JP2003077849A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置
やエッチング装置など、ガスをプラズマ化して所定の処
理をするプラズマ処理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus such as a plasma CVD apparatus or an etching apparatus for converting a gas into plasma and performing a predetermined process.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アモルファスシリコン太陽電池製膜な
ど、アモルファスシリコン製造にはプラズマＣＶＤ装置
が一般的に用いられている。図８はプラズマＣＶＤ装置
の一例を示す側方から見た概略構成図である。2. Description of the Related Art A plasma CVD apparatus is generally used for producing amorphous silicon such as amorphous silicon solar cell film. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of the plasma CVD apparatus as seen from the side.
【０００３】図８において、プラスマＣＶＤ装置１００
は、真空チャンバ１０１と、真空チャンバ１０１内に収
容され、基板Ｗを保持する基板ホルダ１０２と、基板ホ
ルダ１０２を固定する基板支持台１０３と、基板Ｗを加
熱する加熱ヒータ１０４と、プラスマを発生する電極部
１０５と、電極部１０５の高周波電源１０８及び整合器
１０７及び分岐装置１０６と、原料ガス（所定ガス）を
供給するための配管１１０と、配管１１０に接続し多数
の微小孔が形成されているガスパイプ１０９と、電極部
１０５及びガスパイプ１０９を固定保持する製膜ユニッ
ト（アース部）１１１とを備えている。そして、真空チ
ャンバ１０１内部は不図示の真空ポンプと接続されてお
り、内部を真空状態とすることができる。In FIG. 8, a plasma CVD apparatus 100 is shown.
Is a vacuum chamber 101, a substrate holder 102 that is housed in the vacuum chamber 101 and holds the substrate W, a substrate support base 103 that fixes the substrate holder 102, a heater 104 that heats the substrate W, and a plasma. The electrode part 105, the high frequency power supply 108 of the electrode part 105, the matching device 107, and the branching device 106, the pipe 110 for supplying the raw material gas (predetermined gas), and a large number of minute holes connected to the pipe 110 are formed. The gas pipe 109 and the film-forming unit (grounding unit) 111 that holds the electrode unit 105 and the gas pipe 109 in a fixed manner are provided. The inside of the vacuum chamber 101 is connected to a vacuum pump (not shown) so that the inside can be in a vacuum state.
【０００４】図９は図８の電極部１０５の平面図であ
る。図９に示すように、電極部１０５は、並列に配置さ
れた複数の電極棒１１２と、これら電極棒１１２のそれ
ぞれの両端部を接続する横棒である給電棒１１３とを備
えており、全体として梯子状に形成されている。電極棒
１１２どうしの間隔は２０ｍｍ程度に設定されている。
電力は複数の給電点１１３ａから供給される。FIG. 9 is a plan view of the electrode portion 105 shown in FIG. As shown in FIG. 9, the electrode portion 105 includes a plurality of electrode rods 112 arranged in parallel and a power feeding rod 113 which is a horizontal rod connecting both ends of each of the electrode rods 112, Is formed like a ladder. The distance between the electrode rods 112 is set to about 20 mm.
Electric power is supplied from a plurality of feeding points 113a.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、アモ
ルファスシリコン太陽電池製膜に際し、上記プラズマＣ
ＶＤ装置においては、高速で高品質の膜を得るために、
プラスマ励起用電源の周波数として６０〜１００ＭＨｚ
程度の超高周波（ＶＨＦ）が用いられるようになってい
る。超高周波プラズマは高密度で低電子温度であり、ガ
ス分解効率が高くなって高速製膜が可能であるととも
に、荷電粒子の製膜面への突入ダメージが小さく高品質
な膜を得ることができる。このように、超高周波プラズ
マは高速で高品質な製膜が可能である点で有利である
が、以下に述べるような課題を有する。By the way, in recent years, when forming an amorphous silicon solar cell film, the above-mentioned plasma C is used.
In the VD device, in order to obtain a high quality film at high speed,
60-100MHz as the frequency of the power source for plasma excitation
Very high frequency (VHF) has been used. Ultra-high-frequency plasma has a high density and low electron temperature, has high gas decomposition efficiency, enables high-speed film formation, and can obtain high-quality films with less rush damage of charged particles on the film formation surface. . As described above, the ultra-high-frequency plasma is advantageous in that it enables high-speed and high-quality film formation, but it has the following problems.
