点があった。また、成膜
速度を速めるためにガス圧を高くすると、均一性が低下
するという問題点もあった。
However, this method has a problem that the plasma density in the film forming region is low and the film forming speed is slow because the diffusion plasma is used. Further, if the gas pressure is increased in order to increase the film formation rate, there is a problem in that the uniformity decreases.

【0004】そこで、このような問題点を解決するため
に、図5、図6に示すようなマイクロ波プラズマ処理装
置が提案されている。図5は従来のマイクロ波プラズマ
処理装置を示す斜視図、図6は図5の断面図である。図
5、図6において、31は同軸コネクターであり、この
同軸コネクター31には直線型アンテナ32が接続され
ている。また、直線型アンテナ32の下側には角型基板
33が配置されており、さらにこの角型基板33の下側
には継鉄34に保持された永久磁石35が配置されてい
る。ここで、永久磁石35は、直線型アンテナ32に平
行な棒状の永久磁石35aと、この永久磁石35aを等
間隔で取り囲む永久磁石35bとにより構成されてい
る。尚、永久磁石35a、35bは角型基板33に面す
るところが着磁されており、永久磁石35aがS極、永
久磁石35bがN極である。
Therefore, in order to solve such a problem, a microwave plasma processing apparatus as shown in FIGS. 5 and 6 has been proposed. FIG. 5 is a perspective view showing a conventional microwave plasma processing apparatus, and FIG. 6 is a sectional view of FIG. In FIGS. 5 and 6, reference numeral 31 is a coaxial connector, and a linear antenna 32 is connected to the coaxial connector 31. A rectangular substrate 33 is arranged below the linear antenna 32, and a permanent magnet 35 held by a yoke 34 is arranged below the rectangular substrate 33. Here, the permanent magnet 35 is composed of a rod-shaped permanent magnet 35a parallel to the linear antenna 32 and a permanent magnet 35b surrounding the permanent magnet 35a at equal intervals. The permanent magnets 35a and 35b are magnetized where they face the rectangular substrate 33, and the permanent magnet 35a has an S pole and the permanent magnet 35b has an N pole.

【0005】以上のような構成において、角型基板33
として例えば厚さ1mmの非磁性ステンレス基板を使用
し、永久磁石35と角型基板33との距離を例えば5m
mに設定すれば、角型基板33の上にトロイダル型のト
ンネル磁場36が発生する(図6参照)。図6に示すよ
うに、このトンネル磁場36は永久磁石35a、35b
間に発生し、長円の閉じた経路となっている。また、直
線型アンテナ32による電場37の一部はトンネル磁場
36に対して直交している。このため、放電領域で発生
する電子を磁気トンネルに捕らえ込んでマグネトロン放
電を起こすことができる。また、永久磁石35にCo−
Snを使用すれば、角型基板33の上方4mmのところ
で875Gの磁場が発生し、2.45GHzのマイクロ
波に対して電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件を満
足させることができる。そして、そこにアルゴンガスを
10-4Torr台導入すれば、密度1010〜1011cm
-3のアルゴンガスプラズマを発生させることができる。
In the above structure, the rectangular substrate 33
For example, a non-magnetic stainless substrate with a thickness of 1 mm is used, and the distance between the permanent magnet 35 and the rectangular substrate 33 is, for example, 5 m.
When set to m, a toroidal tunnel magnetic field 36 is generated on the rectangular substrate 33 (see FIG. 6). As shown in FIG. 6, the tunnel magnetic field 36 is generated by the permanent magnets 35a and 35b.
It occurs in the middle and becomes a closed path of an ellipse. A part of the electric field 37 generated by the linear antenna 32 is orthogonal to the tunnel magnetic field 36. Therefore, the electrons generated in the discharge region can be trapped in the magnetic tunnel to cause magnetron discharge. In addition, Co-
If Sn is used, a magnetic field of 875 G is generated 4 mm above the rectangular substrate 33, and the electron cyclotron resonance (ECR) condition can be satisfied for the microwave of 2.45 GHz. Then, if argon gas of 10 −4 Torr level is introduced there, the density is 10 10 to 10 11 cm.
-3 argon gas plasma can be generated.

【0006】また、角型基板33を例えば赤外線ランプ
30によって300℃に加熱し、アルゴンガスの代わり
にSiH4 ガスを導入すれば、角型基板33の上にアモ
ルファスシリコン膜を形成することもできる。
Further, if the square substrate 33 is heated to 300 ° C. by the infrared lamp 30 and SiH 4 gas is introduced instead of the argon gas, an amorphous silicon film can be formed on the square substrate 33. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
構成を有する従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、
成膜速度を速めるためにガス圧を高くすると(5mTo
rr以上)、プラズマが同軸ケーブルの出口(アンテナ
の根元)に集中放電してしまい、広い範囲にわたって放
電させることができないという問題点がある。このた
め、SiH4 ガスを導入してアモルファスシリコン膜を
形成した場合には、アンテナの長手方向の膜質が不均一
となり、大面積化が困難になる。
However, in the conventional microwave plasma processing apparatus having the above structure,
Increasing the gas pressure to increase the film formation speed (5 mTo
However, there is a problem in that plasma is concentratedly discharged at the exit of the coaxial cable (at the base of the antenna) and cannot be discharged over a wide range. Therefore, when the amorphous silicon film is formed by introducing SiH 4 gas, the film quality in the longitudinal direction of the antenna becomes non-uniform and it is difficult to increase the area.

