JPH08217594A - Magnetron inductively coupled discharge reactor - Google Patents
Magnetron inductively coupled discharge reactorInfo
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- JPH08217594A JPH08217594A JP7020219A JP2021995A JPH08217594A JP H08217594 A JPH08217594 A JP H08217594A JP 7020219 A JP7020219 A JP 7020219A JP 2021995 A JP2021995 A JP 2021995A JP H08217594 A JPH08217594 A JP H08217594A
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Abstract
Description
【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、薄膜トランジスタ、光センサ、半導体保護膜
など各種電子デバイスの製造に使用されるプラズマＣＶ
Ｄ方法及び装置、並びにプラズマエッチング方法及び装
置に適用されるマグネトロン型誘導結合方式放電反応装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CV used for manufacturing various electronic devices such as amorphous silicon solar cells, thin film transistors, photosensors, semiconductor protective films.
D method and apparatus, and magnetron type inductively coupled discharge reactor applied to plasma etching method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、プラズマＣＶＤ方法により各種皮
膜を製造し、プラズマエッチング方法により処理を行う
には反応容器内に一対の平行平板電極を配置し、その電
極間でプラズマを発生させ、そのプラズマの中あるいは
その近傍で成膜あるいはエッチング処理を行うものであ
るが、プラズマの高密度化及び均一化のため、種々の工
夫がなされている。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to produce various coatings by a plasma CVD method and to process them by a plasma etching method, a pair of parallel plate electrodes are arranged in a reaction vessel, plasma is generated between the electrodes, and the plasma is generated. Although film formation or etching is performed in or near the inside, various measures have been taken to increase the density and uniformize the plasma.
【０００３】最近では電磁コイルや永久磁石で発生させ
た磁界をプラズマに印加させることにより、プラズマ密
度を高める方法やプラズマ密度の不均一性を平均化させ
る方法が用いられている。これらの方法は一般にマグネ
トロン方式と呼ばれるが、この方式を大別すると磁界と
電界を直交させる方法と磁界と電界を平行にする方法が
ある。Recently, a method of increasing the plasma density by applying a magnetic field generated by an electromagnetic coil or a permanent magnet to the plasma and a method of averaging the nonuniformity of the plasma density have been used. These methods are generally called a magnetron method, and when roughly classified, there are a method of making a magnetic field and an electric field orthogonal and a method of making a magnetic field and an electric field parallel.
【０００４】従来のマグネトロン方式の典型的な技術と
しては、特開昭６１−２１７５７３号，特開昭６３−２
４３２８６号，等に開示されている。この従来例を図
９，図１０を参照して説明する。図９は従来の装置の電
極と電磁コイルの構成図、図１０は図９の平面図で、電
極と電磁コイルにより回転磁界の発生の説明図である。
両図において、図示省略の反応容器内にはプラズマを発
生させるための電極１，２が平行に設置されている。こ
れら電極１，２には高周波電源４より、例えば１３．５
６MHZ の高周波電力が供給される。基板３は電極１の上
に設置される。図示していない反応容器の周囲には、図
１０に見られるように、二対の電磁コイル５ａ，５ｂ及
び６ａ，６ｂが互いに直角に設置され、それぞれ、交流
電源５ｃ及び６ｃに接続されている。交流電源５ｃ及び
６ｃより、位相が９０°ずれた正弦波電流を上記コイル
５ａ，５ｂ及び６ａ，６ｂに供給すると、磁界Ｂ１及び
Ｂ２が発生し、合成磁界Ｂが形成される。As typical techniques of the conventional magnetron system, there are JP-A-61-217573 and JP-A-63-2.
No. 43286, etc. This conventional example will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a configuration diagram of an electrode and an electromagnetic coil of a conventional device, FIG. 10 is a plan view of FIG. 9, and is an explanatory diagram of generation of a rotating magnetic field by the electrode and the electromagnetic coil.
In both figures, electrodes 1 and 2 for generating plasma are installed in parallel in a reaction container (not shown). These electrodes 1 and 2 are supplied with a high frequency power source 4, for example, 13.5.
RF power 6MH Z is supplied. The substrate 3 is placed on the electrode 1. As shown in FIG. 10, two pairs of electromagnetic coils 5a, 5b and 6a, 6b are installed at right angles to each other around a reaction container (not shown) and connected to AC power sources 5c and 6c, respectively. . When sinusoidal currents whose phases are shifted by 90 ° are supplied to the coils 5a, 5b and 6a, 6b from the AC power supplies 5c and 6c, magnetic fields B1 and B2 are generated and a synthetic magnetic field B is formed.
【０００５】例えば、プラズマＣＶＤによるアモルファ
スシリコン成膜の場合には、以下に述べるようにする。
反応容器内の圧力を１０-6Torr乃至１０-7Torrにした後
に、反応ガスとしてモノシランを５０乃至１００cc／分
程度の流量で供給し、反応容器内圧力を０．０５乃至
０．５Torrに保つ。その後、高周波電源４より電極１，
２に電力を供給すると、電極内にモノシランプラズマが
発生する。他方、前述のように電磁コイル５ａ，５ｂ及
び６ａ，６ｂでは回転磁界Ｂを発生する。For example, in the case of forming an amorphous silicon film by plasma CVD, the following is performed.