【０００６】超高周波になると、定在波の１／４波長が
電極サイズＬ（図１０（ａ）参照）と同等の長さになる
こと、また、図１０（ｂ）に示すように電極棒上での電
力減衰が生じるため、電極棒の電圧分布が不均一となっ
て大面積製膜が困難となる。更に、超高周波になると、
電力供給回路のインピーダンスが大きくなり、給電方法
が複雑化する。また、微小な接点不良によっても電力ロ
スや発熱が生じる。このため、生産安定性で問題があ
る。At an extremely high frequency, the quarter wave of the standing wave has a length equivalent to the electrode size L (see FIG. 10 (a)), and the electrode rod as shown in FIG. 10 (b). Due to the above-described power attenuation, the voltage distribution of the electrode rod becomes non-uniform, making it difficult to form a large-area film. Furthermore, at ultra high frequencies,
The impedance of the power supply circuit increases and the power feeding method becomes complicated. In addition, power loss and heat generation also occur due to minute contact failures. Therefore, there is a problem in production stability.
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、プラズマ励起用電源として超高周波を用
いずに、プラズマ均一性及び生産安定性に優れたプラス
間処理装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a plus-plus processing apparatus excellent in plasma uniformity and production stability without using an ultra-high frequency as a plasma excitation power source. With the goal.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１記載のプラズマ処理装置は、所定ガスをプ
ラズマ化するプラズマ処理装置において、所定間隔で並
列に配置された複数の電極棒を有し、該電極棒のそれぞ
れの間でホローカソード放電を発生する電極部と、前記
電極部に前記所定ガスを供給するガス供給部とを備え、
前記電極棒は中空状に形成されているとともに該中空内
部と外部とを連通する通気口を有し、前記ガス供給部
は、前記中空内部に接続されていることを特徴とする。In order to solve the above problems, a plasma processing apparatus according to claim 1 is a plasma processing apparatus for converting a predetermined gas into plasma, and a plurality of electrode rods arranged in parallel at predetermined intervals. And an electrode section for generating a hollow cathode discharge between each of the electrode rods, and a gas supply section for supplying the predetermined gas to the electrode section,
It is characterized in that the electrode rod is formed in a hollow shape and has a vent hole that communicates the inside and the outside of the hollow, and the gas supply unit is connected to the inside of the hollow.
【０００９】本発明によれば、電極棒を所定の間隔で並
列に配置し、プラズマ発生方法としてホローカソード放
電を用いることにより、超高周波（６０ＭＨｚ程度）の
電圧を用いずに、高周波（例えば２４ＭＨｚ程度）の電
圧によって、高密度・低電子温度プラズマを均一に安定
して得ることができる。ここで、ホローカソード放電は
局所放電なのでガスの過剰分解が生じ、膜質低下や粉発
生を引き起こすが、電極棒を中空状にし、電極棒に形成
された通気口から所定ガスを吹き出すことにより、ホロ
ーカソード放電を生じている電極棒どうしの間に新鮮な
ガスをダイレクトに供給することができる。したがっ
て、ガスのプラズマ化は安定する。According to the present invention, the electrode rods are arranged in parallel at a predetermined interval, and the hollow cathode discharge is used as the plasma generation method, so that a high frequency (for example, 24 MHz) is used without using an ultra high frequency (about 60 MHz) voltage. The voltage of (about) can provide a high density and low electron temperature plasma uniformly and stably. Here, since the hollow cathode discharge is a local discharge, excessive decomposition of gas occurs, which causes deterioration of film quality and powder generation. Fresh gas can be directly supplied between the electrode rods causing the cathode discharge. Therefore, the plasma of the gas becomes stable.
【００１０】請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求
項１記載のプラズマ処理装置において、前記電極棒の通
気口は、隣接する電極棒との間の空間に向けて電極棒の
長手方向に複数形成されていることを特徴とする。A plasma processing apparatus according to a second aspect is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein a plurality of vent holes of the electrode rod are provided in a longitudinal direction of the electrode rod toward a space between adjacent electrode rods. It is characterized by being formed.
【００１１】本発明によれば、通気口を電極棒の長手方
向に複数形成しておくことにより、ガスは電極棒どうし
のそれぞれの間の空間に均一に供給される。したがっ
て、ガスのプラズマ化は安定する。According to the present invention, by forming a plurality of vent holes in the longitudinal direction of the electrode rod, the gas is uniformly supplied to the space between the electrode rods. Therefore, the plasma of the gas becomes stable.
【００１２】請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求
項１又は２記載のプラズマ処理装置において、内部を所
定の圧力に低減され前記電極部を収容するチャンバを備
え、前記所定ガスは原料ガスであり、該原料ガスをプラ
ズマ化して前記チャンバ内に配置されている基板上に堆
積させ薄膜を形成することを特徴とする。A plasma processing apparatus according to a third aspect is the plasma processing apparatus according to the first or second aspect, further comprising a chamber whose inside is reduced to a predetermined pressure and which houses the electrode portion, wherein the predetermined gas is a source gas. The thin film is formed by forming the raw material gas into plasma and depositing it on a substrate arranged in the chamber.