【0008】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、大面積の基板に均一な薄膜を高速に形成すること
のできるプラズマ処理装置及び処理方法を提供すること
を目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a processing method capable of forming a uniform thin film at a high speed on a large-area substrate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るプラズマ処理装置の構成は、内部が減
圧状態に保持される真空槽と、前記真空槽内に処理基板
を保持する手段と、前記真空槽内に反応ガスを導入する
手段と、前記真空槽内を排気する手段と、前記真空槽内
にマイクロ波電力を導入する接続手段と、前記接続手段
に取り付けられたアンテナと、前記アンテナが放射する
電界領域に磁界を発生させる磁界発生手段と、前記磁界
の強度分布を変化させる手段とを少なくとも備えたもの
である。
In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention has a structure in which a vacuum chamber whose inside is held in a depressurized state and a unit which holds a processing substrate in the vacuum chamber. A means for introducing a reaction gas into the vacuum chamber, a means for exhausting the vacuum chamber, a connecting means for introducing microwave power into the vacuum chamber, and an antenna attached to the connecting means. It is provided with at least magnetic field generating means for generating a magnetic field in the electric field region radiated by the antenna, and means for changing the intensity distribution of the magnetic field.

【0010】また、前記構成においては、磁界の強度分
布を変化させる手段が、アンテナ外部の近傍で磁界発生
手段を移動させることにより、前記アンテナの長手方向
で磁界の強度分布を変化させるものであるのが好まし
い。
Further, in the above-mentioned structure, the means for changing the intensity distribution of the magnetic field changes the intensity distribution of the magnetic field in the longitudinal direction of the antenna by moving the magnetic field generating means in the vicinity of the outside of the antenna. Is preferred.

【0011】また、前記構成においては、磁界の強度分
布を変化させる手段が、アンテナ内部で磁界発生手段を
移動させることにより、前記アンテナの長手方向で磁界
の強度分布を変化させるものであるのが好ましい。
Further, in the above structure, the means for changing the intensity distribution of the magnetic field changes the intensity distribution of the magnetic field in the longitudinal direction of the antenna by moving the magnetic field generating means inside the antenna. preferable.

【0012】また、前記構成においては、磁界発生手段
が、アンテナ外部に配置した複数個の電磁石であり、磁
界の強度分布を変化させる手段が、前記電磁石に加える
電流を変化させることにより、前記アンテナの長手方向
で磁界の強度分布を変化させるものであるのが好まし
い。
Further, in the above structure, the magnetic field generating means is a plurality of electromagnets arranged outside the antenna, and the means for changing the intensity distribution of the magnetic field changes the current applied to the electromagnets, thereby changing the antenna. It is preferable that the intensity distribution of the magnetic field is changed in the longitudinal direction of.

【0013】また、前記構成においては、マイクロ波が
2.45GHzであるのが好ましい。また、前記構成に
おいては、基板とアンテナとの間に、磁場強度が875
Gとなるところがあるのが好ましい。
Further, in the above structure, the microwave is preferably 2.45 GHz. Further, in the above structure, the magnetic field strength is 875 between the substrate and the antenna.
It is preferable that there is a point of G.

【0014】また、本発明に係るプラズマ処理方法は、
内部が減圧状態に保持される真空槽と、前記真空槽内に
処理基板を保持する手段と、前記真空槽内に反応ガスを
導入する手段と、前記真空槽内を排気する手段と、前記
真空槽内にマイクロ波電力を導入する接続手段と、前記
接続手段に取り付けられたアンテナと、前記アンテナ近
傍に設置された磁界発生手段とを少なくとも備え、前記
アンテナから放射される電界と前記磁界発生手段からの
磁界との相互作用によってプラズマを発生させることに
より、前記基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記アンテナの長手方向で前記磁界の強度分布を変化さ
せ、前記プラズマを前記アンテナに沿って広範囲に発生
させることにより、前記基板を処理することを特徴とす
る。
The plasma processing method according to the present invention is
A vacuum chamber whose inside is held in a reduced pressure state, a unit for holding a processing substrate in the vacuum chamber, a unit for introducing a reaction gas into the vacuum chamber, a unit for exhausting the inside of the vacuum chamber, and the vacuum chamber. At least a connection means for introducing microwave power into the tank, an antenna attached to the connection means, and a magnetic field generation means installed in the vicinity of the antenna are provided, and an electric field radiated from the antenna and the magnetic field generation means. A plasma processing method for processing the substrate by generating plasma by interaction with a magnetic field from
The substrate is processed by changing the intensity distribution of the magnetic field in the longitudinal direction of the antenna and generating the plasma in a wide range along the antenna.