After setting the pressure in the reaction vessel to 10 -6 Torr to 10 -7 Torr, monosilane is supplied as a reaction gas at a flow rate of about 50 to 100 cc / min to keep the pressure in the reaction vessel at 0.05 to 0.5 Torr. . After that, the electrode 1,
When power is supplied to 2, monosilane plasma is generated in the electrodes. On the other hand, as described above, the rotating magnetic field B is generated in the electromagnetic coils 5a, 5b and 6a, 6b.
【０００６】そうすると、電極１，２の間にあるプラズ
マの中の電子は、両電極間の電界Ｅと上記磁界Ｂの相乗
効果により、図１１に示すように、電界Ｅと電界Ｂで形
成される面に対して垂直方向にＥ×Ｂドリフトを受け、
かつ、磁界ＢによるLarmor運動を起こす。すなわち、電
子の反応ガス分子との衝突頻度が著しく増大し、プラズ
マ密度が増大する。また、磁界Ｂによる電子の旋回運動
により、拡散が抑制されるので、電極２の自己バイアス
電位は低い傾向になる。Then, the electrons in the plasma between the electrodes 1 and 2 are formed by the electric field E and the electric field B as shown in FIG. 11 due to the synergistic effect of the electric field E between the electrodes and the magnetic field B. Subject to E × B drift in the direction perpendicular to the
Moreover, the Larmor motion due to the magnetic field B is caused. That is, the frequency of collision of electrons with reaction gas molecules is significantly increased, and the plasma density is increased. Further, since the diffusion of electrons is suppressed by the orbital motion of electrons by the magnetic field B, the self-bias potential of the electrode 2 tends to be low.
【０００７】従って、このようなプラズマＣＶＤ方法に
よれば、成膜速度が向上し、かつ、回転磁界Ｂの空間的
平均化作用により、膜厚の均一度が向上する。プラズマ
エッチングとして用いる場合、プラズマ密度の増加によ
る高速エッチングが可能となる。Therefore, according to such a plasma CVD method, the film formation rate is improved, and the uniformity of the film thickness is improved by the spatial averaging action of the rotating magnetic field B. When used as plasma etching, high-speed etching is possible due to an increase in plasma density.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】前述の従来の技術で
は、平行平板電極間の電界Ｅと直交する方向に回転磁界
Ｂを発生させることにより、Ｅ×Ｂドリフトでプラズマ
密度の向上及び成膜分布の均一性向上を図っているが、
次のような問題点がある。In the above-mentioned conventional technique, the rotating magnetic field B is generated in the direction orthogonal to the electric field E between the parallel plate electrodes, so that the plasma density is improved and the film formation distribution is increased by E × B drift. To improve the uniformity of
There are the following problems.
【０００９】（１）放電電界の方向が一対の平行平板電
極面の法線方向のみであるので、プラズマはＥ×Ｂドリ
フトにより該電極間の外側に移動し、空間的に偏りが生
じる。すなわち、図１２及び図１３に示すように、電極
１，２の間にあるプラズマはＥ×Ｂの方向に移動するた
め、プラズマ密度は空間的に偏り２３をもつ。従って、
プラズマＣＶＤに用いられる場合プラズマが存在する空
間と存在しない空間での成膜速度が大幅に異なるため回
転磁界Ｂの回転による空間的平均効果で均一化すること
は、困難となる。特に、基板３の大きさが直径５０cm程
度以上になると、図１４に示すように基板中心部におい
て成膜速度が遅くなり、膜厚分布は著しい不均一にな
る。(1) Since the direction of the discharge electric field is only the direction normal to the pair of parallel plate electrode surfaces, the plasma moves to the outside between the electrodes due to the E × B drift, and a spatial bias is generated. That is, as shown in FIGS. 12 and 13, the plasma between the electrodes 1 and 2 moves in the direction of E × B, so that the plasma density has a spatial bias 23. Therefore,
When it is used for plasma CVD, the film forming rates in the space where plasma is present and the space where plasma is not present are significantly different, so that it is difficult to make uniform by the spatial averaging effect due to the rotation of the rotating magnetic field B. In particular, when the substrate 3 has a diameter of about 50 cm or more, the film forming rate becomes slow in the central portion of the substrate as shown in FIG. 14, and the film thickness distribution becomes significantly uneven.
【００１０】（２）上記（１）の理由により、回転磁界
の強さを数１０ガウス以上にすると、Ｅ×Ｂドリフトで
プラズマが偏るので、その強さを数１０ガウスで例えば
プラズマＣＶＤによりアモルファスシリコンを成膜する
と、その成膜速度は４〜５Å／Ｓと遅い。もしも、回転
磁界の強さを数１０ガウス以上にすると、成膜速度は向
上するが、Ｅ×Ｂドリフトの偏りにより、膜厚分布の一
様性が著しく悪くなる。(2) For the reason (1) above, when the strength of the rotating magnetic field is set to several tens of gausses or more, the plasma is biased by the E × B drift. When silicon is deposited, the deposition rate is as slow as 4 to 5Å / S. If the strength of the rotating magnetic field is several tens of gausses or more, the film forming rate is improved, but the uniformity of the film thickness distribution is significantly deteriorated due to the deviation of the E × B drift.