【００１３】本発明によれば、電極部を圧力の低減され
たチャンバ内に収容し、原料ガスをプラスマ化すること
によって、チャンバ内に配置されている基板上に薄膜を
均一に形成することができる。According to the present invention, the thin film is uniformly formed on the substrate arranged in the chamber by accommodating the electrode part in the chamber whose pressure is reduced and converting the source gas into plasma. it can.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明のプラスマ処理装置
の一実施形態について図１を参照しながら説明する。こ
こで、以下の説明において、図８，図９，図１０を用い
て説明したプラスマ処理装置と同一又は同等の構成部分
については、その説明を省略もしくは簡略する。また、
以下の説明において、プラズマ処理装置は、内部を所定
の圧力に低減された真空チャンバ内に電極部と基板Ｗと
を配置したものであって、原料ガスをプラズマ化して基
板Ｗ上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置とする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described below with reference to FIG. Here, in the following description, the description of the same or equivalent components as those of the plasma processing apparatus described with reference to FIGS. 8, 9, and 10 will be omitted or simplified. Also,
In the following description, the plasma processing apparatus is one in which the electrode portion and the substrate W are arranged in a vacuum chamber whose inside is reduced to a predetermined pressure, and the raw material gas is turned into plasma to form a thin film on the substrate W. Plasma CVD apparatus.
【００１５】図１（ａ）は本発明のプラズマ処理装置の
一実施形態を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の要
部断面図である。図１に示すように、電極部１は、所定
間隔で並列に配置された複数の電極棒２を有している。
そして、それぞれの電極棒２の両端は横棒である給電棒
３によって接続されている。電極棒２どうしの間隔は、
シース長の数倍程度、具体的には３〜１５ｍｍ程度に設
定されている。そして、これら電極棒２に高周波電圧を
印加することにより、電極棒２どうしの間でホローカソ
ード放電が生じるようになっている。FIG. 1 (a) is a plan view showing an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view of an essential part of FIG. 1 (a). As shown in FIG. 1, the electrode part 1 has a plurality of electrode rods 2 arranged in parallel at predetermined intervals.
Both ends of each electrode rod 2 are connected by a power feeding rod 3 which is a horizontal rod. The distance between the electrode rods 2 is
The length is set to several times the sheath length, specifically about 3 to 15 mm. Then, by applying a high frequency voltage to these electrode rods 2, a hollow cathode discharge is generated between the electrode rods 2.
【００１６】図１（ｂ）に示すように、電極棒２のそれ
ぞれは中空状に形成されている。そして、電極棒２の壁
面には、電極棒２の中空内部４と外部とを連通する貫通
孔である通気口５が形成されている。通気口５は隣接す
る電極棒２どうしの間の空間７に向けられるように、そ
れぞれの電極棒２の図中、両側に形成されている。As shown in FIG. 1 (b), each of the electrode rods 2 is hollow. Then, on the wall surface of the electrode rod 2, there is formed a vent hole 5 which is a through hole for communicating the hollow interior 4 of the electrode rod 2 with the outside. The vent holes 5 are formed on both sides of each electrode rod 2 in the figure so as to be directed to the space 7 between the adjacent electrode rods 2.
【００１７】複数の電極棒２の中空内部４のそれぞれに
は、プラズマＣＶＤ法によって基板Ｗに薄膜を形成する
際の原料ガス（所定ガス）を供給可能なガス供給部６が
接続されている。ガス供給部６は、複数の電極棒２の中
空内部４のそれぞれに原料ガスを供給する。本実施形態
において、原料ガスはシランガス（ＳｉＨ4)である。シ
ランガスは水素ガスで希釈された状態で供給される。A gas supply unit 6 capable of supplying a source gas (predetermined gas) for forming a thin film on the substrate W by the plasma CVD method is connected to each of the hollow interiors 4 of the plurality of electrode rods 2. The gas supply unit 6 supplies the raw material gas to each of the hollow interiors 4 of the plurality of electrode rods 2. In this embodiment, the source gas is silane gas (SiH 4 ). Silane gas is supplied diluted with hydrogen gas.
【００１８】電極棒２の通気口５は、隣接する電極棒２
との間の空間７に向けて電極棒２の長手方向に複数形成
されている。そして、図１（ｂ）の矢印に示すように、
ガス供給部６から中空内部４に供給された原料ガスは、
通気口５のそれぞれを介して空間７に流出されるように
なっている。The vent holes 5 of the electrode rods 2 are adjacent to each other.
A plurality of electrode bars 2 are formed in the longitudinal direction toward the space 7 between them. Then, as shown by the arrow in FIG.