【0015】[0015]

【作用】前記本発明の構成によれば、真空槽内に反応ガ
スが導入され、アンテナから放射されるマイクロ波の電
界と磁界発生手段からの磁界との相互作用によって、電
子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを発生させる
ことができる。この場合、磁界の強度分布が変化するこ
とにより、プラズマの発生場所が移動するので、広範囲
に均一なプラズマを発生させることができる。従って、
基板をアンテナに対して移動させれば、大面積の基板に
均一な薄膜を高速に形成することができる。また、反応
ガスをエッチングに適したガスとすることにより、大面
積の基板に対し均一にエッチング処理を施すこともでき
る。
According to the structure of the present invention, the reaction gas is introduced into the vacuum chamber, and the interaction between the electric field of the microwave radiated from the antenna and the magnetic field from the magnetic field generating means causes electron cyclotron resonance (ECR). Plasma can be generated. In this case, since the place where plasma is generated moves due to the change in the intensity distribution of the magnetic field, it is possible to generate uniform plasma over a wide range. Therefore,
By moving the substrate with respect to the antenna, a uniform thin film can be formed at a high speed on a large-area substrate. Further, by setting the reaction gas to a gas suitable for etching, it is possible to uniformly perform the etching process on a large-area substrate.

【0016】また、前記本発明方法の構成によれば、プ
ラズマをアンテナに沿って広範囲に発生させるものであ
るため、基板をアンテナに対して直角方向に移動させる
ことにより、大面積の基板を均一に効率良く処理するこ
とができる。
Further, according to the structure of the method of the present invention, since the plasma is generated in a wide range along the antenna, by moving the substrate in the direction perpendicular to the antenna, a large-area substrate can be made uniform. Can be processed efficiently.

【0017】[0017]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。 (実施例1)図1は本発明に係るプラズマ処理装置の一
実施例を示す斜視図である。図1において、1は同軸コ
ネクターであり、この同軸コネクター1には直線型アン
テナ2が接続されている。これにより、同軸コネクター
1から例えば2.45GHzのマイクロ波を直線型アン
テナ2へ導くことができる。直線型アンテナ2の内部に
は、冷却用媒体が通る管と、反応ガスが通る管とが設け
られており、直線型アンテナ2の表面には複数のガス噴
出孔が穿設されている(図示せず)。直線型アンテナ2
の下側には継鉄5に保持された一対の永久磁石4a、4
bが配置されており、永久磁石4aがN極、永久磁石4
bがS極である。継鉄5にはタップ穴が設けられてお
り、このタップ穴にはボールネジ6が通されている。ボ
ールネジ6は直線型アンテナ2と平行に配置されてお
り、その一端は台座7によって支持され、他端はモータ
8に接続されている。これにより、モータ8を回転させ
れば、ボールネジ6が回転し、永久磁石4a、4bをボ
ールネジ6に沿って直線運動させることができる。直線
型アンテナ2と永久磁石4a、4bとの間には幅280
mmの基板3が配置されており、矢印Aの方向に移動す
ることができるようにされている。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. (Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a coaxial connector, and a linear antenna 2 is connected to the coaxial connector 1. Thereby, a microwave of, for example, 2.45 GHz can be guided from the coaxial connector 1 to the linear antenna 2. Inside the linear antenna 2, a pipe through which a cooling medium passes and a pipe through which a reaction gas passes are provided, and a plurality of gas ejection holes are formed on the surface of the linear antenna 2 (Fig. (Not shown). Linear antenna 2
A pair of permanent magnets 4a, 4a held by a yoke 5 is provided on the lower side of
b is arranged, the permanent magnet 4a is an N pole, and the permanent magnet 4 is
b is the south pole. The yoke 5 is provided with a tap hole, and a ball screw 6 is passed through the tap hole. The ball screw 6 is arranged in parallel with the linear antenna 2, one end of which is supported by the pedestal 7, and the other end of which is connected to the motor 8. Accordingly, when the motor 8 is rotated, the ball screw 6 is rotated, and the permanent magnets 4a and 4b can be linearly moved along the ball screw 6. A width 280 is provided between the linear antenna 2 and the permanent magnets 4a and 4b.
A mm substrate 3 is arranged so that it can be moved in the direction of arrow A.