【００１１】（３）プラズマエッチングに用いられる場
合、上記（１）項に述べたＥ×Ｂドリフトによるプラズ
マの移動は、基板３上のプラズマ電位分布に著しい不均
一性を発生する。すなわち、エッチング速度に著しい不
均一性が発生する。この不具合は、基板３の大きさが大
きくなればなる程、著しく大きくなる。従って、基板３
の大きさが直径３０cm程度以上になると実用価値が著し
く低下する。なお、磁界Ｂの強さを弱くすると、上記プ
ラズマ電位分布の不均一性は改善されるが、Ｅ×Ｂドリ
フトによるプラズマの高密度化の効果が著しく低下し、
高速エッチングのメリットが消失し、マグネトロン方式
が成立しなくなる。(3) When used for plasma etching, the movement of plasma due to the E × B drift described in the above item (1) causes significant nonuniformity in the plasma potential distribution on the substrate 3. That is, significant nonuniformity occurs in the etching rate. This problem becomes more serious as the size of the substrate 3 increases. Therefore, the substrate 3
If the size is larger than about 30 cm in diameter, the practical value is significantly reduced. When the strength of the magnetic field B is weakened, the non-uniformity of the plasma potential distribution is improved, but the effect of densifying the plasma due to the E × B drift is significantly reduced.
The advantages of high-speed etching disappear, and the magnetron method is no longer valid.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、電極及び基板を内蔵する反応容器、
電源，反応容器内への反応ガス供給手段、供給された反
応ガスの排出手段及び電磁コイルを備えたマグネトロン
型放電反応装置において、電極を複数の閉路で構成して
複数方向の電界を発生させる構成とし、電磁コイルで発
生する磁界の方向を電極で発生した電界及び基板の面と
直交するように同電磁コイルを配置した構成とする。In order to solve such a problem, the present invention provides a reaction vessel containing an electrode and a substrate,
In a magnetron type discharge reaction device provided with a power source, a means for supplying a reaction gas into the reaction vessel, a means for discharging the supplied reaction gas, and an electromagnetic coil, a structure in which electrodes are constituted by a plurality of closed paths to generate electric fields in a plurality of directions. The electromagnetic coil is arranged so that the direction of the magnetic field generated by the electromagnetic coil is orthogonal to the electric field generated by the electrode and the surface of the substrate.
【００１３】即ち、本発明は、電極及び基板を内蔵する
反応容器と、同電極に高周波電力を供給する電源と、前
記反応容器内で前記基板に成膜するために所定の反応ガ
スを供給する反応ガス供給手段と、同供給手段で供給さ
れた反応容器内の反応ガスを排出する手段と、前記反応
容器の周囲に配置され、前記電極により生ずる電界と直
交する磁界を発生させる電磁コイルとを具備したマグネ
トロン型放電反応装置において、前記電極は複数の閉路
で構成され、放電電界の方向が複数方向となる誘導結合
方式電極であり、かつ、前記電磁コイルは同コイルが発
生する磁界の方向が前記電極で発生する放電電界及び前
記基板の面と直交するように配置されてなることを特徴
とするマグネトロン型誘導結合方式放電反応装置を提供
する。That is, according to the present invention, a reaction container containing an electrode and a substrate, a power supply for supplying high frequency power to the electrode, and a predetermined reaction gas for forming a film on the substrate in the reaction container are supplied. A reaction gas supply means, a means for discharging the reaction gas in the reaction vessel supplied by the supply means, and an electromagnetic coil arranged around the reaction vessel for generating a magnetic field orthogonal to the electric field generated by the electrodes. In the magnetron-type discharge reactor provided, the electrode is an inductively coupled electrode in which a plurality of closed paths are formed, and a discharge electric field has a plurality of directions, and the electromagnetic coil has a magnetic field generated by the coil. A magnetron-type inductive coupling type discharge reaction device is provided which is arranged so as to be orthogonal to a discharge electric field generated at the electrodes and a surface of the substrate.