The raw material gas supplied from the gas supply unit 6 to the hollow interior 4 is
It is adapted to flow out into the space 7 through each of the vent holes 5.
【００１９】次に、上述した構成を有する電極部１及び
ガス供給部６を有するプラズマＣＶＤ装置によって、基
板Ｗ上に薄膜を形成する方法について説明する。図８に
示したように、チャンバ１０１内に上述した電極部１を
設置するとともに、基板ホルダに基板Ｗを保持させる。
そして、チャンバ１０１内の圧力を真空ポンプで低減
し、ほぼ真空状態とする。ここで、チャンバ１０１内部
の圧力は、例えば０．１〜３０Ｔｏｒｒ（約１３．３３
〜４０００Ｐａ）に設定され、チャンバ１０１内部の温
度は、例えば２００〜４００℃程度に設定される。Next, a method for forming a thin film on the substrate W by the plasma CVD apparatus having the electrode part 1 and the gas supply part 6 having the above-mentioned structure will be described. As shown in FIG. 8, the electrode part 1 described above is installed in the chamber 101, and the substrate W is held by the substrate holder.
Then, the pressure inside the chamber 101 is reduced by a vacuum pump to bring it into a substantially vacuum state. Here, the pressure inside the chamber 101 is, for example, 0.1 to 30 Torr (about 13.33).
˜4000 Pa), and the temperature inside the chamber 101 is set to, for example, about 200 to 400 ° C.
【００２０】そして、電極部１の電極棒２に高周波電圧
を印加するとともに、ガス供給部６から電極棒２の中空
内部４に原料ガスを供給する。ここで、電極棒２には２
００〜３００ＭＨｚ程度の高周波電圧が印加される。Then, a high frequency voltage is applied to the electrode rod 2 of the electrode portion 1, and a raw material gas is supplied from the gas supply portion 6 to the hollow interior 4 of the electrode rod 2. Here, the electrode rod 2 has 2
A high frequency voltage of about 00 to 300 MHz is applied.
【００２１】電極棒２どうしの間の空間７ではホローカ
ソード放電が発生する。そして、このホローカソード放
電が生じている空間７に対して、中空内部４及び通気口
５を介して原料ガスが供給される。空間７に供給された
原料ガスはプラズマ化し、チャンバ内に配置されている
基板Ｗ上に堆積して薄膜（アモルファスシリコン膜）を
形成する。A hollow cathode discharge is generated in the space 7 between the electrode rods 2. Then, the raw material gas is supplied to the space 7 in which the hollow cathode discharge is generated through the hollow interior 4 and the vent hole 5. The raw material gas supplied to the space 7 is turned into plasma and deposited on the substrate W arranged in the chamber to form a thin film (amorphous silicon film).
【００２２】次に、上述したプラズマＣＶＤ装置を用い
た製膜実験結果について、図２，図３を参照しながら説
明する。図２は、電極棒間隔と電子密度及び電子温度と
の関係を示すグラフであって、横軸は電極棒間隔（ｍ
ｍ）、縦軸は電子密度及び電子温度（ｅＶ）である。図
３は、電極棒間隔と製膜速度及び基板上に製膜された膜
厚分布との関係を示すグラフであって、横軸は電極棒間
隔（ｍｍ）、縦軸は製膜速度（Å／ｓ）及び膜厚分布
（％）である。図２，図３に関する実験条件は以下のと
おりである。
＜条件＞
ガス ： ＳｉＨ4
ガス流量 ： ４００ｓｃｃｍ
圧力 ： ０．１Ｔｏｒｒ
基板温度 ： ２００℃
電源周波数 ： ２６ＭＨｚ
基板サイズ ： ３００ｍｍ×３００ｍｍ （無アルカ
リガラス基板）Next, the results of film forming experiments using the above-described plasma CVD apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the electrode rod distance and the electron density and electron temperature, where the horizontal axis represents the electrode rod distance (m
m), and the vertical axis represents the electron density and electron temperature (eV). FIG. 3 is a graph showing the relationship between the electrode rod spacing, the film deposition rate, and the film thickness distribution formed on the substrate. The horizontal axis represents the electrode rod spacing (mm), and the vertical axis represents the film deposition rate (Å / S) and the film thickness distribution (%). Experimental conditions relating to FIGS. 2 and 3 are as follows. <Conditions> Gas: SiH 4 gas flow rate: 400 sccm Pressure: 0.1 Torr Substrate temperature: 200 ° C. Power frequency: 26 MHz Substrate size: 300 mm × 300 mm (non-alkali glass substrate)
【００２３】図２に示すように、電極棒間隔を２６ｍｍ
から狭くしていくと、１２ｍｍ付近において、電子密度
の増加と電子温度の低下とが観察された。このように、
電極棒間隔に応じて電子密度及び電子温度が変化する。As shown in FIG. 2, the electrode rod spacing is 26 mm.