【0018】以上説明した構成部材は、基板3を囲むよ
うにして設けられた真空槽(図示せず)の内部に収容さ
れており、真空槽には排気ポンプ(図示せず)が設けら
れている。尚、図1中、9は基板3を加熱するための赤
外線ヒータである。
The components described above are housed inside a vacuum chamber (not shown) provided so as to surround the substrate 3, and the vacuum chamber is provided with an exhaust pump (not shown). In FIG. 1, 9 is an infrared heater for heating the substrate 3.

【0019】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置において、まず、同軸コネクター1に2.45GHz
のマイクロ波、300Wを導入して直線型アンテナ2か
ら放射させ、直線型アンテナ2へ反応ガスとしてSiH
4 ガスを50mTorr台導入する。この場合、永久磁
石4a、4bにCo−Smを使用し、基板3と直線型ア
ンテナ2との間に磁場強度が875Gとなる領域を発生
させるような磁力を持たせれば、2.45GHzのマイ
クロ波に対して電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件
を満足する磁界が発生し、マイクロ波の放射電界と磁界
との相互作用によって、1011cm-3台の高密度SiH
4 プラズマが発生する。また、直線型アンテナ2の長さ
を300mm、ボールネジ6の長さを400mmとし、
モータ8を1000rpmで回転させ、永久磁石4a、
4bの1往復が0.4secとなるようにモータ8の回
転方向を切り替えれば、永久磁石4a、4bの移動に伴
ってSiH4 プラズマが直線型アンテナ2の長手方向に
広がり、大面積で均一なプラズマを発生させることがで
きる。
In the plasma processing apparatus having the above structure, first, the coaxial connector 1 is set to 2.45 GHz.
Of the microwave of 300 W is introduced and radiated from the linear antenna 2, and SiH is supplied to the linear antenna 2 as a reaction gas.
Introduce 4 gas at 50 mTorr level. In this case, if Co-Sm is used for the permanent magnets 4a and 4b and a magnetic force is generated between the substrate 3 and the linear antenna 2 so as to generate a region having a magnetic field strength of 875 G, a micro wave of 2.45 GHz is generated. A magnetic field that satisfies the electron cyclotron resonance (ECR) condition is generated for the wave, and due to the interaction between the microwave radiated electric field and the magnetic field, a high density SiH of 10 11 cm -3 is generated.
4 Plasma is generated. In addition, the length of the linear antenna 2 is 300 mm and the length of the ball screw 6 is 400 mm,
The motor 8 is rotated at 1000 rpm, the permanent magnet 4a,
If the rotation direction of the motor 8 is switched so that one round trip of 4b is 0.4 sec, SiH 4 plasma spreads in the longitudinal direction of the linear antenna 2 as the permanent magnets 4a, 4b move, and is uniform over a large area. Plasma can be generated.

【0020】そして、永久磁石4a、4bと直線型アン
テナ2との距離を20mmに設定し、その間に赤外線ヒ
ータ9によって約300℃に加熱した基板3を挿入すれ
ば、基板3の上にアモルファスシリコン膜を堆積させる
ことができる。この場合、基板3を例えば1mm/sの
速度で矢印Aの方向に移動させれば、膜質均一性±7%
以下で基板3の全面に約0.5μm厚のアモルファスシ
リコン膜を堆積させることができる。
If the distance between the permanent magnets 4a and 4b and the linear antenna 2 is set to 20 mm and the substrate 3 heated to about 300 ° C. by the infrared heater 9 is inserted between them, the amorphous silicon is placed on the substrate 3. The film can be deposited. In this case, if the substrate 3 is moved in the direction of arrow A at a speed of 1 mm / s, the film quality uniformity is ± 7%.
In the following, an amorphous silicon film having a thickness of about 0.5 μm can be deposited on the entire surface of the substrate 3.