【００１４】[0014]
【作用】本発明はこのような手段により、反応容器に反
応ガス供給手段から反応ガスが所定の量供給され、電極
に高周波電力が供給されると電極近傍にグロー放電プラ
ズマが発生する。電極は複数の閉路で構成される誘導結
合方式電極であるので、高周波電力を供給すると各閉路
にループ状電流が流れる。その結果、電極の各閉路には
Faradyの法則に基づいて複数方向の誘導電界が発生す
る。一方電磁コイルが励磁されると、電極に発生した電
界及び基板表面と直交する方向に回転磁界を発生するの
で、この回転磁界と複数方向の電界とで発生したプラズ
マの移動は従来と異り、一方向に限定されず複数方向の
ドリフトを受け、複数方向を向き、プラズマの一方向へ
の偏りは大幅に軽減される。又、プラズマ中の電子は基
板の法線方向にある回転磁界によってLarmor運動を受
け、旋回するのでプラズマ密度が著しく増加する。According to the present invention, a glow discharge plasma is generated in the vicinity of the electrode when a predetermined amount of the reaction gas is supplied from the reaction gas supply means to the reaction vessel and high frequency power is supplied to the electrode by such means. Since the electrodes are inductively coupled electrodes composed of a plurality of closed circuits, a loop-shaped current flows in each closed circuit when high frequency power is supplied. As a result, each closed circuit of the electrodes
Induction electric fields in multiple directions are generated based on Farady's law. On the other hand, when the electromagnetic coil is excited, a rotating magnetic field is generated in a direction orthogonal to the electric field generated in the electrodes and the surface of the substrate. Therefore, the movement of plasma generated by the rotating magnetic field and the electric fields in a plurality of directions is different from the conventional one. The drift is not limited to one direction but is subjected to drifts in a plurality of directions, and the bias in one direction of the plasma is significantly reduced. Also, the electrons in the plasma undergo Larmor motion due to the rotating magnetic field in the normal direction of the substrate and swirl, so that the plasma density increases remarkably.
【００１５】従って、回転磁界を用いた従来のマグネト
ロン方式の欠点であるプラズマの偏りの発生を抑制し、
かつ、プラズマの高密度化及びプラズマ空間分布の均一
化が図られ、大面積のアモルファスシリコン薄膜を高速
で、かつ均一に成膜できるようになる。Therefore, it is possible to suppress the occurrence of the bias of plasma, which is a drawback of the conventional magnetron system using the rotating magnetic field,
At the same time, the density of plasma can be increased and the spatial distribution of plasma can be made uniform, so that a large-area amorphous silicon thin film can be uniformly formed at high speed.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例に図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の第１実施例に係るマグネ
トロン型誘導結合方式放電反応装置の全体構成を示す断
面図である。図において、反応容器１１内にはプラズマ
を発生するため電極１２として、図２に示すように多数
の閉路２２で構成された誘導結合方式電極１２が基板１
０に平行に設置されている。この電極１２は図２に示す
ような構造をもつが、電力供給端子１０６，１０９に、
高周波電源１４から例えば１３．５６MHZ の周波数の電
力がインピーダンスマッチング回路１０４、第１及び第
２の高周波ケーブル１０６，１０９及び電力導入端子１
０５ａ，１０５ｂを介して供給される。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the overall structure of a magnetron type inductive coupling type discharge reactor according to the first embodiment of the present invention. In the figure, as an electrode 12 for generating plasma in a reaction vessel 11, an inductive coupling type electrode 12 composed of a large number of closed paths 22 as shown in FIG.
It is installed parallel to 0. This electrode 12 has a structure as shown in FIG. 2, but the power supply terminals 106 and 109 are
High frequency power supply 14 power frequency from e.g. 13.56MH Z is the impedance matching circuit 104, first and second high frequency cable 106, 109 and the power introduction terminal 1
It is supplied via 05a and 105b.
【００１７】そうすると、図３に示すように、複数の閉
路２２には高周波電流が輪状電流（ループ電流）として
流れる。その結果、図４に示すようにFaradyの法則に基
づく誘導電界Ｅ（ベクトル）と誘導磁界Ｈ（ベクトル）
が次式の関係を満す形で発生する。Then, as shown in FIG. 3, a high frequency current flows as a loop current in the plurality of closed circuits 22. As a result, as shown in FIG. 4, the induced electric field E (vector) and the induced magnetic field H (vector) based on Farady's law.
Occurs in a form satisfying the relation of the following equation.
【００１８】[0018]
【数１】 [Equation 1]
【００１９】基板１０は基板ヒータ１３の上に設置され
るが、電極１２と基板１０、基板ヒータ１３は平行に配
置される。基板ヒータ１３には電源１０８より電力線１
０７ａ，１０７ｂにより電流導入端子１１１ａ，１１１
ｂを介して電力が供給される。The substrate 10 is placed on the substrate heater 13, and the electrode 12, the substrate 10 and the substrate heater 13 are arranged in parallel. The substrate heater 13 has a power line 1 from a power source 108.
07a and 107b enable current introduction terminals 111a and 111
Power is supplied via b.
【００２０】反応容器１１内には、図示しないボンベ及
び流量計から反応ガス導入管１７を通して、例えばモノ
シランガスが供給される。反応容器１１内のガスは排気
管１８を通して、図示しない真空ポンプで排出される。
反応容器１１内の圧力は圧力計１１０で測定される。Monosilane gas, for example, is supplied into the reaction vessel 11 from a cylinder and a flow meter (not shown) through the reaction gas introducing pipe 17. The gas in the reaction container 11 is exhausted by a vacuum pump (not shown) through the exhaust pipe 18.
The pressure inside the reaction vessel 11 is measured by the pressure gauge 110.