As the width was narrowed, an increase in electron density and a decrease in electron temperature were observed near 12 mm. in this way,
The electron density and electron temperature change according to the electrode rod spacing.
【００２４】図３に示すように、製膜速度は電子密度に
対応する。すなわち、電極棒間隔を狭くしていって電子
密度を高くすると製膜速度は速くなる。そして、電極棒
間隔が６ｍｍ及び３ｍｍでは従来の電極棒間隔（２０ｍ
ｍ）の約４倍の製膜速度が得られる。なお、膜厚分布は
電極棒間隔の変化によらずほぼ一定の±１０％であっ
た。As shown in FIG. 3, the film forming speed corresponds to the electron density. That is, the film-forming speed increases as the electron density is increased by decreasing the electrode rod interval. When the electrode rod spacing is 6 mm and 3 mm, the conventional electrode rod spacing (20 m
A film forming speed about 4 times that of m) is obtained. The film thickness distribution was ± 10%, which was almost constant regardless of the change in the electrode rod distance.
【００２５】以上、図２，図３から分かるように、高電
子密度で低電子温度が得られる電極棒間隔は３〜１５ｍ
ｍ程度である。ここで、前述したように、高電子密度で
あると製膜速度が増加し、低電子温度であると荷電粒子
の成膜面への突入ダメージが小さく高品質な膜（アモル
ファスシリコン膜）を得ることができる。そして、本実
施形態における電源周波数は２６ＭＨｚであって従来の
超高周波（６０ＭＨｚ程度）より小さく、したがって、
図１０などを用いて説明したように、電極棒の電圧分布
が不均一となったり、電力供給回路のインピーダンスが
増大するといった問題が生じない。すなわち、本実施形
態においては、超高周波を用いなくてもよいため、電極
上の電圧分布が均一となり、プラズマの均一性に優れ
る。したがって、高品質な膜を効率良く生成できる。As can be seen from FIGS. 2 and 3, the distance between the electrode rods which can obtain a high electron density and a low electron temperature is 3 to 15 m.
It is about m. Here, as described above, a high electron density increases the film formation rate, and a low electron temperature results in a high quality film (amorphous silicon film) with less rush damage to the film formation surface of charged particles. be able to. The power supply frequency in this embodiment is 26 MHz, which is lower than the conventional super high frequency (about 60 MHz).
As described with reference to FIG. 10 and the like, problems such as non-uniform voltage distribution of the electrode rod and increase of impedance of the power supply circuit do not occur. That is, in the present embodiment, since it is not necessary to use super high frequency, the voltage distribution on the electrodes becomes uniform, and the plasma uniformity is excellent. Therefore, a high quality film can be efficiently produced.
【００２６】以上説明したように、電極棒２を３〜１５
ｍｍ程度（シース長の数倍程度）の間隔で並列に配置
し、プラズマ発生方法としてホローカソード放電を用い
ることにより、超高周波（６０ＭＨｚ程度）の電圧を用
いずに、高周波（２０ＭＨｚ程度）の電圧によって、高
密度で低電子温度なプラズマを均一に安定して得ること
ができる。したがって、高品質な膜を生産性良く生成で
きる。また、メンテナンス毎のバラツキも小さくなり、
装置の安定性に優れる。As described above, the electrode rod 2 is set to 3-15.
By arranging them in parallel at intervals of about mm (about several times the sheath length) and using hollow cathode discharge as a plasma generation method, high-frequency (about 20 MHz) voltage is used without using ultra-high-frequency (about 60 MHz) voltage. As a result, it is possible to uniformly and stably obtain high-density plasma having a low electron temperature. Therefore, a high quality film can be produced with good productivity. Also, the variation between maintenances will be reduced,
Excellent device stability.
【００２７】そして、ホローカソード放電は局所放電な
のでガスの過剰分解が生じ、膜質低下や粉発生を引き起
こす場合が、電極棒２を中空状とし、電極棒２に形成さ
れた通気口５から原料ガスをホローカソード放電が生じ
ている空間７にダイレクトに供給することにより、ホロ
ーカソード放電が生じている空間７に新鮮な原料ガスが
常時供給されることになるので、ガスのプラズマ化は安
定し、膜質低下を引き起こすことなく製膜できる。Since the hollow cathode discharge is a local discharge, excessive decomposition of gas may occur, resulting in deterioration of film quality and generation of powder. Since the fresh raw material gas is constantly supplied to the space 7 in which the hollow cathode discharge is generated by directly supplying the gas to the space 7 in which the hollow cathode discharge is generated, the gas is stabilized into plasma, A film can be formed without causing deterioration of film quality.