【0021】(実施例2)図2は本発明に係るプラズマ
処理装置の他の実施例を示す斜視図である。図2におい
て、10は同軸導波管であり、この同軸導波管10は方
形導波管13に接続されている。11は直線型アンテナ
であり、この直線型アンテナ11の一端側は方形導波管
13を貫いて外部へ突出し、他端側は真空槽17の内部
を横切って外部へ突出している。これにより、方形導波
管13の矢印B側から例えば2.45GHzのマイクロ
波電力を導入し、直線型アンテナ11へ導くことができ
る。尚、同軸導波管10はセラミックによって真空封じ
されている。直線型アンテナ11は、中空構造となって
おり、内部には複数の棒磁石18が自由に動ける状態で
収容されている。直線型アンテナ11には、その両端部
に空気導入口12が接続されており、この空気導入口1
2から直線型アンテナ11の内部へ圧縮空気を送り込む
ことができるようにされている。これにより、両空気導
入口12、12の空気の出し入れを切り替え、棒磁石1
8を直線型アンテナ11の内部で往復運動させることが
できる。棒磁石18は円柱状に形成されており、両端部
が着磁されている。例えば、図2に示すように互いに反
発し合うように棒磁石18を配置すれば、棒磁石18の
数だけ磁界を発生させることができる。19は棒磁石の
移動を制限するストッパーであり、真空槽17の端の位
置に合わせて2個設けられている。真空槽17には排気
ポンプ(図示せず)が設けられていると共に、幅400
mmの基板14が外部から通り抜けられるように前後に
細長い穴が穿設されている。基板14は赤外線ヒータ1
5によって加熱された後、真空槽17を通り抜けて矢印
Cの方向へ移動することができる。真空槽17の内部に
は、直線型アンテナ11と平行にガス導入管16が配置
されており、ガス導入管16の表面には複数のガス噴出
孔が穿設されている。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a perspective view showing another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. In FIG. 2, 10 is a coaxial waveguide, and this coaxial waveguide 10 is connected to a rectangular waveguide 13. Reference numeral 11 denotes a linear antenna. One end of the linear antenna 11 penetrates the rectangular waveguide 13 and projects to the outside, and the other end crosses the inside of the vacuum chamber 17 and projects to the outside. Thereby, for example, microwave power of 2.45 GHz can be introduced from the arrow B side of the rectangular waveguide 13 and guided to the linear antenna 11. The coaxial waveguide 10 is vacuum-sealed with ceramics. The linear antenna 11 has a hollow structure, and a plurality of bar magnets 18 are housed therein in a freely movable state. An air inlet 12 is connected to both ends of the linear antenna 11, and the air inlet 1
The compressed air can be sent into the inside of the linear antenna 11 from 2. As a result, the flow of air into and out of both air inlets 12, 12 is switched, and the bar magnet 1
8 can be reciprocated inside the linear antenna 11. The bar magnet 18 is formed in a cylindrical shape, and both ends thereof are magnetized. For example, when the bar magnets 18 are arranged so as to repel each other as shown in FIG. 2, as many magnetic fields as the bar magnets 18 can be generated. Reference numeral 19 is a stopper that restricts the movement of the bar magnet, and two stoppers are provided in accordance with the position of the end of the vacuum chamber 17. The vacuum chamber 17 is provided with an exhaust pump (not shown) and has a width of 400
A long and thin hole is formed in the front and back so that the mm substrate 14 can pass through from the outside. Substrate 14 is infrared heater 1
After being heated by 5, it can pass through the vacuum chamber 17 and move in the direction of arrow C. A gas introducing pipe 16 is arranged inside the vacuum chamber 17 in parallel with the linear antenna 11, and a plurality of gas ejection holes are formed on the surface of the gas introducing pipe 16.

【0022】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置において、まず、方形導波管13に2.45GHzの
マイクロ波、500Wを導入し、同軸導波管10を通し
て直線型アンテナ11から放射させる。一方、ガス導入
管16から反応ガスとしてSiH4 ガスを導入し、真空
槽17の内部を40mTorrに保持する。この場合、
永久磁石18にCo−Smを使用し、基板14と直線型
アンテナ11との間に磁場強度が875Gとなる領域を
発生させるような磁力を持たせれば、2.45GHzの
マイクロ波に対してECR条件を満足する磁界が発生
し、マイクロ波の放射電界と磁界との相互作用によっ
て、永久磁石18の近傍に1011cm-3台の高密度Si
4 プラズマが発生する。また、直線型アンテナ11の
両端部に接続された空気導入口12、12から6kg/
cm2 の圧縮空気を交互に送り込み、永久磁石18を1
往復0.2msecの周期で450mm移動させれば、
永久磁石18の移動に伴ってSiH4 プラズマが直線型
アンテナ11の長手方向に広がり、大面積で均一なプラ
ズマを発生させることができる。
In the plasma processing apparatus having the above structure, first, a microwave of 2.45 GHz, 500 W, is introduced into the rectangular waveguide 13 and radiated from the linear antenna 11 through the coaxial waveguide 10. On the other hand, SiH 4 gas is introduced as a reaction gas from the gas introduction pipe 16 and the inside of the vacuum chamber 17 is maintained at 40 mTorr. in this case,
If Co-Sm is used for the permanent magnet 18 and a magnetic force is generated between the substrate 14 and the linear antenna 11 so as to generate a region having a magnetic field strength of 875 G, ECR with respect to a microwave of 2.45 GHz is obtained. A magnetic field satisfying the conditions is generated, and the interaction between the radiated electric field of the microwave and the magnetic field causes a high density Si of 10 11 cm −3 in the vicinity of the permanent magnet 18.
H 4 plasma is generated. In addition, the air inlets 12 and 12 connected to both ends of the linear antenna 11 from 6 kg /
Alternately send compressed air of cm 2 and set permanent magnet 18 to 1
If you move 450 mm in a cycle of 0.2 msec round trip,
With the movement of the permanent magnet 18, the SiH 4 plasma spreads in the longitudinal direction of the linear antenna 11, and a large area and uniform plasma can be generated.