【００２１】反応容器１１の周囲には、第１及び第２の
電磁コイル１００ａ，１００ｂが配置されている。第１
及び第２の電磁コイル１００ａ，１００ｂに発振器１０
３及び電力増幅器１０２より、直流あるいは低周波数の
電力が供給されると磁界Ｂ（ベルトル）が発生する。こ
の磁界Ｂ（ベルトル）の方向は、電極１２で発生される
電界Ｅ（ベルトル）即ち、図４に示される電界Ｅ1 ，Ｅ
2 ，Ｅ3 及びＥ4 （Ｅ 1 〜Ｅ4 はベルトル）に直交する
方向で、かつ、基板１０の法線方向になるように発生す
る。Around the reaction vessel 11, the first and second
Electromagnetic coils 100a and 100b are arranged. First
And the oscillator 10 on the second electromagnetic coils 100a and 100b.
3 and the power amplifier 102, DC or low frequency
When power is supplied, a magnetic field B (beltle) is generated. This
Direction of the magnetic field B (Bertelle) of
Electric field E (beltle), that is, electric field E shown in FIG.1, E
2, E3And EFour(E 1~ EFourIs orthogonal to
Direction and the normal direction of the substrate 10.
It
【００２２】次に、このような装置を用いて、例えばア
モルファスシリコン薄膜を製造する場合について以下に
説明する。真空ポンプを駆動して反応容器１１内を排気
する。反応容器１１内が充分に排気（例えば、１０-7To
rr）された後、反応ガス導入管１７を通して、例えばモ
ノシランガスを５０〜２００cc／分程度の流量で供給
し、反応容器１１内の圧力を０．０５Torr乃至０．５To
rrに保つ。高周波電源１４からインピーダンスマッチン
グ回路１０４及び電流導入端子１０５ａ，１０５ｂなど
を介して、電極１２に電力を供給すると、電極１２近傍
にモノシランのグロー放電プラズマが発生する。なお、
この場合のプラズマは誘導結合方式プラズマと呼ばれ
る。Next, a case where an amorphous silicon thin film is manufactured by using such an apparatus will be described below. The inside of the reaction vessel 11 is evacuated by driving the vacuum pump. The reaction vessel 11 is sufficiently exhausted (for example, 10 -7 To
rr), for example, monosilane gas is supplied at a flow rate of about 50 to 200 cc / min through the reaction gas introduction pipe 17, and the pressure in the reaction vessel 11 is adjusted to 0.05 Torr to 0.5 To.
Keep at rr. When power is supplied to the electrode 12 from the high frequency power supply 14 via the impedance matching circuit 104 and the current introduction terminals 105a and 105b, monosilane glow discharge plasma is generated in the vicinity of the electrode 12. In addition,
The plasma in this case is called inductively coupled plasma.
【００２３】他方、発振器１０３及び増幅器１０２よ
り、第１及び第２の電磁コイル１００ａ，１００ｂに電
力を供給する。そうすると、前述の図４で説明のように
基板１０の法線方向で、かつ、電極１２で発生の電界Ｅ
1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 及びＥ4 （Ｅ1〜Ｅ4 はベルトル）に直
交する方向の磁界Ｂ（ベクトル）が発生する。この磁界
Ｂ（ベクトル）と、図４にベクトルで図示したＥ1 乃至
Ｅ4 により、プラズマ中の電子はそれぞれ、（ベクトル
Ｅ1 ）×（ベクトルＢ），（ベクトルＥ2 ）×（ベクト
ルＢ），（ベクトルＥ3 ）×（ベクトルＢ）及び（ベク
トルＥ4 ）×（ベクトルＢ）のドリフトを受ける。又、
電子は回転磁界Ｂ（ベクトル）によるLarmor運動、すな
わち旋回運動をする。On the other hand, the oscillator 103 and the amplifier 102 supply electric power to the first and second electromagnetic coils 100a and 100b. Then, the electric field E generated in the electrode 12 in the normal direction of the substrate 10 as described in FIG.
A magnetic field B (vector) in a direction orthogonal to 1 , 1 , E 2 , E 3 and E 4 (E 1 to E 4 are beltres) is generated. By this magnetic field B (vector) and E 1 to E 4 shown as vectors in FIG. 4, the electrons in the plasma are (vector E 1 ) × (vector B), (vector E 2 ) × (vector B), respectively. , (Vector E 3 ) × (vector B) and (vector E 4 ) × (vector B). or,
The electrons make a Larmor motion by the rotating magnetic field B (vector), that is, a swirling motion.
【００２４】即ち、電極１２近傍のプラズマは基板１０
の中心より周辺を向いた方向に動く。しかしながら電子
は回転磁界Ｂ（ベクトル）により束縛されるのでプラズ
マ密度は大幅に増加する。従って、基板１３近傍のプラ
ズマは空間的に揺り動かされるが、上記の４つの（ベク
トルＥ）×（ベクトルＢ）ドリフトは方向が互いに異な
るので偏りは発生しない。That is, the plasma in the vicinity of the electrode 12 is the substrate 10.
Moves from the center to the periphery. However, since the electrons are bound by the rotating magnetic field B (vector), the plasma density is greatly increased. Therefore, the plasma in the vicinity of the substrate 13 is swayed spatially, but since the four (vector E) × (vector B) drifts have different directions, no bias is generated.