【００２８】また、通気口５を電極棒２の長手方向に複
数形成しておくことにより、原料ガスは電極棒２どうし
のそれぞれの間の空間７に均一に供給される。したがっ
て、ガスのプラズマ化は更に安定する。Further, by forming a plurality of vent holes 5 in the longitudinal direction of the electrode rods 2, the source gas is uniformly supplied to the space 7 between the electrode rods 2. Therefore, the plasma of the gas is further stabilized.
【００２９】次に、本発明のプラズマ処理装置の他の実
施形態について図４〜図６を参照しながら説明する。こ
こで、以下の説明において、上述した実施形態と同一又
は同等の構成部分については説明を簡略もしくは省略す
る。Next, another embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, in the following description, the description of the same or equivalent components as those of the above-described embodiment will be simplified or omitted.
【００３０】図４に示す電極部１は、所定間隔で並列に
配置された複数の電極棒２と、これら電極棒２を接続す
る給電棒３とを備えている。電極棒２には２０〜２０Ｍ
Ｈｚ程度の高周波電圧が印加され、電極棒２どうしの間
の空間でホローカソード放電が生じる。The electrode unit 1 shown in FIG. 4 comprises a plurality of electrode rods 2 arranged in parallel at a predetermined interval, and a power feeding rod 3 connecting these electrode rods 2. 20 to 20M for the electrode rod 2
A high frequency voltage of about Hz is applied to cause hollow cathode discharge in the space between the electrode rods 2.
【００３１】電極部１の下方には、多数の微小孔が形成
されているガスパイプ１０９が設置されている。ガスパ
イプ１０９は、不図示の配管を介してガス供給部と接続
している。ガスパイプ１０９の微小孔は、並列に配置さ
れている複数の電極棒２どうしの間の空間７に対応する
ように形成されている。そして、ガス供給部からの原料
ガスは配管及びガスパイプ１０９を通り、ガスパイプ１
０９の微小孔から電極棒２どうしの間の空間７に向けて
供給される。このように、電極棒２を中空状とせず、原
料ガスを空間７に対して外部から供給するようにしても
よい。ここで、ガスパイプ１０９からの原料ガスが空間
７に供給されやすいように、電極部１と製膜ユニット１
１１との間（図４（ｂ）符号２０参照）はシールされて
高い密閉性を維持している。A gas pipe 109 having a large number of minute holes is installed below the electrode portion 1. The gas pipe 109 is connected to the gas supply unit via a pipe (not shown). The minute holes of the gas pipe 109 are formed so as to correspond to the space 7 between the plurality of electrode rods 2 arranged in parallel. Then, the raw material gas from the gas supply unit passes through the pipe and the gas pipe 109 and passes through the gas pipe 1.
It is supplied from the micro holes of 09 toward the space 7 between the electrode rods 2. In this way, the electrode rod 2 may not be hollow and the source gas may be supplied to the space 7 from the outside. Here, the electrode unit 1 and the film forming unit 1 are arranged so that the source gas from the gas pipe 109 is easily supplied to the space 7.
11 and 11 (see reference numeral 20 in FIG. 4B) are sealed to maintain high airtightness.
【００３２】図５に示すように、電極棒２のそれぞれに
溝３０を形成し、この溝３０においてホローカソード放
電を発生させてもよい。このとき、溝３０は電極棒２の
長手方向に形成されている。また、電極棒２のそれぞれ
は中空状となっており、中空内部４にガス供給部が接続
されている。ガス供給部からの原料ガスは電極棒２の中
空内部４に供給された後、溝３０から外部に放出され、
溝３０から放出されるときにプラズマ化される。As shown in FIG. 5, a groove 30 may be formed in each of the electrode rods 2, and a hollow cathode discharge may be generated in this groove 30. At this time, the groove 30 is formed in the longitudinal direction of the electrode rod 2. Each of the electrode rods 2 is hollow, and a gas supply unit is connected to the hollow interior 4. The raw material gas from the gas supply unit is supplied to the hollow inside 4 of the electrode rod 2 and then discharged from the groove 30 to the outside.
When it is discharged from the groove 30, it is turned into plasma.
【００３３】図６に示すように、電極部１を板状とし、
この板状の電極部１にスリットをもうけて、このスリッ
ト部でホローカソード放電を発生させるとともに、スリ
ット部に原料ガスを供給する構成としてもよい。また、
スリットとせずに、板状の電極部１に複数の貫通孔を形
成し、この貫通孔でホローカソード放電を発生させても
よい。As shown in FIG. 6, the electrode portion 1 has a plate shape,
A slit may be provided in the plate-shaped electrode portion 1 so that a hollow cathode discharge is generated in this slit portion and a raw material gas is supplied to the slit portion. Also,
Instead of forming the slits, a plurality of through holes may be formed in the plate-shaped electrode portion 1 and hollow cathode discharge may be generated in the through holes.