【0023】そして、基板14として例えば厚さ1mm
の非磁性ステンレス板を使用し、赤外線ヒータ15によ
って基板14を約300℃に加熱すれば、基板14の上
にアモルファスシリコン膜を堆積させることができる。
また、基板14を例えば2mm/sの速度で真空槽17
内を通過させれば、膜質均一性±5%以内で基板14の
全面に約0.6μm厚のアモルファスシリコン膜を堆積
させることができる。
The substrate 14 has a thickness of 1 mm, for example.
The amorphous silicon film can be deposited on the substrate 14 by heating the substrate 14 to about 300 ° C. by the infrared heater 15 using the non-magnetic stainless steel plate.
In addition, the substrate 14 is vacuum chamber 17 at a speed of 2 mm / s, for example.
By passing through the inside, an amorphous silicon film having a thickness of about 0.6 μm can be deposited on the entire surface of the substrate 14 within a film quality uniformity of ± 5%.

【0024】(実施例3)図3は本発明に係るプラズマ
処理装置のさらに他の実施例を示す概略図である。図3
において、23は同軸コネクターであり、この同軸コネ
クター23には直線型アンテナ24が接続されている。
直線型アンテナ24の外側には、磁界発生手段としてリ
ング状の電磁石20a、20b、20cが配置されてい
る。尚、その他の構成は実施例1の場合と同様であるの
で、説明は省略する。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a schematic view showing still another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. Figure 3
In the figure, 23 is a coaxial connector, and a linear antenna 24 is connected to the coaxial connector 23.
Outside the linear antenna 24, ring-shaped electromagnets 20a, 20b, 20c are arranged as magnetic field generating means. Since the other configurations are similar to those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

【0025】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置において、同軸コネクター23の外径を20mm、直
線型アンテナ24の外径を5mm、長さを450mm、
電磁石20a、20b、20cの内径を200mm、巻
数を1000とし、電磁石20a、20b、20cを2
00mmの間隔で配置する。そして、電磁石20a、2
0b、20cに10Aの直流電流を流せば、直線型アン
テナ24の近傍に1000G程度の磁界を図3の矢印の
方向に発生させることができる。
In the plasma processing apparatus having the above structure, the coaxial connector 23 has an outer diameter of 20 mm, the linear antenna 24 has an outer diameter of 5 mm, and a length of 450 mm.
The inner diameter of the electromagnets 20a, 20b, 20c is 200 mm, the number of turns is 1000, and the electromagnets 20a, 20b, 20c are 2
It is arranged at intervals of 00 mm. Then, the electromagnets 20a, 2
If a direct current of 10 A is applied to 0b and 20c, a magnetic field of about 1000 G can be generated in the vicinity of the linear antenna 24 in the direction of the arrow in FIG.

【0026】また、図4に示すタイミングチャートに従
い、電磁石20a、20b、20cにそれぞれ10ms
ec、20msec、40msecの時間幅で電流を流
せば、直線型アンテナ24の長手方向に順次移動してい
く磁界を発生させ、かつ、制御することができる。
Further, in accordance with the timing chart shown in FIG. 4, the electromagnets 20a, 20b and 20c each have 10 ms.
If a current is passed with a time width of ec, 20 msec, 40 msec, a magnetic field that sequentially moves in the longitudinal direction of the linear antenna 24 can be generated and controlled.

【0027】このとき、同軸コネクター23に2.45
GHzのマイクロ波、200Wを導入して直線型アンテ
ナ24から放射させ、直線型アンテナ24へ反応性ガス
としてSiH4 ガスを50mTorr台導入すれば、ア
ンテナ24の近傍に1011cm-3台のSiH4 プラズマ
が発生する。また、図4のタイミングチャ−トに従って
電流をかければ、磁界の移動に伴ってSiH4 プラズマ
が直線型アンテナ24の長手方向に広がり、大面積で均
一なプラズマを発生させることができる。そして、直線
型アンテナ24の近傍に約300℃に加熱した基板を設
置すれば、実施例1、2と同様に基板上にアモルファス
シリコン膜を均一に堆積させることができる。
At this time, the coaxial connector 23 receives 2.45.
If microwave of 200 GHz and 200 W are introduced and radiated from the linear antenna 24 and SiH 4 gas of 50 mTorr is introduced into the linear antenna 24 as a reactive gas, 10 11 cm −3 SiH of SiH 4 gas is provided in the vicinity of the antenna 24. 4 Plasma is generated. Further, if an electric current is applied according to the timing chart of FIG. 4, the SiH 4 plasma spreads in the longitudinal direction of the linear antenna 24 with the movement of the magnetic field, and a large area and uniform plasma can be generated. Then, if a substrate heated to about 300 ° C. is installed near the linear antenna 24, an amorphous silicon film can be uniformly deposited on the substrate as in the first and second embodiments.