【００２５】図３で示す電極１２の電力供給点１０６，
１０９に高周波電力を供給すると、電極１２の周辺にも
モノシランガスのグロー放電が発生する。その発光状態
を図５に示すが、この発光状態は電極１２上のＰ1 点と
Ｐ2 点を結ぶ線及びＰ3 点とＰ4 点を結ぶ線に沿って発
光分析計で計測した波長４１４nmの発光強度分布であ
る。The power supply point 106 of the electrode 12 shown in FIG.
When high-frequency power is supplied to 109, glow discharge of monosilane gas also occurs around the electrode 12. The light emission state is shown in FIG. 5, and this light emission state is a wavelength of 414 nm measured by an emission spectrometer along the line connecting the points P 1 and P 2 and the line connecting the points P 3 and P 4 on the electrode 12. Is a light emission intensity distribution of
【００２６】すなわち、図５に示す測定結果は、電極１
２の電力供給点１０６，１０９に高周波電力を供給する
ことによりグロー放電を発生させることが可能なことを
示している。なお、当然ながら供給電力が直流の場合に
はこのような現象は起らない。一般に、周波数がメガヘ
ルツ以上であれば、表皮効果により図５に示したグロー
放電が発生する。That is, the measurement result shown in FIG.
It is shown that glow discharge can be generated by supplying high frequency power to the second power supply points 106 and 109. Of course, such a phenomenon does not occur when the supplied power is DC. Generally, when the frequency is higher than or equal to megahertz, the glow discharge shown in FIG. 5 occurs due to the skin effect.
【００２７】アモルファスシリコン薄膜の膜厚分布及び
成膜速度は、電極の面積、電極と基板の間隔、反応ガス
の流量、濃度、圧力、電極に供給される電力、及びグロ
ー放電プラズマに印加される回転磁界Ｂの強度などに依
存する。そこで、以下のような条件でアモルファスシリ
コン薄膜を成膜した。電極として１００cm×１００cmの
ものを用い、基板としてガラスを用いた。反応ガスとし
て、１００％モノシランガスを２００cc／min の流量で
供給し、反応容器内の圧力を０．０５Torrに設定した。
電極に供給した電力が４００Ｗ、磁界の強度が３０ガウ
ス及び６０ガウス（直流磁界）とし、アモルファスシリ
コン薄膜の膜厚分布の一例を図６に示す。The thickness distribution and deposition rate of the amorphous silicon thin film are applied to the area of the electrode, the distance between the electrode and the substrate, the flow rate of the reaction gas, the concentration, the pressure, the power supplied to the electrode, and the glow discharge plasma. It depends on the strength of the rotating magnetic field B and the like. Therefore, an amorphous silicon thin film was formed under the following conditions. An electrode having a size of 100 cm × 100 cm was used, and a glass was used as a substrate. As the reaction gas, 100% monosilane gas was supplied at a flow rate of 200 cc / min, and the pressure inside the reaction vessel was set to 0.05 Torr.
FIG. 6 shows an example of the film thickness distribution of the amorphous silicon thin film when the power supplied to the electrodes is 400 W and the magnetic field strength is 30 gauss and 60 gauss (DC magnetic field).
【００２８】図６によれば、広い面積にわたって、高速
成膜で、かつ均一に成膜されていることがわかる。ま
た、反応ガスとして、例えばＣＦ４を導入すれば、リア
クティブイオンエッチングとして用いられることは当然
のことである。From FIG. 6, it can be seen that the film is formed at a high speed and uniformly over a wide area. Further, if CF4, for example, is introduced as the reaction gas, it is of course used as reactive ion etching.
【００２９】更に、上記に説明の第１実施例は基本的な
構成を示すもので、この基本を理解すれば多数の変形方
式を構成することができる。例えば、第２実施例として
図７に示すように電極の構成を多数の三角形からなる電
極１２ａで形成し、電力供給端子１０６ａ，１０９ａか
ら高周波電力を供給するようにして第１実施例の電極１
２に代えて用いるようにしても良い。Further, the first embodiment described above shows a basic configuration, and if this basic is understood, many modification methods can be constructed. For example, as a second embodiment, as shown in FIG. 7, the electrode structure is formed of a large number of triangular electrodes 12a, and high frequency power is supplied from the power supply terminals 106a and 109a.
It may be used instead of 2.
【００３０】更に、第３実施例として、図８に示すよう
に電極の外形を円形状として内部を同心円状に複数に分
割し、円弧状に区分した複数の電極１２ｂとし、電力供
給端子１０６ｂ，１０９ｂから高周波電力を供給するよ
うにして第１実施例の電極１２に代えて用いるようにし
ても良い。Further, as a third embodiment, as shown in FIG. 8, the electrode has a circular outer shape, and the inside is divided into a plurality of concentric circles to form a plurality of arc-shaped electrodes 12b, and power supply terminals 106b, High-frequency power may be supplied from 109b and used instead of the electrode 12 of the first embodiment.