【００３４】ところで、大量の水素ガス（Ｈ2）で希釈
したシランガス（ＳｉＨ4）を原料ガスとして用いる
と、高速で高品質の微結晶Ｓｉ膜が製膜できる。このこ
とについて図７を参照しながら説明する。図７は、電極
棒間隔と製膜速度及びラマンピーク比との関係を示すグ
ラフであって、横軸は電極棒間隔（ｍｍ）、縦軸は製膜
速度（Å／ｓ）及びラマンピーク比である。図７に関す
る実験条件は以下のとおりである。
＜条件＞
ガス流量 ： ＳｉＨ4／Ｈ2 ＝ ２００ｓｃｃｍ／４
０００ｓｃｃｍ
圧力 ： １Ｔｏｒｒ
基板温度 ： ２００℃
電源周波数 ： ２６ＭＨｚBy using a silane gas (SiH 4 ) diluted with a large amount of hydrogen gas (H 2 ) as a source gas, a high-quality microcrystalline Si film can be formed at high speed. This will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the electrode rod interval and the film forming rate and the Raman peak ratio, where the horizontal axis represents the electrode rod interval (mm) and the vertical axis represents the film forming rate (Å / s) and the Raman peak ratio. Is. The experimental conditions relating to FIG. 7 are as follows. <Conditions> Gas flow rate: SiH 4 / H 2 = 200 sccm / 4
000sccm Pressure: 1Torr Substrate temperature: 200 ° C Power supply frequency: 26MHz
【００３５】図７に示すように、電極棒間隔を従来の２
０ｍｍから狭くしていくと１２ｍｍにおいて製膜速度が
増加する。そして、目視にてホローカソード放電が観察
される６ｍｍ以下では、製膜速度が更に増加する。得ら
れた膜（アモルファスシリコン膜）のレーザラマン分光
を測定したところ、結晶Ｓｉのラマンシフトを表す５２
０ｃｍ-1のピーク値と、アモルファスＳｉのラマンシフ
トを表す４８０ｃｍ-1のピーク値との比、５２０ｃｍ-1
／４８０ｃｍ-1は、電極棒間隔が６ｍｍ以下では５を
越え、電極棒間隔を狭くしていくと高い結晶化率を有す
る高品質の微結晶Ｓｉ膜が得られることが分かった。な
お、この時の膜厚分布は、全ての条件において±１０％
程度で、ホローカソード放電が生じても膜厚分布が悪く
なることはなかった。As shown in FIG. 7, the electrode rod spacing is set to 2
When the width is reduced from 0 mm, the film forming speed increases at 12 mm. Then, when the hollow cathode discharge is visually observed to be 6 mm or less, the film forming rate is further increased. When the laser Raman spectrum of the obtained film (amorphous silicon film) was measured, it shows the Raman shift of crystalline Si.
The ratio of the peak value at 0 cm -1 to the peak value at 480 cm -1 representing the Raman shift of amorphous Si, 520 cm -1
It was found that / 480 cm -1 exceeds 5 when the electrode rod interval is 6 mm or less, and a high quality microcrystalline Si film having a high crystallization rate can be obtained when the electrode rod interval is narrowed. The film thickness distribution at this time is ± 10% under all conditions.
Even if hollow cathode discharge occurred, the film thickness distribution did not deteriorate.
【００３６】なお、上記各実施形態では、本発明のプラ
ズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置に適用しているが、
エッチング装置のプラズマ生成電極に用いることも可能
である。In each of the above embodiments, the plasma processing apparatus of the present invention is applied to the plasma CVD apparatus.
It can also be used as a plasma generation electrode of an etching apparatus.
【００３７】[0037]
【発明の効果】本発明によれば、電極棒を所定の間隔で
並列に配置し、プラズマ発生方法としてホローカソード
放電を用いることにより、超高周波数の電圧を用いるこ
となく、高密度で低電子温度なプラズマを均一に安定し
て得ることができる。ここで、ホローカソード放電は局
所放電なのでガスの過剰分解が生じ、膜質低下や粉発生
を引き起こすが、電極棒を中空状にし、電極棒に形成さ
れた通気口から所定ガスを吹き出すことにより、ホロー
カソード放電を生じている電極棒どうしの間に新鮮なガ
スをダイレクトに供給することができる。したがって、
ガスのプラズマ化は安定する。そして、このプラスマ処
理装置をプラズマＣＶＤ装置に適用することにより、高
品質な膜を生産性良く生成できる。According to the present invention, the electrode rods are arranged in parallel at a predetermined interval, and the hollow cathode discharge is used as the plasma generation method, so that a high density and low electron emission can be achieved without using an ultrahigh frequency voltage. Temperature plasma can be uniformly and stably obtained. Here, since the hollow cathode discharge is a local discharge, excessive decomposition of gas occurs, which causes deterioration of film quality and powder generation. Fresh gas can be directly supplied between the electrode rods causing the cathode discharge. Therefore,
The plasma of gas becomes stable. By applying this plasma processing apparatus to a plasma CVD apparatus, a high quality film can be produced with high productivity.