【0028】尚、本実施例3においては、パルス状の制
御信号を用い、各電磁石20a、20b、20cに加え
る電流の時間幅を変化させることによって、直線型アン
テナ24の長手方向に順次移動していく磁界を発生させ
ているが、必ずしもこの構成に限定されるものではな
く、例えば、3相交流電流を利用して位相差制御を行う
ことによっても、直線型アンテナ24の長手方向に順次
移動していく磁界を発生させることができる。
In the third embodiment, a pulse-shaped control signal is used to change the time width of the electric current applied to each of the electromagnets 20a, 20b, 20c so that the linear antenna 24 can be moved sequentially in the longitudinal direction. The magnetic field is generated, but the magnetic field is not necessarily limited to this configuration, and the linear antenna 24 is sequentially moved in the longitudinal direction by performing phase difference control using a three-phase alternating current, for example. A magnetic field can be generated.

【0029】また、上記実施例1、2、3においては、
プラズマ処理装置を成膜装置として用いる場合を例に挙
げて説明したが、必ずしもこの用途に限定されるもので
はなく、例えば、同じ構成で導入ガスをエッチングに適
したガスとすることにより、大面積の基板に対し均一に
エッチング処理を施す場合にも用いることができ、プラ
ズマ処理装置として広範囲に応用することができる。
Further, in the above-mentioned first, second and third embodiments,
Although the case where the plasma processing apparatus is used as a film forming apparatus has been described as an example, the plasma processing apparatus is not necessarily limited to this application, and for example, by introducing a gas having the same configuration and suitable for etching, a large area can be obtained. It can also be used when the substrate is uniformly etched, and can be widely applied as a plasma processing apparatus.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプラ
ズマ処理装置によれば、真空槽内に反応ガスが導入さ
れ、アンテナから放射されるマイクロ波の電界と磁界発
生手段からの磁界との相互作用によって、電子サイクロ
トロン共鳴(ECR)プラズマを発生させることができ
る。この場合、磁界の強度分布が変化することにより、
プラズマの発生場所が移動するので、広範囲に均一なプ
ラズマを発生させることができる。従って、基板をアン
テナに対して移動させれば、大面積の基板に均一な薄膜
を高速に形成することができ、生産性の向上を図ること
ができる。また、反応ガスをエッチングに適したガスと
することにより、大面積の基板に対し均一にエッチング
処理を施すこともできる。さらに、構成が簡単であるた
めに、維持費、生産コスト等を低減することができる
等、優れた効果を有する。
As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the reaction gas is introduced into the vacuum chamber and the electric field of the microwave radiated from the antenna and the magnetic field from the magnetic field generating means are generated. The interaction can generate an electron cyclotron resonance (ECR) plasma. In this case, because the intensity distribution of the magnetic field changes,
Since the plasma generation location moves, uniform plasma can be generated in a wide range. Therefore, if the substrate is moved with respect to the antenna, a uniform thin film can be formed at a high speed on a large-area substrate, and productivity can be improved. Further, by setting the reaction gas to a gas suitable for etching, it is possible to uniformly perform the etching process on a large-area substrate. Further, since the structure is simple, the maintenance cost, the production cost, and the like can be reduced, which is an excellent effect.

【0031】また、前記本発明方法の構成によれば、プ
ラズマをアンテナに沿って広範囲に発生させるものであ
るため、基板をアンテナに対して直角方向に移動させる
ことにより、大面積の基板を均一に効率良く処理するこ
とができる。
Further, according to the structure of the method of the present invention, since the plasma is generated in a wide range along the antenna, the substrate having a large area can be made uniform by moving the substrate in the direction perpendicular to the antenna. Can be processed efficiently.

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

【図1】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施例を
示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図3】本発明に係るプラズマ処理装置のさらに他の実
施例を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing still another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例の磁
界制御タイミングチャートを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a magnetic field control timing chart of one embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図5】従来技術におけるプラズマ処理装置を示す斜視
図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a conventional plasma processing apparatus.

【図6】図5の断面図である。6 is a cross-sectional view of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10、23 同軸導波管 2、11、24 直線アンテナ 3、14 基板 4a、4b、18 永久磁石 5 継鉄 6 ボールネジ 7 台座 8 モータ 9、15 赤外線ヒータ 13 方形導波管 16 ガス導入管 17 真空槽 20a、20b、20c 電磁石 1, 10, 23 Coaxial waveguide 2, 11, 24 Linear antenna 3, 14 Substrate 4a, 4b, 18 Permanent magnet 5 Yoke 6 Ball screw 7 Pedestal 8 Motor 9, 15 Infrared heater 13 Square waveguide 16 Gas introduction pipe 17 Vacuum tank 20a, 20b, 20c Electromagnet