【００３１】このような第１〜第３実施例によれば、
（１）格子状の電極１２，１２ａ，１２ｂに高周波電力
を供給することにより、図４に示すように各格子状に輪
状電流Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を発生させる。この輪状
電流Ｉ1 〜Ｉ4 により誘導電界Ｅ1 〜Ｅ4 （Ｅ1 〜Ｅ4
はベクトル値）が発生する。（２）電磁コイル１００
ａ，１００ｂでこれら誘導電界に直交し、かつ基板１０
の面にも直交するような回転磁界Ｂ（ベクトル）を印加
する。According to the first to third embodiments described above,
(1) By supplying high frequency power to the grid electrodes 12, 12a, 12b, ring currents I 1 , I 2 , I 3 , I 4 are generated in each grid as shown in FIG. The ring-shaped currents I 1 to I 4 cause induced electric fields E 1 to E 4 (E 1 to E 4
Is a vector value). (2) Electromagnetic coil 100
a and 100b are orthogonal to these induced electric fields, and the substrate 10
A rotating magnetic field B (vector) that is orthogonal to the plane is also applied.
【００３２】上記（１），（２）によりマグネトロン方
式特有の（ベクトルＥ）×（ベクトルＢ）ドリフトによ
るプラズマの移動は、一方向に限定されず複数方向へ向
くことを可能とする。即ち、（ベクトルＥ1 ）×（ベク
トルＢ），（ベクトルＥ2 ）×（ベクトルＢ），（ベク
トルＥ3 ）×（ベクトルＢ）及び（ベクトルＥ4 ）×
（ベクトルＢ）方向へのドリフトが起る。しかも、図
２，図７，図８に示すように電極には多数の格子、即ち
閉路に分割されているので図１２，図１３に示す従来の
ような（ベクトルＥ）×（ベクトルＢ）ドリフトによる
プラズマの偏りは大幅に軽減される。According to the above (1) and (2), the movement of the plasma due to the (vector E) × (vector B) drift peculiar to the magnetron system is not limited to one direction, but can be directed to a plurality of directions. That is, (vector E 1 ) × (vector B), (vector E 2 ) × (vector B), (vector E 3 ) × (vector B) and (vector E 4 ) ×
Drift in the (vector B) direction occurs. Moreover, as shown in FIGS. 2, 7 and 8, since the electrodes are divided into a large number of lattices, that is, closed circuits, the (vector E) × (vector B) drift as in the conventional case shown in FIGS. The bias of the plasma due to is greatly reduced.
【００３３】又、（３）基板１０の表面は、電界と平行
で、かつ、該磁界に直交するように設置される。従っ
て、プラズマ中の電子は基板１０の法線方向にある該磁
界によってLarmor運動を受け、旋回するのでプラズマ密
度が著しく増加するようになる。(3) The surface of the substrate 10 is installed so as to be parallel to the electric field and orthogonal to the magnetic field. Therefore, the electrons in the plasma undergo Larmor motion by the magnetic field in the normal direction of the substrate 10 and swirl, so that the plasma density increases remarkably.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
によれば、電極及び基板を内蔵する反応容器，電源，反
応容器内への反応ガス供給手段、反応ガス排出手段及び
電磁コイルを備えたマグネトロン型放電反応装置におい
て、電極を複数の閉路で構成して複数方向の電界を発生
させる構成とし、電磁コイルで発生する磁界の方向を電
極で発生した電界及び基板の面と直交するように同電磁
コイルを配置した構成としたので、従来の回転磁界を用
いたマグネトロン方式の欠点であるプラズマの偏りの発
生を抑制し、かつ、プラズマの高密度化及びプラズマ空
間分布の均一化が図られ、大面積のアモルファスシリコ
ン薄膜を高速で、かつ均一に成膜できるようになった。
従って、アモルファス太陽電池，薄膜トランジスタ，光
電子デバイスなどの製造分野での工業的価値は著しく大
きい。As described above in detail, according to the present invention, the reaction vessel containing the electrode and the substrate, the power source, the reaction gas supply means into the reaction vessel, the reaction gas discharge means and the electromagnetic coil are provided. In the provided magnetron type discharge reaction device, the electrodes are constituted by a plurality of closed paths to generate electric fields in a plurality of directions, and the direction of the magnetic field generated by the electromagnetic coil is orthogonal to the electric field generated by the electrodes and the surface of the substrate. Since the same electromagnetic coil is placed in the structure, it is possible to suppress the generation of plasma bias, which is a drawback of the conventional magnetron system using a rotating magnetic field, and to increase the density of plasma and the uniformity of plasma space distribution. As a result, a large-area amorphous silicon thin film can be formed uniformly at high speed.
Therefore, the industrial value in the manufacturing field of amorphous solar cells, thin film transistors, optoelectronic devices, etc. is extremely large.
【図１】本発明の第１実施例に係るマグネトロン型誘導
結合方式放電反応装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetron type inductive coupling type discharge reactor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１実施例に係る電極の構造を示す斜
視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the electrode according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１実施例に係る電極での電流分布図
である。FIG. 3 is a current distribution diagram of the electrode according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第１実施例に係る電極近傍での電界発
生の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of electric field generation in the vicinity of electrodes according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第１実施例に係る電極での発光強度分
布を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a light emission intensity distribution in the electrode according to the first example of the present invention.