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す
図であって、電極部を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention, showing an electrode section.
【図２】電極棒間隔と電子密度及び電子温度との関係を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an electrode rod interval, an electron density and an electron temperature.
【図３】電極棒間隔と製膜速度及び膜厚分布との関係を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an electrode rod interval, a film forming rate, and a film thickness distribution.
【図４】本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態を示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
【図５】本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
【図６】本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
【図７】電極棒間隔と製膜速度及びラマンピーク比との
関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an electrode rod interval, a film forming rate, and a Raman peak ratio.
【図８】プラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）全体
の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of an entire plasma processing apparatus (plasma CVD apparatus).
【図９】従来のプラズマ処理装置の電極部を示す平面図
である。FIG. 9 is a plan view showing an electrode portion of a conventional plasma processing apparatus.
【図１０】従来のプラズマ処理装置の課題を説明するた
めの図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a problem of a conventional plasma processing apparatus.
１ 電極部 ２ 電極棒 ４ 中空内部 ５ 通気口 ６ ガス供給部 ７ 空間 １００ プラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置） Ｗ 基板 1 electrode part 2 electrode rod 4 hollow inside 5 vents 6 gas supply section 7 space 100 Plasma processing device (plasma CVD device) W board
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 啓介 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 青井 辰史 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 山内 康弘 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Ｆターム(参考） 4K030 FA03 KA16 KA30 5F004 AA01 BA20 BB13 BC03 BC08 5F045 AA08 AB04 AC01 AD06 AD07 AD08 AE19 AE21 AE23 BB01 EF03 EH04 EH05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Keisuke Kawamura 3-5-1, 717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Hishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Research Center (72) Inventor Tatsushi Aoi 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Hiroshima Research Center (72) Inventor Yasuhiro Yamauchi 1-1 Satinoura Town, Nagasaki City, Nagasaki Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Nagasaki Shipyard Co., Ltd. F term (reference) 4K030 FA03 KA16 KA30 5F004 AA01 BA20 BB13 BC03 BC08 5F045 AA08 AB04 AC01 AD06 AD07 AD08 AE19 AE21 AE23 BB01 EF03 EH04 EH05
Claims (3)
装置において、 所定間隔で並列に配置された複数の電極棒を有し、該電
極棒のそれぞれの間でホローカソード放電を発生する電
極部と、 前記電極部に前記所定ガスを供給するガス供給部とを備
え、 前記電極棒は中空状に形成されているとともに該中空内
部と外部とを連通する通気口を有し、 前記ガス供給部は、前記中空内部に接続されていること
を特徴とするプラズマ処理装置。1. A plasma processing apparatus for converting a predetermined gas into plasma, comprising a plurality of electrode rods arranged in parallel at predetermined intervals, and an electrode portion for generating a hollow cathode discharge between the respective electrode rods. A gas supply unit for supplying the predetermined gas to the electrode unit, the electrode rod is formed in a hollow shape and has a vent hole communicating the inside and the outside of the hollow, the gas supply unit, A plasma processing apparatus connected to the inside of the hollow.
との間の空間に向けて電極棒の長手方向に複数形成され
ていることを特徴とする請求項１記載のプラスマ処理装
置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of vent holes of the electrode rod are formed in a longitudinal direction of the electrode rod toward a space between adjacent electrode rods.
を収容するチャンバを備え、 前記所定ガスは原料ガスであり、該原料ガスをプラズマ
化して前記チャンバ内に配置されている基板上に堆積さ
せ薄膜を形成することを特徴とする請求項１又は２記載
のプラスマ処理装置。3. A chamber, the interior of which is reduced to a predetermined pressure and which houses the electrode portion, wherein the predetermined gas is a source gas, and the source gas is turned into plasma and placed on a substrate disposed in the chamber. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus deposits a thin film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001270365A JP2003077849A (en) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | Plasma processing apparatus |
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Publications (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2003077849A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100672230B1 (en) | 2004-06-29 | 2007-01-22 | 엄환섭 | Device of cavity-cathode plasma |
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2001
- 2001-09-06 JP JP2001270365A patent/JP2003077849A/en active Pending
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