フロントページの続き (72)発明者 水口 信一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内Front page continuation (72) Inventor Shinichi Mizuguchi 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部が減圧状態に保持される真空槽と、
前記真空槽内に処理基板を保持する手段と、前記真空槽
内に反応ガスを導入する手段と、前記真空槽内を排気す
る手段と、前記真空槽内にマイクロ波電力を導入する接
続手段と、前記接続手段に取り付けられたアンテナと、
前記アンテナが放射する電界領域に磁界を発生させる磁
界発生手段と、前記磁界の強度分布を変化させる手段と
を少なくとも備えたプラズマ処理装置。
1. A vacuum chamber whose inside is maintained in a depressurized state,
Means for holding the processing substrate in the vacuum chamber, means for introducing a reaction gas into the vacuum chamber, means for exhausting the vacuum chamber, and connecting means for introducing microwave power into the vacuum chamber. An antenna attached to the connecting means,
A plasma processing apparatus comprising at least magnetic field generating means for generating a magnetic field in an electric field region radiated by the antenna, and means for changing the intensity distribution of the magnetic field.
【請求項2】 磁界の強度分布を変化させる手段が、ア
ンテナ外部の近傍で磁界発生手段を移動させることによ
り、前記アンテナの長手方向で磁界の強度分布を変化さ
せるものである請求項1に記載のプラズマ処理装置。
2. The means for changing the intensity distribution of the magnetic field is to change the intensity distribution of the magnetic field in the longitudinal direction of the antenna by moving the magnetic field generating means near the outside of the antenna. Plasma processing equipment.
【請求項3】 磁界の強度分布を変化させる手段が、ア
ンテナ内部で磁界発生手段を移動させることにより、前
記アンテナの長手方向で磁界の強度分布を変化させるも
のである請求項1に記載のプラズマ処理装置。
3. The plasma according to claim 1, wherein the means for changing the intensity distribution of the magnetic field changes the intensity distribution of the magnetic field in the longitudinal direction of the antenna by moving the magnetic field generating means inside the antenna. Processing equipment.
【請求項4】 磁界発生手段が、アンテナ外部に配置し
た複数個の電磁石であり、磁界の強度分布を変化させる
手段が、前記電磁石に加える電流を変化させることによ
り、前記アンテナの長手方向で磁界の強度分布を変化さ
せるものである請求項1に記載のプラズマ処理装置。
4. The magnetic field generating means is a plurality of electromagnets arranged outside the antenna, and the means for changing the intensity distribution of the magnetic field changes the current applied to the electromagnets to thereby generate a magnetic field in the longitudinal direction of the antenna. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the intensity distribution is changed.
【請求項5】 マイクロ波が2.45GHzである請求
項1に記載のプラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave is 2.45 GHz.
【請求項6】 基板とアンテナとの間に、磁場強度が8
75Gとなるところがある請求項1に記載のプラズマ処
理装置。
6. The magnetic field strength is 8 between the substrate and the antenna.
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus has a size of 75G.
【請求項7】 内部が減圧状態に保持される真空槽と、
前記真空槽内に処理基板を保持する手段と、前記真空槽
内に反応ガスを導入する手段と、前記真空槽内を排気す
る手段と、前記真空槽内にマイクロ波電力を導入する接
続手段と、前記接続手段に取り付けられたアンテナと、
前記アンテナ近傍に設置された磁界発生手段とを少なく
とも備え、前記アンテナから放射される電界と前記磁界
発生手段からの磁界との相互作用によってプラズマを発
生させることにより、前記基板を処理するプラズマ処理
方法であって、前記アンテナの長手方向で前記磁界の強
度分布を変化させ、前記プラズマを前記アンテナに沿っ
て広範囲に発生させることにより、前記基板を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
7. A vacuum chamber whose inside is maintained in a reduced pressure state,
Means for holding the processing substrate in the vacuum chamber, means for introducing a reaction gas into the vacuum chamber, means for exhausting the vacuum chamber, and connecting means for introducing microwave power into the vacuum chamber. An antenna attached to the connecting means,
A plasma processing method, comprising: at least a magnetic field generating means installed in the vicinity of the antenna, wherein the substrate is processed by generating a plasma by an interaction between an electric field emitted from the antenna and a magnetic field from the magnetic field generating means. The plasma processing method is characterized in that the substrate is processed by changing the intensity distribution of the magnetic field in the longitudinal direction of the antenna to generate the plasma in a wide range along the antenna.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100599816B1 (en) * 2004-05-12 2006-07-13 학교법인 성균관대학 Inductively Coupled Plasma Apparatus of Module Type for Large Area Processing
JP2008115412A (en) * 2006-11-01 2008-05-22 Fujifilm Corp Plasma apparatus and plasma treatment method
JP2014505363A (en) * 2010-12-30 2014-02-27 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Thin film deposition using microwave plasma

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