【図６】本発明の第１実施例に係る放電反応装置を用い
たアモルファスシリコン成膜結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the results of amorphous silicon film formation using the discharge reactor according to the first embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第２実施例に係るマグネトロン型誘導
結合方式放電反応装置の電極構造を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an electrode structure of a magnetron type inductive coupling type discharge reactor according to a second embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第３実施例に係るマグネトロン型誘導
結合方式放電反応装置の電極構造を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing an electrode structure of a magnetron type inductive coupling type discharge reactor according to a third embodiment of the present invention.
【図９】従来のマグネトロン型放電反応装置の主要部の
構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a main part of a conventional magnetron type discharge reactor.
【図１０】従来のマグネトロン型放電反応装置における
回転磁界発生の説明図である。FIG. 10 is a diagram illustrating generation of a rotating magnetic field in a conventional magnetron type discharge reaction device.
【図１１】従来のマグネトロン型放電反応装置における
Ｅ×Ｂドリフトの説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of E × B drift in a conventional magnetron-type discharge reactor.
【図１２】従来のマグネトロン型放電反応装置における
Ｅ×Ｂドリフトによるプラズマの偏り発生を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing generation of plasma bias due to E × B drift in a conventional magnetron-type discharge reactor.
【図１３】従来のマグネトロン型放電反応装置における
Ｅ×Ｂドリフトによるプラズマの偏り発生を平面に示し
た図である。FIG. 13 is a plan view showing generation of bias of plasma due to E × B drift in a conventional magnetron-type discharge reactor.
【図１４】従来のマグネトロン型放電反応装置で成膜さ
れたアモルファスシリコン成膜速度分布を示す図であ
る。FIG. 14 is a diagram showing a deposition rate distribution of amorphous silicon deposited by a conventional magnetron type discharge reactor.
１０ 基板 １１ 反応容器 １２，１２ａ，１２ｂ 電極 １３ 基板ヒータ １４ 高周波電源 １７ 反応ガス導入管 １８ 排気管 １００ａ，１００ｂ 電磁コイル １０３ 発振器 １０８ 電源 10 substrate 11 reaction vessel 12, 12a, 12b electrode 13 substrate heater 14 high frequency power supply 17 reaction gas introduction pipe 18 exhaust pipe 100a, 100b electromagnetic coil 103 oscillator 108 power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 9216−2Ｇ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location H01L 21/31 9216-2G H05H 1/46 B H05H 1/46 H01L 21/302 B
Claims (1)
電極に高周波電力を供給する電源と、前記反応容器内で
前記基板に成膜するために所定の反応ガスを供給する反
応ガス供給手段と、同供給手段で供給された反応容器内
の反応ガスを排出する手段と、前記反応容器の周囲に配
置され、前記電極により生ずる電界と直交する磁界を発
生させる電磁コイルとを具備したマグネトロン型放電反
応装置において、前記電極は複数の閉路で構成され、放
電電界の方向が複数方向となる誘導結合方式電極であ
り、かつ、前記電磁コイルは同コイルが発生する磁界の
方向が前記電極で発生する放電電界及び前記基板の面と
直交するように配置されてなることを特徴とするマグネ
トロン型誘導結合方式放電反応装置。1. A reaction container containing an electrode and a substrate, a power supply for supplying high frequency power to the electrode, and a reaction gas supply means for supplying a predetermined reaction gas for forming a film on the substrate in the reaction container. And a magnetron type which is provided with a means for discharging the reaction gas in the reaction vessel supplied by the supply means, and an electromagnetic coil which is arranged around the reaction vessel and generates a magnetic field orthogonal to the electric field generated by the electrodes. In the discharge reactor, the electrode is an inductive coupling type electrode having a plurality of closed paths and a discharge electric field in a plurality of directions, and the electromagnetic coil generates a magnetic field generated by the coil in the electrode. A discharge reaction device of a magnetron type inductive coupling system, wherein the discharge reaction device is arranged so as to be orthogonal to the discharge electric field and the surface of the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7020219A JPH08217594A (en) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | Magnetron inductively coupled discharge reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7020219A JPH08217594A (en) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | Magnetron inductively coupled discharge reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08217594A true JPH08217594A (en) | 1996-08-27 |
Family
ID=12021062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7020219A Pending JPH08217594A (en) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | Magnetron inductively coupled discharge reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08217594A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100311234B1 (en) * | 1999-01-18 | 2001-11-02 | 학교법인 인하학원 | Enhanced inductively coupled plasma reactor |
| JP2009027194A (en) * | 1997-01-02 | 2009-02-05 | Applied Materials Inc | Magnetically excited plasma chamber with nonuniform magnetic field |
| JP2010166011A (en) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | Hitachi High-Technologies Corp | Plasma treatment apparatus and plasma generating apparatus |
-
1995
- 1995-02-08 JP JP7020219A patent/JPH08217594A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009027194A (en) * | 1997-01-02 | 2009-02-05 | Applied Materials Inc | Magnetically excited plasma chamber with nonuniform magnetic field |
| KR100311234B1 (en) * | 1999-01-18 | 2001-11-02 | 학교법인 인하학원 | Enhanced inductively coupled plasma reactor |
| JP2010166011A (en) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | Hitachi High-Technologies Corp | Plasma treatment apparatus and plasma generating apparatus |
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